(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧または磁界が印加されることにより伸長し、印加される電圧または磁界が遮断されることにより収縮する電磁歪アクチュエータと、
電磁歪アクチュエータの収縮に伴い容積が拡大して圧力が低下し、電磁歪アクチュエータの伸長に伴い容積が縮小して圧力が上昇する差圧室と、
加圧燃料が導かれる燃圧室と、
燃圧室と差圧室を連通する絞り通路と、
燃圧室と差圧室との圧力差に応じて変位する針弁と、
針弁を閉弁方向に付勢するスプリングと、
針弁によって開閉される噴口と、
を備えるエンジンの燃料噴射装置において、
電磁歪アクチュエータの収縮量を針弁の開弁時間が経過するのに伴って変化させて差圧室と燃圧室間に生じる圧力差を、開弁させるのに必要な保持力以上に維持する制御手段を備えたことを特徴とするエンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】
前記制御手段は電磁歪アクチュエータの収縮量を針弁の開弁時間が経過するのに伴って段階的に変化させる構成としたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項３】
前記制御手段は電磁歪アクチュエータの収縮量を針弁の開弁時間が経過するのに伴って連続的に変化させる構成としたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項４】
前記針弁の要求開弁期間が所定値以上となる運転条件を判定する判定手段を備え、
前記制御手段は針弁の要求開弁期間が所定値以上となる運転条件で電磁歪アクチュエータの収縮量を針弁の開弁時間が経過するのに伴って変化させる一方、針弁の要求開弁期間が所定値より短い運転条件で電磁歪アクチュエータの収縮量を一律に変化させる構成としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項５】
前記燃料の粘度を検出する燃料粘度検出手段を備え、
前記制御手段は燃料の粘度が低下するのに応じて電磁歪アクチュエータの収縮量の変化率を大きくする構成としたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項６】
前記差圧室の圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記制御手段は電磁歪アクチュエータの収縮量を差圧室と燃圧室の圧力差が所定値以下に低下するのに応じて増加させる構成としたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁歪アクチュエータを介して針弁前後の燃料圧力を変化させることにより針弁を作動させるエンジンの燃料噴射装置を備えた燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エンジンに備えられる燃料噴射弁等に、印加電圧に応じて伸張するピエゾアクチュエータ（圧電素子）を備え、ピエゾアクチュエータを介して針弁（弁体）を開弁作動させるものがあった。針弁をピエゾアクチュエータにより駆動することにより、燃料噴射弁の高速応答性が高まり、最大噴射量と最小噴射量の比（ダイナミックレンジ）が拡大してエンジンの高出力化に対応できる。また、少量の燃料を安定して噴射できるので、エンジンの燃費低減がはかれる。
【０００３】
この種の燃料噴射弁として、針弁をその前後差圧に基づいて開弁させるようにしたものが知られている。針弁の前後には燃圧室と差圧室が画成されており、燃圧室には所定の圧力で燃料が導入され、差圧室は燃圧室とオリフィスにより連通されている。針弁背後側の差圧室にはピエゾアクチュエータが設けられており、このピエゾアクチュエータの伸縮により針弁の開閉作動が制御される。すなわち、ピエゾアクチュエータに電圧を印加して伸長させた状態で針弁前後の燃圧室と差圧室の圧力はオリフィスを介して均等化されている。このとき針弁はリターンスプリングの張力により閉弁保持している。この状態からピエゾアクチュエータの両端子を短絡させてピエゾアクチュエータを瞬時に収縮させると、針弁背後の差圧室の容積が拡大する。このとき、差圧室は針弁前方の燃圧室に対してオリフィスを介して連通しているので、一時的に差圧室の内圧が低下し針弁の前後に開弁方向の圧力差が発生する。これにより針弁はリターンスプリングに抗して開弁し、噴口が開いて燃料が噴射されることになる。（この種の燃料噴射弁の公知例としては、例えば特開平６−２８０７１１号公報を参照。）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のこのようなピエゾアクチュエータを用いた燃料噴射装置では、ピエゾアクチュエータの収縮量を常に一律に変化させるようにピエゾアクチュエータを駆動するようにしていたことから、エンジン始動時など燃料圧力が低いときに所定の燃料噴射量を噴射できなくなる可能性がある。すなわち、燃料圧力が低い状態では針弁の開弁期間を長くして所定の燃料噴射量を確保する必要があるが、燃料噴射弁の開弁している間に燃圧室の燃料がオリフィスを通って差圧室側に流入するため、針弁の開弁期間が長くなると、針弁の前後に生じる駆動差圧力が低下し、やがて針弁をスプリングに抗して開弁させるのに必要な保持力が得られなくなる。
【０００７】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、エンジンの燃料噴射装置において、エンジン始動時などに燃料噴射量を十分に確保することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のエンジンの燃料噴射装置は、電圧または磁界が印加されることにより伸長し、印加される電圧または磁界が遮断されることにより収縮する電磁歪アクチュエータと、電磁歪アクチュエータの収縮に伴い容積が拡大して圧力が低下し、電磁歪アクチュエータの伸長に伴い容積が縮小して圧力が上昇する差圧室と、加圧燃料が導かれる燃圧室と、燃圧室と差圧室を連通する絞り通路と、燃圧室と差圧室との圧力差に応じて変位する針弁と、針弁を閉弁方向に付勢するスプリングと、針弁によって開閉される噴口とを備えるエンジンの燃料噴射装置において、電磁歪アクチュエータの収縮量を針弁の開弁時間が経過するのに伴って変化させて差圧室と燃圧室間に生じる圧力差を開弁させるのに必要な保持力以上に維持する制御手段を備えるものとした。
【０００９】
請求項２に記載のエンジンの燃料噴射装置は、請求項１に記載の制御手段において、電磁歪アクチュエータの収縮量を針弁の開弁時間が経過するのに伴って段階的に変化させる構成とした。
【００１０】
請求項３に記載のエンジンの燃料噴射装置は、請求項１に記載の制御手段において、電磁歪アクチュエータの収縮量を針弁の開弁時間が経過するのに伴って連続的に変化させる構成とした。
【００１１】
請求項４に記載のエンジンの燃料噴射装置は、請求項１から３のいずれか一つに記載の発明において、前記針弁の要求開弁期間が所定値以上となる運転条件を判定する判定手段を備え、前記制御手段は針弁の要求開弁期間が所定値以上となる運転条件で電磁歪アクチュエータの収縮量を針弁の開弁時間が経過するのに伴って変化させる一方、針弁の要求開弁期間が所定値より短い運転条件で電磁歪アクチュエータの収縮量を一律に変化させる構成とした。
【００１２】
請求項５に記載のエンジンの燃料噴射装置は、請求項１から４のいずれか一つに記載の発明において、前記燃料の粘度を検出する燃料粘度検出手段を備え、前記制御手段は燃料の粘度が低下するのに応じて電磁歪アクチュエータの収縮量の変化率を大きくする構成とした。
【００１３】
請求項６に記載のエンジンの燃料噴射装置は、請求項１に記載の発明において、前記差圧室の圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記制御手段は電磁歪アクチュエータの収縮量を差圧室と燃圧室の圧力差が所定値以下に低下するのに応じて増加させる構成とした。
【００１４】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載の発明において、電磁歪アクチュエータを伸長させた状態では針弁の前後に生じる燃圧室と差圧室の圧力は絞り通路により均等化されている。このとき針弁はスプリングの弾性復元力により閉弁保持されている。
【００１５】
電磁歪アクチュエータが収縮するのに伴って、差圧室の容積が拡大してその圧力が低下する。燃圧室には絞り通路により圧力低下が遅れて伝わるので、差圧室と燃圧室に圧力差が一時的に発生する。この圧力差により針弁がスプリングに抗して噴口を開き、噴口から燃料が噴射される。
【００１６】
ところで、電磁歪アクチュエータの収縮量が一律に変化するように駆動すると、エンジン始動時など燃料圧力が低いときに針弁の要求開弁期間が長くなると、針弁の前後に生じる駆動差圧力が低下し、やがて針弁をスプリングに抗して開弁させるのに必要な保持力が得られなくなり、所定の燃料噴射量を噴射できなくなる可能性がある。
【００１７】
本発明はこれに対処して、電磁歪アクチュエータの収縮量を針弁の開弁時間が経過するのに応じて段階的または連続的に変化させる制御を行うことにより、差圧室と燃圧室間に生じる圧力差を開弁させるのに必要な保持力以上に維持して、針弁がスプリングに抗して開弁する時間を延長し、燃料噴射量が増大する。この結果、エンジン始動時など燃料圧力が低いときにも、必要な燃料噴射量を確保できる。
【００１８】
請求項２に記載の発明において、電磁歪アクチュエータの収縮量を針弁の開弁時間が経過するのに伴って段階的に変化させる制御が行われることにより、例えばエンジン始動時など燃料圧力が低いときに、針弁がスプリングに抗して開弁する時間を延長し、必要な燃料噴射量を確保できる。
【００１９】
請求項３に記載の発明において、電磁歪アクチュエータの収縮量を針弁の開弁時間が経過するのに伴って連続的に変化させる制御を行うことにより、針弁の開弁期間を有効に延長することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明において、針弁の要求開弁期間が所定値以上となる運転条件で電磁歪アクチュエータの収縮量を針弁の開弁時間が経過するのに応じて段階的または連続的に変化させる制御が行われることにより、例えばエンジン始動時など燃料圧力が低いときに、針弁がスプリングに抗して開弁する時間を延長し、必要な燃料噴射量を確保できる。この結果、エンジン始動時など燃料圧力が低いときにも、必要な燃料噴射量を確保できる。
【００２１】
一方、針弁の要求開弁期間が所定値より短い運転条件で電磁歪アクチュエータの収縮量を一律に変化させる制御が行われることにより、差圧室と燃圧室間に生じる圧力差の最大値を高めて、針弁がスプリングに抗して開弁する応答性を高められる。この結果、燃料噴射量の設定範囲が拡大してエンジンの高出力化に対応できる。
【００２２】
請求項５に記載の発明において、燃料の粘度が低下するのに応じて差圧室の燃料圧力の変化率を大きくなることに対応して、電磁歪アクチュエータの収縮量の変化率を大きくする構成により、針弁の開弁期間を有効に延長することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明において、電磁歪アクチュエータの収縮量を差圧室と燃圧室の圧力差が所定値以下に低下するのに応じて増加させる構成により、針弁の開弁期間を有効に延長することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を筒内噴射式火花点火エンジンに備えられる燃料噴射弁に適用した実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１に示すように、燃料噴射弁７はその先端に設けられるノズルボディ１を図示しないエンジンの燃焼室に臨ませる。ノズルボディ１はエンジンの燃焼室天井壁から燃焼室に臨み、ノズルボディ１の先端に開口した噴口１ｂから燃料噴霧をピストンの冠部に向けて噴出するようになっている。
【００２６】
ノズルボディ１の内部に針弁２が摺動可能に収装される。ノズルボディ１の内部には針弁２のまわりに燃圧室３が画成される。ノズルボディ１の先端に噴口１ｂが開口し、噴口１ｂは針弁２によって開閉される。
【００２７】
図２に示すように、フューエルタンク５９に貯溜された燃料は、電動モータ５４により駆動される第一燃料ポンプ５８を介して吸い上げられ、第二燃料ポンプ５７に圧送される。通常、第二燃料ポンプ５７の吐出圧の方が第一燃料ポンプ５８の吐出圧より高く設定されている。
【００２８】
エンジン５０により駆動される第二燃料ポンプ５７は、さらに加圧した燃料を蓄圧室５６へと送り、蓄圧室５６から各気筒の燃料噴射弁７に燃料を圧送する。
【００２９】
エンジン５０により駆動される第二燃料ポンプ５７は、さらに加圧した燃料を蓄圧室５６へと送り、蓄圧室５６から各気筒の燃料噴射弁７に燃料を圧送する。燃料戻し通路５２にはプレッシャレギュレータ５５が設けられ、蓄圧室５６の余剰燃料を通ってフューエルタンク５９へと戻すことで、燃料噴射弁７に導かれる燃料圧力を所定値以下に保つようになっている。
【００３０】
燃料ポンプ５８から圧送される燃料は、燃料入口通路６から燃圧室３に導入され、針弁２のリフトに伴って噴口１ｂから噴射される。
【００３１】
針弁２はその基端側にピストン部２ｃを有する。ノズルボディ１およびケーシング９とピストン部２ｃの間には差圧室８が画成される。燃圧室３と差圧室８はピストン部２ｃの外周に形成された絞り通路（隙間）５を介して連通する。
【００３２】
針弁２を閉弁方向に付勢するコイルスプリング４が設けられる。コイルスプリング４は針弁２のピストン部２ｃとケーシング９の間に圧縮された状態で介装され、針弁２と同軸上に配置される。
【００３３】
針弁２の基端とケーシング９の間にはシム１７が介装される。シム１７によって針弁２の最大リフト量が決まる。
【００３４】
ケーシング９の内部には差圧室８を画成するピストン１１が摺動可能に介装される。ピストン１１の外周にはＯリング１２が介装される。Ｏリング１２がケーシング９の円筒状をした内壁面に摺接することにより、差圧室８の密封がはかれる。
【００３５】
ピストン１１を介して針弁２を開閉駆動するピエゾアクチュエータ１０が設けられる。ピエゾアクチュエータ１０は円盤状をした複数のピエゾ素子が、同じく円盤状をした内部電極を挟んで積層される。
【００３６】
ピエゾアクチュエータ１０の固定端は端板１４が結合される。ケーシング９の開口端にはプレート１５が螺合して取付けられる。プレート１５とピストン１４の間には皿バネ１６が介装される。
【００３７】
ピエゾアクチュエータ１０は各ピエゾ素子に駆動用アンプ１８から電圧が印加されることにより伸長する。このとき、差圧室８の圧力が高められて針弁２は閉弁する。ピエゾアクチュエータ１０は各ピエゾ素子に印加される電圧が遮断短絡されることにより収縮する。このとき、燃圧室３に対して差圧室８の圧力が低下し、針弁２はコイルスプリング４に抗して開弁方向に移動する。
【００３８】
なお、ピエゾアクチュエータ１０に代えて印加される磁界の強さに応じて伸縮する超磁歪素子からなる磁歪アクチュエータを用いてもよい。ここではピエゾアクチュエータと磁歪アクチュエータ等を総称して電磁歪アクチュエータとする。
【００３９】
また、本実施形態においてピエゾアクチュエータ１０の収縮動作により燃料が噴射されるように構成されているが、ピエゾアクチュエータ１０の伸長動作により燃料が噴射されるように構成してもよい。
【００４０】
コントローラ１９では演算された燃料噴射量に対応するパルス信号がつくられ、このパルス信号に応じた電圧が駆動用アンプ１８を介してピエゾアクチュエータ１０に印加される。
【００４１】
コントローラ１９はエンジン５０の回転数、エンジン５０の吸入空気量を始めエンジン運転条件を検出する各種信号を入力し、これらのエンジン運転条件に応じて燃料噴射量を演算する。
【００４２】
図１はエンジン起動前の状態を示しており、ピエゾアクチュエータ１０の各ピエゾ素子は電圧が印加されて伸長しており、ピストン部２ｃの前後に生じる燃圧室３と差圧室８の圧力は絞り通路５を介して均等化されている。このとき針弁２はコイルスプリング４の弾性復元力によりノズルボディ１のシート部に着座している。この状態で第一燃料ポンプ５８は電動モータ５４によって駆動され、燃圧室３および差圧室８の圧力が高められる。
【００４３】
なお、エンジン停止時も、コイルスプリング４の弾性復元力により、針弁２のノズルボディ１のシート部に着座させて、燃料の洩れを防止するようになっている。
【００４４】
エンジン始動時および始動後における燃料噴射弁７の開弁作動時に、各ピエゾ素子はエンジン回転に同期して印加される電圧が遮断短絡されることにより収縮する。各ピエゾ素子の収縮に伴ってピストン１１が移動することにより、差圧室８はその容積が拡大してその圧力が低下する。燃圧室３は絞り通路５を介して圧力低下が遅れて伝わるので、差圧室８と燃圧室３に圧力差が直ちに発生する。この圧力差により針弁２がコイルスプリング４に抗して噴口１ｂを開き、燃圧室３に導かれる高圧燃料が噴口１ｂを通ってエンジン５０の燃焼室に噴射される。
【００４５】
燃料噴射弁７の閉弁作動時に、各ピエゾ素子はエンジン回転に同期して電圧が印加されることにより伸長し、ピストン１１が移動することにより差圧室８の圧力が直ちに回復し、差圧室８と燃圧室３の圧力差およびコイルスプリング４の付勢力により針弁２が移動してノズルボディ１のシート部に着座する。針弁２がシート部に着座することにより、噴口１ｂが閉塞され、燃料の噴射が停止される。
【００４６】
燃料噴射弁７は、ピエゾアクチュエータ１０の変位方向と針弁２の変位方向が一致しているため、ピエゾアクチュエータ１０と針弁２を直列に並べられ、構造の簡素化がはかれる。
【００４７】
ところで、エンジン始動時は電動モータ５４で駆動される第一燃料ポンプ５８の吐出圧が上昇するものの、エンジン５０に駆動される第二燃料ポンプ５７の吐出圧が上昇せず、燃料噴射弁７には低圧燃料が供給されるため、燃料噴射弁７の噴射パルス幅（開弁期間）を長くして所定の燃料噴射量を確保する必要がある。
【００４８】
しかしながら、燃料噴射弁７が開弁している間は燃圧室３の燃料が絞り通路２ｃを通って差圧室８側に流入するため、燃料噴射弁７の噴射パルス幅が長くなると、針弁２の前後に生じる駆動差圧力が低下し、やがて針弁２をコイルスプリング４に抗して開弁させるのに必要な保持力が得られなくなる。
【００４９】
従来、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を図４に破線で示すように４００Ｖから０Ｖへと一変に低下させる構成のため、針弁２の駆動差圧力は、初期に不必要に大きくなる一方で、開弁時間が長くなると、後期において図５に破線で示すように開弁保持不可能領域に入るまで低下する可能性がある。このため、燃料噴射弁の噴射パルス幅を長くしても、開弁期間が対応せず、閉弁してしまい、燃料噴射量が不足する。
【００５０】
本発明はこれに対処して、エンジン始動時にピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を段階的または連続的に低下させる構成として、針弁２を開弁保持できる期間を延長する。
【００５１】
本実施形態では、図４に実線で示すように、針弁２の開弁期間が所定値以上となるエンジン始動時を判定し、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を２段階に低下させる構成とする。
【００５２】
こうして針弁２の駆動差圧力は１回の噴射で図５に実線で示すように２回に分けて段階的に高める。つまり、駆動電圧を４００Ｖから２００Ｖにすることで、ピエゾアクチュエータ１０は１段階収縮し、差圧室８が拡大し、圧力が下がる。時間の経過と共に差圧が減るが、この差圧が必要開弁保持力を下回る前に駆動電圧を２００Ｖから０Ｖにすることにより、さらにピエゾアクチュエータ１０が収縮して差圧室８が拡大し、再び差圧室８と燃圧室３の差圧を大きく確保する。なお、差圧室８と燃圧室３の差圧は時間の経過に一次的ではなく二次的に比例するので、いっぺんに大きな差圧を発生させるときに比べると、二段階に発生させたときの方が、差圧が所定値まで低下する時間が長くなる。これにより差圧室８と燃圧室３間に生じる駆動差圧力が２回上昇して開弁保持不可能領域に入るまで低下することがなく、ピエゾアクチュエータ１０の開弁期間が延長され、エンジン始動時にも燃料噴射量を十分に確保できる。
【００５３】
そして、第二燃料ポンプ５１が十分に機能し、燃料圧力が高まると針弁２の必要開弁期間が所定値より短くなるのでピエゾアクチュエータ１０の収縮量を１段階で最大にする制御を行う構成とする。これにより、差圧室８と燃圧室３間に生じる駆動差圧力の最大値を高めて、針弁２がコイルスプリング４に抗して開弁する応答性を高める。この結果、燃料噴射量の設定範囲（ダイナミックレンジ）が拡大してエンジンの高出力化に対応できる。
【００５４】
図３のフローチャートは燃料噴射パターンを切換えるルーチンを示しており、コントローラ１９において一定周期毎に実行される。
【００５５】
これについて説明すると、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を４００Ｖとして針弁２を閉弁させた状態で、まずステップ１にて要求噴射パルス幅は所定値以上かどうかを判定する。
【００５６】
要求噴射パルス幅が所定値以上と判定された場合、ステップ２に進んで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を２００Ｖに低下させる。
【００５７】
続いてステップ３に進んで、要求噴射パルス幅の１／２を経過したかどうかを判定する。
【００５８】
要求噴射パルス幅の１／２を経過したと判定された場合、ステップ４に進んで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧をＯＶに低下させる。
【００５９】
続いてステップ５に進んで、要求噴射パルス幅の２／２を経過した噴射終了時かどうかを判定する。
【００６０】
要求噴射パルス幅を経過した噴射終了時と判定された場合、ステップ６に進んで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を４００Ｖに高めて針弁２を閉弁させる。
【００６１】
なお、要求噴射パルス幅が所定値より短い運転状態では、図示しない別のルーチンで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を一変に０Ｖに低下させる制御が行われる。
【００６２】
他の実施形態として、図７に示すように、エンジン始動時にピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を４段階に低下させる構成としてもよい。
【００６３】
この場合、針弁２の駆動差圧力は１回の噴射で図７に示すように４回に分けて高められる。これにより、駆動差圧力が開弁保持不可能領域に入るまで低下することがなく、ピエゾアクチュエータ１０の開弁期間が延長され、エンジン始動時にも燃料噴射量を十分に確保することができる。
【００６４】
図６のフローチャートは燃料噴射パターンを切換えるルーチンを示しており、コントローラ１９において一定周期毎に実行される。
【００６５】
これについて説明すると、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を４００Ｖとして針弁２を閉弁させた状態で、まずステップ１にて要求噴射パルス幅は所定値以上かどうかを判定する。
【００６６】
要求噴射パルス幅が所定値以上と判定された場合、ステップ２に進んで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を３００Ｖに低下させる。
【００６７】
続いてステップ３に進んで、要求噴射パルス幅の１／４を経過したかどうかを判定する。
【００６８】
要求噴射パルス幅の１／４を経過したと判定された場合、ステップ４に進んで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を２００Ｖに低下させる。
【００６９】
続いてステップ５に進んで、要求噴射パルス幅の１／２を経過したかどうかを判定する。
【００７０】
要求噴射パルス幅の１／２を経過したと判定された場合、ステップ６に進んで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を１００Ｖに低下させる。
【００７１】
続いてステップ７に進んで、要求噴射パルス幅の３／４を経過したかどうかを判定する。
【００７２】
要求噴射パルス幅の３／４を経過したと判定された場合、ステップ７に進んで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を０Ｖに低下させる。
【００７３】
続いてステップ９に進んで、要求噴射パルス幅を経過した噴射終了時かどうかを判定する。
【００７４】
要求噴射パルス幅を経過した噴射終了時と判定された場合、ステップ１０に進んで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を４００Ｖに高めて針弁２を閉弁させる。
【００７５】
なお、要求噴射パルス幅が所定値より短い運転状態では、図示しない別のルーチンで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を一変に０Ｖに低下させる制御が行われる。
【００７６】
さらに他の実施形態として、ピエゾアクチュエータ１０の要求噴射パルス幅が長くなるのに応じてピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を多段階に低下させる構成としてもよい。
【００７７】
こうして要求噴射パルス幅が長くなるのに応じて、ピエゾアクチュエータ１０の収縮量が大きくなる変化率を小さくする構成により、針弁２の作動応答性を確保しつつ、開弁期間を有効に延長することができる。
【００７８】
ところで、燃料の粘度が低下するほど、差圧室８の燃料は燃圧室３へと洩れやすくなり、差圧室８の圧力低下は急速になる。
【００７９】
さらに他の実施形態として、エンジン始動時に燃料の粘度が低い程ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を多段階に低下させる構成としてもよい。
【００８０】
本実施形態において、燃料の粘度を代表する信号としてエンジンの冷却水温度を読込み、エンジンの冷却水温度が所定値以上の燃料低粘度時にピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を４段階に低下させ、エンジンの冷却水温度が所定値より低い燃料高粘度時にピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を２段階に低下させる構成とする。
【００８１】
なお、燃料の粘度を代表する信号としてエンジンの吸入する空気温度を読込んでもよい。
【００８２】
図９に示すように、エンジン冷却水温度が低いほど、燃料の粘度が低くなり、燃料噴射弁７の開弁している間に差圧室８から絞り通路２ｃを通って燃圧室３側に逃げる燃料量が多くなる。
【００８３】
このため、図１０に示すように、エンジン冷却水温度が高いほど、針弁２の前後に生じる駆動差圧力が速く低下する。
【００８４】
これに対処して、エンジン始動時に燃料の粘度が低い程ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を多段階に低下させることにより、駆動差圧力が開弁保持不可能領域に入るまで低下することが回避され、エンジン始動時にも燃料噴射量を十分に確保できる。
【００８５】
こうして燃料の粘度が低下するのに応じて差圧室の燃料圧力が低下する変化率を大きくなることに対応して、ピエゾアクチュエータ１０の収縮量が大きくなる変化率を大きくする構成により、針弁２の開弁期間を有効に延長することができる。
【００８６】
図８のフローチャートは燃料噴射パターンを切換えるルーチンを示しており、コントローラ１９において一定周期毎に実行される。
【００８７】
これについて説明すると、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を４００Ｖとして針弁２を閉弁させた状態で、まずステップ１にて要求噴射パルス幅は所定値以上かどうかを判定する。
【００８８】
要求噴射パルス幅が所定値以上と判定された場合、ステップ２に進んで、図示しない水温センサによって検出されるエンジンの冷却水温度が所定値以上かどうかを判定する。
【００８９】
エンジンの冷却水温度が所定値以上の燃料低粘度時と判定された場合、ステップ４に進んでピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を４段階に低下させる。一方、エンジンの冷却水温度が所定値より低い燃料高粘度時と判定された場合、ステップ３に進んでピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を２段階に低下させる。
【００９０】
さらに他の実施形態として、図１２に示すように、エンジン始動時にピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧をか開弁時間が長くなるのに伴って漸次低下させる構成としてもよい。
【００９１】
この場合、針弁２の駆動差圧力は１回の噴射期間中に連続的に高められる。これにより、駆動差圧力が開弁保持不可能領域に入るまで低下することがなく、ピエゾアクチュエータ１０の開弁期間が延長され、エンジン始動時にも燃料噴射量を十分に確保することができる。
【００９２】
図１１のフローチャートは燃料噴射パターンを切換えるルーチンを示しており、コントローラ１９において一定周期毎に実行される。
【００９３】
これについて説明すると、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を４００Ｖとして針弁２を閉弁させた状態で、まずステップ１にて要求噴射パルス幅は所定値以上かどうかを判定する。
【００９４】
要求噴射パルス幅が所定値以上と判定された場合、ステップ２に進んで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を３００Ｖに低下させる。
【００９５】
続いてステップ３に進んで、電圧低下分を初期昇圧／噴射パルス幅＝３００−／噴射パルス幅として算出し、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を開弁時間が長くなるのに伴って漸次低下させる。
【００９６】
続いてステップ４に進んで、要求噴射パルス幅の２／２を経過した噴射終了時かどうかを判定する。
【００９７】
要求噴射パルス幅の２／２を経過した噴射終了時と判定された場合、ステップ５に進んで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧は４００Ｖに高めて針弁２を閉弁させる。
【００９８】
なお、要求噴射パルス幅が所定値より短い運転状態では、図示しない別のルーチンで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を一変に０Ｖに低下させる制御が行われる。
【００９９】
さらに他の実施形態として、図１３に示すように、差圧室８の圧力を検出する圧力センサ２０が設けられ、圧力センサ２０からの検出値に基づきエンジン始動時に差圧室８と燃圧室３の圧力差が所定値以下に低下するのに伴ってピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を低下させる構成としてもよい。
【０１００】
これにより、駆動差圧力が開弁保持不可能領域に入るまで低下することを回避し、ピエゾアクチュエータ１０の開弁期間が延長され、エンジン始動時にも燃料噴射量を十分に確保することができる。
【０１０１】
図１４のフローチャートは燃料噴射パターンを切換えるルーチンを示しており、コントローラ１９において一定周期毎に実行される。
【０１０２】
これについて説明すると、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を４００Ｖとして針弁２を閉弁させた状態で、まずステップ１にて要求噴射パルス幅は所定値以上かどうかを判定する。
【０１０３】
要求噴射パルス幅が所定値以上と判定された場合、ステップ２に進んで、初期の電圧印加かどうかを判定する。
【０１０４】
初期の電圧印加時と判定された場合、ステップ５に進んで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を３００Ｖに低下させる。
【０１０５】
初期の電圧印加時でないと判定された場合、ステップ３に進んで、要求噴射パルス幅を経過したかどうかを判定する。
【０１０６】
要求噴射パルス幅を経過した噴射終了時と判定された場合、ステップ６に進んで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を４００Ｖに高めて針弁２を閉弁させる。
【０１０７】
要求噴射パルス幅を経過していない噴射中と判定された場合、ステップ４に進んで、圧力センサ２０からの検出値に基づき差圧室８と燃圧室３の圧力差が所定値以下に低下するかどうかを判定する。
【０１０８】
差圧室８と燃圧室３の圧力差が所定値以下に低下したと判定された場合、ステップ７に進んで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を前回の駆動電圧から所定値を減算した値とする構成とする。
【０１０９】
なお、要求噴射パルス幅が所定値より短い運転状態では、図示しない別のルーチンで、ピエゾアクチュエータ１０に供給される駆動電圧を一変に０Ｖに低下させる制御が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す燃料噴射弁の断面図。
【図２】同じく燃料供給系のシステム図。
【図３】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図４】同じく噴射パルス幅と駆動電圧の関係を示す特性図。
【図５】同じく噴射パルス幅と針弁駆動差圧力の関係を示す特性図。
【図６】他の実施形態における制御内容を示すフローチャート。
【図７】同じく噴射パルス幅と駆動電圧および針弁駆動差圧力の関係を示す特性図。
【図８】さらに他の実施形態における制御内容を示すフローチャート。
【図９】同じく燃料の粘度とエンジン冷却水温度の関係を示す特性図。
【図１０】同じく針弁の開弁時間と駆動差圧の関係を示す特性図。
【図１１】さらに他の実施形態における制御内容を示すフローチャート。
【図１２】同じく噴射パルス幅と駆動電圧および針弁駆動差圧力の関係を示す特性図。
【図１３】さらに他の実施形態を示す燃料噴射弁の断面図。
【図１４】同じく制御内容を示すフローチャート。
【符号の説明】
１    ノズルボディ
１ｂ  噴口
２    針弁
２ｃ  ピストン部
３    燃圧室
４    コイルスプリング
５    絞り通路
６    燃料入口
７    燃料噴射弁
８    差圧室
９    ケーシング
１０    ピエゾアクチュエータ
１１    ピストン
１９    コントローラ
２０    圧力センサ
【図１】
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【図２】
0003758312.tif 000003
【図３】
0003758312.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003758312.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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