(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔が形成されているハウジングと、
前記噴孔を開閉可能なノズルニードルと、
前記ノズルニードルを噴孔閉塞方向へ付勢するための作動油が導入される制御室を有する付勢部と、
前記制御室と低圧側とを連通する低圧ポートを開閉する弁部材と、
供給される電力に応じて伸縮する伸縮部、前記伸縮部の伸長にともなって移動する移動部材、前記移動部材の移動にともなって容積が変化する油圧室、前記移動部材を前記伸縮部方向へ付勢する付勢部材、ならびに前記油圧室の油圧を介して前記移動部材の駆動力を前記弁部材に伝達する伝達部材を有する駆動部とを備えるインジェクタを制御する燃料噴射制御装置であって、
前記伸縮部が収縮するとき、前記伸縮部の収縮速度を前記移動部材が前記伸縮部方向へ移動する速度以下に制御する制御手段を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記制御室へ導入される作動油の圧力に応じて前記伸縮部の収縮速度を変更することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記伸縮部の収縮速度は、前記作動油の圧力に応じて線形に変更されることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記伸縮部の収縮速度は、前記作動油の圧力に応じて段階的に変更されることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記伸縮部は充電または放電されることにより伸縮するピエゾ素子を有し、前記制御手段は前記ピエゾ素子の放電速度を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）のインジェクタを制御する燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばピエゾ素子などの圧電素子の伸縮を利用して、ノズルニードルを駆動し噴孔を開閉するインジェクタが公知である。ピエゾ素子などの圧電素子は駆動指令に対する応答性が高く、ノズルニードルの作動を迅速に行うことが可能となる。このようなインジェクタの場合、圧電素子が伸縮することによりノズルニードルを噴孔閉塞方向へ付勢する制御室の油圧を制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば図１０に示すようなインジェクタ１００の場合、制御室１０１と低圧室１０２とを連通する低圧ポート１０３を開閉する弁部材１０４は制御室１０１に設置されている。制御室１０１にはコモンレールから作動油である高圧の燃料が供給されるため、燃料の圧力により弁部材１０４は弁座部１０５に押し付けられている。そのため、制御室１０１と連通する背圧室１０６の圧力もコモンレール内の圧力と等しくなり、ノズルニードル１１０のシール部１１１はシート部１０７に着座している。その結果、噴孔１０８からの燃料の噴射は停止されている。
【０００４】
ピエゾ素子が設けられているピエゾアクチュエータ１２０に電力が供給されると、ピエゾアクチュエータ１２０は伸長する。ピエゾアクチュエータ１２０の伸長にともなって大径ピストン１２１は油圧室１２２方向へ移動する。これにより、油圧室１２２の油圧は増大し小径ピストン１２３を介して弁部材１０４を駆動する。弁部材１０４が弁座部１０５から離座すると低圧ポート１０３は開放されるため、制御室１０１の燃料は低圧室１０２へ流出する。そのため、制御室１０１ならびに制御室１０１に連通する背圧室１０６の燃料の圧力は低下する。その結果、ノズルニードル１１０の周囲の高圧の燃料によりノズルニードル１１０は図１０の上方へリフトし、噴孔１０８から燃料が噴射される。
【０００５】
ピエゾアクチュエータ１２０への電力の供給が停止されると、ピエゾアクチュエータ１２０は収縮する。これにともない、大径ピストン１２１は油圧室１２２に設置されているスプリング１２４によりピエゾアクチュエータ１２０方向へ移動する。これにより、油圧室１２２の油圧は減少し、小径ピストン１２３を介して弁部材１０４を駆動する駆動力も低減する。駆動力の低減により、弁部材１０４は弁座部１０５に着座し低圧ポート１０３を閉塞するため、制御室１０１および背圧室１０６の燃料の圧力は増大し、ノズルニードル１１０を噴孔閉塞方向へ付勢する力が増大する。その結果、ノズルニードル１１０のシール部１１１はシート部１０７に着座し、噴孔１０８からの燃料の噴射が停止される。
【０００６】
しかしながら、ピエゾアクチュエータ１２０が収縮する場合、ピエゾアクチュエータ１２０の収縮速度と大径ピストン１２１のピエゾアクチュエータ１２０方向への移動速度とは同一でない。そのため、ピエゾアクチュエータ１２０の収縮時、ピエゾアクチュエータ１２０の収縮速度が大径ピストン１２１の移動速度よりも大きくなると、ピエゾアクチュエータ１２０と大径ピストン１２１との間には隙間が形成される。この場合、ピエゾアクチュエータ１２０が収縮を停止すると、遅れて移動してきた大径ピストン１２１はピエゾアクチュエータ１２０に衝突する。その結果、衝突による衝撃でピエゾアクチュエータ１２０の信頼性が低下したり、騒音の発生を招くという問題がある。
【０００７】
また、ピエゾアクチュエータ１２０と大径ピストン１２１とが衝突した場合、その反動により大径ピストン１２１が再び油圧室１２２方向へ移動するおそれがある。この場合、油圧室１２２の燃料が再び加圧されるため、小径ピストン１２３および弁部材１０４が駆動される。その結果、燃料の噴射の切れが悪化したり、二次噴射の発生を招くおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、伸縮部と移動部材との衝突を防止し、燃料噴射の安定化、伸縮部の信頼性の向上、ならびに騒音の低下を図る燃料噴射制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の燃料噴射制御装置によると、制御手段はインジェクタの伸縮部の伸縮速度を移動部材の移動速度以下に制御する。例えば、伸縮部がピエゾ素子を有する場合、ピエゾ素子の放電速度を制御することにより伸縮部の伸縮速度を移動部材の移動速度以下に制御することができる。伸縮部の収縮速度を移動部材の移動速度以下に制御することにより、伸縮部と移動部材とは一体となって移動する。そのため、伸縮部が収縮を停止したとき、伸縮部と移動部材とが衝突することを防止できる。したがって、伸縮部の信頼性を向上することができ、衝突による騒音を低減することができる。また、伸縮部の収縮後における移動部材の再移動を防止することができる。したがって、燃料の噴射の切れが向上し、二次噴射が防止され、燃料噴射を安定化することができる。
【００１０】
本発明の請求項２記載の燃料噴射制御装置によると、制御手段は制御室へ導入される作動油の圧力に応じて伸縮部の収縮速度を変更する。移動部材には、伝達部材および油圧室の油圧を介して弁部材からの力が作用する。そのため、移動部材に作用する力は制御室の作動油の圧力によって変化する。例えば、ディーゼルエンジンのコモンレール式の燃料噴射システムの場合、制御室にはコモンレールから高圧の燃料が供給される。コモンレールから供給される燃料の圧力はエンジンの負荷状態によって変化する。そのため、コモンレールの圧力が高くなると、弁部材に作用する力も大きくなり、移動部材の移動速度も増大する。移動部材の移動速度の増大にあわせて、制御手段が伸縮部の収縮速度を増大させることにより、弁部材の高速な駆動が可能となる。また、伸縮部の収縮速度を一定にすると、例えばパイロット噴射をする場合、パイロット噴射の間隔が拡大し、パイロット噴射の自由度が制限される。そのため、制御室に導入される作動油の油圧に応じて伸縮部の収縮速度を増大することにより、燃料の噴射間隔を短縮することができる。したがって、燃料の噴射の自由度を高めることができる。
【００１１】
本発明の請求項３記載の燃料噴射制御装置によると、伸縮部の収縮速度は作動油の圧力に応じて線形に変更される。そのため、伸縮部を作動油の圧力に応じて適切な収縮速度に制御することができる。
本発明の請求項４記載の燃料噴射制御装置によると、伸縮部の収縮速度は作動油の圧力に応じて段階的に変更される。そのため、作動油の圧力に応じた伸縮部の収縮速度の制御を簡略化することができる。
【００１２】
本発明の請求項５記載の燃料噴射制御装置によると、伸縮部はピエゾ素子を有し、制御手段はピエゾ素子の放電速度を制御している。ピエゾ素子の放電速度は、例えばスイッチング素子を用いた多重スイッチング制御あるいはＬＣ共振回路を用いたインダクタンスの制御などにより容易に変更することができる。したがって、伸縮部の収縮速度を適用されるエンジンあるいはエンジンの運転状態に合わせて容易に制御することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による燃料噴射制御装置を適用したディーゼルエンジンのコモンレール式の燃料噴射システムを図２に示す。
【００１４】
図示しないディーゼルエンジンの各気筒にはそれぞれインジェクタ１が設けられており、インジェクタ１には供給ライン２を経由してコモンレール３から高圧の燃料が供給される。そのため、インジェクタ１から各気筒の燃焼室内へはコモンレール３の内部の燃料の圧力に等しい圧力の燃料が噴射される。コモンレール３には燃料タンク４の燃料が高圧ポンプ５により加圧給送される。給送された燃料は、コモンレール３の内部に蓄圧状態で蓄えられる。コモンレール３に蓄えられている燃料の一部は、インジェクタ１の作動油としても用いられる。コモンレール３からインジェクタ１へ供給された作動油として用いられる燃料は、低圧の還流路６を経由して燃料タンク４に還流される。
【００１５】
コモンレール３には圧力センサ３ａが設けられている。コモンレール３の内部の燃料圧力は圧力センサ３ａにより検出されＥＣＵ７に出力される。ＥＣＵ７は圧力センサ３ａにより検出されたコモンレール３内部の燃料の圧力に基づいて調量弁８を制御し、コモンレール３へ給送される燃料の流量を調整する。ＥＣＵ７は他の各種センサから入力される信号に基づいて判断されるエンジンの運転状態に合わせて、コモンレール３内の燃料の圧力が適正となるように制御する。
【００１６】
図１に示すように、インジェクタ１はハウジング１０、ノズルニードル２０、付勢部３０、弁部材３１、および駆動部５０を備えている。ハウジング１０はハウジング本体１１とノズルボディ１２とを有している。ノズルボディ１２の内部にはノズルニードル２０が軸方向へ往復摺動可能に保持されている。ノズルボディ１２には単数または複数の噴孔１３が形成されている。ノズルボディ１２の内部には燃料溜まり部１４が形成されている。燃料溜まり部１４は、高圧通路１５に連通しており、コモンレール３から高圧の燃料が供給される。ノズルニードル２０は、ノズルボディ１２の噴孔１３入口側に形成されているシート部１６に着座可能なシール部２１を有している。シール部２１がシート部１６から離座することにより噴孔１３への燃料の流れが開放され、噴孔１３から燃料が噴射される。シール部２１がシート部１６へ着座することにより噴孔１３への燃料の流れが閉塞され、噴孔１３からの燃料の噴射が停止される。
【００１７】
ハウジング本体１１には、弁部材３１ならびに駆動部５０を構成する伸縮部としてのピエゾアクチュエータ５１が収容されている。ハウジング本体１１には、ピエゾ収容部１７、油圧室１８、低圧室３２、制御室３３および背圧室３４が形成されている。ピエゾ収容部１７にはピエゾアクチュエータ５１が収容されている。ピエゾアクチュエータ５１の端部は移動部材としての大径ピストン５２と当接しており、大径ピストン５２の反ピエゾアクチュエータ側の端部は油圧室１８に面している。大径ピストン５２は、ハウジング本体１１に形成されている大径シリンダ５３の内部を往復摺動可能である。油圧室１８には付勢部材としてのスプリング５４が設置されており、大径ピストン５２をピエゾアクチュエータ５１方向へ付勢している。スプリング５４が大径ピストン５２をピエゾアクチュエータ５１方向へ付勢することにより、ピエゾアクチュエータ５１には反伸長方向へプリセットが荷重が加えられている。スプリング５４としては、皿ばねあるいはコイルスプリングなどを使用可能である。
【００１８】
大径ピストン５２の変位量は、油圧室１８の燃料により拡大されて伝達部材としての小径ピストン５５に伝達される。小径ピストン５５は、ハウジング本体１１に形成されている小径シリンダ５６の内部を往復摺動可能である。小径ピストン５５の反油圧室側の端部は弁部材３１と当接している。そのため、弁部材３１は小径ピストン５５の移動にともなって制御室３３内を図１の上下方向へ移動する。弁部材３１は、球状の部材一部を平面状に切除した概ね半球形状に形成されている。弁部材３１は、球面状の部分が制御室３３の内壁に形成されている弁座部３３ａに着座可能である。弁部材３１の平面状の部分は、高圧通路１５と制御室３３とを連通する高圧ポート３５の制御室３３側の端部を閉塞可能である。コモンレール３から高圧通路１５へ供給された燃料は、高圧ポート３５を経由して制御室３３および背圧室３４へ導入される。制御室３３にはスプリング３３１が設置されている。スプリング３３１は、弁部材３１を弁座部３３ａへ着座する方向へ付勢している。
【００１９】
低圧室３２には低圧通路１９が連通しており、制御室３３から低圧ポート３６を経由して排出された作動油である燃料は低圧通路１９および還流路６を経由して燃料タンク４へ還流される。低圧ポート３６は高圧側の制御室３３と低圧側の低圧室３２とを連通している。弁部材３１が弁座部３３ａから離座または弁座部３３ａへ着座することにより、低圧ポート３６は開閉される。低圧室３２を形成するハウジング本体１１の壁面と小径ピストン５５との間にはスプリング５７が設置されている。スプリング５７は小径ピストン５５を弁部材３１方向へ付勢している。そのため、スプリング３３１により付勢される弁部材３１とスプリング５７により付勢される小径ピストン５５とは、互いに当接し一体となって移動する。
【００２０】
背圧室３４は、弁部材３１の反噴孔側の端部に形成されている。背圧室３４には高圧通路１５からオリフィス３４１を介してコモンレール３内の圧力と同一の燃料が導入されている。背圧室３４はオリフィス３７１を有する制御通路３７を介して制御室３３に連通している。そのため、制御室３３と背圧室３４とは内部の圧力が概ね同一となる。背圧室３４にはスプリング３８が設置されており、背圧室３４に導入された高圧の燃料とスプリング３８の付勢力とによりノズルニードル２０はシール部２１がシート部１６へ着座する方向すなわち噴孔１３を閉塞する方向へ付勢されている。制御室３３、背圧室３４、制御通路３７およびスプリング３８などからノズルニードル２０を噴孔閉塞方向へ付勢する付勢部３０が構成されている。
【００２１】
次に、燃料噴射制御装置６０について詳細に説明する。
燃料噴射制御装置６０は、ピエゾアクチュエータ５１へ供給する電力を制御する駆動回路７０と、ＥＣＵ７から出力される噴射信号に基づいて駆動回路７０の各素子を制御する制御回路６１とを有している。
【００２２】
駆動回路７０は、図３に示すように電源であるバッテリ７１に接続されている。駆動回路７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７２、充電スイッチング素子７３、放電スイッチング素子７４、気筒選択スイッチ７５および充放電コイル７６を有している。駆動回路７０にはピエゾアクチュエータ５１を構成するピエゾスタック７７が接続されている。ピエゾスタック７７は容量性の素子であるピエゾ素子が積層されて構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ７２は、バッテリ７１の電圧を所定の直流高電圧に変換する。充電スイッチング素子７３および放電スイッチング素子７４には逆方向の電流の流れを許容するダイオード７３１、７４１がそれぞれ接続されている。充電スイッチング素子７３および放電スイッチング素子７４は、例えばＭＯＳＦＥＴが用いられ、回路の電流を断続する。充電スイッチング素子７３、放電スイッチング素子７４および気筒選択スイッチ７５はそれぞれ制御回路６１に接続されており、制御回路６１からの駆動信号にしたがってオンオフされる。充放電コイル７６は、ピエゾスタック７７との間の共振により回路を流れる電流を漸増または漸減させる。駆動回路７０にはＤＣ／ＤＣコンバータ７２の出力端にバッテリ７１と並列に接続されている図示しないバッファコンデンサを有している。バッファコンデンサはピエゾスタック７７の放電時にピエゾスタック７７から放電されたエネルギーを回収する。
【００２３】
制御回路６１は、ＣＰＵ６２、メモリ６３および入出力回路６４を有している。ＣＰＵ６２はメモリ６３に格納されている所定のコンピュータプログラムにしたがって演算および処理をする。メモリ６３には、ＣＰＵ６２で実行されるコンピュータプログラム、ならびに演算に必要なデータあるいは演算後のデータが格納される。入出力回路６４では、ＥＣＵ７から出力された噴射信号の入力、ならびに駆動回路７０の充電スイッチング素子７３、放電スイッチング素子７４および気筒選択スイッチ７５を駆動するための駆動信号が出力される。
【００２４】
なお、本実施例では、ＥＣＵ７と別体に燃料噴射制御装置６０を構成する例について説明しているが、例えばＥＣＵ７に燃料噴射制御装置６０の制御回路６１を形成したり、ＥＣＵ７に制御回路６１および駆動回路７０を形成することも可能である。
【００２５】
次に、上記の構成の燃料噴射制御装置６０ならびにこれにともなうインジェクタ１の作動について説明する。
ＥＣＵ７はディーゼルエンジンの運転状態に合わせて燃料を噴射するインジェクタ１を特定し噴射信号を出力する。燃料噴射制御装置６０は、気筒選択スイッチ７５を制御することにより燃料の噴射を実行するインジェクタ１を選択する。
【００２６】
気筒選択スイッチ７５がオフされているとき、ならびに充電スイッチング素子７３がオフされているとき、ピエゾアクチュエータ５１のピエゾスタック７７には電力が供給されていない。そのため、ピエゾアクチュエータ５１は伸長していない。ピエゾアクチュエータ５１が伸長していないとき、ピエゾアクチュエータ５１に当接する大径ピストン５２は、油圧室１８に設置されているスプリング５４の付勢力により図１の上方へ移動している。そのため、小径ピストン５５を介して弁部材３１を図１の下方へ付勢する力は小さくなり、制御室３３内の燃料の圧力により弁部材３１に作用する油圧によって弁部材３１は弁座部３３ａに着座している。これにより、制御室３３の燃料の圧力はコモンレール３内の燃料の圧力と等しくなり、制御室３３に連通している背圧室３４の燃料の圧力もコモンレール３内の燃料の圧力と等しくなる。
【００２７】
このとき、燃料溜まり部１４に蓄えられている燃料によりノズルニードル２０へシール部２１がシート部１６から離座する方向すなわち噴孔開放方向へ作用する力は、背圧室３４の燃料の圧力およびスプリング３８の付勢力によりノズルニードル２０へ噴孔閉塞方向へ作用する力よりも小さい。そのため、シール部２１はシート部１６に着座し、噴孔１３からの燃料の噴射は停止されている。
【００２８】
ＥＣＵ７から燃料噴射制御装置６０へ噴射信号が入力されると、燃料噴射制御装置６０のＣＰＵ６２は噴射信号に基づいて燃料を噴射するインジェクタ１を特定し、そのインジェクタ１の気筒選択スイッチ７５をオンにする。そして、ＥＣＵ７からの噴射信号により燃料の噴射が指示されると、ＣＰＵ６２は充電スイッチング素子７３をオンにする。充電スイッチング素子７３がオンされると、バッテリ７１からピエゾスタック７７へ電力の供給が開始され、ピエゾスタック７７の充電が開始される。このとき、充電スイッチング素子７３は所定の間隔でオンオフされ、ピエゾスタック７７は多重スイッチング方式により段階的に充電される。
【００２９】
ピエゾスタック７７の充電にともない、ピエゾスタック７７が設けられているピエゾアクチュエータ５１は図４に示すように大径ピストン５２方向へ伸長する。そして、ピエゾアクチュエータ５１は大径ピストン５２を図４の下方へ駆動する。大径ピストン５２の移動により油圧室１８の燃料は加圧され、油圧室１８の油圧を介して大径ピストン５２の駆動力は小径ピストン５５へ伝達される。大径ピストン５２の移動量の増大にともなって油圧室１８の油圧は増大する。そして、油圧室１８の油圧により小径ピストン５５を弁部材３１方向へ付勢する力が弁部材３１に作用する制御室３３の油圧による力よりも大きくなると、弁部材３１は弁座部３３ａから離座する。弁部材３１が弁座部３３ａから離座すると、制御室３３の燃料は低圧ポート３６を経由して低圧室３２へ流出する。そのため、制御室３３の油圧は低下し、これにともない背圧室３４の油圧も低下する。そして、背圧室３４の燃料の圧力およびスプリング３８の付勢力によりノズルニードル２０へ噴孔閉塞方向に作用する力が、燃料溜まり部１４の燃料によりノズルニードル２０へ噴孔開放方向に作用する力よりも小さくなると、ノズルニードル２０は図４の上方へリフトし、シール部２１はシート部１６から離座する。その結果、噴孔１３から燃料の噴射が開始される。
ＣＰＵ６２は、ＥＣＵ７から出力された噴射信号に基づいて所定の期間またはピエゾスタック７７が所定の電圧となるまで充電スイッチング素子７３のオンオフを繰り返す。
【００３０】
ＥＣＵ７からの噴射信号により燃料の噴射停止が指示されると、ＣＰＵ６２は充電スイッチング素子７３をオフにするとともに、放電スイッチング素子７４をオンにする。放電スイッチング素子７４がオンにされると、ピエゾスタック７７に充電された電気的なエネルギーは図示しないコンデンサへ回収される。これにより、ピエゾスタック７７の放電が開始される。このとき、放電スイッチング素子７４は所定の間隔でオンオフされ、ピエゾスタック７７は多重スイッチング方式により段階的に収縮する。
【００３１】
ピエゾスタック７７の放電にともない、ピエゾスタック７７が設けられているピエゾアクチュエータ５１は図１に示すように反大径ピストン方向へ収縮する。そのため、大径ピストン５２はスプリング５４の付勢力によりピエゾアクチュエータ５１方向へ移動する。このとき、ＣＰＵ６２は、メモリ６３に格納されている所定のコンピュータプログラムにしたがって、ピエゾアクチュエータ５１の収縮速度が大径ピストン５２の移動速度以下となるように制御する。ピエゾアクチュエータ５１の収縮速度とは、単位時間あたりにピエゾアクチュエータ５１が図１の上方へ収縮する距離をいい、大径ピストン５２の移動速度とは、単位時間あたりに大径ピストン５２が大径シリンダ５３内をピエゾアクチュエータ５１方向へ移動する距離をいう。
【００３２】
図５に示すように、大径ピストン５２の移動速度は制御室３３の油圧すなわちコモンレール３内の圧力に応じて大きくなる。これは、制御室３３内の圧力が上昇するにしたがって、弁部材３１に作用する力が増大し、弁部材３１、小径ピストン５５および油圧室１８の油圧を介して大径ピストン５２をピエゾアクチュエータ５１方向へ付勢する力が増大するためである。本実施例のように、ピエゾアクチュエータ５１の収縮速度を大径ピストン５２の移動速度以下にすることにより、ピエゾアクチュエータ５１と大径ピストン５２とは確実に一体となった状態で図１の上方へ移動する。すなわち、ピエゾアクチュエータ５１と大径ピストン５２との間に移動速度の差による隙間が形成されることがない。
【００３３】
これに対し、従来のようにピエゾアクチュエータ５１の収縮速度を制御しない場合、コモンレール３内の圧力が低いとき、ピエゾアクチュエータ５１の収縮速度は大径ピストン５２の移動速度を上回ることがある。そのため、ピエゾアクチュエータ５１が収縮するとき、ピエゾアクチュエータ５１と大径ピストン５２との間には隙間が形成される。その結果、ピエゾアクチュエータ５１が収縮を停止したとき、移動を継続している大径ピストン５２はピエゾアクチュエータ５１に衝突する。
【００３４】
一方、油圧室１８に設置されているスプリング５４のプリセット荷重を増大することにより、大径ピストン５２の付勢力を増大し、大径ピストン５２の移動速度を向上することが考えられる。しかし、スプリング５４のプリセット荷重を増大するためにはスプリング５４の大型化が必要となる。スプリング５４が設置される油圧室１８をはじめインジェクタ１の各部の大きさには制限があり、大型化を招くスプリング５４の荷重の増大は好ましくない。
【００３５】
したがって、本実施例では上述のようにピエゾアクチュエータ５１の収縮速度を大径ピストン５２の移動速度以下とすることにより、ピエゾアクチュエータ５１と大径ピストン５２との衝突を防止している。本実施例では、ピエゾアクチュエータ５１に設けられているピエゾスタック７７の放電速度を制御することによりピエゾアクチュエータ５１の収縮速度を制御している。放電速度とは、ピエゾ素子により構成されるピエゾスタック７７から単位時間あたりに放電される電気的なエネルギーを意味する。図３に示すような放電スイッチング素子７４を用いた多重スイッチング方式の場合、ピエゾスタック７７が放電されるとき、図６に示すようにピエゾスタック７７の電圧は段階的に低下し、電流は概略正弦波状に変化しながら低減する。駆動回路７０では、充放電コイル７６とピエゾスタック７７からＬＣ共振回路が形成される。そのため、充放電コイル７６のインダクタンスを調整することにより、電流の傾きすなわち放電電圧の下降速度を調整、あるいは回路を流れる電流の最小値を調整をすることができる。また、放電スイッチング素子７４のオン期間を調整することにより、ピエゾスタック７７の放電速度を変更することができる。すなわち、駆動回路７０の充放電コイル７６のインダクタンスを調整、または放電スイッチング素子７４のオンオフ周期を調整することにより、ピエゾスタック７７の放電速度を適正に制御することができる。
【００３６】
以上のような作動により、ピエゾアクチュエータ５１が収縮すると、油圧室１８の油圧が低下し小径ピストン５５を弁部材３１方向へ付勢する力が低下する。そのため、制御室３３の油圧により弁部材３１は弁座部３３ａに着座し、制御室３３から低圧室３２への燃料の流出は停止される。これにより、制御室３３の油圧は再び上昇し、これにともない背圧室３４の油圧も上昇する。そして、背圧室３４の燃料の圧力およびスプリング３８の付勢力によりノズルニードル２０へ噴孔閉塞方向に作用する力が、燃料溜まり部１４の燃料によりノズルニードル２０へ噴孔開放方向に作用する力よりも大きくなると、ノズルニードル２０は図１の下方へ移動し、シール部２１はシート部１６へ着座する。その結果、噴孔１３から燃料の噴射が停止される。
ＥＣＵ７からの噴射信号にしたがって、ピエゾスタック７７を充電または放電することによりピエゾアクチュエータ５１は伸長または縮小を繰り返す。これにより、噴孔１３からの燃料の噴射が断続される。
【００３７】
以上、説明したように、本発明の第１実施例による燃料噴射制御装置６０は、ピエゾスタック７７の放電速度を調整することにより、ピエゾアクチュエータ５１の収縮速度を大径ピストン５２の移動速度以下に制御している。そのため、ピエゾアクチュエータ５１が収縮を停止したとき、ピエゾアクチュエータ５１と大径ピストン５２とが衝突することを防止できる。これにより、大径ピストン５２の再移動による燃料の切れの悪化ならびに燃料の二次噴射を防止することができる。したがって、騒音を低減でき、燃料噴射を安定化することができる。また、ピエゾアクチュエータ５１と大径ピストン５２との衝突を防止することにより、ピエゾアクチュエータ５１の信頼性を向上することができる。
【００３８】
また、第１実施例では、ピエゾアクチュエータ５１を使用しているので、充放電コイル７６のインダクタンスの変更あるいは放電スイッチング素子７４のオン期間を変更することにより、ピエゾスタック７７の放電速度を容易に変更することができる。したがって、駆動回路７０の構成を簡単にすることでき、ピエゾスタック７７の放電速度の変更が容易である。
【００３９】
（第２実施例）
本発明の第２実施例による燃料噴射制御装置について説明する。燃料噴射制御装置の構成は第１実施例と同一であるので説明を省略する。
第２実施例の場合、燃料噴射制御装置６０は、図７に示すようにコモンレール３内の燃料の圧力に応じてピエゾアクチュエータ５１の収縮速度が増大するようにピエゾスタック７７の放電速度を変更する。すなわち、コモンレール３内の圧力が上昇するにしたがって、ピエゾスタック７７の放電速度を高めている。
【００４０】
ピエゾアクチュエータ５１を利用したインジェクタ１の場合、ピエゾアクチュエータ５１の高速応答性を活用し多段噴射の実施が可能となる。多段噴射とは、主たる燃料であるメイン噴射以前に少量の燃料を噴射するパイロット噴射あるいはプレ噴射を実施するものである。しかし、第１実施例で説明したように、ピエゾスタック７７の放電速度を、ピエゾアクチュエータ５１の収縮速度が大径ピストン５２の移動速度以下となるように制御すると、図８に示すようにパイロット噴射とメイン噴射との間隔をピエゾスタック７７の放電速度以下に短縮することができない。すなわち、パイロット噴射後のピエゾスタック７７の放電からメイン噴射によるピエゾスタック７７の充電までの時間的な間隔が拡大する。
【００４１】
これに対し、上述のように、大径ピストン５２は制御室３３の燃料の圧力を受けてピエゾアクチュエータ５１方向へ移動するため、制御室３３内の圧力すなわちコモンレール３の圧力が上昇するにしたがって大径ピストン５２の移動速度は大きくなる。そのため、例えば高負荷時のようにコモンレール３の圧力が高い場合、ピエゾスタック７７の放電速度を高め、ピエゾアクチュエータ５１の収縮速度を高めた場合でも、ピエゾスタック７７が収縮を停止したときに大径ピストン５２がピエゾアクチュエータ５１へ衝突することはない。
そこで、図７に示すようにコモンレール３内の圧力に応じてピエゾスタック７７の放電速度を高めることにより、大径ピストン５２の移動速度が大きな高圧時、ピエゾアクチュエータ５１の収縮速度を高めている。
【００４２】
第２実施例では、燃料噴射制御装置６０は、大径ピストン５２の移動速度すなわちコモンレール３内の圧力に応じてピエゾスタック７７の放電速度を高めている。そのため、コモンレール３内の圧力が高い高負荷時、例えばパイロット噴射とメイン噴射との間隔のように燃料の噴射間隔を短縮することができる。また、燃料噴射制御装置６０は、ピエゾスタック７７の放電速度をコモンレール３内の圧力に応じて変化させ、大径ピストン５２の移動速度を線形に変化させている。そのため、コモンレール３内の圧力に応じてピエゾスタック７７の放電速度を最適に制御することができる。
【００４３】
（第３実施例）
本発明の第３実施例による燃料噴射制御装置について説明する。燃料噴射制御装置の構成は第１実施例と同一であるので説明を省略する。
第３実施例の場合、燃料噴射制御装置６０は、図９に示すようにコモンレール３内の燃料の圧力に応じてピエゾアクチュエータ５１の収縮速度が変更されるようにピエゾスタック７７の放電速度を変更する。すなわち、コモンレール３の圧力が所定の圧力以上になると、ピエゾスタック７７の放電速度を段階的に高めている。
【００４４】
第２実施例のようにコモンレール３内の圧力に応じてピエゾスタック７７の放電速度を線形に変化させることにより、コモンレール３内の圧力とピエゾスタック７７の放電速度との関係を最適にすることができる。しかし、第２実施例の場合、コモンレール３内の圧力に応じたピエゾスタック７７の放電速度のデータを複数必要としたり、適切な放電速度の演算を必要とする。そのため、データ記憶容量の大きなメモリ６３あるいは処理能力の高いＣＰＵ６２を必要とし、コストの上昇を招く。また、コモンレール３内の圧力に応じて放電スイッチング素子７４のオンオフ間隔を調整する必要があり、制御が複雑化する。
【００４５】
第３実施例の場合、燃料噴射制御装置６０は、コモンレール３内の圧力が所定圧力以上となると、ピエゾスタック７７の放電速度を高めている。これにより、制御回路６１による駆動回路７０の制御を簡易にすることができる。
また、第３実施例では、ピエゾアクチュエータ５１の収縮速度がコモンレール３内の圧力に応じて２段階に変化する例について説明したが、ピエゾアクチュエータ５１の収縮速度を３段階以上に変化させてもよい。
【００４６】
以上説明した本発明の複数の実施例では、ピエゾスタックの駆動回路としてスイッチング素子を用いた多段スイッチング制御方式を適用した例について説明した。しかし、本発明は駆動回路としてＬＣ共振回路方式を用いてもよく、多段スイッチング方式に限定するものではない。ＬＣ共振回路方式を用いる場合、インダクタのインダクタンスを変更することにより、ピエゾスタックの放電速度を変更することができる。
【００４７】
また、本発明の複数の実施例では、伸縮部としてピエゾスタックを適用する例について説明したが、伸縮部として供給される電力によって変位する磁歪素子あるいは電歪素子を適用することも可能である。磁歪素子あるいは電歪素子を適用する場合、電荷の蓄積によって変位するピエゾ素子などと異なり、磁歪素子あるいは電歪素子に印加される電圧などにより変位する。そのため、駆動回路のインダクタのインダクタンスを変更することにより、磁歪素子あるいは電歪素子の伸縮速度を変更することができる。
【００４８】
さらに、本発明の複数の実施例では、燃料噴射制御装置をディーゼルエンジンのコモンレール式の燃料噴射システムに適用した例について説明した。しかし、本発明はガソリンエンジンなど他の内燃機関にも適用することができ、コモンレール式の燃料噴射システムに限らず他の燃料噴射システムにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射制御装置を適用したインジェクタを示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による燃料噴射制御装置を適用したインジェクタを用いたディーゼルエンジンの燃料噴射制御システムを示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施例による燃料噴射制御装置の制御回路および駆動回路を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施例による燃料噴射制御装置を適用したインジェクタを示す模式的な断面図である。
【図５】コモンレールの圧力と、大径ピストンの移動速度ならびに本発明の第１実施例による燃料噴射制御装置により制御されるピエゾアクチュエータの収縮速度との関係を示す模式図である。
【図６】ピエゾスタックの電圧と放電電流との関係を示す模式図である。
【図７】コモンレールの圧力と、大径ピストンの移動速度ならびに本発明の第２実施例による燃料噴射制御装置により制御されるピエゾアクチュエータの収縮速度との関係を示す模式図である。
【図８】時間とピエゾスタックに充電されたエネルギーとの関係を示す模式図であって、ピエゾスタックの放電速度による噴射間隔の変化を示す図である。
【図９】コモンレールの圧力と、大径ピストンの移動速度ならびに本発明の第３実施例による燃料噴射制御装置により制御されるピエゾアクチュエータの収縮速度との関係を示す模式図である。
【図１０】従来のインジェクタの構造を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１    インジェクタ
３    コモンレール
１０    ハウジング
１１    ハウジング本体
１２    ノズルボディ
１３    噴孔
１８    油圧室
２０    ノズルニードル
３０    付勢部
３１    弁部材
３２    低圧室
３３    制御室（付勢部）
３４    背圧室（付勢部）
３６    低圧ポート
３７    制御通路（付勢部）
３８    スプリング（付勢部）
５０    駆動部
５１    ピエゾアクチュエータ（伸縮部）
５２    大径ピストン（移動部材）
５４    スプリング（付勢部材）
５５    小径ピストン（伝達部材）
６０    燃料噴射制御装置
６１    制御回路
７０    駆動回路
７７    ピエゾスタック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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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