JP2004076646A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ピエゾインジェクタのピエゾスタックへの充電量を増減するエネルギー可変制御中に、噴射期間または噴射開始時期を補正することにより、エンジンのエミッション性能やドライバビリティ性能等の低下を防止する。
【解決手段】コモンレール圧力（Ｐｃ）に応じてピエゾインジェクタのピエゾスタックへの充電量（充電電圧の上限値または充電速度）を増減するエネルギー可変制御実施時に、ピエゾインジェクタのピエゾスタックへの目標エネルギーの増減に応じて噴射終了時期またはノズル部の閉弁時期が変化しないように、ピエゾスタックへの目標エネルギーが増大する程、噴射期間が短くなる。また、ピエゾインジェクタのピエゾスタックへの目標エネルギーの増減に応じて実際の噴射開始時期またはノズル部の開弁時期が変化しないように、ピエゾスタックへの目標エネルギーが増大する程、噴射開始時期が遅角することになる。
【選択図】　　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の気筒内への噴射量、噴射時期を制御する燃料噴射制御装置に関するもので、特にピエゾインジェクタのピエゾ素子への充電量を増減するエネルギー可変制御を実施することが可能な燃料噴射制御装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
コモンレール式燃料噴射装置は、ディーゼルエンジンに用いられるもので、各気筒共通のコモンレールを高圧供給ポンプからの高圧燃料の圧送で高圧に蓄圧し、コモンレールから各気筒のインジェクタに高圧燃料を供給し、インジェクタはＥＣＵによる制御のもので燃料噴射を行なう。インジェクタは、供給された上記の高圧燃料を噴孔から噴射するノズル部を有し、噴孔の開度はノズル部内に挿入されたノズルニードルにより行なう。
【０００３】
インジェクタに供給される高圧燃料は、例えばノズルニードルの後端面に面して背圧室を有し、背圧室には絞りを介して上記の高圧燃料が導入されてノズルニードルの背圧を発生し、背圧の増減でノズルニードルが開閉作動する。背圧の増減は、背圧増減手段により行なわれる。背圧増減手段は、背圧室と低圧通路の間に介設された弁室を有し、その中に収容された弁体の作動で背圧室の圧力を低圧通路にリリーフする。弁体の駆動には、近年、圧電セラミック等の圧電効果を応用したピエゾアクチュエータが用いられている。
【０００４】
従来より、ピエゾアクチュエータ等を使用したピエゾインジェクタを備えたコモンレール式燃料噴射装置において、ピエゾスタックへの充電量を必要最小限に抑えるため、コモンレール圧力に応じてピエゾスタックへの充電電圧の上限電圧を可変にすることで、ピエゾスタックへの充電量を例えば大小２段階に増減する方法（例えば特開２００１−２４１３５０公報）が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のコモンレール式燃料噴射装置においては、ピエゾスタックへの充電エネルギーを最小限に抑え、発熱低減を狙ったものであるが、図８に示したように、ピエゾスタックへの充電エネルギーを増減したことに伴って、ピエゾスタックへの充電量、つまりピエゾスタックへの充電電圧の上限電圧が変わり、放電波形が時間的に変化する。ここで、ピエゾインジェクタの噴射終了時期は、ピエゾスタックが任意量収縮した時点で決まるため、放電時間の変化により、噴射期間が変わる。これにより、エンジンの各気筒の燃焼室内へ燃料噴射される実際の噴射量と指令噴射量とが大きくずれるという不具合があった。
【０００６】
また、ピエゾスタックへの充電量を例えば大小２段階に増減する他の方法として、図９に示したように、ピエゾスタックへの充電電圧の充電速度を可変する方法がある。この際には、ピエゾスタックへの充電電圧の充電速度を増減したことに伴って、ピエゾスタックへの充電量が変わり、放電波形が時間的に変化することに加えて、充電波形も時間的に変化する。これにより、ピエゾインジェクタの噴射開始時期も変わることから、エンジンの各気筒の燃焼室内へ燃料噴射される実際の噴射量と指令噴射量とが大きくずれるという不具合だけでなく、エンジンのエミッション性能やドライバビリティ性能等が損なわれるという不具合があった。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、ピエゾインジェクタのピエゾ素子への充電量を増減するエネルギー可変制御中に、ピエゾ素子への充電電圧の上限値または充電速度に応じて、噴射期間または噴射開始時期を補正することにより、実際の噴射量と指令噴射量とのずれを小さくし、エンジンのエミッション性能やドライバビリティ性能等の低下を防止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に記載の発明によれば、燃料圧力検出手段によって検出された燃料圧力に応じて、ピエゾインジェクタのピエゾ素子への充電電圧の上限値を変更する。そして、少なくともエンジンの運転状態または運転条件に応じて設定される指令噴射量、および充電量可変手段によって変更されたピエゾ素子への充電電圧の上限値に基づいて、指令噴射期間を算出することにより、ピエゾインジェクタのピエゾ素子への充電量を増減するエネルギー可変制御を実施しても、指令噴射期間の終了時点からピエゾ素子が任意量収縮する時点までのピエゾ素子の放電時間の変化が小さくなる。すなわち、ピエゾ素子への充電電圧の上限値が燃料圧力に応じて変更されても、ピエゾ素子が任意量収縮する時期、ノズル部の閉弁時期、ピエゾインジェクタの噴射終了時期の変化を抑えることができる。これにより、エンジンへ燃料噴射される実際の噴射量と指令噴射量とのずれが小さくなる。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、ピエゾインジェクタのピエゾ素子への充電電圧の上限値の変更に応じて実際の噴射量または噴射終了時期またはノズル部の閉弁時期が変化しないように、充電量可変手段によって変更されたピエゾ素子への充電電圧の上限値が大きい程、指令噴射期間を短くすることにより、請求項１に記載の発明の効果を更に向上できる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、ピエゾインジェクタのピエゾ素子への充電電圧の上限値を変更するとは、ピエゾ素子に供給する目標エネルギーを燃料圧力検出手段によって検出された燃料圧力に応じて変更して、燃料圧力検出手段によって検出された燃料圧力に応じてピエゾ素子への充電量を増減することであることを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、燃料圧力検出手段によって検出された燃料圧力に応じて、ピエゾインジェクタのピエゾ素子への充電速度および充電電圧の上限値を変更する。そして、少なくともエンジンの運転状態または運転条件に応じて設定される指令噴射量、および充電量可変手段によって変更されたピエゾ素子への充電速度または充電電圧の上限値に基づいて、指令噴射期間を算出する。そして、少なくともエンジンの運転状態または運転条件、および充電量可変手段によって変更されたピエゾ素子への充電速度または充電電圧の上限値に基づいて、指令噴射時期を算出することにより、ピエゾインジェクタのピエゾ素子への充電量を増減するエネルギー可変制御を実施しても、指令噴射時期の開始時点からピエゾ素子が任意量伸長する時点までのピエゾ素子の充電時間の変化が小さくなると共に、指令噴射期間の終了時点からピエゾ素子が任意量収縮する時点までのピエゾ素子の放電時間の変化が小さくなる。すなわち、ピエゾ素子への充電速度および充電電圧の上限値が燃料圧力に応じて変更されても、ノズル部の開弁時期、ピエゾインジェクタの噴射開始時期の変化を抑えることができると共に、ピエゾ素子が任意量収縮する時期、ノズル部の閉弁時期、ピエゾインジェクタの噴射終了時期の変化を抑えることができる。これにより、エンジンのエミッション性能やドライバビリティ性能等の低下を防止することができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明によれば、ピエゾインジェクタのピエゾ素子への充電電圧の上限値の変更に応じて実際の噴射量または噴射終了時期またはノズル部の閉弁時期が変化しないように、充電量可変手段によって変更されたピエゾ素子への充電速度または充電電圧の上限値が大きい程、指令噴射期間を短くすることにより、請求項４に記載の発明の効果を更に向上できる。
【００１３】
請求項６に記載の発明によれば、ピエゾインジェクタのピエゾ素子への充電電圧の上限値の変更に応じて実際の噴射開始時期またはノズル部の開弁時期が変化しないように、前記充電量可変手段によって変更されたピエゾ素子への充電速度または充電電圧の上限値が大きい程、指令噴射時期を遅角させることにより、請求項４に記載の発明の効果を更に向上できる。
【００１４】
請求項７に記載の発明によれば、ピエゾインジェクタのピエゾ素子への充電電圧の上限値を変更するとは、ピエゾ素子に供給する目標エネルギーを燃料圧力検出手段によって検出された燃料圧力に応じて変更して、燃料圧力検出手段によって検出された燃料圧力に応じてピエゾ素子への充電量を増減することであることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態の構成］
図１ないし図４は本発明の第１実施形態を示したもので、図１はピエゾインジェクタの全体構造を示した図で、図２（ａ）はコモンレール式燃料噴射装置の全体構成を示した図である。
【００１６】
本実施形態のピエゾ素子（以下ピエゾスタックと呼ぶ）１は、多気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下エンジンと呼ぶ）の各気筒に取り付けられるピエゾインジェクタ２の棒状体３内に収容保持されて、燃料の噴射と停止とを切り替えるピエゾアクチュエータとして機能するものであり、複数の板状ピエゾが電極を介して図示上下方向に多数積層された積層構造を有する。このピエゾスタック１は、充電に対応して伸長し、放電に対応して収縮する。
【００１７】
ここで、ピエゾスタック１が搭載されるピエゾインジェクタ２は、例えばコモンレール式燃料噴射装置に適用される。このコモンレール式燃料噴射装置は、エンジンの各気筒毎に搭載された複数のピエゾインジェクタ２と、燃料タンク４から吸入した燃料を加圧して圧送するサプライポンプ５と、このサプライポンプ５より吐出された高圧燃料を蓄圧するコモンレール６と、サプライポンプ５および複数のピエゾインジェクタ２のピエゾスタック１を電子制御するエンジン制御装置（エンジン制御ユニット：以下ＥＣＵと呼ぶ）１０とを備えている。
【００１８】
サプライポンプ５は、フィードポンプ（低圧供給ポンプ：図示せず）により燃料タンク４から吸い上げた燃料を加圧して吐出口からコモンレール６内へ高圧燃料を吐出する高圧供給ポンプである。この燃料タンク４からサプライポンプ５の加圧室までの燃料流路には、その燃料流路の開度を調節するための吸入調量弁７が取り付けられている。その吸入調量弁７は、ＥＣＵ１０からのポンプ駆動信号によって電子制御されることにより、サプライポンプ５の加圧室内に吸入される燃料の吸入量を調整するもので、各気筒のピエゾインジェクタ２からエンジンの各気筒内へ噴射供給する燃料の噴射圧力（コモンレール圧力）を変更する。
【００１９】
コモンレール６には、連続的に燃料の噴射圧力に相当する高圧燃料が蓄圧される必要があり、そのためにコモンレール６は、燃料供給ライン７１を介してサプライポンプ５の吐出口と接続されている。また、コモンレール６は、燃料供給ライン７２を介して各気筒のピエゾインジェクタ２の配管継手部と接続されている。そして、コモンレール６からピエゾインジェクタ２へ供給された燃料は、エンジンの各気筒への燃料噴射用の他に、ピエゾインジェクタ２の制御油圧用としても用いられ、ピエゾインジェクタ２から低圧のドレーンライン７３を経て燃料タンク４へ還流するように構成されている。
【００２０】
次に、本実施形態のピエゾインジェクタ２の詳細な構造を図１および図２に基づいて説明する。ここで、図２（ｂ）はピエゾインジェクタの主要部を示した図である。複数のピエゾインジェクタ２は、インジェクタ駆動回路（以下ＥＤＵと呼ぶ）９を介してＥＣＵ１０からの制御信号によって電子制御されることにより、必要な時期に必要な時間だけピエゾインジェクタ２の噴孔から各気筒内にコモンレール６内の燃料圧力（以下コモンレール圧力と呼ぶ）に等しい噴射圧力で燃料を噴射するように構成されている。
【００２１】
ピエゾインジェクタ２は、ハウジング（ノズルボディやノズルホルダ等）を構成する棒状体３を有し、図示下端側がエンジンの各気筒の燃焼室壁を貫通し、先端部が燃焼室内に突出するものである。そして、ピエゾインジェクタ２は、図示下端側から図示上端側に向かって順番に、ノズル部１１、背圧制御部１２、ピエゾアクチュエータ（ピエゾ駆動部）１３が設けられている。
【００２２】
ノズル部１１は、棒状体３の図示下端側に設けられるノズルボディと、図示上端側の大径部１５がノズルボディ内に摺動自在に支持されるノズルニードル１４とから構成される。そして、ノズルボディの図示下端部には、サック部２１を形成するサック部形成壁を貫通するように、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する噴孔２２が形成されている。そして、ノズルニードル１４の小径部１６の外周には、環状の油溜まり２３が形成されている。その油溜まり２３は、常に高圧通路２４と連通しており、コモンレール６から燃料供給ライン７２を経て高圧燃料が常時供給されている。
【００２３】
ノズルニードル１４は、先端側の円錐部１７がノズルボディの環状シート部に着座すると、油溜まり２３とサック部２１との連通を遮断するため、噴孔２２からの燃料噴射を禁止する。また、ノズルニードル１４は、先端側の円錐部１７が環状シート部から離座すると、油溜まり２３とサック部２１とが連通するため、噴孔２２から燃料を噴射する。そして、コモンレール６から燃料供給ライン７２、高圧通路２４を経て油溜まり２３内に供給される高圧燃料は、ノズルニードル１４の大径部１５と小径部１６との間の段差面および円錐部１７の円錐面に上向き作用して、ノズルニードル１４を開弁方向にリフトするように作用している。
【００２４】
ノズルニードル１４の大径部１５の図示上側の背圧室２５には、高圧通路２４からインオリフィス２６を介して高圧燃料が導入されている。コモンレール６から燃料供給ライン７２、高圧通路２４、インオリフィス２６を経て背圧室２５に供給される高圧燃料は、ノズルニードル１４の大径部１５の図示上端面に下向きに作用して、背圧室２５内に収納されたスプリング２９と共に、ノズルニードル１４を閉弁方向に押し付けるように作用している。ここで、スプリング２９は、ノズルニードル１４を閉弁方向に付勢するニードル付勢手段である。
【００２５】
背圧室２５は、アウトオリフィス２７を介して、背圧制御部１２の弁室３０と常時連通している。弁室３０の天井面は、図２（ｂ）に示したように、円錐状に形成されており、天井面の最上部に開口する細穴３１、および後述するピストンの外周に形成された環状空間３２を介して低圧通路３３と繋がっている。この低圧通路３３は、上記のドレーンライン７３に通じている。また、弁室３０の底面には、細穴３１に対向する位置に高圧通路２４と連通する高圧制御通路３４が開口している。
【００２６】
さらに、弁室３０内には、図示下端面が水平にカットされたボール弁３５が配設されている。このボール弁３５は、図示上下方向に移動可能な弁体であり、下降時には、カット面が弁室３０の底面（高圧側弁座：以下高圧側シートと呼ぶ）３０ａに着座して弁室３０と高圧制御通路３４との連通を遮断し、上昇時には、弁室３０の天井面（低圧側弁座：以下低圧側シートと呼ぶ）３０ｂに着座して弁室３０と環状空間３２との連通を遮断する。
【００２７】
このように、ボール弁３５が下降して弁室３０と高圧制御通路３４との連通が閉じられると、背圧室２５が弁室３０、環状空間３２を介して低圧通路３３を介してドレーンライン７３に連通し、結果的に背圧室２５の圧力が下がり、ノズルニードル１４が離座する。
逆に、ボール弁３５が上昇して弁室３０と環状空間３２との連通が閉じられると、背圧室２５と環状空間３２との連通が遮断されて、インオリフィス２６を介して背圧室２５が高圧通路２４のみと連通し、ノズルニードル１４の背圧が高まり、ノズルニードル１４が着座する。
【００２８】
ピエゾアクチュエータ１３は、ピエゾスタック１の伸長によってボール弁３５を押し下げるものであり、環状空間３２の図示上方に形成された縦穴４１内に摺動自在に保持されたピストン４２、およびピストン４２の図示上側に多数積層されたピエゾスタック１が配置されている。
ピストン４２の大径部は、その小径部の外周側に配置された皿ばね４３によってピエゾスタック１に押し付けられており、積層されたピエゾスタック１の伸縮量と同じだけ図示上下方向に変位する。
ピエゾスタック１が放電状態で縮小している時は、ピストン４２の図示下部に一体形成されたプレッシャピン部とボール弁３５との間は非押圧状態で当接または僅かなギャップが形成されている。
【００２９】
噴射開始時には、先ず、ピエゾスタック１が充電されてピエゾスタック１が伸長する。すると、ピストン４２が下降してボール弁３５が押し下げられ、背圧室２５の背圧が低下する。これにより、ノズルニードル１４が離座して燃料の噴射が開始される。
また、噴射停止時には、先ず、ピエゾスタック１が放電されてピエゾスタック１が収縮する。すると、ピストン４２が上昇してボール弁３５の押し下げを解除する。ボール弁３５には、図２（ｂ）に示したように、高圧制御通路３４から高圧燃料が作用（Ｆ）しているため、ボール弁３５が上昇して、弁室３０と環状空間３２との連通を遮断する。すると、背圧室２５の背圧が上昇し、ノズルニードル１４が着座して燃料の噴射が停止する。
【００３０】
ボール弁３５は、低圧側シート３０ｂの面積分に相当するボール弁３５の受圧面だけ弁室３０内の高圧燃料が図示上方に付勢することにより、低圧側シート３０ｂに着座している。一方、ＥＤＵ９からの充電でピエゾスタック１が伸長すると、ピエゾスタック１はピストン４２を押し下げボール弁３５を高圧側シート３０ａに着座させる。
【００３１】
ＥＣＵ１０には、図３に示したように、制御処理、演算処理を行なうＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存するＲＯＭ、ＲＡＭ、入力回路、出力回路、電源回路およびポンプ駆動回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。そして、各種センサからのセンサ信号は、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後にマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
【００３２】
ＥＣＵ１０は、クランク角度センサ６１からの回転角度信号を入力するように構成されている。このクランク角度センサ６１は、シグナルロータが１回転（クランク軸が１回転）する間に複数のＮＥ信号パルスを出力する。そして、ＥＣＵ１０は、ＮＥ信号パルスの間隔時間を計測することによってエンジン回転速度（ＮＥ）を検出する。また、ＥＣＵ１０は、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度：ＡＣＣＰ）を測定するアクセル開度センサ６２、エンジン冷却水温（ＴＨＷ）を検出する冷却水温センサ６３、燃料タンク４からサプライポンプ５の加圧室までの燃料流路内に流入する燃料温度（ＴＨＦ）を検出する燃料温度センサ６４、およびコモンレール６内の燃料圧力（コモンレール圧力：Ｐｃ）を検出するコモンレール圧力センサ（燃料圧力センサ、燃料圧力検出手段）６５等からセンサ信号を入力するように構成されている。
【００３３】
また、ＥＣＵ１０は、エンジンの運転状態または運転条件に基づいて指令噴射量（ＱＦＩＮ）、指令噴射時期（ＴＦＩＮ）や指令噴射期間（Ｔｑ）を算出し、ＥＤＵ９に噴射指令パルスを印加するように構成されている。具体的には、エンジン回転速度（ＮＥ）とアクセル開度（ＡＣＣＰ）と予め実験等により測定して作成した特性マップとによって最適な基本噴射量（Ｑ）を算出する基本噴射量決定手段と、この基本噴射量（Ｑ）にエンジン冷却水温（ＴＨＷ）や燃料温度（ＴＨＦ）等を考慮した噴射量補正量を加味して指令噴射量（ＱＦＩＮ）を算出する指令噴射量決定手段と、エンジン回転速度（ＮＥ）と指令噴射量（ＱＦＩＮ）とに応じて基本噴射時期（Ｔｓ）を算出する噴射時期決定手段と、指令噴射量（ＱＦＩＮ）とコモンレール圧力（Ｐｃ）と予め実験等により測定して作成した特性マップとによって基本噴射期間（噴射量指令値：Ｔｑ）を算出する噴射期間決定手段と、ＥＤＵ９にパルス状のインジェクタ駆動電流（噴射量指令値、噴射指令パルス）を印加してピエゾインジェクタ２のピエゾスタック１を駆動するインジェクタ駆動手段とから構成されている。なお、基本噴射時期（Ｔｓ）を補正後噴射開始時期（指令噴射時期：ＴＦＩＮ）に補正する噴射時期補正手段、および基本噴射期間（Ｔｑ）を補正後噴射期間（指令噴射期間：ＴＱＦＩＮ）に補正する噴射期間補正手段を備えても良い。なお、噴射量指令値とは、噴射指令パルス長さまたは噴射指令パルス幅または噴射指令パルス時間である。
【００３４】
また、ＥＣＵ１０は、各気筒のピエゾインジェクタ２からエンジンへ噴射供給する燃料の噴射圧力（コモンレール圧力）を検出するコモンレール圧力センサ６５をコモンレール６に取り付けて、そのコモンレール圧力センサ６５によって検出されるコモンレール圧力（Ｐｃ）がエンジンの運転状態または運転条件によって決定される目標コモンレール圧力（ＰＦＩＮ）と略一致するように吸入調量弁７をフィードバック制御するように構成されている。
【００３５】
ＥＤＵ９は、ピエゾインジェクタ２に搭載されたピエゾスタック駆動用の公知の構成のもので、ＤＣ−ＤＣ回路、ピエゾスタック１への充放電電流を制限するインダクタ、ピエゾスタック１における電荷の移動を制御するスイッチ回路等からなり、ピエゾスタック１の充放電および充電量の設定は、ＥＣＵ１０によりスイッチ回路の制御を行なうことで可能とされている。ここで、ＥＣＵ１０は、コモンレール圧力センサ６５によって検出されたコモンレール圧力（Ｐｃ）を取り込み、このコモンレール圧力（Ｐｃ）に応じてピエゾスタック１への充電量を増減する充電エネルギー可変制御（以下エネルギー可変制御と略す）を実施するように構成されている。
本実施形態では、ピエゾインジェクタ２のピエゾスタック１への充電量を増減する方法として、ピエゾスタック１への充電エネルギー（ピエゾスタック１の両電極間の上限電圧、ピエゾスタック１への充電電圧の上限値、充電エネルギーレベル：以下目標エネルギーと呼ぶ）をコモンレール圧力（Ｐｃ）に応じて増減することで、ピエゾスタック１への目標エネルギーを必要最小限に抑え、発熱量の低減を図っている。
【００３６】
［第１実施形態の制御方法］
次に、本実施形態のピエゾスタック１への充電量を増減するエネルギー可変制御実施時の、ピエゾインジェクタ２の噴射期間（噴射量）、噴射時期制御方法を図１ないし図４に基づいて簡単に説明する。ここで、図４はピエゾインジェクタ２の噴射期間（噴射量）、噴射時期制御方法を示したフローチャートである。
【００３７】
イグニッションスイッチがオン（ＩＧ・ＯＮ）されると、先ず、ピエゾインジェクタ２の噴射量および噴射時期制御に必要な、例えばエンジン回転速度（ＮＥ）、アクセル開度（ＡＣＣＰ）、エンジン冷却水温（ＴＨＷ）、燃料温度（ＴＨＦ）およびコモンレール圧力（Ｐｃ）等の各種センサ信号を取り込む。次に、コモンレール圧力センサ６５によって検出されたコモンレール圧力（Ｐｃ）に基づいて、ピエゾスタック１の充電量（ピエゾスタック１の両電極間の上限電圧、ピエゾスタック１への充電電圧の上限値）、すなわち、ピエゾスタック１への目標エネルギーを例えばマップ検索により算出する（充電量可変手段：ステップＳ１）。ここで、ピエゾスタック１への目標エネルギーは、図４に示したように、コモンレール圧力（Ｐｃ）が増加する程、大きくなるように設定される。
【００３８】
次に、上記のステップＳ１で求めた目標エネルギー（例えばアナログ電圧信号）をＥＤＵ９へ指令する（ステップＳ２）。次に、上記のステップＳ１で求めた目標エネルギーと、別途求めた基本噴射期間（Ｔｑ）とに基づいて、噴射期間補正量（ΔＴｑ）を例えばマップ検索により算出する（噴射期間補正量決定手段：ステップＳ３）。なお、基本噴射期間（Ｔｑ）は、指令噴射量（ＱＦＩＮ）とコモンレール圧力（Ｐｃ）と予め実験等により測定して作成した特性マップとによって求められる指令噴射期間（Ｔｑ）に相当する。次に、上記のステップＳ３で求めた噴射期間補正量（ΔＴｑ）と基本噴射期間（Ｔｑ）とを加算して、補正後噴射期間（指令噴射期間：ＴＱＦＩＮ）を求める（噴射期間決定手段、噴射期間補正手段：ステップＳ４）。
【００３９】
次に、上記のステップＳ１で求めた目標エネルギーに基づいて、噴射開始時期補正量（ΔＴｓ）を算出する（噴射時期補正量決定手段：ステップＳ５）。次に、上記のステップＳ５で求めた噴射開始時期補正量（ΔＴｓ）と別途求めた基本噴射時期（Ｔｓ）とを加算して、補正後噴射開始時期（指令噴射時期：ＴＦＩＮ）を求める（噴射時期決定手段、噴射時期補正手段：ステップＳ６）。なお、基本噴射時期（Ｔｓ）は、エンジン回転速度（ＮＥ）と指令噴射量（ＱＦＩＮ）とによって求められる。次に、補正後噴射期間（指令噴射期間：ＴＱＦＩＮ）、補正後噴射開始時期（ＴＦＩＮ）に基づいた噴射量指令値（噴射指令パルス）をＥＤＵ９に送り（ステップＳ７）、これらの処理を終了する。その後に、ステップＳ１以下の処理を繰り返す。
【００４０】
［第１実施形態の効果］
以上のように、本実施形態のコモンレール式燃料噴射装置は、コモンレール圧力（Ｐｃ）に応じてピエゾインジェクタ２のピエゾスタック１への目標エネルギーを増減するエネルギー可変制御実施時に、目標エネルギーに対応して噴射期間および噴射開始時期を補正するようにしている。
【００４１】
例えばピエゾインジェクタ２のピエゾスタック１への目標エネルギーの増減に応じて実際の噴射量または噴射終了時期またはノズルニードル１４の閉弁時期が変化しないように、ピエゾスタック１への目標エネルギーが増大する程、噴射期間が短くなり、噴射量および噴射終了時期の変化が小さくなる。また、ピエゾインジェクタ２のピエゾスタック１への目標エネルギーの増減に応じて実際の噴射開始時期またはノズルニードル１４の開弁時期が変化しないように、ピエゾスタック１への目標エネルギーが増大する程、指令噴射時期を遅角させることにより、実際の噴射開始時期の変化を小さくすることができる。これにより、ピエゾインジェクタ２の噴射開始時期から噴射終了時期までの実際の噴射期間の変化が小さくなるので、エンジンの各気筒の燃焼室内に噴射される実際の噴射量の変化が小さくなる。
【００４２】
それらによって、ピエゾスタック１への目標エネルギーを増減するエネルギー可変制御を実施しても、ピエゾスタック１への充電開始時点からピエゾスタック１が任意量伸長する時点までのピエゾスタック１の充電時間の変化が小さくなると共に、噴射指令パルスの終了時点からピエゾスタック１が任意量収縮する時点までのピエゾスタック１の放電時間の変化が小さくなる。
【００４３】
したがって、ピエゾスタック１への目標エネルギー（ピエゾスタック１の両電極間の上限電圧、ピエゾスタック１への充電電圧の上限値、充電エネルギーレベル）が、コモンレール圧力（Ｐｃ）に応じて増減されても、ピエゾスタック１が伸長を開始する時期（ノズルニードル１４の開弁時期またはピエゾインジェクタ２の噴射開始時期）の変化を抑えることができると共に、ピエゾスタック１が任意量収縮する時期（ノズルニードル１４の閉弁時期またはピエゾインジェクタ２の噴射終了時期）の変化を抑えることができる。これにより、エンジンのエミッション性能やドライバビリティ性能等の低下を防止することができる。
【００４４】
［第２実施形態の制御方法］
図５は本発明の第２実施形態を示したもので、ピエゾインジェクタ２の噴射期間（噴射量）、噴射時期制御方法を示したフローチャートである。
【００４５】
イグニッションスイッチがオン（ＩＧ・ＯＮ）されると、第１実施形態と同様にして、コモンレール圧力センサ６５によって検出されたコモンレール圧力（Ｐｃ）を取り込み、コモンレール圧力（Ｐｃ）に基づいて、ピエゾスタック１への充電電圧の上限値）、すなわち、ピエゾスタック１への目標エネルギーを例えばマップ検索により算出する（充電量可変手段：ステップＳ１１）。
【００４６】
次に、上記のステップＳ１１で求めた目標エネルギーをＥＤＵ９へ指令する（ステップＳ１２）。次に、上記のステップＳ１１で求めた目標エネルギー毎の、別途求めた指令噴射量（ＱＦＩＮ）とコモンレール圧力（Ｐｃ）と指令噴射期間（ＴＱＦＩＮ）との関係を実験等により測定して作成した特性マップを用いて、各目標エネルギー毎の指令噴射期間（ＴＱＦＩＮ）を求める（噴射期間決定手段：ステップＳ１３，Ｓ１４）。なお、各目標エネルギー毎の特性マップ間は補間により指令噴射期間（ＴＱＦＩＮ）を求める。
【００４７】
次に、上記のステップＳ１１で求めた目標エネルギー毎の、別途求めたエンジン回転速度（ＮＥ）と指令噴射量（ＱＦＩＮ）と指令噴射時期（ＴＦＩＮ）との関係を実験等により測定して作成した特性マップを用いて、各目標エネルギー毎の指令噴射時期（ＴＦＩＮ）を求める（噴射時期決定手段：ステップＳ１５，Ｓ１６）。なお、各目標エネルギー毎の特性マップ間は補間により指令噴射時期（ＴＦＩＮ）を求める。次に、指令噴射期間（ＴＱＦＩＮ）、指令噴射時期（ＴＦＩＮ）に基づいた噴射量指令値（噴射指令パルス）をＥＤＵ９に送り（ステップＳ１７）、これらの処理を終了する。その後に、ステップＳ１１以下の処理を繰り返す。
【００４８】
［第３実施形態の制御方法］
図６は本発明の第３実施形態を示したもので、ピエゾインジェクタ２の噴射期間（噴射量）、噴射時期制御方法を示したフローチャートである。
【００４９】
本実施形態では、ピエゾスタック１への充電量を増減する方法として、ピエゾインジェクタ２のピエゾスタック１への充電電圧の充電速度を可変する方法を採用している。この場合のピエゾインジェクタ２の噴射期間（噴射量）、噴射時期制御方法を図６のフローチャートに示す。
【００５０】
先ず、ステップＳ１でコモンレール圧力（Ｐｃ）に応じたピエゾスタック１への目標エネルギーを求め、次に、この求めた目標エネルギーをＥＤＵ９へ指令する。次に、ピエゾスタック１への目標エネルギーに基づいて、ピエゾスタック１の充電量（ピエゾスタック１への充電電圧の充電速度）、すなわち、ピエゾスタック１への充電電流を例えばマップ検索により算出する（ステップＳ８）。ここで、ピエゾスタック１への充電電流は、図６に示したように、ピエゾスタック１への目標エネルギーが増加する程、大きくなるように設定される。
【００５１】
次に、ピエゾスタック１への充電電流をＥＤＵ９へ指令する（ステップＳ９）。その後に、図４のフローチャートのステップＳ３の処理に進む。なお、ステップＳ３でピエゾスタック１への充電速度、つまり充電電流も考慮して噴射期間補正量（ΔＴｑ）を算出するようにしても良い。また、ステップＳ５でピエゾスタック１への充電速度、つまり充電電流も考慮して噴射開始時期補正量（ΔＴｓ）を算出するようにしても良い。
【００５２】
［第３実施形態の効果］
以上のように、本実施形態のコモンレール式燃料噴射装置は、コモンレール圧力（Ｐｃ）に応じてピエゾインジェクタ２のピエゾスタック１への充電電圧の上限値および充電速度を増減するエネルギー可変制御実施時に、目標エネルギーに対応した補正後噴射期間および補正後噴射開始時期を算出するようにしている。
【００５３】
例えばピエゾインジェクタ２のピエゾスタック１への目標エネルギー（ピエゾスタック１の両電極間の上限電圧、ピエゾスタック１への充電電圧の上限値、充電エネルギーレベル）およびピエゾスタック１の充電速度の増減に応じて実際の噴射量または噴射終了時期またはノズルニードル１４の閉弁時期が変化しないように、ピエゾスタック１への充電電圧の上限値および充電速度が増大する程および充電速度が速い程、噴射期間が短くなり、噴射量および噴射終了時期の変化が小さくなる。
【００５４】
また、ピエゾインジェクタ２のピエゾスタック１への充電電圧の上限値および充電速度の増減に応じて実際の噴射開始時期またはノズルニードル１４の開弁時期が変化しないように、ピエゾスタック１への充電電圧の上限値が増大する程および充電速度が速い程、指令噴射時期を遅角させることにより、実際の噴射開始時期の変化を小さくすることができる。これにより、ピエゾインジェクタ２の噴射開始時期から噴射終了時期までの実際の噴射期間の変化が小さくなるので、エンジンの各気筒の燃焼室内に噴射される実際の噴射量の変化が小さくなる。
【００５５】
それらによって、ピエゾインジェクタ２のピエゾスタック１の両電極間の上限電圧（ピエゾスタック１への充電電圧の上限値、充電エネルギーレベル）および充電速度を増減するエネルギー可変制御を実施しても、ピエゾスタック１への充電開始時点からピエゾスタック１が任意量伸長する時点までのピエゾスタック１の充電時間の変化が小さくなると共に、噴射指令パルスの終了時点からピエゾスタック１が任意量収縮する時点までのピエゾスタック１の放電時間の変化が小さくなる。
【００５６】
したがって、ピエゾスタック１への充電電圧の上限値および充電速度が、コモンレール圧力（Ｐｃ）に応じて増減されても、ピエゾスタック１が伸長を開始する時期（ノズルニードル１４の開弁時期またはピエゾインジェクタ２の噴射開始時期）の変化を抑えることができると共に、ピエゾスタック１が任意量収縮する時期（ノズルニードル１４の閉弁時期またはピエゾインジェクタ２の噴射終了時期）の変化を抑えることができる。これにより、エンジンのエミッション性能やドライバビリティ性能等の低下を防止することができる。
【００５７】
［第４実施形態の制御方法］
図７は本発明の第４実施形態を示したもので、ピエゾインジェクタ２の噴射期間（噴射量）、噴射時期制御方法を示したフローチャートである。
【００５８】
先ず、ステップＳ１１でコモンレール圧力（Ｐｃ）に応じたピエゾスタック１への目標エネルギーを求め、次に、この求めた目標エネルギーをＥＤＵ９へ指令する。次に、第３実施形態と同様にして、ピエゾスタック１への充電電流を算出する（ステップＳ１８）。次に、ピエゾスタック１への充電電流をＥＤＵ９へ指令する（ステップＳ１９）。その後に、図５のフローチャートのステップＳ１３の処理に進む。なお、ステップＳ１３でピエゾスタック１への充電速度、つまり充電電流も考慮して指令噴射期間（ＴＱＦＩＮ）を算出するようにしても良い。また、ステップＳ１５でピエゾスタック１への充電速度、つまり充電電流も考慮して指令噴射時期（ＴＦＩＮ）を算出するようにしても良い。
【００５９】
［他の実施形態］
第１、第２本実施形態では、ピエゾスタック１への充電量を増減する方法として、ピエゾスタック１への目標エネルギー（ピエゾスタック１への充電電圧の上限値）をコモンレール圧力（Ｐｃ）に応じて増減する方法を採用しているため、ピエゾインジェクタ２の噴射開始時期（指令噴射時期：ＴＦＩＮ）を補正することなく、ピエゾインジェクタ２の指令噴射期間（噴射指令パルス長さ：ＴＱＦＩＮ）のみを補正するようにしても良い。
【００６０】
また、ピエゾスタック１の充電開始時期を、上記の噴射開始時期（指令噴射時期：ＴＦＩＮ）に対応して設定しても良く、また、ピエゾスタック１の充電保持時間を、上記の指令噴射期間（噴射指令パルス長さ：ＴＱＦＩＮ）に対応して設定しても良い。これらのピエゾスタック１の充電開始時期、ピエゾスタック１の充電保持時間を使用して、ピエゾインジェクタ２の噴射期間（噴射量）、噴射時期を制御しても良い。
【００６１】
本実施形態では、コモンレール圧力センサ６５をコモンレール６に直接取り付けて、コモンレール６内の燃料圧力（コモンレール圧力）を検出するようにしているが、コモンレール圧力センサをサプライポンプ５のプランジャ室（加圧室）からピエゾインジェクタ２内のシール部までの間の燃料供給ライン７１、７２等に取り付けて、サプライポンプ５の加圧室より吐出された燃料圧力、あるいはエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給される燃料の噴射圧力を検出するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピエゾインジェクタの全体構造を示した断面図である（第１実施形態）。
【図２】（ａ）はコモンレール式燃料噴射装置の全体構成を示した概略図で、（ｂ）はピエゾインジェクタの主要部を示した作動説明図である（第１実施形態）。
【図３】エンジン制御装置を示したブロック図である（第１実施形態）。
【図４】ピエゾインジェクタの噴射期間、噴射時期制御方法を示したフローチャートである（第１実施形態）。
【図５】ピエゾインジェクタの噴射期間、噴射時期制御方法を示したフローチャートである（第２実施形態）。
【図６】ピエゾインジェクタの噴射期間、噴射時期制御方法を示したフローチャートである（第３実施形態）。
【図７】ピエゾインジェクタの噴射期間、噴射時期制御方法を示したフローチャートである（第４実施形態）。
【図８】ＥＤＵへの噴射指令パルス、ピエゾスタックへの目標エネルギー、ピエゾスタックへの充電電流、噴射率の挙動を示したタイミングチャートである（従来の技術）。
【図９】ＥＤＵへの噴射指令パルス、ピエゾスタックへの目標エネルギー、ピエゾスタックへの充電電流、噴射率の挙動を示したタイミングチャートである（従来の技術）。
【符号の説明】
１　ピエゾスタック（ピエゾ素子）
２　ピエゾインジェクタ
３　棒状体
９　インジェクタ駆動回路（ＥＤＵ）
１０　エンジン制御ユニット（ＥＣＵ、充電量可変手段、噴射期間決定手段、噴射時期決定手段、噴射期間補正手段、噴射時期補正手段）
１１　ノズル部
１２　背圧制御部
１４　ノズルニードル
６５　コモンレール圧力センサ（燃料圧力検出手段）

Claims (7)

  1. （ａ）ノズル部およびピエゾ素子を有し、
    前記ピエゾ素子を充電すると前記ノズル部が開弁し、前記ピエゾ素子を放電すると前記ノズル部が閉弁するピエゾインジェクタと、
    （ｂ）燃料の噴射圧力に相当する燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
    （ｃ）この燃料圧力検出手段によって検出された前記燃料圧力に応じて、前記ピエゾ素子への充電電圧の上限値を変更する充電量可変手段と、
    （ｄ）少なくともエンジンの運転状態または運転条件に応じて設定される指令噴射量、および前記充電量可変手段によって変更された前記ピエゾ素子への充電電圧の上限値に基づいて、指令噴射期間を算出する噴射期間決定手段と
    を備えた燃料噴射制御装置。
  2. 請求項１に記載の燃料噴射制御装置において、
    前記噴射期間決定手段は、前記ピエゾ素子への充電電圧の上限値の変更に応じて実際の噴射量または噴射終了時期または前記ノズル部の閉弁時期が変化しないように、前記充電量可変手段によって変更された前記ピエゾ素子への充電電圧の上限値が大きい程、前記指令噴射期間を短くする噴射期間補正手段を有していることを特徴とする燃料噴射制御装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の燃料噴射制御装置において、
    前記ピエゾ素子への充電電圧の上限値を変更するとは、前記ピエゾ素子に供給する目標エネルギーを前記燃料圧力検出手段によって検出された前記燃料圧力に応じて変更して、前記燃料圧力に応じて前記ピエゾ素子への充電量を増減することであることを特徴とする燃料噴射制御装置。
  4. （ａ）ノズル部およびピエゾ素子を有し、
    前記ピエゾ素子を充電すると前記ノズル部が開弁し、前記ピエゾ素子を放電すると前記ノズル部が閉弁するピエゾインジェクタと、
    （ｂ）燃料の噴射圧力に相当する燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
    （ｃ）この燃料圧力検出手段によって検出された前記燃料圧力に応じて、前記ピエゾ素子への充電速度および充電電圧の上限値を変更する充電量可変手段と、
    （ｄ）少なくともエンジンの運転状態または運転条件に応じて設定される指令噴射量、および前記充電量可変手段によって変更された前記ピエゾ素子への充電速度または充電電圧の上限値に基づいて、指令噴射期間を算出する噴射期間決定手段と、
    （ｅ）少なくとも前記エンジンの運転状態または運転条件、および前記充電量可変手段によって変更された前記ピエゾ素子への充電速度または充電電圧の上限値に基づいて、指令噴射時期を算出する噴射時期決定手段と
    を備えた燃料噴射制御装置。
  5. 請求項４に記載の燃料噴射制御装置において、
    前記噴射期間決定手段は、前記ピエゾ素子への充電電圧の上限値の変更に応じて実際の噴射量または噴射終了時期または前記ノズル部の閉弁時期が変化しないように、前記充電量可変手段によって変更された前記ピエゾ素子への充電速度または充電電圧の上限値が大きい程、前記指令噴射期間を短くする噴射期間補正手段を有していることを特徴とする燃料噴射制御装置。
  6. 請求項４または請求項５に記載の燃料噴射制御装置において、
    前記噴射時期決定手段は、前記ピエゾ素子への充電電圧の上限値の変更に応じて実際の噴射開始時期または前記ノズル部の開弁時期が変化しないように、前記充電量可変手段によって変更された前記ピエゾ素子への充電速度または充電電圧の上限値が大きい程、前記指令噴射時期を遅角させる噴射時期補正手段を有していることを特徴とする燃料噴射制御装置。
  7. 請求項４ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置において、
    前記ピエゾ素子への充電電圧の上限値を変更するとは、前記ピエゾ素子に供給する目標エネルギーを前記燃料圧力検出手段によって検出された前記燃料圧力に応じて変更して、前記燃料圧力に応じて前記ピエゾ素子への充電量を増減することであることを特徴とする燃料噴射制御装置。
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