JP3053149B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射制御装置

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JP3053149B2 JP5023158A JP2315893A JP3053149B2 JP 3053149 B2 JP3053149 B2 JP 3053149B2 JP 5023158 A JP5023158 A JP 5023158A JP 2315893 A JP2315893 A JP 2315893A JP 3053149 B2 JP3053149 B2 JP 3053149B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃料噴射制
御装置に係り、特に、ピエゾ圧電素子を燃料噴射弁に用
い、ピエゾ圧電素子への電圧印加による形状変化を利用
した燃料噴射制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料噴射弁にピエゾ圧電素子を用いて燃
料の噴射制御を行なうことは、従来においても知られて
いた。例えば、特開昭６４−６９７５６には、温度変化
によって生じるピエゾ圧電素子の静電容量変化に対して
の安定化のための手段が記載されている。ピエゾ圧電素
子は、温度の上昇と共にその静電容量が増大し、静電容
量が増えると同一印加電圧に対するピエゾ圧電素子の変
形量が大きくなる。このため、ピエゾ圧電素子の温度変
化を検出し、印加電圧を制御することによってピエゾ圧
電素子の変形量を制御するための手段が提示されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、燃料の供給量
は、燃料噴射時間に比例し、その噴射時間の制御信号は
マイコンからパルス信号として燃料噴射制御装置に送ら
れる。急加速の時には燃料を多く供給するためピエゾ圧
電素子の印加電圧を小さくしなければならない。そのた
め、急加速時はパルス信号の幅は狭くなり、一定走行の
時は広くなる。
【０００４】従来、燃料噴射制御信号のパルス幅が狭い
状態から広い状態に変化する過渡的な状態において、ピ
エゾ圧電素子に印加される電圧がその過渡的な期間中小
さくなり、定常状態に推移して安定に制御されるまでの
期間中ピエゾ圧電素子の所定の伸び量が得られず燃料噴
射孔として機能しなくなるという問題があった。
【０００５】また一方、パルス幅が広い状態から狭い状
態に変化する時は、ピエゾ圧電素子に印加される電圧が
過渡状態期間中大きくなり、定常状態に推移して安定に
制御されるまでの期間中必要以上のエネルギーがピエゾ
圧電素子に印加されるという問題が生じていた。
【０００６】したがって、本発明は、燃料噴射時間が急
激に変化する過渡的な状態において、ピエゾ圧電素子の
伸縮量制御の応答性を向上させ、且つ、ピエゾ圧電素子
に印加されるエネルギーを最適化し、燃料噴射を正確に
制御することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、下記の内燃機関の燃料噴射制御装置を提供
する。
【０００８】すなわち、電源電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣ
コンバータの出力電圧が、チョークコイルを介しさらに
ピエゾ圧電素子への充電タイミングを制御するサイリス
タを介して前記ピエゾ圧電素子に印加される内燃機関の
燃料噴射制御装置において、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ
と前記チョークコイルの間に電荷計測用抵抗を設け、電
荷計測用抵抗に流れる電流を積算して電圧に変換する電
流電圧変換手段と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電
圧を用いて目標電荷量を演算する目標値演算手段と、前
記目標値演算手段を用いて得られた値を縮小させる目標
値縮小手段と、前記電流電圧変換手段と前記目標値縮小
手段との出力電圧を比較する第１の比較手段と、充電電
流のピーク値を検出し、その検出されたピーク電流信号
を出力する抑制制御手段と、前記第１の比較手段の出力
信号がデータ端子に入力され、前記ピーク電流信号がク
ロック端子に入力されるラッチ手段と、前記ラッチ手段
の出力に応じて充電又は放電されるコンデンサと、前記
コンデンサへの充放電時間を制御するタイマー手段と、
前記コンデンサの端子電圧と前記ＤＣ−ＤＣコンバータ
の出力電圧とを比較する第３の比較手段とを備え、前記
第３の比較手段の出力信号に応じて、前記ＤＣ−ＤＣコ
ンバータの出力電圧レベルを制御することを特徴とする
内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。好ましくは、
前記電流電圧変換手段と前記目標値演算手段との出力電
圧を比較する第２の比較手段を設け、前記第２の比較手
段の出力信号を用いて充電電流のピーク値を検出する。
そして、本発明は、前記チョークコイルの両端を短絡す
るスイッチング手段を備え、スイッチング手段が前記抑
制制御手段から出力されるスイッチング手段制御信号に
よって制御されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射
制御装置を提供する。
【０００９】
【作用】温度変化によってピエゾ圧電素子の静電容量は
変化する。ピエゾ圧電素子に供給されるエネルギーは、
ＣＶ2／２（Ｃ：静電容量、Ｖ：印加電圧）となり、静
電容量の変化に対して印加電圧が一定の場合には過剰の
エネルギーが供給されてしまう。このため従来において
は、印加電圧を制御してエネルギーを一定にしていた。
【００１０】しかしながら、本発明では、エネルギーは
ＱＶ／２（Ｑ：電荷）でもあるので、電荷Ｑを制御する
ことによってエネルギーを一定にしようとするものであ
る。
【００１１】燃料噴射制御信号のパルス幅が狭い状態か
ら広い状態に変化する過渡的状態では、ピエゾ圧電素子
に印加される電圧は小さくなり、ピエゾ圧電素子の所定
の伸び量が得られず、ピエゾ圧電素子に供給されるエネ
ルギーが不足している状態となる。
【００１２】したがって、電荷の供給量を増加しなけれ
ばならないが、供給できる最大の電荷量と、フィードバ
ック制御を行う時の目標値となる電荷量とが同一では、
これ以上電荷を供給することができない。そのため、目
標値とする電荷量を最大値より低目に設定し、充電電荷
の増減を行えるようにしておく。そして、フィードバッ
クループを構成してＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を
アップダウン制御することによって、充電電荷を増減さ
せ、ピエゾ圧電素子の伸縮量を制御する。（請求項１）
【００１３】また、本発明は、過剰なエネルギー供給を
抑制するため次の作用を成す。
【００１４】電荷計測用抵抗に流れる電流を積算して電
荷を測定し、その測定値と目標値演算手段によって演算
された目標値とを比較する。測定値が目標値より大きい
場合は、スイッチング手段によってチョークコイルの両
端を短絡し、ピエゾ圧電素子に過剰なエネルギーが供給
されることを抑制する。（請求項２）
【００１５】
【実施例】本発明の実施例を添付した図面に基づいて詳
細する。
【００１６】図１は、本発明の実施例であり、充電エネ
ルギー制御のピエゾ圧電素子駆動回路図である。同図の
回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータ電圧調整機能と充電抑制
機能の２つの機能を備えている。
【００１７】ＤＣ−ＤＣコンバータ電圧調整機能は、ピ
エゾ圧電素子ＰＺＴの伸縮量を制御する機能であり、Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータ１、電流電圧変換手段２、目標値演
算手段３、目標値縮小手段４、第１の比較手段５、第２
の比較手段６、抑制制御手段７、ラッチ手段９、定電流
源１０、タイマー手段１１及び第３の比較手段１２より
成る。
【００１８】ＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力電圧制御は
次のように行なわれる。フィードバックループが無く電
荷量が制御されていない時のピエゾ圧電素子ＰＺＴに供
給される電荷量を１００％とした場合、フィードバック
を行う目標電荷量ＱREFを例えば９０％の点に設定し、
電荷量が飽和して制御不能にならないようＤＣ−ＤＣコ
ンバータ１の出力電圧を制御している。これを図２に示
す。
【００１９】図２において、（Ａ）はピエゾ圧電素子へ
の充電電流波形を示し、（Ｂ）はピエゾ圧電素子の端子
電圧波形を示している。ピエゾ圧電素子ＰＺＴの充電時
において充電電流がピークになる時、すなわちチョーク
コイルＬｃの両端が同電位になる時は、フィードバック
制御が行なわれない場合の最大エネルギーに対して５割
のエネルギーであることから、フィードバック制御を行
なう時には、測定電荷量が目標電荷量ＱREFの５／９の
値に比べ大か小かの比較により、ＤＣ−ＤＣコンバータ
１の出力電圧を制御している。
【００２０】図１において、ＤＣ−ＤＣコンバータ電圧
調整機能の動作は次のようになる。直流電源Ｖｃｃはイ
グニッションスイッチＳｗを介してＤＣ−ＤＣコンバー
タ１に入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１によって例
えば２００Ｖ〜５００Ｖに昇圧された電圧は、電荷計測
用抵抗Ｒｓ、チョークコイルＬｃ及びサイリスタＳＣＲ
１を介してピエゾ圧電素子ＰＺＴに印加される。サイリ
スタＳＣＲ１のゲート端子には燃料噴射を制御するため
のトリガ信号が外部から接続されており、トリガ信号に
よってサイリスタＳＣＲ１は導通する。
【００２１】ピエゾ圧電素子ＰＺＴに充電される電荷
は、電荷計測用抵抗Ｒｓによって逐次監視され、その電
荷は電流電圧変換手段２内のコンデンサＣｓによって積
分され電圧値に変換される。そして、測定電荷量として
第１の比較手段５に入力される。一方、ＤＣ−ＤＣコン
バータ１の出力電圧ＶDCは目標値演算手段３に入力さ
れ、目標値演算手段３内で目標電荷量ＱREFは、ＱREF＝
K／ＶDC（K：エネルギー値）として演算され、目標値縮
小手段４で５／９に縮小される。そして、目標電荷量Ｑ
REFの５／９の値が第１の比較手段５に入力される。第
１の比較手段５によって測定電荷量の値と目標電荷量Ｑ
REFの５／９の値が比較され、測定電荷量が小さければ
第１の比較手段５の出力はハイレベルになり、大きけれ
ばその出力はロウレベルになる。また一方、測定電荷量
と目標電荷量は第２の比較手段６で比較され、その出力
信号は抑制制御手段７に入力される。抑制制御手段７
は、充電電流のピーク値を検出してピーク電流信号を生
成し又スイッチ手段８を制御する。
【００２２】第１の比較手段５の出力信号はラッチ手段
９のデータ入力端子に入力され、抑制制御手段７で生成
されたピーク電流信号をラッチ手段９のクロック信号と
して入力する。測定電荷量が小さい時は、ラッチ手段９
のデータ入力端子にハイレベル信号が入力され、クロッ
ク信号によってその出力端子Ｑはハイレベルになり、定
電流源１０からコンデンサＣｖに電流が流れ込む。その
ため、第３の比較手段１２の出力はハイレベルになり、
ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧は高くなる。その結
果、充電電流は多くなり、電荷計測用抵抗Ｒｓを流れる
電荷は増加し、ピエゾ圧電素子ＰＺＴには所定のエネル
ギーが供給される。
【００２３】タイマー手段１１はピーク電流信号によっ
て作動し、タイマー設定時間の間のみコンデンサＣｖに
定電流源１０の電流を流入出させる。通常の動作時では
設定時間は一定であるが、例えば電源投入時には設定時
間を通常の１０倍にし、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力
電圧のダウン制御が発生するまでその設定時間を継続す
ることによってフィードバックループの立上げ時間を短
縮することができる。
【００２４】一方、充電抑制機能は、ピエゾ圧電素子で
の過剰なエネルギーの消費を抑える機能であり、ＤＣ−
ＤＣコンバータ電圧調整機能では抑制できないさらに大
きなエネルギーを抑制している。本機能の構成は、電流
電圧変換手段２、目標値演算手段３、第２の比較手段
６、抑制制御手段７及びスイッチング手段８より成る。
【００２５】充電抑制機能の動作は次のようになる。電
流電圧変換手段２によって求められた測定電荷量と、目
標値演算手段３によって演算された目標電荷量は第２の
比較手段６によって比較される。測定電荷量が目標電荷
量より大きい時は、抑制制御手段７から出力されるスイ
ッチング手段制御信号によってスイッチング手段８は導
通し、チョークコイルＬｃの両端が短絡される。その結
果、サイリスタＳＣＲ１の電流は減少し保持電流以下に
なり、サイリスタＳＣＲ１は遮断され、ピエゾ圧電素子
ＰＺＴへの過剰なエネルギー供給は抑制される。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ピエゾ圧電素子に供給される電荷量を制御することによ
ってエネルギーが一定に制御される。このため、過渡的
状態においてピエゾ圧電素子へのエネルギーが不足して
所定の伸び量が得られないということを防止でき、ま
た、過剰なエネルギーを供給することも避けられ、燃料
噴射を正確に制御できる。したがって、燃料噴射制御の
応答性及び経済性が向上するという特大の利点が発揮さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すピエゾ圧電素子の駆動制
御回路図。
【図２】（Ａ）ピエゾ圧電素子への充電電流波形。 （Ｂ）ピエゾ圧電素子の端子電圧波形。
【符号の説明】
１ ＤＣ−ＤＣコンバータ ２ 電流電圧変換手段 ３ 目標値演算手段 ４ 目標値縮小手段 ５ 第１の比較手段 ６ 第２の比較手段 ７ 抑制制御手段 ８ スイッチング手段 ９ ラッチ手段 １０ 定電流源 １１ タイマー手段 １２ 第３の比較手段 ＰＺＴ ピエゾ圧電素子 Ｒｓ 電荷計測用抵抗 Ｌｃ チョークコイル ＳＣＲ１ サイリスタ Ｃｓ、Ｃｖ コンデンサ
フロントページの続き (72)発明者 光安 正記 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 沢田 大作 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 審査官 小松 竜一 (56)参考文献 特開 昭64−69756（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−264575（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40 F02M 51/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電源電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ
    の出力電圧が、チョークコイルを介しさらにピエゾ圧電
    素子への充電タイミングを制御するサイリスタを介して
    前記ピエゾ圧電素子に印加される内燃機関の燃料噴射制
    御装置において、 前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記チョークコイルの間に
    電流検出手段を設け、 電流検出手段によって検出された電流を積算して電圧に
    変換する電流電圧変換手段と、 前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を用いて目標電荷
    量を演算する目標値演算手段と、 前記目標値演算手段によって得られた値を縮小させる目
    標値縮小手段と、 前記電流電圧変換手段と前記目標値縮小手段との出力電
    圧を比較する第１の比較手段と、充電電流のピーク値を検出し、その検出されたピーク電
    流信号を出力する抑制制御手段と、 前記第１の比較手段の出力信号がデータ端子に入力さ
    れ、前記ピーク電流信号がクロック端子に入力されるラ
    ッチ手段と、 前記ラッチ手段の出力に応じて充電又は放電されるコン
    デンサと、 前記コンデンサへの充放電時間を制御するタイマー手段
    と、 前記コンデンサの端子電圧と前記ＤＣ−ＤＣコンバータ
    の出力電圧とを比較する第３の比較手段とを備え、 前記第３の比較手段の出力信号に応じて、前記ＤＣ−Ｄ
    Ｃコンバータの出力電圧レベルを制御することを特徴と
    する内燃機関の燃料噴射制御装置。
  2. 【請求項２】前記チョークコイルの両端を短絡するスイ
    ッチング手段を備え、スイッチング手段が前記抑制制御
    手段から出力されるスイッチング手段制御信号によって
    制御されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関
    の燃料噴射制御装置。
  3. 【請求項３】前記目標電荷量を前記ピエゾ素子へ供給さ
    れる最大電荷量未満としたことを特徴とする請求項１又
    は２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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