JP4023665B2 - ピエゾアクチュエータ制御装置、ピエゾアクチュエータ制御方法および燃料噴射制御システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピエゾアクチュエータ制御装置、ピエゾアクチュエータ制御方法および燃料噴射制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
ピエゾアクチュエータはPZTなどの圧電材料の圧電作用を利用したものであり、容量性素子であるピエゾスタックが充放電により伸長または縮小してピストンなどを直線駆動する。例えば、内燃機関の燃料噴射装置において噴孔を開閉する弁部材の駆動をピエゾアクチュエータにより直接または間接に行うものが公知である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ピエゾアクチュエータは温度特性を有しており、ピエゾスタックの静電容量は温度によって変化する。これによりピエゾアクチュエータの変位量も温度によって変化する。そのため、ピエゾスタックに投入されるエネルギーを一定に保持することにより、ピエゾスタックの温度特性を補償することが知られている。
例えば、ピエゾアクチュエータの変位量の温度特性を補償する駆動方法として、図23に示すようなピエゾアクチュエータ制御装置100の駆動回路を用いて一定のエネルギーでピエゾアクチュエータを駆動する方法が考えられる。ピエゾアクチュエータでは、ピエゾスタック101A〜101Dの充電が進むにつれてピエゾスタック101A〜101Dの両端間の電圧が上昇する。そのため、スイッチング素子102がオンされている期間にインダクタ103に印加される電圧は徐々に低下する。これにより、誘電起電力も徐々に低下するため、スイッチング素子102がオンされている期間においてインダクタ103に流れる電流の勾配すなわちピエゾスタック101A〜101Dへの充電電流の勾配もピエゾスタック101A〜101Dの充電が進むにつれて小さくなる。
【0004】
この場合、スイッチング素子102がオンされている期間を一定とすることにより、スイッチング素子102がオン/オフされる一周期中におけるピエゾスタック101A〜101Dの充電電流のピーク値は充電が進むにつれて低下する。すなわち、ピエゾスタック101A〜101Dの充電が進むにつれて、ピエゾスタック101A〜101Dの両端間の電圧とは逆に充電電流が三角波形をとりながら全体的に減少する。
【0005】
一方、ピエゾスタック101A〜101Dの静電容量が増大すると、増大による影響はピエゾスタック101A〜101Dの両端間の電圧の上昇速度を抑制する方向へ作用する。このようなピエゾスタック101A〜101Dの両端間の電圧の上昇速度を抑制する方向への作用は、インダクタ103へ印加される電圧の低下速度を抑制する方向へ作用するため、全体的にみた充電電流の減少速度を抑制する方向に作用する。これはピエゾスタック101A〜101Dへの充電速度を増大させる方向へ作用するため、ピエゾスタック101A〜101Dの静電容量が増大する場合であっても、ピエゾスタック101A〜101Dの両端間の電圧の上昇速度は大きく抑制されることがない。
【0006】
その結果、ピエゾスタック101A〜101Dの静電容量が増大する場合であっても、全体的にみた充電電流については、減少速度は大きく抑制されることがない。しかも、ピエゾスタック101A〜101Dの両端間の電圧の上昇速度の抑制作用は、ピエゾスタック101A〜101Dへのエネルギー供給速度を減少する方向へ作用し、充電電流の減少抑制作用はピエゾスタック101A〜101Dへのエネルギー供給速度を増大する方向へ作用する。そのため、これらが相殺され供給エネルギーの経時変化はピエゾスタック101A〜101Dの静電容量の変動にかかわらず概ね一定となる。
【0007】
ところで、近年、ピエゾアクチュエータの高速応答性という利点を活用した燃料噴射装置による近接多段噴射が検討されている。そのため、燃料噴射装置による燃料の噴射間隔を短縮する必要があり、燃料の噴射が終了しピエゾアクチュエータのピエゾスタック101A〜101Dにエネルギーが残存している状態で次の噴射のための充電を実施しなければならない。すなわち、ピエゾスタック101A〜101Dの放電段階の途中に充電段階へ切り替えるという制御が必要となる。
【0008】
しかしながら、上述した従来の技術の場合、ピエゾスタック101A〜101Dへの充電の初期条件としてピエゾスタック101A〜101Dの電圧が「0」でないと所定の時間で所定のエネルギーを充電するという制御は困難である。そのため、燃料噴射装置からの燃料の噴射間隔をピエゾスタック101A〜101Dの放電時間よりも短縮できないという問題がある。
【0009】
そこで、本発明の目的は、ピエゾスタックが放電中に充電に切り替えられる場合でもピエゾスタックのエネルギーが一定に保持されるピエゾアクチュエータ制御装置、ピエゾアクチュエータ制御方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、近接多段噴射時における燃料の噴射間隔が短縮される燃料噴射制御システムを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項11記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、ピエゾスタックから放電される前のピエゾスタックの電圧を記憶する。そして、ピエゾスタックが放電から充電へ切り替えられたとき、ピエゾスタックの充電電圧が記憶された電圧に到達するとピエゾスタックへの充電を停止する。これにより、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを放電前に充電されたエネルギーと等しくすることができる。これは、ピエゾスタックが放電中に充電へ移行するという極めて短期間ではピエゾスタックの温度は大きく変化せず、ピエゾスタックの静電容量は概ね一定となるからである。ピエゾスタックに充電されるエネルギーEは、ピエゾスタックの静電容量をCとし充電電圧をVとすると、E=CV2/2で表される。すなわち、静電容量Cが一定であるとき、電圧Vを一定にするとピエゾスタックに充電されるエネルギーEも一定となる。したがって、ピエゾスタックが放電される前の電圧までピエゾスタックに充電することにより、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを一定に保持することができる。
また、本発明の請求項1記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項10記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、あらかじめ設定された所定期間が経過するとピエゾスタックへの充電は停止される。そのため、ピエゾスタックが放電中に充電に切り替わる制御がされる場合、放電の途中にピエゾスタックに残存している充電エネルギーに加え、あらかじめ設定された所定期間分の充電エネルギーをピエゾスタックに充電することができる。
【0011】
本発明の請求項2記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項12記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、ピエゾスタックの充電が停止されてから所定の期間が経過した後のピエゾスタックの充電電圧が記憶される。これにより、充電が終了し電圧が安定した状態でピエゾスタックの充電電圧を記憶することができる。そのため、ピエゾスタックの充電を停止するための到達電圧として安定した電圧を使用することができる。
【0012】
本発明の請求項3記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項13記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、記憶された充電電圧を補償している。ピエゾスタックの充電が停止された後に発生する例えばピエゾアクチュエータの損失や仕事により、充電の停止から所定の期間が経過した後にピエゾアクチュエータの電圧を記憶すると、記憶される電圧は充電の終了直後と比較して低下することがある。そこで、このような場合、ピエゾスタックへの充電が停止されたときの充電電圧と記憶した充電電圧との差を、記憶した充電電圧に加えている。したがって、ピエゾスタックの充電が停止された後に充電電圧に損失が生じる場合であっても、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを一定に制御することができる。
【0013】
本発明の請求項4記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項14記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、ピエゾスタックの充電が停止されたときのピエゾスタックの充電電圧が記憶される。そのため、ピエゾスタックへの充電が停止された後に発生する損失などの影響を受けることなく、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを一定に制御することができる。
【0014】
本発明の請求項5記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項15記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、ピエゾスタックの放電と充電とが繰り返される場合、ピエゾスタックには最初に記憶された充電電圧まで充電される。ピエゾスタックの最初の放電がされる前の充電停止後に記憶された充電電圧は、最初の充電が停止されたときの電圧、最初の充電の停止から所定の期間の経過後の電圧、または最初の充電の停止から所定の期間経過後の電圧に損失分を補償した電圧のいずれでもよい。
【0015】
ピエゾスタックの放電中に充電に切り替わる制御が繰り返される場合、最初に記憶された電圧を記憶し、それ以降の充電が停止される到達電圧として用いることにより、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを一定に制御することができる。
【0017】
本発明の請求項7記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項17記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、所定期間はピエゾスタックの放電が開始されてからピエゾスタックへの充電が開始されるまでの期間である。そのため、ピエゾスタックには放電したエネルギーと同量のエネルギーを充電することができる。したがって、ピエゾスタックに充電されるエネルギーは放電前に充電されていたエネルギーと同一のエネルギーとなり、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを一定に制御することができる。
【0018】
本発明の請求項8記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項18記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、所定期間はピエゾスタックの放電が開始されてからピエゾスタックへの充電が開始されるまでの期間に損失分のエネルギーを補充可能な期間を加えたものである。したがって、損失が発生する場合でも、ピエゾスタックに充電されるエネルギーは放電前に充電されていたエネルギーと同一のエネルギーとなり、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを一定に制御することができる。
【0019】
本発明の請求項9記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項19記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、駆動信号のパルス幅を短縮してピエゾスタックの充電状態が保持されている期間を補正している。ピエゾスタックの放電中に充電へ切り替えることにより、ピエゾスタックのエネルギーが0となるまで放電が継続しない。そのため、ピエゾスタックに残存するエネルギー量によっては、その後のピエゾスタックの充電のために要する期間が相対的に短くなることがある。その結果、ピエゾスタックへの充電が停止されてから放電を開始するまでの期間(ピエゾスタックが充電状態に保持されている期間)が長くなる。そこで、駆動信号のパルス幅を短縮することにより、ピエゾスタックへの充電が停止されてから放電が開始されるまでの期間を補正することができる。
【0020】
本発明の請求項10記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項20記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、駆動信号のパルスの間隔を延長してピエゾスタックが充電される期間を補正している。ピエゾスタックの放電中に充電へ切り替えることにより、ピエゾスタックのエネルギーが0となるまで放電が継続しない。そのため、ピエゾスタックに残存するエネルギー量によっては、その後のピエゾスタックの充電のために要する期間が相対的に短くなることがある。そこで、駆動信号のパルスの間隔を延長することにより、例えば燃料噴射装置に適用した場合、駆動信号の立ち上がりから噴射が開始されるまでの期間を補正することができる。
【0021】
本発明の請求項21記載の燃料噴射制御装置によると、燃料噴射装置の駆動手段に設けられているピエゾアクチュエータは請求項1から10のいずれか一項記載のピエゾアクチュエータ制御装置により制御される。そのため、近接多段噴射のようにピエゾスタックが放電中に充電に切り替えられる場合でも、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを一定に保持することができる。したがって、燃料噴射装置からの燃料の噴射間隔をピエゾスタックの放電時間よりも短縮することができ、近接多段噴射時における燃料の噴射間隔を短縮することができる。
【0022】
【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詳細に説明する。
(第1実施例)
本発明の第1実施例による燃料噴射制御システム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。
ディーゼルエンジンの各気筒にはそれぞれ燃料噴射装置としてのインジェクタ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の制御油圧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へ供給された制御油圧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。
【0023】
コモンレール3には圧力センサ3aが設けられており、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。これにより、ECU7は他の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。
【0024】
図3に示すように、インジェクタ1はハウジング、弁部材30および駆動手段としてのバルブ駆動部40を備えている。ハウジングはハウジング本体10とノズルボディ11とを有している。ノズルボディ11内には弁部材30が摺動可能に保持されている。ノズルボディ11には単数または複数の噴孔12が形成されている。弁部材30はノズルボディ11の噴孔12入口側に形成されている弁座部13に着座可能な当接部31を有している。当接部31が弁座部13から離座することにより噴孔12への燃料の流れが開放され、噴孔12から燃料が噴射される。当接部31が弁座部13へ着座することにより噴孔12への燃料の流れが閉塞され、噴孔12からの燃料の噴射が停止される。
【0025】
ハウジング本体10には、バルブ駆動部40を構成するピエゾアクチュエータ50および制御弁41が収容されている。ハウジング本体10には、ピエゾ収容部21、油圧室22、低圧室23、制御室24および背圧室25が形成されている。ピエゾ収容部21にはピエゾアクチュエータ50が収容されている。ピエゾアクチュエータ50の端部はピエゾピストン42と当接しており、ピエゾピストン42の反ピエゾアクチュエータ側の端部は油圧室22に面している。ピエゾアクチュエータ50はピエゾアクチュエータ制御装置60に接続されており、ピエゾアクチュエータ制御装置60はECU7からの指令に基づいてピエゾアクチュエータ50を駆動する駆動信号を出力する。ピエゾアクチュエータ50が伸長すると、ピエゾアクチュエータ50に当接しているピエゾピストン42は図3の下方へ移動し、油圧室22の燃料を加圧する。ピエゾピストン42の移動は油圧室22の油圧により変位量が拡大されて制御ピストン43へ伝達される。制御ピストン43の反油圧室側の端部は制御弁41と当接している。制御弁41は半球形状に形成され、球面状の部分が制御室24の内壁に形成されている弁座部24aに着座可能である。制御弁41の平面状の部分は、高圧通路14から制御室24へ連通する高圧ポート15を閉塞可能である。コモンレール3から高圧通路14へ供給された燃料は、高圧ポート15を経由して制御室24および背圧室25へ導入される。低圧室23には低圧通路16が連通しており、制御室24から低圧ポート17を経由して排出された燃料は低圧通路16および還流路6を経由して燃料タンク4へ還流される。制御弁41が弁座部24aから離座または弁座部24aへ着座することにより、低圧ポート17が開閉される。
【0026】
背圧室25は、弁部材30の反噴孔側の端部に形成されている。背圧室25には高圧通路14からコモンレール3内の圧力と同一の燃料が導入されている。背圧室25にはスプリング26が配設されており、背圧室25に導入された高圧の燃料とスプリング26の付勢力とにより弁部材30は当接部31が弁座部13へ着座する方向すなわち噴孔12を閉塞する方向へ付勢されている。
【0027】
次に、上記の構成のインジェクタ1の作動について説明する。
ピエゾアクチュエータ50が伸長していないとき、ピエゾアクチュエータ50に当接するピエゾピストン42は、油圧室22に配設されているスプリング27の付勢力により図3の上方へ移動している。そのため、制御ピストン43を介して制御弁41を図3の下方へ付勢する力は小さくなり、制御室24内の燃料の圧力により制御弁41に作用する油圧によって制御弁41は弁座部24aに着座している。これにより、制御室24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24に連通している背圧室25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。
【0028】
このとき、弁部材30の周囲の燃料により当接部31が弁座部13から離座する方向すなわち噴孔開放方向へ弁部材30に作用する力は、背圧室25の燃料の圧力およびスプリング26の付勢力により噴孔閉塞方向へ弁部材30に作用する力よりも小さい。そのため、当接部31は弁座部13に着座し、噴孔12からの燃料の噴射は停止されている。
【0029】
ECU7からの指令によりピエゾアクチュエータ50が伸長すると、ピエゾアクチュエータ50の伸長にともなってピエゾピストン42は図3の下方へ移動する。ピエゾピストン42の移動により油圧室22の燃料は加圧され、油圧室22の油圧を介してピエゾピストン42の駆動力は制御ピストン43へ伝達される。ピエゾピストン42の移動量の増大にともなって油圧室22の油圧は増大し、制御ピストン43を制御弁41方向へ付勢する力が制御室24の油圧により制御弁41に作用する力よりも大きくなると、制御弁41は弁座部24aから離座する。制御弁41が弁座部24aから離座すると、制御室24の燃料は低圧ポート17を経由して低圧室23へ流出する。そのため、制御室24の油圧は低下し、これにともない背圧室25の油圧も低下する。そして、背圧室25の燃料の圧力およびスプリング26の付勢力により噴孔閉塞方向へ弁部材30に作用する力が弁部材30の周囲の燃料により噴孔開放方向へ弁部材30に作用する力よりも小さくなると、弁部材30は図3の上方へリフトし、当接部31は弁座部13から離座する。その結果、噴孔12から燃料の噴射が開始される。
【0030】
ピエゾアクチュエータ50が収縮すると、油圧室22の油圧が低下し制御ピストン43を制御弁41方向へ付勢する力が低下する。そのため、制御室24の油圧により制御弁41は弁座部24aに着座し、制御室24から低圧室23への燃料の流出は停止される。これにより、制御室24の油圧は再び上昇し、これにともない背圧室25の油圧も上昇する。そして、背圧室25の燃料の圧力およびスプリング26の付勢力により噴孔閉塞方向へ弁部材30に作用する力が弁部材30の周囲の燃料により噴孔開放方向へ弁部材30に作用する力よりも大きくなると、弁部材30は図3の下方へ移動し、当接部31は弁座部13へ着座する。その結果、噴孔12から燃料の噴射が停止される。
ピエゾアクチュエータ50の伸長または縮小を繰り返すことにより、噴孔12からの燃料の噴射が断続される。
【0031】
次に、ピエゾアクチュエータ制御装置60について詳細に説明する。
図1には一本のインジェクタに対応する一つのピエゾアクチュエータを駆動するピエゾアクチュエータ制御装置60の駆動回路を示している。ピエゾアクチュエータ制御装置60は、電源であるバッテリ61に接続されている。バッテリ61から供給された直流電圧は、DC/DCコンバータ62により数十から数百Vの電圧に変換される。DC/DCコンバータ62の出力端には並列にバッファコンデンサ63が接続されている。また、DC/DCコンバータ62の出力端には、例えばMOSFETを用いたスイッチング素子64およびスイッチング素子65が接続されている。スイッチング素子64およびスイッチング素子65にはそれぞれ逆方向にダイオード641、651が接続されている。また、ピエゾアクチュエータ制御装置60の駆動回路には、駆動回路を流れる電流を制限するためのインダクタ66、ピエゾアクチュエータ50のピエゾスタック51、ピエゾスタック51を選択するスイッチング素子(以下、選択スイッチ素子という)67、選択スイッチ素子67の逆方向に接続されたダイオード671、ならびに電流検出用の抵抗68が接続されている。
【0032】
スイッチング素子64、インダクタ66、ピエゾスタック51、選択スイッチ素子67および抵抗68は直列に接続されており、充電回路を形成している。また、スイッチング素子65、インダクタ66、ピエゾスタック51、ダイオード671および抵抗68は直列に接続されており放電回路を形成している。電流検出用の抵抗68には比較回路71が接続され、比較回路71は所定の電流値に相当する基準電圧を保持するバッファ711との比較結果を出力する。同様に、抵抗68には比較回路72が接続され、比較回路72は抵抗68を流れる電流が「0」となったことを検出する。駆動回路には時間計測回路73が接続されており、比較回路71から出力された信号を受けて抵抗68を流れる電流が所定の電流値に達するまでの時間を計測する。
【0033】
さらに、駆動回路にはピエゾスタック51の電圧を高インピーダンスで受けるバッファ回路74、ピエゾスタック51の電圧を記憶する記憶手段としてのサンプルホールド回路75、ならびに比較回路76が接続されている。比較回路76は、サンプルホールド回路75の記憶電圧と充電時のピエゾスタック51の電圧とを比較してピエゾスタック51の電圧がサンプルホールド回路75に記憶された電圧に到達すると、記憶された電圧に到達したことを示す「1レベル」信号を出力する。
【0034】
駆動回路には制御手段としての制御回路70が接続されている。制御回路70は、DC/DCコンバータ62、スイッチング素子64、スイッチング素子65、選択スイッチ素子67、比較回路71、比較回路72、時間計測回路73、サンプルホールド回路75、比較回路76に接続されており、ECU7から入力される指令に基づいて駆動信号を出力し、駆動信号に基づいて各部を所定のシーケンスにしたがって制御する。制御回路70はスイッチング素子64、スイッチング素子65および選択スイッチ素子67などを制御することにより充放電切替手段としても機能する。
【0035】
次に、ピエゾアクチュエータ制御装置60の作動について説明する。
ピエゾアクチュエータ制御装置60の作動にともなう各部の波形を図4に示し、ピエゾアクチュエータ制御装置60によるピエゾアクチュエータ駆動方法のフローを図5に示す。
【0036】
制御回路70から出力される駆動信号の立ち上がりエッジが検出され駆動信号が「1レベル」となると(S101)、制御回路70は充電回路を構成するスイッチング素子64およびピエゾスタック51の選択スイッチ素子67を「オン」にする。また、制御回路70によりスイッチング素子64および選択スイッチ素子67が「オン」にされると、時間計測回路73はスイッチング素子64が「オン」されている時間の計測を開始し、かつ制御回路70から出力された駆動信号が「1レベル」となった時間をカウントする(S102)。
【0037】
スイッチング素子64が「オン」されることにより、バッファコンデンサ63からスイッチング素子64、インダクタ66、ピエゾスタック51、選択スイッチ素子67および抵抗68から形成される充電回路に充電電流が流れる。この充電電流はインダクタ66の作用により時間とともに増加する。抵抗68で検出された電流値は比較回路71に入力され、所定の電流値に到達した時点で比較回路71からの出力信号が「1レベル」となる。比較回路71からの出力信号が「1レベル」となると(S103)、制御回路70はスイッチング素子64を「オフ」にするとともに、時間計測回路73は計測を終了し計測されたスイッチング素子64が「オン」されていた時間Tiを制御回路70に出力する。制御回路70はこの時間Tiを記憶する(S104)。
【0038】
スイッチング素子64が「オフ」にされた後も、インダクタ66の作用により充電電流はダイオード651、インダクタ66、ピエゾスタック51、選択スイッチ素子67、抵抗68から形成される充電回路において電流は徐々に減少しながら流れ続ける。充電回路を流れる電流値は抵抗68に接続されている比較回路72で検出され、比較回路72はその電流値が「0」となった時点で「1レベル」信号を制御回路70へ出力する。比較回路72から出力される信号が「1レベル」になると(S105)、制御回路70は再びスイッチング素子64を「オン」にする。そして、制御回路70は、2回目以降にスイッチング素子64を「オン」にする時間がS104で記憶されている1回目にスイッチング素子64が「オン」された時間Tiとなるように制御する。時間Tiが経過すると、制御回路70はスイッチング素子64を「オフ」にする(S106)。記憶されていた時間Tiが経過した後、制御回路70がスイッチング素子64を「オフ」にすると、S104と同様に充電回路を流れる電流値は徐々に減少する。この多重スイッチング動作は、後述する制御フラグが「1」とならない限り(S107)、制御回路70から出力された駆動信号が「1レベル」となった時間からあらかじめ設定されている所定の時間Ttが経過するまで継続される。すなわち、S102でカウントが開始されてから所定の時間Ttが経過するまで、S105からS106の処理が繰り返される(S108)。所定の時間Ttが経過すると、ピエゾスタック51の充電段階が終了する。ピエゾスタック51が充電されることにより、ピエゾアクチュエータ50は伸長し、図3に示すピエゾピストン42は図3の下方へ駆動される。これにより、上記のように噴孔12から燃料が噴射される。
【0039】
充電段階が終了した時点において、ピエゾスタック51に充電された電気的なエネルギーは、上述のようにピエゾスタック51の静電容量の変化あるいはインダクタ66の性能のばらつきに関係なく概ね一定とすることができる。ピエゾスタック51に充電された電気的なエネルギーの大きさは、E=CV2/2により電圧Vを用いて表すことができる。
充電段階が終了し、あらかじめ設定されている時間Twが経過すると、ピエゾスタック51の電圧Vはバッファ回路74を介してサンプルホールド回路75で記憶される(S109)。
【0040】
一方、制御回路70から出力される駆動信号の立ち下がりエッジが検出され駆動信号が「0レベル」となると(S101)、放電段階が開始される。また、これと同時に制御回路70から出力された駆動信号が「0レベル」となった時間が時間計測回路73によりカウントされる(S111)。放電段階の作動手順は上述の充電段階と概ね同一である。制御回路70は、放電段階中に駆動信号の「1レベル」が検出されたか、すなわち放電段階の途中に充電段階へ移行したか否かを判断する(S112)。駆動信号の「1レベル」が検出されない場合、制御回路70は放電用のスイッチング素子65を「オン」にする。スイッチング素子65が「オン」されると、ピエゾスタック51、インダクタ66、スイッチング素子65、抵抗68およびダイオード671から形成される放電回路に放電電流が流れる。S104で記憶された時間Tiに対応する間、スイッチング素子65は「オン」にされ、時間Tiが経過するとスイッチング素子65は「オフ」にされる(S113)。
【0041】
スイッチング素子65が「オフ」にされると、インダクタ66の作用によりピエゾスタック51から放電される電流は、ピエゾスタック51、インダクタ66、ダイオード641、バッファコンデンサ63、抵抗68およびダイオード671から形成される放電回路へ流れる。これにより、電気的なエネルギーがバッファコンデンサ63に回収されつつ、放電回路を流れる電流は徐々に減少する。放電回路を流れる電流は抵抗68に接続されている比較回路72により検出され、放電回路を流れる電流値が「0」となった時点で比較回路72からの出力が「0レベル」となる。ピエゾスタック51の放電時、充電時とは電流の向きが逆であるため、比較回路72からの出力も充電時とは逆となる。
【0042】
比較回路72から「0レベル」の信号が出力されると(S114)、制御回路70は再びスイッチング素子65を「オン」にし、S104で記憶された時間Tiが経過するとスイッチング素子65を「オフ」にする。この多重スイッチング動作は、ピエゾスタック51の電圧が「0」とならない限り(S115)、制御回路70から出力された駆動信号が「0レベル」となった時間からあらかじめ設定されている所定の時間Ttが経過するまで継続される。すなわち、S111でカウントが開始されてから所定の時間Ttが経過するまで、S112からS115の処理が繰り返される(S116)。所定の時間Ttが経過すると、ピエゾスタック51の放電段階が終了する。制御回路70は、比較回路72からの出力により所定の時間Ttが経過する前にピエゾスタックの電圧が「0」となることを検出すると(S115)、スイッチング素子65を「オフ」にし、放電段階を終了する(S117)。ピエゾスタック51が放電されることにより、ピエゾアクチュエータ50は縮小し、図3に示すピエゾピストン42は図3の上方へ移動する。これにより、上記のように噴孔12からの燃料の噴射が停止される。
【0043】
ところで、エンジンから要求される燃料の噴射が近接多段噴射となると、ピエゾアクチュエータ50が駆動される間隔が短くなる。この場合、放電段階が終了する前に制御回路70から出力される駆動信号が「1レベル」となり、上述のように充放電時間を一定にしても充放電されるエネルギーを一定にした駆動が成立しなくなる。そこで、以下に、ピエゾスタック51の放電段階の途中で駆動信号が「1レベル」となり充電段階へ移行する場合について説明する。
【0044】
制御回路70は、S112においてあらかじめ設定されている所定の時間Ttが経過する前に駆動信号の「1レベル」を検出すると、制御フラグを「1レベル」とし、近接多段噴射へ移行し駆動間隔が短縮され放電段階の途中に充電段階へ移行したと判断する(S121)。しかし、放電段階においてインダクタ66の作用により放電回路を流れる電流が「0」になるまで充電段階へ移行することができない。そのため、比較回路72により検出される放電回路の電流値が「0」となるまで放電段階を継続する(S122)。制御回路70は、比較回路72の出力により放電回路の電流値が「0」となったことを検出すると、S106へ進みスイッチング素子64をS104で記憶された時間Tiだけ「オン」にし、充電電流が「0」となるまでスイッチング素子64を「オフ」にするという充電段階を繰り返す。
【0045】
制御フラグが「1レベル」のとき(S107)、ピエゾスタック51の電圧は比較回路によりS104でサンプルホールド回路75に記憶された電圧と比較される(S123)。そして、ピエゾスタック51の電圧がサンプルホールド回路75に記憶されている電圧に到達すると、比較回路76の出力は「1レベル」となる。制御回路70は、比較回路76の「1レベル」が出力されると、ピエゾスタック51の充電段階を終了する(S117)。
【0046】
制御回路70によりピエゾスタック51の充電段階が終了されたとき、ピエゾスタック51の電圧は前回の噴射時における電圧と概ね同一に制御されており、ピエゾスタック51の静電容量が等しければピエゾスタック51に充電された電気的エネルギーも等しくすることができる。
【0047】
(第2実施例)
本発明の第2実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置およびピエゾアクチュエータ制御方法について説明する。なお、第1実施例のピエゾアクチュエータ制御装置60の駆動回路を構成する各素子には同一の符号を付している。
【0048】
第2実施例では、図1に示すサンプルホールド回路75に電圧を記憶するタイミングを、図6および図7に示すように充電段階の終了と同時としている。ピエゾスタック51の充電段階が終了した後に発生するピエゾスタック51の変位などによる仕事あるいは内部損失などが生じる場合、ピエゾスタック51の充電段階の終了後、時間とともにピエゾスタック51の電圧が低下する。そこで、サンプルホールド回路75に電圧を記憶するタイミングを充電段階の終了と同時とすることにより、電圧低下の影響を受けることなく、ピエゾスタック51への充電をする際において充電エネルギーの誤差を低減することができる。
【0049】
(第3実施例)
本発明の第3実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置60およびピエゾアクチュエータ制御方法について説明する。なお、第1実施例のピエゾアクチュエータ制御装置60の駆動回路を構成する各素子には同一の符号を付している。
【0050】
第3実施例では、図1に示すサンプルホールド回路75に記憶される電圧は、図8および図9に示すように損失分が補償されて記憶されている。第2実施例で説明したように、ピエゾスタック51の充電の終了から所定の時間経過後にサンプルホールド回路75においてピエゾスタック51の電圧を記憶する場合、ピエゾスタック51の電圧が低下する場合がある。
【0051】
そのため、第3実施例では、損失により低下した電圧を上乗せした電圧値をサンプルホールド回路75の出力として比較回路76でピエゾスタック51の電圧を検出している。したがって、ピエゾスタック51の充電終了の損失により低下した電圧を補償した電圧によりピエゾスタック51の電圧を比較することができ、ピエゾスタック51への充電をする際において充電エネルギーの誤差を低減することができる。
【0052】
(第4実施例)
本発明の第4実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置およびピエゾアクチュエータ制御方法について説明する。なお、第1実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【0053】
第4実施例では、ピエゾスタック51の放電段階の途中に充電段階へ切り替える制御が2回以上繰り返される場合について説明する。図10は制御回路70から3回の駆動信号が出力される場合を示している。ここで、制御回路70から出力される1回目、2回目、3回目の駆動信号に対応する充電段階または放電段階を、それぞれ1回目、2回目、3回目の充電段階または放電段階とする。なお、ピエゾスタック51の充電段階の動作手順および放電段階の動作手順は第1実施例と同一であるので説明を省略する。
【0054】
第1実施例の場合、充電段階の終了はピエゾスタック51の電圧が前回の充電段階の前すなわち前回の充電段階の終了時にサンプルホールド回路75に記憶した電圧に到達した時点としている。すなわち、2回目の充電段階は、1回目の充電段階が終了した後にピエゾスタック51の電圧として記憶された電圧に到達した時点で終了される。このとき、2回目の充電段階終了時におけるピエゾスタック51の電圧にはサンプルホールド回路75および比較回路76の誤差が含まれている。そのため、さらに放電段階の途中に充電段階へ切り替えられる制御が継続された場合、例えば2回目の放電段階の途中で3回目の充電段階へ移行する場合、前回充電段階すなわち2回目の充電段階終了時のピエゾスタック51の電圧を記憶することになる。このとき、3回目の充電段階終了時におけるピエゾスタック51の電圧には2回目の充電終了時と同様のサンプルホールド回路75および比較回路76の誤差が含まれる。このように、放電段階の途中に充電段階に切り替えられる制御が繰り返される場合、誤差が増大することになる。
【0055】
そこで、第4実施例では、放電段階の途中に充電段階へ切り替えられる制御が2回以上継続する場合、1回目の充電段階の終了時においてサンプルホールド回路75に記憶した電圧値を2回目以降の充電段階の終了時における比較電圧として用いている。したがって、サンプルホールド回路75および比較回路76の誤差の影響が低減され、一定のエネルギーを正確にピエゾスタック51へ充電することができる。
【0056】
(第5実施例)
本発明の第5実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置およびピエゾアクチュエータ制御方法について説明する。なお、第1実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の駆動回路を構成する各素子には同一の符号を付し、説明を省略している。
【0057】
図11に示すように、第5実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置80の駆動回路にはピエゾスタック51の放電または充電が開始されてからの時間を計測する期間計測手段としての時間計測回路77が接続され、サンプルホールド回路は接続されていない。制御回路81は、ECU7から入力された指令に基づいて駆動信号を出力し、駆動信号に基づいて各部を所定のシーケンスにしたがって制御する。
【0058】
第5実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置80の駆動回路の作動について説明する。
ピエゾアクチュエータ制御装置80の作動にともなう各部の波形を図12に示し、ピエゾアクチュエータ制御装置80によるピエゾアクチュエータ駆動方法のフローを図13に示す。
制御回路81から出力された駆動信号の立ち上がりエッジが検出され駆動信号が「1レベル」となると(S501)、充電段階が開始される。充電段階(S502〜S508)は第1実施例と同一であるので説明を省略する。
【0059】
制御回路81から出力された駆動信号の立ち下がりエッジが検出され駆動信号が「0レベル」となると(S501)、放電段階が開始されると同時に時間計測回路77により駆動信号が「0レベル」となってからの時間がカウントされる(S511)。制御回路81は、放電段階中に駆動信号の「1レベル」が検出されたか、すなわち放電段階の途中に充電段階へ移行したか否かを判断する(S512)。駆動信号の「1レベル」が検出されない場合、制御回路81は放電用のスイッチング素子65を「オン」にする。スイッチング素子65が「オン」されると、ピエゾスタック51、インダクタ66、スイッチング素子65、抵抗68およびダイオード671から形成される放電回路に放電電流が流れる。S504で記憶されている時間Tiに対応する間、スイッチング素子65は「オン」にされ、時間Tiが経過するとスイッチング素子65は「オフ」にされる(S513)。
【0060】
スイッチング素子65が「オフ」にされると、インダクタ66の作用によりピエゾスタック51から放電される電流は、ピエゾスタック51、インダクタ66、ダイオード641、バッファコンデンサ63、抵抗68およびダイオード671から形成される放電回路へ流れる。これにより、電気的なエネルギーがバッファコンデンサ63に回収されつつ、放電回路を流れる電流は徐々に減少する。放電回路を流れる電流は抵抗68に接続されている比較回路72により検出され、放電回路を流れる電流値が「0」となった時点で比較回路72からの出力が「0レベル」となる。ピエゾスタック51の放電時、充電時とは電流の向きが逆であるため、比較回路72からの出力も充電時とは逆となる。
比較回路72から「0レベル」の信号が出力されると(S514)、時間計測回路77へ比較回路72からの出力信号が入力されるごとに、時間計測回路77は放電が開始されてからの時間を更新しながら記憶する(S515)。
【0061】
また、比較回路72から「0レベル」の信号が出力されると、制御回路81は再びスイッチング素子65を「オン」にし、S504で記憶された時間Tiが経過するとスイッチング素子65を「オフ」にする。この多重スイッチング動作は、ピエゾスタック51の電圧が「0」とならない限り(S516)、制御回路81から出力された駆動信号が「0レベル」となった時間からあらかじめ設定されている所定の時間Ttが経過するまで継続される。すなわち、S511でカウントが開始されてから所定の時間Ttが経過するまで、S512からS516の処理が繰り返される(S517)。所定の時間Ttが経過すると、ピエゾスタック51の放電段階が終了する。ピエゾスタック51の充電時または放電時におけるピエゾスタック51の電気的なエネルギーの時間的変化は、図12に示すように時間に対し概ね直線的な変化となる。
制御回路81は、比較回路72からの出力により所定の時間Ttが経過する前にピエゾスタック51の電圧が「0」となることを検出すると(S516)、スイッチング素子65を「オフ」にし、放電段階を終了する(S518)。
【0062】
ところで、エンジンから要求される燃料の噴射が近接多段噴射となると、ピエゾアクチュエータ50が駆動される間隔が短くなる。この場合、放電段階が終了する前に制御回路81から出力される駆動信号が「1レベル」となり、上述のように充放電時間を一定にしても充放電されるエネルギーを一定にした駆動が成立しなくなる。そこで、以下に、ピエゾスタック51の放電段階の途中で駆動信号が「1レベル」となり充電段階へ移行する場合について説明する。
【0063】
制御回路81は、S512においてあらかじめ設定されている所定の時間Ttが経過する前に駆動信号の「1レベル」を検出すると、制御フラグを「1レベル」とし、近接多段噴射へ移行し駆動間隔が短縮され放電段階の途中に充電段階へ移行したと判断する(S521)。しかし、放電段階においてインダクタ66の作用により放電回路を流れる電流が「0」になるまで充電段階へ移行することができない。そのため、比較回路72により検出される放電回路の電流値が「0」となるまで放電段階を継続する(S522)。制御回路81は、比較回路72の出力により放電回路の電流値が「0」となったことを検出すると、ピエゾスタック51の放電が開始されてからS522において放電回路の電流が「0」となるまでの放電時間Tdを時間計測回路77から読み取り、充電段階へ移行する。そして、S506へ進み、制御回路81はスイッチング素子64をS504で記憶された時間Tiだけ「オン」にし、充電電流が「0」となるまでスイッチング素子64を「オフ」にするという充電段階を繰り返す。このとき、充電段階を継続する時間は、あらかじめ設定されている所定の時間Ttではなく、時間計測回路77により計測され更新されているピエゾスタック51の放電時間Tdとする。
【0064】
以上のように、第5実施例では、ピエゾスタック51の充電時または放電時におけるエネルギーの変化は時間に対して直線的であることから、ピエゾスタック51の充電段階では放電段階において放電されたエネルギーに対応するエネルギーが充電されている。したがって、ピエゾスタック51の放電段階の途中に充電段階へ切り替えられる場合でも、ピエゾスタック51に充電されるエネルギーを概ね同一に制御することができる。
【0065】
(第6実施例)
本発明の第6実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置およびピエゾアクチュエータ制御方法について説明する。なお、第5実施例によるピエゾアクチュエータ駆動回路を構成する各素子には同一の符号を付し、説明を省略している。
【0066】
第6実施例では、図14および図15に示すようにピエゾスタック51の充電時間Tdには損失分が補償するための充電時間Td1が加算されている。充電時間Td1を加算した充電時間Td+Td1に応じてピエゾスタック51に充電を実施することにより、ピエゾスタック51の充電終了後における伸びなどの仕事あるいは内部損失などにより低下したエネルギーを補償することができる。したがって、ピエゾスタック51への充電をする際において充電エネルギーの誤差を低減することができる。
【0067】
(第7実施例)
本発明の第7実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置およびピエゾアクチュエータ制御方法について説明する。なお、第1実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の駆動回路を構成する各素子には同一の符号を付し、説明を省略している。
【0068】
図16に示すように、第7実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置90の駆動回路にはピエゾスタック51の充電または放電が開始されてからの時間を計測する時間計測回路78が接続されている。制御回路91は、ECU7から入力された指令に基づいて駆動信号を出力し、駆動信号に基づいて各部を所定のシーケンスにしたがって制御する。
【0069】
図17は同一のパルス幅の駆動信号の波形において噴射間隔を短縮した場合の各部の波形図である。制御回路91から同一のパルス幅T1の駆動信号を出力した場合、放電段階の途中に充電段階へ移行する。そのため、前回の放電段階後にはピエゾスタック51にエネルギーが残存する。これにより、ピエゾスタック51が所定のエネルギーとなるまで充電するために要する時間は放電段階の時間Tdと等しくなる。このピエゾスタック51が所定のエネルギーとなるまでに要する時間は通常の充電段階に要する時間よりも短くなる。このとき、ピエゾスタック51の電圧およびエネルギーの平坦部、すなわち充電段階が終了してから放電段階が開始されるまでの時間は、前回の放電段階前における当該時間Te1と今回の充電段階終了後の当該時間Te2とではTe1<Te2の関係となる。その結果、今回のピエゾスタック51の放電段階にともなう燃料の噴射率は図17に示すように変化し、後の噴射では噴射量が増大するおそれがある。
そこで、第7実施例ではパルス幅を補正することにより噴射量の増大を抑制している。
【0070】
第7実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置90の駆動回路の作動について説明する。
ピエゾアクチュエータ制御装置90の作動にともなう各部の波形を図18に示し、ピエゾアクチュエータ制御装置90によるピエゾアクチュエータ駆動方法のフローを図19に示す。
【0071】
制御回路91から出力された駆動信号の立ち上がりまたは立ち下がりのエッジの検出(S701)、充電段階(S702〜S708)ならびに放電段階(S711〜S717)は上記の複数の実施例と同一であるので説明を省略し、ピエゾスタック51の放電段階の途中で駆動信号が「1レベル」となり充電段階へ移行する場合について説明する。
【0072】
制御回路91は、S712においてあらかじめ設定されている所定の時間Ttが経過する前に駆動信号の「1レベル」を検出すると、制御フラグを「1レベル」とし、近接多段噴射へ移行し駆動間隔が短縮され放電段階の途中に充電段階へ移行したと判断する(S721)。しかし、放電段階においてインダクタ66の作用により放電回路を流れる電流が「0」になるまで充電段階へ移行することができない。そのため、比較回路72により検出される放電回路の電流値が「0」となるまで放電段階を継続する(S722)。制御回路91は、比較回路72の出力により放電回路の電流値が「0」となったことを検出すると、時間計測回路78により時間Tt2の計測を開始するとともに充電段階へ移行する。そして、S706へ進み、制御回路91はスイッチング素子64をS504で記憶された時間Tiだけ「オン」にし、充電電流が「0」となるまでスイッチング素子64を「オフ」にするという充電段階を繰り返す。このとき、比較回路76によりピエゾスタック51の電圧はS704においてサンプルホールド回路75に記憶されている電圧と比較される。そして、ピエゾスタック51の電圧がサンプルホールド回路75に記憶されている電圧に到達した時点で比較回路76の出力は「1レベル」となる。比較回路76から「1レベル」の信号が出力されると、制御回路91は充電段階を終了し、これと同時に時間計測回路78は時間Tt2の計測を停止する。
【0073】
この時点においてピエゾスタック51の電圧は前回の噴射時における電圧とほぼ同一の電圧に制御されている。そのため、ピエゾスタック51の静電容量が同一である場合、ピエゾスタック51には前回の充電段階の終了時におけるエネルギーと同一のエネルギーが充電されたことになる。このとき、この充電段階の時間Tt2はあらかじめ設定されている所定時間Ttよりも短い。そのため、制御回路91はTtとTt2との差分だけ放電開始の時間を短く補正し、駆動信号のパルス幅をT2に補正する。この結果、ピエゾスタック51の電圧およびエネルギーの平坦部における時間はTe1として一定となり、噴射ごとに噴射量が変化することを防止できる。
【0074】
また、異なるパルス幅の駆動信号が入力される場合でも、放電段階の途中で充電段階へ移行する場合はピエゾスタック51に残存するエネルギーにより充電段階に必要な時間が短くなることには変わりない。そのため、上記と同様にパルス幅を補正することにより噴射量を適正に制御することができる。
【0075】
(第8実施例)
本発明の第8実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動について説明する。なお、第7実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の駆動回路を構成する各素子には同一の符号を付し、説明を省略している。
【0076】
図20は制御回路91から出力される駆動信号のパルス間隔が放電段階の時間よりも長い場合、すなわち放電段階の途中で充電段階に移行する制御をしない場合における各部の波形図である。充電段階および放電段階の時間を150μs(マイクロ秒)とし、駆動信号の間隔を200μsとしている。駆動信号の間隔は放電段階の時間よりも長いので、放電段階の開始から次回の充電段階の終了までの時間は、200μs+150μs=350μsとなる。
【0077】
ここで、駆動信号の間隔を短縮し、放電段階の開始から次回の充電段階の終了までの時間を110μs短縮することを目標とする場合について説明する。通常であれば、図21に示すように駆動信号の間隔を110μs短縮し90μsの間隔にすれば、上記の条件に設定することが可能と思われる。しかし、90μsは放電段階として必要な150μsよりも短くなる。すなわち、ピエゾスタック51は放電段階の途中で充電段階へ移行する制御となる。そのため、放電段階の開始から充電段階の終了までの時間は180μsとなる。その結果、初期設定のように駆動信号の間隔が200μsのとき、放電段階の開始から充電段階の終了までの時間350μsに比較して170μsの短縮となり、目標である110μsの短縮よりも大幅な短縮となっている。これにより、実際の燃料の噴射間隔も短縮され、燃料の噴射タイミングが所定の時期よりもずれるという結果を招く。
【0078】
そこで、図22に示すように、駆動信号の間隔を補正することにより目標とする駆動信号の間隔の短縮を図る。この手法による補正は、ECU7から制御回路91へ入力される駆動信号の間隔が放電段階の時間よりも短い場合に有効である。
ECU7から制御回路91へ入力される噴射信号の間隔をTaとし、放電段階の時間をTdとすると、補正する駆動信号の間隔Tbは次式で表される。
Tb=(Ta+Td)/2
【0079】
図22に示す例の場合、Ta=90μs、Td=150μsであるため、Ta<Tdとなり上記の補正による制御が有効となる。したがって、Tb=120μsとなる。補正後の駆動信号の間隔Tbが120μsであり、これは放電段階の途中で充電段階へ切り替えられる制御となる。そのため、放電段階と充電段階に要する時間はそれぞれ120μsとなる。その結果、放電段階の開始から充電段階の終了までの時間は240μsとなる。これは、駆動信号の間隔が200μsである場合における放電段階の開始から充電段階の終了までの時間350μsに比較して110μsの短縮となる。したがって、当所の駆動信号の間隔200μsから90μsへの短縮分に相当する110μsと等しい時間に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の駆動回路を示す模式図である。
【図2】本発明の第1実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置を適用した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実施例によるピエゾアクチュエータ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4】本発明の第1実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動にともなう各部の波形を示す模式図である。
【図5】本発明の第1実施例によるピエゾアクチュエータ駆動方法の流れを示すフロー図である。
【図6】本発明の第2実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動にともなう各部の波形を示す模式図である。
【図7】本発明の第2実施例によるピエゾアクチュエータ駆動方法の流れを示すフロー図である。
【図8】本発明の第3実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動にともなう各部の波形を示す模式図である。
【図9】本発明の第3実施例によるピエゾアクチュエータ駆動方法の流れを示すフロー図である。
【図10】本発明の第4実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動にともなう各部の波形を示す模式図であって、制御回路から3回駆動信号が出力される場合の波形を示す図である。
【図11】本発明の第5実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の駆動回路を示す模式図である。
【図12】本発明の第5実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動にともなう各部の波形を示す模式図である。
【図13】本発明の第5実施例によるピエゾアクチュエータ駆動方法の流れを示すフロー図である。
【図14】本発明の第6実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動にともなう各部の波形を示す模式図である。
【図15】本発明の第6実施例によるピエゾアクチュエータ駆動方法の流れを示すフロー図である。
【図16】本発明の第7実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の駆動回路を示す模式図である。
【図17】比較のために同一のパルス幅の駆動信号の波形において噴射間隔を短縮した場合の各部の波形を示す模式図である。
【図18】本発明の第7実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動にともなう各部の波形を示す模式図である。
【図19】本発明の第7実施例によるピエゾアクチュエータ駆動方法の流れを示すフロー図である。
【図20】比較のために放電段階の途中で充電段階に移行する制御をしない場合における各部の波形を示す模式図である。
【図21】比較のために駆動信号の間隔を110μs短縮し90μsの間隔したときの各部の波形を示す模式図である。
【図22】本発明の第8実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置により補正を実施した後の各部の波形を示す模式図である。
【図23】従来のピエゾアクチュエータ制御装置の駆動回路を示す模式図である。
【符号の説明】
1 インジェクタ(燃料噴射装置)
7 ECU
10 ハウジング本体(ハウジング)
11 ノズルボディ(ハウジング)
12 噴孔
30 弁部材
40 バルブ駆動部(駆動手段)
50 ピエゾアクチュエータ
51、71 ピエゾスタック
60、80、90 ピエゾアクチュエータ制御装置
70、81、91 制御回路(制御手段)
75 サンプルホールド回路(記憶手段)
77、78 時間計測回路(期間計測手段)
Claims (19)
- ピエゾアクチュエータに設けられているピエゾスタックを充放電することにより前記ピエゾアクチュエータを駆動するピエゾアクチュエータ制御装置であって、
前記ピエゾスタックを充電または放電に切り替える充放電切替手段と、
前記ピエゾスタックが放電される前の前記ピエゾスタックの充電電圧を記憶する記憶手段と、
前記ピエゾスタックに充電または放電が開始されてから経過した期間を計測する期間計測手段と、
前記充放電切替手段により前記ピエゾスタックの放電中に充電へ切り替えられるとき、前記ピエゾスタックが放電される前に前記記憶手段に記憶された電圧に到達すると前記ピエゾスタックへの充電を停止し、前記ピエゾスタックが完全放電した後に前記ピエゾスタックを充電するとき、前記期間計測手段で計測された期間があらかじめ設定された所定期間を経過すると、前記ピエゾスタックへの充電を停止する制御手段と、
を備えることを特徴とするピエゾアクチュエータ制御装置。 - 前記記憶手段は、前記ピエゾスタックの充電が停止されてから所定の期間が経過した後の前記ピエゾスタックの充電電圧を記憶することを特徴とする請求項1記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
- 前記制御手段は、前記記憶手段で記憶された前記ピエゾスタックの充電電圧が前記ピエゾスタックの充電停止時の充電電圧よりも小さいとき、それらの差を前記記憶手段に記憶された充電電圧に加えることを特徴とする請求項2記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
- 前記記憶手段は、前記ピエゾスタックの充電が停止されたときの前記ピエゾスタックの充電電圧を記憶することを特徴とする請求項1記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
- 前記制御手段は、前記ピエゾスタックの充放電を繰り返し実行するとき、前記記憶手段に最初に記憶された充電電圧まで充電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ピエゾアクチュエータ制御装置。
- 前記所定期間は、前記ピエゾスタックの放電が開始されてから前記ピエゾスタックへの充電が開始されるまでの期間であることを特徴とする請求項1記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
- 前記所定期間は、前記ピエゾスタックの放電が開始されてから前記ピエゾスタックへの充電が開始されるまでの期間に、損失分のエネルギーを補充可能な期間を加えたものであることを特徴とする請求項1記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
- 前記制御手段は、前記充放電切替手段を駆動するための駆動信号を出力する駆動信号出力手段を有し、前記駆動信号出力手段から出力される駆動信号のパルス幅を短縮して前記ピエゾスタックの充電状態が保持されている期間を補正することを特徴とする請求項1から7のいずれか記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
- 前記制御手段は、前記充放電切替手段を駆動するための駆動信号を出力する駆動信号出力手段を有し、前記駆動信号出力手段から出力される駆動信号のパルス間隔を延長して前記ピエゾスタックの放電が開始されてから充電が終了するまでの期間を補正することを特徴とする請求項1から7のいずれか記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
- ピエゾスタックを充放電することにより駆動されるピエゾアクチュエータ制御方法であって、
前記ピエゾスタックが放電されている放電段階の途中で前記ピエゾスタックが充電される充電段階に切り替えられるとき、前記放電段階となる前の前記ピエゾスタックの充電電圧を記憶し、記憶された充電電圧に到達すると前記充電段階を終了し、
前記ピエゾスタックが完全放電した後に前記ピエゾスタックを充電するとき、あらかじめ設定された所定期間が経過すると前記充電段階を停止することを特徴とするピエゾアク チュエータ制御方法。 - 前記充電段階が終了してから所定の期間が経過した後の前記ピエゾスタックの充電電圧が記憶されることを特徴とする請求項10記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
- 記憶された充電電圧が前記充電段階終了時における前記ピエゾスタックの充電電圧よりも小さいとき、それらの差を記憶された充電電圧に加えることを特徴とする請求項11記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
- 前記充電段階が終了したときにおける前記ピエゾスタックの充電電圧が記憶されることを特徴とする請求項10記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
- 前記充電段階と前記放電段階とが繰り返し実行されるときであって、前記放電段階の途中で前記充電段階に切り替えられるときに前記充電段階を終了する到達電圧は、最初の放電段階前に記憶された充電電圧であることを特徴とする請求項10から13のいずれか一項記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
- 前記所定の期間は、前記放電段階が開始されてから前記充電段階が開始されるまでの期間であることを特徴とする請求項10記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
- 前記所定の期間は、前記放電段階が開始されてから前記充電段階の開始されるまでの期間に、前記充電段階の終了後に損失されたエネルギーを補充可能な期間を加えた期間であることを特徴とする請求項10記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
- 前記ピエゾスタックの前記充電段階または前記放電段階を切り替える駆動信号のパルス幅を短縮し、前記ピエゾスタックの充電状態が保持されている期間を補正することを特徴とする請求項10から16のいずれか一項記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
- 前記ピエゾスタックの前記充電段階または前記放電段階を切り替える駆動信号のパルス間隔を延長し、前記ピエゾスタックの放電が開始されてから充電が終了するまでの期間を補正することを特徴とする請求項10から16のいずれか一項記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
- 噴孔が形成されているハウジング、前記ハウジングの内部に軸方向へ往復移動可能に収容され前記噴孔を開閉する弁部材、ならびにピエゾアクチュエータが設けられ前記弁部材を駆動する駆動手段を有する燃料噴射装置と、
前記ピエゾアクチュエータを制御する請求項1から9のいずれか一項記載のピエゾアクチュエータ制御装置と、
を備えることを特徴とする燃料噴射制御システム。
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