JP5217582B2 - ピエゾインジェクタの充電電圧検出装置及び燃料噴射制御システム - Google Patents

Description

本発明は、ピエゾインジェクタの備えるピエゾ素子の充電電圧を検出するピエゾインジェクタの充電電圧検出装置、及びこれを備える燃料噴射制御システムに関する。

例えばディーゼル機関等において、ピエゾ素子をアクチュエータとするピエゾインジェクタを用いることが周知である。

一方、近年、ディーゼル機関等にあっても排気の規制が強化されてきていることに起因して、燃料噴射制御を高精度に行う要求が高まってきている。ここで、ピエゾインジェクタを操作することで燃料噴射制御を高精度に行うためには、ピエゾ素子の充電処理に伴う電気的な状態量を高精度に把握することが要求される。具体的には、ピエゾ素子の充電電荷量や、ピエゾ素子の充電電圧を高精度に検出することが要求される。ここで、充電電荷量については、ピエゾ素子を介して流れる電流を積分器にて時間積分演算することで比較的簡易且つ高精度に検出することができる。

また、充電電圧については、例えば下記特許文献１に見られるように、充電処理完了直後のピエゾ素子の電圧と、放電開始直前のピエゾ素子の電圧とを検出し、その間の電圧降下量に基づき、ピエゾ素子の充電電圧を検出することも提案されている。
特公表２００６−５１６３８０号公報

ただし、ピエゾ素子には圧電現象が生じるため、ピエゾ素子の充電処理の完了後であっても、ピエゾ素子に印加される荷重が変化する場合には、ピエゾ素子の電圧が振動する。特に、ピエゾインジェクタによる燃料噴射期間が短い場合には、燃料噴射期間の間中、ピエゾ素子の電圧が顕著に振動することがある。このため、上記技術によっては、ピエゾ素子の充電電圧を高精度に検出することが困難となるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ピエゾインジェクタの備えるピエゾ素子の充電電圧をより高精度に検出することのできるピエゾインジェクタの充電電圧検出装置、及びこれを備える燃料噴射制御システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、ピエゾ素子をアクチュエータとするピエゾインジェクタを駆動すべく駆動回路を操作することで前記ピエゾ素子を充電する処理を行う充電処理手段と、
該充電処理手段による処理の完了後における前記ピエゾ素子の電圧の複数個の検出値を入力とし、前記ピエゾ素子の圧電効果に起因して前記入力される複数個の検出値に含まれる振動成分を除去しつつ、前記ピエゾ素子の充電電圧を算出する算出手段とを備え、前記算出手段は、前記振動の半周期の奇数倍の間隔だけ互いに離間したタイミングのそれぞれにおける前記ピエゾ素子の電圧の検出値に基づき前記充電電圧を算出する手段であることを特徴とする。

ピエゾ素子の電圧は、圧電効果を有するために、外部からの電気エネルギの注入量のみによっては定まらない。すなわち、ピエゾ素子の充電処理が完了した後であっても、ピエゾ素子に印加される荷重が変動する場合には、ピエゾ素子の電圧は、荷重の変動に応じて変動する。このため、外部から注入された電気エネルギに応じた充電電圧を定義することが困難なものとなっている。ここで、ピエゾ素子の充電処理の完了後におけるピエゾ素子の電圧の検出値は、上記充電電圧と圧電効果による変動量との和と考えられる。このため、各検出値は充電電圧と相関を有して且つ、複数の検出値には、振動の情報が含まれていることとなる。したがって、複数の検出値を入力とするなら、各検出値の有する充電電圧情報から、ピエゾ素子の圧電効果に起因した振動成分を除去することができると考えられる。上記発明では、この点に着目することで、充電電圧を高精度に検出することができる。

ところで、振動の半周期の奇数倍の間隔だけ離間したタイミングのそれぞれにおけるピエゾ素子の電圧は、振幅中心に対して互いに対称なタイミングとなるため、ピエゾ素子へのエネルギの投入による充電電圧は、これらの中間の値となると考えられる。このため、上記タイミングのそれぞれにおける電圧の検出値を用いるなら、これらの中間値（中央値又はその付近の値）として充電電圧を適切に算出することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記算出手段は、前記振動の半周期の奇数倍の間隔を予め設定して且つ、該設定される間隔だけ離間したタイミングで前記ピエゾ素子の電圧を検出することを特徴とする。

振動の半周期の奇数倍の間隔だけ離間したタイミングを、ピエゾ素子の電圧の挙動の監視に基づき特定する場合には、電圧の検出周期を極めて短時間とする必要が生じる。一方、上記電圧の振動は、ピエゾインジェクタの構造等に起因した固有の振動数を有するものであることが発明者らによって見出された。このため、実際の電圧の振動を検出する以前に振動の半周期の奇数倍の間隔を予め把握することは可能である。上記発明では、この点に着目し、振動の半周期の奇数倍の間隔を予め設定してこの間隔だけ離間したタイミングにおいてピエゾ素子の電圧を検出することで、ピエゾ素子の電圧の要求検出周期の短縮化を抑制しつつも、上記請求項１記載の発明を実現することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記算出手段は、前記ピエゾ素子近傍の温度に基づき前記間隔を可変設定することを特徴とする。

上記ピエゾ素子の電圧の振動数は、上記ピエゾインジェクタの構造等に起因したものとはいえ、これはピエゾ素子の温度等によって変動し得ることが発明者らによって見出されている。これは、ピエゾインジェクタのうちの振動系を構成する部分の特性が同部分の温度に応じて変動しえることによると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、上記間隔を温度に基づき可変設定することで、上記間隔をより高精度に設定することができる。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記算出手段は、前記ピエゾインジェクタに供給される燃料の圧力に基づき前記間隔を可変設定することを特徴とする。

上記ピエゾ素子の電圧の振動数は、上記ピエゾインジェクタの構造等に起因したものとはいえ、これはピエゾインジェクタ内に供給される燃料の圧力等によって変動し得ることが発明者らによって見出されている。上記発明では、この点に鑑み、上記間隔を燃料の圧力に基づき可変設定することで、上記間隔をより高精度に設定することができる。

請求項５記載の発明は、請求項２〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記ピエゾインジェクタの開弁時間が所定以上である場合、前記ピエゾ素子の電圧の振動成分が十分に減衰した後の前記ピエゾ素子の電圧の検出値を取得する手段と、前記取得される電圧値と、前記算出手段によって算出される電圧値との差に基づき、前記算出手段の算出誤差を学習する学習手段とを更に備えることを特徴とする。

上記振動の半周期の奇数倍の間隔を予め設定する場合、この設定における前提と実際のものとの間にずれが生じるおそれがある。すなわち例えば、上記設定において前提としたピエゾインジェクタと実際のピエゾインジェクタとの間に個体差や経年変化に起因したずれが生じるおそれがある。また例えば、ピエゾインジェクタに供給される燃料の性状が上記設定において前提としたものとずれるおそれもある。こうした場合には、予め設定した間隔が、実際の振動の半周期の奇数倍の間隔に対してずれるおそれがある。一方、ピエゾインジェクタの開弁時間が所定以上である場合、ピエゾ素子の電圧の振動が十分に減衰し、ピエゾ素子の電圧が、ピエゾ素子に投入された充電エネルギに応じた充電電圧へと収束すると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、上記収束値が高精度な充電電圧を示すと考え、上記充電電圧の算出誤差を学習することができる。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記ピエゾインジェクタは、開弁方向及び閉弁方向のそれぞれに燃料の圧力が印加されるノズルニードルと、前記ノズルニードルの閉弁方向に圧力を印加する燃料を低圧系に流出させるための弁体であって且つ前記ピエゾ素子の変位に連動して変位する弁体と、前記弁体の開弁時に前記弁体と接触する被接触部材とを備えることを特徴とする。

上記発明では、弁体が開弁する際には、弁体が被接触部材に接触することでその変位が抑制される。この場合には、ピエゾ素子の充電処理の完了後においても、ピエゾ素子及び弁体を備えて構成されるピエゾインジェクタの稼動部が振動系を形成し、ピエゾ素子の荷重が顕著に変動する傾向にある。そしてこの場合には、ピエゾ素子の圧電現象に起因してピエゾ素子の電圧が顕著に振動する。このため、上記発明は、上記請求項１〜５記載の発明の利用価値が特に高いものとなっている。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記弁体は、流体を介して前記ピエゾ素子の変位が伝達されるものであることを特徴とする。

上記発明では、流体の体積弾性係数が、ピエゾ素子及び弁体を備えて構成される上記振動系を特徴付けるパラメータとなる。ここで、流体の体積弾性係数が流体の温度に依存して変動するため、上記請求項３記載の発明特定事項を有する場合には、その作用効果を特に好適に奏することができる。

請求項８記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記ピエゾインジェクタは、前記ピエゾ素子の変位に伴って開閉される三方弁を備えて且つ、前記三方弁の開弁時に該三方弁に接触する被接触部材を備えることを特徴とする。

上記発明では、三方弁が開弁する際には、三方弁が被接触部材に接触することでその変位が抑制される。この場合には、ピエゾ素子の充電処理の完了後においても、ピエゾ素子及び三方弁を備えて構成されるピエゾインジェクタの稼動部が振動系を形成し、ピエゾ素子の荷重が顕著に変動する傾向にある。そしてこの場合には、ピエゾ素子の圧電現象に起因してピエゾ素子の電圧が顕著に振動する。このため、上記発明は、上記請求項１〜５記載の発明の利用価値が特に高いものとなっている。

請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記算出手段によって算出された充電電圧は、前記充電処理手段による処理がなされる際の前記ピエゾ素子に充電される電荷量の検出値とともに、前記ピエゾ素子の容量及前記ピエゾ素子の温度の少なくとも一方を算出するために用いられることを特徴とする。

ピエゾ素子の充電電圧を充電電荷量に換算する比例係数として、ピエゾ素子の見かけの容量を定義することができる。上記発明では、充電電圧を高精度に検出することができるため、充電電荷量の検出値とともに、この充電電圧を用いることで、ピエゾ素子の容量を高精度に算出することができる。一方、ピエゾ素子の容量は、温度に応じて変動する。このため、ピエゾ素子の容量はピエゾ素子の温度と相関を有するパラメータとなっている。このことは、ピエゾ素子の充電電圧及び充電電荷量に基づき、ピエゾ素子の温度を直接算出したり、容量の算出を経由して算出したりできることを意味する。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載のピエゾインジェクタの充電電圧検出装置と、前記ピエゾインジェクタとを備えることを特徴とする燃料噴射制御システムである。

上記システムは、充電電圧検出装置を備えるため、高精度の充電電圧情報を用いることができ、ひいては信頼性の高い制御システムを構成する。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかるピエゾインジェクタの充電電圧検出装置を、コモンレール式の車載ディーゼル機関の備えるピエゾインジェクタの充電電圧検出装置に適用した第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態における燃料噴射制御システムの全体構成を示す。

図示されるように、燃料タンク１０内の燃料は、燃料ポンプ１２によって汲み上げられ、コモンレール１４に加圧供給（圧送）される。コモンレール１４は、燃料ポンプ１２から圧送された燃料を高圧状態で蓄え、これを高圧燃料通路１６を介して各気筒（ここでは、４気筒を例示）のピエゾインジェクタＰＩに供給する。

ピエゾインジェクタＰＩは、内部と外部とを連通させる噴射口を開閉するためのノズルニードル２２と、高圧燃料通路１６から供給される燃料が充填されるニードル収納部２０とを備えている。そして、ノズルニードル２２には、その開弁方向に、ニードル収納部２０に充填された燃料の圧力が印加される。一方、ノズルニードル２２の背面側は、高圧燃料通路１６からの燃料が充填される背圧室２４に対向している。これにより、ノズルニードル２２は、その閉弁方向に、背圧室２４内に充填された燃料の圧力が印加される。更に、背圧室２４には、ノズルニードル２２を閉弁側に押すニードルスプリング２６が備えられている。

背圧室２４は、三方弁２８を介して低圧燃料通路１８に連通可能とされている。三方弁２８は、その背面側が、環状のバルブシート部３０に着座することで、低圧燃料通路１８と背圧室２４とを遮断する一方、ボディの先端側へ変位することで、低圧燃料通路１８と背圧室２４とを連通させる。詳しくは、ボディの内部には、三方弁２８が開弁した際にその開弁方向への変位を規制するバルブ支持面３２が形成されている。このため、三方弁２８の開弁時には、三方弁２８はバルブ支持面３２に接触した状態で固定されることとなる。

上記三方弁２８には、変位拡大室３４内の流体(燃料)を介してピエゾ素子ＰＥによる動力が伝達される。更に、変位拡大室３４には、ピエゾ素子ＰＥを収縮方向に押すばね３８が設けられている。ちなみに、ピエゾ素子ＰＥは、三方弁２８に対向する側の裏面側がボディに固定されている。ピエゾ素子ＰＥは、複数の圧電素子が積層されてなる積層体（ピエゾスタック）を備え、これが逆圧電効果により伸縮することによりアクチュエータとして機能する。具体的には、ピエゾ素子ＰＥは、容量性の負荷であり、充電されることで伸長し、放電されることで縮小する。ちなみに、本実施形態にかかるピエゾ素子ＰＥは、ＰＺＴ等の圧電材料の圧電素子を利用したものである。

こうした構成によれば、ピエゾ素子ＰＥが収縮状態にあるときには、高圧燃料通路１６の高圧燃料により印加される圧力によって、三方弁２８は閉弁状態となる。このため、ノズルニードル２２を閉弁させようとする力が開弁させようとする力に勝り、ピエゾインジェクタＰＩは閉弁状態となる。一方、ピエゾ素子ＰＥが伸長状態となると、三方弁２８が開弁される。このため、背圧室２４内の燃圧が低下するため、ノズルニードル２２を開弁させようとする力が閉弁させようとする力に勝り、ピエゾインジェクタＰＩは開弁状態となる。

上記燃料噴射制御システムは、コモンレール１４内の燃圧を検出する燃圧センサ４２等、ディーゼル機関の運転状態を検出する各種センサを備えている。これら各種センサの検出結果は、制御装置４０に取り込まれる。そして、制御装置４０では、こうした検出値に基づき、ピエゾインジェクタＰＩ等、ディーゼル機関の各種アクチュエータを操作する。次に、制御装置４０の行なう処理のうち、特にピエゾインジェクタＰＩに設けられるピエゾ素子ＰＥの充電及び放電を行う処理について詳述する。

図２に、ピエゾインジェクタＰＩの備えるピエゾ素子ＰＥ及び制御装置４０の構成を示す。

ここでは、まずピエゾ素子ＰＥを駆動する駆動回路について説明する。

図示されるように、バッテリＢａから供給される電力は、まず昇圧回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ５０に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、バッテリＢａの電圧（例えば「１２Ｖ」）を、ピエゾ素子ＰＥを充電するための高電圧（例えば「１５０〜３００Ｖ」）に昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の昇圧電圧は、コンデンサ５２に印加される。これにより、コンデンサ５２では、ピエゾ素子ＰＥに供給するための電荷を蓄える。ちなみに、コンデンサ５２は、ピエゾ素子ＰＥへの一回の充電処理によってはその電圧がほとんど変化しない容量（例えば「数十〜数百μＦ」程度）を有するものであることが望ましい。コンデンサ５２の電圧は、充電スイッチ５４と充放電コイル５６との直列接続体を介して、ピエゾ素子ＰＥ（各気筒に対応してピエゾ素子ｐａ〜ｐｄと表記）の高電位となる端子側に印加される。ちなみに、ピエゾ素子ＰＥの低電位となる端子側は、接地されている。詳しくは、各ピエゾ素子ｐａ〜ｐｄと接地との間には、気筒選択スイッチ５８が接続されており、これにより、ピエゾ素子ｐａ〜ｐｄのいずれに対して充電処理又は放電処理を行うかを選択するようになっている。

充電スイッチ５４及び充放電コイル５６間は、放電スイッチ６２を介して接地されている。放電スイッチ６２には、接地側をアノード側としてダイオード６４が並列接続されている。ダイオード６４は、コンデンサ５２、充電スイッチ５４、充放電コイル５６と共に、ピエゾ素子ＰＥを充電する降圧チョッパ回路を構成するものであり、フリーホイールダイオードとして機能する。

一方、充電スイッチ５４には、充放電コイル５６側からコンデンサ５２側へと進む方向を順方向とするダイオード６６が並列接続されている。ダイオード６６は、コンデンサ５２、充放電コイル５６、放電スイッチ６２と共に、ピエゾ素子ＰＥの電荷を放電する昇圧チョッパ回路を構成するものであり、フリーホイールダイオードとして機能する。

なお、充放電コイル５６とピエゾ素子ＰＥとの間には、ショートスイッチ６８とダイオード７０と抵抗７２及び抵抗７４の直列接続体とが、ピエゾ素子ＰＥに並列に接続されている。ショートスイッチ６８は、上記チョッパ制御によっては放電しきれなかったピエゾ素子ＰＥの電荷を完全に放電するためのものである。また、ダイオード７０は、ピエゾ素子ＰＥの電圧がマイナスになることを防止している。また、上記コンデンサ５２には、これと並列に、抵抗体７６及び抵抗体７８の直列接続体が接続されている。

先の図１に示した制御装置４０は、上記駆動回路に加えて、マイクロコンピュータ（マイコン８６）と制御ＩＣ８４とを備えている。ここで、マイコン８６は、ディーゼル機関の運転状態等を検出する各種センサの検出値に基づき、ピエゾ素子ＰＥの変位量の制御条件を算出し、制御ＩＣ８４に出力する。制御ＩＣ８４は、マイコン８６から出力された制御条件に基づき、駆動回路を駆動する。なお、制御ＩＣ８４やマイコン８６は、駆動回路の各ノードＮ１〜Ｎ７の電位に基づき、駆動回路やピエゾ素子ＰＥの電流や電圧等の情報を取り込んでいる。また、マイコン８６は、Ａ／Ｄ変換器８２を介して積分器８０の出力を取り込んでいる。積分器８０は、ノードＮ５，Ｎ６の電圧降下量に応じて検出されるピエゾ素子ＰＥを介して流れる電流を時間積分することで、ピエゾ素子ＰＥの充電電荷量を検出するためのものである。

ここで、本実施形態にかかるピエゾ素子ＰＥの変位量の制御（充電処理及び放電処理）について詳述する。

図３に、充電処理及び放電処理の態様を示す。ここで、図３（ａ）は、マイコン８６から制御ＩＣ８４に出力される信号であって且つ、ピエゾインジェクタＰＩに対する噴射期間の指令値（指令噴射期間）を示す噴射信号の推移を示す。図３（ｂ）は、充電スイッチ５４の操作信号の推移を示す。図３（ｃ）は、気筒選択スイッチ５８の操作信号の推移を示す（ここではそのうちのピエゾ素子ｐａに対応したものを例示）。図３（ｄ）は、放電スイッチ６２の操作信号の推移を示す。図３（ｅ）は、ショートスイッチ６８の操作態様の推移を示す。図３（ｆ）は、コンデンサ５２の電圧の推移を示す。図３（ｇ）は、ピエゾ素子ＰＥの電圧の推移を示す。図３（ｈ）は、ピエゾ素子ＰＥを介して流れる電流（ピエゾ素子ＰＥに流入する電荷、ピエゾ素子ＰＥから流出する電荷）の推移を示す。図３（ｉ）は、上記積分器８０によって検出される充電電荷量の推移を示す。

図示されるように、時刻ｔａに、マイコン８６から制御ＩＣ８４に噴射信号が出力されることで、制御ＩＣ８４は、充電スイッチ５４のオン・オフ操作によるチョッパ制御を開始する。具体的には、充電スイッチ５４がオン操作されることによって、コンデンサ５２、充電スイッチ５４、充放電コイル５６、ピエゾ素子ｐａからなる閉ループ回路が形成される。これにより、コンデンサ５２の電荷がピエゾ素子ｐａに充電される。このとき、ピエゾ素子ｐａを介して流れる電流量が漸増する（電流量の漸増操作）。一方、充電スイッチ５４のオン操作の後、充電スイッチ５４がオフ操作されることで、充放電コイル５６、ピエゾ素子ｐａ、ダイオード６４からなる閉ループ回路が形成される。これにより、充放電コイル５６のエネルギが、ピエゾ素子ｐａに充電される。このとき、ピエゾ素子ｐａを介して流れる電流量が漸減する（電流量の漸減操作）。そして、本実施形態では、電流量がゼロとなることで、充電スイッチ５４を再度オン操作する。

上記態様にて充電スイッチ５４が操作される降圧チョッパ制御が時刻ｔａ〜時刻ｔｂにわたって行われることで、ピエゾ素子ｐａが充電され、ピエゾ素子ｐａの高電位となる端子側の電位が上昇する。

一方、時刻ｔｃにおいて、噴射信号が反転すると、制御ＩＣ８４では、放電スイッチ６２のオン・オフ操作を開始する。具体的には、放電スイッチ６２がオン操作されることで、ピエゾ素子ｐａ、充放電コイル５６、及び放電スイッチ６２によって閉ループ回路が形成される。これにより、ピエゾ素子ｐａが放電される。このとき、ピエゾ素子ｐａを介して流れる電流量が漸増する（電流量の漸増操作）。更に、放電スイッチ６２のオン操作の後、放電スイッチ６２がオフ操作されることで、ピエゾ素子ｐａ、充放電コイル５６、ダイオード６６、及びコンデンサ５２によって閉ループ回路が形成される。これにより、充放電コイル５６のエネルギがコンデンサ５２に回収される。このとき、ピエゾ素子ｐａを介して流れる電流量が漸減する（電流量の漸減操作）。そして、本実施形態では、電流量がゼロとなることで、放電スイッチ６２を再度オン操作する。

上記放電スイッチ６２をオフ操作するタイミングは、ピエゾ素子ｐａを介して流れる電流量が規定値となるタイミングとする。上記態様にて放電スイッチ６２が操作される昇圧チョッパ制御が行われることで、ピエゾ素子ｐａが放電され、ピエゾ素子ｐａの高電位となる端子側の電位が低下する。

なお、昇圧チョッパ制御によるピエゾ素子ｐａの放電が完了した後の時刻ｔｄ〜時刻ｔｅの期間、ショートスイッチ６８がオン操作されることで、ピエゾ素子ｐａの電荷を完全に放電させるようにする。

本実施形態では、ピエゾ素子ＰＥの充電処理を、充電スイッチ５４のオン・オフ操作をすることによって行っている。そして、ピエゾ素子ＰＥの変位量を所望に制御するに際し、本実施形態では、ピエゾ素子ＰＥの変位量と相関を有するピエゾ素子ＰＥの電気的な状態量を制御量とする。特に、本実施形態では、ピエゾ素子ＰＥへの投入エネルギ量を制御量とする。この制御は、オープンループ制御を基本とし、これを学習補正する態様にて行う。ここでは、オープンループ制御は、充電処理時の降圧チョッパ制御を図４に示す態様にて行なうことで実現することができる。すなわち、充電スイッチ５４をオン状態とする時間を充電処理の間中一定とし、且つオフ状態とする時間をピエゾ素子ＰＥを介して流れる電流がゼロとなるまでの時間とする。換言すれば、電流の漸増操作から漸減操作へと切り替えるタイミングを漸増操作から予め定められた時間が経過するときとして且つ、電流の漸減操作から漸増操作へと切り替えるタイミングを電流がゼロとなるときとする。これにより、単位時間当たりにピエゾ素子ＰＥに投入されるエネルギ量を、ピエゾ素子ＰＥの温度にかかわらず略一定とすることができ、単位時間当たりのエネルギ投入量は、充電スイッチ５４をオン状態とする時間によって調節することができる。なお、上記態様の降圧チョッパ制御により単位時間当たりにピエゾ素子ＰＥに投入されるエネルギ量を一定とすることができることについては、例えば特開２００２−１３１５６号公報に記載されている。

図５に、本実施形態にかかるピエゾ素子ＰＥの充電処理に関するブロック図を示す。

目標ベース値設定部Ｂ２は、ピエゾ素子ＰＥに投入するエネルギの目標ベース値ＥＴＢＳを設定する。本実施形態では、上記燃圧センサ４２によって検出されるコモンレール１４内の燃圧と、ピエゾインジェクタＰＩの個体差情報とに基づき、目標ベース値ＥＴＢＳを設定する。燃圧に応じて目標ベース値ＥＴＢＳを可変とするのは、ピエゾ素子ＰＥの変位量が、ピエゾ素子ＰＥの変位方向と逆方向に外部から加わる力に応じて変化するためである。一方、ピエゾインジェクタＰＩを開弁させるためには、高圧燃料通路１６を介して供給される燃料が三方弁２８をバルブシート部３０側へ押す力に打ち勝つ力をピエゾ素子ＰＥによって発生させなければならない。このため、ピエゾ素子ＰＥの変位方向と逆方向に加わる力は、燃料の圧力に応じて変化する。

上記個体差情報は、例えば、先の図１に示した燃料噴射制御システムにピエゾインジェクタＰＩを装着するに先立ち、燃料噴射特性を計測するなどにより予め計測されるものである。なお、計測された個体差情報は、これを記憶した２次元コード等を各ピエゾインジェクタＰＩに付与し、上記燃料噴射制御システムにピエゾインジェクタＰＩを装着する際に２次元コード内のデータを制御装置４０に記憶させるようにすることが望ましい。

容量算出部Ｂ４では、先の図２に示した積分器８０によって検出された充電電荷量Ｑと、後述する処理によって検出される充電電圧とに基づき、ピエゾ素子ＰＥの容量Ｃを算出する。温度変換部Ｂ６では、容量算出部Ｂ４によって算出された容量Ｃに基づき、ピエゾ素子ＰＥの温度ＴＨＦをマップ演算する。ここでは、容量Ｃが大きいほど温度ＴＨＦが大きい値とされる。

温度補正部Ｂ８は、高温状態において、目標ベース値ＥＴＢＳを補正する補正量を算出するものである。詳しくは、高温であるほど、目標ベース値ＥＴＢＳを増量補正する。これは、ピエゾインジェクタＰＩに供給される燃料が高温となるほど、燃料の粘性が低下するために、ピエゾ素子ＰＥの伸長量の割にノズルニードル２２のリフト量の変位が鈍る傾向にあることに鑑みてなされるものである。具体的には温度ＴＨＦが高いほど、目標ベース値ＥＴＢＳの増量補正量を増大させる。

目標値算出部Ｂ１０は、目標ベース値ＥＴＢＳを上記温度補正部Ｂ８の出力によって補正することで、目標値ＥＴＲＧを算出する。

オン時間設定部Ｂ１２は、目標値ＥＴＲＧに応じて、充電スイッチ５４をオン状態とする時間であるオン時間Ｔｏｎを設定する。ここでは、目標値ＥＴＲＧが大きいほどオン時間Ｔｏｎを長い値とする。これは、同一の充電処理時間にて投入エネルギ量を目標値ＥＴＲＧとするための設定である。

実エネルギ算出部Ｂ１４では、上記充電電圧Ｖｐｚｔ及び充電電荷量Ｑの積として実エネルギ量ＥＡＣＴを算出する。

偏差算出部Ｂ１６は、実エネルギ量ＥＡＣＴと目標値ＥＴＲＧとの差ΔＥを算出する。平均化処理部Ｂ１８では、充電処理がなされる際の燃圧ＮＰＣが同一レベルであるものについての上記差ΔＥの複数のサンプリング値を平均化する処理を行う。学習値算出部Ｂ２０は、平均化処理部Ｂ１８の出力に基づき、実エネルギ量ＥＡＣＴと目標値ＥＴＲＧとの乖離度合いを定量化した値である学習値ΔＴを算出する。本実施形態では、学習値ΔＴを、乖離度合いを補償するためのオン時間Ｔｏｎの補正量として定量化している。そして、実エネルギ量ＥＡＣＴの方が目標値ＥＴＲＧよりも小さければ小さいほど、学習値ΔＴを大きい値とする。

学習値記憶部Ｂ２２は、学習値算出部Ｂ２０によって算出される学習値ΔＴを記憶する。ここでは、燃圧ＮＰＣによって複数に分割された各領域毎に、学習値ΔＴが記憶される。これは、燃圧に応じて目標値ＥＴＲＧが設定されることから、実エネルギ量ＥＡＣＴと目標値ＥＴＲＧとの乖離度合いも燃圧に依存する可能性があると考えられることに鑑みてなされる設定である。なお、学習値記憶部Ｂ２２は、常時記憶保持装置を備えて構成されており、上記学習値ΔＴを、常時記憶保持装置に記憶保持する。ここで、常時記憶保持装置とは、駆動装置(制御ＩＣ８４やマイコン８６)の給電手段としてのバッテリとの主接続の状態（電源スイッチの状態）にかかわらず、データを常時保持する記憶装置である。この常時記憶保持装置としては、例えば制御装置４０とバッテリとの主接続の状態にかかわらず常時給電状態とされるバックアップメモリや、給電の有無にかかわらずデータを保持する不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）などがある。これにより、駆動装置の主電源がオンされてからオフされるまでの間の期間(又はディーゼル機関が起動されてから停止されるまでの期間)をトリップとする場合、複数回のトリップにわたって同一の学習値を用いることが可能となる。なお、上記学習値ΔＴの学習処理は、１トリップに一回程度、又は所定走行距離に１回程度行うことが望ましい。

オン時間補正部Ｂ２４では、オン時間設定部Ｂ１２の出力を学習値ΔＴで補正することで、充電スイッチ５４の最終的なオン時間Ｔｏｎを設定する。

こうした処理によれば、燃圧ＮＰＣや個体差、温度変化にかかわらず、ピエゾ素子ＰＥへのエネルギ投入量を高精度に制御することができる。特に上記オン時間Ｔｏｎの設定に基づくオープンループ制御の制御誤差が、学習値ΔＴにて補償されるために、ピエゾ素子ＰＥへの投入エネルギ量を高精度に制御することができる。次に、本実施形態にかかるピエゾ素子ＰＥの充電電圧の検出方法について詳述する。

＜充電電圧検出方法＞
先の図３（ｇ）に示されるように、ピエゾ素子ＰＥの充電処理の完了後であっても、ピエゾ素子ＰＥの電圧は振動する。次に、図６に基づき、この現象について説明する。

図６（ａ）は、三方弁２８の閉弁時についてのピエゾインジェクタＰＩの一部断面図であり、図６（ｂ）は、三方弁２８の開弁時についてのピエゾインジェクタＰＩの一部断面図である。ここで、ピエゾ素子ＰＥが伸長することで三方弁２８が開弁すると、三方弁２８は、バルブ支持面３２に接触するため、それ以上の開弁側への変位が規制される。この状態において、変位拡大室３４内の燃料や弾性体３８と、三方弁２８と、ピエゾ素子ＰＥとが振動系（バネマス振動系）を構成する。このため、三方弁２８がバルブ支持面３２に接触して固定された状態であっても、ピエゾ素子ＰＥに加わる荷重は変動する。このため、ピエゾ素子ＰＥの圧電効果によって、ピエゾ素子ＰＥの電圧は、変動することとなる。このため、ピエゾ素子ＰＥの充電処理の完了後であっても、ピエゾ素子ＰＥに投入した電気エネルギに起因したピエゾ素子ＰＥの電圧(ピエゾ素子ＰＥの充電電圧)を高精度に検出することは困難である。

ここで発明者らは、ピエゾ素子ＰＥの電圧の変動は、ピエゾインジェクタＰＩの構造等に起因した固有振動数を有して振動するものであることを見出した。図７に、ピエゾ素子ＰＥへの充電処理を変更した場合のピエゾ素子ＰＥに加わる荷重(スタック荷重)、及びピエゾ素子ＰＥの電圧の推移を示す。図示されるように、充電処理の開始タイミングを基準としたピエゾ素子ＰＥに加わる荷重や電圧の振動の位相は様々に変化しえるとはいえ、その周期は同一となる傾向にある。このため、ピエゾインジェクタＰＩの構造等、予め振動に関する情報を取得しておくことで、ピエゾ素子ＰＥの振動の半周期を特定することができる。そして、これにより、図８に示すように、振動の半周期だけ離間した一対のタイミングにおけるピエゾ素子ＰＥの電圧の検出値Ｖ１，Ｖ２の平均値として、充電電圧Ｖｐｚｔを算出することができる。この平均値は、圧電効果による電圧の変動の除去された値、すなわちピエゾ素子ＰＥへの電気エネルギ投入に起因した電圧とみなすことができる。ちなみに、図８（ａ）は、ピエゾ素子ＰＥを介して流れる電流の推移を示し、図８（ｂ）は、噴射信号の推移を示し、図８（ｃ）は、ピエゾ素子ＰＥの電圧の推移を示す。

図９に、本実施形態にかかる充電電圧Ｖｐｚｔの算出処理の手順を示す。この処理は、制御装置４０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、制御装置４０の搭載される制御システム内のピエゾインジェクタＰＩの固有振動数を決定するためのパラメータ（振動決定パラメータ）を読み込む。振動決定パラメータとしては、例えば、三方弁２８の質量やばね係数等がある。ここで、ばね係数は、変位拡大室３４内の燃料の体積弾性係数と弾性体３８のばね係数とに基づき、これら双方が単一のばねを形成するとみなしたときの見掛けのばね係数とすればよい。なお、振動決定パラメータは、製品出荷時等に、制御装置４０に予め記憶させるようにすればよい。これは、振動決定パラメータを記憶した２次元コード等を各ピエゾインジェクタＰＩに付与し、上記燃料噴射制御システムにピエゾインジェクタＰＩを装着する際に２次元コード内のデータを制御装置４０に記憶させるようにすることで行うことができる。

続くステップＳ１２においては、燃料噴射開始時期であるか否かを判断する。そして、燃料噴射開始時期であると判断される場合、ステップＳ１４において、１度目の電圧検出タイミングｔ１と、２度目の電圧検出タイミングｔ２とを設定する。ここで、１度目の電圧検出タイミングｔ１は、燃料噴射開始時期から所定時間Ｔｓｔａｒｔ（例えば「２００μｓ」）だけ経過したタイミングとする。このタイミングは、充電処理が確実に完了していると想定されるタイミングであって且つ放電処理が開始されるよりも十分に前のタイミングとなるように設定されている。また、２度目の電圧検出タイミングｔ２は、１度目の電圧検出タイミングｔ１に対して、振動の周期Ｔの「１／２」だけ後のタイミングに設定される。ここで、周期Ｔは、振動決定パラメータに基づき設定されるものである。

そして、第１の電圧検出タイミングにおいて(ステップＳ１６：ＹＥＳ)、電圧を検出し (ステップＳ１８)、第２の電圧検出タイミングにおいて（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、再度電圧を検出する (ステップＳ２２)。ちなみに、これらタイミングでの検出値Ｖ１、Ｖ２は、上記各タイミングにおいて、先の図２に示した抵抗体７２，７４によるピエゾ素子ＰＥの電圧の分圧値として検出されるものである。

続くステップＳ２４においては、充電電圧Ｖｐｚｔを、検出値Ｖ１，Ｖ２の平均値(中央値)として算出する。なお、ステップＳ２４の処理が完了する場合や、ステップＳ１２において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

上記処理によれば、振動決定パラメータを予め設定しておくことで、振動の半周期の間隔だけ離間した一対のタイミングにおいて電圧を検出することができ、ひいては充電電圧を高精度に検出することができる。ここで、振動決定パラメータは、上述したように変位拡大室３４内の燃料の体積弾性係数に依存する。そして体積弾性係数は、圧力や温度に依存して変化しえるものである。しかし、先の図１に示したピエゾインジェクタＰＩにおいては、変位拡大室３４内の燃料は、変位拡大室３４を区画する部材間のクリアランスを介してピエゾ素子ＰＥの収容される室に連通し、ひいては低圧燃料通路１８に連通している。このため、変位拡大室３４内の燃料の圧力は、コモンレール１４内の燃料の圧力が大きく変動しても、その影響を受けにくいものとなっている。このため、コモンレール１４から供給される燃料の圧力の変動にかかわらず、変位拡大室３４内の燃料の圧力は、体積弾性係数を変化させるうえでは大きな影響を及ぼさない。また、燃料の温度についても、ディーゼル機関の通常の運転範囲内での温度変化による体積弾性係数の変化はさほど大きくない。このため、予め振動決定パラメータを定めることで、振動の半周期を高精度に設定することができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）ピエゾ素子ＰＥの振動の周期Ｔの「１／２」の間隔だけ離間した一対のタイミングｔ１、ｔ２でピエゾ素子ＰＥの電圧を検出し、この際の検出値Ｖ１，Ｖ２に基づき充電電圧Ｖｐｚｔを算出した。これにより、充電電圧Ｖｐｚｔを高精度に検出することができる。特に予め一対のタイミングを定めてピエゾ素子ＰＥの電圧を検出するために、電圧検出周期の短縮化を抑制することができる。このため、例えば「７０〜８０μｓ」の周期で電圧を検出することで充電電圧Ｖｐｚｔを検出することができる。この間隔は、ピエゾ素子ＰＥの電圧を逐次検出することでその振動の周期を検出するために要求される電圧検出周期(例えば「１０μｓ」)よりも長い周期である。

（２）ピエゾインジェクタＰＩ内に、三方弁２８の開弁時において、三方弁２８と接触する被接触部材(バルブ支持面３２)を形成した。これにより、ピエゾ素子ＰＥの充電処理の完了後においても、ピエゾ素子及び三方弁２８を備えて構成される系が顕著に振動する系となる。このため、本実施形態にかかる充電電圧の検出手法の利用価値が特に高いものとなっている。

（３）充電電圧Ｖｐｚｔを、ピエゾ素子ＰＥに実際に投入されたエネルギ量(実エネルギ量ＥＡＣＴ)の算出に利用した。これにより、ピエゾ素子ＰＥの投入エネルギ量の学習補正を高精度に行うことができ、ひいてはピエゾ素子ＰＥの電気的な状態量の制御をより高精度に実行することができる。

（４）充電電圧Ｖｐｚｔを、ピエゾ素子ＰＥの容量Ｃの算出に用いた。これにより、ピエゾ素子ＰＥの容量Ｃを高精度に算出することができ、ひいてはピエゾ素子ＰＥの電気的な状態量の制御をより高精度に実行することができる。

（５）充電電圧Ｖｐｚｔを、ピエゾ素子ＰＥの温度ＴＨＦを算出するために用いた。これにより、ピエゾ素子ＰＥの電気的な状態量をより高精度に制御することができる。また、ピエゾ素子ＰＥの温度ＴＨＦは、ピエゾインジェクタＰＩ内の燃料の温度と強い正の相関を有するパラメータとなるため、これによりピエゾインジェクタＰＩに対する指令噴射量を可変設定するなら、燃料噴射制御を都度の温度に応じた最適なものとすることも可能となる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１０に、本実施形態にかかる充電電圧Ｖｐｚｔの算出処理の手順を示す。この処理は、制御装置４０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１０において、先の図９に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

図示されるように、本実施形態では、ステップＳ１２において肯定判断されると、ステップＳ２６において、ピエゾインジェクタＰＩに供給される燃料の圧力(コモンレール１４内の燃圧ＮＰＣ)と、ピエゾ素子ＰＥの温度ＴＨＦとを取得する。続くステップＳ１４ａでは、ピエゾ素子ＰＥの電圧を検出する一対のタイミングｔ１、ｔ２を算出する。この際、ピエゾ素子ＰＥの充電完了後の電圧の振動の周期Ｔを、上記振動決定パラメータのみならず、コモンレール１４内の燃圧ＮＰＣ及びピエゾ素子ＰＥの温度ＴＨＦに基づき設定する。

ここで、コモンレール１４内の燃圧ＮＰＣは、変位拡大室３４内の燃圧と正の相関を有し得るパラメータである。すなわち、変位拡大室３４は、低圧燃料通路１８に連通しているとはいえ、高圧燃料通路１６側からの燃料が流入するため、コモンレール１４内の燃圧に応じて変動しえる。また、ピエゾ素子ＰＥの温度は、ピエゾインジェクタＰＩ内の燃料の温度と強い正の相関を有するパラメータとして用いられるものである。すなわち、ピエゾ素子ＰＥの温度ＴＨＦは、ピエゾインジェクタＰＩ内の燃料の温度を定量化したパラメータである。

これら２つのパラメータは、いずれも変位拡大室３４内の燃料の体積弾性係数を変化させ得るパラメータである。このため、本実施形態では、これらに基づき周期Ｔを設定する。ここでは、燃圧ＮＰＣが高いほど周期Ｔを短くする。これは、変位拡大室３４内の燃圧が高いほど見かけのばね係数Ｋが増大し、固有振動数が増大すると考えられるためである。また、温度ＴＨＦが高いほど周期Ｔを長くする。これは、燃料が高温であるほど粘性が低下するために、見かけのばね係数Ｋが低下し、固有振動数が減少すると考えられるためである。なお、図１０では、燃圧ＮＰＣと周期Ｔとの関係を示す１次元マップと、温度ＴＨＦと周期Ｔとの関係を示す１次元マップとを模式的に示しているが、実際には、燃圧ＮＰＣや温度ＴＨＦと補正係数との関係を定めた１次元マップを備え、振動決定パラメータから設定される周期Ｔをこれら補正係数に応じて補正することで最終的な周期Ｔを算出するようにすることが望ましい。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜(５)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（６）ピエゾ素子の温度ＴＨＦに基づき、周期Ｔを可変設定した。これにより、周期Ｔをより高精度に設定することができる。

（７）ピエゾインジェクタＰＩに供給される燃料の圧力に基づき、周期Ｔを可変設定した。これにより、周期Ｔをより高精度に設定することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、ピエゾインジェクタＰＩに対する指令噴射期間が十分に長い場合、上記第１の実施形態の要領で充電電圧を検出する処理を行うとともに、ピエゾ素子ＰＥの電圧の振動が十分に減衰したと想定されるタイミングでピエゾ素子ＰＥの電圧を検出することで、上記第１の実施形態の要領で検出される充電電圧の検出誤差を学習する。

図１１に、振動の周期Ｔの「１／２」の間隔だけ離間した一対のタイミングでの電圧検出に基づく充電電圧Ｖｐｚｔの検出誤差の学習処理の手順を示す。この処理は、制御装置４０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ３０において、指令噴射期間ＴＦＩＮを取得する。続くステップＳ３２においては、指令噴射期間ＴＦＩＮが規定期間α以上であるか否かを判断する。ここで、規定期間αは、ピエゾ素子ＰＥの充電処理の完了後、ピエゾ素子ＰＥの圧電現象に起因した電圧の変動が十分に減衰すると想定される期間に設定されている。そして、規定期間α以上であると判断される場合、ステップＳ３４において、規定期間αの経過時にピエゾ素子ＰＥの電圧を検出する。続く、ステップＳ３６においては、上記ステップＳ３４において取得された検出値Ｖαに対する半周期だけ離間した一対のタイミングでの電圧検出に基づき算出される充電電圧Ｖｐｚｔの差を、学習値ΔＶとして算出する。ここで、検出値αと、充電電圧Ｖｐｚｔとは、同一の充電処理についての充電電圧を示すパラメータである。換言すれば、ピエゾ素子ＰＥの１回の伸縮動作の間の期間（ノズルニードル２２の１回の開閉動作の間の期間）における値である。

なお、ステップＳ３６の処理が完了する場合や、上記ステップＳ３２において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図１２に、本実施形態にかかる充電電圧Ｖｐｚｔの算出処理の手順を示す。この処理は、制御装置４０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１２において、先の図９に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ２４ｂにおいて、一対の検出値Ｖ１，Ｖ２の平均値から学習値ΔＶを減算することで、充電電圧Ｖｐｚｔを算出する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜(５)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（８）ピエゾインジェクタＰＩの開弁時間が所定以上である場合、ピエゾ素子ＰＥの電圧の振動成分が十分に減衰した後のピエゾ素子ＰＥの電圧の検出値Ｖαを取得し、これと充電電圧Ｖｐｚｔとの差に基づき、充電電圧Ｖｐｚｔの算出誤差を学習した。これにより、充電電圧Ｖｐｚｔをより高精度に算出することが可能となる。これにより、周期Ｔの設定において前提としたピエゾインジェクタＰＩと実際のピエゾインジェクタとの間に個体差や経年変化に起因したずれが生じたり、ピエゾインジェクタＰＩに供給される燃料の性状が周期Ｔの設定において前提としたものからずれたりした場合であっても、充電電圧Ｖｐｚｔを高精度に算出することができる。ここで、ピエゾインジェクタＰＩの個体差や経年変化によって周期Ｔが変化する主な要因としては、ピエゾ素子ＰＥの収納される空間を経由して変位拡大室３４を低圧燃料通路１８に連通させるクリアランスのばらつきがある。また、燃料性状の相違による周期Ｔの変化としては、例えば、燃料タンク１０に軽油が給油されるのか、バイオ燃料が給油されるのかに応じた変位拡大室３４内の流体の体積弾性係数の変動によるものが考えられる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記各実施形態では、ピエゾ素子ＰＥの充電処理として、複数回のオン・オフ操作のうちのオン時間を同一とする処理を採用したがこれに限らない。別の充電処理を行う場合であっても、充電処理の完了後に充電電圧を高精度に検出できるなら、これに基づき充電電圧を高精度に補正することなどができる。

・上記第３の実施形態による上記第１の実施形態の変更点によって、上記第２の実施形態を変更してもよい。

・上記第２の実施形態では、電圧の振動の周期Ｔを、温度ＴＨＦ及び燃圧ＮＰＣに基づき設定したがこれに限らず、これら２つのパラメータのいずれか一方のみに基づき設定してもよい。

・上記第２の実施形態では、温度ＴＨＦを用いたが、これに限らず、例えば燃料ポンプ１２に燃料温度を検出する検出手段が内蔵されている場合には、その検出値を用いてもよい。

・上記第１、第３の実施形態では、振動決定パラメータを制御装置４０に記憶し、これに基づき振動の周期Ｔを設定したがこれに限らず、予め振動の周期Ｔを制御装置４０に記憶するようにしてもよい。また、第２の実施形態においても、振動決定パラメータを制御装置４０に記憶する代わりに、温度ＴＨＦや燃圧ＮＰＣ毎に振動の周期Ｔを設定するマップを制御装置４０に記憶しておいてもよい。

・上記各実施形態では、振動の半周期だけ離間した一対のタイミングにおいてピエゾ素子ＰＥの電圧を検出し、これに基づき充電電圧Ｖｐｚｔを算出したがこれに限らず、例えば振動の半周期の奇数倍（≧３）だけ離間した一対のタイミングにおいてピエゾ素子ＰＥの電圧を検出し、これに基づき充電電圧Ｖｐｚｔを算出してもよい。

・上記各実施形態では、振動の半周期だけ離間した一対のタイミングにおいてピエゾ素子ＰＥの電圧を検出し、これに基づき充電電圧Ｖｐｚｔを算出したがこれに限らず、例えば互いに半周期だけ離間した３つ以上のタイミングにおいてピエゾ素子ＰＥの電圧を検出し、これに基づき充電電圧Ｖｐｚｔを算出してもよい。すなわち、例えば４つのタイミングにおいてピエゾ素子ＰＥの電圧を検出し、これらの平均値として充電電圧Ｖｐｚｔを算出してもよい。このように、振動の半周期(又はその奇数倍)だけ離間したタイミングの電圧値の平均値に基づき充電電圧Ｖｐｚｔを算出する場合には、上記タイミングの数が偶数であることが便宜である。ただし、このことは、奇数個のタイミングにおける電圧から充電電圧Ｖｐｚｔを算出する可能性を排除するものではない。すなわち、例えば３つのタイミングの先頭のタイミング及び最後のタイミングのそれぞれにおいて検出された電圧の平均値と、中間のタイミングにおいて検出された電圧との平均値として充電電圧Ｖｐｚｔを算出するなどすることも可能である。これによれば、ピエゾ素子ＰＥの充電処理完了後において、ピエゾ素子ＰＥからの電荷のリークに起因してピエゾ素子ＰＥの電圧が緩やかに減衰する場合であっても、電圧の減衰を考慮して上記中間のタイミングにおける充電電圧を算出することができる。

更に、互いに振動の半周期の奇数倍だけ離間したタイミングにおいて検出される電圧の平均値(中央値)を用いるものに限らない。上述したように、ピエゾ素子ＰＥの充電電圧が緩やかに減衰するものであることに鑑みれば、時系列的に後のタイミングにおける検出値に先のタイミングにおける検出値よりも大きい重み係数を乗算した加重平均処理によって充電電圧を算出してもよい。

・充電処理の完了後におけるピエゾ素子ＰＥの電圧の複数個の検出値を入力とし、ピエゾ素子ＰＥの圧電効果に起因して上記入力される複数個の検出値に含まれる振動成分を除去しつつ、ピエゾ素子ＰＥの充電電圧を算出する算出手段としては、上記各実施形態及びその変形例にて例示したものに限らない。例えば、上記実施形態で想定したものよりも高速(例えば「１０μｓ」周期）にてピエゾ素子ＰＥの電圧をサンプリングする機能を備える場合、複数個の検出値のうちの極大値及び極小値を特定することが可能となると考えられる。このため、これら極大値及び極小値の平均値を充電電圧Ｖｐｚｔとすることもできる。

・上記実施形態では、ピエゾ素子ＰＥに投入されたエネルギ量やピエゾ素子ＰＥの見かけの容量を算出するために、ピエゾ素子ＰＥの充電電圧Ｖｐｚｔを利用したがこれに限らない。例えば、ピエゾ素子ＰＥの温度を直接算出するためにピエゾ素子ＰＥの充電電圧Ｖｐｚｔを利用してもよい。すなわち、先の図５に示した処理によれば、ピエゾ素子ＰＥの充電電圧Ｖｐｚｔとピエゾ素子ＰＥの充電電荷量Ｑとに基づきピエゾ素子ＰＥの静電容量を算出し、これに基づきピエゾ素子ＰＥの温度ＴＨＦをマップ演算した。このことは、充電電圧Ｖｐｚｔ及び充電電荷量Ｑを入力として、ピエゾ素子ＰＥの温度を算出可能であることを意味する。

・ピエゾ素子ＰＥの静電容量の利用手法としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えばピエゾ素子ＰＥの個体差を定量化するパラメータとして、静電容量を利用してもよい。

・ピエゾインジェクタＰＩの構造としては、先の図１に例示したものに限らない。例えば、ピエゾ素子ＰＥの変位を三方弁２８に伝達させるための流体が充填される室としては、ピエゾ素子ＰＥの変位を増幅する変位拡大室３４に限らず、ピエゾ素子ＰＥの変位量と略等しい量だけ三方弁２８を変位させるものであってもよい。また、流体(燃料)を介さずに、ピエゾ素子ＰＥの伸縮動作を弾性体３８によって三方弁２８に伝達するようにしてもよい。更に、流体(燃料)の充填された変位拡大室３４内に弾性体３８を備えない構成であってもよい。なお、変位拡大室３４内に充填される流体としては燃料に限らず、適宜の非圧縮性流体であればよい。

・ピエゾインジェクタＰＩとしては、先の図１に例示したように、開弁方向及び閉弁方向のそれぞれに燃料の圧力が印加されるノズルニードル２２と、ノズルニードル２２の閉弁方向に圧力を印加する燃料を低圧系に流出させる弁体(三方弁２８)と、弁体の開弁時に弁体と接触する被接触部材（バルブ支持面３２）とを備えるものに限らない。例えば、米国特許第６５２０４２３号明細書や、特開２００７−２３１７７０号公報に記載されているように、ピエゾ素子の伸長に伴って押しのけた流体（燃料）に応じてノズルニードルのリフト量が調節されるものであってもよい。この場合、ピエゾ素子が伸長した際に、ピエゾ素子やこれに連結される部材の伸長方向の変位を規制する被接触部材が存在しない。しかし、この場合であっても、ピエゾ素子の充電処理完了直後にピエゾ素子に印加される荷重が変動する場合、より迅速且つ高精度に充電電圧を検出するためには、本発明の適用が有効と考えられる。

・内燃機関としては、ディーゼル機関に限らない。ただし、筒内噴射式内燃機関や圧縮着火式内燃機関であるなら、ピエゾインジェクタに高圧燃料が供給されるため、本実施形態と同様の課題を生じやすいと考えられ、本発明の適用が特に有効と考えられる。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる制御装置の回路構成を示す回路図。 同実施形態にかかるピエゾ素子の充放電処理を示すタイムチャート。 同実施形態にかかるピエゾ素子の充電エネルギ量のオープンループ制御手法を示すタイムチャート。 同実施形態にかかるピエゾ素子の充電エネルギの制御に関する処理を示すブロック図。 同実施形態にかかるピエゾインジェクタの開弁及び閉弁の動作を示す断面図。 同実施形態にかかるピエゾ素子の充電電圧の変動を示すタイムチャート。 同実施形態にかかる充電電圧の検出態様を示すタイムチャート。 同実施形態にかかるピエゾインジェクタの充電電圧の検出処理の手順を示す流れ図。 第２の実施形態にかかるピエゾインジェクタの充電電圧の検出処理の手順を示す流れ図。 第３の実施形態にかかる充電電圧の検出誤差の学習処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかるピエゾインジェクタの充電電圧の検出処理の手順を示す流れ図。

符号の説明

２０…ニードル収納部、２２…ノズルニードル、２４…背圧室、２８…三方弁、３０…バルブシート部、３２…バルブ支持面（被接触部材の一実施形態）、３４…変位拡大室、８４…制御ＩＣ（ピエゾインジェクタの充電電圧検出装置の一実施形態）、８６…マイコン（ピエゾインジェクタの充電電圧検出装置の一実施形態）、ＰＩ…ピエゾインジェクタ、ＰＥ…ピエゾ素子。

Claims (10)

1. ピエゾ素子をアクチュエータとするピエゾインジェクタを駆動すべく駆動回路を操作することで前記ピエゾ素子を充電する処理を行う充電処理手段と、
   該充電処理手段による処理の完了後における前記ピエゾ素子の電圧の複数個の検出値を入力とし、前記ピエゾ素子の圧電効果に起因して前記入力される複数個の検出値に含まれる振動成分を除去しつつ、前記ピエゾ素子の充電電圧を算出する算出手段とを備え、
   前記算出手段は、前記振動の半周期の奇数倍の間隔だけ互いに離間したタイミングのそれぞれにおける前記ピエゾ素子の電圧の検出値に基づき前記充電電圧を算出する手段であることを特徴とするピエゾインジェクタの充電電圧検出装置。
2. 前記算出手段は、前記振動の半周期の奇数倍の間隔を予め設定して且つ、該設定される間隔だけ離間したタイミングで前記ピエゾ素子の電圧を検出することを特徴とする請求項１記載のピエゾインジェクタの充電電圧検出装置。
3. 前記算出手段は、前記ピエゾ素子近傍の温度に基づき前記間隔を可変設定することを特徴とする請求項２記載のピエゾインジェクタの充電電圧検出装置。
4. 前記算出手段は、前記ピエゾインジェクタに供給される燃料の圧力に基づき前記間隔を可変設定することを特徴とする請求項２又は３記載のピエゾインジェクタの充電電圧検出装置。
5. 前記ピエゾインジェクタの開弁時間が所定以上である場合、前記ピエゾ素子の電圧の振動成分が十分に減衰した後の前記ピエゾ素子の電圧の検出値を取得する手段と、
   前記取得される電圧値と、前記算出手段によって算出される電圧値との差に基づき、前記算出手段の算出誤差を学習する学習手段とを更に備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のピエゾインジェクタの充電電圧検出装置。
6. 前記ピエゾインジェクタは、開弁方向及び閉弁方向のそれぞれに燃料の圧力が印加されるノズルニードルと、前記ノズルニードルの閉弁方向に圧力を印加する燃料を低圧系に流出させるための弁体であって且つ前記ピエゾ素子の変位に連動して変位する弁体と、前記弁体の開弁時に前記弁体と接触する被接触部材とを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のピエゾインジェクタの充電電圧検出装置。
7. 前記弁体は、流体を介して前記ピエゾ素子の変位が伝達されるものであることを特徴とする請求項６記載のピエゾインジェクタの充電電圧検出装置。
8. 前記ピエゾインジェクタは、前記ピエゾ素子の変位に伴って開閉される三方弁を備えて且つ、前記三方弁の開弁時に該三方弁に接触する被接触部材を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のピエゾインジェクタの充電電圧検出装置。
9. 前記算出手段によって算出された充電電圧は、前記充電処理手段による処理がなされる際の前記ピエゾ素子に充電される電荷量の検出値とともに、前記ピエゾ素子の容量及前記ピエゾ素子の温度の少なくとも一方を算出するために用いられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のピエゾインジェクタの充電電圧検出装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のピエゾインジェクタの充電電圧検出装置と、
    前記ピエゾインジェクタ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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