JP7059661B2 - ピエゾインジェクタ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピエゾインジェクタ駆動装置に関する。

エンジンの気筒内にピエゾインジェクタにより燃料を噴射するピエゾインジェクタ駆動装置においては、ピエゾインジェクタを構成するピエゾ素子が温度変動により容量値が変動して、燃料噴射の精度に悪影響を与えてしまうことがわかっている。このため、従来では、例えば遮断電流を時間とともに上昇させることで、ピエゾ素子の容量が変動しても放電時間が一定となるようにし、噴射量を安定させる技術がある。

しかし、近年では、年々厳しくなる排ガス規制や燃費要求に対応するため、噴射量の精度向上が求められている。これに対応して噴射量の自由度を向上させるために、ピエゾインジェクタによる弁開度の制御を、従来の「開状態」と「閉状態」の２段階だけでなく、「中間開度」に制御できるようにする技術が進められている。

この技術では、所望の開度に制御するためにピエゾ素子への充電精度が重要となる。しかし、従来技術では、ピエゾ素子の容量変動に対する充電精度への影響は考慮されていない。そのため、ピエゾ素子の容量の初期的な製品ばらつきや温度による変動がある場合には、充電電荷が指示通りに行えず、所望の「中間開度」の制御を行うことができないという問題が発生する。

ピエゾ素子の容量変動により充電電荷がばらつくのは、初期的な設定値とのずれ以外に、次のような要因がある。すなわち、ピエゾインジェクタへの充電時に、ピエゾ素子の容量変動によって電流の傾きが変化することで、充電スイッチＯＦＦ時のオーバーシュート量が変化することがあり、その累積で充電電荷の精度が大きく変動することになるからである。

また、ピエゾ素子の容量が変動する要因は、温度以外にも経年劣化があり、経年劣化も加味すると問題がより顕著に表れる。

特開２００３－９２４３８号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、ピエゾインジェクタの容量変動による充電動作のばらつきに起因した不具合を回避することができるようにしたピエゾインジェクタ駆動装置を提供することにある。

請求項１に記載のインジェクタ駆動装置は、ピエゾインジェクタに対して駆動制御部により直流電源から所定電圧による充電により燃料噴射の動作を実施するピエゾインジェクタ駆動装置であって、前記ピエゾインジェクタへの給電経路に直列に接続された所定容量値の校正用容量と、前記校正用容量の端子電圧を検出する電圧検出回路と、前記ピエゾインジェクタおよび前記校正用容量への充電の後、前記電圧検出回路による検出電圧に基づいて前記ピエゾインジェクタの容量変化を検出する容量検出動作を実行する容量検出部とを備えている。

上記構成を採用することにより、容量検出部は、直流電源から所定電圧でピエゾインジェクタおよび校正用容量への充電を実施した後、電圧検出回路により、校正用容量の端子電圧を検出し、この結果に基づいてピエゾインジェクタの容量変化を検出することができる。これにより、変動容量の大きさによってピエゾインジェクタを中間開度で制御可能かどうかを判定してピエゾインジェクタの開度を決めることで、所定の開度に制御できないという不具合を抑制し、精度良くピエゾインジェクタを制御することができる。

また、ピエゾインジェクタの容量変化検出と併せて、充電制御に際して充電電荷量を補正することができる構成を採用する場合には、ピエゾインジェクタの容量変動が発生している場合でも、所定の開度になるように精度良くピエゾインジェクタを制御することができる。また請求項１記載の発明によれば、駆動制御部は、容量検出部により検出された校正用容量の容量変化から、ピエゾインジェクタへの充電のオフタイミングを決める電荷閾値を補正する電荷閾値補正部を備える。

第１実施形態を示す電気的構成図 インジェクタ容量検出部の機能ブロック構成図 電荷閾値補正部の機能ブロック構成図 充電制御部の機能ブロック構成図 電荷閾値補正処理の流れ図 タイムチャート 充電電荷と開弁状態との関係を示す作用説明図 第２実施形態を示す電荷閾値補正部の機能ブロック構成図 電荷閾値補正部の機能ブロック構成図 充電制御部の機能ブロック構成図 タイムチャート

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１～図７を参照して説明する。
全体の電気的構成を示す図１において、ピエゾインジェクタ１は、これを駆動制御するピエゾインジェクタ駆動装置２の出力端子Ａ、Ｂに接続されている。ピエゾインジェクタ駆動装置２は、駆動制御部３、直流電源としてのＤＣ／ＤＣコンバータ４、駆動部５および容量検出回路６を備えている。また、ピエゾインジェクタ駆動装置２は、マイコン７から噴射指令信号Ｓｉｎｊ、充電電荷指令値Ｑｇ、補正指令信号Ｓｘが入力される。

なお、ここではピエゾインジェクタ１として１個設ける例を示しているが、エンジンの気筒数に対応する個数が設けられる場合には、一つのピエゾインジェクタ駆動装置２により、複数のピエゾインジェクタ１を選択的に駆動するように構成することができる。

駆動制御部３は、気筒制御部３１、充電制御部３２、放電制御部３３、電荷検出部３４、インジェクタ容量検出部３５、電荷閾値補正部３６、検出スイッチ駆動部３７を備えている。気筒制御部３１は、マイコン７から噴射指令信号Ｓｉｎｊが与えられると、ピエゾインジェクタ１に充電および放電の動作をさせるために、充電制御部３２に充電指令信号Ｓｃを与え、放電制御部３３に放電指令信号Ｓｄを与え、駆動部５を駆動させる。なお、複数のピエゾインジェクタ１を駆動制御する構成の場合には、複数のピエゾインジェクタ１を順次切り換えて選択した状態として駆動することができる。

電荷検出部３４は、ピエゾインジェクタ１への充電電荷を検出して検出信号Ｑｃｈｇを充電制御部３２に出力する。インジェクタ容量検出部３５は、後述するようにしてピエゾインジェクタ１の容量Ｃｉｎｊを検出して電荷閾値補正部３６に出力するとともに、ピエゾインジェクタ１の満充電状態を検出して検出信号Ｓｆｃを充電制御部３２に出力する。

電荷閾値補正部３６は、インジェクタ容量検出部３５から与えられるピエゾインジェクタ１の容量値Ｃｉｎｊに基づいて容量変動を検出し、電荷閾値の補正量Ｑｃｍｐを充電制御部３２に出力する。検出スイッチ駆動部３７は、マイコン７から補正指令信号Ｓｘが与えられるとともに、他のＥＣＵなどから異常検出信号Ｓｐや、補正許可信号Ｓｅｎが与えられる。検出スイッチ駆動部３７は、容量検出部６の駆動制御を行ってピエゾインジェクタ１の容量変動を検出する動作を実施する。

直流電源としてのＤＣ／ＤＣコンバータ４は、昇圧コイル４１、昇圧用のＭＯＳＦＥＴ４２、ダイオード４３、出力用のコンデンサ４４を備えている。ＭＯＳＦＥＴ４２は、駆動制御部３により駆動信号Ｓｈが与えられて昇圧動作が実行される。ＭＯＳＦＥＴ４２は、車載バッテリＶＢから昇圧コイル４１に通電させて発生する誘導電圧をコンデンサ４４に充電させ、所定の出力電圧Ｖｏｕｔとなるように制御される。

駆動部５は、充電スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴ５１、充放電用コイル５２、放電スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴ５３、気筒選択スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴ５４、電流検出抵抗５５、分圧回路５６、５７を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電圧Ｖｏｕｔは、分圧回路５６により検出される。ピエゾインジェクタ１の一端子が接続された端子Ｐの電圧Ｖｉｎｊは、分圧回路５７により検出される。

ＭＯＳＦＥＴ５１は充電制御部３２から駆動信号が与えられ、ＭＯＳＦＥＴ５３は放電制御部３３から駆動信号が与えられる。ＭＯＳＦＥＴ５３がオフ状態で、ＭＯＳＦＥＴ５１および５４がオンされると、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電圧Ｖｏｕｔを、充放電コイル５２を介してピエゾインジェクタ１に印加して電流Ｉｉｎｊを流して充電させる。

ＭＯＳＦＥＴ５１がオフ状態で、ＭＯＳＦＥＴ５３および５４がオンされると、ピエゾインジェクタ１の充電電荷が充放電コイル５２を介してグランド側に放電される。なお、ピエゾインジェクタ１に充電および放電で流れる電流Ｉｉｎｊは、電流検出抵抗５５の端子電圧として検出され、電荷検出部３４に入力される。

容量検出回路６は、校正用容量６１、検出スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴ６２および分圧回路６３を備える。校正用容量６１とＭＯＳＦＥＴ６２の直列回路が出力端子Ｂとグランドとの間に接続される。ＭＯＳＦＥＴ６２は、検出スイッチ駆動部３７から駆動制御される。同様に、２個の抵抗からなる分圧回路６３も、出力端子Ｂとグランドとの間に接続される。分圧回路６３は、検出電圧Ｖｃｍｐをインジェクタ容量検出部３５に入力する。

図２は、上記したインジェクタ容量検出部３５の構成を機能ブロックで示している。インジェクタ容量検出部３５は、インジェクタ電圧検出回路３５ａ、容量電圧検出回路３５ｂ、電圧Ｖｉｎｊ格納レジスタ３５ｃ、電圧Ｖｃｍｐ格納レジスタ３５ｄ、インジェクタ容量演算器３５ｅおよび満充電検出部３５ｆを備えている。

分圧回路５７の検出電圧Ｖｉｎｊは、インジェクタ電圧検出回路３５ａに入力され、検出電圧Ｖｉｎｊとして電圧Ｖｉｎｊ格納レジスタ３５ｃに入力される。分圧回路６３の検出電圧Ｖｃｍｐは、容量電圧検出回路３５ｂに入力され、検出電圧Ｖｃｍｐとして電圧Ｖｃｍｐ格納レジスタ３５ｄに入力される。電圧Ｖｉｎｊ格納レジスタ３５ｃ、電圧Ｖｃｍｐ格納レジスタは、満充電検出部３５ｆから満充電状態の検出信号Ｓｆｃが入力されるタイミングで、それぞれ電圧Ｖｉｎｊ、電圧Ｖｃｍｐをレジスタに格納して保持する。

インジェクタ容量演算器３５ｅは、電圧Ｖｉｎｊ格納レジスタ３５ｃおよび電圧Ｖｃｍｐ格納レジスタ３５ｄに保持されている電圧ＶｉｎｊおよびＶｃｍｐが入力され、これらの電圧値から後述するようにして演算処理を実行してインジェクタ容量Ｃｉｎｊを算出して電荷閾値補正部３６に出力する。

満充電検出部３５ｆは、内部に差動増幅器３５ｇ、フィルタ３５ｈ、満充電検出の閾値電圧設定部３５ｉ、比較器３５ｊおよびエッジ検出部３５ｋを備えている。差動増幅器３５ｇは、分圧回路５６から電圧Ｖｏｕｔに相当する電圧が入力されるとともに、分圧回路５７からインジェクタ電圧Ｖｉｎｊが入力され、差分の電圧ΔＶをフィルタ３５ｈに出力する。フィルタ３５ｈは、ローパスフィルタを構成しており、電圧ΔＶの変動を吸収して時間Ｔｄが経過すると比較器３５ｊに電圧ΔＶを入力する遅延回路として機能している。

なお、上記構成で、ピエゾインジェクタ１の特性により充電完了直後はバウンスが発生するため、差動増幅器３５ｇの出力である電圧ΔＶが安定しないことがある。このため、満充電状態の誤検出の懸念があるので、この実施形態では、フィルタ３５ｈを設けることで、差動増幅器３５ｇの出力が所定時間Ｔｄ以上持続したときに検出状態となるようにしている。

閾値電圧設定部３５ｉは、ピエゾインジェクタ１の満充電状態を検出するための閾値電圧Ｖｔｈを設定する。比較器３５ｊは、電圧ΔＶの値が閾値電圧Ｖｔｈ以下になったか否かを判断し、満充電状態を判定する。この場合、フィルタ３５ｈからの出力電圧ΔＶは、小さい値になる程インジェクタ電圧ＶｉｎｊがＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電圧Ｖｏｕｔに近づいて満充電状態に近づいていることを示すものであるから、閾値電圧Ｖｔｈは、満充電状態とみなせる状態を判定するための電圧を設定するものである。

エッジ検出部３５ｋは、比較器３５ｊにより電圧ΔＶが閾値電圧Ｖｔｈ以下になったことを検出すると、これにより満充電状態を判定して検出信号Ｓｆｃを電圧Ｖｉｎｊ格納レジスタ３５ｃ、電圧Ｖｃｍｐ格納レジスタ３５ｄおよび充電制御部３２に出力する。

図３は、上記した電荷閾値補正部３６の構成を機能ブロックで示している。電荷閾値補正部３６は、減算器３６ａ、インジェクタ容量の初期値格納レジスタ３６ｂ、電荷閾値の補正量算出部３６ｃ、補正量格納レジスタ３６ｄを備えている。減算器３６ａは、インジェクタ容量検出部３５から入力される容量値Ｃｉｎｊから初期値格納レジスタ３６ｂから入力されるインジェクタ容量初期値Ｃｉｎｊ０を減算した変動量ΔＣｉｎｊを演算して補正量算出部３６ｃに入力する。

補正量算出部３６ｃは、予め設定されている変動量ΔＣｉｎｊと補正量Ｑｃｍｐとの関係を示すマップのデータに基づいて、インジェクタ容量値補正量Ｑｃｍｐを演算し、補正量格納レジスタ３６ｄに格納する。インジェクタ容量値補正量Ｑｃｍｐは、補正係数として設定するもので、初期値としては「１」が設定される。

したがって、変動量ΔＣｉｎｊは、容量値Ｃｉｎｊの値が初期値Ｃｉｎｊ０と一致していてゼロの場合には、補正が必要でないので、補正値Ｑｃｍｐは「１」となる。また、変動量ΔＣｉｎｊが正の値をとる場合には、容量値Ｃｉｎｊの値が初期値Ｃｉｎｊ０よりも大であることになるので、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ５１がオフするときのオーバーシュート量は小さくなり、「１」より大きい補正量Ｑｃｍｐ（＞１）を設定することになる。変動量ΔＣｉｎｊが負の値をとる場合には、容量値Ｃｉｎｊの値が初期値Ｃｉｎｊ０よりも小であることになるので、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ５１がオフするときのオーバーシュート量は大きくなり、「１」より小さい補正量Ｑｃｍｐ（＜１）を設定することになる。

図４は、上記した充電制御部３２の構成を機能ブロックで示している。充電制御部３２は、電荷閾値演算部３２ａ、電荷閾値の標準値設定部３２ｂ、比較器３２ｃおよび充電スイッチ制御部３２ｄを備えている。電荷閾値演算部３２ａは、マイコン７から充電電荷指令値Ｑｇが与えられ、電荷閾値補正部３６から補正量Ｑｃｍｐが与えられ、標準値設定部３２ｂから電荷閾値標準値Ｑｔｙｐが与えられる。電荷閾値演算部３２ａは、与えられているデータに基づいて電荷閾値Ｑｔｈを演算して比較器３２ｃに出力する。

ここで、充電電荷指令値Ｑｇは、燃料圧に基づいて決定される補正値で、デフォルト値は「１」に設定され、噴射量を変更する場合には噴射量に応じた係数の値が設定される。また、補正量Ｑｃｍｐも、補正量がゼロに相当するデフォルト値としては「１」に設定されており、補正量が正あるいは負の値に対応して「１」と異なる値が設定される。

比較器３２ｃは、電荷検出部３４から入力されるチャージ電荷量Ｑｃｈｇが、電荷閾値演算部３２ａから入力される電荷閾値Ｑｔｈに達しているか否かを比較して充電スイッチ制御部３２ｄに出力する。充電スイッチ制御部３２ｄは、比較器３２ｃからの比較結果に加えて、気筒制御部３１から充電指令信号Ｓｃが入力され、マイコン７から補正指令信号Ｓｘが入力され、インジェクタ容量検出部３５から満充電検出信号Ｓｆｃが入力される。充電スイッチ制御部３２ｄは、これらの信号に基づいて充電スイッチであるＭＯＳＦＥＴ５１を駆動制御する。

次に、上記構成の作用について、まず、通常の燃料噴射動作について簡単に説明する。
ピエゾインジェクタ駆動装置２は、マイコン７から噴射指令信号Ｓｉｎｊおよび充電電荷指令値Ｑｇが与えられると、燃料噴射動作を実施する。この場合、ピエゾインジェクタ駆動装置２は、マイコン７から補正指令信号Ｓｘおよび補正許可信号Ｓｅｎは与えられていない状態である。

ピエゾインジェクタ駆動装置２においては、マイコン７から噴射指令信号Ｓｉｎｊが与えられたのに応じて、駆動制御部３の気筒制御部３１は、複数の気筒を順次選択して気筒選択のＭＯＳＦＥＴ５４を駆動し、充電制御部３２に充電指令信号Ｓｃを与えて充電用のＭＯＳＦＥＴ５１を駆動する。

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電圧ＶｏｕｔがＭＯＳＦＥＴ５１、充放電コイル５２を介してピエゾインジェクタ１に印加され、充電電流Ｉｉｎｊが流れるようになる。このとき、充電電流Ｉｉｎｊは、電流検出抵抗５５の端子電圧として電荷検出部３４により検出され、ピエゾインジェクタ１への充電電荷量Ｑｃｈｇを求めて充電制御部３２に出力する。充電制御部３２は、充電電荷量Ｑｃｈｇが所定量に達するとＭＯＳＦＥＴ５１をオフさせて充電動作を停止し、この後再びＭＯＳＦＥＴ５１をオンさせて充電動作を行う。

このようにしてＭＯＳＦＥＴ５１を複数回オンオフ制御することで、ピエゾインジェクタ１にマイコン７から指定された充電電荷指令値Ｑｇに対応した電荷を蓄積させることができる。これにより、ピエゾインジェクタ１は、充電電荷指令値Ｑｇに対応した噴射量の燃料噴射動作を行う。

この後、気筒制御部３１は、ＭＯＳＦＥＴ５４をオンさせた状態で、放電制御部３３に対して放電指令信号Ｓｄを出力して放電スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴ５３を同様にしてオンオフ制御することでピエゾインジェクタ１の充電電荷を放電させる。このようにして、気筒制御部３１は、順次各気筒に対して上記の動作を実施することで内燃機関への燃料噴射動作を実施することができる。

なお、上記の場合に、ピエゾインジェクタ１の容量Ｃｉｎｊが予め設定されているインジェクタ容量の初期値Ｃｉｎｊ０とずれている場合には、所定の電荷充電量による燃料噴射量がずれることがある。このようなピエゾインジェクタ１の容量Ｃｉｎｊの「ずれ」は、ピエゾインジェクタ１の製造上のバラツキに起因する初期的な要素と、使用に伴う経年変化や温度変化などの経時的な要素がある。

次に、上記した「ずれ」の発生に対応して、マイコン７による充電電荷指令値Ｑｇに対応する電荷量でピエゾインジェクタ１の燃料噴射量の精度を良くするために、ピエゾインジェクタ駆動装置２は、次のような補正処理を行う。以下、図５および図６を参照して説明する。

図５は、駆動制御部３によりピエゾインジェクタ１の容量変動を測定して電荷閾値Ｑｔｈを補正する処理の流れを示している。また、図６は、ピエゾインジェクタ駆動装置２の各部の信号や電圧、電流の変化を示している。

はじめに、図６（ａ）に示すように、時刻ｔ０でマイコン７からハイレベルの補正指令信号Ｓｘが出力されると、駆動制御部３は、ステップＳ１でこれを受け付ける。次に、駆動制御部３は、ステップＳ２で、補正処理が実行可能か否かを判断する。ここでは、駆動制御部３は、検出スイッチ駆動部３７に補正許可信号Ｓｅｎが入力されているかどうかを判断している。補正許可信号Ｓｅｎは、ピエゾインジェクタ１の容量を検出する動作の実施可能な期間かどうかを示す信号である。

この場合、燃料ポンプからピエゾインジェクタ１への燃料圧送動作を実施していない期間つまり燃料供給がない期間中に他の制御装置から補正許可信号Ｓｅｎが入力される。例えば、エンジン始動前や、減速時の燃料カット時あるいはアイドルストップ機能が設けられたものではアイドルストップ時に補正許可信号Ｓｅｎが出力される。このとき駆動制御部３は、補正許可信号Ｓｅｎが入力されていない場合には、ステップＳ２で、ＮＯと判断して処理を終了する。

また、駆動制御部３は、補正許可信号Ｓｅｎが入力されている場合には、ステップＳ３に進み、図６（ｂ）に示すように、検出スイッチ駆動部３７により検出用のＭＯＳＦＥＴ６２をオン動作させる。続いて、駆動制御部３は、ステップＳ４で、図６（ｃ）に示すように、充電制御部３２により充電用のＭＯＳＦＥＴ５１を一定時間だけオン動作させる。

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電圧Ｖｏｕｔが充放電コイル５２を介してピエゾインジェクタ１および校正用容量６１に印加され、図６（ｅ）に示すように、インジェクタ電流Ｉｉｎｊが流れる。このとき、インジェクタ容量検出部３５の満充電検出部３５ｆは、ステップＳ５で、ピエゾインジェクタ１の充電状態を分圧回路５７の検出電圧Ｖｉｎｊにより検出しており、満充電に達しているか否かを判断する。

ここで、満充電検出部３５ｆによる満充電の検出は、前述のようにインジェクタ電圧ＶｉｎｊがＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電圧Ｖｏｕｔに近づいた結果、電圧ΔＶの値が閾値電圧Ｖｔｈ以下になったときに、比較器３５ｊによりこれが判定される。この結果、エッジ検出部３５ｋから満充電状態の検出信号Ｓｆｃが出力される。

なお、校正用容量６１への充電では、ステップＳ４でＭＯＳＦＥＴ５１は一定時間オンされ、この後、ステップＳ５で校正用容量６１が満充電になっているかどうかを判定するように処理している。このため、ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間として設定される一定時間は、満充電近傍の状態で充電動作をした場合でも過電流による回路故障が発生しない程度の固定時間（図６（ｃ）に示す時刻ｔ０－ｔ１間の時間）に設定されている。

そして、ステップＳ４およびＳ５を複数回繰り返すうちに、時刻ｔ２でＭＯＳＦＥＴ５１がオフした時点で、図６（ｆ）に示すように、インジェクタ電圧Ｖｉｎｊが所定レベルに達する。これにより、図６（ｇ）に示すように、満充電検出部３５ｆの差動増幅器３５ｇは、電圧ΔＶが閾値電圧Ｖｔｈ以下となったことを検出する。すると、この後、フィルタ３５ｈによる遅延時間Ｔｄを経た後の時刻ｔ３で、満充電検出部３５ｆにより満充電が検出されて満充電状態の検出信号Ｓｆｃが出力される。イジェクタ容量検出部３５は、続くステップＳ６で、ピエゾインジェクタ１の容量Ｃｉｎｊの検出処理を実施する。

イジェクタ容量検出部３５においては、まず、図６（ｉ）に示すように、満充電検出信号Ｓｆｃの出力によって、電圧Ｖｉｎｊ格納レジスタ３５ｃ、電圧Ｖｃｍｐ格納レジスタ３５ｄは、それぞれインジェクタ電圧Ｖｉｎｊ、容量電圧Ｖｃｍｐをレジスタに格納し、インジェクタ容量演算器３５ｅに出力する。なお、図６（ｉ）では、前回の電圧ＶｃｍｐをＶｃｍｐ（ｎ－１）として設定しており、時刻ｔ３では、新たな電圧ＶｃｍｐをＶｃｍｐ（ｎ）として設定している。インジェクタ容量演算器３５ｅは、２つの電圧値ＶｉｎｊおよびＶｃｍｐに基づいて、次に示す式（２）に従ってインジェクタ容量Ｃｉｎｊを算出する。

まず、インジェクタ容量演算器３５ｅに入力される電圧値ＶｉｎｊおよびＶｃｍｐは、それぞれピエゾインジェクタ１および校正用容量６１の端子電圧である。また、校正用容量６１にはＭＯＳＦＥＴ６２が直列に接続されているから、そのオン抵抗による電圧Ｖｄｓがある。ピエゾインジェクタ１のインジェクタ容量Ｃｉｎｊおよび校正用容量６１の容量Ｃｃｍｐが直列接続された状態であるから、電圧値Ｖｃｍｐは次式（１）で示される。
Ｖｃｍｐ＝Ｃｉｎｊ／（Ｃｉｎｊ＋Ｃｃｍｐ）×Ｖｉｎｊ＋Ｖｄｓ …（１）

ここで、校正用容量６１の容量値Ｃｃｍｐはインジェクタ容量Ｃｉｎｊに比べて一定値と見なせ、ＭＯＳＦＥＴ６２のオン電圧ＶｄｓはＶｃｍｐに比べて無視できる程度のものである。したがって、電圧値圧ＶｉｎｊおよびＶｃｍｐに基づいて、Ｃｉｎｊを算出することができる。また、上記の式（１）を変形すると、インジェクタ容量Ｃｉｎｊは次式（２）として求めることができる。
Ｃｉｎｊ＝Ｖｃｍｐ／（Ｖｉｎｊ－Ｖｃｍｐ）×Ｃｃｍｐ …（２）

イジェクタ容量検出部３５は、上記のようにしてインジェクタ容量Ｃｉｎｊを算出すると、この結果を電荷閾値補正部３６に出力する。電荷閾値補正部３６は、次のステップＳ７で電荷閾値補正量Ｑｃｍｐの導出処理を実施する。電荷閾値補正部３６においては、減算器３６ａにより、検出されたインジェクタ容量Ｃｉｎｊから初期値Ｃｉｎｊ０を減算して容量値Ｃｉｎｊの変動量ΔＣｉｎｊを算出する。

次に、補正量算出部３６ｃにおいて、変動量ΔＣｉｎｊに応じた電荷閾値補正量Ｑｃｍｐをマップデータから算出して、図６（ｊ）に示すように、算出処理による処理時間Ｔｘを経た時刻ｔ４で、補正量格納レジスタ３６ｄに格納する。なお、図６（ｊ）では、前回の電荷閾値補正量Ｑｃｍｐを電荷閾値補正量Ｑｃｍｐ（ｎ－１）として設定しており、時刻ｔ４では、新たな電荷閾値補正量Ｑｃｍｐを電荷閾値補正量Ｑｃｍｐ（ｎ）として設定している。

次に、図６（ａ）に示すように、ステップＳ８で、補正指令信号Ｓｘがオフ状態を示すローレベルになると（時刻ｔ５）、続くステップＳ９で、気筒制御部３１から放電制御部３３に放電指令信号Ｓｄが出力される。これにより、放電制御部３３は、図６（ｄ）に示すように、時刻ｔ６で放電用のＭＯＳＦＥＴ５３をオンオフ制御してピエゾインジェクタ１および校正用容量６１の充電電荷を放電させる。

この後、所定のオフ期間が終了して時刻ｔ７になると、検出スイッチ駆動部３７は、ステップＳ１０で、図６（ｂ）に示すように、校正用容量６１への通電を行うＭＯＳＦＥＴ６２をオフさせる。なお、この状態で、放電制御部３３は、放電用のＭＯＳＦＥＴ５３をオン状態に保持している。

以上の補正処理により、以後の燃料噴射の動作においては、充電制御部３２によるピエゾインジェクタ１への充電動作において、電荷閾値補正部３６により設定される電荷閾値補正量Ｑｃｍｐにより、補正された電荷閾値Ｑｔｈで実施されるようになる。この場合、充電制御部３２においては、電荷閾値演算部３２ａにおいて、標準値設定部３２ｂから入力される充電電荷の標準値Ｑｔｙｐの値を、マイコン７から入力されている充電電荷指令値Ｑｇおよび電荷閾値補正部３６から入力される電荷閾値補正量Ｑｃｍｐに基づいて、次式（３）により補正した電荷閾値Ｑｔｈを算出する。
Ｑｔｈ＝Ｑｔｙｐ×Ｑｇ×Ｑｃｍｐ （３）

この場合、初期値に相当する電荷閾値初期値Ｑｔｈ０は、式（３）において、電荷閾値補正量Ｑｃｍｐが「１」である場合に相当し、Ｑｔｈ０＝Ｑｔｙｐ×Ｑｇの値となる。したがって、電荷閾値補正量Ｑｃｍｐの値によって電荷閾値初期値Ｑｔｈ０から電荷閾値Ｑｔｈ１を求める場合には、式（３）に代えて、次式式（４）を用いることもできる。
Ｑｔｈ１＝Ｑｔｈ０×Ｑｃｍｐ （４）

充電制御部３２においては、比較器３２ｃにより電荷検出部３４からの検出電荷Ｑｃｈｇの値が補正された電荷閾値Ｑｔｈに達したときに充電スイッチ制御部３２ｄに検出信号をオフタイミング信号として出力する。これにより、充電スイッチ制御部３２ｄは、充電スイッチであるＭＯＳＦＥＴ５１をオフさせ、１回のオン期間を終える。これにより、１回あたりの充電電荷量が変動したインジェクタ容量Ｃｉｎｊに対応したものとなり、これを所定回数繰り返すことによりピエゾインジェクタ１に所定量の電荷が充電され、所定の燃料噴射動作を実施することができるようになる。

図７は上記の動作により得られる特性について示している。図７は、ピエゾインジェクタ１による燃料の噴射圧Ｐｃに対して、ピエゾインジェクタ１への充電電荷Ｑの関係を示している。充電電荷Ｑのレベルによって弁開度が「閉弁領域」から「開弁領域」に変化し、これらの間に中間開度となる「中間領域」がある。

この場合、噴射圧Ｐｃが高くなると充電電荷Ｑの変化に対してピエゾインジェクタ１の「中間領域」の領域の幅が狭くなる。このため、従来の構成では、ピエゾインジェクタ１のインジェクタ容量Ｃｉｎｊの「ずれ」や経年変動あるいは温度変動があると、充電電荷Ｑの設定値に対して精度良く中間開度の制御を行うことができない不具合があった。

これに対して、上記実施形態によれば、所定温度（例えば図７中実線で示す２５℃での条件）で設定した中間開度の充電電荷Ｑを予め設定しておくだけで対応することができる。この場合、燃料の噴射制御を実施するに先立って補正処理を実行することで、噴射圧ＰｃがＰｃ１あるいはこれよりも大きいＰｃ２などに設定される場合でも、「ずれ」の発生を抑制して燃料噴射を精度良く実施することができるようになる。

このような第１実施形態によれば、校正用容量６１をピエゾインジェクタ１に直列に設け、非噴射時にインジェクタ容量Ｃｉｎｊを測定するように構成した。これにより、駆動制御部３において、予めピエゾインジェクタ１の標準容量に対応して設定された充電電荷量Ｑに対して、実際のピエゾインジェクタ１のインジェクタ容量Ｃｉｎｊがずれている場合には、これに対応して充電電荷量Ｑを補正する電荷閾値補正量Ｑｃｍｐを設定することができる。

この結果、上記したように、ピエゾインジェクタ１のインジェクタ容量Ｃｉｎｊに「ずれ」がある場合でも、ピエゾインジェクタ１の駆動制御を精度良く実施することができ、弁の中間開度を設定する「中間領域」での制御を実施することができるようになる。

なお、上記実施形態で示した容量検出部６は、複数のピエゾインジェクタ１のそれぞれに対応して設けることもできるし、１つの容量検出部６を共通の構成として設け、切換回路などによって切り換えて容量測定をすることもできる。

（第２実施形態）
図８から図１１は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この第２実施形態では、第１実施形態の構成に加えて、ピエゾインジェクタ１による燃料の噴射制御を実施している状態でも、温度に対応して補正処理を実施できるようにしたピエゾインジェクタ駆動装置１０２を設けている。

電気的構成を示す図８において、ピエゾインジェクタ１の温度を検出するように、近傍に温度検出素子８を設けている。温度検出素子８は、例えばサーミスタなどを用いている。温度検出素子８は、ピエゾインジェクタ駆動装置１０２の入力端子Ｃを介して駆動制御部１０３に接続されている。

駆動制御部１０３は、充電制御部３２に代わる充電制御部１３２を備えるとともに、温度検出回路３９が新たに設けられる。温度検出回路３９は、温度検出素子８の検出信号から検出温度Ｔｉｎｊを検出して電荷閾値補正部１３６に出力する。温度検出素子８および温度検出回路３９により温度検出部が構成される。

図９は電荷閾値補正部１３６の構成を示している。電荷閾値補正部１３６は、第１実施形態における電荷閾値補正部３６の構成に加えて、インジェクタ容量の変動量格納レジスタ３６ｅおよび温度補正量算出部３６ｆを備えている。変動量格納レジスタ３６ｅは、減算器３６ａにより算出された変動量ΔＣｉｎｊの値をレジスタに格納し、温度補正量算出部３６ｆに出力する。

温度補正量算出部３６ｆは、予め基準温度（例えば２５℃）に対してピエゾインジェクタ１の温度に応じて変動量ΔＣｉｎｊの値を補正する温度補正係数ＲＱｇを算出するためのマップデータを備えている。温度補正量算出部３６ｆは、温度検出回路３９から検出温度Ｔｉｎｊが入力され、変動量格納レジスタ３６ｅから入力される変動量ΔＣｉｎｊの値に基づいて温度補正係数ＲＱｇを算出して充電制御部１３２に出力する。

図１０は充電制御部１３２の構成を示している。充電制御部１３２は、第１実施形態における電荷閾値演算部３２ａに代えて、電荷閾値演算部１３２ａを備える。電荷閾値演算部１３２ａは、マイコン７から充電電荷量Ｑが入力され、電荷閾値補正部１３６から電荷閾値補正量Ｑｃｍｐおよび温度補正係数ＲＱｇが入力され、標準値設定部３２ｂから電荷閾値標準値Ｑｔｙｐが入力される。

次に、上記構成の作用について、図１１も参照して説明する。なお、第１実施形態で説明したように、ピエゾインジェクタ駆動装置１０２においても、マイコン７から入力される補正指令信号Ｓｘにより、補正許可信号Ｓｅｎが入力されている条件の下で補正処理を実施している。これにより、電荷閾値Ｑｔｈは、初期値Ｑｔｈ０に対してエンジン始動前に実施した電荷閾値補正量Ｑｃｍｐにより「容量補正」を実施して電荷閾値Ｑｔｈ１を設定することができる。

この場合、補正許可信号Ｓｅｎは、エンジン始動前や、減速時の燃料カット時あるいはアイドルストップ機能が設けられたものではアイドルストップ時に補正許可信号Ｓｅｎが出力される。このため、エンジン始動後には上記した第１実施形態で実施している「容量補正」により補正した電荷閾値Ｑｔｈ１を用いて制御することができる。

そして、この実施形態では、エンジン始動後においては、過渡的な温度変化によって発生するピエゾインジェクタ１の容量変動に対応しても電荷閾値Ｑｔｈ１を温度補正係数ＲＱｇにより補正する「温度補正」を実施する構成を採用している。

すなわち、ピエゾインジェクタ駆動装置１０２は、図１１（ｂ）に示すように、マイコン７から補正指令信号Ｓｘが与えられると、図１１（ｃ）に示すように、エンジン始動前の補正許可信号Ｓｅｎが入力されている状態で、第１実施形態と同様にして校正用容量６１を用いて求めた電荷閾値補正量Ｑｃｍｐから「容量補正」を実施して前述の式（３）あるいは式（４）から電荷閾値Ｑｔｈ１を求めることができる。

この後、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、補正指令信号Ｓｘがオフになり、補正許可信号Ｓｅｎもオフになって、エンジンが始動されると、駆動制御部１０３は、複数のピエゾインジェクタ１を順次駆動制御するようになる。このとき、駆動制御部１０３は、ピエゾインジェクタ１の温度を検出する処理を実施している。ピエゾインジェクタ１の温度は、温度センサ８により検出されており、駆動制御部１０３の温度検出回路３９は、適宜のタイミングで検出信号を取込み、温度検出信号Ｔｉｎｊを電荷閾値補正部１３６に出力する。

電荷閾値補正部１３６においては、エンジン始動前に実施された補正処理で減算器３６ａにより演算されたインジェクタ容量Ｃｉｎｊの変動量ΔＣｉｎｊが、変動量格納レジスタ３６ｅに格納されている。変動量格納レジスタ３６ｅにおいては、新たな変動量ΔＣｉｎｊの値が減算器３６ａから入力されるまで、前回格納された変動量ΔＣｉｎｊの値を温度補正量算出部３６ｆに出力している。

温度補正量算出部３６ｆにおいては、変動量格納レジスタ３６ｅから与えられている変動量ΔＣｉｎｊの値について、温度検出回路３９から入力される温度検出信号Ｔｉｎｊにより温度補正処理を実施する。温度補正量算出部３６ｆは、例えば、基準となる温度（例えば２５℃）での変動量ΔＣｉｎｊがゼロの場合に、温度補正係数ＲＱｇが「１」となるように設定され、変動量ΔＣｉｎｊを変数、温度Ｔｉｎｊをパラメータとして温度補正係数ＲＱｇのマップが予め記憶されている。また、温度補正係数ＲＱｇの初期値ＲＱｇ０は、同じく「１」に設定されている。これにより、温度補正量算出部３６ｆは、温度補正係数ＲＱｇを算出して充電制御部１３２に出力する。

充電制御部１３２においては、先にエンジン始動前に実施した補正処理により、前述の式（３）あるいは式（４）に従って、電荷閾値Ｑｔｈ１を求めることができる。
この後、エンジンの始動後においては、温度補正量算出部３６ｆにおいて「温度補正」を実施することで、ｎ回目に検出した温度Ｔｎに応じて求められる温度補正係数ＲＱｇ（ｎ）を用いる。この結果、充電制御部１３２の電荷閾値演算部１３２ａにおいては、電荷閾値Ｑｔｈ１を補正して電荷閾値Ｑｔｈ（ｎ＋１）を次式（５）に従って求めることができる。
Ｑｔｈ（ｎ＋１）＝Ｑｔｈ０×Ｑｃｍｐ×ＲＱｇ（ｎ）
＝Ｑｔｈ１×ＲＱｇ（ｎ） …（５）

これにより、例えばピエゾインジェクタ１の温度ＴｉｎｊがＴ１であった場合には、駆動制御部１０３は、温度補正係数ＲＱｇ１が算出されるので、式（５）にもとづいて電荷閾値Ｑｔｈ２を算出することができる。これにより、ピエゾインジェクタ１の温度ＴｉｎｊがＴ１であることに対応して適切な電荷閾値Ｑｔｈ２を設定することができるようになる。

同様にして、次の噴射制御を実施するに先立って、例えばピエゾインジェクタ１の温度ＴｉｎｊがＴ２に変化している場合には、駆動制御部１０３は、温度補正係数ＲＱｇ２が算出されるので、式（５）にもとづいて電荷閾値Ｑｔｈ３を算出することができる。これにより、ピエゾインジェクタ１の温度ＴｉｎｊがＴ２であることに対応して適切な電荷閾値Ｑｔｈ３を設定することができるようになる。

以下、同様にして、エンジンの駆動状態においては、始動前に設定した電荷閾値Ｑｔｈ１の値と、ピエゾインジェクタ１の温度Ｔｉｎｊの値に基づいて温度補正係数ＲＱｇを求めることで、精度良く噴射制御を実施することができる。

なお、温度Ｔｉｎｊは、比較的ゆっくり変化するため、ピエゾインジェクタ１の温度Ｔｉｎｊを検出する頻度は、各気筒の噴射開始前、あるいはエンジン１回転毎などの適宜のタイミングで実施することで温度変動に対応した電荷閾値Ｑｔｈを設定できる。

このような第２実施形態によれば、ピエゾインジェクタ１の温度を検出する温度検出素子８および温度検出回路３９を設け、駆動制御部１０３により、エンジン始動後においても温度補正係数ＲＱｇを演算することで電荷閾値Ｑｔｈを温度補正することができるようにした。これにより、エンジン始動前および始動後においても常に精度良くピエゾインジェクタ１を駆動制御することができ、ピエゾインジェクタ１による弁開度の制御において中間開度の設定も精度良く実施できるようになる。

（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。

上記各実施形態では、駆動制御部３あるいは１０３は、ロジック回路により構成した例として示しているが、これに代えて、マイコンなどにより構成して制御動作をプログラムによりソフト的に実施することもできる。

また、上記各実施形態では、ピエゾインジェクタ１のインジェクタ容量Ｃｉｎｊを算出して電荷閾値Ｑｔｈを補正する構成としているが、容量補正の処理を実施する構成を省略し、インジェクタ容量Ｃｉｎｊの変動量ΔＣｉｎｊを算出するまでの構成を採用することもできる。この場合には、ピエゾインジェクタ１による中間開度の開弁制御を実施することができるか否かを判定することができる。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１はピエゾインジェクタ、２、１０２はピエゾインジェクタ駆動装置、３、１０３は駆動制御部、４はＤＣ／ＤＣコンバータ（直流電源）、５は駆動部、６は容量検出回路、８は温度検出素子、３１は気筒制御部、３２、１３２は充電制御部、３３は放電制御部、３４は電荷検出部、３５はインジェクタ容量検出部、３６、１３６は電荷閾値補正部、３７は検出スイッチ駆動部、３９は温度検出回路、４４はコンデンサ、５１、５３、６３はＭＯＳＦＥＴ、６１は検出用容量である。

Claims (5)

1. ピエゾインジェクタ（１）に対して駆動制御部（３、１０３）により直流電源（４）から所定電圧による充電により燃料噴射の動作を実施するピエゾインジェクタ駆動装置であって、
   前記ピエゾインジェクタへの給電経路に直列に接続された所定容量値の校正用容量（６１）と、
   前記ピエゾインジェクタおよび前記校正用容量への充電の後、前記校正用容量の端子電圧に基づいて前記ピエゾインジェクタの容量変化を検出する容量検出動作を実行するインジェクタ容量検出部（３５）とを備え、
   前記駆動制御部は、前記容量検出部により検出された前記校正用容量の容量変化から、前記ピエゾインジェクタへの充電のオフタイミングを決める電荷閾値を補正する電荷閾値補正部（３６、１３６）を備えたピエゾインジェクタ駆動装置。
2. ピエゾインジェクタ（１）に対して駆動制御部（３、１０３）により直流電源（４）から所定電圧による充電により燃料噴射の動作を実施するピエゾインジェクタ駆動装置であって、
   前記ピエゾインジェクタへの給電経路に直列に接続された所定容量値の校正用容量（６１）と、
   前記ピエゾインジェクタおよび前記校正用容量への充電の後、前記校正用容量の端子電圧に基づいて前記ピエゾインジェクタの容量変化を検出する容量検出動作を実行するインジェクタ容量検出部（３５）とを備え、
   前記容量検出部は、前記直流電源の電圧と前記ピエゾインジェクタに印加される電圧との差電圧により前記ピエゾインジェクタの満充電状態が判定されたときに前記ピエゾインジェクタの容量変化を検出するピエゾインジェクタ駆動装置。
3. 前記容量検出部は、前記ピエゾインジェクタの満充電状態が所定時間以上継続したときに、前記満充電状態を判定する請求項２に記載のピエゾインジェクタ駆動装置。
4. ピエゾインジェクタ（１）に対して駆動制御部（３、１０３）により直流電源（４）から所定電圧による充電により燃料噴射の動作を実施するピエゾインジェクタ駆動装置であって、
   前記ピエゾインジェクタへの給電経路に直列に接続された所定容量値の校正用容量（６１）と、
   前記ピエゾインジェクタおよび前記校正用容量への充電の後、前記校正用容量の端子電圧に基づいて前記ピエゾインジェクタの容量変化を検出する容量検出動作を実行するインジェクタ容量検出部（３５）とを備え、
   前記ピエゾインジェクタの温度を検出する温度検出部（８、３９）を設け、
   前記容量検出部により前記容量検出の動作時により得た前記ピエゾインジェクタの容量変化について、前記温度検出部により検出される温度が前記容量検出時の温度と異なるときに温度の差に応じて電荷閾値を補正する電荷閾値補正部（１３６）を備えたピエゾインジェクタ駆動装置。
5. 前記容量検出部は、前記ピエゾインジェクタによる前記燃料噴射を燃料供給状態で実行していない非噴射期間において前記容量検出動作を実施する請求項１から４のいずれか一項に記載のピエゾインジェクタ駆動装置。

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