JP2006345665A - ピエゾインジェクタの駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い応答性を確保しつつも、ピエゾ素子の充電や放電の開始時期や終了時期に生じる不都合を好適に抑制することのできるピエゾインジェクタの駆動装置を提供する。
【解決手段】図１０（ｂ）に示されるように、ピエゾ素子の充電の開始時期と終了時期においては、その間の期間よりもピエゾ素子の電気エネルギの変化速度の絶対値が小さく設定されている。このため、図１０（ａ）に示されるように、ピエゾ素子の電気エネルギの波形は、Ｓ字状となる。これにより、充電開始時期にピエゾ素子に供給されるエネルギや充電終了時期にピエゾ素子に供給されるエネルギが過大となることを回避することができる。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、ピエゾ素子をアクチュエータとして備えるピエゾインジェクタについて、前記ピエゾ素子の伸縮の制御を行なうべく、該伸縮量と相関を有する前記ピエゾ素子の電気的な状態量を前記ピエゾ素子の駆動回路を介して操作するピエゾインジェクタの駆動装置に関する。

この種の駆動装置としては、いわゆるマルチスイッチング方式と呼ばれる方式によりピエゾ素子の充電や放電を行なうことで、ピエゾ素子の伸縮の制御を行なうものが周知である。このマルチスイッチング方式は、チョッパ制御により、スイッチング素子のオン・オフ操作を繰り返すことでピエゾ素子を介して流れる電流量の増加・減少を繰り返しつつピエゾ素子の充電処理や放電処理を行なうものである。

ところで、ピエゾ素子の容量は温度と共に大きく変化する。このため、ピエゾ素子に印加される電圧等、ピエゾ素子の伸縮量と相関を有する電気的な状態量が同一であったとしても、ピエゾ素子の温度変化によりピエゾ素子の伸縮量が変化することがある。

そこで従来は、例えば下記特許文献１に見られるように、スイッチング素子の各オン操作におけるオン時間を一定とするとともに、ピエゾ素子を介して流れる電流がゼロとなるタイミングでオフ操作からオン操作へ切り替える駆動装置も提案されている。このようなオン・オフ操作を行なうことで、ピエゾ素子の温度にかかわらず、ピエゾ素子に供給されるエネルギを略一定とすることができる。

ただし、こうした態様にてチョッパ制御を行う場合には、次のような不都合が生じる。まず、ピエゾ素子への充電や放電の開始時におけるエネルギ変化が大きくなるため、インジェクタを駆動する際の騒音が大きくなる。また、ピエゾ素子への充電の終了時におけるエネルギ変化が大きくなるため、ピエゾ素子の振動が大きくなる。この振動の増大はエネルギ損失の増大を招くため、ピエゾ素子の最終的な変位量を精度良く制御することができなくなる。更に、放電の終了時についても、そのエネルギ変化が大きくなるため、ピエゾインジェクタが閉弁した後に再度開弁したり、ピエゾ素子の振動が大きくなることに起因してピエゾインジェクタ内の弁体の着座音が増大したりするおそれがある。また、放電終了時にピエゾ素子の振動が大きくなると、放電エネルギを回収する回生制御を行う場合には、ピエゾ素子において回収できるエネルギ量が低下するおそれもある。

これに対し、ピエゾ素子の電気エネルギの変化を小さく設定することも考えられるが、この場合、ピエゾインジェクタの開弁や閉弁に要する時間が長くなる。特に、ピエゾインジェクタのメリットの１つは、電磁ソレノイド等をアクチュエータとするインジェクタと比較して応答性が高いことであるため、電気エネルギ変化速度の絶対値を小さくする場合には、そのメリットを失うことにもなりかねない。

なお、上記態様にてピエゾ素子の電気的な状態量を操作する場合に限らず、ピエゾ素子の伸縮制御に際しては、充電や放電の開始時や終了時における電気的な状態量の変化が大きくなることに起因して上記不都合が生じる実情も概ね共通となっている。
特開２００２−１３６１５６号公報

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、高い応答性を確保しつつも、ピエゾ素子の充電や放電の開始時期や終了時期に生じる不都合を好適に抑制することのできるピエゾインジェクタの駆動装置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、前記ピエゾ素子の伸長及び収縮の少なくとも一方の制御に際して、その開始時期よりもその後に前記電気的な状態量の変化速度の絶対値が増大して且つ終了時期においてそれ以前よりも前記電気的な状態量の変化速度の絶対値が減少するように前記状態量を設定する設定手段と、該設定される状態量となるように前記駆動回路を介して前記状態量を操作する操作手段とを備えることを特徴とする。

上記構成では、上記少なくとも一方の処理の開始時期よりもその後に電気的な状態量の変化速度の絶対値を増大させる。このため、ピエゾインジェクタの駆動開始時の上記絶対値を小さくすることができ、ひいては、インジェクタを駆動する際の騒音を抑制することができる。しかも、開始時期の後に上記絶対値を増大させることで、ピエゾ素子の応答性を高く維持することもできる。

ただし、こうした制御を行う場合、開始時期の後に上記絶対値を増加させるために、上記少なくとも一方の処理の終了時期においても上記絶対値が大きくなりやすい。そしてこの場合には、上述した様々な不都合が生じる。この点、上記構成では、終了時期においてそれ以前よりも上記絶対値を減少させるために、こうした不都合を好適に抑制することもできる。

したがって、上記構成によれば、高い応答性を確保しつつも、ピエゾ素子の充電や放電の開始時期や終了時期に生じる不都合を好適に抑制することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１において、前記ピエゾインジェクタの搭載される内燃機関の運転状態及び該内燃機関の搭載される車両の運転状態の少なくとも一方を検出する検出手段の検出結果を取り込む手段を更に備え、前記設定手段は、前記検出結果に基づき、前記状態量のプロファイルを設定することを特徴とする。

一般に、内燃機関の運転状態に応じて、ピエゾ素子に要求される駆動力が異なったものとなることがある。また、車両の運転状態に応じてピエゾインジェクタに生じる騒音レベルの許容範囲が異なることがある。

この点、上記構成によれば、上記検出結果に基づき、時間の推移による状態量のプロファイルを決定することで、ピエゾ素子の駆動力を過不足なく要求される駆動力に設定することや、騒音レベルを許容範囲に抑制するとの条件で高い応答性を得る等、騒音や振動の抑制に加えて他の要求事項をより好適に満足させることができる。

請求項３記載の発明は、請求項２において、前記設定手段は、前記検出結果に基づき前記状態量の変化速度の絶対値の波形を可変設定することで、前記プロファイルの設定を行なうことを特徴とする。

上記構成では、状態量の変化速度の絶対値の波形を可変設定することで、騒音レベルを許容範囲に抑制するとの条件で高い応答性を得る等、騒音や振動の抑制に加えて他の要求事項をより好適に満足させることができる。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３において、前記設定手段は、前記検出結果に基づき、各時間における前記状態量の変化速度の絶対値を拡大又は縮小することを特徴とする。

上記構成では、ピエゾ素子を駆動するに際して要求される駆動力が異なる場合に、上記拡大又は縮小により、これに対処することができる。更に、上記拡大又は縮小により、要求されるエネルギが異なったとしても、波形の設定を簡易に行なうこともできる。

請求項５記載の発明は、請求項２〜４のいずれかにおいて、前記検出手段は、前記ピエゾインジェクタに供給される燃料の圧力を検出するものであって、前記設定手段は、前記検出手段によって検出される燃料の圧力が大きいほど、前記状態量の変化速度の絶対値の波形を拡大することを特徴とする。

上記構成において、燃料の圧力が大きいときには、燃料の圧力に抗してアクチュエータを駆動する必要が生じやすいため、ピエゾインジェクタを駆動する際に要求される駆動力が大きくなりやすい。この点、上記構成では、燃料の圧力が大きいほど上記波形を拡大することで、要求される駆動力が大きいほどピエゾ素子に大きな駆動エネルギを供給することができ、ひいては、要求に見合った駆動エネルギを与えることができる。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記状態量を監視する監視手段を更に備え、前記操作手段は、前記監視手段によって監視される実際の状態量が前記設定手段によって設定される状態量となるように前記実際の状態量をフィードバック制御することを特徴とする。

上記構成によれば、フィードバック制御を行うことで、実際の状態量を設定手段によって設定される状態量に好適に追従させることができる。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記状態量が、前記ピエゾ素子の電気エネルギであることを特徴とする。

ピエゾ素子は、一般に温度によってその容量が大きく変化する。このため、ピエゾ素子に印加する電圧等が同一であっても、ピエゾ素子の温度が変動するとピエゾ素子の変位量（伸長量や収縮量）が大きく異なったものとなる。そして、ピエゾ素子の温度が変動すると、同一の電圧の印加によってもピエゾ素子の変位の速度が異なったものとなる。これに対し、ピエゾ素子に与えられている電気エネルギが一定である場合、ピエゾ素子の温度が変動しても、ピエゾ素子の変位量はあまり変動しない。このため、上記構成によれば、ピエゾ素子の温度が変動したとしても、上記少なくとも一方の処理の開始時期や終了時期として適切な変位速度に維持することができる。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記駆動回路は、チョッパ制御のためのスイッチング素子を備えており、前記操作手段は、前記スイッチング素子のオン・オフ操作を繰り返すことにより前記ピエゾ素子を介して流れる電流量の増加・減少を繰り返させて前記少なくとも一方の処理を行なうものであることを特徴とする。

上記構成によれば、ピエゾ素子への充電処理やピエゾ素子からの放電処理を簡易な構成にて行なうことができる。

請求項９記載の発明は、前記ピエゾ素子の充電に際し、その終了時期に、前記ピエゾ素子の電気エネルギの変化速度を減少させるように前記状態量を設定する設定手段と、該設定される状態量となるように前記駆動回路を介して前記状態量を操作する操作手段とを備えることを特徴とする。

上記構成では、終了時期においてそれ以前よりも電気エネルギの変化速度を減少させるために、終了時期の変化速度の増大に起因した上述した不都合を好適に抑制することができる。したがって、上記構成によれば、高い応答性を確保しつつも、ピエゾ素子の充電の終了時期に生じる不都合を好適に抑制することができる。

なお、この請求項９記載の発明は、請求項２〜６、８の構成を有しても良い。

請求項１０記載の発明は、前記ピエゾ素子の放電に際し、前記放電の開始時期よりもその後に、前記電気的な状態量の変化速度の絶対値が増加するように前記状態量を設定する設定手段と、該設定される状態量となるように前記駆動回路を介して前記状態量を操作する操作手段とを備えることを特徴とする。

上記構成では、放電の開始時期よりもその後に電気的な状態量の変化速度を増大させる。このため、ピエゾインジェクタの駆動開始時の状態量の変化速度を小さくすることができ、ひいては、インジェクタを駆動する際の騒音を抑制することができる。しかも、開始時期の後に状態量の変化速度の絶対値を増大させることで、ピエゾ素子の応答性を高く維持することもできる。

なお、この請求項１０記載の発明は、請求項２〜８の構成を有しても良い。

請求項１１記載の発明は、前記ピエゾ素子の搭載される内燃機関の運転状態及び前記内燃機関の搭載される車両の運転状態の少なくとも一方を検出する検出手段の検出結果を取り込む手段と、前記ピエゾ素子の伸長及び収縮の少なくとも一方の処理における前記電気的な状態量の変化速度の絶対値を１度の処理期間内において変化させるパターンを、前記検出結果に基づき可変設定する設定手段と、前記電気的な状態量が前記設定されるパターンとなるように、前記駆動回路を介して前記状態量を操作する操作手段とを備えることを特徴とする。

上記構成では、ピエゾ素子の伸長及び収縮の少なくとも一方の処理における前記電気的な状態量の変化速度の絶対値を１度の処理期間内において変化させるパターンを用いることで、高い応答性を確保しつつも、処理の開始時期や終了時期における上記絶対値の増大を抑制することが可能となる。このため、充電や放電の開始時期や終了時期に上記絶対値が大きくなることに起因したピエゾインジェクタの騒音や振動を好適に抑制することができる。

ただし、一般に、内燃機関の運転状態に応じて、ピエゾ素子に要求される駆動力が異なったものとなることがある。また、車両の運転状態に応じてピエゾインジェクタに生じる騒音レベルの許容範囲が異なることがある。

この点、上記構成によれば、上記検出結果に基づき、上記パターンを可変設定することで、ピエゾ素子の駆動力を過不足なく要求される駆動力に設定することや、騒音レベルを許容範囲に抑制するとの条件で高い応答性を得る等、騒音や振動の抑制に加えて他の要求事項をより好適に満足させることができる。

請求項１２記載の発明は、前記ピエゾ素子の伸長及び収縮の少なくとも一方の処理における前記ピエゾ素子の電気エネルギの変化速度を１度の処理期間内において変化させるパターンを設定する設定手段と、該設定される電気エネルギとなるように前記駆動回路を介して前記電気エネルギを操作する操作手段とを備えることを特徴とする。

上記構成では、ピエゾ素子の伸長及び収縮の少なくとも一方の処理における電気エネルギの変化速度を１度の処理期間内において変化させるパターンを用いることで、高い応答性を確保しつつも、処理の開始時期や終了時期におけるエネルギの変化の増大を抑制することが可能となる。このため、充電や放電の開始時期や終了時期に上記エネルギの変化が大きくなることに起因したピエゾインジェクタの騒音や振動を好適に抑制することができる。

なお、この請求項１３記載の発明は、請求項２〜８の構成を有しても良い。

（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駆動装置をディーゼルエンジンに搭載されるピエゾインジェクタに適用した第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、本実施形態にかかるエンジン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２の燃料は、高圧燃料供給ポンプ４によって汲み上げられ、コモンレール６に加圧供給される。コモンレール６で高圧状態で蓄えられた燃料は、高圧燃料通路８を介して、４気筒のディーゼルエンジンの各々の気筒に設けられるピエゾインジェクタＰＩに供給される。また、ピエゾインジェクタＰＩの各々は、その内部から出てきたリーク燃料を燃料タンク２に戻すための低圧燃料通路９に接続されている。

ここで、図２に基づき、ピエゾインジェクタＰＩの構成について説明する。

ピエゾインジェクタＰＩのボディ１０の先端には、円柱状のニードル収納部１２が設けられている。そして、ニードル収納部１２には、その軸方向に変位可能なノズルニードル１４が収納されている。ノズルニードル１４は、ボディ１０の先端部に形成されている環状のニードルシート部１６に着座することで、ニードル収納部１２を外部（ディーゼルエンジンの燃焼室）から遮断する一方、ニードルシート部１６から離座することで、ニードル収納部１２を外部と連通させる。また、ニードル収納部１２には、上記高圧燃料通路８へ供給された高圧燃料が供給される。

ノズルニードル１４の背面側（ニードルシート部１６と対向する側の反対側）は、背圧室２０に対向している。背圧室２０には、高圧燃料通路８からの燃料がオリフィス２２を介して供給される。また、背圧室２０には、ノズルニードル１４をニードルシート部１６側へ押すニードルスプリング２４が備えられている。

背圧室２０は、ボール２６を介して上記低圧燃料通路９に連通可能とされている。ボール２６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９と背圧室２０とを遮断し、ボディ１０の先端側へ変位することで、低圧燃料通路９と背圧室２０とを連通させる。

ボール２６のうちバルブシート部３０側は、プレッシャピン３２を介して小径ピストン３４と連結されている。小径ピストン３４の後部側は、小径ピストン３４よりも径の大きな大径ピストン３６の先端と対向している。そして、小径ピストン３４、大径ピストン３６、及びボディ１０の内周面によって変位伝達室３８が区画形成されている。変位伝達室３８には、例えば燃料等の適宜の流体が充填されている。

一方、大径ピストン３６は、そのボディ１０の後方側がピエゾ素子ＰＥと連結されている。ちなみに、ピエゾ素子ＰＥは、大径ピストン３６と対向する側の裏面側がボディ１０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。

ピエゾ素子ＰＥへ電流が供給されずピエゾ素子ＰＥが収縮状態にあるときには、高圧燃料通路８の高圧燃料により力が及ぼされることから、ボール２６や小径ピストン３４はボディ１０の後方に位置することとなる。このとき、ボール２６により背圧室２０と低圧燃料通路２８とは遮断されている。このため、背圧室２０内の燃料の圧力（コモンレール６内の燃料の圧力）及びニードルスプリング２４によって、ノズルニードル１４は、ボディ１０先端側へと押され、ニードルシート部１６に着座した状態(閉弁状態）となる。

一方、ピエゾ素子ＰＥに電流が供給されることでピエゾ素子ＰＥが伸長状態となると、ボール２６は、ボディ１０の先端側へ移動する。これにより、背圧室２０が低圧燃料通路９と連通される。その結果、背圧室２０内の燃料の圧力が低下し、ニードル収納部１２内の高圧燃料がノズルニードル１４をボディ１０の後方へ押す力が、背圧室２０内の燃料及びニードルスプリング２４がノズルニードル１４をボディ１０の前方へ押す力よりも所定以上大きくなると、ノズルニードル１４は、ニードルシート部１６から離座した状態（開弁状態）となる。

先の図１に示したエンジンシステムには、ディーゼルエンジンの運転状態を検出するセンサとして、例えばコモンレール６内の燃料の圧力を検出する燃圧センサ４０や、同エンジンのクランク軸の角度を検出するクランク角センサ４２、冷却水の温度を検出する水温センサ４４、バッテリの温度を検出するバッテリ電圧センサ４６等を備えている。また、エンジンシステムは、同システムの搭載される車両の運転状態を検出するセンサとして、車両の走行速度を検出する車速センサ４８等を備えている。

これら各種センサの検出結果は、制御装置５０に取り込まれる。そして、制御装置５０では、こうした検出値に基づき、ピエゾインジェクタＰＩ等、ディーゼルエンジンの各種アクチュエータを操作する。次に、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制御装置５０について詳述する。

図３に、制御装置５０の構成を示す。

図示されるように、制御装置５０は、駆動回路５２、充電スイッチ操作回路８０、放電スイッチ操作回路９０、マイクロコンピュータ１００を備えて構成されている。

ここで、ピエゾ素子ＰＥを駆動する駆動回路について説明する。

バッテリＢから供給される電力は、フィルタ５４を介して、昇圧回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ５６に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５６は、バッテリＢ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「２００〜３００Ｖ」）に昇圧する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５６の昇圧電圧は、コンデンサ５８に印加される。コンデンサ５８は、その一方の端子がＤＣ／ＤＣコンバータ５６側に接続され、また他方の端子が抵抗５９を介して接地されている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ５６の昇圧電圧がコンデンサ５８に印加されると、コンデンサ５８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５８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ような容量（例えば「数１００μＦ」程度）を有するものであることが望ましい。

コンデンサ５８のうちの高電位となる端子側、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ５６側は、充電スイッチ６０と充放電コイル６２との直列接続体を介して、ピエゾ素子ＰＥの高電位となる端子側に接続されている。そして、ピエゾ素子ＰＥの低電位となる端子側は、接地されている。

充電スイッチ６０と充放電コイル６２との間には、放電スイッチ６４の一方の端子が接続されており、放電スイッチ６４の他方の端子は、接地されている。

放電スイッチ６４には、ダイオード６６が並列接続されている。このダイオード６６は、そのカソード側がコンデンサ５８及び充放電コイル６２との間に、またそのアノード側が接地側にそれぞれ接続されている。このダイオード６６は、コンデンサ５８、充電スイッチ６０、充放電コイル６２と共に、ピエゾ素子ＰＥを充電するチョッパ回路を構成するものであり、フリーホイーリングダイオードとして機能する。

一方、充電スイッチ６０には、ダイオード６８が並列接続されている。このダイオード６８は、そのカソード側がコンデンサ５８側と、またそのアノード側が放電スイッチ６４側と接続されている。このダイオード６６は、コンデンサ５８、充放電コイル６２、放電スイッチ６４と共に、ピエゾ素子ＰＥの電荷を放電するチョッパ回路を構成するものであり、フリーホイーリングダイオードとして機能する。

また、充放電コイル６２とピエゾ素子ＰＥの高電位となる端子側との間には、電圧検出回路７０が接続されている。この電圧検出回路７０は、ピエゾ素子ＰＥの高電位となる端子側の電位を検出するものである。詳しくは、電圧検出回路７０は、抵抗７２，７４の直列接続体と、抵抗７４と並列接続されるコンデンサ７６とを備えて構成されている。そして、ピエゾ素子ＰＥの電圧の変動が、電圧検出回路７０内で平滑化され、抵抗７２及び抵抗７４間の電位として出力される。

なお、充放電コイル６２と電圧検出回路７０との間に接続されているダイオード７８は、ピエゾ素子ＰＥの電圧がマイナスとなることを防止している。

次に、上記充電スイッチ操作回路８０の構成について詳述する。

図示されるように、充電スイッチ操作回路８０は、電圧検出回路７０から出力される電圧信号を速度算出回路８１に取り込み、これを電圧の変化速度に対応する信号（ここでは、電圧信号）に変換する。そして、この変換された信号は、比較器８２のマイナス入力端子に取り込まれる。比較器８２のプラス入力端子には、基準電圧生成回路８３の出力する基準電圧が取り込まれる。比較器８２と、その出力端子とプラス入力端子との間に接続されている抵抗８４と、プラス入力端子と基準電圧生成回路８３との間に接続されている抵抗８５とは、ヒステリシスコンパレータを構成する。このため、比較器８２の出力は、速度算出回路８１の出力信号の電圧値が「基準電圧＋ΔＶ（ΔＶ：所定値）」未満から同「基準電圧＋ΔＶ」へと上昇すると論理「Ｌ」に反転し、その後、「基準電圧−ΔＶ」以下に低下すると論理「Ｈ」に反転する。

比較器８２の出力は、アンド回路８６の一方の端子に入力される。アンド回路８６の他方の端子には、外部から入力される駆動信号が論理「Ｈ」となってから所定期間論理「Ｈ」の信号を出力するワンショット回路８７の出力信号が入力される。一方、アンド回路８６の出力信号は、ドライバ８８によりその電力が変換されて充電スイッチ６０に印加される。

次に、上記放電スイッチ操作回路９０について詳述する。

放電スイッチ操作回路９０は、上記充電スイッチ操作回路８０と同一の回路９１を備えている。更に、放電スイッチ操作回路９０は、電圧検出回路７０の出力信号の正負を反転して速度算出回路８１と同様の回路に出力する反転アンプ９２を備えている。更に、放電スイッチ操作回路９０は、上記駆動信号を取り込みこれを論理反転して上記ワンショット回路８７と同様の回路に出力するインバータ９３を備えている。

一方、上記マイクロコンピュータ１００は、ディーゼルエンジンの運転状態や車両の運転状態等を検出する各種センサの検出値に基づき、上記駆動信号や、基準電圧生成回路８３の基準電圧を設定するための指令信号を出力する。

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

図４に、充電処理及び放電処理の態様を示す。ここで、図４（ａ）は、マイクロコンピュータ１００から出力され、噴射期間を指示する上記駆動信号の推移を示す。図４（ｂ）は、上記ワンショット回路８７の出力の推移を示す。図４（ｃ）は、上記放電スイッチ操作回路９０内のワンショット回路の出力の推移を示す。図４（ｄ）は、充電スイッチ６０の操作信号の推移を示す。図４（ｅ）は、放電スイッチ６４の操作信号の推移を示す。図４（ｆ）は、ピエゾ素子ＰＥを介して流れる電流（操作電流）を示す。図４（ｇ）は、ピエゾ素子ＰＥの高電位となる端子側の電圧（操作電圧）の推移を示す。図４（ｈ）は、上記操作電圧の変化速度の絶対値の推移を示す。

図示されるように、時刻ｔ１に、マイクロコンピュータ１００から出力される駆動信号が充電スイッチ操作回路８０に取り込まれると、充電スイッチ操作回路８０により、充電スイッチ６０のオン・オフ操作によるチョッパ制御が開始される。すなわち、駆動信号が取り込まれることで、ワンショット回路８７から、論理「Ｈ」の信号が予め定められた所定期間出力される。この時点では、速度算出回路８１の出力する信号の電圧値よりも基準電圧Ｖｒｅｆの方が高いため、比較器８２から論理「Ｈ」の信号が出力される。したがって、アンド回路８６は、論理「Ｈ」となり、充電スイッチ６０がオン操作される。充電スイッチ６０がオン操作されることによって、コンデンサ５８、充電スイッチ６０、充放電コイル６２、ピエゾ素子ＰＥ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５８の電荷がピエゾ素子ＰＥに充電される。このとき、ピエゾ素子ＰＥを介して流れる電流量（操作電流）が増加し、ピエゾ素子ＰＥの高電位となる端子側の電圧（操作電圧）も上昇する。

ただし、操作電圧の上昇速度が基準電圧Ｖｒｅｆを所定値ΔＶだけ上回ると（時刻ｔ２）、比較器８２の出力が反転するため、アンド回路８６の出力も論理「Ｌ」に反転し、充電スイッチ６０がオフ操作される。充電スイッチ６０がオフ操作されることで、充放電コイル６２、ピエゾ素子ＰＥ、ダイオード６６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６２のフライホイールエネルギが、ピエゾ素子ＰＥに充電される。このとき、操作電流が減少する。そして、操作電圧の上昇速度が基準電圧Ｖｒｅｆよりも所定値ΔＶだけ下回ると（時刻ｔ３）、充電スイッチ６０が再度オン操作される。

上記態様にて充電スイッチ６０が操作される降圧チョッパ制御がワンショット回路８７の出力が論理「Ｈ」である時刻ｔ１〜時刻ｔ４にわたって行われることで、ピエゾ素子ＰＥが充電され、ピエゾ素子ＰＥの高電位となる端子側の電位が上昇する。

一方、時刻ｔ５において、駆動信号が反転すると、放電スイッチ操作回路９０により、放電スイッチ６４のオン・オフ操作によるチョッパ制御が開始される。すなわち、駆動信号が取り込まれることで、回路９１内のワンショット回路から、論理「Ｈ」の信号が予め定められた所定期間出力されることで、この所定期間に渡って、チョッパ制御が行われる。具体的には、放電スイッチ６４がオン操作されることで、放電スイッチ６４、充放電コイル６２、ピエゾ素子ＰＥ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ＰＥが放電される。このとき、ピエゾ素子ＰＥを介して流れる電流量が増加する。更に、放電スイッチ６４のオン操作の後、放電スイッチ６４がオフ操作されることで、コンデンサ５８、ダイオード６８、充放電コイル６２、ピエゾ素子ＰＥ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６２のフライホイールエネルギがコンデンサ５８に回収される。このとき、ピエゾ素子ＰＥを介して流れる電流量が減少する。

上記態様にて放電スイッチ６４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ＰＥが放電され、ピエゾ素子ＰＥの高電位となる端子側の電位が低下する。このように、ピエゾ素子ＰＥの充電処理や放電処理を行なうことで、ピエゾ素子ＰＥの操作電圧をフィードバック制御することができる。そして、この操作電圧は、ピエゾ素子ＰＥの伸縮量と相関を有する電気的な状態量であることから、ピエゾ素子ＰＥの電圧を操作することで、ピエゾ素子ＰＥの伸縮制御を行うことができる。ただし、充電開始時期や放電開始時期において操作電圧の変化速度の絶対値が過度に大きいときには、ピエゾ素子ＰＥが変位を開始するに際してピエゾインジェクタＰＩのボディ１０に伝える力が大きくなること等に起因してピエゾインジェクタＰＩの騒音が大きくなるおそれがある。

また、充電終了時期において操作電圧の変化速度の絶対値が過度に大きいときには、ピエゾ素子ＰＥの振動が大きくなる。そして、ピエゾ素子ＰＥの振動が大きいと、ピエゾ素子ＰＥを駆動するためのエネルギ以外の要因によって無駄に消費されるエネルギ量が多くなる。これは、ピエゾ素子ＰＥの等価回路が、図５に示すように、ＬＣＲの直列回路として表現される機械成分と、ＬＣＲの直列回路に並列に接続されたコンデンサ及び同並列回路に直列に接続されている直列等価抵抗とによって表現される電気成分とによって構成されることによる。このため、ピエゾ素子ＰＥが振動すると、直列等価抵抗によって消費される電流量が多くなり、ピエゾ素子ＰＥの駆動に寄与せずに無駄に消費されるエネルギ量が多くなる。そして、こうしたエネルギのロスが大きくなると、ピエゾ素子ＰＥの伸縮の制御精度が低下する。

更に、放電終了時期において操作電圧の変化速度の絶対値が大きいときには、先の図２に示したボール２６がバルブシート部３０に着座する速度が大きくなること等に起因して、ボール２６のバルブシート部３０への着座音の増大や、ボール２６がバルブシート部３０に着座した後に跳ね返されノズルニードル１４の再度の開弁を生じさせるおそれがある。加えて、放電終了時期において操作電圧の変化速度の絶対値が大きいときには、ピエゾ素子ＰＥの振動の増大によるエネルギロスにより、コンデンサ５８に回収されるエネルギを低下させることもある。

そこで本実施形態では、ピエゾ素子ＰＥの充電及び放電の開始時期よりもその後に操作電圧の変化速度の絶対値が増大して且つ終了時期においてそれ以前よりも操作電圧の変化速度の絶対値が減少するようにする。

図６に、本実施形態にかかる操作電圧の設定態様の一例を示す。ここで、図６（ａ）は、充電時の操作電圧の推移を示し、図６（ｂ）の実線は、充電時の操作電圧の変化速度の絶対値の推移を示す。また、図６（ｃ）は、放電時の操作電圧の推移を示し、図６（ｄ）の実線は、放電時の操作電圧の変化速度の絶対値の推移を示す。図６（ａ）、図６（ｃ）に示されるように、操作電圧のプロファイルは、充電時においては、Ｓ字状となっており、放電時においてはＳ字の鏡像の形状となっている。これは、図６（ｂ）、図６（ｄ）に示すように、操作電圧の変化速度の絶対値を、開始時期と終了時期において小さくし、その間の期間において大きくすることで実現できる。ちなみに、図６において、上記絶対値が一定である場合を２点鎖線にて示した。

図７に、本実施形態における操作電圧の設定態様の別の例を示す。これら、図７（ａ）及び図７（ｂ）はいずれも操作電圧の変化速度の絶対値の推移を示している。これらは、いずれも、上記変化速度の絶対値が開始時期と終了時期において小さく、その間の期間において大きく設定されている。具体的には、図７（ａ）は、先の図６（ｂ）や図６（ｄ）と同様、操作電圧の変化速度の絶対値が、段階的（ここでは、２段）に大きくなった後、段階的（ここでは２段）に小さくなる例を示している。また、図７（ｂ）は、操作電圧の変化速度の絶対値を連続的に大きくした後連続的に小さくする例を示している。

こうした充電処理の期間内において上記絶対値を変化させたり、放電処理の期間内において上記絶対値を変化させたりすることは、先の図３に示した充電スイッチ操作回路８０や放電スイッチ操作回路９０における基準電圧を変更することで行なうことができる。

ここで、図６、図７に示す態様による操作を実現するための処理について、図８に基づいて更に詳述する。

図８は、上記処理について特にマイクロコンピュータ１００によって行なわれる部分の処理手順を示す。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、バッテリ電圧センサ４６によって検出されるバッテリＢの電圧、車速センサ４８によって検出される車速、クランク角センサ４２によって検出される回転速度、及び水温センサ４４によって検出される冷却水温に基づき、操作電圧パターンを選択する。ここで、操作電圧パターンの選択とは、充電時の操作電圧の変化速度の絶対値の波形として、図６（ｂ）、図７（ａ）、図７（ｂ）に例示したような複数のパターンの中から１つを選択することを意味する。

上記パターンとして最適なものは、エンジンの運転状態や車両の運転状態によって変化し得る。例えば車速ゼロのアイドル回転制御時であれば、車両内にはノイズも少なくピエゾインジェクタＰＩによって生じる音がユーザによって騒音として意識されやすい。このため、このときにはピエゾインジェクタＰＩによって生じる音を特に抑制することが望ましい。また、ピエゾインジェクタＰＩの温度が低い時には、そのボディ１０内で変位する部材（ノズルニードル１４、小径ピストン３４、大径ピストン３６等）とボディ１０との摩擦力が大きくなるため、上記パターンを定めるに際し、これを考慮する。また、ピエゾインジェクタＰＩに供給される燃料の温度が低いと、燃料の粘性が高まることから、上記パターンを定めるに際し、これを考慮する。更に、冷間始動時等にバッテリＢの電圧が低いと、ピエゾ素子ＰＥに対する充電を所望に行なうことができないため、このときにはピエゾ素子ＰＥに対する充電量が多くなるような操作を優先することが望ましい場合がある。

こうした観点から、上記各パラメータに基づき、パターンの選択を行なう。ちなみに、車速や回転速度は、ピエゾインジェクタＰＩの騒音がユーザに感知されやすい状況か否かを判断するパラメータを例示しており、冷却水温は、ピエゾインジェクタＰＩの温度や燃料の温度と相関を有するパラメータを例示している。

続くステップＳ１２では、上記燃圧センサ４０によって検出されるコモンレール６内の燃料の圧力に基づき、要求される操作電圧の大きさを算出する。ここで、燃圧は、ピエゾインジェクタＰＩを開弁させるのに必要なエネルギを変動させる要因である。これは、ピエゾインジェクタＰＩを開弁させるためには、換言すれば、先の図２に示したノズルニードル１４をボディ１０の後方に変位させるためには、高圧燃料通路８内の燃料がボール２６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とによる。このため、本実施形態では、燃圧に応じて操作電圧の大きさを可変設定する。

続くステップＳ１４では、ステップＳ１０によって選択されたパターンとステップＳ１４によって算出された大きさとから、最終的な操作電圧パターンを設定する。これは、実際には、図６（ｂ）、図６（ｄ）に一点鎖線にて例示するように、操作電圧パターンに補正係数を乗算することで行う。すなわち、例えば図６（ｂ）に示す期間Ｔ１〜Ｔ３のそれぞれにおける操作電圧の変化速度の絶対値に同一の補正係数を乗算することで、各時間における変化速度の絶対値を等倍率で拡大（又は縮小）する。また、図６（ｄ）に示す期間Ｔ４〜Ｔ６のそれぞれにおける操作電圧の変化速度の絶対値に同一の補正係数を乗算することで、各時間における変化速度の絶対値を等倍率で拡大（又は縮小）する。同様に、図７に示す操作電圧の変化速度の絶対値の波形については、各時間における値に同一の補正係数を乗算する。

続くステップＳ１６では、最終的な操作電圧パターンとなるように、先の図３に示した充電スイッチ操作回路８０の基準電圧生成回路８３の出力する基準電圧や、放電スイッチ操作回路９０の基準電圧を設定するための指令信号を出力する。これにより、充電スイッチ操作回路８０や放電スイッチ操作回路９０により、ピエゾ素子ＰＥの操作電圧の変化速度の絶対値がステップＳ１４によって設定されたものとなるようにフィードバック制御がなされる。

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の充電及び放電に際して、その開始時期よりもその後に操作電圧の変化速度の絶対値が増大して且つ終了時期においてそれ以前よりも同絶対値が減少するように操作電圧を設定した。これにより、高い応答性を確保しつつも、ピエゾ素子ＰＥの充電や放電の開始時期や終了時期に生じる不都合を好適に抑制することができる。

（２）ディーゼルエンジンの運転状態及び同エンジンの搭載される車両の運転状態に基づき、操作電圧の時間の推移によるプロファイル（操作電圧波形のパターン）を選択した。これにより、騒音レベルを許容範囲に抑制するとの条件で高い応答性を得る等、他の要求事項をより好適に満足させることができる。

（３）コモンレール６内の燃料の圧力が大きいほど、操作電圧の速度変化の絶対値の波形を拡大した。これにより、要求される駆動力が大きいほどピエゾ素子ＰＥに大きな駆動力を供給することができ、ひいては、要求に見合った駆動力を与えることができる。

（４）コモンレール６内の燃料の圧力に応じた補正係数にて、操作電圧の変化速度の絶対値を拡大又は縮小した。これにより、要求されるエネルギが異なったとしても、プロファイルの設定を簡易に行なうことができる。

（５）電圧検出回路７０等により操作電圧を監視し、実際の操作電圧が設定されるパターンとなるようにフィードバック制御を行なった。これにより、実際の操作電圧をパターンに好適に追従させることができる。

（６）ピエゾ素子ＰＥの駆動回路５２として、チョッパ制御のためのスイッチング素子（充電スイッチ６０、放電スイッチ６４）を備え、これらのオン・オフ操作が繰り返されることによりピエゾ素子ＰＥを介して流れる電流量の増加・減少を繰り返させてピエゾ素子ＰＥの伸縮制御を行なった。これにより、ピエゾ素子ＰＥの充電処理及び放電処理を簡易な構成にて行なうことができる。

（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。

ピエゾ素子ＰＥは、通常、温度によってその容量を大きく変える傾向がある。このため、同一の操作電圧を印加したとしても、ピエゾ素子ＰＥの伸縮量（変位量）は、温度によって大きく変化し得る。そして、ピエゾ素子ＰＥの伸縮制御を行うべくピエゾ素子ＰＥに印加される電圧を操作する場合、ピエゾ素子ＰＥの伸長速度や収縮速度も温度に応じて変化する。このため、ピエゾ素子ＰＥに印加される電圧を操作量として用いたピエゾ素子ＰＥの伸長制御には、ピエゾ素子ＰＥの温度変化に起因した困難が伴うこととなる。

そこで本実施形態では、ピエゾ素子ＰＥの伸縮制御のための操作量として、ピエゾ素子ＰＥに外部から流入した電気エネルギを用いる。この電気エネルギ（ピエゾ素子ＰＥの電圧と電流と積分値）とピエゾ素子ＰＥの伸縮量との関係は、温度変化にさほど依存しない。このため、電気エネルギを操作量とすることで、温度補正を行なわずともピエゾ素子ＰＥの伸縮量や伸縮速度を精度良く制御することができる。

図９に、本実施形態にかかるピエゾ素子ＰＥの駆動装置の構成を示す。この図９では、先の図１〜図３と同様の機能を有する部材には便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、制御装置５０には、ピエゾ素子ＰＥの高電位となる端子側の電圧を検出する電圧検出回路１１０が備えられている。この電圧検出回路１１０は、抵抗１１２，１１４の直接接続体からなり、抵抗１１２及び抵抗１１４間の電圧が電力信号生成回路１１８に取り込まれる。この電力信号生成回路１１８は、上記電圧と、ピエゾ素子ＰＥと抵抗１１６との間の電圧（ピエゾ素子ＰＥを流れる電流に対応する電圧値）とに基づき、ピエゾ素子ＰＥとの間で流出入する電力（ピエゾ素子ＰＥの電気エネルギの変化速度）を監視し、この電力に対応する電力信号（ここでは、電圧値）を充電スイッチ操作回路８０と放電スイッチ操作回路９０とに出力する。

上記電力信号は、充電スイッチ操作回路８０内において、比較器８２のマイナス入力端子に取り込まれる。なお、放電スイッチ操作回路９０内の回路９１ａは、充電スイッチ操作回路８０と同様の構成を有しており、この中にある比較器のマイナス入力に、上記電力信号が反転アンプ９２により反転された信号が取り込まれる。

図１０に、本実施形態にかかる電気エネルギ波形の一例を示す。ここで、図１０（ａ）は、充電時の電気エネルギの推移を示し、図１０（ｂ）の実線は、充電時の電気エネルギの変化速度の絶対値の推移を示す。また、図１０（ｃ）は、放電時の電気エネルギの推移を示し、図１０（ｄ）の実線は、放電時の電気エネルギの変化速度の絶対値の推移を示す。図示されるように、図１０（ａ）、図１０（ｃ）に示す電気エネルギのプロファイルは、充電時においては、Ｓ字状となっており、放電時においてはＳ字の鏡像の形状となっている。これは、図１０（ｂ）、図１０（ｄ）に示すように、電気エネルギの変化速度の絶対値を、開始時期と終了時期において小さくし、その間の期間において大きくすることで実現できる。ちなみに、上記絶対値が一定の場合を、図中、２点鎖線にて示した。

図１１に、本実施形態における電気エネルギの設定態様の別の例を示す。これら図１１（ａ）及び図１１（ｂ）はいずれも電気エネルギの変化速度の絶対値の推移を示している。これらは、いずれも、電気エネルギの変化速度の絶対値が開始時期と終了時期において小さく、その間の期間において大きく設定されている。具体的には、図１１（ａ）は、先の図１０（ｂ）や図１０（ｄ）と同様、電気エネルギの変化速度の絶対値を、段階的（ここでは、２段）に大きくした後、段階的（ここでは２段）に小さくする例を示している。また、図１１（ｂ）は、電気エネルギの変化速度の絶対値を連続的に大きくした後連続的に小さくする例を示している。

ここで、図１０、図１１に示す操作を実現するための処理について、図１２に基づいて更に詳述する。

図１２は、上記処理について特にマイクロコンピュータ１００によって行なわれる部分の処理手順を示す。

この一連の処理では、まずステップＳ２０において、バッテリＢの電圧、車速、回転速度、及び冷却水温に基づき、電気エネルギのパターンを選択する。ここで、電気エネルギのパターンの選択とは、電気エネルギの変化速度の絶対値の推移として、先の図１０（ｂ）、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に例示したような複数のパターンの中から１つを選択することを意味する。ここで、上記各パラメータを用いて選択を行なう理由は、先の図８のステップＳ１０と同様である。

続くステップＳ２２では、上記燃圧センサ４０によって検出されるコモンレール６内の燃圧に基づき、要求されるエネルギを算出する。更に、ステップＳ２４では、ステップＳ２０によって選択されたパターンがステップＳ２２によって算出されたエネルギとなるように、最終的な電気エネルギのパターンを設定する。この最終的なパターンの設定も、先の図８のステップＳ１４と同様、図１０（ｂ）、図１０（ｄ）に一点鎖線にて例示するように、各時間における電気エネルギの変化速度の絶対値を等倍率で拡大又は縮小することで行なう。

続くステップＳ２６では、最終的な電気エネルギのパターンとなるように、先の図９に示した充電スイッチ操作回路８０の基準電圧生成回路８３の出力する基準電圧や、放電スイッチ操作回路９０の基準電圧を設定するための指令信号を出力する。これにより、充電スイッチ操作回路８０や放電スイッチ操作回路９０により、ピエゾ素子ＰＥの電気エネルギの変化速度がステップＳ２４によって設定されたものとなるようにフィードバック制御がなされる。

このように本実施形態では、ピエゾ素子ＰＥの伸縮制御のための操作量として、電気エネルギを用いることで、温度変化にかかわらずピエゾ素子ＰＥの変位量を精度良く制御することができる。すなわち、最終的な電気エネルギの波形が、例えば先の図１０（ｂ）に実線にて示すパターンとなった場合、この実線にて囲まれる面積（図中、ハッチ部の面積）であるピエゾ素子ＰＥに供給される電気エネルギ量に対応してピエゾ素子ＰＥの変位量が定まり、この変位量は、ピエゾ素子ＰＥの温度の変動によってほとんど変動しない。

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）〜（６）に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（７）ピエゾ素子ＰＥの伸縮制御のための操作量として、ピエゾ素子ＰＥの電気エネルギを用いた。これにより、ピエゾ素子ＰＥの温度が変動したとしても、ピエゾ素子ＰＥの変位速度の絶対値を適切な値に維持することができる。

（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。

・ピエゾ素子ＰＥの伸長及び縮小の制御に際して、その開始時期よりもその後に電気的な状態量の変化速度の絶対値が増大して且つ終了時期においてそれ以前よりも上記絶対値が減少するように状態量を設定する設定手段としては、先の図６、図７、図１０、図１１に例示したように、変化速度波形が開始時期と終了時期とで対象となるものに限らない。例えば開始時期と終了時期とで上記絶対値が異なるようにしてもよい。また、伸長制御のみについて上記態様にて状態量の設定を行なったとしても、伸長制御時に生じる問題についてはこれを好適に抑制することができる。

・コモンレール６内の燃料の圧力に基づき、各時間における操作電圧や電気エネルギの変化速度の絶対値を拡大又は縮小する手法としては、単一の補正係数を乗算して行うものに限らない。例えば開始時期及び終了時期と、その間の期間とで異なる補正係数を乗算してもよい。更に、補正係数を乗算する代わりに、補正値を加算しても良い。

・上記第１の実施形態では、操作電圧を監視し、この操作電圧が設定されるパターンとなるように、充電スイッチ６０や放電スイッチ６４のオン・オフ操作によるフィードバック制御を行なったが、これに限らない。例えば図１３に例示するように、ピエゾ素子ＰＥを介して流れる電流量が所定の上限値に達すると充電スイッチ６０や放電スイッチ６４をオン操作からオフ操作に切り替えるとともに、電流量がゼロとなると充電スイッチ６０や放電スイッチ６４をオフ操作からオン操作に切り替えるものでもよい。この場合であっても、充電や放電の開始時期の上限値αや終了時期の上限値γを、その間の期間の上限値βよりも小さく設定するなら、先の図６（ｂ）、図６（ｄ）に実線で示した波形を得ることができる。そして、この上限値α，β，γを予め設定しておくことで、オープン制御を行うことができる。このように、設定される状態量となるように駆動回路５２を操作する操作手段としても、監視される状態量を設定される状態量にフィードバック制御するものに限らない。なお、先の図７（ａ）に示した操作電圧波形は、充電や放電の開始時期と終了時期との間の期間において、上限値を２段階に設定することで実現することができる。

・上記第２の実施形態では、ピエゾ素子ＰＥとの間で流出入する電力を監視し、この電力が設定されるパターンとなるように、充電スイッチ６０や放電スイッチ６４のオン・オフ操作によるフィードバック制御を行なったが、これに限らない。例えば図１４に例示するように、オン操作時間を予め定められた値としておくとともに、オフ操作からオン操作への切り替えのタイミングをピエゾ素子ＰＥを介して流れる電流量がゼロとなるときとしてもよい。この場合であっても、充電や放電の開始時期や終了時期のオン操作時間Ｔ１、Ｔ３よりも、その間の期間のオン操作時間Ｔ２を長くすることで、先の図１０（ｂ）、図１０（ｄ）に実線で例示した電力波形を得ることができる。なお、先の図１１（ａ）に示した電力波形は、充電や放電の開始時期と終了時期との間の期間において、オン操作時間を２段階に設定することで実現することができる。

・例えば図１５（ａ）に例示される電気エネルギ波形としたとしても、充電の終了時期にピエゾ素子ＰＥの電気エネルギの上昇速度が減少するため、ピエゾ素子ＰＥの充電の終了時期に供給されるエネルギが過大となることで生じる上記諸問題を抑制することはできる。また、例えば図１５（ｂ）に例示される操作電圧波形としたとしても、放電の開始時期にピエゾ素子ＰＥの操作電圧の減少速度が小さいため、ピエゾ素子ＰＥの放電の開始時期に操作電圧の変化速度の絶対値が過大となることで生じる上記問題を抑制することはできる。更に、例えば図１５（ｃ）に例示される電気エネルギ波形としたとしても、放電開始時期にピエゾ素子ＰＥの電気エネルギの減少速度が小さいため、ピエゾ素子ＰＥの放電の開始時期のエネルギの減少速度が過大となることで生じる上記問題を抑制することはできる。

・ピエゾインジェクタＰＩの駆動装置としては、先の図３や図９に例示したものに限らない。例えばピエゾ素子ＰＥに供給される電力を算出する回路としては、先の図９に例示したように、ピエゾ素子ＰＥの高電位側の電圧とピエゾ素子ＰＥを介して流れる電流とに基づき電力を算出するものに限らない。これに代えて、先の図９に示すコンデンサ５８と抵抗５９との間（ノードａ）の電位を検出することで、コンデンサ５８を介して流れる電流量を検出し、この電流量に基づき上記電力を算出してもよい。ここで、この電流量にコンデンサ５８の電圧を乗算したもの（正確には、その短時間の平均値）は、ピエゾ素子ＰＥに供給される電力となる。そしてコンデンサ５８の電圧が充電処理や放電処理によってほとんど変化しない設定とするなら、上記電流量に基づき簡易に電力を算出することができる。

また、チョッパ制御を行う駆動回路としては、例えば特開平８−１７７６７８号公報等に例示されるように、トランスのフライバック電流を用いたチョッパ制御を行うものであってもよい。また、例えばピエゾ素子ＰＥの充電処理や放電処理を、チョッパ制御以外の手法で行ってもよい。

・ピエゾインジェクタＰＩの構造としては、先の図２に例示したものに限らない。この際、ピエゾ素子の変位に応じて開弁及び閉弁の２値的な動作をするものに限らず、例えば米国特許第６５２０４２３号明細書に記載されているように、ピエゾ素子ＰＥの変位に応じてノズルニードルのリフト量を連続的に調整可能なインジェクタであってもよい。ただし、ピエゾ素子ＰＥの動力を伝達させるピエゾインジェクタＰＩ内の動力伝達系において、ピエゾ素子ＰＥの変位開始に際し、ピエゾ素子ＰＥの変位に対向するように燃圧が加わる構成である場合には、燃圧に基づき状態量やその変化速度の絶対値の波形を可変とすることが特に有効である。

・その他、内燃機関としては、ディーゼルエンジンに限らず、例えば筒内噴射式ガソリンエンジンであってもよい。

第１の実施形態のエンジンシステムの全体構成を示す図。 同実施形態のピエゾインジェクタの断面構成を示す断面図。 同実施形態のピエゾインジェクタの駆動装置の回路構成等を示す図。 同実施形態にかかる操作電圧のフィードバック制御態様を示すタイムチャート。 ピエゾ素子において電力が無駄に消費され得ることを説明するための図。 上記実施形態の操作電圧波形及び操作電圧の変化速度の絶対値の波形を示すタイムチャート。 同実施形態の操作電圧の変化速度の絶対値の波形を示すタイムチャート。 同実施形態の操作電圧波形の設定態様を示すフローチャート。 第２の実施形態のピエゾインジェクタの駆動装置の回路構成等を示す図。 同実施形態の電気エネルギ波形及び電力波形を示すタイムチャート。 同実施形態の電力波形を示すタイムチャート。 同実施形態の電力波形の設定態様を示すフローチャート。 第１の実施形態の変形例における操作電流の推移を示すタイムチャート。 第２の実施形態の変形例における操作電流の推移を示すタイムチャート。 上記各実施形態の変形例における電気エネルギ波形や電圧波形を示すタイムチャート。

符号の説明

ＰＥ…ピエゾ素子、５２…駆動回路、８０…充電スイッチ操作回路、９０…放電スイッチ操作回路、１００…マイクロコンピュータ。

Claims (12)

1. ピエゾ素子をアクチュエータとして備えるピエゾインジェクタについて、前記ピエゾ素子の伸縮の制御を行なうべく、該伸縮量と相関を有する前記ピエゾ素子の電気的な状態量を前記ピエゾ素子の駆動回路を介して操作するピエゾインジェクタの駆動装置において、
   前記ピエゾ素子の伸長及び収縮の少なくとも一方の制御に際して、その開始時期よりもその後に前記電気的な状態量の変化速度の絶対値が増大して且つ終了時期においてそれ以前よりも前記電気的な状態量の変化速度の絶対値が減少するように前記状態量を設定する設定手段と、
   該設定される状態量となるように前記駆動回路を介して前記状態量を操作する操作手段とを備えることを特徴とするピエゾインジェクタの駆動装置。
2. 前記ピエゾインジェクタの搭載される内燃機関の運転状態及び該内燃機関の搭載される車両の運転状態の少なくとも一方を検出する検出手段の検出結果を取り込む手段を更に備え、
   前記設定手段は、前記検出結果に基づき、前記状態量のプロファイルを設定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駆動装置。
3. 前記設定手段は、前記検出結果に基づき前記状態量の変化速度の絶対値の波形を可変設定することで、前記プロファイルの設定を行なう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駆動装置。
4. 前記設定手段は、前記検出結果に基づき、各時間における前記状態量の変化速度の絶対値を拡大又は縮小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駆動装置。
5. 前記検出手段は、前記ピエゾインジェクタに供給される燃料の圧力を検出するものであって、
   前記設定手段は、前記検出手段によって検出される燃料の圧力が大きいほど、前記状態量の変化速度の絶対値の波形を拡大することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のピエゾインジェクタの駆動装置。
6. 前記状態量を監視する監視手段を更に備え、
   前記操作手段は、前記監視手段によって監視される実際の状態量が前記設定手段によって設定される状態量となるように前記実際の状態量をフィードバック制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のピエゾインジェクタの駆動装置。
7. 前記状態量が、前記ピエゾ素子の電気エネルギであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のピエゾインジェクタの駆動装置。
8. 前記駆動回路は、チョッパ制御のためのスイッチング素子を備えており、
   前記操作手段は、前記スイッチング素子のオン・オフ操作を繰り返すことにより前記ピエゾ素子を介して流れる電流量の増加・減少を繰り返させて前記少なくとも一方の処理を行なうものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のピエゾインジェクタの駆動装置。
9. ピエゾ素子をアクチュエータとして備えるピエゾインジェクタについて、前記ピエゾ素子の伸縮の制御を行なうべく、該伸縮量と相関を有する前記ピエゾ素子の電気的な状態量を前記ピエゾ素子の駆動回路を介して操作するピエゾインジェクタの駆動装置において、
   前記ピエゾ素子の充電に際し、その終了時期に、前記ピエゾ素子の電気エネルギの変化速度を減少させるように前記状態量を設定する設定手段と、
   該設定される状態量となるように前記駆動回路を介して前記状態量を操作する操作手段とを備えることを特徴とするピエゾインジェクタの駆動装置。
10. ピエゾ素子をアクチュエータとして備えるピエゾインジェクタについて、前記ピエゾ素子の伸縮の制御を行なうべく、該伸縮量と相関を有する前記ピエゾ素子の電気的な状態量を前記ピエゾ素子の駆動回路を介して操作するピエゾインジェクタの駆動装置において、
    前記ピエゾ素子の放電に際し、前記放電の開始時期よりもその後に、前記電気的な状態量の変化速度の絶対値が増加するように前記状態量を設定する設定手段と、
    該設定される状態量となるように前記駆動回路を介して前記状態量を操作する操作手段とを備えることを特徴とするピエゾインジェクタの駆動装置。
11. ピエゾ素子をアクチュエータとして備えるピエゾインジェクタについて、前記ピエゾ素子の伸縮の制御を行なうべく、該伸縮量と相関を有する前記ピエゾ素子の電気的な状態量を前記ピエゾ素子の駆動回路を介して操作するピエゾインジェクタの駆動装置において、
    前記ピエゾ素子の搭載される内燃機関の運転状態及び前記内燃機関の搭載される車両の運転状態の少なくとも一方を検出する検出手段の検出結果を取り込む手段と、
    前記ピエゾ素子の伸長及び収縮の少なくとも一方の処理における前記電気的な状態量の変化速度の絶対値を１度の処理期間内において変化させるパターンを、前記検出結果に基づき可変設定する設定手段と、
    前記電気的な状態量が前記設定されるパターンとなるように、前記駆動回路を介して前記状態量を操作する操作手段とを備えることを特徴とするピエゾインジェクタの駆動装置。
12. ピエゾ素子をアクチュエータとして備えるピエゾインジェクタについて、前記ピエゾ素子の伸縮の制御を行なうべく、該伸縮量と相関を有する前記ピエゾ素子の電気的な状態量を前記ピエゾ素子の駆動回路を介して操作するピエゾインジェクタの駆動装置において、
    前記ピエゾ素子の伸長及び収縮の少なくとも一方の処理における前記ピエゾ素子の電気エネルギの変化速度を１度の処理期間内において変化させるパターンを設定する設定手段と、
    該設定される電気エネルギとなるように前記駆動回路を介して前記電気エネルギを操作する操作手段とを備えることを特徴とするピエゾインジェクタの駆動装置。

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