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JP4615967B2 - Piezo injector drive device - Google Patents

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JP4615967B2
JP4615967B2 JP2004333079A JP2004333079A JP4615967B2 JP 4615967 B2 JP4615967 B2 JP 4615967B2 JP 2004333079 A JP2004333079 A JP 2004333079A JP 2004333079 A JP2004333079 A JP 2004333079A JP 4615967 B2 JP4615967 B2 JP 4615967B2
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正孝 錦織
昭和 小島
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    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06Drive circuits; Control arrangements or methods
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    • H02N2/067Large signal circuits, e.g. final stages generating drive pulses
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Description

本発明は、ピエゾ素子をアクチュエータとして備える燃料噴射弁であるピエゾインジェクタを駆動すべく、前記ピエゾ素子の充電制御及び放電制御を行なうピエゾインジェクタの駆動装置に関する。   The present invention relates to a drive device for a piezo injector that performs charge control and discharge control of the piezo element so as to drive a piezo injector that is a fuel injection valve including the piezo element as an actuator.

ピエゾインジェクタは、多数の圧電素子を積層した積層体(ピエゾスタック)が圧電効果により伸縮するピエゾアクチュエータが、例えばディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置における燃料噴射用インジェクタに適用されたものである。ピエゾアクチュエータは容量性の負荷であり、その充電と放電とで伸長状態と縮小状態とが切り替えられる。そして、ピエゾインジェクタでは、ピエゾアクチュエータの伸縮動作により開弁と閉弁とが切り替えられる。   In the piezo injector, a piezo actuator in which a laminated body (piezo stack) in which a large number of piezoelectric elements are stacked is expanded and contracted by a piezoelectric effect is applied to, for example, a fuel injection injector in a common rail fuel injection device of a diesel engine. The piezo actuator is a capacitive load, and can be switched between an expanded state and a contracted state by charging and discharging. In the piezo injector, the valve opening and closing are switched by the expansion and contraction operation of the piezo actuator.

図10に、ピエゾインジェクタの断面構成を示す。   FIG. 10 shows a cross-sectional configuration of the piezo injector.

ピエゾインジェクタは、そのボディ50の先端に円柱状のニードル収納部52が設けられている。そして、ニードル収納部52には、その軸方向に変位可能なノズルニードル54が収納されている。ノズルニードル54は、ボディ50の先端部に形成されている環状のニードルシート部56に着座することで、ニードル収納部52を外部(内燃機関の燃焼室)から遮断する一方、ニードルシート部56から離座することで、ニードル収納部52を外部と連通させる。また、ノズルニードル54は、(図示しない)コモンレールから高圧燃料通路58へ供給された高圧燃料がニードル収納部52へと供給される。   The piezo injector is provided with a cylindrical needle storage portion 52 at the tip of its body 50. The needle storage section 52 stores a nozzle needle 54 that can be displaced in the axial direction. The nozzle needle 54 is seated on an annular needle seat portion 56 formed at the distal end portion of the body 50, thereby blocking the needle storage portion 52 from the outside (combustion chamber of the internal combustion engine), while from the needle seat portion 56. By separating, the needle storage portion 52 is communicated with the outside. The nozzle needle 54 is supplied with high-pressure fuel supplied from a common rail (not shown) to the high-pressure fuel passage 58 to the needle storage portion 52.

ノズルニードル54の背面側(ニードルシート部56と対向する側の反対側)は、背圧室60に対向している。背圧室60には、高圧燃料通路58からの燃料がオリフィス64を介して供給される。また、背圧室60には、ノズルニードル54をニードルシート部56側へ押すニードルスプリング62が備えられている。   The back side of the nozzle needle 54 (the side opposite to the side facing the needle seat portion 56) faces the back pressure chamber 60. Fuel from the high pressure fuel passage 58 is supplied to the back pressure chamber 60 through the orifice 64. Further, the back pressure chamber 60 is provided with a needle spring 62 that pushes the nozzle needle 54 toward the needle seat portion 56 side.

背圧室60は、バランス三方弁66を介して低圧燃料通路72に連通可能とされている。バランス三方弁66は、バルブスプリング70によってボディ50の後部側(図中、上方)に押されている。三方弁66は、バルブスプリング70によって及ぼされる力によって、その背面側が環状のバルブシート部74に着座することで、低圧燃料通路72と背圧室60とを遮断し、バルブスプリング70によって及ぼされる力に抗してボディ50の先端側へ変位することで、低圧燃料通路72と背圧室60とを連通させる。   The back pressure chamber 60 can communicate with the low pressure fuel passage 72 via the balance three-way valve 66. The balance three-way valve 66 is pushed to the rear side (upward in the drawing) of the body 50 by the valve spring 70. The three-way valve 66 is seated on the annular valve seat portion 74 by the force exerted by the valve spring 70, thereby blocking the low pressure fuel passage 72 and the back pressure chamber 60, and the force exerted by the valve spring 70. The low pressure fuel passage 72 and the back pressure chamber 60 are communicated with each other by being displaced toward the tip side of the body 50 against this.

三方弁66のうちバルブシート部74側の面は、バルブピストン78の先端と対向している。一方、バルブピストン78の後部側は、ピエゾピストン80の先端と対向している。そして、バルブピストン78、ピエゾピストン80、及びボディ50の内周面によって変位拡大室82が区画形成されている。変位拡大室82は、ボディ50の先端側よりもボディ50の後方側の方が口径が大きくなるように縮径部を有して2つの円柱状の空間が直列に接続されたものである。変位拡大室82には、例えば燃料等の適宜の流体が充填されている。   The surface of the three-way valve 66 on the valve seat 74 side faces the tip of the valve piston 78. On the other hand, the rear side of the valve piston 78 faces the tip of the piezo piston 80. A displacement expansion chamber 82 is defined by the valve piston 78, the piezo piston 80, and the inner peripheral surface of the body 50. The displacement expansion chamber 82 has a reduced diameter portion so that the diameter of the rear side of the body 50 is larger than that of the front end side of the body 50, and two columnar spaces are connected in series. The displacement expansion chamber 82 is filled with an appropriate fluid such as fuel.

一方、ピエゾピストン80は、ピエゾスプリング84によってボディ50の後方へと押されている。更に、ピエゾピストン80は、そのボディ50の後方側が上記ピエゾスタックを備えてアクチュエータとして機能するピエゾ素子86と連結されている。ちなみに、ピエゾ素子86は、ピエゾピストン80と対向する側の裏面側がボディ50に固定されている。   On the other hand, the piezo piston 80 is pushed to the rear of the body 50 by a piezo spring 84. Further, the piezo piston 80 is connected to a piezo element 86 having a piezo stack on the rear side of the body 50 and functioning as an actuator. Incidentally, the back surface of the piezo element 86 facing the piezo piston 80 is fixed to the body 50.

このため、ピエゾ素子86へ電流が供給されずピエゾ素子86が縮小状態にあるときには、ピエゾスプリング84によってピエゾピストン80はボディ50の後方に位置することとなる。このとき、バルブピストン78が三方弁66をボディ50の先端側へ変位させないため、三方弁66により背圧室60と低圧燃料通路72とは遮断されている。このため、背圧室60内の燃料圧力(コモンレール圧)及びニードルスプリング62によってノズルニードル54は、ボディ50先端側へと押され、ニードルシート部56に着座した状態(閉弁状態)となる。   Therefore, when no current is supplied to the piezo element 86 and the piezo element 86 is in the contracted state, the piezo piston 80 is positioned behind the body 50 by the piezo spring 84. At this time, since the valve piston 78 does not displace the three-way valve 66 toward the front end side of the body 50, the back pressure chamber 60 and the low-pressure fuel passage 72 are blocked by the three-way valve 66. For this reason, the nozzle needle 54 is pushed toward the distal end side of the body 50 by the fuel pressure (common rail pressure) in the back pressure chamber 60 and the needle spring 62 and is in a state of being seated on the needle seat portion 56 (valve closed state).

一方、ピエゾ素子86に電流が供給されることでピエゾ素子86が伸長状態となると、ピエゾピストン80は、ピエゾスプリング84の力に抗してボディ50の先端側へ移動する。これにより、バルブピストン78が三方弁66をボディ50の先端側へ変位させる(開弁させる)ようになるため、背圧室60が低圧燃料通路72と連通される。その結果、背圧室60内の燃料の圧力が低下し、ニードル収納部52内の高圧燃料がノズルニードル54をボディ50の後方へ押す力が、背圧室60内の燃料及びニードルスプリング62がノズルニードル54をボディ50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54は、ニードルシート部56から離座した状態(開弁状態)となる。   On the other hand, when current is supplied to the piezo element 86 and the piezo element 86 is in the extended state, the piezo piston 80 moves to the front end side of the body 50 against the force of the piezo spring 84. As a result, the valve piston 78 displaces (opens) the three-way valve 66 toward the distal end side of the body 50, so that the back pressure chamber 60 communicates with the low pressure fuel passage 72. As a result, the pressure of the fuel in the back pressure chamber 60 decreases, and the force that the high pressure fuel in the needle housing portion 52 pushes the nozzle needle 54 to the rear of the body 50 causes the fuel in the back pressure chamber 60 and the needle spring 62 to move. If it becomes larger than the force which pushes the nozzle needle 54 to the front of the body 50 more than predetermined, the nozzle needle 54 will be in the state (valve open state) separated from the needle seat part 56. FIG.

上記構成によれば、ピエゾ素子86への充放電を通じて、ノズルニードル54を開閉制御することができるようになり、ひいては、燃料の噴射制御を行なうことが可能となる。   According to the above configuration, the nozzle needle 54 can be controlled to be opened / closed through charging / discharging of the piezo element 86, and consequently, fuel injection can be controlled.

ところで、ピエゾ素子86の充電によりピエゾ素子86が伸長しようとする力が、ピエゾスプリング84等によりピエゾピストン80をボディ50の後部側へ押す力を上回るまでは、ピエゾ素子86にはエネルギが蓄えられる。一方、ピエゾ素子86やピエゾピストン80、三方弁66が変位し始めると、ピエゾ素子86とピエゾピストン80とは、一般によく知られているバネ-マスの振動系となり、固有振動する。ここで、ピエゾ素子86の充電速度が速い、すなわち固有振動数が大きいと、三方弁66が変位を開始するまでにピエゾ素子86に大きなエネルギが蓄えられることとなり、大きな振動が発生することがある。そして、この発生した固有振動がピエゾ素子86を固定するボディ50へと伝達されるため、インジェクタに大きな騒音が生じることがある。   By the way, energy is stored in the piezo element 86 until the force at which the piezo element 86 is extended by charging the piezo element 86 exceeds the force pushing the piezo piston 80 to the rear side of the body 50 by the piezo spring 84 or the like. . On the other hand, when the piezo element 86, the piezo piston 80, and the three-way valve 66 start to be displaced, the piezo element 86 and the piezo piston 80 become a generally well-known spring-mass vibration system and perform natural vibration. Here, if the charging speed of the piezo element 86 is fast, that is, the natural frequency is large, a large amount of energy is stored in the piezo element 86 before the three-way valve 66 starts to be displaced, and a large vibration may occur. . Since the generated natural vibration is transmitted to the body 50 that fixes the piezo element 86, a large noise may occur in the injector.

一方、上記騒音を低減すべく、ピエゾ素子86に供給するエネルギを低減することや、駆動エネルギの供給速度を低下させることが考えられる。しかし、供給するエネルギを低減すると、インジェクタの作動が不安定となる等の問題が生じる。また、エネルギの供給速度を低下させると、複数回の噴射を短時間の間に繰り返すことが困難となる等、ピエゾインジェクタのメリットである応答性を犠牲とすることにもなりかねない。特に、パイロット噴射及び主噴射を行なうディーゼルエンジン等においては、応答性の低下は、パイロット噴射と主噴射との間の間隔を短縮することを困難とするため、こうした問題は深刻である。   On the other hand, in order to reduce the noise, it is conceivable to reduce the energy supplied to the piezo element 86 and to reduce the drive energy supply speed. However, if the energy to be supplied is reduced, problems such as unstable operation of the injector arise. Further, when the energy supply rate is lowered, it may be difficult to repeat a plurality of injections in a short time, and the responsiveness that is a merit of the piezo injector may be sacrificed. In particular, in a diesel engine or the like that performs pilot injection and main injection, such a problem is serious because a reduction in responsiveness makes it difficult to shorten the interval between pilot injection and main injection.

ちなみに、従来のピエゾ素子86の充電制御としては、例えば特許文献1に記載されたものがある。   Incidentally, as a conventional charge control of the piezo element 86, there is one described in Patent Document 1, for example.

なお、図10に示したピエゾインジェクタに限らず、ピエゾ素子をアクチュエータとして備える燃料噴射弁であるピエゾインジェクタにあっては、これを駆動する際に騒音が生じるおそれのあるこうした実情も概ね共通したものとなっている。
特開平11−317551号公報
In addition, not only the piezo injector shown in FIG. 10 but also a piezo injector that is a fuel injection valve provided with a piezo element as an actuator, such a situation in which noise may be generated when driving the piezo injector is generally common. It has become.
JP-A-11-317551

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、応答性を確保しつつも、騒音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。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a drive device for a piezo injector capable of suitably suppressing noise while ensuring responsiveness.

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。   In the following, means for achieving the above object and its effects are described.

手段1では、ピエゾ素子をアクチュエータとして備える燃料噴射弁であるピエゾインジェクタを駆動すべく、前記ピエゾ素子の充電制御及び放電制御を行なう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制御を行なうに際し、該ピエゾ素子への通電量を、通電開始初期に制限した後、増大させる制御を行なう制御手段を備えるようにした。   In the means 1, in the piezo injector drive device for performing charge control and discharge control of the piezo element so as to drive a piezo injector which is a fuel injection valve including the piezo element as an actuator, when performing charge control of the piezo element, Control means for performing control to increase the energization amount of the piezoelectric element after limiting the energization amount to the initial stage of energization is provided.

このように、通電開始初期に、ピエゾ素子への通電量を制限することで、ピエゾインジェクタの開弁が開始されるまでにピエゾ素子等にエネルギが過剰に蓄えられることを回避することができる。このため、ピエゾ素子の変位に際して、ピエゾ素子からピエゾインジェクタの他の部分に伝達される振動を低減することができ、ひいては、騒音を好適に抑制することができる。更に、制限する制御の後、通電量を増大させることで、ピエゾインジェクタの開弁動作が遅れることを回避でき、換言すればピエゾインジェクタの応答性を確保することができる。したがって、手段1によれば、応答性を確保しつつも、騒音を好適に抑制することができる。   As described above, by restricting the energization amount to the piezo element at the beginning of energization, it is possible to avoid excessive energy accumulation in the piezo element or the like before the piezo injector is opened. For this reason, when the piezo element is displaced, vibration transmitted from the piezo element to the other part of the piezo injector can be reduced, and noise can be suitably suppressed. Further, by increasing the energization amount after the limiting control, it is possible to avoid delaying the valve opening operation of the piezo injector, in other words, it is possible to ensure the responsiveness of the piezo injector. Therefore, according to the means 1, it is possible to suitably suppress noise while ensuring responsiveness.

なお、上記制限及び増大にかかる制御を、例えば通電開始から所定期間の通電量の総量が、所定期間経過直後における所定期間と同じ期間における通電量の総量よりも小さくなるようにして行なってもよい。   The control related to the restriction and increase may be performed, for example, such that the total amount of energization during a predetermined period from the start of energization is smaller than the total amount of energization during the same period as the predetermined period immediately after the predetermined period has elapsed. .

また、制限する制御を行なう期間は、充電制御を行なう期間の略「1/3」であることが望ましいことが発明者の実験により明らかになった。   In addition, the inventors' experiments have revealed that it is desirable that the period for performing the limiting control is approximately “1/3” of the period for performing the charging control.

手段2では、手段1において、前記ピエゾ素子にコイルを介して給電手段の電力が供給される電流通路と、該電流通路を開閉制御する充電スイッチとを更に備え、前記制御手段は、前記充電スイッチの周期的なオン・オフ操作によって前記ピエゾ素子の充電制御を行なうようにした。   The means 2 further comprises a current path in which power of the power feeding means is supplied to the piezo element via a coil in the means 1, and a charge switch that controls opening and closing of the current path, and the control means includes the charge switch The charging control of the piezo element is performed by a periodic on / off operation.

ピエゾ素子にコイルを介して給電手段の電力を供給する場合、コイルとピエゾ素子とに流れる電流は交流となる。このため、ピエゾ素子の一方の端子に整流された電流を供給するためには、充電スイッチを周期的にオン・オフ操作することが望ましい。これにより、コイルを介してピエゾ素子へ供給される電流は、略三角波形を有するものとなる。このため、手段2によれば、こうしたパルス状の直流電流を複数回与えることで、ピエゾ素子へエネルギを供給することができる。   When the electric power of the power feeding means is supplied to the piezo element via the coil, the current flowing through the coil and the piezo element is an alternating current. For this reason, in order to supply the rectified current to one terminal of the piezo element, it is desirable to periodically turn on and off the charging switch. Thereby, the current supplied to the piezo element via the coil has a substantially triangular waveform. For this reason, according to the means 2, energy can be supplied to the piezo element by giving such a pulsed direct current a plurality of times.

ちなみに、上記オン操作の期間は、上記交流の周期の「1/4」以下とすることが望ましい。これにより、オン操作の期間は電流量が上昇し、オフ操作となると電流量が減少する三角波形を有した電流がピエゾ素子に供給されることとなる。   Incidentally, it is desirable that the period of the ON operation is not more than “¼” of the AC cycle. Thereby, the current amount increases during the ON operation period, and a current having a triangular waveform in which the current amount decreases when the OFF operation is performed is supplied to the piezo element.

なお、ここでいう「周期的」とは、オン操作とオフ操作とが繰り返されることをいい、この際、オン操作の時間やオフ操作の時間が毎回一定であるとの意味は含まないものとする。   The term “periodic” as used herein means that the ON operation and the OFF operation are repeated, and this does not include the meaning that the ON operation time and the OFF operation time are constant each time. To do.

また、この手段2の構成において、上記制限及び所定期間経過後の増大を、例えば所定期間の上記各周期の通電量が、所定期間経過後の各周期の通電量よりも少なくすることで行なってもよい。なお、ここで、所定期間経過後の各周期の通電量の代わりに、所定期間経過直後の一周期の通電量としてもよい。   Further, in the configuration of the means 2, the limitation and the increase after the lapse of the predetermined period are performed, for example, by making the energization amount of each period of the predetermined period smaller than the energization amount of each period after the lapse of the predetermined period. Also good. Here, instead of the energization amount of each cycle after the lapse of the predetermined period, the energization amount of one cycle immediately after the lapse of the predetermined period may be used.

手段3では、手段2において、前記制御手段は、前記周期的なオン・オフ操作に伴う前記ピエゾ素子への通電量を監視し、前記監視される通電量が所定の閾値を上回らないように制御することで上記制限を行なうようにした。   In means 3, in means 2, the control means monitors the energization amount to the piezo element accompanying the periodic on / off operation, and controls so that the monitored energization amount does not exceed a predetermined threshold value. By doing so, the above restriction was made.

手段3では、通電量を監視するとともに、監視される通電量を所定の閾値を上回らないように制限することで、通電量を制限する制御を行なうことができるようになる。   In the means 3, the energization amount can be controlled by limiting the energization amount to be monitored so as not to exceed a predetermined threshold.

手段4では、手段3において、前記制御手段は、前記周期的なオン・オフ操作に伴う前記ピエゾ素子への通電量を監視し、前記監視される通電量が所定の閾値を上回らないように制御するものであって、且つ前記通電量を増大させる制御を前記所定の閾値を増大させることで行なうようにした。   In the means 4, in the means 3, the control means monitors the energization amount to the piezo element accompanying the periodic on / off operation, and controls so that the monitored energization amount does not exceed a predetermined threshold value. In addition, the control for increasing the energization amount is performed by increasing the predetermined threshold value.

オン操作の時間が長いと過剰な電流がピエゾ素子に蓄えられて大きな騒音を発生させるおそれのみならず、過剰な電流によってピエゾ素子を駆動する駆動回路(手段2の電流回路等)が破損するおそれ等がある。この点、上記構成では、上記制限する制御から増大させる制御へ移行した後も監視される通電量を所定の閾値以上とならないように制限するために、充電スイッチの破損のおそれ等にも好適に対処することができる。しかも、この際、所定の閾値を通電開始初期における上記制限する制御時よりもその後の方が大きくすることで、通電開始初期に通電量を適切に制限することができるとともにその後に通電量を適切に増大させることができる。   If the on-operation time is long, not only may an excessive current be accumulated in the piezo element and generate a loud noise, but a drive circuit (such as the current circuit of the means 2) that drives the piezo element may be damaged by the excessive current. Etc. In this regard, in the above configuration, since the energization amount monitored even after shifting from the limiting control to the increasing control is limited so as not to exceed a predetermined threshold value, the charging switch is preferably damaged. Can be dealt with. In addition, at this time, the energization amount can be appropriately limited at the beginning of energization start and the energization amount can be appropriately set thereafter by increasing the predetermined threshold value after the above-described control for limiting the energization at the beginning of energization start. Can be increased.

手段5では、手段2において、前記制御手段は、前記周期的なオン・オフ操作を行なうに際し、一回のオン操作を行なう時間を、前記制限する制御を行なうときよりも増大させる制御を行なうときの方が長くなるようにした。   In means 5, in the means 2, when the control means performs control to increase the time for performing one on operation more than when performing the limiting control when performing the periodic on / off operation. Was made longer.

こうした設定によれば、手段2に記載した三角波形の電流の積分値を、上記制限する制御の後に増大させることが容易となる。このため、ピエゾ素子の通電量を上記制限する制御の後に増大させることも容易となる。   According to such setting, it becomes easy to increase the integral value of the triangular waveform current described in the means 2 after the limiting control. For this reason, it becomes easy to increase the energization amount of the piezo element after the control for limiting the above.

手段6では、手段5において、前記制御手段は、前記周的的なオン・オフ操作を行なうための基準信号を生成するものであって且つ、前記基準信号によって指定される一回のオン操作の時間を、前記制限する制御を行なうときよりも増大させる制御を行なうときの方が長くなるようにした。   In the means 6, in the means 5, the control means generates a reference signal for performing the circumferential on / off operation, and is used for one on operation designated by the reference signal. The time for performing the control for increasing the time is longer than that for performing the limiting control.

上記構成では、基準信号に基づいて、充電スイッチのオン・オフ操作がなされることとなる。しかも、この基準信号は、一回のオン操作の時間が上記態様にて設定されているため、通電開始初期に通電量を制限しつつその後の通電量を増大することができる。このように、予め通電量の制限や通電量の増大が適切に設定された基準信号を用いるなら、オープン制御によっても、上記制限する制御やその後の増大させる制御を行なうことができる。   In the above configuration, the charging switch is turned on / off based on the reference signal. In addition, since the time for one on operation is set in the above-described manner, the reference signal can increase the energization amount thereafter while limiting the energization amount at the beginning of energization. In this way, if a reference signal in which the amount of energization is limited or the amount of energization is appropriately set in advance is used, the above-described limiting control and subsequent control can be performed even by open control.

手段7では、手段2において、前記制限手段は、前記オン・オフ操作の一周期におけるオフ操作の時間に対するオン操作の時間の比率を、前記制限する制御を行なうときよりも前記増大させる制御を行なうときの方が大きくなるようにした。   In means 7, in means 2, the restriction means performs control to increase the ratio of the on operation time to the off operation time in one cycle of the on / off operation as compared with the restriction control. The time is getting bigger.

オン・オフ操作の一周期におけるオフ操作の時間に対するオン操作の時間の比率を大きくすることで、一周期の通電量を大きくすることが可能である。このため、上記構成では、制限する制御の後、オン・オフ操作の一周期の通電量を増大させることができる。   By increasing the ratio of the on operation time to the off operation time in one cycle of the on / off operation, it is possible to increase the energization amount in one cycle. For this reason, in the said structure, the energization amount of one period of ON / OFF operation can be increased after the control to restrict | limit.

手段8.手段3、4又は7において、前記制御手段は、前記周期的なオン・オフ操作を行なうための基準信号を生成する手段と、該基準信号に基づいて前記充電スイッチのオン・オフ操作を行なう手段とを備えて構成されるようにした。   Means 8. In the means 3, 4 or 7, the control means is means for generating a reference signal for performing the periodic on / off operation, and means for performing the on / off operation of the charging switch based on the reference signal. It was made to comprise with.

手段8によれば、オン・オフ操作を簡易に行なうことができるようになる。すなわち、手段3又は4の構成においては、基準信号を例えばオン操作時間とオフ操作時間とが不変である規則的な時系列を有した周期信号とする等、簡易な設定とすることができる。なお、こうした設定とする場合には、オン操作時間を上記所定期間経過後にとって最適な時間であって且つ所定期間におけるオフ操作時間が過度に長くならないようにオン操作時間及びオフ操作時間を設定することが望ましい。また、手段7の構成においては、予めオン・オフ操作のパターンを基準信号にて設定することで、電流通路における電流の流通状態の監視に基づき操作態様を可変設定する等、制御が煩雑となることを回避することができる。   According to the means 8, the on / off operation can be easily performed. That is, in the configuration of the means 3 or 4, the reference signal can be set simply, for example, as a periodic signal having a regular time series in which the ON operation time and the OFF operation time are unchanged. In such a setting, the on-operation time and the off-operation time are set so that the on-operation time is optimal after the predetermined period has elapsed and the off-operation time in the predetermined period is not excessively long. It is desirable. Further, in the configuration of the means 7, the on / off operation pattern is set in advance by the reference signal, so that the control mode becomes complicated, such as variably setting the operation mode based on the monitoring of the current flow state in the current path. You can avoid that.

なお、手段1〜8のいずれかにおいては、手段9によるように、前記制限手段は、前記通電開始初期の通電量を「8〜10A」に制限するようにしてもよい。   In any one of the means 1 to 8, as with the means 9, the restriction means may restrict the energization amount at the beginning of energization to "8 to 10A".

手段10では、ピエゾ素子をアクチュエータとして備える燃料噴射弁であるピエゾインジェクタを駆動すべく、前記ピエゾ素子の充電制御及び放電制御を行なう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制御を行なうに際し、前記ピエゾ素子へ供給するエネルギを、該エネルギの供給開始初期に制限した後、増大させる制御を行なうようにした。   In the means 10, in order to drive a piezo injector that is a fuel injection valve having a piezo element as an actuator, in the piezo injector drive device that performs charge control and discharge control of the piezo element, when performing charge control of the piezo element, The energy supplied to the piezo element is controlled to increase after being limited to the initial stage of the energy supply.

このように、供給開始からピエゾ素子へ供給されるエネルギを一旦制限することで、ピエゾインジェクタの開弁が開始されるまでにピエゾ素子等にエネルギが過剰に蓄えられることを回避することができる。このため、ピエゾ素子が変位するに際しピエゾインジェクタに伝達される振動を低減することができ、ひいては、騒音を好適に抑制することができる。更に、制限する制御の後、供給されるエネルギを増大させることで、ピエゾインジェクタの開弁動作が遅れることを回避することが、換言すればピエゾインジェクタの応答性を確保することができる。したがって、手段10によれば、その応答性を確保しつつも、騒音を好適に抑制することができる。   In this way, by temporarily limiting the energy supplied to the piezo element from the start of supply, it is possible to avoid excessive energy being stored in the piezo element or the like before the valve opening of the piezo injector is started. For this reason, the vibration transmitted to the piezo injector when the piezo element is displaced can be reduced, and the noise can be suitably suppressed. Furthermore, it is possible to avoid delaying the valve opening operation of the piezo injector by increasing the supplied energy after the limiting control, in other words, to ensure the responsiveness of the piezo injector. Therefore, according to the means 10, it is possible to suitably suppress noise while ensuring the responsiveness.

なお、手段1〜10のいずれかにおいては、手段11によるように、前記制限する制御を行なう期間が「34μs」以上としてもよい。   In any one of the means 1 to 10, as in the case of the means 11, the period during which the limiting control is performed may be “34 μs” or more.

これにより、ピエゾインジェクタに生じる騒音のレベルを効果的に低減することができるようになる。なお、この期間は、所定の閾値が「8A」のときに「47μs」以上とし、所定の閾値が「10A」のときに「50μs」以上とし、その間の所定の閾値に対しては、これら「47μs」と「50μs」との間の補間値となるようにすることが望ましい。   As a result, the level of noise generated in the piezo injector can be effectively reduced. This period is set to “47 μs” or more when the predetermined threshold is “8A”, and is set to “50 μs” or more when the predetermined threshold is “10A”. It is desirable that the interpolation value be between 47 μs ”and“ 50 μs ”.

手段12では、手段1〜11のいずれかにおいて、前記ピエゾインジェクタは、高圧燃料の供給される高圧燃料通路と燃料タンクへ燃料を戻す低圧燃料通路との間を連通及び遮断する三方弁を備えて、且つ前記ピエゾ素子の伸長により前記三方弁が開弁されることで燃料噴射口が開口されて燃料が噴射されるものであり、前記制限する制御を行なう期間を、前記三方弁の開弁が開始されると想定されるときまでとするようにした。   In the means 12, in any one of the means 1 to 11, the piezo injector includes a three-way valve for communicating and blocking between a high pressure fuel passage to which high pressure fuel is supplied and a low pressure fuel passage for returning the fuel to the fuel tank. In addition, when the three-way valve is opened by extension of the piezo element, a fuel injection port is opened and fuel is injected, and during the period of performing the limiting control, the opening of the three-way valve is Until when it is supposed to start.

上記構成によれば、三方弁の開弁が開始されると想定されるときまで通電量が制限されるために、三方弁の開弁が開始されるまでにピエゾ素子にエネルギが過剰に蓄えられることを好適に回避することができる。   According to the above configuration, since the energization amount is limited until it is assumed that the opening of the three-way valve is started, excessive energy is stored in the piezo element until the opening of the three-way valve is started. This can be suitably avoided.

(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、車載ディーゼルエンジンに搭載されるピエゾインジェクタの駆動装置に適用した第1の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a piezo injector drive device according to the present invention is applied to a piezo injector drive device mounted on an in-vehicle diesel engine will be described with reference to the drawings.

図1に、本実施形態の全体構成を示す。同図1に示されるように、本実施形態にかかるピエゾインジェクタの駆動装置は、ピエゾインジェクタPIa,PIbを駆動すべく、ピエゾ素子Pa,Pbの充電制御及び放電制御を行なうものであり、中央処理装置等を有してディーゼルエンジンを制御する電子制御装置30と、ドライバユニット1とを備えて構成されている。ちなみに、ドライバユニット1や電子制御装置30には、バッテリBから電力が供給される。   FIG. 1 shows the overall configuration of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the piezo injector drive device according to the present embodiment performs charge control and discharge control of the piezo elements Pa and Pb to drive the piezo injectors PIa and PIb. The electronic control device 30 that has a device and the like and controls the diesel engine and the driver unit 1 are configured. Incidentally, electric power is supplied from the battery B to the driver unit 1 and the electronic control unit 30.

ピエゾインジェクタPIa,PIbは、先の図10に示した構造を有するものである。一方、ピエゾ素子Pa,Pb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Pa,Pb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。そして、各ピエゾ素子Pa,Pbの伸長動作に伴い各ピエゾインジェクタPIa,PIbが開弁し、各気筒に燃料が噴射される。一方、各ピエゾ素子Pa,Pbの縮小動作に伴いピエゾインジェクタPIa,PIbが閉弁して燃料噴射が停止される。   The piezo injectors PIa and PIb have the structure shown in FIG. On the other hand, the piezo elements Pa and Pb include a laminated body (piezo stack) formed by laminating a plurality of piezoelectric elements, and function as an actuator by expanding and contracting due to the piezoelectric effect. Specifically, the piezo elements Pa and Pb are capacitive loads, which expand when charged and contract when discharged. Then, the piezoelectric injectors PIa and PIb are opened in accordance with the extending operation of the piezoelectric elements Pa and Pb, and fuel is injected into each cylinder. On the other hand, as the piezo elements Pa and Pb are reduced, the piezo injectors PIa and PIb are closed to stop fuel injection.

次に,ドライバユニット1について説明する。バッテリB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2に供給される。DC/DCコンバータ2は、コイル2cと、NチャネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタからなる充電スイッチ2sとの直列接続体として構成されており、その一方の端子がバッテリB側に、また他方の端子が接地側にそれぞれ接続されている。ちなみに、図中、ダイオード2dは、Nチャネルトランジスタを形成することで形成される寄生ダイオードであり、そのアノード側が接地側と、またカソード側がコイル2c側と接続される。DC/DCコンバータ2は、充電スイッチ2sがオン・オフの操作をされることで、バッテリBの電圧(例えば「12V」)を、ピエゾ素子Pa,Pbの充電制御のための高電圧(例えば「200〜300V」)に昇圧する。   Next, the driver unit 1 will be described. The power supplied from the battery B is first supplied to the DC / DC converter 2 which is a booster circuit. The DC / DC converter 2 is configured as a series connection body of a coil 2c and a charge switch 2s formed of an N-channel MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, one terminal of which is on the battery B side and the other terminal. Are connected to the ground side. Incidentally, in the figure, a diode 2d is a parasitic diode formed by forming an N-channel transistor, and its anode side is connected to the ground side and its cathode side is connected to the coil 2c side. The DC / DC converter 2 is configured to turn on / off the charging switch 2s so that the voltage of the battery B (for example, “12V”) is changed to a high voltage (for example, “for example” “for charging control of the piezo elements Pa and Pb”. 200-300V ").

DC/DCコンバータ2の昇圧電圧は、ダイオード4を介してコンデンサ6に印加される。コンデンサ6は、その一方の端子がダイオード4のカソード側に接続され、また他方の端子が接地されている。そして、DC/DCコンバータ2の昇圧電圧がコンデンサ6に印加されると、コンデンサ6はピエゾ素子Pa,Pbに供給するための電荷を蓄える。ちなみに、コンデンサ6は、ピエゾ素子Pa,Pbへの一回の充電動作にかかる電荷の供給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)を有することが望ましい。   The boosted voltage of the DC / DC converter 2 is applied to the capacitor 6 via the diode 4. The capacitor 6 has one terminal connected to the cathode side of the diode 4 and the other terminal grounded. When the boosted voltage of the DC / DC converter 2 is applied to the capacitor 6, the capacitor 6 stores electric charges to be supplied to the piezo elements Pa and Pb. Incidentally, it is desirable that the capacitor 6 has a capacitance (for example, about “several hundred μF”) such that the voltage hardly changes depending on the supply of electric charge for one charge operation to the piezo elements Pa and Pb.

コンデンサ6のうちの高電位となる端子側、すなわち、ダイオード4のカソード側は、充電スイッチ10と充放電コイル12との直列接続体を介して、ピエゾ素子Pa,Pb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Pa,Pbの低電位となる端子側は、それぞれ選択スイッチ14a,14bと抵抗16a,16bとからなる直列接続体を介して接地されている。ここで、充電スイッチ10は、NチャネルMOSトランジスタからなる。また、図中、ダイオード10dは、トランジスタが形成されることで形成される寄生ダイオードで、そのアノードが充放電コイル12側に、またそのカソードがダイオード4側にそれぞれ接続されている。また、選択スイッチ14a,14bは、それぞれNチャネルMOSトランジスタからなる。図中、ダイオードda,dbは、これらトランジスタが形成されることで形成される寄生ダイオードで、そのアノードが接地側に、またそのカソードがピエゾ素子Pa,Pb側にそれぞれ接続されている。   The terminal side of the capacitor 6 that is at a high potential, that is, the cathode side of the diode 4 is the terminal side that is at the high potential of the piezo elements Pa and Pb via a series connection body of the charge switch 10 and the charge / discharge coil 12. It is connected to the. And the terminal side used as the low electric potential of the piezoelectric elements Pa and Pb is earth | grounded via the serial connection body which consists of selection switch 14a, 14b and resistance 16a, 16b, respectively. Here, the charge switch 10 is composed of an N-channel MOS transistor. In the figure, a diode 10d is a parasitic diode formed by forming a transistor, and has an anode connected to the charge / discharge coil 12 side and a cathode connected to the diode 4 side. The selection switches 14a and 14b are each composed of an N-channel MOS transistor. In the figure, diodes da and db are parasitic diodes formed by forming these transistors, and their anodes are connected to the ground side and their cathodes are connected to the piezoelectric elements Pa and Pb side, respectively.

充電スイッチ10と充放電コイル12との間には、放電スイッチ18の一方の端子が接続されており、放電スイッチ18の他方の端子は、接地されている。ここで、放電スイッチ18は、NチャネルMOSトランジスタからなる。ちなみに、図中、ダイオード18dは、このトランジスタが形成されることで形成されるものであり、そのアノードが接地側に、またカソードが充電スイッチ10や充放電コイル12側に接続されている。   One terminal of the discharge switch 18 is connected between the charge switch 10 and the charge / discharge coil 12, and the other terminal of the discharge switch 18 is grounded. Here, the discharge switch 18 is formed of an N-channel MOS transistor. Incidentally, in the figure, the diode 18d is formed by forming this transistor, and its anode is connected to the ground side, and its cathode is connected to the charge switch 10 and charge / discharge coil 12 side.

一方、コントローラ20は、電子制御装置30からの指令に基づき、充電スイッチ10及び放電スイッチ18を操作する専用のハードウェアである。ちなみに、充電スイッチ10や、放電スイッチ18を高速で駆動すべく、本実施形態では、図示しないドライバを介して、コントローラ20から充電スイッチ10や、放電スイッチ18へ信号を出力するようにしている。このドライバは、コンデンサ6の高電位となる端子側から給電されるようにすることが望ましい。   On the other hand, the controller 20 is dedicated hardware for operating the charge switch 10 and the discharge switch 18 based on a command from the electronic control unit 30. Incidentally, in order to drive the charge switch 10 and the discharge switch 18 at high speed, in this embodiment, a signal is output from the controller 20 to the charge switch 10 and the discharge switch 18 via a driver (not shown). This driver is preferably supplied with power from the terminal side of the capacitor 6 at a high potential.

次に、電子制御装置30とコントローラ20とによって行なわれるピエゾ素子Pa,pbの充電制御及び放電制御について説明する。   Next, charging control and discharging control of the piezo elements Pa and pb performed by the electronic control device 30 and the controller 20 will be described.

図2は、充電制御及び放電制御の状態を示すタイムチャートである。ここで、図2(a)は、その論理値を「H」とすることで、燃料の噴射時期及び噴射期間を指定するための信号である噴射信号(図中、上記ピエゾ素子Paに対応する信号である噴射信号IJTaを例示)の推移を示している。図2(b)は、その論理値を「H」とすることで、選択スイッチ14a,14bのうちのうちのいずれかを選択的にオンとする制御信号(図中、選択スイッチ14aの制御信号を例示)の推移を示している。図2(c)は、その論理値を「H」とすることで、充電スイッチ10の操作を通じたピエゾ素子Pa,Pbの充電を行なう時期及び期間を指定するための信号である充電期間信号の推移を示している。図2(d)は、その論理値を「H」とすることで、放電スイッチ18の操作を通じたピエゾ素子Pa,Pbの放電を行なう時期及び期間を指定するための信号である放電期間信号の推移を示している。図2(e)は、ピエゾ素子Pa,Pbの高電位となる端子側の電位の推移を示している。   FIG. 2 is a time chart showing states of charge control and discharge control. 2A corresponds to the piezo element Pa in the drawing, which is a signal for designating the fuel injection timing and the injection period by setting its logical value to “H”. The transition of the injection signal IJTa which is a signal) is shown. 2B shows a control signal for selectively turning on one of the selection switches 14a and 14b by setting its logical value to “H” (in FIG. 2B, a control signal for the selection switch 14a). (Ex.). FIG. 2C shows a charge period signal that is a signal for designating the timing and period for charging the piezo elements Pa and Pb through the operation of the charge switch 10 by setting the logical value to “H”. It shows the transition. FIG. 2D shows a discharge period signal which is a signal for designating the timing and period for discharging the piezo elements Pa and Pb through the operation of the discharge switch 18 by setting the logical value to “H”. It shows the transition. FIG. 2E shows the transition of the potential on the terminal side, which is a high potential of the piezo elements Pa and Pb.

この一連の制御においては、時刻t1に、電子制御装置30からコントローラ20に噴射信号IJTaが入力されると、コントローラ20では、以下のような処理を行なう。まず、この噴射信号IJTaに基づき、上記充電期間信号を、時刻t1から時刻t2まで論理「H」となる態様にて生成するとともに、選択スイッチ14aを選択的にオンとすべく、選択制御信号を出力する。そして、生成された充電期間信号に基づき、充電スイッチ10をオン・オフ操作する。なお、充電期間信号を、電子制御装置30によって生成するようにしてもよい。   In this series of controls, when an injection signal IJTa is input from the electronic control unit 30 to the controller 20 at time t1, the controller 20 performs the following processing. First, based on the injection signal IJTa, the charging period signal is generated in a mode that is logic “H” from time t1 to time t2, and a selection control signal is generated to selectively turn on the selection switch 14a. Output. Then, the charging switch 10 is turned on / off based on the generated charging period signal. The charging period signal may be generated by the electronic control device 30.

ここで、充電スイッチ10がオンとされることによって、図3(a)に示すように、コンデンサ6、充電スイッチ10、充放電コイル12、ピエゾ素子Pa、選択スイッチ14a、抵抗16a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6の電荷がピエゾ素子Paに充電される。一方、充電スイッチ10のオン操作の後、この充電スイッチ10がオフとされることで、図3(b)に示すように、ダイオード18d、充放電コイル12、ピエゾ素子Pa、選択スイッチ14a、抵抗16a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12のフライホイールエネルギが、ピエゾ素子Paに充電される。   Here, when the charge switch 10 is turned on, as shown in FIG. 3A, a closed loop circuit including a capacitor 6, a charge switch 10, a charge / discharge coil 12, a piezo element Pa, a selection switch 14a, and a resistor 16a. Is formed. Thereby, the electric charge of the capacitor 6 is charged in the piezo element Pa. On the other hand, after the charging switch 10 is turned on, the charging switch 10 is turned off. As shown in FIG. 3B, the diode 18d, the charging / discharging coil 12, the piezo element Pa, the selection switch 14a, the resistance A closed loop circuit 16a is formed. Thereby, the flywheel energy of the charge / discharge coil 12 is charged in the piezo element Pa.

上記態様にて充電スイッチ10が操作されることで、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。なお、図3(a)に示す閉ループ回路は、充放電コイル12を介してコンデンサ6の電力が供給される電流通路であり、充電スイッチ10は、この電流通路を開閉制御する機能を有する。   When the charging switch 10 is operated in the above-described manner, the piezo element Pa is charged, and the potential on the terminal side that becomes the high potential of the piezo element Pa increases. The closed loop circuit shown in FIG. 3A is a current path through which the power of the capacitor 6 is supplied via the charge / discharge coil 12, and the charge switch 10 has a function of controlling the opening and closing of the current path.

一方、図2に示す時刻t3において噴射信号IJTaが論理「L」となると、放電期間信号を、時刻t3から時刻t4まで論理「H」となる態様にて生成するとともに放電スイッチ18をオン・オフ操作する。   On the other hand, when the injection signal IJTa becomes logic “L” at time t3 shown in FIG. 2, a discharge period signal is generated in a mode that becomes logic “H” from time t3 to time t4 and the discharge switch 18 is turned on / off. Manipulate.

すなわち、放電スイッチ18がオンとされることで、図4(a)に示すように、放電スイッチ18、充放電コイル12、ピエゾ素子Pa、選択スイッチ14a、抵抗14a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。更に、放電スイッチ18のオン操作の後、放電スイッチ18がオフとされることで、図4(b)に示すように、コンデンサ6、ダイオード10d、充放電コイル12、ピエゾ素子Pa、選択スイッチ14a、抵抗16a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12のフライホイールエネルギがダイオード10dを介してコンデンサ6に回収される。   That is, when the discharge switch 18 is turned on, as shown in FIG. 4A, a closed loop circuit is formed by the discharge switch 18, the charge / discharge coil 12, the piezo element Pa, the selection switch 14a, and the resistor 14a. Thereby, the piezo element Pa is discharged. Further, after the discharge switch 18 is turned on, the discharge switch 18 is turned off. As shown in FIG. 4B, the capacitor 6, the diode 10d, the charge / discharge coil 12, the piezo element Pa, and the selection switch 14a. The closed loop circuit is formed by the resistor 16a. Thereby, the flywheel energy of the charge / discharge coil 12 is recovered by the capacitor 6 via the diode 10d.

上記態様にて放電スイッチ18が操作されることで、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。   When the discharge switch 18 is operated in the above-described manner, the piezo element Pa is discharged, and the potential on the terminal side that becomes the high potential of the piezo element Pa is lowered.

そして、放電をする制御期間の終了後の時刻t5に、選択スイッチ14aをオフとする。   Then, the selection switch 14a is turned off at time t5 after the end of the discharge control period.

以上説明した態様にて、充電スイッチ10のオン・オフ操作や、放電スイッチ18のオン・オフ操作を行なうことで、ピエゾ素子Pa,Pbの充放電制御をすることができる。   In the embodiment described above, the charging / discharging control of the piezo elements Pa and Pb can be performed by performing the on / off operation of the charge switch 10 and the on / off operation of the discharge switch 18.

ただし、充電スイッチ10のオン・オフ操作によっては、ピエゾインジェクタPIa,PIbの開弁が開始されるときまでにピエゾ素子Pa,Pbに蓄えられるエネルギが過剰となり、結果としてピエゾインジェクタPIa,PIbに大きな騒音が生じることがあることについては上述したとおりである。   However, depending on the on / off operation of the charging switch 10, the energy stored in the piezo elements Pa and Pb becomes excessive by the time the piezo injectors PIa and PIb are started to open, resulting in a large amount in the piezo injectors PIa and PIb. As described above, noise may occur.

そこで本実施形態では、ピエゾ素子Pa,Pbの充電制御を行なうに際し、ピエゾ素子Pa,Pbへの通電量を、通電開始時から所定期間制限した後、増大させる制御を行なうようにする。このように、通電開始から所定期間、ピエゾ素子Pa,Pbへ供給されるエネルギを制限することで、ピエゾインジェクタPIa,PIbの開弁が開始されるまでにピエゾ素子Pa,Pb等にエネルギが過剰に蓄えられることよって生じるピエゾインジェクタPIa,PIbの騒音の抑制を図る。更に、所定期間の経過後、通電量を増大させることで、ピエゾインジェクタPIa,PIbの開弁動作が遅れることを回避し、その応答性を確保する。   Therefore, in the present embodiment, when charging control of the piezo elements Pa and Pb is performed, the energization amount to the piezo elements Pa and Pb is controlled to be increased after being limited for a predetermined period from the start of energization. In this way, by restricting the energy supplied to the piezo elements Pa and Pb for a predetermined period from the start of energization, the piezo elements Pa and Pb have excessive energy before the piezo injectors PIa and PIb are opened. The noise of the piezo injectors PIa and PIb that are generated by being stored in the motor is suppressed. Further, by increasing the energization amount after the lapse of a predetermined period, the valve opening operation of the piezo injectors PIa and PIb is prevented from being delayed, and the responsiveness is ensured.

ここで、上記通電制御について、図5に基づいて更に詳述する。図5(a)は、上記噴射信号の推移を示している。図5(b)は、オン・オフ操作を行なうための基準信号であり、ここでは、オン操作期間を論理「H」と、オフ操作期間を論理「L」とするものを例示した。図5(c)は、先の図1に示した充電スイッチ10の実際のオン・オフ操作状態の推移を示している。図5(d)は、電流制限態様を示している。図5(e)は、ピエゾ素子Pa,Pbへの通電量の推移を示している。図5(f)は、ピエゾ素子Pa,Pbの高電位となる端子側の電圧の推移を示している。   Here, the energization control will be further described in detail with reference to FIG. FIG. 5A shows the transition of the injection signal. FIG. 5B is a reference signal for performing an on / off operation, and here, an example in which an on operation period is a logic “H” and an off operation period is a logic “L” is illustrated. FIG. 5C shows the transition of the actual on / off operation state of the charge switch 10 shown in FIG. FIG. 5D shows a current limiting mode. FIG. 5E shows the transition of the energization amount to the piezo elements Pa and Pb. FIG. 5 (f) shows the transition of the voltage on the terminal side at which the piezoelectric elements Pa and Pb become high potential.

この図5に示す一連の処理においては、まず時刻t11において電子制御装置30から噴射信号(IJTa,IJTb)が出力されると、先の図2(b)及び図2(c)に示した態様にて選択スイッチ14a,14bの操作や、充電期間信号の生成が行なわれる。そして、充電期間信号に応じて、コントローラ20では、以下の処理を行なう。すなわち、充電期間信号によって指定される充電期間、充電スイッチ10をオン・オフ操作すべく上記基準信号を生成する。ここで基準信号は、論理「H」と論理「L」の繰り返しにより、周期的なオン操作及びオフ操作を指示するものである。特に、本実施形態にかかる基準信号は、各周期の論理「H」である時間や各周期における論理「L」である時間が互いに等しく設定されている。ちなみに、ここで、「周期的」とは、論理「H」と論理「L」との繰り返しを、換言すれば、オン操作とオフ操作との繰り返しを意味し、この際、各周期のオン操作時間同士やオフ時間操作同士が等しいことは意味しないものとする。   In the series of processing shown in FIG. 5, first, when an injection signal (IJTa, IJTb) is output from the electronic control unit 30 at time t11, the modes shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c) above. The selector switches 14a and 14b are operated and a charge period signal is generated. And according to a charge period signal, the controller 20 performs the following processes. That is, the reference signal is generated to turn on / off the charging switch 10 during the charging period specified by the charging period signal. Here, the reference signal instructs periodic on operation and off operation by repeating logic “H” and logic “L”. In particular, the reference signal according to the present embodiment is set to have the same time that is the logic “H” in each cycle and the time that is the logic “L” in each cycle. Incidentally, here, “periodic” means repetition of logic “H” and logic “L”, in other words, repetition of ON operation and OFF operation. In this case, ON operation of each cycle It is not meant that time and off-time operations are equal.

更に、基準信号に基づき、充電スイッチ10のオン・オフ操作を行うとともに、先の図1に示した抵抗16a,16bを流れる電流を監視する。そして、時刻t12において、監視される電流値が所定の閾値Ith以上となると、基準信号によりオン操作が指示されているときであっても、充電スイッチ10をオフに切り替える。詳しくは、充電スイッチ10に出力される信号を、基準信号と電流の監視結果とに基づいて生成することで、監視される電流値が所定の閾値Ith以上となると、充電スイッチ10をオフとするようにする。そして、時刻t13において、再度基準信号がオン操作を指示するようになると、充電スイッチ10を再度オン操作する。ちなみに、図5(e)において、所定の閾値Ithによる制限を行なわなかった場合のピエゾ素子Pa,Pbの通電量を一点鎖線にて示した。また、図5(f)において、所定の閾値Ithによる制限を行なわなかった場合のピエゾ素子Pa,Pbの高電位となる端子側の電圧を破線にて示した。   Further, the charging switch 10 is turned on / off based on the reference signal, and the current flowing through the resistors 16a and 16b shown in FIG. 1 is monitored. At time t12, when the monitored current value becomes equal to or greater than the predetermined threshold value Ith, the charging switch 10 is switched off even when the on operation is instructed by the reference signal. Specifically, the signal output to the charging switch 10 is generated based on the reference signal and the current monitoring result, so that the charging switch 10 is turned off when the monitored current value exceeds a predetermined threshold value Ith. Like that. Then, when the reference signal instructs to turn on again at time t13, the charging switch 10 is turned on again. Incidentally, in FIG. 5E, the energization amounts of the piezo elements Pa and Pb when not limited by the predetermined threshold value Ith are indicated by a one-dot chain line. Further, in FIG. 5 (f), the voltage on the terminal side at which the piezoelectric elements Pa and Pb become high potentials when not limited by the predetermined threshold value Ith is indicated by a broken line.

こうした処理、換言すれば監視される電流値が所定の閾値Ithを上回らないように制限する処理は、ピエゾ素子Pa,Pbへの通電量を制限することが所望される所定期間Tにわたって行なわれる。そして、所定期間T経過後である時刻t14において、ピエゾ素子Pa,Pbへの通電量を所定の閾値Ithに基づいて制限する処理を終了する。これにより、所定期間T経過後には、ピエゾ素子Pa,Pbへの通電量が増大されるようになる。   Such processing, in other words, processing for limiting the monitored current value so as not to exceed the predetermined threshold value Ith, is performed over a predetermined period T during which it is desired to limit the energization amount to the piezoelectric elements Pa and Pb. Then, at time t14 after the predetermined period T has elapsed, the process of limiting the energization amount to the piezo elements Pa and Pb based on the predetermined threshold value Ith is ended. As a result, the energization amount to the piezo elements Pa and Pb is increased after the predetermined period T has elapsed.

ここで、本実施形態にかかる所定の閾値Ithや所定期間Tの設定態様について説明する。   Here, the setting mode of the predetermined threshold Ith and the predetermined period T according to the present embodiment will be described.

まず、所定の閾値Ithの設定態様について説明する。燃料噴射制御に関しては、ピエゾインジェクタPIa,PIbの騒音の問題の回避のみならず、燃料の噴射期間についての要求がある。すなわち、適切な燃料噴射期間は限られており、この期間があまり長期化することは燃料噴射制御に不都合を生じさせることとなる。このため、所定の閾値Ithを極端に小さな値とすると、燃料噴射を完了する時間が許容される範囲を超えて長期化するおそれがある。これに対しては、通電量を制限する上記制御の後に通電量を増大させる際の増大量を非常に大きなものとすることで対処することも考えられるが、この場合、充電スイッチ10の耐圧の問題を生じるのみならず、高周波領域での別のノイズを引き起こすことにもなりかねない。こうした事情から所定の閾値Ithは、「8A」以上とすることが望ましい。一方、所定の閾値Ithを大きな値とすると、所定期間Tを長くしたときの騒音レベルの低下の度合いが小さくなる。このため、所定の閾値Ithによって通電量を制限したとしても、騒音レベルを効果的に低減することはできなくなる。こうした事情から所定の閾値Ithを「10A」以下とすることが望ましい。   First, the setting mode of the predetermined threshold value Ith will be described. Regarding fuel injection control, there is a demand not only for avoiding noise problems of the piezo injectors PIa and PIb, but also for the fuel injection period. In other words, the appropriate fuel injection period is limited, and if this period is too long, it causes inconvenience in fuel injection control. For this reason, if the predetermined threshold value Ith is set to an extremely small value, the time for completing the fuel injection may exceed the allowable range and may be prolonged. It is conceivable to deal with this by increasing the energization amount after the control for limiting the energization amount to a very large amount, but in this case, the withstand voltage of the charge switch 10 is reduced. Not only can this cause problems, but it can also cause other noises in the high frequency range. For these reasons, it is desirable that the predetermined threshold value Ith is “8A” or more. On the other hand, when the predetermined threshold value Ith is a large value, the degree of decrease in the noise level when the predetermined period T is lengthened is reduced. For this reason, even if the energization amount is limited by the predetermined threshold value Ith, the noise level cannot be effectively reduced. For these reasons, it is desirable to set the predetermined threshold value Ith to “10 A” or less.

図6は、電流を制限する所定期間Tや電流の制限に用いる所定の閾値Ithと、ピエゾインジェクタPIa,PIbの騒音レベルとの関係を示している。図6において、横軸は、所定期間T(μs)であり、縦軸は騒音レベル(dB)である。そして、所定の閾値Ithが「8A」である条件での所定期間Tと騒音レベルとの関係の計測値を三角印で、また、所定の閾値が「10A」である条件での所定期間Tと騒音レベルとの関係の計測値を四角印でそれぞれ示した。また、所定の閾値を設けてピエゾ素子Pa,Pbの通電量の制限を行なわなかった場合についての騒音レベルの計測値を計測点d1にて示した。   FIG. 6 shows a relationship between a predetermined period T for limiting the current and a predetermined threshold value Ith used for limiting the current and the noise levels of the piezo injectors PIa and PIb. In FIG. 6, the horizontal axis represents a predetermined period T (μs), and the vertical axis represents a noise level (dB). The measured value of the relationship between the predetermined period T and the noise level under the condition where the predetermined threshold Ith is “8A” is indicated by a triangle mark, and the predetermined period T under the condition where the predetermined threshold is “10A” The measured values related to the noise level are indicated by square marks. Further, the measured value of the noise level when the predetermined threshold value is provided and the energization amount of the piezo elements Pa and Pb is not limited is indicated by the measurement point d1.

図6に示されるように、所定の閾値Ithが「8A」であるときには、所定期間Tが「34μs」となるあたりから、騒音レベルが低下し始め、所定期間Tが「52μs」以上となっても騒音レベルは低下しなくなる。一方、所定の閾値Ithが「10A」であるときには、所定期間Tが「34μs」となるあたりから、騒音レベルの低下の度合いが大きくなり、所定期間Tが「44μs」以上となると騒音レベルの低下の度合いが小さくなる。   As shown in FIG. 6, when the predetermined threshold value Ith is “8A”, the noise level starts to decrease from the time when the predetermined period T becomes “34 μs”, and the predetermined period T becomes “52 μs” or more. However, the noise level will not decrease. On the other hand, when the predetermined threshold value Ith is “10A”, the degree of reduction in the noise level increases from when the predetermined period T becomes “34 μs”, and when the predetermined period T becomes “44 μs” or more, the noise level decreases. The degree of is reduced.

以上より、所定期間Tを設定することで騒音レベルの低下の効果が顕著に得られるように、所定期間Tを「34μs」以上とすることが望ましい。   From the above, it is desirable to set the predetermined period T to “34 μs” or more so that the effect of reducing the noise level can be remarkably obtained by setting the predetermined period T.

ところで、所定期間Tを長くしたときの騒音レベルの低下の度合いが小さくなるところは、それ以上所定期間Tを短くしても騒音レベルの改善という観点からは顕著な効果が期待できなくなるところである。一方、燃料噴射制御からの様々な要求要素の中には、燃料噴射を迅速に行なうことを、換言すれば、先の図2(c)に示したピエゾ素子Pa,Pbの充電期間を縮小することを要求するものもある。このように騒音対策と燃料噴射を迅速に行なうこととがトレードオフの関係にあることに鑑みれば、所定の閾値Ithを「8A」とする場合において、所定期間Tを「52μs」以上とすることは望ましくない。更に、所定の閾値Ithを「10A」とする場合においては、所定期間Tを「52μs」以上としても騒音レベルが低下するとはいえ、所定の閾値Ithを「8A」とする場合ほどには、所定期間Tを長くしても騒音レベルが効果的に低下しない。そして、一般に、所定期間Tを長くしたときの騒音レベルの低下の度合いは、所定の閾値Ithが小さいほど顕著となる。こうした実情に鑑みれば、所定期間Tは、「52μs」以下とすることが望ましい。   By the way, when the predetermined period T is lengthened, the degree of decrease in the noise level is small. Even if the predetermined period T is further shortened, a remarkable effect cannot be expected from the viewpoint of improving the noise level. On the other hand, among various required elements from the fuel injection control, the quick fuel injection is performed, in other words, the charging period of the piezoelectric elements Pa and Pb shown in FIG. Some require it. In view of the trade-off relationship between noise countermeasures and quick fuel injection, when the predetermined threshold Ith is “8A”, the predetermined period T is set to “52 μs” or more. Is not desirable. Further, when the predetermined threshold value Ith is “10A”, the noise level is lowered even if the predetermined period T is set to “52 μs” or more, but the predetermined threshold value Ith is set to “8A”. Even if the period T is lengthened, the noise level is not effectively lowered. In general, the degree of decrease in the noise level when the predetermined period T is lengthened becomes more prominent as the predetermined threshold value Ith is smaller. In view of such circumstances, it is desirable that the predetermined period T is not more than “52 μs”.

上述した2つの観点から、所定の閾値Ithを「8〜10A」とし、所定期間Tを「34〜52μs」とすることが望ましい。特に、所定の閾値Ithと所定期間Tとをこのように設定した場合には、その騒音レベルを既存の電磁駆動式のインジェクタの騒音レベル(略「90dB」)に近似させることができる。   From the two viewpoints described above, it is desirable that the predetermined threshold Ith is “8 to 10 A” and the predetermined period T is “34 to 52 μs”. In particular, when the predetermined threshold value Ith and the predetermined period T are set in this way, the noise level can be approximated to the noise level (approximately “90 dB”) of an existing electromagnetically driven injector.

ここで、騒音レベルを電磁駆動式のインジェクタと略同一のレベルとするためには、更に、所定期間Tを、所定の閾値Ithが「8A」のときに「47μs」以上とし、所定の閾値Ithが「10A」のときに「50μs」以上とし、その間の所定の閾値Ithに対しては、これら「47μs」と「50μs」との間の補間値となるようにすることが望ましい。   Here, in order to make the noise level substantially the same as that of the electromagnetically driven injector, the predetermined period T is further set to “47 μs” or more when the predetermined threshold value Ith is “8A”, and the predetermined threshold value Ith is set. When the value is “10 A”, it is desirable to set it to “50 μs” or more, and an interpolated value between “47 μs” and “50 μs” with respect to a predetermined threshold value Ith in the meantime.

ちなみに、ピエゾインジェクタPIa,PIbのメリットの一つは、電磁駆動式のインジェクタに比べて応答性が高いことである。このため、所定期間Tを過度に長期化したり、所定の閾値Ithを過度に小さな値に設定すると、応答性が低下し、電磁駆動式のインジェクタの応答性と比較して優位な特性を失うことにもなりかねない。この点、所定の閾値Ithや所定期間Tを上記のように設定するなら、電磁駆動式のインジェクタと比較して良好な応答性を確保しつつもその騒音レベルを電磁駆動式のインジェクタと比較して遜色のないものとすることができる。   Incidentally, one of the merits of the piezoelectric injectors PIa and PIb is that the responsiveness is higher than that of the electromagnetically driven injector. For this reason, if the predetermined period T is excessively prolonged or the predetermined threshold value Ith is set to an excessively small value, the responsiveness is lowered and the characteristic superior to the responsiveness of the electromagnetically driven injector is lost. It can also be. In this regard, if the predetermined threshold value Ith and the predetermined period T are set as described above, the noise level is compared with that of the electromagnetically driven injector while ensuring good response as compared with the electromagnetically driven injector. Can be inferior.

なお、上記態様にて所定期間Tにわたって所定の閾値Ithによりピエゾ素子Pa,Pbへの通電量を制限した後には、ピエゾ素子Pa,Pbへの通電量を増大させることでピエゾインジェクタPIa,PIbを迅速に全開状態(ノズルニードル54や三方弁66の全開状態)とする。こうした増大制御を迅速に行なうためには、オン操作時間を所定期間T経過後にとって最適な時間であって且つ所定期間Tにおけるオフ操作時間が過度に長くならないように基準信号を設定することが望ましい。   In addition, after the energization amount to the piezo elements Pa and Pb is limited by the predetermined threshold value Ith over the predetermined period T in the above-described mode, the piezo injectors PIa and PIb are increased by increasing the energization amount to the piezo elements Pa and Pb. The fully opened state (the fully open state of the nozzle needle 54 and the three-way valve 66) is quickly established. In order to perform such increase control quickly, it is desirable to set the reference signal so that the ON operation time is optimal after the predetermined period T has elapsed and the OFF operation time in the predetermined period T is not excessively long. .

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described above in detail, the following effects can be obtained.

(1)所定期間Tにわたって、ピエゾ素子Pa,Pbへの通電量を制限することで、ピエゾインジェクタPIa,PIbの開弁(ノズルニードル54や三方弁66の開弁、ピエゾピストン80の変位)が開始されるまでにピエゾ素子Pa,Pb等にエネルギが過剰に蓄えられることを回避することができる。このため、ピエゾインジェクタPIa,PIbが開弁し始めることでピエゾインジェクタPIa,PIbに伝達される振動(ピエゾ素子Pa,Pbの変位に伴う振動等)を低減することができ、ひいては、騒音を好適に抑制することができる。更に、所定期間Tの経過後、通電量を増大させることでピエゾインジェクタPIa,PIbの開弁動作が遅れることを回避することが、換言すればピエゾインジェクタPIa,PIbの応答性を確保することができる。   (1) By restricting the energization amount to the piezo elements Pa and Pb over a predetermined period T, the piezo injectors PIa and PIb are opened (the nozzle needle 54 and the three-way valve 66 are opened, and the piezo piston 80 is displaced). It is possible to avoid that energy is excessively stored in the piezo elements Pa, Pb and the like before the start. For this reason, when the piezo injectors PIa and PIb start to open, vibrations transmitted to the piezo injectors PIa and PIb (vibrations associated with displacements of the piezo elements Pa and Pb) can be reduced, and therefore noise is preferable. Can be suppressed. Furthermore, it is possible to avoid delaying the valve opening operation of the piezo injectors PIa and PIb by increasing the energization amount after the lapse of the predetermined period T, in other words, to ensure the responsiveness of the piezo injectors PIa and PIb. it can.

(2)所定期間Tにわたって、周期的なオン・オフ操作に伴うピエゾ素子Pa,Pbへの通電量を監視し、監視される通電量が所定の閾値Ithを上回らないように制限した。これにより、所定期間Tの通電量を簡易に制限することができるようになる。   (2) The energization amount to the piezo elements Pa and Pb accompanying the periodic on / off operation is monitored over a predetermined period T, and the energization amount to be monitored is limited so as not to exceed the predetermined threshold value Ith. Thereby, it becomes possible to easily limit the energization amount during the predetermined period T.

(3)コントローラ20により、周期的なオン・オフ操作を行なうための基準信号を生成するとともに、基準信号に基づいて充電スイッチ10のオン・オフ操作を行なった。しかも、この際、基準信号をオン操作時間とオフ操作時間とが不変である規則的な時系列を有した周期信号とした。このため、オン操作及びオフ操作を簡易な構成にて行なうことができるようになる。   (3) The controller 20 generates a reference signal for performing a periodic on / off operation, and performs the on / off operation of the charging switch 10 based on the reference signal. In addition, at this time, the reference signal is a periodic signal having a regular time series in which the ON operation time and the OFF operation time are invariable. For this reason, the ON operation and the OFF operation can be performed with a simple configuration.

(4)所定期間Tを「34μs」以上とすることで、ピエゾインジェクタPIa,PIbの応答性を確保しつつも、騒音レベルを好適に低減することができるようになる。   (4) By setting the predetermined period T to “34 μs” or more, the noise level can be suitably reduced while ensuring the responsiveness of the piezoelectric injectors PIa and PIb.

(5)所定の閾値Ithを「8〜10A」とすることで、ピエゾインジェクタPIa,PIbの応答性を確保しつつも、騒音レベルを好適に低減することができるようになる。   (5) By setting the predetermined threshold value Ith to “8 to 10 A”, it is possible to suitably reduce the noise level while ensuring the responsiveness of the piezoelectric injectors PIa and PIb.

(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。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

上記第1の実施形態では、所定期間Tにわたって、ピエゾ素子Pa,Pbの通電量を監視し、これが所定の閾値Ithを上回らないように制限した。これに対し、本実施形態では、充電制御を行なう間、ピエゾ素子Pa,Pbの通電量を監視し、これが所定の閾値Ithを上回らないようにするとともに、この所定の閾値Ithを所定期間Tよりも所定期間T経過後の方が大きな値となるように設定する。   In the first embodiment, the energization amounts of the piezo elements Pa and Pb are monitored over a predetermined period T, and are limited so as not to exceed a predetermined threshold value Ith. On the other hand, in the present embodiment, during the charge control, the energization amounts of the piezo elements Pa and Pb are monitored so that this does not exceed the predetermined threshold value Ith, and the predetermined threshold value Ith is exceeded from the predetermined period T. Is set so that the value after the predetermined period T has a larger value.

図7に、本実施形態の通電制御を示す。図7(a)は、上記噴射信号の推移を、図7(b)は、上記基準信号を、図7(c)は、充電スイッチ10の実際のオン・オフ操作状態の推移を、図7(d)は、所定の閾値Ithの推移を、図7(e)は、ピエゾ素子Pa,Pbへの通電量の推移を、図7(f)は、ピエゾ素子Pa,Pbの高電位となる端子側の電圧の推移をそれぞれ示している。   FIG. 7 shows the energization control of this embodiment. 7A shows the transition of the injection signal, FIG. 7B shows the reference signal, FIG. 7C shows the transition of the actual on / off operation state of the charging switch 10, and FIG. 7D shows the transition of the predetermined threshold value Ith, FIG. 7E shows the transition of the energization amount to the piezo elements Pa and Pb, and FIG. 7F shows the high potential of the piezo elements Pa and Pb. The voltage transition on the terminal side is shown.

図7に示すように、時刻t21において電子制御装置30から噴射信号が出力されると、コントローラ20では、先の図5(b)及び図5(c)に示したのと同様にして基準信号の生成及び充電スイッチ10の操作を行なう。ただし、本実施形態では、所定期間Tの経過後には、所定の閾値Ithを、第1の値TH1からこれよりも大きな第2の値TH2へと切り替える。ここで、所定期間T及び第1の値TH1は、先の第1の実施形態の所定期間T及び所定の閾値Ithと同様にして設定されるものである。また、第2の値TH2は、過剰な電流が流れることで、充電スイッチ10の破損等、ピエゾインジェクタPIa,PIbを駆動する回路の破損が懸念される値よりも低い値に設定される。   As shown in FIG. 7, when an injection signal is output from the electronic control unit 30 at time t21, the controller 20 performs a reference signal in the same manner as shown in FIGS. 5 (b) and 5 (c). And the charge switch 10 are operated. However, in the present embodiment, after the elapse of the predetermined period T, the predetermined threshold Ith is switched from the first value TH1 to the second value TH2 that is larger than the first value TH1. Here, the predetermined period T and the first value TH1 are set in the same manner as the predetermined period T and the predetermined threshold value Ith of the first embodiment. In addition, the second value TH2 is set to a value lower than a value that may cause damage to the circuits that drive the piezoelectric injectors PIa and PIb, such as damage to the charging switch 10 due to excessive current flowing.

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。   According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (5) of the first embodiment.

(6)所定期間T経過後、ピエゾ素子Pa,Pbの通電量が第2の値TH2を上回らないように制限することで、ピエゾインジェクタPIa,PIbを駆動する回路が破損することを回避することができる。   (6) By preventing the energization amounts of the piezo elements Pa and Pb from exceeding the second value TH2 after the predetermined period T has elapsed, the circuit that drives the piezo injectors PIa and PIb is prevented from being damaged. Can do.

(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。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

上記第1の実施形態では、所定期間Tにわたって、ピエゾ素子Pa,Pbの通電量を監視し、これが所定の閾値Ithを上回らないように制限した。これに対し、本実施形態では、一回のオン操作を行なう時間を、所定期間Tよりも所定期間T経過後の方が長くなるようにする。   In the first embodiment, the energization amounts of the piezo elements Pa and Pb are monitored over a predetermined period T, and are limited so as not to exceed a predetermined threshold value Ith. On the other hand, in the present embodiment, the time for performing one on operation is set to be longer after the predetermined period T than the predetermined period T.

図8に、本実施形態の通電制御を示す。図8(a)は、上記噴射信号の推移を、図8(b)は、充電スイッチ10の周期的なオン・オフ操作を行なうための基準信号の推移を、図8(c)は、ピエゾ素子Pa,Pbへの通電量の推移を、図8(d)は、ピエゾ素子Pa,Pbの高電位となる端子側の電圧の推移をそれぞれ示している。ちなみに、本実施形態では、オープン制御を行ない、基準信号は、充電スイッチ10に出力される信号となる。   FIG. 8 shows the energization control of this embodiment. 8A shows the transition of the injection signal, FIG. 8B shows the transition of the reference signal for periodically turning on / off the charging switch 10, and FIG. 8C shows the piezo. FIG. 8D shows changes in the energization amount to the elements Pa and Pb, and FIG. 8D shows changes in the voltage on the terminal side at which the piezoelectric elements Pa and Pb become high potentials. Incidentally, in this embodiment, open control is performed and the reference signal is a signal output to the charging switch 10.

図8に示すように、時刻t31において電子制御装置30から噴射信号が出力されると、コントローラ20では、基準信号を生成し、これに基づいて充電スイッチ10の操作を行なう。ただし、本実施形態では、基準信号によって指定される一回のオン操作を行なう時間を、所定期間Tよりも所定期間T経過後の方が長くなるようにする。更に、所定期間Tにおいても、ピエゾ素子Pa,Pbへの通電開始時に近いほど、基準信号によって指定される一回のオン操作を行なう時間が短くなるようにする。換言すれば、第n回目のオン・オフ操作におけるオン操作を行なう時間tnを、「t(n)>t(n−1)」となるようにする。なお、所定期間Tの経過後においては、基準信号は、先の第1の実施形態で示したものと同一の態様の信号とする。   As shown in FIG. 8, when an injection signal is output from the electronic control unit 30 at time t31, the controller 20 generates a reference signal and operates the charging switch 10 based on the reference signal. However, in this embodiment, the time for performing one ON operation designated by the reference signal is set longer than the predetermined period T after the predetermined period T elapses. Further, even during the predetermined period T, the closer to the start of energization of the piezo elements Pa and Pb, the shorter the time for performing one on operation specified by the reference signal. In other words, the time tn for performing the ON operation in the n-th ON / OFF operation is set to satisfy “t (n)> t (n−1)”. Note that after the elapse of the predetermined period T, the reference signal is a signal having the same mode as that described in the first embodiment.

以上説明した本実施形態によっても、先の第1の実施形態の上記(1)、(4)、(5)の効果が得られるようになる。   Also according to the present embodiment described above, the effects (1), (4), and (5) of the first embodiment can be obtained.

(第4の実施形態)
以下、第4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。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

上記第1の実施形態では、所定期間Tにわたって、ピエゾ素子Pa,Pbの通電量を監視し、これが所定の閾値Ithを上回らないように制限した。これに対し、本実施形態では、オン・オフ操作の一周期におけるオフ操作の時間に対するオン操作の時間の比率「(オン時間)/(オフ時間)」を、所定期間Tよりも所定期間T経過後の方が長くなるようにする。   In the first embodiment, the energization amounts of the piezo elements Pa and Pb are monitored over a predetermined period T, and are limited so as not to exceed a predetermined threshold value Ith. On the other hand, in the present embodiment, the ratio of the ON operation time to the OFF operation time in one cycle of the ON / OFF operation “(ON time) / (OFF time)” is a predetermined period T elapsed from the predetermined period T. Try to make the latter longer.

図9に、本実施形態の通電制御を示す。図9(a)は、上記噴射信号の推移を、図9(b)は、充電スイッチ10のオン・オフ操作を行なうための基準信号の推移を、図9は、ピエゾ素子Pa,Pbへの通電量の推移を、図9(d)は、ピエゾ素子Pa,Pbの高電位となる端子側の電圧の推移をそれぞれ示している。ちなみに、本実施形態では、オープン制御を行ない、基準信号は、充電スイッチ10に出力される信号となる。   FIG. 9 shows the energization control of this embodiment. 9A shows the transition of the injection signal, FIG. 9B shows the transition of the reference signal for turning on / off the charging switch 10, and FIG. 9 shows the transition to the piezo elements Pa and Pb. FIG. 9D shows the transition of the energization amount, and the transition of the voltage on the terminal side at which the piezoelectric elements Pa and Pb become high potentials. Incidentally, in this embodiment, open control is performed and the reference signal is a signal output to the charging switch 10.

図9に示すように、時刻t41において電子制御装置30から噴射信号が出力されると、コントローラ20では、基準信号を生成し、これに基づいて充電スイッチ10の操作を行なう。ただし、本実施形態では、基準信号によって指定されるオン・オフ操作の一周期におけるオフ操作の時間に対するオン操作の時間の比率を、所定期間Tよりも所定期間T経過後の方が長くなるようにする。換言すれば、第n回目のオン・オフ操作の一周期におけるオフ操作の時間に対するオン操作の時間の比率rnを、「r(n)>r(n−1)」となるようにする。なお、所定期間Tの経過後においては、基準信号は、先の第1の実施形態で示したものと同一の態様の信号とする。   As shown in FIG. 9, when an injection signal is output from the electronic control unit 30 at time t41, the controller 20 generates a reference signal and operates the charging switch 10 based on this. However, in the present embodiment, the ratio of the on operation time to the off operation time in one cycle of the on / off operation specified by the reference signal is longer after the predetermined period T than the predetermined period T. To. In other words, the ratio rn of the on operation time to the off operation time in one cycle of the n-th on / off operation is set to be “r (n)> r (n−1)”. Note that after the elapse of the predetermined period T, the reference signal is a signal having the same mode as that described in the first embodiment.

以上説明した本実施形態によっても、先の第1の実施形態の上記(1)、(4)、(5)の効果が得られるようになる。   Also according to the present embodiment described above, the effects (1), (4), and (5) of the first embodiment can be obtained.

(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。
(Other embodiments)
The above embodiments may be implemented with the following modifications.

・上記第1の実施形態や第2の実施形態では、基準信号を、オン時間及びオフ時間が毎回同一となるよう指示する信号としたが、これに限らない。例えば、一周期の長さを、所定期間よりも所定期間経過後の方が長くなるように指示するものであってもよい。このようにすれば、所定期間においては、ピエゾ素子Pa,Pbへの通電量が所定の閾値Ith以上となることで、充電スイッチ10がオフされたとしても各周期におけるオフ操作時間が過剰に長くなることを確実に回避することができる。更に、所定期間経過後には、各周期の通電量を十分に確保することができる。   In the first embodiment and the second embodiment, the reference signal is a signal that instructs the on time and the off time to be the same every time, but is not limited thereto. For example, the length of one cycle may be instructed to be longer after a predetermined period than the predetermined period. In this way, during the predetermined period, the energization amount to the piezo elements Pa and Pb becomes equal to or greater than the predetermined threshold value Ith, so that the off operation time in each cycle is excessively long even when the charging switch 10 is turned off. This can be avoided reliably. Furthermore, after the predetermined period has elapsed, it is possible to sufficiently secure the energization amount of each cycle.

・上記第3の実施形態では、所定期間においてのみ、第n回目のオン・オフ操作におけるオン操作を行なう時間tnを、「t(n)>t(n−1)」となるようにしたが、これに限らない。例えば所定期間経過後においても、「t(n)>t(n−1)」となるようにしてもよく、また、所定期間のオン操作時間を全て同じにしてもよい。   In the third embodiment, the time tn for performing the ON operation in the n-th ON / OFF operation is set to “t (n)> t (n−1)” only in the predetermined period. Not limited to this. For example, “t (n)> t (n−1)” may be satisfied even after the elapse of a predetermined period, and all ON operation times for the predetermined period may be the same.

・上記第4の実施形態では、所定期間においてのみ、第n回目のオン・オフ操作の一周期におけるオフ操作の時間に対するオン操作の時間の比率rnを、「r(n)>r(n−1)」となるようにしたが、これに限らない。例えば、所定期間経過後においても、「r(n)>r(n−1)」となるようにしてもよく、また、所定期間の各周期における上記比率を全て同じにしてもよい。   In the fourth embodiment, the ratio rn of the ON operation time to the OFF operation time in one cycle of the n-th ON / OFF operation is set to “r (n)> r (n− 1) ", but is not limited to this. For example, “r (n)> r (n−1)” may be satisfied even after the elapse of a predetermined period, and all the ratios in each period of the predetermined period may be the same.

・ピエゾ素子の充電制御を行なうに際し、該ピエゾ素子への通電量を、通電開始時から所定期間制限した後、増大させる制御を行なう制御手段としては、コントローラ20及び電子制御装置30を備えて構成されるものに限らない。すなわち、例えばこうした一連の制御を全て中央処理装置を備える電子制御装置で行なってもよい。また、制御手段は、必ずしも基準信号を生成することで、上記各実施形態やその変形例にかかる処理を行なうものに限らない。   The controller 20 and the electronic control device 30 are configured as control means for controlling to increase the energization amount of the piezo element after limiting the energization amount to the piezo element for a predetermined period from the start of energization. It is not limited to what is done. That is, for example, all of such a series of controls may be performed by an electronic control device including a central processing unit. Further, the control means is not necessarily limited to performing the processing according to each of the embodiments and the modifications thereof by generating the reference signal.

・所定の閾値Ithや所定期間Tの設定態様については、必ずしも先の第1の実施形態に例示したものに限らない。通電開始からピエゾインジェクタPIa,PIbの開弁が開始されるまでの期間(望ましくは、三方弁66が開弁を開始するまでの期間)としてもよい。また、上述したように、燃料噴射制御に関しても様々な要求要素があり、これらは往々にして互いに相反するものとなっている。このため、各要求要素間の調整によっては、先の第1の実施形態で例示した態様にて設定される所定の閾値Ithや所定期間Tから外れることが所望されることもあり得る。しかしこうした場合であっても、ピエゾ素子への通電量を、通電開始時から所定期間制限した後、増大させる制御を行なったり、ピエゾ素子へ供給されるエネルギを、通電開始時から所定期間制限した後、増大させる制御を行なったりすることで、騒音レベルを低減することはできる。更に、所定期間Tを、充電制御を行なう期間の略「1/3」としてもよい。   The setting mode of the predetermined threshold value Ith and the predetermined period T is not necessarily limited to that exemplified in the first embodiment. A period from when the energization is started to when the piezo injectors PIa and PIb are opened (preferably, a period until the three-way valve 66 starts to open) may be used. Further, as described above, there are various requirements regarding fuel injection control, and these are often mutually contradictory. For this reason, depending on the adjustment between the request elements, it may be desired to deviate from the predetermined threshold value Ith or the predetermined period T set in the aspect exemplified in the first embodiment. However, even in such a case, the energization amount to the piezo element is limited for a predetermined period from the start of energization, and then the control is performed to increase or the energy supplied to the piezo element is limited for a predetermined period from the start of energization. Thereafter, the noise level can be reduced by performing an increase control. Furthermore, the predetermined period T may be substantially “1/3” of the period during which charging control is performed.

・ピエゾインジェクタPIa,PIbは、先の図10に例示した構成を有するものに限らない。要は、ピエゾ素子をアクチュエータとして備える燃料噴射弁であればよい。詳しくは、ピエゾ素子の伸縮によってインジェクタの内部とその外部(燃焼室)との連通及び遮断が制御されるものであってもよい。具体的には、高圧燃料の供給される高圧燃料通路と燃料タンクへと燃料を戻す低圧燃料通路との間を連通及び遮断する三方弁を備え、ピエゾ素子の伸長により三方弁が開弁されることでピエゾインジェクタの外部(燃焼室)と内部とが連通されて燃料が噴射されるものであってもよい。なお、この際、ピエゾインジェクタのボディにピエゾ素子の一端が固定される構成であるなら、ピエゾ素子に過剰なエネルギが供給されたときに振動がインジェクタのボディを伝達することで騒音が生じやすいために、本発明の適用が特に有効である。   The piezo injectors PIa and PIb are not limited to those having the configuration illustrated in FIG. In short, any fuel injection valve having a piezo element as an actuator may be used. Specifically, the communication between the inside of the injector and the outside (combustion chamber) and the cutoff thereof may be controlled by expansion and contraction of the piezo element. Specifically, a three-way valve is provided for communicating and blocking between a high-pressure fuel passage to which high-pressure fuel is supplied and a low-pressure fuel passage for returning the fuel to the fuel tank, and the three-way valve is opened by extension of the piezo element. Thus, the outside (combustion chamber) and the inside of the piezo injector may be communicated to inject fuel. In this case, if one end of the piezo element is fixed to the body of the piezo injector, noise is likely to occur due to vibrations transmitted to the injector body when excessive energy is supplied to the piezo element. In particular, the application of the present invention is particularly effective.

・ピエゾ素子Pa,Pbを駆動する駆動回路としては、先の図1に例示したものに限らない。例えば充電スイッチ10としては、NチャネルMOSトランジスタを備えるものに限らない。また、充放電コイル12を介してピエゾ素子Pa,Pbに電力を供給する給電手段としては、コンデンサ6、DC/DCコンバータ2、及びバッテリBを備えて構成されるものに限らない。例えばコンデンサ6を備えなくても、DC/DCコンバータ2の昇圧電圧を用いてピエゾ素子Pa,Pbに適切な電圧の電力を供給することはできる。また、例えば、バッテリBの電圧が十分に高いならDC/DCコンバータ2を備えなくてもよい。   The drive circuit for driving the piezo elements Pa and Pb is not limited to that illustrated in FIG. For example, the charge switch 10 is not limited to the one having an N-channel MOS transistor. Further, the power supply means for supplying power to the piezo elements Pa and Pb via the charge / discharge coil 12 is not limited to the one that includes the capacitor 6, the DC / DC converter 2, and the battery B. For example, even if the capacitor 6 is not provided, it is possible to supply electric power of an appropriate voltage to the piezo elements Pa and Pb using the boosted voltage of the DC / DC converter 2. For example, if the voltage of the battery B is sufficiently high, the DC / DC converter 2 may not be provided.

・ピエゾインジェクタPIa,PIbとしては、ディーゼルエンジンに用いられる燃料噴射弁燃料噴射弁に限らず、例えば筒内噴射式ガソリンエンジンに用いられる燃料噴射弁などであってもよい。   The piezo injectors PIa and PIb are not limited to fuel injection valves used in diesel engines, but may be fuel injection valves used in in-cylinder injection gasoline engines, for example.

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備えられるピエゾインジェクタの駆動装置に適用した第1の実施の形態を示す全体構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The whole block diagram which shows 1st Embodiment which applied the drive device of the piezo injector concerning this invention to the drive device of the piezo injector with which a diesel engine is equipped. 同実施形態の充放電制御にかかるタイムチャート。The time chart concerning charge / discharge control of the embodiment. 同実施形態にかかる充電制御時における電流の流通態様を示す図。The figure which shows the distribution | circulation aspect of the electric current at the time of charge control concerning the embodiment. 同実施形態にかかる放電制御時における電流の流通態様を示す図。The figure which shows the distribution | circulation aspect of the electric current at the time of the discharge control concerning the embodiment. 同実施形態にかかる充電制御態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the charge control aspect concerning the embodiment. 同実施形態にかかる閾値及び所定期間の設定態様を説明するためのグラフ。The graph for demonstrating the setting aspect of the threshold value and predetermined period concerning the embodiment. 第2の実施形態にかかる充電制御態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the charge control aspect concerning 2nd Embodiment. 第3の実施形態にかかる充電制御態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the charge control aspect concerning 3rd Embodiment. 第4の実施形態にかかる充電制御態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the charge control aspect concerning 4th Embodiment. ピエゾインジェクタの構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of a piezo injector.

符号の説明Explanation of symbols

PIa,PIb…ピエゾインジェクタ、Pa,Pb…ピエゾ素子、B…バッテリ、2…DC/DCコンバータ、6…コンデンサ、10…充電スイッチ、20…コントローラ、30…電子制御装置。   PIa, PIb ... Piezo injector, Pa, Pb ... Piezo element, B ... Battery, 2 ... DC / DC converter, 6 ... Capacitor, 10 ... Charge switch, 20 ... Controller, 30 ... Electronic control device.

Claims (11)

ピエゾ素子をアクチュエータとして備える燃料噴射弁であるピエゾインジェクタを駆動すべく、前記ピエゾ素子の充電制御及び放電制御を行なうピエゾインジェクタの駆動装置において、
前記ピエゾインジェクタは、高圧燃料の供給される高圧燃料通路と燃料タンクへ燃料を戻す低圧燃料通路との間を連通及び遮断する三方弁を備えて、且つ前記ピエゾ素子の伸長により前記三方弁が開弁されることで燃料噴射口が開口されて燃料が噴射されるものであり、
前記ピエゾ素子の充電制御を行なうに際し、該ピエゾ素子へ供給するエネルギを、前記三方弁の開弁が開始されると想定されるときまで制限した後、増大させる制御を行なう制御手段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。
In a drive device for a piezo injector that performs charge control and discharge control of the piezo element in order to drive a piezo injector that is a fuel injection valve provided with the piezo element as an actuator,
The piezo injector includes a three-way valve for communicating and blocking between a high-pressure fuel passage to which high-pressure fuel is supplied and a low-pressure fuel passage for returning the fuel to the fuel tank, and the three-way valve is opened by the extension of the piezo element. By being valved, the fuel injection port is opened and fuel is injected,
Upon charging control of the piezoelectric element, the energy supplied to the piezoelectric element, was restricted with Tokima that is assumed to opening of the three-way valve is started, a control means for performing control to increase A drive device for a piezoelectric injector.
前記制御手段は、前記供給するエネルギの制限を、前記ピエゾ素子への通電量の制限として行なう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。 2. The driving device for a piezo injector according to claim 1, wherein the control means limits the energy to be supplied as a limitation of an energization amount to the piezo element. 請求項2記載のピエゾインジェクタの駆動装置において、
前記ピエゾ素子にコイルを介して給電手段の電力が供給される電流通路と、該電流通路を開閉制御する充電スイッチとを更に備え、
前記制御手段は、前記充電スイッチの周期的なオン・オフ操作によって前記ピエゾ素子の充電制御を行なうことを特徴とするピエゾインジェクタの駆動装置。
The drive device for a piezo injector according to claim 2,
A current path through which power of the power feeding means is supplied to the piezo element via a coil; and a charging switch for controlling the opening and closing of the current path,
The piezo injector drive device, wherein the control means performs charge control of the piezo element by periodically turning on and off the charge switch.
前記制御手段は、前記周期的なオン・オフ操作に伴う前記ピエゾ素子への通電量を監視し、前記監視される通電量が所定の閾値を上回らないように制御することで上記制限を行なう請求項3記載のピエゾインジェクタの駆動装置。   The control unit monitors the energization amount to the piezo element in accordance with the periodic on / off operation, and performs the above-described restriction by controlling the monitored energization amount so as not to exceed a predetermined threshold. Item 4. A piezo injector drive device according to Item 3. 前記制御手段は、前記周期的なオン・オフ操作に伴う前記ピエゾ素子への通電量を監視し、前記監視される通電量が所定の閾値を上回らないように制御するものであって、且つ前記通電量を増大させる制御を前記所定の閾値を増大させることで行なう請求項4記載のピエゾインジェクタの駆動装置。   The control means monitors the energization amount to the piezo element accompanying the periodic on / off operation, and controls the monitored energization amount so as not to exceed a predetermined threshold, and The drive device for a piezo injector according to claim 4, wherein the control for increasing the energization amount is performed by increasing the predetermined threshold value. 前記制御手段は、前記周期的なオン・オフ操作を行なうに際し、一回のオン操作を行なう時間を、前記制限する制御を行なうときよりも増大させる制御を行なうときの方が長くなるようにする請求項3記載のピエゾインジェクタの駆動装置。   The control means, when performing the periodic on / off operation, makes the time for performing one on operation longer when performing control to increase the time than performing the limiting control. 4. A drive device for a piezo injector according to claim 3. 前記制御手段は、前記周期的なオン・オフ操作を行なうための基準信号を生成するものであって且つ、前記基準信号によって指定される一回のオン操作の時間を、前記制限する制御を行なうときよりも増大させる制御を行なうときの方が長くなるようにする請求6記載のピエゾインジェクタの駆動装置。 The control means generates a reference signal for performing the periodic on / off operation, and performs control to limit the time of one on operation specified by the reference signal. drive of the piezo injector according to claim 6 wherein such person becomes long when performing control to increase than when. 前記制御手段は、前記オン・オフ操作の一周期におけるオフ操作の時間に対するオン操作の時間の比率を、前記制限する制御を行なうときよりも前記増大させる制御を行なうときの方が大きくなるようにする請求項3記載のピエゾインジェクタの駆動装置。 The control means is configured such that the ratio of the on operation time to the off operation time in one cycle of the on / off operation is greater when performing the control to increase than when performing the limiting control. A drive device for a piezo injector according to claim 3. 前記制御手段は、前記周期的なオン・オフ操作を行なうための基準信号を生成する手段と、該基準信号に基づいて前記充電スイッチのオン・オフ操作を行なう手段とを備えて構成される請求項4、5又は8記載のピエゾインジェクタの駆動装置。   The control means comprises means for generating a reference signal for performing the periodic on / off operation, and means for performing an on / off operation of the charging switch based on the reference signal. Item 9. The drive device for a piezo injector according to item 4, 5 or 8. 前記制御手段は、電開始初期の通電量を「8〜10A」に制限する請求項2〜8のいずれかに記載のピエゾインジェクタの駆動装置。 It said control means drives the piezo injector according to any one of claims 2-8 for limiting conductible initial stage of the energization amount to "8~10A". 前記制限する制御を行なう期間が「34μs」以上である請求項10記載のピエゾインジェクタの駆動装置。   11. The drive device for a piezo injector according to claim 10, wherein the period for performing the limiting control is “34 μs” or more.
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