燃料噴射制御装置
【課題】燃料噴射精度を長期間に亘り維持することができる燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】噴孔４４の開閉を制御するニードル１２を駆動する圧電駆動部２４と圧電駆動部２４に作用する荷重に応じた荷重信号を出力する荷重センサ部２３とを有する燃料噴射弁２を制御するＥＣＵ４は、内燃機関が冷間始動である判定したとき、始動運転状態またはアイドル運転状態における圧電駆動部２４に蓄積される充電エネルギおよびその時に荷重センサ部２３に作用する荷重、メモリ手段５ａに記憶されている基準となる充電エネルギおよび荷重に基づいて荷重センサ部２３を校正する。
【解決手段】噴孔４４の開閉を制御するニードル１２を駆動する圧電駆動部２４と圧電駆動部２４に作用する荷重に応じた荷重信号を出力する荷重センサ部２３とを有する燃料噴射弁２を制御するＥＣＵ４は、内燃機関が冷間始動である判定したとき、始動運転状態またはアイドル運転状態における圧電駆動部２４に蓄積される充電エネルギおよびその時に荷重センサ部２３に作用する荷重、メモリ手段５ａに記憶されている基準となる充電エネルギおよび荷重に基づいて荷重センサ部２３を校正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電駆動部を用いた燃料噴射装置の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材を含む噴射機能部品の少なくとも一つを駆動することにより弁部材の駆動を制御する圧電駆動部と、圧電駆動部が駆動したときの圧電駆動部より受ける荷重に応じた出力信号を出力する荷重センサ部と、を有する燃料噴射装置に備えられ、圧電駆動部を制御する燃料噴射制御装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この燃料噴射制御装置では、圧電駆動部の特性変化や寸法公差などに起因する燃料噴射特性のばらつきを抑制すべく、荷重センサ部からの出力信号に基づき圧電駆動部に供給する閉弁・開弁信号を学習補正している。
【特許文献１】特開平１０−２８８１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術の燃料噴射装置では、荷重センサ部として圧電体を利用している。このため、圧電駆動部と同様、荷重センサ部も経時劣化する。特に、荷重センサ部は、圧電駆動部と異なり、高電圧が印加される構成とはなっていない。このため、圧電体を含んでなる荷重センサ部は、圧電駆動部に比べ、分極劣化が発生する可能性が大きい。分極劣化が発生すると、所定の荷重に対する荷重センサ部から出力される出力信号が変化してしまう。これでは、圧電駆動部を適切に制御することができないという問題が発生する。
【０００５】
そこで、荷重センサ部の校正が必要となる。一般的にセンサの校正の精度を向上させるには、センサへの外乱を極力排除することが要求される。ここで、荷重センサ部は、燃料噴射装置内に収容されているため、内燃機関の運転状態に応じて大きく変動する圧電駆動部に蓄積される充電エネルギ、燃料噴射装置に導入される燃料圧力、内燃機関からの熱、および圧電駆動部が駆動することにより発生する熱などの影響を受け易い。
【０００６】
このため、これらの状況を考慮せずに荷重センサ部の校正を行うと、荷重センサ部は、充電エネルギ、燃料圧力、内燃機関からの熱、および圧電駆動部からの熱の影響を受けるため、校正の精度が低下するおそれがある。
【０００７】
校正の精度が低下すると、圧電駆動部の制御性が低下し、圧電駆動部にて駆動される噴射機能部品の制御性も低下する。その結果、噴射時期や噴射量などの燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することが困難となる。
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料噴射精度を長期間に亘り維持することができる燃料噴射制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、内燃機関に搭載され、内部に導入される燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する噴孔を有するボデーと、ボデー内に収容され、噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材を含む噴射機能部品と、ボデー内に収容され、充電エネルギを蓄積することにより伸長し、蓄積された充電エネルギを放出することにより収縮する圧電体を含み、噴射機能部品の少なくとも一つを駆動することにより弁部材の駆動を制御する圧電駆動部と、ボデー内に収容され、圧電駆動部に充電エネルギが蓄積されたときに、圧電駆動部に作用する荷重に応じた荷重信号を出力する圧電体を含む荷重センサ部と、を有する燃料噴射装置に備えられ、荷重センサ部からの荷重信号に基づいて圧電駆動部を制御する燃料噴射制御装置であって、
内燃機関の冷間始動を判定する冷間始動判定手段と、内燃機関の始動開始から自立運転するまでの始動運転状態、または無負荷運転状態の少なくともいずれかの運転状態時に圧電駆動部に蓄積される充電エネルギ、および、その充電エネルギを圧電駆動部に蓄積させたときに荷重センサ部より出力される荷重信号を取得する取得手段と、基準充電エネルギと、その基準充電エネルギを圧電駆動部に蓄積させたときに荷重センサ部より出力される基準荷重信号とを記憶させた記憶手段と、冷間始動判定手段が、内燃機関が冷間始動であると判定したとき、取得手段が取得した充電エネルギおよび荷重信号、ならびに基準充電エネルギおよび基準荷重信号に基づいて、荷重センサ部を校正する校正手段と、を備えていることを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、冷間始動判定手段にて内燃機関が冷間始動であることを把握することができる。この判定手段によれば、内燃機関に搭載されている燃料噴射装置内に収容されている荷重センサ部もほぼ外気温と同じ温度であると推定することができる。また、冷間始動時であれば、内燃機関からの熱の影響を受け難い。このため、荷重センサ部の温度は、比較的安定した状態にあるとみなすことができる。
【００１１】
そして、取得手段は、始動運転状態、または無負荷運転状態の少なくともいずれかの運転状態に圧電駆動部に蓄積される充電エネルギと、その充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力される荷重信号とを取得している。始動運転状態および無負荷運転状態での充電エネルギは、他の運転状態（例えば、高負荷、低負荷運転状態）での充電エネルギに比べ安定している。このため、そのときに得られる荷重信号も安定する。
【００１２】
校正手段は、荷重センサ部の温度が比較的安定している冷間始動のとき、基準となる基準充電エネルギ、基準荷重信号、始動運転状態、または無負荷運転状態の少なくともいずれかの運転状態における安定した充電エネルギ、荷重信号に基づいて、荷重センサ部の校正を実施する。校正手段はこういった条件のもとで荷重センサ部を校正しているため、校正の精度向上を阻害する、センサ部への外乱を極力排除することができる。これにより、荷重センサ部の校正の精度を向上させることができるのである。その結果、圧電駆動部の制御性を長期間に亘り維持することができ、ひいては、燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、荷重センサ部の温度に基づいて温度補正係数を算出する補正係数算出手段を有しており、校正手段は、補正係数算出手段にて算出された温度補正係数を加味して、荷重センサ部を校正することを特徴としている。
【００１４】
一般的に圧電体は温度特性を有しており、荷重センサ部に作用する荷重が同じであっても、温度に応じて出力信号の大きさが変化する。
【００１５】
この発明によれば、校正手段は、荷重センサ部の温度に基づいて補正係数算出手段にて算出された温度補正係数を加味して荷重センサ部を校正しているため、圧電体の温度特性を加味して校正を行うことができ、校正の精度がより向上する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、始動運転状態、および無負荷運転状態時に圧電駆動部に蓄積される充電エネルギは、それぞれの運転状態に対応する予め定められたエネルギ量であることを特徴としている。
【００１７】
この発明によれば、始動運転状態および無負荷運転状態時に圧電駆動部に蓄積される充電エネルギが、それぞれの運転状態に対応する予め定められたエネルギ量であると、校正時に使用する充電エネルギをより安定させることができる。その結果、校正の精度が格段に向上する。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、取得手段は、始動運転状態に対応する予め定められた始動時充電エネルギ並びに無負荷運転状態に対応する予め定められた無負荷時充電エネルギと、圧電駆動部に始動時充電エネルギ並びに無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力されるそれぞれの荷重信号を取得し、校正手段は、取得手段が取得した、始動時充電エネルギ並びに無負荷時充電エネルギ、およびそれぞれの荷重信号に基づいて、荷重センサ部を校正することを特徴としている。
【００１９】
この発明によれば、校正手段は、始動時充電エネルギ並びに無負荷時充電エネルギと、圧電駆動部に始動時充電エネルギ並びに無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力されるそれぞれの荷重信号とに基づいて、荷重センサ部の校正を行っているので、校正に使用するポイントを複数にすることができる。このため、荷重センサ部の校正の精度を向上させることができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、取得手段は、無負荷運転状態に対応する予め定められた無負荷時充電エネルギと、圧電駆動部に無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力される荷重信号を取得し、校正手段は、取得手段が取得した、無負荷時充電エネルギ、および荷重信号に基づいて、荷重センサ部を校正することを特徴としている。
【００２１】
無負荷運転状態での排出ガス規制は高負荷運転状態に比べ厳しい。また、無負荷運転状態では、燃料噴射装置から噴射される燃料噴射量は非常に少ない。このため、この運転状態での要求噴射量に対する噴射量のばらつきの割合は、高負荷運転状態に比べ高い。このため、この運転状態での燃料噴射特性の精度を向上させる必要がある。
【００２２】
この発明によれば、校正手段は、無負荷時充電エネルギと、圧電駆動部に無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力される荷重信号とに基づいて、荷重センサ部の校正を行っているので、少なくとも無負荷運転状態での荷重センサ部の校正の精度は高い。このため、無負荷運転状態での燃料噴射特性の精度は確保できる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、校正手段が荷重センサ部の校正を行う際に使用する荷重信号は、最も大きな値を示す最大荷重信号から充電エネルギが放出されるまでの間に出力される単位時間当たりの変化量が最も小さい安定荷重信号であることを特徴としている。
【００２４】
この発明によれば、校正手段は、最も大きな値を示す最大荷重信号から充電エネルギが放出されるまでの間に出力される単位時間当たりの変化量が最も小さい安定荷重信号を校正する際に使用しているため、変化量の大きい時期の荷重信号を使用する場合に比べ荷重センサ部の校正の精度を向上させることができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、冷間始動判定手段は、外気温度を取得する外気温度取得手段と、内燃機関の機関温度を取得する機関温度取得手段と、を有し、取得した外気温度と機関温度とを比較することにより冷間始動を判定することを特徴としている。
【００２６】
この発明によれば、冷間始動判定手段は、取得した外気温度と機関温度とを比較するという簡単な判定方法により内燃機関が冷間始動であるか否かを判定することができる。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、機関温度取得手段は、内燃機関を冷却する冷却水温度、または内燃機関の潤滑に利用する潤滑油温度を取得することを特徴としている。
【００２８】
この発明によれば、一般的に内燃機関を制御する上で必要な冷却水温度または潤滑油温度を取得し、それらのいずれかを機関温度としているため、別途センサ等の手段を使用することなく機関温度を得ることができる。また、この請求項８に記載の発明を請求項７に記載の発明とともに請求項２に記載の発明に利用することにより、荷重センサ部の温度を検出する温度センサ等を燃料噴射装置に設けずとも荷重センサ部の温度を把握することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００３０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置４を含む燃料供給装置１の全体構成を示している。燃料供給装置１は、ディーゼルエンジンなどの多気筒内燃機関の各気筒に燃料を供給する。燃料供給装置１が取り扱う燃料は、ディーゼル燃料に限らずガソリン燃料であっても良い。
【００３１】
燃料供給装置１は、燃料噴射弁２、駆動回路３、電子制御装置４（以下、「ＥＣＵ」という）などを備えている。なお、燃料噴射弁２は特許請求の範囲に記載の「燃料噴射装置」に、電子制御装置４は特許請求の範囲に記載の「燃料噴射制御装置」に相当する。
【００３２】
燃料噴射弁２は、蓄圧器（図示せず）に蓄えられた高圧燃料を各気筒内に直接燃料を噴射する。燃料噴射弁２に供給された燃料のうち、燃料噴射に利用されなかった燃料はリターン経路８より燃料タンク１０に戻される。
【００３３】
燃料噴射弁２は、ノズル１１、制御弁１８、およびアクチュエータ部２１などから構成され、これらの部品は、棒状に形成されているボデー４０に収容されている。
【００３４】
ボデー４０は、蓄圧器からの高圧燃料が導入される燃料入口部４１、およびリターン経路８に接続する燃料出口部４２を有している。ボデー４０の軸方向一端側には、収容部４３が形成されている。収容部４３には、燃料の噴射、非噴射を制御するノズル１１が収容されている。
【００３５】
ノズル１１は、ニードル１２、ノズルスプリング１６、およびノズルシリンダ１７を有している。ニードル１２は、収容部４３内に摺動自在に保持されている。収容部４３の軸方向一端側には、高圧燃料通路４６を介して燃料入口部４１と連通する噴孔４４が形成されている。
【００３６】
この噴孔４４の燃料入口部４１側には、ニードル１２に形成されているシート部１３が着座する弁座４５が形成されている。弁座４５にシート部１３が着座することにより、噴孔４４への燃料の流れが閉ざされ、噴孔４４からの燃料の噴射が停止する。弁座４５からシート部１３が離座することにより、噴孔４４への燃料の流れが許容され、噴孔４４から燃料が噴射する。
【００３７】
ノズルシリンダ１７は、筒状に形成されており、ニードル１２のシート部１３とは反対側の端部に形成されているピストン部１４を内周側に摺動自在に、かつ液密的に挿入している。ノズルシリンダ１７は、ピストン部１４および収容部４３の内壁とともに内部の燃料圧力が高圧と低圧とに切り替えられる制御室５２を形成する。
【００３８】
ニードル１２のシート部１３とピストン部１４との間にはフランジ部１５が形成され、このフランジ部１５とノズルシリンダ１７との間には、ノズルスプリング１６が設けられている。このノズルスプリング１６は、ニードル１２を、シート部１３が弁座４５に着座する方向、つまり閉弁方向に付勢する。
【００３９】
ニードル１２は、制御室５２内の燃料圧力により閉弁方向に付勢される。また、ニードル１２は、燃料入口部４１から高圧燃料通路４６を介して収容部４３に導かれる高圧燃料によりシート部１３が弁座４５から離座する方向、つまり開弁方向に付勢される。ニードル１２は、制御室５２内の燃料圧力、収容部４３に導かれる高圧燃料の燃料圧力、およびノズルスプリング１６の付勢力のバランスにより、閉弁方向または開弁方向への移動が決定される。
【００４０】
制御弁１８は、ボデー４０の軸方向中間部に形成されているバルブ室５３内に収容され、制御室５２内の燃料圧力の高圧、低圧を切り替え制御する。バルブ室５３は、制御室５２と常時連通する連絡通路５０、収容部４３から分岐した高圧連絡通路４７、低圧燃料通路４８と接続している。連絡通路５０には、コモンオリフィス５１が設けられている。
【００４１】
制御弁１８は、弁体１９、およびバルブスプリング２０を有している。弁体１９は、バルブ室５３の内壁における低圧燃料通路４８の開口部の周囲に形成されている低圧側シート面５４に離着座することにより、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との間の連通、遮断を制御する。
【００４２】
また、弁体１９は、バルブ室５３の内壁における高圧連絡通路４７の開口部の周囲に形成されている高圧側シート面５５に離着座することにより、バルブ室５３と高圧連絡通路４７との間の連通、遮断を制御する。
【００４３】
弁体１９は、低圧側シート面５４に着座しているときは、高圧側シート面５５から離座しており、反対に低圧側シート面５４から離座しているときは、高圧側シート面５５に着座する。バルブスプリング２０は、低圧側シート面５４に着座させる向きに弁体１９を付勢する。
【００４４】
アクチュエータ部２１は、ボデー４０の軸方向他端側に形成されているアクチュエータ室５６に収容されている。アクチュエータ室５６は、低圧連絡通路４９を介して低圧燃料通路４８に接続している。
【００４５】
燃料タンク１０と燃料出口部４２とを接続するリターン経路８には、低圧燃料通路４８側の圧力を制御する背圧弁９が配置されている。蓄圧器内に蓄えられた高圧燃料の圧力が１００ＭＰａ以上であるのに対し、背圧弁９は低圧燃料通路４８側の燃料圧力を１ＭＰａ程度に制御する。
【００４６】
アクチュエータ部２１は、圧電アクチュエータ２２、および変位伝達部３０を有している。圧電アクチュエータ２２は、主に圧電体を複数積層させることにより構成されており、電荷の充放電により伸縮する。
【００４７】
変位伝達部３０は、圧電アクチュエータ２２の伸縮変位を制御弁１８の弁体１９に伝達する。変位伝達部３０は、アクチュエータシリンダ３１、第一ピストン３２、および第二ピストン３３を有する。第一ピストン３２および第二ピストン３３は、アクチュエータシリンダ３１の内周側に摺動自在に、かつ液密的に挿入されている。第一ピストン３２と第二ピストン３３との間には、燃料が充填された液室３４が形成されている。
【００４８】
第一ピストン３２は、第一スプリング３５により圧電アクチュエータ２２側に向かって付勢されている。第一ピストン３２は、圧電アクチュエータ２２により直接駆動される。圧電アクチュエータ２２の伸長時、第一ピストン３２が液室３４に向かって移動するため、液室３４内の燃料圧力が上昇する。
【００４９】
第二ピストン３３は、第二スプリング３６により制御弁１８の弁体１９側に向かって付勢されている。第二ピストン３３は、弁体１９と機械的に接続されており、第二ピストン３３が液室３４内の燃料圧力を受けて弁体１９に向かって移動することにより、弁体１９をバルブ室５３と低圧燃料通路４８との間を連通する方向に移動させる。
【００５０】
圧電アクチュエータ２２の伸長時、第一ピストン３２は液室３４の方向に移動する。すると液室３４内の燃料圧力は上昇する。第二ピストン３３は、液室３４内の高圧化された燃料圧力を受け、弁体１９をバルブ室５３と低圧燃料通路４８との間を連通するとともに、バルブ室５３と高圧燃料通路４６との間の連通を遮断する方向に移動させる。これにより、弁体１９は、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との間を連通し、バルブ室５３と高圧燃料通路４６との間の連通を遮断する。
【００５１】
圧電アクチュエータ２２の収縮時、液室３４内の燃料圧力は低下する。第二ピストン３３は、制御弁１８のバルブスプリング２０の付勢力により第一ピストン３２側に移動する。バルブスプリング２０の付勢力は、第二スプリング３６の付勢力よりも大きい。弁体１９は、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との間の連通を遮断し、バルブ室５３と高圧連絡通路４７との間を連通する。
【００５２】
圧電アクチュエータ２２は、圧電体ユニット２２ａおよび金属製のハウジング２２ｂを有している。圧電体ユニット２２ａは、圧電体層Ｐと内部電極層Ｅとを積層させたものであって、内部電極層Ｅより圧電体層Ｐに電圧を印加することにより伸長する圧電駆動部２４と、伸長する際に作用する荷重を検出する荷重センサ部２３とを有する。荷重センサ部２３は、圧電体層Ｐの圧電効果を利用したセンサである。荷重センサ部２３を構成する内部電極層Ｅから、荷重に応じた電圧信号が取り出される。
【００５３】
圧電アクチュエータ２２は、駆動回路３に接続されている。駆動回路３は、圧電駆動部２４に充電電流を供給し、圧電駆動部２４の充電電圧を高めることにより、充電エネルギが圧電駆動部２４へ蓄積される。圧電駆動部２４の伸長量は充電エネルギに応じて変化する。駆動回路３には、ＥＣＵ４が接続されている。ＥＣＵ４は、ＥＣＵ４が取得した各種センサからの各種情報に基づき設定される圧電駆動部２４への充電エネルギおよび圧電駆動部２４への通電タイミングに応じた充電制御信号を生成し、圧電駆動部２４に出力する。ここで、圧電駆動部２４に蓄積される充電エネルギとは、圧電駆動部２４に流れる充電電流と充電電圧とを充電行程中に測定し、測定した充電電流と充電電圧との積を時間積分したものである。
【００５４】
また、荷重センサ部２３は、駆動回路３に接続されている。荷重センサ部２３からの電荷と電圧信号は、駆動回路３を介してＥＣＵ４に入力される。ＥＣＵ４には、吸入空気量、アクセルペダル踏み込み量、内燃機関回転数、蓄圧器内の燃料圧力などを検出する各種センサ（図示せず）とも接続され、これらの各種センサからの信号が入力されるようになっている。
【００５５】
本実施形態では、圧電アクチュエータ２２の圧電駆動部２４を充放電させる方法として、マルチスイッチング方式（以下、「ＭＳ方式」という）を採用している。
【００５６】
駆動回路３は、直流電源（図示せず）からインダクタ（図示せず）を介して圧電アクチュエータ２２に通電する経路中に、直流電源を直接切り離すことができるスイッチング素子（図示せず）を備えている。ＭＳ方式では、ＥＣＵ４からの充電制御信号に基づいて、当該スイッチング素子を複数回オン／オフすることにより、圧電アクチュエータ２２の圧電駆動部２４を数回に分けて充電する。
【００５７】
スイッチング素子がオンしている間は、圧電駆動部２４へ漸増する充電電流が流れる。スイッチング素子がオフされると、フライホイール作用で圧電駆動部２４へ漸減する充電電流が流れる。このように圧電駆動部２４に充電電流が流れる間、圧電駆動部２４の圧電体層Ｐにおける充電電圧は増加し続ける。なお、ＭＳ方式の詳細な駆動方法や回路構成などは、例えば特開２００１−５３３４８号公報にて周知である。
【００５８】
ＥＣＵ４は、ＭＰＵ５、ＡＤ変換部６、ＤＳＰ７などを有している。また、ＭＰＵ５は、取得データや制御プログラムなどの記憶機能を有するメモリ手段５ａを備えている。メモリ手段５ａは例えば、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびＲＡＭなどから構成されている。ＭＰＵ５は、メモリ手段５ａに記憶されている制御プログラムに従って演算処理を行う。なお、このメモリ手段５ａが特許請求の範囲に記載の「記憶手段」に相当する。
【００５９】
ＥＣＵ４は、荷重センサ部２３より入力される電荷と電圧信号とをＡＤ変換部６にて高速Ａ／Ｄ処理することにより圧電駆動部２４が発生している荷重を算出するとともに、算出した荷重や、各種センサから入力される信号に基づき、圧電駆動部２４へ出力する充電制御信号などを生成する。
【００６０】
次に、上記燃料供給装置１の作動を説明する。圧電アクチュエータ２２が伸長していないとき、第二ピストン３３は、制御弁１８のバルブスプリング２０の付勢力により第一ピストン３２側に移動している。これにより、弁体１９は、バルブ室５３内の燃料圧力を受けて低圧燃料通路４８の方向に移動して低圧側シート面５４に着座し、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との間の連通を遮断するとともに、バルブ室５３と高圧連絡通路４７との間を連通する。これにより、バルブ室５３内の燃料圧力は、高圧燃料通路４６の燃料圧力と等しくなり、バルブ室５３と連通している制御室５２内の燃料圧力は、高圧燃料通路４６の燃料圧力と等しくなる。
【００６１】
このとき、高圧燃料通路４６の燃料圧力がニードル１２の周囲に作用することによるニードル１２に発生する開弁方向の力は、制御室５２の燃料圧力がニードル１２のピストン部１４に作用することによるニードル１２に発生する閉弁方向の力、およびノズルスプリング１６の付勢力によるニードル１２に発生する閉弁方向の力の合計よりも小さい。そのため、ニードル１２のシート部１３が弁座４５に着座し、噴孔４４からの燃料の噴射が停止する。
【００６２】
ＥＣＵ４からの充電制御信号により圧電アクチュエータ２２の圧電駆動部２４が伸長すると、圧電駆動部２４の伸長にともなって、第一ピストン３２は液室３４に向かって移動する。すると、液室３４内の燃料圧力が上昇する。第二ピストン３３は、上昇した燃料圧力を受けて弁体１９側に向かって移動する。弁体１９は、高圧連絡通路４７の方向に移動して高圧側シート面５５に着座し、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との間を連通するとともに、バルブ室５３と高圧連絡通路４７との間の連通を遮断する。すると、制御室５２内の燃料は、コモンオリフィス５１、連絡通路５０、バルブ室５３、および低圧燃料通路４８を介して燃料タンク１０へ戻される。これにより、制御室５２内の燃料圧力が低下する。このとき、荷重センサ部２３は、圧電駆動部２４が伸長したとき、第一、第二ピストン３２、３３並びに制御弁１８の弁体１９から圧電駆動部２４に作用する荷重Ｆを検出する。
【００６３】
このとき、高圧燃料通路４６の燃料圧力がニードル１２の周囲に作用することによるニードル１２に発生する開弁方向の力は、制御室５２の燃料圧力がニードル１２のピストン部１４に作用することによる閉弁方向の力、およびノズルスプリング１６の付勢力による閉弁方向の力の合計よりも大きい。そのため、ニードル１２のシート部１３が弁座４５から離座し、噴孔４４からの燃料の噴射が行われる。
【００６４】
その後、ＥＣＵ４からの放電制御信号により圧電駆動部２４が収縮すると、圧電駆動部２４の収縮にともなって、第二ピストン３３はバルブスプリング２０の付勢力により第一ピストン３２側に移動する。これにより、弁体１９は、低圧側シート面５４に着座し、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との間の連通を遮断するとともに、バルブ室５３と高圧連絡通路４７との間を連通する。これにより、蓄圧器からの高圧燃料が高圧燃料通路４６、高圧連絡通路４７、バルブ室５３、連絡通路５０、およびコモンオリフィス５１を介して制御室５２に導入される。
【００６５】
これにより、制御室５２内の燃料圧力は再び上昇する。このため、ニードル１２に発生する開弁方向の力は、ニードル１２に発生する閉弁方向の力よりも小さくなり、ニードル１２のシート部１３が弁座４５に着座する。その結果、噴孔４４からの燃料の噴射が停止する。圧電アクチュエータ２２の伸縮を繰り返すことにより、噴孔４４からの燃料の噴射が断続される。
【００６６】
なお、本実施形態では、ノズル１１、制御弁１８、および変位伝達部３０が特許請求の範囲に記載の「噴射機能部品」に相当する。
【００６７】
次に、燃料噴射弁２から燃料を噴射させる際のＥＣＵ４、駆動回路３、圧電アクチュエータ２２の圧電駆動部２４、および圧電駆動部２４にて駆動される制御弁１８の作動状態について、図２のタイムチャートを用いて説明する。図２は、圧電アクチュエータ２２における圧電駆動部２４、および制御弁１８の弁体１９の作動状態を示すタイムチャートである。
【００６８】
ＥＣＵ４は、所望の燃料噴射弁２からの燃料の噴射を許可する噴射許可信号を生成する。噴射許可信号は、ＥＣＵ４が取得する例えば、吸入空気量、アクセルペダル踏み込み量、内燃機関回転数、蓄圧器内の燃料圧力などの各種情報に基づき生成される。噴射許可信号のオン期間は、所望の燃料噴射弁２に対して最適な噴射量でかつ、最適なタイミングで噴射が行えるように設定される。
【００６９】
噴射許可信号が時刻Ｔ０にてオンされると、ＥＣＵ４は、駆動回路３を制御する充電制御信号を生成し、駆動回路３に出力する。具体的には、充電制御信号は、複数回オン／オフを繰り返すような信号である。充電制御信号がオンしている間は、前述したスイッチング素子がオンされて圧電駆動部２４へ漸増する充電電流が流れる。充電制御信号がオフしている間はスイッチング素子がオフされてフライホイール作用で圧電駆動部２４へ漸減する充電電流が流れる。この動作は複数回行われる。
【００７０】
この動作が行われるたびに、圧電駆動部２４の充電電圧は、徐々に上昇する。この上昇は、充電制御信号が終了するまで続く。これら一連の動作により、圧電駆動部２４には、所定の充電エネルギが蓄積される。圧電駆動部２４は、充電電圧が高まるにつれ伸長する。このとき、荷重センサ部２３は、圧電駆動部２４が伸長したときの第一、第二ピストン３２、３３並びに制御弁１８の弁体１９から圧電駆動部２４に作用する荷重Ｆを検出する。荷重センサ部２３は、前述の荷重Ｆの大きさに応じた出力信号を出力する。
【００７１】
時刻Ｔ０より駆動回路３から圧電駆動部２４へ充電電流の供給が開始されると荷重Ｆは徐々に上昇する。時刻Ｔが第一時刻Ｔ１に達し、荷重Ｆが第一荷重Ｆ１を示すと、弁体１９は低圧側シート面５４から離座する。
【００７２】
弁体１９が低圧側シート面５４から離座すると、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との間が連通し、バルブ室５３内の燃料圧力が低圧燃料通路４８に排出される。弁体１９が低圧側シート面５４および高圧側シート面５５のいずれにも着座していない状態では、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との差圧により弁体１９を低圧側シート面５４に付勢する力は発生しない。このため、荷重Ｆは時刻Ｔが第二時刻Ｔ２に達するまで下降する。時刻Ｔが第二時刻Ｔ２に達し、荷重Ｆが第二荷重Ｆ２を示すと、弁体１９は高圧側シート面５５に接触する。弁体１９はこれ以上の移動が停止されるため、第二時刻Ｔ２以降の荷重Ｆは再び上昇する。
【００７３】
なお、ＥＣＵ４は、この第一荷重Ｆ１と第二荷重Ｆ２とを比較することにより、弁体１９が低圧側シート面５４から離座したか否かを判定することができる。
【００７４】
ここで、弁体１９が高圧側シート面５５に接触し、荷重Ｆが第二荷重Ｆ２から少し上昇した値を示しても、弁体１９には、弁体１９を高圧側シート面５５から離座させる方向に付勢する高圧連絡通路４７の燃料圧力が常に作用しているため、確実に弁体１９が高圧側シート面５５に着座した状態であると推定することはできない。弁体１９が高圧側シート面５５に確実に着座していると推定するには、弁体１９が高圧側シート面５５にさらに強く押し付けられ、荷重Ｆがある程度の値を示すことが必要となる。
【００７５】
その指標となる荷重Ｆが第三荷重Ｆ３である。ＥＣＵ４は、時刻Ｔが第三時刻Ｔ３に達し、荷重Ｆが第三荷重Ｆ３を超えたことを検出すると、弁体１９が高圧側シート面５５に確実に着座したと推定する。第三時刻Ｔ３以降では、弁体１９が高圧側シート面５５に着座した状態が維持される。これにより、ニードル１２のシート部１３が弁座４５から離座し、噴孔４４からの燃料の噴射が行われる。
【００７６】
ここで、本実施形態では、圧電駆動部２４に蓄積される充電エネルギを高めることにより、弁体１９を高圧側シート面５５に押し付け、確実に弁体１９を高圧側シート面５５に着座させている。具体的には、充電制御信号のオン時間を長くすることによって、蓄積される充電エネルギを高め、弁体１９を高圧側シート面５５に押し付ける力を確保している。一方、反対に押し付ける力を弱めるには、充電制御信号のオン時間を短くすることによって、蓄積される充電エネルギを低くしている。
【００７７】
弁体１９は、蓄積された充電エネルギに応じて高圧側シート面５５に押し付けられるため第三時刻Ｔ３以降も荷重Ｆは上昇を続ける。荷重Ｆは、所定時間経過後、最大荷重Ｆｐを示し、その後、安定荷重Ｆａに収束する。最大荷重Ｆｐおよび安定荷重Ｆａは、供給する充電エネルギに応じて変化する。ここで、安定荷重Ｆａは、最大荷重Ｆｐから蓄積された充電エネルギが放出されるまでの単位時間当たりの変化量が最も小さくなる荷重Ｆである。
【００７８】
噴射許可信号がオンとなってから所定時間経過後、第四時刻Ｔ４に達すると、噴射許可信号はオフとなる。噴射許可信号がオフとなると、図示しない放電制御信号がＥＣＵ４から駆動回路３に出力される。駆動回路３は、放電制御信号を受信すると、圧電駆動部２４に蓄積された充電エネルギを放出させる制御を行う。これにより、荷重Ｆは、時刻Ｔ０よりも以前の状態にまで下降する。これに伴い、弁体１９は、高圧側シート面５５から離座し、低圧側シート面５４に着座する。これにより、ニードル１２のシート部１３が弁座４５に着座し、噴孔４４からの燃料の噴射が停止する。
【００７９】
ここで、圧電駆動部２４への充電を開始（時刻Ｔ０）してから噴射が開始されるまでの時間のうち、時刻Ｔ０から弁体１９がバルブ室５３と高圧連絡通路４７との間の連通を遮断するまでの第三時刻Ｔ３である作動時間ΔＴは、圧電駆動部２４の影響を受ける。この作動時間ΔＴは、圧電駆動部２４の個体間のばらつきや経時劣化により、変化する。この作動時間ΔＴが変化することにより、ニードル１２の動作特性が変化してしまい、燃料噴射弁２の燃料噴射の時期や噴射量などの燃料噴射特性の精度が低下する。
【００８０】
本実施形態では、この作動時間ΔＴを圧電駆動部２４が作動することにより得られる荷重センサ部２３からの荷重Ｆに基づいて調整する。これにより、個体間のばらつきや経時劣化にともなう圧電駆動部２４の制御性の低下を防いでいる。このように圧電駆動部２４の制御性の低下を防ぐことにより、燃料噴射特性の精度の低下を防いでいる。
【００８１】
以上、図２では、ニードル１２のシート部１３が離座してから、再び着座するまでのＥＣＵ４、駆動回路３、圧電駆動部２４、および制御弁１８の作動状態を説明した。一燃料行程でメイン噴射の前後に噴射を行う場合は、この図２で示した作動が噴射回数に応じた数だけ行われることとなる。
【００８２】
ここで、本実施形態では、内燃機関の始動運転状態、無負荷運転状態（以下、「アイドル運転状態」という）、通常運転状態などに応じて燃料噴射弁２から噴射される燃料圧力を変化させている。この燃料圧力は、蓄圧器内の燃料圧力をすることにより変化する。例えば、アイドル運転状態では、燃料噴射量は通常運転時に比べ少ない。このため、アイドル運転状態では、蓄圧器内の燃料圧力は、比較的低く設定されている。
【００８３】
このため、弁体１９を高圧側シート面５５に押し付ける力を比較的小さくすることができる。つまり、圧電駆動部２４に蓄積された充電エネルギを比較的低くすることができる。それに合わせて、上述した弁体１９が高圧側シート面５５に着座したことを推定する指標としての第三荷重Ｆ３を低く設定し、弁体１９が高圧側シート面５５に着座したか否かを判定している。
【００８４】
一方、始動運転状態では、内燃機関の始動性を高める必要があるため、燃料噴射弁２を確実に作動させる必要がある。このため、圧電駆動部２４に蓄積された充電エネルギを比較的高くし、確実に弁体１９を高圧側シート面５５に着座させている。このため、上述した最大荷重Ｆｐおよび安定荷重Ｆａは、内燃機関の運転状態に応じて変化することとなる。
【００８５】
ここで、始動運転状態とは、内燃機関の始動動作を開始してから内燃機関が自立運転に移行するまでの状態をいい、アイドル運転状態とは、アクセルペダルが踏み込まれていないほぼ無負荷の状態をいう。
【００８６】
次に、内燃機関を始動してから停止するまでの一連の作動について、図３の制御フローを用いて説明する。図３は、内燃機関の始動開始から停止までの制御フローである。
【００８７】
この制御フローは、ＥＣＵ４が、イグニッションスイッチ（図示しない）がオンとなったことを検出して開始される。
【００８８】
図３に示すように、ステップＳ１０（以下、単に「Ｓ１０」という。他のステップについても同様とする。）では、スタータ（セルモータ）の駆動回路（図示せず）に駆動信号が出力され、スタータが作動する。これにより、内燃機関のクランク軸が回転する。
【００８９】
そして、Ｓ２０では、スタータが作動していることが検出されることにより、運転状態が始動運転状態であると判断され、駆動回路３に始動時充電制御信号および始動時放電制御信号を含む始動時制御信号が出力される。駆動回路３はこの制御信号を受信すると、所定の燃料噴射弁２の圧電駆動部２４に、始動時充電エネルギを蓄積させる。本実施形態では、始動時充電エネルギの量は予め定められている。
【００９０】
Ｓ３０では、スタータが停止したか否かが判定される。この処理を通じて、内燃機関が、始動運転状態を脱し、燃焼室にて燃料が燃焼する自立運転に移行したことを判定できる。本実施形態では、スタータはクランク軸の回転変動やトルク変動などに基づき自立運転に移行すると停止するようになっている。本実施形態では、スタータの作動状態を検出することにより内燃機関が自立運転に移行したか否かを判定させているが、クランク軸の回転変動やトルク変動を検出することにより自立運転に移行したか否かを判定させても良い。
【００９１】
Ｓ３０にて、スタータが依然として作動していると判定された場合は、処理はＳ２０に戻り、再び駆動回路３に対して始動時制御信号が出力される。Ｓ３０にて、スタータが停止したと判定された場合は、処理はＳ４０に進む。
【００９２】
Ｓ４０では、運転状態がアイドル運転状態に移行したとして、駆動回路３にアイドル時充電制御信号およびアイドル時放電制御信号を含むアイドル時制御信号が出力される。駆動回路３はこの制御信号を受信すると、所定の燃料噴射弁２の圧電駆動部２４に、アイドル時充電エネルギを蓄積させる。本実施形態では、アイドル時充電エネルギの量は予め定められている。
【００９３】
Ｓ５０では、ＥＣＵ４に入力されるアクセルペダル踏み込み量の情報から、アクセルペダルが踏まれたか否かが判定される。この処理が実行されることにより、アイドル運転状態から脱し、アクセルペダル踏み込み量に応じた通常運転状態に移行したか否かを判定できる。本実施形態では、アクセルペダル踏み込み量に基づきアイドル運手状態か否かを判定させているが、内燃機関回転数に基づき判定させても良い。また、スロットルバルブ装置が装着されている車種であればスロットルバルブ装置が備えているアイドルスイッチからの信号を受信することで判定させても良い。
【００９４】
Ｓ５０にて、アクセルペダルが踏まれていないと判定された場合は、処理はＳ４０に戻り、再び、駆動回路３にアイドル時制御信号が出力される。Ｓ５０にて、アクセルペダルが踏まれたと判定された場合は、処理はＳ６０に進む。
【００９５】
Ｓ６０では、アクセルペダルの踏み込み量などに応じた内燃機関の制御を行うべく、駆動回路３に通常時充電制御信号および通常時放電制御信号を含む通常時制御信号が出力される。
【００９６】
Ｓ７０では、イグニッションスイッチがオフとなっているか否かが判定される。この処理を実行されることにより、内燃機関が停止されたか否かを判定させることができる。Ｓ７０にて、イグニッションスイッチがオフとなっていると判定されれば、この制御フローは終了する。イグニッションスイッチがオンとなっていると判定されれば、処理はＳ６０に戻り、引き続き駆動回路３に通常時制御信号が出力される。
【００９７】
次に、荷重センサ部２３の校正について、図４から図６を用いて説明する。図４は、荷重センサ部２３の校正を行う際の制御フローである。図５は、工場出荷時および劣化後（校正前）におけるそれぞれの圧電駆動部２４に蓄積させる充電エネルギと、そのときの荷重との関係を示すグラフである。図５中の破線は工場出荷時における圧電駆動部２４の状態を示し、実線は劣化後（校正前）における圧電駆動部２４の状態を示している。図６は、荷重センサ部２３の温度特性図である。
【００９８】
この制御フローは、ＥＣＵ４が、イグニッションスイッチがオンとなったことを検出して開始される。
【００９９】
図４に示すように、Ｓ１１０では、外気温度センサ６０（図１を参照）からの出力信号に基づき外気温Ｔａｔが取得される。続いて、Ｓ１２０では、内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ６１（図１を参照）からの出力信号に基づき水温Ｔｗ、および内燃機関潤滑油温度を検出する潤滑油温度センサ６２（図１を参照）からの出力信号に基づき油温Ｔｏが取得される。さらに、Ｓ１３０では、取得された水温Ｔｗおよび油温Ｔｏが、外気温Ｔａｔとほぼ同じであるか否かが判定される。水温Ｔｗおよび油温Ｔｏが外気温Ｔａｔとほぼ同じであると判定されれば、処理はＳ１４０に進み、そうでなければ、荷重センサ部２３が内燃機関の熱を受け、適正な校正を行うことができないと判断され、この制御フローは終了する。本実施形態では、Ｓ１２０における処理が特許請求の範囲に記載の「機関温度取得手段」に相当する。
【０１００】
Ｓ１３０の処理が実行されることにより、内燃機関の冷間始動を判定させることができる。本実施形態では、Ｓ１３０における処理が特許請求の範囲に記載の「冷間始動判定手段」に相当する。本実施形態では、水温Ｔｗおよび油温Ｔｏの両方の温度と、外気温Ｔａｔとを比較して内燃機関が冷間始動であるか否かが判定されているが、水温Ｔｗのみ、油温Ｔｏのみから冷間始動を判定させても良い。また、本実施形態では、冷間始動を、取得された水温Ｔｗおよび油温Ｔｏが外気温Ｔａｔとほぼ同じであるか否かで判定している。これは、冷却水温度センサ６１、潤滑油温度センサ６２、および外気温度センサ６０の検出誤差を加味した結果であり、これらの検出誤差に応じて、水温Ｔｗまたは油温Ｔｏが外気温Ｔａｔであるとみなせる範囲を適宜定めれば良い。
【０１０１】
Ｓ１４０では、駆動回路３へ始動時充電制御信号が出力されたか否かが判定される。駆動回路３へ始動時充電制御信号が出力されたと判定された場合は、処理はＳ１５０に進み、始動時充電制御信号が出力されていないと判定された場合は、始動時充電制御信号が出力されるまでＳ１４０の処理が繰り返し実行される。
【０１０２】
Ｓ１５０では、一回の燃焼サイクル中に行われる複数回噴射のうちのメイン噴射の荷重Ｆａｓと、その時の始動時充電エネルギＥａｓとが取得される。なお、荷重Ｆａｓは、図２に示す荷重Ｆａに相当する荷重Ｆであり、始動時充電エネルギＥａｓを圧電駆動部２４に蓄積させたときの荷重Ｆである。Ｓ１５０にて取得された荷重Ｆａｓおよび始動時充電エネルギＥａｓは、ＥＣＵ４が備えているメモリ手段５ａに一時的に記憶される。本実施形態では、Ｓ１５０における処理が特許請求の範囲に記載の「取得手段」に相当する。
【０１０３】
Ｓ１６０では、取得された荷重Ｆａｓの個数が必要データ数を満たしたか否かが判定される。本実施形態では、必要データ数はｎ＝１としている。この必要データ数は、内燃機関のクランキング時、スタータを作動させたときのクランク軸の回転数と自立運転に移行するまでの時間との関係に基づいて定められる。例えば、内燃機関のフリクションが最大で、スタータに電力を供給するバッテリの電圧が下限値となっているときでは、クランキング時の回転数は約５０ｒｐｍである。この状態で自立運転に移行するまでの時間が約３秒とすると、荷重Ｆａｓが取得できる機会は二回である。このように、内燃機関の始動する条件が悪い場合であっても取得できる荷重Ｆａｓは二回であるため、本実施形態では、必要データ数をｎ＝１としている。
【０１０４】
Ｓ１６０の処理にて、取得された荷重Ｆａｓの個数が必要データ数を満たしていれば、処理はＳ１７０に進み、満たしていなければ再びＳ１５０に処理は戻る。
【０１０５】
Ｓ１７０では、Ｓ１５０にて取得された荷重Ｆａｓおよび始動時充電エネルギＥａｓのそれぞれの平均値である荷重Ｆａｓａｖおよび始動時充電エネルギＥａｓａｖが算出される。そして、算出された荷重Ｆａｓａｖおよび始動時充電エネルギＥａｓａｖがメモリ手段５ａに一時的に記憶される。取得された荷重Ｆａｓや始動時充電エネルギＥａｓが一つの場合は、この処理は必要ない。
【０１０６】
Ｓ１８０では、駆動回路３へアイドル時充電制御信号が出力されたか否かが判定される。駆動回路３へアイドル時充電制御信号が出力されたと判定された場合は、処理はＳ１９０に進に、アイドル時充電制御信号が出力されていないと判定された場合は、アイドル時充電制御信号が出力されるまでＳ１８０の処理が繰り返し実行される。
【０１０７】
Ｓ１９０では、一回の燃焼サイクル中に行われる複数回噴射のうちのメイン噴射の荷重Ｆａａと、その時のアイドル時充電エネルギＥａａとが取得される。なお、荷重Ｆａａは、図２に示す荷重Ｆａに相当する荷重Ｆであり、アイドル時充電エネルギＥａａを圧電駆動部２４に蓄積させたときの荷重Ｆである。Ｓ１９０にて取得された荷重Ｆａａおよびアイドル時充電エネルギＥａａは、ＥＣＵ４が備えているメモリ手段５ａに一時的に記憶される。本実施形態では、Ｓ１９０における処理が特許請求の範囲に記載の「取得手段」に相当する。
【０１０８】
Ｓ２００では、取得された荷重Ｆａａの個数が必要データ数を満たしているか否かが判定される。本実施形態では、必要データ数はｎ＝１０程度としている。取得するデータの数は多ければ多いほど、校正の精度を高めることができる。しかしながら、荷重Ｆａａを取得する間にも内燃機関は作動し続けているため、荷重センサ部２３の温度は、内燃機関が発する熱や駆動することにより圧電駆動部２４が発する熱を受け、上昇してしまう。これでは、取得する荷重Ｆａａに荷重センサ部２３の温度上昇に基づく外乱が入ってしまい、却って校正の精度が低下する。必要データ数は以上のことを考慮に入れて定められている。
【０１０９】
Ｓ２００の処理にて、取得された荷重Ｆａａの個数が必要データ数を満たしていれば、処理はＳ２１０に進み、満たしていなければ再びＳ１９０に処理は戻る。
【０１１０】
Ｓ２１０では、Ｓ１８０にて取得された複数の荷重Ｆａａおよびアイドル時充電エネルギＥａａのそれぞれの平均値である荷重Ｆａａａｖおよびアイドル時充電エネルギＥａａａｖが算出される。そして、算出された荷重Ｆａａａｖおよびアイドル時充電エネルギＥａａａｖがメモリ手段５ａに一時的に記憶される。
【０１１１】
Ｓ２２０では、上記始動時充電エネルギＥａｓａｖに相当する基準となる充電エネルギＥａｓｆに対応する荷重Ｆａｓｆと上記荷重Ｆａｓａｖとの差分である荷重ΔＦａｓ、および上記アイドル時充電エネルギＥａａａｖに相当する基準となる充電エネルギＥａａｆに対応する荷重Ｆａａｆと上記荷重Ｆａａａｖとの差分である荷重ΔＦａａが算出される（図５を参照）。
【０１１２】
ここで、上記基準となる充電エネルギＥａｓｆとそれに対応する荷重Ｆａｓｆ、および上記基準となる充電エネルギＥａａｆとそれに対応する荷重Ｆａａｆは、予めメモリ手段５ａに記憶されている基準温度２５℃における圧電駆動部２４に蓄積される基準となる充電エネルギＥと、その充電エネルギＥを圧電駆動部２４に蓄積させたときに荷重センサ部２３より出力される荷重Ｆとの関係（図５中の破線参照）から導き出されるものである。
【０１１３】
なお、これら充電エネルギＥａｓｆとそれに対応する荷重Ｆａｓｆ、および充電エネルギＥａａｆとそれに対応する荷重Ｆａａｆは、特許請求の範囲に記載の「基準充電エネルギ」および「基準荷重信号」に相当する。
【０１１４】
Ｓ２３０では、荷重ΔＦａｓおよび荷重ΔＦａａにおける絶対値のそれぞれが、所定の判定値である荷重Ｆｃｓおよび荷重Ｆｃａを超えているか否かが判定される。この処理にて、両条件を満たしていれば、処理はＳ２４０に進み、満たしていなければ、荷重センサ部２３の劣化は進行していないと推定され、この制御フローは終了する。
【０１１５】
なお、本実施形態では、上記二つの条件の両方が満たされていれば、処理をＳ２４０に進めているが、これに限らない。いずれか一方の条件を満たしていても、処理をＳ２４０に進めても良い。
【０１１６】
Ｓ２４０では、図６に図示されている荷重センサ部２３の温度特性と、Ｓ１１０の処理にて取得された外気温Ｔａｔとに基づいて温度補正係数が算出される。なお、この処理が、特許請求の範囲に記載の「補正係数算出手段」に相当する。
【０１１７】
Ｓ２５０では、予めメモリ手段５ａに記憶されている充電エネルギＥａｓｆ、Ｅａａｆ、荷重Ｆａｓｆ、荷重Ｆａａｆ、上記Ｓ１１０からＳ２４０までの処理にて取得された荷重Ｆａｓａｖ、荷重Ｆａａａｖ、始動時充電エネルギＥａｓａｖ、アイドル時充電エネルギＥａａａｖ、温度補正係数に基づき、荷重センサ部２３の校正が実施される（図５を参照）。ここでの処理が、特許請求の範囲に記載の「校正手段」に相当する。これにより、荷重センサ部２３における校正が完了され、この制御フローが終了する。そして、校正された荷重センサ部２３から出力される荷重Ｆを利用して、圧電駆動部２４の制御を行う。
【０１１８】
本実施形態では、ＥＣＵ４は、荷重センサ部２３の温度が比較的安定している冷間始動であることが判定されたとき、充電エネルギＥおよび荷重Ｆが他の運転状態に比べ安定している始動運転状態およびアイドル運転状態における充電エネルギＥａｓａｖ、Ｅａａａｖ、荷重Ｆａｓａｖ、Ｆａａａｖ、基準となる充電エネルギＥａｓｆ、Ｅａａｆ、基準となる荷重Ｆａｓｆ、Ｆａａｆ、および温度補正係数に基づき、荷重センサ部２３の校正を行っている。
【０１１９】
本実施形態では、こういった条件のもとで荷重センサ部２３の校正を実施させているため、校正の精度向上を阻害する、荷重センサ部２３への外乱を極力排除することができる。これにより、荷重センサ部２３の校正の精度を向上させることができる。その結果、圧電駆動部２４の制御性を長期間に亘り維持することができ、ひいては、燃料噴射弁２の燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することができる。
【０１２０】
荷重センサ部２３は、圧電体層を含んで構成されているので、同じ荷重を作用させた場合であっても温度に応じて出力される信号の量が異なるという温度特性を有している。本実施形態では、校正する条件として、荷重センサ部２３の温度が比較的安定している時期を選択しているが、外気温Ｔａｔも時間帯、季節、または場所によって変化する。本実施形態では、図６に示す荷重センサ部２３の温度特性より温度補正係数を算出し、算出した温度補正係数を加味して荷重センサ部２３の校正を実施させている。これによれば、上述した外気温Ｔａｔの変化にも対応することができ、より校正の精度が向上する。
【０１２１】
また、本実施形態では、時刻Ｔ０から充電エネルギＥを圧電駆動部２４に蓄積させ、そのときに荷重センサ部２３より出力される荷重Ｆのうち、安定した荷重Ｆａを利用して校正を実施しているため、他の変動の大きい荷重Ｆを利用して校正を実施する場合に比べ校正の精度が向上する。
【０１２２】
安定した荷重Ｆａを利用するのが最も好ましいが、一回の燃焼サイクルあたりの噴射回数を多くした場合、メイン噴射時の安定荷重Ｆａを含む領域が短くなるため、安定荷重Ｆａが得られ難くなる。こういった場合は、安定荷重Ｆａに代えて、制御弁１８の弁体１９が高圧側シート面５５に着座した後の最大荷重Ｆｐを利用して校正を実施させても良い。
【０１２３】
本実施形態では、始動運転状態時に取得した充電エネルギＥａｓｆ、荷重Ｆａｓｆ、およびアイドル運転状態時に取得した充電エネルギＥａａｆ、荷重Ｆａａｆを利用して校正を実施しているため、校正を実施する際のデータ数を多くすることができる。その結果、荷重センサ部２３の校正の精度が向上する。
【０１２４】
本実施形態では、始動運転状態時に圧電駆動部２４に蓄積させる充電エネルギＥａｓおよびアイドル運転状態時に蓄積させる充電エネルギＥａａを予め定められたエネルギ量としている。これによれば、蓄積させる充電エネルギの変動を小さくし安定させることができる。このため、安定した荷重Ｆａｓ、Ｆａａを取得することができる。
【０１２５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、第１実施形態の変形例である。第２実施形態では、内燃機関の始動運転時に圧電駆動部２４に蓄積させる充電エネルギの量を、アイドル運転状態時に蓄積させる充電エネルギと同じ量としている。
【０１２６】
図７は、第２実施形態での内燃機関の始動開始から停止までの制御フローである。この制御フローは、ＥＣＵ４が、イグニッションスイッチ（図示しない）がオンとなったことを検出して開始される。
【０１２７】
図７に示すように、Ｓ３１０では、スタータ（セルモータ）の駆動回路（図示せず）に駆動信号が出力され、スタータが作動する。これにより、内燃機関のクランク軸が回転する。
【０１２８】
そして、Ｓ３２０では、スタータが作動していることが検出されることにより、運転状態が始動運転状態であると判断され、駆動回路３にアイドル時充電制御信号およびアイドル時放電制御信号を含むアイドル時制御信号が出力される。駆動回路３はこの制御信号を受信すると、所定の燃料噴射弁２の圧電駆動部２４に対して、アイドル時充電エネルギを蓄積させる。本実施形態では、アイドル時充電エネルギの量は予め定められている。
【０１２９】
Ｓ３３０では、スタータが停止したか否かが判定される。この処理を通じて、内燃機関が、始動運転状態を脱し、燃焼室にて燃料が燃焼する自立運転に移行したことを判定できる。本実施形態では、スタータはクランク軸の回転変動やトルク変動などに基づき自立運転に移行すると停止するようになっている。本実施形態では、スタータの作動状態を検出することにより内燃機関が自立運転に移行したか否かを判定させているが、クランク軸の回転変動やトルク変動を検出することにより自立運転に移行したか否かを判定させても良い。
【０１３０】
Ｓ３３０にて、スタータが依然として作動していると判定された場合は、処理はＳ３２０に戻り、再び駆動回路３に対して始動時制御信号が出力される。Ｓ３３０にて、スタータが停止したと判定された場合は、処理はＳ４０に進む。
【０１３１】
Ｓ３４０では、運転状態がアイドル運転状態に移行したとして、駆動回路３に始動運転状態時に出力したアイドル時制御信号が出力される。駆動回路３はこの制御信号を受信すると、所定の燃料噴射弁２の圧電駆動部２４に、アイドル時充電エネルギを蓄積させる。
【０１３２】
Ｓ３５０では、ＥＣＵ４に入力されるアクセルペダル踏み込み量の情報から、アクセルペダルが踏まれたか否かが判定される。この処理が実行されることにより、アイドル運転状態から脱し、アクセルペダル踏み込み量に応じた通常運転状態に移行したか否かを判定できる。本実施形態では、アクセルペダル踏み込み量に基づきアイドル運手状態か否かを判定させているが、内燃機関回転数に基づき判定させても良い。また、スロットルバルブ装置が装着されている車種であればスロットルバルブ装置が備えているアイドルスイッチからの信号を受信することで判定させても良い。
【０１３３】
Ｓ３５０にて、アクセルペダルが踏まれていないと判定された場合は、処理はＳ３４０に戻り、再び、駆動回路３にアイドル時制御信号が出力される。Ｓ３５０にて、アクセルペダルが踏まれたと判定された場合は、処理はＳ３６０に進む。
【０１３４】
Ｓ３６０では、アクセルペダルの踏み込み量などに応じた内燃機関の制御を行うべく、駆動回路３に通常時充電制御信号および通常時放電制御信号を含む通常時制御信号が出力される。
【０１３５】
Ｓ３７０では、イグニッションスイッチがオフとなっているか否かが判定される。この処理が実行されることにより、内燃機関が停止されたか否かを判定させることができる。Ｓ３７０にて、イグニッションスイッチがオフとなっていると判定されれば、この制御フローは終了する。イグニッションスイッチがオンとなっていると判定されれば、処理はＳ６０に戻り、引き続き駆動回路３に対して通常時制御信号が出力される。
【０１３６】
次に、本実施形態における荷重センサ部２３の校正について、図８、図９および図６を用いて説明する。図８は、荷重センサ部２３の校正を行う際の制御フローである。図９は、工場出荷時および劣化後（校正前）におけるそれぞれの圧電駆動部２４に供給する充電エネルギと、そのときの荷重との関係を示すグラフである。
【０１３７】
この制御フローは、ＥＣＵ４が、イグニッションスイッチがオンとなったことを検出して開始される。
【０１３８】
図８に示すように、Ｓ４１０では、外気温度センサ６０（図１を参照）からの出力信号に基づき外気温Ｔａｔが取得される。続いて、Ｓ４２０では、内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ６１（図１を参照）からの出力信号に基づき水温Ｔｗ、および内燃機関潤滑油温度を検出する潤滑油温度センサ６２（図１を参照）からの出力信号に基づき油温Ｔｏが取得される。さらに、Ｓ４３０では、取得された水温Ｔｗおよび油温Ｔｏが、外気温Ｔａｔとほぼ同じであるか否かが判定される。水温Ｔｗおよび油温Ｔｏが外気温Ｔａｔとほぼ同じであると判定されれば、処理はＳ４４０に進み、そうでなければ、荷重センサ部２３が内燃機関の熱を受け、適正な校正を行うことができないと判断され、この制御フローは終了する。本実施形態では、Ｓ４２０における処理が特許請求の範囲に記載の「機関温度取得手段」に相当する。
【０１３９】
Ｓ４３０の処理が実行されることにより、内燃機関の冷間始動を判定させることができる。本実施形態では、Ｓ４３０における処理が特許請求の範囲に記載の「冷間始動判定手段」に相当する。本実施形態では、水温Ｔｗおよび油温Ｔｏの両方の温度と、外気温Ｔａｔとを比較して内燃機関が冷間始動であるか否かが判定されているが、水温Ｔｗのみ、油温Ｔｏのみから冷間始動を判定させても良い。また、本実施形態では、冷間始動を、取得された水温Ｔｗおよび油温Ｔｏが外気温Ｔａｔとほぼ同じであるか否かで判定している。これは、冷却水温度センサ６１、潤滑油温度センサ６２、および外気温度センサ６０の検出誤差を加味した結果であり、これらの検出誤差に応じて、水温Ｔｗまたは油温Ｔｏが外気温Ｔａｔであるとみなせる範囲を適宜定めれば良い。
【０１４０】
Ｓ４４０では、駆動回路３へアイドル時充電制御信号が出力されたか否かが判定される。駆動回路３へアイドル時充電制御信号が出力されたと判定された場合は、処理はＳ４５０に進み、アイドル時充電制御信号が出力されていないと判定された場合は、アイドル時充電制御信号が出力されるまでＳ４４０の処理が繰り返し実行される。
【０１４１】
Ｓ４５０では、一回の燃焼サイクル中に行われる複数回噴射のうちのメイン噴射の荷重Ｆａｓと、その時のアイドル時充電エネルギＥａａとが取得される。なお、荷重Ｆａａは、図２に示す荷重Ｆａに相当する荷重Ｆであり、アイドル時充電エネルギＥａａを圧電駆動部２４に蓄積させたときの荷重Ｆである。Ｓ４５０にて取得された荷重Ｆａａおよびアイドル時充電エネルギＥａａは、ＥＣＵ４が備えているメモリ手段５ａに一時的に記憶される。本実施形態では、Ｓ４５０における処理が特許請求の範囲に記載の「取得手段」に相当する。
【０１４２】
Ｓ４６０では、取得された荷重Ｆａａの個数が必要データ数を満たしたか否かが判定される。本実施形態では、必要データ数はｎ＝１０程度としている。取得するデータの数は多ければ多いほど、校正の精度を高めることができる。しかしながら、荷重Ｆａａを取得する間にも内燃機関は作動し続けているため、荷重センサ部２３の温度は、内燃機関が発する熱や駆動することにより圧電駆動部２４が発する熱を受け、上昇してしまう。これでは、取得する荷重Ｆａａに荷重センサ部２３の温度上昇に基づく外乱が入ってしまい、却って校正の精度が低下する。必要データ数は以上のことを考慮に入れて定められている。
【０１４３】
Ｓ４６０の処理にて、取得された荷重Ｆａａの個数が必要データ数を満たしていれば、処理はＳ４７０に進み、満たしていなければ再びＳ４５０に処理は戻る。
【０１４４】
Ｓ４７０では、Ｓ４５０にて取得された荷重Ｆａａおよびアイドル時充電エネルギＥａａのそれぞれの平均値である荷重Ｆａａａｖおよびアイドル時充電エネルギＥａａａｖが算出される。そして、算出された荷重Ｆａａａｖおよびアイドル時充電エネルギＥａａａｖがメモリ手段５ａに一時的に記憶される。
【０１４５】
Ｓ４８０では、上記アイドル時充電エネルギＥａａａｖに相当する基準となる充電エネルギＥａａｆに対応する荷重Ｆａａｆと上記荷重Ｆａａａｖとの差分である荷重ΔＦａａが算出される（図９を参照）。
【０１４６】
ここで、上記基準となる充電エネルギＥａａｆとそれに対応する荷重Ｆａａｆは、予めメモリ手段５ａに記憶されている基準温度２５℃における圧電駆動部２４に蓄積される基準となる充電エネルギＥと、その充電エネルギＥを圧電駆動部２４に蓄積させたときに荷重センサ部２３より出力される荷重Ｆとの関係（図９中の破線参照）から導き出されるものである。なお、これら充電エネルギＥａａｆとそれに対応する荷重Ｆａａｆは、特許請求の範囲に記載の「基準充電エネルギ」および「基準荷重信号」に相当する。
【０１４７】
Ｓ４９０では、荷重ΔＦａａにおける絶対値が、所定の判定値である荷重Ｆｃａを超えているか否かが判定される。この処理にて、条件を満たしていれば、処理はＳ５００に進み、満たしていなければ、荷重センサ部２３の劣化は進行していないと推定され、この制御フローは終了する。
【０１４８】
Ｓ５００では、図５に図示されている荷重センサ部２３の温度特性と、Ｓ４１０の処理にて取得された外気温Ｔａｔとに基づいて温度補正係数が算出される。なお、この処理が、特許請求の範囲に記載の「補正係数算出手段」に相当する。
【０１４９】
Ｓ５１０では、予めメモリ手段５ａに記憶されている充電エネルギＥａａｆ、荷重Ｆａａｆ、上記Ｓ４１０からＳ５００までの処理にて取得された荷重Ｆａａａｖ、アイドル時充電エネルギＥａａａｖ、温度補正係数に基づき、荷重センサ部２３の校正が実施される（図９を参照）。ここでの処理が、特許請求の範囲に記載の「校正手段」に相当する。これにより、荷重センサ部２３における校正が完了され、この制御フローが終了する。そして、校正された荷重センサ部２３から出力される荷重Ｆを利用して、圧電駆動部２４の制御を行う。
【０１５０】
本実施形態では、ＥＣＵ４は、荷重センサ部２３の温度が比較的安定している冷間始動であることが判定されたとき、充電エネルギＥおよび荷重Ｆが他の運転状態に比べ安定している始動運転状態およびアイドル運転状態における充電エネルギＥａａａｖ、荷重Ｆａａａｖ、基準となる充電エネルギＥａａｆ、基準となる荷重Ｆａａｆ、および温度補正係数に基づき、荷重センサ部２３の校正を行っている。
【０１５１】
本実施形態では、こういった条件のもとで荷重センサ部２３の校正を実施させているため、校正の精度向上を阻害する、荷重センサ部２３への外乱を極力排除することができる。これにより、荷重センサ部２３の校正の精度を向上させることができる。その結果、圧電駆動部２４の制御性を長期間に亘り維持することができ、ひいては、燃料噴射弁２の燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することができる。
【０１５２】
ここで、アイドル運転状態での排出ガス規制は高負荷運転状態に比べ厳しいという事実がある。そして、アイドル運転状態では、燃料噴射弁２から噴射される燃料噴射量は非常に少なく、この運転状態での要求噴射量に対する噴射量のばらつきの割合は、高負荷運転状態に比べ高い。このため、この運転状態での燃料噴射特性の精度を向上させる必要がある。これに対し、本実施形態では、アイドル時充電エネルギＥａａａｖと荷重Ｆａａａｖとに基づいて荷重センサ部２３の校正を行っているので、少なくともアイドル運転状態での荷重センサ部２３の校正の精度を高めることができる。
【０１５３】
なお、本実施形態では、圧電駆動部２４に蓄積させる充電エネルギの量を始動運転状態およびアイドル運転状態にかかわらずアイドル時充電エネルギの量としている。したがって、図８に示す制御フローを、スタータが作動している最中に行わせるようにしても良いし、スタータの作動が停止してから行わせるようにしても良い。
【０１５４】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、第１実施形態における燃料噴射弁２の変形例である。第３実施形態では、ニードル２１２の閉弁駆動および開弁駆動を制御する機構が第１実施形態における燃料噴射弁２と異なっている。
【０１５５】
図１０は、第３実施形態における燃料噴射弁２００の断面を示している。
【０１５６】
燃料噴射弁２００は、ノズル２１１、シリンダ２１７、固定ピストン２２０、アクチュエータ部２３０などから構成され、これらの部品は、棒状に形成されているボデー２４０に収容されている。
【０１５７】
ボデー２４０は、蓄圧器からの高圧燃料が導入される燃料入口部２４１を備えている。ボデー２４０の軸方向一端側には、収容部２４２が形成されている。収容部２４２には、燃料の噴射、非噴射を制御するノズル２１１が収容されている。
【０１５８】
ノズル２１１は、ニードル２１２、ノズルスプリング２１６を有している。ニードル２１２は、収容部２４２内に摺動自在に保持されている。収容部２４２の軸方向一端側には、高圧燃料通路２４５を介して燃料入口部２４１と連通する噴孔２４３が形成されている。
【０１５９】
この噴孔２４３の燃料入口部２４１側には、ニードル２１２に形成されているシート部２１３が着座する弁座２４４が形成されている。弁座２４４にシート部２１３が着座することにより、噴孔２４３への燃料の流れが閉ざされ、噴孔２４３からの燃料の噴射が停止する。弁座２４４からシート部２１３が離座することにより、噴孔２４３への燃料の流れが許容され、噴孔２４３から燃料が噴射する。
【０１６０】
ニードル２１２のシート部２１３とは反対側の端部にはピストン部２１４が形成されている。このピストン部２１４は、シリンダ２１７に摺動自在に挿入されている。ニードル２１２のシート部２１３とピストン部２１４との間にはフランジ部２１５が形成され、このフランジ部１５とシリンダ２１７との間には、ノズルスプリング２１６が設けられている。このノズルスプリング２１６は、ニードル２１２を、シート部２１３が弁座２４４に着座する方向、つまり閉弁方向に付勢する。
【０１６１】
収容部２４２の軸方向他端側には、アクチュエータ部２３０が収容されている。アクチュエータ部２３０は、圧電アクチュエータ２２と、圧電アクチュエータ２２からの変位をシリンダ２１７に伝達するプッシュプレート２３１とを有する。圧電アクチュエータ２２の圧電駆動部２４が伸縮すると、プッシュプレート２３１を介してシリンダ２１７が駆動される。
【０１６２】
シリンダ２１７は、内周面に段付き部を備える段付き円筒状の部材であって、段付き部の一方側に第一シリンダ孔２１８が形成され、段付き部の他方側に、第一シリンダ孔２１８よりも大径の第二シリンダ孔２１９が形成されている。シリンダ２１７は、第一、第二シリンダ孔２１８、２１９がボデー２４０の軸方向に沿って並んで配置されるように収容部２４２に収容されている。第一シリンダ孔２１８は、第二シリンダ孔２１９よりも噴孔２４３側に配置されている。
【０１６３】
第二シリンダ孔２１９には、固定ピストン２２０が摺動自在に挿入されている。固定ピストン２２０は、固定ピストン部２２１と固定ピストン部２２１よりも径方向外側に突出するフランジ部２２２を有する。第二シリンダ孔２１９には、固定ピストン部２２１のみが挿入されている。
【０１６４】
固定ピストン部２２１とニードル２１２のピストン部２１４との間には、シリンダ２１７、固定ピストン部２２１、ピストン部２１４にて制御室２４６が形成される。この制御室２４６には、一旦収容部２４２に流入した高圧燃料が第一シリンダ孔２１８とピストン部２１４、および第二シリンダ孔２１９と固定ピストン部２２１とのクリアランスを介して流入するようになっている。
【０１６５】
図１１は、固定ピストン２２０を噴孔２４３側から見たＸＩ視図である。この図に示すように、固定ピストン２２０のフランジ部２２２は、周方向に沿って三個に分割されており、隣接するフランジ部２２２間に切欠き部２２３が形成されている。図１０に示すように、フランジ部２２２が、収容部２４２の内壁に支持されているスペーサ２３４と、収容部２４２の内壁に支持されている固定スプリング２３５とに挟まれることにより、固定ピストン２２０がボデー２４０に対して固定される。
【０１６６】
図１２（ａ）はプッシュプレート２３１の正面図であり、図１２（ｂ）はプッシュプレート２３１の下面図である。図１２に示すように、プッシュプレート２３１は、円柱状の円板部２３２と、円板部２３２の一端面から軸方向に突出する三個の円柱状の脚部２３３とを備えている。
【０１６７】
これら脚部２３３は、プッシュプレート２３１と固定ピストン２２０とを組み合わせたときに、脚部２３３が切欠き部２２３に挿入される位置に周方向に沿って設けられている（図１１を参照）。図１０に示すように、プッシュプレート２３１は、円板部２３２が圧電アクチュエータ２２の圧電駆動部２４に当接し、脚部２３３がシリンダ２１７に当接するように収容部２４２に収容される。
【０１６８】
なお、本実施形態では、ノズル２１１、シリンダ２１７、固定ピストン２２０、およびスペーサ２３４が特許請求の範囲に記載の「噴射機能部品」に相当する。
【０１６９】
次に、上記燃料噴射弁２００の作動を説明する。圧電アクチュエータ２２の圧電駆動部２４が伸長していないとき、シリンダ２１７はノズルスプリング２１６の付勢力により圧電アクチュエータ２２側に移動している。このとき、制御室２４６には、第一シリンダ孔２１８とピストン部２１４とのクリアランス、および第二シリンダ孔２１９と固定ピストン部２２１とのクリアランスを介して、収容部２４２内の高圧燃料が流入し、制御室２４６と収容部２４２との燃料圧力が等しくなっている。
【０１７０】
この状態のとき、ニードル２１２は、制御室２４６内の燃料圧力がピストン部２１４に作用することによるニードル２１２に発生する閉弁方向の力と、ノズルスプリング２１６の付勢力によるニードル２１２に発生する閉弁方向の力の合計が、収容部２４２内の高圧燃料がニードル２１２に作用することによるニードル２１２に発生する開弁方向の力よりも大きい。このため、ニードル２１２のシート部２１３が弁座２４４に着座し、噴孔２４３からの燃料の噴射が停止する（図１０の状態）。
【０１７１】
圧電駆動部２４が伸長すると、圧電駆動部２４の伸長にともなってシリンダ２１７が噴孔２４３側に移動する。第一シリンダ孔２１８は、第二シリンダ孔２１９よりも径が小さいため、シリンダ２１７が噴孔２４３側に移動すると制御室２４６内の容積が大きくなる。これにより、制御室２４６内の燃料圧力がシリンダ２１７の移動量にともなって低くなる。これにより、上記ニードル２１２に発生する閉弁方向の力の合計が、開弁方向の力よりも小さくなり、ニードル２１２が開弁方向に移動し、シート部２１３が弁座２４４から離座し、噴孔２４３からの燃料の噴射が行われる。
【０１７２】
その後、再び圧電駆動部２４が収縮すると、シリンダ２１７はノズルスプリング２１６の付勢力により、圧電アクチュエータ２２側に移動し、制御室２４６の容積が小さくなる。これにより、制御室２４６内の燃料圧力が上昇し、上記閉弁方向の力の合計が、開弁方向の力よりも大きくなる。これにより、シート部２１３が弁座２４４に着座し、噴孔２４３からの燃料の噴射が停止する。
【０１７３】
この実施形態においても、第１実施形態と同様、図４に示す制御フローに従い、始動運転状態時に応じた始動時充電エネルギＥａｓを圧電駆動部２４に蓄積させたときの荷重センサ部２３にて検出される荷重Ｆａｓ、アイドル運転状態時に応じたアイドル時充電エネルギＥａａを圧電駆動部２４に蓄積させたときの荷重センサ部２３にて検出される荷重Ｆａａ、予め記憶されている基準となる始動時充電エネルギＥａｓｆと荷重Ｆａｓｆおよび基準となるアイドル時充電エネルギＥａａｆと荷重Ｆａａｆ、ならびに温度補正係数に基づき、荷重センサ部２３の校正を実施する。
【０１７４】
これにより、荷重センサ部２３の校正の精度を向上させることができる。その結果、圧電駆動部２４の制御性を長期間に亘り維持することができ、ひいては、燃料噴射弁２００の燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することができる。また、第２実施形態の図８に示す制御フローに従い、荷重センサ部２３の校正を行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置を含む燃料供給装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】圧電アクチュエータにおける圧電駆動部、および制御弁の弁体の作動状態を示すタイムチャートである。
【図３】内燃機関の始動開始から停止までの制御フローである。
【図４】荷重センサ部の校正を行う際の制御フローである。
【図５】圧電駆動部に蓄積させる充電エネルギと、そのときの荷重との関係を示すグラフである。
【図６】荷重センサ部の温度特性図である。
【図７】第２実施形態での内燃機関の始動開始から停止までの制御フローである。
【図８】荷重センサ部の校正を行う際の制御フローである。
【図９】圧電駆動部に蓄積させる充電エネルギと、そのときの荷重との関係を示すグラフである。
【図１０】第３実施形態による燃料噴射弁の構成を示す断面図である。
【図１１】図１０の固定ピストンのＸＩ視図である。
【図１２】（ａ）は図１０のプッシュプレートの正面図、（ｂ）はそのプッシュプレートの下面図である。
【符号の説明】
【０１７６】
１ 燃料供給装置、２ 燃料噴射弁（燃料噴射装置）、３ 駆動回路、４ 電子制御装置（ＥＣＵ、燃料噴射制御装置）、５ ＭＰＵ、５ａメモリ手段（記憶手段）、８ リターン経路、９ 背圧弁、１０ 燃料タンク、１１ ノズル（噴射機能部品）、１２ ニードル、１８ 制御弁（噴射機能部品）、１９ 弁体、２１ アクチュエータ部、２２ 圧電アクチュエータ、２３ 荷重センサ部、２４ 圧電駆動部、３０ 変位伝達部（噴射機能部品）、３１ アクチュエータシリンダ、３２ 第一ピストン、３３ 第二ピストン、３４ 液室、４０ ボデー、４１ 燃料入口部、４２ 燃料出口部、４３ 収容部、４４ 噴孔、４５ 弁座、４６ 高圧燃料通路、４７ 高圧連絡通路、４８ 低圧燃料通路、４９ 低圧連絡通路、５０ 連絡通路、５２ 制御室、５３ バルブ室、５４ 低圧側シート面、５５ 高圧側シート面、６０ 外気温度センサ、６１ 冷却水温度センサ、６２ 潤滑油温度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電駆動部を用いた燃料噴射装置の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材を含む噴射機能部品の少なくとも一つを駆動することにより弁部材の駆動を制御する圧電駆動部と、圧電駆動部が駆動したときの圧電駆動部より受ける荷重に応じた出力信号を出力する荷重センサ部と、を有する燃料噴射装置に備えられ、圧電駆動部を制御する燃料噴射制御装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この燃料噴射制御装置では、圧電駆動部の特性変化や寸法公差などに起因する燃料噴射特性のばらつきを抑制すべく、荷重センサ部からの出力信号に基づき圧電駆動部に供給する閉弁・開弁信号を学習補正している。
【特許文献１】特開平１０−２８８１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術の燃料噴射装置では、荷重センサ部として圧電体を利用している。このため、圧電駆動部と同様、荷重センサ部も経時劣化する。特に、荷重センサ部は、圧電駆動部と異なり、高電圧が印加される構成とはなっていない。このため、圧電体を含んでなる荷重センサ部は、圧電駆動部に比べ、分極劣化が発生する可能性が大きい。分極劣化が発生すると、所定の荷重に対する荷重センサ部から出力される出力信号が変化してしまう。これでは、圧電駆動部を適切に制御することができないという問題が発生する。
【０００５】
そこで、荷重センサ部の校正が必要となる。一般的にセンサの校正の精度を向上させるには、センサへの外乱を極力排除することが要求される。ここで、荷重センサ部は、燃料噴射装置内に収容されているため、内燃機関の運転状態に応じて大きく変動する圧電駆動部に蓄積される充電エネルギ、燃料噴射装置に導入される燃料圧力、内燃機関からの熱、および圧電駆動部が駆動することにより発生する熱などの影響を受け易い。
【０００６】
このため、これらの状況を考慮せずに荷重センサ部の校正を行うと、荷重センサ部は、充電エネルギ、燃料圧力、内燃機関からの熱、および圧電駆動部からの熱の影響を受けるため、校正の精度が低下するおそれがある。
【０００７】
校正の精度が低下すると、圧電駆動部の制御性が低下し、圧電駆動部にて駆動される噴射機能部品の制御性も低下する。その結果、噴射時期や噴射量などの燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することが困難となる。
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料噴射精度を長期間に亘り維持することができる燃料噴射制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、内燃機関に搭載され、内部に導入される燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する噴孔を有するボデーと、ボデー内に収容され、噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材を含む噴射機能部品と、ボデー内に収容され、充電エネルギを蓄積することにより伸長し、蓄積された充電エネルギを放出することにより収縮する圧電体を含み、噴射機能部品の少なくとも一つを駆動することにより弁部材の駆動を制御する圧電駆動部と、ボデー内に収容され、圧電駆動部に充電エネルギが蓄積されたときに、圧電駆動部に作用する荷重に応じた荷重信号を出力する圧電体を含む荷重センサ部と、を有する燃料噴射装置に備えられ、荷重センサ部からの荷重信号に基づいて圧電駆動部を制御する燃料噴射制御装置であって、
内燃機関の冷間始動を判定する冷間始動判定手段と、内燃機関の始動開始から自立運転するまでの始動運転状態、または無負荷運転状態の少なくともいずれかの運転状態時に圧電駆動部に蓄積される充電エネルギ、および、その充電エネルギを圧電駆動部に蓄積させたときに荷重センサ部より出力される荷重信号を取得する取得手段と、基準充電エネルギと、その基準充電エネルギを圧電駆動部に蓄積させたときに荷重センサ部より出力される基準荷重信号とを記憶させた記憶手段と、冷間始動判定手段が、内燃機関が冷間始動であると判定したとき、取得手段が取得した充電エネルギおよび荷重信号、ならびに基準充電エネルギおよび基準荷重信号に基づいて、荷重センサ部を校正する校正手段と、を備えていることを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、冷間始動判定手段にて内燃機関が冷間始動であることを把握することができる。この判定手段によれば、内燃機関に搭載されている燃料噴射装置内に収容されている荷重センサ部もほぼ外気温と同じ温度であると推定することができる。また、冷間始動時であれば、内燃機関からの熱の影響を受け難い。このため、荷重センサ部の温度は、比較的安定した状態にあるとみなすことができる。
【００１１】
そして、取得手段は、始動運転状態、または無負荷運転状態の少なくともいずれかの運転状態に圧電駆動部に蓄積される充電エネルギと、その充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力される荷重信号とを取得している。始動運転状態および無負荷運転状態での充電エネルギは、他の運転状態（例えば、高負荷、低負荷運転状態）での充電エネルギに比べ安定している。このため、そのときに得られる荷重信号も安定する。
【００１２】
校正手段は、荷重センサ部の温度が比較的安定している冷間始動のとき、基準となる基準充電エネルギ、基準荷重信号、始動運転状態、または無負荷運転状態の少なくともいずれかの運転状態における安定した充電エネルギ、荷重信号に基づいて、荷重センサ部の校正を実施する。校正手段はこういった条件のもとで荷重センサ部を校正しているため、校正の精度向上を阻害する、センサ部への外乱を極力排除することができる。これにより、荷重センサ部の校正の精度を向上させることができるのである。その結果、圧電駆動部の制御性を長期間に亘り維持することができ、ひいては、燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、荷重センサ部の温度に基づいて温度補正係数を算出する補正係数算出手段を有しており、校正手段は、補正係数算出手段にて算出された温度補正係数を加味して、荷重センサ部を校正することを特徴としている。
【００１４】
一般的に圧電体は温度特性を有しており、荷重センサ部に作用する荷重が同じであっても、温度に応じて出力信号の大きさが変化する。
【００１５】
この発明によれば、校正手段は、荷重センサ部の温度に基づいて補正係数算出手段にて算出された温度補正係数を加味して荷重センサ部を校正しているため、圧電体の温度特性を加味して校正を行うことができ、校正の精度がより向上する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、始動運転状態、および無負荷運転状態時に圧電駆動部に蓄積される充電エネルギは、それぞれの運転状態に対応する予め定められたエネルギ量であることを特徴としている。
【００１７】
この発明によれば、始動運転状態および無負荷運転状態時に圧電駆動部に蓄積される充電エネルギが、それぞれの運転状態に対応する予め定められたエネルギ量であると、校正時に使用する充電エネルギをより安定させることができる。その結果、校正の精度が格段に向上する。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、取得手段は、始動運転状態に対応する予め定められた始動時充電エネルギ並びに無負荷運転状態に対応する予め定められた無負荷時充電エネルギと、圧電駆動部に始動時充電エネルギ並びに無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力されるそれぞれの荷重信号を取得し、校正手段は、取得手段が取得した、始動時充電エネルギ並びに無負荷時充電エネルギ、およびそれぞれの荷重信号に基づいて、荷重センサ部を校正することを特徴としている。
【００１９】
この発明によれば、校正手段は、始動時充電エネルギ並びに無負荷時充電エネルギと、圧電駆動部に始動時充電エネルギ並びに無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力されるそれぞれの荷重信号とに基づいて、荷重センサ部の校正を行っているので、校正に使用するポイントを複数にすることができる。このため、荷重センサ部の校正の精度を向上させることができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、取得手段は、無負荷運転状態に対応する予め定められた無負荷時充電エネルギと、圧電駆動部に無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力される荷重信号を取得し、校正手段は、取得手段が取得した、無負荷時充電エネルギ、および荷重信号に基づいて、荷重センサ部を校正することを特徴としている。
【００２１】
無負荷運転状態での排出ガス規制は高負荷運転状態に比べ厳しい。また、無負荷運転状態では、燃料噴射装置から噴射される燃料噴射量は非常に少ない。このため、この運転状態での要求噴射量に対する噴射量のばらつきの割合は、高負荷運転状態に比べ高い。このため、この運転状態での燃料噴射特性の精度を向上させる必要がある。
【００２２】
この発明によれば、校正手段は、無負荷時充電エネルギと、圧電駆動部に無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力される荷重信号とに基づいて、荷重センサ部の校正を行っているので、少なくとも無負荷運転状態での荷重センサ部の校正の精度は高い。このため、無負荷運転状態での燃料噴射特性の精度は確保できる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、校正手段が荷重センサ部の校正を行う際に使用する荷重信号は、最も大きな値を示す最大荷重信号から充電エネルギが放出されるまでの間に出力される単位時間当たりの変化量が最も小さい安定荷重信号であることを特徴としている。
【００２４】
この発明によれば、校正手段は、最も大きな値を示す最大荷重信号から充電エネルギが放出されるまでの間に出力される単位時間当たりの変化量が最も小さい安定荷重信号を校正する際に使用しているため、変化量の大きい時期の荷重信号を使用する場合に比べ荷重センサ部の校正の精度を向上させることができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、冷間始動判定手段は、外気温度を取得する外気温度取得手段と、内燃機関の機関温度を取得する機関温度取得手段と、を有し、取得した外気温度と機関温度とを比較することにより冷間始動を判定することを特徴としている。
【００２６】
この発明によれば、冷間始動判定手段は、取得した外気温度と機関温度とを比較するという簡単な判定方法により内燃機関が冷間始動であるか否かを判定することができる。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、機関温度取得手段は、内燃機関を冷却する冷却水温度、または内燃機関の潤滑に利用する潤滑油温度を取得することを特徴としている。
【００２８】
この発明によれば、一般的に内燃機関を制御する上で必要な冷却水温度または潤滑油温度を取得し、それらのいずれかを機関温度としているため、別途センサ等の手段を使用することなく機関温度を得ることができる。また、この請求項８に記載の発明を請求項７に記載の発明とともに請求項２に記載の発明に利用することにより、荷重センサ部の温度を検出する温度センサ等を燃料噴射装置に設けずとも荷重センサ部の温度を把握することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００３０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置４を含む燃料供給装置１の全体構成を示している。燃料供給装置１は、ディーゼルエンジンなどの多気筒内燃機関の各気筒に燃料を供給する。燃料供給装置１が取り扱う燃料は、ディーゼル燃料に限らずガソリン燃料であっても良い。
【００３１】
燃料供給装置１は、燃料噴射弁２、駆動回路３、電子制御装置４（以下、「ＥＣＵ」という）などを備えている。なお、燃料噴射弁２は特許請求の範囲に記載の「燃料噴射装置」に、電子制御装置４は特許請求の範囲に記載の「燃料噴射制御装置」に相当する。
【００３２】
燃料噴射弁２は、蓄圧器（図示せず）に蓄えられた高圧燃料を各気筒内に直接燃料を噴射する。燃料噴射弁２に供給された燃料のうち、燃料噴射に利用されなかった燃料はリターン経路８より燃料タンク１０に戻される。
【００３３】
燃料噴射弁２は、ノズル１１、制御弁１８、およびアクチュエータ部２１などから構成され、これらの部品は、棒状に形成されているボデー４０に収容されている。
【００３４】
ボデー４０は、蓄圧器からの高圧燃料が導入される燃料入口部４１、およびリターン経路８に接続する燃料出口部４２を有している。ボデー４０の軸方向一端側には、収容部４３が形成されている。収容部４３には、燃料の噴射、非噴射を制御するノズル１１が収容されている。
【００３５】
ノズル１１は、ニードル１２、ノズルスプリング１６、およびノズルシリンダ１７を有している。ニードル１２は、収容部４３内に摺動自在に保持されている。収容部４３の軸方向一端側には、高圧燃料通路４６を介して燃料入口部４１と連通する噴孔４４が形成されている。
【００３６】
この噴孔４４の燃料入口部４１側には、ニードル１２に形成されているシート部１３が着座する弁座４５が形成されている。弁座４５にシート部１３が着座することにより、噴孔４４への燃料の流れが閉ざされ、噴孔４４からの燃料の噴射が停止する。弁座４５からシート部１３が離座することにより、噴孔４４への燃料の流れが許容され、噴孔４４から燃料が噴射する。
【００３７】
ノズルシリンダ１７は、筒状に形成されており、ニードル１２のシート部１３とは反対側の端部に形成されているピストン部１４を内周側に摺動自在に、かつ液密的に挿入している。ノズルシリンダ１７は、ピストン部１４および収容部４３の内壁とともに内部の燃料圧力が高圧と低圧とに切り替えられる制御室５２を形成する。
【００３８】
ニードル１２のシート部１３とピストン部１４との間にはフランジ部１５が形成され、このフランジ部１５とノズルシリンダ１７との間には、ノズルスプリング１６が設けられている。このノズルスプリング１６は、ニードル１２を、シート部１３が弁座４５に着座する方向、つまり閉弁方向に付勢する。
【００３９】
ニードル１２は、制御室５２内の燃料圧力により閉弁方向に付勢される。また、ニードル１２は、燃料入口部４１から高圧燃料通路４６を介して収容部４３に導かれる高圧燃料によりシート部１３が弁座４５から離座する方向、つまり開弁方向に付勢される。ニードル１２は、制御室５２内の燃料圧力、収容部４３に導かれる高圧燃料の燃料圧力、およびノズルスプリング１６の付勢力のバランスにより、閉弁方向または開弁方向への移動が決定される。
【００４０】
制御弁１８は、ボデー４０の軸方向中間部に形成されているバルブ室５３内に収容され、制御室５２内の燃料圧力の高圧、低圧を切り替え制御する。バルブ室５３は、制御室５２と常時連通する連絡通路５０、収容部４３から分岐した高圧連絡通路４７、低圧燃料通路４８と接続している。連絡通路５０には、コモンオリフィス５１が設けられている。
【００４１】
制御弁１８は、弁体１９、およびバルブスプリング２０を有している。弁体１９は、バルブ室５３の内壁における低圧燃料通路４８の開口部の周囲に形成されている低圧側シート面５４に離着座することにより、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との間の連通、遮断を制御する。
【００４２】
また、弁体１９は、バルブ室５３の内壁における高圧連絡通路４７の開口部の周囲に形成されている高圧側シート面５５に離着座することにより、バルブ室５３と高圧連絡通路４７との間の連通、遮断を制御する。
【００４３】
弁体１９は、低圧側シート面５４に着座しているときは、高圧側シート面５５から離座しており、反対に低圧側シート面５４から離座しているときは、高圧側シート面５５に着座する。バルブスプリング２０は、低圧側シート面５４に着座させる向きに弁体１９を付勢する。
【００４４】
アクチュエータ部２１は、ボデー４０の軸方向他端側に形成されているアクチュエータ室５６に収容されている。アクチュエータ室５６は、低圧連絡通路４９を介して低圧燃料通路４８に接続している。
【００４５】
燃料タンク１０と燃料出口部４２とを接続するリターン経路８には、低圧燃料通路４８側の圧力を制御する背圧弁９が配置されている。蓄圧器内に蓄えられた高圧燃料の圧力が１００ＭＰａ以上であるのに対し、背圧弁９は低圧燃料通路４８側の燃料圧力を１ＭＰａ程度に制御する。
【００４６】
アクチュエータ部２１は、圧電アクチュエータ２２、および変位伝達部３０を有している。圧電アクチュエータ２２は、主に圧電体を複数積層させることにより構成されており、電荷の充放電により伸縮する。
【００４７】
変位伝達部３０は、圧電アクチュエータ２２の伸縮変位を制御弁１８の弁体１９に伝達する。変位伝達部３０は、アクチュエータシリンダ３１、第一ピストン３２、および第二ピストン３３を有する。第一ピストン３２および第二ピストン３３は、アクチュエータシリンダ３１の内周側に摺動自在に、かつ液密的に挿入されている。第一ピストン３２と第二ピストン３３との間には、燃料が充填された液室３４が形成されている。
【００４８】
第一ピストン３２は、第一スプリング３５により圧電アクチュエータ２２側に向かって付勢されている。第一ピストン３２は、圧電アクチュエータ２２により直接駆動される。圧電アクチュエータ２２の伸長時、第一ピストン３２が液室３４に向かって移動するため、液室３４内の燃料圧力が上昇する。
【００４９】
第二ピストン３３は、第二スプリング３６により制御弁１８の弁体１９側に向かって付勢されている。第二ピストン３３は、弁体１９と機械的に接続されており、第二ピストン３３が液室３４内の燃料圧力を受けて弁体１９に向かって移動することにより、弁体１９をバルブ室５３と低圧燃料通路４８との間を連通する方向に移動させる。
【００５０】
圧電アクチュエータ２２の伸長時、第一ピストン３２は液室３４の方向に移動する。すると液室３４内の燃料圧力は上昇する。第二ピストン３３は、液室３４内の高圧化された燃料圧力を受け、弁体１９をバルブ室５３と低圧燃料通路４８との間を連通するとともに、バルブ室５３と高圧燃料通路４６との間の連通を遮断する方向に移動させる。これにより、弁体１９は、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との間を連通し、バルブ室５３と高圧燃料通路４６との間の連通を遮断する。
【００５１】
圧電アクチュエータ２２の収縮時、液室３４内の燃料圧力は低下する。第二ピストン３３は、制御弁１８のバルブスプリング２０の付勢力により第一ピストン３２側に移動する。バルブスプリング２０の付勢力は、第二スプリング３６の付勢力よりも大きい。弁体１９は、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との間の連通を遮断し、バルブ室５３と高圧連絡通路４７との間を連通する。
【００５２】
圧電アクチュエータ２２は、圧電体ユニット２２ａおよび金属製のハウジング２２ｂを有している。圧電体ユニット２２ａは、圧電体層Ｐと内部電極層Ｅとを積層させたものであって、内部電極層Ｅより圧電体層Ｐに電圧を印加することにより伸長する圧電駆動部２４と、伸長する際に作用する荷重を検出する荷重センサ部２３とを有する。荷重センサ部２３は、圧電体層Ｐの圧電効果を利用したセンサである。荷重センサ部２３を構成する内部電極層Ｅから、荷重に応じた電圧信号が取り出される。
【００５３】
圧電アクチュエータ２２は、駆動回路３に接続されている。駆動回路３は、圧電駆動部２４に充電電流を供給し、圧電駆動部２４の充電電圧を高めることにより、充電エネルギが圧電駆動部２４へ蓄積される。圧電駆動部２４の伸長量は充電エネルギに応じて変化する。駆動回路３には、ＥＣＵ４が接続されている。ＥＣＵ４は、ＥＣＵ４が取得した各種センサからの各種情報に基づき設定される圧電駆動部２４への充電エネルギおよび圧電駆動部２４への通電タイミングに応じた充電制御信号を生成し、圧電駆動部２４に出力する。ここで、圧電駆動部２４に蓄積される充電エネルギとは、圧電駆動部２４に流れる充電電流と充電電圧とを充電行程中に測定し、測定した充電電流と充電電圧との積を時間積分したものである。
【００５４】
また、荷重センサ部２３は、駆動回路３に接続されている。荷重センサ部２３からの電荷と電圧信号は、駆動回路３を介してＥＣＵ４に入力される。ＥＣＵ４には、吸入空気量、アクセルペダル踏み込み量、内燃機関回転数、蓄圧器内の燃料圧力などを検出する各種センサ（図示せず）とも接続され、これらの各種センサからの信号が入力されるようになっている。
【００５５】
本実施形態では、圧電アクチュエータ２２の圧電駆動部２４を充放電させる方法として、マルチスイッチング方式（以下、「ＭＳ方式」という）を採用している。
【００５６】
駆動回路３は、直流電源（図示せず）からインダクタ（図示せず）を介して圧電アクチュエータ２２に通電する経路中に、直流電源を直接切り離すことができるスイッチング素子（図示せず）を備えている。ＭＳ方式では、ＥＣＵ４からの充電制御信号に基づいて、当該スイッチング素子を複数回オン／オフすることにより、圧電アクチュエータ２２の圧電駆動部２４を数回に分けて充電する。
【００５７】
スイッチング素子がオンしている間は、圧電駆動部２４へ漸増する充電電流が流れる。スイッチング素子がオフされると、フライホイール作用で圧電駆動部２４へ漸減する充電電流が流れる。このように圧電駆動部２４に充電電流が流れる間、圧電駆動部２４の圧電体層Ｐにおける充電電圧は増加し続ける。なお、ＭＳ方式の詳細な駆動方法や回路構成などは、例えば特開２００１−５３３４８号公報にて周知である。
【００５８】
ＥＣＵ４は、ＭＰＵ５、ＡＤ変換部６、ＤＳＰ７などを有している。また、ＭＰＵ５は、取得データや制御プログラムなどの記憶機能を有するメモリ手段５ａを備えている。メモリ手段５ａは例えば、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびＲＡＭなどから構成されている。ＭＰＵ５は、メモリ手段５ａに記憶されている制御プログラムに従って演算処理を行う。なお、このメモリ手段５ａが特許請求の範囲に記載の「記憶手段」に相当する。
【００５９】
ＥＣＵ４は、荷重センサ部２３より入力される電荷と電圧信号とをＡＤ変換部６にて高速Ａ／Ｄ処理することにより圧電駆動部２４が発生している荷重を算出するとともに、算出した荷重や、各種センサから入力される信号に基づき、圧電駆動部２４へ出力する充電制御信号などを生成する。
【００６０】
次に、上記燃料供給装置１の作動を説明する。圧電アクチュエータ２２が伸長していないとき、第二ピストン３３は、制御弁１８のバルブスプリング２０の付勢力により第一ピストン３２側に移動している。これにより、弁体１９は、バルブ室５３内の燃料圧力を受けて低圧燃料通路４８の方向に移動して低圧側シート面５４に着座し、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との間の連通を遮断するとともに、バルブ室５３と高圧連絡通路４７との間を連通する。これにより、バルブ室５３内の燃料圧力は、高圧燃料通路４６の燃料圧力と等しくなり、バルブ室５３と連通している制御室５２内の燃料圧力は、高圧燃料通路４６の燃料圧力と等しくなる。
【００６１】
このとき、高圧燃料通路４６の燃料圧力がニードル１２の周囲に作用することによるニードル１２に発生する開弁方向の力は、制御室５２の燃料圧力がニードル１２のピストン部１４に作用することによるニードル１２に発生する閉弁方向の力、およびノズルスプリング１６の付勢力によるニードル１２に発生する閉弁方向の力の合計よりも小さい。そのため、ニードル１２のシート部１３が弁座４５に着座し、噴孔４４からの燃料の噴射が停止する。
【００６２】
ＥＣＵ４からの充電制御信号により圧電アクチュエータ２２の圧電駆動部２４が伸長すると、圧電駆動部２４の伸長にともなって、第一ピストン３２は液室３４に向かって移動する。すると、液室３４内の燃料圧力が上昇する。第二ピストン３３は、上昇した燃料圧力を受けて弁体１９側に向かって移動する。弁体１９は、高圧連絡通路４７の方向に移動して高圧側シート面５５に着座し、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との間を連通するとともに、バルブ室５３と高圧連絡通路４７との間の連通を遮断する。すると、制御室５２内の燃料は、コモンオリフィス５１、連絡通路５０、バルブ室５３、および低圧燃料通路４８を介して燃料タンク１０へ戻される。これにより、制御室５２内の燃料圧力が低下する。このとき、荷重センサ部２３は、圧電駆動部２４が伸長したとき、第一、第二ピストン３２、３３並びに制御弁１８の弁体１９から圧電駆動部２４に作用する荷重Ｆを検出する。
【００６３】
このとき、高圧燃料通路４６の燃料圧力がニードル１２の周囲に作用することによるニードル１２に発生する開弁方向の力は、制御室５２の燃料圧力がニードル１２のピストン部１４に作用することによる閉弁方向の力、およびノズルスプリング１６の付勢力による閉弁方向の力の合計よりも大きい。そのため、ニードル１２のシート部１３が弁座４５から離座し、噴孔４４からの燃料の噴射が行われる。
【００６４】
その後、ＥＣＵ４からの放電制御信号により圧電駆動部２４が収縮すると、圧電駆動部２４の収縮にともなって、第二ピストン３３はバルブスプリング２０の付勢力により第一ピストン３２側に移動する。これにより、弁体１９は、低圧側シート面５４に着座し、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との間の連通を遮断するとともに、バルブ室５３と高圧連絡通路４７との間を連通する。これにより、蓄圧器からの高圧燃料が高圧燃料通路４６、高圧連絡通路４７、バルブ室５３、連絡通路５０、およびコモンオリフィス５１を介して制御室５２に導入される。
【００６５】
これにより、制御室５２内の燃料圧力は再び上昇する。このため、ニードル１２に発生する開弁方向の力は、ニードル１２に発生する閉弁方向の力よりも小さくなり、ニードル１２のシート部１３が弁座４５に着座する。その結果、噴孔４４からの燃料の噴射が停止する。圧電アクチュエータ２２の伸縮を繰り返すことにより、噴孔４４からの燃料の噴射が断続される。
【００６６】
なお、本実施形態では、ノズル１１、制御弁１８、および変位伝達部３０が特許請求の範囲に記載の「噴射機能部品」に相当する。
【００６７】
次に、燃料噴射弁２から燃料を噴射させる際のＥＣＵ４、駆動回路３、圧電アクチュエータ２２の圧電駆動部２４、および圧電駆動部２４にて駆動される制御弁１８の作動状態について、図２のタイムチャートを用いて説明する。図２は、圧電アクチュエータ２２における圧電駆動部２４、および制御弁１８の弁体１９の作動状態を示すタイムチャートである。
【００６８】
ＥＣＵ４は、所望の燃料噴射弁２からの燃料の噴射を許可する噴射許可信号を生成する。噴射許可信号は、ＥＣＵ４が取得する例えば、吸入空気量、アクセルペダル踏み込み量、内燃機関回転数、蓄圧器内の燃料圧力などの各種情報に基づき生成される。噴射許可信号のオン期間は、所望の燃料噴射弁２に対して最適な噴射量でかつ、最適なタイミングで噴射が行えるように設定される。
【００６９】
噴射許可信号が時刻Ｔ０にてオンされると、ＥＣＵ４は、駆動回路３を制御する充電制御信号を生成し、駆動回路３に出力する。具体的には、充電制御信号は、複数回オン／オフを繰り返すような信号である。充電制御信号がオンしている間は、前述したスイッチング素子がオンされて圧電駆動部２４へ漸増する充電電流が流れる。充電制御信号がオフしている間はスイッチング素子がオフされてフライホイール作用で圧電駆動部２４へ漸減する充電電流が流れる。この動作は複数回行われる。
【００７０】
この動作が行われるたびに、圧電駆動部２４の充電電圧は、徐々に上昇する。この上昇は、充電制御信号が終了するまで続く。これら一連の動作により、圧電駆動部２４には、所定の充電エネルギが蓄積される。圧電駆動部２４は、充電電圧が高まるにつれ伸長する。このとき、荷重センサ部２３は、圧電駆動部２４が伸長したときの第一、第二ピストン３２、３３並びに制御弁１８の弁体１９から圧電駆動部２４に作用する荷重Ｆを検出する。荷重センサ部２３は、前述の荷重Ｆの大きさに応じた出力信号を出力する。
【００７１】
時刻Ｔ０より駆動回路３から圧電駆動部２４へ充電電流の供給が開始されると荷重Ｆは徐々に上昇する。時刻Ｔが第一時刻Ｔ１に達し、荷重Ｆが第一荷重Ｆ１を示すと、弁体１９は低圧側シート面５４から離座する。
【００７２】
弁体１９が低圧側シート面５４から離座すると、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との間が連通し、バルブ室５３内の燃料圧力が低圧燃料通路４８に排出される。弁体１９が低圧側シート面５４および高圧側シート面５５のいずれにも着座していない状態では、バルブ室５３と低圧燃料通路４８との差圧により弁体１９を低圧側シート面５４に付勢する力は発生しない。このため、荷重Ｆは時刻Ｔが第二時刻Ｔ２に達するまで下降する。時刻Ｔが第二時刻Ｔ２に達し、荷重Ｆが第二荷重Ｆ２を示すと、弁体１９は高圧側シート面５５に接触する。弁体１９はこれ以上の移動が停止されるため、第二時刻Ｔ２以降の荷重Ｆは再び上昇する。
【００７３】
なお、ＥＣＵ４は、この第一荷重Ｆ１と第二荷重Ｆ２とを比較することにより、弁体１９が低圧側シート面５４から離座したか否かを判定することができる。
【００７４】
ここで、弁体１９が高圧側シート面５５に接触し、荷重Ｆが第二荷重Ｆ２から少し上昇した値を示しても、弁体１９には、弁体１９を高圧側シート面５５から離座させる方向に付勢する高圧連絡通路４７の燃料圧力が常に作用しているため、確実に弁体１９が高圧側シート面５５に着座した状態であると推定することはできない。弁体１９が高圧側シート面５５に確実に着座していると推定するには、弁体１９が高圧側シート面５５にさらに強く押し付けられ、荷重Ｆがある程度の値を示すことが必要となる。
【００７５】
その指標となる荷重Ｆが第三荷重Ｆ３である。ＥＣＵ４は、時刻Ｔが第三時刻Ｔ３に達し、荷重Ｆが第三荷重Ｆ３を超えたことを検出すると、弁体１９が高圧側シート面５５に確実に着座したと推定する。第三時刻Ｔ３以降では、弁体１９が高圧側シート面５５に着座した状態が維持される。これにより、ニードル１２のシート部１３が弁座４５から離座し、噴孔４４からの燃料の噴射が行われる。
【００７６】
ここで、本実施形態では、圧電駆動部２４に蓄積される充電エネルギを高めることにより、弁体１９を高圧側シート面５５に押し付け、確実に弁体１９を高圧側シート面５５に着座させている。具体的には、充電制御信号のオン時間を長くすることによって、蓄積される充電エネルギを高め、弁体１９を高圧側シート面５５に押し付ける力を確保している。一方、反対に押し付ける力を弱めるには、充電制御信号のオン時間を短くすることによって、蓄積される充電エネルギを低くしている。
【００７７】
弁体１９は、蓄積された充電エネルギに応じて高圧側シート面５５に押し付けられるため第三時刻Ｔ３以降も荷重Ｆは上昇を続ける。荷重Ｆは、所定時間経過後、最大荷重Ｆｐを示し、その後、安定荷重Ｆａに収束する。最大荷重Ｆｐおよび安定荷重Ｆａは、供給する充電エネルギに応じて変化する。ここで、安定荷重Ｆａは、最大荷重Ｆｐから蓄積された充電エネルギが放出されるまでの単位時間当たりの変化量が最も小さくなる荷重Ｆである。
【００７８】
噴射許可信号がオンとなってから所定時間経過後、第四時刻Ｔ４に達すると、噴射許可信号はオフとなる。噴射許可信号がオフとなると、図示しない放電制御信号がＥＣＵ４から駆動回路３に出力される。駆動回路３は、放電制御信号を受信すると、圧電駆動部２４に蓄積された充電エネルギを放出させる制御を行う。これにより、荷重Ｆは、時刻Ｔ０よりも以前の状態にまで下降する。これに伴い、弁体１９は、高圧側シート面５５から離座し、低圧側シート面５４に着座する。これにより、ニードル１２のシート部１３が弁座４５に着座し、噴孔４４からの燃料の噴射が停止する。
【００７９】
ここで、圧電駆動部２４への充電を開始（時刻Ｔ０）してから噴射が開始されるまでの時間のうち、時刻Ｔ０から弁体１９がバルブ室５３と高圧連絡通路４７との間の連通を遮断するまでの第三時刻Ｔ３である作動時間ΔＴは、圧電駆動部２４の影響を受ける。この作動時間ΔＴは、圧電駆動部２４の個体間のばらつきや経時劣化により、変化する。この作動時間ΔＴが変化することにより、ニードル１２の動作特性が変化してしまい、燃料噴射弁２の燃料噴射の時期や噴射量などの燃料噴射特性の精度が低下する。
【００８０】
本実施形態では、この作動時間ΔＴを圧電駆動部２４が作動することにより得られる荷重センサ部２３からの荷重Ｆに基づいて調整する。これにより、個体間のばらつきや経時劣化にともなう圧電駆動部２４の制御性の低下を防いでいる。このように圧電駆動部２４の制御性の低下を防ぐことにより、燃料噴射特性の精度の低下を防いでいる。
【００８１】
以上、図２では、ニードル１２のシート部１３が離座してから、再び着座するまでのＥＣＵ４、駆動回路３、圧電駆動部２４、および制御弁１８の作動状態を説明した。一燃料行程でメイン噴射の前後に噴射を行う場合は、この図２で示した作動が噴射回数に応じた数だけ行われることとなる。
【００８２】
ここで、本実施形態では、内燃機関の始動運転状態、無負荷運転状態（以下、「アイドル運転状態」という）、通常運転状態などに応じて燃料噴射弁２から噴射される燃料圧力を変化させている。この燃料圧力は、蓄圧器内の燃料圧力をすることにより変化する。例えば、アイドル運転状態では、燃料噴射量は通常運転時に比べ少ない。このため、アイドル運転状態では、蓄圧器内の燃料圧力は、比較的低く設定されている。
【００８３】
このため、弁体１９を高圧側シート面５５に押し付ける力を比較的小さくすることができる。つまり、圧電駆動部２４に蓄積された充電エネルギを比較的低くすることができる。それに合わせて、上述した弁体１９が高圧側シート面５５に着座したことを推定する指標としての第三荷重Ｆ３を低く設定し、弁体１９が高圧側シート面５５に着座したか否かを判定している。
【００８４】
一方、始動運転状態では、内燃機関の始動性を高める必要があるため、燃料噴射弁２を確実に作動させる必要がある。このため、圧電駆動部２４に蓄積された充電エネルギを比較的高くし、確実に弁体１９を高圧側シート面５５に着座させている。このため、上述した最大荷重Ｆｐおよび安定荷重Ｆａは、内燃機関の運転状態に応じて変化することとなる。
【００８５】
ここで、始動運転状態とは、内燃機関の始動動作を開始してから内燃機関が自立運転に移行するまでの状態をいい、アイドル運転状態とは、アクセルペダルが踏み込まれていないほぼ無負荷の状態をいう。
【００８６】
次に、内燃機関を始動してから停止するまでの一連の作動について、図３の制御フローを用いて説明する。図３は、内燃機関の始動開始から停止までの制御フローである。
【００８７】
この制御フローは、ＥＣＵ４が、イグニッションスイッチ（図示しない）がオンとなったことを検出して開始される。
【００８８】
図３に示すように、ステップＳ１０（以下、単に「Ｓ１０」という。他のステップについても同様とする。）では、スタータ（セルモータ）の駆動回路（図示せず）に駆動信号が出力され、スタータが作動する。これにより、内燃機関のクランク軸が回転する。
【００８９】
そして、Ｓ２０では、スタータが作動していることが検出されることにより、運転状態が始動運転状態であると判断され、駆動回路３に始動時充電制御信号および始動時放電制御信号を含む始動時制御信号が出力される。駆動回路３はこの制御信号を受信すると、所定の燃料噴射弁２の圧電駆動部２４に、始動時充電エネルギを蓄積させる。本実施形態では、始動時充電エネルギの量は予め定められている。
【００９０】
Ｓ３０では、スタータが停止したか否かが判定される。この処理を通じて、内燃機関が、始動運転状態を脱し、燃焼室にて燃料が燃焼する自立運転に移行したことを判定できる。本実施形態では、スタータはクランク軸の回転変動やトルク変動などに基づき自立運転に移行すると停止するようになっている。本実施形態では、スタータの作動状態を検出することにより内燃機関が自立運転に移行したか否かを判定させているが、クランク軸の回転変動やトルク変動を検出することにより自立運転に移行したか否かを判定させても良い。
【００９１】
Ｓ３０にて、スタータが依然として作動していると判定された場合は、処理はＳ２０に戻り、再び駆動回路３に対して始動時制御信号が出力される。Ｓ３０にて、スタータが停止したと判定された場合は、処理はＳ４０に進む。
【００９２】
Ｓ４０では、運転状態がアイドル運転状態に移行したとして、駆動回路３にアイドル時充電制御信号およびアイドル時放電制御信号を含むアイドル時制御信号が出力される。駆動回路３はこの制御信号を受信すると、所定の燃料噴射弁２の圧電駆動部２４に、アイドル時充電エネルギを蓄積させる。本実施形態では、アイドル時充電エネルギの量は予め定められている。
【００９３】
Ｓ５０では、ＥＣＵ４に入力されるアクセルペダル踏み込み量の情報から、アクセルペダルが踏まれたか否かが判定される。この処理が実行されることにより、アイドル運転状態から脱し、アクセルペダル踏み込み量に応じた通常運転状態に移行したか否かを判定できる。本実施形態では、アクセルペダル踏み込み量に基づきアイドル運手状態か否かを判定させているが、内燃機関回転数に基づき判定させても良い。また、スロットルバルブ装置が装着されている車種であればスロットルバルブ装置が備えているアイドルスイッチからの信号を受信することで判定させても良い。
【００９４】
Ｓ５０にて、アクセルペダルが踏まれていないと判定された場合は、処理はＳ４０に戻り、再び、駆動回路３にアイドル時制御信号が出力される。Ｓ５０にて、アクセルペダルが踏まれたと判定された場合は、処理はＳ６０に進む。
【００９５】
Ｓ６０では、アクセルペダルの踏み込み量などに応じた内燃機関の制御を行うべく、駆動回路３に通常時充電制御信号および通常時放電制御信号を含む通常時制御信号が出力される。
【００９６】
Ｓ７０では、イグニッションスイッチがオフとなっているか否かが判定される。この処理を実行されることにより、内燃機関が停止されたか否かを判定させることができる。Ｓ７０にて、イグニッションスイッチがオフとなっていると判定されれば、この制御フローは終了する。イグニッションスイッチがオンとなっていると判定されれば、処理はＳ６０に戻り、引き続き駆動回路３に通常時制御信号が出力される。
【００９７】
次に、荷重センサ部２３の校正について、図４から図６を用いて説明する。図４は、荷重センサ部２３の校正を行う際の制御フローである。図５は、工場出荷時および劣化後（校正前）におけるそれぞれの圧電駆動部２４に蓄積させる充電エネルギと、そのときの荷重との関係を示すグラフである。図５中の破線は工場出荷時における圧電駆動部２４の状態を示し、実線は劣化後（校正前）における圧電駆動部２４の状態を示している。図６は、荷重センサ部２３の温度特性図である。
【００９８】
この制御フローは、ＥＣＵ４が、イグニッションスイッチがオンとなったことを検出して開始される。
【００９９】
図４に示すように、Ｓ１１０では、外気温度センサ６０（図１を参照）からの出力信号に基づき外気温Ｔａｔが取得される。続いて、Ｓ１２０では、内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ６１（図１を参照）からの出力信号に基づき水温Ｔｗ、および内燃機関潤滑油温度を検出する潤滑油温度センサ６２（図１を参照）からの出力信号に基づき油温Ｔｏが取得される。さらに、Ｓ１３０では、取得された水温Ｔｗおよび油温Ｔｏが、外気温Ｔａｔとほぼ同じであるか否かが判定される。水温Ｔｗおよび油温Ｔｏが外気温Ｔａｔとほぼ同じであると判定されれば、処理はＳ１４０に進み、そうでなければ、荷重センサ部２３が内燃機関の熱を受け、適正な校正を行うことができないと判断され、この制御フローは終了する。本実施形態では、Ｓ１２０における処理が特許請求の範囲に記載の「機関温度取得手段」に相当する。
【０１００】
Ｓ１３０の処理が実行されることにより、内燃機関の冷間始動を判定させることができる。本実施形態では、Ｓ１３０における処理が特許請求の範囲に記載の「冷間始動判定手段」に相当する。本実施形態では、水温Ｔｗおよび油温Ｔｏの両方の温度と、外気温Ｔａｔとを比較して内燃機関が冷間始動であるか否かが判定されているが、水温Ｔｗのみ、油温Ｔｏのみから冷間始動を判定させても良い。また、本実施形態では、冷間始動を、取得された水温Ｔｗおよび油温Ｔｏが外気温Ｔａｔとほぼ同じであるか否かで判定している。これは、冷却水温度センサ６１、潤滑油温度センサ６２、および外気温度センサ６０の検出誤差を加味した結果であり、これらの検出誤差に応じて、水温Ｔｗまたは油温Ｔｏが外気温Ｔａｔであるとみなせる範囲を適宜定めれば良い。
【０１０１】
Ｓ１４０では、駆動回路３へ始動時充電制御信号が出力されたか否かが判定される。駆動回路３へ始動時充電制御信号が出力されたと判定された場合は、処理はＳ１５０に進み、始動時充電制御信号が出力されていないと判定された場合は、始動時充電制御信号が出力されるまでＳ１４０の処理が繰り返し実行される。
【０１０２】
Ｓ１５０では、一回の燃焼サイクル中に行われる複数回噴射のうちのメイン噴射の荷重Ｆａｓと、その時の始動時充電エネルギＥａｓとが取得される。なお、荷重Ｆａｓは、図２に示す荷重Ｆａに相当する荷重Ｆであり、始動時充電エネルギＥａｓを圧電駆動部２４に蓄積させたときの荷重Ｆである。Ｓ１５０にて取得された荷重Ｆａｓおよび始動時充電エネルギＥａｓは、ＥＣＵ４が備えているメモリ手段５ａに一時的に記憶される。本実施形態では、Ｓ１５０における処理が特許請求の範囲に記載の「取得手段」に相当する。
【０１０３】
Ｓ１６０では、取得された荷重Ｆａｓの個数が必要データ数を満たしたか否かが判定される。本実施形態では、必要データ数はｎ＝１としている。この必要データ数は、内燃機関のクランキング時、スタータを作動させたときのクランク軸の回転数と自立運転に移行するまでの時間との関係に基づいて定められる。例えば、内燃機関のフリクションが最大で、スタータに電力を供給するバッテリの電圧が下限値となっているときでは、クランキング時の回転数は約５０ｒｐｍである。この状態で自立運転に移行するまでの時間が約３秒とすると、荷重Ｆａｓが取得できる機会は二回である。このように、内燃機関の始動する条件が悪い場合であっても取得できる荷重Ｆａｓは二回であるため、本実施形態では、必要データ数をｎ＝１としている。
【０１０４】
Ｓ１６０の処理にて、取得された荷重Ｆａｓの個数が必要データ数を満たしていれば、処理はＳ１７０に進み、満たしていなければ再びＳ１５０に処理は戻る。
【０１０５】
Ｓ１７０では、Ｓ１５０にて取得された荷重Ｆａｓおよび始動時充電エネルギＥａｓのそれぞれの平均値である荷重Ｆａｓａｖおよび始動時充電エネルギＥａｓａｖが算出される。そして、算出された荷重Ｆａｓａｖおよび始動時充電エネルギＥａｓａｖがメモリ手段５ａに一時的に記憶される。取得された荷重Ｆａｓや始動時充電エネルギＥａｓが一つの場合は、この処理は必要ない。
【０１０６】
Ｓ１８０では、駆動回路３へアイドル時充電制御信号が出力されたか否かが判定される。駆動回路３へアイドル時充電制御信号が出力されたと判定された場合は、処理はＳ１９０に進に、アイドル時充電制御信号が出力されていないと判定された場合は、アイドル時充電制御信号が出力されるまでＳ１８０の処理が繰り返し実行される。
【０１０７】
Ｓ１９０では、一回の燃焼サイクル中に行われる複数回噴射のうちのメイン噴射の荷重Ｆａａと、その時のアイドル時充電エネルギＥａａとが取得される。なお、荷重Ｆａａは、図２に示す荷重Ｆａに相当する荷重Ｆであり、アイドル時充電エネルギＥａａを圧電駆動部２４に蓄積させたときの荷重Ｆである。Ｓ１９０にて取得された荷重Ｆａａおよびアイドル時充電エネルギＥａａは、ＥＣＵ４が備えているメモリ手段５ａに一時的に記憶される。本実施形態では、Ｓ１９０における処理が特許請求の範囲に記載の「取得手段」に相当する。
【０１０８】
Ｓ２００では、取得された荷重Ｆａａの個数が必要データ数を満たしているか否かが判定される。本実施形態では、必要データ数はｎ＝１０程度としている。取得するデータの数は多ければ多いほど、校正の精度を高めることができる。しかしながら、荷重Ｆａａを取得する間にも内燃機関は作動し続けているため、荷重センサ部２３の温度は、内燃機関が発する熱や駆動することにより圧電駆動部２４が発する熱を受け、上昇してしまう。これでは、取得する荷重Ｆａａに荷重センサ部２３の温度上昇に基づく外乱が入ってしまい、却って校正の精度が低下する。必要データ数は以上のことを考慮に入れて定められている。
【０１０９】
Ｓ２００の処理にて、取得された荷重Ｆａａの個数が必要データ数を満たしていれば、処理はＳ２１０に進み、満たしていなければ再びＳ１９０に処理は戻る。
【０１１０】
Ｓ２１０では、Ｓ１８０にて取得された複数の荷重Ｆａａおよびアイドル時充電エネルギＥａａのそれぞれの平均値である荷重Ｆａａａｖおよびアイドル時充電エネルギＥａａａｖが算出される。そして、算出された荷重Ｆａａａｖおよびアイドル時充電エネルギＥａａａｖがメモリ手段５ａに一時的に記憶される。
【０１１１】
Ｓ２２０では、上記始動時充電エネルギＥａｓａｖに相当する基準となる充電エネルギＥａｓｆに対応する荷重Ｆａｓｆと上記荷重Ｆａｓａｖとの差分である荷重ΔＦａｓ、および上記アイドル時充電エネルギＥａａａｖに相当する基準となる充電エネルギＥａａｆに対応する荷重Ｆａａｆと上記荷重Ｆａａａｖとの差分である荷重ΔＦａａが算出される（図５を参照）。
【０１１２】
ここで、上記基準となる充電エネルギＥａｓｆとそれに対応する荷重Ｆａｓｆ、および上記基準となる充電エネルギＥａａｆとそれに対応する荷重Ｆａａｆは、予めメモリ手段５ａに記憶されている基準温度２５℃における圧電駆動部２４に蓄積される基準となる充電エネルギＥと、その充電エネルギＥを圧電駆動部２４に蓄積させたときに荷重センサ部２３より出力される荷重Ｆとの関係（図５中の破線参照）から導き出されるものである。
【０１１３】
なお、これら充電エネルギＥａｓｆとそれに対応する荷重Ｆａｓｆ、および充電エネルギＥａａｆとそれに対応する荷重Ｆａａｆは、特許請求の範囲に記載の「基準充電エネルギ」および「基準荷重信号」に相当する。
【０１１４】
Ｓ２３０では、荷重ΔＦａｓおよび荷重ΔＦａａにおける絶対値のそれぞれが、所定の判定値である荷重Ｆｃｓおよび荷重Ｆｃａを超えているか否かが判定される。この処理にて、両条件を満たしていれば、処理はＳ２４０に進み、満たしていなければ、荷重センサ部２３の劣化は進行していないと推定され、この制御フローは終了する。
【０１１５】
なお、本実施形態では、上記二つの条件の両方が満たされていれば、処理をＳ２４０に進めているが、これに限らない。いずれか一方の条件を満たしていても、処理をＳ２４０に進めても良い。
【０１１６】
Ｓ２４０では、図６に図示されている荷重センサ部２３の温度特性と、Ｓ１１０の処理にて取得された外気温Ｔａｔとに基づいて温度補正係数が算出される。なお、この処理が、特許請求の範囲に記載の「補正係数算出手段」に相当する。
【０１１７】
Ｓ２５０では、予めメモリ手段５ａに記憶されている充電エネルギＥａｓｆ、Ｅａａｆ、荷重Ｆａｓｆ、荷重Ｆａａｆ、上記Ｓ１１０からＳ２４０までの処理にて取得された荷重Ｆａｓａｖ、荷重Ｆａａａｖ、始動時充電エネルギＥａｓａｖ、アイドル時充電エネルギＥａａａｖ、温度補正係数に基づき、荷重センサ部２３の校正が実施される（図５を参照）。ここでの処理が、特許請求の範囲に記載の「校正手段」に相当する。これにより、荷重センサ部２３における校正が完了され、この制御フローが終了する。そして、校正された荷重センサ部２３から出力される荷重Ｆを利用して、圧電駆動部２４の制御を行う。
【０１１８】
本実施形態では、ＥＣＵ４は、荷重センサ部２３の温度が比較的安定している冷間始動であることが判定されたとき、充電エネルギＥおよび荷重Ｆが他の運転状態に比べ安定している始動運転状態およびアイドル運転状態における充電エネルギＥａｓａｖ、Ｅａａａｖ、荷重Ｆａｓａｖ、Ｆａａａｖ、基準となる充電エネルギＥａｓｆ、Ｅａａｆ、基準となる荷重Ｆａｓｆ、Ｆａａｆ、および温度補正係数に基づき、荷重センサ部２３の校正を行っている。
【０１１９】
本実施形態では、こういった条件のもとで荷重センサ部２３の校正を実施させているため、校正の精度向上を阻害する、荷重センサ部２３への外乱を極力排除することができる。これにより、荷重センサ部２３の校正の精度を向上させることができる。その結果、圧電駆動部２４の制御性を長期間に亘り維持することができ、ひいては、燃料噴射弁２の燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することができる。
【０１２０】
荷重センサ部２３は、圧電体層を含んで構成されているので、同じ荷重を作用させた場合であっても温度に応じて出力される信号の量が異なるという温度特性を有している。本実施形態では、校正する条件として、荷重センサ部２３の温度が比較的安定している時期を選択しているが、外気温Ｔａｔも時間帯、季節、または場所によって変化する。本実施形態では、図６に示す荷重センサ部２３の温度特性より温度補正係数を算出し、算出した温度補正係数を加味して荷重センサ部２３の校正を実施させている。これによれば、上述した外気温Ｔａｔの変化にも対応することができ、より校正の精度が向上する。
【０１２１】
また、本実施形態では、時刻Ｔ０から充電エネルギＥを圧電駆動部２４に蓄積させ、そのときに荷重センサ部２３より出力される荷重Ｆのうち、安定した荷重Ｆａを利用して校正を実施しているため、他の変動の大きい荷重Ｆを利用して校正を実施する場合に比べ校正の精度が向上する。
【０１２２】
安定した荷重Ｆａを利用するのが最も好ましいが、一回の燃焼サイクルあたりの噴射回数を多くした場合、メイン噴射時の安定荷重Ｆａを含む領域が短くなるため、安定荷重Ｆａが得られ難くなる。こういった場合は、安定荷重Ｆａに代えて、制御弁１８の弁体１９が高圧側シート面５５に着座した後の最大荷重Ｆｐを利用して校正を実施させても良い。
【０１２３】
本実施形態では、始動運転状態時に取得した充電エネルギＥａｓｆ、荷重Ｆａｓｆ、およびアイドル運転状態時に取得した充電エネルギＥａａｆ、荷重Ｆａａｆを利用して校正を実施しているため、校正を実施する際のデータ数を多くすることができる。その結果、荷重センサ部２３の校正の精度が向上する。
【０１２４】
本実施形態では、始動運転状態時に圧電駆動部２４に蓄積させる充電エネルギＥａｓおよびアイドル運転状態時に蓄積させる充電エネルギＥａａを予め定められたエネルギ量としている。これによれば、蓄積させる充電エネルギの変動を小さくし安定させることができる。このため、安定した荷重Ｆａｓ、Ｆａａを取得することができる。
【０１２５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、第１実施形態の変形例である。第２実施形態では、内燃機関の始動運転時に圧電駆動部２４に蓄積させる充電エネルギの量を、アイドル運転状態時に蓄積させる充電エネルギと同じ量としている。
【０１２６】
図７は、第２実施形態での内燃機関の始動開始から停止までの制御フローである。この制御フローは、ＥＣＵ４が、イグニッションスイッチ（図示しない）がオンとなったことを検出して開始される。
【０１２７】
図７に示すように、Ｓ３１０では、スタータ（セルモータ）の駆動回路（図示せず）に駆動信号が出力され、スタータが作動する。これにより、内燃機関のクランク軸が回転する。
【０１２８】
そして、Ｓ３２０では、スタータが作動していることが検出されることにより、運転状態が始動運転状態であると判断され、駆動回路３にアイドル時充電制御信号およびアイドル時放電制御信号を含むアイドル時制御信号が出力される。駆動回路３はこの制御信号を受信すると、所定の燃料噴射弁２の圧電駆動部２４に対して、アイドル時充電エネルギを蓄積させる。本実施形態では、アイドル時充電エネルギの量は予め定められている。
【０１２９】
Ｓ３３０では、スタータが停止したか否かが判定される。この処理を通じて、内燃機関が、始動運転状態を脱し、燃焼室にて燃料が燃焼する自立運転に移行したことを判定できる。本実施形態では、スタータはクランク軸の回転変動やトルク変動などに基づき自立運転に移行すると停止するようになっている。本実施形態では、スタータの作動状態を検出することにより内燃機関が自立運転に移行したか否かを判定させているが、クランク軸の回転変動やトルク変動を検出することにより自立運転に移行したか否かを判定させても良い。
【０１３０】
Ｓ３３０にて、スタータが依然として作動していると判定された場合は、処理はＳ３２０に戻り、再び駆動回路３に対して始動時制御信号が出力される。Ｓ３３０にて、スタータが停止したと判定された場合は、処理はＳ４０に進む。
【０１３１】
Ｓ３４０では、運転状態がアイドル運転状態に移行したとして、駆動回路３に始動運転状態時に出力したアイドル時制御信号が出力される。駆動回路３はこの制御信号を受信すると、所定の燃料噴射弁２の圧電駆動部２４に、アイドル時充電エネルギを蓄積させる。
【０１３２】
Ｓ３５０では、ＥＣＵ４に入力されるアクセルペダル踏み込み量の情報から、アクセルペダルが踏まれたか否かが判定される。この処理が実行されることにより、アイドル運転状態から脱し、アクセルペダル踏み込み量に応じた通常運転状態に移行したか否かを判定できる。本実施形態では、アクセルペダル踏み込み量に基づきアイドル運手状態か否かを判定させているが、内燃機関回転数に基づき判定させても良い。また、スロットルバルブ装置が装着されている車種であればスロットルバルブ装置が備えているアイドルスイッチからの信号を受信することで判定させても良い。
【０１３３】
Ｓ３５０にて、アクセルペダルが踏まれていないと判定された場合は、処理はＳ３４０に戻り、再び、駆動回路３にアイドル時制御信号が出力される。Ｓ３５０にて、アクセルペダルが踏まれたと判定された場合は、処理はＳ３６０に進む。
【０１３４】
Ｓ３６０では、アクセルペダルの踏み込み量などに応じた内燃機関の制御を行うべく、駆動回路３に通常時充電制御信号および通常時放電制御信号を含む通常時制御信号が出力される。
【０１３５】
Ｓ３７０では、イグニッションスイッチがオフとなっているか否かが判定される。この処理が実行されることにより、内燃機関が停止されたか否かを判定させることができる。Ｓ３７０にて、イグニッションスイッチがオフとなっていると判定されれば、この制御フローは終了する。イグニッションスイッチがオンとなっていると判定されれば、処理はＳ６０に戻り、引き続き駆動回路３に対して通常時制御信号が出力される。
【０１３６】
次に、本実施形態における荷重センサ部２３の校正について、図８、図９および図６を用いて説明する。図８は、荷重センサ部２３の校正を行う際の制御フローである。図９は、工場出荷時および劣化後（校正前）におけるそれぞれの圧電駆動部２４に供給する充電エネルギと、そのときの荷重との関係を示すグラフである。
【０１３７】
この制御フローは、ＥＣＵ４が、イグニッションスイッチがオンとなったことを検出して開始される。
【０１３８】
図８に示すように、Ｓ４１０では、外気温度センサ６０（図１を参照）からの出力信号に基づき外気温Ｔａｔが取得される。続いて、Ｓ４２０では、内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ６１（図１を参照）からの出力信号に基づき水温Ｔｗ、および内燃機関潤滑油温度を検出する潤滑油温度センサ６２（図１を参照）からの出力信号に基づき油温Ｔｏが取得される。さらに、Ｓ４３０では、取得された水温Ｔｗおよび油温Ｔｏが、外気温Ｔａｔとほぼ同じであるか否かが判定される。水温Ｔｗおよび油温Ｔｏが外気温Ｔａｔとほぼ同じであると判定されれば、処理はＳ４４０に進み、そうでなければ、荷重センサ部２３が内燃機関の熱を受け、適正な校正を行うことができないと判断され、この制御フローは終了する。本実施形態では、Ｓ４２０における処理が特許請求の範囲に記載の「機関温度取得手段」に相当する。
【０１３９】
Ｓ４３０の処理が実行されることにより、内燃機関の冷間始動を判定させることができる。本実施形態では、Ｓ４３０における処理が特許請求の範囲に記載の「冷間始動判定手段」に相当する。本実施形態では、水温Ｔｗおよび油温Ｔｏの両方の温度と、外気温Ｔａｔとを比較して内燃機関が冷間始動であるか否かが判定されているが、水温Ｔｗのみ、油温Ｔｏのみから冷間始動を判定させても良い。また、本実施形態では、冷間始動を、取得された水温Ｔｗおよび油温Ｔｏが外気温Ｔａｔとほぼ同じであるか否かで判定している。これは、冷却水温度センサ６１、潤滑油温度センサ６２、および外気温度センサ６０の検出誤差を加味した結果であり、これらの検出誤差に応じて、水温Ｔｗまたは油温Ｔｏが外気温Ｔａｔであるとみなせる範囲を適宜定めれば良い。
【０１４０】
Ｓ４４０では、駆動回路３へアイドル時充電制御信号が出力されたか否かが判定される。駆動回路３へアイドル時充電制御信号が出力されたと判定された場合は、処理はＳ４５０に進み、アイドル時充電制御信号が出力されていないと判定された場合は、アイドル時充電制御信号が出力されるまでＳ４４０の処理が繰り返し実行される。
【０１４１】
Ｓ４５０では、一回の燃焼サイクル中に行われる複数回噴射のうちのメイン噴射の荷重Ｆａｓと、その時のアイドル時充電エネルギＥａａとが取得される。なお、荷重Ｆａａは、図２に示す荷重Ｆａに相当する荷重Ｆであり、アイドル時充電エネルギＥａａを圧電駆動部２４に蓄積させたときの荷重Ｆである。Ｓ４５０にて取得された荷重Ｆａａおよびアイドル時充電エネルギＥａａは、ＥＣＵ４が備えているメモリ手段５ａに一時的に記憶される。本実施形態では、Ｓ４５０における処理が特許請求の範囲に記載の「取得手段」に相当する。
【０１４２】
Ｓ４６０では、取得された荷重Ｆａａの個数が必要データ数を満たしたか否かが判定される。本実施形態では、必要データ数はｎ＝１０程度としている。取得するデータの数は多ければ多いほど、校正の精度を高めることができる。しかしながら、荷重Ｆａａを取得する間にも内燃機関は作動し続けているため、荷重センサ部２３の温度は、内燃機関が発する熱や駆動することにより圧電駆動部２４が発する熱を受け、上昇してしまう。これでは、取得する荷重Ｆａａに荷重センサ部２３の温度上昇に基づく外乱が入ってしまい、却って校正の精度が低下する。必要データ数は以上のことを考慮に入れて定められている。
【０１４３】
Ｓ４６０の処理にて、取得された荷重Ｆａａの個数が必要データ数を満たしていれば、処理はＳ４７０に進み、満たしていなければ再びＳ４５０に処理は戻る。
【０１４４】
Ｓ４７０では、Ｓ４５０にて取得された荷重Ｆａａおよびアイドル時充電エネルギＥａａのそれぞれの平均値である荷重Ｆａａａｖおよびアイドル時充電エネルギＥａａａｖが算出される。そして、算出された荷重Ｆａａａｖおよびアイドル時充電エネルギＥａａａｖがメモリ手段５ａに一時的に記憶される。
【０１４５】
Ｓ４８０では、上記アイドル時充電エネルギＥａａａｖに相当する基準となる充電エネルギＥａａｆに対応する荷重Ｆａａｆと上記荷重Ｆａａａｖとの差分である荷重ΔＦａａが算出される（図９を参照）。
【０１４６】
ここで、上記基準となる充電エネルギＥａａｆとそれに対応する荷重Ｆａａｆは、予めメモリ手段５ａに記憶されている基準温度２５℃における圧電駆動部２４に蓄積される基準となる充電エネルギＥと、その充電エネルギＥを圧電駆動部２４に蓄積させたときに荷重センサ部２３より出力される荷重Ｆとの関係（図９中の破線参照）から導き出されるものである。なお、これら充電エネルギＥａａｆとそれに対応する荷重Ｆａａｆは、特許請求の範囲に記載の「基準充電エネルギ」および「基準荷重信号」に相当する。
【０１４７】
Ｓ４９０では、荷重ΔＦａａにおける絶対値が、所定の判定値である荷重Ｆｃａを超えているか否かが判定される。この処理にて、条件を満たしていれば、処理はＳ５００に進み、満たしていなければ、荷重センサ部２３の劣化は進行していないと推定され、この制御フローは終了する。
【０１４８】
Ｓ５００では、図５に図示されている荷重センサ部２３の温度特性と、Ｓ４１０の処理にて取得された外気温Ｔａｔとに基づいて温度補正係数が算出される。なお、この処理が、特許請求の範囲に記載の「補正係数算出手段」に相当する。
【０１４９】
Ｓ５１０では、予めメモリ手段５ａに記憶されている充電エネルギＥａａｆ、荷重Ｆａａｆ、上記Ｓ４１０からＳ５００までの処理にて取得された荷重Ｆａａａｖ、アイドル時充電エネルギＥａａａｖ、温度補正係数に基づき、荷重センサ部２３の校正が実施される（図９を参照）。ここでの処理が、特許請求の範囲に記載の「校正手段」に相当する。これにより、荷重センサ部２３における校正が完了され、この制御フローが終了する。そして、校正された荷重センサ部２３から出力される荷重Ｆを利用して、圧電駆動部２４の制御を行う。
【０１５０】
本実施形態では、ＥＣＵ４は、荷重センサ部２３の温度が比較的安定している冷間始動であることが判定されたとき、充電エネルギＥおよび荷重Ｆが他の運転状態に比べ安定している始動運転状態およびアイドル運転状態における充電エネルギＥａａａｖ、荷重Ｆａａａｖ、基準となる充電エネルギＥａａｆ、基準となる荷重Ｆａａｆ、および温度補正係数に基づき、荷重センサ部２３の校正を行っている。
【０１５１】
本実施形態では、こういった条件のもとで荷重センサ部２３の校正を実施させているため、校正の精度向上を阻害する、荷重センサ部２３への外乱を極力排除することができる。これにより、荷重センサ部２３の校正の精度を向上させることができる。その結果、圧電駆動部２４の制御性を長期間に亘り維持することができ、ひいては、燃料噴射弁２の燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することができる。
【０１５２】
ここで、アイドル運転状態での排出ガス規制は高負荷運転状態に比べ厳しいという事実がある。そして、アイドル運転状態では、燃料噴射弁２から噴射される燃料噴射量は非常に少なく、この運転状態での要求噴射量に対する噴射量のばらつきの割合は、高負荷運転状態に比べ高い。このため、この運転状態での燃料噴射特性の精度を向上させる必要がある。これに対し、本実施形態では、アイドル時充電エネルギＥａａａｖと荷重Ｆａａａｖとに基づいて荷重センサ部２３の校正を行っているので、少なくともアイドル運転状態での荷重センサ部２３の校正の精度を高めることができる。
【０１５３】
なお、本実施形態では、圧電駆動部２４に蓄積させる充電エネルギの量を始動運転状態およびアイドル運転状態にかかわらずアイドル時充電エネルギの量としている。したがって、図８に示す制御フローを、スタータが作動している最中に行わせるようにしても良いし、スタータの作動が停止してから行わせるようにしても良い。
【０１５４】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、第１実施形態における燃料噴射弁２の変形例である。第３実施形態では、ニードル２１２の閉弁駆動および開弁駆動を制御する機構が第１実施形態における燃料噴射弁２と異なっている。
【０１５５】
図１０は、第３実施形態における燃料噴射弁２００の断面を示している。
【０１５６】
燃料噴射弁２００は、ノズル２１１、シリンダ２１７、固定ピストン２２０、アクチュエータ部２３０などから構成され、これらの部品は、棒状に形成されているボデー２４０に収容されている。
【０１５７】
ボデー２４０は、蓄圧器からの高圧燃料が導入される燃料入口部２４１を備えている。ボデー２４０の軸方向一端側には、収容部２４２が形成されている。収容部２４２には、燃料の噴射、非噴射を制御するノズル２１１が収容されている。
【０１５８】
ノズル２１１は、ニードル２１２、ノズルスプリング２１６を有している。ニードル２１２は、収容部２４２内に摺動自在に保持されている。収容部２４２の軸方向一端側には、高圧燃料通路２４５を介して燃料入口部２４１と連通する噴孔２４３が形成されている。
【０１５９】
この噴孔２４３の燃料入口部２４１側には、ニードル２１２に形成されているシート部２１３が着座する弁座２４４が形成されている。弁座２４４にシート部２１３が着座することにより、噴孔２４３への燃料の流れが閉ざされ、噴孔２４３からの燃料の噴射が停止する。弁座２４４からシート部２１３が離座することにより、噴孔２４３への燃料の流れが許容され、噴孔２４３から燃料が噴射する。
【０１６０】
ニードル２１２のシート部２１３とは反対側の端部にはピストン部２１４が形成されている。このピストン部２１４は、シリンダ２１７に摺動自在に挿入されている。ニードル２１２のシート部２１３とピストン部２１４との間にはフランジ部２１５が形成され、このフランジ部１５とシリンダ２１７との間には、ノズルスプリング２１６が設けられている。このノズルスプリング２１６は、ニードル２１２を、シート部２１３が弁座２４４に着座する方向、つまり閉弁方向に付勢する。
【０１６１】
収容部２４２の軸方向他端側には、アクチュエータ部２３０が収容されている。アクチュエータ部２３０は、圧電アクチュエータ２２と、圧電アクチュエータ２２からの変位をシリンダ２１７に伝達するプッシュプレート２３１とを有する。圧電アクチュエータ２２の圧電駆動部２４が伸縮すると、プッシュプレート２３１を介してシリンダ２１７が駆動される。
【０１６２】
シリンダ２１７は、内周面に段付き部を備える段付き円筒状の部材であって、段付き部の一方側に第一シリンダ孔２１８が形成され、段付き部の他方側に、第一シリンダ孔２１８よりも大径の第二シリンダ孔２１９が形成されている。シリンダ２１７は、第一、第二シリンダ孔２１８、２１９がボデー２４０の軸方向に沿って並んで配置されるように収容部２４２に収容されている。第一シリンダ孔２１８は、第二シリンダ孔２１９よりも噴孔２４３側に配置されている。
【０１６３】
第二シリンダ孔２１９には、固定ピストン２２０が摺動自在に挿入されている。固定ピストン２２０は、固定ピストン部２２１と固定ピストン部２２１よりも径方向外側に突出するフランジ部２２２を有する。第二シリンダ孔２１９には、固定ピストン部２２１のみが挿入されている。
【０１６４】
固定ピストン部２２１とニードル２１２のピストン部２１４との間には、シリンダ２１７、固定ピストン部２２１、ピストン部２１４にて制御室２４６が形成される。この制御室２４６には、一旦収容部２４２に流入した高圧燃料が第一シリンダ孔２１８とピストン部２１４、および第二シリンダ孔２１９と固定ピストン部２２１とのクリアランスを介して流入するようになっている。
【０１６５】
図１１は、固定ピストン２２０を噴孔２４３側から見たＸＩ視図である。この図に示すように、固定ピストン２２０のフランジ部２２２は、周方向に沿って三個に分割されており、隣接するフランジ部２２２間に切欠き部２２３が形成されている。図１０に示すように、フランジ部２２２が、収容部２４２の内壁に支持されているスペーサ２３４と、収容部２４２の内壁に支持されている固定スプリング２３５とに挟まれることにより、固定ピストン２２０がボデー２４０に対して固定される。
【０１６６】
図１２（ａ）はプッシュプレート２３１の正面図であり、図１２（ｂ）はプッシュプレート２３１の下面図である。図１２に示すように、プッシュプレート２３１は、円柱状の円板部２３２と、円板部２３２の一端面から軸方向に突出する三個の円柱状の脚部２３３とを備えている。
【０１６７】
これら脚部２３３は、プッシュプレート２３１と固定ピストン２２０とを組み合わせたときに、脚部２３３が切欠き部２２３に挿入される位置に周方向に沿って設けられている（図１１を参照）。図１０に示すように、プッシュプレート２３１は、円板部２３２が圧電アクチュエータ２２の圧電駆動部２４に当接し、脚部２３３がシリンダ２１７に当接するように収容部２４２に収容される。
【０１６８】
なお、本実施形態では、ノズル２１１、シリンダ２１７、固定ピストン２２０、およびスペーサ２３４が特許請求の範囲に記載の「噴射機能部品」に相当する。
【０１６９】
次に、上記燃料噴射弁２００の作動を説明する。圧電アクチュエータ２２の圧電駆動部２４が伸長していないとき、シリンダ２１７はノズルスプリング２１６の付勢力により圧電アクチュエータ２２側に移動している。このとき、制御室２４６には、第一シリンダ孔２１８とピストン部２１４とのクリアランス、および第二シリンダ孔２１９と固定ピストン部２２１とのクリアランスを介して、収容部２４２内の高圧燃料が流入し、制御室２４６と収容部２４２との燃料圧力が等しくなっている。
【０１７０】
この状態のとき、ニードル２１２は、制御室２４６内の燃料圧力がピストン部２１４に作用することによるニードル２１２に発生する閉弁方向の力と、ノズルスプリング２１６の付勢力によるニードル２１２に発生する閉弁方向の力の合計が、収容部２４２内の高圧燃料がニードル２１２に作用することによるニードル２１２に発生する開弁方向の力よりも大きい。このため、ニードル２１２のシート部２１３が弁座２４４に着座し、噴孔２４３からの燃料の噴射が停止する（図１０の状態）。
【０１７１】
圧電駆動部２４が伸長すると、圧電駆動部２４の伸長にともなってシリンダ２１７が噴孔２４３側に移動する。第一シリンダ孔２１８は、第二シリンダ孔２１９よりも径が小さいため、シリンダ２１７が噴孔２４３側に移動すると制御室２４６内の容積が大きくなる。これにより、制御室２４６内の燃料圧力がシリンダ２１７の移動量にともなって低くなる。これにより、上記ニードル２１２に発生する閉弁方向の力の合計が、開弁方向の力よりも小さくなり、ニードル２１２が開弁方向に移動し、シート部２１３が弁座２４４から離座し、噴孔２４３からの燃料の噴射が行われる。
【０１７２】
その後、再び圧電駆動部２４が収縮すると、シリンダ２１７はノズルスプリング２１６の付勢力により、圧電アクチュエータ２２側に移動し、制御室２４６の容積が小さくなる。これにより、制御室２４６内の燃料圧力が上昇し、上記閉弁方向の力の合計が、開弁方向の力よりも大きくなる。これにより、シート部２１３が弁座２４４に着座し、噴孔２４３からの燃料の噴射が停止する。
【０１７３】
この実施形態においても、第１実施形態と同様、図４に示す制御フローに従い、始動運転状態時に応じた始動時充電エネルギＥａｓを圧電駆動部２４に蓄積させたときの荷重センサ部２３にて検出される荷重Ｆａｓ、アイドル運転状態時に応じたアイドル時充電エネルギＥａａを圧電駆動部２４に蓄積させたときの荷重センサ部２３にて検出される荷重Ｆａａ、予め記憶されている基準となる始動時充電エネルギＥａｓｆと荷重Ｆａｓｆおよび基準となるアイドル時充電エネルギＥａａｆと荷重Ｆａａｆ、ならびに温度補正係数に基づき、荷重センサ部２３の校正を実施する。
【０１７４】
これにより、荷重センサ部２３の校正の精度を向上させることができる。その結果、圧電駆動部２４の制御性を長期間に亘り維持することができ、ひいては、燃料噴射弁２００の燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することができる。また、第２実施形態の図８に示す制御フローに従い、荷重センサ部２３の校正を行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置を含む燃料供給装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】圧電アクチュエータにおける圧電駆動部、および制御弁の弁体の作動状態を示すタイムチャートである。
【図３】内燃機関の始動開始から停止までの制御フローである。
【図４】荷重センサ部の校正を行う際の制御フローである。
【図５】圧電駆動部に蓄積させる充電エネルギと、そのときの荷重との関係を示すグラフである。
【図６】荷重センサ部の温度特性図である。
【図７】第２実施形態での内燃機関の始動開始から停止までの制御フローである。
【図８】荷重センサ部の校正を行う際の制御フローである。
【図９】圧電駆動部に蓄積させる充電エネルギと、そのときの荷重との関係を示すグラフである。
【図１０】第３実施形態による燃料噴射弁の構成を示す断面図である。
【図１１】図１０の固定ピストンのＸＩ視図である。
【図１２】（ａ）は図１０のプッシュプレートの正面図、（ｂ）はそのプッシュプレートの下面図である。
【符号の説明】
【０１７６】
１ 燃料供給装置、２ 燃料噴射弁（燃料噴射装置）、３ 駆動回路、４ 電子制御装置（ＥＣＵ、燃料噴射制御装置）、５ ＭＰＵ、５ａメモリ手段（記憶手段）、８ リターン経路、９ 背圧弁、１０ 燃料タンク、１１ ノズル（噴射機能部品）、１２ ニードル、１８ 制御弁（噴射機能部品）、１９ 弁体、２１ アクチュエータ部、２２ 圧電アクチュエータ、２３ 荷重センサ部、２４ 圧電駆動部、３０ 変位伝達部（噴射機能部品）、３１ アクチュエータシリンダ、３２ 第一ピストン、３３ 第二ピストン、３４ 液室、４０ ボデー、４１ 燃料入口部、４２ 燃料出口部、４３ 収容部、４４ 噴孔、４５ 弁座、４６ 高圧燃料通路、４７ 高圧連絡通路、４８ 低圧燃料通路、４９ 低圧連絡通路、５０ 連絡通路、５２ 制御室、５３ バルブ室、５４ 低圧側シート面、５５ 高圧側シート面、６０ 外気温度センサ、６１ 冷却水温度センサ、６２ 潤滑油温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に搭載され、内部に導入される燃料を前記内燃機関の燃焼室に噴射する噴孔を有するボデーと、
前記ボデー内に収容され、前記噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材を含む噴射機能部品と、
前記ボデー内に収容され、充電エネルギを蓄積することにより伸長し、蓄積された前記充電エネルギを放出することにより収縮する圧電体を含み、前記噴射機能部品の少なくとも一つを駆動することにより前記弁部材の駆動を制御する圧電駆動部と、
前記ボデー内に収容され、前記圧電駆動部に前記充電エネルギが蓄積されたときに、前記圧電駆動部に作用する荷重に応じた荷重信号を出力する圧電体を含む荷重センサ部と、を有する燃料噴射装置に備えられ、前記荷重センサ部からの前記荷重信号に基づいて前記圧電駆動部を制御する燃料噴射制御装置であって、
前記内燃機関の冷間始動を判定する冷間始動判定手段と、
前記内燃機関の始動開始から自立運転するまでの始動運転状態、または無負荷運転状態の少なくともいずれかの運転状態時に前記圧電駆動部に蓄積される前記充電エネルギ、および、その充電エネルギを前記圧電駆動部に蓄積させたときに前記荷重センサ部より出力される荷重信号を取得する取得手段と、
基準充電エネルギと、その基準充電エネルギを前記圧電駆動部に蓄積させたときに前記荷重センサ部より出力される基準荷重信号とを記憶させた記憶手段と、
前記冷間始動判定手段が、前記内燃機関が冷間始動であると判定したとき、前記取得手段が取得した前記充電エネルギおよび前記荷重信号、ならびに前記基準充電エネルギおよび前記基準荷重信号に基づいて、前記荷重センサ部を校正する校正手段と、を備えていることを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記荷重センサ部の温度に基づいて温度補正係数を算出する補正係数算出手段を有しており、
前記校正手段は、前記補正係数算出手段にて算出された前記温度補正係数を加味して、前記荷重センサ部を校正することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記始動運転状態、および前記無負荷運転状態時に前記圧電駆動部に蓄積される前記充電エネルギは、それぞれの運転状態に対応する予め定められたエネルギ量であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記取得手段は、前記始動運転状態に対応する予め定められた始動時充電エネルギ並びに前記無負荷運転状態に対応する予め定められた無負荷時充電エネルギと、前記圧電駆動部に前記始動時充電エネルギ並びに前記無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに前記荷重センサ部より出力されるそれぞれの前記荷重信号を取得し、
前記校正手段は、前記取得手段が取得した、前記始動時充電エネルギ並びに前記無負荷時充電エネルギ、およびそれぞれの前記荷重信号に基づいて、前記荷重センサ部を校正することを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記取得手段は、前記無負荷運転状態に対応する予め定められた無負荷時充電エネルギと、前記圧電駆動部に前記無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに前記荷重センサ部より出力される前記荷重信号を取得し、
前記校正手段は、取得手段が取得した、前記無負荷時充電エネルギ、および前記荷重信号に基づいて、前記荷重センサ部を校正することを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記校正手段が前記荷重センサ部の校正を行う際に使用する前記荷重信号は、最も大きな値を示す最大荷重信号から前記充電エネルギが放出されるまでの間に出力される単位時間当たりの変化量が最も小さい安定荷重信号であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記冷間始動判定手段は、外気温度を取得する外気温度取得手段と、前記内燃機関の機関温度を取得する機関温度取得手段と、を有し、
取得した前記外気温度と前記機関温度とを比較することにより冷間始動を判定することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記機関温度取得手段は、前記内燃機関を冷却する冷却水温度、または前記内燃機関の潤滑に利用する潤滑油温度を取得することを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項１】
内燃機関に搭載され、内部に導入される燃料を前記内燃機関の燃焼室に噴射する噴孔を有するボデーと、
前記ボデー内に収容され、前記噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材を含む噴射機能部品と、
前記ボデー内に収容され、充電エネルギを蓄積することにより伸長し、蓄積された前記充電エネルギを放出することにより収縮する圧電体を含み、前記噴射機能部品の少なくとも一つを駆動することにより前記弁部材の駆動を制御する圧電駆動部と、
前記ボデー内に収容され、前記圧電駆動部に前記充電エネルギが蓄積されたときに、前記圧電駆動部に作用する荷重に応じた荷重信号を出力する圧電体を含む荷重センサ部と、を有する燃料噴射装置に備えられ、前記荷重センサ部からの前記荷重信号に基づいて前記圧電駆動部を制御する燃料噴射制御装置であって、
前記内燃機関の冷間始動を判定する冷間始動判定手段と、
前記内燃機関の始動開始から自立運転するまでの始動運転状態、または無負荷運転状態の少なくともいずれかの運転状態時に前記圧電駆動部に蓄積される前記充電エネルギ、および、その充電エネルギを前記圧電駆動部に蓄積させたときに前記荷重センサ部より出力される荷重信号を取得する取得手段と、
基準充電エネルギと、その基準充電エネルギを前記圧電駆動部に蓄積させたときに前記荷重センサ部より出力される基準荷重信号とを記憶させた記憶手段と、
前記冷間始動判定手段が、前記内燃機関が冷間始動であると判定したとき、前記取得手段が取得した前記充電エネルギおよび前記荷重信号、ならびに前記基準充電エネルギおよび前記基準荷重信号に基づいて、前記荷重センサ部を校正する校正手段と、を備えていることを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記荷重センサ部の温度に基づいて温度補正係数を算出する補正係数算出手段を有しており、
前記校正手段は、前記補正係数算出手段にて算出された前記温度補正係数を加味して、前記荷重センサ部を校正することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記始動運転状態、および前記無負荷運転状態時に前記圧電駆動部に蓄積される前記充電エネルギは、それぞれの運転状態に対応する予め定められたエネルギ量であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記取得手段は、前記始動運転状態に対応する予め定められた始動時充電エネルギ並びに前記無負荷運転状態に対応する予め定められた無負荷時充電エネルギと、前記圧電駆動部に前記始動時充電エネルギ並びに前記無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに前記荷重センサ部より出力されるそれぞれの前記荷重信号を取得し、
前記校正手段は、前記取得手段が取得した、前記始動時充電エネルギ並びに前記無負荷時充電エネルギ、およびそれぞれの前記荷重信号に基づいて、前記荷重センサ部を校正することを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記取得手段は、前記無負荷運転状態に対応する予め定められた無負荷時充電エネルギと、前記圧電駆動部に前記無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに前記荷重センサ部より出力される前記荷重信号を取得し、
前記校正手段は、取得手段が取得した、前記無負荷時充電エネルギ、および前記荷重信号に基づいて、前記荷重センサ部を校正することを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記校正手段が前記荷重センサ部の校正を行う際に使用する前記荷重信号は、最も大きな値を示す最大荷重信号から前記充電エネルギが放出されるまでの間に出力される単位時間当たりの変化量が最も小さい安定荷重信号であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記冷間始動判定手段は、外気温度を取得する外気温度取得手段と、前記内燃機関の機関温度を取得する機関温度取得手段と、を有し、
取得した前記外気温度と前記機関温度とを比較することにより冷間始動を判定することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記機関温度取得手段は、前記内燃機関を冷却する冷却水温度、または前記内燃機関の潤滑に利用する潤滑油温度を取得することを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１０１２４６（Ｐ２０１０−１０１２４６Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７３５５８（Ｐ２００８−２７３５５８）
【出願日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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