JPH10227249A

JPH10227249A - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JPH10227249A
Application number: JP9030484A
Authority: JP
Inventors: Chihiro Nishikawa; 千尋西川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 1998-08-25
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: JP3716532B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ＰＺＴアクチュエータにより駆動
される燃料噴射弁を備える燃料噴射装置に関し、燃料噴
射弁の動作音が運転者に違和感を与えるのを防止すると
共に、燃料噴射弁の応答性が温度に依存して変化するの
を防止することを目的とする。【解決手段】ＰＺＴアクチュエータ１４は充電コイル
３４、放電コイル３６を備える共振回路により駆動され
る。充電コイル３４及び放電コイル３６のインダクタン
スＬはインダクタンス制御装置４２により変化される。
本発明の第１の実施例において、インダクタンス制御装
置４２はエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｏａに基
づいてインダクタンスＬを変化させる。また、本発明の
第２の実施例において、インダクタンス制御装置４２は
温度に応じたパラメータ、例えば、充電電流のピーク値
等に基づいてインダクタンスＬを変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料噴射装置に関
し、特に、ＰＺＴアクチュエータにより駆動される燃料
噴射弁を備えた燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特公平７−７２５１３
号に開示される如く、ＰＺＴアクチュエータにより駆動
される燃料噴射弁を備えた燃料噴射装置が公知である。
燃料噴射弁は、ＰＺＴアクチュエータの伸縮変形に応じ
て変位される弁体と、該弁体の変位に応じて開閉される
ノズルとを備えている。従って、ＰＺＴアクチュエータ
の伸縮変形に応じてノズルが開閉されることで、燃料噴
射のオンオフが制御される。一般に、ＰＺＴアクチュエ
ータは高い時間応答性を有している。このため、上記従
来の燃料噴射装置によれば、燃料噴射のオン・オフが高
速で切り替えられることで、燃料噴射量を広い範囲で正
確に制御することが可能とされる。

【０００３】ところで、一般にＰＺＴアクチュエータは
温度の低下に応じて静電容量が小さくなる特性を有して
いる。また、ＰＺＴアクチュエータの伸び量は充電され
た電荷量に比例している。従って、ＰＺＴアクチュエー
タに一定の電圧が付与された場合、温度の低下に応じて
チャージされた電荷量が減少し、これに応じて、ＰＺＴ
アクチュエータの変形量は小さくなる。かかるＰＺＴア
クチュエータの温度依存性を補償するため、上記従来の
燃料噴射装置においては、ＰＺＴアクチュエータの温度
上昇に応じてＰＺＴアクチュエータに付与する電圧を減
少させることとしている。従って、上記従来の燃料噴射
装置によれば、温度変化にかかわらずＰＺＴアクチュエ
ータの伸縮変形量が一定に維持される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、ＰＺＴア
クチュエータは高い時間応答性を有している。このた
め、上記従来の燃料噴射装置において、ＰＺＴアクチュ
エータは高速で収縮変形し、これに伴って、弁体による
ノズルの開閉も高速で行なわれる。このように、燃料噴
射弁が高速で動作することによって大きな動作音が発生
し、特に、アイドル運転時等の比較的静寂な車両の運転
状態において、運転者に違和感を与えてしまうことにな
る。

【０００５】また、上述の如く、ＰＺＴアクチュエータ
の静電容量は温度に依存して変化する。ＰＺＴアクチュ
エータの静電容量が変化すると、ＰＺＴアクチュエータ
を駆動する駆動回路の時定数も変化する。このため、上
記従来の燃料噴射装置によれば、温度変化に応じてＰＺ
Ｔアクチュエータの動作速度が変化し、燃料噴射弁の応
答性が一定に保たれなくなってしまう。

【０００６】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、ＰＺＴアクチュエータにより駆動される燃料噴
射弁を備えた燃料噴射装置において、ＰＺＴアクチュエ
ータの動作速度を制御することにより、燃料噴射弁の動
作音により運転者に違和感を与えるのを防止すると共
に、温度変化にかかわらず燃料噴射弁の応答性を一定に
維持することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、ＰＺＴアクチュエータにより駆動され
る燃料噴射弁と、前記ＰＺＴアクチュエータを駆動する
共振回路とを備える燃料噴射装置であって、車両の運転
状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手
段により検出された車両の運転状態に基づいて、前記共
振回路の共振周波数を変化させる共振周波数変化手段と
を備える燃料噴射装置により達成される。

【０００８】本発明において、ＰＺＴアクチュエータの
動作速度は共振回路の共振周波数に応じて変化する。Ｐ
ＺＴアクチュエータの動作速度が高速になると、燃料噴
射弁の動作音は大きくなる。かかる動作音は、車両が静
寂であるほど運転者に違和感を与える。車両の静寂性は
車両の運転状態に応じて変化する。従って、共振周波数
変化手段が、車両の運転状態に基づいて共振回路の共振
周波数を変化させることで、車両の静寂性に応じて燃料
噴射弁の動作音が変化される。

【０００９】また、上記の目的は、請求項２に記載する
如く、ＰＺＴアクチュエータにより駆動される燃料噴射
弁と、前記ＰＺＴアクチュエータを駆動する共振回路と
を備える燃料噴射装置であって、ＰＺＴアクチュエータ
の温度に応じた情報を検出する温度情報検出手段と、該
温度情報検出手段により検出された情報に基づいて、前
記共振回路の共振周波数を変化させる共振周波数変化手
段とを備える燃料噴射弁により達成される。

【００１０】本発明において、共振回路の共振周波数は
ＰＺＴアクチュエータの静電容量に依存して変化する。
一般に、ＰＺＴアクチュエータの静電容量は温度変化に
応じて変化する。従って、温度変化に応じて共振回路の
共振周波数は変化する。共振周波数変化手段は温度に応
じた情報に基づいて、共振回路の共振周波数を変化させ
る。この結果、静電容量の変化に起因する共振周波数の
変化が補償される。ＰＺＴアクチュエータの応答性は共
振回路の共振周波数に応じて変化する。従って、温度変
化に伴ってＰＺＴアクチュエータの応答性が変化するこ
とが防止され、これにより、燃料噴射弁の応答性は温度
変化にかかわらず一定に維持される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例である燃料噴射装置について説明する。図１は、
本実施例の燃料噴射装置が備える燃料噴射弁１０の構成
図である。図１に示す如く、燃料噴射弁１０はハウジン
グ１２を備えている。ハウジング１２はその内部の図１
中上部にピストン室１２ａを備えていると共に、図１中
下面に開口するノズル室１２ｂを備えている。ピストン
室１２ａとノズル室１２ｂとは通路１２ｃにより互いに
連通されている。

【００１２】ハウジング１２のピストン室１２ａの内部
の図１中上底面にはＰＺＴアクチュエータ１４が固定さ
れている。ＰＺＴアクチュエータの図１中下面にはピス
トン１６が連結されている。ＰＺＴアクチュエータ１４
は端子１４ａ、１４ｂ間に電圧が付与されると図１中上
下方向に伸びるように構成されている。従って、端子１
４ａ、１４ｂ間に付与される電圧がオンオフされること
により、ＰＺＴアクチュエータ１４に伸縮変形が生じ、
かかる伸縮変形に伴ってピストン１６は図１中上下方向
に変位する。

【００１３】ハウジング１２のノズル室１２ｂにはノズ
ル１８が図１中下向きに突出して伸びるように取り付け
られている。ノズル１８の図１中下端部には噴射口１８
ａが設けられている。ノズル１８の内部にはプランジャ
２０が図１中上下方向に摺動可能に、かつ、ノズル１８
の内面との間に僅かな流体の流れを許容する隙間を形成
するように配設されている。ノズル１８の内部のプラン
ジャ２０より図１中下方にはノズル室１８ｂが画成され
ている。なお、ピストン１６とプランジャ２０との間に
画成された空間を、以下、液圧室２２と称する。

【００１４】プランジャ２０と、ハウジング１２のノズ
ル室１２ｂの底面との間にはスプリング２４が配設され
ている。スプリング２４はプランジャ２０を図１中下向
きに付勢している。また、プランジャ２０の図１中下端
面にはニードル２６が連結されている。ニードル２６の
先端部には弁体２６ａが固定されている。ニードル２６
がプランジャ２０と共に図１中上下方向に変位すること
で、弁体２６ａが噴射口１８ａを開閉させる。ノズル１
８には、ノズル室１８ｂと、図示しない燃料ポンプとを
連通する燃料供給通路２８が連通している。ノズル室１
８ｂには燃料供給通路２８を介して高圧の燃料が供給さ
れる。

【００１５】次に、燃料噴射弁１０の動作について説明
する。なお、常態において、ＰＺＴアクチュエータ１４
の端子１４ａ、１４ｂには所定の電圧が付与されてお
り、従って、ＰＺＴアクチュエータ１４は伸張状態にあ
る。上述の如く、プランジャ２０とノズル１８の内面と
の間には僅かな流体の流れを許容する隙間が形成されて
いる。このため、ノズル室１８ｂに燃料が供給された場
合、定常的にはノズル室１８ｂ及び液圧室２２の液圧は
互いに等しく維持される。かかる状態では、プランジャ
２０はスプリング２４の発する付勢力によって、弁体２
６ａが噴射口１８ａを閉塞するように、図１中下向きに
変位されるため、燃料の噴射は遮断されている。

【００１６】この状態から、ＰＺＴアクチュエータ１４
の端子１４ａ、１４ｂへ付与された電圧がオフされる
と、ＰＺＴアクチュエータ１４は収縮し、ピストン１６
は図１中上向きに変位する。この場合、液圧室２２内の
圧力が急速に低下することでプランジャ２０に作用する
力の均衡が崩れ、プランジャ２０はニードル２６と共に
図１中上向きに変位する。このため、弁体２６ａが噴射
孔１８ａから離脱し、噴射口１８ａが開放されること
で、ノズル室１８ｂ内の燃料が噴射口１８ａから噴射さ
れる。この状態から、再びＰＺＴアクチュエータ１４の
端子１４ａ、１４ｂ間に電圧が付与されると、液圧室２
２の圧力は上昇し、プランジャ２０が図１中下向きに変
位されることで、燃料噴射は遮断される。

【００１７】このように、燃料噴射弁１０においてはＰ
ＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂに付与す
る電圧がオフされると、ＰＺＴアクチュエータ１４が収
縮変形することで燃料が噴射口１８ａから噴射され、一
方、端子１４ａ、１４ｂに付与される電圧がオンされる
と、ＰＺＴアクチュエータ１４が伸張変形することで燃
料の噴射が停止される。一般に、ＰＺＴアクチュエータ
は高い時間応答性を有している。このため、燃料噴射弁
１０によれば、短い周期で燃料噴射をオンオフさせるこ
とができる。

【００１８】図２に、本実施例の燃料噴射弁１０、及
び、従前の電磁式燃料噴射弁について、燃料噴射を指令
した期間の長さ（以下、指示噴射期間Ｔと称す）と、１
回の噴射当たりの燃料噴射量Ｑとの関係を、それぞれ○
印及び◆印で示す。なお、燃料噴射弁１０においては、
指示噴射期間Ｔは、ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１
４ａ、１４ｂに付与する電圧をオフする期間の長さに相
当している。

【００１９】図２に示す如く、燃料噴射弁１０及び電磁
式燃料噴射弁の何れにおいても、１回の噴射当たりの燃
料噴射量Ｑは指示噴射期間Ｔに比例して変化している。
従って、指示噴射期間Ｔを変化させることで、燃料噴射
量Ｑを制御することができる。しかしながら、図２に示
す如く、電磁式燃料噴射弁によれば、指示噴射期間Ｔが
０．５ｍｓｅｃ以下の領域では、噴射弁が燃料噴射の指
令に対して追従することができず、指示噴射期間Ｔと燃
料噴射量Ｑとの間の直線性が損なわれている。一方、燃
料噴射弁１０については、ＰＺＴアクチュエータ１４が
高い応答性を有していることで、図２に示す如く、指示
噴射期間Ｔが０．２ｍｓｅｃ以下の領域においても、指
示噴射期間Ｔと燃料噴射量Ｑとの間の直線性が維持され
ている。このように、本実施例の燃料噴射弁１０によれ
ば、電磁弁式燃料噴射弁と比較して、指示噴射期間Ｔの
より短い領域まで燃料噴射量Ｑを正確に制御することが
できる。

【００２０】また、図２からわかるように、燃料噴射弁
１０と電磁弁式燃料噴射弁とを比較すると、同一の指示
噴射期間Ｔに対する燃料噴射量Ｑは燃料噴射弁１０の方
が大きい。即ち、燃料噴射弁１０においては、噴射口１
８ａの開口面積を増大させることにより単位時間当たり
の燃料噴射量を増加させているのである。一方、上述の
如く、燃料噴射量Ｑを制御可能な指示噴射期間Ｔの下限
値が低減されていることで、燃料噴射量Ｑの最小値は小
さく抑制されている。このように、本実施例の燃料噴射
弁１０によれば、従前の電磁式燃料噴射弁と比較して、
燃料噴射量Ｑを広範囲で制御することができる。

【００２１】次に、図３及び図４を参照して、燃料噴射
弁１０のＰＺＴアクチュエータ１４を駆動する駆動回路
の構成及びその動作について説明する。図３は、ＰＺＴ
アクチュエータ１４を駆動する駆動回路３０の回路図を
示す。図３に示す如く、駆動回路３０はＤＣ−ＤＣコン
バータ３２を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は
端子３２ａ、３２ｂを備えている。ＤＣ−ＤＣコンバー
タ３２は、制御装置３３から付与される制御信号に応じ
て０Ｖ又は所定の正の電圧Ｅ₀の何れかの電圧をとる出
力電圧Ｅを端子３２ａ、３２ｂ間に出力するように構成
されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の端子３２ａに
は、充電コイル３４の一端が接続されている。充電コイ
ル３４の他端は充電サイリスタ３６を介して、ＰＺＴア
クチュエータ１４の端子１４ａに接続されている。一
方、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の端子３２ａにはＰＺＴ
アクチュエータ１４の端子１４ｂが接続されている。ま
た、ＰＺＴアクチュエータの端子１４ａと端子１４ｂと
の間には、放電コイル３８及び放電サイリスタ４０が直
列に接続されている。

【００２２】充電サイリスタ３６及び放電サイリスタ４
０は、それぞれの制御端子３６ａ、及び４０ａに電圧パ
ルスが付与されることによりオン状態に切り替えられて
電流を流通させると共に、オン状態において流通する電
流の値がゼロとなった時点でオフ状態に復帰するように
構成されている。また、制御装置３３により、ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ３２の出力電圧Ｅの立ち上がり、及び、立
ち下がりに同期して、それぞれ、充電サイリスタ３６及
び放電サイリスタ４０の制御端子３６ａ、及び４０ａに
電圧パルスが付与される。

【００２３】充電コイル３４及び放電コイル３８は、イ
ンダクタンス制御装置４２に接続されている。インダク
タンス制御装置４２には、エンジン回転数Ｎｅを検出す
る回転数センサ４３、及び、アクセル開度Ｏａを検出す
るアクセル開度センサ４４が接続されている。後述する
如く、充電コイル３４及び放電コイル３８のインダクタ
ンスＬは、インダクタンス制御装置４２によって変化さ
れる。

【００２４】図４は、ＰＺＴアクチュエータ１４の動作
タイムチャートを示す。図４には、上段から順に、
（ａ）ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出力電圧Ｅ（以下、
制御電圧Ｅと称す）、（ｂ）充電サイリスタ３６のオン
・オフ状態、（ｃ）放電サイリスタ４０のオン・オフ状
態、（ｄ）ＰＺＴアクチュエータ１４に供給される電流
（充電電流を正、放電電流を負で示す）、及び（ｅ）Ｐ
ＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂ間の電圧
Ｖが示されている。

【００２５】図４（ａ）に示す如く、時刻ｔ₁以前にお
いて、制御電圧Ｅは電圧Ｅ₀に維持されている。時刻ｔ
₁において制御電圧Ｅが０Ｖに立ち下がると、（ｃ）に
示す如くこれに同期して放電サイリスタ４０がオンされ
る。放電サイリスタ４０がオンされると、放電コイル３
８のインダクタンスＬ、ＰＺＴアクチュエータ１４の静
電容量Ｃ、及び回路抵抗ＲからなるＬＣＲ共振回路Ｃ_d
が形成される。このため、ＰＺＴアクチュエータ１４に
充電されていた電荷が放電されることにより放電電流が
共振回路Ｃ_dを循環する。この場合、放電電流は次式で
表される周期を有する発振電流となる。

【００２６】ｔ＝２πＬ／√（４Ｌ／Ｃ−Ｒ²）（１）ただし、上述の如く、放電サイリスタ４０は、オン状態
に切り替えられた後、流通する電流値がゼロとなるとオ
フ状態に復帰する。このため、図４（ｄ）に示す如く、
放電電流は時刻ｔ₁から１周期分が流れた後ゼロにな
る。この場合、図４（ｅ）に示す如く、ＰＺＴアクチュ
エータ１４から電荷が放電されることにより端子１４
ａ、１４ｂ間の電圧Ｖは低下する。これに伴い、ＰＺＴ
アクチュエータ１４が収縮し、燃料噴射弁１０から燃料
が噴射される。この場合、ＰＺＴアクチュエータ１４の
収縮変形速度は、共振の周期ｔが短くなるほど大きくな
る。従って、制御電圧が立ち下がった時刻ｔ₁から燃料
の噴射が開始されるまでの遅れ時間は、上記時間ｔが小
さくなるのに応じて短縮される。

【００２７】時刻ｔ₂において、制御電圧Ｅが０Ｖから
Ｅ₀Ｖに立ち上がると、これに同期して図４（ｂ）に示
す如く充電サイリスタ３６がオンされる。充電サイリス
タ３６がオンされると、充電コイル３４のインダクタン
スＬ、ＰＺＴアクチュエータ１４の静電容量Ｃ、及び回
路抵抗ＲからなるＬＣＲ共振回路Ｃ_cが形成される。こ
のため、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２からＰＺＴアクチュ
エータ１４に対して充電電流が供給される。

【００２８】上述の如く、充電サイリスタ３６は、オン
状態に切り替えられた後、流通する電流値がゼロとなる
とオフ状態に復帰する。このため、図４（ｄ）に示す如
く、充電電流は時刻ｔ₂から１周期分のみが流れた後ゼ
ロになる。かかる充電電流がＰＺＴアクチュエータ１４
に供給されることで、図４（ｅ）に示す如く、ＰＺＴア
クチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂ間の電圧Ｖは上
昇する。これに伴ってＰＺＴアクチュエータ１４が伸張
変形することで、燃料噴射弁１０からの燃料の噴射は遮
断される。この場合、燃料噴射を開始する場合と同様
に、制御電圧Ｅが立ち上がった時刻ｔ₂から燃料噴射が
停止されるまでの遅れ時間は、周期ｔが短くなるのに応
じて短縮される。なお、上述の如く、時間ｔは、ＰＺＴ
アクチュエータ１４の変形速度、即ち、燃料噴射弁１０
の応答性を示すパラメータとみなすことができる。この
ため、以下、上記時間ｔを応答時間ｔとも称する。

【００２９】上述の如く、ＰＺＴアクチュエータ１４は
高い時間応答性を備えている。このため、応答時間ｔを
短く設けることで、制御電圧Ｅの変化に対してＰＺＴア
クチュエータ１４の伸縮変形を高速で追従させることが
できる。従って、制御電圧Ｅを０Ｖに維持する期間、即
ち、噴射指示時間Ｔを短く設定することで、燃料噴射期
間を短い領域まで制御することができ、これにより、燃
料噴射量Ｑを小さな値まで正確に制御することができ
る。

【００３０】なお、一般に、ＰＺＴアクチュエータに一
定電圧が付与された状態での変形量は、温度が上昇する
につれて増加する。そこで、本実施例においては、温度
上昇に応じてＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出力する電圧
Ｅ₀を減少させることにより、ＰＺＴアクチュエータ１
４の変形量が温度に依存して変化することを防止してい
る。

【００３１】ところで、燃料噴射弁１０の動作時には、
ＰＺＴアクチュエータ１４の伸縮変形に伴ってＰＺＴア
クチュエータ１４自身から音が発生し、また、噴射口１
８ａが開閉される際に、弁体２６ａと噴射口１８ａとの
衝突に伴う衝突音が発生する。更に、ＰＺＴアクチュエ
ータ１４の伸縮変形に伴うハウジング１２の変形や、ニ
ードル室１８ａ内の燃料の圧力変化に伴う音も発生す
る。燃料噴射弁１０の動作時に生ずるこれらの動作音の
レベルは、ＰＺＴアクチュエータ１４が高速で駆動され
るほど高くなる。このため、特に、アイドリング運転時
の如く、車両が比較的静粛な状態で運転されている状態
で、ＰＺＴアクチュエータ１４が高速で変形されると、
上記した燃料噴射弁１０の動作音が騒音として耳につき
やすくなり、運転者に違和感を与えることになる。

【００３２】これに対して、本実施例の燃料噴射装置
は、車両の運転状態に応じて上記共振回路Ｃ_d、Ｃ_cの
共振の周期ｔ、即ち、応答時間ｔを変化させることで、
運転者に違和感を与えるのを防止し得る点に特徴を有し
ている。即ち、本実施例においては、アイドリング運転
時等の静粛な運転状態において、応答時間ｔを増加させ
ることでＰＺＴアクチュエータ１４の変形速度を低下さ
せ、これにより、燃料噴射弁１０の動作音のレベルを低
減させる。

【００３３】上記（１）式からわかるように、応答時間
ｔは、インダクタンスＬ、静電容量Ｃ、及び回路抵抗Ｒ
によって定められる。従って、Ｌ，Ｃ、又はＲの何れか
を変化させることにより、応答時間ｔを変化させること
ができる。この場合、静電容量Ｃは、例えば共振回路Ｃ
_d、Ｃ_cに可変コンデンサを付加することにより変化さ
せることができ、また、回路抵抗Ｒは回路に可変抵抗を
付加することにより変化させることができる。しかしな
がら、回路抵抗Ｒを変化させると、抵抗による熱損失が
変化する。このため、ＰＺＴアクチュエータ１４に付与
されるエネルギーが変化することで、ＰＺＴアクチュエ
ータ１４の伸縮量が変化してしまう。また、（１）式か
らわかるように、静電容量Ｃを変化させるよりも、イン
ダクタンスＬを変化させる方が、応答時間ｔを大きく変
化させることができる。そこで、本実施例においては、
インダクタンス制御装置４２によって充電コイル３４及
び放電コイル３８のインダクタンスＬを変化させること
により応答時間ｔを制御することとしている。

【００３４】以下、図５を参照して、充電コイル３４、
放電コイル３８、及び、インダクタンス制御装置４２の
構成を説明する。なお、充電コイル３４及び放電コイル
３８の構成は同一であるため、以下、充電コイル３４に
ついて代表的に説明する。図５に示す如く、充電コイル
３４はサブコイル５１、５２、及び５３を備えている。
サブコイル５１、５２、５３は、それぞれ、インダクタ
ンスＬ₁、Ｌ₂、Ｌ₃を有している。サブコイル５１の
一端は端子３４ａに接続され、他端はスイッチング素子
５５を介してサブコイル５２の一端に接続されている。
サブコイル５２の他端はスイッチング素子５６を介して
サブコイル５３の一端に接続されている。また、サブコ
イル５３の他端は端子３４ｂに接続されている。

【００３５】スイッチング素子５５及び５６は、それぞ
れ、制御端子５５ａ、５６ａに通電されない状態（オフ
状態）では、サブコイル５１及び５２を端子３４ｂ側に
接続し、通電された状態（オン状態）では、サブコイル
５１及び５２をそれぞれ隣接するサブコイル５２及び５
３側に接続するように構成されている。スイッチング素
子５５及び５６の制御端子５５ａ及び５６ａはインダク
タンス制御装置４２に接続されている。従って、インダ
クタンス制御装置４２によってスイッチング素子５５及
び５６のオンオフ状態を切り替えることができる。

【００３６】表１に、スイッチング素子５５、５６のオ
ン・オフ状態の各組み合わせに対する端子３４ａ、３４
ｂ間のインダクタンスＬを示す。スイッチング素子５
５、５６が共にオフ状態の場合（表１に示す状態Ｉ）に
おいては、端子３４ａ、３４ｂ間にサブコイル５１のみ
が接続される。従って、この場合、インダクタンスＬは
Ｌ₁となる。スイッチング素子５５がオン状態、スイッ
チング素子５６がオフ状態とされた場合（状態II) にお
いては、端子３４ａ、３４ｂ間にサブコイル５１、５２
が直列接続される。従って、この場合、インダクタンス
Ｌは（Ｌ₁＋Ｌ₂）となる。更に、スイッチング素子５
５、５６が共にオン状態とされた場合（状態III)におい
ては、端子３４ａ、３４ｂ間にサブコイル５１、５２、
５３が直列接続される。従って、この場合、インダクタ
ンスＬは（Ｌ₁＋Ｌ₂＋Ｌ₃）となる。

【００３７】

【表１】

【００３８】インダクタンス制御装置４２は、上記状態
Ｉ〜III の何れかが実現されるように、スイッチング素
子５５、５６のオン・オフを制御する。これにより、イ
ンダクタンスＬは、Ｌ₁、（Ｌ₁＋Ｌ₂）、及び、（Ｌ
₁＋Ｌ₂＋Ｌ₃）の３段階に切り替えられる。なお、ス
イッチング素子５５、５６はサイリスタの組み合わせ
や、リードリレー等により構成することができる。この
場合、サイリスタあるいはリードリレーの動作速度は高
速であるため、インダクタンスＬの切り替えを高速に行
なうことができる。

【００３９】上述の如く、本実施例において、インダク
タンスＬはＬ₁〜（Ｌ₁＋Ｌ₂＋Ｌ ₃）の範囲で変化す
るため、Ｌ₁〜Ｌ₃を適切に選択することにより、広範
囲のインダクタンスＬの変化を容易に実現することがで
きる。なお、本実施例においては、３個のサブコイルを
用いてインダクタンスＬを３段階に切り替えることとし
ているが、これに限らず、４個以上のサブコイルを用い
てインダクタンスＬを４段階以上に切り替えることによ
って、より細かく、かつ広範囲のインダクタンスＬの変
化を実現することとしてもよい。あるいは、装置の簡単
化のため、２個のサブコイルを用いてインダクタンスＬ
を２段階に切り替えることとしてもよい。本実施例の
燃料噴射装置において、インダクタンス制御装置４２
は、回転数センサ４３から出力されるエンジン回転数Ｎ
ｅ、及び、アクセル開度センサ４４から出力されるアク
セル開度Ｏａに基づいて車両の運転状態の静寂性を判断
する。そして、その判断結果に基づいてインダクタンス
Ｌを変化させることにより、車両の静寂性に応じて燃料
噴射弁１０の動作音を適正に制御する。

【００４０】表２は、上記機能を実現するべくインダク
タンス制御装置４２が参照する表である。表２に示す如
く、エンジンの回転数Ｎｅは、所定値未満Ｎの低回転領
域と、所定値Ｎ以上の高回転数領域とに区分されてい
る。また、アクセル開度Ｏａは、所定値Ａ₁未満の低開
度領域、所定値Ａ₁以上所定値Ａ₂未満の中開度領域、
及び、所定値Ａ₂以上の高開度領域に区分されている。
インダクタンス制御装置４２はエンジン回転数Ｎｅ及び
アクセル開度Ｏａがそれぞれ何れの領域にあるかを判別
し、表２に基づいて、上記状態Ｉ、II、及びIII の何れ
かを実現することによりインダクタンスを「小」、
「中」、「大」の３段階に変化させる。

【００４１】

【表２】

【００４２】表２において、エンジン回転数Ｎｅが低回
転数領域にあり、かつ、アクセル開度Ｏａが低開度領域
にある場合には、車両はアイドリング運転等の比較的静
寂な状態で運転されており、従って、燃料噴射弁１０の
動作音は抑制されるべきと判断される。この場合、イン
ダクタンス制御装置４２は、インダクタンスＬを「大」
とすることにより、即ち、状態III を実現することによ
り応答時間ｔを増加させることで、燃料噴射弁１０の動
作音を抑制する。かかる処理により、車両が静寂な状態
で運転されている場合に、燃料噴射弁１０の動作音によ
り運転者に違和感を与えることが防止される。

【００４３】また、アクセル開度Ｏａが高開度領域にあ
る場合、及び、エンジン回転数Ｎｅが高回転領域にあ
り、かつ、アクセル開度Ｏａが中開度領域にあると判別
された場合には、車両の運転音は大きく、燃料噴射弁１
０から多少の動作音が生じても運転者に違和感を与える
ことはないと判断される。また、エンジン回転数Ｎｅが
高くなると、燃料噴射が可能な時間は短く制約されるた
め、燃料噴射弁１０の応答性を過度に低下させるのは好
ましくない。従って、この場合には、インダクタンス制
御装置４２はインダクタンスＬを「小」とすることによ
り、即ち、状態Ｉを実現することにより、応答時間ｔを
減少させる。

【００４４】更に、エンジン回転数Ｎｅが高回転数領域
にあり、かつ、アクセル開度Ｏａが低開度領域にある場
合、及び、Ｎｅが低回転数領域にあり、かつ、Ｏａが中
開度領域にある場合には、車両の運転音は中程度であ
り、従って、燃料噴射弁１０の動作音も中程度に抑制す
るべきと判断される。この場合、インダクタンス制御装
置４２はインダクタンスＬを「中」とすることにより、
即ち、表１に示す状態IIを実現することにより、応答時
間ｔを中間値に設定する。。

【００４５】以上のように、本実施例によれば、インダ
クタンス制御装置４２がエンジン回転数Ｎｅ及びアクセ
ル開度Ｏａに基づいて車両の静寂性を判断し、その結果
に応じて燃料噴射弁１０の動作音を変化させることで、
燃料噴射弁１０の動作音により運転者に違和感を与える
のを防止することができる。なお、本実施例において上
記所定値は、例えば、Ｎを１５００ｒｐｍ、Ａ₁を１５
％、Ａ₂を３０％としている。ただし、所定値Ｎ、
Ａ₁、Ａ₂はエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｏａ
と車両の運転音との関係より実験的に定められる値であ
り、エンジンの仕様に応じて変化する。また、エンジン
回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｏａの組み合わせと、車両
の運転音との間の関係は、運転者の運転操作によって変
化することもある。従って、運転者の運転操作の特徴を
学習し、その特徴に応じてこれらの所定値を最適に設定
することとしてもよい。

【００４６】また、上記実施例において、エンジン回転
数Ｎｅを２つの領域、アクセル開度Ｏａを３つの領域に
区分しているが、これに限らず任意の数の領域に区分し
てもよい。また、上記実施例においては、Ｎｅ及びＯａ
の各領域の組み合わせに応じてインダクタンスＬを３段
階に切り替えることとしているが、上記した如く、充電
コイル３４、放電コイル３８を構成するサブコイルの数
を変更することで、任意の数の段階で切り替えることと
してもよい。

【００４７】また、本実施例においては、エンジン回転
数Ｎｅ及びアクセル開度Ｏａに基づいて車両の静寂性を
判断することとしたが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、車速やエンジン負荷等に基づいて車両の静寂
性を判断してもよい。あるいは、騒音センサを設けて、
運転室内の音響レベルを直接検出することとしてもよ
い。

【００４８】なお、インダクタンスＬを変化させて応答
時間ｔを変化させた場合、ＰＺＴアクチュエータ１４に
付与される充電電流のピーク値も変化する。充電電流の
ピーク値が増加した場合、回路抵抗による熱損失が増加
するため、ＰＺＴアクチュエータ１４に供給される有効
エネルギーが減少し、その結果、ＰＺＴアクチュエータ
１４の伸び量も減少することとなる。従って、本実施例
の構成によれば、インダクタンスＬを変化させることに
よって、ＰＺＴアクチュエータ１４の変形量を制御する
ことも可能である。

【００４９】ところで、充電コイル３４及び放電コイル
３８のインダクタンスＬを変化させるための構成は図５
に示す例に限られるものではなく、図６及び図７に示す
構成によっても同様の目的を達成するとができる。図６
は、充電コイル３４のインダクタンスＬを変化させる構
成の別の例を示す。図６に示す如く、インダクタンス制
御装置４２にはモータ６０が接続されている。モータ６
０の回転シャフト６０ａにはレバー６２が連結されてい
る。モータ６０がインダクタンス制御装置４２から駆動
信号が付与されることにより駆動されると、レバー６２
は回転シャフト６０ａを回転軸として回転する。レバー
６２の回転シャフト６０ａ側の端部は、端子３４ａに接
続されている。

【００５０】モータ６０の回転シャフト６０ａの周囲に
は、相異なるインダクタンスＬ_a〜Ｌ_hを有する８個の
コイル６６ａ〜６６ｈが放射状に配設されている。レバ
ー６２が回転されるとその回転位置に応じて、レバー６
２の外径側端部と、コイル６６ａ〜６６ｈのうち何れか
１つの内径側の端部とが接続される。コイル６６ａ〜６
６ｈの外径側端部は共に端子３４ｂへ接続されている。
従って、レバー６２の回転位置に応じて、端子３４ａ、
３４ｂ間にコイル６６ａ〜６６ｈのうちの何れか１つの
コイルが接続される。

【００５１】このように、図６に示す構成においては、
インダクタンス制御装置４２によりモータ６０の回転角
度、即ち、レバー６２の回転角度を制御することで、充
電コイル３４のインダクタンスＬをＬ_a〜Ｌ_hの８段階
に切り替えることができる。なお、本構成においては８
個のコイルを用いてインダクタンスＬを８段階に切り替
えることとしているが、これに限らず、任意の数のコイ
ルを用いてインダクタンスＬを任意の段階に切り替える
ことができる。

【００５２】次に、図７は、充電コイル３４のインダク
タンスＬを変化させる更に別の構成を示す。図７におい
て、充電コイル３４は鉄心７０を備えている。鉄心７０
はコの字型の鉄心本体７０ａと、アーム７０ｂとより構
成されている。鉄心本体７０ａには巻線７２が巻回され
ている。巻線７２の両端は端子３４ａ、３４ｂに接続さ
れている。アーム部７０ｂは鉄心本体７０ａの一方の端
部に軸７０ｃの周りに回動可能に連結されていると共
に、鉄心本体７０ａの他方の端部との間にギャップＧを
形成している。軸７０ｃにはモータ７４の回転シャフト
が連結されている。モータ７４はインダクタンス制御装
置４２に接続されており、インダクタンス制御装置４２
から駆動信号が付与されることで駆動される。モータ７
４が駆動されると、アーム７０ｂが軸７０ｃを中心とし
て回動されることによりギャップＧが変化される。ギャ
ップＧが増加すると、巻線７２に通電された際に巻線７
２と鎖交する磁束の大きさが減少する。このため、充電
コイル３４のインダクタンスＬは減少する。同様に、ギ
ャップＧが減少すると、インダクタンスＬは増加する。
このように、図７に示す構成においては、インダクタン
ス制御装置４２からモータ７０へ付与する制御信号に応
じて、充電コイル３４のインダクタンスＬを変化させる
ことができる。

【００５３】本構成においては、ギャップＧに応じてイ
ンダクタンスＬが変化するため、インダクタンスＬを連
続的に変化させることができる。また、図５及び図６に
示す構成と異なり、複数のコイルを設けることが不要で
あるため装置コストが低減されている。更に、本構成に
おいては、機械的な接点が存在しないため、装置の信頼
性、耐久性が向上されている。

【００５４】なお、上記実施例においては、駆動回路３
０が請求項１に記載した共振回路に、回転数センサ４３
及びアクセル開度センサ４４が請求項１に記載した運転
状態検出手段に、充電コイル３４、放電コイル３８、及
びインダクタンス制御装置４２が請求項１に記載した共
振周波数変化手段に、それぞれ相当している。ただし、
上記したように、運転状態として回転数Ｎｅ、アクセル
開度Ｏａの他、車速、エンジン負荷、運転室内の音響レ
ベル等を用いることができる。

【００５５】次に、本発明の第２実施例の燃料噴射装置
について説明する。本実施例の燃料噴射装置は、インダ
クタンス制御装置４２が実行する処理の内容を除いて上
記第１実施例の燃料噴射装置と同一の構成を有してい
る。上述の如く、図３に示す駆動回路３０において、温
度変化にかかわらずＰＺＴアクチュエータ１４の伸縮量
を一定に維持するため、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出
力する電圧Ｅ₀を温度上昇に応じて減少させることとし
ている。しかしながら、ＰＺＴアクチュエータ１４は、
温度の上昇に応じてその静電容量Ｃが増加する特性を有
している。このため、温度変化が生ずると、上記（１）
式からわかるように、静電容量Ｃの変化に応じて応答時
間ｔが変化し、ＰＺＴアクチュエータ１４の動作速度は
変化してしまう。

【００５６】本実施例の燃料制御弁は、温度変化が生じ
た場合に、ＰＺＴアクチュエータ１４の伸び量を一定に
維持するのみならず、その動作速度をも一定に維持し得
る点に特徴を有している。以下、かかる特徴部について
説明する。図８は、ＰＺＴアクチュエータ１４に付与さ
れる充電電流の波形が温度に応じて変化する様子を示し
ている。図８に示す如く、低温になるほどＰＺＴアクチ
ュエータ１４の静電容量Ｃが減少することで、応答時間
ｔが短くなっている。この場合、上述の如く、ＰＺＴア
クチュエータ１４の伸び量は一定に維持されるため、Ｐ
ＺＴアクチュエータ１４への充電量、即ち、充電電流の
積分値は一定に維持される。このため、温度が低下して
共振周期ｔが短くなるのに応じて、電流のピーク値Ｐは
増大することになる。そこで、本実施例においては、イ
ンダクタンス制御装置４２により充電電流のピーク値Ｐ
を検出し、ピーク値Ｐと予め実験的に定めた所定の閾値
ａ及びｂとの大小関係に基づいてインダクタンスＬを変
化させることにより、応答時間ｔの変化を抑制すること
としている。

【００５７】即ち、インダクタンス制御装置４２はピー
ク値Ｐが所定の閾値ａを上回った場合には、温度低下に
伴って応答時間ｔが小さくなっていると判断し、表１に
示す状態III を実現することによりインダクタンスＬを
「大」とする。一方、ピーク値Ｐが第２の所定の閾値ｂ
（ｂ＜ａ）を下回った場合には温度上昇に伴って応答時
間ｔが長くなっていると判断し、状態Ｉを実現すること
によりインダクタンスＬを「小」とする。更に、ピーク
値Ｐがｂ以上ａ以下である場合には、状態IIを実現する
ことによりインダクタンスＬを「中」とする。従って、
ＰＺＴアクチュエータ１４に温度変化が生じた場合、静
電容量Ｃの変化を補償するようにインダクタンスＬが増
減されることで、応答時間ｔの変動が抑制される。

【００５８】このように、本実施例によれば、温度変化
に起因するＰＺＴアクチュエータ１４の応答速度の変化
を抑制することができ、これにより、燃料噴射弁１０の
応答性を温度変化にかかわらず一定に維持することがで
きる。なお、上記第２実施例において、充電電流のピー
ク値Ｐに基づいてインダクタンスＬを変化させることと
しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、
ＰＺＴアクチュエータ１４の温度変化に応じて変化する
任意の情報をインダクタンスＬを変化させる際の基準と
して用いることができる。例えば、図８に示す如く、応
答時間ｔは温度の低下に応じて減少する。従って、応答
時間ｔを充電電流の信号波形より検出し、応答時間ｔが
所定値ｔ_aを上回った場合にインダクタンスＬを減少さ
せ、ｔが所定値ｔ_b（ｔ_b＜ｔ_a）を下回った場合にイ
ンダクタンスＬを増加させることとしてもよい。

【００５９】また、図４（ｅ）に示す如く、ＰＺＴアク
チュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂ間の電圧にはオー
バーシュートが生ずる。図９は、端子１４ａ、１４ｂの
電圧波形の温度による変化を示している。図９に示す如
く、ＰＺＴアクチュエータ１４が低温になるほど、応答
時間ｔが減少することに起因してオーバシュート量Ｓは
増加する。従って、端子１４ａ、１４ｂ間の電圧波形よ
りオーバシュート量Ｓを検出し、オーバシュート量Ｓが
所定値Ｓ_aを上回った場合にインダクタンスＬを増加さ
せ、Ｓが所定値Ｓ_b（Ｓ_b＜Ｓ_a）を下回った場合にイ
ンダクタンスＬを減少させることとしてもよい。

【００６０】あるいは、ＰＺＴアクチュエータ１４の温
度Ｔｐを検出する温度センサを設け、温度Ｔｐが所定値
Ｔ_aを上回った場合にインダクタンスＬを増加させ、温
度Ｔｐが所定値Ｔ_b（Ｔ_b＜Ｔ_a）を下回った場合にイ
ンダクタンスＬを減少させることとしてもよい。この
他、外気温等、ＰＺＴアクチュエータ１４の温度と相関
をもって変化する任意の環境パラメータに基づいてイン
ダクタンスＬを変化させてもよい。

【００６１】なお、上記第２実施例においては、駆動回
路３０が請求項２に記載した共振回路に、充電コイル３
４、放電コイル３８、及びインダクタンス制御装置４２
が請求項２に記載した共振周波数変化手段に、それぞれ
相当している。また、インダクタンス制御装置４２が充
電電流又はＰＺＴアクチュエータ１４の端子間電圧に基
づいてピークＰ、時間ｔ、又はオーバシュートＳを検出
することにより、あるいは、温度センサの出力に基づい
て温度Ｔｐを検出することにより、請求項２に記載した
温度情報検出手段が実現されている。

【００６２】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、燃料噴射弁の動作音により運転者に違和感を与える
のを防止することができる。また、請求項２記載の発明
によれば、温度変化に伴って燃料噴射弁の応答性が変化
するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である燃料噴射装置が備える
燃料噴射弁の構成図である。

【図２】本実施例の燃料噴射弁の指示噴射期間と燃料噴
射量との関係を従前の電磁式燃料噴射弁の場合と共に示
す図である。

【図３】本実施例において燃料噴射弁を駆動するＰＺＴ
アクチュエータの駆動回路の構成図である。

【図４】図３に示す駆動回路の動作のタイムチャートで
ある。

【図５】充電コイル（又は放電コイル）の構成をインダ
クタンス制御装置との接続関係と共に示す図である。

【図６】充電コイル（又は放電コイル）の別の構成を示
す図である。

【図７】充電コイル（又は放電コイル）の更に別の構成
を示す図である。

【図８】ＰＺＴアクチュエータに付与される充電電流の
温度に応じた変化を示す図である。

【図９】ＰＺＴアクチュエータの端子間電圧の温度に応
じた変化を示す図である。

【符号の説明】

１０燃料噴射弁１４ＰＺＴアクチュエータ３０駆動回路３４充電コイル３８放電コイル４２インダクタンス制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＰＺＴアクチュエータにより駆動される
燃料噴射弁と、前記ＰＺＴアクチュエータを駆動する共
振回路とを備える燃料噴射装置であって、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段により検出された車両の運転状態に
基づいて、前記共振回路の共振周波数を変化させる共振
周波数変化手段とを備えることを特徴とする燃料噴射装
置。
【請求項２】ＰＺＴアクチュエータにより駆動される
燃料噴射弁と、前記ＰＺＴアクチュエータを駆動する共
振回路とを備える燃料噴射装置であって、ＰＺＴアクチュエータの温度に応じた情報を検出する温
度情報検出手段と、該温度情報検出手段により検出された情報に基づいて、
前記共振回路の共振周波数を変化させる共振周波数変化
手段とを備えることを特徴とする燃料噴射装置。