(57)【要約】【課題】本発明の目的は、部材の摩耗を抑制し、噴射性能の経時劣化を抑制する燃料噴射装置を提供する。【解決手段】圧力制御室８１は、内部の燃料の圧力が高まるとニードル３を離座方向へ付勢する。加圧室８２は、圧力制御室８１に連通し、ピストン５によって内部の燃料が加圧される。ピエゾ駆動体６は、電圧を印加されて伸長することにより、加圧室８２を昇圧する方向にピストン５を押圧する。ＥＣＵ８は、ピエゾ駆動体６に印加する電圧を変化させることにより、加圧室８２および圧力制御室８１の圧力を変化させる。また、ＥＣＵ８は、ニードル３が離座位置から着座位置まで移動する途中、ピエゾ駆動体６に印加する電圧を減少させる度合いを変化させてピエゾ駆動体６の単位時間あたりの収縮率を変化させることにより、ニードル３の着座方向への移動速度を低減する速度低減手段を有している。【選択図】図１
2010019214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔、弁座、および前記噴孔に連絡する燃料通路を有するノズルボディと、
前記ノズルボディの内部を軸方向に往復移動し、前記弁座に着座することにより前記燃料通路を遮断し、前記弁座から離座することにより前記燃料通路を開放するニードルと、
前記ニードルを着座方向へ付勢するニードル付勢部材と、
前記ノズルボディの内部を往復移動するピストンと、
内部の燃料の圧力が高まると前記ニードルを前記ニードル付勢部材の付勢力に抗して離座方向へ付勢する圧力制御室と、当該圧力制御室に連通し前記ピストンによって内部の燃料が加圧される加圧室と、を有する燃料圧力制御系統と、
前記加圧室の圧力が低下する方向に前記ピストンを付勢するピストン付勢部材と、
電圧を印加されて伸長することにより、前記ピストン付勢部材の付勢力に抗して前記加圧室を昇圧する方向に前記ピストンを押圧する駆動体と、
前記駆動体に印加する電圧を変化させることにより、前記加圧室および前記圧力制御室の圧力を変化させる制御部とを備え、
前記制御部は、前記ニードルが離座位置から着座位置まで移動する途中、前記駆動体に印加する電圧を減少させる度合いを変化させて前記駆動体の単位時間あたりの収縮率を変化させることにより、前記ニードルの着座方向への移動速度を低減する速度低減手段を有することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記ノズルボディの噴孔は、第１噴孔群と、前記第１噴孔群より軸中心に近い第２噴孔群とからなり、
前記ニードルは、前記第１噴孔群を開閉する円筒状のアウターニードルと、前記アウターニードルの内側に収容され前記第２噴孔群を開閉するインナーニードルとからなることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記速度低減手段による前記インナーニードルの着座方向への移動速度の低減の度合いよりも前記アウターニードルの着座方向への移動速度の低減の度合いのほうが大きくなるように、前記駆動体を制御することを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記ニードルが離座位置から着座位置へ移動する途中、前記ニードルが前記弁座に当接する直前の時点で、前記駆動体に印加する電圧を上昇させて前記駆動体を伸長させることにより、前記ニードルの着座方向への移動速度を前記時点において変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記駆動体は、ピエゾ素子を複数積層することにより構成されるピエゾ駆動体であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記アウターニードルは、前記弁座に当接可能な第１当接部と、前記弁座に当接可能で前記第１当接部とともに前記弁座に当接することにより前記第１噴孔群を閉塞可能な第２当接部とを有し、
前記制御部は、前記アウターニードルが離座位置から着座位置へ移動する途中、前記第１当接部または前記第２当接部の少なくとも一方が前記弁座に当接したときに、前記アウターニードルの着座方向への移動速度の低減を開始することを特徴とする請求項２から５のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置に関し、特に、加圧した燃料によりニードルの離座および着座を制御する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、噴孔を開閉するニードルを、燃料の圧力を介して離座方向または着座方向へ移動させる燃料噴射装置が知られている。例えば特許文献１に開示された燃料噴射装置では、ピストンを押圧する駆動体を制御し、ピストンにより加圧される燃料の圧力を変化させることによってニードルを離座方向または着座方向へ移動させている。
【０００３】
また、特許文献１の燃料噴射装置では、ニードルは、円筒状のアウターニードルと、アウターニードルの内側に設けられるインナーニードルとから構成されている。これにより、それぞれのニードルが段階的に別々の噴孔を開閉することで、燃料の噴射量が少ないときでも微粒化した燃料噴霧をエンジンの気筒に噴射することを可能としている。
【０００４】
特許文献１の燃料噴射装置では、ニードルを離座位置から着座位置へ移動させるとき、ニードルが一定の速度で着座方向へ移動するように駆動体を制御している。なお、ここで、ニードルが弁座から離れた状態にあるニードルの位置を「離座位置」と表現し、ニードルが弁座に当接し噴孔を塞いで停止している状態にあるニードルの位置を「着座位置」と表現する。また、ニードルが離座位置から着座位置へ向かうときのニードルの移動方向を「着座方向」と表現し、ニードルが着座位置から離座位置へ向かうときのニードルの移動方向を「離座方向」と表現する。以下、同様の表現を用いる。上述のように駆動体を制御する場合、弁座に当接するときのニードルの速度が大きいため、当接時の衝撃が大きくなることがある。その結果、ニードルの破損やニードルおよび弁座の摩耗を招くおそれがある。ニードルおよび弁座が摩耗すると、開弁時期や開弁時間などが変化することにより燃料噴射装置の噴射性能が経時劣化するという問題が生じる。
【０００５】
特に、アウターニードルは、円筒状のため強度が低く、弁座に当接するときの衝撃が大きいと破損または摩耗しやすい。また、アウターニードルは、着座方向へ移動するとき、一部が弁座に当接した後、弁座に対して滑りながら自身が撓むことにより、２箇所あるいは複数の箇所で弁座に当接し噴孔を閉塞する。この時の滑りの速度が大きいと、アウターニードルおよび弁座の摩耗が促進されるおそれがある。
【特許文献１】特開２００７−１３８８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、部材の摩耗を抑制し、噴射性能の経時劣化を抑制する燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明では、ノズルボディは、噴孔、弁座、および噴孔に連絡する燃料通路を有している。ニードルは、ノズルボディの内部を軸方向に往復移動し、弁座に着座することにより燃料通路を遮断し、弁座から離座することにより燃料通路を開放する。ニードル付勢部材は、ニードルを着座方向へ付勢する。ピストンは、ノズルボディの内部を往復移動可能に設けられている。燃料圧力制御系統は、内部の燃料の圧力が高まるとニードルをニードル付勢部材の付勢力に抗して離座方向へ付勢する圧力制御室と、当該圧力制御室に連通しピストンによって内部の燃料が加圧される加圧室と、を有する。ピストン付勢部材は、加圧室の圧力が低下する方向にピストンを付勢する。駆動体は、電圧を印加されて伸長することにより、ピストン付勢部材の付勢力に抗して加圧室を昇圧する方向にピストンを押圧する。制御部は、駆動体に印加する電圧を変化させることにより、加圧室および圧力制御室の圧力を変化させる。また、制御部は、ニードルが離座位置から着座位置まで移動する途中、駆動体に印加する電圧を減少させる度合いを変化させて駆動体の単位時間あたりの収縮率を変化させることにより、ニードルの着座方向への移動速度を低減する速度低減手段を有している。速度低減手段により、ニードルが弁座に当接するときのニードルの速度、またはニードルが弁座に当接した後のニードルの滑りの速度を低減することができる。これにより、ニードルが弁座に当接するときの衝撃を緩和すること、またはニードルおよび弁座の摩耗を抑制することができる。その結果、ニードルおよび弁座が摩耗することによる燃料噴射装置の開弁時期や開弁時間などの経時的な変化を抑制できる。したがって、燃料噴射装置の噴射性能の経時劣化を抑制することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明では、ノズルボディの噴孔は、第１噴孔群と、第１噴孔群より軸中心に近い第２噴孔群とからなる。また、ニードルは、第１噴孔群を開閉する円筒状のアウターニードルと、アウターニードルの内側に収容され第２噴孔群を開閉するインナーニードルとからなる。本発明では、請求項１記載の発明と同様、速度低減手段により、アウターニードルおよびインナーニードルが弁座に当接するときの各ニードルの速度、または各ニードルが弁座に当接した後の各ニードルの滑りの速度を低減することができる。これにより、各ニードルが弁座に着座するときの衝撃を緩和すること、または各ニードルおよび弁座の摩耗を抑制することができる。その結果、燃料噴射装置の開弁時期や開弁時間などの経時的な変化を抑制できる。したがって、燃料噴射装置の噴射性能の経時劣化を抑制することができる。
【０００９】
請求項３記載の発明では、制御部は、速度低減手段によるインナーニードルの着座方向への移動速度の低減の度合いよりもアウターニードルの着座方向への移動速度の低減の度合いのほうが大きくなるように、駆動体を制御する。これにより、アウターニードルへの弁座からの衝撃またはアウターニードルの摩耗を効果的に抑制することができる。特に、アウターニードルは、円筒状のためインナーニードルに比べて強度が低く、また、弁座に当接した後の滑りの量が多い。したがって、本発明では、アウターニードルの摩耗による開弁時期や開弁時間などの経時的な変化を効果的に抑制でき、燃料噴射装置の噴射性能の経時劣化を抑制することができる。
【００１０】
請求項４記載の発明では、制御部は、ニードルが離座位置から着座位置へ移動する途中、ニードルが弁座に当接する直前の時点で、駆動体に印加する電圧を上昇させて駆動体を伸長させることにより、ニードルの着座方向への移動速度を前記時点において変化させる。すなわち、前記時点後のニードルの移動速度は、前記時点までのニードルの移動速度に比べて小さくなる。これにより、ニードルが弁座に当接するときの衝撃を緩和することができる。したがって、ニードルの破損や摩耗を効果的に抑制することができる。
【００１１】
請求項５記載の発明では、駆動体は、ピエゾ素子を複数積層することにより構成されるピエゾ駆動体である。ピエゾ駆動体は、印加される電圧に応じて伸長し、印加される電圧に対する応答性が高いという特徴を有する。そのため、制御部は、駆動体の作動を高精度に制御することができる。これにより、制御部がニードルの着座方向への移動速度を低減させるとき、所定のタイミングで、かつ、高精度に移動速度を低減させることができる。したがって、ニードルが離座位置から着座位置まで移動するときのニードルの破損や摩耗を効果的に抑制することができる。
【００１２】
請求項６記載の発明では、アウターニードルは、弁座に当接可能な第１当接部と、弁座に当接可能で第１当接部とともに弁座に当接することにより第１噴孔群を閉塞可能な第２当接部とを有している。アウターニードルは、離座位置から着座位置まで移動する途中、第１当接部または第２当接部が弁座に当接した後、弁座に対して滑りながら自身が撓むことにより、第１当接部および第２当接部の２箇所で弁座に当接し第１噴孔群を閉塞する。制御部は、第１当接部または第２当接部の少なくとも一方が弁座に当接したときに、アウターニードルの着座方向への移動速度の低減を開始する。これにより、アウターニードルが弁座に対して滑るときの移動速度を低減することができる。したがって、滑りにより生じ得るアウターニードルおよび弁座の摩耗を効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の複数の実施形態による燃料噴射装置を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射装置を図１に示す。燃料噴射装置１は、例えばディーゼルエンジンの各気筒に取り付けられ、コモンレールに蓄圧状態で蓄えられた高圧の燃料を各気筒に噴射する。燃料噴射装置１は、ノズルボディ２、ニードル３、ピストン５、ピエゾ駆動体６および電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという。）８などを備えている。ノズルボディ２の内部に、ニードル３、ピストン５およびピエゾ駆動体６などが設けられ、燃料通路７０、燃料溜り室７１、背圧室７２、圧力制御室８１、加圧室８２などが形成されている。
【００１４】
ノズルボディ２は、略円筒状に形成された第１ボディ２１、第２ボディ２２、第３ボディ２３、第４ボディ２４および第５ボディ２５が、この順で接続することにより構成されている。第１ボディ２１の反第２ボディ２２側の端部には、噴孔１１および噴孔１２がそれぞれ複数形成されている。噴孔１１は第１ボディ２１の周方向に所定の間隔で複数形成され、第１噴孔群を構成している。噴孔１２も第１ボディ２１の周方向に所定の間隔で複数形成され、第２噴孔群を構成している。第２噴孔群は、第１噴孔群よりも第１ボディ２１の軸中心に近い位置に形成されている。噴孔１１および噴孔１２は、第１ボディ２１の内壁と外壁とを連通している。第１ボディ２１の噴孔１１および噴孔１２の入口側に、燃料溜り室７１が形成されている。第１ボディ２１の内壁には、噴孔１１および噴孔１２の入口近傍に、ニードル３が着座可能な弁座１３が形成されている。
【００１５】
第１ボディ２１、第２ボディ２２、第３ボディ２３、第４ボディ２４および第５ボディ２５の内部には、燃料通路７０が形成されている。燃料通路７０は、第５ボディ２５に形成された流入口２６を経由して図示しないコモンレールに連通している。そのため、燃料通路７０には、コモンレールの内部と概ね同一の圧力の燃料が供給される。なお、燃料溜り室７１は、燃料通路７０の一部を構成している。
【００１６】
ニードル３は、ノズルボディ２の内部に往復移動可能に収容されている。ニードル３は、アウターニードル３０とインナーニードル４０とからなる。アウターニードル３０は、略円筒状に形成され、内側にインナーニードル４０を収容している。
本実施形態では、アウターニードル３０は、３つの部材により構成されている。すなわち、アウターニードル３０は第１アウターニードル３１、第２アウターニードル３２および第３アウターニードル３３により構成され、各アウターニードルはこの順で当接している。第１アウターニードル３１、第２アウターニードル３２および第３アウターニードル３３は、いずれも略円筒状に形成され、それぞれ第１ボディ２１、第２ボディ２２および第３ボディ２３の内側に、軸方向へ往復移動可能に収容されている。
【００１７】
第１アウターニードル３１の噴孔１１側の端部には、弁座１３に着座可能なシート部３４が形成されている。シート部３４が弁座１３に着座すると、燃料通路７０と噴孔１１との間は遮断され、噴孔１１を通じた燃料の噴射が停止する。一方、シート部３４が弁座１３から離座すると、燃料通路７０と噴孔１１とは連絡し、噴孔１１を通じて燃料が噴射される。このように、アウターニードル３０は、シート部３４が弁座１３に着座することにより第１噴孔群を閉塞し、シート部３４が弁座１３から離座することにより第１噴孔群を開放する。
【００１８】
第１アウターニードル３１の軸方向の途中には、径外方向へ環状に突出する突出部３５が形成されている。第１アウターニードル３１の反噴孔１１側端部の外周には、略円筒状のシリンダ１５が設けられている。シリンダ１５は、一方の端部が第２ボディ２２に接しており、内壁が第１アウターニードル３１の外壁と摺接することにより第１アウターニードル３１の往復移動を案内する。突出部３５とシリンダ１５との間には、ニードル付勢部材としてのスプリング１６が設けられている。スプリング１６は、突出部３５を押圧することにより第１アウターニードル３１を弁座１３側、すなわち着座方向へ付勢している。
【００１９】
第２アウターニードル３２は、軸方向の途中から反第１アウターニードル３１側端部にかけて外径および内径が大きくなるように形成されている。これにより、第２アウターニードル３２には、外壁に略環状の段差面３２ａが形成され、内壁に略環状の段差面３２ｂが形成されている。
インナーニードル４０は第１インナーニードル４１、第２インナーニードル４２および第３インナーニードル４３の３つの部材により構成され、各インナーニードルはこの順で当接している。第１インナーニードル４１、第２インナーニードル４２および第３インナーニードル４３は、いずれも略円柱状に形成され、それぞれ第１アウターニードル３１、第２アウターニードル３２および第３アウターニードル３３の内側に、軸方向へ往復移動可能に収容されている。
【００２０】
第１インナーニードル４１の噴孔１２側の端部には、弁座１３に着座可能なシート部４４が形成されている。シート部４４が弁座１３に着座すると、燃料通路７０と噴孔１２との間は遮断され、噴孔１２を通じた燃料の噴射が停止する。一方、シート部４４が弁座１３から離座すると、燃料通路７０と噴孔１２とは連絡し、噴孔１２を通じて燃料が噴射される。このように、インナーニードル４０は、シート部４４が弁座１３に着座することにより第２噴孔群を閉塞し、シート部４４が弁座１３から離座することにより第２噴孔群を開放する。
【００２１】
第２インナーニードル４２は、軸方向の途中から反第１インナーニードル４１側端部にかけて外径が大きくなるように形成されている。これにより、第２インナーニードル４２には、外壁に略環状の段差面４２ａが形成されている。第２アウターニードル３２が離座方向へ移動するとき、段差面４２ａと段差面３２ｂとは当接可能である。
【００２２】
第３インナーニードル４３には、軸方向の途中、反第２インナーニードル４２側に、径外方向へ環状に突出する突出部４５が形成されている。突出部４５は、第３ボディ２３の内壁と第４ボディ２４とに囲まれて形成される背圧室７２内に位置している。背圧室７２には、コモンレールから燃料通路７０を経由して燃料が流入する。突出部４５と第４ボディ２４との間には、ニードル付勢部材としてのスプリング１７が設けられている。スプリング１７は、突出部４５を押圧することにより、第３インナーニードル４３を弁座１３側へ付勢している。これにより、第２インナーニードル４２および第１インナーニードル４１も弁座１３側へ付勢されている。すなわち、インナーニードル４０は、スプリング１７によって着座方向へ付勢されている。
【００２３】
図２（Ａ）に示すように、第１アウターニードル３１と第１インナーニードル４１との間には、略円筒状の隙間が形成されている。シート部３４は、壁面３４ａおよび壁面３４ｂを有している。壁面３４ａおよび壁面３４ｂは、ともにテーパ状に形成されている。壁面３４ｂは、壁面３４ａに対して第１アウターニードル３１の径外方向側に位置し、テーパ角度が壁面３４ａのテーパ角度とは異なるように形成されている。壁面３４ａと壁面３４ｂとの間には、第１アウターニードル３１の径内方向へ環状に窪む凹溝３６が形成されている。ここで、壁面３４ａは特許請求の範囲における「第１当接部」を構成し、壁面３４ｂは特許請求の範囲における「第２当接部」を構成している。
【００２４】
図１に示すように、第２ボディ２２の内壁と第２アウターニードル３２との間には、低圧室９１が形成されている。低圧室９１には、シリンダ１５と第１アウターニードル３１と第２ボディ２２との間を通じて、第１ボディ２１の燃料溜り室７１からリークした燃料が流入する。そのため、低圧室９１内の燃料圧力は、燃料溜り室７１内の燃料圧力に比べて小さい。低圧室９１に流入した燃料は、第２ボディ２２、第３ボディ２３および第４ボディ２４の内部に形成された低圧燃料通路９０を経由して燃料噴射装置１の外部へ排出される。低圧燃料通路９０は、図示しない燃料タンクに連通している。これにより、燃料溜り室７１からリークした燃料は、燃料タンクに排出される。
【００２５】
第３ボディ２３の内壁と第３アウターニードル３３および第２アウターニードル３２と第２ボディ２２との間には、低圧室９２が形成されている。低圧室９２には、第３アウターニードル３３と第３ボディ２３との間を通じて、背圧室７２からリークした燃料が流入する。そのため、低圧室９２内の燃料圧力は、背圧室７２内の燃料圧力に比べて小さい。低圧室９２に流入した燃料は、低圧燃料通路９０を経由して燃料タンクに排出される。
【００２６】
第４ボディ２４および第５ピストン２５の内部には、ピストン５が往復移動可能に設けられている。ピストン５は、第１ピストン５１と、第１ピストン５１の反第３ボディ２３側に設けられる第２ピストン５２とからなる。第１ピストン５１は、略円柱状に形成され、第２ピストン５２とは反対側に、外径の大きな大径部５３を有している。一方、第２ピストン５２は、第１ピストン５１とは反対側の端部から径外方向へ環状に突出する突出部５４を有している。
【００２７】
大径部５３は、第４ボディ２４の内壁と第５ボディ２５との間に形成される空間内に位置している。第１ピストン５１の反大径部５３側端部、および第２ピストン５２は、第５ボディ２５の内壁に囲まれて形成される空間内に位置している。
第２ボディ２２の内壁と第２アウターニードル３２の段差面３２ａとの間には、圧力制御室８１が形成されている。第１ピストン５１の大径部５３と第４ボディ２４の内壁との間には、加圧室８２が形成されている。圧力制御室８１と加圧室８２とは、第２ボディ２２、第３ボディ２３および第４ボディ２４の内部に形成された連通路８０によって連通している。圧力制御室８１と加圧室８２とは、特許請求の範囲における「燃料圧力制御系統」を構成している。
【００２８】
加圧室８２には、ピストン付勢部材としての皿ばね１８が設けられている。皿ばね１８は、第１ピストン５１を第２ピストン５２側、すなわち加圧室８２の容積が増大する方向へ付勢している。皿ばね１８の付勢力によって、第１ピストン５１が加圧室８２の容積が増大する方向へ移動すると、加圧室８２の圧力は低下する。
【００２９】
第５ボディ２５の内壁と第２ピストン５２および第１ピストン５１との間には、燃料室９３が形成されている。燃料室９３には、燃料溜り室７１または背圧室７２からリークした燃料が、低圧室９１、低圧室９２および低圧燃料通路９０を経由して流入する。燃料室９３には、ピストン付勢部材としてのスプリング１９が設けられている。スプリング１９は、第２ピストン５２の突出部５４を押圧することにより、第２ピストン５２を反第１ピストン５１側へ付勢している。
【００３０】
駆動体としてのピエゾ駆動体６は、第２ピストン５２の反第１ピストン５１側に設けられている。ピエゾ駆動体６は、略円柱状に形成され、一方の端部が第２ピストン５２に接し、他方の端部が第５ボディ２５の反弁座１３側内壁に固定されている。ピエゾ駆動体６は、ピエゾスタック６１を有している。ピエゾスタック６１は、充電または放電されることにより伸縮する容量性のピエゾ素子が複数積層されることによって構成されている。ピエゾスタック６１は、ＥＣＵ８の指令によって電圧を印加されて電気的なエネルギーが充電されることにより軸方向に伸長する。一方、ピエゾスタック６１に印加される電圧が減少して電気的なエネルギーが放電されると、ピエゾスタック６１は軸方向に収縮する。ピエゾ駆動体６に印加される電圧とピエゾ駆動体６の伸長量とは、ほぼ比例している。また、ピエゾ駆動体６は、電圧を印加されてからの応答性に優れている。
【００３１】
ピエゾスタック６１が伸長したとき、ピエゾ駆動体６は、皿ばね１８およびスプリング１９の付勢力に抗してピストン５を第３ボディ２３側、すなわち加圧室８２の容積が減少する方向へ押圧する。ピエゾ駆動体６の押圧により、ピストン５が加圧室８２の容積が減少する方向へ移動すると、加圧室８２の圧力は上昇する。
【００３２】
第１ピストン５１の内部には、燃料室９３と加圧室８２とを連通する通路５５が形成されている。通路５５の途中には、逆止弁５６が設けられている。逆止弁５６は、通路５５において燃料室９３から加圧室８２へ向かう燃料の流通を許容し、加圧室８２から燃料室９３へ向かう燃料の流通を規制する。皿ばね１８およびスプリング１９の付勢力によってピストン５が反第３ボディ２３側へ移動するとき、燃料室９３の圧力よりも加圧室８２の圧力のほうが小さくなるため、燃料が燃料室９３から通路５５を経由して加圧室８２へ流入する。一方、ピエゾ駆動体６の押圧によってピストン５が第３ボディ２３側へ移動するとき、加圧室８２から燃料室９３への燃料の流出が規制され、加圧室８２の圧力が上昇する。
【００３３】
上述のように、加圧室８２と圧力制御室８１とは、連通路８０によって連通している。これにより、加圧室８２内の燃料は圧力制御室８１に流入し、圧力制御室８１内の燃料圧力は加圧室８２内の燃料圧力と概ね同一となる。そのため、加圧室８２内の燃料が加圧されると、これにともなって圧力制御室８１内の燃料圧力が上昇する。
【００３４】
制御部としてのＥＣＵ８は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータによって構成されている。また、ＥＣＵ８は、ＲＯＭに記録されているプログラムにしたがって燃料噴射装置１および燃料噴射装置１が搭載されている車両を統合して制御する。ＥＣＵ８には、ピエゾ駆動体６が接続している。また、ＥＣＵ８には、図示しないコモンレール圧センサ、アクセルセンサ、クランク角センサおよび水温センサなどが接続している。また、ＥＣＵ８は、特許請求の範囲における「速度低減手段」として機能する。
【００３５】
ＥＣＵ８は、アクセルセンサ、クランク角センサおよび水温センサ等からの検出信号に基づいてエンジンの負荷を予測する。そして、ＥＣＵ８は、予測したエンジンの負荷に基づいて、エンジンへ供給すべき燃料量を算出する。ＥＣＵ８は、コモンレール圧センサによって所定の周期でコモンレール圧を検出しつつ、算出した燃料量に基づいて、コモンレール圧が所定の圧力となるように、燃料タンクからコモンレールへ供給する燃料の流量を調整する。これとともに、ＥＣＵ８は、燃料噴射装置１の開弁時間を調整して所定量の燃料をエンジンへ供給する。
【００３６】
燃料噴射装置１は、ＥＣＵ８からの電気的な制御信号によってエンジンの各気筒へ燃料を噴射する。すなわち、燃料噴射装置１のピエゾ駆動体６は、ＥＣＵ８によって制御信号に基づく電圧を印加されると伸長し、これによりピストン５で加圧室８２および圧力制御室８１を加圧してニードル３を離座方向へ移動させる。その結果、燃料噴射装置１の噴孔が開放され、噴孔から燃料が噴射される。
【００３７】
ＥＣＵ８は、上述のように各センサからの検出信号によりエンジンの負荷を予測し、予測した負荷に基づいて、最適な目標噴射量および目標噴射時期になるように制御信号としての噴射パルスを生成するパルス幅およびパルスの立ち上がり時期と運転状態との対応を、マップとしてＲＡＭに記憶している。通常運転時、ＥＣＵ８は、マップに基づいて燃料噴射装置１を制御し、エンジンの負荷に応じた量の燃料を燃料噴射装置１からエンジンの気筒に噴射する。
【００３８】
ＲＡＭには、ピエゾ駆動体６に印加される電圧とピエゾ駆動体６の伸長量との対応関係が特性データとして記憶されている。圧力制御室８１内の燃料圧力はピエゾ駆動体６の伸長量とほぼ比例するため、ＥＣＵ８は、ピエゾ駆動体６に印加する電圧値に基づいて、アウターニードル３０およびインナーニードル４０のリフト量を推定することができる。これにより、ＥＣＵ８は、ピエゾ駆動体６に印加する電圧値に対応する、アウターニードル３０およびインナーニードル４０の弁座１３からの距離等を推定することができる。
【００３９】
次に、燃料噴射装置１の作動について説明する。
図１に示すように、ピエゾスタック６１が充電されていないとき、ピエゾスタック６１は収縮している。このとき、第１アウターニードル３１は、スプリング１６の付勢力により弁座１３に着座している。また、第１インナーニードル４１は、スプリング１７の付勢力により弁座１３に着座している。そのため、燃料溜り室７１と噴孔１１との間、および燃料溜り室７１と噴孔１２との間は遮断されており、噴孔１１および噴孔１２からの燃料の噴射は停止されている。なお、このとき、第３アウターニードル３３の端面３３ａには、背圧室７２内の燃料圧力が作用している。これにより、第３アウターニードル３３、第２アウターニードル３２および第１アウターニードル３１は、弁座１３側へ付勢されている。
【００４０】
制御信号に基づく電圧がＥＣＵ８によりピエゾ駆動体６に印加されてピエゾスタック６１の充電が開始されると、ピエゾスタック６１は軸方向に伸長する。これにより、ピエゾ駆動体６は、皿ばね１８およびスプリング１９の付勢力に抗してピストン５を第３ボディ２３側、すなわち加圧室８２の容積が減少する方向へ押圧する。その結果、加圧室８２内の燃料が加圧される。加圧室８２内の燃料が加圧されると、連通路８０によって加圧室８２に連通する圧力制御室８１内の燃料圧力が上昇する。圧力制御室８１内の燃料圧力は、第２アウターニードル３２の段差面３２ａに作用する。段差面３２ａに作用する圧力が、第３アウターニードル３３の端面３３ａに作用する圧力を上回ると、第２アウターニードル３２および第３アウターニードル３３は、反弁座１３側へリフトする。このとき、第２アウターニードル３２と第１アウターニードル３１との間にリンキング力が生じることにより、第１アウターニードル３１は、スプリング１６の付勢力に抗して第２アウターニードル３２とともに反弁座１３側へリフトする。これにより、第１アウターニードル３１は弁座１３から離座し、燃料溜り室７１と噴孔１１とが連絡する。その結果、噴孔１１から燃料が噴射される。
【００４１】
ピエゾ駆動体６に印加される電圧がさらに高まると、圧力制御室８１内の燃料圧力が上昇することにより第２アウターニードル３２が反弁座１３側へさらに移動する。第２アウターニードル３２が反弁座１３側へ移動すると、第２アウターニードル３２の段差面３２ｂは、第２インナーニードル４２の段差面４２ａに当接する。段差面３２ｂが段差面４２ａに当接した状態で圧力制御室８１内の燃料圧力がさらに上昇すると、第２アウターニードル３２および第２インナーニードル４２は、スプリング１７の付勢力に抗して反弁座１３側へリフトする。このとき、第２インナーニードル４２と第１インナーニードル４１との間にリンキング力が生じることにより、第１インナーニードル４１は、第２インナーニードル４２とともに反弁座１３側へリフトする。これにより、第１インナーニードル４１は弁座１３から離座し、燃料溜り室７１と噴孔１２とが連絡する。その結果、噴孔１２から燃料が噴射される。この状態では、噴孔１１で構成される第１噴孔群、および噴孔１２で構成される第２噴孔群から燃料が噴射されている。
【００４２】
その後、ピエゾ駆動体６に印加される電圧が減少することによってピエゾスタック６１の放電が開始されると、ピエゾスタック６１は軸方向に収縮する。これにより、ピエゾ駆動体６がピストン５を押圧する力が弱まる。そのため、ピストン５は、皿ばね１８およびスプリング１９の付勢力により反弁座１３側へ移動する。このとき、第１ピストン５１は、加圧室８２の容積が増大する方向へ移動する。その結果、加圧室８２内の燃料圧力が低下するとともに、連通路８０を経由して燃料室９３から加圧室８２に燃料が流入する。加圧室８２内の燃料圧力が低下すると、加圧室８２に連通する圧力制御室８１内の燃料圧力も低下する。圧力制御室８１内の燃料圧力が低下することで、第２アウターニードル３２の段差面３２ａに作用する力が、第３アウターニードル３３の端面３３ａに作用する背圧室７２の燃料圧力、スプリング１７の付勢力およびスプリング１６の付勢力の和よりも小さくなると、インナーニードル４０はアウターニードル３０とともに着座方向へ移動する。そして、第１インナーニードル４１が弁座１３に着座し、噴孔１２からの燃料の噴射が停止する。なお、このとき弁座１３と第１インナーニードル４１のシート部４４との間には、滑りが生じることがある。
【００４３】
第１インナーニードル４１が弁座１３に着座した状態で圧力制御室８１内の燃料圧力がさらに低下すると、第２アウターニードル３２の段差面３２ｂが第２インナーニードル４２の段差面４２ａから離れ、アウターニードル３０は着座方向へさらに移動する。そして、第１アウターニードル３１が弁座１３に着座し、噴孔１１からの燃料の噴射が停止する。
【００４４】
このように、本実施形態では、ピエゾ駆動体６に印加する電圧を調節することによりアウターニードル３０およびインナーニードル４０を段階的にリフトさせて噴孔１１および噴孔１２を開閉する。これにより、燃料の噴射量が少ないときでも微粒化した燃料噴霧をエンジンの気筒に噴射することができる。
また、本実施形態では、第１アウターニードル３１が離座位置から着座位置まで移動するとき、図２（Ａ）に示すように先ず第１当接部としての壁面３４ａが弁座１３に当接する。第１アウターニードル３１がさらに着座方向へ移動すると、図２（Ｂ）に示すように第１アウターニードル３１は、壁面３４ａが弁座１３に接して滑りながら、壁面３４ａ側端部が径内方向へ撓む。これにより、第２当接部としての壁面３４ｂは、弁座１３に当接し、壁面３４ａとともに噴孔１１を閉塞する。図２（Ｂ）は、第１アウターニードル３１のシート部３４が噴孔１１を閉塞し、第１アウターニードル３１の着座方向への移動が停止している状態、すなわち第１アウターニードル３１の着座状態を示している。なお、図２（Ｂ）中の波線は、図２（Ａ）での第１アウターニードル３１の位置を示している。
【００４５】
このように、アウターニードル３０およびインナーニードル４０が弁座１３に着座することによって、第１噴孔群および第２噴孔群に連絡する燃料通路７０は遮断され、第１噴孔群および第２噴孔群からの燃料の噴射は終了する。
次に、ＥＣＵ８によるニードル３の駆動制御処理について図３および図４を用いて説明する。
【００４６】
図３に示すニードル３の駆動制御処理のフローは、車両の運転開始時、すなわち例えば運転者が車両のイグニッションキーをオンしたときに開始される。また、ニードル３の駆動制御処理は、図３に示す一連の処理を実行することにより一旦終了するが、終了後、再び処理の先頭から開始される。
ニードル３の駆動制御処理が開始されると、ＥＣＵ８は、先ずステップＳ１０１（以下、「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」で示す。）を実行する。
【００４７】
Ｓ１０１では、ＥＣＵ８は、ピエゾ駆動体６に印加される電圧（以下、ピエゾ駆動体６に印加される電圧を、単に「印加電圧」という。）が時間の経過にともなって減少しているかどうか、すなわち印加電圧の勾配が負であるかどうかを判断する。印加電圧の勾配が負であると判断した場合（Ｓ１０１：Ｙ）、処理はＳ１０２へ移行する。一方、印加電圧の勾配は負ではないと判断した場合（Ｓ１０１：Ｎ）、処理はＳ１０１へ戻る。すなわち、印加電圧の勾配が０または正の場合、Ｓ１０１が繰り返し実行される。
【００４８】
このときの処理について、図４を用いて説明する。図４において、Ｌ１は、印加電圧の時間経過にともなう変化を示している。Ｌ２は、アウターニードル３０のニードルリフト量、すなわちアウターニードル３０の着座位置からの距離の時間経過にともなう変化を示している。Ｌ３は、インナーニードル４０のニードルリフト量、すなわちインナーニードル４０の着座位置からの距離の時間経過にともなう変化を示している。
【００４９】
時刻ｔ１からｔ２にかけて印加電圧が増大すると、これにともなって圧力制御室８１の燃料圧力が上昇し、アウターニードル３０が離座方向へ移動する。これにより、第１噴孔群からの燃料の噴射が開始される。時刻ｔ２からｔ３にかけては、印加電圧は一定であり、アウターニードル３０の着座位置からの距離も一定である。このとき、第１噴孔群からの燃料の噴射は継続されている。時刻ｔ３からｔ４にかけて、印加電圧が増大すると、インナーニードル４０は、アウターニードル３０とともに離座方向へ移動する。これにより、第２噴孔群からも燃料の噴射が開始される。時刻ｔ４からｔ５にかけては、印加電圧は一定であり、アウターニードル３０およびインナーニードル４０の着座位置からの距離も一定である。このとき、第１噴孔群および第２噴孔群からの燃料の噴射が継続されている。時刻ｔ５からｔ６にかけて印加電圧が減少すると、これにともなって圧力制御室８１の燃料圧力が低下し、アウターニードル３０およびインナーニードル４０が着座方向へ移動する。
【００５０】
時刻ｔ１からｔ５までは、印加電圧の勾配は正または０であるため、ＥＣＵ８によりＳ１０１が繰り返し実行される。時刻ｔ５以降では、印加電圧の勾配は負であるため、ＥＣＵ８による処理はＳ１０２へ移行する。
Ｓ１０２では、ＥＣＵ８は、印加電圧の値が閾値Ｖ１以下かどうかを判断する。印加電圧の値は閾値Ｖ１以下であると判断した場合（Ｓ１０２：Ｙ）、処理はＳ１０３へ移行する。一方、印加電圧の値は閾値Ｖ１以下ではない、すなわちＶ１よりも大きいと判断した場合（Ｓ１０２：Ｎ）、処理はＳ１０２へ戻る。つまり、印加電圧の値が閾値Ｖ１よりも大きい間は、Ｓ１０２が繰り返し実行される。ここで、閾値Ｖ１とは、インナーニードル４０が弁座１３に当接する直前の時点における印加電圧の値である。閾値Ｖ１は、ＲＡＭに記憶された印加電圧とニードルリフト量との対応関係を示す特性データから推定される、印加電圧に対するインナーニードル４０の着座位置からの距離に基づいて設定されている。
【００５１】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ８は、印加電圧を瞬間的に上昇させる。これにより、収縮途中であったピエゾ駆動体６は伸長動作に転じる。そのため、圧力が低下途中であった圧力制御室８１の燃料圧力は上昇し、インナーニードル４０はアウターニードル３０とともに離座方向へ付勢される。その結果、インナーニードル４０の着座方向への移動速度が変化する。
【００５２】
例えば図４のＬ１に示すように、時刻ｔ６の時点（インナーニードル４０が弁座１３に当接する直前の時点）で印加電圧が閾値Ｖ１以下となったことが判断される（Ｓ１０２：Ｙ）と、ＥＣＵ８は印加電圧を上昇させる（Ｓ１０３）。これにより、Ｌ２およびＬ３からわかるように、アウターニードル３０およびインナーニードル４０の着座方向への移動速度が変化する。すなわち、時刻ｔ６後のインナーニードル４０の移動速度は、時刻ｔ６までの移動速度に比べて小さくなる。これにより、インナーニードル４０が弁座１３に当接するときの衝撃を緩和することができる。
Ｓ１０３の後、処理はＳ１０４へ移行する。
【００５３】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ８は、印加電圧を所定の期間一定に保ち、その後、インナーニードル４０が着座位置に位置する時点（時刻ｔ９）まで印加電圧を徐々に減少させる。図４のＬ１に示すように、時刻ｔ７からｔ８にかけて印加電圧は一定に保たれ、時刻ｔ８からｔ９にかけて印加電圧は徐々に減少される。
上述のように、ＥＣＵ８は、印加電圧を減少させる度合いを、時刻ｔ５からｔ６までの期間と時刻ｔ６からｔ９までの期間との間で変化させることによりピエゾ駆動体６の単位時間あたりの収縮率を変化させる。そのため、時刻ｔ６からｔ９までの期間のインナーニードル４０の着座方向への移動速度は、時刻ｔ５からｔ６までの期間の移動速度に比べて小さくなる。すなわち、このとき、ＥＣＵ４０は、速度低減手段として機能する。これにより、インナーニードル４０が弁座１３に当接してから（時刻ｔ６の直後）、インナーニードル４０が着座位置に位置するまで（時刻ｔ９）の期間のインナーニードル４０の滑りの速度を低減することができる。
Ｓ１０４の後、処理はＳ１０５へ移行する。
【００５４】
Ｓ１０５では、ＥＣＵ８は、印加電圧の値が閾値Ｖ２以下かどうかを判断する。印加電圧の値は閾値Ｖ２以下であると判断した場合（Ｓ１０５：Ｙ）、処理はＳ１０６へ以降する。一方、印加電圧の値は閾値Ｖ２以下ではない、すなわちＶ２よりも大きいと判断した場合（Ｓ１０５：Ｎ）、処理はＳ１０５へ戻る。つまり、印加電圧の値が閾値Ｖ２よりも大きい間は、Ｓ１０５が繰り返し実行される。ここで、閾値Ｖ２とは、アウターニードル３０が弁座１３に当接する直前の時点における印加電圧の値である。閾値Ｖ２は、閾値Ｖ１と同様、ＲＡＭに記憶された印加電圧とニードルリフト量との対応関係を示す特性データから推定される、印加電圧に対するアウターニードル３０の着座位置からの距離に基づいて設定されている。
【００５５】
Ｓ１０６では、ＥＣＵ８は、Ｓ１０３での処理と同様、印加電圧を瞬間的に上昇させる。これにより、収縮途中であったピエゾ駆動体６は伸長動作に転じる。これにより、アウターニードル３０の着座方向への移動速度が変化する。
図４のＬ１に示すように、時刻ｔ９の時点でインナーニードル４０は着座位置にあるため、第２噴孔群からの燃料の噴射は停止する。時刻ｔ９以降は第１噴孔群のみから燃料が噴射される。時刻ｔ１０以降に印加電圧が減少され、時刻ｔ１１の時点（アウターニードル３０が弁座１３に当接する直前の時点）で印加電圧が閾値Ｖ２以下となったことが判断される（Ｓ１０５：Ｙ）と、ＥＣＵ８は印加電圧を上昇させる（Ｓ１０６）。これにより、Ｌ２およびＬ３からわかるように、アウターニードル３０の着座方向への移動速度が変化する。すなわち、時刻ｔ１１後のアウターニードル３０の移動速度は、時刻ｔ１１までの移動速度に比べて小さくなる。これにより、アウターニードル３０が弁座１３に当接するときの衝撃を緩和することができる。
Ｓ１０６の後、処理はＳ１０７へ移行する。
【００５６】
Ｓ１０７では、ＥＣＵ８は、印加電圧を所定の期間一定に保ち、その後、アウターニードル３０が着座位置に位置する時点（時刻ｔ１４）まで印加電圧を徐々に減少させる。図４のＬ１に示すように、時刻ｔ１２からｔ１３にかけて印加電圧は一定に保たれ、時刻ｔ１３からｔ１４にかけて印加電圧は徐々に減少される。
上述のように、ＥＣＵ８は、印加電圧を減少させる度合いを、時刻ｔ１０からｔ１１までの期間と時刻ｔ１１からｔ１４までの期間との間で変化させることによりピエゾ駆動体６の単位時間あたりの収縮率を変化させる。そのため、時刻ｔ１１からｔ１４までの期間のアウターニードル３０の着座方向への移動速度は、時刻ｔ１０からｔ１１までの期間の移動速度に比べて小さくなる。すなわち、このとき、ＥＣＵ４０は、速度低減手段として機能する。これにより、アウターニードル３０が弁座１３に当接してから（時刻ｔ１１の直後）、アウターニードル３０が着座位置に位置するまで（時刻ｔ１４）の期間のアウターニードル３０の滑りの速度を低減することができる。つまり、第１アウターニードル３１の、第１当接部としての壁面３４ａが弁座１３に当接した位置（図２（Ａ）参照）から第２当接部としての壁面３４ｂが弁座１３に当接して着座位置に位置する（図２（Ｂ）参照）までの期間のシート部３４の滑りの速度を低減することができる。
【００５７】
なお、Ｓ１０６およびＳ１０７において印加電圧を瞬間的に上昇させ、その後印加電圧を一定に保ち、さらにアウターニードル３０が着座位置に位置する時点まで印加電圧を徐々に減少させる期間（時刻ｔ１１からｔ１４までの期間）は、Ｓ１０３およびＳ１０４において印加電圧を瞬間的に上昇させ、その後印加電圧を一定に保ち、さらにインナーニードル４０が着座位置に位置する時点まで印加電圧を徐々に減少させる期間（時刻ｔ６からｔ９までの期間）よりも長くなるように設定されている。すなわち、ＥＣＵ８は、インナーニードル４０の着座方向への移動速度の低減の度合いよりもアウターニードル３０の着座方向への移動速度の低減の度合いのほうが大きくなるように、ピエゾ駆動体６を制御する。
【００５８】
時刻ｔ１４の時点でアウターニードル３０が弁座１３に着座すると、第１噴孔群からの燃料噴射が停止する。これにより、燃料噴射装置１からの燃料の噴射が終了する。
Ｓ１０７の処理が完了すると、ニードル３の駆動制御処理が終了する。その後、引き続きニードル３の駆動制御を行うために、再び図３に示すニードル３の駆動制御処理が開始され、Ｓ１０１の処理が実行される。
【００５９】
上述のように、第１実施形態では、アウターニードル３０およびインナーニードル４０のそれぞれについて、離座位置から着座位置へ移動するとき、弁座１３との衝撃を緩和する制御を行うとともに、弁座１３に当接してから着座位置まで滑るときの移動速度を低減する制御を行う。
以上説明したように、第１実施形態では、ＥＣＵ８は、ニードル３が離座位置から着座位置まで移動する途中、ピエゾ駆動体６に印加する電圧を減少させる度合いを変化させてピエゾ駆動体６の単位時間あたりの収縮率を変化させることにより、ニードル３の着座方向への移動速度を低減する速度低減手段として機能する。これにより、ニードル３が弁座１３に当接するときのニードル３の速度、またはニードル３が弁座１３に当接した後のニードル３の滑りの速度を低減することができる。そのため、ニードル３が弁座１３に当接するときの衝撃を緩和すること、またはニードル３および弁座１３の摩耗を抑制することができる。その結果、ニードル３を構成するアウターニードル３０およびインナーニードル４０と弁座１３とが摩耗することによる、燃料噴射装置１の開弁時期や開弁時間などの経時的な変化を抑制できる。したがって、燃料噴射装置１の噴射性能の経時劣化を抑制することができる。
【００６０】
また、第１実施形態では、ＥＣＵ８は、インナーニードル４０の着座方向への移動速度の低減の度合いよりもアウターニードル３０の着座方向への移動速度の低減の度合いのほうが大きくなるように、ピエゾ駆動体６を制御する。これにより、アウターニードル３０への弁座１３からの衝撃またはアウターニードル３０の摩耗を効果的に抑制することができる。特に、アウターニードル３０は、円筒状のためインナーニードル４０に比べて強度が低く、また、弁座１３に当接した後の滑りの量が多い。したがって、本実施形態では、アウターニードル３０の摩耗による開弁時期や開弁時間などの経時的な変化を効果的に抑制でき、燃料噴射装置１の噴射性能の経時劣化を抑制することができる。
【００６１】
また、第１実施形態では、ＥＣＵ８は、ニードル３が離座位置から着座位置へ移動する途中、ニードル３が弁座１３に当接する直前の時点で、ピエゾ駆動体６に印加する電圧を上昇させてピエゾ駆動体６を伸長させることにより、ニードル３の着座方向への移動速度を前記時点において変化させる。すなわち、前記時点後のニードル３の移動速度は、前記時点までのニードル３の移動速度に比べて小さくなる。これにより、ニードル３が弁座１３に当接するときの衝撃を緩和することができる。したがって、ニードル３の破損や摩耗を効果的に抑制することができる。
【００６２】
また、第１実施形態による燃料噴射装置の駆動体は、ピエゾ素子を複数積層することにより構成されるピエゾ駆動体６である。ピエゾ駆動体６は、印加される電圧に比例して伸長し、印加される電圧に対する応答性が高いという特徴を有する。そのため、ＥＣＵ８は、ピエゾ駆動体６の作動を高精度に制御することができる。これにより、ＥＣＵ８がニードル３の着座方向への移動速度を低減させるとき、所定のタイミングで、かつ、高精度に移動速度を低減させることができる。したがって、ニードル３が離座位置から着座位置まで移動するときのニードル３の破損や摩耗を効果的に抑制することができる。
【００６３】
さらに、第１実施形態では、ＥＣＵ８は、第１当接部としての端面３４ａまたは第２当接部としての端面３４ｂの少なくとも一方が弁座１３に当接したときに、アウターニードル３０の着座方向への移動速度の低減を開始する。これにより、アウターニードル３０が弁座１３に対して滑るときの移動速度を低減することができる。したがって、滑りにより生じ得るアウターニードル３０および弁座１３の摩耗を効果的に抑制することができる。
【００６４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による燃料噴射装置を図に基づいて説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図５に第２実施形態による燃料噴射装置の一部を示す。第２実施形態では、ニードル４７は、第１実施形態のインナーニードルに相当する。すなわち、第２実施形態では、ニードル４７は、第１実施形態のようにアウターニードルとインナーニードルとからなる構成ではなく、インナーニードルに相当する部材のみからなる。
【００６５】
ニードル４７は、ノズルボディ２の内部を軸方向に往復移動可能に設けられている。ニードル４７は、圧力制御室８１の燃料圧力が上昇すると離座方向へリフトする。ニードル４７の噴孔１２側端部には、シート部４８が形成されている。ニードル４７は、シート部４８がノズルボディ２の弁座１３に着座することにより、噴孔１２に連絡する燃料溜り室７１を遮断する。これにより、噴孔１２からの燃料の噴射が停止される。また、ニードル４７は、シート部４８が弁座１３から離座することにより、燃料溜り室７１を開放する。これにより、噴孔１２から燃料が噴射される。
【００６６】
次に、ＥＣＵ８によるニードル４７の駆動制御処理について図６および図７を用いて説明する。
図６に示すニードル４７の駆動制御処理のフローは、第１実施形態のニードルの駆動制御処理と同様、車両の運転を開始したときに開始される。また、ニードル４７の駆動制御処理は、図６に示す一連の処理を実行することにより一旦終了するが、終了後、再び処理の先頭から開始される。
【００６７】
ニードル４７の駆動制御処理が開始されると、ＥＣＵ８は、先ずＳ２０１を実行する。
Ｓ２０１では、ＥＣＵ８は、印加電圧が時間の経過にともなって減少しているかどうか、すなわち印加電圧の勾配が負であるかどうかを判断する。印加電圧の勾配が負であると判断した場合（Ｓ２０１：Ｙ）、処理はＳ２０２へ移行する。一方、印加電圧の勾配は負ではないと判断した場合（Ｓ２０１：Ｎ）、処理はＳ２０１へ戻る。すなわち、印加電圧の勾配が０または正の場合、Ｓ２０１が繰り返し実行される。
【００６８】
このときの処理について、図７を用いて説明する。図７において、Ｌ４は、印加電圧の時間経過にともなう変化を示している。Ｌ５は、ニードル４７のニードルリフト量、すなわちニードル４７の着座位置からの距離の時間経過にともなう変化を示している。
時刻ｔ２１からｔ２２にかけて印加電圧が増大すると、これにともなって圧力制御室８１の燃料圧力が上昇し、ニードル４７が離座方向へ移動する。これにより、噴孔１２からの燃料の噴射が開始される。時刻ｔ２２からｔ２３にかけては、印加電圧は一定であり、ニードル４７の着座位置からの距離も一定である。時刻ｔ２３からｔ２４にかけて印加電圧が減少すると、これにともなって圧力制御室８１の燃料圧力が低下し、ニードル４７が着座方向へ移動する。
【００６９】
時刻ｔ２１からｔ２３までは、印加電圧の勾配は正または０であるため、ＥＣＵ８によりＳ２０１が繰り返し実行される。時刻ｔ２３以降では、印加電圧の勾配は負であるため、ＥＣＵ８による処理はＳ２０２へ移行する。
Ｓ２０２では、ＥＣＵ８は、印加電圧の値が閾値Ｖ３以下かどうかを判断する。印加電圧の値は閾値Ｖ３以下であると判断した場合（Ｓ２０２：Ｙ）、処理はＳ２０３へ移行する。一方、印加電圧の値は閾値Ｖ３以下ではない、すなわちＶ３よりも大きいと判断した場合（Ｓ２０２：Ｎ）、処理はＳ２０２へ戻る。つまり、印加電圧の値が閾値Ｖ３よりも大きい間は、Ｓ２０２が繰り返し実行される。ここで、閾値Ｖ３とは、ニードル４７が弁座１３に当接する直前の時点における印加電圧の値である。閾値Ｖ３は、ＲＡＭに記憶された印加電圧とニードルリフト量との対応関係を示す特性データから推定される、印加電圧に対するニードル４７の着座位置からの距離に基づいて設定されている。
【００７０】
Ｓ２０３では、ＥＣＵ８は、印加電圧を瞬間的に上昇させる。これにより、収縮途中であったピエゾ駆動体６は伸長動作に転じる。そのため、圧力が低下途中であった圧力制御室８１の燃料圧力は上昇し、ニードル４７は離座方向へ付勢される。その結果、ニードル４７の着座方向への移動速度が変化する。
例えば図７のＬ４に示すように、時刻ｔ２４の時点（ニードル４７が弁座１３に当接する直前の時点）で印加電圧が閾値Ｖ３以下となったことが判断される（Ｓ２０２：Ｙ）と、ＥＣＵ８は印加電圧を上昇させる（Ｓ２０３）。これにより、Ｌ５からわかるように、ニードル４７の着座方向への移動速度が変化する。すなわち、時刻ｔ２４後のニードル４７の移動速度は、時刻ｔ２４までの移動速度に比べて小さくなる。これにより、ニードル４７が弁座１３に当接するときの衝撃を緩和することができる。
Ｓ２０３の後、処理はＳ２０４へ移行する。
【００７１】
Ｓ２０４では、ＥＣＵ８は、印加電圧を所定の期間一定に保ち、その後、ニードル４７が着座位置に位置する時点（時刻ｔ２７）まで印加電圧を徐々に減少させる。図７のＬ４に示すように、時刻ｔ２５からｔ２６にかけて印加電圧は一定に保たれ、時刻ｔ２６からｔ２７にかけて印加電圧は徐々に減少される。
上述のように、ＥＣＵ８は、印加電圧を減少させる度合いを、時刻ｔ２３からｔ２４までの期間と時刻ｔ２４からｔ２７までの期間との間で変化させることによりピエゾ駆動体６の単位時間あたりの収縮率を変化させる。そのため、時刻ｔ２４からｔ２７までの期間のニードル４７の着座方向への移動速度は、時刻ｔ２３からｔ２４までの期間の移動速度に比べて小さくなる。すなわち、このとき、ＥＣＵ４０は、速度低減手段として機能する。これにより、ニードル４７が弁座１３に当接してから（時刻ｔ２４の直後）、ニードル４７が着座位置に位置するまで（時刻ｔ２７）の期間のニードル４７の滑りの速度を低減することができる。
【００７２】
時刻ｔ２７の時点でニードル４７が弁座１３に着座すると、噴孔１２からの燃料噴射が停止する。これにより、燃料噴射装置からの燃料の噴射が終了する。
Ｓ２０４の処理が完了すると、ニードル４７の駆動制御処理が終了する。その後、引き続きニードル４７の駆動制御を行うために、再び図６に示すニードル４７の駆動制御処理が開始され、Ｓ２０１の処理が実行される。
【００７３】
上述のように、第２実施形態では、ニードル４７が離座位置から着座位置へ移動するとき、ニードル４７と弁座１３との衝撃を緩和する制御を行うとともに、ニードル４７が弁座１３に当接してから着座位置まで滑るときの移動速度を低減する制御を行う。
以上説明したように、第２実施形態では、ＥＣＵ８は、ニードル４７が離座位置から着座位置まで移動する途中、ピエゾ駆動体６に印加する電圧を減少させる度合いを変化させてピエゾ駆動体６の単位時間あたりの収縮率を変化させることにより、ニードル４７の着座方向への移動速度を低減する速度低減手段として機能する。これにより、ニードル４７が弁座１３に当接するときのニードル４７の速度、またはニードル４７が弁座１３に当接した後のニードル４７の滑りの速度を低減することができる。そのため、ニードル４７が弁座１３に当接するときの衝撃を緩和すること、またはニードル４７および弁座１３の摩耗を抑制することができる。その結果、ニードル４７と弁座１３とが摩耗することによる、燃料噴射装置の開弁時期や開弁時間などの経時的な変化を抑制できる。したがって、第１実施形態と同様、燃料噴射装置の噴射性能の経時劣化を抑制することができる。
【００７４】
また、第２実施形態では、ＥＣＵ８は、ニードル４７が離座位置から着座位置へ移動する途中、ニードル４７が弁座１３に当接する直前の時点で、ピエゾ駆動体６に印加する電圧を上昇させてピエゾ駆動体６を伸長させることにより、ニードル４７の着座方向への移動速度を前記時点において変化させる。すなわち、前記時点後のニードル４７の移動速度は、前記時点までのニードル４７の移動速度に比べて小さくなる。これにより、ニードル４７が弁座１３に当接するときの衝撃を緩和することができる。したがって、ニードル４７の破損や摩耗を効果的に抑制することができる。
【００７５】
（その他の実施形態）
上述の第１実施形態では、インナーニードルおよびアウターニードルに対して、弁座との衝撃を緩和する制御、および弁座に当接してから着座位置まで滑るときの移動速度を低減する制御を行う例を示した。本発明のその他の実施形態では、インナーニードルに対しては上記制御を行わず、アウターニードルに対してのみ上記制御を行うこととしてもよい。アウターニードルは、その形状により、インナーニードルに比べて摩耗しやすい。そのため、アウターニードルに対してのみ上記制御を行うこととしても、ニードルの摩耗を抑制する効果は十分に発揮することができる。
【００７６】
上述の複数の実施形態では、ニードルに対して、弁座との衝撃を緩和する制御、および弁座に当接してから着座位置まで滑るときの移動速度を低減する制御の二つの制御を行う例を示した。本発明のその他の実施形態では、ニードルと弁座との衝撃を緩和する制御、すなわちニードルが弁座に当接する直前に印加電圧を瞬間的に上昇させる処理を行わず、ニードルが弁座に当接してから着座位置まで滑るときの移動速度を低減する制御、すなわち印加電圧を減少させる度合いを変化させて駆動体の単位時間あたりの収縮率を変化させる制御のみを行うこととしてもよい。この制御のみ行うこととしても、ニードルと弁座との摩耗を抑制することができる。
【００７７】
また、上述の複数の実施形態では、駆動体としてピエゾスタックを用いた例について説明した。本発明のその他の実施形態では、印加される電圧に応じて変位量が変化するその他の電歪素子、磁歪素子あるいはリニアソレノイドなどを適用してもよい。
さらに、上述の複数の実施形態では、燃料噴射装置をコモンレール式のディーゼルエンジンに適用した例について説明した。本発明のその他の実施形態では、他の形式のディーゼルエンジンまたはガソリンエンジンに適用してもよい。
【００７８】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射装置を示す断面図。
【図２】本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の噴孔の近傍を示す部分断面図。
【図３】本発明の第１実施形態による燃料噴射装置のニードルの駆動制御処理を示すフローチャート。
【図４】本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の駆動体に印加する電圧の時間経過にともなう変化、およびニードルのリフト量の時間経過にともなう変化を示すタイミングチャート。
【図５】本発明の第２実施形態による燃料噴射装置の噴孔の近傍を示す部分断面図。
【図６】本発明の第２実施形態による燃料噴射装置のニードルの駆動制御処理を示すフローチャート。
【図７】本発明の第２実施形態による燃料噴射装置の駆動体に印加する電圧の時間経過にともなう変化、およびニードルのリフト量の時間経過にともなう変化を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００８０】
１：燃料噴射装置、２：ノズルボディ、３：ニードル、５：ピストン、６：ピエゾ駆動体（駆動体）、８：ＥＣＵ（制御部、速度低減手段）、１１、１２：噴孔、１３：弁座、１６、１７：スプリング（ニードル付勢部材）、１８：皿ばね（ピストン付勢部材）、１９：スプリング（ピストン付勢部材）、２１：第１ボディ（ノズルボディ）、２２：第２ボディ（ノズルボディ）、２３：第３ボディ（ノズルボディ）、２４：第４ボディ（ノズルボディ）、２５：第５ボディ（ノズルボディ）、３０：アウターニードル（ニードル）、３１：第１アウターニードル（ニードル）、３２：第２アウターニードル（ニードル）、３３：第３アウターニードル（ニードル）、４０：インナーニードル（ニードル）、４１：第１インナーニードル（ニードル）、４２：第２インナーニードル（ニードル）、４３：第３インナーニードル（ニードル）、５１：第１ピストン（ピストン）、５２：第２ピストン（ピストン）、７０：燃料通路、８１：圧力制御室（燃料圧力制御系統）、８２：加圧室（燃料圧力制御系統）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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