(57)【要約】【課題】アクチュエータの変位に対し第１及び第２の弁部材を独立的に駆動する構成要素を簡素化する燃料噴射装置を提供。【解決手段】第１弁部材１２１とアクチュエータ３０との間に設けられ、アクチュエータの変位による内部の液圧の増圧で第１弁部材の開弁方向に液圧力が作用する第１液圧室２０１と、第２弁部材１２２とアクチュエータとの間に設けられ、アクチュエータの変位による内部の液圧の減圧で第２弁部材の開弁方向に液圧力が作用する第２液圧室２０２と、アクチュエータへ充電及び放電する充放電制御する駆動回路３０２を有する制御装置３００とを備え、駆動回路３０２は、アクチュエータの伸縮により変位する変位位置範囲のうちの中間位置を、初期位置とし、第１弁部材の開弁時に充・放電の一方を制御し、その変位位置を初期位置から一方向に変位させ、第２弁部材の開弁時に充・放電の他方を制御し、その変位位置を初期位置から他方向に変位させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の噴孔と、
互いに異なる前記噴孔を開閉する第１弁部材及び第２弁部材と、
前記第１弁部材及び前記第２弁部材を直接または間接的に前記噴孔の閉方向及び開方向に駆動するアクチュエータであって、充電及び放電により伸縮するアクチュエータと、
を有する燃料噴射弁を備え、前記アクチュエータの変位に対し前記第１弁部材及び前記第２弁部材のうちの特定弁部材のみが前記噴孔の開方向に開弁する燃料噴射装置において、
前記燃料噴射弁において少なくとも前記第１弁部材と前記アクチュエータとの間に設けられ、前記第１弁部材と前記アクチュエータを液圧的に連結する第１液圧室であって、内部の液圧が増圧されることで前記第１弁部材に対し前記第１弁部材の開弁方向に液圧力が作用する第１液圧室と、
前記燃料噴射弁において少なくとも前記第２弁部材と前記アクチュエータとの間に設けられ、前記第２弁部材と前記アクチュエータを液圧的に連結する第２液圧室であって、内部の液圧が減圧されることで前記第２弁部材に対し前記第２弁部材の開弁方向に液圧力が作用する第２液圧室と、
前記アクチュエータを駆動制御する制御装置であって、前記アクチュエータへ充電及び放電する充放電制御により前記アクチュエータに印加される印加電圧特性の電圧状態を切換える駆動回路を有する制御装置と、
を備え、
前記制御装置において前記駆動回路は、
前記アクチュエータにおいて伸縮により変位する変位位置範囲のうちの中間位置を、前記アクチュエータを充放電制御する初期位置として設定し、
前記第１弁部材の開弁時において充電及び放電の一方を制御し、前記アクチュエータの変位位置を、前記初期位置から一方向に変位させ、
前記第２弁部材の開弁時において充電及び放電の他方を制御し、前記アクチュエータの変位位置を、前記初期位置から他方向に変位させることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第１弁部材を駆動する第１モードと、前記第２弁部材を駆動する第２モードとを、前記駆動回路の充放電制御により切換えられる前記電圧状態の制御モードとして設定し、
前記第１モードにおいて前記駆動回路は、前記第１弁部材の開弁時において前記初期位置に対応する初期電圧から所定の電位差を形成する一方、前記第１弁部材の閉弁時において前記所定の電位差が形成された電圧状態から前記初期電圧に戻すと共に、
前記第２モードにおいて前記駆動回路は、前記第２弁部材の開弁時において前記初期電圧から前記所定の電位差に相反する電位差を形成する一方、前記第２弁部材の閉弁時において前記相反する電位差が形成された電圧状態から前記初期電圧に戻すことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記第１液圧室及び前記第２液圧室は、前記第１液圧室及び前記第２液圧室の双方に液圧的に連結する共通の液密室であって、前記第１弁部材及び前記第２弁部材と、前記アクチュエータとの間に配置される液密室を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記第１液圧室及び前記第２液圧室は、双方が液圧的に連結する構成であって、前記第１液圧室及び前記第２液圧室のうちの特定液圧室が、前記アクチュエータ側の変位面と液圧的に直接連結する構成としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記第１弁部材及び前記第２弁部材は、前記燃料噴射弁内において内外二重に同軸的に配置され、
前記アクチュエータは、前記第１弁部材及び前記第２弁部材を独立的に駆動する共通のアクチュエータであることを特徴する請求項１から請求項４のいずれか一項に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、燃料噴射装置に関し、例えば内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射装置に適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、駆動体の駆動により噴孔を開閉する弁部材を直接的に操作することにより、弁部材を離座させ、噴孔から燃料を噴射する燃料噴射装置が知られている（特許文献１参照）。駆動体としては、燃料噴射圧を高圧化するために、圧電素子や磁歪素子のように駆動力の大きな素子が伸縮するアクチュエータを利用する技術が提案されている。
【０００３】
このような燃料噴射装置の一種として特許文献１に開示の装置では、互いに異なる噴孔を開閉する第１弁部材及び第２弁部材とを有する燃料噴射弁を備え、第１弁部材と第２弁部材を異なるタイミングで駆動させるのに、上記アクチュエータを用いるようにしている。
【０００４】
この技術では、上記第１及び第２の弁部材が内外二重に同軸的に配置され、それぞれの弁部材は、液圧室を介してアクチュエータに連結されている。また、両アクチュエータのうちの特定アクチュエータ側の圧電素子を放電することで、特定アクチュエータに連結される特定の弁部材のみが開弁する。
【０００５】
なお、上記液圧室は、アクチュエータの変位を直接的に弁部材に伝達するための「液圧連結要素」を構成するものである。
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００６０３８５３６Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１による従来技術では、上記二組のアクチュエータを設けることにより、第１弁部材及び第２弁部材のいずれかを独立的に駆動させることは可能となる。しかしながら、充電及び放電することにより変位するアクチュエータが二つあるため、いずれかのアクチュエータを独立して充放電制御するための駆動回路が必要となるので、駆動回路を有する制御装置が大型化し、複雑化するという懸念がある。
【０００７】
また、アクチュエータも二つあるので、アクチュエータを内蔵する燃料噴射弁が大型化するという懸念がある。
【０００８】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、アクチュエータの変位に対し第１及び第２の弁部材を独立的に駆動する構成要素を簡素化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】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。
【００１０】
即ち、請求項１乃至５に記載の発明では、複数の噴孔と、互いに異なる噴孔を開閉する第１弁部材及び第２弁部材と、第１弁部材及び第２弁部材を直接または間接的に噴孔の閉方向及び開方向に駆動するアクチュエータであって、充電及び放電により伸縮するアクチュエータと、を有する燃料噴射弁を備え、アクチュエータの変位に対し第１弁部材及び第２弁部材のうちの特定弁部材のみが噴孔の開方向に開弁する燃料噴射装置において、
燃料噴射弁において少なくとも第１弁部材とアクチュエータとの間に設けられ、第１弁部材とアクチュエータを液圧的に連結する第１液圧室であって、アクチュエータの変位により内部の液圧が増圧されることで第１弁部材に対し第１弁部材の開弁方向に液圧力が作用する第１液圧室と、燃料噴射弁において少なくとも第２弁部材とアクチュエータとの間に設けられ、第２弁部材とアクチュエータを液圧的に連結する第２液圧室であって、アクチュエータの変位により内部の液圧が減圧されることで第２弁部材に対し第２弁部材の開弁方向に液圧力が作用する第２液圧室と、アクチュエータを駆動制御する制御装置であって、アクチュエータへ充電及び放電する充放電制御によりアクチュエータに印加される印加電圧特性の電圧状態を切換える駆動回路を有する制御装置と、を備え、
制御装置において駆動回路は、アクチュエータにおいて伸縮により変位する変位位置範囲のうちの中間位置を、アクチュエータを充放電制御する初期位置として設定し、第１弁部材の開弁時において充電及び放電の一方を制御し、アクチュエータの変位位置を、初期位置から一方向に変位させ、第２弁部材の開弁時において充電及び放電の他方を制御し、アクチュエータの変位位置を、初期位置から他方向に変位させることを特徴とする。
【００１１】
これによると、アクチュエータと、第１弁部材及び第２弁部材との間には、アクチュエータ及び第１弁部材、アクチュエータ及び第２弁部材を液圧的に連結する第１液圧室及び第２液圧室が介在している。上記各液圧室は、アクチュエータの変位に対し内部の容積が拡大及び縮小することで、液圧が減圧及び増圧される。
【００１２】
そのような上記第１液圧室及び第２液圧室は、その液圧が相反する圧力変化である増圧するとき、減圧するとき、言い換えるとアクチュエータが相反する変位方向に変位するとき、それぞれ、第１弁部材を開弁させる付勢力、第２弁部材を開弁させる付勢力を形成することになる。
【００１３】
さらに、このような第１液圧室及び第２液圧室の構成に加えて、制御装置の駆動回路は、アクチュエータにおいて伸縮により変位する変位位置範囲のうちの中間位置を、アクチュエータを充放電制御する初期位置として設定すると共に、アクチュエータの変位位置を初期位置から一方向に変位させる変位モードと、アクチュエータの変位位置を初期位置から他方向に変位させる変位モードとを有する構成としている。そして、上記第１液圧室及び第２液圧室に対し、アクチュエータの変位位置を初期位置から一方向に変位させる変位モードでは、第１弁部材のみを開弁動作させ、他方向に変位させる変位モードでは第１弁部材のみを開弁動作させることができるのである。
【００１４】
これにより、第１弁部材及び第２弁部材のいずれかを独立的に駆動するのに、一つの駆動回路で実施することができる。それ故に、従来技術のように第１弁部材及び第２弁部材に対応するアクチュエータを独立的に駆動するために独立した駆動回路を設ける必要がないので、駆動回路を有する制御装置を簡素化することができる。
【００１５】
以上の請求項１に記載の発明によれば、アクチュエータの変位に対し第１及び第２の弁部材を独立的に駆動する構成要素を簡素化することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明では、制御装置は、前記第１弁部材を駆動する第１モードと、前記第２弁部材を駆動する第２モードとを、前記駆動回路の充放電制御により切換えられる前記電圧状態の制御モードとして設定し、
前記第１モードにおいて前記駆動回路は、前記第１弁部材の開弁時において前記初期位置に対応する初期電圧から所定の電位差を形成する一方、前記第１弁部材の閉弁時において前記所定の電位差が形成された電圧状態から前記初期電圧に戻すと共に、
前記第２モードにおいて前記駆動回路は、前記第２弁部材の開弁時において前記初期電圧から前記所定の電位差に相反する電位差を形成する一方、前記第２弁部材の閉弁時において前記相反する電位差が形成された電圧状態から前記初期電圧に戻すことを特徴とする。
【００１７】
ここで、充電及び放電により伸縮するアクチュエータは、上記駆動回路がアクチュエータへ充電及び放電する充放電制御することにより、アクチュエータに印加される印加電圧特性の電圧状態が切換えられる。例えば所定の電位差が生じる一の電圧状態から他の電圧状態へ移行する場合には、アクチュエータへの充放または放電を実施することになるが、所定の電圧状態を維持する場合には、概ね充放及び放電のいずれかまたは両方を、実質的に継続実施する必要はほとんどない。内燃機関の燃焼サイクルにおいて燃料噴射期間及び非燃料噴射期間のいずれも概ね僅かな時間であるので、アクチュエータへ充電した充電エネルギはアクチュエータの圧電素子内に蓄えられているからである。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、制御装置は、第１弁部材を駆動する第１モードと、第２弁部材を駆動する第２モードとを、制御モードとして設定している。第１モード及び第２モードにおいて、第１弁部材及び第２弁部材のうちの特定弁部材の燃料噴射期間、即ち特定弁部材を開弁及び閉弁動作する期間において、初期電圧から、所定の電位差またはこれに相反する電位差を形成する電圧状態へ移行する際に、駆動回路からアクチュエータへエネルギが供給及び放出される。しかしながら、非噴射期間においては電圧状態として初期電圧が継続されるので、非噴射期間において駆動回路は、アクチュエータへ供給するエネルギ消費は実質的にほとんど生じない。これより、エネルギの無駄消費が抑制されるので、駆動回路を有する制御装置の大型化が防止される。
【００１９】
請求項３に記載の発明では、第１液圧室及び第２液圧室は、第１液圧室及び第２液圧室の双方に液圧的に連結する共通の液密室であって、第１弁部材及び第２弁部材と、アクチュエータとの間に配置される液密室を有していることを特徴とする。
【００２０】
これによると、第１弁部材及び第２弁部材とアクチュエータとの間に配置され、かつ第１液圧室及び第２液圧室の双方に液圧的に連結する共通の液密室の容積を、アクチュエータの変位で拡大及び縮小するにより、容易に第１液圧室及び第２液圧室の液圧の圧力変化をもたらすことができるので、アクチュエータと第１弁部材及び第２弁部材との液圧連結要素としての第１液圧室及び第２液圧室の形成が簡単に実現できる。
【００２１】
請求項４に記載の発明では、第１液圧室及び前記第２液圧室は、双方が液圧的に連結する構成であって、前記第１液圧室及び前記第２液圧室のうちの特定液圧室が、前記アクチュエータ側の変位面と液圧的に直接連結する構成としたことを特徴とする。
【００２２】
これによると、第１液圧室及び第２液圧室のうちの特定液圧室が、前記アクチュエータ側の変位面と液圧的に直接連結する構成とするので、第１液圧室及び第２液圧室の容積空間の小型化が可能である。これにより、燃料噴射弁内にスペースに、第１液圧室及び第２液圧室の容積空間が占有する余裕が少ない場合において、燃料噴射弁が大型化するのを防止することができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明によれば、第１弁部材及び第２弁部材は、燃料噴射弁内において内外二重に同軸的に配置され、アクチュエータを、前記第１弁部材及び前記第２弁部材を独立的に駆動する共通のアクチュエータとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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合を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１〜３は、本実施形態による燃料噴射装置を示している。図２及び３は、図１中の燃料噴射装置に適用する燃料噴射弁及び燃料噴射弁を駆動する制御装置の特徴的構成を示すものである。本発明の燃料噴射装置１は、例えばディーゼルエンジンまたは筒内噴射式火花点火内燃機関の気筒内へ直接的に燃料を噴射供給する。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、あるいはジメチルエーテルといったＤＭＥや液化天然ガス（ＬＰＧ）などの液化燃料のいずれであってもよい。
【００２６】
燃料供給装置１は、図示しない高圧燃料供給源、燃料噴射弁２、及び制御装置３００などを備えている。燃料噴射弁２は、多気筒内燃機関の気筒に装着されている。高圧燃料供給源は、燃料タンク１０から燃料を汲み上げ、圧送する圧送ポンプと、圧送ポンプから圧送される燃料を高圧状態で蓄えると共に、当該燃料を各気筒の燃料噴射弁２に分配するコモンレールといった蓄圧器３と備える周知の構成である。
【００２７】
燃料噴射弁２は、上記高圧燃料源から燃料が供給される一方、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がリターン経路８より燃料タンク１０に戻される。
【００２８】
燃料噴射弁２は、「弁閉鎖体」としてのノズル１１、「液圧連結要素」としての複数の液圧室２０１、２０２、およびアクチュエータ部３０とを含んで構成され、これらの構成要素は、棒状を呈するハウジング４０に収容されている。
【００２９】
ハウジング４０は、有底筒状の第１ハウジング区分４０ａ及び第２ハウジング区分４０ｂと、第１ハウジング区分４０ａと第２ハウジング区分４０ｂの間に挟み込まれる第３ハウジング区分４０ｃと、締結部材としてのリテーニングナット４０ｄとを有しており、内部に上記構成要素１１、３０、２０１、２０２を収容するハウジング区分４０ａ、４０ｂ、４０ｃがリテーニングナット４０ｄによって気密にねじ締結される周知構造のものである。
【００３０】
ハウジング４０は、上記蓄圧器３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。ハウジング４０の軸方向一端側には、収容部４３が形成されており、その収容部４３には、燃料の噴射及び噴射停止を制御する、弁部材１２１、１２２を含むノズル１１が収容されている。
ノズル１１は、複数の弁部材１２１、１２２、複数のノズルスプリング１６１、１６２を有している。弁部材１２１、１２２は、第１弁部材１２１が第２弁部材１２２の内側に同軸的に配置され、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、複数の噴孔４４が形成されおり、噴孔４４は、高圧燃料通路４６を介して燃料入口部４１と連通する。この噴孔４４は、異なる弁部材１２１、１２２に開閉される噴孔４４１、４４２を有しており、第１噴孔４４１及び第２噴孔４４２においてこれら噴孔４４１、４４２の燃料入口部４１側、即ち上流側には、上記各弁部材１２１、１２２に形成されているシート部１３１、１３２が着座する弁座４５が形成されている。
【００３１】
上記弁部材１２１、１２２は、共通の弁座４５に着座及び離座することにより、第１弁部材１２１が第１噴孔４４１を開閉すると共に、第２弁部材１２２が第２噴孔４４２を開閉する。即ち、弁座４５に第１弁部材１２１の第１シート部１３１が着座することにより、第１噴孔４４１の入口への燃料の流れが閉塞され、第１噴孔４４１からの燃料の噴射が停止する。弁座４５から第１弁部材１２１の第１シート部１３１が離座することにより、第１噴孔４４１の入口への燃料の流れが開放され、第１噴孔４４１から燃料が噴射する。一方、弁座４５に第２弁部材１２１の第２シート部１３２が着座することにより、第２噴孔４４２の入口への燃料の流れが閉塞され、第２噴孔４４２からの燃料の噴射が停止する。弁座４５から第２弁部材１２２の第２シート部１３２が離座することにより、第２噴孔４４２の入口への燃料の流れが開放され、第２噴孔４４２から燃料が噴射する。
【００３２】
また、上記収容部４３の軸方向他端側には、第１弁部材１２１において第１シート部１３１とは反対側の端部に形成されるピストン部１４１が、内周側に摺動自在に、かつ液密に挿入されている。ピストン部１４１は収容部４３の内壁とともに、内部に燃料が充填された第１液圧室２０１を形成する。
【００３３】
また、上記第１弁部材１２１においてピストン部１４１の第１液圧室２０１側とは反対の端部と、収容部４３との間には、第１ノズルスプリング１６１が設けられている。この第１ノズルスプリング１６１は、第１弁部材１２１を、第１シート部１３１が弁座４５に着座する方向、つまり閉弁方向に付勢する。
【００３４】
さらに、上記収容部４３の軸方向他端側には、第２弁部材１２２において第２シート部１３２とは反対側の端部１４２が、ノズルシリンダ１４７の内周側に摺動自在に、かつ液密に挿入されている。ノズルシリンダ１４７は、第２弁部材１２２の上記反対側の端部１４２の内壁とともに、内部に燃料が充填された第２液圧室２０２を形成する。また、第２弁部材１２２において上記反対側の端部１４２と第２シート部１３２との間には、フランジ部１５２が形成され、このフランジ部１５２とノズルシリンダ１４７との間には、第２ノズルスプリング１６２が設けられている。この第２ノズルスプリング１６２は、第２弁部材１２２を、第２シート部１３２が弁座４５に着座する方向、つまり閉弁方向に付勢する。
【００３５】
第１液圧室２０１及び第２液圧室２０２は、液圧的に連結する、共通の液密室２０３を有している。液密室２０３が、アクチュエータ部３０においてピエゾスタック３２の変位を伝達する「変位伝達要素」としての円筒状の可動部材３４の伝達面に接している。これによると、アクチュエータ部３０の変位、即ち伸縮により液密室２０３内の燃料圧力が増圧及び減圧する。そして、液密室２０３の圧力の増減は、第１液圧室２０１及び第２液圧室２０２内において燃料圧力を増圧及び減圧する。
【００３６】
具体的には、第３ハウジング区分４０ｃが有底筒状に形成されており、上記可動部材３４が第３ハウジング区分４０ｃの内周側に摺動自在に、かつ液密的に挿入されている。そして、液密室２０３と第１液圧室２０１は連絡通路５１を介して連通するとともに、液密室２０３と第２液圧室２０２は連絡通路５２を介して連通している。
【００３７】
アクチュエータ部３０は、ハウジング４０の軸方向他端側に形成され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、燃料出口部４２に連通しており、リターン経路８に接続している。
【００３８】
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、アクチュエータ室５６側の圧力を制御する背圧弁９が配置されている。蓄圧器３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はアクチュエータ室５６側の燃料圧力を１ＭＰａ程度に制御する。ここで、蓄圧器３を含む高圧燃料源から供給される燃料の圧力は、燃料噴射圧力相当の圧力であり、コモンレール圧という。また、リターン経路８に連通するアクチュエータ室５６内の燃料の圧力は、リーク燃料圧という。
【００３９】
アクチュエータ部３０は、ピエゾスタック３２を含むピエゾアクチュエータ３１、および可動部材３４を有している。ピエゾアクチュエータ３１は、主に圧電素体層を複数層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。
【００４０】
ピエゾアクチュエータ３１は、ピエゾスタック３２及び金属製のケーシング３３を有している。ケーシング３３はピエゾスタック３２の軸方向一端部側と軸方向他端部側とを伸縮可能に架橋してピエゾスタック３２の周囲を気密に覆っている。このケーシング２４はピエゾスタック３２を燃料侵入から保護するものである。
【００４１】
ピエゾアクチュエータ３１には、駆動回路３０２を介して充電電流が供給されるようになっており、この駆動回路３０２は制御回路３０１により制御される。なお、本実施形態では、ピエゾアクチュエータ３１においてピエゾスタック３２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。
【００４２】
制御装置３００は、駆動回路３０２と、制御回路３０１とを備えている。駆動回路３０２は、ピエゾアクチュエータ３１に電気的に接続しており、ピエゾアクチュエータ３１の充放電制御においてピエゾスタック３２に充電電流を供給すべく比較的高い電圧（以下、ピエゾ電圧）を印加するものである。本実施例では、ピエゾアクチュエータ３１の変位範囲において最大ピエゾ電圧Ｖfull（図３参照）を、１５０Ｖ程度とする。
【００４３】
また、駆動回路３０２には、制御回路３０１が電気的に接続されている。制御回路３０１は、各種情報に基づき、駆動回路３０２に与える図示しない充電制御信号及び放電制御信号を生成し、ピエゾスタック３２を充放電制御する駆動回路３０２を制御することにより、ピエゾアクチュエータ３１の伸縮を制御するものである。
【００４４】
駆動回路３０２は、図示しない充放電駆動部を備えている。充放電駆動部は、直流電源（図示せず）からインダクタ（図示せず）を介してピエゾアクチュエータ３１のピエゾスタック３２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）を有している。上記ＭＳ方式では、制御回路３０１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、ピエゾアクチュエータ３１においてピエゾスタック３２を数回に分けて充電する。
【００４５】
上記スイッチング素子がオンしている間は、ピエゾスタック３２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ピエゾスタック３２へ漸減する充電電流が流れる。このようにピエゾスタック３２に充電電流が流れる間、ピエゾスタック３２におけるピエゾ電圧は増加し続ける（図２参照）。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。
【００４６】
制御回路３０１は、図示しないマイクロプロセッサ（以下、ＭＰＵ）、及びＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびＲＡＭといった記憶並びに読み出しを行なう記憶手段を有している。ＭＰＵは、上記記憶手段に記憶したプログラムに従って演算処理を実行する。また、制御回路３０１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。
【００４７】
以上、燃料噴射装置１の基本構成について説明した。以下、燃料噴射装置１の特徴的構成について図１〜図３に基づいて説明する。図２はエンジンの通常状態における燃料噴射装置１を制御する制御装置３００の制御ロジックを模式的に示しており、図３はエンジンの特定状態としての始動時における燃料噴射装置１を制御する制御装置３００の制御ロジックを模式的に示すものである。
【００４８】
（特徴的構成）
ピエゾアクチュエータ３１の充電及び放電による伸縮に対し、第１液圧室２０１及び第２液圧室２０２は、以下の特徴構成を有している。即ち、第１液圧室２０１は、その燃料圧力がピエゾアクチュエータ３１の伸長に対し増圧され、当該増圧されることにより第１弁部材１２１に対し開弁方向に作用する構成としている。第２液圧室２０２は、その燃料圧力がピエゾアクチュエータ３１の収縮に対し減圧され、当該減圧されることにより第２弁部材１２２に対し開弁方向に作用する構成としている。
【００４９】
言い換えると、ピエゾアクチュエータ３１への充電によりピエゾ電圧を高めることで、第１液圧室２０１の圧力が増圧され、当該増圧された燃料圧力が第１弁部材１２１を開弁させるように作用する。一方、ピエゾアクチュエータ３１からの放電によりピエゾ電圧を低くすることで、第２液圧室２０２の圧力が減圧され、当該減圧された燃料圧力が第２弁部材１２２を開弁させるように作用する。
【００５０】
具体的には、まず、第１弁部材１２１及び第１液圧室２０１について説明する。第１液圧室２０１内の燃料圧力が、第１弁部材１２１のピストン部１４１における第１シート部１３１と同じ側の端部に作用し、当該第１液圧室２０１内の燃料圧力により第１弁部材１２１を開弁方向に付勢する。
【００５１】
また、第１弁部材１２１においてピストン部１４１の第１液圧室２０１側とは反対の端部は、ノズルスプリング１６１、１６２が収容されるスプリング室５３が形成され、スプリング室５３は、高圧燃料通路４６から分岐した高圧燃料通路４７を介して高圧燃料が供給される。即ち、第１弁部材１２１のピストン部１４１においてスプリング室５３の燃料圧力は、高圧燃料通路４７から導かれる高圧燃料により第１弁部材１２１を閉弁方向に付勢する。
【００５２】
第１ノズルスプリング１６１は、第１弁部材１２１を閉弁方向に付勢する。また、第１弁部材１２１は、燃料入口部４１から高圧燃料通路４６を介して上記軸方向一端側の収容部４３を経由して第１シート部１３１側に導かれる高圧燃料により、第１シート部１３１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。
【００５３】
以上の構成により、第１弁部材１２１は、スプリング室５３に導かれる高圧燃料の圧力、第１液圧室２０１内の燃料圧力、第１シート部１３１側に導かれる高圧燃料の燃料圧力、および第１ノズルスプリング１６１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。これによると、ピエゾアクチュエータ３１からの充電によりピエゾ電圧を高めることで、第１液圧室２０１の圧力が増圧されると、第１弁部材１２１が開弁する。一方、ピエゾアクチュエータ３１への放電により元のピエゾ電圧（以下、初期電圧）に戻すことにより、第１液圧室２０１の圧力が、増圧される前の元の圧力（以下、初期圧力）に戻されると、第１弁部材１２１が閉弁する。
【００５４】
さらに、上記第１弁部材１２１は、第１液圧室２０１の燃料圧力が「初期圧力」としての上記高圧燃料の燃料圧力より増圧されないと、開弁しない構成としているので、例えピエゾアクチュエータ３１からの放電及び充電によりピエゾ電圧を初期電圧より低くし、その後に初期電圧に戻す場合であったとしても、第１液圧室２０１の圧力が初期圧力以下となるため、第１弁部材１２１の閉弁が維持される。
【００５５】
次に、第２弁部材１２２及び第２液圧室２０２について説明する。第２液圧室２０２内の燃料圧力が、第２弁部材１２２において第２シート部１３２とは反対側の端部１４２に作用し、当該第２液圧室２０２内の燃料圧力により第２弁部材１２２を閉弁方向に付勢する。
【００５６】
第２ノズルスプリング１６２は、第２弁部材１２２を閉弁方向に付勢する。また、第２弁部材１２２は、燃料入口部４１から高圧燃料通路４６を介し上記軸方向一端側の収容部４３を経由して第２シート部１３２側に導かれる高圧燃料により、第２シート部１３２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。
【００５７】
以上の構成により、第２弁部材１２２は、第２液圧室２０２内の燃料圧力、第２シート部１３２側に導かれる高圧燃料の燃料圧力、および第２ノズルスプリング１６２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。これによると、ピエゾアクチュエータ３１からの放電によりピエゾ電圧を低くすることで、第２液圧室２０２の圧力が減圧されると、第２弁部材１２２が開弁する。一方、ピエゾアクチュエータ３１への充電により元の電圧である初期電圧に戻すことにより、第２液圧室２０２の圧力が減圧される前の初期圧力に戻されると、第２弁部材１２２が閉弁する。
【００５８】
さらに、上記第２弁部材１２２は、第２液圧室２０２の燃料圧力が初期圧力である高圧燃料の燃料圧力より減圧されないと、開弁しない構成としているので、例えピエゾアクチュエータ３１への充電及び放電によりピエゾ電圧を初期電圧より高くし、その後に初期電圧に戻す場合があったとしても、第２液圧室２０２の圧力が初期圧力以上となるため、第２弁部材１２２の閉弁が維持される。
【００５９】
このように構成された第１弁部材１２１及び第１液圧室２０１と第２弁部材１２２及び第２液圧室２０２との組合せにおいては、ピエゾアクチュエータ３１の伸縮、言い換えると充電及び放電により、選択的に第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２のいずれかの特定弁部材を駆動し、その特定弁部材に対応する第１噴孔４４１及び第２噴孔４４２の特定噴孔の開閉が可能となる。
【００６０】
さらに、ピエゾアクチュエータ３１へ充放電制御する駆動回路３０２及び制御回路３０１を有する制御装置３００は、以下の特徴構成を有している。即ち、制御装置３００においては、駆動回路３０２を制御し、その駆動回路３０２は、ピエゾアクチュエータ３１の伸縮により変位する変位範囲のうちの中間位置を、初期位置に設定する構成としている。具体的には、駆動回路３０２は、ピエゾアクチュエータ３１への充電により、ピエゾアクチュエータ３１のピエゾ電圧を、予め上記初期位置に相当する「中間電圧」としての初期電圧Ｖｎ（図２参照）に設定する。
【００６１】
上記初期電圧は、駆動回路３０２の充放電制御によりピエゾアクチュエータ３１からの放電が行なわれない限り、ピエゾアクチュエータ３１のピエゾスタック３２に蓄えられている充電エネルギはほとんど放出されることはなく、実質的にピエゾ電圧、即ち初期電圧にあるピエゾ電圧は維持される。
【００６２】
上記駆動回路３０２は、ピエゾアクチュエータ３１の変位位置を初期位置から一方方向に変位させる変位モード（以下、第１変位モード）と、ピエゾアクチュエータ３１の変位位置を初期位置から他方方向に変位させる変位モード（以下、第２変位モード）とを、制御モードとして設定するようにしている。そして、駆動回路３０２は、第１変位モードでは、ピエゾアクチュエータ３１への充電及び放電により、初期位置に相当する初期電圧Ｖｎから一方方向への変位に相当する所定の電圧差ΔＶ１を生じさせ、その後、初期電圧Ｖｎに戻すように充放電制御する（図２（ａ）参照）。また、駆動回路３０２は、第２変位モードでは、ピエゾアクチュエータ３１からの放電及び充電により、初期電圧Ｖｎから他方方向への変位に相当する上記所定電圧ΔＶ１に相反する電圧差ΔＶ２を生じさせ、その後、初期電圧Ｖｎに戻すように充放電制御する（図２（ｂ）参照）。
【００６３】
こうした構成の駆動回路３０２は、上記第１弁部材１２１及び第１液圧室２０１と第２弁部材１２２及び第２液圧室２０２との組合せに対し、第１変位モードでは第１弁部材１２１のみを駆動し、開弁させるのである。また、駆動回路３０２は、第２変位モードでは第２弁部材１２２のみを駆動し、開弁させるのである。
【００６４】
このような駆動回路３０２を有する制御装置３００では、第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２のいずれかを選択的に駆動するのに、一つの駆動回路３０２で実現することができる。これにより、燃料噴射装置１は、第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２のいずれかを選択的に駆動する構成要素を簡素化することができる。
【００６５】
また、上記第１液圧室２０１及び第２液圧室２０２は、第１液圧室２０１及び第２液圧室２０２の双方に液圧的に連結する上記液密室２０３を有しており、液密室２０３が第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２側とピエゾアクチュエータ３１側との間に配置されている。これによると、液密室２０３の容積を、ピエゾアクチュエータ３１の変位で直接または間接的に拡大及び縮小することにより、液密室２０３を共有する第１液圧室２０１及び第２液圧室２０２に対し、その液圧の圧力変化を容易にもたらすことができる。
【００６６】
なお、本実施例では第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２側とピエゾアクチュエータ３１側との間に、液密室２０３を区画する可動部材３４及び第３ハウジング区分４０ｃが設置されているので、液密室２０３の容積は、ピエゾアクチュエータ３１の変位が可動部材３４及び第３ハウジング区分４０ｃを介して間接的に伝達されて拡大及び縮小される。
【００６７】
このような液密室２０３を有する第１液圧室２０１及び第２液圧室２０２は、アクチュエータ部３０と第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２とを液圧的に連結する液圧連結要素として、その構造が比較的簡素に実現可能となる。
【００６８】
また、本実施形態は、第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２は、燃料噴射弁２内において開弁方向及び閉弁方向に移動可能に、内外二重に同軸的に配置されており、第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２のいずれかを選択的に駆動する共通のピエゾアクチュエータ３１で構成されている。言い換えると、一つのピエゾアクチュエータ３１によって、第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２のいずれかを選択的に駆動する駆動方法が実現されている。これにより、従来技術のように第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２のいずれかを選択的に駆動するのに二つのピエゾアクチュエータを設ける必要がない。これにより、燃料噴射装置１は、第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２のいずれかを選択的に駆動する構成要素を、更に簡素化することができる。
【００６９】
また、上記液密室２０３においては、ピエゾアクチュエータ３１が収縮する方向、つまり内部の燃料圧力が減圧する方向に、可動部材３４を付勢する付勢部材２１３が設けられていることが好ましい。これにより、ピエゾアクチュエータ３１が収縮するときに、付勢部材２１３の付勢力によって可動部材３４をピエゾアクチュエータ３１の変位にスムースに追従させることができる。
【００７０】
なお、上記付勢部材２１３の配置は、図１に示す付勢部材２１３を液密室２０３内に設置する構成に限定されるものではなく、液密室２０３外に設置する構成であってもよい。
【００７１】
なお、ここで、アクチュエータ部３０は請求範囲に記載のアクチュエータに相当する。また、制御装置３００において駆動回路３０２が、アクチュエータ部３０のピエゾアクチュエータ３１を充放電制御する制御モードにおいて第１変位モード及び第２変位モードは請求範囲に記載の、第１弁部材を駆動する第１モード、及び第２弁部材を駆動する第２モードに相当する。
【００７２】
以上、燃料噴射装置１の特徴的構成について説明した。以下、燃料噴射装置１の作動について説明する。以下、図２に基づきエンジンの始動時以外の通常状態、図３に基づきエンジン始動時の特定状態を、それぞれ説明する。なお、図２において、図２（ａ）は第１弁部材１２１の燃料噴射において第１弁部材１２１及びピエゾアクチュエータ３１の駆動過程を示し、図２（ｂ）は第２弁部材１２２の燃料噴射において第２弁部材１２２及びピエゾアクチュエータ３１の駆動過程を示している。
【００７３】
（通常状態）
通常運転状態においては、制御装置３００において制御回路３０１により制御される駆動回路３０２が、ピエゾアクチュエータ３１を充放電制御することにより、ピエゾ電圧を、予めピエゾアクチュエータ３１の初期電圧Ｖｎに設定している。
（第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２の燃料噴射停止時）
ピエゾアクチュエータ３１におけるピエゾ電圧が初期電圧Ｖｎに維持されるとき、アクチュエータ部３０の可動部材３４及び第３ハウジング区分４０ｃ間の液密室２０３内の燃料圧力は、蓄圧室３から供給される上記高圧燃料の燃料圧力（以下、コモンレール圧という）と同じ圧力となっている。液密室２０３、第１液圧室２０１、及び第２液圧室２０２は液密的に構成されているが、スプリング室５３内に収容されている第２液圧室２０２が、ノズルシリンダ１４７の内壁と第２弁部材１２２の反対側の端部１４２の外壁間の比較的僅かな摺動隙間等を介して高圧燃料通路４７に実質的に連通しているからである。
【００７４】
第１液圧室２０１及び第２液圧室２０２は、いずれもその燃料圧力が、初期圧力であるコモンレール圧に対し増圧、及び減圧されことはなく、コモンレール圧に等しくなっている。これにより、第１液圧室２０１、第２液圧室２０２、及びスプリング室５３の各燃料圧力は、高圧燃料通路４６の燃料圧力、即ちコモンレール圧と等しくなる。第１液圧室２０１とスプリング室５３との間の差圧は生じないので、第１液圧室２０１の燃料圧力による第１弁部材１２１への開弁方向の力は、作用しない。
【００７５】
このとき、第１弁部材１２１において第１シート部１３１側に導かれる上記高圧燃料の燃料圧力、即ち高圧燃料通路４６の燃料圧力が第１弁部材１２１の周囲に作用することによる第１弁部材１２１に発生する開弁方向の力は、スプリング室５３内の燃料圧力が第１弁部材１２１のピストン部１４１に作用することによる第１弁部材１２１に発生する閉弁方向の力、および第１ノズルスプリング１６１の付勢力による第１弁部材１２１に発生する閉弁方向の力の合計よりも小さい。そのため、第１弁部材１２１の第１シート部１３１が弁座４５に着座し、第１噴孔４４１からの燃料の噴射が停止する。
【００７６】
また、第２弁部材１２２において第２シート部１３２側に導かれる燃料圧力、即ち高圧燃料通路４６の燃料圧力が第２弁部材１２２の周囲に作用することによる第２弁部材１２２に発生する開弁方向の力は、第２液圧室２０２内の燃料圧力が第２弁部材１２２の反対側の端部１４２に作用することによる第２弁部材１２２に発生する閉弁方向の力、および第２ノズルスプリング１６２の付勢力による第２弁部材１２２に発生する閉弁方向の力の合計よりも小さい。そのため、第２弁部材１２２の第２シート部１３２が弁座４５に着座し、第２噴孔４４２からの燃料の噴射が停止する。
（第１弁部材の燃料噴射時）
制御回路３０１からの指令（以下、第１弁部材駆動信号）により、ピエゾアクチュエータ３１が、駆動回路３０２により充電されると、初期位置より伸長する。ピエゾアクチュエータ３１の伸長にともなって可動部材３４の変位面が弁部材１２１、１２２側に向かって移動すると、液密室２０３の容積が縮小され、液密室２０３の燃料圧力が増圧する。増圧された液密室２０３の燃料圧力にともなって第１液圧室２０１の燃料圧力が増圧される、即ち高圧燃料通路４６の燃料圧力（コモンレール圧）より高くなる。これにより、第１液圧室２０１とスプリング室５３との間の差圧が生じるので、第１液圧室２０１の燃料圧力による第１弁部材１２１への開弁方向の力が発生する。
【００７７】
第１弁部材１２１において第１シート部１３１側に導かれる上記高圧燃料の燃料圧力（コモンレール圧）による第１弁部材１２１に発生する開弁方向の力、及び第１液圧室２０１の燃料圧力による第１弁部材１２１に発生する開弁方向の力の合計と、スプリング室５３内の燃料圧力（コモンレール圧）による第１弁部材１２１に発生する閉弁方向の力、および第１ノズルスプリング１６１の付勢力による第１弁部材１２１に発生する閉弁方向の力の合計とのバランスにより、閉弁方向または開弁方向への移動が決定される。第１弁部材１２１の先端部において第１シート部１３１が弁座４５に着座しているとき、弁座４５が着座する内側部には、上記高圧燃料の燃料圧力（コモンレール圧）が作用しないのである。言い換えると、第１弁部材１２１の閉弁時には、第１シート部１３１側に上記高圧燃料が導かれても、第１弁部材１２１の第１シート部１３１側の上記内側部には、第１弁部材１２１への開弁方向の力が発生しない。
【００７８】
そのため、第１弁部材１２１を開弁させるには、少なくとも第１シート部１３１側の上記内側部において発生しない開弁方向の力を補うように、第１液圧室２０１の燃料圧力を、所定以上に増圧する必要がある。
【００７９】
そこで、ピエゾアクチュエータ３１が更に充電され、ピエゾ電圧が初期電圧Ｖｎから所定電圧差ΔＶ１となる所定電圧Ｖ１に到達すると、第１液圧室２０１の燃料圧力が所定以上に増圧される。すると、上記第１弁部材１２１に発生する開弁方向の力の合計が、上記第１弁部材１２１に発生する閉弁方向の力の合計よりも大きくなる。これにより、第１弁部材１２１の第１シート部１３１が弁座４５に離座し、第１噴孔４４１からの燃料の噴射が行なわれる。
【００８０】
なお、第１弁部材１２１が開弁すると、第１シート部１３１側の上記内側部にも上記高圧燃料が導かれるので、第１液圧室２０１の燃料圧力が上記高圧燃料の燃料圧力（コモンレール圧）に対し差圧が小さくなるように、第１弁部材１２１が上昇し、第１液圧室２０１の燃料圧力の増圧量が緩和される（例えば図３（ｂ１）の第１液圧室２０１の圧力特性を参照）。
【００８１】
その後、制御回路３０１からの第１弁部材駆動信号により、ピエゾアクチュエータ３１が、駆動回路３０２により放電されると、収縮して初期位置に戻される。言い換えると、駆動回路３０２は、ピエゾアクチュエータ３１からの放電により、ピエゾアクチュエータ３１におけるピエゾ電圧を、所定電圧Ｖ１から初期電圧Ｖｎに戻す。これにより、液密室２０３の容積が拡大され、液密室２０３の燃料圧力が増圧される前の元に初期圧力（コモンレール圧）に戻される。
【００８２】
このとき、上記第１弁部材１２１に発生する開弁方向の力の合計が、上記第１弁部材１２１に発生する閉弁方向の力の合計よりも小さくなるので、第１弁部材１２１の第１シート部１３１が弁座４５に着座し、第１噴孔４４１からの燃料の噴射が停止する。
【００８３】
また、ここで、第２液圧室２０２の燃料圧力も、上記液密室２０３及び第１液圧室２０１の燃料圧力の圧力変化にともなって上記高圧燃料の燃料圧力（コモンレール圧）に対し増圧されることになるが、第２液圧室２０２の燃料圧力が上記高圧燃料の燃料圧力（コモンレール圧）に対し減圧されることはない。そのため、第１弁部材１２１の燃料噴射時においては、第２弁部材１２２の第２シート部１３２が弁座４５に着座し続けており、第２噴孔４４２から燃料が噴射されることはない。
（第２弁部材の燃料噴射時）
制御回路３０１からの第２弁部材駆動信号により、ピエゾアクチュエータ３１が、駆動回路３０２により放電されると、初期位置より収縮する。ピエゾアクチュエータ３１の収縮にともなって可動部材３４の変位面が弁部材１２１、１２２側から遠ざかる方向に移動すると、液密室２０３の容積が拡大され、液密室２０３の燃料圧力が減圧する。減圧された液密室２０３の燃料圧力にともなって第２液圧室２０２の燃料圧力が減圧される、即ち高圧燃料通路４６の燃料圧力（コモンレール圧）より低くなる。これにより、第２液圧室２０２の燃料圧力による第２弁部材１２２への閉弁方向の力が、上記高圧燃料の燃料圧力（コモンレール圧）に対し減圧された分、小さくなる。
【００８４】
第２弁部材１２２において第２シート部１３２側に導かれる上記高圧燃料の燃料圧力（コモンレール圧）による第２弁部材１２２に発生する開弁方向の力と、第２液圧室２０２の燃料圧力による第２弁部材１２２への閉弁方向の力、および第２ノズルスプリング１６２の付勢力による第２弁部材１２２に発生する閉弁方向の力の合計とのバランスにより、閉弁方向または開弁方向への移動が決定される。
【００８５】
第１弁部材１２１と同様に、第２弁部材１２２の閉弁時には、第２シート部１３２側に上記高圧燃料が導かれても、第２弁部材１２２の２シート部１３２側の内側部には、第２弁部材１２２への開弁方向の力が発生しない。そのため、第２弁部材１２２を開弁させるには、少なくとも第２シート部１３２側の内側部において発生しない開弁方向の力を相殺するように、第２液圧室２０２の燃料圧力を、所定以上に減圧する必要がある。
【００８６】
そこで、ピエゾアクチュエータ３１が更に放電され、ピエゾ電圧が初期電圧Ｖｎから所定電圧差ΔＶ２となる所定電圧Ｖ２に到達すると、第２液圧室２０２の燃料圧力が所定以上に減圧される。すると、上記第２弁部材１２２に発生する開弁方向の力の合計が、上記第２弁部材１２２に発生する閉弁方向の力の合計よりも大きくなる。これにより、第２弁部材１２２の第２シート部１３２が弁座４５に離座し、第２噴孔４４２からの燃料の噴射が行なわれる。
【００８７】
なお、第２弁部材１２２が開弁すると、第２シート部１３２側の内側部にも上記高圧燃料が導かれるので、第２液圧室２０２の燃料圧力が上記高圧燃料の燃料圧力（コモンレール圧）に対し差圧が小さくなるように、第２弁部材１２２が上昇し、第２液圧室２０２の燃料圧力の減圧量が緩和される。
【００８８】
その後、制御回路３０１からの第２弁部材駆動信号により、ピエゾアクチュエータ３１が、駆動回路３０２により充電されると、伸長して初期位置に戻される。言い換えると、駆動回路３０２は、ピエゾアクチュエータ３１への充電により、ピエゾアクチュエータ３１におけるピエゾ電圧を、所定電圧Ｖ２から初期電圧Ｖｎに戻す。これにより、液密室２０３の容積が縮小され、液密室２０３の燃料圧力が減圧される前の元に初期圧力（コモンレール圧）に戻される。
【００８９】
このとき、上記第２弁部材１２２に発生する開弁方向の力の合計が、上記第２弁部材１２２に発生する閉弁方向の力の合計よりも小さくなるので、第２弁部材１２２の第２シート部１３２が弁座４５に着座し、第２噴孔４４２からの燃料の噴射が停止する。
【００９０】
また、ここで、第１液圧室２０１の燃料圧力も、上記液密室２０３及び第２液圧室２０２の燃料圧力の圧力変化にともなって上記高圧燃料の燃料圧力（コモンレール圧）に対し減圧されることになるが、第１液圧室２０１の燃料圧力が上記高圧燃料の燃料圧力（コモンレール圧）に対し増圧されることはない。そのため、第２弁部材１２２の燃料噴射時においては、第１弁部材１２１の第１シート部１３１が弁座４５に着座し続けており、第１噴孔４４１から燃料が噴射されることはない。
【００９１】
なお、図２中のピエゾ電圧において各電圧Ｖ１、Ｖｎ、Ｖ２の関係は、Ｖ１＞Ｖｎ＞Ｖ２であり、本実施形態では、例えばＶ１、Ｖｎ、Ｖ２を、それぞれ、約１５０Ｖ、７５Ｖ、０Ｖ程度に設定されている。
【００９２】
（特定状態）
特定状態、即ちエンジンの始動状態の作動を、図３に基づいて説明する。図３（ａ）においては、燃料噴射弁２からの駆動信号の一例が示されている。エンジンの燃料サイクルは、気筒の順で説明すると、第１気筒（図３中の＃１）、第３気筒、第４気筒、及び第２気筒の順で燃焼し、駆動信号もこれらの気筒順で発生する。
【００９３】
以下の説明では、駆動回路３０２が充電制御する特定燃料噴射弁２を、図３（ａ）中の第１気筒に搭載された燃料噴射弁２とし、当該燃料噴射弁２のピエゾアクチュエータ３１への充放電制御について説明する。特定燃料噴射弁２において、特定駆動信号の発生期間が概ね特定燃料噴射期間に相当し、特定駆動信号以外の期間が特定噴射停止期間に相当する。
【００９４】
また、図３（ｂ１）、図３（ｂ２）、及び図３（ｂ３）は、図３（ａ）中の特定燃料噴射弁２に係わるピエゾアクチュエータ３１の駆動過程を示している。図３（ｂ１）においては、ピエゾ電圧、第１液圧室２０１の燃料圧力、及び第１弁部材１２１並びに第２弁部材１２２の変位の各特性を示し、図３（ｂ２）及び図３（ｂ３）は、ピエゾ電圧の特性を示している。
【００９５】
上記エンジンの始動状態においては、ピエゾアクチュエータ３１の変位位置を、初期位置に対応する初期電圧Ｖｎに設定するため以下のように駆動回路３０２がピエゾアクチュエータ３１を充放電制御する。この充放電制御の場合には、エンジン停止時においてピエゾアクチュエータ３１からの放電によりピエゾスタック３２に蓄積されている充電エネルギを放出していることを前提する。そのため、ピエゾアクチュエータ３１のピエゾ電圧が、初期電圧Ｖｎから電圧Ｖ２（Ｖ２＝０）に戻された状態で、エンジン停止している。
【００９６】
制御装置３００は、エンジンのスタータ等の始動装置が作動しているか否かを検出し、当該検出結果に基づいて始動装置が作動していると判断される場合には、始動状態にあると判定する。なお、上記検出結果に基づいて始動装置が作動していると判断されない場合には、エンジン停止状態にあると判定し、始動装置が作動していると判断されるまで判定を繰り返す。
【００９７】
そして、制御装置３００は、エンジンが始動状態にあると判定されると、制御回路３０１から第１弁部材駆動信号のみを出力する。そして駆動回路３０２は、制御回路３０１からの第１弁部材駆動信号により、図２（ｂ）に示すように、ピエゾアクチュエータ３１への充放電制御において第１変位モードのみを実行する。
【００９８】
即ち、駆動回路３０２は、ピエゾアクチュエータ３１への充電によりピエゾ電圧を、電圧Ｖ２（Ｖ２＝０）から電圧Ｖ１に到達させる。そのため、第１弁部材１２１が開弁するまで第１液圧室の燃料圧力が漸増し増圧し続ける。このときエンジンは始動装置により始動開始しているため、圧送ポンプから圧送される高圧燃料によって蓄圧器３には高圧燃料による所定の燃料圧力（所定のコモンレール圧）が形成されるので、第１液圧室の燃料圧力はこの所定の燃料圧力（所定のコモンレール圧）に対し漸増し増圧する。
【００９９】
第１液圧室の燃料圧力が所定以上に増圧されると、第１弁部材１２１が開弁する。第１弁部材１２１が開弁すると、第１液圧室２０１の増圧量が緩和されつつ、第１弁部材１２１がリフトする。
【０１００】
その後、制御回路３０１からの第１弁部材駆動信号により、駆動回路３０２は、ピエゾアクチュエータ３１からの放電によりピエゾ電圧を、電圧Ｖ１から電圧Ｖ２（図中の破線の特性）に向けて戻す。
【０１０１】
このとき、ピエゾ電圧を電圧Ｖ２（Ｖ＝０）に単に戻すのではなく、電圧Ｖ２に電圧差ΔＶを残した電位を、次回特定燃料噴射期間における初期電圧とする。この電圧差ΔＶは、第１弁部材１２１が閉弁可能なピエゾ電圧に設定されている。
【０１０２】
ここで、第１液圧室２０１の燃料圧力は、第１弁部材１２１の閉弁直後に、上記電圧差ΔＶ分の圧力（以下、残圧という）が形成されることになる。しかしながら、特定噴射停止期間は特定燃料噴射期間に比べて十分長いため、次回特定燃料噴射期間の直前までには、第１液圧室２０１の燃料圧力は、高圧燃料通路４６の高圧燃料の圧力と同等になるので、残圧が消えて所定の燃料圧力（所定のコモンレール圧）に戻るのである。
【０１０３】
そして、ピエゾアクチュエータ３１への充放電制御において駆動回路３０２は上記第１変位モードのみの制御を、図２（ｂ２）の如く繰り返すのである。これにより、特定燃料噴射期間ごとに、次回特定燃料噴射期間における初期電圧が、電圧差ΔＶ分加算される。その繰返しの結果、図３（ｂ３）に示すように、次回特定燃料噴射期間における初期電圧を、通常状態と同等の初期電圧Ｖｎに設定することができる。
【０１０４】
このようにエンジンの運転状態が特定状態である始動状態にある場合には、駆動回路３０２は、ピエゾアクチュエータ３１への充放電制御を、第１弁部材１２１を駆動する第１変位モードのみを実行する制御に設定する。それにより、ピエゾアクチュエータ３１の変位位置が、通常状態の初期位置である初期電圧Ｖｎに比較的容易に設定できるのである。
【０１０５】
以上説明した本実施形態では、第１液圧室２０１及び第２液圧室２０２は、各内部の燃料圧力が相反する圧力変化である増圧、および減圧、言い換えるとピエゾアクチュエータ３１が相反する変位方向に変位することにより、それぞれ、第１弁部材１２１を開弁させる付勢力、第２弁部材１２２を開弁させる付勢力を形成する構成としている。
【０１０６】
さらに、このような第１液圧室２０１及び第２液圧室２０２の構成に加えて、制御装置３００の駆動回路３０２は、ピエゾアクチュエータ３１への充放電制御において、ピエゾアクチュエータ３１の変位位置範囲のうちの中間位置を、ピエゾアクチュエータ３１を充放電制御する初期位置として設定すると共に、ピエゾアクチュエータ３１の変位位置を初期位置から一方向に変位させる第１変位モードと、ピエゾアクチュエータ３１の変位位置を初期位置から他方向に変位させる第２変位モードとを有する構成としている。
【０１０７】
これにより、第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２のいずれかを選択的に駆動するのに、一つの駆動回路３０２で実現することができる。それ故に、従来技術のように第１弁部材及び第２弁部材に対応するアクチュエータを独立的に駆動するために独立した駆動回路を設ける必要がないので、駆動回路３０２を有する制御装置３００を簡素化することができる。
【０１０８】
以上の本実施形態によれば、ピエゾアクチュエータの変位に対し第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２を独立的に駆動する構成要素が簡素化されるのである。
【０１０９】
ここで、充電及び放電により伸縮するピエゾアクチュエータ３１は、上記駆動回路３０２によるピエゾアクチュエータ３１への充放電制御により、ピエゾアクチュエータ３１に印加される印加電圧特性の電圧状態が切換えられることになる。例えば所定の電位差が生じる一の電圧状態から他の電圧状態へ移行する場合には、ピエゾアクチュエータ３１への充放または放電を行なうことになるが、所定の電圧状態を維持する場合には、概ね充放及び放電のいずれかまたは両方を、実質的に継続実施する必要はほとんどない。エンジンの燃焼サイクルにおいて燃料噴射期間及び非燃料噴射期間のいずれも概ね僅かな時間であるので、ピエゾアクチュエータ３１に供給された充電エネルギはピエゾアクチュエータ３１のピエゾスタック３２内に蓄えられているからである。
【０１１０】
以上説明した本実施形態によれば、制御装置３００は、第１弁部材１２１を駆動する第１変位モードと、第２弁部材１２２を駆動する第２変位モードとを、制御モードとして設定している。そのため、第１変位モード及び第２変位モードにおいて、第１弁部材１２１及び第２弁部材１２２のうちの特定弁部材の燃料噴射期間、即ち特定弁部材を開弁及び閉弁動作する期間において、初期電圧Ｖｎから、所定の電位差ΔＶ１またはこれに相反する電位差ΔＶ２を形成する電圧状態Ｖ１、Ｖ２へ移行する際に、駆動回路３０２からピエゾアクチュエータ３１へのエネルギが供給及び放出される。しかしながら、非噴射期間においては電圧状態として初期電圧が継続されるので、非噴射期間において駆動回路３０２は、ピエゾアクチュエータ３１へ供給するエネルギ消費は実質的にほとんど生じない。これより、エネルギの無駄消費が抑制されるので、駆動回路３０２を有する制御装置３００の大型化が防止される。
【０１１１】
（第２実施形態）
第２実施形態を図４に示す。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、アクチュエータ部３０を収容するアクチュエータ室１５６が、高圧燃料通路４６に連通するように構成された一例を示すものである。
【０１１２】
図４に示すように、アクチュエータ室１５６は、燃料入口部４１に連通しており、蓄圧室３からの高圧燃料が供給される高圧燃料通路４６に接続している。これにより、第２実施形態による燃料噴射装置２は、アクチュエータ部３０においてピエゾアクチュエータ３１の周囲に高圧燃料を導入する構成となるので、第１実施形態で説明した燃料出口部４２及びリターン経路８をなくすことが可能となる。
【０１１３】
したがって、第２実施形態による燃料噴射装置２は、その構成要素の簡素化が更に図れる。
【０１１４】
（第３実施形態）
第３実施形態を図５に示す。第３実施形態は第２実施形態の変形例である。第３実施形態では、第１液圧室２０１及び第２液圧室２０２のうちの特定液圧室２０１が、アクチュエータ部３０側の変位面と液圧的に直接連結する構成とする一例を示すものである。
【０１１５】
燃料噴射弁２００は、ノズル２１１、第１液圧室２０１、第２液圧室２０２、およびアクチュエータ部３０を含んで構成され、これらの構成要素をハウジング４０に収容されている。
【０１１６】
ハウジング４０は、有底筒状の第１ハウジング区分４０ａ及び第２ハウジング区分４０ｂと、リテーニングナット４０ｃとを有しており、内部に上記構成要素２１１、３０、２０１、２０２を収容するハウジング区分４０ａ、４０ｂがリテーニングナット４０ｃによって気密にねじ締結される周知構造のものである。
アクチュエータ部３０は、ピエゾアクチュエータ３１、円筒状の可動部材３４、およびピエゾアクチュエータ３１と可動部材３４の間に配置される、円柱状の変位伝達部材３５を有している。
【０１１７】
変位伝達部材３５は、ピエゾアクチュエータ３１の変位を可動部材３４に伝達する。
【０１１８】
可動部材３４は、ハウジング４０側に固定された固定ピストン３６との間に第１液圧室２０１を形成するものであって、ハウジング４０側に進退不変に固定されている固定ピストン３６の圧力制御面３６１に対し、第１液圧室２０１を挟んで変位面３４１を有している。
【０１１９】
具体的には、可動部材３４は、内周面に段付き部を有する段付き円筒状の部材であって、段付き部の一方側に第１内周孔３４２が形成され、段付き部の他方側に、第１内周孔３４２よりも大径の第２内周孔３４３が形成されている。可動部材３４は、第１内周孔３４２及び第２内周孔３４３がハウジング４０の軸方向に沿って並んで配置されるように収容部２４３に収容されている。第１内周孔３４２は第２内周孔３４３よりも噴孔４４１、４４２側に配置されている。収容部２４３の軸方向他端側には、アクチュエータ部３０が収容されている。
【０１２０】
第１弁部材１３１においてピストン部１４１は、可動部材３４の第１内周孔３４２に摺動可能に、かつ液密的に挿入されている。第１シート部１３１とピストン部１４１の間にはフランジ部１５１が取り付けられており、このフランジ部１５１と可動部材３４との間には、第１ノズルスプリング１６１が設けられている。この第１ノズルスプリング１６１は、第１弁部材を閉弁方向に付勢する。
【０１２１】
第２内周孔３４３には、固定ピストン３６が摺動可能に挿入されている。固定ピストン３６は、固定ピストン部３６２と、固定ピストン部３６２よりも径方向外側に突出するフランジ部３６３を有する。第２内周孔３４３には、固定ピストン部３６２のみが液密的に挿入されている。
【０１２２】
固定ピストン部３６２と第１弁部材１２１のピストン部１４１との間には、可動部材３４、固定ピストン部３６２、ピストン部１４１とに囲まれた第１液圧室２０１が形成される。この第１液圧室２０１には、第１内周孔３４２及びピストン部１４１間の摺動隙間、並びに第２内周孔３４３及び固定ピストン部３６２間の摺動隙間を介して上記軸方向他端側の収容部２４３、つまりアクチュエータ室１５６に連通している。
【０１２３】
固定ピストン３６のフランジ部３６３は、周方向に沿って図示しない複数（例えば３つ）に分割されており、その隣接するフランジ部３６３間に切欠き部が形成されている。フランジ部３６３において切欠き部には、可動部材３４の軸方向他端側の端部が軸方向移動可能に挿入されて、変位伝達部材３５に支持されている。
【０１２４】
収容部２４３の内壁に支持されているフランジ部３６３と、収容部２４３の内壁との間には、固定スプリング３７が設けられており、固定スプリング３７の付勢力により固定ピストン３６がハウジング４０に対し固定されている。
【０１２５】
また、第１弁部材１２１においてピストン部１４１の内壁側には、第２弁部材１２２の反対側の端部１４２が摺動可能に挿入されており、その反対側の端部１４２は、第２弁部材１２２において第２シート部１３２側の軸径より大きい外径のピストン状部１４３が形成されている。第１弁部材１２２側のピストン部１４１の内壁には、ピストン状部１４３の下端部のみが液密に挿入されている。ピストン状部１４３の下端部側の端面とピストン部１４１の内壁内の端面との間には、第２液圧室２０２が形成されている。第２液圧室２０２と第１液圧室２０１は、ピストン状部１４３内に形成された連絡通路１５５を介して液密的に連通する。
【０１２６】
ピストン状部１４３の上端部は、固定ピストン３６の固定ピストン部３６２の内壁に摺動可能に、かつ液密的に挿入されている。ピストン状部１４３の上端部側の端面と固定ピストン部３６２の内壁内の端面との間には、第２ノズルスプリング１６２が設けあれている。この第２ノズルスプリング１６２は、第２弁部材１２２を閉弁方向に付勢する。また、第２ノズルスプリング１６２を収容するスプリング室１５８は、連絡通路１５９を介して収容部２４３に連通している。
【０１２７】
第１弁部材１２１は、第１液圧室２０１内の燃料圧力による第１弁部材１２１に発生する閉弁方向の力、および第１ノズルスプリング１６１の付勢力による第１弁部材１２１に発生する閉弁方向の力の合計の力と、第１弁部材１２１の第１シート部１３１側に導かれる高圧燃料の燃料圧力による第１弁部材１２１に発生する開弁方向の力とのバランスにより、閉弁方向または開弁方向への移動が決定される。
【０１２８】
また、第２弁部材１２２は、第２弁部材１２２の第２シート部１３２側に導かれる高圧燃料の燃料圧力（コモンレール圧）による第２弁部材１２２に発生する開弁方向の力、および第２液圧室２０２内の燃料圧力による第２弁部材１２２に発生する開弁方向の力の合計の力と、スプリング室１５８内の燃料圧力（コモンレール圧）による第２弁部材１２２に発生する閉弁方向の力、および第２ノズルスプリング１６２の付勢力による第２弁部材１２２に発生する閉弁方向の力の合計の力とのバランスにより、閉弁方向または開弁方向への移動が決定される。
【０１２９】
以上の構成による第３実施形態の燃料噴射弁２００を適用する燃料噴射装置２は、第２実施形態と実質的にほぼ同様な効果を得ることができる。
【０１３０】
また、以上説明した本実施形態では、第１液圧室２０１及び第２液圧室２０２のうちの特定液圧室２０１が、アクチュエータ部３０側の変位面３４１と液圧的に直接連結する構成とするので、第１液圧室２０１及び第２液圧室２０２の容積空間の小型化が可能となる。これにより、燃料噴射弁２００内にスペースに、第１液圧室２０１及び第２液圧室２０２の容積空間が占有する余裕が少ない場合において、燃料噴射弁２００が大型化するのを防止することができる。
【０１３１】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用可能である。
【０１３２】
（１）以上説明した本実施形態では、制御装置３００において制御回路３０１から出力される駆動信号は、特定燃料噴射弁２から噴射される燃料の噴射形態として、エンジンの１燃焼サイクルで特定燃料噴射期間中に一つの噴射が実施されるものとして説明した。これに限らず、噴射形態として複数の噴射いわゆるマルチ噴射するものであってもよい。図６に示すように、複数の噴射を、第１弁部材１２１の駆動による噴射と、第２弁部材１２２の駆動による噴射とを選択的に実施するようにしてもよい。例えば図６（ｂ１）に示すようにエンジンの出力を主に発生するメイン噴射を、第１弁部材１２１の駆動により実施し、メイン噴射の前後の噴射群を、第２弁部材１２２の駆動により実施する構成とすることができる。
【０１３３】
（２）以上説明した本実施形態では、特定状態として、エンジンの始動時においては、ピエゾアクチュエータ３１への充放電制御において駆動回路３０２は、第１変位モードのみを実行するようにする構成とした。この構成により、ピエゾアクチュエータ３１のピエゾ電圧において初期電圧を、通常状態と同等の初期電圧Ｖｎに設定できるようにした。
【０１３４】
これに限らず、特定状態として、エンジン停止状態においてピエゾアクチュエータ３１に蓄積されているエネルギに対し、エネルギ補償する充電を行なう構成としてもよい。この場合、エンジン停止時においてピエゾアクチュエータ３１からの放電を実施しないまま、ピエゾスタック３２に蓄積されている充電エネルギを維持するような構成としてもよい。
【０１３５】
ピエゾスタック３２に蓄積された充電エネルギのうち、時間経過により放出するエネルギはほとんど僅かであるため、エンジン停止時におけるピエゾアクチュエータ３１へのエネルギ供給は僅か量で行なえる。
【０１３６】
（３）また、以上説明した本実施形態では、駆動回路３０２による充放電制御において
ピエゾ電圧の制御範囲を、例えば電圧Ｖ２〜電圧Ｖ１である０Ｖ〜１５０Ｖの正電圧とし、初期電圧Ｖｎをその中間電圧である７５Ｖ程度に設定した。
【０１３７】
これに限らず、初期電圧Ｖｎを、０Ｖ程度とし、電圧Ｖ２を、負電圧とするようにしてもよい。この場合、ピエゾ電圧の制御範囲の拡大ができる。言い換えると、同一の変位量を確保するのであれば、ピエゾアクチュエータの小型化ができる。
【０１３８】
（４）上記（３）の構成とする場合には、通常状態における初期電圧Ｖｎが０Ｖ程度に設定されるため、エンジン始動時のような特定状態と、通常状態とで、上記充放電制御の方法を切換える必要がないので、燃料噴射装置の構成要素を更に簡素化することが可能となる。
【０１３９】
（５）以上説明した第３実施形態では、可動部材３４を円筒状としたが、これに限らず、断面形状が円状、四角状、あるいは楕円状などいずれの筒状であってもよい。
【０１４０】
（６）また、以上説明した第３実施形態では、可動部材３４を一つの筒状部材としたが、複数の筒状区分に分割される構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の構成を示す模式的断面図である。
【図２】図１の燃料噴射装置の作動を説明する模式図であって、図２（ａ）は燃料噴射弁において第１弁部材の作動を示すタイムチャート、図２（ｂ）は燃料噴射弁において第２弁部材の作動を示すタイムチャートである。
【図３】図１の燃料噴射装置の作動、特に内燃機関の始動時における作動を説明する模式図であって、図３（ａ）は燃料噴射装置に適用する特定気筒に搭載の特定燃料噴射弁を駆動するための駆動信号、図３（ｂ１）、図３（ｂ２）、及び図３（ｂ３）は特定燃料噴射弁への充放電制御の過程を説明するタイムチャートである。
【図４】第２実施形態に係わる燃料噴射装置を示す断面図である。
【図５】第３実施形態に係わる燃料噴射装置を示す断面図である。
【図６】他の実施形態に係わる燃料噴射装置の作動のための特徴的構成を示す模式図であって、図６（ａ）は燃料噴射装置において特定気筒に対応する特定燃料噴射弁を駆動するための駆動信号、図６（ｂ１）、及び図６（ｂ２）は上記特定燃料噴射弁の噴射形態を実現する第１弁部材及び第２弁部材駆動用の各駆動信号を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１４２】
１        燃料噴射装置
２        燃料噴射弁
３        蓄圧器（コモンレール）
３００    制御装置
３０１    制御回路
３０２    駆動回路
８        リターン経路
９        背圧弁
１０      燃料タンク
１１      ノズル（弁閉鎖体）
１２１    第１弁部材
１２２    第２弁部材
１３１、１３２  第１シート部、第２シート部
１４１    ピストン部
１４２    反対側の端部
１４７    ノズルシリンダ
１５２    フランジ部
１６１、１６２  第１ノズルスプリング、第２ノズルスプリング
２０１    第１液圧室
２０２    第２液圧室
２０３    液密室
３０      アクチュエータ部
３１      ピエゾアクチュエータ
３２      ピエゾスタック
３３      ケーシング
３４      可動部材（変位伝達要素）
４０      ハウジング
４１      燃料入口部
４２      燃料出口部
４３      収容部
４４      噴孔
４４１    第１噴孔
４４２    第２噴孔
４５      弁座
４６      高圧燃料通路
４７      高圧燃料通路
５１、５２  連絡通路
５３      スプリング室
５６      アクチュエータ室
【図１】
2010112203.tif 000003
【図２】
2010112203.tif 000004
【図３】
2010112203.tif 000005
【図４】
2010112203.tif 000006
【図５】
2010112203.tif 000007
【図６】
2010112203.tif 000008