(57)【要約】  燃料噴射装置１００は、燃料噴射弁１とＥＣＵ１２とを備える。燃料噴射弁１は、先端部に噴孔４及びシート部５が設けられたノズルボディ２、ノズルボディ２の内周壁２ａに摺動自在に支持される支持部７ａを備え、ノズルボディ２内において、支持部７ａよりも先端側に燃料貯留室６を形成するようにノズルボディ２内に配置され、シート部５に接離して前記噴孔を開閉するニードル７を備える。また、燃料噴射弁１は、支持部７ａとの間にニードル上部室８が形成されるように、ニードル７よりも基端側に配置され、電圧の印加によってニードル７を閉弁方向に移動させるピエゾアクチュエータ１０を備える。ＥＣＵ１２は、内燃機関停止時に、ニードル７の閉弁状態が維持されるようにピエゾアクチュエータ１０に印加した電圧を徐々に低下させる。
2010095252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に噴孔及びシート部が設けられたノズルボディと、
当該ノズルボディの内周壁に摺動自在に支持される支持部を備え、前記ノズルボディ内において、前記支持部よりも先端側に燃料貯留室を形成するように前記ノズルボディ内に配置され、前記シート部に接離して前記噴孔を開閉するニードルと、
前記支持部との間にニードル上部室が形成されるように、前記ニードルよりも基端側に配置され、電圧の印加によって前記ニードルを閉弁方向に移動させる圧電素子と、
前記燃料貯留室に高圧燃料を供給する燃料供給経路と、
を備えた燃料噴射弁と、
前記圧電素子への電圧の印加を制御する制御手段と、
を備え、
当該制御手段は、内燃機関停止時に、前記ニードルの閉弁状態が維持されるように前記圧電素子に印加した電圧を徐々に低下させることを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記圧電素子に印加した電圧を低下させた後に、前記燃料供給経路内の圧力を減圧する減圧制御を行うことを特徴とした請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記燃料噴射弁は、前記ニードルを閉弁方向に付勢する付勢手段をさらに備えたことを特徴とした請求項１又は２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
内燃機関始動時において、前記制御手段は、内燃機関始動前に前記圧電素子への電圧の印加を行うことを特徴とした請求項１乃至３のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
先端部に噴孔及びシート部が設けられたノズルボディと、
当該ノズルボディの内周壁に摺動自在に支持される支持部を備え、前記ノズルボディ内において、前記支持部よりも先端側に燃料貯留室を形成するように前記ノズルボディ内に配置され、前記シート部に接離して前記噴孔を開閉するニードルと、
前記支持部との間にニードル上部室が形成されるように、前記ニードルよりも基端側に配置され、電圧の印加によって前記ニードルを閉弁方向に移動させる圧電素子と、
前記燃料貯留室に高圧燃料を供給する燃料供給経路と、
を備えた燃料噴射弁と、
前記圧電素子への電圧の印加を制御する制御手段と、
を備え、
内燃機関始動時において、前記制御手段は、内燃機関始動前に前記圧電素子への電圧の印加を行うことを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項６】
前記燃料噴射弁は、前記ニードル上部室から燃料を排出する燃料排出経路と、当該燃料排出経路に配置され、前記ニードル上部室内の燃料を排出するチェック弁と、
を備えたことを特徴とした請求項４又は５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、燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の形態の燃料噴射弁が提案されている。例えば、圧電素子をアクチュエータとする噴射弁において、構造の簡素化をはかるとともに、燃料噴射量のバラツキを抑えることを課題とする噴射弁が提案されている。具体的には、噴孔が開口した座面に接離して噴口を開閉するニードルと、ニードルを開弁方向に付勢する付勢手段と、印加される電圧により伸長してニードルを直接的に閉弁方向に駆動する圧電素子と、を備えた噴射弁が提案されている（特許文献１参照）。このような噴射弁は、簡易な構成であり、圧電素子に印加された電圧を解除することによってニードルを開弁方向へ移動させ、燃料の噴射を行う。【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１５９６７４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、前記のように、印加される電圧により伸長してニードルを直接的に閉弁方向に駆動する圧電素子を用いた場合、以下のような事象が問題となると考えられる。
すなわち、内燃機関が停止し、圧電素子への電圧印加が解除されると、ニードルが開弁方向へ動いてしまい、意図しない燃料の噴射が行われるおそれがある。【０００５】
そこで、本発明は、圧電素子に印加された電圧を解除することによってニードルを開弁方向へ移動させる燃料噴射弁において、内燃機関を停止した状態における燃料の噴射を回避することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本明細書開示の燃料噴射装置は、先端部に噴孔及びシート部が設けられたノズルボディと、当該ノズルボディの内周壁に摺動自在に支持される支持部を備え、前記ノズルボディ内において、前記支持部よりも先端側に燃料貯留室を形成するように前記ノズルボディ内に配置され、前記シート部に接離して前記噴孔を開閉するニードルと、前記支持部との間にニードル上部室が形成されるように、前記ニードルよりも基端側に配置され、電圧の印加によって前記ニードルを閉弁方向に移動させる圧電素子と、前記燃料貯留室に高圧燃料を供給する燃料供給経路と、を備えた燃料噴射弁と、前記圧電素子への電圧の印加を制御する制御手段と、を備え、当該制御手段は、内燃機関停止時に、前記ニードルの閉弁状態が維持されるように前記圧電素子に印加した電圧を徐々に低下させることを特徴としている。【０００７】
このように、内燃機関停止時に、ニードルの閉弁状態が維持されるように圧電素子へ印加した電圧を徐々に低下させることにより、圧電素子の伸縮量を徐々に低減させる。これにより、ニードル上部室内の容積を徐々に拡大し、これに伴って、ニードル上部室内の燃料の圧力を徐々に低下させる。このとき、燃料貯留室には未だ高圧の燃料が貯留されている。すなわち、燃料貯留室内の圧力がニードル上部室内の燃料の圧力よりも高い状態となっている。この結果、燃料貯留室とニードル上部室とを隔てる摺動部、すなわち、ノズルボディの内周壁とニードルの支持部との間に燃料の静リークが生じ、燃料貯留室内の燃料が徐々にニードル上部室へ流入する。ここで、燃料貯留室側のニードルの受圧面積は、シート部に応じた面積分、ニードル上部室側の受圧面積よりも小さくなる。このため、燃料貯留室内の圧力がニードル上部室の圧力よりも僅かに高い状態であっても、ニードルを閉弁状態に維持することが可能となる。【０００８】
このように、圧電素子への電圧印加を徐々に解除することにより、内燃機関停止時に電圧が解除された状態でもニードルの閉弁状態を維持することができる。【０００９】
このような燃料噴射装置における前記制御手段は、前記圧電素子に印加した電圧を低下させた後に、前記燃料供給経路内の圧力を減圧する減圧制御を行うことができる。制御手段は、例えば、コモンレールに装着した減圧弁を開弁することによって燃料供給経路内の圧力を減圧する減圧制御を行うことができる。内燃機関を停止状態とするときは、コモンレールの圧力を減圧しておくのが一般的であるが、このような減圧制御を行うことにより、コモンレールの減圧の要請を満たすことができる。ここで、このようなタイミングで減圧制御を行うのは、以下の理由による。【００１０】
前記のような燃料貯留室からニードル上部室への燃料の静リークは、燃料貯留室内の圧力がニードル上部室内の圧力よりも高い場合に生じる。すでに、圧電素子が縮み終わり、ニードル上部室内の容積の拡大が終了していれば、以後、ニードル上部室の容積拡大に起因するニードル上部室の圧力低下は生じない。燃料の静リークによる燃料の補充を伴ったニードル上部室の容積の拡大が終了していれば、さらなる静リークは不要となる。そこで、ニードル上部室の容積の拡大が終了した後に燃料供給経路内の圧力を減圧する。そして、これにより燃料貯留室内の圧力を減圧すれば、ニードルの閉弁状態の維持と、コモンレールの減圧の要請を満たすことができる。【００１１】
このような燃料噴射装置における前記燃料噴射弁は、前記ニードルを閉弁方向に付勢する付勢手段をさらに備えることができる。【００１２】
ニードルの閉弁状態が維持されるためには、ニードル上部室側からニードルに作用する力が、燃料貯留室側からニードルに作用する力に上回っていなければならない。その一方で、燃料貯留室側からニードル上部室側への燃料の静リークを生じさせるためには、燃料貯留室側の圧力がニードル上部室側の圧力よりも高くなければならない。ここで、燃料貯留室側の圧力とニードル上部室側の圧力との差が大きいほど、静リーク量が多く、ニードル上部室へ燃料が供給される速度も早い。従って、ニードル上部室の容積の急速な拡大にも追従し易い。このため、圧電素子に印加された電圧を低下させる速度も速めることができる。【００１３】
ここで、前記ニードルを閉弁方向に付勢する付勢手段が設けられていると、ニードル上部室内の圧力をより低下させることが可能となる。これは、ニードル上部室内の圧力を低下させることによるニードルへ作用する力の減少分を付勢手段により、補うことができるためである。【００１４】
このような燃料噴射装置における前記制御手段は、内燃機関始動時において、内燃機関始動前に前記圧電素子への電圧の印加を行うことができる。【００１５】
本明細書開示の燃料噴射装置が備える燃料噴射弁は、閉弁状態にあるときは、圧電素子に電圧を印加した状態とするものである。ところが、内燃機関停止時の燃料噴射弁は、圧電素子に電圧を印加していない状態でニードルを閉弁状態としている。このため、内燃機関始動時は、圧電素子に電圧を印加し、圧電素子を伸長させた状態でニードルを閉弁状態としておかなければならない。そこで、内燃機関始動時において、内燃機関始動前に前記圧電素子への電圧の印加を行う。これにより、圧電素子への電圧の印加を解除することによって燃料の噴射を行うことができる状態となる。【００１６】
また、前記燃料噴射弁は、前記ニードル上部室から燃料を排出する燃料排出経路と、当該燃料排出経路に配置され、前記ニードル上部室内の燃料を排出するチェック弁と、を備えることができる。【００１７】
内燃機関停止時のニードル上部室内には、燃料貯留室から流入した燃料が充填された状態となっている。このように燃料が充填された状態で圧電素子を伸長させると、ニードル上部室内の圧力が上がりすぎてしまう。また、場合によっては、ニードルがノズルボディに押し付けられ、燃料噴射弁の破損を招くおそれがある。【００１８】
そこで、ニードル上部室から燃料を排出する燃料排出経路と、当該燃料排出経路に配置され、前記ニードル上部室内の燃料を排出するチェック弁とを備えることによって、ニードル上部室の圧力の上昇を抑制しつつ圧電素子を伸長状態とすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
圧電素子に印加された電圧を解除することによってニードルを開弁方向へ移動させる燃料噴射弁において、内燃機関を停止した状態における燃料の噴射を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、燃料噴射装置の概略構成を示した説明図である。
【図２】図２（Ａ）は、ニードルにおける支持部の断面寸法の説明図である。図２（Ｂ）は、ニードルにおける先端部の断面寸法の説明図である。
【図３】図３は、燃料噴射を待機する燃料噴射弁の状態を示す説明図である。
【図４】図４は、燃料噴射時の燃料噴射弁の状態を示す説明図である。
【図５】図５は、内燃機関稼動時にピエゾアクチュエータに印加される電圧、ニードル上部室圧力、ニードルリフト量の関係を示すグラフである。
【図６】図６は、イグニションをオフにしたときの燃料噴射弁の状態を示す説明図である。
【図７】図７は、イグニションをオフにしたときのニードルの支持部の周辺を拡大して示す説明図である。
【図８】図８は、イグニションをオフにしたときにピエゾアクチュエータに印加される電圧、ニードル上部室圧力、静リーク量、ピエゾ変位によるニードル上部室容積の単位時間当たり変化量の推移を示すグラフである。
【図９】図９は、イグニションをオンとしたときの燃料噴射弁の状態を示す説明図である。
【図１０】図１０は、他の燃料噴射弁の概略構成を示した説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。【００２２】
図１は、燃料噴射装置１００の概略構成を示した説明図である。燃料噴射装置１００は、燃料噴射弁１を備えている。燃料噴射弁１は、先端部に噴孔４及びシート部５が設けられたノズルボディ２を備えている。ノズルボディ２は、先端部にサック室３が設けられ、このサック室３が外部と連通するように噴孔４が設けられている。シート部５は、サック室３の上縁に位置している。【００２３】
燃料噴射弁１は、ニードル７を備えている。ニードル７は、ノズルボディ２の内周壁２ａに摺動自在に支持される支持部７ａを備えている。また、ニードル７は、ノズルボディ２内において、支持部７ａよりも先端側に燃料貯留室６を形成するようにノズルボディ２内に配置されている。そして、ニードル７は、その先端部をシート部５に接離して噴孔４を開閉する。このようなニードル７の支持部７ａの直径は、図１、図２（Ａ）に示すようにＤｎに設定されている。また、ニードル７のシート部５に当接する部分の直径は、図１、図２（Ｂ）に示すようにＤｓに設定されている。支持部７ａが最も太い部分であり、このため、支持部７ａの面積がニードル断面積となり、ニードル断面積はＤｎから算出されるＡｎとなる。また、シート断面積は、Ｄｓから算出されるＡｓとなる。【００２４】
ニードル７の基端側には、バネ９が配置されている。バネ９は、ニードル７とノズルボディ２との間に挟持され、ニードル７を閉弁方向に付勢している。バネ９は、本発明における付勢手段の一例である。バネ９のバネ力はＦに設定されている。【００２５】
燃料噴射弁１は、圧電素子を積層したピエゾアクチュエータ１０を備えている。ピエゾアクチュエータ１０は、このピエゾアクチュエータ１０と支持部７ａとの間にニードル上部室８が形成されるように、ニードル７よりも基端側に配置されている。このピエゾアクチュエータ１０は、電圧の印加によってニードル７を閉弁方向に移動させる。このようなピエゾアクチュエータ１０は、ピエゾ駆動回路１１に接続されている。そして、このピエゾ駆動回路１１は、本発明における制御手段に相当するＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）１２に電気的に接続されている。すなわち、ＥＣＵ１２は、ピエゾアクチュエータ１０への電圧の印加を制御する。より具体的には、ＥＣＵ１２は、ピエゾ駆動回路１１へ、制御指令を発し、ピエゾ駆動回路１１は、ＥＣＵ１２の制御指令に基づいてピエゾアクチュエータ１０へ電圧の印加を行う。
なお、ピエゾアクチュエータ１０の直径はＤｐに設定されており、ピエゾアクチュエータ１０の断面積はＡｐに設定されている。【００２６】
燃料噴射弁１は、燃料貯留室６に高圧燃料を供給する燃料供給経路１３を備えている。この燃料供給経路１３は、コモンレール１５に接続されている。コモンレール１５は、減圧弁１５ａを備えている。この減圧弁１５ａは、ＥＣＵ１２に電気的に接続されている。ＥＣＵ１２が減圧弁１５ａを開弁させることにより、本発明における減圧制御が実行される。すなわち、減圧弁１５ａを開弁し、コモンレール１５内の圧力を下げることにより、燃料供給経路１３内の圧力、ひいては、燃料貯留室６内の圧力を減圧することができる。【００２７】
ニードル上部室８と燃料供給経路１３とは、燃料排出経路１４によって接続されている。燃料排出経路１４は、ニードル上部室８から燃料を排出するために設けられている。この燃料排出経路１４には、チェック弁１４ａが設けられている。チェック弁１４ａは、ニードル上部室８から排出される向きの燃料の流通のみを許容するように配置されている。【００２８】
以上のような燃料噴射装置１００の動作につき、図面を参照しつつ説明する。【００２９】
まず、図３を参照しつつ、内燃機関稼動時において、燃料噴射弁１が燃料噴射を待機している状態について説明する。本実施形態の燃料噴射弁１が備えるピエゾアクチュエータ１０は、電圧の印加によってニードル７を閉弁方向、すなわち、先端側へ移動させる。【００３０】
燃料貯留室６には、図１に示すコモンレール１５より燃料供給経路１３を通じて高圧燃料が補充された状態となっている。ここで、コモンレール圧をＰｃとする。一方、ピエゾ駆動回路１１から電圧が印加されたピエゾアクチュエータ１０が伸長しているため、ニードル上部室８内の燃料は、加圧された状態となっている。なお、図３に示す状態では、ニードル上部室圧力Ｐｕｐは最大でコモンレール圧Ｐｃであり、燃料供給経路１３には、コモンレール圧Ｐｃの高圧燃料が流通しているため、チェック弁１４ａが開弁することはない。【００３１】
ここで、開弁圧Ｐｕｐ＿ｏｐ、すなわち、開弁するときのニードル上部室圧力Ｐｕｐは、以下のように定められる。【００３２】
ニードル７を開弁方向に移動させようとする力は、
Ｐｃ×（Ａｎ−Ａｓ）＋Ｐｓａｃ×（Ａｓ）
ニードル７を閉弁方向に移動させようとする力は、
Ｐｕｐ×Ａｎ＋Ｆ
Ｐｃ    ：コモンレール圧
Ａｎ    ：ニードル断面積
Ａｓ    ：シート断面積
Ｐｓａｃ：サック室圧力
Ｐｕｐ  ：ニードル上部室圧力
Ｆ      ：バネ力
以上より、ニードル開弁条件は、
Ｐｃ×（Ａｎ−Ａｓ）＋Ｐｓａｃ×（Ａｓ）
＝Ｐｕｐ×Ａｎ＋Ｆ
これより、開弁圧Ｐｕｐ＿ｏｐは、
Ｐｕｐ＿ｏｐ
＝（Ｐｃ×（Ａｎ−Ａｓ）＋Ｐｓａｃ×（Ａｓ）−Ｆ）／Ａｎ
となる。【００３３】
ピエゾ駆動回路１１がピエゾアクチュエータ１０へ電圧を印加し、それによりピエゾアクチュエータ１０が伸長することによってニードル上部室圧力Ｐｕｐが開弁圧Ｐｕｐ＿ｏｐよりも高くなっていれば、閉弁状態は維持される。【００３４】
次に、図４を参照しつつ、内燃機関稼動時において、燃料噴射弁１が燃料噴射を行う状態について説明する。本実施形態の燃料噴射弁１が備えるピエゾアクチュエータ１０は、電圧の印加が解除されることによってニードル７を開弁方向、すなわち、基端側へ移動させる。【００３５】
燃料貯留室６には、図１に示すコモンレール１５より燃料供給経路１３を通じて高圧燃料が補充された状態となっている。一方、ピエゾ駆動回路１１からの電圧印加が解除されたピエゾアクチュエータ１０が収縮することによって、ニードル上部室８の容積が拡大する。これに伴ってニードル上部室圧力Ｐｕｐは低下する。【００３６】
そして、低下したニードル上部室圧力Ｐｕｐが開弁圧Ｐｕｐ＿ｏｐに到達するとニードル７は、開弁方向に移動し、これにより、噴孔４からサック室３、燃料貯留室６内の燃料が噴射される。なお、図４に示す状態においても、ニードル上部室圧力Ｐｕｐは最大でコモンレール圧Ｐｃであり、燃料供給経路１３には、コモンレール圧Ｐｃの高圧燃料が流通しているため、チェック弁１４ａが開弁することはない。【００３７】
燃料噴射弁１は、以上のような動作を行うことにより、燃料の噴射を行う。
ここで、図５を参照しつつ、ニードル７の動きを整理する。ピエゾ駆動回路１１は、ピエゾアクチュエータ１０に電圧を印加した状態から、まず、時間ｔ１の時点で電圧解除を行う。ここで、ピエゾアクチュエータ１０に印加されている電圧とピエゾアクチュエータ１０の伸縮量とは対応関係にある。時間ｔ１の時点で電圧の解除が行われるとピエゾアクチュエータ１０は収縮し始める。これに伴ってニードル上部室圧力Ｐｕｐも低下する。【００３８】
時間ｔ２になり、一旦、ニードル７が動き始めると、ピエゾアクチュエータ１０の収縮量とニードルリフト量とが同期するようになる。このため、時間ｔ２〜ｔ３の間は、ニードル上部室圧力Ｐｕｐは一定に推移する。ここで、時間ｔ３は、ニードルリフト量が最大、すなわち、フルリフトに到達した時点を示している。【００３９】
時間ｔ３以後も、ピエゾアクチュエータ１０への電圧の低下は継続される。このため、時間ｔ３〜ｔ４の間は、再びニードル上部室圧力Ｐｕｐが低下する。そして、時間ｔ４となると、ピエゾアクチュエータ１０は最も収縮した状態となる。この時間ｔ４〜ｔ５までは、ニードル上部室圧力Ｐｕｐは一定となる。【００４０】
時間ｔ５からは、ピエゾ駆動回路１１は、ピエゾアクチュエータ１０への電圧の印加を開始する。すると、ピエゾアクチュエータ１０が伸長し始めるので、ニードル上部室圧力Ｐｕｐが上昇し始める。ただし、時間ｔ５〜ｔ６の間のニードル上部室圧力Ｐｕｐは、未だニードル７を移動させることができる圧力にまでは到達していない。このため、時間ｔ５〜ｔ６の間においてニードルリフト量は変化しない。【００４１】
時間ｔ６になり、一旦、ニードル７が動き始めると、ピエゾアクチュエータ１０の伸長量とニードルリフト量とが同期するようになる。このため、時間ｔ６〜ｔ７の間は、ニードル上部室圧力Ｐｕｐは一定に推移する。ここで、時間ｔ７は、ニードルリフト量が最小、すなわち、ニードル７がシート部５に着座した時点を示している。【００４２】
時間ｔ７以後も、ピエゾアクチュエータ１０への電圧の上昇は継続される。このため、時間ｔ７〜ｔ８の間は、再びニードル上部室圧力Ｐｕｐが上昇する。そして、時間ｔ８となると、ピエゾアクチュエータ１０は最も伸長した状態となる。この時間ｔ７〜ｔ８までは、ニードル上部室圧力Ｐｕｐは一定となる。以上が、ニードル７の動きである。【００４３】
以上のように動作する燃料噴射弁１は、内燃機関の停止時にピエゾアクチュエータ１０への電圧の印加が解除される。また、コモンレール圧Ｐｃも低下させる措置が取られるのが一般的である。ここで、仮に、コモンレール圧Ｐｃを低下させた後に、ピソゾアクチュエータ１０の電圧を急激に解除すると、以下のような不都合が考えられる。【００４４】
コモンレール圧Ｐｃを低下させると、これに伴って燃料貯留室６ 内の圧力も低下することになる。この状態でピエゾアクチュエータ１０に印加される電圧を急激に解除し、ニードル上部室８の容積を拡大させ、ニードル上部室圧力Ｐｕｐを低下させると、ニードル上部室８内の燃料に気泡が発生することが懸念される。ニードル上部室８内に気泡が存在していると、次回内燃機関始動時の燃料噴射が不安定となり、規定量の燃料噴射量の確保が困難になると考えられる。【００４５】
そこで、本実施形態の燃料噴射装置１００では、以下のような制御が行われる。すなわち、ＥＣＵ１２は、内燃機関停止時に、ニードル７の閉弁状態が維持されるようにピエゾアクチュエータ１０に印加した電圧を徐々に減少させる。【００４６】
図６は、内燃機関を停止させる際に、イグニションをオフにしたときの燃料噴射弁１の状態を示す説明図である。図７は、イグニションをオフにしたときのニードル７の支持部７ａの周辺を拡大して示している。また、図８は、イグニションをオフにしたときにピエゾアクチュエータ１０に印加される電圧、ニードル上部室圧力、静リーク量、ピエゾ変位によるニードル上部室の容積変化量の推移を示すグラフである。【００４７】
まず、ＥＣＵ１２がイグニションのオフ信号を検知すると、ＥＣＵ１２は、ピエゾ駆動回路１１に対し、電圧を低下させる指令を発する。ここで、電圧の低下の速度は、図８に示すようにピエゾアクチュエータ１０の収縮量が単位時間辺りΔＬとなるように設定される。これにより、ニードル上部室８の容積の単位時間辺りの変化量は、ΔＬ×Ａｐに到達した後、一定に推移する。【００４８】
このように、ピエゾアクチュエータ１０の単位時間辺りの収縮量がΔＬであると、ニードル上部室８の容積Ｖｐは、単位時間辺りＡｐ×ΔＬだけ、変化する。そして、これに伴って、ニードル上部室圧力Ｐｕｐの単位時間辺りの変化量ΔＰｕｐは、
ΔＰｕｐ＝−Ｋ×Ａｐ×ΔＬ／Ｖｐ
Ｋ：燃料の体積弾性係数
となる。【００４９】
ニードル上部室圧力Ｐｕｐのこのような低下により、燃料貯留室６内の燃料がニードル上部室８へ流入するようになる。この様子を、図７を参照しつつ説明する。ニードル７の支持部７ａは、ノズルボディ９の内周壁２ａに摺動自在に嵌め合わされており、両者の間にはクリアランスが存在する。燃料貯留室６内の圧力、すなわち、コモンレール圧Ｐｃと、ニードル上部室圧力Ｐｕｐとが所定の条件を満たすと、図７中、矢示２０で示すように燃料貯留室６からニードル上部室８へ向かって燃料の静リークが生じる。すなわち、燃料貯留室６内の燃料がニードル上部室８内への流入され、ニードル上部室８内に充填される。【００５０】
燃料貯留室６からニードル上部室８へ流入するクリアランスリーク量Ｑｌｅａｋは、
Ｑｌｅａｋ＝（Ｐｃ−Ｐｕｐ）３×Ｃ
Ｃ：係数
と、定義される。
このＱｌｅａｋは、図８に示すように、時間の経過により増加する。そして、このＱｌｅａｋとΔＬ×Ａｐとが等しくなると、ニードル上部室圧力Ｐｕｐは安定する。
なお、係数Ｃは、圧力の変動による、クリアランスの変動等が加味された数値となる。【００５１】
以上説明したように、内燃機関停止時に、ピエゾアクチュエータ１０に印加した電圧を徐々に低下させると、ニードル上部室８内に徐々に燃料が充填されるる。これにより、ニードル上部室圧力Ｐｕｐが開弁圧Ｐｕｐ＿ｏｐに到達するまで低減されることを抑制することができ、ニードル７の閉弁状態が維持される。このように、図６に示すニードル７がシート部５に着座した状態を維持しつつ、ピエゾアクチュエータ１０への電圧の印加を解除することができる。
また、ニードル上部室８内には燃料が充填されるので、ニードル上部室８内に気泡が発生することも抑制することができる。この結果、内燃機関再始動時の安定した燃料噴射を確保することができる。【００５２】
ＥＣＵ１２は、ピエゾアクチュエータ１０の電圧印加の解除が完了した後、燃料供給経路１３内の圧力を減圧する減圧制御を行う。具体的には、コモンレール１５に装着された減圧弁１５ａを開弁し、コモンレール１５の圧力を低下させる。これにより、コモンレール１５に接続された燃料供給経路１３内の圧力が低下する。【００５３】
内燃機関の停止時に以上のような動作をする燃料噴射装置１００は、内燃機関始動時に、以下のような動作をする。【００５４】
内燃機関始動時、ＥＣＵ１２は、内燃機関始動前にピエゾアクチュエータ１０への電圧の印加を行う。具体的には、ＥＣＵ１２が、イグニションのオン信号を検知すると、ＥＣＵ１２は、ピエゾ駆動回路１１に対し、電圧を印加させる指令を発する。【００５５】
この指令により、電圧の印加がされたピエゾアクチュエータ１０は、伸長し始める。これにより、ニードル上部室８内の燃料は圧縮され、ニードル上部室圧力Ｐｕｐは上昇する。すると、図９に示すように、ニードル上部室８内の燃料は、チェック弁１４ａを開弁し、矢示２１で示すように燃料排出経路１４を通じて燃料供給経路１３へ排出される。これにより、燃料噴射弁１は、ニードル７を閉弁状態としつつ、ピエゾアクチュエータ１０に電圧が印加された状態に移行することができる。【００５６】
ここで、ニードル上部室８内の燃料が燃料排出経路１４へ排出されることにより、ニードル上部室圧力Ｐｕｐの過上昇を抑制することができる。【００５７】
以上説明したように、本実施形態の燃料噴射装置１００によれば、ピエゾアクチュエータ１０に印加された電圧を解除することによってニードル７を開弁方向へ移動させる燃料噴射弁１において、内燃機関を停止した状態における燃料の噴射を回避することができる。また、内燃機関停止時にニードル上部室８内における気泡の発生を抑制することができる。【００５８】
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施形態を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施形態とするが可能であることは上記記載から自明である。【００５９】
例えば、図１０に示すように支持部７ａに溝３０を設け、燃料貯留室６からニードル上部室８への燃料の静リーク量を調整するようにすることもできる。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年12月10日(2010.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に噴孔及びシート部が設けられたノズルボディと、
当該ノズルボディの内周壁に摺動自在に支持される支持部を備え、前記ノズルボディ内において、前記支持部よりも先端側に燃料貯留室を形成するように前記ノズルボディ内に配置され、前記シート部に接離して前記噴孔を開閉するニードルと、
前記支持部との間にニードル上部室が形成されるように、前記ニードルよりも基端側に配置され、電圧の印加によって前記ニードルを閉弁方向に移動させる圧電素子と、
前記燃料貯留室に高圧燃料を供給する燃料供給経路と、
前記ニードル上部室から燃料を排出する燃料排出経路と、当該燃料排出経路に配置され、前記ニードル上部室内の燃料を排出するチェック弁と、
を備えた燃料噴射弁と、
前記圧電素子への電圧の印加を制御する制御手段と、
を備え、
当該制御手段は、内燃機関停止時に、前記ニードルの閉弁状態が維持されるように前記圧電素子に印加した電圧を徐々に低下させるとともに、内燃機関始動時において、内燃機関始動前に前記圧電素子への電圧の印加を行うことを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記圧電素子に印加した電圧を低下させた後に、前記燃料供給経路内の圧力を減圧する減圧制御を行うことを特徴とした請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記燃料噴射弁は、前記ニードルを閉弁方向に付勢する付勢手段をさらに備えたことを特徴とした請求項１又は２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
先端部に噴孔及びシート部が設けられたノズルボディと、
当該ノズルボディの内周壁に摺動自在に支持される支持部を備え、前記ノズルボディ内において、前記支持部よりも先端側に燃料貯留室を形成するように前記ノズルボディ内に配置され、前記シート部に接離して前記噴孔を開閉するニードルと、
前記支持部との間にニードル上部室が形成されるように、前記ニードルよりも基端側に配置され、電圧の印加によって前記ニードルを閉弁方向に移動させる圧電素子と、
前記燃料貯留室に高圧燃料を供給する燃料供給経路と、
前記ニードル上部室から燃料を排出する燃料排出経路と、当該燃料排出経路に配置され、前記ニードル上部室内の燃料を排出するチェック弁と、
を備えた燃料噴射弁と、
前記圧電素子への電圧の印加を制御する制御手段と、
を備え、
内燃機関始動時において、前記制御手段は、内燃機関始動前に前記圧電素子への電圧の印加を行うことを特徴とした燃料噴射装置。
【国際調査報告】
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