(57)【要約】【課題】  圧電素子を安定した環境内に収納できると共に、ノズルボディを通して圧電素子と振動の授受が可能となる燃料噴射弁１および燃料噴射弁１の制御方法を提供する。【解決手段】  燃料噴射弁１は、内燃機関の燃焼室に臨むようにして取り付けられ、内部にノズルニードル６５が収容され、燃焼室側に噴孔を有するノズルボディ６と、ノズルボディ６を保持し、ノズルボディ６に燃料を供給し、ノズルボディ６を保持するノズルホルダ２とを有している燃料噴射弁であって、ノズルホルダ２には、ノズルボディ６に対して、振動の授受が可能な圧電素子３１が設けられていることを特徴としている。【選択図】図１
2006177267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に臨むようにして取り付けられ、
内部にノズルニードルが収容され、前記燃焼室側に噴孔を有するノズルボディと、
前記ノズルボディを保持し、前記ノズルボディに燃料を供給する燃料通路、および前記ノズルニードルの駆動を制御するアクチュエータを備え、前記ノズルボディを保持するノズルホルダとを有している燃料噴射弁であって、
前記ノズルホルダには、前記ノズルボディに対して、振動の授受が可能な圧電素子が設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記圧電素子は、前記燃焼室内の圧力により前記ノズルボディが受ける振動を、その振動に応じた電気的な信号に変換することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記圧電素子には、電荷投入装置が接続され、
前記圧電素子は、その電荷投入装置からの電荷により振動し、前記ノズルボディを振動させることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記圧電素子には、電荷投入装置が接続され、
前記圧電素子は、前記燃焼室内の圧力により前記ノズルボディが受ける振動を、その振動に応じた電気的な信号に変換させる動作、または
前記電荷投入装置からの電荷により振動し、前記ノズルボディを振動させる動作を行うことが可能であり、
前記内燃機関の１燃焼期間中にいずれかひとつの動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記ノズルボディと前記ノズルホルダとを固定するリテーニングナットを有し、
前記ノズルボディは、前記リテーニングナットに対して、前記ノズルボディの前記燃焼室への取り付け方向に摺動可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記ノズルボディと前記リテーニングナットとの間には、シール性を有する弾性部材が介在されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
内燃機関の燃焼室に臨むようにして取り付けられ、
内部にノズルニードルが収容され、前記燃焼室側に噴孔を有するノズルボディと、
前記ノズルボディを保持し、前記ノズルボディに燃料を供給する燃料通路、および前記ノズルニードルの駆動を制御するアクチュエータを備え、前記ノズルボディを保持するノズルホルダとを有しており、
前記ノズルホルダには、前記ノズルボディに対して、振動の授受が可能な圧電素子が設けられ、
前記圧電素子には、電荷投入装置が接続され、
前記圧電素子は、その電荷投入装置からの電荷により振動し、前記ノズルボディを振動させる燃料噴射弁の制御方法であって、
燃料噴射期間中に前記圧電素子によって前記ノズルボディを振動させることを特徴とする燃料噴射弁の制御方法。
【請求項８】
内燃機関の燃焼室に臨むようにして取り付けられ、
内部にノズルニードルが収容され、前記燃焼室側に噴孔を有するノズルボディと、
前記ノズルボディを保持し、前記ノズルボディに燃料を供給する燃料通路、および前記ノズルニードルの駆動を制御するアクチュエータを備え、前記ノズルボディを保持するノズルホルダとを有しており、
前記ノズルホルダには、前記ノズルボディに対して、振動の授受が可能な圧電素子が設けられ、
前記圧電素子には、電荷投入装置が接続され、
前記圧電素子は、その電荷投入装置からの電荷により振動し、前記ノズルボディを振動させる燃料噴射弁の制御方法であって、
燃料噴射終了後、所定期間の間、連続的に前記ノズルボディを、前記圧電素子で振動させることを特徴とする燃料噴射弁の制御方法。
【請求項９】
内燃機関の燃焼室に臨むようにして取り付けられ、
内部にノズルニードルが収容され、前記燃焼室側に噴孔を有するノズルボディと、
前記ノズルボディを保持し、前記ノズルボディに燃料を供給する燃料通路、および前記ノズルニードルの駆動を制御するアクチュエータを備え、前記ノズルボディを保持するノズルホルダとを有しており、
前記ノズルホルダには、前記ノズルボディに対して、振動の授受が可能な圧電素子が設けられ、
前記圧電素子には、電荷投入装置が接続され、
前記圧電素子は、その電荷投入装置からの電荷により振動し、前記ノズルボディを振動させる燃料噴射弁の制御方法であって、
燃料噴射終了後、所定期間の間、間欠的に前記ノズルボディを、前記圧電素子で振動させることを特徴とする燃料噴射弁の制御方法。
【請求項１０】
内燃機関の燃焼室に臨むようにして取り付けられ、
内部にノズルニードルが収容され、前記燃焼室側に噴孔を有するノズルボディと、
前記ノズルボディを保持し、前記ノズルボディに燃料を供給する燃料通路、および前記ノズルニードルの駆動を制御するアクチュエータを備え、前記ノズルボディを保持するノズルホルダとを有しており、
前記ノズルホルダには、前記ノズルボディに対して、振動の授受が可能な圧電素子が設けられ、
前記圧電素子には、電荷投入装置が接続され、
前記圧電素子は、前記燃焼室内の圧力により前記ノズルボディが受ける振動を、その振動に応じた電気的な信号に変換させる動作、または
前記電荷投入装置からの電荷により振動し、前記ノズルボディを振動させる動作を行うことが可能であり、
前記内燃機関の１燃焼期間中にいずれかひとつの動作を行わせる燃料噴射弁の制御方法であって、
燃料噴射終了後、所定期間の間、連続的に前記ノズルボディを、前記圧電素子で振動させることを特徴とする燃料噴射弁の制御方法。
【請求項１１】
内燃機関の燃焼室に臨むようにして取り付けられ、
内部にノズルニードルが収容され、前記燃焼室側に噴孔を有するノズルボディと、
前記ノズルボディを保持し、前記ノズルボディに燃料を供給する燃料通路、および前記ノズルニードルの駆動を制御するアクチュエータを備え、前記ノズルボディを保持するノズルホルダとを有しており、
前記ノズルホルダには、前記ノズルボディに対して、振動の授受が可能な圧電素子が設けられ、
前記圧電素子には、電荷投入装置が接続され、
前記圧電素子は、前記燃焼室内の圧力により前記ノズルボディが受ける振動を、その振動に応じた電気的な信号に変換させる動作、または
前記電荷投入装置からの電荷により振動し、前記ノズルボディを振動させる動作を行うことが可能であり、
前記内燃機関の１燃焼期間中にいずれかひとつの動作を行わせる燃料噴射弁の制御方法であって、
燃料噴射終了後、所定期間の間、間欠的に前記ノズルボディを、前記圧電素子で振動させることを特徴とする燃料噴射弁の制御方法。
【請求項１２】
前記電荷投入装置は、前記圧電素子へ投入する電荷を調整して、前記ノズルボディの振動数を可変することを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の燃料噴射弁の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射システムの燃料噴射弁およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの燃焼制御において、燃焼の安定性、燃費、出力向上を図るために、燃焼室内の燃焼状態を検出したり、噴射燃料を微粒化させたりすることは、非常に重要である。燃焼状態を検出する技術としては、例えば、筒内圧センサがある（特許文献１参照）。この筒内圧センサは、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に設けられるガスケット内に圧電素子からなる筒内圧センサを組み込み、燃焼室から伝達される振動を検出することにより燃焼室内の圧力を検出している。
【特許文献１】特開平９−３２９５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般的に筒内圧センサに使用されている圧電素子は、セラミック材料の一種であり、その材料としての性質は、ガスケットよりも硬度が高く、脆性に乏しい。
【０００４】
こういった性質を持つ圧電素子を特許文献１に記載の筒内圧センサのようにガスケットに組み込んだ構成とすると、ガスケットとしてのシール性能が不十分にとなる。そして、このような圧電素子の取付環境では、圧電素子の安定した作動が得にくくなり、燃焼室内の圧力を精度よく測ることが困難となってしまう。
【０００５】
さらに、ガスケットのシール性能が低下することから、燃焼ガスが圧電素子に対して悪影響を及ぼす恐れがあり、圧電素子が劣化しやすくなる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、圧電素子を安定した環境内に収納できると共に、ノズルボディを通して圧電素子と振動の授受が可能となる燃料噴射弁および燃料噴射弁の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の燃料噴射弁は、内燃機関の燃焼室に臨むようにして取り付けられ、内部にノズルニードルが収容され、燃焼室側に噴孔を有するノズルボディと、ノズルボディを保持し、ノズルボディに燃料を供給する燃料通路、およびノズルニードルの駆動を制御するアクチュエータを備え、ノズルボディを保持するノズルホルダとを有している燃料噴射弁であって、ノズルホルダには、ノズルボディに対して、振動の授受が可能な圧電素子が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
これにより、圧電素子を安定した環境内に収納できると共に、ノズルボディを通して圧電素子と振動の授受が可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の燃料噴射弁の圧電素子は、燃焼室内の圧力によりノズルボディが受ける振動を、その振動に応じた電気的な信号に変換することを特徴としている。請求項２に記載されているように圧電素子を、機械的エネルギーを電気的な信号に変換させる素子として使用することで、燃焼室内の圧力を検出することが可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の燃料噴射弁の圧電素子は、電荷投入装置が接続され、その圧電素子は、その電荷投入装置からの電荷により振動し、ノズルボディを振動させることを特徴としている。請求項３に記載されているように圧電素子を電荷投入装置からの電荷により振動素子として使用することで、ノズルボディへのデポジットの堆積防止、または堆積したデポジットの除去が可能となる。
【００１１】
さらに、請求項４に記載の燃焼噴射弁の圧電素子には、電荷投入装置が接続され、圧電素子は、燃焼室内の圧力によりノズルボディが受ける振動を、その振動に応じた電気的な信号に変換させる動作、または、電荷投入装置からの電荷により振動し、ノズルボディを振動させる動作を行うことが可能であり、内燃機関の１燃焼期間中にいずれかひとつの動作を行うことを特徴としている。請求項４に記載されているように、圧電素子に、請求項２、請求項３に記載されている機能を両方持たせ１燃焼期間中にいずれかの動作を行わせることも可能となる。
【００１２】
請求項５に記載の燃料噴射弁は、ノズルボディとノズルホルダとを固定するリテーニングナットを有し、ノズルボディは、リテーニングナットに対して、ノズルボディの燃焼室への取り付け方向に摺動可能であることを特徴としている。これにより、圧電素子を燃焼室内の圧力を検出する素子として使用する場合、燃焼室内の圧力が作用したときのノズルボディの振幅が大きくなるので、検出の感度が高くなる。また、圧電素子を振動させノズルボディを振動させる場合、ノズルボディの振幅が大きくなるので、ノズルボディへのデポジットの堆積防止、または堆積したデポジットの除去の効果がさらに大きくなる可能性がある。
【００１３】
請求項６に記載の燃料噴射弁は、請求項５に記載の燃料噴射弁の構成に加え、ノズルボディとリテーニングナットとの間には、シール性を有する弾性部材が介在されていることを特徴としている。これにより、ノズルボディとリテーニングナットとの間に形成される摺動隙間から、燃焼室内の燃焼ガスなどがその摺動隙間から侵入することを防ぐことができる。
【００１４】
請求項７に記載の燃料噴射弁の制御方法は、内燃機関の燃焼室に臨むようにして取り付けられ、内部にノズルニードルが収容され、燃焼室側に噴孔を有するノズルボディと、
ノズルボディを保持し、ノズルボディに燃料を供給する燃料通路、およびノズルニードルの駆動を制御するアクチュエータを備え、ノズルボディを保持するノズルホルダとを有しており、ノズルホルダには、ノズルボディに対して、振動の授受が可能な圧電素子が設けられ、圧電素子には、電荷投入装置が接続され、圧電素子は、その電荷投入装置からの電荷により振動し、ノズルボディを振動させる燃料噴射弁の制御方法であって、燃料噴射期間中に圧電素子によってノズルボディを振動させることを特徴としている。
【００１５】
これにより、ノズルボディの振動が噴射燃料に伝達され、噴射燃料の微粒化が促進される。
【００１６】
請求項８に記載の燃料噴射弁の制御方法は、内燃機関の燃焼室に臨むようにして取り付けられ、内部にノズルニードルが収容され、燃焼室側に噴孔を有するノズルボディと、
ノズルボディを保持し、ノズルボディに燃料を供給する燃料通路、およびノズルニードルの駆動を制御するアクチュエータを備え、ノズルボディを保持するノズルホルダとを有しており、ノズルホルダには、ノズルボディに対して、振動の授受が可能な圧電素子が設けられ、圧電素子には、電荷投入装置が接続され、圧電素子は、その電荷投入装置からの電荷により振動し、ノズルボディを振動させる燃料噴射弁の制御方法であって、燃料噴射終了後、所定期間の間、連続的にノズルボディを、圧電素子で振動させることを特徴としている。
【００１７】
これにより、噴孔が形成されているノズルボディを直接振動させるので、ノズルボディへのデポジットの堆積防止、または堆積したデポジットの除去が可能となる。
【００１８】
請求項９に記載の燃料噴射弁の制御方法は、内燃機関の燃焼室に臨むようにして取り付けられ、内部にノズルニードルが収容され、燃焼室側に噴孔を有するノズルボディと、
ノズルボディを保持し、ノズルボディに燃料を供給する燃料通路、およびノズルニードルの駆動を制御するアクチュエータを備え、ノズルボディを保持するノズルホルダとを有しており、ノズルホルダには、ノズルボディに対して、振動の授受が可能な圧電素子が設けられ、圧電素子には、電荷投入装置が接続され、圧電素子は、その電荷投入装置からの電荷により振動し、ノズルボディを振動させる燃料噴射弁の制御方法であって、燃料噴射終了後、所定期間の間、間欠的にノズルボディを、圧電素子で振動させることを特徴としている。
【００１９】
これにより、ノズルボディの噴孔内に溜まった燃料に対して圧力変動を起こすことができるので、溜まった燃料を燃焼室内に振り落とし、その燃料を燃焼させることができる。結果、噴孔内に残留燃料が存在する場合に比べ、ＨＣ排出量を減少させることが可能となる。
【００２０】
請求項１０に記載の燃料噴射弁の制御方法は、内燃機関の燃焼室に臨むようにして取り付けられ、内部にノズルニードルが収容され、燃焼室側に噴孔を有するノズルボディと、ノズルボディを保持し、ノズルボディに燃料を供給する燃料通路、およびノズルニードルの駆動を制御するアクチュエータを備え、ノズルボディを保持するノズルホルダとを有しており、ノズルホルダには、ノズルボディに対して、振動の授受が可能な圧電素子が設けられ、圧電素子には、電荷投入装置が接続され、圧電素子は、燃焼室内の圧力によりノズルボディが受ける振動を、その振動に応じた電気的な信号に変換させる動作、または電荷投入装置からの電荷により振動し、ノズルボディを振動させる動作を行うことが可能であり、内燃機関の１燃焼期間中にいずれかひとつの動作を行わせる燃料噴射弁の制御方法であって、燃料噴射終了後、所定期間の間、連続的にノズルボディを、圧電素子で振動させることを特徴とする。
【００２１】
これにより、噴孔が形成されているノズルボディを直接振動させるので、ノズルボディへのデポジットの堆積防止、または堆積したデポジットの除去が可能となる。
【００２２】
請求項１１に記載の燃料噴射弁の制御方法は、内燃機関の燃焼室に臨むようにして取り付けられ、内部にノズルニードルが収容され、燃焼室側に噴孔を有するノズルボディと、ノズルボディを保持し、ノズルボディに燃料を供給する燃料通路、およびノズルニードルの駆動を制御するアクチュエータを備え、ノズルボディを保持するノズルホルダとを有しており、ノズルホルダには、ノズルボディに対して、振動の授受が可能な圧電素子が設けられ、圧電素子には、電荷投入装置が接続され、圧電素子は、燃焼室内の圧力によりノズルボディが受ける振動を、その振動に応じた電気的な信号に変換させる動作、または電荷投入装置からの電荷により振動し、ノズルボディを振動させる動作を行うことが可能であり、内燃機関の１燃焼期間中にいずれかひとつの動作を行わせる燃料噴射弁の制御方法であって、燃料噴射終了後、所定期間の間、間欠的にノズルボディを、圧電素子で振動させることを特徴とする。
【００２３】
これにより、ノズルボディの噴孔内に溜まった燃料に対して圧力変動を起こすことができるので、溜まった燃料を燃焼室内に振り落とし、その燃料を燃焼させることができる。結果、噴孔内に残留燃料が存在する場合に比べ、ＨＣ排出量を減少させることが可能となる。
【００２４】
請求項１２に記載の燃料噴射弁の制御方法では、電荷投入装置は、圧電素子へ投入する電荷を調整して、ノズルボディの振動数を可変することを特徴としている。
【００２５】
これにより、ノズルボディへのデポジットの堆積防止、堆積したデポジットの除去に適した、または、噴射燃料を微粒化するのに適した振動数をノズルボディに発生させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図１、図２に基づいて説明する。図１は、燃料噴射弁１の断面図である。図２は、燃料噴射弁１の要部の上面図とその断面図である。この燃料噴射弁１は、例えば、コモンレール式の燃料噴射システムを備えたディーゼルエンジンに適用され、燃料噴射弁１がエンジンの各気筒に１対１に対応して設けられる。そして、ＥＣＵ９による制御で、所定の期間にコモンレールが供給する高圧燃料を噴射する。
【００２７】
燃料噴射弁１は、略円筒状のノズルホルダ２と、大径部、小径部とを有する略円筒状のノズルボディ６とから成っている。ノズルホルダ２は、プレート部３、バルブボディ部４、およびホルダ部５から成っている。図１に示すようにノズルホルダ２と、ノズルボディ６は、有底円筒状のリテーニングナット８により、互いに固定されている。
【００２８】
ノズルボディ６と、リテーニングナット８とは、組み付け方向に対して互いに摺動可能である。そして、ノズルボディ６の大径部と小径部との間に形成される段差部とリテーニングナット８の底部との間には、請求項に記載のシール性を有する弾性部材に当たるパッキン７が設けられている。
【００２９】
ノズルボディ６とリテーニングナット８とが摺動可能にあるため、摺動隙間が形成される。パッキン７は、ノズルボディ６が燃焼室に臨むようにして取り付けられる場合、燃焼室内の燃焼ガスなどがその摺動隙間から侵入しないようにするために設けられている。
【００３０】
ノズルボディ６には、その内部に収容孔６１が形成され、ノズルホルダ２と当接していない端部に、収容孔６１とノズルボディ６の外部とが貫通する噴孔６２が形成されている。そして、収容孔６１には、ノズルニードル６５が往復移動可能に収容されている。
【００３１】
また、収容孔６１には、ノズルニードル６５の外周にスプリング６６が収容され、ノズルニードル６５は、常時、このスプリング６６により、噴孔６２のある方向に付勢されている。以下、噴孔６２のある方向のことを噴孔方向と呼び、反対の方向を、反噴孔方向と呼ぶ。
【００３２】
ノズルボディ６には、ノズルニードル６５と収容孔６１との間にノズル室６３が形成されている。ノズル室６３は、ノズルホルダ２に形成されている燃料通路３２と連通しており、コモンレールからの高圧燃料が供給されるようになっている。ノズルニードル６５の離座時には、ノズル室６３に供給される高圧燃料が噴孔６２から噴射される。
【００３３】
ノズルニードル６５の反噴孔側端面と、プレート部３の端面との間に背圧室６４が形成されている。背圧室６４にも、コモンレールからの高圧燃料が供給されるようになっている。
【００３４】
ノズルニードル６５は、背圧室６４内の燃料圧力と、スプリング６６の付勢力によって発生する噴孔方向の力と、ノズル室６３内の燃料圧力によって発生する反噴孔方向の力の釣り合いによって、離座するか着座するかが決定される。噴孔方向の力が反噴孔方向の力よりも勝るときは、ノズルニードル６５は、着座し、噴孔６２から燃料は噴射されない。
【００３５】
反対に、反噴孔方向の力が噴孔方向の力よりも勝るときは、ノズルニードル６５は、離座し、噴孔６２から燃料が噴射される。これらの力の調整は、背圧室６４内の燃料圧力の調整によって達成することができる。背圧室６４内の燃料圧力の調整については、後ほど詳しく述べる。
【００３６】
以下、背圧室６４内の燃料圧力の調整する部品について説明する。背圧室６４内の燃料圧力の調整は、プレート部３、バルブボディ部４、およびホルダ部５から成るノズルホルダ２内部に形成される種々の孔と、その内部に設けられる構成部品とによってなされる。
【００３７】
プレート部３は、ノズルボディ６とバルブボディ部４との間に設けられる部品であり、その内部には、図１に示すように、燃料通路３２の一部、背圧室６４とバルブボディ部４とを連通させる連通路３３、噴射に使用されない余剰燃料を燃料タンクに戻すための低圧通路３５、およびバルブボディ部４と低圧通路３５の一部とを連通させるリターン通路３４が形成されている。
【００３８】
また、図１中の破線、および図２に示すように、プレート部３の反噴孔側端面には、圧電素子３１が２つ設けられている。これらの圧電素子３１は、ノズルボディ６に対して、振動（適宜、機械的エネルギーと呼ぶ）の授受が可能な位置に配置されている。そして、これらの圧電素子３１は、ターミナル５１を介してＥＣＵ９内の電流検出部９３と電荷投入回路９４と接続されている。
【００３９】
このように、圧電素子３１を、燃料噴射弁１内のノズルボディ６に対して、振動の授受が可能な位置に配置されているので、圧電素子３１を安定した環境内に収納できると共に、ノズルボディ６を通して圧電素子３１と振動の授受が可能となる。
【００４０】
また、圧電素子３１を、機械的エネルギーを電気的な信号に変換する素子として使用する場合は、圧電素子３１が、ノズルボディ６が燃焼室内の圧力の変化により受ける機械的エネルギーを電気的な信号に変換し、ＥＣＵ９に送信することで、燃焼室内の圧力を検出することができる。
【００４１】
さらにまた、圧電素子３１を、電荷（以下、交流電流と呼ぶ）の投入により自らが振動する振動素子として使用する場合は、電荷投入回路９４からの交流電流の投入により、圧電素子３１が振動し、その振動がノズルボディ６に伝達され、ノズルボディ６を振動させることができる。
【００４２】
ノズルボディ６が振動することにより、噴孔６２内、噴孔６２周りへのデポジットの堆積防止、または堆積したデポジットの除去、および噴射燃料の微粒化を促進することができる。圧電素子３１の作動については、後ほど詳しく述べる。
【００４３】
バルブボディ部４は、プレート部３とホルダ部５との間に設けられる部品であり、その内部には、図１に示すように、燃料通路３２の一部、連通路３３およびリターン通路３４とホルダ部５とを連通させる収容孔４１、低圧通路３５の一部、および分岐通路４２が形成されている。分岐通路４２は、燃料通路３２から分岐され、収容孔４１と連通している。
【００４４】
収容孔４１には、プレート部３に形成されているリターン通路３４と連通路３３とを連通するか否かをその動作によって決定する第１制御弁４３が往復移動可能に収容されている。第１制御弁４３は、スプリング４４によって、常時、噴孔方向に付勢されている。第１制御弁４３も、ノズルニードル６５と同様、分岐通路４２から第１制御弁４３の反噴孔側に供給される燃料圧力とスプリング４４の付勢力によって発生する噴孔方向の力と、連通路３３から第１制御弁４３の噴孔側に供給される燃料圧力により発生する反噴孔方向の力との釣り合いによって、リターン通路３４と連通路３３とを連通するか否かが決定される。
【００４５】
この第１制御弁４３が、反噴孔方向に移動し、リターン通路３４と連通路３３とを連通させれば、背圧室６４内の燃料は、一旦、収容孔４１に流入し、その後リターン通路３４と通って、低圧通路３５へ流れ、圧力が低下する。第１制御弁４３が、噴孔方向に移動し、リターン通路３４を遮断すれば、背圧室６４内の燃料圧力は、コモンレール内の燃料圧力とほぼ同じ圧力となる。
【００４６】
ホルダ部５は、バルブボディ部４の反噴孔側の端面に当接されている部品であり、その内部には、燃料通路３２の一部、および収容孔４１と低圧通路３５とを連通させる凹部５４が形成されている。そして、その凹部５４には、第２制御弁５３、およびその第２制御弁５３を駆動させるアクチュエータ５２が設けられている。第２制御弁５３をアクチュエータ５２で駆動させることにより、第１制御弁４３の移動を制御することができる。
【００４７】
なお、アクチュエータ５２としては、第２制御弁５３を軸方向に駆動させることができればよく、ソレノイドやピエゾスタックが考えられる。アクチュエータ５２には、ターミナル５１が接続されており、ＥＣＵ９から駆動電流が供給されるようになっている。
【００４８】
図１に示すように、アクチュエータ５２にＥＣＵ９から駆動電流が供給されていない状態では、第２制御弁５３は、スプリング５５の作用により、バルブボディ部４の収容孔４１から凹部５４に流入しようとする燃料が遮断する。すると、第１制御弁４３は、噴孔方向の力が勝る状態となるので、第１制御弁４３を噴孔方向に移動させることができる。
【００４９】
アクチュエータ５２にＥＣＵ９から駆動電流が供給されると、第２制御弁５３は、スプリング５５の付勢力に抗して移動され、収容孔４１内の燃料が凹部５４を介して低圧通路３５に流出する。すると、第１制御弁は、反噴孔方向の力が勝る状態となるので、第１制御弁４３を反噴孔方向に移動させることができる。
【００５０】
ＥＣＵ９は、ＣＰＵ９１、駆動回路９２、電荷投入回路９４、および電流検出部９３から成っている。そして、駆動回路９２、電流検出部９３、および電荷投入回路９４は、それぞれ、ターミナル５１と接続されている。
【００５１】
ＣＰＵ９１には、図示しないエンジン回転数センサ、負荷センサなどが接続され、回転数、負荷情報が入力される。ＣＰＵ９１は、これらの信号により判別されるエンジン状態に応じた最適の噴射時期、噴射量（噴射時間）を決定して、それに応じた駆動信号を駆動回路９２に送信する。駆動回路９２は、受信した駆動信号に応じた駆動電流をアクチュエータ５２へ供給する。
【００５２】
電流検出部９３は、圧電素子３１から送信される燃焼室内の圧力に応じた電気的な信号を電流値として検出し、その電流値をＣＰＵ９１に送信する。ＣＰＵ９１は、電流検出部９３からの電流値を受信し、その電流値より燃焼室内の圧力を算出する。
【００５３】
また、ＣＰＵ９１は、プレート部３に設けられている圧電素子３１を振動させる場合、噴孔６２内、噴孔６２周りへのデポジットの堆積防止、堆積したデポジットの除去、噴射燃料の微粒化促進の用途に応じて、所定のタイミングと、振動させる振動数を決定し、それに応じた指令信号を電荷投入回路９４に送信する。電荷投入回路９４は、受信した指令信号に応じた交流電流を圧電素子３１に投入する。
【００５４】
次にノズルニードル６５の動作について説明する。
【００５５】
（ノズルニードル閉弁時）
アクチュエータ５２へ駆動回路９２から駆動電流が供給されていないので、第２制御弁５３は、第１制御弁４３が収容されている収容孔４１と凹部５４との連通を遮断している。すると、第１制御弁４３は、噴孔方向へ移動することとなり、連通路３３とリターン通路３４との連通を遮断する。連通路３３とリターン通路３４との連通が遮断されると、背圧室６４内の圧力は高圧を維持することとなるので、ノズルニードル６５は、噴孔方向に移動し、噴孔６２を閉弁し、そこからの燃料の噴射を停止する。
【００５６】
（ノズルニードル開弁時）
アクチュエータ５２に駆動回路９２から駆動電流が供給されると、第２制御弁５３が反噴孔方向に移動する。すると、第１制御弁４３の反噴孔側の空間にある燃料が、凹部５４から低圧通路３５に流出し、第１制御弁４３が反噴孔方向に移動し、連通路３３とリターン通路３４とが連通し、背圧室６４内の燃料が、連通路３３〜リターン通路３４を通って、低圧通路３５に流出し、背圧室６４内の燃料圧力が低下する。背圧室６４内の燃料圧力が低下すると、ノズルニードル６５が反噴孔方向に移動し、噴孔６２が開弁し、そこから燃料が噴射される。
【００５７】
次にプレート部３に設けられている圧電素子３１の作動について説明する。
【００５８】
（圧電素子を燃焼室内の圧力を検出するセンサとして使用する場合について）
圧電素子を燃焼室内の圧力を検出するセンサとして使用する場合について、図３に基づいて説明する。図３（ａ）は、圧縮行程から膨張行程にかけて燃焼室内の圧力変化を示す図であり、図３（ｂ）は、本実施形態の燃料噴射弁をシリンダヘッドに取り付けた状態を示す図である。
【００５９】
図３（ｂ）に示すように、本実施形態の燃料噴射弁１は、ノズルボディ６の先端（噴孔側）が燃焼室に臨むようにし、かつ、リテーニングナット８との間にガスケット１００を介して、シリンダヘッド１１０に取り付けられている。燃料噴射弁１は、このようにしてシリンダヘッド１１０に取り付けられているので、例えば、圧縮行程から膨張行程にかけて燃焼室内の圧力が変化すると、ノズルボディ６は、その圧力に応じた、図３（ｂ）中の矢印の方向の機械的エネルギーを受ける。
【００６０】
すると、その機械的エネルギーは、プレート部３に設けられている圧電素子３１に伝わり、圧電素子３１からは、その機械的エネルギーに応じた電気的な信号が発生する。その発生した電気的な信号は、ＥＣＵ９内の電流検出部９３で電流値として検出され、ＣＰＵ９１に送信される。ＣＰＵ９１は、電流検出部９３からの電流値を受信し、その電流値により燃焼室内の圧力を算出する（図３（ａ）参照）。
【００６１】
従来では、燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサとしての圧電素子をガスケットに組み込んだものであったが、本実施形態では、ノズルホルダ２を構成する一つの部品であるプレート部３に圧電素子３１を設けている。これにより、従来問題となっていた、ガスケットのシール性能の低下による検出精度の低下を防ぐことが可能となる。
【００６２】
また、ノズルボディ６は、リテーニングナット８に対して摺動可能となっているので、燃焼室内の圧力の変化によりノズルボディ６が受ける機械的エネルギーが、圧電素子３１に感度よく伝達されるので、燃焼室内の圧力の検出が高感度となる。
【００６３】
（圧電素子をノズルボディへのデポジットの堆積防止、堆積したデポジットの除去、および噴射燃料の微粒化促進に使用する場合について）
圧電素子をノズルボディへのデポジットの堆積防止、堆積したデポジットの除去、および噴射燃料の微粒化促進に使用する場合について、図４に基づいて説明する。図４（ａ）は、圧電素子を振動させる場合の圧電素子の作動を説明するタイミングチャートであり、図４（ｂ）は、ノズルボディの先端部分の拡大図であり、図４（ｃ）は、ノズルボディの噴孔部分の拡大図である。
【００６４】
図４（ａ）に示すように、例えば、ノズルニードル６５が時刻ｔ１（ＴＤＣ）からリフトし、燃料が噴射され、時刻ｔ２で燃料噴射が終了する場合の燃焼室の状態、および圧電素子３１に投入される交流電流について説明する。時刻ｔ１から燃料が噴射された後、燃焼室内では、所定の着火遅れ期間をおいて、着火する。着火直後、急激に熱が発生するので、熱発生率は、急激に上昇する。時刻ｔ２において燃料の噴射が停止された後、燃焼室内の燃料は、緩慢に燃焼するので、熱発生率は、緩やかに低下する。そして、時刻ｔ３で、燃焼が終了する。
【００６５】
ＣＰＵ９１からの指令信号によって電荷投入回路９４は、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの間、ノズルボディ６を所定の振動数で振動させるため、圧電素子３１に所定の振動数を有する交流電流を投入する。すると、ノズルボディ６は、図４（ｂ）中の矢印の方向に振動する。
【００６６】
図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、ノズルボディ６が振動することにより、噴孔６２、ノズル室６３内の燃料にもその振動が伝わり、噴射される際、噴射燃料の微粒化が促進される。
【００６７】
なお、噴射燃料の微粒化を促進させる際に振動させるノズルボディ６の振動数は、噴孔６２を流れる燃料の乱流の振動を増幅させる振動数とすると良い。例えば、３０００〜２００００Ｈｚの振動数でノズルボディ６を振動させると良い。
【００６８】
図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、ノズルボディ６が振動することにより、噴孔６２内、もしくは、噴孔６２周りの燃料が燃焼中にデポジットとなって堆積しないようにすることが可能となる。
【００６９】
また、図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、ノズルボディ６が振動することにより、噴孔６２内、もしくは、噴孔６２周りに堆積したデポジットを除去することが可能となる。
【００７０】
従来では、噴射燃料を微粒化させるために、ノズルニードルを振動させていたが、本実施形態では、ノズルホルダ２を構成する一つの部品であるプレート部３に圧電素子３１を設けている。これにより、ノズルボディ６を振動させることが可能となり、噴射燃料の微粒化促進だけでなく、噴孔６２内、もしくは噴孔６２周りへのデポジットの堆積防止、堆積したデポジットの除去が可能となる。
【００７１】
また、ノズルボディ６は、リテーニングナット８に対して摺動可能となっているので、ノズルボディ６を振動させる際の振幅を大きくすることが可能となるので、より効果的に噴射燃料の微粒化を促進したり、デポジットの堆積防止、および堆積したデポジットを除去したりすることが可能となる。
【００７２】
また、圧電素子３１に投入する交流電流の振動数を可変して、ノズルボディ６の振動数を用途（微粒化促進、デポジットの堆積防止、および除去）に応じて変化させても良い。これにより、さらに効果的に噴射燃料の微粒化促進、デポジットの堆積防止、および除去することが可能となる。
【００７３】
本実施形態では、圧電素子３１を、機械的エネルギーを電気的な信号に変換し、燃焼室内の圧力を検出する素子として使用する場合の圧電素子３１の動作と、交流電流を投入し、ノズルボディ６を振動させる振動素子として使用する場合の圧電素子３１の動作とを分けて説明した。
【００７４】
当然、上記２つの動作は、上記動作ごとの圧電素子３１を用意する必要はない。しかし、２つの動作を一組の圧電素子３１で行う場合は、１燃焼期間中にいずれかの動作を選択する必要がある。この場合は、例えば、２０サイクルのうち、１サイクルを、圧電素子３１を燃焼室内の圧力を検出する素子として使用し、残りの１９サイクルを、ノズルボディ６を振動させる振動素子として使用する。なお、２つの動作の選択は、上記例に限定されるものではなく、適宜変更しても良いことは言うまでもない。
【００７５】
（変形例）
プレート部３に設けられている圧電素子３１の作動の変形例について、図５に基づいて説明する。図５は、圧電素子を振動させる場合の圧電素子の作動の変形例を説明するタイミングチャートである。なお、第１の実施形態と同一機能物は、同一符号を付す。ここでは、第１の実施形態と相違している特徴点のみを説明する。
【００７６】
図５に示すように、時刻ｔ２の燃料噴射停止後、時刻ｔ４までの間、電荷投入回路９４は、間欠に所定の振動数を有する交流電流を間欠に圧電素子３１に投入する。これにより、第１の実施形態での作用に加え、噴孔６２内に溜まった燃料に対して圧力変動を起こすことができるので、溜まった燃料を燃焼室内に振り落とし、その燃料を燃焼させることができる。結果、噴孔６２内に残留燃料が存在する場合に比べ、ＨＣ排出量を減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本実施形態の燃料噴射弁の断面図である。
【図２】（ａ）は、本実施形態の燃料噴射弁の要部上面図であり、（ｂ）は、その断面図である。
【図３】（ａ）は、圧縮行程から膨張行程にかけて燃焼室内の圧力変化を示す図であり、（ｂ）は、本実施形態の燃料噴射弁をシリンダヘッドに取り付けた状態を示す図である。
【図４】（ａ）は、圧電素子を振動させる場合の圧電素子の作動を説明するタイミングチャートであり、（ｂ）は、ノズルボディの先端部分の拡大図であり、（ｃ）は、ノズルボディの噴孔部分の拡大図である。
【図５】圧電素子を振動させる場合の圧電素子の作動の変形例を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
１            燃料噴射弁
２            ノズルホルダ
３            プレート部
３１          圧電素子
４            バルブボディ部
５            ホルダ部
５２          アクチュエータ
６            ノズルボディ
６５          ノズルニードル
７            パッキン（弾性部材）
８            リテーニングナット
９４          電荷投入回路（電荷投入装置）
【図１】
2006177267.tif 000003
【図２】
2006177267.tif 000004
【図３】
2006177267.tif 000005
【図４】
2006177267.tif 000006
【図５】
2006177267.tif 000007