(57)【要約】液体噴射装置１０は、圧電／電歪素子を備えた噴射ユニット１５と、同噴射ユニットに加圧された燃料を吐出する電磁開閉式吐出弁１４と、電気制御装置３０とを含む。電気制御装置は、エンジンの運転状態に基いて電磁開閉式吐出弁に対し電磁弁開閉用信号を発生し、これにより、電磁開閉式吐出弁から噴射ユニットに加圧された液体燃料が供給される。電気制御装置は、少なくとも前記電磁弁開閉用信号の発生又は発生の停止により噴射ユニット内の液体の圧力が増大又は減少しているとき圧電／電歪素子を作動させて噴射燃料の微粒子化を行う。一方、前記電磁弁開閉用信号が消滅して噴射ユニット内の液体圧力が一定の低圧力であるとき圧電／電歪素子を作動させず、電力消費量を抑制する。
2003069153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体噴射空間に一端が露呈した液体吐出用ノズル、圧電素子駆動信号により作動される圧電／電歪素子、前記圧電／電歪素子の作動により容積が変化されるとともに前記液体吐出用ノズルの他端が接続されたチャンバー、前記チャンバーに接続された液体供給通路、及び前記液体供給通路と外部とを連通する液体注入口を備えてなる噴射デバイスと、
液体を加圧する加圧手段と、
前記加圧手段により加圧された液体が供給されるとともに、電磁弁開閉用信号により駆動される電磁式開閉弁と同電磁式開閉弁により開閉される吐出孔とを備えてなり、同電磁式開閉弁が駆動されて同吐出孔を開放したとき前記加圧された液体を同吐出孔を介して前記噴射デバイスの液体注入口に吐出する電磁開閉式吐出弁と、
前記圧電素子駆動信号を発生する圧電素子駆動信号発生手段と前記電磁弁開閉用信号を発生する電磁弁開閉用信号発生手段とを含む電気制御装置とを具備し、
前記電磁開閉式吐出弁から吐出された液体を前記チャンバーの容積変化により微粒子化して前記液体吐出用ノズルから前記液体噴射空間に液滴として噴射する液体噴射装置であって、
前記電気制御装置は、少なくとも前記電磁弁開閉用信号の発生又は同電磁弁開閉用信号の発生の停止により前記液体供給通路内の液体の圧力が増大又は減少しているとき、前記圧電素子駆動信号を発生させて前記圧電／電歪素子を作動させるとともに、前記電磁弁開閉用信号が消滅して前記液体供給通路内の液体の圧力が一定の低圧力であるとき前記圧電素子駆動信号を発生しないように構成された液体噴射装置。
【請求項２】
請求の範囲１に記載の液体噴射装置であって、
前記電気制御装置は、前記電磁弁開閉用信号の発生により前記液体供給通路内の液体の圧力が前記一定の低圧力から増大を開始する直前の時点から前記圧電素子駆動信号の発生を開始するように構成された液体噴射装置。
【請求項３】
請求の範囲１又は請求の範囲２に記載の液体噴射装置であって、
前記電気制御装置は、前記電磁弁開閉用信号の発生の停止により前記液体供給通路内の液体の圧力が前記一定の低圧力に減少した直後の時点まで前記圧電素子駆動信号の発生を継続するように構成された液体噴射装置。
【請求項４】
請求の範囲１乃至請求の範囲３の何れか一項に記載の液体噴射装置であって、
前記電気制御装置は、前記電磁弁開閉用信号により前記液体供給通路内の液体の圧力が一定の高圧力となっている期間において前記圧電素子駆動信号を発生しないように構成された液体噴射装置。
【請求項５】
請求の範囲１乃至請求の範囲３の何れか一項に記載の液体噴射装置であって、
前記電気制御装置は、前記電磁弁開閉用信号により前記液体供給通路内の液体の圧力が前記一定の低圧力よりも高い圧力となっているとき前記圧電素子駆動信号を発生させるとともに、前記電磁弁開閉用信号の発生開始直後において液体供給通路内の液体の圧力が急激に増大し、その後、同圧力の増大時における圧力変化率の絶対値よりも小さい絶対値を有する圧力変化率で同液体供給通路内の液体の圧力が次第に減少するように同電磁弁開閉用信号を発生するように構成された液体噴射装置。
【請求項６】
請求の範囲１乃至請求の範囲５の何れか一項に記載の液体噴射装置であって、
前記電気制御装置は、前記液体供給通路内の液体の圧力に応じて前記圧電素子駆動信号の周波数を変化させるように構成された液体噴射装置。
【請求項７】
請求の範囲６に記載の液体噴射装置において、
前記電気制御装置は、前記液体供給通路内の液体の圧力が大きいほど前記圧電素子駆動信号の周波数が高くなるように同圧電素子駆動信号を変更するように構成された液体噴射装置。
【請求項８】
請求の範囲１乃至請求の範囲７の何れか一項に記載の液体噴射装置であって、
前記電気制御装置は、前記液体供給通路内の液体の圧力が大きいほど前記圧電素子駆動信号による前記チャンバーの容積変化量を小さくするように構成された液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
技  術  分  野
本発明は、液体噴射空間内に液体を微粒子化して噴射する液体噴射装置に関する。
背  景  技  術
この種の液体噴射装置には、内燃機関用燃料噴射装置が知られている。内燃機関用燃料噴射装置は、液体を加圧するための加圧ポンプと電磁式噴射弁とを有してなる所謂電気制御燃料噴射装置であり、広く実用化されている。ところが、電気制御燃料噴射装置においては、加圧ポンプで加圧された燃料が電磁式噴射弁の噴射口より噴射されるようになっているため、特に、電磁式噴射弁の開弁作動時及び閉弁作動時に噴射される液体の速度（噴射速度）が小さい。このため、噴射された燃料の液滴の大きさが大きくなり、またその大きさが均一でない。このような燃料の液滴の大きさや大きさの不均一性は、燃焼時の未燃燃料を増加させることになり、ひいては有害排出ガスの増加をまねいている。
一方、従来より、ピエゾ電歪素子の作動により液体供給通路内の液体を加圧し、同液体を微小液滴として吐出口から吐出する液滴吐出装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。このような装置は、従来のインクジェット吐出装置の原理（例えば、特許文献２参照。）を応用していて、吐出液滴（噴射される燃料の液滴）を上記電気制御燃料噴射装置に比べて小さく、且つ均一とすることができるので、燃料の微粒子化の点で優れた装置であるといえる。
（特許文献１）
特開昭５４−９０４１６号公報（第２頁、第５図）
（特許文献２）
特開平６−４００３０号公報（第２−第３頁、第１図）
ところで、インクジェット吐出装置は、温度、圧力等の変動が少なく、比較的定常的な周囲環境下（例えば、事務所、学校等の室内）で使用された場合、液体を微細な粒子として噴射するという所期の性能を発揮し得る。しかしながら、内燃機関等の様に、運転条件等の変動等により激しく変動する周囲環境下で使用された場合、上記燃料を微粒子化する性能を十分に発揮することは一般に困難である。従って、インクジェット吐出装置の原理を応用した装置であって、内燃機関のように周囲環境が激しく変化する機械装置に対し、液体の微粒子化を十分に達成した上で同液体を噴射し得る液体（燃料）噴射装置は未だ提供できていないのが現状である。
発  明  の  開  示
本発明の目的は、液体噴射空間の状況が激しく変動するような場合であっても、粒径の小さい液滴を安定して噴射することができる液体噴射装置を提供することにある。
本発明による液体噴射装置は、液体噴射空間に一端が露呈した液体吐出用ノズル、圧電素子駆動信号により作動される圧電／電歪素子、前記圧電／電歪素子の作動により容積が変化されるとともに前記液体吐出用ノズルの他端が接続されたチャンバー、前記チャンバーに接続された液体供給通路、及び前記液体供給通路と外部とを連通する液体注入口を備えてなる噴射デバイスと、液体を加圧する加圧手段と、前記加圧手段により加圧された液体が供給されるとともに、電磁弁開閉用信号により駆動される電磁式開閉弁と同電磁式開閉弁により開閉される吐出孔とを備えてなり、同電磁式開閉弁が駆動されて同吐出孔を開放したとき前記加圧された液体を同吐出孔を介して前記噴射デバイスの液体注入口に吐出する電磁開閉式吐出弁と、前記圧電素子駆動信号を発生する圧電素子駆動信号発生手段と前記電磁弁開閉用信号を発生する電磁弁開閉用信号発生手段とを含む電気制御装置とを具備し、前記電磁開閉式吐出弁から吐出された液体を前記チャンバーの容積変化により微粒子化して前記液体吐出用ノズルから前記液体噴射空間に液滴として噴射する液体噴射装置であって、前記電気制御装置は、少なくとも前記電磁弁開閉用信号の発生又は同電磁弁開閉用信号の発生の停止により前記液体供給通路内の液体の圧力が増大又は減少しているとき、前記圧電素子駆動信号を発生させて前記圧電／電歪素子を作動させるとともに、前記電磁弁開閉用信号が消滅して前記液体供給通路内の液体の圧力が一定の低圧力であるとき前記圧電素子駆動信号を発生しないように構成されたことを特徴としている。
これによれば、加圧手段で加圧された液体が電磁開閉式吐出弁から噴射デバイスへと吐出され、その液体は噴射デバイスのチャンバーの容積変化により微粒子化された後に液体吐出用ノズルから噴射される。このように、液体噴射空間への液体噴射に必要な圧力は加圧手段により発生されることから、適用する機械の運転条件等の変動などにより、液体噴射空間の環境（例えば、圧力や温度）が激しく変動しても、同液体を所望の微細な粒子として安定して噴射、供給することができる。
また、従来のキャブレター（気化器）は、液滴吐出空間である吸気管内の空間の空気流速に応じて燃料（液体）流量が決定され、霧化の程度も同空気流速に依存して変化したが、上記本発明の液体噴射装置によれば、空気流速に拘らず良好な霧化状態を維持した燃料（液体）を必要量だけ吐出することができる。加えて、本発明による液体噴射装置によれば、従来の燃料噴射用インジェクタのノズル部にアシストエアを供給することで燃料の霧化を促進する装置のように、アシストエアを供給するためのコンプレッサを必ずしも必要としないので、装置を廉価なものとすることができる。
さらに、電気制御装置は、少なくとも電磁弁開閉用信号の発生により液体供給通路内の液体の圧力が増大しているとき、又は電磁弁開閉用信号の発生の停止により液体供給通路内の液体の圧力が減少しているとき、前記圧電素子駆動信号を発生させて前記圧電／電歪素子を作動させる。従って、液体の圧力が増大又は減少中であって同液体の噴射圧力が比較的小さいため、液体の噴射速度が十分ではなく、同液体を十分には微粒子化し難い場合であっても、圧電／電歪素子の作動によるチャンバーの容積変化により同液体を適切に微粒子化することができる。
また、前記電磁弁開閉用信号が消滅して前記液体供給通路内の液体の圧力が一定の低圧力（加圧手段により加圧された液体が液体供給通路内には供給されない状態が継続した場合に収束する圧力であって、変化しても良い。）であるとき、即ち、液体が噴射デバイスの液体吐出用ノズルから液体噴射空間に噴射されることがないとき、噴射デバイスは液体を微粒子化するための作動を行う必要がない。そこで上記電気制御装置は、かかる場合に圧電素子駆動信号を発生しないように構成されている。これにより、液体噴射装置による無駄な電力消費を回避することができる。
この場合、前記電気制御装置は、前記電磁弁開閉用信号の発生により前記液体供給通路内の液体の圧力が前記一定の低圧力から増大を開始する直前の時点から前記圧電素子駆動信号の発生を開始するように構成されることが好適である。
これによれば、前記電磁弁開閉用信号の発生により前記液体供給通路内の液体の圧力が上昇を開始する時点、即ち、噴射デバイスの吐出用ノズルから液滴の噴射が開始される可能性がある時点では、既に前記圧電素子駆動信号により圧電／電歪素子が駆動され、液体に振動エネルギーが加わっているから、液体の噴射当初から確実に微粒子化した液滴を噴射することができる。
また、前記電気制御装置は、前記電磁弁開閉用信号の発生の停止により前記液体供給通路内の液体の圧力が前記一定の低圧力に減少した直後の時点まで前記圧電素子駆動信号の発生を継続するように構成されることが好適である。
前記電磁弁開閉用信号の発生が停止された時点から暫くの間は、前記液体供給通路内の液体の圧力は前記一定の低圧力よりも高い圧力となっているから、噴射デバイスの液体吐出用ノズルから液体の噴射が行われる。従って、上記構成のように、電磁弁開閉用信号の発生の停止により前記液体供給通路内の液体の圧力が前記一定の低圧力に減少した直後の時点まで圧電素子駆動信号を発生させておけば、電磁弁開閉用信号の発生が停止された時点より後の時点であって噴射デバイスの液体吐出用ノズルから液滴の噴射が行われ続けている時点において、圧電素子駆動信号により圧電／電歪素子が駆動されて液体に振動エネルギーを加えておくことができる。この結果、電磁弁開閉用信号の消滅後においても（液体が噴射されなくなるまで）、液体を確実に微粒子化して噴射することができる。
一方、上記何れかの液体噴射装置において、前記電気制御装置は、前記電磁弁開閉用信号により前記液体供給通路内の液体の圧力が一定の高圧力（この圧力は多少変化してもよい。）となっている期間において前記圧電素子駆動信号を発生しないように構成されることも好適である。
電磁弁開閉用信号が発生されることにより液体供給通路内の液体の圧力が十分大きな圧力にまで増大すると、噴射デバイスの吐出用ノズルから液体噴射空間に噴射される液体の速度（噴射速度、或いは、液柱の移動速度）は十分に大きくなり、液体は表面張力により粒径が比較的小さい液滴となる。従って、このような場合は、上記構成のように、圧電素子駆動信号を発生しないようにすることにより液体噴射装置の消費電力を低減することができる。
また、前記電気制御装置は、前記電磁弁開閉用信号により前記液体供給通路内の液体の圧力が前記一定の低圧力よりも高い圧力となっているとき前記圧電素子駆動信号を発生させるとともに、前記電磁弁開閉用信号の発生開始直後において液体供給通路内の液体の圧力が増大し、その後、同圧力の増大時における圧力変化率の絶対値よりも小さい絶対値を有する圧力変化率で同液体供給通路内の液体の圧力が次第に減少するように同電磁弁開閉用信号を発生させてもよい。
これによれば、前記電磁弁開閉用信号の発生開始直後において液体供給通路内の液体の圧力が急激に増大するので、同電磁弁開閉用信号の発生により液滴の噴射が直ちに開始される。また、その後、液体供給通路内の液体の圧力は比較的緩やかに減少し続ける。従って、先に噴射された液滴の速度の方が後に噴射された液滴の速度よりも大きくなる。この結果、液滴同士が衝突して粒径の大きい液滴が形成されてしまう可能性を低減することができる。
また、前記電気制御装置は、前記液体供給通路内の液体の圧力に応じて前記圧電素子駆動信号の周波数を変化させるように構成されることが好適である。
液体供給通路内の液体の圧力の大きさは、液体吐出用ノズルから噴射される液体の速度（噴射速度）を決定付けるので、同液体の圧力が異なれば液体の微粒子化の程度も異なることになる。従って、上記構成のように、液体供給通路内の液体の圧力に応じて前記圧電素子駆動信号の周波数を変化させることにより、所望の粒径の液滴を得ることが可能となる。
この場合、前記電気制御装置は、前記液体供給通路内の液体の圧力が大きいほど前記圧電素子駆動信号の周波数が高くなるように同圧電素子駆動信号を変更することが好適である。
液体供給通路内の液体の圧力が大きいほど、液体吐出用ノズルから噴射される液体の速度は大きく、同液体吐出用ノズルから噴射される流量が大きくなる。従って、液体供給通路内の液体の圧力が大きいほど高い周波数の圧電素子駆動信号を付与することにより、同液体の圧力に拘らず微粒子化される液滴の粒径を均一とすることが可能となる。
さらに、前記電気制御装置は、前記液体供給通路内の液体の圧力が大きいほど前記圧電素子駆動信号による前記チャンバーの容積変化量を小さくするように構成されることが好適である。
液体供給通路内の液体の圧力が大きいほど液体吐出用ノズルから噴射される液体速度は大きくなるので、噴射される液体の粒径は、チャンバーの容積変化量（容積変化量の最大値、即ち、最大容積変化量）を大きくしなくても、同液体の表面張力により比較的小さくなる。従って、液体供給通路内の液体の圧力が大きいときには、チャンバーの容積変化量を小さくしても液体の粒径が過大となることがない。そこで、上記構成のように、液体供給通路内の液体の圧力が大きいほど圧電素子駆動信号による前記チャンバーの容積変化量を小さくすれば、同液体の圧力が大きいときに必要以上の容積変化を発生せしめないようにできるので（即ち、圧電／電歪素子の変形量を必要以上に大きくすることがないので）、液体噴射装置の消費電力を低減することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明による液体噴射装置（液体噴霧装置、液体供給装置、液滴吐出装置）の各実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明による液体噴射装置１０の第１実施形態の構成を概略的に示している。この液体噴射装置１０は、微粒子化された液体を必要とする機械装置としての内燃機関に適用されている。
液体噴射装置１０は、内燃機関の吸気管（又は吸気ポート）２０等により形成される燃料噴射空間２１に、内燃機関の吸気弁２２の背面に向けて、微粒子化された液体（液体燃料、例えばガソリン、以下、単に「燃料」と云うこともある。）を噴射するためのものであって、加圧手段としての加圧ポンプ（燃料ポンプ）１１、同加圧ポンプを介装した液体供給管（燃料配管）１２、液体供給管１２の前記加圧ポンプの吐出側に介装されたプレッシャレギュレータ１３、電磁開閉式吐出弁１４、燃料噴射空間２１に噴射する液体を微粒子化するために少なくともその壁面に圧電／電歪素子を形成したチャンバーと吐出用ノズルとを備えた噴射ユニット（噴霧ユニット）１５、及び電磁開閉式吐出弁１４と噴射ユニット１５とに駆動信号としての電磁弁開閉用信号とチャンバー容積変化用（圧電／電歪素子作動用）の圧電素子駆動信号とをそれぞれ供給する電気制御装置３０を備えている。
加圧ポンプ１１は、液体貯蔵タンク（燃料タンク）２３の底部に連通されるとともに同液体貯蔵タンク２３から燃料が供給される導入部１１ａと、液体供給管１２に接続された吐出部１１ｂとを備えている。この加圧ポンプ１１は、液体貯蔵タンク２３内の燃料を前記導入部１１ａから導入し、この燃料をプレッシャレギュレータ１３と電磁開閉式吐出弁１４と噴射ユニット１５とを介して（仮に、噴射ユニット１５の圧電／電歪素子が作動されていない場合であっても）液体噴射空間２１に対し噴射し得る圧力（この圧力を「加圧ポンプ吐出圧」と云う。）以上にまで加圧し、同加圧した燃料を前記吐出部１１ｂから液体供給管１２内に吐出するようになっている。
プレッシャレギュレータ１３は、図示しない配管により吸気管２１内の圧力が与えられていて、この圧力に基づいて加圧ポンプ１１により加圧された燃料の圧力を減圧（又は、調圧）し、同プレッシャレギュレータ１３と電磁開閉式吐出弁１４との間の液体供給管１２内の燃料の圧力が同吸気管２１内の圧力よりも所定（一定）圧力だけ高い圧力（この圧力を「調整圧」と云う。）となるように調整するように構成されている。この結果、電磁開閉式吐出弁１４が所定時間だけ開弁されると、同所定時間に略比例した燃料量の燃料が吸気管２１内の圧力に拘らず同吸気管２１内に噴射される。
電磁開閉式吐出弁１４は、従来より内燃機関の電気制御式燃料噴射装置に広く採用されている周知のフューエルインジェクタ（電磁開閉式噴射弁）である。図２は、この電磁開閉式吐出弁１４の正面図であって、その先端側部位を同電磁開閉式吐出弁１４の中心線を含む平面にて切断した断面で示すとともに、電磁開閉式吐出弁１４に対して固定された噴射ユニット１５を前記平面と同一の平面にて切断した断面で示している。また、図３は、図２に示された電磁開閉式吐出弁１４の先端部近傍の同電磁開閉式吐出弁１４及び噴射ユニット１５の拡大断面図である。
この電磁開閉式吐出弁１４は、図２に示したように、液体供給管１２が接続された液体導入口１４ａと、同液体導入口１４ａに連通した燃料通路１４ｂを形成する外筒部１４ｃと、電磁式開閉弁として作動するニードル弁１４ｄと、同ニードル弁１４ｄを駆動する図示しない電磁機構とを備えている。図３に示したように、外筒部１４ｃの先端中央部にはニードル弁１４ｄの先端部と略同一形状の円錐形の弁座部１４ｃ−１が設けられるとともに、同弁座部１４ｃ−１の頂部（先端部）近傍には外筒部１４ｃの内部（即ち、燃料通路１４ｂ）と外筒部１４ｃの外部とを連通する複数の吐出孔（貫通孔）１４ｃ−２が設けられている。この吐出孔１４ｃ−２は、ニードル弁１４ｄ（電磁開閉式吐出弁１４）の軸線ＣＬに対して角度θだけ傾斜している。なお、図示しないが、外筒部１４ｃを軸線ＣＬに沿う方向から見た場合、複数の吐出孔１４ｃ−２は、同一円周上において等間隔毎に設けられている。
以上の構成により、電磁開閉式吐出弁１４においては、ニードル弁１４ｄが電磁機構により駆動されて吐出孔１４ｃ−２を開閉し、同吐出孔１４ｃ−２が開放されたとき、燃料通路１４ｂ内の燃料が同吐出孔１４ｃ−２を介して吐出（噴射）される。この状態を「電磁開閉式吐出弁１４が開弁する。」と云い、ニードル弁１４ｄが吐出孔１４ｃ−２を閉鎖した状態を「電磁開閉式吐出弁１４が閉弁する。」と云う。このように吐出される燃料は、吐出孔１４−２ｃがニードル弁１４ｄの軸線ＣＬに対して傾斜していることから、同軸線ＣＬを中心線とする円錐の側面にそって広がるように（コーン状に）噴射される。
噴射ユニット１５は、図２に示したように、噴射デバイス１５Ａと、噴射デバイス固定板１５Ｂと、噴射デバイス固定板１５Ｂを保持する保持ユニット１５Ｃと、電磁開閉式吐出弁１４の先端を固定するためのスリーブ１５Ｄとを含んでいる。
噴射デバイス１５Ａは、その平面図である図４、及び図４の１−１線に沿った平面で同噴射デバイス１５Ａを切断した断面図である図５に示したように、各辺が互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸に平行に延びる略直方体形状を有し、順に積層・圧着される複数のセラミックスの薄板体（以下、「セラミックシート」と称呼する。）１５ａ〜１５ｆと、セラミックシート１５ｆの外側面（Ｚ軸正方向のＸ−Ｙ平面に沿った平面）に固着された複数の圧電／電歪素子１５ｇとからなっている。この噴射デバイス１５Ａは、内部に液体供給通路１５−１と、互いに独立した複数（ここでは各列７個で、合計１４個）のチャンバー１５−２と、各チャンバー１５−２と液体供給通路１５−１とを連通する複数の液体導入孔１５−３と、各チャンバー１５−２と噴射デバイス１５Ａの外部とを連通させるように各一端が液体噴射空間２１に実質的に露呈してなる複数の液体吐出用ノズル１５−４と、液体注入口１５−５とを備えている。
液体供給通路１５−１は、セラミックシート１５ｃに形成され、長軸及び短軸がそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に沿う長円形の切欠き部の側壁面、セラミックシート１５ｂの平面である上面、及びセラミックシート１５ｄの平面である下面により画定された空間である。
複数のチャンバー１５−２の各々は、セラミックシート１５ｅに形成され、長軸及び短軸がそれぞれＹ軸方向及びＸ軸方向に沿う長円形の切欠き部の側壁面、セラミックシート１５ｄの上面、及びセラミックシート１５ｆの下面により画定された長尺空間（長手方向を有する液体の流路部）である。各チャンバー１５−２のＹ軸方向の一の端部は、液体供給通路１５−１の上部にまで延びていて、各チャンバー１５−２は、この一の端部にてセラミックシート１５ｄに設けられた直径ｄを有する中空円筒状の液体導入孔１５−３により液体供給通路１５−１と連通している。なお、以下においては、前記直径ｄを単に「導入孔直径ｄ」とも称呼する。また、各チャンバー１５−２のＹ軸方向の他の端部は、前記液体吐出用ノズル１５−４の他端に接続されている。以上の構成により、前記チャンバー１５−２（流路部）には、液体導入孔１５−３から液体吐出用ノズル１５−４に向けて液体が流れるようになっている。
複数の液体吐出用ノズル１５−４の各々は、セラミックシート１５ａに設けられた直径がＤである中空円筒状の貫通孔であって前記液体噴射空間２１に実質的に露呈した一端（液体噴射口，液体噴射空間に露呈した開口）１５−４ａと、同液体噴射口１５−４ａからチャンバー１５−２に向かって順次大きさ（直径）が大きくなる各セラミックシート１５ｂ〜１５ｄに形成された中空円筒状の連通孔１５−４ｂ〜１５−４ｄとにより形成されている。各液体吐出用ノズル１５−４の軸線はＺ軸と平行となっている。なお、以下においては、前記直径Ｄを単に「ノズル直径Ｄ」とも称呼する。
液体注入口１５−５は、噴射デバイス１５ＡのＸ軸正方向端部でＹ軸方向の略中央部においてセラミックシート１５ｄ〜１５ｆに設けられた円筒形の貫通孔の側壁により形成された空間であり、液体供給通路１５−１と噴射デバイス１５Ａの外部とを連通するようになっている。液体注入口１５−５はセラミックシート１５ｄと１５ｃとの境界平面内にある仮想平面で液体供給通路１５−１の上部と接続されている。この仮想平面と対向する液体供給通路１５−１を構成する部分、即ち、セラミックシート１５ｂの上面は同仮想平面と平行な平面部となっている。
ここで、上記各チャンバー１５−２の形状、及び大きさについて付言すると、各チャンバー１５−２は、それぞれの長手方向（Ｙ軸方向）中央部（流路部）において、液体の流れる方向と直交する平面（Ｘ−Ｚ平面）にて切断した同流路部の断面の形状が略長方形となっている。また、長尺形状である流路部の長軸Ｌ（Ｙ軸に沿った長さ）及び短軸Ｗ（Ｘ軸に沿った長さであって、前記長方形の一辺の長さ）は、それぞれ３．５ｍｍと０．３５ｍｍであり、その高さＴ（Ｚ軸に沿った長さであって、前記長方形の一辺に直交する辺の長さ）は、０．１５ｍｍである。即ち、流路部の断面の形状である長方形において、圧電／電歪素子を備えた一辺（短軸Ｗ）の長さに対する、同一辺に直交する辺の長さ（高さＴ）の比（Ｔ／Ｗ）は、０．１５／０．３５＝０．４３であり、この比（Ｔ／Ｗ）は０より大きく１より小さいことが望ましい。このように、比（Ｔ／Ｗ）を選択すれば、圧電／電歪素子１５ｇの振動エネルギーを、チャンバー１５−２内の燃料に効率良く伝達することができる。
また、液体吐出用ノズルの端部１５−４ａの直径Ｄと、液体導入孔１５−３の直径ｄは、それぞれ０．０３１ｍｍ、０．０２５ｍｍとした。この場合、前記チャンバー１５−２の流路の断面の面積Ｓ１（＝Ｗ×Ｔ）は、液体吐出用ノズルの端部１５−４ａの断面積Ｓ２（＝π・（Ｄ／２）２）よりも大きく、且つ、液体導入孔１５−３の断面積Ｓ３（＝π・（ｄ／２）２）よりも大きいことが望ましい。また、液体の微粒子化のためには、断面積Ｓ２は断面積Ｓ３より大きいことが望ましい。
各圧電／電歪素子１５ｇは、平面視で（Ｚ軸正方向から見て）各チャンバー１５−２よりも僅かに小さく、同平面視でチャンバー１５−２の内側に配設されるようにセラミックシート１５ｆの上面（チャンバー１５−２の前記流路部の断面である四角形の一辺を含む壁面）に固着されていて、同各圧電／電歪素子１５ｇの上面及び下面に設けられた図示しない電極間に電気制御装置３０の圧電素子駆動信号発生手段（回路）によって付与される圧電素子駆動信号ＤＶ（圧電／電歪素子駆動信号ＤＶとも云う。）に基づき作動して（駆動されて）、同セラミックシート１５ｆ（チャンバー１５−２の上壁）を変形させ、これにより、チャンバー１５−２の容積をΔＶだけ変化させるようになっている。
上記セラミックシート１５ａ〜１５ｆと、その積層体の形成方法については、下記の方法を採用した。
１；粒径が０．１〜数μｍのジルコニア粉末を用いてセラミックグリーンシートを形成する。
２；このセラミックグリーンシートに対し、金型パンチとダイを用いた打ち抜き加工を施し、図５に示したセラミックシート１５ａ〜１５ｅに対応する切欠き部（チャンバー１５−２、液体導入孔１５−３、液体供給通路１５−１、液体吐出用ノズル１５−４、液体注入口１５−５（図４を参照）に対応する空隙）を形成する。
３；各セラミックグリーンシートを積層、加熱圧着後、１５５０℃−２ｈにて焼成、一体化する。
こうして出来あがったセラミックシートの積層体のチャンバー部分に相当する個所の上面に、電極に挟持された圧電／電歪素子１５ｇを形成する。以上により、噴射デバイス１５Ａが作製される。このように噴射デバイス１５Ａをジルコニアセラミックスで一体的に形成すれば、ジルコニアセラミックスの特性により、圧電／電歪素子１５ｇによる壁面１５ｆの頻繁な変形に対して高い耐久性を維持し得るとともに、複数の液体吐出用ノズル１５−４，１５−４…を有する液体噴射デバイスを、全長で数ｃｍ以下という小ささで実現でき、且つ、安価に容易に製造することが可能になる。
かかる噴射デバイス１５Ａは、図２及び図３に示したように、噴射デバイス固定板１５Ｂに固定されている。この噴射デバイス固定板１５Ｂは、平面視において噴射デバイス１５Ａよりも僅かだけ大きい長方形状を有するとともに、噴射デバイス１５Ａを固定した状態において、同噴射デバイス１５Ａの各液体噴射口１５−４ａに対向する位置に図示しない貫通孔を備え、この貫通孔を介して各液体噴射口１５−４ａを外部に露呈させるようになっている。また、噴射デバイス固定板１５Ｂは、その周辺部において保持ユニット１５Ｃに固定・保持されている。
保持ユニット１５Ｃは、平面視における外形が前記噴射デバイス固定板１５Ｂと同一形状を有し、図１に示したように、その周辺部において図示しないボルトにより内燃機関の吸気管２０に固定されるようになっている。この保持ユニット１５Ｃは、図２に示したように、その中央部に電磁開閉式吐出弁１４の外筒部１４ｃの直径よりも僅かに大きい直径の貫通孔を有していて、その貫通孔に外筒部１４ｃが挿入されるようになっている。
スリーブ（密閉空間形成部材）１５Ｄは、図２及び図３に示したように、その内径が電磁開閉式吐出弁１４の外筒部１４ｃの外径と等しく、その外径が保持ユニット１５Ｃの前記貫通孔の内径と等しい円筒形状を有している。スリーブ１５Ｄの一端は閉塞され、他端は開放されていて、図３に示したように、前記閉塞された端部の中央には噴射デバイス１５Ａの液体注入口１５−５と略等しい径を有する開口１５Ｄ−１が設けられている。また、開口１５Ｄ−１を形成する内周側壁面であって前記閉塞された端部の外側には、Ｏリング溝１５Ｄ−１ａが形成されている。
そして、電磁開閉式吐出弁１４の外筒部１４ｃは、スリーブ１５Ｄの開放端側から同スリーブ１５Ｄの閉塞端の内側に当接するまで圧入され、スリーブ１５Ｄは保持ユニット１５Ｃの前記貫通孔内に圧入される。このとき、前記Ｏリング溝１５Ｄ−１ａに挿入されたＯリング１６は、噴射デバイス１５Ａのセラミックシート１５ｆに当接される。
以上により、電磁開閉式吐出弁１４と噴射ユニット１５とが一体に組み付けられ、電磁開閉式吐出弁１４の吐出孔１４ｃ−２（吐出孔１４ｃ−２が形成されている電磁開閉式噴射弁１４の外筒部１４ｃの閉塞端面（閉塞端面外側）、又は、円筒状の外筒部１４ｃの吐出孔１４ｃ−２形成面外側と言うこともできる部分）と噴射デバイス１５Ａの液体注入口１５−５との間に、中空円筒状の密閉空間が形成される。また、この状態で、スリーブ１５Ｄの開口（中空円筒状密閉空間）１５Ｄ−１の中心軸線は、噴射デバイス１５Ａの液体注入口１５−５の中心軸線と一致せしめられるとともに、ニードル弁１４ｄの中心軸線ＣＬと一致せしめられる。以上、説明したように、スリーブ１５Ｄは、前記電磁開閉式吐出弁１４の吐出孔１４ｃ−２と前記噴射デバイス１５Ａの液体注入口（液体注入部）１５−５との間に配置され、同吐出孔１４ｃ−２と同液体注入口１５−５との間に同液体注入口１５−５と実質的に同径で、同液体注入口１５−５及びニードル弁１４ｄの各中心軸線ＣＬと中心軸線が一致した中空円筒状の密閉空間を形成するようになっている。
また、前述したように、前記吐出孔１４ｃ−２はニードル弁１４ｄの軸線（従って、中空円筒状密閉空間の軸線）ＣＬに対して角度θだけ傾斜しているから、電磁開閉式吐出弁１４から吐出される燃料はスリーブ１５Ｄの開口１５Ｄ−１の内部（即ち、前記中空円筒状の密閉空間）において噴射デバイス１５Ａに近づくにつれて軸線ＣＬに対し角度θを持って広がる。換言すると、吐出孔１４ｃ−２から吐出された燃料の前記中空円筒状密閉空間の中心軸線ＣＬからの距離が、吐出孔１４ｃ−２から前記液体注入口１５−５に向う距離の増大に伴って増大する。
そして、本実施形態においては、そのように吐出される燃料が、スリーブ１５Ｄの開口１５Ｄ−１（即ち、前記中空円筒状の密閉空間）を形成する内周壁面（Ｏリング溝１５Ｄ−１ａの内周壁面を除く）、及びその内周壁面を液体供給通路１５−１の前記平面部（セラミックシート１５ｂの上面）まで仮想的に延長して形成される壁面ＷＰ（図３において二点鎖線の仮想線により示す）に到達する前に、液体供給通路１５−１の同平面部に到達するように、前記角度θが決定されている。
換言すると、前記電磁開閉式吐出弁１４は、前記吐出孔１４ｃ−２から吐出される液体の吐出流線（図３に一点鎖線ＤＬで示す）が、前記スリーブ１５Ｄの密閉空間を構成する中空円筒の側壁１５Ｄ−１及び同側壁１５Ｄ−１を前記液体供給通路１５−１の平面部まで仮想的に延長した側壁ＷＰと交差することなく同液体供給通路１５−１の平面部と直接交差するように配置構成されている。
以上の構成により、電磁開閉式吐出弁１４の吐出孔１４ｃ−２から液体注入口１５−５を介して液体供給通路１５−１に吐出・供給された燃料は、各液体導入孔１５−３を介して各チャンバー１５−２内に導入される。そして、燃料は、各チャンバー１５−２内において振動エネルギーが与えられ、液体吐出用ノズル１５−４を介して液体噴射口１５−４ａから噴射デバイス固定板１５Ｂの貫通孔を介して微細な（微粒子化された）液滴として吸気管２０内に噴射される。
電気制御装置３０は、図６に示したように、エンジン電子制御ユニット３１と、エンジン電子制御ユニット３１に接続された燃料噴射電子制御回路３２とを備えている。
エンジン電子制御ユニット３１は、エンジン回転速度センサ３３、及び吸気管圧力センサ３４等のセンサと接続されていて、これらのセンサからエンジン回転速度Ｎや吸気管圧力Ｐを入力して内燃機関に必要な燃料量及び噴射開始タイミングを決定するとともに、同決定した燃料量及び噴射開始タイミングに関する駆動電圧信号を燃料噴射電子制御回路３２に送出するようになっている。
燃料噴射電子制御回路３２は、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａ、電磁開閉式吐出弁駆動回路部３２ｂ、及び圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃを備えている。燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、エンジン電子制御ユニット３１からの前記駆動電圧信号を受信し、この受信した駆動電圧信号に基く制御信号を電磁開閉式吐出弁駆動回路部３２ｂ及び圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃに送出するようになっている。
電磁開閉式吐出弁駆動回路部３２ｂは、タイムチャートである図７に示したように、矩形波の電磁弁開閉用信号ＩＮＪを電磁開閉式吐出弁１４の図示しない電磁機構に出力するようになっている。電磁弁開閉用信号ＩＮＪが発生されると（即ち、ハイレベル信号（開弁信号）となると）、電磁開閉式吐出弁１４のニードル弁１４ｄが移動せしめられて吐出孔１４ｃ−２を開放するので、電磁開閉式吐出弁１４から噴射デバイス１５Ａの液体注入口１５−５を介して液体供給通路１５−１内に燃料が吐出される。これに対し、電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生が停止されると（即ち、ローレベル信号（閉弁信号）となると）、ニードル弁１４ｄが吐出孔１４ｃ−２を閉鎖するので、燃料の液体供給通路１５−１内への吐出が停止される。
圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃは、図７に示したように、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａからの制御信号に基いて、圧電／電歪素子１５ｇの図示しない電極間に周波数ｆ（周期Ｔ＝１／ｆ）の圧電素子駆動信号ＤＶを出力するようになっている。この圧電素子駆動信号ＤＶは、０（Ｖ）から所定の最大電位Ｖｍａｘ（Ｖ）まで急激に増大し、その後同最大電位Ｖｍａｘを短時間だけ維持した後、急激に０（Ｖ）に向かって減少する波形を有している。
前記圧電素子駆動信号ＤＶの駆動周波数ｆは、チャンバー１５−２の構造、液体吐出用ノズル１５−４の構造、ノズル直径Ｄ、導入孔直径ｄ、圧電／電歪素子１５ｇのセラミックシート１５ｆの変形を発生させる部分の形状、及び液体の種類等により決定される噴射デバイス１５Ａの共振周波数（固有振動数）と等しい、例えば、５０ｋＨｚ近傍の周波数に設定されている。
なお、電磁弁開閉用信号ＩＮＪが発生されている（ハイレベル信号となっている）状態が継続すると、液体供給通路１５−１内の液体の圧力は一定の高圧力に収束し、液体は液体吐出用ノズル１５−４から噴射され続ける。また、電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生が停止されている（ローレベル信号となっている）状態が継続すると、液体供給通路１５−１内の液体の圧力は一定の低圧力に収束する。このとき、液体は、液体吐出用ノズル１５−４から噴射されることはない。
ここで、上記電磁開閉式吐出弁駆動回路部３２ｂ及び上記圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃの構成及び作動について、図７及びこれらの電気回路図である図８を参照しながら詳細に説明する。
電磁開閉式吐出弁駆動回路部３２ｂは、図８に示したように、２個のシュミットトリガ回路ＳＴ１，ＳＴ２、３個の電界効果トランジスタ（ＭＯＳ  ＦＥＴ）ＭＳ１〜ＭＳ３、複数の抵抗ＲＳＴ１，ＲＳＴ２，ＲＳ１〜ＲＳ４、及び１個のコンデンサＣＳを含んで構成されている。このうち、抵抗ＲＳＴ１，ＲＳＴ２は、それぞれシュミットトリガ回路ＳＴ１，ＳＴ２の出力電流制限用抵抗である。
図７に示したように、エンジン電子制御ユニット３１から燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａに対してローレベル信号からハイレベル信号に変化する駆動電圧信号ＩＮＪが送出されると、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａからシュミットトリガ回路ＳＴ１にハイレベル信号からローレベル信号に変化する信号（図示省略）が送出される。また、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａからシュミットトリガ回路ＳＴ２にローレベル信号からハイレベル信号に変化する信号（図示省略）が送出される。
これにより、シュミットトリガ回路ＳＴ１はハイレベル信号を出力する。従って、電界効果トランジスタＭＳ３はオン状態（導通状態）となり、この結果、電界効果トランジスタＭＳ１もオン状態となる。また、シュミットトリガ回路ＳＴ２はローレベル信号を出力するようになるので、電界効果トランジスタＭＳ２はオフ状態（非導通状態）となる。
これにより、電源電圧ＶＰ１がコンデンサＣＳ及び電磁開閉式吐出弁１４（の電磁機構）に印加され、コンデンサＣＳが充電される。このとき、電磁開閉式吐出弁１４には電流が流れ、インダクタ成分による所定の遅れ時間（所謂、無効噴射時間）Ｔｄの経過後にニードル弁１４ｄが移動を開始する。この結果、電磁開閉式吐出弁１４から液体供給通路１５−１への液体の吐出が開始し、液体供給通路１５−１内の液体圧力が一定の低圧力から上昇を開始する。
一方、エンジン電子制御ユニット３１から燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａに対してハイレベル信号からローレベル信号に変化する駆動電圧信号ＩＮＪが送出されると、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａからシュミットトリガ回路ＳＴ１にローレベル信号からハイレベル信号に変化する信号（図示省略）が送出される。また、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａからシュミットトリガ回路ＳＴ２にハイレベル信号からローレベル信号に変化する信号（図示省略）が送出される。
これにより、シュミットトリガ回路ＳＴ１はローレベル信号を出力する。従って、電界効果トランジスタＭＳ３はオフ状態となるので、電界効果トランジスタＭＳ１はオフ状態となる。また、シュミットトリガ回路ＳＴ２はハイレベル信号を出力するようになるので、電界効果トランジスタＭＳ２はオン状態となる。この結果、電源電圧ＶＰ１がコンデンサＣＳ及び電磁開閉式吐出弁１４（の電磁機構）に印加されなくなるとともに、コンデンサＣＳは電界効果トランジスタＭＳ２を介して接地され、同コンデンサＣＳに充電されていた電荷が放電される。このため、電磁開閉式吐出弁１４の通電が停止され、電界効果トランジスタＭＳ２がオン状態となってから所定の時間後にニードル弁１４ｄが初期位置に向けて移動を開始する。従って、電磁開閉式吐出弁１４から液体供給通路１５−１への液体の吐出量が減少し、この結果、液体供給通路１５−１内の液体圧力が前記一定の高圧力から前記一定の低圧力に向けて減少する。
以上が電磁開閉式吐出弁駆動回路部３２ｂの作動である。なお、コンデンサＣＳは電磁開閉式吐出弁１４の電磁機構に電源電圧ＶＰ１を印加したとき、同電磁機構に印加される電圧を保持するように機能している。次に、圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃについて説明する。
圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃは、図８に示したように、２個のシュミットトリガ回路ＳＴ１１，ＳＴ１２、３個の電界効果トランジスタ（ＭＯＳ  ＦＥＴ）ＭＳ１１〜ＭＳ１３、複数の抵抗ＲＳＴ１１，ＲＳＴ１２，ＲＳ１１〜ＲＳ１４、及び２個のコイルＬ１，Ｌ２を含んで構成されている。このうち、抵抗ＲＳＴ１１，ＲＳＴ１２は、それぞれシュミットトリガ回路ＳＴ１１，ＳＴ１２の出力電流制限用抵抗である。
図７に示したように、エンジン電子制御ユニット３１から燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａに対してローレベル信号からハイレベル信号に変化する信号が送出されると、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、この信号に基いて周期Ｔ（周波数ｆ＝１／Ｔ）の経過毎に、シュミットトリガ回路ＳＴ１１に対し一定幅のパルス（一定の電圧から所定時間だけ０（Ｖ）となり、その後同一定の電圧に復帰する方形波）を制御信号（図示省略）として出力する。また、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、シュミットトリガ回路ＳＴ１２に対し、シュミットトリガ回路ＳＴ１１への制御信号から僅かに遅れて同様なパルスを制御信号として出力する。
いま、シュミットトリガ回路ＳＴ１１に対してパルスが入力されると、シュミットトリガ回路ＳＴ１１はハイレベル信号を出力する。従って、電界効果トランジスタＭＳ１３はオン状態となり、この結果、電界効果トランジスタＭＳ１１もオン状態となる。この時点では、シュミットトリガ回路ＳＴ１２はローレベル信号を出力しているので、電界効果トランジスタＭＳ１２はオフ状態を維持している。これにより、電源電圧ＶＰ２がコイルＬ１及び抵抗ＲＳ１１を介して圧電／電歪素子１５ｇに印加されるので、同圧電／電歪素子１５ｇがセラミックシート１５ｆを変形させ、チャンバー１５−２の容積が減少する。
その後、シュミットトリガ回路ＳＴ１１に入力されているパルスが消滅する。これにより、シュミットトリガ回路ＳＴ１１はローレベル信号を出力するようになるので、電界効果トランジスタＭＳ１３及びＭＳ１１がともにオフ状態となる。この時点でも、シュミットトリガ回路ＳＴ１２にはパルスは入力されない。従って、シュミットトリガ回路ＳＴ１２はローレベル信号を出力しているため、電界効果トランジスタＭＳ１２はオフ状態を維持している。この結果、圧電／電歪素子１５ｇは充電された電荷を保持し、同圧電／電歪素子１５ｇの電極間電位は最大値Ｖｍａｘに維持される。
その後、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、前述したパルスをシュミットトリガ回路ＳＴ１２のみに入力する。これにより、シュミットトリガ回路ＳＴ１２はハイレベル信号を出力するようになるので、電界効果トランジスタＭＳ１２はオン状態となる。この結果、圧電／電歪素子１５ｇは抵抗ＲＳ１２、コイルＬ２、及び電界効果トランジスタＭＳ１２を介して接地され、圧電／電歪素子１５ｇに充電されていた電荷が放電される。このため、圧電／電歪素子１５ｇは初期の形状に復帰し始め、チャンバー１５−２の容積は増大する。
前述したように、このような作動は、周期Ｔ（周波数ｆ＝１／Ｔ）の経過毎に繰り返され、これにより、チャンバー１５−２内の液体に振動エネルギーが伝達される。以上が、圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃの作動である。
なお、本明細書において、「電磁弁開閉用信号ＩＮＪを発生する」とは、電磁弁１４に電界効果トランジスタＭＳ１等を介して電源電圧ＶＰ１を印加することを云い、「電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生を停止する」とは電磁弁１４への同電源電圧ＶＰ１の印加を停止することを云う。また、「圧電素子駆動信号ＤＶを発生する」とは、圧電／電歪素子１５ｇを上記周波数ｆ（周期Ｔ）で充放電することを云い、「圧電素子駆動信号ＤＶの発生を停止する」とは圧電／電歪素子１５ｇに対して繰り返される上記充放電を停止すること（即ち、圧電／電歪素子１５ｇを電界効果トランジスタＭＳ１２を介して接地し続けることを開始すること）を云う。
次に、上記のように構成した液体噴射装置１０の作動について、図９のタイムチャートを参照しながら説明する。エンジン電子制御ユニット３１は、エンジン回転速度Ｎ、及び吸気管圧力Ｐ等のエンジン運転状態に基づいて電磁開閉式吐出弁１４を開弁させている時間（燃料吐出時間Ｔｆｕｅｌ）を決定するとともに、同電磁開閉式吐出弁１４を開弁させ始めるタイミング（開弁タイミング）を決定する。ここでは、今回の開弁タイミングが図９の時点ｔ２であるとする。
そして、エンジン電子制御ユニット３１は、時点ｔ２から僅かな時間（電磁開閉式吐出弁１４の電磁機構が有するインダクタンスに起因する遅れ時間である、所謂、無効噴射時間Ｔｄ）だけ前の時点ｔ１よりも更に所定時間だけ前の時点ｔ０になったとき、圧電／電歪素子１５ｇの作動開始指示信号を燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａに送出する。また、時点ｔ１となると、同時点ｔ１から無効噴射時間Ｔｄと上記決定した燃料吐出時間Ｔｆｕｅｌの合計時間が経過するまで、駆動電圧信号を燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａに送出する。
燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、前記圧電／電歪素子１５ｇの作動開始指示信号を受信すると、圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃに制御信号を送出し、時点ｔ０から前述した周波数ｆの圧電素子駆動信号ＤＶを圧電／電歪素子１５ｇの電極間に対して発生する。また、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、前記駆動電圧信号を受信すると、電磁開閉式吐出弁駆動回路部３２ｂに制御信号を送出し、時点ｔ１から電磁弁開閉用信号ＩＮＪ（ハイレベル信号）を電磁開閉式吐出弁１４に対して発生する。
時点ｔ１から僅かに遅れた時点ｔ２となると（即ち、電磁開閉式吐出弁１４の無効噴射時間Ｔｄが経過すると）、ニードル弁１４ｄが移動されるために吐出孔１４ｃ−２が開放され（即ち、電磁開閉式吐出弁１４が開弁され）、燃料通路１４ｂ内の燃料が吐出孔１４ｃ−２からスリーブ１５Ｄの中空円筒状密閉空間、及び噴射デバイス１５Ａの液体注入口１５−５を介して同噴射デバイス１５Ａの液体供給通路１５−１内に吐出・供給され始める。この結果、液体供給通路１５−１内の液体の圧力は、図９（Ｂ）に示したように上昇を開始する。
そして、時点ｔ２以降において、チャンバー１５−２内の燃料の圧力が十分な圧力（燃料噴射空間２１に燃料を噴射するのに十分な圧力）まで上昇すると、図１０に示したように、燃料は液体噴射口１５−４ａの端面から吸気管２０内の液体噴射空間２１に向けて押し出される（噴射される）。このとき、圧電／電歪素子１５ｇの作動による振動エネルギーが同チャンバ−１５−２内において燃料に加えられているから、同燃料にくびれ部が発生し、同燃料はその先端部において同くびれ部からちぎれるように離脱する。この結果、均一で精細に微粒子化された燃料が吸気管２１内に噴射される。
このように、電気制御装置３０は、電磁弁開閉用信号ＩＮＪを発生させることにより液体供給通路内１５−１の液体の圧力が時点ｔ２にて前記一定の低圧力から増大を開始する直前の時点ｔ０から圧電素子駆動信号ＤＶの発生を開始する。
従って、噴射デバイス１５Ａの液体吐出用ノズル１５−４から液体の噴射が開始される可能性がある時点では、既に圧電素子駆動信号ＤＶにより圧電／電歪素子１５ｇが駆動されて液体に振動エネルギーが加わっている。この結果、液体の噴射当初から確実に微粒子化した液滴を噴射することができる。
時点ｔ１から前記決定された無効噴射時間Ｔｄと燃料吐出時間Ｔｆｕｅｌの合計時間が経過してエンジン電子制御ユニット３１からの駆動電圧信号が消滅する時点ｔ３となると、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは電磁開閉式吐出弁駆動回路部３２ｂに再び制御信号を送出し、同電磁開閉式吐出弁駆動回路３２ｂにより電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生を停止する。
また、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、時点ｔ３よりも所定時間だけ遅れた時点であって、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が電磁開閉式吐出弁１４が閉弁しているときの定常的な圧力である前記一定の低圧力に低下する時点ｔ４（時点ｔ３の直後の時点ｔ４）まで圧電素子駆動信号ＤＶの圧電／電歪素子１５ｇへの印加を継続し、同時点ｔ４にて圧電素子駆動信号ＤＶの発生を停止する。
このように、電気制御装置３０は、電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生の停止により液体供給通路１５−１内の液体の圧力が前記一定の低圧力に減少した直後の時点ｔ４まで圧電素子駆動信号ＤＶの発生を継続する。
電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生が停止された時点ｔ３から暫くの間は、液体供給通路１５−１内の液体の圧力は前記一定の低圧力よりも高い圧力となっているから、噴射デバイス１５Ａの液体吐出用ノズル１５−４から液体の噴射が行われ続ける。従って、電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生の停止により液体供給通路１５−１内の液体の圧力が前記一定の低圧力に減少した時点の直後の時点ｔ４まで圧電素子駆動信号ＤＶを発生させておく。
これにより、電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生が停止された時点ｔ３より後の時点であって噴射デバイス１５Ａの液体吐出用ノズル１５−４から液体の噴射が行われ続けている時点においては、圧電素子駆動信号ＤＶにより圧電／電歪素子１５ｇが駆動され続けるので、液体に振動エネルギーを加えておくことができる。この結果、電磁弁開閉用信号ＩＮＪの消滅後（発生の停止後）においても液体が液体噴射空間２１に噴射されなくなるまで、同液体を確実に微粒子化して噴射することができる。
なお、上記実施形態において、電磁開閉式吐出弁１４から吐出される液体の単位時間あたりの吐出量（吐出流量）をＱ（ｃｃ／分）とし、電磁開閉式吐出弁１４から噴射デバイス１５Ａの吐出用ノズル１５−４の先端までの間に形成される液体流路の体積をＶ（ｃｃ）とするとき、その比（Ｖ／Ｑ）が０．０３以下となるように構成しておくことが好適である。
ここで、前記体積Ｖは、スリーブ１５Ｄが形成する中空円筒状密閉空間、液体注入口１５−５、液体供給通路１５−１、チャンバー１５−２、液体導入孔１５−３、及び液体吐出用ノズル１５−４の体積の総和である。
また、図９に示したように、電磁弁開閉用信号ＩＮＪがハイレベル信号となっている時間を内燃機関の吸気弁２２が開弁している時間内のみとなるように設定することが好適である。このようにすれば、液体噴射装置１０により噴射された燃料が吸気弁２２に到達したときには同吸気弁２２が開弁しており、同燃料が吸気弁２２の背面などに付着することなく直接的に気筒内に吸入されるように構成することができ、微粒子化して噴射された燃料が直接気筒内に吸入されることになる。この結果、噴射された燃料が吸気弁２２や吸気管２０の壁面に付着することがないので、内燃機関の燃費の向上、及び排出ガス中の未燃ガス量の低減を図ることができる。
なお、液体吐出用ノズル１５−４から噴射される微粒子化された燃料（液滴、噴霧滴）の速度を、吸気弁２２のリフト量、及び／又は吸気管内の吸気流速（風速）に応じて変更することが好適である。これによれば、微粒子化されて噴射された燃料が、壁面に一層付着することなく、直接に気筒内に吸入されるようにすることができる。液体吐出用ノズル１５−４から噴射される微粒子化された燃料の速度は、圧電／電歪素子１５ｇに対する圧電素子駆動信号ＤＶの波形（特に、同信号ＤＶの上昇速度、又は最高電圧）を変更すること、又は、電磁開閉式吐出弁１４に供給される燃料の圧力（燃圧）を変更することにより、変更することができる。また、その燃圧は、プレッシャレギュレータ１３の調整圧を変更すること、あるいは、プレッシャレギュレータ１３を備えない場合等においては、加圧ポンプ吐出圧を変更することにより、変更することができる。
次に、本発明による液体噴射装置１０の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る液体噴射装置１０は、第１実施形態に係る液体噴射装置１０に対して、電磁弁開閉用信号ＩＮＪ及び圧電素子駆動信号ＤＶの発生のさせ方を異ならせた点においてのみ相違している。従って、以下、係る相違点を中心としてタイムチャートである図１１を参照しながら説明する。
第２実施形態においては、電磁開閉式吐出弁１４が開弁することにより、液体供給通路１５−１内の液体圧力が前記一定の高圧力となって安定している期間（図１１の時点ｔ１３〜ｔ１５の期間）、圧電／電歪素子１５ｇの作動（同圧電／電歪素子１５ｇの作動による燃料の微粒子化）を停止する。
より具体的に述べると、図１１の（Ａ）に示したエンジン電子制御ユニットからの駆動電圧信号が時点ｔ１１にて発生されると、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは電磁開閉式吐出弁駆動回路部３２ｂに電磁弁開閉用信号ＩＮＪを発生させる。これにより、上記無効噴射時間Ｔｄの経過後である時点ｔ１２にて電磁開閉式吐出弁１４が開弁するので、図１１（Ｃ）に示したように、液体供給通路１５−１内の液体の圧力は上昇を開始する。
また、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、時点ｔ１１から無効噴射時間Ｔｄが経過した時点ｔ１２となったか否かをモニターし、同時点ｔ１２になったと判定すると圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃに圧電素子駆動信号ＤＶを発生させる。その後、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が前記所定の一定の高圧力になる時点ｔ１３となると、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃに圧電素子駆動信号ＤＶの発生を停止させる。時点ｔ１２〜ｔ１３の時間は予め定められ、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａ内に記憶されている。
なお、液体供給通路１５−１内の液体圧力を検出する圧電／電歪素子を別途設置するとともに、同圧電／電歪素子の信号を燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａに入力し、この圧電／電歪素子の信号に基いて液体供給通路１５−１内の液体圧力が前記所定の高圧力となったことを検出した時点で圧電素子駆動信号ＤＶの発生を停止させるように同燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａを構成してもよい。
その後、時点ｔ１４にてエンジン電子制御ユニットからの駆動電圧信号が消滅すると、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは電磁開閉式吐出弁駆動回路部３２ｂに電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生を停止させる。これにより、時点ｔ１４から僅かな時間だけ後の時点ｔ１５（即ち、コンデンサＣＳの放電が進んで電磁開閉式吐出弁１４が閉弁を開始する時点）にて、電磁開閉式吐出弁１４が閉弁を開始するので、図１１（Ｃ）に示したように、液体供給通路１５−１内の液体の圧力は減少を開始する。
一方、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、時点ｔ１４から予め定められた所定の時間が経過した時点ｔ１５となったか否かをモニターし、同時点ｔ１５になったと判定すると圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃに圧電素子駆動信号ＤＶを再び発生させる。その後、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が前記所定の一定の低圧力になる時点ｔ１６となると、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃに圧電素子駆動信号ＤＶの発生を停止させる。時点ｔ１５〜ｔ１６の時間は予め定められ、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａ内に記憶されている。
なお、この場合においても、液体供給通路１５−１内の液体圧力を検出する圧電／電歪素子を別途設置するとともに、同圧電／電歪素子の信号を燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａに入力し、この圧電／電歪素子の信号に基いて液体供給通路１５−１内の液体圧力が前記一定の低圧力となったことを検出した時点で圧電素子駆動信号ＤＶの発生を停止させるように同燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａを構成してもよい。
以上、説明したように、第２実施形態に係る液体噴射装置１０は、前記電気制御装置３０が電磁弁開閉用信号ＩＮＪにより液体供給通路１５−１内の液体の圧力が一定の高圧力となっている期間（時点ｔ１３〜ｔ１５）において圧電素子駆動信号ＤＶを発生しないように構成されている。
電磁弁開閉用信号ＩＮＪが発生されることにより液体供給通路１５−１内の液体の圧力が十分大きな圧力（前記一定の高圧力）にまで増大すると、噴射デバイス１５Ａの液体吐出用ノズル１５−４から液体噴射空間２１に噴射される液体の速度（噴射速度、或いは、液柱の移動速度）は十分に大きくなり、液体は表面張力により粒径が比較的小さい液滴となる。従って、このような場合（時点ｔ１３〜ｔ１５）は、本第２実施形態のように、圧電素子駆動信号ＤＶを発生しないようにすることで、液体噴射装置１０の消費電力を低減することができる。
次に、本発明による液体噴射装置１０の第３実施形態について説明する。第３実施形態に係る液体噴射装置１０は、第１実施形態に係る液体噴射装置１０に対して、電磁弁開閉用信号ＩＮＪ及び圧電素子駆動信号ＤＶの発生のさせ方を異ならせた点においてのみ相違している。従って、以下、係る相違点を中心としてタイムチャートである図１２を参照しながら説明する。なお、図１２の（Ｂ）は、後述する電磁弁開閉用信号ＩＮＪのデューティ比（又は、平均電流）を示している。
第３実施形態においては、電磁開閉式吐出弁１４の開弁に基いて液体供給通路１５−１内の液体の圧力が前記一定の低圧力よりも高い圧力となっているとき、換言すると、液体吐出用ノズル１５−４から液体が噴射される可能性があるとき、圧電素子駆動信号ＤＶを発生させ続ける。また、電磁弁開閉用信号ＩＮＪは、その発生開始直後において液体供給通路１５−１内の液体の圧力が急激に増大し、その後、同圧力の増大時における圧力変化率の絶対値よりも小さい絶対値を有する圧力変化率で同液体供給通路１５−１内の液体の圧力が次第に（緩やかに、徐々に）減少（暫減）するように、発生せしめられる。
より具体的に述べると、図１２の（Ａ）に示したエンジン電子制御ユニット３１からの駆動電圧信号が時点ｔ２１にて発生されると、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは電磁開閉式吐出弁駆動回路部３２ｂに電磁弁開閉用信号ＩＮＪを発生させる。このとき、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、時点ｔ２１及び時点ｔ２１の直後において、電磁開閉式吐出弁駆動回路部３２ｂの電界効果トランジスタＭＳ１が連続的にオン状態を維持し、電界効果トランジスタＭＳ２が連続的にオフ状態を維持するように、各シュミットトリガ回路ＳＴ１，ＳＴ２に制御信号を発生する。換言すると、電磁開閉式吐出弁１４に対し、所定の周期Ｔｐの間に０（Ｖ）と電源電圧ＶＰ１（Ｖ）との間で変化するパルス状の電圧であって、そのデューティ比（＝（ＶＰ１（Ｖ）である時間）／Ｔｐ）が１００％である電圧を付与する。以下、このデューティ比を、単に「電磁弁開閉用信号ＩＮＪのデューティ比」と称呼する。
これにより、無効噴射時間Ｔｄの経過後である時点ｔ２２にて電磁開閉式吐出弁１４のニードル弁１４ｄが最大移動位置に向けて移動を開始し、吐出孔１４ｃ−２が開放され始めるので、図１２（Ｃ）に示したように、液体供給通路１５−１内の液体の圧力は所定の増大率α１で急激に上昇を開始する。また、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、時点ｔ２２から圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃに圧電素子駆動信号ＤＶを発生させる。
その後、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が前記一定の高圧力になる時点ｔ２３となると、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、電磁開閉式吐出弁１４に印加されている電磁弁開閉用信号ＩＮＪの前記デューティ比を次第に減少させる。この結果、電磁式開閉吐出弁１４のニードル弁１４ｄが初期位置に向けて徐々に移動し始めるので、吐出孔１４ｃ−２の開口面積が次第に減少する。従って、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が所定の減少率α２で減少を開始する。このとき減少率α２の絶対値は増大率α１の絶対値よりも小さくなる。
その後、時点ｔ２４にてエンジン電子制御ユニット３１からの駆動電圧信号が消滅すると、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは電磁開閉式吐出弁１４に印加されている電磁弁開閉用信号ＩＮＪの前記デューティ比を更に急激に減少させる。そして、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、電磁開閉式吐出弁１４に印加されている電磁弁開閉用信号ＩＮＪの前記デューティ比が０％となる時点ｔ２５にて同電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生を停止する。
この結果、時点ｔ２４から、電磁式開閉吐出弁１４のニードル弁１４ｄが初期位置に向けてより速く移動するので、吐出孔１４ｃ−２の開口面積が急激に減少する。従って、液体供給通路１５−１内の液体の圧力は、時点ｔ２４より後の時点ｔ２６から前記減少率α２の絶対値よりも大きい絶対値を有する所定の減少率α３で急激な減少を開始し、時点ｔ２７にて前記一定の低圧力となる。なお、時点ｔ２４から時点ｔ２６までの時間は、ニードル弁１４ｄの作動遅れにより生じるである。
一方、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、時点ｔ２２から圧電素子駆動信号ＤＶを発生させ続けていて、時点２４から予め定められている時間が経過する時点ｔ２７にて同圧電素子駆動信号ＤＶの発生を停止する。
なお、この場合においても、液体供給通路１５−１内の液体圧力を検出する圧電／電歪素子を別途設置するとともに、同圧電／電歪素子の信号を燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａに入力し、この圧電／電歪素子の信号に基いて液体供給通路１５−１内の液体圧力が前記一定の低圧力となったことを検出した時点で圧電素子駆動信号ＤＶの発生を停止させるように同燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａを構成してもよい。
以上、説明したように、第３実施形態に係る液体噴射装置１０は、前記電気制御装置３０が、電磁弁開閉用信号ＩＮＪにより液体供給通路１５−１内の液体の圧力が一定の低圧力よりも高い圧力となっているとき（時点ｔ２２〜ｔ２７）、圧電素子駆動信号ＤＶを発生させるとともに、電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生開始直後（時点ｔ２２〜ｔ２３）において液体供給通路１５−１内の液体の圧力が増大し、その後、同圧力の増大時における圧力変化率α１の絶対値（｜α１｜）よりも小さい絶対値（｜α２｜）を有する圧力変化率α２で同液体供給通路１５−１内の液体の圧力が次第に減少するように同電磁弁開閉用信号ＩＮＪを発生させるように構成されている。
これによれば、電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生開始直後（時点ｔ２２〜ｔ２３）において液体供給通路１５−１内の液体の圧力が急激に増大するので、同電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生により液滴の噴射が直ちに開始される。また、その後、液体供給通路１５−１内の液体の圧力は比較的緩やかに（減少率α２で）減少し続ける。従って、先に噴射された液滴の速度の方が後に噴射された液滴の速度よりも大きくなる。この結果、液体吐出用ノズル１５−４から噴射された液滴同士が液体噴射空間２１内で衝突して粒径の大きい液滴が形成されてしまう可能性を低減することができる。
次に、本発明による液体噴射装置１０の第４実施形態について説明する。第４実施形態に係る液体噴射装置１０は、第１実施形態に係る液体噴射装置１０に対して、電磁弁開閉用信号ＩＮＪ及び圧電素子駆動信号ＤＶの発生のさせ方を異ならせた点においてのみ相違している。従って、以下、係る相違点を中心としてタイムチャートである図１３を参照しながら説明する。
第４実施形態においては、電磁開閉式吐出弁１４の開弁及び閉弁により液体供給通路１５−１内の液体の圧力が増大及び減少しているときは、同液体の圧力が前記一定の高圧力となっているときよりも、圧電素子駆動信号ＤＶの周波数ｆが低い値に設定される。換言すると、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が前記一定の高圧力より小さいときは、チャンバー１５−２の容積変化の周期が長い時間に設定される。
より具体的に述べると、エンジン電子制御ユニット３１からの駆動電圧信号が時点ｔ３１にて発生されると、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは電磁開閉式吐出弁駆動回路部３２ｂに電磁弁開閉用信号ＩＮＪを発生させる。これにより、無効噴射時間Ｔｄか経過した時点ｔ３２にて液体供給通路１５−１内の液体の圧力が上昇を開始し、時点ｔ３３にて前記一定の高圧力となる。
かかる液体圧力上昇期間（時点ｔ３２〜ｔ３３）において、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、第１の周波数ｆ１の圧電素子駆動信号ＤＶを圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃにより発生させる。つまり、圧電／電歪素子１５ｇに印加されている圧電素子駆動信号ＤＶの周波数ｆを第１の周波数ｆ１に設定する。
その後、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が前記一定の高圧力になる時点ｔ３３となると、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、圧電／電歪素子１５ｇに印加されている圧電素子駆動信号ＤＶの周波数ｆを第１の周波数ｆ１よりも大きい第２の周波数ｆ２に設定する。なお、係る周波数ｆの変更は、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａからシュミットトリガ回路ＳＴ１１，ＳＴ１２に送出されるパルスの周期Ｔ（図７を参照。）を変更する（短くする）ことにより行われる。
その後、時点ｔ３４にてエンジン電子制御ユニット３１からの駆動電圧信号が消滅すると、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは電磁開閉式吐出弁１４に印加されている電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生を停止する。この結果、時点ｔ３４から所定の時間が経過した時点ｔ３５にて、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が減少し始め、時点ｔ３６にて前記一定の低圧力となる。
一方、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、時点ｔ３４から所定の時間が経過して時点ｔ３５となったか否かをモニタしていて、同時点ｔ３５になると圧電／電歪素子駆動回路部３２ｃに印加されている圧電素子駆動信号ＤＶの周波数ｆを第１の周波数ｆ１に再び設定する。また、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、時点ｔ３５〜ｔ３６に相当する時間を予め記憶していて、時点ｔ３５から同記憶している時間が経過した時点ｔ３６にて同圧電素子駆動信号ＤＶの発生を停止する。
なお、この場合においても、液体供給通路１５−１内の液体圧力を検出する圧電／電歪素子を別途設置するとともに、同圧電／電歪素子の信号を燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａに入力し、この圧電／電歪素子の信号に基いて液体供給通路１５−１内の液体圧力が前記一定の高圧力及び低圧力となったことを検出した時点で、それぞれ圧電素子駆動信号ＤＶの周波数を変更させ及び同圧電素子駆動信号ＤＶの発生を停止させるように同燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａを構成してもよい。
以上、説明したように、第４実施形態に係る液体噴射装置１０は、電気制御装置３０が、液体供給通路１５−１内の液体の圧力に応じて圧電素子駆動信号ＤＶの周波数を変化させるように構成されている。即ち、電気制御装置３０は、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が大きくなるほど高い周波数を有する圧電素子駆動信号ＤＶを圧電／電歪素子１５ｇに与え、これによりチャンバー１５−２の容積変化の周波数を高くする。
液体供給通路１５−１内の液体の圧力の大きさは、液体吐出用ノズル１５−４から噴射される液体の速度（噴射速度）を決定付けるので、同液体の圧力が異なれば液体の微粒子化の程度も異なることになる。従って、上記第４実施形態のように、液体供給通路１５−１内の液体の圧力に応じて前記圧電素子駆動信号ＤＶの周波数ｆを変化させることにより、所望の粒径の液滴を得ることが可能となる。
また、上記第４実施形態においては、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が大きいほど圧電素子駆動信号ＤＶの周波数ｆが高くなるように変更されている。このように構成するのは、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が大きいほど、液体吐出用ノズル１５−４から噴射される液体の速度は大きく、同液体吐出用ノズル１５−４から噴射される流量（単位時間あたりに液体吐出用ノズル１５−４から液体噴射空間２１内に押し出される液柱の長さ）が大きくなるので、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が大きいほど高い周波数ｆの圧電素子駆動信号ＤＶを圧電／電歪素子１５ｇに付与することにより、同液体の圧力に拘らず微粒子化される液滴の粒径を均一とすることが可能となるからである。なお、上記実施形態では、圧電素子駆動信号ＤＶの周波数ｆは第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２の２段階に変更されていたが、同周波数ｆは液体供給通路１５−１内の液体の圧力に応じて連続的に変更されてもよい。
次に、本発明による液体噴射装置１０の第５実施形態について説明する。第５実施形態に係る液体噴射装置１０は、第１実施形態に係る液体噴射装置１０に対して、電磁弁開閉用信号ＩＮＪ及び圧電素子駆動信号ＤＶの発生のさせ方を異ならせた点においてのみ相違している。従って、以下、係る相違点を中心としてタイムチャートである図１４を参照しながら説明する。
第５実施形態においては、第２実施形態と同様に、電磁開閉式吐出弁１４が開弁することにより、液体供給通路１５−１内の液体圧力が前記一定の高圧力となって安定している期間（図１４の時点ｔ１３〜ｔ１５の期間）、圧電／電歪素子１５ｇの作動（同圧電／電歪素子１５ｇの作動による燃料の微粒子化）を停止する。また、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が増大及び減少している期間（時点ｔ１２〜ｔ１３、時点ｔ１５〜ｔ１６）では、同液体の圧力が大きいほど圧電素子駆動信号ＤＶによるチャンバー１５−２の容積変化量を小さくする。
より具体的に述べると、時点ｔ１２〜ｔ１３の期間においては、時間経過とともに液体供給通路１５−１内の液体の圧力が増大する。従って、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、圧電／電歪素子１５ｇへの電源電圧ＶＰ２の印加開始と次の電源電圧ＶＰ２の印加開始との間の周期Ｔを変えることなく各電圧印加時間を時間経過とともに短くする。
即ち、図１５に示したように、電源電圧ＶＰ２の電圧印加開始タイミング間（時点ｔ４１〜ｔ４５の時間、及び時点ｔ４５〜ｔ４９の時間）の周期Ｔを一定に維持しながら、各電圧印加時間であるシュミットトリガ回路ＳＴ１１の出力信号がハイレベルになっている時間Ｔｐ１，Ｔｐ３，Ｔｐ５を時間経過とともに順に短くする。これにより、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が増大するに従って圧電／電歪素子１５ｇに加わる最大電圧Ｖｍａｘが小さくなるので、圧電／電歪素子の一作動あたりの変位量が小さくなり、チャンバー１５−２の一回の容積変化における容積変化量ΔＶも次第に小さくなる。
同様に、図１４に示した時点ｔ１５〜ｔ１６の期間においては、時間経過とともに液体供給通路１５−１内の液体の圧力が減少する。従って、燃料噴射制御用マイクロコンピュータ３２ａは、圧電／電歪素子１５ｇへの電源電圧ＶＰ２の印加を開始する周期Ｔを変えることなく各電圧印加時間を時間経過とともに長くする。即ち、電圧印加時間であるシュミットトリガ回路ＳＴ１１の出力信号がハイレベルになっている時間を時間経過とともに長くする。これにより、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が減少するにつれて圧電／電歪素子の一作動あたりの変位量が大きくなり、チャンバー１５−２の一回の容積変化における容積変化量ΔＶが次第に大きくなる。
このように、第５実施形態に係る液体噴射装置１０は、電気制御装置３０が、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が大きいほど圧電素子駆動信号ＤＶによるチャンバー１５−１の容積変化量を小さくするように構成されている。
液体供給通路１５−１内の液体の圧力が大きいほど液体吐出用ノズル１５−４から噴射される液体速度は大きくなるので、噴射される液体の粒径は、チャンバーの容積変化量ΔＶ（容積変化量の最大値、即ち、最大容積変化量）を大きくしなくても、同液体の表面張力により比較的小さくなる。従って、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が大きいほど圧電素子駆動信号ＤＶによるチャンバー１５−２の容積変化量ΔＶを小さくする上記第５実施形態によれば、必要以上のチャンバー１５−２の容積変化を発生せしめないようにできるので（即ち、圧電／電歪素子１５ｇの変形量を必要以上に大きくすることがないので）、液体噴射装置１０の消費電力を低減することができる。
なお、上記第５実施形態においては、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が前記一定の高圧力となっているとき（時点ｔ１３〜ｔ１５）、圧電素子駆動信号ＤＶの発生を停止していたが、図１６に示したように、圧電素子駆動信号ＤＶを継続的に発生させてもよい。また、第４実施形態と第５実施形態とを組み合わせ、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が大きいほど圧電素子駆動信号ＤＶの周波数が高く、且つ、同液体の圧力が大きいほど圧電素子駆動信号ＤＶによるチャンバー１５−２の容積変化量ΔＶを小さくするように構成してもよい。
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る各液体噴射装置によれば、燃料が加圧ポンプ１１で加圧され、燃料がその圧力によって吸気管２０内の液体噴射空間２１に噴射されるから、液体噴射空間２１内の圧力（吸気圧）が変動した場合であっても、所望の燃料量の燃料を安定的に噴射することができた。
また、燃料には噴射デバイス１５Ａのチャンバー１５−２の容積変化により振動エネルギーが与えられ、同燃料は微粒子化されるように液体吐出用ノズル１５−４ａから噴射される。この結果、本液体噴射装置は、極めて精細に微細化された液滴を噴射することができた。更に、噴射デバイス１５Ａは、複数のチャンバー１５−２と複数の吐出用ノズル１５−４を備えているから、仮に燃料中に気泡が発生した場合でも、同気泡が細かく分断され易く、その結果、気泡の存在による噴射量の大きな変動を回避することができた。
また、電磁開閉式吐出弁１４の吐出孔１４ｃ−２から液体供給通路１５−１に向う距離が増大するのに伴って、吐出孔１４ｃ−２から吐出される燃料の前記中空円筒状密閉空間の中心軸線ＣＬからの距離が増大するように、吐出孔１４ｃ−２からの燃料吐出方向が定められているから、スリーブ１５Ｄの形成する前記中空円筒状密閉空間の広い部分において吐出される燃料の流れが生じることになる。その結果、特に、前記密閉空間の電磁開閉式吐出弁１４の吐出孔１４ｃ−２近傍の角部（図３において黒塗りの三角印を付すことで示した部分）に気泡が生じ難く、或いは同角部に生じた気泡の排出性能が向上する。従って、上記各液体噴射装置は、燃料の圧力上昇が気泡により阻害され難いので、燃料の圧力を期待通り増大させることができ、内燃機関等の機械装置が要求する噴射量及び噴射タイミングで燃料の液滴を噴射することが可能となった。
また、上記各液体噴射装置は、前記電磁開閉式吐出弁１４から吐出された液体が前記吐出用ノズル１５−４から前記液体噴射空間２１に噴射されるまでの間に、同液体の流れが少なくとも一回（本例においては４回）略直角に曲げられるように構成されている。
即ち、本液体噴射装置においては、電磁開閉式吐出弁１４から吐出された液体の流れは、先ず、液体注入口１５−５と液体供給通路１５−１とが直交しているので、同液体注入口１５−５と同液体供給通路１５−１との接続部で直角に曲げられる。次に、液体供給通路１５−１の長軸方向はＸ軸と平行であり、液体導入孔１５−３の中心軸はＺ軸と平行であるから、液体供給通路１５−１と液体導入孔１５−３の接続部において、液体の流れは直角に曲げられる。
更に、チャンバー１５−２の長軸はＹ軸と平行であり、液体導入孔１５−３の中心軸はＺ軸と平行であるから、チャンバー１５−２と液体導入孔１５−３の接続部において、液体の流れは直角に曲げられる。また、チャンバー１５−２の長軸はＹ軸と平行であり、液体吐出用ノズル１５−４の軸線はＺ軸と平行であるから、チャンバー１５−２と液体吐出用ノズル１５−４の接続部においても液体の流れは直角に曲げられる。
そして、このような構成によれば、電磁開閉式吐出弁１４から吐出された液体の流れが少なくとも一回略直角に曲げられるから、電磁開閉式吐出弁１４の開弁に伴う液体圧力の脈動が低減され、安定した液滴の噴射を行うことが可能となる。換言すると、電磁開閉式吐出弁１４の開弁に伴う液体の動圧が静圧となり、その静圧下で燃料が噴射されることになる。この結果、燃料を各液体吐出用ノズル１５−４から安定して噴射することが可能となった。
特に、上記各液体噴射装置は、噴射デバイス１５Ａが共通の液体供給通路１５−１に接続された複数のチャンバー１５−２，１５−２…を有し、且つ、電磁開閉式吐出弁１４から吐出された液体の流れが液体注入口１５−５と液体供給通路１５−１との接続部で略直角に曲げられるので、液体供給通路１５−１内の液体の圧力が安定する。従って、各チャンバー１５−２，１５−２…内における液体の圧力が静圧となって安定するので、同各チャンバー１５−２，１５−２…に接続された各液体吐出用ノズル１５−４，１５−４…から吐出される液滴を均一なものとすることができた。
また、前記電磁開閉式吐出弁１４は、前記吐出孔１４ｃ−２から吐出される液体（燃料）の吐出流線（図３に一点鎖線ＤＬで示す）が、前記スリーブ１５Ｄの中空円筒状密閉空間を構成する側壁１５Ｄ−１及び同側壁１５Ｄ−１を前記液体供給通路１５−１の平面部（セラミックシート１５ｂの上面）まで仮想的に延長した側壁ＷＰと交差することなく同液体供給通路１５−１の平面部と直接交差するように配置構成されている。
この結果、電磁開閉式吐出弁１４から吐出された液体が、その運動エネルギー（流速）を高い状態に維持しながら、液体供給通路１５−１の平面部に到達するから、液体は前記平面部にて、中空円筒状密閉空間の吐出孔１４ｃ−２側に向けて強く反射される。これにより、反射された液体の流れが中空円筒状密閉空間の吐出孔１４ｃ−２近傍の角部（図３に黒塗りの三角印を付すことで示した部分）に滞留する気泡を排出するので、液体中に存在する気泡の量が減少する。従って、上記各液体噴射装置は、液体の圧力上昇が気泡により一層阻害され難くなり、液体の圧力を期待通り増大させることができるため、内燃機関が要求する噴射量及び噴射タイミングで液滴を噴射することが可能となった。
更に、上記各実施形態の各液体吐出用ノズル１５−４の軸線はＺ軸と平行となっているから、各吐出用ノズル１５−４から液体噴射空間２１に吐出された液滴が飛行中に実質的に互いに交わることがないので、燃料液滴同士が同液体噴射空間２１において衝突して大きな液滴とならない。これにより、均一で霧化状態の良好な燃料噴霧を形成することができた。
また、上記各実施形態に係る液体噴射装置は、電気制御装置３０が、少なくとも電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生又は同電磁弁開閉用信号ＩＮＪの発生の停止により液体供給通路１５−１内の液体の圧力が増大又は減少しているとき、圧電素子駆動信号ＤＶを発生させて圧電／電歪素子１５ｇを作動させるとともに、電磁弁開閉用信号ＩＮＪが消滅して液体供給通路１５−１内の液体の圧力が一定の低圧力であるとき圧電素子駆動信号ＤＶを発生しないように構成されている。
従って、液体供給通路１５−１（及びチャンバー１５−２）内の液体の圧力が増大又は減少中であって同液体の噴射圧力が比較的小さいため、液体の噴射速度が十分ではなく、同液体の噴射速度に依るだけでは同液体を十分には微粒子化し難い場合であっても、圧電／電歪素子１５ｇの作動によるチャンバー１５−２の容積変化により同液体を適切に微粒子化することができた。
また、電気制御装置３０は、電磁弁開閉用信号ＩＮＪが消滅して液体供給通路１５−１内の液体の圧力が一定の低圧力（加圧手段により加圧された液体が液体供給通路１５−１内には供給されない状態が継続した場合に収束する圧力）であるとき、即ち、液体が噴射デバイス１５Ａの液体吐出用ノズル１５−４から液体噴射空間２１に噴射されることがないとき、噴射デバイス１５Ａは液体を微粒子化するための作動を行う必要がないので、圧電素子駆動信号ＤＶを発生しないようになっている。これにより、液体噴射装置による無駄な電力消費を回避することができた。
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態の液体噴射装置は、吸気管（吸気ポート）内に燃料を噴射する形式のガソリン内燃機関に適用されていたが、本発明による液滴噴射装置を、気筒内に燃料を直接噴射する所謂「直噴式ガソリン内燃機関」に適用することもできる。即ち、従来のフューエルインジェクタを用いた電気制御式燃料噴射装置により気筒内に直接的に燃料を噴射すると、シリンダーとピストンとの隙間（クレビス）に燃料が溜まることがあり、未燃ＨＣ（ハイドロカーボン）量が増大する場合があったのに対し、本発明による液体噴射装置を用いて気筒内に直接的に燃料を噴射すると、燃料が微粒子化された状態で気筒内に噴射されるので、気筒内壁面への燃料付着量が低減でき、あるいはシリンダーとピストンとの隙間に侵入する燃料量を低減できるから、未燃ＨＣの排出量を低減することができる。
更に、本発明による液滴噴射装置を、ディーゼルエンジン用の直噴インジェクタとして用いることも有効である。即ち、従来のインジェクタによれば、特にエンジンの低負荷時には燃料圧力が低いことから、微粒子化した燃料を噴射することができないという問題がある。この場合、コモンレール方式の噴射装置を用いれば、エンジン低回転時でもある程度まで燃料圧力を高圧化できるので噴射燃料の微粒子化を促進できるものの、エンジン高回転時に比べれば燃料圧力は低いから、燃料を十分に微粒子できない。これに対し、本発明による液体噴射装置は、エンジンの負荷に拘らず（即ち、エンジンが低負荷時であっても）、圧電／電歪素子１５ｇの作動により燃料を微粒子化するものであるから、十分に微粒子化された燃料を噴射することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、内燃機関に適用した本発明の第１実施形態に係る液体噴射装置の概略を示した図である。
図２は、図１に示した電磁開閉式吐出弁と噴射ユニットを示した図である。
図３は、図２に示した電磁開閉式吐出弁の先端部近傍の同電磁開閉式吐出弁及び噴射ユニットの拡大断面図である。
図４は、図２に示した噴射デバイスの平面図である。
図５は、図４の１−１線に沿った平面にて噴射デバイスを切断した断面図である。
図６は、図１に示した電気制御装置の詳細なブロック図である。
図７は、図６に示した電気制御装置において発生する信号等を示したタイムチャートである。
図８は、図６に示した電気制御装置の詳細回路図である。
図９の（Ａ）は電磁開閉式吐出弁に付与される電磁弁開閉用信号を、図９の（Ｂ）は液体供給通路内の液体圧力を、図９の（Ｃ）は圧電／電歪素子に付与される圧電素子駆動信号を、及び図９の（Ｄ）は吸気弁の開弁時期を示したタイムチャートである。
図１０は、図１に示した液体噴射装置から噴射される液体の状態を示した図である。
図１１は、本発明の第２実施形態に係る液体噴射装置の作動を示したタイムチャートである。
図１２は、本発明の第３実施形態に係る液体噴射装置の作動を示したタイムチャートである。
図１３は、本発明の第４実施形態に係る液体噴射装置の作動を示したタイムチャートである。
図１４は、本発明の第５実施形態に係る液体噴射装置の作動を示したタイムチャートである。
図１５は、第５実施形態に係る液体噴射装置において、液体供給通路内の液体圧力が増大している期間における圧電素子駆動信号等を示したタイムチャートである。
図１６は、本発明の第５実施形態に係る液体噴射装置の変形例の作動を示したタイムチャートである。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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