(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプから圧送された燃料を蓄えるコモンレールにより燃料の供給を受けるインジェクタと該インジェクタの噴射制御を行うインジェクタ制御手段とからなり、
前記インジェクタは、ノズル内に配設されたニードルに対して着座方向に付勢するスプリングを有し、前記コモンレールからの燃料が、前記ニードルに対して燃料圧力が離座方向に作用する油溜まり室と、前記ニードルに対して燃料圧力が着座方向に作用する背圧室とに供給され、背圧制御弁が開弁すると前記背圧室と低圧源とが連通して前記ニードルが離座するように構成され、
前記背圧制御弁は、前記背圧室と常時連通する弁室と、前記低圧源と連通するとともに前記弁室の天井面に開口端を有する孔と、前記弁室内に配設され前記孔を閉鎖する弁体と、前記弁室の上方に上下方向に形成されたシリンダと、該シリンダ内に配設され、ピン状の下端部が前記孔の前記開口端から前記弁室内に突出し前記弁体を押圧自在な下側のピストンと、該ピストンの上方で前記シリンダ内に配設されピエゾスタックの伸縮で上下に変位する上側のピストンと、２つの前記ピストンで挟まれた空間に燃料を充填してなり前記上側ピストンの変位を前記下側ピストンに伝える油圧室とを有し、前記ピエゾスタックが充電して伸長すると前記下側ピストンの押圧で前記弁体が下方変位して前記弁室が前記孔を介して前記低圧源と連通するように構成され、
前記インジェクタ制御手段は、前記ピエゾスタックの充電と放電とを切り換え自在に構成された燃料噴射装置において、
前記コモンレールの燃料圧力を検出する圧力検出手段を具備し、
かつ、前記インジェクタ制御手段を、イグニッションスイッチがオンされた後、最初の燃料噴射が行われるまでの制御において、予め前記ピエゾスタックを伸長状態としておき、前記コモンレールの燃料圧力から知られる前記弁体に対し作用する燃料圧力が、前記ポンプの圧送開始による前記コモンレールの燃料圧力の上昇で前記弁体の上方変位が可能な燃料圧力まで上昇すると前記ピエゾスタックを縮小せしめるように構成し、
前記インジェクタを、前記下側ピストンを上方に付勢する力を前記弁体からの押圧力のみで発生する構成とするとともに、前記ニードルを離座し得る前記油溜まり室内の最低の燃料圧力を、前記弁体に作用する燃料圧力が前記弁体の上方変位が可能な燃料圧力に達した時の前記油溜まり室内の燃料圧力以上に設定したことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射装置において、前記インジェクタ制御手段を、前記ポンプの圧送開始に先立って前記ピエゾスタックを伸長状態としておくように設定した燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項１または２いずれか記載の燃料噴射装置において、前記下側ピストンを下方に付勢する別のスプリングを具備せしめた燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料噴射装置の燃料噴射性能の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃料噴射装置として、筒内への燃料噴射用のインジェクタが、ポンプから圧送された燃料を蓄えるコモンレールにより燃料の供給を受けるようにしたものはコモンレール式として知られている。インジェクタは、先端に噴孔が形成されたノズル内に、噴孔を開閉するニードルがその後端部で摺動自在に保持され、前記コモンレールからの燃料がニードルの先端部の外周に形成された油溜まり室に導入される。この導入燃料は噴射燃料として供されるともに、またニードルを離座方向に作用する付勢力を発生する制御油として供される。前記コモンレールからの燃料はまた、ニードルの後端面を室壁面とする背圧室に導入され、ニードルを着座方向に作用する付勢力を発生する制御油として供される。ニードルは背圧室の燃料圧力が低下してニードルに対する離座方向の付勢力が優勢となると離座し、その状態から背圧室の燃料圧力が上昇して着座方向の付勢力が優勢となると着座する。
【０００３】
図６に、背圧室の燃料圧力を切り換える背圧制御弁の構造の一例を示す。背圧制御弁は、前記背圧室と常時連通する弁室９０１を有し、弁室９０１内にはボール９０２が配設され、弁室９０１の天井面に開口端を有する孔９０３を閉鎖可能となっている。孔９０３は低圧の燃料タンクと連通している。弁室９０１の上方にシリンダ９０４が上下方向に形成され、シリンダ９０４内には、摺動径の異なる２つのピストン９０５，９０６が配設されている。下側のピストン９０５は、ピン状の下端部９０５１が孔９０３の前記開口端から前記弁室９０１内に突出し前記弁体９０２を押圧自在であり、上側のピストン９０６は上方から図示しないピエゾスタックにより押圧駆動される。両ピストン９０５、９０６の間は燃料が導入され油圧室９０７となっている。
【０００４】
図示の状態は燃料噴射前の状態で、ボール９０２が上記孔９０３を閉じて上記背圧室と低圧の燃料タンクの間は遮断され、背圧室の燃料圧力は略コモンレール圧力に等しい圧力となっている。この状態から上側のピストン９０６が下方に変位すると、油圧室９０７の燃料を介して下側のピストン９０５が下方に駆動されて、ボール９０２による上記孔９０３の閉鎖状態が解消されて上記背圧室が低圧の燃料タンクに通じ、背圧室の圧力は低下する。かかる背圧制御弁の開閉制御により燃料噴射時期および噴射量が制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンが停止状態の時はニードルはスプリングの力で着座状態にあり、一方、背圧制御弁はピエゾスタックが縮小状態であるとともに、ボールが自重により弁室の底まで降りている。この状態から、イグニッションスイッチがオンし、ポンプのコモンレールへの燃料圧送が開始されると、ニードルに対し離座方向に作用する燃料圧力およびボールに対し上方（着座方向）に作用する燃料圧力が上昇していく。先ず、ボールが上方変位して着座して背圧制御弁が閉弁し、背圧室の燃料圧力が急上昇して、ニードルに作用する離座方向の燃料圧力がスプリング力および背圧室の燃料圧力よりも優勢となる前にニードルを着座状態に保持する。
【０００６】
しかしながら、エンジンが停止してから長時間が経過していると、その間に下側ピストンが設置されたスプリングあるいは自重でボールと当接するまで油圧室への燃料の流入を伴いながら下方変位する。
【０００７】
かかる状態になると、再びポンプからの圧送が開始されてコモンレール圧力が上昇しボールが上方変位を開始すると、油圧室内の燃料は圧縮により圧力が上昇してボールの上方変位を妨げる力を発生する。これによりボールが速やかに着座することができず、ニードルに対し着座方向に作用する背圧室の燃料圧力が急上昇するタイミングが遅れる。その間にも、油溜まり室の燃料圧力は上昇するから、ニードルに作用する離座方向の燃料圧力が着座方向の力よりも優勢となって、噴射指令が出されていないのにニードルが離座し燃料を噴射してしまう。
【０００８】
別の構造のインジェクタとして、図７に示すように、下側ピストン９０５に対して上向きに作用するスプリング９０８を設け、ピエゾスタックが縮小すると下側ピストン９０５が所定の初期位置に戻るようにしたものがあり、かかる異常噴射が起きることはない。
【０００９】
しかしながら、この構造ではボール９０２とそのシート９０１ａとの密着性を確保するべく、下側ピストン９０５が上記初期位置にあるとき、ボール９０２と下側ピストン９０５との間が当接しているか僅かなギャップＨを有している。このギャップＨは製造時の個体差、下側ピストン９０５の熱膨張・熱収縮、経時的なボール９０２および下側ピストン９０５の磨耗に起因して一定せず、噴射時期のばらつきや燃料噴射量のばらつきとなって現れ、将来的な燃料噴射制御のより高い精度要請に応え得ない。
【００１０】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、燃料噴射の精度が高く、しかも始動時に噴射指令が出されていないのに燃料噴射がなされるのを防止することのできる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、ポンプから圧送された燃料を蓄えるコモンレールにより燃料の供給を受けるインジェクタは、ノズル内に配設されたニードルに対して着座方向に付勢するスプリングを有し、前記コモンレールからの燃料が、前記ニードルに対して燃料圧力が離座方向に作用する油溜まり室と、前記ニードルに対して燃料圧力が着座方向に作用する背圧室とに供給され、背圧制御弁が開弁すると前記背圧室と低圧源とが連通して前記ニードルが離座するように構成される。
前記背圧制御弁は、前記背圧室と常時連通する弁室と、前記低圧源と連通するとともに前記弁室の天井面に開口端を有する孔と、前記弁室内に配設され前記孔を閉鎖する弁体と、前記弁室の上方に上下方向に形成されたシリンダと、該シリンダ内に配設され、ピン状の下端部が前記孔の前記開口端から前記弁室内に突出し前記弁体を押圧自在な下側のピストンと、該ピストンの上方で前記シリンダ内に配設されピエゾスタックの伸縮で上下に変位する上側のピストンと、２つの前記ピストンで挟まれた空間に燃料を充填してなり上側ピストンの変位を下側ピストンに伝える油圧室とを有し、前記ピエゾスタックが充電して伸長すると前記下側ピストンの押圧で前記弁体が下方変位して前記弁室が前記孔を介して前記低圧源と連通するように構成される。
そして、前記コモンレールの燃料圧力を検出する圧力検出手段を具備する。
かつ、前記ピエゾスタックの充放電を切り換え前記インジェクタの噴射制御を行うインジェクタ制御手段を、イグニッションスイッチがオンされた後、最初の燃料噴射が行われるまでの制御において、予め前記ピエゾスタックを伸長状態としておき、前記コモンレールの燃料圧力から知られる前記弁体に作用する燃料圧力が、前記ポンプの圧送開始による前記コモンレールの燃料圧力の上昇で前記弁体の上方変位が可能な燃料圧力まで上昇すると前記ピエゾスタックを縮小せしめるように構成する。
前記インジェクタを、前記下側ピストンを上方に付勢する力を前記弁体からの押圧力のみで発生する構成とするとともに、前記ニードルを離座し得る前記油溜まり室内の最低の燃料圧力を、前記弁体に作用する燃料圧力が前記弁体の上方変位が可能な燃料圧力に達した時の前記油溜まり室内の燃料圧力以上に設定する。
【００１２】
ピエゾスタックが予め伸長することで、背圧制御弁における弁体、下側ピストン、上側ピストン、ピエゾスタックが実質的に燃料噴射時の状態となる。次いで行われるピエゾスタックの縮小はこの状態でなされることになるが、ピエゾスタックの縮小は弁体に上向きに作用する燃料圧力が十分に上昇した後になされるから、燃料噴射停止時と同様に弁体はピエゾスタックの縮小に追随して速やかに上方変位して低圧源に通じる孔を閉鎖する。これにより、ニードルを着座方向に付勢する背圧室の燃料圧力が急上昇し、ニードルを着座状態に保持して通常の燃料噴射待機状態となる。弁体が上方変位するタイミングでは未だニードルを離座方向に付勢する油溜まり室の燃料圧力はニードルを離座し得る圧力に達していないから、噴射指令が出されていないのに燃料噴射がなされるのを防止することができる。
【００１３】
したがって、弁体を上方に付勢するスプリング等は不要である。
【００１４】
そして、下側ピストンを上方に付勢する力は前記弁体からの押圧力のみで発生し、下側ピストンを着座状態の弁体から引き離すようにはなっていないので、弁体と下側ピストンのギャップに起因する燃料噴射時期や噴射量のばらつきを低減することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記インジェクタ制御手段を、前記ポンプの圧送開始に先立って前記ピエゾスタックを伸長状態としておくように設定する。
【００１６】
前記ポンプの圧送開始に先立って前記ピエゾスタックを伸長状態とすれば、ニードルに離座方向に作用する油溜まり室の燃料圧力は略常圧であり、ニードルを離座可能な燃料圧力には確実に達しておらず、コモンレール圧力の監視負担が軽減されて制御が容易となる。
【００１７】
請求項３記載の発明では、請求項１または２の発明の構成において、前記下側ピストンを下方に付勢するスプリングを具備せしめる。
【００１８】
弁体と下側ピストンの当接状態を確実にすることができ、さらに燃料噴射時期や噴射量のばらつきを低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１に本発明を適用したディーゼルエンジンのコモンレール式の燃料噴射装置を示す。ディーゼルエンジンの気筒数分のインジェクタ１が各気筒に対応して設けられ（図例ではインジェクタ１は１つのみ図示）、供給ライン７４を介して連通する共通のコモンレール７３から燃料の供給を受けるようになっている。コモンレール７３には燃料タンク７１の燃料がポンプである高圧サプライポンプ７２により圧送されて高圧で蓄えられる。
【００２０】
インジェクタ１は、ＥＣＵ８１１、ＥＣＵ８１１とともにインジェクタ制御手段８１を構成する駆動回路８１２、さらに圧力センサ８２等により制御される。駆動回路８１２はＥＣＵ８１１の指令信号を受けてインジェクタ１の後述するピエゾスタック６８を充放電し、例えば必要な時期に必要な時間だけインジェクタ１から各気筒の燃焼室内に略コモンレール圧力に等しい噴射圧力で燃料を噴射するようになっている。
【００２１】
圧力センサ８２はコモンレール７３に設けられて上記コモンレール圧力を検出し、その検出結果に基づいてＥＣＵ８１１が高圧サプライポンプ７２を制御してコモンレール７３への燃料の圧送量を調整し、コモンレール圧力を他のセンサ入力等により知られる運転条件に応じた適正な噴射圧となるように制御する。
【００２２】
また、コモンレール７３からインジェクタ１に供給された燃料は、上記燃焼室への噴射用の他、インジェクタ１の制御油圧等としても用いられ、インジェクタ１から低圧のドレーンライン７５を経て燃料タンク７１に還流するようになっている。
【００２３】
インジェクタ１はエンジンの図略の燃焼室壁を貫通し図中下端部が燃焼室内に突出するように取り付けられ、下端部から順にノズル部１１、背圧制御弁１２が構成される。インジェクタ１は棒状体２を有し、上記各部１１，１２を構成する各部品を格納する穴や燃料が流通する通路が形成される。
【００２４】
ノズル部１１は、棒状体２の下端部２ａにサック部４２が形成され、サック部４２形成壁を貫通して燃料噴射用の噴孔４３が形成される。棒状体２の下端部２ａはまた、サック部の上方に、供給ライン７４に通じる高圧通路３１とつながる縦穴２１が形成されてノズル２ａとなっている。
【００２５】
縦穴２１の上側部分には段付きのノズルニードル６１が先端を下側に向けて配設され、後端部であるその上側大径部６１２で摺動自在に保持されている。ノズルニードル６１の先端部である下側小径部６１１の外周には環状の油溜まり室４１が形成され、油溜まり室４１は常時高圧通路３１と連通しコモンレール７３からの高圧燃料が供給されている。
【００２６】
ノズルニードル６１は下降状態では円錐形の下端部がサック部４２の上端開口縁をシート部として着座してサック部４２を閉じ、噴孔４３からの燃料噴射を禁止し、燃料を噴射する時は上昇してサック部４２の上記上端開口縁から離座してサック部４２を開くようになっている。
【００２７】
油溜まり室４１の高圧燃料はノズルニードル６１の段面６１ａおよび円錐状の先端面６１ｂに上向きに作用しノズルニードル６１を離座方向に付勢する。
【００２８】
ノズルニードル６１の上方でその後端面６１ｃおよび縦穴２１の壁面により画成される空間５３は、高圧通路３１からインオリフィス５１を介して制御油としての燃料が導入されており、ノズルニードル６１の背圧を発生する背圧室５３としてある。この背圧はノズルニードル６１に下向きに作用し、背圧室５３内に収納されたスプリング６２とともにノズルニードル６１を着座方向に付勢する。
【００２９】
背圧室５３はアウトオリフィス５４を介して常時、弁室５５と連通している。弁室５５は天井面５５２が円錐状に形成されており、天井面５５２の最上部には細孔２２が開口している。細孔２２は後述する縦穴２３を介してドレーンライン７５に通じる低圧通路３２とつながっており、縦穴２３に配設される後述する小径ピストン６４の外周に形成される環状空間５６を介して低圧通路３２と常時連通している。
【００３０】
弁室５５の底面５５１には高圧通路３１と連通する高圧制御通路５２が開口している。
【００３１】
弁室５５内には、下側部分を水平にカットしたボール６３が配設されている。ボール６３は上下動可能な弁体であり、下降時には、上記カット面で弁座としての弁室底面（以下、高圧側シートという）５５１に着座し弁室５５を高圧制御通路５２と遮断し、上昇時には弁座としての上記天井面（以下、低圧側シートという）５５２に着座し細孔２２を閉じて弁室５５を前記低圧通路３２と遮断する。これにより、ボール６３下降時には背圧室５３がアウトオリフィス５４、弁室５５、孔である細孔２２を介して低圧通路３２と連通し、ノズルニードル６１の背圧が低下してノズルニードル６１が離座する。一方、上昇時には背圧室５３がアウトオリフィス５４、弁室５５、高圧制御通路５２を介して高圧通路３１と連通し、ノズルニードル６１の背圧が上昇してノズルニードル６１が着座する。
【００３２】
ボール６３はピエゾアクチュエータ１２１により押圧駆動される。ピエゾアクチュエータ１２１は、棒状体２に弁室５５の上方に上下方向に形成されたシリンダである前記縦穴２３を有し、縦穴２３に、これと同軸に下側から、下側のピストンである小径ピストン６４、スプリング６６、皿ばね６７、上側のピストンである大径ピストン６５、ピエゾスタック６８が配設されてなる。縦穴２３は下端面に前記細孔２２の上端が開口するとともに、下端部２３１が小径となる段付きに形成されて、下端部（以下、小径部という）２３１には小径ピストン６４が、小径部２３１の上方の大径部２３２には大径ピストン６５がそれぞれ摺動自在に保持されている。
【００３３】
小径ピストン６４は縦穴小径部２３１の周面と摺接する等径部６４４の下方が鍔部６４３となっており、さらにその下は下側ほど縮径する円錐部６４２となっている。さらにその下は上記細孔２２を貫通して上記ボール６３と対向し、ボール６３を押圧するプレッシャピン６４１としてある。プレッシャピン６４１は細孔２２よりも小径に形成される。
【００３４】
環状空間５６には小径ピストン鍔部６４３よりも上方で小径ピストン６４の外周にスプリング６６が配設され、小径ピストン６４を下方に付勢しており、ボール６３とプレッシャピン６４１とが確実に当接するようになっている。
【００３５】
大径ピストン６５は小径ピストン６４よりも大径の円形部材で、皿ばね６７からは上方に、ピエゾスタック６８からは下方に付勢可能である。
【００３６】
小径ピストン６４と大径ピストン６５との間は燃料が充填されて油圧室である変位拡大室５７としてあり、ピエゾスタック６８が伸長して大径ピストン６５を押圧すると、その押圧力が変位拡大室５７の燃料を介して小径ピストン６４に伝えられる。ここで、小径ピストン６４は大径ピストン６５よりも小径としているので、ピエゾスタック６８の伸長量が拡大されて小径ピストン６４の変位に変換される。変位拡大室５７は常時十分な燃料が満たされるようにチェック弁３２１を介して低圧通路３２と通じている。チェック弁３２１は低圧通路３２から変位拡大室５７に向かう方向を順方向として設けられており、ピエゾスタック６８の伸長により大径ピストン６５が押圧された時に閉じて燃料を変位拡大室５７に閉じ込めるようになっている。
【００３７】
燃料噴射が順次行われる通常運転時において、ピエゾスタック６８が放電状態で縮小しているときは、ボール６３は、低圧側シート５５２の面積分に相当するボール６３の受圧面だけ弁室５５内の高圧燃料が上方に付勢することにより、低圧側シート５５２に着座している。一方、ピエゾスタック６８が充電され伸長するとピストン６４，６５を押し下げ、ボール６３を高圧側シート５５１に着座せしめる。
【００３８】
ピエゾスタック６８の充放電を行う駆動回路８１２は、インジェクタに搭載されたピエゾスタック駆動用の公知の構成のもので、ＤＣ−ＤＣ回路、ピエゾスタック６８への充放電電流を制限するインダクタ、ピエゾスタック６８における電荷の移動を制御するスイッチ回路等からなり、ピエゾスタック６８の充電保持期間の設定は、ＥＣＵ８１１からの指令信号により上記スイッチ回路等の制御を行うことで可能としてある。
【００３９】
燃料噴射時には、先ず、ピエゾスタック６８が所定の電荷量まで充電されてピエゾスタック６８が伸長することにより、プレッシャピン６４１が下降してボール６３を押し下げる。これによりボール６３は低圧側シート５５２から離間するとともに高圧側シート５５１に着座して弁室５５の燃料圧が低下し、ニードル６１に離座方向に作用する力の方が着座方向に作用する力よりも優勢となって、ニードル６１が離座して燃料噴射が開始される。噴射停止は反対にピエゾスタック６８の放電によりピエゾスタック６８を縮小してボール６３への押し下げ力を解除する。弁室５５内は低圧通路３２に通じる細孔２２が開口する天井面５５１側が低圧となっており、またボール６３の底面には高圧制御通路５２から高圧の燃料圧力が作用しているから、ボール６３には全体としては上向きの燃料圧が作用し、前記ボール６３への押し下げ力の解除により、ボール６３が高圧側シート５５１から離間するとともに再び低圧側シート５５２に着座して弁室５５の燃料圧力が上昇するため、ニードル６１が着座し噴射が停止する。そして、ピエゾスタック６８の充電保持期間を設定することで、充電保持期間に対応した一定の期間、インジェクタ１から燃料が噴射される。
【００４０】
ＥＣＵ８１１はマイクロコンピュータ等で構成される。
【００４１】
図２に、エンジンの始動の際のＥＣＵ８１１における制御の一部を示し、図３、図４、図５に、始動の際の背圧制御弁１２における経時変化を示し、これら図にしたがいＥＣＵ８１１において実行される制御とともに、本燃料噴射装置の作動を説明する。図３はエンジン停止後しばらくした時のもので、運転者により始動されるまでこの状態である。インジェクタ１およびコモンレール７３内は低圧で均一の燃料圧力になっており、ボール６３は自重で弁室底面５５２まで降りている。また、小径ピストン６４も、自重とスプリング６６の下向き付勢力によりプレッシャピン６４１がボール６３と当接する位置まで降りている。小径ピストン６４の下降に伴い、変位拡大室５７は低圧通路３２から燃料が導入されるとともに容積が拡大している。
【００４２】
ステップＳ０１ではイグニッションスイッチがオンされたか否かを判断し、イグニッションスイッチがオンされると、ステップＳ０２でピエゾスタック６８を充電する。図４はピエゾスタック６８の充電時のもので、ピエゾスタック６８が伸長し、変位拡大室５７内の燃料のピストン６４，６５の外周からの漏出をともないながら大径ピストン６５がピエゾスタック６８への供給電荷量に応じた位置まで下方変位し、変位拡大室５７の容積が縮小する。この時のボール６３およびピエゾアクチュエータ１２１の状態は、背圧制御弁１２が開弁状態、すなわち通常運転時の燃料噴射時の状態と実質的に同じである。
【００４３】
ステップＳ０３では従来のエンジンと同様に始動する。すなわち、クランキングが開始され、これにより高圧サプライポンプ７２の圧送が開始され、コモンレール７３に通じるインジェクタ１の各部の燃料圧力が上昇する。ノズルニードル６１に離座方向に作用する油溜まり室４１の燃料圧力が上昇する。一方、ノズルニードル６１に着座方向に作用する背圧室５３の燃料圧力も漸次上昇するが、背圧制御弁１２が開いているので、全体としてノズルニードル６１に離座方向に作用する力が増大する。
【００４４】
また、低圧通路３２と連通する細孔２２に近接する弁室５５内の上部と、弁室５５内の下部とで燃料圧力差が拡大することにより、また、高圧制御通路５２の燃料圧力が上昇することにより、ボール６３に対し上方に作用する力が増大する。
【００４５】
ステップＳ０４では圧力センサ８２から読み込まれるコモンレール圧力が予め設定した所定値に達したか否かを判断し、コモンレール圧力が所定値に達するとステップＳ０５に進んでピエゾスタック６８を放電し縮小する。
【００４６】
ここで、ステップＳ０４における前記所定値は次のように設定される。上記のごとくボール６３を囲む燃料の圧力はボール６３に対し上方に作用しているが、これが一定以上の大きさになると、ピエゾスタック６８を放電してピエゾアクチュエータ１２１によるボール６３に対する下向きの付勢力を解消したとき、小径ピストン６４の自重等に打ち勝ってボール６３をピエゾスタック６８の縮小作動に追随して上方に変位せしめることができる。前記所定値は、ピエゾスタック６８の伸長状態を解除した（ステップＳ０５）ときにボール６３の上方変位が可能な弁室５５や高圧制御通路５２の燃料圧力の最低値よりもやや高めの圧力を与えるコモンレール圧力に設定される。
【００４７】
また、上記のごとく、ステップＳ０５においてピエゾスタック６８を放電するまでの状態は燃料噴射時と実質的に同じであるので、ピエゾスタック６８が縮小してボール６３が低圧側シート５５２に着座するまではノズルニードル６１が着座状態を保持するように、ノズルニードル６１に作用する離座方向の付勢力を規定するノズルニードル６１のシート径、着座方向の付勢力を規定するスプリング６２の弾発力を設定しておく。
【００４８】
しかして、ステップＳ０５でピエゾスタック６８の放電が実行されると、ピエゾスタック６８の縮小に追随してボール６３が小径ピストン６４とともに上方変位し低圧側シート５５２に着座し、弁室５５と低圧通路３２とが遮断されて背圧室５３の圧力が上昇し、ノズルニードル６１に着座方向に作用する力が増大してノズルニードル６１が着座状態を保つ。
【００４９】
このように、コモンレール圧力が上昇してノズルニードル６１が離座する前にボール６３が低圧側シート５５２に着座するので、小径ピストン６４が自重で下方変位するのを防止するスプリングを設けなくとも燃料の異常噴射が生じることはない。
【００５０】
以降は通常運転に移行する（ステップＳ０６）。すなわち、ボール６３は着座状態にあるから所定のタイミングでピエゾスタック６８を充電して伸長せしめることによりボール６３が下方へ押圧駆動されて背圧制御弁１２が開弁しノズルニードル６１が離座して燃料噴射が行われる。そして指令噴射量に対応した時間の後ピエゾスタック６８を放電して縮小せしめることにより、ボール６３がこれに作用する上向き燃料圧力により上方へ変位して背圧制御弁１２が閉弁し、ノズルニードル６１が着座して燃料噴射が停止する。
【００５１】
本燃料噴射装置では、小径ピストン６４を上方へ押し上げる手段として燃料圧力以外に備えていないので、小径ピストン６４は、ボール６３により押し上げられ、ボール６３が低圧側シート５５２へ着座した後は、さらに上方へ変位することはなくボール６３と当接しており、スプリング６６によりその状態が確実に保持される。したがって、ピエゾスタック６８が充電して伸長を開始すると同時にボール６３が低圧側シート５５２からの離座作動に入る。すなわち、ピエゾスタック６８の充電タイミングに対するノズルニードル６１の離座作動の応答時間は個体差や経時変化等で変化せず、燃料噴射時期や燃料噴射量がばらつくことが防止される。
【００５２】
なお、ピエゾスタック６８の充電時期を高圧サプライポンプ７２の圧送開始に先立って行っているが、同時でもよいし、圧送開始後であってもピエゾスタック６８の充電の後、油溜まり室４１の燃料圧力がノズルニードル６１を離座可能な燃料圧力に達する前にピエゾスタック６８を放電可能であればよい。例えば、常時、圧力センサ８２の検出信号によりコモンレール圧力を監視し、コモンレール圧力が上記設定値よりも低い別の設定値に達したらピエゾスタック６８を充電する。
【００５３】
また、小径ピストン６４を下方に付勢するスプリング６６は省略した構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した燃料噴射装置の一部断面構成図である。
【図２】上記燃料噴射装置を構成するＥＣＵにおける制御内容を示すフローチャートである。
【図３】上記燃料噴射装置を構成するインジェクタの第１のタイミングにおける部分図である。
【図４】上記燃料噴射装置を構成するインジェクタの第２のタイミングにおける部分図である。
【図５】上記燃料噴射装置を構成するインジェクタの第３のタイミングにおける部分図である。
【図６】従来の燃料噴射装置の問題点を説明するインジェクタの部分図である。
【図７】従来の別の燃料噴射装置のインジェクタの部分図である。
【符号の説明】
１  インジェクタ
１１  ノズル部
１２  背圧制御弁
１２１  ピエゾアクチュエータ
２ａ  ノズル
２２  細孔（孔）
４１  油溜まり室
４３  噴孔
５３  背圧室
５５  弁室
５７  変位拡大室（油圧室）
６１  ノズルニードル（ニードル）
６３  ボール（弁体）
６４  小径ピストン（下側ピストン）
６４１  プレッシャピン（下端部）
６５  大径ピストン（上側ピストン）
６６  スプリング
６８  ピエゾスタック
７１  燃料タンク（低圧源）
７３  コモンレール
８１  インジェクタ制御手段
８１１  ＥＣＵ
８１２  駆動回路
８２  圧力センサ（圧力検出手段）
【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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