(57)【要約】【課題】燃料噴射弁を正常に作動させることで燃料噴射を好適に実施する。【解決手段】インジェクタ２０は、ボディ２１内部を軸方向に伸縮変位するピエゾスタック２２と、ピエゾスタック２２の変位方向先端部に配置される大径ピストン３１及び小径ピストン３２と、大径ピストン３１及び小径ピストン３２の間に形成され燃料が油密的に充填される油密室３３と、小径ピストン３２の変位により変位する制御バルブ２４と、制御バルブ２４による油圧制御により噴孔２７を開閉させるノズルニードル４６とを備える。ＥＣＵ４０は、ピエゾスタック２２を駆動させることでインジェクタ２０による燃料噴射を実施する。また、ＥＣＵ４０は、ピエゾスタック２２を伸縮動作させて油密室３３内の気泡を排出させるとともに、気泡の排出後において、ピエゾスタック２２の駆動を、油密室３３内の燃料の吸い戻しを行うべく所定の吸い戻し期間休止させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体内部を軸方向に伸縮変位するアクチュエータと、前記アクチュエータの変位方向先端部に配置される第１ピストン及び第２ピストンと、前記第１ピストン及び前記第２ピストンの間に形成され燃料が油密的に充填される油密室と、前記第２ピストンの変位に伴い燃料噴射口を開閉させるノズルニードルとを備える燃料噴射弁に適用され、前記アクチュエータを駆動させることで燃料噴射を行う内燃機関の燃料噴射装置であって、
前記アクチュエータを伸縮動作させて前記油密室内の気泡を排出する気泡排出手段と、
前記気泡排出手段により前記気泡の排出処理が実行された後、前記アクチュエータの駆動を、前記油密室内の燃料の吸い戻しを行うべく所定の吸い戻し期間休止させる駆動休止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
前記吸い戻し期間を、前記油密室内の気泡排出時における前記アクチュエータの伸長制御量に基づいて可変に設定する期間設定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記期間設定手段は、前記アクチュエータの伸長制御量と前記燃料噴射弁の温度に関する温度情報とに基づいて前記吸い戻し期間を可変に設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記油密室内の気泡排出時における前記アクチュエータの伸長制御量を可変に設定する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記燃料噴射弁による燃料噴射に伴う燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備え、
前記気泡排出手段は、前記燃焼状態判定手段により判定した燃焼状態に応じて前記アクチュエータによる気泡排出の要否を判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項６】
燃料タンク内の燃料残量を検出する燃料残量検出手段を備え、
前記気泡排出手段は、前記燃料残量検出手段により検出した燃料残量が欠乏間近の所定範囲内にある場合に前記アクチュエータによる気泡排出を実施することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記内燃機関の始動時であることを検出する始動時検出手段を備え、
前記気泡排出手段は、前記始動時検出手段により前記内燃機関の始動時であることが検出された場合に、前記アクチュエータによる気泡排出を実施することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【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装置に関し、詳しくは燃料噴射弁の本体内部を軸方向に伸縮変位するアクチュエータを駆動させることで燃料噴射を行う内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンに適用される燃料噴射弁として、ピエゾ素子の圧電効果を利用して燃料噴射を行うピエゾインジェクタが知られている。このピエゾインジェクタは一般に、ピエゾ素子からなるアクチュエータの変位方向先端部に大径ピストンと小径ピストンとが配置され、小径ピストンの変位方向先端側に制御バルブ及びノズルニードルが配置されている。また、２つのピストンの間には、アクチュエータの微小変位を拡大する油密室が設けられており、その油密室に燃料の一部が充填されている。そして、ピエゾ素子からなるアクチュエータの変位に伴い制御バルブが変位し、その変位に伴いノズルニードルが噴孔を開閉することにより燃料噴射が実施される。
【０００３】
ところで、ディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射弁には高圧燃料が導入され、その高圧燃料中には多数の気泡が混入していることが考えられる。そのため、例えば油密室内において、圧力低下により、油密室に充填された燃料内の気泡が膨張して大きくなると、その油密室内の大きな気泡が原因でピストン間の変位伝達が正常に行われないことが懸念される。すなわち、アクチュエータの変位に伴い大径ピストンが変位したとしても、その変位が油密室内の気泡の圧縮により吸収されるため、小径ピストンにうまく変位伝達することができない。このため、制御バルブひいてはノズルニードルが適正に動かず、その結果、燃料噴射が実施できない事態が生じることが考えられる。このような事態は、ガス欠時のように、燃料タンク内から燃料噴射弁に燃料とともに空気が導入され、その空気が油密室に入り込む場合にも起こり得る。
【０００４】
そこで、油密室内に気泡が入り込んだ場合に燃料噴射を好適に実施するために、種々の手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、内燃機関の始動時において、ピエゾスタックの伸び量を通常時の伸び量よりも大きくすることで、大径ピストンと小径ピストンとを当接させる。これにより、ピストン間の変位の伝達を確実に行い、燃料噴射を実施可能としている。
【特許文献１】特開２００７−２９８０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の場合、２つのピストンを当接させることから、油密室内から燃料とともに気泡が排出されるものと考えられる。しかしながら、特許文献１では、油密室内から気泡を排出した後については考慮されていない。つまり、油密室内から気泡を排出させる際、その気泡とともに燃料も排出されるため、２つのピストンを当接させた後、直ちに通常制御に移行した場合には、油密室に十分量の燃料を吸い戻すことができない。その場合、２つのピストンのうち少なくとも一方（例えば小径ピストン）が初期位置に戻らないため、ピストンを正常に機能させることができない。その結果、アクチュエータの変位を制御バルブまで伝達することができず、燃料噴射を実施できないおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料噴射弁を正常に作動させることで燃料噴射を好適に実施することのできる内燃機関の燃料噴射装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について説明する。
【０００８】
本発明における内燃機関の燃料噴射装置は、本体内部を軸方向に伸縮変位するアクチュエータと、前記アクチュエータの変位方向先端部に配置される第１ピストン及び第２ピストンと、前記第１ピストン及び前記第２ピストンの間に形成され燃料が油密的に充填される油密室と、前記第２ピストンの変位に伴い燃料噴射口を開閉させるノズルニードルとを備える燃料噴射弁に適用され、前記アクチュエータを駆動させることで燃料噴射を行う内燃機関の燃料噴射装置であって、前記アクチュエータを伸縮動作させて前記油密室内の気泡を排出する気泡排出手段と、前記気泡排出手段により前記気泡の排出処理が実行された後、前記アクチュエータの駆動を、前記油密室内の燃料の吸い戻しを行うべく所定の吸い戻し期間休止させる駆動休止手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記構成において、油密室内に気泡が入り込むと、第１ピストンから第２ピストンに力が伝達されにくくなる。かかる場合、油密室内から気泡が排出されるまでノズルニードルの変位が十分に行われず、その結果、燃料噴射口が開口されず、燃料噴射が適正に実施できないおそれがある。その点、本発明では、アクチュエータを伸縮動作させることにより油密室内の気泡を排出することができる。
【００１０】
また、このとき、油密室内の気泡が排出されたとしても、油密室に十分量の燃料が吸い込まれていなければ、第１ピストンと第２ピストンとの間隔が通常時よりも狭くなる（第２ピストンが初期位置に戻らない）ため、アクチュエータからノズルニードルへの変位伝達を適切に行うことができないおそれがある。その点、本発明によれば、油密室内の気泡の排出後にはアクチュエータの駆動が所定期間休止されるため、その休止期間中に油密室内に燃料を吸い戻すことができる。これにより、油密室内に十分量の燃料を導入可能になるため、気泡排出後において第１ピストンと第２ピストンとの間隔を好適な間隔に戻すことができる。その結果、アクチュエータの変位によるノズルニードルの変位を好適に行うことができ、ひいては燃料噴射を確実に行うことができる。
【００１１】
アクチュエータの伸長と収縮とにより油密室内の気泡を排出する場合、第１ピストンによる油密室の押圧時間が長いほど油密室から多くの気泡が排出され、油密室の容積が復帰するまでに時間を要するものと考えられる。この点に鑑み、請求項２に記載の発明では、前記吸い戻し期間を、気泡の排出時における前記アクチュエータの伸長制御量に基づいて可変に設定する。こうすることで、吸い戻し期間を、油密室の容積を復帰させるのに適した長さに設定可能となるため、油密室の容積が十分に復帰されないという事態を回避することができる。また、吸い戻し期間として過剰に長い期間が設定されるのを回避可能となるため、燃料噴射が実行されない期間が長引くことに起因して燃料噴射の制御性が低下するのを回避することができる。ここで、アクチュエータの伸長制御量は、１回のアクチュエータの駆動量又は複数回のアクチュエータの駆動量における積算値であり、アクチュエータの伸縮回数又は伸長状態での保持時間に基づいて判断するのが望ましい。
【００１２】
燃料噴射弁の温度が異なると、熱膨張により本体と各ピストンとの摺動部におけるクリアランスが異なり、同一の伸長制御量でアクチュエータを駆動させても、油密室内の気泡の排出程度が異なるものと考えられる。その点に鑑み、請求項３に記載の発明では、前記アクチュエータの伸長制御量と前記燃料噴射量の温度に関する温度情報とに基づいて前記吸い戻し期間を可変に設定する。こうすることで、燃料噴射弁の温度の違いにより気泡の排出程度が異なる場合であっても、油密室内に燃料を十分に吸い戻すことができる。ここで、燃料噴射弁の温度に関する温度情報は、燃料噴射弁の温度を直接計測してもよいが、冷却水温や外気温に基づく推定値とするのが望ましい。
【００１３】
油密室内の気泡排出の際、摺動部におけるクリアランスや油密室内の気泡量など種々の条件によってその排出しやすさが異なるものと考えられる。したがって、請求項４に記載の発明のように、前記油密室内の気泡排出時における前記アクチュエータの伸長制御量を可変に設定するのが好ましい。クリアランスや気泡量の相違の要因となる各種条件に応じて伸長制御量を可変に設定することで、気泡排出を好適に行うことができる。ここで、クリアランスが異なる要因としては、例えば燃料噴射弁の温度の違いによるものがある。また、気泡量が異なる要因としては、例えばガス欠時であるかといった時期的要件によるものがある。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記燃料噴射弁による燃料噴射に伴う燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備え、前記気泡排出手段は、前記燃焼状態判定手段により判定した燃焼状態に応じて前記アクチュエータによる気泡排出の要否を判定するものである。この構成によれば、燃料噴射弁による燃料噴射に伴う燃焼状態に応じてアクチュエータによる気泡排出動作を実施するか否かが決定されるため、燃焼状態が良好でなく燃料噴射弁に異常発生のおそれがある場合に気泡排出処理を実施することができる。ここで、燃料噴射弁による燃料噴射に伴う燃焼状態は、気筒内における燃焼圧又は内燃機関の回転速度により判断するのが望ましい。
【００１５】
燃料タンク内の残存燃料が欠乏間近の状態（いわゆるガス欠やガス欠間近の状態）の場合、燃料噴射弁の中に燃料と同時に空気も導入されることとなる。そのため、ガス欠時等には、油密室内へ気泡が入り込みやすい。その点に鑑み、請求項６に記載の発明では、燃料タンク内の燃料残量を検出する燃料残量検出手段を備え、その燃料残量検出手段により検出した燃料残量が欠乏間近の所定範囲内にある場合に前記アクチュエータによる気泡排出を実施する。こうすることで、ガス欠等に伴い油密室内に導入された空気を好適に排出することができる。また、油密室の気泡排出動作や燃料の吸い戻し動作をガス欠等の状況下でのみ行うことで、燃料噴射が実施されない時期が発生するのを必要最小限に抑えることができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、前記内燃機関の始動時であることを検出し、前記内燃機関の始動時であることが検出された場合に、前記アクチュエータによる気泡排出を実施する。この構成によれば、油密室内の気泡排出動作を内燃機関の始動時に行うため、できるだけ早期の段階で燃料噴射弁を正常に機能させることができる。特に、請求項５と請求項７とを組み合わせた発明においては、内燃機関の始動時であって燃焼状態が良好でない場合に気泡の排出処理が実施されるため、内燃機関の始動性が過度に損なわれるのを好適に回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、ディーゼルエンジンを対象に燃料噴射制御システムを構築するものである。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施するものとしている。
【００１８】
図１は、本実施形態における燃料噴射システム１０の全体構成を示す図である。図１の燃料噴射システム１０において、燃料タンク１１内の燃料は、燃料ポンプ１２により高圧化され、コモンレール１３内に高圧状態で蓄えられた後、インジェクタ２０からエンジンの気筒内に噴射される。
【００１９】
インジェクタ２０の構成について図１を用いて説明する。インジェクタ２０は、例えば円筒状の金属製ボディ２１の内部に、その軸線方向（図１における上下方向）において上部から順に、ピエゾスタック２２、変位伝達部２３、三方弁式の制御バルブ２４、ノズル部２５が配設されている。コモンレール１３からの高圧燃料は、高圧燃料通路２６を介して、インジェクタ２０先端部の噴孔２７に供給される。また、インジェクタ２０内部の高圧燃料の一部は、低圧燃料通路２８からチェック弁１４を通過して燃料タンク１１に戻される。なお、エンジン運転中においては、そのチェック弁１４により低圧燃料通路２８の圧力が所定圧に保持されることとなる。
【００２０】
ピエゾスタック２２は、複数枚の板状圧電素子（例えばＰＺＴ等のセラミックス）が積層された圧電積層体として構成されている。ピエゾスタック２２は、ピエゾの逆圧電効果を利用してインジェクタ２０の軸線方向に伸縮変位する。具体的には、ピエゾスタック２２は、電圧印加されることで伸長し、その電圧印加が解除されることで収縮する。このピエゾスタック２２の変位（駆動力）は、変位伝達部２３を介して制御バルブ２４、ノズル部２５に伝達される。
【００２１】
変位伝達部２３は、ピエゾスタック２２の変位方向下端部に配置された大径ピストン３１と、大径ピストン３１の変位方向下端部に配置され大径ピストン３１よりも径の小さい小径ピストン３２と、大径ピストン３１と小径ピストン３２との間に形成され燃料が油密的に充填された油密室３３とから構成されている。変位伝達部２３を上記構成とすることで、変位伝達部２３によりピエゾスタック２２の微小変位が拡大され、その拡大された変位が小径ピストン３２を介して制御バルブ２４へ伝達されることとなる。また、ピエゾスタック２２の温度特性に起因した変位（歪み）を油密室３３で吸収可能となっている。
【００２２】
大径ピストン３１及び小径ピストン３２は、シリンダ３４内に摺動自在にかつ油密的に収容されている。大径ピストン３１の上端部には鍔部３５が設けられており、その鍔部３５において、大径ピストン３１とシリンダ３４の一部との間にスプリング３６が設けられている。そのスプリング３６により、大径ピストン３１はピエゾスタック２２側へ向かって付勢されている。また、小径ピストン３２の下端部には鍔部３７が設けられており、その鍔部３７において、小径ピストン３２とシリンダ３４の一部との間にスプリング３８が設けられている。そのスプリング３８により、小径ピストン３２は制御バルブ２４側へ向かって付勢されている。ピエゾスタック２２が伸長すると、大径ピストン３１は、スプリング３６の付勢力に抗してその伸長方向（すなわち下方向）に変位する。また、大径ピストン３１が変位すると、その変位に伴い油密室３３が圧縮され、更に油密室３３の圧力を受けることにより小径ピストン３２が下方向に変位する。その後、ピエゾスタック２２が収縮すると、大径ピストン３１は、スプリング３６の付勢力によりその収縮方向（すなわち上方向）に変位し、ピエゾスタック２２側に押し戻される。また、大径ピストン３１による油密室３３の押圧が解除されることにより、小径ピストン３２は、制御バルブ２４のスプリング４２の付勢力により上方向に変位し、大径ピストン３１側に押し戻される。
【００２３】
制御バルブ２４は、小径ピストン３２の下方に位置するバルブ室４１内に配設され、該制御バルブ２４を小径ピストン３２側（図１の上方向）へ付勢するスプリング４２を有している。バルブ室４１は、燃料タンク１１に連結される低圧燃料通路２８と、ノズル部２５を構成する背圧室４３に連結される高圧連絡通路４４とに連通されている。制御バルブ２４は、小径ピストン３２の変位に伴い変位することで、低圧燃料通路２８と高圧連絡通路４４との接続状態を変える。すなわち、小径ピストン３２が変位していない状態では、制御バルブ２４は、スプリング４２及び油圧力により小径ピストン３２側へ付勢されることで、バルブ室４１の上端面４１ａに当接される。これにより、背圧室４３と低圧燃料通路２８とが遮断され、背圧室４３と高圧連絡通路４４が連通する。一方、小径ピストン３２が下方向に変位すると、その変位に伴いスプリング４２の付勢力に抗して制御バルブ２４が下方向に変位し、制御バルブ２４の下端がバルブ室４１の下端面４１ｂに当接される。これにより、制御バルブ２４がバルブ室４１の上端面４１ａから離間し、背圧室４３と低圧燃料通路２８とが連通され、更に背圧室４３と高圧連絡通路４４が遮断される。
【００２４】
ノズル部２５は、ノズルシリンダ４５に摺動自在にかつ油密的に収容され噴孔２７を開閉するノズルニードル４６と、ノズルニードル４６の上方に位置する背圧室４３とにより構成されている。ノズルニードル４６には、該ノズルニードル４６を噴孔２７側（下方向）へ付勢するスプリング４７が取り付けられている。ノズルニードル３６は、制御バルブ２４の駆動状態に応じて上下方向に変位することにより噴孔２７を開閉する。すなわち、制御バルブ２４がバルブ室４１の上端面４１ａに当接されて背圧室４３と低圧燃料通路２８とが遮断されている場合には、背圧室４１は、高圧燃料通路２６からノズル部２５へ導入される高圧燃料により高圧状態に維持される。これにより、ノズルニードル４６は噴孔２７側に付勢され、噴孔２７を塞ぐ。一方、制御バルブ２４がバルブ室４１の下端面４１ｂに当接されて背圧室４１と低圧燃料通路２８とが連通されている場合には、背圧室４１は、低圧燃料通路２８へ高圧燃料が抜けることにより低圧状態となる。これにより、ノズルニードル４６は、スプリング４７の付勢力に抗して噴孔２７から離間して噴孔２７を開く。
【００２５】
インジェクタ２０は、ピエゾ駆動回路３０及びＥＣＵ４０により駆動制御される。ピエゾ駆動回路３０は、ＥＣＵ４０からの噴射信号に基づいてピエゾスタック２２への印加電圧及び通電タイミング等を制御する。具体的には、ピエゾ駆動回路３０は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータなどの高電圧発生装置を有し、この高電圧発生装置により、車載バッテリから印加されるバッテリ電圧を高電圧に変換する。そして、インジェクタ２０のピエゾスタック２２に対して、所望の通電タイミングにてパルスを出力することで高電圧を印加する。
【００２６】
ＥＣＵ４０は、車載のエンジンＥＣＵであり、それらの制御の主体となるマイコン４１を有している。マイコン４１は、イグニッションスイッチ５１やスタータ５２などからの駆動信号、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ５３や各気筒における燃焼圧を検出する燃焼圧センサ５４、燃料タンク１１内の燃料量を計測する燃料計５５などからの各種検出信号を入力し、都度の運転状態に基づいて燃料噴射弁の燃料噴射量や燃料噴射時期を制御する。
【００２７】
上記構成のインジェクタ２０において、ピエゾ駆動回路３０による燃料噴射制御時における動作は以下のとおりである。すなわち、燃料噴射時には、ピエゾスタック２２に電圧印加し充電することでピエゾスタック２２が伸長変位し、その変位により大径ピストン３１を押し下げて油密室３３の圧力を上昇させる。その油密室３３の圧力により小径ピストン３２が下方へ変位し、制御バルブ２４をバルブ室４２の上端面４１ａから離間させ、下端面４１ｂに当接させる。これにより、低圧燃料通路２８と背圧室４３とが連通して背圧室４３の圧力が低下することで、ノズルニードル４６が上方向に変位し、噴孔２７から燃料が噴射される。
【００２８】
一方、燃料噴射停止時には、ピエゾスタック２２を放電により収縮させることで大径ピストン３１がスプリング３６の付勢力により上方向に変位し、その変位により油密室３３の圧力も低下する。これにより、小径ピストン３２への押圧が解除されるため、小径ピストン３２は、スプリング４２の付勢力により上方向に変位して元の位置に戻る。また、小径ピストン３２の変位に伴い小径ピストン３２による制御バルブ２４の押圧が解除されることで、制御バルブ２４は、スプリング４２により付勢されてバルブ室４１の上端面４１ａに着座する。これにより、低圧燃料通路２８と背圧室４３とが遮断されて背圧室４３が高圧となり、スプリング４７の付勢力によりノズルニードル４６が下方向に変位する。このノズルニードル４６の変位により噴孔２７が閉塞され、燃料噴射が停止される。
【００２９】
上述のとおり、インジェクタ２０には、コモンレール１３からの高圧燃料が導入される。この高圧燃料中には多数の気泡が混入しており、その気泡は油密室３３内の燃料中にも存在しているものと考えられる。そのため、油密室３３内の圧力低下により油密室３３内の燃料中の気泡が膨張した場合には、油密室３３内に大きな気泡が形成されることとなる。ここで、油密室３３内の圧力低下の要因として具体的には、エンジン停止時にチェック弁１４からの僅かな圧力漏れが挙げられる。かかる場合、ピエゾスタック２２の変位に伴い大径ピストン３１が変位したとしても、その変位は、油密室３３内の気泡の圧縮により吸収されることとなるため、小径ピストン３２まで伝達されない。そのため、制御バルブ２４を駆動させることができず、その結果、燃料噴射を実施することができないという事態が生じる。
【００３０】
特に、燃料タンク１１内の燃料が欠乏状態又は欠乏間際の状態の場合（例えばガス欠時等）には、燃料タンク１１からの燃料汲み上げの際に燃料とともに空気も吸い込まれる。このため、その燃料と一緒に吸い込んだ空気が気泡となって燃料中に混入されることが考えられる。この場合にも、上記と同様に油密室３３内に気泡が入り込み、その気泡により両ピストン間の変位伝達が阻害されてしまうおそれがある。
【００３１】
そこで、ＥＣＵ４０は、油密室３３内の気泡を排出するために、ピエゾ駆動回路３０を駆動制御してピエゾスタック２２を伸縮変位させることでエア抜き処理を実行する。エア抜き処理として具体的には、ピエゾ駆動回路３０は、ＥＣＵ４０からの指令信号に基づいて、ピエゾスタック２２への充電と放電とを繰り返し行うことでピエゾスタック２２の伸長と収縮とを複数回（例えば５〜１０回）繰り返し行う。このとき、大径ピストン３１と小径ピストン３２との摺動部分は油密的であることから、ピエゾスタック２２の連続的な伸縮動作において、伸長後収縮させた場合には、大径ピストン３１が上方向に変位して元の位置に戻るのに付随して小径ピストン３２も上方向に引き摺られることとなる。
【００３２】
このときの様子を、図２を用いて説明する。ここで、図２は、ピストン３１，３２の相対的な位置関係を説明するための略図であり、図２（ａ）はエア抜き前の初期状態を示し、図２（ｂ）はピエゾスタック２２への電圧印加によりピエゾスタック２２が伸長した際のピストンの状態を示し、図２（ｃ）はピエゾスタック２２の放電によりピエゾスタック２２が収縮した際のピストンの状態を示す。
【００３３】
エア抜き前の初期状態では、図２（ａ）に示すように、大径ピストン３１と小径ピストン３２との間には、初期間隔Ｃｉｎが設けられており、小径ピストン３２は初期位置Ｈｉｎに配設されている。そして、ピエゾスタック２２の充電によりピエゾスタック２２が伸長すると、図２（ｂ）に示すように、大径ピストン３１が下降する。このとき、油密室３３内にエアが存在していると、そのエアにより大径ピストン３１から小径ピストン３２への変位伝達が妨げられるため、小径ピストン３２は初期位置Ｈｉｎから変位しないか又は僅かに下方向に変位するのみとなる。そして、エアが圧縮されながら油密室３３内の圧力が上昇し、その結果、油密室３３内のエアを含んだ燃料が、摺動面におけるクリアランスを抜けて油密室３３内から排出される。その状態において、ピエゾスタック２２の放電が行われてピエゾスタック２２が収縮すると、図２（ｃ）に示すように、大径ピストン３１が上昇する。このとき、大径ピストン３１と小径ピストン３２との間が油密的に構成されているため、小径ピストン３２は、大径ピストン３１がスプリング３６の付勢力により元の位置に戻ろうとするのに付随して上方向に引き摺られる。その結果、大径ピストン３１と小径ピストン３２との間が初期間隔Ｃｉｎよりも短い間隔Ｃ１になるとともに、小径ピストン３２が初期位置Ｈｉｎよりも上方の位置Ｈｈｉまで変位することとなる。
【００３４】
ここで、エア抜き処理終了後において、直ちに燃料噴射制御に移行した場合、小径ピストン３２が初期位置Ｈｉｎよりも上方の位置Ｈｈｉにあるため、ピエゾスタック２２を伸長変位させたとしても、小径ピストン３２が制御バルブ２４を押圧しないか又は押圧したとしても制御バルブ２４への変位伝達が適切に行われないことにより、燃料噴射ができないおそれがある。
【００３５】
そこで、本実施形態では、ピエゾスタック２２の伸縮動作に伴い大径ピストン３１を上下動させることで油密室３３内のエア抜きを実行した場合において、そのエア抜き実行後の所定期間はピエゾスタック２２の休止状態を保持する。こうすることで、その休止期間中に油密室３３内へ燃料を吸い戻し、油密室３３の容積を初期状態に回復させるとともに、小径ピストン３２の位置を初期位置Ｈｉｎに戻す。この処理として、ＥＣＵ４０は、以下に示すピエゾ駆動処理を実行する。
【００３６】
図３は、ピエゾ駆動処理に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。この処理は、イグニッションスイッチ５１がオンされたことに伴いＥＣＵ４０へ電力供給された後に所定周期で（例えば４ｍｓｅｃ毎に）繰り返し実行される。
【００３７】
まず、図３のステップＳ１１では、エア抜き実行フラグＦａの値を判定する。このフラグＦａは、油密室３３のエア抜き処理の実行の許否を示すフラグであり、値０の場合にはエア抜き処理を実行しないことを示し、値１の場合にはエア抜き処理の実行を許可することを示す。なお、イグニッションスイッチ５１のオン時は、初期値として値０が設定されている。
【００３８】
イグニッションスイッチ５１がオンされた直後であれば、エア抜き実行フラグＦａは値０にリセットされていることから、ステップＳ１１で肯定判定がなされ、ステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、エンジン始動時であるか否かを判定する。本実施形態では、スタータ５２のオン後の所定時間（例えば２ｓｅｃ）である場合にエンジン始動時と判断する。
【００３９】
エンジン始動時であれば、ステップＳ１２で肯定判定がなされ、ステップＳ１３でエア抜き実行条件が成立しているか否かを判定する。エア抜き実行条件として、本実施形態では、燃料タンク１１内の残存燃料が欠乏間近の所定量以下（例えば１Ｌ以下）であってかつエンジン再始動時であること、及びエア抜きを実行する定期時期が到来した（例えば、前回のエア抜き実行から一定期間が経過した）ことのいずれかを満たす場合であって、かつインジェクタ２０による燃料噴射に伴う燃焼状態が異常である場合とする。ここで、燃料タンク１１内の燃料が欠乏間近の所定量以下であることは、燃料タンク１１に設けられた燃料計５５にて計測した値に基づいて判断する。エンジン再始動時であることは、例えばスタータ５２のオン時におけるエンジン水温に基づいて判断する。また、エア抜き実行の定期時期であることは、ＥＣＵ３０に内蔵されたソークタイマ等により計測された時間に基づいて判断する。インジェクタ２０による燃料噴射に伴う燃焼状態が異常であることは、燃焼圧センサ５４により検出した燃焼圧が所定圧以下か否かにより判断する。なお、燃焼状態は、クランク角センサ５３により検出したエンジン回転速度に基づいて判断してもよい。
【００４０】
エンジン始動後である場合や、エンジン始動時であってもエア抜き実行条件が成立していない場合にはステップＳ１４へ進み、通常の燃料噴射制御を実行する。なお、スタータオン前である場合にもステップＳ１４へ移行されることとなるが、この場合には燃料噴射は実施されない。一方、エンジン始動時であり、かつエア抜き実行条件が成立している場合には、ステップＳ１５へ進み、エア抜き実行フラグＦａに値１をセットする。その後、ステップＳ１６において、エア抜き処理を実行する。
【００４１】
図４は、エア抜き処理に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、図４のステップ２１では、エア抜き処理の実行が完了したか否かを判定する。本実施形態では、後述するパルス出力回数分のパルスが、本ルーチンの実行開始後にピエゾスタック２２に出力された場合にエア抜きが完了したものと判断する。
【００４２】
エア抜き処理の実行前であれば、ステップＳ２１で否定判定がなされ、ステップＳ２２へ進む。ステップＳ２２では、エア抜き処理を実行するのにあたり、ピエゾスタック２２に電圧印加する際のパルス出力回数を設定する。本実施形態では、このパルス出力回数が本発明におけるアクチュエータの伸長制御量に相当する。なお、このとき既にエア抜き処理実行中の場合には、本ステップを実行せず、ステップＳ２３へ進む。
【００４３】
パルス出力回数を設定するのにあたり、本実施形態では、その回数をインジェクタ２０の温度情報に基づいて可変に設定する。具体的には、例えばインジェクタ２０の温度情報とパルス出力回数との関係を示すパルス数設定用マップを予め記憶しておき、そのマップを用いてパルス数を算出する。このようにインジェクタ２０の温度情報に応じてパルス出力回数を可変に設定することで、インジェクタ２０の温度変化に基づく熱膨張によりシリンダ３４とピストン３１，３２との摺動面におけるクリアランスの大きさが異なる場合にも、油密室３３内のエアが好適に排出されるようにする。すなわち、インジェクタ２０の温度が高いほどクリアランスの大きさが小さくなることから、パルス出力回数を多くする。インジェクタ２０の温度情報としては、ボディ２２やその近傍にセンサを設けそのセンサにより計測した値を用いてもよいが、エンジン水温や燃焼圧、外気温などに基づく推定値とするのが望ましい。
【００４４】
なお、パルス出力回数を設定するには、インジェクタ２０の温度以外の条件に基づいて行ってもよい。具体的には、ガス欠時には比較的多くのエアが油密室３３内に導入されるため、定期的なエア抜き処理時よりもパルス出力回数を多くするのが望ましい。また、エンジンの休止期間が長いほど燃料中にエアが含まれるものと考えられるため、パルス出力回数を多くするのが望ましい。
【００４５】
続くステップＳ２３では、ピエゾスタック２２に対し、エア抜き用パルスとして、ステップＳ２２で設定したパルス出力回数分のパルスを出力する。これにより、ピエゾスタック２２がその出力回数と同じ数の伸長と収縮とを繰り返すとともに、ピエゾスタック２２の伸縮動作に付随して大径ピストン３１がそのパルス出力回数と同じ数だけ上下方向を往復する。この大径ピストン３１の動きにより油密室３３の容積が徐々に小さくなり、その容積減少に伴い油密室３３内のエアが排出されることとなる。
【００４６】
そして、設定したパルス出力回数分のパルスが出力されてエア抜きが完了すると、ステップＳ２１で肯定判定がなされ、ステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４では、油密室３３内に十分量の燃料を吸い戻すためにピエゾスタック２２の動き休止させておく吸い戻し期間（例えば数秒）を設定する。吸い戻し期間を設定するには、本実施形態では、ピエゾスタック２２へのパルス出力回数に基づいて可変に設定する。具体的には、例えばパルス出力回数と吸い戻し期間との関係を示す吸い戻し期間設定用マップを予め記憶しておき、そのマップを用いて吸い戻し期間を算出する。なお、このとき既に吸い戻し期間が設定済みの場合には本ステップを実行せず、ステップＳ２５へ進む。
【００４７】
図５は、吸い戻し期間設定用マップの一例である。図５のマップでは、パルス出力回数が多いほど吸い戻し期間が長く設定される。つまり、パルス出力回数が多ければ大径ピストン３１の往復回数も多くなるため、油密室３３の容積が小さくなるものと考えられる。本実施形態では、パルス出力回数に応じて吸い戻し期間を設定することで、エア抜き終了後における油密室３３の容積に応じた長さの吸い戻し期間が設定されるようにする。
【００４８】
ここで、本実施形態において、吸い戻し期間は、正常な燃料噴射が実施可能となるまでに要する時間（噴射復帰時間）が最小になるよう設定される。つまり、吸い戻し期間が短すぎると、燃料噴射制御に速やかに移行できるものの油密室３３内に燃料を十分に吸い戻すことができないため、インジェクタ２０が正常に機能するまでに時間がかかってしまう。その結果、噴射復帰時間が長くなってしまう。また、吸い戻し期間が長いほど油密室３３に十分量の燃料を吸い戻すことができる一方、燃料噴射開始までに時間がかかってしまう。この関係に基づき、図５のマップにおいては、噴射復帰時間が最小となるよう吸い戻し期間が設定されている。
【００４９】
図４の説明に戻り、続くステップＳ２５では、エア抜き用パルスの出力が完了した時点から吸い戻し期間が経過したか否かを判定する。吸い戻し期間が経過していない場合には、ステップＳ２６へ進み、ピエゾスタック２２に対し電圧印加を行うことなくそのまま待機させる。すなわち、この吸い戻し期間では、ピエゾスタック２２において、エア抜きのための駆動も燃料噴射のための駆動も実施されない。このとき、油密室３３内には燃料が徐々に吸い戻されることとなる。
【００５０】
一方、エア抜き終了から吸い戻し期間が経過すると、ステップＳ２５で否定判定がなされ、ステップＳ２７へ進み、エア抜き実行フラグＦａを値０にリセットする。したがって、その後においては、図３のステップＳ１１で肯定判定がなされ、ステップＳ１２で否定判定がなされることにより、通常時の燃料噴射制御に移行されることとなる。
【００５１】
図６は、エア抜き処理を示すタイムチャートである。同図において（ａ）はイグニッションスイッチ５１からのオン／オフ信号を示し、（ｂ）はエア抜き実行フラグＦａを示し、（ｃ）はピエゾスタック２２への通電パターンを示す。図６において、時刻ｔ１でイグニッションオンされると、その後の時刻ｔ２においてエア抜き実行条件が成立したのに伴いエア抜き実行フラグＦａに値１がセットされる。これにより、エア抜き用パルスとして、インジェクタ２０の温度情報に基づいて設定された出力回数分のパルスがピエゾスタック２２に出力される。時刻ｔ３でエア抜き用パルスの出力が完了すると、その完了した時点からパルス出力回数に基づいて設定された吸い戻し期間だけピエゾスタック２２の駆動が停止され、その吸い戻し期間において油密室３３に燃料が吸い戻される。そして、時刻ｔ３から吸い戻し期間が経過した時刻ｔ４でエア抜き実行フラグＦａがゼロにリセットされ、以後、通常の燃料噴射制御が実行される。
【００５２】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００５３】
ピエゾスタック２２の伸長と収縮とを繰り返すことにより油密室３３のエア抜き処理を実施した後、ピエゾスタック２２の駆動が吸い戻し期間休止されるため、その吸い戻し期間中に油密室３３内に燃料を吸い戻すことができる。これにより、エア抜き処理によって小径ピストン３２が初期位置Ｈｉｎよりも高位置のＨｈｉ（大径ピストン３１に初期間隔Ｃｉｎよりも近い位置）に位置する場合であっても、油密室３３内に燃料が導入されて油密室３３の容積が回復されることにより、小径ピストン３２の位置を初期位置Ｈｉｎまで戻すことができる。その結果、ピエゾスタック２２が変位した場合にその変位をノズルニードル４６まで伝達することができ、ひいては燃料噴射を確実に行うことができる。
【００５４】
エア抜き処理におけるピエゾスタック２２へのパルス出力回数に基づいて吸い戻し期間を設定するため、該吸い戻し期間を、エア抜き処理後の油密室３３の容積に応じた長さに設定することができる。これにより、油密室３３の容積が十分に回復されないという事態を回避することができ、ひいてはピエゾスタック２２からノズルニードル４６までの変位伝達を好適に実施することができる。また、吸い戻し期間として過剰に長い期間が設定されるのを回避するため、燃料噴射が実行されない期間が長引くことに起因して燃料噴射の制御性が低下するのを回避することができる。
【００５５】
エア抜き処理におけるピエゾスタック２２へのパルス出力回数をインジェクタ２０の温度情報に基づいて設定するため、シリンダ３４と各ピストン３１，３２との摺動面におけるクリアランスの大きさに応じたパルス出力回数を設定することができる。これにより、油密室３３内のエアを好適に排出することができる。
【００５６】
エンジンの始動時にエア抜き処理を実行するため、できるだけ早期の段階でインジェクタ２０を正常に機能させることができる。また、エンジンの始動時（すなわちエンジン始動開始後）に行うことで、燃料タンク１１から燃料を吸い上げ可能な状態でエア抜き処理を実行することができる。これにより、吸い戻し期間において油密室３３内に燃料を吸い戻しやすくなり好ましい。また、エア抜き処理を定期的に実施することにより、経時的に蓄積された油密室３３内のエアを好適に排出することができる。
【００５７】
燃料タンク１１内の残存燃料が欠乏間際の所定量以下の場合にエア抜き処理を実施するため、残存燃料が僅かであることに起因して油密室３３内に入り込んだエアを好適に排出することができる。また、油密室３３内におけるエア抜きをガス欠時等の限られた状況下で行うことで、燃料噴射が実施されない時期が発生するのを最小限に抑えることができる。
【００５８】
エンジン気筒内における燃焼圧が所定圧以下の場合にエア抜き処理を行うため、インジェクタ２０が正常に機能していないおそれがある場合にエア抜き処理を実施することができる。
【００５９】
噴射復帰時間が最小になるよう吸い戻し期間を設定するため、吸い戻し期間の設定に伴う燃料噴射開始時期の遅延を抑制しつつ、インジェクタ２０を早期に燃料噴射可能とすることができる。
【００６０】
油密室３３のエア抜き処理として、ピエゾスタック２２の伸長と収縮とを複数回繰り返すため、１回の伸長動作によりエア抜きを行う場合に比べてエアの排出を好適に実施することができる。
【００６１】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
【００６２】
・上記実施形態では、ピエゾスタック２２に対して複数回数のパルスを出力することにより油密室３３のエア抜き処理を実施したが、１回のパルス出力によりエア抜き処理を実施してもよい。このとき、インジェクタ２０の温度情報に基づいてパルス幅（ピエゾスタック２２の伸長状態での保持時間）を設定するのが望ましい。具体的には、インジェクタ２０の温度情報の変動に伴いシリンダ３４とピストンとの摺動面におけるクリアランスが小さくなるほどパルス幅を大きく設定する。
【００６３】
・上記実施形態では、インジェクタ２０の温度に基づいてパルス出力回数を設定したが、インジェクタ２０の温度によらずパルス出力回数を一定としてもよいし、あるいはインジェクタ２０の温度以外の条件（例えば、ガス欠時か又は定期検査時かといった時期的要件）に基づいてパルス出力回数を可変に設定してもよい。その場合、吸い戻し期間を、インジェクタ２０の温度に基づいて設定するのが望ましい。こうすることで、インジェクタ２０の温度の違いによりクリアランスが異なる場合であっても、油密室３３内に燃料を十分に吸い戻すことができる。
【００６４】
・上記実施形態では、スタータ５２のオン後にエア抜き処理を実施したが、イグニッションオン後であってスタータオン前に実施してもよい。
【００６５】
・上記実施形態では、インジェクタ２０の温度情報に基づいてピエゾスタック２２へのパルス出力回数を設定するとともに、そのパルス出力回数に基づいて駆動休止期間の長さを設定したが、パルス出力回数及び駆動休止期間の長さを一定としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】燃料噴射システムの全体概略構成図。
【図２】大径ピストンと小径ピストンとの位置関係を示す説明図。
【図３】ピエゾ駆動処理に関する処理手順を示すフローチャート。
【図４】エア抜き処理に関する処理手順を示すフローチャート。
【図５】吸い戻し期間設定用マップの一例を示す図。
【図６】エア抜き処理を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００６７】
１０…燃料噴射システム、２０…インジェクタ、２２…ピエゾスタック、２３…変位伝達部、２４…制御バルブ、２７…噴孔、３１…大径ピストン、３２…小径ピストン、３３…油密室、３０…ピエゾ駆動回路、４０…エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）、４６…ノズルニードル、５４…燃焼圧センサ、５５…燃料計。
【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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