CN100429394C - 内燃机的燃料喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料喷射装置，在将构成燃料喷射装置的压电喷射器的压电叠层和驱动体上所固有的合成谐振周期作为T、将从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间作为t的情况下，为了防止t≤0.5T±0.1T时经过升压时间(t)后施加到压电叠层上的振动载荷，而在压电叠层的控制装置中设定升压时间(t)以满足于0.6T≤t的关系，使即将达到升压时间(t)之前的压电叠层的升压斜度稳定，抑制在压电叠层上所产生的峰值载荷和谷值载荷，提高压电叠层的长期可靠性。

Description

内燃机的燃料喷射装置

技术领域

本发明涉及具有由层叠压电元件而成的压电叠层的伸长输出来控制燃料喷射的压电喷射器的内燃机的燃料喷射装置，特别涉及适用了与提高压电叠层的可靠性相关的技术的内燃机的燃料喷射装置。另外，在下面的叙述中内燃机简称为发动机。

背景技术

层叠压电元件而成的压电叠层，在对其两端部施加电压来进行充电时，沿层叠方向膨胀而产生伸长输出。将燃料喷射给发动机的压电喷射器，利用压电叠层被充电时产生伸长输出的性质，由压电叠层使阀(三向阀、双向阀的等)动作来控制针阀的排压，从而使针阀动作，或者由压电叠层直接驱动针阀的排压，来控制燃料喷射。

现有的压电叠层的充电技术，在目标喷射定时中仅设计有喷射开始，从压电叠层的充电开始之后到达目标充电电压为止的升压时间t完全没有被考虑。这一技术例如在日本特开2003-88145号公报或日本特开2003-92438公报中被公开。

因此，驱动体被按压到压电叠层的结构的压电喷射器，在压电叠层和驱动体的合成谐振周期T中重复压电叠层的谷值和峰值，因此，峰值载荷和谷值载荷被直接施加到压电叠层，压电叠层存在破损的可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可防止压电喷射器中的压电叠层(stack)的破损、可提高压电叠层的长期可靠性的发动机的燃料喷射装置。

用于达到上述目的的本发明适用于燃料喷射装置，该燃料喷射装置具有：压电喷射器，其具备由充电而向层叠压电元件的方向产生伸长输出的压电叠层、和由该压电叠层的伸长输出而被直接驱动并向层叠方向移动的驱动体，通过由压电叠层的伸长输出而使驱动体向层叠方向移动来执行燃料喷射；以及控制装置，进行压电叠层的充放电控制。这些将作为第1～第6形态来表示。

本发明的燃料喷射装置的第1形态的特征在于，在将从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间作为t、将压电叠层和驱动体的合成谐振周期作为T的情况下，进行压电叠层的充放电控制的控制装置实施满足(0.6T≤t)的关系的第1升压控制。

由此，由于达到升压时间t的定时为0.6T以后，因此升压结束的定时和由合成谐振周期T所致的载荷的右上斜度为最大的定时不重叠。而且，由于达到升压时间t的定时为0.6T以后，因此升压斜度稳定。其结果，可抑制充电电压达到目标充电电压后产生的高载荷(过冲所致的峰值)，并且也可抑制之后的峰值谷值的反复。

这样，由于抑制了压电叠层上所产生的峰值载荷和谷值载荷，因此可提高压电叠层的长期可靠性，提高压电喷射器的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

本发明的燃料喷射装置的第2形态的特征在于，在将从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间作为t、将压电叠层和驱动体的合成谐振周期作为T的情况下、且(0.25T≤t＜0.6T)的情况下，进行压电叠层的充放电控制的控制装置实施第2升压控制，该第2升压控制使0.5t～1t的平均升压速度比上述压电叠层的开始充电～0.5t平均升压速度慢。

由此，由于达到升压时间t的定时无论在0.5T的±0.1T内还是在0.4T内，都可使达到升压时间t时的升压斜度稳定。其结果，可抑制充电电压达到目标充电电压后产生的高载荷(过冲所致的峰值)，并且也可抑制之后的峰值谷值的反复。这样，由于抑制了压电叠层上所产生的峰值载荷和谷值载荷，因此可提高压电叠层的长期可靠性，提高压电喷射器的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

本发明的燃料喷射装置的第3形态的特征在于，在将从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间作为t、将压电叠层和驱动体的合成谐振周期作为T的情况下，进行压电叠层的充放电控制的控制装置实施第3升压控制，该第3升压控制为，在从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间t内，使压电叠层所产生的载荷变动峰值顶部的±0.1T内的升压速度比其他升压速度慢、和/或使压电叠层所产生的载荷变动谷值顶部的±0.1T内的升压速度比其他升压速度快。

即，第3升压控制为，使峰值顶部前后间的升压速度慢、和/或使谷值顶部前后间的升压速度快。由此，可抑制驱动体开始动作的瞬间所产生的峰值载荷、或之后的谷值载荷或峰值载荷的产生。其结果，可提高压电叠层的长期可靠性，提高压电喷射器的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

本发明的燃料喷射装置的第4形态的特征在于，在将从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间作为t、将压电叠层和驱动体的合成谐振周期作为T的情况下，进行压电叠层的充放电控制的控制装置实施第4升压控制，该第4升压控制为，在从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间t内，使压电叠层所产生的载荷变动峰值顶部的±0.1T内的外加电压降低。

即，第4升压控制为，使峰值顶部前后间的电压的升压斜度成为负斜度。由此，可抑制驱动体开始动作的瞬间所产生的峰值载荷、或之后的谷值载荷或峰值载荷的产生。其结果，可提高压电叠层的长期可靠性，提高压电喷射器的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

本发明的燃料喷射装置的第5形态的特征在于，在将从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间作为t、将压电叠层和驱动体的合成谐振周期作为T的情况下、且在压电叠层和驱动体产生由前次喷射所带来的残余谐振的情况下，进行压电叠层的充放电控制的控制装置实施第5升压控制，该第5升压控制为，在从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间t内，将与由残余谐振所带来的载荷变动相位相反的电压外加给上述压电叠层。

根据第5形态，由于在升压时间t内残余谐振的载荷上升时，由反相位使电压的升压斜度成为负斜度，因此，可缓和载荷的上升速度，可抑制高载荷的产生。其结果，可提高压电叠层的长期可靠性，提高压电喷射器的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

而且，根据第5形态，由于在升压时间t内残余谐振的载荷上升时，由反相位使电压的升压斜度成为负斜度，因此，可缓和载荷的上升速度，可避免喷射定时变早的不便。相反，通过在升压时间t内残余谐振的载荷降低时，实施由反相位使电压的升压斜度增大的控制，就可避免抑制压电叠层伸长的现象，避免喷射定时变晚的不便。

本发明的燃料喷射装置的第6形态的特征在于，在第5形态中，进行压电叠层的充放电控制的控制装置在经过升压时间t后还实施第6升压控制，该第6升压控制为，将与由残余谐振所带来的载荷变动相位相反的电压外加给压电叠层。由此，可抑制经过升压时间t后的谷值载荷或峰值载荷的产生，可提高压电叠层的长期可靠性。

用于达成上述目的的本发明适用于发动机的燃料喷射装置，该燃料喷射装置具有压电喷射器，该压电喷射器具有：由充电而向层叠压电元件的方向产生伸长输出的压电叠层、和由该压电叠层的伸长输出而被直接驱动并向层叠方向移动的驱动体，通过由压电叠层的伸长输出使驱动体向上述压电叠层的层叠方向移动来执行燃料喷射。这些将作为第7～第18形态来表示。

本发明的燃料喷射装置的第7形态的特征在于，在驱动体和滑动自如地支撑该驱动体的滑动保持部件的接触部上设有使摩擦系数降低的摩擦系数降低部件。由此，可抑制在压电叠层开始伸长后、驱动体开始动作的瞬间所产生的最大载荷。这样，通过抑制施加到压电叠层上的最大载荷，就可提高压电叠层的长期可靠性，提高压电喷射器的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

本发明的燃料喷射装置的第8形态的特征在于，设有在与上述驱动体不同的一侧挡住上述压电叠层的伸长输出的固定部件、以及被设置在上述固定部件和压电叠层之间且刚性比固定部件低的低刚性部。由此，压电叠层上所产生的载荷内、固定部件一侧的载荷被低刚性部的变形吸收从而被缓和。其结果，可防止固定部件一侧的压电元件的破损，可提高压电叠层的长期可靠性，提高压电喷射器的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

本发明的燃料喷射装置的第9形态的特征在于，在第8形态中，固定部件由不锈钢构成，低刚性部为拉伸弹性模量(杨氏模量)小于等于10Gpa的低刚性部件。由此，压电叠层上所产生的载荷内、固定部件一侧的载荷被低刚性部的变形吸收从而被缓和。

本发明的燃料喷射装置的第10形态的特征在于，在第9形态中，低刚性部在固定部件中被设置在承受上述压电叠层的伸长输出的面上，通过将表面粗糙度设计成比1.6Z大来作成拉伸弹性模量小于等于10Gpa的粗糙面。由此，压电叠层上所产生的载荷内、固定部件一侧的载荷被低刚性部的变形吸收从而被缓和。

本发明的燃料喷射装置的第11形态的特征在于，构成压电叠层的压电元件中、与驱动体不同的一侧的端部的压电元件，与接近于驱动体一侧的端部的压电元件相比，内部应力低。由此，可缓和构成压电叠层的压电元件中、固定部件一侧的端部的压电元件上所产生的应力，因此可防止固定部件一侧的端部的压电元件的破损。其结果，可提高压电叠层的长期可靠性，提高压电喷射器的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

本发明的燃料喷射装置的第12形态的特征在于，在第11形态中，构成压电叠层的压电元件中、与驱动体不同的一侧(固定部件一侧)的端部的压电元件的元件直径被设计成比接近于驱动体一侧的端部的压电元件的元件直径大。这样，固定部件一侧的端部的压电元件的元件直径被设计成大径，从而分散内部应力。

本发明的燃料喷射装置的第13形态的特征在于，在第12形态中，构成压电叠层的压电元件中、固定部件一侧的端部的压电元件的元件直径比接近于驱动体一侧的端部的压电元件的元件直径大3％以上。

本发明的燃料喷射装置的第14形态的特征在于，在第11形态中，构成压电叠层的压电元件中、固定部件一侧的端部的压电元件的厚度被设计成比接近于驱动体一侧的端部的压电元件的厚度厚。这样，固定部件一侧的端部的上述压电元件的元件被设计得厚，从而分散内部应力。

本发明的燃料喷射装置的第15形态的特征在于，在第14形态中，构成压电叠层的压电元件中、固定部件一侧的端部的压电元件的厚度比接近于驱动体一侧的端部的压电元件的厚度厚3％以上。

本发明的燃料喷射装置的第16形态的特征在于，构成压电叠层的压电元件中、固定部件一侧的端部的压电元件被设计成，与接近于驱动体一侧的端部的压电元件相比，元件强度高。这样，构成压电叠层的压电元件中、固定部件一侧的端部的压电元件的元件强度高，因此可防止固定部件一侧的端部的压电元件的破损。其结果，可提高压电叠层的长期可靠性，提高压电喷射器的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

本发明的燃料喷射装置的第17形态的特征在于，在第16形态中，构成压电叠层的压电元件中、固定部件一侧的端部的压电元件的元件强度比接近于驱动体一侧的端部的压电元件的元件强度高10％以上。

本发明的燃料喷射装置的第18形态的特征在于，在与上述驱动体不同的一侧挡住上述压电叠层的伸长输出的固定部件、以及被设置在上述固定部件和压电叠层之间且对压电叠层施加压缩力的推斥部件。这样，通过配置对压电叠层施加压缩力的推斥部件，即使压电叠层的升压中产生没有负载载荷的谷值，由于推斥部件吸收该没有负载载荷的谷值，因此，可避免在压电叠层上产生急剧的脱落载荷(急剧的拉伸载荷)的不便。

这样，通过抑制对压电叠层施加的谷值载荷，就能提高压电叠层的长期可靠性，提高压电喷射器的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

附图说明

通过有关附图的以下说明可进一步明确地理解本发明。

图1A是表示在对压电叠层开始充电后，上升时间(升压时间)为合成谐振周期T的一半以内的情况下，在压电叠层上产生的变位相对于时间t的变动情况的特性图。(现有技术)

图1B是表示在对压电叠层开始充电后，上升时间(升压时间)为合成谐振周期T的情况下，在压电叠层上产生的变位相对于时间t的变动情况的特性图。(第1实施例)

图1C是表示在对压电叠层开始充电后，上升时间(升压时间)为合成谐振周期T的1.5倍的情况下，在压电叠层上产生的变位相对于时间t的变动情况的特性图。(第1实施例)

图2是燃料喷射装置的概略图。(第1实施例)

图3是燃料喷射装置的概略图。(第1实施例)

图4是压电喷射器的剖面图。(第1实施例)

图5A是表示压电叠层伸长来喷射燃料的情况下的压电喷射器的动作的概略图。(第1实施例)

图5B是表示压电叠层缩短来停止喷射燃料的情况下的压电喷射器的动作的概略图。(第1实施例)

图6是压电叠层的概略图。(第1实施例)

图7是充放电电路的电气电路图。(第1实施例)

图8是温度补偿电路的概略图。(第1实施例)

图9是充放电电路的动作说明图。(第1实施例)

图10A是表示在对压电叠层开始充电后，升压时间为合成谐振周期T的一半以内的情况下，在压电叠层上产生的负载载荷相对于时间t的变动情况的特性图。

图10B是表示在对压电叠层开始充电后，升压时间为合成谐振周期T的一半以内、在升压即将结束之前的期间内升压速度变慢的情况下，在压电叠层上产生的负载载荷相对于时间t的变动情况的特性图。(第2实施例)

图11是表示相对于时间轴的载荷变化的时间图。(参考例)

图12是表示相对于时间轴的充电电压和载荷变化的时间图。(第3实施例)

图13是表示相对于时间轴的充电电压和载荷变化的时间图。(第4实施例)

图14是表示相对于时间轴的充电电压和载荷变化的时间图。(第5实施例)

图15是压电喷射器的概略图。(第6实施例)

图16是压电叠层喷射器的概略图。(第7实施例)

图17是压电叠层喷射器的概略图。(第8实施例)

图18是压电叠层喷射器的概略图。(第9、第10、第11实施例)

图19是压电叠层喷射器的概略图。(第12实施例)

具体实施方式

下面使用附图参照具体实施例对本发明的环形天线的实施形态进行详细的说明，但之前使用图1A对现有的问题点进行说明。

第1问题点在于，在压电喷射器中，驱动体为被按压到压电叠层上的结构，因此，在压电叠层和驱动体上存在合成谐振周期T。因此，在摩擦等外部负载没有施加到压电叠层或驱动体上的理想(假想)的状态的情况下，开始充电后，在0.5T的±0.1T的定时中合成谐振周期T中的载荷右上斜度(谐振周期的右上斜度)为最大。

其中，如前所述，在现有技术中，升压时间t完全没有被考虑。因此，假想了开始对压电叠层充电后到达升压时间t的定时为0.5T的±0.1T内的情况。该情况，如图1A所示，即使充电电压达到目标充电电压，升压结束，由压电叠层和驱动体所致的伸长方向的变位也不停止，伸长载荷(压电叠层的层叠方向的载荷)继续上升，产生高载荷(过冲所致的峰值)。

之后，在合成谐振周期T中重复谷值和峰值。由于这样的峰值载荷和谷值载荷被直接施加到压电叠层，因此，成为压电叠层的破损的主要原因。即，升压时间t为0.5T的±0.1T内时，压电叠层的长期可靠性下降。

第2问题点在于，开始对压电叠层充电后到达升压时间t的定时为0.4T内的情况下，升压斜度非常大。由于第2问题点，即使充电电压达到目标充电电压，升压结束，由压电叠层和驱动体所致的伸长方向的变位也不停止，与上述相同，伸长载荷继续上升，产生高载荷(过冲所致的峰值)，之后，在合成谐振周期T中重复谷值和峰值。由于这样的峰值载荷和谷值载荷被直接施加到压电叠层，因此，成为压电叠层的破损的主要原因。即，即使升压时间t为0.4T内的情况下，压电叠层的长期可靠性也下降。

在上述第1、第2问题点中，揭示了摩擦等外部负载没有施加到压电叠层或驱动体上的理想(假想)的状态下的问题点。然而，实际上，存在摩擦等外部负载施加到压电叠层或驱动体上。因此，以下将现实的问题点作为第3问题点来揭示。

压电叠层开始充电时，就产生伸长载荷。压电叠层开始伸长后，驱动体开始动作的瞬间，该伸长载荷达到最大载荷。参照图11说明具体例，则压电叠层的充电开始后，在21(μs)中，在压电叠层上产生载荷变动的峰值。之后，重复谷值和峰值。由于这样的峰值载荷和谷值载荷被直接施加到压电叠层，因此，成为压电叠层的破损的主要原因。即，由于产生载荷变动的峰值和谷值，压电叠层的长期可靠性下降。

作为第4问题点，不限于压电喷射器，喷射器有实施在短周期内反复进行喷射的多次喷射的情况。若揭示具体例，则有执行短喷射期间的预喷射后实施长喷射期间的主喷射的情况。该情况下，预喷射时产生的谐振有可能涉及到接下来的主喷射的升压时间t内。另外，将对后喷射产生影响的前喷射的谐振称为残余谐振。

在升压时间t内涉及残余谐振时，由升压所致的载荷变动和残余谐振的载荷变动重叠。具体讲，通过残余谐振使载荷上升时，若使压电叠层升压，则载荷的上升速度变快，产生由重叠所致的高载荷。这样的高载荷被直接施加到压电叠层，因此成为压电叠层的破损的主要原因。

另外，在升压时间t内涉及残余谐振时，除上述问题以外，还产生如下问题。通过残余谐振使载荷上升时，若使压电叠层升压，则伸长载荷的上升定时提前，由此有使喷射定时加快的可能性。相反，通过残余谐振使载荷下降时，即使使压电叠层以一定斜度升压，压电叠层的升压被抑制，有使喷射定时延迟的可能性。

第5问题点在于，在压电叠层上产生的伸长载荷被传递给驱动体，但与驱动体不同一侧的压电叠层具有被固定部件支撑的结构。即，成为固定部件挡住与驱动体不同一侧的压电叠层的伸长输出的结构。其中，在压电叠层上产生的载荷内驱动体一侧的载荷通过使驱动体移动而被缓和。

但是，由于固定部件一侧的压电叠层由固定部件刚性固定，因此在压电叠层上产生的载荷内与驱动体相反一侧的载荷不向外部扩散，被施加到固定部件一侧的压电元件。其结果，有很大的应力被施加到接近于固定部件一侧的压电元件(特别是固定部件一侧的端部的压电元件)上。因此，固定部件一侧的压电元件(特别是固定部件一侧的端部的压电元件)容易破损，压电叠层的长期可靠性下降。

第6问题点在于，如上述第3问题点所揭示的那样，压电叠层的充电开始后，驱动体开始动作的瞬间达到最大载荷。之后，通过以最大载荷使移动体开始移动，就产生没有负载载荷的谷值。构成压电叠层的压电元件抗冲击性弱，除如上所述的由高载荷所致的破损的情况之外，有由急剧的拉伸而破损的情况。即，在压电叠层上产生急剧的峰值载荷，由此压电叠层的长期可靠性也下降。

这里将在下面表示本发明的第1～10最佳模式。另外，第1～5最佳模式为通过压电叠层的升压控制来提高压电叠层的可靠性的形态，第6～10最佳模式为通过压电喷射器的机械结构来提高压电叠层的可靠性的形态。

第1最佳模式的燃料喷射装置，具有：压电喷射器，其具备产生向层叠压电元件的方向伸长输出的压电叠层、和由该压电叠层的伸长输出而被直接驱动并向层叠方向移动的驱动体，通过由压电叠层的伸长输出而使驱动体向层叠方向移动来执行燃料喷射；以及控制装置，进行上述压电叠层的充放电控制。并且，在将从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间作为t、将压电叠层和驱动体的合成谐振周期作为T的情况下，控制装置实施满足(0.6T≤t)的关系的第1升压控制。

第2最佳模式的燃料喷射装置，具有：压电喷射器，其具备产生向层叠压电元件的方向伸长输出的压电叠层、和由该压电叠层的伸长输出而被直接驱动并向层叠方向移动的驱动体，通过由压电叠层的伸长输出而使驱动体向层叠方向移动来执行燃料喷射；以及控制装置，进行压电叠层的充放电控制。并且，在将从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间作为t、将压电叠层和驱动体的合成谐振周期作为T的情况下、且(0.25T≤t＜0.6T)的情况下，控制装置实施第2升压控制，该第2升压控制使0.5t～1t的平均升压速度比压电叠层的开始充电～0.5t的平均升压速度慢。

第3最佳模式的燃料喷射装置，具有：压电喷射器，其具备产生向层叠压电元件的方向伸长输出的压电叠层、和由该压电叠层的伸长输出而被直接驱动并向层叠方向移动的驱动体，通过由压电叠层的伸长输出而使驱动体向层叠方向移动来执行燃料喷射；以及控制装置，进行压电叠层的充放电控制。

并且，在将从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间作为t、将压电叠层和驱动体的合成谐振周期作为T的情况下，控制装置实施第3升压控制，该第3升压控制为，在从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间t内，使压电叠层所产生的载荷变动峰值顶部的±0.1T内的升压速度比其他升压速度慢、和/或使压电叠层所产生的载荷变动谷值顶部的±0.1T内的升压速度比其他升压速度快。

第4最佳模式的燃料喷射装置，具有：压电喷射器，其具备产生向层叠压电元件的方向伸长输出的压电叠层、和由该压电叠层的伸长输出而被直接驱动并向层叠方向移动的驱动体，通过由压电叠层的伸长输出而使驱动体向层叠方向移动来执行燃料喷射；以及控制装置，进行压电叠层的充放电控制。

并且，在将从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间作为t、将压电叠层和驱动体的合成谐振周期作为T的情况下，控制装置实施第4升压控制，该第4升压控制为，在从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间t内，使压电叠层所产生的载荷变动峰值顶部的±0.1T内的外加电压降低。

第5最佳模式的燃料喷射装置，具有：压电喷射器，其具备向层叠压电元件的方向产生伸长输出的压电叠层、和由该压电叠层的伸长输出而被直接驱动并向层叠方向移动的驱动体，通过由上述压电叠层的伸长输出而使上述驱动体向层叠方向移动来执行燃料喷射；以及控制装置，进行上述压电叠层的充放电控制。

并且，在将从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间作为t、将压电叠层和驱动体的合成谐振周期作为T的情况下、且在压电叠层和驱动体产生由前次喷射所带来的残余谐振的情况下，控制装置实施第5升压控制，该第5升压控制为，在从压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间t内，将与由残余谐振所带来的载荷变动相位相反的电压外加给压电叠层。

第6最佳模式的燃料喷射装置，具有压电喷射器，该压电喷射器具有：向层叠压电元件的方向产生伸长输出的压电叠层、和由该压电叠层的伸长输出而被直接驱动并向层叠方向移动的驱动体，通过上述驱动体向上述压电叠层的层叠方向的移动来执行燃料喷射。并且，在驱动体和滑动自如地支撑该驱动体的滑动保持部件的接触部上设有使摩擦系数降低的摩擦系数降低部件。

第7最佳模式的燃料喷射装置，具有压电喷射器，该压电喷射器具有：向层叠压电元件的方向产生伸长输出的压电叠层、和由该压电叠层的伸长输出而被直接驱动并向层叠方向移动的驱动体，通过驱动体向压电叠层的层叠方向的移动来执行燃料喷射。并且，设有在与驱动体不同的一侧挡住压电叠层的伸长输出的固定部件、以及被设置在固定部件和压电叠层之间且刚性比固定部件低的低刚性部。

第8最佳模式的燃料喷射装置，具有压电喷射器，该压电喷射器具有：向层叠压电元件的方向产生伸长输出的压电叠层、以及由该压电叠层的伸长输出而被直接驱动并向层叠方向移动的驱动体，通过驱动体向压电叠层的层叠方向的移动来执行燃料喷射。并且，构成压电叠层的压电元件中、与驱动体不同的一侧的端部的压电元件，与接近于驱动体一侧的端部的压电元件相比，内部应力低。

第9最佳模式的燃料喷射装置，具有压电喷射器，该压电喷射器具有：向层叠压电元件的方向产生伸长输出的压电叠层、以及由该压电叠层的伸长输出而被直接驱动并向层叠方向移动的驱动体，通过驱动体向压电叠层的层叠方向的移动来执行燃料喷射。并且，构成压电叠层的压电元件中、与驱动体不同的一侧的端部的压电元件被设计成，与接近于驱动体一侧的端部的压电元件相比，元件强度高。

第10最佳模式的燃料喷射装置，具有压电喷射器，该压电喷射器具有：向层叠压电元件的方向产生伸长输出的压电叠层、以及由该压电叠层的伸长输出而被直接驱动并向层叠方向移动的驱动体，通过驱动体向压电叠层的层叠方向的移动来执行燃料喷射。并且，在与驱动体不同的一侧挡住压电叠层的伸长输出的固定部件、以及被设置在上述固定部件和压电叠层之间且对压电叠层施加压缩力的推斥部件。

(第1实施例)

这里参照图1B～图9来说明适用了本发明的第1实施例。首先，参照图2说明燃料喷射装置的基本结构。燃料喷射装置具有从外部接受燃料的供给的压电喷射器1、和控制该压电喷射器1动作的控制装置2。

压电喷射器1具有：层叠压电元件3(符号，参照图6)而成、由充电而向层叠方向产生伸长输出的压电叠层4；以及由该压电叠层4的伸长输出而被直接驱动并向层叠方向移动的驱动体5，通过该驱动体5向压电叠层的层叠方向的移动来执行燃料喷射。另外，在压电喷射器1上设置经由驱动体5来压缩压电叠层4的第1复位弹簧6，压电叠层4被放电而失去伸长输出(膨胀力)，同时使压电叠层4压缩，使驱动体5向与伸长输出不同的叠层方向移动。

即，压电喷射器1，利用压电叠层4被充电时产生伸长输出的性质，由压电叠层4使阀(三向阀、双向阀等)动作并通过控制针阀7的排压来使针阀7动作，或者，由压电叠层4直接驱动针阀7，来控制燃料的喷射和喷射的停止。

在控制装置2中，作为压电喷射器1的控制程序，搭载有压电叠层4的充放电控制功能。在该充放电控制功能中设有如下功能：在将从压电叠层4开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间作为t、将压电叠层4和驱动体5的合成谐振周期作为T的情况下，控制装置实施满足0.6T≤t的关系的第1升压控制。

即，在控制装置2中设有将升压时间t按照意图增长到0.6T以上、使即将达到升压时间t之前的升压斜度稳定的功能，以便压电叠层4的充电电压结束的定时(达到升压时间t的定时)、和合成谐振周期T中的载荷右上斜度(谐振周期的右上斜度)成为最大附近的定时不重叠。

这里进行具体的燃料喷射装置的说明。下面参照图3说明作为燃料喷射装置的具体的一例的共轨式燃料喷射装置，之后，参照图4、图5等说明作为压电喷射器1的具体的一例的三向阀式压电喷射器1，再之后，参照图6等说明压电叠层4的一例，再后，参照图7～图9等说明控制装置2的具体的一例。

参照图3说明燃料喷射装置的系统结构。燃料喷射装置为在发动机(例如柴油机：无图示)的各气筒进行燃料喷射的系统，除压电喷射器1、控制装置2之外，由共轨11、供给泵12等构成。另外，控制装置2由ECU(发动机控制单元)13和EDU(驱动单元)14构成，EDU14可以内装于ECU13的壳体内。

共轨11为对供给到压电喷射器1的高压燃料进行蓄压的蓄压容器，与经由高压泵配管15压送高压燃料的供给泵12的排出口相连接，以便蓄存与燃料喷射压相当的共轨压，并且连接有向各压电喷射器1供给高压燃料的多个喷射器配管16。

在将燃料从共轨11返回到燃料槽17的溢流配管18上安装有压力限制器19。该压力限制器19为压力安全阀，在共轨11内的共轨压超过界限设定压时开阀，将共轨11的共轨压抑制在界限设定压以下。共轨11被安装在减压阀21上。该减压阀21通过从ECU13施加的开阀指示信号来开阀并通过溢流配管18来急速地将共轨压降低。这样，通过在共轨11上搭载减压阀21，ECU13就能将共轨压快速地降低控制为与车辆行驶状态相对应的压力。另外，也有不设置该减压阀21的情况。

压电喷射器1被搭载到发动机的各气筒，并将燃料喷射到各气筒内，与由共轨11分支的多个喷射器配管16的下游侧相连接，将蓄存在共轨11内的高压燃料喷射供给至各气筒内，其具体结构将在后面叙述。另外，来自压电喷射器1的漏泄燃料也经过溢流配管18回到燃料槽17内。

供给泵12为将高压燃料压送到共轨11的高压燃料泵，搭载有经由过滤器22将燃料槽17内的燃料向供给泵12吸引的加料泵，将通过该加料泵吸上的燃料高压压缩并向共轨11压送。加料泵和供给泵12通过共同的凸轮轴23驱动。另外，该凸轮轴23通过发动机旋转驱动。

在供给泵12中，在将燃料导入到用于将燃料加压到高压的加压室内的燃料流路上搭载有用于调整该燃料流路的开度程度的SCV(吸入调量阀)24。该SCV24，通过被来自ECU13的泵驱动信号控制，来调整吸入到加压室内的燃料的吸入量，改变压送到共轨11中的燃料的排出量；通过调整压送到共轨11中的燃料的排出量，来调整共轨压。即，通过ECU13控制SCV24，就能将共轨压控制在与车辆行驶状态相对应的压力。

接着，说明压电喷射器1。图4表示作为压电喷射器1的一例的剖面图，图5A、图5B表示其概略图。另外，以下将图中上侧成为上、图中下侧称为下来进行说明。压电喷射器1呈现为大致棒状体，下侧与发动机的燃料室壁相通，下端部突出于燃料室内。压电喷射器1从下侧向上依次具有喷射器部31、三向阀32、变位扩大单元33、压电叠层4。下面依次说明这些部件的详细结构。

喷射器部31切换高压燃料的喷射和停止，具有滑动自由地被支撑在壳体34(喷射器支持件35)上的针阀7。针阀7的设置于上部的大径部36被滑动自由地支撑在喷射器支持件35内，针阀7的下端圆锥部37就位或离位于在喷射器支持件35的下端内侧形成的环状密封件38。高压燃料经由形成于壳体34(阀体41和喷射器支持件35)上的高压通路42被导入到针阀7的下侧的外周空间39，在针阀7离位时燃料从喷孔43被喷射。被供给到针阀7的下侧的外周空间39的高压燃料作用在大径部36的阶梯面36a上，使针阀7向上(离位方向)提升地作用。另外，燃料从高压通路42经由内小孔45被供给到大径部36的上侧的背压室44，供给到背压室44内的高压燃料作用于大径部36的上面36b，与第2复位弹簧46一起向下(就位方向)推压针阀7。

三向阀32为将背压室44切换到高压通路42或低压通路(泄漏燃料通路)47的一个上的背压切换单元，在该实施例中由滑阀构成。由滑阀构成的三向阀32具有滑动自由地支撑在壳体34(阀体41)内的阀柱(阀心)48，如图5A所示向下方向移动时，使通过背压室44的背压连通路25和排出泄漏燃料的低压通路连通并提高背压室44的压力。由此，针阀7离位并进行燃料喷射。

相反地，阀柱48如图5B所示地向上方向移动时，使通过背压室44的背压连通路25和供给高压燃料的高压通路42相连通并提高背压室44的压力。由此，针阀7就位并停止燃料喷射。另外，在滑阀48的下端配置有将滑阀48向上方压回的第3复位弹簧49。

变位扩大单元33为使压电叠层4的伸缩变位量(层叠方向的变化量、即上下方向的变化量)增大并传递给三向阀32的滑阀48的单元，由设于滑阀48上部的小径活塞51、由压电叠层4直接驱动的驱动体5(该实施例中为大径活塞)、以及小径活塞51的上面和驱动体5的下面之间所形成的变位扩大室52构成。

驱动体5被滑动自由地支撑在壳体34(阀体41)的内部。该驱动体5通过第1复位弹簧6被按压在压电叠层4上，在上下方向变位与层叠的压电叠层4的伸缩量相同的量。即，驱动体5被压电叠层4的伸长输出直接驱动并向层叠方向(下方向)移动。

并且，压电叠层4沿层叠方向伸长从而使驱动体5向下方向移动，由此，三向阀32的滑阀48向下方移动从而使背压室44的压力下降，喷射燃料。相反，压电叠层4沿层叠方向收缩从而使驱动体5向上方向移动，由此，三向阀32的滑阀48向上方移动从而使背压室44的压力上升，停止喷射燃料。

压电叠层4为众所周知的结构，参照图6说明其一例。压电叠层4由层叠多个因充电而沿板厚方向膨胀的板状压电元件3而成。各压电元件3包括大致呈板状的压电体、以及形成于该压电体的两个面上的内部电极，使多个压电元件3沿板厚方向层叠从而构成压电叠层4。

在压电叠层4的侧面设有2个侧面电极53。一个侧面电极53与压电体的一个内部电极电连接，另一个侧面电极53与压电体的另一个内部电极电连接。其中，如图6所示，侧面电极53可以是将内周侧作为硬质电极53a并将外周侧作为软质电极53b的结构，也可以是全部作为软质电极53b的结构。

另外，2个侧面电极53分别与在后述的固定台座56内沿上下方向贯通的2个通电端子54电接合，通过在与通电端子54相连接的外部连接器54a(参照图4)上外加电压，就能使压电叠层4的各压电元件3通电。这里，在该实施例中，表示了仅将压电元件3作为压电叠层4而层叠的例子，但也可以采用夹设由对压电叠层4的一部分通电而产生发热的加热用电阻元件的结构等、适宜地夹设其他元件的结构。

这里，压电叠层4与燃料不接触地被收容于密封壳体的内部。密封壳体包括叠层壳体55、固定台座(上侧台座)56、收容驱动体5并不妨碍驱动体5的上下方向的变位的筒状波纹管59(参照图4)。叠层壳体55为呈现覆盖压电叠层4的外周的圆筒形状的金属壳体，其内部为比压电叠层4的外径稍大的大径，收容有压电叠层4并使其在上下方向可收缩。

固定台座56为包括下侧的大径部56a、上侧的小径部56b、以及中间圆锥部(也可以为弯曲面)56c的金属部件，该大径部56a被固定于叠层壳体55的上端，密封叠层室的上端。固定台座56为与压电叠层4的上端部相抵接并阻止压电叠层4的上端的上下方向的变位的部件。

另外，收容压电叠层4的密封壳体被配置于在压电喷射器1的壳体34(阀体41)上形成的驱动器室内，固定台座56的圆锥部56c为与驱动器室的上部所形成的圆锥面(也可以为弯曲而)57相抵接并经由固定台座56阻止压电叠层4的上端的上下方向的变位的部件。

即，与压电叠层4的上端相抵接的固定台座56、以及与该固定台座56的上端相抵接的阀体41相当于在压电叠层4的上侧(与驱动体5不同的一侧)挡住压电叠层4的伸长输出的固定部件。这里，固定台座56、以及支撑该固定台座56的阀体41由拉伸弹性模量为13Gpa左右的硬质金属(不锈钢)构成，成为强固地固定压电叠层4的上侧的结构。

如上所述，控制装置2由ECU13和EDU14构成。ECU13由包括进行控制处理和运算处理CPU、保存各种程序和数据的存储装置(ROM、RAM、SRAM、EEPRON等存储器)、输入电路、输出电路、以及电源电路而构成的众所周知的结构的计算机所构成。ECU13根据读入的传感器类信号(发动机参数：与乘员的驾驶状态、发动机的运转状态相对应的信号)进行各种运算处理。

在ECU13上，作为检测发动机参数的传感器类，连接有检测加速踏板开度的加速踏板传感器、检测发动机转速或曲柄角的转速传感器、检测发动机的冷却水温度的水温传感器、检测共轨压的共轨压传感器58等各种传感器。在ECU13上搭载有进行压电喷射器1的喷射控制的“充放电控制功能(压电喷射器控制功能)”、以及进行SCV24的开度控制的“SCV控制功能”。

充放电功能为在与现在的运转状态相对应的定时控制压电叠层4的充放电的功能，限据预先搭载的程序、以及读入到控制装置2中的各种传感器类信号(发动机参数)，算出单喷射或多次喷射等“喷射状态”、各喷射的“喷射开始时期”、以及各喷射的“喷射期间(喷射量)”，根据算出的喷射状态、喷射开始时期、以及喷射期间来控制压电叠层4的充电和放电。具体的，该充放电功能为，求出用于在喷射开始时期开始喷射的“充电开始定时”、并从喷射期间(喷射量)求出“放电开始定时”、将贯穿充电开始定时～放电开始定时的“喷射信号TQ”输出到EDU14的充放电电路61的控制程序。

SCV控制功能为，求出对应于现在的运转状态的目标共轨压、算出由共轨压传感器58检测出的共轨压成为目标共轨压的SCV开度的控制程序，将算出的“开阀信号(例如PWM信号)”输出到SCV24。

对充放电电路61进行说明，这里参照图7对压电叠层4的充放电电路61的一例进行说明。充放电电路61由直流电源62、用于使压电叠层4充电的充电开关63、用于使压电叠层4放电的放电开关64、用于选择被充放电的压电叠层4的选择开关65、能量蓄积线圈66、以及多个回流用二极管67构成。

直流电源62具有从车载的蓄电池68产生数十～数百V的直流电压的DC/DC转换器69、与该DC/DC转换器69并联的缓冲电容器71。该缓冲电容器71为较大静电电容的较大部件，因此在压电叠层4充电动作时也能保持一定的电压值。

根据从ECU13施加的充电信号(喷射信号TQ为ON)来ON-OFF控制充电开关63。根据从ECU13施加的放电信号(喷射信号TQ为OFF)来ON-OFF控制放电开关64。也通过ECU13来ON-OFF控制选择开关65。这些充电开关63、放电开关64、以及选择开关65可以是MOSFET等半导体开关元件，也可以是机械的继电器开关。能量蓄积线圈66被夹设用于电连接各压电叠层4和直流电源62的通电路径上，蓄积流过通电路径的电能。

对温度补偿电路72进行说明。在充放电电路61中设有即使温度等变动、充电时也将一定的能力蓄积压电叠层4上的温度补偿电路72。图8表示该温度补偿电路72的一例。温度补偿电路72具有将施加到压电叠层4上的电压值积分的积分单元，该积分值达到预定值时，压电叠层4的充电结束。

积分单元具有：使用了用于读取压电叠层4的压电电压值的固定电阻73和可变电阻74的监控单元75、将通过该监控单元75读取的电压值变换为电流值的电压/电流变换单元76、以及通过该电压/电流变换单元76充电的参考电容器77。另外，参考电容器77搭载有温度特性优良的例如5～12μF的部件。

温度补偿电路72具有在对参考电容器77充电的充电电压达到由基准电压78设定的值(目标充电电压)时输出Hi信号的比较仪79，设计成通过该比较仪79的输出来结束压电叠层4的充电。即，温度补偿电路72，电流变换外加到压电叠层4上的电压，并对此进行时间积分，若积分值达到预定值、即、压电叠层4的充电电压达到目标充电电压，则压电叠层4的充电结束。

参照图9说明压电叠层4的充电的基本动作。从ECU13将喷射信号TQ施加到充放电电路61上时，通过以下的动作来反复充电开关63的ON(开)和OFF(关)。首先，充电开关63为ON。于是，如图9中的实线A1所示，蓄存到缓冲电容器71上的高电压经由充电开关63和能量蓄积线圈66被施加到压电叠层4上。此时，压电叠层4被充电，并且能量被蓄积到能量蓄积线圈66中。压电叠层4的通电电流值被监控，若压电叠层4的通电电流值上升到预定电流值(例如图12(A))，则充电开关63OFF。

充电开关63OFF时，产生如图9中的实线A2所示的状态。即，蓄积到能量蓄积线圈66中的能量经由回流用二极管67而被施加到压电叠层4上的状态继续，压电叠层4的充电继续。若被监控的压电叠层4的通电电流值下降到预定电流值(例如图10(A))，则再次使充电开关63ON，返回到图9中的实线A1的状态。下面，反复充电开关63的ON-OFF。通过以上的动作来对压电叠层4充电。

通过上述通电动作，参考电容器77的充电电压(积分值)上升。该充电电压(积分值)达到预定的目标充电电压(判定值)时，比较仪79输出Hi信号。于是，充放电电路61使充电开关63OFF，结束压电叠层4的充电。另外，用于结束充电的值(目标充电电压)通过参考电容器77的电容、监控单元的可变电阻值的设定值、以及基准电压78的设定值来组合。

参照图9说明压电叠层4的放电的基本动作。从ECU13施加到充放电电路61上的喷射信号TQ停止(OFF)时，通过以下的动作来反复放电开关64的ON和OFF。首先，放电开关64为ON。于是，如图9中的虚线B1所示，蓄存到压电叠层4上的电压经由能量蓄积线圈66和放电开关64流动，蓄积到压电叠层4上的电能被转送到能量蓄积线圈66，压电叠层4的通电加快。压电叠层4的电流值被监控，若压电叠层4的电流值达到预定电流值(例如图12A)，则放电开关64OFF。

放电开关64OFF时，产生如图9中的虚线B2所示的状态。即，蓄积到能量蓄积线圈66中的能量经由回流用二极管67再生到缓冲电容器71。若压电叠层4的电流值下降到预定电流值(例如图10(A))，则再次使放电开关64ON，返回到图9中的虚线B1的状态。下面，反复放电开关64的ON-OFF。通过以上的动作来使压电叠层4放电。

另外，在充放电电路61上搭载与充电用温度补偿电路72相同的放电用温度补偿电路72，被设计成即使通过温度等使压电叠层4的载荷变动，也能在从压电叠层4卸掉一定的电能时结束压电叠层4的放电。

在不适用于本发明的燃料喷射装置中，仅设计成在目标喷射定时开始喷射燃料，从开始压电叠层4的充电起、到到达目标充电电压为止的升压时间t完全没有被考虑。这里，如上所述，由于驱动体5为按压在压电叠层4上的结构，因而在压电叠层4和驱动体5上存在两者所带来的合成谐振周期T。因此，在摩擦等外部负载没有施加到压电叠层4或驱动体5上的理想(假想)的状态的情况下，开始充电后，在0.5T的±0.1T的定时中合成谐振周期T中的载荷右上斜度(谐振周期的右上斜度)为最大。另外，在各时间图中，符号A表示充电电压的变化，附图B表示压电叠层4产生的载荷的变化。

这里，升压时间t没有被考虑的情况下，假想了开始对压电叠层4充电后到达升压时间t的定时为0.5T的±0.1T内的情况。该情况，如图1A所示，即使充电电压达到目标充电电压，升压结束，由压电叠层4和驱动体5所致的伸长方向的变位也因合成谐振而不停止，伸长载荷继续增大，产生高载荷(过冲所致的峰值)。之后，在合成谐振周期T中反复谷值和峰值。由于这样的峰值载荷和谷值载荷被直接施加到压电叠层，因此，成为压电叠层破损的主要原因。

到达升压时间t的定时不在0.5T的±0.1T内，到达升压时间t的定时为0.4T内的情况下，升压斜度(充电电压的上升速度斜度)非常大，结果载荷的上升斜度也变得非常大。因此，即使充电电压达到目标充电电压，升压结束，由压电叠层4和驱动体5所致的伸长方向的变位也不停止，与上述相同，伸长载荷继续增大，产生高载荷(过冲所致的峰值)。之后，在合成谐振周期T中反复谷值和峰值。由于这样的峰值载荷和谷值载荷被直接施加到压电叠层4，因此，成为压电叠层4的破损的主要原因。

为了解决上述问题点，在该第1实施例中进行压电叠层4的充放电控制的控制装置2被设计成，在将从压电叠层4开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间作为t、将压电叠层和驱动体的合成谐振周期作为T的情况下，实施满足0.6T≤t的关系的第1升压控制。即，第1升压控制为，例如，压电叠层4和驱动体5的合成谐振周期T为的情况下，将13.5kHz矫正为时间时为74.1μsec，因此升压时间t为74.1μsec×0.6以上。

作为使升压时间t为0.6T以上的具体的技术，例示有接下来的3个。

(1)进行增大能量蓄积线圈66的电感容量等的调整，使升压时间t为0.6T以上。

(2)在对压电叠层4进行充电时，充电开关63ON后，降低使充电开关63OFF的预定电流值(例如将充电中使充电开关63OFF的预定电流值12(A)降低为10(A))，使升压时间t为0.6T以上。

(3)在对压电叠层4进行充电时，充电开关63OFF后，降低使充电开关63ON的预定电流值(例如将充电中使充电开关63ON的预定电流值10(A)降低为8(A))，使升压时间t为0.6T以上。

即，上述(2)、(3)通过使充电开关63OFF的时间变长来使升压速度变慢。上述(1)～(3)的任一个、或组合多个，如图1B、1C中的虚线A所示，使升压时间t为0.6T以上。由此，压电叠层4的充电电压结束的定时(达到升压时间t的定时)、和合成谐振周期T中的载荷右上斜度为最大的定时不重叠，且可使即将达到升压时间t之前的升压斜度稳定。

该第1实施例的燃料喷射装置，如上所述，由于升压时间t为0.6T以上，因此升压结束的定时、和合成谐振周期T中的载荷右上斜度为最大的定时不重叠。而且，由于升压时间t为0.6T以上，因此升压斜度稳定。其结果，可抑制充电电压达到目标充电电压以后压电叠层4上产生的高载荷(过冲所致的峰值)，并且也可抑制之后的负载载荷的峰值谷值的反复。

作为具体的一例，升压时间t为1.0T时(t＝T)，压电叠层4上产生的负载载荷的变动情况如图1B所示，升压时间t为1.5T时(t＝1.5T)，压电叠层4上产生的负载载荷的变动情况如图1C所示。

图1B所示的t＝T时，充电电压达到目标充电电压，升压结束的时刻与由压电叠层4和驱动体5的合成谐振周期T所致的伸长方向的变位停止的时刻一致。即，达到升压时间t时，合成谐振周期T成为上死点。由此，可抑制充电电压达到目标充电电压后的峰值载荷和谷值载荷的产生。

图1C所示的t＝1.5T时，充电电压达到目标充电电压，升压结束的时，合成谐振周期T的载荷右上斜度达到最大。但是，若升压时间t为1.5T则很长，升压斜度(充电电压的上述速度斜度)稳定，因此，与升压时间t为0.5T时相比，合成谐振周期T的正弦波的右上斜度变得稳定。由此，与升压时间t为0.5T时相比，可抑制充电电压达到目标充电电压后的峰值载荷和谷值载荷的产生。

这样一来，在第1实施例的燃料喷射装置中，由于可抑制压电叠层4上产生的峰值载荷和谷值载荷，因此可提高压电叠层4的长期可靠性，提高压电喷射器1的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

(第2实施例)

参照图10A、图10B来说明适用了本发明的第2实施例。另外，在以下的各实施例中，与第1实施例相同的符号表示同一功能部件。在上述第1实施例中，表示了通过升压时间t为0.6T以上来抑制充电电压达到目标充电电压后的峰值载荷和谷值载荷的产生的例子。与此相对，第2实施例为，即使升压时间t不到0.6T，也可抑制充电电压达到目标充电电压后的峰值载荷和谷值载荷的产生。

第2实施例的控制装置2，在0.25T≤t＜0.6T的情况下，实施使0.5t～1t的平均升压速度比上述压电叠层的开始充电～0.5t的平均升压速度慢的第2升压控制。即，使即将达到升压时间t之前的升压速度变慢。参照图10B说明具体的一例。该例为，t＝0.5T，但0～0.4T的升压斜度大，0.4T～0.5T的升压斜度小。

作为使升压即将结束之前期间的升压速度变慢的具体技术，例示有接下来的2个。

(1)在对压电叠层4进行充电时，在升压即将结束之前的期间内，充电开关63ON后，降低使充电开关63OFF的预定电流值(例如将充电中使充电开关63OFF的预定电流值12(A)降低为10(A))，使升压速度变慢。

(2)在对压电叠层4进行充电时，在升压即将结束之前的期间内，充电开关63OFF后，降低使充电开关63ON的预定电流值(例如将充电中使充电开关63ON的预定电流值10(A)降低为8(A))，使升压速度变慢。

即，上述(1)、(2)通过使充电开关63OFF的时间变长来使升压速度变慢。通过上述(1)、(2)的一个、或组合两个，如图中实线A所示，可使升压即将结束之前期间的升压速度变慢。

通过这样设计，即使达到升压时间t的定时在0.5T的±0.1T内、或者升压时间t在0.4T内的情况下，达到升压时间t时的升压斜度也能变得稳定。其结果，可抑制充电电压达到目标充电电压以后产生的高载荷(过冲所致的峰值)，并且也可抑制之后的负载载荷的峰值谷值的反复。这样，由于可抑制压电叠层4上产生的峰值载荷和谷值载荷，因此可提高压电叠层4的长期可靠性，提高压电喷射器1的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

(第3实施例)

参照图11、图12来说明适用了本发明的第3实施例。膨胀时在压电叠层4和驱动体5上施加摩擦等外部载荷。压电叠层4开始充电时产生伸长载荷。该伸长载荷在压电叠层4开始伸长后使驱动体5在开始动作的瞬间达到最大载荷。参照图11说明具体例，则，压电叠层4开始充电后，在21μs时在压电叠层4上产生载荷变动的峰值。产生载荷变动的峰值后，产生伸长返回的方向的谷值，之后，反复峰值和谷值的过冲。这样的峰值载荷和谷值载荷被直接施加到压电叠层4，因此，成为压电叠层4破损的主要原因。

第3实施例的燃料喷射装置，为了解决上述问题点，采用如下的手段。第3实施例的控制装置2实施第3升压控制，该第3升压控制为，在从压电叠层4开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间t内，使压电叠层4所产生的载荷变动峰值顶部(载荷峰值的最低值)的±0.1T内的升压速度比其他升压速度慢、和/或使压电叠层4所产生的载荷变动谷值顶部(载荷谷值的最低值)的±0.1T内的升压速度比其他升压速度快。

参照图12说明具体的一例。另外，在图12中，压电喷射器1的合成谐振周期T为135.9(μs)，升压时间t作为一例为150(μs)。压电叠层4开始充电后，在驱动体5开始动作的瞬间(21(μs))产生载荷变动的峰值，之后产生多重谐振并产生峰值载荷和谷值载荷。并且，即使在135.9(μs)附近也产生由合成谐振周期T带来的峰值载荷。

并且，控制装置2，使峰值产生时的±0.1T内的升压速度比其他升压速度慢、和/或使谷值产生时的±0.1T内的升压速度比其他升压速度快。揭示使峰值产生时的±0.1T内的升压速度比其他升压速度慢、和/或使谷值产生时的±0.1T内的升压速度比其他升压速度快的具体技术。压电叠层4充电时所产生的峰值产生时期和谷值产生时期与压电喷射器1的设计相关联地产生，可进行预先取得数据等并预测。将峰值产生时期和谷值产生时期写入ECU13的图像等中，开始充电后，实施使峰值产生时期的±0.1T内的升压速度比其他升压速度慢的控制、和使谷值产生时期的±0.1T内的升压速度比其他升压速度快的控制。

另外，作为使峰值产生时期和谷值产生时期的±0.1T内的升压速度相对于其他升压速度的变化的具体即将在接下来的2个中例示。

(1)在对压电叠层4进行充电时，在峰值产生时期的±0.1T内，充电开关63ON后，降低使充电开关63OFF的预定电流值(例如将充电中使充电开关63OFF的预定电流值12(A)降低为10(A))，使升压速度变慢。在谷值产生时期的±0.1T内，充电开关63ON后，提高使充电开关63OFF的预定电流值(例如将充电中使充电开关63OFF的预定电流值12(A)提高为14(A))，使升压速度变快。

(2)在对压电叠层4进行充电时，在峰值产生时期的±0.1T内，充电开关63OFF后，降低使充电开关63ON的预定电流值(例如将充电中使充电开关63ON的预定电流值10(A)降低为8(A))，使升压速度变慢。在谷值产生时期的±0.1T内，充电开关63OFF后，提高使充电开关63ON的预定电流值(例如将充电中使充电开关63ON的预定电流值10(A)提高为11(A))，使升压速度变快。

即，上述(1)、(2)通过使充电开关63OFF的时间变长来使升压速度变慢，以及通过使充电开关63ON的时间变长来使升压速度变快。通过上述(1)、(2)的一个、或组合两个，如图12中实线A所示，可使峰值产生时期的±0.1T内的升压速度比其他升压速度慢。并且，可使谷值产生时期的±0.1T内的升压速度比其他升压速度快。

另外，在该第3实施例中，表示了从读入到图像中的值(峰值产生时期和谷值产生时期)使升压速度变慢的例子，但也可以由载荷传感器等检测压电叠层4的产生载荷，根据该产生载荷反馈补正升压速度。

在第3实施例中，通过上述技术，可使峰值顶部前后间的升压速度变慢、和/或使谷值顶部前后间的升压速度变快，因此可抑制驱动体5开始动作的瞬间所产生的峰值载荷、或之后的谷值载荷或峰值载荷的产生。其结果，可提高压电叠层4的长期可靠性，提高压电喷射器1的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

(第4实施例)

参照图13来说明适用了本发明的第4实施例。在上述第3实施例中，表示了通过使峰值顶部前后间的升压速度变慢、和/或使谷值顶部前后间的升压速度变快来抑制峰值载荷或谷值载荷的产生。与此相对，第4实施例的控制装置2实施在升压时间t内使压电叠层4所产生的载荷变动峰值顶部的±0.1T内的外加电压降低的第4升压控制。

参照图13说明具体的一例。另外，在图13中，与第3实施例相同，压电喷射器1的合成谐振周期T为135.9(μs)，升压时间t作为一例为150(μs)。压电叠层4开始充电后，在驱动体5开始动作的瞬间(21(μs))产生载荷变动的峰值，之后产生多重谐振并产生峰值载荷和谷值载荷。并且，即使在135.9μsec附近也产生由合成谐振周期T带来的峰值载荷。

并且，控制装置2，使峰值产生时的±0.1T内的外加电压降低。揭示使峰值产生时的±0.1T内的外加电压降低的具体技术。

压电叠层4充电时产生的峰值产生时期，如上述第3实施例中所示，与压电喷射器1的设计相关联地产生，可进行预先取得数据等并预测。将峰值产生时期写入ECU13的图像等中，开始充电后，实施使峰值产生时期的±0.1T内的外加电压降低的控制。

作为使峰值产生时期的±0.1T内的外加电压降低的具体技术，对压电叠层4进行充电时，在峰值产生时期的±0.1T内，停止充电动作，取而代之进行放电动作。由此，可降低峰值产生时期的±0.1T内的压电叠层4的充电电压。

另外，在该第4实施例中，表示了从读入到图像中的值(峰值产生时期)使充电电压降低的例子，但也可以由载荷传感器等检测压电叠层4的产生载荷，根据该产生载荷反馈补正充电电压。

在第4实施例中，通过上述技术，可使峰值顶部前后间的充电电压降低，因此可抑制驱动体5开始动作的瞬间所产生的峰值载荷、或之后的峰值载荷的产生。并且，通过抑制峰值载荷，也可抑制之后产生的谷值载荷。其结果，可提高压电叠层4的长期可靠性，提高压电喷射器1的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

(第5实施例)

参照图14来说明适用了本发明的第5实施例。存在燃料喷射装置在短周期内反复进行喷射的多次喷射的情况。作为具体例来揭示，则如图14所示，存在进行短喷射期间的预喷射之后实施长喷射期间的主喷射的情况。该情况下，存在预喷射时所产生的谐振作为残余谐振、并涉及到接下来的主喷射的升压时间t内的情况。若残余谐振涉及到主喷射的升压时间t内，则由升压所致的载荷变动和残余谐振的载荷变动重叠，从而产生高载荷，成为压电叠层4破损的主要原因。

另外，残余谐振涉及主喷射的升压时间t内，并且载荷上升时，伸长载荷的上升定时提前，由此可能使喷射定时变早。相反，残余谐振涉及主喷射的升压时间t内，并且载荷降低时，压电叠层4的伸长被抑制，可能使喷射定时变晚。

第5实施例的燃料喷射装置，为了解决上述问题点，采用接下来的手段。第5实施例的控制装置2，在升压时间t内，产生由前次喷射所带来的残余谐振的情况下，实施将与由残余谐振所带来的载荷变动相位相反的电压外加给上述压电叠层4的第5升压控制。具体地，如图14的实线A所示，实施以下控制：(1)由残余谐振所带来的载荷上升时，如第4实施例那样，进行放电动作等，使压电叠层4的充电电压降低，(2)相反，由残余谐振所带来的载荷降低时，进行急速的充电动作等，使压电叠层4的充电电压的上升斜度变大。

另外，升压时间t所产生的残余谐振与预喷射(前喷射)的通电开始时期、和压电喷射器1的设计相关联地产生，可进行预先取得数据等并预测。因此，ECU13根据预喷射(前喷射)的通电开始时期、和写入到ECU13的图像等中的峰值谷值的产生数据，来算出升压时间t所产生的残余谐振，实施将与由升压时间t所产生的残余谐振所带来的载荷变动相位相反的电压外加给压电叠层4的控制。

该第5实施例的控制装置2在经过升压时间t后还实施将与由残余谐振所带来的载荷变动相位相反的电压外加给压电叠层4的第6升压控制。具体地，如图14的实线B所示，经过升压时间t后，实施以下控制：(1)由残余谐振所带来的载荷上升时，进行放电动作等，使压电叠层4的充电电压降低，(2)相反，由残余谐振所带来的载荷降低时，进行充电动作等，使压电叠层4的充电电压的上升。

另外，在该第5实施例中，表示了从前喷射的通电开始时期、和写入到图像中的值(峰值产生时期和谷值产生时期)补正残余谐振的影响的例子，但也可以由载荷传感器等检测压电叠层4的产生载荷，根据该产生载荷反馈补正充电电压。

在第5实施例中，通过上述技术，残余谐振的载荷上升时，由反相位使电压的升压斜度为负斜度，因此可缓和载荷的上升速度，可抑制高载荷的产生。其结果，可提高压电叠层4的长期可靠性，提高压电喷射器1的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

另外，在升压时间t内残余谐振的载荷上升时，升压斜度为负斜度从而缓和载荷的上升速度，因此可避免喷射定时变早的不便。相反，在升压时间t内残余谐振的载荷降低时，升压斜度增大，从而避免抑制压电叠层4的伸长的现象，因此可避免喷射定时变晚的不便。

(第6实施例)

参照图15来说明适用了本发明的第6实施例。如上述第3实施例所示，压电叠层4开始充电，压电叠层4开始伸长后，驱动体5开始动作的瞬间达到载荷。该最大载荷被直接施加到压电叠层4，因此，成为压电叠层4破损的主要原因。

第6实施例的压电喷射器1，在驱动体5和滑动自如地支撑该驱动体5的第1滑动保持部件(阀体41等)的接触部上设有使摩擦系数降低的第1摩擦系数降低单元81。并且，驱动体5的移动受小径活塞51易动的影响，因此第6实施例的压电喷射器1还在小径活塞51和滑动自如地支撑该小径活塞51的第2滑动保持部件(阀体41等)的接触部上设有使摩擦系数降低的第2摩擦系数降低单元82。

揭示第1、第2摩擦系数降低单元81、82的一例。第1、第2摩擦系数降低单元81、82为用于提高驱动体5和小径活塞51的滑动的单元，(1)驱动体5和小径活塞51的滑动面的镜面加工，(2)第1、第2滑动保持部件(阀体41等)的滑动面的镜面加工，(3)驱动体5和小径活塞51的角部(端部)的倒角，(4)为了抑制驱动体5的滑动间隙的变化，使第1滑动保持部件(阀体41等)的热膨胀率与驱动体5相同(例如两者都是不锈钢)，(5)为了抑制小径活塞51的滑动间隙的变化，使第2滑动保持部件(阀体41等)的热膨胀率与小径活塞51相同(例如两者都是不锈钢)。第6实施例可通过这些(1)～(5)的任一个、或组合多个来提高驱动体5和小径活塞51的滑动。

通过该第6实施例，可抑制压电叠层4开始伸长后、驱动体5开始动作的瞬间产生的峰值载荷。并且，可抑制小径活塞51开始动作的瞬间产生的峰值载荷。这样，可抑制施加到压电叠层4上的峰值载荷，由此，可提高压电叠层4的长期可靠性，提高压电喷射器1的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

(第7实施例)

参照图16来说明适用了本发明的第7实施例。如上述第1实施例所揭示的那样，与压电叠层4的上端相抵接的固定台座56、以及与该固定台座56的上端相抵接的壳体34(阀体41)，相当于在压电叠层4的上侧(与驱动体5不同的一侧)挡住压电叠层4的伸长输出的固定部件。这里，固定台座56、以及支撑该固定台座56的阀体41由拉伸弹性模量为13Gpa左右的硬质金属(不锈钢)构成，成为强固地固定压电叠层4的上侧的结构。

并且，压电叠层4充电时，压电叠层4上产生的伸长载荷的一方被传递给驱动体5，压电叠层4上产生的其他伸长载荷被固定部件(固定台座56、以及与支撑固定台座56的阀体41)挡住。这里，压电叠层4上产生的载荷内、驱动体5一侧的载荷通过移动驱动体5而被缓和。但是，压电叠层4的上侧被刚性固定在固定部件上，因此载荷不向外部扩散。因此，很大的应力被施加到压电叠层4上侧的压电元件3(特别是上端压电元件3)上。因此，固定部件一侧的压电元件3(特别是固定部件一侧端部的压电元件3)易破损，压电叠层4的长期可靠性下降。

为了解决上述问题点，第7实施例的压电喷射器1设有挡住压电叠层4的伸长输出的固定部件、以及被设置在固定部件和压电叠层4之间且刚性比固定部件低的低刚性部。具体的，在该第7实施例中，在固定台座56和阀体41之间夹设有作为低刚性部的拉伸弹性模量小于等于10Gpa的低刚性部件(例如铜垫圈)83。在该第7实施例中，表示了在固定台座56和阀体41之间配置作为低刚性部的低刚性部件83的例子，但也可以在固定台座56和压电叠层4上端之间配置低刚性部件83。

通过该第7实施例，压电叠层4上产生的载荷内、被固定的上侧载荷通过低刚性部件83的变形而被缓和。其结果，可防止压电叠层4上侧(特别是上端)的压电元件3的破损，可提高压电叠层4的长期可靠性，提高压电喷射器1的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

(第8实施例)

参照图17来说明适用了本发明的第8实施例。该第8实施例的低刚性部在固定部件中被设置在承受压电叠层4的伸长输出的面上，通过将表面粗糙度设计成比1.6Z大来作成拉伸弹性模量小于等于10Gpa的粗糙面84。具体的，在该第8实施例中，通过将壳体34和固定部件的抵接部分的一个(具体讲，圆锥部56c或圆锥承受面57的一个)的粗糙度设计得大，来使支撑固定台座56的部分的拉伸弹性模量小于等于10Gpa。另外，在图17中，表示在圆锥部56c上设有粗糙面84的例子。

通过该第8实施例，可得到与第7实施例相同的效果。而且，由于不需要第7实施例的其他部件(低刚性部件83)，因此可容易安装压电喷射器1。

(第9实施例)

参照图18来说明适用了本发明的第9实施例。另外，图18为第9～第11实施例说明用的共同图。该第9实施例的压电喷射器1为，构成压电叠层4的压电元件3中、上端(与驱动体5不同的一侧的端部)的压电元件3a，与下端(接近于驱动体5一侧的端部)的压电元件3b相比，内部应力低。具体的，通过设计成上端的压电元件3a的元件直径比下端的压电元件3b的元件直径大，来降低上端的压电元件3a的内部应力(无图示)。更具体的，设计成上端的压电元件3a的元件直径比下端的压电元件3b的元件直径大3％以上。

通过该第9实施例，施加到构成压电叠层4的压电元件3中的上端的压电元件3a的载荷应力由被设计成大径的上端压电元件3a缓和，因此可防止上端压电元件3a的破损。其结果，可提高压电叠层4的长期可靠性，提高压电喷射器1的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

(第10实施例)

参照图18来说明适用了本发明的第10实施例。在上述第9实施例中，表示了通过将构成压电叠层4的压电元件3中、上端(与驱动体5不同的一侧的端部)的压电元件3a设计成大径，来降低内部应力的例子。与此相对，在该第10实施例中，构成压电叠层4的压电元件3中、上端压电元件3a的厚度被设计成比下端压电元件3b厚，来降低上端的压电元件3a的内部应力。具体的，被设计成上端压电元件3a的厚度被设计成比下端压电元件3b厚3％以上。

通过该第10实施例，施加到构成压电叠层4的压电元件3中的上端的压电元件3a的载荷应力由被设计得厚的上端压电元件3a缓和，因此可防止上端压电元件3a的破损。其结果，可提高压电叠层4的长期可靠性，提高压电喷射器1的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

(第11实施例)

参照图18来说明适用了本发明的第11实施例。在上述第9、第10实施例中，表示了使构成压电叠层4的压电元件3中、上端(与驱动体5不同的一侧的端部)的压电元件3a的内部应力降低的例子。与此相对，在该第11实施例中，构成压电叠层4的压电元件3中、上端压电元件3a的元件强度被设计成比下端压电元件3b的元件强度高。具体的，被设计成由其他压电元件3的压电体来慢慢地烧结构成上端压电元件3a的压电体从而提高上端压电元件3a的元件强度。更具体的，设计成上端压电元件3a的元件强度比下端压电元件3b的元件强度高10％以上。

通过该第11实施例，通过将构成压电叠层4的压电元件3中的上端压电元件3a的强度设计得高，来防止上端压电元件3a的破损。其结果，可提高压电叠层4的长期可靠性，提高压电喷射器1的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

(第12实施例)

参照图9来说明适用了本发明的第12实施例。通过谐振、驱动体5的驱动、以及小径活塞51的移动而在压电叠层4上产生峰值载荷和谷值载荷。构成压电叠层4的压电元件3抗冲击性弱，除如上所述的由高载荷所致的破损的情况之外，有由急剧的拉伸而破损的情况。即，在压电叠层4上产生急剧的峰值载荷，由此压电叠层4的长期可靠性也下降。

压电叠层4充电时，压电叠层4上产生的伸长载荷的一方被传递给驱动体5，压电叠层4上产生的伸长载荷的另一方被固定部件(固定台座56、以及与支撑固定台座56的阀体41)挡住。因此，在该实施例12中，在固定部件(固定台座56、以及与支撑固定台座56的壳体34)和压电叠层4之间设置对压电叠层4施加压缩力的推斥部件85。

具体的，在该第12实施例中，在固定台座56以及阀体41之间夹设弹簧部件(例如防松垫圈)来作为推斥部件85。另外，在该第12实施例中，表示了在固定台座56以及阀体41之间配置推斥部件85的例子，但也可以在固定台座56以及压电叠层4上端之间配置弹推斥部件85。

通过该第12实施例，即使在压电叠层4上产生没有负载载荷的谷值载荷，由于推斥部件85吸收该没有负载载荷的谷值载荷，因此，可避免在压电叠层4上产生急剧的脱落载荷(急剧的拉伸载荷)的不便。这样，通过抑制时间到压电叠层4上的谷值载荷，就可提高压电叠层4的长期可靠性，提高压电喷射器1的耐久性，燃料喷射装置的可靠性。

以上，对本发明的最佳实施例进行了详细的说明，但本发明并不限于这些实施例，不言而喻，在本发明的请求范围内，可进行各种各样的变形。

Claims (1)

1.一种内燃机的燃料喷射装置，其特征在于，

具有：压电喷射器，其具备由充电而向层叠压电元件的方向产生伸长输出的压电叠层、和由该压电叠层的伸长输出而被直接驱动并向层叠方向移动的驱动体，通过由上述压电叠层的伸长输出而使上述驱动体向层叠方向移动来执行燃料喷射；以及控制装置，进行上述压电叠层的充放电控制，

在将从上述压电叠层开始充电起到到达目标充电电压为止的升压时间作为t、将上述压电叠层和上述驱动体的合成谐振周期作为T的情况下，上述控制装置实施第1升压控制，该第1升压控制满足如下关系：0.6T≤t。

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