JP2006316779A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピエゾスタックと駆動体には合成共振周期Ｔが存在するため、昇圧時間ｔに達するタイミングが、０．５Ｔの±０．１Ｔ内の場合、昇圧時間ｔが経過しても荷重上昇が続いて過大なピーク荷重が生じ、ピエゾスタックに負荷を与える。
【解決手段】 ピエゾスタックの充電開始から目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔ、ピエゾスタックと駆動体の合成共振周期をＴとした場合、０．６Ｔ≦ｔの関係を満足するように昇圧時間ｔを設定する。これにより、ピエゾスタックの充電昇圧が終了するタイミングと、合成共振周期Ｔによって荷重勾配が最大になるタイミングとが重なる不具合を回避でき、且つ昇圧時間ｔに達する直前の昇圧勾配を穏やかにできる。この結果、ピエゾスタックに生じるピーク荷重およびディップ荷重が抑えられ、ピエゾスタックの長期信頼性を向上できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ピエゾ素子を積層してなるピエゾスタックの伸び出力により燃料噴射が制御されるピエゾインジェクタを備える燃料噴射装置に関するもので、特にピエゾスタックの信頼性の向上に係わる技術に関する。

ピエゾ素子を積層してなるピエゾスタックは、充電されると積層方向に膨張して伸び出力を発生する。
ピエゾインジェクタは、ピエゾスタックが充電されると伸び出力を発生する性質を利用して、ピエゾスタックによりバルブ（三方弁、二方弁等）を作動させてニードルの排圧を制御することでニードルを作動させたり、ピエゾスタックによりニードルを直接的に駆動したりして、燃料噴射をコントロールするものである。

従来におけるピエゾスタックの充電技術は、目標噴射タイミングにおいて噴射が開始されるように設計されているだけで、ピエゾスタックの充電を開始してから、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間ｔは、全く考慮されていなかった（例えば、特許文献１、２参照）。

（第１の問題点）
ピエゾインジェクタにおいて、駆動体はピエゾスタックに押し付けられる構造であるため、ピエゾスタックと駆動体には、合成共振周期Ｔが存在する。
このため、ピエゾスタックや駆動体に摩擦等の外部負荷がかからない理想的（仮想的）な状態の場合、充電を開始した後、０．５Ｔの±０．１Ｔ内のタイミングにおいて合成共振周期Ｔにおける荷重右上がり勾配（共振周期の右上がり勾配）が最大になる。

ここで、上述したように、従来の技術では、昇圧時間ｔは、全く考慮されていなかった。
このため、ピエゾスタックに充電を開始した後、昇圧時間ｔに達するタイミングが、０．５Ｔの±０．１Ｔ内になる場合が想定される。
その場合は、図１（ａ）に示すように、充電電圧が目標充電電圧に達して、昇圧が終了しても、ピエゾスタックと駆動体による伸び方向の変位が停止せず、伸び荷重（ピエゾスタックの積層方向の荷重）が上昇を続けて高荷重（オーバーシュートによるピーク）を発生してしまう。
その後、合成共振周期Ｔでディップとピークを繰り返す。
このようなピーク荷重とディップ荷重は、ピエゾスタックに直接的に加わるため、ピエゾスタックの破損の要因となる。
即ち、昇圧時間ｔが、０．５Ｔの±０．１Ｔ内になると、ピエゾスタックの長期信頼性が低下する。

（第２の問題点）
また、ピエゾスタックに充電を開始した後、昇圧時間ｔに達するタイミングが、０．４Ｔ内の場合は、昇圧勾配が非常に大きい。
このため、充電電圧が目標充電電圧に達して、昇圧が終了しても、ピエゾスタックと駆動体による伸び方向の変位が停止せず、上記と同様、伸び荷重が上昇を続けて高荷重（オーバーシュートによるピーク）が発生し、その後、合成共振周期Ｔでディップとピークを繰り返す。
このようなピーク荷重とディップ荷重は、ピエゾスタックに直接的に加わるため、ピエゾスタックの破損の要因となる。
即ち、昇圧時間ｔが、０．４Ｔ内の場合でも、ピエゾスタックの長期信頼性が低下する。

（第３の問題点）
上記第１、第２の問題点では、ピエゾスタックや駆動体に摩擦等の外部負荷がかからない理想的（仮想的）な状態での問題点を開示した。
しかるに、実際には、ピエゾスタックや駆動体には摩擦等の外部負荷が加わる。そこで、以下では現実的な問題点を開示する。

ピエゾスタックは充電が開始されると伸び荷重を発生する。この伸び荷重は、ピエゾスタックが伸びを開始した後、駆動体が動き始める瞬間に最大荷重に達する。具体例を図１１を参照して説明すると、ピエゾスタックの充電が開始されてから、２１μｓｅｃにおいて、ピエゾスタックに荷重変動のピークが発生する。その後、ディップとピークを繰り返す。
このようなピーク荷重とディップ荷重は、ピエゾスタックに直接的に加わるため、ピエゾスタックの破損の要因となる。
即ち、荷重変動のピークとディップが生じることにより、ピエゾスタックの長期信頼性が低下する。

（第４の問題点）
ピエゾインジェクタにかぎらず、インジェクタは短い周期で繰り返して噴射を行うマルチ噴射を実施する場合がある。
具体例を開示すると、短い噴射期間のパイロット噴射を実行した直後に、長い噴射期間のメイン噴射を実施する場合がある。
その場合、パイロット噴射時に発生した共振が、続くメイン噴射の昇圧時間ｔ内に及ぶ可能性がある。なお、後噴射に影響が及ぶ前噴射の共振を残存共振と称する。

昇圧時間ｔ内に残存共振が及ぶと、昇圧による荷重変動と、残存共振の荷重変動とが、重畳されることになる。具体的には、残存共振により荷重が上昇する時に、ピエゾスタックを昇圧すると、荷重の上昇速度がより速くなり、重畳による高荷重が発生する。
このような高荷重は、ピエゾスタックに直接的に加わるため、ピエゾスタックの破損の要因となる。

なお、昇圧時間ｔ内に残存共振が及ぶと、上記とは別に、次の問題が生じる。
残存共振により荷重が上昇する時に、ピエゾスタックを昇圧すると、伸び荷重の上昇タイミングが早まることで、噴射タイミングが進む可能性がある。
逆に、残存共振により荷重が低下する時は、ピエゾスタックを一定勾配で昇圧しても、ピエゾスタックの伸びが抑えられて、噴射タイミングが遅れる可能性がある。

（第５の問題点）
ピエゾスタックに生じる伸び荷重は、駆動体に伝えられるものであるが、駆動体とは異なる側のピエゾスタックは、固定部材によって支持される構造になっている。即ち、固定部材が駆動体とは異なる側のピエゾスタックの伸び出力を受け止める構造になっている。 ここで、ピエゾスタックに生じる荷重の内、駆動体側の荷重は、駆動体が移動することで緩和される。

しかし、固定部材側のピエゾスタックは、固定部材によりリジットに固定されているため、ピエゾスタックに生じる荷重の内、駆動体とは異なる側の荷重は、外部に拡散されずに、固定部材側のピエゾ素子に加わる。この結果、固定部材に近い側のピエゾ素子（特に固定部材側の端部のピエゾ素子）には大きな応力が加わる。
このため、固定部材側のピエゾ素子（特に固定部材側の端部のピエゾ素子）が破損しやすく、ピエゾスタックの長期信頼性が低下する。

（第６の問題点）
上記第３の問題点で開示したように、ピエゾスタックの充電が開始後、駆動体が動き始める瞬間に最大荷重に達する。その直後に、最大荷重で駆動体が移動を開始することで、負荷荷重が抜けるディップが生じる。
ピエゾスタックを構成するピエゾ素子は、衝撃に弱いものであり、上述の如く高荷重により破損する場合の他に、急激な引っ張り荷重により破損する場合がある。
即ち、ピエゾスタックに急激なディップ荷重が生じることにより、ピエゾスタックの長期信頼性が低下する。
特開２００３−８８１４５号公報 特開２００３−９２４３８号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピエゾインジェクタにおけるピエゾスタックの破損を防ぎ、ピエゾスタックの長期信頼性を向上することができる燃料噴射装置の提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した第１の問題点を解決するものである。
ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置は、ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、ピエゾスタックと駆動体の合成共振周期をＴとした場合、
０．６Ｔ≦ｔ
の関係を満足する第１昇圧制御を実施する。

これによって、昇圧時間ｔに達するタイミングが０．６Ｔ以降であるため、昇圧が終了するタイミングと、合成共振周期Ｔによる荷重の右上がり勾配が最大になるタイミングとが重ならない。
また、昇圧時間ｔに達するタイミングが、０．６Ｔ以降であるため、昇圧勾配が穏やかになる。
この結果、充電電圧が目標充電電圧に達した後に生じる高荷重（オーバーシュートによるピーク）を抑えることができるとともに、その後のピークディップの繰り返しも抑えることができる。
このように、ピエゾスタックに生じるピーク荷重およびディップ荷重が抑えられるため、ピエゾスタックの長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタの耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した第１、第２の問題点を解決するものである。
ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置は、ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、ピエゾスタックと駆動体の合成共振周期をＴとした場合で、
０．２５Ｔ≦ｔ＜０．６Ｔの場合、
ピエゾスタックの充電開始〜０．５ｔの平均昇圧速度より、０．５ｔ〜１ｔの平均昇圧速度を遅くする第２昇圧制御を実施する。

これによって、昇圧時間ｔに達するタイミングが、０．５Ｔの±０．１Ｔ内であっても、０．４Ｔ内であっても、昇圧時間ｔに達する際の昇圧勾配を穏やかにできる。
この結果、充電電圧が目標充電電圧に達した後に生じる高荷重（オーバーシュートによるピーク）を抑えることができるとともに、その後のピークディップの繰り返しも抑えることができる。
このように、ピエゾスタックに生じるピーク荷重およびディップ荷重が抑えられるため、ピエゾスタックの長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタの耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した第３の問題点を解決するものである。
ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置は、ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、ピエゾスタックと駆動体の合成共振周期をＴとした場合、
ピエゾスタックの充電開始から目標充電電圧に至る昇圧時間ｔ内において、ピエゾスタックに生じる荷重変動ピーク頂部の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも遅くする、および／またはピエゾスタックに生じる荷重変動ディップ頂部の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも速くする第３昇圧制御を実施する。

即ち、第３昇圧制御は、ピーク頂部の前後間の昇圧速度を遅くする、および／またはディップ頂部の前後間の昇圧速度を速くするものである。
これによって、駆動体が動き始める瞬間に生じるピーク荷重や、その後におけるディップ荷重やピーク荷重の発生を抑えることができる。
この結果、ピエゾスタックの長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタの耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した第３の問題点を解決するものである。
ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置は、ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、ピエゾスタックと駆動体の合成共振周期をＴとした場合、
ピエゾスタックの充電開始から目標充電電圧に至る昇圧時間ｔ内において、ピエゾスタックに生じる荷重変動ピーク頂部の±０．１Ｔ内の印加電圧を低下させる第４昇圧制御を実施する。

即ち、第４昇圧制御は、ピーク頂部の前後間における電圧の昇圧勾配を、負勾配にするものである。
これによって、駆動体が動き始める瞬間に生じるピーク荷重や、その後におけるディップ荷重やピーク荷重の発生を抑えることができる。
この結果、ピエゾスタックの長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタの耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

［請求項５の手段］
請求項５の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した第４の問題点を解決するものである。
ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置は、ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、ピエゾスタックと駆動体の合成共振周期をＴとし、ピエゾスタックと駆動体に前回噴射による残存共振が生じている場合、
ピエゾスタックの充電開始から目標充電電圧に至る昇圧時間ｔ内において、残存共振による荷重変動とは逆位相の電圧をピエゾスタックに印加する第５昇圧制御を実施する。

（請求項５の第１の効果）
昇圧時間ｔ内において残存共振の荷重が上昇する時は、逆位相により電圧の昇圧勾配が負勾配にされるため、荷重の上昇速度が緩和され、高荷重の発生を抑えることができる。 この結果、ピエゾスタックの長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタの耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

（請求項５の第２の効果）
昇圧時間ｔ内において残存共振の荷重が上昇する時は、逆位相により電圧の昇圧勾配が負勾配にされるため、荷重の上昇速度が緩和され、噴射タイミングが進む不具合を回避できる。
逆に、昇圧時間ｔ内において残存共振の荷重が低下する時は、逆位相により電圧の昇圧勾配を大きくする制御を実施することで、ピエゾスタックの伸びが抑えられる現象を回避して、噴射タイミングが遅れる不具合を回避することができる。

［請求項６の手段］
請求項６の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した請求項５の手段に係わる技術である。
ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置は、昇圧時間ｔを経過した後も、残存共振による荷重変動とは逆位相の電圧をピエゾスタックに印加する第６昇圧制御を実施するものである。
これによって、昇圧時間ｔを経過した後におけるディップ荷重やピーク荷重の発生を抑えることができ、ピエゾスタックの長期信頼性を向上できる。

［請求項７の手段］
請求項７の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した第３の問題点を解決するものである。
駆動体と、この駆動体を摺動自在に支持する摺動保持部材との接触部には、摩擦係数を下げる摩擦係数低減手段が設けられている。
これによって、ピエゾスタックが伸びを開始した後、駆動体が動き始める瞬間に発生する最大荷重を抑えることができる。
このように、ピエゾスタックに加わる最大荷重が抑えられることにより、ピエゾスタックの長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタの耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

［請求項８の手段］
請求項８の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した第５の問題点を解決するものである。
ピエゾスタックの伸び出力を受け止める固定部材と、ピエゾスタックとの間に、固定部材より剛性の低い低剛性部を設けたものである。
これによって、ピエゾスタックに生じる荷重の内、固定部材側の荷重が、低剛性部の変形により吸収されて緩和される。
この結果、固定部材側のピエゾ素子の破損を防ぐことが可能になり、ピエゾスタックの長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタの耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

［請求項９の手段］
請求項９の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した請求項８の手段に係わる技術である。
固定部材は、ステンレスよりなり、低剛性部は、ヤング率が１０Ｇｐａ以下の低剛性部材よりなる。
これによって、ピエゾスタックに生じる荷重の内、固定部材側の荷重は、低剛性部材の変形により吸収されて緩和される。

［請求項１０の手段］
請求項１０の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した請求項８の手段に係わる技術である。
低剛性部は、固定部材においてピエゾスタックの伸び出力を受ける面に設けられ、表面粗度が１．６Ｚより粗く設けられることでヤング率が１０Ｇｐａ以下の粗面である。
これによって、ピエゾスタックに生じる荷重の内、固定部材側の荷重は、粗面の変形により吸収されて緩和される。

［請求項１１の手段］
請求項１１の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した第５の問題点を解決するものである。
ピエゾスタックを構成しているピエゾ素子のうち、駆動体とは異なる側（固定部材側）の端部のピエゾ素子は、駆動体に近い側の端部のピエゾ素子に比較して、内部応力を低下させる構造になっている。
これによって、ピエゾスタックを構成しているピエゾ素子のうち、固定部材側の端部のピエゾ素子に生じる応力が緩和されるため、固定部材側の端部のピエゾ素子の破損を防ぐことが可能になる。この結果、ピエゾスタックの長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタの耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

［請求項１２の手段］
請求項１２の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した請求項１１の手段に係わる技術である。
ピエゾスタックを構成しているピエゾ素子のうち、駆動体とは異なる側（固定部材側）の端部のピエゾ素子の素子径は、駆動体に近い側の端部のピエゾ素子の素子径に比較して、大きく設けられている。
このように、固定部材側の端部のピエゾ素子の素子径が大径に設けられることにより、内部応力が分散する。

［請求項１３の手段］
請求項１３の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した請求項１２の手段に係わる技術である。
ピエゾスタックを構成しているピエゾ素子のうち、固定部材側の端部のピエゾ素子の素子径は、駆動体に近い側の端部のピエゾ素子の素子径より、３％以上大きいものである。

［請求項１４の手段］
請求項１４の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した請求項１１の手段に係わる技術である。
ピエゾスタックを構成しているピエゾ素子のうち、固定部材側の端部のピエゾ素子の厚みは、駆動体に近い側の端部のピエゾ素子の厚みに比較して、厚く設けられている。
このように、固定部材側の端部のピエゾ素子が厚く設けられることにより、内部応力が分散する。

［請求項１５の手段］
請求項１５の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した請求項１４の手段に係わる技術である。
ピエゾスタックを構成しているピエゾ素子のうち、固定部材側の端部のピエゾ素子の厚みは、駆動体に近い側の端部のピエゾ素子の厚みより、３％以上厚いものである。

［請求項１６の手段］
請求項１６の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した第５の問題点を解決するものである。
ピエゾスタックを構成しているピエゾ素子のうち、固定部材側の端部のピエゾ素子は、駆動体に近い側の端部のピエゾ素子に比較して、素子強度が高く設けられている。
このように、ピエゾスタックを構成しているピエゾ素子のうち、固定部材側の端部のピエゾ素子の素子強度が高いため、固定部材側の端部のピエゾ素子の破損を防ぐことが可能になる。この結果、ピエゾスタックの長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタの耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

［請求項１７の手段］
請求項１７の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した請求項１６の手段に係わる技術である。
ピエゾスタックを構成しているピエゾ素子のうち、固定部材側の端部のピエゾ素子の素子強度は、駆動体に近い側の端部のピエゾ素子の素子強度より、１０％以上高く設けられている。

［請求項１８の手段］
請求項１８の手段を採用する燃料噴射装置は、上述した第６の問題点を解決するものである。
駆動体とは異なる側においてピエゾスタックの伸び出力を受け止める固定部材と、ピエゾスタックとの間には、ピエゾスタックに圧縮力を与える反発部材が配置されている。
このように、ピエゾスタックに圧縮力を与える反発部材を配置することにより、ピエゾスタックの昇圧中に負荷荷重が抜けるディップが生じても、その負荷荷重が抜けるディップを反発部材が吸収するため、ピエゾスタックに急激な抜け荷重（急激な引っ張り荷重）が生じる不具合を回避することができる。
このように、ピエゾスタックに加わるディップ荷重が抑えられることにより、ピエゾスタックの長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタの耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

最良の形態１〜１０を以下に示す。
なお、最良の形態１〜５は、ピエゾスタックの昇圧制御によりピエゾスタックの信頼性を向上させる形態であり、最良の形態６〜１０はピエゾインジェクタの機械的な構造によりピエゾスタックの信頼性を向上させる形態である。

最良の形態１の燃料噴射装置は、ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、ピエゾスタックの伸び出力により駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタと、ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置とを具備する。
そして、制御装置は、ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、ピエゾスタックと駆動体の合成共振周期をＴとした場合、
０．６Ｔ≦ｔ
の関係を満足する第１昇圧制御を実施する。

最良の形態２の燃料噴射装置は、ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、ピエゾスタックの伸び出力により駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタと、ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置とを具備する。
そして、制御装置は、ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、ピエゾスタックと駆動体の合成共振周期をＴとした場合で、
０．２５Ｔ≦ｔ＜０．６Ｔの場合、
ピエゾスタックの充電開始〜０．５ｔの平均昇圧速度より、０．５ｔ〜１ｔの平均昇圧速度を遅くする第２昇圧制御を実施する。

最良の形態３の燃料噴射装置は、ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、ピエゾスタックの伸び出力により駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタと、ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置とを具備する。
そして、制御装置は、ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、ピエゾスタックと駆動体の合成共振周期をＴとした場合、
ピエゾスタックの充電開始から目標充電電圧に至る昇圧時間ｔ内において、ピエゾスタックに生じる荷重変動ピーク頂部の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも遅くする、および／またはピエゾスタックに生じる荷重変動ディップ頂部の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも速くする第３昇圧制御を実施する。

最良の形態４の燃料噴射装置は、ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、ピエゾスタックの伸び出力により駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタと、ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置とを具備する。
そして、制御装置は、ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、ピエゾスタックと駆動体の合成共振周期をＴとした場合、
ピエゾスタックの充電開始から目標充電電圧に至る昇圧時間ｔ内において、ピエゾスタックに生じる荷重変動ピーク頂部の±０．１Ｔ内の印加電圧を低下させる第４昇圧制御を実施する。

最良の形態５の燃料噴射装置は、ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、ピエゾスタックの伸び出力により駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタと、ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置とを具備する。
そして、制御装置は、ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、ピエゾスタックと駆動体の合成共振周期をＴとし、ピエゾスタックと駆動体に前回噴射による残存共振が生じている場合、
ピエゾスタックの充電開始から目標充電電圧に至る昇圧時間ｔ内において、残存共振による荷重変動とは逆位相の電圧をピエゾスタックに印加する第５昇圧制御を実施する。

最良の形態６の燃料噴射装置は、ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、ピエゾスタックの伸び出力により駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタを具備する。
そして、駆動体と、この駆動体を摺動自在に支持する摺動保持部材との接触部には、摩擦係数を下げる摩擦係数低減手段が設けられている。

最良の形態７の燃料噴射装置は、ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、ピエゾスタックの伸び出力により駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタを具備する。
そして、駆動体とは異なる側においてピエゾスタックの伸び出力を受け止める固定部材と、ピエゾスタックとの間には、固定部材より剛性の低い低剛性部が設けられている。

最良の形態８の燃料噴射装置は、ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、ピエゾスタックの伸び出力により駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタを具備する。
そして、ピエゾスタックを構成しているピエゾ素子のうち、駆動体とは異なる側の端部のピエゾ素子は、駆動体に近い側の端部のピエゾ素子に比較して、内部応力を低下させる構造になっている。

最良の形態９の燃料噴射装置は、ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、ピエゾスタックの伸び出力により駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタを具備する。
そして、ピエゾスタックを構成しているピエゾ素子のうち、駆動体とは異なる側の端部のピエゾ素子は、駆動体に近い側の端部のピエゾ素子に比較して、素子強度が高く設けられている。

最良の形態１０の燃料噴射装置は、ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、ピエゾスタックの伸び出力により駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタを具備する。
そして、駆動体とは異なる側においてピエゾスタックの伸び出力を受け止める固定部材と、ピエゾスタックとの間には、ピエゾスタックに圧縮力を与える反発部材が配置されている。

請求項１に係る本発明が適用された実施例１を図１〜図９を参照して説明する。
（基本構成）
まず、図２を参照して燃料噴射装置の基本概略を説明する。
燃料噴射装置は、外部から燃料の供給を受けるピエゾインジェクタ１と、このピエゾインジェクタ１の作動を制御する制御装置２とを備える。

ピエゾインジェクタ１は、ピエゾ素子３（符号、図６参照）を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック４と、このピエゾスタック４の伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体５とを備え、この駆動体５が積層方向へ移動することにより燃料噴射を実行する。なお、ピエゾインジェクタ１には、駆動体５を介してピエゾスタック４を圧縮する第１リターンバネ６が設けられており、ピエゾスタック４が放電されて伸び出力（膨張力）を失うと同時にピエゾスタック４を圧縮させて、駆動体５を伸び出力とは異なる積層方向に移動させる構造になっている。
即ち、ピエゾインジェクタ１は、ピエゾスタック４が充電されると伸び出力を発生する性質を利用して、ピエゾスタック４によりバルブ（三方弁、二方弁等）を作動させてニードル７の排圧を制御することでニードル７を作動させたり、ピエゾスタック４によりニードル７を直接的に駆動したりして、燃料の噴射と、噴射の停止をコントロールするものである。

制御装置２には、ピエゾインジェクタ１の制御プログラムとして、ピエゾスタック４の充放電制御機能が搭載されている。
この充放電制御機能には、ピエゾスタック４の充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、ピエゾスタック４と駆動体５の合成共振周期をＴとした場合、
０．６Ｔ≦ｔ
の関係を満足する第１昇圧制御を実施する機能が設けられている。
即ち、制御装置２には、昇圧時間ｔを０．６Ｔ以上に意図的に長くして、ピエゾスタック４の充電昇圧が終了するタイミング（昇圧時間ｔに達するタイミング）と、合成共振周期Ｔにおける荷重右上がり勾配（共振周期の右上がり勾配）が最大付近になるタイミングとが重ならないようにして、昇圧時間ｔに達する直前の昇圧勾配を穏やかにする機能が設けられている。

（具体的な燃料噴射装置の説明）
以下では、燃料噴射装置の具体的な一例としてコモンレール式の燃料噴射装置を図３を参照して説明し、その後ピエゾインジェクタ１の具体的な一例として三方弁タイプのピエゾインジェクタ１を図４、図５等を参照して説明し、その後ピエゾスタック４の一例を図６等を参照して説明し、さらにその後に制御装置２の具体的な一例を図７〜図９等を参照して説明する。

燃料噴射装置のシステム構成を図３を参照して説明する。
燃料噴射装置は、エンジン（例えばディーゼルエンジン：図示しない）の各気筒に燃料噴射を行うシステムであり、ピエゾインジェクタ１、制御装置２の他に、コモンレール１１、サプライポンプ１２等から構成される。なお、制御装置２は、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）１３とＥＤＵ（駆動ユニット）１４で構成されるものであり、ＥＤＵ１４はＥＣＵ１３のケース内に内蔵されるものであっても良い。

コモンレール１１は、ピエゾインジェクタ１に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、燃料噴射圧に相当するコモンレール圧が蓄圧されるように高圧ポンプ配管１５を介して高圧燃料を圧送するサプライポンプ１２の吐出口と接続されるとともに、各ピエゾインジェクタ１へ高圧燃料を供給する複数のインジェクタ配管１６が接続されている。

コモンレール１１から燃料タンク１７へ燃料を戻すリリーフ配管１８には、プレッシャリミッタ１９が取り付けられている。このプレッシャリミッタ１９は圧力安全弁であり、コモンレール１１内のコモンレール圧が限界設定圧を超えた際に開弁して、コモンレール１１のコモンレール圧を限界設定圧以下に抑える。
また、コモンレール１１には、減圧弁２１が取り付けられている。この減圧弁２１は、ＥＣＵ１３から与えられる開弁指示信号によって開弁してリリーフ配管１８を介してコモンレール圧を急速に減圧するものである。このように、コモンレール１１に減圧弁２１を搭載することによって、ＥＣＵ１３はコモンレール圧を車両走行状態に応じた圧力へ素早く低減制御できる。なお、この減圧弁２１は、設けられない場合もある。

ピエゾインジェクタ１は、エンジンの各気筒毎に搭載されて燃料を各気筒内に噴射供給するものであり、コモンレール１１より分岐する複数のインジェクタ配管１６の下流端に接続されて、コモンレール１１に蓄圧された高圧燃料を各気筒内に噴射供給するものであり、その具体的な構成は後述する。
なお、ピエゾインジェクタ１からのリーク燃料も、リリーフ配管１８を経て燃料タンク１７に戻される。

サプライポンプ１２は、コモンレール１１へ高圧燃料を圧送する高圧燃料ポンプであり、燃料タンク１７内の燃料をフィルタ２２を介してサプライポンプ１２へ吸引するフィードポンプを搭載し、このフィードポンプによって吸い上げられた燃料を高圧に圧縮してコモンレール１１へ圧送する。フィードポンプおよびサプライポンプ１２は共通のカムシャフト２３によって駆動される。なお、このカムシャフト２３は、エンジンによって回転駆動されるものである。

サプライポンプ１２には、燃料を高圧に加圧する加圧室内に燃料を導く燃料流路に、その燃料流路の開度度合を調整するためのＳＣＶ（吸入調量弁）２４が搭載されている。このＳＣＶ２４は、ＥＣＵ１３からのポンプ駆動信号によって制御されることにより、加圧室内に吸入される燃料の吸入量を調整し、コモンレール１１へ圧送する燃料の吐出量を変更するバルブであり、コモンレール１１へ圧送する燃料の吐出量を調整することにより、コモンレール圧を調整するものである。即ち、ＥＣＵ１３はＳＣＶ２４を制御することにより、コモンレール圧を車両走行状態に応じた圧力に制御できる。

（ピエゾインジェクタ１の説明）
ピエゾインジェクタ１の一例としての断面図を図４に示し、その概略図を図５に示す。なお、以下では、図中上側を上、図中下側を下と称して説明する。
ピエゾインジェクタ１は、略棒状体を呈するもので、下側がエンジンの燃焼室壁を貫通して、下端部が燃焼室内に突出するものである。ピエゾインジェクタ１は、下側から上に向かって順に、ノズル部３１、三方弁３２、変位拡大手段３３、ピエゾスタック４を備える。

（ノズル部３１の説明）
ノズル部３１は、高圧燃料の噴射と停止を切り替えるものであり、ハウジング３４（ノズルホルダ３５）に摺動自在に支持されたニードル７を備える。ニードル７は、上部に設けられた大径部３６がノズルホルダ３５内に摺動自在に支持されるものであり、ニードル７の下端円錐部３７がノズルホルダ３５の下端内側に形成された環状シート３８に着座または離座する。ニードル７の下側の外周空間３９には、ハウジング３４（バルブボディ４１およびノズルホルダ３５）に形成された高圧通路４２を介して高圧燃料が導入され、ニードル７の離座時に噴孔４３から燃料が噴射される。ニードル７の下側の外周空間３９に供給される高圧燃料は、大径部３６の段差面３６ａに作用して、ニードル７を上向き（離座方向）にリフトするように作用している。
一方、大径部３６の上側の背圧室４４には、高圧通路４２からインオリフィス４５を介して燃料が供給されており、背圧室４４に供給される高圧燃料は大径部３６の上面３６ｂに作用して、第２リターンバネ４６とともにニードル７を下向き（着座方向）に押しつける。

（三方弁３２の説明）
三方弁３２は、背圧室４４を高圧通路４２または低圧通路（リーク燃料通路）４７の一方に切り替える背圧切替手段であり、この実施例ではスプール弁で構成される。スプール弁よりなる三方弁３２は、ハウジング３４（バルブボディ４１）内に摺動自在に支持されたスプール（弁体）４８を備え、図５（ａ）に示すように下方向へ移動すると、背圧室４４に通じる背圧連通路２５とリーク燃料を排出する低圧通路４７が連通して背圧室４４の圧力が下がる。これにより、ニードル７が離座して燃料を噴射する。
逆に、スプール４８が図５（ｂ）に示すように上方向へ移動すると、背圧室４４に通じる背圧連通路２５と高圧燃料が供給される高圧通路４２とが連通して背圧室４４の圧力が高まる。これにより、ニードル７が着座して燃料噴射が停止する。
なお、スプール４８の下端には、スプール４８を上方へ押し戻す第３リターンバネ４９が配置されている。

（変位拡大手段３３の説明）
変位拡大手段３３は、ピエゾスタック４の伸縮変位量（積層方向の変化量、即ち上下方向の変化量）を大きくして三方弁３２のスプール４８に伝えるものであり、スプール４８の上部に設けられた小径ピストン５１、ピエゾスタック４により直接駆動される駆動体５（この実施例では大径ピストン）、小径ピストン５１の上面と駆動体５の下面の間に形成された変位拡大室５２で構成される。

駆動体５は、ハウジング３４（バルブボディ４１）の内部において摺動自在に支持される。この駆動体５は、第１リターンバネ６によってピエゾスタック４に押しつけられており、積層されたピエゾスタック４の伸縮量と同じだけ上下方向に変位する。即ち、駆動体５は、ピエゾスタック４の伸び出力により直接駆動されて積層方向（下方向）へ移動するものである。
そして、ピエゾスタック４が積層方向に伸びて駆動体５が下方向へ移動することにより、三方弁３２のスプール４８が下方へ移動して背圧室４４の圧力が下がり、燃料を噴射する。逆に、ピエゾスタック４が積層方向に収縮して駆動体５が上方向へ移動することにより、三方弁３２のスプール４８が上方へ移動して背圧室４４の圧力が上がり、燃料噴射を停止する。

（ピエゾスタック４の説明）
ピエゾスタック４は、周知構成のものであり、その一例を図６を参照して説明する。
ピエゾスタック４は、充電により板厚方向に膨張する板状のピエゾ素子３を多数積層してなる。各ピエゾ素子３は、略円板形状を呈する圧電体、この圧電体の両面に形成された内部電極からなり、多数のピエゾ素子３を板厚方向に積層してピエゾスタック４が構成される。

また、ピエゾスタック４の側面には、２つの側面電極５３が設けられている。一方の側面電極５３は圧電体の一方の内部電極と電気的に接続され、他方の側面電極５３は圧電体の他方の内部電極と電気的に接続されている。ここで、側面電極５３は、図６に示すように、上端部（固定端側）を硬質電極５３ａとし、他部分を軟質電極５３ｂとしても良いが、すべて軟質電極５３ｂであっても良い。
なお、２つの側面電極５３は、後述する固定台座５６内を上下方向に貫通する２つの通電ターミナル５４とそれぞれ電気的に接合するものであり、通電ターミナル５４と接続される外部コネクタ５４ａ（符号、図４参照）に電圧が印加されることで、ピエゾスタック４の各ピエゾ素子３が通電されるようになっている。
ここで、この実施例では、ピエゾスタック４としてピエゾ素子３のみを積層する例を示すが、ピエゾスタック４の一部に通電により発熱する加熱用の電気抵抗素子を介在させる構成を採用するなど、適宜、他の素子を介在させても良い。

ここで、ピエゾスタック４は、燃料と接触しないように、シールケースの内部に収容されている。
シールケースは、スタックケース５５、固定台座（上側台座）５６、駆動体５を収容して駆動体５の上下方向の変位を妨げない筒状ベローズ５９（符号、図４参照）よりなる。 スタックケース５５は、ピエゾスタック４の外周を覆う円筒形状を呈した金属ケースであり、その内部はピエゾスタック４の外径より僅かに大径であって、ピエゾスタック４を上下方向に伸縮可能に収容する。

固定台座５６は、下側の大径部５６ａ、上側の小径部５６ｂ、中間のテーパ部５６ｃからなる金属部材であり、その大径部５６ａがスタックケース５５の上端に固着されて、スタック室の上端を密閉する。
また、固定台座５６は、ピエゾスタック４の上端部と当接して、ピエゾスタック４の上端の上下方向の変位を阻止する部材である。

一方、ピエゾスタック４を収容するシールケースは、ピエゾインジェクタ１のハウジング３４（バルブボディ４１）に形成されたアクチュエータ室内に配置されるものであり、固定台座５６のテーパ部５６ｃは、アクチュエータ室の上部に形成されたテーパ受面５７と当接し、固定台座５６を介してピエゾスタック４の上端の上下方向の変位を阻止する部材である。
即ち、ピエゾスタック４の上端と当接する固定台座５６、およびこの固定台座５６の上端と当接するバルブボディ４１は、ピエゾスタック４の上側（駆動体５とは異なる側）においてピエゾスタック４の伸び出力を受け止める固定部材に相当するものである。
ここで、固定台座５６、およびこの固定台座５６を支持するバルブボディ４１は、ヤング率が１３Ｇｐａ程度の硬質金属（ステンレス）よりなるものであり、ピエゾスタック４の上側を強固に固定する構造になっている。

（制御装置２の説明）
制御装置２は、上述したように、ＥＣＵ１３とＥＤＵ１４より構成される。
ＥＣＵ１３は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路を含んで構成される周知構造のコンピュータよりなる。
ＥＣＵ１３は、読み込まれたセンサ類の信号（エンジンパラメータ：乗員の運転状態、エンジンの運転状態に応じた信号）に基づいて各種の演算処理を行う。
なお、ＥＣＵ１３には、エンジンパラメータを検出するセンサ類として、アクセル開度を検出するアクセルセンサ、エンジン回転数やクランク角を検出する回転数センサ、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ、コモンレール圧を検出するコモンレール圧センサ５８など、各種のセンサが接続されている。

ＥＣＵ１３には、ピエゾインジェクタ１の噴射制御を行う「充放電制御機能（ピエゾインジェクタ制御機能）」と、ＳＣＶ２４の開度制御を行う「ＳＣＶ制御機能」とが搭載されている。

充放電制御機能は、現在の運転状態に応じたタイミングでピエゾスタック４の充放電を制御する機能であり、予め搭載されたプログラムと、制御装置２に読み込まれた各種センサ類の信号（エンジンパラメータ）とに基づいて、単噴射やマルチ噴射等の「噴射形態」、各噴射毎の「噴射開始時期」、各噴射毎の「噴射期間（噴射量）」を算出し、算出した噴射形態、噴射開始時期、噴射期間に基づいてピエゾスタック４の充電と放電を制御する。
具体的に、この充放電制御機能は、噴射開始時期に噴射を開始させるための「充電開始タイミング」を求めるとともに、噴射期間（噴射量）から「放電開始タイミング」を求め、充電開始タイミング〜放電開始タイミングに亘る「噴射信号ＴＱ」をＥＤＵ１４の充放電回路６１に出力する制御プログラムである。

ＳＣＶ制御機能は、現在の運転状態に応じた目標コモンレール圧を求め、コモンレール圧センサ５８で検出される実コモンレール圧が目標コモンレール圧となるＳＣＶ開度を算出する制御プログラムであり、算出した「開弁信号（例えば、ＰＷＭ信号）」をＳＣＶ２４に出力する。

（充放電回路６１の説明）
ピエゾスタック４の充放電回路６１の一例を図７を参照して説明する。
充放電回路６１は、直流電源６２と、ピエゾスタック４を充電させるための充電スイッチ６３と、ピエゾスタック４を放電させるための放電スイッチ６４と、充放電されるピエゾスタック４を選択するための選択スイッチ６５と、エネルギー蓄積コイル６６と、複数の還流用ダイオード６７とで構成されている。

直流電源６２は、車載のバッテリ６８から数十〜数百Ｖの直流電圧を発生させるＤＣ／ＤＣコンバータ６９、このＤＣ／ＤＣコンバータ６９に並列接続されたバッファコンデンサ７１を備える。このバッファコンデンサ７１は、比較的静電容量の大きなもので、ピエゾスタック４の充電作動時にも一定の電圧値を保つようになっている。

充電スイッチ６３は、ＥＣＵ１３より与えられる充電信号（噴射信号ＴＱのＯＮ）に基づいてＯＮ−ＯＦＦ制御される。放電スイッチ６４は、ＥＣＵ１３より与えられる放電信号（噴射信号ＴＱのＯＦＦ）に基づいてＯＮ−ＯＦＦ制御される。また、選択スイッチ６５もＥＣＵ１３によってＯＮ−ＯＦＦ制御される。これら、充電スイッチ６３、放電スイッチ６４、選択スイッチ６５は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子でも良いし、機械的なリレースイッチであっても良い。
エネルギー蓄積コイル６６は、直流電源６２と各ピエゾスタック４を電気的に接続するための通電経路に介在されて、通電経路を流れる電気エネルギーを蓄えるものである。

（温度補償回路７２の説明）
充放電回路６１には、温度等が変動しても充電時にピエゾスタック４に一定のエネルギーを蓄積させるための温度補償回路７２が設けられている。
この温度補償回路７２の一例を図８に示す。温度補償回路７２は、ピエゾスタック４に与えられる電圧値を積分する積分手段を備え、その積分値が所定値に達すると、ピエゾスタック４の充電を終了させるものである。

積分手段は、ピエゾスタック４の充電電圧値を読み取るための固定抵抗７３と可変抵抗７４を用いたモニター手段７５と、このモニター手段７５によって読み取られた電圧値を電流値に変換する電圧／電流変換手段７６と、この電圧／電流変換手段７６の出力電流によって充電されるリファレンスコンデンサ７７とを備える。なお、リファレンスコンデンサ７７は、温度特性に優れた例えば５〜１２μＦのものが搭載されている。
そして、温度補償回路７２は、リファレンスコンデンサ７７に充電される充電電圧が、基準電圧７８によって設定された値（目標充電電圧）に達すると、Hiの信号を出力するコンパレータ７９を備え、このコンパレータ７９の出力によってピエゾスタック４の充電を終了するように設けられている。
つまり、温度補償回路７２は、ピエゾスタック４に印加される電圧を電流変換し、これを時間積分し、積分値が所定値に達したら、即ち、ピエゾスタック４の充電電圧が目標充電電圧に達したら、ピエゾスタック４の充電を終了させるものである。

（充電作動の説明）
ピエゾスタック４の充電の基本作動を図９を参照して説明する。
ＥＣＵ１３より充放電回路６１に噴射信号ＴＱが与えられると（ＴＱのＯＮ）、以下の作動により、充電スイッチ６３のＯＮとＯＦＦが繰り返される。
先ず、充電スイッチ６３がＯＮする。すると、図９中の実線Ａ1 に示すように、バッファコンデンサ７１に蓄えられた高電圧が充電スイッチ６３、エネルギー蓄積コイル６６を介してピエゾスタック４に与えられる。この時、ピエゾスタック４が充電されるとともに、エネルギー蓄積コイル６６にエネルギーが蓄積される。ピエゾスタック４の通電電流値はモニターされており、ピエゾスタック４の通電電流値が所定電流値（例えば１２Ａ）に上昇したら、充電スイッチ６３がＯＦＦされる。

充電スイッチ６３がＯＦＦされると、図９中の実線Ａ2 に示す状態が生じる。即ち、エネルギー蓄積コイル６６に蓄えられたエネルギーが還流用ダイオード６７を介してピエゾスタック４に与えられる状態が続き、ピエゾスタック４の充電が継続される。モニターされるピエゾスタック４の通電電流値が所定電流値（例えば１０Ａ）に低下したら、再び充電スイッチ６３がＯＮされ、図９中の実線Ａ1 の状態に戻される。以下、充電スイッチ６３のＯＮ−ＯＦＦを繰り返す。
以上の作動によってピエゾスタック４が充電される。

上記の充電作動によって、リファレンスコンデンサ７７の充電電圧（積分値）が上昇する。この充電電圧（積分値）が予め設定された目標充電電圧（判定値）に達すると、コンパレータ７９がHiの信号を出力する。すると、充放電回路６１が充電スイッチ６３をＯＦＦし、ピエゾスタック４の充電が終了される。
なお、充電を終了するための値（目標充電電圧）は、リファレンスコンデンサ７７の容量、モニター手段の可変抵抗値の設定値、および基準電圧７８の設定値によって合わせ込まれるものである。

（放電作動の説明）
ピエゾスタック４の放電の基本作動を図９を参照して説明する。
ＥＣＵ１３より充放電回路６１に与えられていた噴射信号ＴＱが停止（ＴＱのＯＦＦ）すると、以下の作動により、放電スイッチ６４のＯＮとＯＦＦが繰り返される。
先ず、放電スイッチ６４がＯＮする。すると、図９中の破線Ｂ1 に示すように、ピエゾスタック４に蓄えられていた電圧がエネルギー蓄積コイル６６、放電スイッチ６４を介して流れ、ピエゾスタック４に蓄積されていた電気エネルギーがエネルギー蓄積コイル６６に転送され、ピエゾスタック４の放電が進む。ピエゾスタック４の電流値はモニターされており、ピエゾスタック４の電流値が所定電流値（例えば１２Ａ）に達したら、放電スイッチ６４がＯＦＦされる。

放電スイッチ６４がＯＦＦされると、図９中の破線Ｂ2 に示す状態が生じる。即ち、エネルギー蓄積コイル６６に蓄えられたエネルギーが還流用ダイオード６７を介してバッファコンデンサ７１に回生される。そして、ピエゾスタック４の電流値が所定電流値（例えば１０Ａ）に低下したら、再び放電スイッチ６４をＯＮし、図９中の破線Ｂ1 の状態に戻す。以下、放電スイッチ６４のＯＮ−ＯＦＦを繰り返す。
以上の作動によってピエゾスタック４が放電される。

なお、充放電回路６１には、充電用の温度補償回路７２と同様の放電用の温度補償回路７２が搭載されており、温度等によってピエゾスタック４の負荷が変動しても、ピエゾスタック４から一定の電気エネルギーが抜き取られると、ピエゾスタック４の放電を終了するように設けられている。

〔問題点〕
請求項１の発明が適用されていない燃料噴射装置では、目標噴射タイミングで噴射が開始されるように設計されているだけで、ピエゾスタック４の充電を開始してから、目標の充電電圧に達するまでの昇圧時間ｔは、全く考慮されていない。
ここで、上述したように、駆動体５はピエゾスタック４に押しつけられる構造であるため、ピエゾスタック４と駆動体５には、両者による合成共振周期Ｔが存在する。
このため、ピエゾスタック４や駆動体５に摩擦等の外部負荷がかからない理想的（仮想的）な状態で考えた場合、充電を開始した後、０．５Ｔの±０．１Ｔ内のタイミングにおいて、合成共振周期Ｔの荷重の右上がり勾配（共振周期の右上がり勾配）が最大になる。 なお、各タイムチャートにおいて、符号Ａは充電電圧の変化を示すものであり、符号Ｂはピエゾスタック４の発生する荷重の変化を示すものである。

ここで、昇圧時間ｔが考慮されていない場合、ピエゾスタック４に充電を開始した後、昇圧時間ｔに達するタイミングが、０．５Ｔの±０．１Ｔ内になる場合が想定される。
その場合は、図１（ａ）に示すように、充電電圧が目標充電電圧に達して昇圧が終了しても、ピエゾスタック４と駆動体５による伸び方向の変位が合成共振により停止せず、伸び荷重が増大し続けて高荷重（オーバーシュートによるピーク荷重）が発生する。その後、合成共振周期Ｔでディップとピークとを繰り返す。このピーク荷重とディップ荷重は、ピエゾスタック４に直接的に加わるため、ピエゾスタック４の破損の要因となる。

また、昇圧時間ｔに達するタイミングが、０．５Ｔの±０．１Ｔ内でなくても、昇圧時間ｔに達するタイミングが、０．４Ｔ内の場合は、昇圧勾配（充電電圧の上昇速度勾配）が非常に大きくなり、結果的に荷重の上昇勾配も非常に大きくなる。
このため、充電電圧が目標充電電圧に達して、昇圧が終了しても、ピエゾスタック４と駆動体５による伸び方向の変位が停止せず、上記と同様、伸び荷重が増大し続けて高荷重（オーバーシュートによるピーク荷重）が発生する。その後、合成共振周期Ｔでディップとピークを繰り返す。このピーク荷重とディップ荷重は、ピエゾスタック４に直接的に加わるため、ピエゾスタック４の破損の要因となる。

〔実施例１の特徴〕
上記の問題点を解決するために、この実施例１においてピエゾスタック４の充放電制御を行う制御装置２は、
ピエゾスタック４の充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、
ピエゾスタック４と駆動体５の合成共振周期をＴとした場合、
０．６Ｔ≦ｔ
の関係を満足する第１昇圧制御を実施するように設けられている。
即ち、第１昇圧制御は、例えば、ピエゾスタック４と駆動体５の合成共振周期Ｔが１３．５ｋＨｚの場合、１３．５ｋＨｚを時間に直すと１３．９μｓｅｃであるため、昇圧時間ｔを１３．９μｓｅｃ×０．６以上にするものである。

昇圧時間ｔを０．６Ｔ以上にする具体的な技術として、次の３つを例示する。
（１）エネルギー蓄積コイル６６のインダクタンス容量を大きくするなどの調整をして、昇圧時間ｔを０．６Ｔ以上にする。
（２）ピエゾスタック４を充電する際において、充電スイッチ６３のＯＮ後に、充電スイッチ６３をＯＦＦする所定電流値を下げ（例えば充電中に充電スイッチ６３をＯＦＦする所定電流値を１２Ａ→１０Ａに下げ）、昇圧時間ｔを０．６Ｔ以上にする。
（３）ピエゾスタック４を充電する際において、充電スイッチ６３のＯＦＦ後に、充電スイッチ６３をＯＮする所定電流値を下げ（例えば充電中に充電スイッチ６３をＯＮする所定電流値を１０Ａ→８Ａに下げ）、昇圧時間ｔを０．６Ｔ以上にする。
即ち、上記（２）、（３）は充電スイッチ６３のＯＦＦ時間を長くすることで昇圧速度を遅くするものである。

そして、上述した（１）〜（３）のいずれか、あるいは複数を組み合わせて、図１（ｂ）、（ｃ）中の破線Ａに示すように、昇圧時間ｔを０．６Ｔ以上にする。これにより、ピエゾスタック４の充電昇圧が終了するタイミング（昇圧時間ｔに達するタイミング）と、合成共振周期Ｔにおける荷重右上がり勾配が最大になるタイミングとが重ならず、且つ昇圧時間ｔに達する直前の昇圧勾配を穏やかにできる。

（実施例１の効果）
この実施例１の燃料噴射装置は、上述したように、昇圧時間ｔが０．６Ｔ以上であるため、昇圧が終了するタイミングと、合成共振周期Ｔにおける荷重右上がり勾配が最大になるタイミングとが重ならない。
また、昇圧時間ｔが０．６Ｔ以上であるため、昇圧勾配が穏やかになる。
この結果、充電電圧が目標充電電圧に達した後にピエゾスタック４に生じる高荷重（オーバーシュートによるピーク）を抑えることができるとともに、その後に負荷荷重のピークディップの繰り返しも抑えることができる。

具体的な一例として、昇圧時間ｔが１．０Ｔの場合（即ち、ｔ＝Ｔ）においてピエゾスタック４に生じる負荷荷重の変動の様子を図１（ｂ）に示し、昇圧時間ｔが１．５Ｔの場合（即ち、ｔ＝１．５Ｔ）においてピエゾスタック４に生じる負荷荷重の変動の様子を図１（ｃ）に示す。

図１（ｂ）に示すｔ＝Ｔの場合は、充電電圧が目標充電電圧に達して、昇圧が終了する時と、ピエゾスタック４と駆動体５の合成共振周期Ｔによる伸び方向の変位が停止する時とが一致する。即ち、昇圧時間ｔに達した時に、合成共振周期Ｔが上死点となる。
これによって、充電電圧が目標充電電圧に達した後におけるピーク荷重およびディップ荷重の発生を抑えることができる。

図１（ｃ）に示すｔ＝１．５Ｔの場合は、充電電圧が目標充電電圧に達して、昇圧を終了する時に、合成共振周期Ｔにおける荷重右上がり勾配が最大になる。
しかし、昇圧時間ｔが１．５Ｔと長く、昇圧勾配（充電電圧の上昇速度勾配）が穏やかであるため、昇圧時間ｔが０．５Ｔの時に比較して、合成共振周期Ｔにおけるサイン波の右上がり勾配が穏やかになる。
これによって、昇圧時間ｔが０．５Ｔの時に比較して、充電電圧が目標充電電圧に達した後におけるピーク荷重およびディップ荷重の発生を抑えることができる。

このようにして、実施例１の燃料噴射装置では、ピエゾスタック４に生じるピーク荷重およびディップ荷重が抑えられるため、ピエゾスタック４の長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタ１の耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

請求項２に係る発明が適用された実施例２を図１０を参照して説明する。なお、以下の各実施例において、実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記の実施例１では、昇圧時間ｔを０．６Ｔ以上とすることで、充電電圧が目標充電電圧に達した後のピーク荷重およびディップ荷重の発生を抑える例を示した。
これに対して、実施例２は、昇圧時間ｔが０．６Ｔ未満であっても、充電電圧が目標充電電圧に達した後のピーク荷重およびディップ荷重の発生を抑えるものである。

実施例２の制御装置２は、
０．２５Ｔ≦ｔ＜０．６Ｔの場合、
ピエゾスタック４の充電開始〜０．５ｔの平均昇圧速度より、０．５ｔ〜１ｔの平均昇圧速度を遅くする第２昇圧制御を実施する。
即ち、昇圧時間ｔに達する直前の昇圧速度を遅くするものである。
具体的な一例を図１０（ｂ）を参照して説明する。
この例は、ｔ＝０．５Ｔであるが、０〜０．４Ｔまでの昇圧勾配が大きく、０．４〜０．５Ｔまでの昇圧勾配が小さいものである。

昇圧終了直前期間の昇圧速度を遅くする具体的な技術として、次の２つを例示する。
（１）ピエゾスタック４を充電する際、昇圧終了直前の期間において、充電スイッチ６３のＯＮ後に、充電スイッチ６３をＯＦＦする所定電流値を下げ（例えば充電中に充電スイッチ６３をＯＦＦする所定電流値を１２Ａ→１０Ａに下げ）、昇圧速度を遅くする。
（２）ピエゾスタック４を充電する際、昇圧終了直前の期間において、充電スイッチ６３のＯＦＦ後に、充電スイッチ６３をＯＮする所定電流値を下げ（例えば充電中に充電スイッチ６３をＯＮする所定電流値を１０Ａ→８Ａに下げ）、昇圧速度を遅くする。
即ち、上記（１）、（２）は充電スイッチ６３のＯＦＦ時間を長くすることで昇圧速度を遅くするものである。
そして、上述した（１）、（２）の一方、あるいは両方を組み合わせることで、図中、実線Ａで示すように、昇圧終了直前期間の昇圧速度を遅くすることができる。

このように設けられることによって、昇圧時間ｔに達するタイミングが、０．５Ｔの±０．１Ｔ内のタイミングであっても、あるいは昇圧時間ｔが、０．４Ｔ内の場合でも、昇圧時間ｔに達する際の昇圧勾配が穏やかになる。
この結果、充電電圧が目標充電電圧に達した後に生じる高荷重（オーバーシュートによるピーク）を抑えることができるとともに、その後のピークディップの繰り返しも抑えることができる。
このように、ピエゾスタック４に生じるピーク荷重およびディップ荷重が抑えられるため、ピエゾスタック４の長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタ１の耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

請求項３に係る発明が適用された実施例３を図１１、図１２を参照して説明する。
（実施例３、４が解決する問題点）
ピエゾスタック４および駆動体５には、膨張時に摩擦等の外部負荷が加わる。
ピエゾスタック４は充電が開始されると伸び荷重を発生する。この伸び荷重は、ピエゾスタック４が伸びを開始した後、駆動体５が動き始める瞬間に最大荷重に達する。具体例を図１１を参照して説明すると、ピエゾスタック４の充電が開始されてから、２１μｓｅｃにおいて、ピエゾスタック４に荷重変動のピークが発生する。また、荷重変動のピークが発生した直後は伸びが戻る方向のディップが生じ、その後、ピークとディップのオーバーシュートを繰り返す。
このようなピーク荷重とディップ荷重は、ピエゾスタック４に直接的に加わるため、ピエゾスタック４の破損の要因となる。

（実施例３の特徴）
実施例３の燃料噴射装置は、上記の問題点を解決するために、次の手段を採用する。
実施例３の制御装置２は、ピエゾスタック４の充電開始から目標充電電圧に至る昇圧時間ｔ内において、ピエゾスタック４に生じる荷重変動ピーク頂部（荷重ピークにおける最低値）の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも遅くする、および／またはピエゾスタック4 に生じる荷重変動ディップ頂部（荷重ディップにおける最低値）の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも速くする第３昇圧制御を実施する。

具体的な一例を図１２を参照して説明する。なお、図１２では、ピエゾインジェクタ１の合成共振周期Ｔが１３５．９μｓｅｃで、昇圧時間ｔが一例として１５０μｓｅｃとしてある。
ピエゾスタック４の充電が開始された後、駆動体５が動き始める瞬間（２１μｓｅｃ）に荷重変動のピークが発生し、その後多重共振が生じてピーク荷重とディップ荷重が生じている。また、１３５．９μｓｅｃ付近においても合成共振周期Ｔによるピーク荷重が生じている。

そして、制御装置２は、ピーク発生時の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも遅く、および／またはディップ発生時の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも速くする。
ピーク発生時の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも遅く、および／またはディップ発生時の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも速くする具体的な技術を開示する。
ピエゾスタック４の充電時に生じるピーク発生時期およびディップ発生時期は、ピエゾインジェクタ１の設計に関連して生じるものであり、予めデータ取りを行うなどして予測することができる。そして、ピーク発生時期およびディップ発生時期をＥＣＵ１３のマップ等に書き込み、充電開始後、ピーク発生時期の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも遅くする制御、およびディップ発生時期の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも速くする制御を実施する。

なお、ピーク発生時期およびディップ発生時期の±０．１Ｔ内の昇圧速度を他の昇圧速度に対し変化させる具体的な技術として、次の２つを例示する。
（１）ピエゾスタック４を充電する際、ピーク発生時期の±０．１Ｔ内において、充電スイッチ６３のＯＮ後に、充電スイッチ６３をＯＦＦする所定電流値を下げ（例えば充電中に充電スイッチ６３をＯＦＦする所定電流値を１２Ａ→１０Ａに下げ）、昇圧速度を遅くする。ディップ発生時期の±０．１Ｔ内において、充電スイッチ６３のＯＮ後に、充電スイッチ６３をＯＦＦする所定電流値を上げ（例えば充電中に充電スイッチ６３をＯＦＦする所定電流値を１２Ａ→１４Ａに上げ）、昇圧速度を速くする。
（２）ピエゾスタック４を充電する際、ピーク発生時期の±０．１Ｔ内において、充電スイッチ６３のＯＦＦ後に、充電スイッチ６３をＯＮする所定電流値を下げ（例えば充電中に充電スイッチ６３をＯＮする所定電流値を１０Ａ→８Ａに下げ）、昇圧速度を遅くする。ディップ発生時期の±０．１Ｔ内において、充電スイッチ６３のＯＦＦ後に、充電スイッチ６３をＯＮする所定電流値を上げ（例えば充電中に充電スイッチ６３をＯＮする所定電流値を１０Ａ→１１Ａに上げ）、昇圧速度を速くする。
即ち、上記（１）、（２）は充電スイッチ６３のＯＦＦ時間を長くすることで昇圧速度を遅くするもの、および充電スイッチ６３のＯＮ時間を長くすることで昇圧速度を速くするものである。
そして、上述した（１）、（２）の一方、あるいは両方を組み合わせることで、図１２中、実線Ａに示すように、ピーク発生時期の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも遅くすることができる。また、ディップ発生時期の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも速くすることができる。

なお、この実施例３では、マップに書き込んだ値（ピーク発生時期およびディップ発生時期）から、昇圧速度を遅くする例を示すが、荷重センサ等でピエゾスタック４の発生荷重を検出し、その発生荷重に基づいて昇圧速度をフィードバック補正しても良い。

実施例３では、上記の技術により、ピーク頂部の前後間の昇圧速度が遅くされる、および／またはディップ頂部の前後間の昇圧速度が速くされるため、駆動体５が動き始める瞬間に生じるピーク荷重や、その後におけるディップ荷重やピーク荷重の発生を抑えることができる。
この結果、ピエゾスタック４の長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタ１の耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

請求項４に係る発明が適用された実施例４を図１３を参照して説明する。
上記実施例３では、ピーク頂部の前後間の昇圧速度を遅くする、および／またはディップ頂部の前後間の昇圧速度を速くすることで、ピーク荷重やディップ荷重の発生を抑える例を示した。
これに対して、実施例４の制御装置２は、昇圧時間ｔ内において、ピエゾスタック４に生じる荷重変動ピーク頂部の±０．１Ｔ内の印加電圧を低下させる第４昇圧制御を実施する。

具体的な一例を図１３を参照して説明する。なお、図１３では、実施例３と同様、ピエゾインジェクタ１の合成共振周期Ｔが１３５．９μｓｅｃで、昇圧時間ｔが一例として１５０μｓｅｃとしてある。
ピエゾスタック４の充電が開始された後、駆動体５が動き始める瞬間（２１μｓｅｃ）に荷重変動のピークが発生し、その後多重共振が生じてピーク荷重とディップ荷重が生じている。また、１３５．９μｓｅｃ付近においても合成共振周期Ｔによるピーク荷重が生じている。

そして、制御装置２は、ピーク発生時の±０．１Ｔ内の印加電圧を低下する。
ピーク発生時の±０．１Ｔ内の印加電圧を低下させる具体的な技術を開示する。

ピエゾスタック４の充電時に生じるピーク発生時期は、上記実施例３で示したように、ピエゾインジェクタ１の設計に関連して生じるものであり、予めデータ取りを行うなどして予測することができる。そして、ピーク発生時期をＥＣＵ１３のマップ等に書き込み、充電開始後、ピーク発生時期の±０．１Ｔ内の印加電圧を低下させる制御を実施する。

ピーク発生時期の±０．１Ｔ内の印加電圧を低下させる具体的な技術として、次の例を示す。
（１）ピエゾスタック４を充電する際、ピーク発生時期の±０．１Ｔ内において、充電動作を止め、代わりに放電動作を行う。
これによって、ピーク発生時期の±０．１Ｔ内におけるピエゾスタック４の充電電圧を低下させることができる。

なお、この実施例４では、マップに書き込んだ値（ピーク発生時期）から、充電電圧を低下させる例を示すが、荷重センサ等でピエゾスタック４の発生荷重を検出し、その発生荷重に基づいて充電電圧をフィードバック補正しても良い。

実施例４では、上記の技術により、ピーク頂部の前後間の充電電圧を低下させるため、駆動体５が動き始める瞬間に生じるピーク荷重や、その後のピーク荷重の発生を抑えることができる。また、ピーク荷重を抑えることで、その直後に生じるディップ荷重も抑えることができる。
この結果、ピエゾスタック４の長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタ１の耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

請求項５、６に係る発明が適用された実施例５を図１４を参照して説明する。
（実施例５が解決する問題点）
燃料噴射装置は、短い周期で繰り返して噴射を行うマルチ噴射を実施する場合がある。具体例を開示すると、図１４に示すように、短い噴射期間のパイロット噴射を実行した直後に、長い噴射期間のメイン噴射を実施する場合がある。
その場合、パイロット噴射時に発生した共振が残存共振として、続くメイン噴射の昇圧時間ｔ内に及ぶ場合がある。
メイン噴射の昇圧時間ｔ内に残存共振が及ぶと、昇圧による荷重変動と、残存共振の荷重変動とが重畳されて高荷重が生じ、ピエゾスタック４の破損の要因となる。

一方、メイン噴射の昇圧時間ｔ内に残存共振が及び、荷重が上昇すると、伸び荷重の上昇タイミングが早まることで噴射タイミングが進む可能性がある。
逆に、メイン噴射の昇圧時間ｔ内に残存共振が及び、荷重が低下すると、ピエゾスタック４の伸びが抑えられて、噴射タイミングが遅れる可能性がある。

（実施例５の特徴）
実施例５の燃料噴射装置は、上記の問題点を解決するために、次の手段を採用する。
実施例５の制御装置２は、昇圧時間ｔ内に、前回噴射による残存共振が生じている場合、残存共振による荷重変動とは逆位相の電圧をピエゾスタック４に印加する第５昇圧制御を実施する。
具体的には、図１４の実線Ａに示すように、（１）残存共振による荷重が上昇する時は、実施例４のように、放電動作を行うなどして、ピエゾスタック４の充電電圧を低下させ、（２）逆に、残存共振による荷重が低下する時は、急速充電動作を行うなどして、ピエゾスタック４の充電電圧の上昇勾配を大きくする制御を実施するものである。

なお、昇圧時間ｔに生じる残存共振は、パイロット噴射（前噴射）の通電開始時期と、ピエゾインジェクタ１の設計に関連して生じるものであり、予めデータ取りを行うなどして予測することができる。そこで、ＥＣＵ１３は、昇圧時間ｔ内に生じる残存共振を、パイロット噴射（前噴射）の通電開始時期と、ＥＣＵ１３のマップ等に書き込んだピークディップの発生データに基づいて算出し、昇圧時間ｔに生じる残存共振による荷重変動とは逆位相の電圧をピエゾスタック４に印加する制御を実施する。

また、この実施例５の制御装置２は、昇圧時間ｔを経過した後も、残存共振による荷重変動とは逆位相の電圧をピエゾスタック４に印加する第６昇圧制御を実施する。
具体的には、図１４の実線Ｂに示すように、昇圧時間ｔの経過後、（１）残存共振による荷重が上昇する時は、放電動作を行うなどして、ピエゾスタック４の充電電圧を低下させ、（２）逆に、残存共振による荷重が低下する時は、充電動作を行うなどして、ピエゾスタック４の充電電圧を上昇させる制御を実施するものである。

なお、この実施例５では、前噴射の通電開始時期と、マップに書き込んだ値（ピーク発生時期およびディップ発生時期）から、残存共振の影響を補正する例を示すが、荷重センサ等でピエゾスタック４の発生荷重を検出し、その発生荷重に基づいて充電電圧をフィードバック補正しても良い。

実施例５では、上記の技術により、残存共振の荷重が上昇する時は、逆位相により電圧の昇圧勾配が負勾配にされるため、荷重の上昇速度が緩和され、高荷重の発生を抑えることができる。
この結果、ピエゾスタック４の長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタ１の耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

一方、昇圧時間ｔ内において残存共振の荷重が上昇する時は、昇圧勾配が負勾配にされて荷重の上昇速度が緩和されるため、噴射タイミングが進む不具合を回避できる。
逆に、昇圧時間ｔ内において残存共振の荷重が低下する時は、昇圧勾配が大きくされて、ピエゾスタック４の伸びが抑えられる現象を回避するため、噴射タイミングが遅れる不具合を回避できる。

請求項７に係る発明が適用された実施例６を図１５を参照して説明する。
（実施例６が解決する問題点）
上記実施例３で示したように、ピエゾスタック４に充電開始し、ピエゾスタック４が伸びを開始した後、駆動体５が動き始める瞬間に最大荷重に達する。この最大荷重は、ピエゾスタック４に直接的に加わるため、ピエゾスタック４の破損の要因となる。

（実施例６の特徴）
実施例６のピエゾインジェクタ１は、駆動体５と、この駆動体５を摺動自在に支持する第１摺動保持部材（バルブボディ４１等）との接触部に、摩擦係数を下げる第１摩擦係数低減手段８１が設けられている。
また、駆動体５の移動は、小径ピストン５１の動きやすさの影響を受けるため、実施例６のピエゾインジェクタ１は、小径ピストン５１と、この小径ピストン５１を摺動自在に支持する第２摺動保持部材（バルブボディ４１等）との接触部にも、摩擦係数を下げる第２摩擦係数低減手段８２が設けられている。

第１、第２摩擦係数低減手段８１、８２の一例を開示する。
第１、第２摩擦係数低減手段８１、８２は、駆動体５および小径ピストン５１の滑りを向上させるための手段であり、（１）駆動体５および小径ピストン５１の摺動面の鏡面加工、（２）第１、第２摺動保持部材（バルブボディ４１等）における摺動面の鏡面加工、（３）駆動体５および小径ピストン５１の角部（端部）の面取り、（４）駆動体５の摺動クリアランスの変化を抑えるために、駆動体５と第１摺動保持部材（バルブボディ４１等）の熱膨張率を同じにする（例えば、両方ステンレス）、（５）小径ピストン５１の摺動クリアランスの変化を抑えるために、小径ピストン５１と第２摺動保持部材（バルブボディ４１等）の熱膨張率を同じにする（例えば、両方ステンレス）。
実施例６は、これら（１）〜（５）のいずれか、あるいは複数を組み合わせることで、駆動体５および小径ピストン５１の滑りを向上させるものである。

この実施例６により、ピエゾスタック４が伸びを開始した後、駆動体５が動き始める瞬間に発生するピーク荷重を抑えることができる。また、小径ピストン５１が動き始める瞬間に発生するピーク荷重を抑えることができる。
このように、ピエゾスタック４に加わるピーク荷重が抑えられることにより、ピエゾスタック４の長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタ１の耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

請求項８、９に係る発明が適用された実施例７を図１６を参照して説明する。
（実施例７〜実施例１１が解決する問題点）
上述した実施例１で開示したように、ピエゾスタック４の上端と当接する固定台座５６、およびこの固定台座５６の上端と当接するハウジング３４（バルブボディ４１）は、ピエゾスタック４の上側（駆動体５とは異なる側）においてピエゾスタック４の伸び出力を受け止める固定部材に相当するものである。
ここで、固定台座５６、およびこの固定台座５６を支持するバルブボディ４１は、ヤング率が１３Ｇｐａ程度の硬質金属（ステンレス）よりなるものであり、ピエゾスタック４の上側を強固に固定する構造になっている。

そして、ピエゾスタック４の充電時、ピエゾスタック４に生じる伸び荷重の一方は、駆動体５に伝えられるものであるが、ピエゾスタック４に生じる伸び荷重の他は、固定部材（固定台座５６、および固定台座５６を支持するバルブボディ４１）によって受け止められる。
ここで、ピエゾスタック４に生じる荷重の内、駆動体５側の荷重は、駆動体５が移動することで緩和される。
しかし、ピエゾスタック４の上側は、固定部材によりリジットに固定されているため、荷重は外部に拡散されない。このため、ピエゾスタック４における上側のピエゾ素子３（特に、上端のピエゾ素子３）には大きな応力が加わる。
このため、固定部材側のピエゾ素子３（特に固定部材側の端部のピエゾ素子３）が破損しやすく、ピエゾスタック４の長期信頼性が低下する。

（実施例７の特徴）
上記の問題点を解決するため、実施例７のピエゾインジェクタ１は、ピエゾスタック４の伸び出力を受け止める固定部材と、ピエゾスタック４との間に、固定部材より剛性の低い低剛性部を設けている。
具体的に、この実施例７では、固定台座５６とバルブボディ４１との間に、低剛性部として、ヤング率が１０Ｇｐａ以下の低剛性部材（例えば、銅ワッシャ等）８３を介在させている。
なお、この実施例７では、固定台座５６とバルブボディ４１との間に、低剛性部としての低剛性部材８３を配置する例を示すが、固定台座５６とピエゾスタック４の上端との間に低剛性部材８３を配置しても良い。

この実施例７により、ピエゾスタック４に生じる荷重の内、固定された上側の荷重は、低剛性部材８３の変形により緩和される。
この結果、ピエゾスタック４の上側（特に上端）のピエゾ素子３の破損を防ぐことが可能になり、ピエゾスタック４の長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタ１の耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

請求項８、１０に係る発明が適用された実施例８を図１７を参照して説明する。
この実施例８の低剛性部は、固定部材においてピエゾスタック４の伸び出力を受ける面に設けられ、表面粗度が１．６Ｚより粗く設けられることでヤング率が１０Ｇｐａ以下の粗面８４である。
具体的に、この実施例８では、ハウジング３４と固定部材の当接部分の一方（具体的には、テーパ部５６ｃあるいはテーパ受面５７の一方）の粗度を粗く設けることで、固定台座５６を支持する部分のヤング率を１０Ｇｐａ以下に設けたものである。なお、図１７では、テーパ部５６ｃに粗面８４を設けた例を示す。

この実施例８により、実施例７と同様の効果を得ることができる。また、実施例７の別部品（低剛性部材８３）が不要であるため、ピエゾインジェクタ１の組付けが容易にできる。

請求項１１〜１３に係る発明が適用された実施例９を図１８を参照して説明する。なお、図１８は実施例９〜１１の説明用の共通図面である。
この実施例９のピエゾインジェクタ１は、ピエゾスタック４を構成しているピエゾ素子３のうち、上端（駆動体５とは異なる側の端部）のピエゾ素子３ａを、下端（駆動体５に近い側の端部）のピエゾ素子３ｂに比較して、内部応力を低下させる構造としたものである。
具体的には、上端のピエゾ素子３ａの素子径を、下端のピエゾ素子３ｂの素子径に比較して大きく設けることで、上端のピエゾ素子３ａの内部応力が低下するようにしている。さらに具体的には、上端のピエゾ素子３ａの素子径を、下端のピエゾ素子３ｂの素子径より、３％以上大きく設けている。

この実施例９により、ピエゾスタック４を構成しているピエゾ素子３のうち、上端のピエゾ素子３ａに加わる荷重応力が、大径に設けられた上端のピエゾ素子３ａで緩和されるため、上端のピエゾ素子３ａの破損を防ぐことが可能になる。この結果、ピエゾスタック４の長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタ１の耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

請求項１１、１４、１５に係る発明が適用された実施例１０を図１８を参照して説明する。
上記の実施例９では、ピエゾスタック４を構成しているピエゾ素子３のうち、上端（駆動体５とは異なる側の端部）のピエゾ素子３ａを、大径に設けることで、内部応力を低下させる例を示した。
これに対し、この実施例１０は、ピエゾスタック４を構成しているピエゾ素子３のうち、上端のピエゾ素子３ａの厚みを、下端のピエゾ素子３ｂの厚みに比較して厚く設けることで、上端のピエゾ素子３ａの内部応力が低下するようにしている。具体的には、上端のピエゾ素子３の厚みを、下端のピエゾ素子３の厚みより、３％以上厚く設けている。

この実施例１０により、ピエゾスタック４を構成しているピエゾ素子３のうち、上端のピエゾ素子３ａに加わる荷重応力が、厚く設けられた上端のピエゾ素子３ａで緩和されるため、上端のピエゾ素子３ａの破損を防ぐことが可能になる。この結果、ピエゾスタック４の長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタ１の耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

請求項１６、１７に係る発明が適用された実施例１１を図１８を参照して説明する。
上記の実施例９、１０では、ピエゾスタック４を構成しているピエゾ素子３のうち、上端（駆動体５とは異なる側の端部）のピエゾ素子３ａの内部応力を低下させる例を示した。
これに対し、この実施例１１は、ピエゾスタック４を構成しているピエゾ素子３のうち、上端のピエゾ素子３ａの素子強度を、下端のピエゾ素子３ｂの素子強度に比較して高く設けたものである。
具体的には、上端のピエゾ素子３ａを構成する圧電体を、他のピエゾ素子３の圧電体よりじっくり焼結することで、上端のピエゾ素子３ａの素子強度が高く設けられている。より具体的には、上端のピエゾ素子３ａの素子強度が、下端のピエゾ素子３ｂの素子強度より、１０％以上高く設けられている。

この実施例１１により、ピエゾスタック４を構成しているピエゾ素子３のうち、上端のピエゾ素子３ａの強度が高く設けられていることにより、上端のピエゾ素子３ａの破損を防ぐことが可能になる。この結果、ピエゾスタック４の長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタ１の耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

請求項１８に係る発明が適用された実施例１２を図１９を参照して説明する。
（実施例１２が解決する問題点）
ピエゾスタック４には、共振、駆動体５の駆動、小径ピストン５１の移動により、ピーク荷重およびディップ荷重が生じる。ピエゾスタック４を構成するピエゾ素子３は、衝撃に弱いものであり、上述の如く高荷重により破損する場合の他に、急激な引っ張り荷重により破損する場合がある。
即ち、ピエゾスタック４に急激なディップ荷重が生じることにより、ピエゾスタック４の長期信頼性が低下する。

（実施例１２の特徴）
ピエゾスタック４の充電時、ピエゾスタック４に生じる伸び荷重の一方は、駆動体５に伝えられるものであるが、ピエゾスタック４に生じる伸び荷重の他方は、固定部材（固定台座５６、および固定台座５６を支持するバルブボディ４１）によって受け止められる。 そこで、この実施例１２では、ピエゾスタック４の伸び出力を受け止める固定部材（固定台座５６、および固定台座５６を支持するハウジング３４）と、ピエゾスタック４との間に、ピエゾスタック４に圧縮力を与える反発部材８５を配置している。

具体的に、この実施例１２では、固定台座５６とバルブボディ４１の間に、反発部材８５として、バネ材（例えばウエーブワッシャ）を介在させている。
なお、この実施例１２では、固定台座５６とバルブボディ４１の間に、反発部材８５を配置する例を示すが、固定台座５６とピエゾスタック４の上端との間に反発部材８５を配置しても良い。

この実施例１２により、ピエゾスタック４に負荷荷重が抜けるディップ荷重が生じても、その負荷荷重が抜けるディップ荷重を反発部材８５が吸収するため、ピエゾスタック４に急激な抜け荷重（急激な引っ張り荷重）が生じる不具合を回避することができる。
このように、ピエゾスタック４に加わるディップ荷重が抑えられることにより、ピエゾスタック４の長期信頼性が向上し、ピエゾインジェクタ１の耐久性を高め、燃料噴射装置の信頼性を高めることができる。

［変形例］
上記の各実施例を組み合わせて用いても良い。

合成共振周期に対する充電電圧および荷重変化を示すタイムチャートである（実施例１）。 燃料噴射装置の概略図である（実施例１）。 燃料噴射装置の概略図である（実施例１）。 ピエゾインジェクタの断面図である（実施例１）。 ピエゾインジェクタの概略図である（実施例１）。 ピエゾスタックの概略図である（実施例１）。 充放電回路の電気回路図である（実施例１）。 温度補償回路の概略図である（実施例１）。 充放電回路の作動説明図である（実施例１）。 合成共振周期に対する充電電圧および荷重変化を示すタイムチャートである（実施例２）。 時間軸に対する荷重変化を示すタイムチャートである（参考例）。 時間軸に対する充電電圧および荷重変化を示すタイムチャートである（実施例３）。 時間軸に対する充電電圧および荷重変化を示すタイムチャートである（実施例４）。 時間軸に対する充電電圧および荷重変化を示すタイムチャートである（実施例５）。 ピエゾインジェクタの概略図である（実施例６）。 ピエゾスタックの概略図である（実施例７）。 ピエゾスタックの概略図である（実施例８）。 ピエゾスタックの概略図である（実施例９、１０、１１）。 ピエゾスタックの概略図である（実施例１２）。

符号の説明

１ ピエゾインジェクタ
２ 制御装置
３ ピエゾ素子
３ａ 上端のピエゾ素子（駆動体とは異なる側の端部のピエゾ素子）
３ｂ 下端のピエゾ素子（駆動体に近い側の端部のピエゾ素子）
４ ピエゾスタック
５ 駆動体（大径ピストン）
４１ バルブボディ（摺動保持部材、固定台座を介してピエゾスタックの荷重を受け止める固定部材）
５１ 小径ピストン
５６ 固定台座（ピエゾスタックの荷重を直接受け止める固定部材）
８１ 第１摩擦係数低減手段
８２ 第２摩擦係数低減手段
８３ 低剛性部材（低剛性部）
８４ 粗面（低剛性部）
８５ 反発部材

Claims (18)

1. ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、前記ピエゾスタックの伸び出力により前記駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタと、
   前記ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置と、
   を具備する燃料噴射装置において、
   前記制御装置は、
   前記ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、 前記ピエゾスタックと前記駆動体の合成共振周期をＴとした場合、
   ０．６Ｔ≦ｔ
   の関係を満足する第１昇圧制御を実施することを特徴とする燃料噴射装置。
2. ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、前記ピエゾスタックの伸び出力により前記駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタと、
   前記ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置と、
   を具備する燃料噴射装置において、
   前記制御装置は、
   前記ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、 前記ピエゾスタックと前記駆動体の合成共振周期をＴとした場合で、
   ０．２５Ｔ≦ｔ＜０．６Ｔの場合、
   前記ピエゾスタックの充電開始〜０．５ｔの平均昇圧速度より、０．５ｔ〜１ｔの平均昇圧速度を遅くする第２昇圧制御を実施することを特徴とする燃料噴射装置。
3. ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、前記ピエゾスタックの伸び出力により前記駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタと、
   前記ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置と、
   を具備する燃料噴射装置において、
   前記制御装置は、
   前記ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、 前記ピエゾスタックと前記駆動体の合成共振周期をＴとした場合、
   前記ピエゾスタックの充電開始から目標充電電圧に至る昇圧時間ｔ内において、前記ピエゾスタックに生じる荷重変動ピーク頂部の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも遅くする、および／または前記ピエゾスタックに生じる荷重変動ディップ頂部の±０．１Ｔ内の昇圧速度を、他の昇圧速度よりも速くする第３昇圧制御を実施することを特徴とする燃料噴射装置。
4. ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、前記ピエゾスタックの伸び出力により前記駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタと、
   前記ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置と、
   を具備する燃料噴射装置において、
   前記制御装置は、
   前記ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、 前記ピエゾスタックと前記駆動体の合成共振周期をＴとした場合、
   前記ピエゾスタックの充電開始から目標充電電圧に至る昇圧時間ｔ内において、前記ピエゾスタックに生じる荷重変動ピーク頂部の±０．１Ｔ内の印加電圧を低下させる第４昇圧制御を実施することを特徴とする燃料噴射装置。
5. ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、前記ピエゾスタックの伸び出力により前記駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタと、
   前記ピエゾスタックの充放電制御を行う制御装置と、
   を具備する燃料噴射装置において、
   前記制御装置は、
   前記ピエゾスタックの充電開始から、目標充電電圧に達するまでの昇圧時間をｔとし、 前記ピエゾスタックと前記駆動体の合成共振周期をＴとし、
   前記ピエゾスタックと前記駆動体に前回噴射による残存共振が生じている場合、
   前記ピエゾスタックの充電開始から目標充電電圧に至る昇圧時間ｔ内において、残存共振による荷重変動とは逆位相の電圧を前記ピエゾスタックに印加する第５昇圧制御を実施することを特徴とする燃料噴射装置。
6. 請求項５に記載の燃料噴射装置において、
   前記制御装置は、
   昇圧時間ｔを経過した後も、残存共振による荷重変動とは逆位相の電圧を前記ピエゾスタックに印加する第６昇圧制御を実施することを特徴とする燃料噴射装置。
7. ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、前記ピエゾスタックの伸び出力により前記駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタを具備する燃料噴射装置において、
   前記駆動体と、この駆動体を摺動自在に支持する摺動保持部材との接触部には、摩擦係数を下げる摩擦係数低減手段が設けられていることを特徴とする燃料噴射装置。
8. ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、前記ピエゾスタックの伸び出力により前記駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタを具備する燃料噴射装置において、
   前記駆動体とは異なる側において前記ピエゾスタックの伸び出力を受け止める固定部材と、前記ピエゾスタックとの間には、前記固定部材より剛性の低い低剛性部が設けられていることを特徴とする燃料噴射装置。
9. 請求項８に記載の燃料噴射装置において、
   前記固定部材は、ステンレスよりなり、
   前記低剛性部は、ヤング率が１０Ｇｐａ以下の低剛性部材であることを特徴とする燃料噴射装置。
10. 請求項８に記載の燃料噴射装置において、
    前記低剛性部は、前記固定部材において前記ピエゾスタックの伸び出力を受ける面に設けられ、表面粗度が１．６Ｚより粗く設けられることでヤング率が１０Ｇｐａ以下の粗面であることを特徴とする燃料噴射装置。
11. ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、前記ピエゾスタックの伸び出力により前記駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタを具備する燃料噴射装置において、
    前記ピエゾスタックを構成している前記ピエゾ素子のうち、前記駆動体とは異なる側の端部の前記ピエゾ素子は、前記駆動体に近い側の端部の前記ピエゾ素子に比較して、内部応力を低下させる構造になっていることを特徴とする燃料噴射装置。
12. 請求項１１に記載の燃料噴射装置において、
    前記ピエゾスタックを構成している前記ピエゾ素子のうち、前記駆動体とは異なる側の端部の前記ピエゾ素子の素子径は、前記駆動体に近い側の端部の前記ピエゾ素子の素子径に比較して、大きく設けられていることを特徴とする燃料噴射装置。
13. 請求項１２に記載の燃料噴射装置において、
    前記ピエゾスタックを構成している前記ピエゾ素子のうち、前記駆動体とは異なる側の端部の前記ピエゾ素子の素子径は、前記駆動体に近い側の端部の前記ピエゾ素子の素子径より、３％以上大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
14. 請求項１１に記載の燃料噴射装置において、
    前記ピエゾスタックを構成している前記ピエゾ素子のうち、前記駆動体とは異なる側の端部の前記ピエゾ素子の厚みは、前記駆動体に近い側の端部の前記ピエゾ素子の厚みに比較して、厚く設けられていることを特徴とする燃料噴射装置。
15. 請求項１４に記載の燃料噴射装置において、
    前記ピエゾスタックを構成している前記ピエゾ素子のうち、前記駆動体とは異なる側の端部の前記ピエゾ素子の厚みは、前記駆動体に近い側の端部の前記ピエゾ素子の厚みより、３％以上厚いことを特徴とする燃料噴射装置。
16. ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、前記ピエゾスタックの伸び出力により前記駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタを具備する燃料噴射装置において、
    前記ピエゾスタックを構成している前記ピエゾ素子のうち、前記駆動体とは異なる側の端部の前記ピエゾ素子は、前記駆動体に近い側の端部の前記ピエゾ素子に比較して、素子強度が高く設けられていることを特徴とする燃料噴射装置。
17. 請求項１６に記載の燃料噴射装置において、
    前記ピエゾスタックを構成している前記ピエゾ素子のうち、前記駆動体とは異なる側の端部の前記ピエゾ素子の素子強度は、前記駆動体に近い側の端部の前記ピエゾ素子の素子強度より、１０％以上高いことを特徴とする燃料噴射装置。
18. ピエゾ素子を積層してなり、充電により積層方向へ伸び出力を発生するピエゾスタック、およびこのピエゾスタックの伸び出力により直接駆動されて積層方向へ移動する駆動体を備え、前記ピエゾスタックの伸び出力により前記駆動体が積層方向へ移動することで燃料噴射を実行するピエゾインジェクタを具備する燃料噴射装置において、
    前記駆動体とは異なる側において前記ピエゾスタックの伸び出力を受け止める固定部材と、前記ピエゾスタックとの間には、前記ピエゾスタックに圧縮力を与える反発部材が配置されたことを特徴とする燃料噴射装置。
    

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