JP4591436B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を内燃機関に噴射するための燃料噴射装置に関する。

従来の燃料噴射装置は、ニードルにより噴孔を開閉するノズルを備え、制御室の燃料圧力によりニードルが閉弁向きに付勢され、制御弁にて制御室の圧力を制御してノズルの開閉弁作動を制御するようになっている。

制御弁はピエゾスタックによって駆動されるようになっており、この制御弁とピエゾスタックとの間には、第１ピストンと第２ピストンが直列に配置されている。また、両ピストン間に形成された液室には、作動液として燃料が充填されている。

そして、ピエゾスタックが伸長すると第１ピストンが駆動されて液室の圧力が上昇し、その圧力を受けて第２ピストンが駆動され、さらに第２ピストンにより制御弁が駆動されるようになっている。また、ピエゾスタックが伸長したときに制御室内の圧力が低下してノズルから内燃機関に燃料が噴射される。

しかしながら、上記した従来の燃料噴射装置は、ガス欠時若しくは残存燃料が僅かの時、また修理時に組替えた際に、燃料と同時にエアが噴射系内に混入する。そして、そのエアが両ピストン間に形成された液室に侵入すると、ピエゾスタックにて第１ピストンを駆動しても液室の圧力が充分に上昇しなくなるため、制御弁を正常に作動させることができなくなり、ひいてはノズルを正常に作動させることができなくなり、内燃機関を始動できなくなる虞がある。

なお、ピエゾスタックや両ピストンが収納されたアクチュエータ室は背圧弁を介して燃料タンクに接続されており、内燃機関の運転中はその背圧弁によりアクチュエータ室や液室は所定圧（約１ＭＰａ）に維持される。したがって、内燃機関の運転中はピエゾスタックを収縮させても液室内のエアは圧縮された状態が維持されるため、内燃機関が一旦始動されてしまえばノズルは正常に作動可能になる。一方、内燃機関が停止されると、背圧弁の僅かな漏れによりアクチュエータ室や液室の圧力が低下するため、次回の始動時に内燃機関を始動できなくなる虞がある。

本発明は上記点に鑑みて、エアが液室に侵入してもノズルを正常に作動させることが可能な燃料噴射装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴では、ピエゾスタック（４１）の伸びを、第１ピストン（４３）、液室（４５）の作動液、および第２ピストン（４４）を介して制御弁（３）に伝達するように構成し、液室（４５）が第１ピストン（４３）および第２ピストン（４４）の摺動クリアランスを介して低圧燃料通路（１６）に連通する燃料噴射装置において、内燃機関の始動から所定期間におけるピエゾスタック（４１）の伸び量を、所定期間後のピエゾスタック（４１）の伸び量よりも大きくすることを特徴とする。

このようにすれば、エアが液室（４５）に侵入していてもノズル（２）を正常に作動させることができ、内燃機関を確実に始動させることができる。

また、内燃機関の始動から所定期間のみ、ピエゾスタック（４１）の伸び量を増加させるため、所定期間後にはピエゾスタック（４１）の駆動エネルギーを始動から所定期間の間よりも少なくすることができる。

この場合、内燃機関の始動から所定期間におけるピエゾスタック（４１）の伸び量を第１ピストン（４３）が第２ピストン（４４）に当接するまで制御することができる。

本発明の第２の特徴では、ピエゾスタック（４１）の伸びを、第１ピストン（４３）、液室（４５）の作動液、および第２ピストン（４４）を介して制御弁（３）に伝達するように構成し、液室（４５）が第１ピストン（４３）および第２ピストン（４４）の摺動クリアランスを介して低圧燃料通路（１６）に連通する燃料噴射装置において、ピエゾスタック（４１）への印加電圧を設定する伸び量制御手段（Ｓ１０１〜１０３）は、内燃機関の始動から所定期間におけるピエゾスタック（４１）への印加電圧を、所定期間後のピエゾスタック（４１）への印加電圧よりも高く設定することを特徴とする。このようにすれば、本発明の第１の特徴と同様の効果を得ることができる。

この場合、伸び量制御手段（Ｓ１０１〜１０３）は、内燃機関の始動から所定期間、第１ピストン（４３）が第２ピストン（４４）に当接して第２ピストン（４４）が駆動されるように記ピエゾスタック（４１）への印加電圧を設定する始動時電圧設定手段（Ｓ１０１）と、内燃機関の始動から所定期間が経過したか否かを判定する始動完了判定手段（Ｓ１０２）と、この始動完了判定手段（Ｓ１０２）で内燃機関の始動から所定期間が経過したと判定された後に、液室（４５）の圧力により第２ピストン（４４）が駆動されるようにピエゾスタック（４１）への印加電圧を設定する始動後電圧設定手段（Ｓ１０３）とを備えることができる。

また、始動完了判定手段（Ｓ１０２）は、内燃機関の回転数が所定値以上になったときに、内燃機関の始動から所定期間が経過したと判定することができる。

本発明の第３の特徴では、ピエゾスタック（４１）の伸びを、第１ピストン（４３）、液室（４５）の作動液、および第２ピストン（４４）を介して制御弁（３）に伝達し、制御弁（３）により制御室（２６）を高圧燃料通路（１３）または低圧燃料通路（１６）に選択的に連通させ、低圧燃料通路（１６）の圧力を背圧弁（１２０）により所定圧に維持するようにした燃料噴射装置において、第１ピストン（４３）および第２ピストン（４４）が収納されたアクチュエータ室（１７）が低圧燃料通路（１６）に連通されて、液室（４５）は第１ピストン（４３）および第２ピストン（４４）の摺動クリアランスを介して低圧燃料通路（１６）に連通し、ピエゾスタック（４１）が収縮したときの第１ピストン（４３）と第２ピストン（４４）との隙間（ｈ）が、内燃機関の始動時におけるピエゾスタック（４１）の伸び量よりも小さく設定されていることを特徴とする。

このようにすれば、エアが液室（４５）に侵入している状態でピエゾスタック（４１）を伸長させた場合、第１ピストン（４３）は第２ピストン（４４）に当接して第２ピストン（４４）を駆動し、第２ピストン（４４）を介して制御弁（３）を作動させることができる。この制御弁（３）の作動により、高圧燃料通路（１３）から低圧燃料通路（１６）への流れが発生して低圧燃料通路（１６）およびアクチュエータ室（１７）の圧力が高まり、液室（４５）に燃料が充填されてエアが液室（４５）から排出される、或いは液室（４５）内のエアは圧縮された状態が維持される。したがって、次にピエゾスタック（４１）を伸長させた場合ノズル（２）を正常に作動させることができ、内燃機関を確実に始動させることができる。

また、ピエゾスタック（４１）の伸び量を通常よりも大きくする必要がないため、ピエゾスタック（４１）の大型化、ピエゾスタック（４１）へ投入する電気エネルギの大容量化、さらにはピエゾスタック（４１）に電圧を印加するピエゾ駆動回路の大型化を招くことなく実施することができる。

この場合、隙間（ｈ）の寸法をシム（５０）にて調整することができる。このようにすれば、隙間（ｈ）をピエゾスタック（４１）の伸び量よりも小さく設定するのに必要な部品加工精度が確保できない場合でも、隙間（ｈ）をピエゾスタック（４１）の伸び量よりも小さく設定することができる。

また、第２ピストン（４４）は、第１ピストン（４３）に対向する面に突起部（４４ｂ）を備えることができる。

このようにすれば、突起部（４４ｂ）が第１ピストン（４３）に当接した状態において、第１ピストン（４３）における第２ピストン（４４）に対向する面のうち突起部（４４ｂ）が当接していない部位は受圧面となる。したがって、この受圧面に作用する圧力により、ピエゾスタック（４１）が収縮したときに第１ピストン（４３）を確実に初期位置に戻すことができる。

また、第１ピストン（４３）は、第２ピストン（４４）に対向する面に突起部（４３ｂ）を備えることができる。

このようにすれば、突起部（４３ｂ）が第２ピストン（４４）に当接した状態において、第１ピストン（４３）における第２ピストン（４４）に対向する面のうち突起部（４３ｂ）が形成されていない部位は受圧面となる。したがって、この受圧面に作用する圧力により、ピエゾスタック（４１）が収縮したときに第１ピストン（４３）を確実に初期位置に戻すことができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る燃料噴射装置の全体構成を示す断面図である。

燃料噴射弁は、内燃機関（より詳細にはディーゼルエンジン、図示せず）のシリンダヘッドに装着され、蓄圧器（図示せず）内に蓄えられた高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射するものである。

図１に示すように、燃料噴射弁のボデー１は、蓄圧器からの高圧燃料が導入される燃料入口部１１と、燃料噴射弁内部の燃料を燃料タンク１００に向けて流出させる燃料出口部１２とを備えている。

ボデー１の軸方向一端側に、開弁時に燃料を噴射するノズル２が配置されている。このノズル２は、ボデー１に摺動自在に保持されたニードル２１と、ニードル２１を閉弁向きに付勢するノズルスプリング２２と、ニードル２１のピストン部２１ａが挿入されたノズルシリンダ２３とを有している。

ボデー１の軸方向一端には、高圧燃料通路１３を介して燃料入口部１１と連通する噴孔２４が形成され、この噴孔２４から高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させるようになっている。この噴孔２４の上流側にテーパ状の弁座２５が形成されており、ニードル２１に形成されたシート部２１ｂが弁座２５に接離することにより噴孔２４が開閉される。

ピストン部２１ａは、ノズルシリンダ２３に摺動自在に且つ液密的に挿入されており、ピストン部２１ａとノズルシリンダ２３とにより、内部の燃料圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室２６が形成されている。そして、ニードル２１は、制御室２６内の燃料圧力により閉弁向きに付勢されるとともに、燃料入口部１１から高圧燃料通路１３を介して噴孔２４側に導かれる高圧燃料により開弁向きに付勢される。

ボデー１の軸方向中間部には、制御室２６の圧力を制御する制御弁３が収納される弁室１４が形成されている。この弁室１４は、連絡通路１５を介して制御室２６と常時連通されている。弁室１４は、高圧燃料通路１３から分岐された高圧連絡通路１３ａが接続されている。また、弁室１４は、低圧燃料通路１６を介して燃料出口部１２に接続されている。

制御弁３は、弁室１４と高圧連絡通路１３ａとの間および弁室１４と低圧燃料通路１６との間を開閉する弁体３１と、弁室１４と高圧連絡通路１３ａとの間が開かれるとともに弁室１４と低圧燃料通路１６との間が閉じられる向きに弁体３１を付勢するバルブスプリング３２とを有している。

ボデー１の軸方向他端側には、制御弁３を駆動するアクチュエータ４が収納されるアクチュエータ室１７が形成されている。このアクチュエータ室１７は、低圧連絡通路１６ａを介して低圧燃料通路１６に接続されている。

アクチュエータ４は、ピエゾ素子が多数積層されて電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック４１と、ピエゾスタック４１の伸縮変位を制御弁３の弁体３１に伝達する伝達部とを備えている。

伝達部は以下のように構成されている。アクチュエータシリンダ４２に第１ピストン４３および第２ピストン４４が摺動自在に且つ液密的に挿入されており、第１ピストン４３と第２ピストン４４との間には、燃料が充填された液室４５が形成されている。

第１ピストン４３は、第１スプリング４６によりピエゾスタック４１側に向かって付勢されており、ピエゾスタック４１により直接駆動されるようになっている。そして、ピエゾスタック４１の伸長時には、第１ピストン４３により液室４５の圧力が高められるようになっている。

第２ピストン４４は、第２スプリング４７により制御弁３の弁体３１側に付勢されており、液室４５の圧力を受けて作動して弁体３１を駆動するようになっている。そして、第２ピストン４４は、ピエゾスタック４１の伸長時には、高圧化された液室４５の圧力を受けて作動して、弁室１４と高圧連絡通路１３ａとの間が閉じられるとともに弁室１４と低圧燃料通路１６との間が開かれる位置に弁体３１を駆動する。一方、ピエゾスタック４１の収縮時、すなわち液室４５の圧力が低いときには、第２ピストン４４は、第２スプリング４７に抗して制御弁３のバルブスプリング３２により第１ピストン４３側に押し戻される。

燃料タンク１００と燃料出口部１２とを接続するリターン経路１１０には、低圧燃料通路１６側の圧力を制御する背圧弁１２０が配置されている。因みに、蓄圧器内に蓄えられた高圧燃料の圧力が１００ＭＰａ以上であるのに対し、背圧弁１２０は低圧燃料通路１６側の圧力を１ＭＰａ程度に制御する。

ピエゾスタック４１には、ピエゾ駆動回路１３０を介して電力が供給されるようになっている。このピエゾ駆動回路１３０は、ピエゾスタック４１の伸び量を変化させるために、ピエゾスタック４１への印加電圧を制御可能になっている。また、ピエゾ駆動回路１３０は、ピエゾスタック４１への印加電圧およびピエゾスタック４１への通電タイミングが、電子制御回路（以下、ＥＣＵという）１４０により制御される。

ＥＣＵ１４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶したプログラムに従って演算処理を行うものである。そして、ＥＣＵ１４０には、吸入空気量、アクセルペダルの踏み込み量、内燃機関回転数、蓄圧器内の燃料圧等を検出する各種センサ（図示せず）から信号が入力される。

図２は、ＥＣＵ１４０にて実行されるピエゾスタック４１の通電制御処理のうち、ピエゾスタック４１への印加電圧を決定する印加電圧決定処理を示す流れ図である。そして、ＥＣＵ１４０は、通電制御処理により、印加電圧決定処理にて選定された印加電圧にて、ピエゾスタック４１に所定の時期に所定の期間通電を行う。

図２に示す処理は、内燃機関を始動させるためにキースイッチがスタータＯＮ位置に操作されて、ＥＣＵ１４０に電源が投入されることにより開始される。すなわち、内燃機関の始動時には、始動時電圧設定手段としてのステップＳ１０１にて、ピエゾスタック４１への印加電圧として高印加電圧を選定する。この高印加電圧は、後述する通常印加電圧よりも高電圧であり、高印加電圧が印加されているときのピエゾスタック４１の伸び量は、通常印加電圧が印加されているときのピエゾスタック４１の伸び量も大きくなる。より詳細には、この高印加電圧は、第１ピストン４３を第２ピストン４４に直接当接させる程度のピエゾスタック４１の伸び量が確保される電圧に設定されている。

次いで、始動完了判定手段としてのステップＳ１０２では、内燃機関の始動が完了したか否かを判定する。具体的には、内燃機関の回転数が所定値以上になったときに内燃機関の始動が完了したと判定する。その所定値は、クランキング回転数よりも高く且つアイドリング回転数よりも低い回転数（例えば５００ｒｐｍ）に設定されている。

そして、内燃機関の始動中、すなわち内燃機関の始動が完了するまでの所定期間中は（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ステップＳ１０１に戻る。

その後、内燃機関の始動が完了すると（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、始動後電圧設定手段としてのステップＳ１０３に進み、ピエゾスタック４１への印加電圧として通常印加電圧を選定する。そして、図２に示す処理は、内燃機関を停止させるためにキースイッチが内燃機関停止位置に操作されて、ＥＣＵ１４０への給電が停止されることにより終了される。したがって、内燃機関の始動完了後は、内燃機関が停止されるまで通常印加電圧が継続して選定される。なお、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３は、本発明の伸び量制御手段を構成する。

次に、図１、図３、および図４に基づいて上記燃料噴射装置の作動を説明する。なお、図３は、内燃機関の始動時においてピエゾスタック４１に通電されている状態を示している。図４は、内燃機関の始動完了後においてピエゾスタック４１に通電されている状態を示している。

まず、内燃機関の始動時の作動について説明する。内燃機関の始動時には、ピエゾスタック４１に高印加電圧が印加されるため、ピエゾスタック４１の伸び量は通常印加電圧が印加される場合よりも大きくなる。より詳細には、図３に示すように、第１ピストン４３が第２ピストン４４に直接当接し得るようにピエゾスタック４１の伸び量が確保されている。

したがって、内燃機関の始動時にピエゾスタック４１に通電されると、ピエゾスタック４１により第１ピストン４３が駆動され、第１ピストン４３により第２ピストン４４が駆動され、さらに第２ピストン４４にて弁体３１が駆動されることにより、弁室１４と高圧連絡通路１３ａとの間が閉じられるとともに、弁室１４と低圧燃料通路１６との間が開かれる。したがって、制御室２６は、連絡通路１５および弁室１４を介して低圧燃料通路に連通される。

これにより、制御室２６の圧力が低下してニードル２１を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ニードル２１が開弁向きに移動し、シート部２１ｂが弁座２５から離れて噴孔２４が開かれ、噴孔２４から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。

ここで、液室４５にエアが侵入している場合、ピエゾスタック４１にて第１ピストン４３を駆動しても液室４５の圧力が充分に上昇しないが、本実施形態では、内燃機関の始動時には第１ピストン４３と第２ピストン４４が当接するため、エアが液室４５に侵入していても弁体３１を正常に作動させることができ、ひいてはノズル２を正常に作動させることができ、内燃機関を確実に始動させることができる。

その後、ピエゾスタック４１への通電が停止されると、ピエゾスタック４１が縮むため第１ピストン４３は第１スプリング４６によりピエゾスタック４１側に戻される。また、バルブスプリング３２により、弁体３１および第２ピストン４４が第１ピストン４３側に戻される。

これにより、弁室１４と高圧連絡通路１３ａとの間が開かれるとともに、弁室１４と低圧燃料通路１６との間が閉じられる。したがって、蓄圧器からの高圧燃料が、高圧燃料通路１３、高圧連絡通路１３ａ、弁室１４、および連絡通路１５を介して制御室２６に導入される。

これにより、制御室２６の圧力が上昇してニードル２１を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ニードル２１が閉弁向きに移動し、シート部２１ｂが弁座２５に着座して噴孔２４が閉じられ、燃料噴射が終了する。

一方、内燃機関の始動が完了すると、ピエゾスタック４１には通常印加電圧が印加されるため、ピエゾスタック４１の伸び量は高印加電圧が印加される場合よりも小さくなり、図４に示すように、第１ピストン４３は第２ピストン４４に直接当接しなくなる。

この場合、ピエゾスタック４１に通電されると、ピエゾスタック４１が伸長して第１ピストン４３が駆動され、第１ピストン４３により液室４５の圧力が高められる。高圧化された液室４５の圧力により第２ピストン４４が制御弁３の弁体３１側に向かって駆動される。そして、第２ピストン４４にて弁体３１が駆動されることにより、弁室１４と高圧連絡通路１３ａとの間が閉じられるとともに、弁室１４と低圧燃料通路１６との間が開かれる。

これにより、制御室２６の圧力が低下してニードル２１を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ニードル２１が開弁向きに移動し、シート部２１ｂが弁座２５から離れて噴孔２４が開かれ、噴孔２４から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。

ここで、内燃機関の始動が完了した時点では背圧弁１２０によりアクチュエータ室１７や液室４５は所定圧（約１ＭＰａ）に維持されている。したがって、内燃機関の始動完了後はピエゾスタック４１を収縮させても液室４５内のエアは圧縮された状態が維持されるため、内燃機関が一旦始動されてしまえば、第１ピストン４３が第２ピストン４４に直接当接しなくても弁体３１を正常に作動させることができ、ひいてはノズル２を正常に作動させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図５は本実施形態に係る燃料噴射装置における燃料噴射弁の要部を示す断面図である。より詳細には、図５（ａ）は、内燃機関の始動時にエアが液室４５に侵入し、且つピエゾスタック４１に通電されていない状態を示しており、図５（ｂ）は、内燃機関の始動時にエアが液室４５に侵入し、且つピエゾスタック４１に通電されている状態を示している。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

第１実施形態では、内燃機関の始動時にエアが液室４５に侵入していても弁体３１を駆動できるようにするために、内燃機関の始動時にピエゾスタック４１に高印加電圧を印加してピエゾスタック４１の伸び量を大きくしたが、本実施形態は、ピエゾスタック４１に高印加電圧を印加してピエゾスタック４１の伸び量を大きくすることなく、内燃機関の始動時にエアが液室４５に侵入していても弁体３１を駆動できるようにしたものである。

すなわち、本実施形態では、内燃機関の始動時にも通常印加電圧が印加される。そして、図５（ａ）に示すように、ピエゾスタック４１が収縮したときの第１ピストン４３と第２ピストン４４との隙間ｈは、ピエゾスタック４１の伸び量よりも小さく設定されている。

また、第２ピストン４４のうちアクチュエータシリンダ４２に摺動自在に保持されている部位を第２ピストン本体部４４ａとすると、第２ピストン本体部４４ａにおける第１ピストン４３に対向する面に、第２ピストン本体部４４ａよりも小径の突起部４４ｂが設けられている。

因みに、本実施形態における隙間ｈは、第１ピストン４３と突起部４４ｂとの間の、第１ピストン４３および第２ピストン４４がストロークする方向の寸法である。

次に、内燃機関の停止中に低圧燃料通路１６およびアクチュエータ室１７（図１参照）の圧力が略大気圧まで低下し、かつエアが液室４５に侵入して液室４５内の体積弾性率が低下した場合の作動について説明する。

この場合には、ピエゾスタック４１に通電されて第１ピストン４３が駆動されても、液室４５の圧力は、第２ピストン４４を駆動させることのできるレベルまで上昇しない。

しかし、隙間ｈがピエゾスタック４１の伸び量よりも小さく設定されているため、図５（ｂ）に示すように、ピエゾスタック４１に通電されると、第１ピストン４３は突起部４４ｂに当接して第２ピストン４４を駆動し、さらに第２ピストン４４を介して制御弁３の弁体３１を駆動する。

このときの弁体３１の変位量は小さいため、弁室１４と高圧連絡通路１３ａとの間も、弁室１４と低圧燃料通路１６との間も、ともに開かれた状態になる。したがって、制御室２６（図１参照）の圧力は、ノズル２（図１参照）を開弁させることのできるレベルまで上昇しない。

但し、弁室１４と高圧連絡通路１３ａとの間も、弁室１４と低圧燃料通路１６との間も、ともに開かれた状態になっているため、高圧燃料通路１３から低圧燃料通路１６への流れが発生して低圧燃料通路１６およびアクチュエータ室１７の圧力が高まり、液室４５に燃料が充填されてエアが液室４５から排出される、或いは液室４５内のエアは圧縮された状態が維持される。したがって、次にピエゾスタック４１に通電した場合、液室４５の圧力は第２ピストン４４を駆動させることのできるレベルまで上昇するため、第１ピストン４３が突起部４４ｂに当接することなく、ノズル２を通常通りに作動させることができる。

また、ピエゾスタック４１の伸び量を通常よりも大きくする必要がないため、換言すると、内燃機関の始動時にも通常印加電圧を印加するため、ピエゾスタック４１の大型化、ピエゾスタック４１へ投入する電気エネルギの大容量化、さらにはピエゾスタック４１に電圧を印加するピエゾ駆動回路１３０（図１参照）の大型化を招くことなく実施することができる。

また、突起部４４ｂが第１ピストン４３に当接した状態において、第１ピストン４３における第２ピストン４４に対向する面のうち突起部４４ｂが当接していない部位は受圧面となる。したがって、この受圧面に作用する圧力により、ピエゾスタック４１が収縮したときに第１ピストン４３を確実に初期位置に戻すことができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図６は本実施形態に係る燃料噴射装置における燃料噴射弁の要部を示す断面図である。なお、第２実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２実施形態では、第２ピストン４４に突起部４４ｂを設けたが、本実施形態では、図６に示すように、第１ピストン４３のうちアクチュエータシリンダ４２に摺動自在に保持されている部位を第１ピストン本体部４３ａとすると、第１ピストン本体部４３ａにおける第２ピストン４４に対向する面に、第１ピストン本体部４３ａよりも小径の突起部４３ｂが設けられている。

そして、ピエゾスタック４１が収縮したときの第１ピストン４３の突起部４３ｂと第２ピストン４４との隙間ｈは、ピエゾスタック４１の伸び量よりも小さく設定されている。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図７は本実施形態に係る燃料噴射装置における燃料噴射弁の要部を示す断面図である。なお、第２実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２実施形態では、第２ピストン４４に突起部４４ｂを設けたが、本実施形態では、図７に示すように、突起部４４ｂを廃止している。そして、ピエゾスタック４１が収縮したときの第１ピストン４３と第２ピストン４４との隙間ｈは、ピエゾスタック４１の伸び量よりも小さく設定されている。

また、ピエゾスタック４１と第１ピストン４３との間に配設したシム５０により、隙間ｈの寸法を調整するようになっている。これにより、隙間ｈをピエゾスタック４１の伸び量よりも小さく設定するのに必要な部品加工精度が確保できない場合でも、隙間ｈをピエゾスタック４１の伸び量よりも小さく設定することができる。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射装置の全体構成を示す断面図である。 図１のＥＣＵ１４０にて実行される印加電圧決定処理を示す流れ図である。 内燃機関の始動時においてピエゾスタック４１に通電されている状態を示す要部の断面図である。 内燃機関の始動完了後においてピエゾスタック４１に通電されている状態を示す要部の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料噴射装置における燃料噴射弁の要部を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る燃料噴射装置における燃料噴射弁の要部を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る燃料噴射装置における燃料噴射弁の要部を示す断面図である。

符号の説明

２…ノズル、３…制御弁、２１…ニードル、２４…噴孔、２６…制御室、４１…ピエゾスタック、４３…第１ピストン、４４…第２ピストン。

Claims (9)

1. 制御室（２６）の圧力の増減によりニードル（２１）が作動して噴孔（２４）を開閉するノズル（２）と、
   電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック（４１）と、
   このピエゾスタック（４１）により駆動される第１ピストン（４３）と、
   この第１ピストン（４３）との間に形成された液室（４５）の圧力を受けて作動する第２ピストン（４４）と、
   この第２ピストン（４４）により駆動されて前記制御室（２６）の圧力を制御する制御弁（３）とを備え、
   前記液室（４５）は前記第１ピストン（４３）および前記第２ピストン（４４）の摺動クリアランスを介して低圧燃料通路（１６）に連通し、
   前記ピエゾスタック（４１）が伸長したときに前記噴孔（２４）が開かれて内燃機関に燃料が噴射される燃料噴射装置において、
   前記内燃機関の始動から所定期間における前記ピエゾスタック（４１）の伸び量を、前記所定期間後の前記ピエゾスタック（４１）の伸び量よりも大きくすることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記内燃機関の始動から所定期間における前記ピエゾスタック（４１）の伸び量を前記第１ピストン（４３）が前記第２ピストン（４４）に当接するまで制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 制御室（２６）の圧力の増減によりニードル（２１）が作動して噴孔（２４）を開閉するノズル（２）と、
   電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック（４１）と、
   このピエゾスタック（４１）により駆動される第１ピストン（４３）と、
   この第１ピストン（４３）との間に形成された液室（４５）の圧力を受けて作動する第２ピストン（４４）と、
   この第２ピストン（４４）により駆動されて前記制御室（２６）の圧力を制御する制御弁（３）とを備え、
   前記液室（４５）は前記第１ピストン（４３）および前記第２ピストン（４４）の摺動クリアランスを介して低圧燃料通路（１６）に連通し、
   前記ピエゾスタック（４１）が伸長したときに前記噴孔（２４）が開かれて内燃機関に燃料が噴射される燃料噴射装置において、
   前記ピエゾスタック（４１）に電圧を印加するピエゾ駆動回路（１３０）と、
   このピエゾ駆動回路（１３０）から前記ピエゾスタック（４１）への印加電圧を設定する伸び量制御手段（Ｓ１０１〜１０３）とを備え、
   伸び量制御手段（Ｓ１０１〜１０３）は、前記内燃機関の始動から所定期間における前記ピエゾスタック（４１）への印加電圧を、前記所定期間後の前記ピエゾスタック（４１）への印加電圧よりも高く設定することを特徴とする燃料噴射装置。
4. 前記伸び量制御手段（Ｓ１０１〜１０３）は、
   前記内燃機関の始動から所定期間、前記第１ピストン（４３）が前記第２ピストン（４４）に当接して前記第２ピストン（４４）が駆動されるように前記ピエゾスタック（４１）への印加電圧を設定する始動時電圧設定手段（Ｓ１０１）と、
   前記内燃機関の始動から前記所定期間が経過したか否かを判定する始動完了判定手段（Ｓ１０２）と、
   この始動完了判定手段（Ｓ１０２）で前記内燃機関の始動から前記所定期間が経過したと判定された後に、前記液室（４５）の圧力により前記第２ピストン（４４）が駆動されるように前記ピエゾスタック（４１）への印加電圧を設定する始動後電圧設定手段（Ｓ１０３）とを備えることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
5. 前記始動完了判定手段（Ｓ１０２）は、前記内燃機関の回転数が所定値以上になったときに、前記内燃機関の始動から前記所定期間が経過したと判定することを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射装置。
6. 制御室（２６）の圧力の増減によりニードル（２１）が作動して噴孔（２４）を開閉するノズル（２）と、
   電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック（４１）と、
   このピエゾスタック（４１）により駆動される第１ピストン（４３）と、
   この第１ピストン（４３）との間に形成された液室（４５）の圧力を受けて作動する第２ピストン（４４）と、
   この第２ピストン（４４）により駆動され、前記制御室（２６）を高圧燃料通路（１３）または低圧燃料通路（１６）に選択的に連通させて前記制御室（２６）の圧力を制御する制御弁（３）と、
   前記低圧燃料通路（１６）の圧力を所定圧に維持する背圧弁（１２０）とを備え、
   前記ピエゾスタック（４１）が伸長したときに前記噴孔（２４）が開かれて内燃機関に燃料が噴射される燃料噴射装置において、
   前記第１ピストン（４３）および前記第２ピストン（４４）が収納されたアクチュエータ室（１７）が前記低圧燃料通路（１６）に連通されており、
   前記第１ピストン（４３）および前記第２ピストン（４４）が収納されたアクチュエータ室（１７）が前記低圧燃料通路（１６）に連通されて、前記液室（４５）は前記第１ピストン（４３）および前記第２ピストン（４４）の摺動クリアランスを介して前記低圧燃料通路（１６）に連通し、
   前記ピエゾスタック（４１）が放電して収縮したときの前記第１ピストン（４３）と前記第２ピストン（４４）との隙間（ｈ）が、前記内燃機関の始動時に前記ピエゾスタック（４１）が充電されて伸びたときの伸び量よりも小さく設定されていることを特徴とする燃料噴射装置。
7. 前記ピエゾスタック（４１）が収縮したときの前記第１ピストン（４３）と前記第２ピストン（４４）との隙間（ｈ）の寸法を調整するシム（５０）を備えることを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射装置。
8. 前記第２ピストン（４４）は、前記第１ピストン（４３）に対向する面に突起部（４４ｂ）を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の燃料噴射装置。
9. 前記第１ピストン（４３）は、前記第２ピストン（４４）に対向する面に突起部（４３ｂ）を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の燃料噴射装置。

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