專利名稱：內燃機的燃料噴射裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有由層疊壓電元件而成的壓電疊層的伸長輸出來控制燃料噴射的壓電噴射器的內燃機的燃料噴射裝置，特別涉及適用了與提高壓電疊層的可靠性相關的技術的內燃機的燃料噴射裝置。另外，在下面的敘述中內燃機簡稱為發(fā)動機。
背景技術：
層疊壓電元件而成的壓電疊層，在對其兩端部施加電壓來進行充電時，沿層疊方向膨脹而產生伸長輸出。將燃料噴射給發(fā)動機的壓電噴射器，利用壓電疊層被充電時產生伸長輸出的性質，由壓電疊層使閥(三向閥、雙向閥的等)動作來控制針閥的排壓，從而使針閥動作，或者由壓電疊層直接驅動針閥的排壓，來控制燃料噴射。
現(xiàn)有的壓電疊層的充電技術，在目標噴射定時中僅設計有噴射開始，從壓電疊層的充電開始之后到達目標充電電壓為止的升壓時間t完全沒有被考慮。這一技術例如在日本特開2003-88145號公報或日本特開2003-92438公報中被公開。
因此，驅動體被按壓到壓電疊層的結構的壓電噴射器，在壓電疊層和驅動體的合成諧振周期T中重復壓電疊層的谷值和峰值，因此，峰值載荷和谷值載荷被直接施加到壓電疊層，壓電疊層存在破損的可能性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種可防止壓電噴射器中的壓電疊層(stack)的破損、可提高壓電疊層的長期可靠性的發(fā)動機的燃料噴射裝置。
用于達到上述目的的本發(fā)明適用于燃料噴射裝置，該燃料噴射裝置具有壓電噴射器，其具備由充電而向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、和由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過由壓電疊層的伸長輸出而使驅動體向層疊方向移動來執(zhí)行燃料噴射；以及控制裝置，進行壓電疊層的充放電控制。這些將作為第1～第6形態(tài)來表示。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第1形態(tài)的特征在于，在將從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將壓電疊層和驅動體的合成諧振周期作為T的情況下，進行壓電疊層的充放電控制的控制裝置實施滿足(0.6T≤t)的關系的第1升壓控制。
由此，由于達到升壓時間t的定時為0.6T以下，因此升壓結束的定時、和由合成諧振周期T所致的載荷的右上斜度為最大的定時不重疊。而且，由于達到升壓時間t的定時為0.6T以下，因此升壓斜度穩(wěn)定。其結果，可抑制充電電壓達到目標充電電壓后產生的高載荷(過沖所致的峰值)，并且也可抑制之后的峰值谷值的反復。
這樣，由于抑制了壓電疊層上所產生的峰值載荷和谷值載荷，因此可提高壓電疊層的長期可靠性，提高壓電噴射器的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第2形態(tài)的特征在于，在將從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將壓電疊層和驅動體的合成諧振周期作為T的情況下、且(0.25T≤t＜0.6T)的情況下，進行壓電疊層的充放電控制的控制裝置實施第2升壓控制，該第2升壓控制使0.5t～1t的平均升壓速度比上述壓電疊層的開始充電～0.5t平均升壓速度慢。
由此，由于達到升壓時間t的定時無論在0.5T的±0.1T內還是在0.4T內，都可使達到升壓時間t時的升壓斜度穩(wěn)定。其結果，可抑制充電電壓達到目標充電電壓后產生的高載荷(過沖所致的峰值)，并且也可抑制之后的峰值谷值的反復。這樣，由于抑制了壓電疊層上所產生的峰值載荷和谷值載荷，因此可提高壓電疊層的長期可靠性，提高壓電噴射器的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第3形態(tài)的特征在于，在將從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將壓電疊層和驅動體的合成諧振周期作為T的情況下，進行壓電疊層的充放電控制的控制裝置實施第3升壓控制，該第3升壓控制為，在從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間t內，使壓電疊層所產生的載荷變動峰值頂部的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度慢、和/或使壓電疊層所產生的載荷變動谷值頂部的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度快。
即，第3升壓控制為，使峰值頂部前后間的升壓速度慢、和/或使谷值頂部前后間的升壓速度快。由此，可抑制驅動體開始動作的瞬間所產生的峰值載荷、或之后的谷值載荷或峰值載荷的產生。其結果，可提高壓電疊層的長期可靠性，提高壓電噴射器的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第4形態(tài)的特征在于，在將從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將壓電疊層和驅動體的合成諧振周期作為T的情況下，進行壓電疊層的充放電控制的控制裝置實施第4升壓控制，該第4升壓控制為，在從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間t內，使壓電疊層所產生的載荷變動峰值頂部的±0.1T內的外加電壓降低。
即，第4升壓控制為，使峰值頂部前后間的電壓的升壓斜度成為負斜度。由此，可抑制驅動體開始動作的瞬間所產生的峰值載荷、或之后的谷值載荷或峰值載荷的產生。其結果，可提高壓電疊層的長期可靠性，提高壓電噴射器的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第5形態(tài)的特征在于，在將從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將壓電疊層和驅動體的合成諧振周期作為T的情況下、且在壓電疊層和驅動體產生由前次噴射所帶來的殘余諧振的情況下，進行壓電疊層的充放電控制的控制裝置實施第5升壓控制，該第5升壓控制為，在從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間t內，將與由殘余諧振所帶來的載荷變動相位相反的電壓外加給上述壓電疊層。
根據第5形態(tài)，由于在升壓時間t內殘余諧振的載荷上升時，由反相位使電壓的升壓斜度成為負斜度，因此，可緩和載荷的上升速度，可抑制高載荷的產生。其結果，可提高壓電疊層的長期可靠性，提高壓電噴射器的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
而且，根據第5形態(tài)，由于在升壓時間t內殘余諧振的載荷上升時，由反相位使電壓的升壓斜度成為負斜度，因此，可緩和載荷的上升速度，可避免噴射定時變早的不便。相反，通過在升壓時間t內殘余諧振的載荷降低時，實施由反相位使電壓的升壓斜度增大的控制，就可避免抑制壓電疊層伸長的現(xiàn)象，避免噴射定時變晚的不便。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第6形態(tài)的特征在于，在第5形態(tài)中，進行壓電疊層的充放電控制的控制裝置在經過升壓時間t后還實施第6升壓控制，該第6升壓控制為，將與由殘余諧振所帶來的載荷變動相位相反的電壓外加給壓電疊層。由此，可抑制經過升壓時間t后的谷值載荷或峰值載荷的產生，可提高壓電疊層的長期可靠性。
用于達成上述目的的本發(fā)明適用于發(fā)動機的燃料噴射裝置，該燃料噴射裝置具有壓電噴射器，該壓電噴射器具有由充電而向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、和由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過由壓電疊層的伸長輸出使驅動體向上述壓電疊層的層疊方向移動來執(zhí)行燃料噴射。這些將作為第7～第18形態(tài)來表示。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第7形態(tài)的特征在于，在驅動體和滑動自如地支撐該驅動體的滑動保持部件的接觸部上設有使摩擦系數(shù)降低的摩擦系數(shù)降低部件。由此，可抑制在壓電疊層開始伸長后、驅動體開始動作的瞬間所產生的最大載荷。這樣，通過抑制施加到壓電疊層上的最大載荷，就可提高壓電疊層的長期可靠性，提高壓電噴射器的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第8形態(tài)的特征在于，設有在與上述驅動體不同的一側擋住上述壓電疊層的伸長輸出的固定部件、以及被設置在上述固定部件和壓電疊層之間且剛性比固定部件低的低剛性部。由此，壓電疊層上所產生的載荷內、固定部件一側的載荷被低剛性部的變形吸收從而被緩和。其結果，可防止固定部件一側的壓電元件的破損，可提高壓電疊層的長期可靠性，提高壓電噴射器的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第9形態(tài)的特征在于，在第8形態(tài)中，固定部件由不銹鋼構成，低剛性部為拉伸彈性模量(楊氏模量)小于等于10Gpa的低剛性部件。由此，壓電疊層上所產生的載荷內、固定部件一側的載荷被低剛性部的變形吸收從而被緩和。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第10形態(tài)的特征在于，在第9形態(tài)中，低剛性部在固定部件中被設置在承受上述壓電疊層的伸長輸出的面上，通過將表面粗糙度設計成比1.6Z大來作成拉伸彈性模量小于等于10Gpa的粗糙面。由此，壓電疊層上所產生的載荷內、固定部件一側的載荷被低剛性部的變形吸收從而被緩和。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第11形態(tài)的特征在于，構成壓電疊層的壓電元件中、與驅動體不同的一側的端部的壓電元件，與接近于驅動體一側的端部的壓電元件相比，內部應力低。由此，可緩和構成壓電疊層的壓電元件中、固定部件一側的端部的壓電元件上所產生的應力，因此可防止固定部件一側的端部的壓電元件的破損。其結果，可提高壓電疊層的長期可靠性，提高壓電噴射器的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第12形態(tài)的特征在于，在第11形態(tài)中，構成壓電疊層的壓電元件中、與驅動體不同的一側(固定部件一側)的端部的壓電元件的元件直徑被設計成比接近于驅動體一側的端部的壓電元件的元件直徑大。這樣，固定部件一側的端部的壓電元件的元件直徑被設計成大徑，從而分散內部應力。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第13形態(tài)的特征在于，在第12形態(tài)中，構成壓電疊層的壓電元件中、固定部件一側的端部的壓電元件的元件直徑比接近于驅動體一側的端部的壓電元件的元件直徑大3％以上。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第14形態(tài)的特征在于，在第11形態(tài)中，構成壓電疊層的壓電元件中、固定部件一側的端部的壓電元件的厚度被設計成比接近于驅動體一側的端部的壓電元件的厚度厚。這樣，固定部件一側的端部的上述壓電元件的元件被設計得厚，從而分散內部應力。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第15形態(tài)的特征在于，在第14形態(tài)中，構成壓電疊層的壓電元件中、固定部件一側的端部的壓電元件的厚度比接近于驅動體一側的端部的壓電元件的厚度厚3％以上。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第16形態(tài)的特征在于，構成壓電疊層的壓電元件中、固定部件一側的端部的壓電元件被設計成，與接近于驅動體一側的端部的壓電元件相比，元件強度高。這樣，構成壓電疊層的壓電元件中、固定部件一側的端部的壓電元件的元件強度高，因此可防止固定部件一側的端部的壓電元件的破損。其結果，可提高壓電疊層的長期可靠性，提高壓電噴射器的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第17形態(tài)的特征在于，在第16形態(tài)中，構成壓電疊層的壓電元件中、固定部件一側的端部的壓電元件的元件強度比接近于驅動體一側的端部的壓電元件的元件強度高10％以上。
本發(fā)明的燃料噴射裝置的第18形態(tài)的特征在于，在與上述驅動體不同的一側擋住上述壓電疊層的伸長輸出的固定部件、以及被設置在上述固定部件和壓電疊層之間且對壓電疊層施加壓縮力的推斥部件。這樣，通過配置對壓電疊層施加壓縮力的推斥部件，即使壓電疊層的升壓中產生沒有負載載荷的谷值，由于推斥部件吸收該沒有負載載荷的谷值，因此，可避免在壓電疊層上產生急劇的脫落載荷(急劇的拉伸載荷)的不便。
這樣，通過抑制對壓電疊層施加的谷值載荷，就能提高壓電疊層的長期可靠性，提高壓電噴射器的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。


通過有關附圖的以下說明可進一步明確地理解本發(fā)明。
圖1A是表示在對壓電疊層開始充電后，上升時間(升壓時間)為合成諧振周期T的一半以內的情況下，在壓電疊層上產生的變位相對于時間t的變動情況的特性圖。(現(xiàn)有技術)圖1B是表示在對壓電疊層開始充電后，上升時間(升壓時間)為合成諧振周期T的情況下，在壓電疊層上產生的變位相對于時間t的變動情況的特性圖。(第1實施例)圖1C是表示在對壓電疊層開始充電后，上升時間(升壓時間)為合成諧振周期T的1.5倍的情況下，在壓電疊層上產生的變位相對于時間t的變動情況的特性圖。(第1實施例)圖2是燃料噴射裝置的概略圖。(第1實施例)圖3是燃料噴射裝置的概略圖。(第1實施例)圖4是壓電噴射器的剖面圖。(第1實施例)圖5A是表示壓電疊層伸長來噴射燃料的情況下的壓電噴射器的動作的概略圖。(第1實施例)圖5B是表示壓電疊層縮短來停止噴射燃料的情況下的壓電噴射器的動作的概略圖。(第1實施例)圖6是壓電疊層的概略圖。(第1實施例)圖7是充放電電路的電氣電路圖。(第1實施例)圖8是溫度補償電路的概略圖。(第1實施例)圖9是充放電電路的動作說明圖。(第1實施例)圖10A是表示在對壓電疊層開始充電后，升壓時間為合成諧振周期T的一半以內的情況下，在壓電疊層上產生的負載載荷相對于時間t的變動情況的特性圖。
圖10B是表示在對壓電疊層開始充電后，升壓時間為合成諧振周期T的一半以內、在升壓即將結束之前的期間內升壓速度變慢的情況下，在壓電疊層上產生的負載載荷相對于時間t的變動情況的特性圖。(第2實施例)圖11是表示相對于時間軸的載荷變化的時間圖。(參考例)圖12是表示相對于時間軸的充電電壓和載荷變化的時間圖。(第3實施例)圖13是表示相對于時間軸的充電電壓和載荷變化的時間圖。(第4實施例)圖14是表示相對于時間軸的充電電壓和載荷變化的時間圖。(第5實施例)圖15是壓電噴射器的概略圖。(第6實施例)圖16是壓電疊層噴射器的概略圖。(第7實施例)圖17是壓電疊層噴射器的概略圖。(第8實施例)圖18是壓電疊層噴射器的概略圖。(第9、第10、第11實施例)圖19是壓電疊層噴射器的概略圖。(第12實施例)
具體實施例方式
下面使用附圖參照具體實施例對本發(fā)明的環(huán)形天線的實施形態(tài)進行詳細的說明，但之前使用圖1A對現(xiàn)有的問題點進行說明。
第1問題點在于，在壓電噴射器中，驅動體為被按壓到壓電疊層上的結構，因此，在壓電疊層和驅動體上存在合成諧振周期T。因此，在摩擦等外部負載沒有施加到壓電疊層或驅動體上的理想(假想)的狀態(tài)的情況下，開始充電后，在0.5T的±0.1T的定時中合成諧振周期T中的載荷右上斜度(諧振周期的右上斜度)為最大。
其中，如前所述，在現(xiàn)有技術中，升壓時間t完全沒有被考慮。因此，假想了開始對壓電疊層充電后到達升壓時間t的定時為0.5T的±0.1T內的情況。該情況，如圖1A所示，即使充電電壓達到目標充電電壓，升壓結束，由壓電疊層和驅動體所致的伸長方向的變位也不停止，伸長載荷(壓電疊層的層疊方向的載荷)繼續(xù)上升，產生高載荷(過沖所致的峰值)。
之后，在合成諧振周期T中重復谷值和峰值。由于這樣的峰值載荷和谷值載荷被直接施加到壓電疊層，因此，成為壓電疊層的破損的主要原因。即，升壓時間t為0.5T的±0.1T內時，壓電疊層的長期可靠性下降。
第2問題點在于，開始對壓電疊層充電后到達升壓時間t的定時為0.4T內的情況下，升壓斜度非常大。由于第2問題點，即使充電電壓達到目標充電電壓，升壓結束，由壓電疊層和驅動體所致的伸長方向的變位也不停止，與上述相同，伸長載荷繼續(xù)上升，產生高載荷(過沖所致的峰值)，之后，在合成諧振周期T中重復谷值和峰值。由于這樣的峰值載荷和谷值載荷被直接施加到壓電疊層，因此，成為壓電疊層的破損的主要原因。即，即使升壓時間t為0.4T內的情況下，壓電疊層的長期可靠性也下降。
在上述第1、第2問題點中，揭示了摩擦等外部負載沒有施加到壓電疊層或驅動體上的理想(假想)的狀態(tài)下的問題點。然而，實際上，存在摩擦等外部負載施加到壓電疊層或驅動體上。因此，以下將現(xiàn)實的問題點作為第3問題點來揭示。
壓電疊層開始充電時，就產生伸長載荷。壓電疊層開始伸長后，驅動體開始動作的瞬間，該伸長載荷達到最大載荷。參照圖11說明具體例，則壓電疊層的充電開始后，在21(μs)中，在壓電疊層上產生載荷變動的峰值。之后，重復谷值和峰值。由于這樣的峰值載荷和谷值載荷被直接施加到壓電疊層，因此，成為壓電疊層的破損的主要原因。即，由于產生載荷變動的峰值和谷值，壓電疊層的長期可靠性下降。
作為第4問題點，不限于壓電噴射器，噴射器有實施在短周期內反復進行噴射的多次噴射的情況。若揭示具體例，則有執(zhí)行短噴射期間的預噴射后實施長噴射期間的主噴射的情況。該情況下，預噴射時產生的諧振有可能涉及到接下來的主噴射的升壓時間t內。另外，將對后噴射產生影響的前噴射的諧振稱為殘余諧振。
在升壓時間t內涉及殘余諧振時，由升壓所致的載荷變動和殘余諧振的載荷變動重疊。具體講，通過殘余諧振使載荷上升時，若使壓電疊層升壓，則載荷的上升速度變快，產生由重疊所致的高載荷。這樣的高載荷被直接施加到壓電疊層，因此成為壓電疊層的破損的主要原因。
另外，在升壓時間t內涉及殘余諧振時，除上述問題以外，還產生如下問題。通過殘余諧振使載荷上升時，若使壓電疊層升壓，則伸長載荷的上升定時提前，由此有使噴射定時加快的可能性。相反，通過殘余諧振使載荷下降時，即使使壓電疊層以一定斜度升壓，壓電疊層的升壓被抑制，有使噴射定時延遲的可能性。
第5問題點在于，在壓電疊層上產生的伸長載荷被傳遞給驅動體，但與驅動體不同一側的壓電疊層具有被固定部件支撐的結構。即，成為固定部件擋住與驅動體不同一側的壓電疊層的伸長輸出的結構。其中，在壓電疊層上產生的載荷內驅動體一側的載荷通過使驅動體移動而被緩和。
但是，由于固定部件一側的壓電疊層由固定部件剛性固定，因此在壓電疊層上產生的載荷內與驅動體相反一側的載荷不向外部擴散，被施加到固定部件一側的壓電元件。其結果，有很大的應力被施加到接近于固定部件一側的壓電元件(特別是固定部件一側的端部的壓電元件)上。因此，固定部件一側的壓電元件(特別是固定部件一側的端部的壓電元件)容易破損，壓電疊層的長期可靠性下降。
第6問題點在于，如上述第3問題點所揭示的那樣，壓電疊層的充電開始后，驅動體開始動作的瞬間達到最大載荷。之后，通過以最大載荷使移動體開始移動，就產生沒有負載載荷的谷值。構成壓電疊層的壓電元件抗沖擊性弱，除如上所述的由高載荷所致的破損的情況之外，有由急劇的拉伸而破損的情況。即，在壓電疊層上產生急劇的峰值載荷，由此壓電疊層的長期可靠性也下降。
這里將在下面表示本發(fā)明的第1～10最佳模式。另外，第1～5最佳模式為通過壓電疊層的升壓控制來提高壓電疊層的可靠性的形態(tài)，第6～10最佳模式為通過壓電噴射器的機械結構來提高壓電疊層的可靠性的形態(tài)。
第1最佳模式的燃料噴射裝置，具有壓電噴射器，其具備產生向層疊壓電元件的方向伸長輸出的壓電疊層、和由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過由壓電疊層的伸長輸出而使驅動體向層疊方向移動來執(zhí)行燃料噴射；以及控制裝置，進行上述壓電疊層的充放電控制。并且，在將從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將壓電疊層和驅動體的合成諧振周期作為T的情況下，控制裝置實施滿足(0.6T≤t)的關系的第1升壓控制。
第2最佳模式的燃料噴射裝置，具有壓電噴射器，其具備產生向層疊壓電元件的方向伸長輸出的壓電疊層、和由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過由壓電疊層的伸長輸出而使驅動體向層疊方向移動來執(zhí)行燃料噴射；以及控制裝置，進行壓電疊層的充放電控制。并且，在將從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將壓電疊層和驅動體的合成諧振周期作為T的情況下、且(0.25T≤t＜0.6T)的情況下，控制裝置實施第2升壓控制，該第2升壓控制使0.5t～1t的平均升壓速度比壓電疊層的開始充電～0.5t的平均升壓速度慢。
第3最佳模式的燃料噴射裝置，具有壓電噴射器，其具備產生向層疊壓電元件的方向伸長輸出的壓電疊層、和由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過由壓電疊層的伸長輸出而使驅動體向層疊方向移動來執(zhí)行燃料噴射；以及控制裝置，進行壓電疊層的充放電控制。
并且，在將從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將壓電疊層和驅動體的合成諧振周期作為T的情況下，控制裝置實施第3升壓控制，該第3升壓控制為，在從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間t內，使壓電疊層所產生的載荷變動峰值頂部的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度慢、和/或使壓電疊層所產生的載荷變動谷值頂部的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度快。
第4最佳模式的燃料噴射裝置，具有壓電噴射器，其具備產生向層疊壓電元件的方向伸長輸出的壓電疊層、和由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過由壓電疊層的伸長輸出而使驅動體向層疊方向移動來執(zhí)行燃料噴射；以及控制裝置，進行壓電疊層的充放電控制。
并且，在將從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將壓電疊層和驅動體的合成諧振周期作為T的情況下，控制裝置實施第4升壓控制，該第4升壓控制為，在從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間t內，使壓電疊層所產生的載荷變動峰值頂部的±0.1T內的外加電壓降低。
第5最佳模式的燃料噴射裝置，具有壓電噴射器，其具備向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、和由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過由上述壓電疊層的伸長輸出而使上述驅動體向層疊方向移動來執(zhí)行燃料噴射；以及控制裝置，進行上述壓電疊層的充放電控制。
并且，在將從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將壓電疊層和驅動體的合成諧振周期作為T的情況下、且在壓電疊層和驅動體產生由前次噴射所帶來的殘余諧振的情況下，控制裝置實施第5升壓控制，該第5升壓控制為，在從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間t內，將與由殘余諧振所帶來的載荷變動相位相反的電壓外加給壓電疊層。
第6最佳模式的燃料噴射裝置，具有壓電噴射器，該壓電噴射器具有向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、和由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過上述驅動體向上述壓電疊層的層疊方向的移動來執(zhí)行燃料噴射。并且，在驅動體和滑動自如地支撐該驅動體的滑動保持部件的接觸部上設有使摩擦系數(shù)降低的摩擦系數(shù)降低部件。
第7最佳模式的燃料噴射裝置，具有壓電噴射器，該壓電噴射器具有向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、和由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過驅動體向壓電疊層的層疊方向的移動來執(zhí)行燃料噴射。并且，設有在與驅動體不同的一側擋住壓電疊層的伸長輸出的固定部件、以及被設置在固定部件和壓電疊層之間且剛性比固定部件低的低剛性部。
第8最佳模式的燃料噴射裝置，具有壓電噴射器，該壓電噴射器具有向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、以及由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過驅動體向壓電疊層的層疊方向的移動來執(zhí)行燃料噴射。并且，構成壓電疊層的壓電元件中、與驅動體不同的一側的端部的壓電元件，與接近于驅動體一側的端部的壓電元件相比，內部應力低。
第9最佳模式的燃料噴射裝置，具有壓電噴射器，該壓電噴射器具有向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、以及由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過驅動體向壓電疊層的層疊方向的移動來執(zhí)行燃料噴射。并且，構成壓電疊層的壓電元件中、與驅動體不同的一側的端部的壓電元件被設計成，與接近于驅動體一側的端部的壓電元件相比，元件強度高。
第10最佳模式的燃料噴射裝置，具有壓電噴射器，該壓電噴射器具有向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、以及由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過驅動體向壓電疊層的層疊方向的移動來執(zhí)行燃料噴射。并且，在與驅動體不同的一側擋住壓電疊層的伸長輸出的固定部件、以及被設置在上述固定部件和壓電疊層之間且對壓電疊層施加壓縮力的推斥部件。
(第1實施例)這里參照圖1B～圖9來說明適用了本發(fā)明的第1實施例。首先，參照圖2說明燃料噴射裝置的基本結構。燃料噴射裝置具有從外部接受燃料的供給的壓電噴射器1、和控制該壓電噴射器1動作的控制裝置2。
壓電噴射器1具有層疊壓電元件3(符號，參照圖6)而成、由充電而向層疊方向產生伸長輸出的壓電疊層4；以及由該壓電疊層4的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體5，通過該驅動體5向壓電疊層的層疊方向的移動來執(zhí)行燃料噴射。另外，在壓電噴射器1上設置經由驅動體5來壓縮壓電疊層4的第1復位彈簧6，壓電疊層4被放電而失去伸長輸出(膨脹力)，同時使壓電疊層4壓縮，使驅動體5向與伸長輸出不同的疊層方向移動。
即，壓電噴射器1，利用壓電疊層4被充電時產生伸長輸出的性質，由壓電疊層4使閥(三向閥、雙向閥等)動作并通過控制針閥7的排壓來使針閥7動作，或者，由壓電疊層4直接驅動針閥7，來控制燃料的噴射和噴射的停止。
在控制裝置2中，作為壓電噴射器1的控制程序，搭載有壓電疊層4的充放電控制功能。在該充放電控制功能中設有如下功能在將從壓電疊層4開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將壓電疊層4和驅動體5的合成諧振周期作為T的情況下，控制裝置實施滿足0.6T≤t的關系的第1升壓控制。
即，在控制裝置2中設有將升壓時間t按照意圖增長到0.6T以上、使即將達到升壓時間t之前的升壓斜度穩(wěn)定的功能，以便壓電疊層4的充電電壓結束的定時(達到升壓時間t的定時)、和合成諧振周期T中的載荷右上斜度(諧振周期的右上斜度)成為最大附近的定時不重疊。
這里進行具體的燃料噴射裝置的說明。下面參照圖3說明作為燃料噴射裝置的具體的一例的共軌式燃料噴射裝置，之后，參照圖4、圖5等說明作為壓電噴射器1的具體的一例的三向閥式壓電噴射器1，再之后，參照圖6等說明壓電疊層4的一例，再后，參照圖7～圖9等說明控制裝置2的具體的一例。
參照圖3說明燃料噴射裝置的系統(tǒng)結構。燃料噴射裝置為在發(fā)動機(例如柴油機無圖示)的各氣筒進行燃料噴射的系統(tǒng)，除壓電噴射器1、控制裝置2之外，由共軌11、供給泵12等構成。另外，控制裝置2由ECU(發(fā)動機控制單元)13和EDU(驅動單元)14構成，EDU14可以內裝于ECU13的殼體內。
共軌11為對供給到壓電噴射器1的高壓燃料進行蓄壓的蓄壓容器，與經由高壓泵配管15壓送高壓燃料的供給泵12的排出口相連接，以便蓄存與燃料噴射壓相當?shù)墓曹墘?，并且連接有向各壓電噴射器1供給高壓燃料的多個噴射器配管16。
在將燃料從共軌11返回到燃料槽17的溢流配管18上安裝有壓力限制器19。該壓力限制器19為壓力安全閥，在共軌11內的共軌壓超過界限設定壓時開閥，將共軌11的共軌壓抑制在界限設定壓以下。共軌11被安裝在減壓閥21上。該減壓閥21通過從ECU13施加的開閥指示信號來開閥并通過溢流配管18來急速地將共軌壓降低。這樣，通過在共軌11上搭載減壓閥21，ECU13就能將共軌壓快速地降低控制為與車輛行駛狀態(tài)相對應的壓力。另外，也有不設置該減壓閥21的情況。
壓電噴射器1被搭載到發(fā)動機的各氣筒，并將燃料噴射到各氣筒內，與由共軌11分支的多個噴射器配管16的下游側相連接，將蓄存在共軌11內的高壓燃料噴射供給至各氣筒內，其具體結構將在后面敘述。另外，來自壓電噴射器1的漏泄燃料也經過溢流配管18回到燃料槽17內。
供給泵12為將高壓燃料壓送到共軌11的高壓燃料泵，搭載有經由過濾器22將燃料槽17內的燃料向供給泵12吸引的加料泵，將通過該加料泵吸上的燃料高壓壓縮并向共軌11壓送。加料泵和供給泵12通過共同的凸輪軸23驅動。另外，該凸輪軸23通過發(fā)動機旋轉驅動。
在供給泵12中，在將燃料導入到用于將燃料加壓到高壓的加壓室內的燃料流路上搭載有用于調整該燃料流路的開度程度的SCV(吸入調量閥)24。該SCV24，通過被來自ECU13的泵驅動信號控制，來調整吸入到加壓室內的燃料的吸入量，改變壓送到共軌11中的燃料的排出量；通過調整壓送到共軌11中的燃料的排出量，來調整共軌壓。即，通過ECU13控制SCV24，就能將共軌壓控制在與車輛行駛狀態(tài)相對應的壓力。
接著，說明壓電噴射器1。圖4表示作為壓電噴射器1的一例的剖面圖，圖5A、圖5B表示其概略圖。另外，以下將圖中上側成為上、圖中下側稱為下來進行說明。壓電噴射器1呈現(xiàn)為大致棒狀體，下側與發(fā)動機的燃料室壁相通，下端部突出于燃料室內。壓電噴射器1從下側向上依次具有噴射器部31、三向閥32、變位擴大單元33、壓電疊層4。下面依次說明這些部件的詳細結構。
噴射器部31切換高壓燃料的噴射和停止，具有滑動自由地被支撐在殼體34(噴射器支持件35)上的針閥7。針閥7的設置于上部的大徑部36被滑動自由地支撐在噴射器支持件35內，針閥7的下端圓錐部37就位或離位于在噴射器支持件35的下端內側形成的環(huán)狀密封件38。高壓燃料經由形成于殼體34(閥體41和噴射器支持件35)上的高壓通路42被導入到針閥7的下側的外周空間39，在針閥7離位時燃料從噴孔43被噴射。被供給到針閥7的下側的外周空間39的高壓燃料作用在大徑部36的階梯面36a上，使針閥7向上(離位方向)提升地作用。另外，燃料從高壓通路42經由內小孔45被供給到大徑部36的上側的背壓室44，供給到背壓室44內的高壓燃料作用于大徑部36的上面36b，與第2復位彈簧46一起向下(就位方向)推壓針閥7。
三向閥32為將背壓室44切換到高壓通路42或低壓通路(泄漏燃料通路)47的一個上的背壓切換單元，在該實施例中由滑閥構成。由滑閥構成的三向閥32具有滑動自由地支撐在殼體34(閥體41)內的閥柱(閥心)48，如圖5A所示向下方向移動時，使通過背壓室44的背壓連通路25和排出泄漏燃料的低壓通路連通并提高背壓室44的壓力。由此，針閥7離位并進行燃料噴射。
相反地，閥柱48如圖5B所示地向上方向移動時，使通過背壓室44的背壓連通路25和供給高壓燃料的高壓通路42相連通并提高背壓室44的壓力。由此，針閥7就位并停止燃料噴射。另外，在滑閥48的下端配置有將滑閥48向上方壓回的第3復位彈簧49。
變位擴大單元33為使壓電疊層4的伸縮變位量(層疊方向的變化量、即上下方向的變化量)增大并傳遞給三向閥32的滑閥48的單元，由設于滑閥48上部的小徑活塞51、由壓電疊層4直接驅動的驅動體5(該實施例中為大徑活塞)、以及小徑活塞51的上面和驅動體5的下面之間所形成的變位擴大室52構成。
驅動體5被滑動自由地支撐在殼體34(閥體41)的內部。該驅動體5通過第1復位彈簧6被按壓在壓電疊層4上，在上下方向變位與層疊的壓電疊層4的伸縮量相同的量。即，驅動體5被壓電疊層4的伸長輸出直接驅動并向層疊方向(下方向)移動。
并且，壓電疊層4沿層疊方向伸長從而使驅動體5向下方向移動，由此，三向閥32的滑閥48向下方移動從而使背壓室44的壓力下降，噴射燃料。相反，壓電疊層4沿層疊方向收縮從而使驅動體5向上方向移動，由此，三向閥32的滑閥48向上方移動從而使背壓室44的壓力上升，停止噴射燃料。
壓電疊層4為眾所周知的結構，參照圖6說明其一例。壓電疊層4由層疊多個因充電而沿板厚方向膨脹的板狀壓電元件3而成。各壓電元件3包括大致呈板狀的壓電體、以及形成于該壓電體的兩個面上的內部電極，使多個壓電元件3沿板厚方向層疊從而構成壓電疊層4。
在壓電疊層4的側面設有2個側面電極53。一個側面電極53與壓電體的一個內部電極電連接，另一個側面電極53與壓電體的另一個內部電極電連接。其中，如圖6所示，側面電極53可以是將內周側作為硬質電極53a并將外周側作為軟質電極53b的結構，也可以是全部作為軟質電極53b的結構。
另外，2個側面電極53分別與在后述的固定臺座56內沿上下方向貫通的2個通電端子54電接合，通過在與通電端子54相連接的外部連接器54a(參照圖4)上外加電壓，就能使壓電疊層4的各壓電元件3通電。這里，在該實施例中，表示了僅將壓電元件3作為壓電疊層4而層疊的例子，但也可以采用夾設由對壓電疊層4的一部分通電而產生發(fā)熱的加熱用電阻元件的結構等、適宜地夾設其他元件的結構。
這里，壓電疊層4與燃料不接觸地被收容于密封殼體的內部。密封殼體包括疊層殼體55、固定臺座(上側臺座)56、收容驅動體5并不妨礙驅動體5的上下方向的變位的筒狀波紋管59(參照圖4)。疊層殼體55為呈現(xiàn)覆蓋壓電疊層4的外周的圓筒形狀的金屬殼體，其內部為比壓電疊層4的外徑稍大的大徑，收容有壓電疊層4并使其在上下方向可收縮。
固定臺座56為包括下側的大徑部56a、上側的小徑部56b、以及中間圓錐部(也可以為彎曲面)56c的金屬部件，該大徑部56a被固定于疊層殼體55的上端，密封疊層室的上端。固定臺座56為與壓電疊層4的上端部相抵接并阻止壓電疊層4的上端的上下方向的變位的部件。
另外，收容壓電疊層4的密封殼體被配置于在壓電噴射器1的殼體34(閥體41)上形成的驅動器室內，固定臺座56的圓錐部56c為與驅動器室的上部所形成的圓錐面(也可以為彎曲面)57相抵接并經由固定臺座56阻止壓電疊層4的上端的上下方向的變位的部件。
即，與壓電疊層4的上端相抵接的固定臺座56、以及與該固定臺座56的上端相抵接的閥體41相當于在壓電疊層4的上側(與驅動體5不同的一側)擋住壓電疊層4的伸長輸出的固定部件。這里，固定臺座56、以及支撐該固定臺座56的閥體41由拉伸彈性模量為13Gpa左右的硬質金屬(不銹鋼)構成，成為強固地固定壓電疊層4的上側的結構。
如上所述，控制裝置2由ECU13和EDU14構成。ECU13由包括進行控制處理和運算處理CPU、保存各種程序和數(shù)據的存儲裝置(ROM、RAM、SRAM、EEPRON等存儲器)、輸入電路、輸出電路、以及電源電路而構成的眾所周知的結構的計算機所構成。ECU13根據讀入的傳感器類信號(發(fā)動機參數(shù)與乘員的駕駛狀態(tài)、發(fā)動機的運轉狀態(tài)相對應的信號)進行各種運算處理。
在ECU13上，作為檢測發(fā)動機參數(shù)的傳感器類，連接有檢測加速踏板開度的加速踏板傳感器、檢測發(fā)動機轉速或曲柄角的轉速傳感器、檢測發(fā)動機的冷卻水溫度的水溫傳感器、檢測共軌壓的共軌壓傳感器58等各種傳感器。在ECU13上搭載有進行壓電噴射器1的噴射控制的“充放電控制功能(壓電噴射器控制功能)”、以及進行SCV24的開度控制的“SCV控制功能”。
充放電功能為在與現(xiàn)在的運轉狀態(tài)相對應的定時控制壓電疊層4的充放電的功能，根據預先搭載的程序、以及讀入到控制裝置2中的各種傳感器類信號(發(fā)動機參數(shù))，算出單噴射或多次噴射等“噴射狀態(tài)”、各噴射的“噴射開始時期”、以及各噴射的“噴射期間(噴射量)”，根據算出的噴射狀態(tài)、噴射開始時期、以及噴射期間來控制壓電疊層4的充電和放電。具體的，該充放電功能為，求出用于在噴射開始時期開始噴射的“充電開始定時”、并從噴射期間(噴射量)求出“放電開始定時”、將貫穿充電開始定時～放電開始定時的“噴射信號TQ”輸出到EDU14的充放電電路61的控制程序。
SCV控制功能為，求出對應于現(xiàn)在的運轉狀態(tài)的目標共軌壓、算出由共軌壓傳感器58檢測出的共軌壓成為目標共軌壓的SCV開度的控制程序，將算出的“開閥信號(例如PWM信號)”輸出到SCV24。對充放電電路61進行說明，這里參照圖7對壓電疊層4的充放電電路61的一例進行說明。充放電電路61由直流電源62、用于使壓電疊層4充電的充電開關63、用于使壓電疊層4放電的放電開關64、用于選擇被充放電的壓電疊層4的選擇開關65、能量蓄積線圈66、以及多個回流用二極管67構成。
直流電源62具有從車載的蓄電池68產生數(shù)十～數(shù)百V的直流電壓的DC/DC轉換器69、與該DC/DC轉換器69并聯(lián)的緩沖電容器71。該緩沖電容器71為較大靜電電容的較大部件，因此在壓電疊層4充電動作時也能保持一定的電壓值。
根據從ECU13施加的充電信號(噴射信號TQ為ON)來ON-OFF控制充電開關63。根據從ECU13施加的放電信號(噴射信號TQ為OFF)來ON-OFF控制放電開關64。也通過ECU13來ON-OFF控制選擇開關65。這些充電開關63、放電開關64、以及選擇開關65可以是MOSFET等半導體開關元件，也可以是機械的繼電器開關。能量蓄積線圈66被夾設用于電連接各壓電疊層4和直流電源62的通電路徑上，蓄積流過通電路徑的電能。
對溫度補償電路72進行說明。在充放電電路61中設有即使溫度等變動、充電時也將一定的能力蓄積壓電疊層4上的溫度補償電路72。圖8表示該溫度補償電路72的一例。溫度補償電路72具有將施加到壓電疊層4上的電壓值積分的積分單元，該積分值達到預定值時，壓電疊層4的充電結束。
積分單元具有使用了用于讀取壓電疊層4的壓電電壓值的固定電阻73和可變電阻74的監(jiān)控單元75、將通過該監(jiān)控單元75讀取的電壓值變換為電流值的電壓/電流變換單元76、以及通過該電壓/電流變換單元76充電的參考電容器77。另外，參考電容器77搭載有溫度特性優(yōu)良的例如5～12μF的部件。
溫度補償電路72具有在對參考電容器77充電的充電電壓達到由基準電壓78設定的值(目標充電電壓)時輸出Hi信號的比較儀79，設計成通過該比較儀79的輸出來結束壓電疊層4的充電。即，溫度補償電路72，電流變換外加到壓電疊層4上的電壓，并對此進行時間積分，若積分值達到預定值、即、壓電疊層4的充電電壓達到目標充電電壓，則壓電疊層4的充電結束。
參照圖9說明壓電疊層4的充電的基本動作。從ECU13將噴射信號TQ施加到充放電電路61上時，通過以下的動作來反復充電開關63的ON(開)和OFF(關)。首先，充電開關63為ON。于是，如圖9中的實線A1所示，蓄存到緩沖電容器71上的高電壓經由充電開關63和能量蓄積線圈66被施加到壓電疊層4上。此時，壓電疊層4被充電，并且能量被蓄積到能量蓄積線圈66中。壓電疊層4的通電電流值被監(jiān)控，若壓電疊層4的通電電流值上升到預定電流值(例如圖12(A))，則充電開關63OFF。
充電開關63OFF時，產生如圖9中的實線A2所示的狀態(tài)。即，蓄積到能量蓄積線圈66中的能量經由回流用二極管67而被施加到壓電疊層4上的狀態(tài)繼續(xù)，壓電疊層4的充電繼續(xù)。若被監(jiān)控的壓電疊層4的通電電流值下降到預定電流值(例如圖10(A))，則再次使充電開關63ON，返回到圖9中的實線A1的狀態(tài)。下面，反復充電開關63的ON-OFF。通過以上的動作來對壓電疊層4充電。
通過上述通電動作，參考電容器77的充電電壓(積分值)上升。該充電電壓(積分值)達到預定的目標充電電壓(判定值)時，比較儀79輸出Hi信號。于是，充放電電路61使充電開關63OFF，結束壓電疊層4的充電。另外，用于結束充電的值(目標充電電壓)通過參考電容器77的電容、監(jiān)控單元的可變電阻值的設定值、以及基準電壓78的設定值來組合。
參照圖9說明壓電疊層4的放電的基本動作。從ECU13施加到充放電電路61上的噴射信號TQ停止(OFF)時，通過以下的動作來反復放電開關64的ON和OFF。首先，放電開關64為ON。于是，如圖9中的虛線B1所示，蓄存到壓電疊層4上的電壓經由能量蓄積線圈66和放電開關64流動，蓄積到壓電疊層4上的電能被轉送到能量蓄積線圈66，壓電疊層4的通電加快。壓電疊層4的電流值被監(jiān)控，若壓電疊層4的電流值達到預定電流值(例如圖12A)，則放電開關64OFF。
放電開關64OFF時，產生如圖9中的虛線B2所示的狀態(tài)。即，蓄積到能量蓄積線圈66中的能量經由回流用二極管67再生到緩沖電容器71。若壓電疊層4的電流值下降到預定電流值(例如圖10(A))，則再次使放電開關64ON，返回到圖9中的虛線B1的狀態(tài)。下面，反復放電開關64的ON-OFF。通過以上的動作來使壓電疊層4放電。
另外，在充放電電路61上搭載與充電用溫度補償電路72相同的放電用溫度補償電路72，被設計成即使通過溫度等使壓電疊層4的載荷變動，也能在從壓電疊層4卸掉一定的電能時結束壓電疊層4的放電。
在不適用于本發(fā)明的燃料噴射裝置中，僅設計成在目標噴射定時開始噴射燃料，從開始壓電疊層4的充電起、到到達目標充電電壓為止的升壓時間t完全沒有被考慮。這里，如上所述，由于驅動體5為按壓在壓電疊層4上的結構，因而在壓電疊層4和驅動體5上存在兩者所帶來的合成諧振周期T。因此，在摩擦等外部負載沒有施加到壓電疊層4或驅動體5上的理想(假想)的狀態(tài)的情況下，開始充電后，在0.5T的±0.1T的定時中合成諧振周期T中的載荷右上斜度(諧振周期的右上斜度)為最大。另外，在各時間圖中，符號A表示充電電壓的變化，附圖B表示壓電疊層4產生的載荷的變化。
這里，升壓時間t沒有被考慮的情況下，假想了開始對壓電疊層4充電后到達升壓時間t的定時為0.5T的±0.1T內的情況。該情況，如圖1A所示，即使充電電壓達到目標充電電壓，升壓結束，由壓電疊層4和驅動體5所致的伸長方向的變位也因合成諧振而不停止，伸長載荷繼續(xù)增大，產生高載荷(過沖所致的峰值)。之后，在合成諧振周期T中反復谷值和峰值。由于這樣的峰值載荷和谷值載荷被直接施加到壓電疊層，因此，成為壓電疊層破損的主要原因。
到達升壓時間t的定時不在0.5T的±0.1T內，到達升壓時間t的定時為0.4T內的情況下，升壓斜度(充電電壓的上升速度斜度)非常大，結果載荷的上升斜度也變得非常大。因此，即使充電電壓達到目標充電電壓，升壓結束，由壓電疊層4和驅動體5所致的伸長方向的變位也不停止，與上述相同，伸長載荷繼續(xù)增大，產生高載荷(過沖所致的峰值)。之后，在合成諧振周期T中反復谷值和峰值。由于這樣的峰值載荷和谷值載荷被直接施加到壓電疊層4，因此，成為壓電疊層4的破損的主要原因。
為了解決上述問題點，在該第1實施例中進行壓電疊層4的充放電控制的控制裝置2被設計成，在將從壓電疊層4開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將壓電疊層和驅動體的合成諧振周期作為T的情況下，實施滿足0.6T≤t的關系的第1升壓控制。即，第1升壓控制為，例如，壓電疊層4和驅動體5的合成諧振周期T為的情況下，將13.5kHz矯正為時間時為74.1μsec，因此升壓時間t為74.1μsec×0.6以上。
作為使升壓時間t為0.6T以上的具體的技術，例示有接下來的3個。
(1)進行增大能量蓄積線圈66的電感容量等的調整，使升壓時間t為0.6T以上。
(2)在對壓電疊層4進行充電時，充電開關63ON后，降低使充電開關63OFF的預定電流值(例如將充電中使充電開關63OFF的預定電流值12(A)降低為10(A))，使升壓時間t為0.6T以上。
(3)在對壓電疊層4進行充電時，充電開關63OFF后，降低使充電開關63ON的預定電流值(例如將充電中使充電開關63ON的預定電流值10(A)降低為8(A))，使升壓時間t為0.6T以上。
即，上述(2)、(3)通過使充電開關63OFF的時間變長來使升壓速度變慢。上述(1)～(3)的任一個、或組合多個，如圖1B、1C中的虛線A所示，使升壓時間t為0.6T以上。由此，壓電疊層4的充電電壓結束的定時(達到升壓時間t的定時)、和合成諧振周期T中的載荷右上斜度為最大的定時不重疊，且可使即將達到升壓時間t之前的升壓斜度穩(wěn)定。
該第1實施例的燃料噴射裝置，如上所述，由于升壓時間t為0.6T以上，因此升壓結束的定時、和合成諧振周期T中的載荷右上斜度為最大的定時不重疊。而且，由于升壓時間t為0.6T以上，因此升壓斜度穩(wěn)定。其結果，可抑制充電電壓達到目標充電電壓以后壓電疊層4上產生的高載荷(過沖所致的峰值)，并且也可抑制之后的負載載荷的峰值谷值的反復。
作為具體的一例，升壓時間t為1.0T時(t＝T)，壓電疊層4上產生的負載載荷的變動情況如圖1B所示，升壓時間t為1.5T時(t＝1.5T)，壓電疊層4上產生的負載載荷的變動情況如圖1C所示。
圖1B所示的t＝T時，充電電壓達到目標充電電壓，升壓結束的時刻與由壓電疊層4和驅動體5的合成諧振周期T所致的伸長方向的變位停止的時刻一致。即，達到升壓時間t時，合成諧振周期T成為上死點。由此，可抑制充電電壓達到目標充電電壓后的峰值載荷和谷值載荷的產生。
圖1C所示的t＝1.5T時，充電電壓達到目標充電電壓，升壓結束的時，合成諧振周期T的載荷右上斜度達到最大。但是，若升壓時間t為1.5T則很長，升壓斜度(充電電壓的上述速度斜度)穩(wěn)定，因此，與升壓時間t為0.5T時相比，合成諧振周期T的正弦波的右上斜度變得穩(wěn)定。由此，與升壓時間t為0.5T時相比，可抑制充電電壓達到目標充電電壓后的峰值載荷和谷值載荷的產生。
這樣一來，在第1實施例的燃料噴射裝置中，由于可抑制壓電疊層4上產生的峰值載荷和谷值載荷，因此可提高壓電疊層4的長期可靠性，提高壓電噴射器1的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
(第2實施例)參照圖10A、圖10B來說明適用了本發(fā)明的第2實施例。另外，在以下的各實施例中，與第1實施例相同的符號表示同一功能部件。在上述第1實施例中，表示了通過升壓時間t為0.6T以上來抑制充電電壓達到目標充電電壓后的峰值載荷和谷值載荷的產生的例子。與此相對，第2實施例為，即使升壓時間t不到0.6T，也可抑制充電電壓達到目標充電電壓后的峰值載荷和谷值載荷的產生。
第2實施例的控制裝置2，在0.25T≤t＜0.6T的情況下，實施使0.5t～1t的平均升壓速度比上述壓電疊層的開始充電～0.5t的平均升壓速度慢的第2升壓控制。即，使即將達到升壓時間t之前的升壓速度變慢。參照圖10B說明具體的一例。該例為，t＝0.5T，但0～0.4T的升壓斜度大，0.4T～0.5T的升壓斜度小。
作為使升壓即將結束之前期間的升壓速度變慢的具體技術，例示有接下來的2個。
(1)在對壓電疊層4進行充電時，在升壓即將結束之前的期間內，充電開關63ON后，降低使充電開關63OFF的預定電流值(例如將充電中使充電開關63OFF的預定電流值12(A)降低為10(A))，使升壓速度變慢。
(2)在對壓電疊層4進行充電時，在升壓即將結束之前的期間內，充電開關63OFF后，降低使充電開關63ON的預定電流值(例如將充電中使充電開關63ON的預定電流值10(A)降低為8(A))，使升壓速度變慢。
即，上述(1)、(2)通過使充電開關63OFF的時間變長來使升壓速度變慢。通過上述(1)、(2)的一個、或組合兩個，如圖中實線A所示，可使升壓即將結束之前期間的升壓速度變慢。
通過這樣設計，即使達到升壓時間t的定時在0.5T的±0.1T內、或者升壓時間t在0.4T內的情況下，達到升壓時間t時的升壓斜度也能變得穩(wěn)定。其結果，可抑制充電電壓達到目標充電電壓以后產生的高載荷(過沖所致的峰值)，并且也可抑制之后的負載載荷的峰值谷值的反復。這樣，由于可抑制壓電疊層4上產生的峰值載荷和谷值載荷，因此可提高壓電疊層4的長期可靠性，提高壓電噴射器1的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
(第3實施例)參照圖11、圖12來說明適用了本發(fā)明的第3實施例。膨脹時在壓電疊層4和驅動體5上施加摩擦等外部載荷。壓電疊層4開始充電時產生伸長載荷。該伸長載荷在壓電疊層4開始伸長后使驅動體5在開始動作的瞬間達到最大載荷。參照圖11說明具體例，則，壓電疊層4開始充電后，在21μs時在壓電疊層4上產生載荷變動的峰值。產生載荷變動的峰值后，產生伸長返回的方向的谷值，之后，反復峰值和谷值的過沖。這樣的峰值載荷和谷值載荷被直接施加到壓電疊層4，因此，成為壓電疊層4破損的主要原因。
第3實施例的燃料噴射裝置，為了解決上述問題點，采用如下的手段。第3實施例的控制裝置2實施第3升壓控制，該第3升壓控制為，在從壓電疊層4開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間t內，使壓電疊層4所產生的載荷變動峰值頂部(載荷峰值的最低值)的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度慢、和/或使壓電疊層4所產生的載荷變動谷值頂部(載荷谷值的最低值)的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度快。
參照圖12說明具體的一例。另外，在圖12中，壓電噴射器1的合成諧振周期T為135.9(μs)，升壓時間t作為一例為150(μs)。壓電疊層4開始充電后，在驅動體5開始動作的瞬間(21(μs))產生載荷變動的峰值，之后產生多重諧振并產生峰值載荷和谷值載荷。并且，即使在135.9(μs)附近也產生由合成諧振周期T帶來的峰值載荷。
并且，控制裝置2，使峰值產生時的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度慢、和/或使谷值產生時的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度快。揭示使峰值產生時的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度慢、和/或使谷值產生時的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度快的具體技術。壓電疊層4充電時所產生的峰值產生時期和谷值產生時期與壓電噴射器1的設計相關聯(lián)地產生，可進行預先取得數(shù)據等并預測。將峰值產生時期和谷值產生時期寫入ECU13的圖像等中，開始充電后，實施使峰值產生時期的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度慢的控制、和使谷值產生時期的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度快的控制。
另外，作為使峰值產生時期和谷值產生時期的±0.1T內的升壓速度相對于其他升壓速度的變化的具體即將在接下來的2個中例示。
(1)在對壓電疊層4進行充電時，在峰值產生時期的±0.1T內，充電開關63ON后，降低使充電開關63OFF的預定電流值(例如將充電中使充電開關63OFF的預定電流值12(A)降低為10(A))，使升壓速度變慢。在谷值產生時期的±0.1T內，充電開關63ON后，提高使充電開關63OFF的預定電流值(例如將充電中使充電開關63OFF的預定電流值12(A)提高為14(A))，使升壓速度變快。
(2)在對壓電疊層4進行充電時，在峰值產生時期的±0.1T內，充電開關63OFF后，降低使充電開關63ON的預定電流值(例如將充電中使充電開關63ON的預定電流值10(A)降低為8(A))，使升壓速度變慢。在谷值產生時期的±0.1T內，充電開關63OFF后，提高使充電開關63ON的預定電流值(例如將充電中使充電開關63ON的預定電流值10(A)提高為11(A))，使升壓速度變快。
即，上述(1)、(2)通過使充電開關63OFF的時間變長來使升壓速度變慢，以及通過使充電開關63ON的時間變長來使升壓速度變快。通過上述(1)、(2)的一個、或組合兩個，如圖12中實線A所示，可使峰值產生時期的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度慢。并且，可使谷值產生時期的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度快。
另外，在該第3實施例中，表示了從讀入到圖像中的值(峰值產生時期和谷值產生時期)使升壓速度變慢的例子，但也可以由載荷傳感器等檢測壓電疊層4的產生載荷，根據該產生載荷反饋補正升壓速度。
在第3實施例中，通過上述技術，可使峰值頂部前后間的升壓速度變慢、和/或使谷值頂部前后間的升壓速度變快，因此可抑制驅動體5開始動作的瞬間所產生的峰值載荷、或之后的谷值載荷或峰值載荷的產生。其結果，可提高壓電疊層4的長期可靠性，提高壓電噴射器1的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
(第4實施例)參照圖13來說明適用了本發(fā)明的第4實施例。在上述第3實施例中，表示了通過使峰值頂部前后間的升壓速度變慢、和/或使谷值頂部前后間的升壓速度變快來抑制峰值載荷或谷值載荷的產生。與此相對，第4實施例的控制裝置2實施在升壓時間t內使壓電疊層4所產生的載荷變動峰值頂部的±0.1T內的外加電壓降低的第4升壓控制。
參照圖13說明具體的一例。另外，在圖13中，與第3實施例相同，壓電噴射器1的合成諧振周期T為135.9(μs)，升壓時間t作為一例為150(μs)。壓電疊層4開始充電后，在驅動體5開始動作的瞬間(21(μs))產生載荷變動的峰值，之后產生多重諧振并產生峰值載荷和谷值載荷。并且，即使在135.9μsec附近也產生由合成諧振周期T帶來的峰值載荷。
并且，控制裝置2，使峰值產生時的±0.1T內的外加電壓降低。揭示使峰值產生時的±0.1T內的外加電壓降低的具體技術。
壓電疊層4充電時產生的峰值產生時期，如上述第3實施例中所示，與壓電噴射器1的設計相關聯(lián)地產生，可進行預先取得數(shù)據等并預測。將峰值產生時期寫入ECU13的圖像等中，開始充電后，實施使峰值產生時期的±0.1T內的外加電壓降低的控制。
作為使峰值產生時期的±0.1T內的外加電壓降低的具體技術，對壓電疊層4進行充電時，在峰值產生時期的±0.1T內，停止充電動作，取而代之進行放電動作。由此，可降低峰值產生時期的±0.1T內的壓電疊層4的充電電壓。
另外，在該第4實施例中，表示了從讀入到圖像中的值(峰值產生時期)使充電電壓降低的例子，但也可以由載荷傳感器等檢測壓電疊層4的產生載荷，根據該產生載荷反饋補正充電電壓。
在第4實施例中，通過上述技術，可使峰值頂部前后間的充電電壓降低，因此可抑制驅動體5開始動作的瞬間所產生的峰值載荷、或之后的峰值載荷的產生。并且，通過抑制峰值載荷，也可抑制之后產生的谷值載荷。其結果，可提高壓電疊層4的長期可靠性，提高壓電噴射器1的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
(第5實施例)參照圖14來說明適用了本發(fā)明的第5實施例。存在燃料噴射裝置在短周期內反復進行噴射的多次噴射的情況。作為具體例來揭示，則如圖14所示，存在進行短噴射期間的預噴射之后實施長噴射期間的主噴射的情況。該情況下，存在預噴射時所產生的諧振作為殘余諧振、并涉及到接下來的主噴射的升壓時間t內的情況。若殘余諧振涉及到主噴射的升壓時間t內，則由升壓所致的載荷變動和殘余諧振的載荷變動重疊，從而產生高載荷，成為壓電疊層4破損的主要原因。
另外，殘余諧振涉及主噴射的升壓時間t內，并且載荷上升時，伸長載荷的上升定時提前，由此可能使噴射定時變早。相反，殘余諧振涉及主噴射的升壓時間t內，并且載荷降低時，壓電疊層4的伸長被抑制，可能使噴射定時變晚。
第5實施例的燃料噴射裝置，為了解決上述問題點，采用接下來的手段。第5實施例的控制裝置2，在升壓時間t內，產生由前次噴射所帶來的殘余諧振的情況下，實施將與由殘余諧振所帶來的載荷變動相位相反的電壓外加給上述壓電疊層4的第5升壓控制。具體地，如圖14的實線A所示，實施以下控制(1)由殘余諧振所帶來的載荷上升時，如第4實施例那樣，進行放電動作等，使壓電疊層4的充電電壓降低，(2)相反，由殘余諧振所帶來的載荷降低時，進行急速的充電動作等，使壓電疊層4的充電電壓的上升斜度變大。
另外，升壓時間t所產生的殘余諧振與預噴射(前噴射)的通電開始時期、和壓電噴射器1的設計相關聯(lián)地產生，可進行預先取得數(shù)據等并預測。因此，ECU13根據預噴射(前噴射)的通電開始時期、和寫入到ECU13的圖像等中的峰值谷值的產生數(shù)據，來算出升壓時間t所產生的殘余諧振，實施將與由升壓時間t所產生的殘余諧振所帶來的載荷變動相位相反的電壓外加給壓電疊層4的控制。
該第5實施例的控制裝置2在經過升壓時間t后還實施將與由殘余諧振所帶來的載荷變動相位相反的電壓外加給壓電疊層4的第6升壓控制。具體地，如圖14的實線B所示，經過升壓時間t后，實施以下控制(1)由殘余諧振所帶來的載荷上升時，進行放電動作等，使壓電疊層4的充電電壓降低，(2)相反，由殘余諧振所帶來的載荷降低時，進行充電動作等，使壓電疊層4的充電電壓的上升。
另外，在該第5實施例中，表示了從前噴射的通電開始時期、和寫入到圖像中的值(峰值產生時期和谷值產生時期)補正殘余諧振的影響的例子，但也可以由載荷傳感器等檢測壓電疊層4的產生載荷，根據該產生載荷反饋補正充電電壓。
在第5實施例中，通過上述技術，殘余諧振的載荷上升時，由反相位使電壓的升壓斜度為負斜度，因此可緩和載荷的上升速度，可抑制高載荷的產生。其結果，可提高壓電疊層4的長期可靠性，提高壓電噴射器1的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
另外，在升壓時間t內殘余諧振的載荷上升時，升壓斜度為負斜度從而緩和載荷的上升速度，因此可避免噴射定時變早的不便。相反，在升壓時間t內殘余諧振的載荷降低時，升壓斜度增大，從而避免抑制壓電疊層4的伸長的現(xiàn)象，因此可避免噴射定時變晚的不便。
(第6實施例)參照圖15來說明適用了本發(fā)明的第6實施例。如上述第3實施例所示，壓電疊層4開始充電，壓電疊層4開始伸長后，驅動體5開始動作的瞬間達到載荷。該最大載荷被直接施加到壓電疊層4，因此，成為壓電疊層4破損的主要原因。
第6實施例的壓電噴射器1，在驅動體5和滑動自如地支撐該驅動體5的第1滑動保持部件(閥體41等)的接觸部上設有使摩擦系數(shù)降低的第1摩擦系數(shù)降低單元81。并且，驅動體5的移動受小徑活塞51易動的影響，因此第6實施例的壓電噴射器1還在小徑活塞51和滑動自如地支撐該小徑活塞51的第2滑動保持部件(閥體41等)的接觸部上設有使摩擦系數(shù)降低的第2摩擦系數(shù)降低單元82。
揭示第1、第2摩擦系數(shù)降低單元81、82的一例。第1、第2摩擦系數(shù)降低單元81、82為用于提高驅動體5和小徑活塞51的滑動的單元，(1)驅動體5和小徑活塞51的滑動面的鏡面加工，(2)第1、第2滑動保持部件(閥體41等)的滑動面的鏡面加工，(3)驅動體5和小徑活塞5 1的角部(端部)的倒角，(4)為了抑制驅動體5的滑動間隙的變化，使第1滑動保持部件(閥體41等)的熱膨脹率與驅動體5相同(例如兩者都是不銹鋼)，(5)為了抑制小徑活塞51的滑動間隙的變化，使第2滑動保持部件(閥體41等)的熱膨脹率與小徑活塞51相同(例如兩者都是不銹鋼)。第6實施例可通過這些(1)～(5)的任一個、或組合多個來提高驅動體5和小徑活塞51的滑動。
通過該第6實施例，可抑制壓電疊層4開始伸長后、驅動體5開始動作的瞬間產生的峰值載荷。并且，可抑制小徑活塞51開始動作的瞬間產生的峰值載荷。這樣，可抑制施加到壓電疊層4上的峰值載荷，由此，可提高壓電疊層4的長期可靠性，提高壓電噴射器1的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
(第7實施例)參照圖16來說明適用了本發(fā)明的第7實施例。如上述第1實施例所揭示的那樣，與壓電疊層4的上端相抵接的固定臺座56、以及與該固定臺座56的上端相抵接的殼體34(閥體41)，相當于在壓電疊層4的上側(與驅動體5不同的一側)擋住壓電疊層4的伸長輸出的固定部件。這里，固定臺座56、以及支撐該固定臺座56的閥體41由拉伸彈性模量為13Gpa左右的硬質金屬(不銹鋼)構成，成為強固地固定壓電疊層4的上側的結構。
并且，壓電疊層4充電時，壓電疊層4上產生的伸長載荷的一方被傳遞給驅動體5，壓電疊層4上產生的其他伸長載荷被固定部件(固定臺座56、以及與支撐固定臺座56的閥體41)擋住。這里，壓電疊層4上產生的載荷內、驅動體5一側的載荷通過移動驅動體5而被緩和。但是，壓電疊層4的上側被剛性固定在固定部件上，因此載荷不向外部擴散。因此，很大的應力被施加到壓電疊層4上側的壓電元件3(特別是上端壓電元件3)上。因此，固定部件一側的壓電元件3(特別是固定部件一側端部的壓電元件3)易破損，壓電疊層4的長期可靠性下降。
為了解決上述問題點，第7實施例的壓電噴射器1設有擋住壓電疊層4的伸長輸出的固定部件、以及被設置在固定部件和壓電疊層4之間且剛性比固定部件低的低剛性部。具體的，在該第7實施例中，在固定臺座56和閥體41之間夾設有作為低剛性部的拉伸彈性模量小于等于10Gpa的低剛性部件(例如銅墊圈)83。在該第7實施例中，表示了在固定臺座56和閥體41之間配置作為低剛性部的低剛性部件83的例子，但也可以在固定臺座56和壓電疊層4上端之間配置低剛性部件83。
通過該第7實施例，壓電疊層4上產生的載荷內、被固定的上側載荷通過低剛性部件83的變形而被緩和。其結果，可防止壓電疊層4上側(特別是上端)的壓電元件3的破損，可提高壓電疊層4的長期可靠性，提高壓電噴射器1的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
(第8實施例)參照圖17來說明適用了本發(fā)明的第8實施例。該第8實施例的低剛性部在固定部件中被設置在承受壓電疊層4的伸長輸出的面上，通過將表面粗糙度設計成比1.6Z大來作成拉伸彈性模量小于等于10Gpa的粗糙面84。具體的，在該第8實施例中，通過將殼體34和固定部件的抵接部分的一個(具體講，圓錐部56c或圓錐承受面57的一個)的粗糙度設計得大，來使支撐固定臺座56的部分的拉伸彈性模量小于等于10Gpa。另外，在圖17中，表示在圓錐部56c上設有粗糙面84的例子。
通過該第8實施例，可得到與第7實施例相同的效果。而且，由于不需要第7實施例的其他部件(低剛性部件83)，因此可容易安裝壓電噴射器1。
(第9實施例)參照圖18來說明適用了本發(fā)明的第9實施例。另外，圖18為第9～第11實施例說明用的共同圖。該第9實施例的壓電噴射器1為，構成壓電疊層4的壓電元件3中、上端(與驅動體5不同的一側的端部)的壓電元件3a，與下端(接近于驅動體5一側的端部)的壓電元件3b相比，內部應力低。具體的，通過設計成上端的壓電元件3a的元件直徑比下端的壓電元件3b的元件直徑大，來降低上端的壓電元件3a的內部應力(無圖示)。更具體的，設計成上端的壓電元件3a的元件直徑比下端的壓電元件3b的元件直徑大3％以上。
通過該第9實施例，施加到構成壓電疊層4的壓電元件3中的上端的壓電元件3a的載荷應力由被設計成大徑的上端壓電元件3a緩和，因此可防止上端壓電元件3a的破損。其結果，可提高壓電疊層4的長期可靠性，提高壓電噴射器1的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
(第10實施例)參照圖18來說明適用了本發(fā)明的第10實施例。在上述第9實施例中，表示了通過將構成壓電疊層4的壓電元件3中、上端(與驅動體5不同的一側的端部)的壓電元件3a設計成大徑，來降低內部應力的例子。與此相對，在該第10實施例中，構成壓電疊層4的壓電元件3中、上端壓電元件3a的厚度被設計成比下端壓電元件3b厚，來降低上端的壓電元件3a的內部應力。具體的，被設計成上端壓電元件3a的厚度被設計成比下端壓電元件3b厚3％以上。
通過該第10實施例，施加到構成壓電疊層4的壓電元件3中的上端的壓電元件3a的載荷應力由被設計得厚的上端壓電元件3a緩和，因此可防止上端壓電元件3a的破損。其結果，可提高壓電疊層4的長期可靠性，提高壓電噴射器1的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
(第11實施例)參照圖18來說明適用了本發(fā)明的第11實施例。在上述第9、第10實施例中，表示了使構成壓電疊層4的壓電元件3中、上端(與驅動體5不同的一側的端部)的壓電元件3a的內部應力降低的例子。與此相對，在該第11實施例中，構成壓電疊層4的壓電元件3中、上端壓電元件3a的元件強度被設計成比下端壓電元件3b的元件強度高。具體的，被設計成由其他壓電元件3的壓電體來慢慢地燒結構成上端壓電元件3a的壓電體從而提高上端壓電元件3a的元件強度。更具體的，設計成上端壓電元件3a的元件強度比下端壓電元件3b的元件強度高10％以上。
通過該第11實施例，通過將構成壓電疊層4的壓電元件3中的上端壓電元件3a的強度設計得高，來防止上端壓電元件3a的破損。其結果，可提高壓電疊層4的長期可靠性，提高壓電噴射器1的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
(第12實施例)參照圖9來說明適用了本發(fā)明的第12實施例。通過諧振、驅動體5的驅動、以及小徑活塞51的移動而在壓電疊層4上產生峰值載荷和谷值載荷。構成壓電疊層4的壓電元件3抗沖擊性弱，除如上所述的由高載荷所致的破損的情況之外，有由急劇的拉伸而破損的情況。即，在壓電疊層4上產生急劇的峰值載荷，由此壓電疊層4的長期可靠性也下降。
壓電疊層4充電時，壓電疊層4上產生的伸長載荷的一方被傳遞給驅動體5，壓電疊層4上產生的伸長載荷的另一方被固定部件(固定臺座56、以及與支撐固定臺座56的閥體41)擋住。因此，在該實施例12中，在固定部件(固定臺座56、以及與支撐固定臺座56的殼體34)和壓電疊層4之間設置對壓電疊層4施加壓縮力的推斥部件85。
具體的，在該第12實施例中，在固定臺座56以及閥體41之間夾設彈簧部件(例如防松墊圈)來作為推斥部件85。另外，在該第12實施例中，表示了在固定臺座56以及閥體41之間配置推斥部件85的例子，但也可以在固定臺座56以及壓電疊層4上端之間配置彈推斥部件85。
通過該第12實施例，即使在壓電疊層4上產生沒有負載載荷的谷值載荷，由于推斥部件85吸收該沒有負載載荷的谷值載荷，因此，可避免在壓電疊層4上產生急劇的脫落載荷(急劇的拉伸載荷)的不便。這樣，通過抑制時間到壓電疊層4上的谷值載荷，就可提高壓電疊層4的長期可靠性，提高壓電噴射器1的耐久性，燃料噴射裝置的可靠性。
以上，對本發(fā)明的最佳實施例進行了詳細的說明，但本發(fā)明并不限于這些實施例，不言而喻，在本發(fā)明的請求范圍內，可進行各種各樣的變形。
權利要求
1.一種內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，具有壓電噴射器，其具備由充電而向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、和由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過由上述壓電疊層的伸長輸出而使上述驅動體向層疊方向移動來執(zhí)行燃料噴射；以及控制裝置，進行上述壓電疊層的充放電控制，在將從上述壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將上述壓電疊層和上述驅動體的合成諧振周期作為T的情況下，上述控制裝置實施第1升壓控制，該第1升壓控制滿足如下關系0.6T≤t。
2.一種內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，具有壓電噴射器，其具備由充電而向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、和由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過由上述壓電疊層的伸長輸出而使上述驅動體向層疊方向移動來執(zhí)行燃料噴射；以及控制裝置，進行上述壓電疊層的充放電控制，在將從上述壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將上述壓電疊層和上述驅動體的合成諧振周期作為T的情況下、且0.25T≤t＜0.6T的情況下，上述控制裝置實施第2升壓控制，該第2升壓控制使0.5t～1t的平均升壓速度比上述壓電疊層的開始充電～0.5t的平均升壓速度慢。
3.一種內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，具有壓電噴射器，其具備由充電而向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、和由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過由上述壓電疊層的伸長輸出而使上述驅動體向層疊方向移動來執(zhí)行燃料噴射；以及控制裝置，進行上述壓電疊層的充放電控制，在將從上述壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將上述壓電疊層和上述驅動體的合成諧振周期作為T的情況下，上述控制裝置實施第3升壓控制，該第3升壓控制為，在從上述壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間t內，使上述壓電疊層所產生的載荷變動峰值頂部的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度慢、和/或使上述壓電疊層所產生的載荷變動谷值頂部的±0.1T內的升壓速度比其他升壓速度快。
4.一種內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，具有壓電噴射器，其具備由充電而向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、和由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過由上述壓電疊層的伸長輸出而使上述驅動體向層疊方向移動來執(zhí)行燃料噴射；以及控制裝置，進行上述壓電疊層的充放電控制，在將從上述壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將上述壓電疊層和上述驅動體的合成諧振周期作為T的情況下，上述控制裝置實施第4升壓控制，該第4升壓控制為，在從上述壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間t內，使上述壓電疊層所產生的載荷變動峰值頂部的±0.1T內的外加電壓降低。
5.一種內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，具有壓電噴射器，其具備由充電而向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、和由該壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，通過由上述壓電疊層的伸長輸出而使上述驅動體向層疊方向移動來執(zhí)行燃料噴射；以及控制裝置，進行上述壓電疊層的充放電控制，在將從上述壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t、將上述壓電疊層和上述驅動體的合成諧振周期作為T的情況下、且在上述壓電疊層和上述驅動體產生由前次噴射所帶來的殘余諧振的情況下，上述控制裝置實施第5升壓控制，該第5升壓控制為，在從上述壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間t內，將與由殘余諧振所帶來的載荷變動相位相反的電壓外加給上述壓電疊層。
6.如權利要求5所述的燃料噴射裝置，其特征在于，上述控制裝置在經過升壓時間t后還實施第6升壓控制，該第6升壓控制為，將與由殘余諧振所帶來的載荷變動相位相反的電壓外加給上述壓電疊層。
7.一種具有壓電噴射器的內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，上述壓電噴射器具有由充電而向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、由上述壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體、滑動自如地支撐上述驅動體的滑動保持部件、以及被設置在上述驅動體和上述滑動保持部件的接觸部并使兩者之間的摩擦系數(shù)降低的摩擦系數(shù)降低部件，上述壓電噴射器通過上述驅動體向上述壓電疊層的層疊方向的移動來執(zhí)行燃料噴射。
8.一種具有壓電噴射器的內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，上述壓電噴射器具有由充電而向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、由上述壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體、在與上述驅動體不同的一側擋住上述壓電疊層的伸長輸出的固定部件、以及被設置在上述固定部件和上述壓電疊層之間且剛性比上述固定部件低的低剛性部，上述壓電噴射器通過上述驅動體向上述壓電疊層的層疊方向的移動來執(zhí)行燃料噴射。
9.如權利要求8所述的燃料噴射裝置，其特征在于，上述固定部件由不銹鋼構成，上述低剛性部為拉伸彈性模量小于等于10Gpa的低剛性部件。
10.如權利要求8所述的燃料噴射裝置，其特征在于，上述低剛性部在上述固定部件中被設置在承受上述壓電疊層的伸長輸出的面上，通過將表面粗糙度設計成比1.6Z大來作成拉伸彈性模量小于等于10Gpa的粗糙面。
11.一種具有壓電噴射器的內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，上述壓電噴射器具有由充電而向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、以及由上述壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，構成上述壓電疊層的上述壓電元件中、與上述驅動體不同的一側的端部的上述壓電元件，與接近于上述驅動體一側的端部的上述壓電元件相比，內部應力低，上述壓電噴射器通過上述驅動體向上述壓電疊層的層疊方向的移動來執(zhí)行燃料噴射。
12.如權利要求11所述的燃料噴射裝置，其特征在于，構成上述壓電疊層的上述壓電元件中、與上述驅動體不同的一側的端部的上述壓電元件的元件直徑被設計成比接近于上述驅動體一側的端部的上述壓電元件的元件直徑大。
13.如權利要求12所述的燃料噴射裝置，其特征在于，構成上述壓電疊層的上述壓電元件中、與上述驅動體不同的一側的端部的上述壓電元件的元件直徑比接近于上述驅動體一側的端部的上述壓電元件的元件直徑大3％以上。
14.如權利要求11所述的燃料噴射裝置，其特征在于，構成上述壓電疊層的上述壓電元件中、與上述驅動體不同的一側的端部的上述壓電元件的厚度被設計成比接近于上述驅動體一側的端部的上述壓電元件的厚度厚。
15.如權利要求11所述的燃料噴射裝置，其特征在于，構成上述壓電疊層的上述壓電元件中、與上述驅動體不同的一側的端部的上述壓電元件的厚度比接近于上述驅動體一側的端部的上述壓電元件的厚度厚3％以上。
16.一種具有壓電噴射器的內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，上述壓電噴射器具有由充電而向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、以及由上述壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體，構成上述壓電疊層的上述壓電元件中、與上述驅動體不同的一側的端部的上述壓電元件被設計成，與接近于上述驅動體一側的端部的上述壓電元件相比，元件強度高，上述壓電噴射器通過上述驅動體向上述壓電疊層的層疊方向的移動來執(zhí)行燃料噴射。
17.如權利要求16所述的燃料噴射裝置，其特征在于，構成上述壓電疊層的上述壓電元件中、與上述驅動體不同的一側的端部的上述壓電元件的元件強度比接近于上述驅動體一側的端部的上述壓電元件的元件強度高10％以上。
18.一種具有壓電噴射器的內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，上述壓電噴射器具有由充電而向層疊壓電元件的方向產生伸長輸出的壓電疊層、以及由上述壓電疊層的伸長輸出而被直接驅動并向層疊方向移動的驅動體、在與上述驅動體不同的一側擋住上述壓電疊層的伸長輸出的固定部件、以及被設置在上述固定部件和上述壓電疊層之間且對上述壓電疊層施加壓縮力的推斥部件，上述壓電噴射器通過上述驅動體向上述壓電疊層的層疊方向的移動來執(zhí)行燃料噴射。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燃料噴射裝置，在將構成燃料噴射裝置的壓電噴射器的壓電疊層和驅動體上所固有的合成諧振周期作為T、將從壓電疊層開始充電起到到達目標充電電壓為止的升壓時間作為t的情況下，為了防止t≤0.5T±0.1T時經過升壓時間(t)后施加到壓電疊層上的振動載荷，而在壓電疊層的控制裝置中設定升壓時間(t)以滿足于0.6T≤t的關系，使即將達到升壓時間(t)之前的壓電疊層的升壓斜度穩(wěn)定，抑制在壓電疊層上所產生的峰值載荷和谷值載荷，提高壓電疊層的長期可靠性。
文檔編號F02D41/20GK1847642SQ200610075269
公開日2006年10月18日 申請日期2006年4月17日 優(yōu)先權日2005年4月15日
發(fā)明者藤井章, 菱沼修, 有川文明, 高橋泉, 木山明 申請人:株式會社電裝, 豐田自動車株式會社, 株式會社日本自動車部品綜合研究所