JP2007205330A - コモンレール式燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピエゾインジェクタの変位拡大室にエアが混入した場合、エア圧縮により油圧上昇が抑えられるため、エンジン始動時、三方切替弁から低圧側への燃料リークにより低圧側の油圧が上昇してインジェクタ作動が可能になるまでに長い時間がかかる。
【解決手段】 燃料噴射装置は、プライミング手段４、背圧チェック弁１１、大径ピストン内の逆止弁の他に、燃料経路切替手段５１を備える。燃料経路切替手段５１は、プライミング手段４の吐出燃料の供給先を、サプライポンプ３から、背圧チェック弁１１よりピエゾインジェクタ側の還流配管８へ切り替えるもので、ガス欠後のエンジン始動時にプライミング手段４によってピエゾインジェクタ２の低圧燃料通路の圧力を高めることで、変位拡大室内の圧力を高めるものである。これにより、変位拡大室の混入エアが圧縮されて、噴射動作に要する時間を短縮でき、エンジン始動時の快適性を確保できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、低圧燃料が満たされる油圧室を加圧することで燃料噴射を行うピエゾスタックを搭載するピエゾインジェクタを備えたコモンレール式燃料噴射装置に関し、特に油圧室にエアが侵入する際の対処技術に関する。

ピエゾインジェクタを搭載したコモンレール式燃料噴射装置が知られている。
ピエゾインジェクタの具体例としては、（１）ピエゾスタックによって油圧室（変位拡大室）の圧力を可変することで切替バルブ（三方切替弁）を駆動し、切替バルブによりニードルの背圧室の圧力を切り替えてニードルを駆動する切替バルブ型（図２参照）、（２）ピエゾスタックによって油圧室（油圧変換部）の圧力を可変することで、ニードルを着座方向に付勢する中間ピストンを持ち上げる制御室の圧力を可変し、中間ピストンの移動によりニードルを駆動する中間ピストン型などが知られている。

コモンレール式燃料噴射装置に限らず、燃料噴射装置は、ガス欠等によりシステム内にエアが混入する場合がある。ピエゾインジェクタ内にエアが混入すると、内燃機関（以下、エンジンと称す）の始動時、クランキングを開始してから、エンジンが始動（完爆）するまでに時間がかかる。このため、エンジン始動時の快適性が損なわれるという問題が生じる。

ガス欠後のエンジンの始動性を向上させる技術として、特許文献１の技術が知られている。この特許文献１のコモンレール式燃料噴射装置は、電磁弁により制御室の圧力を可変して、ニードルを着座方向に付勢するコマンドピストンを移動させることでニードルを駆動する電磁インジェクタを搭載するものであり、エンジンの停止中に電磁弁を駆動することでコモンレールと電磁インジェクタの間のエアを排出し、エンジン始動性を向上させる技術である。
しかし、ピエゾインジェクタの油圧室にエアが混入した場合は、油圧室内でエアが圧縮されて油圧上昇が抑えられてしまうため｛図３（ａ）参照｝、上記特許文献１のような制御を行っても、エンジン始動時の快適性（クランキング時間の短縮）を得ることができない。
特開平１１−３４３９４６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、ガス欠等によりピエゾインジェクタの油圧室にエアが混入しても、クランキング開始から、エンジン始動（完爆）までの時間を短縮することができるコモンレール式燃料噴射装置の提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用するコモンレール式燃料噴射装置は、燃料タンク内の燃料をサプライポンプに導くプライミング手段を用いて、エンジンの始動時にピエゾインジェクタの低圧側の圧力を高めるものである。
ガス欠等によりピエゾインジェクタの油圧室にエアが混入した場合、プライミング手段によりピエゾインジェクタの低圧側の圧力を高めることにより、ピエゾインジェクタの油圧室に混入したエアが圧縮されて、油圧室の容積におけるエアの占める容積率が小さくなる。
これによって、ピエゾスタック作動時に油圧室のエア圧縮が抑えられ、クランキング開始から、エンジン始動（完爆）までの時間を短縮することができる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用するコモンレール式燃料噴射装置において、プライミング手段によってエンジン始動時に高められるピエゾインジェクタの低圧側の圧力は、ピエゾスタックの作動によりピエゾインジェクタが噴射動作可能となるエア実質消失圧力である。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用するコモンレール式燃料噴射装置は、高圧燃料をコモンレールに圧送するサプライポンプのオーバーフロー部から排出される燃料圧力を用いて、エンジンの始動時にピエゾインジェクタの低圧側の圧力を高めるものである。
ガス欠等によりピエゾインジェクタの油圧室にエアが混入した場合、サプライポンプのオーバーフロー部から排出される燃料圧力を用いてピエゾインジェクタの低圧側の圧力を高めることにより、ピエゾインジェクタの油圧室に混入したエアが圧縮されて、油圧室の容積におけるエアの占める容積率が小さくなる。
これによって、ピエゾスタック作動時に油圧室のエア圧縮が抑えられ、クランキング開始から、エンジン始動（完爆）までの時間を短縮することができる。

［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用するコモンレール式燃料噴射装置において、サプライポンプのオーバーフロー部から排出される燃料圧力によってエンジンの始動時に高められるピエゾインジェクタの低圧側の圧力は、ピエゾスタックの作動によりピエゾインジェクタが噴射動作可能となるエア実質消失圧力である。

コモンレール式燃料噴射装置は、
高圧燃料を蓄圧するコモンレールと、
このコモンレールに高圧燃料を供給するサプライポンプと、
燃料を燃料タンクへ戻す低圧配管と、
コモンレールから高圧燃料を受ける高圧部、および低圧配管に連通する低圧部を備えるとともに、低圧燃料が満たされる油圧室（ピエゾスタックの伸縮を油圧に変換する油室：例えば、切替弁を駆動する変位拡大室、中間ピストンを駆動する油圧を発生させる油圧変換部など）を加圧可能に配置されたピストン、および通電による伸長によりピストンを駆動して油圧室を加圧するピエゾスタックを備え、油圧室内の圧力変化によってコモンレールから供給された高圧燃料を噴射するピエゾインジェクタとを具備する。
このピエゾインジェクタは、低圧側の燃料を油圧室のみへ導く低圧燃料供給手段（逆止弁等）を備える。
また、コモンレール式燃料噴射装置は、低圧配管の途中に、ピエゾインジェクタ側の低圧燃料圧力を所定圧力に設定する背圧チェック弁を備える。
さらに、コモンレール式燃料噴射装置は、エンジン始動時にピエゾインジェクタの低圧側の圧力を高める低圧昇圧手段を備える。

最良の形態１の低圧昇圧手段は、
燃料タンク内の燃料をサプライポンプに導くプライミング手段と、ピエゾインジェクタ側の低圧燃料圧力を所定圧力に設定する背圧チェック弁と、ピエゾインジェクタ内において低圧側の燃料を油圧室のみへ導く低圧燃料供給手段（逆止弁等）と、プライミング手段から吐出される燃料を、サプライポンプから、背圧チェック弁よりピエゾインジェクタ側の低圧配管へ切り替えて導く燃料経路切替手段とから構成される。
また、最良の形態２の低圧昇圧手段は、ピエゾインジェクタ内において低圧側の燃料を油圧室のみへ導く低圧燃料供給手段（逆止弁等）と、サプライポンプのオーバーフロー部から排出される燃料を、背圧チェック弁よりピエゾインジェクタ側の低圧配管へ切り替えて導く燃料経路切替手段とから構成される。

実施例１では、先ずコモンレール式燃料噴射装置の構成を説明し、その後で実施例１の特徴を説明する。
〔コモンレール式燃料噴射装置の説明〕
コモンレール式燃料噴射装置を図１を参照して説明する。
コモンレール式燃料噴射装置は、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、コモンレール１、ピエゾインジェクタ２、サプライポンプ３、プライミング手段４、および制御装置５等によって構成される。なお、制御装置５は、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）５ａとＥＤＵ（駆動ユニット）５ｂで構成されるものであり、ＥＤＵ５ｂはＥＣＵ５ａ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１の説明）
コモンレール１は、ピエゾインジェクタ２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を介して高圧燃料を圧送するサプライポンプ３の吐出口と接続されるとともに、各ピエゾインジェクタ２へ高圧燃料を供給する複数のインジェクタ配管６が接続されている。

コモンレール１の一端には、プレッシャリミッタを兼ねた減圧弁７が取り付けられている。この減圧弁７は、制御装置５から与えられる開弁指示信号によって開弁して還流配管（低圧配管）８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１に減圧弁７を搭載することによって、制御装置５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。
また、コモンレール１の他端には、コモンレール圧センサ９が取り付けられており、蓄圧するコモンレール圧をＥＣＵ５ａによって検出できるように設けられている。

（ピエゾインジェクタ２の説明）
ピエゾインジェクタ２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１より分岐する複数のインジェクタ配管６の下流端に接続されて、コモンレール１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。
ピエゾインジェクタ２からリークされる低圧のリーク燃料は、背圧チェック弁１１を介して還流配管８に導かれて燃料タンク１２に戻される。この背圧チェック弁１１は、所定圧力（例えば、２００ｋＰａ）以上で開弁し、エンジンの運転中にピエゾインジェクタ２のリーク燃料圧力を所定圧力に保つ手段である。

（サプライポンプ３の説明）
サプライポンプ３は、コモンレール１へ高圧燃料を圧送する高圧ポンプと、燃料タンク１２内の燃料を燃料フィルタ１３を介して高圧ポンプへ供給するフィードポンプとを内蔵し、フィードポンプによって吸い上げられた燃料を高圧ポンプで高圧に圧縮してコモンレール１へ圧送する。フィードポンプおよび高圧ポンプは共通のカムシャフト１４によって駆動される。なお、このカムシャフト１４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３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）１５が搭載されている。このＳＣＶ１５は、制御装置５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１へ圧送する燃料の吐出量を変更する調量バルブであり、コモンレール１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、ＥＣＵ５ａはＳＣＶ１５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。

また、サプライポンプ３の内部は潤滑のために燃料で満たされている。具体的に、サプライポンプ３内のフィードポンプの吐出する燃料の一部がサプライポンプ３内を満たすように設けられており、サプライポンプ３内から溢れる燃料は、サプライポンプ３のオーバーフロー部３ａからオーバーフロー配管１６を介して還流配管８へ導かれて燃料タンク１２に戻される。

（プライミング手段４の説明）
プライミング手段４は、出荷時やガス欠時など、燃料タンク１２からサプライポンプ３へ燃料を導く供給配管１７内が空で、サプライポンプ３が燃料を吸引できない状態の時に作動させて、燃料タンク１２からサプライポンプ３に燃料を供給する手段であり、コモンレール式燃料噴射装置は、燃料タンク１２内に搭載された電動ポンプ（電動プライミング）４ａ、あるいは燃料フィルタ１３に搭載された手動ポンプ（手動プライミング）４ｂの少なくても一方を搭載している。
なお、手動ポンプ（手動プライミング）４ｂによる燃料の供給圧は、約２００ｋＰａが可能である。

〔ピエゾインジェクタ２の説明〕
ピエゾインジェクタ２の一例を図２を参照して説明する。なお、以下では、図２中の上側を上、図２中の下側を下と称して説明する。
ピエゾインジェクタ２は、下から上に向けて、ノズル部２１、三方切替弁２２、変位拡大手段２３、ピエゾスタック２４を備える。

（ノズル部２１の説明）
ノズル部２１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２５（具体的には、ノズルホルダ）において軸方向へ摺動自在に支持されたニードル２６を備える。
ニードル２６は、上部に設けられた大径部２７がハウジング２５内に摺動自在に支持されるものであり、ニードル２６の下端円錐部２８がハウジング２５の下端内側に形成された環状シート２９に着座または離座する。ニードル２６の下側の外周空間３１には、ハウジング２５に形成された高圧燃料通路３２（インジェクタ配管６に連通する燃料通路）を介して高圧燃料が導入され、ニードル２６の離座時に噴孔３３から燃料が噴射される。ニードル２６の下側の外周空間３１に供給される高圧燃料は、大径部２７の下面の段差面２７ａに作用して、ニードル２６に上向き（離座方向）の力を発生させる。

一方、大径部２７の上側には、燃料の圧力によってニードル２６に下向き（着座方向）の力を発生させるための圧力制御室３４が形成されている。圧力制御室３４には、高圧燃料通路３２からインオリフィス３５を介して高圧燃料が供給されており、圧力制御室３４に供給される高圧燃料は大径部２７の上面２７ｂに作用して、ニードルスプリング３６とともにニードル２６を下向き（着座方向）に押しつける。
圧力制御室３４の内圧は、三方切替弁２２によって高圧状態と低圧状態に切替制御されるものであり、（１）圧力制御室３４が低圧になり、ニードル２６の下向き（着座方向）の力より、ニードル２６の上向き（離座方向）の力が上回ると、ニードル２６がリフトして高圧燃料が噴孔３３から噴射され、（２）圧力制御室３４が高圧になり、ニードル２６の上向き（離座方向）の力より、ニードル２６の下向き（着座方向）の力が上回ると、ニードル２６がリフトダウンして噴孔３３からの燃料噴射が停止する。

（三方切替弁２２の説明）
三方切替弁２２は、圧力制御室３４に連通する弁室３７を、切替バルブ３８によって高圧燃料通路３２または低圧燃料通路３９の一方に切り替えることで圧力制御室３４の内圧を切り替える油圧切替弁である。なお、低圧燃料通路３９は、ハウジング２５に形成されて、還流配管８に連通する燃料通路である。
弁室３７の上部には、弁室３７内と低圧燃料通路３９を連通する低圧側バルブシート４１が形成され、弁室３７の下部には、弁室３７内と高圧側の高圧燃料通路３２を連通する高圧側バルブシート４２が形成されている。
なお、切替バルブ３８は、後述する小径ピストン４３によって弁室３７内において上下方向に移動可能に支持されている。

そして、切替バルブ３８が下方へ変位して低圧側バルブシート４１を開き、高圧側バルブシート４２を閉じることで、弁室３７および圧力制御室３４が低圧に切り替わる（噴射動作）。
逆に、切替バルブ３８が上方へ変位して、高圧側バルブシート４２を開き、低圧側バルブシート４１を閉じることで、弁室３７および圧力制御室３４が高圧に切り替わる（噴射停止動作）。

（変位拡大手段２３の説明）
変位拡大手段２３は、ピエゾスタック２４の伸縮変位量（積層方向の変化量、即ち上下方向の変化量）を大きくして三方切替弁２２の切替バルブ３８に伝えるものであり、切替バルブ３８の上部に連接された小径ピストン（バルブピストン）４３、ピエゾスタック２４により直接駆動される大径ピストン（ピエゾピストン）４４、および小径ピストン４３の上面と大径ピストン４４の下面の間に形成されて燃料が満たされる変位拡大室（油圧室の一例）４５で構成される。

大径ピストン４４は、ハウジング２５の内部において軸方向に摺動自在に支持される。この大径ピストン４４は、変位拡大室４５内に配置された皿バネ（ピエゾスプリング）４６によってピエゾスタック２４に押しつけられており、ピエゾスタック２４の伸縮量と同じだけ上下方向に変位する。
ここで、大径ピストン４４には、変位拡大室４５と低圧燃料通路３９とを連通する連通路４７が形成されると共に、この連通路４７を開閉できる逆止弁４８が組み込まれている。この逆止弁４８は、変位拡大室４５を含む閉空間に燃料を補充する際に開弁する。即ち、上記閉空間には燃料が満たされているが、例えば、変位拡大室４５の燃料が大径ピストン４４によって加圧された際に、大径ピストン４４の摺動隙間等から次第に燃料がリークする。このため、閉空間に燃料を補充する必要が生じる。そこで、燃料のリークによって変位拡大室４５の圧力が低圧燃料通路３９の圧力（背圧チェック弁１１により設定される低圧側の燃料圧力）より低くなった時に、逆止弁４８が開弁することで変位拡大室４５に燃料が自動的に補充されるようになっている。即ち、ピエゾインジェクタ２の作動停止時であっても、変位拡大室４５の圧力は低圧燃料通路３９の圧力に設定される。

小径ピストン４３は、ハウジング２５の内部において軸方向に摺動自在に支持される。この小径ピストン４３は、切替バルブ３８と一体に上下方向へ変位する。
ここで、変位拡大室４５内で対向する小径ピストン４３の上端の径は、大径ピストン４４の下端の径より小さく設けられており、大径ピストン４４の軸方向の変位が小径ピストン４３に拡大して伝達される。

ピエゾスタック２４が積層方向に伸長して大径ピストン４４が下方向へ移動し、小径ピストン４３とともに切替バルブ３８が下方へ変位することにより、低圧側バルブシート４１を開いて高圧側バルブシート４２が閉じ、弁室３７および圧力制御室３４が低圧に切り替わる（噴射動作）。
逆に、ピエゾスタック２４が積層方向に収縮し、皿バネ４６によって大径ピストン４４が上方向へ移動すると、変位拡大室４５によって小径ピストン４３が上方へ吸引され、小径ピストン４３とともに切替バルブ３８が上方へ変位することにより、高圧側バルブシート４２を開いて低圧側バルブシート４１が閉じ、弁室３７および圧力制御室３４が高圧に切り替わる（噴射停止動作）。

（ピエゾスタック２４の説明）
ピエゾスタック２４は、周知構成のものであり、その一例を説明する。
ピエゾスタック２４は、充電により板厚方向に膨張する板状のピエゾ素子を多数積層してなる。各ピエゾ素子は、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、多数のピエゾ素子を板厚方向に積層してピエゾスタック２４が構成される。

また、ピエゾスタック２４の側面には、２つの側面電極が設けられている。一方の側面電極は圧電体の一方の内部電極と電気的に接続され、他方の側面電極は圧電体の他方の内部電極と電気的に接続されている。２つの側面電極は、ピエゾインジェクタ２の外部に露出する外部コネクタに接続される。この外部コネクタは、制御装置５（具体的にはＥＤＵ５ｂ）に接続され、制御装置５から外部コネクタを介してピエゾスタック２４の充放電制御が実施される。
なお、ピエゾスタック２４は、ピエゾインジェクタ２内において燃料と接触しないように設けられている。

（制御装置５の説明）
制御装置５は、上述したように、ＥＣＵ５ａとＥＤＵ５ｂにより構成される。
ＥＣＵ５ａ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。
ＥＣＵ５ａ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、ＥＣＵ５ａ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９など、各種のセンサが接続されている。

ＥＣＵ５ａには、ピエゾインジェクタ２の噴射制御を行う「充放電制御機能（ピエゾインジェクタ２制御機能）」、ＳＣＶ１５の開度制御を行う「ＳＣＶ制御機能」等が搭載されている。
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２４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、ＥＣＵ５ａ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（噴射量）に基づいてピエゾスタック２４の充電と放電を制御する。
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９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ＳＣＶ１５に出力する。

〔実施例１の特徴〕
次に、ピエゾインジェクタ２を採用するコモンレール式燃料噴射装置に特有の不具合と、その解決手段を説明する。
（実施例１の背景技術）
ガス欠等によりシステム内にエアが混入する場合がある。ピエゾインジェクタ２内にエアが混入すると、エンジンの始動時、クランキングを開始してから、エンジンが始動（完爆）するまでに時間がかかり、始動時の快適性が損なわれる。

この始動不良のメカニズムを、図３、図４を参照して説明する。
図３（ａ）に示すように、ガス欠等により変位拡大室４５にエア（気泡：図中、丸で示す）が混入していると、ピエゾスタック２４が伸長することで大径ピストン４４が下方へ変位したとしても、変位拡大室４５内でエアが圧縮されて変位拡大室４５の油圧上昇が抑えられてしまうため、小径ピストン４３にピエゾスタック２４の駆動力が適切に伝達されなくなり、切替バルブ３８を低圧側バルブシート４１から適切に離座させることができなくなる。このため、弁室３７および圧力制御室３４が低圧に切り替わる作動が阻害され、ニードル２６をリフトすることができなくなる。

変位拡大室４５に混入したエアは、燃料タンク１２への燃料の充填後、コモンレール１からインジェクタ配管６を介してピエゾインジェクタ２に燃料が供給されても、長期にわたり変位拡大室４５内に留まる傾向がある。
ここで、変位拡大室４５内に混入したエアが留まっていても、エンジン運転中に背圧チェック弁１１の機能により低圧燃料通路３９の燃料圧力が高まり、変位拡大室４５内の燃料圧力が高まることで、図３（ｂ）に示すように、混入エアの体積が減少し、ピエゾスタック２４の駆動力をエア圧縮が吸収する割合が減少することで噴射が可能になる。
即ち、変位拡大室４５内に混入エアが留まっていても、低圧燃料通路３９内の燃料圧力が圧力Ｐ１（例えば、１００ｋＰａ：符号、図４参照）以上に高まることで、ピエゾインジェクタ２による噴射が可能になる。

低圧燃料通路３９から変位拡大室４５への燃料供給は、大径ピストン４４に設けられた逆止弁４８の作動により行われる。そして、低圧燃料通路３９から変位拡大室４５へ燃料を供給するには、低圧燃料通路３９内の燃料がある程度加圧される必要がある。
低圧燃料通路３９内の燃料が加圧される要因は、切替バルブ３８と低圧側バルブシート４１の間のクリアランスを介して、高圧燃料通路３２の燃料が低圧側へリークするのみであり、このリーク（以下、説明のために切替バルブリークと称する）により低圧燃料通路３９の燃料が加圧されるには、長い時間がかかってしまう。

このことを、図４を参照して説明する。
切替バルブリークによる高圧燃料通路３２の燃料圧力上昇は実線Ａに示すように緩やかであるため、クランキング開始Ｔ０後に圧力Ｐ１に達するのは時Ｔ１となり、クランキング開始Ｔ０からインジェクタ作動（Ｔ１）には長い時間ΔＴ１が必要となってしまい、始動時の快適性が損なわれる。

特に、低温時は、燃料の粘性が高くなるため、切替バルブリークが低減する傾向となり、低圧燃料通路３９の加圧に要する時間が長時間化し、ピエゾインジェクタ２の機能が回復するまでの時間がさらに長時間化してしまう。
また、将来の技術として、静リーク（機械的な隙間によるリーク）が無いピエゾインジェクタ２が開発されたことを想定すると、静リークによる低圧燃料通路３９の上昇が見込めないため、変位拡大室４５内にエアが混入した場合は、エア圧縮によるピエゾインジェクタ２の作動不良を回避することができなくなってしまう。

（問題点の解決手段）
上記の問題点を解決するために、コモンレール式燃料噴射装置は、エンジン始動時（始動直前を含む）にピエゾインジェクタ２の低圧燃料通路３９の圧力を高めることで、逆止弁４８を介して変位拡大室４５内の圧力を高める低圧昇圧手段を備える。
実施例１の低圧昇圧手段は、約２００ｋＰａの燃料供給圧が得られるプライミング手段４と、還流配管（低圧配管）８において低圧燃料通路３９の内圧を約２００ｋＰａに設定する背圧チェック弁１１と、低圧燃料通路３９の燃料を変位拡大室４５に導く逆止弁４８と、次に説明する燃料経路切替手段５１で構成される。
なお、プライミング手段４、背圧チェック弁１１、逆止弁４８は、コモンレール式燃料噴射装置が従来より搭載しているものであり、主な追加部品は燃料経路切替手段５１の他に、燃料経路切替手段５１と背圧チェック弁１１よりもピエゾインジェクタ側の還流配管８とを接続する昇圧燃料輸送管５２のみである。

燃料経路切替手段５１は、（１）「エア混入により低圧燃料通路３９の昇圧を実施する時」のみ、プライミング手段４から吐出される燃料の供給先を、サプライポンプ３から、背圧チェック弁１１よりピエゾインジェクタ側の還流配管８（低圧燃料通路３９側）へ切り替える三方切替バルブであっても良いし、（２）「エア混入により低圧燃料通路３９の昇圧を実施する時」のみ、昇圧燃料輸送管５２を開弁し、プライミング手段４の吐出燃料の一部を、背圧チェック弁１１よりピエゾインジェクタ側の還流配管８（低圧燃料通路３９側）へ供給するものであっても良い。

なお、燃料経路切替手段５１は、電動アクチュエータ（例えば電磁アクチュエータ）により駆動される電動切替バルブであっても良いし、手動により切り替えられる手動切替バルブであっても良い。
燃料経路切替手段５１を電動切替バルブにより構成する場合は、（１）プライミング手段４（主に電動プライミング）の作動時に、ＥＣＵ５ａによって燃料経路切替手段５１の切り替えを制御して、プライミング手段４の吐出燃料を低圧燃料通路３９へ送るように設けても良いし、（２）運転席近傍の操作パネルに手動の切替スイッチを設け、乗員の切替スイッチの操作により燃料経路切替手段５１の切り替えを実施するように設けても良い。 また、燃料経路切替手段５１を手動切替バルブにより構成する場合は、説明書やプライミング手段４（主に手動プライミング）の近傍に操作内容を明記して、ドライバー等の操作により燃料経路切替手段５１の切り替えを実施するものである。

ここで、プライミング手段４によってエンジン始動時に高められるピエゾインジェクタ２の低圧燃料通路３９の圧力は、ピエゾスタック２４の作動によりピエゾインジェクタ２が噴射動作可能となる圧力、即ち、変位拡大室４５のエアが実質消失可能な圧力（エア実質消失圧力）Ｐ１以上であることが望ましい。
しかし、図４に示すように、プライミング手段４によってエンジン始動時に高められるピエゾインジェクタ２の低圧燃料通路３９の圧力がＰ１に達しない例えば圧力Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ０：Ｐ０は大気圧）であったとしても、切替バルブリークによって低圧燃料通路３９の圧力がＰ１に達する時が、時Ｔ１から時Ｔ２へ短縮される。
即ち、プライミング手段４を用いて低圧燃料通路３９の圧力をＰ２に昇圧することにより、切替バルブリークによる高圧燃料通路３２の燃料圧力上昇は実線Ｂに示すように緩やかであっても、クランキング開始Ｔ０から圧力Ｐ１に達するのは時Ｔ２となり、クランキング開始Ｔ０からインジェクタ作動（Ｔ２）の時間をΔＴ２に短縮できる。

（実施例１の効果）
実施例１のコモンレール式燃料噴射装置は、上述したように、ガス欠等によりピエゾインジェクタ２の変位拡大室４５にエアが混入した場合、エンジンの始動時にプライミング手段４を用いて燃料タンク１２内の燃料をピエゾインジェクタ２の低圧燃料通路３９に送って、低圧燃料通路３９の圧力を高めるものである。
これにより、ピエゾインジェクタ２の変位拡大室４５に混入したエアが圧縮されて、変位拡大室４５の容積におけるエアの占める容積率が小さくなる。そして、プライミング手段４により、低圧燃料通路３９を圧力Ｐ１に昇圧させることで、ピエゾインジェクタ２を作動させることができる。
また、プライミング手段４による低圧燃料通路３９の圧力がＰ１より低い圧力Ｐ２であっても、切替バルブリークによって低圧燃料通路３９の圧力がＰ１に達する時間が短縮されるため、クランキング開始から、エンジン始動（完爆）までの時間を従来より短縮することができる。

実施例２を図５を参照して説明する。なお、次の実施例２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。
上記実施例１の低圧昇圧手段は、ガス欠後のエンジン始動時にプライミング手段４によって低圧燃料通路３９の圧力を昇圧させるものであった。
これに対し、この実施例２の低圧昇圧手段は、サプライポンプ３のオーバーフロー部３ａから排出される燃料（サプライポンプ３内のフィードポンプの吐出する燃料の一部）によって、ガス欠後のエンジン始動時に低圧燃料通路３９の圧力を昇圧させる技術である。

具体的に、実施例２は、オーバーフロー配管１６と還流配管８との接続部の下流側（燃料タンク１２側）に、実施例１で示した燃料経路切替手段５１、および昇圧燃料輸送管５２を設けて、ガス欠後のエンジン始動時に、オーバーフロー部３ａから排出される燃料によって低圧燃料通路３９の圧力を昇圧させるものである。
なお、サプライポンプ３のオーバーフロー部３ａから排出される燃料によってエンジン始動時に高められる低圧燃料通路３９の圧力は、変位拡大室４５内のエアが実質消失可能な圧力（エア実質消失圧力）Ｐ１であることが望ましいが、実施例１と同様、圧力Ｐ１より低い圧力Ｐ２であっても良い。
この実施例２を採用しても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

［変形例］
上記の実施例では、切替バルブ３８が軸方向へ変位するピエゾインジェクタ２を例示したが、切替バルブ３８が回転変位することで圧力制御室３４の内圧が変化するピエゾインジェクタであっても良い。
上記の実施例では、ピエゾスタック２４で三方切替弁２２を駆動する切替バルブ型のピエゾインジェクタ２を例示したが、ピエゾスタック２４によって油圧室（油圧変換部）の圧力を可変することで、ニードル２６を着座方向に付勢する中間ピストンを持ち上げる制御室の圧力を可変し、中間ピストンの移動によりニードル２６を駆動する中間ピストン型のピエゾインジェクタであっても良い。

コモンレール式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概略断面図である（実施例１）。 作動説明のための模式図である（実施例１）。 作動説明のためのタイムチャートである（実施例１）。 コモンレール式燃料噴射装置の概略図である（実施例２）。

符号の説明

１ コモンレール
２ ピエゾインジェクタ
３ サプライポンプ
３ａ オーバーフロー部
４ プライミング手段
１２ 燃料タンク
２４ ピエゾスタック
４５ 変位拡大室（油圧室）
５１ 燃料経路切替手段
５２ 昇圧燃料輸送管

Claims (4)

1. 低圧燃料が満たされる油圧室を加圧することで燃料噴射を行うピエゾスタックを搭載するピエゾインジェクタを備えたコモンレール式燃料噴射装置において、
   このコモンレール式燃料噴射装置は、
   高圧燃料をコモンレールに圧送するサプライポンプを備え、
   燃料タンク内の燃料を前記サプライポンプに導くプライミング手段を用いて、内燃機関の始動時に前記ピエゾインジェクタの低圧側の圧力を高めることを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。
2. 請求項１に記載のコモンレール式燃料噴射装置において、
   前記プライミング手段によって前記内燃機関の始動時に高められる前記ピエゾインジェクタの低圧側の圧力は、前記ピエゾスタックの作動により噴射動作が可能となるエア実質消失圧力であることを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。
3. 低圧燃料が満たされる油圧室を加圧することで燃料噴射を行うピエゾスタックを搭載するピエゾインジェクタを備えたコモンレール式燃料噴射装置において、
   このコモンレール式燃料噴射装置は、
   高圧燃料をコモンレールに圧送するサプライポンプのオーバーフロー部から排出される燃料圧力を用いて、内燃機関の始動時に前記ピエゾインジェクタの低圧側の圧力を高めることを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。
4. 請求項３に記載のコモンレール式燃料噴射装置において、
   前記サプライポンプのオーバーフロー部から排出される燃料圧力によって前記内燃機関の始動時に高められる前記ピエゾインジェクタの低圧側の圧力は、前記ピエゾスタックの作動により噴射動作が可能となるエア実質消失圧力であることを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。
   

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