JP2008038682A - 燃料供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの始動または再始動を迅速かつ確実に行うことができるような燃料供給システムを提供する。
【解決手段】燃料供給システムは、燃料タンク１から燃料を取り出して高圧にしてコモンレール６に圧送し、コモンレール６内の高圧燃料をインジェクタ２からエンジンの燃焼室内に噴射し、インジェクタ２内の余剰の燃料を燃料リターン通路９ｃから燃料タンク１側へ戻すとともに、コモンレール６内の燃料を減圧弁６１を介して燃料タンク１側へ戻すよう構成されている。そして、クランキング動作にともない減圧弁６１が開弁すると、コモンレール６内の高圧燃料が、燃料リターン通路９ｂを通じて燃料リターン通路９ｃに流入し、インジェクタ２のドレン通路２３、上部燃料溜まり５１から逆止弁５３を通じて変位拡大室３４内に流入される。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、ディーゼルエンジン等のエンジンに用いる燃料供給システムに関する。

近年、ディーゼルエンジンの燃料供給システムとして、コモンレールを使用した蓄圧式燃料噴射システムを用いる傾向にある。この蓄圧式燃料噴射システムは、サプライポンプにより燃料タンクから燃料を取り出して高圧にしてコモンレール内に蓄積させておき、このコモンレール内の高圧燃料を各インジェクタからエンジンの燃焼室内に噴射させるような構成になっている。一方、インジェクタに圧送されながら燃焼室へ噴射されなかった燃料は、燃料リターン通路を介して燃料タンクへ戻されるようになっている。

インジェクタは、ノズルニードルをアクチュエータ（動力源）で昇降駆動することにより高圧燃料の噴射を開始または停止するものである。アクチュエータには、例えば、圧電素子を用いた公知のピエゾアクチュエータ、あるいは、ソレノイドバルブ等が用いられる。

ピエゾアクチュエータを用いたインジェクタでは、ピエゾアクチュエータの伸縮変位量を拡大してノズルニードルに伝達するニードル駆動装置が必要になる（例えば、特許文献１参照）。このニードル駆動装置は、ピエゾアクチュエータの伸縮にともなって進退変位する大径ピストンと、大径ピストンと同軸に並べて配置される小径ピストンと、小径ピストンと大径ピストンとの対向間に設けられ、かつ、燃料が充填される変位拡大室とを有している。この変位拡大室は、大径ピストンの進退変位量を拡大して小径ピストンに伝達するものである。大径ピストンおよび小径ピストンは、インジェクタボディに設けられる異径の段付きシリンダに収納配置されている。

段付きシリンダの上側大径部および下側小径部は、それぞれ燃料リターン通路に連通連結されており、変位拡大室は、大径ピストンと段付きシリンダとの摺動面における僅かなクリアランス、および、小径ピストンと段付きシリンダとの摺動面における僅かなクリアランスを介して前記燃料リターン通路につながっている。ピアゾアクチュエータが伸張したときは、変位拡大室は高圧となり、僅かではあるが、上述の大径ピストンのクリアランスおよび小径ピストンのクリアランスより燃料のリークが発生する。一方、ピアゾアクチュエータが収縮したときは、変位拡大室内は負圧となり、大径ピストン内に構成される逆止弁を介して、流失した分の燃料が変位拡大室に補填される。

上述のようなインジェクタの動作は、まず、ピエゾアクチュエータを伸長させると、大径ピストンおよび変位拡大室を介して小径ピストンが下降し、制御バルブを開弁し、ノズルニードルに背圧を与える制御室の圧力が低下し、ノズルニードルが上昇して、噴孔から燃料が噴射される。その後、ピエゾアクチュエータを収縮させると、大径ピストンが上昇するのにともない、小径ピストンが上昇し、制御バルブが閉弁して、噴孔からの燃料噴射が停止される。

特許文献２には、エンジン停止後のリターン燃圧低下抑制のために、エンジン停止後に電磁弁でリターン通路を閉じ、燃圧の抜けを防止する技術が公開されている。
特開２００２−２０２０２２号公報 特開２００４−３２４４４０号公報

上述したようなインジェクタのアクチュエータとして、ピエゾアクチュエータが用いられている燃料供給システムにおいては、インジェクタの変位拡大室が燃料で満たされている間は、大径ピストンから小径ピストンへの動力伝達が確実に行われ、所定の燃料噴射が行われる。

しかし、エンジンの稼動中に燃料タンク内の燃料が少なくなると、サプライポンプに吸い込まれる燃料は大幅に気泡を含んだものとなる。この状態でエンストしたとすると、エンスト直後は、リターン系に設けられたチェック弁により変位拡大室内には、所定の圧力がかかっているため、気泡の発生はないが、時間がたつとともに、チェック弁のシート面からの燃料のリークによりリターン系の圧力が低下していくため、リターン系および変位拡大室内の燃料から気泡が発生する。ガス欠ではない再始動の場合には、リターン系および変位拡大室内は気泡のない燃料で充填されているので、大径ピストンの変位が変位拡大室を介して小径ピストンに確実に伝えられるため、燃料の噴射が行われる。しかし、ガス欠後の再始動の状態では、燃料タンクに燃料を補給しても、変位拡大室内に入り込んだ気泡によって大径ピストンから小径ピストンへの動力伝達が妨げられるため、エンジンを直ちには再始動できなくなる。詳しく言えば、ピエゾアクチュエータの伸張によって大径ピストンが変位すると、まず、変位拡大室内の気泡が圧縮され、次に、小径ピストンが変位される。このため、気泡の圧縮に要する分、大径ピストンから小径ピストンへの動力伝達が不十分になり、所望の小径ピストンの変位量が得られないことになる。その結果、燃料を噴射させるのに必要な動作ができなくなり、エンジンを再始動できなくなる。

また、燃料供給システムのリターン配管の組み付け直後にエンジンを始動する場合や、メンテナンス時等にリターン配管を組み外し、再びリターン配管を組み付けた直後にエンジンを始動する場合にも、同様の問題が発生する可能性がある。詳しくは、燃料供給システムにおいて、リターン配管は、通常、燃料が空の状態で組み付けられるが、このようにリターン配管を燃料が空の状態で組み付けた場合、リターン配管に供給される燃料が少ないため、リターン燃圧が上昇するまでにはかなりの時間を要する。このため、エンジンを始動させても、リターン燃圧が上昇していない間は変位拡大室の燃料が抜けてしまい、継続して噴射を行うことができなくなる。

本発明は、そのような問題点を鑑みてなされたものであり、エンジンの始動または再始動を迅速かつ確実に行うことができるような燃料供給システムを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、燃料タンクから燃料を取り出して高圧にしてコモンレールに圧送し、このコモンレール内の高圧燃料をインジェクタからエンジンの燃焼室内に噴射し、前記インジェクタ内の余剰の燃料を燃料リターン通路の途中に当該インジェクタの燃料リターン通路に所定の圧力を付加するために設けられたチェック弁を介して燃料タンク側へ戻すとともに、前記コモンレール内の燃料を減圧弁を介して燃料タンク側へ戻すよう構成された燃料供給システムであって、前記インジェクタは、ボディ先端に設けた噴孔を開閉するノズルニードルと、動力発生源としてのアクチュエータと、アクチュエータで発生する動力を利用して前記ノズルニードルを進退変位させるニードル駆動装置と、前記噴孔に高圧燃料を導く高圧通路と、前記燃料リターン通路にインジェクタ内の余剰の燃料を導くドレン通路とを有し、前記ニードル駆動装置は、前記アクチュエータによって進退変位される大径ピストンと、大径ピストンと同軸に並べて配置される小径ピストンと、小径ピストンと大径ピストンとの対向間に設けられかつ燃料が充填されるとともに前記大径ピストンの変位を拡大して小径ピストンに伝達する変位拡大室と、前記小径ピストンの進退変位にともない前記ノズルニードルの背圧を制御してこのノズルニードルを進退変位させる背圧制御手段と、前記変位拡大室の膨張時に前記ドレン通路側の燃料をこの変位拡大室に補填する燃料補填手段とを有し、クランキング動作にともない前記減圧弁を開弁して、前記コモンレール内の高圧燃料を前記インジェクタの前記変位拡大室に供給することを特徴としている。

上記構成によれば、例えば、燃料切れ等が発生することによって変位拡大室内に気泡が混入した場合でも、燃料タンクへの燃料補給後にエンジンを再始動させると、コモンレールから供給される高圧燃料によって、即座に、変位拡大室内の気泡が潰されるか、あるいは、変位拡大室内の燃料が気泡を含まない燃料に置換される。これにより、大径ピストンの変位を拡大して小径ピストンに伝達することが可能になる。このため、ノズルニードルによる噴孔の開閉動作が可能になるので、噴孔からの燃料の噴射が可能になって、エンジンの再始動が可能になる。したがって、燃料切れが発生した場合でも、エンジンの再始動時に燃料供給システムのリターン配管の燃圧不足による噴射遅れ、噴射不能等の不具合を防止でき、迅速かつ確実にエンジンを再始動できるようになる。

また、例えば、燃料供給システムのリターン配管の組み付け直後にエンジンを始動する場合や、メンテナンス時等にリターン配管を組み外し、再びリターン配管を組み付けた直後にエンジンを始動する場合にも、燃料タンクへの燃料補給後にエンジンを始動させると、コモンレールからの高圧燃料が、即座に、変位拡大室内に流入され、変位拡大室の内圧を高めることが可能になる。これにより、大径ピストンの変位を拡大して小径ピストンに伝達することが可能になる。このため、ノズルニードルによる噴孔の開閉動作が可能になるので、噴孔からの燃料の噴射が可能になって、エンジンの始動が可能になる。したがって、燃料供給システムのリターン配管の組み付け直後等にエンジンを始動する場合でも、エンジンの始動時に燃料供給システムのリターン配管の燃圧不足による噴射遅れ、噴射不能等の不具合を防止でき、迅速かつ確実にエンジンを始動できる。

そして、コモンレール内の燃料圧力を降下させるための既存の減圧弁を始動補助のために利用しているので、部品点数が削減でき、燃料供給システムの配管等の構成が簡単になり、コスト削減につながる。

ここで、前記減圧弁からの燃料通路を、前記燃料リターン通路に設けられたチェック弁と前記インジェクタのドレン通路との間で、前記燃料リターン通路に接続することが好ましい。

また、本発明の燃料供給システムにおいて、燃料噴射の開始および停止を制御する制御ユニットを有し、この制御ユニットは、クランキング動作の際に、前記減圧弁を所定時間だけ開弁させる処理を実行することを特徴としている。

これにより、クランキング動作にともないインジェクタの変位拡大室内が速やかに高圧になるから、インジェクタからの燃料噴射を素早く行えるようになり、エンジンの始動性が良好となる。

本発明によれば、燃料供給システムにおいて、燃料切れ等が発生した場合でも、迅速かつ確実にエンジンを再始動できる。また、燃料供給システムのリターン配管の組み付け直後等であっても、迅速かつ確実にエンジンを始動できる。

本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。以下では、本発明の燃料供給システムを、例えば、ディーゼルエンジンのコモンレールを使用した蓄圧式燃料噴射システムに適用した例を挙げて説明する。なお、図１、図２では、燃料の導入経路を実線の矢印で示し、燃料のリターン経路を二点鎖線の矢印で示している。

まず、燃料供給システムの概略構成について、図１を用いて説明する。

図１に示すように、燃料タンク１からインジェクタ２までの燃料導入路３には、フィルタ４、サプライポンプ５、コモンレール６が設けられている。

この例の燃料供給システムは、サプライポンプ５により燃料タンク１から燃料を取り出して高圧にしてコモンレール６内に蓄積させておき、このコモンレール６内の高圧燃料を各インジェクタ２からエンジンの燃焼室（図示略）内に噴射させるような構成になっている。

この一連の動作は、制御ユニット（ＥＣＵ）７および駆動ユニット（ＥＤＵ）８により制御される。制御ユニット７は、少なくともインジェクタ２による燃料噴射の開始、停止のタイミング信号を駆動ユニット８に与え、駆動ユニット８は、それらのタイミング信号に基づいて少なくともインジェクタ２のアクチュエータ１７に駆動電圧を印加する。

インジェクタ２の数は、燃焼室の数と同数、つまり、４気筒エンジンの場合には４つ、６気筒エンジンの場合には６つとなる。図１では、インジェクタ２を１つのみ示し、その他の図示を省略している。

一方、サプライポンプ５に送られながらコモンレール６に圧送されなかった燃料は、燃料リターン通路９ａを介して燃料タンク１へ戻されるようになっている。また、コモンレール６に送られながらインジェクタ２へ圧送されなかった燃料は、コモンレール６に接続して設けられた減圧弁６１から燃料リターン通路９ｂ、チェック弁１０、燃料リターン通路９ｄを介して燃料タンク１へ戻されるようになっている。さらに、インジェクタ２に圧送されながら燃焼室へ噴射されずに余った燃料は、それぞれ燃料リターン通路９ｃを介して燃料タンク１へ戻されるようになっている。

インジェクタ２からの燃料リターン通路９ｃの下流側端部には、チェック弁１０が設けられている。チェック弁１０は、圧力の低い燃料リターン通路９ｃに所定の圧力を付与することによって気泡の発生を防止するために設けられている。チェック弁１０を出た燃料は、燃料リターン通路９ｄを経由して燃料タンク１へ戻されるようになっている。

コモンレール６からの燃料リターン通路９ｂは、燃料リターン通路９ｃに接続されている。ここで、コモンレール６から燃料リターン通路９ｂへは減圧弁６１を介して燃料が逃がされるようになっている。この減圧弁６１は、コモンレール６内の燃料を外部に流出させてコモンレール６内の燃料圧力を降下させるために設けられている。減圧弁６１は、例えば、電磁弁であって、駆動ユニット８からの通電により開弁状態になり、通電の停止により閉弁状態になる。そして、減圧弁６１の開弁により、コモンレール６内の燃料が燃料リターン通路９ｂを介して外部に流出して、コモンレール６内の燃料圧力が降下するようになっている。

次に、インジェクタ２の構成について、図２、図３を用いて詳しく説明する。

インジェクタ２は、ボディ１５内に、ノズルニードル１６と、アクチュエータ１７と、ニードル駆動装置１８とが設けられた構成になっている。インジェクタ２は、アクチュエータ１７およびニードル駆動装置１８でもって、ノズルニードル１６を上昇させると、ボディ１５の先端に設けられた噴孔２１が開放されて高圧燃料を外部（エンジンの燃焼室）に噴射する一方で、ノズルニードル１６を下降させると、噴孔２１が閉塞されて高圧燃料の噴射を停止するようになっている。

ボディ１５には、燃料導入用の高圧通路２２と、燃料戻し用のドレン通路２３とが設けられている。高圧通路２２は、コモンレール６からの高圧燃料を噴孔２１に導くものであり、ドレン通路２３は、インジェクタ２内部の余剰の燃料を燃料リターン通路９ｃに導くものである。

ノズルニードル１６は、ボディ１５のニードルシリンダ２４内に上下昇降可能に収納されている。このノズルニードル１６は、ニードルシリンダ２４上方の制御室４１内の圧力が高い場合、コイルスプリング２６の伸張復元力も加味されて下降されることによってボディ１５の先端座面２４ａに押し付けられて噴孔２１を閉塞する。逆に、制御室４１内の圧力が低い場合、コイルスプリング２６の弾発付勢力に抗して上昇されることによってニードルシリンダ２４の上端座面２４ｂに押し付けられて噴孔２１を開放する。ニードルシリンダ２４の上下方向中間部には、高圧通路２２と連通連結されて高圧燃料を貯溜する下部燃料溜まり２７が設けられている。

アクチュエータ１７は、ノズルニードル１６を昇降駆動するための動力を発生する動力源であり、ボディ１５の上部に配置されている。この例では、アクチュエータ１７としてピエゾアクチュエータが用いられている。ピエゾアクチュエータは、充電によって伸長する一方で、放電によって収縮する圧電素子（例えば、ＰＺＴ：チタン酸ジルコン酸鉛）が積層された構成になっている。

ニードル駆動装置１８は、ボディ１５の長手方向中間に配置されて、アクチュエータ１７で発生する動力をノズルニードル１６に伝達してこのノズルニードル１６を昇降駆動させるものである。ニードル駆動装置１８は、変位拡大手段３０と、背圧制御手段４０と、燃料補填手段５０とを備えている。

変位拡大手段３０は、ボディ１５の大小二段の段付きシリンダ３１内に大径ピストン３２と小径ピストン３３とを同軸上に上下に並べて配置した状態で摺動可能に収納して、両ピストン３２，３３の対向間に所定容量の燃料を貯溜する変位拡大室３４を設けた構成になっている。段付きシリンダ３１の上側大径部および下側小径部は、それぞれドレン通路２３を介して燃料リターン通路９ｃに連通連結されている。

大径ピストン３２は、アクチュエータ１７の下端部１７ａに連結されている。この下端部１７ａは、コイルスプリング３５により常時上向きに弾発付勢されており、これにより、アクチュエータ１７の下端部１７ａと大径ピストン３２とがアクチュエータ１７の伸縮に応じて一体に上下昇降するようになる。

小径ピストン３３の下端部は、後述する制御弁４２の弁体４４の上面に当接されている。なお、小径ピストン３３の上方への移動を規制するために、段付きシリンダ３１における小径部側に鍔状のストッパを設けてもよい。

変位拡大室３４は、大径ピストン３２の進退変位量（アクチュエータ１７の伸縮変位量を）を拡大して小径ピストン３３に伝達するものである。詳しく言えば、変位拡大室３４は、アクチュエータ１７の伸縮変位量を、大径ピストン３２と小径ピストン３３との面積比（例えば、２：１）に応じて拡大して小径ピストン３３に伝達している。この変位拡大室３４には、コイルスプリング３６が配置されている。このコイルスプリング３６の伸張復元力によって小径ピストン３３と大径ピストン３２との間のがたを吸収するようにしている。

背圧制御手段４０は、ニードルシリンダ２４上方に設けられる制御室４１と、小径ピストン３３の下方に設けられる制御弁４２とを備えている。

制御弁４２は、制御室４１内の圧力を高低制御する三方弁として構成されており、弁室４３と弁体４４とを有している。

弁室４３は、ボディ１５の段付きシリンダ３１の下端に連通連結される低圧ポート４５と、制御室４１に連通連結されるドレンポート４６と、高圧通路２２に連通連結される高圧ポート４７とを有している。この弁室４３には、小径ピストン３３と段付きシリンダ３１との摺動面における僅かなクリアランスＢおよび低圧ポート４５を介して、変位拡大室３４が連通されている。なお、弁室４３における低圧ポート４５の開口側にはフラット形状の座面が設けられ、弁室４３における高圧ポート４７の開口側には円錐形状の座面が設けられている。

弁体４４は、弁室４３内で昇降可能となっている。この弁体４４が弁室４３内で下降して高圧ポート４７を閉塞した状態（制御弁４２の第１状態）では、ドレンポート４６が低圧ポート４５を介してドレン通路２３に連通される。一方、弁体４４が弁室４３内で上昇して低圧ポート４５を閉塞した状態（制御弁４２の第２状態）では、ドレンポート４６が高圧ポート４７を介して高圧通路２２に連通され、弁室４３内が、ドレンポート４６、高圧ポート４７、および、高圧通路２２と同一圧力となる。

ここで、制御弁４２は、通常、弁室４３内の圧力がドレンポート４６の圧力と等しくなっているため、第２状態になっている。しかし、弁体４４を下降させたときには、制御弁４２は第１状態になる。なお、弁体４４の下端には、弁体４４の動きを円滑にするとともに振動を吸収するダンパ室４８、コイルスプリング４９が設けられている。

上記第１状態では、制御室４１内の燃料がドレンポート４６を介してドレン通路２３に流出されるので、制御室４１内の圧力が低くなる。一方、上記第２状態では、高圧通路２２から弁室４３およびドレンポート４６に高圧燃料が充填されるので、制御室４１からの燃料流出が停止される。この第２状態では、高圧通路２２とドレンポート４６とから制御室４１に高圧燃料が導入されるので、制御室４１内の圧力が高くなる。

そして、ドレンポート４６において制御室４１への連通部分は、上記第１状態において制御室４１からの燃料流出量を適量に管理するためのオリフィス４６ａとなっている。このオリフィス４６ａをアウト側オリフィスという。

また、高圧通路２２において制御室４１への連通部分についても、上記第２状態において制御室４１への燃料導入量を適量に管理するためのオリフィス２２ａとなっている。このオリフィス２２ａをイン側オリフィスという。このイン側オリフィス２２ａは、燃料噴射開始時には制御室４１の圧力低下を緩和してノズルニードル１６を緩やかに開弁させる一方で、燃料噴射終了時には制御室４１の圧力上昇を促進してノズルニードル１６を速やかに閉弁させるために設けられている。

燃料補填手段５０は、大径ピストン３２の下降にともなう変位拡大室３４の圧縮時に大径ピストン３２の摺動面におけるクリアランスＡおよび小径ピストン３３の摺動面におけるクリアランスＢから変位拡大室３４内の燃料がリークすることを考慮して、大径ピストン３２の上昇にともなう変位拡大室３４の膨張時に上部燃料溜まり５１側の燃料を変位拡大室３４に補填するものである。具体的には、燃料補填手段５０は、アクチュエータ１７の外周に設けられてドレン通路２３と連通する上部燃料溜まり５１と、大径ピストン３２の内部に変位拡大室３４から上部燃料溜まり５１へ連なるように設けられる燃料補填通路５２と、この燃料補填通路５２に設けられて上部燃料溜まり５１から変位拡大室３４への燃料流通のみを許容する逆止弁５３とで構成されている。

上部燃料溜まり５１は、変位拡大手段３０の段付きシリンダ３１と連通連結された空間であり、ドレン通路２３を通じて燃料リターン通路９ｃに連通連結されている。この上部燃料溜まり５１には、大径ピストン３２と段付きシリンダ３１との摺動面の僅かなクリアランスＡを介して、変位拡大室３４が連通されている。

燃料補填通路５２は、大径ピストン３２の中心に軸方向に沿って設けられている。この燃料補填通路５２の下部は大径とされて、その下端が大径ピストン３２の下端面に開口して変位拡大室３４に連通されている。

逆止弁５３は、変位拡大室３４側から燃料補填通路５２の上端開口への燃料流出を阻止する一方で、上部燃料溜まり５１側から変位拡大室３４側への燃料流入を許容するものである。この逆止弁５３は、燃料補填通路５２の大径部５２ａ内に配置されるボール弁５４と、燃料補填通路５２の大径部開口に装着されてボール弁５４を軸方向に僅かな遊びを持つ状態に抜け止めする蓋５５とを有している。蓋５５には、その厚み方向に貫通して燃料補填通路５２と変位拡大室３４とを連通する通孔５６が複数設けられている。そして、変位拡大室３４内の圧力が低下すると、ボール弁５４が僅かに下がって円錐形座面５７との間に隙間が生じるので、上部燃料溜まり５１内の燃料が蓋５５の通孔５６を通じて変位拡大室３４内へ流入するようになっている。

次に、上述のような構成のインジェクタ２の動作について説明する。

燃料噴射の開始にあたっては、まず、アクチュエータ１７に駆動ユニット８から駆動電圧（例えば１００〜１５０Ｖ）を印加する。アクチュエータ１７は、電圧に比例した変位（例えば４０μｍ）を生じて、その下端部１７ａおよびそれと一体の大径ピストン３２を同じ変位量だけ下方に移動させ、変位拡大室３４を圧縮させる。

この変位拡大室３４の圧縮にともなう内圧上昇によって小径ピストン３３が下降し、制御弁４２の弁体４４を押し下げて高圧ポート４７を閉塞することにより、制御弁４２が第１状態となる。このとき、弁体４４のリフト量は、アクチュエータ１７の変位に対して大径ピストン３２と小径ピストン３３との面積比に応じて拡大される。

これにより、弁室４３の内圧が低下するので、制御室４１内の燃料がアウト側オリフィス４６ａを通じて弁室４３側へ流出し、制御室４１の内圧が低下する。この燃料流入量は、アウト側オリフィス４６ａによって適宜管理される。そして、制御室４１の内圧低下にともない、下部燃料溜まり２７内の高圧燃料によりノズルニードル１６を押し上げようとする力が、制御室４１の内圧およびコイルスプリング２６によりノズルニードル１６を押し下げようとする力よりも強くなると、ノズルニードル１６が上昇して噴孔２１が開放され、その結果、燃料の噴射が開始される。

そして、燃料噴射を停止するには、駆動ユニット８からアクチュエータ１７へ印加した電圧を取り去る。アクチュエータ１７は、電圧印加時の変位量だけ収縮して元の長さに戻り、その下端部１７ａがコイルスプリング３５の伸張復元にともなう弾発付勢力によって上昇する。

この下端部１７ａの上昇とともに大径ピストン３２が上昇するので、変位拡大室３４の内圧が低下する。小径ピストン３３は、変位拡大室３４の圧力の低下にともない上方へ移動する。弁体４４は、高圧ポート４７からの圧力およびコイルスプリング４９の反発力により、同じく上方に移動し、弁体４４が低圧ポート４５を閉塞することによって、制御弁４２が第２状態となる。

これにより、弁室４３からドレンポート４６までが高圧となる一方で、高圧通路２２内の高圧燃料がイン側オリフィス２２ａを通じて制御室４１へ流入される。この燃料流入量は、イン側オリフィス２２ａおよびアウト側オリフィス４６ａ流量によって適宜管理される。このようにして制御室４１の内圧が回復し、制御室４１の内圧が下部燃料溜まり２７内の高圧燃料の圧力より高くなると、ノズルニードル１６が下降して噴孔２１が閉塞され、その結果、燃料噴射が停止される。ここで、変位拡大室３４内の燃料は、燃料噴射の開始動作にともないクリアランスＡおよびクリアランスＢからの微小リークによって減少するが、逆止弁５３により上部燃料溜まり５１内の燃料が変位拡大室３４に補填されるので、変位拡大室３４の内圧はほぼ一定に保たれることになる。

次に、上述のような燃料供給システムにおける始動補助手段について説明する。

始動補助手段は、燃料切れが発生した場合等のエンジンの再始動や、リターン配管組み付け直後等のエンジンの始動を迅速かつ確実に行うようにするために設けられている。この例では、上述した減圧弁６１が始動補助手段の役割を果たす。つまり、減圧弁６１は、上述したコモンレール６内の燃料圧力を降下させる役割とともに、以下に述べる始動補助手段としての役割を果たすようになっている。

減圧弁６１は、燃料リターン通路９ｂの上流側に設けられており、燃料リターン通路９ｂが開通または遮断するものである。つまり、減圧弁６１は、燃料リターン通路９ｂの開閉を行う開閉弁となっている。減圧弁６１は、減圧弁６１の開弁状態または閉弁状態は、駆動ユニット８からの通電または通電停止によって切り替えられる。そして、減圧弁６１の開弁状態または閉弁状態に応じて燃料リターン通路９ｂが開通または遮断される。

減圧弁６１の開弁時、コモンレール６内の燃料が燃料リターン通路９ｂに流出する。逆に、減圧弁６１の閉弁時、コモンレール６内の燃料の燃料リターン通路９ｂへの流出が阻止される。

燃料リターン通路９ｂの下流側は、チェック弁１０の入口側（図４では小径通路１０ｃへの入口側）とインジェクタ２のリターン出口側（ドレン通路２３からの出口側）との間で、燃料リターン通路９ｃに接続されている。このように、燃料リターン通路９ｂは、燃料導入路３においてサプライポンプ５からコモンレール６に至るまでの高圧領域と、燃料リターン通路９ｃにおいてインジェクタ２からチェック弁１０に至るまでの低圧領域とを接続するバイパス通路になっている。

燃料リターン通路９ｂの下流側端部は、例えば、図４に示すように、チェック弁１０のボディ１０ａに取り付けることができる。図４に示すチェック弁１０は、大径通路１０ｂと小径通路１０ｃとの間にボール弁１０ｄを設けた構造であり、このボール弁１０ｄより大径通路１０ｂ側に設けられる通路１０ｅに燃料リターン通路９ｄを接続し、ボール弁１０ｄより小径通路１０ｃ側に設けられる通路１０ｆに燃料リターン通路９ｂを接続するようになっている。このようにすれば、燃料リターン通路９ｂを燃料リターン通路９ｃに接続する作業が簡単になり、好ましい。なお、燃料リターン通路９ｂをチェック弁１０内で燃料リターン通路９ｃに接続せずに、チェック弁１０の外部で燃料リターン通路９ｃに接続するようにしてもよい。

上述のような始動補助手段としての減圧弁６１は、エンジン始動のためのクランキング動作に連係して所定時間だけ開弁される。詳しくは、この例の燃料供給システムは、制御ユニット７が、エンジンを始動するときの状況にかかわらず、常に、エンジン始動のためのクランキング動作に連係して、減圧弁６１を所定時間だけ開弁させるような処理を実行するように構成されている。

クランキング動作にともない、制御ユニット７は、駆動ユニット８に減圧弁６１の開弁のタイミング信号を駆動ユニット８に送り、駆動ユニット８は、そのタイミング信号に基づいて減圧弁６１への通電を行う。そして、所定時間経過後、制御ユニット７は、駆動ユニット８に減圧弁６１の閉弁のタイミング信号を駆動ユニット８に送り、駆動ユニット８は、そのタイミング信号に基づいて減圧弁６１への通電を停止する。こうして、減圧弁６１がクランキング動作に連係して所定時間だけ開弁される。

このような構成によれば、エンジン始動のためのクランキング動作にともない減圧弁６１が開弁すると、図１、図２等における一点鎖線の矢印で示すように、コモンレール６内の高圧燃料が、燃料リターン通路９ｂを通じて燃料リターン通路９ｃに流入し、インジェクタ２のドレン通路２３、上部燃料溜まり５１から逆止弁５３を通じて変位拡大室３４内に流入される。

これにより、燃料切れ等が発生することによって変位拡大室３４内に気泡が混入した場合でも、燃料タンク１への燃料補給後にエンジンを再始動させると、コモンレール６から供給される高圧燃料によって、即座に、変位拡大室３４内の気泡が潰されるか、あるいは、変位拡大室３４内の燃料が気泡を含まない燃料に置換される。ここで、高圧通路２２の圧力は、燃料切れ後に燃料補填してから再始動時に、例えば、１秒以内に４０ＭＰａ程度に昇圧されるため、上述したように、燃料補填後のクランキングに同期してごく短時間だけ減圧弁６１を開放させることによって、変位拡大室３４を即座に昇圧または燃料補填できるようになる。そして、大径ピストン３２の変位を拡大して小径ピストン３３に伝達することが可能になる。このため、ノズルニードル１６による噴孔２１の開閉動作が可能になるので、噴孔２１からの燃料の噴射が可能になる。したがって、燃料切れが発生した場合でも、エンジンの再始動時に燃料供給システムのリターン配管の燃圧不足による噴射遅れ、噴射不能等の不具合を防止でき、迅速かつ確実にエンジンを再始動できるようになる。

また、燃料供給システムのリターン配管の組み付け直後にエンジンを始動する場合や、メンテナンス時等にリターン配管を組み外し、再びリターン配管を組み付けた直後にエンジンを始動する場合にも、燃料タンク１への燃料補給後にエンジンを始動させると、コモンレール６からの高圧燃料が、即座に、変位拡大室３４内に流入され、変位拡大室３４を即座に昇圧または燃料補填できるようになる。したがって、燃料供給システムのリターン配管の組み付け直後等にエンジンを始動する場合でも、エンジンの始動時に燃料供給システムのリターン配管内に燃料が充填されていないことにより、リターン圧力が所定の圧力まで上昇しないことによる噴射遅れ、噴射不能等の不具合を防止でき、迅速かつ確実にエンジンを始動できる。さらに、エンジン始動時に下降した大径ピストン３２が変位拡大室３４内で元の位置まで迅速かつ確実に上昇できるようになり、その結果、継続して噴射を行うことができるようになる。

そして、この例では、既存の減圧弁６１を始動補助手段として利用しているので、部品点数が削減でき、燃料供給システムの配管等の構成が簡単になり、コスト削減につながる。また、その減圧弁６１をクランキング動作に連係して所定時間だけ開弁させるだけよいので、簡単な処理で迅速かつ確実にエンジンを再始動できるようになる。なお、運転中に減圧弁６１がコモンレール６内の燃料圧力を降下させるために作動しても、チェック弁１０の設定圧力（数１００ｋＰａ程度）以上にはならない。また、再始動時に減圧弁６１を開くと、４０ＭＰａ程度の高圧がチェック弁１０にかかるが、短時間であるのでコモンレール６の昇圧速度にはほとんど影響しない。ただし、燃料リターン通路９ｂにおいてチェック弁１０との接続部までに適宜の絞りを設けて、チェック弁１０に対し高圧がかからないようにしてもよい。

上述した例では、インジェクタ２の燃料補填手段５０がボール弁５４を有する逆止弁５３を備えている場合について説明したが、燃料補填手段をそのような逆止弁を備えない構成としてもよい。そのような燃料補填手段を備えるインジェクタにおいても、大径ピストン３２の上昇にともなう変位拡大室３４の膨張時に上部燃料溜まり５１側の燃料を変位拡大室３４に補填することが可能である。具体的には、大径ピストン３２の下降にともなう変位拡大室３４の圧縮時にクリアランスＡおよびクリアランスＢから変位拡大室３４内の燃料がリークする。一方、燃料噴射を停止させるために、大径ピストン３４が上昇すると、変位拡大室３４内は負圧となる。これにより、リターン背圧と変位拡大室３４との差圧で、上部燃料溜まり５１内の燃料がクリアランスＡおよびクリアランスＢを通じて変位拡大室３４内へ流入補填されるようになっている。なお、通常、リターン背圧は、チェック弁１０バルブにより高くなっているので、大径ピストン３４を変位拡大室３４で元の位置まで戻すのに十分な燃料がクリアランスＡおよびクリアランスＢから供給される。

また、上述した例では、インジェクタ２のアクチュエータ１７がピエゾアクチュエータである場合について説明したが、通電により変位を発生するものであればよく、例えば、ソレノイドや、磁歪効果を利用したアクチュエータであってもよい。

また、上述した例では、インジェクタ２の背圧制御手段４０の制御弁４２が三方弁である場合について説明したが、背圧制御手段の制御弁を２方弁の組み合わせによって三方通路の連通状態を切り替えるように構成したものとしてもよい。

本発明を適用する燃料供給システムの一実施形態を模式的に示す構成図である。 図１におけるインジェクタを拡大して示す断面図である。 図２におけるニードル駆動装置を拡大して示す断面図である。 図１におけるチェック弁の上半分を断面にして示す図である。

符号の説明

１ 燃料タンク
２ インジェクタ
３ 燃料導入路
６ コモンレール
７ 制御ユニット
８ 駆動ユニット
９ｂ，９ｃ，９ｄ 燃料リターン通路
１０ チェック弁
１５ ボディ
１６ ノズルニードル
１７ アクチュエータ
１８ ニードル駆動装置
２１ 噴孔
２２ 高圧通路
２３ ドレン通路
３０ 変位拡大手段
３２ 大径ピストン
３３ 小径ピストン
３４ 変位拡大室
４０ 背圧調整手段
５０ 燃料補填手段
６１ 減圧弁

Claims (3)

1. 燃料タンクから燃料を取り出して高圧にしてコモンレールに圧送し、このコモンレール内の高圧燃料をインジェクタからエンジンの燃焼室内に噴射し、前記インジェクタ内の余剰の燃料を燃料リターン通路の途中に当該インジェクタの燃料リターン通路に所定の圧力を付加するために設けられたチェック弁を介して燃料タンク側へ戻すとともに、前記コモンレール内の燃料を減圧弁を介して燃料タンク側へ戻すよう構成された燃料供給システムであって、
   前記インジェクタは、ボディ先端に設けた噴孔を開閉するノズルニードルと、動力発生源としてのアクチュエータと、アクチュエータで発生する動力を利用して前記ノズルニードルを進退変位させるニードル駆動装置と、前記噴孔に高圧燃料を導く高圧通路と、前記燃料リターン通路にインジェクタ内の余剰の燃料を導くドレン通路とを有し、
   前記ニードル駆動装置は、前記アクチュエータによって進退変位される大径ピストンと、大径ピストンと同軸に並べて配置される小径ピストンと、小径ピストンと大径ピストンとの対向間に設けられかつ燃料が充填されるとともに前記大径ピストンの変位を拡大して小径ピストンに伝達する変位拡大室と、前記小径ピストンの進退変位にともない前記ノズルニードルの背圧を制御してこのノズルニードルを進退変位させる背圧制御手段と、前記変位拡大室の膨張時に前記ドレン通路側の燃料をこの変位拡大室に補填する燃料補填手段とを有し、
   クランキング動作にともない前記減圧弁を開弁して、前記コモンレール内の高圧燃料を前記インジェクタの前記変位拡大室に供給することを特徴とする燃料供給システム。
2. 前記減圧弁からの燃料通路は、前記燃料リターン通路に設けられたチェック弁と前記インジェクタのドレン通路との間で、前記燃料リターン通路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給システム。
3. 燃料噴射の開始および停止を制御する制御ユニットを有し、この制御ユニットは、クランキング動作の際に、前記減圧弁を所定時間だけ開弁させる処理を実行することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料供給システム。

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