JP2009257215A - Fuel injection device - Google Patents

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哲二 相島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain favorable restarting performance of an engine after fuel is supplied even when the fuel runs out with a relatively simple structure, in a fuel injection device using a piezo-injector 6. <P>SOLUTION: The fuel injection device includes the piezo-injector 6 that conducts fuel injection by adding pressure to a pressure chamber 43 mounted on the engine and filled with low-pressure fuel, an accumulating pipe 5 for retaining high-pressure fuel for supplying into the piezo-injector 6, a high-pressure pump 4 that pressure feeds high-pressure fuel into the accumulating pipe 5, and an accumulating tank 18 that keeps the pressure of a low-pressure fuel passage 27 connected with the pressure chamber 43. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、エンジンに搭載される燃料噴射装置に係り、特に低圧燃料が満たされる圧力室を加圧することで燃料噴射動作を行うピエゾインジェクタを含むものに関する。   The present invention relates to a fuel injection device mounted on an engine, and more particularly to a device including a piezo injector that performs a fuel injection operation by pressurizing a pressure chamber filled with low-pressure fuel.

従来から、例えばディーゼルエンジンや筒内直接噴射式のガソリンエンジン等では、蓄圧管(コモンレール)を使用した蓄圧式の燃料噴射装置が用いられている(例えば特許文献1参照。)。   2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in a diesel engine or an in-cylinder direct injection gasoline engine, an accumulator fuel injection device using an accumulator pipe (common rail) is used (see, for example, Patent Document 1).

この蓄圧式の燃料噴射装置は、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。   This pressure accumulation type fuel injection device is configured such that fuel is taken out from a fuel tank by a supply pump, is made high pressure and accumulated in a common rail, and the high pressure fuel in the common rail is injected from each injector into a combustion chamber of the engine. It has become.

なお、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、還流配管を介して燃料タンクへ戻されるようになっている。   The fuel that has been pumped to the injector and not injected into the combustion chamber is returned to the fuel tank via the reflux pipe.

このインジェクタについては、近年ではピエゾインジェクタが用いられる傾向になっている。   As for this injector, a piezo injector has been used in recent years.

このピエゾインジェクタのニードル駆動系は、ピエゾスタックの伸縮に伴って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とともに前記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変位拡大室とを有している。そして、ピエゾスタックでもって変位拡大室の内圧を可変することでニードルに対する印加圧力を増減して燃料噴射と燃料噴射停止とに切り替えるようになっている。   The needle drive system of this piezo injector is provided between a large-diameter piston that displaces as the piezo stack expands and contracts, a small-diameter piston that is arranged coaxially with the large-diameter piston, and the small-diameter piston and the large-diameter piston facing each other. In addition, it has a displacement expansion chamber that is filled with fuel and that expands and retracts the displacement of the large diameter piston and transmits it to the small diameter piston. Then, by changing the internal pressure of the displacement expansion chamber with the piezo stack, the pressure applied to the needle is increased or decreased to switch between fuel injection and fuel injection stop.

なお、変位拡大室は、大径ピストンとインジェクタボディの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インジェクタボディの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還流配管につながっている。そのため、この変位拡大室が圧縮されるときに当該変位拡大室内の燃料が前記クリアランスからリークすることがあるが、変位拡大室が膨張されるときに還流配管内の低圧燃料が変位拡大室内に吸入補填されるようになっている。   The displacement expansion chamber is connected to the return pipe via a slight clearance on the sliding surface between the large diameter piston and the cylinder of the injector body and a slight clearance on the sliding surface between the small diameter piston and the cylinder of the injector body. Yes. For this reason, when the displacement expansion chamber is compressed, fuel in the displacement expansion chamber may leak from the clearance, but when the displacement expansion chamber is expanded, the low-pressure fuel in the return pipe is sucked into the displacement expansion chamber. It is to be compensated.

このような構成において、例えば燃料タンクが空になる等、燃料切れが発生してエンジンが停止すると、燃料タンクからサプライポンプへ燃料を導く供給配管内が空になるとともに、還流配管内の低圧燃料も背圧チェック弁の弁座すきまから徐々に漏れ出て燃料タンクへ戻されることになる。そのために、インジェクタにおける変位拡大室内に気泡が入ることになる。   In such a configuration, when the engine is stopped due to, for example, the fuel tank being emptied and the engine is stopped, the supply pipe that leads the fuel from the fuel tank to the supply pump is emptied and the low-pressure fuel in the return pipe However, it gradually leaks from the valve seat clearance of the back pressure check valve and returns to the fuel tank. For this reason, bubbles enter the displacement expansion chamber of the injector.

そのような状況で、燃料タンクに燃料を補填してからエンジンを再始動するためにクランキングしても、変位拡大室内の空気を燃料にすぐに置換することができないので、ピエゾインジェクタによる燃料噴射動作が正常に行えない。そのために、エンジンがクランキングされてから始動(完爆)するまでに時間がかかる等、エンジンの再始動性が低下することが懸念される。   In such a situation, even if cranking to restart the engine after filling the fuel in the fuel tank, the air in the displacement expansion chamber cannot be immediately replaced with fuel, so the fuel injection by the piezo injector Operation cannot be performed normally. For this reason, there is a concern that the restartability of the engine may be deteriorated, for example, it takes time until the engine starts (complete explosion) after cranking.

つまり、燃料タンクに燃料を補填しても、変位拡大室内の空気が燃料と置換されるまでの間は、変位拡大室内の空気の存在が原因で大径ピストンから小径ピストンへの動力伝達ができないので、エンジンに対して燃料噴射できなくなる。このように、燃料切れを起こすと、燃料を補填しても、直ぐにはエンジンを再始動できない。   In other words, even if fuel is supplied to the fuel tank, power cannot be transmitted from the large-diameter piston to the small-diameter piston until the air in the displacement expansion chamber is replaced with fuel due to the presence of air in the displacement expansion chamber. As a result, fuel cannot be injected into the engine. In this way, if the fuel runs out, the engine cannot be restarted immediately even if fuel is replenished.

このようなことから、特許文献1に示される燃料噴射装置では、燃料切れ後のエンジンの再始動性を向上させるために、燃料タンク内にプライミング手段(電動ポンプや手動ポンプ)を設け、このプライミング手段の吐出側を燃料供給配管側に連通連結する状態と還流配管側に連通連結する状態とに切り替える燃料経路切り替え手段を設けるように構成している。   For this reason, in the fuel injection device disclosed in Patent Document 1, in order to improve the restartability of the engine after running out of fuel, a priming means (electric pump or manual pump) is provided in the fuel tank. The fuel path switching means is provided to switch the discharge side of the means between the state where the discharge side is connected to the fuel supply pipe side and the state where the discharge side is connected to the return pipe side.

この構成では、燃料切れに伴い燃料を補填した後でエンジンを始動するときに、まず、前記プライミング手段で燃料タンクの燃料を吸い上げて還流配管側に供給させる状態とすることにより、この還流配管からピエゾ式燃料噴射弁の変位拡大室内に燃料を供給し、インジェクタのニードルを昇降可能にしている。これにより、比較的早期にエンジンを始動させることが可能になる。
特開2007−205330号公報
In this configuration, when the engine is started after the fuel is replenished due to fuel exhaustion, first the fuel from the fuel tank is sucked up by the priming means and supplied to the return pipe side. Fuel is supplied into the displacement expansion chamber of the piezo type fuel injection valve, and the needle of the injector can be raised and lowered. As a result, the engine can be started relatively early.
JP 2007-205330 A

上記特許文献1に係る従来例では、サプライポンプにフィードポンプを内蔵しているが、このフィードポンプの他に、さらにプライミング手段(電動ポンプや手動ポンプ)を設けているので、構成部品が多くなり、コストアップを余儀なくされている。   In the conventional example according to Patent Document 1, a feed pump is built in the supply pump. However, in addition to the feed pump, a priming means (an electric pump or a manual pump) is further provided. The cost has been forced up.

この他、参考までに、ピエゾインジェクタを用いていない構成ではあるが、例えば特開平2−61361号公報に示されているように、燃料切れによってエンジンが停止した場合に、燃料を補填した後、電磁式燃料ポンプで燃料導入系に燃料を強制的に供給することによって燃料導入系内の空気をエア抜き管路から燃料タンクへ追い出すことにより、燃料切れ後のエンジンの再始動を可能にすることが考えられている。   In addition, for reference, although it is a configuration that does not use a piezo injector, for example, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 2-61361, when the engine stops due to running out of fuel, The engine can be restarted after running out of fuel by forcibly supplying the fuel to the fuel introduction system with an electromagnetic fuel pump to expel the air in the fuel introduction system from the air vent line to the fuel tank. Is considered.

この参考文献は、変位拡大室付のニードル駆動系を備えるピエゾインジェクタを用いていないので、上記特許文献1に係る従来例における燃料切れに関連した不具合を解消することは不可能である。また、上記参考文献は、燃料導入系に電磁式燃料ポンプおよびエア抜き管路を介装しているので、その設備コストが高くつく他、バッテリ等の蓄電電圧が不十分な場合には電磁式燃料ポンプを駆動することができない等の不便さが指摘される。   Since this reference does not use a piezo injector provided with a needle drive system with a displacement expansion chamber, it is impossible to eliminate the problems associated with fuel shortage in the conventional example according to Patent Document 1. In addition, since the above-mentioned reference is provided with an electromagnetic fuel pump and an air vent line in the fuel introduction system, the equipment cost is high, and when the storage voltage of a battery or the like is insufficient, the electromagnetic type Inconveniences such as inability to drive the fuel pump are pointed out.

本発明は、ピエゾインジェクタを用いる燃料噴射装置において、比較的簡素な構成でありながら、燃料切れが発生しても、燃料補填後におけるエンジンの再始動性を良好とすることを目的としている。   An object of the present invention is to improve the restartability of an engine after fuel replenishment even when a fuel shortage occurs in a fuel injection device using a piezo injector, even though the configuration is relatively simple.

本発明に係る燃料噴射装置は、エンジンに搭載されかつ低圧燃料が満たされる圧力室を加圧することで燃料噴射動作を行うピエゾインジェクタと、このピエゾインジェクタに供給するための高圧燃料を貯留する蓄圧管と、この蓄圧管に高圧燃料を圧送する高圧ポンプと、前記圧力室に連通される低圧燃料通路の圧力を保持する蓄圧タンクとを含む、ことを特徴としている。   A fuel injection device according to the present invention includes a piezo injector that performs a fuel injection operation by pressurizing a pressure chamber that is mounted on an engine and is filled with low-pressure fuel, and a pressure accumulator that stores high-pressure fuel to be supplied to the piezo injector. And a high-pressure pump that pumps high-pressure fuel to the pressure-accumulation pipe, and a pressure-accumulation tank that holds the pressure of the low-pressure fuel passage that communicates with the pressure chamber.

この構成では、仮に、例えばピエゾインジェクタに供給するための燃料が枯渇してエンジンが停止しても、前記蓄圧タンクで低圧燃料通路および圧力室内の圧力を保持するようになっている。   In this configuration, for example, even if the fuel to be supplied to the piezo injector is depleted and the engine is stopped, the pressure in the low pressure fuel passage and the pressure chamber is held by the pressure accumulating tank.

これにより、例えば前記燃料切れ後に燃料を補填してからエンジンを再始動させるときに、前記蓄圧タンクで圧力保持されている圧力室を加圧すれば、ピエゾインジェクタによる燃料噴射動作が即座に正常に行えるようになる。そのため、燃料切れ後におけるエンジンの始動性が良好となる。   Thus, for example, when the engine is restarted after replenishing the fuel after the fuel has run out, if the pressure chamber held by the pressure accumulating tank is pressurized, the fuel injection operation by the piezo injector will be immediately normal. You can do it. Therefore, the engine startability after running out of fuel is improved.

しかも、蓄圧タンクを設けただけであるから、従来例に比べて構成簡素化ならびに低コスト化を図るうえで有利となる。   In addition, since only the pressure accumulating tank is provided, it is advantageous in simplifying the configuration and reducing the cost as compared with the conventional example.

好ましくは、前記高圧ポンプに燃料タンク内の燃料を供給するフィードポンプをさらに含み、前記蓄圧タンクは、前記フィードポンプから低圧燃料が供給されて所定の圧力に保持する、ものとすることができる。   Preferably, the fuel tank further includes a feed pump that supplies fuel in a fuel tank to the high-pressure pump, and the pressure accumulation tank is supplied with low-pressure fuel from the feed pump and is held at a predetermined pressure.

この構成によれば、蓄圧タンクに低圧燃料を供給するための専用ポンプを追加する場合に比べて、構成簡素化ならびに低コスト化を図るうえで有利となる。但し、この専用ポンプを用いる構成も、本発明に含まれる。   This configuration is advantageous in simplifying the configuration and reducing the cost as compared with the case where a dedicated pump for supplying low-pressure fuel to the pressure accumulation tank is added. However, a configuration using this dedicated pump is also included in the present invention.

好ましくは、前記ピエゾインジェクタは、インジェクタボディ先端に設けた噴孔を開閉するニードルと、ピエゾスタックと、ピエゾスタックの伸縮動作を利用して前記ニードルを変位させるニードル駆動系と、前記噴孔に高圧燃料を導く高圧燃料通路とを有する構成とすることができる。また、前記ニードル駆動系は、前記ピエゾスタック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前記圧力室として設けられかつ前記低圧燃料通路から低圧燃料が供給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変位に伴い前記ニードルに対する印加圧を制御して当該ニードルを変位させる印加圧制御手段と、前記変位拡大室の膨張時に前記低圧燃料通路から低圧燃料を前記変位拡大室に補填するための燃料補填手段とを有する構成とすることができる。   Preferably, the piezo injector includes a needle that opens and closes a nozzle hole provided at a tip of the injector body, a piezo stack, a needle drive system that displaces the needle using an expansion and contraction operation of the piezo stack, and a high pressure in the nozzle hole. It can be set as the structure which has a high-pressure fuel channel which guides fuel. The needle drive system includes a large-diameter piston that is moved forward and backward by the piezo stack, a small-diameter piston that is arranged coaxially with the large-diameter piston, and the pressure chamber between the small-diameter piston and the large-diameter piston. A displacement expansion chamber that is provided and is supplied with low pressure fuel from the low pressure fuel passage and expands the displacement of the large diameter piston and transmits the displacement to the small diameter piston, and controls the pressure applied to the needle in accordance with the displacement of the small diameter piston. And an applied pressure control means for displacing the needle and a fuel replenishing means for replenishing the displacement expansion chamber with the low pressure fuel from the low pressure fuel passage when the displacement expansion chamber is expanded.

ここでは、ピエゾインジェクタの構成を具体的に特定しており、この特定により、本発明の実施形態を容易に具現化することが可能になる。   Here, the configuration of the piezo injector is specifically specified, and this specification makes it possible to easily embody the embodiment of the present invention.

また、この特定した構成では、前記大径ピストンの進退変位に伴い変位拡大室内の燃料が前記低圧燃料通路へリークしても、蓄圧タンクで圧力が保持されている低圧燃料通路から燃料補填手段を通じて変位拡大室への燃料補填が速やかに行えるようになるので、変位拡大室の内圧を安定に保つうえで有利となる。   Further, in this specified configuration, even if the fuel in the displacement expansion chamber leaks to the low pressure fuel passage due to the forward / backward displacement of the large diameter piston, the fuel compensation means passes from the low pressure fuel passage where the pressure is held in the pressure accumulation tank. This makes it possible to quickly fill the displacement expansion chamber with fuel, which is advantageous in keeping the internal pressure of the displacement expansion chamber stable.

好ましくは、前記印加圧制御手段は、前記ニードルの圧力印加側に設けられる圧力制御室の内圧を高圧状態と低圧状態とに切り替え制御するものであり、前記高圧燃料通路と低圧燃料通路と圧力制御室とにそれぞれ連通される弁室と、前記小径ピストンの下端に連接されて前記弁室内で昇降可能とされる流路切り替え弁体とを有し、かつ、前記流路切り替え弁体が下降されたときに前記弁室を介して前記圧力制御室と前記低圧燃料通路とを連通する状態とする一方、前記流路切り替え弁体が上昇されたときに前記弁室を介して前記圧力制御室と前記高圧燃料通路とを連通する状態とする構成とすることができる。   Preferably, the applied pressure control means switches the internal pressure of a pressure control chamber provided on the pressure application side of the needle between a high pressure state and a low pressure state, and controls the high pressure fuel passage, the low pressure fuel passage, and the pressure control. A valve chamber communicated with each of the chambers, and a flow path switching valve element that is connected to a lower end of the small-diameter piston and can be moved up and down in the valve chamber, and the flow path switching valve element is lowered. The pressure control chamber and the low-pressure fuel passage are in communication with each other via the valve chamber, and when the flow path switching valve body is raised, The high pressure fuel passage may be in a communication state.

この構成では、印加圧制御手段の構成を具体的に特定しており、この特定により、本発明の実施形態を容易に具現化することが可能になる。この印加圧制御手段の弁室に低圧燃料通路が連通しているから、燃料切れ後のエンジン再始動時において圧力制御室に対して高圧燃料と低圧燃料とを速やかに供給することが可能になる。   In this configuration, the configuration of the applied pressure control unit is specifically specified, and this specification makes it possible to easily embody the embodiment of the present invention. Since the low-pressure fuel passage communicates with the valve chamber of the applied pressure control means, it becomes possible to quickly supply high-pressure fuel and low-pressure fuel to the pressure control chamber when the engine is restarted after the fuel runs out. .

好ましくは、前記燃料補填手段は、前記大径ピストンの内部に、変位拡大室と低圧燃料通路とを連通するように設けられる連通路と、この連通路の途中に設けられかつ変位拡大室側から低圧燃料通路側への燃料流出を阻止する一方で、低圧燃料通路側から変位拡大室側への燃料流通のみを許容する逆止弁とを有する構成とすることができる。   Preferably, the fuel replenishing means is provided inside the large-diameter piston so as to communicate the displacement expansion chamber and the low-pressure fuel passage, and provided in the middle of the communication passage and from the displacement expansion chamber side. A check valve that prevents fuel from flowing out to the low-pressure fuel passage side while allowing only fuel flow from the low-pressure fuel passage side to the displacement expansion chamber side can be provided.

この構成では、燃料補填手段の構成を具体的に特定しており、この特定により、本発明の実施形態を容易に具現化することが可能になる。この燃料補填手段の連通路が低圧燃料通路に連通しているから、低圧燃料通路の圧力を蓄圧タンクで保持することによって前記連通路の圧力も保持される。そのため、燃料切れ後のエンジン再始動時において変位拡大室に対する燃料補填を速やかに行えるようになる。   In this configuration, the configuration of the fuel compensation means is specifically specified, and this specification makes it possible to easily embody the embodiment of the present invention. Since the communication path of the fuel compensation means communicates with the low pressure fuel path, the pressure of the communication path is also maintained by maintaining the pressure in the low pressure fuel path with the pressure accumulation tank. As a result, fuel can be quickly supplied to the displacement expansion chamber when the engine is restarted after running out of fuel.

本発明では、ピエゾインジェクタを用いる燃料噴射装置において、比較的簡素な構成でありながら、燃料切れが発生しても燃料補填後におけるエンジンの再始動性を良好とすることが可能になる。   According to the present invention, the fuel injection device using a piezo injector has a relatively simple configuration, but it is possible to improve the restartability of the engine after refueling even if fuel shortage occurs.

以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を詳細に説明する。図1および図2に本発明の一実施形態を示している。   Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 and 2 show an embodiment of the present invention.

まず、図1を参照して、本発明に係る燃料噴射装置の概略構成を説明する。図1に示す燃料噴射装置は、主として、燃料タンク1、フューエルフィルタ2、フィードポンプ3、サプライポンプ4、蓄圧管としてのコモンレール5、ピエゾインジェクタ6等を含んで構成されている。   First, a schematic configuration of a fuel injection device according to the present invention will be described with reference to FIG. The fuel injection device shown in FIG. 1 mainly includes a fuel tank 1, a fuel filter 2, a feed pump 3, a supply pump 4, a common rail 5 as a pressure accumulation tube, a piezo injector 6, and the like.

ピエゾインジェクタ6の数は、エンジン気筒数と同数、つまり、例えば4気筒エンジンの場合には四個、6気筒エンジンの場合には六個となる。   The number of piezo injectors 6 is the same as the number of engine cylinders, that is, for example, four in the case of a four-cylinder engine and six in the case of a six-cylinder engine.

この燃料噴射装置は、要するに、燃料タンク1内の燃料をフィードポンプ3により取り出して、サプライポンプ4により高圧にしてコモンレール5内に蓄積させておき、必要に応じて、コモンレール5内の高圧燃料を各ピエゾインジェクタ6から、図示していないエンジンの燃焼室や吸気ポートへ噴射させるような構成になっている。燃料タンク1からコモンレール5までの上流側燃料供給通路に符号7を、コモンレール5から各ピエゾインジェクタ6までの下流側燃料供給通路に、符号8をそれぞれ付している。   In short, this fuel injection device takes out the fuel in the fuel tank 1 by the feed pump 3, makes it high pressure by the supply pump 4 and accumulates it in the common rail 5, and if necessary, supplies the high pressure fuel in the common rail 5. Each piezo injector 6 is configured to inject into a combustion chamber or intake port of an engine (not shown). Reference numeral 7 denotes an upstream fuel supply passage from the fuel tank 1 to the common rail 5, and reference numeral 8 denotes a downstream fuel supply passage from the common rail 5 to each piezo injector 6.

なお、サプライポンプ4に送られながらコモンレール5に圧送されなかった燃料はオーバーフロー通路9を介して、また、コモンレール5に送られながらピエゾインジェクタ6へ圧送されなかった燃料はリターン通路10を介して、さらに、ピエゾインジェクタ6に圧送されながら燃焼室へ噴射されずに余った燃料はリーク通路11を介して、それぞれ燃料タンク1へ戻されるようになっている。   The fuel that was sent to the supply pump 4 but not pumped to the common rail 5 passes through the overflow passage 9, and the fuel that was sent to the common rail 5 but not sent to the piezo injector 6 passes through the return passage 10, Further, the surplus fuel that is not injected into the combustion chamber while being pumped to the piezo injector 6 is returned to the fuel tank 1 via the leak passage 11.

このコモンレール5からのリターン通路10およびピエゾインジェクタ6からのリーク通路11は、背圧チェック弁12に接続されている。この背圧チェック弁12は、所定圧力以上で開弁し、エンジンの運転中にピエゾインジェクタ6のリーク燃料圧力を所定圧力に保つ手段である。   The return passage 10 from the common rail 5 and the leak passage 11 from the piezo injector 6 are connected to a back pressure check valve 12. The back pressure check valve 12 is a means that opens at a predetermined pressure or higher and keeps the leaked fuel pressure of the piezo injector 6 at a predetermined pressure during engine operation.

フィードポンプ3は、燃料タンク1からサプライポンプ4へ燃料を導入する低圧ポンプである。サプライポンプ4は、フィードポンプ3によって導入された低圧燃料を高圧に圧縮してコモンレール5へ圧送する高圧ポンプである。フィードポンプ3およびサプライポンプ4は、例えば図示していないが、エンジン動力を利用して駆動される。   The feed pump 3 is a low-pressure pump that introduces fuel from the fuel tank 1 to the supply pump 4. The supply pump 4 is a high-pressure pump that compresses the low-pressure fuel introduced by the feed pump 3 to a high pressure and pumps it to the common rail 5. Although not shown, the feed pump 3 and the supply pump 4 are driven using engine power, for example.

サプライポンプ4には、燃料を高圧に加圧する加圧室内に燃料を導く流路の開度を調整するためのSCV(吸入調量弁)が搭載されている。このSCVを制御装置15によって制御することにより、コモンレール5へ圧送する燃料の吐出量を調整し、コモンレール圧を車両走行状態に応じた圧力に制御することが可能になっている。   The supply pump 4 is equipped with an SCV (suction metering valve) for adjusting the opening degree of the flow path for guiding the fuel into the pressurizing chamber for pressurizing the fuel to a high pressure. By controlling this SCV by the control device 15, it is possible to adjust the discharge amount of fuel pumped to the common rail 5, and to control the common rail pressure to a pressure corresponding to the vehicle running state.

コモンレール5は、ピエゾインジェクタ6に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧管であって、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上流側燃料供給通路7を介して高圧燃料を圧送するサプライポンプ4の吐出口が接続されているとともに、下流側燃料供給通路8を介して各ピエゾインジェクタ6に接続されている。   The common rail 5 is a pressure accumulating pipe for accumulating high pressure fuel supplied to the piezo injector 6, and supplies the high pressure fuel via the upstream fuel supply passage 7 so that a common rail pressure corresponding to the fuel injection pressure is accumulated. A discharge port of the pump 4 is connected, and is connected to each piezo injector 6 via a downstream fuel supply passage 8.

コモンレール5の一端には、プレッシャリミッタを兼ねた減圧弁13が取り付けられている。この減圧弁13は、制御装置15から与えられる開弁指示信号によって開弁してリターン通路10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5に減圧弁13を搭載することによって、制御装置15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。   A pressure reducing valve 13 that also serves as a pressure limiter is attached to one end of the common rail 5. The pressure reducing valve 13 is opened by a valve opening instruction signal given from the control device 15 and rapidly reduces the common rail pressure via the return passage 10. In this way, by mounting the pressure reducing valve 13 on the common rail 5, the control device 15 can quickly control the common rail pressure to a pressure corresponding to the vehicle running state.

このような燃料噴射装置における各動作は、制御装置15により制御される。制御装置15は、ECU16とEDU17で構成されるものである。EDU17はECU16のケース内に内蔵されるものであっても良い。   Each operation in such a fuel injection device is controlled by the control device 15. The control device 15 includes an ECU 16 and an EDU 17. The EDU 17 may be built in the case of the ECU 16.

ECU16は、詳細に図示していないが、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、電源回路等を含んで構成される周知構造のコンピュータよりなる。   Although not shown in detail, the ECU 16 is a CPU that performs control processing and arithmetic processing, a storage device (memory such as ROM, RAM, SRAM, and EEPROM) that stores various programs and data, an input circuit, an output circuit, and a power supply circuit And so on.

ECU16は、読み込まれた各種のセンサ類の信号(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。   The ECU 16 performs various arithmetic processes based on the read signals of various sensors (engine parameters: signals corresponding to the occupant operating state and the engine operating state).

なお、各種のセンサ類としては、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14等が挙げられる。   In addition, as various sensors, as sensors for detecting engine parameters, an accelerator sensor for detecting an accelerator opening, a rotational speed sensor for detecting an engine speed and a crank angle, a water temperature sensor for detecting an engine coolant temperature And common rail pressure sensor 14 for detecting the common rail pressure.

ECU16は、少なくともピエゾインジェクタ6による燃料噴射の開始、停止のタイミング信号をEDU17に与え、EDU17は、前記タイミング信号に基づいて少なくともピエゾインジェクタ6のピエゾスタック23に駆動電圧を印加する。   The ECU 16 gives at least a timing signal for starting and stopping fuel injection by the piezo injector 6 to the EDU 17, and the EDU 17 applies a drive voltage to at least the piezo stack 23 of the piezo injector 6 based on the timing signal.

次に、図2を参照して、この実施形態で例示するピエゾインジェクタ6の構成および動作を説明する。   Next, the configuration and operation of the piezo injector 6 illustrated in this embodiment will be described with reference to FIG.

ピエゾインジェクタ6は、主として、インジェクタボディ21内に、ニードル22と、ピエゾスタック23と、ニードル駆動系24とを設けた構成になっている。   The piezo injector 6 mainly has a configuration in which a needle 22, a piezo stack 23, and a needle drive system 24 are provided in an injector body 21.

このピエゾインジェクタ6では、要するに、ピエゾスタック23およびニードル駆動系24でもってニードル22を上昇させると、インジェクタボディ21の先端に設けてある噴孔25が開放されて高圧燃料を外部に噴射する一方、ニードル22を下降させると、噴孔25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。   In short, in the piezo injector 6, when the needle 22 is raised by the piezo stack 23 and the needle drive system 24, the injection hole 25 provided at the tip of the injector body 21 is opened to inject high-pressure fuel to the outside. When the needle 22 is lowered, the injection hole 25 is closed and the injection of high-pressure fuel is stopped.

まず、インジェクタボディ21には、燃料導入用の高圧燃料通路26と、燃料戻し用の低圧燃料通路27とが設けられている。   First, the injector body 21 is provided with a high-pressure fuel passage 26 for introducing fuel and a low-pressure fuel passage 27 for returning fuel.

高圧燃料通路26は、コモンレール5からの高圧燃料を噴孔25に導くものであり、低圧燃料通路27は、ピエゾインジェクタ6内部の余剰燃料をリーク通路11に導くものである。   The high-pressure fuel passage 26 guides high-pressure fuel from the common rail 5 to the injection hole 25, and the low-pressure fuel passage 27 guides surplus fuel inside the piezo injector 6 to the leak passage 11.

ニードル22は、インジェクタボディ21のニードルシリンダ21a内に上下昇降可能に収納されている。このニードルシリンダ21a内においてニードル22の上方空間が、圧力制御室28とされており、また、ニードル22の下方空間が、燃料溜まり29とされている。   The needle 22 is accommodated in the needle cylinder 21a of the injector body 21 so as to be movable up and down. In the needle cylinder 21 a, the space above the needle 22 is a pressure control chamber 28, and the space below the needle 22 is a fuel reservoir 29.

この圧力制御室28内には、ニードル22をインジェクタボディ21の先端座面に圧接させて噴孔25を閉塞するように付勢するコイルスプリング30が圧縮状態で収納されている。また、圧力制御室28には、高圧燃料通路26がインオリフィス31を介して連通されている。   In the pressure control chamber 28, a coil spring 30 is housed in a compressed state that presses the needle 22 against the tip seat surface of the injector body 21 and urges the nozzle hole 25 to close. Further, a high pressure fuel passage 26 is communicated with the pressure control chamber 28 via an in-orifice 31.

なお、インオリフィス31は、燃料噴射開始時において圧力制御室28の圧力低下を緩和してニードル22を緩やかに開弁させる一方で、噴射終了時において圧力制御室28の圧力上昇を促進してニードル22を速やかに閉弁させる作用がある。   The in-orifice 31 eases the pressure drop in the pressure control chamber 28 at the start of fuel injection and gently opens the needle 22, while promoting the pressure increase in the pressure control chamber 28 at the end of injection. 22 has the effect of closing valve 22 quickly.

このニードル22は、ニードルシリンダ21a上方の圧力制御室28内の圧力が高い場合にコイルスプリング30の伸張復元力も加味されて下降されることによってインジェクタボディ21の先端座面に圧接されて噴孔25を閉塞するが、圧力制御室28内の圧力が低い場合にコイルスプリング30の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21aの上端座面に圧接されて噴孔25を開放する。   When the pressure in the pressure control chamber 28 above the needle cylinder 21a is high, the needle 22 is lowered with the expansion restoring force of the coil spring 30 taken into consideration, so that the needle 22 is brought into pressure contact with the tip seat surface of the injector body 21 and the injection hole 25. However, when the pressure in the pressure control chamber 28 is low, it is raised against the urging force of the coil spring 30 so as to be brought into pressure contact with the upper end seating surface of the needle cylinder 21a to open the nozzle hole 25.

ピエゾスタック23は、ニードル22を昇降駆動するための動力を発生する動力源であり、インジェクタボディ21の上部に燃料と接触しないように配置されている。ピエゾスタック23は、公知のように、電荷の注入によって伸長する一方で電荷の放出によって収縮する圧電体(または電歪素子)を多数積層した構成である。   The piezo stack 23 is a power source that generates power to drive the needle 22 up and down, and is disposed on the upper portion of the injector body 21 so as not to come into contact with fuel. As is well known, the piezo stack 23 has a structure in which a large number of piezoelectric bodies (or electrostrictive elements) that are elongated by charge injection and contract by charge discharge are stacked.

ニードル駆動系24は、ピエゾスタック23の伸縮変位を増幅してニードル22に伝達してニードル22を昇降駆動させるものであって、主として、変位拡大手段40と、印加圧制御手段50と、燃料補填手段60とを含んで構成されている。   The needle drive system 24 amplifies the expansion and contraction displacement of the piezo stack 23 and transmits it to the needle 22 to drive the needle 22 up and down. The needle drive system 24 mainly includes a displacement enlarging means 40, an applied pressure control means 50, and fuel compensation. And means 60.

変位拡大手段40は、ピエゾスタック23の伸縮変位量(積層方向の変化量、即ち上下方向の変化量)を大きくして印加圧制御手段50の流路切り替え弁体52に伝えるものであり、主として、大径ピストン41と、小径ピストン42と、変位拡大室43とを含んで構成されている。   The displacement enlarging means 40 increases the expansion / contraction displacement amount (change amount in the stacking direction, that is, change amount in the vertical direction) of the piezo stack 23 and transmits it to the flow path switching valve body 52 of the applied pressure control means 50. The large-diameter piston 41, the small-diameter piston 42, and the displacement expansion chamber 43 are configured.

大径ピストン41および小径ピストン42は、インジェクタボディ21に設けられる大小二段の段付きシリンダ21b内に上下同軸上に摺動可能に収納されている。   The large-diameter piston 41 and the small-diameter piston 42 are accommodated in a large and small two-stage stepped cylinder 21b provided in the injector body 21 so as to be slidable on the same axis.

大径ピストン41は、ピエゾスタック23により直接駆動されるようになっており、変位拡大室43内に圧縮状態で配置されたスプリング(例えば皿バネ)44の伸張復元力によってピエゾスタック23に押しつけられており、ピエゾスタック23の伸縮量と同じだけ上下方向に変位する。   The large-diameter piston 41 is directly driven by the piezo stack 23, and is pressed against the piezo stack 23 by an extension restoring force of a spring (for example, a disc spring) 44 disposed in a compressed state in the displacement expansion chamber 43. It is displaced in the vertical direction by the same amount as the expansion / contraction amount of the piezo stack 23.

小径ピストン42は、印加圧制御手段50の流路切り替え弁体52の上面に連接されており、流路切り替え弁体52と一体に上下方向へ変位する。   The small-diameter piston 42 is connected to the upper surface of the flow path switching valve body 52 of the applied pressure control means 50 and is displaced in the vertical direction integrally with the flow path switching valve body 52.

変位拡大室43は、大径ピストン41と小径ピストン42との対向間に設けられる空間とされている。この変位拡大室43が、請求項に記載の圧力室の一例に相当する。   The displacement expansion chamber 43 is a space provided between the large-diameter piston 41 and the small-diameter piston 42 facing each other. The displacement expansion chamber 43 corresponds to an example of a pressure chamber described in the claims.

この変位拡大室43は、ピエゾスタック23の伸縮変位を液圧変換し、大径ピストン41と小径ピストン42との外径差に応じて拡大して小径ピストン42に伝達する。つまり、小径ピストン42の外径が、大径ピストン41の外径より小さく設定されていて、大径ピストン41の軸方向の変位が小径ピストン42に拡大して伝達される。   The displacement expansion chamber 43 converts the expansion and contraction displacement of the piezo stack 23 into a hydraulic pressure, expands it according to the outer diameter difference between the large diameter piston 41 and the small diameter piston 42, and transmits it to the small diameter piston 42. That is, the outer diameter of the small diameter piston 42 is set smaller than the outer diameter of the large diameter piston 41, and the axial displacement of the large diameter piston 41 is enlarged and transmitted to the small diameter piston 42.

なお、段付きシリンダ21bの小径部分は、低圧燃料通路27を介してリーク通路11に連通連結されている。   The small diameter portion of the stepped cylinder 21 b is connected to the leak passage 11 through a low pressure fuel passage 27.

印加圧制御手段50は、ニードルシリンダ21aの上方に設けられる圧力制御室28の内圧を高圧状態と低圧状態とに切り替え制御するものであり、主として、弁室51と、流路切り替え弁体52とを含んで構成されている。   The applied pressure control means 50 controls to switch the internal pressure of the pressure control chamber 28 provided above the needle cylinder 21a between a high pressure state and a low pressure state, and mainly includes a valve chamber 51, a flow path switching valve body 52, and the like. It is comprised including.

弁室51は、段付きシリンダ21bの下端に連通するように設けられており、高圧燃料通路26と低圧燃料通路27と圧力制御室28とにそれぞれ連通されている。   The valve chamber 51 is provided so as to communicate with the lower end of the stepped cylinder 21b, and communicates with the high pressure fuel passage 26, the low pressure fuel passage 27, and the pressure control chamber 28, respectively.

流路切り替え弁体52は、小径ピストン42の下端に連接されていて、弁室51内で昇降可能となっている。この流路切り替え弁体52が下降されて弁室51の下側バルブシート53に圧接されると、弁室51および連通路32を通じて圧力制御室28と低圧燃料通路27とを連通する状態とする一方、流路切り替え弁体52が上昇されて弁室51の上側バルブシート54に圧接されると、弁室51、連通路32および高圧連通路33を通じて圧力制御室28と高圧燃料通路26とを連通する状態とする。   The flow path switching valve body 52 is connected to the lower end of the small-diameter piston 42 and can be moved up and down in the valve chamber 51. When the flow path switching valve body 52 is lowered and pressed against the lower valve seat 53 of the valve chamber 51, the pressure control chamber 28 and the low pressure fuel passage 27 are brought into communication with each other through the valve chamber 51 and the communication passage 32. On the other hand, when the flow path switching valve body 52 is raised and brought into pressure contact with the upper valve seat 54 of the valve chamber 51, the pressure control chamber 28 and the high pressure fuel passage 26 are connected through the valve chamber 51, the communication passage 32, and the high pressure communication passage 33. Communicate.

燃料補填手段60は、大径ピストン41の下降に伴う変位拡大室43の圧縮時に変位拡大室43内の燃料が大径ピストン41や小径ピストン42の摺動面から低圧燃料通路27へリークすることを考慮して、大径ピストン41の上昇に伴う変位拡大室43の膨張時に低圧燃料通路27およびリーク通路11内の燃料を変位拡大室43に吸入補填するためのものである。   The fuel filling means 60 causes the fuel in the displacement expansion chamber 43 to leak from the sliding surfaces of the large diameter piston 41 and the small diameter piston 42 to the low pressure fuel passage 27 when the displacement expansion chamber 43 is compressed as the large diameter piston 41 descends. In consideration of this, the fuel in the low pressure fuel passage 27 and the leak passage 11 is sucked into the displacement expansion chamber 43 when the displacement expansion chamber 43 expands as the large-diameter piston 41 rises.

なお、大径ピストン41や小径ピストン42の摺動面から燃料が漏れても、この燃料を低圧燃料通路27に導いてピエゾスタック23の配置空間へ入らないように、図示していないがシール部材が設けられている。   Although not shown in the drawing, a sealing member is used so that even if fuel leaks from the sliding surfaces of the large-diameter piston 41 and the small-diameter piston 42, this fuel is guided to the low-pressure fuel passage 27 and does not enter the arrangement space of the piezoelectric stack 23. Is provided.

この燃料補填手段60は、主として、連通路61と、逆止弁62とを含んで構成されている。   The fuel replenishing means 60 mainly includes a communication passage 61 and a check valve 62.

連通路61は、大径ピストン41の内部に、変位拡大室43とインジェクタボディ21の低圧燃料通路27とを連通連結するように設けられている。   The communication passage 61 is provided inside the large-diameter piston 41 so as to connect the displacement expansion chamber 43 and the low-pressure fuel passage 27 of the injector body 21 in communication.

逆止弁62は、連通路61の途中に設けられていて、変位拡大室43側から低圧燃料通路27側への燃料流出を阻止する一方で、リーク通路11および低圧燃料通路27側から変位拡大室43側への燃料流通のみを許容するものである。   The check valve 62 is provided in the middle of the communication passage 61, and prevents displacement of fuel from the displacement expansion chamber 43 side to the low pressure fuel passage 27 side, while increasing displacement from the leak passage 11 and the low pressure fuel passage 27 side. Only the fuel flow to the chamber 43 side is allowed.

この逆止弁62は、連通路61の弁室63内にボール弁体64を配置した構成になっており、弁室63から変位拡大室43に複数の通孔65を介して連通されている。   The check valve 62 has a configuration in which a ball valve body 64 is disposed in the valve chamber 63 of the communication passage 61, and is communicated from the valve chamber 63 to the displacement expansion chamber 43 through a plurality of through holes 65. .

この逆止弁62の動作としては、変位拡大室43内の圧力が低圧燃料通路27の圧力(背圧チェック弁12により設定される低圧側の燃料圧力)より低くなると、逆止弁62が開弁、つまりボール弁体64が僅かに下がって円錐形座面との間に隙間が生じるので、リーク通路11および低圧燃料通路27内の燃料が通孔65を通じて変位拡大室43内へ流入する。これにより、ピエゾインジェクタ6の作動停止時であっても、変位拡大室43の圧力は低圧燃料通路27内の圧力に保たれる。   As for the operation of the check valve 62, when the pressure in the displacement expansion chamber 43 becomes lower than the pressure in the low pressure fuel passage 27 (low pressure fuel pressure set by the back pressure check valve 12), the check valve 62 opens. Since the valve, that is, the ball valve body 64 is slightly lowered and a gap is formed between the valve and the conical seat surface, the fuel in the leak passage 11 and the low pressure fuel passage 27 flows into the displacement expansion chamber 43 through the through hole 65. Thereby, even when the operation of the piezo injector 6 is stopped, the pressure in the displacement expansion chamber 43 is kept at the pressure in the low-pressure fuel passage 27.

次に、上述したピエゾインジェクタ6の動作を説明する。   Next, the operation of the above-described piezo injector 6 will be described.

まず、ECU16の燃料噴射の開始指令に応答してEDU17からピエゾスタック23に駆動電圧が印加される。   First, a drive voltage is applied from the EDU 17 to the piezo stack 23 in response to a fuel injection start command from the ECU 16.

このピエゾスタック23は、電圧に比例して伸張変位して、それと一体の大径ピストン41を下方に変位させて、変位拡大室43を圧縮する。   The piezo stack 23 is expanded and displaced in proportion to the voltage, and the large-diameter piston 41 integrated therewith is displaced downward to compress the displacement expansion chamber 43.

この変位拡大室43の圧縮に伴う内圧上昇によって小径ピストン42が下降し、流路切り替え弁体52を押し下げて弁室51の下側バルブシート54に圧接される。このとき、流路切り替え弁体52のリフト量は、ピエゾスタック23の変位に対して大径ピストン41と小径ピストン42との面積比に応じて拡大される。   The small-diameter piston 42 is lowered by the increase in internal pressure accompanying the compression of the displacement expansion chamber 43, and the flow path switching valve body 52 is pushed down to be pressed against the lower valve seat 54 of the valve chamber 51. At this time, the lift amount of the flow path switching valve body 52 is increased according to the area ratio of the large diameter piston 41 and the small diameter piston 42 with respect to the displacement of the piezo stack 23.

これにより、圧力制御室28が連通路32および弁室51を通じて低圧燃料通路27に連通されるので、圧力制御室28内が低圧になって、燃料溜まり29内の高圧燃料の圧力によりニードル22を押し上げようとする力が、圧力制御室28の内圧およびコイルスプリング30によりニードル22を押し下げようとする力より上回る。その結果、ニードル22がリフトして噴孔25を開放し、燃料噴射が開始されることになる。   As a result, the pressure control chamber 28 communicates with the low pressure fuel passage 27 through the communication passage 32 and the valve chamber 51, so that the inside of the pressure control chamber 28 becomes low pressure, and the needle 22 is moved by the pressure of the high pressure fuel in the fuel reservoir 29. The force to be pushed up exceeds the force to push down the needle 22 by the internal pressure of the pressure control chamber 28 and the coil spring 30. As a result, the needle 22 is lifted to open the nozzle hole 25, and fuel injection is started.

そして、燃料噴射を停止させるには、ECU16の燃料噴射の停止指令に応答してEDU17からピエゾスタック23への駆動電圧の印加を停止して電荷を放出させるようにすればよい。つまり、この電化が放出される間に、ピエゾスタック23は、電圧印加時の変位量だけ収縮して元の長さに戻り、コイルスプリング30の伸張復元に伴う弾発付勢力によって大径ピストン41および小径ピストン42が上昇する。   In order to stop the fuel injection, the application of the drive voltage from the EDU 17 to the piezo stack 23 may be stopped in response to the fuel injection stop command from the ECU 16 to release the electric charge. That is, while the electrification is released, the piezo stack 23 contracts by the amount of displacement at the time of voltage application and returns to the original length, and the large-diameter piston 41 is caused by the elastic urging force accompanying the expansion and restoration of the coil spring 30. And small diameter piston 42 goes up.

この上昇に伴い流路切り替え弁体52が上側バルブシート54に圧接されると、高圧燃料通路26から弁室51および流通路32を経て圧力制御室28に高圧燃料が導入されるとともに、高圧燃料通路26内の高圧燃料がインオリフィス31を通じて圧力制御室28へ流入される。   When the flow path switching valve body 52 is brought into pressure contact with the upper valve seat 54 with this rise, high pressure fuel is introduced from the high pressure fuel passage 26 into the pressure control chamber 28 via the valve chamber 51 and the flow passage 32, and high pressure fuel. The high-pressure fuel in the passage 26 flows into the pressure control chamber 28 through the in-orifice 31.

このようにして圧力制御室28の内圧が回復し、燃料溜まり29内の高圧燃料の圧力によりニードル22の押し上げようとする力よりも圧力制御室28の内圧およびコイルスプリング30によりニードル22を押し下げようとする力が上回る。その結果、ニードル22がリフトダウンして噴孔25を閉塞し、燃料噴射を停止する。   In this way, the internal pressure of the pressure control chamber 28 is recovered, and the needle 22 is pushed down by the internal pressure of the pressure control chamber 28 and the coil spring 30 rather than the force to push up the needle 22 by the pressure of the high-pressure fuel in the fuel reservoir 29. The power of As a result, the needle 22 lifts down, closes the nozzle hole 25, and stops fuel injection.

このような動作の繰り返しに伴い、変位拡大室43内の燃料が微小リークすることによって減少するが、逆止弁62により低圧燃料通路27内の燃料が変位拡大室43に吸入補填されるようになっている。   As the operation repeats, the fuel in the displacement expansion chamber 43 decreases due to a slight leak, but the check valve 62 sucks and supplements the fuel in the low pressure fuel passage 27 into the displacement expansion chamber 43. It has become.

ところで、上述したような構成の燃料噴射装置においては、従来例の項目で説明したように、エンジン運転中に燃料タンク1内の燃料が空、つまり燃料切れになってエンジンが停止すると、背圧チェック弁12の弁座すきまから低圧燃料通路27およびリーク通路11内の低圧燃料が燃料タンク1側へ漏洩するために、ピエゾインジェクタ6における変位拡大室43内に気泡が混入することになるので、燃料補填してからでも直ぐにエンジンを再始動できなくなる。   By the way, in the fuel injection device having the above-described configuration, as described in the section of the conventional example, when the fuel in the fuel tank 1 is empty during engine operation, that is, when the engine stops due to running out of fuel, the back pressure is reduced. Since the low-pressure fuel in the low-pressure fuel passage 27 and the leak passage 11 leaks from the valve seat clearance of the check valve 12 to the fuel tank 1 side, bubbles are mixed into the displacement expansion chamber 43 in the piezo injector 6. The engine cannot be restarted immediately after refueling.

というのは、変位拡大室43に気泡が混入していると、ピエゾスタック23を伸長させることで大径ピストン41を下方へ変位させたとしても、変位拡大室43内でエアが圧縮されて変位拡大室43の油圧上昇が抑えられてしまうため、小径ピストン42にピエゾスタック23の駆動力が適切に伝達されなくなり、流路切り替え弁体52を下降させることができなくなる。つまり、弁室51および圧力制御室28を低圧に切り替える動作を行うことができなくなるので、ニードル22をリフトすることができなくなる。   This is because if air bubbles are mixed in the displacement expansion chamber 43, even if the large-diameter piston 41 is displaced downward by extending the piezo stack 23, the air is compressed and displaced in the displacement expansion chamber 43. Since the increase in the hydraulic pressure in the expansion chamber 43 is suppressed, the driving force of the piezo stack 23 is not properly transmitted to the small-diameter piston 42, and the flow path switching valve body 52 cannot be lowered. That is, since it becomes impossible to perform the operation of switching the valve chamber 51 and the pressure control chamber 28 to a low pressure, the needle 22 cannot be lifted.

そこで、この実施形態では、上述したような燃料切れが発生した場合でも、燃料タンク1に燃料を補填した後におけるエンジンの再始動性を良好とするために、蓄圧タンク18を設けているので、以下で詳細に説明する。   Therefore, in this embodiment, even when the fuel shortage as described above occurs, in order to improve the restartability of the engine after the fuel is filled in the fuel tank 1, the pressure accumulation tank 18 is provided. This will be described in detail below.

図1に示すように、蓄圧タンク18は、ピエゾインジェクタ6の作動停止時であっても、リーク通路11、ピエゾインジェクタ6の低圧燃料通路27および変位拡大室43の圧力を保持するものである。   As shown in FIG. 1, the pressure accumulating tank 18 holds the pressure of the leak passage 11, the low pressure fuel passage 27 of the piezo injector 6, and the displacement expansion chamber 43 even when the operation of the piezo injector 6 is stopped.

この蓄圧タンク18は、フィードポンプ3から吐出される低圧燃料が供給されるようになっていて、当該蓄圧タンク18に貯留する低圧燃料の圧力を、エンジン停止から一定時間の間、保持するように構成されている。   The accumulator tank 18 is supplied with low-pressure fuel discharged from the feed pump 3, and maintains the pressure of the low-pressure fuel stored in the accumulator tank 18 for a certain period of time after the engine is stopped. It is configured.

この蓄圧タンク18は、ピエゾインジェクタ6の低圧燃料通路27と背圧チェック弁12とを連通するリーク通路11の途中に接続されており、それによって、リーク通路11およびピエゾインジェクタ6の低圧燃料通路27に低圧燃料を満たすことによって当該各通路11,27内を所定の圧力に保つようになっている。   The pressure accumulating tank 18 is connected in the middle of a leak passage 11 that communicates the low pressure fuel passage 27 of the piezo injector 6 and the back pressure check valve 12, whereby the leak passage 11 and the low pressure fuel passage 27 of the piezo injector 6 are connected. By filling the low pressure fuel to the inside, the passages 11 and 27 are kept at a predetermined pressure.

この蓄圧タンク18の内圧は、エンジン運転中においてリーク通路11および低圧燃料通路27の圧力を保つための背圧チェック弁12の開弁圧力よりも小さく設定されるようになっている。これにより、蓄圧タンク18の圧力でもって背圧チェック弁12が開弁することを避けるようになっている。   The internal pressure of the pressure accumulating tank 18 is set to be smaller than the valve opening pressure of the back pressure check valve 12 for maintaining the pressure of the leak passage 11 and the low pressure fuel passage 27 during engine operation. As a result, the back pressure check valve 12 is prevented from opening due to the pressure of the pressure accumulating tank 18.

このような構成によれば、エンジン運転中に燃料タンク1内の燃料が空、つまり燃料切れになってエンジンが停止しても、蓄圧タンク18によってリーク通路11および低圧燃料通路27を所定の圧力に保つことができる。これにより、従来例のように、ピエゾインジェクタ6の変位拡大室43内に気泡が混入することを防止することが可能になる。   According to such a configuration, even when the fuel in the fuel tank 1 is empty during engine operation, that is, even if the engine is stopped due to running out of fuel, the pressure accumulation tank 18 causes the leak passage 11 and the low-pressure fuel passage 27 to pass through a predetermined pressure. Can be kept in. Thereby, it becomes possible to prevent bubbles from being mixed into the displacement expansion chamber 43 of the piezo injector 6 as in the conventional example.

そのため、燃料タンク1に燃料を補填して、エンジンをクランキングすれば、ピエゾインジェクタ6のピエゾスタック23の伸縮動作を流路切り替え弁体52に正常に伝達して圧力制御室28の圧力制御を速やかに行うことが可能になるから、ニードル22を正常に変位させることが可能になる。これにより、エンジンのクランキング後、即座にピエゾインジェクタ6による燃料噴射動作を正常に行わせることが可能になるから、エンジンを始動(完爆)させることが可能になる。このように、燃料切れ後のエンジンの再始動性を良好とすることができる。   Therefore, if the fuel is filled in the fuel tank 1 and the engine is cranked, the expansion / contraction operation of the piezo stack 23 of the piezo injector 6 is normally transmitted to the flow path switching valve body 52 to control the pressure in the pressure control chamber 28. Since it becomes possible to carry out promptly, the needle 22 can be normally displaced. As a result, the fuel injection operation by the piezo injector 6 can be normally performed immediately after cranking the engine, so that the engine can be started (complete explosion). Thus, the restartability of the engine after running out of fuel can be improved.

しかも、上述したように、この実施形態では、蓄圧タンク18を設けているだけなので、従来例に比べて構成簡素化ならびに低コスト化を図るうえで有利となる。   Moreover, as described above, in this embodiment, only the pressure accumulating tank 18 is provided, which is advantageous in terms of simplification of configuration and cost reduction compared to the conventional example.

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。以下で例を挙げる。   In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, All the deformation | transformation and application included in the range equivalent to the claim and the said range are possible. Examples are given below.

(1)上記実施形態では、蓄圧タンク18に対して既存のフィードポンプ3から低圧燃料を供給させる形態にしているが、フィードポンプ3の代わりに、専用のポンプを用いるようにしてもよい。   (1) In the above embodiment, the low pressure fuel is supplied from the existing feed pump 3 to the pressure accumulating tank 18, but a dedicated pump may be used instead of the feed pump 3.

(2)上記実施形態に示したピエゾインジェクタ6の細部の構成については特に限定されるものではない。例えばピエゾインジェクタ6の印加圧制御手段50について、三方切り替え弁の形態に限らず、2方弁を組み合わせることによって圧力制御室28に高圧燃料通路26と低圧燃料通路27とのいずれか一方を連通させる状態を切り替えるように構成することが可能である。   (2) The detailed configuration of the piezo injector 6 shown in the above embodiment is not particularly limited. For example, the applied pressure control means 50 of the piezo injector 6 is not limited to the three-way switching valve, and the pressure control chamber 28 is made to communicate with either the high-pressure fuel passage 26 or the low-pressure fuel passage 27 by combining two-way valves. It can be configured to switch states.

本発明に係る燃料噴射装置の一実施形態を模式的に示す構成図である。It is a lineblock diagram showing typically one embodiment of a fuel injection device concerning the present invention. 図1中のピエゾインジェクタを拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the piezo injector in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料タンク
3 フィードポンプ
4 サプライポンプ
5 コモンレール
6 ピエゾインジェクタ
11 ピエゾインジェクタからのリーク通路
18 蓄圧タンク
21 インジェクタボディ
22 ニードル
23 ピエゾスタック
24 ニードル駆動系
25 噴孔
26 高圧燃料通路
27 低圧燃料通路
28 圧力制御室
40 変位拡大手段
41 大径ピストン
42 小径ピストン
43 変位拡大室
50 印加圧制御手段
51 弁室
52 流路切り替え弁体
60 燃料補填手段
61 連通路
62 逆止弁
1 Fuel tank
3 Feed pump
4 Supply pump
5 Common rail
6 Piezo injector 11 Leak passage from the piezo injector 18 Accumulation tank 21 Injector body 22 Needle 23 Piezo stack 24 Needle drive system 25 Injection hole 26 High pressure fuel passage 27 Low pressure fuel passage 28 Pressure control chamber 40 Displacement expansion means 41 Large diameter piston 42 Small diameter Piston 43 Displacement expansion chamber 50 Applied pressure control means 51 Valve chamber 52 Flow path switching valve body 60 Fuel compensation means 61 Communication path 62 Check valve

Claims (5)

エンジンに搭載されかつ低圧燃料が満たされる圧力室を加圧することで燃料噴射動作を行うピエゾインジェクタと、このピエゾインジェクタに供給するための高圧燃料を貯留する蓄圧管と、この蓄圧管に高圧燃料を圧送する高圧ポンプと、前記圧力室に連通される低圧燃料通路の圧力を保持する蓄圧タンクとを含む、ことを特徴とする燃料噴射装置。   A piezo injector that performs a fuel injection operation by pressurizing a pressure chamber that is mounted on the engine and is filled with low pressure fuel, a pressure accumulator that stores high pressure fuel to be supplied to the piezo injector, and a high pressure fuel that is stored in the pressure accumulator A fuel injection device comprising: a high-pressure pump that pumps pressure; and a pressure accumulation tank that holds a pressure of a low-pressure fuel passage communicated with the pressure chamber. 請求項1に記載の燃料噴射装置において、
前記高圧ポンプに燃料タンク内の燃料を供給するフィードポンプをさらに含み、前記蓄圧タンクは、前記フィードポンプから低圧燃料が供給されて所定の圧力に保持する、ことを特徴とする燃料噴射装置。
The fuel injection device according to claim 1,
The fuel injection device further comprising a feed pump for supplying fuel in a fuel tank to the high pressure pump, wherein the pressure accumulation tank is supplied with low pressure fuel from the feed pump and is maintained at a predetermined pressure.
請求項1または2に記載の燃料噴射装置において、
前記ピエゾインジェクタは、インジェクタボディ先端に設けた噴孔を開閉するニードルと、ピエゾスタックと、ピエゾスタックの伸縮動作を利用して前記ニードルを変位させるニードル駆動系と、前記噴孔に高圧燃料を導く高圧燃料通路とを有し、
前記ニードル駆動系は、前記ピエゾスタック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前記圧力室として設けられかつ前記低圧燃料通路から低圧燃料が供給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変位に伴い前記ニードルに対する印加圧を制御して当該ニードルを変位させる印加圧制御手段と、前記変位拡大室の膨張時に前記低圧燃料通路から低圧燃料を前記変位拡大室に補填するための燃料補填手段とを有している、ことを特徴とする燃料噴射装置。
The fuel injection device according to claim 1 or 2,
The piezo injector includes a needle that opens and closes a nozzle hole provided at the tip of the injector body, a piezo stack, a needle drive system that displaces the needle using the expansion and contraction of the piezo stack, and guides high-pressure fuel to the nozzle hole. A high-pressure fuel passage,
The needle drive system is provided as the pressure chamber between a large-diameter piston moved forward and backward by the piezo stack, a small-diameter piston arranged coaxially with the large-diameter piston, and the small-diameter piston and the large-diameter piston facing each other. And a low-pressure fuel is supplied from the low-pressure fuel passage and the displacement of the large-diameter piston is expanded and transmitted to the small-diameter piston, and the pressure applied to the needle is controlled in accordance with the displacement of the small-diameter piston. Fuel having an applied pressure control means for displacing the needle, and fuel filling means for filling low pressure fuel from the low pressure fuel passage into the displacement expansion chamber when the displacement expansion chamber is expanded. Injection device.
請求項3に記載の燃料噴射装置において、
前記印加圧制御手段は、前記ニードルの圧力印加側に設けられる圧力制御室の内圧を高圧状態と低圧状態とに切り替え制御するものであり、前記高圧燃料通路と低圧燃料通路と圧力制御室とにそれぞれ連通される弁室と、前記小径ピストンの下端に連接されて前記弁室内で昇降可能とされる流路切り替え弁体とを有し、
かつ、前記流路切り替え弁体が下降されたときに前記弁室を介して前記圧力制御室と前記低圧燃料通路とを連通する状態とする一方、前記流路切り替え弁体が上昇されたときに前記弁室を介して前記圧力制御室と前記高圧燃料通路とを連通する状態とするものとされる、ことを特徴とする燃料噴射装置。
The fuel injection device according to claim 3, wherein
The applied pressure control means controls the internal pressure of a pressure control chamber provided on the pressure application side of the needle to be switched between a high pressure state and a low pressure state, and includes a high pressure fuel passage, a low pressure fuel passage, and a pressure control chamber. Each having a valve chamber communicated with, and a flow path switching valve body connected to the lower end of the small-diameter piston and capable of moving up and down in the valve chamber,
When the flow path switching valve body is lowered, the pressure control chamber and the low pressure fuel passage are communicated with each other through the valve chamber, while the flow path switching valve body is lifted. The fuel injection device, wherein the pressure control chamber and the high-pressure fuel passage are in communication with each other through the valve chamber.
請求項3または4に記載の燃料噴射装置において、
前記燃料補填手段は、前記大径ピストンの内部に、変位拡大室と低圧燃料通路とを連通するように設けられる連通路と、この連通路の途中に設けられかつ変位拡大室側から低圧燃料通路側への燃料流出を阻止する一方で、低圧燃料通路側から変位拡大室側への燃料流通のみを許容する逆止弁とを有する、ことを特徴とする燃料噴射装置。
The fuel injection device according to claim 3 or 4,
The fuel replenishing means includes a communication passage provided inside the large-diameter piston so as to communicate the displacement expansion chamber and the low pressure fuel passage, and a low pressure fuel passage provided in the middle of the communication passage and from the displacement expansion chamber side. A fuel injection device comprising: a check valve that prevents fuel from flowing out to the side, and allows only fuel flow from the low-pressure fuel passage side to the displacement expansion chamber side.
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