JP2009293541A - 内燃機関の蓄圧式燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の始動時に、ピエゾインジェクタの増圧室内の圧力を速やかに上昇させ、内燃機関の始動性を向上させることができる内燃機関の蓄圧式燃料供給装置を提供する。
【解決手段】燃料を低圧ポンプに導く燃料供給通路と、インジェクタの背圧逃し機構によって排出される背圧燃料を燃料タンクに導く燃料還流通路と、燃料還流通路に備えられインジェクタの背圧燃料の圧力を所定値以上に維持する圧力調整弁と、を備え、燃料供給通路には、内燃機関の駆動力を利用しないで燃料タンク内の燃料を低圧ポンプ側に送るプライミング手段が備えられ、プライミング手段よりも低圧ポンプ側の燃料供給通路と、圧力調整弁よりもインジェクタ側の燃料還流通路と、を接続するバイパス通路を備えるとともに、バイパス通路に、燃料供給通路内の圧力値から燃料還流通路内の圧力値を差し引いた値が所定値以上となっているときに開弁する逆止弁を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、コモンレールを備えた内燃機関の蓄圧式燃料供給装置に関する。特に、ピエゾアクチュエータ及び増圧ピストンを含む背圧逃し機構によって燃料噴射制御を行うインジェクタを備えた内燃機関の蓄圧式燃料供給装置に関する。

従来、内燃機関の燃料供給装置として、高圧ポンプによってコモンレール内に蓄積された高圧燃料を、各気筒に備えられているインジェクタによって対応する気筒内に噴射供給するように構成された蓄圧式燃料供給装置が実用化されている。当該蓄圧式燃料噴射装置は、燃料タンク内の燃料が、低圧ポンプによって高圧ポンプに送られるとともに高圧ポンプによって高圧化されコモンレールに圧送される。これにより、各インジェクタに高圧燃料が供給されるようになっている。

このような蓄圧式燃料供給装置に用いられるインジェクタとして、ノズルニードルに与えられる、高圧燃料により生じる背圧を、ピエゾアクチュエータを含む背圧逃し機構によって調節することにより燃料噴射動作の制御を行うピエゾインジェクタがある。また、背圧逃し機構に増圧ピストンを備えたピエゾインジェクタも開示されている。

図５は、ピエゾアクチュエータ３１３及び増圧ピストン３１４を含む背圧逃し機構を備えたピエゾインジェクタの背圧逃し機構の構成例を示している。この背圧逃し機構の一部を構成するピエゾアクチュエータ３１３は、インジェクタ本体部３１０内に配置され、ピエゾアクチュエータ３１３が増圧ピストン３１４を介して、弁プレート３１８内に収容された制御弁３２０を操作するようになっている。また、ノズルボディ３３１の燃焼室側の端部に噴射孔が形成されており、ノズルボディ３３１の長手方向孔３３２内に、ノズルニードル３３３が軸方向摺動可能に配置されており、ノズルボディ３３１と制御弁３２０との間に、長手方向孔３３２の背側の端部を閉鎖するオリフィスプレート３２５が配置されている。このオリフィスプレート３２５がノズルニードル３３３のための開口ストッパを形成しており、ノズルニードル３３３の背側の端面と協働し、ひいてはノズルニードル３３３の開放行程を制限している。さらにノズルニードル３３３の背側の端面とオリフィスプレート３２５との間に制御室３４５が形成され、当該制御室３４５が、燃料供給のために働く圧力接続路３２９と液圧的に接続されている（特許文献１参照）。

このようなピエゾアクチュエータ３１３及び増圧ピストン３１４を含む背圧逃し機構においては、ピエゾアクチュエータ３１３と増圧ピストン３１４との間に増圧室３１５が形成されている。ピエゾアクチュエータ３１３の直径は、増圧ピストン３１４の直径よりも大きくされており、このピエゾアクチュエータ３１３及び増圧ピストン３１４の直径の相異と、増圧室３１５の増圧比とに基づき、ピエゾアクチュエータ３１３の操作時に、ピエゾアクチュエータ３１３の変位が、増圧比の分だけ増幅されて大きな変位となって増圧ピストン３１４に伝達される。

特表２００７−５１０８４９号公報 （図１）

ところで、ピエゾアクチュエータ及び増圧ピストンを含む背圧逃し機構を備えたピエゾインジェクタを採用する場合、ピエゾアクチュエータによってノズルニードルの軸方向摺動を制御するためには、増圧室に所定以上の圧力が保持されている必要がある。そのため、かかるピエゾインジェクタを採用した蓄圧式燃料供給装置では、背圧逃し機構によって排出される背圧燃料を燃料タンクに導く燃料還流通路に圧力調整弁を配置し、増圧室内の圧力が所定値以上に維持されるように構成されている。

しかしながら、いわゆるガス欠時や、内燃機関を停止して長期間放置した場合には、蓄圧式燃料供給装置内の燃料通路内にエア等が進入し、増圧室内の圧力が低下する場合がある。また、蓄圧式燃料供給装置の組み立て後、初めて内燃機関を始動させるような場合には、蓄圧式燃料供給装置内には燃料が充填されていないために、増圧室内の圧力が所定値以上に維持されていない状態となっている。増圧室内の圧力が確保されていないと、ピエゾアクチュエータの変位を増圧ピストンに正確に伝達することができないため、制御弁ひいてはノズルニードルの動作を制御することができず、内燃機関の始動性が低下し、さらには、内燃機関を始動させることができないおそれがある。

ここで、従来の蓄圧式燃料供給装置の中には、内燃機関を始動させる前であっても蓄圧式燃料供給装置内に燃料を送り込むことができるように、ハンドポンプ等のプライミング手段を備えたり、電動ポンプを採用したりしたものがある。しかしながら、このようなプライミング手段や電動ポンプは、背圧逃し機構の上流側までは燃料を送り込むことができるとしても、増圧室にまでは燃料を送り込むことができず、増圧室の圧力を上昇させることができないものである。

そこで、本発明の発明者は、ピエゾアクチュエータ及び増圧ピストンを含む背圧逃し機構を備えたピエゾインジェクタを採用した内燃機関の蓄圧式燃料供給装置において、内燃機関の駆動力を利用せずに燃料を送ることができるプライミング手段又は電動ポンプよりも下流側の燃料供給通路と、圧力調整弁よりも上流側の燃料還流通路との間を、逆止弁を備えたバイパス通路によって接続することによりこのような問題を解決することができることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、内燃機関の始動時に、ピエゾインジェクタの増圧室内の圧力を速やかに上昇させ、内燃機関の始動性を向上させることができる内燃機関の蓄圧式燃料供給装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、コモンレール内に蓄積される高圧燃料を内燃機関の各気筒内へ噴射供給するための複数のインジェクタを備え、複数のインジェクタが、高圧燃料によって弁部材に与えられる背圧を、ピエゾアクチュエータ及び増圧ピストンを含む背圧逃し機構によって調節することにより燃料噴射の制御が可能に構成された内燃機関の蓄圧式燃料供給装置であって、高圧燃料をコモンレールに圧送するための高圧ポンプと、燃料タンク内の燃料を高圧ポンプ内の加圧室に供給する低圧ポンプと、燃料タンク内の燃料を低圧ポンプに導く燃料供給通路と、インジェクタの背圧逃し機構によって排出される背圧燃料を燃料タンクに導く燃料還流通路と、燃料還流通路に備えられインジェクタの背圧燃料の圧力を所定値以上に維持する圧力調整弁と、を備え、燃料供給通路には、内燃機関の駆動力を利用しないで燃料タンク内の燃料を低圧ポンプ側に送るプライミング手段が備えられ、プライミング手段よりも低圧ポンプ側の燃料供給通路と、圧力調整弁よりもインジェクタ側の燃料還流通路と、を接続するバイパス通路を備えるとともに、バイパス通路に、燃料供給通路内の圧力値から燃料還流通路内の圧力値を差し引いた値が所定値以上となっているときに開弁する逆止弁を備えることを特徴とする内燃機関の蓄圧式燃料供給装置が提供され、上述した問題を解決することができる。

また、本発明の内燃機関の蓄圧式燃料供給装置を構成するにあたり、低圧ポンプが、内燃機関の駆動力によって稼動する機械式ポンプであることが好ましい。

また、本発明の別の態様は、コモンレール内に蓄積される高圧燃料を内燃機関の各気筒内へ噴射供給するための複数のインジェクタを備え、複数のインジェクタが、高圧燃料によって弁部材に与えられる背圧を、ピエゾアクチュエータ及び増圧ピストンを含む背圧逃し機構によって調節することにより燃料噴射の制御が可能に構成された内燃機関の蓄圧式燃料供給装置であって、高圧燃料をコモンレールに圧送するための高圧ポンプと、燃料タンク内の燃料を高圧ポンプに供給するポンプであって内燃機関の駆動力を利用しない低圧ポンプと、低圧ポンプによって圧送される燃料を高圧ポンプに導く燃料供給通路と、インジェクタの背圧逃し機構によって排出される背圧燃料を燃料タンクに導く燃料還流通路と、燃料還流通路に備えられインジェクタの背圧燃料の圧力を所定値以上に維持する圧力調整弁と、を備え、低圧ポンプよりも高圧ポンプ側の燃料供給通路と、圧力調整弁よりもインジェクタ側の燃料還流通路と、を接続するバイパス通路を備えるとともに、バイパス通路に、燃料供給通路内の圧力値から燃料還流通路内の圧力値を差し引いた値が所定値以上となっているときに開弁する逆止弁を備えることを特徴とする内燃機関の蓄圧式燃料供給装置である。

また、本発明の内燃機関の蓄圧式燃料供給装置を構成するにあたり、低圧ポンプが、通電によって稼動する電動ポンプであることが好ましい。

また、本発明の内燃機関の蓄圧式燃料供給装置を構成するにあたり、逆止弁を備えたバイパス通路が脱着可能であることが好ましい。

本発明の内燃機関の蓄圧式燃料供給装置によれば、背圧逃し機構の増圧室内の圧力が低い状態で内燃機関を始動させる際に、プライミング手段によって圧送される燃料の一部がバイパス通路を介してインジェクタの増圧室に連通する燃料還流通路に供給され、当該増圧室内の圧力をあらかじめ上昇させておくことができる。したがって、ガス欠時のみならず、車両等を組み立てた後の最初の内燃機関の始動時や、蓄圧式燃料噴射装置の分解整備後の再始動時等において、内燃機関の始動スイッチがオンにされた後、ピエゾアクチュエータによる燃料噴射制御が速やかに行われる。その結果、クランキング開始から内燃機関が始動するまでの時間が大幅に短縮され、内燃機関の始動性を向上させることができる。
また、バイパス通路に逆止弁が備えられているため、簡易かつ廉価な構成で、内燃機関の運転時に、バイパス通路を介して燃料が流通することが防止される。

また、本発明の内燃機関の蓄圧式燃料供給装置において、低圧ポンプとして内燃機関の駆動力を利用しないポンプを採用した場合には、低圧ポンプによって圧送される燃料の一部がバイパス通路を介してインジェクタの増圧室に連通する燃料還流通路に供給され、当該増圧室内の圧力をあらかじめ上昇させておくことができる。したがって、内燃機関の始動性の向上が図られるとともに、バイパス通路に備えられた逆止弁によって、内燃機関の運転時に、バイパス通路を介して燃料が流通することが防止される。

また、本発明の蓄圧式燃料供給装置によれば、逆止弁を備えたバイパス通路を脱着可能に構成することにより、ガス欠時や、最初の内燃機関の始動時、分解整備後の再始動時等にのみバイパス通路を取付けて使用することができる。したがって、経年劣化等による逆止弁やバイパス通路の不具合の発生が防止されるとともに、蓄圧式燃料供給装置ごとにバイパス通路を備えることなく、整備作業等を行う作業者がバイパス通路を保管しておくことで、個々の蓄圧式燃料供給装置の生産コストの上昇を抑えることができる。

以下、適宜図面を参照して、本発明の内燃機関の蓄圧式燃料供給装置に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態にかかる内燃機関の蓄圧式燃料供給装置は、燃料タンク内の燃料を低圧ポンプに導く燃料供給通路にプライミング手段としてのハンドポンプが備えられた内燃機関の蓄圧式燃料供給装置（以下、単に「蓄圧式燃料供給装置」と称する。）である。

１．蓄圧式燃料供給装置の基本的構成
図１は、第１の実施の形態にかかる蓄圧式燃料供給装置の構成例を示す概略図である。この図１に示す蓄圧式燃料供給装置５０は、燃料タンク１と、低圧ポンプ２と、高圧ポンプ５と、コモンレール１０と、ピエゾインジェクタ１３等を主たる要素として構成されている。それぞれの構成要素は燃料配管で接続されており、燃料タンク１から高圧ポンプ５の加圧室５ａに至る燃料供給通路１８ａ〜１８ｄが実線で示され、加圧室５ａからピエゾインジェクタ１３に至る高圧燃料通路３７が太線で示されている。また、高圧ポンプ５、コモンレール１０及びインジェクタ１３のそれぞれから燃料タンク１に至る燃料還流通路３０ａ〜３０ｃが破線で示されている。図中の矢印は、各通路における燃料の進行方向を示している。

本実施形態の蓄圧式燃料供給装置５０は、低圧ポンプ２と高圧ポンプ５とがユニット化されており、低圧ポンプ２は、高圧ポンプ５を駆動するカムシャフト（図示せず）の端部に連結された駆動ギヤ（図示せず）と、当該駆動ギヤに連結された従動ギヤ（図示せず）とを含むギヤポンプ構造を有している。この低圧ポンプ２は、内燃機関の駆動力によってカムシャフトが回転することで生じる負圧を利用して燃料タンク１から燃料を吸い上げ、高圧ポンプ５に対して燃料を供給する。すなわち、この低圧ポンプ２は内燃機関の駆動力を利用して稼動する機械式ポンプとなっている。

この低圧ポンプ２によって送られた燃料は加圧室５ａに向けて流れる。このとき、加圧室５ａに流れ込む燃料の流量は、コモンレール１０の目標圧力に応じて、電磁式の比例制御弁からなる流量制御弁８によって調整される。また、流量制御弁８よりも上流側の燃料供給通路１８ｄ内の圧力が所定値に維持されるように、燃料供給通路１８ｄにはオーバーフローバルブ１４が接続され、余剰の燃料が燃料タンク１に戻されるようになっている。

流量制御弁８によって流量が調節されて加圧室５ａに送られる燃料は、プランジャ７が下降することにより加圧室５ａ内に負圧が生じると、燃料吸入弁６を介して加圧室５ａに流れ込む。そして、カム１５によってプランジャ７が上昇させられ、加圧室５ａ内の燃料が加圧されると燃料吐出弁９が開かれ、内燃機関の各気筒内に燃料を噴射する複数のピエゾインジェクタ１３が接続されたコモンレール１０に向けて、高圧燃料が圧送される。

コモンレール１０は、高圧ポンプ５から圧送されてくる高圧燃料を蓄積し、接続された複数のピエゾインジェクタ１３に対して高圧燃料を供給する。このコモンレール１０には、コモンレール１０内の高圧燃料の一部を排出することによってレール圧を低下させる圧力制御弁１２が備えられている。そして、コモンレール１０には圧力センサ２１が取り付けられ、コモンレール１０内の圧力が目標値となるように、制御装置（図示せず。）によって圧力制御弁１２や高圧ポンプ５の流量制御弁８の制御が行われるようになっている。
このように、コモンレール１０に接続された複数のピエゾインジェクタ１３には、圧力が調節された高圧燃料が常に供給された状態となるため、制御装置（図示せず。）によってピエゾインジェクタ１３の通電制御を行うことによって、様々な噴射パターンでの燃料噴射を実現することができる。

２．プライミング手段（ハンドポンプ）
蓄圧式燃料供給装置５０は、燃料タンク１から低圧ポンプ２に至る燃料供給通路１８ａ、１８ｂの途中に、プライミング手段としてのハンドポンプ４を備えている。このハンドポンプ４は、内燃機関の停止状態において、燃料供給通路１８ａ〜１８ｄ及び高圧燃料通路３７、３９を介して、燃料タンク１内の燃料を低圧ポンプ２や高圧ポンプ５、コモンレール１０、ピエゾインジェクタ１３に充填するために用いられる。ハンドポンプ４による燃料供給は、主として、内燃機関及び蓄圧式燃料供給装置を搭載した車両等を最初に組立てた時や、これらを分解整備した後、さらにはガス欠時に行われる。

図１に示す本実施形態の蓄圧式燃料供給装置５０の例では、プライミング手段として、フィルタが併設されたハンドポンプ４が用いられているが、これ以外にも、電動ポンプ等の、内燃機関の駆動力を利用しないポンプであっても好適に使用することができる。

３．ピエゾインジェクタ
上述したとおり、本実施形態の内燃機関の蓄圧式燃料供給装置５０ではピエゾインジェクタ１３が用いられている。
図２及び図３は、ピエゾアクチュエータ５１及び増圧ピストン６５を含む背圧逃し機構６０を備えたピエゾインジェクタ１３の構成例を示す概念図である。図３は、図２に示すピエゾインジェクタ１３の背圧逃し機構６０の周囲の拡大断面図である。このピエゾインジェクタ１３は、ノズルニードル８３の後端部側に作用する背圧室９１内の高圧燃料を、背圧逃し機構６０によって逃すことにより、燃料の噴射が行われるように構成されたものである。

ピエゾインジェクタ１３を構成するインジェクタハウジング６１には、長手方向孔６１ａ、コモンレールに通じる高圧通路６１ｂ及び燃料タンク１に通じる低圧通路６１ｃが形成されている。このうち、長手方向孔６１ａ内には、ピエゾアクチュエータ５１と、段付きの軸方向孔６３ａが形成された増圧ボディ６３とが配置されており、軸方向孔６３ａ内に増圧ピストン６５とバルブピストン６７とが軸方向摺動可能に収容されている。増圧ボディ６３内における、増圧ピストン６５とバルブピストン６７との間には増圧室６６が形成されている。

増圧ピストン６５は、調整ワッシャ５５を介して、増圧ボディ６３の外周に嵌め合わせられた管状ばね５３によって、ピエゾアクチュエータ５１の方向に、すなわち、ピエゾアクチュエータ５１の作用方向とは反対方向に付勢されるとともに、調整シム５７を介してピエゾアクチュエータ５１と当接している。
また、増圧ボディ６３の段付きの軸方向孔６３ａのうち、増圧ピストン６５側とは反対側の部分にスプリング６９が配置され、バルブピストン６７が増圧ピストン６５側とは反対側、すなわち、ピエゾアクチュエータ５１の作用方向に付勢されている。

ピエゾアクチュエータ５１は多数のピエゾ結晶（図示せず）が積層されて上下に配置されたピエゾスタック５１Ａを備えており、このピエゾスタック５１Ａは、ピエゾアクチュエータ５１に通電を行うとその長さが伸長する。ピエゾスタック５１Ａの長さが伸張すると、ピエゾスタック５１Ａの変位が増圧ピストン６５に伝達されるとともに、増圧室６６の増圧比の分だけ増幅されてバルブピストン６７に伝達される。

また、噴射孔７９ｂ側のインジェクタハウジング６１の端面には弁プレート７１が配置されている。この弁プレート７１には段付きの軸方向孔７１ａが形成されており、軸方向孔７１ａのうちインジェクタハウジング６１側の部分にはバルブピストン６７の端部が収容され、反対側の部分には弁部材７３が収容されている。
また、弁プレート７１のインジェクタハウジング６１側とは反対側の面にはオリフィスプレート７５が配置されており、弁プレート７１の軸方向孔７１ａ内において、オリフィスプレート７５と弁部材７３との間にスプリング７７が配置され、弁部材７３がバルブピストン６７側に付勢されている。そのため、バルブピストン６７と弁部材７３とが互いに押圧し合っている。

また、オリフィスプレート７５の弁プレート７１側とは反対側の面にはノズルボディ７９が配置されている。弁プレート７１、オリフィスプレート７５、ノズルボディ７９は、位置決めピン（図示せず。）によって互いに位置合わせされるとともに、インジェクタハウジング６１の端部に螺合したノズルナット８１によって固定されている。

ノズルボディ７９には段付きの軸方向孔７９ａが形成されるとともに、軸方向孔７９ａの下端部は噴射孔７９ｂが形成されている。軸方向孔７９ａ内にはノズルニードル８３が軸方向摺動自在に配置され、その噴射孔７９ｂ側の端部は、弁座を形成する軸方向孔７９ａの下端部にシート可能になっている。
また、ノズルニードル８３の後端部には、オリフィスプレート７５に支持されたスプリングプレート８５が嵌め合わされており、スプリングプレート８５の内部において、ノズルニードル８３の後端面とオリフィスプレート７５との間に背圧室９１が形成されている。スプリングプレート８５とノズルニードル８３の中央部に嵌め合わされたワッシャ８７との間にはニードルスプリング８９が配置されており、ノズルニードル８３が、ニードルスプリング８９によって噴射孔７９ｂ側に付勢されている。

また、弁プレート７１とノズルボディ７９との間に配置されたオリフィスプレート７５には、インジェクタハウジング６１の高圧通路６１ｂを介して供給される高圧燃料をスプリングプレート８５の外周部からノズルニードル８３の周囲を通って噴射孔７９ｂに導く第１の孔７５ａと、同じく高圧通路６１ｂを介して供給される高圧燃料を背圧室９１に導く第１の絞り孔７５ｂとが形成されている。
また、オリフィスプレート７５には、スプリングプレート８５内の背圧室９１と弁プレート７１の軸方向孔７１ａとを連通する第２の絞り孔７５ｃと、スプリングプレート８５の外周部と弁プレート７１の軸方向孔７１ａとを連通する第３の絞り孔７５ｄとが形成されている。このうち第３の絞り孔７５ｄは、弁部材７３によって開閉されるようになっている。

ピエゾスタック５１Ａが伸張されていない状態でインジェクタハウジング６１の高圧通路６１ｂから高圧燃料が供給されると、オリフィスプレート７５の第１の孔７５ａを介してノズルニードル８３の周囲から噴射孔７９ｂ側に高圧燃料が導かれる。また、高圧燃料は第１の絞り孔７５ｂを介して背圧室９１にも供給されるとともに、第２の絞り孔７５ｃを介して弁プレート７１の軸方向孔７１ａにも導かれる。このとき、軸方向孔７１ａの縮径部７１ｂは弁部材７３によって閉じられているため、高圧燃料はさらに第３の絞り孔７５ｄを介して、ノズルニードル８３の周囲から噴射孔７９ｂ側に導かれる。
この状態では、ノズルニードル８３を噴射孔７９ｂ側に押圧する圧力とニードルスプリング８９の付勢力との総和が、噴射孔７９ｂ側とは反対側に押圧する圧力に勝るため、ノズルニードル８３は弁座にシートし、噴射孔７９ｂは塞がれている。

一方、ピエゾアクチュエータ５１に通電しピエゾスタック５１Ａを伸張させると、ピエゾスタック５１Ａの変位が増圧ピストン６５に伝達され、さらに、増圧室６６で増圧されてバルブピストン６７に伝達される。バルブピストン６７によって弁部材７３が押圧されると、弁部材７３が弁プレート７１の軸方向孔７１ａの縮径部７１ｂから離間して縮径部７１ｂが開放される一方、オリフィスプレート７５の第３の絞り孔７５ｄが塞がれる。そうすると、背圧室９１内でノズルニードル８３の後端部に作用していた背圧が増圧室６６側に逃されるため、ノズルニードル８３を噴射孔７９ｂとは反対側に押圧する圧力がニードルスプリング８９の付勢力を上回り、ノズルニードル８３が弁座からリフトし、噴射孔７９ｂが開放される。

このように、ピエゾアクチュエータ５１及び増圧ピストン６５を含む背圧逃し機構６０を備えたピエゾインジェクタ１３では、ピエゾスタック５１Ａの伸張による増圧ピストン６５の変位が増幅されてバルブピストン６７に伝達され、弁部材７３が移動することによって背圧が逃がされ、燃料の噴射制御が行われる。したがって、ピエゾインジェクタ１３での緻密な噴射制御を実行可能にするには、増圧室６６内の圧力を所定値以上に維持しておくことが必要となっている。

４．圧力調整弁
図１に戻り、本実施形態の蓄圧式燃料供給装置５０は、ピエゾインジェクタ１３から排出される背圧燃料を燃料タンク１に導く燃料還流通路３０ｃの途中に、ピエゾインジェクタ１３側の燃料還流通路３０ｃ内の圧力を所定値以上に維持するための圧力調整弁３１を備えている。この圧力調整弁３１は、ピエゾインジェクタ１３の背圧逃し機構６０に通じる燃料還流通路３０ｃ内の圧力（上流側圧力）が開弁圧を超えたときに開弁し、背圧燃料が燃料タンク１に向けて通過する構成となっており、燃料還流通路３０ｃに連通する増圧室６６内の圧力が所定値以上に維持され、増圧機能が担保されるようになっている。

この圧力調整弁３１は、背圧燃料が燃料タンク１に向けて通過する一方、燃料タンク１側の燃料還流通路３０ｃ内の圧力（下流側圧力）が所定値を超えたときに、燃料がピエゾインジェクタ１３に向けて通過するように構成された、双方向弁であってもよい。
このような双方向弁を採用した場合には、内燃機関の運転後、内燃機関を停止したときに、昇温していた燃料の温度が低下して燃料の体積が減少する場合であっても、双方向弁よりも燃料タンク１側の燃料還流通路３０ｃに残留する燃料がピエゾインジェクタ１３側に補充される。したがって、次回の内燃機関の始動性が低下することを防ぐことができる。

５．バイパス通路及び逆止弁
また、本発明の蓄圧式燃料供給装置５０は、ハンドポンプ４よりも下流側の燃料供給通路１８ｂと、圧力調整弁３１よりも上流側の燃料還流通路３０ｃとを接続するバイパス通路３５を備えるとともに、当該バイパス通路３５に、燃料供給通路１８ｂ内の圧力値から燃料還流通路３０ｃ内の圧力値を差し引いた値（以下、「差圧」と称する。）が所定値以上となっているときに開弁する逆止弁４０が備えられている。

このバイパス通路３５及び逆止弁４０を備えることにより、ガス欠後の内燃機関の再始動時等において、ハンドポンプ４によって燃料タンク１内の燃料を圧送し、蓄圧式燃料供給装置５０内に燃料を充填する際に、燃料供給通路１８ｂ内の圧力が上昇し、差圧が所定値以上になると逆止弁４０が開弁され、バイパス通路３５を介してピエゾインジェクタ１３と圧力調整弁３１との間の燃料還流通路３０ｃに燃料が供給されるようになる。そのため、内燃機関の始動前に、燃料還流通路３０ｃに連通するピエゾインジェクタ１３の増圧室６６にも燃料が充填され、増圧室６６内の圧力を高めておくことができる。

すなわち、内燃機関の停止時には、ピエゾインジェクタ１３の背圧室９１側と増圧室６６側とは遮断されており、プライミング手段によっても増圧室６６内の圧力を十分に昇圧させることができない。そこで、本実施形態の蓄圧式燃料供給装置５０ではバイパス通路３５が設けられ、内燃機関の始動前にあらかじめ燃料還流通路３０ｃ内、ひいては増圧室６６内に燃料を供給可能にして、増圧室６６内の圧力が高められるように構成されている。したがって、クランキング等の内燃機関の始動動作の開始直後からピエゾインジェクタ１３の駆動動作が正確に行われ、内燃機関の始動までの時間が短縮されるとともに、始動性の向上が図られる。

また、バイパス通路３５に逆止弁４０を備えているために、増圧室６６及び燃料還流通路３０ｃ内の圧力が所定値以上に保持されている状態においては、低圧ポンプ２の稼動によって燃料供給通路１８ｂ内に発生する負圧もあいまって、逆止弁４０が開弁しないようにされる。したがって、内燃機関の始動後には、バイパス通路３５を介しての燃料の流通が生じないため、蓄圧式燃料供給装置５０内の燃料の流通に支障をきたすことがないようになっている。
このような逆止弁４０であれば、電気的な操作装置を用いることがなく、比較的簡易な構成とすることができるとともに、コストの上昇も抑えることができる。

また、逆止弁４０を備えたバイパス通路３５については、例えば、燃料供給通路１８ｂ及び燃料還流通路３０ｃのそれぞれに対してコネクタ等を介して接続するなどして、脱着可能に構成することもできる。逆止弁４０を備えたバイパス通路３５が脱着可能であれば、すべての蓄圧式燃料供給装置にバイパス通路３５等を設けておかなくても、組立作業や整備作業を行う者が当該バイパス通路３５を所有することによって、内燃機関の始動前の増圧室内への燃料の供給作業が可能になる。

すなわち、プライミング手段による燃料の供給作業はガス欠時や分解整備後等に行われることが多く、バイパス通路３５等は、日常での使用頻度は低く、常時備えられている必要性は低いものである。そのため、個々の蓄圧式燃料供給装置５０には備えないようにすることで、蓄圧式燃料供給装置５０自体の生産コストが抑えられるとともに、例えば逆止弁４０の故障等による蓄圧式燃料供給装置５０の異常をなくすことができる。
また、個々の蓄圧式燃料供給装置５０にバイパス通路３５を備えていないのであれば従来と同様の配管構成となり、車両等における蓄圧式燃料供給装置の搭載時の配管構成が制限されることもない。

なお、このガス欠時や組立て後の再始動時等のプライミング手段による燃料供給作業は従来から一般的に行われるエア抜き作業と同じであるため、内燃機関を搭載した車両等の運転者に特別な切り換え作業やスイッチ操作を強いることがなく、また、整備作業者に対しても特別な作業負担を強いることなく、増圧室内の増圧が行われる。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態にかかる内燃機関の蓄圧式燃料供給装置は、燃料タンク内の燃料を高圧ポンプに供給する低圧ポンプが燃料タンク内に備えられた内燃機関の蓄圧式燃料供給装置である。
以下、第１の実施の形態の蓄圧式燃料供給装置と構成が共通する部分については同一の符号を用いるとともに適宜説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

図４は、第２の実施の形態にかかる蓄圧式燃料供給装置の構成例を示す概略図である。この図４に示す蓄圧式燃料供給装置１００は、第１の実施の形態と同様、燃料タンク１と、低圧ポンプ１０２と、高圧ポンプ１０５と、コモンレール１０と、ピエゾインジェクタ１３等を主たる要素として構成され、それぞれの構成要素は燃料配管で接続されている。また、第１の実施の形態の蓄圧式燃料供給装置と同様、ピエゾインジェクタ１３から排出される背圧燃料を燃料タンクに導く燃料還流通路３０ｃの途中には圧力調整弁３１が備えられている。

本実施形態の蓄圧式燃料供給装置１００では、低圧ポンプ１０２は燃料タンク１内に備えられた、インタンクフィードポンプが採用されている。この低圧ポンプ１０２は、通電によって稼動し所定の流量の低圧燃料が圧送される電動式ポンプであり、一例として、電動式のダイヤフラムポンプが挙げられるが、これに制限されるものではない。この電動式の低圧ポンプ１０２は、内燃機関の駆動力を利用しないで稼動するため、内燃機関の始動前であっても燃料タンク１内の燃料を蓄圧式燃料供給装置１００内に供給することができる。そのため、本実施形態にかかる蓄圧式燃料供給装置１００には、低圧ポンプ１０２とは別のプライミング手段は備えられていない。

また、本実施形態の蓄圧式燃料供給装置１００では、低圧ポンプ１０２によって圧送される燃料を高圧ポンプ１０５に導く燃料供給通路１１８ａと、圧力調整弁３１よりもピエゾインジェクタ１３側の燃料還流通路３０ｃとの間に、バイパス通路３５が設けられている。このバイパス通路３５の途中には、第１の実施の形態と同様に、燃料供給通路１１８ａ内の圧力値から燃料還流通路３０ｃ内の圧力値を差し引いた値（以下、「差圧」と称する。）が所定値以上となっているときに開弁する逆止弁４０が備えられている。

この蓄圧式燃料供給装置１００は、ガス欠後の再始動時や、組立て後の始動時において、内燃機関を始動させるまでに、あらかじめ低圧ポンプ１０２を稼動させることによって、高圧ポンプ１０５やコモンレール１０、ピエゾインジェクタ１３内に燃料を充填することができる。このとき、燃料供給通路１１８ａ内の圧力が上昇し、差圧が所定値以上になると逆止弁４０が開弁され、低圧ポンプ１０２よりも下流側の燃料供給通路１１８ａと、圧力調整弁３１よりも上流側の燃料還流通路３０ｃとを接続するバイパス通路３５を介して、燃料還流通路３０ｃに燃料が供給されるようになる。そのため、燃料還流通路３０ｃに連通するピエゾインジェクタ１３の増圧室にも燃料が充填され、増圧室内の圧力を高めておくことができる。

このように、燃料タンク１内に配置された低圧ポンプ１０２を備えた蓄圧式燃料供給装置１００であっても、クランキング等の内燃機関の始動動作の開始直後からピエゾインジェクタ１３の駆動動作が正確に行われ、内燃機関の始動までの時間が短縮されるとともに、始動性の向上が図られる。

なお、低圧ポンプ１０２が、燃料タンク１内に備えられたインタンクフィードポンプであることは必須ではなく、タンク外に備えられた電動式の低圧ポンプとすることもできる。
また、第１の実施の形態と同様に、逆止弁を備えたバイパス通路を脱着可能に構成することもできる。

第１の実施の形態の蓄圧式燃料供給装置の構成を説明するためのシステム図である。 ピエゾインジェクタの構成について説明するための断面図である。 ピエゾインジェクタに備えられたピエゾアクチュエータ及び増圧ピストンを含む背圧逃し機構について説明するための拡大断面図である。 第２の実施の形態の蓄圧式燃料供給装置の構成を説明するためのシステム図である。 ピエゾインジェクタの構成を説明するための図である。

符号の説明

１：燃料タンク、２：低圧ポンプ（ギヤポンプ）、４：ハンドポンプ（プライミング手段）、５：高圧ポンプ、５ａ：加圧室、６：燃料吸入弁、７：プランジャ、８：流量制御弁、９：燃料吐出弁、１０：コモンレール、１２：圧力制御弁、１３：ピエゾインジェクタ、１４：オーバーフローバルブ、１５：カム、１６：カム室、１８ａ〜１８ｄ：燃料供給通路、２１：圧力センサ、３０ａ〜３０ｃ：燃料還流通路、３７・３９：高圧燃料通路、５０：蓄圧式燃料供給装置、５１：ピエゾアクチュエータ、５１Ａ：ピエゾスタック、５３：管状ばね、５５：調整ワッシャ、５７：調整シム、６０：背圧逃し機構、６１：インジェクタハウジング、６１ａ：長手方向孔、６１ｂ：高圧通路、６３：増圧ボディ、６３ａ：軸方向孔、６５：増圧ピストン、６６：増圧室、６７：バルブピストン、６９：スプリング、７１：弁プレート、７１ａ：軸方向孔、７３：弁部材、７５：オリフィスプレート、７５ａ：第１の孔、７５ｂ：第１の絞り孔、７５ｃ：第２の絞り孔、７５ｄ：第３の絞り孔、７７：スプリング、７９：ノズルボディ、７９ａ：軸方向孔、７９ｂ：噴射孔、８１：ノズルナット、８３：ノズルニードル、８５：スプリングプレート、８７：ワッシャ、８９：ニードルスプリング、９１：背圧室、１００：蓄圧式燃料供給装置、１０２：低圧ポンプ（電動ポンプ）、１０５：高圧ポンプ、１１８ａ：燃料供給通路

Claims (5)

1. コモンレール内に蓄積される高圧燃料を内燃機関の各気筒内へ噴射供給するための複数のインジェクタを備え、前記複数のインジェクタが、前記高圧燃料によって弁部材に与えられる背圧を、ピエゾアクチュエータ及び増圧ピストンを含む背圧逃し機構によって調節することにより燃料噴射の制御が可能に構成された内燃機関の蓄圧式燃料供給装置において、
   前記高圧燃料を前記コモンレールに圧送するための高圧ポンプと、燃料タンク内の燃料を前記高圧ポンプ内の加圧室に供給する低圧ポンプと、前記燃料タンク内の燃料を前記低圧ポンプに導く燃料供給通路と、前記インジェクタの前記背圧逃し機構によって排出される背圧燃料を前記燃料タンクに導く燃料還流通路と、前記燃料還流通路に備えられ前記インジェクタの前記背圧燃料の圧力を所定値以上に維持する圧力調整弁と、を備え、
   前記燃料供給通路には、前記内燃機関の駆動力を利用しないで前記燃料タンク内の燃料を前記低圧ポンプ側に送るプライミング手段が備えられ、
   前記プライミング手段よりも前記低圧ポンプ側の前記燃料供給通路と、前記圧力調整弁よりも前記インジェクタ側の前記燃料還流通路と、を接続するバイパス通路を備えるとともに、前記バイパス通路に、前記燃料供給通路内の圧力値から前記燃料還流通路内の圧力値を差し引いた値が所定値以上となっているときに開弁する逆止弁を備えることを特徴とする内燃機関の蓄圧式燃料供給装置。
2. 前記低圧ポンプが、前記内燃機関の駆動力によって稼動する機械式ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の蓄圧式燃料供給装置。
3. コモンレール内に蓄積される高圧燃料を内燃機関の各気筒内へ噴射供給するための複数のインジェクタを備え、前記複数のインジェクタが、前記高圧燃料によって弁部材に与えられる背圧を、ピエゾアクチュエータ及び増圧ピストンを含む背圧逃し機構によって調節することにより燃料噴射の制御が可能に構成された内燃機関の蓄圧式燃料供給装置において、
   前記高圧燃料を前記コモンレールに圧送するための高圧ポンプと、燃料タンク内の燃料を前記高圧ポンプに供給するポンプであって前記内燃機関の駆動力を利用しない低圧ポンプと、前記低圧ポンプによって圧送される前記燃料を前記高圧ポンプに導く燃料供給通路と、前記インジェクタの前記背圧逃し機構によって排出される背圧燃料を前記燃料タンクに導く燃料還流通路と、前記燃料還流通路に備えられ前記インジェクタの前記背圧燃料の圧力を所定値以上に維持する圧力調整弁と、を備え、
   前記低圧ポンプよりも前記高圧ポンプ側の前記燃料供給通路と、前記圧力調整弁よりも前記インジェクタ側の前記燃料還流通路と、を接続するバイパス通路を備えるとともに、前記バイパス通路に、前記燃料供給通路内の圧力値から前記燃料還流通路内の圧力値を差し引いた値が所定値以上となっているときに開弁する逆止弁を備えることを特徴とする内燃機関の蓄圧式燃料供給装置。
4. 前記低圧ポンプが、通電によって稼動する電動ポンプであることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の蓄圧式燃料供給装置。
5. 前記逆止弁を備えた前記バイパス通路が脱着可能であることを特徴とする請求項１〜４に記載の内燃機関の蓄圧式燃料供給装置。

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