(57)【要約】【課題】ピエゾインジェクタ６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、燃料補填後のエンジンの再始動性を良好とする。【解決手段】エンジンに搭載されかつ低圧燃料が満たされる圧力室４３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６と、このピエゾインジェクタ６に供給するための高圧燃料を貯留する蓄圧管５と、この蓄圧管５に高圧燃料を圧送する高圧ポンプ４と、圧力室４３に連通される低圧燃料通路２７の圧力を保持する蓄圧タンク１８とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【特許文献１】特開２００７−２０５３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【発明の効果】
【００３０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
次に、上述したピエゾインジェクタ６の動作を説明する。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
（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。
【００９５】
（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。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】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。
【図２】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。
【符号の説明】
【００９７】
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
【図１】
2009257215.tif 000003
【図２】
2009257215.tif 000004