JP2008151077A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射装置に送られる燃料が不足するような場合のエンジンの始動性を向上させることができる燃料噴射装置を提案する。
【解決手段】燃料噴射装置は、大径の第一ピストン（１２）と第二ピストン（１３）と、それらの間に形成され、第一ピストン（１２）の移動方向の変位を拡大して第二ピストン（１３）に伝達する変位拡大室（１５）とから成る変位拡大機構を備えた燃料噴射弁（２）と、この変位拡大室内の燃料不足を検出する燃料不足検出手段（始動不良検出手段）と、この燃料不足検出手段の検出結果に基づいて、燃料不足を検出するとリターン通路（９）へ供給する燃料を増加する高レール圧マップを選択する燃料増量手段とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、アクチュエータの変位を拡大する変位拡大室を備えた燃料噴射装置に関するものである。

ディーゼルエンジンに用いられるコモンレール式の燃料噴射装置としては、例えば、アクチュエータによってノズルニードルを駆動することにより噴孔から燃料を噴射するものが知られている。近年、このような燃料噴射装置の駆動源として、応答性の良好なピエゾアクチュエータを用い、伸縮するピエゾアクチュエータと、ピエゾアクチュエータの変位を拡大する変位拡大機構と、ノズルニードルの制御室としての背圧室の油圧を制御する制御弁とを備えた燃料噴射装置が提案されている。このような燃料噴射装置では、ピエゾアクチュエータの伸縮による変位を変位拡大機構によって拡大し、制御弁を動作させることにより噴射を制御している。

このような燃料噴射装置を改良したものは、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された燃料噴射弁は、ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、この制御室とリターン通路の間を開閉することにより制御室の圧力を増減させる制御弁と、この制御弁を駆動する駆動力伝達部とを備え、この駆動力伝達部には、ピエゾアクチュエータの伸縮に伴って摺動する大径の第一ピストンと、制御弁に当接してこれと一体に摺動する小径の第２ピストンと、第一ピストンと第二ピストンとの間に配置される油密室（変位拡大室）とを有する燃料噴射装置において、油密室（変位拡大室）に充填する燃料を導くチェック弁と、リーク通路から分岐し、充填燃料をチェック弁に供給する燃料充填通路と、燃料充填通路内のうちチェック弁の上流側に設けた絞りを有する構成となっている。このような燃料噴射装置によれば、ピエゾアクチュエータが伸長したとき、変位拡大室の圧力が増加することにより大径、小径ピストンのクリアランスより変位拡大室から流失した燃料を、チェック弁を通じて変位拡大室に補充することができる。

特開２００５−２０７３２３号公報

このような変位拡大機構を備えた燃料噴射装置は、変位拡大室に燃料を満たしており、ピエゾアクチュエータが伸長し大径ピストンが下方に移動すると、小径ピストンが制御弁を押し下げ、燃料が噴射される。ところが、例えばガス欠の場合のように燃料噴射装置に供給される燃料が不足し始めると変位拡大室内に気泡が入り込み、また、その含有率が高くなることがある。このような状況でエンジンの再始動を行うと、ピアゾアクチュエータの伸長により大径ピストンが移動しても、変位拡大室内の気泡が圧縮されるにすぎず、変位拡大室の圧力が増加されない。このため、小径ピストンが移動しにくく、燃料の噴射、ひいてはエンジンの始動が困難となることが考えられる。

そこで、本発明は、燃料噴射装置に送られる燃料が不足するような場合のエンジンの始動性を向上させることができる燃料噴射装置を提案する。

かかる課題を解決する本発明の燃料噴射装置は、ノズルボディに設けたノズル噴孔を閉弁する方向にニードルを押付ける燃料を蓄える制御室と、当該制御室と燃料のリターン通路との連通状態を変化させる制御弁と、アクチュエータに駆動される大径の第一ピストンと、前記制御弁と一体となって駆動される小径の第二ピストンと、前記第一ピストンと前記第二ピストンとの間に形成され、前記第一ピストンの移動方向の変位を拡大して前記第二ピストンに伝達する変位拡大室と、前記リターン通路から分岐し前記第一ピストンの内部を通じて前記変位拡大室へ燃料を供給する燃料充填通路と、当該燃料充填通路に設けられた第一チェック弁と、前記リターン通路の下流側に配置され当該リターン通路内の圧力を維持するための第二チェック弁と、エンジンの始動不良を検出する始動不良検出手段と、当該始動不良検出手段の検出結果に基づいて、前記変位拡大室へ供給する燃料を増加し、又は、前記リターン通路内の圧力を上昇させるために前記リターン通路へ燃料を供給する燃料増量手段と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることで、燃料噴射弁へ供給される燃料が不足し、又は、燃料中に気泡が存在するような状況にあっても、リターン通路へリークする燃料量を増加させ、ひいては変位拡大室内の燃料の圧力を上昇させることができる。この結果、変位拡大室内の気泡が押し潰されて制御弁が瞬時に作動し、ニードルを開弁方向へ移動させることができるので早期のエンジン始動を実現することができる。このような燃料噴射装置は、第二チェック弁を備えていることにより、リターン通路全体に所定の圧力が負荷されている。前記燃料増量手段は、リターン通路内へ燃料を供給することにより早期にリターン通路内の圧力を上昇させ、変位拡大室内の気泡をその圧力によって潰すことができる。

このような燃料噴射装置における前記始動不良検出手段は、燃料不足を検出する燃料不足検出手段とすることができる（請求項２）。例えば、変位拡大室内の燃料が不足しているか否かを判断することによってエンジンが始動不良状態となっているか否かを判断することができる。

このように、エンジンの始動不良を燃料不足の検出によって行う場合、種々の判断基準に基づいて燃料の不足を検出することができる。例えば、エンジンの回転数に基づいて燃料の不足を検出する構成とすることができる（請求項３）。エンジン始動時にクランキングを開始した後、所定時間経過後にもエンジンの回転数が規定の回転数まで到達しないような場合には、変位拡大室内に気泡が混入していると判断する構成である。

また、燃料噴射前後におけるコモンレール圧の圧力変化に基づいて燃料の不足を検出する構成とすることもできる（請求項４）。気泡等がなく変位拡大室が正常に機能している場合には、燃料噴射の前後においてコモンレール圧が一定値以上変化するが、このような圧力変化がみられない場合には燃料不足に起因して変位拡大室内に気泡が混入し、規定の燃料噴射が行われていないものと判断する構成である。

さらに、燃料サプライポンプからの燃料圧送前後におけるコモンレール圧の圧力変化に基づいて燃料の不足を検出する構成とすることもできる（請求項５）。適正な噴射が行われているときには、燃料サプライポンプからの燃料圧送前後においてコモンレール圧が変化することから、この圧力変化を燃料不足の判断の基準として参酌する構成である。

また、燃料サプライポンプの吸入調量弁のデューティー比に基づいて燃料の不足を検出する構成とすることもできる（請求項６）。エンジンの始動時にはアイドリング状態のときと比して多量の燃料を噴射することになるにもかかわらず、エンジン始動時のディーティ比が所定値以下であるときはコモンレールへの燃料の圧送量が少ないと判断できる。燃料の圧送量が少ない場合は規定の燃料噴射が行われていない、すなわち、変位拡大室内に気泡が混入し、燃料が不足しているとの判断を行う構成である。

さらに、エンジンの排気ガス温度に基づいて燃料の不足を検出する構成（請求項７）、エンジンの排気ガス温度の温度上昇率に基づいて燃料の不足を検出する構成（請求項８）とすることもできる。エンジンが始動できていない状態では排気ガス温度が上昇しない、又はその上昇が緩慢であることから、これらを参酌して燃料の不足を判断する構成である。

同様に、エンジンが始動していない状態ではエンジンの燃焼圧が上昇してこないことから、エンジンの燃焼圧に基づいて燃料の不足を検出する構成とすることもできる（請求項９）。

さらに、本発明の燃料噴射装置は、リターン通路内の燃料を変位拡大室内へ供給する構成としていることから、前記リターン通路内のリターン燃料圧に基づいて燃料の不足を検出する構成とすることができる（請求項１０）。

本発明の燃料噴射装置は、エンジンの始動不良を検出する始動不良検知手段の検知結果に基づいて、変位拡大室内を含むリターン系の圧力が早期に上昇するようにリターン通路への燃料量が増加するようにしたので、変位拡大室内の燃料量が不足し、又は、気泡を含有した燃料が存在する場合のエンジンの始動性を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の燃料噴射装置１を示した説明図である。燃料噴射装置１は、コモンレール３を備えた蓄圧式燃料噴射装置であり、ディーゼルエンジン（以下、エンジンと呼ぶ）に適用される。燃料噴射弁２は、エンジンの各気筒に設けられ、コモンレール３から高圧燃料の供給を受ける。コモンレール３には燃料サプライポンプ４の駆動によって燃料タンク５内の燃料が圧送されて蓄えられ、噴射圧力に相当する所定の高圧（以下、コモンレール圧と呼ぶ）で保持される。

さらに、燃料噴射装置１には、燃料の噴射時期及び噴射量を決定するＥＣＵ（Electronic control unit）６と、燃料噴射弁２に燃料噴射の信号を送るＥＤＵ（Electronic driver unit）７とが備えられている。ＥＣＵ６は、エンジンの作動状態などを検出するセンサー群８から得られる信号を基に、燃料サプライポンプ４に備わる吸入調量弁４ａの開閉を制御し、コモンレール３への燃料圧送量を調節している。この吸入調量弁４ａはＥＣＵ６から送られてくるＯＮ／ＯＦＦ信号を基に、流路面積を変化させ、コモンレール３０が所定の圧力を維持できるように圧送量を調整している。リターン通路９は、燃料サプライポンプ４からの燃料のオーバーフローやコモンレール３に装着した減圧弁からの燃料が燃料タンク５へ戻る通路となっている。また、リターン通路９上の燃料噴射弁２の下流には、通路内の圧力を一定に保持する差圧弁４０が配置されている。この差圧弁４０は本発明の第二チェック弁に相当している。さらに、燃料噴射弁２と差圧弁４０の間には、リターン圧センサー１０が配置されており、リターン通路９内の圧力を計測することができる。センサー群８やＥＣＵ６が本発明における始動不良検出手段、より具体的には燃料不足検出手段を構成し、ＥＣＵ６は、本発明における燃料増量手段に相当する。

図２は燃料噴射装置１に備わる燃料噴射弁２を断面にして示した説明図である。図２（ａ）は燃料噴射弁２全体を断面にして示しており、図２（ｂ）は燃料噴射弁２の内部に配置されている第一ピストン１２の周辺を拡大して示している。
燃料噴射弁２は、ノズルボディ１１に設けたノズル噴孔３７を閉弁する方向にニードル３６を押付ける燃料を蓄える制御室１４を備えている。また、この制御室１４と燃料のリターン通路であるリターン燃料室２４及び第一通路２６との連通状態を変化させる制御弁２３を備えている。制御弁２３は制御室１４内に配置されている。

燃料噴射弁２は、ノズルボディ１１の基端側に形成されたピエゾ室１６内に収容されたピエゾアクチュエータ１８を備えている。このピエゾアクチュエータ１８は本発明におけるアクチュエータに相当する。ピエゾアクチュエータ１８は、ＰＺＴ等の圧電セラミック層と電極層とが交互に積層してコンデンサ構造を有し、積層方向すなわち上下方向に伸縮するスタック構造となっている。ピエゾアクチュエータ１８は図１に示したＥＤＵ７により駆動されて伸縮し、第一ピストン１２はピエゾアクチュエータ１８の伸縮に伴い、上下動する。また、ピエゾアクチュエータ１８の下端部１８ａには、ピエゾスプリング１９が配置され、ピエゾアクチュエータ１８に、一定の初期荷重が印加されている。

燃料噴射弁２は、このピエゾアクチュエータ１８に駆動される大径の第一ピストン１２と、制御弁２３と一体となって駆動される小径の第二ピストン１３とを備えている。さらに、これらの第一ピストン１２と第二ピストン１３との間に形成され、第一ピストン１２の移動方向の変位を拡大して第二ピストン１３に伝達する変位拡大室１５が形成されている。ここで、第一ピストン１２と第二ピストン１３との断面積の比は２：１となっている。これにより、第一ピストン１２の変位が２倍になって第二ピストン１３に伝達される。
なお、ピエゾ室１６と第一通路２６とはノズルリターン通路１７を介して連通している。このノズルリターン通路１７も本発明におけるリターン通路に相当する。

第一ピストン１２の内部には、ノズルリターン通路１７から分岐して変位拡大室１５へ燃料を供給する燃料充填通路２０が形成されている。この燃料充填通路２０は、下流側にオリフィス２２が形成されるとともに、このオリフィス２２のさらに下流側にチェックボール収納部１２ｂが形成されている。チェックボール収納部１２ｂにはチェックボール２１が収納されている。このチェックボール２１は本発明の第一チェック弁に相当している。

また、ノズルボディ１１の内部には、ニードル３６の先端部３６ａの周辺に形成された燃料蓄圧室３８が備えられている。また、ニードル３６の背面側には背圧スプリング３９が内装された背圧室３３が形成されている。背圧室３３の入口にはインオリフィス３３ａが形成され、出口にはアウトオリフィス３３ｂが形成されている。これらの燃料蓄圧室３８、背圧室３３、さらに制御室１４は、高圧燃料通路２７、３４、３５を介して連通しており、コモンレール３より燃料供給通路２８を通じて高圧の燃料が供給される。

制御室１４内には上述のように制御弁２３が内装されている。この制御弁２３は、三方弁を形成するものである。制御室１４には上側シート面となるその上面にリターン燃料室２４との連通口１４ａが形成され、さらに、下側シート面となる先端側に向かって縮径するテーパ部１４ｂとこれに連続する小径部１４ｃが形成されている。一方、制御弁２３は、下面がテーパ状に形成された上端部２３ａと制御室１４の縮径部１４ｃ内を摺動する下端部２３ｂが形成されている。

制御室１４の下流側にはリーク燃料室３０が隣接して設けられている。リーク燃料室３０内にはバルブスプリング３１が内装されている。このようなリーク燃料室３０はノズルリターン通路１７を介してリターン燃料室２４、ピエゾ室１６と連通している。

以上のように構成される燃料噴射弁２の燃料供給通路２８とコモンレール３が接続されており、スタック室１６と接続されたリターン経路９上にリターン圧センサー１０と差圧弁４０が配置されている。

次に、以上のように構成される燃料噴射装置１の動作を燃料噴射弁２内の各部の動き、燃料の移動、燃料圧力のバランス等を示しつつ説明する。

まず、ノズル噴孔３７が閉塞され、燃料が噴射していない時、すなわち、ピエゾアクチュエータ１８にＥＤＵ７による電圧が付加されていない状態のときは、制御弁２３が上側シート面に押付けられ、連通口１４ａは閉塞されている。これにより制御室１４内には高圧の燃料が保持されている。このとき背圧室３３内にも同様に高圧の燃料が保持されているからニードル３６は先端側に押付けられニードル３６の先端部３６ａがシート部に着座して燃料が噴射されない状態となる。このような状態からピエゾアクチュエータ１８にＥＤＵ７による電圧が負荷されるとピエゾアクチュエータ１８が伸長し、大径の第一ピストン１２を下方に移動させる。この第一ピストン１２の下側には変位拡大室１５が形成されているが、この変位拡大室１５は、通常、燃料が充填されていることから、第一ピストン１２の変位が小径の第二ピストン１３に伝達される。ここで第一ピストン１２と第二ピストン１３の断面積の比は２：１となっているので、第一ピストン１２の変位はこの断面積の比に従って第二ピストン１３に伝達される。このようにして移動する第二ピストン１３は、制御弁２３を押す。これにより制御弁２３は連通口１４ａを開放するとともに下側シート面を形成するテーパ部１４ｂに着座する。この結果、制御室１４内の高圧の燃料は連通口１４ａを通じてリターン燃料室２４へ流出し始める。これにより、制御室１４と連通状態にあり、インオリフィス３３ａとアウトオリフィス３３ｂとにより流量の管理がされた背圧室３３内の圧力は低下していく。背圧室３３内の圧力が所定値以上低下するとニードル３６の押し付け力が低下するためニードル３６が基端側に移動し、噴射が開始される。

一方、噴射が終了する際は以下のような動作となる。すなわち、ＥＤＵ７によるピエゾアクチュエータ１８への電圧の負荷が停止されると第一ピストン１２、第二ピストン１３及び制御弁２３はピエゾスプリング１９、バルブスプリング３１の付勢力により基端側へ移動する。これにより制御弁２３が上側シートに着座し連通口１４ａを閉塞する。この結果、制御室１４からの燃料の流出が停止し、制御室１４内の圧力が上昇し始める。制御室１４内の圧力が上昇すると背圧室３３内の圧力も上昇することとなるからニードル３６が先端側へ押付けられてシート部に着座し、ノズル噴孔３７が閉塞されて噴射が停止する。

ここで、変位拡大室１５の作用について詳細に説明する。噴射時、ピエゾアクチュエータ１８が伸長すると、第一ピストン１２内部に備わるチェックボール２１はチェックボール収納部１２ｂの内周壁に押付けられ、変位拡大室１５を密閉状態とする。変位拡大室１５内は燃料が充填されているので、第一ピストン１２の変位は、変位拡大室１５を介して第二ピストン１３に伝達される。このような状態の変位拡大室１５の燃料は、第一ピストン１２に押付けられているので高圧になっている。このため、変位拡大室１５内の燃料は、第一ピストン１２の摺動部のクリアランスからピエゾ室１６へ僅かにリークしている。また、第二ピストン１３の摺動部のクリアランスからリターン燃料室２４へも僅かにリークしている。噴射を停止するためにピエゾアクチュエータ１８への電圧の付加を止めると、ピエゾアクチュエータ１８は、元の状態へ復帰し、第一ピストン１２も基端側へ移動する。これにより、変位拡大室１５は元の容量に戻るが、変位拡大室１５内の燃料量が噴射中のリークにより減少しているため、変位拡大室１５内は負圧となる。このとき、第一ピストン１２内のチェックボール２１とチェックボール収納部１２ｂとの間に隙間が生じ、リークにより減少した分の燃料が補充され、次の噴射に備えることになる。

次に燃料噴射弁２へ供給される燃料が不足気味となっている状態での燃料噴射弁２の様子について説明する。走行により燃料が消費され、いわゆるガス欠の状態に近づいてくると、変位拡大室１５には気泡を含んだ燃料が浸入した状態でエンジンが停止することがある。この状態から燃料タンク５に燃料を供給し、再始動をする場合にも、ＥＤＵ７による電圧負荷によって、ピエゾアクチュエータ１８は伸長し、第一ピストン１２は下方に移動する。しかし、再始動の初期段階では、変位拡大室１５には気泡混じりの燃料が入っており、リターン通路９やノズルリターン通路１７は圧力が低い状態にある。このため、第一ピストン１２が変位拡大室１５内の燃料を押しても、気泡だけが圧縮されて第二ピストン１３を押すまでに至らない。したがって、ニードル３６が上昇せず、燃料が噴射されない。さらに、電圧の付加が停止されて、ピエゾアクチュエータ１８が元の状態に復帰する時に、チェックボール２１とチェックボール収容部１２ｂとの間に生じる隙間から燃料が変位拡大室１５に充填されるが、再始動の初期段階では、リターン通路９やノズルリターン通路１７の圧力が低いままなので、気泡を含んだ燃料しか充填されない。

一旦、燃料の噴射が開始された後の状態ならば、噴射中に制御弁２３から流れ出てくる燃料により、ノズルリターン通路１７やピエゾ室１６は大気圧よりも高い圧力の状態で保持される。しかし、ガス欠後の始動では、ノズルリターン通路１７やピエゾ室１６は大気圧程度であり、そのうえ、上述のように第二ピストン１３が押されないことに起因して、制御弁２３が開弁しないので、ノズルリターン通路１７への燃料供給が殆どなく、気泡をつぶすだけの圧力に至らない。

本実施例では、いわゆるガス欠状態で停止したときの燃料噴射弁２内のこのような状態を考慮して、ノズルリターン通路１７へ供給する燃料量、ひいては、変位拡大室１５へ供給する燃料量を増加し、燃料が気泡をつぶすことができる圧力になる上昇時間を短縮する制御を行う。

以上のように、本実施例では、燃料拡大室１５における気泡の発生（燃料不足）に起因するエンジンの始動不良が生じる。このため、本実施例の燃料噴射装置１は、このような変位拡大室１５の燃料の不足を検出する手段を備え、早期のエンジンの始動を図っている。この燃料不足検出手段は、燃料噴射装置１に備えられたＥＣＵ６とセンサー群８で構成される。センサー群８から得られる情報を基にして、ＥＣＵ６は、始動開始から所定時間経過しても、エンジンが始動していないと判断する場合には、エンジンの始動不良が変位拡大室１５の燃料の不足に起因していると判断し、ノズルリターン通路１７へ供給する燃料量を増加させる。

ここで、ＥＣＵ６が行う燃料噴射装置１の制御を図３に示すフロー図を参照しつつ説明する。図３は、ＥＣＵ６が行う燃料噴射装置１の制御の流れを示したフロー図である。ステップＳ１では、ＥＣＵ６がエンジンの始動不良検出処理を実行する。この始動不良検出処理は、燃料噴射装置１に備わるセンサー群８から検出される情報であるエンジン回転数の値を参照する。こうして得られたエンジン回転数の検出値とエンジン始動の判断基準となるエンジンの回転数の閾値とを比較する。このエンジン回転数の検出値が閾値に到達していない場合に始動不良が検出されたこととなる。ＥＣＵ６は、これに続く処理としてこのステップ１における検出結果が始動不良であったか否かの判断を行う（ステップＳ２）。ＥＣＵ６は、ステップＳ２でＮｏと判断した場合、すなわちエンジンが始動不良でない場合、ステップＳ３へ進み、ステップＳ３で通常の噴射に使用されるレール圧マップを選択して、処理を終了する。一方、ＥＣＵ６は、ステップＳ２でＹｅｓと判断した場合、すなわちエンジンが始動不良の場合、ステップＳ４へ進み、ステップＳ４で通常の噴射よりも高レール圧マップを選択して、処理を終了する。

ここで、ステップＳ１の判断について詳細に説明する。図４はエンジンの回転数とエンジンのクランキング開始からの時間との関係を示した説明図である。図４（ａ）はエンジンが正常に始動した場合のエンジン回転数の時間推移を示し、図４（ｂ）はエンジンが始動不良となった場合のエンジン回転数の時間推移を示している。また、ここでは、エンジンが始動しているとＥＣＵ６が判断するエンジン回転数の閾値をＲ１とする。

エンジンで燃料噴射が正常に行われていると、エンジンの回転数は上昇し、図４（ａ）に示すように、エンジンのクランキング開始から規定時間ｔ秒の間に、閾値Ｒ１を超える。一方、燃料噴射が正常に行われていないと、エンジンの回転数が上昇しないため、図４（ｂ）に示すように、エンジンのクランキング開始からｔ秒の間に、エンジン回転数が閾値Ｒ１に到達しない。燃料噴射装置１に備わるＥＣＵ６は、エンジン始動開始からｔ秒経過後のエンジン回転数を検出し、エンジン回転数が閾値Ｒ１に到達しているか否かを判断し、エンジンが始動しているかどうかを判断している。

上述したように、ＥＣＵ６は、エンジンが始動していないと判断すると、通常のエンジン始動時と比較して、高レール圧の噴射マップを使用する。すなわち、燃料サプライポンプ４に備わる吸入調量弁４ａを制御し、燃料の圧送量を増加させて、コモンレール３のレール圧を上昇させる。これにより、燃料供給通路２８を経由して制御室１４へ供給される燃料が増加し、制御室１４内の圧力が上昇する。このため、制御室１４の縮径部１４ｃと制御弁２３の下端部２３ｂとのクリアランスからリーク燃料室３０へリークする燃料量が増加することになる。これにより、ノズルリターン通路１７へ流入する燃料が増加することになり、変位拡大室１５にも燃料が供給されるようになる。このため、変位拡大室１５内の圧力が上昇し、変位拡大室１５内の気泡をつぶすことができる。こうして、燃料が噴射され、エンジンが始動されるようになる。また、リターン通路９上に備えられた差圧弁４０が一定の圧まで燃料の流出を遮断するため、リターン系の通路の圧力増加を早期に実現している。

以上のように、本実施例の燃料噴射装置１は、変位拡大室１５の燃料の不足又は気泡の含有に起因する始動不良を検知して、変位拡大室１５へ燃料を供給又は加圧するので、早期にエンジンが始動できる。これを図５を用い、従来例との比較において説明する。図５は、燃料が不足した状態から再始動する場合のリターン通路内圧力とエンジンのクランキング開始からの時間との関係を示した説明図である。図５中、本実施例の燃料噴射装置１を備えたエンジンにおけるリターン通路内圧力の状態を実線で示している。また、従来の燃料噴射装置を備えたエンジンにおけるリターン通路の状態を一点鎖線で示している。図５中に示す圧力Ｐａはリターン通路内圧力が変位拡大室の気泡をつぶせる圧力である。図５に示すように、本実施例の燃料噴射装置１を備えたエンジンは、従来の燃料噴射装置を備えたエンジンに比べて、クランキング開始からのリターン通路内圧力の上昇が速い。このため、従来の燃料噴射装置を備えたエンジンにおいて圧力Ｐａに達するまでの所要時間ｔ１よりも、本実施例の燃料噴射装置１を備えたエンジンが圧力Ｐａに達するまでの所要時間ｔ２が短時間となる。この結果、本実施例は従来例と比較して、短時間で燃料噴射弁を噴射可能な状態とすることができ、エンジンを早期に始動させることができる。このように、本発明の燃料噴射装置１は、燃料の不足が生じた場合でも、早期にエンジンを始動することができる。なお、図５中、破線は燃料の不足がない状態からエンジンを始動させた場合のリターン通路内の圧力状態を示している。これから明らかなように燃料の不足がない状態からエンジンを始動させた場合は、即座に圧力Ｐａまで到達する。また、ガス欠でない状態でエンジンを停止し、その後、再始動する場合は、変位拡大室１５内の燃料は油密状態であり、気泡も含有していないため、圧力がＰａに達していなくても速やかに始動することができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。実施例１のＥＣＵ６が行う制御のステップＳ１では、燃料拡大室１５における気泡の発生（燃料不足）に起因するエンジンの始動不良を、エンジンの回転数に基づいて判断していた。これに対し、実施例２では、燃料噴射前後におけるコモンレール圧の圧力変化に基づいて、エンジンの始動不良を判断している。

図６はコモンレール３に備えられたレール圧センサーから得られるコモンレール圧と時間との関係を示した説明図である。図６（ａ）はエンジンが正常に始動した場合のコモンレール圧の時間推移を示している。また、図６（ｂ）はエンジンが始動不良となった場合のコモンレール圧の時間推移を示している。本実施例の燃料噴射弁２で正常に燃料が噴射されている場合には、燃料噴射の前後においてコモンレール圧が一定値以上変化する。ＥＣＵ６は、この一定値を閾値Ｐ１として、燃料噴射前後のコモンレール圧に圧力変化が生じ、圧力変化の差圧が閾値Ｐ１に達するか否かを判断し、エンジンが始動しているか否かを判断している。すなわち、図６（ａ）に示すように、燃料噴射前後のコモンレール圧の差圧が閾値Ｐ１に達すると、エンジンは始動しているものと判断できる。一方、図６（ｂ）に示すように、このような圧力変化がみられない場合には、エンジンは始動していないものと判断できる。本実施例の燃料噴射装置１は、このような判断に基づいて、エンジンが始動していないとされると、実施例１と同様に、変位拡大室１５へ供給する燃料量を増加する。これにより、燃料が噴射され、エンジンが始動できる。

次に、本発明の実施例３について説明する。実施例１のＥＣＵ６が行う制御のステップＳ１では、燃料拡大室１５における気泡の発生（燃料不足）に起因するエンジンの始動不良を、エンジンの回転数に基づいて判断していた。これに対し、実施例３では、燃料圧送前後におけるコモンレール圧の圧力変化に基づいて、エンジンの始動不良を判断している。

本実施例の燃料噴射装置１では、燃料が正常に噴射されていると、コモンレール圧が低下するので、燃料サプライポンプ４から適正量の燃料がコモンレール３に供給されると、燃料サプライポンプ４からの燃料圧送前後においてコモンレール圧は閾値Ｐ２以上上昇する。一方、燃料が正常に噴射されていないと、コモンレール圧が低下していないので、燃料圧送前後においてコモンレール圧の差圧は閾値Ｐ２に達しない。ＥＣＵ６は、燃料圧送前後のコモンレール圧の圧力変化の差圧が閾値Ｐ２に達するか否かを判断し、エンジンが始動しているか否かを判断している。すなわち、図６（ａ）に示すように、燃料圧送前後のコモンレール圧の差圧が閾値Ｐ２に達すると、エンジンは始動しているものと判断できる。一方、図６（ｂ）に示すように、このような圧力変化がみられない場合には、エンジンは始動していないものと判断できる。本実施例の燃料噴射装置１は、このような判断に基づいて、エンジンが始動していないとされると、実施例１と同様に、変位拡大室１５へ供給する燃料量を増加する。これにより、燃料が噴射され、エンジンが始動できる。

次に、本発明の実施例４について説明する。実施例１のＥＣＵ６が行う制御のステップＳ１では、燃料拡大室１５における気泡の発生（燃料不足）に起因するエンジンの始動不良を、エンジンの回転数に基づいて判断していた。これに対し、実施例４では、エンジンの排気ガス温度やその温度上昇率に基づいて、エンジンの始動不良を判断している。

図７はエンジンのセンサー群８のひとつである排気温度センサーから得られる排気ガスの温度と時間との関係を示した説明図である。図７（ａ）はエンジンが正常に始動した場合の排気ガス温度の時間推移を示し、図７（ｂ）はエンジンが始動不良となった場合の排気ガス温度の時間推移を示している。エンジンが始動すると、筒内で燃焼が起こるので筒内は暖められ、排気ガス温度も閾値Ｔ１以上に上昇する。エンジンで燃料噴射が正常に行われていると、筒内で燃焼が起こり、筒内温度が上昇する。このため、ＥＣＵ６は、エンジンのクランキング開始からｔ秒経過後のエンジンの排気ガス温度が閾値Ｔ１に達しているか否かを判断し、エンジンが始動しているか否かを判断している。すなわち、図７（ａ）に示すように、エンジンのクランキング開始から規定時間ｔ秒間に、排気ガス温度が閾値Ｔ１に到達すると、エンジンは始動していると判断できる。一方、図７（ｂ）に示すように、エンジンのクランキング開始からｔ秒間に、排気ガス温度が閾値Ｔ１に到達していないと、エンジンは始動していないと判断できる。本実施例の燃料噴射装置１は、このような判断に基づいて、エンジンが始動していないとされると、実施例１と同様に、変位拡大室１５へ供給する燃料量を増加する。これにより、燃料が噴射され、エンジンが始動できる。

また、エンジンが始動した場合には、排気ガスの温度上昇率は一定値（閾値Ａ）を超える。このため、ＥＣＵ６は、排気ガスの温度上昇率が閾値Ａに到達するか否かを判断し、エンジンが始動しているか否かを判断することもできる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

例えば、燃料拡大室１５における気泡の発生（燃料不足）に起因するエンジンの始動不良を、燃料サプライポンプの吸入調量弁のデューティー比に基づいて検知することができる。すなわち、エンジンの始動時にはアイドリング状態のときと比して多量の燃料を噴射することになるにもかかわらず、エンジン始動時のディーティ比が所定値以下であるときはコモンレール３への燃料の圧送量が少ないと判断できる。このような燃料の圧送量が少ない場合は規定の燃料噴射が行われていない、すなわち、変位拡大室内に気泡が混入していると判断し、高レール圧マップによる燃料噴射を実施する。

また、燃料拡大室１５における気泡の発生（燃料不足）に起因するエンジンの始動不良を、ＥＣＵ６はエンジンに備えられた燃焼圧センサーの出力結果に基づいて判断することもできる。エンジンが始動すると、筒内で燃焼が始まるため、燃料圧の上昇が見られる。そのため、このような燃焼圧の上昇が見られない場合は、始動していないと判断でき、高レール圧マップによる燃料噴射を実施する。また、ＥＣＵ６は燃料拡大室１５における気泡の発生（燃料不足）に起因するエンジンの始動不良を、リターン通路に配置されたリターン圧センサー１０の出力に基づいて判断することができる。すなわち、リターン通路９の圧力が変位拡大室１５内の気泡を押し潰すことができる閾値を超えているかどうかを判断し、超えていない場合に、高レール圧マップでリターン通路９へのリーフ燃料量を増加させることでエンジンを始動できる。

なお、エンジン組み付け時のように、リターン通路に燃料が充填されていない状態で始動する場合には、エンジンは始動するが、リターン通路に供給される燃料が少ないため、変位拡大室の燃料が大径の第一ピストン及び小径の第二ピストンのクリアランスからリークし、まもなく、変位拡大室の燃料が不足し、燃料噴射も停止する。ただし、このようなエンジン組み付け時の始動回数は、メンテナンス等を含めても、数回程度に限られている。このような非常に少ない場合に備えて、対策用のソレノイド等を追加することは、コストや搭載スペースを考慮すると利点は少ない。本発明の燃料噴射装置は、これらの装備をすることで、こうした状況に対処することができる。

実施例１の燃料噴射装置の概略構成を示した説明図である。 図１に示す燃料噴射装置に備わる燃料噴射弁を断面として示した説明図であって、（ａ）は燃料噴射弁２全体を示し、（ｂ）は燃料噴射弁２の内部に配置されている第一ピストン１２の周辺を拡大して示した説明図である。 実施例１のＥＣＵが行う燃料噴射装置の制御の流れを示したフロー図である。 エンジンの回転数とエンジンのクランキング開始からの時間との関係を示した説明図であって、（ａ）はエンジンが正常に始動した場合、（ｂ）はエンジンが始動不良となった場合を示した説明図である。 リターン通路内圧力とエンジンのクランキング開始からの時間との関係を示した説明図である。 コモンレールに備えられたレール圧センサーから得られるレール圧と時間との関係を示した説明図であって、（ａ）はエンジンが正常に始動した場合、（ｂ）はエンジンが始動不良となった場合を示した説明図である。 エンジンの排気温度センサーから得られる排気ガスの温度と時間との関係を示した説明図であって、（ａ）はエンジンが正常に始動した場合、（ｂ）はエンジンが始動不良となった場合を示した説明図である。

符号の説明

１ 燃料噴射装置
２ 燃料噴射弁
３ コモンレール
４ 燃料サプライポンプ
５ 燃料タンク
６ ＥＣＵ
８ センサー群
９ リターン通路
１１ ノズルボディ
１２ 第一ピストン
１３ 第二ピストン
１４ 制御室
１５ 変位拡大室
１７ ノズルリターン通路
１８ ピエゾアクチュエータ
２０ 燃料充填通路
２１ チェックボール
２３ 制御弁
３３ 背圧室
３６ ニードル
３７ ノズル噴孔
４０ 差圧弁

Claims (10)

1. ノズルボディに設けたノズル噴孔を閉弁する方向にニードルを押付ける燃料を蓄える制御室と、
   当該制御室と燃料のリターン通路との連通状態を変化させる制御弁と、
   アクチュエータに駆動される大径の第一ピストンと、
   前記制御弁と一体となって駆動される小径の第二ピストンと、
   前記第一ピストンと前記第二ピストンとの間に形成され、前記第一ピストンの移動方向の変位を拡大して前記第二ピストンに伝達する変位拡大室と、
   前記リターン通路から分岐し前記第一ピストンの内部を通じて前記変位拡大室へ燃料を供給する燃料充填通路と、
   当該燃料充填通路に設けられた第一チェック弁と、
   前記リターン通路の下流側に配置され当該リターン通路内の圧力を維持するための第二チェック弁と、
   エンジンの始動不良を検出する始動不良検出手段と、
   当該始動不良検出手段の検出結果に基づいて、前記変位拡大室へ供給する燃料を増加し、又は、前記リターン通路内の圧力を上昇させるために前記リターン通路へ燃料を供給する燃料増量手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
   前記始動不良検出手段は、燃料不足を検出する燃料不足検出手段であることを特徴とした燃料噴射装置。
3. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
   前記始動不良検出手段は、燃料不足を検出する燃料不足検出手段であり、
   当該燃料不足検出手段は、エンジンの回転数に基づいて燃料の不足を検出することを特徴とした燃料噴射装置。
4. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
   前記始動不良検出手段は、燃料不足を検出する燃料不足検出手段であり、
   当該燃料不足検出手段は、燃料噴射前後におけるコモンレール圧の圧力変化に基づいて燃料の不足を検出することを特徴とする燃料噴射装置。
5. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
   前記始動不良検出手段は、燃料不足を検出する燃料不足検出手段であり、
   当該燃料不足検出手段は、燃料サプライポンプからの燃料圧送前後におけるコモンレール圧の圧力変化に基づいて燃料の不足を検出することを特徴とする燃料噴射装置。
6. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
   前記始動不良検出手段は、燃料不足を検出する燃料不足検出手段であり、
   当該燃料不足検出手段は、燃料サプライポンプの吸入調量弁のデューティー比に基づいて燃料の不足を検出することを特徴とする燃料噴射装置。
7. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
   前記始動不良検出手段は、燃料不足を検出する燃料不足検出手段であり、
   当該燃料不足検出手段は、エンジンの排気ガス温度に基づいて燃料の不足を検出することを特徴とする燃料噴射装置。
8. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
   前記始動不良検出手段は、燃料不足を検出する燃料不足検出手段であり、
   当該燃料不足検出手段は、エンジンの排気ガス温度の温度上昇率に基づいて燃料の不足を検出することを特徴とする燃料噴射装置。
9. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
   前記始動不良検出手段は、燃料不足を検出する燃料不足検出手段であり、
   当該燃料不足検出手段は、エンジンの燃焼圧に基づいて燃料の不足を検出することを特徴とする燃料噴射装置。
10. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
    前記始動不良検出手段は、燃料不足を検出する燃料不足検出手段であり、
    前記燃料不足検出手段は、前記リターン通路内のリターン燃料圧に基づいて燃料の不足を検出することを特徴とする燃料噴射装置。

Images