JP2000213435A - 筒内直噴式内燃機関の燃料供給系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料圧力の上昇に伴うデリバリパイプの変形
に起因する、ゴム製Ｏリングのシール性の低下を防止し
てシール部からの燃料漏れを無くす。また、インジェク
タの直前噴射気筒のデリバリパイプ内圧力への影響を抑
制もしくは積極的に利用し、燃料噴射量のばらつきを少
なくしてインジェクタの安定した燃料噴射をさせる。 【解決手段】 デリバリパイプ１をエンジンヘッド５に
取り付けるボルト等の締結手段２の中心軸と、インジェ
クタ４の中心軸とを同一平面内に配置する。また、イン
ジェクタ４の噴射順序で連続しないように、デリバリパ
イプ１の内部流路を区切って独立したグループ化し、デ
リバリパイプ１の内部流路を複数化した。または、イン
ジェクタの噴射順序で連続し、かつその間にポンプの圧
送タイミングが含まれない複数の気筒をグループ化した
内部流路を、流路抵抗可変なバルブ等の絞りで連結し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料のシール性を
改善した筒内直噴式内燃機関の燃料供給系に関するもの
であり、また、各気筒のインジェクタの燃料噴射量のば
らつきを小さくし、安定した燃料噴射をさせる筒内直噴
式内燃機関の燃料供給系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来から検討されている筒内直噴
式のガソリンインジェクタの取付例を示した取り付け横
断面図である。

【０００３】環境意識の高まりの中、自動車用ガソリン
内燃機関についても、高効率なエンジンとして、図４に
示すような筒内直噴式のものが検討されている。この中
で燃料噴射系については高圧力での燃料噴射による噴霧
改善が図られつつあり、デリバリパイプ１等の燃料供給
系についても、高圧力下におけるシール性の確保が重要
となっている。

【０００４】ここで、コスト削減のため、簡易なシール
構造として、Ｏリング等のゴムを用いたシール法への転
換も検討されている。

【０００５】しかしながら、これらのゴムは、図４中の
白い矢印で示すように、高圧の燃料圧力によるデリバリ
パイプ１の反りによる撓みの変形により、燃料圧力の使
用条件が制限されていた。

【０００６】また、高圧下での燃料噴射により、デリバ
リパイプ内の圧力が大きく変化し、各気筒の噴射にその
直前の気筒の噴射状況が影響を与え、不安定なエンジン
運転がなされていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は燃料圧力の上
昇に伴うデリバリパイプの変形に起因する、インジェク
タとデリバリパイプとを結合しているゴム製Ｏリングの
シール性の低下を防止してシール部からの燃料漏れを無
くすことを第１の目的とする。

【０００８】また、インジェクタの直前噴射気筒のデリ
バリパイプ内圧力への影響を抑制もしくは積極的に利用
し、燃料噴射量のばらつきを少なくしてインジェクタの
安定した燃料噴射をさせることを第２の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するため、請求項１から請求項５に記載の技術的手段を
採用する。

【００１０】請求項１に記載の発明によれば、以下のよ
うにシール性を確保することができる。デリバリパイプ
にかかる燃料圧力がインジェクタにも同様に加わり、そ
の際に発生する反力によりデリバリパイプはエンジンヘ
ッドから離れる方向に力を受けるが、この力はデリバリ
パイプをエンジンヘッドに固定するボルト等の締結手段
で支えられる。

【００１１】この時、反力とボルト等の締結手段の軸が
同一平面内にあれば、デリバリパイプは回転すること無
くインジェクタ及びボルトの軸と平行にエンジンヘッド
から離れようとし、シール部にはＯリングをつぶす方向
に力は加わらず、シール性が低下することは無い。

【００１２】また、請求項２に記載の発明によれば、デ
リバリパイプをエンジンヘッドに取り付けるボルト等の
締結手段の中心軸と、インジェクタの中心軸とを平行
に、ボルト等の締結手段がデリバリパイプの内部流路を
またぐような形で交互に配置されているので、デリバリ
パイプがエンジンヘッドとのボルト締結部を中心とした
回転力を受けることが少なく、Ｏリングの変形を小さく
でき、シール性を確保することができる。

【００１３】また、請求項３に記載の発明によれば、次
に噴射する気筒のインジェクタがつながっているデリバ
リパイプの内部流路と、その直前に噴射したインジェク
タの内部流路は独立しているため、直前の燃料噴射の影
響を小さくでき、各気筒のインジェクタの燃料噴射量の
ばらつきを小さくし、内燃機関の安定な駆動を行うこと
が可能となる。

【００１４】さらに請求項４、５に記載の発明によれ
ば、内燃機関の運転状況もしくはデリバリパイプの内部
流路に取り付けられた圧力センサの信号により、グルー
プ分けした内部流路の圧力振動を検出し、グループ間を
結合している絞りの流路抵抗を変えることで、内部流路
内の圧力振動の位相、周波数を変え、一定圧力下でのイ
ンジェクタ作動を実現し、安定な内燃機関の運転を行う
ことが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の請求項１に記載し
た発明の第１実施形態（タイプＡ）に関するもので、
（Ａ）はデリバリパイプ１等の平面図、（Ｂ）はデリバ
リパイプ１等の側面断面図、（Ｃ）はデリバリパイプ
１、エンジンヘッド５等の正面断面図である。

【００１６】タイプＡでは図１に示すようにボルト２と
インジェクタ４の中心軸は全て同一平面上に配置され、
デリバリパイプ１は燃料圧力によりエンジンヘッド５か
ら抜ける方向の力のみを受け、Ｏリング３をつぶすよう
な力は受けず、Ｏリングシール部からの燃料漏れを防止
することができる。

【００１７】図２は第１実施形態（タイプＡ）の変形例
である第２実施形態（タイプＢ）に関するもので、
（Ａ）はデリバリパイプ１等の平面図、（Ｂ）はデリバ
リパイプ１等の側面断面図、（Ｃ）はデリバリパイプ
１、エンジンヘッド５等の正面断面図、（Ｄ）はスタッ
ドボルトＡ６、スタッドボルトＢ７、締付け用ナット８
の分解断面図である。

【００１８】図２のタイプＢでは、タイプＡで用いられ
ている一般的なボルト２の代わりにエンジンヘッド５も
しくはデリバリパイプ１に埋め込まれたスタッドボルト
Ａ６、スタッドボルトＢ７と、上部、下部がネジ切り方
向反対の締付け用ナット８を用いることで、インジェク
タ４とスタッドボルト６、７、締付け用ナット８を同一
平面内に配置し、タイプＡと同様の効果を狙ったもので
ある。

【００１９】図３は本発明の請求項２に記載した発明の
第３実施形態（タイプＣ）に関するもので、（Ａ）はデ
リバリパイプ１等の平面図、（Ｂ）はデリバリパイプ１
等の側面断面図、（Ｃ）はデリバリパイプ１、エンジン
ヘッド５等の正面断面図である。

【００２０】タイプＣでは、デリバリパイプ１の内部流
路１６に対し、ボルト２がまたぐような形で交互に配置
されている。このような形でも、デリバリパイプ１がエ
ンジンヘッド５とのボルト締結部を中心とした回転力を
受ける事が少なく、Ｏリング３の変形を小さくでき、シ
ール性を確保することができる。

【００２１】図５は本発明の請求項３に記載した発明の
第４実施形態（タイプＤ）に関するもので、（Ａ）はデ
リバリパイプ１等の平面図、（Ｂ）はデリバリパイプ１
等の側面断面図、（Ｃ）はタイプＤの作動を説明する横
軸にクランクシャフトの回転角をとったタイムチャート
である。

【００２２】タイプＤの４気筒エンジンの場合、インジ
ェクタ４の燃料噴射は、♯１→♯３→♯４→♯２の気筒
の順序で行われる。図５（Ａ）に示すように内部流路を
内部流路Ａ１０と内部流路Ｂ１１の２つに区切ること
で、♯１と♯４の気筒がグループ化されるとともに♯２
と♯３の気筒がグループ化される。また、内部流路Ａ１
０，内部流路Ｂ１１の上流にはそれぞれ内部流路からの
燃料の逆流を阻止するための逆止弁１２を設けること
で、内部流路Ａ１０と内部流路Ｂ１１とは独立化され、
これにより、内部流路Ａ１０、内部流路Ｂ１１のそれぞ
れに含まれる気筒のインジェクタ４が交互に燃料を噴射
するため、複数気筒間にまたがる燃料噴射の噴射量の変
動の影響を回避することが可能となる。

【００２３】図５（Ｃ）において、変更前（１つだけの
内部流路を持つ場合）は、ポンプ１回駆動につき２回の
インジェクタ作動、燃料噴射があるため、各々の前半の
噴射（♯３、♯２）よりも各々の後半の噴射（♯４、♯
１）の方が燃料噴射圧力が低くなってしまう。

【００２４】これに対し、変更後（２つの内部流路Ａ、
内部流路Ｂを持つ場合）では、各内部流路につきどの内
部流路でも、ポンプ１回駆動につき１回の噴射になるた
め、気筒間の噴射バラツキが無くなり、安定なエンジン
駆動が可能となる。

【００２５】図６は本発明の請求項５に記載した発明の
第５実施形態（タイプＥ）に関するもので、（Ａ）はデ
リバリパイプ１等の平面図、（Ｂ）はデリバリパイプ１
等の側面断面図、（Ｃ）はタイプＥの作動を説明する横
軸にクランクシャフトの回転角をとったタイムチャート
である。

【００２６】図６（Ａ）に示すように、♯１と♯３の気
筒をグループ化した内部流路Ａ１０、♯２と♯４の気筒
をグループ化した内部流路Ｂ１１（各々ある程度の体積
を持つ）をバルブ１３によりつないだ内部流路全体は共
振器を形成し、内部流路Ａの圧力が内部流路全体の平均
圧力よりも高い場合は内部流路Ｂの圧力が平均圧力より
も低くなり、逆に内部流路Ａの圧力が内部流路全体の平
均圧力よりも低い場合には内部流路Ｂの圧力は平均圧力
よりも高くなり、時間の経過と共に前記２つの状態を交
互に繰り返し、圧力脈動が発生する。この圧力脈動はバ
ルブ１３の絞り度合いにより周波数を可変にできる。

【００２７】この圧力脈動を圧力センサ１４で検知し、
エンジンのＥＣＵ１５は、圧力センサ１４の信号により
バルブ１３の絞り度合いを変えることで、圧力脈動の位
相及び周波数をエンジンの燃料噴射タイミングと合わ
せ、燃料噴射時の圧力を一定に保つことが可能である。

【００２８】具体的なタイミングチャートを図６（Ｃ）
に示す。

【００２９】図６（Ｃ）に示すように、♯１のインジェ
クタ４の噴射前に燃料ポンプの燃料圧送は終了してい
る。また、前述の共振による圧力脈動により、内部流路
Ａの圧力は内部流路Ｂよりも低くなっている。このため
♯１気筒のインジェクタ４の燃料圧力は低くなる。

【００３０】これに対し、♯３気筒のインジェクタ４の
作動時は圧力脈動のピーク付近であるため、デリバリパ
イプ１内の平均燃料圧力よりも高い状態で♯３気筒のイ
ンジェクタ４は作動する。

【００３１】しかし、もう一方で♯１気筒のインジェク
タ４の作動により内部流路Ａ１０内の燃料量が減ること
による圧力低下もあるため、両者が相殺され、♯１、♯
３気筒のインジェクタ４の作動時の圧力変化を小さく抑
えることが可能である。

【００３２】同様に内部流路Ｂ１１につながれた♯４、
♯２気筒のインジェクタ４作動時も圧力脈動が♯４では
低く、♯２では高い状態となるため、♯４気筒のインジ
ェクタ４の作動による燃料圧力低下分を相殺し、♯４、
♯２気筒のインジェクタ作動時の燃料圧力変化を小さく
抑えることが可能である。

【００３３】なお、このタイプＥの場合、前述の圧力脈
動の位相周波数制御を、圧力センサ１４で検知してバル
ブ１３の絞りを変えて行ったが、エンジンのＥＣＵ１５
側にエンジン回転数及びインジェクタの燃料吐出量等の
エンジン条件による脈動パターンを記憶させることでバ
ルブ１３の絞りを制御する圧力センサレスの構成も可能
である。

【００３４】以上のように図６に示すタイプＥの場合の
ように圧力脈動を積極的に利用することにより、噴射直
前気筒の燃料噴射による圧力低下を回避し、インジェク
タ４の作動時の圧力変化を低減できるので、安定したエ
ンジン運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１に記載した発明の第１実施形
態（タイプＡ）に関するもので、（Ａ）はデリバリパイ
プ１等の平面図、（Ｂ）はデリバリパイプ１等の側面断
面図、（Ｃ）はデリバリパイプ１、エンジンヘッド５等
の正面断面図である。

【図２】第１実施形態（タイプＡ）の変形例である第２
実施形態（タイプＢ）に関するもので、（Ａ）はデリバ
リパイプ１等の平面図、（Ｂ）はデリバリパイプ１等の
側面断面図、（Ｃ）はデリバリパイプ１、エンジンヘッ
ド５等の正面断面図、（Ｄ）はスタッドボルトＡ６、ス
タッドボルトＢ７、締付け用ナット８の分解断面図であ
る。

【図３】本発明の請求項２に記載した発明の第３実施形
態（タイプＣ）に関するもので、（Ａ）はデリバリパイ
プ１等の平面図、（Ｂ）はデリバリパイプ１等の側面断
面図、（Ｃ）はデリバリパイプ１、エンジンヘッド５等
の正面断面図である。

【図４】従来から検討されている筒内直噴式のガソリン
インジェクタの取付例を示した取り付け横断面図であ
る。

【図５】本発明の請求項３に記載した発明の第４実施形
態（タイプＤ）に関するもので、（Ａ）はデリバリパイ
プ１等の平面図、（Ｂ）はデリバリパイプ１等の側面断
面図、（Ｃ）はタイプＤの作動を説明する横軸にクラン
クシャフトの回転角をとったタイムチャートである。

【図６】本発明の請求項５に記載した発明の第５実施形
態（タイプＥ）に関するもので、（Ａ）はデリバリパイ
プ１等の平面図、（Ｂ）はデリバリパイプ１等の側面断
面図、（Ｃ）はタイプＥの作動を説明する横軸にクラン
クシャフトの回転角をとったタイムチャートである。

【符号の説明】

１ デリバリパイプ ２ 締結手段（ボルト） ３ シール部材（Ｏリング） ４ インジェクタ ５ エンジンヘッド １０、１１ グループ化した内部流路（内部流路Ａ、内
部流路Ｂ） １３ バルブ １４ 圧力センサ １６ 内部流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 公孝 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 中島 樹志 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 矢野 正明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 杉山 雅則 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AB02 AD12 BA12 BA36 CB01 CB05 CB08U CB09 CB11 CB12 CD04 CD25 CD26 CE22 DC18

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の気筒を有し、該各気筒毎に噴射孔
   が燃焼室内に臨むようにエンジンヘッドに配置されたイ
   ンジェクタを備え、前記燃焼室内に直接燃料を噴射供給
   する筒内直噴式内燃機関であり、前記各インジェクタに
   高圧ポンプからの燃料を供給するためのデリバリパイプ
   を有し、該デリバリパイプの挿入穴にシール部材を介し
   て前記各インジェクタが接続される筒内直噴式内燃機関
   の燃料供給系において、 前記デリバリパイプを前記エンジンヘッドに取り付ける
   ボルト等の締結手段の中心軸と、前記インジェクタの中
   心軸とを同一平面内に配置することを特徴とする筒内直
   噴式内燃機関の燃料供給系。
2. 【請求項２】 複数の気筒を有し、該各気筒毎に噴射孔
   が燃焼室内に臨むようにエンジンヘッドに配置されたイ
   ンジェクタを備え、前記燃焼室内に直接燃料を噴射供給
   する筒内直噴式内燃機関であり、前記各インジェクタに
   高圧ポンプからの燃料を供給するためのデリバリパイプ
   を有し、該デリバリパイプの挿入穴にシール部材を介し
   て前記各インジェクタが接続される筒内直噴式内燃機関
   の燃料供給系において、 前記デリバリパイプを前記エンジンヘッドに取り付ける
   ボルト等の締結手段の中心軸と前記インジェクタの中心
   軸とを平行に、前記ボルト等の締結手段が前記デリバリ
   パイプの内部流路をまたぐような形で交互に配置されて
   いることを特徴とする筒内直噴式内燃機関の燃料供給
   系。
3. 【請求項３】 複数の気筒を有し、該各気筒毎に噴射孔
   が燃焼室内に臨むようにエンジンヘッドに配置されたイ
   ンジェクタを備え、前記燃焼室内に直接燃料を噴射供給
   する筒内直噴式内燃機関であり、前記各インジェクタに
   高圧ポンプからの燃料を供給するためのデリバリパイプ
   を有し、該デリバリパイプに前記各インジェクタが接続
   される筒内直噴式内燃機関の燃料供給系において、 前記デリバリパイプの内部流路を区切って独立したグル
   ープを作り、１つのグループ内で連続して噴射が行なわ
   れないように、前記デリバリパイプの内部流路を複数化
   したことを特徴とする筒内直噴式内燃機関の燃料供給
   系。
4. 【請求項４】 複数の気筒を有し、該各気筒毎に噴射孔
   が燃焼室内に臨むようにエンジンヘッドに配置されたイ
   ンジェクタを備え、前記燃焼室内に直接燃料を噴射供給
   する筒内直噴式内燃機関であり、前記各インジェクタに
   高圧ポンプからの燃料を供給するためのデリバリパイプ
   を有し、該デリバリパイプに前記各インジェクタが接続
   される筒内直噴式内燃機関の燃料供給系において、 前記インジェクタの噴射順序で連続し、かつその間に前
   記高圧ポンプの圧送タイミングが含まれない複数の気筒
   をグループ化した内部流路を、流路抵抗可変なバルブ等
   の絞りで連結したことを特徴とする筒内直噴式内燃機関
   の燃料供給系。
5. 【請求項５】 前記請求項４の燃料供給系に、圧力セン
   サを設置し、この信号により前記バルブ等の絞りを制御
   することを特徴とする筒内直噴式内燃機関の燃料供給
   系。