JP2006152883A - ディーゼルエンジンのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管 - Google Patents

Abstract

【課題】 コモンレールを使用した蓄圧式燃料噴射システム採用のディーゼルエンジンの燃料冷却手段として、ディーゼルエンジン用の蓄圧式燃料噴射システムに組込まれたポンプ−コモンレール間、コモンレール−インジェクター間に配設される高圧燃料噴射管の部分で冷却媒体により直接燃料を冷却し得る燃料冷却機能付きのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の提供。
【解決手段】 ディーゼルエンジンのコモンレールシステム用のポンプ−コモンレール間、および／またはコモンレール−インジェクター間に配設される高圧燃料噴射管において、当該噴射管の少なくとも管軸方向の一部に、アダプターを両端に有する樹脂製の外管を設けて該外管と高圧燃料噴射管との間に形成される空間部を伝熱空間とし、該伝熱空間に前記アダプターを介して冷却媒体を通流させることにより高圧燃料噴射管内の燃料を冷却する構成となしたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジン用の蓄圧式燃料噴射システムに組込まれたポンプ−コモンレール管、コモンレール−インジェクター間に配設される高圧燃料噴射管の構造に係り、より詳しくは当該高圧燃料噴射管に燃料冷却機能を持たせたディーゼルエンジンのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管に関するものである。

一般に内燃機関のエンジンの燃料が燃料タンクから燃料噴射装置へ送給される過程で機関や排気系部品からの伝熱などにより高温となり、燃料液中に気泡（ベーパ）が発生すると、燃料噴射装置によりシリンダー内に噴射される燃料液中にこの気泡が混入してベーパーロックを生じ噴射時間当りの燃料の噴射量が減少し、所定の出力が得られないといった問題がある。
一方、エンジンで燃焼されなかった余剰燃料は、リターン配管を経由してタンクへ戻されるが、いったん高圧とされてエンジンの高温部付近を通過するため加温されて高温の戻り燃料となり、やがてタンク内すべての燃料の温度を上昇（ガソリン車で約６０℃）させ、タンクからベーパとなって放出され、大気汚染や、キャビンの燃料臭となって問題を起こす可能性もあり、ディーゼルエンジン、特にコモンレールを使用した蓄圧式燃料噴射システムにおいては、圧力が極めて高圧であるためリターン燃料の高温化（タンク内温度は１２０〜１７０℃まで昇温する）が特に問題となる。

かかる対策として、ガソリンエンジンの場合は、燃料タンクと燃料噴射装置間の燃料供給配管を自動車の空調装置（エアコン）の配管で冷却して燃料温度を沸点未満に下げる方法や、ゼオライトの吸湿発熱特性を利用した燃料冷却装置（特許文献１、２参照）、燃料配管にウィック材を貼付けて熱媒体を燃料により気化、空冷により凝縮させて燃料を冷却する方法（特許文献３、４参照）等が提案され、またガソリンエンジンやディーゼルエンジン等内燃機関用液体燃料の冷却手段として、熱媒体流体を燃料により気化し、空冷により凝縮させて燃料を冷却する液体燃料冷却器（特許文献５参照）、燃料配管内に蓄熱剤カプセルを収容して燃料を冷却する装置（特許文献６参照）、燃料配管をフィン付きアルミダイキャストで鋳包み空冷する冷却器（特許文献７参照）が、コモンレールを使用した蓄圧式燃料噴射システム採用のディーゼルエンジンの燃料冷却手段として、燃料配管を蛇行状に屈曲させて多段に重ね、この多段形蛇行管内で空冷する方式の冷却器（特許文献８参照）等がそれぞれ提案されている。

特開平７−２２４７３１号 特開平７−２７９７８３号 特開２００１−２００７６５号 特開２００３−３５２１９号 特開２００３−３５２２０号 特開２００３−９７３６６号 特開２００４−２７９８８号 特開２００４−１９５１６号

しかしながら、特にコモンレールを使用した蓄圧式燃料噴射システム採用のディーゼルエンジンの場合は、コモンレール前後の圧力が１５００ｂａｒ以上の高圧であるため、前記した特許文献１〜８に記載の冷却方式はその高圧に耐えられないばかりでなく、仮に適用するとしても蓄圧式燃料噴射システムの配管構成の複雑化を招き、大掛かりなシステムとなり、コストが高くつく上、レイアウト性も悪くなるため、高圧燃料の冷却に適用することはほとんど不可能である。

ディーゼルエンジン用の蓄圧式燃料噴射システムにおいては、燃料温度上昇に伴う燃料の粘性低下とインジェクター各部の温度上昇により、燃料の潤滑性が低下してスプールの摺動部や当接部に“かじり”や焼付きを生じて耐久性が低下すること、各部が不均一に膨張して噴射精度が低下すること、ソレノイドやピエゾ素子よりなるアクチュエーターの応答が悪化して噴射精度が低下すると共に耐久性が低下すること、さらに、噴射精度が低下すると燃費の悪化、汚染物質の増加、加速性の悪化を招くこと等の多くの問題を生ずるため、ディーゼルエンジン用の蓄圧式燃料噴射システムにおける高圧燃料の冷却は極めて重要である。

本発明は、従来の前記した実状に鑑みてなされたもので、特にコモンレールを使用した蓄圧式燃料噴射システム採用のディーゼルエンジンの燃料冷却手段として、ディーゼルエンジン用の蓄圧式燃料噴射システムに組込まれたポンプ−コモンレール間、コモンレール−インジェクション間に配設される高圧燃料噴射管の部分で水等の冷却媒体により直接燃料を冷却し得る燃料冷却機能付きのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管を提供することを目的とするものである。

本発明に係るディーゼルエンジンのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管は、ディーゼルエンジンのコモンレールシステム用のポンプ−コモンレール間、および／またはコモンレール−インジェクター間に配設される高圧燃料噴射管において、当該噴射管の少なくとも管軸方向の一部に、アダプターまたは側面にニップルを設けたアダプターを両端に有する樹脂製の外管を設けて該外管と高圧燃料噴射管との間に形成される空間部を伝熱空間とし、該伝熱空間に前記ニップルを介して冷却媒体を通流させることにより高圧燃料噴射管内の燃料を冷却する構成となしたことを特徴とし、また、締付けナットと接続頭部との間に、流通間隙または流通孔を有するワッシャーもしくはスリーブを設け、かつ両端の締付けナットの噴射管貫通孔部および側面にニップルを設けると共に、当該ナットの内周面と相手部材間にシール部を設け、前記締付けナットの噴射管貫通孔部のニップル間に樹脂製の外管を設けて該外管と高圧燃料噴射管との間に形成される空間部を伝熱空間とし、該伝熱空間に前記締付けナットまたは該締付けナットの側面に設けたニップルを介して冷却媒体を通流させることにより高圧燃料噴射管内の燃料を冷却する構成となしたことを特徴とするものである。
さらに、本発明は、上記構成の高圧燃料噴射管において、前記樹脂管は、長さ方向の一部もしくは全部に蛇腹管部を有したり、当該樹脂管の一部または全部に、内周面の少なくとも一部が高圧燃料噴射管の外周面と接しかつ一部が冷却媒体の流通路となっている間隔保持部を有したり、前記間隔保持部が前記蛇腹部の前後に設けられていることを特徴とし、またさらに、前記高圧燃料噴射管の一部にスパイラル状に巻回されたループ部や蛇行管部を有することを特徴とするものである。

本発明の高圧燃料噴射管は、噴射管本体と外管によって形成される空間部を伝熱空間とし、該伝熱空間に水等の冷却媒体を通流させることにより、当該噴射管内を流動する高圧燃料を直接冷却することができる機能を備えるため、コモンレール前後の圧力が１５００ｂａｒ以上の高圧に耐え、燃料高温化による耐久性の低下、噴射精度の低下を防止でき、その技術的効果には極めて顕著なものがある。

図１は本発明に係るディーゼルエンジンのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第１実施例の要部を拡大して示す縦断面図、図２は同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第２実施例の要部を拡大して示す縦断面図、図３は同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第３実施例の要部を拡大して示す縦断面図、図４は同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第４実施例の要部を拡大して示す縦断面図、図５は同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第５実施例の要部を拡大して示す横断面図、図６は図５のＡ−Ａ線上の一部断面図、図７は同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第６実施例の要部を拡大して示す図６相当図、図８は同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第７実施例の要部を拡大して示す図４相当図、図９は同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第８実施例の要部を拡大して示す概略図、図１０は同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第９実施例の要部を拡大して示す概略図であり、１は噴射管本体、１−１は接続頭部、２は外管、３はアダプター、４は空間部、５は締付けナット、６はワッシャー（もしくはスリーブ）、７は冷却媒体供給管、８は相手部材、９ａ、９ｂはホースバンド、１０ａ、１０ｂはシールリング、１１はコモンレール、１２はポンプ、１３はループ部、１４は蛇行管部である。

まず、図１に示すコモンレールシステム用高圧燃料噴射管は、両側端部に接続頭部１−１が成形された噴射管本体１の少なくとも管軸方向の一部に、該噴射管本体１の外径より大きい内径を有し、一方の開口端部にニップル３−１と、側壁に穿設した通孔３−２と連通するごとく溶接あるいはろう付け等により固着した別体もしくはインジェクションモールディング等により成形されて一体のニップル３−３を有するアダプター３を両端部に設けた樹脂製の外管２を被着重合すると共に、該外管２の両端部をニップル３−１部にホースバンド９ａにて締付けて接続し、該外管２と噴射管本体１との間に空間部４を形成して伝熱空間となし、さらにアダプター３の側壁のニップル３−３に冷却媒体管７をホースバンド９ｂにて締付けて接続して構成したもので、噴射管本体１とアダプター３との間はシールリング１０ａにてシールされている。なお、ニップル３−３は、その一端にリング状部（リテーナ）を設けてアダプター３に外嵌固着してもよい。噴射管本体１の両端部は、コモンレール、インジェクター、ポンプ等の相手部材８（図１には図示せず）に接続されることはいうまでもない。

上記構成の高圧燃料噴射管において、冷却媒体管７から供給される冷却媒体はニップル３−３、通孔３−２を介して噴射管本体１とアダプター３との隙間を通り、噴射管本体１と外管２との間に形成された空間部４内を流通する。この空間部４内を流通する冷却媒体により噴射管本体１内部の燃料が冷却される。空間部４内を流通する冷却媒体は、反対側に設けられたアダプター３（図示せず）の通孔３−２より当該アダプター３に設けられたニップル３−３を介して冷却媒体管７より外部に流出する。また、これとは逆に、反対側のアダプター３より冷却媒体を供給して噴射管本体１内の燃料を冷却することも可能であることはいうまでもない。なお、冷却媒体としては水、冷媒等の液体もしくはガス等の気体を用いる。

次に、図２に示すコモンレールシステム用高圧燃料噴射管は、両側端部に成形した接続頭部１−１側に締付けナット５が組込まれた噴射管本体１の前記接続頭部１−１のなす押圧座面部１−１ａを相手部材８の受圧座面部８−１に当接係合せしめてシート部を構成し、前記締付けナット５の螺合による前記接続頭部１−１での押圧に伴って締着して相手部材８を接続する構造において、前記締付けナット５に当該ナットと一体構造の外管接続用ニップル５−１と、側壁に穿設した通孔５−２と連通するごとく溶接あるいはろう付け等により固着した別体の冷却媒体管接続用ニップル５−３を設け、噴射管本体１に樹脂製の外管２を被着重合すると共に、該外管２の両端部を締付けナット５の外管接続用ニップル５−１にホースバンド９ａにて締付けて接続し、該外管２と噴射管本体１との間に空間部４を形成して伝熱空間となし、さらに前記接続頭部１−１と締付けナット５との間に、円周上に複数個の細孔６−１または溝（図示せず）が放射状に設けられた環状のワッシャー（もしくはスリーブ）６を介在させ、さらにまた締付けナット５の側壁に固着したニップル５−３に冷却媒体管７をホースバンド９ｂにて締付けて接続して構成したもので、締付けナット５と相手部材８との螺合部外側端部付近にはシールリング１０ｂを配している。なお、冷却媒体供給管接続用ニップル５−３は、前記と同様、その一端にリング状部（リテーナ）を設けて締付けナット５に外嵌固着してもよい。この高圧燃料噴射管の場合も、噴射管本体１の両端部は、コモンレール、インジェクター、ポンプ等の相手部材８に接続されることはいうまでもない。

上記図２に示す構成の高圧燃料噴射管において、冷却媒体管７から供給される冷却媒体はニップル５−３、通孔５−２を介して締付けナット５内に流入し、ワッシャー（もしくはスリーブ）６の細孔６−１または溝（図示せず）と、噴射管本体１と締付けナット５との隙間を通り、噴射管本体１と外管２との間に形成された空間部４内に流入しこの空間部４内を反対側に流通する。この空間部４内を流通する冷却媒体により噴射管本体１内部の燃料が冷却される。空間部４内を流通する冷却媒体は、反対側に設けられた前記ワッシャー（もしくはスリーブ）６の細孔６−１または溝（図示せず）、締付けナット５の通孔５−２を通り、ニップル５−３を介して冷却媒体管７より外部に流出する。また、これとは逆に、反対側の締付けナット５に接続された冷却媒体管７より冷却媒体を供給して噴射管本体１内の燃料を冷却することも可能であることはいうまでもない。
なお、反対側は前記図１に示すアダプターでもよいことはいうまでもない。

図３に示すコモンレールシステム用高圧燃料噴射管は、図２に示す高圧燃料噴射管の変形例で、冷却媒体の出入口を相手部材８側に設けたもので、相手部材８に穿設した通孔８−２と連通するごとく溶接あるいはろう付け等により固着した別体の冷却媒体管接続用ニップル５−３を設け、該ニップル５−３に冷却媒体供給管７をホースバンド９ｂにて締付けて接続した構成となしたものである。
したがって、この高圧燃料噴射管の場合は、冷却媒体管７から供給される冷却媒体はニップル５−３、通孔８−２を介して締付けナット５内に流入し、前記と同様にワッシャー（もしくはスリーブ）６の細孔６−１または溝（図示せず）と、噴射管本体１と締付けナット５との隙間を通り、噴射管本体１と外管２との間に形成された空間部４内に流入しこの空間部４内を反対側に流通する。また、その逆の場合も前記と同様である。

また、図４に示すコモンレールシステム用高圧燃料噴射管は、前記樹脂製の外管２の湾曲部あるいは屈曲部に亀裂等が生じないように、当該外管２の全長あるいは前記湾曲部あるいは屈曲部のみに蛇腹管部２−１を設けたもので、この蛇腹管部２−１の長さや管径等は、当該外管２の直径や肉厚、湾曲部あるいは屈曲部の大きさや長さ等に応じて適宜定める。

図５〜図７に示すコモンレールシステム用高圧燃料噴射管は、前記樹脂製の外管２の一部または全部に、内周面の少なくとも一部が噴射管本体１の外周面と接しかつ一部が冷却媒体の流通路となっている間隔保持部を有するもので、図５、図６に示す高圧燃料噴射管は、樹脂製の外管２の全長にわたり、内周面の全周に噴射管本体１の外周面と接しかつ一部が冷却媒体の流通路２−３となっている凹凸状の間隔保持部２−２を形成したものである。また、図７に示す高圧燃料噴射管は、前記間隔保持部２−２を樹脂製の外管２の一部に、あるいは間隔を置いて形成したものである。
この間隔保持部２−２を設けることにより、当該高圧燃料噴射管が振動したりあるいは衝撃が加わっても、噴射管本体１と樹脂製の外管２との間に作られた空間部４すなわち冷却媒体の流通路が狭まったり閉鎖されることがなくなり常に一定の間隔が保持されるので、常に安定した燃料冷却効果が得られる。

さらに、図８に示すコモンレールシステム用高圧燃料噴射管は、前記図４に示す蛇腹管部２−１を有する高圧燃料噴射管において、蛇腹管部２−１の前後に前記間隔保持部２−２を設けたもので、この高圧燃料噴射管の場合も、噴射管本体１の屈曲部や湾曲部における噴射管本体１と樹脂製の外管２との間に作られた空間部４が狭くなったり閉鎖されることがなくなることにより、常に安定した燃料冷却効果が得られる。

一方、図９、図１０に示すコモンレールシステム用高圧燃料噴射管は、コモンレール１１とポンプ１２との間に配設する高圧燃料噴射管であって、図９に示す高圧燃料噴射管は、前記本発明の燃料冷却構造の高圧燃料噴射管の一部にスパイラル状に巻回されたループ部１３を設けたものであり、図１０に示す高圧燃料噴射管は、当該噴射管の一部に蛇行管部１４を設けたものである。この図９、図１０に示すコモンレールシステム用高圧燃料噴射管は、それぞれ当該管体を円形（ループ状）、Ｕ字形（蛇行状）に曲げるので、前記図４に示す蛇腹管部２−１を有する高圧燃料噴射管や、前記図７に示す蛇腹管部２−１を有する間隔保持部付きの高圧燃料噴射管を用いるのが好ましい。

本発明のコモンレールシステム用高圧燃料噴射管は、構造的に１５００ｂａｒ以上の高圧に耐える冷却機能を備えるため、ディーゼルエンジンのコモンレールシステムに限らず、各種高圧燃料あるいは高圧液体、高圧気体等の輸送配管等にも適用でき、その技術的効果は極めて顕著である。

本発明に係るディーゼルエンジンのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第１実施例の要部を拡大して示す縦断面図である。 同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第２実施例の要部を拡大して示す縦断面図である。 同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第３実施例の要部を拡大して示す縦断面図である。 同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第４実施例の要部を拡大して示す縦断面図である。 同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第５実施例の要部を拡大して示す横断面図である。 図５のＡ−Ａ線上の一部断面図である。 同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第６実施例の要部を拡大して示す図６相当図である。 同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第７実施例の要部を拡大して示す図４相当図である。 同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第８実施例の要部を拡大して示す概略図である。 同じくコモンレールシステム用高圧燃料噴射管の第９実施例の要部を拡大して示す概略図である。

符号の説明

１ 噴射管本体
１−１ 接続頭部
２ 外管
３ アダプター
４ 空間部
５ 締付けナット
６ ワッシャー（もしくはスリーブ）
７ 冷却媒体供給管
８ 相手部材
９ａ、９ｂ ホースバンド
１０ａ、１０ｂ シールリング
１１ コモンレール
１２ ポンプ
１３ ループ部
１４ 蛇行管部

Claims (9)

1. ディーゼルエンジンのコモンレールシステム用のポンプ−コモンレール間、および／またはコモンレール−インジェクター間に配設される高圧燃料噴射管において、当該噴射管の少なくとも管軸方向の一部に、アダプターを両端に有する樹脂製の外管を設けて該外管と高圧燃料噴射管との間に形成される空間部を伝熱空間とし、該伝熱空間に前記アダプターを介して冷却媒体を通流させることにより高圧燃料噴射管内の燃料を冷却する構成となしたことを特徴とする、ディーゼルエンジンのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管。
2. 前記アダプターの側面にニップルを設け、該ニップルを介して冷却媒体を通流させることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管。
3. ディーゼルエンジンのコモンレールシステム用のポンプ−コモンレール間、および／またはコモンレール−インジェクター間に配設される高圧燃料噴射管において、締付けナットと接続頭部との間に、流通間隙または流通孔を有するワッシャーもしくはスリーブを設け、かつ両端の締付けナットの噴射管貫通孔部および側面にニップルを設けると共に、当該ナットの内周面と相手部材間にシール部を設け、前記締付けナットの噴射管貫通孔部のニップル間に樹脂製の外管を設けて該外管と高圧燃料噴射管との間に形成される空間部を伝熱空間とし、該伝熱空間に前記締付けナットを介して冷却媒体を通流させることにより高圧燃料噴射管内の燃料を冷却する構成となしたことを特徴とする、ディーゼルエンジンのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管。
4. 前記締付けナットの側面にニップルを設け、該ニップルを介して冷却媒体を通流させることを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管。
5. 前記樹脂管は、長さ方向の一部もしくは全部に蛇腹管部を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管。
6. 前記樹脂管の一部または全部に、内周面の少なくとも一部が高圧燃料噴射管の外周面と接しかつ一部が冷却媒体の流通路となっている間隔保持部を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管。
7. 前記間隔保持部が前記蛇腹部の前後に設けられている請求項５または６に記載のディーゼルエンジンのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管。
8. 前記高圧燃料噴射管の一部にスパイラル状に巻回されたループ部を有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管。
9. 前記高圧燃料噴射管の一部に蛇行管部を有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンのコモンレールシステム用高圧燃料噴射管。
   
   

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