JP2007139098A

JP2007139098A - 配管継手

Info

Publication number: JP2007139098A
Application number: JP2005334853A
Authority: JP
Inventors: Senta Tojo; 千太東條
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2007-06-07

Abstract

【課題】高圧燃料配管に用いられる従来の配管継手は、テーパ面を押し付けてシールする構造を採用している。このため、燃料圧力が高まり第１配管が外側へ広がると、第１配管と第２配管が引き離される方向に作用するため、シール漏れが生じやすくなる。
【解決手段】コモンレール式燃料噴射装置において高圧燃料が作用する配管継手は、第１配管２１を第２配管２２の内側に入れ込み、第１配管２１内の燃料圧力により第１配管２１の外周面を第２配管２２の内周面に押し付ける構造を採用している。これにより、高圧燃料が第１配管２１の内部に作用する状態では、高圧燃料により第１配管２１が外側へ広がり、当接部２４の外周面と第２配管２２の内周面のシール面圧が圧入時よりもさらに高められる。即ち、高圧作用時ほど高いシール性が得られ、高圧燃料が供給されても燃料漏れが生じない。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１配管と第２配管とを結合部材で結合する配管継手に関するものであり、例えば、コモンレール式燃料噴射装置において高圧燃料が流れる高圧配管の継手に用いられて好適な技術に関する。

（従来技術）
例えば、コモンレール式燃料噴射装置では、サプライポンプ→コモンレール→インジェクタに超高圧（例えば、１００ＭＰａ以上）の燃料を供給する。サプライポンプとコモンレール、コモンレールとインジェクタは、燃料配管によって接続されるものであり、各燃料配管は配管継手によって結合される（例えば、特許文献１）。
具体的な一例として、図８にサプライポンプ３と高圧ポンプ配管６との配管継手を示す。
図８に示す配管継手の構造を、図９を参照して説明する。なお、以下では、サプライポンプ、コモンレール、インジェクタに接続される高圧燃料配管を第１配管Ｊ１と称し、サプライポンプ、コモンレール、インジェクタの配管接続ジョイントを第２配管Ｊ２と称す。

第１配管Ｊ１の先端には、先端に向けて小径となる円錐面Ｊ３が形成されており、この円錐面Ｊ３の先端において内部燃料通路が開口する。また、第１配管Ｊ１の外周面には、第１配管Ｊ１を第２配管Ｊ２に結合するための結合部材（配管締結ナット）Ｊ４が装着されている。
一方、第２配管Ｊ２の先端には、先端に向けて径大となるテーパ座面Ｊ５が形成されており、このテーパ座面Ｊ５の底部で内部燃料通路が開口する。また、第２配管Ｊ２の外周面には、配管締結用の雄ネジＪ６が形成されている。
そして、第１配管Ｊ１の円錐面Ｊ３を、第２配管Ｊ２のテーパ座面Ｊ５に差し入れ、第１配管Ｊ１に装着された結合部材Ｊ４を、第２配管Ｊ２の雄ネジＪ６に締結することで、第１配管Ｊ１の円錐面Ｊ３が、第２配管Ｊ２のテーパ座面Ｊ５に押し付けられて、第１配管Ｊ１と第２配管Ｊ２が結合する。

図９に示す配管継手では、燃料圧力が高まるにつれて、第１配管Ｊ１内の燃料圧力により第１配管Ｊ１には外側へ広がる力が発生する。この広がる力は、第１配管Ｊ１と第２配管Ｊ２を引き離す方向に作用する。このため、燃料圧力が高まるほど、シール漏れが生じやすくなり、燃料漏れが生じる可能性が高まる。
なお、上記では、高圧燃料を例に説明したが、使用される流体は燃料でなくても高圧になるほど上記の不具合が生じる。
特開２００５−９６７２号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体圧力が高まることでシール性も高まる配管継手の提供にある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の配管継手は、第１配管を第２配管の内側に入れ込み、第１配管内の流体圧力により第１配管の外周面を第２配管の内周面に押し付ける構造を採用している。
このため、第１配管内の流体圧力が高まって第１配管の外周面が外側へ広がることで、第１配管と第２配管のシール性が高まる。即ち、高圧作用時ほど高シール性となる。このように、流体圧力が高まるほど高シールとなるため、高圧流体の漏れを防ぐことができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の配管継手は、第１配管の外周面が第２配管の内周面に圧入されるものである。
これによって、流体圧力が低い状態であっても、第１配管と第２配管のシール性を確保でき、流体圧力が低い状態から高い状態の全範囲に亘って、流体の漏れを防ぐことができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３の配管継手は、第２配管の内周面が、第１配管の挿入側ほど小さいテーパ面に設けられている。
これにより、高圧流体の圧力により第１配管に抜ける力が加わることで、第１配管と第２配管のシール性が高まり、流体の漏れを防ぐことができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４の配管継手は、結合部材が第１配管の端部に設けられたものである。

〔請求項５の手段〕
請求項５の配管継手は、コモンレール式燃料噴射装置において高圧燃料が流れる高圧配管の継手に用いられるものである。
これにより、コモンレール式燃料噴射装置に用いられる超高圧の燃料圧力であっても、燃料漏れを防ぐことができる。

〔請求項６の手段〕
請求項６の配管継手は、第１配管の内径寸法をｄ、第１配管の肉厚寸法をｔとした場合、
ｄ／ｔ≧２
の関係を満足するものである。
これによって、コモンレール式燃料噴射装置の燃料圧力が１００ＭＰａ以上であっても、燃料漏れを防ぐことができる。

最良の形態１の配管継手は、例えば、コモンレール式燃料噴射装置の高圧燃料配管の継手に用いられるものであり、第１配管と第２配管とを結合部材で結合する構造を採用する。
そして、第１配管は、第２配管の内側に入れ込まれるものであり、第１配管内の燃料圧力（流体圧力の一例）により第１配管の外周面が第２配管の内周面に押し付けられて、シール性が高まる。

この実施例１では、まず、コモンレール式燃料噴射装置のシステム構成を図５を参照して説明し、続いてコモンレール式燃料噴射装置の高圧燃料配管に用いられる配管継手を図１〜図４を参照して説明する。

（コモンレール式燃料噴射装置の説明）
図５に示すコモンレール式燃料噴射装置は、エンジン（例えばディーゼルエンジン：図示しない）の各気筒に燃料噴射を行うシステムであり、コモンレール１、インジェクタ２、サプライポンプ３、ＥＣＵ４（エンジン制御ユニット）、ＥＤＵ５（駆動ユニット）等から構成される。なお、ＥＤＵ５はＥＣＵ４のケース内に内蔵される場合もある。

コモンレール１は、インジェクタ２に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、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高圧ポンプ配管６を介して高圧燃料を圧送するサプライポンプ３の吐出口と接続されるとともに、各インジェクタ２へ高圧燃料を供給する複数のインジェクタ配管７が接続されている。

コモンレール１から燃料タンク８へ燃料を戻すリリーフ配管９には、プレッシャリミッタを兼ねた減圧弁１０が取り付けられている。プレッシャリミッタの機能は圧力安全弁であり、コモンレール圧が限界設定圧を超えた際に開弁して、コモンレール圧を限界設定圧以下に抑える。また、減圧弁１０は、ＥＣＵ４およびＥＤＵ５の指示により開弁して、コモンレール圧を急速に減圧するものである。なお、減圧弁１０とは別にプレッシャリミッタを独立して搭載する機種もある。

インジェクタ２は、エンジンの各気筒毎に搭載されて燃料を各気筒内に噴射供給するものであり、コモンレール１より分岐する複数のインジェクタ配管７の下流端に接続されて、コモンレール１に蓄圧された高圧燃料を各気筒内に噴射供給する燃料噴射ノズル、およびこの燃料噴射ノズル内に収容されたニードルのリフト制御を行う電磁弁等を搭載している。
なお、インジェクタ２からのリーク燃料も、リリーフ配管９を経て燃料タンク８に戻される。

サプライポンプ３は、コモンレール１へ高圧燃料を圧送する高圧燃料ポンプであり、燃料タンク８内の燃料をフィルタ１１を介してサプライポンプ３へ吸引するフィードポンプと、このフィードポンプによって吸い上げられた燃料を高圧に圧縮してコモンレール１へ圧送する高圧ポンプとを搭載する。フィードポンプおよび高圧ポンプは共通のカムシャフト１２によって駆動される。なお、このカムシャフト１２は、エンジンによって回転駆動されるものである。

サプライポンプ３には、燃料を高圧に加圧する加圧室内に燃料を導く燃料流路に、その燃料流路の開度度合を調整するためのＳＣＶ１３（吸入調量弁）が搭載されている。このＳＣＶ１３は、ＥＣＵ４からのポンプ駆動信号によって制御されることにより、加圧室内に吸入される燃料の吸入量を調整し、コモンレール１へ圧送する燃料の吐出量を変更するバルブであり、コモンレール１へ圧送する燃料の吐出量を調整することにより、コモンレール圧を調整するものである。即ち、ＥＣＵ４はＳＣＶ１３を制御することにより、コモンレール圧を車両走行状態に応じた圧力に制御できる。

ＥＣＵ４は、ＣＰＵ、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリ）を搭載しており、ＲＯＭに記憶されたプログラムと、ＲＡＭ等に読み込まれたセンサ類の信号（車両の運転状態）とに基づいて各種の演算処理を行う。
具体的な演算の一例を示すと、ＥＣＵ４は、燃料の噴射毎に、ＲＯＭに記憶されたプログラムと、ＲＡＭに読み込まれたセンサ類の信号（車両の運転状態）とに基づいて、各気筒毎の目標噴射量、噴射形態、インジェクタ２の開弁閉弁時期、ＳＣＶ１３の開度（通電電流値）を決定するように設けられている。

ＥＤＵ５は、インジェクタ駆動回路を備える。このインジェクタ駆動回路は、ＥＣＵ４から与えられるインジェクタ開弁信号に基づいてインジェクタ２の電磁弁へ開弁駆動電流を与える駆動回路であり、開弁駆動電流を電磁弁に与えることにより高圧燃料が気筒内に噴射供給され、開弁駆動電流を停止することで燃料噴射が停止するものである。なお、この図５では、ＳＣＶ１３の電磁弁へ駆動電流を与えるＳＣＶ駆動回路がＥＣＵ４のケース外に設けられる例を示すが、ＥＤＵ５のケース内に配置されるものであっても良い。

なお、ＥＣＵ４には、車両の運転状態等を検出する手段として、コモンレール圧を検出する圧力センサ１４の他に、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等のセンサ類が接続されている。

（配管継手の説明）
コモンレール式燃料噴射装置では、サプライポンプ３→コモンレール１→インジェクタ２に超高圧（例えば、１００ＭＰａ以上）に加圧された燃料が供給されるものであり、上述したように、サプライポンプ３とコモンレール１の間は高圧ポンプ配管６で接続され、コモンレール１と複数のインジェクタ２の間は複数のインジェクタ配管７で接続される。このため、上記各装置１〜３と、各配管６、７とは、配管継手により結合される。即ち、図２〜図４に示すように、（１）サプライポンプ３と高圧ポンプ配管６の接続箇所Ａ、（２）コモンレール１と高圧ポンプ配管６の接続箇所Ａ、（３）コモンレール１とインジェクタ配管７の接続箇所Ａ、（４）インジェクタ２とインジェクタ配管７の接続箇所Ａは、それぞれ配管継手により結合される。

次に、上記接続箇所Ａに用いられる本発明が適用された配管継手を説明する。なお、以下では、高圧ポンプ配管６およびインジェクタ配管７を第１配管２１と称し、この第１配管２１に接続されるコモンレール１、インジェクタ２、サプライポンプ３の配管接続ジョイントを第２配管２２と称して説明する。
配管継手は、第１配管２１と第２配管２２とを結合部材２３で結合する構造を採用している。そして、本実施例の配管継手は、第１配管２１を第２配管２２の内側に入れ込み、第１配管２１内の燃料圧力により第１配管２１の外周面を第２配管２２の内周面に押し付ける構造を採用している。
なお、第１配管２１内の燃料圧力によって第１配管２１の外周面が外側へ広がる拡径量が、第２配管２２内の燃料圧力によって第２配管２２の内周面が外側へ広がる拡径量より大きくなるように、第２配管２２は高強度に設けられている。

次に、実施例１における配管継手の具体的構造を説明する。
第１配管２１は、例えばステンレス管であり、先端の外周面には、外径方向に膨出する当接部２４が形成されている。この当接部２４の最外周は全周に亘って平滑な円形を呈するものであり、当接部２４の外径寸法は、第２配管２２の内径寸法より僅かに大径に設けられている。
また、第１配管２１の端部には、第１配管２１を第２配管２２に結合するための結合部材２３が装着されている。この結合部材２３は、第１配管２１の外周面に形成された溝２５内に嵌まり合い、第１配管２１に対して回転可能に設けられた配管締結ナットである。結合部材２３には、内周面に第２配管２２の雄ネジ２７（後述する）に螺合する雌ネジ２６が形成されており、外周面に工具（六角レンチ等）と係合可能な工具係合部（六角部等）が形成されている。

第２配管２２は、例えば、鉄系金属を加工してなる配管ジョイントであり、内側には第１配管２１が挿入される燃料通路が形成されている。第２配管２２の内径寸法は、上述したように、第１配管２１の端部に形成された当接部２４の外径寸法より僅かに小径なものであり、内周面は全周に亘り平滑な円筒を呈する。ここで、この実施例１における第２配管２２の内周面は、第１配管２１の挿入側の内径寸法Ｄ１〜第１配管２１の挿入奥側の内径寸法Ｄ２が一定寸法（Ｄ１＝Ｄ２）に設けられている。
また、第２配管２２の外周面には、上述した結合部材２３の雌ネジ２６と螺合可能な雄ネジ２７が形成されている。

配管継手の結合は、先ず、第１配管２１の先端に設けられた当接部２４を、第２配管２２の内周面に圧入する。次に、結合部材２３の雌ネジ２６を第２配管２２の雄ネジ２７に螺合する。これにより、配管継手の結合が完了する。
第１配管２１および第２配管２２の内部には、エンジンの運転状態に応じて１００ＭＰａ以上の高圧燃料が供給される。この高圧燃料により、第１配管２１には外側へ広がる力が発生する。この結果、燃料圧力が高まるほど、第１配管２１に形成された当接部２４が外側へ広がり、当接部２４の外周面と第２配管２２の内周面のシール面圧が、圧入時よりもさらに高まる。即ち、第１配管２１内の燃料圧力によって第１配管２１が外側へ広がることで、第１配管２１と第２配管２２のシール性が圧入時よりも高まる。

第１配管２１内の燃料圧力によって当接部２４が外側へ広がる拡径作用は、第１配管２１の内径寸法ｄが大きいほど、また第１配管２１の肉厚寸法ｔが小さいほど大きくなる。このため、第１配管２１の外側への変形（拡径化）により、所定のシール面圧を確保するには、内径寸法ｄと、肉厚寸法ｔの比率ｄ／ｔに適値が存在する。
次に、表１、表２を参照して、コモンレール式燃料噴射装置における比率ｄ／ｔの適値を説明する。

表１は、燃料圧力が２００ＭＰａの解析条件において、内径寸法ｄと、肉厚ｔとの関係を変化させた場合におけるシール面圧を示すものである。

表２は、上記表１に対応する比率ｄ／ｔを示すものである。

表１の解析結果に基づき、１００ＭＰａの実使用圧において、シール面圧の余裕度を２５ＭＰａとする。
その場合、比率ｄ／ｔ≧２の関係を満たすことで、上記条件を満足できる。
上記の結果を踏まえ、この実施例１の配管継手は、第１配管２１の内径寸法をｄ、第１配管２１の肉厚寸法をｔとした場合、
ｄ／ｔ≧２
の関係を満たすように設けられている。
これにより、実使用圧が１００ＭＰａ以上のコモンレール式燃料噴射装置において、実施例１の配管継手を有効にできる。

（実施例１の効果）
実施例１の配管継手は、上述したように、１００ＭＰａ以上の高圧燃料が第１配管２１の内部に作用する。この高圧燃料により、第１配管２１は外側へ広がり、当接部２４の外周面と第２配管２２の内周面のシール面圧が、圧入時よりもさらに高められ、高圧作用時ほど高シール性が得られる。この結果、実施例１の配管継手からは燃料漏れが生じない。

また、第１配管２１の先端に設けられた当接部２４が、第２配管２２の内周面に圧入されている。このため、燃料圧力が例え低い状態であっても、第１配管２１と第２配管２２のシール性を確保できる。この結果、燃料圧力が低い状態から、燃料圧力が高い状態の全範囲に亘って、燃料漏れの発生を無くすことができる。
なお、エンジンが停止された状態でも、サプライポンプ３→コモンレール１→インジェクタ２には高圧燃料が蓄圧される。このため、エンジンが停止された状態でも、蓄圧された高圧燃料により第１配管２１が外側へ広がった状態が保たれて配管継手のシール性が確保されるため、第２配管２２に対する第１配管２１の圧入は、軽圧入であっても良い。

図６を参照して実施例２を説明する。なお、以下の実施例において、上記実施例１と同一符号は同一機能物を示すものである。
この実施例２の配管継手は、第２配管２２の内周面が、当接部２４の圧入範囲において第１配管２１の挿入側ほど小さいテーパ面に設けられている。即ち、実施例２の第２配管２２の内周面は、第１配管２１の挿入側の内径寸法Ｄ１が第１配管２１の挿入奥側の内径寸法Ｄ２より小さく設けられている（Ｄ１＜Ｄ２）。

ここで、第２配管２２内の高圧燃料は、第１配管２１の先端面に作用して、第１配管２１に押し出す力（第１配管２１が抜ける方向の力）を発生する。第２配管２２内の高圧燃料が第１配管２１を押し出す力は、高圧作用時ほど大きくなる。
しかし、この実施例２では、第２配管２２の内周面がＤ１＜Ｄ２のテーパ面に設けられているため、第１配管２１に抜ける方向の力が加わることで、当接部２４の外周面が第２配管２２の内周面に強く押し付けられることになり、第１配管２１と第２配管２２のシール性が高まる。
このように、実施例２の配管継手は、第２配管２２内の高圧燃料が第１配管２１を押し出す方向の力を発生することを利用して、高圧作用時ほど第１配管２１と第２配管２２のシール性を高めるものである。

図７を参照して実施例３を説明する。なお、この実施例３は、当接部２４の変形例を示すものである。
上記実施例１、２では、当接部２４を曲面（Ｒ面）に設けた。
これに対し、図７（ａ）は、第２配管２２の内周面に当接する面（当接部２４の外周面）を、第２配管２２の内周面に一致する平面に設けたものである。このように設けても、上記実施例１、２の効果が得られる。

上記図７（ａ）は、当接部２４の先端側に小径部２８が形成されている。この小径部２８の外周面に高圧燃料が作用するため、小径部２８は高圧燃料を受けても外側に広がる力を発生しない。
これに対し、図７（ｂ）は、上記小径部２８を無くし、第１配管２１の先端部においても高圧燃料を受けて外側に広がる力を発生するものである。

上記図７（ａ）、（ｂ）は、第２配管２２に差し込まれる範囲の先端部分のみに当接部２４を設け、高圧燃料を受けて外側に広がる力を第１配管２１の先端に設けた当接部２４に集中させてシール面圧を高める例を示した。
これに対し、図７（ｃ）は、第２配管２２に差し込まれる広い範囲に当接部２４を設けて、第１配管２１と第２配管２２のシール面積を増大させたものである。

［変形例］
上記の実施例では、第１配管２１をステンレスで設ける例を示したが、高圧燃料に耐える材料であれば、黄銅など他の材料を用いても良い。
上記の実施例では、コモンレール式燃料噴射装置の高圧燃料が作用する配管継手に本発明を適用する例を示したが、高圧流体により第１配管２１の外周面が第２配管２２の内周面に押し付けられてシール性を高めるものであれば良く、他の高圧流体を扱う配管継手に本発明を適用しても良い。

配管継手の概略図である（実施例１）。コモンレールの断面図である（実施例１）。インジェクタの断面図である（実施例１）。サプライポンプの断面図である（実施例１）。コモンレール式燃料噴射装置のシステム構成図である（実施例１）。配管継手の概略図である（実施例２）。第１配管の当接部を示す断面図である（実施例３）。サプライポンプの断面図である（従来技術）。配管継手の概略図である（従来技術）。

符号の説明

６高圧ポンプ配管（コモンレール式燃料噴射装置において高圧燃料が流れる高圧配管）
７インジェクタ配管（コモンレール式燃料噴射装置において高圧燃料が流れる高圧配管）
２１第１配管
２２第２配管
２３結合部材

Claims

第１配管と第２配管とを結合部材で結合する配管継手において、
前記第１配管を前記第２配管の内側に入れ込み、前記第１配管内の流体圧力により前記第１配管の外周面を前記第２配管の内周面に押し付けることを特徴とする配管継手。
請求項１に記載の配管継手において、
前記第１配管の外周面は、前記第２配管の内周面に圧入されることを特徴とする配管継手。
請求項１または請求項２に記載の配管継手において、
前記第２配管の内周面は、前記第１配管の挿入側ほど小さいテーパ面に設けられていることを特徴とする配管継手。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の配管継手において、
前記結合部材は、前記第１配管の端部に設けられたことを特徴とする配管継手。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の配管継手において、
この配管継手は、コモンレール式燃料噴射装置において高圧燃料が流れる高圧配管の継手に用いられることを特徴とする配管継手。
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の配管継手において、
前記第１配管の内径寸法をｄ、前記第１配管の肉厚寸法をｔとした場合、
ｄ／ｔ≧２
の関係を満足することを特徴とする配管継手。