JP2007146725A - コモンレール - Google Patents

Abstract

【課題】 体格アップや、蓄圧容積の不足を招くことなく、レール破損を回避できるコモンレールを提供する。
【解決手段】 コモンレールは、外径寸法Ｄが従来と同じで、蓄圧室孔２３の内径寸法が、径の小さい小径部２７と、径の大きい大径部２８とに分けられ、交差孔２６が小径部２７に設けられる。小径部２７によりレール本体２０の肉厚が厚くなるため、小径部２７に交差孔２６を開口させることで、交差孔部最小肉厚寸法Ｌを従来よりも大きくでき、レール破損Ａを回避できる。一方、小径部２７により減少した蓄圧容積分を大径部２８が補うため、蓄圧室孔２３のトータル容積が減少しない。このように、体格と蓄圧容積を変更することなく、交差孔部最小肉厚寸法Ｌを大きくしてレール破損Ａを回避できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、蓄圧式燃料噴射装置に搭載されて高圧燃料を蓄圧するコモンレールに関する。

（従来技術）
従来のコモンレールの一例を図１（ａ）を参照して説明する。
コモンレール１は、サプライポンプの圧送した高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、内部には高圧燃料を蓄圧する蓄圧室孔２３が形成されている。また、コモンレール１には、サプライポンプの圧送した高圧燃料を蓄圧室孔２３内に導く内外連通孔２５と、蓄圧室孔２３内に蓄圧された高圧燃料を複数のインジェクタに分配供給するための複数の内外連通孔２５とが形成されている（例えば、特許文献１参照）。

（従来技術の問題点）
蓄圧室孔２３の内部には、超高圧（たとえば、数百ＭＰａ）の燃料が蓄圧されるため、蓄圧室孔２３の内周面には高い圧力が作用する。そして、蓄圧室孔２３の内周面には、内外連通孔２５が交差して開口するため、図２（ａ）に示すように、内外連通孔２５の内側開口部（以下、交差孔２６と称す）には応力が集中する。このため、高い応力が集中する交差孔２６からレール破損Ａが開始される懸念がある。
このレール破損Ａを回避する手段として、交差孔２６から外部に至る最小の肉厚寸法（以下、交差孔部最小肉厚寸法Ｌと称す）を大きくすることが考えられる。

しかし、交差孔部最小肉厚寸法Ｌを大きくする目的で、レール本体２０の外径寸法Ｄを大きくする場合は、コモンレール１の体格が大きくなり、車両への搭載性が悪化してしまう。
また、交差孔部最小肉厚寸法Ｌを大きくする目的で、蓄圧室孔２３の内径寸法ｄ０を小さくする場合は、高圧燃料を蓄圧する蓄圧容積が少なくなり、必要噴射性能が得られなくなってしまう。
特開２００３−１４８２７９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、体格アップや、蓄圧容積の不足を招くことなく、レール破損を回避できるコモンレールの提供にある。

〔請求項１の手段〕
請求項１のコモンレールは、蓄圧室孔に小径部と大径部を設け、交差孔（内外連通孔の内側開口部）を小径部に設けたものである。
小径部を設けたことで、レール本体の外径寸法を大きくすることなく、内外連通孔が設けられる部位のレール本体の肉厚を厚くすることができ、交差孔部最小肉厚寸法を大きく確保できる。これによって、体格アップを招くことなく、レール破損を回避できる。
一方、小径部により減少した蓄圧容積分を、大径部による容積増加で補うことができるため、必要噴射性能を得ることができる。
このように、請求項１のコモンレールは、体格アップや、蓄圧容積の不足を招くことなく、レール破損を回避することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２のコモンレールは、内外連通孔に流路径を絞るオリフィスを設けたものである。このように、内外連通孔にオリフィスを設けることで、内外連通孔に伝播された圧力脈動をオリフィスで減衰することができ、圧力脈動による燃料噴射への悪影響を抑えることができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３のコモンレールは、小径部と大径部の間に、徐々に径が変化する移行部を備える。
これにより、小径部と大径部の切り替わり角度が緩やかになり、角部に生じる応力集中を緩和することができる。この結果、小径部と大径部の切替部位における耐圧性能を高めることができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４のコモンレールにおける移行部は、小径部から大径部に向かって拡径するテーパ面である。

〔請求項５の手段〕
請求項５のコモンレールにおける移行部は、小径部から大径部に向かって拡径するＲ面（曲面）である。

〔請求項６の手段〕
請求項６のコモンレールにおける内外連通孔は、レール本体において複数が軸方向に集中して配置されたものである。
このように、複数の内外連通孔が軸方向に集中配置されることにより、小径部が設けられる範囲を小さくでき、逆に大径部が設けられる範囲を大きくできる。小径部の範囲が小さくなることで、小径部の容積減少を抑えることができ、また大径部の範囲が大きくなることで、蓄圧室孔の容積を大きく確保できる。
これによって、レール本体の短縮化を図ることが可能になり、コモンレールを小型化できる。あるいは、大きな容積を確保することで、燃料噴射が実施されても、蓄圧室孔における圧力低下を従来のコモンレールよりも小さく抑えることが可能になる。

最良の形態１のコモンレールは、内部に高圧燃料を蓄圧する蓄圧室孔、およびこの蓄圧室孔と外部を連通する内外連通孔が設けられたレール本体を備える。
蓄圧室孔に小径部と大径部を設け、内外連通孔の内側開口部を小径部に設けるものである。
そして、小径部と大径部の切替部位には、徐々に径が変化する移行部（テーパ面、Ｒ面等）が設けられることが望ましい。

この実施例１では、先ず、蓄圧式燃料噴射装置のシステム構成を説明し、次に、コモンレールの構造および実施例１の背景を説明し、続いて、本発明が適用された実施例１のコモンレールの構造を説明する。

（蓄圧式燃料噴射装置の説明）
図３に示す蓄圧式燃料噴射装置は、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したものであっても良い。

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３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。

（コモンレール１の説明）
コモンレール１は、図１に示すように、内部に超高圧の燃料を蓄える略筒形状を呈するレール本体２０に、高圧ポンプ配管６およびインジェクタ配管７を接続するための配管ジョイント２１と、レール本体２０をエンジン等の固定部材に装着するためのステー２２とを設けたものである。

略棒状を呈するレール本体２０には、高圧燃料の蓄圧室となる蓄圧室孔２３が軸方向に貫通するように形成されている。なお、蓄圧室孔２３の軸芯は、レール本体２０の外径の中心であっても良いし、配管ジョイント２１とは異なる側に所定量オフセットしたものであっても良い。
レール本体２０の両端部には、減圧弁１０および圧力センサ１４を取り付けるためのネジ穴２４が形成されている。

レール本体２０には、径方向に複数の内外連通孔２５が形成されている。この複数の内外連通孔２５は、レール本体２０の軸方向に適切な間隔を隔てて配置された配管ジョイント２１の中心に穴空け加工されたものである。各内外連通孔２５の内側は、蓄圧室孔２３の内壁面に開口するものであり、各内外連通孔２５の外側は、配管ジョイント２１の先端中心部において開口する。具体的に、配管ジョイント２１の先端面には、高圧ポンプ配管６およびインジェクタ配管７の先端に形成された先細テーパ面が差し込まれる略円錐テーパ形状を呈した受圧座面が形成されており、この受圧座面の底部において内外連通孔２５の外側が開口する。

（実施例１の背景）
蓄圧室孔２３の内部には、超高圧（たとえば、数百ＭＰａ）の燃料が蓄圧されるため、蓄圧室孔２３の内周面には高い圧力が作用する。そして、蓄圧室孔２３の内周面に開口する交差孔（内外連通孔２５の内側開口部）２６には応力が集中する。この交差孔２６の応力集中により、図２（ａ）に示すように、交差孔２６からレール破損（図中に示す亀裂）Ａが開始されることが懸念される。そこで、交差孔部最小肉厚寸法Ｌを大きくすることより、レール破損Ａを回避することが考えられる。

しかし、従来のコモンレール１は、図１（ａ）、図２（ａ）に示すように、蓄圧室孔２３の内径寸法ｄ０が軸方向に一定に設けられており、レール本体２０の外径寸法Ｄを大きくして交差孔部最小肉厚寸法Ｌを大きくしようとすると、コモンレール１の体格が大きくなり、車両への搭載性（具体的にはエンジンへの搭載性）が悪化してしまう。逆に、蓄圧室孔２３の内径寸法ｄ０を小さくして交差孔部最小肉厚寸法Ｌを大きくしようとすると、高圧燃料を蓄圧する容積が少なくなり、必要噴射性能が得られなくなってしまう。

（実施例１の特徴）
上記の不具合を回避するために、実施例１のコモンレール１は、レール本体２０の外径寸法Ｄを従来のコモンレール１と同じにしたまま、蓄圧室孔２３の内径寸法を、径の小さい小径部２７と、径の大きい大径部２８とに分けて設け、交差孔２６（内外連通孔２５の内側開口部）を小径部２７に設ける技術を採用している。
小径部２７は、レール破損Ａを回避するために、交差孔部最小肉厚寸法Ｌを大きくするためのものであり、従来の蓄圧室孔２３より内径寸法ｄ１が小さい。
大径部２８は、小径部２７により減少した高圧燃料の蓄圧容積を補うためのものであり、従来の蓄圧室孔２３より内径寸法ｄ２（大径部２８がこの実施例１のように複数ある場合は平均値）が大きい。
即ち、従来の蓄圧室孔２３の内径寸法をｄ０、小径部２７の内径寸法をｄ１、大径部２８の内径寸法をｄ２とした場合、ｄ１＜ｄ０＜ｄ２の関係を満たすものである。

具体的な実施例１のコモンレール１の構造を図１（ｂ）を参照して説明する。
実施例１のコモンレール１は、配管ジョイント２１の位置が従来構造｛図１（ａ）参照｝と同じであり、各交差孔２６の開口する軸方向範囲をオーバーラップするように小径部２７を設け、小径部２７の両側に大径部２８を設けたものである。
なお、実施例１では、大径部２８と、減圧弁１０および圧力センサ１４が取り付けられるネジ穴２４とを区別する目的で、大径部２８とネジ穴２４の内径寸法を異なる径に設ける例を示すが、大径部２８とネジ穴２４を同一径にしても良い。即ち、ネジ穴２４の奥部に、蓄圧容積を増やす目的の大径部２８を同一径で設けても良い。

（実施例１の効果）
実施例１のコモンレール１は、レール本体２０の肉厚が厚くなる小径部２７と、レール本体２０の肉厚は薄くなるが、蓄圧容積を増加可能な大径部２８とを備える。
そして、図２（ｂ）に示すように、小径部２７に交差孔２６を開口させることで、交差孔部最小肉厚寸法Ｌを大きくすることができる。これによって、交差孔２６の強度向上を図ることができ、レール破損Ａを回避できる。
また、小径部２７により減少した蓄圧容積分を、交差孔２６が設けられない大径部２８が補うため、蓄圧室孔２３のトータル容積が減少しない。
このように、実施例１のコモンレール１は、体格と蓄圧容積を変更することなく、交差孔２６の強度向上を図ってレール破損Ａを回避できる。

ここで、実施例１のコモンレール１には、図１（ｂ）に示すように、内外連通孔２５に流路径を絞るオリフィス２９を設けている。
このように、内外連通孔２５にオリフィス２９を設けることで、インジェクタ配管７を介して内外連通孔２５に伝播される圧力脈動をオリフィス２９で減衰させることができる。この結果、圧力脈動による蓄圧室孔２３内の圧力変動を抑えることができ、圧力脈動による燃料噴射への悪影響を抑えることができる。

また、実施例１のコモンレール１は、図１（ｂ）、図２（ｂ）に示すように、小径部２７と大径部２８の間に、徐々に径が変化する移行部３０が設けられている。実施例１の移行部３０は、小径部２７から大径部２８に向かって拡径する略円錐形状のテーパ面とされている。
このように、小径部２７と大径部２８の切替部位に径が徐々に変化する移行部３０を設けることにより、小径部２７と大径部２８の切り替わり角度が緩やかになり、切り替わりの角部に生じる応力集中を緩和できる。この結果、小径部２７と大径部２８の切替部位における耐圧性能を高めることができる。
なお、この実施例１では、移行部３０の一例としてテーパ面を示すが、小径部２７から大径部２８に向かって拡径するＲ面であっても良い。このように、小径部２７と大径部２８の切替部位をＲ面とすることにより、切替部位における角部に生じる応力集中をさらに緩和することができ、耐圧性能をさらに高めることが可能になる。

図４に示すコモンレール１の断面図を参照して実施例２を説明する。なお、実施例２中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のコモンレール１は、複数の内外連通孔２５を軸方向の一方側に集中配置したものである。これによって、小径部２７の範囲を軸方向に短縮でき、逆に大径部２８の範囲を軸方向に延長することができる。
小径部２７の範囲が軸方向に短縮されることにより、小径部２７による蓄圧容積の減少分を減らすことができる。また、大径部２８の範囲が延長されることにより、蓄圧容積を大きくすることができる。

このように、実施例２を採用することにより、従来のコモンレール１と体格が同じであれば、蓄圧容積を増加させることができる。蓄圧容積を増加させることにより、燃料噴射が実施されても、蓄圧室孔２３における圧力低下を従来のコモンレール１よりも小さく抑えることができる。また、従来と同じ蓄圧容積を持たせる場合は、レール本体２０の短縮化を図ることができ、コモンレール１を小型化できる。これによって、コモンレール１のエンジン搭載性を向上できる。

（変形例）
上記の実施例では、レール本体２０、配管ジョイント２１およびステー２２を鍛造により設けた鍛造タイプのコモンレール１を示したが、レール本体２０、配管ジョイント２１、ステー２２のうちの一部、あるいは３つを独立して設け、溶接等の接合技術により一体化した接合タイプのコモンレール１であっても良い。
上記の実施例では、レール本体２０の両側に大径部２８を設けたが、レール本体２０の一方側のみに大径部２８を設けても良い。
上記の実施例では、内外連通孔２５にオリフィス２９を設けたが、内外連通孔２５にオリフィス２９が無いものであっても良い。

コモンレールの軸方向に沿う断面図である（従来技術と実施例１）。 コモンレールの要部断面図である（従来技術と実施例１）。 蓄圧式燃料噴射装置のシステム構成図である。 コモンレールの軸方向に沿う断面図である（実施例２）。

符号の説明

１ コモンレール
２０ レール本体
２３ 蓄圧室孔
２５ 内外連通孔
２６ 交差孔（内外連通孔の内側開口部）
２７ 小径部
２８ 大径部
２９ オリフィス
３０ 移行部

Claims (6)

1. 内部に高圧燃料を蓄圧する蓄圧室孔、およびこの蓄圧室孔と外部を連通する内外連通孔が設けられたレール本体を備えるコモンレールにおいて、
   前記蓄圧室孔に小径部と大径部を設け、前記内外連通孔の内側開口部を前記小径部に設けたことを特徴とするコモンレール。
2. 請求項１に記載のコモンレールにおいて、
   前記内外連通孔には、流路径を絞るオリフィスが設けられたことを特徴とするコモンレール。
3. 請求項１または請求項２に記載のコモンレールにおいて、
   前記小径部と前記大径部の間には、徐々に径が変化する移行部が設けられたことを特徴とするコモンレール。
4. 請求項３に記載のコモンレールにおいて、
   前記移行部は、前記小径部から前記大径部に向かって拡径するテーパ面であることを特徴とするコモンレール。
5. 請求項３に記載のコモンレールにおいて、
   前記移行部は、前記小径部から前記大径部に向かって拡径するＲ面であることを特徴とするコモンレール。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載のコモンレールにおいて、
   前記内外連通孔は、前記レール本体において複数が軸方向に集中して配置されたことを特徴とするコモンレール。