JP2007327428A - 燃料噴射管 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力脈動や圧力降下を最大限に防ぐことができ、しかも、エンジン構成部品を盛り込むスペースを充分に確保して干渉を防止等することができるディーゼル内燃機関用の燃料噴射管を提供する。
【解決手段】 インジェクタとコモンレールとの間を繋ぐディーゼル内燃機関の燃料噴射管であって、コモンレールからインジェクタまでの管内径をテーパー状に次第に拡径して１．２〜２．０倍の管内径にする。
【選択図】 図１

Description

本発明はディーゼル内燃機関の燃料噴射管に関するものである。

近年、環境汚染を防止するため、自動車用エンジンの排ガス規制は一段と厳しくなり、排ガス中の二酸化炭素、窒素酸化物や排出微粒子の削減は急務となっている。ここで、ディーゼルエンジンの場合にあっては、燃料の噴射圧を高めて燃料をより微粒子化すると、完全燃焼して排出微粒子が低減することが知られている。このため、エンジンの回転数に拘わらず、常に高圧の燃料を噴射できる蓄圧式燃料噴射システムが一般に広く採用されている。一例を示せば、高圧供給ポンプによってコモンレール（蓄圧容器）に高圧燃料を蓄圧し、コモンレールで蓄圧された高圧燃料を各気筒毎に噴射する電子制御式の燃料噴射システムがあり、その構成はディーゼル内燃機関の各気筒毎に設けられるインジェクタ、前記インジェクタに供給する燃料の圧力エネルギーを蓄圧するコモンレール、前記コモンレールに高圧燃料を供給する高圧供給ポンプ、前記コモンレールを介して前記インジェクタに連通された燃料噴射管、および前記コモンレールと前記高圧供給ポンプとを連通する燃料供給管を備えたディーゼル内燃機関用の蓄圧式燃料噴射システムである。

上記の蓄圧式燃料噴射システムにおいて、高精度で、応答性のよい噴射特性を得るためには、コモンレール内に蓄圧される燃料の蓄圧容量を大きくするか、または燃料の蓄圧圧力をより高める必要がある。そしてまずコモンレール内の燃料を蓄圧するコモンレール（蓄圧室）の内容積を確保するためには、コモンレールの内径を太くするかまたはコモンレールの長さ方向の寸法を長くしなければならない。
しかし、コモンレールの内径を太くするとコモンレールの肉厚をより厚くし大径に形成しなければならないためブラケットを含めてシステム全体を大型化せざるを得ず、これにより重量が増して近年の軽量化と小型化の要求に反するものとなってしまい、さらに内径を太くすればその内周面の剛性が低下するのに伴い内周面の引張応力が増大して該内周面の欠陥感度が上昇するので該欠陥を可及的に少なく（好ましくは１０μｍ以下の疵にする）しなければならない。
一方、コモンレールの長さを長くすると、コモンレールを必要以上に長尺に設計することとなり、各インジェクタへ配設される燃料噴射管に従来より多くの曲げ加工を施して、各管の長さが同一となるまで実質的な長さを確保するなどの必要性が生じて、レイアウト性が悪化すると共に、コストが上昇して、軽量化と小型化の要求に反するものとなってしまう。

さらにコモンレールなどに蓄圧される燃料の圧力をより高めようとすると高圧ポンプが大型化して高価となると共に、耐圧性を維持するため燃料噴射管の肉厚をより一層厚くしなければならない上、前記した内周面の疵も可及的に少なくしなければならず、肉厚を厚くすることにより重量の増大を招くのみならず内圧疲労による破裂の危険性が増すことになる。そして前記内周面の疵を好ましくは１０μｍ以下となるようにするためには高価な設備が必要となり、また精密な多くの製造工程が要求されるため製造コストが高くつくことになる。したがって前記した高精度で、応答性のよい噴射特性を得るためのいずれの対策も好ましいものではなかった。

また、上記の蓄圧式燃料噴射システムにおいては、コモンレールの分岐孔周辺にオリフィスを設けているが、この場合コモンレール内の圧力は、燃料噴射による圧力脈動の影響を受けることなく安定するものの、コモンレールから下流側（オリフィスとノズルの間）ではこの限りではなく、オリフィスを設けたことによりインジェクタ内では燃料噴射による圧力降下を防ぐ効果を期待することができないだけでなく、コモンレール内の燃料が即インジェクタ内に流入することが妨害されて噴射量の不足や噴射タイミングのずれを生じる危険性が存在した。

かかる弊害を是正すべく、例えば蓄圧式燃料噴射システムに副蓄圧器を設けることにより、コモンレールを長くしたり内径を太くすることなく、またコモンレール内の燃料蓄圧圧力をより高圧としなくとも、高精度で、応答性のよい噴射特性が得られるディーゼル内燃機関の蓄圧式燃料噴射システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかし、上記特許文献１に記載の蓄圧式燃料噴射システムは、副蓄圧器が燃料噴射用のノズルホルダーに直接接続されるような構造をとっており、従って、ノズルホルダーに極めて近い位置に蓄圧器を設置せざるを得ないような構成となっていた。しかし、ノズルホルダーはシリンダーヘッドに埋設され、付近にはインテークマニホールドなどエンジン構成部品が多く、これらと副蓄圧器との干渉を生じその配置に苦慮しており、この傾向はＶ型エンジンでは特に著しい状況であった。

かかる場合、ノズルホルダー付近のスペースをできる限り確保しつつ、蓄圧式燃料噴射システムに副蓄圧部材を設けることが必要となるが、該副蓄圧部材を取り付けるための取付金具の数が多かったりサイズが大きかったりすると、それだけでスペースが侵食され、該スペース内に最小限のエンジン構成部品でさえ盛り込むことができないという問題を生ずる。従って、副蓄圧部材はできる限り小さい部材、或いは簡易に取り付けられる必要がある。

コモンレールを使用した蓄圧式燃料噴射システムの場合は、燃料噴射に伴う燃料の圧力脈動は蓄圧室において徐々に吸収されるが、噴射管内にも圧力変動が発生し、脈動となって噴射管内からコモンレール内にも達し、さらに他の気筒の噴射管にも圧力脈動となって影響を与えるために、安定した燃料の噴射を行うことができない難点がある。最近では排ガス対策強化のため燃料噴射は多回数噴射が用いられるようになり、噴射管及び／又はインジェクタ内の僅かな圧力変動も噴射量、噴射時間、噴粒径、噴粒の到達距離、噴射速度等の噴射特性や、燃焼時間、燃焼温度、燃焼圧力といった燃焼特性に大きな影響を与えるようになってきた。

そこで燃料噴射システムにおけるキャビテーション対策に有効で、かつ噴射特性および燃焼特性に優れたディーゼルエンジン用蓄圧式燃料噴射管として、接続頭部を有する管体の両管端部もしくは片管端部よりその他の部分の内径が大きく形成されて、効果的な蓄圧機能を有する燃料噴射管の構造が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献２に開示された構造の燃料噴射管によれば、コモンレールをより小型・コンパクト化にすることが可能で、脈動を低く抑えた高精度の燃料噴射が可能になるとされている。
しかし、上記特許文献２に記載のディーゼルエンジン用蓄圧式燃料噴射管では、確かに限られたスペースに副蓄圧部を設けることができる点については優れるものの、限られたスペース全体を使って、最大限、圧力脈動や圧力降下を低減させることについてまでは、想起していなかった。
また、上記特許文献２の図１、２に記載されているような噴射管の中間部に蓄圧室を設けたものでは、蓄圧容器の容積を確保するために長尺とならざるを得ず、レイアウト性が悪いという問題があった。
更に、上記特許文献２に記載の噴射管の長さ方向の剛性は、内径の急激な変化（図１〜４参照）、外径の急激な変化（図２〜４参照）、又は、内外径の急激な変化（図２〜４参照）により均一でないため、該急激な変化部分への各種応力（特に振動に伴う曲げ応力）の集中により、耐久性の低下が危惧されるという問題があった。
また、上記特許文献２に記載の噴射管の中間部に設けた蓄圧室端部にある軸方向長さの短い内面テーパーでは、該蓄圧室を噴射管のごく一部に設けたこととの関係上、該内面テーパーの傾斜角を大きくする構成しか採ることができないため、該内面テーパー壁付近でインジェクタ側から来るオリフィスと同様に脈動波の反射波を発生させてしまうという欠点があった。
特開２０００−２０５０８１号公報 特開２００４−３６５４２号公報 特開平５−２００４２９号公報 特開平５−２８５５２７号公報 特開平５−３０５３３０号公報 特許３０８７９２３号公報

本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、オリフィスを設けることによる弊害をなくしてインジェクタへの燃料の供給遅れを防ぎ、噴射管全体を利用して圧力脈動や圧力降下を最大限に防いで高精度で応答性の良い燃料噴射管特性を確保することができ、しかも、エンジン構成部品を盛り込むスペースを充分に確保して干渉を防止することができるディーゼル内燃機関用の燃料噴射管を提供するものである。

本発明に係るディーゼル内燃機関の燃料噴射管は、インジェクタとコモンレールとの間を繋ぐディーゼル内燃機関の燃料噴射管であって、前記コモンレールから前記インジェクタまでの管内径がテーパー状に次第に拡径されてなることを特徴とするものである。
また、本発明に係る他のディーゼル内燃機関の燃料噴射管は、前記インジェクタとの接続部の管内径が前記コモンレールとの接続部の管内径の１．２〜２．０倍であることを特徴とするものである。
更に、本発明に係る他のディーゼル内燃機関の燃料噴射管は、両端の接続頭部を除く前記燃料噴射管の肉厚鋼管の管肉厚が略全長に渡り一定であることを特徴とし、両端の接続頭部を除く前記燃料噴射管の肉厚鋼管の管外径が略全長に渡り一定であることを特徴とし、前記燃料噴射管の肉厚鋼管の管肉厚がコモンレール側からインジェクタ側にかけて徐々に厚くなっていることを特徴とするものである。
更にまた、本発明に係る他のディーゼル内燃機関の燃料噴射管は、前記インジェクタとの接続部及び／又は前記コモンレールとの接続部の管外径が一定であることを特徴とするものである。
このような構造の燃料噴射管とすることにより、コモンレールからインジェクタまでの管内径がテーパー状に次第に拡径されて内径が次第に大きく形成されていて、蓄圧機能を有する構造となしているので圧力脈動や圧力降下を最大限に防ぐことができ、しかも、エンジン構成部品を盛り込むスペースを充分に確保することができるようになる。
また、このような構造の燃料噴射管とすることにより、該噴射管の内径や外径の急激な変化を生ずる部分がないので、耐久信頼性に優れた燃料噴射システムを構築することが可能となる。
更に、このような構造の燃料噴射管とすることにより、同じような大きさの燃料噴射管と比較して、該燃料噴射管の内面に設けたテーパーの傾斜角を最大限なだらかとなすことができるので、オリフィスを設けた場合に発生する脈動波の反射波を著しく低減させることが可能となる。

本発明に係るディーゼル内燃機関の燃料噴射管によれば、燃料噴射管のコモンレール側からインジェクタ側内部にかけて実質的に副蓄圧部の機能を有する拡径部を設けることにより、コモンレールを長くしたり全体の内径を太くする必要がなく、また燃料の蓄圧圧力をより高めることもなく、高精度で、応答性のよい噴射特性を得ることができ、更にインジェクタ内の圧力脈動や圧力降下を最大限に防ぐことができるので、噴射遅れがなくて、応答性が高く安定した燃料噴射を実現することが可能となる。
またその結果、安定して正確な多段噴射が容易となり、ディーゼル内燃機関からの黒煙や二酸化炭素の排出量と窒素酸化物の排出量を低減し、ディーゼル内燃機関の出力、燃費の向上と排ガスの有害成分の減少が図れるという大なる効果を奏する。
また、副蓄圧部材のスペースを別途設ける必要がなくなるので、搭載性の問題がなくなるという優れた効果が得られ、更に、エンジン構成部品を盛り込むスペースを充分に確保して干渉を防止することが可能となる。
更に、本発明に係るディーゼル内燃機関の燃料噴射管によれば、該噴射管の内径や外径の急激な変化を生ずる部分がないので、内圧変動や外部からの振動に対しても耐久信頼性に優れた燃料噴射システムを構築することが可能となる。
また、本発明に係るディーゼル内燃機関の燃料噴射管によれば、同じような大きさの燃料噴射管と比較して、該燃料噴射管の内面に設けたテーパーの傾斜角を最大限なだらかとなすことができるので、オリフィスを設けた場合に、オリフィスを有する部材の端面からの脈動波の反射と比較して反射波の発生を著しく低減させることが可能となる。

図１は本発明の第１の燃料噴射管の拡大断面図ある。
図１に示す燃料噴射管１０は、図の右側のコモンレール側から図の左側のインジェクタ側までの接続頭部を除いた範囲の厚肉鋼管１の内径をテーパー状に次第に拡径して内部にテーパー部５を形成し、且つ、該厚肉鋼管の肉厚を全長に渡って略一定（Ｔ）にしてなる燃料噴射管である。左側のインジェクタ側の燃料噴射管内径Ｄは、右側のコモンレール側の燃料噴射管内径ｄのおよそ１．２〜２倍の内径を有している。即ち、Ｄ＝（１．２〜２．０）ｄとなっている。尚、テーパー部５の長さはスペースの許す限り長い方が好ましい。
インジェクタ側の燃料噴射管内径Ｄがコモンレール側の燃料噴射管内径ｄの１．２倍未満では副蓄圧室としての機能が発揮されず、燃料の脈動や噴射時の燃料流れの遅れに伴う減圧の影響を排除することができない。また、インジェクタ側の燃料噴射管内径Ｄがコモンレール側の燃料噴射管内径ｄの２倍を越えることは、燃料噴射管が太くなることによる噴射時の燃料流れの遅れに伴う減圧の影響を排除できるものの、袋ナット６の大径化に伴うインジェクタ接続部３のシート面の大径化など取り付けスペースの確保が難しくなりレイアウト性が悪化する。
このように、少なくとも接続頭部を除く燃料噴射管全体に渡って、該燃料噴射管の内径にテーパーを付けることにより、内径の太くなった部分が副蓄圧室と同じ機能を発揮し、圧力脈動や噴射時の燃料流れの遅れに伴う圧力降下を最大限に防ぐことができるようになる。

燃料噴射管１０の両側末端には、それぞれ截頭円錐状のコモンレール側接続頭部１１及びインジェクタ側接続頭部１２が形成されていて、コモンレール側接続頭部１１及びインジェクタ側接続頭部１２のシート面１１ａ及び１２ａは、それぞれコモンレール接続部２とインジェクタ接続部３に当接している。コモンレール側接続頭部１１及びインジェクタ側接続頭部１２はそれぞれ袋ナット６，６を嵌着させることにより、コモンレール接続部２とインジェクタ接続部３に螺合している。

厚肉鋼管１の肉厚は、燃料噴射管１０の全長にわたって同じでも良いし、肉厚が変化したものであっても良い。
即ち、例えば、図２に示すように、コモンレール側からインジェクタ側までの範囲の厚肉鋼管１の内径をテーパー状に次第に拡径して内部にテーパー部５を形成し、且つ、該厚肉鋼管の外径を全長に渡って略一定にしてなる燃料噴射管であったり、また、図３に示すように、コモンレール側からインジェクタ側までの範囲の厚肉鋼管１の内径をテーパー状に次第に拡径して内部にテーパー部５を形成し、且つ、該厚肉鋼管の外径をテーパー部５より傾斜の大きいテーパー状に次第に拡径して肉厚が次第に厚くなるよう形成した燃料噴射管であったりしても構わない。

また、燃料噴射管１０の両側末端近傍（接続頭部付近）の内径は、テーパー状にせずに略ストレートに形成すると、接続頭部の成形性、作業性等の点で好ましい。
但し、燃料噴射管１０の両側末端近傍（接続頭部付近）の内径をもテーパー状とすると、本発明が期待する効果が更に高められるため、より好ましい。

次に、本発明の燃料噴射管１０の製造方法について説明する。
本発明の燃料噴射管には、肉厚の高圧配管用炭素鋼管、ステンレス鋼管等を使用する。本発明の燃料噴射管のような内径が変化している管材の製造方法としては、上記特許文献３、４、５、６等に開示されるいずれの方法も利用することができる。
更に、本発明の燃料噴射管のように途中で管内径が徐々に変化している場合には、スウェージングとピルガー製管法を併用するのが好ましい。
所定の内径に加工した後、袋ナットを嵌挿して両端を鍛造加工等して截頭円錐状の接続頭部を形成して燃料噴射管を得る。

以上説明したごとく、本発明のディーゼル内燃機関の蓄圧式燃料噴射システム用の燃料噴射管は、圧力脈動や圧力降下を最大限に防ぎ、コモンレールを長くする必要がなく、高精度で、応答性のよい噴射特性を得ることができ、ディーゼル内燃機関の出力、燃費の向上を図ることができる。また、高精度で安定した多段噴射容易となるため、二酸化炭素や黒煙の排出量や窒素酸化物の排出量の低減を図ることができるので環境対策としても極めて有効である。
更に、本発明に係るディーゼル内燃機関の燃料噴射管は、該噴射管の内径や外径の急激な変化を生ずる部分がないので、内圧疲労や振動疲労に対する耐久信頼性に優れた燃料噴射システムを構築することが可能となる。
また、本発明に係るディーゼル内燃機関の燃料噴射管は、同じような大きさの燃料噴射管と比較して、該燃料噴射管の内面に設けたテーパーの傾斜角を最大限なだらかとなすことができるので、脈動波の反射をほとんどなくすことができる。

本発明の第１の燃料噴射管の拡大断面図である。 本発明の第２の燃料噴射管の拡大断面図である。 本発明の第３の燃料噴射管の拡大断面図である。

符号の説明

１ 肉厚鋼管
２ コモンレール接続部
３ インジェクタ接続部
４ 管路
５ テーパー部
６ 袋ナット
１０ 燃料噴射管
１１ コモンレール側接続頭部
１２ インジェクタ側接続頭部

Claims (6)

1. インジェクタとコモンレールとの間を繋ぐディーゼル内燃機関の燃料噴射管であって、前記コモンレールから前記インジェクタまでの管内径がテーパー状に次第に拡径されてなることを特徴とする燃料噴射管。
2. 前記インジェクタとの接続部の管内径が前記コモンレールとの接続部の管内径の１．２〜２．０倍であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射管。
3. 両端の接続頭部を除く前記燃料噴射管の肉厚鋼管の管肉厚が略全長に渡り一定であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射管。
4. 両端の接続頭部を除く前記燃料噴射管の肉厚鋼管の管外径が略全長に渡り一定であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射管。
5. 前記燃料噴射管の肉厚鋼管の管肉厚がコモンレール側からインジェクタ側にかけて徐々に厚くなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射管。
6. 前記インジェクタとの接続部及び／又は前記コモンレールとの接続部の管外径が一定であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料噴射管。

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