JP2008057381A - Ｖ型内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力脈動を抑制する燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】本発明は、燃料タンクに繋がる高圧配管４に接続され、高圧ポンプ５から吐出される高圧燃料を複数のインジェクタ９に供給する貫通孔６ａ、７ａを備えた蓄圧室６、７とを備え、前記インジェクタが気筒内に燃料を噴射する燃料噴射間隔が不等間隔となるＶ型内燃機関において、各バンクに備えられた前記蓄圧室は、部分的に断面積を変化させた形状変化部１２、１３を備え、この形状変化部は、前記インジェクタの燃料噴射に伴う前記蓄圧室内の圧力変動である圧力脈動を抑制するように配置されることを特徴とするＶ型内燃機関の燃料噴射装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｖ型内燃機関の燃料噴射装置、特にコモンレールを備えた燃料噴射装置であって、インジェクタによる燃料噴射時に発生する圧力脈動の改良に関するものである。

従来の内燃機関のコモンレールを備えた燃料噴射装置では、インジェクタによる燃料噴射時に発生する圧力脈動（変動）の影響によりコモンレール内の圧力が変動し、他のインジェクタの噴射時期や噴射量にばらつきが生じる。

この課題を解決する手段として、コモンレールとインジェクタとを接続する高圧配管にオリフィスを設ける技術がある（特許文献１参照）。

この技術では、コモンレールの配管継手部の内側に挿入されて、高圧配管との間に挟持される筒状の中間部材を備え、この中間部材には、コモンレールと高圧配管とを連通する連通路が設けられると共に、その連通路の一部に通路径を小さくしたオリフィスが形成されていることを特徴とするものである。
特開２００４−２１１６３７号公報

しかしながら、この従来技術では、各高圧配管にオリフィスを設けることになり、圧力脈動を抑制することはできるものの、各高圧配管の流路抵抗が大きくなるという課題がある。

したがって、本発明の目的は、高圧配管の抵抗を大きくすることなく、圧力脈動を抑制するＶ型内燃機関の燃料噴射装置を提供することである。

本発明は、燃料タンクに繋がる高圧配管に設置される高圧ポンプと、前記高圧配管に接続され、高圧ポンプから吐出される高圧燃料を複数のインジェクタに供給する貫通孔を備えたコモンレールとを備え、前記コモンレールから供給される燃料の噴射間隔が不等間隔となるＶ型内燃機関において、各バンクに備えられた前記蓄圧室は、部分的に断面積を変化させた形状変化部を備え、この形状変化部は、前記インジェクタの燃料噴射に伴う前記蓄圧室内の圧力変動である圧力脈動を抑制するように配置されることを特徴とするＶ型内燃機関の燃料噴射装置である。

本発明では、蓄圧室内に、断面積を変化させた形状変化部を備えたことにより、高圧配管の抵抗が大きくなることなく、燃料噴射に伴って生じる圧力脈動を抑制することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置の構成図である。ここで、図１に示す構成は、燃料噴射装置をＶ型８気筒エンジンに適用した場合を例に挙げて示している。

図１において、１は燃料タンクで、燃料タンク１内の燃料は低圧配管２を介して後述の高圧配管４に向けて吐出される。３は低圧配管２の途中に設けられた燃料ポンプで、この燃料ポンプ３は燃料タンク１内に配設され、燃料タンク１内に収容されたガソリン等の燃料を図示しない１次フィルタを介して吸入し、高圧配管４に向けて吐出する。

燃料ポンプ３から吐出される燃料中の塵埃を図示しない２次フィルタによりさらに除去し、清浄な燃料を高圧ポンプ５に供給する。

高圧ポンプ５は、吸入側が低圧配管２に接続され、吐出側が高圧配管４に接続される。高圧ポンプ５は、例えばアキシャルピストン型やラジアルピストン型のプランジャポンプによって構成され、低圧配管２を介して供給される低圧の燃料を所定の圧力まで昇圧し、この高圧の燃料を各コモンレール６、７に供給する。

４ａ、４ｂは高圧配管４から分岐した高圧配管を示し、下流側はコモンレール６、７にそれぞれ接続され、コモンレール６、７内に高圧燃料を供給する。

ここで、高圧ポンプ５は、燃料を吸入する吸入行程と燃料を吐出する吐出行程とを繰り返すもので、これらの行程に応じて図２に示すような、吐出圧の脈動を発生させるものである。

６、７は各高圧配管４ａ、４ｂにそれぞれ接続された第１、第２のコモンレールで、各コモンレール６、７は、Ｖ型８気筒エンジンの４個のシリンダからなるシリンダの列を形成する各シリンダヘッドにそれぞれ設けられている。そして、各コモンレール６、７は、端部が閉塞された金属製の円筒体によって形成される。また、各コモンレール６、７には、それぞれ４個のインジェクタ９と一体的に接続する貫通孔６ａ、７ａが設けられ、コモンレール６、７内の燃料は、各インジェクタ９によって各気筒のシリンダ内に所定の噴射タイミングをもって噴射される。なお、本実施形態では、コモンレール６、７に一体的にインジェクタ９が配設される構成を示したが、コモンレールと各インジェクタ間を高圧配管により接続するようにしてもよいことは言うまでもない。

インジェクタ９の噴射タイミングを制御するコントローラ１０が設置され、コントローラ１０には、コモンレール６、７内の燃料圧力を検出する燃圧センサ１１の出力、要求負荷、エンジンの運転状態等が入力され、これら入力値に基づいて燃料圧力を設定し、各ポンプ３、５の運転条件や噴射タイミングを制御する。

このように構成された燃料噴射装置が適用されるＶ型８気筒エンジンの爆発順序について図２を用いて説明する。

本発明を適用するＶ型８気筒エンジンは、いわゆる不等間隔爆発となるＶ型８気筒エンジンである。ここで、各バンクの気筒番号をそれぞれ奇数番号（＃１、＃３、＃５、＃７、これらが配置されるバンクを第１バンクという）と偶数番号（＃２、＃４、＃６、＃８、第２バンクという）に分けると、その点火順序（＝インジェクタ燃料噴射順序）は例えば＃１→＃８→＃７→＃３→＃６→＃５→＃４→＃２となる。各バンクごとの点火順序とその爆発間隔（燃料噴射間隔）は、第１バンクでは＃１→＃７→＃３→＃５→＃１となり、爆発間隔は１８０°→９０°→１８０°→２７０°となる。第２バンクでは＃８→＃６→＃４→＃２→＃８となり、爆発間隔は２７０°→１８０°→９０°→１８０°となる。明らかなように爆発間隔は不等間隔となっており、そのときのコモンレール内の燃料圧力変化は、爆発間隔の短い９０°のとき、つまり第２バンクでは＃４気筒と＃２気筒の間、第１バンクでは＃７気筒と＃３気筒の間で大きく、つまり圧力脈動が大きくなる。これは、先の気筒（＃４気筒または＃７気筒）に燃料噴射した後にコモンレール６、７内の圧力脈動が収束しない内に次の気筒（＃２気筒または＃３気筒）へ燃料噴射が行われ、コモンレール６、７内の圧力脈動が生じることになるためである。

そこで、コモンレール６、７の気筒列方向に直交して形成され、コモンレール内を区画する隔壁を＃４気筒と＃２気筒に通じる貫通孔の間、＃７気筒と＃３気筒に通じる貫通孔の間に設け、他の部位に対して隔壁での断面積を小さくすることで、隔壁によるオリフィス作用を生じさせて燃料噴射の伴うコモンレール内の圧力脈動を抑制することを本発明の特徴とする。

図３は、本実施形態のコモンレール６、７の構成を説明する断面図で、コモンレール内の断面積を他の部位より小さくする隔壁としてのオリフィス１２を、燃料噴射による圧力脈動が大きい＃４気筒と＃２気筒に通じる貫通孔の間、及び＃７気筒と＃３気筒に通じる貫通孔の間に設置した構成である。ここでオリフィス１２は、先に燃料噴射する＃４気筒または＃７気筒近傍に設置することが圧力脈動を抑制する点から好ましい。

ここで＃３気筒と＃７気筒との間には＃５気筒に燃料を供給するインジェクタ９が配置されるが、＃７気筒近傍の＃７気筒と＃５気筒の間のコモンレール７内にオリフィス１２を配置することでより、高圧配管４の抵抗が大きくなることを抑制しつつ、効果的に圧力脈動を抑制することができる。

図４は、第２の実施形態としてのコモンレール６、７の構成を説明する図であり、この実施形態では、各バンクのコモンレール６、７を抑制すべき大きな圧力脈動が生じる燃料噴射が行われる気筒間（＃４気筒と＃２気筒間、及び＃７気筒と＃５気筒間）で２つに分割してコモンレール６ｂ、６ｃ、及びコモンレール７ｂ、７ｃとして、コモンレール６ｂ、６ｃ間、及びコモンレール７ｂ、７ｃ間をコモンレールの断面積より小さい断面積を有する連通管１３で接続することで、連通管１３がオリフィスの役割を担うようにした構成である。このような構成によっても圧力脈動を抑制することができる。

図５は、第３の実施形態としてのコモンレール６、７の構成を説明する図であり、この実施形態では、各コモンレール６、７の一部に他の部位の断面積より大きい断面積を備えた拡張室１４を設け、この拡張室を圧力脈動を生じる気筒に燃料を供給する貫通孔を含んで配置することを特徴とする。具体的には、圧力脈動を抑制する観点からは圧力脈動を生じる、燃料噴射間隔の短い燃料噴射を行う気筒のうち、先に燃料噴射される＃４気筒、＃７気筒の気筒に燃料を供給する貫通孔が開口するように拡張室１４を設けることが最適であるが、コモンレール６の製作上、コモンレール６の端部に拡張室１４を設けることが適当であり、図５では製作上の効果を優先して＃７と＃２に拡張室１４を構成した。容積の大きい拡張室を圧力脈動が生じる気筒近傍に設けることにより、燃料噴射に伴う圧力脈動が低減されることになる。

図６は、図１に示すようにインジェクタ９とコモンレールに相当する蓄圧室１７とが隣接して形成されたシリンダヘッドＨの構成を説明する図である。図６（ａ）が気筒列方向から見た蓄圧室１７とインジェクタ９が挿入されるインジェクタ取付孔１５の位置関係を示している。図によればシリンダヘッドＨにはインジェクタ９が挿入されるインジェクタ取付孔１５と蓄圧室１７とが部分的に干渉するように形成され、干渉部を通じて蓄圧室１７からインジェクタ取付孔１５内に取り付けられたインジェクタ９へ燃料が供給される。そして、シリンダヘッド下部に位置する図示しない燃焼室内にインジェクタ９から燃料が噴射される。

ここで、蓄圧室１７とインジェクタ取付孔１５との干渉部の面積を、例えばエンドミル１６を用いて所定大きさに切削加工することにより、この干渉部位をオリフィスとしての作用を生じさせることができる。つまり、前述の実施形態と同様に、＃４気筒と＃７気筒に燃料を供給するインジェクタ９に燃料を送る蓄圧室の干渉部の断面積が他の干渉部より小さくなるように切削加工する。この干渉部位においてエンドミル１６を用いての切削加工は、従来、バリ取りを目的として行われており、このバリ取り工程を干渉部の切削に用いればよく、新規にオリフィス機能を有する部材等を設けることなく圧力脈動を抑制し、また加工工数、コスト等の影響を抑制することができる。

これまで説明してきたように、第１の実施形態では順次連続して燃料噴射する気筒間の間隔をクランク角度ＣＡで示し、燃料噴射間隔に応じてオリフィスの設置位置を設定したが、この第４の実施形態では、燃料噴射間隔に加えて気筒間の気筒列方向距離を考慮してオリフィス位置を設定することを特徴とする。具体的には、ボア間ピッチに相当するインジェクタ間距離をＬとして示される気筒間距離と、クランク角度ＣＡ１８０°＝ａとして示される燃料噴射間隔とを乗じて算出される値を用いて、この算出値が燃料噴射の前後で変化が大きい場合にコモンレール内の圧力脈動が大きいとして、圧力脈動が生じる気筒に燃料を供給する貫通孔間にオリフィスの設定が必要となると判断する。

以下、図７を用いて本実施形態のオリフィス設定方法について説明する。（ａ）は前述の第１バンクの場合を示し、（ｂ）は第２バンクの場合を示している。

まず第１バンクについて説明すると、第１の実施形態と同様の燃料噴射順序とすれば、燃料噴射に伴う気筒間距離の変化は、３Ｌ→２Ｌ→Ｌ→２Ｌとなる。一方、燃料噴射間隔（クランク角度変化）は、１８０°ＣＡ＝ａとして示すとａ→（１／２）ａ→ａ→（３／２）ａとなり、気筒間距離に燃料噴射間隔を乗算して、３ａＬ→ａＬ→ａＬ→３ａＬが得られる。結果として、オリフィスは、＃１気筒に近い＃１気筒と＃３気筒に燃料を供給する貫通孔間に設定することが適当である。

第２バンクの場合には、第１の実施形態と同様の燃料噴射順序とすれば、燃料噴射に伴う気筒間距離の変化は、Ｌ→Ｌ→Ｌ→３Ｌとなる。一方、燃料噴射間隔（クランク角度変化）は、１８０°ＣＡ＝ａとして示すと（３／２）ａ→ａ→（１／２）ａ→ａとなり、気筒間距離に燃料噴射間隔を乗算して、（３／２）ａＬ→ａＬ→（１／２）ａＬ→３ａＬが得られる。結果として、オリフィスは、＃６気筒と＃８気筒に燃料を供給する貫通孔間、及び＃２気筒と＃４気筒に燃料を供給する貫通孔間に設定することが適当である。

したがって、この実施形態の結果としては、オリフィスは＃１気筒と＃３気筒、＃２気筒と＃４気筒及び＃６気筒と＃８気筒に燃料を供給する貫通孔間に設置することが導かれる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

第１の実施形態の燃料噴射装置の構成図である。 Ｖ型８気筒エンジンの爆発順序を説明する図である。 第１の実施形態のコモンレールの構成を説明する断面図である。 第２の実施形態の燃料噴射装置の構成図である。 第３の実施形態の燃料噴射装置の構成図である。 インジェクタとコモンレールとが隣接して形成された燃料噴射装置に適用するコモンレールの構成を説明する図である。 第４の実施形態の燃料噴射装置の構成図である。

符号の説明

１：燃料タンク
２：低圧配管
３：燃料ポンプ
４：高圧配管
５：高圧ポンプ
６、７：コモンレール
６ａ、７ａ：貫通孔
９：インジェクタ
１０：コントローラ
１２：オリフィス
１３：連通管
１４：拡張室

Claims (8)

1. 燃料タンクに繋がる高圧配管と、
   この高圧配管に設置される高圧ポンプと、
   前記高圧配管に接続され、高圧ポンプから吐出される高圧燃料を複数のインジェクタに供給する複数の貫通孔を備えた蓄圧室とを備え、
   前記インジェクタが気筒内に燃料を噴射する燃料噴射間隔が不等間隔となるＶ型内燃機関において、
   各バンクに備えられた前記蓄圧室は、部分的に断面積を変化させた形状変化部を備え、
   この形状変化部は、前記インジェクタの燃料噴射に伴う前記蓄圧室内の圧力変動である圧力脈動を抑制するように配置されることを特徴とするＶ型内燃機関の燃料噴射装置。
2. 前記形状変化部は、前記蓄圧室の断面積を部分的に小さく設定したオリフィスであることを特徴とする請求項１に記載のＶ型内燃機関の燃料噴射装置。
3. 前記オリフィスは、圧力脈動が生じる燃料噴射を行う前記インジェクタに燃料を供給する前記貫通孔近傍に設置することを特徴とする請求項２に記載のＶ型内燃機関の燃料噴射装置。
4. 前記オリフィスは、燃料噴射の間隔が最も短くなる前記インジェクタに燃料を供給する前記貫通孔間に設置することを特徴とする請求項２または３に記載のＶ型内燃機関の燃料噴射装置。
5. 大きい圧力脈動が生じる燃料噴射を行う前記インジェクタは、燃料噴射の間隔と燃料が噴射される気筒間の気筒列方向の距離に基づいて決定され、前記オリフィスは、大きい圧力脈動が生じる燃料噴射を行う前記インジェクタに燃料を供給する前記貫通孔に設置することを特徴とする請求項３に記載のＶ型内燃機関の燃料噴射装置。
6. 前記形状変化部は、前記蓄圧室の部分的に断面積を大きく設定した拡張室であることを特徴とする請求項１に記載のＶ型内燃機関の燃料噴射装置。
7. 前記拡張室は、圧力脈動が生じる燃料噴射を行う前記インジェクタのうち先に燃料噴射するインジェクタに燃料を供給する前記貫通孔が開口するように設置されることを特徴とする請求項６に記載のＶ型内燃機関の燃料噴射装置。
8. 前記拡張室は、燃料噴射の間隔が最も短くなるインジェクタのうち先に燃料噴射するインジェクタに燃料を供給する前記貫通孔が開口するように設置されることを特徴とする請求項６または７に記載のＶ型内燃機関の燃料噴射装置。