JP2008095629A - コモンレール - Google Patents

Abstract

【課題】流通路と分岐路との交差部に対して局所的に応力集中が生じることを防ぎ、亀裂等の破損を防止することができるコモンレールを提供する。
【解決手段】内燃機関の燃料噴射システムに用いられるコモンレールであって、軸方向に沿って内部に流通路を有するレール本体部と、レール本体部の軸方向に沿って配列し、レール本体部から突設して一体的に成形され、それぞれ内部に流通路から分岐する分岐路を有する分岐管部と、を備え、レール本体部における流通路と分岐路との交差部に、流通路の周囲の肉厚が他の部分の流通路の周囲の肉厚よりも厚い厚肉部を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射システムに用いられるコモンレールに関し、特に、レール本体部から突設して一体成形された分岐管部を備えたコモンレールに関する。

従来、高圧ポンプから圧送される燃料を蓄圧器としてのコモンレールに蓄えるとともに、このコモンレールから複数の燃料噴射弁に対して均等な圧力の燃料が分配される蓄圧式燃料噴射装置が知られている。図９は、このようなコモンレールの一例を示しており、レール本体部３１２と、当該レール本体部３１２の軸方向（Ｘ方向）に沿って配列され、レール本体部３１２と一体的に形成され、レール本体部３１２の周方向外側に向けて突設された複数の分岐管部３１４（図９の例では５本）とを備えている。レール本体部３１２は、軸方向に沿って内部に流通路３１８が形成され、分岐管部３１４の内部には、流通路３１８から分岐する分岐路３１６が形成されている。また、分岐管部３１４には燃料配管（図示せず）が接続され、分岐管部３１４のうち噴射用分岐管３１４ａ〜３１４ｄに接続された燃料配管（図示せず）の他端側は燃料噴射弁（図示せず）に接続され、流入用分岐管３１４ｅに接続された燃料配管（図示せず）の他端側は燃料供給用ポンプ（図示せず）に接続されている。

このようなコモンレールでは、流通路及び分岐路の内面に対して、高圧燃料による内圧が作用する。そして、流通路から分岐路が分岐する交差部においては応力が集中しやすく、他の部分よりも大きな応力が作用するため、より高圧の燃料を噴射するシステムとなった場合には亀裂等の破損が生じるリスクが高くなる。
そこで、応力集中部の応力値を低減して耐圧性を大幅に向上させることができるコモンレールハウジングが提案されている。より詳細には、図１０に示すように、燃料供給用ポンプより供給された高圧燃料を蓄圧する蓄圧室３０２の断面形状を楕円形状とすることにより、蓄圧室３０２と各第２燃料通路穴３０６を、断面形状が真円形状の蓄圧室を有する真円管の時よりも曲率の大きい位置で直交方向に交差するように配置することにより、交差部（応力集中部）３０９の応力値を低減できるようにしたコモンレールハウジングが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２９５７２３号公報 （特許請求の範囲 図１）

しかしながら、特許文献１に開示されたコモンレールハウジングでは、蓄圧室と第２燃料通路穴との交差部に作用する応力のうち、ハウジングの軸方向の応力値と、軸方向と直交する方向の応力値とに差が生じる場合があり、応力集中を充分に低減できない場合がある。すなわち、図１１に示すように、流通路４１８と分岐路４１６との交差部４１７の近傍では、レール本体部４１２の軸方向（Ｘ方向）の肉厚に対して、軸方向と直交する方向（Ｙ方向）の肉厚が薄くなっているため、Ｘ方向よりもＹ方向への変形が生じやすくなっている。その結果、分岐路４１６の入口部分のＸ方向のエッジに作用するＹ方向の応力が、Ｙ方向のエッジに作用するＸ方向の応力よりも大きくなる。したがって、交差部４１７の入口部分のＸ方向のエッジに亀裂が生じるなどして、コモンレールの耐久性が低下するおそれがあった。

また、特許文献１に記載の方法以外にも、構成材料を高強度のものに変えたり、コモンレールに対して熱処理を施して硬度を高めたりする方法があるが、これらの方法では材料費や生産コストが高くなるおそれがある。さらに、コモンレール全体の肉厚を厚くして強度を高める方法もあるが、生産コストの上昇と併せて、全体重量が増加するという問題もある。

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、コモンレールにおいて、レール本体部の流通路と、分岐管部の分岐路との交差部に所定の厚肉部を備えることにより、上述した問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の目的は、生産コストの大幅な上昇や重量増加などを伴わずに、流通路と分岐路との交差部に対して局所的に応力集中が生じることを防ぎ、亀裂等の破損を低減することができるコモンレールを提供することである。

本発明によれば、内燃機関の燃料噴射システムに用いられるコモンレールであって、軸方向に沿って内部に流通路を有するレール本体部と、レール本体部の軸方向に沿って配列し、レール本体部から突設して一体的に成形され、それぞれ内部に流通路から分岐する分岐路を有する分岐管部と、を備え、レール本体部における流通路と分岐路との交差部に、流通路の周囲の肉厚が他の部分の流通路の周囲の肉厚よりも厚い厚肉部を設けたコモンレールが提供され、上述の問題を解決することができる。

また、本発明のコモンレールを構成するにあたり、厚肉部を、交差部を中心としてレール本体部の軸方向両側に均等に設けることが好ましい。

また、本発明のコモンレールを構成するにあたり、厚肉部における分岐路の分岐方向側の肉厚を、分岐方向とは反対側の肉厚よりも厚くすることが好ましい。

また、本発明のコモンレールを構成するにあたり、厚肉部を軸方向と直交する方向に切断した断面におけるレール本体の外周において、分岐方向側の外周の曲率を、分岐方向とは反対側の外周の曲率よりも小さくすることが好ましい。

また、本発明の別の態様は、内燃機関の燃料噴射システムに用いられるコモンレールであって、軸方向に沿って内部に流通路を有するレール本体部と、レール本体部の軸方向に沿って配列し、レール本体部から突設して一体的に成形され、それぞれ内部に流通路から分岐する分岐路を有する分岐管部と、を備え、レール本体部における流通路と分岐路との交差部以外の部分に、流通路の周囲の肉厚が分岐管部近傍の流通路の周囲の肉厚よりも薄い薄肉部を設けたコモンレールである。

本発明のコモンレールによれば、流通路と分岐路との交差部に所定の厚肉部を備えることにより、換言すれば、交差部以外の部分に所定の薄肉部を備えることにより、交差部において、レール本体部の軸方向に作用する応力値と軸方向と交差する方向に作用する応力値とを近似させて、応力バランスをとることができる。したがって、交差部の所定箇所への応力集中が低減され、亀裂等の発生を抑えることができ、コモンレールの耐久性を向上させることができる。

また、本発明のコモンレールにおいて、厚肉部をレール本体の軸方向に沿って均等配置することにより、交差部における、レール本体部の軸方向に作用する応力のばらつきをなくすことができ、応力集中を効果的に低減することができる。

また、本発明のコモンレールにおいて、厚肉部における所定方向の肉厚を厚くすることにより、交差部に対して、軸方向と交差する方向に圧縮応力を作用させることができる。したがって、当該方向に作用する引張応力を低減して、交差部における所定箇所への応力集中をより効果的に低減させることができる。

また、本発明のコモンレールにおいて、厚肉部の断面形状を所定形状とすることにより、交差部に対して、軸方向と交差する方向の圧縮応力を容易に作用させることができる。

本発明にかかる実施の形態は、内燃機関の燃料噴射システムに用いられるコモンレールにおいて、軸方向に沿って内部に流通路を有するレール本体部と、レール本体部の軸方向に沿って配列し、レール本体部から突設して一体的に成形され、それぞれ内部に流通路から分岐する分岐路を有する分岐管部と、を備え、レール本体部における流通路と分岐路との交差部に、流通路の周囲の肉厚が他の部分の流通路の周囲の肉厚よりも厚い厚肉部を設けたことを特徴とするコモンレールである。換言すれば、レール本体部における分岐管部近傍以外の部分に、流通路の周囲の肉厚が分岐管部近傍の流通路の周囲の肉厚よりも薄い薄肉部を設けたことを特徴とするコモンレールである。

以下、図面を参照して、本実施形態のコモンレールについて具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

１．全体構成
図１及び図２（ａ）〜（ｂ）は、本実施形態のコモンレール１０を示している。図１は、コモンレール１０の斜視図であり、図２（ａ）は、コモンレール１０を軸方向に沿って切断した断面図であり、図２（ｂ）は、流通路から分岐路が分岐する箇所をコモンレール１０の軸方向と直交する方向に切断した断面図である。

図１及び図２（ａ）〜（ｂ）に示す本実施形態のコモンレール１０は、従来用いられている合金鋼や鋳鉄等の鋼材を用いて構成されており、レール本体部１２と、このレール本体部１２の軸方向（Ｘ方向）に沿って配列され、レール本体部１２から突設して一体的に形成された複数の分岐管部１４（図中では５本）を備えている。このうち、レール本体部１２は、軸方向に沿って、両端部１０ａ、１０ｂで開口した流通路１８を内部に有している。また、複数の分岐管部１４のうち、４本の噴射用分岐管１４ａ〜１４ｄは、流通路１８から分岐し他端側が開口した噴射用分岐路１６ａ〜１６ｄを内部に有し、複数の分岐管部１４のうちの流入用分岐管１４ｅも同様に、流通路１８から分岐し他端側が開口した流入用分岐路１６ｅを内部に有している。

また、各分岐管部１４及びレール本体１２の軸方向の一方側の端部１０ａの外周面にはネジ溝が形成されている。そして、レール本体部１２の端部１０ａには、排出路１５から排出する燃料量を制御して、レール内の圧力を制御する電磁制御部５４が接続されている。また、各噴射用分岐管１４ａ〜１４ｄには、内燃機関（図示せず）の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁（図示せず）に通じる燃料配管（図示せず）が接続され、さらに、流入用分岐管１４ｅには、燃料供給ポンプ（図示せず）の吐出弁（図示せず）に通じる燃料配管（図示せず）が接続されている（図３参照）。一方、レール本体部１２の他方の端部１０ｂは、内周面にネジ溝が形成され、レール内の圧力を検知するための圧力センサ５２が接続されている（図３参照）。

このようなコモンレール１０を用いた蓄圧式燃料噴射装置５０の構成例を図３に示す。この蓄圧式燃料噴射装置５０の例では、燃料タンク８２内の燃料が、燃料供給ポンプ６０のフィードポンプ８４で汲み上げられ、噴射量調整を行う調量弁６８を経由した後、加圧室（図示せず）に供給された後、加圧室（図示せず）内で高圧化されてコモンレール１０に圧送される。また、コモンレール１０に圧送された高圧燃料は、流入用分岐管１４ｅ内の流入用分岐路（図示せず）を介してコモンレール１０内部に流入する。そして、高圧燃料はコモンレール１０内に蓄積され、各燃料噴射弁５６に対して噴射用分岐管１４ａ〜１４ｂ内の噴射用分岐路（図示せず）を介して均等な圧力で供給される。このコモンレール１０内の圧力は、コモンレール１０に接続された圧力センサ５２で検知しつつ、電磁制御部５４によって相当量の燃料を排出させることによって制御されている。

また、燃料噴射弁５６のノズルニードル１０１は、燃料噴射弁５６内の圧力制御室６７に供給される高圧燃料によって噴射孔６４を閉じる方向に付勢されており、バルブ７１制御により圧力制御室６７内の高圧燃料の一部を放出することによりノズルニードル１０１の付勢力が弱められ、その結果、噴射孔６４から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。これによって、エンジンの回転数の変動に噴射圧が影響されることなく、各燃料噴射弁５６に対して高圧燃料を供給できるとともに、所望のタイミングで内燃機関に燃料を噴射することができる。したがって、騒音を低減したり、環境汚染物質の含有量を低下させたりすることができる。

２．厚肉部（薄肉部）
ここで、図１及び図２（ａ）〜（ｂ）に示す本実施形態のコモンレール１０では、流通路１８と分岐路１６との交差部１７に、流通路１８の周囲の肉厚が、それ以外の部分の流通路１８周囲の肉厚よりも厚い厚肉部２０を備えている。換言すれば、交差部１７以外の部分に、流通路１８の周囲の肉厚が交差部１７近傍の流通路１８の周囲の肉厚よりも薄い薄肉部２１を備えている。
すなわち、レール本体部１２の流通路１８と分岐管部１４の分岐路１６との交差部１７の以外の部分のレール本体部１２の肉厚を、交差部１７の近傍と比較して相対的に薄くすることにより、レール本体部１２の肉厚が全体的に均一になっている場合と比較して、交差部１７を中心に、レール本体部１２の軸方向と交差する方向（Ｙ方向）に変形しやすい状態を緩和することができる。したがって、交差部１７を中心にＸ方向に作用する引張応力とＹ方向に作用する引張応力とのバランスをとることができ、高強度材料を用いたり生産コストの増加を伴ったりすることなく、特定箇所への応力集中を防ぐことができる。

より詳細には、上述したように、コモンレールの内部には常に高圧の燃料が蓄積されており、流通路の内面や分岐路の内面に内圧が生じている。特に、流通路と分岐路との交差部においては、分岐路入口のエッジに応力が集中しやすくなっている。このとき、交差部では、レール本体部の軸方向（Ｘ方向）の肉厚が、軸方向と直交する方向（Ｙ方向）の肉厚と比較して相対的に厚くなっており、Ｘ方向よりもＹ方向に変形しやすくなっている。その結果、交差部における分岐路の入口部分のエッジのうち、Ｘ方向のエッジに対してＹ方向の応力が集中し、亀裂等の損傷が生じやすくなっている。
そこで、本発明では、流通路１８と分岐路１６との交差部１７に厚肉部２０を設け、交差部を中心としてＸ方向に作用する応力とＹ方向に作用する応力とをバランスよく作用させ、特定箇所への応力集中が低減されるように構成されている。

このような厚肉部２０を備えたコモンレールを構成するにあたり、図４（ａ）に示すように、従来のコモンレールから、厚肉部２０とする部分以外の部分の肉厚をぬすむことによって薄肉部２１を形成してもよく、あるいは、図４（ｂ）に示すように、従来のコモンレールに対して、交差部１７の近傍の肉厚を付加して厚肉部２０を形成することもできる。
中でも、図４（ａ）に示すように、厚肉部２０以外の部分の肉厚をぬすむことによって構成した場合には、原材料量を減らして製造コストを低下させることができるとともに、コモンレールの軽量化を図ることができることから、より好適な態様である。

また、厚肉部２０を構成するにあたり、図５に示すように、流通路１８と分岐路１６との交差部１７を中心として、レール本体部１２の軸方向（Ｘ方向）に沿って両側に均等に設けることが好ましい。
このように構成された厚肉部２０であれば、交差部１７に作用する引張応力のうち、軸方向（Ｘ方向）に沿った両側の応力値を均等にすることができる。したがって、分岐路１６の入口部分のエッジのうち、軸方向の一方側のエッジに対して応力が集中することがなく、コモンレールの損傷を低減することができる。

また、厚肉部２０を構成するにあたり、図２（ｂ）に示すように、分岐路１６の分岐方向側（図中上側）の肉厚ｔ２を、分岐方向とは反対側（図中下側）の肉厚ｔ１よりも厚くすることが好ましい。
このように構成された厚肉部２０であれば、図６に示すように、コモンレール１０内に内圧が生じた際に、分岐方向とは反対側を積極的に変形させ、その結果、交差部１７に対して、軸方向と交差する方向（Ｙ方向）に圧縮応力を作用させることができる。したがって、内圧によって、交差部１７に対してＹ方向に作用する引張応力の一部が相殺され、Ｘ方向に作用する引張応力との応力値のバランスがとられることにより応力集中を低減することができる。その結果、コモンレールの損傷を低減させることができる。

分岐路１６の分岐方向側（図中上側）の肉厚を、分岐方向とは反対側（図中下側）の肉厚よりも厚くした厚肉部の例としては、図２（ｂ）以外にも、図７（ａ）〜（ｂ）のように構成することもできる。図２（ｂ）は、分岐路１６の分岐方向とは反対側の外周面を曲面とした例であり、図７（ａ）は、分岐路１６の分岐方向とは反対側の外周面を平面とした例であり、図７（ｂ）は、レール本体部１２内の流通路１８の位置を、分岐路１６の分岐方向とは反対側にオフセットさせて配置した例である。

中でも、交差部１７に対して、Ｙ方向に圧縮応力を効率的に作用させることができることから、図２（ｂ）に示すように、厚肉部２０を軸方向と直行する方向に沿って切断した断面における、分岐路１６の分岐方向側のレール本体部１２の外周の曲率が、分岐路１６の分岐方向とは反対側のレール本体部１２の外周の曲率よりも小さいことが好ましい。
なお、分岐方向側のレール本体部１２の外周の曲率が、分岐方向とは反対側のレール本体部１２の外周の曲率よりも小さい状態には、図７（ａ）に示すように、分岐方向とは反対側のレール本体部１２の外周が直線状になっているものも含まれ、かかる構成によっても、従来の断面円形の構成と比較して、交差部１７に対して、所定方向に圧縮応力を作用させることができる。

ただし、本発明では、厚肉部２０において分岐路１６の分岐方向側（図中上側）の肉厚を、分岐方向とは反対側（図中下側）の肉厚よりも厚くすることは必須ではなく、図８（ａ）〜（ｂ）に示すように、厚肉部２０における、流通路１８の周囲の肉厚を均等にした場合であっても、従来のコモンレールと比較して、引張応力が作用する方向のバランスをとることができ、コモンレールの損傷を低減することができる。

また、言うまでもなく、生産コストの上昇や生産加工性の低下を考慮しないのであれば、従来の材料よりも高強度の材料を用いてコモンレールを構成したり、熱処理を施したりしてもよく、このように構成した場合には、流通路と分岐路との交差部における、内圧によって作用する応力に起因した亀裂等の損傷をさらに効果的に防止することができる。

本発明の実施の形態にかかるコモンレールの斜視図である。 本発明の実施の形態にかかるコモンレールの断面図である。 コモンレールを備えた蓄圧式燃料噴射装置の例を示す図である。 厚肉部の形成方法の一例を示す図である。 厚肉部の形成方法の別の例を示す図である。 厚肉部の配置構成を説明するための図である。 厚肉部の肉厚を異ならせた例を示す図である（その１）。 厚肉部の肉厚を異ならせた例を示す図である（その２）。 従来のコモンレールの構成を説明するための図である（その１）。 従来のコモンレールの構成を説明するための図である（その２）。 従来の構成のコモンレールにおける引張応力の作用について説明するための図である。

符号の説明

１０：コモンレール、１２：レール本体部、１４：分岐管部、１４ａ・１４ｂ・１４ｃ・１４ｄ：噴射用分岐管、１４ｅ：流入用分岐管、１５：排出路、１６：分岐路、１６ａ・１６ｂ・１６ｃ・１６ｄ：噴射用分岐路、１６ｅ：流入用分岐路、１７：交差部、１８：流通路、２０：厚肉部、２１：薄肉部、５０：蓄圧式燃料噴射装置、５２：圧力センサ、５４：電磁制御部、５６：燃料噴射弁、５８：燃料配管、６０：燃料噴射ポンプ、６２：燃料配管、６４：噴射孔、６６：加圧室、６８：調量弁、７０：吐出弁

Claims (5)

1. 内燃機関の燃料噴射システムに用いられるコモンレールにおいて、
   軸方向に沿って内部に流通路を有するレール本体部と、
   前記レール本体部の前記軸方向に沿って配列し、前記レール本体部から突設して一体的に成形され、それぞれ内部に前記流通路から分岐する分岐路を有する分岐管部と、を備え、
   前記レール本体部における前記流通路と前記分岐路との交差部に、前記流通路の周囲の肉厚が他の部分の前記流通路の周囲の肉厚よりも厚い厚肉部を設けたことを特徴とするコモンレール。
2. 前記厚肉部を、前記交差部を中心として前記レール本体部の軸方向両側に均等に設けることを特徴とする請求項１に記載のコモンレール。
3. 前記厚肉部における前記分岐路の分岐方向側の肉厚を、前記分岐方向とは反対側の肉厚よりも厚くすることを特徴とする請求項１又は２に記載のコモンレール。
4. 前記厚肉部を前記軸方向と直交する方向に切断した断面における前記レール本体の外周において、前記分岐方向側の外周の曲率を、前記分岐方向とは反対側の外周の曲率よりも小さくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のコモンレール。
5. 内燃機関の燃料噴射システムに用いられるコモンレールにおいて、
   軸方向に沿って内部に流通路を有するレール本体部と、
   前記レール本体部の前記軸方向に沿って配列し、前記レール本体部から突設して一体的に成形され、それぞれ内部に前記流通路から分岐する分岐路を有する分岐管部と、を備え、
   前記レール本体部における前記流通路と前記分岐路との交差部以外の部分に、前記流通路の周囲の肉厚が前記分岐管部近傍の前記流通路の周囲の肉厚よりも薄い薄肉部を設けたことを特徴とするコモンレール。

Images