JP2010236535A - 直噴内燃エンジンの燃料システム - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料システムの構成部品への機械的応力を低減する、直噴内燃エンジンの燃料供給システムを提供する。
【解決手段】直噴内燃エンジンのエンジンブロックに取り付けられた第1燃料レールと第2燃料レールに応力低減装置を取り付け、エンジンブロックに対する燃料レールの運動を低減又は抑制し、その運動によって生じる機械的応力を低減する。
【選択図】図2

Description

本発明は直噴内燃エンジンに関し、特に内燃室に燃料を供給する燃料システムの構成部品に加わる応力を低減する直噴内燃エンジンの燃料システムに関するものである。
自動車産業において直噴内燃エンジンは一般的になりつつあるが、その大きな原因は直噴内燃エンジンの効率が高く燃費が良いことによる。直噴内燃エンジンは、エンジンブロック内において、内燃室に直接開口する穴に少なくとも1つの燃料噴射器が取り付けられている。燃料噴射器には高圧燃料レールが連結されており、エンジン制御装置の制御により高圧燃料レールが開かれると燃料を直噴内燃エンジン内へ直接噴射するようになっている。
直噴内燃エンジンでは上記のように燃料噴射器が内燃室へ直接開口しているため、燃料レールの燃料を比較的高い圧力で維持しなければならない。従って、通常はカム駆動ピストンポンプ等の加圧ポンプを使用して燃料レール内部を加圧する。
しかし、直噴内燃エンジンは燃料噴射器や加圧ポンプが高圧で振動するため、燃料システムの構成部品が互いに連動して運動するという欠点がある。このため燃料システムの構成部品へ応力が次々に伝わり、亀裂やその他の構成部品の不具合が生じる可能性がある。
従来、これら振動を防ぐために、例えば特許文献1に示すように、燃料噴射器をシリンダハウジングに所定締め付け荷重で取付けるという構成が知られている。
特開2007−255417号公報
しかし、特許文献1に示す構成によっても、発生する振動を十分に抑制することは困難であった。本発明は直噴燃料エンジンにおける燃料レールの運動を減らし、それによってそれら構成部品への機械的応力を低減する直噴内燃エンジンの燃料システムおよび応力低減装置を提供するものである。
本発明では燃料システムにおける燃料レールの運動を減らすために幾つかの異なる構成を提案している。本発明の一実施例では、隣り合う燃料レールの両方にクランプを伸ばして固定している。それらのレールを共にクランプで固定することにより、燃料システムのその他の構成部品に連動したレールの運動が低減される。また、燃料レールはクランプで堅固に固定してもよいが、エラストマー部材を用いて共に弾性的に固定してもよい。
本発明の別の実施例では、弾性部材を用いて運動質量を燃料レールに取り付けている。このため、運動質量の運動がレールのあらゆる運動に対抗し、よって燃料システムの作動中にレールの運動が効果的に打ち消される。
本発明の更に別の実施例では、可塑性のある流体管で燃料レールを燃料噴射器に接続している。この可塑性のある流体管によって、燃料噴射器の運動に起因する燃料レールの運動を低減もしくは、完全に抑制している。
本発明は、少なくとも1つの燃料レールを有する直噴内燃エンジンにおいて、運動質量と、該運動質量を前記燃料レールに取り付ける弾性部材とを有し、前記直噴内燃エンジンに連動した前記燃料レールの運動を低減することができる。
直噴内燃エンジンの従来技術を示す斜視図である。 本発明の実施例1を示す部分断面図である。 図2の矢印3方向の矢視図である。 本発明の実施例2を示す部分断面図である。 図4の矢印5方向の矢視図である。 本発明の実施例3を示す部分断面図である。 図6の矢印7方向の矢視図である。 本発明の実施例4を示す部分断面図である。 図8の矢印9方向の矢視図である。 本発明の実施例5を示す部分断面図である。 図10の矢印12方向の分解部分平面図である。 図10の矢印12方向の矢視図である。 本発明の実施例6を示す部分断面図である。 図13の矢印14方向の矢視図である。 本発明の実施例7を示す部分断面図である。 図15の線16−16における断面図である。
図1には従来技術の直噴内燃エンジン20の一部が示されている。エンジン20には複数のエンジン燃焼室24を有するエンジンブロック22があり、エンジン燃焼室24にはピストン(図示せず)が相互に取り付けられている。
各燃焼室24には少なくとも1つの燃料噴射器26が設けられている。各燃料噴射器26は、エンジンブロック22内に設けられ、燃焼室24に開口する燃料噴射器穴28内に配置される。さらに各燃料噴射器26は、燃料レール室32を有する燃料レール30に流体的に連結されている。高圧燃料ポンプ(図示せず)によって加圧燃料が燃料レール室32に供給され、次々に燃料噴射器26に供給される。また、図1に示す燃料噴射器は、燃料レール30が互いに2つ並んで配置されたV型エンジン用の燃料噴射器である。
一般的に燃料噴射器26は、燃料レール30に堅固に固定されている。燃料が噴射される度に燃料噴射器26が反動で燃焼室24から離れる方向に若干運動し、それによって、連関する燃料レール30が同方向に運動する。燃料レール30が上記のように運動すると、燃料システムの構成部品に次々に機械的応力が加わる。上記の運動は連続的に反復して発生し実質的に振動が発生する。
図2および図3には本発明の実施例1が示されている。エンジンブロックに連動した燃料レール30の運動を減らすために、V字形のクランプ40を各燃料レール30間に伸ばし、止め具42で各燃料レール30に取り付けている。クランプ40を燃料レール30に固定するには、どのような止め具42を用いてもよい。あるいは、クランプ40は溶接や類似の方法で燃料レール30に固定して取り付けてもよい。
また、弾性部材46を用いて運動質量44をクランプ40に固定する。弾性部材46によって運動質量44がクランプ40と連動して運動し、従って燃料レール30と連動して運動する。弾性部材46はそれ自体弾性をもつゴム、プラスチック、バネ等を用いる。
本発明において運動質量とは、運動する物体に取付けられて弾性部材を介して、運動する物体の運動速度や加速度を抑制する動的なおもりをいう。
作動中の燃料噴射器26から燃料レール30に運動が伝わると、運動質量44が共に運動し、燃料レール30の運動が効果的に打ち消される。さらに、クランプ40は単体でも内燃エンジンの作動中に燃料レール30の運動を低減する。
図2および図3には燃料レール30が2つ表示されているが、運動質量44はもちろん各燃料レール毎に使用してもよい。そのようなシステムでは、運動質量44によってエンジン作動中の各燃料レールの運動がより効果的に低減されまたは打ち消される。
図4および図5には、本発明の実施例2が示されている。ここではクランプ50を両方の燃料レール30の周囲に伸ばし、各燃料レール30を共に固定して運動に対抗させている。クランプ50はどのような形状でもよいが、図示のクランプ50には上部クランプ52および下部クランプ54があり、それらを合わせて燃料レール30を取り囲むようにしている。これらの上部クランプ52および下部クランプ54は止め具56で共に固定されているが、止め具56はボルトとナットのような従来のいかなる止め具でもよい。
実際上、クランプ50は燃料レール30を共に堅固に固定することによって燃料レール30の運動を減らし、またその運動で生じる燃料システムの構成部品への機械的応力を低減している。
図6および図7には、本発明の実施例3が示されている。ここではバンド状クランプ60の一端62が、はんだ付けなどの従来方法で一方の燃料レール30に堅固に固定されている。更にバンド状クランプ60の他端64が他方の燃料レール30に止め具66で固定され、止め具66と燃料レール30の間にはエラストマー部材68が挟まれている。エラストマー部材68によって燃料レール30の運動や振動が抑制される。
図8および図9には本発明の実施例4が図示されている。ここでは細長い管状のゴム等からなるエラストマー部材70を2つの燃料レール30の間に伸ばしている。止め具72でエラストマー部材70の一端を一方の燃料レール30に固定し、第2の止め具74でエラストマー部材70の他端を他方の燃料レール30に固定する。例えば、止め具72はエラストマー部材70を貫通するボルトで構成してもよく、第2の止め具74は止め具72を螺合するナットで構成してもよい。また、止め具72は各燃料レール30に取り付けられたボルトストップ76を貫通している。
実際上、エラストマー部材70は図9の矢印78で示す横方向への燃料レール30の振動を抑制する。燃料レール30の互いに連動する相対運動を抑制することにより、エラストマー部材70は燃料レール30の運動を効果的に減らし、同じくその運動から生じる構成部品への応力を低減する。
図10から図12には本発明の実施例5が示されている。ここでは剛体からなる上部クランプ82および下部クランプ84を有するクランプ80を用いて燃料レール30の運動を最小化している。上部クランプ82および下部クランプ84は、燃料レール30の端部88の一部に対応する形状の凹部86をそれぞれ有する。
したがって、図10および図12で良く分かるように、燃料レール30の端部88の周囲に上部クランプ82および下部クランプ84を配置した状態で、止め具90で燃料レール30の端部88の周囲に上部クランプ82および下部クランプ84を押し付けて、上部クランプ82および下部クランプ84を共に固定している。これにより、燃料レール30を共に堅固に固定して運動に対抗させ、よって燃料システムの構成部品への機械的応力を低減している。
図13および図14には、本発明の実施例6が示されている。ここでは断面略V字型のクランプ100を両方の燃料レール30に延して固定している。クランプ100を燃料レール30に堅固に固定するには、止め具、はんだ、または同様のいかなる従来手段を用いてもよい。
エラストマー部材102はゴム、プラスチック等の可撓性材料で構成することが望ましく、クランプ100の上部に渡って配置される。そして、エラストマー部材102が運動質量104とクランプ100の間に挟まれるように、運動質量104が弾性部材102の範囲内に配置される。
エラストマー部材102によって、エンジンの作動中に運動質量104が燃料レール30に連動して若干運動する。運動質量104はその運動でレール30の運動を抑制し、構成部品への応力を低減している。
図15および図16には、本発明の実施例7が示されている。ここでは可撓性をもつ流体管110を用いて、燃料噴射器26が燃料レール30に流体的に接続されている。流体管110は可撓性のベローズでもよいし、あるいは他の形状を用いてもよい。作動中、燃料噴射器26の燃料噴射に反応して燃料噴射器26が動いても、単に流体管110が曲がるに過ぎないため、燃料噴射器26の振動が燃料レール30から隔離される。これにより、燃料レール30の運動が皆無にはならないにせよ大きく低減され、燃料レール30の運動に起因する燃料システムの機械的応力が低減される。
また、図15および図16では燃料噴射器26は燃料レール30に堅固に接続されていないため、燃料噴射器26をエンジンブロック22に固定してその運動に対応させることが望ましい。燃料噴射器26をエンジンブロック22に固定するには様々な手段を利用できるが、図15に示すように、固定部材120がエンジンブロック22の外側に外部ねじ部125によりネジ止めされており、さらに固定部材120には半径方向に内部に突出したリブ122がある。
固定部材120は非金属材料で構成し、燃料噴射器26とエンジンブロック22の間の金属間接触をなくして雑音を抑制することが望ましい。燃料噴射器26をエンジンブロックの燃料噴射器穴28内に配置すると、固定部材120のリブ122が燃料噴射器26の固定部材溝124と一致するようになっている。固定部材のリブ122と固定部材溝124の共同作用によって固定部材120に連動した燃料噴射器26の回転またはねじれ等の運動が抑制される。
固定部材120をエンジンブロックに固定させるため、燃料噴射器穴28は内部ネジ部126を外端に有する。よって、固定部材120をエンジンブロック22にネジ止めで固定することにより、燃料噴射器26を簡単かつ効率的に固定して、エンジンブロック22に連動した軸方向運動に対抗させている。
あるいは、燃料噴射器26自体を非金属材料で構成してネジを設け、その燃料噴射器26に一体化された内部ネジ部126をエンジンブロック22に係合させることも可能である。
以上により、本発明はエンジンブロックに連動した燃料レールの運動を低減し、または完全に抑制する装置を幾つか提供する。これにより直噴内燃エンジンの作動中に、エンジンブロックに連動した燃料レールの運動から生じる燃料システムの構成部品への応力が大幅に減少する。
また、本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、本発明に関する数多くの改良がなされることは、発明が属する技術分野の当業者において明らかである。
20:直噴内燃エンジン
26:燃料噴射器
28:燃料噴射器穴
44、104:運動質量
46:弾性部材
30:燃料レール
32:燃料室
40、50、80、100:クランプ
60:バンド状クランプ
70:エラストマー部材
110:流体管
120:固定部材
122:リブ
124:固定部材溝
125:外部ネジ部
126:内部ネジ部

Claims (19)

  1. 少なくとも1つの燃料レールと燃料噴射器を有する直噴内燃エンジンにおいて、運動質量と、該運動質量を前記燃料レールに取り付ける弾性部材とを有し、前記運動質量により前記直噴内燃エンジンに連動した前記燃料レールの運動を低減することを特徴とする直噴内燃エンジンの燃料システム。
  2. 請求項1において、前記弾性部材はバネを有することを特徴とする直噴内燃エンジンの燃料システム。
  3. 請求項1において、前記燃料レールは互いに離間している第1燃料レール及び第2燃料レールを備え、前記弾性部材により前記第1燃料レール及び第2燃料レールに前記運動質量を取り付けることを特徴とする直噴内燃エンジンの燃料システム。
  4. エンジンブロックを有する直噴内燃エンジンの燃料システムに加わる機械的応力を低減する応力低減装置において、
    前記エンジンブロックに取り付けられた第1燃料レール及び第2燃料レールと、前記エンジンブロックに連動した前記第1燃料レール及び第2燃料レールの運動を低減させる運動低減手段とを有することを特徴とする直噴内燃エンジンの応力低減装置。
  5. 請求項4において、前記運動低減手段は前記第1燃料レール及び第2燃料レールの少なくとも一部の周囲に配置されたクランプを有することを特徴とする直噴内燃エンジンの応力低減装置。
  6. 請求項5において、前記クランプは、一端が前記第1燃料レールに固定され他端が前記第2燃料レールに取り付けられたバンドを有することを特徴とする直噴内燃エンジンの応力低減装置。
  7. 請求項6において、前記バンドの他端と前記第2燃料レールとの間にエラストマー部材を有することを特徴とする直噴内燃エンジンの応力低減装置。
  8. 請求項4において、前記運動低減手段は、前記第1燃料レールに取り付けられた第1の端部と前記第2燃料レールに取り付けられた第2の端部とを有するエラストマー部材を有することを特徴とする直噴内燃エンジンの応力低減装置。
  9. 請求項8において、前記エラストマー部材は細長く、前記第1燃料レール及び第2燃料レールに渡って延びていることを特徴とする直噴内燃エンジンの応力低減装置。
  10. 請求項4において、前記第1燃料レール及び第2燃料レールは細長く互いに並んで配置されており、且つ、前記運動低減手段は前記第1燃料レール及び第2燃料レールの一端に渡って固定された剛体からなるクランプを有することを特徴とする直噴内燃エンジンの応力低減装置。
  11. 請求項10において、前記第1燃料レール及び第2燃料レールの他端に渡って固定された第2のクランプを有することを特徴とする直噴内燃エンジンの応力低減装置。
  12. 請求項4において、前記第1燃料レール及び第2燃料レールに渡って延び堅固に固定されたクランプと、前記クランプに弾性部材を介して設けられた運動質量とを有することを特徴とする直噴内燃エンジンの応力低減装置。
  13. エンジンブロックを有する直噴内燃エンジンの燃料システムであって、燃料室を有する燃料レールと、前記エンジンブロック内の燃料噴射器穴に配置された燃料噴射器と、前記燃料レールの燃料室と前記燃料噴射器を流体的に接続する可塑性の流体管とを有することを特徴とする直噴内燃エンジンの燃料システム。
  14. 請求項13において、前記流体管はベローズを有することを特徴とする直噴内燃エンジンの燃料システム。
  15. 請求項13において、前記燃料噴射器を前記エンジンブロックに固定する固定部材を有することを特徴とする直噴内燃エンジンの燃料システム。
  16. 請求項15において、前記固定部材は、前記燃料噴射器穴の内部ネジ部と螺合する外部ネジ部を有することを特徴とする直噴内燃エンジンの燃料システム。
  17. 請求項15において、前記固定部材は、前記燃料噴射器外周に設けた固定部材溝に係合するリブを有することを特徴とする直噴内燃エンジンの燃料システム。
  18. 請求項13において、前記燃料噴射器は非金属材料で構成され、前記エンジンブロックのネジ穴に螺合するネジを外周に有することを特徴とする直噴内燃エンジンの燃料システム。
  19. 請求項15において、前記固定部材は非金属材料で構成されることを特徴とする直噴内燃エンジンの燃料システム。
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