JP2014088791A

JP2014088791A - 燃料噴射装置用コモンレール

Info

Publication number: JP2014088791A
Application number: JP2012238195A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Inagaki; 弘行稲垣
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-05-15

Abstract

【課題】
燃料の圧力脈動の抑制と、燃料噴射時の圧力の低下の抑制とを両立することができる燃料噴射装置用コモンレールを提供すること。
【解決手段】
本発明のブッシュは、圧入部と絞り部を備えており、絞り部は弾性変形可能なように形成されている。また、絞り部と内外連通孔の内壁との間に空間が設けられており、燃料の圧力脈動が大きくなった場合に絞り部が径方向外周側に弾性変形し、絞り部の内周に形成されたオリフィス通路が拡大し、燃料流路径が増大し圧力脈動を吸収することができる。その結果、圧力脈動を抑制しながらもオリフィス通路の径を大きく形成することができ、もって燃料の圧力脈動の抑制と、燃料噴射時の圧力の低下の抑制とを両立することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関において用いられる燃料噴射装置コモンレールに関する。

従来、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に用いられるコモンレール式燃料噴射装置におけるコモンレールは、外部のサプライポンプから圧送された高圧燃料を内部に形成された蓄圧室において保持する。このコモンレールには、内燃機関に燃料を噴射するためのインジェクタに連通する外部の配管等が接続されている。そして、この配管等と接続するための配管ジョイント部がこの蓄圧室に交差する形で配設されており、その配管ジョイント部の内部には蓄圧室とつながる通路が外端部から蓄圧室側に伸びており、内外連通孔を形成している。

この内外連通孔には、インジェクタの開閉動作に伴なう高圧燃料の圧力変化から生じる圧力脈動のコモンレール側への伝播を低減させる目的で、例えば特許文献１のようにオリフィスを備えたブッシュが配設されている。

特開２００７−２４７６４１号公報

特許文献１に示されたオリフィスを設けたブッシュは、最小径のオリフィスによってインジェクタやサプライポンプ等からの燃料を介して伝わる圧力脈動を低減するようにしている。

しかしながら、コモンレールにおいては圧力脈動を抑えながらも、インジェクタでの燃料噴射が開始されてから終了するまでの間、燃料の圧力低下を極力抑制したいという要望もある。

この要望に対して特許文献１に示されたブッシュによって圧力脈動を十分に抑制するためには、オリフィスの最小径を小さくする必要があるが、そのようにすると、径の細いオリフィスによって燃料噴射時の圧力が低下し易くなるので、圧力脈動を低減しながら圧力低下を抑制することが難しい。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料の圧力脈動の抑制と、燃料噴射時の圧力の低下の抑制とを両立することができる燃料噴射装置用コモンレールを提供することである。

本発明のコモンレール（２）は、内燃機関に噴射される高圧燃料を内部に蓄圧する蓄圧室（２２１）を形成するコモンレール本体部（２２）と、外周面に外部配管を接続するためのネジ部（２１２）が形成されるとともに、前記外部配管と前記蓄圧室（２２１）とを連通する内外連通孔（２１１）を有する配管ジョイント部（２１）と、前記内外連通孔（２１１）の内部に圧入され、前記内外連通孔（２１１）の燃料流路を絞るオリフィスが形成されたブッシュ（１１）と、を備える燃料噴射装置用コモンレールにおいて、前記ブッシュ（１１）は、軸方向両端に形成され前記内外連通孔（２１１）に圧入される圧入部（１１１）と、前記圧入部（１１１）より外径が小さく形成され前期軸方向両端の前記圧入部（１１１）の間に設けられた絞り部（１１２）とを備え、前記絞り部（１１２）は弾性変形可能なように形成され、前記ブッシュ（１１）は前記絞り部（１１２）の外周と前記内外連通孔（２１１）との間に空間を形成することを特徴とする。

コモンレールの内外連通孔に、圧入部と、軸方向両端の圧入部の間に設けられた絞り部とを備えたブッシュを圧入し、該ブッシュがオリフィスとして圧力脈動を抑制させる。

そして、本発明のブッシュにおいて、圧入部は内外連通孔の内壁によって拘束されていることから変形することができないが、絞り部は弾性変形可能なように形成され、また、内外連通孔の内壁との間に空間が設けられることにより、燃料の圧力脈動が大きくなった場合に絞り部が径方向外周側に弾性変形し、絞り部の内周に形成されたオリフィス通路が拡大することができる。従って、燃料の圧力脈動が大きくなった際には径の小さいオリフィスが拡大して燃料流路径が増大し圧力脈動を吸収することができる。その結果、従来のオリフィスより圧力脈動を抑制しながらもオリフィス通路の径を大きく形成することができ、もって燃料の圧力脈動の抑制と、燃料噴射時の圧力の低下の抑制とを両立することができる。

なお、特許請求の範囲、及び上記課題を解決するための手段に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

第１の実施形態における、コモンレール式燃料噴射装置を示した全体図。第１の実施形態における、コモンレールの全体図。第１の実施形態における、ブッシュを圧入した状態のコモンレールの断面図。第１の実施形態における、ブッシュを示した断面図。第１の実施形態における、圧力脈動を従来技術と同程度とした際のインジェクタ入口の圧力と時間との関係を示した特性図。第１の実施形態における、圧力低下を従来技術と同程度とした際のインジェクタ入口の圧力と時間との関係を示した特性図。（ａ）は第２の実施形態における、圧入する前の状態のブッシュを示した上面図、及び断面図。（ｂ）は同形態における、圧入後の状態のブッシュを示した上面図、及び断面図。第３の実施形態における、ブッシュを示した断面図。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図１〜図５を用いて述べる。

図１は本実施形態のコモンレールを用いたコモンレール式燃料噴射装置を示した全体図である。

図１に示すコモンレール式燃料噴射装置１は、内燃機関の各気筒に燃料噴射を行う装置であり、サプライポンプ３、コモンレール２、インジェクタ７、ＥＣＵ５、ＥＤＵ６等から構成されている。

サプライポンプ３は、燃料を高圧にするとともに後述するコモンレール２に高圧燃料を送る高圧燃料ポンプであり、燃料タンク４から燃料を導くフィードポンプと、フィードポンプから導かれた燃料量を調整する燃料調量弁と、燃料を高圧に昇圧する加圧室を有する高圧ポンプ等からなる。上記燃料調量弁はＥＣＵ５からの駆動信号によって制御され、高圧ポンプの加圧室内へ流入する燃料の量を調整することで、コモンレール２へ送られる燃料の量が調整される。

コモンレール２はインジェクタ７に供給する高圧燃料を保持する蓄圧器であり、燃料噴射圧に相当する圧力が蓄圧される。また、ポンプ配管９を通じてサプライポンプ３の吐出口と接続されており、サプライポンプ３から燃料が供給され、インジェクタ配管１０を通じてインジェクタ７と接続されており、インジェクタ７へ高圧燃料を供給する。

コモンレール２から燃料タンク４へ燃料を戻すリリーフ配管８には、プレッシャリミッタを兼ねた減圧弁２３等が配設されている。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場合に開放し、コモンレール圧を限界設定圧以下に抑える。また、減圧弁２３は、ＥＣＵ５及びＥＤＵ６の指示により開弁して、コモンレール圧を減圧する。

インジェクタ７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２によって分岐する複数のインジェクタ配管１０の端部に接続されて、コモンレール２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、及び、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有している。

また、インジェクタ７にもリリーフ配管８が接続されており、各インジェクタ７においてリークした燃料をインジェクタ７から排出する。

ＥＣＵ５は、入出力回路と、演算処理を行うＣＰＵと、ＲＯＭ等の記憶装置とからなる周知構造のマイクロコンピュータ、及び、サプライポンプ３等の駆動回路を有するものであり、車両走行状態に応じて回転数センサ、水温センサなどのセンサ類から受けた信号を基に演算するとともに各種制御を行う。

即ち、ＥＣＵ５は、サプライポンプ３、減圧弁２３、及び燃圧センサ２５と接続されており、燃圧センサからコモンレール２内の圧力値を取得し、サプライポンプ３の燃料圧送制御、減圧弁の動作制御を行う。また、ＥＣＵ５はインジェクタ駆動回路を備えたＥＤＵ６を介して各インジェクタ７に接続されており、ＥＣＵ５から与えられる開弁信号に基づいてＥＤＵ６はインジェクタ７の電磁弁に駆動電流を与え、燃料噴射タイミングや燃料噴射量を制御する。

なお、本実施形態においてＥＤＵ６はＥＣＵ５から独立して設けているが、ＥＣＵ５と同じケース内に配設してもよく、また、サプライポンプ３の燃料調量弁を駆動する燃料調量弁駆動回路をＥＣＵ５ではなくＥＤＵ６内に設けることも可能である。

次に、コモンレールについて図２及び図３を用いて詳細を述べる。図２はコモンレールを示した全体図であり、図３は図２におけるＡ−Ａ断面を見たコモンレールの断面図である。

コモンレール２は鉄系金属材料によって構成されており、内部に高圧燃料を保持する空間である蓄圧室２２１を有した略円筒状のコモンレール本体部２２と、ポンプ配管９及びインジェクタ配管１０等の外部配管を接続するための配管ジョイント部２１と、コモンレール本体部２２を内燃機関に固定するためのステー２４とを備えている。

コモンレール本体部２２の端部には燃圧センサ２５、及びプレッシャリミッタ２６等が配設されており、内部に形成された蓄圧室２２１はコモンレール本体部２２を軸方向に貫通するように形成される。

また、配管ジョイント２１はコモンレール本体部２２に適当な間隔をもって形成されており、図３に示すようにその配管ジョイント２１には中心に穴あけ加工によって形成された内外連通孔２１１が形成されている。この配管ジョイント２１の端部の外周にはネジ部２１２が形成されており、ポンプ配管９、及びインジェクタ配管１０等の外部配管を配管ジョイント２１に接続する際に、ナットと螺合されることで外部配管を配管ジョイント２１に固定することが可能となる。

さらに、内外連通孔２１１はコモンレール本体部２２の蓄圧室２２１まで貫通しており、配管ジョイント２１の端部において外部に開放している。

この内外連通孔２１１の内部には、内外連通孔２１１を流れる燃料の流路を絞るようなオリフィス通路１１３を有したブッシュ１１が圧入固定されている。

ブッシュ１１は内外連通孔２１１の蓄圧室２２１側まで圧入され、内外連通孔２１１の内周よりも大きく形成された圧入部１１１においてブッシュ１１は内外連通孔２１１に固定される。ここで、圧入部１１１よりも外周が小さく形成された絞り部１１２は、内外連通孔２１１の内周面との間に空間を形成し、これにより、絞り部１１２は圧入部１１１と連続して形成されているものの、その外周は拘束されないので弾性変形することが可能となる。

また、ブッシュ１１と配管ジョイント２１のネジ部２１２はずれるように固定されている。

次に、図４を用いて本実施形態におけるブッシュ１１について説明する。図４はブッシュ１１の断面図である。

本実施形態のブッシュ１１は、例えば鉄系金属、銅、黄銅、アルミニウム等の金属弾性部材からなり略円筒形状に形成されている。この円筒形状の軸方向両端には内外連通孔２１１の内周に圧入され、ブッシュ１１を内外連通孔２１１内に固定する圧入部１１１が形成されており、その圧入部１１１の間に圧入部１１１より外径が小さい絞り部１１２が形成されている。

ブッシュ１１には軸方向に貫通して燃料流路１１４が形成されており、そのうち絞り部１１２は圧入部１１１の燃料流路１１４よりも径が小さく形成されたオリフィス通路１１３が形成されている。このブッシュ１１の肉厚は圧入部１１１と絞り部１１２で同等の厚みで形成されている。

加えて、ブッシュ１１の絞り部１１２に形成されたオリフィス通路１１３は、オリフィス通路１１３の径方向寸法をＸ、軸方向寸法をＹとすると、Ｙ≧２Ｘの関係が成立するように形成されている。

本実施形態のブッシュ１１においては、圧入部１１１と絞り部１１２の肉厚は同等の厚みで形成されているが、好ましくは絞り部１１２の肉厚が圧入部１１１の肉厚より小さく形成するのが良い。これは、絞り部１１２の肉厚を小さく形成することにより、弾性変形が容易に行われるようにするためである。
また、本実施形態のブッシュ１１は円筒形状の部材を絞り部１１２の位置で絞り加工することによって形成することが可能である。

上記の構成をとった本実施形態のブッシュ１１は、コモンレール２の圧力脈動を抑制する効果を得ると共に、圧力低下を抑制する効果を得ることができる。

コモンレールを用いたディーゼルエンジンは、サイクル内の１燃焼の中で、エンジンを回転させる動力を得る目的で燃料を噴射するメイン噴射と、メイン噴射の後に燃料を噴射するアフター噴射とを行うような多段噴射形式をとることがある。そして、この形式を採用している場合、メイン噴射が完了した後、燃料噴射弁の開閉によって燃料の流れが急激に変化し、この変化が脈動となって燃料内を伝播し、圧力脈動を引き起こす。この圧力脈動がメイン噴射後に行われるアフター噴射に影響を与えることで、当初設定したアフター噴射の際の燃料噴射量と実際のアフター噴射の燃料噴射量と間に齟齬が生じる。この齟齬によって排気ガス内のＮＯｘやＰＭ等の有害ガスの浄化効率が下がる可能性がある。

さらに、メイン噴射の際には、コモンレール２から供給される燃料の圧力がオリフィス通路１１３の通過時に低下すると、圧力の無駄となり、また、燃料の噴射圧力が下がる分、最適な燃焼が得られにくくなる可能性がある。従って、燃料噴射装置に用いられるコモンレールにおいては圧力脈動と圧力低下とを抑制することが重要となってくる。

そこで、本実施形態では燃料の圧力低下を抑制するべく、絞り部１１２が燃料の圧力を受けて弾性変形することが可能な構成としている。すなわち、ブッシュ１１ではブッシュ１１に形成された絞り部１１２は圧入部１１１よりも外形が小さく形成されており、絞り部１１２の外周と内外連通孔２１１の間に空間が形成されることによって、絞り部１１２が内外連通孔２１１によって拘束されずに弾性変形することができる。

そして、高圧である燃料によって絞り部１１２に形成されたオリフィス通路１１３の径が圧力脈動の際に拡縮し、このオリフィス通路１１３の拡縮によって圧力脈動の振幅が抑制され、圧力脈動を抑えることが可能となる。

ここで本実施形態のブッシュ１１の効果を確認すべく、インジェクタ７の燃料の流入口の圧力が時間軸においてどのような挙動を示すかを調査した。この結果を図５に示す。

図５はインジェクタ７の入口圧力と時間との関係を示した特性図である。ここで、実線で示したＢが本実施形態のブッシュ１１を用いたコモンレール２、点線で示したＣが従来技術のブッシュを用いたコモンレールの結果である。なお、従来技術のブッシュとは、本実施形態のブッシュ１１に形成されたオリフィス通路１１３の径と同じオリフィス径を選択した特許文献１に記載のようなブッシュである。また、図５において噴射開始と噴射終りはメイン噴射の燃料噴射開始と燃料噴射終了をさす。

図５において、サプライポンプ３によって所定圧に昇圧されインジェクタ７から噴射される燃料の圧力は、ＥＣＵ５からの開弁信号によりニードルが開弁駆動されると、低下しはじめる。その後、ニードルが閉弁駆動され、燃料噴射が終わると再び所定圧に戻る。このとき、急激な燃料の流れの変化に起因して圧力脈動が生じる。

本実施形態のブッシュ１１を用いたＢの特性においては同じオリフィス径を用いていることから、メイン噴射の際の圧力低下は同等のものとなっている。しかし、その後の噴射終り後に生じる圧力脈動は本実施形態の効果によって従来のブッシュと比較して抑制されていることが分かる。

すなわち、オリフィス通路１１３に高圧燃料が流入すると、本実施形態のブッシュ１１が金属弾性部材からなるため、高圧を受けオリフィス通路１１３の内径は膨らもうとする。ここで、絞り部１１２の外周と内外連通孔２１１の内周には空間が形成されていることから、絞り部１１２は内外連通孔２１１によって拘束されない。

さらに、ブッシュ１１の圧入部１１１はブッシュ１１の軸方向両端に形成されており、絞り部１１２と内外連通孔２１１の内周との間の空間はオリフィス通路１１３と隔離されていることに加え、圧力部１１１の表面には微少な凹凸があることから、ブッシュ１１が内外連通孔２１１に圧入された状態においてこの空間には微量の燃料が漏入し、この空間の圧力がオリフィス通路１１３の圧力よりも小さくなる。

従って、オリフィス通路１１３の径及び絞り部１１２の外径は燃料の圧力を受けて変化することができる。そしてこの作用により、オリフィス通路１１３において絞り部１１２が圧力脈動を吸収することができ、圧力脈動が抑制される。

従来のブッシュではオリフィスを形成する部材の厚みが大きく十分に変形することが困難であり、オリフィス通路の径が拡縮しにくい。
また、本例において弾性変形前のオリフィス通路１１３の径は同じであることから燃料のエネルギー損失はほぼ同じであり、圧力低下は従来と同じ特性を示す。

従って、本実施形態のブッシュ１１を用いることで、従来のＣに示すような圧力低下抑制効果と同程度の効果と、Ｃと比較して優れた圧力脈動抑制効果との両方を奏することが可能となる。

次に図６を用いて本実施形態のブッシュ１１と従来のブッシュ１１とで圧力脈動を同程度とした場合の比較特性図を示す。ここで、実線で示したＢ´が本実施形態のブッシュ１１を用いたコモンレール２、点線で示したＣ´が従来技術のブッシュを用いたコモンレールの結果である。また、図６において噴射開始と噴射終りはメイン噴射の燃料噴射開始と燃料噴射終了をさす。

図６に示すように、従来のブッシュと本実施形態のブッシュ１１とで圧力脈動を同程度とする場合、本実施形態のブッシュ１１は優れた圧力脈動抑制効果を有していることから、オリフィス通路１１３の径を従来のオリフィス径よりも大きく形成することができる。

すなわち、圧力低下はブッシュ１１に形成されたオリフィスによって失われるエネルギーに起因していることから、従来のブッシュよりもオリフィスの径を大きくとることでエネルギー損失が少なくなり、圧力低下を抑制することが可能となる。

従って、本実施形態のブッシュ１１ではオリフィス通路１１３の径を大きくすることで、上述した圧力脈動抑制効果により、Ｃ´に示されるような従来の圧力脈動と同程度としながらも、従来のブッシュと比較して圧力低下を抑制することができる。

さらには、オリフィス通路１１３の径を調整することによって、従来のブッシュと比較して優れた圧力脈動抑制効果と圧力低下抑制効果を備えたコモンレール２を提供することも可能である。

（第２の実施形態）
図７の（ａ）は第２の実施形態における、内外連通孔２１１に圧入する前のブッシュ１１の上面図とＢ―Ｂ断面から見た軸方向の断面図、同図の（ｂ）は第２の実施形態における、内外連通孔２１１に圧入した後のブッシュ１１の上面図とＣ−Ｃ断面から見た軸方向の断面図である。

図７の（ａ）に示すように第２の実施形態におけるブッシュ１１は、金属の板材を円筒状に丸めて形成され、ブッシュ１１の両端の間で軸方向に連続してスリット１１５が形成されている。このスリット１１５は、圧入された際に閉塞しうる幅で形成されており、図７の（ｂ）に示すようにブッシュ１１が内外連通孔２１１に圧入されるスリット１１５は周方向の力を受け閉塞する。

このように本実施形態のブッシュ１１では円筒部材の軸方向にスリット１１５を設けることで、内外連通孔２１１へのブッシュ１１の圧入を容易にすることができ、作業性が向上する。

また、本実施形態のブッシュ１１は板材を円筒状に丸めて形成されているので、容易に形成することが可能である。

（第３の実施形態）
図８は第３の実施形態におけるブッシュ１１の断面図である。

本実施形態のブッシュ１１は絞り部１１２と圧入部１１１との燃料流路１１４が同じ径で形成されており、ブッシュ１１の燃料流路１１４全体がオリフィス通路１１３として機能する。

また、圧入部１１１の外径に対して燃料流路１１４の径が小さいので、圧入部１１１の厚みが大きい。一方で絞り部１１２の厚みが小さく形成されていることで、絞り部１１２のオリフィス通路１１３の変形が容易になる。

さらに、本実施形態のブッシュ１１は円筒部材を切削加工によって形成することができ、精度のより優れたブッシュ１１を提供することが可能である。

以上、それぞれ本発明となる実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１コモンレール式燃料噴射装置、２コモンレール、２１配管ジョイント部、２１１内外連通孔、２１２ネジ部、２２コモンレール本体部、２２１蓄圧室、２３減圧弁、３サプライポンプ、４燃料タンク、５ＥＣＵ、６ＥＤＵ、７インジェクタ、８リリーフ配管、９ポンプ配管、１０インジェクタ配管、１１ブッシュ、１１１圧入部、１１２絞り部、１１３オリフィス部、１１４燃料流路、１１５スリット

Claims

内燃機関に噴射される高圧燃料を内部に蓄圧する蓄圧室（２２１）を形成するコモンレール本体部（２２）と、
外周面に外部配管を接続するためのネジ部（２１２）が形成されるとともに、前記外部配管と前記蓄圧室（２２１）とを連通する内外連通孔（２１１）を有する配管ジョイント部（２１）と、
前記内外連通孔（２１１）の内部に圧入され、前記内外連通孔（２１１）の燃料流路（１１４）を絞るブッシュ（１１）と、
を備える燃料噴射装置用コモンレールにおいて、
前記ブッシュ（１１）は、軸方向両端に形成され前記内外連通孔（２１１）に圧入される圧入部（１１１）と、前記圧入部（１１１）より外径が小さく形成され前記軸方向両端の前記圧入部（１１１）の間に設けられた絞り部（１１２）とを備え、
前記絞り部（１１２）は弾性変形可能なように形成され、
前記ブッシュ（１１）は前記絞り部（１１２）の外周と前記内外連通孔（２１１）との間に空間を形成することを特徴とするコモンレール
請求項１に記載の燃料噴射装置用コモンレールにおいて、
前記絞り部（１１２）の内側に形成されたオリフィス通路（１１３）の径方向寸法は、前記絞り部（１１２）の軸方向寸法よりも小さく形成されており、
前記ブッシュ（１１）は、
前記オリフィス通路（１１３）の径方向寸法をＸ、
前記オリフィス通路（１１３）の軸方向寸法をＹとすると、
Ｙ≧２Ｘ
の関係が成立するように形成されることを特徴とするコモンレール。
請求項１又は２に記載の燃料噴射装置用コモンレールにおいて、
前記絞り部（１１２）の肉厚は、前記圧入部（１１１）の肉厚よりも薄肉に形成されていることを特徴とするコモンレール。
請求項１乃至３の何れか１項に記載の燃料噴射装置用コモンレールにおいて、
前記ブッシュ（１１）は、金属の円筒材を前記絞り部（１１２）の位置で絞ることにより形成されていることを特徴とするコモンレール。
請求項１乃至３の何れか１項に記載の燃料噴射装置用コモンレールにおいて、
前記ブッシュ（１１）は、金属の板材を円筒状に丸めて形成され、前記圧入前はスリット（１１５）を有していることを特徴とするコモンレール。
請求項１乃至３の何れか１項に記載の燃料噴射装置用コモンレールにおいて、
前記ブッシュ（１１）は、金属の円筒材を前記絞り部（１１２）の位置で切削して形成されていることを特徴とするコモンレール。