JP3225713B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料供給ポンプにより
供給管を通じてコモンレール内へ圧送された高圧燃料を
分岐供給管を通じて各気筒に設置された噴射弁に分配
し、これら噴射弁に圧送された高圧燃料を電磁弁の開閉
によりエンジンへ噴射するようにした燃料噴射装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
メカニカルな燃料噴射ポンプ・ノズルからなる噴射シス
テムに代わり、近年、より制御性に優れた電子制御式噴
射装置として、圧力調整機構により所定の圧力に調整可
能な燃料の蓄圧管（コモンレール）からの高圧燃料を噴
射弁にてエンジンシリンダ内へ供給する、いわゆる蓄圧
式の燃料噴射装置が提案されている。

【０００３】この種の燃料噴射装置は、図９に示すよう
に、高圧供給ポンプ１０８により供給管１０６を通じて
コモンレール１０５内に高圧燃料を圧送し、この高圧燃
料を分岐供給管１０４によりエンジン１０１の各気筒に
分配して供給し、電磁弁１０３を開くことにより噴射弁
１０２を経てエンジン１０１の各気筒に噴射させるよう
になっている。そして、この燃料噴射装置においては、
噴射終了により噴射弁１０２が急に閉弁すると、分岐供
給管内１０４に高圧燃料の油撃が発生し、この油撃が分
岐供給管１０４内を伝播してコモンレール１０５に伝わ
り、圧力脈動の原因となる。

【０００４】すなわち、分岐供給管１０４を伝播した圧
力波はコモンレール１０５との接続部に達すると、一部
は位相反転した膨張波となって再び分岐供給管内１０４
を噴射弁１０２に向けて反射し、残りはコモンレール１
０５内へ伝播する。分岐供給管１０４内を噴射弁１０２
へ向けて反射した戻り圧力波は、噴射弁着座部で再び反
射され、以降このような往復圧力波が続く。従って、他
の気筒の噴射弁が燃料を噴射している最中にその噴射圧
力を変動させ、噴射量や噴射率を悪化させるなどの、圧
力干渉を生じる不具合がある。

【０００５】このような不都合を解決するために、分岐
供給管にそれぞれ減衰枝管を接続し、圧力波の干渉を利
用して脈動による圧力波を減衰させる方法が提案されて
いる（特開平４−３４２８６８号）。この方法によれ
ば、減衰枝管内で別の圧力波が発生し、この圧力波が分
岐供給管内の圧力波と干渉して分岐供給管内の脈動圧力
波を減衰するのである。

【０００６】しかしながら、上記方法を実現するために
は、各分岐供給管に対してそれぞれ減衰枝管を配設する
必要があり、燃料配管系の構成が複雑となってエンジン
搭載性が悪化するという問題も生じる。そこで、本発明
は、上記問題を解決し、配管系の構成を複雑にすること
なく、燃料噴射量・噴射率の安定化を図ることのできる
燃料噴射装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に成された請求項１記載の燃料噴射装置は、燃料供給ポ
ンプにより供給管を通じてコモンレール内に高圧燃料を
圧送し、このコモンレール内の高圧燃料を分岐供給管を
通じて各気筒に設置された噴射弁に分配し、これら噴射
弁に圧送された高圧燃料を電磁弁の開閉によりエンジン
へ噴射するようにした燃料噴射装置において、上記分岐
供給管を上記コモンレールの端部に接続すると共に、上
記コモンレールの内径は上記分岐供給管の内径よりも大
きく設定されており、上記コモンレールの長さに対する
上記分岐供給管の長さの比率が０．８〜１．２となるよ
うに、上記コモンレール及び分岐供給管の長さを設定し
たことを特徴とする。

【０００８】また、請求項２記載の燃料噴射装置は、燃
料供給ポンプにより供給管を通じてコモンレール内に高
圧燃料を圧送し、このコモンレール内の高圧燃料を分岐
供給管を通じて各気筒に設置された噴射弁に分配し、こ
れら噴射弁に圧送された高圧燃料を電磁弁の開閉により
エンジンへ噴射するようにした燃料噴射装置において、
上記供給管を上記コモンレールの端部に接続すると共
に、上記コモンレールの内径は上記供給管の内径よりも
大きく設定されており、上記コモンレールの長さに対す
る上記供給管の長さの比率が０．８〜１．２となるよう
に、上記コモンレール及び供給管の長さを設定したこと
を特徴とする。

【０００９】

【作用】上述したように、例えば第１の噴射弁が燃料噴
射を終了すると、高圧燃料の油撃作用によって、噴射弁
着座部より圧力脈動が発生する。この脈動による圧力波
は分岐供給管を音速で伝播してコモンレールへ達する。
圧力波が分岐供給管とコモンレールとの接続部に達する
と、一部は位相反転した膨張波となって再び分岐供給管
内を噴射弁に向けて反射し、残りはコモンレール内へ伝
播する。分岐供給管内を伝わる圧力波は、噴射弁着座部
にて反射され再び接続部へ戻る。一方、コモンレール内
を伝わる圧力波は、コモンレールの他端で反射され、再
び接続部へ戻る。

【００１０】この際、上記のように構成された請求項１
記載の燃料噴射装置では、コモンレールの内径が分岐供
給管の内径よりも大きく設定されていると共に、コモン
レールの長さに対する分岐供給管の長さの比率が０．８
〜１．２となるように設定されているため、上記２つの
圧力波同士は逆位相となるため、互いに打ち消し合い、
脈動は減衰する。つまり、第２の噴射弁が噴射を開始す
るときに伝播する脈動は減衰後の脈動であるため、燃料
圧力は十分安定した状態となる。従って、第２の噴射弁
は燃料圧力の脈動に影響されず、安定した燃料噴射量・
噴射率を確保できる。他の噴射弁についても同様であ
る。

【００１１】一方、燃料供給ポンプにより供給管を通じ
てコモンレール内に高圧燃料を圧送する際にも、上記と
同様の圧力波が発生する。この際、請求項２記載の燃料
噴射装置では、コモンレールの内径が供給管の内径より
も大きく設定されていると共に、コモンレールの長さに
対する供給管の長さの比率が０．８〜１．２となるよう
に設定されているため、供給管とコモンレールとにおけ
る２つの圧力波同士が逆位相となって互いに打ち消し合
い、やはり脈動減衰効果が得られる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面と共に説明す
る。図１は、実施例において本発明の特徴部分に対応す
る部分のみを示す概略説明図、図２は実施例の燃料噴射
装置の全体的なシステムを示す説明図である。図２に示
すように、エンジン１には、各気筒の燃焼室に対応して
それぞれ噴射弁２が配置されている。噴射弁２から各気
筒に対する燃料噴射は、噴射制御用の電磁弁３がオン・
オフされることにより制御される。これら噴射弁２はそ
れぞれ分岐供給管４を介して各気筒に共通な高圧蓄圧管
（以下コモンレールともいう）５に接続されている。コ
モンレール５内には高圧燃料が蓄えられるようになって
おり、このコモンレール５内の燃料は分岐供給管４を経
て、電磁弁３が開弁している間に噴射弁２からエンジン
１に噴射される。

【００１３】コモンレール５内には、燃料噴射圧に見合
った高圧の燃料が連続的に蓄圧される必要があり、この
ためコモンレール５には供給管６およびチェックバルブ
７を介して高圧供給ポンプ８が接続されている。この高
圧供給ポンプ８は、燃料タンク９から低圧供給ポンプ１
０を経て吸入された燃料を高圧に加圧し、供給管６を通
じて上記コモンレール５に圧送し、これによりコモンレ
ール５内の燃料を高圧に維持するようになっている。

【００１４】一方、上記電磁弁３のオン・オフを制御す
るため、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５が用いられて
おり、このＥＣＵ１５には、例えばエンジン回転数セン
サ１６および負荷センサ１７によりエンジン回転数およ
び負荷の情報が入力され、ＥＣＵ１５は、これらの情報
により判断されるエンジン状況に応じて最適な燃料噴射
時期および噴射量を演算し、このような制御信号を前記
電磁弁３に出力する。同時にこのＥＣＵ１５は、エンジ
ンの負荷や回転数に応じて噴射圧力が最適値となるよう
に、上記高圧供給ポンプ８の吐出量制御装置１８に制御
信号を送る。

【００１５】また、コモンレール５にはコモンレール圧
を検出する圧力センサ１９が設置されており、この圧力
センサ１９からの信号が上記負荷や回転数に応じて設定
した最適値となるように吐出量制御装置１８を通じて上
記高圧ポンプ８の吐出量を制御している。

【００１６】上記分岐供給管４は、本実施例では鋼管を
使用しており、長さはコモンレール５と（分岐供給管４
と）の接続部４ａから噴射弁着座部２ａまでの距離が３
５０ｍｍ（図１にてＬｉ＝３５０ｍｍ）となるようにし
てある。コモンレール５は、鉄鋼材料に穴あけ加工が施
してあり、内部の蓄圧室は円筒状にされている。蓄圧室
長さは３５０ｍｍ（図１にてＬｃ＝３５０ｍｍ）であ
る。

【００１７】また、供給管６は、本実施例では鋼管を使
用しており、長さはコモンレール５と（供給管６と）の
接続部６ａからチェックバルブ着座部７ａまでの距離が
３５０ｍｍ（図１にてＬｐ＝３５０ｍｍ）となるように
してある。なお、上記分岐供給管４と供給管６は、コモ
ンレール５の両端部へ接続してあり、蓄圧室内径は分岐
供給管４と供給管６の内径より大きく設定してある。

【００１８】上記構成にて達成される作用について図３
を参照しながら説明する。なお、図３には第１気筒（＃
１で表す）とコモンレール５のみを示す。第１気筒の噴
射弁２が燃料噴射を終了するとき、油撃作用によって噴
射弁着座部２ａより圧力波（図３中にＰＷで示す）が発
生する。この圧力波は、分岐供給管４内を音速で伝幡
し、コモンレール５へ達する。圧力波が分岐供給管４と
コモンレール５との接続部４ａに達すると、通路径拡大
の作用により一部は膨張波（負の圧力波）となって分岐
供給管４内を再び反射伝幡し、残りはコモンレール５内
に正の圧力波のまま透過する。

【００１９】負の圧力波は図中に実線で示すように、
噴射弁着座部２ａにて反射され再び接続部４ａに戻る。
一方、正の圧力波は図中に破線で示すように、コモン
レール５の他端で反射され、再び接続部４ａに戻る。Ｌ
ｃ＝Ｌｉ＝３５０ｍｍであるので、正の圧力波と負の圧
力波は接続部４ａへ同時に戻る。そして、接続部４ａに
て正の圧力波と負の圧力波は打ち消し合い、圧力波は減
衰する。

【００２０】図４は、噴射弁２の入口圧力を測定した結
果である。図４（Ａ）はＬｃ＝Ｌｉ＝３５０ｍｍ、図４
（Ｂ）はＬｃ＝３５０ｍｍ、Ｌｉ＝７００ｍｍの配管条
件にて圧力を測定している。図４（Ａ）及び（Ｂ）中の
△Ｐは、分岐供給管４内に発生する圧力波を示してお
り、この△Ｐは、分岐供給管４の長さＬｉには依存せ
ず、本燃料噴射装置の運転条件によって決定されるもの
である。

【００２１】これらを比較すると、図４（Ａ）では、分
岐供給管４内に圧力波が発生すると第２波目以降が減衰
されて脈動が減衰するが、図４（Ｂ）では、圧力波の脈
動減衰効果は弱く次回の圧力波発生まで残存してしま
う。すなわち第１波が十分に減衰しない内に第２波、第
３波、……と続けて圧力波は伝幡して来るため、次回
（以降）に発生する圧力波が合成され、最初に発生され
た圧力波の脈動幅よりも大きな圧力変動を生じてしまう
のである。

【００２２】図５には、ＬｃとＬｉの比と、脈動幅が半
分（１／２）に減衰するのに要する時間Ｔｓとの関係を
示す。Ｌｉ／Ｌｃ＝１に近い配管仕様である程、脈動の
減衰が早いことが判る。また、このグラフはＬｉ／Ｌｃ
＝１を中心として左右対称であり、Ｌｉ／Ｌｃ＝１．２
の場合とＬｉ／Ｌｃ＝０．８の場合とでは、同じ時間で
ある。

【００２３】一方図６には、ＬｃとＬｉの比と、脈動発
生から１０ｍｓｅｃ後の脈動残存率△Ｐ1 ／△Ｐ0 との
関係を示す。この脈動残存率△Ｐ1 ／△Ｐ0 は、１０ｍ
ｓｅｃ後の脈動幅△Ｐ1 が最初の脈動幅△Ｐ0 の何％に
なっているかを示したものである。２サイクルエンジン
において回転数６０００ｒｐｍの場合、１つの噴射弁２
の噴射間隔は１０ｍｓｅｃである。そして、コモンレー
ルの径を十分に大きくとって、前噴射気筒からの脈動を
無視できる程度に抑えると、自気筒の噴射により発生し
た脈動が次回の噴射までに２０％以下に減衰すれば噴射
性能を確保できることが判っている。

【００２４】脈動残存率△Ｐ1 ／△Ｐ0 が２０％以下に
なる範囲は、図６より、Ｌｉ／Ｌｃ＝０．８〜１．２の
区間である必要がある。つまり、配管長さ比はＬｉ／Ｌ
ｃ＝１、すなわちＬｉ＝Ｌｃであることが最も好ましい
が、上述したように脈動が２０％以下に減衰すれば噴射
性能を確保できることから、Ｌｉ／Ｌｃ＝０．８〜１．
２であれば、十分な減衰効果が期待できる。

【００２５】一方、高圧供給ポンプ８により供給管６を
通じてコモンレール５内に高圧燃料を圧送する際にも、
上記と同様の圧力波が発生する。この際、コモンレール
の長さＬｃに対する供給管の長さＬｐの比率Ｌｐ／Ｌｃ
を、上記と同様に０．８〜１．２とすれば、コモンレー
ル５と供給管６との間でも同様の脈動減衰作用が発揮さ
れる。

【００２６】さらに、上記実施例のようにＬｐ＝Ｌｃ＝
Ｌｉ（＝３５０ｍｍ）とすれば、燃料通路全体の圧力を
安定させることができる。つまり、噴射量の制御精度だ
けでなく、燃料圧力の制御精度も向上させることが可能
である。次に、別実施例について説明する。

【００２７】図７には、コモンレール５を複数に分割し
た場合を示してある。この場合は、分割したコモンレー
ル５の長さが等しくなるように設定すると共に、その長
さをＬｃと見なし、上記と同様Ｌｐ＝Ｌｃ＝Ｌｉとなる
ように配管系を構成すれば、脈動減衰作用によって、噴
射量の制御精度や燃料圧力の制御精度といった同様の効
果が得られる。

【００２８】また、図８に示すように、分岐供給管４と
供給管６とが厳密にコモンレール５の端部へ接続されて
いなくても、端部付近であれば同様の効果が得られる。
この点についてさらに説明する。分岐供給管４または供
給管６よりコモンレール５へ圧力波が伝播すると、圧力
波は２つに分離し、それぞれ図８中に実線で示す経路Ｌ
１と破線で示す経路Ｌ２に従ってコモンレール５内を伝
播する。分岐供給管４と供給管６とがコモンレール５付
近に接続されていれば、２つの経路Ｌ１，Ｌ２の行路差
が小さいため、コモンレール５と分岐供給管４との接続
部４ａまたはコモンレール５と供給管６との接続部６ａ
への到達時間の差は小さい。そのため、コモンレール５
端部へ接続した場合と同様の作用・効果が得られるので
ある。なお、十分な減衰効果を得るためには、分岐供給
管４または供給管６とコモンレール５との接続部４ａ，
６ａと、コモンレール５端部との距離が、コモンレール
５の長さに対して１０％以下に収める必要があることが
確認されている。

【００２９】上記各実施例では４気筒エンジン搭載用の
燃料噴射装置として説明したが、気筒数が違うエンジン
においても本発明は利用可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の燃
料噴射装置によれば、コモンレールの内径が分岐供給管
の内径よりも大きく設定されていると共に、コモンレー
ルの長さに対する分岐供給管の長さの比率が０．８〜
１．２となるように設定されているため、コモンレール
と分岐供給管を伝播する２つの圧力波同士は逆位相とな
るため、互いに打ち消し合い、脈動は減衰し噴射弁は燃
料圧力の脈動に影響されない。従って、配管系の構成を
複雑にすることなく、燃料噴射量・噴射率の安定化を図
ることのできるという効果を奏する。

【００３１】一方、供給管を通じてコモンレール内に高
圧燃料を圧送する際にも同様の圧力波が発生するが、請
求項２記載の燃料噴射装置では、コモンレールの内径が
供給管の内径よりも大きく設定されていると共に、コモ
ンレールの長さに対する供給管の長さの比率が０．８〜
１．２となるように設定されているため、上記請求項１
記載のものと同様に、供給管とコモンレールとにおける
２つの圧力波同士が逆位相となって互いに打ち消し合っ
て脈動が減衰し、やはり配管系の構成を複雑にすること
なく、燃料噴射量・噴射率の安定化を図ることのできる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例において本発明の特徴部分に対応する
部分のみを示す概略説明図である。

【図２】 実施例の燃料噴射装置の全体的なシステムを
示す構成図である。

【図３】 作用を説明するためのもので、第１気筒とコ
モンレール５のみを示す概略説明図である。

【図４】 噴射弁２の入口圧力を測定した結果を示し、
（Ａ）はＬｃ＝Ｌｉ＝３５０ｍｍ、（Ｂ）はＬｃ＝３５
０ｍｍ、Ｌｉ＝７００ｍｍの配管条件における測定結果
を示すタイムチャートである。

【図５】 ＬｃとＬｉの比と、脈動幅が半分（１／２）
に減衰するのに要する時間Ｔｓとの関係を示すグラフで
ある。

【図６】ＬｃとＬｉの比と、脈動発生から１０ｍｓｅｃ
後の脈動残存率△Ｐ1／△Ｐ0 との関係を示すグラフで
ある。

【図７】 別実施例を示す概略説明図である。

【図８】 別実施例を示す概略説明図である。

【図９】 従来の燃料噴射装置の概略構成を示す説明図
である。

【符号の説明】

１…エンジン、 ２…噴射弁、 ２ａ…噴
射弁着座部、３…電磁弁、 ４…分岐供給
管、 ４ａ…接続部、５…コモンレール、 ６…供
給管、 ６ａ…接続部、７…チェックバルブ、 ７
ａ…チェックバルブ着座部、８…高圧供給ポンプ、
９…燃料タンク、 １０…低圧供給ポンプ、１６…エン
ジン回転数センサ、 １７…負荷センサ、１８…吐出量
制御装置、 １９…圧力センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 55/02 350 F02M 55/02 310 F02M 47/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料供給ポンプにより供給管を通じてコ
   モンレール内に高圧燃料を圧送し、このコモンレール内
   の高圧燃料を分岐供給管を通じて各気筒に設置された噴
   射弁に分配し、これら噴射弁に圧送された高圧燃料を電
   磁弁の開閉によりエンジンへ噴射するようにした燃料噴
   射装置において、 上記分岐供給管を上記コモンレールの端部に接続すると
   共に、上記コモンレールの内径は上記分岐供給管の内径
   よりも大きく設定されており、 上記コモンレールの長さに対する上記分岐供給管の長さ
   の比率が０．８〜１．２となるように、上記コモンレー
   ル及び分岐供給管の長さを設定したことを特徴とする燃
   料噴射装置。
2. 【請求項２】 燃料供給ポンプにより供給管を通じてコ
   モンレール内に高圧燃料を圧送し、このコモンレール内
   の高圧燃料を分岐供給管を通じて各気筒に設置された噴
   射弁に分配し、これら噴射弁に圧送された高圧燃料を電
   磁弁の開閉によりエンジンへ噴射するようにした燃料噴
   射装置において、 上記供給管を上記コモンレールの端部に接続すると共
   に、上記コモンレールの内径は上記供給管の内径よりも
   大きく設定されており、 上記コモンレールの長さに対する上記供給管の長さの比
   率が０．８〜１．２となるように、上記コモンレール及
   び供給管の長さを設定したことを特徴とする燃料噴射装
   置。