JP4134681B2 - 内燃機関の高圧燃料配管 - Google Patents
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- F02M2200/315—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements for damping fuel pressure fluctuations
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の高圧燃料配管、特に、燃料タンクから供給される燃料を複数の燃料噴射装置に分配するための高圧燃料配管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に記載の燃料配管は、配管本体内部を仕切板にて上下の燃料流路に分割し、両端部において上下の燃料流路を連通させておき、上部から下部の燃料流路に両端から燃料を供給することにより、燃料噴射直後の各燃料噴射装置間での燃圧回復の遅れを均一化し、燃料噴射量のばらつきを低減している。
【０００３】
特許文献２に記載の燃料配管は、配管本体内部を上下の燃料流路に分割し、下部の燃料通路に燃料の導入部を設け、上部の燃料流路に燃料の排出部を設け、排出部にプレッシャーレギュレータを配置し、下部の燃料流路から導入した燃料を上部の燃料流路の排出部及びプレッシャーレギュレータを介して燃料タンクに戻すことにより、燃料噴射直後の各燃料噴射装置間での燃圧回復の遅れを均一化し、燃料噴射量のばらつきを低減している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２９６７６８号公報（第３−４頁、第１図）
【０００５】
【特許文献２】
特開平７−２０８２９８号公報（第２−３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関の高圧燃料配管では、燃圧により内壁が受けるフープ応力は、下式（１）により表される。
σｍａｘ＝ｐ（ｒ2 2＋ｒ1 2）／（ｒ2 2―ｒ1 2）・・・（１）
σｍａｘ：最大フープ応力（燃圧により配管が受ける応力）、ｐ：配管燃圧、ｒ1：配管内径、ｒ2：配管外径
配管燃圧ｐが高い場合、噴射量のばらつきや脈動異音を低減するために配管容積を大きくする必要があるが、内径ｒ1及び外径ｒ2を大きくすると式（１）よりフープ応力が２乗で大きくなる。このため、配管の強度を確保するために配管肉厚を厚くする必要がある。しかし、配管肉厚を厚くすると、高圧燃料配管の重量化、大型化及びコストアップを招く恐れがある。また、高圧燃料配管の大型化により、エンジンレイアウトを満たさない恐れがある。
【０００７】
上記特許文献１に記載の高圧燃料配管では、配管内を単に仕切板で分けているだけで配管内の燃圧は配管壁のみで受ける構造となっているため、配管が受けるフープ応力は配管本体の内径と外径とから決まり、前述のごとく配管肉厚を厚くする必要がある。
【０００８】
一方、上記特許文献２に記載の高圧燃料配管では、配管本体を分割している壁は配管壁と一体で形成されて燃圧を受ける構造となっている。このためフープ応力は各々分割された配管内の内径と外径との関係で作用する。前述のごとく、フープ応力は径の２乗で作用するため、１つの配管の径が小さくなることによって配管全体に作用するフープ応力が小さくなる。しかしながら、両端部付近と中央付近の燃料噴射装置間では、燃料が導入される部分からの距離が異なり、燃料供給の速度が異なるため、配管本体内部の燃圧が高圧になる程、燃料噴射直後の各燃料噴射装置間での燃圧回復の遅れの均一化が困難になり、燃料噴射量の均一化が困難になる。
【０００９】
本発明の目的は、内燃機関の高圧燃料配管において、高燃圧下においても燃料噴射量のばらつきを低減することにある。
【００１０】
また本発明の目的は、高燃圧下において燃料噴射量のばらつきを低減できる内燃機関の高圧燃料配管を簡易に製造し、コストダウンを図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高圧燃料配管は、燃料タンクから供給される燃料を複数の燃料噴射装置に分配するための高圧燃料配管であって、配管本体と、第１及び第２燃料流路と、燃料導入部と、複数の挿入部と、複数の連通部と、リターン管とを備えている。配管本体は、外周壁と、外周壁と一体に形成された仕切壁とを有する。第１及び第２燃料流路は、配管本体の仕切壁により区分けされ、配管本体内部に互いに略平行に形成されている。燃料導入部は、第１燃料流路に連通して形成され、燃料タンクから供給される燃料を導入する。複数の挿入部は、第２燃料流路の燃料流路に連通して形成され、燃料噴射装置を挿入可能である。複数の連通部は、第１及び第２燃料流路を互いに連通する。リターン管は、第１燃料流路に連通して形成され、前記配管本体内の燃料を前記燃料タンクに戻す。
【００１２】
この高圧燃料配管では、燃料タンクからの高圧燃料が燃料導入部から導入され、複数の連通部を介して第１及び第２燃料流路内に燃料が供給される。これにより、配管本体内に燃料が満たされ、燃圧が調節されて燃料が燃料噴射装置から噴射される。また、高燃圧下において燃料噴射直後にも、複数の連通部を介して挿入部に速やかに燃料が供給され、各燃料噴射装置間の燃圧を速やかに回復する。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、高燃圧下の高圧燃料配管において、燃料噴射直後に複数の連通部より各燃料噴射装置に速やかに燃料が供給されるため、燃料噴射装置間での燃圧回復の遅れを均一化でき、燃料噴射量のばらつきを低減できる。
【００１４】
また本発明によれば、高燃圧下の高圧燃料配管において、複数の燃料流路によりフープ応力を分散するため必要な配管強度を低減でき、配管肉厚を薄くできる。これにより、高圧燃料配管の軽量化、小型化及びコストダウンを図れる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（１）第１実施形態
（１−１）構成
〔燃料供給システム〕
図１は、本発明に係る内燃機関の高圧配管が適用される燃料供給システムのブロック図である。この燃料供給システムは、内燃機関の高圧配管としてのコモンレール１０００と、燃料噴射装置２と、燃料タンク１０とを主に備えている。
【００１６】
コモンレール１０００は、配管本体１００と、仕切壁１１１と、第１燃料流路１０１と、第２燃料流路１０２と、燃料導入部１０３と、挿入部１０４ａ〜ｄと、連通部１０５ａ〜ｄとを有している。第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２は、仕切壁１１１により配管本体１００内部を上下に分割して形成されており、互いに略平行に配置される中空空間として形成されている。燃料導入部１０３は、第１燃料流路１０１の一端部に設けられ、高圧供給管３に接続されている。ここでは、燃料導入部１０３は、第１燃料流路１０１の左端部に形成しているが、エンジンレイアウトに応じて適宜変更しても良い。例えば、燃料導入部１０３は、第１燃料流路１０１の右端部に形成しても良いし、第２燃料流路１０２のいずれかの端部に形成しても良いし、第１燃料流路１０１又は第２燃料流路１０２の途中に形成しても良い。挿入部１０４ａ〜ｄは、各気筒に対応する燃料噴射装置２ａ〜ｄを挿入する開口を有する。連通部１０５ａ〜ｄは、第１燃料流路１０１と第２燃料流路１０２とを互いに連通させる。ここでは、連通部１０５ａ〜ｄの数は、挿入部１０４ａ〜ｄの数と同数としているが、挿入部１０４ａ〜ｄの数よりも少なくしても良い。また、第１燃料流路１０１には、配管本体１００内部の燃圧を検出するための燃圧センサ５が設けられている。
【００１７】
燃料噴射装置２ａ〜２ｄは、それぞれ挿入部１０４ａ〜ｄに挿入されており、入力側が燃料流路１０２側に配置され、出力側が各気筒のシリンダに挿入されており、配管本体１００内部の燃料を各気筒のシリンダに噴射する。
【００１８】
燃料タンク１０は燃料を蓄積しており、蓄積されている燃料は低圧ポンプ９によりプレッシャーレギュレータ１１に送られる。プレッシャーレギュレータ１１は、低圧供給管７を介して高圧ポンプ６に接続されており、低圧ポンプ９から送られた燃料の圧力を調節して高圧ポンプ６に送る。また、プレッシャーレギュレータ１１には低圧リターン管１２が接続されており、プレッシャーレギュレータ１１は低圧リターン管１２を介して余分な燃料を燃料タンク１０に戻すことにより、燃圧を調節した燃料を低圧ポンプ６に送出する。高圧ポンプ６は、高圧供給管３、燃料導入部１０３を介して第１燃料流路１０１に接続されており、プレッシャーレギュレータ１１から送られる燃料を昇圧し、第１燃料流路１０１に送る。
【００１９】
また、第１燃料流路１０１には、リリーフバルブ４が設けられており、リリーフバルブ４はリターン管８を介して燃料タンク１０に接続されている。リリーフバルブ４は、燃圧センサ５の検出値が所定値以上になった場合に開放され、配管本体１００内の燃料を燃料タンク１０に戻すことにより、配管本体１００内の燃圧が所定値を超えないようにしている。ここでは、リリーフバルブ４は、第１燃料流路１０１の上部に設けられているが、エンジンレイアウトに応じて適宜変更しても良い。例えば、リリーフバルブ４は、第１燃料流路１０１又は第２燃料流路１０２のいずれかの端部に配置しても良いし、第１燃料流路１０１又は第２燃料流路１０２の途中に配置しても良い。
【００２０】
〔コモンレール〕
図２はコモンレール１０００の斜視図であり、図３はコモンレール１０００のＩＩＩ−ＩＩＩ’における断面図である。図２及び図３において、図１と同一符号は同一の構成を示すものとする。
【００２１】
このコモンレール１０００はアルミダイキャスト工法を使用して製造される。具体的には、左右から挿入される中子及び上下方向から挿入される中子を用いて、第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２、挿入部１０４ａ〜ｄ、連通部１０５ａ〜ｄ、燃料排出部１０６の開口部及びセンサ取付部１０７の開口部を形成する。
【００２２】
仕切壁１１１は、鋳造の際に中子により第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２を形成した場合に、配管本体１００の外周壁１１２と一体に形成される。第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２は、配管本体１００内部に仕切壁１１１により区分けされ、互いに略平行に形成されている。第１燃料流路１０１の左端部は長手方向に向かって開口する開口部１０３を有しており、この開口部１０３が燃料導入部１０３を構成する。また第１燃料流路１０１の右端部側には、上方に延びて一体に形成された燃料排出部１０６が設けられている。燃料排出部１０６は開口部を有しており、この開口部は第１燃料流路１０１に連通かつ上方に開口している。この開口部にリリーフバルブ４が取り付けられる。第１燃料流路１０１の左端部側には、上方に延びて一体に形成されたセンサ取付部１０７が設けられている。センサ取付部１０７は開口部を有しており、この開口部は第１燃料流路１０１と連通かつ上方に開口している。この開口部に燃圧センサ５が取り付けられる。また、第２燃料流路１０２は、右端部において長手方向に向かって開口する開口部１０８を有しており、この開口部１０８には栓１０９が嵌合されて閉鎖されている。第２燃料流路１０２には、下方に延びて一体に形成された挿入部１０４ａ〜ｄが設けられている。挿入部１０４ａ〜ｄは開口部を有しており、これらの開口部は第２燃料流路１０２に連通かつ下方に開口している。これらの開口部には、燃料噴射装置２ａ〜ｄが挿入される。
【００２３】
連通部１０５ａ〜ｄは、第１燃料流路１０１と第２燃料流路１０２とを連通している。また連通部１０５ａ〜ｄは、挿入部１０４ａ〜ｄに対応する位置に配置されており、挿入部１０４ａ〜ｄの挿入方向（図２及び図３の矢印方向）から見ると、連通部１０５ａ〜ｄの開口は、挿入部１０４ａ〜ｄの開口範囲内に含まれる。
【００２４】
図４は、図２及び図３の矢印方向から見た挿入部１０４ａと連通部１０５ａとの関係を説明する図である。ここでは、一例として挿入部１０４ａ及び連通部１０５ａの関係を示している。他の挿入部１０４ｂ〜ｄ及び連通部１０５ｂ〜ｄの関係も同様である。同図（ａ）は、挿入部１０４ａ及び連通部１０５ａの開口の軸が同軸であり、連通部１０５ａの開口が挿入部１０４ａよりも小さい場合である。同図（ｂ）は、挿入部１０４ａ及び連通部１０５ａの開口の軸が同軸でなく、連通部１０５ａの開口が挿入部１０４ａの開口よりも小さい場合である。同図（ｃ）は、挿入部１０４ａの開口と連通部１０５ａの開口とが同軸かつ同径の場合である。連通部１０５ａ〜ｄの開口は、同図（ａ）〜（ｃ）のいずれかの大きさ又は位置関係に形成する。
【００２５】
このように連通部１０５ａ〜ｄの開口を挿入部１０４ａ〜ｄの開口範囲に含まれるように形成するので、コモンレール１０００をアルミダイキャスト工法により製造する場合、共通の中子を用いて、互いに対応する連通部１０５ａ〜ｄと挿入部１０４ａ〜ｄとを同時に形成する。連通部１０５ａ〜ｄ及び挿入部１０４ａ〜ｄの開口が同軸かつ同径の場合には、中子の形成が簡易である。また、鋳造工程の後、切削ドリルにより挿入部１０４ａ〜ｄを開口した後、その開口部を介して切削ドリルにより連通部１０５ａ〜ｄを開口しても良い。連通部１０５ａ〜ｄ及び挿入部１０４ａ〜ｄの開口が同軸かつ同径の場合には、一度の開口作業で連通部１０５ａ〜ｄ及び挿入部１０４ａ〜ｄの開口を同時に形成できる。
【００２６】
また、配管本体１００の側面には上下方向に延びる本体取付部１１０ａ〜ｄが設けられており、本体取付部１１０ａ〜ｄは上下方向に貫通する貫通孔を有している。コモンレール１０００の取付の際には、本体取付部１１０ａ〜ｄの貫通孔にボルトを貫通させ、ボルトをシリンダブロックに締め付けて、配管本体１００を固定する。このとき、挿入部１０４ａ〜ｄに挿入された燃料噴射装置２ａ〜ｄは上方の配管本体１００と下方のシリンダとにより、上下から挟まれて固定される。
【００２７】
（１−２）作用
本実施形態に係るコモンレール１０００では、燃料タンク１０からの燃料が燃料導入部１０３から導入され、連通部１０５ａ〜ｄを介して、第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２内に満たされる。そして、第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２に燃料が蓄積されて燃圧センサ５が所望の値になると、燃料噴射装置２ａ〜ｄから各気筒のシリンダに燃料を噴射する。また、燃料噴射直後には、燃料噴射装置２ａ〜ｄの真上に位置する連通部１０５ａ〜ｄを介して、燃料噴射装置２ａ〜ｄに速やかに燃料が供給される。
【００２８】
また、燃圧が所定値を超えると、リリーフバルブ４を開放し、配管本体１００内の燃料を燃料タンク１０に戻し、配管本体１００内の燃圧が所定値以上になるのを防止する。
【００２９】
また、第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２の２本の燃料流路を設けて、配管本体１００内壁に加わるフープ応力を分散させる。従来のように燃料流路を１本で同容積を確保し、配管の強度を確保するには５．５ｍｍの配管肉厚が必要となるが、本実施形態では、２本の燃料流路によりフープ応力を分散することで必要な強度を低減させ、配管肉厚を４ｍｍにした。これにより、コモンレール１０００の軽量化、小型化及びコストダウンを実現する。
【００３０】
（１−３）効果
本実施形態に係るコモンレール１０００によれば、燃料噴射により挿入部１０４ａ〜ｄ付近の燃圧が低下したとしても、挿入部１０４ａ〜ｄの開口範囲内にある連通部１０５ａ〜ｄを介して、挿入部１０４ａ〜ｄに速やかに燃料が供給される。これにより、燃料噴射直後における各燃料噴射装置２ａ〜ｄ間での燃圧回復の遅れを均一化でき、燃料噴射量のばらつきを低減できる。
【００３１】
また第１燃料流路１０１に高圧供給管３とリターン管８とを連通させているので、燃料噴射により生じる脈動を第２燃料流路１０２内と仕切壁１１１とで低減し、第１燃料流路を介して高圧供給管３やリターン管８へ伝搬される脈動を小さくすることができる。
【００３２】
また、本実施形態に係るコモンレール１０００によれば、複数の連通部１０５ａ〜ｄにより燃料噴射装置２ａ〜ｄ間での燃料噴射量のばらつきを低減できるので、燃料リターンシステムを構成するためにプレッシャーレギュレータなどを別途設ける必要がなく、部品点数を低減し、コストダウンを図ることができる。
【００３３】
また、本実施形態に係るコモンレール１０００によれば、複数の燃料流路（第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２）によりフープ応力を分散するため必要な配管強度を低減でき、配管肉厚を薄くできる。これにより、コモンレール１０００の軽量化、小型化及びコストダウンを図れる。また、コモンレール１０００の小型化により、エンジンレイアウト条件の影響を受け難くなり、脈動異音の低減のために十分な容積を確保できるようになる。この結果、脈動異音対策のために防音プロテクタを別途用意する必要がなくなり、部品点数の低減、コストダウンを図ることができる。また、アルミダイキャスト工法によりコモンレール１０００を製造する場合、配管本体１００の肉厚が厚いと、引け巣や密度のばらつきが発生する恐れがあるが、本実施形態のコモンレール１０００によれば、配管本体１００の肉厚を薄くでき、引け巣や密度のばらつきを防止できる。
【００３４】
また、本実施形態に係るコモンレール１０００によれば、仕切壁１１１を外周壁１１２と一体に形成するので、部品点数を低減でき、製造工程を簡略化し、コストダウンを図ることができる。
【００３５】
また、本実施形態に係るコモンレール１０００では、連通部１０５ａ〜ｄの開口を挿入部１０４ａ〜ｄの開口範囲に含まれるように形成するので、共通の中子を用いて、互いに対応する連通部１０５ａ〜ｄと挿入部１０４ａ〜ｄとを同時に鋳造することができる。または、鋳造工程の後、切削ドリルにより挿入部１０４ａ〜ｄ及び連通部１０５ａ〜ｄを開口することにより、連通部１０５ａ〜ｄ及び挿入部１０４ａ〜ｄを簡易に形成することができる。これにより、製造工程を簡略化し、コストダウンを図ることができる。
（２）第２実施形態
（２−１）構成
図５は第２実施形態に係るコモンレール２０００の斜視図であり、図６はそのＶＩ−ＶＩ’における断面図である。本実施形態では、各連通部２０５ａ〜ｄは、各挿入部２０４ａ〜ｄに対応する位置ではなく、各挿入部２０４ａ〜ｄからずれた位置に形成する。
【００３６】
（２−２）作用効果
本実施形態に係るコモンレール２０００では、挿入部２０４ａ〜ｄの真上には連通部２０５ａ〜ｄが配置されていないので、燃料噴射直後に挿入部２０４ａ〜ｄ付近に生じる圧力脈動を仕切壁２１１に乱反射させ低減することができる。これにより、圧力脈動が連通部２０５ａ〜ｄを介して高圧供給管３やリターン管８に伝達され、異音が発生するのを防止する。
（３）第３実施形態
（３−１）構成
図７は第３実施形態に係るコモンレール３０００の斜視図であり、図８はそのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ’における断面図である。本実施形態では、第１燃料流路３０１から上方に連通する燃料排出部１０６，２０６を形成せず、また第２燃料流路３０２の右端部に開口部１０８，２０８を形成せず、第２燃料流路３０２の左端部に開口部３０８を形成する。そして、開口部３０３を燃料導入部３０３とし、開口部３０８を燃料排出部３０８とし、燃料導入部３０３に高圧供給管３を接続し、燃料排出部３０８にリリーフバルブ４を配置する。これとは逆に、開口部３０３を燃料排出部３０３とし、開口部３０８を燃料導入部３０８とし、燃料排出部３０３にリリーフバルブ４を配置し、燃料導入部３０８に高圧供給管３を接続しても良い。
【００３７】
（３−２）作用効果
本実施形態に係るコモンレール３０００によれば、第１燃料流路３０１及び第２燃料流路３０２を形成すると同時に、燃料導入部３０３及び燃料排出部３０８を形成することができる。また、燃料導入部１０６，２０６を別途形成する必要がない。これにより、製造工程が簡略化され、コストダウンを図ることができる。
（４）第４実施形態
（４−１）構成
図９は第４実施形態に係るコモンレール４０００の斜視図であり、図１０はそのＸ−Ｘ’における断面図である。本実施形態では、連通部４０５ａ〜ｃの数を挿入部４０４ａ〜ｄの数よりも少なくする。ここでは、各連通部４０５ａ〜ｃは、配管本体４００の長手方向に沿って各挿入部４０４ａ〜ｄのほぼ中間に配置している。
【００３８】
（４−２）作用効果
本実施形態に係るコモンレール４０００では、連通部４０５ａ〜ｃの数は挿入部４０４ａ〜ｄの数よりも少ないが、この場合でも、従来の様に両端部からのみ燃料を供給する場合に比較すれば、挿入部４０４ａ〜ｄの近傍に配置された複数の連通部４０５ａ〜ｃによって燃料噴射装置２ａ〜ｄの燃圧回復のばらつきを低減でき、燃料噴射量の均一化を図ることができる。
（５）他の実施形態
上記実施形態では燃料流路を２つ設けたが、燃料流路を３つ以上設け、燃料導入部を何れかの燃料流路に連通させて形成し、複数の挿入部を何れかの燃料流路に連通させて形成し、互いに隣接する燃料流路を複数の連通部により連通するようにしても良い。この場合、コモンレール内壁に加わるフープ応力をさらに分散させ、配管肉厚を薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の内燃機関の高圧配管が適用される燃料供給システム。
【図２】 第１実施形態に係るコモンレールの斜視図。
【図３】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ’における断面図。
【図４】 連通部及び挿入部の関係を説明する図。
【図５】 第２実施形態に係るコモンレールの斜視図。
【図６】 図５のＶＩ―ＶＩ’における断面図。
【図７】 第３実施形態に係るコモンレールの斜視図。
【図８】 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ’における断面図。
【図９】 第４実施形態に係るコモンレールの斜視図。
【図１０】 図９のＸ−Ｘ’における断面図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の高圧燃料配管、特に、燃料タンクから供給される燃料を複数の燃料噴射装置に分配するための高圧燃料配管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に記載の燃料配管は、配管本体内部を仕切板にて上下の燃料流路に分割し、両端部において上下の燃料流路を連通させておき、上部から下部の燃料流路に両端から燃料を供給することにより、燃料噴射直後の各燃料噴射装置間での燃圧回復の遅れを均一化し、燃料噴射量のばらつきを低減している。
【０００３】
特許文献２に記載の燃料配管は、配管本体内部を上下の燃料流路に分割し、下部の燃料通路に燃料の導入部を設け、上部の燃料流路に燃料の排出部を設け、排出部にプレッシャーレギュレータを配置し、下部の燃料流路から導入した燃料を上部の燃料流路の排出部及びプレッシャーレギュレータを介して燃料タンクに戻すことにより、燃料噴射直後の各燃料噴射装置間での燃圧回復の遅れを均一化し、燃料噴射量のばらつきを低減している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２９６７６８号公報（第３−４頁、第１図）
【０００５】
【特許文献２】
特開平７−２０８２９８号公報（第２−３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関の高圧燃料配管では、燃圧により内壁が受けるフープ応力は、下式（１）により表される。
σｍａｘ＝ｐ（ｒ2 2＋ｒ1 2）／（ｒ2 2―ｒ1 2）・・・（１）
σｍａｘ：最大フープ応力（燃圧により配管が受ける応力）、ｐ：配管燃圧、ｒ1：配管内径、ｒ2：配管外径
配管燃圧ｐが高い場合、噴射量のばらつきや脈動異音を低減するために配管容積を大きくする必要があるが、内径ｒ1及び外径ｒ2を大きくすると式（１）よりフープ応力が２乗で大きくなる。このため、配管の強度を確保するために配管肉厚を厚くする必要がある。しかし、配管肉厚を厚くすると、高圧燃料配管の重量化、大型化及びコストアップを招く恐れがある。また、高圧燃料配管の大型化により、エンジンレイアウトを満たさない恐れがある。
【０００７】
上記特許文献１に記載の高圧燃料配管では、配管内を単に仕切板で分けているだけで配管内の燃圧は配管壁のみで受ける構造となっているため、配管が受けるフープ応力は配管本体の内径と外径とから決まり、前述のごとく配管肉厚を厚くする必要がある。
【０００８】
一方、上記特許文献２に記載の高圧燃料配管では、配管本体を分割している壁は配管壁と一体で形成されて燃圧を受ける構造となっている。このためフープ応力は各々分割された配管内の内径と外径との関係で作用する。前述のごとく、フープ応力は径の２乗で作用するため、１つの配管の径が小さくなることによって配管全体に作用するフープ応力が小さくなる。しかしながら、両端部付近と中央付近の燃料噴射装置間では、燃料が導入される部分からの距離が異なり、燃料供給の速度が異なるため、配管本体内部の燃圧が高圧になる程、燃料噴射直後の各燃料噴射装置間での燃圧回復の遅れの均一化が困難になり、燃料噴射量の均一化が困難になる。
【０００９】
本発明の目的は、内燃機関の高圧燃料配管において、高燃圧下においても燃料噴射量のばらつきを低減することにある。
【００１０】
また本発明の目的は、高燃圧下において燃料噴射量のばらつきを低減できる内燃機関の高圧燃料配管を簡易に製造し、コストダウンを図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高圧燃料配管は、燃料タンクから供給される燃料を複数の燃料噴射装置に分配するための高圧燃料配管であって、配管本体と、第１及び第２燃料流路と、燃料導入部と、複数の挿入部と、複数の連通部と、リターン管とを備えている。配管本体は、外周壁と、外周壁と一体に形成された仕切壁とを有する。第１及び第２燃料流路は、配管本体の仕切壁により区分けされ、配管本体内部に互いに略平行に形成されている。燃料導入部は、第１燃料流路に連通して形成され、燃料タンクから供給される燃料を導入する。複数の挿入部は、第２燃料流路の燃料流路に連通して形成され、燃料噴射装置を挿入可能である。複数の連通部は、第１及び第２燃料流路を互いに連通する。リターン管は、第１燃料流路に連通して形成され、前記配管本体内の燃料を前記燃料タンクに戻す。
【００１２】
この高圧燃料配管では、燃料タンクからの高圧燃料が燃料導入部から導入され、複数の連通部を介して第１及び第２燃料流路内に燃料が供給される。これにより、配管本体内に燃料が満たされ、燃圧が調節されて燃料が燃料噴射装置から噴射される。また、高燃圧下において燃料噴射直後にも、複数の連通部を介して挿入部に速やかに燃料が供給され、各燃料噴射装置間の燃圧を速やかに回復する。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、高燃圧下の高圧燃料配管において、燃料噴射直後に複数の連通部より各燃料噴射装置に速やかに燃料が供給されるため、燃料噴射装置間での燃圧回復の遅れを均一化でき、燃料噴射量のばらつきを低減できる。
【００１４】
また本発明によれば、高燃圧下の高圧燃料配管において、複数の燃料流路によりフープ応力を分散するため必要な配管強度を低減でき、配管肉厚を薄くできる。これにより、高圧燃料配管の軽量化、小型化及びコストダウンを図れる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（１）第１実施形態
（１−１）構成
〔燃料供給システム〕
図１は、本発明に係る内燃機関の高圧配管が適用される燃料供給システムのブロック図である。この燃料供給システムは、内燃機関の高圧配管としてのコモンレール１０００と、燃料噴射装置２と、燃料タンク１０とを主に備えている。
【００１６】
コモンレール１０００は、配管本体１００と、仕切壁１１１と、第１燃料流路１０１と、第２燃料流路１０２と、燃料導入部１０３と、挿入部１０４ａ〜ｄと、連通部１０５ａ〜ｄとを有している。第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２は、仕切壁１１１により配管本体１００内部を上下に分割して形成されており、互いに略平行に配置される中空空間として形成されている。燃料導入部１０３は、第１燃料流路１０１の一端部に設けられ、高圧供給管３に接続されている。ここでは、燃料導入部１０３は、第１燃料流路１０１の左端部に形成しているが、エンジンレイアウトに応じて適宜変更しても良い。例えば、燃料導入部１０３は、第１燃料流路１０１の右端部に形成しても良いし、第２燃料流路１０２のいずれかの端部に形成しても良いし、第１燃料流路１０１又は第２燃料流路１０２の途中に形成しても良い。挿入部１０４ａ〜ｄは、各気筒に対応する燃料噴射装置２ａ〜ｄを挿入する開口を有する。連通部１０５ａ〜ｄは、第１燃料流路１０１と第２燃料流路１０２とを互いに連通させる。ここでは、連通部１０５ａ〜ｄの数は、挿入部１０４ａ〜ｄの数と同数としているが、挿入部１０４ａ〜ｄの数よりも少なくしても良い。また、第１燃料流路１０１には、配管本体１００内部の燃圧を検出するための燃圧センサ５が設けられている。
【００１７】
燃料噴射装置２ａ〜２ｄは、それぞれ挿入部１０４ａ〜ｄに挿入されており、入力側が燃料流路１０２側に配置され、出力側が各気筒のシリンダに挿入されており、配管本体１００内部の燃料を各気筒のシリンダに噴射する。
【００１８】
燃料タンク１０は燃料を蓄積しており、蓄積されている燃料は低圧ポンプ９によりプレッシャーレギュレータ１１に送られる。プレッシャーレギュレータ１１は、低圧供給管７を介して高圧ポンプ６に接続されており、低圧ポンプ９から送られた燃料の圧力を調節して高圧ポンプ６に送る。また、プレッシャーレギュレータ１１には低圧リターン管１２が接続されており、プレッシャーレギュレータ１１は低圧リターン管１２を介して余分な燃料を燃料タンク１０に戻すことにより、燃圧を調節した燃料を低圧ポンプ６に送出する。高圧ポンプ６は、高圧供給管３、燃料導入部１０３を介して第１燃料流路１０１に接続されており、プレッシャーレギュレータ１１から送られる燃料を昇圧し、第１燃料流路１０１に送る。
【００１９】
また、第１燃料流路１０１には、リリーフバルブ４が設けられており、リリーフバルブ４はリターン管８を介して燃料タンク１０に接続されている。リリーフバルブ４は、燃圧センサ５の検出値が所定値以上になった場合に開放され、配管本体１００内の燃料を燃料タンク１０に戻すことにより、配管本体１００内の燃圧が所定値を超えないようにしている。ここでは、リリーフバルブ４は、第１燃料流路１０１の上部に設けられているが、エンジンレイアウトに応じて適宜変更しても良い。例えば、リリーフバルブ４は、第１燃料流路１０１又は第２燃料流路１０２のいずれかの端部に配置しても良いし、第１燃料流路１０１又は第２燃料流路１０２の途中に配置しても良い。
【００２０】
〔コモンレール〕
図２はコモンレール１０００の斜視図であり、図３はコモンレール１０００のＩＩＩ−ＩＩＩ’における断面図である。図２及び図３において、図１と同一符号は同一の構成を示すものとする。
【００２１】
このコモンレール１０００はアルミダイキャスト工法を使用して製造される。具体的には、左右から挿入される中子及び上下方向から挿入される中子を用いて、第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２、挿入部１０４ａ〜ｄ、連通部１０５ａ〜ｄ、燃料排出部１０６の開口部及びセンサ取付部１０７の開口部を形成する。
【００２２】
仕切壁１１１は、鋳造の際に中子により第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２を形成した場合に、配管本体１００の外周壁１１２と一体に形成される。第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２は、配管本体１００内部に仕切壁１１１により区分けされ、互いに略平行に形成されている。第１燃料流路１０１の左端部は長手方向に向かって開口する開口部１０３を有しており、この開口部１０３が燃料導入部１０３を構成する。また第１燃料流路１０１の右端部側には、上方に延びて一体に形成された燃料排出部１０６が設けられている。燃料排出部１０６は開口部を有しており、この開口部は第１燃料流路１０１に連通かつ上方に開口している。この開口部にリリーフバルブ４が取り付けられる。第１燃料流路１０１の左端部側には、上方に延びて一体に形成されたセンサ取付部１０７が設けられている。センサ取付部１０７は開口部を有しており、この開口部は第１燃料流路１０１と連通かつ上方に開口している。この開口部に燃圧センサ５が取り付けられる。また、第２燃料流路１０２は、右端部において長手方向に向かって開口する開口部１０８を有しており、この開口部１０８には栓１０９が嵌合されて閉鎖されている。第２燃料流路１０２には、下方に延びて一体に形成された挿入部１０４ａ〜ｄが設けられている。挿入部１０４ａ〜ｄは開口部を有しており、これらの開口部は第２燃料流路１０２に連通かつ下方に開口している。これらの開口部には、燃料噴射装置２ａ〜ｄが挿入される。
【００２３】
連通部１０５ａ〜ｄは、第１燃料流路１０１と第２燃料流路１０２とを連通している。また連通部１０５ａ〜ｄは、挿入部１０４ａ〜ｄに対応する位置に配置されており、挿入部１０４ａ〜ｄの挿入方向（図２及び図３の矢印方向）から見ると、連通部１０５ａ〜ｄの開口は、挿入部１０４ａ〜ｄの開口範囲内に含まれる。
【００２４】
図４は、図２及び図３の矢印方向から見た挿入部１０４ａと連通部１０５ａとの関係を説明する図である。ここでは、一例として挿入部１０４ａ及び連通部１０５ａの関係を示している。他の挿入部１０４ｂ〜ｄ及び連通部１０５ｂ〜ｄの関係も同様である。同図（ａ）は、挿入部１０４ａ及び連通部１０５ａの開口の軸が同軸であり、連通部１０５ａの開口が挿入部１０４ａよりも小さい場合である。同図（ｂ）は、挿入部１０４ａ及び連通部１０５ａの開口の軸が同軸でなく、連通部１０５ａの開口が挿入部１０４ａの開口よりも小さい場合である。同図（ｃ）は、挿入部１０４ａの開口と連通部１０５ａの開口とが同軸かつ同径の場合である。連通部１０５ａ〜ｄの開口は、同図（ａ）〜（ｃ）のいずれかの大きさ又は位置関係に形成する。
【００２５】
このように連通部１０５ａ〜ｄの開口を挿入部１０４ａ〜ｄの開口範囲に含まれるように形成するので、コモンレール１０００をアルミダイキャスト工法により製造する場合、共通の中子を用いて、互いに対応する連通部１０５ａ〜ｄと挿入部１０４ａ〜ｄとを同時に形成する。連通部１０５ａ〜ｄ及び挿入部１０４ａ〜ｄの開口が同軸かつ同径の場合には、中子の形成が簡易である。また、鋳造工程の後、切削ドリルにより挿入部１０４ａ〜ｄを開口した後、その開口部を介して切削ドリルにより連通部１０５ａ〜ｄを開口しても良い。連通部１０５ａ〜ｄ及び挿入部１０４ａ〜ｄの開口が同軸かつ同径の場合には、一度の開口作業で連通部１０５ａ〜ｄ及び挿入部１０４ａ〜ｄの開口を同時に形成できる。
【００２６】
また、配管本体１００の側面には上下方向に延びる本体取付部１１０ａ〜ｄが設けられており、本体取付部１１０ａ〜ｄは上下方向に貫通する貫通孔を有している。コモンレール１０００の取付の際には、本体取付部１１０ａ〜ｄの貫通孔にボルトを貫通させ、ボルトをシリンダブロックに締め付けて、配管本体１００を固定する。このとき、挿入部１０４ａ〜ｄに挿入された燃料噴射装置２ａ〜ｄは上方の配管本体１００と下方のシリンダとにより、上下から挟まれて固定される。
【００２７】
（１−２）作用
本実施形態に係るコモンレール１０００では、燃料タンク１０からの燃料が燃料導入部１０３から導入され、連通部１０５ａ〜ｄを介して、第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２内に満たされる。そして、第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２に燃料が蓄積されて燃圧センサ５が所望の値になると、燃料噴射装置２ａ〜ｄから各気筒のシリンダに燃料を噴射する。また、燃料噴射直後には、燃料噴射装置２ａ〜ｄの真上に位置する連通部１０５ａ〜ｄを介して、燃料噴射装置２ａ〜ｄに速やかに燃料が供給される。
【００２８】
また、燃圧が所定値を超えると、リリーフバルブ４を開放し、配管本体１００内の燃料を燃料タンク１０に戻し、配管本体１００内の燃圧が所定値以上になるのを防止する。
【００２９】
また、第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２の２本の燃料流路を設けて、配管本体１００内壁に加わるフープ応力を分散させる。従来のように燃料流路を１本で同容積を確保し、配管の強度を確保するには５．５ｍｍの配管肉厚が必要となるが、本実施形態では、２本の燃料流路によりフープ応力を分散することで必要な強度を低減させ、配管肉厚を４ｍｍにした。これにより、コモンレール１０００の軽量化、小型化及びコストダウンを実現する。
【００３０】
（１−３）効果
本実施形態に係るコモンレール１０００によれば、燃料噴射により挿入部１０４ａ〜ｄ付近の燃圧が低下したとしても、挿入部１０４ａ〜ｄの開口範囲内にある連通部１０５ａ〜ｄを介して、挿入部１０４ａ〜ｄに速やかに燃料が供給される。これにより、燃料噴射直後における各燃料噴射装置２ａ〜ｄ間での燃圧回復の遅れを均一化でき、燃料噴射量のばらつきを低減できる。
【００３１】
また第１燃料流路１０１に高圧供給管３とリターン管８とを連通させているので、燃料噴射により生じる脈動を第２燃料流路１０２内と仕切壁１１１とで低減し、第１燃料流路を介して高圧供給管３やリターン管８へ伝搬される脈動を小さくすることができる。
【００３２】
また、本実施形態に係るコモンレール１０００によれば、複数の連通部１０５ａ〜ｄにより燃料噴射装置２ａ〜ｄ間での燃料噴射量のばらつきを低減できるので、燃料リターンシステムを構成するためにプレッシャーレギュレータなどを別途設ける必要がなく、部品点数を低減し、コストダウンを図ることができる。
【００３３】
また、本実施形態に係るコモンレール１０００によれば、複数の燃料流路（第１燃料流路１０１及び第２燃料流路１０２）によりフープ応力を分散するため必要な配管強度を低減でき、配管肉厚を薄くできる。これにより、コモンレール１０００の軽量化、小型化及びコストダウンを図れる。また、コモンレール１０００の小型化により、エンジンレイアウト条件の影響を受け難くなり、脈動異音の低減のために十分な容積を確保できるようになる。この結果、脈動異音対策のために防音プロテクタを別途用意する必要がなくなり、部品点数の低減、コストダウンを図ることができる。また、アルミダイキャスト工法によりコモンレール１０００を製造する場合、配管本体１００の肉厚が厚いと、引け巣や密度のばらつきが発生する恐れがあるが、本実施形態のコモンレール１０００によれば、配管本体１００の肉厚を薄くでき、引け巣や密度のばらつきを防止できる。
【００３４】
また、本実施形態に係るコモンレール１０００によれば、仕切壁１１１を外周壁１１２と一体に形成するので、部品点数を低減でき、製造工程を簡略化し、コストダウンを図ることができる。
【００３５】
また、本実施形態に係るコモンレール１０００では、連通部１０５ａ〜ｄの開口を挿入部１０４ａ〜ｄの開口範囲に含まれるように形成するので、共通の中子を用いて、互いに対応する連通部１０５ａ〜ｄと挿入部１０４ａ〜ｄとを同時に鋳造することができる。または、鋳造工程の後、切削ドリルにより挿入部１０４ａ〜ｄ及び連通部１０５ａ〜ｄを開口することにより、連通部１０５ａ〜ｄ及び挿入部１０４ａ〜ｄを簡易に形成することができる。これにより、製造工程を簡略化し、コストダウンを図ることができる。
（２）第２実施形態
（２−１）構成
図５は第２実施形態に係るコモンレール２０００の斜視図であり、図６はそのＶＩ−ＶＩ’における断面図である。本実施形態では、各連通部２０５ａ〜ｄは、各挿入部２０４ａ〜ｄに対応する位置ではなく、各挿入部２０４ａ〜ｄからずれた位置に形成する。
【００３６】
（２−２）作用効果
本実施形態に係るコモンレール２０００では、挿入部２０４ａ〜ｄの真上には連通部２０５ａ〜ｄが配置されていないので、燃料噴射直後に挿入部２０４ａ〜ｄ付近に生じる圧力脈動を仕切壁２１１に乱反射させ低減することができる。これにより、圧力脈動が連通部２０５ａ〜ｄを介して高圧供給管３やリターン管８に伝達され、異音が発生するのを防止する。
（３）第３実施形態
（３−１）構成
図７は第３実施形態に係るコモンレール３０００の斜視図であり、図８はそのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ’における断面図である。本実施形態では、第１燃料流路３０１から上方に連通する燃料排出部１０６，２０６を形成せず、また第２燃料流路３０２の右端部に開口部１０８，２０８を形成せず、第２燃料流路３０２の左端部に開口部３０８を形成する。そして、開口部３０３を燃料導入部３０３とし、開口部３０８を燃料排出部３０８とし、燃料導入部３０３に高圧供給管３を接続し、燃料排出部３０８にリリーフバルブ４を配置する。これとは逆に、開口部３０３を燃料排出部３０３とし、開口部３０８を燃料導入部３０８とし、燃料排出部３０３にリリーフバルブ４を配置し、燃料導入部３０８に高圧供給管３を接続しても良い。
【００３７】
（３−２）作用効果
本実施形態に係るコモンレール３０００によれば、第１燃料流路３０１及び第２燃料流路３０２を形成すると同時に、燃料導入部３０３及び燃料排出部３０８を形成することができる。また、燃料導入部１０６，２０６を別途形成する必要がない。これにより、製造工程が簡略化され、コストダウンを図ることができる。
（４）第４実施形態
（４−１）構成
図９は第４実施形態に係るコモンレール４０００の斜視図であり、図１０はそのＸ−Ｘ’における断面図である。本実施形態では、連通部４０５ａ〜ｃの数を挿入部４０４ａ〜ｄの数よりも少なくする。ここでは、各連通部４０５ａ〜ｃは、配管本体４００の長手方向に沿って各挿入部４０４ａ〜ｄのほぼ中間に配置している。
【００３８】
（４−２）作用効果
本実施形態に係るコモンレール４０００では、連通部４０５ａ〜ｃの数は挿入部４０４ａ〜ｄの数よりも少ないが、この場合でも、従来の様に両端部からのみ燃料を供給する場合に比較すれば、挿入部４０４ａ〜ｄの近傍に配置された複数の連通部４０５ａ〜ｃによって燃料噴射装置２ａ〜ｄの燃圧回復のばらつきを低減でき、燃料噴射量の均一化を図ることができる。
（５）他の実施形態
上記実施形態では燃料流路を２つ設けたが、燃料流路を３つ以上設け、燃料導入部を何れかの燃料流路に連通させて形成し、複数の挿入部を何れかの燃料流路に連通させて形成し、互いに隣接する燃料流路を複数の連通部により連通するようにしても良い。この場合、コモンレール内壁に加わるフープ応力をさらに分散させ、配管肉厚を薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の内燃機関の高圧配管が適用される燃料供給システム。
【図２】 第１実施形態に係るコモンレールの斜視図。
【図３】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ’における断面図。
【図４】 連通部及び挿入部の関係を説明する図。
【図５】 第２実施形態に係るコモンレールの斜視図。
【図６】 図５のＶＩ―ＶＩ’における断面図。
【図７】 第３実施形態に係るコモンレールの斜視図。
【図８】 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ’における断面図。
【図９】 第４実施形態に係るコモンレールの斜視図。
【図１０】 図９のＸ−Ｘ’における断面図。
Claims (9)
- 燃料タンクから供給される燃料を複数の燃料噴射装置に分配するための高圧燃料配管であって、
外周壁と前記外周壁と一体に形成された仕切壁とを有する配管本体と、
前記配管本体の仕切壁により区分けされ、前記配管本体内部に互いに略平行に形成されている第１及び第２燃料流路と、
前記第１燃料流路に連通して形成され、前記燃料タンクから供給される燃料を導入する燃料導入部と、
前記第２燃料流路に連通して形成され、前記燃料噴射装置を挿入可能な複数の挿入部と、
前記第１及び第２燃料流路を互いに連通する複数の連通部と、
前記第１燃料流路に連通して形成され、前記配管本体内の燃料を前記燃料タンクに戻すためのリターン管と、
を備える高圧燃料配管。 - 前記複数の連通部は、前記複数の挿入部に対応する位置において、前記挿入部の挿入方向から見て挿入部の開口範囲内に前記連通部の開口が含まれる様に配置されている、請求項１に記載の高圧燃料配管。
- 前記複数の連通部は、前記複数の挿入部のいずれかに対応する位置において、対応する挿入部と同軸上に配置されている、請求項２に記載の高圧燃料配管。
- 前記連通部の数は前記挿入部の数と同数である、請求項２又は３に記載の高圧燃料配管。
- 前記複数の連通部は、前記配管本体の長手方向に沿って、前記複数の挿入部のいずれともずれて配置されている、請求項１に記載の高圧燃料配管。
- 前記連通部の数は前記挿入部の数よりも少ない、請求項２又は５に記載の高圧燃料配管。
- 前記複数の挿入部は前記第２燃料流路に連通して形成される、請求項１から６のいずれかに記載の高圧燃料配管。
- 前記第１及び第２燃料流路に略平行に配置され、前記両燃料流路のいずれか一方に連通する少なくとも１つの燃料流路をさらに備えている、請求項１から７のいずれかに記載の高圧燃料配管。
- 前記連通部は、前記挿入部の挿入方向から見てずれた位置に形成される、
請求項１記載の高圧燃料配管。
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