JP4214570B2

JP4214570B2 - ディーゼルエンジンの燃料噴射装置

Info

Publication number: JP4214570B2
Application number: JP24380198A
Authority: JP
Inventors: 学長谷川; 英二相吉澤; 豊又吉; 利文西村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2018-08-28
Also published as: JP2000073903A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として、コモンレール式の燃料噴射装置が知られている。
【０００３】
これは、燃料ポンプから圧送される高圧の燃料をいったんコモンレールに蓄圧しておき、燃料噴射弁を開いたときに、この高圧燃料を噴射する構成となっていて、燃焼や排気特性の改善のために、燃料の噴射特性を自由にコントロールできるという利点がある。
【０００４】
このコモンレール式の燃料噴射装置では、例えば特開平８−２６１１０５号公報によれば、コモンレールをシリンダヘッドの下部側方に傾けて取り付け、燃料噴射弁及び、コモンレールと燃料噴射弁とを結ぶ燃料配管を、シリンダヘッドのロッカーカバーの内部に配置する構成が提案されている。このようにすると、高圧燃料配管がロッカーカバーを貫通しなくてもすみ、貫通部のシール性などの問題が無くなり、組立性が改善される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこの構造では、次のような問題が生じていた。
【０００６】
▲１▼シリンダヘッドの上部にはロッカーカバーが設けられ、コモンレールはシリンダヘッドの下部側方に配置されるため、エンジン慣性主軸から離れた位置となり、エンジンの振動、騒音が大きくなりやすい。
【０００７】
▲２▼コモンレールと燃料噴射弁を結ぶ燃料配管が長くなり、燃料噴射時の圧力伝達に遅れが生じ、燃料噴射の初期噴射率が低下し、スモークなどが発生しやすくなる。
【０００８】
▲３▼エンジンの振動によりコモンレールが加振されると、とくに長い燃料配管が振動の影響で耐久性を損なわれやすく、そのための固定手段が必要となる。
【０００９】
▲４▼燃料噴射弁を動弁系と共に発音しやすい板金製のロッカーカバーの内部に収めているため、燃料噴射弁や燃料配管などの振動により共振し、エンジン騒音を悪化させる懸念がある。
【００１０】
▲５▼コモンレールがシリンダヘッドの下部側方に傾斜して配置されている関係から、組み付け性や加工性が悪く、生産コストの上昇を招く。
【００１１】
本発明はこのような問題を解決することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ディーゼルエンジンにおいて、シリンダヘッドのシリンダ列方向の上部片側に弁機構を配置し、この弁機構の上部に弁機構を駆動するカムシャフトを支持した箱形のカムキャリヤを配置し、このカムキャリヤをシリンダヘッドに対して剛的に結合し、弁機構と反対のシリンダヘッドの上部片側に燃料噴射弁を配置し、前記カムキャリヤの上部に高圧燃料を蓄圧するコモンレールを取付け、このコモンレールからの燃料配管を燃料噴射弁に接続した。そして、前記カムキャリヤは、前記カムシャフトの外周の上半分を仕切る仕切壁を有し、ブローバイガスが流れるその仕切壁の上方に、そのカムキャリヤの両側壁から交互に延び出す複数の隔壁を有する。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、前記カムキャリヤの端部にコモンレールに高圧燃料を供給するサプライポンプを取付け、かつサプライポンプをカムシャフトの回転により駆動するようにした。
【００１４】
第３の発明は、第１、第２の発明において、前記カムキャリヤとコモンレールは、シリンダ列方向に各気筒に対応して延び、シリンダヘッドと略平行に配置されると共にエンジンの慣性主軸とも略平行となるように配置される。
【００１５】
第４の発明は、第１から第３の発明において、前記燃料配管はシリンダ列方向に対して略直角方向に、かつ互いに略平行に配置される。
【００１６】
【発明の作用・効果】
第１の発明では、シリンダヘッドの上部にシリンダ列方向に平行に、カムシャフトの外周の上半分を仕切る仕切壁を有し、ブローバイガスが流れるその仕切壁の上方に、そのカムキャリヤの両側壁から交互に延び出す複数の隔壁を有する箱形のカムキャリヤを取付け、かつカムキャリヤにコモンレールを固定したので、コモンレールの支持剛性が高く、またこれらをエンジンの慣性主軸と平行でかつ慣性主軸に近づけることができ、これらの結果エンジンの振動が抑制され、騒音の低減が図れる。
【００１７】
シリンダヘッドの上部片側にコモンレールを配置し、残りの片側に燃料噴射弁を配置したので、燃料噴射弁をカムシャフトやコモンレールなどと干渉することなく、燃焼室中央に向けて取付ることができ、また燃料噴射弁とコモンレールの位置が近づけられる。このため高圧燃料の配管が短縮化でき、エンジン振動に対する耐久性を大幅に向上させると共に、燃料配管の短縮による燃料圧力伝達の応答性が向上し、燃料の噴射特性が改善でき、同時に燃料噴射弁からの燃料を燃焼室中央に噴射することで良好な燃焼特性が確保できる。
【００１８】
第２の発明では、カムキャリヤの端部にサプライポンプを取付けたのでコモンレールまでの距離が近くなり、高圧燃料の供給経路が短縮でき、またカムシャフトの回転を利用してポンプを駆動するので、ポンプ駆動構造が簡単となり、高圧燃料をより効率的に供給できる。
【００１９】
第３の発明では、カムキャリヤ、コモンレールがシリンダヘッドに平行となっているので、これらの加工性が良好となり、しかも取付けや取り外しも簡単で、メンテナンスが容易になる。さらにカムキャリヤ、コモンレールがエンジンの慣性主軸と平行に配置され、慣性軸回りのモーメントを小さくでき、これによりエンジンの振動、騒音の低減が図れる。
【００２０】
第４の発明では、燃料配管がシリンダ列方向に直角になり、互いに平行となるので、燃料配管の長さが最短となり、また、エンジンの慣性主軸回りの振動に対しては、燃料配管の軸線方向が一致するので、エンジンの振動による影響を可及的に小さくでき、その耐久性を向上させられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施の形態を説明する。
【００２２】
図１から図３に示すように、１１はディーゼルエンジンのシリンダヘッド、１２はシリンダブロック、１３はピストンである。
【００２３】
シリンダヘッド１１には、クランクシャフト軸心線を境にして、その片側に各気筒に対応してそれぞれ一対の吸、排気弁１４がほぼ垂直に配置される。吸、排気弁１４はロッカーアーム１５に支持されると共に、バルブスプリング１６により閉弁方向に付勢される。ロッカーアーム１５の上方には、カムシャフト１８を支持した箱形のカムキャリヤ１９が配置され、カムキャリヤ１９はシリンダヘッド１１と平行に、剛的にボルト結合される。
【００２４】
カムキャリヤ１９はシリンダヘッド１１の上面片側にクランクシャフト軸方向に延び、カムキャリヤ１９に支持されたカムシャフト１８には、この実施形態では４気筒のエンジンについて、各吸、排気弁１４を駆動するためのカム２０が取付られている。カムシャフト１８の各一対のカム間（気筒間）に配置されるジャーナル２２は、カム２０の最大半径よりも大きな外径を持ち、これら各ジャーナル２２を回転自由に支持する軸受穴２３が、カムキャリヤ１９の各気筒間に配置された垂直な補強リブ２４に設けられ、これによりカムシャフト１８を軸方向からカムキャリヤ１９の軸受穴２３に挿通可能となっている。
【００２５】
なお、カムキャリア１９の前端は開口し、ここにはフロントカバー２１がボルト結合される。
【００２６】
カムキャリヤ１９の上面は平らなカバープレート２６により覆われ、その上部には、カムキャリヤ１９と平行に、クランクシャフト軸方向に延びるコモンレール３１が剛的にボルト結合される。コモンレール３１は高圧燃料を蓄圧する所定の容積をもった管状に形成され、その途中からは、各気筒に対応して複数の分岐管３７が設けられ、ここに後述する燃料配管３８がそれぞれ接続される。
【００２７】
コモンレール３１の側面にはブラケット３２が配設され、このブラケット３２に挿通したボルト３４を介してカムキャリヤ１９と締結している。
【００２８】
コモンレール３１には、カムシャフト１８の後端に連結されるサプライポンプ３３からの高圧燃料が配管３６を介して送り込まれる。なお、配管３６はコモンレール３１の後端部に接続され、これにより配管長さを短縮している。サプライポンプ３３はカムキャリヤ１９の後端面にボルト結合され、カムシャフト１８の回転により駆動される。
【００２９】
シリンダヘッド１１の前記クランクシャフト軸心方向を境にして吸排気弁１４が配置された側とは反対の上部片側には、燃料噴射弁３５が取付けられる。燃料噴射弁３５は各気筒において燃焼室３７の中心付近に先端が臨むように位置し、垂直からやや傾いた状態で取付けられる。燃料噴射弁３５は一端をシート５７に接するフォーク５６によりボルト５８を介して固定される。
【００３０】
燃料噴射弁３５は高圧燃料配管３８によりコモンレール３１と接続し、高圧の燃料が圧送される。なお、燃料噴射弁３５は図示しないコントローラからの噴射信号により開閉作動し、その開弁時に燃料が燃焼室３７に噴射される。
【００３１】
各気筒の燃料噴射弁３５はシリンダ列方向に同一線上に配置され、コモンレール３１の軸線と平行となる。このため、燃料配管３８はコモンレール３１からシリンダ列方向と直角に延びて燃料噴射弁３５と接続する。各気筒の燃料配管３８は互いに略平行となるように配列されると共に、各燃料配管３８は互いに同一の長さで構成される。
【００３２】
図３、図４及び図５に示すように、前記カムキャリヤ１９の内部は、カムシャフト１８を配置したカム室２７と、その上部のブローバイガスが通過するオイル分離室２８とに仕切壁４１により区画されている。
【００３３】
仕切壁４１はカムシャフト１８の各ジャーナル２２の外周の上半分を仕切るように曲面形状に形成され、かつカムシャフト軸方向に水平に延びる。この仕切壁４１の上方とカバープレート２６の間であって、カムキャリヤ１９の両側の側壁４２、４３の内側に、オイル分離室２８が形成される。また、両側壁４２と４３からは、各ジャーナル２２の付近において、複数の隔壁４４が交互に直角に延び出して、ブローバイガスの迷路を形成している。
【００３４】
図５、図６にも示すように、隔壁４４が対峙する側壁４２または４３との間隔４６は狭く、ブローバイガスが蛇行しながらこれらの間隔４６を通り過ぎていき、この間にガス中のオイルが分離される。なお、分離されたオイルは仕切壁４１の曲面の最下位部に設けた図示しない小孔を介してカムシャフト１８側に落下する。
【００３５】
図１にあるように、シリンダブロック１２のクランク室５１に接続したブローバイガスの取出パイプ５２と、カムキャリヤ１９の側壁を貫通して設けた導入パイプ５４とはゴムホース５３で接続し、これによりオイル分離室２８にブローバイガスを導くようになっている。なお、５５はオイルセパレータである。
【００３６】
また、図３にも示すように、カムキャリヤ１９のカバープレート２６のシリンダ前端側には、ブローバイガスの排出口４５が設けられ、オイル分離室２８にシリンダ後端側の導入パイプ５４から流入したブローバイガスは、蛇行して流れた後に排出口４５から吸気通路（図示せず）へと導かれる。
【００３７】
図３、図４あるいは図７に示すように、サプライポンプ３３のポンプ軸３９をカムシャフト１８の端部に連結するクロス継手４９を配置する継手室４７がカムキャリヤ１９の後端に形成されるが、この継手室４７はほぼ円筒形に形成され、その底部には、カムセンターより偏心させた位置、すなわち最底面より高い位置にオイル戻し穴４８が貫通し、カムシャフト１８を貫通して配設した潤滑油通路５０を経由してジャーナル周囲から継手室４７に漏れ出た潤滑油を戻し穴４８のレベルまで溜めるオイルバスを形成し、クロス継手４９の潤滑を図っている。
【００３８】
一方、図３に示すように、前記カムシャフト１８の前端部には、スプロケットホイール６１が取付けられ、クランクシャフトの回転と同期した回転が図示しないチェーンを介して伝達され、カムシャフト１８をエンジン回転数の１／２の回転数で回転させる。
【００３９】
カムシャフト１８の一部には突起６３が設けられ、この突起６３に対峙してカムキャリヤ１９にはカム角度検出センサ６４が固定され、これによりカム回転位置から燃料噴射タイミングの基準位置を検出できるようになっている。
【００４０】
なお、カムシャフト１８はカムキャリヤ１９に固定したスラストプレート６５により軸方向への移動が阻止される。
【００４１】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００４２】
エンジン回転に同期してカムシャフト１８が回転し、これによりカム２０を介して吸、排気弁１４が開閉作動する。同時にサプライポンプ３３が駆動され、高圧の燃料がコモンレール３１に送り込まれ、各気筒の燃料噴射弁３５が開弁すると、燃料配管３８を経由して燃料噴射弁３５から燃焼室３７に噴射される。
【００４３】
ところで、シリンダヘッド１１の上部の片側には、吸、排気弁１４を駆動するカムシャフト１８を支持する箱形をした剛性の高いカムキャリヤ１９がボルト結合され、このカムキャリヤ１９の上部にコモンレール３１をボルト結合しているため、コモンレール３１を堅固に支持することができる。そしてカムキャリヤ１９の後端にはサプライポンプ３３が、カムシャフト１８と同軸的に結合され、このためサプライポンプ３３の支持剛性も高まり、ポンプ吐出脈動やコモンレール３１の燃料噴射に同期しての振動などが効果的に抑制され、コモンレール式の燃料噴射装置の静粛性を大幅に向上させられる。
【００４４】
また、シリンダヘッド１１に取り付けたカムキャリヤ１９の上部にコモンレール３１を固定し、このときカムキャリヤ１９、コモンレール３１が共にシリンダ列方向に平行、すなわち、エンジンの慣性主軸と平行となり、しかもこコモンレール３１がエンジンの慣性主軸に近づけられるため、エンジンの振動が抑制され、騒音の低減が図れる。
【００４５】
その一方で、シリンダヘッド１１の反対側には、燃料噴射弁３５を取付けることで、これによりカムキャリヤ１９などと干渉することなく、燃焼室３７の中央付近に燃料噴射弁３５のノズル部を臨ませることができ、燃焼室３７に対して均質的に燃料噴霧を分布させ、良好な燃焼特性を確保できる。
【００４６】
燃料噴射弁３５とコモンレール３１とは共にシリンダヘッド１１に剛的に結合されるので、両者には相対的な変位が少なく、これらを連結する高圧の燃料配管３８の振動による破損などが回避できる。また、燃料配管３８はシリンダ列方向と直角に延び、エンジンの慣性主軸回りの振動方向と、その配管軸線が一致するので、この振動による悪影響が最も少なくできる。
【００４７】
さらに、各燃料配管３８はシリンダ列方向に対して直角に延び、燃料噴射弁３５と最短距離で結ばれるので、高圧配管の短縮化ができ、このため燃料圧力の伝達遅れがそれだけ小さくなり、燃料の初期噴射率の低下を防ぎ、スモーク等の排出特性を改善できる。また各燃料配管３８は互いに同一の長さに設定されるので、各気筒での燃料噴射特性のバラツキを抑制し、均一な燃料噴射特性が得られる。燃料配管３８の短縮化は、振動による悪影響をそれだけ小さくでき、燃料配管３８の耐久性向上に寄与する。
【００４８】
前記カムキャリヤ１９とコモンレール３１とはシリンダ列方向に延び、さらにシリンダヘッド１１の上面に平行で、かつ互いにも平行になっていて、このためこれらを機械加工するときの加工性が良く、またカムキャリヤ１９やコモンレール３１の取り付け、取り外しが簡単で、保守点検が容易に行える。
【００４９】
カムキャリヤ１９には、カムシャフト１８がジャーナル２２の部位で回転自由に支持されているため、カムシャフト１８の支持剛性が高まり、振動などが抑制される。なお、カムキャリヤ１９は箱形の一体構造であり、カムシャフト１８は軸方向から軸受穴を貫通して挿入されるので、従来構造のように、カムキャップを分解することなく組み付けでき、組み付け性が良く、またジャーナル２２のミスアライメントも小さく、フリクションの低減が可能となる。
【００５０】
カムキャリヤ１９の内部には、ブローバイガスを通過させるオイル分離室２８が形成され、シリンダブロック１２のクランク室５１からのブローバイガスを導入し、オイルの分離を行っている。オイル分離室２８の流路は、隔壁４４により拡大縮小と、蛇行を繰り返し、これによりブローバイガス中のオイルを効率的に分離することができる。
【００５１】
また、オイル分離室２８には、シリンダブロック１２やシリンダヘッド１１を上下に貫通する通路ではなく、外部のホースを経由してブローバイガスが導入されるので、通路面積を十分確保でき、しかもシリンダヘッド１１の内部の吸、排気ポートのレイアウトや、燃料噴射弁３５の取付位置の自由度が増す。
【００５２】
シリンダヘッド１１には、カムキャリヤ１９を取付けることで、カムシャフト１８を直接的に支持する必要がなくなり、カムベアリングなどが不要となり、このため、シリンダヘッド１１の構造が簡略化され、鋳造用の金型が簡単となり、鋳造中子も不要で、コストの低減が可能となる。また、カムベアリングがないため、シリンダヘッドボルトとカムキャップの結合ボルトの干渉もなく、設計の自由度が著しく高められる。さらに、またカムベアリングが不要のため、シリンダヘッド１１の機械加工と組立性も大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】カムキャリヤを斜め上方から見たコモンレールの分解斜視図である。
【図３】カムシャフトに沿ってのカムキャリヤの断面図である。
【図４】カムキャリヤの平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図７】図４のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１１シリンダヘッド
１２シリンダブロック
１４吸排気弁
１８カムシャフト
１９カムキャリヤ
２２ジャーナル
２３軸受穴
２７カム室
２８オイル分離室
３１コモンレール
３３サプライポンプ
３５燃料噴射弁
３７燃焼室
３８燃料配管
４１仕切壁
４２側壁
４３側壁
４７継手室
４９クロス継手
５３ホース

Claims

ディーゼルエンジンにおいて、
シリンダヘッドのシリンダ列方向の上部片側に弁機構を配置し、
この弁機構の上部に弁機構を駆動するカムシャフトを支持した箱形のカムキャリヤを配置し、
このカムキャリヤをシリンダヘッドに対して剛的に結合し、
弁機構と反対のシリンダヘッドの上部片側に燃料噴射弁を配置し、
前記カムキャリヤの上部に高圧燃料を蓄圧するコモンレールを取付け、
このコモンレールからの燃料配管を燃料噴射弁に接続し、
前記カムキャリヤは、前記カムシャフトの外周の上半分を仕切る仕切壁を有し、ブローバイガスが流れるその仕切壁の上方に、そのカムキャリヤの両側壁から交互に延び出す複数の隔壁を有する
ことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
前記カムキャリヤの端部にコモンレールに高圧燃料を供給するサプライポンプを取付け、かつサプライポンプをカムシャフトの回転により駆動するようにした請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
前記カムキャリヤとコモンレールは、シリンダ列方向に各気筒に対応して延び、シリンダヘッドと略平行に配置される共にエンジンの慣性主軸とも略平行となるように配置される請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
前記燃料配管はシリンダ列方向に対して略直角方向に、かつ互いに略平行に配置される請求項１から３のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。