JP4428607B2 - コモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレール式ディーゼルエンジンの高圧燃料噴射管内に発生する脈動に起因する噴射管の共振を効果的に防止し得るコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コモンレール式、直噴式、副燃焼室式によらず通常のディーゼルエンジンでは、各シリンダーでの燃焼（爆発）に伴い周波数帯域２００Ｈｚ〜４００Ｈｚの燃焼加振周波数の振動が発生し噴射管に伝播する。また、コモンレールシステムによるディーゼルエンジンでは、高圧ポンプからの高圧燃料の圧送およびインジェクターからの高圧燃料の噴射に伴い噴射管内に周波数帯域６００Ｈｚ〜９００Ｈｚ程度の脈動周波数の脈動圧が発生し、この脈動圧による脈動周波数で噴射管が加振させられることとなる。一方、高圧ポンプからコモンレール間およびコモンレールからインジェクター間に配管される噴射管は、配管長さが短い上に何箇所かを固定した場合には、固有振動数が高くなり９００Ｈｚを超えて脈動周波数以上となるので、噴射管が共振するという問題はほとんど生じないが、エンジンによっては長さや曲げ形状などの関係で前記噴射管を固定することが難しい場合も多く、噴射管の固有振動数が９００Ｈｚを超えることができない場合も生じる。噴射管の固有振動数が、高圧ポンプからの圧送やインジェクターからの高圧燃料の噴射に伴う噴射管内の脈動圧による加振周波数帯すなわち９００Ｈｚ未満にあると噴射管は共振し、許容限度以上の内部応力が発生して各種の問題を引起こす可能性があった。勿論、噴射管の固有振動数が各シリンダーでの燃焼（爆発）による燃焼加振周波数帯、すなわち２００Ｈｚ〜４００Ｈｚ内にあっても同様の問題を引起こす可能性があった。
【０００３】
かかる対策として従来は、▲１▼噴射管形状の変更（パイプ長さ、曲げの張出し部の調整等）により噴射管自体の固有振動数を問題となる周波数から外す方法、▲２▼噴射管を複数本束にしてクランプし固有振動数を変化させる方法、▲３▼噴射管外径を大にして剛性力を高めて固有振動数を変化させる方法がとられている。しかしこれらの手段には以下に記載する問題点がある。
【０００４】
▲１▼噴射管形状の変更により噴射管自体の固有振動数を問題となる周波数から外す方法は、パイプの形状が決定されるのはエンジン設計の最終段階に近いため、エンジンの干渉物、組付け性によりパイプの形状変更が困難な場合があり、実用性に欠ける。
▲２▼噴射管を複数本束にしてクランプし固有振動数を変化させる方法は、各々の噴射管を接近させてクランプするために長さを長くする必要があり、▲１▼の問題に加えて燃料の流過抵抗が増大して噴射特性が劣化すると共に、曲げ工数の増大と相俟ってコストの上昇を余儀なくされる。
▲３▼噴射管外径を大にして剛性力を高めて固有振動数を変化させる方法は、必要とするパイプサイズが標準サイズにない場合はコストアップを余儀なくされる。特にコモンレール用噴射管は、パイプ長が短いものが多く、曲げの問題（曲げ半径、直線長の制約等）があるため、噴射管の剛性力を高める方法は有効性に欠ける。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、パイプの形状を変更させることなく、また標準サイズのパイプを使用でき、さらに他のパイプとの組合わせが不要であり、共振防止を必要とするパイプのみで済むコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、コモンレール式ディーゼルエンジンの高圧ポンプとコモンレール間もしくはコモンレールとインジェクター間に配設される燃料噴射管において、燃料噴射管の固有振動数が各シリンダーでの燃焼（爆発）に伴い発生する燃焼加振周波数より高く、かつ高圧ポンプからの圧送やインジェクターからの高圧燃料の噴射に伴い発生する脈動圧による脈動周波数未満となるように燃料噴射管のほぼ中央付近に固有振動数低下用重りを設けたコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管を要旨とする。
同請求項２は、前記重りがクランプ体であることを特徴とし、同請求項３は、前記重りが噴射管に外挿した管体であり、当該部分を二重管となしたことを特徴とし、同請求項４は、前記重りが噴射管に外挿したコイルスプリングであることを特徴とし、同請求項５は、前記重りが噴射管に外挿した二つ割り構造もしくは半割構造の管状体であることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明において、燃料噴射管の固有振動数を各シリンダーでの燃焼（爆発）に伴い発生する燃焼加振周波数より高く、かつ高圧ポンプからの圧送やインジェクターからの高圧燃料の噴射に伴い発生する脈動圧による脈動周波数未満にするには、パイプ形状が決定した後にエンジンに配管してパイプの応力評価を行い、その結果の応力値が關値以上である場合にはその原因がパイプの共振によるものか、あるいはパイプ取付相互間の相対位置変位によるものかを振動解析し、原因が共振による場合には、各シリンダーでの燃焼（爆発）に伴う燃焼加振周波数の振動並びに高圧ポンプからの高圧燃料の圧送およびインジェクターからの高圧燃料の噴射に伴い噴射管内に発生する脈動圧に伴う振動周波数の振動を確認した後、そのパイプ（噴射管）のほぼ中央付近に前記各種の重りを取付けて、当該パイプの固有振動数が高圧ポンプからの圧送やインジェクターからの高圧燃料の噴射に伴い噴射管内に発生する脈動圧に伴う脈動周波数６００Ｈｚ〜９００Ｈｚより低くなるように重く、かつ重すぎて各シリンダーでの燃焼（爆発）に伴う燃焼加振周波数２００Ｈｚ〜４００Ｈｚまで低下しないよう固有振動数を変化させ、最もバランスの良好な重りを選択する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図６は本発明の請求項１、２に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の実施例を示す斜視図、図７および図８は同請求項１、３に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の実施例を示す平面図、図９および図１０は同請求項１、４に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の実施例を示す平面図、図１１、図１２は同請求項１、５に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の実施例を示す斜視図であり、１〜６は重り用クランプ体、７、８は重り用管体、９、１０は重り用コイルスプリング、１１は重り用二つ割り管体、１２は重り用半割り片、１３は弾性部材、Ｐは噴射管である。
【０００９】
図１は噴射管Ｐのほぼ中央部の直管部に重り用クランプ体１を装着した実施例であって、該重り用クランプ体１は１枚の厚肉板材の一端を円弧状に湾曲させて形成した把持壁１−１ａを有するブラケット１−１と平板１−２とからなり、前記ブラケット１−１の把持壁１−１ａを、噴射管Ｐのほぼ中央部の直管部に嵌合し、該把持壁の開口側に平板１−２を相重ね、ブラケット１−１と平板１−２の他端部に穿設したボルト孔１−３に締結ボルト１−４を貫通しナット１−５にて締付けて固有振動数を脈動周波数より低下させ、かつ燃焼加振周波数より高く維持させる構造となしたものである。
【００１０】
図２は前記図１と同様、噴射管Ｐのほぼ中央部の直管部に重り用クランプ体２を装着した実施例であって、重り用クランプ体２は１枚の厚肉板材の一端を円弧状に湾曲させて形成したカール状の把持壁２−１を有するもので、噴射管Ｐのほぼ中央部の直管部を把持壁２−１にて囲みかつかしめて固有振動数を脈動周波数より低下させ、かつ燃焼加振周波数より高く維持させる構造となしたものである。
【００１１】
図３は前記図１と同様、噴射管Ｐのほぼ中央部の直管部に重り用クランプ体３を装着した実施例であって、重り用クランプ体３は１枚の厚肉板材を二つに折り曲げて一端側にほぼ円形の把持壁３−１を形成し、他端側の平板部３−２に係止爪３−２ａおよび係止孔３−２ｂと、ボルト孔１−３を有するもので、噴射管Ｐのほぼ中央部の直管部を把持壁３−１でクランプし、一方の平板部３−２に設けた係止爪３−２ａを相手方の平板部３−２に設けた係止孔３−２ｂに挿通しかつ折り曲げて固定し、さらに好ましくは平板部３−２に穿設したボルト孔３−３に重量を調整した締結ボルト（図示せず）を貫通しナット（図示せず）にて締付けて固有振動数を脈動周波数より低下させ、かつ燃焼加振周波数より高く維持させる構造となしたものである。
【００１２】
なお弾性部材１３は必要に応じて把持壁１−１ａ、２−１、把持壁３−１の内周面または噴射管Ｐの外周面に挿着または接着したカラー、割ブッシュ、バンドあるいはチューブ状からなる樹脂あるいはゴム等製のものである。
【００１３】
図４は前記図１と同様、噴射管Ｐのほぼ中央部の直管部に重り用クランプ体４を装着した実施例であって、重り用クランプ体４は２分割構造のブラケット４−１、４−２とからなり、このブラケット４−１、４−２の一端側に設けた円弧状溝４−１ａ、４−２ａの部分で噴射管Ｐをクランプし、他端側に設けたボルト孔に締結ボルト４−３を貫通し装着して固有振動数を脈動周波数より低下させ、かつ燃焼加振周波数より高く維持させる構造となしたものである。
【００１４】
図５は噴射管Ｐのほぼ中央部の曲管部に重り用クランプ体５を装着した実施例であって、その重り用クランプ体５は噴射管Ｐの曲管部に合せて厚肉の板材のほぼ中央部付近を、ボルト孔５−３を設けた平坦な壁５−２となして所定の角度を屈曲して形成せしめ、かつその両側端部にほぼ円形の把持壁５−１を形成するとともに前記壁５−２に設けた係止爪５−２ａを相手方の平板部５−４に設けた係止孔５−４ａに挿通しかつ折り曲げて装着するごとく構成したもので、前記把持壁５−１部をもって噴射管Ｐの曲管部に跨がってその両側直管部分に包持状に係着し、さらに好ましくは壁５−２の部分に穿設したボルト孔５−３に締結ボルトやリベット等（図示せず）を貫通して固有振動数を脈動周波数より低下させ、かつ燃焼加振周波数より高く維持させる構造となしたものである。
【００１５】
図６も前記図５と同じく噴射管Ｐのほぼ中央部の曲管部に重り用クランプ体６を装着した実施例であって、その重り用クランプ体６は噴射管Ｐの曲管部に合せてほぼ矩形で厚肉の板材中央の曲管部側にボルト孔６−３を設け、かつ噴射管Ｐの曲管部を覆うようにその端部にほぼ円弧状の把持壁６−１ａを形成した上下２枚一対の平板状のブラケット６−１とからなり、前記把持壁６−１ａ部をもって噴射管Ｐの曲管部全体に包持状に係着し、中央の曲管部側に穿設したボルト孔６−３に締結ボルトやリベット（図示せず）を貫通して噴射管Ｐに取付けて固有振動数を脈動周波数より低下させ、かつ燃焼加振周波数より高く維持させる構造となしたものである。なお、重り用クランプ体６を構成するブラケットは一体ものでもよい。
【００１６】
図７、図８は前記のクランプ体に替えて、管体を用いて噴射管自体の固有振動数を低下させる実施例であり、図７は噴射管Ｐのほぼ中央部の直管部に重り用管体７を外嵌して当該部分を二重管となし、前記重り用管体７により噴射管Ｐ自体の固有振動数を脈動周波数より低下させ、かつ燃焼加振周波数より高く維持させる構造となしたものである。また、図８は噴射管Ｐのほぼ中央部の曲管部に重り用管体８を外嵌して当該部分を二重管となし、前記重り用管体８により噴射管Ｐ自体の固有振動数を脈動周波数より低下させ、かつ燃焼加振周波数より高く維持させる構造となしたものである。
上記燃料噴射管における重り用管体７、８の開口端末処理としては、かしめ、ろう付け、溶接、接着剤等により、あるいは熱収縮チューブ等を用いて噴射管Ｐに固着あるいは密封することができる。これらは必要に応じて選択使用する。重り用管体７、８の開口端末を上記の方法によりシールした場合には、噴射管Ｐと重り用管体７、８との隙間に水等液体の侵入を防ぐことができるので、腐食を防止でき耐食性が良い。
【００１７】
つぎに、図９、図１０は前記のクランプ体や管体に替えて、コイルスプリングを用いて噴射管自体の固有振動数を低下させる実施例であり、図９は噴射管Ｐのほぼ中央部の曲管部の両側直管部に重り用コイルスプリング９を外嵌し、この重り用コイルスプリング９により噴射管Ｐ自体の固有振動数を脈動周波数より低下させ、かつ燃焼加振周波数より高く維持させる構造となしたものである。また、図１０は噴射管Ｐのほぼ中央部の曲管部に重り用コイルスプリング１０を外嵌し、この重り用コイルスプリング１０により噴射管Ｐ自体の固有振動数を脈動周波数より低下させ、かつ燃焼加振周波数より高く維持させる構造となしたものである。
【００１８】
このコイルスプリングの場合は、噴射管Ｐの端部成形や曲げ加工時に軸方向に移動可能であるので、加工性が良く、また噴射管Ｐとコイルスプリング９または１０との間に水が侵入しても瞬時に抜けるので腐食の可能性がなく耐食性が良好である。また、コイルスプリングの内径を噴射管Ｐの外径より小径にすることにより噴射管Ｐによくフィットするので、使用中に移動することがない。さらに、図１０のように噴射管Ｐの曲管部に重り用コイルスプリング１０を外嵌した場合には、使用中にスプリングが軸方向に移動することがない。また、矩形断面のコイルスプリングを用いると、円形断面のものに比べ断面積が多くなって重くなるのでスプリング長さを短くできる。
【００１９】
図１１は噴射管に取付ける重りとして、二つ割り構造の管体を用いた例であり、噴射管Ｐのほぼ中央部の直管部または曲管部に真っ直ぐもしくは噴射管Ｐと同じ曲率で曲った（図示せず）重り用二つ割り管状体１１を装着して噴射管Ｐ自体の固有振動数を脈動周波数より低下させ、かつ燃焼加振周波数より高く維持させる実施例である。この実施例における重り用二つ割り管状体１１は、円筒体などの種々の断面形状の筒体からなる管状体を縦に均等に二分割し、それぞれの半割り片１１−１を噴射管Ｐのほぼ中央部の直管部または曲管部（図示せず）に外嵌した状態で相互にもしくは噴射管に直接溶接して噴射管Ｐに取付け、この重り用二つ割り管状体１１により噴射管Ｐ自体の固有振動数を低下させる構造となしたものである。なお半割り片１１−１の溶接方法としては、例えばそれぞれの半割り片１１−１の合せ面にプロジェクションを突設し、それぞれの半割り片１１−１を噴射管Ｐのほぼ中央部の直管部に外嵌した状態でプロジェクション溶接を施したり、溝底にプロジェクションを設け直接噴射管Ｐにプロジェクション溶接を施す。
【００２０】
また、図１２は噴射管に取付ける重りとして、図１１に示すものと同様な二つ割り構造の管状体の片方の半割り片１２−１を用いた例であり、噴射管Ｐのほぼ中央部の直管部または曲管部（図示せず）に半割り片１２−１を外嵌した状態で噴射管Ｐに溶接して取付けることによって、噴射管Ｐ自体の固有振動数を脈動周波数より低下させ、かつ燃焼加振周波数より高く維持させる構造となしたものである。なお半割り片１２−１を噴射管Ｐのほぼ中央部の曲管部に取付ける場合は、曲管部と同じ曲率に形成した半割り片を製作して取付ける。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明に係るコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管は、燃料噴射管の固有振動数が各シリンダーでの燃焼（爆発）に伴い発生する燃焼加振周波数より高く、かつ高圧ポンプからの圧送やインジェクターからの高圧燃料の噴射に伴い発生する脈動圧による脈動周波数未満であり、またその固有振動数を満足させる手段として、燃料噴射管に各種の固有振動数低下用重りを設けるという手段をこうじたことにより、パイプの形状を変更させる必要がない上、標準サイズのパイプを使用でき、さらに他のパイプとの組合わせが不要であり、共振防止を必要とするパイプのみに重りを取付けるだけで済むなどの効果を奏し、特に本発明はコモンレール式ディーゼルエンジンの高圧燃料噴射管内に発生する脈動に起因する噴射管の共振対策に極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の請求項１、２に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の第１実施例を示す斜視図である。
【図２】 本発明の請求項１、２に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の第２実施例を示す斜視図である。
【図３】 本発明の請求項１、２に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の第３実施例を示す斜視図である。
【図４】 本発明の請求項１、２に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の第４実施例を示す斜視図である。
【図５】 本発明の請求項１、２に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の第５実施例を示す斜視図である。
【図６】 本発明の請求項１、２に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の第６実施例を示す斜視図である。
【図７】 本発明の請求項１、３に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の第１実施例を示す平面図である。
【図８】 本発明の請求項１、３に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の第２実施例を示す平面図である。
【図９】 本発明の請求項１、４に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の第１実施例を示す平面図である。
【図１０】 本発明の請求項１、４に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の第２実施例を示す平面図である。
【図１１】 本発明の請求項１、５に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の第１実施例を示す平面図である。
【図１２】 本発明の請求項１、５に対応するコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管の第１実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
１〜６ 重り用クランプ体
７、８ 重り用管体
９、１０ 重り用コイルスプリング
１１ 重り用二つ割り管体
１２ 重り用半割り片
１３ 弾性部材
Ｐ 噴射管

Claims (5)

1. コモンレール式ディーゼルエンジンの高圧ポンプとコモンレール間もしくはコモンレールとインジェクター間に配設される燃料噴射管において、燃料噴射管の固有振動数が各シリンダーでの燃焼（爆発）に伴い発生する燃焼加振周波数より高く、かつ高圧ポンプからの圧送およびインジェクターからの高圧燃料の噴射に伴い発生する脈動圧による脈動周波数未満となるように燃料噴射管のほぼ中央付近に固有振動数低下用重りを設けたことを特徴とするコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管。
2. 前記重りがクランプ体であることを特徴とする請求項１記載のコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管。
3. 前記重りが噴射管に外挿した管体であり、当該部分を二重管となしたことを特徴とする請求項１記載のコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管。
4. 前記重りが噴射管に外挿したコイルスプリングであることを特徴とする請求項１記載のコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管。
5. 前記重りが噴射管に外挿した二つ割り構造もしくは半割構造の管状体であることを特徴とする請求項１記載のコモンレール式ディーゼルエンジン用燃料噴射管。

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