JP4737013B2 - コモンレール - Google Patents
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Description
従来のコモンレールの一例を図13を参照して説明する。
コモンレール1は、高圧燃料ポンプ(サプライポンプ等)から圧送された高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、内部には高圧燃料を蓄圧する蓄圧室(中心孔)23が形成されている。コモンレール1は、外部配管(高圧ポンプ配管、インジェクタ配管等)を接続するための雄ネジ25が外周面に形成された配管ジョイント21を備えており、この配管ジョイント21の外端中心部と蓄圧室23とは、内外連通孔24を介して連通する。
従来のオリフィスαは、コモンレール1の本体(以下、レール本体と称す)20に直接穴開けにより形成されたものであり、穴開け加工上の制約からオリフィスαが内外連通孔24の最奥部に形成されていた。即ち、図13に示すように、オリフィスαが蓄圧室23内で開口していた。
蓄圧室23の内周面には、径の小さいオリフィスαが交差して開口(以下、この交差して開口する部分を交差孔と称す)する。この交差孔が小さいほど、交差孔の開口縁に大きな応力が集中する。
このため、オリフィスαを穴開け加工によりレール本体20に一体で設けるものは、蓄圧室23の蓄圧値が比較的小さい(例えば、180MPa以下)蓄圧式燃料噴射装置に用いられるものであった。
そこで、疲労強度上の安全率を確保する目的で、レール本体20にオリフィスαを直接形成するのを止め、オリフィスαをレール本体20とは別体のブッシュに設け、そのブッシュを内外連通孔24の内部に圧入することで交差孔を大きくしたコモンレール1が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
オリフィスαが設けられたブッシュを内外連通孔24の内部に圧入する従来技術は、ブッシュに設けられたオリフィスαの外周面を内外連通孔24に圧入するものであった。ブッシュは、蓄圧室23の圧力と外部圧力との差圧を受ける可能性があるため、ブッシュが内外連通孔24から抜け出ないようにするために、内外連通孔24の内部に強固に圧入される。
このため、圧入による歪により、オリフィスαの内径寸法が変化する可能性がある。オリフィスαの内径寸法が変化すると、設計された燃料の通過が阻害されるため、インジェクタの噴射特性が変化し、設計通りの噴射が得られない可能性がある。
オリフィスαが設けられたブッシュは、配管ジョイント21の雄ネジ25の内周部分に圧入されていた。
しかるに、上述の如く、ブッシュは、内外連通孔24の内部に強固に圧入されるものであるため、圧入による歪により、配管ジョイント21に形成された雄ネジ25に変形が生じる可能性がある。
雄ネジ25が変形すると、外部配管(高圧ポンプ配管、インジェクタ配管等)をジョイント21に固定するための配管ナットの締結に支障が生じる可能性がある。
請求項1のコモンレールのブッシュは、内周面にオリフィスが複数段形成されており、そのうちの最小径オリフィスと、外周面で内外連通孔内に圧入される圧入部とが、軸方向においてオーバーラップしないようにズレて設けられている。
ブッシュが内外連通孔の内部に圧入されて、圧入部の内周の内径寸法が変化しても、最小径寸法は圧入により変形する部位とは軸方向にズレた位置に設けられているため、圧入によって最小径オリフィスの内径寸法は変化しない。
このように、コモンレールに設けた最小径オリフィスの径が変化しないため、インジェクタの噴射特性が変化する等の不具合が生じない。
これにより、外部配管より伝播された圧力脈動が、圧入部の内周のオリフィス(最小径オリフィスより径の大きいオリフィス)と、最小径オリフィスとで減衰されることになり、圧力脈動の減衰効果を高めることができる。
さらに、内外連通孔は、ブッシュが圧入された状態において、蓄圧室とブッシュの蓄圧室側の先端部との間の内周面が、先端部より大なる内径でかつ段差を有してない。
しかも、内外連通孔におけるブッシュの挿入側に、圧入部の外径寸法より大きく、ブッシュの全長よりも小さい内径寸法の圧入逃がし径を備えるとともに、この圧入逃がし径の奥方に圧入部の外径寸法より圧入代分だけ小径の圧入径を備えており、雄ネジは圧入逃がし径と軸方向にオーバーラップするように形成されている。
請求項2のコモンレールは、最小径オリフィスと、この最小径オリフィスに隣接する隣接オリフィスとの移行部の外周面が、蓄圧室側へ縮径するテーパ面である。
これにより、ブッシュの最小肉厚が小さくなるのを防ぐとともに、圧入部の変形が最小径オリフィスに伝わるのを防ぐことができる。
請求項3のコモンレールは、圧入部と内外連通孔との圧入部位が、雄ネジの蓄圧室側のネジ端と軸方向にオーバーラップする。
これにより、雄ネジの蓄圧室側のネジ端の内周側に、ブッシュの圧入部の肉厚が加わることになり、雄ネジの蓄圧室側のネジ端の内周側の肉厚が増加する。ここで、雄ネジの蓄圧室側のネジ端は、配管ジョイントにおいてネジ強度が最も弱い部分(ネジ強度最弱点部)であるため、ブッシュの圧入部の肉厚が加わることにより、ネジ強度最弱点部の剛性が増加し、配管ジョイントの信頼性を高めることができる。
請求項4のコモンレールにおけるブッシュの圧入部は、雄ネジと軸方向にオーバーラップしない位置で内外連通孔に圧入される。
これにより、ブッシュを内外連通孔の内部に圧入しても、その圧入による歪によって雄ネジが変形する不具合が生じない。
このように、ブッシュを内外連通孔の内部に圧入しても、雄ネジの変形が防がれるため、外部配管(高圧ポンプ配管、インジェクタ配管等)の締結に支障が生じる不具合がない。
請求項5のコモンレールは、
圧入部の軸方向長をX1、
配管ジョイントに取り付けられた外部配管の端部から、圧入逃がし径に近い側の圧入径の端部までの長さをX2とすると、
X1>X2の関係に設けられる。
これにより、圧入径に圧入されたブッシュが抜け出る側に移動し、ブッシュが外部配管の端部に当ったとしても、圧入部と圧入径は軸方向にオーバーラップした状態が保たれる。即ち、内外連通孔の内周面とブッシュの外周面との間に軸方向に通じる隙間が生じる不具合がない。このため、圧入径に圧入されたブッシュが抜け出る側に移動することがあっても、ブッシュに設けたオリフィスの効果を失うことがない。
請求項6のコモンレールは、
圧入部の軸方向長をX1、
配管ジョイントに取り付けられた外部配管の端部から、圧入逃がし径に近い側の圧入径の端部までの長さをX2、
圧入逃がし径内に配置され、配管ジョイントに取り付けられた外部配管とブッシュとに当接して、ブッシュの抜けを防止する抜け止め部材の軸方向長をX3とすると、
X1>X2−X3の関係に設けられる。
これにより、圧入径に圧入されたブッシュが抜け出る側に移動し、ブッシュが抜け止め部材を介して外部配管の端部に当ったとしても、圧入部と圧入径は軸方向にオーバーラップした状態が保たれる。即ち、内外連通孔の内周面とブッシュの外周面との間に軸方向に通じる隙間が生じる不具合がない。このため、圧入径に圧入されたブッシュが抜け出る側に移動することがあっても、ブッシュに設けたオリフィスの効果を失うことがない。
また、コモンレールは、内外連通孔の内部に圧入され、当該内外連通孔の燃料流路を絞るオリフィスが形成されたブッシュを備える。
最良の形態1のブッシュは、内周面にオリフィスが複数段形成されており、そのうちの最小径オリフィスと、外周面で内外連通孔内に圧入される圧入部とが、軸方向においてオーバーラップしないようにズレて設けられている。
最良の形態2のブッシュは、雄ネジと軸方向にオーバーラップしない位置で内外連通孔に圧入される。
以下において、具体的な実施の形態を、5つの実施例と3つの変形例について図を用いて説明する。なお、実施例1、2および4と変形例1は、本発明が適用されてない例を示す参考例であり、実施例3および5と変形例2および3は、本発明が適用された例を示す。
図4に示す蓄圧式燃料噴射装置は、エンジン(例えばディーゼルエンジン:図示しない)の各気筒に燃料噴射を行うシステムであり、コモンレール1、インジェクタ2、サプライポンプ3、ECU4(エンジン制御ユニット)、EDU5(駆動ユニット)等から構成される。なお、EDU5はECU4のケース内に内蔵される場合もある。
なお、インジェクタ2からのリーク燃料も、リリーフ配管9を経て燃料タンク8に戻される。
具体的な演算の一例を示すと、ECU4は、燃料の噴射毎に、ROMに記憶されたプログラムと、RAMに読み込まれたセンサ類の信号(車両の運転状態)とに基づいて、各気筒毎の目標噴射量、噴射形態、インジェクタ2の開弁閉弁時期、SCV13の開度(通電電流値)を決定するように設けられている。
コモンレール1は、図3に示すように、内部に超高圧の燃料を蓄える略筒形状を呈するレール本体20に、高圧ポンプ配管6およびインジェクタ配管7(外部配管の一例:以下、配管6、7と称す)を接続するための配管ジョイント21と、レール本体20をエンジン等の固定部材に装着するためのステー22とを設けたものである。
なお、配管ジョイント21の外周面には、配管6、7の接続端に設けられた配管ナットを締結するための雄ネジ25が形成されている。
蓄圧室23の内部には、高圧燃料が蓄圧されるため、蓄圧室23の内周面には高い圧力が作用する。そして、蓄圧室23の内周面に開口する交差孔には応力が集中する。この交差孔にかかる応力は、交差孔の径寸法が小さいほど大きくなる。このため、図13に示すように、コモンレール1に伝播される圧力脈動を減衰するためのオリフィスαを穴開け加工によりレール本体20に一体で設けるものは、交差孔の径寸法が小さくなるため、疲労強度上の安全率を確保するべく、蓄圧室23の蓄圧値が比較的小さい(例えば、180MPa以下)ものに用いられる。
しかるに、近年、排気性能等を高めるために、蓄圧室23の蓄圧圧力を超高圧(たとえば、180MPa以上)にする要求がある。
実施例1のコモンレール1は、蓄圧室23の蓄圧圧力を超高圧(たとえば、180MPa以上)にするために、次の特徴を備えている。
(1)レール本体20に形成された各内外連通孔24は、外端から内端まで一定の穴径、あるいは図1に示すように配管ジョイント21側が僅かに拡径して設けられたものであり、交差孔の径寸法は、オリフィス径より大きく設けられている。
(2)レール本体20に形成された各内外連通孔24の内部には、内外連通孔24の燃料流路を絞るオリフィスが形成されたブッシュ31が圧入されている(図2参照)。なお、ブッシュ31の材質は限定されるものではなく、内外連通孔24に圧入保持される硬度のものであり、例えば鉄系金属、銅、黄銅、アルミニウム等の金属によって形成されている。
(4)ブッシュ31の外周は、内外連通孔24に圧入される圧入部(大径部)34と、内外連通孔24より小径の非圧入部(小径部)35の2段に形成されている。
(5)ブッシュ31に設けられた最小径オリフィス32と、圧入部34とは、図2に示すように、軸方向(圧入方向:内外連通孔24の軸方向)でオーバーラップしないようにズレて設けられている。即ち、圧入部34の内周には最小径オリフィス32が設けられておらず、非圧入部35の内周に最小径オリフィス32が設けられている。
交差孔の径寸法は、内外連通孔24の径寸法であり、オリフィス径よりも大きい。このように、交差孔の内径寸法をオリフィス径よりも大きくできるため、交差孔にかかる応力集中を緩和することができ、蓄圧室23の蓄圧圧力が超高圧(たとえば、180MPa以上)であっても、疲労強度上の安全率を確保することができる。
しかし、最小径オリフィス32は、圧入部34に対して軸方向にオーバーラップしないようにズレているため、ブッシュ31を内外連通孔24の内部に強固に圧入しても、最小径オリフィス32の内径寸法が圧入による歪によって縮径する不具合は生じない。
複数のオリフィスのうち、インジェクタ2の噴射特性に大きな影響を及ぼす最小径オリフィス32の内径寸法が変化しないため、インジェクタ2の噴射特性が最小径オリフィス32の縮径により変化する等の不具合を回避することができる。
実施例1のコモンレール1は、図1に示すように、ブッシュ31の最小径オリフィス32が、圧入部34よりも蓄圧室23側に配置されている。
これにより、配管6、7より伝播された圧力脈動が、隣接オリフィス33(最小径オリフィス32より径の大きいオリフィス)と、最小径オリフィス32との2段で減衰されることになり、圧力脈動の減衰効果を高めることができる。
実施例1のブッシュ31は、図2に示すように、最小径オリフィス32と隣接オリフィス33との移行部36の外周面37が、蓄圧室23側へ縮径するテーパ面である。即ち、テーパ面の内径部分に最小径オリフィス32と隣接オリフィス33との移行部36が設けられている。
このように設けられることにより、圧入部34の内周側の最小肉厚を確保することができる。また、圧入部34と最小径オリフィス32との軸方向に、ズレ量L1が設けられるため、圧入部34に生じる歪が最小径オリフィス32に伝わることが防がれ、最小径オリフィス32が変形するのを防ぐことができる。
実施例1のコモンレール1は、図1(b)に示すように、圧入部34と内外連通孔24との圧入部位が、雄ネジ25の蓄圧室23側のネジ端(以下、奥端と称す)38と軸方向にオーバーラップする。即ち、雄ネジ25の奥端38の内周部位に圧入部34が圧入配置される構造を採用している。
これにより、雄ネジ25の奥端38の内周側に、ブッシュ31の圧入部34の肉厚が加わって、雄ネジ25の奥端38の内周側の肉厚が増加する。ここで、雄ネジ25の奥端38の部位は、配管ジョイント21においてネジ強度が最も弱いネジ強度最弱点部である。このため、ネジ強度最弱点部の内径側にブッシュ31の圧入部34の肉厚が加わることにより、ネジ強度最弱点部の剛性が増すことになり、配管ジョイント21の信頼性を高めることができる。
ブッシュ31を、配管ジョイント21の雄ネジ25の内周部位に圧入する場合、雄ネジ25の内周側の肉厚が薄いと、圧入による歪により雄ネジ25が変形する可能性がある。雄ネジ25が変形すると、配管6、7を配管ジョイント21に固定するための配管ナットの締結に支障が生じる可能性がある。
これによって、ブッシュ31を内外連通孔24の内部に圧入しても、雄ネジ25の変形が防がれることになり、配管6、7の締結に支障が生じる不具合がない。
さらに、この実施例2では、ブッシュ31のオリフィスの端部(この実施例では最小径オリフィス32の端部)を蓄圧室23の近くに配置する構造を採用している。
オリフィスの端部の容積を大きくすることで、圧力脈動の反射を弱める効果が得られるため、この実施例2のように、ブッシュ31のオリフィスの端部を蓄圧室23に接近させることで、インジェクタ配管7に反射する圧力脈動の減衰効果をより高めることができる。
上記実施例2で示したように、圧力脈動の減衰効果を高める目的でブッシュ31のオリフィスの端部を蓄圧室23に接近させる場合、内外連通孔24の奥側(蓄圧室23側)にブッシュ31を圧入する必要がある。その場合は、実施例2で示したように、内外連通孔24の配管ジョイント21側に圧入逃がし径39を設けることで、ブッシュ31の圧入作業が容易になる。
圧入部34の軸方向長をX1、
配管ジョイント21に取り付けられた配管6、7の端部から、圧入逃がし径39に近い側の圧入径40の端部までの長さをX2とした場合、
X1>X2の関係を満足するように設けられている。
なお、配管6、7が取り付けられていない状態でX2を判断するために、圧入逃がし径39の軸方向長(圧入逃がし径39から圧入径40への径変化範囲を含む)をX2に置き換えても良い。
具体的には、ブッシュ31における圧入部34を軸方向に長く設けることで、圧入逃がし径39の長さを実施例2と同様に長く確保したまま、X1>X2の関係を満足するように設けたものである。
圧入後に移動が生じていない圧入部34と圧入径40の軸方向のオーバーラップ長をY1、
圧入後に移動が生じていないブッシュ31の端部と配管6、7の端部の軸方向長をY2とした場合、
Y1>Y2の関係に設けられる。
このように、ブッシュ31が何らかの要因で抜け出る側に移動し、ブッシュ31が配管6、7の端部に当たる最大移動量に達したとしても、圧入部34と圧入径40の軸方向のオーバーラップが保たれるため、内外連通孔24の内周面とブッシュ31の外周面との間に軸方向に通じる隙間が生じる不具合がない。
即ち、圧入径40に圧入されたブッシュ31が抜け出る側に移動したとしても、ブッシュ31に設けたオリフィスの効果(最小径オリフィス32等の効果)が失われない。
上記実施例3ではX1>X2の関係を満足することで、ブッシュ31が抜け出る側に移動したとしても、ブッシュ31に設けたオリフィスの効果が失われないようにした。
これに対し、この実施例4の内外連通孔24は、図7に示すように、配管ジョイント21側の端部の近傍まで、圧入部34より小径の圧入径40が設けられ、ブッシュ31の挿入側に、圧入逃がし径39を設けないものである。
これにより、圧入径40に圧入されたブッシュ31が抜け出る側に移動し、ブッシュ31が配管6、7の端部に当ったとしても、圧入部34と圧入径40は軸方向にオーバーラップした状態が保たれ、上記実施例3と同様、ブッシュ31に設けたオリフィスの効果(最小径オリフィス32等の効果)が失われない。
上記実施例3では、ブッシュ31の圧入部34を軸方向に長く設けることで、圧入逃がし径39の長さを実施例2と同様に長く確保したまま、X1>X2の関係を満足するように設けた。
これに対し、この実施例5は、圧入逃がし径39の内部にブッシュ31の抜けを防止する抜け止め部材41を配置したものである。
この抜け止め部材41は、圧入逃がし径39の内側に保持され、且つ圧入逃がし径39を通過する燃料の流れを阻害しないもので、且つ配管6、7およびブッシュ31と軸方向に当接可能なものである。
図9(a)、(a’)に示す抜け止め部材41は、軸方向にスリット41aを備えた断面C字型の筒状のスプリングピンである。このスプリングピンは、自由長(外部負荷が加えられていない状態)の外径寸法が、圧入逃がし径39の内径寸法よりも僅かに大径に設けられており、圧入逃がし径39内に組付けると、スプリングピン自身の復元力により、スプリングピンが圧入逃がし径39の内部に保持される。
圧入部34の軸方向長をX1、
配管ジョイント21に取り付けられた配管6、7の端部から、圧入逃がし径39に近い側の圧入径40の端部までの長さをX2、
抜け止め部材41の軸方向長をX3とした場合、
X1>X2−X3の関係に設けられる。
なお、配管6、7が取り付けられていない状態でX2を判断するために、圧入逃がし径39の軸方向長(圧入逃がし径39から圧入径40への径変化範囲を含む)をX2に置き換えても良い。
圧入後に移動が生じていない圧入部34と圧入径40の軸方向のオーバーラップ長をY1、
抜け止め部材41と配管6、7の端部の軸方向長をY3、
抜け止め部材41とブッシュ31の端部の軸方向長をY4とした場合、
Y1>Y3+Y4の関係に設けられる。
このように、ブッシュ31が何らかの要因で抜け出る側に移動し、ブッシュ31が抜け止め部材41を介して配管6、7の端部に当たる最大移動量に達したとしても、圧入部34と圧入径40の軸方向のオーバーラップが保たれるため、内外連通孔24の内周面とブッシュ31の外周面との間に軸方向に通じる隙間が生じる不具合がない。
即ち、圧入径40に圧入されたブッシュ31が抜け出る側に移動したとしても、ブッシュ31に設けたオリフィスの効果(最小径オリフィス32等の効果)が失われない。
上記の実施例では、ブッシュ31の最小径オリフィス32が、圧入部34よりも蓄圧室23側に配置される例を示したが、ブッシュ31の圧入方向を逆にして、例えば図10に示すように、ブッシュ31の最小径オリフィス32よりも、圧入部34を蓄圧室23側に配置しても良い。
上記の実施例では、最小径オリフィス32と隣接オリフィス33との移行部36の外周面37をテーパ面に設ける例を示したが、例えば図11に示すように、段差部に設けても良い。あるいは、外周面37を曲面に設けても良い。
上記の実施例では、レール本体20、配管ジョイント21およびステー22を鍛造により設けた鍛造タイプのコモンレール1を示したが、レール本体20、配管ジョイント21、ステー22のうちの一部、あるいは3つを独立して設け、溶接等の接合技術により一体化した接合タイプのコモンレール1であっても良い。
6 高圧ポンプ配管(外部配管)
7 インジェクタ配管(外部配管)
21 配管ジョイント
23 蓄圧室
24 内外連通孔
25 雄ネジ
31 ブッシュ
32 最小径オリフィス
33 隣接オリフィス
34 圧入部
35 非圧入部
36 移行部
37 移行部の外周面
38 雄ネジの奥端(雄ネジの蓄圧室側のネジ端)
39 圧入逃がし径
40 圧入径
41 抜け止め部材
Claims (6)
- 内部に高圧燃料を蓄圧する蓄圧室、
外周面に外部配管を接続するための雄ネジが形成された配管ジョイント、
この配管ジョイントの外端中心部と前記蓄圧室とを連通する内外連通孔、
およびこの内外連通孔の内部に圧入され、当該内外連通孔の燃料流路を絞るオリフィスが形成されたブッシュを備えるコモンレールにおいて、
前記ブッシュは、内周面に前記オリフィスが複数段形成されており、そのうちの最小径オリフィスと、前記内外連通孔内に圧入される圧入部とが、軸方向においてオーバーラップしないようにズレて設けられるとともに、前記最小径オリフィスが、前記圧入部よりも前記蓄圧室側に配置されており、
前記内外連通孔は、前記ブッシュが圧入された状態において、前記蓄圧室と前記ブッシュの前記蓄圧室側の先端部との間の内周面が、前記先端部より大なる内径でかつ段差を有しておらず、
前記内外連通孔における前記ブッシュの挿入側に、前記圧入部の外径寸法より大きく、前記ブッシュの全長よりも小さい内径寸法の圧入逃がし径を備えるとともに、この圧入逃がし径の奥方に前記圧入部の外径寸法より圧入代分だけ小径の圧入径を備え、
前記雄ネジは前記圧入逃がし径と軸方向にオーバーラップするよう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に記載のコモンレールにおいて、
前記最小径オリフィスと、この最小径オリフィスに隣接する隣接オリフィスとの移行部の外周面は、前記蓄圧室側へ縮径するテーパ面であることを特徴とするコモンレール。 - 請求項1または請求項2に記載のコモンレールにおいて、
前記圧入部と前記内外連通孔との圧入部位は、前記雄ネジの前記蓄圧室側のネジ端と軸方向にオーバーラップすることを特徴とするコモンレール。 - 請求項1または請求項2に記載のコモンレールにおいて、
前記ブッシュの圧入部は、前記雄ネジと軸方向にオーバーラップしない位置で前記内外連通孔に圧入されることを特徴とするコモンレール。 - 請求項1〜請求項4のいずれかに記載のコモンレールにおいて、
前記圧入部の軸方向長をX1、
前記配管ジョイントに取り付けられた前記外部配管の端部から、前記圧入逃がし径に近い側の前記圧入径の端部までの長さをX2とすると、
X1>X2の関係に設けられることを特徴とするコモンレール。 - 請求項1〜請求項4のいずれかに記載のコモンレールにおいて、
前記圧入部の軸方向長をX1、
前記配管ジョイントに取り付けられた前記外部配管の端部から、前記圧入逃がし径に近い側の前記圧入径の端部までの長さをX2、
前記圧入逃がし径内に配置され、前記配管ジョイントに取り付けられた前記外部配管と前記ブッシュとに当接して、前記ブッシュの抜けを防止する抜け止め部材の軸方向長をX3とすると、
X1>X2−X3の関係に設けられることを特徴とするコモンレール。
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