JP5950927B2 - 加熱システムを備え、単一のピースからなるプラスチック材料製の燃料レール - Google Patents

Description

本発明は、加熱システムを備えるプラスチック材料製の燃料レールによって構成されたアセンブリに関する。そのレールは、高い比気化熱を備える燃料、例えばアルコールを使用する内燃エンジンの低温始動補助装置に用いられる。

近年、二種類以上の燃料、例えばガソリンとアルコール／エタノールとを同時に使用する車両が大きく普及している。これらの車両は、アルコールを燃料として動作する場合、通常、低温な気候において始動するために最初に噴射されるガソリン用の付加的な燃料タンクを必要とする。これは、ガソリンに比べて、アルコールが高い比気化熱を備えることによる。アルコールの物理化学的限界に基づいて、また付加的なガソリンタンクを取り除くために、車両の製造業者は、燃料を予熱することによって燃焼プロセスを補助するアルコール用の低温始動装置を開発している。

低温始動装置は、一般的にエンジンブロックの上部に固定され、概して、噴射弁、燃料を加熱するための要素、燃料が流れるダクト、およびそれらのカップリングを備える燃料レールによって構成されている。レールのダクトは、従来から知られており、スチール、特にステンレス鋼から作製されている。これは、アルコールが高い腐食性を備えることによる。ダクトが金属から作製されると、そのアセンブリの生産コストが上昇するとともに、車両の重量が増加する。加熱を行う従来の燃料レールとして、例えばＷＯ２００６/１３０９３８に記載のものがある。

上述したコストと重量の問題のために、代わりの材料、特に加熱システムを備えるレールのダクト用の材料を開発する必要があった。デバイスの全重量とコストを大きく減らすために、一案として、金属の代わりにプラスチック材料を使用することが考えられる。

しかしながら、この変更には、実施にあたっていくつかの欠点が存在する。まず、加熱要素がプラスチック材料にダメージを与える温度に達することである。次に、公知の機能的特性から生じる複雑な形状を維持でき且つ早くて経済的なプラスチック射出成形プロセスを可能とする金型を用いて、プラスチック材料の単一ピースからなるレールの作製が困難なことである。

従来より、低コスト且つ軽量なプラスチック製のレールであって、燃料の十分な加熱を促進することができるレールは存在しない。このようなタイプのレールがＵＳ ２００９／１９９８２２ Ａ１に開示されているが、これは１つに組み立てられる複数の異なる部品を有し（そのため、燃料もれに起因して安全性が低い）、また、燃料を加熱するときにレール内の燃料全てを加熱しなければならない形状であるためにエンジンの正常始動が保証されない。

プラスチック材料の要素を作製するプロセスを、好ましくは１回の射出成形プロセスにすることには価値がある。さもなくば、いくつかの部品を後工程で結合させる必要があり、その結果、レールの生産性が低下する。燃料もれの可能性を小さくするためには、複数の部品が小さくなればなるほど慎重に取り扱うことを考慮する必要がある。

本発明の一つの目的は、燃料の理想的な加熱を実行するために必要な複雑な形状に対応することができ、好ましくはたった一つのピースで、プラスチック材料製のレールを作製することである。従来の金属製のレールにおいては、メイン管によっておよび２つの二次ダクトによって構成される外側の主要素の接続がトータルのコストを増加させている。その接続は一般的に溶接加工によって行われ、様々な形状の金属要素が溶接ビードによって結合される。従来の金属製のレールでは、十分に加熱された燃料を正常に流れるようにするためには、メイン管がアセンブリの実質的に下部に配置される必要があることは興味深いことである。従来の加熱レールの形状は、それゆえ、エンジンの標準的なレイアウトに干渉し、最終的には、工具の接近が困難であるために、組み立てラインへの導入の障害となっている。

本発明は、加熱システムを備えるプラスチック材料製の燃料レールを構成するセット（ｓｅｔ）に関する。レールは、主に、比気化熱が高い燃料、例えばアルコールを消費するエンジンの低温始動を補助する装置に適用される。加熱システムを備えるプラスチック製の燃料レールは、従来からある、加熱システムを備える金属製の燃料レールに比べて、コストが低く、また同等の機能的特性を有する。さらに、加熱システムを備えるプラスチック製の燃料レールは、それらの要素の空間的な配置が改良されており、その外部形状と内側部分とが、プラスチック射出成形プロセスにおいて使用されるスライドピンがネガ面（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆａｃｅｓ）がないことによって容易に退避できるように構成されている

本発明は、以下の複数の図面によって表現される実施の形態に基づいてより詳しく説明される、これらの図面において、
従来の金属製燃料レールの断面図 本発明にかかる、加熱システムを備えるプラスチック材料製の燃料レールの斜視図 本発明にかかる、加熱システムを備えるプラスチック材料製の燃料レールの左側面図 本発明にかかる、加熱システムを備えるプラスチック材料製の燃料レールの断面図 プラスチック射出成形においてスライドピンを有するスライダが退避する方向を示す、本発明にかかる、加熱システムを備えるプラスチック材料製の燃料レールの概略的な断面図 上側二次ダクトに注目した、加熱システムを備えるプラスチック製の燃料レールの図 上側二次ダクトに注目した、他の実施の形態にかかる、加熱システムを備えるプラスチック製の燃料レールの図

図１は、従来のレールと本発明にかかる加熱システム１０を備えたプラスチック製のレールとの間の主たる違いを示すためのものであって、従来の金属製燃料レール１を示している。図２および図４は、本発明にかかる、加熱システム１０を備えたプラスチック材料製のレールを示している。レール１において、メイン管２は上側二次ダクト５の下部に配置されている。この幾何学的な配置は、レール１が正常に動作するために必要であるが、エンジンフードの有効スペースを減少させる。これは、エンジンの部品の取り付け／メンテナンスにおいて、そのようなスペースに専用の工具を進入させる必要があることによる。したがって、図示する位置にメイン管２が位置する場合、工具の取り扱いが困難である。例えば組み立てを容易にするために上側二次ダクト５の上端に近い上側の位置にメイン管２を設けると、上側二次ダクト５とメイン管２とを接続するオリフィスを再配置する必要があり、その場合には燃料の加熱プロセスを妥協することになる。オリフィス８が燃料供給要素９の入口に非常に近くなると、槍状部の加熱にさらされる十分に長い経路を燃料が移動することがなくなるため、熱の伝達が阻害される。図１において見られる従来の別の問題は、温度が上昇すると非加熱時に比べて燃料の密度が低下することを踏まえれば、予熱段階において燃料の流量が実質的に低下するまたはゼロになる／なくなると、加熱された燃料がオリフィス８に戻り始め、その結果としてメイン管内で燃料の熱交換が行われることである。これは、槍状部４がオリフィス８に比べて低い位置で熱を供給するために生じる。言い換えると、オリフィス８が二次ダクト５の最下部に配置されていない。

図１に示すさらに別の問題は、燃料供給要素９の形状や位置についてである。金属製のレールに使用される燃料供給要素９の形状ではネガ面（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆａｃｅｓ）７が生じ、それにより、射出成形金型において、スライドピンを有するスライダの退避が不可能になり、その結果、加熱システム１０を備えるプラスチック材料製の燃料レールの作製が不可能になる。

一方、図２は本発明を示しており、加熱システム１０を備えるプラスチック材料製の燃料レールのメイン管１１が示されている。管１１は、その長手方向に沿って燃料を案内するとともに、固定用支持部１４と後述する二次ダクトを支持する。図示するように、管１１には、加熱要素１６を備える複数の上側二次ダクト１３が連続して接続されている。その加熱要素１６は、レール１０内の燃料を加熱する役割を果たす。その要素１６は、図３および図４に示すように、電気エネルギを消費して熱を発生させる内部抵抗を含む槍状部４を有する。さらに、要素は、上側二次ダクト１３をシールするためだけではなく、電気エネルギ源と接続するためのベース部を有し、レール１０の外部に位置する要素１６の下端が電源と接続する。また、上側二次ダクト１３の下端に間隔をあけて放射状に配置されたスロット１８内それぞれに取り付け可能な形状を有する固定用クランプ１５が図示されている。これらのクランプ１５の主な役割は、上側二次ダクト１３に加熱要素１６を固定することを可能にすることである。

レール１０の固定用支持部１４は、メイン管１１の長手方向に沿って間隔をあけて配置されている。車両のエンジンブロックの上部にレール１０が固定されるときに、これらの支持部１４は、その基部の開口にはめ込まれた固定部材、例えばネジ（図示せず）を介して固定される。固定要素１４の数はレール１０の全長によって変更され、そのレール１０の全長は上側二次ダクト１３および下側二次ダクト１９の数と配置間隔とによって変更される。このような変更は、レール１０の許容可能な振動限界を決定することによって行われる。

図２には、メイン管１１の終端要素１２が示されている。この終端要素を介して、レールの射出加工のロッドが取り外される。終端１２は、レールの射出加工の別の工程でも使用される。

図３は、加熱システムを備えるプラスチック製の燃料レール１０の左側面図であって、レール１０を構成するいくつかの重要な要素をよりよく示している。

これらの要素として、上側二次ダクト１３と下側二次ダクト１９とがある。下側二次ダクト１９は、加熱された燃料を受け取り、その燃料を微細化して燃焼室に噴射する燃料噴射弁２２を含む。

一方、上側二次ダクト１３は、燃料を十分に加熱してエンジンの始動を容易にするレール１０の主要部である加熱要素１６を有する。

燃料導入ダクト１７が、メイン管１１から斜めの角度に延在するとともに、エンジンの他の構成要素とレール１０との係合が容易になるように配置されている。

さらに、燃料噴射弁２２に電気エネルギを接続するためのコネクタ２３が設けられている。

図４は、加熱システム１０を備えるプラスチック製の燃料レールの内側部分を詳細に示す断面図である。さらに、図４は、上側二次ダクト１３、下側二次ダクト１９、内部ダクト３８、加熱要素１６、および噴射弁２２を示しており、これにより、レール１０と燃料がたどるルートとの理解を容易にする。燃料のルートは燃料導入ダクト１７（図３参照）から始まり、圧力によってメイン管１１の全長に沿った燃料の流れが生じる。この燃料の流れは、オリフィス３４を介して内部ダクト３８に入る、すなわち上側二次ダクト１３に入る。ダクト３８の出口は、加熱要素１６のベース部に燃料を導く。このダクト３８の端に、ダクト３８に対向する槍状部（ｌａｎｃｅ）４の下部に燃料の流れを案内する凹部７２（図７参照）が設けられている。この付加的な燃料の案内により、燃料は、燃料供給要素３３に到達するまで、槍状部４に接触し続けることによって適切に加熱される。燃料は、燃料供給要素３３を通過することにより、燃焼室に微細化した燃料を噴射する噴射弁２２に向かって流れる。

上側二次ダクト１３の内壁によって制限されることを踏まえれば、図５に示すように、本発明に係る燃料供給要素３３は、ネガ面（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆａｃｅ）を持たないことが重要である。注目される別の詳細は、レール１０の内壁３７からなる燃料供給要素３３の方向が、噴射弁２２の中心軸と最大限一致していることである。これは、スライドピンの構成によるものであって、射出加工中における進入位置からスライドピンが移動するからである。

内部ダクト３８は、主として、例えば、図１に示すような従来から知られている燃料の流れの案内を改善する役割をする。メイン管１１からの燃料の流れは、ダクト３８により、燃料に熱を伝達する槍状部４の付け根に直接向けられる。上側二次ダクト１２の内部に配置されたこのダクト３８は、上側二次ダクトの内壁３７から始まり、加熱要素１６のベース部近傍の地点まで延在する。加熱要素１６の槍状部４の付け根に向かって流体を案内するもう一つの内部ダクト３８が最終的に使用されてもよい。内部ダクト３８の形状は、弓形状であってもよい。

噴射弁２２は、公知であり、さまざまな形状が考えられ、また図４に詳細に示されている。弁３９の本体は、下側二次ダクト１９と同心に配置されている。

図５は、ピースが抜き取られる工程における、加熱システム１０を備えるプラスチック製の燃料レールを形成するための射出成形金型のスライドピンを有する射出スリーブの移動方向を概略的に示している。レール１０の射出成形は、経済性や漏れを考慮すると１つの工程によって行う必要があるが、その結果としてそれぞれの射出成形金型が対応して複雑なものとなる。

金型のスライドピン５１を備えるスライダは、下側二次ダクト１９の成形に関与し、射出成形されたピースから図５に示す矢印５５の方向に離間する。この矢印５５は、射出成形のために金型を準備するときであって、スライドピン５１を備えるそれぞれのスライダを挿入するとともに金型を閉じるときにおける、その金型の閉じる方向に対して逆方向である。燃料供給要素３３はスライドピン５１を備えるスライダが退避できるような形状に構成されていることが重要である。これにより、本発明のレールにおいて、燃料供給要素３３の軸と下側二次ダクト１９の軸とを同心にすることができる。

スライドピン５３を備えるスライダは、メイン管１１の形成に関与し、矢印５６の方向に退避する。金型のスライドピン５２を有するスライダは、上側二次ダクト１３の形成に関与し、金型を開いて対応する射出成形されたピースを抜き取るときに方向５４に退避する。

本発明のレールは、ファイバーガラスなどの補強材料を１５〜４０％の量で含むまたは含まない、単一の材料、例えば熱可塑性のポリアミド系（例えばＰＡ６６）から作製することができる。また、機械抵抗または熱抵抗が必要な場合、熱可塑性材料の混合物を用いて作製する、またはいくつかの熱可塑性材料（例えば、ＰＡ、ＰＯＭ、ＰＥＥＫなど）をコインジェクション（ｃｏ−ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）することにより作製することもできる。

図６は、上側二次ダクト１３を詳細に示す、加熱システム１０を備えるプラスチック材料製の燃料レールの図である。本発明の第１の実施の形態において、内部ダクト３８の出口または複数の内部ダクト３８の出口が設けられた面６１は、平坦であって、すなわち、内部ダクト３８の端に到達した燃料の流れは、加熱要素１６のベース部全体に一様にいきわたる。

図７は、上側二次ダクト１２を詳細に示す、加熱システム１００を備えるプラスチック材料製の燃料レールの図である。本発明の第２の実施の形態において、内部ダクト３８の出口が設けられた面７１は凹部７２を有し、それにより、内部ダクト３８の端に到達した燃料の流れが凹部７２を介して加熱要素１６のベース部の下部に案内される。これにより、燃料の加熱が最適化される、すなわち、加熱要素１６の槍状部４を踏まえて言えば、燃料が長いルートを移動し、熱を伝達する槍状部４と燃料との接触時間が増加する。凹部７２は、面７１の両側に存在してもよく、すなわち、燃料の流れの経路をさらに最適化するために左側と右側とにあってもよい。

一つの好ましい実施の形態を説明してきたが、本発明の範囲が、あり得る均等物全てを含む添付された請求項の範囲によって限定される形態だけでなく、他のあり得る変形の形態を含んでいることを理解する必要がある。

Claims (6)

1. 低温始動システムを備える内燃エンジン用であって、加熱システムを備えて、単一のピースからなるプラスチック材料製の燃料レール（１０、１００）において、
   メイン管（１１）と、
   メイン管（１１）と少なくとも１つの上側二次ダクト（１３）とを接続する少なくとも１つのオリフィス（３４）と、
   加熱要素（１６）を含む少なくとも１つの上側二次ダクト（１３）と、
   熱を燃料に伝達する槍状部および少なくとも１つの上側二次ダクト（１３）をシールするベース部を含む加熱要素（１６）と、
   上側二次ダクト（１３）の内部における上側の領域に配置された燃料供給要素（３３）を有する少なくとも１つの下側二次ダクト（１９）と、を備え、
   メイン管（１１）が上側二次ダクト（１３）の上端に隣接する位置に配置され、
   上側二次ダクト（１３）が少なくとも１つの内部ダクト（３８）を有し、
   少なくとも１つの内部ダクト（３８）が燃料をメイン管（１１）から上側二次ダクト（１３）の下端に案内する、レール。
2. 少なくとも１つの内部ダクト（３８）の出口部に面（７１）を有し、
   面（７１）が少なくとも１つの凹部（７２）を含む、請求項１に記載のレール。
3. メイン管（１１）の長手方向に沿って配置された固定用支持部（１４）を有する、請求項１または２に記載のレール。
4. メイン管（１１）の上面に配置された導入ダクト（１７）を有する、請求項１または２に記載のレール。
5. 少なくとも１つの上側二次ダクト（１３）が、加熱要素（１６）を固定するための少なくとも１つの留め具（１５）を有する、請求項１または２に記載のレール。
6. メイン管（１１）の一方の先端に配置された終端要素（１２）を有する、請求項１または２に記載のレール。

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