JPWO2003008796A1 - 燃料圧力脈動抑制システム - Google Patents

Abstract

複数の気筒が直列・Ｖ字形又は水平対向形に配置されているガソリンエンジンで、各気筒に燃料を分配するデリバリパイプを有し、かつそのデリバリパイプが燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプであるガソリンエンジン用の燃料配管系の圧力脈動抑制システムである。デリバリパイプを構成する連通管の少なくとも１つの断面が可撓性のアブゾーブ面を形成し、少なくとも１つのデリバリパイプとサプライ配管又は接続パイプとの接続部付近に燃料噴射に伴う圧力脈動波を減衰させるオリフィス部分が設けられている。オリフィスの流路断面積は好適には接続パイプ又はサプライ配管の流路断面積の０．２倍以下である。

Description

技術分野
本発明は、複数の気筒が直列・Ｖ字形又は水平対向形に配置されているガソリンエンジンの燃料分配システムに関する。このようなエンジン、例えばＶ６あるいは水平対向６気筒と呼ばれる型では、左右それぞれ３個の気筒に対し燃料を分配するデリバリパイプが１個ずつ配置されるから、エンジンの左右に１対のデリバリパイプが配置されることになる。さらに詳細には、本発明は各デリバリパイプに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのデリバリパイプを備えるガソリンエンジンの燃料分配システムの改良に関するものである。
背景技術
フユーエルデリバリパイプは、ガソリンエンジンの電子燃料噴射システムに広く使用されており、燃料通路を有する連通管から複数個の円筒状ソケットを介して燃料インジェクタに燃料を送った後、燃料タンク側へと戻るための戻り通路を有するタイプと、戻り通路を持たないタイプ（リターンレス）とがある。最近は高温の戻り燃料による蒸散ガス低減対策やコストダウンのため戻り通路を持たないタイプが増加してきたが、それに伴い、インジェクタから噴射させるために弁を開閉させるスプールの往復運動に起因する反射波（衝撃波）や脈動圧による燃料噴射脈動によって、フユーエルデリバリパイプや関連部品が振動し耳ざわりな異音を発するという問題が発生していた。
さらに、複数の気筒がＶ字形又は水平対向形に配置されているガソリンエンジンでリターンレスのデリバリパイプを左右１対で用いる場合、左右交互に噴射するためその開弁・閉弁時に一種の水撃作用が生じ、あるエンジン回転数で左右のデリバリパイプ間で定在波が発生して共振を起こし、圧力脈動が大きくなって燃料噴射の不安定や騒音の増大を招くという問題も発生してきた。この現象はデリバリパイプと燃料供給ラインとの境界を始めとする各境界で発生する反射、透過現象の系全体での重ね合わせにより生じる圧力脈動波の周波数固有値がエンジンの特定回転数に一致して起こる脈動共振と考えられる。
燃料を直接燃焼室内に噴射するいわゆる直噴型のエンジンでは、高圧のサプライポンプが設けられるため、その大きな脈動を吸収するためにパルセーションダンパが設けられており、その吸収特性により通常は共振が発生しない。しかるにパルセーションダンパを付設しない場合はこの共振現象が顕著になることが多く、特にその共振点はガソリンエンジンの実使用回転域となるためその解消が求められている。
第１２図に一般的な自動車を示すと、電子燃料噴射式のＶ型エンジン１０を搭載した車１１（ガソリン車）の燃料タンク１２からエンジン１０までのサプライ配管１３は、数個から十数個程度のクリップ１４を用いて前面パネルやボデー床下に支持されている。サプライ配管１３を通って供給される燃料は分岐コネクタ１７を介して左右の接続パイプ１８，１９に送られ、エンジン１０の片側の３気筒へと燃料を供給する左右１対のデリバリパイプ１５，１６へと送られる。エンジン１０に取付けられた左右１対のデリバリパイプ１５，１６は、燃料を噴射弁に向けて供給するだけで、燃料タンク側に戻るための戻り通路を持たないタイプ（リターンレス）である。
このように、Ｖ型及び水平対向型の内燃機関でリターンレスのデリバリパイプを左右１対で用いると、デリバリパイプとサプライ配管・接続パイプの弾性特性の違いや流路断面積の違いに起因して、上述したように、あるエンジン回転数（回転速度）で左右のデリバリパイプ間で定在波が発生して共振を起こし、境界面での圧力脈動の反射・透過が大きくなって燃料噴射の不安定や騒音の増大を招き、運転者に耳ざわりな異音を伝えてしまうという問題が発生していた。
特開平１１−１９０２６１号「デリバリパイプ」では、燃料圧力脈動と共振回転数を考慮して、アイドル回転時の燃料圧力脈動によるエンジン停止を防止する方法が提案されている。
前述したようなパルセーションダンパは、直噴型のエンジンや通常の燃料噴射型（マルチポイントインジェクション：ＭＰＩ）エンジンの場合においても一部で採用されているが、スペースの制約とコスト高から採用するのは容易でない。
特開２０００−３２９０３１号「フユーエルデリバリパイプ」では、デリバリパイプの連通管の外壁に可撓性のアブゾーブ面を設けて脈動を抑制することを提案している。
特開昭６０−２４０８６７号「内燃機関用燃料噴射装置の燃料供給導管」は、フユーエルデリバリパイプの改良に関するものであって、燃料供給導管の壁の少なくとも１つを燃料の脈動を減衰させるように弾性的に構成している。
同様に、特開平８−３２６６２２号「燃料圧力脈動減衰装置」や特開平１１−３７３８０号「デリバリパイプ」にも、フユーエルデリバリパイプを改良して脈動を抑制させる装置が示されている。
本発明の目的は、複数の気筒が直列・Ｖ型又は水平対向型に配置されているＭＰＩ型ガソリンエンジンにデリバリパイプが１個あるいは左右１対に配置され、かつ各デリバリパイプに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのデリバリパイプを備える燃料配管系の圧力脈動抑制システムを提供することにある。
発明の開示
本発明は第１の態様において、複数の気筒がＶ字形又は水平対向形に配置されているＭＰＩ型ガソリンエンジンの各気筒に燃料を分配するデリバリパイプが左右１対に配置され、左右のデリバリパイプ間が接続パイプで接続され、燃料タンクに燃料ポンプが内蔵され、燃料ポンプからデリバリパイプまでがサプライ配管で接続され、かつ各デリバリパイプに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのデリバリパイプを備える燃料配管系の圧力脈動抑制システムを提供する。
本発明では、このシステムにおいて、前記デリバリパイプを構成する連通管の少なくとも１つの壁面が可撓性のアブゾーブ面を形成しており、少なくとも一方のデリバリパイプと前記サプライ配管又は前記接続パイプとの接続部付近に燃料噴射に伴う圧力脈動波を減衰させるオリフィス部分が設けられていることを特徴としている。
かかる構造を採用することにより、圧力脈動がオリフィスの狭い隙間を通過する際に複雑な反射波同士の干渉により脈動が減衰し、振動の発生が抑制されることになる。アブゾーブ面にオリフィス部分を取り付けるようにすると、アブゾーブ面の撓みによる振動吸収効果と相まって、脈動抑制効果が高められる。
本発明はその第２の態様として、複数の気筒が直列に配置されているＭＰＩ型ガソリンエンジンの各気筒に燃料を分配するデリバリパイプが配置され、燃料タンクに燃料ポンプが内蔵され、燃料ポンプからデリバリパイプまでがサプライ配管で接続され、かつ各デリバリパイプに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのデリバリパイプを備える燃料配管系の圧力脈動抑制システムを提供する。
このシステムでは、前記デリバリパイプを構成する連通管の少なくとも１つの壁面が可撓性のアブゾーブ面を形成しており、前記デリバリパイプと前記サプライ配管との接続部付近に燃料噴射に伴う圧力脈動波を減衰させるオリフィス部分が設けられていることを特徴としている。
すなわち、本発明は、複数の気筒が直列・Ｖ字形又は水平対向形に配置されているいずれのタイプに対しても適用することができる。
この場合も、アブゾーブ面にオリフィス部分を取り付けるようにすると、アブゾーブ面の撓みによる振動吸収効果と相まって、脈動抑制効果が高められる。
本発明において、オリフィスの位置、個数などは特にエンジンのアイドリング時において振動や脈動・騒音が最も小さい値になるように実験や解析によって定めることができる。本発明は燃料供給配管の通路にオリフィス部分を挿入するものであるから、既存の自動車に対しても適用することができる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面の実施例を参照した以下の記載により明らかとなろう。
第１図は本発明の第１の態様による燃料配管系の圧力脈動抑制システム２０の全体を表しており、第２図はアブゾーブ面の構造を表している。第１図のエンジンは６個の気筒がＶ字形又は水平対向形に配置されているＭＰＩ型ガソリンエンジンであって、各気筒に燃料を分配するデリバリパイプ１５，１６が左右１対に配置され、左右のデリバリパイプ間が接続パイプ１８，１９で接続されている。燃料タンク１２には周知のように燃料ポンプ８と圧力調整器９が内蔵され、燃料ポンプからデリバリパイプまでがサプライ配管１３で接続されている。このデリバリパイプ１５，１６は燃料タンク１２への戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのデリバリパイプである。
燃料はサプライ配管１３の一部を構成する導入パイプ２１から分岐コネクタ１７を介して左右の接続パイプ１８，１９へと送られ、長手方向に延伸する左右の連通管１，２へと導入される。左右の連通管１，２にそれぞれ設けられたソケット３から燃料噴射弁（インジェクタ・図示せず）に向けて矢印の方向に燃料が供給される。
なお、連通管１，２の各後端を接続パイプ２２で接続し、デリバリパイプ部分をループ状に構成することもできる。左右の燃料噴射弁は左右交互に噴射されるため、接続パイプ２２が燃料噴射に影響を及ぼすことはない。接続配管や接続パイプは樹脂製又は金属製である。
本発明の特徴に基づき、第２図に示すようにデリバリパイプ１５，１６を構成する連通管１，２の箱形断面の一部は可撓性のアブゾーブ面に形成されて振動を吸収するようになっている。第２図Ａでは燃料噴射弁に接続されるソケット３に対向する上面５が薄板で作られてアブゾーブ面を提供しており、第２図Ｂでは側面６が薄板で作られてアブゾーブ面を提供している。
図１において、デリバリパイプ１５，１６のそれぞれの燃料入口側にあたる接続パイプ１８，１９との接続部付近に、燃料噴射に伴う圧力脈動波を減衰させるオリフィス部分２６，２７が設けられている。オリフィス部分２６，２７の構造については後述する。
第３図は、本発明の他の実施例による燃料配管系の振動抑制システム３０の全体を表しており、この図では６個の気筒がＶ字形又は水平対向形に配置されているＭＰＩ型ガソリンエンジンの各気筒に燃料を分配するデリバリパイプ３１，３２が左右１対に配置され、左右のデリバリパイプ間が接続パイプ３４で接続されている。このデリバリパイプ３１，３２は燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのデリバリパイプである。
燃料はサプライ配管１３の一部を構成する導入パイプ３３から左側の連通管１へと送られ、連通管１を出た燃料は接続パイプ３４を通過して右側の連通管２へと送られる。左右の連通管１，２にそれぞれ設けられたソケット３から燃料噴射弁（インジェクタ・図示せず）に向けて矢印の方向に燃料が供給される。
本発明の特徴に基づき、第２図に示した例と同様に、デリバリパイプ３１，３２を構成する連通管１，２の箱形断面の一部は可撓性のアブゾーブ面に形成されて振動を吸収するようになっている。
また、デリバリパイプ３１，３２のそれぞれの燃料入口側にあたるサプライ配管１３との接続部付近及び接続パイプ３４との接続部付近に燃料噴射に伴う圧力脈動波を減衰させるオリフィス部分３６，３７が設けられている。オリフィス部分３６，３７の構造については後述する。
第４図Ａ，Ｂはオリフィス部分の構造を概略的に表している。第４図Ａは第１図のオリフィス部分２６の詳細を表しており、筒状部分の内部がオリフィス板４０で遮られ、オリフィス板４０の中心に小さな孔４０ａが穿孔されている。孔４０ａの内径は実験により最適な値を選定する。
第４図Ｂは第３図のオリフィス部分３６の詳細を表しており、筒状部分の内部がオリフィス板４０で遮られ、オリフィス板４０の中心に小さな孔４０ａが穿孔されている。孔４０ａの内径は実験により最適な値を選定する。この例では、デリバリパイプ３１を構成する連通管１の壁面の１つが薄板から成る可撓性のアブゾーブ面５を形成しており、オリフィス部分３６はアブゾーブ面５に接続されているので、振動抑制効果が高められるようになっている。
第５図はオリフィス径の最適値を実験するための実施例であり、接続パイプ１８の先端にオリフィス部分２６を圧入し、オリフィス部分２６の先端部分２６ｂを連通管１に穿設した孔１ａ内に嵌入させ、オリフィス孔２６ａを通過させて燃料を連通管１内へと流入させるようになっている。連通管１にはその側面に第２図に示したような可撓性のアブゾーブ面が形成されている。
接続パイプ１８の外形は８ｍｍ、肉厚が０．７ｍｍ、内径が６．６ｍｍで、流路断面積Ａｃは約３４．２ｍｍ^２である。オリフィス孔２６ａは円形で内径が３ｍｍ、流路断面積Ａｏは７．１ｍｍ^２である。流路断面比Ａｏ／Ａｃは約０．２になる。
第６図はオリフィスの内径Ａｏを変化させた場合における圧力変動を実験した結果を表している。横軸はＡｏ／Ａｃであり、縦軸は特定エンジン回転における圧力変動のピーク値の変動幅をｋＰａで表している。この例では共振点はエンジン回転速度１５００ｒｐｍであった。図から理解されるように、断面積比を１、すなわちオリフィスの入っていない状態からオリフィス径を小さくしていくと脈動が減衰し、断面積比が０．２５近辺で効果が現れ、０．２以下になるとその効果が顕著になることがわかる。従って、この配管系に圧力脈動波の固有値が存在しても、その共振レベルを低く抑えることができることが判明した。その結果、インジェクタの噴射量がエンジン回転数特性に悪影響を与えることもない。インジェクタの噴射量に影響を与える接続パイプでの定常流はオリフィスの圧力損失が大きいと低下するが、オリフィスの最小流路幅を適当に確保することにより、前記定常流に悪影響を与えず、結果として燃料噴射量、ひいては空燃比に悪影響を与えないことが確認できた。
第７図Ａ，Ｂ，Ｃは接続パイプにナイロンチューブやゴムホース等の樹脂管を使用した例である。第７図Ａは連通管１の端部プレート１ｂにコネクタ７５を挿入し、コネクタ７５上に被さる樹脂管７６の平行部分にオリフィス部材７７を挿入した例、第７図Ｂはコネクタ７５の中心穴７５ａにオリフィス部材７７を挿入した例、第７図Ｃはコネクタ７５の中心穴７８を細径のオリフィスに加工した例であり、いずれもデリバリパイプと接続パイプとの接続部付近に燃料噴射に伴う圧力脈動波を減衰させるオリフィスを設けている。
第８図の実施例は、本発明の第２の態様に基づいて構成された燃料圧力脈動抑制システム９０を表している。このシステム９０では、複数の気筒が直列に配置されているガソリンエンジンの各気筒に燃料を分配するデリバリパイプ１５が配置され、燃料タンタ１２に燃料ポンプ８が内蔵され、燃料ポンプからデリバリパイプまでがサプライ配管１３で接続されている。デリバリパイプ１５は燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのデリバリパイプである。
本発明の特徴に基づき、連通管１には第２図に示したような可撓性のアブゾーブ面が形成されている。また、デリバリパイプ１５とサプライ配管１３との接続部付近に燃料噴射に伴う圧力脈動波を減衰させるオリフィス部分２６が設けられている。
第９図，第１０図，第１１図はデリバリパイプの壁面である可撓性のアブゾーブ面にオリフィス部分を設けた実施例を表している。第９図において、デリバリパイプ１のアブゾーブ面５にオリフィス部分４４が当接・ろう付けその他の固定手段により接続されており、その内部にオリフィス板５０が配置され、アダプタソケット４３によって押圧保持されている。アダプタソケット４３にはＯリング４６が挿入されてシールされ、その上端には接続配管４２が圧入・ろう付けその他の固定手段によって接続されている。オリフィス板５０の中心に穿孔された小さなオリフィス孔５０ａの内径は実験により最適な値を選定する。
第１０図Ａ〜Ｄは第９図の実施例の変形例を表している。第１０図Ｅは連通管１の側面に接続される接続配管５８の先端を絞り加工してオリフィス孔５８ａを形成した例、第１０図Ｆは連通管１の端面に接続される接続配管５９の先端を絞り加工してオリフィス孔５９ａを形成した例である。小さなオリフィス孔５８ａ，５９ａの内径は実験により最適な値を選定する。
第１１図Ａ，Ｂはオリフィス板を複数設置した例を表している。第１１図Ａでは、第９図と同様のオリフィス部分６４、アダプタソケット６３、接続配管６２、Ｏリング６６に加えて、３枚のオリフィス板７０と２個のアダプタリング６７が挿入されている。
第１１図Ｂでは、オリフィス部分８４に４枚のオリフィス板８０，８１，８２，８３が挿入され、各オリフィス板に穿孔されたオリフィス孔の位置はその位相がずれるように配置されている。この位相のずれにより、エネルギを吸収して振動を抑制する効果が高められるようになっている。
以上詳細に説明した如く、本発明によれば、燃料の圧力脈動がオリフィスの狭い隙間を通過する際に複雑な反射波同士の干渉により脈動が減衰し、振動の発生が抑制されることになる。デリバリパイプを構成する連通管の少なくとも１つの壁面が薄板から成る可撓性のアブゾーブ面で形成されているので、このアブゾーブ面にオリフィス部分を取り付けるようにすれば、アブゾーブ面の撓みによる振動吸収効果と相まって、振動抑制効果が高められるなど、その技術的効果には極めて顕著なものがある。
産業上の利用可能性
本発明は、複数の気筒が直列・Ｖ字形又は水平対向形に配置されているガソリンエンジンの燃料分配システム、特に各デリバリパイプに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのデリバリパイプを備えるガソリンエンジンの燃料分配システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の態様による脈動抑制システムの全体を表す斜視図、第２図は連通管にアブゾーブ面を設けた状態を表す概略断面図、第３図は他の実施例による脈動抑制システムの全体を表す斜視図、第４図はオリフィスと連通管の接続構造を表す縦断面図、第５図はオリフィスと連通管の接続構造を表す縦断面図、第６図はオリフィスの断面積を変化させた場合の圧力変動のグラフ、第７図は連通管と可撓性チューブの接続部付近にオリフィスを設けた例の縦断面図、第８図は本発明の第２の態様による脈動抑制システムの全体を表す斜視図、第９図はオリフィス部分の好適な例を表す概略断面図、第１０図はオリフィス部分の変形例を表す概略断面図、第１１図はオリフィス部分の変形例を表す概略断面図、第１２図は自動車の燃料配管系を表す斜視図である。

Claims (10)

1. 複数の気筒がＶ字形又は水平対向形に配置されているガソリンエンジンの各気筒に燃料を分配するデリバリパイプが左右１対に配置され、左右のデリバリパイプ間が接続パイプで接続され、燃料タンクに燃料ポンプが内蔵され、燃料ポンプからデリバリパイプまでがサプライ配管で接続され、かつ各デリバリパイプに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのデリバリパイプを備える燃料配管系の圧力脈動抑制システムであって、
   前記デリバリパイプを構成する連通管の少なくとも１つの断面が可撓性のアブゾーブ面を形成しており、
   少なくとも一方のデリバリパイプと前記サプライ配管又は前記接続パイプとの接続部付近に燃料噴射に伴う圧力脈動波を減衰させるオリフィス部分が設けられていることを特徴とする燃料圧力脈動抑制システム。
2. 複数の気筒が直列に配置されているガソリンエンジンの各気筒に燃料を分配するデリバリパイプが配置され、燃料タンクに燃料ポンプが内蔵され、燃料ポンプからデリバリパイプまでがサプライ配管で接続され、かつ各デリバリパイプに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのデリバリパイプを備える燃料配管系の圧力脈動抑制システムであって、
   前記デリバリパイプを構成する連通管の少なくとも１つの断面が可撓性のアブゾーブ面を形成しており、
   前記デリバリパイプと前記サプライ配管との接続部付近に燃料噴射に伴う圧力脈動波を減衰させるオリフィス部分が設けられていることを特徴とする燃料圧力脈動抑制システム。
3. 前記オリフィスの流路断面積が前記接続パイプの流路断面積の０．２倍以下である請求の範囲第１項記載の脈動抑制システム。
4. 前記オリフィスの流路断面積が前記サプライ配管の流路断面積の０．２倍以下である請求の範囲第１項記載の脈動抑制システム。
5. 前記オリフィスの流路断面積が前記サプライ配管の流路断面積の０．２倍以下である請求の範囲第２項記載の脈動抑制システム。
6. 前記アブゾーブ面に前記オリフィス部分が取り付けられている請求の範囲第１項記載の脈動抑制システム。
7. 前記アブゾーブ面に前記オリフィス部分が取り付けられている請求の範囲第２項記載の脈動抑制システム。
8. 前記アブゾーブ面に前記オリフィス部分が取り付けられている請求の範囲該３項記載の脈動抑制システム。
9. 前記アブゾーブ面に前記オリフィス部分が取り付けられている請求の範囲第４項記載の脈動抑制システム。
10. 前記アブゾーブ面に前記オリフィス部分が取り付けられている請の範囲第５項記載の脈動抑制システム。

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