WO2014129236A1

WO2014129236A1 - 内燃機関の燃料分配チューブ

Info

Publication number: WO2014129236A1
Application number: PCT/JP2014/050617
Authority: WO
Inventors: 藤井　健
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2014-08-28

Abstract

　複数の燃料噴射弁（６）に加圧された燃料を分配する燃料分配チューブ（１）は、ベースプレート（１６）とカバープレート（１７）とを接合したチューブ本体（１５）からなり、ベースプレート（１６）の底壁（１６ａ）にカップ状の噴射弁支持部材（２１）が設けられているとともに、種々のブラケット（２５～２７）が接合されている。燃料の導入を行う燃料導入パイプ（８）の先端は、チューブ本体（１５）の長手方向の中央部でかつベースプレート（１６）の底壁（１６ａ）に接続されている。カバープレート（１７）は相対的に剛性が低く、脈動吸収部として内部の脈動に応答して変形する。燃料導入パイプ（８）が脈動吸収部を拘束しないので、大きな断面積変化が得られ、各噴射弁支持部材（２１）で発生した脈動の波動が効果的に低減する。

Description

内燃機関の燃料分配チューブ

　この発明は、各気筒毎に燃料噴射弁を備えた内燃機関において、複数の燃料噴射弁が取り付けられ、かつ各燃料噴射弁への燃料の分配供給を行う燃料分配チューブに関する。

　各気筒毎に燃料噴射弁を備えた内燃機関においては、一般に、金属製の中空チューブからなる燃料分配チューブに複数の燃料噴射弁が取り付けられており、燃料導入パイプを通して該燃料分配チューブ内に導入された高圧燃料が各々の燃料噴射弁へ分配される構成となっている。

　このような燃料噴射装置では、各気筒の燃料噴射弁の開閉動作に伴って燃料の圧力脈動が生じることが知られており、この脈動に起因して、燃料分配チューブから燃料導入パイプを介して車両各部へ振動が伝達されることによる騒音の発生、あるいは、燃料分配チューブ内での脈動による各気筒の燃料噴射弁への燃料分配性能の悪化、といった問題が生じる。

　特許文献１には、このような圧力脈動を低減するために、燃料分配チューブの壁面の一部を、圧力脈動に応答して変形可能な比較的薄肉の脈動吸収部とし、この脈動吸収部の変形に伴う燃料分配チューブ内の体積変化によって脈動を吸収することが開示されている。この特許文献１では、偏平断面形状をなす燃料分配チューブの一方の面に複数の燃料噴射弁が取り付けられており、主に他方の面が脈動吸収部として変形するようになっている。そして、燃料分配チューブ内に加圧された燃料を導入する燃料導入パイプの先端は、燃料導入パイプの長手方向の中央部において、脈動吸収部となる側の面に接続されている。

　すなわち、燃料分配チューブを内燃機関に取り付けた状態では、燃料噴射弁が取り付けられている側の面がシリンダヘッドないし吸気マニホルドに近接している一方、これとは反対側となる脈動吸収部側の面が外部へ向かって露出した状態となるので、レイアウト上の便宜から、燃料噴射弁とは反対側の面に燃料導入パイプが接続されている。

　上記のように燃料導入パイプの先端が接続される接続部は、繰り返しの応力による破損を回避するためにある程度の剛性が必要であり、また燃料導入パイプによって外部から拘束される形となるため、脈動に対し変形する脈動吸収部の中で、局部的に剛性が高く、変形しにくい箇所となる。そのため、例えば脈動により内部の圧力が高くなった瞬間の変形の態様に着目すると、燃料導入パイプが接続された長手方向中央部では変形量が小さく、その両側の２箇所に分断された形で断面積の拡大が生じる。従って、振動吸収部の剛性を比較的小さくして燃料分配チューブ全体での容積変化量を大きく確保したとしても、断面積の変化量ないし変化率は比較的小さくなり、脈動吸収作用を最大限に得ることができない。

　また、脈動に伴って変形する脈動吸収部側の面に燃料導入パイプが接続されていることから、同じ圧力脈動であっても、燃料導入パイプを介して外部へ伝達される振動が大となり、好ましくない。

特開２００７－１２７０６２号公報

　この発明に係る内燃機関の燃料分配チューブは、内燃機関の気筒列方向に沿って延びた両端封止のチューブ状をなし、かつ複数の燃料噴射弁が取り付けられるものであって、長手方向と直交する断面において、断面の一部が該チューブ内の燃料の圧力脈動に応答して変形する脈動吸収部として構成されている。そして、該チューブ内に加圧された燃料を導入する燃料導入パイプが、上記断面において上記脈動吸収部以外の部分に接続されている。

　上記の構成では、断面の一部に存在する脈動吸収部が、燃料導入パイプとの接続部によって実質的に分断されることなく長手方向に連続した形となる。そのため、例えば内部の圧力が高くなった瞬間の変形の態様として、長手方向に連続した形に断面積の拡大が生じ、長手方向の中間部で大きな断面積変化が得られる。従って、燃料噴射弁の動作に伴う圧力脈動がより効果的に抑制される。

　また燃料導入パイプは、脈動吸収部に比べて脈動に伴う変形の小さな部分に接続されることとなり、この燃料導入パイプを介して外部へ伝達される振動が低減する。

　この発明によれば、燃料噴射弁の動作に伴い燃料分配チューブ内で生じた圧力脈動が脈動吸収部によってより効果的に吸収され、各燃料噴射弁への燃料分配特性の悪化や燃料導入パイプを介した振動伝達による騒音発生を抑制することができる。

この発明に係る燃料分配チューブの一実施例をシリンダヘッドとともに示す分解斜視図。燃料分配チューブを単体で示す斜視図。同じく燃料分配チューブを異なる方向から示す斜視図。長手方向に直交する図２のＡ－Ａ線に沿った断面図。長手方向に直交する図２のＢ－Ｂ線に沿った断面図。燃料分配チューブの第２の実施例を示す断面図。燃料分配チューブの第３の実施例を示す断面図。脈動吸収部の長手方向中央に燃料導入パイプが接続された比較例における（ａ）初期状態と（ｂ）変形状態とを示す説明図。実施例における（ａ）初期状態と（ｂ）変形状態とを示す説明図。

　以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

　図１はこの発明に係る燃料分配チューブ１を内燃機関のシリンダヘッド２とともに示している。この実施例は、直列４気筒内燃機関のポート噴射型燃料噴射装置に本発明を適用したものであって、アルミニウム合金などから一体に鋳造されたシリンダヘッド２の一方の側面に、図示せぬ吸気マニホルドを取り付けるための吸気マニホルド取付座面３が設けられており、この吸気マニホルド取付座面３に、各気筒の吸気ポート４が開口している。そして、各吸気ポート４の上部に、燃料噴射弁取付孔５が設けられている。

　燃料分配チューブ１は、後述するように２枚の金属板から両端が封止された細長いチューブ状に形成されたもので、内燃機関の気筒列方向に沿って延びている。各気筒の燃料噴射弁６は、各気筒の燃料噴射弁取付孔５にそれぞれ対応した位置でもって、燃料分配チューブ１にリテーナ７を介して取り付けられている。また燃料分配チューブ１の長手方向の中央部には、該燃料分配チューブ１の内部に図外の燃料ポンプから加圧された燃料を導入するための燃料導入パイプ８が接続されている。燃料分配チューブ１の長手方向の一端部（♯１気筒側の端部）には、センサコネクタ９が設けられており、このセンサコネクタ９に燃料圧力センサ１０が取り付けられている。

　上記の燃料分配チューブ１は、各気筒の燃料噴射弁６が取り付けられた状態で、各燃料噴射弁６を燃料噴射弁取付孔５に挿入しつつシリンダヘッド２に組み付けられ、一対のボルト１１でもってシリンダヘッド２のボス部１２に固定される。

　図２～図５は、上記燃料分配チューブ１の詳細を示している。この燃料分配チューブ１の主要部をなすチューブ本体１５は、図４，図５に示すように、それぞれ鋼等の金属板をプレス成形してなるベースプレート１６とカバープレート１７とを組み合わせて中空の偏平なチューブ状としたものである。ベースプレート１６は、第２の面に相当する平坦な底壁１６ａと一対の側壁１６ｂとからなる略Ｕ字形断面を有し、カバープレート１７は、第１の面に相当する頂部壁１７ａと一対の側壁１７ｂとからなる略Ｕ字形断面を有し、ベースプレート１６の一対の側壁１６ｂの内側にカバープレート１７の一対の側壁１７ｂが嵌合している。そして、これらの嵌合部が例えばロー付けもしくは溶接などによって接合されており、これによって内部に燃料通路１８を有する断面略矩形状のチューブ本体１５が構成されている。なお、長手方向の両端部では、各々の側壁１６ｂ，１７ｂがＵ字形に連続しており、これらが互いに接合されることで、端部が封止されている。

　ここで、上記ベースプレート１６の板厚は、上記カバープレート１７の板厚よりも厚い。つまり、カバープレート１７は、ベースプレート１６よりも薄肉で相対的に剛性が低く、これにより、上記カバープレート１７の頂部壁１７ａが、燃料の圧力脈動に応答して変形する振動吸収部となっている。上記頂部壁１７ａは、基本的には上記底壁１６ａと平行な平坦面をなしているが、この実施例では、幅方向の一部に、一方の側壁１７ｂと連続した形でリブ状に盛り上がった膨出部１７ｃを備えている。この膨出部１７ｃは、チューブ本体１５の両端部を除き、該チューブ本体１５のほぼ全長に亘って連続している。このように膨出部１７ｃを備えることにより、頂部壁１７ａの一般部から膨出部１７ｃへと緩やかに立ち上がっていく遷移部１７ｄ（換言すれば頂部壁１７ａの幅方向の中央部）が、燃料通路１８内の圧力変化に応答して変形し易いものとなっている。なお、本発明においては、上記膨出部１７ｃは必須のものではなく、頂部壁１７ａが単純な平坦面であってもよい。

　上記チューブ本体１５のベースプレート１６の長手方向の４箇所には、図４に示すように、燃料噴射弁６の端部が挿入されるカップ状の噴射弁支持部材２１がそれぞれロー付けもしくは溶接などによって取り付けられている。この噴射弁支持部材２１の内部空間は、連通孔２２を介してチューブ本体１５内の燃料通路１８に連通している。燃料噴射弁６は、その端部を上記噴射弁支持部材２１に挿入した上で、両者に跨って側方から上記のリテーナ７を差し込むことにより、燃料分配チューブ１に固定保持される。

　上記チューブ本体１５に接続される燃料導入パイプ８は、チューブ本体１５内の燃料通路１８の通路断面積よりも断面積が小さな金属管からなり、チューブ本体１５の♯１気筒側の端部から該チューブ本体１５の側縁に沿って延びているとともに、チューブ本体１５の長手方向の中央部においてベースプレート１６の底壁１６ａに沿うように略Ｌ字形に折り曲げられている。そして、この燃料導入パイプ８の先端は、図５に示すように、略Ｌ字形の流路を有するコネクタ部材２３を介してベースプレート１６の底壁１６ａに接続されている。上記コネクタ部材２３と上記燃料導入パイプ８先端との接合部、および上記コネクタ部材２３と上記底壁１６ａとの接合部は、ロー付けもしくは溶接されている。これにより、燃料導入パイプ８内の通路は、コネクタ部材２３における燃料導入孔２４を介してチューブ本体１５内部の燃料通路１８に連通している。

　ここで、上記燃料導入パイプ８の先端接続点つまり上記燃料導入孔２４は、図５に示すように、チューブ本体１５の幅方向の中央に位置し、かつ同時に、図２，図３に示すように、チューブ本体１５の長手方向の中央に位置している。つまり、コネクタ部材２３は、図２，図３に示すように、ベースプレート１６の底壁１６ａにおいて４個の噴射弁支持部材２１と一列に並ぶように配置され、かつ♯２気筒用の噴射弁支持部材２１と♯３気筒用の噴射弁支持部材２１との間に位置している。

　また上記燃料分配チューブ１は、一対の取付用ブラケット２５と、一対のハーネス支持ブラケット２６と、一つの燃料導入パイプ支持ブラケット２７と、を具備している。これらのブラケット２５～２７は、いずれも鋼等の金属板を所定の形状にプレス成形したものであり、チューブ本体１５のベースプレート１６に一部を重ね合わせた状態で、ロー付けもしくは溶接されている。取付用ブラケット２５は、前述したボルト１１によって燃料分配チューブ１をシリンダヘッド２に取り付けるためのもので、チューブ本体１５の両端にそれぞれ配置されている。ハーネス支持ブラケット２６は、燃料噴射弁６に接続される図示せぬハーネスを支持するためのものであり、チューブ本体１５の長手方向において、上記取付用ブラケット２５の内側となる位置にそれぞれ配置されている。上記取付用ブラケット２５と上記ハーネス支持ブラケット２６とは、チューブ本体１５の幅方向において互いに逆方向に延びており、シリンダヘッド２に取り付けた状態において、シリンダヘッド２寄りとなる側へ取付用ブラケット２５が延び、これとは反対の外側へハーネス支持ブラケット２６が延びている。また燃料導入パイプ支持ブラケット２７は、チューブ本体１５の♯１気筒側の端部に位置し、燃料導入パイプ８の基端寄りの部分を支持している。この燃料導入パイプ支持ブラケット２７は、やはりロー付けもしくは溶接によって燃料導入パイプ８に接合されている。

　このように、本実施例では、チューブ本体１５が５個のブラケット２５～２７を備えているが、これらは、いずれもベースプレート１６側に取り付けられており、脈動吸収部となるカバープレート１７側にはブラケットが接続されていない。

　また、燃料圧力センサ１０を螺着するためのセンサコネクタ９は、矩形のブロック状をなし、カバープレート１７にロー付けもしくは溶接により取り付けられているが、このセンサコネクタ９は、もともと脈動吸収部としては実質的に機能しない（つまり断面積変化が殆ど得られない）チューブ本体１５の端部に配置されている。なお、このセンサコネクタ９をベースプレート１６側に設けるようにしてもよい。

　上記のように構成された燃料分配チューブ１においては、図示せぬ燃料ポンプによって加圧された燃料が燃料導入パイプ８から燃料通路１８に導入され、各気筒の燃料噴射弁６へ分配される。各燃料噴射弁６は、所定の噴射時期において所望の噴射量に応じた時間だけ開作動し、これに伴って、燃料は各気筒の吸気ポート４へ向けて噴射される。

　このような燃料噴射弁６の間欠的な開閉動作により、燃料分配チューブ１の燃料通路１８内に圧力脈動が発生する。この圧力脈動は、前述したように燃料導入パイプ８を介して外部へ伝搬することで騒音源となり、あるいは燃料分配特性を悪化させる要因となり得るが、本実施例では、脈動吸収部となる比較的剛性の低いカバープレート１７の頂部壁１７ａが圧力脈動に応答して変形し、一種のダンパとして機能することで、圧力脈動が低減する。カバープレート１７には、その変形を抑制するブラケット２５～２７や燃料導入パイプ８などが接続しておらず、周囲のみが拘束された形で中央部分が容易に変形し得るものとなるので、特に燃料導入パイプ８の接続点（燃料導入孔２４）が位置する長手方向中央部において、最も大きな断面積変化が生じる。

　図８は、前述した特許文献１のように脈動吸収部２０１が長手方向の中央部で燃料導入パイプ２０２によって拘束されている比較例について、（ａ）初期状態と、（ｂ）内部圧力による変形状態と、を示した説明図である。また、図９は、上記実施例について、（ａ）初期状態と、（ｂ）内部圧力による変形状態と、を示した説明図である。なお、変形状態は、いずれも多少誇張して描いてある。本実施例では、図９（ｂ）のように全長に亘って連続的に変形が生じ、長手方向の中央部で断面積変化が最大となる。これに対し、脈動吸収部２０１の長手方向の中央部が燃料導入パイプ２０２との接続によって拘束されていると、図８（ｂ）のように二つの山に分断された形で変形が生じ、２箇所で断面積変化が最大となる。従って、仮に燃料分配チューブ全体としての容積変化が同一であったとしても、断面積変化の最大値は、図９の方が大きく得られる。

　一方、燃料導入パイプ８の接続点である燃料導入孔２４は長手方向の中央部に位置するので、各気筒の燃料噴射弁６の開閉により各噴射弁支持部材２１の連通孔２２付近で発生した圧力脈動の波動は、燃料導入孔２４に到達するまでに、断面積変化が最大となる部位つまり燃料分配チューブ１の長手方向の中央部を必ず通過する。この関係は、♯１気筒～♯４気筒の燃料噴射弁６の全てについて成立する。従って、圧力脈動の波動がこの断面積変化の大きな部位を通過することで、効果的に減衰し、燃料導入孔２４から外部へ導出される圧力脈動が低減する。

　また上記実施例では、ベースプレート１６の板厚がカバープレート１７の板厚よりも厚いことでベースプレート１６の剛性が相対的に高くなっていることに加え、ベースプレート１６に複数のブラケット２５～２７や噴射弁支持部材２１が接合されていることで、ベースプレート１６の全体的な剛性がさらに高くなる。そして、燃料導入パイプ８の先端がこの剛性の高いベースプレート１６に接続されているので、圧力脈動に伴って燃料導入パイプ８接続部に作用する繰り返しの応力が小さくなり、燃料導入パイプ８接続部の強度を十分に確保することができる。

　また、燃料導入パイプ８が接続されているベースプレート１６の変形・振動はカバープレート１７に比較して小さいので、燃料導入パイプ８を介して外部へ伝達される振動がより低減する。

　以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

　上記実施例では、偏平な燃料分配チューブ１において、燃料噴射弁６と燃料導入パイプ８とを同じ側つまり同じベースプレート１６の底壁１６ａに接続してあるが、図６に示す第２の実施例のように、ベースプレート１６の側壁１６ｂ部分に燃料導入パイプ８の先端を接続する構成も可能である。

　また、上記実施例では、ベースプレート１６の板厚がカバープレート１７の板厚よりも厚い好ましい例を説明したが、両者の板厚が等しいものであってもよい。この場合、ベースプレート１６は、ブラケット２５～２７や噴射弁支持部材２１さらには燃料導入パイプ８先端のコネクタ部材２３が表面に重ねてロー付けもしくは溶接されていることで、その全体的な剛性が高くなる。従って、結果的にカバープレート１７側の剛性が相対的に低くなり、圧力脈動に対し、やはりカバープレート１７側の頂部壁１７ａが振動吸収部として優先的に変形する。

　また、本発明は、図７に示す第３の実施例のように、断面の全周に亘って連続した一定肉厚の鋼管からなる燃料分配チューブ１０１においても、同様に適用が可能である。この実施例では、互いに平行な底壁１０１ａおよび頂部壁１０１ｂと、一対の側壁１０１ｃと、を有する偏平形状に鋼管が形成されており、前述した噴射弁支持部材２１やブラケット２５～２７さらには燃料導入パイプ８との接続点となるコネクタ部材２３は、いずれも前述した実施例と同様に底壁１０１ａに設けられている。このようにブラケット２５～２７等が底壁１０１ａに接合される結果、底壁１０１ａと頂部壁１０１ｂとが同一の肉厚であっても、底壁１０１ａ側の方が相対的に剛性が高くなり、結果的に、頂部壁１０１ｂが脈動吸収部となる。

Claims

　内燃機関の気筒列方向に沿って延びた両端封止のチューブ状をなし、かつ複数の燃料噴射弁が取り付けられる内燃機関の燃料分配チューブにおいて、
　長手方向と直交する断面において、断面の一部が該チューブ内の燃料の圧力脈動に応答して変形する脈動吸収部として構成されており、
　該チューブ内に加圧された燃料を導入する燃料導入パイプが、上記断面において上記脈動吸収部以外の部分に接続されている、内燃機関の燃料分配チューブ。
　上記燃料導入パイプが、燃料分配チューブの長手方向の略中央部に接続されている、請求項１に記載の内燃機関の燃料分配チューブ。
　上記断面において、上記燃料噴射弁と上記燃料導入パイプとが同じ側に接続されている、請求項１または２に記載の内燃機関の燃料分配チューブ。
　上記燃料分配チューブは、複数のブラケットを備えており、これらのブラケットの全てが上記振動吸収部以外の部分に取り付けられている、請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関の燃料分配チューブ。
　上記燃料分配チューブは、上記振動吸収部を構成する第１の金属板と、これよりも板厚が厚い第２の金属板と、を互いに接合することでチューブ状に構成されており、
　上記燃料噴射弁が上記第２の金属板に取り付けられているとともに、上記燃料導入パイプが上記第２の金属板に接続されている、請求項１～４のいずれかに記載の内燃機関の燃料分配チューブ。
　上記燃料分配チューブは、第１の面と第２の面とを有する偏平な断面形状をなし、上記第１の面が脈動吸収部を構成しているとともに、上記第２の面に上記燃料噴射弁が取り付けられており、かつ上記第２の面に上記燃料導入パイプが接続されている、請求項１～５のいずれかに記載の内燃機関の燃料分配チューブ。