JP5325306B2 - 燃料噴射システム - Google Patents

Description

本発明は、高圧燃料を内燃エンジンの燃焼空間に供給するのに使用するための燃料供給システムに関する。詳細には、本発明は、コモンレール型の燃料噴射システムに関する。

コモンレール燃料システムは、代表的には、適当な高圧燃料ポンプによって高圧が加えられる高圧配管の形態のコモンレール本体を含む。配管の分枝穴即ち出口を介して複数の連結ラインがコモンレール本体に連結されている。各連結ラインは、夫々の燃料インジェクタに連結されている。従って、配管の中央ボアは圧力蓄積チャンバとして作用し、ここから加圧燃料がインジェクタに向かって分配される。

各燃料送出サイクル中、コモンレールには高い燃料圧力により大きな応力が加わる。詳細には、レールの内部圧力により、配管のボアが分枝穴と出会う開口部の周縁に高い引張応力が加わる。こうした応力により、開口部の周囲に亀裂が経時的に発生し、及び従って、燃料漏れを生じ易い。

従って、応力疲労に対するコモンレールの耐性の改善に努力が傾注されてきた。コモンレールの強度を増大することにより、燃料供給システムの受容可能な繰り返し作用圧力を増大できる。

周知の燃料供給システムの大部分において、コモンレール本体は、代表的には、円形断面を備えている。このようなレールの耐久性を向上するための最も簡単な方法は、本体の直径を増大することである。これは、簡単に行うことができるけれども、耐久性の向上に関して得られた利点が、比較的肉厚のレールを製造する上で必要な鋼の量の増大による材料費の増大によって相殺されてしまう。

疲労強度を改善するための別の方法は、ＪＰ１０１６９５２７に記載されているように、コモンレールに楕円形断面の配管を使用することである。このような楕円形配管は、例えばプレス加工や圧延形成によって円形の配管を塑性変形することによって形成される。しかしながら、変形プロセス自体がコモンレール本体に残留応力を発生する。従って、分枝開口部が圧力蓄積ボアと出会う交差部のところに常に応力が残っている。圧力蓄積チャンバ内の高圧燃料の内圧によって交差部のところに発生した引張応力が減少しても、残留応力及び内圧による応力の和は、交差部での強度を低下するのに十分に大きくなりがちである。

上述の構成では、製造プロセスのため、配管及び中央ボアが形成する圧力蓄積チャンバの両方が楕円形断面であり、配管の厚さは全体に亘ってほぼ均等なままである。これとは対照的に、ＵＳ−Ａ１−２００１／００２９９２９には、実質的に円形の外断面を持ち且つほぼ楕円形又は平らな楕円形の断面の内ボアを持つコモンレール配管が記載されている。この場合、内ボアの形成に円形配管を変形する工程が含まれていないため残留応力は避けられるが、二工程製造プロセスを必要とする。このプロセスの第１工程は、ドリル加工により円形のボアを形成する工程であり、第２工程は円形ボアの内壁の両側をブローチ加工又は放電機械加工によって除去する工程であり、これにより楕円形断面を形成する。

ＪＰ１０１６９５２７ ＵＳ−Ａ１−２００１／００２９９２９

従って、従来技術に従って製造されたコモンレール本体には幾つかの欠点があるということが理解されよう。従って、本発明の目的は、耐久性が向上した製造が容易なコモンレール本体を持つ燃料噴射システムを提供することである。

以上に鑑み、本発明は、中央ボアと、中央ボアと流体連通し、各燃料インジェクタと連通する一つ又はそれ以上の出口ボアとを含むコモンレール本体を備える燃料噴射システムであって、本体の外周は実質的に楕円形断面であり、本体の壁は、出口ボアの軸線に対して実質的に垂直方向での断面が、出口ボア軸線に対して実質的に平行な断面での壁厚と比較して厚い、システムを提供する。

驚くべきことに、本出願人は、レール本体の壁厚を、出口ボアと実質的に平行な方向での本体の壁厚の増大を伴わずに出口ボア軸線に対して実質的に垂直方向で増大することによって、ドリル穴の交差部（即ち、中央ボアと出口穴との交差部）での応力を最大１０％又はそれ以上減少できるということを発見した。従って、本発明によれば、レール本体の疲労強度を従来の円形断面の本体以上に改善できるばかりでなく、円形断面の配管本体の変形によって生じる残留応力を回避できるのである。更に、レール本体の厚さを出口ボアと実質的に平行な方向で増大しても疲労強度には大幅な改善がなされないため、追加の材料費を最小に抑えることができるのである。

別の態様では、本発明は、コモンレール燃料供給システム用レール本体であって、本体は中央ボアと、中央ボアと流体連通し、各燃料インジェクタと連通する一つ又はそれ以上の出口ボアとを含み、レール本体の外周は実質的に楕円形断面であり、本体の壁は、出口ボアの軸線に対して実質的に垂直方向での断面が、出口ボア軸線と実質的に平行な断面での壁厚と比較して厚い、レール本体を提供する。

わかるように、各燃料インジェクタと連通する複数の出口ボアがレール本体に設けられている場合、各出口ボアは、他のこのようなボアと実質的に平行であり、従って、「出口ボアと平行な方向」は、各ボアについて同じである。周知のレール本体と共通して、出口ボアは、代表的には、中央ボアと互いに実質的に垂直に交差する。

好ましくは、中央ボアは実質的に円形の断面を備えている。このようにして、レール本体の中央ボアは、例えばガンドリル加工によって、何ら追加の形成工程なしに形成できる。

レール本体の外周は、例えば、正楕円形形状であってもよく、又は楕円形の短軸の周囲の外周を実質的に直線状にした平らな楕円形形状であってもよい。
有利には、出口ボアに対して実質的に垂直方向でのレール本体の壁厚は、出口ボアと実質的に平行な方向でのレール本体の壁厚の１．２倍乃至１．９倍である。更に好ましくは、この厚さ範囲は、１．３倍乃至１．８倍である。

周知のレール本体は、代表的には、約８．５ｍｍの均等な壁厚を有する。かくして、本発明の好ましい態様では、出口ボアと実質的に平行な方向でのレール本体の壁厚が約８．５ｍｍに維持されるのに対し、出口ボアに対して実質的に垂直方向での壁厚は、約１０．２ｍｍ乃至１６．２ｍｍの範囲、更に好ましくは、約１１．７５ｍｍ乃至１５ｍｍの範囲まで増大する。

別の態様では、別の好ましいレール本体は、出口ボアと実質的に平行な方向でのレール本体の壁厚が約１１．７５ｍｍであり、出口ボアに対して実質的に垂直方向での壁厚を約１５ｍｍまで増大したレール本体である。

次に、添付図面を参照して本発明を単なる例として説明する。

図１は、従来技術によるコモンレールシステムの図である。 図２ａは、従来技術のレール本体の斜視図であり、図２ｂは、図２ａのＡ−Ａ線での断面図である。 図３ａは、本発明の第１の態様によるレール本体の斜視図であり、図３ｂは、図３ａのＢ−Ｂ線での断面図である。 図４は、レール本体の厚さの変化が応力に及ぼす効果を示す図である。

図１に示すように、コモンレールシステムは、代表的には、四つの出口ボア４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ（図示せず）を持つ管状コモンレール本体２を含む。これらの出口ボアは、高圧配管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを介して燃料インジェクタ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに各々連結されている。燃料は、粒子状汚染物を高圧ポンプ１０に通過する前に除去する燃料フィルタ８を通ってシステムに入る。燃料は高圧ポンプ１０で加圧され、供給配管１２を介してコモンレール本体２に装入される。電子式制御ユニット（ＥＣＵ）１４をインジェクタ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに関して較正し、車輛エンジンに対して所望の噴射特性を提供する。

図２ａは、図１のシステムで使用される代表的なコモンレール本体２の斜視図である。本体２は管状であり、断面が実質的に円形であり、これと対応する円形の中央ボア２２を有する。中央ボア２２と連通した四つの出口ボア４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが本体２に沿って整列している。これは、夫々の圧力配管（図示せず）を介して燃料インジェクタに連結するためである。

中央ボア２２は、最も一般的には、中実の鋳造物からガンドリル加工によって形成される。同様に、出口ボア４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄもまた、一般的には、ドリル加工法を使用して形成される。コモンレール本体の研究によれば、応力は、特に、ドリル穴間の交差部、即ち、中央ボア２２と各出口ボア４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとの間の交差部で生じる。図２ｂは、図２ａのＡ−Ａ線に沿った断面であり、中央ボア２２と出口ボア４ｃとの間の交差部３０のところに高応力領域３２が示してある。

図３ａは、本発明の一態様による楕円形断面の外周を持つレール本体４２の斜視図であり、図３ｂは、本体４２を通る断面を示す。図２ａ及び図２ｂのレール本体２と同様に、本体４２もまた円形断面の中央ボア２２及び複数の実質的に平行な出口ボアを有する。これらの複数の出口ボアのうち、出口ボア４ｃだけを示す。本体４２の中央ボア２２の周囲の、出口ボア４ｃの軸線に対して実質的に垂直方向の壁厚「Ａ」及び出口ボア４ｃの軸線と実質的に平行な方向の壁厚「Ｂ」は、以下の表１に示す寸法に従って変化する。

図４は、厚さパラメータＡ及びＢの変化により応力に及ぼされる効果を、８．５ｍｍの公称壁厚に基づいて示す。このグラフからわかるように、厚さＢ（出口ボアと平行な厚さ）を８．５ｍｍから１５ｍｍまで増大しても、交差部の応力に及ぼされる効果がほとんどないのに対し、厚さＡ（出口ボアに対して垂直方向の厚さ）を８．５ｍｍから１５ｍｍまで増大した場合、応力を約１２％減少できる。更に、厚さＡ及び厚さＢの両方を等しく増大した（これによって、楕円形形状でなくほぼ円形の断面を保持する）場合、応力に対する抵抗が予想通り改善されるが、この改善は、Ａ＞Ｂとした場合の改善程顕著ではない。

上述の実施例に対し、特許請求の範囲に定義された本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更を行うことができるということは理解されよう。例えば、本体の壁を、出口ボア軸線に対して垂直方向で、出口ボア軸線と平行な方向での壁厚と比較して厚い状態に維持した状態で、レール本体の中央ボアの断面を楕円形にしてもよい。

２ コモンレール本体
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 出口ボア
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 燃料インジェクタ
８ 燃料フィルタ
１０ 高圧ポンプ
１２ 供給配管
１４ 電子式制御ユニット（ＥＣＵ）
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 高圧配管
２２ 中央ボア
３０ 交差部
３２ 高応力領域
４２ レール

Claims (9)

1. 中央ボアと、前記中央ボアと流体連通し、各燃料インジェクタと連通する一つ又はそれ以上の出口ボアとを含むコモンレール本体を備えるコモンレール燃料噴射システムであって、
   前記レール本体の外周は実質的に楕円形断面であり、前記本体の壁は、前記出口ボアの軸線に対して実質的に垂直方向での断面が、前記出口ボア軸線に対して実質的に平行な断面での壁厚と比較して厚く、
   前記レール本体の前記外周は、楕円形の短軸の周囲の外周が実質的に直線状である、平らな楕円形形状を有する、コモンレール燃料噴射システム。
2. 請求項１に記載のコモンレール燃料噴射システムにおいて、
   前記中央ボアは、実質的に円形断面である、コモンレール燃料噴射システム。
3. 請求項１又は２に記載のコモンレール燃料噴射システムにおいて、
   前記出口ボアに対して実質的に垂直方向での前記レール本体の壁厚は、前記出口ボアに対して実質的に平行な方向での前記レール本体の壁厚の１．２倍乃至１．９倍の範囲である、コモンレール燃料噴射システム。
4. 請求項３に記載のコモンレール燃料噴射システムにおいて、
   前記出口ボアに対して実質的に垂直方向での前記レール本体の壁厚は、前記出口ボアに対して実質的に平行な方向での前記レール本体の壁厚の１．３倍乃至１．８倍の範囲である、コモンレール燃料噴射システム。
5. 請求項４に記載のコモンレール燃料噴射システムにおいて、
   前記出口ボアに対して実質的に垂直方向での前記レール本体の壁厚は、前記出口ボアに対して実質的に平行な方向での前記レール本体の壁厚の約１．３倍である、コモンレール燃料噴射システム。
6. 請求項４に記載のコモンレール燃料噴射システムにおいて、
   前記出口ボアに対して実質的に垂直方向での前記レール本体の壁厚は、前記出口ボアに対して実質的に平行な方向での前記レール本体の壁厚の約１．８倍である、コモンレール燃料噴射システム。
7. 請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のコモンレール燃料噴射システムに用いられるレール本体において、
   前記レール本体の外周は実質的に楕円形断面であり、前記本体の壁は、前記出口ボアの軸線に対して実質的に垂直方向での断面が、前記出口ボア軸線に対して実質的に平行な断面での壁厚と比較して厚く、
   前記レール本体の前記外周は、楕円形の短軸の周囲の外周が実質的に直線状である、平らな楕円形形状を有する、レール本体。
8. 請求項７に記載のレール本体において、
   前記中央ボアは、実質的に円形断面である、レール本体。
9. 請求項８に記載のレール本体において、
   前記中央ボアは、ガンドリル加工によって形成されている、レール本体。

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