JP5092805B2 - 多気筒内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒内燃機関の燃料供給装置に関し、特に、燃料配管系の改良に関する。

特許文献１には、Ｖ型の筒内直噴式内燃機関における高燃圧型の燃料供給装置が記載されている。この装置では、燃料噴射弁へ高圧燃料を供給するコモンレールが左右の各バンクにそれぞれ設けられ、燃料配管は、途中の分岐部で分岐して各コモンレールへと接続している。特許文献２にも同様の燃料供給装置が開示されている。このように燃料配管を途中で分岐させる、いわゆるトーナメント型の配管構成とすることで、例えば一方のコモンレールから他方のコモンレールへと燃料配管を繋げる直列型の配管構成に比して、燃料ポンプからの吐出水撃に起因するコモンレール内の圧力脈動が低減されるなどのメリットがある。
特開２００３−２７８６２４号公報 特開平８−１４４８８９号公報

しかしながら、このようなトーナメント型の配管構造では、燃料配管の中でも分岐部が大型で重量が重くなるために、機関運転時の振動により分岐部で振動が生じ易く、このように分岐部が振動すると、配管での応力が増加するとともに、左右バンクのコモンレールへの燃料分配の偏りを招き易い。上記の特許文献１や特許文献２には、このような分岐部での振動やこれに対する対策については触れられていない。

特に、特許文献１や特許文献２に示すように、分岐部を両コモンレールの中央部つまりバンク間の中央部に配置した場合、分岐部で振動を招き易く、この振動を抑制するために分岐部をシリンダブロックやシリンダヘッドなどの機関本体側へ固定しようとすると、機関本体側への固定位置の増加により部品点数・重量の増加や大型化を招くとともに、コモンレールを含めた燃料配管系を機関本体側へ組み付ける際に、その組付作業が煩雑化するとともに、異なる複数の位置で燃料配管系が固定されることとなるために、応力の増加や歪み（ストレス）を招き易い。

本発明は、上記のいわゆるトーナメント型の配管構造において、機関運転時における分岐部での振動を抑制し、応力の集中や燃料分配の偏りを低減・解消することを主たる目的としている。

多気筒内燃機関の一対の気筒群のそれぞれに設けられ、各気筒群に設けられる気筒の燃料噴射弁へ燃料を供給する２本のコモンレールと、燃料ポンプから両コモンレールへ高圧燃料を供給する燃料配管と、を有する。この燃料配管は、１本のメインチューブと、このメインチューブの下流端に設けられる分岐部と、この分岐部と各コモンレールとをそれぞれ接続する２本のサブチューブと、を有している。そして、上記各コモンレールを機関本体に固定する一方、上記分岐部を一方のコモンレールに固定する。

分岐部を一方のコモンレールに固定しているために、機関運転時における分岐部の振動を抑制し、これに起因する応力の発生や燃料分配の偏りを低減・解消することができる。また、機関本体への組付時には、分岐部を含めた燃料配管と両コモンレールとを予め組み付け・固定してユニット化し、これを機関本体側へ固定することができ、分岐部を機関本体側へ直接固定する場合に比して組付作業性に優れるとともに、コモンレールを含めた燃料配管系の機関本体側への固定位置も少なくなることから、部品点数や重量を低減できる上、配管組付時における応力や歪みの発生も抑制することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施例の燃料供給装置が適用された内燃機関を簡略的に示す斜視図であり、図２はその燃料配管系を単体で示す上面対応図である。この内燃機関は、Ｖ８型で筒内直接噴射式の火花点火式ガソリン内燃機関であり、所定（例えば９０°）のバンク角をなす左右のバンク（気筒群）ＬＢ，ＲＢには、それぞれ４つの気筒が気筒列方向（クランクシャフトの軸方向）に沿って設けられている。なお、以下の説明において、左バンクＬＢと右バンクＲＢの構成要素を区別する必要がある場合には、左バンクＬＢ側には『Ｌ』を、右バンクＲＢ側には『Ｒ』を参照符号に適宜付記している。

シリンダブロック１１には、各バンク毎にシリンダヘッド１２が締結固定され、各シリンダヘッド１２上にヘッドカバー１３が固定されている。シリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２の前面側にはフロントカバー１４が固定されている。各シリンダヘッド１２には、４つの気筒の吸気ポート１６が形成されたポート形成部１７が、２つのバンクの間に形成された略Ｖ字状の空間であるバンク谷間１８側へ向けて斜め上方に張り出すように形成されており、ここに図示せぬ吸気マニホールドが固定される。これらのシリンダブロック１１，シリンダヘッド１２及びフロントカバー１４等が、後述するコモンレール２０等の燃料配管系の部品が固定される機関本体１０を構成している。

各気筒には燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられており、各バンクには、そのバンク内の４つの気筒の燃料噴射弁へ高圧燃料を供給するコモンレール２０Ｌ，２０Ｒがそれぞれ設けられている。各コモンレール２０は、高圧型の燃料ポンプ２１から吐出される高圧燃料を蓄圧するものであり、金属製の円筒形状をなし、その長手方向で等間隔置きに４つの燃料噴射弁又はその配管系が取り付けられる噴射弁取付部２２が設けられており、バンク谷間１８側の側壁に沿ってシリンダヘッド１２などの機関本体１０側に複数のレール固定ボルト２３により固定されている。なお、２４は振動を減衰・吸収するためにコモンレール２０と機関本体１０との間に介装されるダンパである。燃料ポンプ２１は、機関本体１０における一方の左バンクＬＢの上部に取り付けられ、当該左バンクＬＢのカムシャフト（図示省略）によって駆動されるものである。

これら２本のコモンレール２０Ｌ，２０Ｒには、燃料ポンプ２１から燃料配管３０を介して高圧燃料が供給される。この燃料配管３０は、１本のメインチューブ３１と、このメインチューブ３１の下流端に設けられる分岐部３２と、この分岐部３２と各コモンレール２０Ｌ，２０Ｒとを接続する２本のサブチューブ３３Ｌ，３３Ｒと、により構成されている。メインチューブ３１は、湾曲する上流部３４がフレアナット３５Ａを介して燃料ポンプ２１に接続されるとともに、分岐部３２と同一線上に直線状に延びる下流部３６がフレアナット３５Ｂを介して分岐部３２の前端に接続され、かつ、上流部３４と下流部３６の接続部３７で固定ボルト３８により機関本体１０側へ固定されている。

分岐部３２は、内部に燃料通路が形成された直方形状の金属部品であり、一方の左バンクＬＢ側のコモンレール２０Ｌに一体に形成されたボルトボス部３９に固定ボルト４０によって固定されている。また、分岐部３２には、組付状態でバンク谷間１８側に面する一側面に、２本のサブチューブ３３がロウ付けにより気筒列方向で前後に並列に接続・固定されている。ここで、両サブチューブ３３Ｌ，３３Ｒともに、分岐部３２に対して同一、より具体的には９０°の分岐角度αＬ，αＲ（図３参照）で接続する直線状の接続部４１が設けられている。

各サブチューブ３３の他端には、各コモンレール２０の長手方向の中央部に一体的に形成された取付座部４２にボルト４４により固定される取付フランジ部４３が設けられている。左バンク側のサブチューブ３３は、分岐部３２からＵターンしてコモンレール２０へと接続しており、右バンク側のサブチューブ３３は、バンク谷間１８を跨いで右バンクαＲのコモンレール２０Ｒへと接続している。

次に、本実施例の特徴的な構成及び作用効果について以下に列記する。

（１）多気筒内燃機関の一対の気筒群ＬＢ，ＲＢのそれぞれに設けられ、各気筒群に設けられた複数の気筒の燃料噴射弁へ燃料を供給する２本のコモンレール２０Ｌ，２０Ｒと、燃料ポンプ２１から両コモンレール２０Ｌ，２０Ｒへ高圧燃料を供給する燃料配管３０と、を有する。この燃料配管３０は、１本のメインチューブ３１と、このメインチューブ３１の下流端に設けられる分岐部３２と、この分岐部３２と各コモンレール２０Ｌ，２０Ｒとを接続する２本のサブチューブ３３Ｌ，３３Ｒと、を有する。そして、各コモンレール２０Ｌ，２０Ｒを機関本体１０に固定する一方、分岐部３２を一方のコモンレール２０Ｌに固定している。

このように分岐部３２を、ダンパ２４を介して機関本体１０に固定されるコモンレール２０Ｌに固定しているために、機関運転時における分岐部３２の振動を抑制し、これに起因する応力の発生や燃料分配の偏りを低減・回避することができる。特に、分岐部３２を同じ燃料配管系のコモンレール２０Ｌに固定しているために、コモンレール２０Ｌや分岐部３２が同じように（一体的に）振動することとなるために、振動に起因する燃料分配の偏りを招き難いものとなっている。また、燃料配管系の機関本体１０側への組付時には、分岐部３２を含めた燃料配管３０とコモンレール２０Ｌ，２０Ｒとを予め組み付け・固定してユニット化し、これを機関本体１０側へ固定することができる。このために、分岐部３２を単独で機関本体１０側へ固定する場合に比して、組付作業性に優れているとともに、機関本体１０側の固定位置も少なくなることから、部品点数や重量を低減できる上、配管組付時の応力や歪み（ストレス）の発生も抑制される。

但し、上記実施例においては、主にメインチューブ３１の両端のフレアナット３５Ａ，３５Ｂによる接続部分での耐久性・信頼性の確保のために、接続部３７の一箇所でのみ燃料配管３０を機関本体１０側へ直接的に固定している。

（２）分岐部３２から各サブチューブ３３へ均一に燃料が分配されるように、図３にも示すように、メインチューブ３１から分岐部３２への燃料流入方向Ｆｉｎと、分岐部３２から各サブチューブ３３Ｌ，３３Ｒへの燃料流出方向ＦｏｕｔＬ，ＦｏｕｔＲと、の間に適宜な分岐角度αＬ，αＲを付けている。つまり、一方のバンク側のみ燃料流入方向Ｆｉｎと燃料流出方向Ｆｏｕｔとが同一（つまり直線状）とならないようにしている。更に、両バンクの分岐角度αＬ，αＲを同一に設定している。

（３）上記の分岐角度αＬ，αＲをともに９０°とし、かつ、２本のサブチューブ３３Ｌ，３３Ｒの直線状の接続部４１を同じ方向から分岐部３２に接続させている。つまり、分岐部３２の同じ側面に２本のサブチューブ３３Ｌ，３３Ｒを並列に接続している。これによって、サブチューブ３３Ｌ，３３Ｒの配索スペースを集約・節約することができ、配管周りのレイアウトの自由度が増し、他部品への干渉回避も容易となる。

（４）Ｖ型内燃機関においては、バンク谷間１８に比較的スペースの余裕があり、このバンク谷間１８を有効に利用して、燃料配管３０やコモンレール２０が配置されている。つまり、各コモンレール２０Ｌ，２０ＲがＶ型内燃機関の各バンク谷間１８側の側壁に沿って取り付けられ、より詳しくは、バンク谷間１８側へ張り出したポート形成部１７の下面と機関本体１０のバンク谷間１８側の側面との隅角部分に配置されている。また、２本のサブチューブ３３Ｌ，３３Ｒのうち、一方のサブチューブ３３ＬがＵターンして分岐部３２が固定される左バンク側のコモンレール２０Ｌに接続しており、他方のサブチューブ３３Ｒがバンク谷間１８を跨いで反対側の右バンクのコモンレール２０Ｒに接続している。

（５）燃料ポンプ２１が一方のバンクＬＢのカムシャフトにより駆動されるものであり、この一方のバンク側のコモンレール２０Ｌに分岐部３２が固定されている。このために、燃料ポンプ２１と分岐部３２とを接続するメインチューブ３１を十分に短縮化することができる。

（６）左右バンク側への圧力損失等を均一化して燃料分配を更に均一化するために、両サブチューブ３３Ｌ，３３Ｒの長さ、より正確には分岐部３２内での分岐位置からコモンレール２０Ｌ，２０Ｒまでの長さを同一に設定している。更に、両サブチューブ３３Ｌ，３３Ｒの内部の燃料通路の径や断面積も同一に設定している。

（７）更に、コモンレール２０に接続する複数の燃料噴射弁への燃料分配を均一化するように、サブチューブ３３をコモンレール２０の長手方向の中央部に接続している。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形・変更が可能である。例えば図４に示すように、左右バンクの分岐角度αＬ，αＲを同一の９０°としつつ、分岐部３２に対して両サブチューブ３３Ｌ’，３３Ｒ’を互いに反対方向に接続して、燃料流出方向ＦｏｕｔＬ’，ＦｏｕｔＲ’が互いに逆向きとなるように設定しても良い。また、分岐部の後端に２本のサブチューブを互いに隣接して平行に接続して、左右バンクともに燃料流入方向と流出方向とを同一線方向、つまり上記の分岐角度をほぼ０°としても良い。この場合、燃料分配が均一化されることに加え、分岐角度をつけた場合に比して圧力損失・流通抵抗を低減することができる。

本発明の一実施例に係る燃料供給装置が適用されたＶ型内燃機関を示す斜視図。 本実施例の燃料配管系を示す上面対応図。 本実施例の燃料流入方向と燃料流出方向などを示す説明図。 燃料流入方向と燃料流出方向などの他の例を示す説明図。

符号の説明

１０…機関本体
１８…バンク谷間
２０Ｌ，２０Ｒ…コモンレール
２１…燃料ポンプ
３０…燃料配管
３１…メインチューブ
３２…分岐部
３３Ｌ，３３Ｒ…サブチューブ

Claims (3)

1. 多気筒内燃機関の一対の気筒群のそれぞれに設けられ、各気筒群に設けられる気筒の燃料噴射弁へ燃料を供給する２本のコモンレールと、燃料ポンプから両コモンレールへ高圧燃料を供給する燃料配管と、を有し、
   この燃料配管が、１本のメインチューブと、このメインチューブの下流端に設けられる分岐部と、この分岐部と各コモンレールとをそれぞれ接続する２本のサブチューブと、を有し、
   上記各コモンレールを、振動を減衰するダンパを介して機関本体に取り付ける一方、上記分岐部を一方のコモンレールにダンパを介することなく固定するとともに、
   上記各コモンレールを、Ｖ型の多気筒内燃機関の機関本体における左右バンクのバンク谷間側の側壁に沿って取り付け、
   かつ、上記２本のサブチューブの長さが同一となるように、上記２本のサブチューブのうち、一方がＵターンして分岐部が固定される一方のコモンレールに接続しており、他方がバンク谷間を跨いで他方のコモンレールに接続していることを特徴とする多気筒内燃機関の燃料供給装置。
2. 上記メインチューブから分岐部への燃料流入方向と、上記分岐部から各サブチューブへの燃料流出方向と、のなす分岐角度を同一角度に設定することを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関の燃料供給装置。
3. 上記燃料ポンプが一方のバンクのカムシャフトにより駆動されるものであり、この一方のバンク側のコモンレールに上記分岐部が固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多気筒内燃機関の燃料供給装置。

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