JP5384161B2 - フューエルレール - Google Patents

Description

本発明は、自動車のエンジンに取り付けられるフューエルレールに関する。

自動車のエンジンに燃料を供給する燃料供給系では、ポンプから燃料供給管を通して燃料をフューエルレールに送り、このフューエルレールに取り付けられているインジェクタに燃料を分配して、各インジェクタからエンジンのインテークマニホールドに噴射している。

この種のフューエルレールでは、インジェクタが開閉して燃料の噴射を繰り返すことにより燃料圧力は大きく変動する。この燃料圧力の変動は脈動として、フューエルレールの本体から燃料供給管に伝わり、さらには車体にまで伝わる。このため、従来からインジェクタを発生源とする脈動や異音を低減するため様々な改良が行われている。

従来、振動や異音を抑制するために、フューエルレールに外付けのダンパーを用いることが行われていたが、近年では、フューエルレールの内部にダンパー手段を内蔵させたり、フューエルレールの本体それ自体で吸収しようとするのが技術的趨勢である。

この種の従来技術としては、例えば、特許文献１、特許文献２に開示されているものを挙げることができる。

特許文献１に記載されたフューエルレールでは、インジェクタの開閉にともなって発生する衝撃波や脈動を低減するために、フューエルレール本体の断面を扁平形状とした上で、フューエルレール本体の外壁部に平坦状叉は円弧状で可撓性のアブソーブ面を形成している。

特許文献２に記載されたフューエルレールでは、インジェクタの開閉にともなって発生する衝撃波や脈動を低減するために、フューエルレールの本体を断面扁平形状の複数のミニケースから構成し、各ミニケースの外壁部に平坦状叉は円弧状で可撓性のアブソーブ面を形成している。

特許文献１、２に開示されているように、この種のフューエルレールでは、インジェクタが開閉するときに生じる燃料の圧力変動は、フューエルレール本体のアブソーブ面の撓みによって吸収されることになる。
特開２００３−１２９９２０号公報 特開２００３−２３９８２４号公報

フューエルレールの本体の一部を圧力変動の吸収面とする場合、一般に、吸収面の撓み量と、圧力変動の吸収量と、吸収面に生じる応力との３者の関係は、正の相関関係にある。したがって、圧力変動の吸収量を増加させると、それに応じて応力は大きくなっていく。設計にあたっては、応力の限界値を超えないようにするため、必然的に、吸収量には上限があることなる。
従来のフューエルレールでは、燃料供給パイプは、各インジェクタに燃料を均等に分配し易くするために、本体の長さ方向の中央部に接続されることが多い。また、本体の中央部は、圧力変動の吸収面にもなっており、燃料供給バイブの取付部位周辺には応力集中が発生し、その他の部位よりも発生応力が増加する傾向がある。とりわけ、本体中央部は、大きく撓む部位であることから、もともと応力が大きい上に、応力集中が生じると、それ以外の部位に先駆けて応力の限界値に達してしまう。このため、実質的には、応力集中による応力増加分だけ、圧力変動吸収量の増加は制限を受けることになる。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、燃料供給パイプの接続される部位の応力増加を低減し、フューエルレール全体として、圧力変動吸収量を増加させ、圧力変動の吸収性能を高められるようにしたフューエルレールを提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、インジェクタを取り付けるための複数のインジェクタカップが長さ方向に配列される本体部を有し、燃料供給パイプを通して供給される燃料をインジェクタに分配するフューエルレールにおいて、前記フューエルレールの本体部の一部に、長さ方向と直角な方向に幅員が一定の範囲で狭くすることで、前記燃料供給パイプの端末の取り付け部周辺への応力集中を抑制する幅狭部を形成し、前記幅狭部の領域内に前記燃料供給パイプを接続することを特徴とするものである。

また、本発明は、前記燃料供給パイプの端末が取り付けられた前記幅狭部の取付面では、前記燃料供給パイプの端末取付部位から幅方向両側でそれぞれ最も短くなっている幅寸法のうち、長い方の幅寸法をＷ（mm）として、フューエルレール本体の前記取付面の板厚をｔ（mm）、取付面に生じる応力の上限設定値をσ（ＭＰａ）、燃料圧力の設定値Ｐ（ＭＰａ）として、
定数Ｋ１＝σ／Ｐ≧２４・Ｗ^1.5 ／ｔ^1.5
を満たすように、前記幅狭部の幅Ｗと板厚ｔが設定されることを特徴とするものである。

さらに、本発明は、前記幅狭部では一定の幅ｂ（mm）の狭い部分が長さ方向に長さａ（mm）で連続し、定数Ｋ２を
Ｋ２＝（ａ−ｂ）／ｂ
として、
Ｋ２≧１．５
であることを特徴とする。

本発明によれば、燃料供給パイプの接続される部位の応力増加を低減し、フューエルレール全体として、圧力変動吸収量を増加させ、圧力変動の吸収性能を高めることができる。

以下、本発明によるフューエルレールの実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態によるフューエルレールの平面図で、図２はフューエルレールの側面図である。図３はその断面図である。
図１、図２において、参照番号１０は、フューエルレールの本体を示し、参照符号１２は燃料供給パイプを示す。図示しない燃料ポンプによって加圧された燃料は、燃料供給パイプ１２を通ってフューエルレールの本体１０に導入されるようになっている。

この実施形態のフューエルレールの本体１０は、アッパーケース１３とロアーケース１４とからなり、両者を重ね合わせてロー付けにより接合してなる細長い筐体形状のものである。このアッパーケース１３の上面およびロアーケース１４の下面は略平坦な面となっており、後述するように圧力の変動等を吸収する圧力吸収面として利用されている。

ロアーケース１４の下面には図示しないインジェクタを取り付けるためのインジェクタカップ１６が取り付けられている。インジェクタカップ１６には、図示しないインジェクタが圧入により装着される。

このようなフューエルレールの本体１０では、フューエルレールの本体１０の一部に、この場合、フューエルレール本体１０の長手方向の片側側面の中央部に凹部を形成することにより、長さ方向と直角な方向の幅員が一定の範囲で狭くなった幅狭部１８が形成されている。そして、この幅狭部１８の領域内にあるアッパーケース１３の上面を取付面として、長さ方向ほぼ中央位置で燃料供給パイプ１２の端末が取付部材１５を介して接続されている。

ここで、幅狭部１８の形状は次のように定義される。
燃料供給パイプ１２の端末が取り付けられた幅狭部１８の取付面では、取付部材１５から幅方向にフューエルレール本体１０の両側面までの寸法をそれぞれ幅寸法Ｗ１、Ｗ２とする。この幅寸法Ｗ１、Ｗ２は、燃料供給パイプ１２の端末の取付位置によって変わってくるので、幅寸法Ｗ１、Ｗ２のうち、長い方を幅寸法Ｗとする。図１の例では、Ｗ１の方をＷとする。

なお、図１の例は、取付部材１５が矩形であり、取付部材１５の外縁がフューエルレール本体１０の長さ方向と平行であるため、幅寸法幅寸法Ｗ１、Ｗ２は一義的に決まる例である。図４は、取付部材１５に円柱状のものを用いた例であるが、この場合は、取付部材１５から幅方向にフューエルレール本体１０の両側面までの寸法のうち、最も短いのをそれぞれ幅寸法Ｗ１、Ｗ２として、そのうち長い方を幅寸法Ｗとする。なお、取付部材１５を用いずに燃料供給パイプを直接接続する場合も、同じようにして幅寸法Ｗが定義される。

また、図１、図４において、幅狭部１８では、全体の幅をｂと定義し、一定の幅ｂで狭い部分が長さ方向に連続するその長さをａと定義する。

この実施形態では、フューエルレール本体１０の幅狭部１８を設計するにあたって、次のような実験式に基づいて、幅寸法Ｗ、全体の幅ｂ、幅狭部１８の長さａが決定される。

ここで、フューエルレール本体１０の幅狭部１８での燃料供給パイプ１２の端末取付面に生じる応力の上限値をσ（ＭＰａ）、端末取付面の板厚をｔ（mm）、燃料圧力の設定値Ｐ（ＭＰａ）として、定数Ｋ１を次のように定義する。

Ｋ１＝σ／Ｐ …（１）
また、定数Ｋ２を
Ｋ２＝（ａ−ｂ）／ｂ …（２）
と定義する。

まず、定数Ｋ１について、図５乃至図８を参照して説明する。
フューエルレール本体１０の幅狭部１８において、その形状寸法を決定するパラメータとして、上述の幅寸法Ｗを採用した場合、この幅寸法Ｗと、幅狭部１８の燃料供給パイプ１２の端末取付面に生じる応力σの関係を調べた結果、次の実験式によって、応力を幅寸法Ｗと板厚ｔの関数で近似できるという知見を得ることができた。

σ＝２４・Ｐ・Ｗ^1.5 ／ｔ^1.5 …（３）
（３）式を変形すると、
σ／Ｐ＝２４・Ｗ^1.5 ／ｔ^1.5 …（４）
したがって、上で定義した定数Ｋ１との関係は、
Ｋ１＝σ／Ｐ＝２４・Ｗ^1.5 ／ｔ^1.5 …（５）
となる。

次に、幅狭部１８において、燃料供給パイプ１２の端末の取付面に生じる応力について、幅寸法Ｗの値を変えてコンピュータで解析した結果を図５乃至図８に示す。

図５、図６、図７、図８は、それぞれ板厚ｔが１．０mm、１．２mm、１．４mm、１．６mmのフューエルレールについて解析した。燃料圧力Ｐは０．４ＭＰａとした。
また、図４乃至図８には、板厚ｔがそれぞれ１．０mm、１．２mm、１．４mm、１．６mmの場合の（３）式のグラフを併せて表示している。

これらの図４乃至図８からわかるように、幅狭部１８において、燃料供給パイプ１２の端末の取付面に生じる応力σの上限値については、板厚ｔと幅寸法Ｗを決めて、（３）式を利用すると、おおよその応力σの値を見積もることができる。

さらに、（５）式において、定数Ｋ１を先に決めてから、次のようにして幅狭部１８の幅寸法Ｗや肉厚ｔを決定することができる。

応力σの値として、例えば、降伏応力の数値を用い（この値は降伏応力に限られない。設計上、適当な安全率を考慮した値を採用できる）、燃料の圧力Ｐを所定の値に設定し、定数Ｋ１の値を求めておく。
そして、
Ｋ１≧２４・Ｗ^1.5 ／ｔ^1.5 …（６）
を満たすように、幅狭部１８の幅寸法Ｗと肉厚ｔの値を決めればよい。

このようにして決定された幅狭部１８を有するフューエルレールでは、幅狭部１８があることによって、この部分の剛性が高まり撓み難くなり、燃料供給パイプ１２の端末の取付部周辺の応力集中が抑制されるという定性的な傾向がある。

その上で、上述したように、燃料供給パイプ１２の取付面に生じうる応力σの上限値を降伏応力よりも小さく抑えることができる。この結果、取付面への応力集中により、降伏応力の値を越えることが起こる可能性を回避できる。

これにより、フューエルレール本体１０を全体としてみると、他の面が十分に撓む前に、燃料供給パイプ１２の端末取付部の近傍ないし周辺が応力集中により降伏応力の値に越えてしまうというように、端末取付部の近傍ないし周辺がネックになって、圧力変動の吸収量を稼ぐことができなくなるという問題点を解決できる。そして、この幅狭部１８以外の面の方を、圧力変動を吸収させるべく大きく撓ませ、圧力変動の吸収量を稼ぐことが可能になる。

以上に付け加えて、フューエルレール本体１０の幅狭部１８では、（２）式で定義される定数Ｋ２を利用して、その長さａと全体の幅ｂの値を以下のようにして決定することができる。
ここで、図９は、幅狭部１８において、燃料供給パイプ１２の取付面中央部に生ずる応力σの値について、定数Ｋ２の値を変えながらコンピュータで解析した結果を示すグラフである。

この図８からわかるように、Ｋ２の値が１．５を越えると、発生する応力σの上限値が減少していく傾向がある。

したがって、
Ｋ≧１．５ …（７）
の条件をみたすように、幅狭部１８の長さａと幅ｂを決めるようにすればよい。

以上のようにして、幅狭部１８の長さａと幅ｂを設定することで、燃料供給パイプの取付面に生じうる応力σの上限値を低く抑えることができる。とりわけ、定数Ｋ１に基づく幅寸法Ｗの設定と組み合わせることにより、確実に燃料供給パイプの取付面に生じる応力σを抑え、他の面で圧力吸収量を稼ぐことができるようになる。

なお、定数Ｋ２による幅狭部１８の寸法特定については、定数Ｋ１と組み合わせずに、単独で幅狭部１８の寸法を決定するようにしてもよい。

第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態によるフューエルレールについて、図１０乃至図１４を参照して説明する。
この第２実施形態としては、フューエルレール本体１０に形成した幅狭部１８について、様々なバリエーションの例を示す。

図１０は、フューエルレール本体１０の長手方向の左右両側面中央を凹形状とすることにより、一定の幅の狭い部分が長さ方向に連続する幅狭部１８を形成した例を示す。

図１１は、フューエルレール本体１０の長手方向の片側側面の端部側に一定の幅の狭い部分が長さ方向に連続する幅狭部１８を形成した例を示す。

これら図１０および図１１のフューエルレール本体１０では、幅狭部１８の幅Ｗ１、Ｗ２、幅ｂ一定である。第１実施形態と同様に、定数Ｋ１、Ｋ２による幅寸法Ｗの設定、長さａ、全体の幅ｂの設定方法を適用することができる。

次に、図１２は、フューエルレール本体１０に逆Ｖ字形に連続的に幅が狭くなる幅狭部１８を形成した例である。

図１３は、フューエルレール本体１０に円弧状に連続的に幅が変化する幅狭部１８を形成した例である。

図１４は、一定の幅で狭くなる部分と図１２のように幅が連続的に変化するというように、段階的な幅の変化と連続的な幅の変化を組み合わせた例である。

これら図１２および図１４のフューエルレール本体１０では、図１０および図１１の例と異なり、狭隘部１８の幅が連続的に変化するため、定数Ｋ２による寸法形状の特定は適用外になるが、定数Ｋ１による特定は可能である。その場合、取付部材１５から幅方向にフューエルレール本体１０の両側面までの寸法のうち、最も短いのをそれぞれ幅寸法Ｗ１またはＷ２として、そのうち長い方を幅寸法Ｗとすればよい。

以上、フューエルレール本体１０について様々なバリエーションを図示したが、これら以外にも、例えば、幅狭部１８に燃料供給パイプ１２を取り付ける場合に、取付部材１５を用いずに直接取り付けるようにしてもよい。また、フューエルレール本体１０は、図３に示した例とは逆に、アッパーケース１３を内側にロアーケース１４を外側にしてロウ付けしてもよい。

また、図１５に示すように、一部の高さが段階的に変化し、断面がＬ形のフューエルレール本体１０についても、本発明を適用し、幅狭部１８を設けるようにしてもよい。図１６に示すように、本体の一部の高さが連続的に変化するフューエルレール本体１０についても、本発明を適用し、幅狭部１８を設けるようにしてもよい。

さらに、フューエルレール本体１０全体を１本のパイプから絞り加工や、ハイドロ成形により幅狭部１８を形成するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態によるフューエルレールの平面図である。 本発明の第１実施形態によるフューエルレールの側面図である。 本発明の第１実施形態によるフューエルレールの断面図である。 本発明の第１実施形態によるフューエルレールの変形例の平面図である。 第１実施形態によるフューエルレールにおいて、幅狭部の幅寸法と応力の関係を示すグラフである。 第１実施形態によるフューエルレールにおいて、幅狭部の幅寸法と応力の関係を示すグラフである。 第１実施形態によるフューエルレールにおいて、幅狭部の幅寸法と応力の関係を示すグラフである。 第１実施形態によるフューエルレールにおいて、幅狭部の幅寸法と応力の関係を示すグラフである。 第１実施形態によるフューエルレールにおいて、係数Ｋ２と応力の関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態によるフューエルレールの平面図である。 本発明の第２実施形態によるフューエルレールの他の例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態によるフューエルレールの他の例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態によるフューエルレールの他の例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態によるフューエルレールの他の例を示す平面図である。 本発明よるフューエルレールの他の変形例を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 本発明によるフューエルレールの他の変形例を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。

１０ フューエルレール本体
１２ 燃料供給パイプ
１３ アッパーケース
１４ ロアーケース
１５ 取付部材
１６ インジェクタカップ
１８ 幅狭部

Claims (7)

1. インジェクタを取り付けるための複数のインジェクタカップが長さ方向に配列される本体部を有し、燃料供給パイプを通して供給される燃料をインジェクタに分配するフューエルレールにおいて、
   前記フューエルレールの本体部の一部に、長さ方向と直角な方向に幅員が一定の範囲で狭くすることで、前記燃料供給パイプの端末の取り付け部周辺への応力集中を抑制する幅狭部を形成し、前記幅狭部の領域内に前記燃料供給パイプを接続することを特徴とするフューエルレール。
2. 前記幅狭部では、一定の幅の狭い部分が長さ方向に連続することを特徴とする請求項１に記載のフューエルレール。
3. 前記幅狭部では、逆Ｖ字形またはそれに準ずる形で、連続的または段階的に幅が狭くなることを特徴とする請求項１に記載のフューエルレール。
4. 前記幅狭部では、円弧状に連続的に幅が変化することを特徴とする請求項１に記載のフューエルレール。
5. 前記燃料供給パイプの端末が取り付けられた前記幅狭部の取付面では、前記燃料供給パイプの端末取付部位から幅方向両側でそれぞれ最も短くなっている幅寸法のうち、長い方の幅寸法をＷ（mm）として、フューエルレール本体の前記取付面の板厚をｔ（mm）、取付面に生じる応力の上限設定値をσ（ＭＰａ）、燃料圧力の設定値Ｐ（ＭＰａ）として、
   定数Ｋ１＝σ／Ｐ≧２４・Ｗ^1.5 ／ｔ^1.5
   を満たすように、前記幅狭部の幅Ｗと板厚ｔが設定されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかの項に記載のフューエルレール。
6. 前記燃料供給パイプの端末が取り付けられた前記幅狭部の取付面では、前記燃料供給パイプの端末取付部位から幅方向両側でそれぞれ最も短くなっている幅寸法のうち、長い方の幅寸法をＷ（mm）として、フューエルレール本体の前記取付面の板厚をｔ（mm）、取付面に生じる応力の上限設定値をσ（ＭＰａ）、燃料圧力の設定値Ｐ（ＭＰａ）として、
   定数Ｋ１＝σ／Ｐ≧２４・Ｗ^1.5 ／ｔ^1.5
   を満たすように、前記幅狭部の幅Ｗと板厚ｔが設定され、
   さらに前記幅狭部では一定の幅ｂ（mm）の狭い部分が長さ方向に長さａ（mm）で連続し、定数Ｋ２を
   Ｋ２＝（ａ−ｂ）／ｂ
   として、
   Ｋ２≧１．５
   であることを特徴とする請求項２に記載のフューエルレール。
7. 前記幅狭部では一定の幅ｂ（mm）の狭い部分が長さ方向に長さａ（mm）で連続し、定数Ｋ２を
   Ｋ２＝（ａ−ｂ）／ｂ
   として、
   Ｋ２≧１．５
   であることを特徴とする請求項２に記載のフューエルレール。

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