JP2007170348A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】インジェクタに対するコモンレールの配置位置を適切にすると共に燃料管の繋ぎ方向を適切にすることで、組み立てやすく、後の整備を行い易くすることを課題とする。
【解決手段】シリンダーヘッド１上部のエンジンカバー２上にコモンレール３をシリンダーヘッド１の長手方向に沿って配置し、このコモンレール３の吐出側燃料パイプ接続口４をインジェクタ５と反対側に開口し、該吐出側燃料パイプ接続口４から上方へ湾曲してインジェクタ５の供給側燃料パイプ接続口６へ燃料パイプ７を連結してなるエンジンの構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、コモンレールを搭載したエンジンに関する。

エンジンにおいて、各シリンダーへ供給する高圧燃料をコモンレールを介して行い、このコモンレールの圧力すなわち燃料供給圧力とインジェクタの噴射タイミングをコントロールすることで燃料を節約し騒音の低減を図る技術が普及してきた。

例えば、特開２００４−３０８５１２号公報には、このようなエンジンで、コモンレールとインジェクタの間の燃料配管構造が示されている。
特開２００４−３０８５１２号公報

前記特許文献１には、コモンレールとインジェクタの間を繋ぐ燃料パイプを全て等長化するようにした配管構造が記載されているが、コモンレールの設置位置や燃料パイプ連結口の開口方向が適切でない為に、燃料パイプが複雑に曲げられ、取り付けが面倒で整備性が悪い。

そこで、本発明では、インジェクタに対するコモンレールの配置位置を適切にすると共に燃料管の繋ぎ方向を適切にすることで、組み立てやすく、後の整備をし易くすることを課題とする。

本発明の上記課題は次の構成によって達成される。
すなわち、請求項１の発明は、シリンダーヘッド１上部のエンジンカバー２上にコモンレール３をシリンダーヘッド１の長手方向に沿って配置し、このコモンレール３の吐出側燃料パイプ接続口４をインジェクタ５と反対側に開口し、該吐出側燃料パイプ接続口４から上方へ湾曲してインジェクタ５の供給側燃料パイプ接続口６へ燃料パイプ７を連結してなるエンジンとしたものである。

この請求項１記載の発明では、コモンレール３の吐出側燃料パイプ接続口４へ燃料パイプ７を接続する場合にシリンダーヘッド１の側方から行うのである。
また、請求項２の発明は、燃料ポンプ（８）からコモンレール（３）へ配管する燃料パイプ（９）のコモンレール（３）側燃料パイプ接続口（１０）をコモンレール（３）の前記吐出側燃料パイプ接続口（４）に並べて設けたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンとしたものである。

この請求項２記載の発明では、燃料ポンプ８からコモンレール３へ配管する燃料パイプ９をシリンダーヘッド１の側部に配置固定することになる。

請求項１に記載の発明によると、コモンレール３に燃料パイプ７を取り付けることがシリンダーヘッド１の側部であるため容易であり、燃料パイプ７を無理なく湾曲させてコモンレール３の供給側燃料パイプ接続口６に接続できる。しかも、コモンレール３をシリンダーヘッド１の長手方向に沿って配置することで、インジェクタ５の供給側燃料パイプ接続口６と供給側燃料パイプ接続口６の並びが並列になり、各燃料パイプ７が交差するようなことも無く、エンジン振動による燃料パイプ７間での干渉が生じない。

また、請求項２に記載の発明では、燃料ポンプ８からコモンレール３へ配管する燃料パイプ９がシリンダーヘッド１の側部になることで、取り付けが容易でエンジンの熱影響も少ない。

図１には、本発明を具現化したディーゼルエンジンの上部構造を示す外観斜視図を示している。
エンジン本体４０の外側上下中間側部に燃料ポンプ８が取り付けられ、筒状モンレール４がエンジン本体４０上側のシリンダーヘッドカバー２を構成する下ヘッドカバー２ａ上にエンジンの長手方向に沿って取り付けられている。シリンダーヘッドカバー２は、シリンダーヘッド全体を覆う下ヘッドカバー２ａとインジェクタ５を取り外せるように覆う上ヘッドカバー２ｂとから構成されている。上ヘッドカバー２ｂは、インジェクタ５をＵ字状に迂回した形状をして、この上ヘッドカバー２ｂを取り外さなくてもインジェクタ５を取り外せるようにしているので、整備が楽に行える。

インジェクタ５は、噴射口位置を所定方向に保つ為にクランプ３９で押さえ込んでシリンダヘッドへ取り付けられている。クランプ３９は、図２，３に示す如くインジェクタ５の鍔部に係合する二股状押脚４２ａ，４２ｂと一本の支脚４３とで構成され、押脚４２ａ，４２ｂの下端面４６は長手方向の円柱弧状に形成し、支脚４３の下端面４５は、球面に形成し、ボルト挿入穴４７の上端座面４４を球面状に凹ませて、この上端座面４４に球面座金５１をあてがってボルトでジリンダ−ヘッド１へ取り付けることで、インジェクタ５をクランプ３９の二股状押脚４２ａ，４２ｂと一本の支脚４３との三点で片あたりすることなくしっかりと押さえ込んでいる。

図４は、インジェクタ５とクランプ３９の取り付けを示す部分断面図で、下ヘッドカバー２ａを貫通してインジェクタ５をシリンダヘッド４９のノズル孔へ嵌合し、クランプ３９で押さえ込んでいるが、このクランプ３９はボルト挿入穴４７へ挿入するボルトをシリンダヘッド４９のネジ孔にねじ込み、クランプ３９の支脚４３が当接する位置には下ヘッドカバー２ａにシリンダーヘッド４９に達する高剛性ボス５０をインサートしている。

筒状から構成されているコモンレール３は、下ヘッドカバー２ａの凹溝部に沿って、吐出側燃料パイプ接続口４と供給側燃料パイプ接続口１０を外側方へ向けて取り付けている。インジェクタ５の供給側燃料パイプ接続口６も同じく外側方へ向けて固定していて、コモンレール４の吐出側燃料パイプ接続口４とインジェクタ５の供給側燃料パイプ接続口６を燃料パイプ７で連結している。燃料パイプ７は無理なく湾曲して各パイプが同じ長さになるよう屈曲している。コモンレール３の供給側燃料パイプ接続口６には、燃料ポンプ８から吸気マニホールド４１上を通って配管する燃料パイプ９を連結している。この燃料パイプ９は、吸気マニホールド４１上へクランプ４８で固定している。

インジェクタ５からのリターンパイプ２０は、上ヘッドカバー２ｂ上を通って燃料ポンプ８へ入り、さらに燃料タンク１５へ繋がっている。
エンジン本体の前記吸気マニホールド４１と反対側には排気マニホールド５２を配置しその下部にＥＧＲクーラ５３を取り付け、左右のバランスをとっている。

なお、図６に示すように、エンジン本体４０の前記吸気マニホールド４１の下側で、燃料ポンプ８に並べてＥＧＲクーラ５３とＥＧＲバルブ５４を取り付け、ＥＧＲクーラ５３の下側に燃料フィルタ１７を取り付け、吸気マニホールド４１の下側空間を有効に利用し、エンジン本体４０の片側で種々の整備が行えるようにしてもよい。

図７は、シリンダーの燃焼室の平断面図で、周壁を六角孔状にしている。５５はピストンの上面でその中央に隆起部５６を形成し、この隆起部５６に中央から燃焼室５４の周壁に向かって６個の溝５７を設けている。各溝５７の方向は周壁５９に対して直交からやや傾いた角度θを持たせて、インジェクタ５の噴射口から隆起部５６の中央へ吹き付ける霧状燃料が溝５７を通って周壁５９に当たり周壁５９の一方向に向かって流れて回転するようにしている。５８は空気の流入口である。

隆起部５６の溝５７は、インジェクタ５の噴射口の数に対応しているので、この実施例では噴霧口が六個である。このような構造によって燃料が完全燃焼し、スモークや窒素酸化物の発生を少なく出来る。

次に、図８に示す燃料供給システム図で燃料噴射制御状態を説明する。
燃料タンク１５内の燃料は吸入通路１６により燃料フィルタ１７を介してエンジンで駆動される燃料ポンプ８に吸入され、この燃料ポンプ８によって加圧された高圧燃料は吐出通路１８によりコモンレール３に導かれて蓄えられる。

コモンレール３内の高圧燃料は各高圧燃料供給パイプ７により気筒数分のインジェクタ５に供給され、エンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）１９からの指令に基づき、各気筒ごとにインジェクタ５が開弁作動して、高圧燃料がエンジンの各気筒燃焼室内に噴射供給される。

各インジェクタ５での余剰燃料（リターン燃料）は各リターンパイプ２０により共通のリターンパイプ２１へ導かれ、このリターンパイプ２１によって燃料タンク１５へ戻される。

また、コモンレール３内の燃料圧力（コモンレール圧力）を制御するため、燃料ポンプ８に圧力制御弁２２が設けられている。この圧力制御弁２２はＥＣＵ１９からのデューティ信号によって燃料ポンプ８から燃料タンク１５への余剰燃料のリターンパイプ２０の流路面積を調整するものであり、これによりコモンレール３側への燃料吐出量を調整して、コモンレール圧力を制御することが出来る。具体的には、エンジン運転条件に応じて目標コモンレール圧力を設定し、コモンレール圧センサ２３により検出されるコモンレール圧力がこの目標コモンレール圧力と一致するように、圧力制御弁２２を介してコモンレール圧力をフィードバック制御する。

図９は、ＥＣＵ１８の信号入力制御ブロック図である。
エンジン回転数センサ２４、気筒判別センサ２５、アクセルペダルやアクセルレバーの開度センサ２６、吸入空気のターボ圧センサ２７、吸気温度センサ２８、ラジエター水温センサ２９、吸入空気量センサ３０、作業レバーの位置センサ３１、コモンレール圧センサ２３、タイマー３５の各情報がＥＣＵ１９へ入力し、このＥＣＵ１９からグロープラグ制御信号３２、インジェクタ制御信号３３、コモンレール圧制御信号３４が出力される。

次に、このディーゼルエンジンの制御状態をデータマップやフローチャートを用いて説明する。
ディーゼルエンジンでは、メイン噴射に先立って少量の燃料をパルス的に噴射するパイロット噴射を行うことにより、着火遅れを短縮し、ディーゼルエンジン特有のいわゆるノック音を低減することが知られている。

従来においては、パイロット噴射はメイン噴射の前に１回或いは２回行うよう固定されていたが、本発明実施例ではこれをエンジンの状況に応じて変化させることで騒音の低減と不完全燃焼による白煙や黒煙の発生を抑えている。

エンジンが起動した後は、パイロット噴射は図１０のエンジン回転数と燃料噴射量の関係を示すパイロット噴射制御マップによって制御する。パイロット噴射は１回から３回まであるが、各パイロット回数域の間には、気筒ごとに時間をずらしてパイロット回数を切り替える為の遷移領域を設けている。

遷移領域では、例えば、４気筒エンジンの場合、図１１に示すようにパイロット無しからパイロット１回に切り替える際に、まず１気筒でパイロット噴射を開始し順次２気筒、３気筒、４気筒と段階的に等間隔でパイロット噴射を行う気筒を増やして行くことで、騒音の急激な増加を抑えることが出来る。

なお、この遷移領域でのパイロット噴射開始は、図１２に示すように着火順序を気筒順番或いは気筒を一つ飛ばして２気筒ずつ等間隔で開始してもよい。
なお、この遷移領域でのパイロット噴射圧は、メイン噴射圧より低くするが、そのパイロット噴射圧は１回目が高く２回目が低くなるようにしたり、１回目が低く２回目が高くなるようにしたり、１回目と２回目が同じ圧になるようにしたりすることができ、適宜に設定すればよい。

ディーゼルエンジンは、急加速などの場合に黒煙が生じたり騒音が激しくなったりするので、これを防ぐために、アクセルペダルの開き速度を検出して、パイロット噴射の回数とメイン噴射との間隔を変えるようにしている。

図１３の如き加速状態で、それぞれ図１４のようなパイロット噴射制御を行う。すなわち、急激な加速からゆっくりした加速になるにしたがってパイロット噴射を少なくすると共にパイロット噴射時期を短くし、一回のパイロット噴射量を増やす。

従来では、エンジンの軽負荷時には燃料噴射を１サイクルごとでなく２サイクルごとに１回にすると共にコモンレール圧を低下して燃料消費を少なくしていたが、充分に燃焼しなくて未燃焼ガスが排出されたり有害ガスが排出されていたが、これを防ぐ為に、コモンレール圧を高圧のままにして噴射タイミングを例えば４サイクルに１回にすることで制御を簡単にして燃料を完全燃焼させることが出来る。

ディーゼルエンジンを出力９０％以上で駆動している場合には、オーバーヒート気味になるが、このオーバーヒート程度は吸入空気の温度によって変化する。すなわち、外気温が高いほどオーバーヒートし易い。そこで、吸気温度センサ２８の検出温度によって、図１５〜図１７の補正マップを使用している。すなわち、図１５では吸気温度が上昇するに従って噴射量を減少させ、図１６では吸気温度が上昇するに従って噴射タイミングを遅角から進角に変化させ、図１７では吸気温度が上昇するに従ってコモンレールの燃料圧を上昇させている。なお、この補正％は、吸入空気温度０℃を基準にしている。

ディーゼルエンジンがオーバーヒート気味になってきたことは、ラジエータの水温度によっても検出されるので、図１８に示す如く、ラジエータ水温センサ３０で検出する水温が正常温度（８０℃）を越えると、インジェクタ５の噴射タイミングを通常よりも進角させる。これにより、出力を低下させることなく、エンジンの過熱を防止できる。

本発明によるディーゼルエンジンの外観斜視図である。 本発明実施例の一部拡大正面図である。 本発明実施例の一部拡大平面図である。 本発明実施例の一部拡大断面斜視図である。 本発明実施例の全体背面図である。 本発明実施例の正面図である。 本発明実施例の一部拡大平面図である。 本発明実施例の燃料供給系統図である。 本発明実施例の制御ブロック図である。 本発明実施例のエンジン回転数とパイロット噴射回数の制御マップである。 本発明実施例のエンジン回転数とパイロット噴射を行う気筒の制御マップである。 別実施例のエンジン回転数とパイロット噴射を行う気筒の制御マップである。 本発明実施例の回転上昇パターン図である。 本発明実施例の回転上昇時パイロット噴射パターン図である。 本発明実施例の吸気温度と噴射量補正制御マップである。 本発明実施例の吸気温度と噴射タイミング補正制御マップである。 本発明実施例の吸気温度とコモンレールの圧力補正制御マップである。 本発明実施例の吸気温度と噴射タイミングの時間経過説明図である。

符号の説明

１ シリンダーヘッド
２ エンジンカバー
３ コモンレール
４ 吐出側燃料パイプ接続口
５ インジェクタ
６ 供給側燃料パイプ接続口
７ 燃料パイプ
８ 燃料ポンプ
９ 燃料パイプ
１０ 供給側燃料パイプ接続口

Claims (2)

1. シリンダーヘッド（１）上部のエンジンカバー（２）上にコモンレール（３）をシリンダーヘッド（１）の長手方向に沿って配置し、このコモンレール（３）の吐出側燃料パイプ接続口（４）をインジェクタ（５）と反対側に開口し、該吐出側燃料パイプ接続口（４）から上方へ湾曲してインジェクタ（５）の供給側燃料パイプ接続口（６）へ燃料パイプ（７）を連結してなるエンジン。
2. 燃料ポンプ（８）からコモンレール（３）へ配管する燃料パイプ（９）のコモンレール（３）側燃料パイプ接続口（１０）をコモンレール（３）の前記吐出側燃料パイプ接続口（４）に並べて設けたことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。

Images