(57)【要約】リターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを配置した燃料供給機構に於て、脈動共振の発生域を任意に制御する事を可能とする。その為、脈動共振点がエンジンの通常使用の好ましい回転域内に発生する事によって生じる、種々の不都合を除去する。リターンレスタイプの一対のフューエルデリバリパイプ１、２を、水平対向またはＶ型エンジンの各バンクに各々配置し接続配管４にて接続する。そして噴射ノズル３の燃料噴射時に発生する脈動波により誘起される、一方から他方のフューエルデリバリパイプ１、２への接続配管４を介した脈動波の固有周期時間を制御し、この固有周期時間を長時間とする事によって、エンジンの低回転域外に脈動共振点を遷移させるとともに固有周期時間を短時間とする事によって、エンジンの高回転域外に脈動共振点を遷移させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の噴射ノズルを備えるとともに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを、複数の気筒からなるバンクを水平対向またはＶ型に配置した対向型エンジンの各バンクに各々配置し、この一対のフューエルデリバリパイプを接続配管にて接続し、この接続配管の一部に、又は一方のフューエルデリバリパイプに直接、サプライ配管を介して燃料タンク側と連結したフューエルサプライシステムに於て、噴射ノズルの燃料噴射時に発生する脈動波の、一対のフューエルデリバリパイプの間に発生する共振現象の周期を、フューエルデリバリパイプ壁面の剛性、フューエルデリバリパイプの長さ、フューエルデリバリパイプと接続配管との流路断面積比、接続配管の長さのうち、少なくとも１つにより制御し、この共振現象の周期を長時間とする事によって、エンジンの低回転域外に脈動共振点を遷移させるようにした事を特徴とする、対向型エンジンの脈動共振点発生域の制御方法。
【請求項２】
複数の噴射ノズルを備えるとともに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを、複数の気筒からなるバンクを水平対向またはＶ型に配置した対向型エンジンの各バンクに各々配置し、この一対のフューエルデリバリパイプを接続配管にて接続し、この接続配管の一部に、又は一方のフューエルデリバリパイプに直接、サプライ配管を介して燃料タンク側と連結したフューエルサプライシステムに於て、噴射ノズルの燃料噴射時に発生する脈動波の、一対のフューエルデリバリパイプの間に発生する共振現象の周期を、フューエルデリバリパイプ壁面の剛性、フューエルデリバリパイプの長さ、フューエルデリバリパイプと接続配管との流路断面積比、接続配管の長さのうち、少なくとも１つにより制御し、この共振現象の周期を短時間とする事により、エンジンの高回転域外に脈動共振点を遷移させるようにした事を特徴とする、対向型エンジンの脈動共振点発生域の制御方法。
【請求項３】
複数の噴射ノズルを備えるとともに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを、複数の気筒からなるバンクを水平対向またはＶ型に配置した対向型エンジンの各バンクに各々配置し、この一対のフューエルデリバリパイプを、後記の接続配管よりも内径を小さくした流通絞り管を介して接続配管にて接続し、この接続配管の一部に、又は一方のフューエルデリバリパイプに直接、サプライ配管を介して燃料タンク側と連結したフューエルサプライシステムに於て、噴射ノズルの燃料噴射時に発生する脈動波の、一対のフューエルデリバリパイプの間に発生する共振現象の周期を、フューエルデリバリパイプと接続配管の間に設けた流通絞り管のフューエルデリバリパイプに対する流路断面積比、長さのうち少なくとも１つにより制御し、この共振現象の周期を長時間とする事によって、エンジンの低回転域外に脈動共振点を遷移させるようにした事を特徴とする、対向型エンジンの脈動共振点発生域の制御方法。
【請求項４】
一対のフューエルデリバリパイプは、一対の接続配管によりループ状に接続されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の対向型エンジンの脈動共振点発生域の制御方法。
【請求項５】
複数の噴射ノズルを備えるとともに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプの一本のフューエルデリバリパイプを、複数の気筒からなるバンクを水平対向またはＶ型に配置した対向型エンジンの各バンクの噴射ノズルに、分岐管を介して各々接続すると共に、このフューエルデリバリパイプを、サプライ配管を介して燃料タンク側と連結したフューエルサプライシステムに於て、噴射ノズルの燃料噴射時に発生する脈動波の共振現象の周期を、フューエルデリバリパイプ壁面の剛性、フューエルデリバリパイプの長さ、フューエルデリバリパイプとサプライ配管との流路断面積比、サプライ配管の長さのうち、少なくとも１つにより制御し、この共振現象の周期を長時間とする事によって、エンジンの低回転域外に脈動共振点を遷移させるようにした事を特徴とする、対向型エンジンの脈動共振点発生域の制御方法。
【請求項６】
複数の噴射ノズルを備えるとともに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを、複数の気筒を配置した直列型エンジンに配置し、このフューエルデリバリパイプにサプライ配管を介して燃料タンク側と連結したフューエルサプライシステムに於て、噴射ノズルの燃料噴射時に発生する脈動波の、フューエルデリバリパイプと燃料タンクの間に発生する共振現象の周期を、フューエルデリバリパイプの壁面の剛性、フューエルデリバリパイプの長さ、フューエルデリバリパイプとサプライ配管の流路断面積比、サプライ配管の長さのうち少なくとも１つにより制御し、この共振現象の周期を長時間とする事によって、エンジンの低回転域外に脈動共振点を遷移させるようにした事を特徴とする、直列型エンジンの脈動共振点発生域の制御方法。
【請求項７】
複数の噴射ノズルを備えるとともに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを、複数の気筒を配置した直列型エンジンに配置し、このフューエルデリバリパイプにサプライ配管を介して燃料タンク側と連結したフューエルサプライシステムに於て、噴射ノズルの燃料噴射時に発生する脈動波の、フューエルデリバリパイプと燃料タンクの間に発生する共振現象の周期をフューエルデリバリパイプの壁面の剛性、フューエルデリバリパイプの長さ、フューエルデリバリパイプとサプライ配管の流路断面積比、サプライ配管の長さのうち少なくとも１つにより制御し、この共振現象の周期を短時間とする事によって、エンジンの高回転域外に脈動共振点を遷移させるようにした事を特徴とする、直列型エンジンの脈動共振点発生域の制御方法。
【請求項８】
複数の噴射ノズルを備えるとともに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを、複数の気筒を配置した直列型エンジンに配置し、このフューエルデリバリパイプにサプライ配管を介して燃料タンク側と連結したフューエルサプライシステムに於て、噴射ノズルの燃料噴射時に発生する脈動波の、フューエルデリバリパイプと燃料タンクの間に発生する共振現象の周期を、フューエルデリバリパイプとサプライ配管の間に設けた流通絞り管のフューエルデリバリパイプに対する流路断面積比、長さのうち少なくとも１つにより制御し、この共振現象の周期を長時間とする事によって、エンジンの低回転域外に脈動共振点を遷移させるようにした事を特徴とする、直列型エンジンの脈動共振点発生域の制御方法。
【請求項９】
フューエルデリバリパイプは、噴射ノズルからの燃料噴射時に発生する脈動波を吸収し得る脈動波吸収機能を備えたものである事を特徴とする、請求項１、２、３、４または５記載の対向型エンジンにおける脈動共振点発生域の制御方法。
【請求項１０】
フューエルデリバリパイプは、噴射ノズルからの燃料噴射時に発生する脈動波を吸収し得る脈動波吸収機能を備えたものである事を特徴とする、請求項６、７または８記載の直列型エンジンにおける脈動共振点発生域の制御方法。
【請求項１１】
フューエルデリバリパイプは、噴射ノズルからの燃料噴射時に発生する脈動波を吸収する機能を備えないものである事を特徴とする、請求項１、２、３、３、４または５記載の対向型エンジンにおける脈動共振点発生域の制御方法。
【請求項１２】
フューエルデリバリパイプは、噴射ノズルからの燃料噴射時に発生する脈動波を吸収する機能を備えないものである事を特徴とする、請求項６、７または８記載の直列型エンジンにおける脈動共振点発生域の制御方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、Ｖ型エンジン、水平対向エンジン等の対向型エンジンおよび直列型エンジンの脈動波を原因として発生する脈動共振の発生点を、エンジンの通常使用の好ましい回転速度域外に遷移させる、対向型もしくは直列型エンジンの脈動共振点発生域の制御方法に係るものである。
背景技術
従来、複数の噴射ノズルを設けてエンジンの複数の気筒にガソリン等の燃料を供給するフューエルデリバリパイプが知られている。このフューエルデリバリパイプは、燃料タンクから導入した燃料を、複数の噴射ノズルから順次、エンジンの複数の吸気管又は気筒内に噴射し、この燃料を空気と混合し、この混合気を燃焼させる事によってエンジンの出力を発生させている。
このフューエルデリバリパイプは、上述の如く、サプライ配管を介して燃料タンクから供給された燃料を噴射ノズルからエンジンの吸気管又は気筒に噴射する為のものであるが、供給された燃料がフューエルデリバリパイプ内に余分に供給された場合、その余分の燃料を圧力調整弁により燃料タンクに戻す回路を有する方式の、リターンタイプのフューエルデリバリパイプが存在する。また、このリターンタイプのフューエルデリバリパイプとは異なり、供給された燃料を燃料タンクに戻す回路を持たない、リターンレスタイプのフューエルデリバリパイプが存在する。
フューエルデリバリパイプに余分に供給された燃料を燃料タンクに戻す方式のものは、フューエルデリバリパイプ内の燃料の量を、常に一定に保つ事が出来るため、燃料噴射に伴う脈動波も発生しにくい利点を有している。しかしながら、高温のエンジン気筒に近接して配置しているフューエルデリバリパイプに供給された燃料は高温化し、この高温化した余分の燃料を燃料タンクに戻す事によって、燃料タンク内のガソリンの温度が上昇する。この温度上昇により、ガソリンが気化し、環境に悪影響を及ぼすものとなり好ましくないため、この余分の燃料を燃料タンクに戻さないリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプが提案されている。
このリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプは、噴射ノズルから吸気管又は気筒への噴射が行われた場合、余分の燃料を燃料タンクに戻す配管がないため、圧力変動が大きなものとなり大きな脈動波を生じ、この脈動波の発生もリターンタイプのフューエルデリバリパイプに比較すると大きなものとなっている。
本発明は、脈動波が発生しやすいリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを用いたものである。そして、従来技術に於いては、エンジンの吸気管又は気筒への噴射ノズルからの燃料噴射によって、フューエルデリバリパイプの内部が局所的に急激に減圧され、脈動波（粗密波）を生じさせるものとなる。この脈動波は、フューエルデリバリパイプ及びこのフューエルデリバリパイプに接続した接続配管から燃料タンク側までを構成する、燃料が流通する各構成部材の各々の脈動波の伝播速度で伝播された後、燃料タンク内の圧力調整弁から反転されて戻され、接続配管を介してフューエルデリバリパイプ迄伝播される。このフューエルデリバリパイプには、複数の噴射ノズルが設けられており、この複数の噴射ノズルが順次燃料の噴射を行い脈動波を発生させる。
この脈動波は、燃料が流通する各構成部材間の境界で、脈動波の伝播速度、流速等の変化により反射、透過を起こしながら系の中を各構成部材毎に対応する脈動波の伝播速度で伝播する。通常フューエルデリバリパイプは接続配管およびサプライ配管に比較して流路断面積が著しく大きく、フューエルデリバリパイプから接続配管およびサプライ配管へ脈動波が伝わる境界面では反射率が大きくなる。さらに、フューエルデリバリパイプ自身が弾性変形により脈動波を吸収する機構を有する場合には、その弾性率の著しい違いによりフューエルデリバリーパイプ内の脈動波の伝播速度が遅くなる。フューエルデリバリパイプ以外の構成部材では脈動波による弾性変形が無視でき、脈動波の伝播速度は媒体、すなわち燃料に固有の値となる。その結果、さらにこの境界面での反射率は大きくなる。この大きな反射率により、フューエルデリバリーパイプ内の圧力変動は非常に緩やかに燃料タンク内の圧力調整弁で吸収され、系に固有の周期をもつ。この周期と各噴射ノズルの噴射周期とが一致すると共振現象を起こす。
Ｖ型エンジンに於いて、フューエルデリバリパイプを各々のバンクに一対設置したときには、燃料タンク内の圧力調整弁で緩やかに吸収される脈動波は、一対のフューエルデリバリパイプ間を往復する成分が大きくなり、やはりフューエルデリバリパイプと接続配管との境界面での反射率が大きいことにより、全体としてゆっくりとした固有の周期をもつ。先ほどと同様に、この周期と各噴射ノズルの噴射周期が一致すると共振現象を起こす。
この脈動共振点が、エンジンの通常使用の回転速度域外に発生している場合には特に問題を生じないが、エンジンの通常使用の回転域内に於て発生すると、種々の不都合を生じる事となる。尚、本明細書に於いてエンジンの回転域とは、エンジンの通常使用の好ましい回転速度域を意味するものである。
即ち脈動共振点がエンジンの回転域の中に入ると、この脈動共振によってフューエルデリバリパイプ内の圧力が急激に低下し、エンジンの吸気管又は気筒内に噴く燃料が少なくなる現象が生じる。すると燃料ガスと空気の混合割合が設計値とは異なったものとなり、排気ガスに悪影響を及ぼしたり、設計されたパワーを出力させる事が出来なくなるものとなる。また脈動共振は、燃料タンク側に接続したサプライ配管に機械的振動を引き起こし、このサプライ配管を床下に止めているクリップを介して車内に騒音として伝播され、この騒音が運転者や同乗者に不快感を与えるものとなる。
従来、このような脈動共振による上述の如き種々の欠点を低減し、脈動共振の発生による弊害を少なくする方法としては、ゴムのダイアフラムが入ったパルセーションダンパーを、リターンレスタイプのフューエルデリバリパイプに配置し、発生する脈動波エネルギーをこのパルセーションダンパーによって吸収低減したり、フューエルデリバリパイプから燃料タンク側までの床下に配設されるサプライ配管を、振動吸収用のゴム製や発泡樹脂製等のクリップを介して床下に固定する事により、フューエルデリバリパイプ、もしくはタンクまでのサプライ配管に発生する振動を吸収低減する事が行われている。これらの方法は比較的有効なものであって脈動共振の発生による弊害を低減させる効果がある。
しかしながら、パルセーションダンパーや振動吸収用のクリップを用いるのみでは脈動共振の発生による弊害を低減させる効果があるものの、確実な除去は出来ないものであった。また、パルセーションダンパーや振動吸収用のクリップは高価なものであり、部品点数を増やしコスト高となるし、設置スペースの確保にも新たな問題を生じている。そこで、これらのパルセーションダンパーや振動吸収用のクリップを使用する事なく、脈動波を低減し、脈動共振の発生をエンジンの低回転域外に遷移させる目的で、フューエルデリバリパイプに脈動波を吸収し得る、脈動吸収機能を備えたものが提案されている。
これらの、脈動波の吸収機能を有するフューエルデリバリパイプとしては、特開２０００−３２９３０３０号公報記載の発明、特開２０００−３２０４２２号公報記載の発明、特開２０００−３２９０３１号公報記載の発明、特開平１１−３７３８０号公報記載の発明、特開平１１−２１６４号公報記載の発明、特開昭６０−２４０８６７号公報記載の発明等が知られている。
これらの、脈動波吸収機能を有するフューエルデリバリパイプは、燃料噴射に伴って発生する脈動波を吸収低減する効果を備えている。また、直列型のエンジンに使用する場合は、前述した固有値が比較的低いことが多く、脈動共振点がエンジンの低回転域外になることが多いものであった。
しかしながら、水平対向エンジン、Ｖ型エンジン等の、複数の気筒からなるバンクを並列に配置し、この複数の気筒を配置したバンクにそれぞれフューエルデリバリパイプを配置し、この一対のフューエルデリバリパイプを接続配管にて接続し、この接続配管の一部、又は一方のフューエルデリバリパイプに直接、サプライ配管を介して燃料タンク側と連結する対向型エンジンに於ては、脈動共振がエンジンの使用回転域内になってしまうことが多い。直列型のエンジンでも、燃料タンクの配置の関係でサプライ配管が短い場合には脈動共振点がエンジンの使用回転域内になってしまうこともある。
フューエルデリバリパイプ自身が脈動波吸収機構をもつ、６気筒の対向エンジンでは２，０００〜４，０００ｒｐｍ前後域において脈動共振現象が発生することを実験的に確認した。この回転速度域は、エンジンの通常使用の範囲であるため、前述した如く燃料噴射に影響を与え、燃料と空気の混合比率を狂わせ、排気ガス浄化の上からも好ましくない結果を生じたり、エンジンの出力不足を生じたり、またサプライ配管を介して騒音を自動車の車内に導入する結果となっている。
また、フューエルデリバリパイプ自身が脈動波吸収機構をもち、サプライ配管が通常の半分程度の長さの３気筒の直列エンジンでは１，０００ｒｐｍの前後域において脈動共振現象が発生することを実験的に確認した。前記例と同様に、この場合もエンジンの通常使用の回転速度域であるため、同様の不具合が発生してしまう。
これらの共振現象は、前述した通り、燃料タンクからフューエルデリバリパイプの間のフューエルサプライシステムに固有な脈動波のゆっくりした固有周期と、噴射ノズルの噴射周期が一致することにより発生するものである。そして、直列型のエンジンにおいて共振現象の発生は、フューエルデリバリパイプと燃料タンク内の圧力調整弁との間の脈動の固有周期が支配する。一方対向型のエンジンにおいて共振現象の発生は、一対のフューエルデリバリパイプ間の脈動の固有周期が支配する。この周期とエンジンの回転速度との間には、通常の４サイクルエンジンでは
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という関係が成り立ち、フューエルデリバリパイプ内の噴射ノズル数によっては固有周期がエンジンの実使用回転域内になってしまう。
上述した、フューエルサプライシステムの系に固有な周期が何によって決まるのかを解明するために、系の数値解析を試みた。系の燃料が流通するフューエルデリバリパイプ、接続配管、サプライ配管等の各構成部材の脈動波の伝播速度をあらかじめ求め、この各構成部材の境界に対して流速、圧力に関する連続条件を考慮して、波動方程式の数値解析をしたところ、脈動波の固有周期はフューエルデリバリパイプ内の脈動波の伝播速度、フューエルデリバリパイプの長さ、フューエルデリバリパイプと接続配管もしくはサプライ配管との流路断面積比に支配されることが判明した。また、直列型のエンジンにおいては、フューエルデリバリパイプと燃料タンク内の圧力調整弁とを結ぶサプライ配管の長さも脈動波の固有周期に大きく影響を与えることが判明した。また、対向型の一対のフューエルデリバリパイプを有するエンジンにおいては、一対のフューエルデリバリパイプの間を結ぶ接続配管の長さも、固有周期に大きく影響を与えることが判明した。
上記において、脈動波の伝播速度αは
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で与えられる。フューエルデリバリパイプの体積弾性率Ｋｗは有限要素法等による数値計算で求めることができる。図４および図５に示す形状のフューエルデリバリパイプについての体積弾性率Ｋｗは、数値解析により約７０ＭＰａとなることがわかった。燃料の密度ρが８００ｋｇ／ｍ３、燃料の体積弾性率Ｋｆが１ＧＰａ、フューエルデリバリパイプの体積弾性率Ｋｗが７０ＭＰａのときには、フューエルデリバリパイプ内の脈動波の伝播速度は約２９０ｍ／ｓとなる。この値は実験によってもほぼ正しいことが確認されている。それに対し、前記燃料の密度および体積弾性率においてフューエルデリバリパイプの壁面の体積弾性率を無限大としたときには、脈動波の伝播速度は約１１２０ｍ／ｓとなる。従って円管においてはフューエルデリバリパイプの壁面の体積弾性率は液体の体積弾性率に対して著しく大きく、前記脈動波の伝播速度の式において分母側に液体及びフューエルデリバリパイプの壁面の体積弾性率Ｋｗの逆数があるため、フューエルデリバリパイプの壁面の体積弾性率Ｋｗの影響はほとんど無視できる。従って断面が円であるような通常の配管においては脈動波の伝播速度は１１００ｍ／ｓ程度と考えられ、実験的にも確認されている。
例えば、対向型のエンジンであって、燃料の脈動波の伝播速度が１１００ｍ／ｓ、フューエルデリバリパイプ内の脈動波の伝播速度が２９０ｍ／ｓ、一対のフューエルデリバリパイプの長さが３００ｍｍ、接続配管の長さが２００ｍｍ、フューエルデリバリパイプと接続配管の流路断面積比が０．１である系において、一方のフューエルデリバリパイプ内で圧力変動があった場合の圧力変動の数値解を求め、バンク間の圧力差の経時変化を求めると正弦波となり、その固有周期は１４．３ｍｓとなった。Ｖ６エンジン、すなわち各バンクに噴射ノズルが３個づつ設けられた場合を想定すると、前述の式〔数式１〕により脈動共振点は約２，８００ｒｐｍとなる。
また、直列型のエンジンであって、燃料の脈動波の伝播速度が１１００ｍ／ｓ、フューエルデリバリパイプ内の脈動波の伝播速度が２９０ｍ／ｓ、フューエルデリバリパイプの長さが３００ｍｍ、サプライ管の長さが１０００ｍｍ、フューエルデリバリパイプと接続配管の流路断面積比が０．１である系において、フューエルデリバリパイプ内で圧力変動があった場合の圧力変動の数値解を求め、フューエルデリバリパイプ内の圧力の経時変化を求めるとやはり正弦波となる。その固有周期は３９．１ｍｓとなった。３気筒エンジンを想定すると、前述の式より脈動共振点は約１，０００ｒｐｍとなる。
発明の開示
本発明は上述の如き課題を解決しようとするものであって、この脈動共振現象がエンジンの通常使用の好ましい回転域の中に存在する場合は、前述の如く種々の不都合な事態を発生する事となるが、エンジンの通常使用の好ましい回転域外に、この脈動共振点が存在するものであれば、エンジンの作動に悪影響を及ぼす事はない。そこで、本発明では上記の脈動波の固有周期を、フューエルデリバリパイプ内の脈動波の伝播速度、すなわちフューエルデリバリパイプの壁面の剛性、フューエルデリバリパイプの長さ、フューエルデリバリパイプと接続配管もしくはサプライ管の流路断面積比、接続配管もしくはサプライ管の長さのうち、少なくとも１つを調節することにより、脈動共振点を任意の回転速度域に遷移させることを可能としたものである。
本発明は、上述の如き課題を解決するため、第１の発明は、複数の噴射ノズルを備えるとともに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを、複数の気筒からなるバンクを水平対向またはＶ型に配置した対向型エンジンの各バンクに各々配置し、この一対のフューエルデリバリパイプを接続配管にて接続し、この接続配管の一部に、又は一方のフューエルデリバリパイプに直接、サプライ配管を介して燃料タンク側と連結したフューエルサプライシステムに於て、噴射ノズルの燃料噴射時に発生する脈動波の、一対のフューエルデリバリパイプの間に発生する共振現象の周期を、フューエルデリバリパイプ壁面の剛性、フューエルデリバリパイプの長さ、フューエルデリバリパイプと接続配管との流路断面積比、接続配管の長さのうち、少なくとも１つにより制御し、この共振現象の周期を長時間とする事によって、エンジンの低回転域外に脈動共振点を遷移させるようにした事を特徴とするものである。
また、第２の発明は、複数の噴射ノズルを備えるとともに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを、複数の気筒からなるバンクを水平対向またはＶ型に配置した対向型エンジンの各バンクに各々配置し、この一対のフューエルデリバリパイプを接続配管にて接続し、この接続配管の一部に、又は一方のフューエルデリバリパイプに直接、サプライ配管を介して燃料タンク側と連結したフューエルサプライシステムに於て、噴射ノズルの燃料噴射時に発生する脈動波の、一対のフューエルデリバリパイプの間に発生する共振現象の周期を、フューエルデリバリパイプ壁面の剛性、フューエルデリバリパイプの長さ、フューエルデリバリパイプと接続配管との流路断面積比、接続配管の長さのうち、少なくとも１つにより制御し、この共振現象の周期を短時間とする事により、エンジンの高回転域外に脈動共振点を遷移させるようにした事を特徴として成るものである。
また、第３の発明は、複数の噴射ノズルを備えるとともに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを、複数の気筒からなるバンクを水平対向またはＶ型に配置した対向型エンジンの各バンクに各々配置し、この一対のフューエルデリバリパイプを、後記の接続配管よりも内径を小さくした流通絞り管を介して接続配管にて接続し、この接続配管の一部に、又は一方のフューエルデリバリパイプに直接、サプライ配管を介して燃料タンク側と連結したフューエルサプライシステムに於て、噴射ノズルの燃料噴射時に発生する脈動波の、一対のフューエルデリバリパイプの間に発生する共振現象の周期を、フューエルデリバリパイプと接続配管の間に設けた流通絞り管のフューエルデリバリパイプに対する流路断面積比、長さのうち少なくとも１つにより制御し、この共振現象の周期を長時間とする事によって、エンジンの低回転域外に脈動共振点を遷移させるようにした事を特徴として成るものである。
また、上記の第１乃至第３発明に於いて、一対のフューエルデリバリパイプは、一対の接続配管によりループ状に接続されているものであっても良い。
また、第４の発明は、複数の噴射ノズルを備えるとともに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプの一本のフューエルデリバリパイプを、複数の気筒からなるバンクを水平対向またはＶ型に配置した対向型エンジンの各バンクの噴射ノズルに、分岐管を介して各々接続すると共に、このフューエルデリバリパイプを、サプライ配管を介して燃料タンク側と連結したフューエルサプライシステムに於て、噴射ノズルの燃料噴射時に発生する脈動波の共振現象の周期を、フューエルデリバリパイプ壁面の剛性、フューエルデリバリパイプの長さ、フューエルデリバリパイプとサプライ配管との流路断面積比、サプライ配管の長さのうち、少なくとも１つにより制御し、この共振現象の周期を長時間とする事によって、エンジンの低回転域外に脈動共振点を遷移させるようにした事を特徴として成るものである。
また、第５の発明は、複数の噴射ノズルを備えるとともに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを、複数の気筒を配置した直列型エンジンに配置し、このフューエルデリバリパイプにサプライ配管を介して燃料タンク側と連結したフューエルサプライシステムに於て、噴射ノズルの燃料噴射時に発生する脈動波の、フューエルデリバリパイプと燃料タンクの間に発生する共振現象の周期を、フューエルデリバリパイプの壁面の剛性、フューエルデリバリパイプの長さ、フューエルデリバリパイプとサプライ配管の流路断面積比、サプライ配管の長さのうち少なくとも１つにより制御し、この共振現象の周期を長時間とする事によって、エンジンの低回転域外に脈動共振点を遷移させるようにした事を特徴として成るものである。
また、第６の発明は、複数の噴射ノズルを備えるとともに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを、複数の気筒を配置した直列型エンジンに配置し、このフューエルデリバリパイプにサプライ配管を介して燃料タンク側と連結したフューエルサプライシステムに於て、噴射ノズルの燃料噴射時に発生する脈動波の、フューエルデリバリパイプと燃料タンクの間に発生する共振現象の周期をフューエルデリバリパイプの壁面の剛性、フューエルデリバリパイプの長さ、フューエルデリバリパイプとサプライ配管の流路断面積比、サプライ配管の長さのうち少なくとも１つにより制御し、この共振現象の周期を短時間とする事によって、エンジンの高回転域外に脈動共振点を遷移させるようにした事を特徴として成るものである。
また、第７の発明は複数の噴射ノズルを備えるとともに燃料タンクへの戻り回路が設けられていないリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを、複数の気筒を配置した直列型エンジンに配置し、このフューエルデリバリパイプにサプライ配管を介して燃料タンク側と連結したフューエルサプライシステムに於て、噴射ノズルの燃料噴射時に発生する脈動波の、フューエルデリバリパイプと燃料タンクの間に発生する共振現象の周期を、フューエルデリバリパイプとサプライ配管の間に設けた流通絞り管のフューエルデリバリパイプに対する流路断面積比、長さのうち少なくとも１つにより制御し、この共振現象の周期を長時間とする事によって、エンジンの低回転域外に脈動共振点を遷移させるようにした事を特徴として成るものである。
また、フューエルデリバリパイプは、噴射ノズルからの燃料噴射時に発生する脈動波を吸収し得る脈動波吸収機能を備えたものであっても良い。
また、フューエルデリバリパイプは、噴射ノズルからの燃料噴射時に発生する脈動波を吸収する機能を備えないものであっても良い。
本発明は、上述の如く構成したものであるから、対向型エンジンに於ては、一対のフューエルデリバリパイプを接続配管で接続し、この接続配管の一部に、又は一方のフューエルデリバリパイプに直接、サプライ配管を接続し、燃料タンク内に設けられた圧力調整弁付きの燃料ポンプとフューエルデリバリパイプとを連結し、一対のフューエルデリバリパイプの間に発生する脈動波の固有周期を長時間とすることにより、エンジンの通常使用の好ましい低回転域外に脈動共振点を遷移させる事が可能となる。この脈動波の固有周期時間を長時間とするには、フューエルデリバリパイプ壁面の剛性を下げることによりフューエルデリバリパイプ内の脈動波の伝播速度を下げるか、フューエルデリバリパイプの長さを長くするか、フューエルデリバリパイプの流路断面積が接続配管の流路断面積に対して大きくなるようにフューエルデリバリパイプもしくは接続配管もしくは双方の流路断面積を調整するか、接続配管の長さを長くするか、もしくは上述したパラメータを組み合わせることで可能となる。
また、一対のフューエルデリバリパイプの間に発生する脈動波の固有周期時間を短時間とすることにより、エンジンの通常使用の好ましい高回転域外に脈動共振点を遷移させるように調整する事が可能となる。この脈動波の固有周期時間を短時間とするには、フューエルデリバリパイプ壁面の剛性を上げることによりフューエルデリバリパイプ内の脈動波の伝播速度を上げるか、フューエルデリバリパイプの長さを短くするか、フューエルデリバリパイプの流路断面積が接続配管の流路断面積に対して小さくなるようにフューエルデリバリパイプもしくは接続配管もしくは双方の流路断面積を調整するか、接続配管の長さを短くするか、もしくは上述したパラメータを組み合わせることで可能となる。
従来、直列型エンジンに於ては、脈動波の吸収機能を備えたフューエルデリバリパイプを使用する事によって、５００ｒｐｍ程度の回転速度に脈動共振を発生させ、エンジンの通常使用の好ましい回転速度域である６００〜７０００ｒｐｍの回転速度域外に脈動共振点が存在することが多かった。そのため、特に工夫をすることなく、脈動共振により発生する不具合を回避することができた。
しかしながら、複数の気筒から成るバンクを並列に配置した、Ｖ型対向エンジンもしくは水平対向エンジン等の対向型エンジンに於いては、各バンクにリターンレスタイプのフューエルデリバリパイプを並列に配置し、この一対のフューエルデリバリパイプを接続配管にて接続し、この接続配管を、サプライ配管を介して燃料タンク側に連結するものとなる。このような、対向型エンジンに於ては、フューエルデリバリパイプに脈動波吸収機能を備えたものを使用しても、脈動共振点がエンジンの回転域内に発生する事が、実験的に及び数値計算に於て確認された。
また、直列型のエンジンにおいても、フューエルデリバリパイプと燃料タンクとを結ぶサプライ配管の長さを通常よりも短くしていくと、フューエルデリバリパイプと燃料タンク内の圧力調整弁との間に発生する脈動の固有周期が短くなり、脈動共振点がエンジンの回転域内に発生することが、実験的に及び数値計算に於て確認された。
リターンレスタイプのフューエルデリバリパイプでは、例えば、フューエルデリバリパイプ自身が脈動波吸収機構を持つものを用いた場合に、６気筒の対向エンジンでは２，０００〜４，０００ｒｐｍ前後域において脈動共振現象が発生した。この回転速度域は、エンジンの通常使用の範囲であるため、前述した如く燃料噴射に影響を与え、燃料と空気の混合比率を狂わせ、排気ガス浄化の上からも好ましくない結果を生じたり、エンジンの出力不足を生じたり、またサプライ配管を介して騒音を自動車の車内に導入する結果となっている。
この６気筒対向エンジンにおける２，０００〜４，０００ｒｐｍという回転速度域は、前述した式により固有周期に変換すると２０〜１０ｍｓに相当する。前述の数値計算の例（フューエルデリバリパイプ内の脈動波の伝播速度が２９０ｍ／ｓ、フューエルデリバリパイプの長さが３００ｍｍ、接続配管内の脈動波の伝播速度が１１００ｍ／ｓ、接続配管の長さが２００ｍｍ、フューエルデリバリパイプと接続配管もしくはサプライ配管の流路断面積比が０．１という系に於て、固有周期の計算値が１４．３ｍｓ）で一対のフューエルデリバリパイプ間に発生する脈動波の単純な伝播周期を計算すると４．５ｍｓとなり、この固有周期は系内を単純に脈動波が往復する時間に比べて著しく大きい。すなわち、この脈動波の固有周期は脈動波の単純な往復によるものではなく、フューエルデリバリパイプと接続配管もしくはサプライ配管の境界面における反射及び透過現象が大きく影響しているものと理解される。この境界面における反射係数Ｒと透過係数Ｔは次式で与えられる。
2003016706.tif 000005
フューエルデリバリパイプと接続配管もしくはサプライ配管内の脈動波の伝播速度ｃ１がともに１１００ｍ／ｓの場合の反射率と透過率の計算結果を図７に、フューエルデリバリパイプが弾性により脈動を吸収する例として、フューエルデリバリパイプ内の脈動波の伝播速度ｃ１が２９０ｍ／ｓの計算結果を図８に示した。そして、図７，図８に於いてｃ１はフューエルデリバリパイプ側の脈動波の伝播速度を示し、ｃ２はサプライ配管又は接続配管側の脈動波の伝播速度を示している。また、Ａ１はフューエルデリバリパイプ側の断面積を示し、Ａ２はサプライ配管又は接続配管側の断面積を示している。
図７，図８に於いても配管側の脈動波の伝播速度ｃ２は１１００ｍ／ｓとした。横軸はフューエルデリバリパイプ基準の流路面積比ｒＡ＝Ａ１／Ａ２を、縦軸は反射率Ｒと透過率Ｔを表す。流路面積比が０．１程度を想定すると、図７，図８に於いてもＲが大きい。即ちこの境界面では脈動波がほとんど反射され、ごく一部が透過されることがわかる。特に図８に示すごとく弾性変形により自身で脈動を吸収するようなフューエルデリバリパイプ、即ちｃ１が２９０ｍ／ｓの場合においては、Ｒが０．９５程度（Ｔが０．０５程度）である。即ち脈動波は５％程度しか透過されない。従って、フューエルデリバリパイプ内で発生した局所的な圧力変動は、脈動波となって極僅かずつフューエルタンク内の圧力調整弁に到達し、脈動波の伝播時間に比較して非常にゆっくりと反転されていくと理解される。
直列型のエンジンに於いては、この噴射による脈動波はタンクとの間のゆっくりとした周期をもつ脈動波となるものと推測される。この脈動波がフューエルデリバリパイプでの噴射周期と一致すると共振現象となるものと理解される。
一方、対向型のエンジンにおいては、連続した噴射が片バンクずつ交互に行われるため、フューエルデリバリパイプ内の局所的な圧力変動が交互のバンクで周期的に起こり、この周期で決まる強制的な圧力変動が存在する。このときに、接続配管を介して一対のフューエルデリバリ間には、直列型エンジンにおける燃料タンクとフューエルデリバリパイプ間の脈動波と同様に、一対のフューエルデリバリパイプ間を各々の伝播速度で往復する周期よりもはるかに大きい周期をもつ脈動波が存在する。この脈動波に重ね合わせて、燃料タンクと各フューエルデリバリパイプ間の脈動波も存在している。ただ、こちらの成分は一対のフューエルデリバリパイプ間の脈動波に比べると小さく、実際のエンジン運転時にはあまり問題とならない。そして、一対のフューエルデリバリパイプ間の脈動波の周期は、重ね合わさったタンクとの間の脈動波成分を相殺するために、一対のフューエルデリバリパイプの圧力差の経時変化を求めることで確認できる。
従って、直列型エンジンの場合には脈動波が床下を通る長いサプライ配管を含んで構成され、比較的長い周期となる。従って、従来の直列型エンジンの脈動共振点は、エンジンの通常使用する好ましい回転速度域より下になっていたため、脈動共振の発生する弊害を生じることがなかった。
しかし、直列型エンジンにおいても、燃料タンクやエンジンの置かれる位置によっては脈動波を構成する系の長さが短くなり、固有周波数が高くなってエンジンの通常使用する回転域にかかってしまうこともあり得る。この場合、脈動共振現象が低回転域の、いわゆるアイドル回転に近い域に発生することが予想される。従って、直列型エンジンにおいてこの脈動共振が問題になるときには、脈動波の周期を長くすることにより共振点をアイドル回転以下に遷移することが有効となる。
一方、対向型エンジンに於ては、脈動波が一対のフューエルデリバリパイプと接続配管で構成される場合が多いが、Ｖ型対向エンジンでは接続配管が短く、比較的短い周期となり、比較的高回転域での脈動共振現象が発生するものとなる。水平対向型エンジンでは接続配管が長くなり、その結果脈動波の周期が比較的長くなり、比較的低回転域に脈動共振現象が認められることになる。従って、対向型エンジンにおいて脈動共振が問題になるときには、接続配管の長さに応じて脈動波の周期を短くすることにより脈動共振点をエンジンの使用範囲より高い域に遷移するか、もしくは脈動波の周期を長くすることにより、脈動共振点をアイドル回転以下に遷移するかの、いずれかの方策が考えられる。
対向型エンジンについて、一対のフューエルデリバリパイプの間に発生する脈動波の数値計算による解析により、脈動波の伝播速度、長さ、断面積比の影響を分析した結果を図９〜図１４に示した。いずれの図においても、各図における固定パラメータを図中に示している。縦軸は脈動波の周期を示し、丸印が計算した結果を示している。そして、図９に示すごとく、対向型エンジンにおいて脈動波の固有周期はフューエルデリバリパイプの脈動波の伝播速度にほぼ反比例する。すなわち、フューエルデリバリパイプの剛性を下げ脈動波の吸収能力を高めることで、脈動波の伝播速度を低下させると固有周期が長くなり、その結果脈動周期を長くすることができる。
また、図１０に示すごとく、接続配管およびサプライ配管の脈動波の伝播速度は対向型エンジンの脈動波の固有周期にほとんど影響を与えない。対向型エンジンにおける脈動波の固有周期は、図１１に示すごとくフューエルデリバリパイプの長さの平方根にほぼ比例し、図１２に示すごとく接続配管の長さの平方根にもほぼ比例する。従って、フューエルデリバリパイプの長さを長くするか接続配管の長さを長くすることで脈動波の固有周期が長くなり、その結果脈動共振周期を長くすることができる。しかし、図１３に示すごとく、サプライ配管の長さでは変わる事がない。
また、対向型エンジンの脈動波の固有周期は、図１４に示すごとく断面積比（（接続配管の流路断面積）／（フューエルデリバリパイプの流路断面積））の平方根にほぼ反比例する。従って、フューエルデリバリパイプの断面積を大きくするか、または接続配管の断面積を小さくすることで脈動波の固有周期が長くなり、その結果脈動共振周期を長くすることができる。図１５に同じ条件での対向型エンジンについての脈動波の実験結果と数値計算結果の相関を示す。図１５に於いて接続配管の長さに対応する脈動波の周期を示すが、図中の白丸が実験値を示し、黒三角が計算値を示すが、両者がほぼ一致していることがわかる。従って、対向型エンジンの脈動共振周期の制御に上述した数値計算結果による分析を使用できると考えられ、脈動共振点を下げるにはフューエルデリバリパイプの剛性を下げて脈動波の伝播速度を下げるか、フューエルデリバリパイプを長くするか、接続配管を長くするか、フューエルデリバリパイプの流路断面を大きくするか、接続配管の流路断面を小さくするか、またはこれらの組み合わせにより制御することができる。
逆に、脈動共振点を上げるにはフューエルデリバリパイプの剛性を上げて脈動波の伝播速度を上げるか、フューエルデリバリパイプを短くするか、接続配管を短くするか、フューエルデリバリパイプの流路断面を小さくするか、接続配管の流路断面を大きくするか、またはこれらの組み合わせにより制御することができる。
また、対向型エンジンに於て、一対のフューエルデリバリパイプ間を一対の接続配管でループ状に接続する場合について同様にして解析した結果を図１６〜図２０に示した。いずれの図においても、各図における固定パラメータを図中に示している。縦軸は脈動波の周期を示し、丸印が計算による結果を示している。脈動波の伝播速度、長さ等の各パラメータの影響は前例、すなわち一対のフューエルデリバリパイプ間の１つの接続配管で接続する場合と全く同様であるが、脈動波の周期が２／３程度小さくなっている。図１６がフューエルデリバリパイプ内の脈動波の伝播速度の影響を示し、前記の図９に対応している。また、図１７がフューエルデリバリパイプの長さの影響を示し、前記の図１１に対応している。また、図１８が接続配管の長さの影響を示し、前記の図１２に対応している。また、図１９がフューエルデリバリパイプと接続配管の流路断面積比の影響を示し、前記の図１４に対応している。また、図２０は同じ条件での対向型エンジンについての脈動波の実験結果と数値計算結果の相関を示す、前記の図１５に対応するが、この図１５と同様に両者がほぼ一致している。従って、前記と同様にして脈動共振点を制御できるが、前述したように固有周期が約２／３、すなわち脈動共振点が１．５倍となるので、ループ状の接続配管構成は脈動共振点をエンジンの高回転域外に遷移させたいときに適している。
同様にして、直列型エンジンについて、フューエルデリバリパイプと燃料タンクの間に発生する脈動波の数値計算により解析した。脈動波の伝播速度、長さ、断面積比の影響を分析した結果を図２１〜図２５に示した。いずれの図においても、各図における固定パラメータを図中に示しており、縦軸は脈動波の周期を示し、丸印が計算により得た結果を示している。そして、図２１に示すごとく、直列型エンジンにおいて脈動波の固有周期はフューエルデリバリパイプの脈動波の伝播速度にほぼ反比例する。すなわち、フューエルデリバリパイプの剛性を下げ、脈動波の吸収能力を高めることで、脈動波の伝播速度を低下させると固有周期が長くなり、その結果脈動周期を長くすることができる。図２２に示すごとく、サプライ配管の脈動波の伝播速度は、直列型エンジンの脈動波の固有周期にほとんど影響を与えない。直列型エンジンにおける脈動波の固有周期は、図２３に示すごとくフューエルデリバリパイプの長さの平方根にほぼ比例し、図２４に示すごとくサプライ配管の長さの平方根にもほぼ比例する。従って、フューエルデリバリパイプの長さを長くするか、サプライ配管の長さを長くすることで、脈動波の固有周期が長くなり、その結果脈動共振周期を長くすることができる。
直列型エンジンの脈動波の固有周期は、図２５に示すごとく断面積比（（サプライ配管の流路断面積）／（フューエルデリバリパイプの流路断面積））の平方根にほぼ反比例する。従って、フューエルデリバリパイプの断面積を大きくするか、またはサプライ配管の断面積を小さくすることで脈動波の固有周期が長くなり、その結果脈動共振周期を長くすることができる。図２６に同じ条件での直列型エンジンについての脈動波の実験結果と数値計算結果の相関を示すが、両者がほぼ一致していることがわかる。従って、直列型エンジンの脈動共振周期の制御に上述した数値計算結果による分析を使用できると考えられ、脈動共振点を下げるにはフューエルデリバリパイプの剛性を下げて脈動波の伝播速度を下げるか、フューエルデリバリパイプを長くするか、サプライ配管を長くするか、フューエルデリバリパイプの流路断面を大きくするか、サプライ配管の流路断面を小さくするか、またはこれらの組み合わせにより制御することができる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施例を説明する。図１５に於いて説明した実験時の構成に基づいて説明する。対向型エンジンにおいては、図１に示すごとく、一対のフューエルデリバリパイプ（１）（２）に噴射ノズル（３）を３個づつ搭載している。フューエルデリバリパイプ（１）（２）の長さは実験においては３１５ｍｍとした。実験においては噴射ノズル（３）は噴射側を開放した。一対のフューエルデリバリパイプ（１）（２）は接続配管（４）で接続し、この接続配管（４）は、外径８ｍｍ、肉厚０．７ｍｍの円管で、長さは２１０ｍｍ、７００ｍｍ、２６００ｍｍ、３２００ｍｍの４種類とした。接続配管（４）の中間点でサプライ配管（５）と接続されている。このサプライ配管（５）は接続配管（４）と同じく外径８ｍｍ、肉厚０．７ｍｍの円管で、長さを２０００ｍｍとした。サプライ配管（５）は先端部を燃料タンク（６）に接続されている。燃料タンク（６）では燃料ポンプ（７）の吐出口に圧力調整弁（８）が接続され、この圧力調整弁（８）にサプライ配管（５）が接続されている。
次に、直列型エンジンについて図２６に於いて説明した実験時の構成に基づいて説明する。図３に示すごとく、フューエルデリバリパイプ（１）に噴射ノズル（３）を３個搭載している。フューエルデリバリパイプ（１）の長さは対向型と同じく３１５ｍｍとした。フューエルデリバリパイプ（１）はサプライ配管（５）を接続している。サプライ配管（５）は外径８ｍｍ×肉厚０．７ｍｍもしくは外径６ｍｍ×肉厚０．７ｍｍ、もしくは外径４．７６ｍｍ×肉厚０．７ｍｍの円管で、長さは９５０ｍｍ〜５２００ｍｍとした。サプライ配管（５）は先端を燃料タンク（６）に接続している。燃料タンク（６）では、燃料ポンプ（７）の吐出口に圧力調整弁（８）を接続し、この圧力調整弁（８）にサプライ配管（５）が接続している。
フューエルデリバリパイプ（１）（２）の詳細寸法を図４、５を用いて説明する。フューエルデリバリパイプ（１）（２）の断面形状は図５に示すごとく、偏平になっており、幅３４ｍｍ、高さ１０．２ｍｍで、外面の角部を半径３．５ｍｍのＲ形状としている。フューエルデリバリパイプ（１）（２）の長さは前述したように３１５ｍｍとした。フューエルデリバリパイプ（１）（２）には気筒数に応じて噴射ノズル（３）が取り付けられ、さらにエンジンへ固定するためのブラケット（１０）が取り付けられている。この形状で体積弾性係数を数値解析により求めたところ７０ＭＰａ程度で、前述した数式２により脈動波の伝播速度を求めると約２９０ｍ／ｓだった。このフューエルデリバリパイプの幅を３４ｍｍから２８ｍｍに減少させると、数値解析により弾性係数が１５０ＭＰａ程度となり、その結果脈動波の伝播速度は４００ｍ／ｓに上昇する。これらの脈動波の伝播速度は、実験において反射波の位相ずれによりほぼ正しいことを確認している。
対向型エンジンにおける共振点の実例と共振点の制御の例について説明する。７０ＭＰａの体積弾性率、すなわち脈動波の伝播速度２９０ｍ／ｓを呈するフューエルデリバリパイプ（１）（２）の長さが３１５ｍｍであって、外径８ｍｍ×肉厚０．７ｍｍの接続配管（４）の長さが２１０ｍｍであるようなＶ６エンジンの場合、図１５に示したように、この構成では脈動波の固有周期は実験の結果１３．９ｍｓとなった。６気筒エンジン、すなわち各バンクに３気筒づつある場合には、脈動共振点は前述した数式３により約２８８０ｒｐｍとなる。
このエンジン回転数を高回転側に、例えば７０００ｒｐｍに遷移させるには、脈動波の固有周期を０．４１倍する必要がある。一例として、フューエルデリバリパイプ（１）（２）の幅を３４ｍｍから２８ｍｍに変えて体積弾性率が１５０ＭＰａ程度とすることにより、脈動波の伝播速度を４００ｍ／ｓにし、フューエルデリバリパイプ（１）（２）の長さを３００ｍｍにして、接続配管（４）を外径１２ｍｍ×肉厚０．９ｍｍにすることで脈動波の固有周期を５．６ｍｓ、すなわちＶ６エンジンにおいては７１００ｒｐｍ程度に共振点を遷移することができる。逆に、このエンジン回転を低回転に、例えば７００ｒｐｍとするには、脈動波の固有周期を４．１１倍する必要がある。一例として、フューエルデリバリパイプ（１）（２）の幅は３４ｍｍのままで長さを３３０ｍｍに延長し、接続配管（４）を外径４．７６ｍｍ×肉厚０．７ｍｍ、長さ１１００ｍｍとすることで脈動波の固有値を５８ｍｓに、すなわちＶ６エンジンにおいては６９０ｒｐｍ程度に共振点を遷移することができる。
また、異なる実施例において、共振点をエンジンの高回転域外に遷移させるには、接続配管（４）を一対用いてループ状に構成することにより、約１．５倍、共振点を上げる事が可能となる。この方法は、図２に示す如く、幅を３５ｍｍとするフューエルデリバリパイプ（１）（２）の両端に、第１の接続配管（４）と、第２の接続配管（９）を接続し、フューエルデリバリパイプ（１）（２）と一対の接続配管（４）（９）によりループを構成するものである。そして、フューエルデリバリパイプ（１）（２）の脈動波の伝播速度２９０ｍ／ｓ、長さ３１５ｍｍ、一対の接続配管（４）（９）の長さ２１０ｍｍ、サプライ配管（５）の長さ２０００ｍｍに形成する。また、接続配管（４）（９）とサプライ配管（５）を外径８ｍｍ×肉厚０．７ｍｍに形成した。この構成において、脈動波の固有周期は数値解析により９．４ｍｓ、すなわち共振点が４２６０ｒｐｍ程度となる。
また、フューエルデリバリパイプ（１）（２）の幅を２８ｍｍとすることで脈動波の伝播速度を４００ｍ／ｓにし、一対の接続配管（４）（９）を外径８ｍｍ×肉厚０．７ｍｍから外径１０ｍｍ×肉厚０．７ｍｍに変更することにより、脈動波の固有周期を５．５ｍｓ、すなわち共振点を７２７０ｒｐｍに遷移させることができる。
次に、直列型エンジンにおける共振点の実例と共振点の制御の例について説明する。７０ＭＰａの体積弾性率、すなわち脈動波の伝播速度２９０ｍ／ｓを呈するフューエルデリバリパイプ（１）の長さが３１５ｍｍであって、外径８ｍｍ×肉厚０．７ｍｍのサプライ配管（５）の長さが１９００ｍｍであるような直列３気筒エンジンの場合、図１９に示したように、脈動波の固有周期は実験の結果５１．３ｍｓとなった。３気筒エンジンの場合には、脈動共振点は前述した数式１により約７８０ｒｐｍとなる。このエンジン回転速度を低回転に、例えば７００ｒｐｍとするには、７８０ｒｐｍ／７００ｒｐｍにより、脈動波の固有周期を１．１１倍する必要がある。一例として、サプライ配管５を外径６．３５ｍｍ×肉厚０．７ｍｍとすることで脈動波の固有値を６８ｍｓに、すなわち直列４気筒エンジンにおいては５９０ｒｐｍ程度に共振点を遷移することができる。
また、対向型エンジンに於ける異なる実施例では、図２７に示す如く、複数の気筒からなるバンクを水平対向またはＶ型に配置した対向型エンジンの各バンクの各噴射ノズル（３）を、分岐管（１２）を介して一つのフューエルデリバリパイプ（１）に接続した構成の場合について説明する。この実施例に於いては、水平対向またはＶ型等の対向型エンジンであっても接続配管は不要となる。そして、フューエルデリバリパイプ１は、前例と同じく偏平になっており、幅３４ｍｍ、高さ１０．２ｍｍで、外面の角部を半径３．５ｍｍのＲ形状で、長さを３１５ミリとしている。また、サプライ配管（５）を外径８ミリ、肉厚０．７ミリの円管で形成し、長さを１９００ミリとすると、脈動波の固有周期は図１９に示したように５１．３ｍｓとなる。対向型の６気筒エンジンにおいては、脈動共振点は３９０ｒｐｍとなり、共振点を使用域外に遷移させることが可能となる。
また、異なる実施例に於いて、フューエルデリバリパイプ１とサプライ配管５の間に、図６に示す如く絞り管（１１）を追加した場合に付いて説明すれば、フューエルデリバリパイプ（１）の脈動波の伝播速度を２９０ｍ／ｓ、長さを３１５ｍｍ、サプライ配管（５）を外径８ｍｍ×０．７ｍｍ、長さ１８７５ｍｍ、絞り管（１１）を内径３ｍｍ、長さ２５ｍｍという構成において、脈動波の固有周期を数値解析すると、絞り管（１１）を設けない場合に比較し、脈動波の固有周期が９０．９ｍｓ、共振点は４４０ｒｐｍになる。
また、圧力脈動の吸収能力を持たないフューエルデリバリパイプ（１）に、圧力脈動の吸収を目的として、外付けのパルセーションダンパー（１４）を取り付けたものや、特開昭６３−１００２６２号公報記載のようにダンパーを組み込んだもの、又は特開平９−１５１８３０号公報記載のように弾性中空体を内蔵したもの等が知られている。これらのダンパーを使用したものに於いても、前述の圧力脈動の吸収能力を持つフューエルデリバリパイプ（１）と同様に脈動波の個有値が存在し、脈動共振を発生させるものである。図２８は圧力脈動の吸収能力を持たない、角形のフューエルデリバリパイプ（１３）にパルセーションダンパー（１４）を取り付けた一例を示すものである。
このような場合も、勿論フューエルデリバリパイプ（１）又は（１３）と接続する配管の断面積比、接続する配管の長さ等を調整する事により脈動共振点の発生域の制御が可能となる。それには、まず実験により当該ダンパー機能付きフューエルデリバリパイプにより構成された系統の脈動共振点を求める。次にこの脈動共振点に合致するようなダンパー機能付きのフューエルデリバリパイプの、脈動波の伝播速度を数値計算によって求めた後、前記の脈動吸収形のフューエルデリバリパイプと同じ手順により、脈動共振点がエンジの通常使用域外となるような断面積比、配管長を求めればよいものである。
産業上の利用可能性
本発明は、上述の如く一対のフューエルデリバリパイプを用いたＶ型対向エンジン、水平対向エンジンの如き、対向型エンジン及び１つのフューエルデリバリパイプから成る直列型エンジンの、リターンレスタイプの燃料供給機構に於て、脈動共振の発生域を任意に制御する事が可能となるから、脈動共振がエンジンの通常使用の好ましい回転域内に発生する事によって生じる、種々の不都合を除去する事が可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、対向型エンジンに於ける１対のフューエルデリバリパイプ、接続配管、サプライ配管の位置関係を示す系統図。図２は、接続配管とフューエルデリバリパイプをループ状に接続した実施例の系統図。図３は、直列型エンジンに於けるフューエルデリバリパイプ、サプライ配管の位置関係を示す系統図。図４は、偏平断面を有し壁面の弾性により脈動波を吸収可能なフューエルデリバリパイプの流路断面図。図５は、図４に示すフューエルデリバリパイプの側面図。図６は、フューエルデリバリパイプと配管の間に絞り管を配置した側面図。図７は、フューエルデリバリパイプと配管の境界面における脈動波の反射・透過係数の流路断面積比依存性を示す特性図。図８は、偏平断面を有し体積弾性率が小さくてその結果脈動波の伝播速度が小さいフューエルデリバリパイプと配管の境界面における脈動波の反射・透過係数の流路断面積比依存性を示す特性図。図９は、対向型エンジンにおける一対のフューエルデリバリパイプの間の脈動波のフューエルデリバリパイプ脈動波の伝播速度への依存性を示す特性図。図１０は、対向型エンジンにおける一対のフューエルデリバリパイプの間の脈動波の配管脈動波の伝播速度への依存性を示す特性図。図１１は、対向型エンジンにおける一対のフューエルデリバリパイプの間の脈動波のフューエルデリバリパイプ長さへの依存性を示す特性図。図１２は、対向型エンジンにおける一対のフューエルデリバリパイプの間の脈動波の接続配管長さへの依存性を示す特性図。図１３は、対向型エンジンにおける一対のフューエルデリバリパイプの間の脈動波のサプライ配管長さへの依存性を示す特性図。図１４は、対向型エンジンにおける一対のフューエルデリバリパイプの間の脈動波のフューエルデリバリパイプと接続配管の境界面における流路断面積比への依存性を示す特性図。図１５は、対向型エンジンにおける一対のフューエルデリバリパイプの間の脈動波の数値計算と実験値との相関を示す特性図。図１６は、接続配管を一対のループ形とした対向型エンジンにおける一対のフューエルデリバリパイプの間の脈動波のフューエルデリバリパイプ脈動波の伝播速度への依存性を示す特性図。図１７は、接続配管を一対のループ形とした対向型エンジンにおける一対のフューエルデリバリパイプの間の脈動波のフューエルデリバリパイプ長さへの依存性を示す特性図。図１８は、接続配管を一対のループ形とした対向型エンジンにおける一対のフューエルデリバリパイプの間の脈動波の接続配管長さへの依存性を示す特性図。図１９は、接続配管を一対のループ形とした対向型エンジンにおける一対のフューエルデリバリパイプの間の脈動波のフューエルデリバリパイプと接続配管の境界面における流路断面積比への依存性を示す特性図。図２０は、接続配管を一対のループ形とした対向型エンジンにおける一対のフューエルデリバリパイプの間の脈動波の数値計算と実験値との相関を示す特性図。図２１は、直列型エンジンにおけるフューエルデリバリパイプと燃料タンクの間の脈動波のフューエルデリバリパイプ脈動波の伝播速度への依存性を示す特性図。図２２は、直列型エンジンにおけるフューエルデリバリパイプと燃料タンクの間の脈動波のフサプライ配管の脈動波の伝播速度への依存性を示す特性図。図２３は、直列型エンジンにおけるフューエルデリバリパイプと燃料タンクの間の脈動波のフューエルデリバリパイプ長さへの依存性を示す特性図。図２４は、直列型エンジンにおけるフューエルデリバリパイプと燃料タンクの間の脈動波のサプライ配管長さへの依存性を示す特性図。図２５は、直列型エンジンにおけるフューエルデリバリパイプと燃料タンクの間の脈動波のフューエルデリバリパイプとサプライ配管の境界面における流路断面積比への依存性を示す特性図。図２６は、直列型エンジンにおけるフューエルデリバリパイプと燃料タンクの間の脈動波の数値計算と実験値の相関を示す特性図。図２７は、対向型エンジンにおいて各バンクの噴射ノズルを一つのフューエルデリバリパイプで接続する場合の系統図。図２８は、パルセーションダンパー付きの角形フューエルデリバリパイプの一例を示す斜視図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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