JP2005536362A - 構成部品の縁部に液体浸食で丸味付けするための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、構成部品の縁部、特に高耐圧性の構成部品の通路内の縁部を液体浸食で丸味付けするための方法であって、研磨材が加えられた液体を、丸味付けしようとする縁部に沿ってガイドし、丸味付けしようとする縁部の領域内の流れ速度を、液体の流路内に配置された流れ制御部材によって高める方法及び装置に関する。本発明の方法の手段によれば、液体（６）の流れ速度を、液体が流れ制御部材（７）の幾何学形状を介して丸味付けしようとする縁部（５）に達するまで、流れ制御部材（７）の形状に沿って次第に高めるようにした。また本発明の装置の手段によれば、流れ通路（１０）の横断面が、液体（６）の流れ方向（Ｓ）で見て、前記流れ制御部材（７）の形状に沿って少なくとも、丸味付けしようとする縁部（５）まで次第に減少していることを特徴としている。

Description

本発明は、構成部品のエッジ若しくは縁部（edge）、特に高耐圧性の構成部品の通路内の縁部を液体浸食（hydro-erosive）で丸味付けするための方法であって、研磨材が加えられた液体を、丸味付けしようとする縁部に沿ってガイドし、丸味付けしようとする縁部の領域内の流れ速度を、液体の流路内に配置された流れ制御部材によって高める方法に関する。また本発明は、構成部品の縁部、特に高耐圧性の構成部品の通路内の縁部を液体浸食で丸味付けするための方法を実施するための装置であって、研磨材が加えられた液体の流路内に、及び丸味付けしようとする縁部の領域内に配置された、液体の流れ速度を高めるための流れ制御部材を有しており、該流れ制御部材が、液体の流れ方向で見て丸味付けしようとする縁部の上流側に存在し、かつ該縁部に隣接する壁部と共に、流れ通路を形成している形式のものに関する。

場合によっては構成部品の疲労又は破壊を引き起こす局所的な応力ピークに対抗するために、高耐圧性の構成部品特に燃料噴射システムの構成部品に設けられた孔に丸味付けを施すことは、一般的に公知である。押出ホーニング（extruder honing）としても公知である丸味付け法においては、研磨粒子が加えられているポリマーのペーストによって切断縁部が丸味付けされるようになっている。この場合、ポリマーの研磨ペーストを購入し、かつ廃棄するための高価な経費が必要となり、また研磨ペーストを構成部品から取り除くために高価な洗浄プロセスが必要となる、という欠点がある。しかも、燃料噴射システムでは、コモンレースシステム内において例えばノズルに向かう下流側にペーストが付着する危険性がある。これは、ノズルの噴射孔を詰まらせるか、又はノズルニードルの領域内でノズルの気密性を損なわせることになり、それによって出力の低下、エンジン故障又はエンジンの損傷を引き起こすことになる。

従来技術において公知な、縁部に丸味を付けるための別の可能性は、電気化学的な材料取り除き法を用いる点にある。この公知の方法においては、同様に互いに交差し合う孔の領域の縁部が丸味付けされるようになっている。この場合に形成される多孔性の粗い表面が特に局所的に応力ピークを生ぜしめる、という欠点がある。従ってこの方法において得られる圧力上昇は、押出ホーニング法におけるよりも小さい。

別の自緊法（Autofrettage）として公知の方法は、縁部に丸味を付けるのではなく、構成部品の運転中に発生する圧力負荷に抗する方向に向けられる残留応力を生ぜしめることによってより高い耐圧性を得るようにするのである。このような自緊法においては、構成部品は数分間だけ圧力にさらされる。提供された圧力は、局所的な塑性変形が生ぜしめられ、この塑性変形が構成部品の厚さ全体に亘って発生するのではなく、部分的（５０％）にだけ発生する程度の高さに、選定されている。

壁部の外側領域は、弾性的にのみ、内側の領域が塑性変形せしめられる。圧力を放出する際に内側領域に残留応力が発生する。この残留応力は、対抗応力として圧力ピークに抗する方向に向けられる。しかしながらこの方法は、大量生産には適していない。何故ならば、この公知の方法においては、数千バール（bar）の圧力が必要だからである。

さらに、ドイツ連邦共和国特許公開第１９９５３１３１号明細書によれば、機械的、熱的又はその他で強く負荷される構成部品の縁部を丸味付けするための方法及び装置が公知である。特別な使用分野として、燃料噴射システムの高圧アキュムレータの通路同士の交差箇所における縁部に丸味付けする方法が挙げられる。このような高圧で負荷される構成部品においては、あらゆる形式の縁部の領域に応力ピークが発生する。この応力ピークは、構成部品の故障、特に構成部品の破壊を生ぜしめる。構成部品を高耐圧性に構成するために、構成部品の縁部に丸味付けが施される。丸味付けは、フィードポンプによって構成部品に供給される腐食性の液体を、丸味付けしようとする縁部に沿って環流させることによって行われる。縁部の領域では、液体の腐食作用を高めるために、横断面を縮小させることによって液体の流れ速度が高められるようになっている。フィード圧力を調節することによって、液体の流れ速度及びひいては縁部の領域における材料削り取りに影響を及ぼすことができる。フィード圧力は約５０バール（bar）〜１４０バールの範囲内である。さらに、一般的な詳細な規定を設けることなしに、液体の流れ方向と、丸味付けしようとする縁部の縦軸線とが９０°の角度を成すように設定されている。ノズルニードルのスリット及び、これに続く予燃焼室が噴射ノズルの噴射孔へ移行するエッジ状の移行部を丸味付けするために、円錐形体が袋孔状の噴射ノズルのノズルニードル座部内に導入され、それによって縁部の領域内に環状ギャップが形成されるようになっている。この環状ギャップは、丸味付けしようとする領域内で流れ速度の所望に上昇させるために用いられる。さらに、この公知の明細書の図面においては、環状ギャップが流れ方向で拡大されていることが示されている。浸食性の液体の流れ速度を高めるための前記流れ制御部材の主要な機能の他に、流れ制御部材の形状に関する規定、特に外周面の輪郭形状に関する規定はなされていない。

ドイツ連邦共和国特許第１９９１４７１９号明細書によれば、燃料のための噴射ノズルの噴射孔の侵入縁部を液体浸食（hydro-erosive）で丸味付けするための別の方法が公知である。浸食性の液体の流れ速度を高めるための円錐形の流れ制御部材を備えた前記丸味付け装置とは異なり、この公知の方法においては、ノズルニードルの形状にならって形成された流れ制御部材が設けられている。相応の形式で、流れ制御部材は、浸食性の液体用の環状通路を形成するために、ノズルニードルのための噴射ノズルに設けられた円筒形のガイド孔の内径よりもやや小さい外径を有するシャフトより成っている。流れ制御部材のシャフトの前端部に続いて円筒形の尖端が設けられており、この円筒形の尖端は、その前端部が円錐形の座付き円錐形部内に移行している。座付き円錐形部の外側輪郭形状は、噴射ノズルの座付きテーパ部の内側輪郭形状に合致されている。しかも尖端部及び座付き円錐形部の外径は、座付き円錐形部が噴射孔の下側で噴射孔に隣接して、噴射孔の座付きテーパ部に当接するように設計されている。従って流れ制御部材によって形成された、浸食性の液体のための通路は、噴射孔の領域内で終わっている。ガイド孔の内壁と流れ制御部材のシャフトの外壁との間の環状通路から座付きテーパ部の室内に侵入する浸食性の液体の流れ速度は、次第に減少する。何故ならば、尖端の始端部の領域内の環状通路は著しく拡大しているからである。次いで、座付きテーパの領域内で噴射孔に向かって、浸食性の液体の流れ速度は再び増大する。何故ならば、流れ制御部材の尖端部に向かう方向で見て、座付きテーパのテーパ状の内壁は尖端部の円筒形の外壁に侵入しているからである。

付加的に、尖端部の外壁には、この尖端部の長手方向に延びるガイド溝が形成され、このガイド溝を介して、浸食性の液体の研磨材が、噴射孔の侵入縁部の上部領域に所望にガイドされるようになっている。これによって、この領域において、より強い丸味付けが得られ、ひいてはより高い燃料環流速度が得られる。

本発明の課題は、構成部品の縁部、特に高耐圧性の構成部品の通路内の縁部に丸味付けを施す方法及び装置を改良して、有利には丸味付けが縁部領域に集中的に実施されるような、最適化された丸味付けが得られるようにすることである。

この課題は、請求項１に記載した特徴部を有する構成部品の縁部を液体浸食で丸味付けするための方法によって解決された。またこの課題は、構成部品の縁部を液体浸食で丸味付けするための装置に関連して、請求項３に記載した特徴を有する装置によって解決される。従属請求項２及び４〜９には、本発明による方法及び装置の有利な実施態様が記載されている。

本発明によれば、研磨材が加えられた液体を、丸味付けしようとする縁部に沿ってガイドし、丸味付けしようとする縁部の領域内の流れ速度を、液体の流路内に配置された流れ制御部材によって高めるようにした、構成部品の縁部、特に高耐圧性の構成部品の通路内の縁部に丸味付けを施す方法において、前記課題は、液体の流れ速度を、液体が流れ制御部材の幾何学形状を介して丸味付けしようとする縁部に達するまで、流れ制御部材の形状に沿って次第に高めるようにし、また、正確に縁部領域内で最大流れ速度が得られるようにし、この最大流れ速度によって、浸食性の液体の最大研磨作用が生ぜしめられるようにしたことによって、達成される。流れ制御部材を介して局所的に得られる高い流れ速度に基づいて、丸味付け法は、全体として、浸食性の液体のためのフィードポンプの、より低い圧力で実施することができる。この方法の有利な実施態様によれば、液体の流れ速度は、流れ制御部材の幾何学形状に亘って常に次第に高められ、これによって流れ制御部材と、構成部品の隣接する縁部とは、浸食性の液体の摩耗作用に対して保護される。何故ならば、浸食性の液体は、流れ制御部材の外周面に対して若しくは壁部に対してほぼ平行に流れるからである。

浸食性の液体の摩耗作用をさらに最適化するために、流れ制御部材によって液体が、流れ方向で見て、丸味付けしようとする縁部に向かって変向せしめられるようにした。これによって、液体に含有された、垂直方向の速度成分を有する研磨剤が縁部に向かって流れる。次いで衝撃に基づいて縁部領域の材料が取り除かれる。従って、流れ制御部材によって流れの速度ベクトルにも所望の影響を及ぼすことができる。

さらにまた前記方法に対応する、構成部品の縁部、特に高耐圧性の構成部品の通路内の縁部を液体浸食で丸味付けするための本発明による装置で、研磨材が加えられた液体の流域内に、及び丸味付けしようとする縁部の領域内に配置された、液体の流れ速度を高めるための流れ制御部材を有しており、該流れ制御部材が、液体の流れ方向で見て丸味付けしようとする縁部の上流側に存在し、かつ該縁部に隣接する壁部と共に、流れ通路を形成している形式の装置において、丸味付けの最適化は、前記流れ通路の横断面が、液体の流れ方向で見て、前記流れ制御部材の形状に沿って少なくとも、丸味付けしようとする縁部まで次第に減少している構成によって達成されている。流れ通路の横断面を次第に減少させたことによって、流れ制御部材及び、構成部品の隣接する壁部は、摩耗に対して保護される。

本発明の方法においては、前記のように、縁部に向き合う、流れ制御部材の外周面の領域は、液体の流れが少なくとも部分的に縁部に向かって変向されるように、構成されていることによって、縁部の丸味付けのさらなる最適化が得られる。

本発明の有利な実施態様によれば、円筒形横断面を有する第１の孔の端部と第２の孔とを交差させることによって形成されている、構成部品の丸味付けしようとする縁部において、第１の孔内にセンタリングされて導入された流れ制御部材を介して、この流れ制御部材の外周面と第１の孔の壁部との間に環状の流れ通路が形成されている。これによって、流れ通路全体に亘って均一に高められた流れ速度によって、縁部の周方向において縁部の均一な丸味付けが得られる。

円筒形の孔内において丸味付け作用の前記最適化を得るために、流れ制御部材は、流れ制御部材が、液体の流れ方向で拡大するガイド区分を有しており、このガイド区分に、液体の流れ方向で見て下流側に変向区分が続いていて、この変向区分が縁部に向かってアーチ状に拡大している。これによって浸食性の液体は、摩耗作用を促進する角度で縁部にあたるようになっている。これを得るために、本発明によればさらに有利な形式で、第１の孔内に侵入する流れ制御部材の侵入深さは、流れ制御部材の変向区分が、液体の流れ方向で見て、縁部の高さと同じ高さ位置にくるように、設計されている。有利な実施態様によれば、流れ制御部材が通路を有しており、この通路を介して、液体が、丸味付けしようとする縁部に沿って流れて再び構成部品から導出されるようになっている。丸味付けしようとする縁部に対する流れ制御部材の相対位置を研削プロセス中においても変えることができる。

次に本発明を図示の実施例を用いて詳しく説明する。図面には、例えば噴射ノズル、潤滑レール、溶接レール、コモンレール高圧ポンプの押し退けユニット又はコモンレール高圧ポンプの高圧領域等の、燃料噴射システムの耐圧性の構成部品１の部分の概略的な断面図が示されている。構成部品１は流入通路とメイン通路とを有しており、これらの通路は、第１の孔２と第２の孔３とによって形成されている。第１の孔２は、第２の孔３の壁部４の領域内で孔３内に開口している。第１の孔２と第２の孔３とが交差する領域において、構成部品１には環状のエッジ若しくは縁部５が形成されており、この縁部５は前記孔２及び３の製作後に角が鋭くなっている。２つの孔２及び３は、有利な実施例では長手方向で互いに直角に延在している。

前記のような環状の縁部５に丸味を付けて、構成部品１の耐圧性を高めるために、研磨材が加えられた液体６、有利には高粘性の潤滑油が、図示していないフィードポンプによって第１の孔２内に導入され、縁部５に沿って流れる。縁部５の領域内における液体の浸食作用を高めるために、縁部５の領域内で第１の孔２内に流れ制御部材７が導入される。この流れ制御部材７の外周面８は、第１の孔２の壁部９と外周円８との間に環状ギャップ１０が形成されるように寸法設計されている。フィードポンプの搬送圧力を維持するために、第１の孔２の横断面は減少され、環状ギャップ１０の領域及びひいては縁部５の領域内の流れ速度は高められる。流れ速度が高められることによって、研磨材が加えられた液体の浸食作用は高められる。しかも流れ制御部材７は、丸味付けのための流れ速度を局所的にのみ高めるために、縁部５の領域内の流過横断面を減少させるという課題を有している。このような形式で、約１０バール〜５００バール（ｂａｒ）の範囲内の適切な圧力においても浸食による丸味付けが行われる。

液体は、図示されているように、構成部品１の研磨プロセス後に２つの流路に分けられる。流れ制御部材７は、図示されているように、中央の通路１５を有する中空体として構成されている場合には、第２の孔３の両端部が閉鎖され、液体は縁部５に沿って流過して、相応に変向されてから、第２の孔３を通って通路１５に流入する。この通路１５の端部は、図示していない戻し案内管路に接続されている。流れ制御部材７が中実体として構成されている場合には、液体のための選択的な第２の流路が得られる。この場合には、液体は、研磨プロセス後に、この場合は閉鎖されていない第２の孔３を介して流れ制御部材７を後にする。

流過横断面を所望の減少させるために、相応に一定の直径を有する円筒形孔として構成された第２の孔２において、流れ制御部材７はほぼ、円錐形のガイド区分１１を有する回転対称的な円錐形として形成されている。相応に、流れ制御部材７を第１の孔２内に導入した後で形成される流れ通路１０は、液体６の流れ方向で見て、流過速度を増大させる次第に小さくなる横断面を有している。この場合、流れ制御部材７は第１の孔２の中央に配置されていて、それによって流れ通路１０は、それぞれ流れ方向Ｓで見て同じ高さ位置において環状の同一幅を有している。これによって流れ制御部材７の長手方向軸線は、第１の孔２の長手方向軸線と合致する。

丸味付けのために好都合な、流れ速度を上昇させる機能の他に、流れ制御部材７は付加的に液体の流れを縁部５の方向に変向させる機能を有している。これは、液体６の浸食作用をさらに高めるように働く。何故ならばこれは、主に、垂直な速度分力を有して縁部５に向かって流れる研磨材１２のパルスを介して規定されるからである。このために流れ制御部材７は、前記ガイド区分１１の隣で、その直径の大きい端部に続いて、液体６を縁部５の方向にガイドするための変向区分１３を有している。この変向区分１３に、円筒形のフランジ区分１４が続いている。ガイド区分１１とは、横断面で見てアーチ状に外方に向けられた変向区分１３に接線方向で移行している。ガイド区分１１と反対側で、円筒形の変向区分１３は環状の縁部を介してフランジ区分１４に移行している。変向区分１３及びフランジ区分１４の領域内においても、流れ制御部材７は、図示の実施例においてその長手方向軸線を中心にして回転対称的に構成されている。孔２内への流れ制御部材７の侵入深さは、流れ方向Ｓで見て、縁部５が変向区分１３の中央とほぼ同じ高さ位置にくるように、選定されている。有利な形式で、丸味を付けようとする縁部５に対する流れ制御部材７の相対位置は、研磨プロセス中においても所望に変えられるようになっている。

また、図面に示されているように、流れ制御部材７は、そのフランジ区分１４の領域内において、より大きい直径Ｄを有しており、この直径Ｄは、流れ方向Ｓに抗して、フランジ区分１４とは反対側の、ガイド区分１１の端部に向かって、直径ｄまで減少される。高浸食性の丸味付け用の流れ制御部材７を第１の孔２内に導入することができるようにするために、流れ制御部材７の最大直径Ｄは、第１の孔２の内法幅Ｗよりも小さい。

燃料噴射システムの耐圧性の構成部品１の部分の概略的な断面図である。

Claims (9)

1. 構成部品の縁部、特に高耐圧性の構成部品の通路内の縁部を液体浸食で丸味付けするための方法であって、研磨材が加えられた液体を、丸味付けしようとする縁部に沿ってガイドし、丸味付けしようとする縁部の領域内の流れ速度を、液体の流路内に配置された流れ制御部材によって高める方法において、
   液体（６）の流れ速度を、液体が前記流れ制御部材（７）の幾何学形状を介して丸味付けしようとする縁部（５）に達するまで、流れ制御部材（７）の形状に沿って次第に高めることを特徴とする、構成部品の縁部に液体浸食で丸味付けするための方法。
2. 流れ制御部材（７）によって、液体（６）を流れ方向（Ｓ）で見て、丸味付けしようとする縁部（５）に向かって変向させる、請求項１又は２記載の方法。
3. 構成部品の縁部、特に高耐圧性の構成部品の通路内の縁部を液体浸食で丸味付けするための、特に請求項１から３までのいずれか１項記載の方法を実施するための装置であって、研磨材が加えられた液体の流路内に、及び丸味付けしようとする縁部の領域内に配置された、液体の流れ速度を高めるための流れ制御部材を有しており、該流れ制御部材が、液体の流れ方向で見て丸味付けしようとする縁部の上流側に存在し、かつ該縁部に隣接する壁部と共に、流れ通路を形成している形式のものにおいて、
   前記流れ通路（１０）の横断面が、液体（６）の流れ方向（Ｓ）で見て、前記流れ制御部材（７）の形状に沿って少なくとも、丸味付けしようとする縁部（５）まで次第に減少していることを特徴とする、構成部品の縁部、特に高耐圧性の構成部品の通路内の縁部を液体浸食で丸味付けするための装置。
4. 縁部（５）に向き合う、流れ制御部材（７）の外周面（８）の領域は、液体（６）の流れが少なくとも部分的に縁部（５）に向かって変向されるように、構成されている、請求項３記載の装置。
5. 構成部品（１）の縁部（５）が、円筒形横断面を有する第１の孔（２）の端部と第２の孔（３）とを交差させることによって形成されていて、第１の孔（２）内にセンタリングされて導入された流れ制御部材（７）が第１の孔（２）の壁部（９）と共に環状の流れ通路（１０）を形成している、請求項３又は４記載の装置。
6. 流れ制御部材（７）が、液体（６）の流れ方向（Ｓ）で拡大するガイド区分（１１）を有しており、このガイド区分（１１）に、液体（６）の流れ方向（Ｓ９）で見て下流側に変向区分（１３）が続いていて、この変向区分（１３）が縁部（５）に向かってアーチ状に拡大している、請求項３から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 第１の孔（２）内に侵入する流れ制御部材（７）の侵入深さは、流れ制御部材（７）の変向区分（１３）が、液体（６）の流れ方向（Ｓ）で見て、縁部（５）の高さと同じ高さ位置にくるように、設計されている、請求項６記載の装置。
8. ガイド区分（１１）が円錐形区分として構成されている、請求項６又は７記載の装置。
9. 流れ制御部材（７）が通路（１５）を有しており、この通路（１５）を介して、液体（６）が、丸味付けしようとする縁部（５）に沿って流れて再び構成部品（１）から導出されるようになっている、請求項３から８までのいずれか１項記載の装置。

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