JP2008151099A - コモンレールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 穴交差部を生産性良く、且つ焼ムラなく焼入でき、さらに寸法精度の悪化を招かないコモンレールの製造方法を提供する。
【解決手段】 鍛造によりレール本体２０のベースを製造し、切削加工が可能な低硬度に焼入し、切削加工し、穴交差部２７を丸め加工する。次に、蓄圧室孔２３の内部に高周波発生治具３１を挿入し、高周波焼入によって穴交差部２７に、切削加工が困難な高硬度焼入を施す。次に、レール本体２０に錆止め等の表面処理を行い、その後、レール本体２０に各機能部品を組付ける。穴交差部２７に高周波焼入を施すことで、穴交差部２７の焼ムラを招かない。また、高周波焼入によりレール本体２０に局部的な焼入を行うものであるため、レール本体２０の寸法精度が悪化しない。さらに、高周波焼入を用いることで、レーザ焼入に比較して容易に穴交差部２７に焼入を施すことができ、生産性に優れる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄圧式燃料噴射装置に搭載されて高圧燃料を蓄圧するコモンレールの製造方法に関する。

コモンレールにおけるレール本体の製造方法を図２（ａ）を参照して説明する。
（１）先ず、鍛造工程によりレール本体の未加工ベースを製造する（鍛造工程Ａ）。
（２）鍛造工程Ａで得られた未加工ベースの全体に、切削加工が可能な硬度の焼入焼戻を施す（低硬度焼入工程Ｂ）。
（３）低硬度焼入が施されたレール本体に、内外連通孔やネジ等を切削加工により形成する（切削工程Ｃ）。
（４）続いて、蓄圧室孔に開口する内外連通孔の開口部（以下、穴交差部と称す）を丸め加工する（穴交差部丸め工程Ｄ）。
（５）続いて、レール本体の表面に錆止め等の表面処理を行う（表面処理工程Ｅ）。
以上の工程によって、レール本体が製造される。
（６）その後、レール本体に圧力センサ（レール圧センサ）や減圧弁等の機能部品を組付け（各部品組付工程Ｆ）、コモンレールの製造が完了する。

しかるに、従来の焼入処理は、切削加工が可能な硬度の焼入（低硬度焼入）であったため、近年の高圧化の要求には穴交差部の強度が不足してしまう。
具体的に、蓄圧室孔の内部には、超高圧の燃料が蓄圧されるため、蓄圧室孔の内周面には高い圧力が作用する。このため、蓄圧室孔の内周面に開口する穴交差部には応力が集中する。すると、高い応力が集中する穴交差部からレール破損が開始される懸念がある。そこで、上記に示す技術では、穴交差部に丸め加工を施して、穴交差部の応力集中を緩和してレール破損を防いでいた。
しかるに、近年の高圧化の要求に伴い、蓄圧室孔の燃料圧がさらに高まることで、穴交差部の強度が不足してしまう。

そこで、図２（ｂ）に示すように、切削加工前の低硬度焼入工程Ｂを止め、代わりに穴交差部丸め工程Ｄの後に、切削加工が困難な硬度の焼入焼戻（高硬度焼入工程Ｂ’）をレール本体の全体に施す案が提案されている。
これによって穴交差部の強度が高まり、近年の高圧化の要求に満足するコモンレールを提供することができる。
しかし、切削工程Ｃで完成したレール本体の寸法が、高硬度焼入工程Ｂ’を実施することで歪むため、寸法精度の高いレール本体を製造することが困難となる。

そこで、図５に示すように、蓄圧室孔Ｊ１の内部にミラーＪ２を配置し、内外連通孔Ｊ３の外部よりミラーＪ２に向けてレーザ光Ｊ４を照射し、ミラーＪ２をコントロールすることで穴交差部Ｊ５に局部的な焼入を施すレーザ焼入の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、レーザ焼入は、穴交差部Ｊ５を焼き境がないように均一に焼入硬化させるのは困難である。即ち、レーザ焼入は、焼ムラが発生し易いため、信頼性の低下を招いてしまう。
また、レーザ焼入を穴交差部Ｊ５の焼入に適用する場合、細く長い内外連通孔Ｊ３の外部から蓄圧室孔Ｊ１の内部のミラーＪ２にレーザ光Ｊ４を照射し、さらに狭い蓄圧室孔Ｊ１の内部でミラーＪ２の向きを連続的にコントロールする必要があるため、生産性の悪化を招いてしまう。
特開平１１−３２４８５２号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、穴交差部を生産性良く、且つ焼ムラなく焼入でき、さらに寸法精度の悪化を招かないコモンレールの製造方法の提供にある。

〔請求項１の手段〕
請求項１のコモンレールの製造方法は、穴交差部焼入工程において、蓄圧室孔の内部に高周波発生治具を挿入し、この高周波発生治具により穴交差部に高周波焼入を行う。
高周波焼入を用いることで、穴交差部（具体的には、内外連通孔の内部開口の周縁および周辺）を焼き境なく略均一的に硬化させることができ、穴交差部の焼ムラを招かない。これによって、耐圧性が高く、高い信頼性のコモンレールを製造することができる。
また、レール本体に局部的な焼入を行うことで穴交差部の硬度を高めるため、穴交差部の硬度を高める焼入によりレール本体の寸法精度が悪化するのを防ぐことができる。
さらに、高周波焼入を用いることで、従来のレーザ焼入に比較して容易に穴交差部に焼入を施すことができ、生産性に優れる。

〔請求項２の手段〕
請求項２のコモンレールの製造方法は、レール本体の全体に低硬度焼入（切削加工が可能な硬度の焼入）を施してから切削加工を施し、その後で高周波焼入（切削加工が困難な硬度の焼入）により穴交差部のみを高硬度焼入する。
低硬度焼入により、レール本体の全体を必要硬度に高めることができる。
その後で切削加工を施すことで、切削加工で完成したレール本体の寸法が、低硬度焼入により歪む不具合を回避することができる。
そして切削加工の後に、穴交差部のみを高周波焼入により高硬度焼入するため、切削加工で完成したレール本体の寸法が歪む不具合を回避できる。
即ち、レール本体の全体強度が高く、寸法精度が高く、さらに穴交差部を高硬度に焼入したレール本体を製造することができる。

最良の形態１のコモンレールの製造方法は、次の工程を備える。
（１）レール本体の全体に、切削加工が可能な低硬度焼入を施す。
（２）その後、レール本体に切削加工を施す。
（３）その後、蓄圧室孔の内部に高周波発生治具を挿入し、高周波焼入によって穴交差部に、切削加工が困難な高硬度焼入を施す。

この実施例１では、先ず、図３を参照して蓄圧式燃料噴射装置のシステム構成を説明し、次に、図４を参照してコモンレールの構造を説明し、続いて、図１、図２を参照してコモンレールの製造方法を説明する。

（蓄圧式燃料噴射装置の説明）
図３に示す蓄圧式燃料噴射装置は、エンジン（例えばディーゼルエンジン：図示しない）の各気筒に燃料噴射を行うシステムであり、コモンレール１、インジェクタ２、サプライポンプ３、ＥＣＵ４（エンジン制御ユニット）、ＥＤＵ５（駆動ユニット）等から構成される。なお、ＥＤＵ５はＥＣＵ４のケース内に内蔵される場合もある。

コモンレール１は、インジェクタ２に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、燃料噴射圧に相当するコモンレール圧が蓄圧されるように高圧ポンプ配管６を介して高圧燃料を圧送するサプライポンプ３の吐出口と接続されるとともに、各インジェクタ２へ高圧燃料を供給する複数のインジェクタ配管７が接続されている。

コモンレール１から燃料タンク８へ燃料を戻すリリーフ配管９には、プレッシャリミッタを兼ねた減圧弁１０が取り付けられている。プレッシャリミッタの機能は圧力安全弁であり、コモンレール圧が限界設定圧を超えた際に開弁して、コモンレール圧を限界設定圧以下に抑える。また、減圧弁１０は、ＥＣＵ４およびＥＤＵ５の指示により開弁して、コモンレール圧を急速に減圧するものである。なお、減圧弁１０とは別にプレッシャリミッタを独立して搭載したものであっても良い。

インジェクタ２は、エンジンの各気筒毎に搭載されて燃料を各気筒内に噴射供給するものであり、コモンレール１より分岐する複数のインジェクタ配管７の下流端に接続されて、コモンレール１に蓄圧された高圧燃料を各気筒内に噴射供給する燃料噴射ノズル、およびこの燃料噴射ノズル内に収容されたニードルのリフト制御を行う電磁弁等を搭載している。
なお、インジェクタ２からのリーク燃料も、リリーフ配管９を経て燃料タンク８に戻される。

サプライポンプ３は、コモンレール１へ高圧燃料を圧送する高圧燃料ポンプであり、燃料タンク８内の燃料をフィルタ１１を介してサプライポンプ３へ吸引するフィードポンプと、このフィードポンプによって吸い上げられた燃料を高圧に圧縮してコモンレール１へ圧送する高圧ポンプとを搭載する。フィードポンプおよび高圧ポンプは共通のカムシャフト１２によって駆動される。なお、このカムシャフト１２は、エンジンによって回転駆動されるものである。

サプライポンプ３には、燃料を高圧に加圧する加圧室内に燃料を導く燃料流路に、その燃料流路の開度度合を調整するためのＳＣＶ１３（吸入調量弁）が搭載されている。このＳＣＶ１３は、ＥＣＵ４からのポンプ駆動信号によって制御されることにより、加圧室内に吸入される燃料の吸入量を調整し、コモンレール１へ圧送する燃料の吐出量を変更するバルブであり、コモンレール１へ圧送する燃料の吐出量を調整することにより、コモンレール圧を調整するものである。即ち、ＥＣＵ４はＳＣＶ１３を制御することにより、コモンレール圧を車両走行状態に応じた圧力に制御できる。

ＥＣＵ４は、ＣＰＵ、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリ）を搭載しており、ＲＯＭに記憶されたプログラムと、ＲＡＭ等に読み込まれたセンサ類の信号（車両の運転状態）とに基づいて各種の演算処理を行う。
具体的な演算の一例を示すと、ＥＣＵ４は、燃料の噴射毎に、ＲＯＭに記憶されたプログラムと、ＲＡＭに読み込まれたセンサ類の信号（車両の運転状態）とに基づいて、各気筒毎の目標噴射量、噴射形態、インジェクタ２の開弁閉弁時期、ＳＣＶ１３の開度（通電電流値）を決定するように設けられている。

ＥＤＵ５は、インジェクタ駆動回路を備える。このインジェクタ駆動回路は、ＥＣＵ４から与えられるインジェクタ開弁信号に基づいてインジェクタ２の電磁弁へ開弁駆動電流を与える駆動回路であり、開弁駆動電流を電磁弁に与えることにより高圧燃料が気筒内に噴射供給され、開弁駆動電流を停止することで燃料噴射が停止するものである。なお、この図３では、ＳＣＶ１３の電磁弁へ駆動電流を与えるＳＣＶ駆動回路がＥＣＵ４のケース内に設けられる例を示すが、ＥＤＵ５のケース内に配置されるものであっても良い。

なお、ＥＣＵ４には、車両の運転状態等を検出する手段として、コモンレール圧を検出する圧力センサ１４の他に、アクセル開度を検出するアクセルセンサ、エンジン回転数を検出する回転数センサ、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ等のセンサ類が接続されている。

（コモンレール１の説明）
図４に示すコモンレールは、内部に超高圧の燃料を蓄える略筒形状を呈するレール本体２０に、高圧ポンプ配管６およびインジェクタ配管７を接続するための配管ジョイント２１と、レール本体２０をエンジン等の固定部材に装着するためのステー２２とを設けたものである。

略棒状を呈するレール本体２０には、高圧燃料の蓄圧室を成す蓄圧室孔２３が軸方向に貫通するように形成されている。なお、蓄圧室孔２３の軸芯は、レール本体２０の外径の中心であっても良いし、配管ジョイント２１とは異なる側に所定量オフセットしたものであっても良い。
レール本体２０の両端部には、減圧弁１０および圧力センサ１４を取り付けるためのネジ穴２４が形成されている。

レール本体２０には、径方向に複数の内外連通孔２５が形成されている。この複数の内外連通孔２５は、レール本体２０の軸方向に適切な間隔を隔てて配置された配管ジョイント２１の中心に穴空け加工したものである。各内外連通孔２５の内側は、蓄圧室孔２３の内壁面に開口するものであり、各内外連通孔２５の外側は、配管ジョイント２１の先端中心部において開口する。具体的に、配管ジョイント２１の先端面には、高圧ポンプ配管６およびインジェクタ配管７の先端に形成された先細テーパ面が差し込まれる略円錐テーパ形状を呈した受圧座面が形成されており、この受圧座面の底部において内外連通孔２５の外側が開口する。

内外連通孔２５の奥方（蓄圧室孔２３側）には、内外連通孔２５の流路径を絞るオリフィス２６が設けられている。内外連通孔２５にオリフィス２６を設けることで、インジェクタ配管７を介して内外連通孔２５に伝播される圧力脈動をオリフィス２６で減衰させることができる。この結果、圧力脈動による蓄圧室孔２３内の圧力変動を抑えることができ、圧力脈動による燃料噴射への悪影響を抑えることができる。なお、この実施例では、レール本体２０に直接オリフィス２６を形成した例を示すが、レール本体２０に直接オリフィス２６を形成しないものであっても良い。

（実施例１の特徴）
蓄圧室孔２３の内部には、超高圧（例えば、数百ＭＰａ）の燃料が蓄圧される。このため、レール本体２０には、全体強度を高めるための低硬度焼入（焼入処理と焼戻処理による焼入）が施されて、レール本体２０の全体強度が高められている。この低硬度焼入は、レール本体２０の全体に施されるものであり、低硬度焼入によってレール本体２０の各部寸法精度が低下するのを防ぐため、切削加工前に行うものであり、切削が可能な硬度に焼入られる。

また、蓄圧室孔２３の内部には、超高圧（例えば、数百ＭＰａ）の燃料が蓄圧されるため、蓄圧室孔２３の内周面には高い圧力（蓄圧室孔２３が広がろうとする力）が作用する。このため、蓄圧室孔２３の内周面に開口する穴交差部（内外連通孔２５の内側開口部：この実施例１では、オリフィス２６における蓄圧室孔２３側の開口部）２７には応力が集中する。この穴交差部２７の応力集中により、穴交差部２７からレール破損が開始されることが懸念される。
そこで、この実施例では、穴交差部２７の開口周縁に丸め加工を施し、穴交差部２７の開口縁を面取りすることで、穴交差部２７の応力集中を緩和している。

しかるに近年では、蓄圧燃料のさらなる高圧化の要求があるため、さらに高圧化されてもレール破損を回避する必要がある。
そこで、この実施例１では、蓄圧室孔２３の内側から穴交差部２７に高硬度焼入を行い、蓄圧燃料がさらに高圧化されてもレール破損を回避している。
この高硬度焼入は、上記低硬度焼入による硬度よりも、さらに穴交差部２７の硬度を高めるものであり、各部の切削加工が終了した後に、穴交差部２７のみに「切削加工が困難な硬度」の焼入を行うものである。

この高硬度焼入は、レール本体２０の各部切削加工が終了した後、図１に示すように、蓄圧室孔２３の内部に高周波発生治具３１を挿入し、この高周波発生治具３１により穴交差部２７に高周波焼入を行い、穴交差部２７を切削加工が困難な硬度に焼入るものである。
蓄圧室孔２３の内周面に高周波焼入する原理を説明する。蓄圧室孔２３の内部にコイル３２を挿入し、そのコイル３２に高周波電流を流す。すると、コイル３２の周囲の蓄圧室孔２３の表面に高周波磁束による誘導電流が流れ、この誘導電流が流れることでレール本体２０を成す金属抵抗により熱が発生する（レール本体２０は鉄系金属製である）。そしてこの熱により蓄圧室孔２３の内周面に焼入が成される。コイル３２の通電停止後、冷却水により発熱部分（蓄圧室孔２３の内周面：図１のハッチングｉ参照）を急速冷却することで、急速な焼戻が行われ、高周波焼入による焼入処理が完了する。

高周波焼入装置の一例を図１を参照して説明する。
高周波焼入装置は、蓄圧室孔２３の内部に挿入される高周波発生治具３１と、蓄圧室孔２３の内部に冷却水を供給する冷却水供給部３３と、高周波電流および冷却水供給の制御等を行う制御装置（図示しない）とを備える。
高周波発生治具３１は、筒状を呈するコイル３２と、コイル３２の先端部に取り付けられてコイル３２の外周面と蓄圧室孔２３の内周面との距離（隙間）を保つガイド３４とからなる。なお、図１は説明図であり、実際の高周波発生治具３１は、蓄圧室孔２３に挿入された状態で全ての穴交差部２７の内側に配置されるものであり、１度の高周波焼入の実施により全ての穴交差部２７の焼入が行われるようになっている。

冷却水供給部３３は、コイル３２の内側に冷却水を流すコイル冷却手段３５と、コイル３２の外周面と蓄圧室孔２３の内周面との間に冷却水を流すワーク冷却手段３６とからなる。なお、コイル冷却手段３５およびワーク冷却手段３６から供給された冷却水は、コイル３２および蓄圧室孔２３の内周面を冷却した後、高周波発生治具３１の挿入口（図１上側：減圧弁１０または圧力センサ１４を取り付けるためのネジ穴２４）および内外連通孔２５を通って外部へ排出される。

次に、レール本体２０の製造方法を図２（ｃ）の製造工程図を参照して説明する。
（１）鍛造工程によりレール本体２０の未加工ベースを製造する（鍛造工程Ａ）。
（２）鍛造工程Ａで得られた未加工ベースの全体に、切削加工が可能な硬度の焼入焼戻を施す（低硬度焼入工程Ｂ）。
（３）低硬度焼入が施されたレール本体２０に、内外連通孔２５やネジ部２４等を切削加工により形成する（切削工程Ｃ）。
（４）続いて、穴交差部２７を丸め加工する（穴交差部丸め工程Ｄ）。
（５）続いて、蓄圧室孔２３の内部に高周波発生治具３１を挿入し、高周波焼入によって穴交差部２７を含む蓄圧室孔２３の内周面に、切削加工が困難な高硬度焼入を施す（穴交差部焼入工程α）。
（６）続いて、レール本体２０の表面に錆止め等の表面処理を行う（表面処理工程Ｅ）。 以上の工程によって、実施例１のレール本体２０が製造される。
（７）その後、レール本体２０に減圧弁１０や圧力センサ１４等の機能部品を組付け（各部品組付工程Ｆ）、コモンレール１の製造が完了する。

（実施例１の効果）
実施例１のコモンレール１の製造方法は、穴交差部焼入工程αにおいて、蓄圧室孔２３の内部に高周波発生治具３１を挿入し、その高周波発生治具３１により穴交差部２７に高周波焼入を行う。
穴交差部２７に高周波焼入を施すことで、穴交差部２７を焼き境なく略均一的に硬化させることができ、穴交差部２７の焼ムラを招かない。これによって、耐圧性が高く、高い信頼性のコモンレール１を製造することができる。
また、高周波焼入によりレール本体２０に局部的な焼入を行うことで穴交差部２７の硬度を高めるものであるため、穴交差部２７の硬度を高める焼入によりレール本体２０の寸法精度が悪化する不具合を回避できる。
さらに、高周波焼入を用いることで、従来のレーザ焼入に比較して容易に穴交差部２７に焼入を施すことができ、生産性に優れる。特に、蓄圧室孔２３の略全域に高周波発生治具３１を挿入して、１度に全ての穴交差部２７の高周波焼入を実施できるため、生産性が特に優れる。

この実施例１では、レール本体２０の全体に低硬度焼入（切削加工が可能な硬度の焼入）を施してから切削加工を施し、その後で穴交差部２７のみを高周波焼入により高硬度焼入する。
このように、レール本体２０の全体に低硬度焼入を施すことにより、レール本体２０の全体を高耐圧に必要となる硬度に高めることができる。
そして、低硬度焼入を施したのちに切削加工を施すことで、切削加工で完成したレール本体２０の寸法が、低硬度焼入により歪む不具合を回避することができる。
そして切削加工の後に、穴交差部２７のみを高周波焼入により高硬度焼入するため、切削加工で完成したレール本体２０の寸法が歪む不具合を回避できる。
即ち、この実施例１によって、レール本体２０の全体強度が高く、寸法精度が高く、さらに穴交差部２７を高硬度に焼入したレール本体２０を製造することができる。

（変形例）
上記の実施例では、蓄圧室孔２３の内周面を高周波焼入することで、蓄圧室孔２３の内周面に開口してなる穴交差部２７を高周波焼入する例を示したが、穴交差部２７のみを狙って高周波焼入できるように、高周波発生治具３１に部分的にコイル３２を設けても良い。例えば、高周波発生治具３１を蓄圧室孔２３に挿入した状態で、穴交差部２７に一致する部分のみにコイル３２を設けたり、高周波発生治具３１の片面のみにコイル３２を設けて、コイル３２が設けられた側を穴交差部２７に向けて高周波焼入を行うようにしても良い。

上記の実施例では、レール本体２０、配管ジョイント２１およびステー２２を鍛造により設けた鍛造タイプのコモンレール１を示したが、レール本体２０、配管ジョイント２１、ステー２２のうちの一部、あるいは３つを独立して設け、溶接等の接合技術により一体化した接合タイプのコモンレール１の製造に本発明を適用しても良い。即ち、接合タイプのコモンレール１の穴交差部２７に高周波焼入を施して接合タイプのコモンレール１における穴交差部２７の硬度を高めるようにしても良い。

高周波焼入方法の説明用の模式図である（実施例１）。 レール本体の製造工程図である（従来技術と実施例１）。 蓄圧式燃料噴射装置のシステム構成図である。 コモンレールの軸方向に沿う断面図である。 レーザ焼入方法の説明用の模式図である（従来例）。

符号の説明

１ コモンレール
２０ レール本体
２３ 蓄圧室孔
２５ 内外連通孔
２７ 穴交差部（蓄圧室孔に開口する内外連通孔の開口部）
３１ 高周波発生治具
α 穴交差部焼入工程
Ｂ 低硬度焼入工程
Ｃ 切削工程

Claims (2)

1. 内部に高圧燃料を蓄圧する蓄圧室孔、およびこの蓄圧室孔と外部を連通する内外連通孔が設けられたレール本体を備えるコモンレールの製造方法において、
   このコモンレールの製造方法は、
   前記蓄圧室孔の内部に高周波発生治具を挿入し、この高周波発生治具により、
   前記蓄圧室孔に開口する前記内外連通孔の開口部に、高周波焼入を行う穴交差部焼入工程を有することを特徴とするコモンレールの製造方法。
2. 請求項１に記載のコモンレールの製造方法において、
   このコモンレールの製造方法は、
   前記レール本体の全体に、切削加工が可能な硬度の焼入を施し、
   その後、前記レール本体に切削加工を施し、
   その後、前記開口部のみを前記穴交差部焼入工程によって切削加工が困難な硬度に焼入ることを特徴とするコモンレールの製造方法。

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