JP2010159725A

JP2010159725A - 蓄圧器およびその製造方法

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Publication number: JP2010159725A
Application number: JP2009003786A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nishiwaki; 正西脇
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: JP5040928B2

Abstract

【課題】燃料を高圧状態で蓄える蓄圧器において、ねじの遅れ破壊や精度悪化を回避しつつ、穴交差部の強度を上げる。
【解決手段】蓄圧器１を、本体中心穴１００やねじ１０４等が形成された筒状の本体１０と、本体１０よりも高硬度で本体中心穴１００に挿入される筒状の内管１２とに分割する。内管１２は、燃料室１２０およびオリフィス１２１を形成した後に硬度を高める処理を行う。さらに、本体１０と内管１２を焼きばめによって結合することにより、残留圧縮応力を付与する。オリフィス１２１における燃料室１２０側の開口縁部であるオリフィス穴交差部に高応力が発生するが、オリフィス１２１が形成された内管１２の硬度を高くできることと、内管１２に残留圧縮応力が付与されることとが相俟って、オリフィス穴交差部の強度を上げることができるため、オリフィス穴交差部の破損を防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、インジェクタから内燃機関に噴射する燃料を高圧状態で蓄える蓄圧器、およびその製造方法に関する。

従来の蓄圧器は、筒状の本体内に、軸方向に延びる燃料室と径方向に延びる連通穴が形成され、本体の外周側に、燃料配管が螺合されるねじが形成されている。そして、燃料の圧力を受けて本体に応力が発生し、特に、連通穴における燃料室側の開口縁部（以下、穴交差部という）には高応力が発生するため、この穴交差部において破損が生じる虞がある。

そこで、穴交差部の強度を確保するために、本体の硬度を高くしたり、残留圧縮応力を付与したりしており、例えば下記の（１）〜（３）の方法にて本体を加工している。
（１）熱処理により硬度を高くした後に、切削加工によりねじ等を形成する。
（２）切削加工によりねじ等を形成した後に、熱処理により硬度を高くする。
（３）オートフレッテージ加工やバニッシング加工等により本体に残留圧縮応力を付与する（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１４１１７２号公報

ところで、近年、ディーゼルエンジンにおいては、噴射系圧力の高圧化が進んでいる。このため、穴交差部の強度をさらに上げることが要求されている。

しかしながら、上記（１）の本体加工方法では、熱処理後に切削加工を行うため硬度は切削加工が可能なレベル（ＨＲＣ３０程度）以下に制限され、したがって更なる硬度アップはできない。

（２）の本体加工方法では、切削加工後に熱処理を行うため（１）の加工方法よりも硬度を高くすることができるが、ねじの遅れ破壊を防止する観点から、硬度を極端に高くすることはできない（ＨＲＣ４０程度）。また、（２）の本体加工方法では、熱処理による歪みにより例えばねじの精度が悪化し、組み付け不良が発生する虞がある。

（３）の本体加工方法では、残留圧縮応力を付与するため（２）の本体加工方法と同等或いはそれ以上の強度が見込まれるが、（１）の本体加工方法と同様に、硬度は切削加工が可能なレベル以下に制限されるため更なる硬度アップはできない。

本発明は上記点に鑑みて、ねじの遅れ破壊や精度悪化を回避しつつ、穴交差部の強度を上げることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、軸方向に延びる本体中心穴（１００）が形成された筒状の本体（１０）と、本体（１０）よりも高硬度で本体中心穴（１００）に挿入された筒状の内管（１２）とを備え、本体（１０）には、外周側に配置されて燃料配管（２）が螺合されるねじ（１０４）と、燃料配管（２）と本体中心穴（１００）とを連通させる連通穴（１０５）とが形成され、内管（１２）には、軸方向に延びて高圧燃料が蓄えられる燃料室（１２０）と、連通穴（１０５）よりも小径で連通穴（１０５）と燃料室（１２０）とを連通させるオリフィス（１２１）とが形成され、本体（１０）と内管（１２）は焼きばめによって結合されていることを特徴とする。

これによると、内管（１２）はねじ（１０４）を有しないため、ねじ（１０４）の遅れ破壊や精度悪化を考慮する必要がなく、したがって内管（１２）の硬度を高くすることができる。また、焼きばめによって内管（１２）に残留圧縮応力が付与される。そして、オリフィス（１２１）における燃料室（１２０）側の開口縁部（以下、オリフィス穴交差部という）に高応力が発生するが、オリフィス（１２１）が形成された内管（１２）の硬度を高くできることと、内管（１２）に残留圧縮応力が付与されることとが相俟って、オリフィス穴交差部の強度を上げることができるため、オリフィス穴交差部の破損を防止することができる。

さらに、本体（１０）における本体中心穴（１００）を形成する内周面は内管（１２）により覆われるため、連通穴（１０５）における本体中心穴（１００）側の開口縁部（以下、連通穴交差部という）に発生する応力は、オリフィス穴交差部に発生する応力よりも小さくなる。また、焼きばめによって本体（１０）に残留圧縮応力が付与されるため、連通穴交差部の強度を上げることができる。このように、連通穴交差部に発生する応力が小さいことと、本体（１０）に残留圧縮応力が付与されることとが相俟って、連通穴交差部の破損を防止することができるため、本体（１０）の硬度を高くする必要がなくなる。したがって、ねじ（１０４）が形成される本体（１０）の硬度を内管（１２）の硬度よりも低くすることができ、ねじ（１０４）の遅れ破壊や精度悪化を回避することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の蓄圧器において、内管（１２）の外周面におけるオリフィス（１２１）の周囲に、径方向外側に突出する突出部（１２２）を備えることを特徴とする。

これによると、オリフィス（１２１）および連通穴（１０５）の付近に他の部位よりも高い残留圧縮応力を付与することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の蓄圧器において、突出部（１２２）は、連通穴（１０５）における本体中心穴（１００）側の開口縁部よりも外側まで拡がっていることを特徴とする。

これによると、連通穴交差部（１０５ａ）に確実に残留圧縮応力を付与することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項２または３に記載の蓄圧器において、突出部（１２２）は全周に渡って形成されていることを特徴とする。

これによると、突出部（１２２）を例えば切削加工により形成する場合、突出部（１２２）を周方向の一部にのみ形成する場合よりも容易に形成することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の蓄圧器を製造する方法であって、本体中心穴（１００）、ねじ（１０４）、および連通穴（１０５）を形成して本体（１０）を形成する本体加工工程と、燃料室（１２０）およびオリフィス（１２１）を形成した後に硬度を高める処理を行って内管（１２）を形成する内管加工工程と、本体（１０）における本体中心穴（１００）を形成する内周面を内管（１２）により覆うようにして、本体（１０）と内管（１２）とを焼きばめによって結合する焼きばめ工程とを備えることを特徴とする。

これにより製造された蓄圧器は、請求項１の発明と同様の効果が得られる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態に係る蓄圧器を備える燃料噴射装置の全体構成を示す図である。（ａ）は図１の蓄圧器の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。（ａ）は図２の蓄圧器における本体の断面図、（ｂ）は図２の蓄圧器における内管の断面図である。図３のＢ部の拡大断面図である。図２の蓄圧器における内管の斜視図である。図２の蓄圧器の焼きばめ工程を示す断面図である。図６（ｂ）のＣ部の拡大断面図である。一実施形態に係る蓄圧器の第１変型例を示す内管の斜視図である。図８の内管の断面図である。一実施形態に係る蓄圧器の第２変型例を示す内管の断面図である。一実施形態に係る蓄圧器の第３変型例を示す断面図である。

図１に示すように、燃料噴射装置は、高圧燃料が蓄えられる蓄圧器１を備え、この蓄圧器１には燃料配管２を介して複数のインジェクタ３が接続されている。インジェクタ３は、制御装置（以下、ＥＣＵという）４に制御されて所定の時期に所定の期間開弁して、蓄圧器１から供給される高圧燃料をディーゼルエンジン（図示せず）の各気筒内に噴射する。

蓄圧器１に蓄えられる高圧燃料は、サプライポンプ５から燃料配管２を介して供給される。サプライポンプ５は、燃料を加圧して蓄圧器１に吐出する高圧ポンプ５１、燃料タンク６からフィルタ７を介して吸入した燃料を高圧ポンプ５１へ供給する低圧ポンプ５２、および、この低圧ポンプ５２から高圧ポンプ５１へ供給される燃料の流量を調整する調量弁５３を備えている。高圧ポンプ５１は、燃料の吸入量が調量弁５３にて調整されることにより燃料の吐出量が調整される形式のポンプである。また、高圧ポンプ５１および低圧ポンプ５２は、エンジンによって駆動される。

ＥＣＵ４は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶したプログラムに従って演算処理を行うものである。ＥＣＵ４には、各種センサＳから、蓄圧器１内の燃料圧力（所謂コモンレール圧力）に関する信号、エンジン回転数、アクセル開度等の種々の情報が随時入力される。

そして、ＥＣＵ４は、エンジンや車両の運転状態に応じた最適の噴射時期、噴射量（噴射期間）を算出して、各インジェクタ３の開弁時期および開弁期間を制御する。また、ＥＣＵ４は、サプライポンプ５の目標吐出量を算出して調量弁５３に制御信号を出力し、サプライポンプ５の吐出量を制御することにより、蓄圧器１内の燃料圧力を制御する。

図２〜図４に示すように、蓄圧器１は、筒状の本体１０と、本体１０に挿入されて同軸状に配置された円筒状の内管１２とからなる。この蓄圧器１には、蓄圧器１内の燃料圧力を検出してＥＣＵ４（図１参照）に出力する圧力センサ８と、蓄圧器１内の燃料圧力が所定値以上になると開弁して蓄圧器１内の燃料を燃料タンク６（図１参照）に逃がす逃がし弁９とが装着されている。

本体１０は、金属（例えばクロムモリブデン鋼）よりなり、本体加工工程において、所定の形状に形成されるとともに、所定の硬度が付与される。具体的には、本体加工工程では、熱処理もしくは時効処理により切削加工が可能なレベル（ＨＲＣ３０程度）の硬度とされ、熱処理もしくは時効処理後に切削加工等により以下述べるような所定の形状に形成される。

本体１０の内部には、本体１０および内管１２の軸方向（以下、軸方向という）に延びる円柱状の本体中心穴１００が形成されている。本体１０における軸方向一端側には、圧力センサ８が螺合されるセンサ用雌ねじ１０１が形成され、本体１０における軸方向他端側には、逃がし弁９が螺合される逃がし弁用雌ねじ１０２が形成されている。

本体１０の外周側には、燃料配管２（図１参照）を接続するための配管用突起部１０３が５個形成されている。配管用突起部１０３の外周側には、燃料配管２が螺合される配管用雄ねじ１０４が形成され、配管用突起部１０３の内周側には、燃料配管２と本体中心穴１００とを連通させる連通穴１０５が形成されている。この連通穴１０５は、略径方向に延びている。また、本体１０の外周側には、蓄圧器１をエンジンに組み付けるための鍔部１０６が２個形成されている。この鍔部１０６には、ボルト通し孔１０７が形成されている。

内管１２は、厚さ２ｍｍ程度の金属製（例えば、低炭素鋼または高速度鋼）のパイプ材を用いている。そして、内管１２は、内管加工工程において、所定の形状に形成されるとともに、所定の硬度が付与される。具体的には、内管加工工程では、浸炭もしくは焼入れ焼戻しにより本体１０の約２倍の硬度（ＨＲＣ６０程度）にされるとともに、切削加工等により以下述べるような所定の形状に形成される。なお、形状を形成する加工のうち少なくとも切削加工は、浸炭もしくは焼入れ焼戻しの前に行う。

内管１２には、軸方向に延びる円柱状の空間である燃料室１２０が切削加工により形成されている。また、内管１２には、連通穴１０５と燃料室１２０とを連通させるオリフィス１２１が、配管用突起部１０３と同数（本例では５個）形成されている。このオリフィス１２１は、燃料室１２０内の圧力脈動を低減するためのものであり、連通穴１０５よりも小径になっている。

なお、オリフィス１２１は、最初に切削加工により荒加工され、その後、オリフィス１２１の内周面が切削加工あるいは流体研磨等により仕上げ加工されている。また、オリフィス１２１における燃料室１２０側の開口縁部であるオリフィス穴交差部１２１ａは、切削加工、あるいは、熱処理後の流体研磨、電解加工等により、ばり取りまたはＲ付けがなされている
図４、図５に示すように、内管１２の外周面におけるオリフィス１２１の周囲には、径方向外側に突出する突出部１２２が形成されている。換言すると、突出部１２２は、オリフィス１２１を囲む丸い浮き出し形状になっている。なお、内管１２のうち突出部１２２が形成されていない部位、すなわち、外径寸法が一定になっている部位１２３を、以下、ベース部という。

上記のように、本体加工工程により加工された本体１０、および内管加工工程により加工された内管１２は、以下述べる焼きばめ工程において焼きばめによって結合される。まず、図６に示すように、本体１０をその変態点以下の温度域で加熱して膨張させる（図６（ａ）参照）。続いて、加熱された本体１０の本体中心穴１００に常温の内管１２を挿入する（図６（ｂ）参照）。続いて本体１０を冷却することにより、本体１０が収縮して本体１０と内管１２が結合され、本体１０における本体中心穴１００を形成する内周面が内管１２により覆われる（図６（ｃ）参照）。

なお、図２に示すように、本体１０と内管１２は、連通穴１０５とオリフィス１２１が同軸になるように位置決めして結合されている。また、連通穴１０５およびオリフィス１２１は、本体中心穴１００に対して偏心している。換言すると、軸方向に沿って見たときに、連通穴１０５およびオリフィス１２１の軸線は本体中心穴１００の軸線と交わらない（図２（ｂ）参照）。

この焼きばめによって本体１０および内管１２に残留圧縮応力を発生させるために、本体１０および内管１２の各部の寸法等は以下のように設定されている。

ここで、図７に示すように、本体１０における本体中心穴１００の内径（以下、本体中心穴内径という）をｄ１、本体１０における連通穴１０５の内径（以下、連通穴内径という）をｄ２とする。また、内管１２におけるベース部１２３の外径（以下、ベース部外径という）をｄ３、内管１２における突出部１２２の幅（以下、突出部幅という）をｅ、内管１２における突出部１２２の最大突出量（以下、突出部突出量という）をｆとする。

本体１０の線膨張係数は１０×１０^-6程度であり、本体中心穴内径ｄ１が約１０ｍｍの場合、変態点以下の約５００℃まで本体１０を加熱すると、本体中心穴内径ｄ１は約５０μｍ拡大する。そこで、本体中心穴内径ｄ１が約１０ｍｍの場合、常温においてベース部外径ｄ３が本体中心穴内径ｄ１よりも数１０μｍ大きくなるように、ベース部外径ｄ３および本体中心穴内径ｄ１を設定する。この常温におけるベース部外径ｄ３と本体中心穴内径ｄ１との差分が締め代となる。

これにより、焼きばめ後には、本体１０および内管１２に残留圧縮応力が付与され、より詳細には、オリフィス穴交差部１２１ａや、連通穴１０５における本体中心穴１００側の開口縁部である連通穴交差部１０５ａ（図７参照）にも、残留圧縮応力が付与される。したがって、オリフィス穴交差部１２１ａや連通穴交差部１０５ａの強度が上がる。因みに、本体１０よりも硬度が低い内管１２に、相対的に高い残留圧縮応力が付与される。

また、焼きばめ後には、本体１０における本体中心穴１００を形成する内周面と内管１２の外周面とが密着し（以下、この密着した部位を焼きばめ面という）、焼きばめ面からの燃料リークを防止ないしは低減させることができる。なお、焼きばめ面のシール性を向上させるために、本体１０の内周面および内管１２の外周面の面粗度を、６．３ｚ以上にするのが望ましい。但し、本体中心穴１００の両端は圧力センサ８および逃がし弁９によって閉塞されているため、焼きばめ面からの燃料リークがあったとしてもそれが蓄圧器１の外に洩れることはない。

一方、突出部突出量ｆは、２０〜３０μｍに設定する。また、突出部幅ｅを連通穴内径ｄ２よりも大きく設定することにより、突出部１２２が連通穴交差部１０５ａよりも外側まで拡がるようになっている。これにより、焼きばめ後には突出部１２２が本体１０に食い込み、オリフィス１２１および連通穴１０５の付近に他の部位よりも高い残留圧縮応力を付与することができる。なお、オリフィス１２１における連通穴１０５側の開口縁部のダレをなくすとともに、連通穴交差部１０５ａのダレをなくすことにより、連通穴交差部１０５ａに高い残留圧縮応力を確実に付与することができる。

以上述べたように、本実施形態の蓄圧器１においては、内管１２はねじを有しないため、ねじの遅れ破壊や精度悪化を考慮する必要がなく、したがって内管１２の硬度を高くすることができる。また、焼きばめによって内管１２に残留圧縮応力が付与される。そして、オリフィス穴交差部１２１ａに高応力が発生するが、オリフィス１２１が形成された内管１２の硬度を高くできることと、内管１２に残留圧縮応力が付与されることとが相俟って、オリフィス穴交差部１２１ａの強度を上げることができるため、オリフィス穴交差部１２１ａの破損を防止することができる。

さらに、本体１０における本体中心穴１００を形成する内周面は内管１２により覆われるため、連通穴交差部１０５ａに発生する応力は、オリフィス穴交差部１２１ａに発生する応力よりも小さくなる。また、焼きばめによって本体１０に残留圧縮応力が付与されるため、連通穴交差部１０５ａの強度を上げることができる。このように、連通穴交差部１０５ａに発生する応力が小さいことと、本体１０に残留圧縮応力が付与されることとが相俟って、連通穴交差部１０５ａの破損を防止することができるため、本体１０の硬度を高くする必要がなくなる。したがって、ねじ１０１、１０２、１０４が形成された本体１０の硬度を内管１２の硬度よりも低くすることができ、ねじ１０１、１０２、１０４の遅れ破壊や精度悪化を回避することができる。

なお、上記実施形態においては、突出部１２２は丸い浮き出し形状としたが、図８、図９に示す第１変型例のように、突出部１２２は所定の幅で全周に渡って形成してもよい。換言すると、突出部１２２は所定の幅で周方向に沿って連続して形成してもよい。これによると、突出部１２２を例えば切削加工により形成する場合、突出部１２２を周方向の一部にのみ形成する場合よりも容易に形成することができる。

また、図１０に示す第２変型例のように、突出部１２２は、バルジ成形によって、所定の幅で全周に渡って形成してもよい。

さらに、上記実施形態においては、連通穴１０５およびオリフィス１２１を、本体中心穴１００に対して偏心させたが、図１１に示す第３変型例のように、連通穴１０５およびオリフィス１２１は、本体中心穴１００に対して偏心させなくてもよい。換言すると、軸方向に沿って見たときに、連通穴１０５およびオリフィス１２１の軸線が本体中心穴１００の軸線と交わるようにしてもよい。これによると、連通穴１０５およびオリフィス１２１の加工が容易になる。

２燃料配管
１０本体
１２内管
１００本体中心穴
１０４ねじ
１０５連通穴
１２０燃料室
１２１オリフィス

Claims

インジェクタ（３）から内燃機関に噴射する燃料を高圧状態で蓄える蓄圧器であって、
軸方向に延びる本体中心穴（１００）が形成された筒状の本体（１０）と、前記本体（１０）よりも高硬度で前記本体中心穴（１００）に挿入された筒状の内管（１２）とを備え、
前記本体（１０）には、外周側に配置されて燃料配管（２）が螺合されるねじ（１０４）と、前記燃料配管（２）と前記本体中心穴（１００）とを連通させる連通穴（１０５）とが形成され、
前記内管（１２）には、軸方向に延びて高圧燃料が蓄えられる燃料室（１２０）と、前記連通穴（１０５）よりも小径で前記連通穴（１０５）と前記燃料室（１２０）とを連通させるオリフィス（１２１）とが形成され、
前記本体（１０）と前記内管（１２）は焼きばめによって結合されていることを特徴とする蓄圧器。
前記内管（１２）の外周面における前記オリフィス（１２１）の周囲に、径方向外側に突出する突出部（１２２）を備えることを特徴とする請求項１に記載の蓄圧器。
前記突出部（１２２）は、前記連通穴（１０５）における前記本体中心穴（１００）側の開口縁部よりも外側まで拡がっていることを特徴とする請求項２に記載の蓄圧器。
前記突出部（１２２）は全周に渡って形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の蓄圧器。
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の蓄圧器を製造する方法であって、
前記本体中心穴（１００）、前記ねじ（１０４）、および前記連通穴（１０５）を形成して前記本体（１０）を形成する本体加工工程と、
前記燃料室（１２０）および前記オリフィス（１２１）を形成した後に硬度を高める処理を行って前記内管（１２）を形成する内管加工工程と、
前記本体（１０）における前記本体中心穴（１００）を形成する内周面を前記内管（１２）により覆うようにして、前記本体（１０）と前記内管（１２）とを焼きばめによって結合する焼きばめ工程とを備えることを特徴とする蓄圧器の製造方法。