JP2011149282A - Seal pin of fuel injection pipe for high pressure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超高圧下で高圧燃料噴射管にオートフレッテージ加工を行うために、該高圧燃料噴射管の配管口内側のテーパ部をシールするためのシールピンに関する。 The present invention relates to a seal pin for sealing a taper portion inside a piping port of a high-pressure fuel injection pipe in order to perform autofrettage processing on the high-pressure fuel injection pipe under an ultra-high pressure.
従来、特許文献1、2等にみられるように、高圧燃料噴射管に対して恒久的に疲労破壊を防止する手法、つまり、密閉状態で高圧をかけて材料組織に残留応力を残して強度をあげる手法(オートフレッテージ加工と称す)が知られている。ディーゼル用燃料システムの設定圧の上昇に伴い、オートフレッテージ加工における内圧も高圧化してきている。特に、800Mpa以上の内圧をかける際には、配管口への漏れ防止をする必要があり、市販のシールキャップではシール耐圧が低すぎて漏れてしまうことになり、シールとして使用することができなかった。
Conventionally, as seen in
特許文献1においては、ワークの開口部に対して、切頭円錐形状の密封端部を油圧シリンダで圧力をかけて、密封端部でシールしている。これによって、密封端部がワークの開口部を密閉させる力が、内圧に比例して増加させることができるようにしている。このような方式のシールを用いると、内圧とのバランス合せのために油圧シリンダの圧力制御が複雑であり、油圧ポンプや高速弁などの付帯装置も必要となり、コスト高となってしまっていた。また、このような方式で自動化にした場合、ワーク搬送はパレット式になるため、パレット設備の費用が嵩むこととなる。さらに、ワーク品番が限定されておらず、ワークの開口部の位置が、常に定位置でない場合には、自動化にしたときに開口部の位置と密封端部との接続が非常に難しく、品番切替えのセッティングに問題が生じていた。
In
本発明は、上記問題に鑑み、超高圧下で高圧燃料噴射管にオートフレッテージ加工を行うために、該高圧燃料噴射管の配管口内側のテーパ部をシールするためのシールピンを提供するものである。 In view of the above problems, the present invention provides a seal pin for sealing a taper portion inside a piping port of a high-pressure fuel injection pipe in order to perform autofrettage processing on the high-pressure fuel injection pipe under ultra high pressure. is there.
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、超高圧下で高圧燃料噴射管にオートフレッテージ加工を行うために、該高圧燃料噴射管の配管口(23)をシールするためのシールピン(20)であって、該シールピン(20)は、前記配管口(23)に挿入するシールピン端部の軸心部に設けられた、底部(22')を有する溝穴(22)と、前記配管口(23)の内側のテーパ部(23’)に接触する、シールピン端部外周部(25)と、を具備しており、前記テーパ部(23’)に対して、前記シールピン端部外周部(25)が、超高圧の内圧によって弾性領域で変形して、接触するように構成されたシールピンである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
これにより、オートフレッテージ加工における超高圧においても、配管口への漏れ防止を行うことができ、内圧とのバランス合せのために油圧シリンダの圧力制御や、油圧ポンプや高速弁などの付帯装置を不要とすることができる。特に、シールピン端部の軸心部に設けられた溝穴に内圧がかかるので、テーパ部に対して、シールピン端部外周部が、超高圧の内圧によって弾性領域で変形して、高いシール耐圧を持って密着するようになされている。 As a result, leakage to the piping port can be prevented even at ultra-high pressures in autofrettage processing, and hydraulic cylinder pressure control and auxiliary devices such as hydraulic pumps and high-speed valves are provided for balancing with internal pressure. It can be unnecessary. In particular, since the internal pressure is applied to the slot provided in the shaft center portion of the seal pin end, the outer peripheral portion of the seal pin end is deformed in the elastic region by the ultrahigh internal pressure with respect to the taper portion, so that a high seal pressure resistance is achieved. It is designed to be in close contact.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記シールピン端部外周部(25)が、断面円弧状であることを特徴とする。これにより、接触部から漏れの無い面圧を確保することができる。
The invention of
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、前記溝穴(22)の前記底部(22’)のコーナーに、R部が設けられているか、又は、前記底部(22')が球面であることを特徴とする。これにより、発生応力を極力抑え、疲労破壊しない材料の耐圧強度をアップすることができる。
The invention of
請求項4の発明は、請求項1から3のいずれか1項記載の発明において、前記内圧の最大値が800Mpa以上でオートフレッテージ加工を行う場合において、前記テーパ部内径(D1)を1としたときに、前記シールピンの形状寸法は、シールピン外周部(26)の外径(D2)が約1.08、かつ、溝穴内径(d)が約0.7、かつ、溝穴深さ(H1)が約0.4であることを特徴とする。
The invention of claim 4 is the invention according to any one of
請求項5の発明は、請求項1から4のいずれか1項記載の発明において、前記シールピンの材質は、ヤング率が210Gpa以上、かつ、降伏点が1500Mpa以上であることを特徴とする。
The invention of
請求項6の発明は、請求項1から5発明のシールピン(20)をキャップ(21)内に保持して、キャップ(21)を高圧燃料噴射管の配管口(23)にねじ止めし、内圧の最大値が800Mpa以上でオートフレッテージ加工を行う場合に、前記配管口(23)を前記シールピン(20)でシールした高圧燃料噴射管である。
これにより、請求項1の発明と同様な効果を得ることが出来る。
According to the sixth aspect of the present invention, the seal pin (20) of the first to fifth aspects of the present invention is held in the cap (21), and the cap (21) is screwed to the piping port (23) of the high-pressure fuel injection pipe, Is a high-pressure fuel injection pipe in which the pipe port (23) is sealed with the seal pin (20) when auto-frettage processing is performed at a maximum value of 800 Mpa or more.
Thereby, the same effect as that of the invention of
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol attached | subjected above is an example which shows a corresponding relationship with the specific embodiment as described in embodiment mentioned later.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。本発明の各実施形態が、本発明の基礎となった比較技術に対しても同一構成の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. About each embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the part of the same structure, and the description is abbreviate | omitted. In each embodiment of the present invention, parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals with respect to the comparative technique on which the present invention is based, and the description thereof is omitted.
図1は、本発明の基礎となった比較技術の全体的斜視図である。図2は、図1の比較技術の要部の断面図である。図3は、図1の比較技術の概略を示す説明図である。
本発明の一実施形態を説明する前に、図1〜3を参照して、本発明の基礎となった比較技術を説明する。図2において、パレット10に、オートフレッテージ加工を施すワーク1が設置されている。ワーク1の配管口23には、密封ピン5の切頭円錐形状の密封端部5’が挿入されている。密封ピン5の他端には被押圧部6を有し、油圧シリンダなどに押圧される押圧部8が、圧力Pで密封ピン5に対して押圧できるようになっている。密封ピン5には、鍔7が設けられており、スプリング9によって、密封ピン5をワーク1の配管口23に向けて予備的に押圧している。
FIG. 1 is an overall perspective view of a comparative technique on which the present invention is based. FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the comparative technique of FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of the comparative technique of FIG.
Before describing an embodiment of the present invention, a comparison technique on which the present invention is based will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, a
図3に模式的に示すように、ワーク1を密閉状態にして内圧p(一例として最大圧800Mpa以上)をかけ、ワーク1の材料組織に残留応力を残して強度をあげる、オートフレッテージ加工を行う。このような方式のシールを用いると、内圧とのバランス合せのために油圧シリンダの圧力制御が複雑であり、油圧ポンプや高速弁などの付帯装置も必要となり、コスト高となってしまっていた。また、このような方式で自動化にした場合、ワーク搬送はパレット式になるため、パレット設備の費用が嵩むこととなる。さらに、ワーク品番が限定されておらず、ワークの開口部の位置が、常に定位置でない場合には、自動化にしたときに開口部の位置と密封端部との接続が非常に難しく、品番切替えのセッティングに問題が生じていた。
As schematically shown in FIG. 3, auto-frettage processing is performed in which the
これに対して、本発明の一実施形態は次のようなものである。
図4は、本発明の一実施形態を模式的に示す説明図である。図5は、本発明の一実施形態の要部を示す拡大図である。図6は、図5のA部を示す拡大図である。
図4、5に示すように、超高圧下でオートフレッテージ加工を施すワーク1には、配管口23が設けられている。配管口23の外周は、ねじ切りされており、キャップ21がねじで固定されている。図5に示すように、キャップ21の内部には、穴32が設けられており、シールピン20が挿入されている。30、31は、ドレン穴である。
On the other hand, an embodiment of the present invention is as follows.
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing an embodiment of the present invention. FIG. 5 is an enlarged view showing a main part of one embodiment of the present invention. FIG. 6 is an enlarged view showing a portion A of FIG.
As shown in FIGS. 4 and 5, a
シールピン20は、その外周が、シールピン外周部26とシールピン端部外周部25から構成されている。配管口23の内側のテーパ部23’にシールピン端部外周部25の一部が接触する。シールピン端部外周部25は、好ましくは半径R1の断面円弧状である。シールピン端部外周部25は、上記円弧又は円弧状に限らず、円錐面を含む任意の曲面であってよい。さらに、配管口23に挿入するシールピン端部の軸心部には、底部22'を有する溝穴22が設けられている。溝穴22の底部22’のコーナーには、R部が設けられている。底部22’は球面であっても良い。
The outer periphery of the
配管口23の外周に対して、キャップ21を回して、配管口23の内側のテーパ部23’にシールピン端部外周部25の一部が、所定圧で接触するように調整する。
図4に模式的に示すように、ワーク1にキャップ21をかぶせて、密閉状態にして内圧p(一例として最大圧800Mpa以上)をかけ、ワーク1の材料組織に残留応力を残して強度をあげる、オートフレッテージ加工を行う。このとき、メインの油圧源からの内圧pの力を利用し、シールピン20の溝穴22の側面側へ、すなわち、シールピン端部外周部25方向に変形する力を働かせ、径方向へ膨らませて変形させる。シールピン端部の軸心部に設けられた溝穴22に内圧がかかるので、テーパ部23’に対して、シールピン端部外周部25の一部が、超高圧の内圧によって弾性領域で変形して、高いシール耐圧を持って密着するのである。
The
As schematically shown in FIG. 4, the
これにより、超高圧に対応したシールが可能となる。ここで、超高圧とは、ディーゼル用コモンレールに使用される圧力を指している。一例としては、数百Mpa程度の圧力を指している。 Thereby, the seal corresponding to an ultra high pressure becomes possible. Here, the ultra-high pressure refers to the pressure used for the diesel common rail. As an example, it refers to a pressure of about several hundred Mpa.
テーパ部23’に対して、シールピン端部外周部25が、最大圧が800Mpa以上の超高圧の内圧によって、弾性領域で変形して接触する場合のシールピンの形状について、一例として述べる。各々の寸法値については実験値と解析結果に基づき決定したが、これに限定されるものではない。
An example of the shape of the seal pin when the outer
図6に示すように、シールピンの形状寸法の比率は、内圧の最大値が800Mpa以上でオートフレッテージ加工を行う場合において、テーパ部23’の内径D1を1としたときに(D1が3〜5mmの間において)、シールピン外周部の外径D2が約1.08、溝穴内径dが約0.7、溝穴深さH1が約0.4である。シールピン端部外周部25の半径R1は、一例として、外径D2の1/2程度とすると良い。ここで、「約」とはそれぞれの数値の前後10%以内であることを指す。
As shown in FIG. 6, the ratio of the shape dimension of the seal pin is determined when the inner diameter D1 of the
この場合、テーパ部23’の内径D1の穴(配管口23の内側の穴)に対し、シールピンの外径を、約10%程度大きく設定し、テーパ部23’に確実に接触できるようにしたが、シールピン外周部の外径D2は約1.08に限らず、テーパ部23’に確実に接触できるように適宜設定すればよい。超高圧の内圧によって、弾性領域で変形して接触できるように、シールピン外周部の外径D2に対応して、他の比率も適宜設定すればよい。
In this case, the outer diameter of the seal pin is set to be approximately 10% larger than the hole having the inner diameter D1 of the
上記一実施形態では、一例として、内圧pの最大値が800Mpa以上でオートフレッテージ加工を行う場合において、テーパ部内径D1を1としたときに、シールピン20の形状寸法は、シールピン外周部D2が、1.08である第1の数値又は第1の数値の前後10%以内、溝穴内径(d)が、0.7である第2の数値又は第2の数値の前後10%以内、溝穴深さ(H1)が、0.4である第3の数値又は第3の数値の前後10%以内である。この一例としての数値に限らず、超高圧の内圧によって、シールピン端部外周部25が弾性領域で変形してテーパ部23’に確実に接触できるように、シールピン外周部の外径D2その他の比率を適宜設定すると良い。
In the above-described embodiment, as an example, in the case where auto-frettage processing is performed with the maximum value of the internal pressure p being 800 Mpa or more, when the taper portion inner diameter D1 is 1, the shape dimension of the
シールピンの材質は、ヤング率が210Gpa以上、降伏点が1500Mpa以上であることが必要である。一例として、SKH51などが挙げられるが、弾性領域で変形して接触でき、破損しないことが重要である。 The material of the seal pin needs to have a Young's modulus of 210 Gpa or more and a yield point of 1500 Mpa or more. An example is SKH51, but it is important that it can be deformed and contacted in the elastic region without being damaged.
図5のように、シールピン20が弾性領域で変形して、配管口23の内側のテーパ部23’に、シールピン端部外周部25の一部が接するように接触して、密着固定することが好ましい。その他、テーパ部23’の最内周の角部で接触するようにしても良い。この場合においては、シールピン端部外周部25の形状が、テーパ角60度位の円錐形状であっても良い。
As shown in FIG. 5, the
内圧の最大値が800Mpa以上の超高圧のシール条件の考え方は、以下のようなものである。
1.接触部において、漏れの無い面圧を確保する(シール力確保)。
2.発生応力を極力抑え、疲労破壊しない材料の耐圧強度を満足する(変形しても弾性領域である)。
口元がテーパ状にひろがる形状をもつ配管口に対し、前記1.の対応として、シールピン端部外周部25の接触部形状を円弧状の形状にしている。前記2.の対応として、溝穴22の底部22’にコーナーRを持たせている。溝穴22の底部22’のコーナーRの効果としては、応力集中回避と、強度アップにつながる壁の肉厚確保が挙げられる。
The concept of the ultra-high pressure seal condition in which the maximum value of the internal pressure is 800 Mpa or more is as follows.
1. Ensure contact-free surface pressure at the contact area (ensure sealing force).
2. Suppresses the generated stress as much as possible and satisfies the pressure resistance of the material that does not cause fatigue failure (it is an elastic region even if it is deformed).
For the piping port having a shape in which the mouth is tapered, the above-mentioned 1. As a countermeasure to this, the contact portion shape of the seal pin end outer
本発明のシールピン20を用いたオートフレッテージ加工を行う手順(方法)について、以下に説明する。ワーク1をパレット10に固定する。オートフレッテージ加工の前工程として、キャップ22をネジ締め機で配管口に固定する。つぎに、オートフレッテージ加工処理を行う。これにより、ワーク1は、密閉状態で高圧をかけて材料組織に残留応力を残して強度をあげることができる。その後、後工程で、ネジ締め機で配管口23からキャップ20を取り外す。なお、ワーク搬送手段は、パレット10に特に限定する必要はなく、位置決め及び搬送ができれば良い。
A procedure (method) for performing auto-frettage processing using the
1 ワーク
20 シールピン
21 キャップ
22 溝穴
23 配管口
25 シールピン端部外周部
26 シールピン外周部
1
Claims (6)
該シールピン(20)は、前記配管口(23)に挿入するシールピン端部の軸心部に設けられた、底部(22')を有する溝穴(22)と、
前記配管口(23)の内側のテーパ部(23’)に接触する、シールピン端部外周部(25)と、を具備しており、
前記テーパ部(23’)に対して、前記シールピン端部外周部(25)が、超高圧の内圧によって弾性領域で変形して、接触するように構成されたシールピン。 A seal pin (20) for sealing a piping port (23) of the high-pressure fuel injection pipe in order to perform autofrettage processing on the high-pressure fuel injection pipe under ultra-high pressure,
The seal pin (20) includes a slot (22) having a bottom portion (22 ′) provided in an axial center portion of a seal pin end portion to be inserted into the pipe port (23),
An outer peripheral portion (25) of the seal pin that contacts the tapered portion (23 ') inside the piping port (23),
A seal pin configured such that the outer peripheral portion (25) of the seal pin end portion is deformed in an elastic region by an ultra-high internal pressure and contacts the tapered portion (23 ').
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