JP2013177861A - 直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 配管と接続部品とのろう付け部に対する応力集中を効果的に防ぐことができる、直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造の提供。
【解決手段】 燃料配管の端部に、接続頭部がろう付けされた直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造であって、前記接続頭部の燃料配管挿入部に連なる燃料配管端部に絞り加工部を有するとともに、前記絞り加工部の外径Ｄ１が燃料配管径Ｄに対し０．８Ｄ≦Ｄ１≦０．９Ｄのものにおいて、前記絞り加工部の外径Ｄ１の燃料配管挿入部端末からの管軸方向長さＬ１がＬ１≧０．０６Ｄを満たす直管部を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、直噴式エンジン用燃料供給装置において、高圧燃料ポンプと燃料レール間を接続する高圧燃料通路に使用するものであり、より詳しくは鋼管もしくはステンレス鋼管からなる燃料配管の端部に接続頭部がろう付けされた直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造に関するものである。

従来の直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造としては、鋼管もしくはステンレス鋼管からなる燃料配管の端部に、球面状もしくは湾曲面状の押圧座面と該押圧座面の背面側に燃料配管挿入部を有する接続頭部がろう付けされたものが一般的である。
図５はその直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造を例示したもので、鋼管もしくはステンレス鋼管からなる燃料配管２１の端部に、先端部に球面状もしくは湾曲面状の押圧座面２２−１と、該押圧座面の背面側にろう付け面積を確保するための燃料配管挿入部（一般に「はかま」と称している）２２−２を有する接続頭部２２をろう付けしたものが知られている（特許文献１等参照）。すなわち、この種の直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造は、鋼管もしくはステンレス鋼管からなる燃料配管２１の端部の直管部に、先端部に球面状もしくは湾曲面状の押圧座面２２−１と、該押圧座面の背面側に形成した燃料配管挿入部２２−２を有する接続頭部２２の前記燃料配管挿入部２２−２を嵌合させ、その嵌合部をろう付けして構成されるものである。

また、図６は直噴式エンジン用高圧燃料配管に用いられるアイジョイントの端末構造を例示したもので、鋼管もしくはステンレス鋼管からなる燃料配管２３の端部に、内部に環状凹溝２４−１を有してその周側壁部２４−２を膨出円弧状となし、かつ前記環状凹溝２４−１に通ずる接続孔２４−３と、軸芯部に貫設した取付け孔２４−４を有し、さらに前記接続孔２４−３の孔周壁を外側に一体に突出させて形成した、燃料配管２３の直径より小径の内径を有する短筒壁（前記の「はかま」に相当）２４−５を有するアイジョイント本体（前記の「接続頭部」に相当する）２４をろう付けしたもので、このアイジョイントの場合は、燃料配管２３の接続端部に一段の絞り加工を施して当該部分をアイジョイント本体２４の短筒壁２４−５の内部に嵌合させ、その嵌合部をろう付けして構成するものである（特許文献２参照）。

ＤＥ１０２００５０４５７３１Ａ１ 特開平４−３４７０９１号

しかしながら、従来の前記した直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造や、直噴式エンジン用高圧燃料配管に用いられるアイジョイントの端末構造には、以下に記載する問題があった。
図５に示す直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造の場合は、接続頭部２２の押圧座面２２−１の背面側にろう付け面積を確保するための燃料配管挿入部（はかま）２２−２を設けることにより、十分なろう付け面積を確保することが可能となり、接続頭部２２に対するろう付け強度を向上できるという効果を奏するが、接続頭部２２の燃料配管挿入部（はかま）２２−２に燃料配管２１の端部の直管部を嵌合させてろう付けするために、燃料配管２１に細いパイプを採用しなければならず、そのために内容積を十分に確保できずに、脈動や圧力損失といった性能面で要求を満たせないという問題がある。
また、図６に示す直噴式エンジン用高圧燃料配管に用いられるアイジョイントの端末構造の場合は、燃料配管２３の端部の直管部に一段の絞り加工を施して細径化し、当該細径管部をアイジョイント本体２４の短筒壁２４−５の内部に嵌合させ、その嵌合部をろう付けして構成したことにより、短筒壁２４−５の近傍の、燃料配管２３の端末部の絞り加工部に応力が集中し、当該部分から燃料配管２３が破損する可能性が大きいという問題がある。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、接続頭部に対するろう付け強度を向上できるのみならず、脈動や内容積の問題、性能面等を考慮して燃料配管に細径のパイプを採用すると共に配管端末部に絞り加工を施しても、接続頭部とのろう付け部に対する応力集中を効果的に防ぐことができる、直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造を提案することを目的とするものである。

本発明に係る直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造は、鋼管もしくはステンレス鋼管からなる燃料配管の端部に、先端部に球面状もしくは湾曲面状の押圧座面と、該押圧座面の背面側に燃料配管挿入部とを有する接続頭部がろう付けされた直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造であって、前記接続頭部の燃料配管挿入部に連なる燃料配管端部に一段の絞り加工部を有するとともに、前記絞り加工部の外径Ｄ１が燃料配管径Ｄに対し０．８Ｄ≦Ｄ１≦０．９Ｄのものにおいて、前記絞り加工部の外径Ｄ１の燃料配管挿入部端末からの管軸方向長さＬ１がＬ１≧０．０６Ｄの条件を満たす直管部を有することを特徴とするものである。

また、本発明は、他の直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造として、鋼管もしくはステンレス鋼管からなる燃料配管の端部に、先端部に球面状もしくは湾曲面状の押圧座面と、該押圧座面の背面側に前記燃料配管挿入部とを有する接続頭部がろう付けされた直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造であって、前記接続頭部の燃料配管挿入部に連なる燃料配管端部に二段の絞り加工部を有するとともに、接続頭部側の一段目の絞り加工部は、当該加工部の外径Ｄ１が燃料配管径Ｄに対し０．８Ｄ≦Ｄ１≦０．９Ｄのものにおいて、前記一段目の絞り加工部の外径Ｄ１の燃料配管挿入部端末からの管軸方向長さＬ１がＬ１≧０．０６Ｄの条件を満たす直管部を有し、該一段目の絞り加工部に連なる二段目の絞り加工部は、前記一段目の絞り加工部の外径Ｄ１より大径の外径Ｄ２の直管部を有することを特徴とするものである。

なお、本発明は、前記配管絞り加工部の外径Ｄ１の管軸方向長さＬ１の接続頭部と反対側端末から絞り加工終了端までの管軸方向直線長さＬ２が０．１４Ｄ以上、及び、前記配管絞り加工部の全長Ｌ１＋Ｌ２が１．５Ｄ以下であることを好ましい態様とするものである。

本発明は、鋼管もしくはステンレス鋼管からなる燃料配管の端部に、先端部に球面状もしくは湾曲面状の押圧座面と、該押圧座面の背面側に燃料配管挿入部とを有する接続頭部がろう付けされた直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造であって、前記接続頭部の燃料配管挿入部に連なる燃料配管端部に一段の絞り加工部を設けるとともに、前記絞り加工部の外径Ｄ１を燃料配管径Ｄに対し０．８Ｄ≦Ｄ１≦０．９Ｄのものにおいて、前記絞り加工部の外径Ｄ１の燃料配管挿入部端末からの管軸方向長さＬ１をＬ１≧０．０６Ｄの条件を満たす直管部を設けることにより、接続頭部とのろう付け部に対する応力集中を効果的に防ぐことができる。また、前記接続頭部の燃料配管挿入部に連なる燃料配管端部に二段の絞り加工部を設けるとともに、接続頭部側の一段目の絞り加工部に、前記と同様に当該加工部の外径Ｄ１が燃料配管径Ｄに対し０．８Ｄ≦Ｄ１≦０．９Ｄのものにおいて、前記一段目の絞り加工部の外径Ｄ１の燃料配管挿入管挿入部端末からの管軸方向長さＬ１がＬ１≧０．０６Ｄの条件を満たす直管部を設けるとともに、前記一段目の絞り加工部に連なる二段目の絞り加工部に、前記一段目の絞り加工部の外径Ｄ１より大径の外径Ｄ２の直管部を設けることにより、燃料配管に作用する応力の分散効果が得られるため、高圧燃料配管に対して曲げ方向に荷重（変位）が生じても応力集中が回避され、燃料配管の破損の問題がほとんど解消される。

本発明に係る直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造の一実施例を示す断面図である。 同じく直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造の他の実施例を示す断面図である。 本発明の実施例１における曲げ応力と外径比の関係を示す図である。 本発明の実施例２における絞り加工による圧力損失ΔＰの増加と配管絞り加工部の全長（Ｌ１＋Ｌ２）の関係を示す図である。 従来の直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造の一例を示す断面図である。 従来の直噴式エンジン用高圧燃料配管に用いられるアイジョイントの端末構造の一例を一部破断して示す断面図である。

本発明において、燃料配管１、１１は、予め定寸に切断された高圧配管用炭素鋼鋼材等やオーステナイト系ステンレス鋼鋼材等よりなる外径Ｄがφ６ｍｍ〜φ１０ｍｍ、ｔ／Ｄ（ｔ：肉厚、Ｄ：管外径）が０．１〜０．２の鋼管やステンレス鋼管からなる。また、前記高圧配管用炭素鋼鋼材等からなる鋼管やオーステナイト系のステンレス鋼材等からなるステンレス鋼管には、電縫管またはセミシームレス管またはシームレス管等を用いることができる。なお、炭素鋼製の鋼管の場合は、腐食対策として内面および／または外面にＮｉ、Ｚｎ、Ｓｎもしくはこれら基合金を設けられたものが一般的である。

本発明に係る直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造における接続頭部２、１２は、図１および図２に示すように、塑性加工あるいは切削加工によって接続側端部に球面状もしくは湾曲面状あるいは円錐状の押圧座面２−１、１２−１と該押圧座面２−１、１２−１に連なるナット受圧面２−２、１２−２、および前記ナット受圧面２−２、１２−２に連なる燃料配管挿入部（はかま）２−３、１２−３を有する。

図１に示す本発明の直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造は、前記接続頭部２の燃料配管挿入部２−３に連なる燃料配管端部にプレス成形により形成した一段目絞り加工部１−１に直管部１−１ａを設けたことを特徴的構成要件とするものである。
すなわち、本発明は、一段目絞り加工部１−１の外径Ｄ１が燃料配管径Ｄに対し０．８Ｄ≦Ｄ１≦０．９Ｄのものにおいて、絞り加工部１−１の外径Ｄ１の燃料配管挿入部２−３端末からの管軸方向長さＬ１がＬ１≧０．０６Ｄの条件を満たす直管部１−１ａを有し、この直管部１−１ａの接続頭部２と反対側端末から絞り加工終了端までの管軸方向直線長さＬ２が０．１４Ｄ以上、及び、前記一段目絞り加工部１−１の全長Ｌ１＋Ｌ２が１．５Ｄ以下であることを特徴とするものである。
ここで、一段目絞り加工部１−１の管軸方向長さＬ１を０．０６Ｄ以上と規定したのは、０．０６Ｄ未満では、ろう付け部に応力が集中するためである。また、一段目絞り加工部１−１の全長Ｌ１＋Ｌ２を１．５Ｄ以下と限定したのは、１．５Ｄを超えると、絞り加工がされていない場合と比べて２倍以上の圧力損失となるためである。
なお、一段目のテーパ管部１−１ｂの角度θ１については、一段目絞り加工部１−１の全長Ｌ１＋Ｌ２に応じて適宜設定することとする。

上記図１に示す本発明の直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造は、管端部にプレス成形により形成した一段目絞り加工部１−１の外径Ｄ１が燃料配管径Ｄに対し０．８Ｄ≦Ｄ１≦０．９Ｄのものにおいて、一段目絞り加工部１−１の外径Ｄ１の燃料配管挿入部端末からの管軸方向長さＬ１がＬ１≧０．０６Ｄの条件を満たす直管部１−１ａを有する一段目絞り加工部１−１を形成した燃料配管１の端部に、塑性加工あるいは切削加工によって接続側端部に球面状もしくは湾曲面状あるいは円錐状の押圧座面２−１と該押圧座面２−１に連なるナット受圧面２−２、および前記ナット受圧面２−２に連なる燃料配管挿入部（はかま）２−３を有する接続頭部２を外嵌し、その嵌合部をろう付けして構成される。

上記した図１に示す直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造の場合は、一段目絞り加工部１−１の外径Ｄ１の燃料配管挿入部端末からの管軸方向長さＬ１がＬ１≧０．０６Ｄの条件を満たす直管部１−１ａの作用により、燃料配管１と接続頭部２とのろう付け部に対する応力集中を効果的に防ぐことができる。

また、上記図２に示す本発明の直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造は、前記接続頭部２の燃料配管挿入部２−３に連なる燃料配管端部に絞り加工部を二段階に形成したことを特徴的構成要件とするものである。すなわち、一段目絞り加工部１−１の外径Ｄ１が燃料配管径Ｄに対し０．８Ｄ≦Ｄ１≦０．９Ｄのものにおいて、一段目絞り加工部１１−１の外径Ｄ１の燃料配管挿入部端末からの管軸方向長さＬ１がＬ１≧０．０６Ｄの条件を満たす直管部１１−１ａを有する一段目絞り加工部１１−１と、前記一段目絞り加工部１１−１に連なって該一段目の絞り加工部１１−１の外径Ｄ１より大径の外径Ｄ２の直管部１１−２ａを有する二段目の絞り加工部１１−２を形成した燃料配管１１の端部に、塑性加工あるいは切削加工によって接続側端部に球面状もしくは湾曲面状あるいは円錐状の押圧座面１２−１と該押圧座面１２−１に連なるナット受圧面１２−２、および前記ナット受圧面１２−２に連なる燃料配管挿入部（はかま）１２−３を有する接続頭部１２を外嵌し、その嵌合部をろう付けして構成される。
なお、上記図２に示す、燃料配管端部に絞り加工部を二段階に形成した直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造の場合も、図１に示す端末構造の直管部１−１ａの接続頭部２と反対側端末から絞り加工終了端までの管軸方向直線長さＬ２に相当する、一段目の直管部１１−１ａの接続頭部１２と反対側端部から絞り加工終了端までの二段目の絞り加工部１１−２を含む管軸方向直線長さＬ２における一段目のテーパ管部１１−１ｂと二段目のテーパ管部１１−２ｂのそれぞれの角度θ２、θ３は、絞り加工部１１−１の全長Ｌ１＋Ｌ２に応じて適宜設定することとする。

上記した図２に示す直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造の場合は、外径Ｄ１が燃料配管径Ｄに対し０．８Ｄ≦Ｄ１≦０．９Ｄのものにおいて、一段目絞り加工部１１−１の外径Ｄ１の燃料配管挿入部端末からの管軸方向長さＬ１がＬ１≧０．０６Ｄの条件を満たす直管部１１−１ａを有する一段目絞り加工部１１−１の作用により、接続頭部１２とのろう付け部に対する応力集中を効果的に防ぐことができるのみならず、二段目の絞り加工部１１−２の作用により、当該燃料配管１１に作用する応力の分散効果が得られるため、高圧燃料配管１１に対して曲げ方向に荷重（変位）が生じても応力集中が回避され、燃料配管１１の破損の問題がほとんど解消される。

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は下記実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨の範囲内において自由に設計変更が可能である。

図１に示す直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造を作製し、燃料配管と接続頭部とのろう付け部に対する応力集中の低減効果を調べた。
本実施例においては、燃料配管にオーステナイト系ステンレス鋼鋼材よりなる外径Ｄがφ８ｍｍ、ｔ／Ｄ（ｔ：肉厚、Ｄ：管外径）が０．１５のステンレス鋼管を用い、Ｄ１＝７ｍｍ（一定）、Ｌ１＝０〜４ｍｍ、外径比＝０〜０．５の一段目絞り加工部を有する燃料配管１の端部に、塑性加工によって接続側端部に円錐状の押圧座面と該押圧座面に連なるナット受圧面および前記ナット受圧面に連なる燃料配管挿入部（ろう付け長さＭ＝７ｍｍ）を有するステンレス製の接続頭部をろう付けした。本実施例における曲げ応力とＬ１および外径比を表１に、曲げ応力と外径比の関係を図３に示す。
表１および図３に示すデータより、一段目絞り加工部に外径Ｄ１の燃料配管挿入部端末からの管軸方向長さＬ１がＬ１≧０．０６Ｄの条件を満たす直管部を設けることにより曲げ応力の変化が小さくなることがわかる。この結果は、一段目絞り加工部にＬ１≧０．０６Ｄの条件を満たす直管部を設けると、燃料配管と接続頭部とのろう付け部に対する応力集中を効果的に防ぐことができることを裏付けている。

実施例１と同様の図１に示す直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造を作製し、絞り加工長さ（Ｌ１＋Ｌ２）による圧力損失の変化を調べた。
本実施例においては、燃料配管１にオーステナイト系ステンレス鋼鋼材よりなるステンレス鋼管を用い、外径Ｄ、および一段目絞り加工部の直管部の外径Ｄ１をそれぞれＤ＝φ６．０〜φ１０．０ｍｍ、Ｄ１＝４．８〜８．０ｍｍの一段目絞り加工部を有する燃料配管１の端部に、塑性加工によって接続側端部に円錐状の押圧座面と該押圧座面に連なるナット受圧面および前記ナット受圧面に連なる燃料配管挿入部（ろう付け長さＭ＝７ｍｍ）を有するステンレス製の接続頭部をろう付けした。本実施例における絞り加工による圧力損失ΔＰの増加と配管絞り加工部の全長（Ｌ１＋Ｌ２）の関係を図４に示す。
図４に示すデータより明らかなごとく、圧力損失ΔＰの計算より、燃料配管の管端部を絞ったことによる圧力損失の増大を１００％以下（損失２倍）として、絞り加工長さ（Ｌ１＋Ｌ２）を規定すると、Ｌ１＋Ｌ２≦１．５Ｄとなる。したがって、本発明では一段目絞り加工部１−１の全長Ｌ１＋Ｌ２を１．５Ｄ以下と規定したのである。

図２に示す直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造（二段絞り）を作製し、燃料配管と接続頭部とのろう付け部に対する応力集中の低減効果を調べた。
本実施例においては、燃料配管にオーステナイト系ステンレス鋼鋼材よりなる外径Ｄがφ８ｍｍ、ｔ／Ｄ（ｔ：肉厚、Ｄ：管外径）が０．１５のステンレス鋼管を用い、Ｄ１＝７ｍｍ、Ｄ２＝７．５ｍｍ、Ｌ１＝１ｍｍ、Ｌ２＝６ｍｍの二段の絞り加工部を有する燃料配管の端部に、実施例１、２と同様に、塑性加工によって接続側端部に円錐状の押圧座面と該押圧座面に連なるナット受圧面および前記ナット受圧面に連なる燃料配管挿入部（ろう付け長さＭ＝７ｍｍ）を有するステンレス製の接続頭部をろう付けした。
作製した端末構造に対して燃料配管と接続頭部とのろう付け部に対する応力集中の低減効果を調べた結果、一段目絞り加工部の作用に加え、二段目の絞り加工部の作用により、当該燃料配管に作用する応力の分散効果が得られ、高圧燃料配管に対して曲げ方向に荷重（変位）が生じても応力集中が回避されることが判明した。

本発明は、鋼管もしくはステンレス鋼管からなる燃料配管の端部に、先端部に球面状もしくは湾曲面状の押圧座面と、該押圧座面の背面側に燃料配管挿入部とを有する接続頭部がろう付けされた直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造において、前記接続頭部の燃料配管挿入部に連なる燃料配管端部に特定の条件を満たす直管部を有する一段の絞り加工部を設けることにより、接続頭部とのろう付け部に対する応力集中を効果的に防ぐことができ、また前記一段の絞り加工部に連なる二段の絞り加工部を設けることにより、さらに、燃料配管に作用する応力の分散効果が得られるため、高圧燃料配管に対して曲げ方向に荷重（変位）が生じても応力集中が回避され、直噴式エンジン用燃料配管の破損リスクの低減に大きく寄与するものである。

１、１１ 高圧燃料配管
１−１、１１−１ 一段目絞り加工部
１−１ａ、１１−１ａ、１１−２ａ 直管部
１−１ｂ、１１−１ｂ、１１−２ｂ テーパ管部
２、１２ 接続頭部
２−１、１２−１ 押圧座面
２−２、１２−２ ナット受圧面
２−３、１２−３ 燃料配管挿入部（はかま）
１１−２ 二段目絞り加工部
θ１、θ２、θ３ テーパ管部の角度

Claims (3)

1. 鋼管もしくはステンレス鋼管からなる燃料配管の端部に、先端部に球面状もしくは湾曲面状の押圧座面と、該押圧座面の背面側に燃料配管挿入部とを有する接続頭部がろう付けされた直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造であって、前記接続頭部の燃料配管挿入部に連なる燃料配管端部に一段の絞り加工部を有するとともに、前記絞り加工部の外径Ｄ１が燃料配管径Ｄに対し０．８Ｄ≦Ｄ１≦０．９Ｄのものにおいて、前記絞り加工部の外径Ｄ１の燃料配管挿入部端末からの管軸方向長さＬ１がＬ１≧０．０６Ｄを満たす直管部を有することを特徴とする直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造。
2. 鋼管もしくはステンレス鋼管からなる燃料配管の端部に、先端部に球面状もしくは湾曲面状の押圧座面と、該押圧座面の背面側に前記燃料配管挿入部とを有する接続頭部がろう付けされた直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造であって、前記接続頭部の燃料配管挿入部に連なる燃料配管端部に二段の絞り加工部を有するとともに、接続頭部側の一段目の絞り加工部が、当該加工部の外径Ｄ１が燃料配管径Ｄに対し０．８Ｄ≦Ｄ１≦０．９Ｄのものにおいて、前記一段目の絞り加工部の外径Ｄ１の燃料配管挿入部端末からの管軸方向長さＬ１がＬ１≧０．０６Ｄの条件を満たす直管部を有し、該一段目の絞り加工部に連なる二段目の絞り加工部が、前記一段目の絞り加工部の外径Ｄ１より大径の外径Ｄ２の直管部を有することを特徴とする直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造。
3. 前記配管絞り加工部の外径Ｄ１の管軸方向長さＬ１の接続頭部と反対側端末から絞り加工終了端までの管軸方向直線長さＬ２が０．１４Ｄ以上、及び、前記配管絞り加工部の全長Ｌ１＋Ｌ２が１．５Ｄ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の直噴式エンジン用高圧燃料配管の端末構造。

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