JP2023516816A - 噴射装置用の構成部材および混合物圧縮型の火花点火式の内燃機関のための噴射装置ならびにこのような構成部材を製造する方法 - Google Patents

Abstract

高圧下にある流体を調量するために役立つ、混合物圧縮型の火花点火式の内燃機関のための噴射装置（１）用の構成部材（３；３’）、特に高圧管路（５）または流体分配器（２）であって、少なくとも１つの液圧接続部（１５～２０）が設けられた基体（１４；１３）を備え、少なくとも、接続部（１５～２０）を備えた基体（１４；１３）が、一段鍛造または多段鍛造により形成されており、基体（１４；１３）に、鍛造後に切削加工によって内部空間（１１）が形成されており、接続部（１５～２０）に、鍛造後の切削加工によって、交差領域（４０～４５）において内部空間（１１）と交差する接続通路（２６～３１）が形成されている。交差領域（４０～４５）が、機械的なバリ取りによりバリ取りされることが提案される。さらに、噴射装置（１）およびこのような構成部材（３；３’）を製造する方法が規定される。

Description

先行技術
本発明は、混合物圧縮型の火花点火式の内燃機関に用いられる噴射装置用の構成部材、特に燃料管路または燃料分配器に関する。特に本発明は、内燃機関の燃焼室内への燃料の直噴が行われる、自動車の噴射装置の分野に関する。

独国特許出願公開第１０２０１６１１５５５０号明細書からは、燃料分配器の製造法が知られている。この製造法では、分配器管が、鍛造中間製品から製造される。この場合、１．４３０１，１．４３０６，１．４３０７および１．４４０４の材料番号を有するオーステナイト鋼を使用することができる。この場合、鍛造中間製品が鍛造工程に基づいて製造により生じた残留応力を有し、発生したクロム炭化物により腐食耐性が減じられることが確認された。公知の方法では、６０秒よりも長い、８５０℃～１１００℃の制御された熱処理によって、緩慢な冷却により生じるクロム炭化物は再び消失させられる。機械的特性および腐食耐性は、これにより改善される。熱処理が、穿孔、フライス加工およびねじ切りのための加工特性も改善するので、熱処理は好適には非加工の鍛造中間製品において行われる。

発明の開示
請求項１に記載の特徴を有する本発明に係る構成部材および請求項８に記載の特徴を有する本発明に係る噴射装置ならびに請求項９に記載の本発明に係る方法は、改善された構成および機能形式が可能にされているという利点を有している。

従属請求項に記載された特徴により、請求項１に記載された構成部材、請求項８に記載された噴射装置および請求項９に記載された方法の有利な改良が可能である。

本発明に係る噴射装置は、混合物圧縮型の火花点火式の内燃機関に用いられる。本発明に係る噴射装置は、ガソリンおよび／またはエタノールおよび／または同等の燃料を噴射し、かつ／またはガソリンおよび／またはエタノールおよび／または同等の燃料を有する混合物を噴射するために用いられる。混合物は、たとえば水との混合物であってもよい。本発明に係る構成部材は、このような噴射装置に用いられる。

少なくとも構成部材の基体は、好適には特殊鋼、特にオーステナイト特殊鋼である材料から形成されている。特に、材料は、１．４３０１または１．４３０７の材料番号を有するオーステナイト特殊鋼またはこのオーステナイト特殊鋼に類する特殊鋼をベースとすることができる。基体に設けられた液圧接続部は、高圧入口、高圧出口または別の高圧接続部として形成されていてもよい。したがって好適には、基体は、高圧入口および少なくとも１つの高圧出口および場合によっては１つ以上の別の高圧接続部と一緒に、鍛造中間製品としての製造時に成形されて、引き続き加工される。

したがって、燃料分配器の提案された構成では、はんだ付けレールに対する大きな差異が生じる。はんだ付けレールでは、付加構成部材がはんだ付けされる前に、はんだ付けレールのための管が切削加工されてバリ取りされる。鍛造された構成により、特により高い圧力のための設計を可能にすることができる。自己点火式の内燃機関用の高圧レールとの大きな差異は、材料の選択および加工、特に特殊鋼の鍛造において生じる。電解バリ取り（ＥＣＭバリ取り）に対する大きな差異が生じる。ＥＣＭのバリ取りのためには、別個の設備と、続く洗浄プロセスとが必要であり、これらは製造コストにおいて大きな割合を占める。これに対して、提案された機械的なバリ取りは、簡単な形式で切削プロセスに続くことができ、特に同一のマシニングセンタで実施することが可能である。このことは、特に、請求項２に記載された有利な改良形に従って提案された引込み式バリ取り（Rueckzugentgraten）に当てはまる。なぜならば、１つ以上の引込み式バリ取り器を有利な方法で切削プロセスに組み込むことができるからである。したがって、製造が簡略化され、部品コストを下げることができる。

ＥＣＭバリ取りに対する提案された機械的なバリ取りの別の利点は、材料状態に関して生じる。ＥＣＭバリ取りでは、孔の交差部分において余剰な材料もしくは少なくとも１つのバリが電気化学的に溶解され、実際に圧縮残留応力のない材料状態が生じる。これとは異なり、提案する構成では、圧縮残留応力を有する材料状態を実現することができ、この材料状態は、特に脈動する内側圧力が加えられた場合に、より高い疲労強度を有している。このことは、特に請求項３に記載の有利な改良形において生じる。したがって、有利な形式で、たとえば自緊処理のような付加的な強度を向上させるプロセスを回避することができる。請求項４および／または請求項５に記載された有利な改良形が特に有利である。

有利な幾何学的な構成は、請求項６に記載された有利な改良形により可能である。特にこれにより、回転式バリ取りツール、特に引込み式バリ取りツールによる有利なバリ取りが可能である。

液圧接続部を備えた基体の有利な構成は請求項７により可能である。機械的なバリ取りによって、信頼性の高いプロセス制御が可能である。たとえばＥＣＭバリ取りでは、除去すべきバリが過度に大きな場合、たとえば電極への通電時に、電極と除去すべきバリとの接触により短絡が発生し、これにより、プロセスは、材料除去なしに停止してしまうだろう。この問題は特に、提案されているオーステナイト特殊鋼において生じる。なぜならば、オーステナイト特殊鋼は、比較的切削が困難であるからである。

特に鍛造により、デルタフェライトまたはマルテンサイト変態のような実際には望ましくない組織成分が生じてしまうことがある。提案する機械的なバリ取りにより、このような場合も信頼性の高いプロセス制御を達成することができる。これに対して、ＥＣＭバリ取りでは、除去ムラが生じてしまうことがある。なぜならば、溶解挙動が組織構造に依存するからである。提案された機械的なバリ取りにより、請求項７に記載された有利な構成においても、このような欠点を回避することができる。対応する利点は、請求項１０および／または請求項１１に記載された方法の有利な改良形においても生じる。

本発明の好適な実施例を以下の説明において、対応するエレメントに一致する参照符号が備えられた添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明の１つの実施例に対応する、燃料分配器として形成された構成部材を備えた、混合物圧縮型の火花点火式の内燃機関用の噴射装置を概略的に示す断面図である。 図１に示した実施例に対応する構成部材の、図１に符号ＩＩで示した部分を概略的に示す詳細図である。 図１に示した実施例に対応する構成部材の、図１に符号ＩＩＩで示した部分を、構成部材の長手方向に対して垂直な断面で概略的に示す詳細図である。 本発明の１つの可能な構成を説明するための、交差領域の機械的なバリ取りを示す概略図である。

発明の実施形態
図１は、１つの実施例に対応する燃料分配器（流体分配器）２を備えた噴射装置１を概略的な断面図で示している。本実施例では、燃料噴射装置１の燃料分配器２は、本発明に対応して形成された構成部材３である。さらに、高圧ポンプ４が設けられている。高圧ポンプ４は、高圧管路５として形成された燃料管路５を介して燃料分配器２に接続されている。高圧ポンプ４の入口６には、運転中に流体として、燃料または燃料との混合物が供給される。対応する形式で、高圧管路５も、本発明による構成部材３’として形成されていてもよい。

燃料分配器２は、流体を蓄え、かつ燃料噴射弁７～１０として形成された噴射弁７～１０に分配するために働き、圧力変動および脈動を減じる。燃料分配器２は、燃料噴射弁７～１０の切替え時に発生することがある圧力脈動を減衰するために用いられることもできる。運転中に、構成部材３の内部空間１１内には、少なくとも一時的に高圧ｐが発生することがある。高圧管路５は、場合によっては交換することができる、高圧入口１２および高圧出口１２’として形成された液圧接続部１２，１２’と、基体１３とを有している。

燃料分配器２は、一段鍛造または多段鍛造により形成される管状の基体１４を有している。管状の基体１４には、高圧入口１５として形成された液圧接続部１５と、高圧出口１６～１９もしくはカップ１６～１９として形成された複数の液圧接続部１６～１９とが設けられている。さらに、管状の基体１４には、圧力センサ接続部２０として形成された液圧接続部２０が設けられている。本実施例では、管状の基体１４、高圧入口１５、高圧出口１６～１９および圧力センサ接続部２０が、鍛造された個別部材１４’から形成されている。したがって、高圧入口１５、高圧出口１６～１９および圧力センサ接続部２０は、基体１４に鍛造されている。

燃料管路５は、その高圧入口１２において高圧ポンプ４に接続され、その高圧出口１２’において燃料分配器２の高圧入口１５に接続されている。燃料噴射弁７～１０は、それぞれ燃料分配器２の高圧出口１６～１９に接続されている。さらに、圧力センサ接続部２０に接続されている圧力センサ２１が設けられている。管状の基体１４は一方の端部２２において、止めねじ２３によって閉じられている。変更された構成では、側方および／または半径方向の高圧入口１５の代わりに、軸線方向の高圧入口が一方の端部２４に設けられていてもよい。

鍛造後に、管状の基体１４または鍛造された個別部材１４’は、少なくとも１回の切削加工により加工される。本実施例では、内部空間１１を形成するために、管状の基体１４内に鍛造後にさらに孔２５が形成される。運転中に、高圧入口１５に供給された流体は、この内部空間１１を介して、高圧出口１６～１９に接続された燃料噴射弁７～１０へと分配することができる。

さらに、切削加工により、鍛造された個別部材１４’に孔２６～３１が加工される。孔２７～３０は、高圧出口１６～１９のために用いられる。孔２６は、高圧入口１５のために用いられる。孔３１は、圧力センサ接続部２０のために用いられる。さらに、基体１３の端部２２においてねじ山２２’を孔２５内に切ることができる。

さらに、高圧入口１５、高圧出口１６～１９および圧力センサ接続部２０に孔３２～３７が設けられていてもよく、これらの孔は接続空間３２～３７を形成する。この実施例では、孔２５は、長手方向軸線３８に対して軸線方向に配向されている。孔２６～３７は、長手方向軸線３８に関して半径方向または半径方向で偏心して配向されている。長手方向軸線３８に関して半径方向または半径方向で偏心した配向では、たとえばエンジンルーム内における取付け時に、好適には接続部１５，２０の孔２６，３１，３２，３７の配向もしくは接続部１６～１９の孔２７～３０，３３～３６の配向は、長手方向軸線の上側または下側で、かつ／または長手方向軸線３８を起点としてエンジンから離れる配向またはエンジンに向かう配向で実現することができる。

孔２６～３１により内部空間１１と交差する接続通路２６～３１が形成される。これらの接続通路２６～３１は、孔３２～３７を内部空間１１に接続する。孔２６～３１は、内部空間１１を形成する孔２５と交差している。この場合、切削加工後にバリが残る交差領域４０～４５が生じる。交差領域４０～４５は、機械的なバリ取りによってバリ取りが行われる。

接続部１５，２０の可能な構成を、例示的に図２に示した接続部１５につき説明する。接続部１６～１９の可能な構成を、例示的に図３に示した接続部１６に関連して説明する。機械的なバリ取りのための可能な構成を、図４につき説明する。これにより、本発明の１つの実施例に従って構成されている構成部材３の可能な構成が生じる。噴射装置１の別の構成部材３’、たとえば高圧管路５も、対応する形式で構成することができ、接続部１２、１２’は対応する方法で構成され、機械的にバリ取りされていてもよい。

図２は、本実施例に対応する構成部材３の、図１において符号ＩＩで示された部分を、詳細図において概略的に示している。この実施例では、孔２６と孔３２との間に、円錐形および／または段状の移行部４６が設けられている。特に、孔２６，３２は同軸的に配置されていてもよい。用途に応じて、接続部１５に適切なねじ山が設けられていてもよく、これにより、たとえば高圧管路５を接続することができる。

交差領域４０のバリ取りは、図４につき説明されているように、孔３２から実施することができる。これにより交差領域４０に、面取り部４０’を形成することができる。

図３は、本実施例に対応する構成部材３の、図１において符号ＩＩＩで示された部分を、長手方向軸線３８に対して垂直な断面の詳細図において概略的に示している。この実施例では、孔３３は、平坦な孔底部４７を有し、孔３３は孔２７に対して偏心して配置されている。この場合、孔２７は、長手方向軸線３８に対して半径方向に配向されていてもよい。したがって孔３３は、長手方向軸線３８に関して半径方向で偏心して配向されている。交差領域４１のバリ取りは、図４につき明らかであるように、孔３３から実施することができる。これにより、交差領域４１に、面取り部４１’を形成することができる。

したがって、接続部１５を、本実施例では、弁カップ１５の形態で構成することができる。

図２および図３につき、機械的なバリ取りを行うことができる偏心していない接続部幾何学形状および偏心した接続部幾何学形状を実現するための可能性が図示されている。

図４は、本発明の可能な構成を説明するために、引込み式バリ取りツール５０による交差領域４０の機械的バリ取りを概略的に示す図である。孔２５と孔２６とは、交差領域４０において互いに交差している。引込み式バリ取りツール５０は、孔３２（図２）を介して軸線５１に沿って送ることができる。引込み式バリ取りツール５０は、少なくとも１つの切刃５２を有している。送る際に、切刃５２は、引込み式バリ取りツール５０の外周面５３内へと完全にまたは部分的に折り畳まれている。切刃５２の繰り出しは、回転５４を介して、かつ／または引込み式バリ取りツール５０を介して供給することができる冷却潤滑剤の供給によって行うことができる。引込み方向５５に引込み式バリ取りツール５０を戻すことにより、回転５４に基づいて、切刃５２による交差領域４０の機械的なバリ取りが行われる。回転５４および／または供給される液状の冷却潤滑剤により、切刃５２には交差領域４０に向かって負荷が加えられる。この場合に、面取り部４０’を形成することができる。次いで、引込み式バリ取りツール５０を取り除くことができ、この場合に切刃５２は、外周面５３内に再び完全にまたは部分的に折り畳まれる。

したがって、交差領域４０におけるバリの機械的な除去および切削式のエッジ除去を達成することができる。また、引込み式バリ取りツール５０の構成に応じて、引込み式バリ取りツール５０の導入および除去を容易にするために、切刃５２をたとえばばねにより保持することもできる。

孔２５～３７を形成するための切削加工の時間的な経過は、適切な形式で実現することができる。交差領域４０～４５の機械的なバリ取りは、適切な形式でこの切削加工に組み込まれるか、またはこの切削加工に続くことができる。

可能な方法の実施では、まず内部空間１１を形成するための孔２５を穿孔することができる。次いで、接続部１５～２０の接続部幾何学形状のための孔３２～３７を穿孔し、内部空間１１への接続通路２６～３１として用いられる孔２６～３１を穿孔することができる。次いで、交差領域４０～４５の機械的なバリ取りを行うことができる。したがって機械的なバリ取りは、切削加工に続いて行うことができる。

方法の１つの可能な構成では、内部空間１１のための孔２５を穿孔した後に、すべての接続部幾何学形状を加工し、特にすべての孔３２～３７を穿孔し、次いで接続通路２６～３１として、または接続孔２６～３１として用いられるすべての孔２６～３１を穿孔し、最後にすべての交差領域４０～４５を機械的にバリ取りする。

この方法の可能な変化形は、穿孔およびバリ取りの別の順序を実現することにあり、この順序では、バリ取りが切削加工に統合される。複数の交差領域４０～４５が機械的にバリ取りされる場合、加工順序は、接続部１５～２０のうちのそれぞれ１つの接続部に関する。このことは、たとえば、接続部１５において、孔３２が穿孔され、次いで孔２６が穿孔され、次いで交差領域４０の機械的なバリ取りが行われることを意味する。これらのステップは、接続部１５～２０のそれぞれのために、対応する形式で相前後して実施することができる。

したがって機械的なバリ取りは、必ずしも切削加工の完了後に行われるわけではない。したがって特に、機械的なバリ取りは、切削加工に統合することもできる。適切なプロセスパラメータおよび適切な冷却潤滑剤の選択を通じて、特に、孔２５から交差領域４０を介して、かつ孔２６を通って延びる内壁６０を、圧縮残留応力を有する材料状態で構成することもできる。この内壁６０は、移行部４６（図２）もしくは孔底部４７（図３）および少なくとも部分的に孔３２～３７にわたって延びていてもよい。圧縮残留応力を有する材料状態での内壁６０の構成は、改善された疲労強度をもたらす。

なお、本発明は、説明した実施例に限定されるものではない。

Claims (11)

1. 高圧下にある流体を調量するために用いられる、混合物圧縮型の火花点火式の内燃機関用の噴射装置（１）用の構成部材（３；３’）、特に高圧管路（５）または流体分配器（２）であって、
   少なくとも１つの液圧接続部（１５～２０）が設けられた基体（１４）を備え、少なくとも、前記接続部（１５～２０）を備えた前記基体（１４）は、一段鍛造または多段鍛造により形成されており、前記基体（１４）に、前記鍛造後の切削加工によって内部空間（１１）が形成されており、前記接続部（１５～２０）に、前記鍛造後の切削加工によって、交差領域（４０～４５）において前記内部空間（１１）と交差する接続通路（２６～３１）が形成されている、構成部材（３；３’）において、
   前記交差領域（４０～４５）は、機械的なバリ取りによりバリ取りされていることを特徴とする、構成部材（３；３’）。
2. 前記交差領域（４０～４５）は、機械的な引込み式バリ取りによってバリ取りされている、請求項１記載の構成部材。
3. 前記基体（１３）の鍛造された材料は、前記基体（１３）の、運転中に前記流体の高圧（ｐ）が加えられている内壁（６０）において、圧縮残留応力を有する材料状態で構成されている、請求項２記載の構成部材。
4. 前記基体（１３）の、前記圧縮残留応力を有する材料状態で構成された前記内壁（６０）は、前記内部空間（１１）を画定し、かつ／または前記基体（１３）の、前記圧縮残留応力を有する材料状態で構成された前記内壁（６０）は、前記交差領域（４０～４５）にわたって延びており、かつ／または前記基体（１３）の、前記圧縮残留応力を有する材料状態で構成された前記内壁（６０）は、少なくとも前記液圧接続部（１５～２０）の前記接続通路（２６～３１）にわたって延びている、請求項１から３までのいずれか１項記載の構成部材。
5. 前記液圧接続部（１５～２０）は、接続室（３２～３７）を有し、該接続室（３２～３７）は、前記接続通路（２６～３１）を介して前記内部空間（１１）に接続されており、前記圧縮残留応力を有する材料状態で構成された前記内壁（６０）は、前記接続通路（２６～３１）から少なくとも部分的に前記接続部（１５～２０）の前記接続室（３２～３７）にわたって延びている、請求項４記載の構成部材。
6. 前記基体（１３）の前記内部空間（１１）は、少なくとも１つの孔（２５）により形成されており、かつ／または前記接続通路（２６～３１）は、少なくとも１つの孔（２６～３１）により形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の構成部材。
7. 前記基体（１３）および前記少なくとも１つの液圧接続部（１５～２０）は、鍛造された個別部材（１４’）から成形されており、かつ／または前記基体（１３）は、オーステナイト特殊鋼、特に１．４３０１または１．４３０７の材料番号を有するオーステナイト特殊鋼またはこれに類する特殊鋼をベースとする材料から形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の構成部材。
8. 燃料、特にガソリンおよび／またはエタノールならびに／または燃料との混合物である流体を噴射するために用いられる、混合物圧縮型の火花点火式の内燃機関用の噴射装置（１）であって、請求項１から７のいずれか１項記載の少なくとも１つの構成部材（３，３’）を備えている、噴射装置（１）。
9. 燃料、特にガソリンおよび／またはエタノールならびに／または燃料との混合物である、高圧下にある流体を調量するために用いられる、混合物圧縮型の火花点火式の内燃機関用の噴射装置のための構成部材（３；３’）を製造する方法、特に高圧管路（５）または流体分配器（２）を製造する方法であって、
   基体（１４；１３）と、前記基体（１４；１３）に設けられた少なくとも１つの液圧接続部（１５～２０）を、一段鍛造または多段鍛造により形成し、前記基体（１４；１３）に、前記鍛造後の切削加工によって内部空間（１１）を形成し、前記接続部（１５～２０）に、前記鍛造後の切削加工によって、交差領域（４０～４５）において前記内部空間（１１）と交差する接続通路（２６～３１）を形成する方法において、
   前記交差領域（４０～４５）を、機械的なバリ取りによりバリ取りすることを特徴とする、方法。
10. 前記機械的なバリ取りのために用いられる、引込み式バリ取りツール（５０）の切刃（５２）に、バリ取りのために、機械的なバリ取り時に冷却のために供給される液状の冷却潤滑剤によって前記交差領域（４０～４５）に向かって負荷を加える、かつ／または
    前記機械的なバリ取りのために用いられる、引込み式バリ取りツール（５０）の切刃（５２）に、バリ取りのために、前記引込み式バリ取りツール（５０）の回転によって、前記交差領域（４０～４５）に向かって負荷を加える、請求項９記載の方法。
11. 前記機械的なバリ取り時に前記冷却のために供給される液状の冷却潤滑剤を、少なくとも一時的に高圧を加え、前記基体（１３）の鍛造された材料が、前記基体（１３）の、運転中に前記流体の高圧が加えられている内壁（６０）において、圧縮残留応力を有する材料状態で構成される、請求項９または１０記載の方法。

Images