JP4740226B2 - Common rail - Google Patents
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Description
本発明は自動車用エンジンの燃焼室内に装着された噴射ノズルに接続される配管(以下、噴射管と称する)を取り付けるためのホルダーを備えたコモンレールに関する。 The present invention relates to a common rail provided with a holder for attaching a pipe (hereinafter referred to as an injection pipe) connected to an injection nozzle mounted in a combustion chamber of an automobile engine.
近年、欧州では、ディーゼルエンジンを搭載した乗用車が増加する傾向にあるが、これは、燃料噴射装置の技術開発によるところが大きい。特に、その中核部品として、コモンレールの高性能化(高圧化)により、不純物成分の少ない軽油を用い、高出力、低燃費、さらには、大トルクが得られるようになったことに起因するところが大きい。 In recent years, passenger cars equipped with diesel engines have been increasing in Europe, which is largely due to technological development of fuel injection devices. In particular, high performance (high pressure) of the common rail is used as the core part, and light oil with less impurity components is used, resulting in high output, low fuel consumption, and large torque. .
燃料として軽油を用いるディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、コモンレールは、燃料タンクからポンプで吸引された軽油を一時的に高圧で保持し、オリフィスから各燃焼室の噴射ノズルまで噴射管を介して軽油を圧出するための燃料蓄圧分配器として用いられる。 In a diesel engine fuel injection system that uses light oil as fuel, the common rail temporarily holds the light oil sucked by the pump from the fuel tank at a high pressure, and supplies the light oil through the injection pipe from the orifice to the injection nozzle of each combustion chamber. Used as a fuel accumulator / distributor for pumping
噴射ノズルまで圧送された軽油は、燃焼用空気と混合され、その後、エンジン燃焼室内に噴射され、爆発燃焼するが、この燃焼効率を向上させるために、コモンレール内の軽油圧力を高圧化することが望まれている。 The light oil pumped to the injection nozzle is mixed with the combustion air, and then injected into the engine combustion chamber for explosive combustion. In order to improve the combustion efficiency, the light oil pressure in the common rail may be increased. It is desired.
このため、従来は、コモンレールに使用する鋼材の化学成分や熱処理などの製造条件の制御により、強度を向上させ、現在までに、噴射燃料圧力が150MPaまでは十分に信頼性の高いコモンレールが開発され、既に実用化されている。150MPaを超える高圧コモンレールの製造方法においては、現時点では、コモンレール本体を鍛造により一体成形した後、これに複雑な分配管の機械加工を施している。 Therefore, conventionally, the strength has been improved by controlling the manufacturing conditions such as the chemical composition and heat treatment of the steel used for the common rail, and until now, a sufficiently reliable common rail has been developed up to a fuel injection pressure of 150 MPa. Has already been put to practical use. In the manufacturing method of the high-pressure common rail exceeding 150 MPa, at the present time, the common rail body is integrally formed by forging, and then a complicated distribution pipe is machined.
しかし、コモンレール材料の高強度化による成形性や加工性の低下、高性能化に伴うコストの増大などの点から、従来の鍛造一体成形及び機械加工による製造方法に代替するコモンレールの製造技術の開発が課題となっている。 However, development of common rail manufacturing technology that replaces conventional forging integrated molding and machining methods from the viewpoint of increased formability and workability due to higher strength of common rail materials, and increased costs due to higher performance. Has become an issue.
燃料の噴射圧力の増大に対して最も問題となるのは、オリフィスの端部における疲労であり、これは、油の流通路の径が細くなる部位のためである。従来のコモンレールでは、図15にその長手方向断面図を示すように、レール穴11と分岐穴12との境界部にオリフィス13が設けられている。この境界部では、油の流通路の径が急激に細くなるため、応力集中が大きくなり疲労が問題となる。この対策として、特許文献1に開示されているように、オリフィス13のレール穴11側の入口付近にパルスレーザビームの照射によるレーザピーニング処理を施すことで圧縮応力を付与し、疲労強度を向上させる方法がある。しかしながら、狭隘部となるレール本体1のレール穴11にレーザビームを伝送して処理を行うために、生産性が低いという問題があった。
The biggest problem with the increase in fuel injection pressure is fatigue at the end of the orifice, which is due to the area where the diameter of the oil flow passage becomes narrower. In the conventional common rail, an
一方、オリフィスをレール本体に穿設するのではなく、図16に示すように、レール本体1の分岐穴12部にオリフィス管3を内嵌固着し、オリフィス管3の外側に、噴射ノズルに接続される噴射管2の接続頭部を設置する構成が、例えば特許文献2に開示されている。噴射燃料圧力の高圧化に対してはオリフィス自体の高強度化が一つの解決法であるが、高強度化が進むほど、材料が高コストになるとともに、分岐穴部への内嵌固着加工が難しくなるという問題がある。
On the other hand, instead of drilling the orifice in the rail body, as shown in FIG. 16, the
本発明は、上述の問題を解決し、高い噴射燃料圧力に耐え、かつ製造コストが低く、生産性の高いコモンレールを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a common rail that can withstand high injected fuel pressure and has low manufacturing cost and high productivity.
本発明者らは前述の課題を解決するために検討を行った結果、オリフィス管をレール本体と噴射ノズルにつながる噴射管との間に設置し、オリフィス管のオリフィス穴の開口端周辺部にレーザピーニング処理法等により圧縮応力を導入すれば、製造コストが低く、生産性の高い、高圧コモンレールが得られることを見出した。すなわち、本発明は、以下に示すものである。 As a result of investigations to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention installed an orifice pipe between the rail body and the injection pipe connected to the injection nozzle, and placed a laser around the opening end of the orifice hole of the orifice pipe. It has been found that if compressive stress is introduced by a peening method or the like, a high-pressure common rail with low manufacturing cost and high productivity can be obtained. That is, the present invention is as follows.
本発明の第一の発明は、流体が通過するレール穴が中心部に形成され、前記レール穴を取り囲む筒壁部に外方に開口する複数の分岐穴が形成されたレール本体に、噴射ノズルに接続される噴射管を取り付けるためのホルダーが接続され、前記レール穴と前記分岐穴との境界部から前記噴射管に至る流路の途中に、前記流体を均等圧力配送するためのオリフィス管が設けられ、前記オリフィス管が連絡する前記レール穴側および前記噴射管側の2つの開口の、いずれか一方もしくは両方の開口周辺部に、残留圧縮応力が付与されていることを特徴とするコモンレールである。 According to a first aspect of the present invention, an injection nozzle is provided in a rail body in which a rail hole through which a fluid passes is formed at a central portion, and a plurality of branch holes opening outward are formed in a cylindrical wall portion surrounding the rail hole. An orifice pipe for distributing the fluid at an equal pressure is provided in the middle of the flow path from the boundary between the rail hole and the branch hole to the injection pipe. The common rail is characterized in that residual compressive stress is applied to the periphery of one or both of the two openings on the rail hole side and the injection pipe side that are provided and communicated with the orifice pipe. is there.
本発明の第二の発明は、前記オリフィス管のオリフィス穴開口周辺部において、周方向に対する残留圧縮応力の導入深さが0.1mm以上であり、かつ、表面の周方向残留応力が、前記オリフィス管を構成する材料の引張強度の30%以上であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the introduction depth of the residual compressive stress with respect to the circumferential direction is 0.1 mm or more in the periphery of the orifice hole opening of the orifice pipe, and the circumferential residual stress on the surface is It is characterized by being 30% or more of the tensile strength of the material constituting the tube.
本発明の第三の発明は、前記残留圧縮応力が、レーザピーニング処理により付与されていることを特徴とする。 The third aspect of the present invention is characterized in that the residual compressive stress is applied by a laser peening process.
本発明の第四の発明は、前記レーザピーニング処理後に、レーザ処理面の材料の表層が除去されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the surface layer of the material on the laser-treated surface is removed after the laser peening treatment.
本発明の第五の発明は、前記表層の除去が電解研磨法もしくは流体研磨法によりなされていることを特徴とする。 The fifth aspect of the present invention is characterized in that the surface layer is removed by an electrolytic polishing method or a fluid polishing method.
本発明の第六の発明は、前記レール本体よりも前記オリフィス管の方が、降伏耐力が小さいことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, the yield strength of the orifice pipe is smaller than that of the rail body.
本発明によれば、オリフィス管におけるオリフィス穴の開口端周辺部への残留圧縮応力の付与により、疲労強度が高められたコモンレールが得られる。しかも、オリフィス自体の強度を低く抑えることができるため、オリフィスの加工性を確保することができる。 According to the present invention, a common rail with increased fatigue strength can be obtained by applying residual compressive stress to the periphery of the opening end of the orifice hole in the orifice pipe. Moreover, since the strength of the orifice itself can be kept low, the workability of the orifice can be ensured.
以下に、本発明のコモンレールの詳細を説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Below, the detail of the common rail of this invention is demonstrated. In the present specification and drawings, elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1はコモンレール本体1の断面の概略を示す。レール本体1の中心部にレール穴11が形成され、レール穴11を取り囲む筒壁部14より外方に開口する複数の分岐穴12が穿設されている。
FIG. 1 shows a schematic cross section of a
図2は、本発明に関わるコモンレールの一部分を例示したものである。レール本体1に、噴射ノズル(図示省略)に接続される噴射管2を取り付けるための取り付け部品であるホルダー4が接合されている。レール本体1の外壁には、ホルダー4を必要な位置に精密に接合するためのガイド溝15が形成されている。ホルダー4は、噴射管2側が小径円筒部、レール本体1の外壁に接合する側が大径円筒部となっており、全体では同軸二段円筒形の外形形状を有する。その噴射管2側の外側には、後述する締め付け用ナット5を嵌め込むためのネジ4aが形成されている。なお、コモンレール本体1及びホルダー4に使用する金属材料としては、鉄鋼材料が一般に用いられる。
FIG. 2 illustrates a part of the common rail according to the present invention. A
レール本体1とホルダー4の接合方法としては、液層拡散接合あるいは抵抗溶接、またはそれらを複合した接合方法などがある。液層拡散接合法は、レール本体1とホルダー4の接合面間に低融点非晶質合金箔を介して1000℃程度以上に保持することにより、均一組織を有する接合層を形成する方法である。
As a joining method of the rail
もちろん、レール本体1とホルダー4が一体に成形されていても良いが、接合部の信頼性が確保されるならば、ここで説明したようにレール本体1とホルダー4を別々の部品にする方が、加工性や加工コストの観点から望ましい。
Of course, the
分岐穴12の、レール本体1の外側の出口には、オリフィス管3と、噴射ノズルに接続される噴射管2が、外側に向かってこの順に接続されている。オリフィス管3は、鋼材等の金属材料で作られ、オリフィス穴21やテーパ部22、23が機械加工された後、後で詳しく述べるように、オリフィス穴21の開口端周辺部に圧縮応力が付与される。図2に示した例では、上述した締め付け用ナット5を締めこむと、噴射管2の接続頭部の押圧座面26とオリフィス管3の上部との間、オリフィス管3の下部とレール本体1の分岐穴12出口に設けられた受圧座面16との間が、それぞれメタルタッチシールされる。
An
コモンレール稼働中にはエンジンや車体の振動等が発生するが、かかる状況下でも安定したシール性が求められる。このためには、レール本体1よりもオリフィス管3の降伏耐力を小さくし、オリフィス管3の変形によりメタルタッチシールが実現されることが望ましい。本発明のコモンレールでは、オリフィス管3を局所的に強化することで、材料自体を高強度化させずとも疲労特性を担保できる。このため、上述の降伏耐力の大小関係を考慮すれば、レール本体1の高強度化も抑えることにつながり、コストメリットが大きい。なお、同じ理由から、オリフィス管3よりも噴射管2の降伏耐力を小さくすることが望ましい。
While the common rail is in operation, vibrations of the engine and vehicle body occur, but stable sealing is required even under such conditions. For this purpose, it is desirable that the yield strength of the
噴射管2をホルダー4に接続するための構造としては、必ずしも前述の方法でなくとも良い。一例として、図3に示す構造は、ホルダー4の内面に形成されたネジ4bに噴射管2を直接締結している点のみ図2の構造と異なる。図3の構造は、噴射管2の外周にネジを形成するという点で構造が複雑になるが、図2の構造と比較して、部品点数を減らせるという利点がある。さらに、オリフィス管3の設置方法としては、図16に示すように分岐穴12へ内嵌固着する構成を用いても良い。
The structure for connecting the
次に、図2に示したオリフィス管3を例に取り、オリフィス管3のオリフィス穴21の開口端周辺部に圧縮応力を導入する方法について、図4に示すオリフィス管3の拡大図を用いて説明する。図4(A)はオリフィス穴21の長手方向の断面図であり、(B)はオリフィス穴21の中心軸方向から見た平面図である。圧縮応力の導入は、オリフィス穴21やテーパ部22、23の成形、噴射管2の接続頭部の押圧座面26(図2参照)やレール本体1の分岐穴12出口に設けられた受圧座面16とメタルタッチシールするための座面24、25の加工、等の機械加工を施した後、レール本体1の分岐穴12へ接続する前に行う。圧縮応力の付与は、オリフィス穴21の両端の開口端21a、21bのうちの、いずれか一方もしくは両方の周辺部に対して行う。これは、オリフィス穴21の開口径やその周辺部の形状から定まる負荷応力分布を考慮して選択する。
Next, taking the
オリフィス穴21の開口端周辺部に圧縮応力を付与する方法としては、レーザピーニング処理や、超音波振動する振動端子で打撃を加える方法、球状の金属製ポンチで押圧するコイニング加工等があるが、狭い穴へのアクセスが容易という観点から非接触処理であるレーザピーニング処理法が施工しやすい。
Examples of a method for applying compressive stress to the periphery of the opening end of the
以下では、レーザピーニング処理方法について説明する。照射装置の一例を図5(平面図)及び図6(側面図)に示す。図示のように、機械加工が終了したオリフィス管3を水槽35中に浸漬し、レーザビーム発振装置31からレーザビーム32を照射する。レーザビーム32は凸レンズからなる集光レンズ33で集光し、光学窓34を介してオリフィス管3に照射される。オリフィス管3の後方は、支持部38,39を介して、図6に示すように上下方向(V方向)にスライド可能なガイド40に取り付けられている。また、ガイド40は、図5に示すように水平方向(H方向)にスライド可能なガイド42に取り付けられた支持部41に連結されている。オリフィス管3は、走査装置43の制御により、ガイド40、42に沿って、H、V両方向に移動可能に設置される。
Below, the laser peening processing method is demonstrated. An example of the irradiation apparatus is shown in FIG. 5 (plan view) and FIG. 6 (side view). As shown in the figure, the
レーザピーニング処理には、(1)高いピークパワー密度を持つレーザビームと、(2)照射表面近傍に水等の透明媒体を設置すること、が必要となる。(1)については、照射点であるレール穴内周の表面におけるピークパワー密度を1〜100TW/m2とする。このピークパワー密度を得るために、レーザ装置は、パルス時間幅が10ps〜100ns程度、パルスエネルギーが0.1mJ〜100J程度で間欠的に発振するパルスレーザを用いる。このようなレーザ装置としては例えばNd:YAGレーザが挙げられるが、上記条件(1)を満たすレーザ装置であれば良い。上記(1)および(2)の条件が満たされると、高いピークパワー密度をもつパルスレーザビームの照射により発生したプラズマが照射表面の近傍に水等の透明媒体の存在により、プラズマの膨張が抑えられ、プラズマの圧力が高められる。高圧となったプラズマの反力によって、照射点近傍に塑性変形を与え、残留圧縮応力を付与することができる。 The laser peening process requires (1) a laser beam having a high peak power density and (2) installation of a transparent medium such as water near the irradiated surface. About (1), the peak power density in the surface of the rail hole inner periphery which is an irradiation point shall be 1-100 TW / m < 2 >. In order to obtain this peak power density, the laser device uses a pulse laser that oscillates intermittently with a pulse time width of about 10 ps to 100 ns and a pulse energy of about 0.1 mJ to 100 J. An example of such a laser device is an Nd: YAG laser, but any laser device that satisfies the above condition (1) may be used. When the above conditions (1) and (2) are satisfied, the plasma generated by the irradiation of the pulse laser beam having a high peak power density is suppressed by the presence of a transparent medium such as water near the irradiated surface. And the plasma pressure is increased. By the reaction force of the plasma that has become high pressure, plastic deformation can be applied in the vicinity of the irradiation point, and residual compressive stress can be applied.
内圧疲労強度の向上には、オリフィス穴21の開口端全周にわたり周方向に特に大きな圧縮応力を付与することが効果的である。このためには、パルスレーザのビームスポットを以下のように重畳させながら処理することが望ましい。なお、図5及び図6に示した照射装置では、パルスレーザのビームスポット位置の移動は、走査装置43によって実現される。
In order to improve the internal pressure fatigue strength, it is effective to apply a particularly large compressive stress in the circumferential direction over the entire circumference of the opening end of the
一つの方法は、図7に示すように、レーザビーム照射スポット51を、オリフィス穴21を中心とした円に沿って形成する方法である。1本の走査領域でカバーできない場合は、複数の走査領域を形成する。この際、未処理領域が生じないよう、隣接する走査領域は重なるように処理することが望ましい。同一円の隣り合うレーザビーム照射スポット51の重畳する部分の面積を各々のレーザビーム照射スポット51の面積の20%以上とすることで、開口端21a、21b周辺におけるオリフィス穴21周方向の応力が選択的に強化される。
One method is to form a laser
もう一つの方法は、図8に示すように、オリフィス穴21の軸を含む平面内でレーザビーム照射スポット51を走査し、レーザビーム照射スポット51の走査をオリフィス穴21の周方向に位置をずらしながら複数回行なうものである。同じ走査領域内の隣接するレーザビーム照射スポット51は互いに重なりあうように、レーザビーム照射スポット51を走査する。また、隣接する走査領域も互いに重なりあうように、処理を行なう。同一点に対するパルスレーザビームの照射回数の平均値を2回以上とする条件で処理を行なうことで、表面の残留圧縮応力に異方性を生じさせ、開口端21a、21b周辺におけるオリフィス穴21周方向の圧縮応力を選択的に強化することができる。
In another method, as shown in FIG. 8, the laser
オリフィス穴21の開口周辺部において圧縮応力を付与する領域は、テーパ部22、23の傾きや、応力集中をどの程度緩和するかといった部品の設計思想に依存するが、図4(B)に斜線部として示すように、オリフィス穴21の中心からの距離が、オリフィス穴21の直径dの1.5倍以内となる領域をレーザ処理しておけば十分であることが多い。またレーザ処理条件にも依存するが、レーザピーニング処理では1mm程度の深さまで圧縮応力を導入可能であり、従って、オリフィス穴21の内面についても、開口端21a、21bからこの導入深さに相当する距離までの領域には周方向の残留圧縮応力が付与される。
The area where compressive stress is applied around the opening of the
以下では本発明の効果を実証する実験結果を説明する。実験では、図9に示す形状のオリフィス管3を、引張強度が800MPa級の鋼材を用いて作製し、レーザピーニング処理を行なった。レーザピーニング処理には、図5及び図6に示した装置を用い、水槽35中に浸漬したオリフィス管3にレーザビームを照射した。レーザビームは水中透過性の良いNd:YAGレーザの第二高調波(波長:532nm)を用いた。レーザビームは焦点距離100mmの凸レンズで集光した。レーザビームの照射は、オリフィス穴21開口端周辺部であるテーパ部22に対して、図9中に矢印で示す方向から行い、テーパ部22上でのビームスポットの形状は長径0.8mm、短径0.6mmの楕円形とした。レーザのパルスエネルギーは150mJ、ピークパワー密度は40TW/m2とした。また、パルス時間幅は10ns、パルス繰り返し周波数は30Hzであった。パルスレーザのビームスポットの重畳方法は図8に示す方法を用い、同一点に対するパルスレーザビームの照射回数の平均値は25回に設定した。処理域は、図10に示すように、オリフィス穴21の中心からの距離がオリフィス穴21の直径d=0.7mmの1.5倍、すなわち1.1mm以内となる領域とした。X線残留応力測定装置を用いてオリフィス穴21の周方向の残留応力の深さ方向分布を測定した。応力測定領域は図10に示す通りである。測定結果を図11に示す。応力測定領域は、オリフィス穴21の軸方向から見れば、図10に示すように楕円形状に見えるが、テーパ部bcに垂直な方向から見れば円形であり、その直径は0.7mmであった。代表点としてc点近傍の応力を測定したが、周方向全周にわたり、残留応力はほぼ同じである。深さ方向の応力分布の測定は、電解研磨により逐次鋼材を除去しながら行なった。研磨は、図9に矢印czで示すように、角acbの二等分線の方向に行い、このcz上での応力を測定した。図11の横軸に示す深さは、cz上での点cからの距離として定義されている。本発明では、残留応力が圧縮から引張へ変化する深さを、残留圧縮応力の導入深さと呼ぶ。測定結果を見ると、オリフィス穴21の周方向に対する残留圧縮応力の導入深さは0.6mmである。また、表面の残留応力は−604MPaである。この結果は、レーザピーニング処理が、オリフィス穴21の開口端周辺部への圧縮応力付与に効果的であることを示している。鋼材の引張強度が800MPaであることを考慮すれば、噴射燃料圧力が200MPa級のコモンレールに対して適用可能な水準である。
Below, the experimental result which demonstrates the effect of this invention is demonstrated. In the experiment, the
また、図11より、残留圧縮応力は深さ30μmにおいて最大となり(−712MPa)、表面の残留応力を上回っている。これは、サンプル表面にレーザビームを照射すると、照射スポット部表層近傍が溶融・再凝固し、最表面の残留応力が内部と比較して低下するためである。疲労亀裂の発生を抑制するためには、最表面の圧縮応力を最大化することが効果的であるから、以上説明してきたレーザピーニング処理を施した後、残留応力の低下した最表面の材料を除去することで、レーザピーニング処理の効果をさらに大きくすることができる。機械研磨等による材料の除去は、除去後の表面に引張応力を残留させ疲労特性に悪影響を与えることがあるため、除去方法としては電解研磨法や流体研磨法が望ましい。 Further, as shown in FIG. 11, the residual compressive stress becomes maximum at a depth of 30 μm (−712 MPa), which exceeds the residual stress on the surface. This is because when the surface of the sample is irradiated with a laser beam, the vicinity of the surface area of the irradiated spot is melted and re-solidified, and the residual stress on the outermost surface is reduced compared to the inside. In order to suppress the occurrence of fatigue cracks, it is effective to maximize the compressive stress on the outermost surface. Therefore, after applying the laser peening process described above, the material on the outermost surface with reduced residual stress is used. By removing, the effect of the laser peening process can be further increased. The removal of the material by mechanical polishing or the like may leave a tensile stress on the surface after the removal and adversely affect the fatigue characteristics. Therefore, an electrolytic polishing method or a fluid polishing method is desirable as the removal method.
除去厚みは以下の範囲にするのが効果的である。まず、レーザ照射によって溶融・再凝固し応力が引張側にシフトしている表面近傍を除去するために、除去厚みは0.01mm以上とする。一方で、図11に示したように、レーザピーニングで導入される圧縮応力は表面からの深さが大きくなるに従って減少する傾向にある。例えば図11に示す応力の深さ分布からは、表面から深さ0.1mm程度以上まで材料を除去すると、除去後の表面応力が除去前と比較してむしろ小さくなってしまうことが予想される。パルスエネルギー(今回の条件では150mJ)を大きくすることで深さ方向への圧縮応力の減衰は緩和できる。すなわち、パルスエネルギーを大きくすることで、より大きな除去厚みを得ることも可能であるが、除去厚みは0.3mm程度以下としておくのが効果的である。 It is effective to set the removal thickness within the following range. First, the removal thickness is set to 0.01 mm or more in order to remove the vicinity of the surface that is melted and re-solidified by laser irradiation and the stress is shifted to the tension side. On the other hand, as shown in FIG. 11, the compressive stress introduced by laser peening tends to decrease as the depth from the surface increases. For example, from the stress depth distribution shown in FIG. 11, if the material is removed from the surface to a depth of about 0.1 mm or more, it is expected that the surface stress after the removal will be rather smaller than before the removal. . Decreasing the compressive stress in the depth direction can be mitigated by increasing the pulse energy (150 mJ under the present conditions). That is, it is possible to obtain a larger removal thickness by increasing the pulse energy, but it is effective to keep the removal thickness at about 0.3 mm or less.
以上、本発明のオリフィス管に圧縮応力を付与する方法を説明してきたが、オリフィス管の形状はここで説明した例に限らないことを付記しておく。例えば、図16に示すオリフィス管3のように、テーパ部がないオリフィス管3も、上述したものと同じ方法で圧縮応力を付与することが可能である。
Although the method for applying compressive stress to the orifice tube of the present invention has been described above, it should be noted that the shape of the orifice tube is not limited to the example described here. For example, like the
以下に、オリフィス穴開口周辺部にかかる繰り返し負荷を模擬した疲労試験を行ない、本発明の効果を検証した結果について説明する。試験では、図12に示すように、直径6mmのくびれ部93の中央に直径1mmの貫通穴92を開けた試験片91を用いて、小野式回転曲げ疲労試験を実施した。試験片91は800MPa級の鋼材を用いて作成した。なお、このような試験片91では、貫通穴92付近に応力集中が生じる。負荷応力が最大となるのは貫通穴92の周に沿った向き(以下、周方向)である。この周方向の応力は、図12中のA点およびB点において最大となる。
Below, the fatigue test which simulated the repeated load concerning an orifice hole opening peripheral part was performed, and the result of having verified the effect of this invention is demonstrated. In the test, as shown in FIG. 12, an Ono type rotating bending fatigue test was performed using a
レーザピーニング処理は、図5、図6に示す装置を用いた。試験片91(図5、6中には示していない)を支持部38に取り付け、貫通穴92の両側の開口周辺部に対してレーザピーニング処理を行なった。レーザビームは、Nd:YAGレーザの第二高調波またはNd:YVO4レーザの第二高調波を用いた。いずれのレーザビームも、波長は532nmである。パルスレーザビームの時間幅はNd:YAGレーザでは10ns、Nd:YVO4レーザでは1nsとした。パルス繰り返し周波数は、Nd:YAGレーザでは30Hz、Nd:YVO4レーザでは100Hzとした。試験片91上でのスポットの形は、いずれのレーザでもほぼ円形であった。
The apparatus shown in FIGS. 5 and 6 was used for the laser peening process. A test piece 91 (not shown in FIGS. 5 and 6) was attached to the
貫通穴92の開口周辺部の周方向の圧縮応力を高めるために、図13に示すように、貫通穴92の軸を含む平面内でビームスポットを走査し、ビームスポットの走査を貫通穴92の周方向に位置をずらしながら複数回行なう方法でパルスレーザビームを照射した。レーザ処理した領域は、図13に示すように、φ6mmのくびれ部93の外面において、貫通穴92の軸からの距離が貫通穴の直径dの1.5倍以内、すなわち1.5mm以内となる領域である。同一点に対するパルスレーザビームの照射回数の平均値は全てのレーザ処理条件に対して25回に設定した。試験では、パルスエネルギーを変えた数条件についてレーザピーニング処理を行い、導入応力の測定と疲労強度の評価を実施した。
In order to increase the compressive stress in the circumferential direction around the opening of the through
表1に疲労試験結果を示す。表には、各レーザ処理条件について、A点(φ6mmの外面で貫通穴開口部近傍)における貫通穴92の周方向の残留応力σAを、くびれ部93の外周表面にて測定した結果も示す。残留応力は、X線残留応力測定装置を用いて測定した。図13に示すように、応力測定領域に相当するX線のスポット径は1.0mmとした。代表点としてA点の応力を測定したが、周方向全周にわたり、残留応力はほぼ同じである。また貫通穴の周方向応力の深さ方向分布の測定を、電解研磨により逐次鋼材を除去しながら行なった。図14に、深さ方向分布の測定方法を示す。図10のオリフィス穴21開口周辺部における応力測定と同様に、研磨は、図14中に矢印Azで示すように角EACの二等分線の方向に行い(角EAC=90°)、このAz上での周方向応力を測定した。表1には、測定結果として、残留圧縮応力の導入深さを示している。なおこの深さは、Az上での点Aからの距離として定義されている。
Table 1 shows the fatigue test results. The table also shows the result of measuring the circumferential residual stress σ A of the through
条件1は比較例であり、レーザピーニング処理を施さなかった試験片に対する結果である。条件2〜5は、レーザピーニング処理を施した本発明の実施形態に対応する例である。条件2、3、4では、条件1に対し15〜25%の疲労強度向上が見られた。一方、条件5では、疲労強度の向上は5%にとどまった。疲労強度を大きくするためには、表面の圧縮応力、すなわちσAが大きいほど、また圧縮応力の導入深さが大きいほど効果的である。表1の結果を見ると、条件2、条件3、条件4、条件5の順に、パルスエネルギーが小さくなるほど、σAは大きくなり、また残留圧縮応力の導入深さは小さくなる。条件5は、表面の圧縮応力については4つの条件(条件2〜5)の中で最も大きかったが、疲労強度の向上は小さかった。これは、圧縮応力の導入深さが小さかった(0.08mm)ためと考えられる。そこで、本発明では、圧縮応力の導入深さの好ましい範囲を0.1mm以上とした。
また、本発明の別の実施形態に対応する例である条件6は、条件2と同じ条件でレーザピーニング処理した後、電解研磨により材料の除去を行ったものである。球状の突起を押し付けて通電しながら、貫通穴92の軸を中心として同心円状に研磨した。研磨領域は貫通穴92の軸より半径1.7mm以内の範囲であり、くびれ部93の外面から約50μmの深さまで材料を除去した。レーザ照射によって溶融・再凝固し応力が引張側にシフトしている表面近傍が除去されたために、条件2よりもσAが大きくなり、さらに大きな疲労強度の向上(条件1に対し33%の向上)が得られた。
In addition,
さらに、上述の小野式回転曲げ疲労試験を、表1とは異なるレーザ処理条件に対して実施した結果を、表2に示す。この試験では、レーザピーニング処理において、同一点に対するパルスレーザビームの照射回数の平均値(平均重畳回数)を変えた。レーザビームは、Nd:YAGレーザの第二高調波(波長:532nm)を用い、レーザのパルスエネルギーは200mJ、またビームスポットの直径は0.8mmとした。パルスレーザビームの時間幅は10nsであり、パルス繰り返し周波数は30Hzとした。レーザ処理した領域、残留応力σAや導入深さの測定法は上述した表1の場合と同じである。また、表2中、レーザピーニング処理を施さなかった比較例である条件1は、表1にあるのと同じものである。
Furthermore, Table 2 shows the results of the Ono-type rotating bending fatigue test described above performed for laser processing conditions different from those in Table 1. In this test, in the laser peening process, the average value of the number of times of irradiation of the pulse laser beam with respect to the same point (average number of superpositions) was changed. The laser beam used was a second harmonic (wavelength: 532 nm) of an Nd: YAG laser, the laser pulse energy was 200 mJ, and the beam spot diameter was 0.8 mm. The time width of the pulse laser beam was 10 ns, and the pulse repetition frequency was 30 Hz. The laser-treated region, the residual stress σ A, and the method for measuring the introduction depth are the same as in Table 1 above. Further, in Table 2,
レーザピーニング処理を施した条件7〜10の結果より、平均重畳回数が大きくなるほどσAと導入深さがともに大きくなり、疲労強度も大きくなってゆくことが判る。条件7は、圧縮応力の導入深さは0.1mmを超えているものの(0.15mm)、平均重畳回数が足りないためにσAが小さく、疲労強度の向上は小さかった(条件1に対し5%の向上)。これは、σAが、試験片を構成する鋼材の引張強度(σb)に対し小さかったため、すなわち(σA/σb)が小さかったためであると解釈できる。条件7では(σA/σb)は0.14であった。一方、疲労強度向上が得られた条件8では(σA/σb)は0.33であった。そこで、本発明では、σAの好ましい範囲を(σA/σb)が0.3以上とした。 From the results of conditions 7 to 10 on which the laser peening treatment was performed, it can be seen that as the average number of superpositions increases, both σ A and the introduction depth increase, and the fatigue strength also increases. In condition 7, although the introduction depth of compressive stress exceeds 0.1 mm (0.15 mm), σ A is small because the number of average superposition times is insufficient, and the improvement in fatigue strength is small (compared to condition 1) 5% improvement). This, sigma A is, because smaller relative tensile strength of the steel material constituting the test piece (sigma b), i.e. (σ A / σ b) can be interpreted that this is because the smaller. Under condition 7, (σ A / σ b ) was 0.14. On the other hand, in condition 8 where fatigue strength improvement was obtained, (σ A / σ b ) was 0.33. Therefore, in the present invention, the preferred range of σ A (σ A / σ b ) was 0.3 or more.
本発明は、蓄圧式燃料噴射システムにおいて用いられるコモンレールに適用できる。 The present invention can be applied to a common rail used in an accumulator fuel injection system.
1 レール本体
2 噴射管
3 オリフィス管
4 ホルダー
5 ナット
11 レール穴
12 分岐穴
13 オリフィス
14 筒壁部
16 受圧座面
21 オリフィス穴
21a、21b 開口端周辺部
22、23 テーパ部
24、25 座面
26 押圧座面
31 レーザビーム発振装置
32 レーザビーム
33 集光レンズ
34 光学窓
35 水槽
38、39、41 支持部
40、42 ガイド
43 走査装置
51 レーザビーム照射スポット
91 試験片
92 貫通穴
93 くびれ部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記レール穴と前記分岐穴との境界部から前記噴射ノズルに接続される噴射管に至る流路の途中に、前記流体を均等圧力配送するためのオリフィス管が設けられ、前記オリフィス管が連絡する前記レール穴側および前記噴射管側の2つの開口の、いずれか一方もしくは両方の開口周辺部に、残留圧縮応力が付与されていることを特徴とするコモンレール。 A rail hole in which a fluid passes is formed in the center, and a jet pipe connected to the jet nozzle is attached to a rail body in which a plurality of branch holes opening outward are formed in a cylindrical wall portion surrounding the rail hole. Is a common rail to which the holder is connected,
In the middle of the flow path from the boundary between the rail hole and the branch hole to the injection pipe connected to the injection nozzle, an orifice pipe for delivering the fluid at an equal pressure is provided and communicates with the orifice pipe The common rail is characterized in that residual compressive stress is applied to the periphery of one or both of the two openings on the rail hole side and the injection tube side.
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