JP5525824B2 - 燃料噴射システム用の鋼製高圧蓄圧管を製造する方法および該方法によって製造される高圧蓄圧管 - Google Patents

Description

本発明は、特許請求項１の前文に記載の燃料噴射システム用の鋼製高圧蓄圧管を製造する方法、および特許請求項６に記載の高圧蓄圧管に関するものである。

内燃機関の燃料噴射システム用の高圧蓄圧管は、コモンレールシステムとしても設計されている。圧力生成と燃料噴射とは、コモンレールシステム内において、互いに切り離されている。

別の高圧ポンプが、連続的に圧力を生成し、この圧力は、噴射シーケンスとは無関係に、中央高圧蓄圧室内に蓄えられるようになっている。この蓄圧室から、高圧ラインが、モータシリンダに付随している個々の噴射器に延びている。蓄えられた圧力は、燃料ラインにおいて、常に利用可能である。

噴射圧力が１８００バールに達する今日の状況下において、機械的特性および耐食性／耐キャビテーション性への高い要求を満たすために、例えば、特許文献１，２，３に開示されている高圧燃料ラインのような、蓄圧機能にそれほどの重要性を置かず、むしろ、送給機能に重要性を置く構成部品は、複合管として設計されている。

これらの複合管は、圧入によって互いに接続された比較的薄肉の内管部分と比較的厚肉の外管部分とを備えている。圧入は、例えば、冷間引抜によって実現されている（特許文献３）。

内管部分は、高圧下で混合気と直接接触するので、高耐食性および高強度を有する高合金鋼からなり、外管部分は、典型的には、非合金鋼または低合金鋼からなる。

送給機能ではなく主として蓄圧機能を想定している高圧蓄圧管は、運転中の高圧および脈圧に耐えることを可能にするために、必要な機械的特性以外に、高疲労強度を有していなければならない。これは、極めて小さい表面粗さを有する優良な内管面の存在を必要とするが、このような内管面は、周知の高圧蓄圧管の製造方法を用いて実現することができない。例えば、Ｒｚ≦１．０μｍ、かつ、Ｒａ≦０．２μｍの表面粗さ値に達する必要がある。

高圧蓄圧管は、例えば、特許文献４，５に記載されている。

高い表面要求を満たすために、中実材料の深孔加工による１つの管部分からのみなる管から高圧蓄圧管を作製すること、または（２回引抜される冷間圧延によって）冷間仕上げされた精密なシームレス鋼管または溶接鋼管を用いることが知られている。

深孔加工は、材料消費が大きく、かつ深孔加工のプロセスが複雑である点に欠点を有している。表面品質および孔加工周縁域の特性が、多くの場合、要求を満たさず、必要な高疲労強度は、追加的なオートフレッテージ（autofrettage）プロセスによってしか実現することができない。

冷間仕上げ管は、２回の引抜プロセスを必要とするので、コスト高を招き、またこれらの管は、多くの場合、表面品質および周縁域の特性が不十分であり、コスト集約的なオートフレッテージの適用も必要である。特許文献６は、加熱および収縮によって互いに接続された２つの管部分を有する複合管を含む高圧蓄圧管を開示している。この管も欠点を有している。何故なら、内管部分は、深孔加工によって作製されているからである。

独国実用新案第２０３１７５６５Ｕ１明細書 独国特許発明第１９８０８０１２Ｃ２明細書 独国特許発明第１９７１６６５９Ｃ２明細書 独国特許第１０２００４０３０３９４Ｂ３明細書 独国特許出願公開第１９９３６６８５Ａ１明細書 独国特許出願公開第１０３０３８５３Ａ１明細書

本発明の目的は、従来の製造方法の欠点を解消するようにした、燃料噴射システム用の高疲労強度を有する鋼製高圧蓄圧管を製造する方法を提供することにある。

この目的は、請求項１の前文と特徴部分とを組み合わせることによって達成されることになる。有利な改良は、各従属請求項の主題とされている。

本発明の示唆によれば、高圧蓄圧管を複合管として作製する方法において、第１の内管部分をわずかな隙間を有して第２の外管部分内に挿入し、次いで、内管部分を、機械的成形による締まり嵌めによって外管部分に隙間なく結合させるような方法が提供されることになる。

上記の機械的な成形は、押込み圧延（rolling-in）プロセスを含んでいるが、このプロセスでは、内管部分内を移動する過大寸法の転動工具によって、内管部分が延性的（塑性的）に拡径され、それにより外管部分が弾性的に拡径される。この成形プロセスの後、外管部分の弾性回復によって、作動圧力に対応する残留圧縮応力が、内管部分に加えられることになる。

管の押込み圧延は、互いに嵌合される管に対する過大寸法のローラによる平滑加工（reeling）の原理に基づくプロセスである。このプロセスによって、内管部分は、嵌合された外管部分内において局部的に拡張される。具体的には、内管部分は、内管部分内を軸方向に移動する過大寸法のローラを備えた転動工具によって、塑性的に拡径されることになる。

内管部分と外管部分との間にわずかの隙間しか存在しない場合、外管部分は、内管部分の塑性的な拡張によって弾性的に変形し、その結果、外管部分が接合間隙内に弾性回復した後に高い表面圧が生じ、これによって、締まり嵌めが生じることになる。

複合管からの高圧蓄圧管の製造に今まで適用されてこなかったこの方法を、この用途に対する大規模な実験に従って、従来の方法と比較して製造コストを低減させながら、表面への要求を満たすことができるように、適合させることが可能である。

本発明による方法によって実現することができるＲｚ≦１．０μｍおよびＲａ≦０．２μｍの範囲内の極めて小さい表面粗さ値の結果として、疲労強度に悪影響を与える応力集中および切欠効果を、蓄圧管が長時間の寿命を発揮する程度まで、低減させることが可能である。

内管部分への押込み圧延プロセスによって導入された残留圧縮応力の結果として、構成部品の疲労強度は、良好な影響を受けることになる。これによって、構成部品への残留圧縮応力を増大させるために従来の方法では必要とされていたオートフレッテージ処理、または要求に基づくこのプロセスによる追加的な内面への複雑な平滑加工を排除し、その結果、製造コストをさらに低減させることができる。また、複雑な深孔加工プロセスの適用は、もはや必要ではない。

高圧蓄圧管の高疲労強度を実現し、同時に材料コストを低減させることによって、有利には、内管部分および外管部分への種々の要求に適するように、材料を組み合わせることができる。

押込み圧延プロセスが実施されるとき、塑性成形中の内管部分の成形能力への要求が特に高いので、内管部分は、高い延性を有する高合金鋼から作製されることが有利である。

以下の表１は、例示にすぎないが、上記鋼の化学的組成を示している。

上記とは対照的に、外管部分の成形応力は小さい。何故なら、外管部分は、弾性範囲内でしか変形しないからである。この理由から、外管は、有利には、例示にすぎないが、表２に示されるように、安価な非合金鋼または低合金鋼から作製することができる

特別の要求を満たす必要がある場合、内外両方の管部分を同一の材料から作製することも可能である。

本発明のさらなる特徴、利点、および細部について、以下の例示的な実施形態において、説明する。

（記載なし）

複合管として構成されている高圧蓄圧管は、わずかな隙間を有して第２の外管部分１の内側に挿入された第１の内管部分２を備えている。本発明によれば、このような複合管は、管に対する押込み圧延（ここでは図示せず）によって作製され、この押込み圧延の後、内管部分２は、外管部分１の弾性回復によって、作動圧力に対応する残留圧縮応力を受けるとともに、内管部分１の内面が、Ｒｚ≦１．０μｍ、かつ、Ｒａ≦０．２μｍの表面粗さを有することになる。

外管部分１は、比較的厚肉に構成され、非合金鋼または低合金鋼から作製されている。内部分１は、比較的薄肉に構成され、管の押込み圧延中の塑性変形に適した高合金材料から作製されている。

内圧を蓄えるために、高圧蓄圧管は、その一端に密封プラグ５を備えている。

噴射ノズル用の圧力ラインを高圧蓄圧管に接続するために、複合管は、圧力ライン用の同軸接続部４を外管部分１に取り付けるための対応する数の半径方向貫通孔３を備えている。

１ 外管部分
２ 内管部分
３ 半径方向孔
４ 接続部（圧力ライン）
５ 密封プラグ

Claims (9)

1. 内燃機関用のコモンレールシステムを有する燃料噴射システムのための高圧蓄圧管を、高静的強度および高疲労強度を有し１８００バール以上の作動圧力に耐える鋼製複合管として製造する方法であって、第１の内管部分が第２の外管部分内にわずかな隙間を有して挿入され、次いで、前記内管部分が、機械的成形による締まり嵌めによって、前記外管部分に隙間なく結合される、方法において、
   前記機械的成形は、前記内管部分内で移動する過大寸法の転動工具によって、前記内管部分が延性的に拡径されるとともに、前記外管部分が弾性的に拡径されるような押込み圧延プロセスを含み、前記プロセスの後に、前記外管部分の弾性回復によって、前記作動圧力に相当する残留圧縮応力が、前記内管部分に加えられることを特徴とする方法。
2. 前記内管部分と前記外管部分とが異種合金材料からなり、前記外管部分が高強度材料からなり、かつ、前記内管部分が大きな成形性を有する高強度材料からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記外管部分が非合金材料または低合金材料からなり、前記内管部分が高合金材料からなることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記内管部分と前記外管部分とが同一材料からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記内管部分は、前記外管部分より小さい肉厚を有していることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の方法によって、高静的強度および高疲労強度を有し１８００バール以上の圧力に耐える鋼製複合管として製造された、コモンレールシステムを有する燃料噴射システム用の高圧蓄圧管であって、
   前記複合管は、シームレスまたは溶接内管部分（２）と、シームレスまたは溶接外管部分（１）とを備え、前記内管部分の内面が、Ｒｚ≦１．０μｍ、かつ、Ｒａ≦０．２μｍの表面粗さを有していることを特徴とする高圧蓄圧管。
7. 前記内管部分（２）が高合金材料からなり、前記外管部分（１）が非合金材料または低合金材料からなることを特徴とする請求項６に記載の高圧蓄圧管。
8. 前記内管部分（２）と前記外管部分（１）とが同一材料からなることを特徴とする請求項６に記載の高圧蓄圧管。
9. 前記内管部分（２）は、前記外管部分（１）より小さい肉厚を有していることを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載の高圧蓄圧管。

Images