JP6008432B2 - Fuel distributor made of duplex steel and method for manufacturing the fuel distributor - Google Patents

Fuel distributor made of duplex steel and method for manufacturing the fuel distributor Download PDF

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Description

本発明は、請求項1の上位概念に記載の特徴による燃料分配器に関する。   The invention relates to a fuel distributor according to the features of the superordinate concept of claim 1.

燃料を内燃機関に対して噴射することが、従来の技術から公知である。したがって、吸気管内への噴射工程若しくは予燃焼室内への噴射工程が実施され得る、又は、代わりに燃焼室内への直接の噴射工程が実施されてもよい。このため、燃料分配器が、内燃機関に取り付けられている。この場合、当該燃料分配器は、燃料供給ポンプに結合されている。この燃料供給ポンプは、高圧燃料噴射管の場合は燃料分配器用導管内に300バール〜400バール、特に350バールの圧力、動作圧力又は定格圧力(Pnenn)を発生させる。設計上は、Pnenn*1.5=有効圧である。   It is known from the prior art to inject fuel into an internal combustion engine. Therefore, an injection step into the intake pipe or an injection step into the pre-combustion chamber may be performed, or a direct injection step into the combustion chamber may be performed instead. For this reason, a fuel distributor is attached to the internal combustion engine. In this case, the fuel distributor is coupled to a fuel supply pump. The fuel supply pump generates a pressure, operating pressure or rated pressure (Pnenn) of 300 bar to 400 bar, in particular 350 bar, in the fuel distributor conduit in the case of a high pressure fuel injection pipe. By design, Pnenn * 1.5 = effective pressure.

内燃機関の周囲環境内と燃料の供給装置内とで十分な耐腐食性を持たせるため、オーステナイト系の材料が使用されることが、従来の技術から公知である。   It is known from the prior art that austenitic materials are used in order to provide sufficient corrosion resistance in the ambient environment of the internal combustion engine and in the fuel supply device.

変わらない又は低減されたエンジン排気量で動力性能を向上させることを意味する内燃機関のダウンサイジングにあっては、燃料供給圧力が高い。しかしながら、要求される構造空間つまり燃料分配器の外装自体は変わらない。   In downsizing of an internal combustion engine, which means improving power performance with unchanged or reduced engine displacement, the fuel supply pressure is high. However, the required structural space, that is, the exterior of the fuel distributor itself does not change.

十分な稼働信頼性を保証するためには、及び、燃料の添加剤、例えばエタノール及びメタノールに対する向上した耐腐食性を保証するためには、使用される材料においてその壁厚を増大させる必要がある。しかしながら、当該壁厚の増大は、同時に、燃料分配器の製造を困難にする。何故なら、例えば、燃料分配器用導管又はホルダが、成形加工によって製造されるからである。この場合、当該成形自体が明らかに困難になる。予燃焼室の容積が、当該壁厚の増大によって減少され得ない。当該壁厚の増大は、専ら外側に向けて(構造空間方向に)可能である。   In order to ensure sufficient operational reliability and to ensure improved corrosion resistance to fuel additives such as ethanol and methanol, it is necessary to increase its wall thickness in the materials used . However, this increase in wall thickness at the same time makes the manufacture of the fuel distributor difficult. This is because, for example, fuel distributor conduits or holders are manufactured by molding. In this case, the molding itself is clearly difficult. The volume of the precombustion chamber cannot be reduced by increasing the wall thickness. The wall thickness can be increased exclusively outward (in the direction of the structural space).

欧州特許出願公開第1726820号明細書European Patent Application No. 1726820

本発明の課題は、安全率の考慮の下で予測される稼働状況に対する実際の要求を満たし、同時に安価に製造可能である、燃料分配器を提供することにある。   It is an object of the present invention to provide a fuel distributor that satisfies the actual requirements for the operating situation predicted under the consideration of the safety factor and at the same time can be manufactured at low cost.

本発明によれば、上記課題は、請求項1に記載の特徴による燃料分配器によって解決される。   According to the invention, the above problem is solved by a fuel distributor according to the features of claim 1.

本発明の好適な実施の形態は、従属請求項に記載されている。   Preferred embodiments of the invention are described in the dependent claims.

自動車の内燃機関用の本発明の燃料分配器は、1つの燃料分配器用導管を有する1つの燃料分配器用フューエルレールと、この燃料分配器用導管から分岐している複数のインジェクタカップとを備え、且つ本発明によれば、前記燃料分配器用導管と、任意の前記ホルダとが、二相鋼から形成されていることを特徴とする。   The fuel distributor of the present invention for an automobile internal combustion engine comprises a fuel distributor fuel rail having a fuel distributor conduit, and a plurality of injector cups branched from the fuel distributor conduit, and According to the present invention, the fuel distributor conduit and the optional holder are made of duplex steel.

したがって、本発明によれば、同じ又は削減された構造寸法のときでも、十分により高い強度を実現することが可能である。さらに、二相鋼のオーステナイト系の成分自体が、発生する腐食に対する十分な耐性を保証する。従来の技術から公知の燃料分配器用フューエルレールに比べて少なくとも変わらない又は削減された壁厚を実現することが可能である。しかしながら、当該壁厚は、同時に、増大した稼働圧力に耐え、したがって長時間にわたって使用できるように形成されている。   Therefore, according to the present invention, it is possible to achieve sufficiently higher strength even with the same or reduced structural dimensions. Furthermore, the austenitic components themselves of the duplex stainless steel ensure sufficient resistance to the corrosion that occurs. It is possible to realize wall thicknesses that are at least unchanged or reduced compared to fuel distributor fuel rails known from the prior art. However, the wall thickness is at the same time designed to withstand increased operating pressures and therefore to be used for extended periods of time.

したがって、本発明の範囲内では、燃料分配器用フューエルレールの少なくとも燃料分配器用導管、すなわち燃料分配器用主管を二相鋼から形成することが可能である。しかしながら、本発明の範囲内では、さらなる取付部品、例えば、燃料分配器用導管から分岐されたインジェクタカップ又はシールプラグ、固定ホルダ若しくは接続流路も、二相鋼から形成され得る。当該個々の構成備品は、特に高温ロウ付け法によって500℃〜1150℃の温度範囲で互いに結合される。特に、以下の材料が本発明にしたがって使用される:1.4462,1.4162,1.4362又は1.4662(欧州規格(EN))。従来の技術に比べてより高い強度が、当該硬ロウ付け法にしたがっても得られる。 Therefore, within the scope of the present invention, it is possible to form at least the fuel distributor conduit of the fuel distributor fuel rail, i.e., the fuel distributor main pipe, from duplex stainless steel. However, within the scope of the invention, further fittings, for example injector cups or seal plugs branched off from the fuel distributor conduit, fixed holders or connecting channels can also be formed from duplex steel. The individual component fixtures are bonded together in the temperature range of 500 ° C. to 1150 ° C., in particular by a high temperature brazing method. In particular, the following materials are used according to the invention: 1.4462, 1.4162, 1.4362 or 1.4662 (European standard (EN)) . Higher strength compared to conventional techniques can also be obtained according to the hard brazing method.

この場合、燃料分配器用導管の、3mm〜4mm、特に3.1mm〜3.5mm、特に好ましくは約3.3mmの壁厚のときに、十分な稼働強度及び耐久性を備えつつ、200バール〜600バール、特に300バール〜500バール、特に好ましくは500バールまでの稼働圧力に耐えることが可能である。オーステナイト系の材料から製造された比較可能な燃料分配器用導管に比べて薄くなっていないとしても、少なくとも変わらない壁厚のために、本発明の燃料分配器の重量が減少する。二相鋼の、場合によっては、より高い購入コストは、成形中のより少ない加工コストによって及び/又はより小さい必要空間容積によって相殺される。その結果、変わらない及び/又は削減された構造寸法のときに、少なくとも変わらない製造コスト及び改良された耐久性の下で、高い要求が、当該稼働環境に対して満たされ得る。   In this case, when the wall thickness of the conduit for the fuel distributor is 3 mm to 4 mm, in particular 3.1 mm to 3.5 mm, particularly preferably about 3.3 mm, with sufficient operating strength and durability, 200 bar to It is possible to withstand operating pressures of 600 bar, in particular 300 bar to 500 bar, particularly preferably up to 500 bar. Even if it is not thin compared to a comparable fuel distributor conduit made from austenitic materials, the weight of the fuel distributor of the present invention is reduced, at least because of the unchanged wall thickness. In some cases, higher purchase costs of duplex steels are offset by less processing costs during forming and / or by a smaller required space volume. As a result, high requirements can be met for the operating environment, at least with unchanged manufacturing costs and improved durability, with unchanged and / or reduced structural dimensions.

別の利点は、例えば、インジェクタカップ、燃料分配器用導管の固定部材及び/又は燃料分配器用パイプ・クランプ並びにシールプラグ及び/又は貫通プラグのような、さらなる取付部品が、従来のオーステナイト鋼から製造され得るにもかかわらず、その材料適合性に起因して本発明にしたがって使用される二相鋼と一体的に且つ固着して結合され得ることにある。したがって、例えば、二相鋼から燃料分配器用導管を生産することは、従来の技術から公知の燃料分配器用の既存の生産設備内に組み込まれ得る。当該組み込みは、燃料分配器用導管のための二相鋼を本発明にしたがって使用する設備に変更するときの追加の設備投資を節減する。   Another advantage is that additional fittings are produced from conventional austenitic steel, such as, for example, injector cups, fuel distributor conduit fixing members and / or fuel distributor pipe clamps and seal plugs and / or through plugs. Nevertheless, due to its material compatibility, it can be integrally and firmly bonded with the duplex stainless steel used according to the present invention. Thus, for example, the production of fuel distributor conduits from duplex steel can be incorporated into existing production facilities for fuel distributors known from the prior art. The incorporation saves additional capital investment when changing the duplex stainless steel for the fuel distributor conduit to the equipment used in accordance with the present invention.

さらに、好ましくは、上記二相鋼は、重量%で表記すると、0.1%〜5%、特に0.1%〜3.5%、特に好ましくは3.5%未満のニッケル含有量を有する。応力腐食割れの危険が、当該少ないニッケル含有量によって十分に低減される。このため、同時に、燃料分配器の耐久性が向上される。   Furthermore, preferably, the duplex stainless steel has a nickel content of 0.1% to 5%, in particular 0.1% to 3.5%, particularly preferably less than 3.5%, expressed in weight%. . The risk of stress corrosion cracking is sufficiently reduced by the low nickel content. This simultaneously improves the durability of the fuel distributor.

さらに、上記二相鋼は、好ましくは、重量%で表記された以下の合金元素を有する:

クロム (Cr) 20〜25重量%

モリブデン (Mo) 2.50〜3.50重量%

残部は鉄及び溶融によって生成された不純物
In addition, the duplex stainless steel preferably has the following alloying elements expressed in weight percent:

Chromium (Cr) 20-25% by weight

Molybdenum (Mo) 2.50 to 3.50 wt%

The balance is iron and impurities generated by melting

したがって、フェライト成分が、50〜70%であり、オーステナイト成分が、50〜30%であるように、当該二相鋼の組織が有益に組成されている。当該二相鋼は、ロウ付け後に490MPa以上の0.2%耐力Rpと、760MPa以上の引張強さRMとをさらに有する。   Therefore, the structure of the duplex stainless steel is beneficially composed so that the ferrite component is 50 to 70% and the austenite component is 50 to 30%. The duplex steel further has a 0.2% proof stress Rp of 490 MPa or higher and a tensile strength RM of 760 MPa or higher after brazing.

特に、接合工程、すなわち高温ロウ付け工程が、本発明にしたがって10分未満で、特に好ましくは8分未満で、特に6分未満で、特に好ましくは5分未満で実施されることによって、上記の耐力及び引張強度は、当該使用された二相鋼の製品で得られる。次いで、1000℃より高い高温ロウ付け温度までの加熱が実施され、その後に400℃以下への冷却が実施される。当該冷却自体は、4分未満の期間内で継続する。したがって、二相鋼のオーステナイトとフェライトとの相組織の平衡に影響を及ぼすことなしに、十分な強度が、製造された燃料分配器で保証される、特にそのロウ付け地点に対して保証される。同時に高い冷却性能を持ちつつ、当該構成部品の技術的な洗浄度に対する要求を満たすため、特に、当該冷却工程は、気体冷却によって実施され、特に好ましくは窒素又は窒素の代わりのヘリウム若しくはアルゴンを用いた冷却によって実施される。   In particular, the bonding step, ie the high temperature brazing step, is carried out according to the invention in less than 10 minutes, particularly preferably in less than 8 minutes, in particular in less than 6 minutes, particularly preferably in less than 5 minutes, so that Yield strength and tensile strength are obtained with the product of the used duplex stainless steel. Next, heating to a high brazing temperature higher than 1000 ° C. is performed, and then cooling to 400 ° C. or lower is performed. The cooling itself continues within a period of less than 4 minutes. Therefore, sufficient strength is guaranteed with the manufactured fuel distributor, in particular for its brazing point, without affecting the equilibrium of the phase structure of the austenite and ferrite of the duplex stainless steel. . In order to meet the requirements for technical cleanliness of the component while having high cooling performance at the same time, in particular, the cooling step is carried out by gas cooling, particularly preferably using nitrogen or helium or argon instead of nitrogen. Carried out by cooling.

本発明の燃料分配器の好適な実施の形態を以下で説明し、図面で大まかに示す。当該図面は、本発明を容易に理解するために役立つ。   Preferred embodiments of the fuel distributor of the present invention are described below and are shown schematically in the drawings. The drawings are useful for easy understanding of the present invention.

燃料分配器の投影図である。It is a projection view of a fuel distributor. 燃料分配器の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a fuel distributor.

図面では、繰り返される説明が、簡略化の理由から省略されるときでも、同じ符号は、同じ構成部品又は類似の構成部品に対して使用される。   In the drawings, the same reference numerals are used for the same or similar components, even when repeated descriptions are omitted for reasons of simplicity.

図1は、燃料分配器の投影図である。この燃料分配器1は、燃料分配器用フューエルレール2を有する。この場合、この燃料分配器用フューエルレール2は、中央に延在する燃料分配器用導管3を有する。インジェクタカップ4が、この燃料分配器用導管3から分岐されている。この場合、図2に示された当該インジェクタカップ4は、熱間継目5によって燃料分配器用導管3に結合されている。本発明によれば、この燃料分配器用導管3は、二相鋼から形成されている。その一方で、例えば、インジェクタカップ4は、従来のオーステナイト鋼から形成され得る。同様に、インジェクタカップ4を熱間継目5によって燃料分配器用導管3に結合させることが簡単に可能である。さらに、戻り管を有するシールプラグ6が、燃料分配器用導管3の、図面に対して右側の端部に配置されていて、送り管を有するシールプラグ7が、左側に配置されている。このため、燃料を燃料分配器用導管3の内部空間I内にその都度供給することが可能である。600バールまでの有効圧が、当該内部空間I内に持続して印加され得る。この燃料分配器用導管3自体が、壁厚Wを有する。この壁厚Wは、従来の燃料分配器用導管に比べて変わらないか又は薄くなっているものの同時に、厳しくなる稼働条件に対して、より高い信頼性を併せ持つ。さらに、燃料分配器用導管3を詳しく図示されなかった内燃機関、特に内燃機関のシリンダヘッドに対して結合させるため、固定ホルダ8が、燃料分配器用導管3に対して少なくとも共に密接に結合されている。   FIG. 1 is a projection view of a fuel distributor. The fuel distributor 1 has a fuel distributor fuel rail 2. In this case, the fuel distributor fuel rail 2 has a fuel distributor conduit 3 extending in the center. An injector cup 4 is branched from the fuel distributor conduit 3. In this case, the injector cup 4 shown in FIG. 2 is connected to the fuel distributor conduit 3 by a hot seam 5. According to the present invention, the fuel distributor conduit 3 is formed of duplex steel. On the other hand, for example, the injector cup 4 can be formed from conventional austenitic steel. Similarly, it is simply possible to couple the injector cup 4 to the fuel distributor conduit 3 by means of a hot seam 5. Further, a seal plug 6 having a return pipe is arranged at the right end of the fuel distributor conduit 3 with respect to the drawing, and a seal plug 7 having a feed pipe is arranged on the left side. For this reason, it is possible to supply fuel into the interior space I of the fuel distributor conduit 3 each time. An effective pressure of up to 600 bar can be applied continuously in the interior space I. The fuel distributor conduit 3 itself has a wall thickness W. This wall thickness W remains unchanged or thinner compared to conventional fuel distributor conduits, but at the same time has higher reliability for harsh operating conditions. Furthermore, in order to connect the fuel distributor conduit 3 to an internal combustion engine not shown in detail, in particular to the cylinder head of the internal combustion engine, a fixed holder 8 is at least closely connected to the fuel distributor conduit 3 together. .

1 燃料分配器
2 燃料分配器用フューエルレール
3 燃料分配器用導管
4 インジェクタカップ
5 熱間継目
6 シールプラグ
7 シールプラグ
8 固定ホルダ
I 内部空間
W 壁厚
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel distributor 2 Fuel rail for fuel distributor 3 Pipe for fuel distributor 4 Injector cup 5 Hot joint 6 Seal plug 7 Seal plug 8 Fixed holder I Internal space W Wall thickness

Claims (8)

1つの燃料分配器用導管(3)を有する1つの燃料分配器用フューエルレール(2)と、この燃料分配器用導管(3)から分岐している複数のインジェクタカップ(4)とを備える、自動車の内燃機関用の燃料分配器(1)において、
前記燃料分配器用導管(3)が、二相鋼から形成されていることを特徴とする燃料分配器。
An internal combustion of a motor vehicle comprising a fuel distributor fuel rail (2) having one fuel distributor conduit (3) and a plurality of injector cups (4) branched from the fuel distributor conduit (3) In the engine fuel distributor (1),
The fuel distributor (3) is characterized in that the fuel distributor conduit (3) is made of duplex steel.
ホルダ(8)が、二相鋼から形成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料分配器。2. A fuel distributor according to claim 1, characterized in that the holder (8) is made of duplex steel. 前記燃料分配器用導管(3)は、3mm〜4mm、又は3.1mm〜3.5mm、又は3.3mmの壁厚(W)を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料分配器。The fuel distributor according to claim 1 or 2, wherein the fuel distributor conduit (3) has a wall thickness (W) of 3 mm to 4 mm, or 3.1 mm to 3.5 mm, or 3.3 mm. vessel. 前記燃料分配器用導管(3)は、200バール〜600バール、又は300バール〜500バール、又は500バールの稼働圧力に適合するように設定されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料分配器。4. The fuel distributor conduit (3) is set to fit an operating pressure of 200 bar to 600 bar, or 300 bar to 500 bar, or 500 bar. A fuel distributor according to claim 1. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料分配器を製造するための方法において、
前記燃料分配器用フューエルレール(2)は、インジェクタカップ、シールプラグ、固定ホルダ又は接続流路としてのさらなる取付部品を有し、当該取付部品を高温ロウ付け又は硬ロウ付けによって前記燃料分配器用導管(3)に結合することを特徴とする方法
A method for manufacturing a fuel distributor as claimed in any one of claims 1 to 4.
The fuel distributor fuel rail (2) has an additional attachment part as an injector cup, a seal plug, a fixed holder or a connection flow path, and the attachment part (high temperature brazing or hard brazing) 3. A method characterized by combining with 3) .
燃料分配器用フューエルレール(2)が、インジェクタカップ、シールプラグ、固定ホルダ又は接続流路としてのさらなる取付部品を有し、The fuel distributor fuel rail (2) has an additional mounting part as an injector cup, seal plug, fixed holder or connecting flow path,
前記取付部品は、さらにオーステナイト鋼から形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料分配器。The fuel distributor according to any one of claims 1 to 4, wherein the attachment component is further formed of austenitic steel.
前記二相鋼は、重量%で表記して、0.1%〜5%、又は0.1%〜3.5%、又は3.5%未満のニッケル含有量を有することを特徴とする請求項1〜4又は6のいずれか1項に記載の燃料分配器。The duplex stainless steel has a nickel content expressed in weight% of 0.1% to 5%, or 0.1% to 3.5%, or less than 3.5%. Item 7. The fuel distributor according to any one of Items 1 to 4 or 6. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料分配器を製造するための方法において、
全ての構成部品を二相鋼から形成し、当該構成部品を熱間接合法によって互いに結合することを特徴とする方法
A method for manufacturing a fuel distributor as claimed in any one of claims 1 to 4.
A method characterized in that all components are formed from duplex stainless steel and the components are joined together by hot bonding .
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