JP6656998B2

JP6656998B2 - フューエルデリバリパイプの製造方法

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Publication number: JP6656998B2
Application number: JP2016077096A
Authority: JP
Inventors: 柴田　学; 学柴田; 磯貝　英二; 英二磯貝
Original assignee: Otics Corp
Current assignee: Otics Corp
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2036-04-07
Also published as: JP2017186977A

Description

本発明は、フューエルデリバリパイプの製造方法に関する。

従来、内燃機関等において、燃料供給管から供給される燃料を各気筒に設けられたインジェクタに分配するフューエルデリバリパイプが用いられている。このようなフューエルデリバリパイプとしては、燃料流通路を有するパイプ本体の開口部がキャップなどの閉塞部材によって塞がれる構成のものが知られている。パイプ本体と閉塞部材のシール構造として、メタルシール構造が採用されることがある。このメタルシール構造では、閉塞部材に形成された雄ネジが、パイプ本体に形成された雌ネジに螺合されている。雌ネジに対して雄ネジを螺合すると、閉塞部材の先端がパイプ本体に形成されたテーパ面に強く当接する。これにより、閉塞部材とテーパ面の間でシールが形成され、閉塞部材とパイプ本体との隙間から燃料が漏れないようになっている（特許文献１参照）。

特開２０１２−１３６９６１号公報

しかしながら、上記構成のメタルシール構造では、これを構成する各部分（雄ネジ、雌ネジ、テーパ面など）の寸法精度のばらつきに起因して、閉塞部材の先端がパイプ本体のテーパ面の全周にわたって均一に当接せず、シール性が低下する事態が懸念される。このため、メタルシール構造を採用する場合には、閉塞部材及びパイプ本体の寸法精度をより高くする必要があり、製造に係る工数やコストが増加してしまうという問題点があった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、閉塞部材とパイプ本体との間のシール性が低下する事態を抑制可能なフューエルデリバリパイプの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のフューエルデリバリパイプの製造方法は、開口部を備えた燃料流通路を有する金属製のパイプ本体を備えるフューエルデリバリパイプの製造方法であって、前記開口部を通じて前記パイプ本体に対して金属製の閉塞部材を圧入することで前記燃料流通路を塞ぐ圧入工程と、前記圧入工程の後に行われ、前記パイプ本体における前記開口部を構成する壁部の少なくとも一部を前記パイプ本体の内方に屈曲させるパイプ本体加工工程と、を備え、前記圧入工程では、前記パイプ本体及び前記閉塞部材のうち少なくともいずれか一方を弾性変形させつつ、前記閉塞部材を圧入することに特徴を有する。

上記構成によれば、圧入工程では、パイプ本体及び閉塞部材のうち少なくともいずれか一方を弾性変形させつつ閉塞部材を圧入する。このため、閉塞部材を、パイプ本体の内面に押圧された状態で保持することができ、いずれか一方の部材を塑性変形させて圧入する方法と比べて、閉塞部材とパイプ本体との間のシール性をより高くすることができる。また、閉塞部材がパイプ本体の内面に押圧された状態であるから、閉塞部材とパイプ本体との間に生じる摩擦力をより高くすることができ、燃料流通路に燃料が供給された際の圧力によって閉塞部材が変位する事態を抑制することができる。さらに、パイプ本体加工工程では、開口部を構成する壁部の少なくとも一部をパイプ本体の径方向内側に屈曲させる。このため、閉塞部材がパイプ本体から抜ける事態をより確実に抑制することができる。以上のことから、本発明では、閉塞部材とパイプ本体との間のシール性が低下する事態を抑制することができる。

また、前記パイプ本体加工工程では、前記パイプ本体における前記壁部を前記パイプ本体の全周に亘って内方に屈曲させるものとすることができる。このようにすれば、閉塞部材の抜け止めをより確実に行うことができる。

本発明によれば、閉塞部材とパイプ本体との間のシール性が低下する事態を抑制することができる。

一実施形態に係る燃料供給装置を備える自動車の構成を模式的に示す斜視図図１の燃料供給装置が備えるフューエルデリバリパイプを示す断面図図２において閉塞部材付近を拡大して示す断面図圧入工程を示す図パイプ本体加工工程を示す図接触応力及び抜け荷重の算出に係るパラメータの一例を示す図表閉塞部材の変形例を示す断面図

本発明の一実施形態を図１から図６によって説明する。図１は、本実施形態の燃料供給装置１０を備える自動車の構成を示す斜視図である。燃料供給装置１０は、自動車１４の車体１５に装備され、燃料タンク１６からエンジン１７に燃料を供給するものとされ、燃料供給ポンプ１１と、フィルタ１２と、圧力調整装置１３と、燃料移送管Ｐ１と、燃料供給管Ｐ２と、燃料帰還管Ｐ３と、フューエルデリバリパイプ２０（以下「デリバリパイプ２０」という）と、を備えている。

燃料供給ポンプ１１は、燃料タンク１６内部の燃料を加圧する。加圧された燃料は、燃料移送管Ｐ１によって燃料タンク１６からエンジン１７へと移送される。移送された燃料は、フィルタ１２によって濾過され、圧力調整装置１３を介して燃料供給管Ｐ２に送られる。燃料供給管Ｐ２に供給される際の燃料の圧力は、圧力調整装置１３によって調整される。燃料供給管Ｐ２に送られた燃料の一部は、燃料供給管Ｐ２に接続されるデリバリパイプ２０によってエンジン１７へ供給され、残りの燃料は、燃料帰還管Ｐ３を通って燃料タンク１６へと戻される。ここで、燃料とは、ガソリン、高濃度アルコール含有燃料、又はガソリンとアルコールとの混合燃料を広く含む。また、アルコールは、例えば、メタノール、エタノール、ブタノールおよびプロパノールが利用可能である。

次に、デリバリパイプ２０の構成について説明する。デリバリパイプ２０は、図２に示すように、主管であるパイプ本体３０と、パイプ本体３０の一端部に装着される閉塞部材５０と、パイプ本体３０の外周面に設けられたインジェクタ取付部２１と、を備えている。パイプ本体３０は、例えば金属製（スチール、ステンレス、アルミ、銅など）とされ、図２に示すように、直線状に伸びる管状部材とされる。

パイプ本体３０の内部には、断面視円形状の燃料流通路３５が形成されている。燃料流通路３５は、パイプ本体３０の長手方向に沿って延びている。パイプ本体３０の長手方向における一端部には、燃料供給管Ｐ２に接続されるインレット３１が形成されている。インレット３１を経由して、燃料供給ポンプ１１からの燃料が燃料流通路３５内に導入される構成となっている。

インジェクタ取付部２１は、連通孔２１Ａを有する円筒状をなしており、パイプ本体３０の長手方向に沿って複数設けられている。連通孔２１Ａは、燃料流通路３５の軸に対して直交する方向に貫通されており、各連通孔２１Ａは、燃料流通路３５とそれぞれ連通されている。インジェクタ取付部２１には、インジェクタ２２が取り付けられる。これにより、燃料流通路３５の燃料が各連通孔２１Ａを通じて各インジェクタ２２に供給される構成となっている。

燃料流通路３５は、パイプ本体３０の長手方向における他端側（インレット３１と反対側）が開口部３６とされる。なお、燃料流通路３５の他端部４０は、燃料流通路３５の中央部３７に比して狭い径で設定されている。閉塞部材５０は、例えば、金属製（スチール、ステンレス、アルミ、銅など）とされ、円柱状をなしている。閉塞部材５０は、開口部３６を通じて他端部４０に圧入されることで燃料流通路３５の端部を塞ぐ構成となっている。なお、このような閉塞部材５０は、プラグやキャップと呼ばれる場合もある。

パイプ本体３０において、開口部３６を構成する壁部３８（パイプ本体３０の長手方向における端部）は、開口端に向かうにつれて、パイプ本体３０の内方に向かう形で屈曲されている。これにより、パイプ本体３０の開口部３６の直径Ｄ１は、図３に示すように、圧入後の閉塞部材５０の直径Ｄ５より小さい値で設定されている。このため、他端部４０に圧入された閉塞部材５０が抜け止めされている。

次に、デリバリパイプ２０の製造方法について説明する。デリバリパイプ２０は、パイプ本体３０及び閉塞部材５０を、それぞれ製造した後、互いに組み付けることで完成する。パイプ本体３０及び閉塞部材５０は、それぞれ公知の技術（鋳造など）によって製造可能であるため、ここでは、パイプ本体３０に対する閉塞部材５０の組付工程について詳しく説明する。パイプ本体３０に対する閉塞部材５０の組付工程は、パイプ本体３０に対して閉塞部材５０を圧入する圧入工程と、圧入工程の後に実行され、パイプ本体３０の他端部を加工することで、閉塞部材５０の抜け止めをするパイプ本体加工工程と、を含む。

（圧入工程）
圧入工程では、図４に示すように、圧入装置（図示せず）の押圧部１８によって閉塞部材５０を押圧し、開口部３６を通じてパイプ本体３０における燃料流通路３５の他端部４０に圧入する。これにより、燃料流通路３５の他端部４０が閉塞部材５０によって塞がれる。閉塞部材５０を他端部４０に対して圧入する前の状態では、閉塞部材５０の直径Ｄ２は、他端部４０の直径Ｄ３に比べて、わずかに大きい値で設定されている。圧入時には、閉塞部材５０の外周面が、パイプ本体３０の内周面に対して押し当てられ、閉塞部材５０及びパイプ本体３０が変形する。この時、本実施形態では、閉塞部材５０及びパイプ本体３０を弾性変形させるように圧入する。つまり、閉塞部材５０及びパイプ本体３０を塑性変形させないように圧入する。具体的には、圧入の際にパイプ本体３０の内周面、及び閉塞部材５０の外周面に作用する接触応力Ｐが、パイプ本体３０の降伏点、及び閉塞部材５０の降伏点を超えないような条件でパイプ本体３０及び閉塞部材５０のパラメータ（材質や寸法、詳しくは後述）を設定する。なお、圧入時には閉塞部材５０及びパイプ本体３０のうちいずれか一方のみが変形する構成であってもよい。

パイプ本体３０及び閉塞部材５０の接触応力Ｐ（圧入した際の面圧）は、円筒部材において圧入を行う際の接触応力に係る式によって算出することができ、具体的には、以下の（１）式によって算出することができる。

接触応力Ｐ＝δ／（２＊Ｒ２＊（Ａ＋Ｂ））・・・（１）式

（１）式におけるδは、パイプ本体３０と閉塞部材５０についての直径に係る圧入代であり、δ＝Ｄ２−Ｄ３である（図４参照）。また、Ｒ２は、圧入前の閉塞部材５０の半径である。また、（１）式におけるＡ、Ｂは、それぞれ以下の（２）式、（３）式によって算出することができる。

Ａ＝（（Ｒ１＾２＋Ｒ２＾２）／（Ｒ２＾２−Ｒ１＾２）−ν１）／Ｅ１・・・（２）式
Ｂ＝（（Ｒ２＾２＋Ｒ３＾２）／（Ｒ３＾２−Ｒ２＾２）＋ν２）／Ｅ２・・・（３）式

（２）式におけるＲ１は、閉塞部材５０の内径を２で割った値である。本実施形態では、閉塞部材５０は、中実状の部材であるから、Ｒ１＝０である。また、ν１は、閉塞部材５０のポアソン比であり、Ｅ１は、閉塞部材５０の縦弾性係数である。（３）式におけるＲ３は、圧入前のパイプ本体３０の半径である（図４参照）。つまり、Ｒ３は、圧入前のパイプ本体３０の外径（外側の直径）を２で割った値である。また、ν２は、パイプ本体３０のポアソン比であり、Ｅ２は、パイプ本体３０の縦弾性係数である。

本実施形態では、上記（１）式〜（３）式の各パラメータ（より詳しくは各寸法や材質）を適宜設定することで、接触応力Ｐがパイプ本体３０及び閉塞部材５０の降伏点を超えない値となるように設定する。つまり、本実施形態では、パイプ本体３０に対する閉塞部材５０の圧入に伴って、パイプ本体３０の内周面（及び閉塞部材５０の外周面）が変形するものの、その変形が、（塑性領域でなく）弾性領域内で起こるようにする。このため、圧入された閉塞部材５０の外周面はパイプ本体３０の内周面によって常に弾性的に押圧された状態となっている。

また、本実施形態では、圧入された閉塞部材５０の抜け荷重Ｗ１が、デリバリパイプ２０使用時の燃料流通路３５の内圧によって作用する閉塞部材５０への荷重Ｗ２よりも大きくなるように設定されている。閉塞部材５０の抜け荷重Ｗ１は、次の式（４）によって算出することができる。

抜け荷重Ｗ１＝Ｐ＊２＊Ｒ２＊π＊Ｌ＊μ・・・（４）式

（４）式におけるπは円周率であり、Ｌは、圧入長さ（閉塞部材５０とパイプ本体３０の接触部分の軸方向における長さ、図３参照）である。また、μは、閉塞部材５０とパイプ本体３０との間の摩擦係数である。

（パイプ本体加工工程）
パイプ本体加工工程では、パイプ本体３０における壁部３８に対してロールかしめを行う。具体的には、回動可能な保持部材（図示せず、例えばチャックなど）によって保持されたパイプ本体３０を、中心軸を回動中心として回動させつつ、図５に示すように、パイプ本体３０を構成する壁部３８に対してローラ１９を押し当てる。これにより、壁部３８（パイプ本体３０の端部）が全周に亘ってパイプ本体３０の径方向内側に屈曲される。これにより、図３に示すように、壁部３８が縮径変形され、開口部３６の直径Ｄ１が圧入後の閉塞部材５０の直径Ｄ５よりも小さくなる。これにより、パイプ本体３０に対する閉塞部材５０の組付が完了する。

次に、上述した接触応力Ｐ及び抜け荷重Ｗ１の算出について、具体的な数値を例示して説明する。接触応力Ｐ及び抜け荷重Ｗ１の算出に係る数値の一例を図６に示す。なお、図６に示す各数値は一例であり、各数値に限定されるものではない。なお、以下の説明では、パイプ本体３０の材質が、Ｓ５５（炭素鋼）であり、ビッカーズ硬さＨＶが２３０である場合を例示し、閉塞部材５０の材質がＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼）である場合を例示するが、材質はこれに限定されない。なお、図６に示すδＭＩＮ及びδＭＡＸは、それぞれ圧入代δの一例である。

図６に示す数値を（１）式に代入すると、δがδＭＩＮである場合には、接触応力Ｐは約２１３．６ＭＰａとなり、δがδＭＡＸである場合には、接触応力Ｐは約５３４．１ＭＰａとなる。ここで、上記材質である場合のパイプ本体３０の降伏点は、約５５０ＭＰａである。このため、図６に示す数値では、接触応力Ｐがパイプ本体３０の降伏点を超えることがなく、圧入時には、パイプ本体３０の塑性変形が生じない。

また、図６に示す数値を用いて抜け荷重Ｗ１を算出すると、δがδＭＩＮである場合には、抜け荷重Ｗ１は約４６９５．６Ｎとなり、δがδＭＡＸである場合には、抜け荷重Ｗ１は約１１７３８．９Ｎとなる。一方、デリバリパイプ２０の燃料流通路３５に燃料が供給された際の内圧をＰＡとした場合、内圧ＰＡによって閉塞部材５０に作用する荷重Ｗ２は、次の式（５）によって算出することができる。

Ｗ２＝π＊Ｒ２＾２＊ＰＡ・・・（５）式
仮に、内圧ＰＡが５０ＭＰａである場合には、Ｗ２は、約３９２７Ｎとなる。このため、図６に示す数値では、閉塞部材５０に作用する荷重Ｗ２が、抜け荷重Ｗ１を超えることがない。言い換えると、圧入された閉塞部材５０が荷重Ｗ２によって変位することがない。

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態によれば、圧入工程では、パイプ本体３０を弾性変形させつつ閉塞部材５０を圧入する。このため、閉塞部材５０を、パイプ本体３０の内面に押圧された状態で保持することができ、パイプ本体３０を塑性変形させて圧入する方法と比べて、閉塞部材５０とパイプ本体３０との間のシール性をより高くすることができる。また、閉塞部材５０がパイプ本体３０の内面に押圧された状態であるから、閉塞部材５０とパイプ本体３０との間に生じる摩擦力をより高くすることができ、燃料流通路３５に燃料が供給された際の圧力によって閉塞部材５０が変位する事態を抑制することができる。さらに、パイプ本体加工工程では、開口部３６を構成する壁部３８をパイプ本体３０の径方向内側に屈曲させる。このため、閉塞部材５０がパイプ本体３０から抜ける事態をより確実に抑制することができる。以上のことから、本実施形態では、閉塞部材５０とパイプ本体３０との間のシール性が低下する事態を抑制することができる。

また、本実施形態では、圧入された閉塞部材５０の抜け荷重Ｗ１が、デリバリパイプ２０使用時の燃料流通路３５の内圧によって閉塞部材５０に作用する荷重Ｗ２より大きくなるように設定されている。これにより、デリバリパイプ２０使用時に燃料流通路３５に供給された燃料の内圧によって閉塞部材５０が変位する事態を抑制することができる。

また、パイプ本体加工工程では、パイプ本体３０における壁部３８をパイプ本体３０の全周に亘って内方（径方向内側）に屈曲させる。このようにすれば、閉塞部材５０の抜け止めをより確実に行うことができる。

また、本実施形態では、閉塞部材５０がパイプ本体３０の内部に完全に収容されており、閉塞部材５０に外力が作用する事態を抑制することができる。また、閉塞部材５０とパイプ本体３０との接触面（シール面）に傷などが生じるとシール性が低下する事態が懸念される。この点、本実施形態では、シール面がパイプ本体３０の内周面（内側に向く面）であるから、メタルシール構造のようなシール面がテーパ面（パイプ本体３０の開口側に向く面）である構成と比べて傷が付き難く好適である。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、閉塞部材として、燃料流通路を塞ぐためのキャップを例示したが、これに限定されない。例えば、閉塞部材として、パイプ本体３０の燃料流通路と他部品とを接続するための接続部材などを例示することができる。このような接続部材に適用する際には、閉塞部材は、燃料を通過させるために中空状をなしていてもよい。つまり、閉塞部材は、燃料流通路を部分的に塞ぐものであってもよい。
（２）上記実施形態では、閉塞部材として円柱状をなすものを例示したが、これに限定されない。例えば、図７の変形例に示すように、閉塞部材１５０が球状をなしていてもよい。
（３）上記実施形態では、パイプ本体加工工程において、ロールかしめを行いパイプ本体３０の壁部３８を全周に亘って屈曲されるものを例示したが、これに限定されない。例えば、パイプ本体３０の壁部３８の周方向における一部を内方に屈曲させることで、閉塞部材５０の抜け止めを行ってもよい。

２０…デリバリパイプ（フューエルデリバリパイプ）
３０…パイプ本体
３５…燃料流通路
３６…開口部
３８…壁部（パイプ本体における開口部を構成する壁部）
５０，１５０…閉塞部材

Claims

開口部を備えた燃料流通路を有する金属製のパイプ本体を備えるフューエルデリバリパイプの製造方法であって、
前記開口部を通じて前記パイプ本体に対して金属製の閉塞部材を圧入することで前記燃料流通路の端部を塞ぐ圧入工程と、
前記圧入工程の後に行われ、前記パイプ本体における前記開口部を構成する壁部の少なくとも一部を前記パイプ本体の内方に屈曲させるパイプ本体加工工程と、を備え、
前記圧入工程では、
前記パイプ本体及び前記閉塞部材のうち少なくともいずれか一方を弾性変形させつつ、前記閉塞部材を圧入するものとされ、
前記パイプ本体加工工程では、
前記パイプ本体を、その中心軸を回動中心として回動させつつ、前記パイプ本体における前記壁部の外周面をローラによって押圧することで、前記壁部を前記パイプ本体の全周に亘って内方に屈曲させるフューエルデリバリパイプの製造方法。
前記圧入工程では、前記燃料流通路の中央部よりも径が小さい前記燃料流通路の前記端部に前記閉塞部材を圧入する請求項１に記載のフューエルデリバリパイプの製造方法。