WO2016063640A1 - 燃料レール - Google Patents

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WO2016063640A1
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WO
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injector
rail
receiving member
rail body
side communication
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PCT/JP2015/075149
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相馬 正浩
洋史 大野
慶一 浦城
勝 川井
伸也 中谷
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
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Priority to US15/519,231 priority patent/US20170226978A1/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M69/46Details, component parts or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus covered by groups F02M69/02 - F02M69/44
    • F02M69/462Arrangement of fuel conduits, e.g. with valves for maintaining pressure in the pipes after the engine being shut-down
    • F02M69/465Arrangement of fuel conduits, e.g. with valves for maintaining pressure in the pipes after the engine being shut-down of fuel rails
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M55/004Joints; Sealings
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    • F02M55/02Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M2200/80Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly
    • F02M2200/8084Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly involving welding or soldering
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M55/02Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F02M55/025Common rails

Definitions

  • the present invention relates to a fuel rail of a direct injection type internal combustion engine.
  • An in-cylinder in-cylinder injection system using an internal combustion engine, particularly gasoline, is injected from an injection valve (injector) by increasing the pressure of the fuel in order to satisfy regulations and requirements on exhaust gas and fuel consumption that are becoming stricter year by year. There is a tendency to further improve atomization of spray and improve combustion.
  • the fuel pressure is now 15MPa and 20MPa, but higher pressure is expected.
  • a conventional fuel rail is formed by brazing a rail body, a cup for attaching an injector, a sensor boss for attaching a pressure sensor, and a bolt boss for attaching and fixing the rail to the engine head by brazing.
  • the entire rail is formed.
  • the strength of each component and joint is expected to be insufficient.
  • Patent Document 1 describes a pressure accumulation type fuel injection device used for a diesel engine.
  • a joint (cup) incorporating a seal member is installed on the flat surface of the rail body, and a load is applied to the step formed on the joint to create a high pressure surface on the seal surface.
  • the joint is directly welded to the rail body (see summary).
  • Patent Document 2 describes a common rail fuel injection device used for a diesel engine.
  • a ring member (cup) is externally fitted at a position corresponding to the branch hole on the outer periphery of the cylindrical member (rail body), and the relative reduction in diameter from the ring member to the cylindrical member is performed.
  • compressive residual stress is applied to the periphery of the opening of the branch hole in the inner wall of the rail hole formed in the tubular member, and the tensile stress caused by the internal pressure of the pressurized fuel is suppressed (see summary).
  • the rail body is made thicker and integrated with other parts by forging as in the conventional common rail for diesel engines, or the parts are screwed to the injector.
  • a method is adopted in which the entire circumference of a supply pipe (joint) for supplying fuel is fixed to the rail body by welding or the like and sealed.
  • Patent Document 1 the thickness of the rail body is increased in order to reduce the deformation due to the fuel pressure of the rail body. Further, by welding the entire circumference with a diameter larger than that of the seal portion, it is possible to increase the joining strength of the supply pipe that supplies fuel to the injector. However, in the configuration of Patent Document 1, the overall weight is heavy, the welding area is large, and the cost is high.
  • the thickness of the rail body is increased in order to reduce the deformation due to the fuel pressure of the rail body, and further, the fixing and sealing of the ring member is considered only by shrink fitting.
  • the shrink fit amount is large, and the stress generated after shrink fit on the supply pipe becomes high. For this reason, a large wall thickness that does not break even when subjected to this stress is required, the overall weight is heavy, and the parts cost is increased.
  • An object of the present invention is to provide a fuel rail that can shorten the welding distance or reduce the amount of brazing material and can reliably seal the rail body and the cup.
  • a fuel rail according to the present invention includes a rail body and an injector receiving member, and the rail body has a center hole extending in the axial direction at a center portion, and the center hole and the rail.
  • a rail main body side communication hole communicating with the outside of the main body, the injector receiving member has an injector insertion hole into which the injector is inserted, and the rail main body side communication hole and the injector insertion hole communicate with each other;
  • the injector receiving member has an injector receiving member side communication hole that connects the rail main body side communication hole and the injector insertion hole, and the rail main body and the rail body
  • a melted portion of metal is formed from the inside of the injector receiving member with respect to the joint with the injector receiving member, and the contact is formed. Parts is obtained by sealing the.
  • the welding distance can be shortened or the amount of brazing material can be reduced,
  • the injector receiving member and the rail body can be reliably sealed.
  • Sectional drawing which shows the whole fuel rail which concerns on 1st Example of this invention.
  • IB-IB sectional view of FIG. The expanded sectional view of the part shown to IIA of FIG. 1A.
  • the expanded sectional view of the base part of an injector cup attaching part (enlarged sectional view of the part shown to IIB of FIG. 2A).
  • the expanded sectional view which shows the state of the base part of the injector cup attaching part before laser welding (enlarged sectional view of the part shown to IIIB of FIG. 3A).
  • the expanded sectional view which shows the example of a change of laser welding.
  • the expanded sectional view which shows the welding state after the laser welding in the modification of FIG. 4A (enlarged sectional view of the part shown by IVB of FIG.
  • FIG. 6B is a sectional view taken along the line VIB-VIB in FIG. 6A. Sectional drawing which shows the whole fuel rail based on 3rd Example of this invention (VIC-VIC sectional drawing of FIG. 6B).
  • FIGS. 1A to 4B A first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 4B.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view showing an entire fuel rail according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view showing the IB-IB cross section of FIG. 1A. 1A corresponds to the IA-IA cross section of FIG. 1B.
  • 1 indicates a high-pressure fuel rail.
  • the high-pressure fuel rail 1 according to the present embodiment can be used for a fuel injection device that is used at a fuel pressure exceeding 20 MPa.
  • the high-pressure fuel rail 1 can also be used for a fuel injection device that is used at a fuel pressure of 20 MPa or less.
  • the high-pressure fuel rail 1 is sometimes simply referred to as the fuel rail 1.
  • the high-pressure fuel rail 1 includes a rail body 2, an inlet 3, a sensor boss 4, and an injector cup 5.
  • a through hole 2b penetrating in the longitudinal direction (the direction of the central axis 2a) is formed at the center of the rail body.
  • the through hole 2b constitutes a pressure accumulating chamber (common rail), and the rail body 2 or the fuel rail 1 may be called a common rail.
  • An inlet 3 is provided at one end of the rail body 2.
  • the inlet 3 serves as an inlet for supplying high-pressure fuel from the high-pressure pump (not shown) through the high-pressure pipe (not shown) into the rail body 2 (through hole 2a).
  • a sensor boss 4 is provided at the other end of the rail body 2.
  • a pressure sensor (not shown) for measuring the fuel pressure in the rail body 2 is attached to the sensor boss 4.
  • the inlet 3 and the sensor boss 4 are sealed and fixed to the rail body 2 by screwing, brazing, welding, or the like.
  • the injector body 5 corresponding to the cylinder of the engine is disposed on the rail body 2.
  • the injector cup 5 is an injector receiving member that receives an injector (not shown).
  • the injector cup 5 is positioned in accordance with the position and interval of the injector mounting hole of the engine head by holding the rail 2 by the holding portion 6.
  • the holding portion 6 is provided with a through hole 6a penetrating in the direction of the central axis 2a, and the injector cup 5 is attached to the rail main body 2 so that the rail main body 2 passes through the through hole 6a.
  • a rail body side communication hole 10 that connects the inside (through hole 2 a) and the outside of the rail body 2 is formed in a portion of the rail body 2 where the injector cup 5 is disposed.
  • the injector cup 5 further includes an injector insertion hole 7 into which an injector (not shown) is inserted, an injector seal surface 8 that seals fuel via the injector and an O-ring, and a fuel from the rail 2 on the inner upper portion thereof. And a cup side communication hole 9 through which the water passes.
  • the injector seal surface 8 is constituted by the inner peripheral surface of the injector insertion hole 7.
  • the high-pressure fuel rail 1 is fixed to the engine 22 with bolts 21 (see FIG. 6A) or the like via a rail 20 or a bracket 20 fixed to the injector cup 5 by welding or the like, and the injector cup 5 and the injector of the engine head. Hold the injector between the mounting holes.
  • the fuel supplied from the high-pressure pump and the high-pressure pipe is supplied into the rail 2 (through hole 2b) through the inlet 3, and is supplied into the injector cup 5 through the rail body side communication hole 10 and the cup side communication hole 9. Is done.
  • the fuel (high pressure fuel) supplied into the injector cup 5 is supplied into the injector in accordance with the opening of the injector.
  • the pressure in the fuel chamber from the rail body 2 through the communication holes 9 and 10 into the injector cup 5 is maintained at the fuel pressure controlled by the high pressure pump.
  • the fuel pressure of recent direct injection systems has been changed from 15 MPa to 20 MPa, and the rail 2, injector cup 5 and other parts are set to have a thickness and material sufficient to withstand this fuel pressure.
  • FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view of a portion indicated by IIA in FIG. 1A.
  • FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view (an enlarged cross-sectional view of a portion indicated by IIB in FIG. 2A) of the base portion of the injector cup mounting portion.
  • FIG. 3A is an enlarged cross-sectional view showing a state of laser welding.
  • FIG. 3B is an enlarged cross-sectional view (an enlarged cross-sectional view of a portion indicated by IIIB in FIG. 3A) showing a state of a base portion of the injector cup mounting portion before laser welding.
  • FIG. 2B shows the state after welding has been performed on FIG. 3B.
  • the rail body 2 is inserted into the through hole 6 a of the injector cup 5, so that the injector cup 5 is attached to the rail body 2 so as to hold the rail body 2.
  • the rail body 2 and the injector insertion hole 7 of the injector cup 5 communicate with each other through a rail body side communication hole 10 and a cup side communication hole 9, and pressurized fuel (high pressure fuel) is supplied from the rail body 2 to the injector side. Supplied to.
  • the two communication holes 9 and 10 have a rail body 2 side (rail body side communication hole 10) smaller than the cup side (cup side communication hole 9).
  • the outer peripheral surface of the rail body 2 can be seen through the cup side communication hole 9. That is, the outer peripheral surface of the rail body 2 protrudes from the peripheral edge of the cup side communication hole 9 toward the center side.
  • An annular flange (reduced diameter portion) 11 that is reduced in diameter from the diameter of the injector seal surface 8 to the cup side communication hole 9 is provided at the base portion of the attachment portion of the injector cup 5. That is, the annular flange 11 is formed between the cup side communication hole 9 and the injector seal surface 8.
  • the periphery of the cup side communication hole 9 is melted around the circumference of the annular flange 11 and the periphery of the rail body side communication hole 10 and sealed.
  • the molten portion forms a molten layer 12 of metal between the rail body 2 and the injector cup 5 to seal the inside of the injector cup 5 from the atmosphere.
  • the molten layer 12 spreads in part in the thickness direction from the outer peripheral surface of the rail body 2 toward the inner peripheral surface side (center side). That is, the molten layer 12 does not penetrate from the outer peripheral surface of the rail body 2 to the inner peripheral surface.
  • the molten layer 12 functions as a seal, and the high-pressure fuel does not penetrate into the gap formed at the joint between the end surface 5a of the injector cup 5 and the outer peripheral surface of the rail body 2. For this reason, it can prevent that the pressure by a high pressure fuel acts on the junction part of the end surface 5a of the injector cup 5 and the outer peripheral surface of the rail main body 2.
  • the seal by the molten layer 12 may be provided only in a small range of the inner peripheral portion of the cup side communication hole 9 inside the injector cup.
  • the holding portion 6 is responsible for all or most of the fixing force or supporting force of the injector cup 5 to the rail body 2, and the molten layer 12 is responsible for the sealing function. For this reason, the quantity of the rail main body 2 and the injector cup 5 which are melted by laser welding can be reduced.
  • the connection between the holding portion 6 of the injector cup 5 and the rail body 2 may be performed by press-fitting. In a state where fuel pressure is applied, the rail body 2 receives a force that increases the outer diameter due to the fuel pressure. For this reason, it is not necessary to make the press-fitting amount so large. In a state where the fuel pressure is not acting, the press-fit amount may be set so as not to cause a positional deviation between the holding portion 6 of the injector cup 5 and the rail body 2.
  • FIG. 4A is an enlarged cross-sectional view showing a modified example of laser welding.
  • 4B is an enlarged cross-sectional view (enlarged cross-sectional view of a portion indicated by IVB in FIG. 4A) showing a welding state after laser welding in the modified example of FIG. 4A.
  • the molten metal layer 13 is formed across the two parts of the injector cup 5 and the rail body 2.
  • the melting portion 13 is formed radially outward from the inner peripheral surface of the cup side communication hole 9, and the cup side communication hole 9 is formed on the inner periphery of the cup side communication hole 9. The machined surface remains.
  • the fuel penetrates in the direction of leaking from the junction between the outer peripheral surface of the rail 2 and the end surface 5a of the injector cup 5 to the outside air side.
  • the fuel that has permeated the joint surface is prevented from penetrating into the outside air by the molten layer 13.
  • the seal by the molten layer 13 should just be provided only in the small range around the cup side communication hole 9 inside the injector cup. The fuel is not leaked by the seal formed by the molten layer 13.
  • the pressure that presses the end surface 5a against the outer peripheral surface of the rail body 2 is applied to the annular flange 11 from the tapered surface 11a side by the high-pressure fuel. Further, the rail body 2 is subjected to pressure to press the outer peripheral surface against the end surface 5 a of the injector cup 5 from the inner peripheral surface side. Therefore, the pressure acting on the taper surface 11a and the pressure acting on the inner peripheral surface of the rail body 2 work as pressures for bringing the joint surface between the injector cup 5 and the rail body 2 into close contact.
  • the pressure of the high-pressure fuel that has entered the gap formed in the range from the inner peripheral edge of the cup-side communication hole 9 to the melting tank 13 pushes the joint surface between the injector cup 5 and the rail body 2.
  • this gap is only formed in a minute range in the vicinity of the inner peripheral edge of the cup-side communication hole 9, a range (area) in which a pressure that pushes the joint surface between the injector cup 5 and the rail body 2 acts is applied. Is very small compared to the range (area) in which the pressure for bringing the bonding surface into close contact acts.
  • the melt layers 12 and 13 can ensure sealing performance with a small melt width and depth.
  • the outer side of the injector cup 5 needs to be welded over the entire circumference, and since it is not inner welding, it has a structure in which a force in the direction of expanding the joint between the rail body 2 and the injector cup 5 works. .
  • the diameter of the cup side communication hole 9 is smaller than the diameter of the injector insertion hole 7 (injector seal surface 8), and the cup side communication hole 9 and the injector insertion hole 7 (injector seal surface 8) are stepped.
  • An annular flange 11 is formed in the part.
  • the irradiation surface of the laser beam is formed inward in the radial direction from the inner peripheral surface (injector seal surface 8) of the injector insertion hole 7.
  • the metal melting portions 12 and 13 are formed inward in the radial direction from the inner peripheral surface (injector seal surface 8) of the injector insertion hole 7. Thereby, the amount of melting of the metal at the time of laser welding can be reduced, and sealing at the joint can be performed.
  • FIG. 5A is an enlarged cross-sectional view showing a part of a fuel rail according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view (enlarged cross-sectional view showing a joined state after brazing) of a portion indicated by VB in FIG. 5A.
  • FIG. 5C is an enlarged cross-sectional view of the injector cup mounting portion before brazing.
  • FIG. 5D is an enlarged cross-sectional view showing a state of brazing.
  • the structure of the metal molten layer 16 that forms a seal between the injector cup 5 and the rail body 2 is different from the molten layers 12 and 13 in the first embodiment. Further, by changing the configuration of the molten metal layer 16, the configuration of a part of the injector cup 5 is changed. Other configurations are the same as those of the first embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described in detail.
  • the diameter of the communication hole 9 ′ on the injector cup 5 side is larger than the diameter of the rail body side communication hole 10 and has an annular stepped portion 14.
  • the difference between the diameter of the cup side communication hole 9 ′ and the diameter of the rail body side communication hole 10 in the present embodiment is the difference between the diameter of the cup side communication hole 9 and the diameter of the rail body side communication hole 10 in the first embodiment. Bigger than.
  • the difference between the diameter of the cup side communication hole 9 ′ and the diameter of the rail body side communication hole 10 is larger than the diameter of the rail body side communication hole 10.
  • the difference between the diameter of the cup side communication hole 9 and the diameter of the rail body side communication hole 10 is smaller than the diameter of the rail body side communication hole 10. Accordingly, the annular stepped portion 14 having a width (width dimension) of 1 ⁇ 2 of the difference between the diameter of the cup side communication hole 9 ′ and the diameter of the rail body side communication hole 10 around the rail body side communication hole 10.
  • the bottom surface portion 14a is formed.
  • a brazing material 15 such as copper brazing is disposed on the inner periphery of the annular stepped portion 14, and the vicinity is overheated to melt the brazing.
  • a heating method there are methods such as putting the entire rail into a furnace, heating the vicinity of the rail with high frequency, or locally irradiating a laser from the injector cup 5 side.
  • the melted wax is formed into a fillet-like molten layer (melting portion) 16 on the annular stepped portion 14, the vicinity of the rail body side communication hole 10, and the opposing surface of the rail body 2 and the injector cup 5.
  • the diameter of the cup side communication hole 9 ′ is smaller than the diameter of the injector insertion hole 7 (injector seal surface 8), and the cup side communication hole 9 ′ and the injector insertion hole 7 (injector seal surface 8)
  • An annular flange 11 is formed on the stepped portion.
  • the brazing material arrangement surface (brazing surface) is formed inward in the radial direction from the inner peripheral surface (injector seal surface 8) of the injector insertion hole 7. Accordingly, the molten portion 16 of metal is formed inward in the radial direction from the inner peripheral surface (injector seal surface 8) of the injector insertion hole 7. Thereby, the quantity of the brazing material at the time of brazing can be reduced, and the seal
  • the melt layer 16 formed in a fillet shape functions as a seal, and high-pressure fuel penetrates into a gap formed at the joint between the end surface 5a of the injector cup 5 and the outer peripheral surface of the rail body 2. There is no. For this reason, fuel leakage can be prevented. Moreover, it can prevent that the pressure by a high pressure fuel acts as a pressure which spreads the junction part of the end surface 5a of the injector cup 5, and the outer peripheral surface of the rail main body 2.
  • the sealing by the molten layer 16 may be provided only in a small range of the inner peripheral portion of the cup side communication hole 9 ′ inside the injector cup. For this reason, sealing performance can be ensured in a small melting region.
  • FIG. 6A is an external view showing an entire fuel rail according to a third embodiment of the present invention.
  • 6B is a cross-sectional view taken along the line VIB-VIB in FIG. 6A.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view (VIC-VIC cross-sectional view of FIG. 6B) showing the entire fuel rail according to the third embodiment of the present invention.
  • the configuration of the holding portion 6 'of the injector cup 5 is different from the holding portion 6 in the first embodiment.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • differences from the first embodiment will be described in detail.
  • the holding portion 6 'for holding the rail 2 of the injector cup 5 is not configured to surround the entire circumference of the rail body 2 as described above.
  • This holding portion 6 ′ only needs to surround the outer periphery of the rail body 2 in the circumferential direction in a range larger than 1 ⁇ 2, and if it surrounds a range larger than 1 ⁇ 2, the same effect as the entire circumference can be obtained. can get.
  • weight reduction of the fuel rail 1 can be achieved by making the weight of the injector cup 5 light.
  • the configuration of the holding portion 6 ′ of the injector cup 5 of this embodiment can be applied to the second embodiment. Further, the holding portion 6 ′ of the present embodiment may be applied to the injector cup 5 described in the first embodiment (including the modified example).
  • the periphery of the communication holes 9, 9 ′, 10 that communicate the injector cup 5 and the rail body 2 is sealed, so that the welding distance can be shortened or the amount of brazing material
  • the injector cup 5 and the rail body 2 can be reliably sealed.
  • SYMBOLS 1 High pressure fuel rail, 2 ... Rail main body, 3 ... Inlet, 4 ... Sensor boss, 5 ... Injector cup, 6 ... Embrace part, 6 '... Embrace part, 7 ... Injector insertion hole, 8 ... Injector seal surface, 9 ... Cup side communication hole, 9 '... Cup side communication hole, 10 ... Rail body side communication hole, 11 ... Annular flange, 12 ... Molten layer, 13 ... Molten layer, 14 ... Annular stepped part, 14a ... Annular stepped part 15 ... brazing material, 16 ... molten layer.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

 本発明の目的は、溶接距離を短く、或いはろう材の量を少なくすることができ、確実にレール本体とカップとのシールを行うことができる燃料レールを提供することにある。 本発明は、レール本体2は中心孔を有すると共に中心孔とレール本体2の外部とを連通するレール本体側連通孔10を有し、インジェクタ受部材5はインジェクタが挿入されるインジェクタ挿入孔7を有し、レール本体側連通孔10とインジェクタ挿入孔7とが連通するようにレール本体2にインジェクタ受部材5を取り付けた燃料レールにおいて、インジェクタ受部材5はレール本体側連通孔10とインジェクタ挿入孔7とを連通するインジェクタ受部材側連通孔9を有し、レール本体2とインジェクタ受部材5との接合部に対して、インジェクタ受部材5の内側から金属の溶融部12を形成して、接合部をシールする。

Description

燃料レール
 本発明は直噴型内燃機関エンジンの燃料レールに関するものである。
 内燃機関、特にガソリンを用いた自動車用筒内噴射システムは、年々厳しくなる排気ガスや燃費に対する規制や要求を満足するため、燃料をより高圧化することで、噴射弁(インジェクタ)から噴射される噴霧の微粒化を更に改善し、燃焼の改善を図る傾向になってきている。燃料の圧力は現在、15MPa、20MPaになってきているが更に高圧化が予想される。
 これに対し、従来の燃料レールは、レール本体と、インジェクタを取り付けるカップと、圧力センサを付けるセンサボスと、エンジンヘッドへレールを取り付け固定するためのボルトボス等の部品とを、ろう付けで結合してレール全体を形成している。しかし、高圧化に伴い、各部品や結合部の強度不足が予想されている。
 一方、ディーゼルエンジンに用いられる燃料レール(コモンレール)の一例が、特開2006-200454号公報(特許文献1)及び特開2001-221126号公報(特許文献2)に開示されている。
 特許文献1には、ディーゼルエンジンに用いられる蓄圧式燃料噴射装置が記載されている。この蓄圧式燃料噴射装置では、シール部材を組み込んだジョイント(カップ)をレール本体の平面部に設置し、ジョイントに形成した段差部に荷重を付与してシール面に高圧面を作り出した瞬間に加電して、レール本体にジョイントを直接溶接している(要約参照)。
 また、特許文献2には、ディーゼルエンジンに用いられるコモンレール式燃料噴射装置が記載されている。このコモンレール式燃料噴射装置では、筒状部材(レール本体)の外周における分岐孔との対応位置にリング部材(カップ)を外嵌し、リング部材から筒状部材への相対的な縮径方向の締付け力により、筒状部材に形成されたレール孔の内壁における分岐孔の開口周辺部に圧縮残留応力を付与し、加圧燃料の内圧に起因する引張り応力を抑制している(要約参照)。
特開2006-200454号公報 特開2001-221126号公報
 高圧化に対応するには、従来のディーゼルエンジン用のコモンレールに採用されているように、レール本体の肉厚を厚くし、鍛造で他部品と一体化したり、部品をねじ止めしたり、インジェクタへ燃料を供給する供給パイプ(ジョイント)の全周を溶接等でレール本体に固定してシールする方式が取られている。
 特許文献1では、レール本体の燃圧による変形を小さくするためにレール本体の肉厚を厚くしている。また、シール部より大きい径で全周を溶接することにより、インジェクタへ燃料を供給する供給パイプの接合強度を大きくすることができる。しかし、特許文献1の構成では、全体重量が重く、溶接面積も大きく、コストが高くなる。
 また、特許文献2の場合には、レール本体の燃圧による変形を小さくするためにレール本体の肉厚を厚くし、更に、焼きばめだけで、リング部材の固定とシールを考えているため、焼きばめ量が大きく、供給パイプに焼きばめ後に発生する応力が高くなる。このため、この応力を受けても破損しない大きな肉厚が必要になり、全体重量が重く、部品コストがかかる。
 また、従来の直噴用の配管では配管の肉厚を増し、外径を大きく取る必要がある。このような配管に対してろう付けを行う場合、ろう付け面積が大きくなり、外側からのろう材が内側まで回りきらず、特に内側でろう材の不足部が発生する可能性がある。内側にろう材の不足部が発生すると、ろう材の不足部に燃料圧力が作用し、この燃料圧力によりレール本体とカップとの接合部が破損し易くなる。ろう付け以外で、たとえばレーザー溶接をカップの外周部に施すことで対応することは可能であるが、溶接距離が長くなり、コストが高くなってしまう。
 本発明の目的は、溶接距離を短く、或いはろう材の量を少なくすることができ、確実にレール本体とカップとのシールを行うことができる燃料レールを提供することにある。
 上記目的を達成するために、本発明の燃料レールは、レール本体とインジェクタ受部材とを備え、前記レール本体は中心部に軸方向に延設された中心孔を有すると共に前記中心孔と前記レール本体の外部とを連通するレール本体側連通孔を有し、前記インジェクタ受部材はインジェクタが挿入されるインジェクタ挿入孔を有し、前記レール本体側連通孔と前記インジェクタ挿入孔とが連通するように前記レール本体に前記インジェクタ受部材を取り付けた燃料レールにおいて、前記インジェクタ受部材は前記レール本体側連通孔と前記インジェクタ挿入孔とを連通するインジェクタ受部材側連通孔を有し、前記レール本体と前記インジェクタ受部材との接合部に対して、前記インジェクタ受部材の内側から金属の溶融部を形成して、前記接合部をシールしたものである。
 本発明によれば、インジェクタ受部材内側から、インジェクタ受部材とレール本体とを連通する連通孔の周囲をシールすることで、溶接距離を短く、或いはろう材の量を少なくすることができると共に、インジェクタ受部材とレール本体とのシールを確実に行うことができる。
本発明の第一実施例に係る燃料レールの全体を示す断面図。 図1AのIB-IB断面図。 図1AのIIAに示す部分の拡大断面図。 インジェクタカップ取付部の付け根部分の拡大断面図(図2AのIIBに示す部分の拡大断面図)。 レーザー溶接の状況を示す拡大断面図。 レーザー溶接前のインジェクタカップ取付部の付け根部分の状態を示す拡大断面図(図3AのIIIBに示す部分の拡大断面図)。 レーザー溶接の変更例を示す拡大断面図。 図4Aの変更例におけるレーザー溶接後の溶接状態を示す拡大断面図(図4AのIVBに示す部分の拡大断面図)。 本発明の第二実施例に係る燃料レールの一部を示す拡大断面図。 図5AのVBに示す部分の拡大断面図(ろう付け後の接合状態を示す拡大断面図)。 ろう付け前のインジェクタカップ取付部の拡大断面図。 ろう付けの状況を示す拡大断面図。 本発明の第三実施例に係る燃料レールの全体を示す外観図。 図6AのVIB-VIB断面図。 本発明の第三実施例に係る燃料レールの全体を示す断面図(図6BのVIC-VIC断面図)。
 以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。なお、以降の説明で用いる図は説明のため寸法を誇張して描いており、実際の縮尺とは異なる。
 本発明に係る第一実施例について、図1A乃至図4Bを用いて説明する。
 まず、本実施例の全体構成について、図1A及び図1Bを用いて説明する。図1Aは、本発明の第一実施例に係る燃料レールの全体を示す断面図である。図1Bは、図1AのIB-IB断面を示す断面図である。なお、図1Aは、図1BのIA-IA断面に相当する。
 図1において、1は高圧燃料レールを示す。本実施例に係る高圧燃料レール1は、20MPaを超える燃料圧力で使用される燃料噴射装置に使用可能である。また高圧燃料レール1は、20MPa以下の燃料圧力で使用される燃料噴射装置にも使用可能である。高圧燃料レール1を単に燃料レール1と呼ぶ場合もある。
 高圧燃料レール1は、レール本体2と、インレット3と、センサボス4と、インジェクタカップ5とを備えて構成されている。レール本体の中心部には長手方向(中心軸2a方向)に貫通する貫通孔2bが形成されている。貫通孔2bは蓄圧室(コモンレール)を構成し、レール本体2或いは燃料レール1をコモンレールと呼ぶ場合もある。
 レール本体2の一端部には、インレット3が設けられている。インレット3は、高圧ポンプ(図示なし)から高圧パイプ(図示なし)を通してレール本体2内(貫通孔2a内)に高圧燃料を供給する入口となる。レール本体2の他端部には、センサボス4が設けられている。センサボス4には、レール本体2内の燃料圧力を測定する圧力センサ(図示なし)が取り付けられる。インレット3及びセンサボス4は、それぞれレール本体2とねじ込み、ろう付け、或いは溶接等でシール及び固定される。
 レール本体2には、エンジンの気筒分に相当するインジェクタカップ5が配置されている。インジェクタカップ5は、図示しないインジェクタを受けるインジェクタ受部材である。インジェクタカップ5はその抱き込み部6でレール2を抱き込む形で、エンジンヘッドのインジェクタ取付孔の位置、間隔に合わせて位置決めされている。
 本実施例では、抱き込み部6に、中心軸2a方向に貫通する貫通孔6aが設けられており、レール本体2が貫通孔6aを挿通するようにして、インジェクタカップ5をレール本体2に取り付けている。レール本体2のインジェクタカップ5が配置される部分には、レール本体2の内側(貫通孔2a)と外側とを連通するレール本体側連通孔10が形成されている。
 インジェクタカップ5には、さらに、インジェクタ(図示なし)が挿入されるインジェクタ挿入孔7と、インジェクタとO-リングを介して燃料をシールするインジェクタシール面8と、その内側上部にレール2からの燃料を通過させるカップ側連通孔9とが設けられている。インジェクタシール面8はインジェクタ挿入孔7の内周面によって構成される。インジェクタカップ5をレール本体2取り付ける際には、レール本体側連通孔10とカップ側連通孔9とが連通するように、インジェクタカップ5はレール本体2に対して位置決めされる。
 高圧燃料レール1は、レール本体2、又はインジェクタカップ5に溶接等で固定されたブラケット20を介して、ボルト21(図6A参照)等でエンジン22に固定され、インジェクタカップ5とエンジンヘッドのインジェクタ取り付け孔との間にインジェクタを保持する。
 高圧ポンプ、高圧パイプから供給された燃料は、インレット3を介してレール2内(貫通孔2b)に供給され、レール本体側連通孔10及びカップ側連通孔9を介してインジェクタカップ5内に供給される。インジェクタカップ5内に供給された燃料(高圧燃料)は、インジェクタの開弁に合わせてインジェクタ内へ供給される。レール本体2から各連通孔9,10を経てインジェクタカップ5内に至る燃料室内の圧力は、高圧ポンプで制御された燃料圧力に保たれる。
 近年の直噴システムの燃料圧力は15MPaから20MPaになっており、レール2、インジェクタカップ5及びその他の部品は、この燃料圧力に耐えるだけの肉厚及び材質に設定されている。
 次に、図2A乃至図3Bを用いて、レール本体2とインジェクタカップ5との接合構造について説明する。図2Aは、図1AのIIAに示す部分の拡大断面図である。図2Bは、インジェクタカップ取付部の付け根部分の拡大断面図(図2AのIIBに示す部分の拡大断面図)である。図3Aは、レーザー溶接の状況を示す拡大断面図である。図3Bは、レーザー溶接前のインジェクタカップ取付部の付け根部分の状態を示す拡大断面図(図3AのIIIBに示す部分の拡大断面図)である。図2Bは、図3Bに対して溶接が実施された後の状態を示す。
 本実施例では、図2Aに示すように、インジェクタカップ5の貫通孔6aにレール本体2が挿通されることにより、レール本体2にインジェクタカップ5がレール本体2を抱き込む形で取り付けられている。レール本体2とインジェクタカップ5のインジェクタ挿入孔7の間はレール本体側連通孔10とカップ側連通孔9とで連通されていて、加圧された燃料(高圧燃料)がレール本体2からインジェクタ側へ供給される。
 図3A及び図3Bに示すように、2つの連通孔9,10はレール本体2側の方(レール本体側連通孔10)がカップ側(カップ側連通孔9)より小さい。このため、カップ側連通孔9を通してレール本体2の外周面を見ることができる。すなわち、レール本体2の外周面がカップ側連通孔9の周縁から中心側に突き出している。インジェクタカップ5の取付部付け根部分には、インジェクタシール面8の径からカップ側連通孔9に縮径する環状フランジ(縮径部)11が設けられる。すなわち、環状フランジ11は、カップ側連通孔9とインジェクタシール面8との間に形成されている。
 本実施例では、図3A及び図3Bに示すように、レーザー光をインジェクタカップ5のインジェクタ挿入孔7側から斜めに照射して、環状フランジ11とレール本体2とを溶融して接合する。すなわち、インジェクタ挿入孔7を通してレーザー光をインジェクタカップ5の内側の溶接部に照射している。本実施例では、特に、カップ側連通孔9の内周面部と、カップ側連通孔9の周縁から中心側に突き出したレール本体2の外周面部とを溶融して接合している。
 このレーザー溶接では、カップ側連通孔9の周囲を全周にわたり、環状フランジ11の角部とレール本体側連通孔10の周囲を溶融して、シールする。この溶融部分は、図2Bに示すように、レール本体2とインジェクタカップ5との間に金属の溶融層12を形成して、インジェクタカップ5の内側を大気からシールする。
 溶融層12は、レール本体2の外周面から内周面側(中心側)に向かって肉厚方向の一部に広がっている。すなわち、溶融層12はレール本体2の外周面から内周面まで貫通してはいない。本実施例では、溶融層12がシールの機能を果たし、インジェクタカップ5の端面5aとレール本体2の外周面との接合部に形成される隙間に高圧燃料が浸透することはない。このため、高圧燃料による圧力がインジェクタカップ5の端面5aとレール本体2の外周面との接合部に作用するのを防止できる。
 本実施例においては、溶融層12によるシールは、インジェクタカップ内側のカップ側連通孔9の内周部の小さい範囲だけに設けられていればよい。
 本実施例では、抱き込み部6がインジェクタカップ5のレール本体2への固定力或いは支持力の全て或いは大半を担い、溶融層12はシール機能を担う。このため、レーザー溶接によって溶融するレール本体2及びインジェクタカップ5の量を少なくすることができる。インジェクタカップ5の抱き込み部6とレール本体2との連結は、圧入によって行ってもよい。燃料圧力が掛かっている状態においては、レール本体2は燃料圧力によって外径が大きくなる力を受ける。このため、圧入量をそれほど大きくする必要はない。燃料圧力が作用していない状態において、インジェクタカップ5の抱き込み部6とレール本体2との位置ずれが生じない程度の圧入量にすればよい。
 次に、レーザー溶接の変更例について、図4A及び図4Bを用いて説明する。図4Aは、レーザー溶接の変更例を示す拡大断面図である。図4Bは、図4Aの変更例におけるレーザー溶接後の溶接状態を示す拡大断面図(図4AのIVBに示す部分の拡大断面図)である。
 本例では、レーザー光をインジェクタカップ5の軸線(インジェクタ挿入孔7の軸線或いは中心線)と同様の角度から照射して、カップ側連通孔9の周囲を全周にわたり、溶接している。このレーザー溶接による溶融部は、環状フランジ11のテーパ面11a側からレール本体2側の端面5a側に貫通し、さらにレール本体2側に達する。溶融層13は、レール本体2の外周面から内周面側(中心側)に向かって肉厚方向の一部に広がっている。すなわち、溶融層13はレール本体2の外周面から内周面まで貫通してはいない。このように本実施例では、金属溶融層13はインジェクタカップ5とレール本体2との2部品間に跨って形成されている。
 本変更例では、溶融部13はカップ側連通孔9の内周面よりも半径方向の外方に形成されており、カップ側連通孔9の内周にカップ側連通孔9を形成したときの機械加工面が残存している。
 本変更例においては、燃料はレール2の外周面とインジェクタカップ5の端面5aとの接合部から外気側へ漏れる方向に浸透する。しかし、接合面に浸透した燃料は、溶融層13によって外気側への浸透が止められる。本変更例においても、溶融層13によるシールは、インジェクタカップ内側のカップ側連通孔9の周囲の小さい範囲だけに設けられていればよい。溶融層13によって構成されるシールにより、燃料が漏れることは無い。
 変更例を含む本実施例によれば、高圧燃料によって、環状フランジ11にはテーパ面11a側から端面5aをレール本体2の外周面に押し付ける圧力が掛かる。また、レール本体2には内周面側から外周面をインジェクタカップ5の端面5aに押し付ける圧力が掛かる。従って、テーパ面11aに作用する圧力とレール本体2の内周面に作用する圧力とは、インジェクタカップ5とレール本体2との接合面を密着させる圧力として働く。
 上述した変更例では、カップ側連通孔9の内周縁から溶融槽13までの範囲に形成された隙間に侵入した高圧燃料の圧力が、インジェクタカップ5とレール本体2との接合面を押し広げる圧力として働く。しかし、この隙間はカップ側連通孔9の内周縁の近傍の微小な範囲に形成されるだけであるので、インジェクタカップ5とレール本体2との接合面を押し広げる圧力が作用する範囲(面積)は、上述した接合面を密着させる圧力が作用する範囲(面積)と比較して非常に小さい。
 また図2A乃至図3Bで説明した実施例では、インジェクタカップ5とレール本体2との接合面に高圧燃料が侵入しないので、接合面を押し広げる圧力が働かない。従って、溶融層12,13は小さい溶融の幅寸法と深さ寸法とでシール性を確保することができる。
 また、レール側連通孔10の内径側入口角部には、圧力の影響で高い応力が集中するが、インジェクタカップ5が抱き込む形で固定され、更に連通孔10の周囲に溶融層12,13を設けるためレール本体2の変形を抑えることが出来、過度に肉厚を厚くしたり、溶接部強度を高めることなく燃料の高圧化に対応することができる。
 従来は、インジェクタカップ5の外側を全周に亘って溶接する必要があり、更に内側溶接でないため、レール本体2とインジェクタカップ5との接合部を押し広げる方向の力が働く構造になっていた。
 本実施例では、カップ側連通孔9の直径は、インジェクタ挿入孔7(インジェクタシール面8)の直径よりも小さく、カップ側連通孔9とインジェクタ挿入孔7(インジェクタシール面8)との段付部に、環状フランジ11が形成されている。レーザー光の照射面をインジェクタ挿入孔7の内周面(インジェクタシール面8)よりも半径方向の内方に形成している。従って、金属の溶融部12,13はインジェクタ挿入孔7の内周面(インジェクタシール面8)よりも半径方向の内方に形成される。これにより、レーザー溶接時の金属の溶融量を少なくして、接合部におけるシールを行うことができる。
 第二実施例について、図5A乃至図5Dを用いて説明する。図5Aは、本発明の第二実施例に係る燃料レールの一部を示す拡大断面図である。図5Bは、図5AのVBに示す部分の拡大断面図(ろう付け後の接合状態を示す拡大断面図)である。図5Cは、ろう付け前のインジェクタカップ取付部の拡大断面図である。図5Dは、ろう付けの状況を示す拡大断面図である。
 本実施例では、インジェクタカップ5とレール本体2との間でシールを構成する金属溶融層16の構成が、第一実施例における溶融層12,13と相違している。また、金属溶融層16の構成を変えたことにより、インジェクタカップ5の一部の構成を変えている。その他の構成は第一実施例と同じである。以下、第一実施例との相違点について、詳細に説明する。
 本実施例では、インジェクタカップ5側の連通孔9’の直径はレール本体側連通孔10の直径よりも大きく環状段付部14を有する。本実施例におけるカップ側連通孔9’の直径とレール本体側連通孔10の直径との差は、第一実施例におけるカップ側連通孔9の直径とレール本体側連通孔10の直径との差よりも大きい。具体的には、本実施例では、カップ側連通孔9’の直径とレール本体側連通孔10の直径との差は、レール本体側連通孔10の直径よりも大きい。一方、第一実施例では、カップ側連通孔9の直径とレール本体側連通孔10の直径との差は、レール本体側連通孔10の直径よりも小さい。これにより、レール本体側連通孔10の周囲に、カップ側連通孔9’の直径とレール本体側連通孔10の直径との差の1/2の幅(幅寸法)を有する環状段付部14の底面部14aが形成されている。
 図5Dに示すように、銅ろう等のろう材15を環状段付部14の内周に配置し、この近辺を過熱してろうを溶かす。加熱する方法としては、レール全体を炉に入れる、高周波でこの近辺を加熱する、あるいはレーザーをインジェクタカップ5側から照射して局部的に加熱する、などの方法がある。溶けたろうは、図5Bに示すように、環状段付部14、レール本体側連通孔10の周囲近傍、及びレール本体2とインジェクタカップ5との対抗面にフィレット状の溶融層(溶融部)16を形成する。
 本実施例では、カップ側連通孔9’の直径は、インジェクタ挿入孔7(インジェクタシール面8)の直径よりも小さく、カップ側連通孔9’とインジェクタ挿入孔7(インジェクタシール面8)との段付部に、環状フランジ11が形成されている。本実施例では、ろう材の配置面(ろう付け面)をインジェクタ挿入孔7の内周面(インジェクタシール面8)よりも半径方向の内方に形成している。従って、金属の溶融部16はインジェクタ挿入孔7の内周面(インジェクタシール面8)よりも半径方向の内方に形成される。これにより、ろう付け時のろう材の量を少なくして、接合部におけるシールを行うことができる。
 本実施例では、フィレット状に形成された溶融層16がシールの機能を果たし、インジェクタカップ5の端面5aとレール本体2の外周面との接合部に形成される隙間に高圧燃料が浸透することはない。このため、燃料漏れを防止することができる。また、高圧燃料による圧力がインジェクタカップ5の端面5aとレール本体2の外周面との接合部を押し広げる圧力として働くのを防止することができる。また、溶融層16によるシールは、インジェクタカップ内側のカップ側連通孔9’の内周部の小さい範囲だけに設けられていればよい。このため、小さい溶融領域でシール性を確保することができる。
 第三実施例について、図6A乃至図6Cを用いて説明する。図6Aは、本発明の第三実施例に係る燃料レールの全体を示す外観図である。図6Bは、図6AのVIB-VIB断面図である。図6Cは、本発明の第三実施例に係る燃料レールの全体を示す断面図(図6BのVIC-VIC断面図)である。
 本実施例では、インジェクタカップ5の抱き込み部6’の構成が、第一実施例における抱き込み部6と相違している。その他の構成は第一実施例と同じである。以下、第一実施例との相違点について、詳細に説明する。
 本実施例では、インジェクタカップ5のレール2を抱き込む抱き込み部6’は前記のようにレール本体2の全周を囲む構成ではない。この抱き込み部6’は、レール本体2の外周を周方向に1/2よりも大きい範囲を囲んでいればよく、1/2よりも大きい範囲を囲んでいれば全周と同様の効果が得られる。そして、インジェクタカップ5の重量を軽くすることにより、燃料レール1の軽量化が図れる。
 本実施例のインジェクタカップ5の抱き込み部6’の構成は、第二実施例に適用することが可能である。また、本実施例の抱き込み部6’を第一実施例(変更例を含む)で説明したインジェクタカップ5に適用してもよい。
 本発明によれば、インジェクタカップ5の内側から、インジェクタカップ5とレール本体2とを連通する連通孔9,9’,10の周囲をシールすることで、溶接距離を短く、或いはろう材の量を少なくして、確実にインジェクタカップ5とレール本体2とのシールを行うことができる。これにより、高圧化対応が図れ、過大な肉厚アップや重量増加を抑えることが出来る。
 1…高圧燃料レール、2…レール本体、3…インレット、4…センサボス、5…インジェクタカップ、6…抱き込み部、6’…抱き込み部、7…インジェクタ挿入孔、8…インジェクタシール面、9…カップ側連通孔、9’…カップ側連通孔、10…レール本体側連通孔、11…環状フランジ、12…溶融層、13…溶融層、14…環状段付部、14a…環状段付部の底面部、15…ろう材、16…溶融層。

Claims (8)

  1.  レール本体とインジェクタ受部材とを備え、前記レール本体は中心部に軸方向に延設された中心孔を有すると共に前記中心孔と前記レール本体の外部とを連通するレール本体側連通孔を有し、前記インジェクタ受部材はインジェクタが挿入されるインジェクタ挿入孔を有し、前記レール本体側連通孔と前記インジェクタ挿入孔とが連通するように前記レール本体に前記インジェクタ受部材を取り付けた燃料レールにおいて、
     前記インジェクタ受部材は前記レール本体側連通孔と前記インジェクタ挿入孔とを連通するインジェクタ受部材側連通孔を有し、
     前記レール本体と前記インジェクタ受部材との接合部に対して、前記インジェクタ受部材の内側から金属の溶融部を形成して、前記接合部をシールしたことを特徴とする燃料レール。
  2.  請求項1に記載の燃料レールにおいて、
     前記インジェクタ受部材にはレールの外周を周方向に1周、あるいは1/2周よりも広い範囲を抱き込む固定部を有することを特徴とする燃料レール。
  3.  請求項2に記載の燃料レールにおいて、
     前記溶融部は、前記レール本体と前記インジェクタ受部材との接合面がレーザー溶接で接合されることにより形成されていることを特徴とする燃料レール。
  4.  請求項3に記載の燃料レールにおいて、
     前記インジェクタ受部材は、前記インジェクタ受部材側連通孔の周囲に環状フランジ部を有し、
     前記溶融部は、前記環状フランジ部と前記レール本体との重なり部をレーザー溶接することにより形成されたことを特徴とする燃料レール。
  5.  請求項4に記載の燃料レールにおいて、
     前記レール本体側連通孔は前記インジェクタ受部材側連通孔よりも小径に形成され、
     前記レール本体は前記インジェクタ受部材側連通孔の内周縁から内方に突き出した突出し部を有し、
     前記溶融部は、前記インジェクタ受部材側連通孔の内周面及び前記レール本体の前記突出し部に跨って形成されていることを特徴とする燃料レール。
  6.  請求項4に記載の燃料レールにおいて、
     前記溶融部は、前記インジェクタ受部材側連通孔の内周面よりも半径方向の外方に形成されており、
     前記インジェクタ受部材側連通孔の内周に前記インジェクタ受部材側連通孔の加工面が残存していることを特徴とする燃料レール。
  7.  請求項2に記載の燃料レールにおいて、
     前記溶融部は、前記レール本体と前記インジェクタ受部材との接合面がろう付けされることにより形成されていることを特徴とする燃料レール。
  8.  請求項7に記載の燃料レールにおいて、
     前記インジェクタ受部材は、前記インジェクタ受部材側連通孔の周囲に環状段部を有し、
     前記溶融部は、前記環状段部の内周から前記インジェクタ受部材と前記レール本体との接合部に広がるろう材の層によって形成されていることを特徴とする燃料レール。
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