WO2016116983A1 - ガソリン直噴用フューエルレール - Google Patents

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    • F02M2200/9053—Metals

Definitions

  • the present invention relates to a fuel rail for direct gasoline injection.
  • the fuel pressure of the conventional gasoline direct injection system is 20 MPa or less, and the pressure strength is secured by securing the thickness of the fuel rail. In such a fuel pressure region, it is not necessary to use a particularly high-strength material, and the fuel rail is also relatively thin, so that a welded tube can be manufactured.
  • the fuel pressure of gasoline direct injection systems as shown in Patent Documents 1 and 2 has tended to increase further, and now exceeds 30 MPa. Therefore, it is necessary to form the fuel rail thick so that it can withstand such a high pressure.
  • the present invention is intended to solve the above-described problems, and has a low hardness before forming into a raw tube, maintains good formability, and enables a welded tube to be formed by roll forming.
  • the present invention solves the problems as described above, and is used at a fuel pressure of 30 MPa or more, and in a gasoline direct injection fuel rail formed by a steel welded pipe, C, Si, Mn, It consists of an iron alloy containing chemical components of P, S, Nb, and Mo, and the ratio t / D of the plate thickness t to the outer diameter D is 0.2 or less. Can be deposited.
  • the in-furnace brazing process of the present invention means a process of raising the temperature to 1000 ° C. or higher in the furnace and gradually cooling from this temperature to room temperature.
  • the fuel pressure may be 30 MPa to 80 MPa.
  • the present invention is composed of an iron alloy containing a chemical component composed of components of C, Si, Mn, P, S, Nb, and Mo.
  • a ferrite-pearlite structure is formed. Therefore, in such a state, low hardness can be maintained and welding quality can be maintained well, so that processing can be facilitated.
  • a bainite structure is precipitated by performing brazing in the furnace in the manufacturing process. Due to the presence of this bainite structure, the material has a higher strength than that of the conventional one, and high pressure resistance can be ensured. Therefore, since the entire shape can be formed thin and lightweight, it can be formed inexpensively in a welded tube by roll forming, and has a high strength of 30 MPa or more due to the properties of high strength and high pressure resistance. It becomes possible to obtain a product that can be used against fuel pressure.
  • the fuel rail for gasoline direct injection which is an embodiment of the present invention will be described below.
  • the chemical components excluding iron and impurities and the blending ratios with respect to all components are shown in Table 1 below.
  • Examples 1 and 2 of the present invention include C, Si, Mn, P, S, Nb, and Mo.
  • manufacturing methods of Examples 1 and 2 will be described below.
  • Examples 1 and 2 are iron alloys composed of the chemical components shown in Table 1, iron, and other impurities. Then, a welded pipe is formed from this material, both ends of the welded pipe are closed with parts, and a socket and a fixture are assembled. After the assembly is completed, copper brazing in the furnace is performed in a furnace at 1000 ° C. or higher, and then gradually cooled, and then shipped as a product through processes such as mold matching and leak check.
  • the fuel rails of Examples 1 and 2 were subjected to in-furnace copper brazing as described above.
  • the temperature was raised to 1000 ° C. or higher in the furnace, and then gradually cooled. Is what you do.
  • the physical properties of the iron alloys of Examples 1 and 2 formed of the above materials are changed.
  • a physical property test was performed based on JIS standards.
  • a JIS5 test piece (plate thickness 1.6 mm, formation width 25 mm, formation length 350 mm) was formed from the materials of Examples 1 and 2, and a tensile test and a structure observation were performed using this test piece. It was. The results of this tensile test and structure observation are shown in Table 2 below.
  • “before furnace passage” means before forming into the raw tube, and “after furnace passage” means after copper brazing in the furnace.
  • the fuel rails of Examples 1 and 2 containing chemical components of C, Si, Mn, P, S, Nb, and Mo produce a bainite structure by performing copper brazing in the furnace. It was confirmed that a high strength and high hardness property can be obtained by the presence of the structure than before the forming process into the raw tube. Moreover, since the ferrite structure or the ferrite-pearlite structure is the same as that of the conventional product before forming into the raw tube, it was confirmed that the material can maintain good welding quality and has excellent formability.
  • Example 1 the material used for the conventional fuel rail is used.
  • Examples 1 and 2 similarly to Examples 1 and 2, a tensile test and a structure observation based on JIS standards were performed.
  • Table 1 the compounding ratio with respect to chemical components other than iron and impurities of the material used for the conventional fuel rail and all components is shown in Table 1 as Comparative Example 1.
  • Comparative Example 1 is different in chemical composition from Examples 1 and 2, and does not contain Nb and Mo. Further, Ni which is not contained in the materials of Examples 1 and 2; It contains Cr.
  • JIS5 test pieces plate thickness 1.6 mm, formation width 25 mm, formation length 350 mm were used. The results are shown in Table 3 below.
  • Examples 1 and 2 showed higher values in both tensile strength and hardness than Comparative Example 1. Further, when the structure was confirmed, in Examples 1 and 2, a bainite structure was precipitated, whereas in Comparative Example 1, an austenite structure was observed, and no precipitation of bainite structure was observed. From this, it was confirmed that the materials of Examples 1 and 2 have higher strength and higher hardness than the conventional materials.
  • the fuel rail formed of the materials of Examples 1 and 2 it can be formed into a product having the size shown in Table 4.
  • D means the outer diameter of the fuel rail
  • t means the thickness of the fuel rail.
  • “A” in Table 4 is mainly used under a fuel pressure of about 30 MPa.
  • the outer diameter D is 11 mm and the wall thickness t is 2.0 mm.
  • t / D can be formed as thin as 0.2 or less.
  • the outer diameter must be 15 mm and the wall thickness must be 4.0 mm in order to be usable under a fuel pressure of about 30 MPa. Is higher than 0.2 and must be much thicker than that formed from the materials of Examples 1 and 2.
  • T / D can be formed as thin as 0.2 or less.
  • the t / D is higher than 0.2 because the outer diameter must be 20 mm and the wall thickness must be 5.8 mm in order to be used under a fuel pressure of about 80 MPa. In this case as well, it must be formed much thicker than that formed by the materials of Examples 1 and 2.
  • the fuel rail formed of the materials of Examples 1 and 2 can be made thinner and lighter than conventional products, and can be formed by a welded tube by roll forming.
  • high strength and high pressure resistance can be obtained. Therefore, a product that can cope with a high fuel pressure of 30 MPa to 80 MPa can be obtained inexpensively and easily.

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Abstract

【課題】素管への成形加工前は低硬度であって良好な成形性を保ち、溶接管を成形可能とすることができるとともに、比較的薄肉に形成しても高い燃料圧力に耐え得る高強度の性質を備えたフューエルレールを安価に得る。 【解決手段】燃料圧力が３０MPa以上で使用されるとともに、鉄鋼製の溶接管にて形成されるガソリン直噴用フューエルレールにおいて、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｂ、Ｍｏの化学成分を含む鉄合金から成り、板厚tと外径Dとの比t/Dが0.2以下であり、製造時に炉中ろう付け加工を施すことにより、ベイナイト組織を析出可能とする。

Description

ガソリン直噴用フューエルレール
　本発明は、ガソリン直噴用のフューエルレールに関するものである。
　従来のガソリン直噴システムの燃料圧力は20MPa以下であり、フューエルレールの厚さを確保することにより耐圧強度を確保している。このような燃料圧力の領域では、特に高強度材を用いる必要はなく、フューエルレールも比較的肉薄であることから、溶接管の製造も可能である。しかし、近年の燃費の改善や排出ガス規制の強化等により、特許文献１、２に示す如きガソリン直噴システムの燃料圧力は更に高圧化する傾向にあり、現在では30MPaを超えるようになった。そのため、このような高圧に耐え得るよう、フューエルレールを厚肉に形成する必要がある。
特開２００７－１６６６８号公報 特開２０１０－７６５１号公報
　しかしながら、30MPa以上の燃料圧力に耐える厚さとするためには、ロールフォーミング成形による溶接管の製造は困難であるため、シームレスパイプを製造するよりほかに方法がなかったが、シームレスパイプの製造にはコストが高くつくものである。また、肉厚化以外の方法として、材料自体を高強度化して薄肉なものを形成することが考えられるが、従来より使用されている高強度材は炭素量が多いことから、製造過程で行われる炉中ろう付け加工の際に高温により表面が脱炭して柔らかくなって疲労強度が低下するため、本来の目的である高強度の性質を満足させることが難しいものであった。更に、このような材料は溶接には不向きであり、溶接の品質の確保を十分に行うことができないものであった。
　そこで、本発明は上記の如き課題を解決しようとするものであって、素管への成形加工前は低硬度であって良好な成形性を保ち、ロールフォーミング加工により溶接管を成形可能とすることができるとともに、比較的薄肉に形成しても高い燃料圧力に耐え得る高強度の性質を備えたフューエルレールを安価に得ようとするものである。
　本発明は上述の如き課題を解決したものであって、燃料圧力が３０MPa以上で使用されるとともに、鉄鋼製の溶接管にて形成されるガソリン直噴用フューエルレールにおいて、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｂ、Ｍｏの化学成分を含む鉄合金から成り、板厚tと外径Dとの比t/Dが0.2以下であり、製造時に炉中ろう付け加工を施すことにより、ベイナイト組織を析出可能としたものである。尚、本発明の炉中ろう付け加工とは、炉中で１０００℃以上に昇温するとともに、この温度から室温まで徐冷を行う加工を意味するものである。
　また燃料圧力は、３０MPa～８０MPaであっても良い。
　本発明は上述の如く、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｂ、Ｍｏの成分から成る化学成分を含む鉄合金から成るものであって、素管への成形加工前の状態ではフェライト組織、又はフェライト―パーライト組織を形成する。そのため、このような状態では低硬度を保持することができるとともに溶接品質を良好に保持することができるため、加工を容易なものとすることできる。
　更に、製造工程において炉中ろう付け加工を施すことにより、ベイナイト組織が析出される。このベイナイト組織の存在によって、材質が従来のものと比較して高強度となり、高耐圧性を確保することが可能となる。そのため、全体形状を薄肉に形成して軽量なものとすることができることから、ロールフォーミング成形により溶接管にて安価に形成することができるとともに、高強度及び高耐圧という性質により、３０MPa以上の高い燃料圧力に対して使用可能な製品を得ることが可能となる。
　本発明の実施例であるガソリン直噴用のフューエルレールについて、以下に説明する。まず、本実施例を構成する鉄合金材料のうち、鉄と不純物を除く化学成分、及び全成分に対する配合割合を下記表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　上記の如く本発明の実施例１、２は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｂ、Ｍｏを含むものである。ここで実施例１、２の製造方法について以下に説明すると、実施例１、２は、表１に示す化学成分、及び鉄、その他不純物から成る鉄合金である。そしてこの材料によって溶接管を形成し、この溶接管の両端を部品にて塞ぐとともに、ソケットや固定具をそれぞれ組み付ける。そして、上記組み付けが完成したものについて、１０００℃以上の炉中にて炉中銅ろう付け加工を施し、その後徐冷を行い、型合わせ、リークチェック等の工程を経て製品として出荷される。
　実施例１、２のフューエルレールは上記の如く、炉中銅ろう付け加工を行うものであり、この炉中銅ろう付け加工は、炉中にて１０００℃以上に昇温した後、徐冷を行うものである。この炉中銅ろう付け加工を行うことにより、上記材料にて形成した実施例１、２の鉄合金の物性が変化するものとなる。ここで、この炉中銅ろう付け加工の前後の物性の変化を検証するためＪＩＳ規格に基づいて物性試験を行った。
　具体的には、実施例１、２の材料にてＪＩＳ５試験片(板厚1.6mm、形成幅25mm、形成長さ350mm)を形成し、この試験片を用いて引張試験、及び組織観察を行った。この引張試験及び組織観察の結果を以下の表２に示す。尚、表２の「炉通前」は素管への成形加工前を、「炉通後」は炉中銅ろう付け加工後を、それぞれ意味するものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
　表２に示す如く、引張強度、0.2％耐力、硬度については、素管への成形加工前よりも炉中銅ろう付け加工後の方が数値が高いものとなった。また、各試料の組織を観察したところ、実施例１、２ともに、炉中銅ろう付け加工後のものはベイナイトの析出が見られた。一方、素管への成形加工前のものはフェライト又はフェライト-パーライト組織のみであり、ベイナイト組織は発見されなかった。
　上記結果から、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｂ、Ｍｏの化学成分を含む実施例１、２のフューエルレールは、炉中銅ろう付け加工を施すことによってベイナイト組織を生じさせ、このベイナイト組織の存在により素管への成形加工前よりも高強度且つ高硬度の性質を得ることができることが確認された。また、素管への成形加工前は従来品と同様にフェライト組織、又はフェライト-パーライト組織であるため、溶接品質を良好に保持可能とするとともに成形性に優れる材料であることが確認された。
　更に、上記実施例１、２の材料と、実施例１、２とは異なる化学成分の従来のフューエルレールの材料との物性の違いを確認するために、従来のフューエルレールに使用されている材料についても実施例１、２と同様に、ＪＩＳ規格に基づく引張試験及び組織観察を行った。尚、従来のフューエルレールに使用されている材料の鉄及び不純物以外の化学成分及び全成分に対する配合割合について、比較例１として表１に示している。表１に示す如く、比較例１は実施例１、２とはその化学成分を異にするものであってＮｂ及びＭｏを含まず、更に実施例１、２の材料では含有していないＮｉ、Ｃｒを含むものである。尚、比較例１についても実施例１、２と同様にＪＩＳ５試験片(板厚1.6mm、形成幅25mm、形成長さ350mm)を用いた。その結果を以下の表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
  　　　　　　　　　　　　　　 
　その結果、本実施例１、２は比較例１に比べて引張強度及び硬さともに高い値を示すことが明らかとなった。また、組織の確認を行ったところ、実施例１、２はベイナイト組織が析出しているのに対し、比較例１はオーステナイト組織であって、ベイナイト組織の析出は見られなかった。このことから、実施例１、２の材料は従来の材料と比較して高強度且つ高硬度であることが確認された。
　また、上記実施例１、２の材料にて形成したフューエルレールの一例として、表４に示すサイズの製品に成形することができる。尚、表４中、Dはフューエルレールの外径を、tはフューエルレールの肉厚を意味するものである。そして表４のaは、３０MPa付近の燃料圧力下で主に使用されるものであって、実施例１、２の材料にて形成した場合、その外径Dを11mm、肉厚tを2.0mmとし、t/Dが0.2以下の肉薄に形成することができる。これに対し、比較例１の材料にて形成した従来品の場合には、３０MPa付近の燃料圧力下で使用可能とするためには外径15mm、肉厚4.0mmとしなければならないためt/Dが0.2よりも高く、実施例１、２の材料にて形成したものよりもはるかに肉厚に形成しなければならない。
　また、表４のbは、８０MPa付近の燃料圧力下で主に使用されるものであって、実施例１、２の材料にて形成した場合、その外径を13mm、肉厚を2.3mmとし、t/Dが0.2以下の肉薄に形成することが可能となる。これに対し、比較例１の材料にて形成した場合には、８０MPa付近の燃料圧力下で使用するためには外径20mm、肉厚5.8mmとしなければならないためt/Dが0.2よりも高く、この場合も、実施例１、２の材料にて形成したものよりはるかに肉厚に形成しなければならない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
  　　　　　 
　以上の結果から、実施例１、２の材料にて形成したフューエルレールは、従来品よりも薄肉に形成して軽量なものとすることができ、ロールフォーミング加工による溶接管にて成形可能であるとともに、高強度及び高耐圧の性質を得ることができる。従って、３０MPa～８０MPaという高い燃料圧力に対応可能な製品を廉価且つ容易に得ることができる。

Claims (2)

  1. 　燃料圧力が３０MPa以上で使用されるとともに、鉄鋼製の溶接管にて形成されるガソリン直噴用フューエルレールにおいて、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｂ、Ｍｏの化学成分を含む鉄合金から成り、板厚tと外径Dとの比t/Dが0.2以下であり、製造時に炉中ろう付け加工を施すことにより、ベイナイト組織を析出可能としたこと特徴とするガソリン直噴用フューエルレール。
  2. 　燃料圧力は、３０MPa～８０MPaであることを特徴とする請求項１のガソリン直噴用フューエルレール。
PCT/JP2015/006215 2015-01-22 2015-12-14 ガソリン直噴用フューエルレール WO2016116983A1 (ja)

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