(57)【要約】【課題】分岐孔部分の内圧疲労強度を高めたまま、本管レールの流路および分岐孔部分の耐久性を向上させたコモンレールの提供。【解決手段】軸芯方向内部に流通路を有する本管レールに、前記流通路に連通する分岐孔を穿設したディーゼルエンジン用コモンレールにおいて、前記分岐孔付近の応力集中を緩和した上で、当該レールの内周面全体および分岐孔にオートフレッテージ加工を施したことを特徴とする。【選択図】　　　図１
2004092551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯方向内部に流通路を有する本管レールに、前記流通路に連通する分岐孔を穿設したディーゼルエンジン用コモンレールにおいて、前記分岐孔開口周縁付近の応力集中を緩和した上で、当該レールの内周面全体および分岐孔にオートフレッテージ加工を施したことを特徴とするディーゼルエンジン用コモンレール。
【請求項２】
軸芯方向内部に流通路を有する本管レールに、前記流通路に連通する分岐孔を穿設したディーゼルエンジン用コモンレールにおいて、少なくとも前記分岐孔開口周辺を偏平にして応力集中を緩和した上で、当該レールの内周面全体および分岐孔にオートフレッテージ加工を施したことを特徴とするディーゼルエンジン用コモンレール。
【請求項３】
軸芯方向内部に流通路を有する本管レールに、前記流通路に連通する分岐孔を穿設したディーゼルエンジン用コモンレールにおいて、前記分岐孔の本管レール開口端部周辺に押圧力を付与して当該分岐孔開口周辺に圧縮応力を残留させて応力集中を緩和した上で、当該レールの内周面全体および分岐孔にオートフレッテージ加工を施したことを特徴とするディーゼルエンジン用コモンレール。
【請求項４】
軸芯方向内部に流通路を有する本管レールに、前記流通路に連通する分岐孔を穿設したディーゼルエンジン用コモンレールにおいて、前記分岐孔に分岐管の先端部を本管レール内周壁より深く流通路内部まで挿入し、該分岐管を本管レールに強固に連接することにより前記分岐孔付近の応力集中を緩和した上で、当該レールの内周面全体および分岐管の接続部内部にオートフレッテージ加工を施したことを特徴とするディーゼルエンジン用コモンレール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン用燃料噴射システムにおける高圧燃料多岐管あるいはブロックレール等のようなコモンレールに係り、より詳しくは本管レールの分岐孔部および本管レール内周面全体における内圧疲労強度を向上させたディーゼルエンジン用コモンレールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン用燃料噴射システムにおけるコモンレールとしては、例えば図７に示すように、円形パイプからなる本管レール１１側の周壁部に設けた内部の流通路１１−１に通ずる分岐孔１１−２部を外方に開口する受圧座面１１−３となし、該受圧座面付近の本管レール１１の外周壁に筒状のスリーブニップル１３を溶接またはろう付けにより取付け、枝管１２側の接続頭部１２−２のなす押圧座面１２−３を本管レール１１側の受圧座面１１−３に当接係合せしめ、前記スリーブニップル１３と予め枝管側に組込んだ締付け用ナット１４の螺合による前記接続頭部１２−２首下での押圧に伴って締着して接続構成する方式のものが知られている。図中、１２−１は枝管１２の流路である。
【０００３】
しかるに、この種のコモンレールの場合、本管レール１１の内圧と、枝管１２の接続頭部１２−２の押圧に伴って受圧座面１１−３にかかる軸力により分岐孔１１−２の下端内周縁部Ｐに大きな応力が発生し、当該下端内周縁部Ｐが起点となって亀裂が生じ易く、洩れを招く可能性があった。
【０００４】
かかる対策として、本発明者らは、分岐孔の下端内周縁部Ｐに発生する最大応力値を下げて内圧疲労強度を向上させたコモンレールを先に提案している。
例えば、▲１▼本管レールの内周面の分岐孔側に押圧方式等により偏平化された部分を形成することにより、分岐孔の下端内周縁部に発生する応力集中を緩和させて内圧疲労強度を高めたコモンレール（特開平１０−２４６１６８号公報参照）、▲２▼分岐孔の本管レール流通路開口端部周辺に圧縮残留応力を存在させることにより、本管レールの高い内圧により分岐孔の下端内周縁部に発生する引張応力をこの圧縮残留応力にて相殺して内圧疲労強度を高めたコモンレール（特開平１０−３０６７５７号公報、特開平１０−３１８０８１号公報、特開平１０−３１８０８２号公報、特開平１０−３１８０８３号公報、特開平１０−３１８０８６号公報等参照）を提案している。なお、分岐孔の本管レール流通路開口端部周辺に圧縮残留応力を存在させる方法としては、プレス方式等にて押圧力を付与する方法、本管レールの流通路内に圧力をかける方式、本管レール内部より管径方向に機械的に押圧力を付与する拡管方式、または分岐孔内部より孔径方向に機械的に押圧力を付与する拡径方式等を用いる。さらに、▲３▼分岐孔に分岐管または分岐継手を深く挿入してその先端部を本管レール内周壁面より流通路内部まで突出させて固着することにより、分岐孔の下端内周縁部に発生する応力集中を緩和させて内圧疲労強度を高めたコモンレール（特願２００１−３８７３６６号）、▲４▼分岐孔の本管レール流通路開口端部に平坦状面を設け、分岐管をこの平坦状面から流通路内に突出させて固着することにより、分岐孔の下端内周縁部に発生する応力集中を緩和させて内圧疲労強度を高めたコモンレール（特願２００２−１１７７２号）を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らが先に提案した前記のコモンレールは、以下に記載するような改善すべき点がある。
すなわち、前記▲１▼本管レールの内周面の分岐孔側に押圧方式等により偏平化された部分を形成することにより、分岐孔の下端内周縁部に発生する応力集中を緩和させて内圧疲労強度を高めたコモンレールおよび、▲２▼分岐孔の本管レール流通路開口端部周辺に圧縮残留応力を存在させることにより、本管レールの高い内圧により分岐孔の下端内周縁部に発生する引張応力をこの圧縮残留応力にて相殺して内圧疲労強度を高めたコモンレールの場合、偏平部あるいは応力の残留する部分には有効であるが、これらの部分を除く他の部分、すなわち本管レールの流通路あるいは分岐孔の流路に対しては十分にその効果が得られなかった。また、分岐管を本管レール内周壁面より流通路内部まで突出させた▲３▼、▲４▼は、分岐孔流路のコーナー部分の応力集中は解消されるが、この▲３▼、▲４▼の技術を実施するためにはろう付けあるいはブレージングを必要とし、この熱影響を受ける部分は必然的に強度の低下をきたすため内圧疲労強度の低下を余儀なくされる。
一方、ディーゼルエンジン用燃料システムにおけるコモンレールの設定圧は、従来１３５Ｍｐａ程度であったのが、現在は１６０Ｍｐａと高圧のものが主流となる傾向にあり、さらに将来に向けて１８０Ｍｐａのものも開発されつつあるため、これに伴ってコモンレールに必要とされる強度も脈動を含め＋２０Ｍｐａに対応できるものが必要となり、近い将来２００Ｍｐａ（１８０Ｍｐａ＋２０Ｍｐａ）で使用できるコモンレールを必要とされることが予想される。
【０００６】
本発明は、前記した問題点を解決するとともに、２００Ｍｐａ程度の高設定圧のシステムにも対応し得るためになされたもので、分岐孔部分の内圧疲労強度を高めたまま、本管レールの流路および分岐孔部分の耐久性を向上させたコモンレールを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、軸芯方向内部に流通路を有する本管レールに、前記流通路に連通する分岐孔を穿設したディーゼルエンジン用コモンレールにおいて、前記分岐孔開口周縁付近の応力集中を緩和した上で、当該レールの内周面全体および分岐孔にオートフレッテージ加工を施すことを特徴とし、また、少なくとも前記分岐孔開口周辺を偏平にして応力集中を緩和した上で、当該レールの内周面全体および分岐孔にオートフレッテージ加工を施すことを特徴とし、さらに前記分岐孔の本管レール開口端部周辺に押圧力を付与して当該分岐孔開口周辺に圧縮応力を残留させて応力集中を緩和した上で、当該レールの内周面全体および分岐孔にオートフレッテージ加工を施すことを特徴とし、さらにまた、前記分岐孔に分岐管の先端部を本管レール内周壁より深く流通路内部まで挿入し、該分岐管を本管レールに強固に連接することにより前記分岐孔付近の応力集中を緩和した上で、当該レールの内周面全体および分岐管の接続部内部にオートフレッテージ加工を施すことを特徴とする。ここで、オートフレッテージ加工とは、管に内圧方式にて押圧力を付与して応力を加えることをいう。
【０００８】
厚肉管にオートフレッテージ加工を施すと圧縮の残留応力が発生し、内圧疲労強度が向上することは周知のことである。しかし、ディーゼルエンジン用コモンレールにおいて、素管に前記した従来の▲１▼〜▲４▼に示す処理を施さずにオートフレッテージをかけると次のような不具合が生じる。
例えば、外径２４ｍ／ｍ、内径７ｍ／ｍ、パイプの引張強度Ｔｓ＝６５０Ｍｐａ、降伏点Ｙｐ＝４５０Ｍｐａのパイプであって、内圧１００Ｍｐａをかけると内表面の円周方向応力が２４０Ｍｐａとなる本管に、φ３ｍｍの分岐孔が穿設されていた場合、この分岐孔の開口周縁の内表面円周方向の最大引張応力は５３１Ｍｐａ（２４０Ｍｐａの２．６倍）の応力集中が発生する。
一方、前記本管の肉厚中央部まで塑性変形させる圧力をオートフレッテージ加工圧力とした場合、応力計算式（トレスカの式）によると内圧３５０Ｍｐａ必要とする。このオートフレッテージ加工圧力をかけた場合、分岐孔の開口周縁の前記応力集中箇所には他の部分の２．６倍の圧力をかけたときと同様の負荷がかかる。すなわち、分岐孔の開口周縁の該応力集中箇所には、３５０Ｍｐａの２．６倍の９１０Ｍｐａの圧力をかけたときと同様となり、亀裂が生じることが容易に予測できる。
他方、前記応力集中箇所に圧縮残留応力を残す圧力を選定した場合、前記の３５０Ｍｐａに対し発生応力が２．６倍になるから３５０Ｍｐａを２．６で除した値、すなわち１３４．６Ｍｐａが選定できる。この値は使用要求圧１６０Ｍｐａより低く、１３４．６Ｍｐａ以上の圧力での使用はできないことを示している。以上の説明から推測できるように、本管流路を対象にした場合と前記応力集中箇所を対象にした場合のいずれにおいても適切な残留応力を得る圧力は存在しない。このことから、本管および分岐孔のすべての流路の内表面にオートフレッテージにより圧縮残留応力を残すために応力集中を緩和する必要がある。
【０００９】
本発明では前記の▲１▼〜▲４▼のいずれかあるいは組合せの処理を施した上、例えば３５０Ｍｐａのオートフレッテージ圧力をかけるため、本管流路には（トレスカの式によると）約３９９Ｍｐａの圧縮応力が残る。他方、分岐孔部分には応力の集中がないかあるいは緩和されているため３９９Ｍｐａあるいはこれに近い残留応力が期待できる。
【００１０】
上記のごとく、本発明では分岐孔周縁の応力集中を緩和した上でオートフレッテージを施すので、分岐孔周縁に施す応力集中緩和と本管レールの流路全体と分岐孔の流路に施すオートフレッテージの相乗効果による高い圧縮残留応力をコモンレール全体に存在させることが可能となり、分岐孔の下端内周縁部における内圧疲労強度を高めた状態で、本管レール流通路および分岐孔開口周縁部分にも優れた耐久性が期待できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に本発明に係るディーゼルエンジン用コモンレールの第１実施例を示す一部拡大横断面図、図２は図１の縦断面図、図３は同じく本発明の第２実施例を示す一部拡大横断面図、図４は図３の縦断面図、図５は同じく本発明の第３実施例を示す一部拡大横断面図、図６は同じく本発明の第４実施例を示す一部拡大横断面図であり、１は本管レール、１−１は流通路、１−２は分岐孔、１−３は受圧座面、１−４はボス部、１−４ａは雄ねじ、１−５は平坦状面、２は枝管、２−１は流路、２−２は突出部である。
【００１２】
図１〜図４に示すコモンレールとしての本管レール１は、例えば直径２８ｍｍ、肉厚９ｍｍの、比較的厚肉の管状部を有するような材質Ｓ４５Ｃ等の鍛造品であって、ボーリングやガンドリル等の機械加工によってその軸芯内部を流通路１−１となして軸方向の周壁部に間隔を保持して複数個のボス部１−４が設けられている。
【００１３】
図１、図２に示すコモンレールは、本管レール１と一体のボス部１−４に本管レールの流通路１−１に連通する所定径の分岐孔１−２を穿設するとともに、前記分岐孔１−２の外側開口端部に円錐形の外方に開口する受圧座面１−３を形成し、さらにボス部１−３の外周に雄ねじ１−４ａを加工したものであって、本管レール１の内周面の分岐孔１−２側に押圧方式等により好ましくは軸方向全長にわたって、少なくとも分岐孔１−２の開口周縁に平坦状面１−５を形成することによって、分岐孔１−２の下端内周縁部に発生する応力集中を緩和させて当該分岐孔の下端内周縁部の内圧強度を高め、その上でオートフレッテージ加工を施して該本管レール１の内周面全体および分岐孔１−２全体に圧縮残留応力を発生させてより大きな内圧疲労強度を高めたものである。
【００１４】
前記平坦状面１−５の形成方法としては、例えば外圧方式にて押圧力を付与して内周壁面に平坦状面を形成する方法や、鍛造時に内周壁面に平坦状面を形成する方法、押出し成形時に平坦状面を形成する方法等を採用することができる。なお、外圧方式にて押圧力を付与して内周壁面に平坦状面を形成する方法では、前記平坦状面は内方に突出する円弧状面を含む面となる場合がある。したがって、本発明における平坦状面は、完全な平坦面ではなく前記円弧状面、楕円状面等、種々の曲面形状を含むものとする。
また、オートフレッテージ加工は、本管レール１の流通路内に流体圧により押圧力を付与して本管レール１の内周面全体および分岐孔１−２内に応力を加える方式である。
【００１５】
次に、図３、図４に示すコモンレールは、本管レール１と一体のボス部１−４に本管レールの流通路１−１に連通する所定径の分岐孔１−２を穿設するとともに、前記分岐孔１−２の外側開口端部に円錐形の外方に開口する受圧座面１−３を形成し、さらにボス部１−３の内周に雌ねじ１−４ｂを加工したものであって、本管レール１の内周面の分岐孔１−２側を押圧方式等により当該分岐孔付近のみ平坦状面１−５となるように突出せしめることによって、分岐孔１−２の下端内周縁部に圧縮残留応力を発生させて当該分岐孔の下端内周縁部の内圧強度を高め、その上でオートフレッテージを施して該本管レール１の内周面全体および分岐孔１−２全体に圧縮残留応力を発生させてより大きな内圧疲労強度を高めたものである。
【００１６】
図３、図４に示すコモンレールにおいて、分岐孔１−２付近のみ平坦状面１−５となるように突出せしめる方法としては、例えばポンチやロッド等によるプレス方式によって本管レールの肉厚部を径方向内側に押圧して流通路１−１側をほぼ円形でかつ少なくとも偏平状になるように突出せしめる方法を用いることができる。なお、前記突出せしめる方法により内方に突出する面は、平坦状面のみならず円弧状面、楕円状面等種々の曲面形状、球面形状を含むものとする。
【００１７】
また、図５に示すコモンレールは、分岐孔１−２に分岐管２（または分岐継手）を深く挿入してその先端部を本管レール１の内周壁面より流通路１−１内部まで突出させてろう付けにて固着することにより、分岐孔１−２の下端内周縁部に発生する応力集中を緩和させて内圧強度を高め、その上でオートフレッテージ加工を施して該本管レール１の内周面全体および分岐孔１−２全体に圧縮残留応力を発生させてより大きな内圧強度を高めたものである。
【００１８】
さらに、図６に示すコモンレールは、分岐孔１−２の本管レール１流通路開口端部に平坦状面１−５を設け、分岐管（または分岐継手）２をこの平坦状面１−５から流通路１−１内に突出させてろう付けすることにより、分岐孔１−２の下端内周縁部に発生する応力集中を緩和させて内圧強度を高め、その上で前記と同様、オートフレッテージ加工を施して該本管レール１の内周面全体および分岐孔１−２全体に圧縮残留応力を発生させてより大きな内圧疲労強度を高めたものである。
【００１９】
【実施例】
表１に示す仕様のコモンレール（鋼種：Ｓ４５Ｃ）を使用して行った耐久試験結果を表２に示す。本実施例では、各コモンレールにベース圧１８ＭＰａ、ピーク圧１４０〜２３０ＭＰａの試験圧力をかけて耐久試験を行った。
なお、図８に示すコモンレールは図１、図２に示すものと同種のもので、本管レール１の流通路１−１の断面が真円となしたもの、図９に示すコモンレールは図３、図４に示すものと同種のもので、図８に示すコモンレールと同じく本管レール１の流通路１−１の断面が真円となしたもの、図１０に示すコモンレールは図５に示すものに対応するコモンレールで、分岐管２の先端部を本管レール１の流通路１−１内に突出させずにろう付けしたコモンレール、図１１に示すコモンレールは図６に示すものに対応するコモンレールで、分岐孔１−２の本管レール流通路１−１開口端部に設けた平坦状面１−５から分岐管２の先端部を突出させずにろう付けしたコモンレールをそれぞれ示す。
表２の結果より、本発明のコモンレールはすべて優れた内圧疲労強度を示すことがわかる。
【００２０】
【表１】
2004092551.tif 000003
【００２１】
【表２】
2004092551.tif 000004
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明のディーゼルエンジン用コモンレールは、分岐孔周縁の応力集中を緩和した上でオートフレッテージ加工を施すので、分岐孔周縁に施す応力集中緩和と本管レールの流路全体と分岐孔の流路に施すオートフレッテージ加工の相乗効果による高い圧縮残留応力をコモンレール全体に存在させることが可能となるので、分岐孔の下端内周縁部における内圧疲労強度を高めた状態で、本管レール流通路および分岐孔部分も優れた耐久性が期待できるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るディーゼルエンジン用コモンレールの第１実施例を示す一部拡大横断面図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す一部拡大横断面図である。
【図４】図３の縦断面図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す一部拡大横断面図である。
【図６】本発明の第４実施例を示す一部拡大横断面図である。
【図７】従来のディーゼルエンジン用コモンレールの第１例を示す縦断面図である。
【図８】従来のディーゼルエンジン用コモンレールの第２例を示す縦断面図である。
【図９】従来のディーゼルエンジン用コモンレールの第３例を示す縦断面図である。
【図１０】従来のディーゼルエンジン用コモンレールの第４例を示す縦断面図である。
【図１１】従来のディーゼルエンジン用コモンレールの第５例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１　本管レール
１−１　流通路
１−２　分岐孔
１−３　受圧座面
１−４　ボス部
１−４ａ　雄ねじ
１−５　平坦状面
２　枝管
２−１　流路
２−２　突出部
【図１】
2004092551.tif 000005
【図２】
2004092551.tif 000006
【図３】
2004092551.tif 000007
【図４】
2004092551.tif 000008
【図５】
2004092551.tif 000009
【図６】
2004092551.tif 000010
【図７】
2004092551.tif 000011
【図８】
2004092551.tif 000012
【図９】
2004092551.tif 000013
【図１０】
2004092551.tif 000014
【図１１】
2004092551.tif 000015