(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その軸芯方向内部に流通路を有する本管レールの軸方向の周壁部に前記流通路に通じる分岐孔を設け、本管レールと一体もしくは別体の継手部材を介して前記分岐孔に分岐接続体を接続して構成されるディーゼルエンジン用コモンレールにおいて、前記本管レールを変態誘起塑性型強度鋼製とし、該本管レールに熱処理により残留オーステナイトを生ぜしめた後、該本管レールに加工を施し、前記分岐孔と本管レール側流通路交差部の応力集中の低減加工を施すことにより内表面の加工硬化と圧縮残留応力を残したディーゼルエンジン用コモンレール。
【請求項２】
前記分岐孔と本管レール側流通路交差部の応力集中の低減加工を施した後、さらにオートフレッテージ加工により内表面に誘導塑性変態を生ぜしめると共に圧縮残留応力を残した請求項１記載の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、一般にディーゼル内燃機関の蓄圧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などのようなコモンレールに係り、特に内圧疲労強度を高めたディーゼルエンジン用コモンレールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のコモンレールとしては、例えば図１に示すごとくコモンレールの本管レール１に該本管レール１と一体のボス３ｃを形成し、分岐枝管２の接続頭部２−２のなす押圧座面２−３を本管レール１側の受圧座面１−３に当接係合せしめ、前記ボス３ｃの外周面に設けた螺子部３−２に螺合する袋ナット６を締着して接続する方式のものや、図２に示すごとく本管レール１側の周壁部に設けた内部の断面円形の流通路１−１に通ずる分岐孔１−２部を外方に開口する受圧座面１−３となし、該受圧座面附近の本管レール１の外周部を囲繞するリング状の継手金具３を使用し、端部に例えば先細円錐状の挫屈成形による拡径した分岐接続体としての分岐枝管２側の接続頭部２−２のなす押圧座面２−３を当接係合せしめ、前記本管レール１の径方向に突出するよう該継手金具に設けた本管レール１の外方に突出する螺子壁３−１部と予め分岐枝管２側にスリーブワッシャー５を介して組込んだナット４の螺合による前記接続頭部２−２首下での押圧に伴って締着して接続する方式のもの、あるいは図３、図４に示すごとくリング状の継手金具３に替えて、筒状のスリーブニップル３ａ、３ｂを本管レール１の径方向で外方に突出するようそれぞれ凹凸嵌合螺着方式、溶接などにより直接本管レール１の外周壁に取着し、分岐枝管２側の接続頭部２−２のなす押圧座面２−３を本管レール１側の受圧座面１−３に当接係合せしめ、前記スリーブニップル３ａ、３ｂに螺合するナット４を締着して接続する方式のものや、ブロックレール型コモンレール（図面省略）なども知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記した従来のコモンレールはいずれも、本管レール１の内圧と、分岐枝管２のような分岐接続体の接続頭部２−２の押圧に伴って受圧座面１−３にかかる軸力により分岐孔１−２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、燃料の洩れを招く可能性があった。また、つぎに亀裂の生じやすいのは本管レールの内表面である。本管レールは厚肉円筒ではあるが、内径が大きいため内表面に大きな円周方向の引張り応力が生じるためである。
【０００４】
本発明は従来技術の有する前記問題に鑑みてなされたものであり、変態誘起塑性型強度鋼を用い、本管レールおよび分岐孔の内圧疲労強度を高めると共に、前記した分岐孔の本管レールとの下端内周縁部を含む分岐孔と本管レール側流通路との交差部に発生する応力の集中する度合いを下げて内圧疲労強度をより向上させることが可能なディーゼルエンジン用コモンレールを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るディーゼルエンジン用コモンレールは、その軸芯方向内部に流通路を有する本管レールの軸方向の周壁部に前記流通路に通じる分岐孔を設け、本管レールと一体もしくは別体の継手部材を介して前記分岐孔に分岐接続体を接続して構成されるディーゼルエンジン用コモンレールにおいて、前記本管レールを変態誘起塑性型強度鋼製とし、該本管レールに加工を施した後、熱処理により残留オーステナイトを生ぜしめ、前記分岐孔と本管レール側流通路交差部の応力集中の低減加工を施すことにより、内表面の加工硬化と圧縮残留応力を残したことを特徴とし、また変態誘起塑性型強度鋼製の本管レールに熱処理により残留オーステナイトを生ぜしめた後、該本管レールに加工を施し、前記分岐孔と本管レール側流通路交差部の応力集中の低減加工を施すことにより内表面の加工硬化と圧縮残留応力を残したことを特徴とし、さらに前記分岐孔と本管レール側流通路交差部の応力集中の低減加工を施した後、オートフレッテージ加工により内表面に誘導塑性変態を生ぜしめると共に圧縮残留応力を残したことを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明における変態誘起塑性型強度鋼は、近年、乗用車の足回りプレス成形部品の軽量化を目的として開発されたもので、残留オーステナイト（γＲ）のひずみ誘起変態（ＴＲＩＰ）を利用してプレス成形性を著しく改善したフェライト（αｆ）＋ベイナイト（αｂ）＋γＲ複合組織鋼［ＴＲＩＰ型Ｄｕａｌ−Ｐｈａｓｅ鋼、ＴＤＰ鋼］、およびベイニティックフェライト（αｂｆ）＋γＲ鋼［ＴＲＩＰ型ベイナイト鋼、ＴＢ鋼］である。
ここで変態誘起塑性とは、科学的に不安定な状態で存在するオーステナイト（γ）層が、力学的エネルギーの付加によりマルテンサイトへと変態する際に相伴う大きな伸びのことである。
すなわち、ＴＲＩＰ鋼とは、ある限定された組成の鋼において特定な熱処理を施すことにより、α層の粒界を中心に残留オーステナイトやベイナイト組織の混在した金属組織を得た鋼のことである。このような金属組織を有するＴＲＩＰ鋼の特徴としては、塑性変形能が高いこと、塑性加工によりマルテンサイト組織となるため強度が高くかつ硬くなることなどがあげられる。
【０００７】
本発明に係るディーゼルエンジン用コモンレールは、このような特性を有する変態誘起塑性型強度鋼製であるので、鍛造時においては加工性が良く、所望の形状が得やすい。一方、特定の熱処理を行なわない場合（残留オーステナイト、ベイナイトが少ない場合）は、伸び、引張り強度共低く、容易に切削加工ができる。またパイプを使用するコモンレールの場合は、伸管時のリダクションが大きくとれるので伸管回数を減らすことができ、さらに同じリダクションであれば小さな伸管機、小さなダイスで加工が可能である。
また、変態誘起塑性型強度鋼は、局部的に変形した部分のオーステナイトが硬質なマルテンサイトに変態し、その部分を強化するという特性（ＴＲＩＰ現象）を有するので、この変態誘起塑性型強度鋼製のコモンレールの場合は、内圧疲労が進んでも、前記特性によりその疲労部分が強化されてレールの破壊を阻止する抵抗力が生じるため高寿命である。
さらに、応力集中低減加工は、分岐孔と本管レール側流通路交差部を押圧するので分岐孔周辺に圧縮残留応力が残ると共に、変形部分は加工誘起マルテンサイトの析出により硬さ、引張り強さ共に向上しているので耐疲労特性が優れている。
【０００８】
本発明における熱処理は、本管レールを９５０℃に加熱し所定の時間保持してオーステナイト化し、その後３５０℃〜５００℃の間で所定の時間保持してオーステンパー処理を施す。このオーステンパー処理を施すことにより、α層の粒界を中心に残留オーステナイト（γ）層やベイナイト組織の混在した金属組織となる。
【０００９】
本発明における分岐孔と本管レール側流通路交差部の応力集中の低減加工方法としては、押圧方式により圧縮残留応力を残す方法が知られている。その方法としては、例えば本出願人が提案した特開平１０−３１８０８１号公報等に記載されている、(1)外圧方式にて押圧力を付与して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発生させる方法、(2)分岐孔付近の本管レール内周面に内圧方式にて押圧力を付与して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発生させる方法、(3)分岐孔付近の本管レール内周面に本管レール内部より管径方向に押圧力を付与する拡管方式にて押圧力を付与して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発生させる方法、(4)分岐孔内周面に当該分岐孔の内部より径方向に押圧力を付与する拡径方式にて押圧力を付与して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発生させる方法等がある。
なお、鋼としての疲労強度を高めるために熱処理により硬くし過ぎると（強度大、伸び小）、前記押圧方式による押し加工が強すぎた場合亀裂を生じることがあり、また押し圧のための工具（プレスピン）が破損しやすいなどの問題があったが、変態誘起塑性型強度鋼（ＴＲＩＰ鋼）の場合は強度が高いのみならず、伸びが大きいためにそのような問題は皆無である。
【００１０】
本発明におけるオートフレッテージ加工は、内圧をかけて内周表面のみ塑性変形させる方法であり、このオートフレッテージ加工により全内表面部分での塑性変形で加工硬化（加工誘起マルテンサイトの析出により、硬さ、引張り強さ共に向上）させると共に、全内表面部分に更に圧縮応力を残留させて次に弱点となる本管流路の耐久性向上もはかられる。
【００１１】
本発明は上記のごとく、ＴＲＩＰ鋼を機械加工後に熱処理と押圧加工を、好ましくはさらにオートフレッテージ加工を施すことにより、オーステナイト（γ）組織であったものが加工誘起マルテンサイトの析出により、硬さ、引張り強さ共に向上し、さらに圧縮応力を残留させることにより分岐孔と本管レール側流通路交差部はもとより全内表面部分も耐内圧疲労特性が向上して本管流路の耐久性が優れたものとなる。
【００１２】
【実施例】
実施例１
表１に示す成分を有するＴＲＩＰ型ベイナイト鋼（ＴＢ鋼）製の鍛造用丸棒を所定寸法に切断、熱間鍛造温度まで加熱、型鍛造にてボス一体型のコモンレール素材（管状部の外径３４ｍｍφ）を鍛造し、次いで切削などにより内径１０ｍｍφ、ボス部分岐孔径３ｍｍφ、シート面、ネジ部など所望個所を加工し、これを９５０℃×２０分間のオーステナイト化後、４００℃×３分間保持のオーステンパー処理を施し、α層の粒界を中心に残留オーステナイト（γ）層やベイナイト組織の混在した組織を有するボス一体型のコモンレールとし、しかる後、このコモンレールの各ボスの分岐孔部に特開平１０−３１８０８１号公報に記載の外圧方式にて押圧力を付与して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発生させた。なお、切削加工時には、残留オーステナイト層やベイナイト組織が少ないので引張り強度が低く伸びも小さいので加工が極めて容易であった。  このコモンレールを繰返し圧力試験機にかけて疲労限界を調べた結果、比較材として用いた通常の高強度鋼（ＳＣＭ４３５）（Ｃ０．３３〜０．３８ｍａｓｓ％、Ｓｉ０．１５〜０．３５ｍａｓｓ％、Ｍｎ０．６０〜０．８５ｍａｓｓ％、Ｐ０．０３０ｍａｓｓ％以下、Ｓ０．０３０ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ０．９０〜１．２０ｍａｓｓ％、Ｍｏ０．１５〜０．３０ｍａｓｓ％）製の同一サイズのコモンレールの場合は、１８０〜１５００Ｂａｒの油圧による繰返し試験において８０万回で破損したのに対して、本発明に係るコモンレールは、２２００Ｂａｒで１０００万回の繰返し試験でも破損することがなく、優れた耐内圧疲労特性を示した。
【００１３】
実施例２
表１に示す成分を有するＴＲＩＰ型ベイナイト鋼（ＴＢ鋼）製の鍛造用丸棒を所定寸法に切断、これを９５０℃×２０分間のオーステナイト化後、３５０〜４７５℃の範囲で３分間保持のオーステンパー処理を施し、α層の粒界を中心に残留オーステナイト（γ）層やベイナイト組織の混在した組織とし、これを型鍛造にてボス一体型のコモンレール（管状部の外径３４ｍｍφ）を鍛造し、次いで切削などにより内径１０．６ｍｍφ、ボス部分岐孔径３ｍｍφ、シート面、ネジ部など所望個所を加工し、ボス一体型のコモンレールとし、しかる後、このコモンレールの各ボスの分岐孔部に特開平１０−３１８０８１号公報に記載の外圧方式にて押圧力を付与して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発生させた。なお、鍛造時には、残留オーステナイト層やベイナイト組織が存在するが、引張り強度が高いものの伸びが大きいために鍛造加工は可能であった。さらに管状部の肉厚の５０％程度を降伏させることができる内圧を作用させてオートフレッテージ加工を施した。
このコモンレールを繰返し圧力試験機にかけて疲労限界を調べた結果、２４００Ｂａｒで１０００万回の繰返し試験でも破損することがなく、より優れた耐内圧疲労特性耐久性を示した。
【００１４】
実施例３
表１に示す成分を有するＴＲＩＰ型ベイナイト鋼（ＴＢ鋼）製のシームレス鋼管を所定寸法に切断したコモンレール素材（管の外径３６ｍｍφ、内径１０ｍｍφ）に、切削などにより分岐孔径３ｍｍφ、シート面、ネジ部など所望加工を施し、これを９５０℃×２０分間のオーステナイト化後、３５０℃〜４７５℃の範囲で３分間保持のオーステンパー処理を施し、α層の粒界を中心に残留オーステナイト（γ）層やベイナイト組織の混在した組織を有するコモンレールとし、しかるのち、このコモンレールの分岐孔部に特開平１０−３１８０８１号公報に記載の外圧方式にて押圧力を付与して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発生させた。なお、切削加工時には、残留オーステナイト層やベイナイト組織が少ないので引張り強度が低く伸びも小さいので加工は極めて容易であった。
このコモンレールを繰返し圧力試験機にかけて疲労限界を調べた結果、本実施例においても、２２００Ｂａｒで１０００万回の繰返し試験でも破損することがなく、優れた耐内圧疲労特性耐久性を示した。
【００１５】
なお、ＴＲＩＰ型ベイナイト鋼（ＴＢ鋼）製のブロックレールの場合も同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００１６】
【表１】
0004405102.tif 000002
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明に係るディーゼルエンジン用コモンレールは、分岐孔と本管レール側流通路との交差部や分岐孔の内周縁部に析出させた硬さ、引張り強さ共に向上した加工誘起マルテンサイトと、圧縮残留応力により優れた耐内圧疲労特性を有し、さらにオートフレッテージ加工を施すことにより、分岐孔と本管レール側流通路との交差部や分岐孔の内周縁部のみならず、コモンレールの全内表面にわたり優れた耐内圧疲労特性を有するので、超高圧での耐久性を確保することができる。また、優れた耐内圧疲労特性に加え、耐振動疲労特性、耐キャビテンション性、シート面の耐疵付き性に優れ、かつ薄肉軽量化も可能であるなどの効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象とするボス一体型のコモンレールの一例を示す縦断正面図である。
【図２】同じくリング状の継手金具を使用したコモンレールの一例を示す要部縦断側面図である。
【図３】同じく筒状のスリーブニップルを凹凸嵌合螺着方式にて本管レールに取着した構成のコモンレールの一例を示す縦断側面図である。
【図４】同じく筒状のスリーブニップルを溶接にて本管レールに取着した構成のコモンレールの一例を示す縦断側面図である。
【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
１−２ａ  Ｒ面取部
２  分岐枝管
２−２  接続頭部
２−３  押圧座面
３  継手金具
４、６  ナット
５  スリーブワッシャー
【図１】
0004405102.tif 000003
【図２】
0004405102.tif 000004
【図３】
0004405102.tif 000005
【図４】
0004405102.tif 000006