ТОПЛИВНАЯ РАМПА ДЛЯ ПРЯМОГО ВПРЫСКА БЕНЗИНА
FUEL RAIL FOR THE GASOLINE DIRECT INJECTION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к топливной рампе для прямого впрыска бензина.
Уровень техники
Давление топлива обычной системы прямого впрыска бензина составляет 20 МПа или ниже, а необходимое сопротивление разрушению под действием давления обеспечивают благодаря заданной толщине топливной рампы. При таком уровне давления топлива нет необходимости использовать особо прочный материал, а поскольку топливная рампа имеет сравнительно тонкие стенки, имеется возможность сделать трубу сварной. Однако на протяжении последних лет давление топлива в системах прямого впрыска бензина увеличивалось, как указано в патентных документах 1 и 2, и в настоящее время превышает 30 МПа для оптимизации расхода топлива и вследствие более жестких требований при нормировании состава выбросов. По этой причине топливная рампа должна быть достаточно толстой, чтобы выдерживать такое высокое давление.
Документы известного уровня техники
Патентные документы
Патентный документ 1: JP 200716668.
Патентный документ 2: JP 2010007651.
Раскрытие изобретения
Задача, решаемая изобретением
Ввиду того, что путем профилирования в валках профилегибочных агрегатов сложно изготовить сварную трубу достаточно толстую, чтобы выдерживать давление топлива 30 МПа или выше, остается лишь прибегнуть к изготовлению бесшовной трубы, однако ее производство характеризуется высокой стоимостью. Кроме того, понятно, что помимо утолщения может быть упрочнен сам тонкий материал, но поскольку высокопрочный материал, который использовали раньше, содержит большое количество углерода, сложно обеспечить высокую прочность, что является исходной целью, так как при высоких температурах во время пайки в печи происходит обезуглероживание поверхности, и сопротивление усталости снижается. Более того, такой материал не подходит для сварки, поскольку невозможно обеспечить достаточно высокое качество сварки.
Целью настоящего изобретения является решение вышеупомянутой задачи и, следовательно, создание топливной рампы, которая характеризуется низкой стоимостью, низкой твердостью и хорошей пластичностью до преобразования в заготовку трубы, чтобы из нее можно было изготовить сварную трубу путем профилирования в валках профилегибочных агрегатов, а также высокой прочностью, благодаря которой топливная рампа сможет выдерживать высокое давление топлива, даже имея после изготовления относительно малую толщину.
Средства решения указанной задачи
Таким образом, целью настоящего изобретения является решение вышеописанных задач, и целью настоящего изобретения является создание топливной рампы для прямого впрыска бензина под давлением топлива 30 МПа или выше, выполненной из сварной трубы из сплава на основе железа, причем топливная рампа содержит сплав на основе железа, включающий в себя химические элементы С, Si, Mn, Р, S, Nb и Мо, причем соотношение t/D толщины t листа и наружного диаметра D топливной рампы составляет 0,2 или меньше и причем путем ее пайки в печи при изготовлении может быть образована бейнитная структура. Следует отметить, что обработка пайкой в печи в соответствии с настоящим изобретением означает процесс увеличения температуры до 1000°C или выше в печи с последующим постепенным охлаждением от этой температуры до комнатной температуры.
Давление топлива может составлять 30-80 МПа.
Эффекты изобретения
Настоящее изобретение содержит сплав на основе железа, включающий в себя химические элементы С, Si, Mn, Р, S, Nb и Мо, как указано выше, и характеризующийся ферритной структурой или феррито-перлитной структурой до преобразования в заготовку трубы. По этой причине в этом состоянии может быть сохранена низкая твердость и может быть достигнуто удовлетворительное качество сварки, в результате чего обеспечивается возможность простой обработки топливной рампы.
Кроме того, путем пайки в печи при изготовлении может быть образована бейнитная структура. В результате материал, имеющий эту бейнитную структуру, обладает высокой прочностью и обеспечивает высокое сопротивление разрушению под действием давления по сравнению с обычными материалами. Все изделие могут иметь тонкую стенку и малую массу, а сварная труба может быть изготовлена путем профилирования в валках профилегибочных агрегатов при низкой стоимости, и, таким образом, настоящее изобретение обеспечивает продукт, который можно использовать при давлении топлива 30 МПа или выше, благодаря таким характеристикам, как высокая прочность и высокое сопротивление разрушению под действием давления.
Примеры
Ниже описана топливная рампа для прямого впрыска бензина в соответствии с Примерами. В нижеприведенной Таблице 1 для материалов из сплава на основе железа, содержащихся в этом примере, указаны химические элементы, за исключением железа и примесей, и соотношение этих элементов в смеси.
Как показано выше, в Примерах 1 и 2 изобретения содержатся С, Si, Mn, Р, S, Nb и Мо. Ниже описан способ производства Примеров 1 и 2. Примеры 1 и 2 представляют собой сплавы на основе железа, содержащие, помимо железа и примесей, химические элементы, указанные в вышеприведенной Таблице 1. Из этого материала затем была выполнена сварная труба, оба конца которой были закрыты деталями, и в трубе были установлены гнезда и арматура соответственно. Далее, готовый узел подвергали медной пайке в печи при температуре 1000°C или выше, отжигу, после чего он проходил процесс проверки на соответствие штампов, наличие утечек и тому подобного, затем его отгружали как готовый продукт.
Топливные рампы в соответствии с Примерами 1 и 2 подвергали медной пайке в печи, как упомянуто выше, причем во время этого процесса медной пайки температуру в печи поднимали до 1000°C или выше, после чего изделие медленно охлаждали. Вследствие медной пайки в печи физические свойства сплава на основе железа в соответствии с Примерами 1 и 2, выполненными из вышеописанных материалов, изменялись. Для анализа изменений физических свойств до и после медной пайки в печи были проведены исследования физических свойств в соответствии с японским промышленным стандартом JIS.
Конкретно, сначала были изготовлены испытательные образцы материалов для Примеров 1 и 2 в соответствии со стандартом JIS5 (толщиной 1,6 мм; шириной 25 мм и длиной 350 мм), после чего эти испытательные образцы подвергали испытанию на растяжение и анализу структуры. Результаты испытания на растяжение и анализа структуры представлены в нижеприведенной Таблице 2. Следует отметить, что столбцы «До» и «После» относятся к состоянию до преобразования в заготовку трубы и состоянию после обработки заготовки трубы путем медной пайки в печи соответственно.
Как следует из Таблицы 2, значения предела прочности на растяжение, условного предела текучести при остаточной деформации 0,2% и твердости после медной пайки в печи были выше соответствующих значений до преобразования в заготовку трубы. Как показал анализ структуры трубы, после медной пайки в печи образование бейнита произошло и в Примере 1, и в Примере 2. Структура же до преобразования в заготовку трубы была либо ферритной, либо феррито-перлитной, а бейнитной структуры обнаружено не было.
Эти результаты подтверждают, что после обработки медной пайкой в печи структура топливной рампы в соответствии с Примерами 1 и 2, содержащей химические элементы С, Si, Mn, Р, S, Nb и Мо, стала бейнитной, и ее прочность и твердость увеличились по сравнению с состоянием до преобразования в заготовку трубы. Далее, было подтверждено, что состояние до преобразования в заготовку трубы характеризовалось ферритной или феррито-перлитной структурой, как и в случае обычного изделия, вследствие чего может быть обеспечено удовлетворительное качество сварки, а материал характеризуется высокой пластичностью.
Кроме того, на основе стандарта JIS были проведены испытания на растяжение и анализ структуры материалов, использованных в Примерах 1 и 2, и материалов, используемых в обычных топливных рампах, для подтверждения разницы между физическими свойствами этих материалов в Примерах 1 и 2 и физическими свойствами материалов в обычной топливной рампе, содержащей другие химические элементы, нежели Примеры 1 и 2. В вышеприведенной Таблице 1 для материалов из сплава на основе железа, содержащихся в Сравнительном примере 1, указаны химические элементы, за исключением железа и примесей, и соотношение этих элементов в смеси. Как показано в Таблице 1, в Сравнительном примере 1 содержатся Nb и Мо, а его химический состав отличается от химического состава Примеров 1 и 2 еще и тем, что в нем содержатся Ni и Cr, которых нет в материалах Примеров 1 и 2. Следует отметить, что в Сравнительном примере 1 были использованы испытательные образцы в соответствии со стандартом JIS5 (толщиной 1,6 мм; шириной 25 мм и длиной 350 мм), как и в Примерах 1 и 2. Результаты представлены в нижеприведенной Таблице 3.
Было выяснено, что Примеры 1 и 2 характеризуются более высокими значениями как прочности на растяжение, так и твердости, нежели Сравнительный пример 1. Кроме того, анализ структуры показал, что в Примерах 1 и 2 образована бейнитная структура, в то время как в Сравнительном примере 1 образована аустенитная, а не бейнитная структура. Таким образом, было подтверждено, что по сравнению с обычными материалами Примеры 1 и 2 характеризуются более высокими прочностью и твердостью.
Далее, в качестве примера, топливная рампа, выполненная из вышеупомянутого материала Примеров 1 и 2, может иметь вид продукта, размеры которого приведены в Таблице 4. Следует отметить, что параметры D и t в Таблице 4 обозначают наружные диаметры и толщины топливной рампы соответственно. Как показано в Таблице 4, параметр а соответствует применению топливной рампы, выполненной из материалов Примеров 1 и 2, при давлении топлива приблизительно 30 МПа, причем ее наружный диаметр D составляет 11 мм, толщина t стенки - 2,0 мм, и ее малая толщина может характеризоваться соотношением t/D, составляющим 0,2 или меньше. В случае же обычного продукта, выполненного из материала Сравнительного примера 1, чтобы выдерживать давление топлива 30 МПа, наружный диаметр должен составлять 15 мм, толщина стенки - 4,0 мм, соотношение t/D - более 0,2, и его толщина должна быть значительно больше, чем в случае выполнения из материалов Примеров 1 и 2.
Кроме того, как показано в Таблице 4, параметр b соответствует применению топливной рампы, выполненной из материалов Примеров 1 и 2, при давлении топлива приблизительно 80 МПа, причем ее наружный диаметр D составляет 13 мм, толщина t стенки - 2,3 мм, и ее малая толщина может характеризоваться соотношением t/D, составляющим 0,2 или меньше. В случае же применения материала Сравнительного примера 1, чтобы выдерживать давление топлива 80 МПа, наружный диаметр должен составлять 20 мм, толщина стенки - 5,8 мм, соотношение t/D - более 0,2, и в этом случае его толщина должна быть значительно больше, чем в случае выполнения из материалов Примеров 1 и 2.
Из вышеуказанных результатов следует, что топливная рампа, выполненная из материала Примеров 1 и 2, может иметь тонкую стенку и малую массу по сравнению с обычным материалом, и она может подходить для формирования в виде сварной трубы путем профилирования в валках профилегибочных агрегатов, приобретая высокую прочность и высокое сопротивление разрушению под действием давления. Таким образом, обеспечена возможность посредством простого процесса получать продукт с низкой стоимостью, который может выдерживать давление топлива 30-80 МПа.