ТОПЛИВНАЯ РАМПА
FUEL RAIL

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к топливной рампе для впрыска во впускные каналы, имеющей стенки с поглощающей поверхностью, характеризующейся свойством поглощения пульсаций.
Уровень техники
В систему впрыска бензина во впускные каналы, широко применяемую в известном уровне техники, добавляют гаситель пульсаций для поглощения пульсаций при впрыске и пульсаций насоса. Однако сами по себе гасители пульсаций являются дорогостоящими, и их применение может увеличивать стоимость, поскольку требуется большее количество компонентов и возникает дополнительная задача обеспечения пространства для установки. Известны топливные рампы, имеющие стенки с поглощающей поверхностью, как показано в патентных документа 1 и 2, которые обеспечивают уменьшение эффекта пульсации без применения гасителя пульсаций.
Для формирования такого рода поглощающей стенки, необходимо, чтобы топливная рампа была в поперечном сечении сплющенной или изогнутой и была выполнена из материала с хорошей пластичностью и относительно низкой твердостью, способного принимать форму с таким поперечным сечением. На протяжении последних лет требуется увеличение расхода при впрыске за счет повышения давления топлива для оптимизации расхода топлива и вследствие более жестких требований при нормировании состава выбросов. Однако обычные топливные рампы для впрыска во впускные каналы, как показано в патентных документа 1 и 2, рассчитаны на относительно низкие уровни давления топлива, такие как 400 кПа или ниже.
Документы известного уровня техники
Патентные документы
Патентный документ 1: JP 2000329030.
Патентный документ 2: JP 2000329031.
Раскрытие изобретения
Задача, решаемая изобретением
Таким образом, обычные топливные рампы, показанные в патентных документах 1 и 2, выполнены из материалов, имеющих относительно низкую твердость и высокую пластичность, а в случае образования более тонкой стенки с поглощающей поверхностью для уменьшения массы они подвержены остаточной деформации вследствие сильного изгиба поглощающей стенки под действием внутреннего давления при использовании в условиях относительно высокого давления топлива 400 кПа или выше, что затрудняет обеспечение надлежащих эксплуатационных характеристик и впоследствии может привести к разрушению топливной рампы, что может вызвать утечку топлива.
Если же топливная рампа выполнена из общеизвестных высокопрочных материалов, ей сложно придать форму, сплющенную или изогнутую в поперечном сечении, из-за высокой твердости материала даже при попытке уменьшить толщину в процессе изготовления. Поскольку топливные рампы собирают путем пайки в печи, даже если используются обычные высокопрочные материалы, прочность материалов снижается из-за отжига материалов, спаиваемых в печи, в результате чего затруднительно получить высокопрочный продукт.
Понятно, что для решения вышеупомянутых задач можно увеличить толщину топливной рампы для повышения ее жесткости, однако при увеличении толщины топливной рампы могут ухудшиться характеристики поглощения пульсаций, поскольку становится сложно изгибать поглощающую стенку, в то время как сопротивление разрушению под действием давления может быть увеличено.
Целью настоящего изобретения является решение вышеупомянутых задач и, следовательно, создание топливной рампы, сохраняющей низкую твердость и высокую пластичность до преобразования в заготовку трубы, в которой может быть легко выполнена тонкая стенка с поглощающей поверхностью и которая характеризуется твердостью и сопротивлением разрушению под действием давления, позволяющими использовать ее не только в условиях давления топлива 400 кПа или ниже, но и при относительно высоком давлении топлива - 400 кПа или выше.
Средства решения указанной задачи
Целью настоящего изобретения является решение вышеупомянутых задач и создание топливной рампы для впрыска во впускные каналы для применения при давлении топлива 200-1400 кПа, с поверхностью стенки, поглощающей пульсации давления топлива, которая содержит сплав на основе железа, включающий в себя химические элементы С, Si, Mn, Р, S, Nb, and Mo, причем ее внутренний объем составляет 60 куб. см или больше, а изменение внутреннего объема при действии давления составляет 0,5 куб. см/МПа или больше, и причем путем пайки топливной рампы 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.
Кроме того, внутренний объем может составлять 60-150 куб. см, а изменение внутреннего объема при действии давления может составлять 0,5-2,5 куб. см/МПа.
Эффекты изобретения
Как указано выше, настоящее изобретение содержит сплав на основе железа, включающий в себя химические элементы С, Si, Mn, Р, S, Nb и Mo и характеризующийся ферритной структурой или феррито-перлитной структурой до преобразования в заготовку трубы. По этой причине в этом состоянии может быть сохранена низкая твердость, что позволяет упростить обработку заготовки трубы для придания ей сплющенной и изогнутой формы в поперечном сечении, и обеспечивается возможность простой обработки поглощающей поверхности стенки.
Кроме того, путем обработки пайкой в печи в этом состоянии 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 может быть выполнено с уменьшенной толщиной стенок для уменьшения массы без специального дополнительного процесса изготовления, причем благодаря таким характеристикам, как высокая прочность и высокое сопротивление разрушению под действием давления, маловероятно, что под действием давления топлива могут произойти деформация и разрушение, и, таким образом, изобретение обеспечивает продукт, который можно эксплуатировать не только в условиях давления топлива 400 кПа или ниже, но и при относительно высоком давлении топлива - 400 кПа или выше, что затруднительно в рамках известного уровня техники.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлены виды в разрезе топливной рампы в соответствии с Примерами.
Примеры
Ниже описана топливная рампа для впрыска бензина во впускные каналы в соответствии с Примерами. В нижеприведенной Таблице 1 для материалов из сплава на основе железа, содержащихся в этом примере, указаны химические элементы, отличные от железа и примесей, и соотношение всех этих элементов в смеси.
Как показано выше, в Примерах 1 и 2 изобретения содержатся С, Si, Mn, Р, S, Nb и Mo. Ниже описан способ производства Примеров 1 и 2. В соответствии с Примерами 1 и 2 сплав на основе железа, помимо железа и примесей, содержит компоненты, указанные в вышеприведенной Таблице 1. После преобразования в заготовку трубы ей прессованием придавали сплющенные формы, характеризующиеся поперечным сечением, показанным на Фиг. 1(a). Следует отметить, что хотя Примеры 1 и 2 характеризуются сплющенными формами, поперечное сечение которых показано на Фиг. 1(a), форма трубы этим не ограничивается, и труба в поперечном сечении может быть выполнена со сплющенной или изогнутой формой, как показано на Фиг. 1(b)-1(е) в других различных примерах. Кроме того, хотя трубе прессованием придавали сплющенные формы, характеризующиеся поперечным сечением Примеров 1 и 2, для формирования сплющенной трубы в других различных примерах могут быть применены способы, отличные от прессования.
Далее, вышеупомянутую сплющенную трубу обрезали до требуемой длины. В монтажных положениях путем сверления выполняли множество отверстий для гнезд, после чего каждое гнездо соединяли с этими отверстиями. Затем оба конца трубы закрывали крышками, и собирали опору и впускную трубу соответственно. Далее, собранную трубу подвергали медной пайке в печи при температуре 1000°C или выше. После этого трубу постепенно охлаждали, подвергали проверке на наличие утечек, поверхностной обработке, проверке на соответствие штампов, а затем отгружали как готовый продукт.
Топливные рампы, выполненные из материалов Примеров 1 и 2 в соответствии с вышеописанным способом, могут быть применены в условиях давления топлива 200-1400 кПа, их внутренний объем может составлять 60-150 куб. см, а изменение внутреннего объема может составлять 0,5-2,5 куб. см/МПа. В условиях давления топлива 200-400 кПа толщина варьировалась в диапазоне 0,6-1,0 мм, а в условиях давления топлива 400-1400 кПа толщина варьировалась в диапазоне 1,0-1,6 мм.
Топливные рампы в соответствии с Примерами 1 и 2 подергали 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. В результате этой медной пайки в печи изменялись физические свойства сплава на основе железа Примеров 1 и 2, выполненных из вышеупомянутых материалов. Для анализа изменения 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 труб, 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 топливных рамп в соответствии с Примерами 1 и 2, содержащих химические элементы С, Si, Mn, Р, S, Nb и Mo, стала бейнитной, и их 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, материалы обладали высокой пластичностью, и их можно было легко обрабатывать даже при изготовлении трубы сплющенной и изогнутой формы.
Кроме того, на основе стандарта JIS были проведены испытание 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 Таблице 1 показано, что материалы Сравнительного примера 1 содержат химические элементы, отличные от железа и примесей, которые используют в обычной топливной рампе. Химические элементы Сравнительного примера 1 отличались от химических элементов Примеров 1 и 2 и не содержали Nb и Мо. 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 ферритная, а не бейнитная структура. Таким образом, было подтверждено, что по сравнению с обычными материалами Примеры 1 и 2 характеризуются высокой прочностью и высокой твердостью.
Из вышеуказанных результатов следует, что вся топливная рампа, выполненная из материала Примеров 1 и 2, имела стенку с уменьшенной толщиной для уменьшения массы, и после медной пайки в печи ее прочность и сопротивление разрушению под действием давления увеличились по сравнению с обычными материалами. В результате топливная рампа в соответствии с изобретением может быть применена не только в условиях давления топлива 200-400 кПа, которые характерны для применения топливной рампы для впрыска во впускные каналы известного уровня техники, но и в условиях относительно высокого давления топлива 400-1400 кПа, при которых применение топливной рампы для впрыска во впускные каналы известного уровня техники затруднительно, причем маловероятно, что под действием давления топлива в широком диапазоне 200-1400 кПа в топливной рампе в соответствии с изобретением произойдут деформация и разрушение.
Описание позиционных обозначений
1 стенка с поглощающей поверхностью