КОНСТРУКЦИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ГОЛОВКИ ТРУБЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА (ВАРИАНТЫ)
DESIGN OF CONNECTION HEAD OF HIGH PRESSURE PIPE FOR FUEL SUPPLY (VERSIONS)

Уровень техники изобретения
Область техники изобретения
Настоящее изобретение относится к конструкции соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива, содержащей толстостенную стальную трубу относительно малого диаметра, расположенную в качестве пути подачи топлива и т.п. для, например, дизельного двигателя внутреннего сгорания.
Описание прототипа
Известна труба высокого давления для подачи топлива, имеющая такую соединительную головку, как показано на Фиг.5, она, как известно, содержит соединительную головку 112, образованную на соединительном концевом участке толстостенной стальной трубы 111 относительно малого диаметра посредством сферической установочной поверхности 113, кольцевого выступа 115, обеспеченного на расстоянии от установочной поверхности 113 в аксиальном направлении трубы, и дугообразной поверхности 114, которая сужается к концу и проходит непрерывно от установочной поверхности 113 к кольцевому выступу 115 (ссылаясь на Фиг.4 нерассмотренной японской заявки на патент №2003-336560). Такая соединительная головка 112 выполнена посредством воздействия деформирующего давления снаружи на элемент, имеющий отверстие по оси трубы, и, соответственно, расширение происходит по направлению к внешней окружности стенки благодаря воздействию деформирующего давления и, таким образом, образована полость (участок кольцевого углубления) 116 на внутренней периферической поверхности, имеющая увеличенный внутренний диаметр и увеличенное напряжение растяжения внутренней поверхности из-за концентрации напряжения; и соединительная головка 112 представлена для использования в таком состоянии; но вблизи полости из-за используемой текучей среды высокого давления возникают проблемы, такие как кавитационная эрозия; и, к сожалению, в соединительной головке в радиальном направлении возникают радиальные трещины из-за усталостного разрушения в начальных точках в полости и трещины появляются в направлении по периферии из-за усталостного разрушения вокруг полости.
В качестве контрмеры для таких проблем заявитель сначала предложил, например, трубу высокого давления для подачи топлива, содержащую соединительную головку, образованную на соединительном конце толстостенной стальной трубы относительно малого диаметра посредством сферической установочной поверхности, кольцевой выступ, обеспеченный на расстоянии от установочной поверхности в аксиальном направлении трубы, и круглую коническую поверхность, которая сужается к концу и проходит непрерывно от установочной поверхности к кольцевому выступу, отличающуюся способом изготовления небольшой кольцевой изогнутой прорезной выемки на участке круглой конической поверхности и, таким образом, изготовления небольшой гладкой полости, которая выполнена внутри головки благодаря изготовлению соединительной головки (ссылаясь на Фиг.1 нерассмотренной японской заявки на патент № 2003-336560), способом покрытия полости, выполненной внутри головки, при образовании соединительной головки; в которой внешняя периферическая поверхность образует усеченную круглую коническую или усеченную дугообразную установочную поверхность для вставки в противоположный установочный участок с металлическим цилиндрическим элементом, вставленным внутрь головки (нерассмотренная японская заявка на патент № 2005-180218) и т.п.
Дополнительно заявитель предложил конструкцию соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива, чтобы получить по существу подобные или лучшие эффекты, чем технология, предложенная сначала, предлагая средство предотвращения возникновения трещин в участке выемки полости из-за образования полости при изготовлении головки, возникновения трещины из-за кавитационной эрозии, возникающей близко к полости, из-за используемого потока текучей среды высокого давления и явления расширения внутреннего диаметра и увеличения напряжения растяжения внутренней поверхности из-за концентрации напряжения, возникающего из-за образования полости при изготовлении головки (японская заявка на патент № 2007-61085).
Эта конструкция соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива отличается тем, что когда толстостенная стальная труба малого диаметра имеет t(толщина стенки)/D(наружный диаметр)<0,3, расстояние L1 в аксиальном направлении трубы от конца соединительной головки до задней поверхности кольцевого выступа составляет от 0,38D до 0,6D, радиус R корпуса сферической установочной поверхености составляет от 0,45D до 0,65D, наружный диаметр D1 кольцевого выступа составляет от 1,2D до 1,4D, и внутренняя периферическая поверхность головки выполнена по существу как плоская цилиндрическая поверхность и/или коническая поверхность, имеющая форму сечения в аксиальном направлении трубы, которая имеет диаметр почти такой же, как и диаметр внутренней периферической поверхности стальной трубы; и когда толстостенная стальная труба малого диаметра имеет t(толщина стенки)/D(наружный диаметр)≥0,3, расстояние L1 в аксиальном направлении трубы от конца соединительной головки до задней поверхности кольцевого выступа составляет от 0,38D до 0,7D, радиус R корпуса сферической установочной поверхености составляет от 0,45D до 0,65D, наружный диаметр D1 кольцевого выступа составляет от 1,2D до 1,4D, и внутренняя периферическая поверхность головки выполнена по существу как плоская цилиндрическая поверхность и/или коническая поверхность, имеющая форму сечения в аксиальном направлении трубы, которая имеет диаметр почти такой же, как и диаметр внутренней периферической поверхности стальной трубы; и дополнительно для соединительной головки угол θ апикального угла круглой конической поверхности (герметизированная установочная поверхность), которая сужается к концу и непрерывно проходит от сферической установочной поверхности до кольцевого выступа, или близко (месту вблизи) к кольцевому выступу, составляет от 50 до 60 градусов, максимальный диаметр D3 круглой конической поверхности составляет от 1,03D до 1,09D, и круглая коническая поверхность, имеющая выступающее или выемочное очертание, или цилиндрическая поверхность проходит от участка максимального диаметра круглой конической поверхности к кольцевому выступу.
Поскольку конструкция соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива согласно японской заявке на патент № 2007-61085 описана выше, внутренняя периферическая поверхность соединительной головки имеет по существу плоскую поверхность, имеющую форму поперечного сечения в аксиальном направлении трубы почти такое же, как и внутренняя периферическая поверхность стальной трубы, и поэтому практически не создано никакой полости (кольцевого участка с выемкой) посредством пластической обработки внутренней части соединительной головки; и поэтому обеспечены превосходные эффекты, такие как устранение возникновения трещин в углубленном участке участка полости при изготовлении головки, проблемы трещин, происходящих из-за кавитационной эрозии посредством давления текучей среды в головке, и явление расширения внутреннего диаметра и увеличение напряжения растяжения внутренней поверхности из-за концентрации напряжения, являющегося результатом образования полости при изготовлении головки; значительное уменьшение возможности внутренней периферической поверхности соединительной головки служить начальной точкой усталостного разрушения и т.п.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Однако было установлено, что для конструкции соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива согласно японской заявке на патент № 2007-61085, изложенной выше, длина соединительной головки в аксиальном направлении не может быть достаточно сохранена; и, к сожалению, существует опасение, что кольцевой выступ может столкнуться с противоположной частью; существует риск ухудшения способности к герметизации из-за аксиальной несоосности сопла (уплотняющей пробки) и трубчатого корпуса в случае, когда в трубе высокого давления для подачи топлива выполнен процесс нагартовки; и, в частности, для процесса нагартовки с высоким давлением не меньше, чем 300 МПа, существует опасность того, что, к сожалению, может произойти утечка.
Настоящее изобретение выполнено, чтобы решить известные проблемы, и направлено на то, чтобы предложить конструкцию соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива, чтобы избежать люфта между кольцевым выступом и противоположной частью посредством достаточного поддержания длины трубы соединительной головки в аксиальном направлении и получить хорошую способность к герметизации, чтобы предотвратить утечку во время процесса нагартовки с высоким давлением не меньше, чем 300 МПа.
Конструкция соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива, согласно настоящему изобретению, содержит на соединительном концевом участке толстостенной стальной трубы относительно малого диаметра сферическую установочную поверхность, кольцевой выступ, образованный на расстоянии от установочной поверхности в аксиальном направлении трубы, и круглую коническую поверхность, которая имеет по существу сферическую поверхность, которая сужается к концу и проходит непрерывно от установочной поверхности к кольцевому выступу или близко (месту вблизи) к кольцевому выступу, причем крепежная гайка устанавливается, чтобы взаимодействовать непосредственно или опосредованно с задней поверхностью кольцевого выступа, отличается тем, что когда толстостенная стальная труба относительно малого диаметра имеет t (толщина стенки)/D (наружный диаметр)<0,3, расстояние L1 в аксиальном направлении трубы от конца соединительной головки до задней поверхности кольцевого выступа составляет от 0,38D до 0,7D, радиус R корпуса сферической установочной поверхности составляет от 0,45D до 0,65D, наружный диаметр D1 кольцевого выступа составляет от 1,2D до 1,4D, причем внутренняя периферическая поверхность соединительной головки содержит двухступенчатую коническую поверхность, имеющую контур сечения в аксиальном направлении стальной трубы, который расширяется к выходному отверстию трубы.
Кроме того, конструкция соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива содержит на соединительном концевом участке толстостенной стальной трубы малого диаметра сферическую установочную поверхность, кольцевой выступ, образованный на расстоянии от установочной поверхности в аксиальном направлении трубы, и круглую коническую поверхность, которая имеет по существу сферическую поверхность, которая сужается к концу и проходит непрерывно от установочной поверхности к кольцевому выступу или близко (месту вблизи) к кольцевому выступу, причем крепежная гайка установлена, чтобы взаимодействовать непосредственно или опосредованно с задней поверхностью кольцевого выступа, отличается тем, что когда толстостенная стальная труба малого диаметра имеет t (толщина стенки)/D(наружный диаметр)≥0,3, расстояние L1 в аксиальном направлении трубы от конца соединительной головки до задней поверхности кольцевого выступа составляет от 0,38D до 0,7D, радиус R корпуса сферической установочной поверхности составляет от 0,45D до 0,65D, наружный диаметр D1 кольцевого выступа составляет от 1,2D до 1,4D, в которой внутренняя периферическая поверхность соединительной головки содержит двухступенчатую коническую поверхность, имеющую контур сечения в аксиальном направлении стальной трубы, который расширяется к выходному отверстию трубы.
Настоящее изобретение дополнительно имеет предпочтительный вариант осуществления, в котором двухступенчатая коническая поверхность отличается тем, что полная коническая глубина LT от конца соединительной головки составляет от 0,65L1 до 1,3L1, диаметр отверстия DT1 первой ступени конической поверхности внутренней части периферической поверхности соединительной головки составляет от 1,15Dвн до 1,7Dвн, где Dвн представляет собой внутренний диаметр толстостенной тонкой стальной трубы, диаметр отверстия DT2 второй ступени конической поверхности со стороны концевого отверстия соединительной головки, проходящего от первой ступени конической поверхности, составляет от 1,2Dвн до 1,9Dвн, и полуугол θ второй конической ступени составляет от 20 до 45 градусов.
Предпочтительно, чтобы для трубы высокого давления для подачи топлива настоящего изобретения был использован материал, имеющий предел прочности на растяжение не меньше, чем 600 МПа.
В конструкции соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива, согласно настоящему изобретению, внутренняя периферическая поверхность соединительной головки содержит двухступенчатую коническую поверхность, имеющую контур (форму) сечения в аксиальном направлении стальной трубы, которая расширяется к выходному отверстию, и поэтому практически не создано никакой полости (кольцевого участка с выемкой) посредством пластической обработки внутренней части соединительной головки; и поэтому возникновение трещин в углубленном участке участка полости при изготовлении головки, опасность трещин, происходящих из-за кавитационной эрозии посредством давления текучей среды внутри головки, и явление расширения внутреннего диаметра и увеличение напряжения растяжения внутренней поверхности из-за концентрации напряжения, являющегося результатом создания полости при изготовлении головки, исключены; возможность внутренней периферической поверхности соединительной головки служить начальной точкой усталостного разрушения может быть значительно уменьшена, и даже когда толстостенная стальная труба малого диаметра имеет t (толщина стенки)/D (наружный диаметр)<0,3, люфта между кольцевым выступом и противоположной частью во время соединения можно избежать; может быть поддержано нормальное функционирование соединительного участка трубы высокого давления для подачи топлива при использовании двигателя внутреннего сгорания; и возможно достигнуть эффекта сглаживания потока топлива, объединенного с более точной системой впрыска топлива, потому что полость практически не существует.
Кроме того, внутренняя периферическая поверхность соединительной головки содержит двухступенчатую коническую поверхность, имеющую сечение в аксиальном направлении стальной трубы, которая расширяется к выходному отверстию трубы, и объем головки может быть уменьшен во время изготовления с помощью деформации даже для соединительной головки, имеющей относительно большую длину в аксиальном направлении, посредством соответствующей установки конической длины трубы в аксиальном направлении и конического угла; деформация уменьшена посредством введения сердечника в контакт с внутренней поверхностью головки во время изготовления головки способом для изготовления головки с использованием сердечника, и полость устранена или уменьшена в максимально возможной степени; герметичность между соплом (уплотняющей пробкой и трубчатым корпусом может быть улучшена, обеспечивая устойчивую герметизирующую поверхность или герметизирующую линию во время процесса нагартовки, выполненного на топливном патрубке высокого давления; и стабильность и надежность герметизации обеспечены даже для процесса нагартовки с высоким давлением не меньше, чем 300 МПа.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти объекты и другие объекты и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными после прочтения последующего подробного описания и сопровождающих чертежей, в которых:
Фиг.1 - вертикальный вид сбоку с сечением, иллюстрирующий первый пример конструкции соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива согласно настоящему изобретению.
Фиг.2 - вертикальный вид сбоку с сечением, иллюстрирующий второй пример конструкции соединительной головки того же узла.
Фиг.3 - вертикальный вид сбоку с сечением, иллюстрирующий третий пример конструкции соединительной головки того же узла.
Фиг.4 - вертикальный увеличенный вид сбоку с сечением существенного компонента, иллюстрирующий пример соответствующего состояния конструкции соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива согласно настоящему изобретению с соплом (уплотняющей пробкой) во время процесса нагартовки.
Фиг.5 - вертикальный вид сбоку с сечением, иллюстрирующий пример соединительной головки известного трубы высокого давления для подачи топлива, относящегося к настоящему изобретению.
Описание ссылочных позиций
1. Толстостенная стальная труба малого диаметра.
2. Соединительная головка.
2а Двухступенчатая коническая поверхность.
2а-1 Первая ступень конической поверхности.
2а-2 Вторая ступень конической поверхности.
2а-3 Линия контакта (линия герметизации).
3. Сферическая установочная поверхность (вдавленная установочная поверхность).
4. По существу круглая коническая поверхность.
5. Кольцевой выступ.
6. Противоположная часть.
6а. Установочная поверхность (установочная опорная поверхность под давлением).
7. Сопло (уплотняющая пробка).
8. Шайба (соединительная шайба).
8-1. Поверхность контакта.
9. Крепежная гайка.
θ. Конический полуугол.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Для конструкции соединяющей головки настоящего изобретения и когда толстостенная стальная труба малого диаметра имеет t (толщина стенки)/D (наружный диаметр)<0,3, расстояние L1 в аксиальном направлении трубы от конца соединительной головки до задней поверхности кольцевого выступа ограничено от 0,38D до 0,7D, чтобы обеспечить длину в аксиальном направлении трубы, чтобы избежать люфта между кольцевым выступом и противоположной частью; и потому что, когда расстояние L1 в аксиальном направлении трубы меньше, чем 0,38D, головка не может быть образована; и с другой стороны, когда расстояние L1 в аксиальном направлении трубы больше, чем 0,7D, образована полость, и полость постепенно становится больше. Кроме того, радиус R корпуса сферической установочной поверхности составляет от 0,45D до 0,65D, потому что, когда сферический радиус R корпуса меньше, чем 0,45D, головка не может быть образована; и с другой стороны, когда радиус R сферического корпуса больше, чем 0,65D, создается полость, и полость постепенно становится больше. Дополнительно наружный диаметр D1 кольцевого выступа составляет от 1,2D до 1,4D, потому что, когда наружный диаметр D1 меньше, чем 1,2D, обширная поверхностная область, находящаяся под давлением, для передачи значительного осевого усилия не может быть обеспечена, когда прочно соединена с противоположной частью; и с другой стороны, когда наружный диаметр D1 больше, чем 1,4D, создается полость, и полость постепенно становится больше.
Кроме того, для конструкции соединительной головки настоящего изобретения, и когда толстостенная стальная труба малого диаметра имеет t (толщина стенки)/D (наружный диаметр)≥0,3, расстояние L1 в аксиальном направлении трубы от конца соединительной головки до задней поверхности кольцевого выступа ограничено от 0,38D до 0,7D, потому что, когда расстояние L1 в аксиальном направлении трубы меньше, чем 0,38D, головка не может быть образована; и с другой стороны, когда расстояние L1 в аксиальном направлении трубы больше чем 0,7D, образуется полость, и полость постепенно становится больше. Причины для ограничения значений сферического радиуса R корпуса установочной поверхности и наружного диаметра D1 кольцевого выступа такие же, как и для случая, когда толстостенная стальная труба малого диаметра имеет t (толщина стенки)/D (наружный диаметр)<0,3, и поэтому опущены.
Кроме того, для конструкции соединительной головки настоящего изобретения внутренняя периферическая поверхность соединительной головки выполнена как двухступенчатая коническая поверхность, имеющая контур сечения в аксиальном направлении стальной трубы, который расширяется к выходному отверстию трубы, чтобы уменьшить объем головки во время изготовления с помощью деформации, даже для соединительной головки, имеющей относительно большую длину в аксиальном направлении трубы; уменьшение деформации посредством активного введения сердечника в контакт с внутренней поверхностью головки во время изготовления головки способом для изготовления головки с использованием сердечника; устранение или уменьшение полости в максимально возможной степени; улучшение герметичности посредством обеспечения устойчивой герметизирующей поверхности (поверхностный контакт) или герметизирующей линии (линейный контакт) во время процесса нагартовки с высоким давлением не меньше, чем 300 МПа.
Для внутренней периферической поверхности соединительной головки полная коническая глубина LT от конца двухступенчатой конической поверхности соединительной головки составляет от 0,65L1 до 1,3L1, потому что, когда полная коническая глубина LT меньше, чем 0,65L1, эффект сокращения величины конца во время образования с деформацией недостаточен; и с другой стороны, когда полная коническая глубина LT больше чем 1,3L1, толщина стенки, находящейся между сердечником и зажимным устройством становится меньше, чем начальная толщина стенки, и становится труднее пластичная обработка.
Дополнительно, диаметр DT1 отверстия первой ступени конической поверхности периферической внутренней поверхности соединительной головки составляет от 1,15Dвн до 1,7 Dвн, где Dвн - внутренний диаметр толстостенной стальной трубы малого диаметра, потому что, когда диаметр DT1 отверстия меньше, чем 1,15Dвн, эффект уменьшения величины стенки соединительной головки является небольшим, существует опасение, что может быть образована полость, или может быть образована большая полость, и трудно обеспечивать устойчивую герметизирующую поверхность (линия герметизации) во время процесса нагартовки; и с другой стороны, когда диаметр DT1 отверстия больше, чем 1,7Dвн, различие диаметров между диаметром DT1 отверстия и диаметром второй конической ступени со стороны конца отверстия соединительной головки являются небольшими, и вторая коническая поверхность почти не образована, и трудно обеспечивать устойчивую герметизирующую поверхность (линия герметизации) во время процесса нагартовки.
Кроме того, диаметр DT2 отверстия второй ступени конической поверхности со стороны конца отверстия соединительной головки, проходящего от первой ступени конической поверхности, составляет от 1,2Dвн до 1,9Dвн, потому что, когда диаметр DT2 отверстия меньше, чем 1,2Dвн, разница между диаметрами DT2 и DT1 отверстий является совсем небольшой, и вторая коническая поверхность почти не образована, и трудно обеспечивать устойчивую герметизирующую поверхность (линия герметизации) во время процесса нагартовки, и с другой стороны, когда диаметр DT2 отверстия больше, чем 1,9Dвн, толщина стенки сферической части конца установочной поверхности становится тоньше, прочность снижается, и существует опасение, что может произойти деформация при прочном прикреплении к противоположной части.
Дополнительно полуугол G второй конической ступени составляет от 20 до 45 градусов потому, что когда полуугол θ второй конической ступени меньше чем 20 градусов, сопло (уплотняющая пробка) имеет тенденцию глубоко входить во время процесса нагартовки, таким образом увеличивая усилие в направлении расширения диаметра концевого участка трубы и увеличивая деформацию конца, несмотря на относительно высокую прочность материала, имеющего предел прочности на растяжение не меньше, чем 600 МПа, и существует опасение, что деформация может произойти на наиболее важной сферической установочной поверхности; и с другой стороны, когда полуугол θ второй конической ступени больше чем 45 градусов, допустимый диапазон аксиальной несоосности (концентричности) между соплом (уплотняющая пробка) и топливной трубой во время процесса нагартовки становится слишком маленьким, и существует опасение, что во время действительного использования может произойти утечка.
Дополнительно, для настоящего изобретения, предел прочности на растяжение материала толстостенной стальной трубы малого диаметра не меньше, чем 600 МПа, чтобы сделать возможным высокое давление процесса нагартовки, обеспечить высокое остаточное напряжение сжатия и сделать возможными упомянутые эффекты нагартовки. Для толстостенной стальной трубы малого диаметра предпочтительны следующие типы стали: нержавеющая сталь, TRIP-сталь, углеродистая сталь для трубопровода высокого давления, легированная сталь и т.д.
Для материала толстостенной стальной трубы малого диаметра, имеющего предел прочности на растяжение меньше, чем 600 МПа, предел прочности на растяжение участка соединительной головки может быть увеличен до не меньше, чем 600 МПа термообработкой после образования соединительной головки.
Фиг.1 представляет собой вертикальный вид сбоку с сечением, иллюстрирующий первый пример конструкции соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива согласно настоящему изобретению; Фиг.2 представляет собой вертикальный вид сбоку с сечением, иллюстрирующий второй пример конструкции соединительной головки того же узла; Фиг.3 представляет собой вертикальный вид сбоку с сечением, иллюстрирующий третий пример конструкции соединительной головки того же узла; Фиг.4 представляет собой вертикальный увеличенный вид сбоку с сечением существенного компонента, иллюстрирующий пример сопла (уплотняющей пробки) во вставленном состоянии во время процесса нагартовки конструкции соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива согласно настоящему изобретению; 1 обозначает толстостенную стальную трубу малого диаметра; 2 обозначает соединительную головку; 2а обозначает двухступенчатую коническую поверхность; 2а-1 обозначает первую ступень конической поверхности; 2а-2 обозначает вторую ступень конической поверхности; 2а-3 обозначает линию контакта (линию герметизации); 3 обозначает сферическую установочную поверхность (установочную поверхность под давлением); 4 обозначает по существу круглую коническую поверхность; 5 обозначает кольцевой выступ; 6 обозначает противоположную часть; 6а обозначает установочную поверхность (установочную опорную поверхность под давлением); 7 обозначает сопло (уплотняющую пробку); 8 обозначает шайбу (соединительную шайбу); 8-1 обозначает поверхность контакта; 9 обозначает крепежную гайку; θ обозначает конический полуугол.
Толстостенная стальная труба малого диаметра является толстостенной стальной трубой относительно малого диаметра, отрезанной по размеру и изготовленной из стального материала, такого как нержавеющая сталь, TRIP-сталь, углеродистая сталь для трубопроводов высокого давления, или легированная сталь, имеющая предел прочности на растяжение не меньше, чем 600 МПа, в которой диаметр D трубы составляет приблизительно от 6 мм до 10 мм, и толщина t стенки составляет приблизительно от 1,25 мм до 3,5 мм.
Конструкция соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива первого примера, изображенная на Фиг.1, содержит на соединительном концевом участке толстостенной стальной трубы 1 малого диаметра внешнюю периферическую поверхность, образованную: сферической установочной поверхностью 3 для вставки в противоположный установочный участок, кольцевым выступом 5, обеспеченным на расстоянии от установочной поверхности 3 в аксиальном направлении трубы, и круглой конической поверхностью 4, которая имеет изогнутую или прямую форму сечения в аксиальном направлении трубы, сужается к концу и проходит непрерывно от установочной поверхности 3 к кольцевому выступу 5; и отверстием головки, в котором внутренняя периферическая поверхность соединительной головки выполнена в виде ступенчатой конической поверхности 2а, имеющей контур сечения в аксиальном трубчатом направлении стальной трубы, который расширяется к отверстию; и конструкция соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива содержит соединительную головку 2, в которой практически нет полости на внутренней периферической поверхности.
Для соединительной головки 2, описанной выше, расстояние L1 в аксиальном направлении трубы от конца соединительной головки до задней поверхности кольцевого выступа составляет от 0,38D до 0,7D, когда t/D меньше, чем 0,3 или больше, чем 0,3, где t представляет собой толщину стенки и D представляет собой наружный диаметр толстостенной стальной трубы 1 малого диаметра; радиус R корпуса сферической установочной поверхности 3 составляет от 0,45D до 0,65D; и наружный диаметр D1 кольцевого выступа 5 составляет от 1,2D до 1,4D.
Кроме того, поскольку двухступенчатая коническая поверхность 2а, которая содержит первую ступень конической поверхности 2а-1 от внутренней части внутренней периферической окружности соединительной головки 2, и вторую ступень конической поверхности 2а-2 с концевой стороны отверстия соединительной головки, проходящую от первой ступени конической поверхности, полная коническая глубина LT от конца соединительной головки составляет от 0,65L1 до 1,3L1; диаметр DT1 отверстия первой ступени конической поверхности составляет от 1,15Dвн до 1,7Dвн, где Dвн представляет собой внутренний диаметр толстостенной стальной трубы малого диаметра; диаметр DT2 отверстия второй ступени конической поверхности составляет от 1,2Dвн до 1,9Dвн; и полуугол θ второй конической ступени составляет от 20 до 45 градусов.
Шайба 8 вставлена плотно или вставлена свободно в нижний участок кольцевого выступа 5 способом, таким как зачеканивание. Поверхность 8-1 контакта шайбы 8 для взаимодействия с крепежной гайкой 9 является плоской поверхностью, круглой конической поверхностью или сферической поверхностью. Дополнительно поверхность контакта шайбы 8 кольцевого выступа 5 может быть плоской поверхностью, перпендикулярной трубчатой оси или круглой конической поверхностью, имеющей уменьшающийся диаметр по направлению назад вдоль трубчатой оси.
Второй пример, изображенный на Фиг.2, иллюстрирует соединительную головку 2 трубы высокого давления для подачи топлива, имеющую относительно большую толщину стенки трубы и относительно большой сферический корпус конца установочной поверхности по сравнению с таковыми из первого примера, изображенного на Фиг.1; и соединительная головка 2, подобная изображенной на Фиг.1, содержит внешнюю периферическую поверхность, образованную: сферической установочной поверхностью 3 для вставки в противоположный установочный участок; кольцевым выступом 5, обеспеченным на расстоянии от установочной поверхности 3 в направлении оси трубы; и по существу круглой конической поверхностью 4, которая имеет изогнутую или прямую форму сечения в аксиальном направлении трубы, сужается к концу и непрерывно проходит от установочной поверхности 3 к кольцевому выступу 5; и отверстием головки, в котором внутренняя периферическая поверхность головки образована как двухступенчатая коническая поверхность 2а, имеющая двухступенчатую коническую поверхность, имеющую контур сечения в аксиальном направлении стальной трубы, который расширяется к выходному отверстию трубы, и при этом на внутренней периферической поверхности полости практически нет.
Третий пример, изображенный на Фиг.3, иллюстрирует соединительную головку 2 трубы высокого давления для подачи топлива, имеющую диаметр трубы и толщину стенки трубы такого же размера (диаметр D 8 мм и диаметр Dвн 4 мм) как и в первом примере, изображенном на Фиг.1; и соединительная головка 2, подобно изображенным на Фиг.1 и Фиг.2, содержит внешнюю периферическую поверхность, образованную: сферической установочной поверхностью 3 для вставки в противоположный установочный участок; кольцевым выступом 5, обеспеченным на расстоянии от установочной поверхности 3 в направлении оси трубы; и по существу круглой конической поверхностью 4, которая имеет изогнутую или прямую форму сечения в аксиальном направлении трубы, сужается к концу и непрерывно проходит от установочной поверхности 3 к кольцевому выступу 5; и отверстием головки, в котором внутренняя периферическая поверхность головки образована как двухступенчатая коническая поверхность 2а, имеющая контур сечения в аксиальном направлении стальной трубы, который расширяется к выходному отверстию трубы, но для этого примера обеспечена соединительная головка 2, в которой расстояние L1 в аксиальном направлении трубы от конца соединительной головки до задней поверхности кольцевого выступа 5 и полная коническая глубина LT от конца соединительной головки практически одинаковы, и на внутренней периферической поверхности полости практически нет.
Для конструкций соединительной головки примеров, изображенных на Фиг.1 - Фиг.3, двухступенчатая коническая поверхность, имеющая контур сечения в аксиальном направлении стальной трубы, который расширяется к выходному отверстию трубы, обеспечена на участке внутреннего диаметра соединительной головки, и таким образом в случае, когда расстояние L1 в аксиальном направлении трубы от конца соединительной головки до задней поверхности кольцевого выступа 5, т.е. длина соединительной головки, не больше чем 0,7D; объем пространства, образованного соединительной головкой, может быть уменьшен; деформация уменьшена посредством интенсивного контакта сердечника с внутренней поверхностью головки во время изготовления головки способом изготовления головки с использованием сердечника; и в максимально возможной степени полость может быть устранена или уменьшена.
Кроме того, в примере второй ступени конической поверхности 2а-2 со стороны конца отверстия соединительной головки двухступенчатой конической поверхности 2а изготовление выполнено способом изготовления головки с использованием сердечника, и таким образом выполнено изготовление с высоким поверхностным давлением, и получена герметизирующая поверхность, имеющая надежную точность формы и ровную поверхность; и поэтому форма устойчива, и способность к герметизации во время процесса нагартовки, описанного ниже, достаточная.
Дополнительно, как показано в примере вставленного положения сопла (уплотняющей пробки) во время процесса нагартовки на Фиг.4 для конструкции соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива согласно настоящему изобретению, сопло (уплотняющая пробка) 7 вставлена в участок второй ступени конической поверхности 2а-2 со стороны конца отверстия соединительной головки двухступенчатой конической поверхности 2а, и поэтому сопло (уплотняющая пробка) 7 и трубчатый корпус 1 являются точно вставленными под давлением друг в друга без аксиальной несоосности, и вторая ступень конической поверхности 2а-2 имеет герметизирующую поверхность, имеющую достаточную точность формы и ровную поверхность как описано выше, и поэтому получена надежная способность к герметизации с применением высокого давления в направлении стрелки Р; и в частности, даже для процесса нагартовки с высоким давлением не меньше, чем 300 МПа обеспечена стабильность и надежность герметизации. На Фиг.4 участок второй ступени конической поверхности 2а-2 представляет собой герметизирующую поверхность (поверхностный контакт) сопла (уплотняющей пробки) 7, но само собой разумеется, что сопло (уплотняющая пробка) 7 может быть вставлено в участок кольцевой линии 2а-3 взаимодействия между первой ступенью конической поверхности 2а-1 и второй ступенью конической поверхности 2а-2, в которой участок линии 2а-3 взаимодействия действует как линия герметизации (линейный контакт). Кроме того, конечно возможно герметизировать, образуя линейный контакт у конца отверстия соединительной головки 2 (конец отверстия второй ступени конической поверхности 2а-2).
Пример 1
Соединительная головка, изображенная на Фиг.1, была образована с использованием толстостенной стальной трубы малого диаметра (качество материала: DIN ST52 эквивалентно пределу прочности на растяжение 800 МПа), имеющей диаметр D трубы 8,0 мм, внутренний диаметр Dвн трубы 4,0 мм, и толщину t стенки 2,0 мм (t/D=0,25), посредством способа для изготовления головки с использованием сердечника. Для диаметра D трубы и толщины t стенки каждой толстостенной стальной трубы малого диаметра этого примера и для полученной соединительной головки расстояние L1 в аксиальном направлении трубы от конца соединительной головки до задней поверхности кольцевого выступа, радиус R корпуса сферической установочной поверхности, наружный диаметр D1 кольцевого выступа, полная коническая глубина LT от конца соединительной головки, диаметр DT1 отверстия первой ступени конической поверхности, диаметр DT2 отверстия второй ступени конической поверхности и конический полуугол θ равны, соответственно, L1=5,0 мм, R=4,325 мм, D1=11 мм, LT=3,0 мм, DT1=4,7 мм, DT2=5,2 мм, и θ=22 градуса, но на внутренней периферической поверхности соединительной головки не было подтверждено образования полости (кольцевого участка с выемкой). Дополнительно, в результате выполнения процесса нагартовки с высоким давлением 500 МПа на трубе высокого давления для подачи топлива, содержащей соединительную головку, чтобы подтвердить способность к герметизации полученной соединительной головки, было подтверждено отсутствие какой бы то ни было утечки среды, находящейся под давлением, из вставленного участка сопла (уплотняющей пробки).
Пример 2
Соединительная головка, изображенная на Фиг.2, была образована с использованием толстостенной стальной трубы малого диаметра (качество материала: DIN ST52 эквивалентно пределу прочности на растяжение 640 МПа), имеющей диаметр D трубы 9,0 мм, внутренний диаметр Dвн трубы 3,0 мм и толщину t стенки 3,0 мм (t/D=0,33), посредством способа для изготовления головки с использованием сердечника. Для диаметра D трубы и толщины t стенки каждой толстостенной стальной трубы малого диаметра этого примера и для полученной соединительной головки расстояние L1 в аксиальном направлении трубы от конца соединительной головки до задней поверхности кольцевого выступа, радиус R корпуса сферической установочной поверхности, наружный диаметр D1 кольцевого выступа, полная коническая глубина LT от конца соединительной головки, диаметр DT1 отверстия первой ступени конической поверхности, диаметр DT2 отверстия второй ступени конической поверхности и конический полуугол θ равны, соответственно, L1=4,0 мм, R=4,75 мм, D1=12 мм, LT=6,3 мм, DT1=5,1 мм, DT2=5,7 мм, и θ=35 градуса, но на внутренней периферической поверхности соединительной головки не было подтверждено образования полости (кольцевого участка с выемкой).
Дополнительно, в результате выполнения процесса нагартовки с высоким давлением 700 МПа на трубе высокого давления для подачи топлива, содержащей соединительную головку, чтобы подтвердить способность к герметизации полученной соединительной головки, для этого примера также было подтверждено отсутствие какой бы то ни было утечки среды, находящейся под давлением, из вставленного участка сопла (уплотняющей пробки).
Пример 3
Соединительная головка, изображенная на Фиг.3, была образована с использованием толстостенной стальной трубы малого диаметра (качество материала: DIN ST52 эквивалентно пределу прочности на растяжение 800 МПа), имеющей диаметр D трубы 8,0 мм, внутренний диаметр Dвн трубы 4,0 мм и толщину t стенки 2,0 мм (t/D=0,25), посредством способа для изготовления головки с использованием сердечника. Для диаметра D трубы и толщины t стенки каждой толстостенной стальной трубы малого диаметра этого примера и для полученной соединительной головки расстояние L1 в аксиальном направлении трубы от конца соединительной головки до задней поверхности кольцевого выступа, радиус R корпуса сферической установочной поверхности, наружный диаметр D1 кольцевого выступа, полная коническая глубина LT от конца соединительной головки, диаметр DT1 отверстия первой ступени конической поверхности, диаметр DT2 отверстия второй ступени конической поверхности и конический полуугол θ равны, соответственно, L1=5,0 мм, R=4,325 мм, D1=11 мм, LT=5,1 мм, DT1=4,7 мм, DT2=5,6 мм, и θ=40 градуса, но на внутренней периферической поверхности соединительной головки не было подтверждено образования полости (кольцевого участка с выемкой).
Дополнительно, в результате выполнения процесса нагартовки с высоким давлением 500 МПа на трубе высокого давления для подачи топлива, содержащей соединительную головку, чтобы подтвердить способность к герметизации полученной соединительной головки, для этого примера также было подтверждено отсутствие какой бы то ни было утечки среды, находящейся под давлением, из вставленного участка сопла (уплотняющей пробки).
Промышленное применение
В конструкции соединительной головки трубы высокого давления для подачи топлива, согласно настоящему изобретению, внутренняя периферическая поверхность соединительной головки содержит двухступенчатую коническую поверхность, имеющую форму сечения в аксиальном направлении стальной трубы, которая расширяется к выходному отверстию, и поэтому практически не создано никакой полости (кольцевого участка с выемкой) посредством пластической обработки внутренней части соединительной головки; и поэтому возникновение трещин в углубленном участке участка полости при изготовлении головки, опасность трещин, происходящих из-за кавитационной эрозии посредством давления текучей среды внутри головки, и явление расширения внутреннего диаметра и увеличение напряжения растяжения внутренней поверхности из-за концентрации напряжения, являющегося результатом создания полости при изготовлении головки, исключены; возможность внутренней периферической поверхности соединительной головки служить начальной точкой усталостного разрушения может быть значительно уменьшена, и даже когда толстостенная стальная труба малого диаметра имеет t (толщина стенки)/D (наружный диаметр)<0,3, люфта между кольцевым выступом и противоположной частью во время соединения можно избежать; может быть поддержано нормальное функционирование соединительного участка трубы высокого давления для подачи топлива при использовании двигателя внутреннего сгорания; и возможно достигнуть эффекта сглаживания потока топлива, объединенного с более точной системой впрыска топлива, потому что полость практически не существует.
Кроме того, внутренняя периферическая поверхность соединительной головки содержит двухступенчатую коническую поверхность, имеющую контур сечения в аксиальном направлении стальной трубы, который расширяется к выходному отверстию трубы, и объем головки может быть уменьшен во время изготовления с помощью деформации даже для соединительной головки, имеющей относительно большую длину в аксиальном направлении, посредством соответствующей установки конической длины трубы в аксиальном направлении и конического угла; деформация уменьшена посредством введения сердечника в контакт с внутренней поверхностью головки во время изготовления головки способом для изготовления головки с использованием сердечника, и полость устранена или уменьшена в максимально возможной степени; герметичность между соплом (уплотняющей пробкой) и трубчатым корпусом может быть улучшена, обеспечивая устойчивую герметизирующую поверхность или герметизирующую линию во время процесса нагартовки, выполненного на трубе высокого давления для подачи топлива; и стабильность и надежность герметизации обеспечены даже для процесса нагартовки с высоким давлением не меньше чем 300 МПа.
Таким образом настоящее изобретение не ограничено трубами высокого давления для подачи топлива, разнообразно расположенными как пути подачи топлива для дизельных двигателей внутреннего сгорания; применения возможны также для различных металлических трубопроводов высокого давления, имеющих соединительные головки, изготовленные из толстостенных стальных труб относительно малого диаметра; и объем промышленного применения является чрезвычайно большим.