專利名稱：用于柴油機的共軌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油機燃料噴射系統(tǒng)中的共軌(common rail)，例如高壓燃油總管、塊軌(block rail)等，更具體來說，涉及用于柴油機的共軌，其中在主管軌道上的一個側(cè)孔或多個孔的部分和主管軌道的整個內(nèi)周面的對于內(nèi)部壓力的疲勞強度得到提高。
背景技術(shù)：
大家知道，柴油機的燃料噴射系統(tǒng)中的共軌是一種結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，例如，如圖7所示，一個側(cè)孔11-2設(shè)置在圓管構(gòu)成的主管11的周壁上，與內(nèi)部流道11-1連通，該側(cè)孔通至一個朝外開口的受壓座表面11-3，一個圓筒形套筒接頭13在受壓座表面附近通過焊接或銅焊安裝在主管11的外周壁上，在一個支管12上的連接頭部12-2的加壓座表面12-3抵靠在受壓座表面11-3上并與其接合，通過擰緊套筒接頭13和事先組裝在支管上的夾緊螺母14之間的螺紋，對連接頭部12-2的頸部加壓，從而實現(xiàn)連接。在該圖中，附圖標(biāo)記12-1表示支管12內(nèi)的流道。
但是，這種共軌存在下述可能性由于主管11內(nèi)的內(nèi)部壓力及按照支管12的連接頭部12-2的壓力作用在受壓座表面11-3上的軸向壓力，因而在側(cè)孔11-2的下端的內(nèi)周緣P上產(chǎn)生大的應(yīng)力，因此，以內(nèi)周緣P為起點而產(chǎn)生裂隙，從而引起泄漏。
本申請的發(fā)明人提出一種作為上述問題的對策的共軌，其中在支管下端的內(nèi)周緣P上產(chǎn)生的最大應(yīng)力值被減小，對于內(nèi)部壓力的疲勞強度得到提高。
例如，(1)一種共軌增加了對于內(nèi)部壓力的疲勞強度，其中在側(cè)孔下端內(nèi)周緣上產(chǎn)生的應(yīng)力集中通過形成一個變平的部分而被減輕，該變平的部分是通過擠壓法在主管的朝向側(cè)孔的內(nèi)周面上形成的(請參閱JP-A-10-24618)，以及(2)一種共軌增加了對于內(nèi)部壓力的疲勞強度，其中使側(cè)孔通至主管流道的端部及其周圍存在殘余壓應(yīng)力，從而抵消在側(cè)孔下端內(nèi)周緣上由主管內(nèi)的高的內(nèi)部壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力(請參閱JP-A-10-306757、JP-A-10-318081、JP-A-10-318082、JP-A-10-318083、JP-A-10-318086等)。另外，使側(cè)孔通至主管內(nèi)的流道的一端及其周圍存在殘余壓應(yīng)力的方法是借助加壓系統(tǒng)等施加擠壓力的方法、在主管內(nèi)的流道中施加壓力的方法、從支管的內(nèi)部在管的直徑方向上機械地施加壓力的直徑擴(kuò)張方法等等。另外，還提出(3)一種增加了對于內(nèi)部壓力的疲勞強度的共軌，其中在側(cè)孔下端內(nèi)周緣上產(chǎn)生的應(yīng)力集中通過深入地插入側(cè)孔一個支管或一個分支接頭并固定該支管或分支接頭，使該支管或分支接頭的末端從主管軌道的內(nèi)周面伸入流道的內(nèi)部中(日本專利申請第2001-387366號)，以及(4)一種共軌增加了對于內(nèi)部壓力的疲勞強度，其中在側(cè)孔下端內(nèi)周緣上產(chǎn)生的應(yīng)力集中通過在側(cè)孔通至主管軌道的流道的一端上提供變平的表面并將支管固定在使支管從該變平的表面伸入流道的狀態(tài)而被減輕(日本專利申請第2001-11772號)。
但是，這些共軌是本申請的發(fā)明人過去提出的，在下述方面有待改進(jìn)。
更具體來說，對于(1)中所述提高了對于內(nèi)部壓力的疲勞強度的共軌來說，其中在側(cè)孔下端內(nèi)周緣上產(chǎn)生的應(yīng)力集中通過形成一個變平的部分而被減輕，該變平部分是通過擠壓法在主管的朝向側(cè)孔的內(nèi)周面上形成的，并且對于(2)中所述一種對于內(nèi)部壓力增加了疲勞強度的共軌來說，其中使側(cè)孔通至主管流道的端部及其周圍存在殘余壓應(yīng)力，從而抵消在側(cè)孔下端內(nèi)周緣上產(chǎn)生的拉應(yīng)力，該應(yīng)對措施在上述變平表面或殘留應(yīng)力的一個部分上起作用，但是，在上述部分以外的其它部分，也就是在主管的流道上或側(cè)孔的流道上，起不到充分的作用。另外，對于(3)和(4)來說，其中使支管超過主管軌道的內(nèi)周壁表面伸入流道內(nèi)部，在側(cè)孔中的流道的角部上的應(yīng)力集中被分解，但是，對于內(nèi)部壓力的疲勞強度的變劣是不可避免的，這是由于實施(3)和(4)的技術(shù)方案，銅焊是必須的，受這樣的熱影響的部分必然會使強度變劣。
同時，雖然在柴油機燃油系統(tǒng)中的共軌所設(shè)定的壓力傳統(tǒng)上約為135Mpa，但是，目前高達(dá)160Mpa的壓力成為主流，并且180Mpa的共軌現(xiàn)在正在研制以備未來的需要。因此，共軌所需的強度必須能夠包括脈動并適應(yīng)于+20Mpa，可以預(yù)期，未來不久將需要可在200Mpa(180Mpa+20Mpa)下使用的共軌。
為了解決上述問題，以及為了適應(yīng)具有200Mpa左右的高的設(shè)定壓力的系統(tǒng)，做出了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種共軌，其中主管中的流道和側(cè)孔的部分的耐用度得到改善，同時，側(cè)孔的部分對于內(nèi)部壓力的疲勞強度得到提高。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明提出一種用于柴油機的共軌，其中在主管軌道中制成一個側(cè)孔，主管軌道中有一軸向流道，側(cè)孔與流道連通，該共軌具有以下特征在側(cè)孔開口的內(nèi)周緣附近的應(yīng)力集中被減輕，然后，主管軌道的整個內(nèi)周面和側(cè)孔承受擠壓硬化內(nèi)表面處理；至少側(cè)孔的開口附近被變平以減輕應(yīng)力集中，然后，主管軌道的整個內(nèi)周面和側(cè)孔承受擠壓硬化內(nèi)表面處理；在側(cè)孔的通至主管軌道的端部附近施加壓力，以便在側(cè)孔的開口附近留下殘余壓應(yīng)力，從而減輕應(yīng)力集中，然后，使主管軌道的整個內(nèi)周面和側(cè)孔承受擠壓硬化內(nèi)表面處理；以及通過深入地將支管的末端超過主管軌道的內(nèi)周面插入側(cè)孔，直至流道內(nèi)部，并使支管牢固地連接于主管軌道，從而減輕側(cè)孔附近的應(yīng)力集中，然后，使主管軌道的整個內(nèi)周面和側(cè)孔的連接部內(nèi)部承受擠壓硬化內(nèi)表面處理。這里，擠壓硬化內(nèi)表面處理的意思是，借助內(nèi)部壓力系統(tǒng)在管上作用壓制力而施加應(yīng)力。
大家知道，當(dāng)在厚壁管上施加擠壓硬化內(nèi)表面處理時，產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，因而可改善對于內(nèi)部壓力的疲勞強度。但是，在用于柴油機的共軌中，在實施擠壓硬化內(nèi)表面處理而對原料管的不實施傳統(tǒng)的(1)至(4)所述的處理時，會產(chǎn)生以下缺陷。
例如，在外徑為24m/m、內(nèi)徑為7m/m、管的抗拉強度為Ts＝650Mpa、屈服點為Yp＝450Mpa的主管上制成0.3mm的側(cè)孔的情形中，當(dāng)施加100Mpa的內(nèi)部壓力時，內(nèi)表面上的周向應(yīng)力達(dá)240Mpa，在側(cè)孔的開口的周緣上沿內(nèi)表面的周向的最大拉應(yīng)力導(dǎo)致531Mpa(2.6乘240Mpa)的應(yīng)力集中。
同時，在所實施的擠壓硬化內(nèi)表面處理的壓力達(dá)到主管的遠(yuǎn)達(dá)壁厚中心的部分承受的塑性變形的壓力的情形中，按照應(yīng)力計算公式(Tresca公式)需要350Mpa的內(nèi)部壓力。當(dāng)施加擠壓硬化內(nèi)表面處理的壓力時，在側(cè)孔的開口周緣上的應(yīng)力集中位置被施加其它部分上的壓力的2.6倍的相同負(fù)荷。更具體來說，能夠容易地估計出，側(cè)孔的開口周緣上的應(yīng)力集中位置將處于與施加910Mpa，即，2.6×240Mpa的壓力時的狀態(tài)相同的狀態(tài)中，因而會產(chǎn)生裂隙。
另一方面，在壓力被選擇成使應(yīng)力集中位置上留下殘余壓應(yīng)力的情形中，所產(chǎn)生的壓力變?yōu)?.6乘350Mpa，因而可以選擇350Mpa除以2.6所得到的值，即，134.6Mpa。已經(jīng)表明，該值低于160Mpa的需要工作壓力，不能使用高于134.6Mpa的壓力。
從上面的描述可以推導(dǎo)出，在針對主管中的流道的情形中，以及在針對應(yīng)力集中位置的情形中，都不存在可取得適當(dāng)殘留應(yīng)力的壓力。從上面的描述可以看出，為了使用擠壓硬化內(nèi)表面處理在主管和側(cè)孔的所有流道的內(nèi)表面上留下殘余壓應(yīng)力，需要使應(yīng)力集中減輕。
按照本發(fā)明，由于(1)至(4)中所述任一個的處理或其組合的處理被實施，然后施加例如350Mpa的擠壓硬化內(nèi)表面壓力，因而(按照Tresca公式)在主管內(nèi)的流道中留下大約399Mpa的壓應(yīng)力。同時，由于在側(cè)孔的部分上應(yīng)力不被集中或減輕，因而能夠預(yù)期399Mpa或399Mpa左右的殘留應(yīng)力。
如上所述，由于在側(cè)孔周緣上的應(yīng)力集中被減輕，然后按照本發(fā)明實施擠壓硬化內(nèi)表面處理，因而由于在側(cè)孔周緣上減輕應(yīng)力集中和在主管軌道的整個流道和側(cè)孔中的流道上實施的擠壓硬化內(nèi)表面的協(xié)同效應(yīng)形成高的殘余壓應(yīng)力，以及主管軌道中的流道和側(cè)管開口周緣也可預(yù)期極好的耐用度，同時在側(cè)孔下端內(nèi)周緣處對于內(nèi)部壓力的疲勞強度得到提高。


圖1是局部的放大剖視圖，表示按照本發(fā)明的用于柴油機的共軌的第一實施例；圖2是圖1的縱向放大剖視圖；圖3是局部的放大剖視圖，表示本發(fā)明的第二實施例；圖4是圖3的縱向放大剖視圖；圖5是局部的放大剖視圖，表示本發(fā)明的第三實施例；圖6是局部的放大剖視圖，表示本發(fā)明的第四實施例；圖7是縱向的剖視圖，表示用于柴油機的傳統(tǒng)的共軌的第一實例；圖8是縱向的剖視圖，表示用于柴油機的傳統(tǒng)的共軌的第二實例；圖9是縱向的剖視圖，表示用于柴油機的傳統(tǒng)的共軌的第三實例；圖10是縱向的剖視圖，表示用于柴油機的傳統(tǒng)的共軌的第四實例；圖11是縱向的剖視圖，表示用于柴油機的傳統(tǒng)的共軌的第五實例；具體實施方式
在本發(fā)明中，附圖標(biāo)記1表示主管軌道，附圖標(biāo)記1-1表示流道，附圖標(biāo)記1-2表示側(cè)孔，附圖標(biāo)記1-3表示受壓座表面，附圖標(biāo)記1-4表示凸臺部分，附圖標(biāo)記1-4a表示陽螺紋，附圖標(biāo)記1-5表示變平表面，附圖標(biāo)記2表示支管，附圖標(biāo)記2-1表示流道，附圖標(biāo)記2-2表示凸起部。
圖1-4所示作為共軌的主管軌道1是S45C或類似材料的鍛件，具有一個管狀部分，該管狀部分的壁相對較厚，例如，直徑為28mm，壁厚為9mm，在該管狀部分中軸向內(nèi)部經(jīng)過機加工如鏜孔、深孔鉆削等以制成一條流道1-1，多個凸臺部分設(shè)置在周壁上，彼此軸向間隔開來。
在圖1和2所示的共軌中，具有預(yù)定直徑的側(cè)孔1-2在與主管軌道整體的凸臺部分1-4內(nèi)形成，與主管軌道的流道1-1連通，呈圓錐形的、通向外部的受壓座表面1-3在側(cè)孔1-2的向外的開口端部上形成，在凸臺部分的外周上制有陽螺紋1-4a。采用壓制方法或類似方法在主管軌道1朝向側(cè)孔1-2的內(nèi)周面、最好在整個軸向長度上，以及在側(cè)孔開口的至少周緣上形成變平表面，從而使側(cè)孔1-2的下端內(nèi)周緣上產(chǎn)生的應(yīng)力集中減輕，以便在側(cè)孔下端內(nèi)周緣上提高對于內(nèi)部壓力的強度，然后實施擠壓硬化內(nèi)表面處理，以便在主管軌道1的整個內(nèi)周面及所有側(cè)孔1-2上產(chǎn)生殘留壓應(yīng)力，從而提高對于內(nèi)部壓力的疲勞強度。
作為形成變平表面1-5的方法，可以采用例如借助外部壓力系統(tǒng)來施加壓制力以便在內(nèi)周壁表面上形成變平表面的方法、在鍛造時在內(nèi)周壁表面上形成變平表面的方法、在擠壓模制時形成變平表面的方法等。順便講到，在采用借助外部壓力系統(tǒng)施加壓制力以便在內(nèi)周壁表面上形成變平表面的方法時，在某些情形中變平表面包括向內(nèi)突起的弓形表面。因此，在本發(fā)明中所說的變平表面不完全是平面，而是包括各種彎曲形狀如弓形表面、橢圓形表面等。
另外，擠壓硬化內(nèi)表面處理是一種方法，在該方法中借助流體力產(chǎn)生的壓制力施加在主管軌道1內(nèi)的流道以便使應(yīng)力作用在主管軌道1的整個內(nèi)周面上和側(cè)孔1-2內(nèi)。
其后，對于圖3和4所示的共軌來說，具有預(yù)定直徑的側(cè)孔1-2在與主管軌道1整體的凸臺部分1-4中形成，與主管軌道的流道1-1連通，呈圓錐形的、向外敞開的受壓座表面1-3在側(cè)孔1-2的向外開口端部上形成，在凸臺部分1-4的內(nèi)周面上制有陰螺紋1-4b。采用壓制或類似方法使主管軌道1的內(nèi)周面向著側(cè)孔1-2突起，從而只在側(cè)孔附近制成變平表面1-5，因而在側(cè)孔1-2的下端的內(nèi)周緣上產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以便在側(cè)孔下端內(nèi)周緣上提高內(nèi)部壓力強度，然后，在主管軌道的整個內(nèi)周面和所有側(cè)孔1-2上實施擠壓硬化內(nèi)表面處理，從而提高對于內(nèi)部壓力的疲勞強度。
作為只使側(cè)孔1-2附近突起，從而在圖3和4所示的共軌內(nèi)制成變平表面1-5的方法，可以采取下述方法使用帶有例如沖頭、桿或類似物的壓制系統(tǒng)以便在直徑方向上向內(nèi)壓制主管軌道的厚壁部分，使流道1-1側(cè)突起，從而使該側(cè)基本呈圓形及至少呈平面形狀。另外，通過突起法引起向內(nèi)突起的該表面不僅包括平面，而且也包括各種彎曲形狀，如弓形表面、橢圓形表面等，以及球形形狀。
另外，對于圖5所示的共軌來說，在側(cè)孔下端內(nèi)周緣上產(chǎn)生的應(yīng)力集中被減輕，并且通過深入地將支管2(或分支接頭)插入側(cè)孔1-2，使支管的末端從主管軌道1的內(nèi)周面伸入流道1-1，借助銅焊固定支管，從而提高對于內(nèi)部壓力的疲勞強度，進(jìn)一步在主管軌道1的整個內(nèi)周面和整個側(cè)孔1-2上實施擠壓硬化內(nèi)表面處理，以便產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，從而提高對于內(nèi)部壓力的疲勞強度。
另外，對于圖6所示的共軌來說，在側(cè)孔的通至主管軌道1的流道的端部上設(shè)置變平表面1-5，并且使支管2(或分支接頭)從變平表面1-5伸入流道1-1以便進(jìn)行銅焊，因而在側(cè)孔1-2的下端的內(nèi)周緣上產(chǎn)生的應(yīng)力集中被減輕，然后，按照與上面描述的相同方式實施擠壓硬化內(nèi)表面處理，以便在主管軌道1的整個內(nèi)周面和全部側(cè)孔1-2上產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，從而提高對于內(nèi)部壓力的疲勞強度。
表格2表示使用表格1中所示的共軌(鋼的種類S45C)進(jìn)行的耐久試驗的結(jié)果。在本實施例中進(jìn)行了耐久試驗，其中對各共軌施加了基礎(chǔ)壓力為18Mpa、峰值壓力為140至230Mpa的試驗壓力。
另外，圖8表示一個共軌，該共軌的種類與圖1和2所示的相同，其中主管軌道1的流道1-1的橫截面為完好的圓形，圖9表示一個共軌，該共軌的種類與圖3和4所示的相同，其中主管軌道(1)的流道1-1的橫截面按照與圖8所示共軌相同的方式為完好的圓形，圖10表示一個共軌，該共軌相應(yīng)于圖5所示的共軌，其中進(jìn)行了銅焊而沒有伸入主管軌道1的流道1-1的支管2的末端，圖11表示一個共軌，該共軌相應(yīng)于圖6所示的共軌，其中進(jìn)行銅焊而沒有從變平表面1-5突出的支管2的末端，上述變平表面設(shè)置在側(cè)孔1-2的通至主管軌道1的流道1-1的端部上。
從表格2可以看出，所有按照本發(fā)明的共軌表現(xiàn)出對于內(nèi)部壓力的極好的疲勞強度。
表格1

表格2

如上所述，按照本發(fā)明的用于柴油機的共軌具有顯著的效果，主管軌道中的流道和側(cè)孔部分可有極好的耐用度，同時，在側(cè)孔下端內(nèi)周緣上對于內(nèi)部壓力的疲勞強度得到提高，其原因是在側(cè)孔周緣上的應(yīng)力集中被減輕，然后，由于在側(cè)孔周緣上實施的減輕應(yīng)力集中及在主管軌道中的整個流道和側(cè)孔中的流道上實施的擠壓硬化內(nèi)表面處理的協(xié)同效果，使高的殘余壓應(yīng)力存在于整個共軌上。
權(quán)利要求
1.一種用于柴油機的共軌，它包括在主管軌道中制成的側(cè)孔，主管軌道中具有沿軸向的一條流道，所述側(cè)孔與流道連通，其中側(cè)孔開口的內(nèi)周緣附近的應(yīng)力集中被減輕，然后，使主管軌道的整個內(nèi)周面和側(cè)孔承受擠壓硬化內(nèi)表面處理。
2.如權(quán)利要求1所述的用于柴油機的共軌，其特征在于主管軌道由S45C材料制成的鍛件構(gòu)成，具有厚壁的管狀部分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于柴油機的共軌，其特征在于側(cè)孔開口的下周緣形成有變平表面。
4.如權(quán)利要求1或2所述的用于柴油機的共軌，其特征在于具有預(yù)定直徑的側(cè)孔在與主管軌道整體的凸臺部分中制成，與主管軌道內(nèi)的流道連通。
5.一種用于柴油機的共軌，它包括在主管軌道中制成的側(cè)孔，主管軌道內(nèi)具有沿軸向的一條流道，所述側(cè)孔與流道連通，其中至少側(cè)孔開口附近變平以減輕應(yīng)力集中，然后主管軌道的整個內(nèi)周面和側(cè)孔承受擠壓硬化內(nèi)表面處理。
6.如權(quán)利要求5所述的用于柴油機的共軌，其特征在于主管軌道由S45C材料制成的鍛件構(gòu)成，并具有一個厚壁管狀部分。
7.如權(quán)利要求5或6所述的用于柴油機的共軌，其特征在于至少側(cè)孔開口的周緣形成有變平表面。
8.如權(quán)利要求5或6所述的用于柴油機的共軌，其特征在于具有預(yù)定直徑的側(cè)孔在與主管軌道整體的凸臺部分中制成，與主管軌道內(nèi)的流道連通。
9.一種用于柴油機的共軌，它包括在主管軌道上制成的側(cè)孔，所述主管軌道內(nèi)具有沿軸向的一條流道，所述側(cè)孔與流道連通，其中在側(cè)孔的通至主管軌道的端部附近實施壓制力，在側(cè)孔開口附近留下殘余壓應(yīng)力，以便減輕應(yīng)力集中，然后，主軌軌道的整個內(nèi)周面和側(cè)孔承受擠壓硬化內(nèi)表面處理。
10.如權(quán)利要求9所述的用于柴油機的共軌，其特征在于主管軌道由S45C材料制成的鍛件構(gòu)成，并具有一個厚壁部分。
11.如權(quán)利要求9或10所述的用于柴油機的共軌，其特征在于至少側(cè)孔開口的周緣形成有變平表面。
12.如權(quán)利要求9或10所述的用于柴油機的共軌，其特征在于具有預(yù)定直徑的側(cè)孔在與主管軌道整體的凸臺部分中制成，與主管軌道內(nèi)的流道連通。
13.一種用于柴油機的共軌，它包括在主管軌道內(nèi)制成的側(cè)孔，主管軌道內(nèi)具有沿軸向的流道，所述側(cè)孔與流道連通，其中通過深入地將支管端部插入側(cè)孔，超過主管軌道的內(nèi)周面直至流道內(nèi)部，并將支管牢固連接于主管軌道，從而使側(cè)孔附近的應(yīng)力集中被減輕，然后，使主管軌道的整個內(nèi)周面和側(cè)孔連接部的內(nèi)部承受擠壓硬化內(nèi)表面處理。
14.如權(quán)利要求13所述的用于柴油機的共軌，其特征在于主管軌道由S45C材料制成的鍛件構(gòu)成，并具有一個厚壁部分。
15.如權(quán)利要求13或14所述的用于柴油機的共軌，其特征在于至少側(cè)孔的開口周緣形成有變平的表面。
16.如權(quán)利要求13或14所述的用于柴油機的共軌，其特征在于具有預(yù)定直徑的側(cè)孔在與主管軌道整體的凸臺部分上制成，與主管軌道內(nèi)的流道連通。
全文摘要
一種共軌，其中主管軌道內(nèi)的流道和側(cè)孔部分的耐用度被改善，同時側(cè)孔部分對于內(nèi)部壓力的疲勞強度被提高。一種用于柴油機的共軌包括在主管軌道上制成的側(cè)孔，主管軌道內(nèi)具有沿軸向的流道，所述側(cè)孔與流道連通，其中側(cè)孔附近的應(yīng)力集中被減輕，然后，使主管軌道的整個內(nèi)周面和側(cè)孔承受擠壓硬化內(nèi)表面處理。
文檔編號F02M55/02GK1490515SQ0315577
公開日2004年4月21日 申請日期2003年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月2日
發(fā)明者臼井正佳 申請人:臼井國際產(chǎn)業(yè)株式會社