JP6855582B2 - 燃料高圧噴射システムの高圧蓄圧器 - Google Patents

燃料高圧噴射システムの高圧蓄圧器 Download PDF

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Description

本発明は、高圧チャンバを画定する円筒体と接続片とから形成された高圧噴射システムの高圧蓄圧器に関し、接続片は、チャンバへ通じる高圧の液体のための出口通路と、下流側に置かれた(nachgeschaltet)インジェクタによって生成される圧力波を弱めるためのスロットルと、を備えている。
図7に示される高圧噴射システムのこのような高圧蓄圧器はすでに知られている。「高圧蓄圧器」とも呼ばれるこのレール100は、高圧チャンバ112を取り囲む厚い鍛造鋼からなる円筒体111によって形成されている。レールの本体は、それぞれインジェクタに接続された高圧配管を接続するための出口接続片(AustrittsAnschlussstuecke)113を有する。この接続片113を、チャンバ112へ通じる孔114が横断している。チャンバとの接続部における孔の底には穿設されたスロットル115がある。このスロットル115は、各接続片に割り当てられているインジェクタの閉運動によってレールの高圧の液体に生成される圧力波を減衰する。穿設によって作り出されたスロットル115は「ノズル」と呼ばれることもある。
この解決策は、圧力波を減衰することを可能にはするが、この解決策は、いくつかの欠点を有し、特に、このスロットルを作成する穿設は、完成された(ausarbeiten)幾何学的形状の作成を可能にしないので、この解決策の効果は比較的小さい。
厳格な公差を遵守することも可能でない。これに加えて、通路がチャンバへ開口するレベルで孔の形に仕上げることは、波を減衰する際に強い分散を生成する縁部を生じさせる。これを回避するべく縁部に丸みをつけるため、ならびに場合によっては存在するバリ(Grate)、またはチャンバ内に突き出る部分を除去するために、孔の開口の縁部を電気化学的に処理する必要があるが、これは比較的難しく、したがって高価な工程である。
従来技術では、レールに穿設されるノズルに同様に代わるものとして、差し込まれるノズルの形のものもある。これらのノズルは従来のように、すなわち負の幾何遊び(des negativen geometrischen Spiels)(形状結合的締め付け)の支配と、プレス嵌め(Pressverband)の使用とによって差し込まれ、その際、差込力がコントロールされる。この差し込まれるノズルは、オートフレッテージしないか、またはわずかにオートフレッテージするレールにしか使用されない。なぜならオートフレッテージは、形状結合的締め付けの支配を危うく(kritisch)する残留変形をもたらすからである。このような場合、オートフレッテージ後に、差込径に高価な追加の後処理工程を施す必要があろう。したがって、この公知の解決策には多数の欠点がある。
本発明の課題は、レールにおいて、下流側に置かれたインジェクタの噴射弁が閉じることによって生成される圧力波を効果的に減衰することを可能にし、それと同時に簡単に作成でき、かつ同じレールまたは異なるレールのノズル間に減衰の弱い分散を生成する高圧噴射システムの高圧蓄圧器を発展させることである。
この目的で、本発明は、高圧チャンバを画定する円筒体と接続片とから形成されている内燃機関の高圧噴射システムの高圧蓄圧器に関する。1つもしくは複数の接続片は、チャンバへ通じる高圧の液体のための1つもしくは複数の出口通路を備えている。出口通路には、下流側に置かれたインジェクタの圧力波を弱めるためのスロットルが配置されている。接続片は出口において、それぞれ、チャンバを有する通路を備え、チャンバは、スロットルを備える挿入片を収容する。挿入片は、高圧蓄圧器のオートフレッテージ工程によりチャンバ内に力結合的に配置されている。
本発明による高圧蓄圧器は、簡単に製造することができ、それにもかかわらず公差の小さいスロットルを有する。高圧蓄圧器における挿入片の固い接続が簡単に、かつ新たな、または別の手段を必要とすることなしに行われる。なぜならこの固い接続はレールのオートフレッテージによって行われるからである。レールのオートフレッテージは、レールの疲労挙動を保証するための公知の製造プロセスである。このことは製造サイクルを長くしない。
レールの外側に作成されているスロットルは、レールの外側での穿設工程および仕上げ工程により、レールに異物が導入されるという危険を冒すことなしに、そしてバリの問題が回避されことで簡単な製造を可能にする。逆に、このことは滑らかな縁部または丸みを作り出すことを可能にする。
したがって、挿入片の通路は高圧チャンバ側の開口に丸みを有する。
別の有利な特徴によれば、挿入片における通路は、円錐機能によって分離され、次第に小さくなる直径を有する一列の孔から形成されている段孔である。それにより、システムの効果の減衰/損失の妥協点に関して、挿入片をより最適化することを可能にする段状のスロットルができる。
次第に小さくなる直径を有する一列の孔は、レールとは別個に加工されるノズルによって可能になる複雑なジオメトリの一例にすぎない。圧力損失の非対称性を得ること、すなわち噴射のために有益な方向の圧力損失を少なくすることと、減衰にのみ寄与する方向の圧力損失を多くすることが目的である。
別の特徴によれば、スロットルを有する通路は、オートフレッテージ工程のためのシール座を形成する円錐形入口を有する。
別の特徴によれば、接続片は、この場合もオートフレッテージのための密閉性を作り出すために円錐形入口を有する。
さらに特別な特徴によれば、チャンバは円筒形で、孔とともに肩部を形成し、この肩部はシール縁部を作成する。
挿入片は、組付け時に遊びを設けて円筒形チャンバに入るようにするために、大径の円筒形部分を有する外面を備えている。さらに、挿入片は、接続片の孔内で自由に突出する小径の部分を有し、挿入片の2つの部分は、接続片の縁部に当たるように定められた円錐形セグメントによって接続されている。
別の特徴によれば、接続片は円錐形チャンバを有し、該円錐形チャンバには、該円錐形チャンバの小底部の横断面より小さい横断面を有する孔が続く。そしてスロットル付き挿入片は、円錐形チャンバの長さより短い長さの円錐体を有し、円錐体の小底部の横断面は、チャンバの小底部の横断面より大きく、チャンバの円錐度と円錐体の円錐度とは同一である。
円錐チャンバの場合、オートフレッテージにより接触する2つの面の接着性を高めるため、およびオートフレッテージ時の密閉性向上のためにも円錐チャンバの表面および/または円錐体の表面が不均一性、凸凹性、および***した、または窪んだ幾何学的形状を有することが有利である。
別の特徴によれば、孔に入る挿入片の部分の横断面は、レールおよび挿入片のオートフレッテージ後に該孔と接触しないようにするために、該孔の横断面より小さい。
このようにすることで、オートフレッテージによって形成(spannen)され得る唯一の接触面によって挿入片と接続片との間の接続面積が小さくなる。
別の特徴によれば、挿入片の部分の長さは、スロットルの開口がチャンバにおける孔の開口からかなり離れるように、孔の長さより短くされている。それにより挿入片の孔の出口が、チャンバにおける孔の開口のはるかに上方に位置することになり、圧力損失に影響を及ぼす。
高圧蓄圧器が複数の接続片を有する場合、下流側に置かれたインジェクタへ通じる各接続片に、上述の実施形態の1つによるスロットル付き挿入片が配置されることが好ましい。
本発明の課題は、同様に、上記のように定義された高圧蓄圧器の製造であり、この方法は、以下によって特徴付けられている。
−フライス加工によって、各接続片の出口通路にチャンバが作成され、
−スロットルが横断する挿入片が作成され、挿入片の外径をチャンバの外径に適合させ、
−挿入片が各チャンバに設置され、
−挿入片の密閉性と接続片の入口の密閉性とが作成され、
−このようにして組み立てられたレールが、レールの内面を処理し、接続片のチャンバに挿入片を力結合的に配置するためにオートフレッテージ圧にさらされる。
上記したように、レールの製造方法は、特に簡単であり、それと同時に圧力波(圧力衝撃)を減衰するための正確かつ効果的なスロットルを作成できるという利点を提供する。
高圧噴射システムの高圧蓄圧器の一部の軸方向断面図である。 図1の高圧蓄圧器のためのスロットルを有する挿入片の軸方向断面図である。 図1の高圧蓄圧器の実施形態の模式的半断面図である。 本発明による噴射システムの高圧蓄圧器の別の実施形態の軸方向断面図である。 図4の高圧蓄圧器のためのスロットルを有する挿入片の軸方向断面図である。 図4の高圧蓄圧器の接続片における、スロットルを有する挿入片の組付けを説明する半断面図である。 公知のレールもしくは高圧蓄圧器の横断面図である。
以下、添付の図面に示された実施例をもとに本発明を詳しく説明する。
図1によれば、本発明は、内燃機関における高圧噴射装置のレールもしくは高圧蓄圧器1に関する。このレールの通例の部分が軸方向断面図で示されている。噴射設備の他の構成要素は示されていない。
高圧蓄圧器1は、鍛造鋼からなる肉厚の円筒体11であり、円筒体は、エンジンの中央制御ユニットによって制御される噴射弁(インジェクタ)に高圧燃料を分配するために高圧ポンプによって高圧燃料が供給される高圧チャンバ12を取り囲む。
インジェクタをレール1と接続する配管内に高圧の液体によって伝達され、したがってレールに達する圧縮波(Kompressionswellen)および膨張波(Depressionswellen)(「圧力衝撃」)がインジェクタの閉運動および開運動を生じさせる。
円筒体11は、接続するための接続片13を有し、これらの接続片は、それぞれ通路131によって高圧チャンバ12に接続されており、かつ高圧配管によってインジェクタに接続されている。接続片は外側に、高圧配管の接続部をねじ止めするためのねじ山132を有する。
図1の例では、一方が空であり、もう一方がスロットル付き挿入片2を有する、2つの接続片13を備えたレールの従来の部分を示すにとどめる。レール1は、供給されるインジェクタとちょうど同じ数の接続片13と高圧燃料出口とを有する。これらすべての接続片13が同じ構造を有することが好ましく、以下においては、これらの接続片のうちの1つについての説明にとどめる。
図1の右側の接続片13は、スロットル付き挿入片2のない通路131を示し、左側の接続片13は、スロットル付き挿入片2を備えている。
図2において、スロットル付き挿入片2を断面図で別個に示す。
図1によれば、接続片13において、入口円錐1311から高圧チャンバ12に向かって延びる向きに通路131が形成されている。入口円錐には、シール縁部1313を形成するために、後置された孔1314の直径より大きい直径を有する円筒形チャンバ/孔1312が続く。通路131はスロットル付き挿入片2を収容する。
図2によれば、スロットル付き挿入片2は、段孔22が横断する円筒体21を有し、段孔は、円錐形接続部223、225によって分離され、次第に小さくなる直径を有する一列の孔222、224、226から形成されている。挿入片2の入口は、シール座を作成する円錐形221を有し、レールのチャンバへ通じる最後の孔226の開口は、丸みをつけた縁部または丸み227を有する。
段孔22は、インジェクタの閉運動および開運動によって高圧の液体に導入される圧力波(圧縮と膨張)を弱めるように定められたスロットルを形成する。
挿入片2の外面23を有する挿入片の本体21は、接続片の通路131の縁部1313と協働するために支持面を形成する円錐接続部232によって小さい横断面233の部分に接続する大きい横断面231の部分を有する。小さい横断面の部分233の外面23は丸み234で終わる。挿入片2の部分231の大径は、接続片13の孔1312の直径よりわずかに小さい。部分233の小径は、接続片13の孔1312の後に後置された孔1314の直径よりはるかに小さく、その場合、スロットルを備えた挿入片2を、組付けのために接続片13の通路131に難なく設置することができ、小さい横断面の部分233が、通路131の、特にその孔1314の壁と接触しないようになっている。段孔1312/1314は液圧機能のために必要ではないが、この段孔は、高圧チャンバ12と交差するレベルでの孔の直径を小さくすることを可能にする。挿入片2の部分233の長さは、スロットル226の開口がチャンバ12の孔1314の開口1315からかなり離れるように、孔1314の長さより短くされている。
挿入片の一部分および接続片の孔の長さに関するこの説明を、次に説明する第2実施形態にも適用することができる。
挿入片2のロックもしくは挿入片の力結合的配置は、以下に記載するようにオートフレッテージによって行われる。
図3の半断面図によれば、レール1がすべてのスロットル付き挿入片2を備えている場合に、レールにオートフレッテージが施される。そのために各接続片13には、挿入片2の円錐座(konischer Sitz)221に対して図示されない閉鎖体(Verschluss)が取り付けられる。このようにして覆い(Auflage)が作成される。オートフレッテージ中に軸線xxにおいてかかる締付力(Spannkraft)Fは、挿入片2の密閉性(ゾーンA)と、さらにゾーンBにおいて挿入片2の円錐形表面232と接続片13の縁部1313との接触によって挿入片2と通路131との間の密閉性をも作成する。
このようにすることで、レールに導入される液体のオートフレッテージの高圧にさらされることになる孔(Bohrung)131および挿入片2の面が限定される。
このようにさらされる面は、(高圧燃料の流出方向で)円錐形肩部232と、接続片13の孔1312と孔1314とを分離する縁部1313との接触部の前に前置された、挿入片2の内面およびその外面を含めた挿入片2の前に前置されたチャンバ12の面、および接続片13の通路131の面である。換言すると、挿入片2および孔1312の向かい側の面は、オートフレッテージの高圧の液体にさらされるのではなく、この高圧によって生成される力を受ける。したがって非常に高いオートフレッテージ圧が、レール1および挿入片2のさらされた面の内側層を可塑化し、この内側層が変形され、接続片13の孔1312に押し付けられる。この非常に高いオートフレッテージ圧がかけられると接続片13は各挿入片2の方へ縮み、それによって接続片が収縮する。
図4は、一方が空であり、もう一方がスロットル付き挿入片2aを有する、2つの接続片13aを備えたレールの同様に従来の部分にとどめた、本発明によるレール1aの別の実施形態を示す。これらすべての接続片13aは、同じ構造を有することが好ましく、その場合、これらの接続片のうちの1つの説明にとどめられる。
図5において、スロットル付き挿入片2aが断面図で別個に示されている。
図4、および高圧チャンバ12aに向かって延びる向きによれば、接続片13aにおいて、入口円錐1311aから通路131aが形成され、入口円錐に円錐形チャンバ1312aが続き、この円錐形チャンバの小底部は、縁部1313aを形成するために、後置された孔1314aの直径より大きい直径を有している。円錐形チャンバ1312aは、「モースコーン(Mosekonus)」、または同等のコーンのタイプの差込みチャンバを形成する。通路131aは、相補的な形のスロットル付き挿入片2aを差し込みによって収容する。
図5によれば、スロットル付き挿入片2aは、段孔22aが横断する本体21aを有し、段孔は、円錐形接続部223a、225aによって分離され、次第に小さくなる直径を有する一列の孔222a、224a、226aから形成されている。挿入片2aの入口221aは、シール座を作成する円錐形を有し、レール1aのチャンバ12aへ通じる最後の孔226aの開口は、丸みをつけた縁部または丸み227aを有する。段孔22aは、高圧の液体に導入される圧力波を弱めるように定められたスロットルを形成する。
挿入片2aの外面23aは、大径の円錐形部分231aを有し、この円錐形部分の小底部は、円錐接続部232aによって小径の円筒形部分233aに当たる。外面23aは丸み234aで終わる。円錐形部分231aは、接続片13の円錐形チャンバ1312aの円錐度(Konizitaet)と同じ円錐度と、それぞれの面が直接接触するように、差し込みによって円錐形チャンバ1312aに収容することができる横断面とを有している。
円筒形部分233aは、接続片13aの孔1314aの横断面よりはるかに小さい横断面を有する。
図6の半断面図によれば、レール1aがすべてのスロットル付き挿入片2aを備えている場合に、図1〜図3に示された第1実施形態について説明したようなオートフレッテージがレールに施される。
そのために、各接続片13aには、孔22aの外面に対する密閉性と部分1312aおよび231aの円錐面間の密閉性とを作成するために、挿入片2aの円錐座221aに対して図示されない閉鎖体が取り付けられる。
このために、支持されるとともに、圧縮ゾーンCを作成する図示されない球に締付力Fがかけられる。この力は、挿入片2aの円錐形部分231aと接続片13aのチャンバ1312aの円錐面との間の円錐形接触ゾーンに伝達される。
このようにすることで、孔131aの、およびレールに導入される液体のオートフレッテージ高圧にさらされることになる挿入片2aの面が限定される。
このようにさらされる面は、(高圧燃料の流出方向で)円錐面231aと円錐チャンバ1312aの面との接触部の前に前置された、挿入片2aの内面およびその外面を含めた挿入片2aの前に前置されたチャンバ12aの面、および接続片13aの通路131aの面である。円錐形部分231aの小底部の横断面は、円錐面1313aに当たる円錐形チャンバ1312aの小底部の横断面より大きい。円錐面は肩部を形成し、その場合、オートフレッテージと組み合わせた差し込みによって挿入片2aを、差し込みを妨害または制限するような肩部1313aへの当接なしに固く締め付けることができるようになっている。
部分1312aまたは231aの円錐面が、オートフレッテージ中の密閉性を強化するとともに2つの部分/面間の残留軸力を高める溝を有し得ることが確認できる。
挿入片2aと孔1312aとが接触する面は、オートフレッテージの高圧の液体にさらされるのではなく、生成された力を受ける。非常に高いオートフレッテージ圧は、レール1aおよび挿入片2aのさらされた面の内側層を可塑化し、この内側層が変形され、接続片13aの孔1312aに向かって押し付けられる。この非常に高いオートフレッテージ圧がかかった後に、接続片13aは各挿入片2aの方へ縮み、それによって接続片が収縮する。
レール1、1aの鍛造鋼は、300HBのオーダーの最小硬度を有し、この最小硬度は、管路先端部の硬度と、オートフレッテージの期待される結果と一致し得る特性とに依存する。
挿入片2、2aの材料は、オートフレッテージ中に十分な可塑化を示すと同時に、挿入片2、2aとレール1、1aとの間に十分な残留圧力を有するべく残留弾性を十分に保ち続けるために300〜450HVの硬さを有する。
本発明によるレール1、1aを製造する方法は、
挿入片2、2aを、遊びを設けて、かつ大きい力をかける必要なしに接続片13、13aに収容すること、
このようにして作成されたアセンブリを固く締め付け、それにより挿入片2、2aの内径と外径との間に差圧を有すること、
挿入片2、2aおよびレール1、1aの塑性変形を生成すること
にある。
塑性変形は、スロットル付き挿入片2、2aとレール1、1aとの残留接触を保証する。
スロットル付き挿入片の材料の特性は、噴射システムの高圧蓄圧器1、1aの運転中に挿入片2、2aをその場所に保持する十分な残留力を保証するように選択される。
1 レール
11 本体
12 高圧チャンバ
13 接続片
131 通路
1311 入口円錐
1312 円筒形チャンバ
1312a 円錐形チャンバ
1313 シール縁部
1314 孔
132 おねじ
2 スロットル付き挿入片
21 円筒体
21a 円錐体
22 段孔
221 入口円錐
222 大径の孔
223 円錐接続部
224 中径の孔
225 円錐接続部
226 小径の孔
227 丸み
23 外面
231 大径の円筒形部分
231a 大径の円錐形部分
232 円錐接続部
233 小径の円筒形部分
234 丸み

Claims (11)

  1. 高圧チャンバ(12、12a)を画定する円筒体(11)と、前記高圧チャンバ(12、12a)へ通じる出口通路(131、131a)を備える接続片(13、13a)と、から形成されている高圧噴射システムの高圧蓄圧器の製造方法であって、
    前記接続片(13、13a)の下流側に置かれたインジェクタによって生成される圧力波を弱めるために、少なくとも1つの出口通路(131、131a)にスロットル(22、22a)が配置されており
    前記出口通路(131、131a)、チャンバ(1312、1312a)を備え、前記チャンバ(1312、1312a)は、前記スロットル(22、22a)を備える挿入片(2、2a)を収容し、
    前記挿入片(2、2a)は、前記高圧蓄圧器のオートフレッテージ工程により前記チャンバ(1312、1312a)内に力結合的に配置されていることを特徴とする、高圧蓄圧器の製造方法
  2. 前記挿入片(2、2a)の前記スロットル(22、22a)が、前記高圧チャンバ(12、12a)の側の開口に丸み(227、227a)を有することを特徴とする、請求項1に記載の製造方法
  3. 前記挿入片(2、2a)における前記スロットル(22、22a)が、、前記高圧チャンバ(12、12a)に向かうに連れ次第に小さくなる直径を有する一列の孔(222、222a、224、224a、226、226a)から形成されている段孔(22、22a)であることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法
  4. 前記スロットル(22、22a)が、シール座を形成する円錐形入口(221、221a)を備えることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法
  5. 前記接続片(13、13a)が、円錐形入口(1311、1311a)を有することを特徴とする、請求項1に記載の製造方法
  6. 前記チャンバ(1312)が円筒形であり、かつシール縁部を作成する肩部(1313)を前記高圧チャンバ(12、12a)に通じる孔(1314)とともに形成し、
    前記挿入片(2)が、組付け時に遊びを設けて前記チャンバ(1312)に入るようにするために、大径の円筒形部分と、前記接続片(13)の前記孔(1314)内で自由に突出する小径の部分(233)とを有する外面(23)を備え、
    前記挿入片(2)の前記2つの部分(231、233)が、前記接続片(13)の前記肩部(1313)に当たるように定められた円錐形セグメント(232)によって接続されていることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法
  7. 前記接続片(13a)が、円錐形の前記チャンバ(1312a)を有し、該チャンバには、該チャンバ(1312a)の小底部の横断面より小さい横断面を有する孔(1314a)が続き、
    記挿入片(2a)が、前記チャンバ(1312a)の長さより短い長さの円錐体(231a)を有し、前記円錐体の小底部の横断面が、前記チャンバ(1312a)の小底部の横断面より大きく、
    前記チャンバ(1312a)の円錐度と前記円錐体(231a)の円錐度とが同一であることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法
  8. 接触圧を保証することを可能にする前記円錐体(231a)と組み合わせて、オートフレッテージ時の密閉性を高めるために、前記チャンバ(1312a)の表面および/または前記円錐体(231a)の表面が、不均一性、凸凹性、および***した、または窪んだ幾何学的形状を有することを特徴とする、請求項7に記載の製造方法
  9. 前記高圧チャンバ(12、12a)に通じる孔(1314、1314a)に入る前記挿入片(2、2a)の前記小径の部分(233、233a)の横断面が、前記高圧蓄圧器(1、1a)と前記挿入片(2、2a)の前記オートフレッテージ工程後に該孔と接触しないようにするために、該孔の横断面より小さいことを特徴とする、請求項に記載の製造方法
  10. 前記挿入片(2、2a)の前記小径の部分(233、233a)の長さが、前記スロットル(226、226a)の開が前高圧チャンバ(12、12a)に通じる孔(1314、1314a)の開口から離れるように、前記孔(1314、1314a)の長さより短くされていることを特徴とする、請求項に記載の製造方法
  11. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の製造方法において、
    フライス加工によって、各接続片(13、13a)の出口通路(131、131a)にチャンバ(1312、1312a)が作成され、
    スロットル(22、22a)が横断する挿入片(2、2a)が作成され、前記挿入片の外径を前記チャンバ(1312、1312a)の内径に適合させ、
    前記挿入片(2、2a)が各チャンバに設置され、
    前記挿入片(2、2a)の密閉性と前記接続片(13、13a)の入口の密閉性とが確保され、
    このようにして組み立てられた前記高圧蓄圧器(1、1a)が、前記高圧蓄圧器の内面を処理し、前記接続片(13、13a)の前記チャンバ(1312、1312a)に前記挿入片(2、2a)を力結合的に配置するために、オートフレッテージ圧にさらされることを特徴とする、製造方法。
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