[发明专利]共轨的制造方法以及局部强化的共轨

说明书

技术区域

本发明涉及柴油机的蓄压式燃料喷射系统的共轨(common rails) 的制造方法以及局部强化的共轨。

背景技术

具有流体通道的机械部件在流体通过的管道的端部和直径剧烈 变化的部位容易产生应力集中，作为流体的压力变动的结果，所产生 的疲劳破坏就成为问题。

共轨是在柴油机的蓄压式燃料喷射系统中，位于压送轻油燃料的 泵和喷射器之间，对轻油蓄压的导管状部件。

图1表示了共轨1的断面的概况。轨道孔5是共轨1的主要导管， 具有对轻油蓄压的作用。在轨道孔5上配置有多个垂直开口的分歧孔 6，通过分歧孔6向各喷射器压送轻油。轨道孔5的内径d₁为10mm 左右，分歧孔6的内径d₂为1mm左右。伴随着发动机的动作，轻油 被周期性地压送，从而共轨1内的轻油的压力周期性地变动。此时， 在图1的轨道孔5和分歧孔6上，周向的拉伸应力周期性地产生变动。 图2放大表示了作为分歧孔6的开口周边部的分歧孔6的内表面和轨 道孔5的内表面的边界周边部。在分歧孔6开口周边部中，特别在分 歧孔6的与轨道孔的长度方向平行的直径的两端附近7，由于两孔5、 6的拉伸应力产生合成，因而所存在的问题是：发生比其它的部分更 大的拉伸应力，从而因内压的变动而容易产生疲劳破坏。如果提高相 对于内压变动的疲劳强度(内压疲劳强度)，则燃料的高压喷射成为 可能，由于导致排出气体的净化和每升油的行驶里程的提高，所以希 望提高疲劳强度。

以前，作为谋求这样的疲劳强度的提高的途径，一般采用通过使 用高强度的钢材而提高共轨的疲劳强度的方法，但所产生的问题是： 因基材的高强度化引起的成形性和加工性的降低、以及伴随着高性能 化的成本增大。为此，例如在特开2004-83979号公报中，作为代替 以前的基于鍛造一体成形和机械加工的共轨的制造方法的制造方法， 公开了涉及采用液相扩散接合的焊接共轨的发明。进而在特开 2007-40244号公报中，公开了涉及适合于不需要接合时的控制冷却的 液相扩散接合的钢材的发明。但是，这些专利文献所公开的钢材是拉 伸强度为600MPa左右的钢材，在使用于为实现近年目标所指的低耗 油性能的超过1500气压、进而超过2000气压的共轨时，则显得强度 不足。另外，在热处理等方面下功夫可以使钢材强度显着提高，但在 此情况下加工变得困难，导致生产成本的显著增大。而且在最大主应 力部，当MnS、Al₂O₃、CaO等夹杂物或氧化物呈现于加工的结果表 面上时，则不能解决的课题是：最大主应力部成为施加内压时的疲劳 破坏的起点，从而显着地阻碍高强度共轨的稳定生产。

另外，不但有提高钢材的强度这一传统的方法，而且例如关于共 轨的强化，正如特开2004-204714号公报、特开2004-27968号公报所 公开的那样，还知道有用流体研磨或压印加工的方法对分歧孔开口端 部的边缘进行倒角、从而缓和应力集中的方法。另外，也研究了通过 赋予压缩应力而进行的疲劳强度的提高。近年正在进行开发的激光喷 丸(laser peening)，是一种在金属物体的表面上放置液体等透明介质 的状态下，向其表面照射具有高的峰值能量密度的脉冲激光束，利用 由此产生的等离子体的膨胀反作用力，在金属物体的表面附近通过非 接触处理而赋予残留压缩应力的技术，例如在日本专利第3373638号 公报中公开了该方法。激光束也可以传送到共轨的轨道孔内表面、分 歧孔内表面这样的的狭窄部，激光喷丸是用于赋予共轨的分歧孔开口 部附近以高的压缩应力的目前唯一的方法。于是，正如在特开2006- 322446号公报所公开的那样，就为了将激光喷丸应用于共轨的有效 的方法进行了研究。

但是，特开2006-322446号公报所公开的方法虽然极大地提高了 共轨的疲劳强度，但从装置、效果的角度考虑，还存在以下的问题。 如果在激光喷丸处理中将激光束照射于样品表面，则由于照射斑点部 表层附近发生熔融和再凝固，往往使该斑点部表层附近的压缩应力减 少。为避免这样的问题，已知有设置用于吸收激光束的吸收材料层的 方法，但是，由于在将该吸收材料层设置于共轨的分歧孔开口部时需 要复杂的装置，所以从成本和生产率的角度考虑，优选省略该工序。