KR101768949B1

KR101768949B1 - Gdi 연료분배관의 구조

Info

Publication number: KR101768949B1
Application number: KR1020160135804A
Authority: KR
Inventors: 박시우; 유수진; 이근식; 이수휘
Original assignee: (주)동보
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2017-08-21
Also published as: EP3312408A1; JP2018066373A; US10145344B2; US20180128223A1; EP3312408B1; CN107965407A

Abstract

본 발명은 내부에 형성된 중공으로 연료를 유동하는 메인파이프와, 하단이 개방된 원통형으로, 외측면을 통해 상기 메인파이프에 결합 고정되고, 상기 메인파이프로 인입된 연료를 측면을 통해 내부로 유동시키며, 하단에는 선택적으로 연료를 분사하는 인젝터를 결합하는 복수 개의 인젝터컵과, 길이방향으로 상,하가 연통하는 볼트홀을 형성한 관체로, 외측면을 통해 상기 메인파이프에 결합 고정하는 복수 개의 마운트홀더, 및 상기 복수 개의 인젝터컵 및 마운트홀더 각각의 외주를 감싸면서 좌, 우측 양단을 상기 메인파이프의 외주면에 결합하여 상기 복수 개의 인젝터컵 및 마운트홀더를 상기 메인파이프에 고정하는 고정편을 포함하여, 용접되는 면적과 개소가 종래보다 많도록 해 내측의 압력변화에 따른 반복내구성(맥동피로 내구성)을 향상시키고, 인젝터의 분사 소음이 전달될 때도 완충 효과가 있으며, 인젝터컵과 마운팅홀더의 중량을 절감시킬 수 있고, 제품의 원가를 대폭 절감할 수 있는 GDI 연료분배관의 구조를 제공한다.

Description

GDI 연료분배관의 구조{Structure of the fuel delivery pipe}

본 발명은 GDI 연료분배관의 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메인파이프에 결합되는 인젝터컵 및 마운트홀더 각각을 적어도 2개로 분리된 구조로 구성하고, 용접되는 면적 및 개소가 종래보다 많도록 하여, 압력변화에 따른 반복내구성(맥동피로 내구성)을 향상시킬 수 있는 GDI 연료분배관의 구조에 관한 것이다.

최근 전 세계적으로 강화되는 배기가스 규제를 만족하기 위해 여러 가지 기술 개발이 진행되고 실제 적용되고 있다.

그 중에서 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection: GDI)식 엔진은 고압의 연료를 연소실 안으로 직접 분사하여 연소 효율을 증대시킴으로써 배기가스를 줄임과 동시에 연비와 출력을 향상하므로 이 엔진에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다.

상기한 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection: GDI)식 엔진은 고압 연료를 분사하기 위한 고압펌프 및 직분식 인젝터가 여러 유명회사에서 이미 개발 완료되었으며, 직분식(가솔린 직접 분사식) 인젝터로 안정적인 연료공급을 위한 연료레일(fuel-rail)은 각 엔진의 장착위치 및 공간에 맞게 각기 개발되고 있다.

그 중 MPI(멀티 포트 분사) 또는 PFI(포트 연료 분사)라 불리는 흡기 포트 및 흡기 밸브에 연료를 분사하여 흡기와 혼합하여 연소실로 혼합기를 공급하는 엔진에서는 연료레일에 저압 즉, 3 ~ 5 bar의 연료압이 작용하므로 연료레일 개발시 연료압에 대한 강성확보보다는 진동 및 연료레일 내의 연료 맥동에 대한 신뢰성 확보에 집중되었지만, 고압 120 ~ 200 bar에 이르는 연료압이 작용하는 직분식(가솔린 직접 분사식: GDI) 연료레일의 개발시에는 압력, 진동, 열에 의한 피로강도의 확보가 우선되어야 한다.

공개특허 제10-2015-0048548호에서는 연료공급부로부터 공급받은 연료가 저장되는 중공부와, 상기 중공부에 저장된 연료가 분배되기 위해 형성된 분배홀을 가지는 파이프와, 실린더 헤드에 삽입 설치되어 상기 실린더 헤드 내부로 연료를 분사하기 위한 인젝터가 고정되고, 상기 분배홀을 통하여 분배되는 연료가 상기 인젝터로 유입되도록 상기 분배홀과 연통하는 연료통로가 형성된 인젝터컵, 및 상기 파이프를 상기 실린더 헤드에 고정하기 위한 볼트홀이 형성된 마운팅홀더를 포함하되, 상기 인젝터컵과 상기 파이프 사이, 상기 마운팅홀더와 상기 파이프 사이 중 적어도 하나 이상은 스테인리스 스틸계 성분의 용가재를 이용하여 브레이징 접합되는 차량용 연료레일을 제공하였다.

상기와 같이 종래 직분식(가솔린 직접 분사식) 연료레일에서는 마운트 구조물 및 인젝터 컵을 독립적으로 구성하고, 각 구조물을 브레이징 공법(용가재 사용)으로 메인파이프에 부착하였다.

그런데 마운트 구조물 및 인젝터 컵을 독립적으로 구성하고 각 구조물을 브레이징 공법으로 메인파이프에 부착하는 종래 직분식 연료레일에서는, 엔진에서 발생되는 압력, 열 또는 진동에 의하여 연료레일에 변위가 발생되고, 이로 인해 연료레일의 각 부품에 피로응력이 가해지며, 특히 엔진헤드에 고정하는 마운트 구조물 및 인젝터 컵의 용접(브레이징) 부위에 응력이 집중되어, 용접부에 크랙이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 메인파이프에 결합하는 인젝터컵 및 마운트홀더를 적어도 2개로 분리된 구조로 구성하면서 메인파이프의 외주면과 대응하는 형상으로 오목하게 형성한 접합면과, 상기 메인파이프와 결합하는 방향을 기준으로, 직교를 이루는 어느 한 방향으로 연장 형성한 연장편을 형성한 고정편을 더 포함하여 응력해소는 물론, 용접되는 면적과 개소가 종래보다 많도록 해 내측의 압력변화에 따른 반복내구성(맥동피로 내구성)을 향상시키고, 인젝터의 분사 소음의 완충 효과가 있으며, 인젝터컵과 마운팅홀더의 중량을 절감시킬 수 있고, 제품의 원가를 대폭 절감할 수 있는 GDI 연료분배관의 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 GDI 연료분배관의 구조는 내부에 형성된 중공으로 연료를 유동하는 메인파이프와, 하단이 개방된 원통형으로, 외측면을 통해 상기 메인파이프에 결합 고정되고, 상기 메인파이프로 인입된 연료를 측면을 통해 내부로 유동시키며, 하단에는 선택적으로 연료를 분사하는 인젝터를 결합하는 복수 개의 인젝터컵과, 길이방향으로 상,하가 연통하는 볼트홀을 형성한 관체로, 외측면을 통해 상기 메인파이프에 결합 고정하는 복수 개의 마운트홀더를 포함하고, 상기 복수 개의 인젝터컵 및 마운트홀더 각각의 외주를 감싸면서 좌, 우측 양단을 상기 메인파이프의 외주면에 결합하여 상기 복수 개의 인젝터컵 및 마운트홀더를 상기 메인파이프에 고정하는 고정편을 더 포함하며, 상기 고정편은 그 단면이 '∩'형으로, 상기 메인파이프와 결합되는 방향에 형성된 좌, 우측 양단에는 상기 메인파이프의 외주면과 대응하는 형상으로 오목하게 형성한 접합면과, 상기 고정편은 상기 메인파이프와 결합하는 방향을 기준으로, 직교를 이루는 어느 한 방향으로 연장 형성한 연장편을 형성하여, 고압의 연료에 의해 발생하는 맥동 및 진동에 따른 응력을 분산시킨다.

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본 발명의 일 실시예에 따른 GDI 연료분배관의 구조는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 단일부품으로 용접되는 인젝터컵 및 마운팅홀더 각각을 2가지 부품으로 분리된 구조로 구성하면서 메인파이프의 외주면과 대응하는 형상으로 오목하게 형성한 접합면과, 상기 메인파이프와 결합하는 방향을 기준으로, 직교를 이루는 어느 한 방향으로 연장 형성한 연장편을 형성한 고정편을 더 포함하여, 용접되는 면적 및 개소가 종래보다 많아 고압의 연료 유동(압력변화)에 따른 반복내구성(맥동피로 내구성)을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

둘째, 인젝터의 분사 소음이 전달될 때 상기 고정편이 완충하는 효과를 가진다.

셋째, 상기 인젝터컵 및 마운팅홀더의 중량이 절감되어, 제품의 원가를 대폭 절감시키는 절감효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GDI 연료분배관의 구조를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 GDI 연료분배관의 메인파이프에 고정편을 이용하여 인젝터컵 및 마운트홀더를 결합하는 것을 보인 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

먼저, 종래의 차량에 사용되는 가솔린엔진의 분사방식에는 다점분사(MPI: Multi Point Injection)방식 또는 포트분사(PFI: Port Fuel Injection)방식이 주류를 이룬다.

그러나 최근 환경오염규제가 강화되면서 차량의 배기가스에 관한 규제가 제도적으로 강화되어 MPI 또는 PBI 방식의 엔진보다 배기가스에 오염물질의 함유량이 적은 엔진의 개발이 필요하게 되었다.

이러한 필요성에 따라 가솔린 직접분사방식을 사용하는 엔진이 개발되었다. 가솔린 직접분사(GDI: Gasloline Direct Injection)방식은 엔진 실린더 내부에 가솔린 연료를 직접분사하는 방식이다.

GDI 방식의 엔진에서는 가솔린을 분사하는 연료분사기가 100기압 이상의 고압에서 작동함에 따라 고압의 연료분사기를 사용함으로 인해 발생하는 연료분사기와 결합하는 장치의 파손을 방지하는 설계가 중요하다.

GDI 연료분배관은 연료탱크로부터 복수의 연료분사기로 연료를 공급하기 위한 것으로 복수개의 연료주입구를 구비하고, 연료주입구에는 연료분사기를 고정적으로 연결하기 위한 분사기컵이 설치된다.

또한, GDI 연료분배관은 연료분사기의 고압분사로 인한 GDI 연료분배관의 파손을 방지하기 위해 일부가 연료분배관과 결합하고 다른 일부가 분사기컵과 결합하여 분사기컵과 연료분배관 간 결합부위의 파손을 방지하는 역할을 하는 마운팅홀더를 별도로 구비한다.

여기서 마운트홀더와 인젝터컵 사이에 브릿지를 설치하고, 브릿지 양측에 마운트홀더와 인젝터컵을 용접하여 마운트홀더와 인젝터컵을 일체적으로 결합시킨다. 연료분사기의 고압을 견디기 위해 브릿지가 마운트홀더 및 인젝터컵과 용접결합하는 부위의 면적은 커져야 하고, 이에 따라 브릿지의 체적도 커지게 된다.

브릿지의 체적이 커지게 되면 인접하는 연료분배관, 마운트홀더 및 인젝터컵과의 간격이 좁아지게 되므로, 이미 연료분배관에 마운트홀더 및 인젝터컵을 용접한 후 마운트홀더와 인젝터컵 사이에 브릿지를 용접결합시키는 작업은 매우 어려워진다.

또한, 브릿지의 양측이 모두 용접결합이 되므로 각각의 용접결합부위에 발생할 수 있는 미세한 크랙은 연료분사기의 고압에 의해 크게 성장하여 연료분배관의 파손 원인이 되었다.

본 발명은 메인파이프에 결합되는 인젝터컵 및 마운트홀더를 적어도 2개로 분리된 구조로 구성하여, 용접되는 면적과 개소가 종래보다 많도록 해 내측의 압력변화에 따른 반복내구성(맥동피로 내구성)을 향상시키고, 인젝터의 분사 소음이 전달될 때도 완충 효과가 있으며, 인젝터컵과 마운팅홀더의 중량을 절감시킬 수 있고, 제품의 원가를 대폭 절감할 수 있는 GDI 연료분배관에 관한 것으로, 도면을 참조하여 더욱 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 GDI 연료분배관은 메인파이프(10)와, 복수 개의 인젝터컵(20) 및 마운트홀더(30)과, 상기 인젝터컵(20) 및 마운트홀더(30)을 메인파이프(10)에 고정하는 복수 개의 고정편(21, 31)을 포함하는 것이 바람직하다.

먼저 메인파이프(10)는 내부에 중공을 갖는 관체로 일측을 통해 내부로 연료를 인입하여 타측으로 유동한다.

이때, 상기 메인파이프(10)의 외주면에는 길이방향을 따라 일정한 간격으로 복수 개의 홀을 형성하는데, 상기 홀들에는 각각 인젝터컵(20)을 밀착 결합하여, 상기 메인파이프(10)로 인입되어 유동하는 연료가 복수 개의 인젝터컵(20)으로 분배 공급된다.

여기서, 상기 인젝터컵(20)은 하단이 개방된 원통형으로, 외측면을 통해 상기 메인파이프(10)에 용접으로 결합 고정되고, 하단에는 선택적으로 연료를 분사하는 인젝터를 결합한다.

따라서, 상기 인젝터컵(20)은 상기 메인파이프(10)로 인입된 연료를 측면을 통해 내부로 유동시키며, 내부로 유동한 연료는 하단에 결합된 인젝터로 공급된다.

그리고, 상기 메인파이프(10)의 외주면과 밀착하는 상기 인젝터컵(20)의 외측면인 용착면에는 상기 메인파이프(10)의 홀과 연통하는 연통공을 형성하는 것이 바람직하고, 상기 메인파이프(10)에 상기 인젝터컵(20)이 결합될 시, 상기 인젝터컵(20)의 연통공이 상기 메인파이프(10)의 홀과 밀접하여 서로 연통되도록 각각 배치한 후, 상기 인젝터컵(20)의 용착면과 상기 메인파이프(10)의 외주면을 용접(또는 브레이징)으로 결합한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 인젝터컵(20) 각각에는 고정편(21)을 일체로 구비하는데, 상기 고정편(21)은 인젝터컵(20)의 외주를 감싸면서 좌, 우측 양단을 상기 메인파이프(10)의 외주면에 용접으로 결합하여 상기 인젝터컵(20)을 상기 메인파이프(10)에 고정한다.

상기 고정편(21)을 보다 상세하게 살펴보면, 상기 고정편(21)은 그 단면이 '∩'형으로, 상기 메인파이프(10)와 결합하는 방향으로 형성된 좌, 우측 양단은 상기 메인파이프(10)의 외주면과 대응하는 형상으로 오목하게 접합면(22)을 형성하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기한 본 발명의 일 실시예에 따른 GDI 연료분배관의 구조에 의해 상기 메인파이프(10)에 결합되는 인젝터컵(20)의 구성요소가 적어도 2개로 분리된 구조로 구성하여, 상기 메인파이프(10)에 용접되는 면적과 개소가 종래보다 많아 내측의 압력변화에 따른 반복 내구성인 맥동피로 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 고정편(21)은 상기 메인파이프(10)와 결합하는 방향을 기준으로, 직교를 이루는 하측 방향으로 연장편(23)을 연장 형성하는데, 상기 연장편(23)은 고압의 연료에 의해 발생하는 맥동 및 진동에 따른 응력을 분산시킨다.

따라서, 상기한 본 발명의 일 실시예에 따른 연장편(23)에 의해 인젝터의 분사 소음이 인젝터컵(20)에서 고정편(21)과 연장편(23)에 의해 충격이 완화되는 완충 효과를 발한다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 마운트홀더(30)는 길이방향으로 상,하가 연통하는 볼트홀을 형성한 관체로, 외측면을 통해 상기 메인파이프(10)에 결합 고정한다.

이때, 상기 마운트홀더(30)는 상기 인젝터컵(20)의 갯수와 대응하는 갯수로 구비되는 것이 바람직하고, 상기 마운트홀더(30) 역시, 고정편(31)을 결합하는데, 상기 고정편(31)은 마운트홀더(30)의 외주를 감싸면서 좌, 우측 양단을 상기 메인파이프(10)의 외주면에 용접으로 결합하여 상기 마운트홀더(30)를 상기 메인파이프(10)에 고정한다.

상기 마운트홀더(30)를 고정하는 상기 고정편(31)을 보다 상세하게 살펴보면, 상기 고정편(31) 역시, 그 단면이 '∩'형으로, 상기 메인파이프(10)와 결합하는 방향으로 형성된 좌, 우측 양단은 상기 메인파이프(10)의 외주면과 대응하는 형상으로 오목하게 접합면(32)을 형성하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에 따른 상기한 구조에 의해 메인파이프에 결합되는 인젝터컵 및 마운트홀더를 적어도 2개로 분리된 구조로 구성하여 응력해소는 물론, 용접되는 면적과 개소가 종래보다 많도록 해 내측의 압력변화에 따른 반복내구성(맥동피로 내구성)을 향상시키고, 인젝터의 분사 소음의 완충 효과가 있으며, 인젝터컵과 마운팅홀더의 중량을 절감시킬 수 있고, 제품의 원가를 대폭 절감할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 메인파이프
20: 인젝터컵
30: 마운트홀더
21, 31: 고정편
22, 23: 접합면

Claims

내부에 형성된 중공으로 연료를 유동하는 메인파이프와, 하단이 개방된 원통형으로, 외측면을 통해 상기 메인파이프에 결합 고정되고, 상기 메인파이프로 인입된 연료를 측면을 통해 내부로 유동시키며, 하단에는 선택적으로 연료를 분사하는 인젝터를 결합하는 복수 개의 인젝터컵과, 길이방향으로 상,하가 연통하는 볼트홀을 형성한 관체로, 외측면을 통해 상기 메인파이프에 결합 고정하는 복수 개의 마운트홀더를 포함하는 GDI 연료분배관에 있어서,
상기 복수 개의 인젝터컵 및 마운트홀더 각각의 외주를 감싸면서 좌, 우측 양단을 상기 메인파이프의 외주면에 결합하여 상기 복수 개의 인젝터컵 및 마운트홀더를 상기 메인파이프에 고정하는 고정편을 더 포함하고,
상기 고정편은 그 단면이 '∩'형으로, 상기 메인파이프와 결합되는 방향에 형성된 좌, 우측 양단에는 상기 메인파이프의 외주면과 대응하는 형상으로 오목하게 형성한 접합면과;
상기 고정편은 상기 메인파이프와 결합하는 방향을 기준으로, 직교를 이루는 어느 한 방향으로 연장 형성한 연장편을 형성하여, 고압의 연료에 의해 발생하는 맥동 및 진동에 따른 응력을 분산시키는 GDI 연료분배관의 구조.
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