KR101811765B1 - Gdi 연료분배관의 엔드플러그 접합 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부에 형성된 중공을 통해 연료를 유동시키고, 길이방향을 따라 일정한 간격으로 형성되어 연료가 분배되도록 하는 복수 개의 분배홀을 형성한 메인파이프와, 상기 메인파이프의 일측단에 삽입된 후, 동(Cu) 브레이징으로 접합되어 상기 메인파이프의 중공을 마감하는 엔드플러그, 및 상기 메인파이프의 내주면과 엔드플러그의 외주면이 동 브레이징에 의해 접합되는 접합 선상에 구비되어, 브레이징 접합부를 따라 진행되는 고압의 누설 진행을 차단하는 차단부재를 포함하여, 브레이징 접합부를 따라 진행되는 고압의 누설 진행(고압의 연료에 의한 크랙 진행)을 차단해 GDI 연료분배관의 고압 내구수명을 향상시키는 GDI 연료분배관의 엔드플러그 접합 구조를 제공한다.

Description

GDI 연료분배관의 엔드플러그 접합 구조{End plug junction structure of the fuel delivery pipe}

본 발명은 GDI 연료분배관의 엔드플러그 접합 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중공을 통해 연료를 유동시켜 분배하는 메인파이프의 내주면과 상기 메인파이프 일단을 마감하는 엔드플러그의 외주면을 동 브레이징으로 접합할 시, 상기 메인파이프의 내주면과 엔드플러그의 외주면이 서로 접합되는 접합부 선상에 차단부재를 구비하여, 브레이징 접합부를 따라 진행되는 고압의 누설 진행(고압의 연료에 의한 크랙 진행)을 차단하는 GDI 연료분배관의 엔드플러그 접합 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 활발하게 진행되고 있다.

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

여기서, 자동차의 연료공급을 위해 연료펌프와 엔진 사이에는 연료분배관(연료레일)이 연결되고, 연료펌프 등에 의해 가압된 연료는 연료분배관(연료레일)을 통해 엔진에 공급된다.

이때, 연료펌프에 의해 가압된 연료를 연료분배관(연료레일)에 공급하는 경우와, 인젝터를 통해 엔진에 연료를 분사하는 경우에 맥동이 발생하게 되고, 엔진의 고속/고부하 시, 공진이 발생하게 되며, 이로 인해 연료분배관(연료레일)의 피로파괴가 발생하게 된다.

따라서, 상기 연료 공급시 발생하는 맥동과 엔진으로부터 전달되는 진동으로 인해 발생되는 연료분배관(연료레일)의 피로파괴를 막기 위해, 연료분배관(연료레일)은 고정브라켓에 의해 엔진의 상단, 예를 들어 엔진의 흡기다기관에 장착된다.

종래의 연료분배관(연료레일)의 기밀구조는 나선형의 형상으로 가공하여 조립하는 구조가 대부분이었다.

그러나 이런 구조는 상당한 고압을 견뎌야 하는 연료레일의 기밀성을 유지하기에는 한계가 있다.

이를 보완하기 위해 종래에는 기밀부에 씰러를 삽입하여 기밀성을 향상시키기도 하였으나 이 경우 연료나 외부환경에 지속적으로 노출되면서 씰러가 부식되어 기밀성이 현저히 떨어지는 문제가 있다.

상기한 문제로 공개특허 제10-216-0066349호(2016.06.10)에서는 연료공급부로부터 공급받은 연료가 저장되는 중공부와 상기 중공부에 저장된 연료가 분배되도록 형성된 분배홀을 가지며, 일단에 제1결합부가 형성된 파이프, 상기 파이프의 일단에 상기 중공부가 폐쇄되도록 상기 제1결합부와 결합하는 제2결합부가 형성된 엔드 플러그, 실린더 헤드 또는 흡기 매니폴드에 삽입 설치되어 상기 실린더 헤드 또는 흡기 매니폴드 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 헤드 또는 흡기 매니폴드에 고정하기 위한 볼트홀이 형성된 마운팅홀더를 포함하되, 상기 제1결합부와 상기 제2결합부 사이에 브레이징 접합을 위한 용가재가 충진되는 차량용 연료레일을 제공하였다.

하지만, 기술 발전에 의해 GDI 연료분배관(연료레일)의 압력이 증가됨에 따라 구성물의 접합부가 요구하는 한계수명을 만족하지 못하여 종래 설계보다 많은 용접 면적과 관리가 요구되었고, GDI의 고압 내구수명을 만족하기 위해서는 장시간의 내구시험에서 발생하는 고압의 누설 결함 진행을 방어하고, 고압의 누설 결함 진행을 저지하는 방호설계가 필요하다.

본 발명은 '링' 형태로 단면은 고압의 누설이 진행되는 방향과 역으로 음각진 '＞'형 또는 ']'형을 이루고, 상기 메인파이프의 내주면과 엔드플러그의 외주면이 동 브레이징에 의해 접합되는 접합부 선상에 구비되고, 브레이징 접합부를 따라 진행되는 고압의 누설 진행을 차단하는 차단부재를 복수 개로 구비하여, 브레이징 접합부를 따라 진행되는 고압의 누설 진행(고압의 연료에 의한 크랙 진행)을 차단해 GDI 연료분배관의 고압 내구수명을 향상시키는 GDI 연료분배관의 엔드플러그 접합 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 GDI 연료분배관의 엔드플러그 접합 구조는 내부에 형성된 중공을 통해 연료를 유동시키고, 길이방향을 따라 일정한 간격으로 형성되어 연료가 분배되도록 하는 복수 개의 분배홀을 형성한 메인파이프와, 상기 메인파이프의 일측단에 삽입된 후, 동(Cu) 브레이징으로 접합되어 상기 메인파이프의 중공을 마감하는 엔드플러그를 포함하는데, 상기 메인파이프의 내주면과 엔드플러그의 외주면이 동 브레이징에 의해 접합되는 접합부 선상에 구비되어, 브레이징 접합부를 따라 진행되는 고압의 누설 진행을 차단하도록, '링' 형태로 단면은 고압의 누설이 진행되는 방향과 역으로 음각진 '＞'형 또는 ']'형을 이루는 차단부재와, 상기 차단부재가 상기 브레이징 접합부 선상에 복수 개로 구비한다.

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본 발명에 따른 GDI 연료분배관의 엔드플러그 접합 구조는 '링' 형태로 단면은 고압의 누설이 진행되는 방향과 역으로 음각진 '＞'형 또는 ']'형을 이루고, 상기 메인파이프의 내주면과 엔드플러그의 외주면이 동 브레이징에 의해 접합되는 접합부 선상에 구비되고, 브레이징 접합부를 따라 진행되는 고압의 누설 진행을 차단하는 차단부재를 복수 개로 구비하여, 브레이징 접합부를 따라 진행되는 고압의 누설 진행(고압의 연료에 의한 크랙 진행)을 차단해 GDI 연료분배관의 고압 내구수명이 향상되는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GDI 연료분배관의 엔드플러그 접합 구조를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 GDI 연료분배관의 엔드플러그 접합 구조를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 GDI 연료분배관의 엔드플러그 접합 구조를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 GDI 연료분배관의 엔드플러그 접합 구조를 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 차단부재를 복수 개로 구비한 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.

상기한 구성 중 연료분배관은 길이방향으로 중공의 연료통로가 형성되는 메인파이프와, 메인파이프의 일단에는 고정되는 플러그와, 메인파이프의 타단에 고정되는 엔드플러그와, 메인파이프의 외측에 일정간격으로 구성되고 엔진의 각 실린더로 연료를 분사하기 위한 연료분사기를 포함하여 구성된다.

상기 메인파이프는 일단부에 고정되는 플러그를 통해 연료를 공급받고, 외측면에 일정간격으로 구비되는 연료분사기를 통하여 실린더로 분사할 수 있도록 타단부는 엔드플러그에 의해 막히도록 구성되는 것이다.

상기한 플러그 및 엔드플러그가 메인파이프의 단부에 고정되는 구조는 동일한 것으로, 엔드플러그가 고정되는 구조를 예를 들어 설명하기로 한다.

상기 메인파이프의 일단부에 엔드플러그를 억지 끼움으로 고정한 다음, 메인파이프의 단부와 메인파이프의 단부로 노출되는 엔드플러그의 외주에 용가재를 용융시켜 메인파이프와 엔드플러그를 고정하였다.

이러한, 연료분배관은 실린더 내에 연료분사기로 연료를 분사할 때 발생하는 고압이 메인파이프의 일측단부를 막고 있는 엔드플러그로 작용하기 때문에, 메인파이프의 단부에 고정되는 엔드플러그와 메인파이프의 사이로 연료가 새지 않아야하므로, 엔드플러그가 용가재에 의해 제대로 고정되었는지를 확인하는 신뢰성 확보가 반드시 필요로 하게 된다.

하지만, 기술 발전에 의해 연료분배관(연료레일)의 압력이 증가됨에 따라 구성물의 접합부가 요구하는 한계수명을 만족하지 못하여 종래 설계보다 많은 용접 면적과 관리가 요구되었고, GDI의 고압 내구수명을 만족하기 위해서는 장시간의 내구시험에서 발생하는 고압의 누설 결함 진행을 방어하고, 고압의 누설 결함 진행을 저지하는 방호설계가 필요하다.

본 발명은 중공을 통해 연료를 유동시켜 분배하는 메인파이프의 내주면과 상기 메인파이프 일단을 마감하는 엔드플러그의 외주면을 동 브레이징으로 접합할 시, 상기 메인파이프의 내주면과 엔드플러그의 외주면이 서로 접합되는 접합부 선상에 차단부재를 구비하여, 브레이징 접합부를 따라 진행되는 고압의 누설 진행(고압의 연료에 의한 크랙 진행)을 차단하는 GDI 연료분배관의 엔드플러그 접합 구조에 관한 것으로, 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 GDI 연료분배관은 메인파이프(10)와, 복수 개의 인젝터컵 및 마운트홀더과, 상기 인젝터컵 및 마운트홀더를 메인파이프에 고정하는 복수 개의 고정편을 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 분배홀을 형성하는데, 상기 분배홀들에는 각각 인젝터컵을 밀착 결합하여, 상기 메인파이프(10)로 인입되어 유동하는 연료가 복수 개의 인젝터컵으로 분배 공급된다.

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

그리고, 도 1 내지 도 5를 참조한본 발명의 일 실시예에 따른 메인파이프(10)는, 상기 메인파이프(10)의 일측단에는 엔드플러그(20)를 삽입한 후, 동(Cu) 브레이징으로 상기 메인파이프(10)의 일측단에 엔드플러그(20)를 접합하여 상기 메인파이프(10)의 중공을 마감한다.

이때, 상기 메인파이프(10)의 내주면과 엔드플러그(20)의 외주면이 동 브레이징에 의해 접합되는 접합부 선상에 차단부재(30)를 구비하여, 브레이징 접합부를 따라 진행되는 고압의 누설 진행(고압의 연료에 의한 크랙 진행)을 차단한다.

여기서, 상기 차단부재(30)는 다양한 형상으로 실시될 수 있는데, 이를 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 차단부재(30)는 도 1에 도시한 바와 같이 '링' 형태로 그 단면이 '＞'형을 이룰 수 있다.

이때, 상기 차단부재(30)는 그 단면이 고압의 누설 진행되는 방향으로 돌출부가 향하게 절곡형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 차단부재(30)는 도 2에 도시한 바와 같이 '링' 형태로 그 단면이 ']'형을 이룰 수 있고, 또 다른 실시예로 상기 차단부재(30)는 도 3에 도시한 바와 같이 '링' 형태로 그 단면이 다각형을 이루거나, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 차단부재(30)는 '링' 형태로 형태로 그 단면이 원형을 이룰 수 있다.

여기서, 상기 차단부재(30)가 접합부 선상 위치할 수 있도록, 상기 메인파이프(10)의 내주면에는 상기 차단부재(30)의 길이와 상응하는 제1홈(11)을 형성할 수 있고, 상기 엔드플러그(20)의 외주면에도 역시, 상기 메인파이프(10)의 내주면과 대응하게 상기 차단부재(30)의 길이와 상응하는 제2홈(21)을 형성할 수 있다.

따라서 상기한 구성에 의해 상기 차단부재(30)는 상기 메인파이프(10)의 내주면과 엔드플러그(20)의 외주면이 동 브레이징에 의해 접합되는 접합부 선상에 위치할 수 있다.

또한, 상기 제1홈(11) 및 제2홈(21) 중 어느 한 홈만 형성할 수도 있다.

그리고, 도 5에 도시한 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따라 상기 브레이징 접합부 선상에 구비되는 차단부재(30)는 복수 개로 구비할 수도 있다.

본 발명에 따른 상기한 구조에 의해 메인파이프의 내주면과 엔드플러그의 외주면이 서로 접합되는 접합부 선상에 차단부재를 구비하여, 브레이징 접합부를 따라 진행되는 고압의 누설 진행(고압의 연료에 의한 크랙 진행)을 차단해 GDI 연료분배관의 고압 내구수명을 향상시킨다.

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: 엔드플러그
30: 차단부재

Claims (6)

1. 내부에 형성된 중공을 통해 연료를 유동시키고, 길이방향을 따라 일정한 간격으로 형성되어 연료가 분배되도록 하는 복수 개의 분배홀을 형성한 메인파이프와, 상기 메인파이프의 일측단에 삽입된 후, 동(Cu) 브레이징으로 접합되어 상기 메인파이프의 중공을 마감하는 엔드플러그를 포함하는 GDI 연료분배관에 있어서,
   상기 메인파이프의 내주면과 엔드플러그의 외주면이 동 브레이징에 의해 접합되는 접합부 선상에 구비되어, 브레이징 접합부를 따라 진행되는 고압의 누설 진행을 차단하도록, '링' 형태로 단면은 고압의 누설이 진행되는 방향과 역으로 음각진 '＞'형 또는 ']'형을 이루는 차단부재와, 상기 차단부재가 상기 브레이징 접합부 선상에 복수 개로 구비하는 것을 특징으로 하는 GDI 연료분배관의 엔드플러그 접합 구조.
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