KR102010686B1 - 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조 - Google Patents

가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파이프 등의 관체로 이루어지는 레일 본체의 일단 또는 양단을 엔드캡으로 폐색하는 구조의 연료 레일에 있어서, 구조를 간단하게 하여 엔드캡부의 고압화에 대응이 가능한 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조의 제공을 과제로 한다.
연료 레일 본체의 개구 단부에 납땜한 칼라와 엔드캡에 의한 나사 체결 방식을 채용하며, 시일 방식으로 개스킷 시일 방식을 채용하여 레일 본체에 나사 결합하여 체결되는 엔드캡의 체결에 의해 발생하는 축력으로 인해, 엔드캡과 연료 레일 본체 사이에 개재되는 개스킷이 체결되어 밀봉되는 구조로 이루어진다.

Description

가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조
본 발명은 전자 연료 분사식 자동차 엔진 등의 연료 가압 펌프로부터 송급된 고압 연료를, 엔진의 실린더 내에 직접 분사하는 연료 인젝터(분사 노즐)를 통해 공급하기 위한 연료 레일(이송 파이프)의 단말 시일 구조에 관한 것으로, 보다 자세히는 레일로부터 인젝터에 직접 연료를 공급하는 타입에 있어서의 분사압 20∼100 ㎫ 정도의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조에 관한 것이다.
종래, 이러한 종류의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일로서는, 예컨대, 주관과 복수의 분기관을 구비한 연료 레일에 있어서, 주관의 외벽에 각 분기관을 받아들이기 위한 관통 구멍이 형성되고, 각 관통 구멍은 주관의 외측 및 내측을 향하여 각각 돌출하는 환형벽을 가지고 있고, 각 분기관은 상기 환형벽에 고정된 구조로 이루어진 것, 분기 지관을 축압 용기인 동체부에 직접 접속시키거나 또는 분기 이음 금구(니플)를 통해 접속한 구성으로 이루어진 것, 파이프 등의 관체로 이루어지는 레일 본체에 인젝터 접속용 소켓이 직접 부착된 구조의 연료 레일 등이 있다.
또한, 파이프 등의 관체로 이루어지는 레일 본체에 인젝터 접속용 소켓이 직접 부착된 구조의 연료 레일로서는, 예컨대, 고압 연료 펌프로부터의 가압된 연료가 공급되는 파이프 등의 관체로 이루어지는 레일 본체에 인젝터 홀더 및 고정용 브래킷이 직접 부착된 구조의 연료 레일(특허문헌 1 참조)이나, 고압 연료 펌프로부터의 가압된 연료가 공급되는 원통형의 본체 파이프와, 이 본체 파이프에 연결되어 제어 유닛에 의해 개폐 제어되는 연료 분사 밸브가 연결되는 복수의 소켓과, 상기 본체 파이프를 엔진에 부착하기 위해 상기 본체 파이프에 일체적으로 고착된 복수의 부착용 스테이로 이루어지는 직접 분사 엔진용 고압 연료 이송 파이프(특허문헌 2 참조) 등이 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2010-7651호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2011-144768호 공보
그러나, 전술한 종래의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일은, 이하에 기재하는 문제를 가지고 있다.
즉, 상기 종래의 각종의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일에 있어서, 파이프 등의 관체로 이루어지는 레일 본체는 일단 또는 양단이 폐쇄된 구조로 이루어져 있고, 그 단말 레일 구조는, 예컨대 도 2, 도 3에 확대하여 나타내는 바와 같이, 원통형의 본체 파이프(111)의 개구 단부에 엔드캡(112A, 112B)을, 각각 납땜으로 접합하는 구조의 것이 일반적이다.
한편, 최근에는, 가솔린 직접 분사 시스템에 있어서의 고압화에 의해, 본체 파이프(111)의 양단부를 폐색하는 엔드캡(112A, 112B)부의 강도가 문제가 되고 있다. 즉, 도 2, 도 3에 나타내는 본체 파이프(111)에 엔드캡(112A, 112B)을, 각각 납땜으로 접합하여 구성되는 단말 시일 구조의 경우는, 레일 본체인 본체 파이프(111) 내에 내압이 부가된 경우에, 본체 파이프(111)가 반경 방향으로 변형될(관체 외측으로 팽창될) 때에 발생하는 힘을 각각 납땜부(113A, 113B)에서 받는 구조로 되어 있기 때문에, 이 납땜부(113A, 113B)가 강도 면에서 가장 약한 부위가 되어 버리기 때문에, 가솔린 직접 분사 시스템에 있어서의 고압화에 대응하는 것이 곤란해진다고 하는 문제가 있다.
또한, 납땜부(113A, 113B)가 직접 연료(압력 매체)에 접함으로써, 그 납땜부에 형상이 불균일한 부분이 존재하는 경우에는, 응력 집중에 의한 상기 납땜부의 파손의 요인이 되기 쉬운 것 등의 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래의 연료 레일이 갖는 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 특히 파이프 등의 관체로 이루어지는 레일 본체의 일단 또는 양단을 엔드캡으로 폐색하는 구조의 연료 레일에 있어서, 구조를 간단하게 하여 엔드캡부의 고압화에 대응이 가능한 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조는, 엔드캡을 직접 레일 본체에 납땜하는 종래의 방식 대신에, 칼라를 이용한 납땜 방식과 나사 체결 방식을 채용하여, 레일 본체에 내압이 부가된 경우에 상기 레일 본체의 반경 방향으로 발생하는 힘을 레일 본체와 칼라의 납땜부에서 압축 응력으로서 받는 구조로 하며, 그 시일 수단에 개스킷을 사용하여 나사 체결부가 연료(압력 매체)에 접촉하지 않는 구조로 하는 것으로, 그 요지는, 관체로 이루어지는 연료 레일 본체의 일단 또는 양단을 나사 체결 방식의 엔드캡으로 폐색하는 구조의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조로서, 상기 연료 레일 본체의 개구 단부 바깥 둘레에, 안쪽 둘레 벽면의 일부에 마련한 나사 체결부가 상기 개구 단부로부터 돌출하듯이 납땜한 칼라와, 상기 칼라의 나사 체결부와 나사 결합하는 볼록형 엔드캡과, 상기 볼록형 엔드캡과 상기 연료 레일 본체 사이에 개재되는 금속제의 개스킷으로 구성되고, 상기 볼록형 엔드캡의 체결에 의해 발생하는 축력으로 인해 상기 개스킷이 체결되어 연료 레일 본체의 개구 단부가 밀봉되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명은 이러한 구조의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조에 있어서, 연료 레일 본체 및 볼록형 엔드캡이, 스테인리스강제, 또는, 각종 강재에 Ni 또는 Ni기 합금의 표면 처리를 실시한 표면 처리 재료제인 것, 그리고 또한, 상기 개스킷이, 구리제 또는 놋쇠제 혹은 이들 재료에 도금 등의 표면 처리가 실시된 표면 처리 재료제인 것을 바람직한 양태로 하는 것이다.
본 발명에 따른 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조는, 레일 본체에 대한 엔드캡의 부착 방식으로서, 연료 레일 본체의 개구 단부 바깥 둘레에 납땜한 칼라와 볼록형 엔드캡에 의한 나사 체결 방식을 채용하며, 시일 방식에 개스킷 시일 방식을 채용하고, 레일 본체에 나사 결합하여 체결되는 볼록형 엔드캡의 체결에 의해 발생하는 축력으로 인해, 금속제의 개스킷이 체결되어 밀봉되는 구성으로 이루어져, 레일 본체에 내압이 부가된 경우에 상기 레일 본체가 반경 방향으로 변형될(관체 외측으로 팽창될) 때에 발생하는 힘을 연료 레일 본체와 칼라의 납땜부에서 압축 응력으로서 받는 구조로 함으로써, 연료 레일 본체와 칼라의 납땜부는 피로 파괴에 대하여 유리해져, 시스템의 고압화에 충분히 대응 가능해진다. 또한, 본 발명은 연료 레일 본체와 엔드캡을, 칼라를 통해 나사 체결하는 방식을 채용함으로써, 연료 레일 본체에 나사 가공을 실시할 필요가 없어, 연료 레일 본체의 두께를 필요한 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 납땜부가 연료(압력 매체)에 접촉하지 않는 구조로 되어 있음으로써, 그 납땜부에 형상이 불균일한 부분이 존재하여도 응력 집중에 의한 파손의 요인이 되는 일이 전무한 것, 그리고 또한 개스킷 시일 방식을 채용함으로써, 레일 본체 단부의 시일의 안정성, 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 나타낸다.
또한, 연료 레일 본체 및 볼록형 엔드캡을 스테인리스강제, 또는, 각종 강재에 Ni 또는 Ni기 합금의 표면 처리를 실시한 표면 처리 재료제로 한 경우에는 내식성, 내압성이 높여지고, 상기 개스킷을 구리제 또는 놋쇠제 혹은 이들 재료에 도금 등의 표면 처리가 실시된 표면 처리 재료제로 한 경우에는, 밀봉성이나 내식성이 높여지는 등의 효과를 나타낸다.
또한, 연료 레일 본체에 다른 부품(인젝터용 소켓, 브래킷 등)을 납땜할 때, 연료 레일 본체의 양단부가 개방 상태가 됨으로써 납땜로 내에서의 연료 레일 본체 내의 분위기 가스의 치환이 원활하게 진행되기 때문에, 양호한 납땜을 할 수 있다고 하는 효과도 발휘한다.
도 1은 본 발명에 따른 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조의 하나의 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 마찬가지로 종래의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
본 발명에 따른 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조를, 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 있어서의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일은, 일단 혹은 관벽면에 연료 도입관(도시하지 않음)이 접속되고, 그 연료 도입관은 배관(도시하지 않음)을 통해 연료 탱크(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 이 연료 탱크의 연료가 배관 및 연료 펌프를 통해 연료 도입관에 이송되어, 연료 도입관으로부터 본관 레일로 유동하여, 인젝터(도시하지 않음)로부터 실린더(도시하지 않음) 내에 분사된다.
이 본관 레일은, 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일 본체로서, 주벽부(周壁部)에 상기 인젝터를 접속 가능하게 하는 소켓(도시하지 않음) 등이 복수 마련되어 있다. 예컨대 4기통 엔진의 경우에는 4개의 소켓이, 직렬 6기통 엔진의 경우에는 6개의 소켓이, 각각 원하는 간격으로 마련되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조의 하나의 실시예를 나타내는 단면도이며, 도 1에 있어서, 도면 부호 1은 연료 레일 본체, 1-1은 유통로, 1-1a는 안쪽 둘레 벽면, 1-1b는 엔드캡측 개구 단부면(압력 받이면), 2는 칼라, 2-1은 나사 체결부, 3은 연료 레일 본체(1)와 칼라(2)를 결합시키는 납땜부, 4는 볼록형 엔드캡, 4-1은 상기 칼라(2)에 마련한 나사 체결부(2-1)와 나사 결합하는 나사 체결부, 4-2는 볼록형 엔드캡의 연료 레일 본체 개구 단부면과의 대향면에 마련되는 압박면, 5는 개스킷이다.
즉, 도 1에 나타내는 실시예의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조는, 내부를 유통로(1-1)로 한 원통형의 안쪽 둘레 벽면(1-1a)을 갖는 연료 레일 본체(1)의 관단부 바깥 둘레에, 나사 체결부가 상기 관단부로부터 돌출하듯이 납땜한 칼라(2)와, 상기 칼라(2)의 나사 체결부에 나사 결합하여 부착되는 볼록형 엔드캡(4)과, 상기 연료 레일 본체(1)의 개구 단부와 상기 볼록형 엔드캡(4) 사이에 개재되는 금속제의 개스킷(5)으로 구성되어 있다. 상기 칼라(2)에는, 그 내벽면의 일부에 상기 볼록형 엔드캡(4)의 나사 체결부(4-1)와 나사 결합하는 나사 체결부(2-1)가 형성되고, 이 나사 체결부(2-1)가 형성된 부분이 연료 레일 본체(1)의 개구 단부로부터 돌출하듯이 그 돌출부 이외의 부위가 연료 레일 본체(1)의 개구 단부 바깥 둘레에 납땜부(3)에서 납땜되어 있다. 또한, 연료 레일 본체(1)의 개구 단부면(1-1b)과, 이 개구 단부면(1-1b)에 대향하는 볼록형 엔드캡(4)의 압박면(4-2) 사이에 상기 개스킷(5)이 개재되어 있다.
여기서, 상기 연료 레일 본체(1) 및 볼록형 엔드캡(4)은 내식성, 내압성을 고려하여 스테인리스강제, 또는 각종 강재, 예컨대 저탄소강에 Ni 또는 Ni기 합금의 표면 처리를 실시한 표면 처리 재료제로 하는 것이 바람직하다. 또한, 개스킷(5)은, 밀봉성이나 내식성을 고려하여 구리제나 놋쇠제 혹은 이들 재료에 도금 등의 표면 처리가 실시된 표면 처리 재료제로 하는 것이 바람직하다.
이러한 구조의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조에 있어서, 연료 레일 본체(1)의 단부를 밀봉할 때는, 칼라(2)의 내부에 개스킷(5)을 끼워 넣어 볼록형 엔드캡(4)의 나사 체결부(4-1)를 칼라(2)의 나사 체결부(2-1)에 나사 결합하여, 개스킷(5)을 연료 레일 본체(1)의 개구 단부면(압력 받이면)(1-1b)에 접촉시킨 상태로 볼록형 엔드캡(4)을 체결한다. 이때, 볼록형 엔드캡(4)의 체결에 의해 발생하는 축력으로 인해 상기 개스킷(5)이 체결되어 밀봉된다.
즉, 이러한 구조의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조는, 연료 레일 본체(1)의 개구 단부에 납땜으로 고착된 칼라(2)에 나사식으로 부착되어 있는 볼록형 엔드캡(4)의 체결에 의해 발생하는 축력으로 인해, 연료 레일 본체(1)의 개구 단부면(압력 받이면)(1-1b)과 볼록형 엔드캡(4)측의 압박면(4-2) 사이에 개재되는 개스킷(5)이 체결됨으로써 연료 레일 본체(1)의 개구 단부가 밀봉되어, 연료 레일 본체(1)의 유통로(1-1)와 상기 납땜부(3) 및 상기 나사 체결부(2-1, 4-1)가, 각각 완전하게 차단된다.
따라서, 이 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조의 경우, 연료 레일 본체(1)의 유통로(1-1)에 내압이 부가된 경우에 발생하는, 상기 연료 레일 본체(1)의 반경 방향의 변형(관체 외측으로의 팽창)에 대한 힘(압축 응력)이 작용하는 부위는, 연료 레일 본체(1)와 칼라(2)의 납땜부(3)가 되기 때문에, 내피로 특성이 우수하여, 연료 레일 본체(1)의 유통로(1-1)에 부가되는 내압의 고압화에 대응 가능해진다.
또한, 연료 레일 본체(1)와 칼라(2)의 납땜부(3)는, 개스킷(5)의 작용에 의해 연료 레일 본체(1) 내의 연료(압력 매체)에 접촉하지 않는 구조로 되어 있기 때문에, 그 납땜부에 형상이 불균일한 부분이 존재하여도 응력 집중에 의한 파손의 요인이 되는 일이 전무하게 될 뿐만 아니라, 볼록형 엔드캡(4)의 체결에 의해 발생하는 축력으로 인해 연료 레일 본체(1)의 개구 단부면(압력 받이면)(1-1b)에 개스킷(5)을 압접시켜 밀봉하는 메탈 시일 방식이기 때문에, 연료 레일 본체(1) 단부의 시일의 안정성, 신뢰성도 확보된다.
또한, 본 발명에 있어서, 연료 레일 본체(1) 및 볼록형 엔드캡(4)을 스테인리스강제, 또는, 각종 강재에 Ni 또는 Ni기 합금의 표면 처리를 실시한 표면 처리재료제로 한 경우, 내식성, 내압성이 높여져 긴 수명을 얻을 수 있다. 또한, 개스킷(5)을 구리제나 놋쇠제 혹은 이들 재료에 도금 등의 표면 처리가 실시된 표면 처리 재료제로 한 경우, 밀봉성 및 내식성이 높여져, 보다 한층 더 시일의 안정성, 신뢰성이 확보된다. 또한, 여기서는 시일 방식으로서 개스킷에 의한 메탈 시일 방식을 나타내었지만, 시일재로서는 반드시 금속제에 한정되는 것이 아니라, 다른 재질의 것을 채용하는 것도 가능한 것은 물론이다.
1 연료 레일 본체
1-1 유통로
1-1a 안쪽 둘레 벽면
1-1b 개구 단부면
2 칼라
2-1, 4-1 나사 체결부
3 납땜부
4 볼록형 엔드캡
4-2 압박면
5 개스킷

Claims (3)

  1. 관체로 이루어지는 연료 레일 본체의 일단 또는 양단을 나사 체결 방식의 엔드캡(end cap)으로 폐색하는 구조의 연료 레일에 있어서의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조로서,
    상기 연료 레일 본체의 개구 단부 바깥 둘레에, 내벽면의 일부에 마련한 나사 체결부가 상기 개구 단부로부터 돌출하듯이 납땜한 칼라와, 상기 칼라의 나사 체결부와 나사 결합하는 볼록형 엔드캡과, 상기 연료 레일 본체의 개구 단부면과 상기 개구 단부면에 대향하는 볼록형 앤드캡의 압박면 사이에 개재되는 금속제의 개스킷으로 구성되고,
    상기 볼록형 엔드캡의 체결에 의해 발생하는 축력으로 인해 상기 개스킷이 체결되어 상기 연료 레일 본체의 개구 단부가 밀봉되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연료 레일 본체 및 상기 볼록형 엔드캡은, 스테인리스강제, 또는, 각종 강재에 Ni 또는 Ni기 합금의 표면 처리를 실시한 표면 처리 재료제인 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 개스킷은, 구리제 또는 놋쇠제 혹은 이들 재료에 도금 등의 표면 처리가 실시된 표면 처리 재료제인 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조.
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