KR102258602B1 - 자동차 엔진의 연료레일 - Google Patents

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김형준
홍춘기
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주식회사 현대케피코
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Abstract

본 발명은 자동차 엔진의 연료레일에 관한 것으로, 엔진장착부의 양측에 동일한 조건으로 인젝터컵과 센서장착부가 설치된다. 또한 인젝터컵과 센서장착부에 분배파이프와 연통되는 동일한 조건의 유로가 형성된다. 따라서 엔진에서 고압센서로의 진동 전달 거리가 감소되어 고압센서의 진동 크기가 감소될 뿐만 아니라 인젝터와 고압센서에 동일한 진동 및 맥동 조건이 형성됨으로써 고압센서에서 측정되는 연료 분사압의 정확도가 향상된다.

Description

자동차 엔진의 연료레일{FUEL RAIL OF CAR ENGINE}
본 발명은 자동차 엔진의 연료레일에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료를 엔진의 실린더 각각에 구비된 인젝터로 분배해주는 자동차 엔진의 연료레일에 관한 것이다.
일반적으로 GDI(Gasoline Direct Injection; 가솔린 직접 분사) 엔진은 연료 분사 압력이 약 200 bar 이상의 고압이다. 따라서 연료탱크의 저압펌프로부터 압송된 오일을 다시 압축하여 고압을 형성하기 위한 고압펌프가 구비되며, 또한 고압펌프로부터 토출된 연료의 압력에 충분히 대응할 수 있는 고압용 연료레일을 사용한다.
도 1에 종래 기술에 따른 연료레일의 정면도, 좌측면도, 저면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 연료레일은 분배파이프(10)와, 분배파이프(10)를 엔진에 장착하기 위한 엔진장착부(11), 인젝터(20)가 삽입 설치되는 인젝터컵(12), 고압센서(30)가 삽입 설치되는 센서장착부(13)를 포함한다.
분배파이프(10)의 일측 단부에는 인렛피팅(10a)이 설치되어 연료를 공급하기 위한 파이프 또는 고압용 호스가 연결되고, 타측 단부에는 엔드캡(10b)이 설치되어 개구된 단부가 외부에 대해 차폐된다.
엔진장착부(11)에는 볼트홀(11a)이 형성되어 볼트로 엔진에 고정될 수 있도록 되어 있다.
인젝터컵(12)과 센서장착부(13)의 내부에는 분배파이프(10)의 내부와 연통되는 유로(12a,13a)(도 2 참조)가 형성되어 있어서 분배파이프(10)로부터 인젝터(20)로 연료를 공급하고 분배파이프(10)에 작용하는 연료의 압력을 측정하는 것이 가능하도록 되어 있다.
한편 엔진의 진동은 볼트(볼트홀(11a)에 체결되는 볼트), 엔진장착부(11), 분배파이프(10), 센서장착부(13)를 경유하는 긴 경로를 통해 고압센서(30)로 전달된다.
상기와 같이 종래에는 엔진에서 고압센서(30)까지의 진동 전달 거리가 길기 때문에 진동 전달 경로 중에 진동의 진폭이 증가할 가능성이 크고, 이에 따라 최종적으로 고압센서(30)가 과도하게 진동함으로써 고압센서(30)의 압력 측정 정확성이 저하되는 문제점이 있었다.
또한 종래의 연료레일은 분배파이프(10)에 대한 인젝터(20)와 고압센서(30)의 설치 위상이 상이하여, 고압펌프의 작동이나 엔진의 진동 등에 의해 분배파이프(10)의 내부에서 발생하는 맥동이 고압센서(30)와 인젝터(20)에 상이하게 작용하게 된다. 따라서 고압센서(30)를 통해 측정하고자 하는 인젝터(20)에 작용하는 압력 즉, 연료분사압을 정확하게 측정할 수 없게 되는 문제점이 있었다.
상기와 같이 고압센서(30)에서 측정되는 연료분사압의 정확도가 낮아 정밀한 연료 분사 제어가 불가하였으며, 이는 결국 연비, 출력, 효율 등 전반적인 엔진 성능 저하를 유발하게 된다.
대한민국 공개특허공보 제2002-0077762호(2002.10.14. 공개)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고압센서의 진동이 감소되고 고압센서와 인젝터에 동일한 맥동이 작용하여 고압센서의 연료분사압 측정 정확도가 향상될 수 있도록 된 자동차 엔진의 연료레일을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고압펌프로부터 토출된 고압연료가 유입되는 분배파이프와, 상기 분배파이프의 측면에 장착되고 볼트로 엔진에 고정되는 엔진장착부와, 상기 분배파이프의 측면에 장착되고 하부에서 상방으로 인젝터삽입홀이 형성되며 그 인젝터삽입홀에 인젝터의 연료 인렛부가 삽입 설치된 인젝터컵과, 상기 분배파이프에서 인젝터컵이 장착된 측면과 동일한 측면에 장착되고 상기 인젝터삽입홀과 동일 선상에 고압센서삽입홀이 형성되며 그 고압센서삽입홀에 고압센서의 압력 감지부가 삽입 설치된 센서장착부를 포함한다.
상기 인젝터컵은 엔진장착부의 일측면에 연결부를 매개로 연결되고, 상기 센서장착부는 엔진장착부의 타측면에 상기 연결부와 동일한 형상을 가지는 연결부로 연결된다.
상기 인젝터와 고압센서는 그 중심축이 동일한 방향을 향하도록 설치된다.
상기 인젝터컵과 센서장착부에 인젝터삽입홀과 고압센서삽입홀을 분배파이프의 내부 공간과 연통시키는 유로가 각각 형성되고, 상기 인젝터컵과 센서장착부의 유로는 그 단면적과 길이 및 형성 높이가 동일하다.
상기 인젝터컵의 유로 출구로부터 인젝터의 연료 인렛부 상단까지의 거리와 상기 센서장착부의 유로 출구로부터 고압센서의 압력 감지부 상단까지의 거리가 서로 동일하다.
상기 엔진장착부와 인젝터컵을 연결하는 연결부는 일단이 엔진장착부 또는 인젝터컵 중 어느 하나에 일체로 형성되고 타단이 그 대응부에 동-브레이징되고, 상기 엔진장착부와 센서장착부를 연결하는 연결부는 일단이 엔진장착부 또는 센서장착부 중 어느 하나에 일체로 형성되고 타단이 그 대응부에 동-브레이징된다.
상기 분배파이프에 인젝터와 고압센서에 연결되는 전선 케이블을 고정하기 위한 케이블 고정용 브라켓이 설치된다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 엔진으로부터 고압센서에 이르는 진동 전달 경로의 길이가 감소되어 고압센서의 진동이 감소됨으로써 고압센서의 측정 정확도가 향상된다.
또한 고압센서가 인젝터와 동일한 맥동 작용 조건으로 설치됨으로써 고압센서의 측정 정확도가 향상된다.
상기와 같이 고압센서에서 측정되는 연료분사압의 정확도가 향상됨으로써 연료분사제어를 보다 정확하게 실시할 수 있게 되며, 이에 연비, 출력, 효율 등의 엔진 성능이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 연료레일의 정면도, 저면도, 좌측면도.
도 2는 도 1에서 엔진장착부, 인젝터컵, 센서장착부가 설치된 부분의 평면도.
도 3은 도 1의 대응도로서, 본 발명에 따른 연료레일의 정면도, 저면도, 좌측면도.
도 4는 도 2의 대응도로서, 도 3에서 엔진장착부, 인젝터컵, 센서장착부가 설치된 부분의 평면도.
도 5는 도 4의 A-A선 단면도(인젝터와 고압센서는 외관을 그대로 도시함).
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 종래기술과 동일한 명칭을 사용하는 부분에는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 엔진의 연료레일은 고압센서(30)가 분배파이프(10)에 대해 인젝터(20)와 동일한 조건으로 장착된 것에 그 특징이 있다.
분배파이프(10)는 고압펌프에서 생성되는 고압에 견딜 수 있는 원형 단면의 직선형 금속재 파이프로서 일단에는 고압피팅(10a)이 장착되어 연료 도입을 위한 파이프나 호스를 연결할 수 있도록 되어 있고, 타단에는 엔드캡(10b)이 설치되어 개구된 단부를 차폐하고 있다.
도시된 연료레일은 4기통 엔진용으로서 4개의 인젝터(20)가 설치되어 있다.
분배파이프(10)에는 4개의 엔진장착부(11)가 동일 간격으로 설치되어 있다. 엔진장착부(11)는 분배파이프(10)의 전방 측면에 일체로 장착된다. 엔진장착부(11)에는 상하 방향으로 볼트홀(11a)이 형성되어 있어서, 도시되지 않은 볼트를 매개로 엔진에 장착할 수 있도록 되어 있다.
엔진장착부(11)의 일측 방향에는 소정 거리 이격되어 인젝터컵(12)이 설치된다. 인젝터컵(12)은 분배파이프(10)에 일체로 장착될 뿐만 아니라 엔진장착부(11)와 연결부(15a)를 매개로 연결되어 있다.
상기 연결부(15a)는 엔진장착부(11) 또는 인젝터컵(12)의 어느 한쪽에 일체로 형성될 수 있고, 그 경우 일체로 형성되지 않은 반대쪽 단부는 그 대응부 즉, 엔진장착부(11) 또는 인젝터컵(12)중 어느 하나에 동(Cu)-브레이징으로 장착된다.
인젝터컵(12)에는 저면으로부터 내측 상방으로 인젝터(20)를 삽입할 수 있는 인젝터삽입홀(12b)이 형성되고, 인젝터삽입홀(12b)은 인젝터컵(12)의 반경 방향으로 형성된 유로(12a)에 의해 분배파이프(10)의 내부와 연통된다.
상기 인젝터삽입홀(12b)에는 인젝터(20) 상단의 연료 인렛부가 삽입되어 분배파이프(10)로부터 연료를 공급받을 수 있도록 되어 있다.
한편, 상기 엔진장착부(11)의 타측 방향에는 인젝터컵(12)과 동일한 거리로 이격되어 센서장착부(13)가 설치된다. 센서장착부(13)는 분배파이프(10)에 일체로 장착될 뿐만 아니라 엔진장착부(11)와 연결부(15b)를 매개로 연결되어 있다. 센서장착부(13)는 복수의 엔진장착부(11) 중 어느 하나의 엔진장착부(11)에만 설치되면 족하다.
상기 연결부(15b)는 엔진장착부(11) 또는 센서장착부(13)의 어느 한쪽에 일체로 형성될 수 있고, 그 경우 일체로 형성되지 않은 반대쪽 단부는 그 대응부 즉, 엔진장착부(11) 또는 센서장착부(13) 중 어느 한쪽에 동(Cu)-브레이징으로 장착된다.
센서장착부(13)에는 저면으로부터 내측 상방으로 고압센서(30)를 삽입할 수 있는 고압센서삽입홀(13b)이 형성되고, 고압센서삽입홀(13b)은 센서장착부(13)의 반경 방향으로 형성된 유로(13a)에 의해 분배파이프(10)의 내부와 연통된다.
상기 고압센서삽입홀(13b)은 상기 인젝터삽입홀(12b)과 동일 선상에 형성된다.
상기 고압센서삽입홀(13b)에는 고압센서(30) 상단의 압력 감지부가 삽입되어 분배파이프(10) 내부의 압력을 측정할 수 있도록 되어 있다.
상기 양측 연결부(15a,15b)는 동일한 형상을 가진다. 또한 양측 연결부(15a,15b)는 동일한 재질과 크기(상하 길이, 두께, 좌우 폭 등)를 가진다.
상기와 같이 인젝터(20)가 설치되는 인젝터컵(12)과 고압센서(30)가 설치되는 센서장착부(13)가 엔진장착부(11)에 동일한 조건의 연결부(15a,15b)에 의해 연결되고, 엔진장착부(11)로부터 동일한 거리 이격되어 좌우 방향에 각각 설치된다. 이들 인젝터컵(12)과 센서장착부(13)가 모두 분배파이프(10)에 직접 장착(용접)된 것도 동일하다.
또한 상기 인젝터삽입홀(12b)과 고압센서삽입홀(13b)은 그 중심축 방향이 동일하다. 따라서 인젝터삽입홀(12b)과 고압센서삽입홀(13b)에 삽입 설치되는 인젝터(20)와 고압센서(30) 역시 그 중심축들의 방향이 동일한 상태로 설치된다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이, 인젝터삽입홀(12b)과 고압센서삽입홀(13b)에 각각 삽입된 인젝터(20)와 고압센서(30)의 상단부 높이도 동일하다.
또한, 도 4와 도 5와 같이, 인젝터컵(12)과 센서장착부(13)에 각각 형성된 유로(12a,13a)의 크기(단면적)와 길이(인젝터삽입홀(12b) 또는 고압센서삽입홀(13b)의 내경면으로부터 분배파이프(10)의 내경면까지의 거리) 및 형성 높이도 서로 동일하다.
미설명 부호 14는 인젝터(20)와 고압센서(30)에 연결되는 전선 케이블을 정리하는데 사용되는 케이블 고정용 브라켓이다.
이하, 본 발명에 따른 연료레일의 작용 효과를 설명한다.
본 발명에 따른 연료레일은 엔진장착부(11)의 볼트홀(11a)에 삽입된 볼트가 엔진 실린더헤드에 형성된 볼트홀에 나사 체결됨으로써 엔진에 장착된다. 이때 인젝터(20)는 상단의 연료 인렛부가 인젝터컵(12)의 인젝터삽입홀(12b)에 삽입되어 있고 하단의 노즐부가 실린더헤드에 형성된 인젝터홀을 통해 엔진의 연소실 내부 공간으로 삽입되어 있게 된다.
또한 센서장착부(13)의 고압센서삽입홀(13b)에는 고압센서(30)의 압력 감지부가 삽입되어 있다.
상기와 같은 설치 상태에서 엔진의 진동은 볼트, 엔진장착부(11), 센서장착부(13)를 통해 고압센서(30)로 전달된다.
종래의 경우에는 위에 설명한 바와 같이, 엔진의 진동이 볼트, 엔진장착부(11), 분배파이프(10), 센서장착부(13), 고압센서(30)의 경로로 전달되었다.
즉, 종래에는 엔진 진동이 분배파이프(10)를 경유하지만 본 발명의 경우에는 분배파이프(10)를 경유하지 않고 고압센서(30)로 전달된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 연료레일은 엔진부터 고압센서(30)까지 진동 전달 경로의 길이가 짧기 때문에 진동 전달 경로 중에 진동의 진폭이 증가될 여지가 감소됨으로써 결과적으로 고압센서(30)에서 발생하는 진동의 크기가 감소되며, 이에 고압센서(30)의 압력 측정 정확도가 향상된다.
또한 엔진장착부(11)와 인젝터컵(12)의 사이와, 엔진장착부(11)와 센서장착부(13)의 사이는 동일한 조건(재질, 크기)의 연결부(15a,15b)에 의해 연결되어 있기 때문에 엔진장착부(11)로부터 인젝터컵(12)에 이르는 진동 경로와 센서장착부(13)에 이르는 진동 경로가 동일하다. 따라서 고압센서(30)가 인젝터(20)와 동일한 진동 조건에 있게 되므로 인젝터(20)에 작용하는 실제 연료 분사압을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한 상기 인젝터컵(12)과 센서장착부(13)에 형성된 인젝터삽입홀(12b)과 고압센서삽입홀(13b)의 중심축 방향이 동일하여 이들에 설치되는 인젝터(20)와 고압센서(30)의 중심축 방향도 서로 동일하다. 즉, 고압센서(30)는 인젝터(20)와 동일한 진동 전달 경로를 가질 뿐만 아니라 동일한 자세로 설치됨으로써 더욱 동일한 설치 조건을 갖게 된다. 따라서 고압센서(30)는 인젝터(20)와 더욱 동일한 조건에서 압력을 측정할 수 있게 되므로 보다 정확한 연료 분사압을 측정할 수 있다.
또한 분배파이프(10)의 내부에 발생한 맥동은 각각의 유로(12a,13a)를 통해 인젝터컵(12) 내부의 인젝터삽입홀(12b)과 센서장착부(13) 내부의 고압센서삽입홀(13b)에 작용한다.
이때 상기 유로(12a,13a)의 크기(단면적)와 길이가 서로 동일하기 때문에 맥동은 인젝터삽입홀(12b)과 고압센서삽입홀(13b)에 동일하게 작용하게 된다.
또한 인젝터(20)와 고압센서(30) 각각이 인젝터삽입홀(12b)과 고압센서삽입홀(13b)에 삽입된 깊이가 동일하다. 따라서 인젝터컵(12)의 유로(12a) 출구로부터 인젝터(20)의 연료 인렛부 상단까지의 거리와 센서장착부(13)의 유로(13a) 출구로부터 고압센서(30)의 압력 감지부 상단까지의 거리가 동일하다.
따라서 분배파이프(10) 내부의 맥동이 인젝터(20)와 고압센서(30)에 동일하게 작용하므로 고압센서(30)가 실제로 인젝터(20)에 작용하는 압력 즉, 연료 분사압을 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.
상기와 같이 고압센서(30)의 진동이 감소되고, 고압센서(30)가 인젝터(20)와 동일한 맥동이 작용하는 조건으로 설치됨으로써 고압센서(30)의 연료 분사압 측정 정확도가 향상되고, 이에 따라 엔진의 연료분사제어가 제어맵을 따라 보다 정확하게 실시(연료분사량을 보다 정밀하게 제어할 수 있음)될 수 있게 됨으로써 엔진의 연비, 출력, 효율 등의 제반 성능이 향상된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 분배파이프 11 : 엔진장착부
11a : 볼트홀 12 : 인젝터컵
13 : 센서장착부 12a,13a : 유로
12b : 인젝터삽입홀 13b : 고압센서삽입홀
14 : 케이블 고정용 브라켓 15a,15b : 연결부
20 : 인젝터 30 : 고압센서

Claims (7)

  1. 고압펌프로부터 토출된 고압연료가 유입되는 분배파이프와;
    상기 분배파이프의 측면에 장착되고 볼트로 엔진에 고정되는 엔진장착부와;
    상기 분배파이프의 측면에 장착되고, 하부에서 상방으로 인젝터삽입홀이 형성되며, 그 인젝터삽입홀에 인젝터의 연료 인렛부가 삽입 설치된 인젝터컵과;
    상기 분배파이프에서 인젝터컵이 장착된 측면과 동일한 측면에 장착되고, 하부에서 상방으로 고압센서삽입홀이 형성되며, 그 고압센서삽입홀에 고압센서의 압력 감지부가 삽입 설치된 센서장착부;를 포함하고,
    상기 인젝터컵은 엔진장착부의 일측면에 연결부를 매개로 연결되고,
    상기 센서장착부는 엔진장착부의 타측면에 상기 연결부와 동일한 형상과 재질 및 크기를 가지는 연결부로 연결된 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 연료레일.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 인젝터와 고압센서는 그 중심축이 동일한 방향을 향하도록 설치된 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 연료레일.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 인젝터컵과 센서장착부에 인젝터삽입홀과 고압센서삽입홀을 분배파이프의 내부 공간과 연통시키는 유로가 각각 형성되고,
    상기 인젝터컵과 센서장착부의 유로는 그 단면적과 길이 및 형성 높이가 동일한 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 연료레일.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 인젝터컵의 유로 출구로부터 인젝터의 연료 인렛부 상단까지의 거리와 상기 센서장착부의 유로 출구로부터 고압센서의 압력 감지부 상단까지의 거리가 서로 동일한 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 연료레일.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진장착부와 인젝터컵을 연결하는 연결부는 일단이 엔진장착부 또는 인젝터컵 중 어느 하나에 일체로 형성되고 타단이 그 대응부에 동-브레이징되고,
    상기 엔진장착부와 센서장착부를 연결하는 연결부는 일단이 엔진장착부 또는 센서장착부 중 어느 하나에 일체로 형성되고 타단이 그 대응부에 동-브레이징된 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 연료레일.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 분배파이프에 인젝터와 고압센서에 연결되는 전선 케이블을 고정하기 위한 케이블 고정용 브라켓이 설치된 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 연료레일.

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