KR20040111182A - 고압 연료 분사관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굽힘 하중 등에 의해 야기되는 결합 헤드부의 하부 헤드부에 대한 응력 집중을 효과적으로 완화할 수 있는 고압 연료 분사관을 제공한다.

상기 고압 연료 분사관은 두껍고 작은 직경의 금속관의 단부에서 좌굴 성형에 의해 직경이 증가되는 결합 헤드부를 구비하고, 상기 결합 헤드부의 하부 헤드부에는 후벽부가 형성되는데, 상기 후벽부는,

상기 결합 헤드부에 이어지는 후벽부의 부분(A)의 곡률 반경(R1)이 관의 외경의 0.03 내지 0.15 배인 조건과,

상기 후벽부의 부분(A)으로부터 직선 관부까지 이어지는 부분(B)의 곡률 반경(R2)이 관의 외경의 0.3 내지 1.5 배인 조건과,

상기 후벽부의 최대 직경 크기(w)가 결합 헤드부의 최대 직경 방향 돌출 길이(W)의 0.25 내지 0.4 배인 조건을 만족시키는 것을 특징으로 한다.

Description

고압 연료 분사관{HIGH-PRESSURE FUEL INJECTION PIPE}

본 발명은 디젤 내연 기관에 대체로 마련되어 연료 공급 채널로서 사용되고 비교적 두껍고 작은 직경의 금속관으로 구성되는 고압 연료 분사관, 보다 구체적으로는 진동에 의해 야기되는 굽힘 하중 등으로 인해 말단의 하부 헤드부에 응력이 집중되는 것을 완화하는 고압 연료 분사관에 관한 것이다.

종래 기술에서, 이러한 타입의 기지의 고압 연료 분사관은 두껍고 작은 직경의 금속관(11)으로 구성되는데, 그 단부에는 절두 아치형의 결합 헤드부(13)가 마련되고, 이 결합 헤드부는 좌굴 성형에 의해 형성된 그 외주부에 구형의 가압 안착면(12)을 갖고 있다. 이 타입의 고압 연료 분사관은, 링형 와셔(15) 또는 슬리브 와셔(도시 생략)를 결합 헤드부(13)의 하부 헤드부를 구성하는 두껍고 작은 직경의 금속관(11) 자체의 관 직경부(14)에 느슨하게 끼워맞추고, 이 상태에서 결합 헤드부(13)의 이면을 링형 와셔(15)를 통해 조립된 조임 너트(16) 내측의 저벽면에 맞물리며, 나사식 체결 및 조임시 파트너측 또는 펌프의 홀더의 관 결합부(도시 생략)의 안착면에 대해 가압함으로써 결합된다.

그런데, 이 타입의 고압 연료 분사관에서는, 관 직경부(14)의 구조가 결합 헤드부(13)의 하부 헤드부 부근의 부분에 대응하는 금속관 자체로 간단히 형성되기 때문에, 그리고 와셔(15)의 관 직경부(14)에서 느슨하게 끼워맞춤된 구조 때문에,결합 헤드부(13)의 하부 헤드부(R)의 진동에 의해 야기된 굽힘 하중 등으로 인해 응력 집중이 발생될 수 있고, 이에 의해 기계적 강도의 저하 및 그에 따른 국부적 피로가 초래됨으로써 균열 또는 굽힘 손상이 쉽게 발생된다는 문제가 있다.

전술한 문제를 해결하기 위해서, 결합 헤드부(13)의 플랜지(13')와 관 직경부(14)를 연결하는 하부 헤드부에 마련된 필렛(R)을 증가시켜 응력 집중을 완화하는 대책이 관련 기술에서 채택되었다. 그러나, 필렛(R)의 크기가 증가되면, 그 결과로서 플랜지(13')의 직경까지 증가시킬 필요가 있다. 플랜지(13')는 와셔 또는 슬리브를 통해 너트 조임력을 받는 부분이므로, 충분한 영역을 필요로 한다. 그러나, 플랜지(13')의 직경을 증가시킴으로써 그 영역을 증가시키면 좌굴 성형(말단의 성형)시에 관의 내면에 형성되는 폴드 크림프(fold crimp)가 증가되므로, 내압에 대항하는 강도가 저하될 수도 있다. 따라서, 플랜지(13')의 크기는 제한되므로, 플랜지(13')의 크기를 증가시키는 대책은 응력 집중을 완화하는 데 반드시 효과적인 대책은 아니다. 따라서, 과도한 응력으로 인한 금속관의 손상을 방지하기 위해서는, 예컨대 분사관의 중간부를 체결하거나 엔진 자체의 진동을 억제하는 대책을 세우는 것이 필요하다.

전술한 관련 기술의 그러한 문제의 관점에서, 본 발명의 목적은 진동에 의해 야기되는 굽힘 하중 등에 의해 발생된 결합 헤드부의 아래 부분에 대한 응력 집중을 효율적으로 완화시킬 수 있는 고압 연료 분사관을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 고압 연료 분사관의 실시예를 도시하는 평면도.

도 2는 본 발명에 따른 고압 연료 분사관의 다른 실시예를 도시하는 평면도.

도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 고압 연료 분사관의 결합 헤드부의 확대도로서, 도 3a는 절반 횡단면도이고 도 3b는 도 3a의 주요부의 확대도.

도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 고압 연료 분사관의 결합 헤드부의 확대도로서, 도 4a는 절반 횡단면도이고 도 4b는 도 4a의 주요부의 확대도.

도 5는 관련 기술의 고압 연료 분사관의 일례를 도시하는 평면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1: 두껍고 작은 직경의 금속관

2: 가압 안착면

3: 결합 헤드부

3': 플랜지

4: 후벽부

14: 테이퍼벽

A: 결합 헤드부에 이어지는 곡률 반경(R1)의 범위

B: 직선 관부에 이어지는 곡률 반경(R2)의 범위

본 발명의 제1 양태에 따른 고압 연료 분사관은 두껍고 작은 직경의 금속관과, 이 금속관과 일체로 형성된 결합 헤드부를 구비하는 고압 연료 분사관이며, 상기 결합 헤드부는 좌굴 성형에 의해 직경이 증가되고, 파트너측의 관 결합부의 안착면에 대해 결합측 외주부에 가압 안착면이 형성되며, 상기 결합 헤드부의 하부 헤드부에는 아래의 1 내지 3의 조건을 만족시키는 후벽부가 형성되어 있다.

1. 상기 결합 헤드부에 이어지는 후벽부의 부분(A)의 곡률 반경(R1)은 관의 외경의 0.03 내지 0.15 배이다.

2. 상기 후벽부의 부분(A)으로부터 직선 관부까지 이어지는 부분(B)의 곡률 반경(R2)은 관의 외경의 0.3 내지 1.5 배이다.

3. 상기 후벽부의 최대 직경 크기(w)는 결합 헤드부의 최대 직경 방향 돌출 길이(W)의 0.25 내지 0.4 배이다.

본 발명에 있어서, 고압 연료 분사관은 고압 배관용 탄소강관, 스테인레스강관, 또는 그 복합 재료관으로 형성된다. 또한, 본 발명의 고압 연료 분사관의 결합 헤드부는 그 외주부에 구형의 가압 안착면이 있는 절두 아치형으로 형성된다. 상기 두껍고 작은 직경의 금속관의 치수는 관 직경이 4.5 mm 내지 20 mm이고 내경이 1.0 mm 내지 5.0 mm이다.

본 발명의 제2 양태는 상기 후벽부가 아래의 4 내지 7의 조건을 만족시키는 테이퍼벽으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

4. 후방으로 연장되어 관의 중심선에 대해 직선 관부에 이어지는 테이퍼벽의 각도(θ)는 7 내지 15 도이다.

5. 상기 결합 헤드부에 이어지는 테이퍼벽의 부분(A)의 곡률 반경(R1)은 관의 외경의 0.03 내지 0.15 배이다.

6. 직선 관부에 이어지는 테이퍼벽의 부분(B)의 곡률 반경(R2)은 관의 외경의 0.3 내지 1.5 배이다.

7. 상기 테이퍼벽의 최대 직경 크기(w)는 결합 헤드부의 최대 직경 방향 돌출 길이(W)의 0.25 내지 0.4 배이다.

본 발명에 있어서, 고압 연료 분사관은 고압 배관용 탄소강관, 스테인레스강관, 또는 그 복합 재료관으로 형성된다. 또한, 본 발명의 고압 연료 분사관의 결합 헤드부는 그 외주부에 구형의 가압 안착면이 있는 절두 아치형으로 형성된다. 상기 두껍고 작은 직경의 금속관의 치수는 관 직경이 4.5 mm 내지 20 mm이고 내경이 1.0 mm 내지 5.0 mm이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적절한 조건을 만족시키면서 직선 관부에 이어지고 결합 헤드부의 하부 헤드부에 형성되는 후벽부 또는 테이퍼벽이 고압 연료 분사관에 마련되기 때문에, 상기 하부 헤드부 부근의 부분에 대한 응력 집중을 완화하여 기계적 강도를 향상시킬 수 있으며, 이에 의해, 진동에 의해 야기되는 굽힘 하중 등으로 인한 균열 또는 굽힘 손상을 상당히 완화하거나 제거할 수 있어, 안정적인 결합 및 내구성을 장기간 유지할 수 있다.

본 발명에서, 참조 번호 1은 두껍고 작은 직경의 금속관을 지시하고, 참조 번호 2는 가압 안착면을 지시하며, 참조 번호 3은 결합 헤드부를 지시하고, 참조 번호 3'은 플랜지를 지시하며, 참조 번호 4는 후벽부를 지시하고, 참조 번호 14는 테이퍼벽을 지시하며, 부분 A는 결합 헤드부에 이어지는 곡률 반경(R1)의 범위를지시하고, 부분 B는 직선 관부에 이어지는 곡률 반경(R2)의 범위를 지시한다.

두껍고 작은 직경의 금속관(1)은 고압 배관용 탄소강관, 스테인레스강관, 또는 그 복합 재료관으로 형성되고, 관 직경은 4.5 mm 내지 20 mm이고 내경은 1.0 내지 5.0 mm이다.

도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 고압 연료 분사관은 두껍고 작은 직경의 금속관(1)으로 형성되고, 이 금속관에는 단부의 외주면에 구형의 가압 안착면(2)을 갖는 절두 아치형의 결합 헤드부(3)와, 좌굴 성형에 의해 부분(A)과 부분(B)을 매개로 하여 형성된 결합 헤드부(3)의 하부 헤드부에서 두껍고 작은 직경의 금속관(1)의 직선 관부에 이어지도록 후방으로 연장되는 후벽부(4) 또는 테이퍼벽(14)이 마련된다.

제조 방법은 프레스 공정에 의해 예정된 길이의 제품으로 절단된 직선관의 형태인 두껍고 작은 직경의 금속관(1)의 단부를 좌굴 성형하는 단계와, 파트너측 또는 펌프의 분사 노즐의 관 결합부의 안착면에 대해 가압 안착면(2)을 갖는 절두 아치형의 결합 헤드부(3)와, 결합 헤드부(3)의 하부 헤드부의 결합측 외주면에 있는 부분(A)과 부분(B)의 R 부분들과 함께 두껍고 작은 직경의 금속관(1)의 직선 관부에 이어지도록 후방으로 연장되는 후벽부(4) 또는 테이퍼벽(14)을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 후벽부(4)가 전술한 1 내지 3의 조건을 만족시키는 이유는 다음과 같다.

1. 후벽부의 결합 헤드부(3)에 이어지는 부분(A)의 곡률 반경(R1)이 관의 외경의 0.03 내지 0.15 배로 결정되는 이유는, 상기 곡률 반경이 0.03 배보다 작으면 응력 집중으로 인해 강도가 저하되고, 0.15 배를 초과하면 와셔 및 슬리브에 대한 플랜지(3')의 효율적인 접촉 영역이 짧아지기 때문이다.

2. 후벽부의 직선 관부에 이어지는 부분(B)의 곡률 반경(R2)이 관의 외경의 0.3 내지 1.5 배로 결정되는 이유는, 상기 곡률 반경이 0.3 배보다 작으면 응력 집중을 완화하는 데 충분한 효과를 달성할 수 없고, 1.5 배를 초과하면 실제로는 아니지만 후벽부(4)의 길이가 증가되어 굽힘 공정에 있어서의 제약 조건이 증대되기 때문이다.

3. 후벽부의 최대 직경 크기(w)가 결합 헤드부의 최대 직경 방향 돌출 길이(W)의 0.25 내지 0.4 배로 결정되는 이유는, 상기 크기가 0.25 배보다 작으면 후벽부(4)의 충분한 효과를 달성할 수 없고, 0.4 배를 초과하면 와셔 및 슬리브에 대한 플랜지(3')의 효율적인 접촉 영역이 짧아지기 때문이다.

또한, 테이퍼벽이 전술한 4 내지 7 조건을 만족시키는 이유는 다음과 같다.

4. 후방으로 연장되어 관의 중심선에 대해 직선 관부에 이어지는 테이퍼벽의 각도(θ)가 7 내지 15 도로 결정되는 이유는, 상기 각도가 7 도보다 작으면 굽힘 하중 등으로 인해 결합 헤드부(3)에 이어지는 테이퍼벽의 부분(A)에 대해 응력 집중이 발생하여 피로 강도가 저하되고, 15 도를 초과하면 직선 관부에 이어지는 테이퍼벽의 부분(B)에 대해 유사한 응력 집중이 발생하여 피로 강도가 저하되기 때문이다.

5. 결합 헤드부에 이어지는 테이퍼벽의 부분(A)의 곡률 반경(R1)이 관의 외경의 0.03 내지 0.15 배로 결정되는 이유는, 상기 곡률 반경이 0.03 배보다 작으면 응력 집중으로 인해 강도가 저하되고, 0.15 배를 초과하면 와셔와 슬리브에 대한 플랜지(3')의 효율적인 접촉 영역이 짧아지기 때문이다.

6. 직선 관부에 이어지는 테이퍼벽의 부분(B)의 곡률 반경(R2)이 관의 외경의 0.3 내지 1.5 배로 결정되는 이유는, 상기 곡률 반경이 0.3 배보다 작으면 응력 집중을 완화하는 데 충분한 효과를 달성할 수 없고, 1.5 배를 초과하면 실제로는 아니지만 테이퍼벽(14)의 길이가 증가되어 굽힘 공정에 있어서의 제약 조건이 증대되기 때문이다.

7. 테이퍼벽의 최대 직경 크기(w)가 결합 헤드부의 최대 직경 방향 돌출 길이(W)의 0.25 내지 0.4 배로 결정되는 이유는, 상기 크기가 0.25 배보다 작으면 테이퍼벽(14)의 충분한 효과를 달성할 수 없고, 0.4 배를 초과하면 와셔 및 슬리브에 대한 플랜지(3')의 효율적인 접촉 영역이 짧아지기 때문이다.

실시예

[실시예 1]

내경이 3 mm이고 외경이 6.35 mm이며 STS410으로 형성된 두껍고 작은 직경의 금속관을 사용하여, 전술한 1 내지 3의 조건을 만족시키는 후벽부를 갖는 고압 연료 분사관과, 도 5에 도시된 후벽부가 없는 형태를 갖는 종래 기술의 고압 연료 분사관에 대해 수행된 피로 특성 시험의 결과를 표 1에 나타내었다.

표 1에 나타낸 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 고압 연료 분사관에서는 결합 헤드부의 하부 헤드부에 대한 응력 집중이 완화되어 종래 기술의관에 비해 발생된 응력을 저감시킬 수 있었다.

시험편 번호	후벽부	최대 응력(MPa)
	R1(mm)		R2(mm)	w(mm)
본 발명	1	0.2	3	0.5	197
	2	0.3	3	0.5	203
	3	0.4	3	0.5	206
	4	0.4	4	0.5	207
	5	0.2	9.5	0.5	197
	6	1.0	3	1.45	149
비교예		0.4	-	0.4	252

[실시예 2]

내경이 4 mm이고 외경이 10 mm이며 STS410으로 형성된 두껍고 작은 직경의 금속관을 사용하여, 전술한 4 내지 7의 조건을 만족시키는 테이퍼벽을 갖는 고압 연료 분사관과, 도 5에 도시된 후벽부가 없는 형태를 갖는 종래 기술의 고압 연료 분사관에 대해 수행된 피로 특성 시험의 결과를 표 1에 나타내었다.

표 1에 나타낸 결과로부터 명백한 바와 같이, 이 실시예의 본 발명에 따른 고압 연료 분사관에서도 또한 결합 헤드부의 하부 헤드부에 대한 응력 집중이 완화되어 종래 기술의 관에 비해 발생된 응력을 저감시킬 수 있었다.

시험편 번호	테이퍼벽	최대 응력(MPa)
	θ(˚)		R1(mm)	R2(mm)	w(mm)
본 발명	1	7.5	0.3	1	0.5	228
	2	10	0.3	1	0.5	237
	3	15	0.3	1	0.5	203
비교예	1	0	0.4	-	0.4	252
	2	4	0.3	1	0.5	240

전술한 바와 같이, 본 발명의 고압 연료 분사관에 따르면, 적절한 조건을 만족시키는 후벽부 또는 테이퍼벽이 결합 헤드부의 하부 헤드부에 마련되기 때문에, 상기 하부 헤드부 부근의 부분에 대한 응력 집중을 완화하여 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 진동에 의해 야기되는 굽힘 하중 등으로 인한 균열 또는 굽힘 손상을 상당히 완화하거나 제거할 수 있어, 안정적인 결합 및 내구성이 장기간 유지될 수 있는 우수한 효과가 달성된다.

Claims (8)

1. 두껍고 작은 직경의 금속관과, 이 금속관의 단부에 일체로 형성된 결합 헤드부를 구비하는 고압 연료 분사관으로서,

   상기 결합 헤드부는 좌굴 성형에 의해 직경이 증가되고, 파트너측의 관 결합부의 안착면에 대해 결합측 외주부에 가압 안착면이 형성되며,

   상기 결합 헤드부의 하부 헤드부에는 후벽부가 형성되는데, 상기 후벽부는,

   상기 결합 헤드부에 이어지는 후벽부의 부분(A)의 곡률 반경(R1)이 관의 외경의 0.03 내지 0.15 배인 조건과,

   상기 후벽부의 부분(A)으로부터 직선 관부까지 이어지는 부분(B)의 곡률 반경(R2)이 관의 외경의 0.3 내지 1.5 배인 조건과,

   상기 후벽부의 최대 직경 크기(w)가 결합 헤드부의 최대 직경 방향 돌출 길이(W)의 0.25 내지 0.4 배인 조건

   을 만족시키는 것인 고압 연료 분사관.
2. 제1항에 있어서, 상기 고압 연료 분사관은 고압 배관용 탄소강관, 스테인레스강관, 또는 그 복합 재료관으로 형성되는 것인 고압 연료 분사관.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 결합 헤드부는 그 외주부에 구형의 가압 안착면이 있는 절두 아치형으로 형성되는 것인 고압 연료 분사관.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 두껍고 작은 직경의 금속관의 치수는 관 직경이 4.5 mm 내지 20 mm이고 내경이 1.0 mm 내지 5.0 mm인 것인 고압 연료 분사관.
5. 두껍고 작은 직경의 금속관과, 이 금속관의 단부에 일체로 형성된 결합 헤드부를 구비하는 고압 연료 분사관으로서,

   상기 결합 헤드부는 좌굴 성형에 의해 직경이 증가되고, 파트너측의 관 결합부의 안착면에 대해 결합측 외주부에 가압 안착면이 형성되며,

   상기 결합 헤드부의 하부 헤드부에는 테이퍼벽이 형성되는데, 상기 테이퍼벽은,

   후방으로 연장되어 관의 중심선에 대해 직선 관부에 이어지는 테이퍼벽의 각도(θ)가 7 내지 15 도인 조건과,

   상기 결합 헤드부에 이어지는 테이퍼벽의 부분(A)의 곡률 반경(R1)이 관의 외경의 0.03 내지 0.15 배인 조건과,

   직선 관부에 이어지는 테이퍼벽의 부분(B)의 곡률 반경(R2)이 관의 외경의 0.3 내지 1.5 배인 조건과,

   상기 테이퍼벽의 최대 직경 크기(w)가 결합 헤드부의 최대 직경 방향 돌출 길이(W)의 0.25 내지 0.4 배인 조건

   을 만족시키는 것인 고압 연료 분사관.
6. 제5항에 있어서, 상기 고압 연료 분사관은 고압 배관용 탄소강관, 스테인레스강관, 또는 그 복합 재료관으로 형성되는 것인 고압 연료 분사관.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 고압 연료 분사관의 결합 헤드부는 그 외주부에 구형의 가압 안착면이 있는 절두 아치형으로 형성되는 것인 고압 연료 분사관.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 두껍고 작은 직경의 금속관의 치수는 관 직경이 4.5 mm 내지 20 mm이고 내경이 1.0 mm 내지 5.0 mm인 것인 고압 연료 분사관.