KR20110016140A - 직분식 연료레일의 마운트 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직분식 연료레일의 마운트 구조체에 관한 것이다. 구체적으로는 메인 파이프(110)에 결합되는 마운트 구조물(124)과 인젝터 컵(122)이 포함된 직분식 연료레일의 마운트 구조체(120)로서, 상기 인젝터 컵(122)과 마운트 구조물(124)이 브리지(126)로 연결되어 일체화되고, 상기 인젝터 컵(122)은 상기 메인 파이프(110)에 용착되고, 상기 마운트 구조물(124)과 상기 메인 파이프(110)는 서로 분리되어 있는 구조로 되어 있다. 이러한 구조에 의하면, 변위의 발생으로 인한 응력집중을 피하고 피로강도를 높이며 열변형 및 추가적인 응력집중을 방지하고 제조성을 향상하는 한편 조립위치 정밀도 확보가 용이한 효과가 있다.

Description

직분식 연료레일의 마운트 구조체{structure for mounting for GDI fuel-rail}
본 발명은 직분식(가솔린 직접 분사식) 연료레일의 마운트 구조체에 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)식 엔진은 고압의 연료를 연소실 안으로 직접 분사하여 연소 효율을 증대시킴으로써 배기가스를 줄임과 동시에 연비와 출력을 향상하므로 이 엔진에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다.
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.
MPI(멀티 포트 분사) 또는 PFI(포트 연료 분사)라 불리는 흡기 포트 및 흡기 밸브에 연료를 분사하여 신기와 혼합하여 연소실로 혼합기를 공급하는 엔진에서는 연료레일에 저압 즉, 3 ~ 5 bar의 연료압이 작용하므로 연료레일 개발시 연료압에 대한 강성확보 보다는 진동 및 연료레일 내의 연료 맥동에 대한 신뢰성 확보에 집중되었지만, 고압 120 ~ 200 bar에 이르는 직분식(가솔린 직접 분사식) 연료레일의 개발시에는 압력, 진동, 열에 의한 피로강도의 확보가 우선되어야 한다.
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, 엔진으로부터 발생되는 압력, 열 또는 진동에 의하여 연료레일에 변위가 발생되고 이로 인해 연료레일의 각 부품에 피로응력이 가해지며, 특히 엔진헤드에 고정하는 마운트 구조물 및 인젝터 컵의 브레이징 부위에 응력이 집중된다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 변위의 발생으로 인한 응력집중을 피하고 피로강도를 높이며 열변형 및 추가적인 응력집중을 방지하고 제조성을 향상하는 한편 조립위치 정밀도 확보가 용이한 직분식 연료레일의 마운트 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명은, 메인 파이프에 결합되는 마운트 구조물과 인젝터 컵이 포함된 직분식 연료레일의 마운트 구조체에 있어서, 상기 인젝터 컵과 마운트 구조물이 브리지로 연결되어 일체화되고, 상기 인젝터 컵은 상기 메인 파이프에 용착되고, 상기 마운트 구조물과 상기 메인 파이프는 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 마운트 구조물은 고정부재가 결합되는 마운팅 보스로서, 상기 마운팅 보스의 외면에는 상기 메인 파이프의 외면에 걸리지 않도록 요입면이 형성되어 있다.
본 발명에 의한 직분식 연료레일의 마운트 구조체에 의하면, 연료레일 구조에 맞게 가공 또는 주조 후 가공 등의 제조공법을 상황에 따라 선택하기 쉽고, 인젝터 컵을 기준으로 메인 파이프에 고정하므로, 마운트 구조물과 인젝터 컵의 조립위치 정밀도 확보가 용이한 효과가 있다. 그리고, 인젝터 컵 부위만 브레이징되므로 압력 및 열에 의해서 발생된 변위를 분산시켜 응력집중이 완화되고 피로강도를 확보하는 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명이 적용된 직분식 연료레일을 나타내는 사시도이고, 도2는 도1의 마운트 구조체가 연료레일에 용착되기 전의 상태를 나타내는 사시도이고, 도3은 도2의 마운트 구조체의 연료레일측 면을 나타내는 도면이다.
도시한 바와 같이 연료레일(100)은 메인 파이프(110)에 인젝터 컵(122)을 포함하는 다수의 마운트 구조체(120)가 용접(또는 브레이징)에 의해 용착된 구조로 되어 있다.
상기 마운트 구조체(120)는 상기 인젝터 컵(122)과 마운트 구조물(124)이 브리지(126)에 의해 연결되어 일체로 되어 있으며, 하나의 부품으로 가공되거나 주조공법을 통하여 제조될 수도 있고 인젝터 컵(122)과 마운트 구조물(124)이 브리지(126)를 매개로 용접(또는 브레이징)에 의해 용착되어 제조될 수도 있다.
상기 인젝터 컵(122)는 상기 메인파이프(110)에 연통되어 연료가 분사되는 부분으로서, 상기 메인 파이프(110)의 외주면에 밀착하여 용착되는 용착면(122a)과 상기 메인 파이프(110)에 연통하는 구멍(122b)을 구비한다.
상기 마운트 구조물(124)은 도시하지 않은 고정부재가 결합되는 마운팅 보스로서, 상기 마운팅 보스의 외면에는 상기 메인 파이프(110)의 외면에 걸리지 않도록 요입면(124a)이 형성되어 있으며, 마운팅 보스의 길이방향으로 따라 고정부재가 삽입되는 구멍(124b)가 형성되어 있다.
상기 인젝터 컵(122)은 그 용착면(122a)이 상기 메인 파이프(110)에 브레이징되어 용착되고, 상기 마운트 구조물(124)과 상기 메인 파이프(110)는 소정의 간격을 두고 분리되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 직분식 연료레일의 마운트 구조체는, 마운트 구조물과 인젝터 컵을 고정하는 브레이징 부위에 응력이 집중되는 현상을 방지하는 것으로서, 연료레일 내에 연료압력이 투영되고 변위를 일으키는 인젝터 컵과 엔진헤드 고정부의 마운트 구조물과 연결하는 브리지 구조를 유지하고, 마운트 구조물과 인젝트 컵을 일체형으로 가공 또는 주조공법을 통하여 제조할 수 있게 하고, 메인 파이프와 인젝터 컵 부위만 브레이징(용접)하고 메인 파이프와 마운트 구조물을 분리시킴으로써. 압력 및 열에 의한 변위는 브레이징(용접)되지 않는 마운트 구조물이 흡수하여 그 피로강도를 확보하고 제조성을 향상하는 구조이다.
도4의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예와 비교하여 나타낸 비교예에 대해 브레이징(용접)된 용착부위의 응력을 유한요소법(FEM)으로 해석하여 나타낸 결과이다.
도4의 (a)는 비교예1로서, 인젝터 컵과 마운팅 구조물이 분리되어 각각 메인 파이프에 브레이징(용접)으로 용착된 예로서, 인젝터 컵과 메인 파이프의 용착부위의 응력은 357.2MPa로 나타나고, 마운트 구조물과 메인 파이프의 용착부위의 응력은 267.6MPa로 나타났다.
도4의 (b)는 비교예2로서, 인젝터 컵과 마운팅 구조물이 브리지로 연결되어 인젝터 컵과 마운팅 구조물이 각각 메인파이프에 브레이징(용접)으로 용착된 예로서, 인젝터 컵과 메인 파이프의 용착부위의 응력은 167.5MPa로 나타나고, 마운트 구조물과 메인 파이프의 용착부위의 응력은 211.5MPa로 나타났다.
도4의 (c)는 비교예3으로서, 인젝터 컵과 마운팅 구조물이 분리되어 각각 메인파이프에 브레이징(용접)으로 용착되되 브리지가 마운팅 구조물의 측면에 상기 인젝터 컵을 향하여 돌출되게 한 예로서, 인젝터 컵과 메인 파이프의 용착부위의 응력은 348MPa로 나타나고, 마운트 구조물과 메인 파이프의 용착부위의 응력은 303.3MPa로 나타났다.
도4의 (d)는 본 발명의 실시예로서, 인젝터 컵과 마운팅 구조물이 브리지로 연결되되, 인젝터 컵은 메인파이프에 브레이징(용접)으로 용착되고 마운팅 구조물은 메인파이프와 분리된 예로서, 인젝터 컵과 메인 파이프의 용착부위에만 176MPa의 응력이 나타남을 보이고 있다.
도4의 (a) 내지 (d)에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예의 구조가 응력면에서 가장 바람직하고, 인젝터 컵을 기준으로 메인 파이프에 고정하므로 마운트 구조물과 인젝터 컵의 조립위치 정밀도 확보가 용이함을 알 수 있다. 도4의 (b)의 비교예에서 인젝터 컵과 메인 파이프의 용착부위의 응력이 167.5MPa로 나타나 있지 만, 이 비교예2에서는 마운트 구조물과 메인 파이프의 용착부위에서 211.5MPa의 응력이 생기고, 인젝터 컵과 마운트 구조물이 모두 메인 파이프에 용착되어 있으므로 조립위치 정밀도 확보가 용이하지 않다.
도1은 본 발명이 적용된 직분식 연료레일을 나타내는 사시도,
도2는 도1의 마운트 구조체가 연료레일에 용착되기 전의 상태를 나타내는 사시도,
도3은 도2의 마운트 구조체의 연료레일측 면을 나타내는 도면,
도4의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예와 비교예의 응력 해석 설명도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 메인 파이프 120 : 마운트 구조체
122 : 인젝터 컵 124 : 마운트 구조물
126 : 브리지

Claims (2)

  1. 메인 파이프에 결합되는 마운트 구조물과 인젝터 컵이 포함된 직분식 연료레일의 마운트 구조체에 있어서,
    상기 인젝터 컵과 마운트 구조물이 브리지로 연결되어 일체화되고,
    상기 인젝터 컵은 상기 메인 파이프에 용착되고,
    상기 마운트 구조물과 상기 메인 파이프는 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 직분식 연료레일의 마운트 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 마운트 구조물은 고정부재가 결합되는 마운팅 보스로서, 상기 마운팅 보스의 외면에는 상기 메인 파이프의 외면에 걸리지 않도록 요입면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직분식 연료레일의 마운트 구조체.
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