KR20150048545A - 연료레일 결합체 및 그 조립방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는, 복수의 연료분사기에 연료를 공급하기 위한 복수의 연료주입구가 형성되는 연료레일; 상기 연료주입구를 통해 상기 연료레일과 연통되며 상기 연료레일에 결합하는 분사기컵; 상기 연료레일 및 상기 분사기컵과 연통되며 상기 분사기컵 일측에 결합하는 연료분사기; 및 상기 연료레일 및 상기 분사기컵에 결합하되, 상기 분사기컵 결합부위에는 상하방향의 길이가 상기 분사기컵 방향으로 갈수록 짧아지도록 형성되고 상기 분사기컵과 용접결합하는 브릿지가 구비되는 마운팅홀더를 포함할 수 있다.

Description

연료레일 결합체 및 그 조립방법{Fuel Rail Assembly and Assembling Method thereof}

본 발명의 실시예는, 분사기컵과 용접결합의 부위를 줄이고, 브릿지를 작은 체적으로 설계하여 분사기컵과 용접결합을 용이하게 한 연료레일 결합체 및 그 조립방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

일반적으로, 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 엔진에 대한 배경기술로는 미국 공개특허공보 제2012-0138021호에 개시된 SOLENOID VALVE CONTROL METHOD AND HIGH PRESSURE FUEL PUMP OF GDI ENGINE이 있다.

GDI 방식의 엔진에서는 가솔린을 분사하는 연료분사기가 100기압 이상의 고압에서 작동한다. 따라서, 고압의 연료분사기를 사용함으로 인해 발생하는 연료분사기와 결합하는 장치의 파손을 방지하는 설계가 중요하다.

연료레일 결합체는 연료탱크로부터 복수의 연료분사기로 연료를 공급하기 위한 것으로 복수개의 연료주입구를 구비하고, 연료주입구에는 연료분사기를 고정적으로 연결하기 위한 분사기컵이 설치된다.

또한, 연료레일 결합체는, 연료분사기의 고압분사로 인한 연료레일 결합체의 파손을 방지하기 위해 일부가 연료레일과 결합하고 다른 일부가 분사기컵과 결합하여 분사기컵과 연료레일 간 결합부위의 파손을 방지하는 역할을 하는 마운팅홀더를 별도로 구비한다.

일반적으로 마운팅홀더와 분사기컵 사이에 브릿지를 설치하고, 브릿지 양측에 마운팅홀더와 분사기컵을 용접하여 마운팅홀더와 분사기컵을 일체적으로 결합시킨다. 연료분사기의 고압을 견디기 위해 브릿지가 마운팅홀더 및 분사기컵과 용접결합하는 부위의 면적은 커져야 하고, 이에 따라 브릿지의 체적도 커지게 된다. 브릿지의 체적이 커지게 되면 인접하는 연료레일, 마운팅홀더 및 분사기컵과의 간격이 좁아지게 되므로, 이미 연료레일에 마운팅홀더 및 분사기컵을 용접한 후 마운팅홀더와 분사기컵 사이에 브릿지를 용접결합시키는 작업은 매우 어려워진다.

또한, 브릿지의 양측이 모두 용접결합이 되므로 각각의 용접결합부위에 발생할 수 있는 미세한 크랙은 연료분사기의 고압에 의해 크게 성장하여 연료레일 결합체의 파손의 원인이 될 수도 있다.

따라서, 본 발명의 실시예는, 분사기컵과 용접결합의 부위를 줄이고, 브릿지를 작은 체적으로 설계하여 분사기컵과 용접결합을 용이하게 한 연료레일 결합체 및 그 조립방법을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

연료레일 결합체의 일 실시예는, 복수의 연료분사기에 연료를 공급하기 위한 복수의 연료주입구가 형성되는 연료레일; 상기 연료주입구를 통해 상기 연료레일과 연통되며 상기 연료레일에 결합하는 분사기컵; 상기 연료레일 및 상기 분사기컵과 연통되며 상기 분사기컵 일측에 결합하는 연료분사기; 및 상기 연료레일 및 상기 분사기컵에 결합하되, 상기 분사기컵 결합부위에는 상하방향의 길이가 상기 분사기컵 방향으로 갈수록 짧아지도록 형성되고 상기 분사기컵과 용접결합하는 브릿지가 구비되는 마운팅홀더를 포함할 수 있다.

상기 마운팅홀더는, 측면이 상기 연료레일과 용접결합하는 레일결합부와, 상기 레일결합부로부터 상기 분사기컵 방향으로 돌출형성되는 상기 브릿지를 포함하는 것일 수 있다.

상기 브릿지는, 상기 레일결합부와 일체로 성형되고, 상기 분사기컵과 용접결합하는 것일 수 있다.

상기 브릿지는, 전후방향의 폭이 상기 분사기컵 방향으로 갈수록 길어지도록 형성되는 것일 수 있다.

상기 브릿지는, 상기 마운팅홀더 방향 측면의 상하방향으로 측정되는 제1길이는 상기 분사기컵 방향 측면의 상하방항으로 측정되는 제2길이보다 길고, 상기 마운팅홀더 방향 측면의 전후방향으로 측정되는 제1폭은 상기 분사기컵 방향 측면의 전후방향으로 측정되는 제2폭보다 짧은 것일 수 있다.

연료레일 결합체의 다른 실시예는, 복수의 연료분사기에 연료를 공급하기 위한 복수의 연료주입구가 형성되는 연료레일; 상기 연료주입구를 통해 상기 연료레일과 연통되며 상기 연료레일에 결합하는 분사기컵; 상기 연료레일 및 상기 분사기컵과 연통되며 상기 분사기컵 일측에 결합하는 연료분사기; 및 상기 연료레일 및 상기 분사기컵에 결합하되, 상기 분사기컵 결합부위에는 전후방향의 폭이 상기 분사기컵 방향으로 갈수록 길어지도록 형성되고 상기 분사기컵과 용접결합하는 브릿지가 구비되는 마운팅홀더를 포함할 수 있다.

연료레일 결합체의 다른 실시예는, 상기 분사기컵의 하부에 일단이 삽입되어 상기 분사기컵에 의해 홀드다운(hold-down) 방식으로 지지되고, 타단은 엔진 실린더 내부로 직접 연료를 분사하는 노즐이 구비되는 연료분사기를 추가로 포함하는 것일 수 있다.

연료레일 결합체 조립방법의 일 실시예는, 복수의 연료분사기에 연료를 공급하기 위한 복수의 연료주입구가 구비되는 연료레일을 마련하는 단계; 상기 연료레일에 결합하는 분사기컵과, 측면이 상기 연료레일과 용접결합하는 레일결합부와, 상기 레일결합부로부터 상기 분사기컵 방향으로 돌출형성되되 상하방향의 길이가 상기 분사기컵 방향으로 갈수록 짧아지도록 형성되고 전후방향의 폭이 상기 분사기컵 방향으로 갈수록 길어지도록 형성되는 브릿지가 구비되는 마운팅홀더를 마련하는 단계; 상기 분사기컵과 상기 마운팅홀더를 상기 연료레일에 결합하는 단계; 및 상기 브릿지와 상기 분사기컵을 결합하는 단계를 포함할 수 있다.

전술한 실시예의 연료레일 결합체 및 그 조립방법은, 분사기컵과 용접결합의 부위를 줄이고 브릿지를 작은 체적으로 설계하여 분사기컵과 용접결합을 용이하게 하여, 연료레일 결합체가 연료분사기의 고압에 의한 반복적인 강한 충격에도 우수한 피로강도, 내구성을 가지며, 연료레일 결합체 조립비용을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료레일 결합체를 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료레일 결합체의 일부를 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료레일 결합체를 일부를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료레일 결합체 조립방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료레일(100) 결합체를 나타낸 정면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료레일(100) 결합체의 일부를 나타낸 정면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료레일(100) 결합체를 일부를 나타낸 평면도이다.

연료레일(100) 결합체는 연료레일(100), 분사기컵(200), 연료분사기(300) 및 마운팅홀더(400)를 포함한다.

연료레일(100)은 가솔린 등의 연료를 저장한 연료탱크로부터 복수의 연료분사기(300)에 연료를 공급하는 역할을 하고, 연료주입구(110)가 형성된다. 연료주입구(110)는 연료레일(100)에 그 길이방향을 따라 형성되고, 분사기컵(200)과 연결되며, 분사기컵(200)에 결합하는 연료분사기(300)는 연료주입구(110)로부터 유입되는 연료를 공급받는다.

분사기컵(200)은 연료레일(100)과 연료분사기(300) 사이에 위치하고, 연료주입구(110)를 통해 상기 연료레일(100)과 연통되며, 연료분사기(300)를 연료레일(100)에 고정적으로 결합시키는 역할을 한다.

연료분사기(300)는, 분사기컵(200)을 통해 연료레일(100)로부터 연료를 공급받아 엔진 실린더(미도시)로 연료를 분사한다. 구체적으로 분사기컵(200)의 하부에 일단이 삽입되어 분사기컵(200)에 의해 홀드다운(hold-down) 방식으로 지지되고, 타단에는 연료를 분사하는 노즐(310)이 구비된다.

노즐(310)은 상기 엔진 실린더 내부로 직접 연료를 분사하며, GDI방식의 경우 일반적으로 100기압 이상의 고압으로 노즐(310)로부터 실린더 내부로 연료가 분사된다.

마운팅홀더(400)는, 연료분사기(300)에 의해 가해지는 고압을 연료레일(100) 결합체의 각 구성요소가 견딜 수 있게 함으로써, 연료레일(100) 결합체의 내구성을 증가시키는 역할을 한다. 마운팅홀더(400)는 일부는 연료레일(100)에 결합하고, 다른 일부는 분사기컵(200)에 결합하고, 브릿지(410)와 레일결합부(420)를 포함한다.

레일결합부(420)는 측면의 일부가 연료레일(100)과 용접결합하고, 분사기컵(200) 방향으로는 분사기컵(200)과 결합하는 부위인 브릿지(410)가 돌출형성되고, 브릿지(410)의 단부는 분사기컵(200)과 용접결합한다.

브릿지(410)는 레일결합부(420)와 일체로 성형되고, 브릿지(410)와 레일결합부(420)가 일체화된 마운팅홀더(400)는 주조, 사출 등의 가공방법을 통해 제작할 수 있다.

브릿지(410)는 상하방향의 길이(H)가 분사기컵(200) 방향으로 갈수록 짧아지도록 형성되고, 전후방향의 폭(L)이 상기 분사기컵(200) 방향으로 갈수록 길어지도록 형성된다. 즉, 브릿지(410)에서, 마운팅홀더(400) 방향 측면의 상하방향으로 측정되는 제1길이(H1)는 분사기컵(200) 방향 측면의 상하방항으로 측정되는 제2길이(H2)보다 길고, 마운팅홀더(400) 방향 측면의 전후방향으로 측정되는 제1폭(L1)은 분사기컵(200) 방향 측면의 전후방향으로 측정되는 제2폭(L2)보다 짧게 형성된다.

브릿지(410)의 형상과 결합구조는 연료분사기(300)에 의해 가해지는 고압의 환경을 견디기에 충분한 피로강도, 내구성을 가지고, 연료레일(100) 결합체 전체의 용이한 조립이 가능하도록 설계해야 한다.

브릿지(410)와 레일결합부(420)는 일체로 성형되므로, 브릿지(410)와 레일결합부(420)를 각각 별도로 제작하여 서로 용접결합하여 제작하는 경우에 비해 피로강도, 내구성 등이 현저히 높아진다. 또한, 용접결합의 경우 용접결합의 부위에 미세한 크랙이 발생할 수 있고, 미세한 크랙은 연료분사기(300)의 고압에 의해 크게 성장하여 연료레일(100) 결합체가 파손될 수도 있는데, 브릿지(410)와 레일결합부(420)가 일체로 성형되는 경우 이러한 크랙의 발생을 현저히 줄일 수 있다.

마운팅홀더(400)와 분사기컵(200) 간 용접결합은 어려운 작업인데, 상하방향의 길이(H) 또는 전후방향의 폭(L)의 변화가 거의 없는 형상의 브릿지(410)를 사용하는 경우, 브릿지(410)의 전후방향 단면적이 크면 마운팅홀더(400) 및 분사기컵(200)을 용접으로 결합하는 작업에 필요한 공간이 작아지고 브릿지(410)의 전후방향 단면적이 작으면 마운팅홀더(400)와 분사기컵(200) 간 결합강도가 작아질 수 있다.

본 발명의 연료레일(100) 결합체에서는 브릿지(410)의 상하방향의 길이(H)가 분사기컵(200) 방향으로 갈수록 짧아지도록 형성하고, 전후방향의 폭(L)이 상기 분사기컵(200) 방향으로 갈수록 길어지도록 형성하므로, 연료레일(100), 마운팅홀더(400) 및 분사기컵(200)을 용접으로 결합하는 작업에 필요한 공간이 적절하게 형성된다.

이러한 구조로 인해, 연료레일(100), 마운팅홀더(400) 및 분사기컵(200)이 둘러싸는 공간이 비교적 넓게 형성되므로 이 공간에 용접기 기타 기구를 넣어 용이하게 작업할 수 있다. 한편, 브릿지(410)의 전후방향 단면적은 큰 변화가 없으므로, 브릿지(410)의 특정한 부위에서 단면적이 작아져 응력이 집중적으로 발생하여 피로강도, 내구성이 저하되는 경우는 발생하지 않는다.

브릿지(410)의 상하방향의 길이(H)는 분사기컵(200) 방향으로 갈수록 짧아지도록 형성된다면, 그 변화율은 다양하게 선택할 수 있다. 브릿지(410)의 전후방향 폭도 분사기컵(200) 방향으로 갈수록 길어지도록 형성된다면, 그 변화율은 다양하게 선택할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료레일(100) 결합체 조립방법을 나타낸 순서도이다.

연료레일(100) 결합체 조립방법은, 연료레일(100)을 마련하는 단계(S100), 분사기컵(200)과 마운팅홀더(400)를 마련하는 단계(S200), 분사기컵(200)과 마운팅홀더(400)를 연료레일(100)에 결합하는 단계(S300) 및 브릿지(410)와 분사기컵(200)을 결합하는 단계(S400)를 포함한다.

연료레일(100)을 마련하는 단계(S100)에서는, 복수의 연료분사기(300)에 연료를 공급하기 위한 복수의 연료주입구(110)가 구비되는 연료레일(100)을 마련한다. 이때, 연료주입구(110)의 개수는 엔진의 종류, 특성 기타의 조건에 따라 적절하게 선택한다.

분사기컵(200)과 마운팅홀더(400)를 마련하는 단계(S200)에서는, 연료주입구(110)를 통해 연료레일(100)과 연통되며 상기 연료레일(100)에 결합하는 분사기컵(200)과, 브릿지(410)가 구비되는 마운팅홀더(400)를 마련한다. 마운팅홀더(400)는 측면 일부가 연료레일(100)과 용접결합하는 레일결합부(420)와, 레일결합부(420)로부터 분사기컵(200) 방향으로 돌출형성되되 상하방향의 길이(H)가 분사기컵(200) 방향으로 갈수록 짧아지도록 형성되고 전후방향의 폭(L)이 분사기컵(200) 방향으로 갈수록 길어지도록 형성되는 브릿지(410)를 구비한다.

분사기컵(200)과 마운팅홀더(400)를 연료레일(100)에 결합하는 단계(S300)에서는, 분사기컵(200)과 마운팅홀더(400)를 용접에 의해 연료레일(100)에 각각 결합한다. 이때, 용접은 접합부가 정교하고 강한 접합강도를 가지는 브레이징 용접을 사용하는 것이 적절하다.

브릿지(410)와 분사기컵(200)을 결합하는 단계(S400)에서는, 연료레일(100)에 결합된 마운팅홀더(400)의 브리지의 단부와 분사기컵(200)의 측면 일부를 서로 용접에 의해 결합한다. 이 단계에서도 브레이징 용접을 사용하는 것이 적절하다. 용접작업시 브리지의 형상에 의해 확보되는 공간에 용접기 기타 기구를 넣어 용이하게 작업할 수 있다.

본 발명의 실시예와 관련하여 상기와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.

100: 연료레일 110: 연료주입구
200: 분사기컵 300: 연료분사기
310: 노즐 400: 마운팅홀더
410: 브릿지 420: 레일결합부
H: 브릿지 상하방향의 길이 L: 브릿지 전후방향의 폭
H1: 제1길이 H2: 제2길이
L1: 제1폭 L2: 제2폭

Claims (8)

1. 복수의 연료분사기에 연료를 공급하기 위한 복수의 연료주입구가 형성되는 연료레일;
   상기 연료주입구를 통해 상기 연료레일과 연통되며 상기 연료레일에 결합하는 분사기컵;
   상기 연료레일 및 상기 분사기컵과 연통되며 상기 분사기컵 일측에 결합하는 연료분사기; 및
   상기 연료레일 및 상기 분사기컵에 결합하되, 상기 분사기컵 결합부위에는 상하방향의 길이가 상기 분사기컵 방향으로 갈수록 짧아지도록 형성되고 상기 분사기컵과 용접결합하는 브릿지가 구비되는 마운팅홀더
   를 포함하는 연료레일 결합체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마운팅홀더는,
   측면이 상기 연료레일과 용접결합하는 레일결합부와, 상기 레일결합부로부터 상기 분사기컵 방향으로 돌출형성되는 상기 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료레일 결합체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 브릿지는,
   상기 레일결합부와 일체로 성형되고, 상기 분사기컵과 용접결합하는 것을 특징으로 하는 연료레일 결합체.
4. 제1항에 있어서,
   상기 브릿지는,
   전후방향의 폭이 상기 분사기컵 방향으로 갈수록 길어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료레일 결합체.
5. 제4항에 있어서,
   상기 브릿지는,
   상기 마운팅홀더 방향 측면의 상하방향으로 측정되는 제1길이는 상기 분사기컵 방향 측면의 상하방항으로 측정되는 제2길이보다 길고, 상기 마운팅홀더 방향 측면의 전후방향으로 측정되는 제1폭은 상기 분사기컵 방향 측면의 전후방향으로 측정되는 제2폭보다 짧은 것을 특징으로 하는 연료레일 결합체.
6. 복수의 연료분사기에 연료를 공급하기 위한 복수의 연료주입구가 형성되는 연료레일;
   상기 연료주입구를 통해 상기 연료레일과 연통되며 상기 연료레일에 결합하는 분사기컵;
   상기 연료레일 및 상기 분사기컵과 연통되며 상기 분사기컵 일측에 결합하는 연료분사기; 및
   상기 연료레일 및 상기 분사기컵에 결합하되, 상기 분사기컵 결합부위에는 전후방향의 폭이 상기 분사기컵 방향으로 갈수록 길어지도록 형성되고 상기 분사기컵과 용접결합하는 브릿지가 구비되는 마운팅홀더
   를 포함하는 연료레일 결합체.
7. 제6항에 있어서,
   상기 분사기컵의 하부에 일단이 삽입되어 상기 분사기컵에 의해 홀드다운(hold-down) 방식으로 지지되고, 타단은 엔진 실린더 내부로 직접 연료를 분사하는 노즐이 구비되는 연료분사기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료레일 결합체.
8. 복수의 연료분사기에 연료를 공급하기 위한 복수의 연료주입구가 구비되는 연료레일을 마련하는 단계;
   상기 연료레일에 결합하는 분사기컵과,
   측면이 상기 연료레일과 용접결합하는 레일결합부와, 상기 레일결합부로부터 상기 분사기컵 방향으로 돌출형성되되 상하방향의 길이가 상기 분사기컵 방향으로 갈수록 짧아지도록 형성되고 전후방향의 폭이 상기 분사기컵 방향으로 갈수록 길어지도록 형성되는 브릿지가 구비되는 마운팅홀더를 마련하는 단계;
   상기 분사기컵과 상기 마운팅홀더를 상기 연료레일에 결합하는 단계; 및
   상기 브릿지와 상기 분사기컵을 결합하는 단계
   를 포함하는 연료레일 결합체 조립방법.

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