KR20220068826A - 메인파이프 일체형 연료 필러넥 주입구의 확관 성형방법 - Google Patents

메인파이프 일체형 연료 필러넥 주입구의 확관 성형방법 Download PDF

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KR20220068826A
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도영재
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장성천
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Abstract

본 발명은 메인파이프 일체형 연료 필러넥 주입구의 확관 성형방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료 필러넥의 주입구(20)를 확관하기 위한 성형방법에 있어서, 상기 주입구(20)를 1차 확관을 위한 제1 공정; 상기 1차 확관 후, 2차 확관을 위한 제2 공정; 상기 2차 확관 후, 3차 확관을 위한 제3 공정; 상기 3차 확관 후, 4차 확관을 위한 제4 공정; 상기 4차 확관 후, 5차 확관을 위한 제5 공정; 및 상기 5차 확관 후, 6차 확관을 위한 제6 공정;을 포함하여 이루어진다.
즉 본 발명은 기존에 별도로 제작된 확관부를 메인파이프에 용접 등에 의하여 연결하는 메인파이프 분리형 연료 필러넥과 달리 메인파이프와 일체로 이루어진 연료 필러넥 주입구를 1차 내지 6차에 걸친 확관 공정을 통하여 확관부를 성형함으로써 기존 제품에서와 같은 용접부위를 없애고, 이를 통하여 누설부를 감소시켜 기밀성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 용접부위에서의 녹이나 부식 등에 의한 내구취약성을 개선할 수 있는 메인파이프 일체형 연료 필러넥 주입구의 확관 성형방법을 제안하고자 한다.

Description

메인파이프 일체형 연료 필러넥 주입구의 확관 성형방법{Expansion molding method of fuel filler neck injection port}
본 발명은 기존에 별도로 제작된 확관부를 메인파이프에 용접 등에 의하여 연결하는 메인파이프 분리형 연료 필러넥과 달리 메인파이프와 일체로 이루어진 연료 필러넥 주입구를 1차 내지 6차에 걸친 확관 공정을 통하여 확관부를 성형함으로써 기존 제품에서와 같은 용접부위를 없애고, 이를 통하여 누설부를 감소시켜 기밀성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 용접부위에서의 녹이나 부식 등에 의한 내구취약성을 개선할 수 있는 메인파이프 일체형 연료 필러넥 주입구의 확관 성형방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료 필러넥의 주입구는 주유건이 용이하게 삽입될 수 있도록 일정치 이상의 직경으로 형성되어야 하는 바, 연료 필러넥의 직경을 전체적으로 크게 형성하게 되면 차체 내부에의 레이아웃에도 문제가 있을 뿐만 아니라, 주유건으로부터 배출되는 연료의 압력이 필러넥 내부에서 급격히 감압되어 상당량의 연료가 대기 중으로 증발하게 되며, 이로 인한 연료 낭비 및 환경오염의 문제가 있다. 따라서 소정 직경을 갖는 파이프를 소재로 하여 주입구만을 확관하여 사용함으로써 증발되는 연료에 의한 환경오염을 방지하고 있다.
이와 같은 이유에서 연료 필러넥 주입구는 확관 공정을 통해 제작되는 것이다.
기존의 연료 필러넥은 매인파이프에 확관된 주입구를 전주 용접함으로써 용접에 시간이 많이 소요되고, 용접 불량이 발생 소지가 많으며, 용접부위에 산화 스케일이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.
또한 주입구의 재질을 신율이 비교적 높아 확관이 용이한 일반 강재가 사용되므로 장시간 사용하는 경우 쉽게 부식되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 내부식성을 갖는 스테이리스 스틸 재질은 이제까지 가공 경화가 심하여 확관형 필러넥에 적용하기 어려운 것으로 알려져 왔으나, 확관 공정 및 소둔 열처리 공정을 적어도 3회 이상 실시하여 단계적으로 확관부를 성형함으로써 스테인리스 스틸 가공시 가공 경화에 따른 크랙 발생 또는 터짐 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
다만 스테인리스 스틸 재질을 사용하는 경우 수차례의 확관 공정마다 소둔 열처리를 수행하여야 하기 때문 공정수가 많아지는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-0515246호(2005.09.08. 등록)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
기존에 별도로 제작된 확관부를 메인파이프에 용접 등에 의하여 연결하는 메인파이프 분리형 연료 필러넥과 달리 메인파이프와 일체로 이루어진 연료 필러넥 주입구를 1차 내지 6차에 걸친 확관 공정을 통하여 확관부를 성형함으로써 기존 제품에서와 같은 용접부위를 없애고, 이를 통하여 누설부를 감소시켜 기밀성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 용접부위에서의 녹이나 부식 등에 의한 내구취약성을 개선하고자 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 메인파이프 일체형 연료 필러넥 주입구의 확관 성형방법은 연료 필러넥의 주입구를 확관하기 위한 성형방법에 있어서, 상기 주입구를 1차 확관을 위한 제1 공정; 상기 1차 확관 후, 2차 확관을 위한 제2 공정; 상기 2차 확관 후, 3차 확관을 위한 제3 공정; 상기 3차 확관 후, 4차 확관을 위한 제4 공정; 상기 4차 확관 후, 5차 확관을 위한 제5 공정; 및 상기 5차 확관 후, 6차 확관을 위한 제6 공정;을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 상기 제1 공정 내지 상기 제6 공정에서 확관 비율은 상기 주입구 성형을 위한 원재관 지름과 대비하여 제1 공정은 1.12배 ~ 1.19배, 제2 공정은 1.19배 ~ 1.33배, 제3 공정은 1.33배 ~ 1.50배, 제4 공정은 1.50배 ~ 1.61배, 제5 및 제6 공정은 1.64배인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 주입구는 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 구리(Cu) 및 철(Fe)로 조성된 스테인리스 스틸인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 주입구에는 에어드레인이 장착되고, 상기 에어드레인과 연결되는 에어필터가 구비되되, 상기 주입구에는 위치고정용 브래킷이 구비되어 상기 에어필터에 구비된 장착브래킷에 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 메인파이프 일체형 연료 필러넥 주입구의 확관 성형방법은 메인파이프와 일체로 이루어진 연료 필러넥 주입구를 1차 내지 6차에 걸친 확관 공정을 통하여 확관부를 성형함으로써 기존 제품에서와 같은 용접부위를 없앨 수 있다.
또한 본 발명은 메인파이프와 주입구에 용접부위를 없애 누설부를 감소를 감소시켜 기밀성능을 향상시키고, 용접부위에서의 녹이나 부식 등에 의한 내구취약성을 개성할 수 있다.
또한 본 발명은 스테인리스 스틸 재질로 이루어진 연료 필러넥의 주입구에 일정량의 구리를 추가하여 성형성 및 내시효균열성을 극대화함으로써 기존 필러넥 주입구의 확관 공정 시, 확관 공정마다 수행하던 소둔 열처리 공정을 없애 성형 공정수를 획기적으로 줄이고, 확관 시 터짐으로 인한 불량률을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 필러넥을 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 연료 필러넥 주입구의 확관 공정을 나타내는 흐름도,
도 3은 종래의 확관 공정 시 발생하는 불량형상을 나타내는 사진도,
도 4은 본 발명에 따른 메인파이프 일체형 연료 필러넥의 장착 예시를 나타내는 사시도 및 확대도.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시례를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시례를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 연료 필러넥 주입구의 확관 성형방법은 1차 내지 5차 확관을 순차적으로 수행하기 위한 제1 공정(S100) 내지 제6 공정(S600)을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 연료 필러넥은 연료탱크와 연결되는 메인파이프(10)와, 메인파이프(10)와 일체로 형성된 주입구(20)로 구성되고, 주입구(20)는 주유건이 삽입되는 부분으로 확관되어 있다.
이는 연료 필러넥의 주입구(20)는 주유건이 용이하게 삽입될 수 있도록 일정치 이상의 직경으로 형성되어야 하는 바, 연료 필러넥의 직경을 전체적으로 크게 형성하게 되면 차체 내부에의 레이아웃에도 문제가 있을 뿐만 아니라, 주유건으로부터 배출되는 연료의 압력이 필러넥 내부에서 급격히 감압되어 상당량의 연료가 대기 중으로 증발하게 되며, 이로 인한 연료 낭비 및 환경오염의 문제가 있다. 따라서 소정 직경을 갖는 파이프를 소재로 하여 주입구(20)만을 확관하여 사용함으로써 증발되는 연료에 의한 환경오염을 방지하고 있다.
이와 같은 이유에서 연료 필러넥 주입구(20)는 확관 공정을 통해 제작되는 것이다.
기존의 연료 필러넥은 메인파이프(10)에 확관된 주입구(20)를 전주 용접함으로써 용접에 시간이 많이 소요되고, 용접 불량이 발생 소지가 많으며, 용접부위에 산화 스케일이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.
또한 주입구(20)의 재질을 신율이 비교적 높아 확관이 용이한 일반 강재가 사용되므로 장시간 사용하는 경우 쉽게 부식되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 내부식성을 갖는 스테이리스 스틸 재질은 이제까지 가공 경화가 심하여 확관형 필러넥에 적용하기 어려운 것으로 알려져 왔으나, 확관 공정 및 소둔 열처리 공정을 적어도 3회 이상 실시하여 단계적으로 확관부를 성형함으로써 스테인리스 스틸 가공시 가공 경화에 따른 크랙 발생 또는 터짐 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
다만 스테인리스 스틸 재질을 사용하는 경우 수차례의 확관 공정마다 소둔 열처리를 수행하여야 하기 때문 공정수가 많아지는 문제가 있다.
본 발명에서는 연료 필러넥을 스테인리스 스틸 재질로 하여 메인파이프(10)와 주입구(20)를 일체화하고, 또한 주입구(20)의 확관 공정을 줄이기 위해 일정량의 구리를 첨가하여 성형성 및 내시효균열성을 부여하고 있다. 따라서 기존의 스테인리스 스틸에서의 확관 공정과 달리, 소둔 열처리 공정을 배제하여 수차례의 확관 공정만으로도 터짐 불량을 최소화할 뿐만 아니라, 공정수를 획기적으로 줄여 작업효율을 높일 수 있다.
즉 본 발명에서는 제1 공정(S100)에 의하여 주입구(20)를 1차 확관하고, 1차 확관 후, 제2 공정(S200)에서는 2차 환관을 수행한다. 2차 확관 후, 제3 공정(S300)에서는 3차 확관을 하고, 3차 확관 후, 제4 공정(S400)에서는 4차 확관을 수행하게 된다. 4차 확관 후, 제5 공정(S500)에서는 5차 확관을 수행하고, 최종적으로 제6 공정(S600)에서는 6차 확관을 수행함으로써 주입구(20)의 확관 공정을 종료하게 된다.
이 경우 1차 확관부터 5차 확관이 이루어지는 제1 공정(S100) 내지 제5 공정(S500)은 동축 공정이고, 6차 확관이 수행되는 제6 공정(S500)은 비동축 공정으로 구성된다.
이하에서는 본 발명에 따른 연료 필러넥 재질인 스테인리스 스틸의 조성물과 비율, 각 조성물에 의하여 발휘되는 성능 등에 대하여 설명하기로 한다.
표 1은 본 발명에 따른 스테인리스 스틸 재질의 조성물과 조성비를 나타낸 것이다.
먼저 탄소는 켄칭된(quenched) 바로서의 경도를 결정할 수 있고, 경화능을 증가시킬 수 있으며, 안정화제로 작용할 수 있다. 탄소는 크롬과 조합되어 다수의 금속 카바이드 상을 형성할 수 있다. 금속 카바이드 입자는 내마모성을 향상시키고, MC 유형의 큼속 카바이드는 입자 피닝(pinning)을 통해 결정립 미세화를 제공한다.
다음으로 규소는 스틸 제조 동안 산소 제거(de-oxidation)에 사용될 수 있다. 또한 규소는 내산화성을 증가시킬 수 있고, 고용체 강화에 기인하여 약간의 강도 증가를 부여 경화능을 증가시킬 수 있다.
또한 망간은 약간의 고용체 강화를 제공할 수 있어 경화능을 증가시킬 수 있다. 충분한 양으로 존재하는 경우 망간은 황을 비금속 화합물로 결합시켜 재료의 연성에 대한 유리 황의 유해한 효과를 감소시킬 수 있다.
또한 니켈은 약간의 고용체 강화를 부여하여 경화능을 확장시킬 수 있고, 인성 및 연성을 증가시킬 수 있다. 니켈은 산성 환경에서 내부식성을 개선할 수 있고, 강력한 안정화제일 수 있다.
또한 크롬은 경화능을 적당하게 향상시킬 수 있고, 고용체 강화를 약간 부여할 있으며, 탄소와 조합되어 금속 카바이드를 형성하는 경우 내마모성을 개선할 수 있다.
마지막으로 구리를 첨가함으로써 성형성 및 내시효균열성을 극대화할 수 있다.
이하 스테인리스 스틸 재질과 조성이 다른 스테인리스 스틸 재질과, 각 재질의 물성치를 나타내고 있다.
물성 제1 재질 제2 재질 제3 재질
항복점 274 270 233
인장강도 693 613 565
연신율 60 59 56
제1 및 제2 재질은 구리가 첨가되지 않은 스테인리스 스틸이고, 제3 재질은 구리가 첨가된 본 발명에 따른 스테인리스 스틸 재질이다.
제1 재질의 경우 5차 확관 후, 열처리 및 확관 컬링 공정을 수행한 결과 컬링 시 터짐은 없으나 전조 형상 불량이 발생하였다.
또한 제1 및 제2 재질의 경우 5차 확관 후, 확관부 절단, 내외면 수동면취 후, 확관 컬링을 수행한 결과 제1 재질 터짐 불량이 70% ~ 80% 발생하였고, 제2 재질의 경우 터짐 불량률이 30% 정도 발생하였다. 제2 재질이 제1 재질에 비하여 터짐 불량이 낮은 것은 탄소 함유량이 적어 가공성이 좋아진 결과이다.
본 발명에 따른 제3 재질은 기존 제1 재질에 구리를 첨가하여 성형성 및 내시효균열성을 극대화한 결과 불량률을 4%까지 낮출 수 있음을 확인하였다.
즉 본 발명에 따른 스테인리스 스틸 재질의 경우 전술한 바와 같이 구리를 첨가하는 경우 기존의 스테인리스 스틸 재질과 같이 확관 공정마다 소둔 열처리 공정을 수행하지 않더라도 터짐 불량을 최소화할 수 있음을 확인할 수 있다. 이는 기존의 주입구 확관 공정보다 공정수를 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 향상된 성형성 및 내시효균일성에 의하여 소재의 두께를 0.7t로 줄일 수 있어 중량을 감소 및 소재의 저감 효과를 얻을 수 있다.
상기한 바와 같이 구리가 첨가된 스테인리스 스틸 재질로 제작된 원재관을 기준으로 제1 공정(S100) 내지 제6 공정(S600)에서 각 공정별 확관 비율은 다음과 같다.
먼저 제1 공정(S100)의 확관 비율은 1.12배 ~ 1.19배이고, 제2 공정(S200)은 1.19배 ~ 1.33배, 제3 공정(S300)은 1.33배 ~ 1.50배, 제4 공정(S400)은 1.50배 ~ 1.61배, 제5 및 제6 공정(S500)(S600)은 1.64배로 정할 수 있다.
즉 원재관의 지름이 Ø28.6로 가정할 때, 제1 공정(S100)에서 확관율은 원재관의 1.12배 ~ 1.19배로 Ø32 ~ Ø34 범위 내에서 수행하게 되고, 제2 공정(S200)에서 확관율은 원재관의 1.12배 ~ 1.19배로 Ø34 ~ Ø38 범위 내에서 수행하게 된다.
또한 제3 공정(S300)에서 확관율은 원재관의 1.33배 ~ 1.50배로 Ø38 ~ Ø43 범위 내에서 수행하게 되고, 제4 공정(S400)에서 확관율은 원재관의 1.50배 ~ 1.61배로 Ø43 ~ Ø46 범위 내에서 수행하게 된다.
아울러 제5 및 제6 공정(S500)(S600)에서 확관율은 원재관의 1.64배로 Ø46.8로 수행하게 된다.
상기한 바와 같은 각 공정상에서 확관율 범위 내를 벗어나 확관 공정이 수행되는 경우 재료의 특성에도 불가하고, 도 3의 도시와 같이 다양한 형태의 불량, 즉 즉 확관부 터짐, 확관부 금형 눌림, 비드부 터짐, 확관부 성형 불량 등의 불량이 발생하게 된다.
이러한 불량은 각 공정에서 확관율이 상한치를 초과하는 경우 원재관과 바로 이전 공정에서 확관된 가공재를 과도하게 확관하여야 하는 경우 발생할 수 있고, 또한 각 공정에서 확관율이 하한치 미만인 경우에는 다음 공정에서의 확관율을 과도하게 높여야 하는 경우 발생할 수 있다.
이 경우 상기한 바와 같은 불량 형태에서 각 공정상에서 확관율 범위를 초과하는 경우 주로 확관부 터짐과 비드부 터짐 불량이 발생하고, 확관율 범위 미만인 경우에는 확관부 금형 눌림과 확관부 성형 불량이 발생하게 된다. 다만 이러한 불량 유형을 대표적인 현상에 대하여 나열한 것이고, 이외에도 확관율 범위를 벗어나는 경우 다양한 형태의 불량이 발생할 수 있다.
즉 원재관이 Ø28.6 사이즈인 경우 제1 공정(S100)에서 확관율에 의한 확관 치수인 Ø32 ~ Ø34 범위 내에서 확관이 수행되는 경우, 만약 확관 치수가 Ø34를 초과하는 경우 도 3과 같은 불량이 발생할 수 있다. 반대로 확관 치수가 Ø32 미만인 경우에는 제2 공정(S200)의 확관율에 의하여 확관 치수가 Ø34 ~ Ø38이나, 이를 초과하는 확관 치수를 적용하여야 하므로 도 3과 같은 불량이 발생 확률이 높아진다.
이는 Ø28.6 사이즈의 원재관을 제1 내지 제6 공정을 수행하여 최종으로 Ø46.8까지 확관되는 경우 각 공정상에서 최적의 확관 치수는 각 공정상 확관 치수 범위 내에 있다. 따라서 각 공정에서의 확관율 범위는 최적 확관 치수를 기준으로 상한의 확관 치수와 하한의 확관 치수를 정하고 있으며, 이는 하나의 확관 공정은 이전 확관 공정에 의하여 불량률에 영향을 받고, 동시에 다음 확관 공정에서의 불량률에 영향을 미치게 된다. 따라서 제1 내지 제6 공정에서 각 확관율 범위 내에서 확관이 수행될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편 도 4에 도시는 본 발명에 따른 연료 필러넥의 장착 예시로서, 연료 필러넥의 주입구(20)에는 공기의 유입을 위한 에어드레인(30)이 장착되고, 에어드레인(30)과 연결되어 유입된 에어를 여과하는 에어필터(40)가 구비된다.
이 경우 주입구(20)의 안정적인 장착구조를 구현하기 위해 주입구(20)에는 에어드레인(30) 하부에 위치고정용 브래킷(50)이 장착되고, 에어필터(40)에는 장착브래킷(41)이 구비되어 위치고정용 브래킷(50)이 장착 고정된다. 이 경우 위치고정용 브래킷(50)은 플라스틱 재질로 이루어진 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일실시례를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시례가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 메인파이프
20 : 주입구
30 : 에어드레인
40 : 에어필터
41 : 장착 브래킷
50 : 위치고정용 브래킷

Claims (4)

  1. 연료 필러넥의 주입구(20)를 확관하기 위한 성형방법에 있어서,
    상기 주입구(20)를 1차 확관을 위한 제1 공정(S100);
    상기 1차 확관 후, 2차 확관을 위한 제2 공정(S200);
    상기 2차 확관 후, 3차 확관을 위한 제3 공정(S300);
    상기 3차 확관 후, 4차 확관을 위한 제4 공정(S400);
    상기 4차 확관 후, 5차 확관을 위한 제5 공정(S500); 및
    상기 5차 확관 후, 6차 확관을 위한 제6 공정(S600);
    을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 메인파이프 일체형 연료 필러넥 주입구의 확관 성형방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 공정(S100) 내지 상기 제6 공정(S600)에서 확관 비율은 상기 주입구(20) 성형을 위한 원재관 지름과 대비하여 제1 공정(S100)은 1.12배 ~ 1.19배, 제2 공정(S200)은 1.19배 ~ 1.33배, 제3 공정(S300)은 1.33배 ~ 1.50배, 제4 공정(S400)은 1.50배 ~ 1.61배, 제5 및 제6 공정(S500)(S600)은 1.64배인 것을 특징으로 하는 메인파이프 일체형 연료 필러넥 주입구의 확관 성형방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주입구(20)는 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 구리(Cu) 및 철(Fe)로 조성된 스테인리스 스틸인 것을 특징으로 하는 메인파이프 일체형 연료 필러넥 주입구의 확관 성형방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주입구(20)에는 에어드레인(30)이 장착되고, 상기 에어드레인(30)과 연결되는 에어필터(40)가 구비되되,
    상기 주입구(20)에는 위치고정용 브래킷(50)이 구비되어 상기 에어필터(40)에 구비된 장착브래킷(41)에 결합되는 것을 특징으로 하는 메인파이프 일체형 연료 필러넥 주입구의 확관 성형방법.
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