KR20170031785A

KR20170031785A - 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조

Info

Publication number: KR20170031785A
Application number: KR1020177006197A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 아사히
Original assignee: 우수이 고쿠사이 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2017-03-21
Also published as: US20170159626A1; RU2667212C2; WO2016021687A1; RU2017107211A3; EP3179089A4; CN106574588B; EP3179089B1; EP3179089A1; RU2017107211A; BR112017002033A2; MX2017001086A; JP2016037928A; CN106574588A; US10273919B2

Abstract

파이프 등의 관체로 이루어지는 레일 본체의 일단 또는 양단을 엔드 캡으로 폐색하는 구조의 연료 레일에 있어서, 구조를 간이하게 하여 엔드 캡부의 고압화 대응이 가능한 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조를 제공한다.
관체로 이루어지는 레일 본체의 일단 또는 양단을 나사 체결 방식의 캡 너트형 엔드 캡으로 폐색하는 구조로서, 캡 너트형 엔드 캡의 내벽면과 레일 본체 단부 사이에 금속제의 개스킷이 개재되고, 레일 본체와 나사 결합하여 체결된 캡 너트형 엔드 캡의 체결에 의해 발생하는 축력에 의해 개스킷이 체결되어 시일되는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조{END-SEALING STRUCTURE FOR FUEL RAIL FOR GASOLINE DIRECT INJECTION ENGINE}

본 발명은 전자 연료 분사식 자동차 엔진 등의 연료 가압 펌프로부터 송급된 고압 연료를 엔진의 실린더 내에 직접 분사하는 연료 인젝터(분사 노즐)를 통해 공급하기 위한 연료 레일(딜리버리 파이프)의 단말 시일 구조에 관한 것으로, 보다 자세하게는 레일로부터 인젝터에 직접 연료를 공급하는 타입에 있어서의 분사압 20 ㎫∼70 ㎫ 정도의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조에 관한 것이다.

종래, 이 종류의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일로서는, 예컨대, 주관과, 복수의 분기관을 구비한 연료 레일에 있어서, 주관의 외벽에 각 분기관을 수용하기 위한 관통 구멍이 형성되고, 각 관통 구멍은 주관의 외측 및 내측을 향하여 각각 돌출하는 환형벽을 가지고 있고, 각 분기관은 상기 환형벽에 고정된 구조로 이루어진 것, 분기 지관을 축압 용기인 동체부에 직접 또는 분기 조인트 피팅(니플)을 통해 접속한 구성으로 이루어진 것, 파이프 등의 관체로 이루어지는 레일 본체에 인젝터 접속용 소켓이 직접 부착된 구조의 연료 레일 등이 있다. 또한, 파이프 등의 관체로 이루어지는 레일 본체에 인젝터 접속용 소켓이 직접 부착된 구조의 연료 레일로서는, 예컨대, 고압 연료 펌프로부터의 가압된 연료가 공급되는 파이프 등의 관체로 이루어지는 레일 본체에 인젝터 홀더 및 고정용 브래킷이 직접 부착된 구조의 연료 레일(특허문헌 1 참조)이나, 고압 연료 펌프로부터의 가압된 연료가 공급되는 원통형의 본체 파이프에 연결되어 컨트롤 유닛에 의해 개폐 제어되는 연료 분사 밸브가 연결되는 복수의 소켓과, 상기 본체 파이프를 엔진에 부착하기 위해 동본체 파이프에 일체적으로 고착된 복수의 부착용 스테이(stay)로 이루어지는 직접 분사 엔진용 고압 연료 딜리버리 파이프(특허문헌 2 참조) 등이 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2010-7651호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2011-144768호 공보

그러나, 상기한 종래의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일은, 이하에 기재하는 문제를 가지고 있다.

즉, 상기 종래의 각종 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일에 있어서, 파이프 등의 관체로 이루어지는 레일 본체는 일단 또는 양단이 폐쇄된 구조로 되어 있고, 그 단말 레일 구조는, 예컨대 도 2, 도 3에 확대하여 나타내는 바와 같이, 원통형의 본체 파이프(111)의 개구 단부에 엔드 캡(112A, 112B)을 각각 납땜으로 접합하는 구조의 것이 일반적이다. 한편, 최근은, 가솔린 직접 분사 시스템에 있어서의 고압화에 의해, 본체 파이프(111)의 양단부를 폐색하는 엔드 캡(112A, 112B)부의 강도가 문제로 되어 있다. 즉, 도 2, 도 3에 나타내는 본체 파이프(111)에 엔드 캡(112A, 112B)을 각각 납땜으로 접합하여 구성되는 단말 시일 구조의 경우는, 레일 본체인 본체 파이프(111) 내에 내압이 부가된 경우에, 본체 파이프(111)가 반경 방향으로 변형될(관체 외측으로 팽창될) 때에 발생하는 힘을 각각 납땜부(113A, 113B)에서 받는 구조로 되어 있음으로써, 이 납땜부(113A, 113B)가 강도적으로 가장 약한 부위가 되어 버리기 때문에, 가솔린 직접 분사 시스템에 있어서의 고압화에 대응하는 것이 곤란해진다고 하는 문제가 있다. 또한, 납땜부(113A, 113B)가 직접 연료(압력 매체)에 접함으로써, 상기 납땜부에 형상의 불균일 부분이 존재한 경우에는, 응력 집중에 의한 상기 납땜부의 파손의 요인이 되기 쉬운 것 등의 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 연료 레일이 갖는 문제을 감안하여 이루어진 것으로, 특히 파이프 등의 관체로 이루어지는 레일 본체의 일단 또는 양단을 엔드 캡으로 폐색하는 구조의 연료 레일에 있어서, 구조를 간이하게 하여 엔드 캡부의 고압화 대응이 가능한 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명에 따른 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조는, 종래의 납땜 방식 대신에 나사 체결 방식을 채용하여, 레일 본체에 내압이 부가된 경우에 그 레일 본체의 반경 방향에 발생하는 힘을 나사 체결부에서 받는 구조로 하며, 그 시일 수단에 개스킷을 사용하여 나사 체결부가 연료(압력 매체)에 접하지 않는 구조로 하는 것으로, 그 요지는, 관체로 이루어지는 레일 본체의 일단 또는 양단을 나사 체결 방식의 엔드 캡으로 폐색하는 구조의 연료 레일에 있어서, 엔드 캡을 캡 너트형 엔드 캡으로 하며, 그 캡 너트형 엔드 캡의 내벽면과 레일 본체 단부 사이에 금속제의 개스킷이 개재되고, 상기 캡 너트형 엔드 캡이 레일 본체와 나사 결합하여 체결되며, 캡 너트형 엔드 캡의 체결에 의해 발생하는 축력에 의해 상기 개스킷이 체결되어 시일되는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 레일 본체 및 캡 너트형 엔드 캡의 재질로서는, 내식성, 내압성을 고려하여 스테인리스강, 또는, 저탄소강에 Ni 또는 Ni기 합금의 표면 처리를 실시한 것을 이용하는 것을 바람직한 양태로 하는 것이다. 또한, 상기 금속제 개스킷으로서는 시일성이나 내식성을 고려하여 구리제 또는 황동제로 하는 것을 바람직한 양태로 하는 것이다.

본 발명에 따른 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조는, 레일 본체에 대한 엔드 캡의 장착 방식으로서, 캡 너트형 엔드 캡에 의한 나사 체결 방식을 채용하며, 시일 방식에 개스킷 시일 방식을 채용하여, 레일 본체에 나사 결합하여 체결되는 캡 너트형 엔드 캡의 체결에 의해 발생하는 축력에 의해, 금속제의 개스킷이 체결되어 시일되는 구성으로 이루어, 레일 본체에 내압이 부가된 경우에, 그 레일 본체가 반경 방향으로 변형될(관체 외측으로 팽창될) 때에 발생하는 힘을 나사 체결부에서 받는 구조로 되어 있음으로써, 나사 체결부는 내압 부가 시의 레일 본체의 변형에 대하여 압축 응력이 되기 때문에, 피로 파괴에 대하여 유리해져, 시스템의 고압화에 충분히 대응 가능해지는 것, 또한, 나사 체결부가 연료(압력 매체)에 접하지 않는 구조로 되어 있음으로써, 나사 체결부에 형상의 불균일 부분이 존재하여도 응력 집중에 의한 파손이 요인이 되는 것이 전무한 것, 또한 개스킷 시일 방식을 채용하고 있음으로써, 레일 본체 단부의 시일의 안정성, 신뢰성이 확보되는 것, 또한, 레일 본체에 다른 부품(인젝터용 소켓, 브래킷 등)을 납땜할 때, 레일 본체의 양단부가 개방 상태가 됨으로써 납땜로 내에서의 레일 본체 내의 분위기 가스의 치환이 원활하게 진행되기 때문에, 양호한 납땜을 할 수 있는 것, 또한 레일 본체 및 캡 너트형 엔드 캡을 스테인리스강제, 또는, 저탄소강에 Ni 또는 Ni기 합금의 표면 처리를 실시한 재료제로 한 경우에는 내식성, 내압성이 높여지고, 상기 개스킷을 구리제 또는 황동제로 한 경우에는, 시일성이나 내식성이 높여지는 것 등의 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명에 따른 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조의 하나의 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 상기 종래의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

본 발명에 있어서의 본관 레일은, 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일 본체로서, 일단 혹은 관벽면에 연료 도입관(도시하지 않음)이 접속되고, 이 연료 도입관은 배관(도시하지 않음)을 통해 연료 탱크(도시하지 않음)에 연결되어 있으며, 이 연료 탱크의 연료가 배관 및 연료 펌프를 통해 연료 도입관에 이송되고, 연료 도입관으로부터 본관 레일로 유동하여, 인젝터(도시하지 않음)로부터 실린더(도시하지 않음) 내에 분사된다. 이 본관 레일(1)은, 주벽부에 상기 인젝터를 접속 가능하게 하는 소켓(도시하지 않음) 등이 복수 마련되어 있다. 예컨대 4기통 엔진의 경우에는 4개의 소켓이, 직렬 6기통 엔진의 경우에는 6개의 소켓이, 각각 원하는 간격으로 마련되어 있다.

도 1에 있어서, 도면 부호 1은 레일 본체, 2는 캡 너트형 엔드 캡, 3은 개스킷이다. 즉, 도 1에 나타내는 실시예의 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조는, 내부를 유통로(1-1)로 이루어진 원통형의 내주 벽면(1-1a)을 갖는 레일 본체(1)의 관단부 외주에 엔드 캡측 개구 단부면(1-1b)을 남기고 수나사(1-2)가 형성되어 있다. 한편, 이 레일 본체(1)의 관단부 외주에 체결되는 캡 너트형 엔드 캡(2)은, 상기 레일 본체(1)의 개구 단부면(1-1b)과의 대향면이 되는 내벽면에 시트면과 이루는 개스킷(3)의 압력면(2-1)이 형성되고, 레일 본체(1)의 관단부에 형성된 수나사(1-2)에 나사 결합하여 장착되는 구조로 이루어져 있다. 여기서, 레일 본체(1) 및 캡 너트형 엔드 캡(2)은 내식성, 내압성을 고려하여 스테인리스강제, 또는, 저탄소강에 Ni 또는 Ni기 합금의 표면 처리를 실시한 재료제로 하는 것이 바람직하다. 또한, 개스킷(3)은 시일성이나 내식성을 고려하여 구리제나 황동제로 하는 것이 바람직하다.

레일 본체(1)의 단부를 시일할 때는, 캡 너트형 엔드 캡(2) 내에 개스킷(3)을 끼워 넣어 그 캡의 내벽에 형성된 압력면(2-1)에 접촉시킨 상태로 상기 캡 너트형 엔드 캡(2)을 레일 본체(1)의 관단부에 형성된 수나사(1-2)에 나사 결합하여 체결한다. 이때, 상기 캡 너트형 엔드 캡(2)의 체결에 의해 발생하는 축력에 의해 개스킷(3)이 압박되어 캡 너트형 엔드 캡(2) 내의 압력면(2-1)에 압접하여 시일된다.

상기 도 1에 나타내는 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조에 있어서, 레일 본체(1)의 관단부에 나사 고정되어 있는 캡 너트형 엔드 캡(2)을 체결하면, 상기한 바와 같이 상기 캡 너트형 엔드 캡(2)의 체결에 의해 발생하는 축력에 의해 그 엔드 캡측의 압력면(2-1)에 개스킷(3)이 압접함으로써 레일 본체(1)의 개구 단부가 시일되어, 레일 본체(1)와 캡 너트형 엔드 캡(2)의 나사 체결부와, 레일 본체(1)의 유통로(1-1)가 완전히 차단된다. 따라서, 이 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조의 경우, 캡 너트형 엔드 캡(2)의 나사 체결부는, 레일 본체(1)의 유통로(1-1)에 내압이 부가된 경우에 발생하는 그 레일 본체(1)의 반경 방향의 변형(관체 외측으로의 팽창)에 대하여 압축 응력이 작용하게 되기 때문에 내피로 파괴 특성이 우수하여, 레일 본체(1)의 유통로(1-1)에 부가되는 내압의 고압화에 대응 가능해진다. 또한, 캡 너트형 엔드 캡(2)의 나사 체결부는, 레일 본체(1) 내의 연료(압력 매체)에 접하지 않는 구조로 되어 있기 때문에, 만약 상기 나사 체결부에 형상의 불균일 부분이 존재하여도 응력 집중에 의한 파손이 요인이 되는 것이 전무해질뿐만 아니라, 캡 너트형 엔드 캡(2)의 체결에 의해 발생하는 축력에 의해 그 엔드 캡의 옆의 압력면(2-1)에 개스킷(3)을 압접시켜 시일하는 메탈 시일 방식이기 때문에, 레일 본체(1) 단부의 시일의 안정성, 신뢰성도 확보된다.

또한, 본 발명에 있어서, 레일 본체(1) 및 캡 너트형 엔드 캡(2)을 스테인리스강제, 또는, 저탄소강에 Ni 또는 Ni기 합금의 표면 처리를 실시한 재료제로 한 경우는, 내식성, 내압성이 높여져 고수명이 얻어진다. 또한, 상기 개스킷을 구리제 또는 황동제로 한 경우는, 시일성 및 내식성이 높여져, 보다 한층 더 시일의 안정성, 신뢰성이 확보된다.

1 레일 본체
1-1 유통로
1-1a 내주 벽면
1-1b 개구 단부면
1-2 수나사
2 캡 너트형 엔드 캡
2-1 압력면
3 개스킷

Claims

관체로 이루어지는 레일 본체의 일단 또는 양단을 나사 체결 방식의 엔드 캡으로 폐색하는 구조의 연료 레일에 있어서, 엔드 캡을 캡 너트형 엔드 캡으로 하며, 상기 캡 너트형 엔드 캡의 내벽면과 레일 본체 단부 사이에 금속제의 개스킷이 개재되고, 상기 캡 너트형 엔드 캡이 레일 본체와 나사 결합하여 체결되며, 캡 너트형 엔드 캡의 체결에 의해 발생하는 축력에 의해 상기 개스킷이 체결되어 시일되는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조.
제1항에 있어서, 상기 레일 본체 및 캡 너트형 엔드 캡을 스테인리스강제, 또는, 저탄소강에 Ni 또는 Ni기 합금의 표면 처리를 실시한 재료제로 하는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 개스킷을 구리제 또는 황동제로 하는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진용 연료 레일의 단말 시일 구조.