KR100327520B1 - 압력연료펌프장치 - Google Patents

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도오다 고오이찌로
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Abstract

본 발명에 따른 내연 기관에 사용되는 압력 연료 펌프 장치는 정렬되고 병합되는 제1 및 제2 챔버를 내부에 갖는 펌프 본체를 포함한다. 실린더 부재는 펌프 본체에 설치된다. 플런저는 실린더 부재 내에 왕복 운동 가능하게 배치되어 연료 공급 수단 및 연료 분사기에 모두 연결된 펌프 챔버를 실린더 부재에 한정한다. 상기 플런저는 제1 챔버에 노출된 일단부를 갖는다. 구동 샤프트는 제1 및 제2 챔버로 돌출된 인입부를 갖는다. 회전 캠은 제1 챔버에 위치되고 구동 샤프트의 인입부에 견고하게 배치되어 회전된다. 상기 플런저의 단부는 회전 캠이 회전하면 회전 캠에 의해 가압되도록 배열된다. 지지부는 제2 챔버에 배치되어 펌프 본체에 대해 구동 샤프트의 인입부를 회전 가능하게 지지한다. 오일 흡입/배출 통로가 제공되며, 각각의 통로는 제1 챔버에 노출된 일단부를 갖는다. 윤활유 공급 시스템은 오일 흡입 통로를 통해 제1 및 제2 챔버에 윤활유를 공급하며 제1 및 제2 챔버로부터 오일 배출 통로를 통해 윤활유를 반송하기 위해 제공된다.

Description

압력 연료 펌프 장치 {PRESSURE FUEL PUMP DEVICE}
본 발명은 일반적으로 연료 펌프에 관한 것으로, 구체적으로 자동차 내연 기관의 연료 분사 시스템에 적절한 압력 연료 펌프에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은, 캠 챔버를 갖는 펌프 본체와, 상기 펌프 본체에 설치된 실린더와, 상기 실린더 내에 왕복 운동 가능하게 배치되어 펌프 챔버를 실린더에 한정하는 플런저와, 상기 캠 챔버 내로 돌출된 구동 샤프트와, 상기 캠 챔버에 설치되고 구동 샤프트의 돌출부에 견고하게 배치되어 회전하면서 플런저를 가압하는 회전 캠과, 상기 캠 챔버에 윤활유를 공급하기 위한 윤활유 공급 시스템을 포함하는 형태의 압력 연료 장치와 관련된다.
자동차 내연 기관의 연료 분사 시스템의 연료 분사기에 가압 연료를 공급하기 위해, 엔진의 흡입/배출 밸브 구동 캠 샤프트의 상부에 적절한 펌프가 배열되며 캠 샤프트에 배치된 회전 캠에 의해 적절한 펌프의 플런저가 왕복하게 구동되는 형태의 가압 연료 펌프 장치가 개발되게 되었다. 상기 형태의 압력 펌프 장치에서는 실린더 헤드 덮개의 내부에 적절한 펌프를 설치하기 위한 개구를 제공하는 것이 필수적이다. 그러나, 상기 배열을 사용하면 엔진 구조가 복잡해지며 부피가 대형화될 뿐만 아니라 부품의 배치도 제한된다.
상기 결점을 해소하기 위해, 상부에 장착된 회전 캠을 갖는 구동 샤프트가 플런저를 왕복 구동시키기 위해 펌프 본체에 설치된 형태가 제안되었다. 상기 형태에서는 흡입/배출 밸브 구동 캠 샤프트를 구동 샤프트에 구동 연결시키는 것이 필수적이다. 상기 형태의 압력 연료 펌프 장치 중 하나가 일본 실용 신안 등록 공개 공보 제4-117185호에 개시되어 있다. 상기 공보의 압력 연료 펌프 장치에서는 적절한 펌프의 펌프 챔버로부터 고립된 부분에서 펌프 본체 캠 및 지지부 챔버에 한정되며 두 개의 챔버에 윤활유가 채워져서 내부에 설치된 각종 부품 및 부분을 윤활시킨다.
그러나, 상기 공보의 압력 연료 펌프 장치는 오일의 윤활 성능이 상당히 단시간 내에 열화될 수도 있다는 이유로 사용자를 만족시키지 못하는 경우도 있다. 사실, 상기 공보의 압력 연료 펌프 장치는 두 개의 챔버에서 윤활유를 차단하도록 구성되어 있으며 윤활유가 급속하게 열화될 가능성이 높다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 결점이 없는 압력 연료 펌프 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 펌프 장치가 작동하는 중에도 캠 챔버 및 지지부 챔버에는 윤활유가 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치가 제공된다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 정렬되고 병합되는 제1 및 제2 챔버를 내부에 갖는 펌프 본체와, 상기 펌프 본체에 설치된 실린더 부재와, 상기 제1 챔버에 노출된 일단부를 가지며 실린더 부재 내에 왕복 운동 가능하게 배치되어 연료 공급 수단에 연결되도록 된 펌프 챔버를 실린더 부재에 한정하는 플런저와, 상기 제1 및 제2 챔버로 돌출된 인입부를 갖는 구동 샤프트와, 회전 캠이 회전하면 회전 캠에 의해 가압되도록 플런저의 단부가 배열되며 제1 챔버에 위치되고 구동 샤프트의 인입부에 견고하게 배치되어 회전되는 회전 캠과, 상기 제2 챔버에 배치되어 펌프 본체에 대해 구동 샤프트의 인입부를 회전 가능하게 지지하는 지지부와, 상기 제1 챔버에 노출된 일단부를 각각 갖는 오일 흡입/배출 통로와, 상기 오일 흡입 통로를 통해 제1 및 제2 챔버에 윤활유를 공급하며 제1 및 제2 챔버로부터 오일 배출 통로를 통해 윤활유를 반송하기 위한 수단을 포함하는 압력 연료 펌프 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 내연 기관에 사용되는 압력 연료 펌프 장치가 제공된다. 상기 장치는, 정렬되고 병합되는 제1 및 제2 챔버를 내부에 갖는 펌프 본체와, 상기 펌프 본체에 설치된 실린더 부재와, 상기 제1 챔버에 노출된 일단부를 가지며 실린더 내에 왕복 운동 가능하게 배치되어 연료 공급 수단에 연결되도록 된 펌프 챔버를 실린더 부재에 한정하는 플런저와, 상기 제1 및 제2 챔버 내로 돌출된 인입부를 가지며 엔진의 흡입/배출 밸브 구동 캠 샤프트에 동축으로 연결되어 회전되는 구동 샤프트와, 회전 캠이 회전하면 회전 캠에 의해 가압되도록 플런저의 단부가 배열되며 제1 챔버에 위치되고 구동 샤프트의 인입부에 견고하게 배치되어 회전되는 회전 캠과, 상기 제2 챔버에 배치되어 펌프 본체에 대해 구동 샤프트의 인입부를 회전 가능하게 지지하는 지지부와, 상기 제1 챔버에 노출된 일단부를 각각 가지며 펌프 본체에 한정된 오일 흡입/배출 통로를 포함하며; 상기 오일 흡입 통로는 윤활유가 오일 펌프로부터 유입되는 엔진의 오일 갤러리에 연결되어 엔진이 작동하면서 오일이 오일 흡입 통로를 통해 제1 및 제2 챔버로 공급되고 챔버의 오일은 오일 배출 통로를 통해 오일 펌프로 반송된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 내연 기관에 사용되는 압력 연료 펌프 장치가 제공된다. 상기 장치는, 정렬되고 병합되는 제1, 제2 및 제3 챔버를 내부에 가지며 제2 챔버와 제3 챔버 사이에 제1 챔버가 배열되는 펌프 본체와, 상기 펌프 본체에 설치된 실린더 부재와, 상기 제1 챔버에 노출된 일단부를 가지며 실린더 내에 왕복 운동 가능하게 배치되어 연료 공급 수단에 연결되도록 된 펌프 챔버를 실린더 부재에 한정하는 플런저와, 상기 제1 및 제2 챔버 내로 돌출된 엔진의 흡입/배출 밸브 구동 캠 샤프트의 인입부와, 회전 캠이 회전하면 회전 캠에 의해 가압되도록 플런저의 단부가 배열되며 제1 챔버에 위치되고 캠 샤프트의 인입부와 일체화되어 회전되는 회전 캠과, 상기 제2 및 제3 챔버에 각각 배치되어 펌프 본체에 대해 캠 샤프트의 인입부를 회전 가능하게 지지하는 지지부와, 상기 회전 캠이 회전되는 방향에 대해 회전 캠의 로우브의 상부 인입부에서 회전 캠의 오일 출구 포트를 가지며 캠 샤프트의 인입부에 한정된 오일 흡입 통로와, 상기 제1 챔버에 노출된 오일 입구 개구를 가지며 펌프 본체에 한정된 오일 배출 통로를 포함하며; 상기 오일 흡입 통로는 윤활유가 오일 펌프로부터 유입되는 엔진의 오일 갤러리에 연결되어 엔진이 작동하면서 오일이 오일 흡입 통로를 통해 제1, 제2 및 제3 챔버로 공급되며 챔버의 오일은 오일 배출 통로를 통해 오일 펌프로 반송된다.
첨부 도면과 관련하여 취해진 다음의 설명으로부터 본 발명의 기타 목적 및 장점은 명백해질 것이다.
도1은 본 발명에 따른 제1 실시예인 압력 연료 펌프 장치의 단면도.
도2는 도1의 A-A선을 따른 단면도.
도3은 도2의 B-B선을 따른 단면도.
도4는 도2의 C-C선을 따른 단면도.
도5는 도2의 D-D선을 따른 단면도.
도6은 본 발명에 따른 제2 실시예인 압력 연료 펌프 장치의 단면도.
도7은 도6의 E-E선을 따른 단면도.
도8은 지지 압력과 회전 캠의 회전각 사이의 관계의 관점에서 회전 캠과 리프터 사이의 접촉 방식을 도시하는 그래프.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1 : 압력 연료 펌프 장치
2 : 연료 유입 통로
3 : 전기 연료 펌프
4 : 저압 조절기
5 : 연료 배출 통로
6 : 연료 분사기
7 : 연료 탱크
8 : 플런저
9 : 구동 샤프트
10 : 회전 캠
11 : 펌프 블럭
12 : 샤프트 수용 블럭
13 : 압력 조절기
14 : 출구 블럭
15 : 원통형 중심 보어
16 : 원통형 중공 부재
17 : 블랭크 캡
18 : 측방 보어
19 : 캠 챔버
20 : 지지부 챔버
이해의 편의를 위해, 상부, 상향, 하부, 하향, 좌측, 우측 등 방향 지시어를 사용하여 설명하기로 한다. 그러나, 상기 지시어는 본 발명의 제1 및 제2 실시예가 각각 도시된 도1 및 도6에 대해서만 그러한 것으로 이해하여야 한다. 즉, 상기 방향 지시어는 본 발명에 채용된 부품의 위치 관계에 대한 이해의 편의를 위해서만 사용된다.
도1 내지 도5 중 특히 도1에는 본 발명에 따른 제1 실시예인 압력 연료 펌프 장치(1)가 도시되어 있다. 상기 실시예에는 압력 연료 펌프 장치(1)가 자동차 내연 기관의 연료 분사 시스템의 연료 분사기에 압력 연료를 공급하도록 배열된다. 즉, 도1에 도시된 바와 같이, 연료 유입 통로(2)는 연료 탱크(7)로부터 압력 연료 펌프 장치(1)의 입/출구 포트(24)로 연장된다. 전기 연료 펌프(3) 및 저압 조절기(4)는 연료 유입 통로(2)에 연결된다. 연료 배출 통로(5)는 입/출구 포트(24)로부터 연료 분사 시스템의 연료 분사기(6)로 연장된다. 압력 조절기(13)는 연료 배출 통로(5)에 연결된다. 즉, 하기에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 전기 연료 펌프(3)의 작업으로 인해 연료 탱크(7)의 연료는 압력 연료 펌프 장치(1)로 유입되어 가압되고 가압 연료는 연료 분사기(6)로 유입된다.
도1에 도시된 바와 같이, 압력 연료 펌프 장치(1)는, 일반적으로 펌핑 작용을 성취하기 위해 왕복 운동하는 플런저(8)와, 상기 플런저(8)의 축에 수직 연장되며 엔진에 의해 구동되는 구동 샤프트(9)와, 상기 구동 샤프트(9)에 견고하게 배치되어 회전되는 회전 캠(10)을 포함한다. 회전 캠(10)의 상부에는 하기되는 리프터(27)를 통해 플런저(8)가 놓여서 회전 캠(10)이 회전되면 플런저(8)는 왕복식으로 축방향 운동한다. 왕복을 위해, 편의 코일 스프링(30)은 회전 캠(10)을 향해 플런저(8)를 편의시키기 위해 플런저(8)에 결합된다. 설명이 진행되면서 명백해지겠지만, 플런저(8)의 왕복 운동으로 인해 펌프 챔버(23) 내로 유입된 연료는 가압되어 연료 분사기(6)로 배출된다. 회전 캠(10)의 로우브 갯수는 연료 분사기(6)의 갯수, 즉 엔진의 실린더 갯수와 동일하다는 것을 주목하여야 한다.도시된 실시예에서, 캠(10)의 로우브의 갯수는 넷이다.
도1에 도시된 바와 같이, 압력 연료 펌프 장치(1)의 펌프 본체는, 내부에 플런저(8)를 수용하는 펌프 블럭(11)과, 내부에 구동 샤프트(9)의 일부를 회전 가능하게 수용하는 샤프트 수용 블럭(12)과, 내부에 연료 유입/배출 통로(2, 5)와 압력 조절기(13)를 갖는 출구 블럭(14)을 포함한다.
펌프 블럭(11)은 원통형 중심 보어(15)를 구비한 원통형 구조를 갖는다. 원통형 중공 부재(16)는 중심 보어(15)의 상부에 견고하게 수용되며, 블랭크 캡(17)은 중심 보어(15)의 하단부에 끼워진다. 도시된 바와 같이, 원통형 중공 부재(16)의 상부는 밀폐되어 동일한 원통형 중공부(22)는 블랭크 보어를 구성하며 부재(16)의 하부 개방 단부는 중심 보어(15)의 중앙부에 위치된다. 펌프 블럭(11)의 하부에는 원통형 중심 보어(15)의 축에 수직한 축을 갖는 측방 보어(18)가 한정된다. 상기 측방 보어(18)의 구비로 인해 회전 캠(10)을 수용하기 위한 캠 챔버(19)와 반경 방향 지지부(21)를 수용하기 위한 지지부 챔버(20)가 모두 펌프 블럭(11)의 하부에 형성된다. 원통형 중공 부재(16)의 중공부(22)는 캠 챔버(19)에 개방되며 내부에 축방향으로 활주 가능하게 수용된 플런저(8)의 기부를 갖는다. 이와 같이, 플런저(8)의 기부가 노출된 중공부(22)의 상부는 펌프 챔버(23)를 구성한다. 즉, 플런저(8)의 왕복 운동으로 인해 펌프 챔버(23)의 부피가 변하도록, 즉 반복적으로 증감되도록 가압된다. 펌프 챔버(23)는 펌프 챔버(23) 내로 또 펌프 챔버(23)로부터 연료의 흡입/배출이 수행되는 입/출구 포트(24)와 병합된다.
도시된 바와 같이, 펌프 블럭(11)의 중심 보어(15)의 중앙부는 반경 방향으로 확대되어 리프터 챔버(25)를 구성한다. 금속 부시(26, metal bush)는 리프터 챔버(25)의 주연벽에 대해 가압된 외면을 갖는 리프터 챔버(25)에 견고하게 수용된다. 저부를 구비한 원통형 리프터(27)는 금속 부시(26)에 축방향으로 활주 가능하게 놓인다. 도시된 바와 같이, 플런저(8)의 하단부는 리프터(27)의 저부 중심부에 접촉되며 회전 캠(10)의 상부에는 리프터(27)의 저부가 놓인다. 회전 캠(10)이 저부를 활주하는 경우에 발생할 수도 있는 저부 마모를 제거하거나 적어도 최소화시키기 위해 리프터(27)의 저부 하부면에는 적절한 표면 처리가 이루어진다. 환형 스프링대(29)는 스냅 링(28)을 통해 플런저(8)의 하단부에 고정되며, 코일 스프링(30)은 스프링대(29)와 리프터 챔버(25)의 상벽 사이에서 압축된다. 이와 같이, 플런저(8)는 회전 캠(10)에 대해 리프터(27)를 가압하는 회전 캠(10)을 향해 편의된다.
플런저(8)의 중앙부에는 환형 홈(31)이 형성되며, 원통형 중공 부재(16)는 환형 홈(31) 근방 부분에서 연료 분사 통로(2)로 이어진 연료 반송 통로(32)가 형성된다. 즉, 작동 중에는 환형 홈(31)이 중공부(22)와 플런저(8) 사이에 한정된 공간을 통해 펌프 챔버(23)로부터 누설될 수도 있는 연료를 수집하며 환형 홈(31)에 수집된 연료는 연료 반송 통로(32)를 통해 연료 유입 통로(2)로 재유입된다. 플런저(8)에는 환형 홈(31)과 그 하단부 사이의 부분에서 환형 홈(31)으로부터 리프터 챔버(25)를 향한 바람직하지 못한 연료 누설을 확실히 방지하는 시일 링(33)이 제공된다. 원통형 리프터(27)의 저부에는 원통형 리프터(27)의 내부와 리프터 챔버(25)가 연통되는 복수의 개구(34)가 형성된다.
도1에 도시된 바와 같이, 샤프트 수용 블럭(12)은 원통형 중심 보어(36)를 구비한 원통형 구조를 갖는다. 도시된 바와 같이, 샤프트 수용 블럭(12)의 확대된 우측 단부(35)는 펌프 블럭(11)의 상기 측방 보어(18)에 끼워진다. 구동 샤프트(9)는 캠 챔버(19) 내로 돌출된 우측 단부와 상기 장착 보어(38) 내로 돌출된 좌측 단부를 구비한 원통형 중심 보어(36)에 회전 가능하게 수용된다. 구동 샤프트(9)의 돌출된 우측 단부는 견고하게 장착된 회전 캠(10)을 가지며, 구동 샤프트(9)의 돌출된 우측 단부는 반경 방향 지지부(21)를 통해 펌프 블럭(11)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
샤프트 수용 블럭(12)의 좌측 반부는 엔진의 실린더 헤드(37a)와 헤드 커버(37b) 사이에 한정된 장착 보어(38)에 견고하게 수용된다. 장착 보어(38)는 캠 샤프트 수용 보어(44)의 일부분이다. 구동 샤프트(9)의 돌출된 좌측 단부는 커플러(39)를 통해 캠 샤프트 수용 보어(44)에 설치된 흡입/배출 밸브 구동 캠 샤프트(40, 즉 흡입 및 배출 밸브용 캠을 구동시키기 위한 캠 샤프트)에 동축으로 연결된다.
도4 및 도1에 도시된 바와 같이, 펌프 블럭(11)은 구동 샤프트(9)에 평행 연장되는 연결 볼트(65)에 의해 실린더 헤드(37a) 및 헤드 커버(37b)의 측부에 고정된다. 단열 부재(66)는 펌프 블럭(11)과 각각의 실린더 헤드(37a) 및 헤드 커버(37b) 사이에 개재된다. 단열 부재(66)에는 내부에 샤프트 수용 블럭(12)을 수용하기 위한 개구(66a)가 형성된다. 도면에 도시된 바와 같이, 개구(66a)의 직경은 샤프트 수용 블럭(12)의 확대된 우측 단부(35)의 외경보다 작다. 이와 같이,단열 부재(66)의 구비로 인해 블럭(12)의 좌향 변위는 억제된다.
도1, 도2 및 도4에 도시된 바와 같이, 샤프트 수용 블럭(12)에는 캠 챔버(19), 지지부 챔버(20) 및 리프터 챔버(25)에 윤활유를 공급하기 위한 오일 흡입/배출 통로(41)가 형성된다.
도4에 도시된 바와 같이, 오일 흡입 통로(41)는 블럭(12)의 원통형 외벽에 형성된 환형 홈(41a)과 블럭(12)에 형성된 축방향 연장 보어(41b)를 포함한다. 환형 홈(41a)은 실린더 헤드(37a)의 오일 갤러리(43)의 상류부에 연결된다. 축방향 연장 보어(41b)는 환형 홈(41a)을 캠 챔버(19)에 연결시킨다.
도5에 도시된 바와 같이, 오일 배출 통로(42)는 블럭(12)의 확대된 우측 단부(35)에 형성된 반경 방향 연장 보어(42a)와 블럭(12)에 형성된 축방향 연장 보어(42b)를 포함한다. 반경 방향 연장 보어(42a)는 캠 챔버(19)에 노출된다. 축방향 연장 보어(42b)는 반경 방향 연장 보어(42a)를 캠 샤프트 수용 보어(44)에 연결시킨다. 캠 샤프트 수용 보어(44)가 오일 갤러리(43)의 하류부를 구성한다는 것을 주목하여야 한다. 오일 흡입 통로(41)의 축방향 연장 보어(41b)와 오일 배출 통로(42)의 반경 방향 연장 보어(42a)가 캠 챔버(19)의 상부에 노출된다는 것도 주목하여야 한다.
도4에 도시된 바와 같이, 블럭(12)의 환형 홈(41a) 내에는 축방향 연장 보어(41b)가 환형 홈(41a)에 연결된 부분의 적어도 일부를 덮는 필터 부재(56)가 배치된다. 오일 갤러리(43)는 엔진에 의해 구동되는 오일 펌프(도시되지 않음)에 연결되어 엔진이 작동하면서 가압 윤활유가 오일 펌프로부터 오일 흡입 통로(41)로연속적으로 유입된다.
도1에 도시된 바와 같이, 오일 시일(45)은 샤프트 수용 블럭(12)의 확대된 우측 단부(35)와 펌프 블럭(11)의 측방 보어(18)의 벽 사이에 개재된다. 오일 시일(46)은 샤프트 수용 블럭(12)과 장착 보어(38)의 벽 사이에 개재되며, 오일 시일(47)은 구동 샤프트(9)와 블럭(12)의 중심 보어(36)의 벽 사이에 개재된다.
도2에 도시된 바와 같이, 출구 블럭(14)에는 펌프 블럭(11)의 입구/출구 포트(24)에 연결된 입구/출구 챔버(48)가 형성된다. 연료 유입 통로(2) 및 연료 배출 통로(5)는 출구 블럭(14)에 한정되며 입구/출구 챔버(48)에 연결된다. 연료 유입/배출 통로(2, 5)의 입구/출구 챔버(48) 근방에는 각각의 체크 밸브(49, 50)가 제공된다. 도1에 도시된 바와 같이, 체크 밸브(49)는 입구/출구 포트(24, 즉 입구/출구 챔버(48))를 향한 방향으로의 연료 유동만 허용하도록 배열된 반면, 다른 체크 밸브(50)는 포트(2)로부터 멀어지는 방향으로의 연료 유동만 허용하도록 배열된다. 즉, 연료 펌프 장치의 작동 중에는 2개의 체크 밸브(49, 50)가 교대로 개폐된다.
도2에서, 출구 블럭(14)에는 배출 통로(5)가 유입 통로(2)에 연결된 반송 통로(51)가 추가로 형성된다. 압력 조절기(13)는 반송 통로(51)에 배치되어 소정 수준으로 연료 배출 통로(5)의 연료 압력을 조절하거나 조정한다.
도2에 도시된 바와 같이, 압력 조절기(13)는 일반적으로 반송 통로(51)를 개폐시키도록 배열된 파핏 밸브(52, poppet valve)와 반송 통로(51)를 밀폐시키는 방향으로 파핏 밸브(52)를 편의시키도록 배열된 편의 스프링(53)을 포함한다. 즉,연료 배출 통로(5)의 압력이 스프링(53)의 편의력보다 커지면, 파핏 밸브(52)는 반송 통로(51)를 개방시킨다. 압력 조절기(13)는 스프링(53)의 편의력이 엔진의 작동 부하에 따라 조절되는 솔레노이드 장치(54)를 추가로 포함한다.
릴리프 밸브(55)는 연료 배출 통로(5)에 설치되며 배출 통로(5)의 압력이 비정상적으로 고압인 경우에 개방된다. 즉, 릴리프 밸브(55)가 개방되면 고압 연료가 반송 통로(51)로 유입된다.
다음에는 도1을 참조하여 제1 실시예에 따른 상기 압력 펌프 장치(1)의 작동을 설명하기로 한다.
엔진이 작동하면서 구동 샤프트(9)가 캠 샤프트(40)와 함께 회전된다. 이와 같이, 구동 샤프트(9)의 회전 캠(10)은 단속적으로(intermittently) 리프터(27)를 가압하여 플런저(8)는 고정된 중공 부재(16)에서 코일 스프링(30)의 협력에 의해 왕복 운동한다.
즉, 플런저(8)가 하부로 이동되면 펌프 챔버(23)의 압력은 음압이 되어 연료 펌프(3)로부터 나온 연료는 연료 유입 통로(2), 체크 밸브(49) 및 입구/출구 포트(24, 즉 입구/출구 챔버(48), 도2 참조)를 통해 펌프 챔버(23) 내로 유입된다. 다음에 플런저(8)가 상부로 이동되면 펌프 챔버(23) 및 입구/출구 챔버(48)는 가압되어 다른 체크 밸브(50)가 개방된다. 체크 밸브(50)가 개방되면 펌프 챔버(23) 및 입구/출구 챔버(48)의 가압 연료는 입구/출구 개구(24), 연료 배출 통로(5) 및 개방된 체크 밸브(50)를 통해 연료 분사기(6)로 유입된다. 플런저(8)의 반복적인 축방향 운동에 의해 상기 펌핑 작용은 계속된다. 연료 배출 통로(5)의 압력이 소정 수준을 초과하면 압력 조절기(13)는 즉시 상기 우회로를 제공하여 통로(5)의 압력을 저하시킨다. 즉, 압력 조절기(13)의 작동으로 인해 연료 분사기(6)를 향한 연료의 압력은 소정 수준으로 조절된다. 상기 설명된 바와 같이, 엔진의 작동 부하에 따라 수준이 조절된다.
엔진이 작동하면서 오일 펌프(도시되지 않음)로부터 나온 가압 윤활유가 엔진의 각종 부분에 분배된다. 윤활유의 일부는 오일 갤러리(43)를 통해 압력 연료 펌프 장치(1)의 오일 흡입 통로(41, 도4 참조)로 유입된다. 오일 흡입 통로(41)로부터 나온 윤활유는 캠 챔버(19), 지지부 챔버(20) 및 리프터 챔버(25)를 통해 오일 배출 통로(42)와 실린더 헤드(37)의 상부에 위치된 캠 샤프트 수용 보어(44)로 유동된다. 이와 같이, 반경 방향 지지부(21), 회전 캠(10), 리프터(27) 및 플런저(8) 등은 적절하게 윤활된다. 즉, 상기 부분의 상호 접촉부는 오일에 의해 충분히 윤활된다.
본 발명에 따른 상기 제1 실시예에서는 일본 실용 신안 공개 공보 제4-117185호의 경우와는 달리 윤활유가 캠 챔버(19), 지지부 챔버(20) 및 리프터 챔버(25)를 통해 유동되어 오일 펌프에 반송된다는 것을 주목하여야 한다. 즉, 제1 실시예에서는 윤활유가 챔버(19, 20, 25)에서 차단되지 않아서 오일의 열화를 방지하거나 적어도 최소화시킨다.
엔진이 정지되어 오일 펌프가 중단되면, 오일 흡입 통로(41)를 향한 오일 공급은 중단된다. 그러나, 상기 경우에도 오일 흡입 통로(41)의 축방향 연장 보어(41b)와 오일 배출 통로(42)의 반경 방향 연장 보어(42a)가 캠 챔버(19)의 상부에 노출되므로, 소량의 윤활유만이 챔버(19, 20, 25)로부터 통로(41, 42)를 통해 펌프 장치(1)의 외부로 재유동된다. 즉, 대량의 오일은 챔버(19, 20)에 잔류되어 엔진이 재시동되면 회전 캠(10) 및 리프터(27)의 상호 접촉부와 반경 방향 지지부(21)의 상호 접촉부의 윤활 작용을 보증한다.
제1 실시예에서는 유동하는 윤활유로 챔버(19, 20, 25)의 부분을 윤활시키기 위해 기존의 엔진 오일 분배 시스템이 사용된다. 상기 시스템을 사용하면 엔진의 비용을 절감할 수 있다. 또한, 필터 부재(56, 도4 참조)를 사용하면 윤활유의 사용 기간이 연장된다.
원하면, 오일 흡입/배출 통로(41, 42, 도4 참조)에는 각각의 체크 밸브가 제공될 수도 있다. 흡입 통로(41)용 체크 밸브는 캠 챔버(19)를 향한 방향으로의 오일 유동만 허용하며, 오일 배출 통로(42)용 체크 밸브는 캠 챔버(19)로부터 멀어지는 방향으로의 오일 유동만 허용한다. 상기 조치를 채용하면, 오일 흡입 통로(41)의 축방향 연장 보어(41b)와 오일 배출 통로(42)의 반경 방향 연장 보어(42a)는 캠 챔버(19)의 상부에 노출되는 상기 배열을 채용할 필요가 없다. 오일 배출 통로(42)용 체크 밸브의 스프링이 상당히 큰 스프링 상수를 가지면, 챔버(19, 20)로부터의 바람직하지 못한 오일 탈출은 매우 확실히 억제된다.
또한, 원하면, 오일 흡입/배출 통로(41, 42) 중 하나는 캠 챔버(19)의 하부에 노출될 수도 있다. 상기 경우에, 하부에 노출된 통로(41, 42)에는 체크 밸브가 제공된다. 상기 조치를 채용하면, 캠 챔버(19), 지지부 챔버(20) 및 리프터 챔버(25)를 통한 윤활유의 유동은 매우 매끄럽게 수행된다.
다음에는 도6 내지 도8을 참조하여 본 발명에 따른 제2 실시예의 압력 연료 펌프(101)를 설명하기로 한다. 이해의 편의를 위해, 상부, 상향 등 방향 지시어를 사용하여 설명하기로 한다. 그러나, 상기 지시어는 도6만에 대해서만 그러한 것으로 이해하여야 한다.
도6 내지 도8 중 특히 도6에는 본 발명에 따른 제2 실시예의 압력 연료 펌프 장치(101)가 도시되어 있다. 제2 실시예의 펌프 장치(101)의 구성이 상기 제1 실시예와 유사하므로, 다음에는 제1 실시예와 다른 부분 및 구성만 설명하기로 하고 대체로 동일한 부분은 동일한 참조 부호를 사용하여 나타내기로 한다.
도6에 도시된 바와 같이, 제1 실시예와 마찬가지로 제2 실시예의 압력 연료 펌프 장치(101)는 펌프 블럭(11), 샤프트 수용 블럭(12) 및 출구 블럭(14)을 포함하는 펌프 본체를 갖는다. 펌프 블럭(11)은 내부에 견고하게 배치된 원통형 중공 부재(16)와 상기 원통형 중공 부재(16)에 축방향으로 운동 가능하게 배치된 플런저(8)를 갖는다. 출구 블럭(14)은 연료 유입/배출 통로(2, 5)와 내장된 압력 조절기(13)를 갖는다.
제2 실시예에서는 플런저(8)를 구동시키기 위한 샤프트 수용 블럭(12)에 의해 지지된 구동 샤프트가 엔진의 흡입/배출 밸브 구동 캠 샤프트(140)와 일체형이다. 즉, 캠 샤프트(140)의 우측 단부는 실린더 헤드(37a)로부터 돌출되어 샤프트 수용 블럭(12) 및 펌프 블럭(11)에 모두 수용된다. 캠 샤프트(140)의 돌출된 우측 단부는 플런저(8)가 리프터(27)를 관통하는 회전 캠(110)과 일체로 형성된다. 도시된 바와 같이, 한 쌍의 반경 방향 지지부(21, 121)는 블럭(11, 12)에 대해 회전캠(110)을 회전 가능하게 지지하기 위해 캠 챔버(19)에 설치된다. 지지부(21)는 블럭(11)에 연결되며, 다른 지지부(121)는 다른 블럭(12)에 연결된다. 이와 같이, 상기 제2 실시예에서는 두 개의 지지부 챔버(20, 120)가 지지부(21, 121)용으로 제공된다.
캠 챔버(19) 및 두 개의 지지부 챔버(20, 120)에 윤활유를 공급하기 위해, 오일 흡입 통로(141)는 캠 샤프트(140)에 한정된다. 오일 흡입 통로(141)는 엔진에 의해 구동되는 오일 펌프(도시되지 않음)에 연결된다. 세 개의 챔버(19, 20, 120)로부터 윤활유를 배출하기 위해, 오일 배출 통로(142)는 샤프트 수용 블럭(12)에 형성된다.
오일 흡입 통로(141)는 캠 샤프트(140)에 형성된 축방향 연장 보어(141a)와 회전 캠(110)에 형성된 네 개의 반경 방향 연장 보어(141b, 도7 참조)를 포함하며, 각각의 보어(141b)는 보어(141a)에 연결된다.
도7에 도시된 바와 같이, 각각의 반경 방향 연장 보어(141b)는 화살표 "A"에 의해 나타낸 회전 방향에 대해 회전 캠(110)의 대응 로우브의 상부 인입부에서 오일 배출 개구를 갖는다. 따라서, 회전 캠(110)이 회전하는 중에는 배출 개구로부터 배출된 윤활유가 회전 캠(110) 및 리프터(27)의 상호 접촉면 내로 매끄럽게 유입된다.
도6에 도시된 바와 같이, 오일 배출 통로(142)는 반경 방향 지지부(121) 및 오일 시일(47) 근방에서 경사지게 연장되어 캠 챔버(19)를 실린더 헤드(37a)의 상부에 위치된 캠 샤프트 수용 보어(44)에 연결시킨다. 따라서, 오일 흡입통로(141)로부터 캠 챔버(19) 및 지지부 챔버(20, 120) 내로 유입된 윤활유는 오일 배출 통로(142)를 통해 캠 샤프트 수용 보어(44)로 배출된다. 다음에 윤활유는 엔진의 각종 부분을 윤활시키는 엔진의 각종 부분에 공급된다.
원하면, 오일 배출 통로(142) 대신에 캠 샤프트(140)와 샤프트 수용 블럭(12) 사이에 적절하게 제공된 클리어런스가 오일을 배출하기 위한 통로로 사용될 수도 있다.
도7에 도시된 바와 같이, 플런저(8)에 의해 한정된 펌프 챔버(23)는 제1 실시예의 경우와 같이 각각의 체크 밸브(49, 50)를 통해 연료 유입 통로(2) 및 연료 배출 통로(5)에 모두 연결된다. 연료 유입/배출 통로(2, 5) 사이에는 체크 밸브(72)가 설치되는 우회 통로(71)가 연장된다. 즉, 충분한 펌핑 작용이 플런저(8)에 의해 성취되지 못하면서 엔진이 크랭킹되면, 오일 펌프(3, 도6 참조)로부터 나온 연료는 우회 통로(71)를 통해 배출 통로(5)로 직접 유입된다.
엔진이 작동하면서 회전 캠(110)이 단속적으로 리프터(27)를 가압하여 플런저(8)는 스프링(30)의 협력에 의해 왕복 운동한다. 이와 같이, 펌핑 작용은 제1 실시예의 상기 해당 부분에서 설명된 방식과 대체로 동일하게 수행된다.
엔진이 작동하면서 가압 윤활유가 오일 펌프(도시되지 않음)로부터 오일 흡입 통로(141)로 유입된다. 다음에 오일은 네 개의 반경 방향 연장 보어(141b)를 통해 캠 챔버(19)로 배출된다. 이러는 동안에, 회전 캠(110)과 리프터(27) 사이의 상호 접촉부는 오일에 의해 적절하게 윤활된다. 다음에 오일은 지지부 챔버(20, 120)를 통해 유동되어 오일 배출 통로(142)를 통해 캠 샤프트 수용 보어(44) 내로유동된다.
상기 설명된 바와 같이, 제2 실시예에서도 윤활유는 제1 실시예의 경우와 같이 캠 챔버(19), 지지부 챔버(20, 120) 및 리프터 챔버(25)를 통해 유동되어 오일 펌프로 반송된다. 이와 같이, 챔버(19, 20, 120)에 내장된 부분은 일본 실용 신안 등록 공개 공보 제4-117185호의 경우와는 달리 윤활유에 의해 적절하게 윤활된다.
도8은 지지 압력과 회전 캠(110)의 회전각 사이의 관계라는 관점에서 회전 캠(110)과 리프터(27) 사이의 접촉 방식을 도시하는 그래프이다. 상기 그래프 및 도7에 도시된 바와 같이, 발생된 최대 지지 압력에 대해 회전 캠(110)의 각각의 로우브의 상부가 리프터(27)에 접촉되는 시기 이전에 이미 대응 반경 방향 연장 보어(141b)는 개방된 상태가 된다. 이는 윤활 작용이 가장 필요한 시기에 윤활유가 회전 캠(110)과 리프터(27) 사이의 상호 접촉부에 확실히 공급된다는 것을 의미한다. 물론, 상기 조치는 상기 접촉부의 원하지 않는 마모를 방지하거나 적어도 최소화시킨다.
상기 두 실시예에서는 리프터(27)가 플런저(8)로 회전 캠(10)의 운동을 전달하기 위해 사용되지만, 상기 리프터(27)는 제거될 수도 있다. 즉, 상기 경우에는 플런저(8)가 회전 캠(10)에 직접 놓인다.
본 발명에 따른 압력 연료 펌프 장치는 상기 구성에 의해 펌프 장치가 작동하는 중에도 캠 챔버 및 지지부 챔버에 윤활유가 연속적으로 공급된다.

Claims (18)

  1. 정렬되고 병합되는 제1 및 제2 챔버를 내부에 갖는 펌프 본체와,
    상기 펌프 본체에 설치된 실린더 부재와,
    상기 제1 챔버에 노출된 일단부를 가지며 상기 실린더 부재 내에 왕복 운동 가능하게 배치되어 연료 공급 수단에 연결되도록 된 펌프 챔버를 상기 실린더 부재에 한정하는 플런저와,
    외부 동력 수단에 의해 축에 대해 회전되도록 된 구동 샤프트와,
    회전 캠이 회전하면 상기 회전 캠에 의해 가압되도록 상기 플런저의 상기 단부가 배열되며 상기 구동 샤프트에 제공되어 회전되는 회전 캠과,
    상기 제2 챔버에 배치되어 상기 펌프 본체에 대해 구동 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 지지부와,
    상기 제1 챔버에 노출된 일단부를 가져서 상기 제1 및 제2 챔버에 윤활유를 공급하는 오일 흡입 통로와,
    상기 제1 챔버에 노출된 일단부를 가져서 상기 제1 및 제2 챔버로부터 윤활유를 배출하는 오일 배출 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동 샤프트는 상기 제1 챔버 내로 돌출된 인입부를 가지며, 상기 인입부는 상부에 제공된 상기 회전 캠을 갖는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 회전 캠은 상기 인입부와 일체형인 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 구동 샤프트의 인입부는 상기 지지부를 통해 상기 펌프 본체에 의해 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연료 펌프 장치의 배열시에 상기 오일 흡입/배출 통로의 개방 단부는 상기 제1 챔버의 상부에 위치되는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 오일 흡입 통로에 설치되어 상기 제1 챔버를 향한 방향으로의 윤활유 유동만 허용하는 제1 체크 밸브와,
    상기 오일 배출 통로에 설치되어 상기 제1 챔버로부터 멀어지는 방향으로의 윤활유 유동만 허용하는 제2 체크 밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 연료 펌프 장치의 배열시에 상기 오일 흡입/배출 통로의 개방 단부 중 하나는 상기 제1 챔버의 하부에 위치되며, 상기 선택된 개방 단부를 갖는 통로는 내부에 설치된 체크 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 오일 흡입 통로는 엔진의 각종 부분 및 부품에 윤활유를 공급하기 위해 엔진에 의해 구동되는 오일 펌프에 연결되는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 오일 흡입 통로는 내부에 설치된 필터를 갖는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 펌프 본체는 상기 엔진에 연결되며, 상기 오일 흡입/배출 통로는 상기 엔진에 의해 한정된 오일 갤러리에 작동하게 연결되는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 오일 흡입 통로는 상기 플런저의 단부에 접촉되는 부분에서 상기 회전 캠의 오일 출구 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 오일 출구 개구는 상기 회전 캠이 회전되는 방향에 대해 회전 캠의 정확한 로우브의 상부 인입부에 위치되는 것을 특징으로 하는 압력연료 펌프 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 회전 캠과 상기 플런저의 단부 사이에 개재된 리프터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 회전 캠을 향해 상기 플런저를 편의시키는 편의 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  15. 제3항에 있어서, 상기 구동 샤프트, 인입부 및 상기 회전 캠은 엔진의 흡입/배출 밸브 구동 캠 샤프트와 일체형인 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 오일 흡입 통로는,
    상기 흡입/배출 밸브 구동 캠 샤프트에 형성된 축방향 연장 보어와,
    상기 회전 캠이 회전되는 방향에 대해 회전 캠의 대응 로우브의 상부 인입부에서 오일 출구 개구를 각각 가지며 상기 회전 캠에 형성되고 상기 축방향 연장 보어에 연결되는 반경 방향 연장 보어를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  17. 내연 기관에 사용되는 압력 연료 펌프 장치에 있어서,
    정렬되고 병합되는 제1 및 제2 챔버를 내부에 갖는 펌프 본체와, 상기 펌프본체에 설치된 실린더 부재와, 상기 제1 챔버에 노출된 일단부를 가지며 상기 실린더 내에 왕복 운동 가능하게 배치되어 연료 공급 수단에 연결되도록 된 펌프 챔버를 상기 실린더 부재에 한정하는 플런저와, 상기 제1 및 제2 챔버 내로 돌출된 인입부를 가지며 상기 엔진의 흡입/배출 밸브 구동 캠 샤프트에 동축으로 연결되어 회전되는 구동 샤프트와, 회전 캠이 회전하면 상기 회전 캠에 의해 가압되도록 상기 플런저의 상기 단부가 배열되며 상기 제1 챔버에 위치되고 구동 샤프트의 상기 인입부에 견고하게 배치되어 회전되는 회전 캠과, 상기 제2 챔버에 배치되어 상기 펌프 본체에 대해 구동 샤프트의 상기 인입부를 회전 가능하게 지지하는 지지부와, 상기 제1 챔버에 노출된 일단부를 각각 가지며 상기 펌프 본체에 한정된 오일 흡입/배출 통로를 포함하며;
    상기 오일 흡입 통로는 엔진의 오일 펌프로부터 윤활유가 유입되는 엔진의 오일 갤러리에 연결되어 엔진이 작동하면서 상기 오일 흡입 통로를 통해 제1 및 제2 챔버로 오일이 공급되고 상기 오일 배출 통로를 통해 상기 오일 펌프로 챔버의 오일이 반송되는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
  18. 내연 기관에 사용되는 압력 연료 펌프 장치에 있어서,
    정렬되고 병합되는 제1, 제2 및 제3 챔버를 내부에 가지며 제2 챔버와 제3 챔버 사이에 상기 제1 챔버가 배열되는 펌프 본체와, 상기 펌프 본체에 설치된 실린더 부재와, 상기 제1 챔버에 노출된 일단부를 가지며 상기 실린더 내에 왕복 운동 가능하게 배치되어 연료 공급 수단에 연결되도록 된 펌프 챔버를 상기 실린더부재에 한정하는 플런저와, 상기 제1, 제2 및 제3 챔버 내로 돌출된 상기 엔진의 흡입/배출 밸브 구동 캠 샤프트의 인입부와, 회전 캠이 회전하면 상기 회전 캠에 의해 가압되도록 상기 플런저의 상기 단부가 배열되며 상기 제1 챔버에 위치되고 캠 샤프트의 상기 인입부와 일체화되어 회전되는 회전 캠과, 상기 제2 및 제3 챔버에 각각 배치되어 상기 펌프 본체에 대해 캠 샤프트의 상기 인입부를 회전 가능하게 지지하는 지지부와, 상기 회전 캠이 회전되는 방향에 대해 회전 캠의 로우브의 상부 인입부에서 상기 회전 캠의 오일 출구 포트를 가지며 상기 캠 샤프트의 인입부에 한정된 오일 흡입 통로와, 상기 제1 챔버에 노출된 오일 입구 개구를 가지며 상기 펌프 본체에 한정된 오일 배출 통로를 포함하며;
    상기 오일 흡입 통로는 엔진의 오일 펌프로부터 윤활유가 유입되는 엔진의 오일 갤러리에 연결되고, 엔진 작동하에 상기 오일 흡입 통로를 통해 제1, 제2 및 제3 챔버로 오일이 공급되고, 상기 오일 배출 통로를 통해 상기 오일 펌프로 챔버의 오일이 반송되는 것을 특징으로 하는 압력 연료 펌프 장치.
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