KR100524339B1

KR100524339B1 - 터빈 연료 펌프

Info

Publication number: KR100524339B1
Application number: KR10-2003-0036181A
Authority: KR
Inventors: 모또지마준이치; 이이지마마사아끼
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2005-10-28
Also published as: US6796764B2; DE10325311B4; KR20030095271A; CN1467380A; US20030228212A1; DE10325311A1; CN1191431C; JP2004011556A

Abstract

터빈 연료 펌프는 전기 모터를 수용하기 위한 케이싱과 케이싱에 배치된 펌프 하우징과 펌프 하우징 안에 회전식으로 배치된 임펠러를 포함한다. 펌프 하우징은 흡입과 이송 포트 사이로 연료 통로를 포함한다. 연료 펌프는 단면적 S로 형성되는 특정 유로를 포함한다. 임펠러는 전기 모터에 의해 임펠러가 회전시 연료를 연료 통로로 공급하는 베인으로 형성된 외주연부를 갖는다. 베인은 높이 H와 두께 T 로 한정된다. 연료통로는 다음의 대표 치수(Rm)로 한정된다.

Rm=S/(2H + T).

단면적 S를 한정하는 유로의 벽은 프로파일 길이(Lp)에 의해 윤곽이 형성되며, 프로파일 길이(Lp)를 대표 치수(Rm)로 나눈 치수비(Lp/Rm)가 제1 범위인 11 내지 16으로 되게 한다.

Description

터빈 연료 펌프 {TURBINE FUEL PUMP}

본 발명은 예로서 차량에 설치되는 엔진의 분사 밸브 등에 연료를 공급하는 데 사용되는 것이 바람직한 터빈 연료 펌프에 관한 것이다.

통상, 엔진으로 연료를 공급하기 위해, 전자제어 연료분사 장치가 차량(승용차) 등에 설치된다. 연료 분사장치는 분사 밸브 및 연료 펌프 등으로 구성된다. 분사 밸브는 엔진의 연소실로 연료를 분사시키기 위한 것이며, 연료 펌프는 연료(차량의 후면에 설치된 연료탱크에 있는)를 분사 밸브로 토출시키기 위한 것이다.

미국 특허 제 4,938,659호와 동등한 일본 특허 비심사 공보 소화 60 (1985)-47894(JP60047894)호는 터빈 연료 펌프(명칭 "연료 펌프"로 미국 특허 제 4,938,659호에 등록된)를 기재한다. 미국 특허 제 4,938,659호에 등록된 연료펌프는 케이싱, 상부 커버, 펌프 하우징 및 임펠러를 포함한다. 케이싱은 사실상 배럴 형상이며 그 안에 전기 모터를 수납한다. 상부 커버는 케이싱의 제1 면에 배치된다. 펌프 하우징은 케이싱의 제2 단부에 상부 커버와 펌프 하우징 사이에 위치된 전기 모터를 지지하는 방식으로 배치된다. 게다가, 펌프 하우징은 각각 연료의 흡입과 이송을 위한 흡입 포트와 이송 포트 사이에 환형의 연료 통로를 갖는다. 임펠러는 펌프 하우징으로 수납되고 전기 모터에 의해 회전된다.

본 발명의 목적은 터빈 연료 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 터빈 연료 펌프를 유로(flow path)등의 프로파일 길이의 관점에서 보아 유로의 프로파일을 설계하여 펌프의 성능을 향상시키는 것이다.

본 발명의 제1 태양에 따라, 본 발명은

ⅰ) 전기 모터 수납용 케이싱과,

ⅱ) 케이싱에 배치되고, 각각 연료의 흡입하여 이송하기 위한 흡입 포트 및 이송 포트가 형성되며, 흡입 포트와 이송 포트 사이에서 단면적 S를 한정하는 유로를 포함하는 연료 통로를 구비하는 펌프 하우징과,

ⅲ) 상기 펌프 하우징에 회전식으로 배치되고, 전기 모터에 의해 회전될 때 펌프 하우징의 연료 통로로 연료를 공급하는 베인이 형성된 외주연부를 갖고, 상기유로에 의해 둘러싸인 임펠러를 포함하며, 상기 임펠러의 베인은 높이 H와 두께 T로 형성되고,

상기 연료 통로는 베인의 높이 H, 두께 T에 대한 유로의 단면적 S에 대해 다음의 대표 치수,

Rm = S/(2H + T)로 형성되며,

상기 단면적 S를 한정하는 유로의 벽은 프로파일 길이(Lp)에 의해 윤곽이 형성되며, 프로파일 길이(Lp)를 대표 치수(Rm)로 나눈 치수비(Lp/Rm)가 제1 범위인 11 내지 16으로 되게 하는 터빈 연료 펌프를 제공한다.

본 발명에 의한 제2 태양에 따라, 본 발명은

ⅰ) 각각 연료를 흡입하고 이송하기 위한 흡입 포트와 이송 포트 사이에 형성되고, 단면적 S를 한정하는 연료 통로와,

ⅱ) 펌프 하우징 내에 회전식으로 배치되고, 전기 모터에 의해 회전될 때 펌프 하우징의 연료 통로로 연료를 공급하는 베인이 형성된 외주연부를 갖고, 유로에 의해 둘러싸인 임펠러를 포함하고, 상기 임펠러의 베인은 높이 H와 두께 T로 형성되며,

상기 연료 통로는 베인의 높이 H, 두께 T에 대한 유로의 단면적 S에 대하여 다음의 대표 치수,

Rm = S/(2H + T)로 형성되며,

본 발명의 다른 목적 및 형태는 참조 도면을 기준으로 한 다음의 명세서에서 이해될 것이다.

다음에는, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다.

이해를 돕기 위해, 이후의 설명에는 좌, 우, 상, 하, 전방, 후방 등의 다양한 방향 관련 용어가 포함된다. 그러나 이 용어들은 단지 도면 또는 요소의 해당 부분이 묘사된 도면들과 관련하여 이해될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른, 터빈 연료 펌프의 구성은 도1 내지 도7을 참조하여 상세히 기술한다.

도1 내지 도5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 터빈 연료 펌프가 제공된다.

연료 펌프의 외부 쉘이며 사실상 배럴 형상의 케이싱(1)이 제공된다. 케이싱(1)은 금속 파이프 재료 등으로 제작된다. 케이싱(1)은 후술되는 토출 커버(2)에 의해 차단되는 제1 단부(도1의 상부)와 후술되는 펌프 하우징(9)에 의해 차단되는 제2 단부(도1의 하부)를 갖는다.

제1 측면(도1의 상부)에 배치되고 사실상 배럴 형상의 토출 커버(2)가 제공된다. 도1에 도시된 바와 같이, 토출 커버(2)는 각각 상향으로 돌출된 토출 포트(2A)와 연결부(2B)를 갖는다. 사실상 도1의 터빈 연료 펌프의 상부 중간에서 토출 커버(2)는 하향으로 연장되는 축방향 리셉터클 배럴(2C)을 갖는다.

토출 커버(2)에는 잔여 연료 압력 유지용 체크 밸브(3)가 구비된다. 후술될 전기모터(7)가 회전할 때, 체크 밸브(3)는 케이싱(1)을 통해 연료에 의해 개방되어, 토출 포트(2A)로부터 외부 연료관(도1에 도시 생략)으로 연료를 토출한다. 반대로, 전기 모터(7)가 꺼지면 체크 밸브(3)는 폐쇄되어 외부 연료관(도1에 도시 생략)에 있는 연료가 케이싱(1)으로 복귀되는 것을 방지한다. 요약하면, 외부 연료관(도1에 도시 생략)의 연료 압력은 소정의 값(잔여 연료 압력)으로 유지될 수 있다.

토출 커버(2)의 축방향 리셉터클 배럴(2C)에 결합식으로 배치된 베어링인 제1 부시(4)가 제공된다. 펌프 하우징(9) 위에 후술되는 제2 부시(5)와 조합되어 제1 부시(4)는 후술될 회전축(6)이 회전할 수 있도록 회전축(6)을 지지한다.

제1 부시(4)와 조합되어 회전축(6)을 지지하기 위한 제2 부시(5)가 제공된다. 회전축(6)은 제1 부시(4)와 제2 부시(5) 사이에서 회전식으로 배치된다. 제2 부시는 펌프 하우징(9)의 측면에 배치된 다른 베어링이다. 제2 부시(5)는 후술될 내부 하우징(12)의 후술될 단이 형성된 구멍(12E; 도2 참조)에 견고하게 정합된다. 회전축(6)은 제2 부시(5)의 내주연부에 활주식으로 삽입된다.

제1 부시(4)와 제2 부시(5)를 통해 펌프 하우징(9)과 토출 커버(2) 사이에서 지지되는 회전축이 제공된다. 도2에 도시된 바와 같이, 케이싱(1)에서 회전축(6)은 축선 O-O를 따른 축방향으로 연장된다. 케이싱(1)에서, 후술되는 전기모터(7)의 회전자(7B) 등은 회전축(6)에 회전식으로 지지된다.

상술한, 회전축(6)의 제1 단부(도1의 상부)는 토출 커버(2)의 축방향 리셉터클 배럴(2C)에 삽입되고, 축방향 리셉터클 배럴(2C)의 제1 부시(4)에 의해 회전식으로 지지된다. 반면, 회전축(6)의 제2 단부(도1의 하부)는 제2 부시(5)를 통해 펌프 하우징(9)으로 돌출된다. 도3에 도시된 바와 같이, 회전축(6)의 제2 단부(하부)를 형성하는 측면에는 임펠러(20)의 회전 정지 상태에서 후술될 임펠러(20)와 결합되는 후술될 모따기부(6A)가 형성된다.

케이싱(1)에는 전기 모터(7)가 제공된다. 전기모터(7)는 요크(7A)와, 회전자(7B)와, 정류자(7C) 및 한 쌍의 브러쉬(도시 생략) 등을 포함한다. 토출 커버(2)와 펌프 하우징(9) 사이에 배치된 요크(7A)는 케이싱(1)에 정합된다. 사실상 배럴 형상인 요크(7A)는 영구 자석으로 제조된 고정자(도시 생략)를 지지한다. 회전자(7B)는 요크(7A)에 삽입되며, 그들 사이에는 갭 등이 형성된다. 회전자(7B)는 회전축(6)과 일체식 회전되도록 회전축(6)에 장착된다. 한 쌍의 브러쉬(도시 생략)는 정류자(7C)에 활주식으로 인접한다.

외부로부터 토출 커버(2)의 커넥터부(2B)에 통전시켜 전류를 브러쉬(도시 생략)와 정류자(7C)를 경유하여 회전자(7B)에 공급하여, 회전자(7B)를 회전축(6)과 일체식으로 회전시켜 임펠러(20)를 회전시킨다.

요크(7A)와 회전자(7B) 사이에 연료용 통로부(8)가 구비된다. 요크(7A)와 회전자(7B) 사이의 갭 등을 통해, 통로부(8)는 펌프 하우징(9)의 이송 포트(14)로부터 토출 커버(2)의 측면으로 연료를 연통시킬 수 있다.

케이싱(1)의 제2면(도1의 하부)에 배치된 펌프 하우징(9)이 제공된다. 펌프 하우징(9)은 외부 하우징(10)이 내부 하우징(12)에 물리적으로 결합할 수 있도록 후술될 외부 하우징(10; 도1의 하부)과 내부 하우징(12; 도1의 상부)으로 구성된다. 임펠러(20)는 펌프 하우징(9)에 회전식으로 수납된다.

펌프 하우징(9)의 하우징 부재를 구성하는 외부 하우징(10)이 제공된다. 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 외부 하우징(10)은 코킹 등을 포함한 방법으로 케이싱(1)의 하단부에 결합되어 외부로부터 케이싱(1)을 차단한다. 또한, 외부 하우징(10)은 알루미늄 등의 금속재료로 제조되고, 알루미늄 다이케스팅 등을 포함한 방법으로 형성된다. 또한, 외부 하우징(10)은 연료 흡입용 흡입 포토(11)로 형성된다.

도2에 도시된 바와 같이, 사실상 외부 하우징(10)의 중심에는 사실상 원 형상인 덴트(dent)부(10A)가 형성된다. 도2에 도시된 바와 같이, 외부 하우징(10)에는 임펠러(20) 외부의 축선 O-O 주위에서 반경방향으로 연장되고 사실상 반원 형상의 단면을 갖는 원호 홈(10B)이 형성된다. 전술된 내부하우징(12)의 주연 홈(12D)과 조합하여, 원호 홈(10B)은 후술될 제2 유로(18)를 형성한다. 또한, 도3에 도시된 바와 같이 원호 홈(10B)은 소정의 각도 θ로 커버된 영역에서 반경 방향으로 연장된다.

외부 하우징(10)과 조합하여 펌프 하우징(9)을 구성하는 내부 하우징(12)이 제공된다. 외부 하우징(10)과 같이, 내부 하우징(12)은 알루미늄 다이케스팅 등을 포함한 방법으로 형성된다. 내부 하우징(12)은 외부 하우징(10)과 물리적으로 결합되어 케이싱(1)에 정합된다.

도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 내부 하우징(12)은 배럴부(12A) 및 커버 부재(12B)로 형성된다. 여기서, 내부 하우징(12)은 사실상 평평한 커버 배럴이다. 특히, 배럴부(12A)는 내부 하우징(12)의 주연벽이며, 커버 부재(12B)는 배럴부(12A)를 커버한다.

배럴부(12A)의 내면에서, 사실상 원 형상의 리셉터클 덴트부(13)가 형성된다. 임펠러(20)는 리셉터클 덴트부(13)로 수용된다. 또한, 내부 하우징(12)에 외부 하우징(10)을 물리적으로 결합시키기 위한 결합면(12C)이 형성된다. 리셉터클 덴트부(13)는 결합면(12C)에 개방된다.

내부 하우징(12)의 배럴부(12A)에는 사실상 원호 형상의 주연 홈(12D)이 형성된다. 주연 홈(12D)은 후술될 환형 돌출부(16)의 아래 배치된다. 외부 하우징(10)의 원호 홈(10B)과 조합하여, 주연 홈(12D)은 제2 유로(18; 도2의 하부)를 형성한다.

반면, 사실상 내부 하우징(12)의 커버 부재(12)의 중심에는, 도2에 도시된 바와 같이, 단 형성 구멍(12E)이 형성된다. 제2 부시(5)는 단이 형성된 구멍(12E)에 견고하게 정합될 수 있다. 커버 부재(12B)는 도2에서 2점 쇄선으로 묘사한 것처럼, 상/하방으로 연장되는 이송 포트(14)가 형성된 외주연부를 갖는다.

펌프 하우징(9)내에 연료 통로(15)가 제공된다. 연료 통로(15)는 외부의 리셉터클 덴트부(13)에 위치되며 사실상 환형이다. 더욱이, 도3에 도시된 바와 같이, 연료 통로(15)는 축 중심 O 주위에서 알파벳 "C" 형상으로 원주 방향으로 연장된다. 환형 돌출부(16)는 연료 통로(15)를 2 개로 즉, 제1 유로(도2의 상부)와 제2 유로(도2의 하부)로 분할한다.

도3에 도시된 바와 같이, 연료 통로(15)는 흡입 포트(11)에 연통되는 시작 단자와 이송 포트(14)에 연통하는 종료 단자를 구비한다. 연료 통로의 시작 단자 주변에 배럴부(12A)와 내부 하우징(12)의 커버 부재(12B) 일부를 절단함으로써 형성된 흡입 통로부(15A)가 형성된다. 흡입 포트(11)에서 취출된 연료는 흡입 통로부(15A)를 통해 원활하게 연료 통로(15)로 안내될 수 있다.

내부 하우징(12)의 배럴부(12A)에는 환형 돌출부(16)가 제공된다. 사실상 산(Mountain) 형상의 환형 돌출부(16)는 도2에 도시된 바와 같이 임펠러(20)의 외주연부를 향해 반경방향의 내향으로 돌출되어 연료 통로(15)를 2개 즉, 제1 유로(17; 도2의 상부)와 제2 유로(18; 도2의 하부)로 축 방향 분할한다.

여기서, 제1 유로(17)는 사실상 단면이 원호 또는 축 선 O-O에 대해 소정의 각으로 경사진 알파벳 "U" 형상을 갖는 오목 홈을 형성하는 방식으로 내부 하우징(12)의 커버 부재(12)와 배럴 부분(12A) 사이의 내부 코너를 기계가공(연삭)하는 방법으로 형성된다.

반면, 제2 유로(18)는 외부 하우징(10)의 원호 홈(10B)과 내부 하우징(12)의 주연 홈(12D)에 의해 형성된다.

도3에 도시된 바와 같이, 제1 유로(17) 및 제2 유로(18)와 함께, 환형 돌출부(16)는 소정의 각도 θ범위(예로서 θ= 250°내지 270°)내에서 임펠러(20) 주위에 원주상으로 연장되어, 연료 통로(15)를 통해 흡입 포트(11)로부터 이송 포트(14)로 유동하는 연료 등의 정지(정체)를 방지한다.

더욱이, 도4에 도시된 바와 같이, 제1 유로(17)와 제2 유로(18)를 포함하는 연료 통로(15)는 임펠러(20)를 에워싸고 단면적 S를 형성한다. 특히, 단면적 S는 다음의 식1에서 표현된 바와 같이, 유로 외주연의 단면 SA(도4의 우상방 음영부분)와, 제1 측면 유로의 단면 SB1(도4의 좌상방 음영부)과, 제2 측면 유로의 단면 SB2(도4의 좌상방 음영부)를 합한 것이다.

<식1> S = SA + SB1 + SB2

더욱이, 연료통로(15)는 식2에 의해 얻어진 대표 치수로 한정된다.

<식2> Rm=S/(2·H+T)

여기서, H는 임펠러(20)의 베인(20A)의 높이이며, T는 임펠러(20)의 베인(20A)의 두께이다.

제1 유로(17)와 제2 유로(18)에 의해 한정된 단면의 프로파일은 제1 유로(17)의 벽과 제2 유로(18)의 벽을 따른 프로파일 길이 Lp를 갖는다. 즉, 도4에 도시된 바와 같이, 연료 통로(15)의 프로파일 길이(Lp)는 사실상 제1점(A), 제2점(B), 제3점(C), 제4점(D)을 연결하는 원호에 의해 결정된다.

연료 통로(15)는 대표 치수 Rm에 대한 프로 파일 길이 Lp와 관련된 아래의 식3을 만족하도록 형성된다.

<식3> Lp/Rm = 11 내지 16(후술될 제1 범위 α)

이후 Lp/Rm 은 "치수 비"로 언급함.

양호하게는, 연료 통로(15)가 대표 치수(Rm)에 대하여 프로 파일 길이(Lp)와 관련된 아래의 식4를 만족하도록 그 윤곽이 형성된다.

<식4> Lp/Rm = 12 내지 15(후술될 제2 범위 β)

도3에 도시한 바와 같이, 내부 하우징(12)의 배럴부(12A) 측면에 배치된 밀봉식 벌크헤드(19)가 제공된다. 밀봉식 벌크헤드(19)는 도3에 도시된 바와 같이, 내부 하우징(12)의 배럴부(12A)에서 임펠러(20)의 외주연부 근방의 위치로 돌출되는 원호 형상의 돌출부이다. 또한, 흡입 포트(11) 및 이송 포트(14) 사이에서 밀봉식 벌크헤드(19)는 임펠러(20)의 외주연부를 밀봉하여, 연료가 흡입 포트(11)에서 연료 통로(15)로 유동하는 것을 돕는다.

펌프 하우징(9)의 리셉터클 덴트부(13)에 회전식으로 수용되는 임펠러(20)가 제공된다. 임펠러(20)는 예로서, 강화 플라스틱 재료로 제작되며, 사실상 디스크 형상이다. 임펠러(20)는 복수의 배열 베인(20A)이 형성된 외주연부를 갖는다. 이 경우, 도4에 도시한 바와 같이, 각각의 임펠러(20)의 베인(20A)은 높이 H와 두께 T로 형성된다.

임펠러(20)의 외주연부에는 두 개의 베인(20A) 사이에 배치된 각각의 원호 덴트부(20B)가 형성된다. 도4에 도시된 바와 같이, 원호 덴트부(20B)는 임펠러(20) 외주연부의 상부와 하부에 배치된다. 도4에 도시된 바와 같이, 곡률의 관점에서, 각각의 원호 덴트부(20B)는 사실상 펌프 하우징(9)의 제1 유로(17)와 제2 유로(18)와 같다. 또한, 도3에 도시된 바와 같이, 사실상 임펠러(20)의 중심에는 회전축(6)용 정합 구멍(20C)이 형성되고, 관통 구멍(20D)은 정합구멍(20C) 주위에 형성된다. 도3에는 예로서 3개의 관통구멍이 있다.

도4에 도시한 바와 같이, 리셉터클 덴트부(13)에서 임펠러(20)는 외부 하우징(10)의 상부면과 내부 하우징(12)의 커버 부재(12B)의 하부면 사이를 부양식으로 밀봉하는 상부면 및 하부면을 갖는다. 이 상태에서, 전기 모터(7)는 임펠러(20)가 회전축(6)과 일체로 회전할 수 있게 한다. 임펠러(20)의 각각의 관통 구멍(20D)은 외부 하우징(10)의 덴트부(10A)와 내부 하우징(12)의 단이 형성된 구멍(12E)의 측면 사이의 연료 압력을 균일하게 유지시킨다.

도2에 도시된 바와 같이, 외부 하우징(10)의 덴트부(10A)의 바닥에 트러스트 베어링이 제공된다. 덴트부(10A)의 바닥에서, 트러스트 베어링(21)은 회전축(6)에 인가되는 추력을 지지하여 회전축이 회전할 수 있게 한다.

상기 구조를 가짐으로써, 본 발명의 제1 실시예를 따른 터빈 연료 펌프는 다음의 작동에 유효하다.

토출 커버(2)의 커넥터부(2B)를 경유하여 외부에서 전기를 공급받아 구동전류를 전기 모터(7)의 회전자(7B)로 전달해서, 회전자(7B)가 회전축(6)과 일체로 회전하게 하고, 또한 펌프 하우징(9)의 임펠러(20)를 회전시킨다. 회전하는 임펠러(20)는 연료 탱크(도시생략)의 연료가 흡입 포트(11)로부터 연료 통로(15)로 흡수되는 것을 허용한다. 이후, 임펠러(20)의 각각의 베인(20A)은 연료 통로(15)를 따라 연료를 공급하여, 연료를 이송 포트(14)로부터 케이싱(1)으로 이송한다.

따라서, 케이싱(1)으로 이송된 연료는 전기 모터(7)의 통로부(8)를 경유하여 토출 커버(2)에 연통하게 된다. 이후, 연료는 토출 포트(2A)의 체크 밸브(3)를 개방한다. 이후, 연료는 토출 포트(2A)로부터 외부 연료관(도시 생략)을 통해 엔진(도시 생략) 측면의 분사밸브(도시 생략)로, 토출압 200kPa 내지 500kPa(킬로 파스칼) 및 유량 30L/h에서 200L/h(시간당 리터)로 토출된다.

펌프 하우징(9)의 연료 통로(15)는 두 개의 환형 돌출부(16)에 의해 2개의 즉, 제1 유로(17)와 제2 유로(18)로 분할되어, 연료 통로(15)를 통해 흡입 포트(11)로부터 이송 포트(14)로 유동하는 연료 등의 정지(정체)를 방지한다. 이로써, 연료는 제1 유로(17)와 제2 유로(18)에서 원활히 유동할 수 있어, 연료 토출 효율 등이 개선된다.

내부 하우징(12)의 형성 방법은 아래에 설명한다.

도2에 도시한 바와 같이, 내부 하우징(12)은 다음의 구조를 갖는다.

환형 돌출부(16)는 외부 하우징(12)의 배럴부(12A)로부터 반경방향의 내향으로 돌출된다. 환형 돌출부(16)의 내측에는 제1 유로(17)가 형성된다.(도2의 상부)

내부 하우징(12)의 상기 구조로 인해, 알루미늄 다이케스팅 등을 포함한 주조 방법으로 내부 하우징(12)을 형성하는 것이 환형 돌출부(16)에 의해 방해받는다. 또한, 제1 유로(17)의 대응 부품으로부터 성형 다이(도시 생략)를 빼내는 것이 환형 돌출부(16)의 형성으로 인해 방해를 받기 때문에 성형 다이(도시 생략)를 상향 및 하향으로 빼낼 수 없다.

한편, 외부 하우징(10)의 제조 방법을 이후에 설명한다.

도2에 도시된 바와 같이, 외부 하우징(10)은 덴트부(10A), 원호 홈(10B) 및 흡입 포트(11)로 형성된다. 알루미늄 다이케스팅 등을 포함한 주조 방법으로 외부 하우징(10)을 형성할 경우, 성형 다이(도시 생략)를 상방 및 하방으로 빼내는 것이 용이해진다.

일본 특허 미심사 공보 소화 59(1984)-14795(JP59141795)호에는 3개의 부재, 특히 외부 하우징[영문 초록에 "부품(part) 17"로 언급됨]과, 내부 하우징[영문 초록에 "부품(part) 18"로 언급됨]과, 환형의 스페이서 링[영문 초록에 "링형 스페이서(ring-shaped spacer) 91"로 언급됨]을 포함한 펌프 하우징을 개시한다. 스페이서 링의 내주연부에 형성된 환형 돌출부[영문 초록에 "링형 스페이서(ring-shaped spacer) 91"로 언급됨]는 상기 3개의 부재가 알루미늄 다이케스팅 등의 방법으로 형성되는 것을 허용한다.

일본 특허 미심사 공보 소화 59(1984)-14795(JP59141795)호를 따른, 상기 3개의 부재를 포함하는 펌프 하우징은 조립 작업에 있어 시간과 노동력을 요구한다. 또한, 3개의 부재 각각은 치수 공차, 치수 오차 등을 가질 수 있다. 따라서, 3개의 부재를 조립하는 것은 임펠러[영문 초록에 "임펠러(impeller) 32"로 언급됨] 및 각각의 3개의 부재(17, 18, 91) 사이에 반경 방향과 축방향 간극의 변화를 유발할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따라, 내부 하우징(12)의 성형 및 가공은 다음의 순차적인 단계로 나뉜다.

1. 제1 단계: 알루미늄 다이케스팅 등에 의한 성형.

2. 제2 단계: 밀링 등에 의한 제1 유로(17)의 기계가공.

상기 제1 단계와 제2 단계 후, 펌프 하우징(9)은 2개의 부재 즉, 외부 하우징(10) 및 내부 하우징(12)으로 구성되며, 내부 하우징의 배럴부(12A)에는 반경 방향으로 내향 돌출되는 환형 돌출부(16)와 환형 돌출부(16)의 내측에 형성된 제1 유로(17)가 형성된다.

이후에는 연료 통로(15)에 관해 설명한다.

대표 치수 Rm=S/(2·H+T)로 주어진 식2와 치수 비 Lp/Rm= 11 내지16으로 주어진 식3과, 바람직하게는 치수 비 Lp/Rm= 12 내지 15로 주어진 식4를 만족하는 연료 통로(15)의 프로파일은 도5에 도시한 바와 같이, 향상된 펌프 효율(η)을 보이는 제1 특성 곡선(22)과, 제2 특성 곡선(23)과, 제3 특성 곡선(24)으로 특징지어 질 수 있다.

상기, 도5는 300kPa의 토출압과 80L/h의 토출 유량에서의 펌프 효율(η)을 도시한다. 제1 특성 곡선(22)은 제1 유로(17)와 제2 유로(18)를 더한 예로써, 대략 4.7 mm²의 단면적 S에서 얻어진다. 제2 특성 곡선(23)은 제1 유로(17)와 제2 유로(18)를 더한 예로써, 대략 5.3 mm²의 단면적 S에서 얻어진다. 제3 특성 곡선(22)은 제1 유로(17)와 제2 유로(18)를 더한 예로써, 대략 5.9 mm²의 단면적 S에서 얻어진다.

도5에서, 각각의 제1 특성 곡선, 제2 특성 곡선 및 제3 특성 곡선은 제1 범위(α)에서 11 내지 16인 치수 비 Lp/Rm를 가지며, 바람직하게는 제2 범위(β)에서 12 내지 15를 가져 펌프효율( η)을 개선시킨다.

요약하면, 본 발명의 제1 실시예를 따라, 치수 비 Lp/Rm[연료 통로(15): 대표 치수 Rm 에 대한 프로파일 길이 Lp)를 제1 범위(α)에서 11 내지 16으로 하는 식3, 바람직하게는 제2 범위(β)에서 12 내지 15로 하는 식4를 만족하게 설계함으로써 터빈 연료 펌프의 펌프 효율(η)을 확실하게 향상시킬 수 있다.

또한, 두 개의 부재 즉, 외부 하우징(10)과 내부 하우징(12)을 포함한 펌프 하우징(9)은 일본 특허 비심사 공지 소화 59(1984)-141795(=JP59141795)호에 따른 3개의 부재를 포함하는 펌프 하우징에 비해, 부품 수를 감소시킬 수 있다. 따라서, 펌프 하우징(9)은 조립시 작업성을 확실하게 향상시킬 수 있으며 펌프 하우징(9)의 연료 유동을 원활히 하여 펌프 효율(η)향상에 기여한다.

더욱이, (3개 이상의 부재를 사용하는 대신) 두 개의 부재 즉, 외부 하우징(10)과 내부 하우징(12)을 포함한 펌프 하우징(9)은 임펠러(20)와 연료 통로(15)의 벽 사이의 반경 방향 및 축방향 간극 변화를 감소시켜 각 부재의 성형 및 가공을 용이하게 한다.

도6 및 도7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터빈 연료 펌프가 제공된다.

도6 및 도7에서, 제1 실시예에서와 사실상 동일한 부품 및 단면은 동일한 도면 부호로 나타내었고 그 반복 설명은 생략한다.

제2 실시예에서는, 제1 실시예에 따라 연료 통로(15)를 제1 유로(17)와 제2 유로(18)로 분할하는 환형 돌출부(16)가 사용되지 않음으로써 연료용 단일 유로가 형성된다.

제1 실시예에 따른 펌프 하우징(9)과 사실상 유사한 구조의 펌프 하우징(31)이 제공된다. 펌프 하우징(31)은 서로 물리적으로 결합하는 2 개의 부재 즉, 후술될 외부 하우징(32)과 후술될 내부 하우징(31)으로 구성된다. 임펠러(20)는 펌프 하우징(31)에 회전식으로 수용된다.

펌프 하우징(31)의 하우징 부재를 구성하는 외부 하우징(32)이 제공된다. 외부 하우징(32)은 제1 실시예에 따른 외부 하우징(10)과 사실상 유사한 구조이다. 특히, 외부 하우징(32)은 덴트부(32A)와 원호 홈(32B)을 포함한다. 또한, 외부 하우징(32)에는 연료 흡입용 흡입 포트(11)가 형성된다.

외부 하우징(32)과 조합되어 펌프 하우징(31)의 하우징 부재를 구성하는 내부 하우징(33)이 제공된다. 내부 하우징(33)은 사실상 제1 실시예에 따른 내부 하우징(12)과 유사한 구조이다. 내부 하우징(33)에는 배럴부(33A) 및 커버 부재(33B)가 형성된다. 내부 하우징(33)은 사실상 평평한 커버 배럴이다. 특히, 배럴부(33A)는 내부 하우징(33)의 주연벽이며, 커버 부재(33B)는 배럴부(33A) 위를 커버한다.

배럴부(33A)의 내면 상에는, 사실상 원형인 리셉터클 덴트부(34)가 형성된다. 임펠러(20)는 리셉터클 덴트부(34)에 회전식으로 수용된다. 또한, 외부 하우징(32)을 내부 하우징(33)에 물리적으로 결합시키기 위한 결합면이 형성된다. 리셉터클 덴트부(34)는 결합면(33C)의 측면으로 개방되어 있다.

제1 실시예에 따른 내부 하우징(12)과 달리, 제2 실시예에 따른 내부 하우징(33)에는 외부 하우징(32)의 일련의 원호 홈(32B)을 형성하는 방식으로 연장되는 주연 홈(33D)이 형성된다. 한편, 주연 홈(33D)은 배럴부(33A)의 내주연부로부터 사실상 알파벳 "J"를 대칭적으로 역전시킨 형상의 커버 부재(33B)까지 진행된다. 원호 홈(32B)과 조합하여, 주연 홈(33D)은 후술될 연료 통로(35)의 프로파일을 결정한다.

도6에 도시된 바와 같이, 사실상 내부 하우징(33)의 커버 부재(33B)의 중심에는 단이 형성된 구멍(33E)이 형성된다. 제1 실시예에 따른 제2 부시(5)와 같이, 제2 실시예에 따른 제2 부시(5)는 단이 형성된 구멍(33E)에 견고하게 정합될 수 있다. 커버 부재(33B)는 도6에 2점 쇄선으로 묘사된, 상/하방으로 연장되는 흡입 포트(14)가 형성된 외주연부를 갖는다.

펌프 하우징(31)에 연료 통로(35)가 제공된다. 연료 통로(35)는 리셉터클 덴트부(34)의 외측에 위치되고 사실상 환형이다. 제2 실시예에 따른 연료 통로(35)는 사실상 제1 실시예에 따른 연료 통로(15)와 유사한 구조이다. 연료 통로(35)의 시작 단자 주위에, 내부 하우징(12)의 덮개 부재(33B)와 배럴 부분(33A)의 일부분을 절단함으로써 형성된 흡입 통로부(35A)가 형성된다.

연료 통로(35)의 프로파일은 외부 하우징(32)의 원호 홈(32B)과 내부 하우징(33)의 주연 홈(33D)에 의해 결정된다. 제1 실시예에 따른 연료 통로(15)와 달리, 제2 실시예에 따른 연료 통로(35)는 (상부 및 하부로) 분할된 2개의 유로를 갖는 대신, 단일 유로이다.

더욱이, 도7에 도시된 바와 같이, 연료 통로(35)는 임펠러(20)를 둘러싸고 단면 S를 형성한다. 특히, 단면 S는 다음의 식5에서 표현된 바와 같이, 유로 외주연부의 단면(Sa; 도7의 우상방 음영부분)과, 제1 측면 유로의 단면(Sb1; 도7의 좌상방 음영부) 및 제2 측면 유로의 단면(Sb2; 도7의 좌상방 음영부)을 합한 것이다.

<식5> S = Sa + Sb1 + Sb2

제1 실시예에 따른 연료 통로(15)와 같이, 제2 실시예에 따른 연료 통로(35)는 식2로 얻을 수 있는 대표 치수(Rm)를 한정한다.

한편, 사실상 도7에 도시한 것과 같이, 연료 통로(35)의 프로파일 길이(Lp)는 제1점(a), 제2점(b), 제3점(c), 제4점(d)을 연결하는 직선과 원호에 의해 한정된다.

또한, 제1 실시예에 따른 연료통로(15)와 같이, 제2 실시예를 따른 연료 통로(35)는 치수 비 Lp/Rm(대표 치수 Rm에 대한 프로파일 길이 Lp)와 관련된 식3, 바람직하게는 식4를 만족하도록 그 윤곽이 형성된다.

제2 실시예에 의한 상기 구조를 구비한 터빈 연료 펌프는 사실상 제1 실시예를 따른 터빈 연료 펌프에 의해 얻을 수 있는 것과 유사한 효과를 발생시킬 수 있다.

이로써, 치수비 Lp/Rm[연료 통로(35); 대표 치수 Rm에 대한 프로파일 길이 Lp]를 제1 특성 곡선(22)과, 제2 특성 곡선(23) 및 제3 특성 곡선에 묘사된 바와 같이 제1 범위(α)에서 11 내지 16, 바람직하게는 제2 범위(β)에서 12 내지 15로 설계하는 것은 확실하게 터빈 연료 펌프의 효율(η)을 향상시켰다.

본 발명은 특정한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예들로 제한되지 않는다. 상기 교시의 견지에서, 이 기술 분야의 숙련자에 의해 상기 실시예의 다양한 변경 및 수정이 가능하다.

특히, 제1 실시예에 따라 내부 하우징(12)의 내부 측면은 제1 유로(17; 도2의 상부)를 형성하기 위해 밀링 가공된다. 그러나, 본 발명은 이것으로 제한되지 않는다. 다른 방법으로 사실상 원호 또는 알파벳 "U" 형상의 단면을 갖는, 오목 홈을 형성하는 제1 유로를 기계가공할 수 있다.

본 출원은 (일본에서 2002년 6월 7일자로 제출된 일본 특허출원 제 P2002-167506호를 기초로 한다. 우선권으로 주장된 일본 특허출원 제 P2002-167506호의 전체적인 내용은 오역과 생략을 방지하기 위해 본 명세서에서 참조하였다.

본 발명의 범위는 다음의 청구항을 기준으로 제한된다.

본 발명은 유로(flow path)등의 프로파일 길이의 관점에서 유로의 프로파일을 설계하여 펌프의 성능이 향상된 터빈 연료 펌프를 제공한다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른, 터빈 연료 펌프의 종단면도.

도2는 도1의 펌프 하우징(9) 등을 포함하는 주요 부품의 확대 단면도.

도3은 내부 하우징(12)과 임펠러(20)를 포함하는 것으로, 도2의 선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 취해진 단면도.

도4는 제1 실시예에 따른 것으로, 연료통로(15)를 포함한 주요 부품의 확대도.

도5는 연료 통로(15)의 성능 즉, 치수 비 Lp/Rm에 대한 펌프 효율[η(%)]에 대한 그래프.

도6은 도2와 유사하지만 본 발명의 제2 실시예에 따른, 펌프 하우징(31) 등을 포함하는 주요 부품의 확대 단면도.

도7은 도4와 유사하지만 본 발명의 제2 실시예에 따른, 연료 통로(35)를 포함하는 주요 부품의 확대도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 케이싱

2 : 토출 커버

2A : 토출 포트

2B : 연결부

2C : 리셉터클 배럴

3 : 체크 밸브

4 : 제1 부시

5 : 제2 부시

6 : 회전축

7 : 전기모터

9 : 펌프 하우징

12 : 내부 하우징

Claims

ⅰ) 전기 모터 수납용 케이싱과,

ⅱ) 케이싱에 배치되고, 각각 연료를 흡입하여 이송하기 위한 흡입 포트 및 이송 포트가 형성되며, 흡입 포트와 이송 포트 사이에서 단면적 S를 한정하는 유로를 포함하는 연료 통로를 구비하는 펌프 하우징과,

ⅲ) 상기 펌프 하우징에 회전식으로 배치되고, 전기 모터에 의해 회전될 때 펌프 하우징의 연료 통로로 연료를 공급하는 베인이 형성된 외주연부를 갖고, 상기유로에 의해 둘러싸인 임펠러를 포함하며,

상기 임펠러의 베인은 높이 H와 두께 T로 형성되고,

상기 연료 통로는 베인의 높이 H, 두께 T에 대한 유로의 단면적 S에 대해 다음의 대표 치수,

Rm = S/(2H + T)으로 형성되며,

단면적 S를 한정하는 유로의 벽은 프로파일 길이(Lp)에 의해 윤곽이 형성되며, 프로파일 길이(Lp)를 대표 치수(Rm)로 나눈 치수비(Lp/Rm)가 제1 범위인 11 내지 16으로 되게 하는 터빈 연료 펌프.
제1항에 있어서, 프로파일 길이(Lp)를 대표 치수(Rm)로 나눈 치수비(Lp/Rm)가 제2 범위인 12 내지 15로 되게 하는 터빈 연료 펌프.
제1항에 있어서, 상기 케이싱은 배럴의 형상이며,

상기 펌프 하우징에 포함된 연료 통로는 환형이며,

펌프 하우징의 연료 통로로 연료를 공급하는 베인은 복수의 배열식 베인을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
제1항에 있어서,

ⅰ) 상기 케이싱의 펌프 하우징에 대향하여 배치된 토출 커버로 삽입되는 제1 단부와,

ⅱ) 상기 펌프 하우징으로 돌출된 제2 단부를 구비하는 회전축을 더 포함하며,

상기 회전축의 제2 단부에 임펠러의 회전이 정지된 상태에서 임펠러에 결합되는 모따기부가 형성된 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
제4항에 있어서, 상기 케이싱에 배치된 펌프 하우징은 외부 하우징이 내부 하우징에 연결되는 방식으로 외부 하우징과 내부 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
제5항에 있어서, 상기 외부 하우징은 케이싱의 하단부에 결합되어 케이싱을 외부로부터 차단하고, 연료 흡입용 흡입 포트가 형성되고, 그 중심에는, 원 형상의 덴트부가 형성되고, 정해진 각도가 커버되는 범위 내에서 임펠러의 외측 축선 주위에서 주연 방향으로 연장되는 원호 홈이 형성되고 반원 형상의 단면을 갖고,

상기 외부 하우징은 내부 하우징의 주연 홈과 조합하여, 원호 홈이 펌프 하우징의 외부 하우징 측에 배치된 연료 통로의 제2 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
제6항에 있어서, 상기 내부 하우징이 평평한 커버 배럴의 형상이 되도록 내부 하우징에는 배럴부 및 커버 부재가 형성되고,

상기 배럴부는 내부 하우징의 주연벽이며, 커버 부재는 배럴부를 커버하고, 원형이며 임펠러를 수용하는 리셉터클 덴트부는 배럴부의 내측에 형성되고,

상기 리셉터클 덴트부는 외부하우징을 내부 하우징에 결합시키기 위한 결합면에 개방되고,

상기 내부 하우징의 배럴부에는 원호 형상의 주연 홈이 형성되고,

상기 주연 홈은 환형 돌출부 아래 배치되고,

외부 하우징의 원호 홈과 조합하여 상기 주연 홈은 제2 유로를 형성하고, 상기 내부 하우징의 커버 부재의 중심에는 단 형성 구멍이 형성되고,

상기 커버 부재는 상향 및 하향으로 연장되는 이송 포트가 형성되는 외주연부를 갖는 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
제7항에 있어서, 상기 연료 통로는 리셉터클 덴트부의 외측에 위치되고,

상기 연료 통로는 축 중심 주위에서 주연 방향으로 연장되며,

상기 환형 돌출부는 연료 통로를 연료 통로의 제1 유로와 제2 유로로 분할하며,

상기 제1 유로는 펌프 하우징의 내부 하우징 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
제8항에 있어서, 상기 연료 통로는 흡입 포트와 연통하는 시작 단자와 이송 포트와 연통하는 종료 단자를 갖고,

상기 연료 통로의 시작 단자 주위에서, 내부 하우징의 커버 부재와 배럴을 부분적으로 절단하여 형성된 흡입 통로부가 형성되며,

상기 흡입 포트에서 얻어진 연료는 상기 흡입 통로부를 통하여 연료 통로로 안내되는 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
제9항에 있어서, 상기 환형 돌출부는 내부 하우징의 배럴부에 배치되고, 산(mountain)의 형상이고, 임펠러의 외주연부를 향하여 반경방향으로 내향 돌출되어, 연료 통로를 제1 및 제2 유로로 축방향 분할하는 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
제10항에 있어서, 상기 제1 유로는 원호 형상의 단면을 갖는 오목홈을 형성하며,

상기 제2 유로는 외부 하우징의 원호 홈과 내부 하우징의 주연 홈으로 형성되며,

제1 및 제2 유로와 함께, 상기 환형 돌출부는 정해진 각도가 커버되는 임펠러 주위를 주연 방향으로 연장되어, 연료 통로를 통해 흡입 포트로부터 이송 포트로 유동하는 연료의 막힘 또는 정체를 방지하는 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
제11항에 있어서,

내부 하우징의 배럴부의 측면에는 밀봉 벌크헤드가 배치되며,

상기 밀봉 벌크헤드는 내부 하우징의 배럴부로부터 임펠러의 외주연부의 근접 위치로 돌출되는 원호 형상의 돌출부이며, 흡입 포트와 이송 포트 사이에 임펠러의 외주연을 밀봉하여 흡입 포트로부터 연료 통로를 따라 연료가 유동하는 것을 도와 주는 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
제12항에 있어서, 상기 임펠러의 외주연에는 두 개의 베인 사이에 배치된 각각의 원호 덴트부가 형성되고, 상기 원호 덴트부는 임펠러의 외주연의 상하부에 배치되며,

곡률의 관점에서 보면, 각각의 원호 덴트부는 펌프 하우징의 제1 유로 및 제2 유로와 동등하며,

상기 임펠러의 중심에 회전축용 정합구멍이 형성되고, 그 주위로 관통구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
제13항에 있어서, 리셉터클 덴트부에서, 상기 임펠러는 외부 하우징의 상부면과 내부 하우징의 커버 부재의 하부면 사이에서 부양식으로 밀봉되는 상부면과 하부면을 갖고,

상기 외부 하우징의 덴트부의 바닥에는 트러스트 베어링이 구비되고,

상기 덴트부의 바닥에서, 상기 트러스트 베어링은 회전축에 인가된 트러스트 로드를 지탱하여 회전축이 회전할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
제6항에 있어서, 상기 내부 하우징에는 외부 하우징의 원호 홈의 시리즈를 형성하는 방식으로 연장되는 주연 홈이 형성되고, 주연 홈 및 원호 홈은 그들 사이에 환형 돌출부 형성이 제거되며,

상기 주연 홈은 배럴부의 내주연에서 시작하여 커버 부재에서 종결되고, 상기 주연 홈은 원호 홈과 조합되어, 연료 통로의 프로파일을 결정하며,

상기 연료 통로는 단일 유로인 것을 특징으로 하는 터빈 연료 펌프.
ⅰ) 각각 연료를 흡입하고 이송하기 위한 흡입 포트와 이송 포트 사이에 형성되고, 단면적 S를 한정하는 연료 통로와,

ⅱ) 펌프 하우징 내에 회전식으로 배치되고, 전기 모터에 의해 회전될 때 펌프 하우징의 연료 통로로 연료를 공급하는 베인이 형성된 외주연부를 갖고, 유로에 의해 둘러싸인 임펠러를 포함하고, 상기 임펠러의 베인은 높이 H와 두께 T로 형성되며,

상기 연료 통로는 베인의 높이 H, 두께 T에 대한 유로의 단면적 S에 대하여 다음의 대표 치수,

Rm = S/(2H + T)로 형성되며,

상기 단면적 S를 한정하는 유로의 벽은 프로파일 길이(Lp)에 의해 윤곽이 형성되며, 프로파일 길이(Lp)를 대표 치수(Rm)로 나눈 치수비(Lp/Rm)가 제1 범위인 11 내지 16으로 되게 하는 터빈 연료 펌프.
제16항에 있어서, 프로파일 길이(Lp)를 대표 치수(Rm)로 나눈 치수비(Lp/Rm)가 제2 범위인 12 내지 15로 되게 하는 터빈 연료 펌프.