KR100526099B1 - 연료펌프용 임펠러 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료펌프용 임펠러 구조에 관한 것으로서, 임펠러 두께를 변화시키지않고도 블레이드 챔버의 연장반경이 증가되어지게 됨으로서 연료의 순환유동에 따른 에너지손실을 최소화함과 함께 유입각에 따른 곡률면을 그대로 가지면서 종래 기술에 비해 제조비용을 월등히 절감시킬 수 있도록 하기위한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은, 원판형태를 이루어 연료펌프의 펌프하우징(20)내에 회전가능하게 장착되어지며, 그 외측 둘레의 원주방향을 따라 상하 양면에는 다수의 블래이드(11)가 일정간격으로 형성되어짐으로서 인접된 블레이드(11) 사이에서 유체의 순환 공간인 블레이드 챔버(12)를 이루고 있는 임펠러(10)에 있어서, 상기 블레이드 챔버(12)가 상면과 하면에서 상호 교차되는 위치에 형성되어질 수 있도록 각 블레이드(11)는 일단이 곡률면(13)을 이루는 상태에서 상하가 교번하는 형태로 구비되어진 것을 특징으로 한다.

Description

연료펌프용 임펠러 구조{IMPELLER FOR FUEL PUMP}

본 발명은 연료펌프용 임펠러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료탱크로 부터 연료를 흡입하여 내연기관(엔진)으로 연료를 공급함에 있어 연료의 토출효율을 극대화시키기 위한 자동차용 연료펌프의 임펠러구조에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 연료탱크에 장착되어 있는 연료공급펌프는 연료탱크로 부터 흡입된 연료를 엔진으로 효과적으로 공급할 수 있도록 함을 주 목적으로 하고 있다.

이러한 연료폄프(100)는 도 1에 도시된 바와같이 소정의 형상을 갖는 재생펌프하우징(200) 내부에 임펠러(300)가 회전가능하게 수납되어 있으며, 상기 임펠러(300)에 구동축으로 연결되어 회전력을 전달하기 위한 구동모터(400)와, 이 임펠러(300)의 회전력에 의해 흡입, 토출되는 연료를 배출하기 위한 체크밸브(500) 등으로 구성되어 있다.

또한, 상기 연료공급펌프에 장착되는 임펠러(300)는 도 2에 도시된 바와같이 원판 형상을 갖는 구조로서, 그 외측 둘레부의 원주방향을 따라 형성되는 다수개의 블레이드(320)와 상기 블레이드(320)사이에 인접되게 형성되는 다수개의 블레이드 챔버(340)로 구성되어 있다.

미설명 부호 210은 유체흡입구이고, 230은 유체배출구를 나타낸다.

이와같이 구성된 임펠러(300)의 기본적인 송출원리는 구동모터(400)의 동력을 받아 회전되는 임펠러(300)의 회전시 발생되는 원심력에 의해 유체가 블레이드 챔버(340)의 반경방향 바깥쪽에서 빠져나오게 되고, 다시 재생펌프하우징(200)에 형성된 유로(220)를 거쳐 인접된 블레이드 챔버(340)의 안쪽방향으로 들어오는 순환과정이 되풀이되면서 임펠러 회전으로 인한 운동에너지가 유체로 전달되어 연료를 송출하게 된다.

그러나 이와 같은 종래의 임펠러(300)는 그 외측 둘레부에 형성되어 있는 블레이드(320)가 균일한 배열을 이루고 있기 때문에 연료의 송출과정에서 재생펌프하우징(200)의 유로(220)를 통해 블레이드 챔버(340)의 안쪽방향으로 상승하게 되는 연료가 블레이드(320)에 충돌하여 에너지손실이 발생하게 되고, 이에따라 연료의 토출효율이 저하되었다.

한편, 최근에는 이러한 문제를 해결하기 위해 반경방향에 수직한 단면의 블레이드 형상이 V자 형태를 갖는 임펠러가 제안된 바 있으나, 이러한 V자형태의 블레이드는 블레이드 챔버(340)내에서 언더컷(Undercut) 부분이 발생하므로 임펠러의 제조과정에서 몰드(mold)를 분리할때 회전을 시켜야 하며, 별도의 제작과정이 필요한 코어(core)가 요구되어 제조비용을 상승시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 블레이드의 구조개선을 통해 제조비용이 저렴하면서 순환유동의 에너지 손실을 낮추어 연료의 토출효율을 개선시킬 수 있는 연료펌프용 임펠러구조를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적은, 원판형태를 이루어 연료펌프의 펌프하우징내에 회전가능하게 장착되어지며, 그 외측 둘레의 원주방향을 따라 상하 양면에는 다수의 블래이드가 일정간격으로 형성되어짐으로서 인접된 블레이드 사이에서 유체의 순환 공간인 블레이드 챔버를 이루고 있는 임펠러에 있어서, 상기 블레이드 챔버가 상면과 하면에서 상호 교차되는 위치에 형성되어질 수 있도록 각 블레이드는 일단이 곡률면을 이루는 상태에서 상하가 교번하는 형태로 구비되어진 것을 특징으로 하는 연료펌프용 임펠러를 통해 이룰 수 있게된다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명 임펠러의 평면도이고, 도 4의 a,b는 각각 도 3의 A-A'부 및 B-B'부 단면도이며, 도 5는 도 3의 C-C'부를 절개시킨 임펠러 사시도이고, 도 6은 블레이드의 반경방향 수직단면도를 각각 나타낸 것이다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 임펠러(10)의 구성을 살펴보면, 외측 둘레부에서 원주방향을 따라 다수개의 블레이드(11)가 일정 간격으로 구비되어지되, 각 블레이드(11)는 도 5 및 도 6에 나타내어지는 바와같이 일단이 굴곡면(13)을 이루는 가운데 상부와 하부에서 상호 교번하도록 구비됨으로서 블레이드 챔버(12)가 상면과 하면에서 상호 교차되는 위치에 형성되어지도록 하였다. 이와같이 블레이드 챔버(12)가 교차 형성됨으로서 해당 유체순환공간을 더욱 크게 확보가 가능하게 됨을 알 수 있다.

한편, 상기 굴곡면(13)상에는 상부와 하부를 연통시킨 관통공(13a)이 형성되어져 있으며, 상기 각 블레이드 챔버(12)의 공간을 이루는 베인 그루브(14)는 도 4의 단면도에 나타내어진 바와같이 유체의 안내를 위해 회전방향에 수직한 단면에서 호형상을 이루고 있다.

한편, 상기 굴곡면(13)은 소정의 경사각(θ)을 이루고 있는데, 이러한 경사각(θ)을 통해 유체유입시의 에너지 손실을 줄일 수 있도록 하였다.

즉, 펌프하우징(20)의 유체흡입구(미도시)를 통해 블레이드 챔버(12)로 유입되는 유체 흐름의 회전방향 속도는 임펠러(10)의 회전속도에 비해 작게되는데, 이를 도 5를 통해 살펴보면 실제로 관찰되는 유체의 속도를 Vr, 유입되는 유체의 수직방향 속도성분을 Vi, 임펠러를 기준으로 유체의 탄젠트(tangent)방향 상대속도를 Ve, 유입영역부 임펠러의 탄젠트방향 속도를 Rw(R:유입영역까지의 거리, W:회전 각속도), 유체의 탄젠트방향 절대속도를 Vt라고 했을때, Vr= Ve+Vi 이므로 Tanθ=Ve/Vi 가 되어 유체는 하기 [수학식 1]의 각도를 갖고 유입되게 됨을 알 수 있다.(단, Ve=Rw-Vt)

따라서, 상기 굴곡면(13)의 경사각(θ)을 이와 동일하게 형성시킴으로서 유입시의 에너지 손실을 줄일 수 있도록 하였다.

도면중 미설명 부호 19는 구동모터의 모터축이 끼워지는 축공을 나타낸다.

이와같은 구성을 이루고 있는 본 발명 임펠러(10)의 동작에 따른 작용효과를 살펴보기로 한다.

본 발명의 임펠러(10)가 상부케이스(21)와 하부케이스(22)로 이루어진 펌프하우징(20)에 장착되어지면, 도 4에서와 같이 블레이드 챔버(12)와 마주보는 상,하부케이스(21,22)에는 환형의 유로(23,24)가 각각 위치하는 형태로 장착이 이루어지게 된다.

이와같이 장착된 상태에서 구동모터(미도시)로 부터 회전동력을 전달받은 임펠러(10)가 고속으로 회전함에 따라 연료탱크로 부터 연료가 흡입되어지게 되는데, 이때 흡입되어진 연료는 각 블레이드 챔버(12)에서의 회전에 따른 원심력에 의해 반경방향으로의 순환작용이 이루어지게 된다.

즉, 임펠러(10)의 상,하면이 각각 상부케이스(21)와 하부케이스(22)와 밀착되어 회전될 때, 임펠러(10)의 외측둘레부에 형성되어 있는 블레이드(11)의 회전 마찰력에 의해 연료가 유로(23,24)를 따라 회전되면서 블레이드 챔버(12)의 베인 그루브(14)를 따라 상승하게 되고, 이와같이 베인 그루브(14)를 통해 회전. 상승되는 연료는 임펠러(10)의 회전에 의한 원심력에 의해 계속적인 회전과 상승이 이루어지게 되며, 이후 반경방향 바깥쪽에서 빠져나온 연료는 상.하부케이스(21)에 형성되어져 있는 유로(23,24)를 거쳐 인접된 블레이드 챔버(12)의 반경방향 안쪽부위로 굴곡면(13)을 통해 들어오는 순환과정이 되풀이 되면서 연료를 흡입. 토출하게 되는 것이다.

이와같은 연료의 순환출력이 임펠러(10)의 상면과 하면에서 블레이드 챔버(12)를 따라 동시에 이루어짐으로서 임펠러(10)의 운동에너지가 유체(연료)에 전달되어 고압 토출이 이루어지게 된다.

이때, 본 발명의 임펠러(10)는 블레이드 챔버(12)의 베인 그루브(14)를 따라 연장시킨 원의 반경이 종래 임펠러에 비해 더욱 증가되어져 있음으로 인해 임펠러(10)의 두께를 증가시키지 않고도 유체에 미치는 최대효율점을 고압영역으로 이동시키는 효과를 나타낼 수 있다.

따라서, 유로(20)에 더욱 강한 흡인력이 작용하게 됨으로서 연료의 출력효율을 증가시킬 수 있게되는 것이다.

또한, 상기와 같은 작용을 나타내는 본 발명의 임펠러(10) 구조는 블레이드(11)의 형상이 임펠러 상부면과 하부면에 투영시 장애가 나타나지 않게된다.

따라서 임펠러의 제조과정이 간단해지게 됨으로서 제품의 제조비용을 절감시키는 이점 또한 나타내게 됨을 알 수 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 임펠러구조가 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

그러나, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시예들은 첨부된 특허청구범위안에 속한다 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와같은 본 발명의 임펠러구조는 상하부 블레이드 챔버의 위치가 상호 엇갈리게 배열되는 구조를 이룸으로서 임펠러 두께를 변화시키지않고도 블레이드 챔버의 연장반경이 증가되어지게 되고, 이에따라 연료의 순환유동에 따른 에너지효율을 증대시킴과 함께 종래 구조에 비해 제조비용을 월등히 절감시키는 효과를 나타내게 된다.

도 1은 종래의 임펠러가 장착된 연료공급펌프의 개략적인 단면 구성도.

도 2는 종래 임펠러의 구조를 보여주는 부분 확대사시도.

도 3은 본 발명에 따른 임펠러 평면도.

도 4는 본 발명 임펠러의 요부 단면도를 나타낸 것으로서,

4a는 도 3의 A-A'부 단면도.

4b는 도 3의 B-B'부 단면도.

도 5는 본 발명 임펠러의 C-C'부를 절개한 사시도.

도 6은 본 발명 임펠러의 블레이드 단면 확대도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 임펠러 11 : 블레이드

12 : 블레이드 챔버 13 : 굴곡면

14 : 베인 그루브 20 : 펌프하우징

21 : 상부케이스 22 : 하부케이스

23, 24 : 유로

Claims (3)

1. 원판형태를 이루어 연료펌프의 펌프하우징(20)내에 회전가능하게 장착되어지며, 그 외측 둘레의 원주방향을 따라 상하 양면에는 다수의 블래이드(11)가 일정간격으로 형성되어짐으로서 인접된 블레이드(11) 사이에서 유체의 순환 공간인 블레이드 챔버(12)를 이루고 있는 임펠러(10)에 있어서,

   상기 블레이드 챔버(12)가 상면과 하면에서 상호 교차되는 위치에 형성되어질 수 있도록 각 블레이드(11)는 일단이 굴곡면(13)을 이루는 상태에서 상하가 교번하는 형태로 구비되어지고;

   상기 블레이드(11)의 일단에 형성된 굴곡면(13)의 경사각(θ)은 tan^-1[(Rw-Vt)/Vi]의 수학식을 만족하도록 형성되어지되, 상기 Rw는 유입영역부 임펠러의 탄젠트방향 속도이고, Vt는 유체의 탄젠트방향 절대속도이며, Vi는 유입되는 유체의 수직방향 속도성분인 것을 특징으로 하는 연료펌프용 임펠러.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 각 블레이드(11)의 일단에 형성된 굴곡면(13)에는 관통공(13a)이 형성되어진 것을 특징으로 하는 연료펌프용 임펠러.
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