KR100538334B1 - 내연기관연료용피스톤펌프 - Google Patents

Abstract

중심축(22)이 구동축(28) 주위에 소정의 각으로 떨어져 배치된 1개 이상의 실린더(21)와, 이들 각 실린더(21) 내에서 각각 활주하도록 설치된 피스톤(42)이 갖춰지고서, 이들 각 피스톤(42)의 방사방향 안쪽 끝에 상기 링부재(39)의 각 편평부(40)와 상호 작용하도록 패드(43)가 부착되는 한편, 이들 패드(43)에는 요홈부(67)가 형성되어 이 요홈부(67) 내에 링부재(39)의 각 편평부(40)에 접촉해서 윤활작용을 하도록 자체윤활재로 된 1층 이상의 윤활재층(70)을 가진 슈(66)가 설치되는 구조로 되어 있다.

Description

내연기관 연료용 피스톤펌프

본 발명은 피스톤펌프에 관한 것으로, 특히 내연기관으로 연료를 공급하기 위해 방사상으로 배치된 연료용 피스톤펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 특히 디젤엔진과 같은 내연기관에서는 상기와 같은 방사상 피스톤펌프는 1300bar 이상의 고압과 약 3000rpm의 고속으로 동작을 하게 된다.

특히 상기와 같은 형식으로 된 피스톤펌프에서는, 복수의 실린더가 이들 실린더를 구동하기 위한 캠을 회전시는 편심부를 가진 구동축에 대해 방사상으로 정렬되고서, 이들 각 실린더에는 캠의 각 편평부에 접촉하는 패드를 갖도록 되어 있다. 따라서, 엔진이 동작하면 상기 편심부가 항상 일정한 원형괘도를 회전하여 상기 각 피스톤의 패드에 닿아 각 의 중심축이 각도상으로 진동을 하지 않고 피스톤이 동작을 할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 상기 피스톤펌프의 축과 편심부, 캠 및 패드는 모두 밀폐된 챔버 내에 수용되도록 되어 있는바, 이 챔버로는 상기 피스톤펌프로 공급되는 연료의 일부가 캠의 편평부와 접촉하는 패드의 표면을 윤활하기 위해 공급되도록 되어 있다.또, 상기 피스톤펌프의 축과 각 밸브시이트 사이 및 상기 캠과 상기 편심부 사이에 각각 설치되는 베어링도 상기 챔버 내를 순환하는 연료에 의해 윤활되도록 되어 있다.

그러나, 상기와 같은 형식으로 된 피스톤펌프는, 움직이면서 접촉하는 펌프의 표면에 가해지는 압력이 소정의 정도를 넘거나 또는 펌프의 속도가 소정의 속도를 넘게 되면, 연료나 기타 어떤 형태의 윤활유를 가지고도 패드의 표면이나 캠의 각 편평부를 충분히 윤활할 수가 없게 된다. 상기와 같은 높은 압력은 접촉하는 표면 사이에 형성되는 연료나 윤활유의 막을 압착함으로써, 각각의 틈에서 연료나 윤활유를 방출시켜 2개의 표면이 서로 접착되어 늘어붙게 될 염려가 있게 된다.

본 발명의 목적은, 피스톤의 패드와 각 링부재의 표면 사이가 접되어 늘어붙을 가능성을 제거하도록 된 간단하고 신뢰성 있는 피스톤펌프를 제공함에 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 피스톤이 활주할 수 있도록 된 1개 이상의 실린더와, 외주에 피스톤을 구동하기 위한 캠으로 작용하는 링부재가 설치되는 편심부가 일체로 형성된 구동축을 갖고서, 상기 링부재에 상기 피스톤과 일체로 되어 동작하는 패드와 접촉하는 편평부가 형성된 내연기관 연료용 피스톤펌프로서, 상기 링부재의 편평부와 상기 피스톤의 패드 사이에 자체윤활성을 가진 재질로 된 윤활부재가 설치되어, 펌프가 어떤 동작상태에 있더라도 상기 편평부와 패드 사이가 확실하게 윤활될 수 있도록 되어 있다.

그리고, 상기 1개 이상의 실린더는 그의 중심축이 상기 구동축의 주위에 소 정의 각으로 떨어져 배치되고서, 이들 각 실린더 내에는 피스톤이 각각 활주하도록 설치되는 한편, 이들 각 피스톤의 방사방향 안쪽 끝에는 상기 링부재의 각 편평부와 상호 작용하는 패드가 부착되고, 이들 편평부와 패드 사이에는 각각 슈가 배치되는 구조로 되어 있다.

(실시예)

이하 첨부된 도면을 참조로 해서 본 발명의 1실시예에 대해 설명한다.

도 1에서 참조부호 15는 예컨대 디젤기관과 같은 내연기관으로 연료를 공급하는 방사상으로 배치된 형식의 고압의 피스톤펌프를 나타내는 것으로, 이 피스톤펌프는 몸체부(20) 내에서 그들의 축(22)이 각각 120˚씩 떨어져 방사상으로 정렬되어 배치된 3개의 실린더(21)를 갖도록 되어 있다. 몸체부(20)의 중심에는 플랜 지(24)에 의해 밀폐되는 컵형상의 내부챔버(23)가 형성되어 있다.

그리고, 상기 피스톤펌프(15)는, 2곳에서 각각 베어링(29, 31)에 끼워져 받혀지고서 플랜지(24)에 형성된 관통구멍(25)과 몸체부(20)에 형성된 끝이 막힌 구멍(27) 내에서 회전하는 구동축(28)을 갖도록 되어 있다. 한편, 상기 구동축(28)에는 내부챔버(23)의 내에 수용되는 편심부(35)가 일체로 형성되어 피스톤펌프(15)를 제어하도록 되어 있는바, 이 편심부(35)는 외주에 링부재(39)가 설치되어 관통구멍(38)의 내주면에 갖춰진 베어링(34)에 의해 받혀진 상태에서 상호 미끄러져 회전할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 상기 링부재(39)가 편심부(35) 상을 회전할 때는 편심부(35)의 중심축(36)이 구동축(28)의 중심축(37)에서 E 의 거리만큼 벗어나도록 되어 있다.

상기 링부재(39)의 외주면은, 각 실린더(21)의 각 중심축(22)과 직각방향을 이루어 각각 실린더(21)와 협동하도록 된 3개의 편평부(40, 단지 하나만 도시됨)를 갖도록 되어 있다. 또, 상기 각 실린더(21)는 그들의 각 중심축(22)과 동축으로 된 원통형상 관통구멍(41)을 가져, 도 1에서 볼 수 있듯이 이들 관통구멍(41) 내를 실린더(21)에서 그 중심축(37)쪽으로 돌출한 피스톤(42)이 활주할 수 있도록 되어 있다. 상기 각 피스톤(42)의 돌출된 부분은 리테이너(33)와 같은 것으로 패드(43)와 함께 스프링(44)에 의해 피스톤(42)과 함께 각 편평부(40)에 대해 밀어붙여지도록 되어 있다.

또한, 상기 피스톤(42)이 직선 괘도를 따라 활주하기 때문에 구동축(28)이 회전할 때 상기 링부재(39)가 패드(43)에 의해 같은 방향을 유지할 수 있게 된다. 한편, 상기 링부재(39)의 중심축(36)이 구동축(28)의 중심축(37)에 대해 회전을 하게 되면, 이 링부재(39)의 각 편평부(40)도 역시 원형의 괘도를 따라 평행한 상태를 유지한 체 이동하게 됨으로써, 스프링(44)과 협동해서 피스톤(42)을 구멍(41) 내에서 전후로 이동하도록 하는바, 이때 상기 각 패드(43)는 링부재(39)의 각 편평부(40) 상을 횡방향으로 활주하게 된다.

상기 관통구멍(41)의 내부는, 상기 링부재(39)와 마주보는 각 피스톤(42)의 표면에 의해 압축챔버(45)를 형성하도록 되어 있는바, 이 압축챔버(45)의 체적은 피스톤(42)의 이동에 따라 달라지게 된다. 한편, 도 1에 도시된 것과 같이 상기 각 실린더(21)는 복귀하지 않는 흡기밸브(50)와 복귀하지 않는 배출밸브(51)를 갖도록 되어 있는바, 이들 밸브(50, 51)는 모두 각 실린더(21)를 폐쇄하는 평판부(52)에 닿아 앉혀지고서 각각 헤드(53)에 의해 몸체부(20)에 고정되도록 되어 있다.

따라서, 피스톤(42)이 방사상 안쪽으로 이동하면, 압축챔버(45)의 부피가 증가해서 흡기밸브(50)를 통해 연료를 흡입하게 되는 반면, 피스톤(42)이 방사상 바깥쪽으로 이동하면, 압축챔버(45)의 부피가 축소되어 연료를 압축함으로써 힘을 가해 배출밸브(51)를 통해 연료가 압축챔버(45)의 밖으로 밀려나가도록 한다.

상기 각 흡기밸브(50)는 각 헤드(53)에 축방향으로 형성된 채널(54)과 플랜 지(24)와 인접한 몸체부(20)에 각각 방사상으로 형성된 채널(55)을 통해 연료를 공급받도록 되어 있다. 이들 몸체부(20)에 형성된 3개의 채널(55)은 각각 상기 플랜지(24)에 형성된 환상의 홈(56)과 연통되고 나서 몸체부(20)에 형성되어 이음부(14)와 연통하도록 된 흡기채널(57)과 차례로 연통하도록 되어 있다.

연료는 구경이 좁혀진 관통구멍(48)을 가진 피스톤(47)으로 이루어진 온-오프밸브를 거쳐 내부챔버(23)와 연통하는 채널(57)로 공급되는바, 이렇게 주입쪽 이음부(14)로부터 계속 공급되는 연료는 관통구멍(48, 49)을 지나 내부챔버(23) 내로 공급되어, 이 내부챔버(23) 내에서 동작하는 구성부재들을 윤활하고 냉각하게 된다.

또, 상기 3개의 배출밸브(51)는 각 헤드(53)에 축방향으로 형성된 채널(59)과 몸체부(20)에 방사상으로 형성된 각 방사상 채널(60)을 따라 축방향 캐비티(61)와 연통하도록 되어 있다. 상기 캐비티(61)는, 도시되지 않은 압력조절기의 바이패스밸브(bypass valve)의 하류(下流)에서 배출용 이음부재(24)로 연통되는 저압챔버와 연결되어 있는바, 이 캐비티(61) 또한 채널(65)에 의해 몸체부(20)의 관통구멍(27)과 연결되어 있다.

한편, 본 발명에서는 상기 링부재(39)의 편평부(40)와 각 패드(43) 사이에 청동이나 테프론(teflon)와 같이 그 자체가 윤활성을 가진 자체윤활재로 만들어진 접촉부재를 갖도록 되어 있다. 즉, 이 접촉부재는 도 2에서 볼 수 있듯이 상기 링부재(39)의 각 편평부(40)와 마주하는 각 패드(43)의 표면(68)에 형성된 원형의 캐요홈부(67) 내에 들어가 안착되는 원반형상의 슈(shoe; 66)를 구비하도록 되어 있다. 상기 슈(66)는 요홈부(67) 내에 억지끼움으로 장착되는 것으로, 상기 패드(43)의 표면(68)에서 약간 돌출되는 두께를 갖도록 되어 있다.

상기 슈(66)는 강철이나 청동과 같은 금속제 기재층부(69) 상에 예컨대 폴리 테트라플루오렌(Polytetrafluorene)이나 납과 같은 공지의 자체윤활재로 된 윤활재층(70)이 적어도 한층 이상 피복되어 이루어진 것을 사용하는 것이 좋다. 이상과 같이 구성된 상기 슈(66)는, 상기 링부재(39)의 편평부(40)와 마주보도록 윤활재층(70)을 가진 기재층부(69)에 의해 요홈부(67) 내에 고정되도록 되어 있다. 실제로 동작할 때에는, 상기 각 스프링(44)이 각 편평부(40) 상에 윤활재층(70)이 접촉하는 상태를 유지할 수 있도록 하게 된다.

한편, 도 1에 도시된 베어링(29, 31, 34)도 역시 상기 슈(66)와 마찬가지로 그 내부에 금속으로 형성된 기재층부와 이 기재층부의 외주면에 형성된 자체윤활재로 된 윤활재층을 갖도록 되어 있다. 여기서, 상기 베어링(29, 31, 34)의 금속재지지부는 구동축(28)과 편심부(35) 두 부분에서 눌려지고, 윤활재층은 구멍(25, 27, 38)의 내주면에 접촉하도록 되어 있다.

따라서, 펌프(15)가 동작하는 동안, 상기 각 슈(66)가 상기 편평부(40)에 가해지는 압력이나 구동축(28)의 회전속도가 윤활용 연료의 막을 압착하더라도 늘어 붙지 않도록 편평부(40)의 표면을 효과적으로 윤활할 수 있게 된다.

그와 마찬가지로, 상기 베어링(29, 31, 34)은 펌프(15)가 어떤 압력과 속도로 동작하더라도 구멍(25, 31, 34)에 대해 효과적인 윤활이 이루어지도록 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 종래의 기술에 비해 늘어붙는 일이 전혀 일어나지 않게 된다.

한편, 앞에서 설명한 본 발명에 따른 펌프는, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 여러 가지로 변형될 수가 있다. 예를 들어 펌프가 단기통식 피스톤형이거나 직렬다기통식 피스톤형으로 될 수도 있고, 또 윤활계통이 연료배관과 분리된 윤 활오일조 및 오일을 가압해서 공급하는 시스템을 채택할 수도 있다.

또한, 상기 슈(66)는 반드시 원형이 아니라도 되고, 상기 슈(66)나 상기 베어링(29, 31, 34)은 앞에서 설명한 것과 같은 자체윤활재로 된 윤활재층이 여러 층으로 형성될 수도 있다. 그리고, 상기 슈(66)를 링부재(39)의 각 편평부(40)에다 부착시킬 수도 있고, 나사나 용접 또는 본드와 같은 결합수단으로 패드(43) 또는 편평부(40)에다 결합시킬 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 움직이면서 접촉하는 펌프의 표면에 가해지는 압력이 소정의 정도를 넘거나 또는 펌프의 속도가 소정의 속도를 넘더라도, 연료나 윤활유를 가지고 패드의 표면이나 캠의 각 편평부를 충분히 윤활할 수가 있게 됨으로써, 피스톤의 패드와 각 링부재의 표면 사이가 접착되어 늘어붙을 염려가 없는 간단하고 신뢰성 있는 피스톤펌프를 제공할 수가 있게 된다.

도 1은, 본 발명에 따른 피스톤펌프의 축방향 단면도,

도 2는, 도 1의 Ⅱ～Ⅱ선을 따른 확대부분단면도.

Claims (3)

1. 실린더의 중심축이 구동축(28)의 주위에 소정의 각으로 떨어져 배치된 1개 이상의 실린더를 구비하고, 이들 각 실린더 내에 피스톤(42)이 각각 활주하도록 설치되는 한편, 이들 각 피스톤의 방사방향 안쪽 끝에는 각각의 패드(43)가 부착되고, 상기 구동축에 편심부(35)가 일체로 형성되어 있으며, 이 편심부(35)가 안에서 회전할 수 있는 링부재(39)가 구비되어 있되, 이 이 링부재(39)는 각각의 패드에 상호작용하는 다수의 편평부(40)를 구비하며, 각각의 패드(43)는 상기 편평부(40)를 향해 배치되고 각각의 스프링(44)에 의해 패드에로 밀착되며, 상기 편심부(35)가 상기 링부재(39) 내에서 회전할 때 상기 각각의 패드(40)는 상기 편평부(40)에 대하여 미끄럼운동을 하게 되는 내연기관 연료용 피스톤펌프에 있어서,

   상기 각각의 패드(43)에 요홈부(67)가 형성되어 있고, 원반형상을 한 슈(66)가 폴리테트라플로렌이나 납으로 이루어진 적어도 하나의 자체 윤활재층(70)으로 덮인 금속재의 기재층부(69)를 이루고, 상기 슈(66)는 상기 지지부에 의해 상기 요홈부(67) 내에 끼워져 고정되되 상기 윤활재층(70)이 상기 편평부(40)를 향하도록 되어 있고, 상기 윤활재층(70)은 각각의 스프링에 의해 상기 편평부(40)에 탄성적으로 접촉하는 상태를 유지하도록 된 것을 특징으로 하는 내연기관 연료용 피스톤펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 슈(66)가 상기 패드(43) 또는 상기 편평부(40)에 나사로 결합되거나 용접 또는 접착제의 접착으로 부착된 것을 특징으로 하는 내연기관 연료용 피스톤펌프.
3. 제1항에 있어서, 상기 링부재(39)와 상기 패드(43)가 상기 몸체부(20) 내에 형성된 내부챔버(23) 내에 수용되고서, 이 내부챔버(23) 내로 상기 구동축(28)과 캠(39)을 윤활하기 위해 연료가 공급되고, 상기 샤프트(28)와 편심부(35)에는 각각 금속제 기재부와 자체윤활재로 된 1층 이상의 윤활재층으로 구성된 베어링(29, 31, 34)이 갖춰진 것을 특징으로 하는 내연기관 연료용 피스톤펌프.

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