KR100571303B1 - 고압 연료 펌프 - Google Patents

Abstract

고압 연료펌프는 압축실을 갖는 실린더와 이 실린더내에 삽입되는 플런저를 포함한다. 플런저는 압축실내의 유체를 압축하도록 리프터에 의해 축방향으로 왕복운동된다. 밀봉부재는 실린더에서 돌출하는 플런저의 일부분을 둘러싼다. 밀봉부재는 이 밀봉부재에 의해 둘러싸인 실린더측 공간을 밀봉부재 외부의 리프터측 공간으로부터 분리시킨다. 밀봉부재는 플런저의 주변면에 접촉하는 환형 립부를 가지며, 이 환형 립부는 플런저의 축방향에서 서로 격리된 한 쌍의 립을 가진다. 상기 립들 사이의 축방향 거리는 플런저의 행정보다 크다. 그 결과, 연료가 리프터측 공간으로 들어가지 않고, 윤활유가 실린더측 공간으로 들어가지 않는다.

고압연료펌프, 실린더, 압축실, 플런저, 밀봉부재, 리프터, 립부.

Description

고압 연료 펌프{High-pressure fuel pump}

본 발명은 유체를 압축하여 공급하기 위한 고압 펌프에 관한 것으로서, 특히 차량 엔진의 연료분사밸브로 연료를 최적으로 압축하여 공급하기 위한 고압 연료 펌프에 관한 것이다.

일본 공개특허 공보 제8-68370호는 차량 엔진에 사용되는 고압 연료펌프를 공개하고 있다. 이 고압 연료펌프는 실린더와, 이 실린더내에 삽입되는 플런저, 및 실린더에 대하여 축방향으로 플런저를 이동하는 리프터를 가진다. 플런저가 왕복이동함에 따라 플런저는 실린더내에 형성되어 있는 압축실에서 연료를 압축하여 압축실로부터 연료를 배출한다.

리프터는 실린더에서 돌출하는 플런저의 한 단부와 접촉한다. 리프터는 펌프 하우징에 의해 활주 가능하게 지지된다. 대체로 원통형 밀봉부재가 실린더에서 돌출하는 플런저의 부분을 둘러싸도록 실린더에 부착된다. 밀봉부재는 그 말단부에 형성된 환형 립부를 가진다. 환형 립부는 플런저의 외주면에 접촉한다. 밀봉부재는 실린더와 플런저 사이의 틈을 통해 압축실에서 누설되는 연료가 리프터를 윤활하는 윤활유와 혼합되는 것을 방지한다.

도 4(a) 및 4(b)는 플런저(43)와 밀봉부재(41)의 단면도이다. 도시하지는 않았지만, 실린더는 도 4(a) 및 4(b)의 위에 배치되고, 리프터는 도 4(a) 및 4(b)의 아래에 배치된다. 밀봉부재(41)는 실린더측 공간(밀봉부재(41)에 의해 둘러싸인 공간)을 리프터측 공간(밀봉부재(41) 외측의 공간)으로부터 분리시킨다. 밀봉부재(41)의 립부(42)는 플런저(43)의 축방향에서 서로 이격되어 있는 상부립(42a) 및 하부립(42b)을 가진다. 상부립(42a)은 플런저(43)의 주변 면에 수집된 연료 L1이 리프터측 공간으로 들어가는 것을 방지한다. 하부립(42b)은 윤활유 L2가 실린더측 공간으로 침투하는 것을 방지한다. 따라서, 연료 및 윤활유는 혼합되지 않는다.

플런저(43)가 실린더 외부로 돌출하는 방향으로 이동할 때, 즉 플런저(43)가 도 4(a)에서 아래로 이동할 때, 플런저(43)의 주변 면에 수집된 연료 L1은 상부립(42a)에 의해 제거된다. 제거된 연료 L1은 실린더측 공간에 저장되어 리프터측 공간으로 들어가는 것이 방지된다. 다른 한편, 플런저(43)가 실린더로 들어가는 방향으로 이동할 때, 즉 플런저(43)가 도 4(a)에서 위로 이동할 때, 플런저(43)의 주변 면에 수집된 윤활유 L2는 하부립(42b)에 의해 제거되며 실린더측 공간으로 들어가는 것이 방지된다.

하지만, 플런저(43)의 주변 면에 수집된 연료 L1 및 윤활유 L2를 립부(42)로써 완전히 제거하기는 어렵다. 따라서, 상기 공보의 고압 연료펌프에서, 연료 및 윤활유의 혼합이 충분히 방지되지 않는다. 연료가 리프터측 공간으로 누설되어 윤활유와 혼합될 때, 윤활유가 희석되어 리프터가 충분하게 윤활되지 않는다.

플런저(43)가 도 4(a)에 도시된 최상부 위치에서부터 도 4(b)에 도시된 최하부 위치로 이동할 때, 상부립(42a)에 의해 제거되지 않은 연료 L'는 일시적으로 상부립(42a)과 하부립(42b)사이의 공간으로 들어가며 하부립(42b)을 지나 리프터측 공간으로 누설된다.

플런저(43)가 도 4(b)에 도시된 최하부 위치에서부터 도 4(a)에 도시된 최상부 위치로 이동할 때, 하부립(42b)에 의해 제거되지 않은 윤활유는 일시적으로 상부립(42a)과 하부립(42b)사이의 공간으로 들어가며 상부립(42a)을 지나 실린더측 공간으로 누설된다.

플런저(43)의 행정이 연료의 배출량을 증가시키도록 길어짐에 따라, 연료 및 윤활유의 누설량이 증가한다.

본 발명의 목적은 밀봉부재에 의해 분리되어 있는 2개의 공간중 하나로부터 다른 공간으로의 유체 누설을 방지하는 것을 보장하는 고압 연료 펌프를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 고압 연료 펌프는 압축실을 갖는 실린더를 포함한다. 플런저는 실린더에 삽입된다. 플런저는 압축실내의 유체를 압축하기 위해서 소정 행정으로 축방향으로 왕복운동한다. 플런저는 실린더로부터 돌출된 돌출부를 가진다. 구동부재는 플런저를 왕복운동하도록 돌출부를 구동한다. 밀봉부재는 돌출부를 둘러싼다. 밀봉부재는 돌출부의 돌출면과 접촉하는 환형 립부를 가진다. 환형 립부는 플런저의 축방향에서 서로 격리된 한 쌍의 립을 가진다. 립들 사이의 축방향 거리는 플런저의 행정보다 길다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 고압 연료펌프의 단면도.

도 2(a) 및 2(b)는 도 1의 밀봉부재의 립부를 도시하는 확대단면도.

도 3은 립들과 플런저 행정 사이의 거리차에 대한 누설량의 관계를 도시하는 그래프.

도 4(a) 및 4(b)는 종래 고압 연료펌프의 밀봉부재를 도시하는 단면도.

차량 엔진에 적용되는 고압 연료펌프(11)에 구체화된 본 발명에 의한 고압 펌프는 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명하기로 한다. 도시되지는 않았지만, 도 1의 고압 연료펌프(11)는 연료를 분배관에 공급하기 위해 공급펌프에 의해 연료 탱크로 보내어지는 연료를 압축한다.

고압 연료펌프(11)는 하우징(12)과, 이 하우징(12)내에 배치된 실린더(13)를 가진다. 실린더(13)는 압축실(14)을 가진다. 브라켓(15)이 다수의 볼트(16)에 의해 하우징(12) 하단부에 고정된다. 실린더(13)는 브라켓(15)과 하우징(12)에 의해 지지된다. 실린더(13)는 압축실(14)과 교통하며 축방향으로 연장하는 보어(13a)를 가진다. 플런저(17)는 보어(13a)내에 축방향 이동이 가능하게 삽입되어 있다.

가이드 실린더(15a)는 브라켓(15)의 하단면에서부터 아래로 연장한다. 바닥이 폐쇄된 원통형 리프터(18)는 구동부재로서 작용하며 가이드 실린더(15a)에 축방향으로 이동 가능하게 연결 장착되어 있다. 실린더(13)에서부터 돌출하는 플런저(17)의 기부단은 리프터(18)의 내부 하단면에 접촉한다. 엔진의 캠샤프트(22)는 리프터(18) 아래에 배치된다. 리테이너(20)는 플런저(17)의 기부단에 연결된다. 스프링(21)이 리테이너(20)와 브라켓(15) 사이에 압축상태로 배치된다. 이 스프링(21)은 플런저(17)의 기부단을 리프터(18)의 내부 하단면을 향해 압축하며 리프터(18)를 캠샤프트(22)를 향해 가압한다.

캠샤프트(22)는 엔진의 스필밸브(spill valve)를 구동하기 위한 캠(도시안됨)과 플런저(17)를 구동하는 구동캠(23)을 가진다. 상기 구동캠(23)은 180도의 각도 간격만큼 서로 격리된 2개의 캠 노우즈(cam nose:23a)를 가진다. 스프링(21)은 리프터(18)를 구동캠(23)의 캠면에 대해 가압한다.

실린더(13)는 압축실(14)과 교통하는 연료공급로(24)를 가진다. 전자기 스필밸브(25)는 연료공급로(24)내에 배치된다.

전자기 스필밸브(25)는 전자기 솔레노이드를 가진다. 전압이 전자기 솔레노이드에 가해지지 않을 때, 전자기 스필밸브(25)는 연료공급로(24)를 개방하여 압축실(14)과 통하게 한다. 이 상태에서, 플런저(17)가 하강하여 실린더(13)로부터 돌출될 때, 공급펌프에 의해 연료탱크(도시안됨)로부터 전송되는 저압 연료가 연료공급로(24)를 통해 압축실(14)로 들어간다. 전압이 전자기 솔레노이드에 가해질 때, 전자기 스필밸브(25)가 연료공급로(24)를 폐쇄하여 연료공급로(24)를 압축실(14)로부터 단절한다. 이 상태에서, 플런저(17)가 상승되어 실린더(13)내로 이동하면, 압축실(14)의 용적이 감소하며 따라서 압축실(14)의 연료를 압축시키게 된다.

고압 연료경로(26)가 압축실(14)에서부터 실린더(13)와 하우징(12)을 통해 연장한다. 체크밸브(27)가 고압 연료경로(26)에 배치된다. 압축실(14)내의 연료압이 소정값을 초과할 때, 체크밸브(27)가 개방되며, 고압 연료가 압축실(14)로부터 고압 연료경로(26)를 통해 분배관(도시안됨)으로 공급된다. 다음에 고압 연료는 분배관에서부터 엔진의 각각의 연료분사밸브로 분배된다.

엔진이 구동될 때, 구동캠(23)은 캠샤프트(22)와 일체로 회전되며, 리프터(18)가 구동캠(23)의 윤곽을 따라 가이드 실린더(15a)에 관하여 축방향으로 왕복운동한다. 플런저(17)는 리프터(18)와 협동하여 축방향으로 왕복운동한다. 도 1에 이점쇄선으로 도시한 바와 같이, 구동캠(23)이 회전 위치 R1에 위치할 때, 리프터(18)는 캠샤프트(22)에 가장 가까운 최하부 위치로 이동된다. 이 상태에서, 플런저(17)의 말단부(17a)가 압축실(14)에서 가장 멀리 떨어진 최하부 위치로 이동되며, 압축실(14)의 용적이 최대로 된다.

구동캠(23)이 회전 위치 R1에서부터 회전 위치 R2로 도 1에서 반시계방향으로 회전될 때, 하나의 캠 노우즈(23a)가 리프터(18)를 상승시킨다. 이 리프터가 플런저(17)의 말단부(17a)를 압축실(14)내로 삽입시키며 압축실(14)의 용적을 점차로 감소시킨다. 구동캠(23)이 회전 위치 R2에서부터 회전 위치 R3로 더욱더 회전될 때, 하나의 캠 노우즈(23a)는 리프터(18)를 최상부 위치로 이동시킨다. 이 상태에서, 플런저(17)의 말단부(17a)는 압축실(14)의 용적이 최소로 되는 최상부 위치로 이동한다. 이러한 방법으로, 구동캠(23)이 플런저(17)를 상승시킬 때 연료 압축행정이 실행된다.

상기 압축행정에서, 전압이 전자기 스필밸브(25)의 전자기 솔레노이드에 가해지지 않으면, 압축실(14)내의 연료가 분배관으로 배출되지 않고 연료공급로(24)를 경유하여 연료탱크로 흘러들어간다. 전압이 압축행정중에 적절한 타이밍으로 전자기 솔레노이드로 인가되면, 전자기 스필밸브(25)는 연료공급로(24)를 폐쇄한다. 따라서, 압축실(14)내의 연료는 플런저(17)가 위로 이동함에 따라 압축된다. 압축된 연료가 체크밸브(27)를 밀어 개방시키며 분배관으로 배출된다. 연료 배출량은 압축행정중에 전자기 스필밸브(25)의 폐쇄 타이밍을 변화시킴으로써 조절된다. 전자기 스필밸브(25)는 엔진의 주행상태에 따라 엔진내에 배치된 전자제어유닛(도시안됨)에 의해 제어된다.

구동캠(23)이 도 1에서 회전 위치 R3로부터 반시계방향으로 더욱더 회전될 때, 스프링(21)의 가압력이 리프터(18)와 플런저(17)를 최상부 위치에서부터 점차로 하강시킨다. 구동캠(23)이 회전 위치 R1까지 이동될 때, 리프터(18) 및 플런저(17)는 다시 최하부 위치에 도달한다. 이러한 방법으로, 구동캠(23)이 플런저(17)를 하강시킬 때, 연료흡입행정이 실행된다.

리프터(18) 및 플런저(17)가 최상부 위치에 도달할 때, 전자제어유닛은 전자기 스필밸브(25)의 전자기 솔레노이드에 전압을 인가하는 것을 중지한다. 따라서, 전자기 스필밸브(25)는 흡입행정중에 개방된 채로 유지된다. 공급펌프에 의해 연료탱크로부터 전송된 연료는 연료공급로(24)를 경유하여 압축실(14)로 유인된다.

그 후, 상술한 압축행정 및 흡입행정이 반복 실행되고, 고압 연료의 적절한 양이 고압 연료통로(26)로부터 분배관으로 배출된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 커플링 실린더(13b)는 실린더(13)의 하부단에서부터 하향으로 브라켓(15)을 통해 연장한다. 커플링 실린더(13b)는 보어(13a)의 일부를 형성한다. 대체로 원통형 밀봉부재(28)는 커플링 실린더(13b)의 주위에 끼워진다. 밀봉부재(28)는 플런저(17)로부터 돌출된 부분을 둘러싼다. 밀봉부재(28)는 이 밀봉부재(28) 외측에 형성되는 외부공간 즉 리프터측 공간 A2로부터 밀봉부재(28)에 의해 둘러싸인 내부공간 즉 실린더측 공간 A1을 분리한다. 압축실(14)내의 소량의 연료가 보어(13a)의 벽과 플런저(17)의 주변면 사이의 틈을 통해 실린더측 공간 A1으로 누설된다. 리프터(18)를 윤활하기 위한 윤활유는 리프터측 공간 A2에 존재한다. 밀봉부재(28)는 실린더측 공간 A1내의 연료가 리프터측 공간 A2내의 윤활유와 혼합되는 것을 방지한다.

도 1, 2(a) 및 2(b)에 도시한 바와 같이, 밀봉부재(28)는 금속 지지 실린더(29)와 이 지지 실린더(29)의 내부면을 따라 배치된 고무 밀봉부(30)를 가진다. 고무 밀봉부(30)의 하부단에 형성된 환형 립부(31)는 플런저(17)의 주변 면에 접촉한다. 립부(31)는 플런저(17)의 축방향으로 서로 격리되어 있는 상부립(31a) 및 하부립(31b)을 가진다. 상부립(31a)의 모서리와 하부립(31b)의 모서리는 플런저(17)의 주변 면에 가압된다.

이 실시예에서, 립부(31)는 상부립(31a)과 하부립(31b) 사이의 축방향 거리 S1이 플런저(17)의 행정 S2보다 크게 되도록 설계되어 구성되어 있다. 특히, 거리 S1은 플런저(17)의 주변 면에 접촉하는 상부립(31a)의 부분과 플런저(17)의 주변 면에 접촉하는 하부립(31b)의 부분 사이의 축방향 거리이다.

플런저(17)가 이동하지 않을 때, 상부립(31a)은 플런저(17)의 주변 면에 수집된 연료 L1이 도 2(a)에 도시한 바와 같이, 리프터측 공간 A2로 들어가는 것을 방지한다. 하부립(31b)은 플런저(17)의 주변 면에 수집된 윤활유 L2가 실린더측 공간 A1으로 들어가는 것을 방지한다. 따라서, 연료 및 윤활유는 혼합되지 않는다.

흡입행정에서 즉, 플런저(17)가 도 2(a)를 바라보아 하향으로 이동할 때, 플런저(17)의 주변 면에 수집된 연료 L1은 상부립(31a)에 의해 제거된다. 제거된 연료 L1은 실린더측 공간 A1에 유지되며 리프터측 공간 A2으로 들어가는 것이 방지된다. 한편, 배출행정에서 즉, 플런저(17)가 도 2(a)를 바라보아 상향으로 이동될 때, 플런저(17)의 주변 면에 수집된 윤활유 L2는 하부립(31b)에 의해 제거되며 실린더측 공간 A1으로 들어가는 것이 방지된다.

플런저(17)가 흡입행정에서 하향으로 이동될 때, 상부립(31a)에 의해 제거되지 않은 연료 L1는 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 플런저(17)의 주변 면에 남아 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 이 실시예에서, 상부립(31a)과 하부립(31b) 사이의 축방향 거리 S1는 플런저(17)의 행정 S2보다 크다. 따라서, 플런저(17)가 도 2(a)에 도시된 최상부 위치에서부터 도 2(b)에 도시된 최하부 위치로 이동할 때, 잔류 연료 L1'는 하부립(31b)을 지나서 리프터측 공간 A2로 들어가는 일이 없고, 상부립(31a)과 하부립(31b) 사이의 공간으로 들어간다.

도면에 도시되지 않았지만, 플런저(17)가 배출행정에서 상향으로 이동할 때, 하부립(31b)에 의해 제거되지 않은 윤활유는 플런저(17)의 주변 면에 남아 있다. 그러나, 상술한 바와 동일한 방법으로, 플런저(17)가 도 2(b)의 최하부 위치에서부터 도 2(a)의 최상부 위치로 이동할 때, 잔류 윤활유가 상부립(31a)을 지나 실린더측 공간 A1으로 들어가는 일이 없고, 상부립(31a)과 하부립(31b) 사이의 공간으로 들어간다.

전술한 바와 같이, 이 실시예에서, 상부립(31a)에 의해 제거되지 않은 연료 L1'는 리프터측 공간 A2로 들어가지 않는다. 또한, 하부립(31b)에 의해 제거되지 않은 윤활유가 실린더측 공간 A1으로 들어가지 않는다. 이것으로 인하여 연료 및 윤활유가 혼합되는 일이 방지된다. 따라서, 윤활유와 연료와의 희석이 방지되고, 리프터(18)의 만족스러운 윤활이 유지된다.

도3은 거리 S1과 플런저 행정 S2 사이의 차이 (S1-S2)에 대한 연료 및 윤활유의 누설량과의 관계를 도시하는 그래프이다. 이 그래프에 나타난 결과는 실험을 통해 구해진 것이다. 그래프로부터 명백히 알 수 있듯이, 차이 (S1-S2)가 소정의 양의 값보다 클 때, 즉, 거리 S1이 플런저 행정 S2보다 소정값만큼 커거나 또는 동일할 때, 연료 및 윤활유의 누설량은 크게 감소된다.

밀봉부재(28)는 금속 지지 실린더(29)와, 이 지지 실린더(29)의 내부면에 배치된 고무 밀봉부(30)를 가진다. 지지 실린더(29)는 리프터측 공간 A2와 마주보며, 실린더측 공간 A1내의 연료에 노출되지 않는다. 따라서, 습기를 함유하는 저급 연료가 실린더측 공간 A1에 있더라도, 금속 지지 실린더(29)는 녹슬지 않는다.

본 발명은 아래와 같이 구체화될 수 있다.

밀봉부재(28)는 실린더(13) 대신에 하우징(12) 또는 브라켓(15)에 부착되지 않아도 좋다.

지지 실린더(29)가 고무 밀봉부(30)에 매입될 수 있다. 선택적으로, 도 1에 도시된 구조와는 반대로, 고무 밀봉부(30)가 지지 실린더(29) 주위에 배치될 수 있다.

본 발명의 적용은 도 1에 도시된 고압 연료펌프에 제한하지 않으며, 고압 연료펌프의 여러 종류에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 펌프에서 압축행정중에 전자기 스필밸브(25)의 폐쇄 타이밍을 변경하여 연료 배출량을 조절하는 것이다. 하지만, 본 발명은 흡입행정중에 전자기 밸브의 개방 타이밍을 변경함으로써 연료 배출량을 조절하는 고압 연료펌프에 구체화될 수 있다.

또한, 본 발명은 연료가 아닌 유체를 압축하는 고압 펌프에 구체화될 수 있다.

Claims (5)

1. 압축실(14)을 갖는 실린더(13)와;

   상기 실린더(13)에 삽입되며 압축실(14)내의 유체를 압축하도록 소정 행정(S2)으로 축방향으로 왕복운동하며 실린더(13)로부터 돌출한 돌출부를 갖는 플런저(17)와;

   상기 플런저(17)를 왕복운동시키도록 상기 돌출부를 구동하는 구동부재(18)와;

   상기 돌출부를 둘러싸는 밀봉부재(28)를 포함하고, 상기 밀봉부재(28)는 한 쌍의 환형 립부(31a, 31b)를 구비하고, 상기 환형 립부는 상기 돌출부의 주변 면에 접촉하는 접촉부를 가지며 플런저(17)의 축방향에서 서로 격리되며,

   상기 밀봉부재(28)는 이 밀봉부재에 의해 둘러싸인 내측 공간(A1)을 이 밀봉부재 외부의 외측 공간(A2)으로부터 분리시키고, 압축실(14)로부터 누설되는 유체가 상기 내측 공간(A1)에 존재하고, 구동부재(18)를 윤활하는 윤활유가 상기 외측 공간(A2)에 존재하는 고압 연료 펌프에 있어서,

   두개의 립부(31a, 31b)의 접촉부들 사이의 축방향 거리(S1)는 플런저의 행정(S2) 보다 소정값만큼 크게 되어 있어서 립부(31a, 31b)중 하나의 립부에 접촉하는 돌출부의 주변 면의 한 부분이 플런저(17)가 왕복운동할 때 다른 립에 접촉하지 않도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 밀봉부재(28)는 금속 지지 실린더(29)와, 이 지지 실린더의 내부면에 배치된 고무 밀봉부(30)를 가지며, 상기 환형 립부(31a, 31b)는 상기 고무 밀봉부(30)의 한 단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 실린더(13)는 커플링 실린더(13b)를 가지며, 상기 플런저(17)는 커플링 실린더(13b)로부터 실린더(13) 외부로 돌출하고, 상기 밀봉부재(28)는 커플링 실린더(13b)를 둘러싸도록 커플링 실린더(13b)에 끼워맞추어지는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
5. 삭제

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