KR100738770B1 - 연료 공급용 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증압 방식의 축압식 연료분사장치에 적절하게 사용되는 연료 공급용 펌프 및 그것에 알맞은 태핏 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그러기 위하여, 펌프 하우징 내에, 복수의 플런저 배럴, 플런저, 태핏 구조체를 구비한 연료 공급용 펌프에 있어서, 펌프 하우징 내에, 복수의 플런저 배럴을 병렬 배치하기 위한 복수의 수용부를 설치하는 동시에, 당해 복수의 수용부 사이에, 윤활유 또는 윤활용 연료를 통과시키기 위한 통간 연결부를 설치한다.

Description

연료 공급용 펌프{FUEL SUPPLY PUMP}

본 발명은 연료 공급용 펌프에 관한 것이다. 특히, 증압방식의 축압식 연료분사장치에 알맞은 연료 공급용 펌프에 관한 것이다.

종래의 디젤 엔진 등에 있어서, 고압의 연료를 효율적으로 분사하기 위하여, 축압기(커먼레일; Common-Rail)를 이용한 축압식 연료분사장치가 여러 종류 제안되어 있다.

이와 같은 축압식 연료분사장치에 이용되는 연료 공급용 펌프로서는 펌프 하우징 내에, 엔진의 구동에 의해서 회전하는 캠 샤프트에 회전 일체화된 캠과, 이 캠의 회전에 의해서 승강하는 플런저와, 이 플런저에 캠의 회전을 상승력으로 하여 전달하는 태핏(tappet) 구조체와, 플런저가 배치되는 플런저 배럴을 구비한 것이 채용되고 있다.

이러한 연료 공급용 펌프에 있어서는 도 18에 나타낸 바와 같이 플런저 배럴(407)은 펌프 하우징(402) 내의 수용부에 배치되는 동시에, 당해 플런저 배럴(407) 내에 플런저(410)가 일부 삽입되어, 상하로 이동 가능하게 배치되어 있다. 그리고, 당해 플런저(410)를 캠(404) 및 태핏 구조체(406)에 의해서 상승시키는 동시에, 복귀용의 스프링(411)에 의해서 하강시키고, 이를 반복함으로써, 연료를 가압하여 축압기에 공급하고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).

또한, 통상적으로 대량의 고압연료를 축압기에 공급하기 위하여 이들의 플런저나 태핏 구조체 등을 복수 개 구비하는 동시에 각각에 있어서 연료를 가압 처리하고 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 제 2001-317430 호 공보(도 1)

그러나, 특허문헌 1에 개시된 연료 공급용 펌프는 당해 펌프를 고속 회전시켜서 큰 유량의 연료를 충분히 가압 처리하는 것에 대하여 조금도 고려되어 있지 않았다. 그 때문에, 각각의 플런저나 태핏 구조체가 수용된 복수 개의 수용부는 모두 독립적으로 구성되어 있었다. 따라서, 펌프를 고속 회전시켰을 경우에 수용부의 일부인 스프링 유지실 내에 윤활유가 체류하여, 스프링 유지실 내의 압력이 상승하고, 플런저의 동작을 저해하여, 큰 유량의 연료를 충분히 가압 처리할 수 없다는 문제가 나타났다.

그래서, 본 발명의 발명자들은 예의 검토한 결과, 펌프 하우징 내에 소정의 통 간 연결부를 설치함으로써, 윤활유 또는 윤활용 연료가 오가는 것이 자유로워져서, 펌프를 고속회전시킨 경우이더라도 스프링 유지실 내의 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있다는 것을 발견했다.

즉, 본 발명은 증압방식의 축압식 연료분사장치에 대응하기 위하여, 연료 공급용 펌프를 고속회전시킨 경우이더라도 윤활유 또는 윤활용 연료가 플런저의 동작을 저해하지 않고 연료를 충분히 가압 처리할 수 있는 연료 공급용 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하면, 펌프 하우징 내에 복수 개의 플런저 배럴, 플런저, 태핏 구조체를 구비한 연료 공급용 펌프에 있어서, 펌프 하우징 내에, 복수 개의 플런저 배럴을 병렬 배치하기 위한 복수 개의 수용부를 설치하는 동시에, 당해 복수 개의 수용부 사이에, 윤활유 또는 윤활용 연료를 통과시키기 위한 통 간 연결부를 설치한 연료 공급용 펌프가 제공되어, 상술한 문제를 해결할 수 있다.

즉, 펌프 하우징 내에 소정의 통 간 연결부를 설치함으로써, 윤활유 또는 윤활용 연료의 이동 공간이 형성되어, 스프링 유지실 내의 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 복수 개의 플런저 배럴이나 플런저 등을 구비한 연료 공급용 펌프에 있어서는 통상적으로 플런저가 각각 번갈아 상하 왕복 운동을 반복하도록 구성되어 있다. 그리고, 하나의 플런저가 상승하여, 당해 플런저에 관련된 스프링 유지실의 용적이 작아지는 경우에는 다른쪽의 플런저는 하강하여 그 플런저에 관련된 스프링 유지실의 용적은 커진다. 따라서, 윤활유 또는 윤활용 연료는 한쪽의 스프링 유지실의 용적이 작아졌다고 하더라도 통 간 연결부를 거쳐 다른쪽의 스프링 유지실로 이동할 수 있어, 압력이 상승하는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 이러한 윤활유 또는 윤활용 연료가 플런저의 고속구동을 저해하는 일이 적어진다.

또, 본 발명의 연료 공급용 펌프를 구성함에 있어서, 통 간 연결부를 태핏 구조체의 상승위치보다 높은 위치에 설치하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 연료 공급용 펌프를 구성함에 있어서, 통 간 연결부를 복수 개의 플런저 배럴의 배치방향에 대하여 실질적으로 수직으로 설치하거나 또는 경사지게 하여 설치하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 연료 공급용 펌프를 구성함에 있어서, 통 간 연결부의 단면적을 10∼350㎟ 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 연료 공급용 펌프를 구성함에 있어서, 통 간 연결부의 도중에 밸브부를 설치하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 연료 공급용 펌프를 구성함에 있어서, 태핏 구조체에 윤활유 또는 윤활용 연료를 통과시키기 위한 연통부(連通部)를 설치하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 연료 공급용 펌프를 구성함에 있어서, 단위시간당 유량이 500∼1,500ℓ/시간인 연료를, 50MPa 이상의 값으로 가압하기 위한 증압방식의 축압식 연료분사장치에 이용하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 연료 공급용 펌프에 있어서의 부분적으로 잘라낸 부분을 갖는 측면도,

도 2는 본 발명의 연료 공급용 펌프에 있어서의 단면도,

도 3 (a)∼(b)는 각각 펌프 하우징의 사시도 및 단면도,

도 4 (a)∼(b)는 통 간 연결부의 배치방법을 설명하기 위하여 제공하는 도면(그 1),

도 5 (a)∼(b)는 통 간 연결부의 배치방법을 설명하기 위하여 제공하는 도면(그 2),

도 6 (a)∼(b)는 통 간 연결부의 배치방법을 설명하기 위하여 제공하는 도면(그 3),

도 7은 통 간 연결부에 설치하는 밸브부를 설명하기 위하여 제공하는 도면,

도 8은 스프링 유지실 내의 압력변화를 설명하기 위하여 제공하는 도면,

도 9 (a)∼(c)는 각각 다른 스프링 시트의 사시도, 평면도 및 단면도,

도 10 (a)∼(b)는 태핏 구조체를 설명하기 위하여 제공하는 도면(그 1),

도 11 (a)∼(c)는 태핏 구조체를 설명하기 위하여 제공하는 도면(그 2),

도 12 (a)∼(c)는 각각 롤러 보디를 설명하기 위하여 제공하는 도면,

도 13은 태핏 구조체에 있어서의 롤러를 설명하기 위하여 제공하는 도면,

도 14는 증압방식의 축압식 연료분사장치의 시스템을 설명하기 위하여 제공하는 도면,

도 15는 증압방식의 축압식 연료분사장치의 구조를 설명하기 위하여 제공하는 도면,

도 16은 증압방식의 축압식 연료분사장치에 의한 연료의 증압방법을 개념적으로 나타낸 도면,

도 17은 고압연료의 분사 타이밍 차트를 설명하기 위하여 제공하는 도면,

도 18은 종래의 연료 공급용 펌프를 설명하기 위하여 제공하는 도면.

본 실시형태는 도 1에 예시된 바와 같이 펌프 하우징(52) 내에, 복수 개의 플런저 배럴(53), 플런저(54), 태핏 구조체(6)를 구비한 연료 공급용 펌프(50)에 있어서, 펌프 하우징(52) 내에, 복수 개의 플런저 배럴(53)을 병렬 배치하기 위한 복수 개의 수용부(30a, 30b)를 설치하는 동시에, 당해 복수 개의 수용부(30a, 30b) 사이에, 윤활유 또는 윤활용 연료를 통과시키기 위한 통 간 연결부(40)를 설치하는 것을 특징으로 하는 연료 공급용 펌프(50)이다.

이하에서는 이러한 연료 공급용 펌프(50)로서, 두 세트의 플런저 배럴(53) 및 수용부(30)를 구비한 연료 공급용 펌프를 예로 들어, 구성요건 등으로 나누어 구체적으로 설명한다. 단, 본 실시형태는 본 발명의 한 형태를 나타낸 것이며, 이 발명을 한정하는 것이 아니라 본 발명의 범위 내에서 임의로 변경하는 것이 가능하다.

1. 연료 공급용 펌프의 기본적 형태

연료 공급용 펌프의 기본적 형태는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 연료 공급용 펌프(50)인 것이 바람직하다. 즉, 이러한 연료 공급용 펌프(50)는 예를 들어 펌프 하우징(52), 플런저 배럴(실린더; 53), 플런저(54), 스프링 시트(10), 태핏 구조체(6), 캠(60)으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

또, 펌프 하우징(52)에 수용된 플런저 배럴(53)의 내측에, 캠(60)의 회전 운동에 대응하여 플런저(54)가 왕복 운동하여, 도입된 연료를 가압하기 위한 연료압축실(74)이 형성되어 있다. 따라서, 피드 펌프로부터 압송되어 오는 연료를, 연료압축실(74)에 있어서 플런저(54)에 의해서 고압의 연료에 효율적으로 가압할 수 있다.

또한, 이 연료 공급용 펌프(50)의 예에서는 펌프 하우징(52) 내에, 예를 들어 두 세트의 플런저 배럴(53) 및 플런저(54)를 구비하고 있으나, 더욱 대용량의 연료를 고압 처리하기 위하여 두 세트 이상의 수로 증가하는 것도 바람직하다.

(1) 펌프 하우징

펌프 하우징(52)은 도 2에 예시된 바와 같이 플런저 배럴(53), 플런저(54), 태핏 구조체(6), 캠(60)을 수용하는 박스체이다.

따라서, 이러한 펌프 하우징(52)은 도 3 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이 좌우 방향으로 개구하는 샤프트 삽입구멍(52a), 및 복수 개의 플런저 배럴(53)을 병렬 배치하기 위한 복수 개의 수용부(30)로서, 상하 방향으로 개구하는 원주 공간(30a, 30b)을 각각 갖고 있는 것이 바람직하다. 또, 이러한 원주 공간에, 후술하는 플런저 배럴, 태핏 구조체, 및 당해 태핏 구조체에 하강력을 부여하는 스프링이 배치됨으로써, 스프링 유지실이 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 본 실시형태의 연료 공급용 펌프에 있어서는 이러한 원주 공간(30a, 30b) 사이에, 윤활유 또는 윤활용 연료를 통과시키기 위한 통 간 연결부(40)가 형성되게 된다.

또, 이러한 펌프 하우징(52)에는 도 3 (b)에 나타낸 바와 같이 원주 공 간(30a, 30b)의 측면 방향으로 개구하는 관통구멍(97, 98)을 더 마련하는 것이 바람직하다. 즉, 이러한 관통구멍(97, 98)은 태핏 구조체의 둘레 방향으로의 회전을 방지하는 동시에, 상하 이동 위치를 안내하는 안내핀(도시생략)의 선단부가 압입되어, 그 안내핀의 위치결정의 정밀도가 확보되는 구성으로 되어 있다. 또, 구멍부(97a, 98a)는 안내핀이 나사결합되는 나사부로서 구성되고, 나사결합에 의해서 안내핀의 선단부가 압입되는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 복수 개의 수용부로서 두 개의 원주 공간을 갖는 펌프 하우징을 예로 들어 설명하고 있으나, 이것으로 제한되는 것이 아니라 세 개 이상의 원주 공간을 갖고 있어도 상관없다.

(2) 통 간 연결부

(2)-1 개요

본 실시형태의 연료 공급용 펌프는 도 1 및 도 3 (b)에 나타낸 바와 같이 플런저 배럴(53)을 병렬 배치하기 위한 복수 개의 수용부로서의 원주 공간(30a, 30b) 사이에, 윤활유 또는 윤활용 연료를 통과시키기 위한 통 간 연결부(40)를 설치하는 것을 특징으로 한다. 즉, 펌프 하우징(52)에 마련된 원주 공간(30a, 30b) 사이에 소정의 통 간 연결부(40)를 설치함으로써, 윤활유 또는 윤활용 연료를, 당해 통 간 연결부를 거쳐 복수 개의 수용부(30a, 30b) 사이를 오가게 하여, 원주 공간(30a, 30b)의 일부인 스프링 유지실 내의 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지하기 위함이다.

더욱 구체적으로는, 복수 개의 플런저 등을 구비한 연료 공급용 펌프에 있어서, 통상적으로 플런저는 각각 번갈아 상하 왕복 운동을 반복하도록 구성되어 있다. 또, 하나의 플런저가 상승하여, 당해 플런저에 관련된 스프링 유지실의 용적이 작아지는 경우에는 다른 쪽의 플런저는 하강하여, 그 플런저에 관련되는 스프링 유지실의 용적은 커진다. 이 때, 이러한 통 간 연결부가 설치되어 있음으로써, 한쪽의 스프링 유지실의 용적이 작아진 경우이더라도, 당해 스프링 유지실 내에 존재한 윤활유 등은 통 간 연결부를 거쳐 다른 쪽의 스프링 유지실로 이동할 수 있다. 따라서, 스프링 유지실 내에 윤활유 등이 체류하는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 이러한 통 간 연결부를 설치함으로써, 스프링 유지실 내의 윤활유 등이 캠 및 플런저의 고속구동을 저해하는 것을 방지할 수 있다.

(2)-2 배치 1

또, 통 간 연결부는 도 1에 나타낸 바와 같이 수용부(30)에 있어서 태핏 구조체(6)의 상승위치보다 높은 위치에 설치하는 것이 바람직하다.

그 이유는 캠의 회전에 의해서 태핏 구조체 및 플런저가 상승하였을 때에, 태핏 구조체에 의해서 통 간 연결부가 막혀 버리는 것을 방지하기 위함이다. 따라서, 스프링 유지실 내에 윤활유 등이 체류하여, 플런저의 고속구동을 저해하는 일이 적어진다.

또한, 도 1 내에서 우측의 태핏 구조체(6)가 가장 높이 상승한 위치에 놓여져 있으나, 통 간 연결부(40)는 그 위치보다 높은 위치에 설치되어 있다.

(2)-2 배치 2

또, 통 간 연결부는 도 1 및 도 3 (b)에 나타낸 바와 같이 펌프 하우징(52) 의 수용부(30)로서의 원주 공간(30a, 30b) 사이에 있어서, 플런저 배럴의 배치방향에 대하여 실질적으로 수직으로 설치하는 것이 바람직하다. 그 이유는 이와 같이 구성함으로써 각각의 원주 공간(30a, 30b)에 있어서의 통 간 연결부의 높이 위치가 같아지기 때문이다. 따라서, 각 스프링 유지실 내의 압력의 상승, 저하에 관한 조건을 동일하게 할 수 있어, 불균일이 생기는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

또, 통 간 연결부를 이와 같이 배치하는 경우에는 도 4 (a)∼(b)에 나타낸 바와 같이 펌프 하우징(52)의 측면쪽으로부터 드릴(51) 등을 사용하여 형성할 수 있다. 그리고, 당해 통 간 연결부(40)의 측면쪽의 입구 부분(40a)을 밀봉부재(41)에 의하여 막아서 밀봉하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써 소정의 통 간 연결부를 용이하게 형성할 수 있는 동시에 윤활유 등이 누출하는 것을 방지할 수 있다.

(2)-3 배치 3

또, 도 5 (a)∼(b)에 나타낸 바와 같이 통 간 연결부(40)를 플런저(54)의 왕복 운동 방향에 대하여 경사지게 하여 설치하는 것도 바람직하다. 즉, 도 5 (a)에 나타낸 바와 같이 제조시에 있어서 하나의 원주 공간(30a)의 위쪽으로부터 비스듬한 방향에 대하여, 드릴(51) 등을 사용하여 형성할 수 있기 때문에, 통 간 연결부로서 기능하는 부분 이외의 구멍 등을 형성할 필요가 없어지기 때문이다. 따라서, 펌프 하우징에 태핏 구조체나 플런저 배럴 등을 장착하였을 때에는 통 간 연결부가 확실하게 밀폐되어, 윤활유 등이 누출하는 것을 방지할 수 있다.

(2)-4 배치 4

또, 통 간 연결부는 도 6 (a)에 나타낸 바와 같이 한쪽의 원주 공간(30a)으로부터 다른 쪽의 원주 공간(30b)의 사이를 최단거리로 연결하도록 직선적으로 설치하는 것이 바람직하다.

그 이유는 도 6 (b)에 나타낸 바와 같이 한쪽의 원주 공간(30a)으로부터 다른 쪽의 원주 공간(30b)의 사이를 우회하여 형성한 경우와 비교하여, 더욱 원활하게 윤활유 등을 통과시킬 수 있기 때문이다. 또, 통 간 연결부가 펌프 하우징의 측벽에 근접함에 따라, 펌프 하우징의 기계적 강도가 저하하는 경우가 있기 때문이다.

(2)-5 단면적

또, 통 간 연결부의 단면적을 10∼350㎟ 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.

그 이유는 통 간 연결부의 단면적이 10㎟ 미만의 값이 되면, 윤활유 등이 복수 개의 스프링 유지실 사이를 오가기가 곤란해져서, 스프링 유지실 내의 압력이 상승해 버리는 경우가 있기 때문이다. 한편, 통 간 연결부의 단면적이 350㎟를 초과하면 펌프 하우징의 기계적 강도가 저하하는 경우가 있기 때문이다.

따라서, 통 간 연결부의 단면적을 30∼300㎟ 범위 내의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하며, 50∼250㎟ 범위 내의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 통 간 연결부의 단면적이란 통 간 연결부가 복수 개 설치되어 있는 경우에는 각각의 통 간 연결부의 단면적의 합계 면적을 의미하는 것으로 한다.

(2)-6 수

또, 통 간 연결부의 수에 대해서는 특별히 제한되는 것이 아니라 비교적 큰 면적의 통 간 연결부를 하나 설치하거나, 또는 비교적 작은 면적의 통 간 연결부를 복수 개 설치하거나 할 수 있다. 또한, 단면적이 다른 복수 개의 통 간 연결부를 설치할 수도 있다.

단, 고압의 윤활유 등을 원활하게 오가게 할 수 있는 동시에, 눈 막힘 등의 발생이 적기 때문에, 비교적 큰 면적의 통 간 연결부를 하나 설치하는 것이 바람직하다.

(2)-7 밸브부

또, 도 7 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이 통 간 연결부(40)의 도중에 밸브부(37)를 설치하는 것이 바람직하다.

그 이유는 이러한 밸브부에 의해서, 예를 들어 플런저가 상승하는 쪽의 스프링 유지실 내의 압력이 일정한 값을 초과한 경우에만, 당해 밸브부를 개방하여 윤활유 등을 통과시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 스프링 유지실 내의 압력을 용이하게 조정할 수 있다. 또, 이와 같이 조정함으로써, 각 스프링 유지실 내의 압력의 균일화가 도모되어, 펌프로부터 공급되는 연료의 유량에 불균일이 생기는 것을 유효하게 방지할 수 있기 때문이다.

(2)-8 압력 피크

여기서, 도 8을 참조하여 캠이 360° 회전하였을 때의, 스프링 유지실 내의 압력의 변화에 대하여 설명한다. 도 8 내에서 점선 A는 본 발명에 관련된 통 간 연결부를 설치하고 있지 않은 연료 공급용 펌프에 있어서의, 캠의 회전에 따른 소정의 스프링 유지실 내의 압력변화의 프로필을 나타내고 있다. 또, 도 8에서 실선 B는 본 발명에 관련된 통 간 연결부(유효 단면적 200㎟)를 설치한 연료 공급용 펌프에 있어서의, 캠의 회전에 따른 소정의 스프링 유지실 내의 압력변화의 프로필을 나타내고 있다. 또, 종축은 압력(상대값)을 나타내고, 횡축은 캠 각도(도)를 나타내고 있다. 또한, 이러한 연료 공급용 펌프는 모두, 두 개의 스프링 유지실을 구비하는 동시에 타원 형상의 캠을 사용하고 있다.

점선 A로 나타낸 바와 같이 통 간 연결부를 설치하고 있지 않은 연료 공급용 펌프에 있어서의 스프링 유지실 내의 압력변화의 프로필에는 캠이 360° 회전하는 동안에, 캠의 형상에 대응하여 두 개의 피크가 존재하고 있다. 즉, 각각의 피크일 때에는 캠에 의해서 플런저가 상승하여 스프링 유지실의 용적이 감소하기 때문에, 당해 스프링 유지실 내의 압력이 상승하게 된다. 또, 당해 피크일 때에 있어서의 압력은 상대적으로 높은 값이 되어 있다.

한편으로 실선 B로 나타낸 바와 같이 본 발명에 관련된 통 간 연결부를 설치한 연료 공급용 펌프에 있어서의 스프링 유지실 내의 압력변화의 프로필에는 캠이 360° 회전하는 동안에 네 개의 피크가 존재하고 있다. 이것은 두 개의 플런저를 상승시키는 캠이 위상을 90° 어긋나게 하여 배치되어 있기 때문에, 캠이 360° 회전하는 동안에, 한쪽의 플런저와 다른 쪽의 플런저가 각각 2회씩 합계 4회 상승하는 것에 따른 것이다. 즉, 캠이 60° 회전할 때에는 압력을 측정하고 있는 쪽의 스프링 유지실에 대응한 플런저는 하강하고, 다른 쪽 측의 플런저가 상승하는 동시에, 그 다른 쪽 측의 스프링 유지실의 용적은 작아진다. 따라서, 윤활유 등은 용적이 확대된, 압력을 측정하고 있는 쪽의 스프링 유지실로 이동한다. 이와 같이 하여, 1회째의 피크가 나타난다.

이어서, 캠이 150° 회전할 때에는 압력을 측정하고 있는 쪽의 스프링 유지실에 대응한 플런저가 상승하여 스프링 유지실의 용적이 감소하기 때문에, 당해 스프링 유지실 내의 압력이 상승하게 된다. 이와 같이 하여, 2회째의 피크가 나타난다. 이 때, 다른 쪽 측의 플런저는 하강하여 그 다른 쪽 측의 스프링 유지실의 용적이 확대되어 있기 때문에, 윤활유 등은 다른 쪽 측의 스프링 유지실로 이동하고 있다.

그 후에는 이들의 동작이 반복됨에 따라, 각각의 플런저의 상승에 대응하여 스프링 유지실 내에 압력 피크가 나타나게 된다.

그리고, 각각의 피크일 때에 있어서의 압력은 스프링 유지실의 윤활유 등이, 용적이 확대된 쪽으로 원활하게 이동하고 있음에 따라, 상기의 통 간 연결부를 설치하고 있지 않은 경우와 비교하여 15% 정도까지 저하하고 있다.

따라서, 스프링 유지실 내의 최대 압력을 저하시키기 위해서는 각각의 스프링 유지실을 이어져 통하게 하는 통 간 연결부를 설치하는 것이 유효하다는 것을 이해할 수 있다.

(3) 플런저 배럴(실린더)

플런저 배럴(53)은 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이 플런저(54)를 지지하기 위한 박스체로서, 당해 플런저(54)에 의해서 대량의 연료를 고압으로 가압하기 위한 연료압축실(펌프실; 74)의 일부를 구성하고 있는 요소이다. 또, 플런저 배 럴(53)은 조립이 용이하기 때문에, 펌프 하우징(52)의 원주 공간(30a, 30b)의 위쪽 개구부에 대하여 장착되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 플런저 배럴을 설치하는 연료 공급용 펌프의 종류가 인라인 타입 및 래디얼 타입인 경우에는 각각의 타입에 대응시켜서 플런저 배럴의 형태를 적절히 변경할 수 있다.

(4) 플런저

플런저(54)는 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이 플런저 배럴(53) 내의 연료압축실(74)에 있어서의 연료를 고압으로 가압하기 위한 주된 요소이다. 따라서, 플런저(54)는 펌프 하우징(52)의 원주 공간(30a, 30b)에 각각 장착되는 플런저 배럴(53) 내에 승강 자유롭게 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 플런저를 고속구동시켜서 대량의 연료를 가압 처리하기 위하여 펌프의 회전수를 1,500∼4,000rpm 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하며, 또한 기어비를 고려하여 펌프의 회전수를 엔진의 회전수에 대하여 1∼5배의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.

(5) 연료압축실

연료압축실(74)은 도 2에 도시한 바와 같이 플런저(54)와 함께, 플런저 배럴(53) 내에 형성되는 작은 방이다. 따라서, 이러한 연료압축실(74)에 있어서 연료 공급밸브(73)를 거쳐 정량적으로 유입한 연료에 대하여, 플런저(54)가 고속구동함으로써 효율적이고도 대량으로 가압할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 본 발명의 연료 공급용 펌프라면, 이와 같이 플런저(54)가 고속구동한 경우이더라도 스프링 유지실 내의 윤활유 또는 윤활용 연료가 플런저(54)의 고속동작을 저해하지 않는다는 특징을 얻을 수 있다.

한편, 플런저(54)에 의한 가압이 종료된 후에는 가압된 연료는 연료토출밸브(79)를 거쳐, 도 14에 나타낸 커먼레일(106)에 공급되게 된다.

(6) 스프링 시트

스프링 시트(10)는 연료 공급용 펌프의 플런저를 끌어내릴 때에 이용되는 복귀용 스프링을 유지하기 위한 요소이다. 이러한 스프링 시트(10)는 도 9 (a)∼(c)에 나타낸 바와 같이 스프링 시트(10)의 가장자리부의 일부를 롤러의 끝부의 방향으로 연장하여 설치함으로써, 당해 연장하여 설치한 부분을 태핏 구조체에 있어서의 롤러의 회전축 방향의 이동을 규제하기 위한 규제수단(90a)으로서 구성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 이와 같이 구성함으로써, 펌프를 고속회전시킨 경우이더라도 롤러의 끝부에 의해서 펌프 하우징의 내주면에 흠집이 생기는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

또한, 스프링 시트를 이와 같이 구성한 경우에 있어서는 태핏 본체부에 설치된 당해 규제수단을 삽입하는 삽입구멍을 윤활유 등의 통과구멍으로서도 기능하게 할 수 있다.

(7) 태핏 구조체

태핏 구조체(6)는 도 10 (a)∼(b) 및 도 11 (a)∼(c)에 나타낸 바와 같이 기본적으로 블럭체로 이루어지는 보디 본체부(27a), 및 당해 보디 본체부(27a)로부터 연장되어 설치되는 원통 형상의 슬라이딩부(27b)로 이루어지는 태핏 본체부(27)와 롤러(29)로 구성되어 있고, 도 1에 나타낸 바와 같은 캠 샤프트(3) 및 그것에 이어지는 캠(60)의 회전 운동에 의해서 승강하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 도 10 (a)∼(b)는 도 9에 나타낸 스프링 시트(10)를 장착한 태핏 구조체(6)를 나타내고 있다. 또, 도 11 (a)에, 도 10에 나타낸 태핏 구조체(6)의 상면도를, 도 11 (b)에 도 11 (a) 내의 AA 단면도를, 도 11 (c)에 도 11 (a) 내의 BB 단면도를 나타낸다.

여기서, 태핏 구조체를 구성하는 태핏 본체부는 도 12 (a)∼(c)에 나타낸 바와 같이, 전체가 베어링강(鋼)으로 이루어지는 동시에, 블럭체로 이루어지는 보디 본체부(27a)와, 당해 보디 본체부(27a)의 끝부로부터 위쪽으로 연장 설치되어 이루어지는 원통 형상의 슬라이딩부(27b)로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 펌프 하우징의 원주 공간의 내주면에 적합한 외주면을 갖는 평면 원 형상인 것이 바람직하다. 그리고, 이러한 원통 형상의 슬라이딩부(27b) 내에 스프링 시트나 플런저가 삽입되는 공간이 형성되게 된다.

또, 도 12 (a)에 나타낸 바와 같이 보디 본체부(27a)에는 롤러(29)의 외주면에 적합한 내주면을 갖는 롤러 받침(28)이 설치되어 있다. 그리고, 롤러 받침(28) 및 롤러(29)의 직경이나 폭 등을 고려하여, 도 10 (b)에 나타낸 바와 같이 롤러 받침(28)의 측방으로부터 롤러(29)를 삽입할 수 있는 동시에, 당해 롤러(29)를 롤러 받침(28)이 회전 자유롭게 지지하고 있는 것이 바람직하다.

또, 도 12 (a)∼(c)에 예시한 바와 같이, 태핏 본체부(27)에, 윤활유 또는 윤활용 연료를 통과시키기 위한 연통부를 설치하는 것이 바람직하다. 더욱 구체적 으로는 연통부로서 태핏 본체부(27) 내의 통과구멍(31)이나, 당해 통과구멍(31)의 상면쪽 개구부(31a)를 포함하는 부분에 도통로(33)를 설치하는 것이 바람직하다.

그 이유는 이와 같이 통과구멍(31)이나 도통로(33)를 설치함으로써, 스프링 유지실과 캠실 사이에서 윤활유 또는 윤활용 연료를 통과시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 캠 및 플런저의 고속구동을 저해하는 일이 적어진다.

또한, 도 10 (b)에 나타낸 바와 같이, 스프링 시트의 가장자리부의 일부를 연장 설치하여, 롤러의 회전축 방향의 이동을 규제하도록 구성한 경우에는 태핏 본체부(27)에, 당해 판 형상의 규제수단(90a)을 삽입하기 위한 삽입구멍(95)이 설치된다. 따라서, 당해 삽입구멍(95)에 있어서의 판 형상의 규제수단(90a)의 주위에 간극(99)을 마련함으로써, 삽입구멍(95)을, 윤활유 등을 오가게 하는 통과구멍으로서도 기능하게 할 수 있다.

태핏 구조체를 구성하는 롤러(29)는 도 13 (a)∼(b)에 나타낸 바와 같이 핀부(29a) 및 롤러부(29b)가 일체화된 구성인 것이 바람직하다. 또, 롤러(29)는 표면 전체에 탄소처리, 예를 들어 카본 코팅 피막이 실시되어 있는 롤러 받침(28)에 대하여 측방으로부터 삽입되어 회전 자유롭게 지지되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 태핏 구조체라면, 캠 샤프트에 이어져 통하게 하는 캠의 회전에 대응하여 반복해서 장기간에 걸쳐 고속으로 왕복 운동할 수 있다.

(8) 캠

캠(60)은 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이 회전 운동을 태핏 구조체(6)를 거쳐 플런저(54)의 상하 운동으로 바꾸기 위한 주된 요소이다. 따라서, 캠(60)은 샤프트 삽입구멍(52a)에 베어링체를 거쳐 회전 자유롭게 삽입 유지되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 디젤 엔진에 이어진 캠 샤프트(3)의 구동에 의해서 회전하도록 구성되어 있다.

이 캠(60)의 외주면에는 펌프 하우징(52)의 원주 공간(30a, 30b)의 아래쪽에 위치하고, 또한 축선 방향으로 소정의 간격을 갖고 병렬하는 두 개의 캠이 일체로 설치되어 있는 것이 바람직하다.

(9) 연료흡입용 밸브 및 연료토출용 밸브

연료흡입용 밸브 및 연료토출용 밸브는 밸브 본체 및, 선단에 플랜지부를 구비한 밸브체를 갖는 동시에, 도 2에 나타낸 바와 같이 연료흡입용 밸브(73) 및 연료토출용 밸브(79)를 각각 배치하는 것이 바람직하다.

(10) 연료 윤활 시스템

또, 연료 공급용 펌프의 윤활 시스템으로서는 특별히 제한되는 것은 아니나, 연료유의 일부를 윤활성분(윤활유 연료)으로서 사용하는 연료 윤활 시스템을 채용하는 것이 바람직하다.

그 이유는 연료를 캠실 등의 윤활에 이용함으로써, 연료를 가압하여 커먼레일에 연료를 압송함에 있어서, 가령 캠실 등을 윤활하기 위한 연료의 일부가 커먼레일에 압송되는 연료에 혼합되었다고 하더라도, 이들은 동일한 성분이기 때문에, 윤활유를 캠실 등의 윤활에 이용하는 경우와 같이 윤활유에 포함되는 첨가제 등이 커먼레일에 압송되는 연료에 혼합되어 버리는 일이 없기 때문이다. 따라서, 배기가스 정화성이 저하되는 일이 적어진다.

2. 증압방식의 축압식 연료분사장치

또, 본 실시형태의 연료 공급용 펌프는 예를 들어 이하와 같은 구성을 갖는 증압방식의 축압식 연료분사장치의 일부인 것이 바람직하다.

즉, 도 14에 예시된 바와 같이 연료탱크(102), 이러한 연료탱크(102)의 연료를 공급하기 위한 피드 펌프(저압펌프; 104), 연료 공급용 펌프(고압펌프; 103), 이러한 연료 공급용 펌프(103)로부터 압송된 연료를 축압하기 위한 축압기로서의 커먼레일(106), 커먼레일(106)에서 축압된 연료를 다시 가압하기 위한 증압장치(증압 피스톤; 108), 및 연료분사장치(110)로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

(1) 연료탱크, 피드 펌프 및 연료 공급용 펌프

도 14에 예시된 연료탱크(102)의 용적이나 형태는 예를 들어 단위시간당 유량이 500∼1,500ℓ/시간 정도의 연료를 순환시킬 수 있는 것을 고려하여 정하는 것이 바람직하다.

또, 피드 펌프(104)는 도 14에 나타낸 바와 같이 연료탱크(102) 내의 연료(경유)를 연료 공급용 펌프(103)에 압송하는 것이며, 피드 펌프(104)와 연료 공급용 펌프(103) 사이에는 필터(105)가 개재되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 이 피드 펌프(104)는, 일례이기는 하나, 기어 펌프 구조를 가지며, 캠의 끝부에 부착하여, 기어의 구동을 거쳐 캠 축과 직결 또는 적당한 기어비를 거쳐 구동되고 있는 것이 바람직하다.

또, 피드 펌프(104)로부터 필터(105)를 거쳐 압송된 연료는 분사량 조정을 행하는 비례제어밸브(120)를 다시 경유하여, 연료 공급용 펌프(103)에 공급되는 것이 바람직하다.

또, 피드 펌프(104)로부터 공급된 연료는 비례제어밸브(120) 및 연료 공급용 펌프(103)에 대하여 압송되는 것 외에, 이러한 비례제어밸브(120)와 병렬적으로 설치된 오버플로우 밸브(OFV)를 거쳐 연료탱크(102)로 되돌아가도록 구성하는 것이 바람직하다. 그리고, 또한 일부의 연료는 오버플로우 밸브에 부착된 오리피스를 거쳐 연료 공급용 펌프(103)의 캠실에 압송되어, 캠실의 연료윤활유로서 사용되는 것이 바람직하다.

(2) 커먼레일

또, 커먼레일(106)의 구성은 특별히 제한되는 것이 아니라, 공지의 것이라면 사용할 수 있는데, 예를 들어 도 14에 나타낸 바와 같이 커먼레일(106)에는 복수 개의 인젝터(분사밸브; 110)가 접속되어 있어, 커먼레일(106)에서 고압으로 축압된 연료를 각 인젝터(110)로부터 내연기관(도시생략) 내에 분사하는 것이 바람직하다.

그 이유는 이와 같이 구성함으로써, 엔진의 회전수의 변동에 분사압이 영향을 받지 않고 회전수에 맞는 분사압으로 인젝터(110)를 거쳐 엔진에 연료를 분사할 수 있기 때문이다. 또한, 종래의 분사펌프 시스템에서는 엔진 회전수에 따라서 분사압력은 변화되어 버린다는 문제가 있었다.

또, 커먼레일(106)의 측단에는 압력검지기(117)가 접속되어 있어, 이러한 압력검지기(117)에서 얻어진 압력검지신호를 전자제어유닛(ECU: Electrical Controlling Unit)에 보내는 것이 바람직하다. 즉, ECU는 압력검지기(117)로부터의 압력검지신호를 받으면 전자제어밸브(도시생략)를 제어하는 동시에 검지한 압력 에 따라서 비례제어밸브의 구동을 제어하는 것이 바람직하다.

(3) 증압장치

또, 증압장치로서는 도 15에 예시된 바와 같이 실린더(155), 기계식 피스톤(증압 피스톤; 154), 수압실(受壓室; 158), 전자밸브(170), 순환로(157)를 포함하며, 그리고 기계식 피스톤(154)이 비교적 큰 면적을 갖는 수압부(152) 및 비교적 작은 면적을 갖는 가압부(156)를 각각 구비하고 있는 것이 바람직하다.

즉, 실린더(155) 내에 수용된 기계식 피스톤(154)이 당해 수압부(152)에 있어서, 커먼레일 압력을 갖는 연료에 의하여 가압되어 이동하고, 수압실(158)의 커먼레일 압력, 예를 들어 25∼100MPa 정도의 압력을 갖는 연료를, 다시 비교적 작은 면적을 갖는 가압부(156)에 의해서 가압하여, 150MPa∼300MPa 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.

또, 기계식 피스톤(154)을 가압하기 위하여, 커먼레일 압력을 갖는 연료를 대량으로 사용하는데, 가압 후에는 전자밸브(170)를 거쳐 고압펌프의 연료입구로 환류시키는 것이 바람직하다. 즉, 도 14에 나타낸 바와 같이 커먼레일 압력을 갖는 연료의 대부분은 기계식 피스톤(154)을 가압한 후, 예를 들어 라인(121)을 거쳐 고압펌프(103)의 연료입구로 환류되어, 다시 기계식 피스톤(154)을 가압하기 위하여 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 가압부(156)에 의해서 증압된 연료는 도 15에 나타낸 바와 같이 연료분사장치(연료분사노즐; 163)로 보내져서, 효율적으로 분사되어 연소되는 동시에 연료분사장치의 전자밸브(180)로부터 유출된 연료에 대해서는 연료탱크(102)로 라 인(123)을 거쳐 환류되게 된다.

따라서, 이와 같이 증압장치를 설치함으로써, 커먼레일을 과도하게 대형화하지 않고, 또한 커먼레일 압력을 갖는 연료에 의해서 임의의 시기에 효과적으로 기계식 피스톤을 가압할 수 있다.

즉, 도 16에 모식도를 나타낸 바와 같이 증압방식의 축압식 연료분사장치에 의하면, 기계식 피스톤에 비교적 큰 면적의 수압부와 비교적 작은 면적의 가압부를 구비하는 동시에 기계식 피스톤의 스트로크량을 고려함으로써, 가압손실을 적게 하고, 커먼레일 압력을 갖는 연료를 원하는 값으로 효율적으로 증압하는 것이 가능하다.

더욱 구체적으로는 커먼레일로부터의 연료(압력 : p1, 체적 : V1, 일량 : W1)를, 비교적 큰 면적을 갖는 수압부에 의하여 받고, 비교적 작은 면적을 갖는 가압부를 구비한 기계식 피스톤에 의하여 더욱 고압의 연료(압력 : p2, 체적 : V2, 일량 : W2)로 할 수 있다.

(4) 연료분사장치

(4)-1 기본적 구조

또, 연료분사장치(인젝터; 110)의 형태는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 도 15에 예시된 바와 같이 니들밸브체(162)가 착좌하는 착좌면(164)과, 이 착좌면(164)의 밸브체와 맞닿는 부위보다 하류쪽에 형성되는 분사구멍(165)을 갖는 노즐 보디(163)를 구비하고, 니들밸브체(162)의 리프트 시에 착좌면(164)의 상류쪽으로부터 공급되는 연료를 분사구멍(165)으로 유도하는 구성인 것이 바람직하다.

또, 이와 같은 연료분사노즐(166)은 스프링(161) 등에 의해서 니들밸브체(162)를 착좌면(164)으로 향하여 항상 가세해 두고, 니들밸브체(162)를 솔레노이드(180)의 통전/비통전의 전환에 의해서 개폐하는 전자밸브형인 것이 바람직하다.

(4)-2 분사 타이밍 차트

또, 고압연료의 분사 타이밍 차트에 관하여, 도 17에 예시한 바와 같이 실선 A로 나타난 것과 같은 2단계의 분사상태를 갖는 연료분사 차트를 나타내는 것이 바람직하다.

그 이유는 커먼레일 압력과 증압장치(증압 피스톤)에 있어서의 증압의 조합에 의하여 이러한 2단계의 분사 타이밍 차트를 달성할 수 있고, 그에 의해서 연료의 연소효율을 높이는 동시에 배기가스를 정화시킬 수 있기 때문이다.

또, 본 발명에 의하면 커먼레일 압력과 증압장치(증압 피스톤)에 있어서의 증압 타이밍의 조합에 의하여, 도 17 내의 점선 B로 나타난 바와 같은 연료분사 차트를 나타내는 것도 바람직하다.

또한, 증압장치(증압 피스톤)을 사용하지 않는 경우에는, 즉 종래의 분사 타이밍 차트는 도 17 내의 점선 C로 나타난 바와 같이 저분사량의 1단계의 분사 타이밍 차트가 된다.

본 발명의 연료 공급용 펌프에 의하면, 소정의 통 간 연결부를 설치함으로써, 복수 개의 스프링 유지실 사이를, 윤활유 또는 윤활용 연료를 신속하고도 원활하게 오가게 할 수 있게 되었다. 그 때문에, 펌프를 고속회전시킨 경우이더라도 윤활유 등에 의하여 플런저의 고속구동이 저해되는 일이 적어졌다. 따라서, 본 발명의 연료 공급용 펌프는 증압방식의 축압식 연료분사장치에 사용되는 연료 공급용 펌프로서 적절하게 사용할 수 있다.

부호의 설명

3 : 캠 샤프트 6 : 태핏 구조체

10 : 스프링 시트 12 : 스프링 유지부

14 : 플런저 부착부 27 : 태핏 본체부

27a : 보디 본체부 27b : 슬라이딩부

28 : 롤러 받침 29 : 롤러

30 : 수용부 31 : 통과구멍(연통부)

33 : 도통로 40 : 통 간 연결부

50 : 연료 공급용 펌프 52 : 펌프 하우징

53 : 플런저 배럴(실린더) 54 : 플런저

60 : 캠 73 : 연료 공급밸브

74 : 연료압축실

100 : 증압방식의 축압식 연료분사장치

102 : 연료탱크 103 : 연료 공급용 펌프(고압펌프)

104 : 피드 펌프(저압펌프) 106 : 커먼레일

108 : 피스톤 증압장치(증압 피스톤) 110 : 인젝터

120 : 비례제어밸브 152 : 수압부

154 : 기계식 피스톤 155 : 실린더

156 : 가압부 158 : 수압실

166 : 연료분사노즐

Claims (7)

1. 펌프 하우징 내에, 복수의 플런저 배럴, 플런저, 태핏 구조체를 구비하며, 연료 압축실 내에 유입한 연료를 플런저에 의해 가압하여 압송하는 연료 공급용 펌프에 있어서,

   상기 펌프 하우징에는 상기 복수의 플런저 배럴을 병렬 배치하기 위한 복수의 수용부가 마련되고, 상기 태핏 구조체는 상기 수용부 내를 접동하고, 상기 연료를 상기 연료 압축실에 유입시킬 때에 상기 태핏 구조체가 하강하는 한편, 상기 연료 압축실 내의 연료를 가압할 때에 상기 태핏 구조체가 상승하여, 상기 플런저를 밀어 올리도록 되어 있으며,

   상기 복수의 수용부의 사이에, 윤활유 또는 윤활용 연료를 통과시키기 위한 통간 연결부를 마련하는 것을 특징으로 하는

   연료 공급용 펌프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 통간 연결부를 상기 태핏 구조체의 상승위치보다 높은 위치에 마련하는 것을 특징으로 하는

   연료 공급용 펌프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 통간 연결부를, 상기 복수의 플런저 배럴의 배치 방향에 대하여 수직으로 마련하거나 또는 경사지게 하여 마련하는 것을 특징으로 하는

   연료 공급용 펌프.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 통간 연결부의 단면적을 10∼350㎟ 범위 내의 값으로 하는 것을 특징으로 하는

   연료 공급용 펌프.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 통간 연결부의 도중에 밸브를 마련하는 것을 특징으로 하는

   연료 공급용 펌프.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 태핏 구조체에, 윤활유 또는 윤활용 연료를 통과시키기 위한 연통부를 마련하는 것을 특징으로 하는

   연료 공급용 펌프.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 연료 공급용 펌프는, 단위시간당 유량이 500∼1,500ℓ/시간인 연료를, 50MPa 이상의 값으로 가압하기 위한 증압 방식의 축압식 연료분사장치에 이용되는 것을 특징으로 하는

   연료 공급용 펌프.

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