KR100992227B1 - 디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치 - Google Patents

디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치에 관한 것으로, 그 목적은 배럴포트의 차단을 위한 정압밸브를 연료분사펌프의 디플렉터 또는 배럴에 설치하여 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트 내 연료의 압력을 상승시킴으로써 연료의 압축 말기과정에서 배럴포트의 열림 전후에 발생하는 분수형태 또는 제트형태 캐비테이션의 발생을 방지하고, 이로 인하여 연료분사펌프의 플런저 및 배럴포트에 주로 발생하는 캐비테이션에 의한 침식 손상을 방지할 수 있는 디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 연료의 유입 및 유출을 위한 연료흡입밸브와 배럴포트를 각각 갖는 디젤엔진 연료분사펌프에서 상기 배럴포트를 개폐하도록 배럴포트에 배치되어 플런저의 상향 이동에 의한 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트를 차단하여 내부의 압력을 상승시키는 밸브부재; 상기 밸브부재를 지지하도록 펌프 하우징의 디플렉터 또는 배럴에 설치되는 밸브 하우징; 및 상기 밸브부재와 밸브 하우징의 사이에 위치하도록 설치되어 밸브부재를 탄성지지 하는 스프링으로 이루어진 정압밸브로 구성되어 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트를 차단하여 배럴포트의 압력을 상승시킴으로써 연료의 압축 말기과정에서 배럴포트의 열림 전후에 배럴포트와 펌프실의 압력 차이에 의하여 캐비테이션이 발생하는 것을 방지하되, 배럴포트내 연료의 압력이 개방압력을 넘어서게 되면 배럴포트를 개방하여 연료의 유출이 이루어지게 하는 디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.
연료분사펌프, 캐비테이션, 정압밸브, 배럴포트

Description

디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치{Prevention device of cavitation erosion damage in the fuel injection pump of the diesel engine}
본 발명은 디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치에 관한 것으로, 연료분사펌프의 디플렉터 또는 배럴의 측면에 정압밸브를 설치하여 연료의 압축 말기과정에서 배럴포트의 열림 전후에 발생하는 분수형태 또는 제트형태 캐비테이션의 발생을 방지함으로써 플런저 및 배럴포트에 주로 발생하는 캐비테이션에 의한 손상을 방지할 수 있도록 한 디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진이라 함은 실린더 안으로 공기를 흡입하고, 이를 압축해서 고온/고압으로 한 다음, 여기에 액체연료를 분사하여 자연발화시킴으로써 피스톤을 작동시켜 동력을 얻는 내연기관의 하나이다. 이러한 디젤엔진은 연료의 유입 방식에 따라 직접분사식(direct injection type), 예연소식(precombustion chamber type), 와류실식(swirl chamber type), 공기실식(air chamber type)으로 구분될 수 있으며, 이중 상기 직접분사식은 연료를 고압으로 연소실 내로 직접 분사시키는 방식으로써 크게 연료분사펌프와 연료밸브(인젝터) 및 연결관으로 연료분사장치가 구 성된다. 아울러 연료분사펌프와 인젝터가 직접 결합된 형태인 유니트 인젝터(unit injector)도 연료분사장치로 사용되고 있다.
상기 연료분사펌프는 연료를 고압으로 압축하여 인젝터로 전달하는 장치로서, 연소성능의 향상 및 배기가스 저감을 목적으로 연료분사압력은 갈수록 고압화되는 추세에 있다. 이에 따라 연료분사펌프를 구성하는 배럴의 배럴포트 및 플런저에 캐비테이션 침식(Erosion)손상이 발생하여 심각한 문제를 야기하게 되었다. 즉, 연료가 상대적으로 낮은 압력으로 분사될 때에도 캐비테이션 현상은 발생되고 있으나, 캐비테이션 강도가 약해 손상 정도가 심각하지 않고, 또한 부분적으로 손상이 발생되므로, 손상 형태에 따라 설계 개선 또는 손상 부품의 재질을 변경함으로써 쉽게 손상 방지 대책을 수립할 수 있었다. 그러나 연료분사압력이 고압화 됨에 따라 캐비테이션 강도 역시 증가하여 배럴의 배럴포트 및 플런저에 캐비테이션 손상이 복합적으로 발생하게 되고, 손상의 정도 역시 상당히 심해지고 있으나, 종래에는 캐비테이션 손상의 원인에 대한 명확한 규명 없이 기존의 경험에 의존한 설계 변경 또는 재질 변경 등의 방법을 이용하여 캐비테이션에 의한 손상을 방지하고자 하였다.
예로써, 대한민국 공개특허공보 제2001-0020139호는 배럴의 벽에 형성된 전환 홀들에 오리피스부재를 설치하여 오리피스부재와 플런저 사이의 공간에 상당히 증가된 압력이 형성되게 함으로써, 플런저의 상단 모서리부에 인접한 영역에서 캐비테이션이 발생되는 것을 방지하는 연료분사펌프를 개시하고 있다. 또한 일본공개특허공보 평7-269442호는 분류와 연료 유출 구멍의 형상과의 상호 관계에 따라 플 런저의 손상이 발생되는 것으로 생각하고, 배럴의 연료유출구멍에 인접하게 공동 파괴용 작은 구멍을 형성하여 플런저의 손상을 방지하는 연료분사펌프의 캐비테이션 방지기구를 개시하고 있다. 또한 일본공개특허공보 평7-54735호는 연료의 흡입과정에서 배럴포트가 닫히기 직전에 캐비티가 발생하여 잔류하게 되고, 이후 배럴포트로부터 유출되는 연료가 디플렉터에 충돌함으로써 발생되는 충격파가 잔류한 캐비티에 충돌하여 캐비테이션에 의한 손상이 발생되는 것으로 생각하고, 유출되는 연료의 압력에 따라 열리거나 닫히는 수용구를 디플렉터의 끝단에 형성하고, 이 수용구를 통해 유입되는 연료가 배럴의 외부로 분산되도록 하는 내연기관의 스필 디플렉터를 개시하고 있다. 또한 일본공개특허공보 평5-340322호는 캐비테이션에 의한 손상원인을 명확하게 밝히진 않았으나, 배럴포트에 잔류하는 기포에 의해 손상이 발생되는 것으로 생각하고, 배럴 포트의 외측에 기포가 체류하지 못하는 형상의 연료 출입용 구멍을 가진 보호부재를 설치하고, 연료 분사 종료시에 배럴 포트로부터 유출되는 연료가 보호부재의 연료 출입용 구멍의 내면에 비스듬히 부딪히도록 구성된 내연 기관의 연료분사장치를 개시하고 있다.
상기와 같이 연료의 분사압력이 고압화 됨에 따라 배럴의 배럴포트 및 플런저 등에 복합적으로 발생되는 캐비테이션 손상 문제를 해결하기 위하여 다양한 설계 개선 방안이 제시되고 있으나, 손상 원인에 대한 명확한 규명 없이 주로 손상 형태에 따른 경험에 의존하고 있으므로 근본적인 대책을 제시하지 못하는 문제점이 발생되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 배럴포트의 차단을 위한 정압밸브를 연료분사펌프의 디플렉터 또는 배럴에 설치하여 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트 내 연료의 압력을 상승시킴으로써 연료의 압축 말기과정에서 배럴포트의 열림 전후에 발생하는 분수형태 또는 제트형태 캐비테이션의 발생을 방지하고, 이로 인하여 연료분사펌프의 플런저 및 배럴포트에 주로 발생하는 캐비테이션에 의한 침식 손상을 방지할 수 있는 디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치는 연료의 유입 및 유출을 위한 연료흡입밸브와 배럴포트를 각각 갖는 디젤엔진 연료분사펌프에서 상기 배럴포트를 개폐하도록 배럴포트에 배치되어 플런저의 상향 이동에 의한 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트를 차단하여 내부의 압력을 상승시키는 밸브부재; 상기 밸브부재를 지지하도록 펌프 하우징의 디플렉터 또는 배럴에 설치되는 밸브 하우징; 및 상기 밸브부재와 밸브 하우징의 사이에 위치하도록 설치되어 밸브부재를 탄성지지 하는 스프링으로 이루어진 정압밸브로 구성되어 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트를 차단하여 배럴포트의 압력을 상승시킴으로써 연료의 압축 말기과정에서 배럴포트의 열림 전후에 배럴포트와 펌프실의 압력 차이에 의하여 캐비테 이션이 발생하는 것을 방지하되, 배럴포트내 연료의 압력이 개방압력을 넘어서게 되면 배럴포트를 개방하여 연료의 유출이 이루어지게 하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치는 디젤엔진 연료분사펌프에서 배럴포트를 개폐하도록 배럴포트에 배치되되, 펌프실과 연료공급실을 소통하는 유로가 구비된 밸브부재와, 상기 밸브부재를 지지하도록 펌프 하우징의 디플렉터에 설치된 밸브 하우징과, 상기 밸브부재와 밸브 하우징의 사이에 위치하도록 설치되어 밸브부재를 탄성지지하는 스프링으로 이루어져 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트를 차단하여 배럴포트의 압력을 상승시키고 배럴포트 내 연료 압력이 개방압력을 넘어서면 배럴포트를 개방하는 정압밸브; 및 상기 밸브부재의 유로를 개폐하도록 밸브부재에 설치된 볼과, 상기 볼을 탄성지지하도록 밸브부재의 내부에 설치된 스프링으로 이루어지되, 상기 정압밸브와는 반대방향으로 연료의 흐름을 허용하는 체크밸브로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치는 디젤엔진 연료분사펌프에서 배럴포트를 개폐하도록 배럴포트에 배치되어 플런저의 상향 이동에 의한 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트를 차단하여 내부의 압력을 상승시키는 밸브부재와, 상기 밸브부재를 지지하도록 펌프 하우징의 디플렉터 또는 배럴에 설치되는 밸브 하우징과, 상기 밸브부재와 밸브 하우징의 사이에 위치하도록 설치되어 밸브부재를 탄성지지 하는 스프링으로 이루어져 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트를 차단하여 배럴포트의 압력을 상승시키고 배럴포트 내 연료 압력이 개방압력을 넘어서면 배럴포트를 개방하는 정압밸브; 상기 배럴포트의 이웃한 위치에서 연료공급실과 펌프실을 소통하여 연료의 유입기능을 하도록 형성되되, 연료의 분사 종료 과정에서 상기 배럴포트에 비하여 늦게 개방이 이루어지도록 형성된 연료유입포트로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 연료의 압축 초기과정 중 정압밸브를 이용하여 배럴포트를 차단하여 배럴포트 내 연료의 압력을 상승시킴으로써 연료의 압축 말기과정에서 배럴포트의 열림 전후에 발생하는 분수형태 또는 제트형태 캐비테이션의 발생을 원천적으로 방지하여 플런저나 배럴포트에 발생하는 침식손상을 방지할 수 있게 되었다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 연료분사펌프의 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트가 닫히기 전에 발생하는 제트타입 캐비테이션을 나타낸 상태도를, 도 2는 연료분사펌프의 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트가 닫힌 후에 발생하는 폭포형 캐비테이션을 나타낸 상태도를, 도 3은 연료분사펌프의 연료의 압축 말기과정에서 배럴포트가 열리기 전에 발생하는 분수형 캐비테이션을 나타낸 상태도를, 도 4는 연료분사펌프의 연료의 압축 말기과정에서 배럴포트가 열린 후에 발생하는 제트타입 캐비테이션을 나타낸 상 태도를 도시하고 있다.
연료분사펌프의 연료의 압축 초기과정에서 발생하는 제트타입 캐비테이션(10)(jet type cavitation) 및 폭포형 캐비테이션(20)(waterfall type cavitation)은 연료분사펌프의 압력이 상대적으로 낮아 캐비테이션의 강도 및 발생량이 작으므로 크게 문제되지는 않으나, 연료의 압축 말기과정에서 배럴포트가 열리기 전에 발생하는 분수형 캐비테이션(30)(fountain-like cavitation)은 연료의 압력이 높은 상태에서 발생되므로 플런저의 벽면을 따라 많은 양의 캐비티를 발생시키게 되고, 이처럼 발생된 캐비티는 플런저의 표면 주변에 잔존하게 된다. 한편 연료의 압축 말기과정에서 배럴포트가 열린 후에 발생하는 제트타입 캐비테이션(40)은 연료분사압력이 최대인 순간에 발생하므로 캐비테이션의 강도가 강하고 유동속도가 상당히 크므로 배럴포트에 직접적인 손상을 일으킬 뿐만 아니라, 배럴포트에 부딪치는 순간 급격한 압력 상승을 일으키게 되고, 이러한 압력 상승이 분수형 캐비테이션(30)에 의해 플런저 주변에 형성된 캐비티들을 붕괴시켜 플런저의 손상이 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 캐비테이션에 의한 침식손상의 원인을 명확하게 파악하고, 이러한 캐비테이션에 의한 손상을 방지하고자 정압밸브로써 배럴포트를 차단하여 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트 내 연료의 압력을 상승시킴으로써 연료의 압축 말기과정에서 배럴포트의 열림 전후에 발생하는 분수형 캐비테이션(30) 및 제트타입 캐비테이션(40)의 발생을 원천적으로 방지토록 한 것에 본 발명의 특징이 있다.
한편 배럴포트를 차단하도록 설치되는 정압밸브는 공지의 정압밸브와 마찬가지로 어느 한 방향으로 연료가 흐르는 것은 완전히 차단하고, 나머지 다른 한 방향으로는 개방압력 이상의 조건을 만족한 경우에만 연료의 흐름을 허용하는 것으로, 본 발명의 정압밸브는 연료공급실부터 펌프실로 연료가 유입되는 것은 완전히 차단하고, 펌프실로부터 연료공급실로 연료가 유출되는 것은 연료의 압력이 정압밸브의 개방압력 이상의 조건을 만족하는 경우에만 허용하도록 구성된다.
상기와 같은 정압밸브의 기본적은 기능은 이하 설명될 제1 실시예와 제2 실시예 및 제3 실시예 모두 동일하다. 다만 제1 실시예는 정압밸브의 설치로 인하여 연료의 유입기능을 상실한 배럴포트를 대신하여 별도의 연료흡입밸브가 구비된 연료분사펌프를 대상으로 하는 것에 차이고 있고, 제2 실시예는 정압밸브 내부에 반대방향의 체크밸브가 설치되어 배럴포트를 통해 연료의 유입이 이루어질 있도록 한 것에 차이가 있으며, 제3 실시예는 배럴포트의 이웃한 위치에 연료의 유입을 위한 연료유입포트를 구비하는 것에 차이를 갖는 것으로, 이하 각각의 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하도록 한다.
[제1 실시예]
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지장치가 적용된 연료분사펌프의 요부구조를 나타낸 단면도를 도시하고 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지장치는 연료의 유입을 위한 연료흡입밸브(105)와 연료의 유출을 위한 배럴포트(104)가 각각 구비된 연료분 사펌프를 적용 대상으로 하는 것으로, 이처럼 연료흡입밸브(105)와 배럴포트(104)를 각각 구비하는 연료분사펌프로는 주로 대형선박에 사용되는 디젤엔진의 연료분사펌프가 있으며, 도 5에는 연료분사펌프의 측면에 연료흡입밸브(105)가 구비된 구성이 도시되어 있다.
한편 제1 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지장치는 밸브부재(111)와 밸브 하우징(112) 및 스프링(113)으로 이루어진 정압밸브(110)로 구성되어 있다.
상기 밸브부재(111)는 배럴포트(104)에 배치되어 펌프실(107) 내 연료의 압력 또는 스프링(113)의 탄성력에 의해 이동하며 배럴포트(104)를 개폐하는 것이다.
상기 밸브 하우징(112)은 밸브부재(111)를 지지하는 것으로, 펌프 하우징(101)의 디플렉터(106)에 설치될 수 있다. 한편 도 5에는 디플렉터(106)에 밸브부재(111)가 삽입되는 홈을 형성하여 밸브 하우징(112)을 디플렉터(106)에 일체형으로 형성한 구성이 개시되어 있다.
이와 같은 밸브 하우징(112)은 밸브부재(111)를 지지함에 있어 배럴포트(104) 내의 연료 압력이 개방압력 이상으로 상승할 경우, 배럴포트(104)의 개방을 위하여 밸브부재(111)가 이동할 수 있도록 밸브부재(111)를 이동 가능한 구조로 지지하게 된다.
상기 스프링(113)은 밸브부재(111)와 밸브 하우징(112)의 사이에 설치되어 밸브부재(111)를 탄성지지하는 것이다. 이러한 스프링(113)의 탄성력에 의하여 정압밸브(110)의 개방압력이 조절되므로, 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트(104) 내 연료의 압력이 원하는 설계압력으로 형성될 수 있도록 적절한 탄성력을 갖는 스 프링(113)을 선정하여 사용하게 된다.
상기와 같은 스프링(113)에 의하여 조절되는 정압밸브(110)의 개방압력은 캐비테이션의 발생을 억제할 수 있는 압력조건과, 연료분사의 종료시기에서 배럴포트(104)를 통해 연료가 연료공급실(108)로 유출되는 과정에서 연료의 분사특성에 크게 영향을 미치지 않는 압력조건 사이에서 결정되는 것이 바람직하다.
한편 밸브부재(111)에는 밸브 하우징(112)의 내부와 외부의 압력균형을 유지하는 위한 다수개의 밸런스홀(111-1)이 형성되어 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 정압밸브(110)가 설치된 연료분사펌프의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.
플런저(103)의 하강시 연료흡입밸브(105)를 통하여 펌프실(107)로의 연료흡입이 이루어지게 되며, 펌프실(107)로 유입되는 연료는 정압밸브(110)에 의하여 출구측이 차단된 배럴포트(104)의 내부에도 채워지게 된다.
한편 플런저(103)가 미도시된 캠에 의하여 상승하면서 연료를 압축하기 시작하면, 펌프실(107) 내부의 압력은 상승되며, 플런저(103)에 의하여 배럴포트(104)의 차단이 이루어지는 프리스트로크 전까지 배럴포트(104)로 유입되는 연료는 펌프실(107)의 연료와 마찬가지로 압축되면서 압력이 상승하게 된다. 이때 연료의 압력이 배럴포트(104)를 차단하고 있는 정압밸브(110)의 개방압력 이상이 되면 밸브가 열리게 되고 개방압력 이하가 되면 밸브가 닫히게 되므로, 배럴포트(104) 내 연료의 압력은 정압밸브(110)의 개방압력보다 약간 낮은 압력으로 형성되게 된다.
플런저(103)가 계속 상승하여 연료의 압축 말기과정에서 플런저(103)가 유효스트로크에 도달하기 전에는 플런저(103)의 캐비태이션 손상 원인이 되는 분수형태의 캐비테이션이 플런저(103) 벽을 타고 발생하게 되는데, 본 발명의 경우, 정압밸브(110)에 의하여 배럴포트(104)가 차단되어 있어 배럴포트(104) 내 연료의 압력이 높아진 상태이므로 분수형태 캐비테이션의 발생 자체가 방지됨에 따라 캐비테이션에 의한 플런저(103) 벽면의 침식손상을 방지할 수 있게 된다.
또한 플런저(103)가 유효스트로크에 도달한 이후에는, 펌프실(107) 내부의 고압의 연료가 배럴포트(104)로 급격히 유출되며 제트타입 캐비테이션이 발생하게 되고, 이는 배럴포트(104) 및 디플렉터(106) 등을 손상시키는 원인이 되나, 본 발명의 경우, 정압밸브(110)에 의하여 배럴포트(104) 내 연료의 압력이 높아진 상태이므로 제트형태 캐비테이션의 발생 자체가 방지됨에 따라 캐비테이션에 의한 배럴포트(104)나 디플렉터(106)의 침식손상을 방지할 수 있게 된다.
한편 상기 언급된 유효스트로크란 연료의 압축 초기에 플런저(103)의 상부에 의해 배럴포트(104)가 닫히는 순간부터 연료의 압축 말기에 플런저(103)의 하부 리드홈(103-2)에 의해 배럴포트(104)가 다시 열리는 순간까지의 연료의 압축 행정을 의미하는 것이다.
상기와 같이 배럴포트(104)를 차단하는 정압밸브(110)는 플런저(103)의 유효스트로크 이후 배럴포트(104)로 유출되는 고압 연료에 의하여 배럴포트(104)내 연료의 압력이 증가하여 개방압력을 넘어서게 되면, 밸브부재(111)가 이동하여 배럴포트(104)를 개방함으로써 펌프실(107) 내의 잔여연료를 연료공급실(108)로 배출하 고 연료의 분사과정을 종료하게 된다.
상기와 같이 연료의 분사종료 시기에 정압밸브(110)가 개방되는 과정에서 고속의 연료유동을 완충시켜주는 역할도 하게 되므로, 고속 유동에 의한 침식손상 역시 완화시켜주는 부가적인 효과도 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지장치가 배럴에 설치된 연료분사펌프의 요부구조를 나타낸 단면도를 도시하고 있다.
상기와 같은 제1 실시예의 캐비테이션 손상방지장치는 연료분사펌프의 배럴(102)에 정압밸브(110)의 설치를 위한 충분한 공간 확보가 가능한 경우, 배럴(102)에 설치될 수도 있다.
이때 정압밸브(110)는 앞서 설명된 바와 같이, 밸브부재(111)와 밸브 하우징(112) 및 스프링(113)으로 구성되어 배럴포트(104)를 차단함으로써 배럴포트(104)의 압력을 높여 캐비테이션의 발생을 방지하는 구성 및 작용에 있어서는 전술한 바와 같다. 다만 이 경우 상기 밸브 하우징(112)에는 밸브부재(111)의 이동으로 인하여 배럴포트(104)가 개방된 경우, 연료공급실(108)로 연료가 유출될 수 있도록 하기 위한 유로(112-1)가 밸브 하우징(112)에 더 형성되어 있다.
[제2 실시예]
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지장치가 적용된 연료분사펌프의 요부구조를 나타낸 단면도를 도시하고 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지장치는 연료분사펌프에 연료흡입밸브가 없거나 또는 연료분사시기 조절 등의 목적으로 배럴포트(104)를 통해 연료가 유입될 필요가 있는 경우, 즉 배럴포트를 통해 연료의 유입 및 유출 기능이 모두 이루어지는 연료분사펌프를 적용 대상으로 하는 것이다.
이러한 제2 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지장치는 배럴포트(104)를 개폐하도록 설치되는 정압밸브(210)와, 정압밸브(210)에 내장되어 배럴포트(104)를 통한 연료의 유입을 허용토록 하는 체크밸브(220)로 구성된다.
상기 정압밸브(210)는 배럴포트(104)를 개폐하도록 배치되되, 연료공급실(108)과 펌프실(107)을 소통하는 유로(211-1)가 구비된 밸브부재(211)와, 상기 밸브부재(211)를 지지하도록 펌프 하우징(101)의 디플렉터(106)에 설치된 밸브 하우징(212)과, 상기 밸브부재(211)와 밸브 하우징(212)의 사이에 설치된 스프링(213)으로 구성되어 있다.
상기 체크밸브(220)는 정압밸브(210)와는 반대 방향으로 유로를 개폐하는 것으로, 연료공급실(108) 내의 연료의 압력이 개방압력에 도달한 경우 밸브부재(211)에 구비된 유로(211-1)를 개방하여 연료공급실(108)의 연료가 펌프실(107)로 공급될 수 있도록 하는 반면, 펌프실(107) 내의 연료는 밸브부재(211)에 구비된 유로(211-1)를 통하여 유출되지 못하도록 하는 것이다. 이러한 체크밸브(220)는 밸브부재(211)에 구비된 유로(211-1)를 개폐하도록 밸브부재(211)에 설치된 볼(221)과, 상기 볼(221)을 탄성지지하도록 밸브부재(211)에 설치되는 스프링(222)으로 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 제2 실시예의 캐비테이션 손상방지장치는 연료의 흡입을 위하여 플런저(103)가 하강하는 과정에서 펌프실(107)의 압력이 연료공급실(108)의 압력보다 낮아지게 되면서 볼(221)이 이동하여 밸브부재(211)의 유로(221-1)를 개방함으로써 배럴포트(104)를 통한 연료의 유입이 이루어지게 된다.
반면, 연료의 분사를 위하여 플런저(103)가 상승할 경우, 배럴포트(104) 내의 압력이 상승하게 되므로 체크밸브(220)는 밸브부재(211)의 유로(211-1)를 차단하게 된다.
이처럼 연료의 분사를 위한 플런저(103)의 상승과정에서 체크밸브(220)에 의하여 밸브부재(211)의 유로(211-1)가 차단되면, 정압밸브(210)는 앞서 설명된 제1 실시예의 정압밸브(110)와 동일한 작용을 하게 됨으로써 캐비테이션에 의한 침식손상을 방지할 수 있게 된다.
[제3 실시예]
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지장치가 적용된 연료분사펌프의 요부구조를 나타낸 단면도를 도시하고 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지장치는 연료분사펌프에 연료흡입밸브가 없거나 또는 연료분사시기 조절 등의 목적으로 배럴포트를 통해 연료가 유입될 필요가 있음에도 불구하고, 제2 실시예와 같이 정압밸브 내부에 반대방향의 체크밸브를 추가로 설치할 공간의 확보가 어려운 연료분사펌프를 적용 대상으로 하는 것이다.
이러한 제3 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지장치는 배럴포트(104)를 개폐하도록 설치되는 정압밸브(310)와, 상기 정압밸브(310)에 의하여 차단된 배럴포트(104)의 이웃한 위치에 형성되어 연료공급실(108)의 연료가 펌프실(107)로 공급되게 하는 연료유입포트(320)로 구성된다.
한편 상기 정압밸브(310)는 밸브부재(311)와 밸브 하우징(312) 및 스프링(313)으로 구성되며, 이러한 정압밸브(310)의 구성은 제1 실시예와 동일하게 구성되는 바, 구성 및 작용에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 연료유입포트(320)는 연료공급실(108)과 펌프실(107)을 소통하여 연료의 유입 기능을 하도록 형성되되, 연료의 분사 종료 과정에서 배럴포트(104)에 비하여 늦게 개방이 이루어지도록 형성된다.
도 9는 본 발명에 따른 연료유입포트의 위치를 명확히 하기 위하여 플런저를 전개하여 나타낸 도면이다.
연료분사펌프의 플런저(103)의 외측에는 세로홈(103-1)과 리드홈(103-2)이 형성되어 있으며, 상기 세로홈(103-1)과 리드홈(103-2)은 연료의 분사 종료 과정에서 펌프실(107) 내의 연료가 연료공급실(108)로 유출되도록 펌프실(107)과 배럴포트(104)를 연결하는 기능을 제공하게 된다.
한편 상기 리드홈(103-2)은 플런저(103)의 외측에서 비스듬하게 경사진 구조를 갖도록 형성되어 있으므로, 리드홈(103-2)의 구조를 고려하여 연료유입포트(320)의 위치를 도면 상 배럴포트(104)의 우측 또는 상부에 위치하도록 형성하게 되면, 플런저(103)의 유효스트로크 직후 리드홈(103-2)에 의하여 먼저 개방되는 배 럴포트(104)를 통하여 고압 연료의 유출이 이루어지게 되고, 이때 배럴포트(104)를 차단하는 정압밸브(110)에 의하여 캐비테이션의 발생은 억제된다.
한편 연료유입포트(320)의 경우 배럴포트(104)를 통해 연료의 유출이 대부분 이루어진 후 개방되므로, 고압연료의 유출에 따른 캐비테이션 손상의 위험은 없어지게 된다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지자치가 배럴에 설치된 연료분사펌프의 요구구조를 나타낸 단면도를 도시하고 있다.
상기와 같은 제3 실시예의 캐비테이션 손상방지장치는 연료분사펌프의 배럴(102)에 정압밸브(310)의 설치를 위한 충분한 공간 확보가 가능한 경우, 정압밸브(310)를 배럴(102)에 설치하는 것으로 구성될 수도 있다.
이때 정압밸브(310)는 앞서 설명된 바와 같이, 밸브부재(311)와 밸브 하우징(312) 및 스프링(313)으로 구성되어 배럴포트(304)를 차단함으로써 배럴포트(104)의 압력을 높여 캐비테이션의 발생을 방지하는 구성 및 작용에 있어서는 전술한 바와 같다. 다만 이 경우 상기 밸브 하우징(312)에는 밸브부재(311)의 이동으로 인하여 배럴포트(104)가 개방된 경우, 연료공급실(108)로 연료가 유출될 수 있도록 하기 위한 유로(312-1)가 밸브 하우징(312)에 더 형성되어 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1 은 연료분사펌프의 연료의 압축초기에 발생하는 제트타입 캐비테이션을 나타낸 상태도,
도 2 는 연료분사펌프의 연료의 압축초기에 발생하는 폭포형 캐비테이션을 나타낸 상태도,
도 3 은 연료분사펌프의 연료의 압축말기에 배럴포트가 열리기 전에 발생하는 분수형 캐비테이션을 나타낸 상태도,
도 4 는 연료분사펌프의 연료의 압축말기에 배럴포트가 열린 후에 발생하는 제트타입 캐비테이션을 나타낸 상태도,
도 5 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지장치가 적용된 연료분사펌프의 요부구조를 나타낸 단면도,
도 6 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지장치가 배럴에 설치된 연료분사펌프의 요부구조를 나타낸 단면도,
도 7 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지장치가 적용된 연료분사펌프의 요부구조를 나타낸 단면도,
도 8 은 본 발명의 제3 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지장치가 적용된 연료분사펌프의 요부구조를 나타낸 단면도,
도 9 는 본 발명에 따른 연료유입포트의 위치를 명확히 하기 위하여 플런저를 전개하여 나타낸 도면,
도 10 은 본 발명의 제3 실시예에 따른 캐비테이션 손상방지자치가 배럴에 설치된 연료분사펌프의 요구구조를 나타낸 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(101) : 펌프 하우징 (102) : 배럴
(103) : 플런저 (104) : 배럴포트
(105) : 연료흡입밸브 (106) : 디플렉터
(110) : 정압밸브 (111) : 밸브부재
(112) : 밸브 하우징 (113) : 스프링
(210) : 정압밸브 (211) : 밸브부재
(211-1) : 유로 (212) : 밸브 하우징
(213) : 스프링 (220) : 체크밸브
(221) : 볼 (222) : 스프링
(310) : 정압밸브 (311) : 밸브부재
(312) : 밸브 하우징 (313) : 스프링
(320) : 연료유입포트

Claims (3)

  1. 연료의 유입 및 유출을 위한 연료흡입밸브(105)와 배럴포트(104)를 각각 갖는 디젤엔진 연료분사펌프에서 상기 배럴포트(104)를 개폐하도록 배럴포트(104)에 배치되어 플런저(103)의 상향 이동에 의한 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트(104)를 차단하여 내부의 압력을 상승시키는 밸브부재(111);
    상기 밸브부재(111)를 지지하도록 펌프 하우징(101)의 디플렉터(106) 또는 배럴(102)에 설치되는 밸브 하우징(112); 및
    상기 밸브부재(111)와 밸브 하우징(112)의 사이에 위치하도록 설치되어 밸브부재(111)를 탄성지지 하는 스프링(113)으로 이루어진 정압밸브(110)로 구성되어 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트(104)를 차단하여 배럴포트의 압력을 상승시키고 배럴포트 내 연료 압력이 개방압력을 넘어서면 배럴포트를 개방하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치.
  2. 디젤엔진 연료분사펌프에서 배럴포트(104)를 개폐하도록 배럴포트(104)에 배치되되, 펌프실(107)과 연료공급실(108)을 소통하는 유로(211-1)가 구비된 밸브부재(211)와, 상기 밸브부재(211)를 지지하도록 펌프 하우징(101)의 디플렉터(106)에 설치된 밸브 하우징(212)과, 상기 밸브부재(211)와 밸브 하우징(212)의 사이에 위치하도록 설치되어 밸브부재(211)를 탄성지지하는 스프링(213)으로 이루어져 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트(104)를 차단하여 배럴포트의 압력을 상승시키고 배 럴포트 내 연료 압력이 개방압력을 넘어서면 배럴포트를 개방하는 정압밸브(210); 및
    상기 밸브부재(211)의 유로(211-1)를 개폐하도록 밸브부재(211)에 설치된 볼(221)과, 상기 볼(221)을 탄성지지하도록 밸브부재(211)의 내부에 설치된 스프링(222)으로 이루어지되, 상기 정압밸브(210)와는 반대방향으로 연료의 흐름을 허용하는 체크밸브(220)로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치.
  3. 디젤엔진 연료분사펌프에서 배럴포트(104)를 개폐하도록 배럴포트(104)에 배치되어 플런저(103)의 상향 이동에 의한 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트(104)를 차단하여 내부의 압력을 상승시키는 밸브부재(311)와, 상기 밸브부재(311)를 지지하도록 펌프 하우징(101)의 디플렉터(106) 또는 배럴(102)에 설치되는 밸브 하우징(312)과, 상기 밸브부재(311)와 밸브 하우징(312)의 사이에 위치하도록 설치되어 밸브부재(311)를 탄성지지 하는 스프링(313)으로 이루어져 연료의 압축 초기과정에서 배럴포트(104)를 차단하여 배럴포트의 압력을 상승시키고 배럴포트 내 연료 압력이 개방압력을 넘어서면 배럴포트를 개방하는 정압밸브(310);
    상기 배럴포트(104)의 이웃한 위치에서 연료공급실(108)과 펌프실(107)을 소통하여 연료의 유입기능을 하도록 형성되되, 연료의 분사 종료 과정에서 상기 배럴포트(104)에 비하여 늦게 개방이 이루어지도록 형성된 연료유입포트(320)로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤엔진 연료분사펌프의 캐비테이션 손상방지장치.
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