KR101018957B1

KR101018957B1 - 내연 기관의 연료 분사용 고압 펌프

Info

Publication number: KR101018957B1
Application number: KR1020067003397A
Authority: KR
Inventors: 토마스 클라인벡; 마르쿠스 코흐; 볼프람 리트만스베르거
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2011-03-02
Also published as: EP1658433A1; RU2005120649A; EP1658433B1; JP2006514722A; RU2347100C2; US20060280620A1; DE502004006679D1; WO2005026541A1; CN100523494C; KR20060067961A; DE20313014U1; US7284537B2; CN1839260A

Abstract

본 고압 펌프는, 그 회전축(13)에 대해 편심으로 형성되고 링(28)이 회전 가능하게 지지되는 샤프트 부분(26)을 포함하는 회전 구동되는 구동 샤프트(12)를 포함한다. 고압 펌프는, 적어도 간접적으로 링(28)에 접하고 구동 샤프트(12)를 통해 링(28) 상에서 적어도 간접적으로 행정 구동되는 펌프 피스톤(34)을 갖는 적어도 하나의 펌프 요소(32)를 포함한다. 링(28)은, 적어도 샤프트 부분(26)으로부터 먼 외측면 상에서, 적어도 하나의 펌프 피스톤(34)이 적어도 간접적으로 링(28)에 접하는 적어도 하나의 영역(29) 내에 윤활 도료로 형성된 코팅층(56)을 갖는다.

고압 펌프, 샤프트 부분, 링, 코팅층, 펌프 피스톤, 윤활 도료

Description

내연 기관의 연료 분사용 고압 펌프 {HIGH-PRESSURE PUMP FOR A FUEL-INJECTION DEVICE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 내연 기관의 연료 분사용 고압 펌프에 관한 것이다.

이러한 고압 펌프는 독일 특허 공보 제198 44 272 A1 호에 공지되어 있다. 이러한 고압 펌프는, 그 회전축에 대해 편심으로 형성되는 샤프트 부분을 포함하는, 회전 구동되는 구동 샤프트를 포함한다. 편심 샤프트 부분 상에는 회전 가능한 다각형 링이 설치된다. 고압 펌프는 적어도 간접적으로 구동축을 통해, 링 상에서 행정 구동되는 펌프 피스톤을 갖는 적어도 하나의 펌프 요소를 포함한다. 링은 자신의 둘레에 펌프 요소의 수와 일치하는 평면을 포함하며, 이 평면에 펌프 피스톤이 적어도 간접적으로, 예를 들어 태핏을 통해 접한다. 고압 펌프의 작동시, 링 및 펌프 피스톤 또는 태핏에는 높은 부하, 특히 높은 표면 압력이 나타난다. 그 외에 링과 펌프 피스톤 또는 태핏 사이에 윤활 운동이 나타날 수 있다. 링과 펌프 피스톤 또는 태핏 사이의 접촉 영역의 윤활은 고압 펌프의 하우징 내측에 존재하는 연료를 통해 수행된다. 그러나 특히, 연료의 온도가 높을 경우 연료를 통한 윤활은 충분하지 않기 때문에, 링 및/또는 펌프 피스톤 또는 태핏에는 심한 마모가 나타나며, 이는 결과적으로 고압 펌프의 고장을 초래할 수 있다.

청구항 제1항에 따른 특징을 갖는 본 발명에 따른 고압 펌프는, 한편으로 다음과 같은 장점을 갖고 있다. 링의 윤활 도료 코팅층을 통해, 링과 적어도 간접적으로 적어도 하나의 펌프 피스톤 사이에 접촉 영역의 충분한 내마모성이 보장되는 장점을 갖는다. 종속 청구항에는 본 발명에 따른 고압 펌프의 바람직한 구성 및 개선예가 제시된다. 침질 탄화(nitrocarburizing) 표면 코팅층과 이 표면 코팅층 상에 도포된 윤활 도료 코팅층의 조합은 청구항 제3항에 따라 특히 양호한 내마모성을 가능케 한다. 윤활 도료로 형성된 코팅층은 고압 펌프의 작동 초기에 시동 보조 역할을 하며, 이를 통해 링의 표면 및 적어도 간접적으로 펌프 피스톤 표면의 미세 표면 형태(micro topography)가 서로 적응될 수 있다. 또한 고압 펌프의 작동중에 링과 적어도 간접적으로, 펌프 피스톤 사이에 발생하는 압력을 통해 윤활 도료 성분들은 링의 침질 탄화 표면 코팅층의 거친 다공질의 공극 내로 압착된다. 이때 윤활 도료 성분들로 이루어진 윤활재 비축물이 생성되며, 고압 펌프가 고온 작동될 때 높은 연료 온도에서 연속적으로 고체 윤활재 입자가 윤활 도료 성분들로부터 배출되며, 이러한 고체 윤활재 입자를 통해 윤활 결함이 방지된다.

본 발명의 실시예는 도면에 도시되며, 이하의 실시예에서 상세히 설명된다.

도1은 고압 펌프를 구비한 내연 기관의 연료 분사 장치를 도시한다.

도2는 도1의 선 II-II를 따른 고압 펌프의 횡단면 도를 도시한다.

도1 및 도2에는 내연 기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프가 도시된다. 고압 펌프는 여러 부분으로 구성된 하우징(10)을 포함하며, 그 하우징 내에는 구동 샤프트(12)가 배치된다. 구동 샤프트(12)는 하우징(10) 내에서 구동 샤프트(12)의 회전축(13) 방향으로 서로 일정 간격을 갖는 두 개의 베어링 부분(14, 16)을 통해 회전 가능하게 지지된다. 베어링 부분(14, 16)은 하우징(10)의 다양한 부분에 배열될 수 있다.

두 베어링 부분(14,16) 사이에 놓인 영역에서 구동 샤프트(12)는 그 회전축(13)에 대해 편심으로 구성된 샤프트 부분(26)을 포함하며, 이 샤프트 부분 상에는 다각형 링 형태의 전달 요소(28)가 베어링 부분(30)을 통해 회전 가능하도록 지지된다. 고압 펌프는, 각각 하나의 펌프 피스톤(34)을 갖는 적어도 하나의 펌프 요소, 바람직하게는 복수의 펌프 요소(32)를 하우징(10) 내에 포함하며, 펌프 피스톤(34)은 행정 운동시 다각형 링(28)을 통해 구동 샤프트(12)의 회전축(13)에 대해 적어도 거의 반경 방향으로 구동된다. 펌프 피스톤(34)은 하우징(10) 내의 원통형 보어 내에 또는 하우징(10) 내의 삽입체 내에 밀착되어 변위 가능하게 안내되며 원통형 보어(36) 내에서 전달 요소(28)로부터 먼 펌프 피스톤의 정면부는 피스톤 작동 공간(38)을 제한한다. 펌프 작동 공간(38)은 하우징(10) 내에서 연장되는 연료 유입 채널(40)을 통해 연료 공급부, 예를 들어 공급 펌프와의 연결부를 포함한다. 펌프 작동 공간(38) 내로의 연료 유입 채널(40)의 합류부에는, 스프링에 의해 부하가 걸린 밸브 부재(43)를 포함하는, 펌프 작동 공간(38) 내로 개방된 흡입 밸브 (42)가 배열된다. 그 외에, 펌프 작동 공간(38)은 하우징(10) 내에서 연장되는 연료 배출 채널(44)을 통해, 예를 들어 저장기와 연결된 유출부와의 연결부를 포함한다. 펌프 작동 공간(38) 내로의 연료 배출 채널(44)의 합류부에는, 펌프 작동 공간(38)으로부터 개방되고, 역시 스프링에 의해 부하가 걸린 밸브 부재(47)를 포함하는 유출 밸브(46)가 배열된다.

펌프 피스톤(34)은 예압된 스프링(48)을 통해 피스톤 레그(50)와 직접, 또는 태핏(52)을 통해 다각형 링(28) 장치에 고정된다. 구동 샤프트(12)의 회전 운동시 다각형 링(28)은 이 구동 샤프트와 함께 움직이지 않으나, 펌프 피스톤(34)의 행정 운동에 작용하는 운동은 편심 부분(26)으로 인해 구동 샤프트(12)의 회전축(13)에 대해 수직으로 수행된다. 다각형 링(28)은 각각의 펌프 요소(32)에 대한 외측 커버에 평면(29)을 포함하며 이 평면에는 피스톤 레그(50) 또는 태핏(52)이 접한다. 펌프 피스톤(34)의 흡입 행정의 경우, 펌프 피스톤은 반경 방향 내측으로 움직이며, 펌프 작동 공간(38)은 연료 유입 채널(40)을 통해 흡입 밸브(42)의 개방시 연료로 채워지며, 유출 밸브(46)는 폐쇄된다. 펌프 피스톤(34)의 공급 행정의 경우, 펌프 피스톤은 반경 방향 외측으로 움직이며, 펌프 피스톤(34)을 통해 연료는 고압 하에 연료 배출 채널(44)을 통해 유출 밸브(46)의 개방시 저장기(110)로 공급되며, 흡입 밸브(42)는 폐쇄된다.

다각형 링(28)은 베어링 부분(30)을 통해 직접, 즉 베어링 부시 없이, 또는 베어링 부시를 통해 샤프트 부분(26)에 지지된다. 다각형 링(28)은 샤프트 부분(26)에 대면한 내측면 상에 윤활 도료 코팅층(54)을 구비할 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로 샤프트 부분(26)의 다각형 링(28)에 대면한 외측면에는 윤활 도료로 형성된 코팅층(54)이 제공될 수 있다. 상기 코팅층(54)은 대략 10 내지 50 μm사이의 두께, 바람직하게는 15 내지 30 μm 사이의 두께를 갖는다. 상기 코팅층(54)은 베어링 부분(30)에 설치하기 위해 마찰값, 내마모성 및 내열성에 대해 요구되는 필요한 특성을 갖는 윤활 도료로 구성된다. 코팅층(54)에 의해, 베어링 부분(30)의 윤활 시에도 단지 하우징(10) 내부에 존재하는 연료를 통해서 베어링 부분(30)의 적은 마찰 및 충분한 내마모성이 보장될 수 있다. 다각형 링(28)의 외측 단면의 크기가 사전 설정될 경우, 이는 작은 두께의 코팅층(54) 그리고 이를 통해 가능한 작은 내경으로 인해 비교적 큰 벽 두께로 처리될 수 있다.

다각형 링(28)은 적어도 평면(29) 영역의 샤프트 부분(26)으로부터 먼 외측면에 윤활 도료로 형성된 코팅층(56)을 구비한다. 또한 다각형 링(28)의 전체 표면에 걸쳐 윤활 도료로 된 코팅층(56)이 제공되는 것도 가능하다. 윤활 도료로 된 코팅층(56)은 대략 10 내지 50 μm, 바람직하게는 대략 15 내지 30 μm 사이의 두께를 포함한다. 코팅층(56)을 위한 윤활 도료는 액체 또는 분말 형태로 다각형 링(28)에 도포되며 그 다음 온도 상승을 통해 경화된다. 윤활 도료는 적어도 기본적으로 고체 윤활재로 형성된 침전 알갱이를 갖는 도료로 구성된다.

다각형 링(28)은 바람직하게는, 적어도 평면(29) 영역에 침질 탄화 표면 코팅층(58)을 구비한다. 링(28)은 그 전체 표면에 걸쳐 침질 탄화 표면 코팅층(58)을 포함할 수 있다. 이러한 표면 코팅층(58)은 다각형 링(28)을 염욕 처리하여 생성될 수 있다. 침질 탄화 표면 코팅층(58)은 대략 5 내지 20 μm, 바람직하게는 대략 10 μm의 두께를 포함한다. 표면 코팅층(58)은 공동을 갖는 외측 영역 및 적어도 5 μm의 두께를 갖는 내측, 비공동 영역을 포함한다.

다각형 링(28)은 강철, 특히 16MnCrS5의 합금으로 구성된다. 다각형 링(28)은 어닐링 되며, 그 다음 침질 탄화 표면 코팅층(58)이 생성되는 염욕에 침지되며, 마지막으로 이 표면 코팅층(58) 위에 윤활 도료로 된 코팅층(56)이 도포되어 경화된다.

윤활 도료로 된 코팅층(56)은 고압 펌프의 작동 초기에 시동 보조 역할을 하며, 이를 통해 다각형 링(28)의 평면(29)과 피스톤 레그(50) 또는 태핏(52)의 서로 접하여 위치한 표면들의 미세 표면 형태가 서로 적응될 수 있다. 또한, 고압 펌프의 작동 중에 다각형 링(28)과 피스톤 레그(50) 또는 태핏(52) 사이에서 발생하는 압력을 통해 윤활 도료 성분들은 거친 다공질의 공극 내로 즉, 다각형 링(28)의 침질 탄화 표면 코팅층의 외측 영역이 압착된다. 이때 윤활 도료 성분들로 이루어진 윤활재 비축물이 생성되며, 고압 펌프가 고온 작동될 때 연료의 온도가 높을 경우 연속적으로 고체 윤활재 입자가 윤활 도료 성분들로부터 배출되며, 이러한 고체 윤활재 입자를 통해 다각형 링(28)과 피스톤 레그(50) 또는 태핏(52) 사이의 윤활 결함이 방지된다.

Claims

내연 기관의 연료 분사용 고압 펌프로서, 그 회전축(13)에 대해 편심으로 형성되고 링(28)이 회전가능하게 지지되는 샤프트 부분(26)을 포함하는 회전 구동되는 구동 샤프트(12)와,

적어도 간접적으로 링(28)에 접하고 구동 샤프트(12)를 통해 링(28) 상에서 적어도 간접적으로 행정 구동되는 하나 이상의 펌프 피스톤(34)을 포함하는 펌프 요소(32)를 갖는, 내연 기관의 연료 분사용 고압 펌프에 있어서,

링(28)은 적어도 샤프트 부분(26)으로부터 먼 외측면 상에, 적어도 하나의 펌프 피스톤(34)이 적어도 간접적으로 링(28)에 접하는 적어도 하나의 영역(29) 내에 윤활 도료로 형성된 코팅층(56)을 갖고,

링(28)은 적어도 윤활 도료로 된 코팅층(56)이 도포된 영역에 침질 탄화 표면 코팅층(58)을 포함하며, 상기 표면 코팅층(58) 상에 윤활 도료로 된 코팅층(56)이 도포되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사용 고압 펌프.
제1항에 있어서, 상기 링(28)은 자신의 주연부 상에 적어도 하나의 평면(29)을 포함하며, 이 평면에 펌프 피스톤(34)이 적어도 간접적으로 접하며, 상기 평면(29)은 윤활 도료로 된 코팅층(56)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사용 고압 펌프.
삭제
제2항에 있어서, 침질 탄화 표면 코팅층(58)은 5 내지 20 μm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사용 고압 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 윤활 도료로 된 코팅층(56)은 10 내지 50 μm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사용 고압 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 링(28)은 16MnCrS5의 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사용 고압 펌프.