KR101244846B1 - 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에 관한 것으로, 바디에 댐퍼부, 스필 밸브, 입구측 체크밸브 및 토출측 체크밸브를 구비한 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에 있어서, 상기 바디는 하부에 연료의 흡입력을 발생하는 흡입부 및 상기 흡입부와 일체가 되도록 결합되고 엔진의 캠축에 설치된 캠의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환하여 상기 흡입부로 전달하는 롤러태핏부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 이용하는 것에 의해, 본 발명은 고압연료펌프를 작동시켜 연료의 펌핑 동작을 수행하게 되고, 고속 동작시에도 흡입부와 롤러태핏부가 일체로 결합된 상태를 유지함에 따라 흡입부의 피스톤 및 리테이너에 전달되는 충격을 최소화한다.

Description

직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프{HIGH PRESURE FUEL PUMP FOR DIRECT INJECTION TYPE GASOLINE ENGINE}
본 발명은 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가솔린 엔진이 공기를 흡입하여 압축한 후 가솔린 연료를 실린더 내부에 직접 분사하도록 고압으로 압축하여 인젝터에 공급하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에 관한 것이다.
가솔린 엔진의 연비 및 성능을 개선하기 위하여 직접분사식 엔진(Gasoline Direct Injection) 기술이 개발되고 있다. 공기/연료 혼합기(air/fuel mixture)의 흡입/압축/점화/폭발/배기 과정에 의해 동력을 발생하는 통상의 가솔린 엔진의 연소 과정에 비하여, 직접분사식 가솔린 엔진은 공기만을 흡입하여 압축한 후 연료를 분사하게 된다. 이러한 방식은 디젤 기관의 압축 착화 방식과 유사하다.
따라서 직접분사식 가솔린 엔진은 통상적인 가솔린 엔진의 압축비(compression ratio)의 한계를 넘는 높은 압축비를 구현할 수 있어 연비를 극대화할 수 있는 이점이 있다.
이러한 직접분사식 가솔린 엔진에서는 연료압력이 매우 중요한 요소가 되며, 이를 위하여 고성능의 고압연료펌프가 필요하게 된다.
종래의 고압연료펌프는 엔진 캠축에 장착되어 캠의 회전력에 의해 펌프 축이 회전하고 그 회전력에 의해 펌프의 피스톤이 운동하여 압력을 형성함으로써 가솔린 연료를 공급하는 구조로 되어 있다.
그러나 종래 고압연료펌프의 경우, 세 개의 피스톤(three-piston)을 구비한 형태의 펌프로 되어 있어 가격이 비싸다는 단점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 대한민국 특허 출원번호 제10-2010-0031210호(2010년 4월 6일 출원, 이하 '특허문헌 1'이라 함)에 하나의 펌프 피스톤을 갖는 싱글 피스톤(single-piston) 타입의 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 개시하여 출원한 바 있다.
도 1은 특허문헌 1에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 고압연료펌프의 단면도이다.
특허문헌 1에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 엔진 캠축에 장착되어 캠의 회전력에 의해 펌프 축이 회전함에 따라 펌프 축의 회전력에 의해 펌프의 피스톤이 운동하여 압력을 형성하고 가솔린 연료를 인젝터로 공급하도록 구성된다.
상세하게 설명하면, 특허문헌 1에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 피스톤(2a)과 리턴 스프링(2b) 및 리테이너(2c)로 이루어져 내부에 연료의 흡입력을 발휘하는 흡입부(2)가 형성되고, 측면 양측에 입구측 및 토출측 개공(3,4)이 형성되며, 외측에 연료를 유입 및 토출하는 유입구(1a) 및 토출구(1b)가 각각 형성되고, 상부에 댐퍼부(6)가 장착되는 결합부(5)가 형성된 바디(1), 바디(1)의 결합부(5)에 결합되며 흡입된 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부(6), 입구측 개공(3)에 결합되며 공급 유량 및 토출 압력을 제어하는 스필 밸브(7), 입구측 개공(3)에 결합되며 스필 밸브(7)에 연결된 입구측 체크밸브(8), 토출측 개공(4)에 결합되는 토출측 체크밸브(9) 및 바디(1)와 엔진 캠축(도면 미도시)의 캠 사이에 바디(1)와 분리되게 형성되어 캠의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환하여 흡입부(2)의 리테이너(2c) 및 피스톤(2a)로 전달하는 롤러태핏부(10)를 포함한다.
롤러태핏부(10)는 상하방이 관통된 원통 형상으로 형성되는 하우징(11)과 하우징(11)의 하부에 축결합되는 롤러(12)를 포함한다.
이러한 특허문헌 1에 따른 고압연료펌프는 바디(1)와 롤러태핏부(10)를 분리해서 형성함에 따라 고압연료펌프의 고속 작동시 하우징(11)의 중간부에 형성된 플레이트(13)가 리테이너(2c)에 과도한 충격하중을 가하게 된다.
따라서 롤러태핏부(10)와 리테이너(2c)가 순간적으로 이탈된 후 복귀함에 따라 특허문헌 1에 따른 고압연료펌프에서 진동 및 소음이 발생하는 문제점이 있었다.
이와 같이 고압연료펌프에서 발생한 진동은 고압연료펌프의 내구성을 저하시키고, 소음은 고압연료펌프가 적용된 차량의 소음 증가로 이어져 고객 불만의 원인을 제공하였다.
또한 고압연료펌프를 장착하기 위해 각각의 구성으로 분리 형성된 롤러태핏부(10)를 엔진 캠축에 설치하고 롤러태핏부(10)에 바디(1)를 장착해야 함에 따라, 특허문헌 1에 따른 고압연료펌프는 작업공수가 증가하여 작업성이 저하되고, 장착과정에서 오조립 및 제품 누락과 같은 문제점이 발생하였다.
대한민국 특허 출원번호 제10-2010-0031210호(2010년 4월 6일 출원)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고압연료펌프의 롤러태핏으로부터 피스톤 및 리테이너에 가해지는 충격을 완화할 수 있는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고압연료펌프의 롤러태핏으로부터 피스톤 및 리테이너에 가해지는 진동 및 소음을 최소화할 수 있는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 바디에 댐퍼부, 스필 밸브, 입구측 체크밸브 및 토출측 체크밸브를 구비한 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에 있어서, 상기 바디는 하부에 연료의 흡입력을 발생하는 흡입부 및 상기 흡입부와 일체가 되도록 결합되고 엔진의 캠축에 설치된 캠의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환하여 상기 흡입부로 전달하는 롤러태핏부를 포함한다.
상기 흡입부는 상기 롤러태핏부의 직선 왕복운동에 의해 승강 동작하는 피스톤, 상기 피스톤에 복원력을 제공하는 리턴 스프링, 상기 리턴 스프링과 피스톤의 하단부를 고정하는 리테이너를 포함하고, 상기 리테이너의 외주면에는 서로 대칭되는 위치에 배열되는 한 쌍의 돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 롤러태핏부는 상하방이 개구된 원통 형상으로 형성되는 하우징, 상기 하우징의 하부 내측에 축 결합되는 롤러 및 상기 하우징의 내부 중앙부를 구획하는 플레이트를 구비하고, 상기 하우징의 외주면에는 상기 한 쌍의 돌기에 대응되는 위치에 한 쌍의 결합홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 결합홈의 상부는 상하 방향을 따라 수직으로 형성되고, 상기 결합홈의 하단부는 상기 한 쌍의 돌기를 고정하도록 좌우 방향을 따라 수평하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 플레이트는 상기 롤러 및 캠의 원활한 동작을 위해 상기 하우징의 하부로 유입된 작동유를 상기 하우징의 상부로 전달하는 전달공이 관통되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 하우징의 외주면 일측에는 상기 고압연료펌프를 차량의 엔진에 장착한 상태에서 상기 하우징의 회전을 방지하는 고정돌기가 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 고압연료펌프를 작동시켜 연료의 펌핑 동작을 수행하게 되고, 고속 동작시에도 흡입부와 롤러태핏부가 일체로 결합된 상태를 유지함에 따라 흡입부의 피스톤 및 리테이너에 전달되는 충격을 최소화한다.
이로 인해, 본 발명은 고압연료펌프의 흡입부에서 발생하는 진동 및 소음을 저감하여 고압연료펌프의 내구성을 향상시키고, 소음으로 인한 고객 불만을 해소할 수 있다.
그리고 본 발명은 고압연료펌프에 롤러태핏부를 일체가 되도록 결합시켜 조립함에 따라, 롤러태핏부를 먼저 엔진 캠축에 설치한 후, 롤러태핏부에 흡입부를 결합하는 종래의 조립방식에 비해, 작업 공수를 감소시키고 작업 난이도를 낮출 수 있다.
따라서 본 발명은 고압연료펌프의 조립작업시 작업성을 향상시키고, 오조립 및 부품누락으로 인한 불량발생률을 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 고압연료펌프의 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프의 정면도.
도 4는 도 3에 도시된 고압연료펌프의 단면도.
도 5는 도 3에 도시된 흡입부와 롤러태핏부의 분리 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 롤러태핏부의 평면도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예에서 설명하는 고압연료펌프는 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 하나의 펌프 피스톤을 갖는 싱글 피스톤(single-piston) 타입의 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프임에 유의하여야 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프의 정면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 고압연료펌프의 단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 흡입부와 롤러태핏부의 분리 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 롤러태핏부의 평면도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프(20)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 바디(21), 바디(21)의 하부에 형성되어 연료의 흡입력을 발생하는 흡입부(22), 바디(21)의 상부에 형성된 결합부(23)에 결합되며 흡입된 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부(24), 바디(21)의 입구측 개공에 결합되며 공급 유량 및 토출 압력을 제어하는 스필 밸브(25), 입구측 개공에 결합되며 스필 밸브(25)에 연결된 입구측 체크밸브(26), 바디(21)의 토출측 개공에 결합되는 토출측 체크밸브(27) 및 바디(21)와 엔진 캠축(도면 미도시)의 캠 사이에 흡입부(22)와 일체가 되도록 결합되고 캠의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환하여 흡입부(2)로 전달하는 롤러태핏부(28)를 포함한다.
흡입부(22)는 도 5에 도시된 바와 같이, 롤러태핏부(10)의 직선 왕복운동에 의해 승강 동작하는 피스톤(221), 피스톤(221)에 복원력을 제공하는 리턴 스프링(222) 및 리턴 스프링(222)과 피스톤(221)의 하단부를 고정하는 리테이너(223)를 포함한다.
리테이너(223)는 대략 원판 형상으로 형성되고, 리테이너(223)의 중앙에는 피스톤(221)이 결합되는 결합공이 형성되며, 리테이너(223)의 외주면에는 흡입부(22)와 롤러태핏부(28)을 결합하기 위해 서로 대칭되는 위치에 배열되는 한 쌍의 돌기(224)가 형성된다.
한 쌍의 돌기(224)는 각각 롤러태핏부(28)의 하우징(281)에 형성된 결합홈(285)에 삽입되어 결합된다.
롤러태핏부(28)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상하방이 개구된 원통 형상으로 형성되는 하우징(281), 롤러축(283)에 의해 하우징(281)의 하부 내측에 축결합되는 롤러(282) 및 하우징(281)의 내부 중앙부를 구획하는 플레이트(284)를 구비한다.
하우징(281)의 외주면에는 돌기(224)와 대응되도록 서로 대칭되는 위치에 관통되게 한 쌍의 결합홈(285)이 형성되고, 하우징(281)의 외주면 타측에는 고압연료펌프(20)를 차량에 장착하는 경우 하우징(281)의 회전 및 유동을 방지하는 고정돌기(286)가 돌출되어 형성된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 결합홈(285)의 상부는 상하 방향을 따라 수직으로 형성되고, 결합홈(285)의 하단부는 좌우 방향을 따라 수평하게 형성됨에 따라, 결합홈(285)은 대략 'L'자 형상을 갖게 된다.
그래서 리테이너(223)에 형성된 돌기(224)를 결합홈(285)을 통해 상방으로부터 결합홈(285)의 하단부까지 결합한 후 리테이터(223) 또는 하우징(281)을 일측 방향으로 회전시키면, 돌기(224)가 결합홈(285)의 하단부에 결합됨에 따라 리테이터(223)와 하우징(281)이 안정적으로 고정된다.
따라서 본 발명은 고압연료펌프의 흡입부와 롤러태핏부를 일체로 형성하여 고압연료펌프의 고속 동작시 흡입부와 롤러태핏의 이탈을 방지하고, 흡입부에 가해지는 충격을 최소화한다.
한편, 롤러태핏부(28)는 롤러(282), 롤러축(283) 및 엔진 캠축의 캠이 원활하게 회전할 수 있도록 엔진오일을 공급받아 윤활 및 냉각된다. 이를 위해, 하우징(281)의 플레이트(284)에는 도 6에 도시된 바와 같이, 하우징(281)의 하부로 유입된 엔진오일을 하우징(281)의 상부로 전달하는 전달공(287)이 관통되어 형성된다.
관통공(287)은 도 6에 한 쌍으로 도시되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 관통공(287)은 하나 또는 셋 이상으로 형성되도록 변경될 수 있다.
다음 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 가솔인 엔진용 고압연료펌프의 결합관계 및 작동방법을 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프(20)는 바디(21)의 상부에 구비되는 결합부(23)에 댐퍼부(24)를 결합하고, 입구측 개공에 스필 밸브(25)와 입구측 체크밸브(24)를 결합하며, 토출측 개공에 토출측 체크밸브(27)를 결합한다.
이어서, 바디(21)의 하부에 피스톤(221)과 리턴 스프링(222)을 위치시킨 후 리테이너(223)를 결합하여 피스톤(221)과 리턴 스프링(222)을 고정한다.
이와 같이, 흡입부(22)의 조립이 완료되면, 흡입부(22)의 하부에 롤러(282)가 결합된 하우징(281)을 위치시키고, 리테이너(223)에 형성된 한 쌍의 돌기(224)를 각각 하우징(281)의 결합홈(285)을 통해 상방으로부터 결합홈(285)의 하단부까지 결합한 후 리테이터(223) 또는 하우징(281)을 일측 방향으로 회전시킨다.
그러면, 돌기(224)가 결합홈(285)의 하단부에 고정됨에 따라 고압연료펌프(20)의 작동으로 인해 롤러태핏부(28)에 유동이 발생하더라도 리테이너(223)와 하우징(281)이 안정적으로 결합된 상태를 유지한다.
이와 같이, 본 발명은 고압연료펌프에 롤러태핏부를 일체가 되도록 결합시켜 조립함에 따라, 롤러태핏부를 먼저 엔진 캠축에 설치한 후, 롤러태핏부에 흡입부를 결합하는 종래의 조립방식에 비해, 작업 공수를 감소시키고 작업 난이도를 낮출 수 있다.
이어서 엔진 시동시 캠축의 회전에 의해 캠에 접촉되게 설치된 롤러(282)는 캠과 함께 회전운동하고, 롤러태핏부(28)는 캠의 회전운동을 상하 왕복운동으로 변환하여 흡입부(22)로 전달한다.
그러면, 롤러태핏부(28)의 상하 왕복운동에 의해 흡입부(22)의 피스톤(221)은 승강 동작하면서 바디(21) 내부에 연료의 흡입 및 토출 압력을 형성한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 고압연료펌프를 작동시켜 연료의 펌핑 동작을 수행하게 되고, 고속 동작시에도 흡입부와 롤러태핏부가 일체로 결합된 상태를 유지함에 따라 흡입부의 피스톤 및 리테이너에 전달되는 충격을 최소화한다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
20: 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프
21: 바디 22: 흡입부
221: 피스톤 222: 리턴 스프링
223: 리테이너 224: 돌기
23: 결합부 24: 댐퍼부
25: 스필 밸브 26: 입구측 체크밸브
27: 토출측 체크밸브 28: 롤러태핏부
281: 하우징 282: 롤러
283: 롤러축 284: 플레이트
285: 결합홈 286: 고정돌기
287: 전달공

Claims (6)

  1. 바디(21)에 댐퍼부(24), 스필 밸브(25), 입구측 체크밸브(27) 및 토출측 체크밸브(27)를 구비한 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프(20)에 있어서,
    상기 바디(21)는 하부에 연료의 흡입력을 발생하는 흡입부(22) 및
    상기 흡입부(22)와 일체가 되도록 결합되고 엔진의 캠축에 설치된 캠의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환하여 상기 흡입부(22)로 전달하는 롤러태핏부(28)를 포함하고,
    상기 롤러태핏부(28)의 하우징(281) 외주면에는 상기 흡입부(22)의 리테이너(223) 외주면에 형성되는 한 쌍의 돌기(224)와 대응되는 위치에 한 쌍의 결합홈(285)이 형성되며,
    상기 결합홈(285)의 상부는 상하 방향을 따라 수직으로 형성되고,
    상기 결합홈(285)의 하단부는 상기 한 쌍의 돌기(224)를 고정하도록 좌우 방향을 따라 수평하게 형성되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡입부(22)는
    상기 롤러태핏부(28)의 직선 왕복운동에 의해 승강 동작하는 피스톤(221),
    상기 피스톤(221)에 복원력을 제공하는 리턴 스프링(222),
    상기 리턴 스프링(222)과 피스톤(221)의 하단부를 고정하는 리테이너(223)를 포함하고,
    상기 한 쌍의 돌기(224)는 상기 리테이너(223)의 외주면에 서로 대칭되는 위치에 배열되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
  3. 제2항에 있어서, 상기 롤러태핏부(28)는
    상하방이 개구된 원통 형상으로 형성되는 하우징(281),
    상기 하우징(281)의 하부 내측에 축 결합되는 롤러(282) 및
    상기 하우징(281)의 내부 중앙부를 구획하는 플레이트(284)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 플레이트(284)는 상기 롤러(282) 및 캠의 원활한 동작을 위해 상기 하우징(281)의 하부로 유입된 작동유를 상기 하우징(281)의 상부로 전달하는 전달공(287)이 관통되게 형성되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
  6. 제3항 또는 제5항에 있어서,
    상기 하우징(281)의 외주면 일측에는 상기 고압연료펌프(20)를 차량의 엔진에 장착한 상태에서 상기 하우징(281)의 회전을 방지하는 고정돌기(286)가 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
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