KR101349641B1 - 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명의 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 측면 양측에 입구측 및 토출측 개공이 형성되며 상부에 댐퍼부가 장착되는 결합부가 형성된 바디와, 상기 바디의 결합부에 결합되며 흡입된 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부와, 상기 입구측 개공에 결합되며 연료의 공급 유량 및 토출 압력을 제어하는 스필밸브와, 상기 입구측과 토출측 개공에 각각 결합되는 체크밸브 및 상기 바디의 하부에 결합되며 흡입된 연료의 흡입력을 발생시키는 흡입부재 구비되는 브래킷이 포함된 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에 있어서, 상기 브래킷은 상부 외면에 장착공이 형성된 플랜지부가 형성되며 상기 흡입부재를 왕복 운동시키는 리턴 스프링을 지지하는 격벽과, 상기 흡입부재와 상기 바디 내부를 씰링하는 씰부재가 설치되는 씰 캐리어가 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명은 바디에 결합되는 브래킷에 씰 캐리어가 일체형으로 형성됨에 따라 씰 캐리어 주변에서 용접작업이 실시되는 것이 방지되므로 씰 캐리어의 결합과정에서 씰 캐리어에 수용되는 씰부재가 손상되는 것이 미연에 방지는 효과가 있고, 브래킷과 격벽 및 씰 캐리어가 일체로 형성됨에 따라 리턴 스프링에 의해 격벽에 충격이 가해지더라도 브래킷의 내구성이 증대되는 효과가 있다.

Description

직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프 { High presure fuel pump for direct injection type gasoline engine }

본 발명은 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바디와 씰 캐리어가 결합될 때 씰 부재가 손상되는 것을 방지하고, 씰 캐리어의 내구성을 증대시키기 위하여 씰 캐리어가 바디에 결합되는 브래킷과 일체형으로 형성된 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에 관한 것이다.

가솔린 엔진의 연비 및 성능을 개선하기 위하여 직접 분사식 엔진(GDI: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.

본 출원인에 의해 기 출원된 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프)에 개시된 바에 따르면, 고압연료펌프는 엔진 캠축에 장착되어 캠의 회전력에 의해 펌프 축이 회전하고 그 회전력에 의해 펌프의 피스톤이 운동하여 압력을 형성함으로써 가솔린 연료를 공급하는 구조로 되어 있다.

이때, 고압연료펌프는 바디에 삽입되어 설치된 피스톤이 승하강하면서 연료를 흡입하고 배출하도록 형성된다. 여기서, 피스톤과 바디 사이에는 씰부재가 설치되어 바디의 내부를 실링하고, 씰부재의 외측에는 별도의 씰 캐리어가 설치되어 씰부재를 보호하도록 이루어진다.

도 4를 참조하면, 종래의 씰 캐리어(4)는 중심부에 피스톤(3)이 삽입되도록 컵 형상으로 형성되고, 피스톤(3)의 외주면과 씰 캐리어(4)의 내면에 접하도록 씰부재(6)가 설치된다.

이때, 씰 캐리어(4)는 상단이 바디(2)의 하부에 접하도록 연장되게 격벽(4a)이 형성되어 바디(2)에 용접된다.

또한, 승강 동작된 피스톤(3)의 위치를 복원시키도록 리턴 스프링(5)이 설치되되, 리턴 스프링(5)은 씰 캐리어(4)의 외주면을 감싸도록 설치된다.

그런데, 이러한 씰 캐리어는 별도로 형성되어 바디에 용접에 의해 결합됨에 따라 용접작업시 씰 캐리어 내부에 설치된 씰부재가 열에 의해 손상될 수 있는 문제점이 있다.

또한, 바디와 별도로 형성된 씰 캐리어는 압출되어 내구성이 떨어지므로 리턴 스프링이 복원되면서 씰 캐리어와 연장되게 형성된 격벽을 가압하여 격벽을 파손시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 씰 캐리어가 바디와 결합되는 과정에서 씰부재가 열에 의해 손상되는 것을 방지하도록 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 제공함에 있다.

특히, 본 발명의 다른 목적은 씰 캐리어 및 격벽의 내구성을 증대시켜 손상되는 것을 방지하도록 함에 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 측면 양측에 입구측 및 토출측 개공이 형성되며 상부에 댐퍼부가 장착되는 결합부가 형성된 바디와, 상기 바디의 결합부에 결합되며 흡입된 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부와, 상기 입구측 개공에 결합되며 연료의 공급 유량 및 토출 압력을 제어하는 스필밸브와, 상기 입구측과 토출측 개공에 각각 결합되는 체크밸브 및 상기 바디의 하부에 결합되며 내부에 흡입된 연료의 흡입력을 발생시키는 흡입부재가 구비되는 브래킷이 포함된 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에 있어서, 상기 브래킷은 상부 외면에 장착공이 형성된 플랜지부, 상기 흡입부재를 왕복 운동시키는 리턴 스프링을 지지하는 격벽과, 상기 흡입부재와 상기 바디 내부를 씰링하는 씰부재가 설치되는 씰 캐리어가 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 바디는 하단부에 상기 브래킷의 상단 두께만큼 외측에서 내측으로 함몰되는 결합단차가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 바디의 하단부는 상기 씰부재의 상부 측에 위치된 것을 특징으로 한다.

상기 브래킷은 상기 바디의 결합단차에 삽입되어 용접에 의해 상기 바디와 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 격벽은 상기 브래킷의 개구된 하부 내면에서 연장되어 형성되고, 상기 씰 캐리어는 상기 격벽에서 하부로 연장되어 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 흡입부재는 엔진의 캠축에 연결되어 승강 동작하는 피스톤 및 상기 피스톤에 결합되어 복원력을 제공하는 리턴 스프링을 포함하고, 상기 리턴 스프링의 상단은 상기 격벽과 접하도록 설치된 것을 특징으로 한다.

이에, 본 발명은 바디에 결합되는 브래킷에 씰 캐리어가 일체형으로 형성됨에 따라 씰 캐리어 주변에서 용접작업이 실시되는 것이 방지되므로 씰 캐리어의 결합과정에서 씰 캐리어에 수용되는 씰부재가 손상되는 것이 미연에 방지되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 바디와 브래킷의 용접이 바디의 하단부가 형성된 위치 즉, 씰부재의 상부에서 실시되므로 바디와 브래킷이 용접되는 과정에서 씰부재가 열에 의해 손상되는 것이 방지되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 브래킷과 격벽 및 씰 캐리어가 일체로 형성됨에 따라 리턴 스프링에 의해 격벽에 충격이 가해지더라도 브래킷의 내구성이 증대되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프의 바디와 브래킷을 분리하여 도시한 도면.
도 4는 종래의 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 도시한 단면도.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 본 발명에 따른 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프의 바디와 브래킷을 분리하여 도시한 도면이다.

도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 본 발명의 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 측면 양측에 입구측 및 토출측 개공(11,12)이 형성되며, 상부에 댐퍼부(30)가 장착되는 결합부(13)가 형성된 바디(10)와, 바디(10)의 하부에 결합되고 내부에 연료의 흡입력을 발생하는 흡입부재(21)가 구비된 브래킷(20)과, 바디(10)의 결합부(13)에 결합되며 흡입된 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부(30)와, 입구측 개공(11)에 결합되며 연료의 공급 유량 및 토출 압력을 제어하는 스필 밸브(40)와, 입구측 개공(11)에 결합되며 스필 밸브(40)에 연결된 입구측 체크밸브(50) 및 토출측 개공(12)에 결합되는 토출측 체크밸브(60)를 포함한다.

바디(10)는 하부에 후술될 브래킷(20)이 장착되도록 장착부(14)가 형성되고, 바디(10)의 일측에는 연료를 흡입하는 유입구(15)가 형성되며 타측에는 연료를 배출하는 토출구(16)가 형성된다.

여기서, 장착부(14)에는 브래킷(20)이 결합 될 수 있도록 결합단차(14a)가 형성된다. 결합단차(14a)는 장착부(14) 즉, 바디(10)의 하단부 외측에서 내측으로 함몰되게 형성되되, 브래킷(20)의 상단 두께만큼 함몰되게 형성되는 것이 바람직하다.

이에, 브래킷(20)의 상단부는 바디(10)의 하단을 감싸도록 장착부(14)의 결합단차(14a)에 접하도록 위치되어 용접에 의해 결합 될 수 있다.

이때, 바디(10)의 하단부는 후술될 씰부재(28)의 상부 측에 위치되어 바디(10)와 후술될 브래킷(20)이 결합될 때, 바디(10)와 브래킷(20)이 결합될 때 발생하는 열 등에 의해 씰부재(28)가 손상되는 것을 방지하도록 한다.

장착부(14)에는 중앙부에 흡입부재(21)가 결합되도록 하부 결합공(141)이 형성된다. 또한, 바디(10)에는 유입구(15)를 통해 유입된 연료를 바디(10)와 브래킷(20) 사이의 하부공간(17')을 거쳐 댐퍼부(30)로 이송하여 엔진오일의 열에 의해 가열된 가솔린 연료를 신속하게 순환시켜 증기 발생을 방지하는 순환유로(17)가 형성된다.

순환유로(17)는 유입구(15)를 통해 유입된 연료를 장착부(14)에 장착된 브래킷(20)과의 사이에 형성된 하부공간(17')을 향해 하방으로 이송하는 하강유로(18) 및 하부공간(17')으로 이송된 연료를 다시 상부의 댐퍼부(30)로 이송하는 상승유로(19)를 포함한다.

흡입부재(21)는 엔진의 캠축에 연결되어 승강 동작하는 피스톤(22) 및 피스톤(22)에 결합된 리턴 스프링(23)을 포함한다.

피스톤(22)은 바디(10)의 하부 결합공(141)에 끼워지는 피스톤 가이드(221)의 내부에 결합되며 피스톤 가이드(221)의 외주면에는 기밀성을 유지하기 위해 오링(222) 및 백업링(223)이 결합된다.

특히, 본 실시예에서 피스톤(22)은 중량을 감소시키기 위하여 내부에 중공이 형성되고, 리턴 스프링(23)은 상부의 직경(D)보다 하부의 직경(d)이 작아지도록 거꾸로 세워진 원뿔 형상으로 형성된 비하이브(beehive) 스프링을 사용할 수 있다. 그리고, 리턴 스프링(23)을 고정하기 위해 피스톤(22)의 하단에 결합되는 리테이너(224)는 리턴 스프링(23)의 하부 직경에 대응되는 직경으로 형성된다.

이것은 피스톤과 리턴 스프링 및 리테이너의 중량을 최소화하여 리테이너와 캠 사이의 마찰을 감소시켜 마찰에 의한 연료손실을 최소화하고 엔진의 연비를 증대시킬 수 있다.

브래킷(20)은 바디(10)의 하단부에 결합되도록 상하가 개구된 원통형상으로 형성되고 외주면에 실린더 헤드에 결합될 수 있도록 장착공(25)이 형성된 플랜지부(24)가 형성된다.

브래킷(20)은 내주면 하부에 엔진오일이 하부 공간(17') 내부로 유입되는 것을 방지하도록 하부공간(17')을 차폐하는 격벽(26)이 형성되고, 격벽(26)의 중앙에는 하부를 향해 돌출되게 형성된 씰 캐리어(27)가 일체로 형성된다.

즉, 브래킷(20)은 내주면 하부에 격벽(26)이 일체로 연장되게 형성되고, 격벽(26)의 하부로 씰 캐리어(27)가 일체로 연장되게 형성된다.

씰 캐리어(27)의 내부에는 씰 캐리어(27)를 관통하게 설치된 피스톤(22)과 하부공간(17') 사이를 씰링하는 씰부재(28)가 설치되도록 한다. 또한, 씰 캐리어(27)의 하면을 관통하도록 설치되는 피스톤(22)과 씰 캐리어(27) 사이에는 씰 스토퍼(29)가 압입되어 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 리턴 스프링(23)의 상부는 브래킷(20)의 씰 캐리어(27)에 외감되게 설치되고, 리턴 스프링(23)을 고정하는 리테이너(224)의 하면은 격벽(26)에 의해 지지된다. 그러므로, 리턴 스프링(23)은 피스톤(22)의 승강 동작시 탄성 변형되면서 피스톤(22)에 복원력을 제공한다.

또한, 브래킷(20)은 단조나 주조에 의해 브래킷(20)과 격벽(27) 및 씰 캐리어(27)가 일체형으로 형성됨에 따라 내구성이 강화되어 피스톤(22)이 상하로 왕복운동을 하더라도 용이하게 파손되는 것이 방지된다.

그리고, 이때, 바디(10)의 하단부는 씰부재(28)의 상부 측에 위치되고, 바디(10)와 브래킷(20)의 결합은 결합단차(14a)에서 용접작업이 실시됨에 따라 용접작업이 씰부재(28)의 위치보다 상부에서 이루어지므로 용접열에 의해 열에 약한 씰부재(28)나 씰 스토퍼(29)가 손상되는 것이 방지된다.

바디의 내부에는 입구측 및 토출측 개공(11)과 연통하여 피스톤(22)의 상부가 위치되는 챔버(29)가 형성된다.

이와 같이 구성된 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 피스톤(22)의 승강동작에 의해 챔버(29) 내에 흡입력 및 토출력이 생성됨에 따라, 캠 축의 회전에 연동하여 피스톤을 승강동작시켜 바디 내부에 연료의 흡입 및 토출 압력을 형성할 수 있다.

이때, 피스톤(22)의 승강동작에 의해 흡입된 연료는 댐퍼부(30)에 의해 맥동이 감소되며, 입구측 개공(11)으로 공급될 때 스필밸브(40)에 의해 유량과 토출압력이 제어된다. 또한, 입구측과 토출측 개공(11,12)에 각각 결합된 체크밸브(50,60)는 연료의 역류를 방지한다.

따라서, 본 발명에 따른 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 바디에 결합되는 브래킷에 씰 캐리어가 일체형으로 형성됨에 따라 씰 캐리어 주변에서 용접작업이 실시되는 것이 방지되므로 씰 캐리어의 결합과정에서 씰 캐리어에 수용되는 씰부재가 손상되는 것을 미연에 방지하고, 리턴 스프링에 의해 격벽에 충격이 가해지더라도 브래킷의 내구성이 증대되는 효과가 있다.

10 : 바디 11 : 입구측 개공
12 : 토출측 개공 13 : 결합부
14 : 장착부 14a : 결합단차
15 : 유입구 16 : 토출구
17 : 순환유로 20 : 브래킷
21 : 흡입부재 22 : 피스톤
23 : 리턴 스프링 24 : 플랜지부
25 : 장착공 26 : 격벽
27 : 씰 캐리어 28 : 씰 부재
29 : 씰 스토퍼 40 : 스필밸브
50,60 : 체크밸브

Claims (6)

1. 측면 양측에 입구측 및 토출측 개공이 형성되며 상부에 댐퍼부가 장착되는 결합부가 형성된 바디,
   상기 바디의 결합부에 결합되며 흡입된 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부,
   상기 입구측 개공에 결합되며 연료의 공급 유량 및 토출 압력을 제어하는 스필밸브,
   상기 입구측과 토출측 개공에 각각 결합되는 체크밸브 및
   상기 바디의 하부에 결합되며 내부에 흡입된 연료의 흡입력을 발생시키는 흡입부재가 구비되는 브래킷을 포함하고,
   상기 바디의 하단부에는 상기 브래킷의 상단 두께만큼 외측에서 내측으로 함몰되는 결합단차가 형성되며,
   상기 브래킷은 상부 외면에 장착공이 형성된 플랜지부,
   상기 흡입부재를 왕복 운동시키는 리턴 스프링을 지지하는 격벽,
   상기 흡입부재와 바디 내부를 씰링하는 씰부재가 설치되는 씰 캐리어가 일체로 형성되어 상기 바디의 결합단차에 삽입되어 용접에 의해 상기 바디와 결합되고,
   상기 격벽은 상기 브래킷의 개구된 하부 내면에서 연장되어 형성되며,
   상기 씰 캐리어는 상기 격벽에서 하부로 연장되어 형성되고,
   상기 씰 부재는 상기 바디의 하단부보다 하부에 위치되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
   
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6. 청구항 1에 있어서,
   상기 흡입부재는 엔진의 캠축에 연결되어 승강 동작하는 피스톤 및
   상기 피스톤에 결합되어 복원력을 제공하는 리턴 스프링을 포함하고,
   상기 리턴 스프링의 상단은 상기 격벽과 접하도록 설치된 것을 특징으로 하는 직접 분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
   

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