KR101547884B1

KR101547884B1 - 고압 펌프

Info

Publication number: KR101547884B1
Application number: KR1020147011998A
Authority: KR
Inventors: 미하엘 클라인들; 타밈 라티프; 미하엘 슈피츠나겔; 마티아스 메쓰; 도미닉 브루너
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-08-27
Also published as: KR20140082778A; JP2016500146A; US20150300303A1; WO2014079623A1; CN104813020B; CN104813020A; US10054092B2; KR20140146227A; EP2923069B1; DE102012221540A1; ES2605470T3; EP2923069A1

Abstract

본 발명은 밸브 장치(22)에 관한 것이며, 상기 밸브 장치(22)는 하우징(30), 유동 채널(38), 및 상기 유동 채널(38) 내에 배치된 밸브 바디(36)를 포함하고, 상기 밸브 바디(36)는 밸브 장치(22)의 폐쇄시 하우징 측 밀봉 시트(32)에 접촉하는 밀봉 섹션(34)을 포함하며, 상기 밀봉 섹션(34) 및 상기 밀봉시트(32)는 함께 밀봉 영역(42)을 형성하고, 상기 밸브 장치(22)의 폐쇄시 상기 유동 채널(38) 내의 상기 밀봉 영역(42)의 바로 상류에 붕괴 챔버(44)가 있고, 상기 붕괴 챔버는 상기 밸브 바디(36)의 이동 축(50)에 대해 적어도 실질적으로 수직인 경계 벽(48) 및 상기 경계 벽(48)에 대해 각지게 배치된 충돌 벽(46)에 의해 한정되고, 상기 경계 벽(48)은 상기 충돌 벽(46)보다 더 길다.

Description

고압 펌프{HIGH PRESSURE PUMP}

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 고압 펌프에 관한 것이다.

밸브 장치, 예를 들면 내연기관의 연료 시스템의 고압 펌프의 배출 밸브는 시장에 공지되어 있다. 이러한 밸브 장치들은 종종 밸브 바디를 포함하고, 상기 밸브 바디는 하우징 측 밀봉 시트에 대해 밀봉 섹션에 부딪힘으로써 밸브 장치가 폐쇄될 수 있다. 밸브 장치의 폐쇄 상태에서, 밸브 장치에 접속된 유압 라인 내에서 압력 맥동이 생길 수 있으므로, 밀봉 섹션 또는 밀봉 시트의 영역에 액체 증기("증기 기포")가 생길 수 있다. 증기 기포의 파열시, 하우징 및/또는 밸브 바디의 주변 섹션에서 소위 캐비테이션 침식이 나타난다.

DE 10 2011 004 993 A1은 캐비테이션 침식으로부터 밀봉 시트 및 밀봉 섹션을 보호하기 위해 붕괴 챔버를 가진 유량 제어 밸브를 개시한다.

본 발명의 과제는 캐비테이션 침식에 대한 더 개선된 보호를 가능하게 하는 밸브 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 고압 펌프에 의해 달성된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 제시된다. 본 발명의 중요한 특징들은 하기 설명 및 도면에 나타나고, 특징들은 재차 명확히 지시되지 않더라도 단독으로 및 다양한 조합으로 본 발명에 중요할 수 있다.

본 발명에 따른 밸브 장치는 밸브 장치의 밀봉 시트 및/또는 밀봉 섹션의 영역에서 캐비테이션 침식에 대한 저항성이 현저히 향상되는 장점을 갖는다. 이 경우, 유량 계수 또는 유동 채널에 따른 압력 강하, 밸브 행정, 밸브 스위칭 시간 및 밸브 장치의 내구성은 실질적으로 변함없이 유지된다.

본 발명에 따른 밸브 장치는 특히 체크 밸브이다.

본 발명은 한편으로는 밀봉 섹션 및 밀봉 시트에 의해 형성된 밀봉 영역에서 캐비테이션 침식에 대한 높은 저항성, 및 다른 한편으로는 밸브 장치의 높은 유량 계수가 상반된 요구일 수 있다는 사실을 전제로 한다. 밀봉 영역에 상류로 직접 이어지는 챔퍼 또는 라운딩에 의해 밸브 장치의 유량 계수를 밸브 행정의 변함없이 높일 수 있지만, 이로 인해 밸브 장치의 폐쇄시 밀봉 섹션과 밀봉 시트 사이에 쐐기형 횡단면의 갭이 생긴다. 각각의 압력에 따라 캐비테이션 효과로 인해 형성된 유체의 기포는 상기 쐐기형 갭 내에서 결국 그리고 비교적 신속하게 붕괴되므로, 밀봉 섹션 및/또는 밀봉 시트의 침식이 나타날 수 있다.

본 발명에 따라 경계 벽은 충돌 벽보다 더 길다. 이로 인해, 긴 붕괴 챔버의 형태로 파열 에지가 형성되므로, 붕괴 챔버의 영역에서 유체 유동이 밀봉 섹션 또는 밀봉 시트에 대해 평행하게 그리고 완전히 또는 적어도 실질적으로 완전히 방향 전환된다. 따라서, 밀봉 영역의 전체 횡단면이 관류된다. 이로 인해, 높은 유량 계수가 유지되고, 동시에 캐비테이션 침식으로부터 특히 높은 보호가 달성된다. 따라서, 밸브 장치의 매우 긴 수명이 달성될 수 있다. 또한, 비교적 좁은 밀봉 시트가 제공될 수 있고, 이는 밸브 장치의 밀봉 효과 및 그 음향적 특성을 개선한다.

경계 벽은 밸브 바디의 이동 축에 대해 적어도 실질적으로 수직으로 연장된다. 본 발명의 범주에서, "실질적으로 수직으로", 특히 "수직으로"는 90°의 각을 의미하지만, 바람직하게는 90°의 각에 대해 최대 ±20°, 특히 최대 ±10°의 편차를 가진 연장 방향도 의미한다.

본 발명의 실시예에서, 경계 벽은 충돌 벽보다 적어도 1 ㎜, 바람직하게는 적어도 2 ㎜, 특히 적어도 3 ㎜ 더 길다. 상기 값들은 최적의 유량 계수와 캐비테이션 침식으로부터 높은 보호를 결합하는 것을 허용한다.

상기 장점들은 경계 벽이 충돌 벽보다 적어도 1.2의 팩터 만큼, 특히 적어도 1.5의 팩터 만큼 더 긴 경우에도 달성될 수 있다.

밸브 바디의 이동 축에 대해 평행한 방향으로부터 이것에 대해 방사방향으로 유체의 특히 양호한 방향 전환은 경계 벽이 링 디스크 형태이고, 바람직하게는 밸브 바디의 이동 축에 대해 동축인 경우에 주어진다.

충돌 벽이 중공 실린더 형태이고, 바람직하게는 밸브 바디의 이동 축에 대해 동축이면, 캐비테이션 침식으로부터의 보호가 더 개선된다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 밸브 장치의 개방시 밀봉 영역에 주어지는 유체 유동 방향과 관련해서 적어도 부분적으로 기울어진 유동 안내면이 경계 벽으로부터 떨어진 면 상에서 밀봉 시트에 이어지고, 충돌 벽, 밀봉 시트 및 유동 안내면은 함께 하우징 측 돌출부를 형성한다. 유동 안내면은 소용돌이 형성 및 상응하는 유동 손실을 수반하는 "사수 구역"(dead water zone)을 방지할 수 있다.

유동 안내면은 평평하게 형성되거나 또는 라운딩될 수 있고, 바람직하게는 유동 방향과 관련해서 적어도 10°, 바람직하게는 적어도 20°만큼 기울어진다.

유동 파열을 방지하기 위해, 유동 안내면이 유체 유동 방향에 대해 최대 90°, 바람직하게는 최대 70°만큼 기울어지는 것이 바람직하다.

밸브 바디는 컵 형상으로 형성되고, 밀봉 섹션이 컵의 외부면에 컵 바닥에 형성된다. 다른 실시예에서, 밸브 바디는 플레이트형으로, 실린더형으로, 구형으로 또는 원추형으로 형성되거나 또는 원추-원추 밸브이다. 밸브 바디 또는 밸브 장치의 이러한 형상에 본 발명이 바람직하게 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 예시적인 실시예가 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 고압 펌프 및 밸브 장치를 포함하는 연료 시스템의 개략도.
도 2는 폐쇄된 상태에서 도 1에 따른 밸브 장치의 실시예의 개략적인 단면도.
도 3은 도 2에서 Ⅲ으로 표시된 부분의 확대도.

도 1은 내연기관의 연료 시스템(10)을 개략도로 도시한다. 연료 탱크(12)로부터 연료가 흡입 라인(14), 예비 송출 펌프(16), 저압 라인(18) 및 유입 밸브(20)를 통해 고압 펌프(24)의 송출 챔버(23)에 공급된다.

유입 밸브(20)는 예를 들면 유량 제어 밸브이고, 전자석에 의해 작동될 수 있다. 전자석에 대한 대안으로서, 예를 들면 피에조 액추에이터 또는 유압 액추에이터가 사용될 수 있다.

고압 펌프(24)는 하기에 상세히 설명된 밸브 장치(22)의 형태로 형성된 배출 밸브를 포함한다. 밸브 장치(22)는 고압 라인(26)을 통해 고압 어큐뮬레이터(28)와 연결된다.

연료 시스템(10)의 작동시, 예비 송출 펌프(16)는 연료를 연료 탱크(12)로부터 저압 라인(18) 내로 송출한다. 유입 밸브(20)는 고압 펌프(24)의 송출 챔버(23)에 공급된 연료량을 결정한다.

밸브 장치(22)의 기능은 고압 펌프(24)의 송출 단계에서 송출 챔버(23)와 고압 어큐뮬레이터(28) 사이의 유체 연결을 형성하기 위해 개방되는 것이며, 이로써 고압 어큐뮬레이터(28)가 가압된 유체로 채워질 수 있다. 고압 펌프(24)의 흡입 단계에서, 밸브 장치(22)는 고압 어큐뮬레이터(28)로부터 송출 챔버(23) 내로 유체의 바람직하지 않은 역류를 방지하기 위해 폐쇄된다.

도 2는 도 1에 따른 밸브 장치(22)의 실시예를 개략적인 단면도로 도시한다. 도면에 도시된 밸브 장치(22)의 부재들은 종축(29)을 중심으로 실질적으로 회전 대칭으로 구현되고, 밀봉 시트(32)를 가진 하우징(30)을 포함한다. 밸브 장치(22)의 폐쇄시, 밸브 바디(36)의 밀봉 섹션(34)이 상기 밀봉 시트(32)에 접촉한다.

밸브 장치(22)는 밀봉 시트(32)의 상류에 종축(29)에 대해 평행하게 연장된 유동 채널(38)을 포함한다.

밀봉 시트(32) 및 밀봉 섹션(34)은 면이며, 서로 평행하게 구현되고, 함께 밀봉 영역(42)을 형성한다. 밀봉 영역(42)의 상류에 그리고 유동 채널(38)의 하류에 하우징(30) 내의 계단형 리세스에 의해 붕괴 챔버(44)가 형성되고, 상기 붕괴 챔버(44)는 밀봉 영역(42) 또는 그 평면으로부터 직각으로 연장된 충돌 벽(46) 및 상기 충돌 벽(46)에 대해 각진, 특히 수직인 경계 벽(48)에 의해 한정된다.

경계 벽(48)은 이동 축(50)에 대해 수직으로 연장되고, 밸브 바디(36)가 밸브 장치(22)의 개방 및 폐쇄를 위해 상기 축을 따라 이동할 수 있다. 이동 축(50) 및 종축(29)은 바람직하게는 서로 평행하며 특히 서로 동일하다.

유체, 특히 연료는 먼저 유동 채널(38)의 내부에서 종축(29)에 대해 실질적으로 평행하게 흐른 다음, 밸브 바디(36)의 전방에서 방사방향 외부로 방향 전환된다. 유동의 방향 전환은 유동 채널(38)을 단부면에서 한정하는 에지(52)의 하류에서 비교적 조기에 그리고 손실 없이 붕괴 챔버(44)의 유압 작용에 의해 이루어진다.

밸브 장치(22)는 또한 밸브 스프링(54)을 포함하고, 상기 밸브 스프링(54)은 밸브 바디(36)에 폐쇄력을 가한다. 밸브 스프링(54)은 하우징(30)과 연결되거나 또는 상기 하우징과 일체형으로 형성된 지지 부재(56)에 지지된다.

이동 축(50)을 따라 밸브 바디(36)를 안내하기 위해, 안내 부재(58)가 제공되고, 상기 안내 부재는 하우징(30)과 연결되거나 또는 상기 하우징과 일체형으로 형성된다.

유동 채널(38), 붕괴 챔버(44) 및/또는 밀봉 시트(32)는 하우징(30)에 의해 형성될 수 있거나, 또는 도 2에 도시된 바와 같이 하우징(30)과 고정 결합된 하우징 인서트(60)에 의해 형성될 수 있다.

밸브 장치(22)의 개방 상태에서 유체, 특히 연료는 밀봉 영역(42)에서 유체 유동 방향(62; 도 3 참고)으로 흐른다. 충돌 벽(46)으로부터 떨어진 밀봉 시트(32)의 면 상에서 유동 안내면(64)이 밀봉 시트(32)에 이어진다.

충돌 벽(46), 밀봉 시트(32) 및 유동 안내면(64)은 함께 하우징 측 돌출부(66)를 형성한다. 유동 안내면(64)은 유체 유동 방향(62)에 대해 0° 내지 90°, 바람직하게는 약 10° 내지 약 80°, 특히 약 20°내지 약 70°의 각(68) 만큼 기울어진다.

경계 벽(48)은 바람직하게는 링 디스크 형태로 형성되고, 방사방향으로 측정된 길이(70)를 갖는다.

충돌 벽(46)은 중공 실린더 형태이고 바람직하게는 밸브 바디(36)의 이동 축(50)에 대해 동축이다. 충돌 벽(46)은 밸브 바디(36)의 이동 축(50)에 대해 평행하게 측정된 길이(72)를 갖는다.

밀봉 시트(32)는 바람직하게 링 디스크 형태로 형성되고, 방사방향으로 측정된 길이(74)를 갖는다.

경계 벽(48)의 길이(70)는 충돌 벽(46)의 길이(72)보다 길다. 예를 들면 길이(70)는 도 2에 도시된 바와 같이 길이(72)보다 팩터 2 내지 3 만큼 더 길다.

바람직하게 경계 벽(48)의 길이(70)는 밀봉 시트의 길이(74)보다 더 길다. 예를 들면 길이(70)는 도 2에 도시된 바와 같이 길이(74)보다 팩터 2 내지 3 만큼 더 길다.

도 2에 도시된 바와 같이, 밸브 바디(36)의 밀봉 섹션(34)이 밀봉 시트(32)에 접촉하면, 유체 유동은 중단된다. 유동 채널(38)의 단부 영역에서 연료 시스템(10)의 작동 동안 유동 방향으로 볼 때 밸브 바디(36)의 전방에 (도면에 도시되지 않은) 증기 기포가 형성될 수 있고, 상기 증기 기포는 압력 맥동의 결과로서 공동화 효과에 의해 생긴다. 증기 기포들의 비교적 큰 면이 밸브 바디(36)에 접촉하거나 또는 상기 밸브 바디에 적어도 긴밀하게 인접한다.

이러한 증기 기포의 파열시 생기는 응력은 밸브 바디(36) 또는 충돌 벽(46) 및 상기 밸브 바디의 밀봉 섹션(34)에 평행한 경계 벽(48)의 비교적 큰 면에 분배됨으로써, 캐비테이션 침식이 현저히 줄어든다. 특히, 밸브 장치(22)는 증기 기포의 주변에, 특히 캐비테이션 침식되기 쉬운, 좁아진 (쐐기형) 챔버 섹션을 갖지 않는다.

22 밸브 장치
23 송출 챔버
24 고압 펌프
30 하우징
32 밀봉 시트
34 밀봉 섹션
36 밸브 바디
38 유동 채널
42 밀봉 영역
44 붕괴 챔버
46 충돌 벽
48 경계 벽
50 이동 축
62 유체 유동 방향
64 유동 안내면
66 돌출부

Claims

고압 펌프(24)의 송출 챔버(23)로부터 연료의 배출을 위한 배출 밸브를 포함하는 내연기관의 연료 시스템(10)의 고압 펌프(24)에 있어서, 상기 배출 밸브는 밸브 장치(22)를 포함하거나 또는 밸브 장치(22)로서 형성되고, 상기 밸브 장치(22)는 체크 밸브이고, 상기 밸브 장치(22)는 하우징(30), 유동 채널(38), 상기 유동 채널(38) 내에 배치된 밸브 바디(36), 상기 하우징(30)과 연결되거나 상기 하우징(30)과 일체로 형성된 지지 부재(56)에 지지되는 밸브 스프링(54), 및 이동 축(50)을 따라 상기 밸브 바디(36)를 안내하기 위한 안내 부재(58)를 포함하고, 상기 안내 부재(58)는 상기 하우징(30)과 연결되거나 상기 하우징(30)과 일체로 형성되고, 상기 밸브 바디(36)는 밸브 장치(22)의 폐쇄시 하우징 측 밀봉 시트(32)에 접촉하는 밀봉 섹션(34)을 포함하며, 상기 밀봉 섹션(34) 및 상기 밀봉 시트(32)는 함께 밀봉 영역(42)을 형성하고, 상기 밸브 장치(22)의 폐쇄시 상기 유동 채널(38) 내의 상기 밀봉 영역(42)의 바로 상류에 붕괴 챔버(44)가 있고, 상기 붕괴 챔버는 상기 밸브 바디(36)의 상기 이동 축(50)에 대해 적어도 수직인 경계 벽(48) 및 상기 경계 벽(48)에 대해 각지게 배치된 충돌 벽(46)에 의해 한정되고, 상기 밸브 바디(36)는 컵 형상으로 형성되고, 상기 밀봉 섹션(34)이 상기 컵의 외부면에 컵 바닥에 형성되고,
상기 경계 벽(48)은 상기 충돌 벽(46)보다 더 긴 것을 특징으로 하는 고압 펌프.
제 1 항에 있어서, 상기 경계 벽(48)은 상기 충돌 벽(46)보다 적어도 1 ㎜ 더 긴 것을 특징으로 하는 고압 펌프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 경계 벽(48)은 상기 충돌 벽(46)보다 적어도 1.2배 만큼 더 긴 것을 특징으로 하는 고압 펌프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 경계 벽(48)은 링 디스크 형태이며, 상기 밸브 바디(36)의 상기 이동 축(50)에 대해 동축인 것을 특징으로 하는 고압 펌프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 충돌 벽(46)은 중공 실린더 형태이며, 상기 밸브 바디(36)의 상기 이동 축(50)에 대해 동축인 것을 특징으로 하는 고압 펌프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 밸브 장치(22)의 개방시 상기 밀봉 영역(42)에 주어지는 유체 유동 방향(62)과 관련해서 적어도 부분적으로 기울어진 유동 안내면(64)이 상기 경계 벽(48)으로부터 떨어진 면 상에서 상기 밀봉 시트(32)에 이어지고, 상기 충돌 벽(46), 상기 밀봉 시트(32) 및 상기 유동 안내면(64)은 함께 하우징 측 돌출부(66)를 형성하는 것을 특징으로 하는 고압 펌프.
제 6 항에 있어서, 상기 유동 안내면(64)은 상기 유체 유동 방향(62)에 대해 적어도 10°만큼 기울어지는 것을 특징으로 하는 고압 펌프.
제 6 항에 있어서, 상기 유동 안내면(64)은 상기 유체 유동 방향(62)에 대해 최대 90°만큼 기울어지는 것을 특징으로 하는 고압 펌프.
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