KR101745103B1

KR101745103B1 - 고압펌프 시험장치

Info

Publication number: KR101745103B1
Application number: KR1020150092931A
Authority: KR
Inventors: 신기철; 이홍서
Original assignee: 주식회사 현대케피코
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-06-08
Also published as: KR20170002953A

Abstract

본 발명은 고압펌프 시험장치에 관한 것으로, 내부가 밀폐된 챔버(10)와, 상기 챔버(10) 내부에 배치되는 디젤 엔진용 고압펌프(20)와, 동력을 발생시키는 동력발생부(40)와, 상기 동력발생부(40)에 연결되어 상기 동력발생부(40)에서 발생된 동력을 상기 고압펌프(20)의 캠샤프트(29)에 전달하는 동력전달부(50)와, 상기 고압펌프에 공급되는 연료 온도 제어를 위한 열교환부(60)와 상기 고압펌프(20)에 연료를 공급 및 회수하여 상기 고압펌프(20)의 작동상태를 검출하는 검출수단(70)를 포함한다.
본 발명은 디젤 엔진용 고압펌프를 실제 차량에 장착한 것과 유사한 환경에서 작동상태 등을 시험할 수 있어 고압펌프 성능 테스트의 신뢰도를 확보할 수 있는 이점이 있다.

Description

고압펌프 시험장치{TEST EQUIPMENT FOR HIGH PRESSURE PUMP}

본 발명은 고압펌프 시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디젤 엔진에 적용되는 고압펌프를 실제 차량에 장착한 것과 유사한 환경하에서 작동상태 등을 시험할 수 있는 고압펌프 시험장치에 관한 것이다.

디젤 엔진은 기구학적 요소에서 가솔린 엔진과 유사하지만 연료의 연소과정에서 차이가 있다. 가솔린 엔진은 공기와 연료의 혼합기를 압축한 다음 점화플러그에서 전기적인 불꽃을 일으켜서 연소행정을 유도하는데 반하여, 디젤 엔진은 공기를 압축하여 고온이 되었을 때 연료를 분사하여 압축된 공기열에 의해 연료가 자연발화하는 연소행정을 유도한다.

디젤 엔진은 압축비가 높기 때문에 열효율이 좋고 연료 소비가 적은 특징이 있다. 이러한 디젤 엔진은 적정압력과 시기로 연료를 분사시켜 줄 고압펌프를 필요로 한다.

고압펌프(High Pressure Pump)는 디젤 엔진에서 엔진 작동 조건에 필요한 압력을 발생시키는 부품으로, 저압펌프에서 토출된 연료를 다시 고압으로 형성하여 레일로 보내는 역할을 한다. 레일로 보내진 연료는 레일에 설치된 인젝터를 통해 연소실로 분사된다.

고압펌프는 작동이 원활할 때 엔진 성능이 좋아지고 이상시에는 시동꺼짐 등의 문제를 발생하므로, 차량의 엔진에 적용하기에 앞서 다양한 성능 테스트 과정을 거쳐야 한다.

본 출원인은 GDI 시스템용 고압펌프를 위한 진동 시험 장치(한국공개특허 제2013-0047407, 공개일자:2013.05.08)를 출원한바 있다.

그런데, 상기한 기술은 GDI 시스템용 고압펌프의 진동에 대한 테스트 과정만을 수행하고 있고, 고압펌프를 외부의 개방된 장소에서 시험하기 때문에 현재의 실온조건에서만 실험할 수 있으며, 실제 차량에 장착했을 때 발생되는 온도변화에 따른 테스트를 하기에는 한계가 있는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 디젤 엔진에 적용되는 고압펌프를 실제 차량에 장착한 것과 유사한 환경에서 진동 및 온도변화에 따른 고압펌프의 작동상태 등을 시험할 수 있는 고압펌프 시험장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 내부가 밀폐된 챔버와, 상기 챔버 내부에 배치되는 디젤 엔진용 고압펌프와, 동력을 발생시키는 동력발생부와, 상기 동력발생부에 연결되어 상기 동력발생부에서 발생된 동력을 상기 고압펌프의 캠샤프트에 전달하는 동력전달부와, 상기 고압펌프에 공급되는 연료 온도 제어를 위한 열교환부와, 상기 고압펌프에 연료를 공급 및 회수하여 상기 고압펌프의 작동상태를 검출하는 검출수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 캠샤프트에 가해지는 편심 하중을 고려하기 위한 실린더를 포함할 수 있다.

상기 동력전달부는 상기 캠샤프트와 연결되어 상기 캠샤프트에 수직방향 힘을 발생시키는 풀리 또는 타이밍 벨트일 수 있다.

상기 챔버 내부의 온도를 조절하는 온도조절부가 더 포함될 수 있다.

상기 검출수단은 상기 고압펌프에서 고압으로 배출되는 연료를 받아 작동하는 테스트 레일과, 상기 테스트 레일의 온도를 검출하는 온도센서와, 상기 테스트 레일의 온도를 검출하는 압력센서와, 상기 온도센서와 압력센서의 정보를 제공받아 상기 고압펌프로 제공되는 연료의 유량 및 온도를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

상기 테스트 레일에 연료의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브(FCV, Flow Control Valve)가 설치될 수 있다.

본 발명은 고압펌프의 일부분인 캠샤프트에 가해지는 편심 하중을 고려하도록 설계됨에 따라 디젤 엔진에 적용되는 고압펌프를 실제 차량에 장착한 것과 유사한 환경에서 진동 및 온도변화에 따른 고압펌프의 작동상태를 시험할 수 있다. 따라서, 디젤 엔진엣서 고압펌프 성능 테스트의 신뢰도를 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 고압펌프 시험장치를 보인 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 고압펌프 시험장치를 이용하여 고압펌프 성능을 시험하는 과정을 보인 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 고압펌프 시험장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(10), 고압펌프(20), 동력발생부(30), 동력전달부(40), 열교환부(50), 검출수단(60)을 포함한다.

챔버(10)는 내부에 빈 공간이 형성된 육면체 형상으로 이루어지며 내부는 밀폐되어 외부와 차단된다. 챔버(10)는 내부의 환경조건 변화방지를 위해 벽면이 단열재로 형성된다.

챔버(10) 내부의 온도를 조절하는 온도조절부(11)가 구비된다. 온도조절부는 다양한 장치 및 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 온도조절부(11)는 챔버(10) 내부에 존재하는 공기를 가열 또는 냉각시켜 챔버 내부의 온도를 조절하는 공기조화기로 이루어질 수 있다.

온도조절부(11)에 의해 내부 온도가 조절되는 밀폐형의 챔버(10)는 고압펌프(20)를 다양한 온도조건하에서 시험할 수 있도록 한다. 예를 들어, 겨울철 기온이 영하로 떨어질 때, 여름철 기온이 상승할 때 또는 극저온, 극고온 환경 등에서 시험할 수 있는바, 실제 차량에 장착했을 때 발생되는 온도변화에 따른 테스트를 할 수 있도록 함으로써 고압펌프(20) 시험의 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다.

고압펌프(20)는 챔버(10) 내부에 배치된다. 고압펌프(20)는 후술할 테스트 레일(71)과 연결되어 연료를 고압으로 형성하여 테스트 레일(71)로 토출할 수 있다.

고압펌프(20)는 연료가 유입되는 흡입측(21) 및 내부에 상하왕복 운동에 의해 흡입된 연료를 압축하여 고압 형성하는 펌프 플런저(22)를 구비한다.

고압펌프(20)는 연료탱크(23)와 연료 공급라인(25)으로 연결되어 시험용 연료를 흡입측(21)으로 공급받을 수 있다. 또한, 고압펌프(20)는 저압펌프와 연료 공급라인으로 연결되어 저압펌프에서 송출한 연료를 흡입측(21)으로 공급받을 수도 있다.

연료 공급라인(25)에는 응축수 분리기를 갖추고 있는 연료필터(27)가 설치될 수 있다. 연료필터(27)는 연료에 포함된 수분을 분리하는 기능을 가진다.

시험용 연료는 디젤 연료가 해당된다. 디젤 연료는 온도 변화에 의한 수분의 응축으로 수분을 함유할 있으며 수분이 고압펌프(20)에 유입되면 부식되어 디젤 시스템에 손상을 줄 수 있으므로 연료필터(27)를 통과하여 고압펌프(20)에 공급되도록 한다.

고압펌프(20)에 캠샤프트(29)가 구비된다. 캠샤프트(29)는 구동축(29a)과 구동축(29a)에 설치되어 있는 편심캠(29b)을 포함한다.

고압펌프(20)는 구동축(29a)에 대해 직각으로 배치되며, 구동축(29a)에 설치되어 있는 편심캠(29b)이 고압펌프(20)의 펌프 플런저(22)를 상/하 왕복운동하게 함으로써 고압펌프(20)가 구동한다. 편심캠(29b)은 펌프 플런저(22)와 접촉되고 구동축(29a)은 동력전달부(50)와 연결되어 동력전달부(50)를 통해 전달된 구동력을 고압펌프(20)에 전달할 수 있다.

고압펌프(20)는 챔버(10) 내에 구비되는 장착부(28)에 장착될 수 있으며, 장착부(28)에 구동축(29a)과 편심캠(29b)이 배치될 수 있다. 고압펌프(20)는 장착부(28)에 장착됨에 의해 구동축(29a) 및 편심캠(29b)과 연결된 상태가 유지되고 장착부(28)에서 분리됨에 의해 구동축(29a) 및 편심캠(29b)과 연결된 상태가 해제될 수 있다.

장착부(28)에 진동발생부(k)가 구비될 수 있다. 진동발생부(k)는 고압펌프(20)에 진동을 인가하여 고압펌프(20)에 대한 진동 테스트를 수행할 수 있도록 한다. 진동 테스트는 고압펌프(20)가 차량에 장착된 상태의 진동과 유사한 진동을 제공받은 상태에서 성능 테스트를 할 수 있도록 한다.

캠샤프트(29)에 가해지는 편심 하중을 고려하기 위한 실린더(30)를 포함할 수 있다. 실린더(30)는 캠샤프트(29)의 편심캠(29b)과 접촉하여 편심캠(29b)에 수직방향 힘을 가함으로써 실제 차량 환경 조건과 같은 환경에서 고압펌프(20) 작동상태의 시험이 가능하게 한다.

캠샤프트(29)는 고압펌프(20)의 일부분이다. 또한, 고압펌프(20)는 캠샤프트(29)의 편심캠(29b)에 의해 움직이는 펌프-플런저(22)로 연료를 고압 압축하여 테스트 레일(71)로 공급한다. 따라서 고압펌프(20) 성능시험시 캠샤프트(29)에 가해지는 편심 하중을 고려하여야 정확한 시험이 가능하다. 이를 구현하기 위해 실린더(30)가 구비된다.

실린더(30)는 캠샤프트(29)와 작동적으로 연결되어 캠사프트(29)에 하중을 가함으로써 고압펌프(20) 내의 흡입 및 압축 행정 체적을 변화시켜 연료 압력을 조절할 수 있다.

실체 차량에서 고압펌프(20)는 펌프- 플런저(22)가 위상차 120°로 구동축(29a)에 대해 직각으로 반경방향으로 배치되며, 구동축(29a)에 설치되어 있는 편심캠(29b)이 펌프-플런저(22)를 상하 왕복운동하게 하므로 정확한 시험이 가능하도록 캠샤프트(29)에 가해지는 편심 하중을 고려하기 위한 실린더(30)를 구비한다.

예를 들어, 실린더(30)는 캠샤프트(29)에 최대 400N의 압력을 가할 수 있다.

실린더(30)는 편심캠(29b)에 수직한 방향으로 힘을 가함으로써 구동축(29a)과 편심캠(29b) 간의 위상을 변화시켜 연료의 분사시기를 제어할 수도 있다. 실린더(30)는 유압식 또는 공압식 실린더를 사용할 수 있다.

동력발생부(40)는 동력을 발생시킨다. 동력발생부(40)는 서보모터(servo motor) 등으로 이루어질 수 있다.

동력전달부(50)는 동력발생부(40)에 연결되어 동력발생부(40)에서 발생된 동력을 구동축(29a)에 전달한다. 동력전달부(50)는 풀리, 타이밍 체인 등으로 이루어져 동력발생부(40)에서 발생된 회전력을 구동축(29a)에 전달할 수 있다.

동력전달부(50)는 일단이 동력발생부(40)에 연결되고 타단이 챔버(10)를 관통하여 챔버(10) 내부에서 구동축(29a)과 연결된다.

동력발생부(40)와 고압펌프(20) 사이의 동력전달은, 동력발생부(40)가 발생시킨 동력으로 동력전달부(50)가 구동축(29a)을 회전시키고 구동축(29a)의 회전에 의해 편심캠(29b)이 고압펌프(20)의 펌프 플런저(22)를 상/하 왕복운동하게 함으로써 이루어진다.

열교환부(60)는 고압펌프(20)에 공급되는 연료 온도 제어를 위한 것이다. 열교환부(60)는 냉각수 또는 온수 등의 유체가 순환하는 열교환 배관을 채용할 수 있다.

예를 들어, 연료 공급라인(25)에 열교환 배관을 배치하여 연료 공급라인(25)을 통과하는 시험용 연료와 열교환 배관 내의 유체와 열교환 하도록 함으로써 연료의 온도를 제어할 수 있다.

또한, 열교환부(60)는 아주 낮은 온도에서 시험시 고압펌프(20)의 원활한 작동을 보장하기 위해 연료필터(27) 전방의 연료를 가열하여 연료필터(27)의 막힘을 방지할 수 있다.

검출수단(70)은 고압펌프(20)에 연료를 공급 및 회수하여 고압펌프(20)의 작동상태를 검출한다. 검출수단(70)은 테스트 레일(71), 온도센서(73), 압력센서(75), 제어부(77)를 포함할 수 있다.

테스트 레일(71)은 실제 차량의 연료 레일에 대응되는 구성으로 고압펌프(20)를 통해 고압으로 송출된 연료를 받아 작동한다.

온도센서(73)는 테스트 레일(71)의 연료 온도를 검출한다. 온도센서(73)가 검출한 연료 온도는 제어부(77)로 제공하여 연료 온도를 낮추기 위해서 동력발생부(40)의 최고회전수를 제한하는 신호로 사용할 수 있다.

고압펌프(20)는 고압으로 연료를 압축하기 때문에 회수되는 연료의 온도가 상승한다. 고압펌프(20)는 연료의 압력을 생성하지만 연료로 윤활을 하기도 하므로 연료 온도가 올라가거나 수분을 함유하고 있으면 손상을 입게 된다.

압력센서(75)는 테스트 레일(71) 내에 형성되는 연료 압력을 검출한다. 압력센서(75)가 검출한 연료 압력은 제어부(77)로 제공하여 연료 분사량 및 연료 분사시기를 결정하는 신호로 사용할 수 있다.

테스트 레일(71)에 연료의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브(FCV, Flow Control Valve)(79)가 설치될 수 있다.

유량 제어 밸브(79)는 제어부(77)로부터 신호를 받아 연료탱크(23)를 통해 고압펌프로 공급되는 연료의 유량을 제어한다.

예를 들어, 유량 제어 밸브(79)는 디젤 엔진에서 연료를 실질적으로 제어하는 장치로서, 목표 압력이 높을 경우 테스트 레일(71)의 리턴라인(81)을 막아서 압력을 상승시키고 목표압력이 낮을 경우 리턴라인(81)을 열어두어 압력을 낮추는 방법으로 제어될 수 있다. 리턴라인(81)은 고압펌프(20)에서 윤활제로 연료를 사용하고 남은 것을 처리하기 위한 라인으로 연료탱크(23)와 연결된다.

온도센서(73), 압력센서(75), 유량 제어 밸브(79) 등은 테스트 레일(71)의 끝단에 장착되어 테스트 레일(71)에서 형성되는 연료 온도, 압력을 검출하여 제어부(77)에 제공할 수 있다.

제어부(77)는 온도센서(73)와 압력센서(75)의 정보를 제공받아 고압펌프(20)로 제공되는 연료의 유량 및 온도를 제어할 수 있다.

또한, 제어부(77)는 인위적으로 형성한 연료 온도 및 챔버 내부의 온도가 온도센서(73) 및 압력센서(75)에서 검출된 온도 및 압력에 어느 정도 영향을 미치는지 수치화하여 종합적으로 분석하고 이를 시스템 설계자에게 제공할 수 있다.

또한, 제어부(77)는 인위적으로 발생한 진동이 압력센서(75)에서 검출된 압력에 어느 정도 영향을 미치는지 수치화하여 종합적으로 분석하고 이를 시스템 설계자에게 제공할 수 있다.

한편, 캠샤프트(29)에 연결되어 캠샤프트(29)에 엔진오일을 공급하는 엔진오일탱크(85)를 더 구비할 수 있다. 엔진오일 제공은 캠샤프트의 원활한 동작을 유도하여 고압펌프(20) 성능 테스트의 신뢰성을 향상시킨다.

상술한 고압펌프 시험장치는 디젤 엔진에 적용되는 고압펌프를 실제 차량에 장착한 상태와 유사한 상황을 구현하고 그에 따른 고압펌프의 성능을 시험할 수 있다.

고압펌프(20)를 챔버(10) 내부에 배치한 상태에서 온도조절부(11)에 의해 고압펌프(20)에 가해지는 온도를 조절함으로써 극고온 및 극저온 상태 등에서 고압펌프(20)의 작동상태를 시험할 수 있다.

또한, 고압펌프(20)에 진동을 부여함으로써 고압펌프(20)를 차량에 장착한 상태와 동일한 상태에서 작동상태를 시험할 수 있다.

시험 과정은, 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(10) 내에 고압펌프(20)를 장착하고(S1), 동력발생부(40)를 작동시켜 고압펌프(20)를 작동시킨다(S2). 고압펌프(20)의 작동은 동력발생부(40)에서 발생한 동력이 동력전달부(50)를 통해 캠샤프트(29)의 구동축(29a)에 전달되고 구동축(29a)의 회전에 의해 편심캠(29b)이 구동하여 수행된다.

이때, 실린더(30)가 편심캠(29b)에 수직한 방향으로 힘을 가함으로써 캠샤프트(29)에 가해지는 편심 하중이 고려되고 고압펌프(20)를 실제 차량에 장착한 환경과 동일한 조건에서 시험할 수 있다.

고압펌프(20)가 작동하면, 고압펌프(20)에 진동 부여 및 챔버(10) 내의 온도, 연료 온도 등을 제어하여 극저온 및 극저온 상태 등의 부하를 설정하다(S3).

부하가 설정된 상태에서, 고압펌프(20)는 연료탱크(23)로부터 공급받은 연료를 고압으로 형성하여 테스트 레일(71)로 토출하며, 토출된 연료를 공급받은 테스트 레일(71)은 동작한다.

그러면, 테스트 레일(71)에 장착된 온도센서(73) 및 압력센서(75)가 테스트 레일(71)에 형성되는 연료의 온도 및 압력을 검출하고(S4), 온도센서(73) 및 압력센서(75)가 검출한 정보는 제어부(77)로 전송된다.

온도센서(73) 및 압력센서(75)의 정보를 전송받은 제어부(77)는 진동이 압력센서(75)에서 검출된 압력에 어느 정도 영향을 미치는지, 연료 온도 및 챔버(10) 내부의 온도가 온도센서(73)에서 검출된 온도 및 압력센서(75)에서 검출된 온도에 어느 정도 영향을 미치는지를 수치화하여 고압펌프(20)의 작동상태를 확인한다(S5).

고압펌프(20)의 작동상태를 확인한 제어부(77)는 연료탱크(23)를 통해 고압펌프(20)에 공급되는 연료의 유량을 제어함으로써 고압펌프의 작동상태를 시험할 수 있다(S6).

상술한 고압펌프 시험장치는 고압펌프(20)를 실제 차량에 장착했을 때와 동일한 조건으로 성능시험을 할 수 있을 뿐 아니라, 캠샤프트(29)에 가해지는 편심 하중을 고려한 시험이 가능하도록 설계되므로 디젤 엔진용 고압펌프(20) 성능 테스트의 신뢰도를 확보할 수 있다.

상술한 고압펌프 시험장치는 고압펌프(20)가 장착된 장착부(28)를 고압펌프(20)와 분리 가능하게 구성하거나 장착부(28)와 동력전달부(50)를 분리 가능하게 구성함으로써 고압펌프(20)의 종류에 따라 동력전달부(50)만 교체함으로써 다른 다양한 종류의 고압펌프(20)를 보다 용이하게 성능 시험할 수 있도록 할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10: 챔버 11: 온도조절부
20: 고압펌프 21: 흡입측
23: 연료탱크 25: 연료 공급라인
27: 연료필터 28: 장착부
k: 진동발생부 29: 캠샤프트
29a: 구동축 29b: 편심캠
30: 실린더 40: 동력발생부
50: 동력전달부 60: 열교환부
70: 검출수단 71: 테스트 레일
73: 온도센서 75: 압력센서
77: 제어부 79: 유량 제어 밸브
81: 리턴라인

Claims

내부가 밀폐된 챔버;
상기 챔버 내부에 배치되는 디젤 엔진용 고압펌프;
동력을 발생시키는 동력발생부;
상기 동력발생부에 연결되어 상기 동력발생부에서 발생된 동력을 상기 고압펌프의 캠샤프트에 전달하는 동력전달부;
상기 고압펌프에 공급되는 연료 온도 제어를 위한 열교환부; 및
상기 고압펌프에 연료를 공급 및 회수하여 상기 고압펌프의 작동상태를 검출하는 검출수단을 포함하며,
상기 캠샤프트에 가해지는 편심 하중을 고려하기 위한 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압펌프 시험장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 동력전달부는 상기 캠샤프트와 연결되어 상기 캠샤프트에 수직방향 힘을 발생시키는 풀리 또는 타이밍 벨트인 것을 특징으로 하는 고압펌프 시험장치.
청구항 1에 있어서,
상기 챔버 내부의 온도를 조절하는 온도조절부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 고압펌프 시험장치.
청구항 1에 있어서,
상기 검출수단은
상기 고압펌프에서 고압으로 배출되는 연료를 받아 작동하는 테스트 레일과,
상기 테스트 레일의 온도를 검출하는 온도센서와,
상기 테스트 레일의 온도를 검출하는 압력센서와,
상기 온도센서와 압력센서의 정보를 제공받아 상기 고압펌프로 제공되는 연료의 유량 및 온도를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압펌프 시험장치.
청구항 5에 있어서,
상기 테스트 레일에 연료의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브(FCV, Flow Control Valve)가 설치된 것을 특징으로 하는 고압펌프 시험장치.