KR101907766B1 - 내연 엔진의 연료 분사 시스템을 위한 고압 펌프 - Google Patents

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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 내연 엔진(14)의 연료 분사 시스템(12)을 위한 고압 펌프(10)로서, 상기 고압 펌프(10)의 요소들을 수용하는 펌프 하우징(20), 압력을 연료(25)에 인가하고, 상기 펌프 하우징(20)의 피스톤 가이드(18)에서 가이드되는 피스톤(22), 및 플런저 스커트(36)와 롤러(34)를 구비하며, 캠샤프트(26)의 캠(28)으로부터 병진 움직임을 상기 피스톤(22)에 전달하는 롤러 플런저(30)를 포함하고, 상기 롤러 플런저(30)는 상기 펌프 하우징(20)에서 플런저 가이드 보어(44)에서 가이드되는, 상기 고압 펌프에 관한 것이다. 상기 플런저 스커트(36)는, 상기 롤러(34)와는 반대쪽을 향하고 대칭 평면(48)에 대해 대칭적으로 배열된 외부 구역(46)을 포함하고, 상기 플런저 스커트(36)는 상기 대칭 평면(48)에 대해 비대칭으로 분배되도록 배열된 총 질량(64)을 구비한다.

Description

내연 엔진의 연료 분사 시스템을 위한 고압 펌프{HIGH-PRESSURE PUMP FOR A FUEL INJECTION SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 엔진의 연료 분사 시스템을 위한 고압 펌프에 관한 것이다.
연료 분사 시스템에서 고압 펌프는 연료를 고압으로, 즉 예를 들어 가솔린 내연 엔진의 경우에는, 250 바(bar) 내지 400 바 범위의 압력으로, 그리고 디젤 내연 엔진의 경우에는, 2000 바 내지 2500 바 범위의 압력으로 로딩하는데 사용된다. 각 연료에 생성될 수 있는 압력이 높으면 높을수록, 연소 챔버에서 연료가 연소하는 동안 생성되는 방출량이 낮아져서, 특히, 방출량 감소가 점점 더 현저한 크기로 요구되는 상황에서 유리하다.
각 연료에 고압을 달성하기 위하여, 고압 펌프는 일반적으로 피스톤 펌프로 구성되고, 이 피스톤은 롤러 플런저로 구동된다. 롤러 플런저는 내연 엔진에 의해 구동되는 캠샤프트의 캡의 캡 표면과 접촉하는 롤러를 구비한다. 여기서, 캠샤프트의 회전 움직임은 롤러 플런저를 통해 병진 움직임으로 변환되고 고압 펌프의 피스톤으로 전달된다.
캠샤프트의 회전 움직임을 병진 움직임으로 변환하는 동안, 축방향 힘뿐만 아니라 측방향 힘이 캠 표면에 의해 롤러 플런저로 전달된다.
측방향 힘이 입력되면 바람직하지 않은 경우에 고압 펌프 내 플런저 가이드에서 롤러 플런저를 틸팅(tilting)시킬 수 있다.
이제까지 롤러 플런저 외부 직경(D)에 대해 롤러 플런저 길이(L)의 대응하는 비율을 L/D > 1의 범위 내에 유지하는 것에 의해 개선된 방식으로 상기 틸팅을 관리하는 것이 시도되었다. 나아가, 롤러 플런저 축이 캠샤프트의 축 쪽으로 오프셋되어 배열되어서, 롤러 플런저와 캠 표면 사이에 접촉 각도가 감소되어, 최종 측방향 힘을 감소시킬 수 있는 것이 보장되었다. 여기서, 롤러 플런저의 기하학적 형상(geometry)과 또한 질량 중심(center of mass)은 캠샤프트의 축 쪽으로 오프셋되어 배열된 롤러 플런저 축에 대해 가능한 한 오프셋이 생성되지 않는 방식으로 구성되었다.
나아가, 롤러 플런저 가이드에서 롤러 플런저가 회전하는 것을 회피하기 위하여 회전 방지 세이프가드(anti-rotation safeguard)를 제공하는 배열이 또한 존재한다.
전술한 조치는 첫째 롤러 플런저 가이드에서 롤러 플런저의 제어되지 않은 틸팅을 상쇄하기에 불충분하거나, 또는 둘째 회전 방지 세이프가드를 제공하는 것과 같이 제조하는 것이 복잡하다.
그리하여 본 발명의 목적은 롤러 플런저 가이드에서 롤러 플런저가 틸팅하는 것을 제어할 수 있는 대안적인 배열을 제공하는 것이다.
본 목적은 청구항 1의 특징을 구비하는 고압 펌프에 의해 달성된다.
본 발명의 유리한 개선은 종속 청구항의 주제이다.
내연 엔진의 연료 분사 시스템을 위한 고압 펌프는 상기 고압 펌프의 요소들을 수용하는 펌프 하우징을 구비한다. 여기서, 상기 펌프 하우징은 실린더 구역과 하부 하우징 구역으로부터 조립된다. 나아가, 상기 고압 펌프는 압력으로 연료를 로딩하는 피스톤을 구비하고, 여기서 상기 피스톤은 상기 펌프 하우징의 피스톤 가이드에서, 특히 상기 실린더 구역에서 가이드되고, 또 상기 고압 펌프는 플런저 스커트와 롤러를 갖는 롤러 플런저를 구비하며, 상기 롤러는 캠샤프트의 캠으로부터 상기 피스톤으로 병진 움직임을 전달하고, 상기 롤러 플런저는, 상기 펌프 하우징의 플런저 가이드 보어(plunger guide bore)에서, 특히 상기 하부 하우징 구역에서 가이드된다. 상기 플런저 스커트는, 상기 롤러와는 반대쪽을 향하고 대칭 평면에 대해 대칭이도록 구성된 외부 구역을 구비하며, 상기 플런저 스커트는 상기 대칭 평면에 대하여 비대칭으로 분배되는 방식으로 배열된 전체 질량을 구비한다.
상기 롤러 플런저를 유리하게 윤활하기 위하여, 대략 0.06㎜ 내지 0.1㎜의 유격이 상기 롤러 플런저 가이드 보어에 제공된다.
이전의 배열과 달리, 상기 롤러 플런저의 질량 중심은 캠샤프트 축에 수직으로 놓여 있는 상기 롤러 플런저의 대칭 평면에 가능한 한 놓이는 것이 정확히 보장되지 않고, 오히려 상기 질량은 상기 대칭 평면에 대해 비대칭으로 분배되도록 타깃화된 방식으로 구성된다. 그 결과, 틸팅 모멘트를 상쇄시키는 토크(M질량)가 야기될 수 있다. 그리하여 미리 한정된 비대칭으로 타깃화된 질량을 제공하는 것에 의해, 상기 플런저 가이드 보어에서 상기 롤러 플런저가 틸팅하는 정도가 상기 유격의 구역에서 타깃화된 방식으로 영향을 받을 수 있다. 첫째, 상기 틸팅 모멘트가 감소될 수 있고; 상기 플런저 가이드 보어에 작용하는 측방향 힘이 보다 균일한 방식으로 전달될 수 있다. 둘째, 틸팅 시간이 예측가능한 방식으로 영향을 받을 수 있다.
상기 플런저 가이드 보어에서 상기 롤러 플런저가 틸팅하는 정도를 낮게 유지하기 위하여, 롤러 플런저 외부 직경(D)에 대한 롤러 플런저 길이(L)의 비율이 L/D > 1인 경우 추가적으로 유리하다. 나아가, 또한 롤러 플런저 축이 상기 캠샤프트의 축에 수직으로 놓이는 경우 유리하다.
회전 방지 세이프가드가 원리적으로 없을 수 있으나, 특히 상기 롤러 플런저가 회전 대칭 구성인 경우 측방향 힘이 작용한 결과 상기 플런저 가이드 보어에서 상기 롤러 플런저가 틸팅하는 것에 더하여 회전이 일어날 수도 있다. 그리하여 회전 방지 세이프가드는 돌출부가 상기 플런저 가이드 보어에 배열되거나 또는 상기 플런저 스커트의 외부 구역에 배열되고, 상기 플런저 스커트 또는 플런저 가이드 보어의 노치(notch)와 맞물리는 것에 의해 추가적으로 제공되거나 예를 들어 형성되는 것이 유리하다.
상기 플런저 스커트는 바람직하게는 회전 대칭 구성일 수 있고, 다시 말해, 상기 플런저 스커트는 유리하게는 상기 플런저 스커트의 길이방향 크기에 대해 수직인 단면이 원형 형태일 수 있다. 여기서, 상기 대칭 평면은 원형 형태의 상기 플런저 스커트의 원 중심점을 통해 원 반경으로 이어진다.
대안으로서, 상기 플런저 스커트는 길이방향 크기에 대해 수직인 단면이 직사각형 또는 정사각형 형태인 것도 가능하다. 이 경우에, 상기 대칭 평면은 상기 직사각형 또는 상기 정사각형의 측면(side)의 중앙선(median)으로 이어진다. 이 경우에, 상기 플런저 스커트를 통해 대응하는 2개의 대칭 평면이 존재한다.
상기 플런저 스커트는 바람직하게는 상기 피스톤과 접촉하는 횡부재(crossmember)와, 상기 롤러를 수용하는 외주방향 벽(circumferential wall)을 구비하고, 상기 플런저 스커트의 전체 질량은 상기 대칭 평면에 대하여 비대칭으로 분배된 방식으로 상기 횡부재 및/또는 상기 외주방향 벽에 배열된다.
상기 전체 질량은 그리하여 유리하게는 상기 횡부재와 상기 외주방향 벽의 질량의 조합으로 형성된다. 상기 플런저 스커트의 대칭 평면에 대해 전체 질량이 비대칭으로 분배되는 경우에, 상기 횡부재와 상기 외주방향 벽은 유리하게는 비대칭적인 질량 분배를 갖게 구성될 수 있다. 그 결과, 복수의 자유도가 유리하게는 상기 플런저 스커트를 제조하는 동안 이용가능하고, 상기 자유도는 상기 플런저 스커트의 질량 분배를 불균일하게 할 수 있다는 것이다.
상기 플런저 스커트의 전체 질량은, 바람직하게는 상기 대칭 평면에 대하여 대칭으로 구성된 플런저 스커트의 기본 질량과, 상기 롤러 쪽을 향하는, 상기 플런저 스커트의 내부 구역에서 대칭 평면에 대하여 비대칭으로 부착된 불균형 질량(unbalance mass)의 합계에 의해 형성된다.
상기 플런저 스커트는, 상기 플런저 스커트의 유리한 질량 불균형을 달성하기 위하여, 통상적으로 그 기하학적 형상과 질량 중심에 대하여 대칭으로 생산되는 플런저 스커트에, 불균형 질량의 형태로 추가적인 질량을 배열하는 것에 의해, 정확히 유리하게는 편심적으로, 다시 말해, 상기 플런저 스커트의 대칭 평면에 대하여 비대칭으로, 특히 간단히 제조될 수 있다.
여기서, 불균형 질량을 부착하는 가장 큰 공간은 여기서 상기 플런저 스커트의 기하학적 형상을 고려하여 유리하게 이용가능하기 때문에 상기 불균형 질량은 특히 유리하게는 상기 횡부재와 상기 외주방향 벽의 접촉 구역에 배열된다.
하나의 특히 바람직한 개선에서, 상기 불균형 질량은 유리하게는 상기 불균형 질량이 상기 롤러의 이동을 방해하는 것을 방지하기 위하여 롤러와 접촉함이 없이 상기 플런저 스커트에 배열된다.
상기 플런저 스커트의 외주방향 벽은, 상기 횡부재와 접촉 구역으로부터 시작하여, 상기 접촉 구역의 반대쪽에 놓여 있는 개방 단부에 이르기까지 상기 플런저 가이드 보어와 평행한 길이를 구비한다. 특히 상기 불균형 질량이, 상기 접촉 구역으로부터 시작하여, 바람직하게는 상기 외주방향 벽의 길이의 절반만큼 연장되는 경우 바람직하다. 상기 불균형 질량이 상기 길이의 1/3만큼 연장되는 경우 또는, 특히, 상기 길이의 1/4만큼 연장되는 경우 훨씬 더 우수하다. 그 결과, 상기 롤러와 방해하는 접촉이 바람직하게는 회피될 수 있다.
롤러 플런저의 전체 질량이 비대칭적으로 분배되지 않은 경우, 상기 피스톤에 가까운 롤러 플런저의 구역에서보다, 다시 말해, 상기 횡부재와 상기 외주방향 벽의 접촉 구역에서보다, 상기 플런저 스커트의 개방 단부의 구역에서 상기 플런저 가이드 보어에 상당히 더 큰 힘이 작용한다. 이것을 상쇄시키기 위하여, 상기 불균형 질량은 상기 개방 단부에보다 상기 접촉 구역에 더 가까이 배열되는 경우 유리하다. 그 결과, 개선된 힘 분배가 달성되어, 상기 플런저 가이드 보어에서 상기 롤러 플런저가 틸팅하는 것을 유리하게 상쇄한다.
상기 불균형 질량은 상기 플런저 가이드 보어와 평행한 길이방향 단면이 유리하게는 삼각형 형태이다. 여기서 제1 삼각형 레그(leg)가 상기 횡부재의 부분 구역에 의해 형성되고, 제2 삼각형 레그가 상기 외주방향 벽의 부분 구역에 의해 형성되는 경우 바람직하다. 상기 불균형 질량의 삼각형 형태, 유리하게는 상기 횡부재 및 상기 외주방향 벽과 같은 상기 플런저 스커트의 이미 존재하는 요소들과 측면 구역을 공유하는 삼각형은 보다 용이하게 생성될 수 있기 때문에 제조하기에 특히 바람직하다.
그러나, 상기 불균형 질량의 삼각형 형태가 바람직하지 않은 경우, 예를 들어, 너무 강한 토크(M질량)가 생성될 수 있기 때문에, 그 결과, 단 하나의 돌출부가 상기 횡부재에 또는 상기 외주방향 벽에 또는 상기 횡부재와 상기 외주방향 벽 모두에 제공되는 경우 유리할 수 있다. 예를 들어, 이를 위해 상기 횡부재 및/또는 상기 외주방향 벽에 저널(journal)이 배열될 수 있다.
상기 불균형 질량은 바람직하게는 상기 기본 질량의 10% 내지 100%이고, 특히 상기 기본 질량의 20% 내지 50%이다.
예를 들어, 상기 플런저 스커트의 기본 질량이 대략 100 g인 경우, 특히 상기 불균형 질량은 대략 20g 내지 50g의 질량을 구비하는 경우 바람직하다.
그리하여, 상기 불균형 질량은 상기 대칭 평면에 대하여 대칭적으로 구성된 플런저 스커트의 기본 질량과 동일한 질량을 구비할 수 있고, 상기 접촉 구역에 작용하는 힘과 상기 개방 단부에 작용하는 힘의 균형이 유리하게는 여기서 크게 시프트(shift)될 수 있다. 그러나, 상기 토크(M질량)가 상기 플런저 가이드 보어에서 상기 롤러 플런저의 원래의 토크를 특히 유리하게는 상쇄시키기 때문에 상기 불균형 질량이 상기 기본 질량의 20% 내지 50%의 범위에 있는 경우 특히 바람직한 것으로 밝혀졌다.
상기 불균형 질량은 상기 불균형 질량의 도심이 상기 플런저 스커트의 대칭 평면으로부터 대략 10㎜만큼 이격되는 방식으로 상기 플런저 스커트에 유리하게 배열된다.
상기 불균형 질량에 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 외주방향 벽은 상기 대칭 평면에 대해 비대칭으로 배열된 적어도 하나의 노치를 더 구비할 수 있다. 이것은 상기 플런저 스커트의 전체 질량을 대칭 평면에 대해 비대칭으로 배열하는 추가적인 가능성이 있는데, 이 가능성은 특히 간단히 제조될 수 있다.
상기 노치는, 바람직하게는, 상기 외주방향 벽의 개방 단부로부터 시작하여, 상기 외주방향 벽의 길이의 절반만큼, 보다 바람직하게는 상기 길이의 1/3만큼, 및 특히 상기 길이의 1/4만큼 연장된다. 이것은, 상기 횡부재와 상기 외주방향 벽의, 상기 개방 단부와 반대쪽에 놓여 있는 접촉 구역에 불균형 질량을 유리하게 배열한 경우에서와 동일한 유리한 효과를 제공한다.
상기 불균형 질량 및/또는 상기 노치에 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 외주방향 벽은 또한 공동(cavity)을 갖게 구성될 수 있고, 상기 공동은 바람직하게는 상기 개방 단부에 인접한 상기 외주방향 벽의 1/3에 배열될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상이한 밀도를 가지는 적어도 2개의 상이한 물질로부터 상기 롤러 플런저를 제조하는 것도 가능하고, 특히, 상기 플런저 스커트를 제조하는 것도 가능하다. 상기 물질은 바람직하게는 비대칭적으로 분배된 방식으로 상기 횡부재 및/또는 상기 외주방향 벽에 배열될 수 있다.
본 발명의 유리한 개선은 첨부된 도면을 사용하여 이하 본문에서 보다 상세히 설명된다.
도 1은 롤러 플런저, 롤러 슈(roller shoe)에서 동작하는 상기 롤러 플런저의 롤러를 구비하는 고압 펌프의 길이방향 단면 사시도;
도 2는 롤러 슈가 없는 롤러 플런저를 구비하는 고압 펌프의 길이방향 단면도;
도 3은 롤러 플런저가 길이방향 크기에 대하여 수직인 단면이 원형 형태인 도 1과 도 2의 롤러 플런저의 롤러 스커트의 사시도;
도 4는 길이방향 크기에 대하여 수직인 단면이 직사각형 형태인 플런저 스커트의 사시도;
도 5는 롤러 플런저의 동작 동안 작용하는 힘들을 갖는 대칭 평면에 대해 대칭으로 구성된 롤러 플런저의 개략 길이방향 단면도;
도 6은 삼각형 불균형 질량을 갖는 대칭 평면에 대해 비대칭으로 구성된 롤러 플런저의 제1 실시예의 개략 길이방향 단면도;
도 7은 롤러 플런저가 대칭 평면에 대해 비대칭으로 구성된, 돌출부를 갖는 롤러 플런저의 제2 실시예의 개략 길이방향 단면도;
도 8은 플런저 스커트의 외주방향 벽에 노치를 갖는 대칭 평면에 대해 비대칭으로 구성된 롤러 플런저의 제3 실시예의 개략 길이방향 단면도;
도 9는 플런저 스커트의 외주방향 벽에 공동을 갖는 대칭 평면에 대해 비대칭으로 구성된 롤러 플런저의 제4 실시예의 개략 길이방향 단면도;
도 10은, 상이한 밀도를 구비하고 롤러 플런저의 대칭 평면에 대해 비대칭으로 배열된 2개의 상이한 물질로 형성된 롤러 플런저의 개략 길이방향 단면도; 및
도 11은 추가적인 회전 방지 세이프가드를 갖는 도 3에 따른 롤러 플런저의 개략 길이방향 단면도.
도 1 및 도 2는 각 경우에 내연 엔진(14)의 연료 분사 시스템에서 고압 펌프(10)의 길이방향 단면도를 도시한다.
고압 펌프(10)는 피스톤 펌프(16)로 구성되고 피스톤(22)을 구비하는데, 이 피스톤은 펌프 하우징(20)의 피스톤 가이드(18)에서 가이드되고, 동작 동안 병진 움직임을 수행하며, 공정에서 압력 공간(24)에 위치된 연료(25)를 압축하여 연료를 압력으로 로딩한다. 본 실시예에서, 펌프 하우징(20)은 2개의 부분 구역, 즉 실린더 구역(20a)과 하부 하우징 구역(20b)으로 구성된다. 여기서, 피스톤 가이드(18)는 바람직하게는 실린더 구역(20a)에 배열된다.
피스톤(22)의 병진 움직임은 2개의 캠(28)을 구비하는 캠샤프트(26)에 의해 구동되고, 이 캠샤프트(26)는 그 기능을 위하여 내연 엔진(14)에 의해 구동된다.
캠샤프트(26)의 회전 움직임을 피스톤(22)의 병진 움직임으로 변환하기 위하여, 롤러 플런저(30)가 제공되고, 이 롤러 플런저(30)는 캠샤프트(26)의 표면(32)과 접촉하는 롤러(34)와, 피스톤(22)과 접촉하는 플런저 스커트(36)를 구비한다.
도 1에 도시된 실시예에서, 롤러(34)는 플런저 스커트(36)에 배열된 추가적인 롤러 슈(38)에서 롤링되는 반면, 도 2에 도시된 고압 펌프(10)에서는 추가적인 롤러 슈(38)가 제공되지 않는다.
플런저 스커트(36)는 피스톤(22)과 접촉하는 횡부재(40) 및 외주방향 벽(42)을 구비하고, 이 외주방향 벽에 롤러(34)가 수용되고 이 외주방향 벽은 도 2에 도시되지 않은 하부 하우징 구역(20b)에서 펌프 하우징(20)의 플런저 가이드 보어(44)에서 전체 롤러 플런저(30)를 가이드하는 기능을 한다.
플런저 스커트(36)는 대칭 평면(48)에 대해 대칭으로 외부 구역(46)에 배열된다.
이것은 도 3 및 도 4에서 플런저 스커트(36)의 2개의 상이한 실시예에 대해 개략 도시된다.
여기서, 도 3은 길이방향 크기(50)에 대해 수직인 단면이 원형 형태인 플런저 스커트(36)를 도시한다. 여기서, 대칭 평면(48)은 원 중심점(54)을 통한 원 반경(52)으로 이어진다.
대안으로서, 플런저 스커트(36)는 또한 도 4에 도시된 바와 같이 길이방향 크기(50)에 대해 수직인 단면이 직사각형 형태일 수 있다. 이 경우에, 플런저 스커트(36)는, 각 경우에 중앙선(56)으로 이어지는 2개의 대칭 평면(48)을 구비한다.
도 5는 캠(28), 롤러 플런저(30), 및 피스톤(22)을 포함하는 배열을 개략적으로 도시하고, 여기서 플런저 스커트(36)는 기하학적 형상과 전체 질량 면에서 대칭 평면(48)에 대해 대칭인 구성이다.
피스톤(22)의 행정 동안, 다시 말해, 연료(25)를 펌핑할 때 그리고 연료(25)를 흡입할 때, 축방향 힘(F축방향)과 측방향 힘(F측방향)이 표면(32)에 의하여 롤러 플런저(30)로 도입되어, 최종적으로 힘을 피스톤(22)을 통해 연료(25)에 압력 형태로 전달한다. 측방향 힘(F측방향)은 플런저 가이드 보어(44)에 의해 흡수되고 도 5에서 F1 및 F2로 표시된다. 여기서, F1은 플런저 스커트(36)의 외주방향 벽(42)의 개방 단부(58)의 구역에서 작용하는 측방향 힘을 나타낸다. 여기서, F2는 외주방향 벽(42)과 횡부재(40)의 접촉 구역(60)에서 작용하는 측방향 힘을 나타낸다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 힘(F1 및 F2)은 불균일한 방식으로 분배되어, 이에 의해 롤러 플런저(30)가 플런저 가이드 보어(44)에서 틸팅될 수 있다.
도 5로부터 더 명백한 바와 같이, 플런저 스커트(36)의 기하학적 형상(62)과 전체 질량(64)은 대칭 평면(48)에 대해 대칭으로 배열된다. 나아가, 롤러 플런저 축(66)은 캠(28)과 롤러(34) 사이의 접촉 각도를 감소시켜 최종 측방향 힘을 감소시키기 위하여 캠샤프트(26)의 축(68)을 통해 수직으로 이어지는 방식으로 배열된다.
그러나, 측방향 힘(F측방향)의 감소에도 불구하고, 플런저 가이드 보어(44)에서 롤러 플런저(30)가 틸팅하는 것이 방지될 수 없다.
그리하여 이제 플런저 스커트(36)의 전체 질량(64)을 편심적으로 구성하는 것, 다시 말해, 대칭 평면(48)에 대해 비대칭으로 분배하도록 구성하는 것이 제안된다.
대칭 평면(48)에 대해 전체 질량(64)을 비대칭으로 분배하는 것에 의해, 캠(28)과 롤러(34) 사이의 접촉 각도는 변치 않고, 롤러 플런저(30)에 인가되는 측방향 힘(F측방향)에 영향을 미치는 행정 프로파일 또는 캠 프로파일을 변화시키지 않는 가능성이 제공된다. 이것은 전체 질량(64)이 비대칭적으로 배열되는 것에 의해 측방향 힘(F1 및 F2)이 보다 균일하게 분배될 수 있어서, 상기 측방향 힘(F1 및 F2)이 플런저 가이드 보어(44)에 보다 균일하게 전달되기 때문이다.
이를 위해, 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 불균형 질량(70)이 제공될 수 있고, 예를 들어, 이 불균형 질량은 플런저 스커트(36)의 내부 구역(72)에서 대칭 평면(48)에 대해 비대칭으로 배열되며, 대칭 평면(48)에 대해 대칭 형상인 플런저 스커트(36)의 기본 질량(74)과 함께, 플런저 스커트(36)의 전체 질량(64)을 형성한다.
불균형 질량(70)은, 힘(F1 및 F2)의 불균일한 분배로부터 초래되는 롤러 플런저(30)의 틸팅 모멘트를 상쇄시키는 토크(M질량)를 생성하는 가속도 힘(F질량)을 야기한다.
그 결과, 틸팅 모멘트는 영향을 받아서 감소될 수 있고, 롤러 플런저(30)에 인가되는 에지 부하가 F1 및 F2의 불균일한 분배에 의해 감소될 수 있다. 나아가, 플런저 가이드 보어(44)로부터 롤러 플런저(30)가 틸팅하는 시간, 다시 말해, 급격히 일측면으로 해방되는 것(one-sided release)이 변하여, 틸팅이 움직임에 부정적인 영향을 미치지 않을 수 있다.
예를 들어, 롤러(34)의 가속도가 과도하게 크면, 캠샤프트(26)의 표면(32)과 롤러(34) 사이가 슬립(slip)할 수 있고, 그리하여 롤러 플런저(30)의 틸팅이 이 가속도 프로파일을 변화시킬 수 있다. 그리하여, 이 슬립은 롤러 플런저(30)의 틸팅 거동을 변화시키는 것에 의해 더 개선될 수 있다.
도 6은 전체 질량(64)이 대칭 평면(48)에 대해 비대칭으로 분배되는 방식으로, 즉 횡부재(40)와 외주방향 벽(42)의 접촉 구역(60)에서 불균형 질량(70)을 제공하는 것에 의해 분배되는 방식으로 배열될 수 있는 방식을 도시하는 롤러 플런저(30)의 개략 길이방향 단면도의 제1 실시예를 도시한다. 플런저 스커트(36)에서 이런 유형의 불균형 질량(70)은 매우 간단히 생성될 수 있고; 불균형 질량이 롤러(34)와 접촉함이 없이 플런저 스커트(36)에 배열되는 것이 유리하게 보장된다. 그 결과, 불균형 질량(70)은, 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 플런저 가이드 보어(44)와 평행한 선에 대하여 길이방향 단면이 삼각형 형태일 수 있다. 제1 삼각형 레그(76)는 특히 유리하게는 횡부재(40)의 부분 구역(78)에 의해 형성되고, 제2 삼각형 레그(80)는 외주방향 벽(42)의 부분 구역(82)에 의해 형성된다.
불균형 질량(70)은 플런저 스커트(36)의 상부 구역에 위치되는데, 다시 말해, 접촉 구역(60)으로부터 시작하여 개방 단부(58) 쪽으로 한정된 길이(84)를 구비하는, 즉 접촉 구역(60)으로부터 시작하여 길이(84)의 절반만큼 또는 길이(84)의 1/3만큼 또는 길이(84)의 1/4만큼 연장되는 외주방향 벽(42)에 위치되는 경우 유리하다.
그 결과, 불균형 질량(70)의 도심(86)이 생성되고, 이 불균형 질량은, 그 기능을 위하여, 방정식 M질량 = D(롤러 플런저 축(66)까지 도심(86)의 거리) x F질량을 통해, 플런저 가이드 보어(44)에서 롤러 플런저(30)의 틸팅 모멘트를 상쇄시키는 토크(M질량)를 생성한다.
F질량을 통해, 불균형 질량(70)의 실제 질량에 의해서 토크(M질량)가 생성된다.
불균형 질량(70)은 기본 질량(74)의 10% 내지 100%인 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 불균형 질량은 기본 질량(74)의 20% 내지 50%의 범위에 있는 경우 특히 유리하다.
도 6에 도시된 불균형 질량(70)의 삼각형 형태에 대한 대안으로서, 도 7에 길이방향 단면도로 도시된 바와 같이, 돌출부(88)가 또한 횡부재(40) 및/또는 외주방향 벽(42)에 제공될 수 있고, 이 돌출부(88)는 또한, 삼각형 불균형 질량(70)과 같이, 유리하게는, 접촉 구역(60)으로부터 시작하여 외주방향 벽(42)의 길이(84)의 절반만큼 또는 길이(84)의 1/3만큼 또는 길이(84)의 1/4만큼 연장된다.
도 8 및 도 9는, 추가적인 불균형 질량(70)이 외주방향 벽(42)의 내부 구역(72)에 제공되지 않고, 외주방향 벽(42)의 구역이 하나 이상의 노치(90) 또는 공동(92)을 구비하는, 플런저 스커트의 대안적인 실시예의 개략적인 길이방향 단면도를 도시한다.
그 결과, 노치(90) 또는 공동(92)을 구비하는 구역에서 외주방향 벽(42)의 질량은 외주방향 벽(42)의 다른 구역에서보다 더 작아서, 이것에 의해 플런저 스커트(36)의 전체 질량(64)이 대칭 평면(48)에 대해 전체적으로 비대칭으로 분배된다.
길이방향 단면도인 도 10에 도시된 추가적인 대안은 상이한 물질들을 제공하는 것으로, 여기서 제1 물질(94)은 제1 밀도를 구비하고, 제2 물질(96)은 제1 밀도와는 상이한 제2 밀도를 구비한다. 플런저 스커트(36)는 2개의 물질(94, 96)로 제조되는데, 이 물질(94, 96)은 대칭 평면(48) 주위에 비대칭으로 배열되어, 이에 의해 플런저 스커트(36)의 전체 질량(64)이 대칭 평면(48)에 대해 전체적으로 비대칭으로 분배된다.
도 11은 예를 들어 플런저(36)의 내부 구역(72)에 삼각형 불균형 질량(70)을 위한 회전 방지 세이프가드(98)의 길이방향 단면도를 도시하는데, 이 회전 방지 세이프가드(98)는 그러나 다른 모든 실시예에도 사용될 수 있다. 회전 방지 세이프가드는, 피니언(100)이 플런저 가이드 보어(44) 또는 플런저 스커트(36)에 배열되고 이와 인접한 요소(플런저 가이드 보어(44) 또는 롤러 플런저(30))의 리세스(recess)(100)에 맞물려, 롤러 플런저(30)가 롤러 플런저 축(66)에 대해 회전하는 것을 방지하는 것으로 구성될 수 있다.
그리하여, 전체적으로, 이제까지 대체로 대칭 형태였던 플런저 기하학적 형상을, 오프셋 도심(86)이 플런저 움직임에 긍정적으로 영향을 미치는 모멘트를 생성하는 방식으로 비대칭으로 구성하는 것이 제안된다. 나아가, 롤러 플런저(30)의 기하학적 설계시 추가적인 자유도가 추가적인 가능성을 제공할 수 있다. 힘 그 자체의 변화에 더하여, 플런저 가이드 보어(44)의 하부 단부 또는 상부 단부에서 틸팅 또는 리프트 시간이 또한 최적화되어, 예를 들어, 롤러 속력의 가속도 프로파일에 대한 부정적인 영향을 영향이 없는 프로파일로 시프트할 수 있다. 그리하여, 롤러 플런저(30)의 틸팅에 의해 야기되는, 캠샤프트(26)의 표면(32)과 롤러(34) 사이에 일어나는 급격한 슬립이 전방향 또는 역방향으로 조절되어, 행정 프로파일에서 영향이 없는 구역으로 가능한 한 각도를 이동시킬 수 있다.
10: 고압 펌프 12: 연료 분사 시스템
14: 내연 엔진 16: 피스톤 펌프
18: 피스톤 가이드 20: 펌프 하우징
20a: 실린더 구역 20b: 하부 하우징 구역
22: 피스톤 24: 압력 공간
25: 연료 26: 캠샤프트
28: 캠 30: 롤러 플런저
32: 표면 34: 롤러
36: 플런저 스커트 38: 롤러 슈
40: 횡부재 42: 외주방향 벽
44: 플런저 가이드 보어 46: 외부 구역
48: 대칭 평면 50: 길이방향 크기
52: 원 반경 54: 원 중심점
56: 중앙선 58: 개방 단부
60: 접촉 구역 62: 기하학적 형상
64: 전체 질량 66: 롤러 플런저 축
68: 축 70: 불균형 질량
72: 내부 구역 74: 기본 질량
76: 제1 삼각형 레그 78: 부분 구역, 횡부재
80: 제2 삼각형 레그 82: 부분 구역, 외주방향 벽
84: 길이 86: 도심
88: 돌출부 90: 노치
92: 공동 94: 제1 물질
96: 제2 물질 98: 회전 방지 세이프가드
100: 저널 102: 리세스
F축방향: 축방향 힘 F측방향: 측방향 힘
F1: 외주방향 에지의 개방 단부에서의 측방향 힘
F2: 외주방향 벽과 횡부재의 접촉 구역에서의 측방향 힘
F질량: 불균형 질량의 가속도 힘 M질량: 불균형 질량의 토크

Claims (10)

  1. 내연 엔진(14)의 연료 분사 시스템(12)을 위한 고압 펌프(10)로서,
    - 상기 고압 펌프(10)의 요소들을 수용하는 펌프 하우징(20),
    - 압력으로 연료(25)를 로딩하는 피스톤(22)으로서, 상기 펌프 하우징(20)의 피스톤 가이드(18)에서 가이드되는, 상기 피스톤(22), 및
    - 플런저 스커트(36)와 롤러(34)를 구비하는 롤러 플런저(30)를 포함하되
    , 상기 롤러는 캠샤프트(26)의 캠(28)으로부터 병진 움직임을 상기 피스톤(22)으로 전달하고, 상기 롤러 플런저(30)는 상기 펌프 하우징(20)의 플런저 가이드 보어(44)에서 가이드되며,
    - 상기 플런저 스커트(36)는, 상기 롤러(34)와는 반대쪽을 향하고 대칭 평면(48)에 대해 대칭이도록 구성된 외부 구역(46)을 구비하고,
    - 상기 플런저 스커트(36)는 상기 대칭 평면(48)에 대해 비대칭으로 분배되는 방식으로 배열된 전체 질량(64)을 구비하고,
    상기 플런저 스커트(36)는 상기 피스톤(22)과 접촉하는 횡부재(40)와, 상기 롤러(34)를 수용하는 외주방향 벽(42)을 구비하고, 상기 전체 질량(64)은 상기 대칭 평면(48)에 대해 비대칭으로 분배되는 방식으로 상기 횡부재(40) 및/또는 상기 외주방향 벽(42)에 배열되며,
    상기 롤러 플런저(30)는 상기 대칭 평면(48)에 대해 비대칭으로 분배되는 방식으로 상기 횡부재(40) 및/또는 상기 외주방향 벽(42)에 배열된 상이한 밀도의 적어도 2개의 상이한 물질(94, 96)로 제조되는 것을 특징으로 하는 고압 펌프(10).
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 플런저 스커트(36)의 전체 질량(64)은 상기 대칭 평면(48)에 대해 대칭으로 구성된 플런저 스커트(36)의 기본 질량(74)과, 상기 플런저 스커트(36)의 내부 구역(72)에 상기 대칭 평면(48)에 대하여 비대칭으로 부착된 불균형 질량(70)의 합계에 의해 형성되고, 상기 내부 구역(72)은 상기 롤러(34) 쪽을 향하고, 상기 불균형 질량(70)은 상기 횡부재(40)와 상기 외주방향 벽(42)의 접촉 구역(60)에 배열되는 것을 특징으로 하는 고압 펌프(10).
  4. 제3항에 있어서, 상기 불균형 질량(70)은 상기 롤러(34)와 접촉함이 없이 상기 플런저 스커트(36)에 배열되고, 상기 외주방향 벽(42)은, 상기 횡부재(40)와 접촉 구역(60)으로부터 시작하여, 상기 접촉 구역(60)과 반대쪽에 놓여 있는 개방 단부(58)에 이르기까지 상기 플런저 가이드 보어(44)와 평행한 길이(84)를 구비하며, 상기 불균형 질량(70)은, 상기 접촉 구역(60)으로부터 시작하여, 상기 외주방향 벽(42)의 길이의 절반만큼 연장되는 것을 특징으로 하는 고압 펌프(10).
  5. 제3항에 있어서, 상기 불균형 질량(70)은 상기 플런저 가이드 보어(44)와 평행한 길이방향 단면이 삼각형 형태이고, 제1 삼각형 레그(76)는 상기 횡부재(40)의 부분 구역(78)에 의해 형성되며, 제2 삼각형 레그(80)는 상기 외주방향 벽(42)의 부분 구역(82)에 의해 형성되고, 또는 적어도 하나의 돌출부는 상기 접촉 구역(60)에서 상기 횡부재(40) 및/또는 상기 외주방향 벽(42)에 배열된 것을 특징으로 하는 고압 펌프(10).
  6. 제3항에 있어서, 상기 불균형 질량(70)은 상기 기본 질량(74)의 10% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 고압 펌프(10).
  7. 제1항에 있어서, 상기 외주방향 벽(42)은 상기 대칭 평면(48)에 대해 비대칭으로 배열된 적어도 하나의 노치(90)를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 펌프(10).
  8. 제7항에 있어서, 상기 외주방향 벽(42)은, 상기 횡부재(40)와 접촉 구역(60)으로부터 시작하여 상기 접촉 구역(60)과 반대쪽에 놓여 있는 개방 단부(58)에 이르기까지 상기 플런저 가이드 보어(44)와 평행한 길이(84)를 구비하고, 상기 노치는, 상기 개방 단부(58)로부터 시작하여, 상기 외주방향 벽(42)의 상기 길이(84)의 절반만큼 연장되는 것을 특징으로 하는 고압 펌프(10).
  9. 제1항에 있어서, 상기 외주방향 벽(42)은 공동(92)을 갖게 구성되고, 상기 외주방향 벽(42)은, 상기 횡부재(40)와 접촉 구역(60)으로부터 시작하여 상기 접촉 구역(60)과 반대쪽에 놓여 있는 개방 단부(58)에 이르기까지 상기 플런저 가이드 보어(44)와 평행한 길이(84)를 구비하고, 상기 공동(92)은 상기 개방 단부(58)에 인접한 상기 외주방향 벽(42)의 1/3에 배열된 것을 특징으로 하는 고압 펌프(10).
  10. 삭제
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