KR102097882B1 - 베어링 배열체 - Google Patents

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야꼬 이스또라흐띠
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바르실라 핀랜드 오이
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Abstract

피스톤 엔진의 커먼 레일 연료 분사 펌프를 위한 베어링 배열체는 반경 방향 힘들을 지탱하도록 구성되고, 그리고 하우징 (1), 상기 하우징 (1) 내에 배열되고 회전 저널 (6) 또는 샤프트 (7) 를 지지하기 위한 슬라이딩 표면 (3) 이 제공된 베어링 요소 (2), 상기 베어링 요소 (2) 의 상기 슬라이딩 표면 (3) 으로 개방되는 적어도 하나의 오일 공급 포트 (4), 및 상기 하우징 (1) 내에 배열되는 오일 공급 보어 (5) 를 포함한다. 상기 베어링 배열체는 상기 오일 공급 보어 (5) 와 상기 오일 공급 포트 (4) 사이에서 유체 연통을 확립하기 위하여 상기 하우징 (1) 과 상기 베어링 요소 (2) 사이에 배열되는 오일 홈 (8) 을 더 포함한다.

Description

베어링 배열체
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 피스톤 엔진의 커먼 레일 연료 분사 펌프를 위한 베어링 배열체에 관한 것이다.
선박 또는 발전소 엔진과 같은 대형 피스톤 엔진의 커먼 레일 연료 분사 시스템의 통상적인 고압 펌프는 유체 챔버에서 연료를 가압하도록 구성된 하나 이상의 왕복 플런저들을 포함한다. 플런저들은 캠 샤프트의 캠들에 의해서 이동된다. 캠 샤프트는 윤활 플레인 베어링들에 의해서 지지된다. 고압 펌프의 베어링은 하우징 및 베어링 요소를 포함하고, 상기 베어링 요소는 상기 하우징 내에 배열되고 캠 샤프트의 저널이 회전하는 슬라이딩 표면을 포함한다. 선행 기술의 해결책에서, 윤활유는 베어링 요소의 상부 부분에 배열되는 오일 포트를 통하여 슬라이딩 표면으로 공급된다. 오일 포트는 베어링 요소의 슬라이딩 표면에 배열되는 홈을 통해 다른 오일 포트에 연결될 수 있다. 베어링의 하부 부분에서 가장 높은 베어링 하중이 발생된다. 오일 포트들의 위치로 인해, 베어링의 가장 많이 하중이 가해지는 영역에서 윤활유막을 교체하는 것이 효과적이지 않고, 이는 베어링의 눌러 붙음 (seizure) 에 대한 위험을 증가시킨다.
본 발명의 목적은 피스톤 엔진의 커먼 레일 연료 분사 펌프를 위한 개선된 베어링 배열체를 제공하는데 있다. 본 발명에 따른 베어링 배열체의 특징적인 특징들은 청구항 제 1 항의 특징부에 제공된다.
본 발명에 따른 베어링 배열체는 반경 방향 힘들을 지탱하도록 구성되고, 그리고 하우징, 상기 하우징 내에 배열되고 회전 저널 또는 샤프트를 지지하기 위한 슬라이딩 표면이 제공된 베어링 요소, 상기 베어링 요소의 상기 슬라이딩 표면으로 개방되는 적어도 하나의 오일 공급 포트, 및 상기 하우징 내에 배열되는 오일 공급 보어를 포함한다. 상기 베어링 배열체는 상기 오일 공급 보어와 상기 오일 공급 포트 사이에서 유체 연통을 확립하기 위하여 상기 하우징과 상기 베어링 요소 사이에 배열되는 오일 홈을 더 포함한다.
상기 하우징과 상기 베어링 요소 사이에 상기 오일 홈을 배열함으로써, 윤활유는 상기 슬라이딩 표면 상에서의 오일막 형성을 방해하지 않으면서 상기 베어링 요소의 후방측의 상기 베어링 배열체의 상기 오일 공급 포트들에 공급될 수 있다. 따라서, 슬라이딩 표면은 편평하게 만들어질 수 있고, 이는 오일막의 두께를 개선시킨다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 상기 베어링 요소의 상기 슬라이딩 표면은 상기 오일 공급 포트 주위에 배열되는 오일 포켓을 포함한다. 상기 오일 포켓은 일정량의 오일을 유지하도록 구성되는 리세스이다. 상기 오일 포켓은 상기 슬라이딩 표면에 오일을 분배하는데 도움이 된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 오일 포켓의 폭은 상기 베어링 요소의 폭의 30 ~ 95% 이다. 넓은 오일 포켓은 상기 슬라이딩 표면의 전체 폭에 걸쳐서 균일하게 오일막을 분배한다. 따라서, 상기 오일 포켓의 폭은 상기 슬라이딩 표면의 폭의 적어도 60% 인 것이 바람직하다.
상기 오일 홈은 상기 하우징 또는 상기 베어링 요소에 배열될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 베어링 배열체는 적어도 2 개의 오일 공급 포트들을 포함한다. 상기 베어링 배열체에 2 개 이상의 오일 공급 포트들이 제공됨으로써, 오일은 상기 슬라이딩 표면의 여러 위치들에 공급될 수 있고, 이는 오일막이 보다 균일해지게 한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 오일 홈은 상기 오일 공급 보어에 오일 공급 포트들의 각각을 연결하기 위하여 상기 베어링 요소의 둘레를 따라서 상기 오일 공급 보어로부터 양방향으로 연장된다. 상기 오일 공급 보어의 양측에 상기 오일 공급 포트들을 설치하고 상기 오일 공급 보어로부터 반대 방향으로 연장하도록 상기 오일 홈을 배열함으로써, 상기 하우징에 대한 상기 베어링 요소의 가능한 회전은 상기 오일 공급 포트들로의 오일 공급을 완전히 차단하지 못하게 한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 베어링 요소의 상기 슬라이딩 표면은 상기 오일 포켓(들) 외부에서 편평하다. 따라서, 상기 슬라이딩 표면의 최대 영역은 오일막을 형성하는데 이용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 오일 홈은 상기 오일 공급 포트로 끝나도록 구성된다. 오일 홈이 사각 단부들 (dead ends) 을 포함하지 않도록 함으로써, 캐비테이션의 위험이 감소될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 적어도 하나의 오일 공급 포트는 상기 베어링 요소의 최하점으로부터 각각의 방향으로 60도 연장되는 섹터 내에 배열된다. 이것은 상기 베어링 배열체의 하부 부분에서 윤활을 개선시킨다.
본 발명에 따른 커먼 레일 연료 분사 시스템을 위한 고압 펌프는 위에 규정된 베어링 배열체를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 적어도 하나의 오일 공급 포트는 가장 높은 베어링 하중이 나타나는 영역 부근에 배열된다. 따라서, 오일은 상기 베어링의 가장 많이 하중이 가해지는 영역에 공급된다.
본 발명의 도면들의 간단한 설명 및 실시 형태들은 이하에서 첨부 도면들을 참고로 하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1 은 커먼 레일 연료 분사 시스템을 위한 고압 펌프를 개략적으로 도시하고,
도 2 는 본 발명의 실시 형태에 따른 베어링 배열체의 측단면도를 도시하고, 그리고
도 3 은 도 2 의 베어링 배열체의 다른 도면을 도시한다.
도 1 에는 피스톤 엔진의 커먼 레일 연료 분사 시스템의 고압 펌프의 개략도가 도시된다. 고압 펌프가 사용될 수 있는 피스톤 엔진은 전기를 생산하기 위해 발전소에서 사용되는 엔진 또는 선박의 주 엔진 또는 보조 엔진과 같은 대형 내연 엔진이다. 피스톤 엔진은 복수의 실린더들을 포함하고, 그리고 고압 펌프는 피스톤 엔진의 여러 실린더들에 가압 연료를 공급한다. 여기서 "고압 펌프" 라는 표현은 피스톤 엔진의 실린더들 내로의 직접 연료 분사에 적합한 수준으로 경유 또는 해양 디젤유와 같은 액체 연료의 압력을 상승시킬 수 있는 펌프를 지칭한다. 고압 펌프 이후의 압력은, 예를 들면, 500 내지 3000 bar 범위일 수 있다.
도 1 의 실시예에서, 고압 펌프는 연료를 가압하기 위한 2 개의 플런저들 (10) 을 포함한다. 하지만, 고압 펌프에는 또한 단지 하나의 플런저 (10) 가 제공될 수 있거나 또는 상기 고압 펌프는 2 개 이상의 플런저들 (10) 을 포함할 수 있다. 플런저들의 각각 (10) 은 왕복 방식으로 이동하고, 그리고 플런저 (10) 가 연료를 가압하는 유체 챔버 (11) 내로 돌출하도록 배열된다. 고압 펌프가 사용되는 연료 분사 시스템은 고압 펌프에 연료를 공급하기 위한 하나 이상의 저압 펌프들을 포함한다. 플런저들 (10) 을 이동시키기 위하여, 고압 펌프는 캠 샤프트 (7) 를 포함한다. 도 1 의 실시예에서, 캠 샤프트 (7) 는 각각의 플런저 (10) 에 대해 하나의 캠 (12) 을 포함한다. 캠 샤프트 (7) 가 회전함에 따라, 플런저들 (10) 은 왕복 방식으로 캠들 (12) 에 의해서 이동된다. 플런저들 (10) 중 하나가 상사점에 있을 때, 다른 하나의 플런저 (10) 가 하사점에 있도록 2 개의 플런저들 (10) 사이에 위상차가 존재한다. 이것은 고압 펌프의 출력이 가능한 한 일정하도록 보장한다. 캠 종동자들 (13) 은 캠들 (12) 의 회전 운동을 플런저들 (10) 의 왕복 운동으로 변환한다. 캠 샤프트 (7) 는 고압 펌프가 사용되는 피스톤 엔진의 크랭크 샤프트에 의해서 구동될 수 있다. 대안으로, 캠 샤프트 (7) 는 예를 들면 전기 모터 또는 유압 모터에 의해서 구동될 수 있다.
고압 펌프의 캠 샤프트 (7) 는 반경 방향 하중들을 지탱하도록 구성되는 베어링들에 의해서 지지된다. 도 1 의 실시예에서, 캠 샤프트 (7) 는 3 개의 베어링들에 의해서 지지된다. 래디얼 베어링들의 최소수는 2 개지만, 플런저들 (10) 의 수에 따라, 고압 펌프는 또한 3 개 이상의 래디얼 베어링들을 포함할 수 있다. 고압 펌프의 베어링들은 윤활 플레인 베어링들이다. 각각의 베어링은 하우징 (1) 및 상기 하우징 (1) 내에 배열되는 베어링 요소들 (2) 을 포함한다. 캠 샤프트 (7) 에는 베어링 요소들 (2) 내에서 회전하도록 배열되는 저널들 (6) 이 제공된다. 윤활유는 회전 접촉부에서 유체막을 형성하고 마찰을 최소화하기 위하여 각각의 베어링 요소 (2) 와 저널 (6) 사이에 공급된다. 펌프가 생성해야 하는 고압으로 인해, 베어링들의 하중이 상대적으로 높다. 베어링들의 저부에서 가장 높은 하중이 발행한다. 도 2 및 도 3 은 본 발명의 실시 형태에 따른 베어링 배열체를 도시한다. 베어링 배열체는 커먼 레일 연료 분사 시스템의 고압 펌프의 베어링들에 사용될 수 있다. 베어링 배열체는 하우징 (1) 및 상기 하우징 (1) 내에 배열되는 베어링 요소 (2) 를 포함한다. 베어링 요소 (2) 는 저널 (6) 또는 샤프트 (7) 가 회전할 수 있는 슬라이딩 표면 (3) 을 포함한다. 따라서, 슬라이딩 표면 (3) 은 환형 베어링 요소 (2) 의 내부 표면이다. 슬라이딩 표면 (3) 은 베어링 요소 (2) 의 전체 내부 둘레에 걸쳐서 연장된다. 베어링 요소 (2) 와 저널 (6) 사이에 윤활유를 공급하기 위하여, 베어링 배열체는 베어링 요소 (2) 의 슬라이딩 표면 (3) 상으로 개방되는 적어도 하나의 오일 공급 포트 (4) 를 포함한다.
도 2 및 도 3 의 실시 형태에서, 베어링 배열체는 3 개의 오일 공급 포트들 (4) 을 포함하지만, 오일 공급 포트들 (4) 의 수는, 예를 들면, 1 내지 4 개일 수 있다. 베어링 배열체의 각각의 오일 공급 포트 (4) 는 베어링 요소 (2) 의 슬라이딩 표면 (3) 에 배열되는 오일 포켓 (9) 에 의해서 둘러싸여진다. 오일 포켓 (9) 은 일정량의 오일을 유지하도록 구성되는 리세스이다. 오일 포켓들 (9) 은 슬라이딩 표면 (3) 에 오일을 균일하게 분배하는데 도움이 된다. 오일 포켓 (9) 의 폭은 베어링 요소 (2) 의 축선 방향으로 베어링 요소 (2) 의 폭의 30 ~ 95% 이다. 넓은 오일 포켓 (9) 은 슬라이딩 표면 (3) 의 전체 폭에 걸쳐서 보다 효과적으로 오일을 분배한다. 따라서, 오일 포켓 (9) 의 폭은 베어링 요소 (2) 의 폭의 적어도 60% 인 것이 바람직하다. 베어링 요소 (2) 의 둘레 방향으로의 오일 포켓 (9) 의 길이는 최대한으로 오일 포켓 (9) 의 폭과 동일하다. 도 2 및 도 3 의 실시 형태에서, 오일 포켓들 (9) 은 직사각형이다. 하지만, 오일 포켓들 (9) 은 또한 예를 들면 원형 또는 타원형일 수 있다. 오일 포켓들 (9) 의 외부에서, 베어링 요소 (2) 의 슬라이딩 표면 (3) 은 편평하다. 따라서, 오일 포켓들 (9) 의 외부에는 리세스들 또는 홈들이 형성되지 않는다. 편평한 슬라이딩 표면 (3) 은 오일막의 두께를 개선시키고, 그리고 슬라이딩 표면 (3) 의 사용을 최대화한다.
오일 공급 포트들 (4) 에 윤활유를 공급하기 위하여, 베어링 배열체는 베어링 배열체의 하우징 (1) 내에 배열되는 오일 공급 보어 (5) 를 포함한다. 오일 공급 보어 (5) 는 베어링 배열체의 상부 부분으로부터 오일 공급 포트들 (4) 로 오일을 공급하도록 배열된다. 오일 공급 보어 (5) 로부터의 오일은 하우징 (1) 과 베어링 요소 (2) 사이에 배열되는 오일 홈 (8) 에 의해서 수용된다. 도 1 및 도 2 의 실시 형태에서, 오일 홈 (8) 은 하우징 (1) 에 형성된다. 따라서, 베어링 요소 (2) 의 외부 둘레는 편평하다. 하지만, 오일 홈 (8) 은 또한 베어링 요소 (2) 에 형성될 수 있거나, 또는 오일 홈 (8) 은 부분적으로 하우징 (1) 에, 그리고 부분적으로 베어링 요소 (2) 에 있을 수 있다. 오일 홈 (8) 은 오일 공급 보어 (5) 와 오일 공급 포트들 (4) 의 각각 사이에 유체 연통을 확립하도록 구성된다. 오일 공급 보어 (5) 의 단부로부터, 오일 홈 (8) 은 베어링 요소 (2) 의 둘레를 따라서 양방향으로 연장된다. 이것은 베어링 요소 (2) 가 하우징 (1) 에 대해 회전하더라도, 오일 공급 포트들 (4) 로의 오일 공급이 완전히 차단되지 않고 윤활유가 오일 공급 포트들 (4) 중 적어도 하나에 공급되는 것을 보장한다.
오일 홈 (8) 은 양단부가 오일 공급 포트 (4) 로 끝나도록 구성된다. 따라서, 오일 홈 (8) 은 오일 공급 보어 (5) 로부터 가장 멀리있는 오일 공급 포트들 (4) 을 지나서 연장되지 않고, 그리고 사각 단부들을 포함하지 않는다. 이것은 캐비테이션을 방지한다.
도 2 및 도 3 의 실시 형태에서, 오일 공급 포트들 (4) 중 2 개는 베어링 요소 (2) 의 하부 부분에 위치된다. 커먼 레일 연료 분사 시스템의 고압 펌프에서, 상기 베어링 요소 (2) 의 하부 부분은 베어링들의 가장 많이 하중이 가해지는 영역이다. 가장 높은 베어링 하중을 갖는 영역의 근처에 오일 공급 포트들 (4) 중 적어도 하나를 배열함으로써, 이 영역이 적절히 윤활되도록 보장된다. 바람직하게는, 적어도 하나의 오일 공급 포트 (4) 는 베어링 요소 (2) 의 최하점으로부터 각각의 방향으로 60도 연장되는 섹터 내에 배열된다. 도 2 및 도 3 의 실시 형태에서, 오일 공급 보어 (5) 는 베어링 요소 (2) 아래로 연장된다. 오일 공급 보어 (5) 의 이 단부는 플러그 (14) 에 의해서 폐쇄된다. 플러그 (14) 는 오일 홈 (8) 과 플러그 (14) 사이의 부피를 최소화하도록 베어링 요소 (2) 에 근접하게 배열된다. 이런 식으로 오일 댐퍼의 생성이 회피된다.
본 발명이 전술한 실시 형태들로 한정되지 않고 첨부된 청구범위의 범위 내에서 변경될 수 있다는 것은 이 분야의 당업자에게 인식될 것이다.

Claims (13)

  1. 피스톤 엔진의 커먼 레일 연료 분사 펌프를 위한 베어링 배열체로서,
    상기 베어링 배열체는 반경 방향 힘들을 지탱하도록 구성되고, 그리고
    - 하우징 (1),
    - 상기 하우징 (1) 내에 배열되고 회전 저널 (6) 또는 샤프트 (7) 를 지지하기 위한 슬라이딩 표면 (3) 이 제공된 베어링 요소 (2),
    - 상기 베어링 요소 (2) 의 상기 슬라이딩 표면 (3) 으로 개방되는 적어도 하나의 오일 공급 포트 (4),
    - 상기 하우징 (1) 내에 배열되는 오일 공급 보어 (5), 및
    - 상기 오일 공급 보어 (5) 와 상기 오일 공급 포트 (4) 사이에서 유체 연통을 확립하기 위하여 상기 하우징 (1) 과 상기 베어링 요소 (2) 사이에 배열되는 오일 홈 (8) 을 포함하고,
    상기 베어링 요소 (2) 의 상기 슬라이딩 표면 (3) 은 상기 오일 공급 포트 (4) 주위에 배열되는 오일 포켓 (9) 을 포함하는, 베어링 배열체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일 포켓 (9) 의 폭은 상기 베어링 요소 (2) 의 폭의 30 ~ 95% 인, 베어링 배열체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 오일 포켓 (9) 의 상기 폭은 상기 베어링 요소 (2) 의 상기 폭의 60 ~ 95% 인, 베어링 배열체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일 홈 (8) 은 상기 하우징 (1) 에 배열되는, 베어링 배열체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일 홈 (8) 은 상기 베어링 요소 (2) 에 배열되는, 베어링 배열체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링 배열체는 적어도 2 개의 오일 공급 포트들 (4) 을 포함하는, 베어링 배열체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 오일 홈 (8) 은 상기 오일 공급 보어 (5) 에 상기 오일 공급 포트들 (4) 의 각각을 연결하기 위하여 상기 베어링 요소 (2) 의 둘레를 따라서 상기 오일 공급 보어 (5) 로부터 양방향으로 연장되는, 베어링 배열체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링 요소 (2) 의 상기 슬라이딩 표면 (3) 은 상기 오일 포켓(들) (9) 외부에서 편평한, 베어링 배열체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일 홈 (8) 은 상기 오일 공급 포트 (4) 로 끝나도록 구성되는, 베어링 배열체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 오일 공급 포트 (4) 는 상기 베어링 요소 (2) 의 최하점으로부터 각각의 방향으로 60도 연장되는 섹터 내에 배열되는, 베어링 배열체.
  11. 커먼 레일 연료 분사 시스템을 위한 고압 펌프로서,
    상기 고압 펌프는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 베어링 배열체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고압 펌프.
  12. 제 11 항에 있어서,
    적어도 하나의 오일 공급 포트 (4) 는 가장 높은 베어링 하중이 나타나는 영역 부근에 배열되는, 고압 펌프.
  13. 삭제
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