KR102179022B1 - 배출 밸브를 구비한 고압 연료 펌프 - Google Patents

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 배출 밸브(32), 밸브 볼(38), 폐쇄 방향으로 상기 밸브 볼(38)에 작용하는 밸브 스프링(40), 및 상기 밸브 볼(38)용 정지 바디(60)를 포함하는 고압 연료 펌프(10)에 관한 것이며, 상기 정지 바디(60)는 상기 밸브 볼(38)의 개방 행정을 제한하는 정지 섹션(66)을 포함하고, 상기 밸브 스프링(40)은 상기 정지 바디(60)에 지지된다. 정지 바디(60)는 밸브 스프링(40)을 적어도 부분적으로 수용하는 리세스(62)를 포함하고, 상기 리세스의 방사방향 내부 경계면은 밸브 스프링(40)용 가이드를 형성한다.

Description

배출 밸브를 구비한 고압 연료 펌프{HIGH-PRESSURE FUEL PUMP HAVING AN OUTLET VALVE}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 고압 연료 펌프에 관한 것이다.
고압 연료 펌프, 특히 내연기관용 연료 시스템의 피스톤 펌프는 시장으로부터 공지되어 있다. 이러한 고압 연료 펌프는 종종 유입 밸브 및 배출 밸브를 포함하고, 상기 밸브들은 제어에 따라 및/또는 연료압에 따라 개방 및 폐쇄될 수 있다. 배출 밸브는 흡입 행정 동안 압력 하의 연료 어큐뮬레이터("레일")을 고압 연료 펌프의 송출 챔버에 대해 폐쇄할 수 있다. 이에 반해, 송출 챔버 내의 연료압이 연료 어큐뮬레이터 내의 압력에 의한 대항력과 폐쇄 스프링의 힘을 더한 것보다 크면, 배출 밸브는 개방될 수 있다.
본 발명의 과제는 밀봉 시트에 대한 밸브 부재의 비교적 적은 유압 접촉이 이루어지는 배출 밸브를 포함하는 고압 연료 펌프를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 고압 연료 펌프에 의해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 제시된다. 본 발명에 중요한 특징들은 하기 설명 및 도면에 나타나며, 상기 특징들은 단독으로 및 조합해서 본 발명에 중요할 수 있다.
본 발명은 배출 밸브, 밸브 볼, 폐쇄 방향으로 상기 밸브 볼에 작용하는 밸브 스프링, 및 상기 밸브 볼용 정지 바디를 포함하는 고압 연료 펌프에 관한 것이며, 상기 정지 바디는 상기 밸브 볼의 개방 행정을 제한하는 정지 섹션을 포함하고, 상기 밸브 스프링은 상기 정지 바디에 지지된다. 정지 바디는 밸브 스프링을 적어도 부분적으로 수용하는 리세스를 포함하고, 상기 리세스의 방사방향 내부 경계면은 밸브 스프링용 가이드를 형성한다. 리세스에 의해, 밸브 스프링은 비교적 정확하게 안내될 수 있어서, 배출 밸브가 더 작게 형성될 수 있다. 이로 인해, 고압 연료 펌프는 구조적으로 특히 다양하게 구현될 수 있다. 본 발명은, 고압 연료 펌프의 배출 밸브가 밀봉 시트에 대한 밸브 부재의 비교적 작은 유압 접촉을 갖는다는 장점을 갖는데, 그 이유는 상기 밀봉 시트가 선형으로 형성될 수 있기 때문이다. 따라서, 배출 밸브의 개방 과정에서 소음이 줄어들 수 있다.
고압 연료 펌프의 일 실시예에서, 정지 바디 내에서 밸브 볼을 향한 리세스의 가장자리는 링형 정지 섹션을 형성한다. 이는 밸브 부재의 개방 운동("행정")에 대한 규정된 제한을 가능하게 하므로, 배출 밸브의 기능이 개선될 수 있다. 특히, 배출 밸브의 폐쇄 시간이 행정 제한으로 인해 비교적 짧고 비교적 일정하게 유지될 수 있다. 이로 인해, 고압 연료 펌프의 흡입 단계의 시작 동안 고압으로 이미 압축된 연료가 고압 어큐뮬레이터("레일")로부터 다시 고압 연료 펌프의 송출 챔버 내로 흐를 수 있는 소위 "역류 손실"이 줄어들 수 있다. 따라서, 고압 연료 펌프의 공급률이 높아질 수 있다. 바람직하게는 정지 섹션이 적어도 대략 원추형으로 구현된다. 이로 인해, 밸브 볼이 배출 밸브의 개방 상태에서 규정대로 유지될 수 있다.
밸브 볼이 비교적 싼 강 재료를 포함하면, 배출 밸브가 저렴해진다. 즉, 본 발명에 따른 배출 밸브에는 세라믹 재료로 이루어진 비교적 비싼 밸브 볼이 필요 없다.
고압 연료 펌프의 다른 실시예에서, 리세스는 간단한 원통형 횡단면을 갖는다. 이로 인해, 배출 밸브의 제조가 간단해지고 저렴해질 수 있다. 고압 연료 펌프의 다른 실시예에서, 밸브 스프링은 압축 하중을 받는 나사선 스프링으로서 구현되며 축 방향으로 상이한 직경을 갖고, 특히 중간 부분을 향해 줄어드는 직경을 갖는다. 이로 인해, 밸브 스프링 또는 나사선 스프링의 설치 공간이 줄어들 수 있고 배출 밸브의 기능이 개선될 수 있으며, 특히 비선형 스프링 특성 곡선이 구현될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 고압 연료 펌프의 배출 밸브는 밸브 바디를 포함하고, 상기 밸브 바디에 밀봉 시트가 형성되며, 상기 밸브 바디는 가이드 칼라를 포함하고, 상기 가이드 칼라에서 밸브 볼이 방사방향으로 안내된다. 가이드 칼라는 제 1 다수의 리세스를 포함하고, 상기 리세스들은 원주 방향으로 바람직하게는 균일하게 분포되어 배치되며 제 1 유동 채널들을 형성한다. 정지 바디는 리세스의 방사방향 외부에 제 2 다수의 리세스를 포함하고, 상기 리세스들은 원주 방향으로 바람직하게는 균일하게 분포되어 배치되며 제 2 유동 채널들을 형성한다. 제 2 유동 채널의 횡단면은 정지 바디의 방사방향 정렬과 무관하게 적어도 하나의 제 2 유동 채널이 제 1 유동 채널을 적어도 부분적으로 오버랩하도록 선택된다. 이로 인해, 본 발명에 따른 고압 연료 펌프의 특히 바람직한 실시예가 구현된다. 특히, 밸브 바디, 밸브 볼, 나사선 스프링 및 정지 바디의 조립이 특히 간단하게 이루어질 수 있다. 이로 인해, 고압 연료 펌프의 제조가 저렴해질 수 있다. 배출 밸브의 부재들의 조립은 부재들 간의 방사방향 각과 무관하게 이루어질 수 있어서 간단해질 수 있다.
추가로, 제 1 다수와 제 2 다수가 상이할 수 있다. 이로 인해, 특히 리세스들의 균일한 분포 시에 제 1 유동 채널과 제 2 유동 채널 사이의 소위 방사방향 "간섭" 이 생기므로, 전체적으로 주어지는 유압 개방 횡단면이 가이드 칼라와 정지 바디 사이의 방사방향 각과 실질적으로 무관하다. 따라서, 부재들이 원주 방향으로 정렬될 필요가 없기 때문에, 배출 밸브의 기능이 개선되고 조립이 간단해진다.
다른 실시예에서, 정지 바디는 스탬핑 부품 및/또는 디프 드로잉 부품으로서 구현된다. 이로 인해 배출 밸브 및 그에 따라 본 발명에 따른 고압 연료 펌프가 저렴해진다.
다른 실시예에서, 정지 바디 및/또는 밸브 바디는 예컨대 압입에 의해 압력 끼워맞춤 방식으로 배출 밸브의 하우징 내에 배치된다. 이로 인해, 배출 밸브의 조립이 간단해질 수 있어서, 그 제조가 저렴해진다.
이하, 본 발명의 실시예들이 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 자동차의 내연기관용 연료 시스템의 고압 연료 펌프의 축 방향 단면도.
도 2는 도 1의 고압 연료 펌프의 배출 밸브의 축 방향 단면도.
도 3은 고압 연료 펌프의 하우징 상의 개구 전방에 도 2의 배출 밸브의 조립 순서로 축 방향으로 이격되어 배치된 부재들의 사시도(부분적으로 분해도).
모든 도면에서 기능상 동등한 부재들 및 크기들은 상이한 실시예에서도 동일한 도면 부호로 표시되어 있다.
도 1은 고압 연료 펌프(10)의 개략적인 축 방향 단면도를 도시한다. 고압 연료 펌프(10)는 자동차의 도시되지 않은 내연기관의 도시되지 않은 연료 시스템의 부재이다. 고압 연료 펌프(10)는 하우징(12)을 포함하고, 상기 하우징의 도면에서 볼 때 좌측 부분에는 자기 코일(16), 아마추어(18) 및 아마추어 스프링(20)을 포함하는 전자석(14)이 배치된다.
또한, 고압 연료 펌프(10)는 저압 라인(22)에 접속된 유입부(24) 및 고압 라인(28)에 접속된 배출부(30)를 포함하고, 상기 유입부(24)는 유입 밸브(26)를, 그리고 상기 배출부(30)는 배출 밸브(32)를 포함한다. 고압 라인(28)에 접속된 고압 어큐뮬레이터("레일")는 도시되어 있지 않다. 개방된 상태에서, 배출 밸브(32)는 개구(34)를 통해 송출 챔버(36)에 유압 연결된다. 배출 밸브(32)는 밸브 볼(38) 및 밸브 스프링(40)을 포함하며 도 1에서는 매우 개략적으로만 도시되어 있다. 하기의 도 2 및 도 3에서 배출 밸브(32)가 상세히 도시되며 설명된다.
유입 밸브(26)는 밸브 스프링(42) 및 밸브 바디(44)를 포함한다. 밸브 바디(44)는, 도면에서 수평으로 이동 가능하며 아마추어(18)와 결합된 밸브 니들(46)에 의해 이동될 수 있다. 전자석(14)에 전류가 공급되면, 밸브 니들(46)은 도 2에서 볼 때 좌측으로 이동되고, 유입 밸브(26)는 밸브 스프링(42)의 힘에 의해 폐쇄될 수 있다.
전자석(14)에 전류가 공급되지 않으면, 유입 밸브(26)는 아마추어 스프링(20)의 힘에 의해 강제로 개방될 수 있다. 송출 챔버(36) 내에 피스톤(48)이 도면에 볼 때 수직으로 이동 가능하게 배치된다. 피스톤(48)은 - 여기서 타원형인 - 캠(52)에 의해 롤러(50)를 통해 실린더(54) 내에서 이동될 수 있다. 실린더(54)는 하우징(12)의 섹션 내에 형성된다. 유입 밸브(26)는 개구(56)를 통해 송출 챔버(36)에 유압 연결된다.
작동 중에 고압 연료 펌프(10)는 연료를 유입부(24)로부터 배출부(30)로 송출하고, 배출 밸브(32)는 송출 챔버(26)와 배출부(30) 또는 고압 라인(28) 사이의 각각의 압력차에 따라 개방 또는 폐쇄된다. 유입 밸브(26)는 전송출(full delivery) 시에 유입부(24)와 송출 챔버(36) 사이의 각각의 압력 차에 의해 작동되지만, 부분 송출 시에는 밸브 니들(46) 또는 전자석(14)에 의해 작동된다.
도 2는 고압 연료 펌프(10)의 하우징(12) 내에 배치된 배출 밸브(32)의 축 방향 단면도를 도시한다. 배출 밸브(32)는 실질적으로 회전 대칭으로 또는 방사방향 대칭으로 구현되고, 여기서는 4개의 부재를 포함한다: 밸브 바디(58; 도면에서 좌측), 정지 바디(60; 도면에서 우측), 상기 밸브 바디(58)와 상기 정지 바디(60) 사이에 축 방향으로 중심에 배치된 밸브 볼(38), 및 나사선 스프링으로서 형성된 밸브 스프링(40).
밸브 스프링(40)은 밸브 볼(38)에 폐쇄 방향으로 작용하며, 정지 바디(60)의 리세스(62) 내에 수용된다. 밸브 스프링(40)은 정지 바디(60)의 바닥(도면에서 우측, 도면 부호 없음)에 지지된다. 리세스(62)의 방사방향 내부 경계면은 밸브 스프링(40)용 가이드를 형성한다. 리세스(62)는 간단한 원통형 횡단면을 갖는다. 바닥은 축 방향 중앙 개구(64)를 포함하고, 상기 중앙 개구(64)는 밸브 스프링(40)보다 작은 직경을 갖는다. 도 2에 도시된 배출 밸브(32)의 실시예에서, 밸브 스프링(40)은 축 방향으로 (계속) 상이한 직경을 갖고, 여기서는 중간 부분을 향해 줄어드는 상태로 구현된다.
정지 바디(60) 내에서 밸브 볼(38)을 향한 리세스(62)의 가장자리는 밸브 볼(38)용 링형 정지 섹션(66)을 형성한다. 밸브 바디(58) 상에 선형의 링형 밀봉 시트(68)가 형성된다. 밸브 바디(58)는 도면에서 볼 때 밀봉 시트(68)의 우측에 가이드 칼라(70)를 포함하고, 상기 가이드 칼라(70) 내에서 밸브 볼(38)이 방사방향으로 안내된다. 가이드 칼라(70)는 제 1 다수의 리세스(72)를 포함하고, 상기 리세스들은 원주 방향으로 균일하게 분포되어 배치되며 제 1 유동 채널들(74)을 형성한다. 제 1 유동 채널(74)의 축 방향 영역에서 가이드 칼라(70)는 제 1 다수의 리세스(72)에 상응하게 방사방향 대칭으로 구현된다.
정지 바디(60)는 그 외부면 상에, 즉 리세스(62)의 외부에 방사방향으로 제 2 다수의 리세스(76)를 포함하며, 상기 리세스들(76)은 원주 방향으로 균일하게 분포되어 배치되고 제 2 유동 채널들(78)을 형성한다. 제 2 유동 채널(78)의 축 방향 영역에서 정지 바디(60)는 제 2 다수의 리세스(76)에 상응하게 방사방향 대칭으로 구현된다. 여기서는 제 1 다수와 제 2 다수가 상이하며, 각각 3개 및 5개이다(도 3 참고).
도 2에서 밸브 바디(58) 및 정지 바디(60)는 약간(도면 부호 없음) 축 방향으로 이격되어 배치되거나 도시된다. 배출 밸브(32)의 도시되지 않은 실시예에서, 밸브 바디(58)와 정지 바디(60)는 간격 없이 서로 축 방향으로 배치된다. 바람직하게는 정지 바디(60) 및/또는 밸브 바디(58)가 하우징(12) 내에 압력 끼워맞춤 방식으로, 즉 정지 바디(60) 또는 밸브 바디(58)의 방사방향 외부면이 하우징(12)의 방사방향 내부 벽 부분에 압입되는 방식으로, 배치된다. 물론, 본 발명에 따라 하우징(12) 내에 정지 바디(60) 및/또는 밸브 바디(58)의 배치를 위해 압입 외에 다른 기술도 가능하다.
여기서, 밸브 볼(38)은 강 재료로 제조된다. 정지 바디(60)는 스탬핑 및 디프 드로잉에 의해 제조된다. 전체적으로 배출 밸브(32)는, 배출 밸브(32)의 개방 상태에서 주어지는 유압 횡단면이 비교적 작은 유압 유동 저항에서 필요한 연료량을 송출하기에 충분한 크기이도록, 설정되거나 구현된다.
고압 연료 펌프(10)의 작동 중에 송출 챔버(36) 또는 개구(34)의 영역 내의 연료압이 리세스(62) 영역 내의 연료압과 밸브 스프링(40)의 힘을 합한 것보다 작으면, 밸브 볼(38)은 도면에서 좌측으로 밀봉 시트(68)에 대해 가압된다. 즉, 배출 배브(32)가 폐쇄된다.
이에 반해 개구(34) 영역 내의 연료압이 리세스(62) 영역 내의 연료압과 밸브 스프링(40)의 힘을 합한 것보다 크면, 밸브 볼(38)이 밀봉 시트(68)로부터 도면에서 볼 때 우측으로 떨어질 수 있다. 즉, 배출 밸브(32)가 개방된다.
개구(34) 영역 내의 연료압이 충분히 크면, 밸브 볼(38)이 도면에서 볼 때 우측으로 최대로 정지 섹션(66)까지 가압될 수 있다. 따라서, 밸브 볼(38)에 대한 "경로 제한"이 나타난다. 파선으로 표시된 원(80)은 상기 극단의 경우 밸브 볼(38)의 위치를 나타낸다. 밸브 바디(58) 및 정지 바디(60)는 밸브 볼(38)의 방사방향 안내를 가능하게 한다(도 3 참고).
화살표(82)는 배출 밸브(32)가 개방되면 주어지는 연료의 유동을 나타낸다. 유동은 개구(34)를 통해 도면에서 볼 때 좌측으로부터 우측으로 이루어진 후에, 밸브 볼(38)을 스쳐 지나고, 그 후에 밸브 바디(58) 내의 제 1 유동 채널들(74)을 통해, 그 후에 정지 바디(60) 내의 제 2 유동 채널(78)을 통해, 그 후에 고압 라인(28) 내로 그리고 도시되지 않은 고압 어큐뮬레이터로 이루어진다.
도 3은 도 2에서 설명된 배출 밸브(32)의 부재들과 함께 고압 연료 펌프(10) 또는 하우징(12)의 사시도를 도시한다. 상기 부재들은 도면에서 볼 때 우측 영역에 라인(84)을 따라 하우징(12)의 개구(도면 부호 없음) 전방에 조립 순서로 축 방향으로 이격되어 도시된다.
밸브 바디(58)는 가이드 칼라(70)의 영역 내에 방사방향 대칭으로 구현되고, 여기서는 3개의 제 1 유동 채널들(74)을 포함한다. 명확히 나타낼 목적으로, 단 하나의 유동 채널만이 도면 부호로 표시된다. 정지 바디(60)는 리세스(76)의 영역 내에 방사방향 대칭으로 구현되고 여기서는 5개의 제 2 유동 채널들(78)을 포함한다. 명확히 나타낼 목적으로 재차 단 하나의 유동 채널만이 도면 부호로 표시된다.
한편으로 제 2 유동 채널들(78)의 횡단면들은 밸브 바디(58)에 대한 정지 바디(60)의 방사방향 정렬과 무관하게 제 2 유동 채널들(78) 중 적어도 하나가 제 1 유동 채널들(74) 중 하나를 적어도 부분적으로 오버랩하도록 선택된다. 다른 한편으로는 제 1 다수와 제 2 다수가 상이하다. 즉, 3개의 제 1 유동 채널(74)과 5개의 제 2 유동 채널(78) 사이에 방사방향 "간섭"이 주어진다. 이로 인해, 전체적으로 주어지는 배출 밸브(32)의 유압 횡단면은 가이드 칼라(70)와 정지 바디(60) 사이의 임의의 방사방향 조립 각과 무관하다.
10 고압 연료 펌프
32 배출 밸브
38 밸브 볼
40 밸브 스프링
58 밸브 바디
60 정지 바디
62, 72, 76 리세스
66 정지 섹션
68 밀봉 시트
70 가이드 칼라
74, 78 유동 채널

Claims (9)

  1. 밸브 볼(38), 폐쇄 방향으로 상기 밸브 볼(38)에 작용하는 밸브 스프링(40), 및 상기 밸브 볼(38)용 정지 바디(60)를 가지는 배출 밸브(32)를 포함하고, 상기 정지 바디(60)는 상기 밸브 볼(38)의 개방 행정을 제한하는 정지 섹션(66)을 가지며, 상기 밸브 스프링(40)은 상기 정지 바디(60)에 지지되는, 고압 연료 펌프(10)에 있어서,
    상기 정지 바디(60)는 상기 밸브 스프링(40)이 적어도 부분적으로 수용되는 리세스(62)를 포함하고, 상기 리세스(62)의 방사방향 내부 경계면은 상기 밸브 스프링(40)용 가이드를 형성하고,
    상기 고압 연료 펌프(10)는 밸브 바디(58)를 포함하고, 상기 밸브 바디(58)에는 밀봉 시트(68)가 형성되며, 상기 밸브 바디(58)는 가이드 칼라(70)를 포함하고, 상기 가이드 칼라(70) 내에서 상기 밸브 볼(38)이 방사방향으로 안내되며, 상기 가이드 칼라(70)는 제 1 다수의 리세스들(72)을 포함하고, 상기 리세스들(72)은 원주 방향으로 균일하게 분포되어 배치되며 제 1 유동 채널들(74)을 형성하고, 상기 정지 바디(60)는 상기 리세스(62)의 방사방향 외부에 제 2 다수의 리세스들(76)을 포함하고, 상기 제 2 다수의 리세스들(76)은 원주 방향으로 균일하게 분포되어 배치되며 제 2 유동 채널들(78)을 형성하며, 상기 제 2 유동 채널들(78)의 횡단면들은 상기 정지 바디(60)의 방사방향 정렬과 무관하게 적어도 하나의 제 2 유동 채널(78)이 제 1 유동 채널(74)과 적어도 부분적으로 오버랩하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브 볼(38)을 향한 상기 리세스(62)의 가장자리는 상기 정지 바디(60) 내에서 링형 정지 섹션(66)을 형성하는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 밸브 볼(38)이 강 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 리세스(62)는 간단한 원통형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 밸브 스프링(40)은 나사선 스프링으로서 구현되고 축 방향으로 상이한 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 밸브 스프링(40)은 축 방향으로 중간 부분을 향해 줄어드는 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드 칼라(70)의 리세스들(72)의 수는 상기 정지 바디(60)의 리세스들(76)의 수와 상이한 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 정지 바디(60)는 스탬핑 부품 및/또는 디프 드로잉 부품으로서 구현되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 정지 바디(60) 및/또는 상기 밸브 바디(58)는 상기 배출 밸브(32)의 하우징(12) 내에 압력 끼워맞춤 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
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