KR102537643B1 - 피스톤 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피스톤 펌프(16), 특히 내연기관용 고압 연료 펌프에 관한 것이며, 상기 피스톤 펌프는 펌프 하우징(26), 펌프 피스톤(28), 및 적어도 상기 펌프 피스톤(28)과 상기 펌프 하우징(26)에 의해 한정되는 이송 챔버(38)를 포함한다. 본 발명에 따라서, 바람직하게는 펌프 피스톤(28)과 펌프 하우징(26) 사이에 이송 챔버(38)의 밀봉을 위한 시일(44) 및 펌프 피스톤(28)의 안내를 위한 별도의 가이드 부재(46)가 배치되며, 시일(44)은 실질적으로 슬리브 형태인 베이스 섹션(45)을 포함한 플라스틱 링으로서 형성된다.

Description

피스톤 펌프
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 피스톤 펌프, 특히 내연기관용 고압 연료 펌프에 관한 것이다.
종래 기술에는, 예컨대 가솔린 직접 분사식 내연기관에 사용되는 피스톤 펌프들이 공지되어 있다. 이러한 피스톤 펌프들은 펌프 실린더와 펌프 피스톤 사이에 갭 시일(gap seal)을 포함한다. 펌프 실린더와 펌프 피스톤은 전형적으로 특수강으로 제조된다. 이러한 갭 시일은 펌프 실린더 및 펌프 피스톤을 제조하고 조립할 때 높은 정확도를 요구하며, 그런 까닭에 높은 비용이 발생한다. 예컨대 사용된 재료들의 열 팽창 계수들로 인해 임의로 감소될 수 없는 크기를 가지면서 항상 존재하는 갭은 특히 회전수가 낮은 경우 최적이 아닌 체적 효율(volumetric efficiency)을 야기한다.
본 발명의 과제는 낮은 회전수에서도 충분한 체적 효율을 갖고 작은 구조 크기를 가지면서 경제적으로 제조될 수 있는 피스톤 펌프를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 피스톤 펌프에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 제시되어 있다. 더 나아가 본 발명에 중요한 특징들은 하기 설명 및 도면들에 제시되어 있다.
본 발명에 따른 피스톤 펌프는 펌프 하우징, 펌프 피스톤, 및 적어도 상기 펌프 하우징과 상기 펌프 피스톤에 의해 한정되는 이송 챔버를 포함한다. 본 발명에 따라서, 바람직하게는 펌프 피스톤과 펌프 하우징 사이에 이송 챔버의 밀봉을 위한 시일과 펌프 피스톤의 안내를 위한 별도의 가이드 부재가 배치되고, 시일은, 예컨대 원통형 외부 표면을 갖고 실질적으로 슬리브 형태인 베이스 섹션을 구비하여 펌프 하우징에 대해 적어도 실질적으로 고정된 플라스틱 링으로서 형성되며, 가이드 부재에 대해 축 방향으로(펌프 피스톤의 축 방향으로), 특히 간접 또는 직접적으로 인접된다.
상기 피스톤 펌프는 비교적 간단하게 제조될 수 있으며, 그럼으로써 부품 비용은 감소하게 된다. 이는, 갭 시일 및 그의 복잡하게 제조될 펌프 실린더가 시일 및 적어도 하나의 가이드를 포함한 시일 어셈블리로 대체되는 것과 관련이 있다. 플라스틱 링으로서 시일의 설계에 의해, 이송 챔버의 바람직한 밀봉이 달성되며, 그럼으로써 특히 회전수가 낮은 경우, 체적 효율이 향상된다. 새로운 시일 어셈블리에 의해, 피스톤 펌프의 비교적 작은 전체 구조 크기가 달성될 수 있다. 안내 기능 및 밀봉 기능은 분리된 부품들에 의해, 즉 가이드 부재 및 시일(플라스틱 링)에 의해 실현된다.
펌프 피스톤은 하우징 내의 리세스 내에 수용될 수 있고 그 안에서 왕복 이동할 수 있다. 리세스의 내부 벽부(원주방향 벽부)는 펌프 피스톤을 위한 작동면의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 리세스는 보어로서, 특히 단차형 보어(stepped bore)로서 형성될 수 있다.
구체적으로 (제 1) 가이드 부재는 환형으로 형성될 수 있다(가이드 링). 가이드 부재는 이송 챔버로 향해 있는 시일의 측면 상에 배치될 수 있다. 선택적으로, 가이드 부재는 펌프 피스톤을 향해 반경 방향 갭(radial gap)[가이드 갭(guide gap)]을 포함할 수 있으며, 상기 갭은, 가이드 부재가 시일을 위한 공동화 방지부로서 사용될 정도로 작을 수 있다. 가이드 갭은 충분히 작게 형성될 수 있으며, 그럼으로써 증기 기포가 시일까지 도달할 수 없게 된다. 따라서, 시일에서 손상의 위험은 감소된다.
시일은 PEEK(폴리에테르에테르케톤), PEAK, 폴리아미드이미드(PAI: 예컨대 Torlon이란 명칭으로 구입할 수 있는 PAI), 또는 유사한 재료들로 제조될 수 있다. 재료들은 추가로 충전제에 의해 강화되고 및/또는 최적화될 수 있다. 시일은, 특히 저압 영역(이송 챔버의 반대 방향으로 향해 있는 시일의 측면 상의 영역)에 대해 고압 영역(이송 챔버)을 밀봉하는 고압 시일이다.
시일은 반경 방향 바깥쪽 링 테두리(외측 표면), 반경 방향 안쪽 링 테두리, 제 1 단부면, 및 제 2 단부면을 포함한다. 시일은, 펌프 피스톤의 축 방향으로, 각각 가이드 부재 및/또는 고정 링보다 더 긴 길이를 가질 수 있다. 이로써, 시일의 상이한 구현예들을 위한 장착 공간이 확보되며, 축 방향 길이는 짧게 유지될 수 있다.
시일은 그루브 링 시일(groove ring seal)을 기반으로 하지만, 디자인에서 최적화될 수 있으며 다양한 횡단면들을 가질 수 있다. 시일의 벽 두께(반경 방향에서의 벽 두께)는 시스템 압력에 따라 설계된다. 벽 두께는 0.1㎜ ~ 3.0㎜(밀리미터)일 수 있다. 시일은 피스톤에 대해 오버사이즈(압입), 언더사이즈(유격) 또는 중간 끼워 맞춤(transition fitting)을 가질 수 있다. 적은 마찰 및 적은 마모를 위해, 펌프 피스톤에 대해 반경 방향 유격을 갖는, 특히 0.001 ~ 0.1㎜의 유격을 갖는 시일의 구성이 바람직하다.
가장 간단한 경우에, 시일은, 전술한 것처럼, 슬리브 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 시일은, 특히 횡단면으로 볼 때 직사각형인 프로파일을 갖는 I자형 횡단면을 갖는다. I자형 횡단면은 시일의 베이스 섹션을 형성할 수 있다. I자형 횡단면의 대안으로서, 시일은 L자형 또는 U자형 횡단면을 가질 수도 있다.
바람직한 구현예의 범주에서, 피스톤 펌프의 시일 캐리어 내에 배치되는 추가 가이드 부재가 제공될 수 있다. 이로써, (제 1) 가이드 부재에 대한 비교적 큰 베어링 간격이 실현된다. 따라서, 펌프 피스톤의 안내는 최적화된다. 추가 가이드 부재는 환형으로 형성될 수 있다(가이드 링).
바람직한 방식으로, 펌프 하우징과 펌프 피스톤 사이에 시일을 위한 고정 링이 배치될 수 있다. 고정 링은 특히 이송 챔버의 반대 방향으로 향해 있는 시일의 측면에 배치된다. 고정 링은 시일을 위한 안착부(seat)를 형성한다. 이로써, 시일은, 특히 이송 챔버로부터 멀리 축 방향으로 변위되지 않게 된다. 고정 링은 펌프 피스톤을 수용하는 리세스 상에 고정될 수 있으며, 예컨대 나사 조임되거나, 접착되거나 또는 압입될 수 있다. 특히 고정 링과 시일은, 고정 링 상에 시일이 안착될 때, 정적 밀봉 위치가 형성되는 방식으로 설계될 수 있다. 피스톤과 시일 사이에서 반경 방향으로 포지셔닝을 가능하게 하기 위해, 바람직하게는 시일은, 예컨대 0.01㎜ ~ 1㎜(밀리미터)의 축 방향 유격(axial play)을 갖는다. 시일, 가이드 부재, 추가 가이드 부재 및 고정 링은 하나의 시일 어셈블리를 형성한다.
바람직하게는 펌프 피스톤과 펌프 하우징 사이에는, 시일을 고정 링 쪽으로 밀착시키는 스프링 부재가 배치될 수 있다. 스프링 부재는 (펌프 피스톤의 축 방향에서) 가이드 부재와 시일 사이에 배치될 수 있다. 스프링 부재는 일측 단부에서 축 방향으로, 예컨대 가이드 부재에 안착될 수 있고 타측 단부에서는 시일을 고정 링 쪽으로 밀착시킬 수 있다. 스프링 부재는 압축 스프링으로서, 특히 스프링 디스크 또는 코일 스프링으로서 형성될 수 있다. 스프링 부재는 펌프 피스톤을 적어도 부분적으로 에워쌀 수 있다. 스프링 부재에 의해, 축 방향 힘이 시일에 작용하며, 상기 힘은 이송 챔버로 향해 있는 시일의 축 방향 단부면에 작용한다. 축 방향 힘에 의해, 시일이 고정 링 상에 놓이게 되며, 그럼으로써 정적 밀봉 위치에서 초기 밀봉성이 보장되게 된다. 이로 인해, 이송 단계에서 시일과 피스톤 사이의 동적 밀봉 위치에서 스로틀링(throttling)과 함께, 이송 챔버 내에는 시일의 압력 활성화를 용이하게 하는 초기 압력이 형성될 수 있다.
바람직한 구현예의 범주에서, 시일은 (제 1) 축 방향 단부 상에, 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는, 특히 외주를 따라 연장되는 웨브를 포함할 수 있다. 달리 말하면, 웨브는 시일의 외측 표면(베이스 섹션) 상에서 반경 방향으로 돌출된다. 그에 따라, 시일은 L자형 횡단면을 갖는다. 웨브에 의해, 시일의 강성이 증가된다. 또한, 시일은 펌프 하우징 내에서 반경 방향으로 센터링될 수 있다. 이로 인해, 시일은 펌프 하우징 내 고정 위치에 장착될 수 있다. 웨브를 포함한 축 방향 단부는 이송 챔버로 향해 있을 수 있거나 또는 이송 챔버의 반대 방향으로 향해 있을 수 있다. 웨브는 환형 견부로서 형성될 수 있다. 웨브의 길이는 적용 사례 및 시스템 압력에 따라 조정된다. 웨브는 예컨대 0.2㎜ ~ 2㎜의 길이를 가질 수 있다.
바람직한 방식으로, 시일은, 제 2 축 방향 단부 상에, 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 추가 웨브를 포함할 수 있다(추가 웨브는 베이스 섹션으로부터 돌출된다). 그에 따라, 시일은 C자형 또는 U자형 횡단면을 갖는다. 추가 웨브에 의해, 시일의 강성은 재차 증가된다. 펌프 하우징 내에서 반경 방향으로 시일의 센터링은 재차 향상된다. 펌프 하우징 내 고정 위치에 시일의 배치는 용이해진다. 추가 웨브는 환형 견부로서 형성될 수 있다. 추가 웨브는 예컨대 0.2㎜ ~ 2㎜의 길이를 가질 수 있다.
바람직한 구현예에 따라서, 웨브 및/또는 추가 웨브는 그 반경 방향 바깥쪽 테두리 상에, 펌프 피스톤을 수용하는 리세스의 원주 벽부에 대해 예컨대 0.001 ~ 1㎜의 반경 방향 유격을 가질 수 있다. 달리 말하면, 웨브들은, 시일이 안착되는 위치에서 펌프 피스톤을 수용하는 리세스(보어)의 내경보다 약간 더 작은 외경을 갖는다. 상기 유격은, 시일의 반경 방향 위치가 정확하게 펌프 피스톤의 위치로 조정될 수 있게 한다. 따라서, 펌프 피스톤에 대해 균일하고 대칭인 갭이 달성될 수 있다.
(펌프 피스톤이 이송 챔버로부터 멀리 이동되는) 펌프 피스톤의 각각의 흡입 단계에서, 시일의 재정렬의 가능성이 있다. (펌프 피스톤이 이송 챔버를 향해 이동되어 연료를 압축하고 이송하는) 이송 단계에서는, 이송 챔버로 향해 있는 시일의 측면에서 이송압이 형성된다. 이 압력은 시일의 (제 1) 단부면에 작용하며, 그로 인해 시일이 축 방향으로, 시일을 고정 링으로 밀착시키는 힘을 받는다.
이송 단계 동안, 시일은 자신에게 작용하는 축 방향 힘으로 인해 반경 방향으로 이동될 수 없거나 또는 약간만 반경 방향으로 이동될 수 있다. 시일(제 2 단부면)과 고정 링의 접촉면들 사이에 정적 밀봉 위치가 발생할 수 있다. 이로써, 연료가 이송 챔버로부터 유출되어 체적 효율을 감소시키는 것은 방지된다. 시일과 고정 링의 접촉면들은 펌프 피스톤의 축 방향에 대해 횡방향으로, 특히 직교하도록(90±2°의 각도) 배향될 수 있다.
바람직한 방식으로, 시일은, 웨브가 배치되어 있는 (제 1) 축 방향 단부 상에, 외주를 따라 연장되는 칼라부를 포함할 수 있다. 칼라부에 의해, 이송 챔버에서부터 시일로 작용하는 축 방향 힘이 최적의 힘 곡선으로 시일을 통과하여 연장되어 정확하게 정적 밀봉 위치(시일과 고정 링 사이의 접촉면) 내로 유도되는 것이 보장된다. 따라서, 증가된 접촉 압력 및 더 향상된 정적 밀봉 효과가 달성된다. 칼라부는 시일로부터 축 방향으로 돌출된다. 칼라부는 단부면에, 특히 시일의 반경 방향 안쪽에 위치하는 링 테두리 상에 배치된다.
바람직한 방식으로, (제 1) 가이드 부재와 고정 링은 하나의 부품으로 통합되어 -다시 말해 특히 일체형으로- 형성될 수 있다. 그런 다음, 통합된 부품은 안내 및 고정의 기능을 담당 수행할 수 있다. 이로 인해, 제조하여 조립할 부재들의 개수가 감소될 수 있다. 이는 피스톤 펌프의 비용 효율적인 구성을 용이하게 한다. 부품 및 시일은 축 방향으로 서로 중첩될 수 있다. 따라서, 통합된 부품의 일부가 펌프 피스톤과 펌프 하우징 사이에 반경 방향으로 배치될 수 있다.
바람직한 구현예의 범주에서, 시일의 반경 방향 바깥쪽 외측 표면과 펌프 하우징(펌프 피스톤을 위한 리세스의 원주방향 벽부) 사이에는 O 링이 배치될 수 있다. O 링은 반경 방향으로 밀봉하는 방식으로 작용한다. O 링에 의해, 정적 밀봉 위치가 보완되며, 밀봉 효과가 향상된다.
또한, 시일의 반경 방향 바깥쪽 외측 표면과 펌프 하우징(펌프 피스톤을 위한 리세스의 원주방향 벽부) 사이에는 O 링을 위한 지지 링이 배치될 수 있다. 이로 인해, O 링이 보호되는데, 그 이유는 손상, 예컨대 O 링의 압출이 방지될 수 있기 때문이다. 지지 링은 특히 이송 챔버의 반대 방향으로 향해 있는 O 링의 측면에 배치되며, 횡단면으로 볼 때 삼각형인 프로파일을 가질 수 있다. 삼각형 프로파일의 빗변은 O 링으로 향해 있을 수 있다.
시일은 특히 압력 활성화형 시일이다. 이는, 시일과 펌프 피스톤 사이의 작은 갭만으로도 충분히 이송 챔버 내에서 그리고 그에 따라 반경 방향 바깥쪽 링 테두리(시일의 배면) 상에서도 초기 압력을 생성할 수 있다는 것을 의미한다. 시일에 작용하는 배면 압력에 의해, 시일은 변형되고 그로 인해 안쪽에 위치하는 링 테두리(슬리브 섹션) 상에서 펌프 피스톤에 대한 갭을 감소시킨다. 더 작아진 시일 갭에 의해, 이송 챔버 내에서 그리고 그에 따라 시일의 배면 상에서도 더 큰 압력이 형성될 수 있으며, 그럼으로써 시일은 더 큰 압력에 의해 더 강하게 변형되어 펌프 피스톤에 대한 갭을 더 감소시키게 된다. 이는 시스템 압력에 도달할 때까지 계속되는 자기 강화 효과(self-enforcing effect)이다.
변형은 예컨대 2개의 웨브가 존재할 때 두 웨브 사이에서 일어날 수 있다. 이로 인해, 규정된 위치에서 밀봉 작용이 이루어진다. 시일 기하구조는, 시스템 압력에 도달할 때 예컨대 0.001㎜ ~ 0.01㎜의 매우 작은 갭이 생기거나 또는 시일이 펌프 피스톤 상에 직접 놓여 (시일 및 펌프 피스톤의) 시일면들이 서로 접촉하도록 설계될 수 있다. 시스템 압력에서 여전히 갭이 존재하는 상태로 유지되는지 또는 시일이 피스톤과 직접 접촉해 있는지의 여부는 구체적인 요건(체적 효율, 유효수명에 걸친 마모 등)에 따라 결정된다. 압력 활성화에 의해, 매우 높은 시스템 압력이 형성될 수 있는데, 그 이유는, 시스템 압력이 높아질수록, 시일은 점점 더 심하게 변형되고 그에 따라 밀봉 갭이 점점 작아지기 때문이다.
원칙상 시일은 저마모성인데, 그 이유는 마찰 공학적 접촉이 이송 단계(시일의 압력 활성화 동안)에서만 발생하기 때문이다. 이는, 피스톤 펌프의 작동 시간의 반에 상응한다. 흡입 단계에서는(압력 활성화가 일어나지 않는 동안), 시일은 특히 연료에 의해 세척된다. 따라서 항상 윤활제로서 작용하는 새로운 연료가 시일 갭 내로 유입된다. 시일의 압력 활성화에 의해, 마모가 보상될 수 있다. 시일의 시일면의 마모 시, 시일은 압력 활성화에 의해 규칙적으로 기본 설계에서 설계된 갭으로 변형되거나, 또는 펌프 피스톤 상에 놓인다.
본 발명은 하기에서 도면들을 참고로 더 상세하게 설명되며, 동일하거나 기능상 동일한 부재들에는 경우에 따라 한 번만 도면부호들이 제공된다.
도 1은 피스톤 펌프의 형태인 고압 연료 펌프를 포함하는 연료 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 피스톤 펌프의 부분 종단면도이다.
도 3은 도 1의 피스톤 펌프의 펌프 피스톤, 시일, 가이드 부재, 고정 링 및 스프링 부재의 확대도이다.
도 4는 도 3의 시일의 확대 단면도이다.
도 5는 도 1의 피스톤 펌프의 대안적 구현예의 부분 종단면도이다.
도 6은 제 1 배향에 있는 시일을 포함하는 도 1의 피스톤 펌프의 대안적 구현예의 부분 종단면도이다.
도 7은 제 2 배향에 있는 시일을 포함하는 도 6의 피스톤 펌프의 도면이다.
도 8은 스프링 부재를 포함하는 도 6의 피스톤 펌프의 도면이다.
도 9는 O 링 및 지지 링을 포함하는 도 3의 시일의 확대 단면도이다.
도 10은 O 링 및 지지 링을 포함하는 도 6의 시일의 확대 단면도이다.
도 11은 도 2의 피스톤 펌프를 위한 시일의 대안적 구현예의 도면이다.
내연기관의 연료 시스템은 도 1에서 전체적으로 도면부호 10을 갖는다. 연료 시스템은 연료 탱크(12)를 포함하며, 전기 사전 공급 펌프(14)는 상기 연료 탱크(12)로부터 연료를 피스톤 펌프(16)로서 형성된 고압 연료 펌프로 이송한다. 상기 고압 연료 펌프는 연료를 계속하여 고압 연료 레일(18)로 이송하며, 이 연료 고압 레일에는, 연료를 내연기관의 미도시한 연소실들 내로 분사하는 다수의 연료 분사기(20)가 연결되어 있다.
피스톤 펌프(16)는 유입 밸브(22), 유출 밸브(24) 및 펌프 하우징(26)을 포함한다. 펌프 하우징 내에서 펌프 피스톤(28)이 왕복 이동 가능하게 수용된다. 펌프 피스톤(28)은 구동부(30)에 의해 이동되며, 구동부(30)는 도 1에 개략적으로만 도시되어 있다. 구동부(30)는 예컨대 캠샤프트 또는 편심 샤프트일 수 있다. 유입 밸브(22)는, 피스톤 펌프(26)에 의해 이송되는 연료량을 조정할 수 있는 양 제어 밸브로서 형성된다.
피스톤 펌프(16)의 구성은 도 2에서 더 상세하게 나타나며, 하기에서는 주요 컴포넌트들만이 언급된다. 펌프 피스톤(28)은 단차형 피스톤(stepped piston)으로서 형성되며, 이 단차형 피스톤은 도 2에서 하부에 있는 플런저 섹션(32), 이 플런저 섹션에 이어진 가이드 섹션(34), 및 별도로 도시되지 않은 상단부 섹션을 포함한다. 가이드 섹션(34)은 플런저 섹션(32) 및 단부 섹션보다 더 큰 지름을 갖는다.
펌프 피스톤(28)의 단부 섹션 및 가이드 섹션(34)은 펌프 하우징(26)과 함께 별도로 도시되지 않은 이송 챔버(38)를 한정한다. 펌프 하우징(26)은 전체적으로 회전 대칭형 부품으로서 형성될 수 있다. 펌프 피스톤(28)은 펌프 하우징(26) 내에서 거기에 있는 리세스(40) 내에 수용되며, 상기 리세스는 단차형 보어(42)로서 형성된다. 보어(42)는 다수의 단차부[3개의 단차부(42', 42", 42"'); 도 2 및 3 참조]를 포함한다.
펌프 피스톤(28)의 가이드 섹션(34)과 보어(42)의 내부 원주방향 벽부[단차부(42")] 사이에 시일(44)이 배치된다. 시일은 직접 펌프 피스톤(28)과 펌프 하우징(26) 사이에서 밀봉하며, 그에 따라 도 2에서 시일(44)의 아래쪽에 배치되고 내부에 특히 펌프 피스톤(28)의 플런저 섹션(32)이 배치되는 영역(저압 영역)에 대해 시일(44)의 위쪽에 배치되는 이송 챔버(고압 영역)를 밀봉한다. 시일(44)은 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 웨브(45)를 포함한 금속 슬리브로서 형성된다. 시일(44)은 플라스틱 링으로서 형성된다. 시일(44)은 원통형 외부 표면을 구비하고 실질적으로 슬리브 형태인 베이스 섹션(45)을 포함한다.
펌프 피스톤(28)의 가이드 섹션(34)과 보어(42)의 내부 원주방향 벽부[단차부(42')] 사이에는 시일(44)로부터 분리된 별도의 가이드 부재(46)가 배치된다. 가이드 부재(46)는 시일(44)에 대해 축 방향으로 인접해 있으며, 도 2에서 (이송 챔버로 향해) 시일(44)의 위쪽에 배치된다. 가이드 부재(46)는 환형으로 형성되어(가이드 링) 단차부(42')에 고정될 수 있다. 피스톤 펌프(16)는, 피스톤 펌프(16)의 시일 캐리어(50) 내에 배치되어 있는 추가 가이드 부재(48)를 포함한다(도 2 참조). 가이드 부재(46)와 추가 가이드 부재(48)는 펌프 피스톤(28)의 안내를 위해 사용된다. 추가 가이드 부재(48)는 환형으로 형성되어(가이드 링) 시일 캐리어(50)에 고정될 수 있다.
피스톤 펌프(16)는 펌프 피스톤(28)의 가이드 섹션(34)과 보어(42)의 내부 원주방향 벽부[단차부(42"')] 사이에 시일(44)을 위한 고정 링(52)을 포함한다. 시일(44)은 고정 링(52) 상에 놓인다. 시일(44)과 고정 링(52)의 지지하는 접촉면들에 의해 정적 밀봉 위치(53)가 형성된다(도 3 참조). 시일(44), 가이드 부재(46), 추가 가이드 부재(48) 및 고정 링(52)은 하나의 시일 어셈블리를 형성한다.
시일(44)은 그 제 1 축 방향 단부(54) 상에 반경 방향 바깥쪽으로 돌출된 웨브(56)를 포함하며(도 4 참조), 이 웨브는 베이스 섹션(45)으로부터 돌출된다. 웨브(56)는, 시일(44)의 외측 표면(58)을 넘어 반경 방향으로 돌출된 환형 견부로서 형성된다. 웨브(56)는 시일(44)[외측 표면(58)]의 외주를 따라 완전하게 연장된다.
시일(44)은 그 제 2 축 방향 단부(60) 상에 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 추가 웨브(62)를 포함하며, 이 추가 웨브는 베이스 섹션(45)으로부터 돌출된다. 추가 웨브(62)도 시일(44)의 외측 표면(58)을 넘어 반경 방향으로 돌출된 환형 견부로서 형성된다. 추가 웨브(62)는 시일(44)[외측 표면(58)]의 외주를 따라 완전하게 연장된다. 시일(44)은 U자형 횡단면을 갖는다.
웨브(56) 및 추가 웨브(62)는 그 반경 방향 바깥쪽 테두리 상에 펌프 피스톤(28)을 수용하는 리세스(40)의 원주방향 벽부[단차부(42")]에 대해 반경 방향 유격(64)을 갖는다(도 3 참조). 그로 인해, 시일(44)은 펌프 피스톤(28)에 대해 반경 방향으로 정렬될 수 있다. 또한, 상기 갭[유격(64)]을 통해, 이송 챔버 내의 압력(65)이 외측 표면(58)에도 도달하며, 그럼으로써 시일 벽부(66)는 거기에 작용하는 힘[화살표(68)]으로 인해 반경 방향 안쪽으로 변형(69)된다(도 4 참조). 따라서, 펌프 피스톤(28)과 시일(44)[반경 방향 안쪽에 위치하는 링 테두리(70)] 사이에, 특히 가이드 섹션(34)과 상기 시일 사이에 동적 밀봉 위치가 형성된다.
또한, 이송 챔버 내의 압력은, 힘(F)(화살표 72)이 시일(44)의 제 1 단부면(74)에 작용하게도 한다(도 4 우측 참조). 선택적으로, 시일(44)은, 웨브(56)가 배치되어 있는 제 1 축 방향 단부(54) 상에서 단부면에 외주를 따라 연장되는 칼라부(76)를 포함한다. 그에 따라, 힘(F)(축 방향 힘; 화살표 72)이 최적으로 시일(44)을 통과하여 연장되어 정확하게 정적 밀봉 위치(53) 내로 유도되는 것이 보장된다. 외주를 따라 연장되는 칼라부(76)는, 반경 방향 안쪽에 위치하는, 시일(44)의 링 테두리(70) 상에서 제 2 단부면(78) 상에 형성된다.
대안적 구현예에 따라서, 제 1 가이드 부재(46)와 고정 링(52)은 하나의 부품(80)으로 통합되어 형성될 수 있다(도 5 참조). 부품(80)은 안내 및 고정 기능을 담당 수행한다. 부품(80)과 시일(44)은 축 방향[펌프 피스톤(28)의 축 방향]으로 서로 중첩된다. 통합된 부품(80)의 중첩 섹션(82)은 펌프 피스톤(28)[가이드 섹션(34)]과 펌프 하우징(26)[보어(42)의 원주방향 벽부(42)] 사이에 반경 방향으로 배치된다. 안내는 도 5에서 하부 섹션(84) 상에서 수행될 수 있다. 보어(42) 내에서 부품(80)의 고정은 하부 섹션(84)에서 또는 중첩 섹션(82)에서 예컨대 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 돌출부(86)에 의해 수행될 수 있다.
도 6에는, 도 3의 피스톤 펌프(16)의 대안적 구현예가 도시되어 있으며, 시일(44)은 베이스 섹션(45)에서 부터 출발하는 제 1 웨브(56), 및 외주를 따라 연장되는 칼라부(76)만을 포함한다. 추가 웨브(62)는 생략된다. 따라서, 시일(44)은 L자형 횡단면을 갖는다. 웨브(56)는 고정 링(52)으로 향해 있다. 이는, 힘(F)(화살표 68)에 의해 시일(44)로 압력 인가(이송 단계) 시, 도 6에서 상부 영역(90)에서 시일(44)의 변형(88)을 야기한다.
도 7에는, 도 3의 피스톤 펌프(16)의 또 다른 대안적 구현예가 도시되어 있고, 이 구현예는 도 6의 피스톤 펌프(16)의 구현예에 상응하며, 시일(44)은, 웨브(56)가 (제 1) 가이드 부재(46)로 향해 있도록 배향된다. 이는, 힘(F)(화살표 68)에 의해 시일(44)로 압력 인가(이송 단계) 시, 도 7에서 [고정 링(52)으로 향해 있는] 하부 영역(92)에서 시일(44)의 변형(88)을 야기한다.
도 8에는, 도 3의 피스톤 펌프(16)의 또 다른 대안적 구현예가 도시되어 있으며, 이 구현예는 대체로 도 6의 피스톤 펌프(16)의 구현예에 상응하고, 추가로 스프링 부재(47)를 포함한다. 따라서, 펌프 피스톤(28)과 펌프 하우징(26) 사이에는, 시일(44)을 고정 링(52) 쪽으로 밀착시키는 스프링 부재(47)가 배치될 수 있다. 스프링 부재(47)는 펌프 피스톤(28)의 축 방향으로 가이드 부재(46)와 시일(44) 사이에 배치될 수 있다. 스프링 부재(47)는 스프링 디스크 또는 코일 스프링의 형태인 압축 스프링으로서 형성될 수 있다. 스프링 부재(47)는 일측 단부에서 축 방향으로, 특히 가이드 부재(46) 상에 안착될 수 있고 타측 단부에서는 시일(44)을 고정 링(52) 쪽으로 밀착시킬 수 있다.
시일(44)의 반경 방향 바깥쪽 외측 표면(58)과 펌프 하우징(26) 사이에는 O 링(94)이 배치될 수 있다(도 9 및 도 10 참조). 상기 O 링은 정적 밀봉 위치(53)의 강화를 위해 사용되며, 밀봉 효과를 향상시킨다. 또한, 시일(44)의 반경 방향 바깥쪽 외측 표면(58)과 펌프 하우징(26) 사이에 O 링(94)을 위한 지지 링(96)도 배치될 수 있다. 지지 링(96)은, 예컨대 O 링(94)의 압출을 방지하기 위해, O 링(94)의 보호를 위해 사용된다. 도 9에는, 도 3 및 도 4에 상응하게 U자형 프로파일을 갖는 시일(44) 상에 O 링(94) 및 지지 링(96)을 포함하는 구성이 도시되어 있다. 도 10에는, 도 6, 도 7 및 도 8에 따라서 단 하나의 웨브(56)(L자형 프로파일)만을 포함하는 시일(44)의 경우 상기 구성이 도시되어 있다.
도 11에는, 베이스 섹션(45)만을 포함하고 전체적으로 슬리브 형태로 형성되어 있는, 구성면에서 간소화된 시일(44)의 대안적 실시예가 도시되어 있다. 시일(44)은 동일하게 유지되는 시일 벽부(66)를 포함하며, 이 시일 벽부에서 내측 표면(70)과 외측 표면(58)은 서로 평행하다. 따라서, 시일(44)은 I자형 횡단면을 갖는다. 따라서, 힘(F)(화살표 68)이 시일(44)에 작용하면, 평행 변위(102)가 발생한다. 이는, 더 큰 밀봉면이 요구될 때 바람직할 수 있다. 횡단면으로 볼 때 직사각형인 프로파일을 갖는 시일의 상기 구성은 제조 공정에서 비교적 간단하다.
10: 연료 시스템
12: 연료 탱크
14: 전기 사전 공급 펌프
16: 피스톤 펌프
18: 고압 연료 레일
20: 연료 분사기
22: 유입 밸브
24: 유출 밸브
26: 펌프 하우징
28: 펌프 피스톤
30: 구동부
32: 플런저 섹션
34: 가이드 섹션
38: 이송 챔버
40: 리세스
42: 보어
42', 42", 42"': 단차부
43: 슬리브 섹션
44: 시일
45: 베이스 섹션
46: 제 1 가이드 부재
47: 스프링 부재
48: 추가 가이드 부재
50: 시일 캐리어
52: 고정 링
53: 정적 밀봉 위치
54: 제 1 축 방향 단부
56: 웨브
58: 외측 표면
60: 제 2 축 방향 단부
62: 추가 웨브
64: 반경 방향 유격
65: 압력
66: 시일 벽부
68: 화살표
69: 변형
70: 반경 방향 안쪽에 위치하는 링 테두리, 내측 표면
72: 화살표
74: 스프링 부재
76: 칼라부
78: 제 2 단부면
80: 부품
82: 중첩 섹션
84: 하부 섹션
86: 돌출부
88: 변형
90: 상부 영역
92: 하부 영역
94: O 링
96: 지지 링
102: 평행 변위

Claims (10)

  1. 펌프 하우징(26), 펌프 피스톤(28), 및 적어도 상기 펌프 피스톤(28)과 상기 펌프 하우징(26)에 의해 한정되는 이송 챔버(38)를 포함하는 피스톤 펌프(16)에 있어서,
    상기 펌프 피스톤(28)과 상기 펌프 하우징(26) 사이에는 상기 이송 챔버(38)의 밀봉을 위한 시일(44) 및 상기 펌프 피스톤(28)의 안내를 위한 별도의 가이드 부재(46)가 배치되며, 상기 시일(44)은 실질적으로 슬리브 형태인 베이스 섹션(45)을 포함하는 플라스틱 링으로서 형성되고,
    상기 시일(44)은 축 방향 단부(54) 상에, 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 웨브(56)를 포함하고, 상기 웨브는 상기 슬리브 형태인 베이스 섹션(45) 상에 형성되며, 그럼으로써 상기 시일(44)은 전체적으로 L자형인 횡단면을 갖고,
    상기 웨브(56)는 그 반경 방향 바깥쪽 테두리 상에 상기 펌프 피스톤(28)을 수용하는 리세스(40)의 원주방향 벽부에 대해 유격(64)을 갖는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
  2. 펌프 하우징(26), 펌프 피스톤(28), 및 적어도 상기 펌프 피스톤(28)과 상기 펌프 하우징(26)에 의해 한정되는 이송 챔버(38)를 포함하는 피스톤 펌프(16)에 있어서,
    상기 펌프 피스톤(28)과 상기 펌프 하우징(26) 사이에는 상기 이송 챔버(38)의 밀봉을 위한 시일(44) 및 상기 펌프 피스톤(28)의 안내를 위한 별도의 가이드 부재(46)가 배치되며, 상기 시일(44)은 실질적으로 슬리브 형태인 베이스 섹션(45)을 포함하는 플라스틱 링으로서 형성되고,
    상기 시일(44)은 축 방향 단부(54) 상에, 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 웨브(56)를 포함하고, 상기 웨브는 상기 슬리브 형태인 베이스 섹션(45) 상에 형성되며,
    상기 시일(44)은, 제 2 축 방향 단부(60) 상에, 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 추가 웨브(62)를 포함하고, 상기 추가 웨브는 상기 슬리브 형태인 베이스 섹션(45) 상에 형성되며, 그럼으로써 상기 시일(44)은 전체적으로 U자형 또는 C자형인 횡단면을 갖고,
    상기 웨브(56) 및/또는 상기 추가 웨브(62)는 그 반경 방향 바깥쪽 테두리 상에 상기 펌프 피스톤(28)을 수용하는 리세스(40)의 원주방향 벽부에 대해 유격(64)을 갖는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 펌프 하우징(26)과 상기 펌프 피스톤(28) 사이에는 상기 시일(44)을 위한 고정 링(52)이 배치되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 펌프 피스톤(28)과 상기 펌프 하우징(26) 사이에, 상기 시일(44)을 상기 고정 링(52) 쪽으로 밀착시키는 스프링 부재(47)가 배치되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 피스톤 펌프(16)의 시일 캐리어(50) 내에 배치되는 추가 가이드 부재(48)를 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 시일(44)은 축 방향 단부(54)의 면측에 원주형 칼라부(76)를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 가이드 부재(46)와 상기 고정 링(52)은 하나의 부품(80)으로 통합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 시일(44)의 반경 방향 바깥쪽 외측 표면(58)과 상기 펌프 하우징(26) 사이에는 O 링(94)이 배치되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
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