KR102566780B1 - 터빈형 연료펌프 - Google Patents

Abstract

펌프부에 마련된 임펠러를 회전시켜 연료를 가압하여 엔진으로 공급하는 터빈형 연료펌프에 관한 것으로, 케이싱에 형성된 유입구를 통해 유입된 연료를 가압하는 가압공간을 내부에 형성하는 상부 커버와 하부 커버 및 상기 가압공간에 설치되어 모터부에서 전달되는 구동력에 의해 회전해서 연료를 미리 설정된 압력으로 가압하는 임펠러를 포함하고, 상기 하부 커버에는 상기 유입구를 통해 유입된 연료를 상기 임펠러로 공급하는 공급구가 마련되며, 상기 공급구에는 상기 공급구를 통해 유입되는 연료와 상기 임펠러의 회전 방향 및 속도를 일치시키는 가이드부가 마련되는 구성을 마련하여, 공급구에 연료 유입을 원활하게 하고, 임펠러와 유입되는 연료의 회전 방향 및 속도를 일치시켜 와류와 기포 발생을 최소화할 수 있다.

Description

터빈형 연료펌프{TURBINE-TYPE FUEL PUMP}

본 발명은 터빈형 연료펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액체 상태로 탱크에 저장된 엘피지 연료를 가압해서 엔진으로 공급하는 터빈형 연료펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas, 이하 '엘피지'라 함)는 냉각이나 가압에 의해 쉽게 액화하고 반대로 가열이나 감압에 의해 기화하는 특성을 가진다. 이에 따라, 엘피지는 보통 가압(액화)된 상태로 고압 용기에 저장되어 기타 가스에 비해 취급이 쉬우며 발열량이 높다.

종래에는 엘피지를 연료로 하는 차량에서 액화되어 있는 가스를 엔진에 기체 상태로 공기와 함께 유입시켜 엔진의 연소실에서 착화될 수 있도록 구성하였으나, 이러한 방식은 기동성이 떨어지고 압력조절에 의한 분사방식으로 출력이 저하된다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 용기에 액화 저장되어 있는 가스를 가솔린 엔진과 동일한 방법으로, 연료탱크에서 공급되는 액화 가스를 그대로 인젝터까지 분사하도록 구성한 엘피아이(Liquefied Petroleum Injection, 액상 연료 분사) 엔진을 사용하여 기동성을 높이고 출력부분을 개선하였다.

예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 내지 특허문헌 3 등 다수에 엘피아이 시스템과 그에 적용되는 연료펌프 및 연료펌프 모터 구동 기술을 개시하여 특허 출원해서 등록받은 바 있다.

일반적으로, 엘피아이 시스템에는 액체 연료를 인젝터에서 그대로 분사하기 위해, 연료펌프에 용적형 펌프 또는 터빈형 펌프가 적용된다.

그리고 연료펌프를 구동시켜 주는 모터는 높은 효율과 장 수명 및 신뢰성 확보를 위하여 브러시리스 직류모터(Brushless DC Motor, 이하 'BLDC 모터'라 함)를 이용하며, 특히 센서가 없는(sensorless) BLDC 모터를 적용하고, 연료펌프에 적용된 BLDC 모터를 제어하는 모터 드라이버가 연료탱크 내부에 장착된다.

용적형 펌프는 터빈형 펌프에 비해 토출압력을 용이하게 제어할 수 있으나, 구조가 복잡하고, 펌프의 플랜지와 모터의 샤프트의 충돌 및 모터 제어시 토크 리플에 의해 펌프 구동시 지속적으로 소음이 발생한다.

반면, 터빈형 펌프는 용적형 펌프에 비해 진동이 적어 소음이 적고, 연속송수가 가능하며, 구조가 간단하고, 취급이 용이하며, 운동성능도 양호하고, 토출량은 압력에 따라 변화한다.

그래서 터빈형 연료펌프는 유입구를 통해 유입된 연료를 임펠러를 회전시켜 가압해서 토출구를 통해 배출하는 구조를 가진다.

그러나 종래기술에 따른 터빈형 연료펌프는 연료펌프 구동시 고속으로 회전하는 임펠러에 의해 연료 유입구 주변 부위에서는 와류 및 기포가 빈번하게 발생함에 따라, 유입구 측의 압력이 저하되고, 유입구를 통해 유입되는 연료량의 부족으로 인해 펌프 내부에서 캐비테이션이 발생하는 문제점이 있었다.

대한민국 특허 등록번호 제10-1094882호(2011년 12월 15일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1072362호(2011년 10월 12일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1021108호(2011년 3월 14일 공고)

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 펌프의 입구측 압력을 보상하고 캐비테이션 발생을 억제할 수 있는 터빈형 연료펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연료 유입구를 통해 연료가 유입되는 과정에서 발생하는 연료 압력 손실을 저감해서 성능을 향상시킬 수 있는 터빈형 연료펌프를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 터빈형 연료펌프는 펌프부에 마련된 임펠러를 회전시켜 연료를 가압하여 엔진으로 공급하며, 상기 펌프부는 케이싱에 형성된 유입구를 통해 유입된 연료를 가압하는 가압공간을 내부에 형성하는 상부 커버와 하부 커버 및 상기 가압공간에 설치되어 모터부에서 전달되는 구동력에 의해 회전해서 연료를 미리 설정된 압력으로 가압하는 임펠러를 포함하고, 상기 하부 커버에는 상기 유입구를 통해 유입된 연료를 상기 임펠러로 공급하는 공급구가 마련되며, 상기 공급구에는 상기 공급구를 통해 유입되는 연료와 상기 임펠러의 회전 방향 및 속도를 일치시키는 가이드부가 마련되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 터빈형 연료펌프에 의하면, 연료가 유입되는 공급구에 가이드부 또는 가이드 부재를 적용해서 연료 유입을 원활하게 하고, 임펠러와 유입되는 연료의 회전 방향 및 속도를 일치시켜 와류와 기포 발생을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 유입구를 케이싱의 하단부에 나선 형상으로 형성해서 유입구를 통해 유입되는 연료를 선회시키면서 공급구로 공급함에 따라, 연료 유입을 원활하게 하고, 연료 유입과정에서 와류와 기포 발생을 최소화할 수 있습니다.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 연료 유입부에서 발생하는 와류와 기포로 인한 연료의 유입 압력 손실을 저감하고, 연료펌프의 효율을 증대할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 하부 커버의 평면도,
도 3 및 도 4는 각각 2에 도시된 A부분의 확대도 및 단면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프에 적용되는 펌프부의 단면도,
도 6은 도 5에 도시된 B 부분을 하부에서 보인 단면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프에 적용되는 펌프부의 단면도,
도 8은 도 7에 도시된 C-C' 선에 대한 단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프의 단면도이다.

이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 연료가 유입되는 유입구(21)와 가압된 연료가 토출되는 토출구(22)가 형성되는 케이싱(20), 케이싱(20)의 내부에 마련되고 유입구(21)를 통해 유입된 연료를 펌핑해서 가압하는 펌프부(30) 및 펌프부(30)를 구동하도록 구동력을 발생하는 모터부(40)를 포함한다.

케이싱(20)은 대략 원통 형상이나 육면체 형상 등으로 형성될 수 있다.

케이싱(20)의 하단에는 연료탱크(도면 미도시)에 저장된 연료가 케이싱(20) 내부로 유입되는 유입구(21)가 형성되며, 케이싱(20)의 상단에는 펌프부(30)의 펌핑 동작에 의해 가압된 연료가 토출되는 토출구(22)가 형성될 수 있다.

케이싱(20) 내부에는 펌프부(30)와 모터부(40)가 설치되는 공간이 마련될 수 있다.

모터부(40)는 제어기(도면 미도시)로부터 전원을 공급받고, 상기 제어기의 제어신호에 의해 구동되는 모터를 포함할 수 있다.

상기 모터는 연료펌프(10)의 규격에 따라 BLDC 모터나 BLAC 모터, DC 모터 등 다양한 종류의 모터로 마련될 수 있다.

펌프부(30)는 유입구(21)를 통해 유입된 연료를 가압하는 가압공간을 내부에 형성하는 상부 커버(31)와 하부 커버(32) 및 상기 가압공간에 설치되어 모터부(40)에서 전달되는 구동력에 의해 회전해서 연료를 미리 설정된 압력으로 가압하는 임펠러(33)를 포함할 수 있다.

상부 커버(31)에는 가압된 연료가 배출되는 배출구(311)가 형성되고, 배출구(311)는 배출유로(35)를 통해 토출구(22)와 연결될 수 있다.

하부 커버(32)에는 유입구(21)와 연결되어 연료를 공급받는 공급구(321)가 형성될 수 있다.

임펠러(33)에는 회전 동작에 의해 연료를 가압하는 복수의 블레이드(331)가 마련될 수 있다.

한편, 터빈형 연료펌프(10)는 유입된 연료를 임펠러(33)를 통해 가압시켜 토출시키는 구조를 가짐에 따라, 고속으로 회전하는 임펠러(33)에 의해 연료 유입구(21) 주변 부위에서 와류 및 기포가 빈번하게 발생한다.

이와 같이 연료 유입구(21) 주변에서 발생하는 와류 및 기포는 연료의 원활한 유입을 방해하는 원인이 될 수 있다.

따라서 본 발명은 연료가 하부 커버로 유입되는 공급구의 초입부에 가이드부를 적용해서 연료 유입을 완활하게 하고, 임펠러와 공급구의 회전 방향 및 속도를 일치시켜 와류와 기포 발생을 최소화해서 유입 연료의 압력 손실을 저감한다.

예를 들어, 도 2는 도 1에 도시된 하부 커버의 평면도이고, 도 3 및 도 4는 각각 2에 도시된 A부분의 확대도 및 단면도이다.

하부 커버(32)의 일측에는 도 2에 도시된 바와 같이, 유입구(21)와 연결되는 공급구(321)가 형성되고, 하부 커버(32)의 상면에는 공급구(321)를 통해 공급된 연료를 임펠러(33)에 마련된 각 블레이드(331)로 전달하는 전달유로(322)가 형성될 수 있다.

전달유로(322)는 각 블레이드(331)에 대응되도록 대략 호 형상 또는 고리 형상으로 형성되고, 전달유로(322)의 양측단은 미리 설정된 간격만큼 이격될 수 있다.

즉, 전달유로(322)의 일측단에는 유입구(21)를 통해 연료가 공급되는 공급구(321)가 형성되며, 전달유로(322)의 타측단에는 전달유로(322)로 공급된 연료를 임펠러(33)에 마련된 각 블레이드(331)로 공급한 후 추가적인 이동을 차단하는 전달부(323)가 마련될 수 있다. 전달부(323)는 하부 커버(32)의 상면을 향해 경사진 경사면으로 형성될 수 있다.

그래서 전달유로(322)를 통해 이동하는 연료는 임펠러(33)에 마련된 각 블레이드(331)로 공급되고, 임펠러(33)의 회전에 의해 가압되어 상부 커버(31)에 형성된 배출구(311)를 통해 배출될 수 있다.

여기서, 전달유로(322)를 통해 이동하는 액체 상태의 연료에는 연료펌프(10) 구동시 발생하는 열 등에 의해 가열되어 기체 상태로 기화된 연료, 즉 기포가 포함될 수 있다.

기포는 연료가 임펠러(33)의 회전에 의해 가압되는 과정에서 토출구(22)의 토출압력 형성을 방해하는 요인이 된다.

따라서 본 실시 예에서 하부 커버(32)에는 유입구(21) 및 공급구(321)를 통해 전달유로(322)로 전달된 액체 상태의 연료에 포함된 기포, 즉 기체 상태의 연료를 배출하는 기포 배출공(324)이 형성될 수 있다.

특히, 본 실시 예에서 공급구(321)에는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 연료의 이동을 가이드하는 가이드부(325)가 마련된다.

가이드부(325)는 유입구(21) 및 공급구(321)를 통해 유입되는 연료와 임펠러(33)의 회전 방향 및 속도를 일치시켜 동조하는 기능을 한다.

이를 위해, 가이드부(325)에는 공급구(321)의 초입부에 나선 형상의 홈으로 형성될 수 있다.

그래서 유입구(21)를 통해 공급구(321)의 가이드부(325)로 공급된 연료는 가이드부(325)에 형성된 나선 형상의 홈을 따라 회전한다.

이때, 가이드부(325)에 형성되는 홈은 연료의 회전방향과 속도를 임펠러(33)의 회전방향 및 속도에 동조시키도록, 형상 및 크기가 조절될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 연료가 유입되는 공급구에 가이드부를 적용해서 연료 유입을 원활하게 하고, 임펠러와 유입되는 연료의 회전 방향 및 속도를 일치시켜 와류와 기포 발생을 최소화함으로써, 연료의 유입 압력 손실을 저감할 수 있다.

다음, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프의 구성을 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프에 적용되는 펌프부의 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 B 부분을 하부에서 보인 단면도이다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프(10)는 상기의 도 1 내지 도 4를 참조해서 설명한 터빈형 연료펌프(10)의 구성과 유사하다.

다만, 본 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프(10)에 적용되는 펌프부(30)에서 공급구(321)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 임펠러(33)로 공급되는 연료의 유량을 증대하기 위해, 유입구(21)에 비해 큰 단면적으로 형성될 수 있다.

그리고 공급구(321)에는 공급구(321)를 통해 공급되는 연료를 회전시키도록 나선 형상을 따라 가이드부재(34)가 설치될 수 있다.

가이드부재(34)는 나선 형상을 따라 배치되는 복수의 날개로 마련될 수 있다.

그래서 유입구(21)를 통해 공급구(321)로 공급된 연료는 가이드부재(34)를 따라 회전한다.

이때, 가이드부재(34)는 연료의 회전방향과 속도를 임펠러(33)의 회전방향 및 속도에 동조시키도록, 개수, 설치 위치, 형상 및 크기가 조절될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 연료가 유입되는 공급구에 복수의 가이드부재를 적용해서 연료 유입을 원활하게 하고, 임펠러와 유입되는 연료의 회전 방향 및 속도를 일치시켜 와류와 기포 발생을 최소화함으로써, 연료의 유입 압력 손실을 저감할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프에 적용되는 펌프부의 단면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 C-C' 선에 대한 단면도이다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기의 도 1 내지 도 4를 참조해서 설명한 터빈형 연료펌프(10)의 구성과 유사하다.

다만, 본 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프(10)에 적용되는 유입구(21)는 케이싱(20)의 하단부에 상부에서 보았을 때, 대략 나선 형상으로 연장 형성될 수 있다.

예를 들어, 유입구(21)는 공급구(321)의 하부에 수직으로 형성되는 대신에, 케이싱(20)의 가장자리를 따라 미리 설정된 각도만큼 나선 형상으로 연장 형성될 수 있다.

즉, 유입구(21)는 측면에서 보았을 때 일측 하단에서 타측 상단을 향해 상방으로 경사지게 형성되고, 상부에서 보았을 때는 반원 형상이나 호 형상으로 형성될 수 있다.

도 8에서 유입구(21)는 양단이 180°간격으로 배치된 대략 반원 형상으로 도시되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 유입구(21)를 반원 형상뿐만 아니라, 다양한 각도에 대응되는 호 형상 등으로 변경할 수 있다.

여기서, 공급구(321)는 유입구(21)를 통해 유입되는 연료를 원활하게 유입시키도록, 유입구(21)의 단면적보다 큰 단면적으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 유입구를 케이싱의 하단부에 나선 형상으로 형성해서 유입구를 통해 유입되는 연료를 선회시키면서 공급구로 공급함에 따라, 연료 유입을 원활하게 하고, 연료 유입과정에서 와류와 기포 발생을 최소화함으로써, 연료의 유입 압력 손실을 저감할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 유입구를 통한 연료 유입을 원활하게 하고, 임펠러와 유입되는 연료의 회전 방향 및 속도를 일치시켜 와류와 기포 발생을 최소화함으로써, 연료의 유입 압력 손실을 저감하는 터빈형 연료펌프 기술에 적용된다.

10: 터빈형 연료펌프
20: 케이싱
21: 유입구 22: 토출구
23: 배출유로
30: 펌프부
31: 상부 커버 311: 배출구
32: 하부 커버 321: 공급구
322: 전달유로 323: 전달부
324: 기포 배출공 325: 가이드부
33: 임펠러 331: 블레이드
34: 가이드부재
40: 모터부

Claims (5)

1. 펌프부에 마련된 임펠러를 회전시켜 연료를 가압하여 엔진으로 공급하는 터빈형 연료펌프에 있어서,
   상기 펌프부는 케이싱에 형성된 유입구를 통해 유입된 연료를 가압하는 가압공간을 내부에 형성하는 상부 커버와 하부 커버 및
   상기 가압공간에 설치되어 모터부에서 전달되는 구동력에 의해 회전해서 연료를 미리 설정된 압력으로 가압하는 임펠러를 포함하고,
   상기 하부 커버에는 상기 유입구를 통해 유입된 연료를 상기 임펠러로 공급하는 공급구가 마련되며,
   상기 유입구는 상기 케이싱의 하단부에 미리 설정된 각도에 대응되도록 경사지게 연장된 나선 형상으로 형성되고,
   상기 공급구는 상기 임펠러로 공급되는 연료의 유량을 증대하도록, 상기 유입구보다 큰 단면적으로 형성되며,
   상기 공급구에는 상기 공급구를 통해 유입되는 연료와 상기 임펠러의 회전 방향 및 속도를 일치시켜 동조하는 가이드부가 마련되고,
   상기 가이드부에는 상기 공급구를 통해 유입되는 연료와 상기 임펠러의 회전 방향 및 속도를 일치시키도록, 형상과 크가가 조절된 나선 형상의 홈이 형성되거나, 나선 형상을 따라 배치되는 복수의 날개를 갖는 가이드부재가 마련되는 것을 특징으로 터빈형 연료펌프.
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