KR20020045124A - 디젤 엔진용 연료 분사 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤 엔진용 연료 분사 펌프에 관한 것으로서, 중앙에 연료 흡, 배출 통로가 형성된 펌프 몸체와, 상기 몸체의 연료 흡, 배출 통로로부터 원주 방향으로 소정 간격을 두고 방사상으로 배치되는 복수의 플런저와, 상기 플런저의 선단 접촉부와 몸체의 외측면 사이에 삽입 개재되는 복귀 스프링과, 상기 플런저의 선단 접촉부와 대응 접촉되는 복수의 돌출부가 내측면 둘레에 소정 간격으로 형성되는 중공의 원통형 로울러와, 상기 로울러의 외측면에 엔진 크랭크축의 회전력을 전달시킬 수 있도록 접속되는 캠 및 캠축을 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 하나의 펌프 유니트에 여러 개의 플런저를 동시에 설치케 함으로써 고압의 연료 송출이 가능케 되므로 분사 압력이 상승되어 연비 및 출력의 향상 등 엔진의 연소 특성을 더욱 더 높일 수 있다. 또한 종래의 펌프 구조를 그대로 활용하면서 전자 제어 엔진으로의 전환이 가능하여 신규 엔진 개발의 노력을 최소화 할 수 있다.

Description

디젤 엔진용 연료 분사 펌프{FUEL INJECTION PUMP FOR DIESEL ENGINE}

본 발명은 디젤 엔진용 연료 분사 펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 여러 개의 플런저(Plunger)를 방사상으로 배치함으로써 하나의 플런저 방식에 비하여 상대적으로 고압의 연료 송출이 가능하도록 된 디젤 엔진용 연료 분사 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 디젤 엔진은 실린더 내에 공기를 흡입하여 압축하면 500 ~ 550℃ 의 압축 열이 발생되며, 이 때 분사 노즐을 통하여 연료를 고압 분사하여 착화 연소시키는 엔진이다. 이러한 분사 노즐로 연료를 고압으로 송출시키는 역할을 하는 것이 연료 분사 펌프이다. 이 분사 펌프는 엔진의 각 실린더마다 하나의 펌프를 가지는 독립식과, 엔진의 실린더 수에 관계없이 하나의 펌프를 사용하여 각 실린더에 분배하는 분배식으로 나뉘어진다.

도 1 은 종래의 디젤 엔진용 연료 분사 펌프의 내부 구조를 나타낸 단면도로서, 이는 독립식 분사 펌프를 예시한 것이다.

도 1 에서 보면, 분사 펌프의 캠축(1) 상에 캠(Cam)(1a)이 실린더의 수와 같게 구비되고, 상기 캠(1a) 상에는 태핏(Tappet)(2)이 접촉 결합된다. 상기 태핏(2)의 하단에는 캠(1a)과 회전 접촉될 수 있는 로울러(Roller)(2a)가 연결되고, 상기 태핏(2)의 상단에는 태핏 간극을 조정하기 위한 조정 나사(3)가 결합된다. 이러한태핏(2)은 태핏 레일(Tappet Rail)(4) 내에서 상하로 왕복 운동을 하게 된다.

한편, 태핏(2)의 상부에는 연료 공급공(5a)을 가진 원통형의 배럴(Barrel)(5)이 도시 생략된 펌프 하우징에 고정되고, 상기 배럴(5)의 내부에는 플런저(Plunger)(6)가 상하로 섭동함과 동시에 어느 정도의 각도로 회전할 수 있도록 삽입된다. 상기 배럴(6)의 외면에는 도시되지 않은 가속 페달과 연결되어 연료 분사량을 조정할 수 있는 제어 래크(7) 및 슬리브(Sleeve)(8)가 끼워져 있고, 이 슬리브(8)와 태핏(2) 사이에는 리턴 스프링(Return Spring)(9)이 개재되어 있다.

이와 같이 구조로 이루어진 종래의 연료 분사 펌프는, 엔진의 흡입, 압축 행정에 의하여 캠축(1)이 회전하면, 캠(1a)과 접촉된 태핏(2)이 상, 하로 직선 왕복 운동되고 플런저(6)도 연동하여 직선 왕복 운동을 하게 된다. 이 때, 플런저(6)의 상, 하 운동에 의하여 배럴(5)의 연료 공급공(5a)을 통하여 연료가 흡입되고 분사 노즐(도시 안됨)에 전달되는 압력이 생성된다. 또 분사 노즐의 개변압이 결정된다. 한편, 제어 래크(7), 피니언(도시 안됨) 및 슬리브(8)의 위치 변화에 따라 가속량에 대응하는 플런저(6)의 회전량에 의하여 공급 연료의 분사량이 결정된다.

그러나, 이러한 종래의 분사 펌프 구조에서는 엔진의 연비 및 성능 개선에 반드시 필요한 분사 압력(분사 노즐의 개변압)을 크게 높이기는 어려운 실정이다.

따라서 디젤 엔진의 고전적인 분사 펌프형의 연료 장치에서 배기 규제 및 연비 절감, 고출력의 성능 목표를 만족시키기 위하여 전자 제어 기술과 융합하여 EUI(Electric Unit Injection), EUP(Electric Unit Pump) 등의 방식 등으로 발전하고 있는 추세이며, 연료의 고압 송출을 위하여 별도의 저장 용기나 펌프를 설치하고 있다. 연료 분무의 성장 속도는 분사 압력이 높아질수록 커지고, 분사 시간의 전반에 걸쳐 그 영향이 현저하게 나타난다. 개변압(분사 압력)을 증가시키면 분사율이 증가하고 결과적으로 출구 속도의 증가에 비례하여 액적의 운동량이 증가하므로 연료 도달 거리가 증가한다. 이와 같은 이유로 분사 압력의 상승은 실린더 내 연소 특성의 향상에 필수적인 기본 요소가 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 여러 개의 플런저를 방사상으로 배치하여 펌핑 작동케 함으로써 고압의 연료 송출을 가능케 하는 디젤 엔진용 연료 분사 펌프를 제공하는 데 있다.

도 1 은 종래의 디젤 엔진용 연료 분사 펌프의 내부 구조를 나타낸 단면도.

도 2 는 본 발명의 디젤 엔진용 연료 분사 펌프의 설치 구조를 개략적으로 나타낸 도면.

도 3 은 본 발명에 따른 디젤 엔진용 연료 분사 펌프의 요부 구성을 나타낸 단면도로서, 도 2 의 A - A 선 단면도.

도 4 는 도 3 의 B - B 선 단면도.

도 5a 및 도 5b 는 본 발명에 따른 디젤 엔진용 연료 분사 펌프의 작동 상태를 나타낸 도면.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 연료 분사 펌프 110 : 펌프 유니트

111 : 연료 흡, 배출 통로 112 : 펌프 몸체

113 : 플런저 선단 접촉부 114 : 플런저

116 : 복귀 스프링 117 : 돌출부

118 : 로울러 120 : 연료 흡입관

122 : 체크 밸브 130 : 연료 배출관

140 : 캠축 142 : 캠

200 : 크랭크 축

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디젤 엔진용 연료 분사 펌프는, 중앙에 연료 흡, 배출 통로가 형성된 펌프 몸체와, 상기 몸체의 연료 흡, 배출 통로로부터 원주 방향으로 소정 간격을 두고 방사상으로 배치되는 복수의 플런저와, 상기 플런저의 선단 접촉부와 몸체의 외측면 사이에 삽입 개재되는 복귀 스프링과, 상기 플런저의 선단 접촉부와 대응 접촉되는 복수의 돌출부가 내측면 둘레에 소정 간격으로 형성되는 중공의 원통형 로울러와, 상기 로울러의 외측면에 엔진 크랭크축의 회전력을 전달시킬 수 있도록 접속되는 캠 및 캠축을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 몸체의 흡, 배출 통로와 연결된 연료 흡입관에는 공급 연료의 역류를 막을 수 있도록 전자 제어 가능한 체크 밸브가 구비되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명의 디젤 엔진용 연료 분사 펌프의 설치 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3 은 본 발명에 따른 디젤 엔진용 연료 분사 펌프의 요부 구성을 나타낸 단면도로서, 도 2 의 A - A 선 단면도이고, 도 4 는 도 3 의 B - B 선 단면도이다.

도 2 에서, 부호 100 은 본 발명에 따른 연료 분사 펌프를 나타낸다. 상기 연료 분사 펌프(100) 내부에는 엔진의 실린더 수에 해당하는 만큼의 펌프 유니트(Pump Unit)(110)(여기에서는 4 개로 도시됨)가 배치된다. 각 펌프 유니트(110)는 서로 다른 위상 차로 배열된 캠(142) 및 캠축(140)에 접속되고, 상기 캠축(140)은 캠축 스프라켓(Spracket)(144)과 크랭크축 스프라켓(210)에 벨트나 체인 등의 동력 전달 수단(300)을 매개하여 엔진의 회전력을 전달받게 된다. 상기 펌프 유니트(110)의 중앙부에는 연료를 공급받아 배출시킬 수 있는 연료 흡입관(120) 및 연료 배출관(130)이 각 각 연결된다. 더욱이, 각 연료 흡입관(120) 쪽에는 체크 밸브(Check Valve)(122)가 공급 연료의 역류를 막을 수 있도록 장착되면 매우 바람직하다. 이러한 체크 밸브(122)는, 예를 들어 솔레노이드(Solenoid)형 온/오프(ON/OFF) 밸브를 채용하여 전자 제어가 가능하게 구성될 수 있다.

이러한 펌프 유니트(110)의 세부 구성을 도 3 및 도 4 를 참조하여 살펴본다. 펌프 몸체(112)의 중앙에는 연료를 공급받아 배출시킬 수 있는 연료 흡, 배출 통로(111)가 형성되고, 상기 연료 흡, 배출 통로(111)로부터 원주 방향으로 복수(도면에서는 3 개로 도시됨)의 플런저(Plunger)(114)가 소정 간격을 두고 방사상으로 배치된다. 몸체(112)의 외측면과 플런저(114)의 선단 접촉부(113) 사이에는 복귀 스프링(116)이 삽입 개재된다. 상기 플런저(114)의 각 선단 접촉부(113)에는 중공의 원통형 로울러(118) 내측면이 접촉되고, 상기 로울러(118)의 내측면 둘레를 따라 복수의 돌출부(117)가 소정간격을 두고 형성된다. 이 돌출부(117)는 플런저(114)의 설치 간격과 동일한 간격으로 대응되는 형태를 이룬다. 상기 로울러(118)의 외측면에는 엔진의 크랭크축(200)의 회전력을 전달시킬 수 있는 캠(142) 및 캠축(140)이 접속된다.

이와 같이 구성된 본 실시예에 따른 디젤 엔진용 연료 분사 펌프의 작동 상태를 도 5a 및 도 5b 를 더 참조하여 살펴본다.

엔진이 작동되면 크랭크축(200)의 회전력이 캠축(140)으로 전달되어 연료 분사 펌프(100)를 구동케 된다. 상기 분사 펌프(100) 내에서 실린더 별로 각 각 독립되게 구비된 펌프 유니트(110)의 각 로울러(118)는 엔진의 구동력을 전달받은 캠(142) 및 캠축(140)의 회전 작용에 의하여 회전하게 된다. 이러한 각 로울러(118)는 실린더의 폭발 행정에 맞추어 각기 다른 위상을 갖도록, 즉 일정 각도로 회전되어 설치된다.

먼저, 도 5a 에서 나타낸 바와 같이, 로울러(118)의 회전 도중 돌출부(117)의 선단과 플런저(114)의 선단 접촉부(113)가 서로 접하는 위치에 있게 되면, 여러 개의 플런저(114)가 펌프 몸체(112)의 연료 흡, 배기 통로(111) 쪽으로 동시에 화살표 방향과 같이 밀려들어가게 되어 공급 연료를 압축시킨다. 이 때 복귀스프링(116)도 압축된다. 따라서 상기 통로(111) 내에서 압축된 연료는 연료 배출관(130)으로 송출되고 도시 생략된 분사 노즐을 통하여 분사케 된다. 물론, 체크 밸브(122)의 작용으로 인하여 연료 흡입관(120) 쪽으로 연료가 역류되지는 않게 된다.

반면에, 도 5b 에서 나타낸 바와 같이, 로울러(118)의 회전시 플런저(114)의 선단 접촉부(113)가 로울러 돌출부(117)를 비켜난 위치에 도달되면, 각 플런저(114)도 동시에 연료 흡, 배출 통로(111)의 바깥으로 밀려나오게 되므로 상기 통로(111) 내에는 부압, 즉 흡입력이 발생된다. 이 때, 복귀 스프링(116)은 이완되어 원위치로 복귀된다. 이러한 스프링(116)은 연료 송출 후에 연료의 재 공급이 좀 더 신속 원활하게 이루어지도록 하는 작용을 보조하게 된다. 따라서, 연료 흡입관(120)을 통하여 다시 연료가 흡입된다.

이와 같이 본 실시예의 분사 펌프(100)는 로터리 펌프와 같이 여러 개의 플런저(114)를 하나의 펌프 유니트(110) 내에 동시에 구비하고 있으므로 여러 대의 펌프가 작동하는 것과 같은 고압의 펌핑력을 생성시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서 연료 흡입관(120) 내에 설치된 체크 밸브(122)를 솔레노이드형 온/오프 밸브로 채용하여 전자 제어케 하면 분사 시기 및 연료 공급량을 쉽게 결정할 수 있다. 즉, 가압시 밸브를 늦게 닫으면 압축시작 시기가 늦어져 분사시기도 늦어지게 되고, 연료 송출 중에 밸브를 일찍 열면 노즐 개변압 이하로 압력이 일찍 떨어져 분사량이 적어지게 된다.

상술한 본 발명에 의하면, 하나의 펌프 유니트에 여러 개의 플런저를 동시에 설치케 함으로써 고압의 연료 송출이 가능케 되므로 분사 압력이 상승되어 연비 및 출력의 향상 등 엔진의 연소 특성을 더욱 더 높일 수 있다. 또한 종래의 펌프 구조를 그대로 활용하면서 전자 제어 엔진으로의 전환이 가능하여 신규 엔진 개발의 노력을 최소화 할 수 있다.

Claims (2)

1. 중앙에 연료 흡, 배출 통로가 형성된 펌프 몸체와,

   상기 몸체의 연료 흡, 배출 통로로부터 원주 방향으로 소정 간격을 두고 방사상으로 배치되는 복수의 플런저와,

   상기 플런저의 선단 접촉부와 몸체의 외측면 사이에 삽입 개재되는 복귀 스프링과,

   상기 플런저의 선단 접촉부와 대응 접촉되는 복수의 돌출부가 내측면 둘레에 소정 간격으로 형성되는 중공의 원통형 로울러와,

   상기 로울러의 외측면에 엔진 크랭크축의 회전력을 전달시킬 수 있도록 접속되는 캠 및 캠축을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 연료 분사 펌프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 몸체의 흡, 배출 통로와 연결된 연료 흡입관에는 공급 연료의 역류를 막을 수 있도록 전자 제어 가능한 체크 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 연료 분사 펌프.