KR20060122975A - 내연기관의 연료분사펌프 - Google Patents

Abstract

펌프 플런저 부싱(bushing)(3)의 내부에서 왕복 운동하는 펌프 플런저(4)의 상측 컨트롤 가장자리부(upper-side control edge portion)(11)와 하측 컨트롤 가장자리부(lower-side control edge portion)(12)와 함께 초기 콘트롤 홈(10)이 형성된 흡입-배출 홀(8)로 연료의 유입 및 배출을 제어하도록 구성된 연료분사 펌프(1)로서, 상기 흡입-배출 홀(8)은 그 일단에 상기 펌프 플런저 부싱(3)의 내부를 관찰할 수 있는 개방면(14)을 갖는 소직형 홀(81)과 상기 소직형 홀(81)의 타단(81B)에 연통하는 대직경 홀(82)을 포함하고, 상기 초기단계 컨트롤 홈(10)의 저부(10A)가 상기 개방면(14)으로부터 상방으로 경사지게 연장되고, 상기 소직경 홀(81)과 연통하는 상기 대직경 홀(82)의 연통 단부의 내부면이 구형 표면(82C)내에 형성된다. 상기 대직경 홀(82) 내부로 공급된 고압 연료는 대직경 홀(82)의 구형면부(82C)로 인해서 공급된 고압 연료와 대직경 홀(82)의 벽면 사이에 큰 거리를 보장함으로써, 캐비테이션 부식영향을 감소시킨다.

연료분사펌프, 대직경 홀, 소직경 홀, 구형 표면

Description

내연기관의 연료분사펌프{INJECTION PUMP FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 캐비테이션 부식(cavitation erosion)의 발생을 감소시킬 수 있는 내연기관용 연료분사펌프에 관한 것이다.

내연기관용 연료분사펌프의 펌프챔버 내부는 상당한 고압을 갖는다. 그 결과, 연료의 배출제어를 수행함에 있어서, 고압피크를 갖는 압력진동이 흡입-배출 홀(suction-and-overflow hole)과 흡입챔버 내에서 발생됨에 따라, 에어 버블(bubble) 또는 중공 캐비티들(hollow cavities)은 연료의 내부에 형성되고, 중공 캐비티들은 고압피크 파열(high pressure peak rupture)에 의해 이미 형성된다. 상기 중공 캐비티들의 파열이 흡입-배출홀의 벽부분 근처에서 발생될 때, 캐비테이션 부식이 발생되고 펌프를 형성하는 물질은 닳아 없어지고, 이러한 현상이 장기간 발생될 때, 펌프의 기능에 손상된다.

　　　　　　　이 결점을 해소하기 위해, J-UT-B-7-54618은 다음과 같은 구성을 가지는 유형의 펌프를 개시하는데, 즉, 초기 단계 컨트롤 홈(early stage control groove)은 상부 컨트롤 가장 자리부에 대향된 하측의 흡입-배출 홀의 벽부에 형성되고, 펌프 플런저의 하측의 컨트롤 가장 자리부는 초기 단계 컨트롤 홈에서 우선적으로 스키드(skid)되며, 이어서, 펌프 플런저의 하측의 컨트롤 가장 자리부는 흡입-배출 홀 의 메인(main) 횡교차 단면에서 스키드되고, 여기서, 상기 초기 단계 컨트롤 홈의 바닥부는 펌프 플런저의 스키드 표면으로부터 이격되어 경사진 방향의 상부를 향하여 연장된다.

　　　　　　　이렇게 제안된 구성에 따르면, 초기단계에서 발생된 연료 분사 플로우(flow)는 바닥부의 경사에 따른 흡입-배출 홀의 내부로 흘러 들어온 초기 단계 내에서 발생된다. 그 결과, 흡입-배출 홀의 내부에 형성된 중공 캐비티는 흡입-배출 홀을 향해 배출될 수 있다. 이에 따라, 흡입-배출 홀의 내부에서 바람직한 작용을 수행하는 캐비테이션 부식은 이들 홀에서 방지되거나, 또는 적어도 감소될 수 있는 유리한 효과를 얻는 것이 가능하다.

그러나, 최근에 저 점도(low-viscosity) 연료의 사용은 증가되고, 열병합(cogeneration)용 연료의 사용에 부과된 조건은 엄격하게 되어 가고 있다. 상기에서 다루어진 종래 기술에 따라, 캐비테이션 부식 발생의 결점이 제기될 수 있고, 이러한 결점은 경우에 따라 대략 3000 내지 5000 시간을 위한 연료 분사 펌프의 사용에 기인하여 발생한다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 상기 문제들을 극복할 수 있는 내연기관용 연료분사펌프를 제공하는 데 있다.

본 발명의 목적은 연료분사펌프의 플런저통(plunger barrel)내에 형성된 흡입-배출 밸브의 형상을 최적화함으로써 캐비테이션 부식의 발생을 더욱 감소시킬 수 있는 내연기관의 연료분사펌프를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따르면, 펌프 플런저 부싱 내에 형성된 적어도 하나의 흡입 배출 홀을 향한 연료의 유입 및 배출이 펌프 플런저 부싱의 내부에서 왕복 운동하는 펌프 플런저의 상측 컨트롤 가장 자리부와 하측 컨트롤 가장 자리부로 제어되고, 초기단계 컨트롤 홈은 상기 흡입-배출 홀의 벽부에 형성되며, 상기 흡입-배출 홀은 그 일단에 상기 펌프 플런저 부싱의 내부에 직면한 개구를 갖는 소직형 홀과, 상기 소직형 홀의 타단에 연통하는 대직경 홀을 포함하고, 상기 흡입-배출 홀은 상기 초기단계 컨트롤 홈이 상기 소직경 홀의 상기 개구로부터 상기 대직경 홀을 향하여 연장하는 상태에서 형성되고, 상기 초기단계 컨트롤 홈의 바닥부는 상기 개구로부터 이격된 방향으로 상부로 경사지게 연장되고, 상기 소직경 홀을 갖는 상기 대직경 홀의 전달 단부의 내부 표면은 구형 표면으로 형성되는 내연기관용 연료분사펌프가 제공된다. 여기서, 상기 대직경 홀의 축은 초기 단계 컨트롤 홈에 대향된 방향에서 상기 소직경의 홀의 축으로 부터 변위(displace)될 수 있다.

본 발명에 따르면, 고압 연료는 초기단계 컨트롤 홈의 바닥부의 경사를 따라 소직경 홀의 내부로 흐르는 초기단계 컨트롤 홈을 따라서 흡입-배출 홀의 내부로 흐르고, 고압 연료가 대직경 홀의 내부로 공급될 때, 상기 대직경 홀의 아치형 (arcuate) 바닥 표면 모양으로 인하여 공급되는 고압 연료와 대직경 홀의 벽 표면 사이의 큰거리(large distance)를 확보하는 것은 가능하고, 따라서, 고압 연료 내에 중공 캐비티의 파열에 기인하는 캐비테이션의 부식 영향을 현저하게 감소시키는 것이 가능하고, 그래서, 연료 분사 펌프의 수명 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시하는 종단면도.

도 2는 도 1의 A-A선에 따른 종단면도.

도 3은 도 2의 화살표 B의 방향으로부터 보여주는 도면.

도 4는 도 3의 C-C선에 따른 종단면도.

본 발명을 더 상세히 기술하기 위해, 본 발명이 첨부된 도면과 관련하여 설명된다.

　　　　　　　　도 1은 본 발명에 따른 연료분사펌프의 일 실시예를 보여주는 종단면도이다. 상기 연료분사펌프(1)는 내연기관내로 가압된 고압 연료를 주입하고 공급하는 역활을 한다. 여기서, 펌프 플런저 부싱(3)은 케이싱(2)의 내부에 끼워 맞춰지고, 플런저 챔버(5)는 펌프 플런저 부싱(3)과 펌프 플런저(4)에 의해 한정된다. 도면부호 6은 압력 밸브를 나타내고, 도면부호 7은 압력 밸브 케이싱을 나타낸다. 여기서, 상기 압력 밸브 케이싱(7)은 볼트에 의해 캐이싱에 고정시킨다. 연료용 흡입-배출 홀(8)은 펌프 플런저 부싱(3) 내에 형성되며, 반대 방법으로 상기 흡입-배출 챔버(9)가 흡입-배출 홀(8)을 향하게 한 상태에서 흡입-배출 챔버(9)가 케이싱(2) 내에 형성된다. 또한, 상기 초기 단계 컨트롤 홈(10)은 흡입-배출 홀(8)내에 형성된다.

　　　　　　　　상측 컨트롤 가장 자리부(11)와 하측 컨트롤 가장 자리부(12)가 펌프 플런저(4)에 형성된다. 여기서, 펌프 플런저(4)의 축방향 운동으로 인하여, 이들 상측 컨트롤 가장 자리부(11)와 하측 컨트롤 가장 자리부(12)는 초기 단계 컨트롤 홈(10) 상에서 스키드(skid) 된다. 이 경우에, 공급 완료를 한정하는 상기 하측 컨트롤 가장 자리부(12)는 공급 완료 시점에서 경사진 방법으로 연장되는 초기 단계 컨트롤 홈(10)상에서 스키드되고, 그 다음, 흡입-배출 홀(8)의 전체 개구 표면(14)은 개방된다. 결과적으로, 연료 분사는 초기 단계에서 경사진 방법으로 흐르기 때문에, 흡입-배출 챔버(9)의 내부 압력은 상대적으로 서서히 증가한다. 여기서, 이 실시예에서는, 두 세트의 흡입-배출 홀(8)과 흡입-배출 챔버(9)가 제공되고, 여기서, 연료의 흡입-배출 작동은 180°위상차(phase difference)를 가지고 교대로 수행된다.

　　　　　　　다음으로, 상기 흡입-배출 홀(8)은 도 2 내지 도 4와 관련하여 설명된다. 여기서, 도 2는 도 1의 A-A선에 따른 종단면도이고, 도 3은 도 2의 화살표 B 방향으로부터 보여주는 도면이며, 도 4는 도 3의 C-C선에 따른 종단면도이다. 상기 흡입-배출 홀(8)은 펌프 플런저(4)쪽 상에서 개방된 일단(81A)을 가지는 개구 표면(14)구비하는 원통형 소직경 홀(81)과, 흡입-배출 챔버(9)쪽에서 개방된 일단(82A)을 가지며 상기 소직경 홀(81)의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 대직경 홀(82)을 포함한다. 여기서, 상기 대직경 홀(82)의 타단부의 내부 표면은 구형 모양으로 형성되는 구형 표면부(82)로 형성된다. 또한, 타단(81B)이 대직경 홀(82)의 타단부에서 바닥 표면으로써 형성되는 구형 표면부(82C)의 일부로부터 대직경 홀(82)의 내면에 직면한 상태에서, 상기 소직경 홀(81)의 타단(81B)은 대직경 홀(82)과 연통한다.

　　　　　　　　이 실시예에서, 도 3과 도 4로부터 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 상기 소직경 홀(81)의 축(81x)과 대직경 홀(82)의 축(82x)은 소정값(predetermined value)(k)에 의해 서로로부터 변위된다. 이 변위 방향은 상기 축(82x)이 축(81x)에 대하여 초기단계 컨트롤 홈(10)에 대향된 방향이다. 상기 초기단계 컨트롤 홈(10)은 소직경 홀(81)의 일부에서 아치형 종단면 바닥 표면(10A)을 갖는 관통형 홈(through-like groove)으로써 형성된다. 이와 동시에, 상기 초기단계 컨트롤 홈(10)의 바닥 표면(10A)은 축(81x)에 대하여 각도(θ)를 형성하도록 경사진다(도 4 참조).

　　　　　　　　다음으로, 연료분사펌프(1)에서의 연료의 흡입, 가압 및 분사의 작동 방법이 설명된다.

　　　　　　　　연료의 흡입은 펌프 플런저(4)가 하강되는 상태에서 수행되고, 상측 컨트롤 가장 자리부(11)는 소직경 홀(81)의 개구 표면(14)이 플런저 챔버(5)에 개방되도록 한다. 상측 컨트롤 가장 자리부(11)가 플런저 챔버(5)로부터 개방면(14)을 방해하도록 상기 펌프 플런저(4)가 들어 올려졌을 때,　 상기 플런저 챔버(5)의 내부에서 연료의 가압이 시작된다. 상기 하측 컨트롤 가장 자리부(12)가 초기단계 컨트롤 홈(10)의 개방을 시작할 때, 플런저 챔버(5)의 내부에서 연료를 가압하여 얻어진 고압 연료는 초기단계 컨트롤 홈(10)에 따라 흐르는 연료 분사 흐름과 같이 흡입-배출 홀(8)의 내부로 흐른다.

　　　　　　　　이러한 연료 분사 흐름은 초기단계 컨트롤 홈(10)의 바닥 표면(10A)을 따라 흐르며, 따라서 상기 흐름 방향은 바닥 표면(10A)과 평행한 화살표(R)로 도시된 방향으로 된다(도 4 참조). 그 결과, 상기 소직경 홀(81)로부터 내부로 흘러 들어오는 연료 분사 흐름은 대직경 홀(82)의 내부로 활발하게 공급된다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 축(81x,82x)은 소정값(k)으로 서로로부터 변위된다. 이와 동시에, 구형 표면부(82C)는 대직경 홀(82)의 타단부의 바닥 표면에 형성되고, 따라서, 큰공간(large spaces)은 대직경 홀(82)의 내부로 공급되는 연료 분사 흐름 앞에 확보된다.

이와같이, 흡입-배출 홀(8)의 내부로 흐르도록 연료 분사흐름을 허용함으로써, 중공 캐비티들은 확보된 큰공간을 통해서 흡입-배출 챔버(9)로 유입되는 고압 연료의 내부에서 발생된다. 그 결과, 흡입-배출 홀(8)의 내부에서 고압 연료 내에 발생된 중공 캐비티들이 대직경 홀의 내벽 표면의 부근에서 파열될 가능성은 현저하게 낮아져 캐비테이션 부식의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 여기서, 구형 표면부(82C)으로 인하여 대직경 홀(82)의 내부로 공급되는 연료 분사에 앞서 캐비테이션 부식의 영향을 감소시킬 수 있는 넓은 공간을 확보하는 것이 가능할 경우, 축(81x)과 축(82x)을 변위시킬 필요가 없고, 소정값(k)은 0으로 세팅될 수 있다.

이상에서 상세히 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료분사펌프는 흡입-배출 홀에서 캐비테이션 부식의 발생을 효과적으로 방지할 수 있고, 따라서, 본 발명은 내연기관의 연료분사펌프를 개선시키는데 유용하다.

Claims (5)

1. 펌프 플런저 부싱 내에 형성된 적어도 하나의 흡입 배출 홀을 향한 연료의 유입 및 배출이, 펌프 플런저 부싱의 내부에서 왕복 운동하는 펌프 플런저의 상측 컨트롤 가장 자리부와 하측 컨트롤 가장 자리부로 제어되는 내연기관용 연료분사펌프로서,

   　　　　　　　초기단계 컨트롤 홈은 상기 흡입-배출 홀의 벽부에 형성되고, 상기 흡입-배출 홀은 그 일단에 상기 펌프 플런저 부싱의 내부에 직면한 개구를 갖는 소직형 홀과, 상기 소직형 홀의 타단에 연통하는(communicating) 대직경 홀을 포함하고, 상기 흡입-배출 홀은 상기 초기단계 컨트롤 홈이 상기 소직경 홀의 상기 개구로부터 상기 대직경 홀을 향하여 연장하는 상태에서 형성되고, 상기 초기단계 컨트롤 홈의 바닥부는 상기 개구로부터 이격된 방향으로 경사지게 상부로 연장되고, 상기 소직경 홀과 상기 대직경 홀의 연통 단부의 내부 표면은 구형 표면 내에 형성되는 내연기관용 연료분사펌프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 대직경 홀의 축은 상기 초기단계 컨트롤 홈에 대향된 방향에서 상기 소직경 홀의 축으로부터 소정값으로 변위되는 내연기관용 연료분사펌프.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 대직경 홀의 축은 상기 대직경 홀의 축이 상기 소직경 홀의 축에 대하여 상기 초기단계 컨트롤 홈에 대향된 방향으로 평행하게 이동하는 상태에서 변위되는 내연기관용 연료분사펌프.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 초기단계 컨트롤 홈은 종단면이 아치형(arcuate) 바닥 표면 형상을 가지는 관통형 홈(trough-shaped groove)인 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사펌프.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 초기단계 컨트롤 홈의 바닥 표면은 상기 소직경 홀의 상기 축에 대하여 소정 각도로 형성되는 내연기관용 연료분사펌프.

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