KR20060126369A - 내연기관용 분사 펌프 및 내연기관 - Google Patents

내연기관용 분사 펌프 및 내연기관 Download PDF

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KR20060126369A
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크리스토프 슈로트
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맨 비앤드더블유 디젤 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 내연기관용 분사 펌프로서, 하나 이상의 피스톤(10)을 포함하며, 상기 피스톤(10)은 특히 각각 2개의 흡입구를 통해 서로 연결된 흡입실(11) 및 고압실(12)과 상호 작용함으로써, 상기 피스톤(10)이 각각 제1 위치에서 상기 각각의 흡입구(13)를 폐쇄하여 상기 흡입실(11)로부터 상기 고압실(12)로의 연료 흐름을 중단시키고, 상기 피스톤(10)이 각각 제2 위치에서 상기 각각의 흡입구(13)를 해제시켜서 상기 흡입실(11)로부터 나온 연료로 고압실을 채울 수 있는, 내연기관용 분사 펌프에 관한 것이다. 본 발명에 따라 상기 흡입구(13)는 각각 흡입실(11)에 인접하게 다중 원추대형으로 세분된 유입 섹션(14)을 가지며, 각각의 다중 원추대형으로 세분된 유입 섹션(14)은 상기 흡입실(11)로부터 상기 고압실(12)의 방향으로 가늘어진다.

Description

내연기관용 분사 펌프 및 내연기관{INJECTION PUMP FOR A INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 내연기관용 분사 펌프의 개략적인 횡단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 내연기관용 분사 펌프의 개략적인 횡단면도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 내연기관용 분사 펌프의 개략적인 횡단면도.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 내연기관용 분사 펌프의 개략적인 횡단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 피스톤
11: 흡입실
12: 고압실
13: 흡입구
14: 유입 섹션
15: 유출 섹션
16: 벽
17: 에지
18, 19: 원추대형 섹션
20: 라인
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 또는 청구항 6의 전제부에 따른 내연기관용 분사 펌프, 즉 연료 분사 펌프에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 청구항 14의 전제부에 따른 내연기관에 관한 것이다.
실제로 공지된, 내연기관용 사면 제어식 피스톤 고압 연료 분사 펌프는 통상 피스톤을 포함하며, 상기 고압 분사 펌프의 피스톤은 흡입실 및 고압실과 상호 작용한다. 분사 펌프의 흡입실 및 고압실은 통상 2개의 흡입구를 통해 서로 연결된다. 고압 분사 펌프의 피스톤은 제1 위치에서 흡입구를 폐쇄시켜서, 흡입실로부터 고압실로의 연료 흐름을 중단시킨다. 피스톤의 제2 위치에서는 피스톤이 흡입구를 해제시켜서 흡입실로부터 나온 연료로 고압실을 채울 수 있다. 연료는 소위 예비 이송 시스템을 통해 고압 펌프의 흡입실 내에 이르고, 특히 분사 펌프의 피스톤 위치에 따라, 흡입실로부터 흡입구를 통해 고압실에 이른다. 이 경우, 피스톤의 위치는 캠을 통해 제어된다. 피스톤이 흡입구를 폐쇄하는 경우에는 흡입실로부터 고압실로의 연료 흐름이 중단되고, 연료는 고압실에서, 규정된 압력에 의해 내연기관 의 실린더 내로 분사될 수 있을 정도로 압축된다. 피스톤의 제어 에지가 다시 흡입구를 해제하기 시작하면, 분사 단계가 종료되고, 그 경우 연료는 흡입실로부터 분사 펌프의 고압실 내로 이송된다.
그 결과, 흡입구 영역에서의 압력이 심하게 급변동됨으로써, 흡입구 영역에 캐비테이션이 발생할 수 있다. 발생한 캐비테이션에 의해 흡입구의 표면이 손상될 수 있다. 상기 캐비테이션은 분사 펌프의 유지 관리 인터벌 및 분사 펌프의 수명에 상당한 영향을 준다.
본 발명의 과제는 내연기관용의 신규의 분사 펌프 및 상응하는 내연기관을 제공하는 것이다.
상기 과제는 제1 관점에 따라 청구항 1에 따른 내연기관용 분사 펌프에 의해 달성된다. 이에 따라 흡입구는 흡입실에 인접하게 쌍곡면형 유입 섹션을 가지며, 각각의 쌍곡면형 유입 섹션은 흡입실로부터 고압실의 방향으로 가늘어진다.
본 발명의 상기 제1 관점에 따라 흡입구는 흡입실에 인접하게 쌍곡면형 유입 섹션을 갖는다. 각각의 흡입구의 쌍곡면형 유입 섹션의 벽은 횡단면이 원호형으로 형성된다. 상기 유입 섹션은 흡입실로부터 고압실의 방향으로 가늘어진다. 흡입구의 이러한 구성에 의해, 흡입구가 캐비테이션에 대해 민감하지 않게 되고 캐비테이션에 의한 손상을 거의 입지 않게 될 수 있다.
상기 과제는 제2 관점에 따라 청구항 6에 따른 내연기관용 분사 펌프에 의해 달성된다. 이에 따라 흡입구는 흡입실에 인접하게 다중 원추대형으로 세분된 유입 섹션을 가지며, 각각의 유입 섹션은 흡입실로부터 고압실의 방향으로 가늘어진다.
본 발명의 상기 제2 관점에 따라 흡입구는 흡입실에 인접하게 다중 원추대형으로 세분된 유입 섹션을 가지며, 상기 유입 섹션은 상이한 개방각을 가진 다수의 원추대형 섹션을 갖는다. 상기 각각의, 다중 원추대형으로 세분된 유입 섹션은 흡입실로부터 고압실의 방향으로 가늘어진다. 이렇게 형성된 흡입구는 캐비테이션에 의한 손상을 거의 입지 않는다.
본 발명의 2가지 관점의 공통점은, 흡입실을 피스톤 고압 분사 펌프의 고압실에 연결시키는 흡입구의 표면이 캐비테이션 발생 영역에서 축소됨으로써, 캐비테이션 기포의 내파가 흡입구 표면에 대한 파괴적 영향 없이 직접 연료 내에서 이루어지도록, 상기 흡입구가 형성된다는 것이다. 흡입구의 벽 영역에서 캐비테이션 기포의 축적을 촉진하는 예리한 에지 및 예각은 회피된다. 전체적으로 피스톤 고압 분사 펌프의 흡입구의 캐비테이션에 기인한 마모가 감소할 수 있어서, 흡입구가 보다 긴 수명을 가지며, 유지 관리 인터벌이 길어질 수 있다. 이로 인해, 상당한 절감 가능성이 생기게 된다.
본 발명에 따른 내연기관은 청구항 14에 제시되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항 및 하기 설명에 제시된다. 본 발명의 실시예를 도면을 참고로 상세히 설명하지만, 본 발명은 이것으로 국한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 도 1 내지 도 4를 참고로 상세히 설명한다. 도 1 및 도 2 는 본 발명의 제1 관점에 따른 2개의 실시예를 나타내고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 제2 관점에 따른 2개의 실시예를 나타낸다.
도 1은 디젤 내연기관용의 소위 사면 제어식 피스톤 고압 분사 펌프의 횡단면도를 도시한다. 분사 펌프는 분사 펌프의 흡입실(11) 및 고압실(12)과 상호 작용하는 피스톤(10)을 포함한다. 통상 흡입실(11)은 2개의 흡입구(13)를 통해 고압실(12)과 연결된다. 하나의 흡입구 또는 2개 이상의 흡입구가 있을 수 있다. 피스톤(10)의 위치에 따라 피스톤(10)이 흡입구(13)를 해제하거나 또는 흡입구(13)가 피스톤(10)에 의해 폐쇄된다. 피스톤(10)이 흡입구(13)를 폐쇄하는 경우, 흡입실(11)로부터 분사 펌프의 고압실(12) 내로의 연료 흐름이 중단된다. 이에 반해, 피스톤(10)이 흡입구(13)를 해제하면, 연료 흐름이 상기 흡입구(13)를 통해 흐르고 고압실은 분사 펌프의 흡입실로부터 나온 연료로 채워질 수 있다.
흡입구들(13)은 2개의 섹션으로 세분된다. 즉, 흡입실(11)에 인접하게 위치한 유입 섹션(14)과 고압실(12)에 인접하게 위치한 유출 섹션(15)으로 세분된다. 본 발명에서 흡입실(11)에 인접하게 위치한, 각각의 흡입구(13)의 유입 섹션(14)은 흡입구(13)가 캐비테이션 손상에 민감하지 않도록 형성된다. 이를 위해, 흡입구(13)의 유입 섹션(14)은, 흡입구의 표면이 캐비테이션 발생 영역에서 확대되거나 또는 축소됨으로써, 결국 캐비테이션 기포의 내파가 흡입구(13)에 대한 파괴적 영향을 주지 않으면서 직접 연료 내에서 이루어지도록, 형성된다.
본 발명의 제1 관점에 따라, 흡입구(13)의 유입 섹션(14)은 쌍곡면형으로 형성된다. 쌍곡면형으로 형성된 유입 섹션(14)은 횡단면이 원호형으로 형성된 벽(16)을 가지며, 도 1에서 원호형으로 형성된 벽(16)의 곡률 반경이 반경 R로 표시되어 있다. 흡입구(13)의 쌍곡면형 유입 섹션(14)은 흡입실(11)로부터 고압실(12)의 방향으로 가늘어진다. 도 1에 따르면, 쌍곡면형 유입 섹션(14)은 각각의 흡입구(13)의 유출 섹션(15) 내로 이어지며, 상기 유출 섹션(15)은 원통형으로 형성되어 있다.
도 1의 실시예에서, 각각의 흡입구(13)의 쌍곡면형 유입 섹션(14)이 상기 흡입구(13)의 원통형 유출 섹션(15)으로 이어짐으로써, 각각의 흡입구(13)의 유입 섹션(14)과 유출 섹션(15) 사이에는 에지가 형성되지 않는다.
대안으로서, 도 2의 실시예에 나타나는 바와 같이, 흡입구(13)의 쌍곡면형 유입 섹션(14)이 흡입구(13)의 원통형 유출 섹션(15)에 대해 일정한 각 α만큼 휘어지거나 또는 회전됨으로써, 각각의 흡입구(13)의 유입 섹션(14)과 유출 섹션(15) 사이에는 불연속점 또는 에지(17)가 형성될 수도 있다.
본 발명의 제2 관점에 따라(도 3 및 도 4의 실시예 참고), 흡입실(11)에 인접한, 흡입구(13)의 유입 섹션(14)이 다중으로 원추대형으로 세분된다. 즉, 도 3 및 도 4의 실시예에서는 각각 2개의 원추대형 섹션(18, 19)으로 세분된다. 원추대형 섹션(18, 19)은 소위 개방 각을 특징으로 하며, 도 3의 실시예에서, 흡입구(13)의 유입 섹션(14)의 원추대형 섹션(18, 19)의 개방 각(β18, β19)은, 각각의 원추대형 섹션(18, 19)이 흡입실(11)에 가까이 놓일수록, 개방각(β18, β19)이 더 커지도록 형성된다. 도 3의 실시예에서, 원추대형 섹션(19)의 개방각(β19)은 흡입구(13) 의 유입 섹션(14)의 원추대형 섹션(18)의 개방각(β18) 보다 크다. 이와는 달리, 도 4의 실시예에 나타나는 바와 같이, 원추대형 섹션(18, 19)의 개방각(γ18, γ19)은, 각각의 원추대형 섹션(18, 19)이 흡입실(11)에 더 가까이 놓일수록, 원추대형 섹션(18, 19)의 개방각(γ18, γ19)이 더 작아지도록 형성된다. 따라서, 도 4의 실시예에서, 원추대 섹션(19)의 개방각(γ19)은 흡입구(13)의 유입 섹션(14)의 원추대형 섹션(18)의 개방각(γ18)보다 작다. 그러나, 도 3과 도 4의 2개의 실시예에서 원추대형 섹션(18, 19)은, 흡입실(11) 및 상기 흡입실(11)에 이어지는 원추대 섹션(19)으로부터 흡입구(13)의 유입 섹션(14)이 고압실(12)의 방향으로 가늘어지도록, 서로 상대적으로 배치된다. 유입 섹션(14)은 재차 각각의 흡입구(13)의 원통형 유출 섹션(15)으로 이어진다.
도 3 및 도 4의 실시예에 따른 흡입구(13)의 다중 원추대형으로 세분된 유입 섹션(14)은 도시된 실시예에서 2개의 원추대형 섹션으로 세분된다. 물론, 2개 이상의 원추대형 섹션도 가능하다. 원추대형 섹션의 개방각은 흡입실(11)로부터 고압실(12)의 방향으로 연속적으로 커지거나(도 4의 실시예 참고) 또는 고압실(12)의 방향으로 연속적으로 작아진다(도 3의 실시예 참고). 흡입구(13)의 유입 섹션(14)의 인접한 원추대형 섹션들(18, 19) 사이에는 원통형 섹션이 위치할 수 있다. 도 4의 실시예에서, 유입 섹션(14))의 원추대형 섹션(19)과 흡입실(11) 사이에는 원통형 섹션이 배치될 수 있다. 인접한 원추대형 섹션들 사이에 또는 원추대형 섹션과 인접한 원통형 섹션 사이에 형성된 에지들은 바람직하게는 라운딩된다.
본 발명에 따른 흡입구(13)의 유입 섹션(14)의 구성에 의해, 흡입구(13)의 캐비테이션에 기인한 마모가 최소화된다. 흡입실(11) 내로 및 경우에 따라 흡입구(13) 내로 마모 소자로서 충격 나사 또는 노즐 충격 나사가 삽입되면 동일한 효과가 얻어진다. 이 경우, 충격 나사 또는 노즐 충격 나사의 캐비테이션에 기인한 마모가 감소함으로써, 분사 펌프의 수명이 연장되고, 유지 관리 인터벌이 커진다.
분사 펌프는 바람직하게는 다기통 디젤 내연기관에 사용된다. 이 경우, 분사 펌프의 고압실(12) 내에서 압축된 연료를 디젤 내연기관의 각각의 실린더에 분사하기 위해, 각각의 실린더에 그러한 분사 펌프가 할당된다. 고압실(12)에서 압축된 연료는 라인(20)을 통해 분사 노즐에 연결된다.
본 발명의 내연기관용 분사 펌프에 따르면, 흡입구 영역에서의 압력이 심하게 급변동됨으로써, 흡입구 영역에 캐비테이션이 발생하는 것을 방지하여, 캐비테이션에 의해 흡입구의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (14)

  1. 하나 이상의 피스톤(10)을 포함하며, 상기 피스톤(10)은 각각 특히 2개의 흡입구(13)를 통해 서로 연결된 흡입실(11) 및 고압실(12)과 상호 작용함으로써, 상기 피스톤(10)이 각각 제1 위치에서 상기 각각의 흡입구(13)를 폐쇄하여 상기 흡입실(11)로부터 상기 고압실(12)로의 연료 흐름을 중단시키고, 상기 피스톤(10)이 각각 제2 위치에서 상기 각각의 흡입구(13)를 해제시켜서 상기 흡입실(11)로부터 나온 연료로 고압실을 채울 수 있는, 내연기관용 분사 펌프에 있어서,
    상기 흡입구(13)는 각각 상기 흡입실(11)에 인접하게 쌍곡면형 유입 섹션(14)을 가지며, 상기 각각의 쌍곡면형 유입 섹션(14)은 상기 흡입실(11)로부터 상기 고압실(12)의 방향으로 가늘어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 쌍곡면형 유입 섹션(14)의 벽(16)은 횡단면이 원호형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 펌프.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각각의 쌍곡면형 유입 섹션(14)은 상기 상응하는 흡입구(13)의 원통형 유출 섹션(15)으로 이어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 펌프.
  4. 제3항에 있어서, 상기 쌍곡면형 유입 섹션(14)은 상기 각각의 흡입구(13)의 상기 원통형 유출 섹션(15)으로 연속적으로 또는 에지를 형성하면서 불연속적으로 이어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 펌프.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나 또는 다수의 항에 있어서, 상기 흡입구(13) 내로 마모 소자로서 각각 하나의 노즐 충격 나사가 삽입되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 펌프.
  6. 하나 이상의 피스톤(10)을 포함하며, 이 피스톤(10)은 특히 각각 2개의 흡입구(13)를 통해 서로 연결된 흡입실(11) 및 고압실(12)과 상호 작용함으로써, 상기 피스톤(10)이 각각 제1 위치에서 상기 각각의 흡입구(13)를 폐쇄하여 상기 흡입실(11)로부터 상기 고압실(12)로의 연료 흐름을 중단시키고, 상기 피스톤(10)이 각각 제2 위치에서 상기 각각의 흡입구(13)를 해제시켜서 상기 흡입실(11)로부터 나온 연료로 고압실을 채울 수 있는, 내연기관용 분사 펌프에 있어서,
    상기 흡입구(13)는 각각 상기 흡입실(11)에 인접하게 다중 원추대형으로 세분된 유입 섹션(14)을 가지며, 상기 각각의 다중 원추대형으로 세분된 유입 섹션(14)은 상기 흡입실(11)로부터 상기 고압실(12)의 방향으로 가늘어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 펌프.특징으로 하는 내연기관용 분사 펌프.
  7. 제6항에 있어서, 상기 원추대형 섹션(18, 19)이 상기 흡입실(11)에 더 가까 이 놓일수록, 상기 각각의 다중 원추대형으로 세분된 유입 섹션(14)의 원추대형 섹션(18, 19)의 개방각(β18, β19)은 더 커지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 펌프.
  8. 제6항에 있어서, 상기 원추대형 섹션(18, 19)이 상기 흡입실(11)에 더 가까이 놓일수록, 상기 각각의 다중 원추대형으로 세분된 유입 섹션(14)의 원추대형 섹션(18, 19)의 개방각(γ18, γ19)이 더 작아지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 펌프.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 각각의 다중 원추대형으로 세분된 유입 섹션과 상기 흡입실 사이에 원통형 섹션이 위치하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 펌프.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서, 상기 각각의 다중 원추대형으로 세분된 유입 섹션의 2개의 인접한 원추대형 섹션 사이에 원통형 섹션이 위치하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 펌프.
  11. 제 6항 내지 제10항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서, 상기 각각의 다중 원추대형으로 세분된 유입 섹션(14)이 상기 상응하는 흡입구(13)의 원통형 유 출 섹션(15)으로 이어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 펌프.
  12. 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서, 상기 유입 섹션의 인접한 원추대형 섹션들 사이에 또는 원추대형 섹션과 인접한 원통형 섹션 사이에 위치한 에지들이 라운딩되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 펌프.
  13. 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 있어서, 상기 흡입구(13) 내로 마모 소자로서 각각 하나의 노즐 충격 나사가 삽입되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 펌프.
  14. 다수의 실린더를 포함하며, 특정 분사 압력 하에서 연료를 각각의 실린더 내로 분사하기 위해, 상기 실린더들에는 각각 분사 펌프가 할당되는 내연기관, 특히 디젤 내연기관에 있어서,
    상기 분사 펌프가 제1항 내지 제 5항 중 어느 한 항 또는 다수의 항 또는 제 6항 내지 제13항 중 어느 한 항 또는 다수의 항에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
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