KR20090097669A - 차량용 연료펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기의 구동시 케이싱에 수납된 임펠러가 회전하며 연료를 펌핑하는 차량용 연료펌프에 관한 것으로, 회전수의 상승 없이 토출성능(토출압과 토출량)을 향상시킬 수 있어 고출력 엔진에 적합하며, 내구성을 강화하여 수명을 연장시킬 수 있는 고효율의 차량용 연료펌프에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명의 케이싱은, 상면에 환형의 유입로가 형성되고 상기 유입로의 일단에는 연료가 흡입되는 흡입구가 형성된 제 1 단위 케이싱과, 하면에 환형의 배출로가 형성되고 상기 배출로의 타단에는 연료가 토출되는 토출구가 형성된 제 2 단위 케이싱과, 제 1 및 제 2 단위 케이싱 사이에 위치되고 그 내부에 임펠러가 수납되며 내측벽면에 유입로의 타단과 배출로의 일단을 연결하는 이송로가 형성된 제 3 단위 케이싱을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 제 3 단위 케이싱에 수납되는 임펠러는 그 가장자리에 다수개의 블레이드가 방사형으로 형성되고, 상기 블레이드 사이에는 블레이드 챔버가 형성되며, 상기 블레이드 챔버에는 그 내부를 두 개의 공간으로 구획하는 격판이 형성된다.

연료펌프, 케이싱, 임펠러, 압력상승구간

Description

차량용 연료펌프{FUEL PUMP FOR VEHICLE}

본 발명은 임펠러를 회전시켜 연료를 압송하는 재생펌프 방식의 차량용 연료펌프에 관한 것으로, 구체적으로는 회전수의 상승 없이 토출성능(토출압과 토출량)을 향상시킬 수 있어 고출력 엔진에 적합하며, 내구성을 강화하여 수명을 연장시킬 수 있는 고효율의 차량용 연료펌프에 관한 것이다.

자동차의 연료장치는 어떠한 운전 조건에서도 엔진에 필요한 혼합기(공기와 연료의 혼합기)를 가장 연소되기 쉬운 상태로 공급하는 장치로 엔진의 성능, 특히 출력이나 경제성을 크게 좌우하는 중요한 장치 중 하나이다.

이러한 연료장치에는 연료를 저장하는 연료탱크, 연료에 포함된 수분, 먼지와 같은 이물질을 제거하는 여과기, 연료를 압송하는 연료펌프 및 이들은 서로 연결하는 연료파이프가 있다. 또한, 가솔린 차량의 경우에는 연료계통에서 증발하는 가스(가솔린증발가스)를 저장하고 재공급하기 위한 차콜 캐니스터가 더 포함된다.

상술한 연료장치를 구성하는 요소 중 연료펌프는 연료탱크에서 연료를 빨아 올려 가압한 후 연료분사장치로 압송하는 장치로, 기계식과 전기식이 있으며 이 중 전기식에는 재생펌프(regenerative pump)의 연료펌프와 기어타입의 연료펌프가 있 다.

도 5는 종래기술에 의한 차량용 연료펌프를 도시하는 단면도이고, 도 6과 도 7은 종래기술에 의한 차량용 연료펌프 중 상단 케이싱과 하단 케이싱을 도시하는 저면도와 평면도이며, 도 8은 종래기술에 의한 차량용 연료펌프 중 임펠러를 도시하는 사시도로, 도면을 참조하여 연료펌프의 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 소정의 형상을 갖는 하우징(10)의 내부에는 전동기(20)가 마련되고, 상기 전동기(20)의 하부에는 한 쌍의 케이싱(30, 40)이 마련되며, 상기 케이싱(30, 40)의 내부에는 임펠러(50)가 회전 가능하게 수납된다. 이때, 상기 전동기(20)의 샤프트(22)는 상부 케이싱(30)을 관통하여 임펠러(50)에 고정되고, 상기 샤프트(22)와 상부 케이싱(30)의 사이에는 베어링(24)이 설치되어 샤프트(22)가 원활하게 회전할 수 있도록 한다. 그리고 하부 케이싱(40)과 상부 케이싱(30)에는 연료를 흡입, 토출하기 위한 흡입구(42)와 토출구(32)가 각각 형성되며, 상기 상부 및 하부 케이싱(30, 40)의 내면에는 흡입구(42)를 통해 흡입된 연료를 토출구(32)로 안내하기 위한 유로(34, 44)가 형성된다. 또한, 상기 유로(34, 44) 중 하부 케이싱(34)의 유로(44) 상에는 증발가스 및 연료에 포함된 기포를 배출하기 위한 베이퍼 홀(vaper hole, 46)이 형성된다.

이와 같이 구성된 연료펌프의 연료 흡입 및 토출과정을 살펴보면, 전동기(20)가 작동하면 샤프트(22)와 함께 임펠러(50)가 회전하고, 상기 임펠러(50)가 회전함에 따라 케이싱(30, 40)의 내부에는 부압이 발생되어 흡입구(42)를 통해 연료가 흡입된다.

상기 흡입구(42)를 통해 흡입된 연료는 상기 케이싱(30, 40)의 유로(34, 44)를 따라 이송되는 과정에서 점차적으로 압력이 상승하여 토출구(32)를 통해 토출되며, 이때 토출되는 연료의 압력은 엔진에 따라 다소 차이가 있으나 대략 4 ~ 5㎏/㎠이다.

여기서 흡입된 연료는 흡입구(42)가 아닌 증발가스 및 연료에 포함된 기포를 배출하기 위한 베이퍼 홀(46)에서부터 압력이 상승되므로 압력상승구간(베이퍼 홀과 토출구 사이 구간, 약 190°)이 짧아 높은 토출성능을 기대하긴 힘들다. 즉, SUV차량이나 배기량이 큰 대형차량에는 적합하지 않다. 또한, 상술한 압력(4 ~ 5㎏/㎠)을 얻기 위해서 상기 임펠러는 최소 6000rpm 이상 회전해야하므로 내구성이 급격히 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 임펠러의 회전수를 높이지 않고도 토출성능(토출압과 토출량)을 향상시킬 수 있어 고출력 엔진에 적합한 차량용 연료펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 회전수를 높이지 아니하므로 내구성이 증대되고 그에 따라 제품의 수명을 연장시킬 수 있는 고효율의 차량용 연료펌프를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 차량용 연료펌프는 전동기의 구동시 케이싱에 수납된 임펠러가 회전하며 연료를 펌핑하는 차량용 연료펌프로, 상기 케이싱은 제 1 내지 제 3 단위 케이싱으로 구성된다.

상기 제 1 단위 케이싱은 상면에 환형의 유입로가 형성되고, 상기 유입로의 일단에는 연료가 흡입되는 흡입구가 형성된다. 또한, 상기 제 2 단위 케이싱은 하면에 환형의 배출로가 형성되고, 상기 배출로의 타단에는 연료가 토출되는 토출구가 형성된다. 또한, 상기 제 3 단위 케이싱은 제 1 및 제 2 단위 케이싱 사이에 위치되고, 그 내부에 임펠러가 수납되며, 내측벽면에 유입로의 타단과 배출로의 일단을 연결하는 이송로가 형성된다.

한편, 상기 제 3 단위 케이싱에 수납되는 임펠러는 그 가장자리에 다수개의 블레이드가 방사형으로 형성되고, 상기 블레이드 사이에는 블레이드 챔버가 형성되며, 상기 블레이드 챔버에는 그 내부를 두 개의 공간으로 구획하는 격판이 형성된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 차량용 연료펌프는 흡입구와 배출구 사이의 구간, 즉 압력상승구간이 종래에 비하여 연장되어 임펠러의 회전수를 높이지 않고도 토출성능(토출압과 토출량)을 향상시킬 수 있으며, 따라서 고출력 엔진에 매우 적합하다. 또한, 차량 운행 중 임펠러의 회전이 그만큼 감소하므로 내구성이 향상되고, 전동기와 임펠러의 수명을 연장시킬 수 있어 매우 효율적이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 차량용 연료펌프를 도시하는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 차량용 연료펌프는 소정의 길이를 갖는 원통형상의 하우징(100)과, 하우징(100)의 내측 상부에 마련되는 전동기(200)와, 하우징(100)의 내측 하부에 마련되는 케이싱(300)과, 케이싱(300)의 내부에 회전 가능하게 수납되는 임펠러(400)를 포함하여 구성된다.

상술한 구성요소(100 ~ 400) 중 케이싱(300)과 임펠러(400)를 제외한 다른 구성요소(100, 200)는 종래와 동일하거나 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 주요 특징부인 케이싱(300)과 임펠러(400)에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 차량용 연료펌프 중 케이싱과 그 내부에 마련된 임펠러를 도시하는 분해사시도이다.

도 2를 참조하면, 케이싱(300)은 총 3개의 단위 케이싱(310, 320, 330)으로 구성되고, 제 1 내지 제 3 단위 케이싱(310, 320, 330)을 결합할 경우 내부에 임펠러(400)가 수납될 수 있도록 소정의 공간이 마련되는 원통형상이 된다.

상기 제 1 단위 케이싱(310)은 소정의 두께를 갖는 원판형상으로 그 상면에는 환형, 좀 더 상세하게는 C자 형상의 유입로(312)가 형성된다. 그리고 상기 유입로(312)의 일단에는 임펠러(400)의 회전시 연료가 흡입되는 흡입구(314)가 형성되며, 타단에는 후술할 제 3 단위 케이싱(330)의 이송로(334)와 연결되는 타원형의 연결부(316)가 형성된다. 또한, 상기 유입로(312) 상에는 연료의 증발가스 및 연 료에 포함된 기포 등을 외부로 배출하기 위한 베이퍼 홀(318)이 형성된다.

상기 제 1 단위 케이싱(310)의 상부에 위치되는 제 2 단위 케이싱(320)은 제 1 단위 케이싱(310)과 동일한 형상으로, 그 하면에는 환형(C자 형상)의 배출로(322)가 형성되고, 상기 배출로(322)의 일단에는 후술할 제 3 단위 케이싱(330)의 이송로(334)와 연결되는 타원형의 연결부(324)가 형성되며, 타단에는 소정의 압력으로 압축된 연료가 토출되는 토출구(326)가 형성된다.

상기 제 3 단위 케이싱(330)은 제 1 및 제 2 단위 케이싱(310, 320)의 사이에 위치되고, 그 내부에는 임펠러(400)가 수납될 수 있는 공간(332)이 형성되며, 내측벽면에는 상기 유입로(312)의 연결부(316)와 배출로(322)의 연결부(324)를 연결하는 이송로(334)가 형성된다. 이때, 상기 이송로(334)는 연료의 이송이 원활하도록 내측벽면을 따라 사선으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 의한 차량용 연료펌프 중 임펠러를 도시하는 사시도로 도 2와 도 3을 참조하면, 임펠러(400)는 그 가장자리에 다수개의 블레이드(410)가 방사형으로 형성되고, 상기 블레이드(410)의 사이에는 블레이드 챔버(420)가 형성되며, 상기 블레이드 챔버(420)에는 그 내부를 두 개의 공간으로 구획하는 격판(430)이 형성된다.

여기서 상기 격판(430)은 상술한 바와 같이 블레이드 챔버(420)를 상부와 하부 두 개의 공간으로 구획하는바, 제 1 단위 케이싱(310)의 유입로(312)와 제 2 단위 케이싱(320)의 배출로(322)는 서로 별개의 공간이 된다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 차량용 연료펌프 중 케이싱 내에 서 연료의 흐름을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 차량에 시동을 걸어 전동기(200)가 작동하면 샤프트(210)에 결합된 임펠러(400)가 회전하여 케이싱(300)의 내부에 부압이 발생되고, 이 부압에 의해 연료탱크에 저장되었던 연료는 제 1 단위 케이싱(310)의 흡입구(314)를 통해 흡입된다.

상기 흡입구(314)를 통해 흡입된 연료는 상기 임펠러(400)의 회전에 의해 유입로(312)를 따라 이송되는데, 증발가스 및 연료에 포함된 기포를 배출하기 위한 베이퍼 홀(318)을 지나 유입로(312)의 연결부(316)에 도달할 때까지 가압된다. 즉, 상기 베이퍼 홀(318)과 연결부(316) 사이의 구간은 연료의 압력이 1차적으로 상승하는 제 1 압력상승구간(A)이며, 상기 제 1 압력상승구간(A)의 각도는 대략 190°이고 상승한 연료의 압력은 약 4㎏/㎠다.

상술한 과정을 거쳐 1차적으로 압력이 상승된 연료는 제 3 단위 케이싱(330)의 이송로(334)를 거쳐 제 2 단위 케이싱(320)의 연결부(324)로 유입되는데, 상기 이송로(334)를 따라 이송하는 동안에는 압력의 변화가 없다.

한편, 상기 제 2 단위 케이싱(320)의 연결부(324)로 유입된 연료는 상기 임펠러(400)의 회전에 의해 배출로(322)를 따라 이송되어 토출구(326)를 통해 외부로 토출될 때까지 가압된다. 즉, 상기 연결부(324)와 토출구(326) 사이의 구간은 연료의 압력이 2차적으로 상승하는 제 2 압력상승구간(B)이며, 상기 제 2 압력상승구간(B)의 각도는 대략 320°이고 상승한 연료의 압력은 약 10㎏/㎠다.

결론적으로 상기 흡입구(314)를 통해 흡입된 연료는 유입로(312)와 배출 로(322)를 따라 총 510°의 제 1 및 제 2 압력상승구간(A, B)을 거치며 가압되므로 임펠러(400)의 회전수를 높이지 않고도 토출성능(토출압과 토출량)을 향상시킬 수 있다. 특히, 종래에는 4 ~ 5㎏/㎠의 압력을 얻기 위한 임펠러의 최소 회전수가 6000rpm 이었으면, 본 발명은 약 2500rpm에서 동일한 압력을 발생할 수 있다.

따라서 본 발명은 SUV차량이나 배기량이 큰 대형차량에 탑재되는 고출력 엔진에 매우 적합할 뿐만 아니라, 동일한 압력을 발생하기 위한 임펠러(400)의 회전수가 그 만큼 감소하므로 내구성 또한 향상되고, 전동기(200)와 임펠러(400)의 수명을 대폭 연장할 수 있어 매우 효율적이다.

물론, 일부 재생펌프 중에는 한 쌍의 임펠러가 구비된 다단 재생펌프가 존재하나 그 부피가 크고 동력의 소모가 과도한 반면, 본 발명에 의한 차량용 연료펌프는 종래의 다단 재생펌프와 달리 하나의 임펠러만을 사용하므로 부피가 작으며 동력소모량도 낮다. 뿐만 아니라, 생산단가를 낮출 수 있고, 제작공차를 줄일 수 있으며, 내구신뢰성을 확보할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 연료펌프의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 차량용 연료펌프를 도시하는 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 차량용 연료펌프 중 케이싱과 그 내부에 마련된 임펠러를 도시하는 분해사시도.

도 3은 본 발명에 의한 차량용 연료펌프 중 임펠러를 도시하는 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 차량용 연료펌프 중 케이싱 내에서 연료의 흐름을 도시하는 도면.

도 5는 종래기술에 의한 차량용 연료펌프를 도시하는 단면도.

도 6은 종래기술에 의한 차량용 연료펌프 중 상단 케이싱을 도시하는 저면도.

도 7은 종래기술에 의한 차량용 연료펌프 중 하단 케이싱을 도시하는 평면도.

도 8은 종래기술에 의한 차량용 연료펌프 중 임펠러를 도시하는 사시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 하우징 200: 전동기

300: 케이싱 310: 제 1 단위 케이싱

320: 제 2 단위 케이싱 330: 제 3 단위 케이싱

400: 임펠러

Claims (3)

1. 전동기의 구동시 케이싱에 수납된 임펠러가 회전하며 연료를 펌핑하는 차량용 연료펌프에 있어서,

   상기 케이싱은,

   상면에 환형의 유입로가 형성되고, 상기 유입로의 일단에는 흡입구가 형성되는 제 1 단위 케이싱;

   하면에 환형의 배출로가 형성되고, 상기 배출로의 타단에는 토출구가 형성되는 제 2 단위 케이싱; 및

   상기 제 1 및 제 2 단위 케이싱 사이에 위치되고, 그 내부에 임펠러가 수납되며, 내측벽면에 유입로의 타단과 배출로의 일단을 연결하는 이송로가 형성되는 제 3 단위 케이싱을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 연료펌프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 임펠러는 그 가장자리에 다수개의 블레이드가 방사형으로 형성되고, 상기 블레이드 사이에는 블레이드 챔버가 형성되며, 상기 블레이드 챔버에는 그 내부를 두 개의 공간으로 구획하는 격판이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 연료펌프.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 유입로 상에는 베이퍼 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 연료펌프.

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