KR20110006689A

KR20110006689A - 고압 연료 펌프

Info

Publication number: KR20110006689A
Application number: KR1020107025912A
Authority: KR
Inventors: 베르너 팔론; 게르하르트 마이어; 안드레아스 둣트; 프랑크 마우러; 요헨 알레커
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2011-01-20
Also published as: JP2011521159A; CN102037235A; WO2009141179A1; PL2288804T3; DE102008001871A1; JP5200162B2; US20110073078A1; EP2288804B1; EP2288804A1; RU2010152004A

Abstract

본 발명은 펌프 하우징(2)과 하나 이상의 펌프 부재(3)를 포함한, 내연 기관의 연료 분사 시스템용 고압 연료 펌프에 관한 것이며, 이러한 펌프 부재는 롤러(15)와 상호 작용하는 캠(18)에 의해 구동되는 피스톤(8)을 포함하고, 이러한 롤러의 단부는 고압 연료 펌프(1)의 작동시 대응면과 접촉하는 2개의 측방향 접동면에 의해 경계가 형성된다. 저렴하게 제조 가능하고 긴 수명을 갖는 고압 연료 펌프를 제공하기 위해, 측방향 접동면은 원환 디스크면으로서 형성되고 중심 내부 영역에서 대응면과의 접촉으로부터 릴리즈된다.

Description

고압 연료 펌프{HIGH-PRESSURE FUEL PUMP}

본 발명은 펌프 하우징과 하나 이상의 펌프 부재를 포함한, 내연 기관의 연료 분사 시스템용 고압 연료 펌프에 관한 것이며, 이러한 펌프 부재는 롤러와 상호 작용하는 캠에 의해 구동되는 피스톤을 포함하고, 이러한 롤러의 단부는 고압 연료 펌프의 작동시 대응면과 접촉하는 2개의 측방향 접동면에 의해 경계가 형성된다.

이러한 대응면은 예를 들어 태핏 몸체에 제공될 수 있으며, 롤러의 축방향 운동을 제한한다.

본 발명의 목적은 저렴하게 제조 가능하고 긴 수명을 갖는, 청구 범위 제1항의 전제부에 따른 고압 연료 펌프를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 펌프 하우징과 하나 이상의 펌프 부재를 포함한, 내연 기관의 연료 분사 시스템용 고압 연료 펌프이며, 상기 펌프 부재는 롤러와 상호 작용하는 캠에 의해 구동되는 피스톤을 포함하고, 이러한 롤러의 단부는 고압 연료 펌프의 작동시 대응면과 접촉하는 2개의 측방향 접동면에 의해 경계가 형성되는 내연 기관의 연료 분사 시스템용 고압 연료 펌프에서, 측방향 접동면이 원환 디스크면으로서 형성되고 중심 내부 영역에서 대응면과의 접촉으로부터 릴리즈됨으로써 달성된다.

고압 연료 펌프의 바람직한 일 실시예는 원환 디스크면이 동축 외부 영역에서 대응면과의 접촉으로부터 릴리즈되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 의도한 대로 릴리즈됨으로써, 고압 연료 펌프의 작동시 롤러의 측방향 접동부를 통해 관련 대응면에서 야기되는 마찰에 의한 마모가 확실히 감소될 수 있다. 원환 디스크면은 동심 또는 동축의 2개 원들에 의해 경계가 형성되는 면을 의미한다. 이러한 원환 면은 평평하게 또는 만곡되게 형성될 수 있다.

고압 연료 펌프의 바람직한 추가의 일 실시예는 롤러를 종방향으로 절개하여 보았을 때 원환 디스크면이 각각 볼록하게 만곡되는 것을 특징으로 한다. 이러한 곡률 반경은 종래의 롤러에서 원뿔대 반경으로도 불린다. 본 발명에 따른 롤러에서 종래의 원뿔대 형태는 릴리즈를 통해 변화된다. 볼록하게 만곡된 원환 디스크면은 구면대(spherical zone)의 형태를 취한다. 구면대는 구가 평행한 2개 평면들로 절개될 때 발생하는 구의 층에서 구의 표면에 속하는 부분을 의미한다.

고압 연료 펌프의 바람직한 추가의 일 실시예는 중심 내부 영역들이, 롤러의 종축에 수직으로 배치된 각각 하나씩의 평면부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 평면부는 실질적으로 원형 디스크 형태를 취한다.

고압 연료 펌프의 바람직한 추가의 일 실시예는 중심 내부 영역들이 각각 하나씩의 홈을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 홈을 통해, 중심 내부 영역이 관련 대응면과 접촉하는 것이 확실히 방지된다.

고압 연료 펌프의 바람직한 추가의 일 실시예는 원환 디스크면이 관련 동축 외부 영역에 비해 상승되는 것을 특징으로 한다. 이러한 상승 또는 융기를 통해 동축 외부 영역이 관련 대응면과 접촉하는 것이 확실히 방지된다.

고압 연료 펌프의 바람직한 추가의 일 실시예는 롤러를 종방향으로 절개하여 보았을 때 동축 외부 영역이 원뿔대 형태로 테이퍼링(tapering)되는 것을 특징으로 한다. 원뿔대 각도는 바람직하게 동축 외부 영역이 원환 디스크면보다 외부를 향해 더 가파르게 하강하도록 선택된다.

고압 연료 펌프의 바람직한 추가의 일 실시예는 중심 내부 영역과 관련 원환 디스크면 사이의 전환부, 원환 디스크면과 관련 동축 외부 영역 사이의 전환부, 및 롤러의 실린더 몸체와 동축 외부 영역 사이의 전환부가 라운딩되는 것을 특징으로 한다. 이렇게 라운딩된 형태를 통해 부드러운 전환부가 제공된다.

본 발명의 추가의 장점, 특징, 및 세부 사항들은 도면을 참조하여 여러 가지 실시예들이 상세하게 설명되는 하기의 명세서에 설명되어 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 고압 연료 펌프의 일부분을 펌프 부재의 종방향으로 절개하여 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 롤러를 구비한 일부분(Ⅱ)을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 롤러를 단독으로 도시한 평면도이다.
도 4는 제1 실시예에 따라 도 3의 일부분(Ⅳ)을 종단면도로 확대하여 도시한 도면이다.
도 5는 제2 실시예에 따라 도 4에서와 동일한 일부분을 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2에는 펌프 하우징(2)을 구비한 고압 연료 펌프(1)의 일부분이 펌프 부재(3)의 종방향으로 절개되어 도시되어 있다. 고압 연료 펌프(1)는 차량의 연료 분사 시스템의 일부이며, 바람직하게 사전 토출 펌프에 의해 연료 탱크로부터 고압 연료 펌프(1)로 토출되는 연료에 고압을 가하기 위해 사용된다. 이후, 고압이 가해진 연료는 커먼 레일로도 불리는 중앙 고압 연료 저장기로 안내된다. 중앙 고압 연료 저장기에는 인젝터로도 불리는 연료 분사 밸브가 연결되며, 이러한 연료 분사 밸브를 통해서는 고압이 가해진 연료가 내연 기관의 연소실 내로 분사된다.

각각의 펌프 부재(3)는 부재 보어(4)를 포함하며, 이 부재 보어 내부로는 (도시되지 않은) 실린더 헤드로부터 시작된 부재 몸체(6)가 돌출된다. 부재 몸체(6) 내에서는 고압 피스톤(8)이 왕복 이동 가능하게 안내된다. 실질적으로 고압 피스톤(8)은 종축(9)을 갖는 직선의 원통 실린더 형태를 취한다. 양방향 화살표(10)를 통해서는 고압 피스톤(8)이 부재 몸체(6) 내에서 종축(9)을 따라 왕복 이동 가능하게 안내되는 것이 표시된다.

고압 피스톤(8)의 단부는 실린더 헤드 내의 압력 챔버의 경계를 형성한다. 압력 챔버는 흡입 밸브를 통해 사전 토출 펌프와 연결된다. 또한 압력 챔버는 압력 밸브를 통해 중앙 고압 연료 저장기와 연결된다. 피스톤(8)이 압력 챔버에서 빠져나오도록 이동하는 경우, 연료가 압력 챔버 내로 흡입된다. 피스톤(8)이 압력 챔버 내로 들어가도록 이동하는 경우, 압력 챔버 내에 존재하는 연료에 고압이 가해진다.

피스톤(8)의 압력 챔버 반대편 단부는, 실질적으로 원형 디스크 형태를 갖고 피스톤(8)과 일체로 연결된 피스톤 풋(12)을 포함한다. 피스톤(8) 반대편의 피스톤 풋(12) 정면은 롤러 슈(14)에 접하며, 이러한 롤러 슈에서는 롤러(15)가 종축(16)을 중심으로 회전 가능하게 안내된다. 롤러(15)의 종축(16)은 피스톤(8)의 종축(9)에 횡으로 연장된다. 롤러(15)는 피스톤(8)을 구동시키는 구동축(20)의 캠(18)과 상호 작용한다. 구동축(20)은 회전축(21)을 중심으로 회전 가능하다.

부재 보어(4) 내에는 태핏(22)이 피스톤(8)의 종축(9) 방향으로 왕복 이동 가능하게 수용된다. 태핏(22)은 실질적으로 중공 원통 실린더 형태를 취하고, 태핏(22)을 롤러 슈(14)에 지지시키는 웨브(24)를 반경 방향 내부에 포함한다. 롤러 슈(14) 반대편의 웨브(24) 상부측에는 중심 관통 구멍을 포함하는 스프링 리테이너(25)가 위치하며, 이 중심 관통 구멍을 통해 피스톤(8)은 연장된다. 피스톤(8)의 피스톤 풋(12)은 축 방향으로 스프링 리테이너(25)와 롤러 슈(14) 사이에 배치된다.

피스톤(8)을 위한 복원 스프링(26)이 스프링 리테이너(25)와 실린더 헤드 사이에 삽입된다. 복원 스프링(26)의 사전 인장력을 통해 피스톤 풋(12)이 롤러 슈(14)에 접하거나 롤러 슈(14)가 롤러(15)에 접하거나 롤러(15)가 구동축(20)의 캠(18)에 접하도록 유지된다. 화살표(28)를 통하여 캠(18)을 구비한 구동축(20)이 고압 연료 펌프(1)의 작동시에 회전축(21)을 중심으로 회전하는 것이 표시된다.

도 3에는 롤러(15)가 단독으로 평면도에 의해 도시되어 있다. 롤러(15)는 자신의 단부(31, 32)에 실질적으로 원뿔대 형태의 융기부를 갖는 직선의 원통 실린더 형태를 취한다. 롤러(15)는 고압 연료 펌프 내에서 구동축의 회전 운동, 특히 캠축의 회전 운동을 진동 운동으로 변환하기 위한 전달 부재로서 사용된다.

고압 연료 펌프의 작동시에 롤러(15)에는 롤러(15)의 기능에 영향을 미칠 수 있는 반경 방향 및 축 방향의 힘이 발생한다. 이러한 힘을 제어 가능하도록 하기 위해 또는 흡수하기 위해, 롤러는 반경 방향 및 축 방향으로 안내된다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서 롤러(15)는 롤러 슈(14)에서 반경 방향으로 안내된다. 롤러 슈는 롤러(15)를 롤링 과정 중에 구동축의 대응 작동면 상에 위치하도록 유지시키고, 반경 방향 운동을 수용한다. 축 방향 힘은 롤러(15)의 단부(31, 32)에 형성되는 원뿔대를 통해 태핏(22)에 전달된다.

롤러(15)의 축 방향 운동을 측면에서 제한함으로써, 롤러(15)가 롤러에 상대적으로 위치하는 태핏(22)에 대해 접동하는 접동 상태가 발생한다. 이러한 접동 절차시에 하나의 접촉점 또는 복수의 접촉점들에서는 마찰에 의한 마모가 발생하여, 부품 고장을 야기할 수 있다. 본 발명의 중요 개념에 따라, 롤러(15)의 단부(31, 32)는 부품의 마모를 감소시키고 수명을 연장하기 위해 기하학적으로 최적화된다.

기하학적으로 매칭된 단부(31, 32)의 원뿔대 기하 구조를 통해, 단부(31, 32)에서 원뿔대의 테두리 영역과 중심이 릴리즈됨으로써, 롤러(15)와 태핏(22) 사이의 접촉 영역은 작동시 발생하는 마찰에 의한 마모와 관련하여 최적화된다. 이에 의해, 대개 가장 큰 마모가 발생하는 단부(31, 32)의 원뿔대 중심은 더 이상 지지에 관여하지 않으며, 발생하는 마찰력은 이러한 마찰력을 더 양호하게 수용 가능한 더 큰 영역으로 분배된다. 이에 의해, 측방향 접동 상태는 크게 개선된다.

도 4에는 도 3의 일부분(Ⅳ)의 종단면이 확대 도시되어 있다. 본 발명의 중요 개념에 따라, 롤러(15)의 측방향 접동면은 원환 디스크면(40)으로서 형성된다. 원환 디스크면(40)은 구면대의 형태를 취하며, 볼록하게 만곡되어 있다. 원환 디스크면(40)은 원뿔대 섹션 형태도 포함할 수 있다. 원환 디스크면(40)은 롤러(15)의 종축(16)을 중심으로 연장된다.

원환 디스크면(40)은 반경 방향 내부에서 내부 직경(41)을, 반경 방향 외부에서 외부 직경(42)을 포함한다. 내부 직경(41) 안쪽 영역은 평면부(44)로서 평평하게 형성된다. 외부 직경(42)의 반경 방향 바깥에서는 원뿔대 섹션 형태를 포함하는 동축 외부 영역(46)이 연장된다.

본 발명의 중요 개념에 따라, 롤러 원뿔대는 롤러(15)의 측방향 접동부의 접촉을 내부 직경(41)과 외부 직경(42) 사이의 원환 디스크면(40)으로 제한하기 위해, 내부 직경(41) 안쪽에서 그리고 외부 직경(42) 바깥쪽에서 의도한 대로 릴리즈된다. 이러한 릴리즈는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 원환 디스크면(40)과 동축 외부 영역(46) 사이의 전환부에서의 각도 변화를 통해 그리고/또는 평면부(44)를 통해 구현될 수 있다.

도 5에는 내부 직경(51)과 외부 직경(52) 사이에서 연장되는 원환 디스크면(50)을 포함한 단부(31)가 도시되어 있다. 원환 디스크면(50)은 실질적으로 도 4에 도시된 원환 디스크면(40)과 동일하게 형성된다. 전술한 실시예와는 상이하게, 도 5에는 내부 직경(51) 안쪽에 홈(54)이 제공된다. 이러한 홈(54)의 깊이 또는 높이는 도면 부호 "55"로 표시되어 있다.

또한 반경 방향으로 외부 직경(52) 바깥쪽에서 연장되는 동축 외부 영역(56)은, 원환 디스크면(50)이 동축 외부 영역에 비해 상승되거나 융기되는 방식으로 원환 디스크면(50)으로부터 하강된다. 융기부의 높이는 마찬가지로 도면 부호 "55"로 표시된다. 치수(41; 51, 42; 52 및 55)의 크기는 작동 한계 조건에 따라 실행된다.

Claims

펌프 하우징(2)과 하나 이상의 펌프 부재(3)를 포함한, 내연 기관의 연료 분사 시스템용 고압 연료 펌프이며, 상기 펌프 부재는 롤러(15)와 상호 작용하는 캠(18)에 의해 구동되는 피스톤(8)을 포함하고, 상기 롤러의 단부(31, 32)는 고압 연료 펌프(1)의 작동시 대응면과 접촉하는 2개의 측방향 접동면에 의해 경계가 형성되는 고압 연료 펌프에 있어서,
측방향 접동면은 원환 디스크면(40; 50)으로서 형성되고 중심 내부 영역에서 대응면과의 접촉으로부터 릴리즈되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
제1항에 있어서, 원환 디스크면(40; 50)은 동축 외부 영역(46; 56)에서 대응면과의 접촉으로부터 릴리즈되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 롤러(15)를 종방향으로 절개하여 보았을 때 원환 디스크면(40; 50)은 각각 볼록하게 만곡되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중심 내부 영역들은 롤러(15)의 종축(16)에 수직으로 배치된 각각 하나씩의 평면부(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 중심 내부 영역들은 각각 하나씩의 홈(54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 원환 디스크면(50)은 관련 동축 외부 영역(56)에 비해 상승되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 롤러(15)를 종방향으로 절개하여 보았을 때 동축 외부 영역(46)은 원뿔대 형태로 테이퍼링되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 중심 내부 영역과 관련 원환 디스크면(40; 50) 사이의 전환부는 라운딩되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 원환 디스크면(40; 50)과 관련 동축 외부 영역(46; 56) 사이의 전환부는 라운딩되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 롤러의 실린더 몸체와 동축 외부 영역(46; 56) 사이의 전환부는 라운딩되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.