KR20120045270A

KR20120045270A - 고압연료펌프

Info

Publication number: KR20120045270A
Application number: KR1020100106703A
Authority: KR
Inventors: 황순현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2012-05-09
Also published as: KR101592596B1

Abstract

본 발명은 연료를 공급받는 입구포트(1) 및 공급된 연료를 가압하기 위한 연료챔버(3)를 구비한 밸브바디(5)와; 상기 밸브바디(5)에 대하여 직선왕복운동 하여 상기 연료챔버(3)의 연료를 가압하도록 설치된 피스톤(7)과; 상기 연료챔버(3)에서 가압된 연료가 제1기준압력 이상이 되면 송출하도록 상기 밸브바디(5)에 구비된 제1체크밸브(9)와; 상기 연료챔버(3)에서 가압된 연료가 상기 제1기준압력보다 높은 제2기준압력 이상이 되면 개방되도록 구비된 제2체크밸브(11)와; 상기 제2체크밸브(11)를 통과한 연료를 임시로 저장하도록 구비된 회수챔버(13)를 포함하여 구성된 고압연료펌프를 제공하여, 저압펌프로부터 송출되어 유입되는 연료의 압력 변동에 따른 영향을 최소화하여 별도의 댐퍼 등을 구비할 필요가 없도록 하고, 고압파이프로 송출되는 연료의 압력을 항상 일정한 수준으로 확보할 수 있도록 함으로써, 궁극적으로 연소실에 분사되는 연료량의 정밀제어가 가능하게 하여 엔진의 출력향상 및 연비향상에 크게 기여할 수 있도록 하며, 구동에 필요한 일을 최소화하여 불필요한 동력 손실을 최소화 할 수 있도록 한다.

Description

고압연료펌프{High Pressure Pump}

본 발명은 고압연료펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 GDI(Gasoline Direct Injection)엔진 등과 같이 고압으로 연료를 연소실에 분사하도록 하는 엔진에서 연소실에 분사할 연료를 고압으로 압축하는 데에 사용되는 고압연료펌프의 구조에 관한 기술이다.

도 1은 종래의 GDI엔진에 사용되는 고압연료펌프의 구조를 설명한 것으로서, 연료탱크 내의 저압펌프로부터 송출된 연료가 고압연료펌프의 밸브바디(500) 내에 구비된 연료챔버(502)로 유입되면, 캠샤프트에 의해 구동되는 고압펌프캠(504)을 추종하여 상하로 운동하는 피스톤(506)이 상기 연료챔버(502)의 연료를 고압으로 압축한다.

여기서, 상기 저압펌프로부터 송출된 연료가 상기 연료챔버(502)로 공급되는 양은 인렛솔레노이드밸브(508)가 제어하도록 되어 있다.

상기 고압연료펌프의 출구측에는 체크밸브(510)가 구비되어 연료챔버(502) 내의 연료가 일정 수준 압력 이상으로 압축되는 경우에만 열려서, 연료를 고압파이프로 공급하고, 고압파이프로부터 연료가 역류하는 것은 방지되도록 되어 있다.

그런데, 상기 체크밸브(510)는 기본적으로 일정한 탄성력을 제공하는 스프링에 의해 구동되기 때문에, 상기 연료챔버(502)의 연료가 일정한 압력 이상이 되면 열리게 되어 연료 압력의 하한치는 제어할 수 있으나 상한치는 제어할 수 없는 상황이다.

또한, 상기 연료챔버(502) 내에서의 연료의 가압은 상기 피스톤(506)의 상사점 및 하사점 사이의 연료챔버(502)의 체적비에 의해 결정되므로, 만약 피스톤(506)이 상사점에 이르기 전에 체크밸브(510)가 열리게 되면, 상기 피스톤(506)이 상사점까지 압축되는 과정에서, 필연적으로 요구되는 제어압력보다 높게 가압된 연료가 상기 체크밸브(510)를 통과하여 고압파이프로 송출되게 되므로, 상기 고압파이프에는 연료압의 변동이 발생하게 된다.

상기와 같이 고압파이프의 연료압에 변동이 발생되면, 연소실에 공급되는 연료를 정밀하게 제어하기 어려워져서, 엔진의 출력 및 연비를 향상시키는 데에 큰 장애를 초래하게 된다.

특히, 상기와 같은 현상은, 상기 연료탱크의 저압펌프에서 송출되는 연료의 압력이 4~7 bar로 일정하지 않기 때문에, 더욱 심화되는 경향이 있고, 이를 해결하기 위해서는 연료라인에 별도의 댐퍼 등을 설치해야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저압펌프로부터 송출되어 유입되는 연료의 압력 변동에 따른 영향을 최소화하여 별도의 댐퍼 등을 구비할 필요가 없도록 하고, 고압파이프로 송출되는 연료의 압력을 항상 일정한 수준으로 확보할 수 있도록 함으로써, 궁극적으로 연소실에 분사되는 연료량의 정밀제어가 가능하게 하여 엔진의 출력향상 및 연비향상에 크게 기여할 수 있도록 하며, 구동에 필요한 일을 최소화하여 불필요한 동력 손실을 최소화 할 수 있도록 한 고압연료펌프를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 고압연료펌프는

연료를 공급받는 입구포트 및 공급된 연료를 가압하기 위한 연료챔버를 구비한 밸브바디와;

상기 밸브바디에 대하여 직선왕복운동 하여 상기 연료챔버의 연료를 가압하도록 설치된 피스톤과;

상기 연료챔버에서 가압된 연료가 제1기준압력 이상이 되면 송출하도록 상기 밸브바디에 구비된 제1체크밸브와;

상기 연료챔버에서 가압된 연료가 상기 제1기준압력보다 높은 제2기준압력 이상이 되면 개방되도록 구비된 제2체크밸브와;

상기 제2체크밸브를 통과한 연료를 임시로 저장하도록 구비된 회수챔버;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 저압펌프로부터 송출되어 유입되는 연료의 압력 변동에 따른 영향을 최소화하여 별도의 댐퍼 등을 구비할 필요가 없도록 하고, 고압파이프로 송출되는 연료의 압력을 항상 일정한 수준으로 확보할 수 있도록 함으로써, 궁극적으로 연소실에 분사되는 연료량의 정밀제어가 가능하게 하여 엔진의 출력향상 및 연비향상에 크게 기여할 수 있도록 하며, 구동에 필요한 일을 최소화하여 불필요한 동력 손실을 최소화 할 수 있도록 한 고압연료펌프를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 고압연료펌프의 구조를 설명한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 고압연료펌프의 구조를 설명한 도면,
도 3은 도 2의 주요부를 확대하여 도시한 상세도,
도 4와 도 5는 본 발명의 작용에 따른 효과를 종래 기술과 비교하여 예시한 그래프,
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명 실시예는 연료를 공급받는 입구포트(1) 및 공급된 연료를 가압하기 위한 연료챔버(3)를 구비한 밸브바디(5)와; 상기 밸브바디(5)에 대하여 직선왕복운동 하여 상기 연료챔버(3)의 연료를 가압하도록 설치된 피스톤(7)과; 상기 연료챔버(3)에서 가압된 연료가 제1기준압력 이상이 되면 송출하도록 상기 밸브바디(5)에 구비된 제1체크밸브(9)와; 상기 연료챔버(3)에서 가압된 연료가 상기 제1기준압력보다 높은 제2기준압력 이상이 되면 개방되도록 구비된 제2체크밸브(11)와; 상기 제2체크밸브(11)를 통과한 연료를 임시로 저장하도록 구비된 회수챔버(13)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 밸브바디(5)의 입구포트(1)는 저압펌프로부터 연료를 송출 받도록 연결되고, 상기 제1체크밸브(9)를 통과한 연료는 고압파이프로 공급되어 엔진의 인젝터로 제공될 수 있도록 연결된다. 상기 제1기준압력은 상기 고압파이프에서 필요한 제어압력으로서, 예컨대 상기 제1기준압력이 150 bar라면, 상기 제2기준압력은 이보다 높지만 고압파이프의 연료압력으로서 허용할 수 있는 수준의 압력인 제어 상한치로서 예컨대 160 bar정도가 되는 것이다.

상기 제2체크밸브(11)는 상기 피스톤(7)에 설치되고, 상기 피스톤(7)에는 상기 제2체크밸브(11)를 통과한 연료가 상기 회수챔버(13)로 이동하도록 하는 바이패스통로(15)가 형성되며, 상기 회수챔버(13)는 상기 피스톤(7)이 직선슬라이딩 하는 실린더벽면과 상기 피스톤(7) 사이에 형성되고, 상기 밸브바디(5)에는 상기 회수챔버(13)와 연통되어 상기 회수챔버(13)로부터의 연료를 인출하는 회수포트(17)가 구비된다.

본 실시예에서, 상기 회수챔버(13)는 상기 피스톤(7)의 측면 하측에 형성된 함몰부(19)와 상기 밸브바디(5)의 실린더벽면 및 상기 피스톤(7)의 하측을 감싸도록 상기 밸브바디(5)에 삽입된 가이드(21)에 의해 형성되어, 상기 피스톤(7)의 하강시 상기 피스톤(7)의 상부가 상기 가이드(21)의 상측면에 접근함에 따라 상기 회수챔버(13)의 연료가 상기 회수포트(17)로 압송되도록 형성된다.

또한, 상기 밸브바디(5)의 회수포트(17)는 상기 밸브바디(5)의 입구포트(1)로 연결되어, 상기 회수챔버(13)에서 상기 회수포트(17)로 압송된 연료를 상기 입구포트(1)로 공급하도록 상기 회수통로(23)로 연결되며, 상기 회수통로(23)에는 상기 입구포트(1)로부터 상기 회수포트(17)로 연료가 역류하지 못하도록 제3체크밸브(25)가 더 구비된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

연료탱크 등에 설치된 저압펌프에서 연료를 1차적으로 가압하여 상기 밸브바디(5)의 입구포트(1)로 공급하면, 인렛솔레노이드밸브(27)에 의해 연료가 상기 연료챔버(3)로 유입되고, 상기 피스톤(7)은 캠샤프트에 의해 구동되는 고압펌프캠에 의해 상하로 왕복운동하면서, 상기 연료챔버(3)의 연료를 가압하게 된다.

상기 피스톤(7)이 상기 연료챔버(3)의 연료를 가압하여, 그 압력이 상기 제1기준압력 이상이 되면, 상기 제1체크밸브(9)가 열리면서, 연료는 고압파이프로 공급된다.

만약, 상기 피스톤(7)이 연료챔버(3)의 연료를 가압하여, 그 압력이 상기 제1기준압력은 물론, 상기 제2기준압력 이상으로 상승하려고 하면, 상기 제2체크밸브(11)가 열리면서, 잉여의 연료는 상기 바이패스통로(15)를 통해 상기 회수챔버(13)로 회수되어, 상기 고압파이프로는 상기 제2기준압력 이상의 압력이 제공되지 않게 된다.

따라서, 상기 고압파이프에는 일정한 수준의 연료압력이 지속적으로 유지되어, 이를 기반으로 제어되는 인젝터에 의해 엔진의 연소실로는 매우 정밀한 양의 연료분사가 가능해져서, 엔진의 출력 향상 및 연비 향상을 이룰 수 있는 기초를 제공하게 된다.

한편, 상기 회수챔버(13)로 회수된 연료는 상기 피스톤(7)이 하강할 때, 축소되는 회수챔버(13)의 부피에 의하여 자동적으로 펌핑되어 상기 회수포트(17)를 통해 배출되고, 다시 상기 회수통로(23)를 통해 상기 입구포트(1)로 재순환된다.

상기 입구포트(1)로 회수된 연료가 가지는 압력에 의하여, 상기 연료챔버(3)로 유입되는 연료의 압력은 상승되고, 이에 의해 결과적으로 고압연료펌프의 구동에 필요한 일을 저감시킬 수 있어서, 궁극적으로 불필요한 동력 손실의 최소화로 엔진의 연비 향상에 기여할 수 있다.

도 4는, 상기한 바와 같이 작동되는 고압연료펌프의 연료챔버(3) 내의 연료압력이 고압펌프캠의 회전각도에 따라 변화하는 것을 종래의 기술과 비교한 것으로서, 본 발명에 의하면 연료챔버(3)의 압력은 150 내지 160 bar의 범위로 제어되어 안정된 반면, 종래 기술에 의하면, 연료압력의 상한치는 상기 160bar이상으로서, 특정할 수 없는 상태가 초래되고, 결과적으로 고압파이프의 연료압력의 상대적으로 큰 변동에 의해 연소실에 분사되는 연료를 정확하게 제어하는 데에 한계를 주게됨을 의미한다.

한편, 도 5는 상기한 바와 같은 고압연료펌프의 작동에 소요되는 일을 비교한 것으로서, 상대적으로 본 발명에 의한 경우에 보다 적은 일로 안정된 연료압력을 형성할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 다른 구성은 상기 실시예와 동일하지만, 상기 제2체크밸브(11)가 상기 밸브바디(5)에 설치된 점이 다르다.

즉, 상기 제2체크밸브(11)는, 상기 피스톤(7)은 물론 밸브바디(5)의 어느 곳이든, 실질적으로 상기 연료챔버(3)에 연통될 수 있는 모든 곳에 설치될 수 있다.

한편, 본 실시예에서도, 상기 밸브바디(5)에는 상기 제2체크밸브(11)로부터의 연료를 인출하는 회수포트(17)가 구비되어 있고, 상기 밸브바디(5)의 회수포트(17)는 상기 밸브바디(5)의 입구포트(1)로 연결되어, 상기 제2체크밸브(11)로부터 상기 회수포트(17)로 이동된 연료를 상기 입구포트(1)로 공급하도록 회수통로(23)로 연결된다.

또한, 상기 회수통로(23)에는 상기 입구포트(1)로부터 상기 회수포트(17)로 연료가 역류하지 못하도록 제3체크밸브(25)가 구비되어 있다.

본 실시예에서는 상기 제2체크밸브(11)를 통해 빠져 나온 연료가 상기 실시예처럼 피스톤(7)에 의해 강제적으로 송출되지는 않지만, 상기 제2체크밸브(11)를 빠져 나오는 연료량이 누적됨에 따라 자연적으로 상기 제3체크밸브(25)를 열고 상기 입구포트(1)로 공급되게 된다.

1; 입구포트
3; 연료챔버
5; 밸브바디
7; 피스톤
9; 제1체크밸브
11; 제2체크밸브
13; 회수챔버
15; 바이패스통로
17; 회수포트
19; 함몰부
21; 가이드
23; 회수통로
25; 제3체크밸브
27; 인렛솔레노이드밸브

Claims

연료를 공급받는 입구포트 및 공급된 연료를 가압하기 위한 연료챔버를 구비한 밸브바디와;
상기 밸브바디에 대하여 직선왕복운동 하여 상기 연료챔버의 연료를 가압하도록 설치된 피스톤과;
상기 연료챔버에서 가압된 연료가 제1기준압력 이상이 되면 송출하도록 상기 밸브바디에 구비된 제1체크밸브와;
상기 연료챔버에서 가압된 연료가 상기 제1기준압력보다 높은 제2기준압력 이상이 되면 개방되도록 구비된 제2체크밸브;
상기 제2체크밸브를 통과한 연료를 임시로 저장하도록 구비된 회수챔버;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고압연료펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 제2체크밸브는 상기 피스톤에 설치되고;
상기 피스톤에는 상기 제2체크밸브를 통과한 연료가 상기 회수챔버로 이동하도록 하는 바이패스통로가 형성되며;
상기 회수챔버는 상기 피스톤이 직선슬라이딩 하는 실린더벽면과 상기 피스톤 사이에 형성되고;
상기 밸브바디에는 상기 회수챔버와 연통되어 상기 회수챔버로부터의 연료를 인출하는 회수포트가 구비된 것
을 특징으로 하는 고압연료펌프.
청구항 2에 있어서,
상기 회수챔버는 상기 피스톤의 측면 하측에 형성된 함몰부와 상기 밸브바디의 실린더벽면 및 상기 피스톤의 하측을 감싸도록 상기 밸브바디에 삽입된 가이드에 의해 형성되어, 상기 피스톤의 하강시 상기 피스톤의 상부가 상기 가이드의 상측면에 접근함에 따라 상기 회수챔버의 연료가 상기 회수포트로 압송되도록 형성된 것
을 특징으로 하는 고압연료펌프.
청구항 3에 있어서,
상기 밸브바디의 회수포트는 상기 밸브바디의 입구포트로 연결되어, 상기 회수챔버에서 상기 회수포트로 압송된 연료를 상기 입구포트로 공급하도록 회수통로로 연결된 것
을 특징으로 하는 고압연료펌프.
청구항 4에 있어서,
상기 회수통로에는 상기 입구포트로부터 상기 회수포트로 연료가 역류하지 못하도록 제3체크밸브가 더 구비된 것
을 특징으로 하는 고압연료펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 제2체크밸브는 상기 밸브바디에 설치되고;
상기 밸브바디에는 상기 제2체크밸브로부터의 연료를 인출하는 회수포트가 구비된 것
을 특징으로 하는 고압연료펌프.
청구항 6에 있어서,
상기 밸브바디의 회수포트는 상기 밸브바디의 입구포트로 연결되어, 상기 제2체크밸브로부터 상기 회수포트로 이동된 연료를 상기 입구포트로 공급하도록 회수통로로 연결된 것
을 특징으로 하는 고압연료펌프.
청구항 7항에 있어서,
상기 회수통로에는 상기 입구포트로부터 상기 회수포트로 연료가 역류하지 못하도록 제3체크밸브가 더 구비된 것
을 특징으로 하는 고압연료펌프.