KR20120069659A - 고압 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나 이상의 펌프 요소를 구비한 내연 기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프에 관한 것이며, 상기 펌프 요소는 구동 샤프트의 캠(2) 또는 편심기에 의해 행정 운동 방식으로 구동될 수 있는 펌프 피스톤(1)을 포함하고, 이때 펌프 피스톤(1)은 태핏(3) 및 롤러(4)에 의해 간접적으로 구동 샤프트의 캠(2) 또는 편심기에 지지된다. 본 발명에 따라 롤러(4)는, 롤러(4)의 종축(A)을 따라 연장되고 내부 윤곽 형성을 위해 하나 이상의 원추형, 부분 구형 및/또는 부분 타원형 부분 섹션(a)을 갖는 하나 이상의 중앙 보어(5)를 포함한다.

Description

고압 펌프{HIGH-PRESSURE PUMP}

본 발명은 제1항의 전제부의 특징을 갖는 내연 기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프에 관한 것이다.

이러한 고압 펌프는 예컨대 공개 공보 DE 10 2006 041 673 A1호에 제시되어 있다. 상기 공보에 설명되어 있는 고압 펌프는 하나 이상의 캠 또는 편심기를 구비한 구동 샤프트와, 하나 이상의 펌프 요소를 포함하며, 상기 펌프 요소는 구동 샤프트의 캠 또는 편심기에 의해 행정 운동 방식으로 구동되는 펌프 피스톤을 포함한다. 펌프 피스톤은 지지 요소에 의해 또한, 상기 지지 요소 내에 회전 가능하게 지지된 롤러에 의해 구동 샤프트의 캠 또는 편심기에 지지된다. 지지 요소와 롤러는 지지용 버킷 태핏 내에 공통으로 수용되며, 롤러와 버킷 태핏 및/또는 지지 요소 사이에 접촉 영역이 형성된다. 롤러의 회전 운동으로 인해 상기 접촉 영역에서의 마모가 증가하므로, 높은 내마모성을 갖는 표면을 각각의 접촉 영역에 제공하는 것이 전술한 공개 공보에 제안되어 있다.

펌프의 작동 시 롤러와 롤러 수용부 사이의 접촉 영역뿐만 아니라, 구동 샤프트의 캠 또는 편심기와 롤러 사이의 접촉 영역도 동적 부하를 받는다. 따라서 상기 접촉 영역에서도 마모가 증가하게 된다. 특히 캠 또는 편심기의 작동면으로 롤러가 매립될 수 있다.

DE 27 31 474 A1호에는 롤러 피스톤(이 경우 롤러는 중공 원통형 보어를 포함한다)을 이용하여 유체 정역학적 토크 전달이 이루어지는 반경 방향 피스톤-변위기가 공지되어 있다. 변위기의 작동 시 보어가 압력 매체로 채워지므로, 롤러의 자체 지지식 두께는 내압에 기초하여 생략될 수 있다. 따라서 내압은 롤러의 충분한 치수 안정성을 보장하는 동시에 캠 디스크와의 접촉 영역에서 롤러의 국부적 밀착을 증가시킬 수 있다. 따라서 헤르츠 접촉 압력이 감소하고 압력 하중 용량이 상승하게 된다.

공지된 종래 기술로부터 볼 때, 본 발명의 과제는 서두에 언급한 유형의 고압 펌프를 내마모성과 관련하여 개선하는 것이다. 특히 구동 샤프트의 캠 또는 편심기 및/또는, 롤러를 수용하는 지지 요소에 대한 롤러의 접촉 영역에서의 마모가 감소해야 한다.

상기 과제의 해결을 위해 제1항의 특징을 갖는 내연 기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프가 제안된다. 고압 펌프의 바람직한 개선예들은 종속항들에 기재되어 있다.

제안된 고압 펌프는 하나 이상의 펌프 요소를 가지며, 상기 펌프 요소는 구동 샤프트의 캠 또는 편심기에 의해 행정 운동 방식으로 구동될 수 있는 펌프 피스톤을 포함하고, 이때 펌프 피스톤은 태핏과 롤러에 의해 간접적으로 구동 샤프트의 캠 또는 편심기에 지지된다. 본 발명에 따라 롤러는, 롤러의 종축(A)을 따라 연장되고 내부 윤곽 형성을 위해 하나 이상의 원추형, 부분 구형 및/또는 부분 타원형 부분 섹션을 갖는 하나 이상의 중앙 보어를 포함하며, 적어도 내부 윤곽의 부분 영역은 종축(A)에 대해 경사지게 연장된다. 구동 샤프트의 캠 또는 편심기에 대한 펌프 피스톤의 지지를 위해 이와 같이 구현된 롤러는 하나 이상의 중앙 보어의 내부 윤곽에 의해 롤러의 강도가 조정될 수 있는 장점을 갖는다. 이는 롤러에서, 중앙 보어를 갖지 않는 부분 섹션들에서보다 실질적으로 중공 원통형으로 형성된 부분 섹션에서의 강도가 더 낮기 때문이다. 그러나 중앙 보어는 전체 롤러 본체를 통해서도 연장될 수 있으며, 이때 원추형, 부분 구형 및/또는 부분 타원형 부분 섹션이 연속 배치됨으로써 보어의 내부 윤곽이 결정될 수 있으며, 상기 내부 윤곽은 롤러 강도를 최적화한다. 한편으로 롤러 강도는 캠 또는 편심기에 펌프 피스톤을 지지하도록 충분히 높게 선택되어야 하며, 다른 한편으로 피로 없이 결함이 보상되도록 매우 낮아야 한다. 더욱이, 중앙 보어에 의해 롤러 중량이 현저히 감소할 수 있으며, 이는 특히 중앙 보어가 전체 롤러 본체를 통해 연장될 때 적용된다.

낮은 중량과 최적화된 롤러 강도에 의해 캠 또는 편심기에 대한 롤러의 압착 거동이 개선되므로, 캠 또는 편심기에 대한 롤러의 접촉 영역에서 동적 부하가 적어진다. 이로써, 상기 접촉 영역에서는 마모 현상도 적게 발생한다. 따라서 본 발명에 따른 고압 펌프는 긴 수명을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따라, 하나 이상의 중앙 보어는 롤러의 단부면으로부터 내부 쪽으로 연장되는 블라인드 보어이다. 바람직하게 이러한 블라인드 보어는 롤러의 균일한 작동을 보장하기 위해 롤러의 두 단부면들에서는 중앙 보어로서 제공된다. 이 경우 2개의 블라인드 보어들은 종축(A)에 대한 수직 이등분선과 관련하여 바람직하게 반사 대칭으로 형성되는데 즉, 동일한 길이의 축방향 부분 섹션(a)을 통해 연장되고, 반사형 내부 윤곽을 갖는다. 2개의 블라인드 보어들은 내부 윤곽 형성을 위해 예컨대 원추형, 부분 구형 및/또는 부분 타원형으로 형성될 수 있다. 마찬가지로, 2개의 블라인드 보어들의 반사형 실시예는 캠 또는 편심기에 대한 롤러의 균일한 작동에 기여하므로 바람직하다. 2개의 블라인드 보어들의 축방향 연장부의 수치는 요구 조건에 상응하게 선택된다. 롤러에서, 두 단부면들 영역의 강도는 단부면 측에 배치된 2개의 블라인드 보어들에 의해 낮아지므로, 상기 영역에서 롤러의 압착력이 감소하고 캠 또는 편심기의 작동면은 더 낮은 부하에 기초해서 작동 자국(running mark)을 적게 갖는다. 이에 따라 롤러의 에지 영역에서 에지 압력이 또한 감소하므로, 롤러도 마모에 적게 노출된다.

바람직하게, 2개의 블라인드 보어들 또는 하나의 연속형 중앙 보어는 내부로부터 외부로 (즉, 하나 이상의 단부면 쪽으로) 직경이 증가하도록 형성된다. 다시 말하자면, 롤러의 강도는 단부면 쪽으로 갈수록 감소한다. 이는 롤러의 에지 압력에 유리하게 작용할 뿐만 아니라, 상기 유형의 롤러의 제조도 간소화한다. 그러면 중앙 보어의 직경이 단부면 쪽으로 갈수록 감소하므로, 중앙 보어는 언더컷을 갖지 않게 된다. 따라서 중앙 보어는 단부면에 의해 외부에 노출될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 중앙 보어는 (예를 들어, 폐쇄 몰드의 사용 하에) 롤러와 함께 하나의 작업 단계에서 제조될 수도 있는데, 이는 결함이 있는 언더컷으로 인해 야기된 디몰딩에 문제가 없기 때문이다. 더욱이, 다른 제조 방법도 가능하다.

또한 바람직하게, 중앙 보어는 롤러의 종축(A)에 대해 회전 대칭으로 형성된다. 즉, 롤러는 횡단면에서 볼 때 환형으로 중앙 보어의 영역에 동일한 벽 두께를 갖는다. 따라서 구동 샤프트의 캠 또는 편심기에서 롤러가 균일하게 작동하는 것이 보장된다. 이에 따라, 롤러의 축방향 연장부에 따라서만 롤러의 치수 안정성이 변동한다.

롤러의 중앙 보어는 원추형, 부분 구형 및/또는 부분 타원형 부분 섹션(a) 외에 원통형 부분 섹션(b)도 가질 수 있다. 롤러의 상기 부분 섹션은 일정한 치수 안정성을 가지므로, 상기 부분 섹션은 바람직하게 롤러의 중앙 부분 섹션을 형성한다. 원통형 부분 섹션(b)은 롤러의 하나의 단부면으로부터 다른 단부면까지 연장되는, 예컨대 연속형 중앙 보어를 포함할 수 있다. 바람직하게, 원통형 부분 섹션(b)은 이에 연결되는 부분 섹션(a)보다 더 작은 직경을 갖는다. 상기의 방식으로, 내부 윤곽이 언더컷을 포함하지 않는 것이 계속 보장된다. 이로써 원통형 부분 섹션은 특히 간단하게 제조된다.

또한 바람직하게, 롤러의 단부면은 적어도 부분 영역에 걸쳐서 볼록하게 만곡되고 그리고/또는 원추형으로 연장되는 방식으로 형성된다. 단부면이 중앙 보어를 포함하면, 적어도 부분적으로 볼록하게 만곡된 그리고/또는 원추형으로 연장되는 단부면은 중앙 리세스를 갖는다. 단부면은 중앙 보어로의 전환부에서 라운딩 방식으로 형성될 수 있다. 롤러가 2개의 단부면들에 각각 하나의 중앙 보어를 포함하면, 단부면들에 남아 있는 에지 영역들(이들은 각각의 보어를 둘러싼다)만이 롤러와 태핏 사이의 접촉 영역을 형성한다.

바람직한 실시예에 따라, 롤러는 태핏 내에 적어도 부분적으로 수용되며, 태핏에서 롤러 수용부 영역은 바람직하게 중공 원통형으로 형성되므로, 롤러의 단부면들은 태핏의 내주연면에 적어도 부분적으로 접한다. 버킷 태핏 내에는 추가 지지를 위해 롤러 슈가 또한 배치될 수 있다. 롤러 슈 역시 롤러와의 접촉 영역에서 동적 부하를 겪기 때문에, 롤러 슈와 롤러의 접촉 영역에서도 전술한 장점들이 고려된다.

이하에서는 첨부된 도면에 기초해서 본 발명이 더 상세하게 설명된다.
도 1은 제1 실시예에 따른 본 발명에 따른 고압 펌프의 펌프 요소의 부분 종단면도이다.
도 2는 대안적 실시예에 따른 롤러의 종단면도이다.

도 1에 부분적으로 도시된 본 발명에 따른 고압 펌프의 펌프 요소는 롤러(4)에 의해 간접적으로 구동 샤프트(미도시)의 캠(2)에 지지되어 있는 펌프 피스톤(1)을 포함한다. 롤러(4)는 포트형 단부를 포함하는 태핏(3) 내에 적어도 부분적으로 수용된다. 롤러(4)의 추가적 지지를 위해, 태핏(3)과 롤러(4) 사이에 배치된 롤러 슈(9)가 또한 제공된다. 구동 샤프트의 회전은 캠(2)을 통해 롤러(4)에 전달되며, 상기 롤러는 캠(2)의 외주연 측에서 롤링한다. 따라서 캠(2)의 외주연 측은 작동면(8)을 형성한다. 구동 샤프트의 종축에 대한 캠(2)의 편심으로 인해, 구동 샤프트의 회전 운동은 태핏(3) 내에 유지된 롤러(4)를 통해 펌프 피스톤(1)의 선형 운동으로 전환된다. 이 경우 특히, 태핏(3) 뿐만 아니라 캠(2)의 작동면(8)에 대한 롤러(4)의 접촉 영역은 동적으로 부하를 받는다. 따라서 상기 접촉 영역에서의 마모가 증가하게 된다. 상기 접촉 영역에는 한편으로, 태핏(3)의 포트형 단부의 내주연면(7)에 접하는 단부면들(6, 6')이 속한다. 따라서 인접해 있는 단부면들(6, 6')의 영역에서 태핏(3)의 내주연면(7) 또한 심하게 부하를 받게 된다. 다른 한편으로, 롤러(4)의 외주연면(10)은 캠(2)의 작동면(8)과 접촉 영역을 형성한다. 따라서 상기 면들 또한 심하게 부하를 받는다. 롤러(4)는, 특히 롤러(4)의 외주연면(10)과 캠(2)의 작동면(8)에서의 마모를 줄이기 위해, 하나의 단부면(6)으로부터 다른 단부면(6')까지 롤러(4)의 종축(A)을 따라 연장되는 중앙 보어(5)를 포함함으로써 중공으로 형성된다. 보어(5)는 다양한 부분 섹션들을 포함하며, 부분 섹션(a)은 원추형으로 형성되고 부분 섹션(b)은 원통형으로 형성된다. 따라서 중앙 보어(5)는 롤러의 강도를 최적화할 수 있는, 프로파일링된 내부 윤곽을 갖는다. 중앙 보어(5)의 원통형 부분 섹션(b)은 중앙에 배치된다. 부분 섹션(b)의 양 측면에는 원추형으로 연장된 각각 하나의 부분 섹션(a)이 연결되며, 이때 중앙 보어(5)의 직경은 내부로부터 외부로 즉, 측면들(6 및 6') 쪽으로 증가한다. 이로써 실질적으로 중공 원통형으로 형성된 롤러(4)의 두께는 측면들(6 및 6')의 영역에서 얇다. 벽 두께가 얇아짐에 따라 롤러 강도도 감소하므로, 롤러 강도는 측면들(6 및 6')의 영역에서 최소이다. 따라서 롤러 강도는 캠(2)의 작동면(8)에 대한 롤러(4)의 압착력이 부분 섹션(b)의 영역에서보다 부분 섹션(a)의 영역에서 더 낮도록 중앙 보어(5)의 내부 윤곽에 의해 조정될 수 있다. 이로써, 롤러(4)가 캠(2) 상에서 작동할 경우 롤러(4)의 에지 압력뿐만 아니라, 캠(2)의 작동면(8) 내에 롤러(4)가 매립될 위험도 줄어든다.

원추형으로 연장되는 제1 부분 섹션(a)과, 원통형 부분 섹션(b)과, 원추형으로 연장되는 제2 부분 섹션(a)으로 내부 윤곽이 조합된, 도 1에 도시된 중앙 보어(5)의 실시예는 예시적으로만 선택된다. 중앙 보어(5)의 내부 윤곽은 부분 구형 또는 부분 타원형으로 형성될 수 있는 2개의 또는 3개를 초과하는 부분 섹션들로 조합될 수도 있다. 또한, 부분 섹션들의 전환부들은 평평해지거나 라운딩될 수 있다. 이는 단부면들(6 또는 6') 중 하나의 단부면에 대한 중앙 보어(5)의 전환부에 동일하게 적용된다. 상기 전환부도 평평해지거나 라운딩될 수 있다.

캠(2)의 작동면(8) 상에서 롤러(4)가 균일하게 작동할 수 있도록, 중앙 보어(5)는 선택된 각각의 내부 윤곽과 무관하게, 종축(A)에 대해 회전 대칭으로 구현된다. 즉, 롤러(4)는 횡단면에서 볼 때 환형으로 중앙 보어(5)의 영역에 동일한 벽 두께를 갖는다. 종축(A)에 수직인 중앙축에 대해 중앙 보어(5)가 반사 대칭으로 구현됨으로써도 균일한 작동이 보장된다.

도 2에는 본 발명에 따른 또 다른 고압 펌프의 펌프 요소의 롤러(4)의 대안적 실시예가 도시되어 있다. 상기 롤러(4)는 연속형 중앙 보어(5) 대신에 2개의 블라인드 보어들(5)을 포함하며, 상기 블라인드 보어 각각은 단부면들(6 또는 6')로부터 내부 쪽으로 연장된다. 블라인드 보어들도 종축(A)에 대해 회전 대칭으로 배치되며 반사형 내부 윤곽을 갖는다. 도시된 실시예에는 타원형으로 연장된 내부 윤곽을 갖는 2개의 블라인드 보어가 도시되어 있다. 단부면(6 또는 6')에 대한 보어(5)의 전환부는 각각 라운딩 방식으로 구현된다. 롤러(4)의 단부면들(6 및 6')에서의 블라인드 보어(5)에 의해, 보어의 부분 섹션(a)은 낮은 강도를 갖게 된다. 이로써 롤러 강도는 2개의 블라인드 보어의 형성에 의해서도 최적화될 수 있다. 롤러 강도는 보어(5)의 각각의 내부 윤곽에 의해, 특히 보어의 길이뿐만 아니라 각각의 직경비에 의해 결정된다. 이로써 롤러(4)의 외주연면(10)과 캠(2)의 작동면(8)에서의 마모 현상이 상당히 줄어들게 된다.

1개보다 많은 펌프 요소를 고압 펌프가 포함하면, 각각의 펌프 요소는 하나 이상의 중앙 보어(5)를 구비한 롤러(4)를 가지며 중앙 보어는 롤러 강도를 결정하는 내부 윤곽을 갖는다. 바람직하게, 롤러 재료도 내부 윤곽의 설계 시에 고려된다.

제안된 롤러 실시예는 경우에 따라 제공되는 롤러 슈(9)[상기 롤러 슈에는 롤러(4)가 추가로 지지될 수 있다]에 대해서도 마모 감소 효과를 갖는다. 그러나 롤러 슈(9)가 반드시 제공되어야 하는 것은 아니다. 롤러(4)는 다른 지지 요소들에 의해서도 태핏(3)에 추가로 지지될 수 있다.

Claims (7)

1. 하나 이상의 펌프 요소를 구비한 내연 기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프이며, 상기 펌프 요소는 구동 샤프트의 캠(2) 또는 편심기에 의해 행정 운동 방식으로 구동될 수 있는 펌프 피스톤(1)을 포함하고, 이때 펌프 피스톤(1)은 태핏(3) 및 롤러(4)에 의해 간접적으로 구동 샤프트의 캠(2) 또는 편심기에 지지되는, 내연 기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프에 있어서,
   롤러(4)는, 롤러(4)의 종축(A)을 따라 연장되고 내부 윤곽 형성을 위해 하나 이상의 원추형, 부분 구형 및/또는 부분 타원형 부분 섹션(a)을 갖는 하나 이상의 중앙 보어(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프.
2. 제1항에 있어서, 중앙 보어(5)는 롤러(4)의 단부면(6, 6')으로부터 내부 쪽으로 연장되는 블라인드 보어인 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중앙 보어(5)의 직경은 내부로부터 외부로 증가하므로, 롤러(4)의 강도는 단부면(6, 6') 쪽으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중앙 보어(5)는 롤러(4)의 종축(A)에 대해 회전 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 중앙 보어(5)는 원통형 부분 섹션(b)을 갖는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단부면(6, 6')은 적어도 부분 영역에 걸쳐서 볼록하게 만곡되고 그리고/또는 원추형으로 연장되는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 롤러(4)는 태핏(3) 내에 적어도 부분적으로 수용되며, 바람직하게 태핏(3)에서 롤러 수용부 영역은 중공 원통형으로 형성되므로, 롤러(4)의 단부면들(6, 6')은 태핏(3)의 내주연면(7)에 적어도 부분적으로 접하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프.

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