KR20120091440A

KR20120091440A - 고성능 전자적 안정성 제어 펌프 조립체

Info

Publication number: KR20120091440A
Application number: KR1020127017509A
Authority: KR
Inventors: 데이빗 에프. 로이터; 아담 엠. 오스왈드; 제이 피. 존슨
Original assignee: 베이징웨스트 인더스트리즈 코포레이션 리미티드
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2012-08-17
Also published as: PL2521863T3; US9273685B2; CN102652224A; US20130156613A1; EP2521863A4; CN102652224B; EP2521863A1; JP5580904B2; KR101335931B1; WO2012024823A1; JP2013521425A; EP2521863B1

Abstract

유체를 펌핑하기 위한 피스톤 펌프 조립체는 보어를 한정하는 펌프 하우징을 포함한다. 펌프 하우징은 유체 인입구와 유체 인출구를 더 한정하며 유체를 유체 인입구로부터 유체 인출구로 이송하기 위하여 유체 흐름 경로는 그 사이에서 연장한다. 피스톤은 펌프 하우징의 보어 내에 슬라이드 가능하게 배치되고, 편심 기구는 유체 흐름 경로를 통하여 유체를 추진하기 위하여 피스톤을 결속한다. 인입구 체크 밸브 및 인출구 체크 밸브 본체는 보어 내에 배치되어서 유체가 유체 인입구로부터 유체 인출구로 향하는 한 방향으로만 흐르도록 허용한다. 필터는 유체 흐름 경로 내의 인입구 체크 밸브 및 인출구 체크 밸브 본체의 하류부에 배치되고 댐퍼 오리피스에 인접하여서 유체가 유체 인출구로 이송되기 전에 유체로부터 찌꺼기를 필터링한다.

Description

고성능 전자적 안정성 제어 펌프 조립체{HIGH PERFORMANCE ELECTRONIC STABILITY CONTROL PUMP ASSEMBLY}

본 발명은, 유체(fluid)를 펌핑(pumping)하는 피스톤 펌프 조립체에 관한 것이다.

피스톤 펌프 조립체들은 종종 자동차들의 전자적 안정성 제어 브레이킹 시스템들에서 사용된다. 그러한 하나의 피스톤 펌프 조립체가 마에다(Maeda et al.) 등의 미국 특허 출원 공개 공보 NO. 2007/0183911에 개시된다(이하 마에다'911이라고 함). 마에다'911에서는 축을 따라서 연장하는 보어(bore)를 한정(define)하는 펌프 하우징을 포함하는 그러한 펌프 조립체가 개시된다. 상기 펌프 하우징은 유체를 상기 보어 내로 이송(convey)하기 위한 유체 인입구(inlet) 및 상기 보어로부터 상기 유체를 분사(dispense)하기 위하여 상기 유체 인입구로부터 축방향으로(axially) 이격한 유체 인출구(outlet)를 더 한정한다. 유체 흐름 경로는 상기 유체 인입구로부터 상기 유체 인출구까지 상기 보어를 따라서 연장한다. 마에다'911의 펌프 조립체는 상기 펌프 하우징의 상기 보어 내에 슬라이드 가능하게(slidably) 배치된 피스톤과, 상기 유체 흐름 경로를 통하여 상기 유체를 추진(propel)하도록 상기 피스톤을 결속(engage)하고 구동(drive)하는 편심 기구(eccentric)를 더 포함한다. 마에다'911의 펌프는 상기 유체 흐름 경로 내의 상기 유체가 상기 유체 인입구로부터 상기 유체 인출구로 향하는 하나의 방향으로 흐르도록 허용하는 두 개의 확인(check) 밸브들을 포함한다. 상기 유체로부터 찌꺼기(debris)를 필터링하기 위하여 상기 두 개의 체크 밸브들 사이의 상기 펌프 하우징의 상기 보어 내에 필터가 배치된다.

본 발명은, 유체를 펌핑하는 피스톤 펌프 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 필터가 체크 밸브 각각의 하류부(downstream)의 유체 흐름 경로 내에 배치되는 펌프 조립체를 위한 것이다. 체크 밸브들의 하류부에 필터를 위치시키는 것은 펌프 인입구 필터를 사용하는 것을 피할 수 있어서 장점이 있다. 추가적으로, 임의의 체크 밸브들 상에 배치된 임의의 찌꺼기를 포함하는 펌프 조립체의 제조에 기인하는 어떠한 찌꺼기도 제거하도록, 필터가 위치하여서, 펌프 인입구 내로 흐르는 유체에 의해서 포획(entrap)된 찌꺼기나 오염물질(contaminant) 뿐만 아니라 펌프 내에 남아있는 찌꺼기까지도 필터링된다. 추가적으로, 필터는 댐퍼 오리피스에 대해서 근처에 위치하여서, 종래 기술에 따른 필터들에 비하여 보다 작고 저렴하게 필터를 제조할 수 있다.

펌프 조립체는 펌프 하우징의 보어 내에 배치되는 금속인 슬리브(sleeve)를 포함할 수도 있다. 슬리브는 3개의 서로 다른 벽 두께를 가진다. 즉 펌프 조립체의 다른 부품들(components)에 압입(press fit)하기 위한 두꺼운 벽과, 높은 압력의 부하(load)들을 지지하기에 충분한 강도(strength)를 제공하기 위한 중간 벽, 제조 공정 도중에서 슬리브 내에 오리피스들을 천공(punch)하기에 필요한 힘을 최소화하는 얇은 벽이다. 슬리브는 바람직하게는 심교(deep drawing) 제조 공정을 사용하여 제조되어서 매끈한 표면 처리를 제공하고 비용을 최소화하면서도 매우 빠른 처리 시간을 제공한다. 다른 말로 하면, 슬리브의 냉간 성형(cold forming)은 비용을 최소화하면서도 슬리브의 유용성(utility)을 최대화한다.

펌프 조립체의 전체 피스톤은 바람직하게는 30%의 탄소 충전제(carbon filler)를 부가한 폴리에테르 에테르 케톤[polyether ether ketone], 즉 PEEK로 제조된다. PEEK 피스톤은 매우 강하고 내구성이 있으며, 매우 엄중한 내구성 요구 조건들에서도 견뎌낼 수 있으면서도 비용이나 중량은 종래의 펌프 조립체들의 금속 피스톤들보다 작다. 또한, PEEK 피스톤은 예컨대 심교된 금속 슬리브와 같은 매끈한 강철 표면을 가지도록 한 경우에는 매우 작은 동마찰(dynamic friction)을 제공한다. 다른 말로 하면, PEEK 합성체(composite) 피스톤은 내구성 면에서의 타협이 없으면서도 종래의 금속 피스톤들에 비해서 저렴하면서도 효율적이다.

O-링은 바람직하게는 슬리브의 일 단부(end)에 배치되어서 슬리브를 피스톤 및 펌프 하우징에 밀봉(seal)한다. 종래 기술에 따른 펌프 조립체들에 대조하면, 슬리브의 단부는 방사 방향으로 내향으로(inwardly) 15ㅀ 각도로 구부려져서, 슬리브와 그의 대응하는 피스톤을 조립하는 것을 지원하며, 또한 동시에 O-링을 그의 카운터보어(counterbore) 내에 유지하기에 충분한 표면을 제공한다.

펌프 조립체는 부가적으로 피스톤의 외부로 향하는 한 방향으로만 유체를 흐르게 허용하도록 피스톤을 결속하는 인입구 체크 밸브를 포함할 수 있다. 인입구 체크 밸브는 평판(flat) 디스크 및 스프링을 포함하여 평판 디스크를 피스톤에 대해서 바이어스(bias)한다. 인입구 체크 밸브는 피스톤의 외부로 흐르는 유체의 흐름 저항(flow resistance)을 최소화하도록 설계된다. 또한, 디스크는 얇은-벽의 스탬핑된(stamped) 강철 리테이너(retainer)에 고수(retained)되어서, 종래 기술에 따른 플라스틱 리테이너들의 두꺼운 벽들에 비교했을 때 개선된 흐름 성능(flow performance)을 제공한다.

펌프 조립체는 유체 내의 압력 맥동(pulsation)들을 감폭(damping)하기 위한 댐퍼 오리피스를 구비하는 댐퍼 컵(cup)을 더 포함한다. 임의의 차량(vehicle) 크기 또는 단순한 도구 변경에 따른 임의의 응용을 수용하도록, 댐퍼 오리피스의 크기는 제조 공정 도중에서 용이하게 고칠 수 있다.

댐퍼 컵은 바람직하게는 인출구 체크 밸브 시트(seat)에 대하여 압입되고, 인출구 밸브 본체(body)와 인출구 체크 밸브 스프링이 그 사이에 배치된다. 이러한 구성은 이러한 부품들의 사전-조립 및 테스트를 허용한다. 이러한 점에서 그러한 테스트가 불가능한 종래의 펌프 조립체들과 대조적이다.

최종적으로, 보어를 밀봉하기 위해서 댐퍼 컵은 펌프 하우징의 보어 내에 배치된다. 펌프 캡(cap)은 바람직하게는 냉간 압조 공정(cold heading process)을 사용하여 제조되고 복수의 분할기 채널들을 가지는 흐름 분할기(flow divider)를 제공하여서 유체 인입구로부터 유체 인출구로의 유체 흐름 경로를 통하여 흐르는 유체의 잡음 레벨들을 감소시킨다. 이러한 흐름 분할기 설계에 의해서 종래의 펌프 조립체들보다도 동작 시에 보다 조용한 펌프 조립체를 제공한다. 요약하면, 종래 기술에 따른 피스톤 펌프들에 비해서, 펌프 조립체는 보다 기능적(functional)이고 제조하기에 저렴하다.

본 발명에 따르면, 종래에 비해서 보다 기능적이고 제조하기에 저렴한 펌프 조립체를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 장점들은 용이하게 이해할 수 있으며, 이하의 도면 및 상세한 설명을 참조로 하여 더 용이하게 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예의 펌프 조립체의 횡단면도.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예의 흐름 통로(flow passage) 및 인입구 체크 밸브의 부분적으로 파단된 단면을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예의 댐퍼 컵, 필터, 인출구 체크 밸브 시트, 인출구 밸브 본체, 인출구 체크 밸브 스프링 및 펌프 캡의 부분적으로 파단된 단면을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예의 펌프 조립체의 부분도(fragmentary view).

도면을 참조하면, 유사한 부호는 도면들을 통하여 대응하는 부분들을 나타내며 "하류부" 및 "상류부(upstream)"라는 용어는 펌프 조립체 내에서의 유체의 흐름 방향에 대해서 기술한다. 유체를 펌핑하기 위한 펌프 조립체(20)는 대체적으로 도 1에 도시된다. 펌프 조립체(20)는 자동차 브레이크들을 위한 전자적 안정성 제어 및 트랙션(traction) 제어 시스템들을 포함하는 많은 상이한 응용들 내에서 유체들을 이동하는 것에 사용된다.

펌프 조립체(20)는 축(A)을 따라서 연장하는 보어를 한정하는 펌프 하우징(22)을 포함한다. 펌프 하우징(22)의 보어는 제1 직경을 가지는 제1 보어 섹션(section)(24)과, 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가지는 제2 보어 섹션(26)과, 제2 직경보다 큰 제3 직경을 가지는 제3 보어 섹션(28)을 제공한다. 펌프 하우징(22)은 보어 내로 유체를 이송하기 위한 유체 인입구(30)와, 보어로부터 유체를 분사하기 위하여 유체 인입구(30)로부터 축방향으로 이격한 유체 인출구(32)를 더 한정한다. 예시적인 실시예에서, 유체 인입구(30)는 제2 보어 섹션(26)과 유체 소통(fluid communication)되고, 유체 인출구(32)는 제3 보어 섹션(28)과 유체 소통된다. 펌프 하우징(22)은 유체 인입구(30) 및 유체 인출구(32) 사이에서 보어를 통하여 연장하는 유체 흐름 경로를 제공한다. 동작 시에, 유체는 유체 인입구(30)에서 펌프 조립체(20)로 진입하고, 유체 흐름 경로를 통하여 흘러서, 유체 인출구(32)를 통하여 펌프 조립체(20)로부터 방출된다.

예시적인 실시예에서의 펌프 조립체(20)는 대체적으로 관 형상(tubular shape)을 가지며 펌프 하우징(22)의 제2 보어 섹션(26) 내에 배치되는 슬리브(34)를 더 포함한다. 슬리브(34)는 제1 슬리브 단부(36)로부터 제2 슬리브 단부(38)까지 축방향으로 연장하고 펌프 하우징(22)의 제2 보어 섹션(26) 내에 압입되어서 방사 방향으로 압축(compression)된다. 슬리브(34)는 유체를 유체 흐름 경로 내에서 유체 인입구(30)로부터 슬리브(34) 내로 이송하기 위하여 유체 인입구(30)에 대해서 방사 방향으로 정렬되는 적어도 하나의 슬리브 오리피스(40)를 한정한다. 예시적인 실시예에서의 슬리브(34)는 복수의 슬리브 오리피스들(40)을 포함한다. 바람직하게는 머시닝(machinig)이나 다른 제조 공정들과 비교하여 제조 비용을 절감하기 위해서, 슬리브(34)는 심교 공정을 통하여 제조되고 금속으로 이루어진다. 부가적으로, 이하에 상세하게 서술하듯이, 피스톤(42)의 이동을 용이하게 하기 위하여, 심교 공정에 의해서 매우 매끈하게 표면 마감된 슬리브(34)를 제공한다.

예시적인 실시예에서, 슬리브(34)는 얇은 두께 영역과 중간 두께 영역과 두꺼운 두께 영역을 포함하는 적어도 3개의 다른 재료 두께(material thickness)를 가지는 것이다. 얇은 두께 영역은 제조의 편의를 제공하기 위해서 슬리브 오리피스(40)의 영역 내에 있다. 특히, 슬리브 오리피스들(40)을 슬리브(34) 내로 천공하는 데 필요한 힘(force)이 더 작아진다. 후술하는 바와 같이, 슬라이드 가능한 피스톤(42)에 대해서 체결(fit)하기 위한 정확한 내측 직경 공차 제어(tolerance control)를 용인(permit)하기 위하여, 그리고 펌프 압력 부하들을 지지하기에 충분한 강도를 유지하기 위하여, 중간 두께 영역은 펌프 하우징(22)의 제2 보어 섹션(26)과 슬리브(34) 사이의 간극(clearance gap)을 제공한다. 슬리브의 두꺼운 두께 영역은 펌프 하우징(22)의 제2 보어 섹션(26)과의 유체-밀봉(fluid-tight) 압입을 위한 정확한 외측 직경 공차 제어를 위하여 제공되며, 내측 직경은 펌프 조립체(20)의 비임계(non-critical) 영역 내에 위치하여, 후술하듯이 인출구 체크 밸브 시트(54)와의 유체-밀봉 압입을 위한 정확한 공차 제어를 허용하고 증가된 제조 공차들을 허용한다.

펌프 조립체(20)는 대체적으로 표시되는 피스톤(42)을 더 포함하며 이는 유체를 유체 흐름 경로를 통하여 유체 인입구(30)로부터 유체 인출구(32)까지 추진하기 위하여 펌프 하우징(22)의 제1 및 제2 보어 섹션(24, 26) 내에 슬라이드 가능하게 배치된다. 피스톤(42)은 슬리브(34) 내에 배치된 제1 피스톤 단부(44)로부터 제2 피스톤 단부(46)까지 축방향으로 연장한다. 피스톤은 바람직하게는 30%의 탄소 충전제를 가지는 폴리에테르 에테르 케톤, 즉 PEEK로 제조된다. 이러한 구성은 피스톤(42)에 매우 높은 강도와 내구성을 제공한다. 추가적으로, PEEK 피스톤(42)은 예시적인 실시예에서의 심교 슬리브(34)와 같은 매끈한 강철 표면을 가지도록 한 경우에 최소 동마찰을 가진다.

피스톤(42)의 송출 행정(delivery stroke)을 한정하는 제1 축 방향으로 피스톤(42)을 구동하기 위하여, 편심 기구(48)는 펌프 하우징(22)의 제1 보어 섹션(24)에 인접하여 배치되고 피스톤(42)의 제1 피스톤 단부(44)에 접촉한다. 피스톤 복귀(return) 스프링(50)은 펌프 하우징(22)의 제2 보어 섹션(26) 내에 배치되고 편심 기구(48)에 대해서 피스톤(42)을 바이어스 하기 위하여 피스톤(42)의 제2 피스톤 단부(46)를 결속하여서, 송출 행정에 후속하는 피스톤(42)의 복귀 행정(return stroke)을 한정하고 제1 축 방향에 대향(opposite)하는 제2 축 방향으로 피스톤(42)을 이동하게 한다.

슬리브(34)를 펌프 하우징(22)에 대해서 그리고 피스톤(42)에 대해서 밀봉하기 위하여, 축방향으로 제1 슬리브 단부(36)와 펌프 하우징(22) 사이에 그리고 방사 방향으로 피스톤(42)과 펌프 하우징(22)의 사이에, 펌프 하우징(22)의 제2 보어 섹션(26) 내에 O-링(52) 또는 다른 유형의 실(seal)이 배치된다. 예시적인 실시예에서는, 제1 슬리브 단부(36)는 펌프 하우징(22)의 제2 보어 섹션(26)에 대해서 상대적으로 15°각도로 연장하여서 피스톤(42)의 펌핑 도중에 O-링(52)의 변위(displacement)를 최소화한다.

대체적으로 표시되는 인출구 체크 밸브 시트(54)는 펌프 하우징(22)의 제2 및 제3 보어 섹션(26, 28) 내에 배치되고 피스톤(42)으로부터 축방향으로 이격되어서 피스톤(42)과 인출구 체크 밸브 시트(54) 사이에서 제1 챔버(56)를 한정한다. 피스톤 복귀 스프링(50)은 피스톤(42)의 제2 피스톤 단부(46)와 인출구 체크 밸브 시트(54) 사이에서 연장한다.

피스톤(42)은 피스톤(42)과 인출구 체크 밸브 시트(54) 사이에서 복수의 슬리브 오리피스들(40)로부터 제1 챔버(56)로 유체 흐름 경로를 따라서 유체를 이송하기 위한 흐름 통로(58)를 한정한다. 예시적인 실시예에서의 피스톤(42)의 흐름 경로(58)는, 방사 방향으로는 슬리브 오리피스들(40)로부터 유체를 받아들이고, 축 방향으로는 피스톤(42)의 제2 피스톤 단부(46)로 유체를 축방향 배출하도록 인도한다(direct).

대체적으로 표시되고 도 2에 가장 잘 도시된 인입구 체크 밸브(60)는, 유체가 피스톤(42)의 흐름 경로(58)로부터 나와서 제1 챔버(56)로 들어가는 한 방향으로만 유체 흐름 경로 내에서 흐르도록, 제1 챔버(56) 내에 배치되고 피스톤(42)의 제2 피스톤 단부(46)를 결속한다. 인입구 체크 밸브(60)는 피스톤(42)의 제2 피스톤 단부(46)로부터 축방향으로 이격한 인입구 밸브 스프링 시트(64)를 한정하는 스프링 리테이너(62)를 포함한다. 스프링 리테이너(62)는 인입구 밸브 스프링 시트(64)로부터 제2 피스톤 단부(46)로 축방향으로 연장한다. 스프링 리테이너(62)는 바람직하게는 강철로 제조되고 스탬핑(stamping) 공정을 사용하여 제조된다. 인입구 체크 밸브(60)는 스프링 리테이너(62)의 인입구 밸브 스프링 시트(64)와 제2 피스톤 단부(46) 사이에 배치되는 평판 디스크(66)를 더 포함한다. 제2 피스톤 단부(46)에 대해서 바이어스하기 위하여, 인입구 체크 밸브 스프링(68)은 스프링 리테이너(62)의 인입구 밸브 스프링 시트(64)와 평판 디스크(66) 사이에서 연장한다. 후에 상세히 서술하듯이, 바이어스된 평판 디스크(66)는, 유체가 피스톤(42)의 복귀 행정 중 제1 챔버(56) 내에서의 유체의 압력을 미리 지정된 크기(magnitude)만큼 초과하는 흐름 통로(58) 내의 유체의 압력에만 응답하여(in response) 유체 흐름 경로 내에서 피스톤(42)의 흐름 통로(58)로부터 제1 챔버(56) 내로 흐르도록 한다.

인출구 체크 밸브 시트(54)는 제2 보어 섹션(26) 내의 슬리브(34) 내에서 축방향으로 배치된 제1 밸브 시트 단부(70)로부터 제3 보어 섹션(28) 내에 배치된 제2 밸브 시트 단부(72)로 연장한다. 제1 챔버(56) 내에서 피스톤 복귀 스프링(50)을 위치 지정하는 피스톤 복귀 스프링 시트(74)를 한정하기 위하여, 제1 밸브 시트 단부(70)는 축방향으로는 피스톤(42)을 향하여, 그리고 방사 방향으로는 내향으로 연장한다. 인출구 체크 밸브 시트(54)는 바람직하게는 강철로 제조되고 심교 공정을 사용하여 제조된다. 예시적인 실시예에서의 인출구 체크 밸브 시트(54)는 슬리브(34) 내로 압입되고, 슬리브(34)는 내부 단차(76)를 제공하여, 높은 압력 부하 하에서도 인출구 체크 밸브 시트(54)가 축방향으로 이동하는 것을 방지한다.

대체적으로 표시되는 댐퍼 컵(78)은 펌프 하우징(22)의 보어 내에 배치되고, 제1 댐퍼 컵 단부(80)로부터 제2 댐퍼 컵 단부(82)로 축방향으로 연장한다. 제1 댐퍼 컵 단부(80)는 인출구 체크 밸브 시트(54) 내로 압입되어서 인출구 체크 밸브 시트(54)의 제1 밸브 시트 단부(70)와 댐퍼 컵(78)의 제2 댐퍼 컵 단부(82) 사이에서 제2 챔버(84)를 제공한다. 댐퍼 컵(78)과 인출구 체크 밸브 시트(54)는 압입 연결되는데, 이로써 이들 부품이 펌프 하우징(22) 내에 장착되기 전에 테스트되고 사전-조립될 수 있다.

인출구 체크 밸브 시트(54)의 제1 밸브 시트 단부(70)는 유체를 유체 흐름 경로 내에서 제1 챔버(56)로부터 제2 챔버(84)로 이송하기 위해서 인출구 밸브 시트 오리피스(86)를 한정하고, 제2 댐퍼 컵 단부(82)는 유체가 유체 흐름 경로 내에서 제2 챔버(84)로부터 나오도록 이송하는 댐퍼 오리피스(88)를 제공한다. 댐퍼 오리피스(88)는 유체 내에서의 압력 맥동들을 감폭하도록 크기가 정해진다.

인출구 밸브 본체(90)는 인출구 체크 밸브 시트(54) 및 댐퍼 컵(78) 사이에 배치된다. 이후 상세히 서술하듯이, 유체가 피스톤(42)의 송출 행정 도중에 제2 챔버(84) 내에서의 유체의 압력을 미리 지정된 크기만큼 초과하는 제2 챔버(56) 내의 유체의 압력에만 응답하여 인출구 밸브 시트 오리피스(86)를 통하여 흐르도록 하고 인출구 체크 밸브 시트(54)의 제1 밸브 시트 단부(70)에 대하여 인출구 밸브 본체(90)를 바이어스하기 위하여, 인출구 체크 밸브 스프링(92)은 인출구 밸브 본체(90) 및 댐퍼 컵(78) 사이에서 연장한다.

대체적으로 표시되는 펌프 캡(94)은 컵 형상을 가지고 펌프 하우징(22)의 제3 보어 섹션(28) 내에 배치된다. 펌프 캡(94)은 바람직하게는 냉간 압조 제조 공정을 사용하여 제조되나 다른 제조 공정을 사용하여 제조될 수도 있다. 예시적인 실시예에서는, 펌프 캡(94)은 펌프 하우징(22)의 제3 보어 섹션(28) 내로 압입되는 외측(outer) 표면(96)을 구비하고, 또한 인출구 체크 밸브 시트(54)에 대략 압입되는 내측(inner) 표면을 구비한다.

예시적인 실시예에서는, 펌프 캡(94)은, 제2 댐퍼 컵 단부(82)에 결속하며 그리고 펌프 캡(94)과 댐퍼 컵(78) 사이에서 방사 방향으로 외향으로(outwardly) 댐퍼 오리피스(88)로부터 유체 흐름 경로 내에서 유체를 이송하기 위해서 서로에 대해서 수직으로 연장하는 한 쌍의 흐름 분할기 채널들(100)을 한정하는 것인 흐름 분할기(98)를 한정한다. 추가적으로, 예시적인 실시예에서의 펌프 캡(94)은 펌프 캡(94)과 댐퍼 컵(78) 사이의 유체 흐름 경로 내에서 펌프 하우징(22)의 유체 인출구(32)로 유체를 이송하기 위한 것인 복수의 탈출(escape) 채널들(102)을 제공한다. 흐름 분할기 채널들(100)과 탈출 채널들(102)을 가지는 펌프 캡(94)의 설계에 의해서, 유체가 유체 흐름 경로 내에서 유체 인입구(30)로부터 유체 인출구(32)로 흐르는 것에 의해서 발생하는 잡음을 최소화할 수 있다.

대체적으로 표시되는 필터(104)는 펌프 하우징(22)의 유체 인출구(32)로 유체가 이송되기 전에 유체로부터 찌꺼기를 필터링하기 위하여, 각 체크 밸브들(60, 90)의 유체 흐름 경로 하류부 내에 배치되는 복수의 필터 오리피스들(106)을 제공한다. 예시적인 실시예에서는, 필터(104)는 인출구 체크 밸브 시트(54) 및 댐퍼 컵(78)의 사이의 제2 챔버(84) 내에 그리고 댐퍼 오리피스(88)에 인접하여 배치된다. 필터(104)는 바람직하게는 강철로 제조되고 스탬핑 공정에 의해서 제조된다. 필터(104)를 체크 밸브들(60, 90)의 하류부에 위치 지정하여서, 펌프 인입구 필터가 필요하지 않다. 또한, 상대적으로 작은 댐퍼 오리피스(88)에 인접하여 필터(104)가 배치되기 때문에, 필터(104)는 비교 대상인 펌프 인입구 필터가 필요로 하는 구성에 비해서 더 작게 그리고 따라서 더 저렴하게 제조될 수 있다. 부가적으로, 필터(104)의 배치에 의해서, 체크 밸브들(60, 90) 상에 배치될 수 있는 임의의 찌꺼기를 포함하는 펌프 조립체(20)의 제조에 기인하는 임의의 찌꺼기를 필터(104)가 치우도록(pick up) 허용할 수 있다.

동작 시에서는, 편심 기구(48)가 스피닝(spin)할 때, 편심 기구(48)는 송출 행정 도중에 제1 축 방향으로 피스톤(42)을 구동한다. 피스톤(42)은 유체 흐름 경로의 제1 챔버(56) 내에서 유체를 압축하고, 이로써 인출구 체크 밸브 스프링(92)이 인출구 밸브 본체(90)에 인가하는 바이어스 힘을 극복하여, 유체가 제1 챔버(56)로부터 제2 챔버(84) 내로 흐르는 것을 허용한다. 제2 챔버(84) 내의 일부 유체는 곧 필터 오리피스들(106) 및 댐퍼 오리피스(88)를 통하여 가력(加力)됨으로써, 유체 흐름 경로를 통하여 흐르는 유체 내에서의 압력 맥동을 감폭한다. 댐퍼 오리피스(88)의 존재에 의해서, 유체는 펌프 캡(94)의 흐름 분할기의 흐름 분할기 채널들(100)을 통하여 그리고 펌프 캡(94)의 탈출 채널들(102)을 통하여 펌프 하우징(22)의 유체 인출구(32)에게로 인도(guide)된다. 피스톤(42)의 송출 행정에 이어서, 피스톤 복귀 스프링(50)은 피스톤(42)이 제1 축 방향과는 반대인 제2 축 방향으로 움직이도록 한다. 이에 의해서, 제1 챔버(56)의 부피가 커지고, 따라서 제1 챔버(56) 내의 흐름 통로(58) 내에서의 압력이 감소된다. 동시에, 피스톤(42)의 흐름 통로(58) 내의 유체의 압력은 상대적으로 일정하게 유지된다. 일단 피스톤(42)의 흐름 통로(58) 내의 유체의 압력이 제1 챔버(56) 내의 유체의 압력을 미리 지정된 크기만큼 초과하면, 평판 디스크(66)는 제2 피스톤 단부(46)로부터 멀어지도록(away) 움직여져서, 유체가 피스톤(42)의 흐름 통로(58)로부터 제1 챔버(56) 내로 흐르도록 허용한다. 다른 말로 하면, 흐름 통로(58) 내에서의 유체의 압력보다 제1 챔버(56) 내의 압력이 상대적으로 미리 지정된 양만큼 감소할 때, 인입구 체크 밸브(60)는 개방되어서 유체가 그를 통하여 흐르도록 허용한다. 이러한 공정이 이후 편심 기구(48)의 턴(turn)마다 반복된다.

비록 본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본원 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않고서도 그 구성 원소들이 임의의 등가물로 대체되거나 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것을 본 기술이 속하는 분야의 당업자에 의해서 이해될 수 있다. 예컨대 인입구 체크 밸브 또는 인출구 체크 밸브의 특정한 구조나 구성은 전술한 유형에 제한되지 않고 인입구로부터 인출구로 유체를 펌핑하는 피스톤과 협업할 수 있으며 유체를 단지 한 방향으로만 흐르도록 허용하는 다른 적절한 유형일 수도 있다는 것이 본 기술이 속하는 분야의 당업자에 의해서 이해될 수 있다. 또한 전술한 예시적인 실시예에서 서술된 인입구 체크 밸브와 인출구 체크 밸브를 제공하는 것이 필수적이지 않고, 피스톤의 동작 시에 인입구로부터 인출구로 유체를 흐르도록 허용하는 인출구 체크 밸브만을 제공하는 것도 가능하다는 것이 본 기술이 속하는 분야의 당업자에 의해서 이해될 수 있다. 또한 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않으면서도 본 발명의 교시(teaching)에 의해서 재료나 특정 상황에 적합하도록 다양한 변형들이 수행될 수도 있다. 따라서, 본 발명을 실시하기 위해서 적합한 최선의 실시 형태가 특정한 실시예로서 개시되었지만 본 발명은 이에 의해서 한정되는 것이 아니며, 본 발명은 이하의 청구항들의 범위 내에서의 모든 실시예들을 포함한다.

20: 펌프 조립체 22: 펌프 하우징
30: 유체 인입구 32: 유체 인출구
42: 피스톤 48: 편심 기구
104: 필터

Claims

유체를 펌핑(pumping)하기 위한 펌프 조립체로서,
축을 따라서 연장하는 보어(bore)와, 상기 보어 내로 상기 유체를 이송(convey)하기 위한 유체 인입구와, 상기 보어로부터 상기 유체를 분사(dispense)하기 위하여 상기 유체 인입구로부터 축방향으로(axially) 이격한 유체 인출구를 한정하며, 상기 유체 인입구로부터 상기 유체 인출구까지 연장하는 유체 흐름 경로를 제공(present)하는 펌프 하우징;
상기 유체를 상기 유체 흐름 경로를 통하여 추진(propel)하기 위하여 상기 펌프 하우징의 상기 보어 내에 슬라이드 가능하게(slidably) 배치되는 피스톤;
상기 유체 흐름 경로를 통하여 상기 유체를 추진하기 위하여 상기 피스톤을 구동하도록 상기 피스톤을 결속(engage)하는 편심 기구(eccentric);
상기 유체가 상기 유체 흐름 경로 내에서 상기 유체 인입구로부터 상기 유체 인출구로 향하는 한 방향으로만 흐르도록 하기 위하여 상기 유체 흐름 경로 내에 배치되는 적어도 하나의 체크 밸브; 및
상기 펌프 하우징의 상기 보어 내에 배치되며, 상기 유체가 상기 펌프 하우징의 상기 유체 인출구로 이송되기 전에 상기 유체로부터 찌꺼기를 필터링하기 위한 적어도 하나의 필터 오리피스를 한정하며, 상기 적어도 하나의 체크 밸브의 하류부(downstream)의 상기 유체 흐름 경로 내에 배치되는 필터;
를 포함하는 펌프 조립체.
제1항에 있어서,
상기 필터는 복수의 필터 오리피스들을 포함하는 것인 펌프 조립체.
제1항에 있어서,
상기 펌프 하우징의 상기 보어의 상기 적어도 하나의 체크 밸브의 하류부의 상기 유체 흐름 경로 내에 배치되며, 상기 유체의 압력 맥동(pulsation)을 감폭(damping)하기 위한 댐퍼 오리피스를 포함하는 댐퍼를 더 포함하는 펌프 조립체.
제3항에 있어서,
상기 필터는 상기 적어도 하나의 체크 밸브의 하류부에서 상기 댐퍼를 결속하는 것인 펌프 조립체.
제1항에 있어서,
상기 보어는, 제1 직경을 가지는 제1 보어 섹션(section)과, 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가지는 제2 보어 섹션과, 상기 제2 직경보다 큰 제3 직경을 가지는 제3 보어 섹션을 포함하는 것인 펌프 조립체.
제5항에 있어서,
상기 유체 인입구는 상기 제2 보어 섹션과 유체 소통(fluid communication)되고, 상기 유체 인출구는 상기 제3 보어 섹션과 유체 소통되는 것인 펌프 조립체.
제6항에 있어서,
상기 제2 보어 섹션 내로 압입(press fit)되는 슬리브(sleeve)를 더 포함하는 펌프 조립체.
제7항에 있어서,
상기 슬리브는, 상기 유체를 상기 유체 흐름 경로 내에서 상기 유체 인입구로부터 상기 슬리브 내로 이송하기 위하여 상기 유체 인입구에 대해서 축방향으로 정렬되는 적어도 하나의 슬리브 오리피스를 한정하는 것인 펌프 조립체.
제8항에 있어서,
상기 슬리브는 적어도 3개의 다른 재료 두께를 가지는 것인 펌프 조립체.
제9항에 있어서,
상기 슬리브는 제조의 편의를 위해서 상기 슬리브 오리피스 주위의 두께가 얇은 영역을 포함하는 것인 펌프 조립체.
제10항에 있어서,
상기 슬리브는, 상기 슬라이드 가능한 피스톤에 대해서 체결(fit)하기 위한 정확한 내측 직경 공차 제어(tolerance control)를 용인(permit)하고 펌프 압력 부하(load)들을 지지하기에 충분한 강도(strength)를 유지하기 위하여, 상기 펌프 하우징의 상기 제2 보어 섹션과 상기 슬리브 사이의 간극(clearance gap)을 제공하는 두께가 중간인 영역을 포함하는 것인 펌프 조립체.
제11항에 있어서,
상기 슬리브는 상기 펌프 하우징의 상기 제2 보어 섹션과의 유체-밀봉(fluid-tight) 압입을 위한 정확한 외측 직경 공차 제어를 위하여 두께가 두꺼운 영역을 포함하는 것이고, 상기 내측 직경은 상기 펌프 조립체의 비임계(non-critical) 영역 내에 위치하여, 인출구 체크 밸브 시트(seat)와 유체-밀봉 압입을 위한 정확한 공차 제어를 허용하고 증가된 제조 공차들을 허용하는 것인 펌프 조립체.
제7항에 있어서,
상기 슬리브의 일 단부(end)는 방사 방향으로 내향으로(inwardly) 15ㅀ 각도로 구부려져서, 상기 보어 내의 O-링과 상기 펌프 하우징의 상기 보어의 밀봉을 형성하기에 충분하면서도 상기 슬라이드 가능한 피스톤의 용이한 조립을 가능하게 하는 것인 펌프 조립체.
제1항에 있어서,
상기 피스톤은 상기 유체 흐름 경로를 따라서 상기 유체 인입구로부터 상기 유체를 이송하기 위한 흐름 통로(flow passage)를 한정하는 것인 펌프 조립체.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 체크 밸브는 인입구 체크 밸브와 인출구 체크 밸브를 포함하는 것이고, 상기 필터는 상기 인출구 체크 밸브의 하류부의 상기 유체 흐름 경로 내에 배치되는 것인 펌프 조립체.
제15항에 있어서,
상기 인입구 체크 밸브는, 상기 유체를 상기 유체 흐름 경로 내에서 오직 상기 피스톤의 상기 흐름 통로로부터 상기 펌프 하우징의 상기 보어의 내로만 이송하도록, 상기 피스톤을 결속하는 것인 펌프 조립체.
제16항에 있어서,
상기 인입구 체크 밸브는,
상기 피스톤으로부터 축방향으로 이격한 인입구 밸브 스프링 시트를 한정하는 스프링 리테이너와,
상기 인입구 밸브 스프링 시트와 상기 피스톤 사이에 배치되는 평판(flat) 디스크와,
상기 보어 내에서의 상기 유체의 압력을 미리 지정된 크기(magnitude)만큼 초과하는 상기 흐름 통로 내의 상기 유체의 압력에만 응답하여(in response) 상기 유체 흐름 경로 내의 상기 유체가 상기 피스톤의 상기 흐름 통로로부터 상기 보어의 내로 흐르게 하도록, 상기 평판 디스크를 상기 피스톤에 대해서 바이어스(bias)하기 위하여 상기 스프링 리테이너의 상기 인입구 밸브 스프링 시트와 상기 평판 디스크 사이에서 연장하는 인입구 체크 밸브 스프링을 포함하는 것인 펌프 조립체.
제17항에 있어서,
상기 인출구 체크 밸브는 상기 펌프 하우징의 상기 보어 내에서 상기 피스톤으로부터 축방향으로 이격한 인출구 체크 밸브 시트를 포함하여 상기 피스톤과 상기 인출구 체크 밸브 시트 사이에 제1 챔버(chamber)를 한정하는 것인 펌프 조립체.
제18항에 있어서, 상기 제1 챔버 내에 배치되고, 편심에 대해서 상기 피스톤을 바이어스하기 위하여 상기 피스톤과 상기 인출구 체크 밸브 시트 사이에서 연장하는 피스톤 복귀(return) 스프링을 더 포함하는 펌프 조립체.
제19항에 있어서,
상기 펌프 하우징의 상기 보어 내에 배치되고, 상기 인출구 체크 밸브 시트로부터 축방향으로 이격되어 상기 인출구 체크 밸브 시트와의 사이에서 제2 챔버를 한정하는 댐퍼 컵(cup)을 더 포함하는 펌프 조립체.
제20항에 있어서,
상기 인출구 체크 밸브 시트는 상기 제1 챔버로부터 상기 제2 챔버로 상기 유체를 이송하기 위한 인출구 밸브 시트 오리피스를 한정하는 것인 펌프 조립체.
제21항에 있어서,
상기 인출구 체크 밸브는 상기 제2 챔버 내에 배치되는 인출구 밸브 본체(body)를 포함하는 것인 펌프 조립체.
제22항에 있어서,
상기 유체가 상기 인출구 체크 밸브 시트를 통하여 상기 제1 챔버로부터 나와서 상기 제2 챔버로 들어가는 방향으로만 흐르도록 상기 인출구 체크 밸브 시트에 대해서 상기 인출구 밸브 본체를 바이어스하기 위하여, 상기 인출구 밸브 본체와 상기 댐퍼 컵 사이에서 연장하는 인출구 체크 밸브 스프링을 더 포함하는 펌프 조립체.
제23항에 있어서,
상기 인출구 밸브 본체는 구형(spherical) 형상을 가지는 것인 펌프 조립체.
제14항에 있어서,
상기 피스톤은 폴리에테르 에테르 케톤[polyether ether ketone]을 재료로 하는 것인 펌프 조립체.