KR20120113229A

KR20120113229A - 고압 펌프

Info

Publication number: KR20120113229A
Application number: KR1020127019102A
Authority: KR
Inventors: 에버하르트 마이어; 마르쿠스 그립; 프랑크 숄츠
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-10-12
Also published as: DE102010001099A1; CN102713241A; RU2012135569A; EP2526284A1; WO2011088954A1

Abstract

본 발명은 내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프(1)에 관한 것으로서, 고압 펌프는 펌프 피스톤(5)을 포함하는 하나 이상의 펌프 부재(4)를 가지며, 펌프 피스톤은 펌프 작동 챔버(11) 내에 배치되어 행정 운동 동안 구동 축(3)의 회전을 통해 간접적으로 구동 축(3)의 회전축(7)에 대해 실질적으로 방사방향으로 구동되고, 펌프 작동 챔버(11) 내 펌프 피스톤(5) 둘레에 무용 공간 체적(27)이 편심으로 형성된다.

Description

고압 펌프{HIGH-PRESSURE PUMP}

본 발명은 제1항의 전제부에 따른 내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프에 관한 것이다.

예를 들어 커먼 레일 시스템에서처럼 연료 분사 장치 내 연료를 공급하기 위해, 특히 하나 또는 복수의 펌프 피스톤을 가지는 레이디얼 피스톤이 이용되고, 펌프 피스톤은, 연료가 고압 펌프의 펌프 작동 챔버 안으로 흡입되는 흡입 행정과, 흡입된 연료가 압축되고 커먼 레일 시스템의 고압 어큐뮬레이터로 배출되는 압축 행정을 실행하기 위해, 구동 축에 의해 간접적으로 예를 들어 캠 또는 편심체를 통해 행정 운동을 하게 된다.

상기와 같이 커먼 레일 분사 시스템에서 연료의 고압 공급을 위한 레이디얼 피스톤 펌프의 예가 DE 102 21 305 A1호에 공지되어 있다. 레이디얼 피스톤 펌프는 펌프 하우징 내에 설치된 구동 축에 대하여 방사방향으로 배치된 복수의 펌프 부재를 가지며, 이들 펌프 부재는 구동 축에 의해 구동되고 각각 흡입측 및 고압측을 갖는다. 또한, 펌프 부재는 펌프 하우징 내 고압 채널들과 연결되어 있으며, 고압 채널들은 각각 펌프 부재의 고압측을 고압 포트와 연결한다.

종래 기술에 공지된 또 다른 고압 펌프는 DE 10 2008 001 890 A1호에 기술되어 있으며, 이 고압 펌프는 레이디얼 피스톤 펌프로서도 또는 인라인 피스톤 펌프로서도 형성될 수 있다. 고압 펌프는 펌프 어셈블리 및 구동 축을 가지며, 구동 축에는 펌프 어셈블리에 할당된 캠이 제공된다. 펌프 어셈블리는 피스톤 및 태핏 본체를 포함하며, 피스톤은 구동 축의 캠에 의해 태핏 본체를 통해 구동될 수 있다.

종래 기술에 공지된 고압 펌프는, 펌프 작동 챔버 내 무용 공간 체적이 펌프 피스톤의 상사점 둘레에 연장하며, 펌프 피스톤 둘레에 동심의 언더컷이 제공되도록 형성된다. 고압 펌프의 작동 동안 무용 공간 체적 내 연료가 압축되고 팽창됨에 따라 원하지 않는 열 발생 및 효율 손실이 발생한다.

그러므로 무용 공간 체적 및 무용 공간 체적과 관련한 효율 손실을 줄일 수 있는 고압 펌프를 제공하는 것이 필요하다.

본 발명에 따라, 내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프가 제공되고, 고압 펌프는 펌프 피스톤을 포함하는 하나 이상의 펌프 부재를 가지며, 펌프 피스톤은 펌프 작동 챔버 내에 배치되고 구동 축의 회전을 통해 간접적으로 행정 운동 동안 구동 축의 회전축에 대해 실질적으로 방사방향으로 구동되고, 펌프 작동 챔버 내 펌프 피스톤 둘레에 편심으로 무용 공간 체적이 형성된다. 펌프 피스톤 둘레에 무용 공간 체적을 편심으로 형성함으로써, 무용 공간 체적이 감소하고 그 결과 원하지 않는 열 발생도 감소하며, 고압 발생 동안 고압 펌프의 효율이 향상된다. 펌프 피스톤 둘레에 무용 공간 체적을 편심으로 형성함으로써, 전체적으로 고압 펌프의 이송 특성이 개선된다.

바람직한 한 실시예에 따라 펌프 부재는 고압 펌프의 실린더 헤드 내에 형성된다.

바람직한 또 하나의 실시예에 따라 실린더 헤드 내에 펌프 피스톤의 상사점 둘레에 언더컷이 제공된다.

바람직한 또 하나의 실시예에 따라 언더컷은 펌프 피스톤 둘레에 편심으로 형성된다. 그러므로 이미 설명한 것처럼, 무용 공간 체적이 감소하고 고압 발생 시에도 효율이 향상된다.

바람직하게는 펌프 작동 챔버가 연료 배출 채널과 연결되어 있으며, 상기 연료 배출 채널을 통해 고압이 가해진 연료가 고압 펌프로부터 배출된다.

연료 배출 채널 맞은 편에서 무용 공간 체적이 감소하는 방식으로, 특히 제거되는 방식으로 펌프 피스톤 둘레에 언더컷의 편심부가 형성되는 것이 훨씬 더 바람직하다. 연료 배출 채널 맞은 편 "후방" 무용 공간 체적 또는 배출구 반대편 측면의 무용 공간은 고압 발생 효율에 있어 기술적으로 불필요하며 유해하다. 펌프 작동 챔버 내 연료 유동이 주로 배출 측에 집중되기 때문에, 특히 후방 무용 공간 체적의 제거는 고압 발생 또는 고압 펌프의 내구 연한과 관련하여 위험할 수도 있는 큰 영향을 받지 않는다. 특히 기술적으로 불필요한 후방 무용 공간 체적의 감소 또는 완전한 제거를 통해 고압 발생의 효율이 더욱 개선된다.

바람직한 또 하나의 실시예에 따라 언더컷은 밀링 절삭을 통해 제조된다. 특히 바람직한 실시예에 따라 고압 배출 방향으로 밀링 커터의 방사방향 이동이 편심으로 실시됨으로써 현재 종래 기술에 따라 이용되고 있는 환형 언더컷의 후방 부분 또는 후방 무용 공간 체적이 제거될 수 있거나 명백히 최소화될 수 있다. 밀링 커터의 방사방향 이동은 가변적이므로, 예를 들어 매거진 내에 있는 밀링 커터가 제조를 위해 이용될 수 있다. 밀링 절삭을 이용한 편심 언더컷의 제조는 고압 펌프의 제조 공정에 양호하게 통합될 수 있는데, 그 이유는 밀링 절삭 공정이 연성 부품 가공에서 실행되기 때문이다. 그러나 후방 무용 공간 체적 내에 편심 언더컷을 제조할 수 있는 제조 방법이라면 어떤 유사한 제조 방법도 이용될 수 있다.

바람직하게는 연료 배출 채널 영역에서 펌프 피스톤과 실린더 헤드 내 실린더 보어 사이의 방사방향 갭 크기는 최대 0.6㎜, 특히 0.35㎜ 내지 0.5㎜ 사이이다. 고압 펌프의 이송 행정의 경우 연료 배출 채널에 대한 스로틀링 효과로 인한 고압 영역 내 초과압을 줄이기 위해, 갭 크기가 고압 펌프의 기하학적 이송 출력에 따라 선택적으로 커지거나 변경될 수 있다. 상기 초과압은 실시예에 따라 작게 유지되는 것이 유리하며, 예를 들어 0.35㎜의 방사방향 갭 크기인 경우 10바아 미만이다. 고압 펌프 작동 압력이 약 1600 바아 내지 2000 바아일 경우, 이는 비교적 매우 작은 초과압 및 용인 가능한 값을 의미한다. 또한, 이송 행정 시 발생하는 초과압은 고압 펌프의 비위험 지점에서 나타난다.

바람직한 또 하나의 실시예에 따라 고압 펌프는 레이디얼 피스톤 펌프로서 형성된다. 바람직하게는 레이디얼 피스톤 펌프는 디젤 분사 영역, 특히 커먼 레일 시스템에서 이용된다. 그러나 레이디얼 피스톤 펌프는 디젤 엔진 분사 기술로 작동하지 않는 차량에서도 이용될 수 있다.

하기에서 본 발명의 실시예들이 첨부 도면을 참고로 상술된다.
도 1a는 종래 기술에 따른 고압 펌프의 한 영역의 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 부분 확대도이다.
도 2는 한 실시예에 따른 고압 펌프의 한 부분의 확대도이다.
도 3은 한 실시예에 따른 고압 펌프의 또 다른 부분의 확대도이다.

종래 기술에 따른 내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프(1)의 한 영역의 단면도가 도 1에 도시되어 있다. 여기에 도시된 고압 펌프(1)는 레이디얼 피스톤 펌프이고 커먼 레일 시스템에서 이용된다.

종래 기술에 따른 고압 펌프(1)는 하우징(2)을 가지며, 하우징 내에 회전운동에 의해 구동되는 구동축(3)이 배치되어 있으며, 구동 축은 캠축으로서 형성되어 있다. 고압 펌프(1)는, 각각 하나의 펌프 피스톤(5)을 포함하며 각각 하나의 실린더 헤드(8) 내에 배치된 적어도 하나 또는 복수의 펌프 부재(4)를 가지며, 펌프 피스톤은 구동 축(3)의 캠(6)을 통해 간접적으로 행정 운동 동안 구동 축(3)의 회전축(7)에 대해 적어도 거의 방사방향으로 구동된다. 펌프 피스톤(5)은 실린더 헤드(8)의 샤프트 영역(10) 내 실린더 보어(9) 안에서 기밀하게 이동할 수 있도록 안내되고 실린더 보어(9) 내에서 구동 축(3) 반대편 단부면을 이용해 펌프 작동 챔버(11)를 제한한다. 샤프트 영역(10) 둘레에 스프링(12)이 배치되어 있다.

펌프 작동 챔버(11)는 하우징(2) 내에서 연장하는 연료 공급 채널(도시되지 않음)을 통해 예를 들어 이송 펌프의 연료 공급부와 연결된다. 펌프 작동 챔버(11) 내부를 향한 연료 공급 채널의 개구에 펌프 작동 챔버(11) 내로 개방된 유입 밸브(13)가 배치된다. 그 외에도 펌프 작동 챔버(11)는 실린더 헤드(8) 내에 연장하는 연료 배출 채널(14)을 통해 예를 들어 고압 어큐뮬레이터(15)와 연결된 배출구와 연결된다. 고압 어큐뮬레이터(15)에는, 내연기관의 실린더에 배치된 하나 또는 바람직하게는 복수의 인젝터(16)가 연결되어 있으며, 인젝터를 통해 연료가 내연기관의 실린더 안으로 분사된다. 펌프 작동 챔버(11) 외부를 향한 연료 배출 채널(14)의 개구에 펌프 작동 챔버(11) 외부로 개방된 배출 밸브(17)가 배치되어 있다.

펌프 부재(4)에는 태핏 어셈블리가 할당되어 있으며, 상기 태핏 어셈블리에 의해 펌프 피스톤(5)이 구동 축(3)의 캠(6)에 지지되어 있다. 태핏 어셈블리는 보어 (19) 내에서 이동가능하도록 안내되는 중공형 태핏 본체(18)를 포함한다. 펌프 피스톤(5)은 태핏 본체(18)보다 더 작은 직경을 가지며 펌프 작동 챔버(11) 반대편의 단부 영역을 이용해 실린더 보어(9)로부터 나와 태핏 본체(18) 안으로 돌출한다. 펌프 피스톤(5)은 그의 펌프 작동 챔버(11) 반대편 단부에 나머지 영역에 비해 직경이 확대된 피스톤 풋(20)을 가질 수 있다.

태핏 어셈블리와 펌프 피스톤(5)은 프리스트레스된 스프링(12)을 통해 구동 축(3)의 캠(6) 쪽으로 압축된다. 스프링(12)은, 펌프 피스톤(5)을 에워싸고 태핏 본체(18) 안으로 돌출하는 압축 코일 스프링으로서 형성되어 있다. 스프링(12)은 한편으로는 실린더 헤드(8)에, 다른 한편으로는 스프링 와셔(21)에 지지되어 있다. 스프링 와셔(21)는 펌프 피스톤(5)과 연결되어 있으며, 환형 웹(여기서는 상세하게 도시되어 있지 않음)의 측면 중 롤러 슈즈(22) 반대편 측면에 지지된다. 그러므로 스프링(12)은, 위에서 설명한 것처럼 펌프 피스톤(5) 및 태핏 본체(18)를 구동 축(3)의 캠(6)에 대하여 압축하기 위해 스프링 와셔(21)를 통해 상기 두 부재에 작용한다. 태핏 본체의 측면 중 구동 축(3)을 향한 측면으로부터 태핏 본체(18) 내에 롤러 슈즈(22)가 삽입된다. 롤러 슈즈(22) 내 원통 영역 형상의 수납부에서 롤러 슈즈(22) 측면 중 구동 축(3)의 캠(6)을 향한 측면에 원통형 롤러(23)가 회전가능하게 지지된다.

회전 축(7)을 중심으로 구동 축(3)이 회전하면, 회전 운동이 캠(6) 및 태핏 어셈블리에 의해 펌프 피스톤(5)에 전달되어 펌프 피스톤이 상하로 운동함에 따라, 그에 상응하게 연료를 펌프 부재 안으로 이송하기 위한 흡입 행정 및 펌프 부재 안으로 이송된 연료의 압축을 위한 압축 행정이 실시된다. 그 후 압축된 또는 가압된 연료는 배출 밸브(17)에 의해 고압 어큐뮬레이터(15)에 제공된다.

도 1a의 펌프 작동 챔버(11)의 영역에서 도면 부호 24로 기재된 부분을 확대한 모습이 도 1b에 도시되어 있다. 펌프 작동 챔버(11)는 전술한 방식으로 실린더 보어(9) 내에서 펌프 피스톤(5)의 구동축(3) 반대편 단부면에 의해 제한된다. 펌프 피스톤(5)은 여기서 상사점 상의 한 위치에 도시되어 있으며, 회전 운동에 후속하여 구동 축(3)의 회전 운동을 통해 하향 운동이 야기되는 경우 실린더 보어(9) 내 펌프 피스톤(5)의 운동 방향이 화살표(25)로 기재되어 있다. 또한, 도면에서 연료 배출 채널(14)을 확인할 수 있으며, 상기 연료 배출 채널을 통해 펌프 피스톤(5)의 압축 행정시 고압이 가해진 연료가 펌프 작동 챔버(11)로부터 배출된다. 가압 연료의 유동 방향은 화살표(26)로 기재되어 있다. 상사점에 위치하는 펌프 피스톤(5) 상부에서 무용 공간 체적(27)을 확인할 수 있으며, 무용 공간 체적 역시 펌프 피스톤(5)을 따라서 환형 언더컷(28) 둘레에도 연장된다. 여기서 펌프 피스톤(5)의 바깥 둘레와 실린더 보어(9)의 내벽 사이에 있는 갭 크기(29)는 0.23㎜이다. 이미 논의한 것처럼, 연료 배출 채널(14)의 반대편 측면에 위치하는 후방 무용 공간 체적(27')은 기술적으로 불필요하다.

한 실시예에 따른 고압 펌프(1)의 한 부분이 도 2에 도시되어 있으며, 여기서는 무용 공간 체적(27)이 펌프 피스톤(5) 둘레에 편심으로 형성되어 있다. 도면 부호(30)는 무용 공간 체적(27)의 편심 형성부를 제조하기 위해 방사방향으로 이동되는 밀링 커터의 5㎜의 직경(D)을 개략적으로 표시한다. 알 수 있는 것처럼, 연료 배출 채널(14) 맞은 편에 있으며 도 1b에 도시된 후방 무용 공간 체적(27')은 편심 언더컷(28)의 제공으로 인해 제거되어 있다. 그에 반해 펌프 피스톤(5)의 바깥 둘레와 실린더 보어(9)의 내벽 사이에 연료 배출 채널(14)을 향한 측면에 존재하는 갭 크기(29)는 여기서 0.35㎜이다.

한 실시예에 따른 고압 펌프(1)의 또 다른 부분이 도 3에 도시되어 있으며, 여기서는 언더컷(28)이 펌프 피스톤(5) 둘레에 편심으로 형성되어 있다. 도면에서 알 수 있는 것처럼, 펌프 피스톤(5)의 바깥 둘레에는 펌프 피스톤(5)의 바깥 둘레의 한 영역과 여기에 도시되지 않은 실린더 보어 사이에 연료 배출 채널(여기에서 도 도시되지 않음, 도 1b 참고) 쪽 측면에 위치하는 무용 공간 체적(27)만이 형성된다. D₁, D₂ 및 D₃로 기입된 양방향 화살표는 기입된 방향에서 각각 제1, 제2 및 제3 직경을 의미하고, D₁은 6.5㎜, D₂는 5㎜ 및 D₃는 7.2㎜이다. 본 실시예에서 언더컷(28)의 높이(H)는 8.73㎜이다.

펌프 피스톤 둘레에 편심 언더컷이 제공됨으로써 연료 배출 채널 맞은 편에 위치하는 후방 무용 공간 체적이 제거된 고압 펌프(1)는 이송률이 훨씬 더 증가된, 개선된 이송 특성을 갖는다.

Claims

내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프(1)이며,
상기 고압 펌프(1)는 펌프 피스톤(5)을 포함하는 하나 이상의 펌프 부재(4)를 가지며, 펌프 피스톤은 펌프 작동 챔버(11) 내에 배치되어 행정 운동 동안 구동 축(3)의 회전을 통해 간접적으로 구동 축(3)의 회전축(7)에 대해 실질적으로 방사방향으로 구동되는, 내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프(1)에 있어서,
펌프 작동 챔버(11) 내 무용 공간 체적(27)이 펌프 피스톤(5) 둘레에 편심으로 형성된 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프(1).
제1항에 있어서, 펌프 부재는 고압 펌프(1)의 실린더 헤드(8) 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 실린더 헤드(8) 내에서 펌프 피스톤(5)의 상사점 둘레에 언더컷(28)이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프(1).
제3항에 있어서, 언더컷(38)이 펌프 피스톤(5) 둘레에 편심으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 펌프 작동 챔버(11)는 연료 배출 채널(14)과 연결되어 있으며, 상기 연료 배출 채널을 통해 고압이 가해진 연료가 고압 펌프(1)로부터 배출되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프(1).
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 펌프 피스톤(5) 둘레에 형성되는 언더컷(28)의 편심부는 연료 배출 채널(14) 맞은 편에서 무용 공간 체적(27)이 작아지도록, 특히 제거되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프(1).
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 언더컷(28)이 밀링 절삭을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프(1).
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 펌프 피스톤과 실린더 헤드(8) 내 실린더 보어(9) 사이 방사방향 갭 크기(29)는 연료 배출 채널(14)의 영역에서 최대 0.6㎜인 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프(1).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 고압 펌프(1)는 레이디얼 피스톤 펌프로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치용 고압 펌프(1).