KR20140019540A

KR20140019540A - 고압펌프

Info

Publication number: KR20140019540A
Application number: KR1020120085688A
Authority: KR
Inventors: 박용순
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2014-02-17

Abstract

본 발명은 내연기관에 적용되는 고압펌프에 있어서, 상기 내연기관의 연료를 고압으로 가압하는 플런저와, 상기 플런저의 하부에 배치되어 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는 캠과, 상기 캠에 의해 전환된 직선 운동을 전달하는 태핏바디와, 상기 태핏바디 내측에 설치되며 상기 캠과 접촉하는 2 이상의 볼 및 상기 태핏바디 내측에 설치되어 상기 플런저와 접촉하며 상기 2 이상의 볼을 수용할 수 있는 수용공간이 내부에 형성된 지지부재를 포함하는 고압펌프에 관한 것이다.

Description

고압펌프{HIGH PRESSURE PUMP}

본 발명은 고압펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디젤 커먼레일(common-rail) 연료분사 시스템 등에 사용되어 2000bar 이상의 고압으로 연료를 가압하여 공급하는 고압펌프에 관한 것이다.

도 1은 종래 롤러가 적용된 고압 연료펌프의 단면도이고, 도 2는 종래 고압연료펌프에 적용되는 롤러를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 차량의 내연기관에 적용되는 고압 연료펌프는 일반적으로 연료를 가압하기 위한 피스톤(10)와, 상기 피스톤(10)의 아래쪽에 배치된 캠(2)과, 상기 캠(2)과 상기 피스톤(10)의 사이에 배치되어, 캠(2)의 회전운동을 직선운동으로 전환하여 상기 피스톤(10)에 전달하기 위한 태핏(tappet)(30)과, 상기 태핏 내부에 배치되는 롤러 슈(roller shoe)(40), 상기 태핏(30) 및 상기 롤러 슈(roller shoe)(40) 내부에 설치되어 캠(2)과 구름 접촉하는 롤러(50) 및 상기 피스톤(10)에 복원력을 제공하는 리턴 스프링(20) 등을 포함하여 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기와 같은 종래의 고압 연료펌프에 적용되는 롤러(50)의 경우 양 측단면을 곡면부(51)로 형성함으로써 롤러(50)와 인접한 롤러 슈(roller shoe)(40) 또는 태핏(30)과의 마모를 방지하고 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 롤러의 경우 전체적으로 원기둥 형상으로서 회전시 반경 방향의 원주면이 롤러 슈(40)의 내주면 및 캠(2)의 외주면에 각각 접촉하게 되므로 접촉 면적이 넓어지게 되어 마찰력이 증가하고 이에 따라 구동토크도 증대되어 펌프 효율이 저하되는 문제가 있었다.

또한, 접촉 면적이 넓기 때문에 접촉면 마모에 의해 롤러(50)의 수명이 단축되고, 외부로부터 이물질이 유입될 경우 접촉면이 손상됨으로써 펌프 작동 불량이 발생될 가능성이 높은 문제가 있었다.

또한, 롤러(50)의 원활한 회전운동을 위해 롤러(50) 양 측단면을 곡면부(51)로 각각 가공해야 하기 때문에 가공성에 있어서도 불리한 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 구동토크를 감소시킴으로써 펌프의 효율을 높일 수 있고, 부품의 수명을 늘릴 수 있으며, 외부 이물질로부터 손상을 방지할 수 있는 고압펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 실시예에서는 고압펌프를 제공한다. 몇몇 실시예에서, 내연기관에 적용되는 고압펌프에 있어서, 상기 내연기관의 연료를 고압으로 가압하는 플런저; 상기 플런저의 하부에 배치되어 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는 캠; 상기 캠에 의해 전환된 직선 운동을 전달하는 태핏바디; 상기 태핏바디 내측에 설치되며 상기 캠과 접촉하는 2 이상의 볼; 및 상기 태핏바디 내측에 설치되어 상기 플런저와 접촉하며 상기 2 이상의 볼을 수용할 수 있는 수용공간이 내부에 형성된 지지부재;를 포함할 수 있다.

상기 수용공간은 상기 캠의 회전축과 평행한 방향으로 원형으로 관통된 공간으로서 그 내주면에 상기 볼의 외주면이 접촉하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 볼의 외주면에는 내마모성 재질의 코팅부가 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 수용공간의 내주면에는 내마모성 재질의 코팅부가 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 코팅부는 세라믹 재료, 탄소 화합물, 질화 티타늄, 텅스텐 카바이드 카본 또는 내마모성 합금 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 고압펌프에 의하면, 2 이상의 볼에 의해 캠샤프트의 회전 운동이 고압펌프의 플런저의 상하 운동으로 전달되므로 볼에 접촉하는 면적이 현저하게 감소함으로써 마찰력이 감소될 수 있다. 따라서, 구동토크 감소에 의해 고압펌프의 효율이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 경우 볼과 접촉하는 면적이 현저하게 감소하므로 외부 이물질이 유입되는 경우에도 이물질에 의해 볼이 손상되거나 마모될 염려가 적어 내구성과 강건성이 향상되고, 펌프의 작동 불량 가능성도 현저하게 감소되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 고압펌프의 경우 볼의 구면을 전체적으로 코팅을 하면 되므로 코팅 작업 자체가 용이해지고 균일하게 코팅부를 형성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 고압펌프의 단면도이다.
도 2는 도 1의 고압펌프의 롤러를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고압펌프의 내부 사시도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고압펌프의 종단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

설명의 편의를 위하여 첨부된 도면을 기준으로 상측은 '상부, 상측' 등으로 방향이 정의 될 수 있으며, 마찬가지로 도면을 기준으로 하측, 좌측 및 우측도 각각 '하부, 하측', '좌측' 및 '우측' 등으로 방향이 정의될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고압펌프(100)의 내부 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고압펌프(100)의 종단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 고압펌프(100)는 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 플런저(200)와, 캠(300)과, 태핏바디(400)와, 2 이상의 볼(500)과 지지부재(600)와 리턴스프링(700)을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 고압펌프(100)는 디젤 커먼레일(common-rail) 연료 분사 시스템 등에 적용되어 2000bar 이상의 고압으로 연료를 가압하여 커먼레일에 연료를 공급하는데 사용된다.

소정의 연료탱크로부터 공급되는 연료는 석션밸브(suction valve)(110)를 통과하여 고압실로 공급된다.

상기 플런저(200)는 고압펌프(100)가 적용되는 내연기관의 연료를 고압으로 가압하는 부분으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 석션 밸브를 통해 공급된 연료를 상하운동에 의해 고압으로 가압한다. 플런저(200)에 의해 고압으로 가압된 연료는 아웃렛 체크밸브(outlet check-valve)(120)를 통해 커먼레일로 공급된다.

상기 플런저(plunger)(200)는 캠샤프트(camshaft)(130)의 회전운동에 의해 상하로 작동하게 된다. 캠샤프트(130)에는 하나 이상의 캠(cam)(300)이 형성되어 있어 회전축(S)을 따라 상기 캠(300)의 회전하면 이와 연동하여 플런저(200)가 상하 운동하게 된다.

상기 플런저(200)의 캠(300)측 단부(210)는 원형의 디스크 형태를 가질 수 있고, 상기 플런저(200)와 일체로 형성되어 상기 2 이상의 볼(ball)(500)을 지지하는 지지부재(600)에 접한다.

캠(300)(cam)은 동력 전달 장치의 하나로서 회전 운동을 직선 운동 또는 그 반대로 바꾸는 기계요소이다.

상기 태핏바디(tappet body)(400)는 상기 캠(300)에 의해 전환된 직선 운동을 밸브에 전달하며, 특히 내연기관에서 캠(300)의 운동을 밸브에 전달하여 흡배기용 밸브를 여닫는 작용을 한다.

상기 태핏바디(400)는 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 전체적으로 중공의 원통 실린더 형태로 형성될 수 있으며, 원통형의 태핏바디(400) 내부에는 반경 방향의 내주면을 따라 형성된 중공(411)의 플레이트(plate)(410)가 형성된다.

상기 태핏바디(400) 내부에서 상기 플레이트(410) 상부에는 리턴스프링(return spring)(700)이 배치되어 상기 태핏바디(400)에 복원력을 제공하며, 상기 리턴스프링(700)과 태핏바디(400) 사이에는 관통된 원판 모양의 스프링 리테이너(spring retainer)(710)가 설치되어 리턴스프링(700)을 고정하고, 스프링의 힘을 전달한다. 따라서, 리턴스프링(700)의 힘에 의해 상기 태핏바디(400)는 상기 2 이상의 볼(500)이 상기 캠(300)의 외경면에 항상 접촉되도록 작용한다.

상기 태핏바디(400) 내부에서 상기 플레이트(410) 하부에는 상기 지지부재(600)가 설치된다.

상기 지지부재(600)는 상기 2 이상의 볼(500)을 수용할 수 있는 수용공간(610)이 형성되어 볼(500)의 회전을 지지한다.

상기 지지부재(600)의 상면은 상기 플레이트(410)의 중공(411)을 관통하여 연장된 상기 플런저(200)의 디스크와 접함으로써 캠(300)의 운동을 플런저(200)에 전달하게 된다.

하나 또는 다수의 실시예에서 상기 지지부재(600)의 수용공간(610)은 상기 캠(300)의 회전축(S)과 평행한 방향으로 원형으로 관통된 공간으로 형성되어 그 내주면에 상기 볼(500)의 외주면이 접촉하도록 할 수 있다.

상기 2 이상의 볼(500)은 상기 수용공간(610)에 배치되며 볼(500)의 외경면이 상기 캠(300)의 외경면과 구름 접촉한다. 상기 볼(500)은 고압펌프(100) 내에서 캠(300)과 접촉하여 캠샤프트의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하기 위한 전달 부재 역할을 한다.

하나 또는 다수의 실시예에서 상기 2 이상의 볼(500)은 도 4에 도시된 바와 같이 2개의 볼(500)로 구성될 수도 있고, 또는 도면에 도시되어 있지는 않지만 3개 이상의 볼(500)로 구성될 수도 있다. 볼(500)의 개수와 크기는 고압펌프(100)의 종류나 크기 등에 따라 달리 적용할 수 있다.

상기 볼(500)은 태핏바디(400)의 수용공간(610)의 내주면과 접촉하며, 특히, 양측 끝단에 배치된 볼(500)은 각각 태핏바디(400)의 측면부 내주면(420)과 각각 구름 접촉하게 된다.

종래기술과의 차이점은 도 1 내지 도 2에 도시된 종래기술의 롤러(50)의 경우 측면부가 단순하게 곡면부(51)로 가공되어 특정 지점(52)만 태핏(30)의 내주면에 지속적으로 접촉하게 된다. 따라서 곡면부 가공성이 떨어지고, 특정 지점(52)의 마모가 집중된다. 이에 반해, 본 발명은 롤러(50) 대신 볼(500)을 적용함으로써 가공성을 향상시키고, 볼(500)은 접촉하는 모든 면과 점접촉하는 동시에 구름접촉하여 회전하므로 마찰을 현저하게 감소시킬 수 있다. 따라서, 구동토크를 감소시킴으로써 펌프의 효율을 향상시킬 수 있다.

그리고 본 발명의 경우 볼과 접촉면적이 감소되므로 외부에서 이물질이 유입되더라도 이물질에 의한 손상 가능성이 줄어 들게 되어 펌프 작동 불량이 감소될 수 있다.

또한, 종래기술의 롤러(50)의 경우 곡면부(51)의 접촉지점(52)이 손상되면 롤러(50) 전체를 교체해야 하나, 본 발명에 따르면 2 이상의 볼(500) 중 일부가 마모된 경우 마모된 일부 볼(500)만 교체하면 되므로 교체가 용이하고 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

한편, 상기 볼(500)의 외주면에는 내마모성 재질의 코팅부(510)가 형성될 수 있다.

하나 또는 다수의 실시예에서 상기 코팅부(510)는 세라믹 재료, 탄소 화합물, 질화 티타늄, 텅스텐 카바이드 카본 또는 내마모성 합금 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 볼(500)의 외주면과 접하는 상기 수용공간(610)의 내주면에도 세라믹 재료, 탄소 화합물, 질화 티타늄, 텅스텐 카바이드 카본 또는 내마모성 합금 중 어느 하나로 이루어진 내마모성 재질의 코팅부(611)가 형성될 수 있다.

상기 내마모성 합금은 Cu, Zn, In, Sb 또는 Ag를 일부 함유하는 주석계 합금이나 질화물 또는 탄화물 형태의 경질 입자들이 포함된 합금 등이 될 수 있다.

상기 볼(500)의 외주면 또는 상기 수용공간(610)의 내주면을 텅스텐 카바이드 카본으로 코팅하게 되면 내구성이 향상되는 동시에 마찰계수가 낮아지게 되어 습동성도 향상될 수 있다.

상기 볼(500)의 외주면 또는 상기 수용공간(610) 내주면의 코팅부(510, 611)는 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 상기 코팅부(510, 611)가 복수의 층으로 형성되는 경우 각 층의 소재나 두께를 같거나 다르게 함으로써 최적의 내마모성 및 습동성을 확보할 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

100: 고압펌프 200: 플런저
300: 캠 400: 태핏바디
500: 볼 510: 코팅부
600: 지지부재 610: 수용공간
611: 코팅부 700: 리턴스프링

Claims

내연기관에 적용되는 고압펌프에 있어서,
상기 내연기관의 연료를 고압으로 가압하는 플런저;
상기 플런저의 하부에 배치되어 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는 캠;
상기 캠에 의해 전환된 직선 운동을 전달하는 태핏바디;
상기 태핏바디 내측에 설치되며 상기 캠과 접촉하는 2 이상의 볼; 및
상기 태핏바디 내측에 설치되어 상기 플런저와 접촉하며 상기 2 이상의 볼을 수용할 수 있는 수용공간이 내부에 형성된 지지부재;
를 포함하는 고압펌프.
제1항에 있어서,
상기 수용공간은 상기 캠의 회전축과 평행한 방향으로 원형으로 관통된 공간으로서 그 내주면에 상기 볼의 외주면이 접촉하는 것을 특징으로 하는 고압펌프.
제1항에 있어서,
상기 볼의 외주면에는 내마모성 재질의 코팅부가 형성되는 것을 특징으로 하는 고압펌프.
제1항에 있어서,
상기 수용공간의 내주면에는 내마모성 재질의 코팅부가 형성되는 것을 특징으로 하는 고압펌프.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 코팅부는 세라믹 재료, 탄소 화합물, 질화 티타늄, 텅스텐 카바이드 카본 또는 내마모성 합금 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 고압펌프용 롤러 구조.