KR20140137693A - 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프에 관한 것으로서, 내부공간(11)이 마련되고 그 상단부에 토출구(미도시)가 형성되며 그 하방 외주면 양측에 상기 내부공간과 연통되는 스필포트(12)가 각각 구비된 배럴(10)과, 상기 배럴(10)의 내부공간(11)에 배치되어 상하 승강되며 직경상에 놓이는 그 외주면에 각각 상하 수직한 세로홈(21)과, 이 세로홈(21)의 상단부에서 하방을 향해 경사지는 경사홈(22)을 갖는 플런저(20)와, 상기 플런저(20)의 하단부에 연결되고 외주면에 기어치(31)가 구비된 콘트롤슬리브(30) 및 상기 콘트롤슬리브(30)의 기어치(31)와 치합되어 가버너(미도시)를 통해 슬라이딩되면서 상기 콘트롤슬리브(30)를 정역 축회전시키는 랙기어(40)를 포함하고, 상기 플런저(20)는 상기 스필포트(12)와 경사홈이 만나 이 스필포트(12)로 연료가 빠져나가면서 생기는 반력에 의해 상기 플런저(20)가 연료공급을 증가시키는 방향으로 축 회전되는 것을 방지하기 위한 축회전 방지구조가 마련되어 있다.
따라서, 가버너가 연료분사 펌프를 제어할 수 없는 상황이 되어도 플런저는 반력에 영향을 받지 않고 오히려 연료를 감소시키는 방향으로 축 회전되도록 하여 결과적으로 엔진의 오버스피드 발생에 따른 제반 문제점을 해소할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

Description

연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프 {Fuel injection pump with fuel cut-off function}

본 발명은 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전원차단 또는 다른 이유에서 가버너 제어 불능에 의한 플런저의 축 회전 제어가 불능인 경우에 스필포트로 연료가 빠져나가면서 생기는 반력에 의해 상기 플런저가 연료공급을 증가시키는 방향으로 축 회전되는 것을 방지하기 위한 축회전 방지구조를 플런저에 마련함으로써, 기본적으로 가버너가 연료분사 펌프를 제어할 수 없는 상황이 되어도 플런저는 반력에 영향을 받지 않고 오히려 연료를 감소시키는 방향으로 축 회전되도록 하여 결과적으로 엔진의 오버스피드 발생에 따른 제반 문제점을 해소할 수 있게 되는 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프에 관한 것이다.

일반적으로 스필포트식의 보쉬형 연료분사 펌프를 살펴보면 주로 고속, 소형기관에 사용되어 왔으나 최근에는 대형기관에도 많이 적용되고 있다.

이러한 연료분사 펌프는 플런저의 상부에 경사홈과 세로홈이 가공되어 있으며, 플런저의 하강행정시에 스필포트로부터 연료를 흡입하고 상승행정시에 플런저의 외주면이 스필포트를 닫고 있는 동안 그 상단부의 연료는 압축되면서 압력이 급격히 상승된 후 토출밸브를 통해 토출되고, 플런저가 계속 상승하는 동안 경사홈이 스필포트에 다다르면 연료는 세로홈과 경사홈을 거쳐 스필포트로부터 빠져나가면서 분사가 완료된다.

그리고, 플런저의 홈과 스필포트와의 위치관계는 플런저를 회전시킴으로써 경사홈이 스필포트와 만나는 위치를 가변시켜 분사의 완료시기, 즉 유효행정거리를 변화시킬 수 있다.

이러한 작동은 플런저의 하부가 랙과 피니언에 의해 축 회전되면서 운전 중에도 경사홈이 위치를 변화시켜 분사량을 조절할 수 있게 된다.

일례로 종래 기술의 연료분사 펌프를 개략적으로 살펴보면, 도 1 내지 도 3에서 나타낸 것과 같이, 내부공간(11)이 마련되고 그 상단부에 토출구(미도시)가 형성되며 그 하방 외주면 양측에 상기 내부공간과 연통되는 스필포트(12)가 각각 구비된 배럴(10)과, 상기 배럴(10)의 내부공간(11)에 배치되어 상하 승강되며 직경상에 놓이는 그 외주면에 각각 상하 수직한 세로홈(21)과 이 세로홈(21)의 상단부에서 하방을 향해 경사지는 경사홈(22)을 갖는 플런저(20)와, 상기 플런저(20)의 하단부에 연결되고 외주면에 기어치(31)가 구비된 콘트롤슬리브(30) 및 상기 콘트롤슬리브(30)의 기어치(31)와 치합되어 가버너(미도시)를 통해 슬라이딩되면서 상기 콘트롤슬리브(30)를 정역 축회전시키는 랙기어(40)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

이러한 구성에 따른 종래 기술의 연료분사 펌프는 스필포트(12)를 통해 연료가 상기 배럴(10) 내부공간으로 유입되고 나서 상기 플런저(20)가 상승하게 되면 연료가 고압으로 압축되면서 배럴(10) 상단부의 토출구(미도시)를 통해 분사되며, 상기 상승하는 플런저(20)의 외주면과 밀착된 상태로 닫혀있던 상기 스필포트(12)가 상기 플러저(20)의 외주면에서 벗어나 그 하방의 경사홈(22)과 만나는 순간 상기 플런저(20) 상방의 압축 연료가 상기 세로홈(21)과 경사홈(22)을 통해 상기 스필포트(12)로 빠져나가게 되면서 연료 분사가 완료되고, 다시 플런저(20)는 하강하여 상기 스필포트(12)를 통해 상기 배럴(10)의 내부공간으로 연료를 공급받는다.

이러한 방식으로 상기 플런저(20)가 반복 승강되면서 연료를 지속적으로 압축하여 분사하게 되는 것이다.

한편, 연료 공급량을 조절하는 방법은 상기 경사홈(22)의 높낮이를 조절하여 이 경사홈(22)이 스필포트(12)와 만나는 시간 간격을 조절함으로써 연료 공급량 조절이 가능하게 된다.

이러한 경사홈(22) 높낮이 조절 방법은 별도의 가버너(미도시)를 통해 랙기어(40)를 조작하면 이와 치합되어 있는 콘트롤슬리브(30)의 축 회전이 이루어지게 되며 이에 따라 이와 일체형으로 연결되어 있는 상기 플런저(20)가 축 회전되면서 원하는 연료 공급량에 맞게 상기 플런저(20)의 경사홈(22) 위치를 조절할 수 있게 된다.

상기의 첨부된 도면에서는, 상기 플런저(20)가 시계방향으로 축 회전되면 상기 경사홈(22)과 스필포트(12)가 만나는 시간 간격이 길어지게 되면서 연료 공급량이 많아지고, 이와 반대로 상기 플런저(20)가 반시계방향으로 축 회전되면 상기 경사홈(22)과 스필포트(12)가 만나는 시간 간격이 짧아지게 되면서 연료 공급량이 적어지게 된다.

그러나, 이러한 종래 기술의 연료분사 펌프는 전원이 차단(black out)되면 (전자식)가버너 기능이 불능 상태가 되면서 랙기어(40)가 콘트롤슬리브(30)를 제어할 수 없는 상태가 되며, 이때 상기 콘트롤슬리브(30)와 일체형인 플런저(20)는 자유 축 회전 상태가 된다.

이러한 상태에서 플런저(20)가 연료 캠에 의해 계속 상하 운동하게 되면 상기 스필포트(12)와 경사홈이 만나 이 스필포트(12)로 연료가 빠져나가는 과정에서 이 연료 배출방향과 역 방향으로 반력이 생기게 되는데, 이 반력은 상기 플런저(20)의 세로홈(21)과 인접 플런저(20)의 외주면이 만나는 상하 직선 형상의 세로단턱부(21a)를 강타하여 플런저(20)가 시계방향으로 축 회전되도록 하는 원인이 된다.

그리고, 이렇게 지속적으로 세로단턱부(21a)가 강타되는 동안 상기 플런저(20)는 계속 축 회전되어 점점 연료 공급이 많아지는 경사홈(22) 위치를 제공하게 되면서 결과적으로 엔진의 오버스피드에 의한 엔진 손상 등을 유발하게 되는 문제점을 갖고 있었다.

대한민국 등록특허 제10-0895948호

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 도출된 것으로서, 전원차단 또는 다른 이유에서 가버너 제어 불능에 의한 플런저의 축 회전 제어가 불능인 경우에 스필포트로 연료가 빠져나가면서 생기는 반력에 의해 상기 플런저가 연료공급을 증가시키는 방향으로 축 회전되는 것을 방지하기 위한 축회전 방지구조를 플런저에 마련함으로써, 기본적으로 가버너가 연료분사 펌프를 제어할 수 없는 상황이 되어도 플런저는 반력에 영향을 받지 않고 오히려 연료를 감소시키는 방향으로 축 회전되도록 하여 결과적으로 엔진의 오버스피드 발생에 따른 제반 문제점을 해소할 수 있도록 하는 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프는 내부공간이 마련되고 그 상단부에 토출구가 형성되고 그 하방 외주면 양측에 상기 내부공간과 연통되는 스필포트가 각각 구비된 배럴; 상기 배럴의 내부공간에 배치되어 상하 승강되며 직경상에 놓이는 그 외주면에 각각 상하 수직한 세로홈과, 이 세로홈의 상단부에서 하방을 향해 경사지는 경사홈을 갖는 플런저; 상기 플런저의 하단부에 연결되고 외주면에 기어치가 구비된 콘트롤슬리브; 및 상기 콘트롤슬리브의 기어치와 치합되어 가버너를 통해 슬라이딩되면서 상기 콘트롤슬리브를 정역 축회전시키는 랙기어를 포함하여 구성되는 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프에 있어서, 상기 플런저는 상기 스필포트와 경사홈이 만나 이 스필포트로 연료가 빠져나가면서 생기는 반력에 의해 상기 플런저가 연료공급을 증가시키는 방향으로 축 회전되는 것을 방지하기 위한 축회전 방지구조가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프에 있어서, 상기 축회전 방지구조는, 상기 플런저의 세로홈 중 그 일측의 경사홈과 마주보는 반대편의 플런저 외주면 단부가 경사면 구조로 된 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프에 있어서, 상기 축회전 방지구조는, 상기 플런저의 세로홈 중 그 일측의 경사홈과 마주보는 반대편의 플런저 외주면 단부가 평면 구조로 된 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프에 있어서, 상기 경사면은 상기 세로홈의 상하 길이 전체에 대응해서 상기 플런저의 외주면 단부 상하단 전체에 걸쳐 형성된 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프에 있어서, 상기 경사면은 상기 세로홈의 바닥면과 접하는 접선을 기준으로 해서 상기 플런저의 외주면 단부가 상기 접선을 넘어서는 위치까지 연장되어 상기 경사면이 형성된 것일 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프는 전원차단 또는 다른 이유에서 가버너 제어 불능에 의한 플런저의 축 회전 제어가 불능인 경우에 스필포트로 연료가 빠져나가면서 생기는 반력에 의해 상기 플런저가 연료공급을 증가시키는 방향으로 축 회전되는 것을 방지하기 위한 축회전 방지구조를 플런저에 마련함으로써, 기본적으로 가버너가 연료분사 펌프를 제어할 수 없는 상황이 되어도 플런저는 반력에 영향을 받지 않고 오히려 연료를 감소시키는 방향으로 축 회전되도록 하여 결과적으로 엔진의 오버스피드 발생에 따른 제반 문제점을 해소할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

도 1은 종래 기술에 따른 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프를 나타낸 부분절개 사시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프의 플런저를 나타낸 요부사시도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프 중 플런저가 반력에 의해 축 회전되는 상태를 나타낸 개략평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프의 플런저를 나타낸 요부사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프 중 플런저가 반력에 의해 축 회전되는 상태를 나타낸 개략평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프 중 플런저가 반력에 의해 축 회전되는 상태를 나타낸 개략정면도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4 내지 도 6에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프는 내부공간(11)이 마련되고 그 상단부에 토출구(미도시)가 형성되며 그 하방 외주면 양측에 상기 내부공간과 연통되는 스필포트(12)가 각각 구비된 배럴(10)과, 상기 배럴(10)의 내부공간(11)에 배치되어 상하 승강되며 직경상에 놓이는 그 외주면에 각각 상하 수직한 세로홈(21)과, 이 세로홈(21)의 상단부에서 하방을 향해 경사지는 경사홈(22)을 갖는 플런저(20)와, 상기 플런저(20)의 하단부에 연결되고 외주면에 기어치(31)가 구비된 콘트롤슬리브(30) 및 상기 콘트롤슬리브(30)의 기어치(31)와 치합되어 가버너(미도시)를 통해 슬라이딩되면서 상기 콘트롤슬리브(30)를 정역 축회전시키는 랙기어(40)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

그리고, 상기 플런저(20)는 상기 스필포트(12)와 경사홈(22)이 만나 이 스필포트(12)로 연료가 빠져나가면서 생기는 반력에 의해 상기 플런저(20)가 연료공급을 증가시키는 방향으로 축 회전되는 것을 방지하기 위한 축회전 방지구조가 마련되어 있다.

여기서, 상기 축회전 방지구조는, 상기 플런저(20)의 세로홈(21) 중 그 일측의 경사홈(22)과 마주보는 반대편의 플런저(20) 외주면 단부가 경사면(23) 구조로 되어 있다.

즉, 종래 기술의 세로단턱부(21a)가 없어지고 그 자리에 상기 경사면(23)이 배치되는 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 경사면(23)은 상기 세로홈(21)의 상하 길이 전체에 대응해서 상기 플런저(20)의 외주면 단부 상하단 전체에 걸쳐 형성되어 있다.

그리고, 상기 경사면(23)은 상기 세로홈(21)의 바닥면과 접하는 접선을 기준으로 해서 상기 플런저(20)의 외주면 단부가 반대편 경사홈(22)방향(반시계방향)을 향해 상기 접선을 넘어서는 위치까지 연장되어 상기 경사면(23)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 경사면(23)이 접선을 넘어서는 위치에 형성되도록 함으로써, 스필포트(12)로 연료가 빠져나가면서 생기는 반력에 대한 충돌은 최소화되도록 하는 동시에 상기 플런저(20)의 상하 행정거리는 최대한 최초 설계시의 상하 행정거리에 근접되도록 하여 안정적인 플런저의 행정이 이루어지도록 할 수 있다.

한편, 상기 축회전 방지구조는, 상기 플런저의 세로홈 중 그 일측의 경사홈(22)과 마주보는 반대편의 플런저(20) 외주면 단부가 상기와 같이 경사면(23)으로 형성되는 이외에 완전 평면 구조로 형성할 수도 있을 것이다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 일 실시예인 연료분사 펌프는 스필포트(12)를 통해 연료가 상기 배럴(10) 내부공간으로 유입되고 나서 상기 플런저(20)가 상승하게 되면 연료가 고압으로 압축되면서 배럴(10) 상단부의 토출구(미도시)를 통해 분사되며, 상기 상승하는 플런저(20)의 외주면과 밀착된 상태로 닫혀있던 상기 스필포트(12)가 상기 플러저(20)의 외주면에서 벗어나 그 하방의 경사홈(22)과 만나는 순간 상기 플런저(20) 상방의 압축 연료가 상기 세로홈(21)과 경사홈(22)를 통해 상기 스필포트(12)로 빠져나가게 되면서 연료 분사가 완료되고, 다시 플런저(20)는 하강하여 상기 스필포트(12)를 통해 상기 배럴(10)의 내부공간으로 연료를 공급받는다.

이러한 방식으로 상기 플런저(20)가 반복 승강되면서 연료를 지속적으로 압축하여 분사하게 되는 것이다.

한편, 연료 공급량을 조절하는 방법은 상기 경사홈(22)의 높낮이를 조절하여 이 경사홈(22)이 스필포트(12)와 만나는 시간 간격을 조절함으로써 연료 공급량 조절이 가능하게 된다.

이러한 경사홈(22) 높낮이 조절 방법은 별도의 가버너(미도시)를 통해 랙기어(40)를 조작하면 이와 치합되어 있는 콘트롤슬리브(30)의 축 회전이 이루어지게 되며 이에 따라 이와 일체형으로 연결되어 있는 상기 플런저(20)가 축 회전되면서 원하는 연료 공급량에 맞게 상기 플런저(20)의 경사홈(22) 위치를 조절할 수 있게 된다.

본 발명에서는, 상기 플런저(20)가 시계방향으로 축 회전되면 상기 경사홈(22)과 스필포트(12)가 만나는 시간 간격이 길어지게 되면서 연료 공급량이 많아지고, 이와 반대로 상기 플런저(20)가 반시계방향으로 축 회전되면 상기 경사홈(22)과 스필포트(12)가 만나는 시간 간격이 짧아지게 되면서 연료 공급량이 적어지게 된다.

한편, 본 발명의 연료분사 펌프는 전원이 차단(black out)되면 (전자식)가버너 기능이 불능 상태가 되면서 랙기어(40)가 콘트롤슬리브(30)를 제어할 수 없는 상태가 되고, 이때 상기 콘트롤슬리브(30)와 일체형인 플런저(20)는 자유 축 회전 상태가 된다.

이러한 상태에서 플런저(20)가 작동하게 되면 상기 스필포트(12)와 경사홈이 만나 이 스필포트(12)로 연료가 빠져나가는 과정에서 이 연료 배출방향과 역 방향으로 반력이 생기더라도 이 반력은 상기 플런저(20)의 세로홈(21)과 인접 플런저(20)의 외주면이 만나는 경사면(23)을 타고 그대로 넘어가게 되면서 플런저(20)를 시계방향으로 축 회전시키게 되는 작용력은 사라지는 대신 그 반작용으로서 상기 반력이 반대편의 경사홈(22)과 그 인접 플런저(20)의 외주면의 경계에 해당되는 경사단턱부(22a)를 강타하여 오히려 플런저(20)가 반시계 방향으로 축회전되도록 하여 이에 따라 연료 공급량이 적어지게 되면서 결과적으로 스피드를 점차적으로 줄일 수 있게 된다.

위와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프는 전원차단 또는 다른 이유에서 가버너 제어 불능에 의한 플런저의 축 회전 제어가 불능인 경우에 스필포트로 연료가 빠져나가면서 생기는 반력에 의해 상기 플런저가 연료공급을 증가시키는 방향으로 축 회전되는 것을 방지하기 위한 축회전 방지구조를 플런저에 마련함으로써, 기본적으로 가버너가 연료분사 펌프를 제어할 수 없는 상황이 되어도 플런저는 반력에 영향을 받지 않고 오히려 연료를 감소시키는 방향으로 축 회전되도록 하여 결과적으로 엔진의 오버스피드 발생에 따른 제반 문제점을 해소할 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 상기의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 이러한 실시예를 종래의 공지 기술과 단순히 조합 적용한 변형예는 물론 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 용이하게 변경하여 이용할 수 있는 모든 기술들은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
10 : 배럴 11 : 내부공간
12 : 스필포트 20 : 플런저
21 : 세로홈 21a : 세로단턱부
22 : 경사홈 22a : 경사단턱부
23 : 경사면 30 : 콘트롤슬리브
31 : 기어치 40 : 랙기어

Claims (5)

1. 내부공간이 마련되고 그 상단부에 토출구가 형성되고 그 하방 외주면 양측에 상기 내부공간과 연통되는 스필포트가 각각 구비된 배럴;
   상기 배럴의 내부공간에 배치되어 상하 승강되며 직경상에 놓이는 그 외주면에 각각 상하 수직한 세로홈과, 이 세로홈의 상단부에서 하방을 향해 경사지는 경사홈을 갖는 플런저;
   상기 플런저의 하단부에 연결되고 외주면에 기어치가 구비된 콘트롤슬리브; 및
   상기 콘트롤슬리브의 기어치와 치합되어 가버너를 통해 슬라이딩되면서 상기 콘트롤슬리브를 정역 축회전시키는 랙기어;
   를 포함하여 구성되는 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프에 있어서,
   상기 플런저는 상기 스필포트와 경사홈이 만나 이 스필포트로 연료가 빠져나가면서 생기는 반력에 의해 상기 플런저가 연료공급을 증가시키는 방향으로 축 회전되는 것을 방지하기 위한 축회전 방지구조가 더 구비된 것을 특징으로 하는 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프.
2. 제1항에 있어서,
   상기 축회전 방지구조는,
   상기 플런저의 세로홈 중 그 일측의 경사홈과 마주보는 반대편의 플런저 외주면 단부가 경사면 구조로 된 것을 특징으로 하는 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프.
3. 제2항에 있어서,
   상기 경사면은 상기 세로홈의 상하 길이 전체에 대응해서 상기 플런저의 외주면 단부 상하단 전체에 걸쳐 형성된 것을 특징으로 하는 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프.
4. 제3항에 있어서,
   상기 경사면은 상기 세로홈의 바닥면과 접하는 접선을 기준으로 해서 상기 플런저의 외주면 단부가 상기 접선을 넘어서는 위치까지 연장되어 상기 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프.
5. 제1항에 있어서,
   상기 축회전 방지구조는,
   상기 플런저의 세로홈 중 그 일측의 경사홈과 마주보는 반대편의 플런저 외주면 단부가 평면 구조로 된 것을 특징으로 하는 연료차단 기능을 가진 플런저를 포함한 연료분사펌프.
   

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