KR20150132016A - 내연기관용 연료 시스템의 피스톤 펌프, 특히 연료 펌프 - Google Patents

내연기관용 연료 시스템의 피스톤 펌프, 특히 연료 펌프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관용 연료 시스템의 피스톤 펌프, 특히 연료 펌프에 관한 것이며, 상기 피스톤 펌프는 유입부(28), 유입부 측 저압 영역(20), 피스톤(32) 및 상기 피스톤(32)에 의해 한정되는 작동 챔버(30)를 포함하고, 상기 작동 챔버(30)로부터 멀리 향하는 상기 피스톤(32)의 섹션이 유체 챔버(48) 내에 배치되고, 상기 유체 챔버(48)는 적어도 일시적으로 상기 저압 영역(20)과 유압 연결된다. 본 발명에 따라, 상기 유입부(28)의 하류에서 적어도 하나의 제 1 연결 채널(50)은 상기 유입부 측 저압 영역(20)으로 분기되고, 적어도 하나의 제 2 연결 채널(52)은 상기 유체 챔버(48)로 분기된다. 또한, 상기 유체 챔버(48)는 적어도 하나의 제 3 연결 채널(54)에 의해 상기 유입부 측 저압 영역(20)에 연결된다.

Description

내연기관용 연료 시스템의 피스톤 펌프, 특히 연료 펌프{PISTON PUMP, PARTICULARLY FUEL PUMP FOR A FUEL SYSTEM FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 피스톤 펌프에 관한 것이다.
시장으로부터, 피스톤이 캠 또는 편심 원판으로 형성된 구동 장치에 의해 축 방향으로 이동될 수 있는 내연기관용 연료 시스템의 피스톤 펌프가 공지되어 있다. 피스톤의 필요한 복원력은 압축 스프링에 의해 형성된다. 작동에 의해 피스톤 펌프는 부분적으로 강하게 가열됨으로써, 피스톤 펌프의 특성 및/또는 그 내구성이 불리한 영향을 받을 수 있다.
본 발명의 과제는 피스톤 또는 유체 챔버를 외부에 대해 밀봉하는 피스톤 시일의 마모 및 피스톤을 안내하는 부시의 마모를 줄이고, 피스톤 펌프의 유입부에서 필요한 유압 압력을 줄이며, 피스톤 펌프 내의 증기 기포 형성을 줄이고, 특히 피스톤 시일의 영역에서 연료 및 오일의 바람직하지 않은 혼합을 줄이는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 피스톤 펌프에 의해 해결된다. 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 제시된다. 본 발명에 중요한 특징들은 또한 하기 설명 및 도면에 나타난다. 상기 특징들은 재차 명확히 지시되지 않더라도, 단독으로 및 상이한 조합으로 본 발명에 중요할 수 있다.
본 발명은 내연기관용 연료 시스템의 피스톤 펌프, 특히 연료 펌프에 관한 것이며, 상기 피스톤 펌프는 유입부, 유입부 측 저압 영역, 피스톤 및 상기 피스톤에 의해 한정되는 작동 챔버를 포함하고, 상기 작동 챔버로부터 멀리 향하는 피스톤의 섹션이 유체 챔버 내에 배치되고, 상기 유체 챔버는 적어도 일시적으로 저압 영역과 유압 연결된다.
피스톤은 상이한 직경을 가진 섹션들을 포함하는 스텝 피스톤으로서 구현될 수 있다. 이로 인해, 직경 단이 형성되고, 정확히 직경 단이 배치된 피스톤의 섹션은 유체 챔버 내에 배치될 수 있다. 따라서, 유체 챔버는 "스텝 챔버"라고도 한다. 주기적 축 방향 피스톤 운동은 상기 스텝 챔버 내에서 상응하는 주기적 체적 변동을 야기하므로, 유체 챔버 내로 연료가 흡입되고 상기 유체 챔버로부터 배출된다.
본 발명에 따라 유입부의 하류에서 적어도 하나의 제 1 연결 채널은 유입부 측 저압 영역으로 분기되고, 적어도 하나의 제 2 연결 채널은 유체 챔버로 분기된다. 또한, 유체 챔버는 적어도 하나의 제 3 연결 채널에 의해 유입부 측 저압 영역에 연결된다. 이로 인해, 유입부를 통해 유입되는 연료의 일부가 유체 챔버를 통해 흐를 수 있기 때문에, 유체 챔버 내의 온도가 현저히 낮아질 수 있다. 피스톤 펌프의 일 실시예에 따라, 유체 챔버를 통해 이루어지는 유동은 "주기적 흐름"일 수 있기 때문에 피스톤 펌프 내에 비교적 유체 체적을 포함한다.
본 발명은 특히 피스톤 또는 유체 챔버를 외부에 대해 (피스톤 펌프의 구동 장치에 대해) 밀봉하는 피스톤 시일("밀봉 립")의 마모 및 피스톤을 안내하는 부시의 마모가 줄어들 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 온도의 전술한 감소에 의해, 피스톤의 작동에 필요한 윤활에 영향을 주지 않으면서, 피스톤 펌프의 유입부에서 필요한 유압 압력(소위 "1차 압력")이 줄어들 수 있다. 이 경우, 피스톤 펌프 내의 소위 "증기 기포 형성" 및 가능한 "피스톤 막힘(piston jamming)"의 위험이 줄어들 수 있다. 특히 피스톤 시일의 영역에서 연료와 오일의 바람직하지 않은 혼합이 줄어들거나 방지될 수 있다.
피스톤 펌프의 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 연결 채널은, 유입되는 연료의 일부가 유입부 측 저압 영역으로 흐르고 유입되는 연료의 다른 부분이 유체 챔버로 흐르도록, 적어도 대략 동일한 유동 저항을 갖는다. 제 3 연결 채널은 연료가 유체 챔버로부터 제 3 연결 채널을 통해 배출되는 유압 유동 저항을 갖는다. 이로 인해, 본 발명에 따른 유동들이 간단히 구현될 수 있다. 바람직하게는 상기 유동 저항들이 각각의 연결 채널의 횡단면의 선택에 의해 조정될 수 있다. 연결 채널들이 홀들로서 구현되면, 이는 바람직하게는 홀 직경의 적절한 치수 설계에 의해 이루어질 수 있다.
피스톤 펌프의 다른 실시예에서, 유입부 측 저압 영역 내에 유압 압력 댐퍼가 배치된다. 압력 댐퍼에 의해 야기된 유압 저항을 고려해서, 유체 챔버를 통한 소정 유압 유동을 달성하기 위한 추가의 바람직한 가능성이 주어진다.
제 1 및 제 2 연결 채널이 유입부와 통하는 관통구의 섹션이면, 본 발명에 따른 피스톤 펌프가 간소화될 수 있다. 이로 인해 2개의 연결 채널들이 하나의 작업 단계에서 제조될 수 있어서, 비용이 절감된다. 피스톤 펌프의 일 실시예에서, 유입부가 상기 방식으로 제조된 관통구 내로 통하는 길이는 구조적으로, 제 1 연결 채널 대 제 2 연결 채널의 소정 상대 유동 저항이 미리 주어지도록 설정된다. 이로 인해, 2개의 연결 채널들이 경우에 따라 상이한 길이들 및 그에 따라 상이한 유동 저항들을 가질 수 있고, 이로 인해 유체 챔버를 통해 흐르는 연료의 양이 영향을 받을 수 있다.
피스톤 펌프의 일 실시예에서 제 1 및 제 2 연결 채널은 유입부 내로 통하는 블라인드 홀이다. 이로 인해, 제 1 및 제 2 연결 채널이 축 방향으로 서로 오프셋되어 배치될 수 있으므로, 추가의 구조적 가능성 및 피스톤 펌프의 간단한 실시가 주어질 수 있다. 특히, 제 1 및 제 2 연결 채널은 상이한 직경으로 구현될 수 있다.
또한, 제 3 연결 채널은 관통구일 수 있다. 이로 인해, 제 3 연결 채널은 특히 간단하므로 저렴하게 제조될 수 있다.
특히, 피스톤 펌프는 적어도 실질적으로 원통형인 하우징을 포함하고, 유입부는 방사방향 채널로서 형성되며 연결 채널들은 축 방향 채널들로서 형성된다. 이로 인해, 피스톤 펌프의 구조가 간단해지므로 비용이 절감될 수 있다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시예들이 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 내연기관용 연료시스템의 피스톤 펌프의 종단면도.
도 1은 여기서 피스톤 펌프(10)로서 구현된 고압 연료 펌프의 축 방향 단면도를 도시한다. 피스톤 펌프(10)는 도시되지 않은 내연기관용 (도시되지 않은) 연료 시스템, 예컨대 커먼 레일 연료 시스템의 부재이다. 피스톤 펌프(10)는 적어도 부분적으로 종축(12)을 중심으로 회전 대칭으로 구현된다.
피스톤 펌프(10)는 실질적으로 원통형인 하우징(14)을 포함하고, 상기 하우징은 플랜지(16)에 의해 내연기관의 (도시되지 않은) 엔진 블록에 나사 결합될 수 있다. 도 1의 상부 영역에서 피스톤 펌프(10)는 아치형 커버(18)와, 하우징(24)의 도면에서 볼 때 상부의 그리고 실질적으로 편평한 단부면 사이에 형성된 유입부 측 챔버형 저압 영역(20)을 포함하고, 상기 저압 영역 내에 피스톤 펌프(10)의 작동 중에 발생하는 압력 맥동을 감쇠시키는 유압 압력 댐퍼(22)가 배치된다.
도면에서 볼 때 좌측의 영역에, 피스톤 펌프(10)는 (도시되지 않은) 저압 연료 라인에 접속하기 위한 공급부(24)를 포함한다. 여기서, 공급부(24)는 하우징(14) 내에서 원통형으로 구현된 유체 챔버(26)와 연결되고, 상기 유체 챔버는 유입부(28)라고 하며 하우징(14)과 관련해서 방사 방향으로 구현된 채널에 연결된다. 피스톤 펌프(10)의 일 실시예에서, 공급부(24)에서 유체 챔버(26)의 영역에 유입부(28)를 통해 공급되는 연료량을 제어하기 위한 유량 제어 밸브가 배치된다. 그러나, 이는 도면에 명확히 도시되지 않는다.
또한, 피스톤 펌프(10)는 한편으로는 하우징(14)에 의해 그리고 다른 한편으로는 피스톤(32)의 도면에서 볼 때 상부의 단부 섹션에 의해 한정된다. 피스톤(32)은 부시(4) 내에서 도면에서 볼 때 수직으로 이동 가능하게 배치된다. 작동 챔버(30)로부터 멀리 향하고 직경 단을 포함하는 피스톤(32)의 섹션은 유체 챔버(48) 내에 배치되고, 유체 챔버는 적어도 일시적으로 저압 영역(20)과 유압 연결된다.
도 1의 하부 영역에 피스톤 펌프(10)는 또한: 대략 포트형으로 형성되어 하우징(14) 내로 압입되거나 또는 다른 방식으로 거기에 고정적으로 그리고 유체 밀봉 방식으로 결합된 스프링 수용부(36), 압축 하중을 받는 피스톤 스프링(38), 피스톤 시일(40), 및 피스톤(32)의 도면에서 볼 때 하부의 단부 섹션에 가압되는 스프링 컵(42)을 포함한다. 도면에서 볼 때 하부의 섹션, 특히 유체 챔버(48) 및 피스톤 시일(40)의 영역에서, 피스톤(32)은 중앙 섹션에서보다 더 작은 직경을 갖기 때문에, 전술한 직경 단이 형성되고, 유체 챔버(48) 내에서 피스톤(32)에 의해 변위된 유압 체적은 피스톤(32)의 축 방향 위치에 의존한다.
여기서, 작동 챔버(30)는 2개의 유압 채널(44) 및 (46)에 접속되고, 상기 유압 채널을 통해 작동 챔버(30)가 한편으로는 유입부 측 저압 영역(20)과 연결되고, 다른 한편으로는 피스톤 펌프(10)의 도시되지 않은 배출 밸브와 유압 연결된다.
또한, 피스톤 펌프(10)는 제 1 연결 채널(50)을 포함하고, 상기 연결 채널(50)은 도면에서 볼 때 유입부(28)의 하류에서 상부로 유입부 측 저압 영역(20)을 향해 분기된다. 또한, 피스톤 펌프(10)는 도면에서 볼 때 유입부(28)의 하류에서 하부로 유체 챔버(48)를 향해 분기되는 제 2 연결 채널(52)을 포함한다. 제 2 연결 채널(52)은 도면에서 볼 때 파선의 테두리로 표시된다.
또한, 피스톤 펌프(10)는 도면에서 볼 때 우측에 제 3 연결 채널(54)을 포함하고, 상기 연결 채널에 의해 유체 챔버(48)가 상부로 유입부 측 저압 영역(20)과 연결된다. 제 1 연결 채널(50), 제 2 연결 채널(52) 및 제 3 연결 채널(54)은 각각 종축(12)에 대해 실질적으로 평행하게 구현된다.
여기서, 3개의 연결 채널들(50, 52 및 54)은 축 방향 채널들로서 형성되고, 상기 채널들은 하우징(14) 내에 축 방향 보어로서 구현된다. 제 1 및 제 2 연결 채널(50) 및 (52)은 유입부(28) 내로 통하는 블라인드 홀로서 구현된다. 대안으로서, 제 1 및 제 2 연결 채널(50) 및 (52)은 유입부(28) 내로 통하는 관통구의 섹션들일 수 있다. 제 3 연결 채널(54)은 도 1에서 관통구로서 구현된다.
피스톤 펌프(10)의 도시되지 않은 실시예에서, 연결 채널들(50, 52 및 54) 중 적어도 하나는 종축(12)과 관련해서 "경사진 홀"로서 구현된다. 피스톤 펌프(10)의 도시되지 않은 다른 실시예에서, 하우징(14)은 금속 분말 사출 성형(MIM, "metal injection molding") 및/또는 세라믹 분말 사출 성형(CIM, "ceramic injection molding")의 방법에 의해 제조된다. 연결 채널들(50, 52 및 54)은 주조 공정에 의해 동시에 형성된다. 피스톤 펌프(10)의 도시되지 않은 다른 실시예에서, 연결 채널들(50, 52 및 54) 중 적어도 하나는 외부 유압 라인으로서 구현되고, 상기 라인은 예를 들면 나사 결합 또는 용접에 의해 피스톤 펌프(10)의 접속부들에 접속된다.
여기서, 제 1 및 제 2 연결 채널(50 및 52)은 적어도 대략 동일한 유동 저항을 갖는다. 이는, 공급부(24) 및 유입부(28)을 통해 유입되는 연료의 일부가 유입부 측 저압 영역(20)을 향해 흐르며 유입되는 연료의 다른 부분은 유체 챔버(48)를 향해 흐르도록 이루어진다. 제 3 연결 채널(54)은, 연료가 유체 챔버(48)로부터 제 3 연결 채널(54)을 통해 배출될 수 있는, 유압 유동 저항을 갖는다.
피스톤 펌프(10)의 작동 중에 피스톤(32)은 도시되지 않은 구동 장치를 통해 스프링 컵(42)에 의해 주기적으로 종축(12)의 방향으로 축 방향으로 이동된다. 이 경우 피스톤 시일(40)은 주변에 있는 연료에 의해 윤활된다. 흡입 행정 중에 피스톤(32)은 도면에서 볼 때 하부로 이동되기 때문에, 연료는 유입부 측 저압 영역(20)으로부터 작동 챔버(30) 내로 흐를 수 있다. 팽창 행정 중에 피스톤(32)은 도면에서 볼 때 상부로 이동되기 때문에, 연료는 작동 챔버(30)로부터 압축된 상태로 (도시되지 않은) 배출 밸브를 통해 연료 고압 어큐뮬레이터(도시되지 않음) 내로 송출된다.
피스톤 이동의 결과로서, 전술한 바와 같이 유체 챔버(48) 내에서 피스톤(32)에 의해 변위된 유압 체적이 주기적으로 작아지고 커진다. 화살표 56으로 표시된 연료의 제 1 유동은 공급부(24)로부터 유체 챔버(26)를 통해, 그 후에 유입부(28)를 통해 그리고 그 후에 제 1 연결 채널(50)을 통해 피스톤 펌프(10)의 도면에서 볼 때 상부의 영역 내의 유입부 측 저압 영역(20)으로 이루어진다.
압력 댐퍼(22)에 의해 야기된 유압 저항을 고려해서, 제 2 연결 채널(52)을 통해 - 적어도 시간 평균으로 볼 때 - 화살표 58로 표시된 연료의 제 2 유동이 주어진다. 공급부(24)로부터 비교적 차가운 연료가 유체 챔버(26)를 통해, 그 후에 유입부(28)를 통해, 그 후에 제 2 연결 채널(52)을 통해, 그 후에 유체 챔버(48)를 통해 그리고 그 후에 제 3 연결 채널(54)을 통해 피스톤 펌프(10)의 상부 영역 내의 유입부 측 저압 영역(20)으로 도달한다. 이로 인해, 유체 챔버(48)가 냉각될 수 있다.
특히, 화살표 58에 따른 연료의 전술한 제 2 유동에 의해, 피스톤 펌프(10)의 작동 온도가 낮아질 수 있다. 이로 인해, 공급부(24)에서의 유압 압력이 비교적 낮을 때도 피스톤 펌프(10) 내의 증기 기포 형성이 방지될 수 있다. 그 결과, 피스톤 시일(40)의 영역에서 피스톤(32)의 윤활이 개선될 수 있다.
피스톤 펌프(10)의 특성에 따라 그리고 특히 연결 채널들(50, 52 및 54)의 설계에 따라 화살표 58로 표시된 제 2 유동이 최적화될 수 있다. 이는 예컨대 각각의 유압 횡단면의 구조적 조정에 의해 가능하다. 마찬가지로 종축(12)과 관련해서 유입부(28)의 축 방향 또는 수직 위치가 구조적으로 조정됨으로써, 유압 유동의 최적화 시에 추가 자유도가 주어진다.
10 피스톤 펌프
20 저압 영역
22 압력 댐퍼
28 유입부
30 작동 챔버
32 피스톤
48 유체 챔버
50 제 1 연결 채널
52 제 2 연결 채널
54 제 3 연결 채널

Claims (7)

  1. 내연기관용 연료 시스템의 피스톤 펌프(10), 특히 연료 펌프로서, 상기 피스톤 펌프는 유입부(28), 유입부 측 저압 영역(20), 피스톤(32) 및 상기 피스톤(32)에 의해 한정되는 작동 챔버(30)를 포함하고, 상기 작동 챔버(30)로부터 멀리 향하는 상기 피스톤(32)의 섹션이 유체 챔버(48) 내에 배치되고, 상기 유체 챔버(48)는 적어도 일시적으로 상기 저압 영역(20)과 유압 연결되는, 피스톤 펌프에 있어서,
    상기 유입부(28)의 하류에서 적어도 하나의 제 1 연결 채널(50)은 상기 유입부 측 저압 영역(20)으로 분기되고, 적어도 하나의 제 2 연결 채널(52)은 상기 유체 챔버(48)로 분기되며, 상기 유체 챔버(48)는 적어도 하나의 제 3 연결 채널(54)에 의해 상기 유입부 측 저압 영역(20)에 연결되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 연결 채널(50, 52)은, 유입되는 연료의 일부가 상기 유입부 측 저압 영역(20)으로 흐르고 유입되는 연료의 다른 부분이 상기 유체 챔버(48) 내로 흐르도록, 적어도 대략 동일한 유동 저항을 갖고, 상기 제 3 연결 채널(54)은 연료가 상기 유체 챔버(48)로부터 상기 제 3 연결 채널(54)을 통해 배출되는 유압 유동 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유입부 측 저압 영역(20) 내에 유압 압력 댐퍼(22)가 배치되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 연결 채널(50, 52)은 유입부(28)와 통하는 관통구의 섹션인 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 연결 채널(50, 52)은 상기 유입부(28) 내로 통하는 블라인드 홀인 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 3 연결 채널(54)은 관통구인 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤 펌프(10)는 적어도 실질적으로 원통형인 하우징(14)을 포함하고, 상기 유입부(28)는 방사방향 채널로서 형성되며 상기 연결 채널들(50, 52, 54)은 축 방향 채널들로서 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
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