KR20160008790A

KR20160008790A - 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프

Info

Publication number: KR20160008790A
Application number: KR1020140088938A
Authority: KR
Inventors: 강명권; 신용남; 박용덕; 최규성
Original assignee: (주)모토닉
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2016-01-25
Also published as: KR101603656B1

Abstract

직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에 관한 것으로, 측면에 입구측 및 토출측 개공이 형성되며 상부에 댐퍼부가 장착되는 댐퍼결합부가 형성된 바디, 상기 바디의 하부에 결합되고 내부에 연료의 흡입력을 발생하는 흡입수단이 구비되는 브래킷, 상기 바디의 댐퍼결합부에 결합되며 흡입된 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부, 상기 토출측 개공에 결합되는 토출측 체크밸브 및 입구측 체크밸브를 개폐 동작시켜 상기 토출측 체크밸브를 통해 토출되는 연료의 공급 유량 및 토출 압력을 제어하는 유량제어밸브를 포함하는 구성을 마련하여, 유량제어밸브 내부에 마련된 액추에이터(솔레노이드)의 동작시 발생하는 소음 및 진동을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프{HIGH PRESURE FUEL PUMP FOR DIRECT INJECTION TYPE GASOLINE ENGINE}

본 발명은 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가솔린 엔진이 공기를 흡입하여 압축한 후 가솔린 연료를 실린더 내부에 직접 분사하도록 고압으로 압축하여 인젝터에 공급하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에 관한 것이다.

가솔린 엔진의 연비 및 성능을 개선하기 위하여 직접분사식 엔진(Gasoline Direct Injection type engine) 기술이 개발되고 있다.

통상의 가솔린 엔진은 공기/연료 혼합기(air/fuel mixture)의 흡입/압축/점화/폭발/배기 과정에 의해 동력을 발생하는데 반해, 직접분사식 가솔린 엔진은 공기만을 흡입하여 압축한 후 연료를 분사한다.

이러한 방식은 디젤 기관의 압축 착화 방식과 유사하다.

따라서 직접분사식 가솔린 엔진은 통상적인 가솔린 엔진의 압축비(compression ratio)의 한계를 넘는 높은 압축비를 구현할 수 있어 연비를 극대화할 수 있는 이점이 있다.

이러한 직접분사식 가솔린 엔진에서는 연료압력이 매우 중요한 요소가 되며, 이를 위하여 고성능의 고압연료펌프를 필요로 한다.

예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 개시해서 출원하여 등록받은 바 있다.

한편, 종래기술에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 엔진 캠축에 장착되어 캠의 회전력에 의해 펌프 축이 회전하고, 그 회전력에 의해 펌프의 피스톤이 운동하여 압력을 형성해서 가솔린 연료를 인젝터로 공급하도록 구성된다.

이를 위해, 종래기술에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에는 입구측 체크밸브의 개폐동작을 제어하여 고압연료펌프의 토출 유량을 제어하는 유량제어밸브가 마련된다.

대한민국 특허 등록번호 제10-1171995호(2012년 8월 8일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1182130호(2012년 9월 12일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1361612호(2014년 2월 13일 공고)

그러나 유량제어밸브를 동작시키는 액추에이터는 고압연료펌프 구동시 입구측 체크밸브에 마련된 스토퍼와의 충돌시 충격에 의한 진동 및 소음을 발생시킨다.

특히, 액추에이터는 엔진이 상대적으로 조용한 저속 구간에서 입구측 체크밸브가 동작하면서 고주파소음을 발생시킴에 따라, 종래기술에 따른 고압연료펌프는 운전자에게 소음으로 인한 불만족감을 증대시키는 원인이 되었다.

또한, 종래기술에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 유량제어밸브의 액추에이터에 마련되는 스프링 장착부가 개방형으로 형성되어 고압연료펌프의 바디 외측에 결합됨에 따라, 동작시 발생하는 소음을 고압연료펌프의 외측으로 방출하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 출원인은 상기의 특허문헌 3에 액추에이터 동작시 발생하는 소음 및 진동을 최소화하는 유량제어밸브 기술을 개시해서 출원하여 등록받은 바 있다.

그러나 특허문헌 3의 구성을 적용하더라도 액추에이터 동작시 발생하는 진동 및 소음을 완전히 제거하기에는 한계가 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유량제어밸브 내부에 마련되는 액추에이터의 동작시 발생하는 소음 및 진동을 최소화할 수 있는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 유로가이드의 형상을 개선하여 연료의 유동속도를 높이고, 입구측 체크밸브의 동작 안정성을 향상시킬 수 있는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 측면에 입구측 및 토출측 개공이 형성되며 상부에 댐퍼부가 장착되는 댐퍼결합부가 형성된 바디, 상기 바디의 하부에 결합되고 내부에 연료의 흡입력을 발생하는 흡입수단이 구비되는 브래킷, 상기 바디의 댐퍼결합부에 결합되며 흡입된 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부, 상기 토출측 개공에 결합되는 토출측 체크밸브 및 입구측 체크밸브를 개폐 동작시켜 상기 토출측 체크밸브를 통해 토출되는 연료의 공급 유량 및 토출 압력을 제어하는 유량제어밸브를 포함하고, 상기 유량제어밸브는 솔레노이드 내부에 마련된 플런저 및 상기 플런저에 결합되고 입구측 체크밸브를 개폐 동작시키는 니들의 운동 질량을 감소시켜 상기 솔레노이드의 동작 시 발생하는 소음 및 진동을 감쇄하는 것을 특징으로 한다.

상기 유량제어밸브는 전류를 공급받아 내부에 마련된 플런저를 직선 왕복운동시키는 솔레노이드, 상기 솔레노이드의 동작에 의해 내부로 유입된 연료의 역류를 방지면서 연료를 고압연료펌프의 토출측 체크밸브로 공급하는 입구측 체크밸브, 상기 솔레노이드의 동작에 의해 직선 왕복운동하여 상기 입구측 체크밸브를 개폐 동작시키는 니들 및 상기 니들의 직선 왕복운동을 가이드하는 니들 가이드를 포함하고, 상기 플런저와 니들은 각각 운동 질량을 최소화하여 동작시 발생하는 소음 및 진동을 감쇄하도록 원기둥 및 원형 바 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 니들 가이드는 상면이 개구된 컵 형상으로 형성되고, 상기 니들 가이드 내부에는 상기 플런저의 직선 왕복운동시 연료의 압력을 이용해서 진동 및 소음을 흡수하도록 연료가 충진되는 것을 특징으로 한다.

상기 플런저에는 상기 니들의 상단부가 삽입되는 삽입홈이 형성되고, 상기 니들 가이드와 플런저 사이의 연료를 상기 코어 측으로 전달하도록 상기 삽입홈 외측에 이동유로가 형성되며, 상기 삽입홈과 연결되는 연통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 코어와 플런저를 선 접촉시키도록 상기 코어의 하단부 또는 플런저의 상단부에는 환형 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 코어와 플런저를 선 접촉 시키도록 상기 코어의 하단부 또는 플런저의 상단부에는 환형 돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 입구측 체크밸브는 상면이 개구된 원통 형상으로 형성되고 중앙에 연료가 충진되는 충진공간이 형성되는 몸체, 상기 충진공간에 충진된 연료를 고압연료펌프 내부로 전달하는 전달공을 개폐하는 밸브체, 상기 몸체의 하부에 결합되는 스토퍼 및 상기 밸브체에 탄성력을 제공하는 탄성스프링을 포함하고, 상기 몸체의 하단부에는 몸체의 전달공을 통해 고압연료펌프 내부로 유입되는 연료의 이동을 가이드하는 가이드 유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 가이드 유로의 외측벽은 연료의 이동시 와류 발생을 방지하도록 외측벽이 외측 하단을 향해 경사진 경사면으로 형성되거나, 미리 설정된 곡률을 가진 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 밸브체의 하부에는 상기 탄성스프링의 상단부가 삽입되는 환형 리브가 형성되고, 상기 스토퍼는 상면이 개구된 캡 형상으로 형성되며, 상기 환형 리브는 상기 입구측 체크밸브의 작동 안정성을 향상시키도록 상기 스토퍼의 하단부 내측벽을 따라 승강 동작하는 것을 특징으로 한다.

상기 유량제어밸브에 마련되는 니들과 니들 가이드는 상기 유량제어밸브의 동작시 발생하는 소음 및 진동을 상기 바디로 전달하도록 상기 바디의 외면에 밀착되게 설치되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에 의하면, 유량제어밸브 내부에 마련된 액추에이터(솔레노이드)의 동작시 발생하는 소음 및 진동을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

즉, 본 발명에 의하면, 니들 가이드를 컵 형상으로 형성해서 니들 가이드 내부에 연료를 충진시켜 연료의 압력을 이용해서 충격에 의한 소음 및 진동을 흡수하고, 플런저의 최대 하강위치보다 하부에 니들 가이드를 설치함으로써, 플런저와 니들 가이드의 충돌을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 니들을 원형 바 형상으로 형성하고 플런저를 원기둥 형상으로 형성해서 니들과 플런저의 운동 질량을 최소화하며, 코어의 하단이나 플런저의 상단에 환형 홈이나 환형 돌기를 형성해서 코어와 플런저의 접촉 면적을 최소화함으로써, 플런저와 코어의 충돌로 인한 소음 및 진동을 감쇄할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 의하면, 입구측 체크밸브의 몸체 하부에 가이드 유로를 형성해서 몸체 내부로 유입된 연료가 바디로 전달되는 과정에서 와류 발생을 방지하고, 연료의 이동속도를 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 입구측 체크밸브의 밸브체 하부에 환형 리브를 형성해서 캡 형상으로 형성된 스토퍼의 하단부 내측벽을 따라 밸브체를 승강 동작시킴에 따라, 밸브체의 승강 동작시 유동 및 오작동을 방지하여 동작 안전성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

결과적으로, 본 발명에 의하면, 유량제어밸브의 동작시 발생하는 소음 및 진동을 최소화하여 고압연료펌프가 장착된 차량 주행시 소음 및 진동으로 인한 운전자의 거부감을 제거해서 제품에 대한 신뢰도를 향상시키는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유량제어밸브를 구비한 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 고압연료펌프의 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 유량제어밸브의 사시도,
도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 유량제어밸브의 분해 사시도 및 확대 단면도,
도 6은 도 4에 도시된 코어의 확대도,
도 7은 도 4에 도시된 몸체의 확대도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유량제어밸브를 구비한 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 실시 예에서 설명하는 고압연료펌프는 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 하나의 펌프 피스톤을 갖는 싱글 피스톤(single-piston) 타입의 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프임에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유량제어밸브를 구비한 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 고압연료펌프의 단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유량제어밸브를 구비한 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 측면에 입구측 및 토출측 개공(11,12)이 형성되며 상부에 댐퍼부(30)가 장착되는 댐퍼결합부(13)가 형성된 바디(10), 바디(10)의 하부에 결합되고 내부에 연료의 흡입력을 발생하는 흡입수단(21)이 구비되는 브래킷(20), 바디(10)의 댐퍼결합부(13)에 결합되며 흡입된 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부(30), 입구측 개공(11)에 결합되며 연료의 공급 유량 및 토출 압력을 제어하도록 입구측 체크밸브(50)를 개폐 동작시키는 유량제어밸브(40) 및 토출측 개공(12)에 결합되는 토출측 체크밸브(60)를 포함한다.

이와 함께, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 바디(10)와 엔진 캠축(도면 미도시)의 캠 사이에 흡입수단(21)과 일체가 되도록 결합되고 캠의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환하여 흡입수단(21)으로 전달하는 롤러태핏부(도면 미도시)를 더 포함할 수 있다.

유량제어밸브(40)는 솔레노이드의 작동에 의해 입구측 체크밸브(50)의 개폐 동작을 제어해서 댐퍼부(30)를 경유하여 유량제어밸브(40)로 이송된 연료를 입구측 체크밸브(50)를 거쳐 토출측 체크밸브(60)로 이송하는 기능을 한다.

따라서, 유량제어밸브(40)는 솔레노이드의 동작에 의해 입구측 체크밸브(50)의 개폐동작을 제어함으로써, 고압연료펌프의 바디(10)로 공급되는 연료의 공급 유량 및 토출 압력을 조절할 수 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 유량제어밸브의 구성을 상세하게 설명한다.

도 3은 도 2에 도시된 유량제어밸브의 사시도이고, 도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 유량제어밸브의 분해 사시도 및 확대 단면도이다.

이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.

즉, 도 3 및 도 4에서 유량제어밸브(40)의 하우징(42)을 중심으로 입구측 체크밸브(50)가 설치되는 방향을 '전방 또는 선단측(F)'이라 하고, 그 반대측을 '후방 또는 후단측(B)'이라 한다.

마찬가지로, 하우징(42)을 중심으로 상하측 및 좌우측을 각각 '상하 방향(U,D) 및 좌우 방향'(L,R)이라 한다.

유량제어밸브(40)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전류를 공급받아 내부에 마련된 플런저를 직선 왕복운동시키는 솔레노이드(41), 일측이 개구된 원통 형상으로 형성되고 내부에 솔레노이드(41)가 설치되는 하우징(42), 하우징(42)의 후단에 밀봉하는 커버(43), 하우징(42)의 선단에 설치되고 내부로 유입된 연료의 역류를 방지면서 연료를 토출측 체크밸브(60)로 공급하는 입구측 체크밸브(50), 솔레노이드(41)의 동작에 의해 직선 왕복운동하여 입구측 체크밸브(50)를 개폐 동작시키는 니들(44), 하우징(42)의 선단부에 결합되고 니들(44)의 직선 왕복운동을 가이드하는 니들 가이드(45) 및 솔레노이드(41) 내부에 설치되어 니들(44)에 복원력을 제공하는 스프링(46)을 포함할 수 있다.

솔레노이드(41)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 외주면에 코일(411)이 감기는 보빈(412), 보빈(412)의 내부에 설치되는 코어(413) 및 코일(411)에 전류가 공급되면서 발생하는 자기장에 의해 직선 왕복운동하는 플런저(414)를 포함할 수 있다.

하우징(42)은 양단이 개구된 원통 형상으로 형성되고, 하우징(42)의 후단에는 커버(43)가 결합되며, 하우징(42)의 선단부에는 입구측 개공(11)에 결합되는 케이싱(421)이 결합될 수 있다.

케이싱(421)은 중앙부에 니들 가이드(45)가 설치되도록 설치공간이 형성된 원통 형상으로 형성되고, 케이싱(421)의 후단부에는 솔레노이드(41)의 보빈(412) 내부에 결합되는 환형 돌부(422)가 형성될 수 있다.

이를 위해, 플런저(414)는 원기둥 형상으로 형성되고, 플런저(414)의 선단에는 니들(44)의 후단부가 결합되는 결합홈(415)이 형성되고, 코어(413)의 선단부에는 니들(44)에 복원력을 제공하는 스프링(46)이 삽입되는 삽입홈(416)이 형성될 수 있다.

그래서 플런저(414)는 코일(411)에 전류가 공급되면, 도 5에서 보았을 때, 코일(411)에서 발생하는 자기장에 의해 스프링(46)의 탄성력을 이기고 코어(413) 측으로 이동하고, 플런저(414)에 결합된 니들(44)이 상승 동작하면서 입구측 체크밸브(50)가 폐쇄된다.

반면, 플런저(414)는 코일(411)에 공급되는 전류가 차단되면, 스프링(46)의 탄성력에 의해 니들(44) 측으로 이동하고, 니들(44)이 하강 동작하면서 입구측 체크밸브(50)가 개방된다.

여기서, 플런저(414)에는 삽입홈(416) 외측에 니들 가이드(45)와 플런저(414) 사이의 연료를 플런저(414)와 코어(413) 사이 공간으로 전달할 수 있도록 적어도 하나 이상의 이동유로가 형성될 수 있다.

그리고 플런저(414)에는 삽입홈(416)과 연결되어 니들 가이드(45)와 플런저(414) 사이의 연료를 코어(413) 측으로 전달하는 연통공이 형성될 수 있다.

도 6은 도 4에 도시된 코어의 확대도이다.

플런저(414)의 승강 동작 과정에서 플런저(414)와 코어(413)의 접촉되는 면적을 최소화할 수 있도록, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 코어(413)의 하단부에는 환형 홈(417)이 형성될 수 있다.

또는, 코어(413)의 하단부에는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 환형 돌기(418)가 형성될 수 있다.

물론, 본 발명은 환형 돌기(418)와 환형 홈(417)을 각각 플런저(414)의 상단부에 형성하도록 변경될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명은 플런저 동작시 플런저와 코어를 선 접촉 시켜 접촉 면적을 최소화함으로써, 플런저와 코어의 충돌에 의한 진동 및 소음 발생을 최소화할 수 있다.

여기서, 플런저(414)와 코어(413)는 각각 니들(44)의 스트로크(stroke)를 미리 설정된 기준값으로 제어할 수 있도록, 일정한 높이로 제작되는 것이 바람직하다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 코어(413)와 케이싱(421) 사이에는 슬리브(419)가 설치될 수 있다.

슬리브(419)는 원통 형상으로 형성되고, 코어(413)의 하단부와 케이싱(421)의 상단부가 각각 내부에 결합된 상태에서 겹치기 용접 방식으로 접합될 수 있다.

여기서, 플런저(414)가 승강 동작하는 공간을 제공하는 슬리브(419)의 내경은 플런저(414) 및 니들(44)의 스트로크를 결정하는 중요한 요소이다.

그래서 본 발명은 코어와 케이싱 사이에 슬리브를 설치하고, 겹치기 용접 방식으로 접합함에 따라, 용접 과정에서 열에 의해 슬리브의 내경, 즉 플런저 승강 동작 공간의 변형(수축)을 최소화할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 니들 및 플런저의 스트로크를 정밀하게 제어할 수 있고, 공정 관리 작업의 효율성을 향상시킬 수 있다.

하우징(42)의 일단에는 솔레노이드(41)의 코어(413) 및 코일(411)과 전기적으로 연결되는 커넥터(47)가 설치될 수 있다.

니들(44)은 단면이 원 형상인 바 형상으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 종래기술에서 니들 중앙부에 형성되는 플랜지를 제거하여 니들을 원형 바 형상으로 형성하고, 플런저의 부피 및 질량을 감소시켜 니들과 플런저의 운동 질량(moving mass)을 최소화함으로써, 유량제어밸브의 동작시 발생하는 진동 및 소음을 방지할 수 있다.

제품에 적용한 실험 결과에 따르면, 본 발명은 종래기술에 적용되는 니들과 플런저의 질량(약 3.79g)에 비해 니들과 플런저의 질량(약 1.48g)을 약 60% 감소시킴으로써, 니들과 플런저의 운동 질량을 최소화할 수 있다.

니들 가이드(45)는 상면이 개구된 컵(cup) 형상으로 형성되고, 니들 가이드(45)의 하면에는 니들(44)이 승강 동작 가능하게 설치되는 설치공이 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 니들 가이드를 컵 형상으로 형성함에 따라, 니들 가이드 내부 공간에 연료를 충진시켜 연료 압력을 이용해서 니들 및 플런저의 승강 동작시 발생하는 소음 및 진동을 흡수할 수 있다.

한편, 니들 가이드(45)는 케이싱(421)의 중앙부에 형성된 설치공간에 압입 결합되고, 플런저(414)의 하강 동작시 충돌에 의한 진동 및 소음 발생을 방지하도록 니들 가이드(45)의 상단은 플런저(414)의 최대 하강위치보다 하부에 위치하도록 설치되는 것이 바람직하다.

니들(44)과 니들 가이드(45)는 플런저(414)의 직선 왕복운동 시 발생하는 소음 및 진동을 바디(10)로 전달해서 감소시키기 위해 바디(10) 내부에 최대한 밀착되게 설치될 수 있다.

즉, 니들 가이드(45)의 선단부는 바디(10)의 외벽 내부에 설치될 수 있다.

입구측 체크밸브(50)는 솔레노이드(41)의 플런저(414) 및 니들(44)의 승강 동작에 의해 연료의 역류를 방지하면서 유입된 연료를 토출측 체크밸브(60)로 공급하는 기능을 한다.

이러한 입구측 체크밸브(50)는 상면이 개구된 원통 형상으로 형성되고 중앙에 연료가 충진되는 충진공간(511)이 형성되는 몸체(51), 충진공간(511)에 충진된 연료를 바디(10)로 전달하는 전달공(512)을 개폐하는 밸브체(52), 몸체(51)의 하부에 결합되는 스토퍼(53) 및 스토퍼(53)와 밸브체(52) 사이에 설치되어 밸브체(52)에 탄성력을 제공하는 탄성스프링(54)을 포함할 수 있다.

몸체(51)의 외주면에는 댐퍼부(30)의 배출통로(31)와 연결되는 적어도 하나 이상의 유입공(513)이 형성될 수 있다.

도 7은 도 4에 도시된 몸체의 확대도이다.

특히, 몸체(51)의 하단부에는 도 7에 도시된 바와 같이, 전달공(512)을 통해 연료를 바디(10) 내부로 원활하게 유입시킬 수 있도록 전달공(512) 외측에 연료의 이동을 가이드하는 가이드 유로(514)가 형성될 수 있다.

예를 들어, 가이드 유로(514)는 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 단면이 사각 형상으로 형성될 수 있다.

또는, 가이드 유로(514)의 외측벽은 연료의 이동 과정에서 이동 방향을 완만하게 전환시켜 와류 발생을 방지하도록 외측 하단을 향해 경사진 경사면으로 형성되거나, 미리 설정된 곡률을 가진 곡면으로 형성될 수도 있다.

즉, 가이드 유로(514)는 모따기 가공에 의해 외측벽을 비스듬하게 또는 둥글게 깎아서 형성하여 벤츄리 효과를 이용해서 연료를 원활하게 이동시킴으로써, 연료의 이동속도 및 유량을 증대시킬 수 있다.

다시 도 4 및 도 5에서, 밸브체(52)는 대략 원판 형상으로 형성되고, 밸브체(52)의 하부에는 탄성스프링(54)의 상단부가 삽입되는 환형 리브(521)가 형성될 수 있다.

환형 리브(521)에는 연료가 내부로 유입될 수 있도록 통공이 형성될 수 있다.

이러한 밸브체(52)는 니들(44)의 선단에 접촉되게 설치되고, 니들(44)의 상승 동작시 탄성스프링(54)의 탄성력에 의해 몸체(51)의 전달공(512)을 폐쇄하여 연료 공급을 차단하며, 니들(44)의 하강 동작에 의해 하강해서 전달공(512)을 개방하여 연료를 바디(10) 내부로 공급한다.

이와 같이, 본 발명은 밸브체의 구성을 간단하게 하고, 체적 및 질량을 최소화함으로써, 유량조절밸브 작동시 발생하는 진동 및 소음을 최소화할 수 있다.

스토퍼(53)는 상면이 개구된 캡(cap) 형상으로 형성되고, 스토퍼(53)의 상단부는 링 형상으로 형성되어 몸체(51)의 하단부에 결합될 수 있다.

스토퍼(53)의 상단부 외주면에는 밸브체(52)가 전달공(512)을 개방한 상태에서 연료를 바디(10) 내부로 공급하도록 적어도 하나 이상의 공급공(531)이 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 대략 원판 형상으로 형성된 밸브체 하부에 환형 리브를 형성하여 캡 형상으로 형성된 스토퍼의 하단부 내측벽을 따라 밸브체를 승강 동작시킴에 따라, 밸브체의 승강 동작시 유동 및 오작동을 방지할 수 있다.

다음, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유량제어밸브를 구비한 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프의 결합관계 및 작동방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유량제어밸브(40)는 하우징(42) 전후측에서 각각 하우징(42) 내부로 솔레노이드(41) 및 케이싱(421)을 결합하여 솔레노이드(41)를 고정하고, 솔레노이드(41)와 하우징(42)의 후단에 커버(43)를 결합한다.

이때, 솔레노이드(41)는 코어(413)에 형성된 삽입홈(416)에 스프링(46)을 삽입한 상태에서 보빈(412) 내부에 코어(413)와 플런저(414)를 결합해서 조립된 상태이다. 이에 따라, 스프링(46)의 하단은 플런저(414)에 지지되고, 스프링(46)의 상단은 코어(413)에 의해 지지된다.

이어서, 니들(44)의 후단을 솔레노이드(41)의 플런저(414) 중앙에 형성된 결합홈(415)에 삽입한다.

그리고 케이싱(421)의 하부에 입구측 체크밸브(50)를 결합한다.

이때, 입구측 체크밸브(50)의 몸체(51) 내부에는 전달공(512)을 개폐하는 밸브체(53)와 밸브체(53)에 탄성력을 제공하는 탄성스프링(54)이 설치된 상태이다.

니들(44)의 선단은 입구측 체크밸브(50)의 충진공간(511) 및 전달공(512)을 순차적으로 관통해서 밸브체(52)의 상단에 접하도록 결합된다.

그러면, 니들(44)의 선단은 디스크(53)의 일면에 결합되고, 솔레노이드(41)에서 형성되는 자기장에 의해 니들(44)이 직선 왕복 운동함에 따라 디스크(53)도 직선 왕복 운동하여 결합부(52)에 형성된 전달공(521)을 개폐한다.

이에 따라, 입구측 체크밸브(50)는 댐퍼부(30)의 배출통로(31)를 통해 전달된 연료를 바디(10)에 결합된 토출관으로 전달할 수 있게 된다.

유량제어밸브(40)와 입구측 체크밸브(50)의 조립이 완료되면, 입구측 체크밸브(50)의 결합부(52)를 바디(10)의 입구측 개공(11)에 결합한다.

그러면 입구측 체크밸브(50)의 유입공(511)은 댐퍼부(30)의 배출통로(31)와 연통되어 연료를 전달받게 된다.

이어서, 바디(10)에 출구측 체크밸브(60), 흡입수단(21)이 설치된 브래킷(20), 댐퍼부(30) 및 롤러태핏부를 결합하여 고압연료펌프의 조립을 완료한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유량제어밸브를 구비한 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 연료탱크에서 엔진으로 연료를 공급하는 연료공급라인 상에 설치되어 연료탱크로부터 공급되는 연료를 미리 설정된 고압으로 가압해서 딜리버리 파이프에 설치된 인젝터로 공급한다.

여기서, 유량제어밸브(40)의 플런저(414)는 솔레노이드(41)의 코일(411)에 전류가 인가되면, 코일(411)에서 형성되는 자기장이 발생함에 따라 코어(413) 측으로 이동한다.

그러면, 플런저(414)에 결합된 니들(44)과 밸브체(53)는 상승 동작하고, 입구측 체크밸브(50)의 전달공(512)을 폐쇄하여 바디(10)에 결합된 토출관으로 공급되는 연료를 차단한다.

반면, 플런저(414)는 솔레노이드(41)의 코일(411)에 인가되던 전류가 차단되면, 스프링(46)의 복원력에 의해 입구측 체크밸브(40) 측으로 이동한다.

그러면, 플런저(414)에 결합된 니들(44)과 밸브체(53)는 탄성스프링(54)을 탄성 변형시키면서 전달공(512)을 개방하여 유입공(513)을 통해 입구측 체크밸브(50)의 충진공간(511)으로 유입된 연료를 바디(10)에 결합된 토출관으로 공급한다.

이와 같이, 유량제어밸브(40)는 솔레노이드(41)에서 발생하는 자기장에 따라 플런저(414), 니들(44) 및 밸브체(53)를 직선 왕복 운동시켜 입구측 체크밸브(50)의 전달공(512)을 개폐함으로써, 고압연료펌프에서 토출되는 연료의 공급 유량 및 토출 압력을 제어한다.

한편, 유량제어밸브(40)의 플런저(414)와 니들(44)이 직선 왕복 운동하는 과정에서 플런저(414)와 코어(413) 및 니들 가이드(45)에 충돌할 수 있다.

따라서, 본 발명은 니들 가이드를 컵 형상으로 형성해서 니들 가이드 내부에 연료를 충진시켜 연료의 압력을 이용해서 충격에 의한 소음 및 진동을 흡수하고, 플런저의 최대 하강위치보다 하부에 니들 가이드를 설치함으로써, 플런저와 니들 가이드의 충돌을 방지할 수도 있다.

그리고 본 발명은 니들을 원형 바 형상으로 형성하고, 니들과 플런저의 운동 질량을 최소화하며, 코어의 하단이나 플런저의 상단에 환형 홈이나 환형 돌기를 형성해서 코어와 플런저의 접촉 면적을 최소화함으로써, 플런저와 코어의 충돌로 인한 소음 및 진동을 방지할 수도 있다.

또한, 본 발명은 입구측 체크밸브의 몸체 하부에 가이드 유로를 형성해서 몸체 내부로 유입된 연료가 바디로 전달되는 과정에서 와류 발생을 방지하고, 연료의 이동속도를 향상시킬 수 있다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 유량제어밸브의 동작시 니들과 코어 및 니들 가이드의 충돌에 의한 소음 및 진동을 최소화할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 엔진이 공기를 흡입하여 압축한 후 연료를 고압으로 압축하여 인젝터에 공급하는 고압연료펌프의 동작시 유량제어밸브 내부에 마련된 액추에이터의 동작 소음 및 진동을 감쇄하는 기술에 적용된다.

10: 바디 11: 입구측 개공
12: 토출측 개공 13: 댐퍼결합부
20: 브래킷 21: 흡입수단
30: 댐퍼부 31: 배출통로
40: 유량제어밸브 41: 솔레노이드
411: 코일 412: 보빈
413: 코어 414: 플런저
415: 결합홈 416: 삽입홈
417: 환형 홈 418: 환형 돌기
419: 슬리브 42: 하우징
421: 케이싱 422: 환형돌부
43: 커버 44: 니들
45: 니들 가이드 451: 설치공
46: 스프링 47: 커넥터
50: 입구측 체크밸브 51: 몸체
511: 충진공간 512: 전달공
513: 유입공 514: 가이드 유로
52: 밸브체 521: 환형 리브
53: 스토퍼 531: 삽입돌부
54: 탄성스프링 60: 토출측 체크밸브

Claims

측면에 입구측 및 토출측 개공이 형성되며 상부에 댐퍼부가 장착되는 댐퍼결합부가 형성된 바디,
상기 바디의 하부에 결합되고 내부에 연료의 흡입력을 발생하는 흡입수단이 구비되는 브래킷,
상기 바디의 댐퍼결합부에 결합되며 흡입된 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부,
상기 토출측 개공에 결합되는 토출측 체크밸브 및
입구측 체크밸브를 개폐 동작시켜 상기 토출측 체크밸브를 통해 토출되는 연료의 공급 유량 및 토출 압력을 제어하는 유량제어밸브를 포함하고,
상기 유량제어밸브는 솔레노이드 내부에 마련된 플런저 및 상기 플런저에 결합되고 입구측 체크밸브를 개폐 동작시키는 니들의 운동 질량을 감소시켜 상기 솔레노이드의 동작 시 발생하는 소음 및 진동을 감쇄하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
제1항에 있어서, 상기 유량제어밸브는
전류를 공급받아 내부에 마련된 플런저를 직선 왕복운동시키는 솔레노이드,
상기 솔레노이드의 동작에 의해 내부로 유입된 연료의 역류를 방지면서 연료를 고압연료펌프의 토출측 체크밸브로 공급하는 입구측 체크밸브,
상기 솔레노이드의 동작에 의해 직선 왕복운동하여 상기 입구측 체크밸브를 개폐 동작시키는 니들 및
상기 니들의 직선 왕복운동을 가이드하는 니들 가이드를 포함하고,
상기 플런저와 니들은 각각 운동 질량을 최소화하여 동작시 발생하는 소음 및 진동을 감쇄하도록 원기둥 및 원형 바 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
제2항에 있어서,
상기 니들 가이드는 상면이 개구된 컵 형상으로 형성되고,
상기 니들 가이드 내부에는 상기 플런저의 직선 왕복운동시 연료의 압력을 이용해서 진동 및 소음을 흡수하도록 연료가 충진되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
제3항에 있어서,
상기 플런저에는 상기 니들의 상단부가 삽입되는 삽입홈이 형성되고,
상기 니들 가이드와 플런저 사이의 연료를 상기 코어 측으로 전달하도록 상기 삽입홈 외측에 이동유로가 형성되며,
상기 삽입홈과 연결되는 연통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
제3항에 있어서,
상기 코어와 플런저를 선 접촉시키도록 상기 코어의 하단부 또는 플런저의 상단부에는 환형 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
제3항에 있어서,
상기 코어와 플런저를 선 접촉 시키도록 상기 코어의 하단부 또는 플런저의 상단부에는 환형 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입구측 체크밸브는
상면이 개구된 원통 형상으로 형성되고 중앙에 연료가 충진되는 충진공간이 형성되는 몸체,
상기 충진공간에 충진된 연료를 고압연료펌프 내부로 전달하는 전달공을 개폐하는 밸브체,
상기 몸체의 하부에 결합되는 스토퍼 및
상기 밸브체에 탄성력을 제공하는 탄성스프링을 포함하고,
상기 몸체의 하단부에는 몸체의 전달공을 통해 고압연료펌프 내부로 유입되는 연료의 이동을 가이드하는 가이드 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
제7항에 있어서,
상기 가이드 유로의 외측벽은 연료의 이동시 와류 발생을 방지하도록 외측벽이 외측 하단을 향해 경사진 경사면으로 형성되거나,
미리 설정된 곡률을 가진 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
제8항에 있어서,
상기 밸브체의 하부에는 상기 탄성스프링의 상단부가 삽입되는 환형 리브가 형성되고,
상기 스토퍼는 상면이 개구된 캡 형상으로 형성되며,
상기 환형 리브는 상기 입구측 체크밸브의 작동 안정성을 향상시키도록 상기 스토퍼의 하단부 내측벽을 따라 승강 동작하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.
제7항에 있어서,
상기 유량제어밸브에 마련되는 니들과 니들 가이드는 상기 유량제어밸브의 동작시 발생하는 소음 및 진동을 상기 바디로 전달하도록 상기 바디의 외면에 밀착되게 설치되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프.