KR20160107358A

KR20160107358A - 연료 펌프

Info

Publication number: KR20160107358A
Application number: KR1020167024274A
Authority: KR
Inventors: 토마스 슈미드바우어
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2016-09-13
Also published as: DE102014220746B3; US10054090B2; CN106062354A; CN106062354B; JP2017514053A; EP3077656B1; US20180171950A1; KR101697770B1; WO2016058736A1; EP3077656A1; JP6161833B2

Abstract

본 발명은, 연료 펌프(1)로서, 펌프 피스톤(2), 적어도 하나의 캠(6)을 구비하는 캠샤프트(4), 및 상기 펌프 피스톤(2)과 상기 캠(6) 사이에 배열되고, 태핏 몸체(8)와, 상기 태핏 몸체 상에 회전가능하게 유지되는 롤러(9)를 구비하는 롤러 태핏을 적어도 포함하고, 상기 펌프 피스톤(2)과 상기 태핏 몸체(8)는 상기 피스톤의 길이방향 중심 라인(10)과 평행한 방향으로의 움직임에 대해 움직임-결합되고, 상기 롤러(9)는 상기 캠(6)과 접촉하고, 상기 피스톤의 길이방향 중심 라인(10)을 직선으로 연장시킨 기하학적 기준 라인(20)은 상기 롤러(9)의 기하학적 회전축(11)과 교차하고, 상기 태핏 몸체(8)는 상기 기준 라인(20)과 평행한 태핏 몸체 길이방향 중심 라인(13)을 구비하는, 상기 연료 펌프에 관한 것이다. 유리한 개선으로 상기 롤러(9)의 기하학적 회전축(11)과 평행하게 배향된 투영 방향으로 보았을 때, 상기 태핏 몸체 길이방향 중심 라인(13)은 상기 기하학적 기준 라인(20)으로부터 측방향 간격(a)을 두고 이어지는 것이 제안된다.

Description

연료 펌프{FUEL PUMP}

본 발명은, 연료 펌프로서, 펌프 피스톤, 적어도 하나의 캠을 구비하는 캠샤프트, 및 상기 펌프 피스톤과 상기 캠 사이에 배열되고, 태핏 몸체(tappet body)와, 상기 태핏 몸체 상에 회전가능하게 유지되는 롤러를 구비하는 롤러 태핏을 적어도 포함하고, 상기 펌프 피스톤과 상기 태핏 몸체는 상기 피스톤의 길이방향 중심선과 평행한 방향으로의 움직임에 대하여 움직임-결합되고(movement-coupled), 상기 롤러는 상기 캠과 접촉하고, 상기 피스톤의 길이방향 중심선이 직선으로 신장된 기하학적 기준 라인은 상기 롤러의 기하학적 회전축과 교차하고, 상기 태핏 몸체는 상기 기준 라인과 평행한 태핏 몸체 길이방향 중심선을 구비하는, 상기 연료 펌프에 관한 것이다.

상기 유형의 연료 펌프는 예를 들어 내연 엔진의 연료 분사 시스템용 고압 연료 펌프로 사용된다. 롤러 태핏의 롤러는 캠의 외주 표면(circumferential surface)에 지지된다. 태핏은, 태핏 몸체 길이방향 중심선과 평행한 방향으로 이동가능하도록, 그 태핏 몸체에 의해, 태핏 몸체 가이드에 수용된다. 동작 동안 상기 캠샤프트가 그 기하학적 (다시 말해, 가상 선형) 회전축 주위로 회전될 때, 롤러 태핏은 그 태핏 몸체 길이방향 중심선과 평행한 서로 반대 방향으로 앞뒤로 이동된다. 캠샤프트의 기하학적 회전축은 캠샤프트가 배타적으로 회전하는 가상 라인이다.

롤러와 캠 사이의 접촉 영역과 캠샤프트의 기하학적 회전축 사이의 간격이 캠의 회전 동안 사이즈가 감소하는 한, 일반적으로 스프링에 의해 지지되는 펌프 피스톤은, 소위 흡입 단계(suction phase) 동안 펌프 챔버로부터 수축되고, 이에 의해 상기 펌프 피스톤이 소위 흡기 행정(intake stroke)을 수행한다. 한편, 롤러와 캠 사이의 접촉 영역과 캠샤프트의 기하학적 회전축 사이의 간격이 캠의 회전 동안 사이즈가 증가될 때, 펌프 피스톤은, 태핏 몸체에 의해, 소위 압력 단계(pressure phase) 동안 및 그 길이방향 단부들 중 앞쪽에 있는 하나의 단부와 함께, 펌프 피스톤의 실린더 챔버 내로 이동되고, 상기 펌프 피스톤은 소위 압축 행정을 수행한다. 각 경우에 흡입 단계로부터 압력 단계로 전이 시에, 롤러는 소위 하사점(bottom dead center)에 위치되는 반면, 압력 단계로부터 흡입 단계로 전이시마다, 상기 롤러는 소위 상사점(top dead center)에 위치된다. 소위 방사방향 피스톤 펌프의 이 원리는 그 자체로 알려져 있고, 상기 유형의 알려진 연료 펌프의 경우에, 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선과 기준 라인은 공통 기하학적 직선 라인에 놓여 있다.

라인 부하는 롤러와 캠 사이의 접촉 영역에서 작용하고, 이 라인 부하는 특히 연료 펌프의 하우징에 지지되는 압축 스프링에 의해 롤러 태핏에 가해지는 압력 힘에 의존한다. 동작 동안, 접촉 영역에서 롤러에 작용하는 라인 부하는 접촉 영역의 전체 길이에 걸쳐 항상 일정한 것이 아니어서, 예를 들어, 롤러 중심에 대해 약간 형상에 편차가 있거나 및/또는 위치에 편차가 있는 것으로 인해서도 불균일하게 분배될 수 있다. 이에 의해, 롤러 중심에 대하여, 다시 말해, 롤러 길이의 중간 위치에 대하여 비대칭인 힘이 롤러에 도입된다. 이것은 롤러의 기하학적 회전축에 수직인 토크 축 주위로 토크를 야기할 수 있다. 종래 기술에 알려진 연료 펌프의 경우에, 롤러 접촉 점을 통해 비대칭 힘이 도입되면, 일부 상황 하에서, 특히 롤러가 상사점을 통과할 때 뿐만아니라, 롤러가 하사점을 통과할 때에도, 경사 방지 수단(skewing prevention means)이 제공되지 않는 경우, 태핏 몸체가 그 태핏 몸체 길이방향 중심선 주위로 회전하는 효과가 초래될 수 있다. 태핏 몸체가 회전되면, 펌프 구동이 차단되고 궁극적으로 파괴될 수 있다. 종래 기술에서, 태핏 몸체가 경사지는 것을 방지하기 위해, 특히 제조 공차를 제한하는 것을 통해 비대칭적인 힘이 도입되는 것을 방지하는 것이 시도되었다. 그러나 이것은 높은 경비와 높은 비용을 수반한다. 그리하여, 태핏 몸체가 경사지는 것을 방지하기 위해, 형상-맞춤 경사 방지 수단 방지 수단을 구비하는 연료 펌프가 알려져 있다. 예를 들어, 태핏 몸체는 직사각형 단면을 구비한다. 또한, 태핏 몸체는, 단면이, 원형 기본 형상을 구비하지만, 그 외부 에지에는 방사방향 돌출부가 형성되고, 이 방사방향 돌출부는, 하우징에 대해 고정된 태핏 몸체 가이드 내 함몰부(depression)와 함께, 형상-맞춤 경사 방지 수단을 형성하는 것이 알려져 있다. 이것은, 또한, 제조 경비와 비용 면에서 불리한 것으로 고려된다.

상기 배경을 감안하여, 본 발명의 목적은 유리하게는 나아가 도입부에 언급된 유형의 연료 펌프를 개발하는 것이다. 특히, 간단하고 저렴한 방식으로 태핏 몸체가 경사지는 것을 제거(counteract)하는 것이 추구된다.

상기 목적은, 제일 먼저, 및 실질적으로, 롤러의 기하학적 회전축과 평행하게 배향된 투영 방향으로 보았을 때, 태핏 몸체 길이방향 중심선이 기하학적 기준 라인에 대해 측방향 간격을 두고 이어지는 특징과 함께 본 발명에 의해 달성된다. 본 발명은, 종래 기술과 대조적으로, 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선과, 그리하여 태핏 몸체의 바람직하게는 원형 단면 외부 윤곽이, (기준 라인과 수직인 방향으로) 캠샤프트 또는 구동 샤프트의 회전 방향으로 오프셋(offset)되거나 또는 그 반대 방향으로 오프셋될 것을 제안한다. 여기서, 바람직하게는 상기 롤러도 상기 캠샤프트도 그 어느 것도 펌프 피스톤에 대해 오프셋되지 않는다. 상기 기준 라인에 대해 상기 태핏 몸체의 위치가 기본적으로 변경된 것에 의해, 원치 않는 비대칭 외부 힘을 도입하는 것에 의해 생성된 토크를 부분적으로 또는 심지어 완전히 상쇄(cancel)할 수 있는 반대 토크에 의해 상기 태핏 몸체가 경사지는 것이 제거되는 것으로 발견되었다. 상기 투영 방향으로 보았을 때, 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선이 상기 피스톤의 길이방향 중심선이 직선으로 신장된 기준 라인에 대해 간격을 두고 측방향으로 오프셋되면, 롤러와 캠 사이의 접촉 라인에서 마찰 연결이, 특히 롤러와 캠의 접촉 라인과 특히 평행하고, 상기 간격을 두고, 반대 토크를 형성하는 반대 힘을 야기한다. 이것은 외부 비대칭 힘을 도입하는 것에 의해 생성된 원치 않는 토크를 제거시켜, 이에 의해 태핏 몸체가 경사지는 것이 방지될 수 있다.

이런 방식으로, 상기 롤러의 기하학적 회전축과 상기 캠샤프트의 기하학적 회전축이 서로 평행하게 이어지는 태핏 몸체의 원하는 회전 위치가 안정화된다. 이런 방식으로, 동작 동안, 상기 롤러의 상사점과 하사점에서도, 상기 원하는 회전 위치로부터 롤러 태핏이 경사지는 것이 방지되거나 또는 적어도 방해될 수 있다. 여기서, 본 발명은 상기 태핏 몸체의 알려진 형상-맞춤 경사 방지 수단을 힘-맞춤 경사 방지 수단으로 대체하는 기본적으로 신규한 개념으로부터 진행한다. 이에 의해 본 발명에서는 유리하게는 제조 공차를 불필요하게 제한할 필요가 없다. 추가적인 장점은 상기 롤러 태핏에 있는 기하학적, 형상-맞춤 경사 방지 수단에 대한 경비를 제거할 수 있다는 것에 있다. 예를 들어, 원통형 보어는, 추가적인 성가신 그루브(groove) 또는 다른 디바이스 없이, 상기 태핏 몸체를 길이방향으로 가이드하는데 충분하다. 또한 상기 태핏 몸체의 원하는 회전 위치는, 상기 캠과의 접촉 영역에서, 접촉점과 법선인 방향에 대하여 또한 횡방향으로 향하는 라인 부하가 롤러에 작용하는 것에 의해, 2개의 사점, 즉 상사점과 하사점 사이 롤러의 위치에서 안정화되는 것으로 발견되었다.

본 발명에 따라 연료 펌프를 바람직하게 개선하는 다수의 가능성이 있다.

바람직한 개선에서, 상기 롤러의 적어도 상사점과 특히 하사점에서, 상기 투영 방향으로 보았을 때, 캠과 롤러 사이의 접촉 영역이 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선으로부터 측방향으로 이격되도록 위치되는 것으로 제공된다. 상사점에서, 상기 캠샤프트의 기하학적 회전축과 롤러 사이의 간격은 최대이다. 하사점에서, 상기 간격은 최소이다. 상기 접촉 영역은 상기 롤러와 상기 캠 사이에 기하학적 접촉 라인, 특히 이 기하학적 접촉 라인을 둘러싸는 헤르츠 응력(Hertzian stress)의 좁은 영역을 포함한다. 바람직한 예시적인 실시예에서, 이 소위 기하학적 기준 라인은 상기 캠샤프트의 기하학적 회전축과 교차한다. 유리하게 (다시 말해, 필수적인 것은 아니다), 상기 롤러의 기하학적 회전축은 상기 기준 라인과 수직으로 이어진다. 또한 바람직하게는 상기 캠샤프트의 기하학적 회전축은 상기 기준 라인과 수직으로 이어진다. 상기 펌프 피스톤과 상기 태핏 몸체는, 임의의 원하는 방식으로, 특히 상기 연료 펌프의 추가적인 부품에 의해, 상기 피스톤의 길이방향 중심선과 평행한 서로 반대 방향으로, 움직임-결합될 수 있다. 이 움직임 결합으로 인해, 상기 펌프 피스톤과 상기 태핏 몸체는 상기 피스톤의 길이방향 중심선과 평행한 서로 동기적인 움직임을 수행한다.

상기 투영 방향으로 보았을 때, 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선은, 캠과 롤러의 접촉 구역에서, 동작을 위해 선택된, 상기 캠의 외주 움직임(circumferential movement) 방향에 대해 상기 기준 라인의 전방에 위치된 상기 기준 라인 측에 위치되는 것으로 제공될 수 있다. 이 경우에, 다시 말해, 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선은, 상기 피스톤의 길이방향 중심선이 직선으로 신장된 소위 기준 라인으로부터 진행하여, 상기 롤러와 캠의 접촉 구역에 대하여 롤러와 캠의 회전 방향과 반대 방향으로 측방향으로 오프셋되어 배열된다. 대안적으로, 상기 투영 방향으로 보았을 때, 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선은, 캠과 롤러의 접촉 구역에서, 동작을 위해 선택된, 캠의 외주 움직임의 방향에 대하여, 상기 기준 라인 뒤에 위치된 기준 라인 측에 위치되는 것으로 제공될 수 있다.

상기 연료 펌프는 바람직하게는 실린더 챔버를 포함하고, 이 실린더 챔버 안으로 상기 펌프 피스톤이 돌출하고, 이 실린더 챔버에 대해 상기 펌프 피스톤이, 상기 캠샤프트의 회전 동안, 상기 롤러 태핏에 의해, 상기 피스톤의 길이방향 중심선과 평행한 방향으로, 앞뒤로 이동될 수 있다. 상기 펌프 피스톤은, 상기 방향으로 길이방향으로 변위가능하도록 상기 실린더 챔버에서 가이드되는 것이 유리한 것으로 고려된다. 상기 태핏 몸체는 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선과 평행한 방향으로 이동가능하도록 태핏 몸체 가이드에서 가이드되는 것이 바람직하다. 상기 태핏의 외측에 형성된 가이드 표면은 내부 원통형 포락선(inner cylindrical envelope) 상에 놓이거나 또는 이 내부 원통형 포락선 내에 방사방향으로 놓이고, 상기 태핏 몸체 가이드의, 상기 태핏 몸체 가이드의 리세스(recess)에 형성된, 가이드 표면은 외부 원통형 포락선(outer cylindrical envelope) 상에 놓이거나 또는 이 외부 원통형 포락선의 외측에 방사방향으로 놓이고, 상기 내부 포락선의 직경은 상기 외부 포락선의 직경보다 더 작은 것이 유리한 것으로 고려된다. 상기 태핏의 가이드 표면의 원통형 포락선은 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선에 대해 동심이다. 상기 태핏 몸체의 가이드 표면 및/또는 상기 태핏 몸체 가이드의 가이드 표면은, 적어도 부분적으로 또는 전체적으로, 원통형으로 이어지는 것이 바람직하다. 상기 내부 포락선의 직경과 상기 외부 포락선의 직경은 상기 태핏 몸체와 상기 태핏 가이드 사이에 헐거운 끼워맞춤(clearance fit) 또는 중간 끼워맞춤(transition fit)을 실현하도록 서로 조정되는 것이 유리한 것으로 고려된다(그러나, 다시 말해, 필수적인 것은 아니다).

바람직한 예시적인 실시예에서, 상기 태핏의 외부 가이드 표면과 상기 태핏 몸체 가이드의 내부 가이드 표면은 각 경우에 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선 주위에 전체 각 외주를 따라 연속적으로 원통형 방식으로 이어지는 것으로 제공된다. 이것은 특히 제조를 간단하게 한다. 내부쪽을 향하는 가이드 표면은 상기 태핏 몸체 안으로 원통형 보어를 형성하는 것에 의해 제조될 수 있다. 바깥쪽을 향하는 가이드 표면은 간단한 터닝 기계 가공(turning machining)에 의해 태핏 몸체 상에 제조될 수 있다.

상기 피스톤의 길이방향 중심선이 직선으로 신장된 기준 라인과 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선은 상기 캠샤프트의 기하학적 회전축과 수직으로 연장되는 공통 기하학적 평면에 놓여 있는 것이 바람직하다.

상기 펌프 피스톤과 상기 태핏 몸체가 상기 피스톤의 길이방향 중심선과 평행한 방향으로의 움직임에 대해 움직임-결합될 수 있도록 하기 위해, 바람직하게는 상기 태핏 몸체는, 압축 스프링에 의해, 상기 펌프 피스톤과 상호 작용하는 실린더 챔버에 인접한 하우징에 지지되고, 상기 펌프 피스톤은, 상기 실린더 챔버와는 반대쪽으로 이어지고 상기 피스톤의 길이방향 중심선과 평행한 방향으로 상기 태핏 몸체에 지지되는 것이 가능하다.

바람직하게는 상기 연료 펌프는 연료를 100 바를 초과하는 압력, 특히 150 내지 250 바의 압력, 또는 1000 바를 초과하는 압력, 특히 1500 내지 2500 바의 압력으로 압축하는데 적절하고 특히 압축하도록 설계된 고압 연료 펌프인 것이 제공된다. 예를 들어, 상기 연료 펌프는 자동차의 엔진용 가솔린 분사 펌프 또는 디젤 분사 펌프일 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 연료 펌프는 다른 목적으로도 사용될 수 있다는 것은 자명하다.

상기 펌프 피스톤은, 펌프 피스톤 가이드의 내부 가이드 표면과 함께, 상기 피스톤의 길이방향 중심선의 방향으로 길이방향 가이드를 형성하는 외부 가이드 표면을 구비하는 것이 유리한 것으로 고려된다. 간단하고 저렴한 제조를 위하여, 상기 펌프 피스톤의 외부 가이드 표면과 상기 펌프 피스톤 가이드의 내부 가이드 표면은, 전체 각 외주를 따라, 상기 피스톤의 길이방향 중심선 주위로 동심으로 및 원통형으로 이어지는 것이 바람직하다.

아래에서는, 알려진 연료 펌프가 첨부된 도 1, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명되고, 본 발명에 따른 연료 펌프의 예시적인 실시예는 첨부된 도 2, 도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d를 참조하여 설명된다.

도 1은, 알려진 연료 펌프의 경우에서 부품들과 그 배열의 길이방향 단면 및 개략적으로 간략화된 형태도;
도 1a는, 태핏 몸체에 대한 제1 알려진 형상-맞춤 경사 방지 수단을 도 1의 단면 라인 Ia-Ia을 따라 절단한 단면도;
도 1b는, 도 1, 도 1a에 대한 대안으로서, 태핏 몸체에 대한 제2 알려진 형상-맞춤 경사 방지 수단의 도 1a와 유사한 단면도;
도 2는, 바람직한 예시적인 실시예에 따라 본 발명에 따른 연료 펌프의 경우에서 부품들과 그 배열의 길이방향 단면 및 개략적으로 간략화된 형태도;
도 2a는, 도 2와 상이한 스케일로, 압축 스프링이 생략된, 도 2에 따른 단면 평면 IIa-IIa을 따른 단면도;
도 2b는, 도 2a와 약간 상이한 사이즈로, 캠과의 접촉 라인에서 대칭적인 라인 부하가 작용하는, 대시 라인으로 지시된, 롤러의 개략 평면도;
도 2c는, 도 2a와 약간 상이한 사이즈로, 캠과의 접촉 라인에서 비대칭 라인 부하가 작용하는, 대시 라인에 의해 지시된, 롤러의 개략 평면도; 및
도 2d는, 회전 위치에서 롤러를 안정화시키는 반대 힘과 그 결과 반대 토크를 갖는 롤러의 길이 단편의 개략 평면도.

제일 먼저, 도 1, 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 알려진 연료 펌프(1')의 경우에 부품들과 서로에 대한 상대적인 위치가 설명된다. 연료 펌프(1')는 펌프 피스톤(2')을 포함하고, 이 펌프 피스톤의 상부 길이방향 단부(3')는 보는 방향에서 실린더 챔버 내로 돌출한다. 캠샤프트(4')는 중심 샤프트(5')와, 이 중심 샤프트 상에서 함께 회전가능하게 (다시 말해, 샤프트(5')에 대해 회전가능하지 않도록) 장착된 적어도 하나의 캠(6')을 포함한다. 연료 펌프(1')는 롤러 태핏(7')을 포함한다. 상기 롤러 태핏은 태핏 몸체(8')와 롤러(9')를 구비하고, 상기 롤러는 중심 기하학적 (다시 말해, 가상 선형) 회전축(11') 주위로 회전가능하도록 보다 상세히 도시되지 않은 방식으로 상기 태핏 몸체 상에 유지된다. 롤러 태핏(7')은 펌프 피스톤(2')과 캠(6') 사이에 배열된다. 롤러 태핏(7')은 도 1에 도시되지 않은 방식으로 펌프 피스톤(2')에 결합되어, 두 부품은 피스톤의 길이방향 중심선(10')과 평행한 방향으로 동일한 움직임을 수행한다. 롤러(9')는 캠(6')의 외부 에지(12') 상에서 롤링한다. 피스톤의 길이방향 중심선(10')은 그 길이방향으로 펌프 피스톤(2')의 중심을 따라 연장된다. 태핏 몸체(8')는 상기 태핏 몸체의 중심인 태핏 몸체 길이방향 중심선(13')을 따라 연장된다. 알려진 연료 펌프(1')의 경우에, 태핏 몸체 길이방향 중심선(13')은 피스톤의 길이방향 중심선(10')이 직선으로 신장된 기하학적 기준 라인(20')에 놓여 있다. 그리하여, 알려진 연료 펌프(1')의 경우에, 피스톤의 길이방향 중심선(10')과 태핏 몸체 길이방향 중심선(13')은 공통 직선 라인 상에 놓여 있다. 태핏 몸체(8')는, 태핏 몸체 길이방향 중심선(13')과 평행한 방향으로, 다시 말해, 도 1에서 위쪽으로 및 아래쪽으로 이동가능하도록, 태핏 몸체 가이드(14')에 수용된다. 상기 태핏 몸체 가이드는 연료 펌프(1')의 하우징(15')의 구성 부분일 수 있다. 태핏 몸체 길이방향 중심선(13') 주위로 태핏 몸체(8')가 원치 않게 경사지는 것을 방지하기 위해, 태핏 몸체(8')와 태핏 몸체 가이드(14')는 함께 태핏 몸체 길이방향 중심선(13') 주위로 형상-맞춤 경사 방지 수단을 형성한다. 도 1 및 도 1a의 예에서, 이를 위해, 외부 단면이 원형인 태핏 몸체(8')는 방사방향 돌출부(16')를 구비하고, 이 방사방향 돌출부는, 18'로 지시된, 롤러(9')의 가정된 회전 방향에 대하여 회전가능하게 형상-맞춤 방식으로 태핏 몸체 가이드(14')에 있는, 태핏 몸체 길이방향 중심선(13')과 평행한 방향으로 이어지는, 그루브(17')와 맞물린다. 18'에 대응하는, 캠(6')의 회전 방향은 19'로 지시된다. 도 1b는 도 1a에 대하여 종래 기술에 알려진 변형을 도시한다. 형상-맞춤 경사 방지 수단은, 상기 변형에서, 펙(peg)(21')에 의해 형성되고, 상기 펙은, 태핏 몸체(8')에 있는, 태핏 몸체 길이방향 중심선(13')과 평행하게로 이어지는, 그루브(22') 안으로 돌출하는, 태핏 몸체 가이드(14') 안으로 방사방향 내부쪽으로 돌출한다.

도 2 내지 도 2d를 참조하면, 본 발명에 따른 연료 펌프(1)의 바람직한 예시적인 실시예가 개략적으로 간단한 형태로 제시된다. 더 나은 설명을 위하여, 도 1 내지 도 1b에 있는 부분에 대응하는 부분에 대해서는 동일한 참조 부호가 사용되고, 여기서 구별을 위하여, 도 1 내지 도 1b에 있는 숫자에서 어포스트로피(')의 접미사가 도 2 내지 도 2d에서는 생략되었다.

연료 펌프(1)는 펌프 피스톤(2)을 포함하고, 이 펌프 피스톤의 상부 길이방향 단부(3)는 보는 방향으로 보았을 때 실린더 챔버(23) 내로 돌출한다. 실린더 챔버(23)를 한정하는 벽(24)은 예를 들어 연료 펌프(1)의 하우징(15)의 구성 부분이거나, 또는 그 하우징(15)에 고정 연결될 수 있다. 면 단부(face end) 부근에는, 연료 탱크(25)에 유체적으로 연결된 연료 입구 라인(26)이 실린더 챔버(23) 내로 개방되고, 이 입구 라인에는 흡기 밸브(intake valve)(27)가 입구 밸브로 배열된다. 상기 흡기 밸브는, 실린더 챔버(23) 내 압력이 흡입 단계 동안 한정된 압력 차이만큼 연료 탱크(25) 내 압력 미만으로 떨어질 때 개방된다. 또한 면 단부 부근에서, 출구 라인(28)은 실린더 챔버(23)로부터 진행하고, 이 출구 라인은 예를 들어 내연 엔진용 분사 시스템의 고압 축압기(도 2에 미도시)로 이어진다. 출구 밸브로서 압력 밸브(29)가 출구 라인(28)에 배열된다. 상기 압력 밸브는, 실린더 챔버(23) 내 연료 압력이 한정된 압력을 초과할 때 압력 단계 동안 개방된다.

연료 펌프는 캠샤프트(4)를 구비하고, 이 캠샤프트는, 중심 샤프트(5)와, 이 중심 샤프트 상에서 함께 회전가능하게 (다시 말해, 샤프트(5)에 대해 회전가능하지 않도록) 장착된, 도 2에 도시된, 적어도 단일 캠(6)을 구비한다. 연료 펌프(1)는 롤러 태핏(7)을 포함한다. 상기 롤러 태핏은 태핏 몸체(8)를 구비하고, 중심 기하학적 (다시 말해, 가상 선형) 회전축(11) 주위로 회전가능하도록, 보다 상세히 도시되지 않은 방식으로, 상기 태핏 몸체 상에 유지되는 롤러(9)를 구비한다. 태핏 몸체(8)는, 펌프 피스톤(2)과 반대쪽 측면에, 다시 말해, 도 1의 도시에서 아래쪽에, 리세스(30)를 구비하고, 이 리세스는 롤러(9)를 감싸게 수용하여, 롤러가 그 단면 중심 또는 그 기하학적 회전축(11) 주위로 회전가능하도록 구성된다. 이를 위해, 리세스(30)는, 도 1에 도시된 단면에서, 롤러(9)가 아래쪽으로 떨어지는 것을 방지하기 위하여 구체적으로 180도를 초과하는 외주 각도(circumferential angle)를 따라 원형 윤곽을 따라 연장되는, 방사방향으로 내부쪽을 향하는 베어링 표면(31)을 구비한다. 상기 원형 윤곽의 직경은 롤러(9)의 외부 직경보다 약간 더 커서, 롤러(9)가 회전가능하게 유지된다. 이 예에서, 이 직경은 도 2에서 단지 간단한 라인으로 간략화된 형태로 도시된 작은 갭(32)을 형성하도록 선택되고, 이 갭 안으로 연료가 동작 동안 진입하여, 특히 롤러(9)에 유체역학적으로 윤활을 제공하고 플레인-베어링(plain-bearing)을 제공할 수 있다.

롤러 태핏(7)은 펌프 피스톤(2)과 캠(6) 사이에 배열된다. 2개의 부품, 즉 롤러 태핏과 펌프 피스톤이 피스톤의 길이방향 중심선(10)과 평행한 2개의 방향(앞뒤 방향)에 대하여 동기적인 (및 그리하여 동일한) 움직임을 수행하도록, 롤러 태핏(7)은 펌프 피스톤(2)과 움직임-결합된다. 펌프 피스톤은 또한 도 2의 단면 평면에도 놓여 있으나 해치 없이 도시된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 태핏 몸체(8)는, 캠(5)과는 반대쪽으로 이어지는 방향으로 그리고 태핏 몸체 길이방향 중심선과 평행한 방향으로, 압축 스프링(33)에 지지된다. 상기 압축 스프링은, 연료 펌프(1)의, 실린더 챔버(23)에 인접한, 하우징(15)에, 동일한 방향으로, 지지된다. 압축 스프링(33)은, 태핏 몸체(8)의 모든 가능한 위치에서, 상기 압축 스프링이 스프링 압축 힘 하에 있어서, 태핏 몸체(8)를 캠(6)의 방향으로 푸시하도록 크기 정해진다. 이 예에서, 태핏 몸체(8)는 스프링 판(34)을 통해 압축 스프링(33)에 지지된다. 스프링 판(34)은 태핏 몸체(8)에 형성된 보어(35)의 바텀 면과 압축 스프링(33) 사이에 배열된다. 상기 스프링 판은, 그 중심 개구의 내부 에지에 의해, 형상-맞춤 방식으로 축방향으로, 펌프 피스톤(2) 내 그루브(36)에 맞물려, 피스톤의 길이방향 중심선(10)과 평행한 2개의 서로 반대 축방향으로 형상 맞춤을 형성한다.

롤러(9)는 캠(6)의 외부 에지(12) 상에서 롤링한다. 피스톤의 길이방향 중심선(10)은 펌프 피스톤(2)의 중심을 따라 이어진다. 태핏 몸체(8)는 그 중심 태핏 몸체 길이방향 중심선(13)을 따라 연장된다. 상기 태핏 몸체는, 태핏 몸체 길이방향 중심선(13)과 평행한 방향으로, 다시 말해, 도 2에서 위쪽으로 및 아래쪽으로 이동가능하도록, 태핏 몸체 가이드(14)에 수용된다. 상기 태핏 몸체 가이드는 도 2에서 단지 일부 구역만이 도시되고, 이 예에서는, 또한 연료 펌프(1)의, 실린더 챔버(23)가 내부에 형성된, 하우징(15)의 구성 성분이다.

도 2는, 캠(6) 쪽으로 피스톤의 길이방향 중심선(10)이 직선으로 신장된 것이고, 롤러(9)의 기하학적 회전축(11)과 교차하는 기하학적 또는 가상 기준 라인(20)을 도시한다. 선택된 예시적인 실시예에서, 기준 라인(20)은 또한 캠(6)의 기하학적 회전축(38)과 교차한다. 이 예에서, 태핏 몸체 길이방향 중심선(13)과 기준 라인(20)은, 도 2의 도면의 평면에 대응하고 캠샤프트(4)(도 2a 참조)의 기하학적 회전축(38)에 수직인 공통 기하학적 평면에 놓여 있는 것으로 제공된다. 이것은, 롤러 태핏(7)의 원하는 경사지지 않은 배향에 대응한다. 태핏 몸체 길이방향 중심선(13)과 기준 라인(20)이 놓여 있는 평면은 또한 롤러(9)의 기하학적 회전축(11)과 수직으로 이어진다.

알려진 연료 펌프(1')와는 대조적으로, 본 발명에 따른 연료 펌프(1)에서는 태핏 몸체 길이방향 중심선(13)은 기하학적 기준 라인(20)에 대해 측방향 간격(a)을 두고 이어진다. 측방향 간격에 대한 이러한 도시는, 청구항 1의 의미 내에서, 태핏 몸체 길이방향 중심선(13)이 (도 2 및 도 2a에 도시된 예에서와 상이하게) 캠샤프트(4)의 기하학적 회전축(38)과 수직이고 기준 라인(20)을 통해 이어지는 평면의 외측에 놓이는 경우도 가능할 수 있다. 태핏 몸체 길이방향 중심선(13)이, 예를 들어 도 2에 도시된 위치로부터 도 2의 도면의 평면 뒤 위치로 위치적으로 재위치되도록, 도 2 및 도 2a에 도시된 예에서와 상이하게 위치된 경우, 이것은, 회전축(38)과 평행하게 배향된 투영 방향으로 보았을 때, 다시 말해, 도 2를 보는 방향에서, 태핏 몸체 길이방향 중심선(13)이 기하학적 기준 라인(20)에 대해 측방향 간격(a)을 두고 다시 이어지는 효과를 제공할 수 있다. 이러한 투영 방향으로 보는 경우에, 2개의 라인(13 및 20)들은 공통 시야 평면에 투영된다. 도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 상기 투영 방향으로 보았을 때, 태핏 몸체 길이방향 중심선(13)은, 캠(6)과 롤러(9)의 접촉 영역(37)에서, 동작을 위해 선택된, 캠(6)의 외주 움직임의 (회전 방향 화살표(19)에 의해 동시에 도 2에 지시된) 방향에 대하여, 기준 라인(20)의 전방에 위치된 기준 라인(20)의 측면에 놓여 있는 것으로 제공된다.

도시된 예시적인 실시예에서, 태핏 몸체(8)는, 외부 측에, 함께 원통형 방식으로 이어지는 가이드 표면(41)을 구비한다. 태핏 몸체 가이드(14)를 형성하는 연료 펌프(1)의 하우징(15)의 구역에는, 보어(43)가 위치되고, 이 보어의 방사방향 내부쪽을 향하는 표면은 태핏 몸체 가이드(14)의 가이드 표면(42)을 형성한다. 가이드 표면(42)은 또한 함께 원통형 방식으로 이어진다. 그 결과, 태핏 몸체(8)와 태핏 몸체 가이드(14)는 함께 태핏 몸체 길이방향 중심선(13) 주위로 회전 방향으로 형상 맞춤을 형성하지 않는다. 펌프 피스톤(2)과, 상기 펌프 피스톤을 하우징(15) 내에서 길이방향으로 변위가능하게 가이드하도록 설계된 펌프 피스톤 가이드(이 예에서는 실린더 챔버(23)의 벽이다) 각각은, 펌프 피스톤(2)과 하우징(15)이 피스톤의 길이방향 중심선(10) 주위로 회전 방향으로 형상 맞춤을 형성하지 않도록 원통형 가이드 표면을 구비한다.

도 2b 및 도 2c는, 도 2a에 대하여 약간 상이한 사이즈로, 구체적으로 롤러(9)가 캠샤프트(4)의 기하학적 회전축(38)에 대하여 가장 큰 편심율의 에지 구역에서 캠(6)을 지지하는 가상 동작 상태에서, 롤러(9)의 각 평면도를 개략적으로 도시한다. 상기 위치는 상사점이라고도 언급된다. 도 2a 및 도 2b는, 비교예로서, 접촉 영역(37)의 길이를 따라, 캠(6)과의 접촉 영역에서 롤러(9)에 작용하는 라인 부하의 2개의 상이한 분배를 개략적으로 도시한다. 도 2b의 예에서, 롤러(9)의 롤러 중심(39)에 대하여 대칭적인 라인 부하(40)는 접촉 영역을 따라 작용한다. 대칭적인 라인 부하(40)의 경우에, 이것은 롤러(9)의 2개의 사점, 즉 상사점과 하사점에서도 태핏 몸체(8)가 경사지는 것을 야기하지 않는다. 대조적으로, 도 2c는 롤러 중심(39)에 대하여 비대칭인 라인 부하(40)를 도시한다. 상기 라인 부하를 롤러 중심(39)의 각 측에 대한 합성 힘(F1 및 F2)으로 대체한다면, 평행하게 이격된 상기 힘들은 동일한 방향을 향하지만, 상이한 화살표 길이로 개략적으로 지시된 바와 같이 상이한 크기이다. 힘의 액션이 비대칭인 결과 나타나는 불균일한 힘(F1 및 F2)은 각 경우에 롤러 중심(39) 주위로 동일한 레버 암(lever arm)을 통해 작용하고, 이는 태핏 몸체 길이방향 중심선(13) 주위로, 도 2d에 개략적으로 도시된, 토크(M12)를 야기한다. 대응 조치가 없다면, 이 토크(M12)는, 롤러(9)의 상사점과 하사점에서, 태핏 몸체 길이방향 중심선(13) 주위로 태핏 몸체(8)가 원치 않게 경사지는 것을 야기할 수 있다. 그러나 도 2d에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료 펌프(1)의 경우에, 기준 라인(20)과 태핏 몸체 길이방향 중심선(13) 사이의 측방향 간격(a)이 있는 것으로 인해, M12의 화살표 방향으로 배향된 롤러(9)의 경사는 토크(M12)와 반대쪽을 향하는 반대 토크(M3)를 야기할 수 있다. 도 2d에 있는 간략화된 그래픽은, 여기서, 접촉 영역(37)의 접촉 라인에서 힘 맞춤에 의해 야기된 반대 힘(F3)이 태핏 몸체 길이방향 중심선(13) 주위로 측방향 간격(a)의 길이의 레버 암을 통해 작용하여, 반대 토크(M3)를 야기하는 것을 보여준다. 이것은 토크(M12)에 대하여 반대 회전 방향으로 태핏 몸체 길이방향 중심선(13) 주위에 작용하여, 2개의 토크들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 상쇄되어, 롤러(9)와 태핏 몸체(8)가 캠(6)과 롤러(9)의 회전축이 평행하게 이어지는 원하는 배향으로 안정화되게 된다.

1, 1': 연료 펌프 25: 연료 탱크
2, 2': 펌프 피스톤 26: 입구 라인
3, 3': 길이방향 단부 27: 흡기 밸브
4, 4': 캠샤프트 28: 출구 라인
5, 5': 샤프트 29: 압력 밸브
6, 6': 캠 30: 리세스
7, 7': 롤러 태핏 31: 베어링 표면
8, 8': 태핏 몸체 32: 갭
9, 9': 롤러 33: 압축 스프링
10, 10': 피스톤의 길이방향 중심선 34: 스프링 판
11, 11': 기하학적 회전축 35: 보어
12, 12': 외부 에지 36: 그루브
13, 13': 태핏 몸체 길이방향 중심선 37: 접촉 영역
14, 14': 태핏 몸체 가이드 38: 기하학적 회전축
15, 15': 하우징 39: 롤러 중심
16': 돌출부 40: 라인 부하
17': 그루브 41: 가이드 표면
18, 18': 회전 방향 42: 가이드 표면
19, 19': 회전 방향 43: 보어
20,20': 기하학적 기준 라인 a: 측방향 간격
21': 펙 F₁: 힘
22': 그루브 F₂: 힘
23: 실린더 챔버 F₃: 반대 힘
24: 한정 벽 M₁₂: 토크
M₃: 반대 토크

Claims

연료 펌프(1)로서,
펌프 피스톤(2), 적어도 하나의 캠(6)을 구비하는 캠샤프트(4), 및 상기 펌프 피스톤(2)과 상기 캠(6) 사이에 배열되고, 태핏 몸체(8)와, 상기 태핏 몸체 상에 회전가능하게 유지되는 롤러(9)를 구비하는 롤러 태핏(7)을 적어도 포함하되, 상기 펌프 피스톤(2)과 상기 태핏 몸체(8)는 상기 피스톤의 길이방향 중심선(10)과 평행한 방향으로의 움직임에 대하여 움직임-결합되고(movement-coupled), 상기 롤러(9)는 상기 캠(6)과 접촉하고, 상기 피스톤의 길이방향 중심선(10)이 직선으로 신장된 기하학적 기준 라인(20)은 상기 롤러(9)의 기하학적 회전축(11)과 교차하고, 상기 태핏 몸체(8)는 상기 기준 라인(20)과 평행한 태핏 몸체의 길이방향 중심선(13)을 구비하고, 상기 롤러(9)의 기하학적 회전축(11)과 평행하게 배향된 투영 방향으로 보았을 때, 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선(13)은 상기 기하학적 기준 라인(20)에 대해 측방향 간격(a)을 두고 이어지는 것을 특징으로 하는 연료 펌프(1).
제1항에 있어서, 상기 투영 방향으로 보았을 때, 상기 롤러(9)의 적어도 상사점과 특히 하사점에서, 캠(6)과 롤러(9) 사이의 접촉 영역(37)은 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선(13)으로부터 측방향으로 이격되도록 위치된 것을 특징으로 하는 연료 펌프(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기하학적 기준 라인(20)은 상기 캠샤프트(4)의 기하학적 회전축(38)과 교차하는 것을 특징으로 하는 연료 펌프(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투영 방향으로 보았을 때, 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선(13)은, 캠(6)과 롤러(9)의 접촉 영역에서, 동작을 위해 선택된, 상기 캠(6)의 외주 움직임(circumferential movement) 방향에 대하여, 상기 기준 라인(20)의 전방에 위치되거나, 또는, 캠(6)과 롤러(9)의 접촉 영역에서, 동작을 위해 선택된, 상기 캠(6)의 외주 움직임 방향에 대하여, 상기 기준 라인(20) 뒤에 위치된 상기 기준 라인(20) 측에 위치된 것을 특징으로 하는 연료 펌프(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 태핏 몸체(8)는 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선(13)과 평행한 방향으로 이동가능하도록 태핏 몸체 가이드(14)에서 가이드되고, 상기 태핏 몸체(8)의 가이드 표면(41)은 내부 원통형 포락선 상에 놓이거나 또는 상기 내부 원통형 포락선 내에 놓이고, 상기 태핏 몸체 가이드(14)의 가이드 표면(42)은 외부 원통형 포락선 상에 놓이거나 상기 외부 원통형 포락선의 외측에 놓이고, 상기 내부 포락선의 직경은 상기 외부 포락선의 직경보다 더 작은 것을 특징으로 하는 연료 펌프(1).
제5항에 있어서, 상기 태핏 몸체(8)의 외부 가이드 표면(41)과 상기 태핏 몸체 가이드(14)의 내부 가이드 표면(42)은 각 경우에 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선(13) 주위로 전체 각 외주를 따라 연속적으로 원통형 방식으로 이어지는 것을 특징으로 하는 연료 펌프(1).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 라인(20)과 상기 태핏 몸체 길이방향 중심선(13)은 상기 캠샤프트(4)의 기하학적 회전축(38)과 수직으로 연장되는 공통 기하학적 평면에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 연료 펌프(1).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 태핏 몸체(8)는, 압축 스프링(33)에 의해, 상기 펌프 피스톤(2)과 상호 작용하는 실린더 챔버(23)에 인접한, 상기 연료 펌프(1)의 하우징(15)의 구역에 지지되고, 및/또는 상기 펌프 피스톤(2)은, 상기 실린더 챔버(23)와는 반대쪽으로 이어지고 상기 피스톤의 길이방향 중심선(10)과 평행한 방향으로 상기 태핏 몸체(8)에 지지되는 것을 특징으로 하는 연료 펌프(1).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 펌프(1)는 연료를 100 바를 초과하는 압력, 특히 150 내지 250 바의 압력, 또는 1000 바를 초과하는 압력, 특히 1500 내지 2500 바의 압력으로 압축하는데 적절하고 특히 압축하도록 설계된 고압 연료 펌프인 것을 특징으로 하는 연료 펌프(1).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프 피스톤(2)은, 펌프 피스톤 가이드의 내부 가이드 표면과 함께, 상기 피스톤의 길이방향 중심선(10)의 방향으로 길이방향 가이드를 형성하는 외부 가이드 표면을 구비하고, 상기 펌프 피스톤(2)의 외부 가이드 표면과 상기 펌프 피스톤 가이드의 내부 가이드 표면은 상기 피스톤의 길이방향 중심선(10) 주위로 동심으로 그리고 원통형으로 전체 각 외주를 따라 이어지는 것을 특징으로 하는 연료 펌프(1).