KR20160108350A

KR20160108350A - 고압 연료 펌프

Info

Publication number: KR20160108350A
Application number: KR1020167019129A
Authority: KR
Inventors: 피터 보이트
Original assignee: 델피 인터내셔널 오퍼레이션즈 룩셈부르크 에스.에이 알.엘.
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2016-09-19
Also published as: GB201400864D0; WO2015106876A1; EP3097304A1

Abstract

연료 펌프(18)는 고정형 바디(30)와, 보어 내에 슬라이딩 가능하게 안내되는 피스톤과 연동하는 캠샤프트(36)를 포함한다. 상기 캠샤프트(36)는 압축 챔버 내의 연료를 가압하기 위해 상기 보어 내에서 왕복 운동하도록 상기 피스톤을 회전 및 작동시킨다. 상기 캠샤프트(36)는 회전 안내부(38)를 통해 흐르는 유체 내에서 전파하는 유압파를 댐핑하는 일체형 유체 댐퍼(42)를 구비한다.

Description

고압 연료 펌프{HIGH PRESSURE FUEL PUMP}

본 발명은 유체 내에서 전파하는 유압파(hydraulic waves)를 흡수하도록 댐퍼를 포함하는 연료 펌프에 관한 것이다.

차량 엔진에 피딩하는 연료 회로는, 연료가 인젝터로 흐르기 전에 저압 탱크로부터 연료를 크게 가압하는 고압 연료 펌프로 연료를 흐르게 하는 리프트 펌프(lift pump)를 포함한다.

당해기술에 공지된 고압 펌프는 압축 챔버 내의 연료를 가압하기 위해 보어 내에서 왕복식으로 슬라이딩하는 피스톤과 연동하는 회전식 캠샤프트를 포함한다. 상기 캠샤프트는 2개의 부싱들 사이에서 회전으로 안내되고, 작동시에 저압 연료의 역류는 캠샤프트를 적시고 부싱을 통해 흘러서 표면들을 윤활하고 저압 라인으로 복귀한다. 유압파는 상기 역류 내에서 전파하여 소음을 발생시키고, 그 맥동은 필터와 같은 저압 라인의 다른 구성요소에 충격을 준다.

기존의 통상적인 해결책으로는, 예컨대 맥동을 역류로 다시 공급하는 저압 레귤레이터가 있지만, 이러한 레귤레이터는 C0₂와 연관되어 있다. 다른 접근법은 리턴 라인 내에 입구 오리피스를 배치하는 것이지만, 입구 오리피스가 흐름 섹션을 구속함에 따라, 연료 회로의 저압 펌프가 추가적인 흐름을 제공해야 한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 동축 부싱과 같은 회전 안내 수단들 사이에 수용하는 고정형 바디와, 보어 내에 슬라이딩 가능하게 안내되는 피스톤과 연동하는 캠샤프트를 포함하는 연료 펌프를 제공함으로써 전술한 문제점을 해결하기 위한 것이다. 상기 캠샤프트는 압축 챔버 내의 연료를 가압하기 위해 상기 보어 내에서 왕복 운동하도록 상기 피스톤을 회전 및 작동시킨다. 상기 캠샤프트는, 상기 캠샤프트를 적시는 유체 내에서 전파하여 상기 회전 안내 수단을 통해 흐르는 유압파를 댐핑하는 일체형 유체 댐퍼를 구비한다.

상기 캠샤프트는 부분적으로 중공형이며, 상기 유체 댐퍼는 중공부 내에 배치된다. 상기 캠샤프트는, 상기 캠샤프트의 벽을 통해 연장되는 채널을 더 구비하여, 상기 캠샤프트의 외부면과 내측 중공부 사이에 유체 연통을 확립한다.

상기 펌프의 캠샤프트 내의 상기 댐퍼는 최소한의 노력 및 적은 개수의 부품으로 수행될 수 있는 이점을 제공하는 해결책이다.

상기 댐퍼는 상기 중공부 내에 배치된 변형가능한 구획 부재를 포함한다. 상기 변형가능한 구획 부재는 연통 채널(46)을 개방하는 제1 챔버(50)의 용적을 변경함으로써 유압파를 흡수가능하게 한다.

일 실시예에서, 상기 구획 부재는 상기 중공부 내에 배치되어, 상기 중공부를 상기 제1 챔버와 제2 챔버로 분리한다.

상기 제2 챔버는 유체 흐름(FR)과 유체 연통하도록 개방될 수 있거나, 또는 다른 실시예에서 폐쇄될 수 있다.

또한, 상기 구획 부재는 상기 중공부의 끝단에 배치되며, 상기 제1 챔버의 용적은 상기 중공부의 용적과 동일하다.

유압파 없이 상기 구획 부재는 휴지 위치에 유지되고, 유압파 발생시에 상기 구획 부재는 상기 휴지 위치로부터 멀어지게 변형 또는 변위한다. 이와 같은 변형을 가능하게 하기 위해, 상기 구획 부재는 변형가능한 탄성 멤브레인, 예컨대 금속 시트이다.

또 다른 실시예에서, 상기 댐퍼는 원통형이고, 상기 구획 부재는 상기 원통형으로 슬라이딩 가능하게 안내되는 피스톤이며, 상기 피스톤을 휴지 위치로 스프링이 유도한다.

임의 실시예에서, 상기 캠샤프트는 원통형 액슬 샤프트를 포함하는 복합재 샤프트(composite shaft)이며, 상기 원통형 액슬 샤프트 위에는 캠이 고정식으로 프레스 피팅된다.

공지된 저압 레귤레이터와는 달리, 입구와 리턴 라인 사이에 흐름이 없으므로, CO₂에 대한 충격이 없다. 시간에 대한 멤브레인의 휨(deflection) 또는 피스톤의 변위(displacement)만이 있으므로, 압력파를 위한 몇 가지의 공간을 제공한다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 예로서 기술한다.
도 1은 차량의 연료 회로에 대한 개략도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 펌프에 대한 단면도,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료 펌프에 대한 단면도,
도 4는 도 2의 제1 실시예에 대한 변형도.

하기의 설명에서, 유사한 요소는 동일한 참조부호로 지칭될 것이다. 또한, 설명을 용이하고 명확하게 하기 위해, 도면의 배향은 어떠한 제한 의도 없이 참고로 따를 것이다. 따라서, "상부(top), 상측(upper), 하측(lower), 위에(over), 아래에(under), 수평방향(horizontal) 또는 수직방향(vertical)"과 같은 용어 및 표현이 이용될 수 있다.

도 1은 단순화된 연료 장비(12)를 배치하는 엔진(10)을 갖는 차량(8)에 대한 비제한적인 개략도이다. 이는 임의 특정한 타입의 차량 또는 연료에 제한되지 않으며, 본 발명의 교시내용은 디젤뿐만 아니라, 가솔린 또는 임의의 다른 연료에 적용가능하다. 차량(8)의 후방에는 연료 탱크(14) 및 저압 펌프(16)가 배치되고, 차량 엔진(10) 상의 전방에는, 고압 펌프(18), 고압 연료를 복수의 인젝터(22)에 분배하는 매니폴드(20)(커먼레일로도 공지됨)가 배치된다. 이러한 구성요소는 탱크(14)로부터 고압 펌프(18)로 연장되는 저압 공급 라인(24)과, 고압 펌프(18), 매니폴드(20) 및 인젝터(22) 사이에 구속되는 고압 회로(26)와, 인젝터(22)로부터 되돌아오는 일부 연료를 탱크(14)로 다시 흐르게 하도록 차량(8)의 전방으로부터 후방으로 연장되는 저압 리턴 라인(28)을 통해 서로 유체 연통하게 배치된다.

연료 장비(12)의 다수의 변형례는 전방 또는 후방 내의 엔진과, 다른 단부에 배치된 연료 탱크를 갖는 차량(8)과 함께 존재한다. 저압 공급 라인(24)과 저압 리턴 라인(28) 양자는 차량(10)의 전방과 후방 사이에서 길게 연장되고, 상기 라인들 내에서 저압 연료가 흘러서, 예컨대 고압 펌프의 작동에 의해 또는 분사 이벤트에 의해 발생되는 유압파를 전파한다.

도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예를 기술하며, 여기서 고압 연료 펌프(18)의 조종부(piloting part)가 개략적으로 도시된다. 펌프(18)는 우측 부재(34)로부터 이격된 좌측 부재(32)를 갖는 고정형 바디(30)를 포함한다. 부재(32, 34)들 사이에는 캠샤프트(36)가 회전식으로 배치되어, 캠 팔로어(미도시)를 거쳐 피스톤과 연동하는 제1 축(A1)을 따라 연장된다. 캠샤프트(36)의 회전을 가능하게 하기 위해, 각각의 부재(32, 34)는 동축(A1)으로 배치된 부싱(38)을 구비한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 캠샤프트(36)는 부재(32, 34)들 사이에 배치된 하나의 캠(40)을 갖는다.

펌프(18)의 미도시된 부분은 보어 내의 제2 축(A2)을 따라 왕복 슬라이딩하도록 캠(40)와 연동하는 피스톤을 포함하여, 압축 챔버 내의 연료를 가압한다.

화살표로 나타낸 바와 같이, 연료의 일부는 캠샤프트(36)를 적시는 저압 역류(F)를 형성한 다음, 전방 역류(FF)와 후방 역류(FR)로 나뉘어, 회전 표면을 윤활하는 부싱(38)을 통한다. 유압파는 상기한 역류 내에서 전파하여 저압 리턴 라인 내의 바람직하지 못한 맥동을 발생시킨다.

저압 회로 내의 압력 진동(pressure oscillation)에 대한 각종 이유가 있다. 주요한 이유는 캠샤프트(36)의 운동과 관련된 유체의 운동이다. 이와 같은 운동 하에서의 유체는 각종 반향을 초래하고, 기하학적인 장애물에 의해 자유로운 흐름이 방해되는 어디에서나, 압력 상승(pressure spikes)이 나타나고, 저압 회로를 통해 즉시 전달된다.

이러한 바람직하지 못한 영향을 극복하기 위해, 캠샤프트(36)는 유체 댐퍼(42)를 구비한다. 캠샤프트(36)는 부분적으로 중공형으로 제조되며, 상기 중공부(44)는 캠샤프트(36)의 중간인 대략 반부로부터 후방 역류(FR) 내로 개방하는 위치인 캠샤프트(36)의 우측 끝단까지 캠샤프트(36) 내에서 축(A1)방향으로 연장된다. 보이는 바와 같이, 중공형 실린더(44)의 블라인드 단부는 부싱(38)들 사이에 있고, 중공형 실린더(44)는 상기 블라인드 단부 근방의 중공형 실린더(44)로부터 캠샤프트(36)의 외부면까지 연장되는 채널(46)을 통해 펌프(10)의 내부와 유체 연통한다. 중공형 실린더 내에는 횡방향 탄성 멤브레인(48), 예컨대 샤프트 상에 용접된 금속 레이저의 얇은 시트가 배치되어, 중공형 실린더(44)를 제1 챔버(50)(블라인드 단부와 채널(46)이 있음)와, 멤브레인(48)의 우측 상에 나타나 있는 제2 챔버(52)로 나눈다. 멤브레인(48)은 통상적으로 휴지 위치에서 평면이고, 변형되면, 그 탄성 특성이 상기의 평면 휴지 위치로 복귀하도록 영구적으로 유도한다.

작동시에 제1 챔버(50)의 내부는 연료로 충전된다. 유압파는 역류(F)를 따라 전파하여 채널(46)에 들어가서, 제1 챔버(50) 내에 도달하고, 용적을 변경하여 흐름의 유압 맥동을 댐핑하는 멤브레인(48)을 변형시킨다. 2개의 챔버의 총 용적은 일정하게 유지된다.

이러한 실시예에 대한 다수의 변형례가 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 실시예에서, 중공형 실린더(44)의 우측 끝단이 개방되어 연료로 충전되고, 멤브레인이 변형되면, 연료가 제2 챔버로부터 배출된다. 변형적으로, 멤브레인은 도 4에 도시한 바와 같이 중공부의 우측 끝단에 배치될 수 있으며, 제1 챔버는 중공부의 모든 용적을 차지한다.

또 다른 실시예에서, 중공부의 우측 끝단이 폐쇄될 수 있으며, 도 2에서와 같이 멤브레인은 중공부 내에 설치될 수 있다. 그 다음, 제2 챔버(52)는 공기 또는 또 다른 가스로 충전된다. 작동시에, 멤브레인(48)은 변형하여 제2 챔버(52) 내의 가스를 약간 압축한다.

도 2에서, 제2 챔버(50)는 제2 챔버(52)보다 더 작고, 다른 변형례에서, 그 반대로 제1 챔버(50)가 제2 챔버(52)보다 큰 것일 수 있으며, 상기 제2 챔버(52)는 개방 또는 폐쇄된다.

멤브레인을 소정 위치에 고정식으로 배치하기 위해, 레이저 용접뿐만 아니라, 다른 기술이 이용될 수 있다.

또 다른 실시예가 도 3에 개략적으로 도시된다. 상기 실시예에서, 멤브레인(48)은 제2 챔버(52) 내에 배치된 스프링(56)에 의해 휴지 위치에 영구적으로 유도되는 슬라이딩 피스톤(54)으로 대체되어 있다. 여기서 다시, 유압파는 피스톤을 변위하여 챔버(50, 52)의 용적을 변경한다.

임의 실시예에서, 캠샤프트(36)는 원피스로 제조된 모노-블록일 수 있거나 또는 원통형 액슬 샤프트(예컨대, 원통형 액슬 샤프트 위에 캠에 의해 고정식으로 배치됨)로 제조된 복합재일 수 있다. 후자 구성의 이점은 캠을 위해 이용된 것보다 낮은 등급의 강철을 액슬 샤프트를 위해 이용한다는 것이다. 이 경우, 중공형 실린더를 제조하는 것이 더욱 쉬울 수 있다.

8: 차량
10: 엔진
12: 연료 장비
14: 연료 탱크
16: 저압 펌프
18: 고압 펌프
20: 커먼 레일
22: 인젝터
24: 저압 공급 라인
26: 고압 회로
28: 저압 리턴 라인
30: 고압 펌프의 바디
32: 바디의 좌측 부재
34: 바디의 우측 부재
36: 캠샤프트
38: 부싱
40: 캠
42: 댐퍼
44: 캠샤프트의 중공부
46: 채널
48: 멤브레인
50: 제1 챔버
52: 제2 챔버
54: 피스톤
56: 스프링
A1: 제1 축
A2: 제2 축
F: 연료의 역류
FF: 전방 역류
FR: 후방 역류

Claims

부싱(38)과 같은 회전 안내 수단들 사이에 수용하는 고정형 바디(30)와, 보어 내에 슬라이딩 가능하게 안내되는 피스톤과 연동하는 캠샤프트(36)를 포함하는 연료 펌프(18)로서, 상기 캠샤프트(36)는 압축 챔버 내의 연료를 가압하기 위해 상기 보어 내에서 왕복 운동하도록 상기 피스톤을 회전 및 작동시키는, 상기 연료 펌프(18)에 있어서,
상기 캠샤프트(36)는, 상기 캠샤프트(36)를 적시는 유체 내에서 전파하여 상기 회전 안내 수단(38)을 통해 흐르는 유압파(hydraulic wave)를 댐핑하는 일체형 유체 댐퍼(42)를 구비하는
것을 특징으로 하는,
연료 펌프.
제1항에 있어서,
상기 캠샤프트(36)는 부분적으로 중공형이며, 상기 유체 댐퍼(42)는 중공부(44) 내에 배치되는,
연료 펌프.
제2항에 있어서,
상기 캠샤프트(36)는, 상기 캠샤프트(36)의 벽을 통해 연장되는 채널(46)을 더 구비하여, 상기 캠샤프트(36)의 외부면과 내측 중공부(44) 사이에 유체 연통을 확립하는,
연료 펌프.
제3항에 있어서,
상기 댐퍼(42)가 상기 중공부(44) 내에 배치된 변형가능한 구획 부재(48, 54)를 포함하여, 상기 변형가능한 구획 부재(48, 54)는 연통 채널(46)을 개방하는 제1 챔버(50)의 용적을 변경함으로써 유압파를 흡수가능하게 하는,
연료 펌프.
제4항에 있어서,
상기 변경가능한 구획 부재(48)는 상기 중공부(44) 내에 배치되어, 상기 중공부(44)를 상기 제1 챔버(50)와 제2 챔버(52)로 분리하는,
연료 펌프.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 제2 챔버(52)는 유체 흐름(FR)과 유체 연통하도록 개방되는,
연료 펌프.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 제2 챔버(52)는 폐쇄되는,
연료 펌프.
제4항에 있어서,
상기 변경가능한 구획 부재(48)는 상기 중공부(44)의 끝단에 배치되며, 상기 제1 챔버(50)의 용적은 상기 중공부(44)의 용적과 동일한,
연료 펌프.
제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구획 부재(48, 54)는 유압파 없이 휴지 위치에 유지되고, 상기 구획 부재(48, 54)는 유압파 발생시에 상기 휴지 위치로부터 멀어지게 변형 또는 변위하는,
연료 펌프.
제8항에 있어서,
상기 구획 부재(48)는 변형가능한 탄성 멤브레인(48)인,
연료 펌프.
제9항에 있어서,
상기 멤브레인은 얇은 금속 시트인,
연료 펌프.
제8항에 있어서,
상기 댐퍼(42)는 원통형이고, 상기 구획 부재는 상기 원통형으로 슬라이딩 가능하게 안내되는 피스톤(54)이며, 상기 피스톤(54)을 휴지 위치로 스프링(56)이 유도하는,
연료 펌프.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캠샤프트(36)는 원통형 액슬 샤프트를 포함하는 복합재 샤프트(composite shaft)이며, 상기 원통형 액슬 샤프트 위에는 캠이 고정식으로 프레스 피팅되는,
연료 펌프.