KR20160119109A - 내연기관용 피스톤 연료 펌프 - Google Patents

내연기관용 피스톤 연료 펌프 Download PDF

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올리버 알브레히트
죄렌 슈트리첼
토비아스 솅크
하이코 얀
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 펌프 실린더(40)와, 이 펌프 실린더(40) 내에서 축 방향으로 변위될 수 있는 펌프 피스톤(28)을 포함하는 내연기관용 피스톤 연료 펌프(18)에 관한 것이며, 상기 피스톤 연료 펌프(18)는 펌프 피스톤(28)의 외주 상에 배치되는 시일(46)을 포함하고, 상기 시일(46)은 링형 기본 구조를 가지며, 상기 시일(46)은 축 방향의 탕구 방향을 갖는 사출 성형에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.

Description

내연기관용 피스톤 연료 펌프{PLUNGER FUEL PUMP FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따르는 피스톤 연료 펌프에 관한 것이다.
시장으로부터는, 연료가 연료 탱크로부터 기계식으로 구동되는 피스톤 연료 펌프에 의해 고압 상태로 연료 레일 내로 송출되고 연료 레일로부터는 인젝터들을 통해 내연기관의 연소실들 내로 도달하는, 내연기관의 연료 시스템들이 공지되어 있다.
예컨대 DE 10 2004 064 074 A1로부터 공지된 피스톤 연료 펌프의 경우, 변위 가능하게 장착되어 피스톤 연료 펌프의 송출 챔버 내 연료를 압축하는 펌프 피스톤이 제공된다. 펌프 피스톤은, 피스톤 핀 부싱(piston pin bushing) 내에서, 억지 끼워 맞춤(close fit)에 의해 활주하면서 적은 밀봉 간극으로 안내된다. 피스톤 핀 부싱은 간극 시일을 통한 지지 및 밀봉을 위해 소정의 길이를 가져야 하고 경우에 따라서는 큰 횡력을 흡수해야 한다. 그러므로 피스톤 핀 부싱은 흔히 강으로 제조된다. 그 밖에도, 높은 공차 요건으로 인해, 이른바 "피스톤 쌍 형성(piston pairing)"이 사용되며, 다시 말하면 각각의 펌프 하우징에 특정 피스톤이 할당된다. 또한, 실린더는 펌프 하우징 내에 복잡하게 호닝(honing) 가공되어야 한다. 따라서 제조가 덜 복잡한 피스톤 연료 펌프가 필요하다.
본 발명의 과제는, 피스톤 핀 부싱과 이 피스톤 핀 부싱 내에 피스톤의 고정밀 끼워맞춤이 더 이상 반드시 필요하지 않고 그에 따라 상당한 비용이 절감될 수 있는, 피스톤 연료 펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 기초가 되는 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 피스톤 연료 펌프를 통해 해결된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에서 언급되어 있다. 그 밖에도, 본 발명에 중요한 다른 특징들은 하기의 기재내용 및 도면에 있다.
본 발명에 따른 피스톤 연료 펌프는, 피스톤 핀 부싱과 이 피스톤 핀 부싱 내에 피스톤의 고정밀 끼워 맞춤이 더 이상 반드시 필요하지 않고 그에 따라 상당한 비용이 절감될 수 있다는 장점을 갖는다. 그 대신, 피스톤 연료 펌프는 펌프 피스톤의 외주에 배치되는 시일을 포함한다.
본 발명에 따라 상기 시일은 링형 기본 구조를 갖고, 특히 원주 방향으로 펌프 피스톤 둘레로 연장한다. 이런 점에 한해, 피스톤의 축, 즉 축 방향은 이하에서 시일의 특징적 방향을 나타내기 위해서도 사용된다.
피스톤 연료 펌프는 특히 펌프 하우징을 포함하는 펌프이며, 펌프 하우징 내에는 펌프 피스톤에 의해 한정되는 작동 챔버(working chamber)가 형성된다. 연료의 압축은 특히 상기 작동 챔버 내에서 특히 작동 챔버를 축소시키는 펌프 피스톤의 축 방향 이동에 의해 수행된다. 특히, 작동 챔버 내 연료의 압축은 높은 압력 레벨로, 예컨대 100bar 내지 600bar로 수행된다.
본 발명에 따른 시일은 특히 펌프의 작동 챔버와 저압 영역 사이에 형성된다. 저압 영역 내 압력은 펌프의 작동 챔버 내에서 생성되는 높은 압력 레벨보다 더 낮다. 저압 영역 내 압력 레벨은 예컨대 3bar 내지 10bar일 수 있고 별도의 부스터 펌프(booster pump)에 의해 생성될 수 있다.
작동 챔버는 특히 유출 밸브를 통해 펌프 유출구와 연결되고, 특히 전기 구동될 수 있는 유입 밸브를 통해 펌프 유입구와 연결된다. 전기 구동될 수 있는 유입 밸브는 특히 양 제어 밸브(amount control valve)로서 형성될 수 있다. 또한, 선택에 따라, 펌프 유입구와 작동 챔버 사이에는 펌프의 저압 영역 내에서 맥동의 댐핑(damping)을 위한 댐핑 장치가 추가로 제공될 수 있다.
저압 영역에서 맥동의 댐핑을 위한 댐핑 장치는 예컨대 2개의 멤브레인 사이에 포함된 가스 체적을 포함할 수 있으며, 댐핑 장치와 관련한 상세내용은 DE10327408A1에 제시되어 있는 것처럼 형성될 수 있다.
펌프 유출구와 작동 챔버 사이에 배치되면서도 유출 밸브에 대해 역팽행하게 배치되는 추가 밸브가 제공될 수 있으며, 이 추가 밸브는 특히 펌프와 연결될 수 있는 고압 어큐뮬레이터를 위한 압력 제한 밸브로서 작용할 수 있다.
바람직하게 유출 밸브 및/또는 유입 밸브 및/또는 압력 제한 밸브는 펌프 하우징에 대해 위치 고정 방식으로, 그리고 이런 점에 한해 펌프 실린더에 대해서도 위치 고정 방식으로 고정된다. 이런 점에 한해, 펌프 피스톤 상에 상기 컴포넌트들의 고정은 특히 배제된다. 따라서 펌프 피스톤의 질량이 작고 그에 따라 펌프의 동적 거동(dynamic) 또는 동작 용이성(ease of movement)이 개선된다는 장점이 달성된다.
바람직하게는, 추가로 또는 대안으로서, 펌프 피스톤은 중실체(solid body)로서 형성됨으로써 펌프 피스톤은 연료 분사 동안, 특히 가솔린 직접 분사 동안 작용하는 높은 압력을 변형 없이 견딜 수 있게 된다. 이런 점에 한해서, 펌프 피스톤의 길이방향 관류성은 배제된다.
작동 챔버, 유출 밸브 및 압력 제한 밸브의 상호 배치, 및 펌프 몸체 내에 배치에 대한 다른 상세내용은 예컨대 DE102004013307A1에 제시된 것처럼 형성될 수 있다.
펌프 실린더는 펌프 몸체 내에 고정된 부싱 내에 형성될 수 있다. 대안으로서, 펌프 실린더는 펌프 몸체 내에 직접 제공될 수도 있다.
펌프 몸체, 펌프 피스톤, 펌프 실린더 및/또는 연료와 접촉하는 모든 펌프 부품들은 바람직하게는 강으로만, 그리고 플라스틱으로 구성되며, 그럼으로써 그 결과로 에탄올 함유 연료 및/또는 기타 침식성 연료에 대해 높은 내성이 주어진다.
본 발명에 따라 시일은 사출 성형에 의해 제조된다. 사출 성형이라고도 하는 사출 성형 방법은 당업자에게 특히 플라스틱으로, 예컨대 열가소성 수지로 공작물을 제조하기 위해 기본적으로 공지되어 있다.
상기 방법의 특수성은 특히 액화된 사출 성형 재료가 하나의 탕구 또는 복수의 탕구를 통해 주형 내로 주입된다는 것이다. 먼저 주형 내에 있는 공기가 특히 하나의 별도 탈기구 또는 복수의 별도 탈기구를 통해 빠져 나간다. 제조된 공작물은 냉각 후에 고화되고 주형으로부터 분리된다. 특히 이렇게 제조된 공작물은, 주형에서 탕구 또는 탈기구에 인접하게 놓였던 영역에서 소정 형상과의 편차를 갖는다. 이런 점에서, 공작물 상의 특히 탕구 지점들 및 탈기 지점들(탕구 니플 또는 탈기 니플이라고도 함)이 결정되어야 한다. 이들은 특히 국부적인, 예컨대 링형 요철 또는 링형 그레이트(grate)의 형상을 갖는다; 작은 니플과 같이 형성될 수 있는 전체적으로 돌출한 구조가 나타날 수 있다. 특히 탈기 지점들의 영역에서 작은 리세스들도 나타날 수 있다.
본 발명은 피스톤 연료 펌프의 밀봉 시에 이러한 탕구 지점들 또는 탈기 지점들이 후가공에 의해 복잡하게 제거되어야 하거나 또는 시일의 밀봉 기능 또는 장착 가능성 및/또는 취급 가능성을 위해 불리할 수 있다는 관찰에 기초한다.
본 발명에 따라 상기 문제는, 시일이 축 방향의 탕구 방향을 가진 사출 성형에 의해 제조됨으로써 해결된다.
이 경우, 특히 적어도 하나의 탕구 지점은 시일의 축 방향으로 정렬된 면 상에, 그에 따라 시일의 밀봉 영역 외부에 놓이게 된다. 본 발명의 개선예에서, 복수의 탕구 지점들은 시일의 축 방향으로 정렬된 면 상에 배치된다.
개선예에서, 하나의 탈기 지점 또는 복수의 탈기 지점들은 시일의 축 방향으로 정렬된 면 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 탈기 지점 또는 탈기 지점들은 시일의 축 방향으로 정렬된 면 상에 배치되며, 상기 면은 탈기 지점 또는 탈기 지점들이 놓인 축 방향 면에 축 방향으로 마주 놓이는 것이 바람직하다.
전술한 바와 동일한 효과들 및 장점들을 가지고, 추가로 또는 대안으로서 적어도 하나의 탕구 지점 및 적어도 하나의 탈기 지점이 축 방향으로 서로 오프셋되어 배치될 수 있다.
특히 가솔린 직접 분사의 분야에서 피스톤 연료 펌프를 사용하는 경우, 시일은 높은 기계적 부하에 노출된다. 따라서, 시일은 바람직하게는 섬유 강화된 열가소성 플라스틱으로 이루어진다. 유리 섬유 및/또는 탄소 섬유가 바람직하다. 적어도 100 ㎛의 평균 섬유 길이를 가진 섬유 강화된 열가소성 재료들이 바람직하다. 추가로 또는 대안으로서, 섬유량이 5 중량% 내지 30 중량%인 것이 바람직하다. 섬유 강화 PEEK 또는 섬유 강화 PA, 예컨대 PEEK 150CA30 또는 PA66CF20 이 바람직하다.
섬유 강화 열가소성 재료들은 일반적으로 섬유 정렬에 따라 이방성 재료 특성, 예컨대 이방성 탄성을 갖는다. 그러나, 본 발명에 따른 피스톤 연료 펌프의 시일은 축 방향으로뿐만 아니라 반경 방향으로도 심한 부하를 받으며, 이런 점에서 시일의 이방성 재료 특성은 바람직하지 않다.
본원에서, 섬유 강화 열가소성 재료를 사용할 때, 시일의 이방성 재료 특성들은 섬유의 정렬이 방지됨으로써 피해질 수 있다.
이런 점에서 다른 독립적인 발명은 펌프 실린더와, 이 펌프 실린더 내에서 축 방향으로 변위될 수 있는 펌프 피스톤을 포함하는 내연기관용 피스톤 연료 펌프에 관한 것이며, 피스톤 연료 펌프가 펌프 피스톤의 외주에 배치된 시일을 포함하고, 상기 시일은 링형 기본 구조를 가지며, 상기 시일은 섬유의 정렬이 무질서한, 섬유 강화된 열가소성 재료로 이루어진 것을 특징으로 한다. 본원에, 특히 청구항, 상세한 설명 및 도면에 개시된 특징들의 범위에서 개선예들은 항상 가능하다.
섬유 강화 열가소성 재료 내의 섬유의 무질서한 정렬이란, 시일의 내부에서 전체적으로 또는 국부적으로 섬유 정렬의 특이한 우선 방향이 없다는 것을 의미한다. 섬유 정렬은 특히 혼돈적으로 무질하게 주어질 수 있다.
이에 반해, 섬유 강화 열가소성 재료의 사출 성형 시에, 유동 시에 나타나는 섬유들 간의 상호 작용 및 섬유들과 주형 간의 상호 작용에 따라, 섬유들이 국부적으로 또는 전체적으로 서로 정렬되는 경향이 있는 것도 공지되어 있다. 따라서, 특히 장 섬유일 때(100 ㎛ 보다 큰 평균 길이) 이러한 정렬의 방지가 이루어져야 한다.
본원에서는 이러한 목적을 위해 적어도 하나의 탕구 지점 및 적어도 하나의 탈기 지점이 원주 방향으로 서로 오프셋되어 배치된다. 따라서, 주형 내에서 액화된 사출 성형 재료의 강력한 혼합 및 소용돌이가 나타난다.
대안으로서 또는 추가로, 이러한 목적을 위해 복수의 탕구 지점들이 시일의 축 방향 측면에 제공되고, 적어도 하나의 탈기 지점이 시일의 마주 놓인 축 방향 측면에서 원주 방향으로 탕구 지점들 사이에 제공된다. 따라서, 주형 내에서 액화된 사출 성형 재료의 개선된 혼합이 나타난다.
대안으로서 또는 추가로, 이러한 목적을 위해 복수의 탈기 지점들이 시일의 마주 놓인 축 방향 측면 상에 제공되고, 탈기 지점들은 탕구 지점들에 대해 항상 원주 방향으로 오프셋되며, 특히 원주 방향으로 중앙에 배치된다. 따라서, 주형 내에서 액화된 사출 성형 재료의 더 개선된 혼합이 나타난다.
이하에서, 본 발명의 실시예들이 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 피스톤 연료 펌프의 한 절단 부분을 포함하여 내연기관의 연료 공급 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 따른 피스톤 연료 펌프의 섹션을 도시한 확대 단면도이다.
도 3은 피스톤 연료 펌프의 대안적 실시형태를 도시한 도면이다.
도 4는 피스톤 연료 펌프의 다른 대안적 실시형태를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 시일을 축 방향에서 상부 및 하부로부터 보고 도시한 도면이다.
도 7은 시일의 축 방향 단부 영역을 도시한 확대도이다.
도 1에는, 내연기관의 연료 공급 시스템이 전체적으로 도면부호 10으로 표시되어 있다. 연료 공급 시스템은 연료 탱크(12)를 포함하며, 이 연료 탱크로부터 전기식 예비 송출 펌프(14)가 연료를 저압 라인(16) 내로 송출한다. 상기 저압 라인은 피스톤 연료 펌프(18)의 형태인 고압 펌프로 이어진다. 이 고압 펌프로부터 고압 라인(20)은 연료 레일(22)로 이어진다. 이 연료 레일에는, 인젝터들 각각에 할당된 연소실들(미도시) 내로 연료를 직접 분사하는 복수의 인젝터(24)가 연결된다.
피스톤 연료 펌프(18)는 부분적으로만 암시되어 있는 펌프 하우징(26)을 포함하며, 이 펌프 하우징 내에는 펌프 피스톤(28)이 변위 가능하게 안내되고 지지된다. 펌프 피스톤은 미도시한 캠 드라이브에 의해 왕복 이동될 수 있으며, 이는 측면에 표시된 양방향 화살표(30)로 도시되어 있다. 펌프 피스톤(28)은 코일 스프링(32)에 의해 도 1에서의 하사점으로 가압된다. 펌프 피스톤(28) 및 펌프 하우징(26)은 송출 챔버(34)를 한정한다. 상기 송출 챔버(34)는 유입 밸브(36)를 통해 저압 라인(16)과 연결될 수 있다. 또한, 송출 챔버(34)는 유출 밸브(38)를 통해 고압 라인(20)과 연결될 수 있다.
유입 밸브(36)뿐만 아니라 유출 밸브(38)도 체크 밸브로서 구현된다. 도시되어 있지는 않지만, 유입 밸브(36)가 양 제어 밸브로서 구현될 수도 있다. 상기 양 제어 밸브의 경우, 유입 밸브(36)는 펌프 피스톤(28)의 송출 행정 동안 강제적으로 개방될 수 있으며, 그럼으로써 연료는 연료 레일(22) 내로 송출되는 것이 아니라, 다시 저압 라인(16) 내로 송출된다. 그 결과, 피스톤 연료 펌프(18)에 의해 연료 레일(22) 내로 송출되는 연료량이 조절될 수 있다.
펌프 피스톤(28)은 펌프 실린더(40) 내에서 안내되며, 이런 점에 한해 펌프 실린더는 펌프 하우징(26)의 부분이다. 펌프 피스톤(28)은 송출 챔버(34)로 향해 있는 하나의 단부 상에 도 1에서 상부의 단부 섹션(42)을 포함한다. 또한, 상기 상부 단부 섹션(42)의 주변에서, 펌프 피스톤(28)은, 반경 방향으로 돌출되어 외주를 따라 연장되는 칼라부(collar)의 형태로 환형 단차부(44)를 포함한다. 시일(46)은 펌프 피스톤(28) 상에 또는 단차부(44) 상에 지지된다.
또한, 펌프 피스톤(28)은 송출 챔버(34)로부터 떨어진 그 단부 상에 도 1에서 하부의 단부 섹션(52)을 추가로 포함한다. 상기 하부 단부 섹션(52)의 주변에서 가이드 슬리브(54)는 펌프 하우징(26) 상에 고정 배치된다. 가이드 슬리브(54)와 펌프 하우징(26) 사이에서 O 링 시일(56)은 그루브(58) 내에 제공된다. 가이드 슬리브(54)는, 펌프 피스톤(28)에 대해 동축으로 연장되면서 그를 통해 코일 스프링(32)이 안내되는 실린더 섹션(60)을 포함한다. 코일 스프링(32)은 피스톤 종축(62)을 따라서 적어도 부분적으로 가이드 슬리브(54)의 스프링 수용 그루브(64) 내로 삽입되며, 여기서 코일 스프링은 가이드 슬리브(54)에 대해 축 방향으로 지지된다.
또한, 가이드 슬리브(54)는 내부에 원통형 수용 섹션(66)을 포함하며, 이 원통형 수용 섹션은 실질적으로 실린더 섹션(60)의 내주 벽에 의해 형성된다. 상기 수용 섹션(66) 내에서 환형 밀봉 부재(68)는 펌프 하우징(26)에 대해 위치 고정 방식으로 배치되며, 밀봉 부재(68)는 H형 횡단면을 갖는다. 또한, 실린더 섹션의 돌출 단부 상에서 반경 방향 내부를 향해 연장되는 칼라 섹션(70)(collar section) 내에서 가이드 부재(72)는 마찬가지로 펌프 하우징(26)에 대해 위치 고정 방식으로 배치된다. 그에 따라, 펌프 피스톤(28)의 축 방향으로 볼 때 시일(26)으로부터 분명하게 이격되어 있는 상기 가이드 부재(72)는 시일(46)과 함께 펌프 피스톤(28)의 안내 또는 2점 지지를 제공한다.
시일(46)의 영역의 구성과 시일의 장착은 본원에서 특히 중요하다. 그러므로 상기 양태에 대해서는 하기의 도 2 내지 도 7을 참고로 상세하게 다루어진다.
도 2에는, 피스톤 연료 펌프(18)의 시일(46)의 영역이 도시되어 있다. 도 2의 하부 영역에서, 시일(46)에 형성된 견부(469)(shoulder)가 단차부(44) 상에 축 방향으로 지지되는 정도로, 시일(46)은 펌프 피스톤(28)의 단차부(44) 위로 밀려진다. 특히 단차부(44)의 외부면의 반경 방향 외부에 제공되는 시일(46)의 재료 영역은 지지 또는 가이드 영역(48)을 형성하며, 이 영역에 의해 펌프 피스톤(28)이 펌프 실린더(40) 내에서 활주 방식으로 안내되고 반경 방향으로 지지된다.
가이드 영역(48)은 펌프 실린더(40)의 내주 벽으로부터 도면에서는 식별할 수 없는 약 2/100㎜의 간격을 갖는다. 축 방향으로는, 다시 말하면 피스톤 길이방향 축(62)을 따라서는 가이드 영역(48)에 이어서 송출 챔버(34)를 향해 실링 립(467)(sealing lip)으로서 형성된 밀봉 영역(50)이 연장된다. 실링 립(467)은, 가이드 영역(48) 상에 형성되어 반경 방향 외부를 향해 탄성 예응력을 받는 튜브 섹션으로서, 펌프 피스톤(28)에 대해 실질적으로 동축으로 연장된다. 실링 립(467)은 펌프 실린더(40)의 내주 벽에 인접한다. 가이드 영역(48) 및 밀봉 영역(50)은 상기 실시예에서 일체형으로 형성된다.
펌프 피스톤(28) 상에는 캡(101)이 축 방향으로 끼워지고, 상기 캡(101)은 시일(46)과 함께 의해 실링 립(467)의 반경 방향 내부에 그리고 견부(469)의 작동 챔버 측에 지지된다. 캡(101)은 반경 방향 끼워맞춤에 의해 펌프 피스톤(28) 상에 고정되어 축 방향으로 작용하는 힘을 시일(46)에 가한다. 그에 따라, 캡(101)과 펌프 피스톤(28)의 단차부(44) 사이에 배치되는 시일(46)은 축 방향으로 예응력을 받는다.
이 실시예에서 캡(101)은 슬리브(101a)로서 형성되고, 다시 말하면 캡은 2개의 측에서 개방된 링 또는 튜브 섹션의 형상을 갖는다. 슬리브(101a)는 펌프 피스톤(28) 상에 완전하게 끼워져 작동 챔버 측에서 펌프 피스톤과 일직선으로 끝난다. 그럼에도, 대안으로서, 펌프 피스톤(28) 상에 슬리브(101a)를 여전히 더 끼우는 것, 또는 슬리브(101a)를 작동 챔버 측에서 돌출시키는 것도 기본적으로 가능할 수 있고 경우에 따라 유용할 수도 있다.
캡(101)을 슬리브(101a)로서 형성하는 것에 대한 대안은 도 3에 도시되어 있다. 이 경우, 캡은 컵(101b)(cup)으로서 형성된다. 컵(101b)은 컵 바닥부와 컵 벽을 포함하고 그 개방 단부로 앞쪽에서 펌프 피스톤(28) 상으로 끼워진다.
도 3에 도시된 실시예에서, 컵(101b)은 펌프 피스톤(28) 상에 완전하게 끼워진다. 이런 점에 한해, 컵의 바닥부는 피스톤의 단부면에 지지된다.
상기 실시예에서, 컵 바닥부는 도 3의 단면에서 소형 구멍(300)을 포함하며, 펌프 피스톤(28) 상에 컵(101b)을 끼울 때 상기 소형 구멍을 통해 공기가 컵으로부터 누출될 수 있다.
캡(101)은 기본적으로, 특히 슬리브(101a)로서 또는 컵(101b)으로서의 실시형태들에서, 딥드로잉 부품으로서 예컨대 강으로 제조될 수 있다. 바람직하게 캡(101)은, 열 팽창 계수가 펌프 피스톤(28)의 열 팽창 계수와 일치하거나, 또는 거의 일치하는 재료로 이루어진다. 캡(101)은 예컨대 펌프 피스톤(28)과 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 캡(101)은 예컨대 1㎜의 벽 두께로 구현될 수 있다.
전술한 실시예들에서, 시일(46)은 캡(101)과, 펌프 피스톤(28)에 일체형으로 형성된 단차부(44) 사이에서 축 방향으로 형성된다. 일체형 형성은 반드시 필요한 것은 아니다. 제조 기술적 간소화는, 단차부(44)가 펌프 피스톤(28)의 그루브 내로 삽입된 스냅 링에 의해 구현되는 것을 통해 가능할 수 있다.
이와 관련하는 또 다른 해결책은 도 4에 도시되어 있다: 이 경우, 모자형 파지 부재(102)는 그 개구부로 앞쪽에서 펌프 피스톤(28)의 작동 챔버 측 단부 위로 밀려진다. 이 경우, 파지 부재(102)의 바닥부(102a)는 펌프 피스톤(28)의 단부면 에 축 방향으로 지지되며, 파지 부재(102)의 측벽(102c)은 펌프 피스톤(28)에 반경 방향으로 지지된다. 파지 부재(102)의 바닥부(102a)에 축 방향으로 대향하는 파지 부재(102)의 챙부(102b)(brim)는 반경 방향으로 펼쳐져 있고 이런 점에 한해 단차부(44)를 형성한다.
도 2 및 도 3에 도시된 예시들에서처럼, 시일(46)은 상기와 같은 점에 한해 동일한 기능으로 제공되는 단차부(44)에 지지된다.
이 실시예에서, 펌프 피스톤(28)은 그 전체 길이를 따라서 균일한 지름을 갖는다. 이런 방식으로, 특히 간단하고 경제적인 제조, 예컨대 관통 송출 연삭(through-feed grinding)을 이용한, 다시 말하면 위치 고정된 연삭 휠을 이용한 펌프 피스톤(28)의 가공이 가능하다.
도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 실시예들에서, 시일(46)은 일체형으로 형성되어 축 방향으로 향하는 적어도 하나의 돌기(461)를 포함하며, 시일(46)은 적어도 하나의 돌기(461)를 통해 축 방향으로 인접한다. 예시로서, 시일들(46)은 이 실시예들에서 작동 챔버(34)의 방향으로 향하는 복수의 돌기(461)를 각각 포함하며, 이 돌기들을 통해 시일(46)이 캡(101) 상에 인접하고 그 결과 축 방향으로 예응력을 받는다. 돌기들(461)은 상기 실시예에서 반구형 형상을 갖는다. 대안으로서, 돌기들은 원추형 또는 원뿔대형일 수도 있다. 돌기들(461)은 예컨대 시일(46)의 지름의 약 10%인 약 0.6㎜의 지름과 시일(46)의 높이의 약 10%인 약 0.3㎜의 높이를 갖는다.
비록 캡(101)이 돌기들(461)에 응력 하에 인접한다고 하더라도, 결과하는 돌기들(461)의 변형은, 원주방향으로 돌기들(461) 사이에 위치하는 시일(46)의 영역 상에 캡(101)의 인접이 나타나지 않을 정도로 비교적 작다.
시일(46)은, 도 2, 도 3 및 도 4와 관련하여 도 5에 평면도로 도시되어 있다. 도 5에서는, 시일(46)에 일체형으로 형성되어 피스톤 축(62)을 중심으로 한 가상의 원형 링 상에 배치되고 원주방향으로 상호 간에 각각 45°만큼 이격되어 있는 총 8개의 돌기(461)가 작동 챔버(34)의 방향으로 향해 있는 것이 나타난다.
자명한 사실로서, 돌기들(461)은, 추가로 또는 대안으로서, 축 방향으로 대향하는 시일(46)의 면 상에서도 단차부(44) 상에, 그 밖의 점에서는 변화없이 형성될 수 있다.
시일(46)은 상기 실시예들에서 섬유 강화 열가소성 재료 PEEK 150CA30 또는 PA66CF20으로 이루어지고 사출 성형에 의해 제조된다. 하기에서 설명되는 사출 성형 기술, 특히 탕구 지점들(462)(gating point) 및 탈기 지점들(463)(deaeration point)의 배치를 통해, 섬유들의 정렬이 무질서해지는 것이 달성될 수 있다.
이 경우, 사출 성형은, 돌기들(461)과 함께 공통의 가상 원주 상에 위치하고 원주방향으로 90°만큼 서로 이격되어 있는 도 5에서 알 수 있는 탕구 지점들(462)을 통해 수행된다. 탕구 지점들(462)은 제조된 제품 상에서 예컨대 작은 환형 또는 초승달 모양의 버(burr)로서, 또는 작은 꼭지(nipple)로서 나타난다. 탕구 지점들은 0.9㎜의 지름 또는 0.9㎜를 초과하지 않는 지름을 갖는다.
또한, 사출 성형은, 도 2, 도 3 및 도 4에서 축 방향으로 대향하는 시일(46)의 면 상에서 하부에 배치되어 있는 탈기 지점들(463)을 통해 수행된다. 이들은 도 6에 나타난다. 본원에서는 가상 원주 상에 위치하고 원주방향으로 45°만큼 서로 이격되어 있는 8개의 탈기 지점(463)이 제공된다. 탈기 지점들(463)은 0.7㎜의 지름 또는 0.7㎜를 초과하지 않는 지름을 가지며, 제조된 제품 상에서 예컨대 작은 공동(cavity)으로 보인다.
본 발명에 따라서, 탕구 지점들(462) 및 탈기 지점들(463)은 항상 원주방향으로 서로 상대적으로 오프셋 되어 배치되어 있을 수 있다. 이런 방식으로, 사출 성형 몰드 내에서 액화된 사출 성형 재료의 개선된 완전 혼합, 및 섬유들의 방향성 정렬의 방지, 및 시일(46)의 이방성 재료 특성의 방지가 이루어진다.
시일(46)의 축 방향 단부 영역(464)은 본원에서는 실링 립(467)에서 작동 챔버 측에 형성된다. 상응하게 재차 확대된 시일(46)의 섹션이 도 7에 도시되어 있다.
본 발명에 따라서, 펌프 실린더(40)의 내부 면에 대향해 있으면서 반경 방향외부에 위치하는 시일(46)의 면은 시일(46)의 축 방향 단부 영역(464)에서 펌프 실린더(40)의 내벽에 대해 10° 내지 60°의 각도(α)로 반경 방향 내부를 향해 경사져 있다. 그 결과로, 또는 그 대안으로, 축 방향으로, 특히 작동 챔버(34)를 향하는 방향으로 펌프 실린더(40)와 펌프 피스톤(28) 사이의 상대 운동은 펌프 실린더(28)로부터 반경 방향 내부를 향하는 방향으로 시일(46)을 떼어 내는 것을 용이하게 한다. 이런 경우에, 시일(46)과 펌프 실린더(40) 사이에는 연료로 구성되는 액체막(liquid film)이 형성되며, 이런 액체막은 미미하게 누출될 때 피스톤 연료 펌프(18)의 마모를 대폭 감소시킨다.
이를 목적으로, 실링 립(467)에 또는 실링 립(467) 상에, 외부를 향하면서 외주를 따라 연장되는 웨브(468)가 일체형으로 형성되며, 이런 웨브는 횡단면에서 길이방향으로 대략 2등변 삼각형의 형태를 갖고, 삼각형의 2개의 대향하는 뾰족한 꼭짓점은 축 방향으로 향하며, 삼각형의 무딘 제 3 꼭짓점은 펌프 실린더(40) 상에 (정적으로) 접한다. 본 발명에 따라서, 상기 웨브만이 (정적으로) 펌프 실린더(40)에 지지되는 한편, 시일(46) 또는 실링 립(467)은 간극에 의해 펌프 실린더(40)로부터 이격된다. 간극의 폭(s)은 예컨대 20㎛이다. 상대 운동 동안, 앞에서 설명한 것처럼, 펌프 실린더(40)로부터 웨브(468)가 떼어내진다.
10: 연료 공급 시스템
12: 연료 탱크
14: 전기식 예비 송출 펌프
16: 저압 라인
18: 피스톤 연료 펌프
20: 고압 라인
22: 연료 레일
24: 인젝터
26: 펌프 하우징
28: 펌프 피스톤
30: 양방향 화살표
32: 코일 스프링
34: 송출 챔버
36: 유입 밸브
38: 유출 밸브
40: 펌프 실린더
42: 상부 단부 섹션
44: 단차부
46: 시일
48: 가이드 영역
50: 밀봉 영역
52: 하부 단부 섹션
54: 가이드 슬리브
56: O 링 시일
58: 그루브
60: 실린더 섹션
62: 피스톤 길이방향 축
64: 스프링 수용 그루브
66: 원통형 수용 섹션
68: 환형 밀봉 부재
70: 칼라 섹션
72: 가이드 부재
101: 캡
101a: 슬리브
101b: 컵
102: 파지 부재
102a: 바닥부
102b: 챙부
102c: 측벽
300: 소형 구멍
461: 돌기
462: 탕구 지점
463: 탈기 지점
464: 축 방향 단부 영역
467: 실링 립
468: 웨브
469: 견부

Claims (11)

  1. 펌프 실린더(40), 및 상기 펌프 실린더(40) 내에서 축 방향으로 변위될 수 있는 펌프 피스톤(28)을 포함하는 내연기관용 피스톤 연료 펌프(18)에 있어서,
    상기 피스톤 연료 펌프(18)는 상기 펌프 피스톤(28)의 외주 상에 배치되는 시일(46)을 포함하고, 상기 시일(46)은 링형 기본 구조를 가지며, 상기 시일(46)은 축 방향의 탕구 방향을 갖는 사출 성형에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 연료 펌프(18).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 시일(46)은 적어도 하나의 탕구 지점(462) 및 적어도 하나의 탈기 지점(463)을 포함하고, 상기 지점들은 축 방향으로 서로 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 연료 펌프(18).
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 탕구 지점(462) 및 상기 적어도 하나의 탈기 지점(463)은 원주 방향으로 서로 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 연료 펌프(18).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 탕구 지점들(462)이 상기 시일(46)의 축 방향 측면 상에 제공되고, 적어도 하나의 탈기 지점(463)은 상기 시일(46)의 마주 놓인 축 방향 측면 상에서 원주 방향으로 상기 탕구 지점들 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 연료 펌프(18).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 탕구 지점들(462)이 상기 시일(46)의 축 방향 측면 상에 제공되고, 복수의 탈기 지점들(463)이 상기 시일(46)의 마주 놓인 축 방향 측면 상에 제공되며, 상기 탈기 지점들(463)은 상기 탕구 지점들(462)에 대해 항상 원주 방향으로 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 연료 펌프(18).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 탕구 지점들(462)이 상기 시일(46)의 축 방향 측면 상에 제공되고, 복수의 탈기 지점들(463)이 상기 시일(46)의 마주 놓인 축 방향 측면 상에 제공되며, 상기 탈기 지점들(463)은 각각 2개의 인접한 탕구 지점들(462)에 대해 항상 원주 방향으로 대략 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 연료 펌프(18).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탕구 지점들(462) 및/또는 상기 탈기 지점들(463)이 국부적으로 요철 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 연료 펌프(18).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시일(46)은 섬유 강화 열가소성 재료, 특히 PEEK를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 연료 펌프(18).
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 섬유 강화 열가소성 재료 내의 섬유들은 이방성으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 연료 펌프(18).
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 섬유 강화 열가소성 재료 내의 섬유들은 적어도 100 ㎛의 평균 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 연료 펌프(18).
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유들은 탄소를 포함하거나 탄소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 피스톤 연료 펌프(18).
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