KR20160128395A - 고압 연료 펌프 - Google Patents

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KR20160128395A
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슈테판 쿨처
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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 하우징 리세스(14)를 구비하는 하우징(12), 및 상기 하우징 리세스(14)에 배열되고 펌프 피스톤(16)을 가이드하는 가이드 슬리브(18)를 포함하는 고압 연료 펌프(10)로서, 상기 가이드 슬리브(18)는 물질적으로 결합된 연결(38)에 의해 상기 하우징 리세스(14)에 연결된, 상기 고압 연료 펌프(10)에 관한 것이다.

Description

고압 연료 펌프{HIGH-PRESSURE FUEL PUMP}
본 발명은 연료에 고압을 작용하는 펌프 피스톤이 가이드 슬리브에서 가이드되는 고압 연료 펌프에 관한 것이다.
이러한 고압 연료 펌프는 내연 엔진을 위한 연료 분사 시스템에 종종 사용된다. 이 펌프는 내연 엔진의 연소 챔버에 공급되도록 의도된 연료에 고압을 작용하고, 대부분 피스톤 펌프로 구성되고, 펌프 피스톤은 병진 왕복 움직임으로 압력 챔버에 위치된 연료를 압축하여 그 결과 연료에 고압을 생성한다. 예를 들어, 가솔린 내연 엔진을 위한 고압 연료 펌프에서 연료는 200 바(bar) 내지 300 바의 압력이 작용하는 반면, 디젤 내연 엔진을 위한 연료는 2000 바 내지 3000 바의 압력이 작용한다.
고압이 작용하는 것으로 인해, 마찰 공학적 관점에서 펌프 피스톤이 가이드되는 피스톤 가이드는 마모에-저항하는 구성으로 제공되는 것이 유리하다. 이를 위해, 예를 들어, 펌프 피스톤을 위해 특별히 구성된 가이드 슬리브를 사용하는 것이 알려져 있다.
이러한 고압 연료 펌프는, 예를 들어, DE 103 22 603 B4에 알려져 있다.
가이드 슬리브에 압입하고 칼라(collar)를 하우징에 코킹(caulking)하는 것에 의해 고압 연료 펌프의 하우징과 펌프 피스톤을 위한 가이드 슬리브 사이에 억지 끼워맞춤 연결이 달성된다.
그러나, 이런 유형의 억지 끼워맞춤 연결은 수 kN의 높은 필요한 조립력을 수반하고 부품에 인장력을 생성하여, 이들 부품에 변형을 야기할 수 있다. 이 경우에, 예를 들어, 고압 연료 펌프의 밸브 안착부 또는 펌프 피스톤 그 자체의 가이드에 변형이 일어나서 내부 누설 경로가 생성되어 그 결과 최악의 경우에 고압 연료 펌프의 기능이 상실될 수 있으므로 이 변형은 특히 중요한 사항인 것으로 고려된다.
나아가, 고압 연료 펌프의 동작 동안, 온도, 진동, 등과 같은 동작 조건으로 인해, 억지 끼워맞춤 연결의 정착 거동(settling behavior)이 가이드 슬리브의 코킹부에 일어날 수 있고 이에 의해 압력 챔버 쪽을 향하는 측에서 가이드 슬리브에 요구되는 프리텐션(pretension)이 더 이상 보장되지 않아서, 가이드 슬리브의 외부 직경을 통해 고압 연료 펌프의 압력 챔버로부터 누설 경로가 다시 생성될 수 있다.
그리하여 본 발명의 목적은 상기 언급된 문제를 해결하는 고압 연료 펌프를 제공하는 것이다.
본 목적은 청구항 1의 특징을 구비하는 고압 연료 펌프에 의해 달성된다.
종속 청구항은 본 발명의 유리한 실시예에 관한 것이다.
고압 연료 펌프는 하우징 리세스(recess)를 구비하는 하우징, 및 상기 하우징 리세스에 배열되고 상기 고압 연료 펌프의 펌프 피스톤을 가이드하는 가이드 슬리브를 포함한다. 상기 가이드 슬리브는 물질적으로 결합된 연결(materially engaging connection)에 의해 상기 하우징 리세스에 연결된다.
그리하여, 상기 억지 끼워맞춤 연결 대신에, 상기 고압 연료 펌프의 부품 하우징과 가이드 슬리브의 물질적으로 결합된 연결이 제안된다. 이에 의해 이들 부품에 인장력과 변형이 일어나는 일이 방지될 수 있어서, 상기 고압 연료 펌프의 결함을 감소시킬 수 있다.
바람직하게는 상기 가이드 슬리브와 이 가이드 슬리브 내부에서 가이드되는 상기 펌프 피스톤 사이에는 가이드 갭이 제공되고, 이 가이드 갭에는 동작 동안 연료가 충전되어 상기 가이드 슬리브에서 상기 펌프 피스톤이 움직이는 동안 윤활제로 작용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 물질적으로 결합된 연결은 접착제(adhesive)를 포함하는 접착 연결을 포함한다.
접착제는 유리하게는 간단한 방식으로 상기 하우징 리세스에 끼워지거나 또는 상기 가이드 슬리브에 끼워질 수 있어서 이에 의해 상기 가이드 슬리브를 특히 간단한 방법으로 하우징에 연결할 수 있다.
상기 접착제는 바람직하게는 적어도 180℃의 온도까지 열적으로 안정하다.
상기 고압 연료 펌프의 동작 동안 150℃ 내지 180℃의 피크 온도가 일어날 수 있으므로, 상기 접착제가 이 온도 범위에서 연화되지 않고 상기 하우징과 가이드 슬리브 사이의 연결이 분리(disengaged)되지 않는 것이 유리하다. 그리하여 상기 접착제가 열적으로 안정하고 적어도 180℃의 온도까지 연화되지 않는 것이 유리하다.
나아가 상기 접착제는 연료, 특히 가솔린 및/또는 디젤에 불용해성인 것이 유리하다.
상기 접착제는 연료와 접촉하여도 용해되지 않아서 그 결과 상기 하우징과 가이드 슬리브 사이의 연결이 분리되지 않는 것이 유리하다.
예를 들어, 물 유리(water glass) 및/또는 시멘트 및/또는 폴리우레탄에 기초한 접착제가 제공될 수 있다. 전술된 이유에서 사용하기에 유리한, 높은 온도-저항과 연료에의 불용해성을 갖는 물질에 기초한 접착제는 상업적으로 이용가능하다.
바람직하게는, 상기 가이드 슬리브는 상기 고압 연료 펌프의 압력 챔버에 인접한 곳으로부터 상기 펌프 피스톤의 다른 단부에 있는 챔버에 이르기까지 연장되는 상기 하우징 리세스의 오프셋(offset)에 배열된다. 이 경우에, 상기 오프셋은 바람직하게는 오프셋 단부면(end face)을 구비하고, 이 오프셋 단부면에는 상기 가이드 슬리브의 가이드 슬리브 단부면이 배열되고, 여기서 상기 접착제는 상기 오프셋 단부면과 상기 가이드 슬리브 단부면 사이에 배열된다.
상기 가이드 슬리브와 오프셋의 각 단부면에 접착제를 바람직하게 배열하는 것에 의해, 상기 하우징 리세스와 가이드 슬리브 사이의 상기 압력 챔버 쪽 조인트에 밀봉이 유리하게 자동적으로 생성된다. 상기 하우징 리세스와 가이드 슬리브 사이의 조인트에서 연료가 누설되는 일이 유리하게 회피될 수 있다.
바람직하게는, 상기 오프셋은 가이드 슬리브 측부면(side face)이 배열되는 오프셋 측부면을 구비하고, 여기서 상기 접착제는 상기 오프셋 측부면과 상기 가이드 슬리브 측부면 사이에 배열된다.
상기 접착제가 상기 단부면의 구역에 뿐만 아니라, 바람직하게는 또한 상기 측부면의 구역에 배열되는 경우, 바람직하게는 연료의 누설에 대하여 조인트의 밀봉을 더 잘 생성할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상기 물질적으로 결합된 연결은 용접 연결을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 용접 연결은 마찰 용접 연결일 수 있는데, 다시 말해, 유리하게는 가이드 슬리브 표면과 상기 하우징 리세스를 갖는 하우징 리세스 벽을 함께 마찰시키는 것에 의해 상기 가이드 슬리브를 연결하는 용접 연결일 수 있다.
용접 연결은 특히 연료가 누설되지 않게 기밀 밀봉하는 장점을 제공한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상기 물질적으로 결합된 연결은, 상기 가이드 슬리브가 상기 하우징 리세스에 벌캐나이즈 처리된(vulcanized) 구역을 더 포함할 수 있다.
유리하게는, 밀봉 배열부는 상기 하우징 리세스와 상기 가이드 슬리브 사이에 제공된다.
추가적인 밀봉 배열부는 유리하게는, 상기 물질적으로 결합된 연결과 함께, 상기 하우징 리세스와 가이드 슬리브 사이의 조인트에서 연료가 누설되는 것을 방지한다.
바람직하게는, 상기 가이드 슬리브는 상기 하우징의 물질보다 더 높은 경도를 구비하는 물질로 형성된다.
이에 의해 유리하게는 짝을 이룬 펌프 피스톤/가이드 슬리브는 마모에-저항하는 구조물로 달성되는 것이 가능하다. 동시에, 상기 고압 연료 펌프는, 상기 펌프 피스톤이 움직이는 것으로 인해 마모되는 구역, 다시 말해, 상기 가이드 슬리브만이 더 높은-품질의 물질로 형성되는 반면, 상기 하우징은 보다 비용-효과적인 표준 물질로 형성되기 때문에, 보다 비용-효과적인 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 가이드 슬리브는 경화된(hardened) 높은-등급의 강철로 구성될 수 있는 반면, 상기 하우징은 보통 높은-등급의 강철로 형성된다.
또한 상기 물질적으로 결합된 연결이 용접 연결 또는 벌캐나이즈 처리된 구역을 포함하는 경우에, 이들 구역은 또한 이 경우에 상기 오프셋과 가이드 슬리브의 각 단부면에 위치되는 것에 의해 상기 압력 챔버의 구역에서 물질적으로 결합된 연결에 바람직한 밀봉 액션을 직접 형성하는 것이 유리하다.
이런 유형의 물질적으로 결합된 연결 - 용접 연결 또는 벌캐나이즈 처리 - 가 또한 상기 가이드 슬리브와 오프셋의 측부면의 구역에 배열될 때, 이 연결은 더 개선된 밀봉을 형성될 수 있다.
나아가 또한 이 경우에 상기 하우징 리세스와 가이드 슬리브 사이에 밀봉 배열부를 배열하는 것도 가능하다.
본 발명의 유리한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명된다.
도 1은 가이드 슬리브와 하우징 리세스 사이에 물질적으로 결합된 연결을 갖는 고압 연료 펌프의 제1 실시예의 길이방향 단면도;
도 2는 가이드 슬리브와 하우징 리세스 사이에 물질적으로 결합된 연결을 갖는 고압 연료 펌프의 제2 실시예의 길이방향 단면도;
도 3은 추가적인 밀봉 배열부가 제공된, 가이드 슬리브와 하우징 리세스 사이에 물질적으로 결합된 연결을 갖는 고압 연료 펌프의 제3 실시예의 길이방향 단면도.
도 1은, 펌프 피스톤(16)과 이 펌프 피스톤(16)을 가이드하기 위하여 가이드 슬리브(18)가 내부에 배열된 하우징 리세스(14)를 갖는 하우징(12)을 구비하는 고압 연료 펌프(10)의 길이방향 단면도이다.
가이드 슬리브(18)는 하우징(12)보다 더 단단한 물질로 형성되고, 이에 의해 고압 연료 펌프(10)에서 펌프 피스톤(16)/가이드 슬리브(18)가 짝을 이룬 구역은 마모에-저항하는 구조물로 달성될 수 있다.
하우징 리세스(14)는 가이드 슬리브(18)가 내부에 배열된 오프셋(20)을 구비한다.
하우징 리세스(14)의 상부 구역에는, 밸브(24)를 통해 연료(26)가 도입될 수 있는 압력 챔버(22)가 형성된다.
펌프 피스톤(16)은 가이드 슬리브(18)에서 길이방향 축(28)을 따라 이동가능하게 가이드된다. 이 경우에, 가이드 슬리브(18)와 펌프 피스톤(16) 사이에는 가이드 갭(30)이 형성되고, 이 가이드 갭에는 동작 동안 연료(26)가 충전되어, 동작하는 동안 가이드 슬리브(18)가 힘을 받지 않는 방식으로 하우징 리세스(14)에 배열되도록, 윤활제로 작용한다.
길이방향 축(28)을 따라 펌프 피스톤(16)이 병진 이동하는 것에 의해, 압력 챔버(22) 내에 위치된 연료(26)는 고압으로 압축되어 작용된다. 압력이 작용하는 연료(26)는 압력 챔버(22)로부터 추가적인 밸브(32)를 통해 방출되고 내연 엔진의 연소 챔버(미도시)에 공급된다.
오프셋(20)은 펌프 피스톤(16)의 하부 단부에 있는 챔버(34)에 대해 압력 챔버(22) 반대쪽으로 개방된다.
가이드 슬리브(18)는 물질적으로 결합된 연결(38)에 의해 오프셋(20)에 고정된다.
물질적으로 결합된 연결(38)은 이 경우에 접착제(40)에 의해 형성될 수 있고 그 결과 접착 연결(41)을 형성할 수 있으나, 이 연결은 또한 예를 들어, 마찰 용접 연결과 같은 용접 연결(42) 또는 벌캐나이즈 처리된 구역(44)일 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 물질적으로 결합된 연결(38)은, 하우징(12) 내 압력 챔버(22)에 인접하게 배열된, 오프셋 단부면(46)과 가이드 슬리브 단부면(48) 사이에 구성된다.
물질적으로 결합된 연결(38)은 연료(26)의 영향에 대해 저항성이 있는 것이 유리하고, 다시 말해, 예를 들어, 접착제(40)를 사용하는 실시예에서, 접착제(40)는 연료(26)에 용해되지 않는 것이 유리하다.
나아가 물질적으로 결합된 연결(38), 특히 접착제(40)는, 180℃의 온도 범위에 견딜 수 있고, 열적으로 안정하며, 다시 말해, 이 온도 범위에서 용융되지 않는 것이 유리하다.
도 1에 따른 실시예에서, 물질적으로 결합된 연결(38)은 하우징 리세스(14)와 가이드 슬리브(18)를 연결하는데 사용될 뿐만 아니라, 동시에 또한 압력 챔버(22)로부터 챔버(34)로 연료가 누설되는 것을 방지하는 밀봉 배열부(50)로 사용된다.
도 2에 길이방향 단면도로 도시된 제2 실시예에서, 물질적으로 결합된 연결(38)은 오프셋 단부면(46) 또는 가이드 슬리브 단부면(48)에 배열될 뿐만 아니라, 오프셋 측부면(52) 또는 가이드 슬리브 측부면(54)에도 배열된다. 이에 의해 하우징 리세스(14)에 가이드 슬리브(18)를 훨씬 더 잘 고정하고 또한 밀봉 배열부(50)로 작용하는 물질적으로 결합된 연결(38)이 전체적으로 더 잘 밀봉되는 것이 가능하다.
도 3은, 오프셋 단부면(46) 또는 가이드 슬리브 단부면(48)의 구역에 물질적으로 결합된 연결(38)을 수립하는 것에 더하여, 하우징 리세스(14)와 가이드 슬리브(18) 사이의 조인트(58)를 밀봉하여 연료가 누설되는 것을 방지하는 별도의 밀봉 배열부(50), 예를 들어, O 링(56)을 제공하는 고압 연료 펌프(10)의 제3 실시예의 길이방향 단면도이다. 그 결과 고압 연료 펌프(10)는 상이한 유형의 제1 밀봉 배열부(50)와 제2 밀봉 배열부(50)를 구비한다.
상기 실시예에서 설명된 고압 연료 펌프(10)의 구조물은 2개의 상당한 장점을 제공한다:
첫째, 물질적으로 결합된 연결(38)은 압입과 코킹에 의해 부품 가이드 슬리브(18)와 하우징(12)을 억지 끼워맞춤 연결하는 것을 대체하여, 요구되는 높은 조립력에 의해 발생하는 인장력을 방지함과 동시에, 이로써 부품이 변형되는 것을 방지한다.
둘째, 물질적으로 결합된 연결(38)이 압력 챔버(22)로부터 연료가 누설되는 것을 방지하는 밀봉부로 작용하여, 원리적으로, 추가적인 밀봉 배열부(50)를 없앨 수 있다.
10: 고압 연료 펌프 12: 하우징
14: 하우징 리세스 16: 펌프 피스톤
18: 가이드 슬리브 20: 오프셋
22: 압력 챔버 24: 밸브
26: 연료 28: 길이방향 축
30: 가이드 갭 32: 밸브
34: 챔버 36: 태핏
38: 물질적으로 결합된 연결 40: 접착제
41: 접착 연결 42: 용접 연결
44: 벌캐나이즈 처리된 구역 46: 오프셋 단부면
48: 가이드 슬리브 단부면 50: 밀봉 배열부
52: 오프셋 측부면 54: 가이드 슬리브 측부면
56: O 링 58: 조인트

Claims (10)

  1. 고압 연료 펌프(10)로서,
    - 하우징 리세스(14)를 구비하는 하우징(12), 및
    - 상기 하우징 리세스(14)에 배열되고 상기 고압 연료 펌프(10)의 펌프 피스톤(16)을 가이드하는 가이드 슬리브(18)를 포함하되,
    상기 가이드 슬리브(18)는 물질적으로 결합된 연결(38)에 의해 상기 하우징 리세스(14)에 연결된, 고압 연료 펌프(10).
  2. 제1항에 있어서, 상기 물질적으로 결합된 연결(38)은 접착제(40)를 포함하는 접착 연결(41)을 포함하는, 고압 연료 펌프(10).
  3. 제2항에 있어서, 상기 접착제(40)는 적어도 180℃의 온도까지 열적으로 안정한, 고압 연료 펌프(10).
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 접착제(40)는 연료(26), 특히 가솔린 및/또는 디젤에 불용해성인, 고압 연료 펌프(10).
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가이드 슬리브(18)는 상기 고압 연료 펌프(10)의 압력 챔버(22)에 인접한 곳으로부터 상기 압력 챔버(22)의 반대쪽 상기 펌프 피스톤(16)의 단부에 있는 챔버(34)에 이르기까지 연장되는 상기 하우징 리세스(14)의 오프셋(20)에 배열되고, 상기 오프셋(20)은 상기 가이드 슬리브(18)의 가이드 슬리브 단부면(48)이 배열되는 오프셋 단부면(46)을 구비하고, 상기 접착제(40)는 상기 오프셋 단부면(46)과 상기 가이드 슬리브 단부면(48) 사이에 배열되는, 고압 연료 펌프(10).
  6. 제5항에 있어서, 상기 오프셋(20)은 가이드 슬리브 측부면(54)이 배열된 오프셋 측부면(52)을 구비하고, 상기 접착제(40)는 상기 오프셋 측부면(52)과 상기 가이드 슬리브 측부면(54) 사이에 배열된, 고압 연료 펌프(10).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질적으로 결합된 연결(38)은 용접 연결(42), 특히 마찰 용접 연결을 포함하는, 고압 연료 펌프(10).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질적으로 결합된 연결(38)은, 상기 가이드 슬리브(18)가 상기 하우징 리세스(14)에 벌캐나이즈 처리된(vulcanized) 구역을 포함하는, 고압 연료 펌프(10).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 리세스(14)와 상기 가이드 슬리브(18) 사이에 밀봉 배열부(50)가 제공된, 고압 연료 펌프(10).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가이드 슬리브(18)는 상기 하우징(12)의 물질보다 더 높은 경도를 가지는 물질로 형성된, 고압 연료 펌프(10).
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