KR20170014366A

KR20170014366A - 고압펌프

Info

Publication number: KR20170014366A
Application number: KR1020150107561A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 피츠너
Original assignee: 현대자동차 유럽기술연구소; 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2017-02-08
Also published as: CN106401828A; EP3124783A1; US20170030314A1; KR101745118B1; US9989027B2; CN106401828B

Abstract

본 발명은 펌프바디와; 외부로부터 회전력을 전달받아 회전되도록 상기 펌프바디에 설치된 캠샤프트와; 상기 캠샤프트를 상기 펌프바디 내에 회전 가능한 상태로 지지하는 롤러베어링과; 상기 펌프바디에 1차 가압된 유체가 유입되도록 형성된 유입포트와; 상기 유입포트로 유입된 유체를 감압하여 상기 롤러베어링으로 공급하도록 설치된 오리피스를 포함하여 구성된다.

Description

고압펌프{HIGH PRESSURE PUMP}

본 발명은 고압펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1차적으로 가압된 유체를 공급받아 추가로 가압하는 펌프의 구조에 관한 기술이다.

차량의 엔진 연료 공급장치에 사용되는 고압펌프는 저압펌프에서 1차적으로 가압한 연료를 공급받아서, 추가로 2차적으로 더 높은 고압으로 압축하여 연료 인젝터로 공급할 수 있도록 함으로써, 엔진에서 연료가 보다 잘 연소될 수 있도록 한다.

상기한 바와 같은 고압펌프는 가급적 적은 부피와 중량으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 저압펌프로 하여금 연료를 가급적 적게 압축하여 공급하도록 하면서도, 원활한 작동성 및 충분한 내구성을 확보할 수 있어야 한다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 1020010015122 A

본 발명은 간단한 윤활 및 냉각구조를 구비하여 가급적 적은 부피와 중량으로 구성되고, 저압펌프로 하여금 연료를 가급적 적게 압축하여 공급하도록 하면서도, 원활한 작동성 및 충분한 내구성을 확보할 수 있도록 한 고압펌프를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 고압펌프는

펌프바디와;

외부로부터 회전력을 전달받아 회전되도록 상기 펌프바디에 설치된 캠샤프트와;

상기 캠샤프트를 상기 펌프바디 내에 회전 가능한 상태로 지지하는 롤러베어링과;

상기 펌프바디에 1차 가압된 유체가 유입되도록 형성된 유입포트와;

상기 유입포트로 유입된 유체를 감압하여 상기 롤러베어링으로 공급하도록 설치된 오리피스;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 오리피스로부터 상기 롤러베어링을 통과한 유체가 배출될 수 있도록 상기 펌프바디에 유출포트가 구비되고;

상기 롤러베어링으로부터 상기 유출포트에 이르는 상기 유체의 통로인 유출통로는 고압펌프의 냉각에 기여할 수 있도록, 상기 롤러베어링 주변에서 다수 회 방향을 전환하는 형상으로 형성될 수 있다.

상기 유입포트와 유출포트는 상기 캠샤프트를 기준으로 양쪽으로 대향되게 형성되고;

상기 유입포트로부터 상기 롤러베어링을 향해 유체가 공급되는 유입통로와 상기 롤러베어링으로부터 상기 유출포트로 유체가 이동하는 유출통로는 상기 롤러베어링을 기준으로 서로 대칭되게 배치되도록 구성할 수 있다.

상기 유입포트로부터 상기 롤러베어링으로 유체를 공급하는 상기 유입통로는, 고압펌프의 냉각을 위하여, 상기 캠샤프트를 기준으로 캠샤프트에 인접한 펌프바디의 부분을 적어도 1회 경유하면서 왕복한 후 상기 롤러베어링으로 공급하도록 형성될 수 있다.

상기 유입포트는 상기 캠샤프트를 기준으로 상기 유출포트 반대쪽의 펌프바디의 상측에 위치하고;

상기 유입통로는 상기 유입포트로부터 상기 캠샤프트를 기준으로 펌프바디의 하측으로 연장된 제1부분과, 상기 제1부분으로부터 상기 캠샤프트의 길이방향을 따라 연장되는 제2부분과, 상기 제2부분으로부터 다시 상측으로 연장되는 제3부분과, 상기 제3부분으로부터 상기 롤러베어링의 상측으로 연장되는 제4부분과, 상기 제4부분으로부터 상기 롤러베어링을 향해 하측으로 연장되는 제5부분을 포함하여 이루어지도록 할 수 있다.

상기 오리피스는 상기 유입통로의 제4부분과 제5부분의 연결부위에 형성되도록 할 수 있다.

상기 펌프바디 내에서 상기 캠샤프트의 회전력을 이용하여 유체를 고압으로 펌핑하는 고압펌핑부로 유체를 공급하기 위하여, 상기 유입통로에는 상기 제2부분으로부터 상기 고압펌핑부로 연결되는 제6부분이 더 구비되도록 할 수 있다.

상기 펌프바디 내에서 상기 캠샤프트의 회전력을 이용하여 유체를 고압으로 펌핑하는 고압펌핑부로 상기 유입포트로 공급되는 유체와는 다른 별도의 고압 가압용 유체를 공급하기 위하여, 상기 펌프바디의 외부로부터 상기 고압펌핑부로 직접 고압 가압용 유체를 제공하도록 펌프바디에 형성된 다이렉트포트를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 유출포트는 상기 캠샤프트를 기준으로 상기 유입포트 반대쪽의 펌프바디의 상측에 위치하고;

상기 유출통로는 상기 롤러베어링 하측으로 연장되는 A부분과, 상기 A부분으로부터 캠샤프트에 수직하게 상기 유출포트를 향하는 방향으로 연장되는 B부분과, 상기 B부분으로부터 상기 캠샤프트의 길이방향을 따라 상기 유출포트를 향하는 방향으로 연장되는 C부분과, 상기 C부분으로부터 상기 유출포트로 연결되는 D부분을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 유출통로의 A부분과 B부분의 연결부위로부터 상기 B부분이 연장되는 반대방향으로 연장되는 E부분을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 유입통로와 유출통로는 상기 펌프바디 내에 상기 캠샤프트의 길이방향에 수직 또는 평행한 방향의 다수의 직선 경로가 상기 캠샤프트가 설치된 주변을 감싸면서 연결된 형상으로 구성될 수 있다.

본 발명은 고압펌프가 간단한 윤활 및 냉각구조를 구비하여 가급적 적은 부피와 중량으로 구성되고, 추가로 압축될 유체를 공급하는 저압펌프로 하여금 유체를 가급적 적게 압축하여 공급하도록 하면서도, 원활한 작동성 및 충분한 내구성을 확보할 수 있도록 한다.

또한, 저압펌프 구동에 소모되는 에너지의 저감으로 CO2발생량을 줄일 수 있고, 저압펌프에 소요되는 비용을 축소할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고압펌프의 외관도,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,
도 3은 도 2의 Ⅲ방향에서 관측한 투시도,
도 4는 도 3의 Ⅳ방향 투시도,
도 5는 도 1의 고압펌프에서 측정유닛이 제거된 상태를 도 1의 하측에서 본 도면,
도 6은 도 5와 동일한 방향에서 관측한 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명 고압펌프는, 펌프바디(1)와; 외부로부터 회전력을 전달받아 회전되도록 상기 펌프바디에 설치된 캠샤프트(3)와; 상기 캠샤프트를 상기 펌프바디 내에 회전 가능한 상태로 지지하는 롤러베어링(5)과; 상기 펌프바디에 1차 가압된 유체가 유입되도록 형성된 유입포트(7)와; 상기 유입포트로 유입된 유체를 감압하여 상기 롤러베어링으로 공급하도록 설치된 오리피스(9)를 포함하여 구성된다.

상기 캠샤프트(3)에는 도시되지 않은 캠이 구비되어 있고, 이 캠에 의해 플런저가 왕복운동하여 유체를 고압으로 압축하도록 하는 고압펌핑부(11)를 구성하게 되며, 이러한 고암펌핑부의 구성은 공지이다.

참고적으로, 본 설명에서 '유체'는 연료를 포함하는 개념으로서, 특별한 언급이 없는 한, 유체는 저압펌프에서 1차적으로 가압하여 고압펌프로 공급한 연료를 의미하고, 고압펌프는 연료를 2차적으로 고압으로 압축함과 아울러 냉각과 윤활에도 이용하도록 하는 것이다.

본 발명은 상기 캠샤프트(3)를 롤러베어링(5)으로 지지하도록 하여, 플레인베어링을 사용하는 경우에 비하여 작은 압력으로도 캠샤프트를 회전 가능한 상태로 지지하는 구조물에 충분한 윤활이 이루어질 수 있도록 한다.

플레인베어링은 유막 형성을 위해 상대적으로 고압의 유체가 제공되어야 하지만, 롤러베어링은 상대적으로 낮은 압력의 유체가 일정한 유동을 형성하면서 공급되면 충분하다.

따라서, 본 발명의 고압펌프가 적용되면, 1차적으로 유체를 가압하여 상기 고압펌프(100)로 제공하는 저압펌프(미도시)는 플레인베어링을 윤활하는 경우에 비하여 작은 압력을 제공하여도 되므로, 저압펌프의 용량이나 크기 등을 보다 소형으로 할 수 있어서 보다 저렴한 저압시스템을 구성할 수 있다.

본 발명의 고압펌프(11)는 저압펌프에서 제공된 유체를 상기 오리피스(9)를 통해 감압하여 상기 롤러베어링에 일정한 유동으로 제공하도록 한다.

상기 오리피스(9)로부터 상기 롤러베어링을 통과한 유체가 배출될 수 있도록 상기 펌프바디에 유출포트(13)가 구비되고, 상기 롤러베어링으로부터 상기 유출포트에 이르는 상기 유체의 통로인 유출통로(15)는 고압펌프의 냉각에 기여할 수 있도록, 상기 롤러베어링(5) 주변에서 다수 회 방향을 전환하는 형상으로 형성된다.

따라서, 고압펌프의 작동에 따라 발생되는 열이 상기 유출통로(15)를 통과하는 유체에 의해 냉각되는 효과를 극대화하게 된다.

상기 유입포트(7)와 유출포트(13)는 상기 캠샤프트를 기준으로 양쪽으로 대향되게 형성되고, 상기 유입포트로부터 상기 롤러베어링을 향해 유체가 공급되는 유입통로(17)와 상기 롤러베어링으로부터 상기 유출포트로 유체가 이동하는 유출통로(15)는 상기 롤러베어링을 기준으로 서로 대칭되게 배치된다.

또한, 상기 유입통로(17)와 유출통로(15)는 상기 펌프바디 내에 상기 캠샤프트의 길이방향에 수직 또는 평행한 방향의 다수의 직선 경로가 상기 캠샤프트가 설치된 주변을 감싸면서 연결된 형상으로 구성된다.

따라서, 펌프바디(1)에 상기 유입통로 및 유출통로를 드릴링 등으로 매우 용이하게 가공할 수 있게 되면서도, 상기 캠샤프트를 중심으로 그 주위에 직선적으로 연결되는 유입통로 및 유출통로에 의해 가급적 펌프바디가 적은 부피와 중량으로 구성될 수 있도록 한다.

상기 유입포트로부터 상기 롤러베어링으로 유체를 공급하는 상기 유입통로(17)는, 고압펌프의 냉각을 위하여, 상기 캠샤프트를 기준으로 캠샤프트에 인접한 펌프바디의 부분을 적어도 1회 경유하면서 왕복한 후 상기 롤러베어링으로 공급하도록 형성된다. 참고로, 본 실시예에서 도 3의 제1부분(17-1)과 제3부분(17-3)이 상기 캠샤프트(3)에 인접한 펌프바디(1)의 부분을 경유하면서 1회 왕복하는 구성이다.

즉, 상기 고압펌프(100)는 상기 캠샤프트(3) 주변에 열이 많이 발생하므로, 상기 캠샤프트에 인접한 펌프바디 부분에 유입통로가 왕복하는 경로를 형성하면, 유체가 상기 유입통로를 통과하면서 펌프바디를 냉각하는 효과를 증대시키게 되는 것이다.

본 실시예에서, 상기 유입포트(7)는 상기 캠샤프트를 기준으로 상기 유출포트(13) 반대쪽의 펌프바디의 상측에 위치하고, 상기 유입통로(17)는 상기 유입포트로부터 상기 캠샤프트를 기준으로 펌프바디의 하측으로 연장된 제1부분(17-1)과, 상기 제1부분으로부터 상기 캠샤프트의 길이방향을 따라 연장되는 제2부분(17-2)과, 상기 제2부분으로부터 다시 상측으로 연장되는 제3부분(17-3)과, 상기 제3부분으로부터 상기 롤러베어링의 상측으로 연장되는 제4부분(17-4)과, 상기 제4부분으로부터 상기 롤러베어링을 향해 하측으로 연장되는 제5부분(17-5)을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 오리피스(9)는 상기 유입통로의 제4부분(17-4)과 제5부분(17-5)의 연결부위에 형성된다.

바람직하게는, 제4부분과 제5부분의 드릴링 가공에 의해 서로 만나는 지점에 오리피스가 형성되도록 하는 것이다.

상기 펌프바디(1) 내에서 상기 캠샤프트의 회전력을 이용하여 유체를 고압으로 펌핑하는 고압펌핑부(11)로 유체를 공급하기 위하여, 상기 유입통로에는 상기 제2부분(17-2)으로부터 상기 고압펌핑부로 연결되는 제6부분(17-6)이 더 구비된다.

즉, 도 1 내지 도 5에 도시된 실시예에서는 저압펌프에서 제공되는 유체는 연료이고, 상기 연료를 이용하여 상기 롤러베어링을 윤활 및 냉각하고, 상기 유입통로와 유출통로를 통과하는 연료에 의해 고압펌프의 작동열을 냉각시키는 역할을 수행함과 아울러, 상기 제6부분을 통해 상기 고압펌핑부로 연료를 공급하여 2차적으로 엔진에 필요한 고압으로 압축할 수 있도록 하는 것이다.

상기 유출포트(13)는 상기 캠샤프트를 기준으로 상기 유입포트(7) 반대쪽의 펌프바디의 상측에 위치하고, 상기 유출통로(15)는 상기 롤러베어링 하측으로 연장되는 A부분(15-A)과, 상기 A부분으로부터 캠샤프트에 수직하게 상기 유출포트를 향하는 방향으로 연장되는 B부분(15-B)과, 상기 B부분으로부터 상기 캠샤프트의 길이방향을 따라 상기 유출포트를 향하는 방향으로 연장되는 C부분(15-C)과, 상기 C부분으로부터 상기 유출포트로 연결되는 D부분(15-D)을 포함하여 구성된다.

즉, 상기 유출통로를 상기 롤러베어링으로부터 유출포트로 직선적으로 연통시켜 형성할 수도 있지만, 고압펌프의 효과적인 냉각을 도모하기 위해, 상기 A부분과, B부분, C부분 및 D부분으로 롤러베어링 주변에서 방향을 바꾸면서 유체의 유동거리를 길게 형성하여 펌프바디의 냉각에 유리하도록 한 것이다.

또한, 상기 유출통로의 A부분과 B부분의 연결부위로부터 상기 B부분이 연장되는 반대방향으로 연장되는 E부분(15-E)을 더 포함하여 구성함으로써, 이 부분의 유체에 의해 상기 롤러베어링 근처의 냉각이 더욱더 고르게 잘 이루어지게 하는 것이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 예시한 것으로서, 고압펌프로 제공되는 유체가 고압으로 압축하기 위한 연료 이외에, 윤활 및 냉각을 위한 오일을 별도로 공급할 수 있도록 구성한 것이다.

즉, 상기 펌프바디 내에서 상기 캠샤프트의 회전력을 이용하여 유체를 고압으로 펌핑하는 고압펌핑부로 상기 유입포트로 공급되는 유체와는 다른 별도의 고압 가압용 유체를 공급하기 위하여, 상기 펌프바디의 외부로부터 상기 고압펌핑부로 직접 고압 가압용 유체를 제공하도록 펌프바디에 형성된 다이렉트포트(20)를 더 포함하여 구성된 것이다.

따라서, 여기서는 상기 유입포트에 오일이 공급되어, 상기 유입통로와 롤러베어링 및 유출통로를 통과한 오일이 상기 유출통로를 통해 배출되도록 하고, 상기 유입통로의 제6부분은 형성하지 않고, 대신 상기 다이렉트포트를 형성하여, 고압펌핑부로 공급될 연료는 별도로 공급하도록 구성한 것이다.

물론, 이 실시예의 경우에도 상기 유입포트와, 유입통로, 유출통로, 유출포트, 오리피스 및 상기 롤러베어링의 윤활구조 등은 도 1 내지 도 5의 실시예와 동일하고, 상기한 바와 같이 유입통로의 제6부분이 상기 다이렉트포트로 대체되는 것만이 상이한 구성이 된다.

참고로, 도 1의 30은 고압펌프 내부의 물리량을 측정하는 센서유닛이며, 도 5 및 도 6의 31은 상기 센서유닛을 장착하기 위한 소켓부이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 펌프바디
3; 캠샤프트
5; 롤러베어링
7; 유입포트
9; 오리피스
11; 고압펌핑부
13; 유출포트
15; 유출통로
17; 유입통로
20; 다이렉트포트
30; 센서유닛
31; 소켓부

Claims

펌프바디와;
외부로부터 회전력을 전달받아 회전되도록 상기 펌프바디에 설치된 캠샤프트와;
상기 캠샤프트를 상기 펌프바디 내에 회전 가능한 상태로 지지하는 롤러베어링과;
상기 펌프바디에 1차 가압된 유체가 유입되도록 형성된 유입포트와;
상기 유입포트로 유입된 유체를 감압하여 상기 롤러베어링으로 공급하도록 설치된 오리피스;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고압펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 오리피스로부터 상기 롤러베어링을 통과한 유체가 배출될 수 있도록 상기 펌프바디에 유출포트가 구비되고;
상기 롤러베어링으로부터 상기 유출포트에 이르는 상기 유체의 통로인 유출통로는 고압펌프의 냉각에 기여할 수 있도록, 상기 롤러베어링 주변에서 다수 회 방향을 전환하는 형상으로 형성된 것
을 특징으로 하는 고압펌프.
청구항 2에 있어서,
상기 유입포트와 유출포트는 상기 캠샤프트를 기준으로 양쪽으로 대향되게 형성되고;
상기 유입포트로부터 상기 롤러베어링을 향해 유체가 공급되는 유입통로와 상기 롤러베어링으로부터 상기 유출포트로 유체가 이동하는 유출통로는 상기 롤러베어링을 기준으로 서로 대칭되게 배치된 것
을 특징으로 하는 고압펌프.
청구항 3에 있어서,
상기 유입포트로부터 상기 롤러베어링으로 유체를 공급하는 상기 유입통로는, 고압펌프의 냉각을 위하여, 상기 캠샤프트를 기준으로 캠샤프트에 인접한 펌프바디의 부분을 적어도 1회 경유하면서 왕복한 후 상기 롤러베어링으로 공급하도록 형성된 것
을 특징으로 하는 고압펌프.
청구항 4에 있어서,
상기 유입포트는 상기 캠샤프트를 기준으로 상기 유출포트 반대쪽의 펌프바디의 상측에 위치하고;
상기 유입통로는 상기 유입포트로부터 상기 캠샤프트를 기준으로 펌프바디의 하측으로 연장된 제1부분과, 상기 제1부분으로부터 상기 캠샤프트의 길이방향을 따라 연장되는 제2부분과, 상기 제2부분으로부터 다시 상측으로 연장되는 제3부분과, 상기 제3부분으로부터 상기 롤러베어링의 상측으로 연장되는 제4부분과, 상기 제4부분으로부터 상기 롤러베어링을 향해 하측으로 연장되는 제5부분을 포함하여 이루어지는 것
을 특징으로 하는 고압펌프.
청구항 5에 있어서,
상기 오리피스는 상기 유입통로의 제4부분과 제5부분의 연결부위에 형성되는 것
을 특징으로 하는 고압펌프.
청구항 6에 있어서,
상기 펌프바디 내에서 상기 캠샤프트의 회전력을 이용하여 유체를 고압으로 펌핑하는 고압펌핑부로 유체를 공급하기 위하여, 상기 유입통로에는 상기 제2부분으로부터 상기 고압펌핑부로 연결되는 제6부분이 더 구비된 것
을 특징으로 하는 고압펌프.
청구항 6에 있어서,
상기 펌프바디 내에서 상기 캠샤프트의 회전력을 이용하여 유체를 고압으로 펌핑하는 고압펌핑부로 상기 유입포트로 공급되는 유체와는 다른 별도의 고압 가압용 유체를 공급하기 위하여, 상기 펌프바디의 외부로부터 상기 고압펌핑부로 직접 고압 가압용 유체를 제공하도록 펌프바디에 형성된 다이렉트포트를 더 포함하여 구성된 것
을 특징으로 하는 고압펌프.
청구항 3에 있어서,
상기 유출포트는 상기 캠샤프트를 기준으로 상기 유입포트 반대쪽의 펌프바디의 상측에 위치하고;
상기 유출통로는 상기 롤러베어링 하측으로 연장되는 A부분과, 상기 A부분으로부터 캠샤프트에 수직하게 상기 유출포트를 향하는 방향으로 연장되는 B부분과, 상기 B부분으로부터 상기 캠샤프트의 길이방향을 따라 상기 유출포트를 향하는 방향으로 연장되는 C부분과, 상기 C부분으로부터 상기 유출포트로 연결되는 D부분을 포함하여 구성된 것
을 특징으로 하는 고압펌프.
청구항 9에 있어서,
상기 유출통로의 A부분과 B부분의 연결부위로부터 상기 B부분이 연장되는 반대방향으로 연장되는 E부분을 더 포함하여 구성된 것
을 특징으로 하는 고압펌프.
청구항 3에 있어서,
상기 유입통로와 유출통로는 상기 펌프바디 내에 상기 캠샤프트의 길이방향에 수직 또는 평행한 방향의 다수의 직선 경로가 상기 캠샤프트가 설치된 주변을 감싸면서 연결된 형상으로 구성된 것
을 특징으로 하는 고압펌프.