KR20170044754A - 특히 내연 기관의 연료 분사 장치를 위한, 고압 연료 펌프 - Google Patents

특히 내연 기관의 연료 분사 장치를 위한, 고압 연료 펌프 Download PDF

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KR20170044754A
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아힘 쾰러
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명에 따른 펌프는 하나 이상의 펌프 요소(10)를 포함하고, 이 펌프 요소는 다시, 행정 운동에서 구동되는 펌프 피스톤(12)을 포함하며, 이 펌프 피스톤은 펌프의 하우징 부분(20)의 실린더 보어(18) 내에서 변위 가능하게 안내되고, 상기 실린더 보어 내에서 펌프 작동 챔버(22)를 한정한다. 펌프 작동 챔버(22)로부터 먼 쪽을 향하는 펌프 피스톤(12)의 단부가 실린더 보어(18)로부터 돌출된다. 하우징 부분(20)은, 펌프 작동 챔버(22)로부터 먼 쪽을 향하는 실린더 보어(18)의 단부 영역을 둘러싸며 적어도 거의 원통형인 섹션(50)을 포함한다. 실린더 보어(18)로부터 돌출된 펌프 피스톤(12)의 단부 영역에는 밀봉 링(52)이 배치되며, 이 밀봉 링의 내측 주연부가 밀봉 립(54)을 이용하여 펌프 피스톤(12)에 지지된다. 밀봉 링(52)은, 실린더 보어(18)로부터 돌출된 펌프 피스톤(12)의 단부 영역을 둘러싸는 펌프 하우징 부분(20)의 수용부(58, 60) 내에 배치되며, 이때 상기 밀봉 링(52) 및 펌프 하우징 부분(20)에 의해, 연료 공급 라인(26)과 연결된 챔버(74; 76)가 실린더 보어(18) 쪽으로 한정된다. 연료 공급 라인(26)이 챔버(74; 76)를 통해 연장됨으로써, 상기 챔버(74; 76) 내에 도달되는 누출 연료가 연료 공급 라인(26) 내 흐름에 의해 챔버(74; 76)로부터 방출된다.

Description

특히 내연 기관의 연료 분사 장치를 위한, 고압 연료 펌프{HIGH-PRESSURE FUEL PUMP, IN PARTICULAR FOR A FUEL INJECTION DEVICE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른, 특히 내연 기관의 연료 분사 장치를 위한, 고압 연료 펌프에 관한 것이다.
그러한 유형의 고압 연료 펌프 및 연료 분사 장치는 DE 10 2009 000 859 A1호에 의해 공지되어 있다. 이 고압 연료 펌프는 하나 이상의 펌프 요소를 포함하고, 이 펌프 요소는 다시 행정 운동에서 구동되는 펌프 피스톤을 포함한다. 펌프 피스톤은 펌프의 하우징 부분의 실린더 보어 내에서 변위 가능하게 안내되고, 그 실린더 보어 내에서 펌프 작동 챔버를 한정하며, 이 경우 펌프 작동 챔버를 연료 공급 라인과 연결할 수 있는 흡입 밸브가 제공된다. 펌프 작동 챔버로부터 먼 쪽을 향하는 펌프 피스톤의 단부가, 펌프 작동 챔버로부터 먼 쪽을 향하는 실린더 보어의 단부로부터 돌출된다. 실린더 보어로부터 돌출되는 펌프 피스톤의 단부 영역에는 밀봉 링이 제공된다. 이 밀봉 링은, 펌프 피스톤에 의해 공급된 연료가 하우징 부분의 실린더 보어 외부에 존재하는 매체와 혼합되는 것을 방지하는 역할을 한다. 하우징 부분의 실린더 보어 외부에 존재하는 매체는 특히, 구동 영역의 윤활, 예를 들어 롤러 태핏 및 캠에 대한 상기 롤러 태핏의 지지부의 윤활을 위한 윤활유이다. 밀봉 링은 그 내측 주연부에 하나 이상의 밀봉 립을 가지며, 이 밀봉 립을 이용하여 펌프 피스톤에 지지된다. 밀봉 링은 실린더 보어로부터 돌출되는 펌프 피스톤의 단부 영역을 둘러싸는 펌프 하우징 부분의 수용부 내에 배치된다. 고압 연료 펌프의 작동 중에, 누출에 의해 연료가 실린더 보어로부터 유출될 수 있고, 상기 연료는 밀봉 링과 펌프 하우징 부분 사이에서 한정된 챔버 내로 침투한다. 이때, 누출 연료가 가열됨으로 인해, 밀봉 링이 열적으로 높은 부하를 받는다. 챔버는 연료 공급 라인과 연결되어 있지만, 이러한 연결은 단지 연료를 상기 챔버로부터 연료 공급 라인 내로 안내하는 역할만을 하기 때문에, 연료는 챔버 내에 축적되지 않고 대개 밀봉 링을 지나 윤활유로 충전된 영역 내에 도달한다.
이에 반해, 청구항 제1항에 따른 특징을 갖는 본 발명에 따른 고압 연료 펌프는 밀봉 링의 열적 부하가 감소하는 장점이 있는데, 그 이유는 챔버가 항시 연료에 의해 관류되고, 그럼으로써 경우에 따라 챔버 내에 도달하는 누출 연료가 연료 공급 라인를 통해 흐르는 연료와 함께 방출되기 때문이다.
종속 청구항들에는 본 발명에 따른 고압 연료 펌프의 바람직한 구성들 및 개선예들이 명시되어 잇다. 청구항에 따른 구성은, 추가 연료 공급 라인이 불필요하다는 장점을 제공한다. 청구항 제3항 및 특히 청구항 제4항에 따른 구성에 의해, 전체 챔버의 효율적인 관류가 보장된다. 청구항 제6항에 따른 구성은, 펌프 요소의 연료 공급과 관계없이 챔버의 지속적인 관류 및 그에 따른 밀봉 요소의 냉각이 가능할 수 있게 한다.
본 발명의 실시예는 도면에 도시되며, 하기에서 상세히 설명된다.
도 1은 펌프의 종단면도이다.
도 2는 도 1에서 II로 표시된 펌프의 절결부의 확대도이다.
도 1에는, 특히 내연 기관의 연료 분사 장치를 위한 고압 연료 펌프인 펌프의 개략도가 도시되어 있다. 고압 연료 펌프는 하나 이상의 펌프 요소(10)를 포함하고, 이 펌프 요소는 다시 펌프 피스톤(12)을 포함하며, 이 펌프 피스톤은 행정 운동에서 적어도 간접적으로 구동 샤프트(14)를 통해, 상기 구동 샤프트(14)의 회전축(15)에 대해 적어도 거의 반경 방향으로 구동된다. 구동 샤프트(14)는 펌프의 부분일 수 있으며, 그 대안으로 펌프가 고유 구동 샤프트를 갖지 않고, 구동 샤프트(14)는 내연 기관의 부분인 구성도 가능하다. 이 경우, 구동 샤프트(14)는 예를 들어, 내연 기관의 가스 교환 밸브도 구동할 수 있는 내연 기관의 샤프트일 수 있다. 구동 샤프트(14)는 펌프 피스톤(12)의 구동을 위해 캠(16) 또는 편심체를 포함한다.
펌프는 여러 부분으로 형성될 수 있는 펌프 하우징을 갖는다. 펌프 피스톤(12)은 펌프의 하우징 부분(20)의 실린더 보어(18) 내에 밀착되어 안내되며, 하우징 부분(20)은 이하 실린더 헤드로 지칭된다. 펌프 피스톤(12)은, 구동 샤프트(14)로부터 먼 쪽을 향하는 펌프 피스톤 단부로써 실린더 보어(18) 내에서 펌프 작동 챔버(22)를 한정한다. 펌프 작동 챔버(22)는, 펌프 작동 챔버(22) 내로 개방되는 유입 체크 밸브 또는 전기식, 특히 전자기식으로 제어되는 밸브일 수 있는 흡입 밸브(24)를 통해 연료 공급 라인(26)과 연결되며, 이 연결을 통해 펌프 작동 챔버(22)는 반경 방향 내측으로 구동 샤프트(14)의 회전축(15)을 향한 펌프 피스톤(12)의 흡입 행정 시 연료로 충전된다. 연료 공급 라인(26)은 예를 들어 급송 펌프(27)에 의해 연료를 공급받고, 상기 급송 펌프를 통해 연료가 연료 저장 탱크(25)로부터 급송된다. 또한, 펌프 작동 챔버(22)는 펌프 작동 챔버(22) 외부로 개방되는 배출 체크 밸브인 배출 밸브(28)를 통해 배출구(30)와 연결되고, 상기 배출구는 고압 어큐물레이터(32)로 안내될 수 있으며, 구동 샤프트(14)의 회전축(15)으로부터 반경 방향 외측으로 멀어지는 방향으로의 펌프 피스톤(12)의 공급 행정 시 상기 배출구를 통해 연료가 펌프 작동 챔버(22) 밖으로 배출된다.
펌프 피스톤(12)은 롤러 태핏(40)을 통해 구동 샤프트(14)의 캠(16)에 지지된다. 롤러 태핏(40)은 태핏 바디(42)를 가지며, 이 태핏 바디 내에는 캠(16) 상에서 구르는 롤러(44)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 태핏 바디(42)가 스프링(46)에 의해 캠(16) 쪽으로 가압됨으로써, 롤러(44)가 펌프 피스톤(12)의 흡입 행정 시에도 캠(16)에 지지된 상태로 유지된다. 펌프 작동 챔버(22)로부터 먼 쪽을 향하는 펌프 피스톤(12)의 단부가 실린더 보어(18)로부터 돌출하고, 상기 단부에서 태핏 바디(42)와 결합됨으로써, 펌프 피스톤(12)도 역시 스프링(46)에 의해 가압된다. 펌프 피스톤(12)은 실린더 보어(18)로부터 돌출된 단부 측에, 실린더 보어(18) 내에서 안내되는 샤프트에 비해 그 직경이 확대된 피스톤 기저부(48)를 가질 수 있다. 실린더 헤드(20)는 실린더 보어(18)의 영역 내에서 캠(16) 쪽으로, 실린더 보어(18)를 둘러싸며 적어도 거의 원통형인 섹션(50)을 갖는다. 스프링(46)은 원통형 헬리컬 압축 스프링으로서 형성되고, 실린더 헤드(20)의 섹션(50)을 둘러싸며 실린더 헤드(20)에 지지된다.
실린더 보어(18)로부터 돌출되는 펌프 피스톤(12)의 단부 영역을 그 주연부 상에서 둘러싸는 밀봉 링(52)이 제공된다. 밀봉 링(52)은 반경 방향 예압 하에, 자신의 내측 주연부에 배치된 하나 이상의 탄성 밀봉 립(54)에 의해 펌프 피스톤(12)에 지지된다. 하나 이상의 밀봉 립(54)은 바람직하게, 펌프 피스톤(12)의 행정 운동 시 단지 적은 마찰력만 발생하도록, 적어도 펌프 피스톤(12)에 지지되는 영역에서는 마찰 계수가 작은 표면을 갖는다. 바람직하게는, 밀봉 링(52)이 펌프 피스톤(12)의 종축(13) 방향으로 서로 이격된 2개 또는 3개의 밀봉 립(54)을 갖는다. 밀봉 링(52)은 예를 들어 PTFE, 즉, 폴리테트라플루오로에틸렌으로 제조된다.
실린더 헤드(20)의 섹션(50)은 그 단부에 실린더 보어(18)에 대해 적어도 거의 동축인 보어(58)를 포함하고, 이 보어는 실린더 보어(18)보다 더 큰 직경을 가지며 밀봉 링(52)을 위한 수용부를 형성한다. 보어(58)로부터 실린더 보어(18)로의 전이부에는 환형 견부(60)가 형성된다. 밀봉 링(52)은 수용부(58) 내에서 펌프 피스톤(12)의 종축(13) 방향으로 고정 요소(64)에 의해 고정된다. 고정 요소(64)는 예를 들어, 수용부(58)의 내측 주연부에 있는 환형 그루브(68) 내에 맞물리는 탄성 링일 수 있다. 대안적으로, 고정 요소(64)는 예를 들어, 수용부(58) 내로 압입되거나 다른 방식으로 체결되는 디스크로도 형성될 수 있다.
밀봉 링(52)은 슬리브 형태로 형성되며, 그 내부면에는 하나 이상의 밀봉 립(54)이 형성된다. 밀봉 링(52)은, 펌프 피스톤(12)의 종축(13)을 향하는 양측 축방향 단부면에 각각 하나의 환형 그루브(70)를 가질 수 있다. 이들 환형 그루브(70)에 의해, 밀봉 링(52)의 축방향 에지 영역이 반경 방향으로 탄성 변형될 수 있게 된다. 환형 그루브들(70) 내에는 각각 하나의 스프링(72)이 삽입될 수 있으며, 이 스프링을 통해 펌프 피스톤(12) 상에서 하나 이상의 밀봉 립(54)에 의한 밀봉 링(52)의 반경 방향 예압이 발생한다.
환형 견부(60)에 대면하는, 밀봉 링(52)의 축방향 단부면과 실린더 헤드(20) 사이에서 챔버(74)가 한정되고, 펌프 피스톤(12)의 행정 운동 시 펌프 피스톤과 실린더 보어(18) 사이에서 펌프 작동 챔버(22)로부터 배출되는 누출 연료가 상기 챔버 내에 도달한다. 챔버(74)는 실린더 보어(18)의 단부 영역을 둘러싸는 환형 그루브(76)에 의해 확장될 수 있다.
본 발명에 따르면, 급송 펌프(27)로부터 챔버(74)를 통해 연료 공급 라인(26)이 안내되는 구성이 제공된다. 이 경우, 특히, 연료 공급 라인으로서, 흡입 밸브(24)쪽으로 안내되는 연료 공급 라인(26)이 이용된다. 대안적으로, 상기 연료 공급 라인(26)에 추가로, 챔버(74)를 통해 안내되는 또 다른 연료 공급 라인이 제공될 수도 있다. 연료 공급 라인(26)은, 급송 펌프(27)로부터 챔버(74) 내로 안내되는 제1 유입 섹션(26a)과, 챔버(74)로부터 흡입 밸브(24)로 안내되는 제2 유입 섹션(26b)을 갖는다. 제2 유입 섹션(26b)이 챔버(74) 내로 합류되는 합류부는 바람직하게, 제1 유입 섹션(26a)의 합류부가 아닌, 챔버(74)의 또 다른 주연 영역 내에 놓이며, 이때 상기 유입 섹션들(26a, 26b)의 합류부들은 특히 펌프 피스톤(12)의 종축(13)을 기준으로 서로 대각선으로 놓인다. 이에 의해, 챔버(74)는 연료 공급 라인(26)을 통해 흐르는 연료에 의해 가급적 완전히 관류되고, 이와 함께 가열된 누출 연료가 동반 안내됨으로써, 밀봉 링(52)의 열적 부하가 낮아진다. 유입 섹션들(26a, 26b)은 예를 들어 보어의 형태로 실린더 헤드(20) 내에 형성된다.
추가로, 제2 유입 섹션(26b)으로부터, 흡입 밸브(24)의 상류에서 방출 영역, 예를 들어 연료 저장 탱크(25)로의 귀환부 내로 안내되는 바이패스 연결부(78)가 분기된다. 흡입 밸브(24)를 통해 펌프 작동 챔버(22) 내로 연료 공급이 수행되지 않는 경우, 즉, 흡입 밸브(24)가 폐쇄되어 있는 경우에도, 바이패스 연결부(78)를 통해 챔버(74)의 관류가 수행될 수 있다. 이러한 경우, 바이패스 연결부(78)를 통해 연료가 방출 영역으로 방류될 수 있다. 바이패스 연결부(78) 내에는, 유입 섹션(26b) 내 압력 밸브(80)의 개방 압력의 초과 시에만 바이패스 연결부(78)를 개방하는 압력 밸브(80)가 배치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 바이패스 연결부(78)를 통한 관류를 제한하기 위해, 바이패스 연결부(78) 내에 스로틀(82)도 배치될 수 있다.
수용부(58)의 반경 방향 내측 케이싱에 밀봉 링(52)의 외측 케이싱이 지지됨으로써, 밀봉 링(52) 상에 반경 방향으로 예압이 형성된다. 또한, 밀봉 링(52)의 외측 케이싱과 수용부(58)의 내측 케이싱 사이에 정적 밀봉이 수행되며, 이러한 정적 밀봉을 통해, 윤활유가 실린더 보어(18)에 도달하여 펌프 피스톤(12)의 행정 운동 시 펌프 피스톤을 통해 실린더 보어(18) 내로 운반되어 연료와 혼합되는 점이 방지된다.
펌프의 작동 시, 펌프 작동 챔버(22) 내에 들어 있는 연료가 펌프 피스톤(12)을 통해 공급되고, 이 연료는 펌프 피스톤(12)과 실린더 보어(18) 사이의 요구된 유격 및 펌프 작동 챔버(22) 내에 형성되어 있는 고압으로 인해, 실린더 보어(18)로부터 챔버(74) 및 환형 그루브(76) 내로도 방출될 수 있다. 연료 공급 라인(26) 내에서의 연료 흐름을 통해, 가열된 누출 연료가 챔버(74)와 환형 그루브(76)로부터 방출되어 흡입 밸브(24)로 공급된다. 밀봉 링(52)을 통해, 실린더 보어(18) 및 챔버(74)로부터 윤활유 회로 내로의 연료의 누출뿐만 아니라, 윤활유 회로로부터 챔버(74) 및 나아가 실린더 보어(18)로의 윤활유 누출도 방지되거나 적어도 적게 유지된다.

Claims (7)

  1. 펌프, 특히 내연 기관의 연료 분사 장치용 고압 연료 펌프로서, 상기 펌프는 하나 이상의 펌프 요소(10)를 포함하고, 이 펌프 요소는 행정 운동에서 구동되는 펌프 피스톤(12)을 포함하며, 이 펌프 피스톤은 펌프의 하우징 부분(20)의 실린더 보어(18) 내에서 변위 가능하게 안내되고 실린더 보어 내에서 펌프 작동 챔버(22)를 한정하며, 펌프 작동 챔버(22)를 연료 공급 라인(26)과 연결할 수 있는 흡입 밸브(24)가 제공되고, 펌프 작동 챔버(22)로부터 먼 쪽을 향하는 펌프 피스톤(12)의 단부는 실린더 보어(18)로부터 돌출되며, 실린더 보어(18)로부터 돌출되는 펌프 피스톤(12)의 상기 단부 영역에 밀봉 링(52)이 배치되며, 이 밀봉 링의 내측 주연부가 밀봉 립(54)을 이용하여 펌프 피스톤(12)에 지지되며, 상기 밀봉 링(52)은 실린더 보어(18)로부터 돌출되는 펌프 피스톤(12)의 단부 영역을 둘러싸는 펌프 하우징 부분(20)의 수용부(58, 60) 내에 배치되며, 상기 밀봉 링(52) 및 펌프 하우징 부분(20)에 의해, 연료 공급 라인(26)과 연결된 챔버(74; 76)가 실린더 보어(18) 쪽으로 한정되는, 고압 연료 펌프에 있어서,
    연료 공급 라인(26)이 챔버(74; 76)를 통해 연장되는 것을 특징으로 하는, 고압 연료 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 챔버(74)를 통해 연장되는 연료 공급 라인(26)은 흡입 밸브(24)로 안내되는 연료 공급 라인(26)인 것을 특징으로 하는, 고압 연료 펌프.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 급송 펌프(27)로부터 안내되는 연료 공급 라인(26)의 제1 유입 섹션(26a)은 챔버(74)의 제1 주연 영역 내로 합류되고, 챔버(74)로부터 유도되는 연료 공급 라인(26)의 제2 유입 섹션(26b)은 제1 주연 영역과는 다른, 챔버(74)의 제2 주연 영역으로부터 유도되는 것을 특징으로 하는, 고압 연료 펌프.
  4. 제3항에 있어서, 챔버(74)의 제2 주연 영역은 제1 주연 영역에 대해 적어도 거의 대각선 방향으로 위치하는 것을 특징으로 하는, 고압 연료 펌프.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 챔버(74)는 펌프 하우징 부분(20) 내에서 적어도 부분적으로, 펌프 피스톤(12)을 둘러싸며 밀봉 링(52)에 지지되어 있는 환형 그루브(76)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 고압 연료 펌프.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 챔버(74)로부터 유도되는 연료 공급 라인(26)의 제2 유입 섹션(26b)으로부터 방출 영역(25)으로의 바이패스 연결부(78)가 유도되는 것을 특징으로 하는, 고압 연료 펌프.
  7. 제6항에 있어서, 바이패스 연결부(78) 내에 압력 밸브(80) 및/또는 스로틀(82)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 고압 연료 펌프.
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