KR20170105577A

KR20170105577A - 플런저 조립체

Info

Publication number: KR20170105577A
Application number: KR1020177022874A
Authority: KR
Inventors: 케빈 라이티; 이안 손스웨이트
Original assignee: 델피 인터내셔널 오퍼레이션즈 룩셈부르크 에스.에이 알.엘.
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-09-19
Also published as: CN107208588B; KR102398783B1; EP3250811B1; EP3250811A1; US20180017030A1; GB201501282D0; WO2016119951A1; CN107208588A; JP6721188B2; JP2018506677A

Abstract

고압 연료 펌프를 위한 플런저 조립체(106)로서, 제1 플런저 섹션(110) 내에 제공된 축방향 내측 드릴링(116)과, 제1 플런저 섹션(110)과 제2 플런저 섹션(120) 사이의 간극(140)은 펌핑 연료 압력에 노출되고, 제1 섹션(110)의 외벽과 보어(108)를 따르는 압력 구배와, 드릴링(116)과 간극(140) 내의 압력은 제1 섹션(110)의 변형을 증가시켜서 제2 섹션(120)을 향해 이동하는 제1 섹션(110)과 보어(108) 사이의 간극을 감소시킴으로써, 플런저의 일단부(160)로부터 대향 단부(162)까지 밀봉을 제공하는, 플런저 조립체(106).

Description

플런저 조립체{PLUNGER ASSEMBLY}

본 발명은 내연기관용 연료 펌프, 특히 디젤 연료 분사 시스템과 같은 고압 연료 분사 시스템용 펌프 헤드를 위한 플런저 조립체에 관한 것이다.

커먼레일 디젤 적용과 같은 고압 연료 분사 시스템을 위한 공지된 연료 펌프는, 일반적으로 펌프 헤드와, 보어 내에서 왕복운동 가능함으로써 압력차를 확립하는 플런저를 포함한다. 필요한 압력차의 성취를 보장하기 위해, 플런저와 보어 사이에 최소한의 간극을 포함하는 밀봉 길이가 제공된다. 플런저와 보어 사이의 밀봉 길이 및 간극은 펌프의 용적 효율(volumetric efficiency: VE)을 정의하는 2가지의 요인이다.

OEM이 CO₂ 효율 목표를 충족할 수 있음을 보장하기 위해, 연료 분사 시스템은 더 높은 압력에서 작동하고 있다. 개선된 압력에서 작동하는 펌프 헤드의 알려진 문제점은 펌프 헤드의 VE의 감소이다.

공지된 유압 펌프 헤드의 일례가 도 1에 도시되어 있다. 펌프 헤드(2)는 터릿부(10), 입구 밸브 구성체(70) 및 출구 밸브 구성체(80)를 구비하는 펌프 하우징(4)을 포함한다. 하우징(4) 내에 제공된 보어(8) 내에서 왕복운동을 위해 플런저(6)가 배치된다.

도 1에 도시된 펌프 헤드(2)는 2000 바아 이상과 같은 고압 적용에 적합한 현재의 펌프 헤드 설계를 나타낸다.

종래의 펌프(2)에서의 출구 포트(80)의 구성으로 인해, 플런저 안내 길이 위로 개방하는 챔버 또는 환형체(42)가 제공된다. 환형체(42)는 플런저에 의해 펌핑되는 연료가 제한되지 않음을 보장한다.

현재의 유압 펌프 헤드 설계는 하기와 같은 몇 가지의 요인에 의해 구속되고 있다.

● 펌프 높이의 제한으로 인한 누설 길이의 제한과 같은 외부 패키징 제약 조건

● 터릿 외경의 제한으로 인한 터릿 강도의 제한과 같은 내부 펌프 패키징 제약 조건

● 플런저와 보어의 제조 용량에 의해 정의되는 플런저 보어 간극

상술한 종래의 펌프 헤드 설계는 더 높은 압력에서 VE의 감소를 나타낸다. 상승된 압력에서 작동하는 동안에 플런저와 보어 사이의 간극의 증대는 증가된 누설을 초래한다.

대형 적용에 사용되기 적합한 또 다른 공지된 펌프 헤드 설계가 도 2에 도시되어 있다. 헤드 플런저 조립체의 이러한 실시예는 누설을 감소시키는 특정 간극을 갖는 긴 누설 길이에 의존하지 않는다. 오히려, 매우 타이트한 간극의 짧은 길이를 이용한다.

배럴(266) 내에서 왕복운동가능한 플런저(206)는 중앙의 내측 드릴링(248)을 구비한다. 플런저(206) 내에는 리세스(264)가 제공되어, 보어(208)와 타이트한 간극을 갖는 플런저(206)의 상단부에서 외경 섹션(full diameter section)(268)으로부터 나온다. 이와 같이 타이트한 간극에 의해 밀봉이 제공되고, 그 밀봉은 2mm와 같은 비교적 짧은 길이를 초과할 수 있다. 비교적 짧은 밀봉 길이는 드릴링(248)의 필요한 깊이를 감소시켜서, 데드 용적을 감소시킨다.

도 2의 공지된 펌프 헤드는 하기와 같이 작동한다.

● 연료 압력은 플런저(206)의 운동에 의해 증가된다.

● 중앙 드릴링(248)이 고압에 노출되는 한편, 외경 섹션(268)과 보어(208) 사이의 간극은 압력 구배를 받아서, (도 2의 배향에서) 상부에서의 가장 높은 압력으로부터 리세스(264)에서의 캠박스 또는 리턴 라인까지 감소한다.

● 플런저(206)의 팁부는 결과적인 압력차의 영향으로 인해 팽창한다.

● 밀봉 랜드(sealing land)와 배럴(266) 사이의 간극은 감소된다.

● 간극을 통한 고압 연료의 흐름이 최소화된다.

본 발명의 목적은 고압 연료 펌프를 위한 개선된 플런저 조립체를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은, 제1 관점에서, 청구항 1에 따른 플런저 조립체를 제공한다.

본 발명은 상당한 데드 용적 불이익을 발생시키지 않고서, 예컨대 출구 밸브의 상이한 구성을 갖는 상이한 유압 펌프 헤드 설계에 효율적인 플런저 설계가 통합되게 한다.

상기 플런저 조립체의 제1 섹션은 팽창 지대를 포함하며, 상기 펌프 헤드의 사용 동안에, 상기 팽창 지대는 상기 간극 내의 연료 압력에 의해 팽창하도록 야기되어, 상기 제1 섹션과 상기 보어 사이에 최소 간극의 지대를 형성한다.

펌핑 연료 압력(pumping fuel pressure)을 받는 상기 플런저 조립체(106)의 내부는 내측 드릴링과, 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션 사이의 간극을 포함할 수 있고, 상기 내측 드릴링은 상기 플런저 조립체의 제2 섹션으로부터 상기 챔버 상으로 이격된 제1 단부에서 개방하고, 상기 간극 상으로 제2 단부에서 개방한다.

상기 압력 감소 특징부는 상기 플런저 조립체의 제1 섹션과 제2 섹션의 외경의 일부 위로 연장되고, 상기 펌프 헤드의 사용 동안에 연료 피드, 캠박스 또는 리턴 라인 연료 압력에 노출되는 반경방향 리세스를 포함할 수 있다.

변형적으로, 상기 압력 감소 특징부는 축방향 그루브를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 플런저 조립체의 제2 섹션의 연장 섹션은 상기 리세스를 원주방향으로 형성하는 환형벽 섹션과 상기 연장 섹션 사이의 간섭 지대를 따라 억지 끼워맞춤에 의해 상기 제1 섹션 내에 제공된 리세스 내에 유지된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 플런저 조립체를 포함하는, 차량용 고압 연료 펌프를 위한 펌프 헤드를 더 포함한다.

첨부한 도면을 참조하여 예로서 본 발명을 기술한다.
도 3은 본 발명에 따른 펌프 헤드의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 플런저 조립체의 단면도,
도 5는 도 4의 플런저 조립체의 부분 단면도.

본 발명의 일 실시예는 도면의 배향에 관해 후술된다. 상측, 하측, 위로, 아래로, 상부 및 하부와 같은 용어는 제한할 의도의 것이 아니다.

도 3 내지 5를 참조하면, 본 발명에 따른 펌프 헤드(102)는 펌프 바디 또는 펌프 하우징(104), 입구 밸브 구성체(170)(도 3에 도시) 및 출구 밸브 구성체(180)(도 3에 도시)를 포함한다. 펌프 하우징(104)은 종축(A)을 따라 연장되는 보어(108)를 구비한다.

플런저 조립체(106)는 보어(108) 내에 위치된다. 플런저 조립체(106)의 제1의 상단부(160) 위에서 보어(108) 내에는 챔버 또는 환형체(142)(도 3에 도시)가 제공된다.

플런저 조립체(106)는 캠 구성체(미도시)로부터 플런저 조립체(106)의 제2의 하단부(162)까지 전달되는 힘에 의해 종축(A)을 따라 보어(108) 내에서 왕복운동 가능하다.

플런저 조립체(106)는 안내 지대(136, 138)(도 4에 도시)에 의해 보어 내에서 안내된다.

플런저 조립체(106)는 2개의 부분, 즉 제1의 상부 섹션(110)과, 제2의 하부 섹션(120)을 포함한다. 제2의 하부 섹션(120)의 연장 섹션(122)은 제1의 상부 섹션(110) 내에 제공되며 환형벽 섹션(114)에 의해 원주방향으로 형성되는 리세스(112)(도 4 및 5에 도시) 내로 연장된다. 더욱 상세하게 후술되는 바와 같이, 환형벽 섹션(114)은 팽창 지대(134)(도 5에 도시)와, 간섭 지대(130)(도 4 및 5)를 포함한다.

제1의 상부 섹션(110)과 제2의 하부 섹션(120)은, 도 3 및 4에 도시된 실시예에서, 리세스(112)를 원주방향으로 형성하는 환형벽 섹션(114)과 연장 섹션(122) 사이의 간섭 지대(130)를 따라 억지 끼워맞춤을 포함하는 유지 수단에 의해 함께 유지된다.

플런저 조립체(106)의 제2의 하부 섹션(120)의 연장 섹션(122)의 단부(124)(도 5에 도시)와, 플런저 조립체(106)의 제1의 상부 섹션(110)의 리세스(112)의 베이스(150)(도 4 및 5에 도시) 사이에는 간극(140)(도 5에 도시)이 있다.

플런저 조립체(106)의 종축(A)을 축방향으로 따라 플런저 조립체(106)의 제1의 상부 섹션(110) 내에는 중앙 드릴링(116)이 제공된다. 축방향 드릴링(116)은, (플런저 조립체(106)의 제2 섹션(120)으로부터) 하우징(104)의 보어(108) 내에 제공된 환형체(142)까지 이격된 제1의 상단부(152)에서 개방하고; 환형체(142)는 펌핑된 연료가 제한되지 않게 보장한다.

중앙 드릴링(116)은 제1 섹션(110)의 리세스(112)의 베이스(150)와 제2 섹션(120)의 연장 섹션(122)의 단부(124) 사이의 간극(140) 상에서 (제1 단부(152)로부터 이격된) 제2의 하단부(154)에서 개방한다.

본 실시예에서, 압력 감소 특징부는 플런저 조립체(106)의 외경 내에 반경방향 리세스(126)(도 4에 도시)를 포함한다. 반경방향 리세스(126)는 예시적인 목적을 위해 도 4에서 과장되어 있다. 반경방향 리세스(126)는 플런저 조립체(106)의 제1 섹션(110)의 외경의 일부를 따라 그리고 플런저 조립체(106)의 제2 섹션(120)의 외경의 일부를 따라 연장되고, 펌프 헤드(102)의 사용 동안에 연료 피드, 캠박스 또는 리턴 라인 압력을 받는다.

펌프 헤드(102)의 사용 동안에, 환형체(142)는 펌핑 압력에 노출되므로, 제1 섹션(110) 내의 내측 드릴링(116)을 포함하는 플런저 조립체(106)의 내부 공간, 및 제1 섹션(110)과 제2 섹션(120) 사이의 간극(140)은 펌핑 압력에 개방된다.

도 4 및 5에서 화살표(P)로 나타낸 압력 구배는 플런저 조립체(106)의 제1 섹션(110)의 외벽(190)을 따라 발생하고, 즉 그 압력은 제1 섹션(110)의 외벽(190)의 상부에서 가장 큰 값에 있고, 펌프 헤드(102)의 사용 동안에 연료 피드, 캠박스 또는 리턴 라인 압력을 받는 반경방향 리세스(126)의 제1의 상측 에지(196)(도 4 및 5에 도시)를 향해 환형체(142)로부터 멀어지게(즉, 도면의 배향에서 하측방향) 이동하도록 감소한다.

압력 구배(P)는 반경방향 리세스(126)의 제1의 상측 에지(196) 위에서 플런저 조립체(106)의 제1 섹션(110)에 반경방향 내측 힘이 가해지게 하고; 그 내측 힘은 압력 구배가 반경방향 리세스(126)의 상측 에지(196)를 향해 이동하는 상태로 감소한다.

간극(140) 내의 높은 연료 압력은, 간섭 지대(130) 위의 환형벽 섹션(114)의 일부에 반경방향 외측 힘이 가해지게 한다.

제1 섹션(110)에 가해지는 반경방향 내측 및 외측 힘의 결과로서, 제1 섹션(110)의 변형은 외벽(190)을 따라 변한다. 따라서, 보어(108)와 제1 섹션(110)의 외벽(190) 사이의 간극은 도면의 배향에서 하측방향으로 이동하도록 대체로 감소하게 변한다. 특히, 벽 섹션(114)의 팽창 지대(134)는 제1 섹션(110)과 보어(108) 사이의 간극이 최소값인 최소 간극 지대(192)(도 4 및 5에 도시)를 형성한다.

플런저 조립체(106)를 가로지르는 밀봉은 보어(108)와 플런저 조립체(106)의 제1 섹션(110) 사이의 감소된 간극에 의해 제공되고; 그 밀봉은 플런저 조립체의 제1의 상단부(160)와 반경방향 플런저 리세스(126)의 제1의 상측 에지(196) 사이에 요구된 압력차를 유지한다.

플런저의 제1 섹션의 팽창 지대(134)의 강도가 요구된 바와 같은 상이한 펌프 헤드 압력에서 밀봉하도록 최적화될 수 있다.

또한, 팽창 지대(134)의 위치는 펌프 헤드(104)의 사용 동안에 받는 반경방향 측면 부하를 지지하기에 충분한 길이를 안내 지대(136, 138)가 가짐을 보장하도록 선택될 수 있다.

도 2의 종래의 플런저의 내측 드릴링이 도 1에 도시한 바와 같은 유압 펌프헤드에 조합된다면, 플런저 내의 내측 드릴링의 필요한 깊이로 인해 큰 데드 용적 불이익이 발생할 것이다. 플런저 벽을 팽창하게 하여 작동 간극 및 그로 인한 누설을 감소시키도록 플런저 벽을 가로질러 충분히 큰 압력차를 보장하도록 내측 드릴링은 밀봉 길이보다 더 깊을 필요가 있고, 또한 출구 포트 및 환형체의 구성 및 위치로 인해 상당히 더 깊을 필요가 있을 것이다. 본 발명은, 큰 데드 용적 불이익을 발생하지 않고서, 도 2의 종래의 실시예의 내측 드릴링이 도 1에 도시한 바와 같은 유압 펌프 헤드에 통합되게 한다.

제1 섹션(110) 내의 리세스의 깊이, 및 그에 따른 제2 섹션(120)의 연장 섹션(122)의 길이는 제조 요건에 적합하도록 증대될 수 있고, 예컨대 더 깊은 리세스(112)는 내측 드릴링(116)의 제조를 용이하게 할 것이다.

또한, 제2 섹션(120)의 연장 섹션(122)의 형태와, 제1 섹션(110)의 리세스(112)의 형태는 도면에 도시된 바와는 상이할 수 있다.

상술한 실시예에서, 압력 감소 특징부가 반경방향 리세스(126)를 포함하지만, 변형 실시예에서, 축방향 그루브, 또는 환형체(142)로부터 이격된 플런저 조립체(106)의 하단부를 향해 압력을 감소시키는 임의의 다른 특징부 등의 변형된 압력 감소 특징부가 제공될 수 있다.

종래기술
도 1
2: 펌프 헤드
4: 펌프 하우징
6: 플런저
8: 보어
10: 터릿부
42: 환형체
70: 입구 밸브 구성체
80: 출구 밸브 구성체
도 2
206: 플런저
208: 보어
248: 중앙 드릴링
264: 리세스
266: 배럴
268: 외경 섹션
본 발명
102: 펌프 헤드
104: 펌프 하우징
106: 플런저 조립체
108: 보어
110: 플런저의 제1의 상부 섹션
112: 플런저의 제1 섹션의 리세스
114: 제1 섹션의 환형벽 섹션
116: 제1 섹션의 중앙 드릴링
120: 플런저의 제2의 하부 섹션
122: 플런저의 제2 섹션의 연장 섹션
124: 연장 섹션의 단부
126: 플런저의 반경방향 리세스
130: 간섭 지대
134: (제1 섹션의) 가요성부
136, 138: 안내 지대
140: 간극
142: 보어 환형체/펌핑 챔버
150: 제1 섹션의 리세스의 베이스
152: 축방향 드릴링의 제1의 상단부
154: 축방향 드릴링의 제2의 하단부
160: 플런저의 제1의 상단부
162: 플런저의 제2의 하단부
170: 입구 밸브 구성체
180: 출구 밸브 구성체
190: 제1 섹션의 외벽
192: 최소의 간극 지대
196: 반경방향 리세스의 제1의 상측 에지
A: 종축
P: 압력 구배

Claims

차량용 고압 연료 펌프를 위한 펌프 헤드(102)에 이용되는 플런저 조립체(106)에 있어서,
상기 펌프 헤드(102)는, 상기 플런저 조립체(106)가 왕복운동을 위해 배치되어 챔버(142)에 가장 가까운 상기 플런저 조립체(106)의 제1 단부(160)로부터 압력 감소 특징부(126)의 제1 에지(196)까지 상기 플런저 조립체(106)를 가로질러 압력차를 야기하는 보어(108)를 구비한 펌프 하우징(104)을 포함하며,
상기 플런저 조립체(106)는 상기 챔버(142)에 가장 가까운 제1 섹션(110)과, 상기 챔버(142)로부터 이격된 제2 섹션(120)을 포함하고,
상기 펌프 헤드(102)의 사용에서, 상기 제1 섹션의 외벽(190)은 상기 챔버(142)로부터 멀어지게 이동하도록 감소하는 압력을 받고, 상기 플런저 조립체(106)의 내부는 펌핑 연료 압력을 받고,
상기 제1 섹션(110)은 상기 하우징(104)의 보어(108)를 향해 외측방향으로 변형하도록 야기되어 상기 보어(108)와 상기 제1 섹션(110)의 외벽 사이의 간극을 감소시킴으로써, 상기 보어(108)와 상기 제1 섹션(110)의 외벽 사이의 감소된 간극 영역이 상기 플런저 조립체(106)의 제1 단부(160)와 상기 압력 감소 특징부(126)의 제1 에지(196) 사이에 밀봉을 제공하는,
플런저 조립체.
제1항에 있어서,
상기 제1 섹션(110)은 팽창 지대(134)를 포함하며, 상기 펌프 헤드(102)의 사용 동안에, 상기 팽창 지대(134)는 상기 간극(140) 내의 연료 압력에 의해 팽창하도록 야기되어, 상기 제1 섹션(110)과 상기 보어(108) 사이에 최소 간극의 지대(192)를 형성하는,
플런저 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
펌핑 연료 압력을 받는 상기 플런저 조립체(106)의 내부는 내측 드릴링(116)과, 상기 제1 섹션(110)과 상기 제2 섹션(120) 사이의 간극(140)을 포함하고,
상기 내측 드릴링(116)은 상기 플런저 조립체(106)의 제2 섹션(120)으로부터 상기 챔버(142) 상으로 이격된 제1 단부(152)에서 개방하고, 상기 간극(140) 상으로 제2 단부(154)에서 개방하는,
플런저 조립체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 감소 특징부는 상기 플런저 조립체(106)의 제1 섹션(110)과 제2 섹션(120)의 외경의 일부 위로 연장되고, 상기 펌프 헤드(102)의 사용 동안에 연료 피드, 캠박스 또는 리턴 라인 연료 압력에 노출되는 반경방향 리세스(126)를 포함하는,
플런저 조립체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 감소 특징부는 축방향 그루브를 포함하는,
플런저 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플런저 조립체(106)의 제2 섹션(120)의 연장 섹션(122)은 상기 리세스(112)를 원주방향으로 형성하는 환형벽 섹션(114)과 상기 연장 섹션(122) 사이의 간섭 지대(130)를 따라 억지 끼워맞춤(interference fit)에 의해 상기 제1 섹션(110) 내에 제공된 리세스(112) 내에 유지되는,
플런저 조립체.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 플런저 조립체(106)를 포함하는, 차량용 고압 연료 펌프를 위한 펌프 헤드(102).