KR20180038505A

KR20180038505A - 고압 연료 펌프

Info

Publication number: KR20180038505A
Application number: KR1020187006547A
Authority: KR
Inventors: 막스 쉴러; 안드레아스 엘렌베르크; 유리 미카이러브
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2018-04-16
Also published as: DE102015215186B3; JP2018523778A; US10900451B2; CN107850027A; CN107850027B; JP6574048B2; WO2017025241A1; KR102061986B1; US20180313314A1

Abstract

본 발명은 압력 제한 밸브(38)가 보어(36) 내에 배치된 하우징(12)을 구비하는 고압 연료 펌프(10)에 관한 것으로, 상기 보어(36)는 저압 유입부(22)의 유입 공간(30)으로 이어진다.

Description

고압 연료 펌프

본 발명은 내연 기관(internal combustion engine)의 연료 분사 시스템(fuel injection system)용 고압 연료 펌프에 관한 것이다.

연료 분사 시스템 내의 고압 연료 펌프는 연료에 높은 압력을 인가하는 데 사용되는데, 압력은 예를 들어 가솔린 내연 기관의 경우 250bar 내지 400bar의 범위이고, 디젤 내연 기관의 경우 2000bar 내지 2500bar의 범위이다. 특정 연료에서 생성될 수 있는 압력이 높을수록 연소 챔버에서 연료의 연소 중에 발생하는 배출물이 더 적어지며, 이는 더 큰 범위로 요구되는 배기 가스 감소의 배경에 대해 특히 유리하다.

특정 연료에서 고압을 달성하는 것이 가능하도록 하기 위해, 고압 연료 펌프는 전형적으로 피스톤 펌프로서 구현되며, 피스톤은 압력 챔버에서 병진 운동하며, 따라서 압력 챔버에 공급되는 연료의 압력을 주기적으로 압축 및 완화시킨다.

가압된 연료는 일반적으로 고압 포트를 통해 고압 영역, 예를 들어 압력 챔버의 하류에 유압으로(hydraulically) 연결된 커먼 레일(common rail)이라고 알려진 압력 축압기(pressure accumulator)에 공급되는데, 여기서부터 연료는 분사기를 통해 연소 챔버의 연소 공간으로 분사될 수 있다.

연료 분사 시스템의 압력 챔버의 하류에 유압으로 연결된 연료-전도 요소(fuel-conducting element)가 과도한 과압에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해, 고압 영역으로부터 과도한 연로를 배출하는 압력 제한 밸브가 일반적으로 제공되는데, 연료 분사 시스템의 고압 영역으로부터 과도한 연료를 배출하여 연료 분사 시스템상의 부하를 경감시킨다.

예를 들어, 압력 챔버에 대한 압력 제한 밸브의 연결 보어(bore)를 통해 과잉 연료를 압력 챔버 자체로 배출하는 것이 여기에 공지되어 있다. 예를 들어, DE 10 2004 013 307 A1은 고압 연료 펌프의 압력 제한 밸브를 개시하는데, 상기 압력 제한 밸브는 블라인드 보어(blind bore) 내에 배치되며, 블라인드 보어에 대해 약 90°의 각도로 배치된 보어를 통해 압력 챔버에 유체 연결된다.

그러나, 그러한 배치의 단점은 압력 제한 밸브가 활성화될 때까지 블라인드 보어가 데드 워터 존(dead water zone) 및 집진기(dirt accumulator)로서 작용한다는 것이고, 이는 바람직하지 않은 경우가 많다. 압력 제한 밸브가 작동되어 누적된 먼지가 압력 챔버로 전달되는 경우에만 해당한다.

본 발명의 목적은 이와 관련하여 개선된 고압 연료 펌프를 제안하는 것이다.

이 목적은 청구범위 제1항의 특징을 갖는 고압 연료 펌프에 의해 달성된다.

본 발명의 유리한 구성은 종속항의 주제이다.

고압 연료 펌프는 하우징 내에 배치된 압력 챔버를 구비하되, 상기 압력 챔버는 압력 챔버 내에서 운동 축을 따라 병진 운동하는 피스톤 상의 피스톤 표면에 의해 일 측이 제한되어 있다. 압력 챔버는 입구 측에서는 연료를 압력 챔버로 공급하기 위한 저압 유입부에 연결되고 출구 측에서는 하우징과 함께 출구 공간을 획정하는 고압 포트에 연결된다. 입구 밸브는 저압 유입부에 배치되어 저압 유입부의 유입 보어(inflow bore)가, 압력 챔버에 유압으로 직접 연결된 저압 유입부의 유입 공간으로부터 분리되도록 한다. 출구 공간에서의 과압을 배출하기 위한 압력 제한 밸브가 제공되되, 상기 압력 제한 밸브는 출구 공간으로부터 하우징으로 연장되는 보어 내에 배치된다. 보어는 저압 유입부의 유입 공간으로 이어진다.

따라서, 압력 제한 밸브가 배치된 보어는 이전에 알려진 바와 같이, 이제 더 이상 블라인드 보어로 구성되지 않지만, 특히 입구 밸브가 위치하는 영역에 저압 유입부에 대해 연결부를 갖는다. 이는 압력 제한 밸브가 작동될 때까지 이전에 있던 블라인드 보어가 쌓이는 오물을 방지한 다음에 이를 고압 연료 펌프로 이송하는데, 그 이유는 압력 제한 밸브가 배치된 보어가 고압 연료 펌프의 작동 중에 일정하게 플러싱되기 때문이다.

바람직하게는, 보어는 압력 제한 밸브를 수용하기 위한 수용 영역과 유입 공간에 대한 유압 연결을 형성하기 위한 연결 영역을 갖는 관통-보어(through-bore) 형태이다. 연결 영역은 수용 영역보다 작은 단면을 갖는다.

바람직하게는, 압력 제한 밸브는 복원 스프링의 힘 방향으로 종축(longitudinal axis)을 갖는 복원 스프링을 구비하되, 연결 영역은 복원 스프링의 종축과 동축으로(coaxially) 배치된다. 그 결과, 압력 제한 밸브를 통해 흐르는 연료는 장애물 없이 층류(laminar)의 방식으로 유입 공간으로 배출될 수 있다.

유리하게는, 보어의 수용 영역은 보어를 복원 스프링의 종축에 수직으로 제한하는 단부 벽을 가지되, 상기 단부 벽은 출구 공간으로부터 반대 쪽에 배치된다. 복원 스프링은 단부 벽 상에서 지지되되, 연결 영역은 단부 벽에 배치된다. 따라서, 복원 스프링이 지지될 수 있는 단부 벽이 이러한 방식으로 자동적으로 형성되기 때문에, 연결 영역의 단면이 수용 영역의 단면보다 작게 하는 것이 유리하다.

특히 바람직한 구성에서, 보어는 보어를 압력 챔버에 유압으로 연결하기 위해 압력 챔버에 대한 연결 개구(aperture)를 갖는다. 이 경우, 연결 영역 및 연결 개구는 예를 들어 단부 벽의 적어도 하나의 섹션에 의해 서로 분리된다.

연결 영역 및 연결 개구 양자의 배치는 작동 중에 연료의 순환을 허용한다. 그 결과, 압력 제한 밸브가 배치되는 보어의 후방 영역에서의 파티클의 축적이 회피되거나 감소된다. 이 경우 연결 개구 및 연결 영역은 압력 제한 밸브에 의해 과압이 배출될 때 상보적인 흐름 단면을 유리하게 형성한다.

연결 개구가 존재하지 않는 일 실시예에서, 과압 연료가 배출되는 유출 보어(outflow bore)는 종래의 배치와 비교하여 전체적으로 관통 보어로 이동된다. 이 경우, 관통 보어, 즉 연결 영역이 팽창되어 압력 챔버 자체로 배출되지 않고 유입 공간에 대하 연결 영역을 통해서만 배출될 수 있다. 이것은 압력 제한 밸브의 구성 요소가 작동 방향으로 더 이상 수직으로 충돌하지 않으며, 그 결과 고압 연료 펌프 내의 압력 위상과 흡입 위상 사이의 변화의 결과로서 진동하도록 만들어지는 이점을 갖는다.

바람직하게는, 연결 개구는 보어의 측벽에 배치되되, 상기 측벽은 복원 스프링의 종축에 평행하게 연장된다. 그 결과, 연결 영역에 대해 약 90°의 각도로 배치되는 것이 바람직하며, 따라서 배출될 연료는 서로 다른 공간 방향으로 배출될 수 있다.

바람직하게는, 고압 포트의 종축은 피스톤의 운동 축에 실질적으로 수직으로 연장된다. 압력 제한 밸브가 배치된 보어의 종축은 고압 종축에 대해 1° 내지 10°, 특히 2° 내지 8°, 바람직하게는 4° 내지 6°의 각도로 배치된다.

일반적으로 압력 챔버와 출구 공간 사이에는 유압으로 배치되는 출구 밸브가 있으며, 이 출구 밸브의 종축도 마찬가지로 일반적으로 피스톤의 운동 축에 수직으로 배치된다. 이 출구 밸브는 일반적으로 고압 연료 펌프 하우징 내의 보어 내에 위치한다. 압력 제한 밸브가 위치하는 보어가 이제 출구 밸브의 보어 및 고압 포트 종축에 대해 경사진 각도로 배치되면, 고압 포트의 출구 공간 및 그에 따라 고압 포트 전체가 동일한 효과를 가지고 더 작은 방식으로 구성될 수 있다. 그 결과, 예를 들어 고압 포트의 용접 이음부에서 작용하는 힘이 상당히 감소하고, 고압 포트는 훨씬 안정적으로 된다.

바람직하게는, 보어의 종축은 실질적으로 피스톤의 운동 축에 대해 95° 내지 105°, 특히 98° 내지 102°의 각도로 배치된다. 압력 제한 밸브가 배치된 보어도 다른 공간 방향으로 각을 이루도록 배치된 결과, 고압 포트의 크기가 더욱 감소할 수 있고 따라서 힘이 감소될 수 있다.

본 발명의 유리한 구성은 첨부된 도면에 기초하여 다음의 텍스트에서 상세하게 설명된다:
도 1은 보어 내에 배치된 압력 제한 밸브를 구비하는 고압 연료 펌프의 길이 방향 단면을 도시한 도면;
도 2는 압력 제한 밸브를 구비하는 고압 연료 펌프의 도 1의 II-II 선의 횡단면도;
도 3은 도 1의 고압 연료 펌프의 길이 방향 단면도에서 압력 제한 밸브 영역의 상세도; 및
도 4는 도 1의 고압 연료 펌프의 길이 방향 단면도에서 고압 연료 펌프의 압력 챔버의 영역의 상세도.

도 1은 고압 연료 펌프(10)의 길이 방향 단면을 도시한다. 고압 연료 펌프(10)의 하우징(12) 내에는 압력 챔버(14)가 배치되고, 피스톤(16)은 운동 축(18)을 따라 병진 운동하여 상하로 움직이고, 따라서 압력 챔버(14) 내에 배치된 연료에 대한 압력을 주기적으로 압축 및 완화시킨다. 압력 챔버(14) 내에서 운동하는 피스톤(16)은 압력 챔버(14)를 아래 방향으로 제한하는 피스톤 표면(20)을 갖는다. 연료가 압력 챔버(14) 내로 공급되게 하기 위해, 압력 챔버(14)는 입구 측에서 저압 유입부(22)에 연결된다.

가압된 연료는 출구 측에서 고압 포트(24)를 통해 고압 영역(25)으로 통과한다. 다음에 고압 포트(24)는 가압된 연료를 예를 들어 하류에 위치된 커먼 레일로 통과시킨다.

저압 공급기(22)에는 유입 보어(28)를 압력 챔버(14)에 직접 유압으로 연결된 유입 공간(30)으로부터 분리시키는 입구 밸브(26)가 배치된다. 그러나, 유입 공간(30)은 압력 챔버(14)의 일부가 아니다.

고압 포트(24)는, 하우징(12)과 함께, 가압된 연료가 출구 밸브(34)를 통과하는 출구 공간(32)을 획정하도록 구성된다. 이 출구 공간(32)으로부터, 보어(36)는 하우징(12) 내로 연장된다. 보어(36) 내에는 고압 영역(25)에서 과도한 과압이 형성될 때 고압 포트(24) 외부로 연료를 배출하는 압력 제한 밸브(38)가 배치된다.

도 2는 도 1의 라인 Ⅱ-Ⅱ를 따른 고압 연료 펌프(10)의 횡단면을 위에서 본 도면이다. 여기서 압력 제한 밸브(38)가 배치되어 있는 보어(36)가 고압 포트(24) 및 출구 공간(32)으로부터 유입 공간(30)으로 전체적으로 연장되어 있음을 볼 수 있다. 따라서, 보어(36)는 관통 보어(42)의 형태이다.

보어(36)는 압력 제한 밸브(38)가 수용되는 수용 영역(44)을 구비하며, 또한 수용 영역(44)과 저압 유입부(22)의 유입 공간(30) 사이에 연결부를 형성하는 연결 영역(46)을 포함한다. 이 경우, 연결 영역(46)은 수용 영역(44)보다 작은 단면을 가짐으로써, 압력 제한 밸브(38)의 복원 스프링(48)이 보어(36)의 최종 단부 벽(50) 상에서 지지될 수 있다. 따라서, 연결 영역(46)은 단부 벽(50)에 배치된다.

복원 스프링(48)은 복원 스프링(48)의 힘 방향으로 연장하는 종축(52)을 갖는다. 보어(36)는 이 종축(52)과 동축으로 연장되어, 특별히 연결 영역(46)이 복원 스프링(48)의 종축(52)과 동축으로 배치된다. 그 결과, 압력 제한 밸브(38)를 통해 배출된 연료가 층류 방식으로 유입 공간(30)으로 직접 배출될 수 있다.

또한, 도 1 및 도 2로부터 명백한 바와 같이, 고압 포트(24)의 종축(54)은 피스톤(16)의 운동 축(18)에 수직으로 배치된다. 출구 밸브(34)의 종축(56) 또한 피스톤(16)의 운동 축(18)에 수직으로 배치된다. 대조적으로, 보어(36)의 종축(58)은, 이전에 알려진 바와 같이, 마찬가지로 피스톤(16)의 운동 축(18)에 대해 수직이 아니라, 고압 포트 종축(54)에 대해 각도 α로 배치된다. 이 각도 α는 1°와 10° 사이, 특히 2°와 8° 사이, 바람직하게는 4°와 6° 사이의 범위로 변화한다. 그 결과, 고압 포트(24)의 출구 공간(32)은 운동 축(18)에 수직으로 배치된 보어 종축(58)을 갖는 경우보다 작은 방식으로 설계될 수 있고, 따라서 예를 들어, 고압 포트(24)의 용접 이음새(60)에 작용하는 힘도 작아진다.

도 3은 도 1의 고압 연료 펌프(10)의 길이 방향 단면을 압력 제한 밸브(38) 및 보어(36)의 상세 영역에서 보여주는 도면이다. 여기서 보어(36)가 고압 포트 종축(54)에 대해 수평으로 기울어진 방식(도 2 참조)뿐만 아니라 직각으로 정렬되어, 95° 내지 105 °의 범위, 특히 98 ° 내지 102 °의 범위에서 변화하는 보어 종축(58)과 운동 축(18) 사이의 각도 β를 이루는 것을 볼 수 있다. 이것의 결과로서, 출구 공간(32)은 작용력이 감소되도록 더 작은 방식으로 설계될 수 있다.

도 4는 압력 챔버(14)의 일 영역에서 길이 방향 단면의 또 다른 도면을 도시한다. 여기 바람직한 구성에서, 보어(36)는 유입 공간(30)에 대한 연결 영역(46)뿐만 아니라 보어(36)를 압력 챔버(14)로 직접 연결하는 연결 개구(62)를 갖는다는 것을 알 수 있다. 이 경우, 연결 개구(62)는 보어(36)의 측벽(64)에 배치되며, 이는 복원 스프링(48)의 종축(52)에 평행하게 연장되어, 압력 제한 밸브(38)를 위한 수용 영역(44)을 함께 획정한다.

연결 개구(62)가 연결 영역(46)에 추가로 존재하므로, 고압 연료 펌프(10)의 작동 중에 연료의 순환이 이루어질 수 있고, 결과적으로 보어(36)가 일정하게 플러싱되어 오염물이 제거될 수 있다.

고압 연료 펌프(10)의 제조 공정 중에, 또한 연결 영역(46)의 존재는 크 이점을 갖는다. 이는 보어(36)로부터 압력 챔버(14) 내로 일반적으로 존재하는 유출 보어는 일반적으로 압력 챔버(14)를 천공함으로써 생성되기 때문이다. 그 결과, 정의되지 않은 윤곽(contour)이 발생하는데, 공차 변동(tolerance fluctuation)으로 인해 디버링되기(deburr) 어려우며 구축 곡선의 추가 가공, 예를 들어 호닝(honing) 시 구성 요소에 손상을 초래할 수 있다. 또한, 보어(36)가 블라인드 보어로서 구현될 때는 특히 생산 공정(호닝) 중에 파티클이 후방 영역에 모일 수 있고, 보어(36)가 막힐 수 있는 단점이 있다. 따라서, 고압으로 호닝 슬러지를 제거하는, 예를 들어 특수하게 제조된 플러싱 랜스(flushing lance)에 의해 보어(36)를 플러싱하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 압력 제한 밸브(38)는 일반적으로 제조 공정 중에 보어(36) 내에 이미 존재하기 때문에, 호닝 공정 또는 랜스 플러싱 중에 복원 스프링(48)이 손상될 위험이 항상 존재한다. 이것은 연결 개구(62)를 생략할 수 있도록 구성된 연결 영역(48)만이 유리하게 제공되는 것을 방지할 수 있다. 유리한 구성에서, 랜스 플러싱을 생략하는 것이 가능하며, 이는 공정 신뢰도의 증가 또는 공정의 단순화를 가져올 수 있다.

만약, 대조적으로, 연결 개구(62)가 존재하는 경우, 세정 중의 세정 현탁액의 순환이 제조 공정 중에 또한 발생될 수 있으며, 그 결과 보어(36)가 더 잘 플러싱될 수 있다.

Claims

하우징(12) 내에 배치된 압력 챔버(14)를 구비하는 고압 연료 펌프(10)로서, 상기 압력 챔버(14)는 상기 압력 챔버(14) 내에서 운동 축(18)을 따라 병진 운동하는 피스톤(16) 상의 피스톤 표면(20)에 의해 일 측이 제한되되, 상기 압력 챔버(14)는 입구 측에서 연료를 상기 압력 챔버(14)로 공급하는 저압 유입부(22)에 연결되고 출구 측에서 상기 하우징(12)과 함께 출구 공간(32)을 획정하는 고압 포트(24)에 연결되고, 입구 밸브(26)가 상기 저압 유입부(22)에 배치되어 상기 저압 유입부(22)의 유입 보어(inflow bore)(28)가 상기 저압 유입부(22)의 압력 챔버(14)에 직접 유압으로 연결된 유입 공간(30)으로부터 분리되고, 상기 출구 공간(32)에서의 과압을 배출하기 위한 압력 제한 밸브(38)가 제공되되, 상기 압력 제한 밸브(38)는 상기 출구 공간(32)으로부터 상기 하우징(12)으로 연장되는 보어(36)에 배치되며, 상기 보어(36)는 상기 저압 유입부(22)의 유입 공간(30)으로 이어지는, 고압 연료 펌프(10).
제1항에 있어서, 상기 보어(36)는 상기 압력 제한 밸브(38)를 수용하기 위한 수용 영역(44)과 상기 유입 공간(30)에 대한 유압 연결을 형성하기 위한 연결 영역(46)을 갖는 관통-보어(through-bore)(42)의 형태이되, 상기 연결 영역(46)은 상기 수용 영역(44)보다 작은 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(10).
제2항에 있어서, 상기 압력 제한 밸브(38)는 복원 스프링(48)의 힘 방향으로 종축(52)을 갖는 상기 복원 스프링(48)을 구비하되, 상기 연결 영역(46)은 상기 복원 스프링(48)의 종축(52)과 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(10).
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 보어(36)의 상기 수용 영역(44)은 상기 보어(36)를 상기 복원 스프링(48)의 종축(52)에 수직으로 제한하는 단부 벽(50)을 구비하되, 상기 단부 벽(50)은 상기 출구 공간(32)과는 반대 쪽에 배치되고, 상기 복원 스프링(48)은 상기 단부 벽(50) 상에서 지지되며, 상기 연결 영역(46)은 상기 단부 벽(50)에 배치되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(10).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보어(36)는 상기 보어(36)를 상기 압력 챔버(14)에 유압으로 연결하기 위해 상기 압력 챔버(14)에 대한 연결 개구(62)를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(10).
제5항에 있어서, 상기 연결 개구(62)는 상기 보어(36)의 측벽(64)에 배치되되, 상기 측벽(64)은 상기 복원 스프링(48)의 종축(52)에 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(10).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고압 포트(24)의 종축(54)은 상기 피스톤(16)의 상기 운동 축(18)에 실질적으로 수직으로 연장되고, 상기 보어(36)의 종축(58)은 상기 고압 포트 종축(54)에 대해 1° 내지 10°, 특히 2° 내지 8°, 바람직하게는 4° 내지 6°의 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(10).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보어(36)의 종축(58)은 상기 피스톤(16)의 상기 운동 축(18)에 대해 실질적으로 95° 내지 105°, 특히 98° 내지 102°의 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(10).