KR20180077525A - 내연기관용 고압 펌프 - Google Patents

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KR20180077525A KR1020160181960A KR20160181960A KR20180077525A KR 20180077525 A KR20180077525 A KR 20180077525A KR 1020160181960 A KR1020160181960 A KR 1020160181960A KR 20160181960 A KR20160181960 A KR 20160181960A KR 20180077525 A KR20180077525 A KR 20180077525A
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나은우
김진성
한경철
홍춘기
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주식회사 현대케피코
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Abstract

내연기관용 고압 펌프가 개시된다. 이 고압 펌프는, 측면에 저압 연료 유입구(505), 저압 연료 토출구(511) 및 고압 연료 토출구(507)가 구비된 몸체(501)를 포함한다. 상기 몸체(501)의 내부에는, 상기 저압 연료 유입구(505)와 상기 저압 연료 토출구(511)를 연결하는 유량 제어 밸브(517)를 포함하는 저압 연료 라인(L1-1); 저압실(S1)과 환형의 저압 연료 수용실(S5)을 연결하도록 상기 몸체(501)의 내부를 중심축(C)에 평행한 방향으로 관통하는 적어도 2개의 저압 연료 라인(L1-2, L1-3); 및 상기 저압 연료 유입구(505)와 상기 고압 연료 토출구(511)를 연결하는 상기 유량 제어 밸브(517)를 포함하는 고압 연료 라인(L2)이 형성된다.

Description

내연기관용 고압 펌프{High Pressure Pump for Internal Combustion Engine}
본 발명은 내연기관용 고압 펌프에 관한 것으로서, 포트 분사 방식(Port Fuel Injection: PFI)과 직접 분사 방식(Gasoline Direct Injection: GDI)이 혼합된 내연기관용 고압 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 차량 엔진의 연료 분사 방식은 포트 분사 방식(Port Fuel Injection: PFI)과 직접 분사 방식(Gasoline Direct Injection: GDI)으로 나눌 수 있다.
PFI 방식은 가솔린 엔진에서 주로 사용되는 분사 방식으로, 흡기 포트에 저압 연료를 분사하여 공기와 혼합된 혼합기를 실린더 내부에 공급하는 분사 방식이다.
GDI 방식은 디젤 엔진에서 주로 사용되는 분사 방식으로, 실린더 내부에 고압 연료를 직접 분사하는 방식이다.
이하에서는 PFI를 이용한 엔진을 "PFI 엔진", GDI를 이용한 엔진을 "GDI 엔진"이라 지칭한다.
GDI 엔진은 부분 부하 시에는 압축 행정(compression stroke) 말기에 연료를 분사하여 점화 플러그 주위의 공연비를 농후하게 하는 성층 연소(stratified charge combustion)로 초희박(ultra-lean) 공연비에서도 쉽게 점화가 가능하도록 구성되어 있으며, 고 부하 시에는 흡입 행정(intake stroke) 초기에 연료를 분사하여 이론 공연비(air-fuel ratio for complete combustion)에 의한 흡입공기 냉각으로 충진 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, GDI 엔진은 실린더 안으로 연료를 직접 분사하므로 흡기 포트 벽에 연료가 흡착되는 월 웨팅(wall wetting) 현상도 줄일 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 장점에도 불구하고, GDI 엔진은 흡입 행정 구간 중에 실린더 내부로 연료가 분사되기 때문에 실린더 내부에 형성되는 혼합기의 분포에 있어서 기존의 PFI의 엔진에 비해 혼합기 분포의 균질화 성능이 떨어지는 문제가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 가솔린 엔진에 대해 PFI와 GDI를 혼용하는 엔진이 개발된 바 있다.
전술한 바와 같이, PFI 엔진에서는 저압 연료를 흡기 포트에 분사하는 방식이기 때문에, PFI 엔진을 기반으로 하는 연료 공급계에서는 연료 탱크 내의 연료를 저압 연료로 만든 후 이 저압 연료를 흡기 포트에 분사하는 저압 인젝터까지 이송하는 저압 연료 공급 라인이 설계되어야 하고, GDI 엔진에서는 실린더 내부에 고압 연료를 분사하는 방식이기 때문에, 연료 탱크 내의 연료를 고압 연료로 만든 후 이 고압 연료를 실린더 내부에 분사하는 고압 인젝터까지 이송하는 고압 연료 공급 라인 설계되어야 한다.
따라서, PFI 방식과 GDI 방식이 혼용된 종래의 내연기관용 연료 공급계에서는 저압 연료 공급 라인과 고압 연료 공급 라인이 동시에 설계되어야 하기 때문에, 전체 연료 공급 라인의 설계가 복잡하다.
따라서, 본 발명은 저압 연료 라인을 고압 연료 라인이 설계된 고압 펌프 내에 함께 설계하여 전체 연료 공급 라인을 단순하게 설계할 수 있는 내연기관용 고압 펌프를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명이 일면에 따른 내연기관용 고압 펌프는, 저압 연료 유입구(505), 저압 연료 토출구(511) 및 고압 연료 토출구(507)가 구비된 몸체(501), 상기 몸체(501)의 상부에 설치된 댐퍼(523)를 수용하는 저압실(S1), 상기 몸체(501) 내부에서 이동하는 저압 연료를 가압하도록 상기 몸체(501)의 중심축(C)을 따라 상승 및 하강하여 상기 몸체(501)의 중심에 위치한 가압실(S4)의 압력을 증감시키는 피스톤(515A) 및 상기 몸체(501)의 하부에 구비되고, 상기 피스톤(515A)의 둘레를 따라 형성되는 환형(a ring shape)의 저압 연료 수용실(S5)를 포함하고, 상기 몸체(501)의 내부에는, 상기 저압 연료 유입구(505)와 상기 저압 연료 토출구(511)를 연결하는 유량 제어 밸브(517)를 포함하는 저압 연료 라인(L1-1); 상기 저압실(S1)과 상기 환형의 저압 연료 수용실(S5)을 연결하도록 상기 몸체(501)의 내부를 상기 중심축(C)에 평행한 방향으로 관통하는 적어도 2개의 저압 연료 라인(L1-2, L1-3); 및 상기 저압 연료 유입구(505)와 상기 고압 연료 토출구(511)를 연결하는 상기 유량 제어 밸브(517)를 포함하는 고압 연료 라인(L2)이 형성된다.
본 발명에 따르면, 고압 펌프 내부에 저압 연료 공급 라인을 설계함으로써, 내연기관용 연료 시스템에서의 전체 연료 공급 라인을 단순하게 설계할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 내연기관용 연료 시스템의 유압 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 고압 펌프를 일 방향에서 바라본 종단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 고압 펌프를 다른 방향에서 바라본 종단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 절단선 A-A'를 따라 절단한 횡단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 내부에 저압 연료를 이송하는 저압 연료 라인이 구비된 내연기관용 고압 펌프를 제공함으로써, 전체 연료 공급 라인이 단순화된 내연기관용 연료 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 내연기관용 연료 시스템의 유압 회로도(oil pressure circuit diagram)이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 내연기관용 연료 시스템은 연료 탱크(100), 저압 펌프(300), 고압 펌프(500) 및 연료 레일(700, 900)을 포함한다.
연료 탱크(100)에는 차량에서 사용되는 연료가 수용된다.
저압 펌프(300)는 펌핑 작용에 따라 상기 연료 탱크(100)에 수용된 연료를 저압으로 가압하고, 저압으로 가압된 저압 연료를 고압 펌프(500)에 공급한다.
고압 펌프(500)는 상기 저압 연료를 저압 연료 레일(700, PFI rail)로 이송하는 저압 연료 라인과 상기 저압 연료를 고압으로 압축한 고압 연료를 고압 연료 레일(900, GDI rail)로 이송하는 고압 연료 라인을 포함한다. 상기 고압 펌프(500)에 대한 설명은 도 2 내지 도 3을 참조하여 아래에서 상세히 기술한다.
연료 레일(700, 900)은 저압 연료 레일(700)과 고압 연료 레일(900)을 포함한다. 저압 연료 레일(700)은 PFI(Port Fuel Injection) 레일로 지칭되고, 고압 연료 레일(900)은 GDI(Gasoline Direct Injection) 레일로 지칭될 수 있다.
저압 연료 레일(700)은 상기 고압 펌프(500)로부터 공급되는 저압 연료를 다수의 저압 인젝터(72)를 통해 흡기 포트(intake port)에 분사하고, 상기 고압 연료 레일(900)은 상기 고압 펌프(500)로부터 공급되는 고압 연료를 다수의 고압 인젝터(92)를 통해 실린더(cylinder) 내에 직접 분사한다.
이하, 도 2 내지 도 4를 더 참조하여, 도 1에 도시된 고압 펌프(500)에 대해 상세히 기술한다.
도 2는 도 1에 도시된 고압 펌프를 일 방향에서 바라본 종단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 고압 펌프를 다른 방향에서 바라본 종단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 절단선 A-A'를 따라 절단한 횡단면도이다.
도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고압 펌프(500)는 측면에 구비된 저압 연료 유입구(505, 도 1, 3, 4에 도시됨), 저압 연료 토출구(511, 도 1, 3, 4에 도시됨), 고압 연료 토출구(507, 도 1, 3, 4에 도시됨) 및 커넥터(530, 도 2, 3, 4에 도시됨)가 구비된 몸체(501), 상기 몸체(501, 도 2, 3, 4에 도시됨)의 상부에 구비된 저압실(low pressure chamber)(S1, 도 2 및 3에 도시됨), 상기 몸체(501)의 하부에 구비된 환형(a ring shape)의 저압 연료 수용실(S5, 도 2 및 3에 도시됨)을 포함한다.
상기 몸체(501)의 상부에는 상기 몸체(501)의 상부면을 덮는 커버가(503) 설치되며, 상기 몸체(501)의 상부면을 덮는 상기 커버(503)의 내부 공간에는 댐퍼(523)가 설치되고, 상기 몸체(501)의 상부면을 덮는 상기 커버(503)의 내부 공간은 상기 댐퍼(523)의 댐핑 작용에 의해 고압 펌프(50)의 내부에서 발생하는 연료의 맥동을 저감시키는 저압실(S1, 도 2 및 3에 도시됨)로 역할을 한다.
상기 몸체(501)의 하부에는, 상기 몸체(501)의 하부면과 상기 하부면으로 일정 간격으로 이격된 격벽(515D)에 의해 상기 저압 연료 수용실(S5, 도 2 및 3에 도시됨)을 형성한다. 이때, 상기 몸체(501)의 중심축(C, 도 2 및 3에 도시됨)을 따라 상기 몸체(501)의 내부에서 상승 및 하강하는 피스톤(515A)이 상기 저압 연료 수용실(S5, 도 2 및 3에 도시됨)을 관통한다. 따라서, 상기 저압 연료 수용실(S5, 도 2 및 3에 도시됨)은 상기 피스톤(515A)의 둘레를 따라 형성되는 환형의 공간(환형의 유로)를 형성하게 된다.
상기 몸체(501)의 내부에는, 상기 저압 연료 유입구(505)와 상기 저압 연료 토출구(511)를 연결하는 제1 저압 연료 라인(L1-1, 도 4에 도시됨), 상기 저압 연료 유입구(505)와 상기 고압 연료 토출구(507)를 연결하는 고압 연료 라인(L2, 도 4에 도시됨) 및 상기 저압실(S1, 도 2 및 3에 도시됨)과 상기 환형의 저압 연료 수용실(S5, 도 2 및 3에 도시됨)을 연결하는 제2 및 제3 저압 연료 라인(L1-2, L1-3, 도 3 및 4에 도시됨)를 포함한다. 추가로, 상기 몸체(501)의 내부에는, 제4 저압 연료 라인(L1-4, 도 2에 도시됨)가 구비되며, 상기 제4 저압 연료 라인(L1-4, 도 2에 도시됨)은 상기 저압실(S1)과 상기 몸체(501) 내부에 구비된 유량 제어 밸브(Flow control valve)(517, 도 2 및 4에 도시됨)을 연결한다.
제1 저압 연료 라인(L1-1)
도 1 및 4를 참조하면, 상기 제1 저압 연료 라인(L1-1)은 제1 저압 연료 수용실(S2, 도 4에 도시됨), 유량 제어 밸브(Flow Control Valve)(517, 도 1, 2, 4에 도시됨) 및 제2 저압 연료 수용실(S3, 도 4에 도시됨)을 포함한다.
상기 제1 저압 연료 수용실(S2)은 상기 저압 연료 유입구(505)와 연통하여, 상기 저압 연료 유입구(505)로부터 이송되는 저압 연료를 수용한 후, 이를 상기 유량 제어 밸브(517, 도 1, 2, 4에 도시됨)로 공급한다.
상기 제1 저압 연료 수용실(S2)에 수용된 상기 저압 연료가 상기 유량 제어 밸브(517, 도 1, 2, 4에 도시됨)로 이송되기 위해, 상기 제1 저압 연료 수용실(S1)의 일측에는 상기 유량 제어 밸브(517)와 연통하는 제1 이동홀(h1)이 구비된다.
상기 유량 제어 밸브(517)는 커넥터(530, 도 2, 3, 4에 도시됨)에 의해 ECU(70, 도 1에 도시됨)와 전기적으로 연결되며, 상기 커넥터(530, 도 2, 3, 4에 도시됨)를 통해 상기 ECU(70, 도 1에 도시됨)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 상기 제1 저압 연료 수용실(S2) 및 상기 제1 이동홀(51)을 통해 유입된 저압 연료의 공급유량, 토출압력 및 이동 경로를 제어한다. 상기 유량 제어 밸브(517)는, 예를 들면, 솔레노이드 밸브와 같은 전자 제어 밸브일 수 있다. 참고로, 상기 ECU(70, 도 1에 도시됨)는 상기 고압 연료 레일(900, 도 1에 도시됨)에 설치된 압력 센서(P, 도 1에 도시됨)에서 측정한 압력값을 기반으로, 공급 유량, 토출 압력 및 이동 경로를 제어하기 위한 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 유량 제어 밸브(517, 도 1, 2 및 4에 도시됨)는 제1 저압 연료 수용실(S2, 도 4에 도시됨)과 제2 저압 연료 수용실(S3, 도 4에 도시됨)을 상시 연결한다. 이를 위해, 상기 유량 제어 밸브(517, 도 1, 2 및 4에 도시됨)는 제2 방향(D2, 도 4에 도시됨)으로 형성되는 유체 이동 통로(517-3, 도 2 및 4에 도시됨), 상기 유체 이동 통로(517-3, 도 2 및 4에 도시됨)를 사이에 두고 제1 방향(D1, 도 4에 도시됨)으로 서로 마주하는 유입홀(517-1A, 도 4에 도시됨)과 토출홀(517-5A, 도 4에 도시됨)을 포함한다. 상기 유입홀(517-1A, 도 4에 도시됨)은 상기 제1 이동홀(h1)과 연통하고, 상기 토출홀(517-5A, 도 4에 도시됨)은 상기 제2 저압 연료 수용실(S3, 도 4에 도시됨)의 일측에 형성된 제2 이동홀(h2, 도 4에 도시됨)을 통해 상기 제2 저압 연료 수용실(S3, 도 4에 도시됨)과 연통한다. 이에 따라, 상기 제2 저압 연료 수용실(S3, 도 4에 도시됨)은 상기 제2 이동홀(h2, 도 4에 도시됨)을 통해 이송되는 저압 연료를 저압 연료 토출구(511, 도 1, 3 및 4에 도시됨)로 공급한다.
따라서, 제1 저압 연료 라인(L1-1)는 제1 저압 연료 수용일(S2), 제1 이동홀(h1), 유량 제어 밸브(517: 517-1A, 517-3, 517-5A) 및 제2 저압 연료 수용실(S3, 도 4에 도시됨)를 포함하도록 구성되어, 상기 저압 연료 유입구(505, 도 1, 3, 4에 도시됨)를 통해 이송되는 저압 연료를 상기 저압 연료 토출구(511, 도 1, 3, 4에 도시됨)로 이송한다.
고압 연료 라인(L2)
도 1, 2 및 4를 참조하면, 상기 고압 연료 라인(L2)는 제1 저압 연료 수용실(S2, 도 4에 도시됨)과 연통하는 유량 제어 밸브(517, 도 1, 2, 4에 도시됨), 가압실(S4, 도 1, 2 및 3에 도시됨), 단방향 체크 밸브(519, 도 1 및 2에 도시됨)를 포함한다.
제1 저압 연료 수용실(S2, 도 4에 도시됨)은 전술한 바와 같으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 유량 제어 밸브(517, 도 1, 2, 4에 도시됨)는 전술한 제1 저압 연료 라인(L1-1)에 포함되는 동시에 상기 고압 연료 라인(L2)에도 포함된다. 이를 위해, 상기 유량 제어 밸브(517, 도 1, 2, 4에 도시됨)는 전술한 유체 이동 통로(517-3, 도 2 및 4에 도시됨)의 내부를 상기 제1 방향(D1)에 수직한 제2 방향(D2, 도 4에 도시됨)으로 직선 이동하는 니들(517-11, 도 2 및 4에 도시됨), 상기 니들(517-11, 도 2 및 4에 도시됨)의 일단에 위치한 밸브 플레이트(517-13, 도 2 및 4에 도시됨), 상기 유체 이동 통로(517-3, 도 2 및 4에 도시됨)로 유입된 저압 연료를 상기 몸체(501) 중심의 가압실(S4, 도 1, 2, 3에 도시됨) 방향(D2 방향, 도 4에 도시됨)으로 토출하는 제어실(517-7, 도 2 및 4에 도시됨)을 포함한다. 상기 니들(517-11, 도 2 및 4에 도시됨)은 원통 형상의 로드(Rod)일 수 있다. 상기 밸브 플레이트(517-13, 도 2 및 4에 도시됨)는 상기 니들(517-11, 도 2 및 4에 도시됨)의 직선 이동에 따라 직선 이동하며, 상기 밸브 플레이트(517-13, 도 2 및 4에 도시됨)의 직선 이동에 따라 상기 유체 이동 통로(517-3, 도 2 및 4에 도시됨)의 개방 위치와 폐쇄 위치를 왕복할 수 있다. 상기 제어실(517-7)은 상기 유체 이동 통로(517-5)로 유입된 저압 연료를 가압실(S4) 방향으로 토출하기 위해, 상기 제어실(517-7)의 일측에 상기 저압 연료를 가압실(S4, 도 1, 2, 3에 도시됨) 방향으로 토출하는 토출홀(15)이 형성된 마개(517-15)가 구비될 수 있다. 상기 마개(517-15)와 상기 밸브 플레이트(517-13) 사이에는 탄성수단(517-17)이 구비될 수 있다. 상기 탄성 수단(517-17)은 코일 스프링일 수 있다.
상기 제어실(517-7)로부터 상기 가압실(S4)로 토출된 저압 연료를 고압 연료로 가압하기 위해, 상기 가압실(S4)의 하부에는 상기 몸체(501)의 중심축(C) 방향으로 수직 이동하는 피스톤(515A), 상기 피스톤(515A)의 하단에 고정 연결된 리테이너(515C), 일단은 상기 리테이너(515C)에 의하여 지지되고, 타단은 몸체(501)의 하부에 형성된 격벽(515D)에 의하여 지지되는 리턴 스프링(515B)이 구비된다. 상기 피스톤(515A)은, 예컨대 내연기관(미도시)의 캠(60, 도 1에 도시함)의 회전에 의해 구동될 수 있다. 리턴 스프링(515B)의 탄성력은 리테이너(515C)를 통하여 상기 피스톤(515A)으로 제공될 수 있다.
상기 고압 연료 라인으로 역할 하기 위한 유량 제어 밸브(517)의 동작을 설명하면, 캠(60, 도 1에 도시됨)의 회전에 따라 피스톤(515A)이 가압실(S4) 내의 상사점 위치에서 하사점 위치로 이동하는 과정에서, ECU(70, 도 1에 도시함)의 제어에 따라 니들(517-11)과 밸브 플레이트(517-13, 도 2 및 4에 도시됨)가 이동하여, 유체 이동 통로(517-5)와 제어실(517-7)은 연통하게 된다.
따라서, 유체 이동 통로(517-3), 제어실(517-7) 및 가압실(S4)를 연결하는 유로가 형성된다. 이때, 가압실(S4) 내의 공간이 증가하기 때문에, 상기 가압실(S4) 내의 압력은 하강하고, 하강한 상기 가압실(S4) 내의 압력이 상기 제어실(517-7)의 압력보다 낮은 경우, 저압 연료가 유체 이동 통로(517-3)와 제어실(517-7)을 통해 상기 가압실(S4)로 이송하게 된다.
상기 가압실(S4)로 이송된 저압 연료는 캠(60, 도 1에 도시함)의 회전에 의해 상기 피스톤(515A)이 가압실(S4) 내에서 하사점 위치에서 상사점 위치로 이동함에 따른 상기 가압실(S4) 내의 압력 상승으로 인해 압축되어 고압 연료로 변환되고, 변환된 고압 연료는 단방향 체크 밸브(519)로 공급된다. 이때, 저압 연료가 압축되는 과정에서 가압실(S4)은 ECU(70)의 제어에 따라 니들(517-11)과 밸브 플레이트(517-13)가 이동하여, 유체 이동 통로(517-3)와 제어실(517-7)이 분리됨으로써, 밀폐된 상태를 유지하게 된다.
상기 단방향 체크 밸브(519)는 상기 가압실(S4)로부터 이송된 고압 연료를 고압 연료 토출구(507)로 공급하도록 밸브 동작을 수행한다. 이때, 상기 단방향 체크 밸브(519)가 고압 연료를 상기 고압 연료 토출구(507)로 토출하는 과정에서, 상기 고압 연료의 압력이 소정 압력보다 높은 경우, 압력 해제 밸브(521)가 상기 소정 압력보다 높은 고압 연료를 다시 상기 가압실(S4)로 리턴시킬 수 있다. 이러한 단방향 체크 밸브(519) 및 상기 압력 해제 밸브(521)의 구조는 널리 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이, 고압 연료 라인(L2)는 제1 저압 연료 수용실(S1), 유량 제어 밸브(517: h1, 517-1A, 517-3 및 517-7) 및 가압실(S4, 도 1, 2 및 3에 도시됨), 단방향 체크 밸브(519, 도 1 및 2에 도시됨)를 포함하도록 구성되어, 상기 저압 연료 유입구(505, 도 1, 3, 4에 도시됨)를 통해 이송되는 저압 연료를 고압 연료로 가압한 후, 그 고압 연료를 고압 연료 토출구(507)로 이송한다.
제2 및 제3 저압 연료 라인(L1-2, L1-3)
제2 및 제3 저압 연료 라인(L1-2, L1-3)은 도 3에 도시된 바와 같이, 몸체(501)의 상부에 구비된 저압실(S1, 도 2 및 3에 도시됨)과 몸체(501)의 하부에 구비된 환형의 저압 연료 수용실(S5)을 연결하도록 몸체(501)의 내부를 중심축(C)에 평행한 방향으로 관통한다.
이와 같이, 저압실(S1, 도 2 및 3에 도시됨)과 환형의 저압 연료 수용실(S5)이 연통함으로써, 상기 저압실(S1, 도 2 및 3에 도시됨) 내의 댐퍼(523)의 댐핑 작용에 의해 환형의 저압 연료 수용실(S5)의 저압 연료에서 발생하는 맥동을 제거할 수 있다. 여기서, 저압 연료 수용실(S5)은 피스톤(515A)과 슬라이드면 사이에서 유출되는 연료를 수용한다.
본 발명의 실시 예에서는, 2개의 저압 연료 라인들(L1-2, L1-3)을 이용하여 저압실(S1, 도 2 및 3에 도시됨)과 환형의 저압 연료 수용실(S5)을 연결하는 예를 개시하지만, 맥동 감소율을 높이기 3개 이상의 라인들을 설계할 수도 있다. 물론, 1개의 라인으로 설계할 수도 있다. 이러한 저압 연료 라인의 개수는 몸체(501)의 전체 크기, 저압 연료 라인의 폭 등에 따라 적절하게 조정될 수 있다.
제4 저압 연료 라인(L1-4)
제4 저압 연료 라인(L1-4, 도 1 및 2에 도시됨)은 몸체(501)의 상부에 구비된 저압실(S1)과 몸체(501)의 내부에 구비된 유량 제어 밸브(517, 도 1, 2, 4에 도시됨)를 연결한다. 이렇게 함으로써, 저압실(S1) 내의 댐퍼(523)의 댐핑 작용에 의해 상기 유량 제어 밸브(517, 도 1, 2, 4에 도시됨) 내에서 이송되는 저압 연료의 맥동을 저감시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 유량 제어 밸브(517, 도 1, 2, 4에 도시됨)는, 상기 제4 저압 연료 라인(L1-4, 도 1 및 2에 도시됨)과 연통하기 위해, 유체 이동 통로(517-3)를 사이에 두고, 중심축(C)에 평행한 방향으로 서로 마주하는 상부홀(517-1B)과 하부홀(517-5B)을 포함하며, 상부홀(517-1B)이 제4 저압 연료 라인(L1-4, 도 1 및 2에 도시됨)과 연통한다. 이러한 연통 구조에 따라, 상기 유량 제어 밸브(517, 도 1, 2, 4에 도시됨)와 저압실(S1)은 상기 제4 저압 연료 라인(L1-4, 도 1 및 2에 도시됨)에 의해 연결된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 고압 펌프(500)의 외부에 설계되는 저압 연료 라인을 고압 펌프(500)의 내부에 설계함으로써, 종래의 내연기관용 연료 공급계의 전체 연료 공급 라인을 단순하게 설계할 수 있다.
또한, 본 발명의 고압 펌프(500)에서는 저압 연료 유입구(505)와 저압 연료 토출구(511)가 상기 제1 저압 연료 라인(L1-1)에 의해 상시 연결됨으로써, 고압 펌프(500)가 고압 연료 레일(900)로 고압 연료를 공급하지 않는 상황에서도 저압 연료가 상기 제1 저압 연료 라인(L1-1)를 통해 저압 연료 레일(700)로 공급될 수 있다.
또한, 몸체(501)의 상부에 구비된 저압실(S1)과 몸체(501)의 하부에 구비된 환형의 저압 연료 수용실(S5)를 연결하는 적어도 1개의 저압 연료 라인들을 설계함으로써, 환형의 저압 연료 수용실(S5)에서 발생하는 연료의 맥동을 줄일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 저압 연료 유입구(505), 저압 연료 토출구(511) 및 고압 연료 토출구(507)가 구비된 몸체(501), 상기 몸체(501)의 상부에 설치된 댐퍼(523)를 수용하는 저압실(S1), 상기 몸체(501) 내부에서 이동하는 저압 연료를 가압하도록 상기 몸체(501)의 중심축(C)을 따라 상승 및 하강하여 상기 몸체(501)의 중심에 위치한 가압실(S4)의 압력을 증감시키는 피스톤(515A) 및 상기 몸체(501)의 하부에 구비되고, 상기 피스톤(515A)의 둘레를 따라 형성되는 환형(a ring shape)의 저압 연료 수용실(S5)를 포함하고,
    상기 몸체(501)의 내부에는,
    상기 저압 연료 유입구(505)와 상기 저압 연료 토출구(511)를 연결하는 유량 제어 밸브(517)를 포함하는 저압 연료 라인(L1-1);
    상기 저압실(S1)과 상기 환형의 저압 연료 수용실(S5)을 연결하도록 상기 몸체(501)의 내부를 상기 중심축(C)에 평행한 방향으로 관통하는 적어도 1개의 저압 연료 라인(L1-2, L1-3); 및
    상기 저압 연료 유입구(505)와 상기 고압 연료 토출구(511)를 연결하는 상기 유량 제어 밸브(517)를 포함하는 고압 연료 라인(L2)이 형성된 내연기관용 고압 펌프.
  2. 제1항에서, 상기 저압 연료 라인(L1-1)은,
    상기 저압 연료 유입구(505)로부터 공급되는 저압 연료를 수용하고, 수용된 상기 저압 연료를 상기 유량 제어 밸브로 공급하는 제1 저압 연료 수용실(S2); 및
    상기 유량 제어 밸브로부터 공급되는 상기 저압 연료를 수용하고, 수용된 상기 저압 연료를 상기 저압 연료 토출구로 공급하는 제2 저압 연료 수용실(S3)
    를 포함하는 내연기관용 고압 펌프.
  3. 제2항에서, 상기 저압 연료 라인(L1-1)은,
    상기 제1 저압 연료 수용실(S2)과 상기 유량 제어 밸브를 연결하도록 상기 제1 저압 연료 수용실(S2)의 일측에 구비된 제1 이동홀(h1); 및
    상기 유량 제어 밸브와 상기 제2 저압 연료 수용실(S3)를 연결하도록 상기 제2 저압 연료 수용실(S3)의 일측에 구비된 제2 이동홀(h2)
    을 포함하는 내연기관용 고압 펌프.
  4. 제2항에서, 상기 저압 연료 라인(L1-1)에 포함된 상기 유량 제어 밸브는,
    상기 제1 저압 연료 수용실(S2)과 연결되는 유입홀(517-1A);
    상기 유입홀(517-1A)을 통해 유입되는 저압 연료를 가압하기 위해 상기 몸체(501) 중심의 가압실(S4)로 이송하는 유체 이동 통로(517-3); 및
    상기 유체 이동 통로(517-3)를 사이에 두고 상기 유입홀(517-1A)과 마주하며, 상기 제2 저압 연료 수용실(S3)과 연통하는 토출홀(517-5A)
    을 포함하는 내연기관용 고압 펌프.
  5. 제1항에서, 상기 환형의 저압 연료 수용실(S5)은,
    상기 피스톤(515A)과 슬라이드면 사이에서 유출되는 저압 연료를 수용하고,
    상기 적어도 2개의 저압 연료 라인(L1-2, L1-3)은,
    상기 저압실(S1) 내에 수용된 댐퍼(523)의 댐핑 작용으로 상기 환형의 저압 연료 수용실(S5)에 수용된 상기 저압 연료의 맥동을 저감하도록 상기 저압실(S1)과 상기 환형의 저압 연료 수용실(S5)을 연결하는 내연기관용 고압 펌프.
  6. 제1항에서, 상기 몸체(501)의 내부에는,
    상기 저압실(S1)과 상기 유량 제어 밸브(517)를 연결하는 제4 저압 연료 라인(L1-4)을 더 포함하는 내연기관용 고압 펌프.
  7. 제6항에서, 상기 제4 저압 연료 라인(L1-4)은,
    상기 저압실(S1)과 상기 유량 제어 밸브(517)를 연결하여, 상기 유량 제어 밸브(517) 내에서 이동하는 저압 연료의 맥동을 저감시키는 내연기관용 고압 펌프.
  8. 제6항에서, 상기 유량 제어 밸브(517)는,
    상기 저압 연료 유입구(505)로부터 공급되는 저압 연료를 고압 연료로 가압하기 위해 상기 몸체(501) 중심의 가압실(S4)로 이송하는 유체 이동 통로(517-3); 및
    상기 유체 이동 통로(517-3)를 사이에 두고, 상기 중심축(C)에 평행한 방향으로 서로 마주하는 상부홀(517-1B)과 하부홀(517-5B)을 포함하며,
    상기 제4 저압 연료 라인(L1-4)는,
    상기 상부홀(517-1B)과 연결되는 내연기관용 고압 펌프.
  9. 제1항에서, 상기 고압 연료 라인(L2)은,
    상기 저압 연료 유입구(505)로부터 공급되는 저압 연료를 수용하고, 수용된 상기 저압 연료를 상기 유량 제어 밸브로 공급하는 제1 저압 연료 수용실(S2);
    상기 몸체(501)의 중심에 위치한 공간으로서, 상기 피스톤의 상승 및 하강에 따라 내부 압력이 증감하여, 상기 유량 제어 밸브(517)로부터 공급되는 상기 저압 연료를 고압 연료로 변환시키는 가압실(S4); 및
    상기 가압실(S4)로부터 공급된 고압 연료를 고압 연료 토출구(507)로 이송하는 단방향 체크 밸브(519)
    를 더 포함하는 내연기관용 고압 펌프.
  10. 제9항에서, 상기 고압 연료 라인(L2)에 포함된 상기 유량 제어 밸브는,
    상기 제1 저압 연료 수용실(S2)과 연결되는 유입홀(517-1A);
    상기 유입홀(517-1A)을 통해 유입되는 상기 저압 연료를 상기 몸체의 중심 방향으로 이송하는 유체 이동 통로(517-3);
    상기 유체 이동 통로(517-3)를 직선 이동하는 니들;
    상기 니들의 직선 이동에 따라 직선 이동하여, 상기 유체 이동 통로(517-3)의 개폐하는 밸브 플레이트; 및
    상기 밸브 플레이트의 개방 동작에 따라, 상기 유체 이동 통로(517-3)로 이송된 상기 저압 연료를 상기 가압실(S4)로 토출하는 제어실
    을 포함하는 내연기관용 고압 펌프.
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