KR20190106738A

KR20190106738A - 고압 연료 펌프

Info

Publication number: KR20190106738A
Application number: KR1020190025148A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 베크만; 에드문트-아르놀트 리네르트; 하이코 얀; 필립 라이헤르트; 루타르트 본
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2018-03-06
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2019-09-18
Also published as: DE102018203319A1; CN110230563A; CN110230563B

Abstract

본 발명은 연료의 송출을 위한 송출 챔버(16)를 한정하는 송출 피스톤(18), 및 상기 송출 피스톤(18)을 둘러싸는 피스톤 하우징(45)을 포함하는, 내연기관의 연료 분사 시스템용 고압 연료 펌프(10)에 관한 것이다. 상기 피스톤 하우징(45)은 상기 송출 챔버(16)를 한정하는 하우징 바닥(52)을 포함한다. 상기 하우징 바닥(52)은 적어도 부분적으로 소성 변형된다.

Description

고압 연료 펌프{HIGH-PRESSURE FUEL PUMP}

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 고압 연료 펌프에 관한 것이다. 본 발명은 또한 관련 방법에 관한 것이다.

내연기관의 연료 시스템을 위한, 예를 들어 가솔린 직접 분사용 고압 연료 펌프가 시판되고 있다. 이러한 내연기관에서, 연료는 연료 탱크로부터 예비 송출 펌프 및 기계 구동식 고압 펌프에 의해 고압 하에 고압 어큐뮬레이터("레일")로 송출된다.

이러한 연료 시스템은 일반적으로 흡입 행정 동안 연료를 유입 및 양 제어 밸브를 통해 송출 챔버 내로 흡입하는 송출 피스톤을 포함한다. 송출 행정에서, 송출 챔버 내에 있는 연료가 압축되어 배출 밸브를 통해, 특히 연료가 고압 하에 저장되는 연료 레일과 같은 고압 영역 내로 배출된다.

본 발명의 과제는 하우징 바닥의 소성 변형된 섹션이 변형에 의해 냉간 경화되어 높아진 강도를 갖는, 고압 연료 펌프를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 고압 연료 펌프에 의해 해결된다. 바람직한 개선 예들은 종속 청구항들에 제시된다. 본 발명에 중요한 특징들은 다음 설명 및 도면에 나타나며, 상기 특징들은 단독으로 및 다양한 조합으로 본 발명에 중요할 수 있다.

본 발명의 장점은 하우징 바닥의 소성 변형된 섹션이 변형에 의해 냉간 경화되어 높아진 강도를 갖는다는 것이다. 피스톤 하우징은 특히 하우징 재킷 및 하우징 바닥을 포함할 수 있다. 따라서, 초기 상태에서부터 하우징 바닥은 적어도 부분적으로 소성 변형된다. 이러한 강도 증가 조치에 의해, 고압 연료 펌프의 내마모성이 증가할 수 있고, 따라서 특히 하우징 파손, 특히 피스톤 하우징 파손의 위험이 감소할 수 있다. 공동화 관련 마모도 감소할 수 있다. 전반적으로 펌프의 수명이 늘어나거나 부하 용량이 증가할 수 있다. 또한, 하우징 제조의 사이클 시간 단축으로 인해, 예를 들면 복잡한 디버링 공정이 단순화되어, 비용이 절감될 수 있다. 또한, 강성의 증가에 의해 펌프 내의 압력 증가도 가능해질 수 있다. 더욱이, 가능한 한 매끄러운 피스톤 하우징 표면으로 인해 유동 손실이 줄어들 수 있다. 끝으로, 거칠기가 감소할 수 있다.

일 실시 예에서, 피스톤 하우징 바닥은 개구를 포함하고, 상기 개구에 채널이 연결되며, 상기 채널은 리세스 내로 통하며, 상기 리세스 내에 압력 제한 밸브가 배치되고, 상기 개구를 둘러싸는 하우징 바닥의 영역이 소성 변형된다. 상부 송출 챔버의 상기 영역에는 특히 높은 스트레스가 주어지므로, 여기서 강도 증가 조치가 특히 바람직한 효과를 갖는다.

다른 실시 예에서, 소성 변형은 초기 상태로부터 5 % 내지 15 %, 특히 11 %이다. 이 조치에 의해, 인장 강도 Rm이 예를 들어 1 % 내지 3 %, 특히 1.4 % 증가할 수 있다. 예를 들어, 인장 강도 Rm은 11 % 변형에서 1107 MPa로부터 1123 MPa로 증가할 수 있다. 항복 강도는 예를 들어 3 % 내지 9 %, 특히 7.1 % 증가할 수 있다. 이 경우, 항복 강도 Rp0.2는 예를 들어 1014 MPa로부터 1086 MPa로 증가할 수 있다.

이와 관련하여, 소성 변형은 초기 상태로부터 0.002 mm 내지 0.5 mm, 특히 0.025 ㎜ 내지 0.4 mm일 수 있다. 이 경우, 소성 변형은 초기 상태로부터 특히 송출 피스톤의 이동 방향으로 수행될 수 있다. 초기 상태에서, 송출 피스톤의 이동 방향으로 하우징 바닥의 소성 변형될 부분과 압력 제한 밸브용 리세스의 하부 경계 사이의 거리는 예를 들어, 3.5 mm일 수 있다. 그 다음, 송출 피스톤의 이동 방향으로의 변형은 예를 들어 0.4 mm만큼 수행되어, 변형 후 상기 거리는 3.1 mm이다.

또한, 하우징 바닥의 소성 변형된 영역이 하우징 바닥을 향한 송출 피스톤의 단부 섹션에 대해 상보적으로 설계되는 것이 제안된다. 따라서, 송출 피스톤의 단부 섹션은 압축된 섹션 내로 삽입되어 폐쇄 상태에서 상기 섹션에 지지될 수 있다. 이 경우, 전체 단부 섹션이 전체 면으로 그리고 형상 끼워 맞춤 방식으로 소성 변형된 영역에 지지되는 것이 가능하다.

또한, 송출 피스톤은 하우징 바닥을 향한 연장부를 포함하고, 상기 연장부는 송출 피스톤이 하우징 바닥에 접촉하는 경우 채널 내로 삽입되는 것이 가능하다. 결과적으로, 송출 피스톤의 특히 바람직한 가이드가 제공될 수 있다.

또한, 피스톤 하우징을 포함하는 펌프 하우징이 제공될 수 있다. 펌프 하우징은 특히 일체로 형성될 수 있고 및/또는 로드 재료로 이루어질 수 있다. 펌프 하우징의 재료는 약 620 MPa의 항복 강도 Rp0.2를 갖고 340 HV(321 HB)의 경도를 가질 수 있다. 송출 피스톤은 대략 항복 강도 Rp0.2 > 1100 MPa 및 대략 600 HV1의 경도를 가질 수 있다. 피스톤은 코팅될 수 있고 코팅은 2100 내지 5000 HV0.05의 경도를 가질 수 있다. 이 점에서, 피스톤은 하우징 바닥의 변형을 위한, 그에 따라 경화를 위한 공구로서 사용될 수 있다.

본 발명의 과제는 또한 본 발명에 따른 고압 연료 펌프의 제조 방법에 의해 해결되며, 하우징 바닥의 적어도 일부분의 소성 변형은 초기 상태로부터 송출 피스톤에 의해 수행되고, 상기 송출 피스톤은 하우징 바닥의 소성 변형을 위해 하우징 바닥에 대한 힘에 의해 작용하게 된다. 따라서 하우징 바닥 또는 그 일부분의 재료 압축은 송출 피스톤에 의해 특히 바람직한 방식으로 수행된다. 이는 특히 피스톤 재료의 강도가 특히 펌프 하우징과 일체로 형성될 수 있는 피스톤 하우징의 재료 강도보다 훨씬 더 높을 수 있기 때문에 가능하다. 따라서 송출 피스톤은 압축 공구로서 사용된다. 예를 들어 피스톤 풋으로 힘이 가해지면, 송출 피스톤과 하우징 바닥 사이의 접촉 면에서 하우징 바닥의 재료 압축이 이루어질 수 있다. 이 경우, 특히 피스톤 형상은 피스톤 하우징 내의 송출 피스톤의 단부 영역에서 이미징 될 수 있다. 특히 이로 인해 상보적인 설계가 이루어질 수 있다. 하우징 바닥을 압축하기 위해 송출 피스톤을 사용함으로써, 고압 연료 펌프의 특히 바람직한 제조가 가능하다. 다른 한편으로는, 별도의 공구로 하우징 바닥의 강화를 수행하는 것도 가능하다.

이와 관련해서, 상기 방법은 다음 단계들을 포함할 수 있다:

a) 송출 챔버로부터 떨어져 있는 송출 피스톤의 측면에서 송출 피스톤에 대해 스프링 판을 가압하는 단계; 및

b) 단계 a)에서 가압 과정 동안 및/또는 단계 a)에서 가압 과정 후에, 송출 피스톤에 의해 초기 상태로부터 하우징 바닥의 적어도 일부분의 소성 변형 단계.

이러한 조치에 의해, 이와 관련해서 송출 피스톤에 대해 스프링 판을 가압하는 기존 제조 스테이션에서 하우징 바닥의 강화가 변형에 의해 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 고압 연료 펌프를 위한 별도의 제조 스테이션은 필요 없다.

본 발명의 다른 특징들, 적용 가능성들 및 장점들은 도면을 참고로 설명되는, 본 발명의 실시 예에 대한 다음 설명에 제시된다.

도 1은 펌프 하우징, 피스톤 하우징 및 송출 피스톤을 구비한 고압 연료 펌프의 제 1 실시 예의 길이 방향 단면도이고,
도 2는 도 1의 송출 피스톤 및 피스톤 하우징의 확대 상세도이며,
도 3은 피스톤 하우징 및 송출 피스톤을 구비한 고압 연료 펌프의 제 2 실시 예의 길이 방향 단면도이고,
도 4는 피스톤 하우징 및 송출 피스톤을 구비한 고압 연료 펌프의 제 3 실시 예의 길이 방향 단면도이다.

기능이 동등한 요소들 및 영역들은 다음 도면들에서 동일한 도면 부호로 표시되며 재차 상세히 설명되지 않는다.

도 1에서, 도시되지않은 내연기관용 고압 연료 펌프는 전체적으로 도면 부호 10으로 표시되어 있다. 고압 연료 펌프(10)는 전체적으로 실질적으로 원통형인 펌프 하우징(12)을 포함하고, 상기 펌프 하우징(12) 내에 또는 상기 펌프 하우징(12) 상에 고압 연료 펌프(10)의 중요한 구성 요소가 배치되어 있다. 즉, 고압 연료 펌프(10)는 유입/양 제어 밸브(14), 송출 챔버(16) 내에 배치된 송출 피스톤(18), 배출 밸브(20) 및 압력 제한 밸브(22)를 포함한다.

하우징(12) 내에 제 1 채널(24)이 제공되고, 상기 제 1 채널(24)은 송출 챔버(16) 및 송출 피스톤(18)과 동축으로 연장되며 송출 챔버(16)로부터, 전체적으로 실질적인 원통형 리세스의 형태인 제 2 채널(26)로 이어지고, 상기 리세스는 제 1 채널(24)에 대해 90°의 각도로 배치되며, 상기 리세스 내에 압력 제한 밸브(22)가 수용된다. 펌프 하우징(12)의 길이 방향 축은 도 1에서 전체적으로 도면 부호 28로 표시되고, 리세스(26)의 길이 방향 축은 도면 부호 29로 표시된다. 도 1의 상부에서, 압력 댐퍼(30)는 펌프 하우징(12) 내에 배치된다.

작동 동안, 흡입 행정에서 연료는 송출 피스톤(18)에 의해 유입 및 양 제어 밸브(14)를 통해 송출 챔버(16) 내로 흡입된다. 송출 행정에서, 송출 챔버(16) 내에 있는 연료가 압축되어 배출 밸브(20)를 통해, 특히 연료가 고압 하에 저장되는 연료 레일과 같은 고압 영역(32) 내로 배출된다. 고압 영역(32)은 배출 연결부(34)를 통해 고압 연료 펌프(10)에 연결된다. 송출 행정 동안 배출되는 연료량은 전자기 작동식 유입 및 양 제어 밸브(14)에 의해 조절된다.

고압 영역에서 허용되지 않는 과압이 발생하는 경우, 압력 제한 밸브(22)가 개방되고, 그 결과 연료는 고압 영역으로부터 송출 챔버(16) 내로 흐를 수 있다. 압력 제한 밸브(22)는 전술한 바와 같이 개방 상태에서 고압 영역(32)을 고압 연료 펌프(10)의 송출 챔버(16)에 연결한다. 이 경우, 고압 연료 펌프(10)의 송출 챔버(16)와 배출 측 고압 영역(32) 사이의 압력 차이가 한계치를 초과하면, 압력 제한 밸브(22)가 개방된다. 압력 제한 밸브(22)에 의해, 배출 측 고압 영역(32) 내의 압력이 허용되지 않을 정도로 높아지는 것이 방지된다. 압력 제한 밸브(22)는 밸브 요소(40)와 협동하는 밸브 시트(38)를 갖는 슬리브 형태 밸브 시트 본체(36)를 포함한다. 밸브 시트(38)로부터 떨어져 있는 밸브 요소(40)의 측면에, 홀딩 부재(42)가 배치되고, 상기 홀딩 부재(42)는 나선형 스프링(44)으로서 설계된 밸브 스프링과 협동하여, 밸브 요소(40)가 밸브 시트(38)에 대해 작용하게 된다.

송출 피스톤(18)은 피스톤 하우징(45)에 의해 둘러싸인다. 피스톤 하우징(45)은 펌프 하우징(12)과 일체로 형성된다. 피스톤 하우징(45)은 하우징 재킷(46)을 포함한다. 하우징 재킷(46)은 송출 챔버(16)를 유입 밸브(14)에 연결하기 위한 유입 개구(48), 및 송출 챔버(16)를 배출 밸브(20)에 연결하기 위한 배출 개구(50)를 포함한다. 피스톤 하우징(45)은 하우징 바닥(52)을 더 포함한다. 상기 하우징 바닥(52)은 개구(53)를 포함하고, 상기 개구(53)에 채널(24)이 연결된다. 송출 피스톤(18)은 피스톤 풋(54)을 포함하고, 상기 피스톤 풋(54)의 자유 단부에 스프링 판(56)이 가압된다. 스프링 판은 스프링(58)과 협동하므로, 송출 피스톤(18)은 알려진 방식으로 연료를 송출하기 위해 이동 방향으로, 즉 길이 방향 축(28)의 방향으로 왕복 운동 가능하다.

도 1 및 도 2에 따른 실시 예에서, 하우징 바닥(52)은 오목부(60)를 포함하고, 송출 피스톤(18)은 폐쇄 위치에서 상기 오목부(60) 내로 삽입될 수 있다. 이 경우, 송출 피스톤은 하우징 바닥(52)의 영역(62)에 놓이게 된다. 그리고 나서, 이 영역(62)이 소성 변형되므로, 여기에서 냉간 경화가 수행된다. 이를 위해, 스프링 피스톤(18)은 섹션(62)에 대한 힘에 의해 작용하게 된다. 이 힘은 예를 들어 고압 연료 펌프(10)를 제조하는 과정에서, 스프링 판(56)이 피스톤 풋(54)에 가압되는 스테이션에서 가해질 수 있다. 상기 가압 과정 동안 및/또는 그 전에 및/또는 그 후에, 스프링 피스톤(18)이 영역(62)에 대해 작용하여, 영역(62)은 양(d1)만큼 압축되도록 변형된다. 결과적으로, 송출 피스톤(18)의 최대 이동도는 리세스(26)의 방향으로 양(d1)만큼 증가한다. 하우징 바닥(52)의 압축은 피스톤이 로드 재료로 제조될 수 있는 펌프 하우징보다 훨씬 더 높은 강도를 갖기 때문에 가능하다. 특히, 피스톤이 추가로 코팅되면, 비교적 강도 차이가 있다.

초기 상태에서, 예컨대 리세스(26)와 하우징 바닥(52) 사이의 거리(d2)는 3.5 mm일 수 있다. 치수 d1은 0.4 mm일 수 있으므로 총 11.4 %의 변형이 나타난다. 따라서, 길이 방향(28)에서의 변형은 11 %일 수 있다. 영역(62)에서의 변형은 예를 들어 인장 강도 Rm를 1.4 % 증가시킬 수 있고, 예를 들어 항복 강도 Rp0.2를 7.1 % 증가시킬 수 있다. 이러한 변형에 의해, 하우징 바닥(52)에서 송출 피스톤(18)의 단부 영역(61)의 일종의 "각인"이 달성된다. 전체적으로, 하우징 바닥(52)의 소성 변형된 영역(62)은 송출 피스톤(18)의 최대 진입 시에 압축된 영역에 접촉하는 송출 피스톤(18)의 단부 섹션에 대해 상보적이다. 영역(62)의 이러한 소성 변형에 의해, 냉간 경화가 발생하여 전반적으로 높아진 재료 강도(스트레스 저항력) 및 노치 효과(스트레스)의 감소가 달성될 수 있다. 또한, 송출 피스톤(18)이 압축 공구로서 사용되며, 스프링 판을 피스톤 풋(54)에 대해 가압하는 과정에서 영역(62)의 압축이 수행될 수 있고 추가의 제조 스테이션이 제공될 필요가 없기 때문에, 특히 간단하고 비용 효율적인 방식으로 이러한 고압 연료 펌프의 제조가 가능하다.

도 3에 따른 제 2 실시 예에서, 초기 상태에서도 피스톤(18)의 자유 단부 영역(61)의 전체 면이 하우징 바닥(52)의 오목부(60)에 놓인다. 이 경우, 초기 상태에서 송출 피스톤(18)의 단부 영역(61)과 오목부(60)가 상보적으로 형성되어 있다. 반경 방향 외측 영역에서 길이 방향(28)에 대해 수직으로, 2 개의 영역이 원호 형으로 형성된다. 그 다음, 힘 F(도 1 참조)을 가함으로써 압축이 수행된다. 이 경우, 하우징 바닥(52)의 영역(62)의 전체 면 압축이 발생하고, 압축 후에도 송출 피스톤(18)의 단부 영역(61)의 전체 면이 오복부(60)에 놓일 수 있게 된다. 도 4에 따른 실시 예에서, 송출 피스톤(18)의 단부 영역(61)은 또한 연장부(64)를 포함한다. 상기 연장부는 송출 피스톤이 하우징 바닥(52)에 놓이게 되면 채널(24) 내로 돌출하고, 따라서 송출 피스톤(18)에 의한 영역(62)의 변형 시에 채널(24)과 함께 가이드를 형성한다.

10 고압 연료 펌프
16 송출 챔버
18 송출 피스톤
22 압력 제한 밸브
26 리세스
45 피스톤 하우징
52 하우징 바닥
53 개구
56 스프링 판
64 연장부

Claims

연료의 송출을 위한 송출 챔버(16)를 한정하는 송출 피스톤(18), 및 상기 송출 피스톤(18)을 둘러싸는 피스톤 하우징(45)을 포함하는, 내연기관의 연료 분사 시스템용 고압 연료 펌프(10)로서, 상기 피스톤 하우징(45)은 상기 송출 챔버(16)를 한정하는 하우징 바닥(52)을 포함하는, 상기 고압 연료 펌프(10)에 있어서,
상기 하우징 바닥(52)은 적어도 부분적으로 소성 변형되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(10).
제 1 항에 있어서, 상기 하우징 바닥(52)은 개구(53)를 포함하고, 상기 개구(53)에 채널(24)이 연결되며, 상기 채널(24)은 리세스(26) 내로 통하고, 상기 리세스(26) 내에 압력 제한 밸브(22)가 배치되며, 상기 개구(53)를 둘러싸는, 상기 하우징 바닥(52)의 영역(62)이 소성 변형되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(10).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 소성 변형은 초기 상태로부터 5 % 내지 15 %, 특히 11%인 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(10).
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소성 변형은 초기 상태로부터 0.002 ㎜ 내지 0.5 ㎜, 특히 0.025 ㎜ 내지 0.4 ㎜인 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(10).
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 바닥(52)의 소성 변형된 영역은 상기 하우징 바닥(52)을 향한 상기 송출 피스톤(18)의 단부 섹션(61)에 대해 상보적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(10).
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송출 피스톤(18)은 상기 하우징 바닥(52)을 향한 연장부(64)를 포함하고, 상기 연장부(64)는 상기 송출 피스톤(18)이 상기 하우징 바닥(52)에 접촉하면 상기 채널(24) 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(10).
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤 하우징(45)을 포함하는 펌프 하우징(12)이 제공되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(10).
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 고압 연료 펌프(10)의 제조 방법에 있어서,
하우징 바닥(52)의 적어도 일부분(62)의 소성 변형이 초기 상태로부터 송출 피스톤(18)에 의해 수행되고, 상기 송출 피스톤(18)은 상기 하우징 바닥(52)의 소성 변형을 위해 상기 하우징 바닥(52)에 대한 힘에 의해 작용하게 되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 고압 연료 펌프(10)의 제조 방법에 있어서,
a) 송출 챔버(16)로부터 떨어져 있는 송출 피스톤(18)의 측면에서 상기 송출 피스톤(18)에 대해 스프링 판(56)을 가압하는 단계, 및
b) 상기 단계 a)에서 가압 과정 동안 및/또는 상기 단계 a)에서 가압 과정 후에 제 8 항에 따른 소성 변형 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프의 제조 방법.