KR20200033254A

KR20200033254A - 피스톤 펌프, 특히 내연기관용 고압 연료 펌프

Info

Publication number: KR20200033254A
Application number: KR1020207001716A
Authority: KR
Inventors: 지아멘트 플로; 올리버 알브레히트; 프랑크 니체; 올라프 쇤록; 유리 기슬러; 안드레아스 플리쉬; 디트말 울렌브록; 에크렘 카키르
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2020-03-27
Also published as: US11168677B2; EP3655649A1; EP3655649B1; CN110945238A; DE102017212501A1; JP6914417B2; US20200224646A1; WO2019015857A1; CN110945238B; JP2020527669A

Abstract

본 발명은 피스톤 펌프(16), 특히 내연기관용 고압 연료 펌프에 관한 것이며, 상기 피스톤 펌프는 펌프 하우징(26), 펌프 피스톤(28), 및 적어도 상기 펌프 피스톤(28)과 상기 펌프 하우징(26)에 의해 한정되는 이송 챔버(38)를 포함한다. 본 발명에 따라서, 바람직하게는 펌프 피스톤(28)과 펌프 하우징(26) 사이에 이송 챔버(38)의 밀봉을 위한 시일(44) 및 펌프 피스톤(28)의 안내를 위한 별도의 가이드 부재(46)가 배치되며, 시일(44)은 바람직하게는 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 웨브(45)를 포함한 금속 슬리브로서 형성된다.

Description

피스톤 펌프, 특히 내연기관용 고압 연료 펌프

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 피스톤 펌프, 특히 내연기관용 고압 연료 펌프에 관한 것이다.

종래 기술에는, 예컨대 가솔린 직접 분사식 내연기관에 사용되는 피스톤 펌프들이 공지되어 있다. 이러한 피스톤 펌프들은 펌프 실린더와 펌프 피스톤 사이에 갭 시일(gap seal)을 포함한다. 펌프 실린더와 펌프 피스톤은 전형적으로 특수강으로 제조된다. 이러한 갭 시일은 펌프 실린더 및 펌프 피스톤을 제조하고 조립할 때 높은 정확도를 요구하며, 그런 까닭에 높은 비용이 발생한다. 예컨대 사용된 재료들의 열 팽창 계수들로 인해 임의로 감소될 수 없는 크기를 가지면서 항상 존재하는 갭은 특히 회전수가 낮은 경우 최적이 아닌 체적 효율(volumetric efficiency)을 야기한다.

본 발명의 과제는 낮은 회전수에서도 충분한 체적 효율을 갖고 작은 구조 크기를 가지면서 경제적으로 제조될 수 있는 피스톤 펌프를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 피스톤 펌프에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 제시되어 있다. 더 나아가 본 발명에 중요한 특징들은 하기 설명 및 도면들에 제시되어 있다.

본 발명에 따른 피스톤 펌프는 펌프 하우징, 펌프 피스톤, 및 적어도 상기 펌프 하우징과 상기 펌프 피스톤에 의해 한정되는 이송 챔버를 포함한다. 본 발명에 따라서, 바람직하게는 펌프 피스톤과 펌프 하우징 사이에 이송 챔버의 밀봉을 위한 시일과 펌프 피스톤의 안내를 위한 별도의 가이드 부재가 배치되고, 시일은 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 웨브를 포함한 금속 슬리브로서 형성된다.

상기 피스톤 펌프는 비교적 간단하게 제조될 수 있으며, 그럼으로써 부품 비용은 감소하게 된다. 이는, 갭 시일 및 그의 복잡하게 제조될 펌프 실린더가 시일 및 적어도 하나의 가이드를 포함한 시일 어셈블리로 대체되는 것과 관련이 있다. 웨브를 포함한 금속 슬리브로서 시일의 설계에 의해, 이송 챔버의 바람직한 밀봉이 달성되며, 그럼으로써 특히 회전수가 낮은 경우, 체적 효율이 향상된다. 새로운 시일 어셈블리에 의해, 피스톤 펌프의 비교적 작은 전체 구조 크기가 달성될 수 있다. 안내 기능 및 밀봉 기능은 분리된 부품들에 의해, 즉 가이드 부재 및 시일(웨브를 포함한 금속 슬리브)에 의해 실현된다.

펌프 피스톤은 하우징 내의 리세스 내에 수용될 수 있고 그 안에서 왕복 이동할 수 있다. 리세스의 내부 벽부(원주방향 벽부)는 펌프 피스톤을 위한 작동면의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 리세스는 보어로서, 특히 단차형 보어(stepped bore)로서 형성될 수 있다.

구체적으로 (제 1) 가이드 부재는 환형으로 형성될 수 있다(가이드 링). 가이드 부재는 이송 챔버로 향해 있는 시일의 측면 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 가이드 부재는 펌프 피스톤을 향해 반경 방향 갭(radial gap)[가이드 갭(guide gap)]을 포함할 수 있으며, 상기 갭은, 가이드 부재가 시일을 위한 공동화 방지부로서 사용될 정도로 작을 수 있다. 가이드 갭은 충분히 작게 형성될 수 있으며, 그럼으로써 증기 기포가 시일까지 도달할 수 없게 된다. 따라서, 시일에서 손상의 위험은 감소된다.

시일은 바람직하게는 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 웨브를 포함한 금속 슬리브로서 형성되며, 그럼으로써 시일은 횡단면으로 볼 때 특히 L자형인 프로파일을 갖게 된다. 따라서, 시일은 슬리브 섹션과 웨브 섹션을 포함한다. 시일은 그루브 링 시일(groove ring seal)을 기반으로 하지만, 디자인에서 최적화되며, 반경 방향 웨브(radial web)를 포함한다. 시일은, 특히 저압 영역(이송 챔버의 반대 방향으로 향해 있는 시일의 측면 상의 영역)에 대해 고압 영역(이송 챔버)을 밀봉하는 고압 시일이다.

웨브에 의해, 시일은 피스톤 펌프(리세스) 내에서 반경 방향으로 센터링될 수 있다. 이런 방식으로, 시일은 펌프 하우징 내의 고정 위치에 장착될 수 있다. 금속 슬리브의 벽 두께는 시스템 압력에 따라 결정되며, 그에 상응하게 설계된다. 벽 두께는 예컨대 0.05㎜ ~ 1.0㎜(밀리미터)일 수 있다.

바람직한 구현예의 범주에서, 피스톤 펌프의 시일 캐리어 내에 배치되는 추가 가이드 부재가 제공될 수 있다. 이로써, (제 1) 가이드 부재에 대한 비교적 큰 베어링 간격이 실현된다. 따라서, 펌프 피스톤의 안내는 최적화된다. 추가 가이드 부재는 환형으로 형성될 수 있다(가이드 링).

바람직한 방식으로, 펌프 하우징과 펌프 피스톤 사이에 시일을 위한 고정 링이 배치될 수 있다. 고정 링은 특히 이송 챔버의 반대 방향으로 향해 있는 시일의 측면에 배치된다. 고정 링은 시일을 위한 안착부(seat)를 형성한다. 이로써, 시일은, 특히 이송 챔버로부터 멀리 축 방향으로 변위되지 않게 된다. 고정 링은 펌프 피스톤을 수용하는 리세스 상에 고정될 수 있으며, 예컨대 나사 조임되거나, 접착되거나 또는 압입될 수 있다. 특히 고정 링과 시일은, 고정 링 상에 시일이 안착될 때, 정적 밀봉 위치가 형성되는 방식으로 설계될 수 있다. 피스톤과 시일 사이에서 반경 방향으로 포지셔닝을 가능하게 하기 위해, 바람직하게는 시일은, 예컨대 0.01㎜ ~ 1㎜(밀리미터)의 축 방향 유격(axial play)을 갖는다. 따라서, 상기 시일은 축 방향 및 반경 방향으로 고정되어 있지 않은 "부동 시일(floating seal)"이다. 따라서, 시일은 펌프 피스톤에 대해 축 방향으로 최적으로 포지셔닝될 수 있다.

바람직한 구현예의 범주에서, 가이드 부재와 고정 링은 하나의 부품으로 통합되어 형성될 수 있으며, 다시 말해 특히 일체형으로 형성될 수 있다. 그런 다음, 통합된 부품은 안내 및 고정의 기능을 담당 수행할 수 있다. 이로 인해, 제조하여 조립할 부재들의 개수가 감소될 수 있다. 이는 피스톤 펌프의 비용 효율적인 구성을 용이하게 한다. 통합된 부품 및 시일은 축 방향으로 서로 중첩될 수 있다. 따라서, 통합된 부품의 일부가 펌프 피스톤과 펌프 하우징 사이에 반경 방향으로 배치될 수 있다.

바람직한 방식으로, 시일의 웨브는 그 반경 방향 바깥쪽 테두리 상에, 펌프 피스톤을 수용하는 리세스의 원주방향 벽부에 대해 예컨대 0.01㎜ ~ 1㎜의 반경 방향 유격(radial play)을 가질 수 있다. 달리 말하면, 웨브는, 이 웨브가 배치되는 위치에서 펌프 피스톤을 수용하는 리세스(보어)의 내경보다 약간 더 작은 외경을 갖는다. 또는, 더 일반적으로 표현하면, 시일은 펌프 하우징에 대해 반경 방향으로 이동될 수 있다. 상기 유격 또는 반경 방향 이동성은, 시일의 반경 방향 위치가 정확하게 펌프 피스톤의 위치로 조정될 수 있게 한다. 따라서, 펌프 피스톤에 대해 균일하고 대칭인 갭이 달성될 수 있다("부동 시일").

(펌프 피스톤이 이송 챔버로부터 멀리 이동되는) 펌프 피스톤의 각각의 흡입 단계에서, 시일의 재정렬의 가능성이 있다. (펌프 피스톤이 이송 챔버를 향해 이동되어 연료를 압축하고 이송하는) 이송 단계에서는, (이송 챔버로 향해 있는) 시일의 위쪽에서 그리고 시일의 반경 방향 바깥쪽에서 이송압이 형성된다. 이송압은 시일의 단부면에 그리고 시일의 웨브에 작용하며, 이로 인해 시일은 축 방향(펌프 피스톤의 축 방향)으로 시일을 고정 링으로 밀착시키는 힘을 받게 된다. 이 단계 동안, 시일은 축 방향 힘으로 인해 반경 방향으로 이동될 수 없거나 또는 약간만 반경 방향으로 이동될 수 있다. 상기 축 방향 힘에 의해, 시일을 고정 링으로 밀착시키는 압착력이 발생한다. 상기 두 표면(시일과 고정 링) 사이에, 정적 밀봉 위치가 발생한다. 이로써, 연료가 이송 챔버로부터 유출되고 그에 따라 체적 효율을 감소시키는 것이 방지된다.

바람직하게는 펌프 피스톤과 펌프 하우징 사이에는, 시일을 고정 링 쪽으로 밀착시키는 스프링 부재가 배치될 수 있다. 이로 인해, 시일이 항상 시일과 고정 링 사이의 정적 밀봉 위치에 안착되는 것이 보장된다. 스프링은 압축 스프링일 수 있다. 압축 스프링은 코일 스프링으로서 또는 파형 스프링으로서 형성될 수 있다.

그 대안으로서, 시일은, 시일과 연결되어 있고 시일을 고정 링 쪽으로 밀착시키는 적어도 하나의 스프링 부재를 포함할 수 있다. 이로써도, 시일이 정적 밀봉 위치에 안착되어 있는 것이 보장될 수 있다. 구체적으로, 스프링 부재 또는 스프링 부재들은 시일과 일체형으로 형성될 수 있다. 이는 제조하여 조립할 컴포넌트들의 개수를 감소시킨다. 스프링 부재 또는 스프링 부재들은 시일의 슬리브 섹션으로부터 또는 시일의 웨브 섹션으로부터 연장될 수 있다. 스프링 부재(들)는 소형 스프링 아암들(little spring arm)로서 형성될 수 있다.

시일은 압력 활성화형 시일일 수 있다. 이는, 가이드 부재와 펌프 피스톤 사이의 작은 갭만으로도 충분히 이송 챔버 내에서 그리고 그에 따라 반경 방향 바깥쪽 링 테두리(시일의 배면) 상에서도 초기 압력을 생성할 수 있다는 것을 의미한다. 시일에 작용하는 배면 압력에 의해, 시일은 변형되고 그로 인해 안쪽에 위치하는 링 테두리(슬리브 섹션) 상에서 펌프 피스톤에 대한 갭을 감소시킨다. 더 작아진 시일 갭에 의해, 이송 챔버 내에서 그리고 그에 따라 시일의 배면 상에서도 더 큰 압력이 형성될 수 있으며, 그럼으로써 시일은 더 큰 압력에 의해 더 강하게 변형되어 펌프 피스톤에 대한 갭을 더 감소시키게 된다. 이는 시스템 압력에 도달할 때까지 계속되는 자기 강화 효과(self-enforcing effect)이다.

시일 기하구조는, 시스템 압력에 도달할 때 예컨대 0.001㎜ ~ 0.1㎜의 매우 작은 갭이 생기거나 또는 시일이 펌프 피스톤 상에 직접 놓여 (시일 및 펌프 피스톤의) 시일면들이 서로 접촉하도록 설계될 수 있다. 시스템 압력에서 여전히 갭이 존재하는 상태로 유지되는지 또는 시일이 피스톤과 직접 접촉해 있는지의 여부는 구체적인 요건(체적 효율, 유효수명에 걸친 마모 등)에 따라 결정된다. 압력 활성화에 의해, 매우 높은 시스템 압력이 형성될 수 있는데, 그 이유는, 시스템 압력이 높아질수록, 시일은 점점 더 심하게 변형되고 그에 따라 밀봉 갭이 점점 작아지기 때문이다.

원칙상 시일은 저마모성인데, 그 이유는 마찰 공학적 접촉이 이송 단계(시일의 압력 활성화 동안)에서만 발생하기 때문이다. 이는, 피스톤 펌프의 작동 시간의 반에 상응한다. 흡입 단계에서는(압력 활성화가 일어나지 않는 동안), 시일은 특히 연료에 의해 세척된다. 따라서 항상 윤활제로서 작용하는 새로운 연료가 시일 갭 내로 유입된다. 시일의 압력 활성화에 의해, 마모가 보상될 수 있다. 시일의 시일면의 마모 시, 시일은 압력 활성화에 의해 규칙적으로 기본 설계에서 설계된 갭으로 변형되거나, 또는 펌프 피스톤 상에 놓인다.

바람직한 구현예의 범주에서, 시일의 외측 표면과 펌프 하우징 사이에 O 링이 배치될 수 있다. O 링은 반경 방향으로 밀봉하는 방식으로 작용한다. O 링에 의해 정적 밀봉 위치가 보완되며, 시일 작용이 향상된다. O 링은 특히 시일의 웨브 상에 놓이며, 더 정확하게 말하면 이송 챔버로 향해 있는 웨브의 측면 상에 놓인다.

바람직한 방식으로, 시일은, 웨브가 고정 링 상에 놓이는 방식으로 배치될 수 있다. 따라서, 시일의 웨브와, 웨브가 놓인 고정 링의 지지면 사이에 정적 밀봉 위치가 형성될 수 있다. 그로 인해, 간단한 구조에 의해, 압력 활성화형 시일이 특히 앞서 설명한 것처럼 실현될 수 있다.

그 대안으로서, 고정 링은 축 방향으로 돌출되는 칼라부(collar)를 포함할 수 있고, 상기 칼라부 상에 웨브가 놓이며, 시일의 슬리브 섹션과 칼라부는 축 방향으로 서로 중첩될 수 있다. 따라서 시일의 웨브와 고정 링의 칼라부 사이에 정적 밀봉 위치가 형성된다. 이 경우, 시일은 압력 활성화형이 아닌데, 그 이유는 시일의 후방에(시일의 반경 방향 바깥쪽 링 테두리 상에) 높은 시스템 압력이 인가되어 있지 않기 때문이다. 압력 활성화가 수행되지 않기 때문에, 시일 소재 및/또는 기하구조는, 시스템 압력이 인가될 때 시일의 변형(팽창)이 전혀 일어나지 않거나 또는 단지 적은 변형(팽창)만이 일어나도록 설계될 수 있다.

이는 충분히 두껍게 치수 설계되는 시일의 벽 두께(슬리브 섹션)에 의해 달성될 수 있으며, 벽 두께는 예컨대 0.25㎜ ~ 2㎜일 수 있다. 시일은 피스톤에 대해 오버사이즈(압입), 언더사이즈(유격) 또는 중간 끼워 맞춤(transition fitting)을 가질 수 있다. 적은 마찰 및 적은 마모를 위해, 펌프 피스톤에 대해 반경 방향 유격을 갖는, 특히 0.001 ~ 0.1㎜의 유격을 갖는 시일의 구성이 바람직하다. 피스톤의 안내 및 시일의 고정은 전술한 압력 활성화형 변형예와 대체로 동일하게 설계될 수 있다. 압력 활성화형이 아닌 시일 콘셉트의 장점은, 시일이 피스톤에 대해 언더사이즈(유격)로 설계된다면, 시일과 피스톤 사이에서는 어느 작동점에서도 고체 접촉이 발생하지 않는다는 것인데, 그 이유는 동적 밀봉 위치에 인가된 시스템 압력이 시일을 항상 강제로 확장시키기 때문이다. 그로 인해, 유효수명에 걸쳐 시일 또는 피스톤의 마모가 발생하지 않는다.

압력 활성화형이 아닌 시일의 경우에도, 시일이 정적 밀봉 위치에 안착되는 것을 보장하기 위해, 적어도 하나의 별도의 스프링 부재 또는 시일 상에 배치되는 스프링 부재가 제공될 수 있다. 또한, 상기 구성은, 고압 시스템에서 초과 압력이 발생할 수 없다는 장점을 갖는데, 그 이유는 초과 압력의 경우 시일이 훨씬 더 강하게 확장되고 그에 따라 압력 강하를 허용하기 때문이다. 이런 효과의 바람직한 설계의 경우, 내부에서 피스톤 펌프 내에 또는 외부에서 연료 시스템 내에 장착되는 압력 제한 밸브가 생략될 수 있다.

바람직한 구현예의 범주에서, 시일은 특수강으로 형성될 수 있다. 그에 따라, 우수한 내식성이 달성된다. 바람직하게 시일은 펌프 피스톤 및 하우징과 동일하거나 유사한 길이 팽창 계수를 갖는 특수강으로 제조된다. 이로 인해, 시일은 펌프 피스톤 및 펌프 하우징의 열 팽창과 무관하다.

본 발명은 하기에서 도면들을 참고로 더 상세하게 설명되며, 동일하거나 기능상 동일한 부재들에는 경우에 따라 한 번만 도면부호들이 제공된다.

도 1은 피스톤 펌프의 형태인 고압 연료 펌프를 포함하는 연료 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 피스톤 펌프의 부분 종단면도이다.
도 3은 도 1의 피스톤 펌프의 펌프 피스톤, 시일, 가이드 부재, 고정 링 및 스프링 부재의 확대도이다.
도 4는 도 3의 시일의 확대 단면도이다.
도 5는 도 1의 피스톤 펌프의 대안적 구현예의 부분 종단면도이다.
도 6은 도 1의 피스톤 펌프의 또 다른 대안적 구현예의 부분 종단면도이다.
도 7은 스프링 부재들이 연결되어 있는, 도 1의 피스톤 펌프의 시일의 다수의 부분 단면도이다.
도 8은 대안적 구현예에서 스프링 부재들이 연결되어 있는, 도 1의 피스톤 펌프의 시일의 다수의 부분 단면도이다.
도 9는 대안적 구현예에서 스프링 부재들이 연결되어 있는, 도 1의 피스톤 펌프의 시일의 다수의 부분 단면도이다.
도 10은 대안적 구현예에서 스프링 부재들이 연결되어 있는, 도 1의 피스톤 펌프의 시일의 다수의 부분 단면도이다.

내연기관의 연료 시스템은 도 1에서 전체적으로 도면부호 10을 갖는다. 연료 시스템은 연료 탱크(12)를 포함하며, 전기 사전 공급 펌프(14)는 상기 연료 탱크(12)로부터 연료를 피스톤 펌프(16)로서 형성된 고압 연료 펌프로 이송한다. 상기 고압 연료 펌프는 연료를 계속하여 고압 연료 레일(18)로 이송하며, 이 연료 고압 레일에는, 연료를 내연기관의 미도시한 연소실들 내로 분사하는 다수의 연료 분사기(20)가 연결되어 있다.

피스톤 펌프(16)는 유입 밸브(22), 유출 밸브(24) 및 펌프 하우징(26)을 포함한다. 펌프 하우징 내에서 펌프 피스톤(28)이 왕복 이동 가능하게 수용된다. 펌프 피스톤(28)은 구동부(30)에 의해 이동되며, 구동부(30)는 도 1에 개략적으로만 도시되어 있다. 구동부(30)는 예컨대 캠샤프트 또는 편심 샤프트일 수 있다. 유입 밸브(22)는, 피스톤 펌프(26)에 의해 이송되는 연료량을 조정할 수 있는 양 제어 밸브로서 형성된다.

피스톤 펌프(16)의 구성은 도 2에서 더 상세하게 나타나며, 하기에서는 주요 컴포넌트들만이 언급된다. 펌프 피스톤(28)은 단차형 피스톤(stepped piston)으로서 형성되며, 이 단차형 피스톤은 도 2에서 하부에 있는 플런저 섹션(32), 이 플런저 섹션에 이어진 가이드 섹션(34), 및 별도로 도시되지 않은 상단부 섹션을 포함한다. 가이드 섹션(34)은 플런저 섹션(32) 및 단부 섹션보다 더 큰 지름을 갖는다.

펌프 피스톤(28)의 단부 섹션 및 가이드 섹션(34)은 펌프 하우징(26)과 함께 별도로 도시되지 않은 이송 챔버(38)를 한정한다. 펌프 하우징(26)은 전체적으로 회전 대칭형 부품으로서 형성될 수 있다. 펌프 피스톤(28)은 펌프 하우징(26) 내에서 거기에 있는 리세스(40) 내에 수용되며, 상기 리세스는 단차형 보어(42)로서 형성된다. 보어(42)는 다수의 단차부[3개의 단차부(42', 42", 42"'); 도 2 및 3 참조]를 포함한다.

펌프 피스톤(28)의 가이드 섹션(34)과 보어(42)의 내부 원주방향 벽부[단차부(42")] 사이에 시일(44)이 배치된다. 시일은 직접 펌프 피스톤(28)과 펌프 하우징(26) 사이에서 밀봉하며, 그에 따라 도 2에서 시일(44)의 아래쪽에 배치되고 내부에 특히 펌프 피스톤(28)의 플런저 섹션(32)이 배치되는 영역(저압 영역)에 대해 시일(44)의 위쪽에 배치되는 이송 챔버(고압 영역)를 밀봉한다. 시일(44)은 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 웨브(45)를 포함한 금속 슬리브로서 형성된다. 시일(44)은, 슬리브 섹션(43)과, 웨브(45)로 형성되는 섹션(웨브 섹션)을 포함하는 L자형 횡단면을 갖는다.

펌프 피스톤(28)의 가이드 섹션(34)과 보어(42)의 내부 원주방향 벽부[단차부(42')] 사이에는 시일(44)로부터 분리된 별도의 가이드 부재(46)가 배치된다. 가이드 부재(46)는 시일(44)에 대해 축 방향으로 특히 직접적으로 인접해 있으며, 도 2에서 (이송 챔버로 향해) 시일(44)의 위쪽에 배치된다. 가이드 부재(46)는 환형으로 형성되어(가이드 링) 단차부(42')에 고정될 수 있다.

피스톤 펌프(16)는, 피스톤 펌프(16)의 시일 캐리어(50) 내에 배치되어 있는 추가 가이드 부재(48)를 포함한다(도 2 참조). 가이드 부재(46)와 추가 가이드 부재(48)는 펌프 피스톤(28)의 안내를 위해 사용된다. 추가 가이드 부재(48)는 환형으로 형성되어(가이드 링) 시일 캐리어(50)에 고정될 수 있다.

피스톤 펌프(16)는 펌프 피스톤(28)의 가이드 섹션(34)과 보어(42)의 내부 원주방향 벽부[단차부(42"')] 사이에 시일(44)을 위한 고정 링(52)을 포함한다. 시일(44)은 고정 링(52) 상에 놓이며, 더욱 정확하게 말하면 웨브(45)가 고정 링(52) 상에 놓인다. 시일(44)과 고정 링(52)의 지지하는 접촉면들에 의해 정적 밀봉 위치(53)가 형성된다(도 3 참조). 시일(44), 가이드 부재(46), 추가 가이드 부재(48) 및 고정 링(52)은 하나의 시일 어셈블리를 형성한다. 시일(44)은 특수강으로 형성될 수 있다.

시일(44)로부터 반경 방향으로 돌출된 웨브(45)는 그 반경 방향 바깥쪽 테두리 상에, 펌프 피스톤(28)을 수용하는 리세스(40)의 내부 원주방향 벽부[단차부(42")]에 대해 반경 방향 유격(54)을 갖는다(도 3 참조). 그로 인해, 시일(44)은 펌프 피스톤(28)에 대해 반경 방향으로 정렬될 수 있다. 펌프 피스톤(28)과 펌프 하우징(26) 사이에는, 시일(44)을 고정 링(52) 쪽으로 밀착시키는 스프링 부재(56)가 배치된다. 스프링 부재(56)는 압축 스프링으로서 형성된 코일 스프링(58)이다. 상기 코일 스프링은 일측 단부에서 예컨대 가이드 부재(46) 상에 안착되고 타측 단부에서는 시일(44)의 웨브(45) 상에 안착될 수 있다.

전술한 것처럼 시일(44)을 위한 공동화 방지부로서 사용될 수 있는 반경 방향 갭(60)(가이드 갭)을 통해, 이송 챔버(38) 내의 압력(61)이 시일(44)에 도달한다. 거기서 상기 압력은 힘(F)(화살표 62)과 함께 시일(44)의 제 1 단부면(64)에 작용한다(도 4 참조). 이로 인해, 시일(44)은 고정 링(52) 쪽에 밀착된다. 또한, 압력(61)은 시일(44)의 외측 표면(66)에도 작용하며, 그럼으로써 시일(44)은 거기서 작용하는 힘(F)(화살표 68)으로 인해 변형(70)된다. 따라서, 펌프 피스톤(28)과 시일(44)[반경 방향 안쪽에 위치하는 링 테두리(72)] 사이에, 특히 가이드 섹션(34)과 상기 시일(44) 사이에 동적 밀봉 위치가 형성된다. 시일(44)의 외측 표면(66)과 펌프 하우징(26)[단차부(42")] 사이에는 선택적으로 O 링(74)이 배치될 수 있다. O 링(74)은 웨브(45) 상에 놓일 수 있다. O 링(74)은 반경 방향으로 밀봉하는 작용을 하며, 정적 밀봉 위치(53)를 보조한다. 시일(44)의 제 2 단부면은 도면부호 65를 갖는다.

도 5에는, 도 2의 피스톤 펌프(16)의 대안적 구현예가 도시되어 있다. 이 구현예는 대체로 전술한 피스톤 펌프(16)에 상응하며, 동일하거나 기능상 동일한 부재들에는 동일한 도면부호들이 제공되어 있다.

고정 링(52)은 도 5에 따라서 축 방향으로[펌프 피스톤(28)의 축 방향으로] 돌출되어 리세스(40) 안쪽으로 돌출되는 칼라부(76)를 포함한다. 시일(44)은, 웨브(45)가 칼라부(76) 상에 놓이는 방식으로 배치된다. 시일(44)의 슬리브 섹션(43)과 칼라부(76)는 축 방향으로 서로 중첩된다. 칼라부(76)는 슬리브 섹션(43)과 리세스(40)의 내부 원주방향 벽부[단차부(42")] 사이에 반경 방향으로 배치된다. 시일(44)은 슬리브 섹션(43) 상에서 그리고 웨브 섹션(45) 상에서 더 두꺼운 벽 두께를 갖도록 형성된다. 정적 밀봉 위치(53)는 웨브(45)와 칼라부(76) 사이에 형성된다. 스프링 부재(56)는 파형 스프링(78)의 형태인 압축 스프링으로서 형성된다.

시일(44)의 반경 방향 안쪽에 위치하는 링 테두리(72)는 펌프 피스톤(28)에 대해, 특히 펌프 피스톤(28)의 가이드 섹션(34)에 대해 유격(80)을 갖는다. 따라서 시일(44)과 펌프 피스톤(28) 사이에 피스톤 펌프(16)의 어느 작동점에서도 접촉이 발생하지 않는데, 그 이유는 이송 챔버(38)에서부터 동적 밀봉 위치(82)로 전달되는 압력이 시일(44)에 작용하여, 상기 시일이 변형(84)되고 확장되기 때문이다. 그로 인해, 유효수명에 걸쳐 시일(44) 또는 펌프 피스톤(28)의 마모가 발생하지 않는다.

도 6에는, 도 2의 피스톤 펌프(16)의 또 다른 대안적 구현예가 도시되어 있다. 상기 구현예는 대체로 앞서 도 1 ~ 4에 대해 설명한 피스톤 펌프(16)에 상응하며, 동일하거나 기능상 동일한 요소들에는 동일한 도면부호들이 제공되어 있다.

본 구현예의 경우, 제 1 가이드 부재(46)와 고정 링(52)은 하나의 부품(95)으로 통합된다(일체형 구성). 부품(95)은 안내 및 고정 기능을 담당 수행한다. 통합된 부품(95)과 시일(44)은 축 방향[펌프 피스톤(28)의 축 방향]으로 서로 중첩된다. 따라서, 통합된 부품(95)의 중첩 섹션(93)은 펌프 피스톤(28)[가이드 섹션(34)]과 펌프 하우징(26)[보어(42)의 원주방향 벽부(42')] 사이에 반경 방향으로 배치된다.

안내는 부품(95)의 하부 섹션(97) 상에서 수행될 수 있다. 보어(42) 내에 부품(95)의 고정은 부품(95)의 하부 섹션(97)에서, 또는 그의 중첩 섹션(93)에서 예컨대 프레스 끼워 맞춤(press fit), 코킹(caulking), 또는 부품(95)으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 돌출부(99)에 의해 수행될 수 있다.

도 7 내지 도 10에는, 시일(44) 자체가 적어도 하나의 스프링 부재(56)를 포함하는(일체형 구현예), 시일(44)의 구현 가능성들이 도시되어 있다. 별도의 스프링 부재는 생략될 수 있다. 이로 인해, 피스톤 펌프(16)의 제조 및 조립은 간소화된다. 스프링 부재(56)가 형성된 상기 시일(44)은 도 2에 따른 피스톤 펌프(16)에서뿐만 아니라, 도 5 또는 도 6에 따른 피스톤 펌프(16)에서도 사용될 수 있다.

도 7에는, 소형 스프링 아암들(86)로서 형성된 3개의 스프링 부재(56)를 포함하는 시일(44)이 도시되어 있다. 소형 스프링 아암들(86)은 시일(44)의 웨브 섹션(45)으로부터 연장된다. 소형 스프링 아암들(86)은 각각 반경 방향으로 웨브 섹션(45)의 외부 테두리를 넘어 돌출되는 테두리 섹션(88)에서부터 연장된다. 이 경우, 소형 스프링 아암들(86)은 평면도로 볼 때 아치형 형상을 갖고, 웨브 섹션(45)으로부터, 즉 축 방향에서 웨브 섹션(45)으로부터 [시일(44)의 단부면(64)을 향해] 돌출된다.

도 8에 따른 시일(44)은 마찬가지로 3개의 소형 스프링 아암(86)을 포함하며, 이들 소형 스프링 아암은 시일(44)의 웨브 섹션(45)에서부터 축 방향으로 웨브 섹션(45)으로부터 멀리 연장된다. 이 경우, 소형 스프링 아암들(86)은 웨브 섹션(45)의 반경 방향 바깥쪽 테두리에서부터 연장된다. 소형 스프링 아암들(86)은 시일(44)의 슬리브 섹션(43)에 대해 평행한 하나의 아암 섹션(90)과 하나의 만곡된 아암 섹션(92)을 각각 포함한다.

도 9에 따른 시일(44)은 마찬가지로 3개의 소형 스프링 아암(86)을 포함하며, 이들 소형 스프링 아암은 시일(44)의 슬리브 섹션(43)으로부터 멀리 연장된다. 이 경우, 소형 스프링 아암들(86)은 시일(44)의 제 1 단부면(64)으로부터 돌출되어 슬리브 섹션(43) 쪽으로 만곡된다.

도 10에 따른 시일(44)의 구현예는 도 7에 도시된 시일(44)에 대체로 상응한다. 이와 달리, 도 10에 따른 시일(44)의 경우, 소형 스프링 아암들(86)은 웨브 섹션(45)에서부터, 슬리브 섹션(43)의 반대 방향으로 향해 있는 웨브 섹션(45)의 측면 쪽으로 연장된다. 이 경우, 소형 스프링 아암들(86)은 시일(44)의 제 2 단부면(65)을 넘어 돌출된다.

10: 연료 시스템
12: 연료 탱크
14: 전기 사전 공급 펌프
16: 피스톤 펌프
18: 고압 연료 레일
20: 연료 분사기
22: 유입 밸브
24: 유출 밸브
26: 펌프 하우징
28: 펌프 피스톤
30: 구동부
32: 플런저 섹션
34: 가이드 섹션
38: 이송 챔버
40: 리세스
42: 보어
42', 42", 42"': 단차부
43: 슬리브 섹션
44: 시일
45: 웨브, 웨브 섹션
46: 가이드 부재
48: 추가 가이드 부재
50: 시일 캐리어
52: 고정 링
53: 정적 밀봉 위치
54: 반경 방향 유격
56: 스프링 부재
58: 코일 스프링
60: 반경 방향 갭(가이드 갭)
61: 압력
62: 화살표
64: 제 1 단부면
65: 제 2 단부면
66: 외측 표면
68: 화살표
70: 변형
72: 링 테두리
74: O 링
76: 칼라부
78: 파형 스프링
80: 유격
82: 동적 밀봉 위치
84: 변형
86: 소형 스프링 아암
88: 테두리 섹션
90: 평행한 아암 섹션
92: 만곡된 아암 섹션
93: 중첩 섹션
95: (통합된) 부품
97: 하부 섹션
99: 돌출부

Claims

펌프 하우징(26), 펌프 피스톤(28), 및 적어도 상기 펌프 피스톤(28)과 상기 펌프 하우징(26)에 의해 한정되는 이송 챔버(38)를 포함하는 피스톤 펌프(16), 특히 내연기관용 고압 연료 펌프에 있어서,
바람직하게는 상기 펌프 피스톤(28)과 상기 펌프 하우징(26) 사이에는 상기 이송 챔버(38)의 밀봉을 위한 시일(44) 및 상기 펌프 피스톤(28)의 안내를 위한 별도의 가이드 부재(46)가 배치되며, 상기 시일(44)은 바람직하게는 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 웨브(45)를 포함한 금속 슬리브로서 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
제 1 항에 있어서, 상기 펌프 피스톤(28)과 상기 펌프 하우징(26) 사이에는 상기 시일(44)을 위한 고정 링(52)이 배치되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
제 2 항에 있어서, 상기 가이드 부재(46) 및 상기 고정 링(52)은 하나의 부품(95)으로 통합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤 펌프(16)의 시일 캐리어(50) 내에 배치되는 추가 가이드 부재(48)가 제공되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웨브(45)는 그 반경 방향 바깥쪽 테두리 상에, 상기 펌프 피스톤(28)을 수용하는 리세스(40)의 원주방향 벽부에 대해 유격(54)을 갖는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 바람직하게는 상기 펌프 피스톤(28)과 상기 펌프 하우징(26) 사이에, 상기 시일(44)을 상기 고정 링(52) 쪽으로 밀착시키는 스프링 부재(56)가 배치되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시일(44)은, 상기 시일(44)과 연결되어 있고 상기 시일(44)을 상기 고정 링(52) 쪽으로 밀착시키는 적어도 하나의 스프링 부재(56)를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시일(44)의 외측 표면(66)과 상기 펌프 하우징(26) 사이에 O 링(74)이 배치되고 및/또는 상기 시일(44)은 특수강으로 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시일(44)은, 상기 웨브(45)가 상기 고정 링(52) 상에 놓이는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정 링(52)은 축 방향으로 돌출되는 칼라부(76)를 포함하며, 상기 웨브(45)가 상기 칼라부(76) 상에 놓이고, 상기 시일(44)의 슬리브 섹션(43)과 상기 칼라부(76)는 축 방향으로 서로 중첩되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프(16).