KR20200042839A - 고압 펌프 및 유체를 압축하는 방법 - Google Patents

고압 펌프 및 유체를 압축하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200042839A
KR20200042839A KR1020190081861A KR20190081861A KR20200042839A KR 20200042839 A KR20200042839 A KR 20200042839A KR 1020190081861 A KR1020190081861 A KR 1020190081861A KR 20190081861 A KR20190081861 A KR 20190081861A KR 20200042839 A KR20200042839 A KR 20200042839A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
compression chamber
fluid
variable volume
chamber
high pressure
Prior art date
Application number
KR1020190081861A
Other languages
English (en)
Inventor
핏쯔너 슈테판
세트레 알렉산데르
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Publication of KR20200042839A publication Critical patent/KR20200042839A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/02—Stopping, starting, unloading or idling control
    • F04B49/03—Stopping, starting, unloading or idling control by means of valves
    • F04B49/035—Bypassing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/10—Adaptations or arrangements of distribution members
    • F04B39/1066—Valve plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/02—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/04—Means for damping vibrations or pressure fluctuations in injection pump inlets or outlets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366—Valves being actuated electrically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366—Valves being actuated electrically
    • F02M59/367—Pump inlet valves of the check valve type being open when actuated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/46—Valves
    • F02M59/464—Inlet valves of the check valve type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404—Details or component parts
    • F04B1/0408—Pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/123—Fluid connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/0009—Special features
    • F04B43/0054—Special features particularities of the flexible members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/0009—Special features
    • F04B43/0054—Special features particularities of the flexible members
    • F04B43/0063—Special features particularities of the flexible members bell-shaped flexible members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/02—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having bellows
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
    • F04B49/24—Bypassing
    • F04B49/243—Bypassing by keeping open the inlet valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/14—Pistons, piston-rods or piston-rod connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/46—Valves
    • F02M59/462—Delivery valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
    • F04B41/06—Combinations of two or more pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명은 유체를 흡입하기 위하여 유체 공급원에 연결된 입구와, 출구를 포함하는 압축 챔버와, 압축 챔버와 입구 사이의 입구 체크 밸브와, 압축 챔버와 입구 체크 밸브 사이의 디지털 입구 밸브와, 매니폴드와 디지털 입구 밸브를 통하여 압축 챔버에 연결되는 가변 체적 챔버와, 압축 챔버와 가변 체적 챔버 내의 유체를 압축하도록 된 플런저 또는 피스톤을 포함하는 고압 펌프를 개시한다.

Description

고압 펌프 및 유체를 압축하는 방법{HIGH PRESSURE PUMP AND METHOD FOR COMPRESSING FLUID}
본 발명은 고압 펌프 및 분사 시스템에 유체를 압축하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고압 펌프 및 직접 분사 방식의 내연 기관을 위한 방법에 관한 것이다.
차량의 내연 기관을 위하여, 고압 펌프는 연료 분사 시스템을 위한 시간 당 100리터(L/h)까지의 유량을 가진 연료를 350bar까지 가압하기 위하여 사용되어 왔다. 이러한 연료 펌프는 플런저 펌프(plunger pump)로 호칭되며, 캠샤프트에 의하여 구동된다. 3.5~5bar의 공급 압력은, 특히 높은 엔진 속도와 플런저 속도에서 디지털 입구 밸브를 통하여 펌프 내의 압축 챔버를 채우기 위하여 요구된다. 대기압에서 상기 레벨로 공급 압력을 증가시키기 위하여, 추가 펌프 또는 사전 공급 펌프(pre-supply pump)가 사용되었다.
도 5a 내지 5c는 종래 기술의 고압 펌프(200)의 원리를 보여준다. 도 5a에 도시된 바와 같이 플런저 또는 피스톤(220)이 아래로 이동하면(흡입 행정), 디지털 입구 밸브(214)를 통하여 입구(204)로부터 유체(206)의 흡입 및 압축 챔버(202)를 유체가 채우는 것을 초래한다. 하사점에 도달한 후, 도 5b에 도시된 바와 같이 플런저 또는 피스톤(220)은 위로 움직이고(압축 행정), 일부 유체는 공급 흐름 맥동을 야기하며 디지털 입구 밸브(214)를 통하여 대략 5bar의 공급 압력에 대항한다. 도 5c에 도시된 바와 같이 디지털 입구 밸브(214)가 닫히면, 플런저 또는 피스톤(220)은 압축 챔버(202) 내에 남은 유체(206)를 분사 시스템을 위해 유체(206)가 저장되는 커먼 레일(common rail) 내의 레일 압력보다 약간 높은 압력까지 압축하고, 플런저 또는 피스톤(220)이 상사점에 도달할 때까지 상기 유체(206)를 출구 체크 밸브(210)를 통하여 출구(208)로 배출한다.
플런저 펌핑 행정들과 디지털 입구 밸브의 작동에 의하여 생성되는 주기적인 연료 흐름은 주기적인 압력 맥동을 야기한다. 상기 주기적인 압력 맥동은 압축 챔버의 채우는 동작에 영향을 끼친다. 따라서, 주기적인 압력 맥동을 억제하기 위하여 댐퍼 막이 이전에 사용되어 왔다.
높은 진동수에서도 플런저가 캠 로브(cam lobe)에 접촉된 상태를 유지하도록 스프링이 사용되었으나, 일정하고 필요한 스프링 예압은 캠 구동 부하, 마찰 및 마모를 유발하여 추가적인 연료 소비를 초래한다.
연료가 캠 측으로 새어 나가는 것을 방지하기 위하여 플런저 씰이 사용되었다. 그러나, 플런저 씰은 플런저의 마찰과 마모를 유발하여 캠 측에서 사용되는 윤활 오일에 의한 연료 오염 또는 희석을 야기하였으며, 이는 엔진 마모 및 인젝터 코킹(injector coking)의 원인이 된다.
DE 20 2011 107 909 U1에는 피스톤 없는 엔진과 가변 연소실 기하학적 구조가 개시되며, 상기 문헌에서 엔진은 통상적인 피스톤 대신 하판이 단단하게 통합된 탄성 챔버 자켓을 가지고, 그것에 의하여 닫힌 공간의 마찰 없는 체적 변화가 가능한 것에 특징이 있다.
DE 695837 C에는 큰 피스톤 스테이지(stage)와 탄성 스프링 피스톤을 포함하는 연소압 구동 연료 펌프가 개시된다.
본 발명은 특히 플런저 씰, 스프링 및 댐퍼 막의 사용 없이 비용 효과적인 방식으로 펌프 성능 및 효율의 향상을 달성하고자 한다.
본 발명은 제1항의 특징을 가진 고압 펌프와 제8항의 특징을 가진 유체를 압축하는 방법을 제공하고자 한다. 바람직한 개선들은 각각 종속항들의 주제이다.
본 발명의 하나의 아이디어는 고압 펌프 내에서 압축 챔버와 가변 체적 챔버의 조합이다. 이 조합은 압축 챔버로 유체의 안정적인 공급, 연료 오염 또는 희석을 방지하기 위한 향상된 캠 접촉 및 씰링 특성뿐만 아니라 고압 펌프를 위한 공급 압력의 감소를 허용한다.
바람직한 실시예에 따르면, 가변 체적 챔버는 벨로우즈를 포함하거나 벨로우즈로 구성된다. 따라서, 벨로우즈 구조의 유연성 때문에 가변 체적 챔버는 유리하게도 스프링과 같이 팽창하고 수축할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 벨로우즈는 메탈 또는 플라스틱 재질을 포함하거나 그것으로 제작될 수 있다. 금속은 벨로우즈에 견고함을 부여하기 때문에 유리하다. 플라스틱은 벨로우즈를 가볍게 만들 수 있으므로 유리하다.
바람직한 실시예에 따르면, 매니폴드는 도관을 포함하고, 상기 도관은 가변 체적 챔버에 유체가 흘러갈 수 있도록 연결된 제1단과, 입구 체크 밸브와 디지털 입구 밸브 사이에 유체가 흘러갈 수 있도록 연결된 제2단을 포함한다. 이것은 디지털 입구 밸브를 통하여 압축 챔버와 가변 체적 챔버를 유체가 흘러갈 수 있도록 연결하는 것을 허용한다.
바람직한 실시예에 따르면, 매니폴드는 적어도 두 개의 분리된 도관을 포함한다. 이것은 디지털 입구 밸브를 통한 압축 챔버와 가변 체적 챔버 사이의 부드러운 유체 교환을 위해 유리하다.
바람직한 실시예에 따르면, 고압 펌프는 압축 챔버와 가변 체적 챔버 사이 또는 압축 챔버와 매니폴드 사이에 위치하며, 오버부스트를 방지하기 위하여 압축 챔버 내의 압력을 제어하도록 된 안전 밸브를 더 포함한다. 따라서, 고압 펌프의 신뢰도가 향상될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 고압 펌프는 디지털 입구 밸브에 전기 제어를 제공하기 위한 제어 유닛을 더 포함한다. 따라서, 디지털 입구 밸브를 정밀하게 제어할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 유체를 압축하는 방법이 제공된다. 상기 방법은
- 유체 공급원을 압축 챔버에 연결하는 단계, 상기 압축 챔버는 입구, 출구, 입구 체크 밸브, 그리고 디지털 입구 밸브를 포함하고, 압축 챔버는 매니폴드와 디지털 입구 밸브를 통하여 가변 체적 챔버에 연결되며,
- 왕복 운동하도록 플런저 또는 피스톤을 구동하는 단계, 그리고
- 압축된 유체가 출구를 통하여 압축 챔버로부터 배출되도록 플런저 또는 피스톤에 의하여 압축 챔버와 가변 체적 챔버 내의 유체를 압축하는 단계
를 포함한다. 상기 방법은 압축 챔버에 유체를 안정적으로 제공하고, 향상된 캠 접촉 및 씰링 특성뿐만 아니라 고압 펌프를 위해 필요한 공급 압력의 감소를 허용한다.
바람직한 실시예에 따르면, 유체를 압축하는 방법은 압축 챔버와 가변 체적 챔버 사이 또는 압축 챔버와 매니폴드 사이에 안전 밸브를 제공하는 단계, 그리고 오버부스트가 발생하면, 안전 밸브에 의하여 가변 체적 챔버 또는 매니폴드 내로 오버부스트를 해방하는 단계를 더 포함한다. 이것은 압축 챔버 내의 오버부스트를 방지할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 유체 공급원의 공급 압력은 1bar 미만이다. 이것은 고압 펌프 내로 유체를 공급하기 위한 추가 펌프 또는 사전 공급 펌프의 동력 소모를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 연료 소모를 감소시킬 수 있다.
유체를 압축하는 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 유체 공급원으로부터 유체의 유량은 100L/h보다 작다. 이것은 고압 펌프 내로 유체를 공급하기 위한 추가 펌프 또는 사전 공급 펌프의 동력 소모를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 연료 소모를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고압 펌프 내에서 압축 챔버와 가변 체적 챔버를 유체가 흘러갈 수 있도록 조합함으로써, 압축 챔버로 유체를 안정적으로 공급하고, 연료 오염 또는 희석을 방지하기 위한 캠 접촉 및 씰링 특성이 향상될 뿐만 아니라 고압 펌프를 위한 공급 압력이 감소될 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 예시적인 실시예들을 참고하여 상세히 설명될 것이다.
도 1a 내지 1f는 유리한 실시예에 따른 고압 펌프의 하나의 예의 개략도이다.
도 2는 유리한 실시예에 따른 안전 밸브를 포함하는 고압 펌프의 개략도이다.
도 3은 유리한 실시예에 따른 제어 유닛을 포함하는 고압 펌프의 개략도이다.
도 4는 유리한 실시예에 따른 유체를 압축하는 단계를 도시한 개략적인 흐름도이다.
도 5a 내지 5c는 종래 기술의 고압 펌프의 개략도이다.
비록 여기에서는 특정 실시예들이 도시되고 설명되지만, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 대체적 및/또는 균등적 구현이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도시되고 설명된 특정 실시예들을 대체할 수 있음을 인식할 것이다. 일반적으로, 본 출원은 여기에서 논의된 특정 실시예들의 어떠한 수정물 또는 변형물도 포괄하도록 의도된다.
이하, 본 발명의 실시예들이 도면을 참고하여 설명될 것이다.
도 1a 내지 1f에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따르면, 고압 펌프(100)는 유체(106)를 흡입하기 위하여 유체 공급원에 연결된 입구(104)와, 출구(108)를 포함하는 압축 챔버(102), 상기 압축 챔버(102)와 입구(104) 사이의 입구 체크 밸브(112), 상기 압축 챔버(102)와 상기 입구 체크 밸브(112) 사이의 디지털 입구 밸브(114), 매니 폴드(118)와 디지털 입구 밸브(114)를 통하여 압축 챔버(102)에 연결된 가변 체적 챔버(116), 그리고 압축 챔버(102)와 가변 체적 챔버(116) 내의 유체(106)를 압축하도록 된 플런저 또는 피스톤(120)을 포함한다.
상기 유체(106)는 액체일 수 있고, 특히 디젤 또는 가솔린 등과 같은 연료일 수 있다.
도 1a는 플런저 또는 피스톤(120)이 하사점까지 아래로 이동할 때(흡입 행정) 디지털 입구 밸브(114)를 여는 것을 도시하며, 이것은 입구 체크 밸브(112)를 통한 유체(106)의 흡입을 초래한다.
도 1b와 1c에 도시된 바와 같이, 플런저 또는 피스톤(120)이 위로 이동할 때(압축 행정), 입구 체크 밸브(112)는 닫히고, 압축 챔버(102), 매니 폴드(118) 및 가변 체적 챔버(116) 내의 압력이 증가한다. 따라서, 공급 흐름에 대항하는 역류에 의한 공급 흐름 맥동(도 5b 참고)을 피할 수 있다.
디지털 입구 밸브(114)가 도 1d에 도시된 바와 같이 닫히면, 매니폴드(118)와 가변 체적 챔버(116) 내의 압력이, 예를 들어 대략 5bar에 도달하고, 압축 챔버(102) 내의 압력은 분사 시스템 내의 레일 압력 레벨보다 살짝 높아지며, 플런저 또는 피스톤(120)이 상사점에 도달할 때까지 유체(106)를 출구 체크 밸브(110)를 통해 출구(108)로 배출한다.
도 1e에 도시된 바와 같이 플런저 또는 피스톤(120)이 아래로 이동하면(흡입 행정), 출구 체크 밸브(110)는 닫히고 디지털 입구 밸브(114)는 열리며, 예를 들어 대략 5bar의 가압된 유체가 압축 챔버(102)를 채우고, 이후 도 1f에 도시된 바와 같이 흡입 행정이 다시 시작되어 매니 폴드(118), 가변 체적 챔버(116), 그리고 압축 챔버(102)를 다시 채운다. 이후, 앞에서 설명한 바와 같은 도 1b 내지 1f의 절차는 반복된다. 이러한 방식으로, 고압 펌프(100)를 위해 필요한 공급 압력의 감소가 달성될 수 있다. 즉, 고압 펌프(100)에 유체(106)를 공급하기 위한 추가 펌프 또는 사전 공급 펌프가 생략되거나 추가 펌프 또는 사전 공급 펌프의 동력 소비가 감소될 수 있다.
유리하게도, 플런저 또는 피스톤(120)의 바닥부는 가변 체적 챔버(116)의 바닥부에 통합될 수 있다. 이는 유체가 캠 측으로 세어나가는 것 및/또는 윤활제가 캠측으로부터 유체로 세어나가는 것을 방지할 수 있다.
또한, 가변 체적 챔버(116)는 스프링과 같이 작용하므로, 가변 체적 챔버(116)는 캠이 가변 체적 챔버(116)의 바닥부에 접촉하는 것을 향상시킬 수 있다. 따라서, 플런저 또는 피스톤(120)을 위한 스프링이 생략될 수 있다.
더 나아가, 가변 체적 챔버(116)는 스프링의 기능을 하므로, 주기적인 압력 맥동이 억제되고 안정화될 수 있다. 상기 맥동은 플런저 또는 피스톤 펌핑 행정과 디지털 입구 밸브(114)의 작동에 의하여 생성되는 주기적인 유체 흐름에 의하여 야기된다. 따라서, 댐퍼 막이 생략될 수 있다.
가변 체적 챔버(116)는 유리하게도 벨로우즈를 포함하거나 벨로우즈로 구성된다. 그 경우, 가변 체적 챔버(116)는 플런저 또는 피스톤(120)의 움직임에 따라 유연하게 팽창하거나 수축한다. 벨로우즈는 바람직하게도 철 등과 같은 메탈 또는 아라미드(Aramide), 특히 PPTA 등과 같은 플라스틱 재료로 제작된다. 이것은 벨로우즈의 무게가 가벼울 수 있으므로 유리할 수 있다.
도 1a 내지 도 1f에 도시된 바와 같이, 매니폴드(118)는 도관(122)을 포함하고, 도관(122)은 가변 체적 챔버(116)에 유체가 흘러갈 수 있도록 연결된 제1단(124)과, 입구 체크 밸브(112)와 디지털 입구 밸브(114) 사이에 유체가 흘러갈 수 있도록 연결된 제2단(126)을 포함한다. 따라서, 압축 챔버(102)와 가변 체적 챔버(116)는 디지털 입구 밸브(114)를 통하여 유체가 흘러갈 수 있도록 연결된다.
상기 매니폴드(118)는 적어도 두 개의 분리된 도관(122)을 포함할 수 있다. 이것은 디지털 입구 밸브(114)를 통한 압축 챔버(102)와 가변 체적 챔버(116) 사이의 부드러운 유체 교환을 위하여 유리하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 펌프(100)는 바람직하게는 압축 챔버(102)와 가변체적 챔버(116) 사이에 안전 밸브(128)를 더 포함할 수 있다. 이와는 달리, 안전 밸브(128)는 압축 챔버(102)와 저압 측의(low pressure side) 임의의 다른 부분(예를 들어 매니폴드(118)) 사이에 연결될 수 있다. 만약 압축 챔버(102) 내에서 오버부스트(overboost)가 발생되면, 상기 오버부스트는 가변 체적 챔버(116) 내로 해소될 수 있고, 압축 챔버(102) 내의 압력은 원하는 압력 레벨 내에 유지될 수 있다. 가변 체적 챔버(116)는 최대 5bar의 낮은 압력을 가지고 있고 스프링 및/또는 쿠션과 같은 요소들을 가지고 있으므로, 갑작스런 압력 변화에 의하여 야기되는 충격을 흡수할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 펌프(100)는 디지털 입구 밸브(114)에 전기적 제어를 제공하도록 제어 유닛(130)을 더 포함한다. 이러한 제어 유닛(130)은 엔진 제어 유닛일 수 있다.
도 4는 유체(106)를 압축하는 방법을 도시하는 흐름도를 보여주며, 상기 방법은 유체 공급원을 압축 챔버(102)에 연결하는 단계(S10)를 포함한다. 압축 챔버(102)는 입구(104), 출구(108), 입구 체크 밸브(112), 그리고 디지털 입구 밸브(114)를 포함한다. 압축 챔버(102)는 매니폴드(118)와 디지털 입구 밸브(114)를 통하여 가변 체적 챔버(116)에 연결된다. 상기 방법은, 예를 들어 압축 챔버(102) 내로 및 압축 챔버(102)의 외부로 왕복 운동을 하도록 플런저 또는 피스톤(120)을 구동하는 단계(S20)를 더 포함한다. 상기 방법은 압축된 유체(106)가 출구(108)를 통하여 압축 챔버(102)로부터 배출되도록 플런저 또는 피스톤(120)에 의하여 압축 챔버(102)와 가변 체적 챔버(116) 내의 유체(106)를 압축하는 단계(S30)를 더 포함한다. 가변 체적 챔버(116)는 그 체적을 플런저 또는 피스톤(120)의 움직임에 따라 변화시키는 것에 의하여 저압 펌프와 같이 작동한다.
유체(106)를 압축하는 방법은 압축 챔버(102)와 가변 체적 챔버(116) 사이 또는 압축 챔버(102)와 매니폴드(118) 사이에 안전 밸브(128)를 제공하는 단계, 그리고 만약 오버부스트가 발생하면 안전 밸브(128)에 의하여 오버부스트를 가변 체적 챔버(116) 또는 매니폴드(118) 내로 해방하는 단계를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 안전 밸브(128)에 의하여 압축 챔버(102) 내의 오버부스트가 방지될 수 있고 고압 펌프(100)의 신뢰도가 향상될 수 있다.
유체(106)를 압축하는 방법은 디지털 입구 밸브(114)를 전기적으로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 디지털 입구 밸브(114)는 솔레노이드 밸브일 수 있다.
유체(106)를 압축하는 방법에서, 유체 공급원의 공급 압력은 바람직하게는 1bar 미만이다. 도 1a 내지 도 1f를 이용하여 설명한 바와 같이, 가변 체적 챔버(116)는 저압 공급원만을 필요로 한다. 따라서, 유체를 고압 펌프(100)에 공급하기 위한 추가 펌프 또는 사전 공급 펌프가 생략되거나, 추가 펌프나 사전 공급 펌프의 동력 소모가 감소될 수 있다.
유체(106)를 압축하는 방법에서, 공급원으로부터 유체의 유량은 100L/h보다 작을 수 있다. 가변 체적 챔버(116)는 낮은 유량을 가진 저압 공급원만을 필요로 한다. 따라서, 유체를 고압 펌프(100)에 공급하기 위한 추가 펌프 또는 사전 공급 펌프가 생략되거나, 추가 펌프나 사전 공급 펌프의 동력 소모가 감소될 수 있다.
비록 본 발명이 바람직한 실시예를 참고하여 설명되었지만, 본 발명은 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니고 다양한 방식으로 변형이 가능하다.
100: 고압 펌프 102: 압축 챔버
104: 입구 106: 유체
108: 출구 110: 출구 체크 밸브
112: 입구 체크 밸브 114: 디지털 입구 밸브
116: 가변 체적 챔버 118: 매니폴드
120: 플런저 또는 피스톤 122: 도관
124: 제1단 126: 제2단
128: 안전 밸브 130: 제어 유닛
200: 종래 기술의 고압 펌프 202: 압축 챔버
204: 입구 206: 유체
208: 출구 210: 출구 체크 밸브
214: 디지털 입구 밸브 220: 플런저 또는 피스톤

Claims (12)

  1. 유체(106)를 흡입하기 위하여 유체 공급원에 연결된 입구(104)와, 출구(108)를 포함하는 압축 챔버(102);
    압축 챔버(102)와 입구(104) 사이의 입구 체크 밸브(112);
    압축 챔버(102)와 입구 체크 밸브(112) 사이의 디지털 입구 밸브(114);
    매니폴드(118)와 디지털 입구 밸브(114)를 통하여 압축 챔버(102)에 연결되는 가변 체적 챔버(116); 그리고
    압축 챔버(102)와 가변 체적 챔버(116) 내의 유체(106)를 압축하도록 된 플런저 또는 피스톤(120);
    을 포함하는 고압 펌프(100).
  2. 제1항에 있어서,
    가변 체적 챔버(116)는 벨로우즈를 포함하는 고압 펌프(100).
  3. 제2항에 있어서,
    벨로우즈는 금속 또는 플라스틱 재질로 제작되는 고압 펌프(100).
  4. 제1항에 있어서,
    매니폴드(118)는 도관(122)을 포함하고,
    상기 도관(122)는 가변 체적 챔버(116)에 유체가 흘러갈 수 있도록 연결되는 제1단(124)과, 입구 체크 밸브(112)와 디지털 입구 밸브(114) 사이에 유체가 흘러갈 수 있도록 연결되는 제2단(126)을 포함하는 고압 펌프(100).
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    매니폴드(118)는 적어도 두 개의 분리된 도관(122)을 포함하는 고압 펌프(100).
  6. 제1항에 있어서,
    오버부스트를 방지하기 위하여 압축 챔버(102)와 가변 체적 챔버(116) 사이 또는 압축 챔버(102)와 매니폴드(118) 사이에 위치하며 압축 챔버(102) 내의 압력을 제어하도록 된 안전 밸브(128)를 더 포함하는 고압 펌프(100).
  7. 제1항에 있어서,
    디지털 입구 밸브(114)에 전기 제어를 제공하기 위한 제어 유닛(130)을 더 포함하는 고압 펌프(100).
  8. 유체(106)를 압축하는 방법에 있어서,
    유체 공급원을 압축 챔버(102)에 연결하는 단계(S10), 상기 압축 챔버(102)는 입구(104), 출구(108), 입구 체크 밸브(112), 그리고 디지털 입구 밸브(114)를 포함하고, 압축 챔버(102)는 매니폴드(118)와 디지털 입구 밸브(114)를 통하여 가변 체적 챔버(116)에 연결되며;
    왕복 운동하도록 플런저 또는 피스톤(120)을 구동하는 단계(S20); 그리고
    압축된 유체(106)가 출구(108)를 통하여 압축 챔버(102)로부터 배출되도록 플런저 또는 피스톤(120)에 의하여 압축 챔버(102)와 가변 체적 챔버(116) 내의 유체(106)를 압축하는 단계(S30);
    를 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    압축 챔버(102)와 가변 체적 챔버(116) 사이 또는 압축 챔버(102)와 매니폴드(118) 사이에 안전 밸브(128)를 제공하는 단계; 그리고
    오버부스트가 발생하면, 안전 밸브(128)에 의하여 가변 체적 챔버(116) 또는 매니폴드(118) 내로 오버부스트를 해방하는 단계;
    를 더 포함하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    디지털 입구 밸브(114)를 전기적으로 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    유체 공급원의 공급 압력은 1bar 미만인 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    유체 공급원으로부터 유체의 유량은 100L/h보다 작은 방법.
KR1020190081861A 2018-10-15 2019-07-08 고압 펌프 및 유체를 압축하는 방법 KR20200042839A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018217644.2A DE102018217644A1 (de) 2018-10-15 2018-10-15 Hochdruckpumpe und verfahren zum verdichten eines fluids
DE102018217644.2 2018-10-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200042839A true KR20200042839A (ko) 2020-04-24

Family

ID=69954332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190081861A KR20200042839A (ko) 2018-10-15 2019-07-08 고압 펌프 및 유체를 압축하는 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11035356B2 (ko)
KR (1) KR20200042839A (ko)
CN (1) CN111042967B (ko)
DE (1) DE102018217644A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117916458A (zh) * 2021-08-27 2024-04-19 斯坦蒂内有限责任公司 用于马达驱动的高压燃料泵的燃料供给

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE695837C (de) 1935-07-22 1940-09-04 Vadime Archaouloff Vom Verdichtungsdruck im Arbeitszylinder einer Brennkraftmaschine angetriebene Brennstoff-Einspritzpumpe
GB837737A (en) * 1957-12-06 1960-06-15 Wm Butler & Co Bristol Ltd Improvements relating to hydraulically operated pumps
US3492946A (en) * 1968-05-23 1970-02-03 Union Carbide Corp Dual volume fluid sample pump
US3597120A (en) * 1969-05-14 1971-08-03 John H Reed Injector-recirculation pump
US4469055A (en) * 1980-06-23 1984-09-04 Caswell Dwight A Controlled variable compression ratio piston for an internal combustion engine
US4483665A (en) * 1982-01-19 1984-11-20 Tritec Industries, Inc. Bellows-type pump and metering system
JPS61215466A (ja) * 1985-03-20 1986-09-25 Yanmar Diesel Engine Co Ltd 可変容量形ピストンポンプ
JP2001295731A (ja) * 2000-04-18 2001-10-26 Toyota Motor Corp 高圧ポンプ
JP3787508B2 (ja) * 2001-07-19 2006-06-21 株式会社日立製作所 高圧燃料供給ポンプ
EP1296061A3 (en) * 2001-09-21 2005-03-16 Hitachi, Ltd. High pressure fuel pump
JPWO2006003871A1 (ja) * 2004-06-30 2008-04-17 三菱重工業株式会社 昇圧ポンプおよびこれを備えた低温流体用貯蔵タンク
JP2006170097A (ja) * 2004-12-16 2006-06-29 Toyota Motor Corp 燃料ポンプ
JP4215000B2 (ja) * 2005-01-19 2009-01-28 株式会社デンソー 高圧ポンプ
JP2007120492A (ja) * 2005-09-29 2007-05-17 Denso Corp 高圧燃料ポンプ
JP4648254B2 (ja) * 2006-06-22 2011-03-09 日立オートモティブシステムズ株式会社 高圧燃料ポンプ
US8360751B2 (en) * 2006-09-11 2013-01-29 Suncor Energy Inc. Discharge pressure actuated pump
US7610902B2 (en) * 2007-09-07 2009-11-03 Gm Global Technology Operations, Inc. Low noise fuel injection pump
US7677872B2 (en) * 2007-09-07 2010-03-16 Gm Global Technology Operations, Inc. Low back-flow pulsation fuel injection pump
US11078897B2 (en) * 2008-06-27 2021-08-03 Lynntech, Inc. Apparatus for pumping fluid
US20110176940A1 (en) * 2008-07-08 2011-07-21 Ellis Shawn D High pressure intensifier system
US7827967B2 (en) * 2008-10-23 2010-11-09 Gm Global Technology Operations, Inc. Low noise fuel pump with variable pressure regulation
JP4995941B2 (ja) * 2010-05-31 2012-08-08 日立オートモティブシステムズ株式会社 高圧燃料ポンプ
NL2007061C2 (en) * 2011-07-07 2013-01-08 Johannes Wilhelmus Tuil An intermittent water irrigation system.
US9243596B2 (en) * 2011-09-13 2016-01-26 Continental Automotive Systems, Inc. Pressure operated mechanical flow control valve for gasoline direct injection pump
DE202011107909U1 (de) 2011-11-16 2012-02-16 Ulrike Ullrich Kolbenloser Motor mit innerer Verbrennung und Kurbeltrieb und verbessertem mechanischem Wirkunsgrad aufgrund niedrigerer Motorreibung infolge Entfall des in einem Zylinder gleitenden Kolben
US9771909B2 (en) * 2014-12-02 2017-09-26 Ford Global Technologies, Llc Method for lift pump control
US9638153B2 (en) * 2015-02-20 2017-05-02 Ford Global Technologies, Llc Method for cooling a direct injection pump
JP6652317B2 (ja) * 2016-02-02 2020-02-19 入江工研株式会社 液体供給装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018217644A1 (de) 2020-04-16
US11035356B2 (en) 2021-06-15
US20200116141A1 (en) 2020-04-16
CN111042967B (zh) 2022-09-27
CN111042967A (zh) 2020-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9291162B2 (en) High-pressure fuel pump
US5911208A (en) High-pressure fuel supply device for internal combustion engine
US10851767B2 (en) Pump for supplying high-pressure fuel
CN108026879B (zh) 高压燃料泵
US7748966B2 (en) Radial piston pump for supplying fuel at high pressure to an internal combustion engine
US10941741B2 (en) High-pressure fuel supply pump
CN107923357B (zh) 高压燃料泵及其制造方法
KR20200042839A (ko) 고압 펌프 및 유체를 압축하는 방법
JP2000120506A (ja) 高圧燃料ポンプ装置
US6889665B2 (en) High pressure pump for a fuel system of an internal combustion engine, and a fuel system and internal combustion engine employing the pump
JP6714745B2 (ja) 燃料噴射システム用の高圧燃料ポンプ
JP6356230B2 (ja) ポンプ
EP4137694A1 (en) High-pressure fuel supply pump and manufacturing method
CN111512039B (zh) 高压燃料泵
CN111868370B (zh) 用于低温燃料的燃料输送装置
CN111263852B (zh) 用于低温燃料的燃料输送装置，用于运行用于低温燃料的燃料输送装置的方法
JPH10184494A (ja) 内燃機関の燃料加圧ポンプ
JPWO2005111406A1 (ja) 高圧燃料ポンプ
US20120186559A1 (en) Fuel pump
WO2024089843A1 (ja) 燃料ポンプ
WO2023209949A1 (ja) 燃料ポンプ
US20230407828A1 (en) Fuel pump
US20240003322A1 (en) Fuel pump
EP1963661A1 (en) Arrangement for dampening the pressure vibration of a fuel feed system of a piston engine
JPH10252658A (ja) ポンプ及び燃料供給ポンプ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination