KR20220043928A - 고압 연료 펌프 - Google Patents

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KR20220043928A
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diaphragm
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다니엘 베크만
슈테판 콜프
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 펌프 하우징(46), 상기 펌프 하우징(46) 내의 수용 공간(52), 상기 수용 공간(52) 내에 배치되며 2개의 다이어프램(58a, 58b)을 갖는 다이어프램 셀(56) 형태의 압력 맥동 댐퍼(44), 및 상기 수용 공간(52)에 다이어프램 셀(56)을 홀딩하기 위한 홀딩 장치(62)를 포함하는 고압 연표 펌프(28)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 홀딩 장치(62)는 축 방향(70)과 반경 방향(72) 모두에서 펌프 하우징(46)에 견고하게 연결되는, 특히 축 방향(70)과 반경 방향(72) 모두에서, 수용 공간(52)을 한정하는 내부 측면(92)에 고정되는 연결 섹션(66)을 포함한다.

Description

고압 연료 펌프
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 고압 연료 펌프에 관한 것이다.
DE 10 2015 219 537 A1은 내연 기관의 연료 시스템에 사용되는 고압 연료 펌프를 설명한다. 이를 통해 연료는 매우 높은 압력으로 압축되어 인젝터를 통해 내연 기관의 연소실로 직접 분사된다. 알려진 고압 연료 펌프는 입구 측의 양 제어 밸브에 의해 조절될 수 있는 송출량을 갖는 피스톤 펌프이다. 그 결과, 압력 맥동이 입구 측의 저압 영역에서 발생하며, 이 압력 맥동은 거기에 배치된 압력 맥동 댐퍼에 의해 감소된다. 상기 압력 맥동 댐퍼는 예를 들어 실질적으로 대략 서로 평행하게 배열되고 가장자리에서 서로 용접되는 2개의 다이어프램을 갖는 다이어프램 셀을 포함한다. 다이어프램 셀은 펌프 하우징의 수용 공간에서 리테이닝 링과 스프링 사이에 고정된다.
본 발명의 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 고압 연료 펌프에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 개선예는 종속 청구항들에 제시되어 있다.
본 발명에 따른 고압 연료 펌프는 저압 영역 및 상기 저압 영역에 배치된 압력 맥동 댐퍼를 포함한다. "저압 영역"이라는 표현은 연료가 압축되기 전의 입구 측의 영역을 말한다. 압력 맥동 댐퍼는 적어도 하나의 다이어프램 셀을 포함하고, 예를 들어 고압 연료 펌프의 하우징 커버에 의해 한정되는 수용 공간 내에 배치된다.
다이어프램 셀은 바람직하게는 예를 들어 서로의 거울상으로 배치될 수 있는 2개의 다이어프램을 가지며, 이 다이어프램들 사이에 압력 맥동 댐퍼의 내부 공간이 형성되고, 상기 내부 공간은 상기 다이어프램들에 의해 한정된다. 내부 공간은 예를 들어 압축성 기체 유체(예를 들어, 공기 또는 질소)로 채워져 특정 외부 조건에서 내부 공간에 특정 압력이 있게 된다.
수용 공간에 다이어프램 셀을 홀딩하기 위한 홀딩 장치가 제공된다. 본 발명에 따르면, 홀딩 장치는 펌프 하우징에 축방향 및 반경방향 모두에서 견고하게 연결되고, 특히 수용 공간을 한정하는 내부 측면에 축방향 및 축방향 모두에서 고정된다. 따라서, 본 발명에 따른 고압 연료 펌프의 경우, 이전에 존재하던 리테이닝 링 및 이전에 존재하던 스프링이 생략된다. 그 대신, 다이어프램 셀은 홀딩 장치와 그 연결 섹션을 통해 축 방향 및 반경 방향 모두에서 펌프 하우징에 고정된다. 여기서, 다이어프램 셀은 일반적으로 적어도 부분적으로 그리고 적어도 실질적으로 회전 대칭인 부품이기 때문에 축 방향 및 반경 방향을 말할 수 있다.
본 발명으로 인해, 리테이닝 링 및 스프링과 같은 이전 구성요소가 필요 없어 비용이 절감되고 필요한 축방향 연장(구조 높이)이 감소한다. 스프링 변동(spring variance)도 제거되고 추가 인터페이스 구성 요소의 생략 가능성으로 인해 비용이 더욱 절감된다. 스프링이 예를 들어 수용 공간을 한정하는 하우징 커버에 더 이상 지지될 필요가 없기 때문에, 관련 사양이 생략되어 커버도 더 간단하게 설계될 수 있어 비용이 저렴하다. 이전에 리테이닝 링이 지지되어야 했던 하우징 면의 설계에도 유사하게 적용된다.
일 개선예에서, 연결 섹션은 압입 끼워맞춤 방식으로 내부 측면에 고정되고 및/또는 내부 측면에 용접되는 것이 제안된다. 이들은 특히 간단하고 안정적이며 내구성 있는 연결 유형이다. 하우징 커버의 내부 측면인 경우, 다이어프램 셀을 하우징 커버에 간단히 미리 조립될 수 있어 더 많은 비용이 절감된다.
일 개선예에서, 2개의 다이어프램은 원주 방향으로 연장되는 용접 라인에 의해 반경 방향 외부 가장자리 영역에서 서로 용접되고, 홀딩 장치는 2개 이상의 클램핑 섹션을 갖고, 상기 클램핑 섹션들 사이에서 2개의 다이어프램은 용접 라인으로부터 반경 방향 내측 영역에서 클램핑되는 것이 제안된다. 이로 인해, 용접 라인의 부하가 경감되고, 따라서 다이어프램 셀의 피로 강도가 향상된다. 상기 부하 경감은, 다이어프램의 이동이 용접 라인으로부터 떨어져있거나 적어도 감소하여 용접 연결의 굽힘 응력이 감소하는 것에 기초한다.
일 개선예에서, 적어도 하나의 클램핑 섹션이 연결 섹션과 일체로 설계되는 것이 제안된다. 이는 처리할 부품의 수를 줄여 조립을 단순화하고 궁극적으로 비용을 절감한다.
일 개선예에서, 클램핑 섹션들을 서로 용접하는 것이 제안된다. 이러한 방식으로 영구적으로 매우 안정적인 유닛이 형성된다.
일 개선예에서, 클램핑 섹션들을 함께 클립하는 것이 제안된다. 이것은 저렴하게 구현될 수 있다.
일 개선예에서, 연결 섹션이 다이어프램 셀에 일체로 성형되는 것이 제안된다. 이러한 방식으로 조립하기 쉬운 특히 안정적인 유닛이 형성된다.
일 개선예에서, 2개의 다이어프램이 원주 방향으로 연장되는 용접 라인에 의해 2개의 다이어프램 중 적어도 하나의 다이어프램의 가장자리 영역에서 서로 용접되는 것이 제안되며, 2개의 다이어프램 사이에 형성된 내부 공간과 용접 라인 사이에, 2개의 다이어프램이 적어도 부분적으로 마찰 접촉하는 영역이 존재한다. 다이어프램의 움직임과 관련하여 용접 라인의 부하 경감은 여기에서 반경 방향 내측 클램핑에 의해 달성되지 않고 용접 라인으로부터 "반경 방향" 내측에 있는, 2개의 다이어프램 사이의 마찰 결합에 의해 달성된다. 이러한 방식으로 작동 중 두 다이어프램의 상대 이동은 적어도 실질적으로 용접 라인으로부터 떨어져있다.
일 개선예에서, 용접 라인과 두 다이어프램 사이에 형성된 내부 공간 사이에는, 굽힘부가 있는 것이 제안된다. 이러한 "굽힘"은 2개의 다이어프램이 구부러지는 것을 의미하는 것으로 이해되며, 즉 축 방향으로 연장되는 일종의 공통 칼라형 섹션이 형성된다. 굽힘은 바람직하게는 대략 90°이고 반경으로 발생하며, 굽힘 영역의 내부 다이어프램 반경은 굽힘 영역의 외부 다이어프램 반경보다 작다. 이러한 굽힘은 작동 중 용접 라인에 작용하는 굽힘 응력을 감소시킨다.
일 개선예에서, 굽힘 영역에서 하나의 다이어프램의 반경 방향 내부 섹션이 다른 다이어프램의 반경 방향 외부 섹션 내에 압입 끼워맞춤 방식으로 수용되는 것이 제안된다. 따라서 2개의 다이어프램 사이에 추가적인 원통형 압입 끼워맞춤이 형성되고, 이를 통해 2개의 다이어프램 사이에 강한 마찰 결합이 이루어지고, 2개의 다이어프램의 상대 이동은 용접 라인으로부터 확실하게 떨어져있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 고압 연료 펌프를 구비한 내연 기관의 연료 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 제 1 실시예에서 도 1의 고압 연료 펌프의 일부의 부분 길이방향 단면도를 도시한다.
도 3은 도 2의 부분 III의 세부도를 도시한다.
도 4는 제 2 실시예에서 고압 연료 펌프의 도 3과 유사한 도면을 도시한다.
도 5는 변형 실시예에서 도 4의 고압 연료 펌프의 부분을 도시한다.
도 6은 변형 실시예에서 도 5와 유사한 도면을 도시한다.
이하에서, 기능적으로 동등한 요소들 및 영역들은 상이한 실시예에서도 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 1에서, 연료 시스템은 전체적으로 도면 부호 10으로 표시된다. 연료 시스템은 매우 단순화된 개략도로 도시되며 내연 기관(미도시)에 연료를 제공하는데 사용된다.
연료는 연료 탱크(12)로부터 흡입 라인(14), 대부분 전기의 사전 공급 펌프(16), 저압 라인(18)을 통해, 전자기 작동 장치(22)에 의해 작동될 수 있는 양 제어 밸브(24)의 입구(20)로 공급되며, 고압 연료 펌프(28)의 작동 챔버(26)로, 예를 들어 사전 공급 펌프(16)에 의해 제공되는 4-8 bar, 특히 약 6 bar의 사전 압력으로 공급된다. 양 제어 밸브(24)는 예를 들어 고압 연료 펌프(28)의 강제 개방 가능한 입구 밸브일 수 있다.
고압 연료 펌프(28)의 피스톤(30)은 도면에서 캠 디스크(32)에 의해 수직으로 이동될 수 있다. 스프링이 장착된 체크 밸브로 설계된 출구 밸브(36)와 스프링이 장착된 체크 밸브로 설계된 압력 릴리프 밸브(38)가 고압 연료 펌프(28)의 작동 챔버(26)와 출구(34) 사이에 유압식으로 배치된다. 출구(34)는 고압 라인(40)을 통해 고압 축압기(42)("커먼 레일")에 연결된다.
연료 시스템(10)의 작동 동안, 사전 공급 펌프(16)는 연료 탱크(12)로부터 저압 라인(18)으로 연료를 전달한다. 양 제어 밸브(24)는 연료에 대한 각각의 요구에 따라 폐쇄 및 개방될 수 있다. 그 결과, 고압 축압기(42)로 전달되는 연료량이 조절된다. 고압 연료 펌프(28)의 불연속 작동으로 인해, 소위 압력 맥동이 연료 시스템(10)의 여러 섹션, 특히 작동 챔버(26)의 상류, 즉 고압 연료 펌프(28) 또는 연료 시스템(10)의 저압 영역(43)에서 발생한다. 이들을 감쇠시키기 위해, 압력 맥동 댐퍼(44)가 거기에 배치된다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 고압 연료 펌프(28)는 실질적으로 원통형 또는 회전 대칭 형상을 갖는 펌프 하우징(46)을 포함한다. 도 2의 펌프 하우징(46)의 상부 영역에서, 펌프 하우징은 펌프 하우징(46)에 유체 밀봉 방식으로 연결되는, 예를 들어 용접되는 후드형 하우징 커버(50)가 배치되는 단부면(48)을 갖는다. 유체 챔버(52)는 단부면(48)과 하우징 커버(50) 사이에 형성되고 채널(54)을 통해 저압 영역(43)에 연결된다. 이미 위에서 언급한 압력 맥동 댐퍼(44)는 유체 챔버(52) 내에 배치되고 본 경우에 다이어프램 셀(56)을 포함한다. 이 점에 있어서, 유체 챔버(52)는 수용 공간이라고도 할 수 있다.
다이어프램 셀(56)은 두 개의 다이어프램(58a, 58b)을 포함하는데, 이들은 중앙 영역에서 서로 실질적으로 동일하고 평면도에서 실질적으로 원형 윤곽을 갖고 회전 대칭인 거울상으로 배열된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 다이어프램(58a, 58b)은 반경 방향 외부 가장자리에서 용접 라인(60)에 의해 유체 밀봉 방식으로 서로 용접된다. 다이어프램 셀(56)은 홀딩 장치(62)에 의해 유체 챔버(52) 내에 홀딩된다. 홀딩 장치(62)는 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 두 개의 다이어프램(58a, 58b) 사이에는 내부 공간(64)이 형성된다. 따라서, 내부 공간은 2개의 다이어프램(58a, 58b)에 의해 한정된다. 이 내부 공간(64)은 가스, 예를 들어 질소 또는 공기로, 특히 특정 압력으로 채워진다.
홀딩 장치(62)는 본 경우 상부 다이어프램(58a) 및 이에 따라 다이어프램 셀(56)에 일체로 성형되는 연결 섹션(66)을 포함한다. 이를 위해 상부 다이어프램(58a)은 다음과 같이 설계된다(도 3 참조): 다이어프램(58a)의 작동 영역은 이미 위에서 언급한 중앙 영역(68)에 의해 형성되며, 이 중앙 영역에는 원주 방향 비드형 성형부들(도면 부호 없음)이 있고, 상기 성형부들은 축 방향(70)으로 다이어프램(58a)의 이동을 허용한다. 다이어프램들(58a, 58b)은 전술한 바와 같이, 실질적으로 원형 윤곽을 갖고 회전 대칭이기 때문에, 상기 축 방향(70)이 정의될 수 있다. 대응하는 반경 방향(72)은 이것에 직교하게 된다. 압력 맥동을 감쇠시키는 상기 기능은 다이어프램(58a)의 중앙 영역(68)과 다이어프램(58b)의 대응하는 중앙 영역(도면 부호 없음)의 상기 이동에 의해 달성된다.
중앙 영역(68)의 반경방향 외부에서, 다이어프램(58a)은 반경방향 외부로 연장되는 원주방향의 평평한 제 1 섹션(74)을 갖는다. 반경방향 외부 가장자리에는 굽힘부(76)가 있으며, 이 굽힘부를 통해 다이어프램(58a)은 본 경우 예를 들어 90°아래로 구부러진다. 굽힘부(76)는 반경 R을 갖는다. 원통형 칼라 형태의 원주 방향 제 2 섹션(78)은 굽힘부(76)로부터 아래쪽으로 축방향으로 연장된다. 이들에 원주 방향 제 3 섹션(80)이 구체적으로 본 경우 예를 들어 바깥쪽으로 비스듬하게 약 45°의 각도로 형성된다. 제 3 섹션(80)에는 원주 방향으로 균일하게 분포된 다수의 개구(82)가 있으며, 이를 통해 연료가 작동 중에 흐를 수 있다. 제 3 섹션(80)에는 예를 들어 원주 방향 제 4 섹션(84)이 형성되고, 상기 제 4 섹션(84)은 축 방향(70)으로 직선으로 연장되고 도 3에서 아래쪽으로 연장되며, 이 점에 있어서 원통형 칼라 방식으로 설계된다.
다이어프램(58b)은 중앙 영역(68)의 반경방향 외부에서 마찬가지로 반경 방향 외부로 연장되는 원주방향의 평평한 제 1 섹션(86)을 갖는다. 반경방향 외부 가장자리에는 굽힘부(88)가 있으며, 이 굽힘부를 통해 다이어프램(58b)은 본 경우 예를 들어 90°아래로 구부러진다. 굽힘부(88)는 반경 r을 갖는다. 원통형 칼라 형태의 원주 방향 제 2 섹션(90)은 굽힘부(88)로부터 아래쪽으로 축방향으로 연장된다. 이러한 방식으로, 다이어프램(58b)의 제 2 섹션(90)은 반경방향 내부 섹션을 형성하고 다이어프램(58a)의 제 2 섹션(78)은 반경방향 외부 섹션을 형성한다. 그러나, 다이어프램(58b)의 제 2 섹션(90)은 다이어프램(58a)의 제 2 섹션(78)보다 축방향(70)으로 덜 연장된다.
다이어프램(58b)의 제 2 섹션(90)의 돌출된 자유 가장자리에서, 다이어프램(58b)은 이미 위에서 언급한 용접 라인(60)에 의해 다이어프램(58a)의 제 2 섹션(78)에 용접된다. 다이어프램(58b)의 제 2 및 반경방향 내부 섹션(90)은 압입 끼워맞춤 방식으로 다이어프램(58a)의 제 2 및 반경방향 외부 섹션(78)에 수용된다. 또한, 굽힘부(76)와 굽힘부(88), 및 제 1 섹션(74)과 제 1 섹션(86)은 서로 마찰 접촉하도록 결합된다. 이러한 방식으로 2개의 다이어프램(58a, 58b)의 중앙 영역(68)의 이동이 적어도 실질적으로 용접 라인(60)으로부터 떨어져 있는 것이 달성된다.
다이어프램(58a)의 제 4 섹션(84)은 압입 끼워맞춤 방식으로 하우징 커버(50)의 내부 측면(92)에 고정된다. 도시되지 않은 실시예에서, 상기 제 4 섹션(84)은 추가적으로 또는 대안적으로 상기 내부 측면에 용접된다. 이러한 방식으로, 여기서 특히 굽힘부(76), 제 2 섹션(78), 제 3 섹션(80) 및 제 4 섹션(84)에 의해 형성된 홀딩 장치(62)의 연결 섹션(66)은 하우징 커버(50)에 연결되고, 이 점에 있어서 펌프 하우징(46)에 축 방향(70) 및 반경 방향(72)으로 견고하게 연결된다. 따라서, 다이어프램 셀(56)은 하우징 커버(50)에 고정 방식 및 포획 방식으로 유지된다.
홀딩 장치(62)의 대안적인 실시예가 이제 도 4를 참조하여 설명될 것이다: 이 실시예에서, 2개의 다이어프램(58a, 58b)은 서로 동일하고, 용접 라인(60)은 다이어프램(58a)의 제 1 섹션(74) 및 다이어프램(58b)의 제 2 섹션(86)의 돌출 가장자리에 존재한다. 홀딩 장치(62)는 서로에 대해 예응력을 받는 2개의 탄성 클램핑 섹션(94, 96)을 갖고, 상기 클램핑 섹션들 사이에 다이어프램(58a)의 제 1 섹션(74)과 다이어프램(58b)의 제 1 섹션(86)이 클램핑된다. 이와 관련해서, 2개의 다이어프램(58a, 58b)은 용접 라인(60)으로부터 반경방향 내측 영역에서 클램핑된다. 도 4의 상부 클램핑 섹션(94)은 도 4의 홀딩 장치(62)의 제 2 섹션(78)의 상부 가장자리에 형성되고 따라서 본 경우 주로 제 2 섹션(78), 제 3 섹션(80) 및 제 4 섹션(84)으로 형성되는 연결 섹션(66)과 일체로 형성된다. 도 4의 하부 클램핑 섹션(96)은 도 4에 도시되지 않은 방식으로 제 2 섹션(78)에 고정된다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 하부 클램핑 섹션(96)을 제 2 섹션(78)에 고정하는 것은 스냅인 클립 연결을 통해 달성될 수 있다. 이를 위해, 하부 클램핑 섹션(96)의 탄성 래칭 러그(100)가 맞물릴 수 있는 개구들(98)이 제 2 섹션(78)에 존재한다. 대안적으로, 하부 클램핑 섹션(96)은 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 섹션(78)에 간단히 용접될 수 있다(용접 라인(102)). 두 경우, 2개의 클램핑 섹션(94 및 96)이 서로에 대해 축방향으로 예응력을 받아 다이어프램(58a 및 58b)의 제 1 섹션(74 및 86)에 충분히 강한 클램핑력이 가해지도록 해야 한다.
28: 고압 연료 펌프
46: 펌프 하우징
52: 수용 공간
56: 다이어프램 셀
58a, 58b: 다이어프램
60: 용접 라인
62: 홀딩 장치
66: 연결 섹션
76, 88: 굽힘부
92: 내부 측면
94, 96: 클램핑 섹션

Claims (10)

  1. 펌프 하우징(46), 상기 펌프 하우징(46) 내의 수용 공간(52), 상기 수용 공간(52) 내에 배치되며 2개의 다이어프램(58a, 58b)을 갖는 다이어프램 셀(56) 형태의 압력 맥동 댐퍼(44), 및 상기 수용 공간(52)에 상기 다이어프램 셀(56)을 홀딩하기 위한 홀딩 장치(62)를 포함하는 고압 연료 펌프(28)에 있어서,
    상기 홀딩 장치(62)는 축 방향(70)과 반경 방향(72) 모두에서 상기 펌프 하우징(46)에 견고하게 연결되는, 특히 축 방향(70)과 반경 방향(72) 모두에서 상기 수용 공간(52)을 한정하는 내부 측면(92)에 고정되는, 연결 섹션(66)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(28).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연결 섹션(66)은 압입 끼워맞춤 방식으로 상기 내부 측면(92)에 고정되고 및/또는 상기 내부 측면(92)에 용접되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(28).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 2개의 다이어프램(58a, 58b)은 반경방향 외부 가장자리의 영역에서, 원주 방향으로 연장되는 용접 라인(60)에 의해 서로 용접되고, 상기 홀딩 장치(62)는 적어도 2개의 클램핑 섹션(94, 96)을 가지며, 이들 사이에서 상기 2개의 다이어프램(58a, 58b)은 상기 용접 라인(60)으로부터 반경 방향으로 내측 영역에서 클램핑되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(28).
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 클램핑 섹션들(94, 96) 중 적어도 하나는 상기 연결 섹션(66)과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(28).
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 클램핑 섹션들(94, 96)은 서로 용접되는(102) 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(28).
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클램핑 섹션들(94, 96)은 함께 클립되는(98, 100) 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(28).
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연결 섹션(66)은 상기 다이어프램 셀(56)에 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(28).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 다이어프램(58a, 58b)은 상기 2개의 다이어프램(58a, 58b) 중 적어도 하나의 다이어프램의 가장자리 영역에서, 원주 방향으로 연장되는 용접 라인(60)에 의해 서로 용접되고, 상기 용접 라인(60)과 상기 2개의 다이어프램(58a, 58b) 사이에 형성된 내부 공간(64) 사이에, 상기 2개의 다이어프램(58a, 58b)이 적어도 부분적으로 마찰 접촉된 영역이 존재하는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(28).
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 용접 라인과 상기 2개의 다이어프램(58a, 58b) 사이에 형성된 내부 공간 사이에, 굽힘부(76, 88)가 존재하는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(28).
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 굽힘부(76, 88)의 영역에서, 하나의 다이어프램(58b)의 반경 방향 내부 섹션(90)이 다른 다이어프램(58a)의 반경 방향 외부 섹션(78) 내에 압입 끼워맞춤 방식으로 수용되는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프(28).
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