KR20170053628A

KR20170053628A - 연료 펌프

Info

Publication number: KR20170053628A
Application number: KR1020177006505A
Authority: KR
Inventors: 토비 페들리; 폴 가랜드
Original assignee: 델피 인터내셔널 오퍼레이션즈 룩셈부르크 에스.에이 알.엘.
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2017-05-16
Anticipated expiration: 2035-08-05
Also published as: CN107076124A; GB201416109D0; EP3191704A1; CN107076124B; WO2016037771A1; EP3191704B1; KR102327787B1

Abstract

본 개시내용은 커먼레일 연료 분사 시스템에 고압 연료를 공급하기 위한 펌프(100, 200)에 관한 것이다. 상기 펌프(100, 200)는 펌핑 챔버(111, 211)와 가압 챔버(119, 219)를 형성하는 기다란 개구부(109, 209); 상기 펌핑 챔버(111, 211)로부터 연료를 펌핑하기 위해 상기 기다란 개구부(109, 209) 내에서 왕복운동하도록 구성된 펌핑 요소(113, 213); 및 상기 가압 챔버 내의 연료를 가압하기 위한 가압 수단(129, 249)을 포함한다. 상기 가압 챔버(119, 219)는 상기 펌핑 챔버(111, 211)로부터의 누설을 감소시키도록 상기 펌핑 요소(113, 213)의 원주 둘레로 적어도 부분적으로 연장된다.

Description

연료 펌프{FUEL PUMP}

본 발명은 내연기관의 커먼레일 연료 분사 시스템에 고압 연료를 공급하기 위한 연료 펌프에 관한 것이다. 본 발명은 압축 착화(디젤) 기관에서 특정한 적용을 갖는다.

커먼레일 연료 분사 시스템용 고압 연료 펌프는 일반적으로 플런저의 왕복운동에 의해 펌핑 챔버 내에 연료를 가압하는 하나 이상의 유압 펌프 헤드를 포함한다. 일반적으로, 저압 연료는 차량 연료 탱크와 같은 연료 공급부로부터 펌프 헤드로 공급된다. 일단 가압되면, 고압 연료는 펌핑 챔버로부터 커먼레일로 공급된다.

도 1 및 2는 유압 펌프 헤드(2)를 포함하는 공지된 고압 연료 펌프(1)를 도시된다. 펌프 헤드(2)는 하우징 바디 영역(5)과 하우징 돌출부(7)를 갖는 펌프 헤드 하우징(3)을 구비한다. 펌핑 플런저(9)는 하우징 바디 영역(5) 내에 부분적으로 그리고 하우징 돌출부(7) 내에 부분적으로 형성된 보어(11) 내에서 왕복운동하도록 배치된다. 펌핑 플런저(9)는 캠박스(미도시) 내에 위치된 구동 샤프트(미도시)에 장착된 회전 캠(미도시)에 의해 구동되는 저압 단부(13)를 포함한다. 펌핑 챔버(15)는 보어(11)의 단부에서 하우징 바디 영역(5) 내에 형성된다.

저압 연료는 하우징 바디 영역(5) 내의 입구 드릴링(17)을 따라 펌핑 챔버(15)에 공급된다. 연료는 보어(11) 내에서의 펌핑 플런저(9)의 왕복운동에 의해 펌핑 챔버(15) 내에서 가압된다. 구동 샤프트가 회전함에 따라, 캠이 저압 단부(13) 상에 축방향력을 가하여, 도 1에 나타낸 상사점 위치(즉, 보어(11) 내에서의 플런저(9)의 최상측 위치)와 도 2에 나타낸 하사점 위치(즉, 보어(11) 내에서의 플런저(9)의 최하측 위치) 사이에서 플런저(9)가 보어(11) 내에서 왕복운동하게 한다. 플런저(9)는 흡기 스트로크(플런저(9)가 상사점 위치로부터 하사점 위치로 이동되고 저압 연료가 펌핑 챔버(15) 내로 도입됨)와, 펌핑 스트로크(플런저(9)가 하사점 위치로부터 상사점 위치로 이동되고 연료가 펌핑 챔버(15) 내에서 가압됨)로 구성되는 펌핑 사이클을 수행한다. 가압 연료는 출구 드릴링(19)을 따라 펌핑 챔버(15)로부터 커먼레일로 펌핑된다.

펌핑 사이클 동안에, 플런저(9)를 지나 동적 누설이 발생하여, 특히 저속에서 펌프(1)의 유압(체적) 효율을 감소시킬 수 있다. 이러한 문제점은, 예컨대 2,000 바아 또는 2,500 바아를 초과하는 고압에서 작동할 때 악화되며, 여기서 보어(11)와 플런저(9)의 치수는 플런저(9)를 지나 동적 누설을 증가시킬 수 있는 기하학적 변화를 받을 수 있다.

적어도 소정 실시예에서, 본 발명은 공지된 펌프 헤드와 관련된 문제점 중 적어도 일부를 극복 또는 개선하도록 한다. 특히, 적어도 소정 실시예에서, 본 발명은 강화된 유압 효율을 갖고 플런저를 지나 동적 누설이 감소시킬 수 있는 연료 펌프를 제공하도록 한다.

본 발명의 관점은, 내연기관의 커먼레일 연료 분사 시스템에 고압 연료를 공급하기 위한 연료 펌프에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 커먼레일 연료 분사 시스템에 고압 연료를 공급하기 위한 펌프로서,

펌핑 챔버와 가압 챔버를 형성하는 기다란 개구부;

상기 펌핑 챔버로부터 연료를 펌핑하기 위해 상기 기다란 개구부 내에서 왕복운동하도록 구성된 펌핑 요소; 및

상기 가압 챔버 내의 연료를 가압하기 위한 가압 수단

을 포함하며,

상기 가압 챔버는 상기 펌핑 챔버로부터의 누설을 감소시키도록 상기 펌핑 요소의 원주 둘레로 적어도 부분적으로 연장되는, 펌프가 제공된다. 상기 가압 챔버 내의 연료압은 펌핑 작동 동안에 상기 펌핑 요소를 지나 유압 누설을 감소시키도록 증가한다. 상기 가압 챔버 내에 중간 가압 영역을 확립함으로써, 상기 펌핑 요소의 길이를 따라 불균일형 또는 단차형 압력 프로파일이 확립된다. 상기 펌핑 챔버 근위의 상기 압력 프로파일의 구배가 감소될 수 있고, 이는 상기 펌핑 요소를 지나 상기 펌핑 챔버로부터의 동적 연료 누설을 감소시킬 수 있다. 적어도 소정 실시예에서, 상기 연료 펌프의 유압 효율이 개선될 수 있다.

상기 펌프는 흡기 스트로크(연료가 펌핑 챔버 내로 공급됨)와, 펌핑 스트로크(펌핑 챔버 내의 연료가 가압되어 펌핑 챔버로부터 펌핑됨)를 포함하는 펌핑 사이클을 수행하도록 구성될 수 있다. 상기 가압 수단은 상기 펌핑 스트로크 동안에 상기 가압 챔버 내의 연료를 가압하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 가압 챔버 내의 연료는 상기 펌핑 챔버 내의 연료가 가압될 때 가압된다. 상기 펌프는 상기 펌핑 요소를 구동하기 위한 구동 수단을 포함할 수 있다. 상기 구동 수단은 상기 펌핑 요소의 왕복운동을 제공하도록 구성된 구동 메커니즘의 형태일 수 있다. 상기 구동 수단은 구동 샤프트에 결합된 캠을 포함할 수 있다. 상기 구동 수단은 구동 샤프트에 결합된 스와시 플레이트(swashplate)를 포함할 수 있다. 상기 구동 수단은 슬리퍼 태핏 구성체를 포함할 수 있다. 상기 펌프는 캠이 회전가능하게 장착되는 캠 박스를 포함할 수 있다. 상기 가압 챔버는 상기 펌핑 챔버와 상기 구동 수단 사이에 가압 영역을 확립하도록 구성될 수 있다. 상기 가압 영역은 상기 펌핑 요소의 종방향 길이를 따라 확립될 수 있다. 상기 가압 챔버는 적어도 상기 펌핑 사이클의 일부 동안에 상기 구동 수단으로부터 분리될 수 있다. 특히, 상기 가압 수단은 상기 구동 수단으로부터 상기 가압 챔버를 격리하도록 적어도 부분적인 시일을 확립할 수 있다. 상기 펌핑 챔버와 상기 구동 수단 사이에 확립된 상기 압력 프로파일은 단차형 프로파일을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 펌핑 챔버와 상기 구동 수단 사이의 압력 프로파일의 구배는 상기 가압 챔버와 상기 구동 수단 사이의 구배보다 낮을 수 있다.

상기 펌핑 요소는 플런저의 형태일 수 있다. 상기 펌핑 요소는 실질적으로 원통형일 수 있다. 상기 가압 챔버는 환형 챔버일 수 있다. 상기 펌프는 상기 펌핑 챔버로부터 누설을 감소시키도록 상기 펌핑 요소의 원주 둘레에서 적어도 부분적으로 연장되는 복수의 가압 챔버를 포함할 수 있다. 상기 가압 챔버는 상기 펌핑 요소의 종축을 따라 서로 오프셋될 수 있다.

상기 기다란 개구부는 상기 펌핑 챔버를 형성하는 제1 영역과, 상기 가압 챔버를 형성하는 제2 영역을 포함할 수 있으며, 상기 제2 영역은 상기 펌핑 요소의 종축을 따라 상기 제1 영역으로부터 오프셋될 수 있다. 상기 제1 및 제2 영역은 실질적으로 원통형일 수 있다. 상기 제1 영역은 제1 직경을 가질 수 있고, 상기 제2 영역은 제2 직경을 가질 수 있으며, 상기 제2 직경은 상기 제1 직경보다 크다. 상기 제2 영역은 테이퍼 섹션을 포함할 수 있다. 상기 테이퍼 섹션은 상기 가압 수단과 연동하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 영역 내의 테이퍼 섹션은 상기 가압 수단 내의 테이퍼 섹션과 연동할 수 있다.

상기 가압 수단은 상기 가압 챔버를 밀봉하도록 구성될 수 있다. 상기 가압 수단은, 예컨대 확대된 반경을 갖는 환형 숄더의 형태로 상기 펌핑 요소 상에 형성된 환형 돌출부를 포함할 수 있다. 상기 환형 돌출부는 상기 펌핑 요소가 전진할 때 상기 가압 챔버 내의 연료를 가압하도록 배치될 수 있다. 상기 환형 돌출부는 상기 펌핑 요소의 원주 둘레에서 연장될 수 있다. 상기 환형 돌출부는 상기 펌핑 요소와 일체 형성될 수 있다. 상기 환형 돌출부는 환형 단차부일 수 있다.

변형적으로, 상기 가압 수단은 상기 펌핑 요소 둘레에서 연장되는 환형 슬리브를 포함할 수 있다. 상기 환형 슬리브는 상기 가압 챔버의 측벽과 시일을 형성하도록 배치될 수 있다. 상기 펌핑 요소는 실질적으로 원통형일 수 있고, 상기 환형 슬리브는 상기 펌핑 요소의 원주 둘레에서 연장될 수 있다. 상기 환형 슬리브는 상기 펌핑 요소에 결합될 수 있다. 상기 환형 슬리브와 상기 펌핑 요소 사이에는 환형 간극이 형성될 수 있다. 사용시에, 상기 환형 간극의 반경방향 폭은 상기 펌핑 요소가 부하 하에 있을 때 상기 펌핑 요소의 반경방향 팽창으로 인해 감소할 수 있다. 상기 펌핑 챔버 내의 연료가 가압되면, 상기 펌핑 요소의 적어도 일부는 상기 펌핑 요소와 상기 환형 슬리브 사이의 상기 환형 간극을 감소시키는 반경방향 팽창을 받을 수 있다. 이에 따라, 상기 가압 챔버 내의 연료압은 상기 펌핑 챔버 내의 연료압이 증가할 때에만 증가한다. 적어도 소정의 실시예에서, 이러한 구성은 상기 펌핑 챔버 내의 연료압에 따라서 상기 가압 챔버 내의 연료압을 제어하는데 도움을 주고, 요구되지 않을 때 상기 가압 챔버가 상기 가압 챔버 내의 연료를 가압하는 에너지의 소비를 회피하게 한다. 상기 펌핑 요소의 반경방향 팽창은 탄성 변형이다. 상기 펌핑 요소의 탄성 변형은 프와송 효과로 인한 것이며, 프와송비에 의해 결정된다. 상기 펌핑 요소의 반경방향 팽창은 적어도 상기 펌핑 요소의 저압 단부에서 발생한다. 상기 펌핑 요소의 반경방향 팽창은 상기 펌핑 요소의 전체 길이를 따라 발생할 수 있다. 특히, 상기 펌핑 요소의 반경방향 팽창이 상기 펌핑 요소의 고압 단부에서 발생할 수 있지만, 상기 고압 단부의 반경방향 팽창은 상기 고압 단부 근위의 유압에 의해 제한될 수 있다. 상기 환형 간극은 축방향 부하 하에서의 상기 펌핑 요소의 반경방향 팽창으로 인해 실질적으로 폐쇄되도록 크기설정될 수 있다.

상기 환형 슬리브는 하부벽을 포함할 수 있고, 상기 하부벽은 적어도 하나의 벤트 그루브를 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 벤트 그루브는 상기 환형 간극과 유체 연통할 수 있다. 상기 펌핑 요소는 상기 환형 슬리브를 구동식으로 결합하기 위한 환형 플랜지를 포함할 수 있다.

상기 가압 챔버는 상기 가압 챔버 내로 연료 흐름을 허용하도록 적어도 하나의 연료 입구를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 연료 입구는 상기 펌핑 요소가 하사점 위치에 있을 때 개방되고, 상기 펌핑 요소가 상사점 위치를 향해 변위될 때 폐쇄될 수 있다. 상기 적어도 하나의 연료 입구는 상기 기다란 개구부의 측벽 내에 형성된 입구 포트를 포함할 수 있다. 각각의 입구 포트는 상기 기다란 개구부의 측벽을 통해 반경방향으로 연장될 수 있다. 각각의 입구 포트는 상기 측벽 내에 형성된 개구부, 예컨대 구멍 또는 슬롯의 형태일 수 있다. 상기 연료 입구는 복수의 입구 포트를 포함할 수 있다.

변형례로서, 상기 가압 수단은, 상기 가압 챔버에 연료가 들어가게 하도록, 상기 펌핑 요소가 하사점 위치에 있을 때 상기 가압 챔버 외부로 수축(retract)될 수 있다.

본 출원의 범위 내에서, 이전 단락, 청구범위 및/또는 하기의 설명 및 도면에서 기술된 각종 관점, 실시예, 예 및 변형례, 특히 개별적인 특징은 독립적으로 또는 임의의 조합으로 취해질 수 있음이 명백하게 의도된다. 즉, 모든 실시예 및/또는 임의의 실시예의 특징은, 그 특징이 호환가능하지 않는 한 임의의 방식 및/또는 조합으로 결합될 수 있다. 출원인은 최초 출원된 청구범위를 변경하거나 또는 임의의 새로운 청구범위를 제출하는 권리를 가지며, 이는 최초 출원된 청구범위를 임의의 다른 청구범위의 임의 특징에 종속시키고 그리고/또는 이를 포함하도록 보정할 권리를 포함한다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 예로서만 기술한다.
도 1은 연료 분사 시스템에 사용되는 공지된 고압 연료 펌프의 펌프 헤드에 대한 개략적인 단면도로서, 플런저가 상사점 위치에 있는 도면,
도 2는 도 1의 펌프 헤드에 대한 개략적인 단면도로서, 플런저가 하사점 위치에 있는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 고압 연료 펌프에 대한 단면도,
도 4는 도 3의 고압 연료 펌프의 펌프 헤드에 대한 개략적인 단면도로서, 플런저가 상사점 위치에 있는 도면,
도 5는 도 3의 펌프 헤드에 대한 개략적인 단면도로서, 플런저가 하사점 위치에 있는 도면,
도 6은 본 발명의 제1 변형례에 따른 펌프 헤드에 대한 개략적인 단면도로서, 플런저가 상사점 위치에 있는 도면,
도 7은 도 6의 펌프 헤드에 대한 개략적인 단면도로서, 플런저가 하사점 위치에 있는 도면,
도 8은 본 발명의 제2 변형례에 따른 펌프 헤드에 대한 개략적인 단면도로서, 플런저가 하사점 위치에 있는 도면,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 펌프 헤드에 대한 개략적인 단면도로서, 플런저가 상사점 위치에 있는 도면,
도 10은 도 9의 펌프 헤드에 대한 개략적인 단면도로서, 플런저가 하사점 위치에 있는 도면,
도 11은 도 9 및 10의 펌프 헤드에 사용되는 환형 슬리브에 대한 사시도.

도 3 내지 5를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 고압 연료 펌프(100)를 기술한다. 연료 펌프(100)는 내연기관의 커먼레일에 디젤 연료를 펌핑하도록 의도된다.

펌프(100)는 펌프 헤드(101)(도 4 및 5에 상세하게 도시)를 포함한다. 펌프 헤드(101)는 하우징 바디부(105)와, 하우징 원통형 돌출부(107)(터릿부로도 부름)를 구비하는 펌프 헤드 하우징(103)을 포함한다. 원통형 돌출부(107)는 하우징 바디부(105)로부터 돌출한다. 펌프 헤드 하우징(103)은 하우징 바디부(105) 내로 그리고 원통형 돌출부(107)를 통해 연장되는 기다란 개구부(109)를 포함한다. 개구부(109)는 펌핑 챔버(111)와 가압 챔버(119)를 형성한다. 종축(X)을 갖는 플런저(113)는 개구부(109) 내에 슬라이딩 가능하게 수용되어, 펌핑 챔버(11) 내의 연료를 가압하도록 구성된다. 펌프 헤드(101)는 저압 입구 라인(115) 및 고압 출구 라인(116)과 유체 연통하게 배치된다.

저압 입구 라인(115)은 펌핑 챔버(111)에 저압 연료를 공급하도록 저압 연료 저장기(미도시)와 유체 연통한다. 입구 밸브(117)는 펌핑 챔버(111)로부터 저압 입구 라인(115)으로 연료의 리턴을 억제하도록 저압 입구 라인(115) 내에 제공된다.

고압 출구 라인(116)은 연료 커먼레일(미도시)과 유체 연통한다. 출구 스프링(122)에 의해 바이어스되는 출구 밸브 부재(120)를 포함하는 출구 밸브(118)는 고압 출구 라인(116)으로부터 펌핑 챔버(111)로의 연료의 리턴을 억제하도록 고압 출구 라인(116) 내에 제공된다. 밸브 부재(120) 상의 출구 스프링(122) 및 커먼레일 내의 연료압에 의해 가해진 힘은 펌핑 챔버(111) 외부로 연료를 펌핑하도록 펌핑 챔버(111) 내에서 초과되어야 하는 연료압을 결정한다.

플런저(113)는 제1 원통형 부재(121)와 제2 원통형 부재(123)를 포함한다. 제2 원통형 부재(123)는 제1 원통형 부재(121)보다 큰 직경을 갖는다. 플런저(113)는 고압단부(125)(도 3-5에 도시된 배향에서의 플런저(113)의 상단부)와, 고압 단부(125)에 대향되게 배치된 저압 단부(127)(도 3-5에 도시된 배향에서의 플런저(113)의 하단부)를 포함한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 저압 단부(127)는 캠 구성체(128)의 형태로 구동 수단에 의해 구동된다. 저압 단부(127)는 캠 박스(136) 내에 위치된 구동 샤프트(134) 상에 장착된 회전 캠(132)에 의해 구동되는 팔로어(130)와 연동한다. 구동 샤프트(134)가 회전함에 따라, 캠(132)이 저압 단부(127) 상에 축방향력을 가하여, 도 4에 나타낸 상사점 위치(즉, 개구부(109) 내에서의 플런저(113)의 최상측 위치)와 도 3 및 5에 나타낸 하사점 위치(즉, 개구부(109) 내에서의 플런저(113)의 최하측 위치) 사이에서 플런저(113)가 개구부(109) 내에서 왕복운동하게 한다.

플런저(113)는 흡기 스트로크와, 펌핑 스트로크로 구성되는 펌핑 사이클을 수행하도록 구성된다. 흡기 스트로크 동안에, 플런저(113)는 저압 입구 라인(115)으로부터 펌핑 챔버(111) 내로 연료를 유도하도록 리턴 스프링(138)(도 3에 도시)에 의해 상사점 위치로부터 하사점 위치로 이동된다. 펌핑 스트로크 동안에, 플런저(113)는 펌핑 챔버(111) 내의 연료를 가압하도록 회전 캠(132)에 의해 하사점 위치로부터 상사점 위치로 이동된다.

플런저(113)의 제2 원통형 부재(123)는 확대된 반경의 환형 숄더(129)의 형태로 가압 수단을 형성한다. 본원에 기술된 바와 같이, 환형 숄더(129)는 가압 챔버(119) 내의 연료를 가압하도록 구성된다.

개구부(109)는 제1 측벽(131a)에 의해 경계를 이루는 제1 영역(135)과, 제2 측벽(141b)에 의해 경계를 이루는 제2 영역(137)을 포함한다. 제1 영역(135)은 펌핑 챔버(111)를 형성하고, 제2 영역(137)은 가압 챔버(119)를 형성한다. 제1 및 제2 영역(135, 137)은 정확히 원통형이다. 제1 영역은 제1 직경(D1)을 갖고, 제2 영역은 제2 직경(D2)을 갖는다. 제2 직경(D2)은 제1 직경(D1)보다 크다. 제1 및 제2 영역(135, 137)은 플런저(113)의 제1 및 제2 원통형 부재(121, 123) 각각을 슬라이딩 가능하게 수용하도록 배치된다. 개구부(109)의 하단부에는 개구(133)가 형성된다. 제1 및 제2 영역(135, 137)은, 제1 및 제2 영역(135, 137)을 형성하는 제1 및 제2 드릴링 작업에 의해 각각 형성된다. 호우닝(honing) 또는 그라인딩(grinding) 작업과 같은 마무리 작업은 드릴링 작업 후에 제1 및 제2 영역(135, 137) 내에서 수행될 수 있다. 제2 영역(137)은 제2 측벽(131b) 내에서 반경방향으로 연장되는 제1 및 제2 연료 입구 포트(141)를 포함한다. 본 실시예에서의 제1 및 제2 입구 포트(141)는 제2 측벽(131b) 내에서 서로 직경방향으로 대향된다.

가압 챔버(119)는 종축(X)을 따라 펌핑 챔버(111)로부터 오프셋된다. 가압 챔버(119)는 개구부(109)의 제2 측벽(131b), 플런저(113), 및 플런저(113)의 환형 숄더(129)에 의해 형성된다. 플런저(113)와 제2 측벽(131b)은 가압 챔버(119)를 밀봉하도록 구성된다. 플런저(113)가 하사점 위치에 있을 때, 가압 챔버(119)는 입구 포트(141)를 통해 가압 챔버(119) 내로 연료가 흐를 수 있도록 입구 포트(141)와 연통한다(즉, 가압 챔버(119)가 개방됨). 플런저(113)가 상사점 위치에 있을 때, 입구 포트(141)는 플런저(113)의 제2 원통형 부재(123)에 의해 차단되어, 가압 챔버(119)를 폐쇄한다. 본원에 기술된 바와 같이, 가압 챔버(119)는 펌핑 챔버(111)와 캠 구성체(128) 사이의 개구부(109) 내에 가압 영역을 확립하도록 구성된다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 펌프(100)의 동작을 기술한다.

구동 샤프트(134)가 회전함에 따라, 캠(132)과 리턴 스프링(138)은 흡기 스트로크와 펌핑 스트로크를 수행하도록 플런저(113)가 개구부(109) 내에서 왕복운동하게 한다. 흡기 스트로크 동안에, 저압 연료는 입구 밸브(117)를 통해 연료 저장기로부터 펌핑 챔버(111)로 공급된다. 그 다음, 펌핑 챔버(111) 내의 연료는 펌핑 스트로크 동안에 가압된다. 펌핑 챔버(111) 내의 연료압이 출구 스프링(122)에 의해 가해진 힘과, 밸브 부재(120) 상의 커먼레일 내의 연료압을 초과하면, 밸브 부재(120)가 변위하여 가압 연료가 고압 출구 라인(116)을 통해 펌핑된다.

플런저(113)가 하사점 위치로부터 상사점 위치로 이동함에 따라, 플런저(113)의 제2 원통형 부재(123)가 입구 포트(141)를 폐쇄하여, 가압 챔버(119)를 폐쇄한다. 제2 원통형 부재(123)가 가압 챔버(119) 내에서 전진하는 동안, 가압 챔버(119)의 용적이 감소하고, 가압 챔버(119) 내의 연료가 가압된다. 가압 챔버(119) 내의 최고 연료압은 플런저(113)가 상사점 위치에 있을 때 가압 챔버(119)의 용적에 의해 결정된다. 가압 챔버(119) 내에 중간 가압 영역을 확립함으로써, 펌핑 챔버(111)와 캠 박스(136) 사이에 불균일형 또는 단차형 압력 프로파일이 확립된다. 펌핑 챔버(111)와 가압 챔버(119) 사이의 압력 프로파일의 구배는 가압 챔버(119)와 캠 박스(136) 사이의 압력 프로파일의 구배보다 낮다. 펌핑 챔버(111) 근위의 감소된 압력 구배는 플런저(113)를 지나 펌핑 챔버(111)로부터 동적 연료 누설을 감소시켜서, 연료 펌프(100)의 유압 효율을 개선시킬 수 있다. 가압 챔버(119)와 캠 박스(136) 사이의 압력차는 가압 챔버(119)에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다.

도 6 및 7에 나타낸 제1 변형례에서, 개구부(109)의 제1 및 제2 영역(135, 137)들 사이에는 암형 테이퍼 섹션(143)이 제공된다. 암형 테이퍼 섹션(143)의 직경은 제1 영역(135)을 향해 감소한다. 플런저(113)의 제1 및 제2 원통형 부재(121, 123)는 암형 테이퍼 섹션(143)과 실질적으로 매칭하는 수형 테이퍼 섹션(145)을 거쳐 연결된다. 따라서, 가압 챔버(119)는 개구부(109)의 제2 측벽(131b)에 의해, 플런저(113)에 의해 그리고 암형 및 수형 테이퍼 섹션(143, 145)에 의해 형성된다. 암형 및 수형 테이퍼 섹션(143, 145)은 펌핑 사이클 동안에 가압 챔버(119) 내의 응력 집중을 감소시키는데 도움을 준다. 제1 변형례의 동작은 본 발명의 제1 실시예에 따른 펌프의 동작에서 변경되지 않는다.

도 8에 나타낸 제2 변형례에서, 입구 포트(141)는 생략된다. 사용시에, 플런저(113)가 하사점 위치에 있을 때, 플런저(113)의 제2 원통형 부재(123)가 개구부(109)의 제2 영역(137) 외부로 수축하여, 개구(133)를 통해 가압 챔버(119) 내로 연료가 흐를 수 있다. 플런저(113)의 제1 원통형 부재(121)는 개구부(109)의 제1 영역(135)에 의해 안내되어, 펌핑 스트로크 동안에 제2 원통형 부재(123)가 제2 영역(137)과 재결합하게 한다. 플런저(113)가 하사점 위치로부터 상사점 위치로 이동될 때, 플런저(113)의 제2 원통형 부재(123)가 개구(133)를 폐쇄하여, 가압 챔버(119)를 폐쇄한다. 제2 원통형 부재(123)가 가압 챔버(119) 내로 전진함에 따라, 가압 챔버(119)의 용적이 감소하고, 가압 챔버(119) 내의 연료는 가압된다. 상술한 제1 실시예와 같이, 가압 챔버(119) 내의 증가된 연료압은 펌핑 챔버(111)와 캠 구성체(128) 사이에서 개구부(109) 내에 가압 영역을 형성하여, 플런저(113)를 지나 펌핑 챔버(111)로부터의 동적 연료 누설을 감소시키는데 도움을 준다.

도 9 내지 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 펌프(200)의 펌프 헤드(201)를 도시한다. 제2 실시예는 제1 실시예에 근접하게 대응하며, 유사한 참조부호는 명확성을 위해 100을 더하지만, 유사한 구성요소를 위해 사용된다. 제1 실시예에 관한 차이점만이 후술된다.

제2 실시예에서, 플런저(213)의 제1 및 제2 원통형 부재(221, 223)는 동일한 직경을 갖는다. 가압 수단은 제2 원통형 부재(223)에 장착되며 제2 원통형 부재(223)의 원주 둘레에서 연장되는 환형 슬리브(247)의 형태이다. 환형 슬리브(247)와 제2 원통형 부재(223)는 동심으로 배치된다. 환형 슬리브(247)와 제2 원통형 부재(223) 사이에는 환형 간극(C)이 제공된다. 환형 슬리브(247)와 개구부(209)의 제2 측벽(231b) 사이에는 시일이 형성된다. 환형 슬리브(247)는 가압 챔버(219) 내의 연료를 가압하도록 구성된다. 더욱이, 환형 슬리브(247)는 펌핑 스트로크 동안에 펌핑 챔버(211) 내의 연료압에 따라서 가압 챔버(219) 내의 연료압을 제어하도록 구성된다.

환형 슬리브(247)는 내부벽(249), 상부벽(251) 및 하부벽(253)을 포함한다. 상부벽(251)은 종축(X)에 실질적으로 수직이다. 변형례에서, 상부벽(251)은 테이퍼 상부벽(251)을 형성하도록 종축(X)에 대해 경사진다. 하부벽(253)은 플런저(113)의 저압 단부(227)의 환형 플랜지(255)에 대해 인접한다. 도 11에 도시한 바와 같이, 하부벽(253)은 제1, 제2, 제3 및 제4 벤트 그루브(257)를 구비한다. 본 실시예에서, 벤트 그루브(257)는 반경방향 외측으로 연장되어 하부벽(253) 내에 규칙적으로 분포된다. 벤트 그루브(257)는 환형 슬리브(247)의 하부벽(253)과 플런저(113)의 환형 플랜지(255) 사이에 연료 경로를 제공한다. 이에 따라, 벤트 그루브(257)는 환형 간극(C)과 캠 박스(136) 사이에 유체 연통을 유지한다.

제2 실시예에서, 가압 챔버(219)는 개구부(209)의 제2 측벽(231b)에 의해, 플런저(213)에 의해 그리고 환형 슬리브(247)의 상부벽(251)에 의해 형성된다.

제2 실시예는 펌핑 챔버(211) 내에 도입되는 연료량을 계측하도록 작동가능한 입구 미터링 밸브(미도시)를 포함하는 펌프(200)에서 특정한 적용을 갖는다. 이로써, 입구 미터링 밸브는 펌핑 챔버(211) 내에서 가압되어 커먼레일로 전달되는 연료량을 제어한다. 본 구성에서, 입구 미터링 밸브는 입구 밸브(217)의 상류에서 저압 입구 라인(215) 내에 제공된다. 따라서, 입구 미터링 밸브는 입구 밸브(217)와는 별개로 입구 밸브(217)와 독립적으로 작동가능하다. 변형례에서, 입구 밸브(217)는 펌핑 챔버(211) 내에 도입되는 연료의 용적을 계측하도록 작동가능한 입구 미터링 밸브일 수 있다. 사용시에, 입구 미터링 밸브는, 예컨대 경부하 또는 부분 부하 조건 동안에 펌프(200)로부터 연료의 펌핑을 제어하도록 작동가능하다.

플런저(213)의 저압 단부(227)의 탄성 반경방향 변형은 플런저(213)가 축방향 부하 하에 있을 때에만 발생한다. 따라서, 환형 간극(C)은 펌핑 챔버(211) 내의 연료압에 따라 다르고, 펌핑 챔버(211) 내의 연료 용적에 따라, 펌핑 스트로크의 일부 또는 그 모두 동안에 실질적으로 변화하지 않고 유지될 수 있다. 플런저(213)에 인가된 축방향 부하, 및 그에 따른 플런저(213)의 반경방향 팽창은 펌핑 챔버(211) 내의 연료압에 의해 증가한다. 이에 따라, 환형 간극(C)의 크기는 펌핑 챔버(211) 내의 압력에 반비례한다. 가압 챔버(219) 내의 압력은 펌핑 챔버(211) 내의 압력과 함께 증가한다. 펌프(200)는 펌핑 사이클 동안에 펌핑 챔버(211) 내의 연료압에 따라서 가압 챔버(219) 내의 연료압을 제어하도록 작동가능하다. 이에 따라, 가압 챔버(219) 내의 연료의 불필요한 가압이 감소 또는 회피될 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 펌프(200)의 동작을 기술한다.

연료가 연료 커먼레일로 전달되어야 하면, 입구 미터링 밸브가 흡기 스트로크 동안에 개방되어, 입구 밸브(117)를 통해 펌핑 챔버(211) 내로 연료를 도입한다. 후속적인 펌핑 스트로크 동안에, 플런저(213)는 하사점으로부터 상사점으로 이동한다. 플런저(113)의 환형 플랜지(255)는 환형 슬리브(247)의 하부벽(253)과 결합하여, 환형 슬리브(247)가 플런저(213)와 함께 변위되게 하고, 입구 포트(241)가 폐쇄되게 한다. 펌핑 챔버(211) 내의 연료가 가압됨에 따라 캠(232)에 의해 플런저(213)에 가해진 축방향 부하는 플런저(213)가 축방향으로 압축되게 한다. 플런저(213)와 환형 슬리브(247) 사이의 환형 간극(C)의 대응하는 크기 감소를 야기하는 (저압 단부(227)에서 더 많이 나타날 수 있는) 플런저(213)의 대응하는 반경방향 팽창이 있다. 환형 간극(C)은 플런저(213)가 부하 하에 있을 때 부분적으로 또는 완전히 폐쇄된다. 이로써, 환형 간극(C)을 통해 가압 챔버(219)로부터의 연료 흐름이 부분적으로 또는 완전하게 구속되고, 가압 챔버(219)는 적어도 부분적으로 밀봉된다. 상사점을 향하는 플런저(213)와 환형 슬리브(247)의 연속적인 운동은 가압 챔버(219) 내의 연료압을 증가하게 한다. 이로써, 펌핑 챔버(211)와 캠 박스(236) 사이에는 중간 가압 영역이 확립된다. 가압 영역은 플런저(213)의 길이를 따라 압력차를 감소시켜서, 플런저(213)를 지나 펌핑 챔버(211)로부터의 동적 누설을 감소시키는데 도움을 줄 수 있다.

입구 미터링 밸브는 펌핑 챔버(211) 내로 계측된 연료 용적을 도입하도록 흡기 스트로크의 일부 동안에만 개방될 수 있다. 이러한 작동 모드에서, 펌핑 스트로크 동안에 플런저(213)에 가해진 축방향 부하는 적어도 스트로크의 초기 부분 동안에 감소된다. 이에 따라, 플런저(213)의 반경방향 팽창이 감소하고, 환형 간극(C)은 펌핑 스트로크의 적어도 초기 부분 동안에 개방 유지한다. 이로써, 가압 챔버(219) 내의 연료는 환형 간극(C)을 통해 배출하고, 벤트 그루브(257)를 통해 캠 박스(236)에 들어갈 수 있다. 반경방향 팽창을 야기하기에 충분한 축방향 부하 하에 플런저(213)가 있을 때에만, 환형 간극(C)이 감소된다. 따라서, 가압 챔버(219)는 펌핑 스트로크의 일부 동안에만 가압된다. 더욱이, 펌핑 스트로크 동안에 가압 챔버(219) 내의 최고 압력이 감소될 수 있다.

입구 미터링 밸브는 펌핑 챔버(211) 내로 연료의 도입을 억제하도록 흡기 스트로크 동안에 폐쇄 유지될 수 있다. 후속적인 펌핑 스트로크 동안에, 플런저(213)는 (거의) 반경방향 팽창이 발생하지 않는 결과에 의해 감소된 축방향 부하 하에 있다. 환형 간극(C)은 펌핑 스트로크 동안에 실질적으로 변하지 않고 유지되어, 환형 간극(C)과 벤트 그루브(257)를 통해 가압 챔버(219)에서 연료를 배출하게 한다. 이에 따라, 펌핑 스트로크 동안의 가압 챔버(219) 내의 최고 압력이 더욱 감소된다. 실제로, 소정 구성에서, 가압 챔버(219)는 펌핑 스트로크 동안에 실질적으로 비가압으로 유지될 수 있다.

첨부한 청구범위에 기술된 바와 같이, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 각종 변경 및 수정이 본원에 기술된 펌프에 이루어질 수 있다.

제2 실시예의 변형례(미도시)에서, 상부벽(251)은 테이퍼를 형성하도록 종축(X)에 대해 경사질 수 있고, 개구부(209)의 제1 및 제2 영역(235, 237)은 매칭하는 테이퍼진 중간 연결 섹션을 통해 연결될 수 있다. 이러한 구성은 펌핑 사이클 동안에 가압 챔버(219) 내의 응력 집중을 감소시키는데 도움을 줄 수 있다.

제2 실시예의 또 다른 변형례(미도시)에서, 입구 포트(241)는 생략될 수 있다. 사용시에, 환형 슬리브(247)는 개구부(209)의 제2 영역(237)으로부터 분리하도록 구성될 수 있어서, 원통형 돌출부(207)의 개구(233)를 통해 가압 챔버(219) 내로 연료가 흐를 수 있다.

Claims

커먼레일 연료 분사 시스템에 고압 연료를 공급하기 위한 펌프(100, 200)에 있어서,
펌핑 챔버(111, 211)와 가압 챔버(119, 219)를 형성하는 기다란 개구부(109, 209);
상기 펌핑 챔버(111, 211)로부터 연료를 펌핑하기 위해 상기 기다란 개구부(109, 209) 내에서 왕복운동하도록 구성된 펌핑 요소(113, 213); 및
상기 가압 챔버 내의 연료를 가압하기 위한 가압 수단(129, 247)
을 포함하며,
상기 가압 챔버(119, 219)는 상기 펌핑 챔버(111, 211)로부터의 누설을 감소시키도록 상기 펌핑 요소(113, 213)의 원주 둘레로 적어도 부분적으로 연장되는,
펌프.
제1항에 있어서,
상기 기다란 개구부(109, 209)는 상기 펌핑 챔버(111, 211)를 형성하는 제1 영역(135, 235)과, 상기 가압 챔버(119, 219)를 형성하는 제2 영역(137, 237)을 포함하며, 상기 제2 영역(137, 237)은 상기 펌핑 요소(113, 213)의 종축을 따라 상기 제1 영역(135, 235)으로부터 오프셋되는,
펌프.
제2항에 있어서,
상기 제1 영역(135, 235)은 제1 직경을 갖고, 상기 제2 영역(137, 237)은 제2 직경을 가지며, 상기 제2 직경은 상기 제1 직경보다 큰,
펌프.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제2 영역(137, 237)은 테이퍼 섹션을 포함하는,
펌프.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펌핑 요소(113, 213)를 구동하기 위한 구동 수단(129)을 포함하며,
상기 가압 챔버(119, 219)는 상기 펌핑 챔버(111, 211)와 상기 구동 수단(129) 사이에 가압 영역을 확립하도록 구성되는,
펌프.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가압 챔버(119, 219)는 환형 챔버인,
펌프.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가압 수단(129, 247)은 상기 가압 챔버(119, 219)를 밀봉하도록 구성되는,
펌프.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가압 수단은 상기 펌핑 요소(113, 213) 상에 위치된 환형 돌출부(129)를 포함하는,
펌프.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가압 수단은 상기 펌핑 요소(213) 둘레에서 연장되는 환형 슬리브(247)를 포함하는,
펌프.
제9항에 있어서,
상기 환형 슬리브(247)와 상기 펌핑 요소(213) 사이에는 환형 간극(C)이 형성되고,
상기 환형 간극(C)은, 사용시에 상기 펌핑 요소(213)가 부하 하에 있을 때 상기 펌핑 요소(213)의 반경방향 팽창으로 인해 크기가 감소하는,
펌프.
제10항에 있어서,
상기 펌핑 요소(213)와 상기 환형 슬리브(247)는, 사용시에 축방향 부하 하에서 상기 펌핑 요소(247)의 반경방향 팽창으로 인해 상기 환형 간극(C)이 적어도 실질적으로 폐쇄하도록 크기설정되는,
펌프.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 환형 슬리브(247)는 하부벽(254)을 포함하고,
상기 하부벽(254)은 적어도 하나의 벤트 그루브(257)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 벤트 그루브(257)는 상기 환형 간극(C)과 유체 연통하는,
펌프.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펌핑 요소(213)는 상기 환형 슬리브(247)를 구동식으로 결합하기 위한 환형 플랜지(255)를 포함하는,
펌프.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가압 챔버(119, 219)는 상기 가압 챔버(119, 219) 내로 연료 흐름을 허용하도록 적어도 하나의 연료 입구(241)를 포함하는,
펌프.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가압 수단(129, 247)은, 상기 가압 챔버(119, 219)에 연료가 들어가게 하도록 상기 펌핑 요소(113, 213)가 하사점 위치에 있을 때 상기 가압 챔버(119, 219) 외부로 수축되는,
펌프.