KR101120709B1 - 고압 펌프 피스톤/실린더 유닛 - Google Patents

고압 펌프 피스톤/실린더 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 하우징(1) 내에 마련된 펌프 실린더(3) 내에서 피스톤(2)가 왕복 운동하는 고압 펌프 피스톤/실린더 유닛에 관한 것이다. 피스톤(2)은 한쪽 면에서 제어된 구동장치(4)와 작동적으로 연결되어 다른쪽 면에서의 피스톤 헤드 영역에 의해 펌프 실린더(3) 내의 흡입 및 압축 행정 체적을 변화시킬 수 있으며, 이에 의해 급송 유입부(9)로부터 펌프 실린더(3) 내로 흡입된 유체의 압력이 피스톤(2)의 행정에 의해 증가됨으로써 유체가 급송 밸브(8)에 의해 다른 공급 장치로 급송될 수 있게 된다. 본 발명의 목적은, 편심에 기인하여 펌프 실린더(3) 내에서 안내되는 피스톤(2)가 마모될 위험성을 제거하는 데에 있다. 이를 위해, 본 발명에서는 펌프 피스톤(2)의 헤드 영역에 센터링 원추(20)가 원형의 저면(D) 및 상면(d)을 가진 직선의 원추대형으로 형성되고, 센터링 원추의 최대 직경 감소의 1/2(1/2 x [D-d])에 대한 피스톤(2)의 축부 직경(D)의 비가 1:200이고, 센터링 원추의 축방향 길이(l) 대 전체 피스톤(2)의 축방향 길이(L)의 비(l:L)는 약 1:6.6으로 설계된다.
커먼 레일, 피스톤, 펌프 실린더, 급송 밸브, 센터링 원추, 저면, 상면.

Description

고압 펌프 피스톤/실린더 유닛{HIGH-PRESSURE PUMP PISTON/CYLINDER UNIT}
본 발명은 고압 펌프 피스톤/실린더 유닛, 특히 내연기관의 커먼 레일 연료 분사 시스템용 분사 펌프로서, 하우징 내에 마련된 펌프 실린더 내에서 피스톤이 왕복 운동하며, 이 피스톤은 한쪽 면에서 제어된 구동장치와 작동적으로 연결되어, 다른쪽 면에서의 피스톤 헤드 영역에 의해 펌프 실린더 내의 흡입 및 압축 행정 체적을 변화시킬 수 있으며, 이에 의해 급송 유입부로부터 펌프 실린더 내로 흡입된 유체의 압력이 피스톤의 행정에 의해 증가됨으로써 상기 유체가 급송 밸브를 통해 다른 공급 장치, 특히 연료 공급 장치 또는 커먼 레일로 급송될 수 있게 되는, 고압 펌프 피스톤/실린더 유닛에 관한 것이다.
예컨대 분사 펌프 형태의 고압 펌프 피스톤/실린더 유닛은 분사 라인 및 분사 밸브를 포함하는 분사 시스템의 일부분이다.
분사 펌프는 고압 연료 급송, 분사량의 계량(metering), 정확한 순간에 또는 미리 주어진 분사 규정에 따른 연료 분사와 같은 다수의 과제를 수행해야 한다. 종래의 분사 펌프의 경우, 엔진에 의해 구동되는 캠 샤프트가 경우에 따라서는 태핏을 매개로 분사 피스톤을 상승시킨다. 4사이클 엔진의 경우 왕복 횟수는 크랭크샤프트 회전수의 1/2에 상응하고, 2사이클 엔진의 경우에는 크랭크샤프트 회전수에 상응하여, 분사 피스톤은 일정한 행정을 수행한다.
종래의 분사 펌프의 경우, 분사량의 계량은 공지된 방식으로 피스톤이 그 종축을 중심으로 회전함으로써 이루어지며, 급송량 및 급송 종료는 경사진 제어 에지에 의해 결정된다. 제어 에지가 흡입 구멍에 접촉하면, 피스톤에 의해 변위된 연료가 흡입실 내로 역류한다.
펌프 장치, 즉 분사 피스톤 및 분사 실린더는 고정밀도로 제조되어 서로 끼워질 수 있다.
특히, 본 발명은 내연기관의 커먼 레일 연료 분사 시스템용 분사 펌프에 관한 것이다. 상기 시스템에서는 전술한 제어 에지가 더 이상 필요치 않다.
예컨대, DE 199 19 430 C1에는 그러한 분사 펌프가 개시되어 있다.
분사 펌프에 공급된 연료의 계량은 공지된 바와 같이 예컨대 전자기적으로 작동되는 계량 밸브를 통해 이루어진다. 계량된 연료는 피스톤 펌프의 펌프 작동실, 즉 흡입실에 공급됨으로써, 내연기관의 작동 동안 고압으로 어큐뮬레이터 라인 내로 급송된다.
흡입 행정 동안 어큐뮬레이터 라인 내에서의 압력 강하를 피하기 위해, 펌프 작동실의 출구에는 체크 밸브가 제공된다. 압축 행정 동안 저압 시스템 내로 역류를 방지하기 위해, 펌프의 급송 입구에도 체크 밸브가 배치된다.
이러한 고압 펌프는 예컨대 DE 101 57 135 A1에 따른 연료 공급 장치에도 사용된다.
이러한 고압 펌프 피스톤/실린더 유닛의 경우, 불가피한 작은 제조 공차로 인해 펌프 실린더 내에서 피스톤의 편심이 발생하고, 이는 피스톤 원주에 걸쳐 상이하게 성정되는 갭 폭으로 인해 피스톤 원주에 걸친 압력 분배가 불균일해지게 한다. 이로 인한, 피스톤 실린더 내에서 피스톤의 한쪽으로의 압박은 접촉면에서의 마모를 야기한다.
전술한 고압 펌프 피스톤/실린더 유닛의 경우, 치수면에서 불명확하게 구현된 인서트 베벨(insertion bevel)이 피스톤에 제공된다. 여기서 펌프 피스톤의 헤드 영역에는 약 25mm의 길이에서 최대 30㎛의 테이퍼율이 형성된다. 이러한 헤드 영역의 테이퍼는 펌프 피스톤의 헤드 영역이 펌프 실린더에 접촉하는 것을 방지하지만, 상기 조치에 의해서는 전술한 편심에 대한 효율적인 대응 조치가 얻어질 수 없다.
본 발명의 목적은, 편심으로 인해 펌프 실린더 내에서 안내되는 피스톤이 마모될 위험성이 배제될 수 있는 고압 펌프 피스톤/실린더 유닛, 특히 내연기관의 커먼 레일 연료 분사 시스템용 분사 펌프를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징에 의해 달성된다.
펌프 피스톤의 헤드 영역에 센터링 원추가 형성되고, 이 센터링 원추의 최대 1/2 직경 감소(1/2 x [D-d]) 대 피스톤의 축부 직경(D)의 비가 약 1:200이고, 센터링 원추의 축방향 길이(l), 즉 센터링 원추대의 높이 대 피스톤(센터링 원추 포함)의 전체 축방향 길이(L)의 비(l:L)가 약 1:6.6으로 설계됨으로써, 펌프 피스톤이 압축 행정 동안 그 중심축에 센터링되어 펌프 실린더에 대한 접촉이 방지된다. 압력 상승 시에 누설이 펌프 피스톤과 펌프 실린더 간에 균일하게 안내됨으로써, 온도(연료의 압축 시 "유압적" 열의 발생)가 펌프 피스톤의 원주에 걸쳐 균일하게 분배된다. 이로 인해, 펌프 피스톤이 일 측면에서 가열되지 않기 때문에, 온도 작용에 의해 변형되지 않는다.
펌프 피스톤 원주에서의 균일한 누설에 의해, 펌프 실린더에서 피스톤의 일 측면 접촉이 방지되거나 또는 적어도 압착력이 감소된다. 다른 장점으로는 피스톤의 안내면의 종방향으로 피스톤의 중심 정렬 후에 누설 흐름이 감소되고, 그에 따라 유닛의 유압 효율이 개선된다는 것이다. 또 다른 장점으로는 누설 동안 유체가 접촉면을 습윤시킴으로써, 윤활 효과가 얻어진다는 것이다. 즉, 펌프 피스톤에서 그 행정 운동에 의해 윤활 갭이 형성되고, 상기 갭은 펌프 피스톤을 플로팅시킨다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 펌프 피스톤을 가진 커먼 레일 분사 시스템의 분사 펌프의 개략도.
실린더 하우징(1) 내에서 피스톤(2)이 펌프 실린더(3)에 의해 안내된다. 피스톤은 엔진에 의해 구동되는 캠 샤프트(4)에 의해 급송 방향으로 이동하는 한편, 피스톤 스프링(5)에 의해 복귀한다. 피스톤(2)의 행정은 변하지 않으며, 피스톤(2)은 캠 샤프트(4)의 매 회전 시마다 전행정(full stroke)을 통과하며 흡입 및 압축 행정을 수행한다.
펌프 실린더(2), 즉 흡입실 또는 작동실(6)은 고압 라인(7)을 통해 연료 분사 시스템의 도시 생략한 커먼 레일과 연결된다. 고압 라인(7) 내의 체크 밸브(8)는 연료가 커먼 레일로부터 분사 펌프 내로 역류하는 것을 방지한다.
피스톤(2)은 흡입 행정 동안 연료를 저압실로부터 연료 유입부(9)를 통해 펌프 실린더(3), 즉 작동실(6) 내로 흡입한다.
압축 행정 동안 작동실(6) 내에 압력이 형성되고, 이 압력은 체크 밸브(8)를 개방시켜 연료가 펌프 실린더(3)로부터 도시 생략한 커먼 레일 내로 급송될 수 있게 한다.
피스톤(2)의 압축 행정 동안 작동실(6) 또는 고압 라인(7)에서의 압력 강하를 방지하기 위해, 작동실(6)의 급송 유입부에, 즉 저압실로부터의 연료 유입부(9)에도 마찬가지로 체크 밸브(10)가 제공된다.
저압실로부터의 연료를 계량하기 위해, 연료 공급부(9)에는 또한 전자기적으로 작동 가능한 계량 밸브(11)가 배치된다.
펌프 피스톤(2)의 헤드 영역에는 (파선으로 도시한) 센터링 원추(20)가 형성되고, 상기 센터링 원추(20)는 명확한 치수로 설계된다.
센터링 원추(20)는 캠 샤프트(4)의 방향으로 볼 때 펌프 피스톤(2)의 헤드 영역에서 최소 직경(d)을 갖는 제1의 완전히 환형의 에지에서 시작하여 연속적으로 피스톤(2)의 축부의 직경(D)까지 확대된다. 따라서, 센터링 원추(20)는 직선의 원추대를 형성하며, 상기 원추대의 저면(직경 D) 및 상면(직경 d)은 원형으로 형성된다. 따라서, 센터링 원추(20)의 테이퍼율은 (1/2 x [D-d])이다. 상기 테이퍼 율(1/2 x [D-d]) 대 피스톤 직경(D)의 비는 약 1:200이어야 한다. 센터링 원추(20)의 높이(l) 대 전체 피스톤 길이(L)[피스톤(2) 및 센터링 원추(20)]의 비(l:L)는 약 1:6.6 으로 설정되어야 한다.
특히 바람직하게는 다른 센터링 원추대 형태의 인서트 베벨(30)이 상기 센터링 원추(20)에 부착된다. 이 경우, 상기 인서트 베벨(30) 및 센터링 원추는 1㎛ 의 최대 공차로 서로 동축으로 제조됨으로써, 피스톤(2)의 자동 센터링 작용이 얻어져야 한다.
바람직하게는 인서트 베벨(30)에 의해 보강된 센터링 원추(20)는 한편으로는 피스톤 실린더(3) 내의 피스톤 샤프트(2)의 원주에 걸쳐 유압적 압력 보상을 야기하고, 그에 따라 축으로부터의 편차 시에 높은 압력 하에 누설의 환형 챔버 내로 유입되는 연료로 인한 피스톤(2)의 일 측면 지지를 방지한다.
센터링 원추는 압력이 제공되는 모든 피스톤에서 피스톤의 센터링을 위해 사용될 수 있다.

Claims (3)

  1. 하우징(1) 내에 마련된 펌프 실린더(3) 내에서 피스톤(2)이 왕복 운동하며, 이 피스톤(2)은 한쪽 면에서 제어된 구동장치(4)와 작동적으로 연결되어, 다른쪽 면에서의 피스톤 헤드 영역에 의해 펌프 실린더(3) 내의 흡입 및 압축 행정 체적을 변화시킬 수 있으며, 이에 의해 급송 유입부(9)로부터 펌프 실린더(3) 내로 흡입된 유체의 압력이 피스톤(2)의 행정에 의해 증가됨으로써 상기 유체가 급송 밸브(8)를 통해 다른 공급 장치로 급송될 수 있게 되는, 고압 펌프 피스톤/실린더 유닛에 있어서,
    펌프 피스톤(2)의 헤드 영역에 센터링 원추(20)가 원형 저면(D) 및 원형 상면(d)을 가진 직선의 원추대 형태로 형성되고, 상기 센터링 원추(20)의 최대 직경 감소의 1/2(1/2 x [D-d])에 대한 피스톤(2)의 축부 직경(D)의 비가 1:200이고, 상기 센터링 원추(20)의 축방향 길이(l) 대 전체 피스톤(2)의 축방향 길이(L)의 비(l:L)는 1:6.6로 설계되며,
    상기 센터링 원추(20)에 다른 센터링 원추 형태의 인서트 베벨(30)이 부착되고, 상기 센터링 원추(20)와 상기 인서트 베벨(30) 간의 동심도(同心度)는 1㎛ 의 최대 공차를 갖는 것을 특징으로 하는 고압 펌프 피스톤/실린더 유닛.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 유닛은 내연기관의 커먼 레일 연료 분사 시스템용 분사 펌프로서 형성되며, 상기 펌프 피스톤(2)은 한쪽에서 엔진에 의해 구동되는 캠 샤프트(4)에 의해 급송 방향으로 이동하는 한편, 피스톤 스프링(5)에 의해 압박되어 복귀하며, 상기 유체는 다른 공급 장치로서의 커먼 레일에 급송되는 되는 디젤 연료인 것을 특징으로 하는 고압 펌프 피스톤/실린더 유닛.
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