KR101145627B1 - Ｇｄｉ엔진의 연료 펌프 윤활 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 GDI엔진의 연료 펌프 윤활 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 태핏을 구비한 연료 펌프와 상기 태핏을 구동하는 연료 펌프를 윤활하기 위한 윤활 장치에 있어서, 오일 갤러리가 형성되고, 캠 축이 배치된 실린더 헤드, 상기 오일 갤러리로부터 연통되어 상기 연료 펌프로 오일을 공급하기 위해 형성되는 오일 공급 라인, 상기 캠 축을 덮는 윤활용 캠 캡(cam cap for lubrication) 및 상기 윤활용 캠 캡에 형성되어 상기 펌프 캠과 상기 캠의 접촉 부위에 오일을 분사하는 캠 캡 오일 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 GDI엔진의 연료 펌프 윤활 장치를 제공한다.
연료 펌프, 펌프 캠, 캠 샤프트, 캠 캡

Description

ＧＤＩ엔진의 연료 펌프 윤활 장치{FUEL PUMP LUBRICATION APPARATUS OF GDI ENGINE}
본 발명은 차량의 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 GDI엔진의 연료 펌프 윤활 장치에 관한 것이다.
가솔린 엔진에서 연비 및 성능을 개선하기 위하여 가솔린 직접 분사 (gasoline direct injection; GDI) 기술이 개발되고 있다. 공기/연료 혼합기(air/fuel mixture)의 흡입/압축/점화/폭발/배기 과정에 의해 동력을 발생하는 통상의 가솔린 엔진의 연소 과정에 비하여, GDI 엔진에서는 공기만을 흡입하여 압축한 후 연료를 분사하게 된다. 이러한 방식은 디젤 기관의 압축 착화 방식과 유사하다.
따라서, GDI엔진에서는 통상적인 가솔린 엔진의 압축비(compression ratio)의 한계를 넘는 높은 압축비를 구현할 수 있고, 따라서, 연비의 극대화를 도모할 수 있다. 이러한 GDI엔진에서 고압의 연료압력은 매우 중요한 요소가 되며, 이를 위하여 고성능의 연료 펌프가 필요하게 된다.
그런데, 통상적으로 이러한 연료 펌프는 캠(cam)에 의해 태핏(tappet)을 구 동하는 기계적 구동방식을 사용하고 있으며, 높은 압력으로 연료를 압축해야 하므로 연료 펌프 내부에서 마찰이 크게 작용하게 된다.
따라서, GDI엔진에서 연료를 압축하기 위한 연료 펌프의 윤활장치에 관한 연구는 GDI엔진의 내구성 및 성능 개선에 매우 중요한 역할을 하게 된다.
이와 같은 마찰문제를 해소하기 위하여 알려진 GDI엔진의 연료펌프 윤활을 위한 구성의 예로서, 설정된 공간에 오일이 저장되어, 연료펌프용 캠 축이 회전할 때 캠이 오일을 터치함으로써 윤활을 시키는 방식이 있다. 이러한 방식은 간단한 구성이 장점이나, 윤활 성능이 고루 작용되지 않으며, 경사로 등에서 제 기능을 보장하기 힘들다는 단점이 있다.
GDI엔진의 연료펌프 윤활을 위한 구성의 다른 예로서, 캠에 오일 홀을 형성하여 오일을 흐르게 함으로써 윤활을 이루는 방식이 있다. 그런데 이러한 방식으로는 오일 홀이 형성된 특정한 부위에만 윤활이 가능하며, 캠이 연료펌프의 태핏과 닿는 부위에는 홀을 형성할 수 없게 되는 단점이 있다.
또한, 종래의 연료 펌프 윤활 경로는 굴곡이 많기 때문에 오일 공급 시 저항이 발생될 뿐만 아니라, 실린더 헤드, 캠 캐리어 및 어댑터의 오일 홀 가공 및 조립 공차 고려시, 윤활 회로 오일 홀 간의 부조화 및 Burr/가공 칩으로 인한 오일 홀 폐쇄 등의 문제점이 발생된다.
로, 본 발명의 목적은 하부에 롤러를 적용하는 태핏에 있어서, 상기 롤러까지 오일 홀을 구성하여 오일을 공급함으로써 접촉부의 마모 발생 및 열화를 방지하는 캠으로 구동하는 연료 펌프 윤활 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 GDI엔진의 연료 펌프 윤활 장치는 태핏을 구비한 연료 펌프와 상기 태핏을 구동하는 연료 펌프를 윤활하기 위한 윤활 장치에 있어서, 오일 갤러리가 형성되고, 캠 축이 배치된 실린더 헤드, 상기 오일 갤러리로부터 연통되어 상기 연료 펌프로 오일을 공급하기 위해 형성되는 오일 공급 라인, 상기 캠 축을 덮는 윤활용 캠 캡(cam cap for lubrication) 및 상기 윤활용 캠 캡에 형성되어 상기 펌프 캠과 상기 캠의 접촉 부위에 오일을 분사하는 캠 캡 오일 홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오일 공급 라인은 실린더 헤드 저널부, 캠샤프트 그루브, 캠 캡 그루브, 캠 캡 오일 홀의 순서로 오일이 공급되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캠 캡 오일 홀은 상기 펌프 캠 측을 향하여 점진적으로 확대되는 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캠 캡 오일 홀은 상기 펌프 캠의 캠 노브가 최대 높이일 때의 위치를 향하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고압 연료 펌프 윤활 구조에 의하면, 태핏을 구동하는 연료 펌프용 캠과 롤러 사이 및 상기 태핏과 상기 고압 연료 펌프 어댑터의 접촉면을 직접적으로 윤활시킬 수 있으므로 구름접촉으로 발생되는 마찰열과 마모 및 그에 따른 소음을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 실린더 헤드 저널로부터 공급된 오일이 캠 샤프트를 경유하고 캠 캡에서 바로 펌프 캠의 캠 로브로 공급되므로 윤활 회로의 굴곡되는 부분이 거의 없고, 회로 구성이 단순하므로, 안정적이고 연속적인 오일 공급이 가능하다.
캠 캡 오일 홀 끝단의 발산(확대) 노즐 형상에 따른 오일 분사로 인하여, 관련품들의 가공 및 조립 공차 발생시에도 목표점 윤활이 가능하다.
즉, 안정적이고 연속적인 윤활이 가능해진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 연료 펌프 윤활 구조에 적용되는 오일 갤러리를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 연료 펌프 윤활 구조의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 연료 펌프 윤활 구조에 적용되는 캠 캡의 저면을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 연료 펌프 윤활 구조가 작동되는 상태를 나타낸 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 연료 펌프 윤활 구조에 적용되는 오일 갤러리를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 실린더 헤드(200)에 형성되는 상기 오일 갤러리(110)의 A부를 통하여 실린더 블록(100)의 내부에 형성되는 오일 갤러리(110)로부터 오일이 공급된다.
상기 실린더 헤드(200)에는 복수개의 캠 캡이 캠 샤프트(400)를 덮고 있으며, 이 중 하나 이상의 캠 캡은 본 발명의 실시예에 따른 윤활용 캠 캡(340)으로 형성된다.
상기 실린더 헤드(200)의 오일 갤러리(110)는 엔진의 오일 펌프(미도시)로부터 오일을 공급받게 된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 캠 샤프트(400)는 중공의 형태 혹은 중실의 형태 모두 가능하다.
여기서, 상기 캠 샤프트(400)를 중공의 형태로 형성할 경우, 상기 중공은 상기 오일 갤러리(110)에 포함되어 구성된다.
또한, 상기 오일 갤러리(110)의 B부로부터 오일 공급 라인(300)을 경유하여캠 저널부(310) 측으로 오일이 공급된다.
즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 오일 갤러리(110)로부터 공급되는 오일은 캠 저널부(310)로 공급된다.
상기 캠 저널부(310)는 후술하는 캠 샤프트(400)를 하측에서 지지함으로써, 상기 캠 샤프트(400)의 회전을 가능하도록 한다.
상기 캠 저널부(310)는 캠 샤프트(400)의 외주면에 형성되는 캠 샤프트 그루브(320)와 연통되어 있으므로 이러한 캠 샤프트 그루브(320)로 오일이 공급됨과 동시에 상기 캠 샤프트(400)를 윤활하게 된다.
또한, 상기 캠 샤프트 그루브(320)를 통하여 그 외주면을 상측에서 덮고 있는 윤활용 캠 캡(340)의 캠 캡 그루브(341)로 공급된다.
상기와 같은 윤활용 캠 캡(340) 및 캠 캡 그루브(341)는 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 캠 저널부(310)의 캠 샤프트 그루브(320)를 통하여 공급된 오일은 캠 캡 그루브(341)로 이동되고, 이러한 캠 캡 그루브(341)를 경유하여 윤활용 캠 캡(340)의 상단부 일측에 형성되는 캠 캡 오일 홀(345)을 통하여 외부로 분사된다.
상기 캠 캡 오일 홀(345)은 상기 윤활용 캠 캡(340)에 형성되어, 상기 펌프 캠과 상기 플런저(미도시)의 접촉 부위에 오일을 분사한다. 이러한 분사 압력은 상기 엔진의 오일 펌프에서 발생된 압력에 의한 것으로 할 수 있다. 이러한 캠 캡 오일 홀(345)은 상기 펌프 캠(410)의 외부로부터 상기 접촉 부위에 오일을 분사하는 것이다.
이를 위하여, 상기 윤활용 캠 캡(340)의 내부에는 상기 캠 샤프트(400)의 중공으로부터 상기 캠 캡 오일 홀(345)에 연결되기 위한 오일 분사 통로(343)가 형성 된다. 그리고, 상기 캠 샤프트(400)에는 상기 중공으로부터 상기 윤활용 캠 캡(340)의 오일 분사 통로(343)와 연결되기 위한 하나 이상의 연결 통로(미도시)가 형성된다.
따라서, 엔진이 동작함에 따라 상기 캠 샤프트(400)가 회전하는 경우, 상기 오일 분사 통로(343)와 상기 연결 통로가 연결될 때, 엔진의 오일 펌프에서 발생된 압력이 캠 샤프트(400)의 중공과 연결 통로를 통해 상기 오일 분사 통로(343)로 전달되고, 이러한 오일 압력은 캠 캡 오일 홀(345)에 전달되며, 이러한 캠 캡 오일 홀(345)은 전달된 오일 압력으로 상기 접촉 부위에 오일을 분사하게 된다.
또한, 상기 캠 캡 오일 홀(345)의 반대측에는 차단 부재(342)가 설치된다.
이러한 차단 부재(342)는 상기 윤활용 캠 캡(340)의 가공 시에 드릴가공 등의 공정 후에 마감공정을 하면 되므로, 공정을 보다 용이하게 하는 역할을 하게 되는 한편, 상기 오일의 진행 경로를 펌프 캠(410) 측으로 유도하는 기능을 하게 된다.
도 5를 참조하면, 상기 오일은 상기와 같은 캠 캡 오일 홀(345)을 통하여 소정압력으로 분사되는데, 이때의 분사되는 지점은 상기 펌프 캠(410)의 캠 노즈(미설명 부호)가 최고점에 도달 했을 때의 높이만큼의 높이로 결정된다. 이러한 높이에 관하여서는 이후에 자세히 설명하도록 한다.
이하, 전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시예에 의한 GDI엔진의 연료 펌프 윤활 장치의 작동을 상술하면 다음과 같다.
우선, 실린더 블록에서 실린더 헤드(200)의 캠 저널부(310)까지의 오일 공급 방식은 MPI와 동일하나, 상기 실린더 헤드 저널부에 공급되는 오일은 캠 샤프트의 그루브로 공급된다.
상기 캠 샤프트 그루브(320)의 오일이 윤활용 캠 캡(340)의 캠 캡 그루브(341)로 공급된다.
또한, 상기 캠 캡 그루브(341)의 오일이 윤활용 캠 캡(340)의 캠 캡 오일 홀(345)로 공급되어 최종 분사된다.
오일이 최종 분사되는 캠 캡 오일 홀(345)의 끝단은 점진적으로 확대 노즐 형상이며, 연료 펌프 태핏 구동용 캠의 최대 리프트 시의 위치를 그 목표점으로 한다.
즉, 펌프 캠(410)의 최대 리프트 시, 연료 펌프 내에서는 비압축성인 연료를 순간적으로 압축(예를 들면, 150bar생성)하게 되어 캠 노즈부에 상당한 반력이 작용하게 되므로 내구성을 고려하여 오일 분사 목표점을 선정한다.
즉, 상기 펌프 캠(410)이 최고점일 때에는 상기 캠 캡 오일 홀(345)의 끝단에서 분사되는 오일은 펌프 캠(410)의 최대 리프트 시의 위치를 목표점으로 하므로, 펌프 캠(410) 및 이와 항시 맞닿아 있는 롤러 태핏 간의 윤활 및 냉각을 위하여 분산된다.
또한, 캠 샤프트(400) 및 이와 맞닿아 있는 태핏의 롤러 회전 방향으로 인하여 비산되는 오일은 간접적으로 롤러 태핏과 알루미늄 헤드 커버 사이의 윤활 작용을 돕는다.
한편, 상기 펌프 캠(410)이 최하점일 때에는 상기 캠 캡 오일 홀(345)의 끝단에서 분사되는 오일은 롤러 태핏 하단부를 겨냥하게 되지만, 캠 캡 오일 홀(345) 끝단의 확산 노즐 형상으로 인하여, 그 주변부까지 오일이 비산되어 펌프 캠(410)과 롤러, 태핏과 헤드 커버 사이의 윤활 작용을 할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 GDI엔진의 연료 펌프 윤활 장치에 의하면 중실 캠 샤프트를 적용할 수 있으므로 추가 공정수에 의한 원가상승을 방지할 수 있다.
또한, 상기 실린더 헤드 저널로부터 공급된 오일 이 캠 샤프트를 거쳐 상기 캡 캡에서 바로 연료 펌프 캠 로브로 공급되므로 오일 경로가 단순하고 유로 저항 발생이 감소된다.
또한, 상기 연료 펌프 캠 로브까지의 오일 공급을 위하여 MPI사양 대비 단지 캠 샤프트 저널에 그루브 추가 및 기존의 캠 캡 형상을 소폭 변경하여 컴팩트한 설계를 가능하게 한다.
또한, 소형 엔진의 열악한 설계를 극복하기 위하여 발산(확대) 노즐 형상을 적용을 통한 타겟 윤활을 수행한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 연료 펌프 윤활 구조에 적용되는 오일 갤러리를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 연료 펌프 윤활 구조의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 연료 펌프 윤활 구조에 적용되는 캠 캡의 저면을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 고압 연료 펌프 윤활 구조가 작동되는 상태를 나타낸 것이다.
* 도면에 사용된 주요부분 부호설명*
100: 실린더 블록 110: 오일 갤러리
200: 실린더 헤드 300: 오일 공급 라인
310: 캠 저널부 320: 캠 샤프트 그루브
340: 윤활용 캠 캡 341: 캠 캡 그루브
342: 차단 부재 343: 오일 분사 통로
345: 캠 캡 오일 홀 400: 캠 샤프트
410: 펌프 캠 500: 연료 펌프

Claims (4)

  1. 펌프 캠(410)으로 구동하는 태핏을 구비한 연료 펌프(500)와 상기 태핏을 구동하는 연료 펌프(500)를 윤활하기 위한 윤활 장치에 있어서,
    오일 갤러리(110)가 형성되고, 캠 샤프트(400)가 배치된 실린더 헤드(200);
    상기 오일 갤러리(110)로부터 연통되어 상기 연료 펌프(500)로 오일을 공급하기 위해 형성되는 오일 공급 라인(300);
    상기 캠 샤프트(400)를 덮는 윤활용 캠 캡(340)(cam cap for lubrication);
    상기 윤활용 캠 캡(340)에 형성되는 오일 분사 통로(343);
    상기 오일 분사 통로(343)와 연통되어 상기 펌프 캠(410)과 상기 태핏의 접촉 부위에 오일을 분사하는 캠 캡 오일 홀(345);
    을 포함하되,
    상기 캠 샤프트(400)의 외주면에는 캠 샤프트 그루브(320)가 형성되고, 상기 윤활용 캠 캡(340)에는 캠 캡 그루브(341)가 형성되며,
    상기 오일 분사 통로(343)보다 상기 캠 캡 오일 홀(345)의 내경이 작게 형성되되, 상기 캠 캡 오일 홀(345)의 내경은 상기 펌프 캠(410) 측을 향하여 점진적으로 확대되는 형상인 것을 특징으로 하는 GDI엔진의 연료 펌프 윤활 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오일 공급 라인(300)은 실린더 헤드(200) 저널부, 상기 캠 샤프트 그루브(320), 상기 캠 캡 그루브(341), 상기 오일 분사 통로(343), 상기 캠 캡 오일 홀(345)의 순서로 오일이 공급되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 GDI엔진의 연료 펌프 윤활 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캠 캡 오일 홀(345)은 상기 펌프 캠(410)의 캠 노브가 최대 높이일 때의 위치를 향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 GDI엔진의 연료 펌프 윤활 장치.
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