KR19990077583A

KR19990077583A - 압력맥동(脈動)을저감하기위한유로(流路)를갖는유체펌프

Info

Publication number: KR19990077583A
Application number: KR1019990007076A
Authority: KR
Inventors: 마쓰모토다쓰야; 이토모토야; 니무라후미히로
Original assignee: 오카메 히로무; 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 1999-10-25
Also published as: JPH11324839A; US6082984A; DE19908174B4; DE19908174A1; JP3956511B2; KR100312990B1

Abstract

연료 펌프는 펌프 유닛(12) 및 모터 유닛(13)을 포함한다. 펌프 유닛(12)은 한 쌍의 측판(21, 22) 및 원통형 하우징(23)으로써 형성되는 펌프실(30)에 회전자(25, 26)를 갖춘 트로코이드 기어 방식이다. 측판(22)에는 원판(38)이 부착되어 측판(22)과 조합해서 아치형의 압력 맥동 저감 유로(19, 37, 50, 52a∼52c)를 형성한다. 유로(19, 37, 50, 52a∼52c)에는 유로(19, 37, 50, 52a∼52c)를 통하여 흐르는 연료에 난류를 발생시키기 위한 돌출부(40) 또는 요부(51, 54a∼54b)가 형성된다. 이러한 난류가 연료의 압력 맥동을 분산시켜 압력 맥동을 저감시킨다.

Description

압력 맥동(脈動)을 저감하기 위한 유로(流路)를 갖는 유체 펌프{FLUID PUMP HAVING PRESSURE PULSATION REDUCING PASSAGE}

본 발명은 압력 맥동 저감 기능을 갖는 유체 펌프에 관한 것이다.

차량용 연료 펌프 등 유체 펌프에는 두 가지 방식이 있으며, 하나는 트로코이드(trochoid) 기어 펌프 및 롤러 펌프 등의 용적식(容積式), 및 다른 하나는 터어빈(웨츠코[Wetsco]) 펌프 등 비용적식이다.

용적식 펌프에서는, 펌프실의 용적의 변화에 따라서 유체가 흡입 및 토출된다. 그러므로 펌핑 효율은 더 크지만, 토출된 유체의 압력 맥동이 크고, 큰 잡음 및 큰 진동을 일으킨다. 반면에, 비용적식 펌프에서는, 펌프 케이싱(casing) 내에서 터어빈(임펠러[impeller])의 회전으로써 유체가 흡입 및 토출된다. 펌프실의 용적은 변화하지 않기 때문에, 토출된 연료의 압력 맥동, 잡음 및 진동이 더 작게 된다.

용적식 펌프가 사용되는 경우에는, 유체 토출 측에 댐퍼(damper)장치가 형성되거나 또는 탄성 재료에 의한 유체 파이프가 형성되어서 압력 맥동, 잡음 및 진동을 저감시킨다.

본 발명에 의하면, 유체 펌프는 유체 토출 측에 압력 맥동 저감 유로(流路)를 갖는다. 맥동 저감 유로에 돌출부 또는 홈(groove)이 형성되어서 유체가 돌출부 또는 홈의 벽면에 충돌할 때 유체를 소용돌이치게 한다. 따라서, 유체 흐름에 난류(亂流)가 발생하여, 이 난류가 토출된 유체의 압력 맥동을 분산시켜서 압력 맥동, 잡음 및 진동이 저감된다.

이 맥동 저감 유로는 길게 형성하는 것이 바람직하다. 이 유로는 펌프 유닛의 벽면을 따라서 아치형 또는 그 반대 형상으로 구성할 수도 있다. 더욱이, 맥동 저감 유로는 금속제 또는 수지(樹脂)제의 원판으로 구성되어, 펌프 유닛 및 모터 유닛 사이에 삽입할 수도 있다.

특히, 차량용 연료 펌프로서 용적식 펌프가 사용되는 경우에, 잡음을 차폐하기 위하여 차량 샤시(chassis)에 소음(消音) 재료를 부착한다. 이러한 것으로 인하여 생산비가 증가하게 된다.

그러므로 본 발명의 목적은 잡음, 진동, 및 생산비를 저감하면서, 펌핑 효율이 높은 유체 펌프를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 첫 번째 실시예에 의한 연료 펌프의 부분 단면을 나타내는 전면도.

도 2는 도 1에서 선분 Ⅱ-Ⅱ를 따라서 본 연료 펌프의 단면도.

도 3은 도 1에서 선분 Ⅲ-Ⅲ을 따라서 본 연료 펌프의 단면도.

도 4는 도 1에서 선분 Ⅳ-Ⅳ를 따라서 본 연료 펌프의 단면도.

도 5는 도 1에서 선분 Ⅴ-Ⅴ를 따라서 본 연료 펌프의 단면도.

도 6은 본 발명의 두 번째 실시예에 의한 연료 펌프의 단면을 나타내는 부분 전면도.

도 7은 도 6에서 선분 Ⅶ-Ⅶ을 따라서 본 연료 펌프의 단면도.

도 8은 본 발명의 세 번째 실시예에 의한 연료 펌프의 단면을 나타내는 부분 전면도.

도 9는 도 8에서 선분 Ⅸ-Ⅸ를 따라서 본 연료 펌프의 단면도.

도 10은 도 8에서 선분 Ⅹ-Ⅹ을 따라서 본 연료 펌프의 단면도.

도 11은 두 번째 및 세 번째 실시예에서 압력 맥동에 대하여 실행한 실험 결과를 나타내는 그래프.

유체 펌프로서의 차량용 연료 펌프에 대한 여러 가지 실시예를 참조로 하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 연료 펌프의 동일한 또는 유사한 구성 부분은 동일한 또는 유사한 참조 숫자로써 표시된다.

(첫번째 실시예)

우선 도 1을 참조하면, 연료 펌프는 원통형 하우징(11) 내에 조립되어 있는 트로코이드 기어 방식 펌프 유닛(12) 및 전기 모터 유닛(13)을 포함한다. 펌프 유닛(12)을 덮는 펌프 덮개(14)위에 하우징(11)의 일단(하단부)을 크림핑(crimping)하여, 덮개(14) 및 펌프 유닛(12)을 적당한 위치에 단단하게 고정시킨다. 펌프 덮개(14)에는 연료 흡입구(15)가 형성되어, 이 연료 흡입구를 통하여 차량 연료 탱크(도면에 나타내지 않음) 내의 연료가 펌프 유닛(12) 내에 흡입된다. 하우징(11)의 타단(상단부)은 모터 유닛(13)위에 크림핑하여, 모터 유닛(13)을 적당한 위치에 고정시킨다. 모터 덮개(16)위에는 전기 커넥터(17) 및 연료 토출구(16)가 설치되어 있다. 전기 커넥터(17)는 모터 유닛(13)에 전력을 공급하기 위한 것이다. 연료 토출구(18)는 모터 유닛(13)에 형성된 연료 통로(20)를 통하여 압력 맥동 저감 유로(19, 37)와 서로 통한다. 압력 맥동 저감 유로(19, 37)는 펌프 유닛(12) 및 모터 유닛(13) 사이에 형성된다. 따라서, 연료 토출구(18)는 펌프 유닛(12)으로부터 분출한 연료를 차량 엔진용의 연료 분사 장치 등 외부 장치(도면에 나타내지 않음)에 토출한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 펌프 유닛(12)은 한쌍의 원판형 측판(21, 22), 및 측판(21, 22) 사이에 유체가 새지 않게 끼운 원통형 하우징(23)을 포함한다. 이것들은 다수의 나사(도면에 나타내지 않음)로써 고정되어 펌프 케이싱을 구성한다. 펌프 케이싱 내부에는 외부 회전자(25) 및 내부 회전자(26)가 수납(收納)되어 있다. 외부 회전자(25)의 내주측(內周側)에는 트로코이드 톱니(27)가 등각(等角)으로 형성되고, 내부 회전자(26)의 외주측(外周側)에는 트로코이드 톱니(28)가 등각(等角)으로 형성된다. 내부 회전자(26)의 트로코이드 톱니(28)의 수는 외부 회전자(25)의 트로코이드 톱니(27)의 수 보다 한 개 적다. 외부 회전자(25)는, 하우징(23)의 반경 방향의 중심으로부터 편심(偏心)되어서 원통형의 하우징(23)에 형성된 원형 구멍(29)에서 회전할 수 있게 부합되어 있다. 내부 회전자(26)는 편심되거나 또는 중심을 벗어난 상태로 외부 회전자(25)의 내부에 수납되어서, 트로코이드 톱니(27, 28) 사이에서 맞물림 또는 접촉으로써 다수의 펌프실(30)이 형성된다. 외부 회전자(25) 및 내부 회전자(26)는 서로 편심되어 있기 때문에, 트로코이드 톱니(27, 28) 사이의 맞물림 비율(rate of meshing)이 점차로 증가하고, 감소하여 각 펌프실(30)의 용적이 회전자의 1 회전을 매 주기로 하여 점차적으로 증가하고 감소한다.

도 1 및 3에 나타낸 바와 같이, 흡입구(35)가 측판(21)에 형성되어 그 곳을 통하여 연료를 펌프실(30)로 흡입한다. 흡입구(35)는 회전자(25, 26)가 회전함에 따라서 펌프실 용적이 증가하는 위치에서 다수의 펌프실(30)과 통하도록 아치형 또는 초승달 모양으로 형성된다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 토출구(36)는 측판(22)에 형성된다. 측판(22)의 하측 또는 내측면(회전자 측)에는 연료를 토출구(36)로 인도하는 홈(36a)이 형성되어 있다. 이 홈(36a)은 회전자(25, 26)가 회전함에 따라서 펌프실 용적이 감소하는 위치에서 다수의 펌프실(30)과 통하도록 아치형 또는 초승달 모양으로 형성된다. 측판(22)의 상측 또는 외측면에는 토출구(36)로부터 토출된 연료를 원주(圓周) 방향으로 인도하도록 유로(37)가 형성된다.

도 1을 다시 참조하면, 모터 유닛(13) 및 측판(22) 사이의 공간에 금속제 또는 수지제의 원판(38)이 구성되어 있다. 이 원판(38)은 유체가 새지 않도록 측판(22)에 밀착되어 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 원판(38)의 하측 또는 내측면에는 토출구(36)로부터 토출된 연료를 원주 방향으로 인도하도록 유로(19)가 아치형으로 형성된다. 유로(19)의 종단부에는, 모터 유닛 측, 즉 모터 유닛(13)의 연료 유로(20)에 연료를 토출하는 토출구(39)가 형성된다. 따라서, 유로(19, 37)가 조합해서 압력 맥동 저감 유로를 구성한다. 원판(38)의 유로(19)에는, 다수의 핀(fin)상의 돌출부(40)가 균일한 각(角) 간격으로 형성된다. 각 돌출부(40)는 반경 방향으로, 연료의 흐름 방향에 대체적으로 수직으로 연장되어서, 유로(19, 37)의 단면적을 좁게 한다. 즉, 유로(19)는 아치형의 유로(19a) 및 요부(凹部)(19b)로 나눠져서, 각각은 아치형의 유로(19a)로부터 반경 방향으로 내측으로 연장된다.

측판(22)의 반경 방향 중심에 형성된 관통 구멍(31)에는 원통형의 베어링(32)이 삽입되어 있다. 베어링(32)의 내측에는 모터 유닛(13)의 회전축(33)이 회전할 수 있게 지지되어 있고, 베어링(32)의 외측에는 내부 회전자(26)가 회전할 수 있게 부합되어 있다. 회전축(33)의 종단부(縱端部)에는 이음 장치(34)가 고정되어, 내부 회전자(26)에 맞물려져 있다. 따라서, 모터 유닛(13)의 회전축(33)이 회전할 때, 내부 회전자(26)는 또한 회전축(33)과 함께 완전하게 회전한다. 외부 회전자(25)는 내부 회전자(26)에 맞물려 결합되어 있기 때문에, 외부 회전자 또한 내부 회전자(26)와 함께 회전한다.

회전자(25, 26)가 각각 회전하는 동안에, 회전자(25, 26) 사이의 맞물림 비율은 점차적으로 증가하고 감소함에 따라서, 각 펌프실(30)의 용적을 점차적으로 증가시키고 감소시킨다. 용적이 증가하는 펌프실(30)에서 흡입구(35)로부터 연료를 흡입하고, 흡입된 연료를 가압하는 한편, 가압된 연료를 토출구(36)로 이송한다. 반면에, 용적이 감소하는 펌프실(30)은 토출구(36)로부터 이송된 연료를 홈(36a)을 통하여 유로(19, 37)에 토출한다.

토출구(36)로부터 토출된 연료는 유로(19, 37)를 통하여 흐르는 동안에, 각 돌출부(40)에 충돌하고 소용돌이친다. 결과적으로, 돌출부(40)의 상류측 및 하류측에서 난류가 발생한다. 트로코이드 기어 방식 연료 펌프로부터 토출된 연료의 압력은 비교적 크게 변동하지만, 이 압력 맥동은 각 돌출부(40)의 상류 및 하류에서 발생하는 난류에 의하여 분산됨으로써, 연료 토출구(18)로부터 토출되는 연료의 압력 맥동을 제거한다. 따라서, 펌프 유닛(12)에 대하여 트로코이드 방식을 사용함으로써 높은 펌핑 효율을 유지하면서, 펌프 유닛(12)으로 인한 잡음 및 진동이 저감된다.

추가적으로 원판(38)을 사용함으로써 돌출부(40)를 갖춘 유로(19, 37)가 형성되므로, 간단한 구성, 간단한 조립 작업 및 낮은 비용으로써 압력 맥동 저감을 달성할 수 있다. 원판(38)은 펌프 유닛(12) 및 모터 유닛(13) 사이에 배치되므로, 펌프 유닛(12) 및 모터 유닛(13) 사이의 유휴 공간은 연료 펌프의 크기를 증대함이 없이 효과적으로 사용된다. 더욱이, 펌프 유닛(12) 및 모터 유닛(13) 사이에 유로(19, 37)가 형성되기 때문에, 유로(19, 37)의 하류에서, 즉 모터 유닛 측에서의 압력 맥동으로 인한 진동이 억제된다.

유로(19, 37)는 펌프 유닛(12)의 측벽을 따라서 직선형으로 형성할 수도 있다는 것을 고려하여야 한다. 그러나, 압력 맥동을 가능한 한 많이 저감하기 위하여 유로(19, 37)가 충분한 길이를 갖도록 아치형으로 유로(19, 37)를 형성하는 것이 바람직하다. 측판(22)의 유로(37)에 돌출부(40)를 형성할 수도 있고, 돌출부(40)는 상이한 형상일 수도 있다. 더욱이, 원판(38)의 유로(19)만으로써 압력 맥동 저감 유로를 형성함으로써, 측판(22)은 압력 맥동 저감을 위한 아무런 유로도 갖지 않을 수도 있다.

(두 번째 실시예)

도 6 및 7에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서, 원판(38)의 외주(外周)를 따라서 유로(50)가 아치형으로 형성되고, 다수의 연장된 요부(51)가 유로(50)와 통하도록 등각(等角)으로 형성되어 있다. 각각의 연장된 요부(51)는 유로(50)로부터 내측으로 베어링(32)에 밀접하게 반경 방향으로 연장된다. 원판(38)에 대향(對向)하는 측판(22)의 측벽은 평면일 수도 있고, 대응하는 유로(50) 및 요부(51)와 통하는 유로 및 연장된 요부를 갖도록 형성될 수도 있다.

본 실시예에 의하면, 유로(50)를 통하여 흐르는 연료는 또한 요부(51)로 흘러서 요부(51)의 내벽과 충돌하면서 소용돌이친다. 따라서, 유로(50) 및 요부(51) 사이의 연결점에서 난류가 발생된다. 이러한 난류로 인하여, 압력 맥동이 분산되어 저감된다.

압력 맥동은,

⑴ 연장된 요부의 수가 증가함에 따라서,

⑵ 흐름 억제 비율(유로에서 최대 유로 단면적과 최소 유로 단면적의 비)이 증가함에 따라서,

⑶ 요부(51)의 개구(開口) 면적(인접한 요부의 각(角) 간격)이 증가함에 따라서, 및

⑷ 흐름 억제 길이(좁혀진 유로 단면적의 길이)가 증가함에 따라서 더욱 저감되는 것을 확인하였다.

조건 ⑴, ⑶ 및 ⑷에 대해서, 유로(50)의 길이는 원판(38)의 크기에 의해서 제한된다. 조건 ⑵에 대해서는, 유로를 좁게 하면 압력 손실을 증가시켜서 펌프의 토출 능력을 감소시킨다. 그러므로, 최소 유로 단면적에서의 압력 손실이 너무 크게 되지 않도록, 최소 유로 단면적을 10㎟ 이상으로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 실시예에서, 유로(50)의 반경 방향의 내측에 있는 벽을 사용하여 홈(50)의 반경 방향 내측에 각 요부(51)가 형성되어 베어링(32)에 밀접하게 연장된다. 따라서, 최소 유로 단면적을 10㎟ 이상으로 확보하여 압력 손실을 저감하고, 요부(51)의 연장(길이)에 의해서 최대 유로 단면적을 확보할 수 있다. 즉, 압력 맥동 저감 및 압력 손실 저감 모두를 확보하도록 흐름 억제 비율을 설정할 수 있다.

두 번째 실시예에 의한 연료 펌프의 연료 토출구(18)(도 1 참조)의 바로 하류점에서 발생하는 압력 맥동을 측정하여 실험하였다. 이 실험에서, 내부 기어의 톱니 수는 12이고, 외부 기어의 톱니 수는 13이다. 압력 맥동(기어 1차 맥동)은 모터 회전 속도에 내부 기어 톱니 수를 곱한 주파수에서 최대가 되기 때문에, 모터 유닛(13)에 인가되는 전압을 변화시켜 모터 회전 속도를 변화시킨다. 즉, 기어 1차 맥동 주파수를 500㎐로부터 1200㎐까지 변화시킨다. 맥동은 고정 토출 압력, 300㎪의 조건하에서 매 100㎐마다 측정되었다. 실험 결과를 나타내는 도 11로부터 두 번째 실시예에 의한 연료 펌프는 전주파수 범위에 걸쳐서 종래의 펌프에 비해서 압력 맥동이 적은 것을 알 수 있다.

(세 번째 실시예)

도 8 내지 10에 나타낸 세 번째 실시예에서는, 원판(38)의 외주 및 내주를 따라서 원판(38)위에 한 쌍의 유로(52a, 52b)가 형성되어 있다. 유로(52a, 52b)는 칸막이 벽(53)에 의해서 분리되어 있지만, 접혀진 부분(52c)에서 서로 통하도록 접혀진 단일 통로를 형성하여, 유로 길이는 충분히 길게 된다. 칸막이 벽(53)은 통상적으로 구형(矩形)으로 형성되어 원주 방향으로 요부(54a) 및 요부(54b)를 교대로 형성한다. 요부(54a)는 유로(52a)와 통하고 요부(54b)는 유로(52b)와 통한다. 최소 유로 단면적은 유로(52a, 52b)에서 발생하는 압력 손실을 저감하도록 10㎟ 이상이 되도록 하고 있다.

동작에 있어서, 펌프 유닛(12)이 모터 유닛(13)에 의해서 구동될 때, 토출구(36)를 통하여 유로(52a)에 흡입되는 연료는 유로(52a)를 통하여 흘러서, 접혀진 부분(52c)을 돌아서, 유로(52b)를 통하여 흐르고 토출구(39)로부터 모터 유닛측으로 토출된다.

본 실시예에 의하면, 연료를 반대 원주 방향으로 흐르게 하도록 유로(52a, 52b)가 접혀져 있기 때문에, 유로는 첫 번째 및 두 번째 실시예에서 보다 더욱 길게 형성되어서 압력 맥동 저감 효과를 더욱 높일 수 있다.

세 번째 실시예는 또한 두 번째 실시예와 동일한 조건하에서 압력 맥동 저감에 대해서 실험하였다. 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 압력 맥동은 두 번째 실시예에서 보다 더욱 저감되었다.

본 발명은 개시된 실시예 및 변형예에 한정되지 않고, 본 발명의 개념으로부터 벗어남이 없이 많은 기타의 방법으로 실시될 수 있다. 예로서, 압력 맥동 저감 유로는 롤러 방식 펌프 및 스크루우 방식 펌프 등의 기타의 용적식 펌프에 적용될 수도 있다. 더욱이, 본 발명은 터어빈(웨츠코[Wetsco]) 방식 펌프 등의 비용적식 펌프에도 적용될 수 있다.

Claims

유체 펌프에 있어서,

하우징(23),

펌프실(30)을 형성하도록 하우징(23)의 양측에 구성된 한 쌍의 측판(21, 22),

펌프실(30)의 하류에서 하나의 측판(21, 22)으로써 유로(19, 37, 50, 52a-52c)를 형성하도록 하나의 측판(21, 22)에 부착된 판(38), 및

펌프실(30)로부터 토출되어 유로(19, 37, 50, 52a-52c)에서 흐르는 유체에 난류(亂流)를 발생시키도록 유로(19, 37, 50, 52a-52c)에 형성함으로써, 유로(19, 37, 50, 52a∼52c)로부터 토출된 연료의 압력 맥동을 저감하는 최소한 하나의 돌출부 및 요부(40, 51, 54a∼54b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
제1항에 있어서, 유로(19, 37, 50, 52a∼52c)는 측판(21, 22)중 하나의 측면을 따라서 아치형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
제1항에 있어서, 유로(19, 37, 50, 52a∼52c)는 유체를 반대 방향으로 흐르게 하도록 접혀져 있는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
제1항에 있어서, 펌프실(30)은 용적식(容積式)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
제1항에 있어서, 모터 유닛(13)을 추가로 포함하는 유체 펌프에 있어서, 판(38)이 원판형이고, 모터 유닛 및 측판(21, 22)중의 하나 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
제3항에 있어서, 유로(52a∼52c)의 접혀진 부분의 상류측 및 하류측에 형성된 요부(54a∼54b)가 원주 방향으로 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
제1항에 있어서, 유로(37, 50, 52a∼52b)는 판(38)에 대향(對向)하는 하나의 측판(21, 22)의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
제7항에 있어서, 유로(37, 50, 52a∼52b)는 측판(21, 22)중 하나의 외주측을 따라 형성되고 반경 방향의 폭을 가지며, 요부(51, 54a)는 원주 방향으로 등각으로 배열되어 유로(37, 50, 52a∼52b)로부터 내측 반경 방향으로 유로의 폭 보다 큰 깊이로 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
제1항에 있어서, 내주측에 다수의 트로코이드 톱니(27)를 갖추고 있고 펌프실(30)에 배치된 외부 회전자(25), 및 외주측에 다수의 트로코이드 톱니(28)를 갖추고 있고 펌프실(30)에 배치된 내부 회전자(26)를 추가로 포함하는 유체 펌프.
제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나의 측판(21, 22) 및 판(38) 모두는 각각의 홈(19, 37, 50, 52a∼52b)을 갖고 있고, 조합해서 유로(19, 37, 50, 52a∼52b)를 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 펌프.