KR101219977B1 - 유압 2단구동 가변압력실을 가진 연료분사펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박용엔진의 연료분사펌프에 관한 것으로, 그 목적은 엔진로드나 엔진부하에 따라 가변압력실의 볼륨을 오일실린더의 2단 구동에 의해 정확하게 조절하여, 연소의 최적화를 이룰 수 있는 유압 2단구동 가변압력실을 가진 연료분사펌프를 제공하는 것이다.
본 발명은 플런저 배럴내를 상하이동되는 플런저에 의해 가압력 면적부내 연료의 압력 상승이 시작되어 고압의 연료를 분사하는 연료 분사펌프에 있어서, 상기 연료분사펌프는 탑커버에 가변압력부가 연결설치되고, 상기 가변압력부는 내부에 가압력 면적부와 압력홀에 의해 연통되는 가변압력실을 구비하며, 상기 가변압력실은 오일실린더에 의해 작동되는 제1,2피스톤의 2단구동에 의해 볼륨이 조절되도록 되어 있다.

Description

유압 2단구동 가변압력실을 가진 연료분사펌프{Fuel injection pump with Variable Injection Pressure chamber controled by Two phase of oil cylinder}

본 발명은 박용엔진의 연료분사펌프에 관한 것으로, 가변압력실에 의해 연료펌프의 분사시기와 압력을 고정적인 유압의 변위량으로 조정하도록 한 유압 2단구동 가변압력실을 가진 연료분사펌프에 관한 것이다.

일반적으로 박용 엔진에서 사용하는 연료분사 펌프는 각기 다른 연료의 점도(Viscosity)인 Bunker-C(HFO) 사용으로 인한 연소지연(Ignition delay)현상이 발생해 연소지연 부분에 대한 보상이 필요하며, 상기 연소지연 부분을 보상하는 기술은 큰 의미로서 VIT(Variable Injection Timing) 기술이라고 통칭하고 실제적인 것은 FQS(Fuel Quality Setting)을 이용한 보상을 하여 연소의 최적화를 이루는 기술을 의미한다.

상술한 바와 같은 VIT나 FQS는 연소 실린더 내의 연소 최고압력을 높여 연소효율을 좋게 하면서 연비를 줄이는 목적으로 사용된다.

통상 VIT는 엔진 운전 중에 분사시기를 자동으로 조정할 수 있으며, 저부하(Low load)에서 최적의 연료를 소모할 수 있도록 하는 것이다.

통상 보쉬 타입(Bosch Type)의 연료 분사펌프는 플런저가 배럴의 스필 포트(Spill Port:유출공)를 막음으로서 연료의 압력 상승이 시작되어 고압의 연료가 분사되는 방식인데, 이때 연료분사의 시작 시기를 제어하기 위해 배럴에 형성된 스필 포트의 위치를 상하로 조정하거나 플런저의 형상을 부하에 맞게 변형하였다.

그러나 상술한 바와 같이 종래의 일반적인 연료 분사시기를 조정하는 VIT 기술은 별도로 배럴의 스필 포트의 위치를 변경시키는 구조가 복잡한 장치를 설치해야 하거나, 플런저의 형상을 복잡하게 변경시킴으로 인하여 플런저가 마모되거나 연료의 물성치가 변경될 경우 연료 분사시기가 변경되어 연료 분사시기의 외부 조정이 곤란하다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 출원인이 출원한 10-2010-0102372 와 같이, 피스톤의 상하 왕복 운동거리를 조절할 수 있는 가변 압력실의 압력을 수동 압력 조절부 또는 자동 압력 조절부를 통해 조절하여 가변 압력실의 볼륨을 조절함으로써 연료 분사시기를 지연시키거나 앞당겨 연비를 향상시킴은 물론 NOx의 발생을 저감시킴과 동시에 유해 가스인 스모그를 줄일 수 있도록 하는 가변 압력실을 가지는 연료 분사펌프가 있으나, 이는 가변압력을 수동으로 조작해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 배럴을 이동시키는 별도의 장치가 없이 또한, 플런저의 형태 변형 없이도 종래의 연료 분사펌프보다 간단한 구성과 저렴한 제작비용으로 엔진 로드별로 연료 분사시기를 조절할 수 있도록 하는 유압 2단구동 가변압력실을 가진 연료분사펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 엔진로드나 엔진부하에 따라 가변압력실의 볼륨을 오일실린더의 2단 구동에 의해 정확하게 조절하여, 연소의 최적화를 이룰 수 있는 유압 2단구동 가변압력실을 가진 연료분사펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 플런저(Plunger)형상이 단순한 VIT 기능이 없는 펌프(Pump)를 사용하되, 가압력 면적부와 연결되는 별도의 가변 압력실을 설치하여 스필 포트(Spill port)가 막혀서 압력상승이 시작될 때 압력을 흡수하여, 연료분사 시기를 조절할 수 있는 유압 2단구동 가변압력실을 가진 연료분사펌프를 제공하는 것이다.

본 발명은 플런저 배럴내를 상하이동되는 플런저에 의해 가압력 면적부내 연료의 압력 상승이 시작되어 고압의 연료를 분사하는 연료 분사펌프에 있어서, 상기 연료분사펌프는 탑커버에 가변압력부가 연결설치되고, 상기 가변압력부는 내부에 가압력 면적부와 압력홀에 의해 연통되는 가변압력실을 구비하며, 상기 가변압력실은 오일실린더에 의해 작동되는 제1,2피스톤의 2단구동에 의해 볼륨이 조절되도록 되어 있다.

상기 가변압력부는 내부에 가변압력실을 구비하는 실린더와; 상기 실린더 외측에 연결설치되어, 실린더를 탑커버에 밀착되게 삽입설치하는 밀착 플러그와; 상기 밀착플러그에 일측단이 결합되는 하우징과; 상기 실린더의 가변압력실에 상하 슬라이딩 이동 가능하도록 설치되는 피스톤과; 상기 피스톤과 연결되는 부시와; 상기 부시에 일측이 접촉되도록 설치되는 제1탄성부재와; 상기 제1탄성부재의 타측에 접촉되도록 설치되는 스핀들과; 상기 하우징 상부에 설치되는 오일실린더와; 상기 오일실린더에 의해 구동되도록 하우징내에 설치되고 스핀들이 연결되는 제1피스톤과; 상기 제1피스톤과 이격되어 설치되고 스핀들이 관통되는 제2피스톤과, 상기 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 설치되는 제3탄성부재와; 상기 제2피스톤과 밀착플러그 사이에 위치하도록 하우징내에 설치되는 제2탄성부재를 포함하도록 되어 있다.

이와 같이 본 발명은 가바나에서 엔진 부하 및 로드를 읽고 전달받은 힘에 의해 변위를 갖고 있는 오일실린더의 2단구동에 의해 가변압력부내 피스톤 및 부시의 왕복 운동거리를 조절하여 가압력 면적부와 연결된 가변 압력실의 볼륨을 조절함으로써, 가압력 면적부와 연통된 가변압력실의 볼륨이 자동조절되어, 연료 분사시기를 지연시키거나 앞당겨 연비를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 별도의 플런저 배럴을 이동시키는 장치가 없을 뿐만 아니라 플런저의 형상을 변경시키지 않고도 종래의 일반적인 연료 분사펌프보다 간단한 구성과 저렴한 제작비용으로 완전연소를 할 수 있도록 하여 연비 저감효과를 달성할 수 있을 뿐만 아니라 엔진 로드별로 연료 분사시기를 조절하여 유해한 NOx의 발생을 저감시킴과 더불어 유해 가스인 스모그를 줄일 수 있어 환경오염을 저감시킬 수 있는 등 많은 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 전체구성을 보인 예시도
도 2 는 본 발명에 따른 가변압력부의 구성을 보인 예시도
도 3 은 본 발명의 가변 압력실 위치에 따른 인젝션 레이트(Injection rate) 가변 그래프
도 4 는 종래의 MAN 연료분사펌프의 VIT장치를 설명하기 위한 내부 단면도.

본 발명은 간단한 구조로 연료의 분사시기 및 형태를 손쉽게 조정할 수 있을 뿐만 아니라, 엔진의 가압된 연료를 가압후에 압력을 가지고 이러한 면적내에서 볼륨(Volume)의 차이와 압력의 차이를 별도 구성된 장치를 통하여, 엔진연료분사의 시기를 조절할 수 있도록 구성된 것으로, 가변압의 조정을 유압력을 통하여 1차, 2차 단위로 스핀들을 움직여 변위를 갖도록 하고, 그 값으로 인하여 엔진 운전중에도 쉽게 엔진 분사시기를 바꿀 수 있도록 되어 있다.

또한, 기존의 VIT장치가 가지는 외부에서의 장치와 내부에서의 장치가 메인플런져의 가압전에 스필홀의 위치를 옮기는 기술이나, 본 발명은 메인연료분사펌프는 그대로 작동하고 가압하는 플런저와 배럴의 위치가 그대로 있고 펌프상단에 가압된 연료압을 받아서 작동하는 것으로 연료분사시기를 조정하여 완전연소를 할 수 있도록 하고 엔진로드별로 조절하여 유해한 Nox를 저감하고 유해가스인 스모크를 줄일 수 있다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 전체구성을 보인 예시도를, 도 2 는 본 발명에 따른 가변압력부의 구성을 보인 예시도를, 도 3 은 본 발명의 가변 압력실 위치에 따른 인젝션 레이트(Injection rate) 가변 그래프를 도시한 것으로,

본 발명은 플런저 배럴(10)내를 상하이동되는 플런저(20)에 의해 가압력 면적부(30)내 연료의 압력 상승이 시작되어 고압의 연료를 분사하는 연료 분사펌프(100)에 있어서,

상기 연료분사펌프(100)는 탑커버(40)에 가변압력부(50)가 연결설치되고, 상기 가변압력부(50)는 내부에 가압력 면적부(30)와 압력홀(60)에 의해 연통되는 가변압력실(51)을 구비하며, 상기 가변압력실(51)은 오일실린더(59)의 2단구동에 의해 작동되는 제1,2피스톤(58,58a) 및 스핀들(57)에 의해 피스톤(55)의 왕복 운동거리가 가변되어 볼륨이 조절되도록 되어 있다.

상기 가변압력부(50)는 내부에 가변압력실(51)을 구비하는 실린더(52)와; 상기 실린더 외측에 연결설치되어, 실린더를 탑커버에 밀착되게 삽입설치하는 밀착 플러그(53)와; 상기 밀착플러그에 일측단이 결합되는 하우징(54)과; 상기 실린더의 가변압력실에 상하 슬라이딩 이동 가능하도록 설치되는 피스톤(55)과; 상기 피스톤과 연결되는 부시(55a)와; 상기 부시에 일측이 접촉되도록 설치되는 제1탄성부재(56)와; 상기 제1탄성부재의 타측에 접촉되도록 설치되는 스핀들(57)과; 상기 하우징 상부에 설치되는 오일실린더(59)와; 상기 오일실린더에 의해 구동되도록 하우징내에 설치되고 스핀들이 연결되는 제1피스톤(58)과; 상기 제1피스톤과 이격되어 설치되고 스핀들이 관통되는 제2피스톤(58a)과; 상기 제1피스톤과 제2피스톤 사이에 설치되는 제3탄성부재(56b)와; 상기 제2피스톤과 밀착플러그 사이에 위치하도록 하우징내에 설치되는 제2탄성부재(56a)를 포함하도록 되어 있다.

상기 실린더(52)는 내부에 가변압력실(51)을 구비하고, 상기 가변압력실(51)이 압력홀(60)에 의해 가압력 면적부(30)와 연결되며, 상기 가변압력실(51)내에 피스톤(55) 및 부시(55a)가 삽입된다.

상기 가변압력실(51)은 연료펌프의 작동에 따라 상부로 이동되는 플런저(20)에 의해 발생된 가압력이 압력홀(60)을 통해 전달되는 것으로, 피스톤(55) 및 부시(55a)의 왕복 운동거리의 조절에 의해 볼륨이 조절된다.

상기 밀착플러그(53)는 실린더(52)를 탑커버(40)에 고정시키기 위한 것으로, 실린더(52)가 내부에 설치되고, 실린더(52)를 탑커버(40)에 밀착되도록 타이트닝해준다. 또한, 상기 밀착플러그(53)에는 하우징(54)의 일측이 결합된다.

상기 피스톤(55)은 실린더내 가변압력실(51)을 따라 상하이동되고, 끝단에 부시(55a)가 연결설치되며, 상기 부시(55a)는 제1탄성부재(56)를 지지한다.

상기 제1탄성부재(56)는 스핀들(57)과 부시(55a) 사이에 위치하도록 설치되어 있으며, 가변압력실(51)로 전달된 가압력에 의해 이동된 피스톤(55)을 딜레이 후, 원상태로 복귀시키고, 가변캠(59)에 의한 구동력이 스핀들(57)을 통해 전달되어 부시(55a) 및 피스톤(55)을 이동시키게 된다.

상기 스핀들(57)은 일측이 제1탄성부재(56)에 의해 지지되고, 제2피스톤(58a)을 관통하여 타측이 제1피스톤(58)에 연결되도록 하우징(54)내에 설치되어 있다.

상기 오일실린더(59)는 하우징(54)에 수직으로 설치되어 있으며, 1단 구동에 의해 제1피스톤(58)을 이동시키고, 2단 구동에 의해 제1피스톤(58) 및 제2피스톤(58a)을 이동시켜, 스핀들(57)의 스트로크를 조정한다.

상기 제1피스톤(58)은 오일실린더(59)로부터 압력을 직접적으로 받는 것으로, 하우징(54)내에서 슬라이딩되어 움직이며, 오일실린더(59)의 1단구동시 제2피스톤(58a) 방향으로 이동된다.

상기 제2피스톤(58a)은 제1피스톤(58)의 스트로크를 제어하고, 오일실린더(59)의 2단구동시 하우징(54)내에서 슬라이딩되어 움직인다.

또한, 본 발명은 상기 피스톤(55) 및 부시(55a)의 상측에 위치하도록 상기 실린더(52) 및 밀착플러그(53)에 배출라인(50a)이 형성되어 있어, 제1탄성부재(56)내에서 발생되는 에어 및 오일을 배출시키게 된다.

또한, 본 발명은 기존기술의 연료 펌프처럼 메인 펌프 케이싱, 플런저 배럴(10), 플런저(20), 가압력 면적부(30), 스필홀(11)이 있으며, 가압된 연료는 딜리버리밸브(70)를 통하여 연료유 분출구(80)를 통해서 연료분사밸브로 향하게 된다.

또한, 연료분사밸브의 맥동에 의한 초과 압력은 콘스탄트밸브(71)에서 필터링되고, 상기 딜리버리 밸브(70) 및 콘트탄트 밸브(71)를 구비한 탑커버(40)가 타이트닝 볼트(41)에 의해 고정설치되어 있다.

또한, 상기와 같이 구성된 본 발명은 외부의 엔지로드에 따른 변위값의 조정을 가변캠에 의해 운전중에 변하게 조절할 수 있도록 되어 있다.

이하, 본 발명을 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

연료 펌프의 작동이 시작되면 플런저(20)가 상승되면서 스필홀(11)을 지나 플런저 배럴(10) 내부에 설치된 플런저(20)에 의해 스필홀(11)이 폐쇄되면, 플런저(20)에 의해 플런저 배럴(10) 내부로 유입된 연료가 가압된다.

상기와 같이 플런저(20)에 의해 플런저 배럴(10) 내부의 연료가 가압되면, 가압된 연료는 딜리버리 밸브(70)를 통하여 연료유 분출구(80)를 통하여 연료 분사밸브(도시되지 않음)로 향하게 되며, 연료 분사밸브의 맥동에 의한 초과 압력은 콘스탄트 밸브(71)에서 필터링 하게 된다.

이와 동시에 플런저 배럴(10) 내부의 가압된 연료는 압력홀(60)을 통하여 가변 압력부(50) 내부로 유입되어 가변 압력부(50)의 피스톤(55)에 압력을 가하게 된다. 이때, 압력의 리크(Leak)없이 압력지연을 갖도록 실린더(52)와 피스톤(55)은 움직일 수 있을 정도의 예민한 클리어런스를 가지며, 조도 또한, 매우 높은 그레이드를 구비하도록 되어 있다.

상기와 같이 피스톤(55)에 전달된 연료의 압력은 부시(55a)에 전달되며, 피스톤(55)이 연료의 압력에 의해 상승될 시, 부시(55a)가 피스톤(55)과 함께 연동 상승됨에 따라 부시(55a)에 의해 제1탄성부재(56)가 압축된다.

이때, 상기 피스톤(55) 및 부시(55a)의 왕복 운동거리(Stroke)는 가바나에서 엔진 부하 및 로드를 읽고 전달받은 힘을 변위를 갖고 있는 오일실린더(59)의 구동에 의하여 정해지게 되며, 이 정해진 변위를 피스톤에서 압을 전달받아 1,2단계 리프트(Lift)로 움직이면서 볼륨이 정해지게 된다.

즉, 오일실린더가 1단구동되면, 제1피스톤이 제3탄성부재를 압축하며 이동되며, 이동되는 제1피스톤은 스토퍼 역할을 하는 제2피스톤에 의해 멈추게 되어, 스핀들은 1단계 리프트(L1) 만큼의 스트로크를 구비하게 된다. 이와 같이 1단계 리프트(L1) 만큼의 스트로크를 구비한 스핀들(57)에 의해 피스톤(55) 및 부시(55a)의 왕복 운동거리가 조절되어 가변 압력실(51)의 볼륨이 조정된다.

또한, 1단계 리프트(L1)를 움직인 스핀들은 오일실린더(59)의 2단구동에 의해 제2피스톤(58a)이 움직임에 따라 더 이동(하강 또는 상승)되어 2단계 리프트(L2) 만큼의 스트로크를 구비하게 되며, 이와 같은 2단계 리프트(L2) 만큼의 스트로크를 구비한 스핀들(57)에 의해 피스톤(55) 및 부시(55a)의 왕복 운동거리(Stroke)를 다시 조정하게 되므로, 가변압력실(51)의 볼륨이 재조정되게 된다.

상기 1단계 리프트(L1)는 제1피스톤과 제2피스톤 사이의 거리에 해당되고, 2단계 리프트(L2)는 스핀들과 피스톤 사이의 거리에 해당된다.

이와 같이, 본 발명은 오일실린더(59)에 의해 1,2단계 리프트(L1,L2) 만큼의 스트로크를 구비할 수 있는 피스톤(55)에 의해 가변압력실(51)의 볼륨이 조절됨으로써, 압력의 변위를 발생시켜 인젝션 타이밍(Injection timing)을 조작하게 된다.

또한, 딜레이(delay) 되고난 후 피스톤은 탄성부재(56,56a)와 부쉬(55a)로 압력을 받아 다시 하강하여 원위치로 돌아가게 됨으로써, 하나의 사이클이 이루어지게 된다.

또한, 본 발명은 가변 압력실이 정해진 볼륨보다 더 작거나 크게 작동하고자 할 경우, 엔진로드별로 힘을 오일실린더(400)에 가하여 가변 압력실의 볼륨을 조정할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 오일실린더의 2단구동에 의해 피스톤(55) 및 부시(55a)의 왕복 운동거리를 조절하여 가변 압력실(51)의 볼륨을 조절함으로써 도 3 에 도시된 바와 같이 연료 캠의 딜레이(Delay) 효과를 볼 수 있으며, 이와 같은 압력의 딜레이(delay)는 연료분사장치까지의 분사시간을 잡아 둠으로서 연료분사시기가 Retard 또는 Advance되는 효과를 볼 수 있다.

도 3 은 해석을 통한 본 발명의 효과를 단적으로 보여준 것으로, 연료분사밸브의 인젝션 레이트(Injection rate)를 시뮬레이션(Simulation)하여 볼 수 있는데, 실제 본 발명에 따른 연료 캠(Fuel cam)의 딜레이(delay)의 효과를 볼 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 1,2단계 리프트는 엔진 부하를 가장 보편적인 로드로 사용할 시 적용된 것으로, 엔진에서 80%대에서 가장 경제적인 연비가 소요될시에는 L1,L2 의 적정한 리프트를 맞추어 그 자리에서 VIT가변압력이 조절되도록 하기 위한 것이며, 본 발명은 1단계 리프트(L1)과 2단계 리프트(L2)내에서도 에어실린더의 구동대로 가변이 정해지게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

(10) : 플런저 배럴 (20) : 플런저
(30) : 가압력 면적부 (40) : 탑커버(Top-cover)
(41) : 타이트닝 볼트 (50) : 가변압력부
(50a) : 배출라인 (51) : 가변압력실
(52) : 실린더 (53) : 밀착플러그
(54) : 하우징 (55) : 피스톤
(55a) : 부시 (56) : 제1탄성부재
(56a) : 제2탄성부재 (56b) : 제3탄성부재
(57) : 스핀들 (58) : 제1피스톤
(58a) : 제2피스톤 (59) : 오일실린더
(60) : 압력홀
(70) : 딜리버리 밸브(Delivery valve)
(71) : 콘스탄트 밸브 (80) : 연료유 분출구
(100) : 연료분사펌프 (300) : 엔진부하 링키지
(400) : 밸브하우징

Claims (3)

1. 플런저 배럴내를 상하이동되는 플런저에 의해 가압력 면적부내 연료의 압력 상승이 시작되어 고압의 연료를 분사하는 연료 분사펌프에 있어서,
   상기 연료분사펌프는 탑커버에 가변압력부(50)가 연결설치되고,
   상기 가변압력부(50)는 내부에 가압력 면적부와 압력홀에 의해 연통되는 가변압력실(51)을 구비하는 실린더(52)와; 상기 실린더 외측에 연결설치되어, 실린더를 탑커버에 밀착되게 삽입설치하는 밀착 플러그(53)와; 상기 밀착플러그(53)에 일측단이 결합되는 하우징(54)과; 상기 실린더의 가변압력실(51)에 상하 슬라이딩 이동 가능하도록 설치되는 피스톤(55)과; 상기 피스톤(55)과 연결되는 부시(55a)와; 상기 부시에 일측이 접촉되도록 설치되는 제1탄성부재(56)와; 상기 제1탄성부재의 타측에 접촉되도록 설치되는 스핀들(57)과; 상기 하우징(54) 상부에 설치되는 오일실린더(59)와; 상기 오일실린더(59)에 의해 구동되도록 하우징(54)내에 설치되고 스핀들(57)이 연결되는 제1피스톤(58)과; 상기 제1피스톤(58)과 이격되어 설치되고 스핀들이 관통되는 제2피스톤(58a)과; 상기 제1피스톤(58)과 제2피스톤(58a) 사이에 설치되는 제3탄성부재(56b)와; 상기 제2피스톤(58a)과 밀착플러그(53) 사이에 위치하도록 하우징(54)내에 설치되는 제2탄성부재(56a)를 포함하여 구성되어,
   오일실린더의 2단구동에 의해 작동되는 제1,2피스톤 및 스핀들에 의해 피스톤의 왕복 운동거리가 가변되어 가변압력실의 볼륨이 조절되는 것을 특징으로 하는 유압 2단구동 가변압력실을 가진 연료분사펌프.
   
2. 삭제
3. 청구항 1 에 있어서;
   상기 피스톤(55) 및 부시(55a)의 상측에 위치하도록 실린더(52) 및 밀착플러그(53)에 배출라인(50a)이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유압 2단구동 가변압력실을 가진 연료분사펌프.

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