KR101393137B1

KR101393137B1 - 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프

Info

Publication number: KR101393137B1
Application number: KR1020100078720A
Authority: KR
Inventors: 강상립; 김주태; 안광헌; 전병현
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2014-05-09
Anticipated expiration: 2030-08-16
Also published as: KR20120016396A

Abstract

본 발명은 연료분사량과는 독립적으로 연료분사 시기를 가변적으로 조정할 수 있도록 개선하여, 엔진부하구간에서 연소효율을 향상시킬 수 있도록 한 것으로, 이와 같이 연료분사 시기를 가변적으로 조정할 수 있도록 본 발명에서는 플런저(12)의 상부에 회전 가능하게 설치되는 조정부재(18)에 의해 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프로서, 배럴(14)의 플런저실(12)을 따라 승하강하도록 삽입되는 플런저(12)와; 상기 플런저(12)의 상면으로부터 깊이를 가지고 형성되는 홈부(36), 플런저(12)의 외면에 형성되는 헬릭스홈(30)이 서로 소통하도록 플런저(12)에 형성되는 통공(34)과; 상기 홈부(36)에 회전 가능하게 결합되는 상태로 배치되며 상기 홈부(36)와 플런저실(12)이 소통하도록 결합공(52)을 내부에 형성한 조정부재(18)와; 상기 조정부재(18)의 상부 외면에 둘레를 따라 형성되는 요홈부(44)를 포함하며, 상기 요홈부(44)와 소통하는 상태로 하부 외면에 둘레를 따라 형성되는 헬릭스홈(48a, 48b)과; 상기 조정부재(18)의 결합공(52)에 홈부(36)와 결합공(52)의 소통이 유지되는 상태로 결합되며 배럴(14)의 외부로 인출되도록 배치되는 콘트롤 바(22)와; 상기 콘트롤 바(22)에 연결되는 구동수단(20)을 포함하여 구성되는 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프가 제공된다.

Description

연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프{Fuel Injection Pump for Time Control of a Fuel Injection}

본 발명은 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료분사량과는 독립적으로 연료분사 시기를 가변적으로 조정할 수 있도록 개선하여 엔진부하구간에서 연소효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 디젤엔진의 기계식 연료분사펌프는, 8~10bar의 압력으로 공급되는 연료가 펌프 배럴과 플런저 사이의 플런저실(공간)로 연료가 공급된다. 그리고 캠축이 회전하면서 캠 풀리 형상에 따라 플런저가 상승하게 되면, 플런저는 플런저실로 분사된 연료를 압축하게 된다. 이와 같이 가압된 연료는 딜리버리 밸브의 스프링 압력을 이기는 상태로 밸브를 열고 엔진의 연소실로 분사된다.

아울러, 플런저 헬릭스홈이 스필 포트(Spill Port)와 소통을 이루게 되면, 가압된 연료는 스필포트를 통해 빠져 나오면서 압력이 하강되어 딜리버리 밸브가 닫히게 되고, 연료분사가 종료되는 일련의 과정을 반복 수행하게 된다.

배경기술에 기술된 일반적인 디젤엔진의 기계식 연료분사펌프는 플런저의 상면이 편평한 수평면의 구조를 취하고 있어 연료분사 시기는 항상 일정하게 이루어지게 된다. 그런데, 이와 같이 연료분사 시기가 항상 일정하게 이루어지게 되면 적절한 엔진부하구간에서 연료분사시기를 앞당기지 못하여 연소효율 향상과 연료 소모 감소를 이룰 수 없는 구조적인 문제가 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하려는 과제는 독립적으로 연료분사 시기를 가변적으로 조정할 수 있도록 개선하여 특히, 엔진부하구간에서 연소효율을 향상시킬 수 있도록 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에서는, 플런저의 상부에 회전 가능하게 설치되는 조정부재에 의해 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프로서, 배럴의 플런저실을 따라 승하강하도록 삽입되는 플런저와; 상기 플런저의 상면으로부터 깊이를 가지고 형성되는 홈부, 플런저의 외면에 형성되는 헬릭스홈이 서로 소통하도록 플런저에 형성되는 통공과; 상기 홈부에 회전 가능하게 결합되는 상태로 배치되며 상기 홈부와 플런저실이 소통하도록 결합공을 내부에 형성한 조정부재와; 상기 조정부재의 상부 외면에 둘레를 따라 형성되는 요홈부를 포함하며, 상기 요홈부와 소통하는 상태로 하부 외면에 둘레를 따라 형성되는 헬릭스홈과; 상기 조정부재의 결합공에 홈부와 결합공의 소통이 유지되는 상태로 결합되며 배럴의 외부로 인출되도록 배치되는 콘트롤 바와; 상기 콘트롤 바에 연결되는 구동수단을 포함하여 구성되는 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프가 제시된다.

위에서, 조정부재의 헬릭스홈은 폭이 점차 좁아지는 구조를 취하도록 상기 헬릭스홈의 하단 컨트롤 엣지가 일측에서 타측으로 갈수록 상향 경사지게 형성되는 구조가 제시된다.

또한, 상기 플런저의 상면에 형성되는 개구부를 통해 홈부로 삽입되도록 조정부재의 저면에 구비되는 결합구와; 상기 홈부의 내주면에 형성되며 홈부로 삽입된 결합구가 회전할 수 있도록 하는 회전 가이드홈;로 이루어지는 구조가 제시된다.

이와 같이 본 발명은 조정부재에 의해 연료분사 시기를 가변적으로 조정할 수 있도록 개선하여 엔진부하구간이 발생하게 될 때, 엔진부하구간에서 연소실 내의 최고 압력 상승과 함께 점화시기를 앞당기고, 그로 인해 연소효율 향상 및 연료 소모 감소효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프를 나타낸 부분 단면 사시도이다.
도 2는 도 1을 나타낸 단면도이다.
도 3a ~ 도 3c는 도 1의 연료분사 시기 조정부재를 나타낸 것으로, 도 3a는 위에서 바라본 사시도이고, 도 3b는 측면에서 바라본 사시도이며, 도 3c는 아래에서 바라본 사시도이다.
도 4는 플런저와 연료분사 시기 조정부재가 분리된 상태를 나타낸 분리 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 연료분사 시기 조정부재의 회동전 결합 모습을 나타낸 것으로, 도 5a는 단면도이고, 도 5b는 도 5a의 A-A선을 따라 나타낸 평단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 연료분사 시기 조정부재가 회동후 결합 모습을 나타낸 것으로, 도 6a는 단면도이고, 도 6b는 도 6a의 B-B선을 따라 나타낸 평단면도이다.
도 7은 연료분사 시기 조정부재의 회전량에 따라 연료분사시기를 설명하기 위한 개략도이다.

이하. 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다. 아울러, 본 발명을 설명하기에 앞서, 관련된 공지기능 혹은 공지 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있으며 공지 기능과 공지구성에 대한 상세 설명은 생략한다.

도 1에서는 본 발명에 따른 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프를 나타낸 부분 단면 사시도가 도시되어 있고, 도 2에서는 도 1을 나타낸 전단면도가 도시되어 있다. 또한, 도 3a ~ 도 3c는 도 1의 연료분사 시기 조정부재를 나타낸 것으로, 도 3a에서는 위에서 바라본 사시도가 도시되어 있고, 도 3b에서는 측면에서 바라본 사시도가 도시되어 있으며, 도 3c는 아래에서 바라본 사시도가 도시되어 있다. 아울러 도 4에서는 플런저와 연료분사 시기 조정부재가 분리된 상태를 나타낸 분리 사시도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료분사펌프(10)는 플런저실(12)이 내부에 형성되어 있는 배럴(14)과, 상기 플런저실(12)을 따라 승하강하도록 배럴(14)에 삽입되는 플런저(16)와, 상기 플런저(16)에 회전 가능하게 결합되는 연료분사 시기 조정부재(18)(이하, 조정부재로 칭함)와, 이 조정부재(18)와 구동수단(20)을 연결하여 구동수단(20)에서 발생한 회전력을 조정부재(18)로 전달하는 콘트롤 바(22)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 배럴(14)에는 플런저실(12)이 내부에 형성되어 있고, 연료분사구(24)는 배럴(14)의 상면에 플런저실(12)과 소통하는 구조로 형성되어 있다. 상기 배럴(14)의 측면에는 스필포트(26)가 플런저실(12)과 소통하는 구조로 형성되어 있다.

상기 플런저(16)에는 플런저실(12)과 통하도록 플런저(16)의 내측으로 파지는 해제홈(28)이 플런저(16)의 상단에서 하단 방향을 향해 길이를 가지고 형성되어 있으며, 헬릭스홈(30)은 해제홈(28)과 연통하는 연결상태로 플런저(16)의 둘레를 따라 형성되어 있다.

이때, 상기 헬릭스홈(30)의 상부에서 하부방향으로 갈수록 헬릭스홈(30)의 폭이 점차 줄어드는 구조를 취하도록 해제홈(28)의 상부 지점과 연결되는 헬릭스홈(30)의 컨트롤 엣지(32)가 하향 경사를 이루면서 플런저(16) 둘레를 따라 형성되어 있다.

또한, 상기 플런저(16)의 헬릭스홈(30)에는 통공(34)이 형성되어 있으며, 이러한 통공(34)은 플런저(16)의 상면으로부터 깊이를 가지고 형성된 홈부(36)와 소통하도록 내부적으로 연결되어 있다.

특히, 상기 홈부(36)의 상단을 형성하는 개구부(38)는 플런저(16)의 상면에 형성된다. 이때 개구부(38)를 통하여 후술하는 조정부재(18)의 결합구(40)가 삽입되게 되며, 아울러 조정부재(18)의 회전각도에 따라 결합구(40)가 개구부(38)에 걸림이 이루어질 수 있도록 개구부(38)와 결합구(40)는 타원형으로 형성된다.

나아가 상기 개구부(38)의 아래 즉, 홈부(36)의 내주면에는 삽입된 조정부재(18)의 결합구(40)가 회전할 수 있도록 회전 가이드홈(42)이 형성되어 있다.

한편, 상기 조정부재(18)는 플런저(16)의 상면에 회전 가능한 상태로 결합 된다. 이러한 조정부재(18)의 상부에는 요홈부(44)가 둘레를 따라 간격을 이루며 내측으로 파져 있고, 하부에는 해제홈(46a, 46b)이 양편에 위치하는 상태에서 수직방향으로 각각 형성되어 있다.

상기 해제홈(46a, 46b) 간에는 연통 연결되는 상태로 조정부재(18)의 둘레를 따라 헬릭스홈(48a, 48b)이 각각 형성되어 있는데, 이때, 위와 같이 형성되는 요홈부(44)와 해제홈(46a, 46b) 및 헬릭스홈(48a, 48b)은 서로 소통하도록 형성된다.

또한, 헬릭스홈(48a, 48b) 중 어느 하나의 헬릭스홈(48a)은 일측 해제홈(46a)으로부터 타측 해제홈(46b)으로 갈수록 폭이 점차 좁아지는 구조를 취하기 위해 헬릭스홈(48a)의 하단 컨트롤 엣지(50)가 일측 해제홈(46a)의 하부에서 타측 해제홈(46b)의 상부에 연결되는 상태로 상향 경사지게 형성되어 있다.

나아가, 위에서는 해제홈(46a, 46b)과 헬릭스홈(48a, 48b)이 한쌍으로 형성된 구조로 설명하였으나 반드시 이러한 구조로 국한될 필요는 없다. 예컨대 해제홈이 하나만 형성되고, 헬릭스홈이 조정부재의 둘레를 따라 일부 또는 해제홈과 다시 만나도록 둘레 전부 형성되는 구조는 무방할 것이다.

또한, 상기 조정부재(18)의 중앙에는 사각형 모양의 결합공(52)이 수직으로 뚫려 있으며, 이러한 결합공(52)의 모서리 부분에는 일측이 연통되는 상태로 연결되는 공간부(54)가 형성되어 있다.

특히, 상기 결합공(52)에는 콘트롤 바(22)가 결합공(52)을 따라 이동 가능하면서 자유 회전이 이루어지지 않도록 결합 된다. 이때, 콘트롤 바(22)가 결합공(52)에 모두 채워지는 구조로 삽입되더라도, 조정부재(18)의 상면에서 결합구(40)의 저면까지 뚫린 공간부(54)에 의해 플런저실(12)과 홈부(36) 간에 소통은 계속 유지되는 상태가 된다. 이러한 콘트롤 바(22)는 배럴(14)의 상면을 통해 인출되어 구동수단(20)(예를 들면 모터, 유압장치)과 연결된다.

그러나 위와 같이 소통을 유지하기 위한 공간부(54)가 조정부재(18)에 반드시 형성되는 구조로 한정할 필요는 없다. 예를 들어 상기 공간부(54)를 형성하지 않더라도 결합공(52)을 "+" 형으로 형성하고, 콘트롤 바(22)를 "ㅡ"형으로 형성하게 되면, "ㅡ"형으로의 컨트롤 바를 결합공에 결합시켰을 때 "｜"형이 공간으로 존재하게 됨으로써, 홈부(36)와의 소통 유지는 물론 컨트롤 바의 자유 회전이 이루어지지 않게 된다. 그에 따라 앞서 설명된 별도의 공간부(54)는 없어져도 무방할 것이다.

따라서, 위와 같이 결합공(52)에 콘크롤 바(22)가 삽입되는 결합구조를 이루더라도 플런저(16)의 통공(34) 및 홈부(36), 조정부재(18)의 요홈부(44) 및 공간부(54), 플런저(16) 및 조정부재(18)의 헬릭스홈(30, 48a, 48b)은 소통 가능한 상태가 된다.

또한, 상기 콘트롤 바(22)에는 콘트롤 바(22)가 통과하는 배럴(14)의 요입부(16)의 내면에 면 밀착될 수 있도록 이와 대응하는 요입돌기(58)가 콘트롤 바(22)의 외주면을 따라 형성되어 있다. 그에 따라 플런저실(12)의 내부 압력이 상승하게 되면 상부 방향으로 작용하는 연료의 압력에 의해 요입돌기(58)가 요입부(56)의 내주면에 밀착되어 연료의 누수가 방지된다.

하기에서는 본 발명에 따른 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프의 동작을 개략적으로 설명하기로 한다. 일반적으로 디젤엔진에서 연료는 8~10 bar 정도의 압력으로 가압되어 스필포트(26)가 조정부재(18)의 헬릭스홈(48a, 48b)과 통하는 상태에서는 스필포트(26)를 통해 흡입되는 연료가 조정부재(18)의 헬릭스홈(48a, 48b) 및 해제홈(46a, 46b), 그리고 요홈부(44)를 통해 플런저실(12)로 공급된다.

위와 같은 상태에서 플런저(12)가 상승을 하게 되면 조정부재(18)가 함께 연동 상승하여 플런저실(12)에 공급된 연료를 가압하게 된다. 이러한 플런저(16)의 상승에 의해 플런저실(12)의 압력이 미도시된 딜리버리 밸브 스프링를 이기게 되면 연료는 연료분사구(24)를 통해 딜리버리 밸브를 열고 엔진 연소실로 연료분사가 이루어지게 된다.

위와 같은 플런저(16)의 계속되는 상승에 따라 스필포트(26)가 플런저(16)의 헬릭스홈(30)을 만나게 되면 스필포트(26)는 개방되는 상태가 된다. 이때 플런저(16)의 통공(34) 및 조정부재(18)의 공간부(54)는 홈부(36)를 통해 소통하고 있고, 아울러 공간부(54)는 플런저실(12)과 소통을 하고 있는 구조이기 때문에 가압된 연료는 스필포트(26))를 통해 빠져나가게 된다.

그에 따라 플런저실(12) 내의 압력 감소가 이루어지게 되어 딜리버리 밸브는 닫히게 되고 연료 분사는 종료된다.

위와 같이 일련의 과정을 수행하게 될 때, 엔진부하구간이 형성될 경우, 예를 들어 엔진 ECU가 엔진의 부하에 따라 연료분사시기에 대한 제어신호를 콘트롤 바와 연결된 구동수단(20)에 입력하게 되고, 이 구동수단(20)은 입력된 신호에 따라 설정된 회전 각도만큼 콘트롤 바(22)를 회전시키게 됨으로써, 결과적으로 조정부재(18)가 회전하게 된다. (도 5a 내지 도 6b 참조)

즉, 도 7에서 보듯이 조정부재(18)가 회전을 하게 되면, 조정부재(18)의 헬릭스홈(46a)에 형성된 컨트롤 엣지(50)와 스필포트(26) 간 거리가 가변적으로 변화되는데, 이때 컨트롤 엣지(50)와 스필포트(26) 간 거리(d)가 짧을수록 조정부재(18)에 의한 스필포트(26)의 폐쇄 및 플런저실(12)의 연료 가압이 빠르게 이루어지게 됨으로써, 결과적으로 연료분사기기를 앞당길 수 있게 된다. 그로 인해 종래에 제기되었던 문제를 해소할 수 있게 된다.

10 : 연료분사펌프 12 : 플런저실
14 : 배럴 16 : 플런저
18 : 조정부재 20 : 구동수단
22 : 콘트롤 바 24 : 연료분사구
26 : 스필포트 28, 46a,, 46b : 해제홈
30 : 헬릭스 홈 32, 50 : 컨트롤 엣지
34 : 통공 36 : 홈부
38 : 개구부 40 : 결합구
42 : 회전 가이드홈 44 : 요홈부
52 : 결합공 54 : 공간부
56 : 요입부 58 : 요입돌기

Claims

플런저(12)의 상부에 회전 가능하게 설치되는 조정부재(18)에 의해 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프로서,
배럴(14)의 플런저실(12)을 따라 승하강하도록 삽입되는 플런저(12)와;
상기 플런저(12)의 상면으로부터 깊이를 가지고 형성되는 홈부(36), 플런저(12)의 외면에 형성되는 헬릭스홈(30)이 서로 소통하도록 플런저(12)에 형성되는 통공(34)과;
상기 홈부(36)에 회전 가능하게 결합되는 상태로 배치되며 상기 홈부(36)와 플런저실(12)이 소통하도록 결합공(52)을 내부에 형성한 조정부재(18)와;
상기 조정부재(18)의 상부 외면에 둘레를 따라 형성되는 요홈부(44)를 포함하며, 상기 요홈부(44)와 소통하는 상태로 하부 외면에 둘레를 따라 형성되는 헬릭스홈(48a, 48b)과;
상기 조정부재(18)의 결합공(52)에 홈부(36)와 결합공(52)의 소통이 유지되는 상태로 결합되며 배럴(14)의 외부로 인출되도록 배치되는 콘트롤 바(22)와;
상기 콘트롤 바(22)에 연결되는 구동수단(20)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프.
제 1항에 있어서,
상기 조정부재(18)의 헬릭스홈(48a)은 폭이 점차 좁아지는 구조를 취하도록 상기 헬릭스홈(48a)의 하단 컨트롤 엣지(50)가 일측에서 타측으로 갈수록 상향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프.
제 2항에 있어서,
상기 플런저(12)의 상면에 형성되는 개구부(38)를 통해 홈부(36)로 삽입되도록 조정부재(18)의 저면에 구비되는 결합구(40)와;
상기 홈부(36)의 내주면에 형성되며 홈부(36)로 삽입된 결합구(40)가 회전할 수 있도록 하는 회전 가이드홈(42);로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프.
제 3항에 있어서,
상기 개구부(38)와 결합구(40)는 조정부재(18)의 회전 각도에 따라 결합구(40)가 개구부(38)에 의해 걸림이 이루어질 수 있도록 타원형의 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료분사 시기 조정이 가능한 연료펌프.