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KR102140352B1 - 인젝션 타이밍 조절수단을 구비한 연료분사펌프 - Google Patents

인젝션 타이밍 조절수단을 구비한 연료분사펌프 Download PDF

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KR102140352B1
KR102140352B1 KR1020150038344A KR20150038344A KR102140352B1 KR 102140352 B1 KR102140352 B1 KR 102140352B1 KR 1020150038344 A KR1020150038344 A KR 1020150038344A KR 20150038344 A KR20150038344 A KR 20150038344A KR 102140352 B1 KR102140352 B1 KR 102140352B1
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plunger
fuel injection
adjustment screw
injection pump
screw
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백승철
김기훈
주승환
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 디젤 엔진에 공급하는 연료의 압력을 높이는 연료분사펌프에 관한 것으로서, 특히 연료 분사시기를 조정함에 있어 플런저의 분해 없이 분사 타이밍 조절이 가능하도록 구성한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 플런저 배럴의 내부에서 왕복 직선 운동하는 플런저를 구비한 연료분사펌프로서, 플런저 배럴에 형성된 스필 포트와 플런저에 형성된 컨트롤 엣지의 간격을 조절할 수 있도록 플런저를 길이방향으로 이동시키는 조절 스크루와, 조절 스크루에 장착되어 조절 스크루를 길이방향으로 이동시키는 기어조립체와, 기어조립체에서 연장되어 기어조립체를 연동시키며 연료분사펌프의 외측으로 연장된 회전축을 포함하며, 회전축의 회전에 의해 기어조립체가 연동하며 조절 스크루가 이동하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

인젝션 타이밍 조절수단을 구비한 연료분사펌프{FUEL INJECTION PUMP WITH INJECTION TIMING CONTROL METHOD}
본 발명은 디젤 엔진에 공급하는 연료의 압력을 높이는 연료분사펌프에 관한 것으로서, 특히 연료 분사시기를 조정함에 있어 플런저의 분해 없이 분사 타이밍 조절이 가능하도록 구성한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 연료분사펌프를 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 연료분사펌프(1)는 디젤 엔진에 공급하는 연료의 압력을 높여주는 장치로서, 캠(60)의 회전에 따라 상하방향으로 이동하는 태핏(30)이 플런저(20)의 하단에 장착되며, 플런저(20)가 하향 즉 캠(60) 쪽으로 리턴되도록 탄성력을 제공하는 압축스프링(40)이 플런저(20)의 둘레를 감싼다.
따라서 캠(60)의 회전에 의해 플런저(20)가 상하방향으로 이동하면서 플런저 배럴(10)의 상부에 형성된 가압실(11) 내부의 연료를 가압하고, 고압으로 가압된 연료를 유로를 통해 배출한다.
한편, 연료 분사 타이밍을 조절하기 위해서는, 플런저(20)의 하단에 장착된 태핏(30)의 내부 하면과 압축스프링(40)의 하단을 받쳐주는 압축스프링 하부 지지대(43)의 사이에 위치한 심(shim)(50)의 두께를 조절한다.
심(50)의 두께가 두꺼울 경우 플런저(20)의 레벨이 높아지면서 분사시점이 빨라지는 반면에, 심(50)의 두께가 얇을 경우 플랜저의 레벨이 상대적으로 낮아져 분사시점이 지연된다.
이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 연료분사펌프의 경우 분사시점을 조절하기 위해서, 플런저, 태핏 및 압축스프링 등 여러 부품들을 분해한 후 조절하고자 하는 타이밍에 따른 심의 두께를 변경한다. 그리고 반대로 분해된 부품을 재조립하여야 한다.
또한 심의 두께를 조정한 후에 분사 타이밍을 테스트한 결과 원하는 분사 타이밍에 맞지 않을 경우 심의 두께를 재조정하여야 하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0101145호(공개일 2011.09.15)
본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 분사 타이밍을 조절함에 있어 종래의 심(shim) 없이 펌프 케이스의 외부에서 분사 타이밍을 조절할 수 있도록 구성한 인젝션 타이밍 조절수단을 구비한 연료분사펌프를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 플런저 배럴의 내부에서 왕복 직선 운동하는 플런저를 구비한 연료분사펌프로서, 플런저 배럴에 형성된 스필 포트와 플런저에 형성된 컨트롤 엣지의 간격을 조절할 수 있도록 플런저를 길이방향으로 이동시키는 조절 스크루와, 조절 스크루에 장착되어 조절 스크루를 길이방향으로 이동시키는 기어조립체와, 기어조립체에서 연장되어 기어조립체를 연동시키며 연료분사펌프의 외측으로 연장된 회전축을 포함하며, 회전축의 회전에 의해 기어조립체가 연동하며 조절 스크루가 이동하는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 플런저 배럴의 내부에 위치하며 플런저 배럴의 길이방향으로 직선 왕복운동하는 플런저와, 플런저에 일측 단면이 접하며 회전 가능한 조절 스크루와, 조절 스크루의 둘레를 감싸는 압축스프링과, 플런저 배럴의 내부에 고정되며 스프링의 일측을 받쳐주는 상부 지지대와, 조절 스크루의 타측에 나사체결되고 스프링의 타측을 받쳐주며 태핏에 고정된 하부 지지대와, 하부 지지대에 나사 체결된 조절 스크루의 체결 길이를 변화시켜 플런저를 이동시키는 기어조립체를 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기어조립체는, 펌프 케이스를 관통하여 펌프 케이스의 외측으로 연장된 회전축과, 플런저 배럴에 정위치하며 중심을 관통한 조절 스크루와 함께 회전하면서 조절 스크루를 길이방향으로 이동시키는 웜휠과, 회전축에 고정되며 웜휠에 치합되는 웜기어를 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 웜휠의 내주면과 조절 스크루의 측면 중 어느 한 쪽에는 조절 스크루의 길이방향으로 키홈이 형성되고, 다른 한 쪽에는 키홈에 정합하는 키가 형성되며, 웜휠의 회전에 의해 조절 스크루는 회전하면서 나사체결된 하부 지지대를 기준으로 조절 스크루의 길이 방향으로 이동한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 플런저와 조절 스크루 중 어느 한 쪽에는 원기둥이 형성되고, 다른 한 쪽에는 원기둥이 삽입되는 원형 홈이 형성되며, 원기둥이 원형 홈에 삽입된 상태에서 조절 스크루가 회전 가능하다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 웜휠에는 스프링에 삽입되는 보스가 형성된다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료분사펌프는 펌프 케이스의 외측으로 연장된 회전축을 회전시켜 플런저의 길이를 조절하여 분사 타이밍을 조절함에 따라 종래와 같이 심(shim)의 구성이 필요치 않으며, 분사 타이밍 조절을 위해 종래와 같이 연료분사펌프를 분해하지 않아도 된다는 장점이 있다.
또한, 종래에는 심(shim)의 두께에 의해 분사 타이밍이 조절됨에 따라 미세한 조절을 위해서는 다양한 두께의 심들이 준비되어야 하지만, 본 발명은 플런저의 길이를 조절함에 따라 분사 타이밍의 미세한 조절이 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 연료분사펌프를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료분사펌프의 사시도이고,
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 연료분사펌프의 단면도이며,
도 4는 도 3a에 도시된 연료분사펌프의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3b에 도시된 연료분사펌프의 회전축을 회전시킬 때의 작동관계를 나타낸 개념도이다.
아래에서는 본 발명에 따른 인젝션 타이밍 조절수단을 구비한 연료분사펌프의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도면에서, 도 2는 본 발명에 따른 연료분사펌프의 사시도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 연료분사펌프의 단면도이며, 도 4는 도 3a에 도시된 연료분사펌프의 분해 사시도이다. 그리고 도 5는 도 3b에 도시된 연료분사펌프의 회전축을 회전시킬 때의 작동관계를 나타낸 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 연료분사펌프(100)는 그 하부에 펌프 케이스(101)가 위치하고, 그 상부에 유압헤드가 안착되어 고정된다.
그리고 펌프 케이스(101)에는 플런저 배럴(110)이 삽입되어 위치한다.
디젤을 연료로 사용하는 내연기관에 있어서의 연료분사펌프(100)는, 연료를 고압으로 압축하여 연소실에 설치된 인젝터(Injector)로 송출하는 것으로, 연료를 실질적으로 압축하여 송출하는 분사장치는 플런저(Plunger)(120)와 플런저 배럴(Plunger Barrel)(110)로 이루어진다. 이러한 분사장치는, 피스톤 역할을 하는 플런저(120)가 실린더 역할을 하는 플런저 배럴(110) 내부에서 왕복 운동하는 것에 의해 연료를 압축하여 보내게 된다.
구체적으로 플런저 배럴(110)의 내측 상부에는 가압실(103)이 형성되며, 플런저 배럴(110)의 내부에 길이방향으로 위치하는 플런저(120)는 상하 왕복 운동한다.
플런저(120)에는 가압실(103)과 연통하는 댐핑 그루브(Damping groove)(121)가 형성되고, 댐핑 그루브(121)와 연통하는 컨트롤 엣지(Control Edge)(123)가 형성되어 있다.
플런저 배럴(110)은 내부와 외부에 각각 가압실(103)과 급/배유실이 형성되고, 가압실(103)과 급/배유실을 연통하는 스필 포트(Spill Port)(111)가 형성되어 있다.
도 2 내지 도 3b에서, 플런저(120)가 하강하여 그의 상면이 스필 포트(111)의 아래쪽에 있을 때에는 스필 포트(111)를 통해 가압실(103)로 연료가 유입되고, 플런저(120)가 상승하여 그의 외주면이 스필 포트(111)를 닫을 때부터 연료의 압축이 시작되며, 소정의 압력에 이르면 가압실(103) 상부의 딜리버리 밸브(Delivery valve)(70)가 열려 압축되는 연료가 인젝터로 송출된다.
이어서, 플런저(120)가 더 상승하여 컨트롤 엣지(123)가 스필 포트(111)를 만나면, 가압실(103)의 고압의 연료가 댐핑 그루브(121)와 컨트롤 엣지(123)를 통해 스필 포트(111)로 빠져나가 압력이 해제된다.
이와 같이 연료의 압축 및 해제에 있어서는, 연료를 약 800bar 이상으로 압축하였다가 약 3bar 정도로 해제하는 과정을 주기적으로 반복하며, 플런저(120)를 통해 가압실(103)에서 연료를 가압하게 되고, 이후 개방된 딜리버리 밸브를 통해 연료를 배출한다.
한편, 본 발명에 따른 연료분사펌프(100)는 플런저 배럴(110)의 내측 하단에는 웜휠(130)이 위치하며, 웜휠(130)의 중심을 관통하는 조절 스크루(140)는 플런저(120)의 하단에 접촉하여 회전 가능하게 위치한다. 또한 조절 스크루(140)가 정위치한 상태로 회전할 수 있게 조절 스크루(140)의 상단면에는 원형 홈(141)이 조절 스크루(140)의 중심축 방향으로 형성되고, 플런저(120)의 하단에는 원형 홈(141)에 정합하는 원기둥(125)이 형성되어 정합한다.
이와 같이 조절 스크루(140)의 상면에 형성된 원형 홈(141)에 플런저(120)의 하단에 형성된 원기둥(125)이 정합함에 따라 조절 스크루(140)는 플런저(120)의 중심축과 동일 축선 상에서 회전 가능하다.
그리고 웜휠(130)과 조절 스크루(140)는 키(143)에 의해 결합된다. 여기에서 웜휠(130)에 형성된 키홈(131)은 조절 스크루(140)의 길이방향으로 형성된 키홈(131)으로서, 조절 스크루(140)의 측면에 형성된 키(143)가 키홈(131)에 정합된 상태에서 키홈(131)을 따라 조절 스크루(140)가 이동 가능하다.
또한 압축스프링(150)의 상단을 지지하는 상부 지지대(151)가 플런저 배럴(110)의 하단에 고정되며, 조절 스크루(140)는 압축스프링(150)의 안쪽에서 하향으로 연장되고, 조절 스크루(140)의 하단에는 압축스프링(150)의 하단을 지지하는 하단 지지대(153)가 나사 체결된다.
따라서 웜휠(130)이 회전할 경우 조절 스크루(140) 또한 회전하게 되며, 조절 스크루(140)의 하단에 나사체결된 하단 지지대(153)를 기준으로 조절 스크루(140)가 상향으로 또는 하향으로 이동하게 된다.
이와 같이 조절 스크루(140)가 상향 또는 하향으로 이동하게 됨에 따라 플런저(120) 또한 조절 스크루(140)와 함께 상향 또는 하향으로 이동하게 된다.
여기에서 조절 스크루(140)가 상향으로 이동할 경우 조절 스크루(140)의 상단에 고정된 플런저(120)의 레벨이 높아지며, 반대로 조절 스크루(140)가 하향으로 이동할 경우 플런저(120)의 레벨이 상대적으로 낮아진다.
따라서 앞서 설명한 바와 같이 플런저(120)의 레벨이 높아짐에 따라 스필 포트(111)와 플런저(120)의 컨트롤 엣지(123)의 간격이 좁아지게 되며, 플런저(120)가 상향으로 이동하면서 압축 해제 시점이 빨라지면서, 분사 타이밍 또한 빨라지게 된다.
반대로 플런저(120)의 레벨이 낮아지면, 스필 포트(111)와 컨트롤 엣지(123)의 간격이 더 벌어지며, 플런저(120)가 상향으로 이동하면서 압축 해제 시점이 지연된다. 따라서 분사 타이밍 또한 지연된다.
한편, 웜휠(130)에는 웜기어(135)가 치합되며, 웜기어(135)의 회전축(137)은 펌프 케이스(101)를 관통해 펌프 케이스(101)의 외측으로 연장된다.
펌프 케이스(101)의 외측으로 연장된 웜기어(135)의 회전축(137)을 회전시킬 경우 웜휠(130)이 회전하고, 웜휠(130)을 따라 조절 스크루(140)가 회전하며, 하부 지지대(153)에 체결된 조절 스크루(140)의 체결 길이가 변화하면서 플런저(120)의 레벨이 높아지거나 낮아지게 된다.
한편, 웜휠(130)에는 압축스프링(150)에 삽입되는 보스(133)가 형성되어 압축스프링(150)의 사행을 방지한다.
이와 같이 본 발명에 따른 연료분사펌프(100)는 펌프 케이스(101)의 외부로 연장된 웜기어(135)의 회전축(137)을 회전시킴에 따라 플런저(120)의 전체 길이가 신장 또는 수축하게 되고, 그에 따라 스필 포트(111)와 컨트롤 엣지(123)의 간격이 조절되면서 분사 타이밍이 빨라지거나 지연되도록 조절 가능하다.
따라서 분사 타이밍을 조절하기 위해 종래의 기술에서와 같이 연료분사펌프를 분해하여야 하는 문제점을 해결할 수 있으며, 분사 타이밍 조절에 필요한 심의 구성 또한 필요치 않게 된다는 장점이 있다.
100 : 연료분사펌프
101 : 펌프 케이스
103 : 가압실
105 : 태핏
110 : 플런저 배럴
111 : 스필 포트
120 : 플런저
121 : 댐핑 그루브
123 : 컨트롤 엣지
125 : 원기둥
130 : 웜휠
131 : 키홀
133 : 보스
135 : 웜기어
137 : 회전축
140 : 조절스크루
141 : 원형 홈
143 : 키
150 : 압축스프링
151, 153 : 지지대

Claims (6)

  1. 플런저 배럴(110)의 내부에서 왕복 직선 운동하는 플런저(120)를 구비한 연료분사펌프로서,
    플런저 배럴(110)에 형성된 스필 포트(111)와 플런저(120)에 형성된 컨트롤 엣지(123)의 간격을 조절할 수 있도록 플런저(120)를 길이방향으로 이동시키는 조절 스크루(140)와,
    조절 스크루(140)에 장착되어 조절 스크루(140)를 길이방향으로 이동시키는 기어조립체와,
    기어조립체에서 연장되어 기어조립체를 연동시키며 연료분사펌프(100)의 외측으로 연장된 회전축(137)을 포함하며,
    회전축(137)의 회전에 의해 기어조립체가 연동하며 조절 스크루(140)가 이동하며,
    플런저(120)와 조절 스크루 중 어느 한 쪽에는 원기둥(125)이 형성되고, 다른 한 쪽에는 원기둥(125)이 삽입되는 원형 홈(141)이 형성되며, 원기둥(125)이 원형 홈(141)에 삽입된 상태에서 조절 스크루(140)와 플런저(120)는 동일 축선 상에서 회전 가능한 것을 특징으로 하는 연료분사펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    플런저 배럴(110)의 내부에 위치하며 플런저 배럴(110)의 길이방향으로 직선 왕복운동하는 플런저(120)와,
    플런저(120)에 일측 단면이 접하며 회전 가능한 조절 스크루(140)와,
    조절 스크루(140)의 둘레를 감싸는 압축스프링(150)과,
    플런저 배럴(110)의 내부에 고정되며 스프링(150)의 일측을 받쳐주는 상부 지지대(151)와,
    조절 스크루(140)의 타측에 나사체결되고 스프링(150)의 타측을 받쳐주며 태핏(150)에 고정된 하부 지지대(153)와,
    하부 지지대(153)에 나사 체결된 조절 스크루(140)의 체결 길이를 변화시켜 플런저(120)를 이동시키는 기어조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료분사펌프.
  3. 제2항에 있어서,
    기어조립체는, 펌프 케이스(101)를 관통하여 펌프 케이스(101)의 외측으로 연장된 회전축(137)과, 플런저 배럴(110)에 정위치하며 중심을 관통한 조절 스크루(140)와 함께 회전하면서 조절 스크루(140)를 길이방향으로 이동시키는 웜휠(130)과, 회전축(137)에 고정되며 웜휠(130)에 치합되는 웜기어(135)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료분사펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    웜휠(130)의 내주면과 조절 스크루(140)의 측면 중 어느 한 쪽에는 조절 스크루(140)의 길이방향으로 키홈(131)이 형성되고, 다른 한 쪽에는 키홈(131)에 정합하는 키(143)가 형성되며, 웜휠(130)의 회전에 의해 조절 스크루(140)는 회전하면서 나사체결된 하부 지지대(153)를 기준으로 조절 스크루(140)의 길이 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 연료분사펌프.
  5. 삭제
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    웜휠(130)에는 스프링(150)에 삽입되는 보스(133)가 형성된 것을 특징으로 하는 연료분사펌프.
KR1020150038344A 2015-03-19 2015-03-19 인젝션 타이밍 조절수단을 구비한 연료분사펌프 Active KR102140352B1 (ko)

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