KR102165469B1

KR102165469B1 - 연료 분사 시스템용 고압 펌프

Info

Publication number: KR102165469B1
Application number: KR1020157033553A
Authority: KR
Inventors: 프리드리히 뵉킹; 마르코 람
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2034-05-15
Also published as: US10100795B2; KR20160011634A; EP3004622A1; EP3004622B1; WO2014191220A1; CN105247200A; US20160108875A1; DE102013210036A1; CN105247200B

Abstract

본 발명은 연료 분사 시스템, 특히 커먼 레일 분사 시스템(common rail injection system)용 고압 펌프에 관한 것으로서, 내부에 펌프 피스톤(3)이 왕복 운동을 할 수 있도록 수용되어 있는 보어(2)를 갖는 하우징부(1)를 포함하며, 펌프 피스톤은 태핏 어셈블리(4)를 통해 캠(5) 또는 편심기에 지지되어 있고 축 방향으로 펌프 작업 챔버(6)를 제한하며, 펌프 작업 챔버는 고압 펌프 내부에 통합된 흡입 밸브(7)를 통해 연료로 채워질 수 있다. 본 발명에 따라, 하우징부(1) 내에는 흡입 밸브(7)에 연료를 공급하기 위한 공급 보어(8)가 형성되어 있으며, 공급 보어는 펌프 내부 챔버(9)와 태핏 챔버(10)를 연결하는 또 다른 하우징부(12)의 보어(11)에 연결되어 있다.

Description

연료 분사 시스템용 고압 펌프{HIGH PRESSURE PUMP FOR A FUEL INJECTION SYSTEM}

본 발명은, 청구항 1의 전제부의 특징들을 갖는, 연료 분사 시스템, 특히 커먼 레일 분사 시스템용 고압 펌프에 관한 것이다.

전술된 유형의 고압 펌프는 예를 들어 DE 10 2010 027 745 A1호로부터 개시된다. 이와 같은 고압 펌프는 실린더 헤드 및 펌프 어셈블리를 포함한다. 실린더 헤드는, 펌프 어셈블리의 펌프 피스톤이 가이드 되는 실린더 보어를 구비한다. 이때, 펌프 피스톤은 실린더 보어 내에서 펌프 작업 챔버를 제한한다. 더 나아가, 고압 펌프는 실린더 헤드 내부에 통합된 유입 밸브를 포함하며, 이 유입 밸브를 통해 연료가 펌프 작업 챔버 내로 가이드 될 수 있다. 유입 밸브는 구동 제어될 수 있고, 이와 같은 방식으로 상류에 접속된 측정 유닛을 대체할 수 있다. 유입 밸브를 통해서는, 펌프 작업 챔버의 완전 충전뿐만 아니라 부분 충전까지도 유입 밸브의 적합한 구동 제어에 의해서 성취될 수 있다. 측정 유닛의 생략은, 고압 펌프를 제조할 때에 확실한 비용 절감 효과를 낳는다.

전술된 선행 기술로부터 출발하는 본 발명의 과제는, 간단하고도 경제적으로 제조될 수 있으며 또한 에너지 수요가 적은, 서두에 언급된 유형의 고압 펌프를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 청구항 1의 특징들을 갖는 고압 펌프가 제안된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들로부터 취할 수 있다.

연료 분사 시스템, 특히 커먼 레일 분사 시스템용으로 제안된 고압 펌프는, 내부에 펌프 피스톤이 왕복 운동을 할 수 있도록 수용되어 있는 보어를 갖는 하우징부를 포함하며, 펌프 피스톤은 태핏 어셈블리를 통해 캠 또는 편심기에 지지되어 있고 축 방향으로 펌프 작업 챔버를 제한하며, 펌프 작업 챔버는 고압 펌프 내부에 통합된 흡입 밸브를 통해 연료로 채워질 수 있다. 본 발명에 따라, 하우징부 내에는 흡입 밸브에 연료를 공급하기 위한 공급 보어가 형성되어 있으며, 공급 보어는 펌프 내부 챔버와 태핏 챔버를 연결하는 또 다른 하우징부의 보어에 연결되어 있다. 펌프 내부 챔버를 태핏 챔버와 연결하는 보어로서, 유압의 양을 보상하기 위한 보어의 배열 상태는 기본적으로 공지되어 있다. 이와 같은 보어는 특히 단일 플런저 펌프의 경우에 제공된다. 본 발명에 따른 고압 펌프에서, 이 보어는 양을 보상하기 위해서 이용될 뿐만 아니라 유입 밸브에 연료를 공급하기 위해서도 이용된다. 이 목적을 위해, 제1 하우징부의 공급 보어가 또 다른 하우징부 내에 있는 보어에 연결되어 있다. 또 다른 하우징부 내에 이미 존재하는 보어는, 저압 영역과 흡입 밸브를 연결하기 위해 고압 펌프의 또 다른 하우징부를 관통하는 추가 공급 보어의 형성을 불필요하게 만든다. 그렇기 때문에, 본 발명의 장점은 우선 또 다른 하우징부의 추가 공급 보어를 생략하는 데서 찾을 수 있다. 이로 인해 고압 펌프의 제조가 단순해지고, 제조 비용도 감소하기 때문이다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라, 내부에 펌프 피스톤을 왕복 운동할 수 있도록 수용하기 위한 보어를 갖는 하우징부는 플랜지 면을 통해 또 다른 하우징부에 플랜지 연결되어 있고, 흡입 밸브에 연료를 공급하기 위한 공급 보어는 상기 플랜지 면 내로 통한다. 이 경우에 공급 보어의 개구 영역이 또 다른 하우징부를 향하고 있어서, 결과적으로 또 다른 하우징부 내에 존재하는 보어에 대한 연결이 간단하게 실현될 수 있다.

바람직하게, 펌프 내부 챔버와 태핏 챔버를 연결하는 보어에 대한 공급 보어의 연결은 또 다른 하우징부 내에 형성된 분기 보어(branch bore)를 통해서 이루어진다. 따라서, 연결부를 제조하기 위해서는, 플랜지 면 내에 있는 공급 보어의 개구 영역이 분기 보어와 겹쳐지기만 하면 된다. 분기 보어는 바람직하게 짧게 그리고/또는 직선으로 뻗고/뻗거나 제1 하우징부의 플랜지 면에 마주 놓인 또 다른 하우징부의 정지면 내로 통한다. 이와 같은 보어는 간단하고도 경제적으로 제조될 수 있다.

개선 조치로서, 펌프 내부 챔버와 태핏 챔버를 연결하는 보어가 공급 보어 및/또는 분기 보어의 연결부 하류에서는, 상기 공급 보어 및/또는 상기 분기 보어에 비해 축소된 자유 유동 횡단면을 갖는 것이 제안된다. "하류"라는 용어는, 펌프 내부 챔버로부터 태핏 챔버의 방향으로 흘러가는 연료의 유동 방향과 관련이 있다. 공급 보어 및/또는 분기 보어의 연결부 하류에서 자유 유동 횡단면이 축소되면, 축소된 횡단면 상류에서 압력 형성을 야기하며, 이와 같은 압력 형성은 펌프 작업 챔버를 연료로 채우는 것을 추가로 지원한다. 유동 횡단면의 축소는, 예를 들어 태핏 챔버 내로 통하는 보어의 개구 영역에서 이루어질 수 있다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라, 펌프 내부 챔버와 태핏 챔버를 연결하는 보어는 손잡이(handle) 모양으로 형성되어 있다. 따라서, 이 보어는 자신의 형상으로 인해 손잡이 보어라 지칭될 수 있다. 이 보어는 또한 바람직하게, 제1 하우징부의 플랜지 면이 접하는 정지면에 바싹(closely) 근접해 있고, 그 다음에는 바람직하게 짧은 원호를 통해서 태핏 챔버 내로 통한다. 분기 보어는 바람직하게 정지면으로부터 원호까지 연장된다. 이와 같은 방식에 의해, 분기 보어는 짧게 유지될 수 있다.

바람직하게, 흡입 밸브는 전자기 방식으로 개회로 제어될 수 있고, 자기 코일 및 자기 코일과 상호 작용하는 전기자(armature)를 구비한다. 흡입 밸브의 개회로 제어 가능성은 상류에 접속된 측정 유닛을 불필요하게 하여, 결과적으로 측정 유닛의 생략에 의해 비용은 더욱 줄어들게 된다. 한편으로는 제조 비용이 감소하고, 다른 한편으로는 작동 비용이 감소하는데, 그 이유는 측정 유닛의 생략에 의해서 에너지 소비가 줄어들기 때문이다.

흡입 밸브는 바람직하게 밸브 몸체를 포함하며, 밸브 몸체는 펌프 피스톤도 수용되어 있는 하우징부의 보어 내부에 삽입되어 있다. 이와 같은 방식에 의해서, 콤팩트한 구성의 어셈블리가 얻어진다. 대안적으로 또는 보완적으로는, 흡입 밸브의 밸브 몸체가 펌프 작업 챔버를 축 방향으로 제한하는 것이 제안된다. 그에 따라 흡입 밸브가 곧바로 펌프 작업 챔버 내부로 개방되어, 결과적으로 펌프 작업 챔버는 직접 흡입 밸브를 통해 연료로 채워질 수 있다.

또한, 밸브 몸체는 바람직하게 축 방향 보어를 구비하며, 이 축 방향 보어 내부에 밸브 태핏이 축 방향으로 운동할 수 있도록 수용되어 있다. 이로써, 흡입 밸브를 축 방향으로 설치한 위치에서는, 밸브 태핏의 운동 방향이 펌프 피스톤의 운동 방향과 일치한다. 바람직하게, 밸브 태핏과 펌프 피스톤은 동축으로 배치되어 있다. 이와 같은 방식에 의해, 펌프 작업 챔버를 연료로 균일하게 그리고 신속하게 충전하는 것이 보장된다.

축 방향 보어 외에, 밸브 몸체는 또한 공급 보어를 구비하며, 이 공급 보어는 실질적으로 방사 방향으로 진행하고, 축 방향 보어 내로 통한다. 밸브 몸체의 공급 보어를 흡입 밸브까지 안내하는 공급 보어에 연결하기 위하여, 흡입 밸브까지 안내하는 공급 보어가 내부로 통하는 환형 챔버에 의해 밸브 챔버가 둘러싸이는 것이 제안된다. 환형 챔버를 통해, 밸브 몸체 내부에 형성된 모든 공급 보어에 - 밸브 몸체의 회전각 위치와 무관하게 - 연료가 공급될 수 있다.

고압 펌프의 제조 비용 및/또는 작동 비용을 줄이기 위하여, 위에서 제안된 조치들은 각각 개별적으로 또는 조합된 형태로 실행될 수 있다.

본 발명의 한 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 한 바람직한 실시예에 따른, 본 발명에 따른 고압 펌프의 종단면도이다.

종단면도로 도시된 고압 펌프는, 내부에 펌프 내부 챔버(9)가 형성되어 있는 하우징부(12)를 포함한다. 본 실시예의 경우에, 펌프 내부 챔버(9)는 캠(5)을 갖는 구동 샤프트(21)를 수용하며, 상기 캠에는 태핏 어셈블리(4)를 통해 펌프 피스톤(3)이 지지되어 있다. 태핏 어셈블리(4)는 슬리브형 태핏 몸체(22)를 포함하고, 태핏 몸체 내부에는 롤러(24)를 회전 가능하게 지지하기 위한 롤러 슈(23)(roller shoe)가 수용되어 있다. 태핏 어셈블리(4)는 스프링 플레이트(25)를 통해 펌프 피스톤(3)과 연결되어 있으며, 이 경우 스프링 플레이트(25)에는 캠(5)의 방향으로 스프링(26)의 탄성력이 제공된다. 스프링(26)의 탄성력은 스프링 플레이트(25)를 고정시키고, 이로써 펌프 피스톤(3)을 태핏 어셈블리(4)와 접하게 한다.

도면에 도시된 고압 펌프는 단일 플런저 펌프로서 형성되어 있고, 슬리브형 태핏 몸체(22) 내부에 형성되어 있는 태핏 챔버(10)와 펌프 내부 챔버(9) 사이의 양을 보상하기 위하여 손잡이 모양의 보어(11)를 구비하며, 이 손잡이 모양의 보어는 펌프 내부 챔버(9)를 태핏 챔버(10)와 연결한다.

하우징부(12)에는, 이하에서 실린더 헤드(1)로 지칭되는 또 다른 하우징부(1)가 플랜지 연결되어 있다. 실린더 헤드(1) 내에는 보어(2)가 형성되어 있으며, 이 보어 내에는 펌프 피스톤(3)이 왕복 운동할 수 있도록 수용되어 있다. 이때, 펌프 피스톤(3)은 펌프 작업 챔버(6)를 제한하며, 펌프 작업 챔버는 보어(2) 내부에 형성되어 있고, 펌프 피스톤(3)으로부터 멀리 떨어진 측에서는 흡입 밸브(7)의 밸브 몸체(17)에 의해서 제한된다. 흡입 밸브(7)는 펌프 작업 챔버(6)를 연료로 충전하기 위해 이용된다. 흡입 밸브(7)에 연료를 공급하기 위하여, 실린더 헤드(1) 내에는 공급 보어(8)가 형성되어 있으며, 이 공급 보어는 실린더 헤드(1)의 플랜지 면(13)에서 시작하여, 흡입 밸브(7)의 밸브 몸체(17)를 둘러싸는 환형 챔버(20)에서 끝난다. 하우징부(12) 내에 형성된 분기 보어(14)를 통해 실린더 헤드(1)의 공급 보어(8)가 손잡이 보어(11)와 연결됨으로써, 결과적으로 이와 같은 연결을 통해 흡입 밸브(7)가 고압 펌프의 저압 영역에 연결된다. 따라서, 흡입 밸브를 저압 영역에 연결하기 위한 별도의 공급 보어가 생략될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 도면에 도시된 고압 펌프는 간단하고도 경제적으로 제조될 수 있다.

더 나아가서는, 도면에 도시된 고압 펌프의 흡입 밸브(7)가 전자기 방식으로 개회로 제어될 수 있어서, 결과적으로는 양을 폐회로 제어하기 위해서 흡입 밸브(7) 상류에 접속된 측정 유닛도 생략될 수 있다. 그럼으로써, 제조 비용뿐만 아니라 작동 비용도 더욱 감소될 수 있다. 전자기 방식의 개회로 제어를 위해, 흡입 밸브(7)는 자기 코일(15)을 구비하며, 이 자기 코일은 본 실시예의 경우에 디핑(dipping) 전기자로서 형성된 전기자(16)와 상호 작용한다. 전기자(16)는 밸브 태핏(19)과 연결되어 있고, 밸브 태핏은 흡입 밸브(7)의 밸브 몸체(17)의 축 방향 보어(18) 내부에 축 방향으로 운동할 수 있도록 수용되어 있다. 자기 코일(15)에 전류가 공급되면, 전기자(16)가 밸브 태핏(19)을 이 밸브 태핏의 시트로부터 가압하여, 흡입 밸브(7)를 개방한다. 밸브 태핏(19)에는 폐쇄 방향으로 스프링(27)의 탄성력이 제공되며, 이 목적을 위해 스프링은 한편으로는 밸브 몸체(17)에 지지되어 있고, 다른 한편으로는 전기자(16)에 지지되어 있다. 자기 코일(15)에 전류를 공급하는 과정이 종료되면, 스프링(27)이 밸브 태핏(19)을 뒤로, 이 밸브 태핏의 시트 내로 가압하여 흡입 밸브(7)를 폐쇄한다. 이때, 스프링(27)은 고압 펌프의 이송 동작 중에 펌프 작업 챔버(6) 내에 존재하는 압력비율에 의해서 지지된다.

Claims

내부에 펌프 피스톤(3)이 왕복 운동을 할 수 있도록 수용되어 있는 보어(2)를 갖는 하우징부(1)를 포함하는 연료 분사 시스템용 고압 펌프로서, 펌프 피스톤은 태핏 어셈블리(4)를 통해 캠(5) 또는 편심기에 지지되어 있고 축 방향으로 펌프 작업 챔버(6)를 제한하며, 펌프 작업 챔버는 고압 펌프 내부에 통합된 흡입 밸브(7)를 통해 연료로 채워질 수 있는, 연료 분사 시스템용 고압 펌프에 있어서,
하우징부(1) 내에는 흡입 밸브(7)에 연료를 공급하기 위한 공급 보어(8)가 형성되어 있으며, 공급 보어는 펌프 내부 챔버(9)와 태핏 챔버(10)를 연결하는 또 다른 하우징부(12)의 보어(11)에 연결되어 있고,
공급 보어(8)는 또 다른 하우징부(12) 내에 형성된 분기 보어(14)를 통해서, 펌프 내부 챔버(9)와 태핏 챔버(10)를 연결하는 보어(11)에 연결되어 있고,
보어(11) 및 분기 보어(14)는 흡입밸브(7)에 연료를 공급하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템용 고압 펌프.
제1항에 있어서, 하우징부(1)는 플랜지 면(13)을 통해 또 다른 하우징부(12)에 플랜지 연결되어 있고, 공급 보어(8)는 플랜지 면(13) 내로 통하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템용 고압 펌프.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 펌프 내부 챔버(9)와 태핏 챔버(10)를 연결하는 보어(11)는 공급 보어(8) 및/또는 분기 보어(14)의 연결부 하류에서, 공급 보어(8) 및/또는 분기 보어(14)에 비해 축소된 자유 유동 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템용 고압 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 펌프 내부 챔버(9)와 태핏 챔버(10)를 연결하는 보어(11)는 손잡이 모양으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템용 고압 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 흡입 밸브(7)는 전자기 방식으로 개회로 제어될 수 있고, 자기 코일(15) 및 자기 코일(15)과 상호 작용하는 전기자(16)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템용 고압 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 흡입 밸브(7)는 밸브 몸체(17)를 포함하며, 밸브 몸체는 하우징부(1)의 보어(2) 내부에 삽입되어 있고/있거나 펌프 작업 챔버(6)를 축 방향으로 제한하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템용 고압 펌프.
제7항에 있어서, 밸브 몸체(17)는 축 방향 보어(18)를 구비하며, 축 방향 보어 내부에는 밸브 태핏(19)이 축 방향으로 운동할 수 있도록 수용되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템용 고압 펌프.
제7항에 있어서, 밸브 몸체(17)는 환형 챔버(20)에 의해 둘러싸여 있고, 공급 보어(8)는 상기 환형 챔버 내로 통하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템용 고압 펌프.