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KR20180072576A - 피스톤 펌프, 특히 내연기관용 고압 연료 펌프 - Google Patents

피스톤 펌프, 특히 내연기관용 고압 연료 펌프 Download PDF

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KR20180072576A
KR20180072576A KR1020170176153A KR20170176153A KR20180072576A KR 20180072576 A KR20180072576 A KR 20180072576A KR 1020170176153 A KR1020170176153 A KR 1020170176153A KR 20170176153 A KR20170176153 A KR 20170176153A KR 20180072576 A KR20180072576 A KR 20180072576A
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KR
South Korea
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pump
piston
pressure seal
high pressure
pump housing
Prior art date
Application number
KR1020170176153A
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English (en)
Inventor
하이코 얀
죄렌 슈트리첼
Original Assignee
로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 로베르트 보쉬 게엠베하 filed Critical 로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

피스톤 펌프(16), 특히 내연기관용 고압 연료 펌프는 펌프 하우징(26), 펌프 피스톤(28), 및 적어도 상기 펌프 하우징(26) 및 상기 펌프 피스톤(28)에 의해 한정되는 송출 챔버(38)를 포함한다. 본 발명에 따라, 상기 피스톤 펌프(16)는 상기 펌프 하우징(26)에 대해 고정된 고압 시일(44)을 포함하고, 상기 고압 시일(44)은 펌프 피스톤(28)과 펌프 하우징(26) 사이에 배치되며 상기 송출 챔버(38)를 밀봉한다.

Description

피스톤 펌프, 특히 내연기관용 고압 연료 펌프{PISTON PUMP, IN PARTICULAR HIGH-PRESSURE FUEL PUMP FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 피스톤 펌프, 특히 내연기관용 고압 연료 펌프에 관한 것이다.
DE 10 2013 226 088 A1은 상기 유형의 피스톤 펌프를 개시한다. 상기 피스톤 펌프는 내연기관의 연료 시스템에 포함되고, 높은 압력 하의 연료를 연료 레일 내로 송출하기 위해 사용된다. 이를 위해, 축 방향으로 이동 가능한 펌프 피스톤이 제공되고, 상기 펌프 피스톤은 송출 챔버 내의 연료를 압축한다. 공지된 피스톤 펌프는 송출 챔버를 밀봉하는 베어링 및 시일 장치를 포함하고, 상기 베어링 및 시일 장치는 펌프 피스톤에 고정 연결된다.
본 발명의 과제는 저렴하고, 긴 수명을 가지며 효율적으로 작동될 수 있는 피스톤 펌프를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 피스톤 펌프에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시 예들은 종속 청구항들에 제시된다. 본 발명에 중요한 특징들은 하기 설명 및 도면에 나타난다. 이 경우, 특징들은 단독으로 또는 상이한 조합으로 본 발명에 중요할 수 있다.
본 발명에 따른 피스톤 펌프는 펌프 하우징, 펌프 피스톤, 및 적어도 상기 펌프 하우징 및 상기 펌프 피스톤에 의해 한정되는 송출 챔버를 포함한다. 본 발명에 따라 피스톤 펌프는 펌프 하우징에 대해 고정된 고압 시일을 포함하고, 상기 고압 시일은 펌프 피스톤과 펌프 하우징 사이에 배치되며 송출 챔버를 밀봉한다. 종래 기술에서와는 달리, 고압 시일은 피스톤과 함께 이동되는 것이 아니라 펌프 하우징에 대해 고정되므로, 펌프 피스톤은 고압 시일에 대해 이동된다.
이런 고압 시일은 매우 간단하게 제조되고, 그 결과 부품 비용이 감소한다. 이는 특히 고압 시일의 기계적 가공이 생략될 수 있는 것과 관련된다. 최상의 경우, 고압 시일은 제조 후에 사출 성형 기계로부터 자유로이 떨어져 나올 수 있는 밀봉 링으로서 구현될 수 있다. 이런 고압 시일은 간단히 조립된다. 끝으로, 작동 중에 이동될 질량이 감소하므로, 더 작은 구동력으로 충분하며, 이는 내연기관에 의해 구동되는 자동차에 사용시 유해 물질 배출 및 연료 소비를 줄인다.
개선 예는 펌프 피스톤의 표면이 적어도 고압 시일에 의해 접촉되는 영역에서 마찰 및/또는 마모 감소 방식으로 코팅되는 것을 특징으로 한다. 예컨대 피스톤 부싱의 내부 표면과는 달리, 펌프 피스톤의 외부 표면은 매우 간단히 코팅될 수 있다. 이로 인해, 펌프 피스톤과 고압 시일 사이의 마찰이 현저히 감소할 수 있고, 이는 사용되는 고압 시일의 마모 거동 및 마모량을 현저히 줄인다. 실제로 마모 거동은 줄어든 고체 마찰에 의해 코팅되지 않은 펌프 피스톤에 비해 팩터 10까지 개선될 수 있다. 이로 인해, 피스톤 펌프의 작동 중에 누설이 감소하여, 유압 효율이 개선된다.
코팅부는 비교적 경질인 탄소를 포함하고 및/또는 물리적 증착(PVD) 또는 화학적 증착(CVD)에 의해 제공되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 펌프 피스톤의 경질이며 매끄러운 표면이 특히 통상의 코팅 방법에 의해 형성되고, 따라서 비용이 절감된다.
또한, 펌프 피스톤의 표면은 연마된다. 이는 높은 치수 정확도 및 매우 매끄러운 표면을 보장하고, 상기 매끄러운 표면은 누설 및 마모 감소 방식으로 고압 시일과 협력한다.
본 발명에서는 본 발명에 따른 피스톤 펌프가 피스톤 부싱을 포함하지 않는 것이 특히 바람직하다. 밀봉은 펌프 피스톤과 펌프 하우징 사이에서 직접 이루어진다. 이로 인해, 비용이 절감되고, 피스톤 펌프가 더 작게 구성될 수 있다.
본 발명에 따라 피스톤 펌프는 베어링 장치를 포함하고, 베어링 장치는 펌프 피스톤을 펌프 하우징에 대해 축 방향으로 이동 가능하게 지지한다. 이로 인해, 횡력 및 모멘트의 확실한 흡수가 보장되고, 따라서 고압 시일이 부하 경감되고 그 누설 거동이 개선된다. 이로 인해, 고압 시일의 마모도 줄어든다.
베어링 장치와 고압 시일은 일체일 수 있다. 이는 조립을 간소화시킨다.
이에 대한 대안으로서, 베어링 장치가 고압 시일로부터 분리된 적어도 하나의 부분을 포함하고, 바람직하게는 베어링 장치와 고압 시일이 상이한 재료, 특히 사출 성형된 열 가소성 PEEK 플라스틱 변형으로 제조된다. 이는 한편으로는 베어링 장치에 대해 그리고 다른 한편으로는 고압 시일에 대해 각각 최상의 재료를 사용하는 것을 허용한다.
또한, 피스톤 펌프는 바람직하게는 슬리브형 홀딩 요소를 포함하고, 상기 홀딩 요소는 고압 시일로부터 볼 때 송출 챔버로부터 떨어져 있는, 펌프 하우징 내의 고압 시일의 측면에 고정되고, 고압 시일을 축 방향으로 고정시킨다. 이는 펌프 하우징 내의 고압 시일의 간단한 축 방향 고정을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 피스톤 펌프의 다른 바람직한 실시 예는 고압 시일이 펌프 피스톤과 동적으로 상호 작용하는 방사방향 내측 밀봉 립, 및 펌프 하우징과 정적으로 상호 작용하는 방사방향 외측 밀봉 립을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 방사방향 외측 밀봉 립은 펌프 하우징에 대해 이동되지 않으므로, 마모가 일어나지 않는다. 방사방향 내측 밀봉 립만이 고압 시일에 대한 펌프 피스톤의 상대 운동으로 인해 마모에 노출되지만, 상기 마모는 특히 펌프 피스톤의 표면이 상응하게 가공되는 (예컨대 연마 및/또는 코팅되는) 경우 매우 작다. 피스톤 펌프의 기능을 그 수명에 걸쳐 보장하기 위해, 바람직하게는 고압 시일과 펌프 피스톤 사이에 그리고 고압 시일과 펌프 하우징 사이에 예응력이 제공된다. 따라서, 방사방향 내측 밀봉 립은 방사방향 안쪽으로 예응력을 받는 반면, 방사방향 외측 밀봉 립은 방사방향 외부로 예응력을 받는다.
이하, 본 발명의 실시 예가 첨부한 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 피스톤 펌프 형태의 고압 연료 펌프를 구비한 연료 시스템의 개략도.
도 2는 도 1의 피스톤 펌프의 길이 방향 단면도.
도 3은 도 1의 피스톤 펌프의 펌프 피스톤, 펌프 하우징 및 고압 시일의 확대도.
도 4는 도 1의 피스톤 펌프의 펌프 피스톤, 펌프 하우징 및 고압 시일의 확대도.
내연기관의 연료 시스템은 도 1에서 전체적으로 도면 부호 10으로 표시된다. 연료 시스템은 연료 탱크(12)를 포함하고, 전기 예비 송출 펌프(14)는 상기 연료 탱크(12)로부터 연료를 피스톤 펌프(16)로서 형성된 고압 연료 펌프에 송출한다. 고압 연료 펌프는 연료를 연료 고압 레일(18)로 송출하고, 상기 고압 레일에는 다수의 연료 분사기(20)가 접속되며, 상기 연료 분사기들은 연료를 내연기관의 도시되지 않은 연소실 내로 분사한다.
피스톤 펌프(16)는 유입 밸브(22), 배출 밸브(24) 및 펌프 하우징(26)을 포함한다. 상기 펌프 하우징(26) 내에 펌프 피스톤(28)이 왕복 운동 가능하게 수용된다. 펌프 피스톤(28)은 구동 장치(30)에 의해 운동하고, 상기 구동 장치(30)는 도 1에 개략적으로만 도시되어 있다. 구동 장치(30)는 예컨대 캠 샤프트 또는 편심 샤프트일 수 있다. 유입 밸브(22)는 피스톤 펌프(16)에 의해 송출되는 연료량을 조절할 수 있는 양 제어 밸브로서 설계된다.
피스톤 펌프(16)의 일반적인 구성은 도 2에 상세하게 나타나며, 이하에서 중요한 컴포넌트들만이 설명된다. 우선, 펌프 피스톤(28)은 도 2에서 하부의 태핏 섹션(32), 이것에 연결되는 가이드 섹션(34) 및 도 2에서 상부의 단부 섹션(36)을 포함하는 스텝 피스톤으로서 설계된다. 가이드 섹션(34)은 태핏 섹션(32) 및 단부 섹션(36)보다 큰 직경을 갖는다.
펌프 피스톤(28)의 단부 섹션(36) 및 가이드 섹션(34)은 펌프 하우징(26)과 함께 송출 챔버(38)를 한정하고, 도 2에서 상기 송출 챔버(38)의 좌측에는 유입 밸브(22)가 그리고 도 2에서 상기 송출 챔버(38)의 우측에는 배출 밸브(24)가 배치된다. 펌프 하우징(26)은 전체적으로 회전 대칭의 부분이고, 그것의 도 2에서 상부의 단부면 상에는 부분적으로만 도시된 압력 댐퍼(40)가 배치된다. 상기 압력 댐퍼는 유입 밸브(22)의 상류에 존재하는 저압 영역에서 압력 맥동을 댐핑한다.
펌프 피스톤(28)은 펌프 하우징(26) 내에서 거기에 존재하는 스텝형 블라인드 홀(42) 내에 수용된다. 도 2에서 상부의 단부 섹션은 펌프 하우징(26)에 의해 송출 챔버(38)를 한정한다. 펌프 피스톤(28)의 가이드 섹션(34)과 블라인드 홀(42)의 내주 벽 사이에는 고압 시일(44)이 배치된다. 고압 시일(44)은 펌프 피스톤(28)과 펌프 하우징(26) 사이를 직접 밀봉하고, 따라서 도 2에서 고압 시일(44)의 바로 아래 배치된 영역에 대해 송출 챔버(38)를 밀봉하며, 상기 영역은 상기 저압 영역에 포함된다. 펌프 피스톤(28)이 미끄럼 방식으로 안내되고 밀봉되는 피스톤 부싱은 존재하지 않는다. 고압 시일(44)의 정확한 설계는 하기에서 상세히 설명된다.
피스톤 펌프(16)는 블라인드 홀(42) 내로 압입되는 슬리브형 홀딩 요소(46)를 더 포함한다. 홀딩 요소(46)는 고압 시일(44)로부터 시작해서, 펌프 하우징(26) 내에 압입에 의해 송출 챔버(38)로부터 떨어져 있는 고압 시일(44)의 측면 상에 고정된다. 홀딩 요소(46)에 의해 고압 시일(44)이 축 방향으로 고정된다. 도 2에서 홀딩 요소(46)의 하부에서 슬리브형 시일 홀더(48)가 펌프 하우징(26) 내로 압입된다. 상기 시일 홀더는 펌프 피스톤(28)의 태핏 섹션(32)에 대해 동적으로 밀봉하는 환형 저압 시일(50)을 지지한다. 저압 시일(50)에 의해, 저압 영역이 외부 환경에 대해 또는 구동 장치(30)에 대해 밀봉된다.
도 3 및 도 4에 나타나는 바와 같이, 펌프 피스톤(28)의 가이드 섹션(34)의 외부 표면에는 도면에서 파선으로 표시된 매우 경질인 탄소 코팅(52)이 제공된다. 상기 탄소 코팅부(52)는 여기서 물리적 증착(PVD)에 의해 제공되었다. 대안으로서, 상기 탄소 코팅부는 화학적 증착(CVD)에 의해 제공될 수 있다. 탄소 코팅부(52)의 제공 전에, 펌프 피스톤(28)의 가이드 섹션(34)의 외부 표면이 연마된다. 이로 인해, 펌프 피스톤(28)의 가이드 섹션(34)의 외부 표면 상에 매우 매끄러운, 마찰 없는, 내마모성 표면이 형성된다.
전술한 바와 같이, 여기서는 펌프 피스톤(28)을 지지하기 위한 피스톤 부싱이 제공되지 않는다. 그 대신, 실질적으로 사각형 횡단면을 가진 링 형태의 베어링 장치(54)가 제공되고, 상기 베어링 장치는 고압 시일(44)과 유사하게 펌프 피스톤(28)의 가이드 섹션(34)과 펌프 하우징(26)의 블라인드 홀(42)의 방사방향 내벽 사이에 배치된다. 상기 베어링 장치(54)에 의해, 예컨대 구동 장치(30)에 의해 펌프 피스톤(28)에 작용하는 횡력이 흡수되고, 펌프 피스톤(28)은 펌프 하우징(26)에 대해 지지된다.
베어링 장치(54)는 본 도면에 도시된 실시 예에서 고압 시일(44)과 일체로 형성된다. 도시되지 않은 실시 예에서, 베어링 장치 및 고압 시일은 서로 별도의 부분으로서 형성된다. 고압 시일(44) 및 베어링 장치(54)는 예컨대 사출 성형된 열 가소성 PEEK 플라스틱으로 제조될 수 있다.
고압 시일(44)은 베이스 섹션(56)을 포함하고, 상기 베이스 섹션(56) 상에 베어링 장치(54)가 형성된다. 베이스 섹션(56)으로부터 도면에서 상부를 향해, 즉 송출 챔버(38)를 향해, 동적 밀봉을 제공하는 방사방향 내측 링형 밀봉 립(58)이 연장되고, 상기 밀봉 립은 밀봉을 제공하기 위해 이동 펌프 피스톤(28)의 가이드 섹션(34)과 상호 작용한다. 이런 점에서 가이드 섹션(34)은 고압 시일(44)에 의해 접촉되는 펌프 피스톤(28)의 영역이다. 피스톤 펌프(16)의 수명에 걸쳐 확실한 밀봉을 보장하기 위해, 밀봉 립(58)은 방사방향 안쪽으로 예응력을 받는다.
베이스 섹션(56)으로부터 도면에서 상부를 향해, 즉 송출 챔버(38)를 향해, 정적 밀봉을 제공하는 방사방향 외측 링형 밀봉 립(60)이 연장되고, 상기 밀봉 립은 밀봉을 제공하기 위해 고압 시일(44)에 대해 고정된 펌프 하우징(26), 즉 블라인드 홀(42)의 내벽과 상호 작용한다. 여기서도 밀봉 립(60)은 피스톤 펌프(16)의 수명에 걸쳐 확실한 밀봉을 보장하기 위해 방사방향 바깥쪽으로 예응력을 받는다. 특히 도 4에는 방사방향 내측 밀봉 립(58)이 베이스 섹션(56)으로부터 방사방향 외측 밀봉 립(60)보다 더 작은 축 방향 크기를 갖는 것이 나타난다. 또한, 특히 도 4에는 고압 시일(44)의 방사방향 외측 밀봉 립(60)이 홀딩 요소(46)에 의해 스텝형 블라인드 홀(42)의 숄더(62)에 대해 가압되는 것이 나타난다.
코팅부(52)와 결합해서 전술한 고압 시일(44)의 사용에 의해, 고압 시일(44), 특히 방사방향 내측 밀봉 립(58), 및 펌프 피스톤(28)의 표면의 마모가 감소한다. 또한, 긴 수명을 갖는 전체적으로 비교적 단단한 부품이 사용될 수 있다. 끝으로, 고압 시일(44) 및 베어링 장치(54)는 저렴한 플라스틱 사출 성형 부품으로서 제조될 수 있다.
16 피스톤 펌프
26 펌프 하우징
28 펌프 피스톤
38 송출 챔버
44 고압 시일
52 코팅부
54 베어링 장치
58 밀봉 립

Claims (10)

  1. 펌프 하우징(26), 펌프 피스톤(28), 및 적어도 상기 펌프 하우징(26) 및 상기 펌프 피스톤(28)에 의해 한정되는 송출 챔버(38)를 포함하는, 피스톤 펌프(16), 특히 내연기관용 고압 연료 펌프에 있어서,
    상기 피스톤 펌프(16)는 상기 펌프 하우징(26)에 대해 고정된 고압 시일(44)을 포함하고, 상기 고압 시일(44)은 상기 펌프 피스톤(28)과 상기 펌프 하우징(26) 사이에 배치되며 상기 송출 챔버(38)를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 펌프 피스톤(28)의 표면은 적어도 상기 고압 시일(44)에 의해 접촉되는 영역(34)에서 마찰 및/또는 마모 감소 방식으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  3. 제 2 항에 있어서, 코팅부(52)는 비교적 경질인 탄소를 포함하고 및/또는 물리적 증착(PVD) 또는 화학적 증착(CVD)에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프 피스톤(28)의 표면은 연마되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤 펌프(16)는 피스톤 부싱을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤 펌프(16)는 베어링 장치(54)를 포함하고, 상기 베어링 장치(54)는 상기 펌프 피스톤(28)을 상기 펌프 하우징(26)에 대해 축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 베어링 장치(54)와 상기 고압 시일(44)은 일체인 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 베어링 장치(54)는 적어도 상기 고압 시일(44)로부터 분리된 적어도 하나의 부분을 포함하고, 바람직하게는 상기 베어링 장치(54)와 상기 고압 시일(44)은 상이한 재료들, 특히 사출 성형된 열 가소성 PEEK 플라스틱 변형으로 제조되는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤 펌프(16)는 바람직하게는 슬리브형 홀딩 요소(46)를 포함하고, 상기 홀딩 요소는 상기 고압 시일(44)로부터 볼 때 상기 송출 챔버(38)로부터 떨어져 있는, 상기 펌프 하우징(26) 내의 상기 고압 시일(44)의 측면 상에 고정되며, 상기 고압 시일(44)을 축 방향으로 고정하는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고압 시일(44)은 상기 펌프 피스톤(28)과 동적으로 상호 작용하는 방사방향 내측 밀봉 립(58), 및 바람직하게는 상기 펌프 하우징(26)과 정적으로 상호 작용하는 방사방향 외측 밀봉 립(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 펌프.
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