JP2011512472A - Lpg自動車用非接触式容積型燃料ポンプ - Google Patents

Lpg自動車用非接触式容積型燃料ポンプ Download PDF

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Abstract

【課題】 キャビテーション現象が発生せず、ポンピング性能が良い容積型燃料ポンプを使用し、LPG燃料ポンプの問題点である摩擦摩耗を無くして一定の圧力を発生させ、耐久性と信頼性を向上させることができるように非接触式燃料ポンプを提供するためのLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプを提供する。
【解決手段】 本発明によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプは、一側に吸入口/吐出口が装着されたポンプ胴体と、前記ポンプ胴体で圧力を発生させることができるように前記ポンプ胴体に軸支されるピストンと、前記ピストンを往復運動させることができるように前記ピストンロッドに結合されるリニアモータと、前記ピストンロードを半径方向に強力に支持し、前記ポンプ胴体内で往復運動するピストンを一定の半径方向位置に固定させることができるようにリニアモータの両側に配置される軸受と、を備えてなることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、LPG車の容積型燃料ポンプに発生する摩擦摩耗による圧力低下に起因するポンプ効率の低下、そしてLPG車のターボ型ポンプの問題点であるキャビテーションによる振動と騒音増加に起因する機器の内部損傷のような問題点を防止することができる構造のLPG自動車用燃料ポンプに関する。
一般的に、LPG車の燃料ポンプは、大きく、容積型ポンプと、ターボ型(遠心型、再生型)ポンプとで構成される。
しかしながら、LPG燃料は、一般ガソリンやディーゼルとは異なって、その特性上、粘度と蒸気圧が非常に低い。
そのため、LPG燃料に容積型ポンプを使用する場合には、機械摩耗による漏洩及び圧力低下に起因して次第にポンプの流量、圧力、効率など性能が大きく劣化する問題点が発生する。
ターボ型ポンプを使用する場合にも、蒸気圧が低いため、ポンプの入口側で圧力が減少し、キャビテーション(空洞化現象)の発生による振動と騒音が増加すると共に、内部浸食による機器の損傷が発生する問題点がある。
これにより、最終的に自動車の燃料供給を適切に調節せず、LPG車の出力が低下する問題点があった。
本発明の目的は、キャビテーション現象が発生せず、ポンピング性能が良い容積型燃料ポンプを使用し、LPG燃料ポンプの問題点である摩擦摩耗を無くして一定の圧力を発生させ、耐久性と信頼性を向上させることができるように非接触式燃料ポンプを提供するためのLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプは、一側に吸入口/吐出口が装着されたポンプ胴体と、前記ポンプ胴体で圧力を発生させることができるように、前記ポンプ胴体に軸支されるピストンと、前記ピストンを往復運動させることができるように、ピストンロッドに結合されるリニアモータと、前記ピストンロッドを半径方向に強力に支持し、前記ポンプ胴体内で往復運動するピストンを一定の半径方向位置に固定させることができるように、リニアモータの両側に配置される軸受と、を備えてなる。
本発明によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプは、LPG車の容積型燃料ポンプに発生する機械摩耗による圧力低下に起因してポンプの性能が低下する問題点を防止することができ、非接触式ピストン構造によってポンプの性能が低下することなく常時圧力を維持することができるので、機器の信頼性及び耐久性が向上することができるという長所がある。
また、リニアたわみ軸受を用いて自重、ポンピング荷重及び外部衝撃によってピストンがポンプ胴体に摩擦されることを防止することができるという長所がある。
本発明の実施例によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプの断面構成図である 本発明の実施例によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプの作動状態である。 図1で抜粋された実施例のリニアたわみ軸受のダイヤフラムを示す平面図である。 図1で抜粋された実施例のリニアたわみ軸受の内/外側スペーサを示す平面図である。 図3のダイヤフラムと内/外側スペーサが組み立てられたリニアたわみ軸受を示す平面図である。 本発明の他の実施例によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプの断面構成図である。 本発明の他の実施例によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプの作動状態図である。
本発明によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプは、一側に吸入口/吐出口が装着されたポンプ胴体と、前記ポンプ胴体で圧力を発生させることができるように、前記ポンプ胴体に軸支されるピストンと、前記ピストンを往復運動させることができるように、ピストンロッドに結合されるリニアモータと、前記ピストンロッドを半径方向に強力に支持し、前記ポンプ胴体内で往復運動するピストンを一定の位置に固定させることができるように、リニアモータの両側に配置される軸受と、を備えてなることを特徴とする自動車用非接触式容積型燃料ポンプによって達成される。
また、中央部位に吸入口/吐出口が装着されたポンプ胴体と、前記ポンプ胴体で圧力を発生させることができるように、前記ポンプ胴体の両側に軸支されるピストンと、前記各ピストンを往復運動させることができるように、各々のピストンロッドに結合されるリニアモータと、前記各ピストンロッドを半径方向に強力に支持し、前記ポンプ胴体の両側に往復運動するピストンを一定の半径方向位置に固定させることができるように、各々のリニアモータの両側に配置される軸受と、を備えてなることを特徴とするLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプによって達成される。
前記ピストンは、ポンプ胴体とシール間隙が形成される非接触式であり、外周面には、ポンプ胴体の内部に漏洩されるLPG燃料が後段に漏洩されることを防止するために、多数のシール溝が形成されることが好ましい。
前記ピストンロッドは、リニアモータの移動子に軸支されることが好ましい。
前記軸受は、往復運動する前記ピストンロッドに柔軟性を付与するためにリニアたわみ軸受よりなり、前記リニアたわみ軸受は、円形の孔が中央に形成されている円環状のハブと、前記ハブの中心に対して互いに等角を成し、前記ハブの外周部に複数個が放射状に形成されるハブアームと、前記ハブアームの外側端部に隣接して前記ハブとハブアームを取り囲むように形成される円環状のリムと、前記各々のハブアームの一側の端部に隣接するように前記ハブの中心に対して互いに等角を成し、前記リムの内周部に前記ハブアームと同じ個数が放射状に形成されるリムアームと、互いに隣接しないハブアームとリムアームの対向する辺の間に各々所定の幅を有しながら円弧状に設けられ、前記ハブアームと前記リムアームを連結する複数のたわみブレードを含むダイヤフラムと;前記ハブと同一の大きさと形状を有するハブスペーサと、前記ハブスペーサの外周部に前記ハブアームと同一の位置及び形状を有するように複数個形成されるハブスペーサアームと、前記たわみブレードと連結されるハブアームの一側の端部に対応する前記ハブスペーサアームの端部に形成される支持突起とを含み、前記ハブに形状が一致するように固定される内側スペーサと;前記リムと同一の大きさと形状を有するリムスペーサと、前記リムスペーサの内周部に前記リムアームと同一の位置及び形状を有するように複数個形成されるリムスペーサアームと、前記たわみブレードと連結されるリムアームの一側の端部に対応する前記リムスペーサアームの端部に形成される支持突起とを含み、前記リムに形状が一致するように固定される外側スペーサと;から構成されることが好ましい。
本発明は、添付の図面を参照して後述する好ましい実施例によりさらに明らかになるだろう。以下、本発明の実施例により当業者が容易に理解し再現することができるように詳しく説明する。
図1は、本発明の実施例によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプの断面構成図であり、図2は、本発明の実施例によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプの作動状態図である。
図1に示されたように、本発明は、LPG燃料ポンプの問題点であるピストンとポンプ胴体間の摩擦摩耗を無くして一定の圧力を発生させることができるように非接触式で LPG燃料をポンピングすることができる構造のLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプ1000に関する。
このような燃料ポンプ1000は、大きく4つの部分で構成され、これは、ポンプ胴体200と、前記ポンプ胴体200の内部に軸支されるピストン300と、前記ピストン300を往復運動させるリニアモータ400と、前記ピストン300を支持する軸受100とで構成される。
ここで、前記燃料ポンプ1000は、圧力を発生させるために、単一のピストン300がポンプ胴体200の内部に軸支される。この時、前記ピストン300は、ポンプ胴体200と非接触方式となっており、圧力が損失されることを最小化するためのシール間隙Gが形成されるように、ピストン300の外径を確定することが先行されなければならない。
また、前記ポンプ胴体200の一側には、前記ピストン300の往復運動による吸入行程と吐出行程によってLPG燃料を吸入し吐出することができる吸入口210/吐出口220が形成されている。この時、前記吸入口210及び吐出口220には、逆止め弁211、221が各々連結されていて、ピストン300の圧縮と吸入によって断続される。
また、前記ピストン300は、ポンプ胴体200で往復運動できるようにリニアモータ400が装着される構造を有する。
このような装着構造を詳しく説明すれば、図2のように、前記リニアモータ400の固定子420は、ポンプ胴体200に固定され、移動子410は、ピストン300から延長されたピストンロッド320に結合される。この時、移動子410は、ピストンロッド320を内挿させて、移動子410が固定子420との磁場によって往復運動すれば、前記ピストンロード320も同伴移動する。
一方、前記軸受100は、前記ピストンロッド320を半径方向に強力に支持し、前記ポンプ胴体200内で往復運動するピストン300を一定の半径方向位置に固定させることができるようにリニアモータ400の両側に配置される。
このような前記軸受100は、高い半径方向剛性と、低い軸方向剛性を有し、歪みによる応力を少なく受けるリニアたわみ軸受100であり、往復運動するピストンに柔軟性を付与する機能を行う。
すなわち、前記リニアたわみ軸受100は、前記ピストン300が往復運動するにつれてピストンロッド320の結合部位である中心部位に前記ピストンロッド320と共に 同伴往復運動する。
したがって、前記リニアたわみ軸受100を通じて前記ピストン300が往復運動するとしても、ポンプ胴体200の間に形成されたシール間隙Gが安定的に維持されることができる構造が設けられる。
一方、前記ピストン300は、ポンプ胴体200とシール間隙Gが形成される非接触式であり、外周面には、ポンプ胴体200の内部に流入されるLPG燃料が後段に漏洩されることを防止するために、多数のシール溝310が形成される構造を有する。
このような構造は、非接触シールの1つであるラビリンス(Labyrinth)タイプであり、シール間隙Gに沿ってLPG燃料が流入され、多数のシール溝310を通過しながら圧力損失によって圧力が次第に低下し、ポンプ排除容積の内部と外部の圧力差を維持させ、この圧力差を利用して吸入行程で外部からの流入と吐出行程で外部への燃料漏出を抑制させる。
また、前記リニアたわみ軸受は、本出願人が2002年8月25日大韓民國に出願して2004年12月23日付けで公告された登録番号10−0462996に開示されたリニアたわみ軸受であり、具体的な構成要素は、以下で添付の図面とともに簡単に説明する。
図3は、図1で抜粋された実施例のリニアたわみ軸受のダイヤフラムを示す平面図であり、図4は、図1で抜粋された実施例のリニアたわみ軸受の内/外側スペーサを示す平面図であり、図5は、図3のダイヤフラムと内/外側スペーサが組み立てられたリニアたわみ軸受を示す平面図である。
まず、図3を参照すれば、リニアたわみ軸受(linear flexure bearing)100のダイヤフラム10は、大きく、ハブ(hub)12、リム(rim )16及びたわみブレード(flexure blade)21、23、25が同一平面で互いに連結されて構成される。前記たわみブレード21、23、25が前記ハブ12及びリム16と連結され得るように、前記ハブ12にはハブアーム14が外周部に放射状に形成され、前記リム16にはリムアーム18が内周部に放射状に形成される。
前記ハブ12は、円形の孔が中央に形成されている円環状よりなり、複数のリベットポイント13が一定の間隔をもって前記ハブ12上に形成される。前記ハブ12の円形孔には、軸受で支持される軸が挿入されるので、軸受が適用される軸の太さによって形成されるハブ12の孔サイズが変わることができる。
ハブアーム14a、14b、14cは、前記ハブ12の中心に対して互いに等角を成し、ハブ12の外周部に複数個が放射状に形成される。本実施例において、ハブアーム14a、14b、14cは、ハブ12の中心に対して互いに120゜の間隔を有するように3個が前記ハブ12と一体に形成される。前記ハブアーム14a、14b、14cの各々にも、少なくとも1つ以上のリベットポイント15が形成される。
前記ハブ12及びハブアーム14a、14b、14cの外側には、これらのすべてを取り囲むように円環状のリム16が配置される。このようなリム16は、内周部が前記ハブアーム14a、14b、14cの外側端部に所定の間隔をもって隣接する程度の大きさで形成されることが好ましい。また、複数のリベットポイント19が前記リム16上に互いに一定の間隔をもって形成される。
リムアーム18a、18b、18cは、前記ハブ12の中心に対して互いに等角を成し、リム16の内周部に前記ハブアーム14a、14b、14cの個数と同じ個数が放射状に形成される。このようなリムアーム18a、18b、18cは、各々が前記ハブアーム14a、14b、14c各々の一側の端部に所定の間隔をもって隣接するように配置されることが好ましい。本実施例において、リムアーム18a、18b、18cは、ハブアーム14a、14b、14cの個数と同一の3個がハブ12の中心に対して互いに120゜の間隔を有するように前記リム16と一体に形成される。また、前記リムアーム18a、18b、18cの各々に、少なくとも1つ以上のリベットポイント17が形成される。
たわみブレード21、23、25は、互いに隣接しないハブアーム14a、14b、14cとリムアーム18a、18b、18cの対向する辺の間に各々所定の幅を有しながら複数個が円弧状に設けられ、前記ハブアーム14a、14b、14cとリムアーム18a、18b、18cを連結する。本実施例においては、各々のハブアーム14a、14b、14cとリムアーム18a、18b、18cとの間に3個ずつのたわみブレード21、23、25が互いに所定の間隔をもって隣接配置されるように連結される。
このようなたわみブレード21、23、25は、ハブ12の中心に近く位置するほどその幅が狭く形成される。
図4を参照すれば、内側スペーサ30は、ハブスペーサ32及びハブスペーサアーム34a、34b、34cよりなり、外側スペーサ40は、リムスペーサ41及びリムスペーサアーム43a、43b、43cよりなる。
ハブスペーサ32は、前記ダイヤフラム10のハブ12と同一の大きさと形状を有する。
ハブスペーサアーム34a、34b、34cは、ハブアーム14a、14b、14cと同一の位置及び形状を有するように、前記ハブスペーサ32の外周部に複数個が形成される。
また、たわみブレード21、23、25が連結される前記ハブアーム14a、14b、14cの一側の端部に対応するハブスペーサアーム34a、34b、34cの端部には、支持突起36が形成される。
支持突起36は、鋸歯形状を有し、互いに隣接しないハブアーム14a、14b、14cとリムアーム18a、18b、18cの対向する辺の間に設けられるたわみブレードの各々に対応するように形成される。各々の鋸歯形状の支持突起36は、長辺36aと短辺36bを有し、短辺36bは、内側スペーサ32がダイヤフラム10と結合されるとき、たわみブレード21、23、25の外周縁部に重なるように設けられることが好ましく、長辺36aは、このような短辺36bと所定の鋭角αを成すように設けられる。
ここで、本発明の第1実施例による内側スペーサにおいて、鋸歯形状の支持突起36の長辺36aと短辺36bが成す鋭角αは、52゜である。
リムスペーサ41は、ダイヤフラム10のリム16と同一の大きさと形状を有する。
リムスペーサアーム43a、43b、43cは、リムアーム18a、18b、18cと同一の位置及び形状を有するように、前記リムスペーサ41の内周部に複数個が形成される。
また、たわみブレード21、23、25が連結される前記ハブアーム14a、14b、14cの一側の端部に対応するリムスペーサアーム43a、43b、43cの端部には、支持突起45が形成される。
支持突起45は、鋸歯形状を有し、互いに隣接しないハブアーム14a、14b、14cとリムアーム18a、18b、18cの対向する辺の間に設けられるたわみブレードの各々に対応するように形成される。各々の鋸歯形状の支持突起45は、長辺45aと短辺45bを有し、短辺45bは、外側スペーサ32がダイヤフラム10と結合されるとき、図5に示されたように、たわみブレード21、23、25の外周縁部に重なるように設けられることが好ましく、長辺45aは、このような短辺45bと所定の鋭角βを成すように設けられる。
図5に示されたように、外側スペーサにおいて、鋸歯形状の支持突起45の長辺45aと短辺45bが成す鋭角βは、50゜である。
このように形成される内側スペーサ30及び外側スペーサ40の各々には、ダイヤフラム10に形成されているリベットポイント13、15、17、19に対応する部分にリベットポイント31、35、42、46が形成されることによって、ダイヤフラム10との結合時に使用されるだけでなく、軸受の内・外側に装着される軸またはハウジングとの固定時に使用されるようになる。
前述のようなリニアたわみ軸受100は、記載されたコンピュータモデリング解釈によって軸方向剛性と半径方向剛性及び疲労寿命を測定した結果、高い半径方向剛性と低い軸方向剛性を有し、歪みによる応力が小さいことが分かった。
したがって、リニアたわみ軸受100を通じてピストンロッド320に柔軟性を付与しつつ、ピストン300とポンプ胴体200とのシール間隙Gを一定に維持させることができる構造が設けられる。
図6は、本発明の他の実施例によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプの断面構成図であり、図7は、本発明の他の実施例によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプの作動状態図である。
まず、図6に示されたように、本発明の他の実施例によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプ1000は、前記実施例とは異なって、ポンプ胴体200の内部両側に2つのピストン300を備えている。
したがって、前記ポンプ胴体200の吸入口210及び吐出口220は、ポンプ胴体200の中央領域に形成される。この時、吸入口210及び吐出口220を通じるLPG燃料の円滑なポンピングのために、ピストン300の圧縮時に、中央領域には一定の空間部が形成されなければならない。
これにより、本発明の他の実施例による燃料ポンプ1000は、図7に示されたように、2つのピストン300によってポンピング機能を倍加させることができると共に、左右対称によって振動を抑制させることができる。
この時、前記各々のピストン300には、リニアモータ400及び一対のリニアたわみ軸受100が備えられている。
以上のように、本発明によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプは、LPG車の燃料ポンプに限定されるものではなく、DME(Dimethy Ether)ガソリン及びディーゼル車にも適用されることができることは勿論である。
たとえ本発明が上記で言及した好ましい実施例に関連して説明されたが、本発明の要旨と範囲から脱することなく、他の多様な修正及び変形が可能であろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真正な範囲内に属するそのような修正及び変形を含む。
本発明によるLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプは、LPG車の容積型燃料ポンプに発生する機械摩耗による圧力低下に起因してポンプの性能が低下する問題点を防止することができ、非接触式ピストン構造によってポンプの性能が低下することなく常時圧力を維持することができるので、機器の信頼性及び耐久性が向上することができるという長所がある。
また、リニアたわみ軸受を通じて自重、ポンピング荷重及び外部衝撃によってピストンがポンプ胴体に摩擦されることを防止することができるという長所がある。
100 リニアたわみ軸受
10 ダイヤフラム
12 ハブ
14a、14b、14c ハブアーム
13、15、17、19、31、35、42、46 リベットポイント
16 リム
18a、18b、18c リムアーム
21、23、25 たわみブレード
30 内側スペーサ
32 ハブスペーサ
34a、34b、34c ハブスペーサアーム
36、45 支持突起
40 外側スペーサ
41 リムスペーサ
43a、43b、43cリムスペーサアーム
200 ポンプ胴体
210 吸入口
211 逆止め弁
220 吐出口
221 逆止め弁
300 ピストン
310 シール溝
320 ピストンロッド
400 リニアモータ
410 移動子
420 固定子
1000 燃料ポンプ
G シール間隙

Claims (5)

  1. LPG自動車用燃料ポンプにおいて、
    一側に吸入口および吐出口が装着されたポンプ胴体と、
    前記ポンプ胴体で圧力を発生させることができるように、前記ポンプ胴体に軸支されるピストンと、
    前記ピストンを往復運動させることができるように、ピストンロッドに結合されるリニアモータと、
    前記ピストンロッドを半径方向に強力に支持し、前記ポンプ胴体内で往復運動する前記ピストンを一定の半径方向位置に固定させることができるように、前記リニアモータの両側に配置される軸受と
    を備えてなることを特徴とするLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプ。
  2. LPG自動車用燃料ポンプにおいて、
    中央部位に吸入口および吐出口が装着されたポンプ胴体と、
    前記ポンプ胴体で圧力を発生させることができるように、前記ポンプ胴体の両側に軸支されるピストンと、
    前記ピストンを往復運動させることができるように、前記ピストンの各々のピストンロッドに結合されるリニアモータと、
    前記ピストンロッドを半径方向に強力に支持することにより、前記ポンプ胴体の両側に往復運動する前記ピストンを一定の半径方向位置に固定する、前記リニアモータの各々の両側に配置される軸受と
    を備えてなることを特徴とするLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプ。
  3. 前記ピストンは、前記ポンプ胴体とシール間隙が形成される非接触式であり、 外周面には、前記ポンプ胴体の内部に漏洩されるLPG燃料が後段に漏洩されることを防止するために、複数のシール溝が形成されることを特徴とする請求項1または2に記載のLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプ。
  4. 前記ピストンロッドは、前記リニアモータの移動子に軸支されることを特徴とする請求項1または2に記載のLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプ。
  5. 前記軸受は、往復運動する前記ピストンロッドに柔軟性を付与するためにリニアたわみ軸受よりなり、
    前記リニアたわみ軸受は、
    円形の孔が中央に形成されている円環状のハブと、前記ハブの中心に対して互いに等角を成し、前記ハブの外周部に複数個が放射状に形成されるハブアームと、前記ハブアームの外側端部に隣接して前記ハブと前記ハブアームを取り囲むように形成される円環状のリムと、前記各々のハブアームの一側の端部に隣接するように前記ハブの中心に対して互いに等角を成し、前記リムの内周部に前記ハブアームと同じ個数が放射状に形成されるリムアームと、互いに隣接しない前記ハブアームと前記リムアームの対向する辺の間に各々所定の幅を有しながら円弧状に設けられ、前記ハブアームと前記リムアームを連結する複数のたわみブレードを含むダイヤフラムと、
    前記ハブと同一の大きさと形状を有するハブスペーサと、前記ハブスペーサの外周部に前記ハブアームと同一の位置及び形状を有するように複数個形成されるハブスペーサアームと、前記たわみブレードと連結される前記ハブアームの一側の端部に対応する前記ハブスペーサアームの端部に形成される支持突起とを含み、前記ハブに形状が一致するように固定される内側スペーサと、
    前記リムと同一の大きさと形状を有するリムスペーサと、前記リムスペーサの内周部に前記リムアームと同一の位置及び形状を有するように複数個形成されるリムスペーサアームと、前記たわみブレードと連結される前記リムアームの一側の端部に対応する前記リムスペーサアームの端部に形成される支持突起とを含み、前記リムに形状が一致するように固定される外側スペーサとから構成されることを特徴とする請求項1または2に記載のLPG自動車用非接触式容積型燃料ポンプ。
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