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인젝션 펌프 (INJECTION PUMP)

이번 시간에는 복잡하고 지루한 시간이 될 수 있습니다. 인젝션 펌프 INJECTION PUMP는 매우 구조가 복잡합니다. 인젝션 펌프 인젝션 펌프는 연료를 연소실 내로 분사하는데 필요한 압력을 만들고 동시에 엔진의 부하나 회전수의 변화에 따라 각 실린더에 적량의 연료를 균일하게, 또 최적인 분사 시기에 분사하기 위한 장치입니다. 자동차용 디젤 엔진의 인젝션 펌프에는 엔진의 실린더 수와 같은 수의 플런저(PLUNGER)를 사용하는 열 형 인젝션 펌프와 1개의 플런저로 각 실린더에 연료를 분배하는 분배형 인젝션 펌프가 있으며, 어느 것이나 이 두 가지 형식은 우리나라에서는 보쉬 형이 많이 사용되고 있습니다. 이번 글에서는 대표적인 보쉬 형의 열 형 인젝션 펌프에 대해서 설명하도록 하겠습니다. 

<열 형 인젝션 펌프 앗세이>

펌프 하우징 (PUMP HOUSING)

펌프 하우징은 일반적으로 경합금으로 만들어져 있으며 연료에 분사 압을 주는 기능을 수납하는 것입니다. 상부에는 데리베리 밸브 및 홀더를 부착하여 나사부 외에 연료의 흡입 및 배출 통로가 설치되어 있으며, 통로의 단말에는 오버 플로우 밸브가 장착되어 있습니다. 하우징 중앙부는 플런저 어셈블리를 위치하여 연료 분사량을 제어하는 제어 래크의 삽입 부가 설치되어 있습니다. 하우징 하부에는 플런저를 작동시키는 태핏의 가이드 구멍 및 캠 축 삽입부 등이 설치되어 있으며 하우징 바깥쪽에는 연료 피드 펌프의 장치 부가 설치되어 있습니다. 

<펌프 하우징>

캠 축 (CAM SHAFT)

캠 축은 크랭크 축으로부터 타이빙 기어를 거쳐서 구동되고 있으며, 태핏을 통하여 플런저를 상하로 작동시킴과 동시에 연료 피드 펌프(F.O FEED PUMP)도 구동합니다. 엔진의 실린더 수와 같은 수의 캠 및 연료 피드 펌프를 작동시키는 캠을 가지며, 양단은 테이퍼 롤러 베어링 등으로 지지되어 있습니다. 또 캠 축의 구동축에는 타이머가 있으며 그 반대쪽에는 가버너가 장착되도록 나사가 취부 되어 있습니다. 캠의 기본적인 형상은 3종류가 있으며, 편심 캠, 원호 캠, 접선 캠이 사용되고 있습니다. 편심 캠은 상승과 하강 측이 대칭형의 캠으로써 원활한 운동을 작동시킬 수 있습니다. 원호 캠은 편심 캠과 같이 상승과 하강 측이 대칭형으로 되어 있으며 플런저 배럴 내에 충만한 연료를 단시간에 고압 송출하기 위한 캠입니다. 접선 캠은 상승 축을 접선으로 연결한 형상으로 되어 있으며, 캠 축의 회전에 대한 플런저의 상승 속도가 원호 캠 보다 빠르며, 그만큼 연료 분사 시간을 짧게 할 수 있으므로 엔진의 고속화에 적용할 수 있습니다. 하강 측은 캠 축의 회전 중의 토크 변동을 완화하기 위하여 원호 캠보다 한층 완만하게 흘러내려가는 형상으로 되어 있습니다. 

<캠 축 CAM SHAFT>

태핏 (TAPPET) (타페트)

태핏은 캠 축에 의해 상하운동을 하며 이 운동을 플런저에 전달하는 것입니다. 캠과 접하는 부분은 롤러로 되어 있으며, 롤러는 베어링으로 지지되어 끼워서 태핏 본체에 조립됩니다. 태핏 상부에는 조정 나사가 부착되어 있으며, 캠이 상사점에 이르러 플런저가 최대로 상승한 경우 플런저 배럴에 닿는 것을 방지하기 위하여 캠을 상사점으로 하였을 때 태핏의 위쪽으로 움직일 수 있는 여유(크리어렌스)를 조절하는 것이다. 또한 조정 나사의 높이를 조정하면 플런저의 장치 위치도 변화하게 되므로 연료 분사 시간을 조정하는 경우에도 사용됩니다. 또한 조정 나사 대신에 플런저 스프링 시트와 태핏 사이에 심을 삽입한 조정하는 것도 있습니다. 

플런저 배럴 및 플런저 (PLUNGER BARREL & PLUNGER)

플런저 배럴은 원통 상의 실린더이며 이 안에서 플런저가 상하운동을 하여 연료에 일정 이상의 압력을 주도록 되어 있습니다. 따라서 플런저의 상입부는 매운 높은 정밀도로 가공하여 플런저를 결합합니다. 플런저 배럴의 상부에는 연료의 흡입, 배출하기 위한 구멍이 설치되어 있으며, 바깥쪽에는 노크 핀 또는 로크 스크루 등을 사영하여 회전 방지를 해야 합니다. 플런저는 플런저 배럴 내를 상하로 작동하여 연료를 직접 가압하는 피스톤의 역할을 하며 헤드부에는 연료가 빠져나가는 구멍과 분사량을 가감하기 위한 리드가 설치되어 있으며 하부에는 제어 슬리브의 홈과 결합하는 드라이빙 페이스 등이 설치되어 있습니다. 제어 슬리브는 뒤에서 설명하는 제어 레크에 의해 약 1/3회전 정도 돌도록 되어 있으므로 플런저도 제어 슬리브와 함께 회전하게 되며, 플런저 배럴의 흡입 구멍에 대한 리드 위치를 바꾸어 분사량을 조절할 수 있습니다. 

<세트 세분화 도면>

분사량 조정기구

연료의 분사량을 가감하는 것은 액셀 페달 또는 거버너이지만, 그 작동을 플런저에 전달하는 기구가 분사량 조정 기구입니다. 분사량 조정 기구는 제어 래크, 제어 슬리브, 제어 피니언으로 이루어져 있으며, 플런저를 회전시킴으로써 플런저의 유효 행정을 바꾸어 연료의 분사량을 조절하는 장치입니다. 제어 래크를 좌우로 움직이면, 제어 피니언이 회전하며 함께 작동하는 제어 슬리브도 회전합니다. 제어 슬리브 하부에는 노치 홈이 있으며 플런저의 프랜지 부에 삽입되어 있기 때문에 슬리브의 회전에 의해 플런저가 회전합니다. 제어 래크에는 각 기통의 제어 피니언이 결합되어 있으므로 모든 플런저를 동시에 동량 회전시켜 연료의 분사량이 동일하게 증감됩니다. 따라서 1기 통 연료의 분사량을 증감시키는 경우에는 제어 피니언과 제어 슬리브의 결합 관계를 바꾸어서 조정하도록 합니다. 

딜리버리 밸브 (데리베리 밸브)

딜리버리 밸브는 플런저에 의한 연료 송출이 끝났을 때에 닫혀서, 인젝션 파이프에서 펌프로 연료가 역류하는 것을 방지함과 동시에 딜리버리 밸브 자체의 빨아들임 작용에 의하여 인젝션 노즐에서의 분사의 끊어짐을 좋게 하는 것입니다. 밸브 본체에는 밸브 시트와 밀착하는 원추 면과, 그 하부에는 피스톤부 및 딜리버리 밸브 가이드와 결합하여 안내의 역할을 하는 십자형 부분에 설치되어 있습니다. 

연료장치 (FUEL PARTS)

연료를 공부하기 전에 연료는 어찌 보면 매우 민감하고 작동 구조도 멀리서 보면 쉽지만 세세하게 파고 들어가다 보면 각 부품 하나하나가 정밀하고 어려운 부분입니다. 엔진마다 구조도 바뀔 수도 있으며 복잡한 구조를 지니고 있습니다. 

연료장치는 연료 탱크 속의 연료를 여과(필터링) 하여 인젝션 펌프로 보내서, 엔진의 운전 상태에 따라 연료의 분사량 및 분사 시간을 제어하며 인젝션 노즐에서 연소실 내로 분사하는 장치를 말합니다. 이 파트를 탱크로부터 노즐까지의 연료 이송방법과 독립식과 분배식으로 나눌 수 있습니다. 

독립식은 실린더와 같은 수의 펌프 기구가 필요하며 구조가 복잡하지만, 연료의 공급은 확실히 이루어지므로 고속 회전에 적합하며, 현재 가장 많이 사용되는 형식입니다. 분배식은 펌프 기구가 1개 사용되며 외형은 소형으로 만들 수 있으나, 실린더 수가 많은 엔진에는 다소 어려움이 있습니다. 독립 펌프를 집합 펌프라고 부르기도 합니다. 

연료장치 중 가장 중요한 파트는 인젝션 펌프 파트이며 현재까지 세계 각국에서 펌프의 연구, 개발이 이루어져 왔지만, 그중에서 보쉬 형 분사 펌프가 자동차나 선박 디젤엔진에 가장 적합하여 널리 사용되고 있습니다. 연료는 연료탱크(FUEL TANK), 피드 펌프(FEED PUMP), 연료 필터(F.O FILTER), 인젝션 펌프(INJECTION PUMP), 인젝션 파이프(INJECTION PIPE), 인젝션 노즐(INJECTION NOZZLE)로 이동하여 규정 압력으로 연소실 내에 분사됩니다. 또한 인젝션 펌프 내에서 노즐로 이송되지 않았던 연료 및 노즐의 니들이 윤활한 연료는 각각 리턴 파이를 경유하여 연료 탱크로 돌아가게 되어 있습니다. 

연료 파이프

연료 파이프는 연료 통로로 사용하고 있으며, 탱크에서 피드 펌프 간, 피드 펌프에서 필터 간, 필터에서 인젝션 펌프 간의 연료 통로가 되는 플렉시블 호스와 인젝션 펌프에서 노즐 간의 연료 통로가 되는 인젝션 파이프가 있습니다. 플렉시블 호스에는 비닐 파이프 등이 사용되고 있으나, 인젠션 파이프는 고압이 가해 지므로 이것에 견 딜 수 있도록 인발강관이 사용되고 있으며, 파이프 양단은 브레이크 파이프와 마찬가지로 유니언 너트를 사용하여 접속되어 있습니다. 또 각 실린더에 배관 상태는 길이가 거의 같아지도록 또 급격한 구부러짐이 피하도록 만들어져 있습니다. 

연료 필터 

연료 필터의 기능은 연료 속의 먼지, 수분을 제거하는 것이지만, 특히 디젤 엔진에서는 연료에 의해 인젝션 펌프, 노즐 등이 윤활되고 있으므로 충분한 여과 능력이 필요하기 때문에 용량이 크게 되어 있습니다. 또한 연료 속의 수분을 제거하기 위한 연료 수분 분리기 또는 연료 유수 분리기가 있으며, 세디멘터 내부에는 수위를 알리는 수위센서가 부착되어 있습니다. 필터 엘리먼트에는 여과지, 여과포 등이 있으나, 일반적으로 여과지가 많이 사용되고 있습니다. 오버 플로 밸브는 연료 피드 펌프에서의 송류 압력이 규정에 달했을 때 열리며, 여분의 연료가 탱크로 돌아가도록 되어 있으며, 플렉시블 파이프의 접속부 및 필터 응에 무리가 가해지는 것을 방지하고 있습니다. 또한 연료 중에 공기가 혼입 한 경우에도 오버플로 밸브에서 연료와 함께 공기가 배출되도록 설계가 되어 있습니다. 

연료 피드 펌프 

연료 피드 펌프는 인젝션 펌프의 측면에 부착되어 있으며, 인젝션 펌프의 캠에 의해 구동되는 피스톤의 작동으로 연료 탱크에서 연료를 빨아올리며, 연료 필터를 경유하여 인젝션 펌프에 연료를 보내주는 역할을 하고 있습니다. 또한 시동전에 연료계통에서 공기를 빼는 작업을 위해서 수동용의 펌프로 프라이밍 펌프를 장착하고 있습니다. 

펌프 보디는 경합금 또는 주철제이며, 펌프 피스톤, 태핏, 푸시로드, 인 레트 및 아웃 레트 밸브 등을 내장하고 있습니다. 피스톤은 인젝션 펌프의 캠에 의해 태핏, 푸시로드를 거쳐서 밀리게 되며, 스프링에 의해 되돌려져서 펌프 작동을 하도록 되어 있습니다. 여기서 플라이밍이라는 것은 시동 시 미리 연료를 충분히 주입하는 것입니다. 

<빨간색 동그라미 부분이 연료 피드펌프 입니다.>

<전체 적으로 보면 인젝션 펌프, 집합 펌프 타입입니다.>

인젝션 펌프의 구체적인 내용은 다음 시간에 인젝션 펌프 하나만을 주제로 하여 작성하도록 하겠습니다. 내부 구조가 너무 복잡하며, 부품 하나하나가 중요하므로 중요하게 다루고 가겠습니다.