JP2009002343A - 液体供給用往復動ピストンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】液体供給用往復動ピストンポンプを提供する。
【解決手段】本発明は、復元ばね（２６）が設けられた、液体供給用の電磁駆動可能な往復動ピストン（２４）と、供給フェーズの終わりに往復動ピストン（２４）の衝撃を減衰するための、エラストマーで構成された衝撃ダンパ（４６）と、往復動ピストン（２４）に対向して配置され、往復動ピストン（２４）との間に、往復動ピストン（２４）の位置に応じた間隙が形成されるコアフランジ（５０）と、を備える往復動ピストンポンプ（１６）に関する。ここで、本発明は、供給フェーズの早期の段階では、往復動ピストン（２４）の運動エネルギーを復元ばね（２６）および液体の供給によって主に吸収し、供給フェーズの後期の段階では、往復動ピストン（２４）の運動エネルギーを、間隙に存在する液体の液圧による減衰によって主に吸収することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体供給用の、復元ばねを備える電磁駆動可能な往復動ピストンと、供給フェーズの最後の往復動ピストンの衝撃を減衰させるための、エラストマーから構成される衝撃ダンパと、往復動ピストンに対向して配置され、往復動ピストンとの間に、往復動ピストンの位置に応じた間隙が設けられるコアフランジとを有する往復動ピストンポンプに関する。

往復動ピストンポンプを使用して、例えば自動車のヒータに液体燃料を供給する。前記往復動ピストンポンプは、単位時間当たり一定量の液体、例えば燃料を供給できる。このように、自動車のヒータにおいて使用される場合、所望の熱量を同時に出力しながら安定的な動作を達成することが可能である。

往復動ピストンポンプの内部では、往復動ピストンが周期的に軸方向を前後に動いて、各周期毎に正確に一定量の液体、例えば燃料を供給する。振動している往復動ピストンがその端位置において衝突すると、「ガタガタ」いう衝撃音が生成されるので、最近の往復動ピストンポンプは、供給量を正確に計量することに関してだけではなく、生成される作動音に関しても最適にされている。往復動ピストンのそれぞれの軸方向の両端位置に達したときの衝撃音が、いわゆる衝撃ダンパによって低減される。衝撃ダンパは、往復動ピストンの運動エネルギーを吸収する。一般に前記衝撃ダンパはエラストマーで構成される。

ここで、エラストマーは、そのガラス転移温度よりも低い温度において硬化し、その結果、ピストンの衝撃音が増大するという欠点がある。これは、もはやピストンの衝突エネルギーが有効に吸収され得ないためである。

特許文献１には、液体供給用ポンプが説明されており、そこでは、供給された液体の液体クッションの圧縮性を用いた衝撃ダンパが実現されている。

特許文献２には、液体クッションを備える液圧シリンダーの端部における衝突を減衰させるための装置が説明されている。

しかしながら、低温においても効果的であるそのような減衰構造は、比較的複雑な設計手段を必要とするため、エラストマーを使用する減衰原理に従うことが主な目的となり得る。

独国特許出願公開第１ ９６６ ４５９Ａ号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００５ ０２５ ５０５Ａ１号明細書

本発明の目的は、上述の問題を回避し、かつ衝撃ダンパのガラス転移温度よりも低い温度においても低騒音の液体供給が可能となるように、一般的な往復動ピストンポンプを改良することにある。

前記目的を、独立請求項の特徴によって達成する。

本発明の有利な実施形態および改良形態は、従属請求項から明らかとなる。

往復動ピストンポンプは、供給フェーズの早期の段階では、往復動ピストンの運動力学的なエネルギー（運動エネルギー）を復元ばねおよび液体の供給によって主に吸収し、かつ供給フェーズの後期（末期）の段階では、往復動ピストンの運動力学的なエネルギーを、間隙に存在する液体の液圧による減衰によって主に吸収するという、一般的な従来技術に基づいている。往復動ピストンポンプの内部の温度が衝撃ダンパのガラス転移温度よりも低いと、衝撃ダンパの弾性は非常に制限される。この状態では、衝撃ダンパは、供給フェーズの終わりにもはや往復動ピストンの運動力学的なエネルギーを吸収できなくなる。供給された液体を利用して、供給フェーズの後期の段階において、往復動ピストンポンプにおける往復動ピストンの運動を制動する液体クッションによって、往復動ピストンの運動力学的なエネルギーの一部を吸収できる。ここでは、液体クッションは、往復動ピストンに対して液圧による減衰作用を与え、かつ、理想的には、端部ストッパに到達する直前にのみ、その減衰作用を強化するので、往復動ピストンポンプの稼動サイクルに悪影響を及ぼすことはない。供給フェーズの後期の段階において、液体が、端位置に到達する直前に往復動ピストンとコアフランジとの間に圧入されると、液体クッションが生成される。これは、エラストマーで構成された衝撃ダンパが吸収する必要のある往復動ピストンの運動力学的なエネルギーが少量となることを意味する。なぜなら、往復動ピストンの運動力学的なエネルギーの一部が、往復動ピストンとコアフランジとの間の間隙に存在する液体の液圧による減衰によって吸収されるからである。これは、低温において、振動する往復動ピストンの衝撃音の騒音をかなり低減させ、かつ追加的な構成部品を必要としない、シンプルで費用効果的な設計手法である。

流れの最適化を図るためには、コアフランジと往復動ピストンとの間に設けられた間隙を最小にして、供給フェーズの終わりに、往復動ピストンが衝撃ダンパにその端部ストッパにおいて接触する前に往復動ピストンを制動するために、液圧による減衰を強めることが有利である。「最小にする」は、間隙の寸法を、製造許容誤差を考慮に入れてなお、往復動ピストンとコアフランジとの間の接触を妨げる値まで小さくすることを意味する。通常、液体が充填された間隙が、往復動ピストンの位置全てにおいてコアフランジと往復動ピストンとの間に存在し、その液体が充填された間隙が、往復動ピストンとコアフランジとの間の密着した接続を妨げる。供給フェーズの終わりにおけるコアフランジと往復動ピストンとの間の最小の間隔を十分な寸法にし、それにより、製造許容誤差を大きくするという利点をもたらす。間隙の寸法を小さくすると、製造許容誤差を小さくする必要がある。往復動ピストンがコアフランジに近づくと、往復動ピストンは、前記領域に存在する液体を移動させる。移動された液体は、コアフランジと往復動ピストンとの間の間隙を通って流れる必要があり、その間隙は、供給フェーズの終わりに端部ストッパに到達するときに、その最小限度に達する。往復動ピストンの運動方向に垂直な平面において、間隙の断面積が小さくなるにつれ、増大する液圧による減衰作用が強まり、それが、供給フェーズの後期の段階中、間隙が十分狭くなったときに、往復動ピストンの運動力学的なエネルギーの吸収を支配する。特に、液圧による減衰の効果はとりわけ液体の粘度に依存し、それゆえ温度が低下すると増大することに留意されたい。

補給フェーズの終わりにおける往復動ピストンの衝突減衰のために、エラストマーで構成された衝撃ダンパを設けることが好都合である。構造的な理由から、往復動ピストンは、振動運動の間に２つの端部の停止点に到達する。補給フェーズの終わりの往復動ピストンの衝撃は、減衰されないと、同様に、往復動ピストンポンプの望ましくない騒音の発生に寄与し得る。それゆえ、補給フェーズの終わりに、衝突減衰のために、十分に適切な寸法にされエラストマーで構成されたＯリングを、停止点に挿入する。そのＯリングは、往復動ピストンの衝突エネルギーを吸収し得る。往復動ピストンポンプの前記停止点においては、より多くの設置スペースが利用可能であり、その結果、より大きな衝撃ダンパを使用でき、それは、エラストマーのガラス転移温度よりも低い温度でも、往復動ピストンの十分な運動エネルギーを吸収して、往復動ピストンポンプを確実に低騒音で作動させる。

往復動ピストンポンプによって供給管路に生じる脈動を減衰するために、エラストマーを含む減衰要素が設けられることが有利である。往復動ピストンの振動運動および関連の脈動供給動作が、供給管路に生じる望ましくない脈動の原因となり得る。極端な場合、前記脈動は、供給液体が供給されるユニット、例えば自動車のヒータ、の安定した動作を妨げ得る。

液圧による減衰の効果を利用するために、供給フェーズの終わりの、往復動ピストンの軸方向の運動方向に垂直な半径方向における、往復動ピストンとコアフランジとの間の間隙幅を１．０〜０．１ｍｍとすることが好都合である。間隙幅が小さくなると液圧による減衰の強さが増大するので、間隙が狭いほど、確実に液圧による減衰は強くなる。ここで、間隙幅の下限値を、製造中に発生する製造のばらつきに応じて規定する。なぜなら、往復動ピストンとコアフランジとの間の密着した接続を回避する必要があるためである。都合の良い間隙幅の上限値は、液圧による減衰に必要とされる強度によって規定され、往復動ピストンポンプの個々の構造によって影響される。例えば、往復動ピストンの大きさ（質量等）が異なると、異なる構造となる。

好ましくは、供給フェーズの終わりの、往復動ピストンの軸方向の運動方向に垂直な半径方向における往復動ピストンとコアフランジとの間の間隙幅を、０．５〜０．３ｍｍとする。

往復動ピストンポンプを、液体燃料を供給するために、自動車のヒータの供給管路に設けることが好都合である。

本発明の好ましい一実施形態を、以下図面に基づいて一例として説明する。

図１に示す往復動ピストンポンプ１６は、貯蔵容器に接続される入口１８から、通常、供給管路に接続される出口２０まで、矢印によって示す方向に液体、例えば燃料を供給するために設けられる。以下、「左」は図１の出口側を指し、「右」は往復動ピストンポンプの入口側を指す。

往復動ピストンポンプ１６は、復元ばね２６と、コイル２２と、電気接続部４２と、補給弁３２と、供給室３０と、ポンプ空間５６と、エラストマーで構成される２つの衝撃ダンパ４６、４８と、ハウジング部４４にあり、エラストマー３６、チャンバー３８、および往復動ピストンポンプ１６の長手方向軸の周りに均一に分布した複数のボア４０を有する減衰要素３４と、長手方向中心軸を形成するロッド５２、往復動ピストンの右側においてロッド５２を取り囲むチューブ５４およびチューブ５４の右側端部に配置される逆止弁２８を有する往復動ピストン２４とを備える。往復動ピストン２４の個々の部品は、互いに強固に接続されている。逆止弁２８のみが慣例的に可動部を備える。チューブ５４はまた、少なくとも１つのボア５８を有してチューブ内部の室とコアフランジ５０の領域の室を接続し、それにより、逆止弁２８が開放しているときに供給室３０とポンプ空間５６との間の接続が可能となる。

往復動ピストンポンプ１６の供給サイクルは供給フェーズと補給フェーズとに分けることができ、図１は、供給フェーズの開始時の状態を示す。電気接続部４２に好適な方法で電圧が印加され、その結果、コイル２２に電流が供給される。コイル２２は磁場を発生して、往復動ピストン２４を電磁式に右側に動かす。ここで、往復動ピストンは、供給室３０に存在する液体を圧縮し、かつ圧力が上昇して逆止弁２８が開く。ここで供給室内部の液体は、チューブ５４の内部およびチューブに設けられたボア５８を通って、コアフランジ５０の領域に流入することができる。一方、往復動ピストン２４は左側の出口２０を開放し、その出口２０を通って、供給室３０の移動された液体を往復動ピストンポンプ２４から排出することができる。往復動ピストンは衝撃ダンパ４６におけるその右側の停止点まで動き、ここで、概して言えば、供給室３０に存在する液体をポンプ空間５６に供給し、供給フェーズは終了する。供給フェーズでは、出口２０から液体は排出されない。

コイル２２への電流の供給が終了すると補給フェーズが開始する。復元ばね２６が往復動ピストン２４を左に押圧する。供給室３０が真空状態になることにより、逆止弁２８は閉鎖して補給弁３２が開放し、それにより、供給されるべき新しい液体が入口１８を通って吸い込まれて供給室が再び充填される。このフェーズでは、液体が出口２０において排出される。なぜなら、補給フェーズ中、往復動ピストン２４の動きによってポンプ空間５６の容積の大きさが小さくなるからである。補給フェーズは、往復動ピストン２４が図示のその開始位置に再び到達しかつ供給室が完全に充填されたときに終了する。補給フェーズの終わりの往復動ピストン２４の運動力学的なエネルギーは、エラストマーで構成される衝撃ダンパ４８によって吸収される。

温度に応じて、ここで２つのケースを区別することが可能である。温度が、エラストマーで構成された衝撃ダンパ４６のガラス転移温度よりも高いと、衝撃ダンパ４６は、供給フェーズの最後においてほとんど騒音を伴わずに往復動ピストン２４の衝突エネルギーを吸収できる。それゆえ、往復動ピストンポンプ１６の騒音減衰は、公知の方法で達成される。

しかしながら、温度が、エラストマーで構成された衝撃ダンパ４６のガラス転移温度よりも低いと、前記衝撃ダンパ４６は、その弾性が低減するために、もはや往復動ピストン２４の衝突エネルギーを完全に吸収することができない。本発明による最適化を伴わないと、これは、往復動ピストン２４のかなり騒々しい衝撃音に現れる。最適化は、特に、供給フェーズの終わりにおけるコアフランジ５０と往復動ピストン２４との間に存在する間隙幅を減少することにより、もたらされ得る。「間隙幅」は、運動方向に垂直な平面における、コアフランジ５０と往復動ピストン２４との間の間隔を意味すると理解されたい。液圧による減衰の効果から利益を得るために、供給フェーズの終わりでの、半径方向における往復動ピストン２４とコアフランジ５０との間の間隙幅を、１．０〜０．１ｍｍ、好ましくは０．５〜０．３ｍｍ程度の大きさとすることが好ましい。

往復動ピストン２４に、コイル２２の磁場によりエネルギーを供給する。そのエネルギーは、部分的に復元ばね２６に蓄えられ、部分的に往復動ピストンの運動力学的なエネルギーとしても存在し、かつ部分的に液体の供給に消費される。往復動ピストン２４が動く結果、コアフランジ５０と往復動ピストン２４との間の間隔は、供給フェーズの間に、継続的に減少する。供給フェーズの終了直前である、供給フェーズの後期の段階では、液体を、そのときには非常に狭くなっている間隙に圧入する必要がある。その結果、前記領域に液圧が生じ、その液圧が、往復動ピストン２４の運動力学的なエネルギーの別の部分を吸収して熱に変換する。液圧が増大するのは、液体がコアフランジ５０と往復動ピストン２４との間の領域から往復動ピストン２４を経て移動するからである。往復動ピストン２４とコアフランジ５０との間には液体クッションが形成され、その液体クッションは、復元ばねに加えて往復動ピストン２４の運動を制動する。液体クッションの形成には、特に、供給フェーズの終わりに供給室３０からポンプ空間５６へ供給され、それによりチューブ５４からボア５８を通してコアフランジ５０の領域に現れる液体の部分が寄与している。前記液圧の強さ、それゆえ吸収されたエネルギー量は、往復動ピストン２４の運動方向に垂直の平面における間隙幅と液体の粘度とに大きく依存している。それゆえ、間隙を好適な寸法にすることによって、供給フェーズの後期の段階において、往復動ピストンの運動エネルギーを主に液圧によって熱に変換することが可能となる。本発明に基づく最適化を伴わない往復動ピストンポンプでは、供給フェーズの後期の段階において、液圧は支配的ではなく、吸収される往復動ピストンの運動力学的なエネルギーが少ない場合もある。このように液圧による減衰は衝撃ダンパ４６から負荷を取り除き、それにより、吸収する必要がある運動力学的なエネルギーはより少量となる。衝撃ダンパに対する往復動ピストンの衝撃音は、このように低温においても減衰される。特に、温度が下がるにつれ、エラストマーで構成される衝撃ダンパ４６は、硬化するために吸収する運動力学的なエネルギーが少量になり得るが、液圧による減衰の強さは増大する。

往復動ピストン２４を制動する、液圧による減衰は、往復動ピストンポンプの作動に悪影響を及ぼすことがない。なぜなら、これは液体の粘度に大きく依存しており、供給フェーズの終わりに端部のストッパに到達する直前においてのみ、該当する適切な大きさの粘度となるからである。

供給管路における望ましくない脈動を、エラストマー３６を含む減衰要素３４によって低減できる。例えば、液体燃料がボア４０を通過してエラストマー３６と接触すると、エラストマー３６は、ハウジング部４４に設けられた隣接するチャンバー３８へ拡大する。このようにするために、液体燃料の所定の反対圧力のみが必要とされる。管路における脈動を、エラストマー３６の弾性によって減衰できる。

図２は、本発明による往復動ピストンポンプを備える車両ヒータを含む概略的なブロック回路図を示す。図示の車両ヒータ１０は、例えば補助ヒータまたは据え置き型のヒータであってもよい。往復動ピストンポンプ１６によって燃料タンク１２からバーナ／熱交換器ユニット１４へ燃料が供給される。

上述の説明、図面および特許請求の範囲に開示した本発明の特徴は、個別におよび任意の所望の組み合わせにおいて、本発明の実現に必須であり得る。

往復動ピストンポンプを貫いて示す概略的な側面図である。 本発明による往復動ピストンポンプを含む車両のヒータを示す概略的なブロック回路図である。

符号の説明

１０ 自動車のヒータ
１２ 燃料タンク
１４ バーナ／熱交換器ユニット
１６ 往復動ピストンポンプ
１８ 入口
２０ 出口
２２ コイル
２４ 往復動ピストン
２６ 復元ばね
２８ 逆止弁
３０ 供給室
３２ 補給弁
３４ 減衰要素
３６ エラストマー
３８ チャンバー
４０ ボア
４２ 電気接続部
４４ ハウジング部
４６ エラストマーで構成された衝撃ダンパ
４８ エラストマーで構成された衝撃ダンパ
５０ コアフランジ
５２ ロッド
５４ チューブ
５６ ポンプ空間
５８ ボア

Claims (7)

1. 電磁駆動可能な液体供給用の往復動ピストン（２４）であって、復元ばね（２６）が設けられる往復動ピストン（２４）と、
   エラストマーで構成され、供給フェーズの終わりに往復動ピストン（２４）の衝撃を減衰する衝撃ダンパ（４６）と、
   前記往復動ピストン（２４）に対向して配置されるコアフランジ（５０）であって、前記往復動ピストン（２４）との間に、前記往復動ピストン（２４）の位置に応じた間隙を形成するコアフランジ（５０）とを備え、
   供給フェーズの早期供給段階における前記往復動ピストン（２４）の運動エネルギーは、前記復元ばね（２６）および液体の供給により主に吸収され、
   供給フェーズの後期供給段階における前記往復動ピストン（２４）の運動エネルギーは、前記間隙に存在する液体の液圧による減衰によって主に吸収されることを特徴とする往復動ピストンポンプ（１６）。
2. 前記供給フェーズの終わりにおいて、前記往復動ピストン（２４）が前記衝撃ダンパ（４６）とその端部ストッパにおいて接触する前に前記往復動ピストン（２４）を制動するような前記液圧による減衰がもたらされるように、前記コアフランジ（５０）と前記往復動ピストン（２４）との間に設けられる前記間隙が最小化されることを特徴とする請求項１に記載の往復動ピストンポンプ（１６）。
3. エラストマーで構成され、補給フェーズの終わりにおける前記往復動ピストン（２４）の衝突減衰をもたらす衝撃ダンパ（４８）が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動ピストンポンプ。
4. エラストマー（３６）を含み、前記往復動ピストンポンプ（１６）によって供給ラインに生じる脈動を減衰する減衰要素（３４）が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の往復動ピストンポンプ（１６）。
5. 前記供給フェーズの終わりにおいて、前記往復動ピストン（２４）の軸方向の運動方向に垂直な半径方向への、前記往復動ピストン（２４）とコアフランジ（５０）との間の間隙幅は、１．０〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の往復動ピストンポンプ（１６）。
6. 前記供給フェーズの終わりにおいて、前記往復動ピストン（２４）の軸方向の運動方向に垂直な半径方向への、前記往復動ピストン（２４）と前記コアフランジ（５０）との間の間隙幅は、０．５〜０．３ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載の往復動ピストンポンプ（１６）。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の往復動ピストンポンプ（１６）であって液体燃料の供給用に設けられる往復動ピストンポンプ（１６）を備える自動車ヒータ（１０）。

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