JP3601148B2

JP3601148B2 - ベローズポンプ

Info

Publication number: JP3601148B2
Application number: JP32819995A
Authority: JP
Inventors: 浩久保
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1994-12-26
Filing date: 1995-11-22
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2015-11-22
Also published as: JPH08232848A; DE19548074A1; DE19548074C2; US5655893A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，ガソリンなどの流体加圧ポンプとして用いられるベローズポンプに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来のベローズポンプとして，例えば特開平４−３２１７８１号公報に開示されたものがある。このベローズポンプ９は，図５に示すように，移送流体を導入する第１作動室９１と，作動流体を充填した第２作動室９２と，第１，第２作動室９１，９２を区画するベローズ９３と，第２作動室９２に向けて上下動するピストン９４と，作動流体室９５とを有する。
そして，ピストン９４の下死点近傍で第２作動室９２と作動流体室９５とを連通させるオイル穴９６が穿設されている。
【０００３】
図５において，符号９７１，９７２は，ピストン９４を上下動させる駆動シャフトと偏心カム，符号９８１，９８２は移送流体を一方向にのみ流通させる吸入側の逆止弁と吐出側の逆止弁である。
そして，ピストン９４の上下動に応じてベローズ９３を伸縮させ，移送流体を吸入路９８５から吐出路９８６に向けて圧送する。なお，移送流体の移送流量Ｑは，ピストン９４のサイクル数が一定ならば一定となる。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，従来の上記ベローズポンプ９には次のような問題点がある。
それは，第２作動室９２に気泡が滞溜し，ポンプ性能が低下することである。即ち，作動流体に自然に混入した気泡や，ポンプの組付時に混入した気泡が第２作動室９２に滞溜したまま抜けなくなり，ポンプ性能を大幅に低下させ，またポンプの損失も増大する。
【０００５】
また，かかるベローズポンプ９を自動車の燃料ポンプとして用いた場合には，前記のようにエンジンの負荷とは無関係に，流量Ｑがピストンのサイクル数によって決まるため，エンジンの低負荷時には燃料の吐出量が過剰となり，ポンプ損失が大きくなるという第２の問題点も存在する。
【０００６】
そして，ベローズの寿命を長くしてベローズポンプの耐用年数を大きくすること，ベローズポンプを小型化して移送流量の増大を図ることも重要な課題である。
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり，作動流体中に気泡が混入した場合にも，安定した性能を維持することのできる優れたベローズポンプを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】
本願の第１発明は，ベローズを伸縮させて移送流体を送出するベローズポンプであって，
該ベローズポンプは，移送流体を導入する第１作動室と，作動流体を充填した第２作動室と，上記第１，第２作動室を区画する伸縮可能なベローズと，上記第２作動室に向けて突出，後退する往復運動可能なプランジャと，作動流体を収容する開放された作動流体室と，上記プランジャを駆動する駆動部材とを有しており，
上記プランジャにはその内部に一端が上記第２作動室に常時連通する流路が穿設形成されており，また該流路の他端部には上記プランジャが後退した移送流体の流入行程の初段及び終段においてのみ上記作動流体室と連通する第２連通口が形成されており，
少なくとも上記第２連通口が作動流体室と連通する場合において，第２作動室に常時連通する第１の連通口は，第２作動室の最上部近傍に位置しており，更に上記第２連通口は上記第１連通口の上方に位置していることを特徴とするベローズポンプにある。
【０００８】
本発明において最も注目すべきことは，プランジャには，その内部に穿設した第１，第２連通口を有する流路が設けられており（図１参照），少なくとも第２連通口が作動流体室と連通する場合に，第１連通口は第２作動室の最上部近傍に位置しており，また第２連通口は第１連通口の上方に位置していることである。
【０００９】
本発明にかかるベローズポンプにおいては，プランジャが所定の位置まで後退しておらず，第２連通口が連通していない場合には，第２作動室が閉じられているから，プランジャの運動に伴い第２作動室内の圧力が変化し，これに伴ってベローズの容積が変化する。
そして，ベローズの容積変化に伴って，第１作動室の移送流体が流出又は流入する。
【００１０】
一方，プランジャが所定の位置まで後退し，第２連通口が作動流体室と連通した場合には，第２作動室内の圧力は作動流体室とほぼ同一となりベローズの伸縮は停止し移送流体の流入，流出は停止する。
その結果，プランジャの１往復に伴うベローズの容積変化量ａとプランジャの単位時間当たり往復数ｆに比例した流量（ｆ×ａ）がポンプから送出される。
【００１１】
そして，本発明にかかるベローズポンプは，第２連通口が作動流体室と連通する場合には，第１連通口は第２作動室の最上部近傍にあり，また第２連通口は第１連通口の上方にある。
それ故，第２作動室内に気泡などがある場合には，軽い気泡は徐々に第１連通口からプランジャの流路に流入し，この流路を通って第２連通口から作動流体室に流入する。
【００１２】
従って，第２作動室内に気泡が溜まることがなく，気泡の滞溜によって生ずるポンプの性能低下及び効率低下を招くことがない。
上記のように本発明によれば，作動流体に気泡が混入した場合にも，安定した性能を維持することのできる効率的なベローズポンプを提供することができる。
【００１３】
なお，上記において，プランジャが後退した位置にあり移送流体の流入行程の初段及び終段にある場合に，第２連通口を作動流体室と連通させる手段には，次のようなものがある。
例えば，第２連通口をプランジャの外周面上に設け，一方作動流体室には，上記プランジャの外周面に面接触しプランジャの移動に伴って第２連通口を閉塞又は開口するプランジャ当接部材を設けるという方法がある。そして，上記プランジャ当接部材の位置を調整し，上記第２連通口の開口位置が，プランジャが後退し移送流体の流入行程の初段及び終段となるようにする。
【００１４】
そして，上記プランジャ当接部材は，プランジャの外周面の一部を円弧状に被うものや，請求項３記載のようにプランジャの外周面の全周を被う環状部材などがある。
【００１５】
また，請求項２記載のように，上記ベローズポンプには，上記プランジャ当接部材を移動させて上記第２連通口の連通位置を変更する，連通位置調整手段を設けることが好ましい。
本発明のベローズポンプにおいては，第２連通口が作動流体室に連通するとベローズの容積拡大がその段階で停止する。従って，プランジャの１サイクル（往復）当たりのベローズの容積変化量は，第２連通口が作動流体室に連通する位置によって変化する。
【００１６】
それ故，請求項２記載のように第２連通口の連通位置を調整することにより，１サイクル当たりの移送流体の吐出量が変化し，ベローズポンプの吐出流量Ｑを変化させることができるから，ポンプとして極めて好ましい作用を付加することができる。
そして，このような作用を有するベローズポンプを，エンジンの燃料ポンプとして用いた場合には，上記位置調整手段をエンジンの負荷に応じて操作することにより，負荷に応じた燃料送出が可能となり，前記のような第２の問題点を解決することができる。
即ち，エンジンが低負荷の場合には，上記位置調整手段を操作して燃料吐出流量Ｑを少なくできるから，供給燃料が過剰になることはなく，またポンプの効率も向上する。
【００１７】
また，請求項４記載のように，前記第２作動室に，前記ベローズを収容するメインルームと前記プランジャを収容するサブルームとを設け，上記メインルームとサブルームとの間には，メインルームの上部とサブルームとを連通させメインルーム側からサブルーム側に向かって略水平又は上昇する方向に形成された上部通路と，上記ベローズよりも下方に位置するメインルームの下部と上記サブルームとの間を連通させる下部通路とを設けると好適である。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば，上記上部通路を介して気泡を作動流体室に移動させることが出来るほか，上記下部通路を設けることによって次のような効果を奏することができる。
プランジャがサブルームに向けて突出すると，サブルームの圧力が上昇すると共に作動流体がサブルームからメインルームに流入するが，このとき下部通路を通ってメインルームに流入する作動流体の動圧がベローズを縮小させるように作用する。即ち，請求項１記載の発明のようにベローズの内外圧力差がベローズを縮小するばかりでなく，本発明では作動流体の動圧がベローズを縮小させる。そのため，ベローズの動作の遅れを抑制することが出来る。
【００１９】
ベローズの内外の差圧によってベローズを変形させる場合には，ベローズの変形部の慣性によって若干の時間遅れが避けられず，この遅れによって伸縮動作が高速になるほどベローズの内外差圧は大きくなり，これがベローズの耐久力を減少させる原因になる。それ故，請求項４記載の発明によれば，ベローズの動作の遅れを抑制しベローズの寿命を向上させることが出来る。また，上記のようにベローズの動作遅れを減少すれば，プランジャの駆動効率を向上することもできる。
【００２０】
また，請求項５記載のように，第２作動室と作動流体室との間に，通常閉じられているバイパス通路を設け，該バイパス通路に，上記第２作動室の圧力が上記作動流体室の圧力よりも低下した場合に開路する方向弁制御弁が設けるようにすると好適である。
上記のようなバイパス通路を設けない場合には，第２作動室の圧力が作動流体室よりも低下してその値が大きくなると，第２連通口が開いた時に気泡が作動流体室から第２作動室に逆流することがありうる。
【００２１】
しかしながら，上記バイパス通路を設けることにより，第２作動室の圧力が作動流体室よりも低下したときには，直ちに上記方向制御弁が作動し第２作動室の負圧状態を解消させることが出来る。
例えば，プランジャが上昇してベローズが伸長し，第２連通口が開口する場合に，ベローズの伸長の遅れによって第２作動室の圧力が低下し負圧となることがある。しかしながら，上記構成では直ちにバイパス通路が開路し，作動流体室の作動流体が第２作動室に供給される。
【００２２】
更に，第１作動室または第２作動室にベローズを螺着して取り付ける構造の場合には，請求項６記載のように，螺着操作をする回動用工具の端部の工具孔を固定部材の内側に穿設するようにすると好適である（実施形態例２，図３及び図４の符号１５２参照）。
即ち，工具を用いて固定部材を他の部材に螺着する場合には，通常のネジ締めのように外側から上記固定部材を把持して回動させる構成ではなく，固定部材に穿設した内孔に工具を嵌合させて回動操作するようにすることが好ましい。
【００２３】
このように，構成することにより，固定部材の外周部とベローズを収容する第２作動室の内壁との間に工具が進入するスペース（死体積）が不要となり，その結果ベローズを収容する第２作動室のスペースを小さくすることが出来る。作動室の容量が小さくなるとそれに比例して作動流体が加圧された場合における作動流体の圧縮量（即ち吐出流量ロス）が小さくなり，その分ベローズポンプの流量を大きくすることが出来る。例えば，作動流体がガソリンの場合には，１０Ｍａで１％程度の容積圧縮が生ずるが，死体積が減少すればそれに比例した圧縮量分だけ吐出流量を大きくすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本例は，図１，図２に示すように，ベローズ１０を伸縮させて移送流体８１を送出するベローズポンプ１であり，エンジンの燃料ポンプである。
ベローズポンプ１は，移送流体８１（燃料）を導入する第１作動室１１と，作動流体８２を充填した第２作動室２０と，第１，第２作動室１１，２０を区画する伸縮可能なベローズ１０と，第２作動室２０に向けて突出，後退する往復運動可能なプランジャ３０と，作動流体８２を収容する開放された作動流体室２５と，プランジャ３０を駆動する駆動部材３５とを有する。
【００２５】
プランジャ３０には，一端が第２作動室２０に常時連通する流路３１が形成されており，流路３１の他端部には，プランジャ３０が後退した移送流体８１の流入行程の初段及び終段においてのみ作動流体室２５と連通する第２連通口３３が形成されている。
また，図１に示すように，第２連通口３３が作動流体室２５と連通する場合には，第２作動室２０に常時連通する第１連通口３２は第２作動室２０の最上部近傍に位置しており，更に第２連通口３３は第１連通口３２の上方に位置している。
【００２６】
そして，第２連通口３３は，プランジャ３０の外周面３０１上に設けられており，一方作動流体室２５には，プランジャ３０の外周面３０１に面接触しプランジャ３０の移動に伴って第２連通口３３を閉塞（図２）又は開口（図１）するプランジャ当接部材２６と，プランジャ当接部材２６を移動させ，第２連通口３３の連通位置を変更する連通位置調整手段２７が設けられている。
【００２７】
プランジャ当接部材２６は，プランジャ３０の外周面に嵌合させた環状部材であり，連通位置調整手段２７は上記環状部材をプランジャ３０の軸線（運動）方向に移動させる駆動部材である。
以下，それぞれについて説明を補足する。
【００２８】
第１作動室１１には，移送流体８１の流入口１２と流出口１３とが形成されており，それぞれには移送流体８１を一方向にのみ流通させる逆止弁１３１，１３２が設けられている。
そして，第１作動室１１の底部には，上部を固定部材１４に固定させたベローズ１０が配置されている。固定部材１４は，上部に形成した雄ネジ部をベローズポンプ１のハウジングに螺着して取り付けられる。固定部材１４の胴太の部分はネジ廻し用の回動工具を嵌合させる６角柱形の頭部であり，ハウジングの内壁との間には回動工具が進入する為の間隙が設けられている。
【００２９】
第１作動室１１の下方には，第２作動室２０が形成されており，作動室２０はベローズ１０と接するメインルーム２０１とプランジャ３０と接するサブルーム２０２とからなる。
プランジャ３０は，下端面がサブルーム２０２に接し，上端面が駆動部材３５を構成する偏心カム３６に当接し，作動流体室２５を貫通して上下動する。
上記偏心カム３６はエンジンのクランクシャフトに同期して軸芯Ｃを中心に回転する。
【００３０】
作動流体室２５には，プランジャ３０に嵌合するプランジャ当接部材２６としての環状部材が設けられており，環状部材は連通位置調整手段２７を介して上下動させることができる。上記連通位置調整手段２７はステッピングモータ等のアクチュエータによって駆動され，これによってベローズポンプの吐出流量が調整される。
そして，プランジャ３０の内部には，図１に示すごとく，下端の第一連通口３２を介してサブルーム２０２の上面に連通する流路３１が穿設されており，流路３１の上端の第二連通口３３は，プランジャ３０の移動に伴って上記環状部材の内壁面によって閉塞（図２）又は開口（図１）される。
【００３１】
次に，ベローズポンプ１の作動について説明する。
図１に示す第２連通口３３の連通状態において，偏心カム３６が回転しプランジャ３０が若干下降すると第２連通口３３は環状部材（当接部材２６）によって閉鎖される。そしてプランジャ３０が更に下降すると第２作動室２０の内圧が上昇し，ベローズ１０が縮小し，第１作動室１１の移送流体８１が圧送される（逆止弁１３１閉，逆止弁１３２開）。
【００３２】
そして，やがて図２に示すように，偏心カム３６が半回転して，プランジャ３０が下死点に達する。
更に偏心カム３６が回転するとプランジャ３０は上昇過程に入り，ベローズ１０が伸長し第１作動室１１に移送流体８１が流入する（逆止弁１３１開，逆止弁１３２閉）。
そして，再び図１に示すようにプランジャ３０が上死点に達し，１サイクルが完了する。
【００３３】
ここで，上記１サイクルにおける移送流体８１の吐出量は，第２連通口３３の連通位置によって変化するから，連通位置調整手段２７を作動させて第２連通口３３の連通位置を変更することにより，ベローズポンプ１の流量Ｑを変更することができる。
それ故，エンジンの負荷に対応して連通位置調整手段２７を作動させることにより，エンジンの負荷に応じた燃料送出量に変更することができ，過剰に燃料が送出されて燃料をリリーフさせるなどの無駄な動作を解消することが出来る。
【００３４】
また，本例のベローズポンプ１においては，第２作動室２０に気泡が混入した場合には，気泡は図１の矢印に示すように，メインルーム２０１からサブルーム２０２の方向に上昇し，更に流路３１を通って作動流体室２５へと移行する。
それ故，気泡は第２作動室２０内に長く溜まることがなく，気泡による性能低下や効率低下を防止することができる。
上記のように，本例によれば，作動流体に気泡が混入した場合にも安定した性能を維持することができる効率的なベローズポンプを提供することができる。
【００３５】
実施形態例２
本例は，請求項４〜請求項６の発明に関する実施形態例である。
図３に示すように，本例のベローズポンプ１の第２作動室４０は，ベローズ１０を収容するメインルーム４１とプランジャ３０を収容するサブルーム４２とを有しており，メインルーム４１とサブルーム４２との間には，メインルーム４１の上部とサブルーム４２とを連通させメインルーム４１側からサブルーム４２側に向かって略水平方向に形成された上部通路４３と，ベローズ１０よりも下方に位置するメインルーム４１の底部とサブルーム４２の底部との間を連通させる下部通路４４とが設けられている。
【００３６】
また，図４に示すように，第２作動室４０と作動流体室４５との間には，通常閉じられているバイパス通路４６が設けられており，バイパス通路４６には，第２作動室４０の圧力が作動流体室４５の圧力よりも低下した場合に開路する逆止弁４７が設けられている。同図において符号２７１は，連通位置調整手段２７を駆動する軸である。
【００３７】
一方，図３，図４に示すように，ベローズ１０は，第１作動室１１に螺着する為の雄ネジ部１５１を形成した固定部材１５が付けられており，固定部材１５には，上記螺着操作をする為の回動用工具の６角柱の端部を嵌合させる６角形の工具孔１５２を穿設してある。
【００３８】
以下，それぞれについて説明を補足する。
本例のベローズポンプ１では，図３に示すように，プランジャ３０の軸心方向（運動方向）は，ベローズ１０の軸心方向（運動方向）に対して平行でなく一定の傾きを持っている。
そして，メインルーム４１の底部とサブルーム４２の底部とはカバー部材５１に形成された下部通路４４を介して連結されている。
【００３９】
その結果，第２連通口３３が閉口している場合にプランジャ３０が下降すると，上部通路４３と共に下部通路４４を通って作動流体がサブルーム４２からメインルーム４１に流入し，ベローズ１０を下から押し上げる。そのため，ベローズ１０の変形は応答が速くなり，そのためベローズ１０に生ずる内外間の差圧の上昇は抑制され，ベローズ１０の耐久性が向上する。なぜならば，ベローズ１０の内外差圧のみによる伸縮動作では応答時間が相対的に大きくなり，特に高速で動作させた場合には，ベローズ１０の内外の差圧が大きくなり，ベローズ１０の寿命を低下させるからである。
【００４０】
また，メインルーム４１の最上部には，上部通路４３が形成され，実施形態例１の場合と同様に気泡を作動流体室４５に移動させる通路の作用をしている。
なお，図３のサブルーム４２において，符号５２はプランジャ３０をガイドするスリーブ，符号５３はプランジャ３０を駆動部材３６側に向けて付勢するスプリングである。
【００４１】
一方，固定部材１５の内孔１５２は，断面形状を６角形に形成してあり，上部の第１作動室１１側から６角棒状のレンチを挿入して端部を上記内孔１５２に嵌合し，ハウジングに螺着する。そのため，ベローズ１０の外周部とメインルーム４１の内壁との間には空隙を設ける必要がなく，第２作動室の死体積が減少する。それ故，前記のようにベローズポンプ１の吐出流量を相対的に大きくすることができる。
なお，第１作動室１１において，符号１３１Ａ，１３２Ａは逆止弁１３１，１３２の弁シート，符号１３１Ｂ，１３２Ｂは逆止弁１３１，１３２の付勢スプリングである。また，図４において，符号４７１，４７２は，逆止弁４７の弁シートと付勢スプリングである。
【００４２】
図４は図３において破断面を偏心カム３６の軸心Ｃの方向に移動した断面図である。
図４に示すように，メインルーム４１のベローズ１０の外周部と作動流体室４５の下部との間にバイパス通路４６が設けられており，第２作動室４０の圧力が低下すると逆止弁４７が開弁して作動流体が作動流体室４５から流入し，両室４０，４５間の圧力のアンバランスの発生を抑制する。そのため，作動流体室４５から第２作動室４０に気泡が逆流することを防止することが出来る。
【００４３】
即ち，プランジャ３０が上昇し第２作動室４０の圧力が低下すると，第１作動室１１内の圧力によりベローズ１０が伸長し，メインルーム４１からサブルーム４２に作動流体が移動するが，同時に第２連通口３３が開口して流路３１を介して作動流体室４５と第２作動室４０との間が連通する。この時，プランジャ３０が上昇して第２連通口３３が開口する迄の間，ベローズ１０の伸長遅れによって第２作動室４０の圧力が低下して負圧となるが，上記逆止弁４７が開弁することから直ちに負圧を解消することができる。
その他については実施形態例１と同様である。
【００４４】
【発明の効果】
上記のように，本発明によれば，作動流体中に気泡が混入した場合にも気泡を排除し，常に安定した性能を維持することのできる効率的なベローズポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１のベローズポンプの縦断面図（プランジャ上死点位置）。
【図２】実施形態例１のベローズポンプの縦断面図（プランジャ下死点位置）。
【図３】実施形態例２のベローズポンプの縦断面図（その１）。
【図４】実施形態例２のベローズポンプの縦断面図（その２，図３において破断面を偏心カムの軸心Ｃの方向に移動させた図））。
【図５】従来のベローズポンプの縦断面図。
【符号の説明】
１．．．ベローズポンプ，
１０．．．ベローズ，
１１．．．第１作動室，
２０，４０．．．第２作動室，
２５，４５．．．作動流体室，
３０．．．プランジャ，
３１．．．流路，
３２．．．第１連通口，
３３．．．第２連通口，
３５．．．駆動部材，

Claims

ベローズを伸縮させて移送流体を送出するベローズポンプであって，
該ベローズポンプは，移送流体を導入する第１作動室と，作動流体を充填した第２作動室と，上記第１，第２作動室を区画する伸縮可能なベローズと，上記第２作動室に向けて突出，後退する往復運動可能なプランジャと，作動流体を収容する開放された作動流体室と，上記プランジャを駆動する駆動部材とを有しており，
上記プランジャにはその内部に一端が上記第２作動室に常時連通する流路が穿設形成されており，また該流路の他端部には上記プランジャが後退した移送流体の流入行程の初段及び終段においてのみ上記作動流体室と連通する第２連通口が形成されており，
少なくとも上記第２連通口が作動流体室と連通する場合において，第２作動室に常時連通する第１の連通口は，第２作動室の最上部近傍に位置しており，更に上記第２連通口は上記第１連通口の上方に位置していることを特徴とするベローズポンプ。
請求項１において，前記第２連通口は前記プランジャの外周面上に設けられており，一方前記作動流体室には，上記プランジャの上記外周面に面接触し，該プランジャの移動に伴って上記第２連通口を閉塞又は開口するプランジャ当接部材と，該プランジャ当接部材を移動させ上記第２連通口の連通位置を変更する連通位置調整手段とが設けられていることを特徴とするベローズポンプ。
請求項２において，前記プランジャ当接部材は，前記プランジャの外周面に嵌合させた環状部材であり，前記連通位置調整手段は，上記環状部材を上記プランジャの軸線方向に移動させる駆動部材であることを特徴とするベローズポンプ。
請求項１から請求項３のいずれか１項において，前記第２作動室は，前記ベローズを収容するメインルームと前記プランジャを収容するサブルームとを有しており，上記メインルームとサブルームとの間には，メインルームの上部とサブルームとを連通させメインルーム側からサブルーム側に向かって略水平又は上昇する方向に形成された上部通路と，上記ベローズよりも下方に位置するメインルームの下部と上記サブルームとの間を連通させる下部通路とが設けられていることを特徴とするベローズポンプ。
請求項１から請求項４のいずれか１項において，前記第２作動室と作動流体室との間には，通常閉じられているバイパス通路が設けられており，該バイパス通路には，上記第２作動室の圧力が上記作動流体室の圧力よりも低下した場合に開路する方向制御弁が設けられていることを特徴とするベローズポンプ。
請求項１から請求項５のいずれか１項において，前記ベローズは，前記第１作動室または第２作動室に螺着する為の雄ネジ部を形成した固定部材に取り付けられており，
該固定部材には，上記螺着操作をする回動用工具の端部を嵌合させる工具孔を穿設してあることを特徴とするベローズポンプ。