JP4392634B2 - 脈動式ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンに燃料を供給するためのポンプ、詳しくはエンジンの運転に伴ってクランクケース内や吸気マニホルド内に発生する圧力脈動によって駆動される脈動式ダイヤフラムポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
農業機械、船外機、軽自動車などの動力源である２サイクルまたは４サイクルの小形ガソリンエンジンに燃料を供給する手段として、脈動式ダイヤフラムポンプは機械式や電磁式などのポンプと比較して構造が簡単であるとともに、機械的損失を伴わずに駆動できる、という利点をもっていることから広く使用されている。
【０００３】
図２は従来の一般的な脈動式ダイヤフラムポンプの一例を示す断面図であって、本体５１の一つの面にポンプダイヤフラム５２とカバー体５３とが重ねられていて、本体５１に設けられてポンプダイヤフラム５２で覆われたくぼみはポンプ室５４を形成し、またカバー体５３の内部はパルス室５５を形成していてダイヤフラムスプリング５７を収装している。
【０００４】
本体５１のもう一つの面にはパルセータダイヤフラム５８とキャップ５９とが重ねられていて、本体５１に設けられてパルセータダイヤフラム５８で覆われた二つのくぼみは吸込室６０および吐出室６２を形成し、またキャップ５９の内部は大気に連通した空気室６４を形成している。更に、吸込室６０とポンプ室５４との間に吸込弁６５が、ポンプ室５４と吐出室６２との間に吐出弁６７がそれぞれ設けられている。
【０００５】
エンジンの運転に伴ってクランクケース内または吸気マニホルド内に発生する空気の圧力脈動、一般にはクランクケース内に発生する圧力脈動がカバー体５３に設けたパルス導入口５６からパルス室５５に導入されてポンプダイヤフラム５２を往復変位させ、図示しない燃料タンクの燃料を燃料入口６１から吸込室６０，吸込弁６５、ポンプ室５４，吐出弁６７，吐出室６２を経て燃料出口６３へと送り、図示しない気化器よりエンジンに供給する。パルセータダイヤフラム５８は吸込室６０および吐出室６２の燃料の脈動を平滑化して吸込効率、吐出効率を向上させるように働く。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
吸込弁６５および吐出弁６７は本体５１のポンプ室５４と吸込室６０，吐出室６２とを区画した底壁に取り付けられた逆止弁であり、吸込室６０とポンプ室５４とを連通する弁座口、ポンプ室５４と吐出室６２とを連通する弁座口をそれぞれ開閉する弁体６６，６８を必要最小部品としており、閉弁を確実なものとするために弁体６６，６８に作用させる閉弁ばね、閉弁ばねを押えるばね受けなどの部品を用いて構成とした逆止弁も多く使用されている。
【０００７】
このため、ポンプ構成部品点数が多いとともに組立て工数が多くなることを避けられず、殊に吸込弁６５および吐出弁６７の構成部品はきわめて小形の微細部品であるため組立てが厄介である。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、吸込弁および吐出弁を専用の微細部品を用いない構成とし、部品点数が少なく、従って組立て工数が削減されて安価に提供することを可能としたうえで、信頼性あるポンプ機能を発揮する脈動式ダイヤフラムポンプを得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は燃料の吸込室、吐出室およびポンプ室と、エンジンの運転に伴って発生する圧力脈動により往復変位してポンプ室の容積を変えるポンプダイヤフラムと、吸込室および吐出室に生ずる燃料の脈動を平滑化するパルセータダイヤフラムと、吸込室とポンプ室とを連通・遮断する吸込弁と、ポンプ室と吐出室とを連通・遮断する吐出弁とを具えた脈動式ダイヤフラムポンプがもっている、殊に吸込弁および吐出弁が原因である前記課題を次のようにして解決することとした。
【００１０】
即ち、吸込弁はポンプ室の内部に突出させた弁座体およびポンプダイヤフラムの弁座体に向かい合った部分からなる弁体を具えたものとするとともに、吐出弁は吐出室の内部に突出させた弁座体およびパルセータダイヤフラムの弁座体に向かい合った部分からなる弁体を具えたものとした。
【００１１】
ポンプダイヤフラムがポンプ室容積を拡大する方向へ変位する吸込行程でその弁体部分が吸込弁の弁座体端面であるシート面から離れるが、ポンプ室容積を縮小する方向へ変位する吐出行程で弁体部分がシート面に接触着座する。一方、パルセータダイヤフラムの弁体部分は吸込行程で吐出弁の弁座体端面であるシート面に接触着座するが、吐出行程でシート面から離れる。このように、往復変位する二つのダイヤフラム自身が吸込弁、吐出弁のそれぞれの弁体として働き、ポンプ室の燃料吸込みと吐出とを行なうものである。
【００１２】
そして、このように機能部品として本来具えているポンプダイヤフラムおよびパルセータダイヤフラムを弁体に利用したことにより、専用の微細部品を用いることなく吸込弁および吐出弁が構成され、このため全体の部品点数が少なく、従って組立て工数を削減して安価に提供することが可能となる。
【００１３】
本発明は前記のようにしたうえで、吸込弁および吐出弁が逆止弁として適確に働き、信頼性あるポンプ機能を発揮させるために、燃料タンクから吸込弁に至る燃料吸込経路に空気導入口を設け、ポンプ室に流入する燃料に空気を混入させるものとした。
【００１４】
エンジンの運転に伴って発生する圧力脈動によるポンプダイヤフラムの往復変位量は一般的にごく小さい。これは、ポンプ室に非圧縮性流体である燃料が充満していて往復変位動作の抵抗として働くためである。このため、吸込弁および吐出弁の弁体をポンプ室と吸込室、吐出室との圧力差に応じて開閉動作する専用のものとした従来品とは異なり、弁体がポンプダイヤフラムおよびパルセータダイヤフラムの一部とされそれらの往復変位量にのみ依存して開閉動作するものとした本発明の手段では、エンジン運転状態によって圧力脈動の振幅が変化したとき、或いはポンプ各部品の寸法のばらつきがあるとき、開弁や閉弁が不完全になって逆止弁としての機能が果たせなくなり、燃料の吸込効率、吐出効率を低下したり燃料の輸送を不能にする場合を生じる、という心配がある。
【００１５】
ポンプ室に流入する燃料に空気を混入させるものとした本発明によると、ポンプ室および吐出室の燃料は空気が混入していることによって圧縮性を有し、ポンプダイヤフラムの往復変位動作に対する抵抗が減少して往復変位量を大きくするものであり、ポンプダイヤフラムに応じて動作するパルセータダイヤフラムの往復変位量も大きくなって吸込弁および吐出弁の開閉動作を確実なものとし、信頼性あるポンプ機能を発揮させることを可能とする。
【００１６】
尚、空気導入口にジェットを具えさせて空気混入量を規制することが好ましく、このようにするとエンジン要求流量を確保したうえで適度の圧縮性を燃料に与えることができる。また、ポンプダイヤフラムのダイヤフラムリテーナを吸込弁の弁座体と重ならない位置に偏心させることが好適であり、このようにすると一般的に小さいストロークの伸縮を繰り返すダイヤフラムスプリングによるストローク制限を受けない部分が弁体として働くので、吸込弁を大きく開弁させて吸込効率を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１を参照して本発明の実施の形態を説明すると、本体１の一つの面にポンプダイヤフラム３とカバー体５とが重ねられており、本体１に設けられてポンプダイヤフラム３に覆われたくぼみはポンプ室６を形成している。カバー体５はエンジンのクランクケースまたは吸気マニホルドに接続されるパルス導入孔７を有しているとともに、その内部はパルス室８を形成していてダイヤフラムスプリング９を収装している。
【００１８】
本体１の前記の面と平行なもう一つの面にはパルセータダイヤフラム１０とキャップ１１とが重ねられており、本体１に設けられてパルセータダイヤフラム１０に覆われた二つのくぼみは吸込室１２および吐出室１４を形成していて、吸込室１２は燃料タンク１８から延びる燃料管１９に接続される燃料入口１３を有するとともに、吐出室１４は図示しない気化器に接続される燃料出口１５を有している。キャップ１１の内部は大気に連通した空気室１６を形成している。
【００１９】
本体１の二つの面に開放して背中合わせに設けられたくぼみが形成するポンプ室６と吸入室１２，吐出室１４とを区画する底壁２の吸込室１２の部分には、円筒状の弁座体２２がポンプ室６の内部へ突出させて設けられており、この弁座体２２は吸込室１２とポンプ室６とを連通する通路である弁座口２３を有するとともにポンプ室６側の先端面をシート面２４としている。このシート面２４はポンプダイヤフラム３に接近した個所に位置しており、ポンプダイヤフラム３のシート面２４に向かい合った部分は弁座口２３を開閉する弁体２５として働く。前記の弁座体２２，弁座口２３，シート面２４および弁体２５は吸込弁２１を構成している。
【００２０】
一方、底壁２の吐出室１４の部分には、円筒状の弁座体２７が吐出室１４の内部へ突出させて設けられており、この弁座体２７はポンプ室６と吐出室１４とを連通する通路である弁座口２８を有するとともに吐出室１４側の先端面をシート面２９としている。このシート面２９はパルセータダイヤフラム１０に接近した個所に位置しており、パルセータダイヤフラム１０のシート面２９に向かい合った部分は弁座口２８を開閉する弁体３０として働く。前記の弁座体２７，弁座口２８，シート面２９および弁体３０は吐出弁２６を構成している。
【００２１】
ポンプダイヤフラム３に重ねられてダイヤフラムスプリング９を受けるダイヤフラムリテーナ４は、従来品と同様にポンプダイヤフラム３と同心とされてもよいが、図示実施の形態では吐出室１４の方へ偏心させ、吸込弁２１の閉弁時にダイヤフラムリテーナ４がシート面２４に重なることがなく、可撓性あるポンプダイヤフラム３のみがシート面２４に接触するようにした。ポンプダイヤフラム３の弁体２５を形成する部分はダイヤフラムスプリング９によるストローク制限を受けることなく大きく変位するので、吸込弁２１を大きく開弁させて燃料流量を増加し吸込効率を向上するばかりか、確実に閉弁させて逆止弁としての機能を損わせないという効果が期待できる。
【００２２】
以上に説明した構成のポンプにおいて、エンジンの運転に伴ってクランクケース内または吸気マニホルド内の内でクランクケース内の圧力脈動をパルス導入口７よりパルス室８に導入すると、エンジンピストンが上死点に移動することにより発生する負圧でポンプダイヤフラム３がパルス室８の方へ変位してポンプ室６に負圧を生じさせるとともに弁体２５がシート面２４から離れる。このことにより、吸込室１２の燃料がポンプ室６に流入し、その一方でパルセータダイヤフラム１０がポンプ室６の負圧に吸引されてシート面２９に接触し吐出弁２６を閉弁状態とする。
【００２３】
エンジンピストンが下死点へ移動することにより発生する正圧でポンプダイヤフラム３がポンプ室６の方へ変位すると、ポンプ室６の燃料は加圧されてパルセータダイヤフラム１０を空気室１６の方へ変位させ、弁体３０がシート面２９から離れることによってポンプ室６の燃料を吐出室１４から燃料出口１５へと送出する。その一方でポンプダイヤフラム３の弁体２５がシート面２４に接触して吸込弁２１を閉弁状態とする。
【００２４】
以上の繰り返しによって燃料が吸込室１２からポンプ室６を経て吐出室１４に送られるものであり、吸込弁２１および吐出弁２６は弁体２５，３０をポンプの機能部品であるポンプダイヤフラム３，パルセータダイヤフラム１０によって形成し、圧力差で独自に動作する専用の弁体、更には閉弁ばねやばね受を用いていない構造であるため、部品点数および組立て工数を減少して安価に提供することが可能である。
【００２５】
次に、図示実施の形態では本体１から突出した接手管からなる燃料入口１３に、ポンプ内部の燃料最高位位置よりも上方に達する長さのパイプからなる空気導入口３２を取り付け、この空気導入口３２の上端にジェット３３を装着した。
【００２６】
吸込弁２１が開弁して燃料タンク１８から燃料管１９，燃料入口１３，吸込室１２を通ってポンプ室６へと燃料が流れる吸込行程時に、ジェット３３で流量規制された空気が燃料流に連行されて混入し、空気混入燃料が吸込室１２，ポンプ室６，吐出室１４を通過する。空気は気泡となって混入し、燃料は多数の気泡を含有した状態となる。尚、空気導入口３２を前記の長さとしたことにより、その上端から燃料が溢流するという不都合がなくなる。
【００２７】
先に述べたように、ポンプダイヤフラム３の往復変位量は小さく、図示実施の形態のようにダイヤフラムスプリング９によるストローク制限を受けない部分を弁体２５としても充分に大きい変位量を期待することが困難な場合がある。図示実施の形態では燃料入口１３で空気を燃料に混入させたことにより、非圧縮性流体である燃料が圧縮性を有するようになり、ポンプダイヤフラム３の往復変位動作に対する抵抗が減少して往復変位を大きくする。また、ポンプダイヤフラム３に応じて動作するパルセータダイヤフラム１０の往復変位量も大きくなり、その結果弁体２５，３０のストロークが大きくなって圧力脈動の振幅が変化したとき、或いはポンプ各部品の寸法にばらつきがあるとき、のいずれに対してもシート面２４，２９への完全密着、これからの充分な離間を繰り返して逆止弁としての機能を果たし、安定したポンプ作用をもたせることが可能となる。
【００２８】
尚、空気導入口３２は燃料入口１３に限らず、燃料タンク１８から吸込弁２１に至る燃料吸込経路である燃料管１９，吸込室１２に設けることもできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると吸込弁および吐出弁の弁体をポンプ自体の機能部品であるポンプダイヤフラム、パルセータダイヤフラムによって形成したことにより、部品点数が少なく、従って組立て工数が削減されて安価に提供することができるものである。また、空気を混入した燃料をポンプ室に流入させるものとしたことにより、ポンプダイヤフラムおよびこれに応動するパルセータダイヤフラムの往復変位量が大きくなり、逆止弁としての機能を損うことのない吸込弁、吐出弁を具えた信頼性あるポンプが得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す縦断面図。
【図２】従来例を示す縦断面図。
【符号の説明】
３ ポンプダイヤフラム，４ ダイヤフラムリテーナ，６ ポンプ室，１０ パルセータダイヤフラム，１２ 吸込室，１４ 吐出室，２１ 吸込弁，２２，２７ 弁座体，２５，３０ 弁体，２６ 吐出弁，３２ 空気導入口，３３ ジェット，

Claims (3)

1. 燃料の吸込室、吐出室およびポンプ室と、エンジンの運転に伴って発生する圧力脈動により往復変位して前記ポンプ室の容積を変えるポンプダイヤフラムと、前記吸込室および吐出室に生じる燃料の脈動を平滑化するパルセータダイヤフラムと、前記吸込室とポンプ室とを連通・遮断する吸込弁と、前記ポンプ室と吐出室とを連通・遮断する吐出弁とを具えた脈動式ダイヤフラムポンプにおいて、
   前記吸込弁は前記ポンプ室の内部に突出させた弁座体および前記ポンプダイヤフラムの前記弁座体に向かい合った部分からなる弁体を具えたものとされているとともに、前記吐出弁は前記吐出室の内部に突出させた弁座体および前記パルセータダイヤフラムの前記弁座体に向かい合った部分からなる弁体を具えたものとされており、
   そして、前記ポンプ室に流入する燃料に空気を混入させる空気導入口が燃料タンクから前記吸込弁に至る燃料吸込経路に設けられていることを特徴とする脈動式ダイヤフラムポンプ。
2. 前記空気導入口に空気混入量を規制するジェットを具えている請求項１に記載した脈動式ダイヤフラムポンプ。
3. 前記ポンプダイヤフラムのダイヤフラムリテーナが前記吸込弁の弁座体と重ならない位置に偏心させられている請求項１に記載した脈動式ダイヤフラムポンプ。

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