JP4392635B2 - 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、２サイクルまたは４サイクルガソリンエンジンに燃料を供給することに用いら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３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を必要最小限の部品としており、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。また、パルス室５５に導入される圧力脈動の振幅はエンジンの種類によって異なるので、これらに対応して適確な開閉動作を行なうように吸込弁６５，吐出弁６７の弁体６６，６７の動作特性や閉弁ばねのばね力を選定するのも面倒であり、信頼性あるポンプ機能を具えたものを安価に購入したい、という要求に応えることが困難である。
【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、部品点数が少なく、従って組立て工数が削減され安価に提供することを可能としたうえで、エンジンの種類によらず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】
本発明は本体に背中合わせに設けられた燃料の吸込室、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くことにより、ポンプ室の燃料吸込みと吐出とを行なうことができる。
【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、吸込弁および吐出弁を微細部品を用いることなく構成できるとともに、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、エンジンの種類即ち２サイクルまたは４サイクルの種別および気筒数の相違によって生じる圧力脈動の振幅の差異に対応して吸込弁、吐出弁の開閉動作を適確なものとするための手段を次のようにした。
【００１４】
その手段の一つは、本体とその一つの面に重ねられたポンプダイヤフラムとの間、および本体とそのもう一つの面に重ねられたパルセータダイヤフラムとの間の少なくともいずれかに、弁座体のシート面と弁体との間隔を所定間隔に調整する少なくとも一枚のシムを挟み込んだ、というものである。
【００１５】
また、もう一つの手段は、吸込弁および吐出弁の弁座体を本体の吸込室、吐出室とポンプ室とを区画している底壁から突出させるとともに、その少なくともいずれかを底壁と別体に作ってシート面と弁座体との間隔を所定位置に調整可能にした、というものである。
【００１６】
圧力脈動の振幅の差異によるポンプダイヤフラムやパルセータダイヤフラムの往復変位量の差異を、シート面と弁体との間隔を調整することによって相殺し、常に適確な開閉動作を行なって信頼性あるポンプ機能を発揮させることが可能となる。
【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入室１２および吐出室１４を形成していて、吸込室１２は燃料タンクに接続される燃料入口１３を有するとともに、吐出室１４は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１に示した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に接触して完全な閉弁ができるようにした。また、このようにするとポンプダイヤフラム３は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９によるストローク制限を受けない部分が弁体２５としてシート面２４に接触・離間するので、吸込弁２１を大きく開弁させて燃料流量を増加させることができる。
【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に発生する圧力脈動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へ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に密着し吐出弁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に接触密着して吸込弁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ことに加えて、二つのダイヤフラム３，１０の殊に弁体２５，３０部分の変位量とシート面２４，２９の位置とによって大きな燃料流量を得ることが可能となる。
【００２５】
次に、このようなポンプを用いるエンジンについて見ると、その種類即ち２サイクルまたは４サイクルの種別、気筒数の相違によって発生する圧力脈動の圧力値に差異があり、或るエンジンについて適正なポンプ機能を発揮するように諸元を設定して製造したポンプを別のエンジンに使用すると、二つのダイヤフラム３，１０の往復変位量が異なったものとなるため、吸込弁２１および吐出弁２５のいずれかまたは両方が開弁不充分、閉弁不完全となって所要量の燃料を輸送することができない、という問題を生じる。
【００２６】
このことは、エンジンの種類に応じて諸元を設定したポンプを製造することによって解決されるが、多種類のポンプを製造しなければならないので製造面、管理面、価格面で不利を免かれない。
【００２７】
本発明は一部分の寸法を変更するだけで、異なる種類のエンジンに対して吸込弁２１および吐出弁２６が適確な開閉動作を行なって所要量の燃料を輸送することができるポンプを、本体１，ポンプダイヤフラム３，カバー体５，ダイヤフラムスプリング９，パルセータダイヤフラム１０、キャップ１１を多種類のエンジンに対して共通とし、従って製造面、管理面、価格面で不利を伴なわずに提供することを最終の目的としている。
【００２８】
この目的を達成させるため、請求項１に記載した発明の実施の形態を示す図１においては、吸込弁２１および吐出弁２６の各弁座体２２，２７が底壁２に一体形成によって設けられているものについて、本体１とポンプダイヤフラム３との重ね合わせ面の間、および本体１とパルセータダイヤフラム１０との重ね合わせ面の間のそれぞれにシム３５を二枚ずつ挟み込んだものとした。
【００２９】
シム３５は周知のように二つの部品の隙間を調整するためそれらの間に挟み込む薄い板部材であって、その一枚または複数枚が挟み込まれる。
【００３０】
実際の組付けにあたっては、複数枚例えば三枚のシム３５を挟み込んだときに平均的な振幅の圧力脈動を発生するエンジンについて適正な開閉動作が行なわれるように諸元を設定したポンプを作る。種類が異なるエンジンに使用するときはそのエンジンが発生する圧力脈動の振幅が平均的な振幅よりも大きいときは挟み込むシム３５の数を増加し、小さいときは挟み込んであるシム３５を抜き取ってその数を減少することにより、各ダイヤフラム３，１０の弁体２５，３０のシート面２４，２９に対する間隔を調整する。
【００３１】
このことにより、圧力脈動の振幅、従って圧力値が変ることにより各ダイヤフラム３，１０の往復変位量に差異を生じるにかかわらず、弁体２５，３０がシート面２４，２９に確実に接触密着して完全閉弁し、また弁体２５，３０がシート面２４，２９から充分に離れて完全開弁し所要量の燃料を輸送することができるようになる。
【００３２】
また、本実施の形態では、最小振幅の圧力脈動を発生するエンジンについて、シム３５を挟み込まないで適正な開閉動作が行なわれるように諸元を設定したポンプを作り、圧力脈動の振幅の大きさに応じた枚数のシム３５を挟み込むことによって異なる種類のエンジンに対応させることができる。或いは、最大振幅の圧力脈動を発生するエンジンについて、多数枚のシム３５を挟み込んで適正な開閉動作が行なわれるように諸元を設定したポンプを作り、圧力脈動の振幅の大きさに応じてシム３５の枚数を減少することによっても異なる種類のエンジンに対応させることができる。
【００３３】
このように、本実施の形態によると、シム３５の枚数を変えてシート面２４，２９に対する弁体２５，３０の位置、即ちこれらの間隔を調整する、というきわめて簡単な手段で構成部品に変更を加えることなく多種類のエンジンに対応させることができる。
【００３４】
尚、エンジンの特性によってはポンプダイヤフラム３およびパルセータダイヤフラム１０のいずれかについてシム３５を使用し、吸入弁２１および吐出弁２６のいずれか一方のみを調整すればよい場合もある。
【００３５】
図２はシート面２４，２９に対する弁体２５，３０の位置を変える代りに、弁体２５，３０に対するシート面２４，２９の位置を変えることによってこれらの間隔を調整するようにした、請求項２，３に記載した発明の実施の形態を示すものである。
【００３６】
即ち、このものは図２（Ａ）に示すように、弁座体２２，２７の基部に外径が弁座体２２，２７の外径よりも小径の円筒状嵌込片３７を突出形成するとともに底壁２に取付孔３９を設け、弁座体２２，２７と嵌込片３７とが形成する段部３８を底壁２の表面に接触させて嵌込片３７を取付孔３９に嵌入し、必要により溶接または接着により液密に固定したものである。
【００３７】
弁座体２２，２７は図２（Ａ），（Ｂ）に示すようにそれ自体の長さである段部３８からシート面２４，２９までの長さ、即ち段部３８を底壁２の表面に接触させて底壁２に取り付けたときのポンプ室または吐出室への突出長さＨ１，Ｈ２，Ｈ３の異なるものを複数種準備しておき、エンジンの種類によって異なるダイヤフラム３，１０の往復変位量に対応して弁体２５，３０に対するシート面２４，２９の間隔が適正なものを選んで使用する。
【００３８】
弁座体２２，２７を底壁２と別体に作ってシート面２４，２９と弁座２５，３０との間隔を調整可能とした本発明は、例えば最小振幅の圧力脈動を発生するエンジンに対して適正な開閉動作を行なう突出長さとした弁座体２２，２７を作っておき、それよりも大きい振幅の圧力脈動に応じて弁座体２２，２７の基端を切削し段部３８からシート面２４，２９までの長さを短かくすることによっても実施することができる。
【００３９】
しかし、多種類のエンジンに対応させるには、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように複数種の弁座体２２，２７を予め準備してその中から適切なものを選んで取り付けるのが製造面で有利である。
【００４０】
尚、エンジンの特性によっては吸込弁２１および吐出弁２６の各弁座体２２，２７のいずれか一方のみを底壁２と別体に作って突出長さを調整すればよい場合もある。
【００４１】
【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、部品点数および組立て工数を削減することができ、加えてシート面と弁体との間隔をシムを用いるかまたは弁座体の突出長さを変えるというきわめて簡単な手段で調整するようにしたことにより、多種類のエンジンに対して逆止弁としての機能を損うことがない吸込弁、吐出弁を具えた信頼性あるポンプが容易に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】本発明の異なる実施の形態を示す縦断面部分図。
【図３】従来例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１ 本体，２ 底壁，３ ポンプダイヤフラム，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，２４，２９ シート面，２５，３０ 弁体，２６ 吐出弁，３５ シム，３９ 取付孔，

Claims (3)

1. 本体に背中合わせに設けられた燃料の吸込室、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、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、前記本体とその一つの面に重ねられた前記ポンプダイヤフラムとの間、および前記本体とそのもう一つの面に重ねられた前記パルセータダイヤフラムとの間の少なくともいずれかに、前記弁座体のシート面と前記弁体とが所定間隔で向かい合うようにそれらの間隔を調整する少なくとも一枚のシムが挟み込ま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. 本体に背中合わせに設けられた燃料の吸込室、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、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、前記吸込弁および吐出弁の弁座体が前記本体の吸込室、吐出室とポンプ室とを区画している底壁から突出しており、前記弁座体の少なくともいずれかが前記底壁と別体に作られていて、そのシート面と前記弁体とが所定間隔で向かい合うようにそれらの間隔を調整可能とされていることを特徴とする脈動式ダイヤフラムポンプ。
3. 前記底壁と別体の弁座体は前記ポンプ室または吐出室への突出長さの異なるものが複数種準備され、その中から選ばれた一つがそのシート面を前記弁体と所定間隔で向かい合わせて前記底壁に取り付けられている請求項２に記載した脈動式ダイヤフラムポンプ。

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