JP4691031B2 - ピストンポンプ及び該ピストンポンプの使用法 - Google Patents

Description

本発明は、ピストンポンプであって、ケーシングに軸方向で摺動可能に配置された少なくとも１つのピストンと、回転可能に支承されたピストン駆動用の駆動軸と、流入通路と流出通路とが設けられている形式のものに関する。更に、本発明は当該ピストンポンプの有利な使用法に関する。

実地から公知のピストンポンプは、大抵コネクティングロッドを介してピストンに結合されたクランクシャフトを駆動軸として有している。流入通路及び流出通路はそれぞれ弁を有している。これらの弁は、カムシャフトを介して強制制御可能であるか、又はばね部材を有していてよく、ピストンによってケーシング内に生ぜしめられる圧力を介して制御され得る。ピストンの規定された直径及び行程並びに駆動軸の回転数に基づいて、高い圧送圧力において極めて大きな圧送容積が得られる。この公知のピストンポンプの欠点は、非常に大きな構成スペースを有しており且つ極めて手間のかかる構成であるという点にある。

ピストンポンプの構成を簡略化するためには、例えばドイツ連邦共和国特許第０８５５４８８号明細書から、補償駆動装置（Ｔａｅｎｚｅｒａｎｔｒｉｅｂ）を介してピストンを駆動することが公知である。圧送は、ピストンの軸方向運動によって達成される。調整制御圧ピストンは、回転運動と往復運動とが組み合わされた運動を行い且つ外周面に制御溝を有している。このピストンポンプの欠点もやはり、構成に非常に手間がかかり且つ小さな圧送量にしか適さないという点にある。

本発明の課題は、冒頭で述べた形式のピストンポンプを改良して、特に簡単且つコンパクトに構成されており、高い圧送圧力と同時に高い圧送能力を可能にするピストンポンプを提供することである。更に、当該ピストンポンプの有利な使用法を提供するものである。

最初の課題は本発明に基づいて、駆動軸が、少なくとも１つの上部ターンポイントと下部ターンポイントとを備えた制御カムを有しており、該制御カム内をピストンがガイドされており、伝達部材がピストンから、ケーシングに設けられた細長いガイドを介して制御カム内まで延在していることによって解決される。

この構成によってピストンの運動方向は駆動軸に対して平行に配向され得、このことはピストンポンプの特にコンパクトな構成を可能にする。最も簡単なケースでは、制御カムが軸の全周にわたって正弦波状に構成されており且つ各１つの上部ターンポイントと下部ターンポイントとを有している。駆動軸が１８０°にわたって回動されると、これによりピストンが一方の方向に運動され、引き続き１８０°にわたって回動されると、ピストンは逆方向へ運動される。制御カムのこの構成に基づいて、ピストンはコネクティングロッドを介してクランクシャフトに結合されたピストンの場合と同様に駆動される。従って、本発明による圧送ポンプは大きな圧送容積と同時に高い圧送圧力を有している。ピストンと駆動軸とに支承されたコネクティングロッドは、本発明に基づいて回避される。従って、本発明によるピストンポンプは特に小数の組み込まれるべき構成部材を必要とし、これにより、極めて簡単に構成されている。有利には、ピストンの運動方向は駆動軸の回転軸線に対して平行に配置されている。本発明によるピストンポンプのピストンは、例えばシールリング又はダイヤフラムを介してケーシングに対してシールされていてよい。

伝達部材の回動は、本発明の有利な構成に基づいて伝達部材がケーシングに設けられた細長いガイドを通ってガイドされていると、簡単に防止され得る。

複数のピストンが駆動軸に対して同心円上に配置されていると、本発明によるピストンポンプは複数のピストンのために単一の制御カムしか必要としない。

流入通路は、例えばケーシング内に配置されており且つ制御弁を有しているか、又はピストンの運動によって制御されていてよい。但し、本発明によるピストンポンプは、本発明の有利な構成に基づいて流入通路がピストンを貫通しており且つ逆止弁を有していると、特にコンパクトに構成される。流出通路は、有利には公知のピストンポンプと同様に、ケーシングに設けられた逆止弁を有している。

本発明によるピストンポンプは、流入通路の逆止弁及び／又は流出通路の逆止弁がダイヤフラム弁として形成されていると、特に小さな軸方向構成高さを有している。

流入通路の逆止弁及び／又は流出通路の逆止弁が、長手方向で摺動可能にガイドされた、弁座に向かい合った弁体を有していると、本発明によるピストンポンプの半径方向の寸法の減少に寄与する。運動を助成するためには、弁体がばね部材によって弁座に対して予負荷されていてよい。構造的に特に簡単なケースでは、弁体はばね力無しでもケーシング内の圧力によって制御され得る。

ピストンの製作にかかる手間は、本発明の別の有利な構成に基づき、伝達部材を収容するために設けられたピストンの切欠きが環状溝を有していると、特に小さい。この場合、この環状溝は例えば方形又は台形に形成されているか、又は円区分を有していてよい。

ピストンは、例えば伝達部材と一体に製作されていてよい。但し、本発明の更に別の有利な構成では、ピストンが伝達部材に対応して成形された、伝達部材の部分領域を収容するためのポケットを有していると、ピストンは半径方向に張り出した構成部材無しで特に簡単に製作され得る。この構成に基づいて、ピストンは回動しないように位置固定されており且つ伝達部材とピストンとの間の結合部が例えば静圧式で支承されていてよい。この構成の別の利点は、前記ポケットにより、環状溝として切欠きを構成するのとは異なって、伝達部材の面支持が得られるという点にある。これにより、本発明によるピストンポンプは特に摩耗が少ない。ポケットは、例えば円筒形の孔又は円錐形の孔として形成されていてよいか、又は伝達部材に対応した球欠形を有することができる。更に、伝達部材はポケットに圧入され延いては伝達部材に対するピストンの相対運動が防止され得る。このことは、本発明によるピストンポンプの摩耗を更に低下させる。

本発明によるピストンポンプは、伝達部材が球として形成されていると、特に廉価な構成部材から構成され得る。この場合有利には、制御カムが部分円として形成された横断面を有している。

本発明の更に別の有利な構成では、伝達部材が回転対称的な滑子として形成されていると、伝達部材の回動が確実に防止され得る。この場合有利には、制御カムが方形又は台形の横断面を有している。

本発明によるピストンポンプは、ケーシングに設けられたガイドがピストン及び駆動軸の対称軸線を結ぶ１直線上に配置されていると、構造的に特に単純に構成される。

本発明の更に別の有利な構成では、ケーシングに設けられたガイドがピストン及び駆動軸の対称軸線を結ぶ直線の外位に配置されていると、本発明によるピストンポンプの半径方向の寸法の拡大に寄与することなく、特に大きな寸法を有する伝達部材が設けられる。

本発明の更に別の有利な構成では、ケーシングに設けられた伝達部材のガイド及び／又は制御カムの側方接触面が互いに予負荷されていると、ケーシングのガイド内又は制御カム内の伝達部材の遊びが簡単に補償され得る。これにより、伝達部材は特に正確にガイドされ延いては摩耗が特に少なく保持される。

本発明の更に別の有利な構成では、駆動軸がピストンの範囲に、少なくとも部分的にピストンの半径方向外側を包囲して係合する縁部を有しており、制御カムが前記縁部の半径方向内側に配置されていると、制御カムが特に長く構成され得る。これにより、駆動軸はピストンを取り囲んでいる。特に長く構成された制御カムは、特に少ない摩耗の影響下にある。

半径方向で見て互いに同心的に取り囲む２つの制御カムの間にピストンが配置されていると、制御カムの摩耗の更なる減少に寄与する。

本発明の更に別の有利な構成では、制御カムが駆動軸の全周にわたって複数の上部ターンポイントと下部ターンポイントとを有していると、駆動軸が特に低い回転数で運転され得る。

圧送しようとする媒体の吸込み及び吐出しは、それぞれ一般に異なる大きさのエネルギ消費を要求する。本発明の更に別の有利な構成では、制御カムが１吸込み行程において、吐出し行程とは別の少なくとも１つのカム関数を有していると、駆動軸のトルクの相違が簡単に防止され得る。このことは、本発明によるピストンポンプの振動の低下に寄与する。制御カム、延いては駆動軸の回転角度にわたるピストンの規定された運動順序は、本発明に基づいて自由に規定可能である。制御カムは、複数のカム関数から構成されていてもよい。従って、ピストンは方程式ｘ＝（ｍ＋ｒ）及びｍ＝３６０°−ｒに従って運動され得、この場合、ｘは駆動軸１回転毎の行程数、ｍはピストンの上昇運動時の駆動軸の角度範囲、並びにｒはピストンの下降運動時の駆動軸の角度範囲である。ｘ＝１，ｍ＝２４０°及びｒ＝１２０°の場合、駆動軸が２４０°だけ回動すると、ピストンは上部ターンポイントに向かって上昇運動し、次いで駆動軸が１２０°だけ回動すると、ピストンは下部ターンポイントに向かって下降運動する。

２つめの課題、つまりピストンポンプの有利な使用法を提供することは、本発明に基づいて、駆動軸を駆動するためのモータを備えた構成ユニットの燃料ポンプとして使用することによって解決される。

今日の自動車の燃料ポンプには、燃料が高温の場合でも高い圧送圧力及び大きな圧送容積を生ぜしめるという課題がある。従って、特に強力な内燃機関を備えた自動車の場合は、例えばサイドチャンネルポンプ又は内接歯車ポンプ（Ｇｅｒｏｔｏｒｐｕｍｐｅ）として形成された燃料ポンプを備えた２つの圧送ユニットがしばしば使用される。従って、これらの圧送ユニットも、燃料ポンプを駆動するための２つの電動モータを必要とする。本発明では単一の駆動軸を介して複数のピストンが同時に作動され得、このことは圧送ユニットの特に簡単な構成をもたらす。

以下に、本発明を図面につき詳しく説明する。

図１には、ケーシング１に支承された駆動軸２を備えた燃料ポンプの縦断面図が示されている。ケーシング１は、内部で軸方向可動に案内されたピストン４を備えた円筒形の孔３を有している。駆動軸２は、伝達部材６の部分領域を収容するための制御カム５を有している。伝達部材６は、ケーシング１に設けられた、駆動軸２の回転軸線に対して平行に配置された細長いガイド７を通って、環状溝として形成されたピストン４の切欠き８に突入する。流入通路９はピストン４を貫通している。流出通路１０はケーシング１内に配置されている。流入通路９及び流出通路１０内には、それぞれ逆止弁として形成された弁１１，１２が、ばね部材１３，１４によって弁座１５，１６に対して予負荷された弁体１７，１８を備えて配置されている。

制御カム５は、上部ターンポイント１９と下部ターンポイント２０とを有している。ピストン４は、図面では上部ターンポイント１９に接して示されている。駆動軸２が回動すると、伝達部材６が制御カム５内及びケーシング１のガイド７内で滑動し、この際にピストン４を流出通路１０から押し離す。この場合、流出通路１０内の弁１２は閉じる。この際、ピストン４とケーシング１とによって制限されたスペースには負圧が発生し、これにより、流入通路９内の弁１１が開かれて、圧送しようとする媒体が吸い込まれる。下部ターンポイント２０において、流入通路９内の弁１１が閉じる。駆動軸２が下部ターンポイント２０を越えて更に回動されると、ピストン４とケーシング１とによって制限されたスペースに、流出通路１０内の弁１２の弁体１８を弁座１６から押し離す圧力が発生する。これにより、圧送しようとする媒体が流出通路１０を通って吐き出される。

図２には、図１に示したピストンポンプをＩＩ−ＩＩ線に沿って断面して示してあり、ケーシング１には合計３つのピストン４，４′，４″が駆動軸２を中心とした同心円上に配置されている。即ち、ケーシング１は円筒支持体として形成されており且つ複数のピストン４，４′，４″をガイドしている。勿論、３つのピストン４，４′，４″よりも多くのピストンがケーシング１内に配置されていてもよい。ピストン４，４′，４″はそれぞれ、伝達部材６，６′，６″を介して駆動軸２の単一の制御カム５に結合されている。伝達部材６，６′，６″のためのガイド７，７′，７″は孔として形成されている。駆動軸２、ピストン４，４′，４″及びガイド７，７′，７″の対称軸線は、それぞれ１直線上に配置されている。

図３に断面図で示したピストンポンプの別の実施例は、図２に示したピストンポンプととりわけ、ガイド７，７′，７″の対称軸線が駆動軸２の対称軸線からピストン４，４′，４″の対称軸線へ延びる直線の外位に配置されているという点が相違している。更に、伝達部材６，６′，６″に接触するガイド７，７′，７″の接触面２１は、ばね部材２２によって予負荷された緊締部材２３に沿って配置されている。これにより、伝達部材６，６′，６″がガイド７，７′，７″内で予負荷される。

図４にはピストンポンプの更に別の実施例の縦断面図が概略的に示されており、このピストンポンプでは駆動軸２４が、ピストン２５の半径方向外側を取り囲んで係合する縁部２６を有している。この縁部２６の半径方向内側には制御カム２７が配置されている。縁部２６の半径方向内側に配置されたケーシング２８は、ピストン２５をガイドするための円筒形の孔２９を有している。伝達部材３０は、ポケットとして形成されたピストン２５の切欠き３１に圧入されており且つケーシング２８の、駆動軸２４の回転軸線に対して平行に延びるガイド３２の範囲を通って制御カム２７に侵入する。この制御カム２７は方形の横断面を有している。図１及び図２に示した実施例の場合と同様、当該実施例の場合も複数のピストン２５が駆動軸２４の回転軸線を中心とした同心円上に配置されていてよい。流入通路３３及び流出通路３４は、それぞれ逆止弁として形成された弁３５，３６を備えてケーシング２８内に配置されている。

図５に示したピストンポンプの更に別の実施例では、駆動軸３７が、第１の制御カム４０を備えた軸片３８と、この軸片３８を同心的に取り囲む、第２の制御カム４１を備えた縁部３９とを有している。軸片３８と縁部３９との間では、ピストン４２がケーシング４４の孔４３内を軸方向で摺動可能にガイドされている。制御カム４０，４１内でガイドされる伝達部材４５，４６は、それぞれケーシング４４に設けられた細長いガイド４７，４８を通り且つポケットとして形成されたピストン４２の切欠き４９，５０に突入する。ケーシング４４には流入通路５１及び流出通路５２が、それぞれダイヤフラム弁として形成された弁５３，５４を備えて配置されている。これらの弁５３，５４は、それぞれ弁座５５，５６に対して予負荷されたばね弾性的なダイヤフラム５７，５８を有している。制御カム４０，４１は、それぞれ台形の横断面を有している。半径方向外側の制御カム４１の接触面は緊締部材６０に接して配置されている。この緊締部材６０はケーシング４４とねじ締結されており且つ皿ばね６１によってケーシング４４に対して予負荷されている。勿論、軸片３８の制御カム４０にも同様に予負荷される接触面が設けられるか、又は軸片３８が半径方向外側の制御カム４１に対して軸方向で予負荷されていてもよい。

本発明によるピストンポンプの縦断面図である。 図１に示したピストンポンプをＩＩ−ＩＩ線に沿って断面した図である。 本発明によるピストンポンプの別の実施例を断面した図である。 本発明によるピストンポンプの更に別の実施例の概略的な縦断面図である。 本発明によるピストンポンプの更に別の実施例の概略的な縦断面図である。

Claims (15)

1. ピストンポンプであって、ケーシングに軸方向で摺動可能に配置された少なくとも１つのピストンと、回転可能に支承されたピストン駆動用の駆動軸と、流入通路と流出通路とが設けられている形式のものにおいて、
   駆動軸（２）が、少なくとも１つの上部ターンポイント（１９）と下部ターンポイント（２０）とを備えた制御カム（５）を有しており、該制御カム（５）内を伝達部材（６）がガイドされており、該伝達部材（６）が、ピストン（４）から制御カム（５）内まで延在しており、伝達部材（６）が、ケーシング（１）に設けられた細長いガイド（７）を通って案内されており、前記ピストン（４）の長手方向軸と前記駆動軸（２）が平行となるよう形成され、緊締部材（２３）が、前記ケーシング（１）に設けられた前記伝達部材（６）を前記ガイド（７）に沿って案内可能にしつつ該ガイド（７）に対して前記伝達部材（６）を押し付けるものであり、これにより、該伝達部材（６）に接触する前記ガイド（７）の接触面（２１）が予負荷されることを特徴とする、ピストンポンプ。
2. 複数のピストン（４，２５，４２）が、駆動軸（２，２４，３７）に対して同心円上に配置されている、請求項１記載のピストンポンプ。
3. 流入通路（５１）の逆止弁及び／又は流出通路（５２）の逆止弁がダイヤフラム弁として形成されている、請求項１又は２記載のピストンポンプ。
4. 流入通路（９，３３）の逆止弁及び／又は流出通路（１０，３４）の逆止弁が、長手方向摺動可能にガイドされて弁座（１５，１６）に向かい合った弁体（１７，１８）を有している、請求項１又は２記載のピストンポンプ。
5. 伝達部材（６）を収容するためにピストン（４）に設けられた切欠き（８）が環状溝を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストンポンプ。
6. ピストン（２５，４２）が、伝達部材（３０，４５，４６）に対応して成形された、該伝達部材（３０，４５，４６）の部分領域を収容するためのポケットを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストンポンプ。
7. 伝達部材（６）が球として形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のピストンポンプ。
8. 伝達部材（４５，４６）が滑子として形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のピストンポンプ。
9. ケーシング（１）に設けられたガイド（７）が、ピストン（４）と駆動軸（２）それぞれの軸線を結ぶ１直線上に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のピストンポンプ。
10. ケーシング（１）に設けられたガイド（７）が、ピストン（４）と駆動軸（２）それぞれの軸線を結ぶ直線の外位に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のピストンポンプ。
11. 駆動軸（２４，３７）が、少なくとも部分的にピストン（２５，４２）の半径方向外側を包囲して係合する縁部（２６，３９）を有しており、制御カム（２７，４１）が前記縁部（２６，３９）の半径方向内側に配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のピストンポンプ。
12. ピストン（４２）が、半径方向で見て互いに同心的に取り囲む２つの制御カム（４０，４１）の間に配置されている、請求項１１記載のピストンポンプ。
13. 制御カム（５，２７，４０，４１）が、駆動軸（２，２４，３７）の全周にわたって複数の上部ターンポイント（１９）及び下部ターンポイント（２０）を有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載のピストンポンプ。
14. 制御カム（５，２７，４０，４１）が、吸込み行程と吐出し行程とがそれぞれ別のカム関数を有するように形成される、請求項１から１３までのいずれか１項記載のピストンポンプ。
15. 駆動軸を駆動するためのモータを備えた構成ユニットにおいて燃料ポンプとして使用することを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか１項記載のピストンポンプの使用法。

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