JP2007511695A - 圧力サージ減衰装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハウジング１０と、ばね方式蓄勢手段１２のプレテンション力に抗してハウジング１０内を長手方向に移動自在なピストン１４とを有する、流体内の圧力サージを減衰する装置に関する。ピストン１４がハウジング１０の連結部２６内を長手方向に移動自在に案内される他のピストン２４と協働することによって、装置の動作中、ピストン１４が他方のピストン２４に対して、前記ピストン２４がいかなる位置にあっても圧縮力を作用させ、周波数の高い圧力サージをも確実に防止することができる。

Description

本発明は、ハウジングと、ばね方式アキュミュレータのプレテンション力に抗して長手方向に移動可能なピストンとを有する、流体中の圧力サージを減衰させる装置に関する。

上記装置には、油圧系の特定量の加圧流体が供給され、かつ必要に応じてこれを油圧系へ戻すことが主要機能の１つである、いわゆる油圧アキュミュレータが含まれる。流体は加圧されているから、油圧アキュミュレータは圧力容器として扱われ、認可基準によって定められた最大動作圧に耐え得るように設計されていなければならない。油圧アキュミュレータ内の容積、従って、エネルギー蓄積を均一に保つため、油圧アキュミュレータ内の加圧流体に対して、重り、ばね又はガスによる力を作用させる。加圧流体と、重り、ばね又はガスによる対向圧との間の平衡が常に優先する。油圧系においては多くの場合、流体アキュミュレータ、即ち、ガスの作用を受け、相互非連結素子（ピストン）を有する流体アキュミュレータが使用され、具体的には、ブラダ・アキュミュレータ、ピストン方式アキュミュレータ、及びダイアフラム・アキュミュレータがこの種の流体アキュミュレータに属する。

これらの流体アキュミュレータは、油圧系において多様な機能を果す。例えば、上記エネルギー蓄積のほかに、油圧系における機械的衝撃の吸収及びサージ減衰にも寄与する。特に、容積移送式ポンプのような油圧ポンプを使用する場合、流量内に脈動が起こる。このような脈動は振動や騒音の原因となり、油圧系全体の損傷を招く恐れがある。

特に容積移送式ポンプなどの上記の油圧ポンプは、ディーゼル・エンジンの分野におけるいわゆるコモンレール技術にも採用される。最近の第３世代の開発で、ディーゼル燃料噴射システムに圧電技術が加わる。最近開発された第３コモンレール世代のための圧電直列噴射器（VDI-Nachrichten[Association of German Engineers-News]、No.33, August 15,2003 参照）は、圧電アクター・モジュールを使用する。圧電作用モジュールは、連結モジュールを介して切替え弁に作用し、切替え弁は燃料噴射システムの噴射モジュールに作用する。直列噴射器の統合度が高いこと、即ち、圧電パッケージが噴射器先端のニードル弁に近いことの結果として、システムの油圧作用速度が極めて高い。新しいシステムでは、前の世代と比較して、ニードル弁と操作スペースを満たしている燃料との質量を意味する移動質量が１６ｇから４ｇに減少した。これに対応する技術的な構成は、２２０ＭＰａ（２２００バール）程度にも達する極めて高いシステム圧を必要とする。このようなシステム圧を発生させるのは、上記の油圧ポンプ、具体的には容積移送式ポンプであり、圧力発生には上述した圧力サージ及び脈動という問題を伴う。もし圧力サージが噴射システムに及べば、システムは危機的な状態に陥り、圧電噴射システムが故障する可能性がある。公知のように（ドイツ国特許公開第１９５３９８８５号明細書参照）分離素子（ピストン）を含む従来タイプの油圧アキュミュレータを上記のディーゼル流体系に組み込んでも、２２０ＭＰａ（２２００バール）にも達する高いシステム圧を考慮すれば、このような油圧アキュミュレータは限界に遭遇せざるを得ない。

ドイツ国特許公開第１０１４８２２０号明細書は、特に内燃機関の流体系などの流体系における圧力脈動を減衰するための他の装置を開示している。この装置は少なくとも１つの操作スペースが存在するハウジングを含む。このスペースは流体系と連通し、金属ダイヤフラムの形態である少なくとも１つの可動壁素子によってその範囲を制限され、この金属ダイヤフラムはハウジングのエッジ側に固設されている。この壁素子は第１ばね・ユニットと連動するように構成されており、圧力変動が存在しても流体系内の圧力脈動防止を可能にするため、少なくとも１つの第２可動壁素子を設ける。第２可動壁素子は第２操作スペースを画定し、第１操作スペースの可動壁素子と同様にハウジングのエッジ側に固設されている。第１ばね・ユニットはダイヤフラムの形態である両壁素子間に介在し、これら両壁素子と連動する。第２操作スペースを流体系と連通させるスロットル・ユニットをも設ける。確かに、圧力レベルの変動に伴う流体系内の圧力脈動を確実且つ有効に防止できるかもしれない。しかし、壁素子（ダイヤフラム）は固設されているから、その可動性が制約されるから、圧力が高く、従って、脈動及び圧力サージが大きい場合には、運転中における機能の安全性が危うくなる恐れがある。

このような公知技術の実情に基づき、本発明の目的は、特にディーゼル燃料ポンプなどの流体ポンプが発生させるシステム圧が２２０ＭＰａ（２２００バール）にも達する極めて高いレベルであっても、コモンレール方式圧電噴射システムに有害な力が作用しないように圧力サージの減衰及び／又は防止を可能にする圧力サージ減衰装置を提供することにある。この目的は特許請求の範囲の請求項１に全体として記載の特徴を有する装置によって達成される。

請求項１に特徴として記載されているように、ピストンがハウジングの連結部内を長手方向に移動自在に案内される他のピストンと協働し、装置の動作中、ピストンが他方のピストンに対して、前記他方のピストンがいかなる位置にあっても圧縮力を作用させ、油圧ポンプがディーゼル燃料ポンプであるために２２０ＭＰａ（２２００バール）以上に達する極めて高いシステム圧が発生しても、運転の安全を保ちながら、ディーゼル燃料システム内の極めて高い周波数の圧力サージを防止することができる。問題の２つのピストンが機械的に互いに連結されていないことと、一方のピストンによって他方のピストンに対して絶えず圧縮力が加えられることから、圧力サージは確実に遮断され、防止され、特に、両ピストンが互いに連結されていないから、漏れ損失を伴う漏れが軽減又は防止され、システム全体の故障を防止することができる。一方のピストンの外径が他方のピストンの外径よりも数倍大きいことが好ましく、このようにピストンを寸法設定することによって円滑な作動プロセスを達成できるとの所見が得られた。他方のピストンを一方のピストンとは独立に制御することによって、特にハウジングの連結部において他方のピストンが傾斜するのを防止することができる。

本発明装置の好ましい実施例では、他方のピストンをラム状に形成し、少なくとも１つの漏れ損失防止手段を介して連結部のハウジング通孔内を案内させる。ハウジング構造内における所定の移動可能限界間でそれぞれのピストンが移動自在となる。

本発明装置の他の好ましい実施例では、他方のピストンの外周側を、特にラッピング加工などの精密機械加工することにより、ハウジング通孔の内壁と他方のピストンの外周との少なくとも部分間に金属シールされたギャップを形成する。問題のシール・システムの他の構成として、他方のピストンの外周側に環状溝又は注油溝を設けることもできる。このようにすれば、ディーゼル流体系に２２０ＭＰａ（２２００バール）以上の高圧が発生しても、第１ピストンによって他方のピストンをハウジング内部から確実にシールすることができ、特に、他方のピストンの外周に設けた環状溝又は注油溝を利用すれば、流体が金属のギャップに進入するのを防止する流体シールが形成される。

本発明装置の他の好ましい実施例において、ハウジングに設けた漏らし流路が両ピストン間の流体スペースと連通関係にあるように構成されていても、たまたまハウジング内部に侵入できたディーゼル媒質はブロック内の圧力に影響されることなくオイル漏れ還流としてタンク又は漏出側に向かって移送することができる。

上記の極めて高い圧力に関しては、ばね方式アキュミュレータとして圧力ばね及び／又は圧力ガスの形の少なくとも１つのつる巻ばねを設けることが有益である。純粋な圧力ガスの使用には、圧力が極めて高いことから、上記第１ピストンの圧縮動作の結果として、ガスの液化プロセスが起こるという問題が伴う。これに対して、ばね方式アキュミュレータとして圧力ばねを採用することによって、上記システム圧力を確実に逝去することができる。

本発明装置のその他の好ましい実施例を他の従属請求項において記載した。

縮尺を無視した添付の図面を参照しつつ、本発明の装置を実施例に基づいて以下に説明する。添付した唯一の図面は、本発明の圧力サージ減衰装置の縦断面図であり、２通りの異なるカバー素子の実施例をも図示している。

図示の装置は、特にディーゼル燃料などの流体中の圧力サージを減衰する機能を果すものであり、筒状のハウジング１０を有する。装置は、ばね方式アキュミュレータ１２の初期プレテンション力に抗して長手方向に移動可能なピストン１４をも有する。ピストン１４は、扁平な筒状の接触プレートの形状であり、その外周面がスリップ・リング及び／又はシール・リング１６を介してハウジング１０の筒状内周面１８に沿って案内される。従って、ピストン１４は、その両端に２つのほぼ平坦な接触面２０、２２を有し、ばね方式アキュミュレータ１２を案内するため、ピストン１４は、その外周に、アキュミュレータに向かって延出する筒状案内面２２をも有し、その外周面がハウジング１０の内周面１８と接触している。

ピストン１４と協働するもう一方のピストン２４は、ハウジング１０の連結部２６内を長手方向に移動自在に案内される。図面から明らかなように、ピストン１４はハウジング内において、装置の動作又は使用中、図示のようにハウジング前端と接触している状態をも含むすべての動作位置において他方のピストン２４に対して圧縮力を作用させる。連結部２６は、ハウジング１０の自由端に向かって段階的に狭くなり、外周面側に連結用ねじ部２８を有し、このねじ部２８を介して図示のハウジング１０を流体系、例えば、コモンレール技術による噴射システム用のディーゼル供給ラインに連結することができる。ハウジング１０は油圧ポンプ、特に、例えばディーゼル燃料ポンプなどのような容積移送敷きポンプに達する連結ラインに配置される。システム圧が２２０ＭＰａ（２２００バール）以上に達すると考えられる、ディーゼル燃料ポンプの動作中に発生する圧力サージは、本発明の装置によって減衰され、平滑化され、高周波数の流体サージでも平滑化される。しかも、本発明の減衰装置は、極めて高い圧力振幅の場合でも限られた範囲内で有効である。

連結ピース２６は、ハウジング１０の底部３０へ移行し、ハウジング１０の長手方向に補強され、ピストン１４、２４及びばね方式アキュミュレータ１２は、ハウジング１０及び連結ピース２６の長手方向軸３２を共有する。また、ピストン１４の直径は、他方のピストン２４の直径よりも数倍大きく、従って、このような直径の差に照らして、両ピストン１４、２４の間に極めて大きい衝撃力が導入される。

他方のピストン２４は、ラム又はプッシュロッドの形態を有し、止め輪の形態である少なくとも１つの漏れ損失防止装置３４を介して、連結ピース２６のハウジング通孔３６内を案内される。漏れ損失防止装置３４は、具体的には、その前面がハウジング通孔３６を外部からシールする止め輪から成り、他方のピストン２４が前方限界位置に来るとこのピストン２４の前端と当接する厚さを有する。他方のピストン２４は、動作していない時、漏れ損失防止装置３４から僅かの間隙を保つ軸線方向距離に位置する。しかし、燃料によって圧力が一定レベルに達すると、この間隙が無くなり、装置が動作又は使用状態になると、他方のピストン２４の移動位置に関係なく、ピストン１４が他方のピストン２４に圧縮力を作用させる。シール効果を高めるため、他方のピストン２４の外周側に、特にラッピング加工などの高度の精密機械加工を施すことによって、少なくとも他方のピストン２４の外周の部分とハウジング通孔３６との間に金属でシールされたギャップ３８を形成する。他方のピストン２４は、シール・システムの効果をさらに高めるための環状溝又は注油溝４０を有する。こうして、迷路状のシールが形成され、ディーゼル燃料がハウジング通孔３６からハウジング１０内におけるピストン１４の接触面２０とこれと対向する底部３０の面４４との間の間隙４２へ流入し難くする。

両ピストン１４、２４間の流体又は間隙４２は、ハウジング１０に通孔として形成された漏れ流路４６と連通関係にある。従って、意図的に設けたギャップ流れ又は漏れ流れは、環状溝又は注油溝４０の形態を有するシール・システム、金属ギャップ３８、及び間隙４２を通って漏れ流路４６からシステム全体の、圧力に影響されない漏出側又はタンク側へ排出される。補足的なシール・システムとして、底部３０の前方領域に、例えば、公知のラジアル・リングの形態を有するシール・システムを設ける。このようにシール・システムを補足することにより、ハウジング１０を螺合固定した状態で、油圧系又は流体系（ディーゼル・ライン・ネットワーク）からのシーリング、特に、漏れ流路４６の形態でのシーリングは連結用ねじ部２８を有する連結部２６によって達成される。

この場合、つる巻ばねの形態である圧力ばねは、ばね方式アキュミュレータ１２として作用し、これに加えて、ハウジング内へ、例えば、窒素ガスのような圧力ガスを導入することもできる。圧力ばね１２はピストン１４とカバー素子５０との間に介在する。カバー素子５０としては止め板を採用することができ、安全手段、例えば、止め輪５４によってハウジング１０に固定する。図面では矩形の枠で示すように、ねじキャップ５６をカバー素子５０の代わりに採用し、ハウジング１０の外周面に形成した雄ねじ部５８を介してハウジング１０に螺着する実施態様も可能である。

本発明の装置は発生の可能性がある漏れ流れに対する確実な制御をすること可能にし、ピストン１４、２４を互いに独立に構成したから、ピストンの引っ掛かりは起こらない。ラム状の第２ピストン２４に作用する極めて高い周波数の圧力サージがこのサージと同じ周波数でピストン１４に伝わり、これが再び他方のピストン２４に作用することで脈動を減衰又は平滑化する。図示のシステムは妥当なコストで、且つ公知の鋼材を使用する簡単な製造技術で、特にハウジング１０の側に利用することができる。本発明の装置は、一般的には、高圧下の少容積をその圧力レベルを減衰させるか、又は移動させたい場所に使用することができる。両ピストンの表面積の関係上、必要とする力が小さくて済むから、使用すべきばねもその分小さくて済む。

本発明の圧力サージ減衰装置の縦断面図である。

Claims (10)

1. ハウジング（１０）と、ばね方式アキュミュレータ（１２）のプレテンション力に抗して長手方向に移動自在なピストン（１４）とを有する、流体内の圧力サージを減衰する装置において、
   前記ピストン（１４）が、前記ハウジング（１０）の連結部（２６）内を長手方向に移動自在に案内される他方のピストン（２４）と協働し、前記装置の動作中、前記ピストン（１４）が前記他方のピストン（２４）に対して、前記ピストン（２４）がいかなる位置にあっても圧縮力を作用させることを特徴とする前記装置。
2. 前記ピストン（１４）の直径が前記他方のピストン（２４）の直径よりも数倍大きいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記他方のピストン（２４）はラムの形状を有し、前記他方のピストン（２４）は、少なくとも１つの漏れ損失防止手段（３４）を介して連結部（２６）のハウジング通孔（３６）内を案内されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記他方のピストン（２４）の外周側を、精密機械加工、特に、ラッピング加工することにより、ハウジング通孔（３６）の内壁と他方のピストン（２４）の外周との少なくとも部分間に金属のラップ厚さに相当するギャップ（３８）が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 他方のピストン（２４）の外周側に環状溝又は注油溝（４０）が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記ハウジング（１０）に形成された漏れ流路（４６）が、両ピストン（１４、２４）間の間隙（４２）と連通関係にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 圧力ばねとして形成された少なくとも１つのつる巻ばね及び／又は圧力ガスが、ばね方式アキュミュレータとして作用することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記圧力ばね（１２）がハウジング内のピストン（１４）とカバー素子（５０）の間に介在していることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. カバー素子（５０）が、安全手段、特に、止め輪（５４）によってハウジング（１０）内に保持されている保持プレート（５２）の形態であるか、又はハウジング（１０）の雄ねじ部を介してハウジング（１０）の外周側に螺着されるねじ蓋（５６）から成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 他方のピストン（２４）を囲みかつ前記他方のピストン（２４）を案内するハウジング（１０）の連結部（２６）の外径がハウジング（１０）の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。

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