TW201621164A - 具有一在磁迴路中具有一非磁性材料的部份的活塞泵 - Google Patents

Abstract

一種活塞泵，特別是針對用於兩輪摩托車及/或三輪摩托車的噴射系統，該活塞泵具有殼體、至少一磁線圈、氣缸、佈置在氣缸中的活塞及具有用於該活塞之止動件的底座板，其中該活塞可因該磁線圈所產生的磁場而朝該止動件運動，且其中由於該磁場，可在該活塞泵中形成磁迴路，其中特別是該活塞、該氣缸、該殼體、該底座板及該止動件為該磁迴路的組件，其特徵在於，在該活塞之止動件側逆轉點上，特別是在該活塞抵靠在該止動件上時，該磁迴路具有至少一具有非磁性材料，特別是相對磁導率μr不超過1.1之非磁性材料，的部份。

Description

具有一在磁迴路中具有一非磁性材料的部份的活塞泵

本發明基於一種如獨立項之前言所述的活塞泵。

目前披露之電磁活塞泵，如GB 2484855 A所描述的電磁活塞泵，按以下原理工作：將磁線圈通電並在此過程中產生磁場。在活塞泵之金屬及可磁化的組件中形成磁迴路。此類磁迴路之組件例如包括活塞泵之活塞、氣缸、殼體、底座板及止動件。

此磁場沿底座板的止動件之方向拉動佈置在氣缸中的活塞，亦稱銜鐵。在此過程期間，藉由進入閥將流體吸入佈置在位於缸底的進入閥與活塞之間的壓縮室。若將磁場斷開，佈置在活塞與止動件之間的彈簧會沿缸底的方向推動活塞(銜鐵)，一方面壓縮流體，另一方面透過排出閥將該流體自壓縮室推出。

所追求的目標是，提高活塞泵的效率及其運轉可靠性以及改進活塞泵的動力及耐用性。

本發明基於以下知識：磁場斷開後，活塞(銜鐵)與止動件可能發生所謂之磁黏。在磁場斷開後，該磁黏由該磁迴路及其組件(例如 活塞、氣缸、殼體、底座板及止動件)之剩磁引起。在此情況下，彈簧的復位力不足以克服磁黏並將活塞與止動件分離。

而本發明之具有獨立項之區別特徵的活塞泵之作用在於，將磁黏最小化或者消除。從而提高活塞泵的運轉可靠性並改進活塞泵的動力。

為此，本發明提出，在該活塞之止動件側逆轉點上，特別是在該活塞抵靠在該止動件上時，該磁迴路具有至少一具有非磁性材料之部份。“在止動件側逆轉點上”係指，在該活塞位於其止動件側逆轉點上時，觀察該磁迴路及其組件。

本發明中，特別是該活塞泵之組件屬於該磁迴路，該具有最大磁通密度之磁場的渦流穿過該等組件延伸。亦即，未觀察到任何處於雜散磁場中在該活塞泵之外的組件、部份或類似元件。

在該磁迴路中，該具有非磁性材料之部份的磁阻(Reluktanz)R_m(DIN EN 80000-6)特別是大於該等其他組件，例如活塞、氣缸、殼體、底座板及止動件。如此便增大了該磁迴路之總磁阻，以便該磁迴路之剩磁儘可能快地消退且該活塞不與止動件發生磁黏。特定言之，該部份本身不具剩磁，或者僅具可忽略的剩磁。

該磁迴路中之組件i的磁阻R_m由以下給出：R_m,i=L_i/(μ₀ μ_r A_i)，該磁迴路中之組件i的長度為L，橫截面面積為A，該材料之真空磁導率為μ₀，相對磁導率為μ_r。該磁迴路之總磁阻以類似於電路中的電阻之電流定律及迴路定律的方式計算。

除該電磁活塞泵的金屬組件之外，各組件間的間隙亦可有助 於總磁阻。該等間隙可用不同材料填充，例如氣體(如空氣)或液體。該活塞與該底座板的止動件之間例如存在一具有可變長度之氣隙。該氣隙的長度視泵循環的階段而定。該磁場斷開後，該活塞彈簧自止動件反方向推動該活塞，該氣隙及其磁阻變大。在磁場接通的情況下，該活塞向底座板移動，該氣隙變小。在將該活塞完全吸住時，亦即該活塞抵靠該底座板的止動件，該氣隙及其磁阻為最小。在該泵循環之階段中，該氣隙對於磁迴路中的總磁阻之貢獻小到可忽略。在此情況下，該氣隙的磁阻可能過小，從而防止活塞與該底座板發生磁黏。

因此，本發明在該活塞泵之磁迴路中，設有一具有一非磁性材料之部份，特別是具有較大磁阻之部份，該部份將總磁阻增大了某個最小值。該用於活塞泵之磁迴路的總磁阻之下限與該活塞泵的尺寸有關。該磁迴路的總磁阻與該等材料之總體積及剩磁特性有關，該等處於磁迴路中的組件由該等材料構成。所用材料之總體積及剩磁愈大，該磁迴路的最小磁阻必須愈大。

特別是與該活塞與該止動件間的氣隙不同，本發明之部份在一個泵循環內及/或多個泵循環中具有恆定之磁阻。特定言之，本發明之部份並非該活塞與該底座板之止動件間的可變氣隙或該磁迴路之其他組件間的氣隙。

根據本發明之活塞泵的一種有利改良方案在於，該部份不僅具有非磁性材料，而且該材料亦為不可磁化或者僅可弱磁化之材料。根據一種較佳改良方案，該部份由該材料構成。該材料例如可具有不超過1.1的相對磁導率μ_r。特定言之，該材料的μ_r小於1。

該部份有利者係具有呈固態聚集態的材料。該部份例如可由薄膜構成。該薄膜較佳地為非磁性及/或不可磁化。例如塑膠薄膜，如聚乙烯(PE)、聚醯胺(PA)、聚甲醛(POM)或聚苯乙烯(PS)。

作為替代或補充方案，該部份亦可為組件表面上的塗層。該塗層較佳地為非磁性及/或不可磁化。該塗層例如可由鉻、鉻合金或滲氮層構成。

作為替代或補充方案，該部份亦可由經處理之表面構成。例如可對該經處理之表面進行滲氮(DIN 17022-4)。

作為替代或補充方案，該部份亦可為隔片。該隔片較佳地由非磁性及/或不可磁化材料構成，例如由基於以下之非磁性鋼構成：由Sandvik Materials Technology公司作為Sandvik 13Rm19供應之鈷鎳合金、銅鈹合金或鉻鎳合金。

該部份之厚度通常為小於5mm。該厚度較佳地在1μm至500μm之間，特別是在10μm至100μm之間。該部份之厚度與該活塞泵的尺寸、該部份之所選的材料及/或所選的實施方式(隔片、薄膜、塗層、經處理之表面)有關。

原則上，該部份可佈置在該磁迴路內的任一位置。但該部份較佳地佈置在該活塞之朝向止動件的一側上，亦即佈置在活塞底面上。優點在於，該具有較少或者可忽略的剩磁之部份防止該活塞與該底座板的止動件直接接觸且由於剩磁，活塞與止動件相互間的吸引力減小。因此，該活塞與該止動件發生磁黏的概率最小。

作為補充或替代方案，該部份可佈置在該止動件的表面上。 此點具有如上一段所描述之優點。

在部份不僅構建在該活塞底面上而且構建在該止動件的表面上時，該活塞底面及止動件的表面上的部份由相同或不同材料構成。

作為該具有較大磁阻之部份的補充或替代方案，亦可透過降低磁迴路中磁性材料或者鐵磁性材料，特別是含鐵材料，之比例，來減小發生磁黏之概率。

此點例如可藉由一構建在該活塞之朝向底座板的端面上以及/或者構建在該底座板的止動件上的輪廓實現。該輪廓並非指該構建在該活塞內部的空腔及與該空腔連接的位於該例如佈置有一彈簧的活塞之朝向底座板的端面上的開口。

該輪廓之深度T通常不小於該活塞之總長L的2%以及/或者不大於該活塞之總長L的10%，其中該活塞之總長L為該朝向底座板的端面與該活塞之一與該端面相對的端面之間的距離。

該輪廓較佳地由至少一特別是環形或直線形的凹槽構成。在此情況下，該活塞之朝向底座板的端面具有兩個由不同材料構成的部份。例如具有一由與該活塞相同之材料構成的第一部份。

該第二部份藉由在該活塞底面上或在該止動件上構建該/該等凹槽而獲得。該部份例如用空氣或燃料填充。

該凹槽可呈環形或直線形。該直線形凹槽自活塞邊緣延伸至該活塞底面的中心。

在設置一由多個凹槽構成的輪廓時，該等凹槽可彼此平行或以一角度β佈置。兩個凹槽間的角度β為0°-180°，特別是22°-90°。

多個彼此以某個角度佈置之凹槽彼此間的角度通常相同或者相似。該等多個凹槽之相鄰的凹槽間的角度較佳約為360°/n，其中n為該等凹槽之數量。

該等凹槽之寬度可為該活塞直徑的5%至50%。構建的凹槽愈多，該單個凹槽愈窄。例如可選擇一具有較少凹槽之輪廓，其中該等凹槽較寬，亦即該凹槽寬度在該活塞直徑的40%-50%之間，或選擇一具有較多凹槽之輪廓，其中該單個凹槽較窄，亦即該凹槽寬度在該活塞直徑的5%-15%之間。在此情況下，該等凹槽間之由該活塞材料構成的部份採用連接板的形式。

作為替代方案，該輪廓亦可由至少一特別是環形的階梯或由至少一特別是沿周邊而構建的斜面構成。該斜面或自該活塞底面朝該外緣的方向構建而成，或自該活塞底面朝該活塞底面之中心的方向構建而成。

除降低該磁性材料在磁迴路中的比例以外，在該活塞底面或止動件上設置輪廓亦具以下技術效果：該輪廓可採用某種形狀，使其在該泵的工作過程中經受一定磨損。該活塞之行程因該輪廓的磨損而增大，故該活塞泵能輸送較多流體。另一方面，該活塞與該氣缸壁間亦出現磨損，因而在該活塞泵的使用壽命期間，該活塞與氣缸壁間的間隙有所增大。此點導致輸送量減少。在理想情況下，以某種方式選擇具有規定磨損的輪廓，以便藉由該行程之增大正好對由於該活塞與該氣缸壁間的間隙變大而產生的輸送量損失進行補償，因此該活塞泵的效率在該活塞泵的使用壽命期間保持恆定。

1‧‧‧活塞泵

2‧‧‧殼體

3‧‧‧底座板

4‧‧‧氣缸

5‧‧‧磁線圈

6‧‧‧活塞

7‧‧‧活塞彈簧

8‧‧‧彈簧座

9‧‧‧止動件

10‧‧‧活塞底面

11‧‧‧進入閥

12‧‧‧排出閥

13‧‧‧閥體

14‧‧‧端面

15‧‧‧部份

16‧‧‧開口

17‧‧‧凹槽

19‧‧‧階梯

L‧‧‧長度，總長

T‧‧‧深度

β‧‧‧角度

圖1為本發明之活塞泵的一個實例；圖2為本發明之活塞泵的另一實例；圖3為本發明之活塞泵的另一實例；圖4為該活塞之截面圖；及圖5為該活塞之底面圖。

圖1為本發明之活塞泵1的示意圖。該活塞泵1具有殼體2、底座板3及佈置在殼體2中的磁線圈5或者磁線圈組。氣缸4徑向佈置在該磁線圈5的內部。可動活塞6又徑向佈置在該氣缸4的內部。該磁線圈5所產生的磁場使活塞6沿底座板3的方向運動。底座板3在其朝向活塞6的一側上具有止動件9，活塞6在磁線圈5帶電，即磁場接通的情況下，抵靠該止動件。該活塞6之朝向底座板3的一面稱作活塞底面10。用於使得活塞底面10在磁場接通的情況下與止動件9發生接觸之面稱作接觸面。

活塞彈簧7佈置在活塞6與底座板3之間。藉由彈簧座8將該活塞彈簧固定在該活塞彈簧7之朝向底座板3的一側上。活塞彈簧7可部分或完全地佈置在活塞6之內。活塞底面10具有一開口，活塞彈簧7佈置在該開口中。由於活塞運動將活塞彈簧7沿底座板3的方向插入。該磁場斷開後，活塞彈簧7再沿相反的方向擠壓活塞6。

此外，進入閥11及排出閥12佈置在氣缸4中，特別是在缸底中。藉由底座板3在該氣缸之一面上及藉由該缸底在該氣缸之另一面上對氣缸4進行限制。進入閥11及/或排出閥12可構建為膜片閥。在該活塞 泵1之實施例中，進入閥11及排出閥12佈置在氣缸4的同一側上，該入口及出口亦佈置在氣缸4的同一側上。特定言之，該入口及出口同軸設置，例如該針對出口之管路佈置在該用於入口之管路內。閥體13佈置在進入閥11及排出閥12之間。

未對燃料管路進行繪示，由於真空，透過該燃料管路將燃料藉由進入閥11自油箱吸入位於氣缸4之內的壓縮室中。藉由活塞6沿底座板3的方向之運動在氣缸或者壓縮室中產生真空。透過其他燃料管路及排出閥12將該燃料自活塞6擠壓至噴油閥。

在本實施例中，該止動件9之表面為部份15。部份15之特徵在於，其由一非磁性及/或不可磁化或者僅可弱磁化的材料構成。該部份之材料的相對磁導率μ_r例如為小於1.1，特別是小於1。較佳地，該部份之磁阻大於該磁迴路中的其他構件(如活塞6、氣缸4、殼體2及/或底座板3)。

部份15可作為薄膜或塗層(例如作為鉻層)鍍覆至止動件9的表面，或者可為表面處理(如滲氮)，或者可為隔片。部份15的厚度與所使用的材料及/或活塞泵1的尺寸有關。該部份的厚度通常在0.01mm至10mm之間。

圖2及圖3為圖1之實施例的變體方案。相同構件採用相同命名且用與圖1中相同之元件符號表示。

圖2之實施例與圖1之實施例的不同之處在於，部份15佈置在活塞底面10上。該部份由一非磁性及/或不可磁化或者僅可弱磁化的材料構成，故其磁阻(Reluktanz)特別是大於該磁迴路中的其他構件。

圖3之實施例與前兩個實施例的不同之處在於，部份15佈 置在底座板13與殼體2之間。該部份15由一非磁性及/或不可磁化或者僅可弱磁化的材料構成，故其磁阻特別是大於該磁迴路中的其他構件。在本實施例中，該部份較佳地由隔片構成。

亦可將該等實施例所列之用於部份15之位置及/或實施方案(隔片、薄膜、塗層、經處理之表面)相結合。在該不同實施例之組合體中，該處於不同位置之部份由相同或不同的材料構成。

作為補充或替代方案，活塞底面10可具有一輪廓，以便縮小該活塞底面10與止動件9之間的接觸面。優點在於，由於接觸面較小，該磁阻增大且該鐵磁性材料在磁迴路中的比例降低。兩種效應反作用於該磁迴路之剩磁及組件。如上文所述，除防止活塞6與止動件9發生磁黏之外，亦減少活塞6的磨損，或者對輸送量損失進行補償。

圖4為活塞6之截面圖，其中該活塞底面除開口16之外，還具有另一輪廓。在圖4a)中，活塞底面10具有一凸出部。在圖4b)中，活塞底面10為斜面。在兩種情況下，與該止動件的接觸面與一不含輪廓之活塞底面10相比，縮小了至少50%。

圖5顯示包含另外兩個替代性輪廓的活塞底面10。在圖5a)中，活塞底面10具有兩個凹槽17。該等凹槽相互垂直。在該實例中，該活塞底面10的接觸面相當於該不含輪廓之活塞底面10的接觸面之約2/3。該等凹槽之寬度約為活塞直徑的10%。

如圖5b)所示，該等凹槽17之寬度增大時，該剩餘之接觸面變小。在該實例中，該活塞底面10的接觸面相當於該不含輪廓之活塞底面的接觸面10之約1/3。該等凹槽之寬度約為活塞直徑的45%。

在活塞泵1的使用壽命期間，活塞底面10及其接觸面受到磨損，因此，該活塞6的行程及該活塞泵1的行程增大。該增大之行程相當於供應量的提高。如此便能在使用壽命期間對活塞6與氣缸4間的磨損及其所造成之供應量損失進行補償。

在與成型之活塞底面10結合的情況下，本發明之部份15較佳地係構建在剩餘接觸面上。

1‧‧‧活塞泵

2‧‧‧殼體

3‧‧‧底座板

4‧‧‧氣缸

5‧‧‧磁線圈

6‧‧‧活塞

7‧‧‧活塞彈簧

8‧‧‧彈簧座

9‧‧‧止動件

10‧‧‧活塞底面

11‧‧‧進入閥

12‧‧‧排出閥

13‧‧‧閥體

15‧‧‧部份

16‧‧‧開口

Claims (13)

1. 一種活塞泵(1)，特別是針對用於兩輪摩托車及/或三輪摩托車的噴射系統，該活塞泵具有殼體(2)、至少一磁線圈(5)、氣缸(4)、佈置在該氣缸(4)中的活塞(6)及具有用於該活塞(6)之止動件(9)的底座板(3)，其中該活塞(6)可因該磁線圈(5)所產生的磁場而朝該止動件(9)運動，且其中由於該磁場，可在該活塞泵(1)中形成磁迴路，其中特別是該活塞(6)、該氣缸(4)、該殼體(2)、該底座板(3)及該止動件(9)為該磁迴路的組件，其特徵在於，在該活塞(6)之止動件側逆轉點上，特別是在該活塞(6)抵靠在該止動件(9)上時，該磁迴路具有至少一具有非磁性材料，特別是相對磁導率μ_r不超過1.1之非磁性材料的部份(15)。
2. 如申請專利範圍第1項之活塞泵(1)，其特徵在於，該部份(15)由該非磁性材料構成。
3. 如申請專利範圍第1或2項之活塞泵(1)，其特徵在於，該材料呈固態聚集態。
4. 如申請專利範圍第1或2項之活塞泵(1)，其特徵在於，該部份(15)為薄膜，特別是非磁性薄膜。
5. 如申請專利範圍第1或2項之活塞泵(1)，其特徵在於，該部份(15)為塗層，特別是鉻層或滲氮層。
6. 如申請專利範圍第1或2項之活塞泵(1)，其特徵在於，該部份(15)為經處理之表面，特別是經滲氮之表面。
7. 如申請專利範圍第1或2項之活塞泵(1)，其特徵在於，該部份(15) 佈置在該活塞(6)之朝向該止動件(9)的一側上或者佈置在該止動件(9)的表面上。
8. 如申請專利範圍第1或2項之活塞泵(1)，其特徵在於，該部份(15)佈置在該活塞(6)之朝向該止動件(9)的一側上以及佈置在該活塞(6)之止動件(9)的表面上，其中該等位於該活塞底面(10)及該止動件(9)的表面上的部份(15)由相同或不同材料構成。
9. 如申請專利範圍第1或2項之活塞泵(1)，其特徵在於，該活塞之朝向該底座板(3)的端面(10)及/或該底座板(3)的止動件(9)具有一輪廓。
10. 如申請專利範圍第9項之活塞泵(1)，其特徵在於，該輪廓之深度T不小於該活塞(6)之總長L的2%以及/或者不大於該活塞(6)之總長L的10%，其中該活塞(6)之總長L為朝向該底座板(3)的端面(10)與該活塞(6)之與該端面(10)相對的端面(14)間的距離。
11. 如申請專利範圍第9項之活塞泵(1)，其特徵在於，該輪廓由至少一特別是環形或直線形的凹槽(17)構成。
12. 如申請專利範圍第11項之活塞泵(1)，其特徵在於，兩個凹槽(17)間的夾角β為0°-180°的範圍，特別是22°-90°的範圍。
13. 如申請專利範圍第9項之活塞泵(1)，其特徵在於，該輪廓由至少一特別是環形的階梯(19)或由至少一特別是沿周邊而構建的斜面構成。