(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を圧送する燃料ポンプであって、
ピストン（２）と、
環状の内側のシール座（４）及び環状の外側のシール座（５）において封止を行うダイヤフラムシール要素（３）と、
を備え、
次式：
（Ｒａ２−ｒａ２）／（ｒｉ＋Ｌ）２＝ｒａ／ｒｉ
が満たされており、ここで、
ｒｉは、前記内側のシール座（４）の内側の半径、
ｒａは、前記外側のシール座（５）の内側の半径、
Ｒａは、前記ピストン（２）の半径、
Ｌは、前記内側のシール座（４）の外側の半径（Ｒｉａ）と、前記内側のシール座（４）の前記内側の半径（ｒｉ）との間の差である、
ことを特徴とする燃料ポンプ。
【請求項２】
前記ダイヤフラムシール要素（３）は、円形の中央の圧送開口（３０）を有する、請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記ダイヤフラムシール要素（３）は、外側の保持領域（３１）と内側の封止領域（３２）とを有し、前記保持領域（３１）と前記封止領域（３２）とは、結合腕（３３）を介して互いに結合されている、請求項１又は２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記結合腕（３３）は、ばね腕である、請求項３に記載のポンプ。
【請求項５】
前記ポンプによる圧送が行われる圧送通路（６）の直径は、前記中央の圧送開口（３０）の直径より大きい、請求項２に記載のポンプ。
【請求項６】
前記内側のシール座（４）の前記内側の半径（ｒｉ）は、前記圧送通路（６）の半径に等しい、請求項５に記載のポンプ。
【請求項７】
環状の横断面を有する流入領域（７）をさらに備える、請求項１から６までのいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項８】
前記流入領域（７）の前記環状の横断面の面積は、前記内側のシール座（４）の面積（１０）と、前記外側のシール座（５）の面積（１１）との合計より大きい、請求項７に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、燃料を圧送する燃料ポンプに係り、改善された圧送挙動、特に燃料が高温である場合に、改善された圧送挙動を示す燃料ポンプに関する。
【０００２】
従来技術において、様々な構成の燃料ポンプが公知となっている。燃料ポンプにおいて特に燃料が高温であるときに生じる一群の問題は、吸い込みプロセス中に圧力降下が生じて、高温の燃料が気化してしまい、気化したガスが燃料ポンプの圧送室に流入しかねないことにある。これにより、燃料ポンプの圧送特性線が顕著に下がってしまうことがある。さらに、吸い込みプロセス中、不均一な圧力降下により、摩擦損失の上昇が生じることもあり、このことは、圧力降下を付加的にさらに増幅させてしまう。
【０００３】
発明の開示
これに対して、請求項１の特徴を有する本発明に係る燃料ポンプは、改善された圧送特性、特に燃料が高温である場合の、改善された圧送特性が可能であるという利点を有する。この場合、本発明により、一方では、より僅かな圧力降下が実現され、他方では、吸い込みプロセス中、ピストン室内のより均一な圧力降下も可能となる。これにより、特に燃料が高温である場合の燃料ポンプの挙動は、気化が回避可能であることから、大幅に改善される。これにより、燃料の温度が異なるときの圧送特性線も、できる限り一定とすることができる。このことは、本発明により、燃料ポンプがピストンとダイヤフラムシール要素とを備えることで達成される。その際、ダイヤフラムシール要素は、環状の内側のシール座及び環状の外側のシール座において封止を行う。このとき、次式：
Ｒａ２−ｒａ２／（ｒｉ＋Ｌ）２＝ｒａ／ｒｉ
が満たされている。
【０００４】
ここで、ｒｉは、内側のシール座の内側の半径、ｒａは、外側のシール座の内側の半径、Ｒａは、ピストンの半径、Ｌは、内側のシール座の外側の半径Ｒｉａと、内側のシール座の半径ｒｉとの間の差である。これにより、燃料の流入中、内側のシール座及び外側のシール座における運動プロセス時の速度が、同じ大きさであることが達成され、その結果、互いに異なる圧力状態が、内側のシール座と外側のシール座とを支配しないため、燃料の気化は起こらない。
【０００５】
従属請求項は、本発明の好ましい態様を示している。
【０００６】
燃料ポンプの特にコンパクトな構造のために、ダイヤフラムシール要素は、好ましくは、中央の円形の圧送開口を有する。圧送開口は、好ましくは、ダイヤフラムシール要素の中心に形成されている。これにより、大きな損失のない圧送を実現できる。
【０００７】
さらに好ましくは、ダイヤフラムシール要素は、外側の保持領域と中央の封止領域とを有し、保持領域と封止領域とは、複数の結合腕、特にばね腕を介して互いに結合されている。この場合、ダイヤフラムシール要素は、好ましくは環状の外側の保持領域にて固定されている。封止領域は、内側及び外側のシール座を有する。
【０００８】
本発明の別の好ましい一態様において、圧送方向でダイヤフラムシール要素の直後に配置され、燃料ポンプによる圧送が行われる圧送通路の直径は、中央の圧送開口の直径より大きい。この場合、特に好ましくは、内側のシール座の内側の半径ｒｉは、圧送通路の半径に等しい。換言すれば、好ましくは、圧送通路の外周が、内側のシール座の内側の半径を規定している。
【０００９】
本発明の別の好ましい一態様において、燃料ポンプは、環状の横断面を有する流入領域をさらに備える。これにより、比較的大きな流入領域を保証でき、吸い込みプロセス中、完全に充填するための燃料ポンプのピストンの行程を比較的小さく保てる。
【００１０】
なお、好ましくは、流入領域の環状の横断面の面積は、内側のシール座の面積と、外側のシール座の面積との合計より大きい。これにより、吸い込みプロセス中、内側及び外側のシール座の越流時の燃料の圧力降下が、両シール座においてできる限り同じ大きさであることあるいは最小化され得ることが保証される。
【００１１】
さらに本発明は、ピストンと、環状の内側のシール座及び環状の外側のシール座を有するダイヤフラムシール要素と、を備える燃料ポンプを運転する方法に関する。本発明に係る方法は、ダイヤフラムシール要素の開放時、内側のシール座における燃料の貫流速度が、外側のシール座における燃料の貫流速度に等しいように、燃料を吸い込むステップを備える。これにより、一方では、圧力降下が軽減され、他方では、内側及び外側のシール座の領域に圧力差が存在せず、その結果、気化の問題は、燃料が高温であっても生じない。
【００１２】
さらに本発明に係る方法は、特に好ましくは、ダイヤフラムシール要素が、開放プロセス時には燃料ポンプのピストンに付着したままとなるように構成されている。これにより、最大の開放横断面が達成される。
【００１３】
さらに好ましくは、ダイヤフラムシール要素は、開放プロセス時に内側のシール座及び外側のシール座から同時に持ち上がる。
【００１４】
以下に、本発明の好ましい一実施例について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の好ましい一実施例に係る燃料ポンプの概略断面図である。
【図２】図１に示したダイヤフラムシール要素の概略斜視図である。
【図３】図２に示したダイヤフラムシール要素の平面図である。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態
以下に、図１乃至３を参照しながら、本発明の好ましい一実施例に係る燃料ポンプ１について詳細に説明する。
【００１７】
燃料ポンプ１は、ピストン２を備え、ピストン２は、シリンダ８内で往復可動である。符号９は、戻し要素、本実施例では、円筒ばねを示す。
【００１８】
さらに燃料ポンプ１は、ダイヤフラムシール要素３を備え、ダイヤフラムシール要素３は、ディスク形の要素であり、その詳細を図２及び３に示す。ダイヤフラムシール要素３は、ダイヤフラムシール要素の外周に環状に形成された保持領域３１を有する。さらにダイヤフラムシール要素３は、保持領域３１により包囲された封止領域３２を有する。封止領域３２と保持領域３１との間には、保持領域３１を封止領域３２に弾性的に結合する３つのばね腕３３が形成されている。さらにダイヤフラムシール要素３の中央部には、中心に圧送開口３０が形成されている。
【００１９】
特に図１から看取可能であるように、燃料ポンプ１はさらに、環状の内側のシール座４と、環状の外側のシール座５とを備える。
【００２０】
ここで、内側のシール座４は、ダイヤフラムシール要素３とブシュ１４との間に形成されている。外側のシール座５は、ダイヤフラムシール要素３とスリーブ１５との間に形成されている。ここで、ブシュ１４は、スリーブ１５内に配置されている（図１参照）。これにより、ブシュ１４とスリーブ１５との間に環状の流入領域７が生じ、流入領域７を介して燃料が吸い込まれる。
【００２１】
その上、ブシュ１４内には、さらに１つの圧送通路６が設けられている。圧送通路６を通して、加圧された燃料が圧送される。
【００２２】
ここで、本発明に係る燃料ポンプ１は、次のように機能する。吸い込みのためにピストン２は、矢印Ａの方向にばね要素９のばね力に抗して動かされる。これにより、負圧がピストントップの領域に形成されるため、ダイヤフラムシール要素３も、矢印Ａの方向に動かされる。これによりダイヤフラムシール要素３は、内側のシール座４及び外側のシール座５から同時に持ち上がる。
【００２３】
これにより、而るに燃料は、図１に矢印Ｂで示したように、流入領域７を介して、生じた圧力室へ吸い込まれる。このとき、燃料が内側のシール座４及び外側のシール座５を流過する速度は、同じである。これにより、吸い込みプロセス中、両シール座４，５の領域において同じ圧力状態が得られる。これにより、燃料が所定の高い温度を有していても、燃料が蒸発してガスが発生することは、阻止できる。
【００２４】
上死点到達後、ピストン２の運動方向は反転し、その結果、ピストンは、再びブシュ１４に向かって戻される。これにより燃料は、ダイヤフラムシール要素３に設けられた圧送開口３０を通して、ブシュ１４に形成された円筒状の通路６内へと圧送される。このことは、図１に矢印Ｃで示した。
【００２５】
これにより、本発明において、両シール座４，５の領域における圧力降下は、軽減され得る。
【００２６】
ばね腕３３を備えてダイヤフラムシール要素３を構成したことで、ダイヤフラムシール要素３自体、所定のばね定数を有している。このばね定数は、液圧的な力によってできる限り大きな行程が引き起こされるように選択されている。このとき、特に好ましくは、ダイヤフラムシール要素３は、吸い込みプロセス中、ピストントップ２に密着している。
【００２７】
さらに燃料ポンプの構成部材は、次式：
（Ｒａ２−ｒａ２）／（ｒｉ＋Ｌ）２＝ｒａ／ｒｉ
を満たす。
【００２８】
ここで、ｒｉは、内側のシール座４の内側の半径、ｒａは、外側のシール座５の内側の半径、Ｒａは、ピストン２の半径、Ｌは、内側のシール座４の外側の半径Ｒｉａと、内側のシール座４の内側の半径ｒｉとの間の差である。
【００２９】
その際、ダイヤフラムシール要素３とブシュ１４との間の内側のシール座４における長さＬは、内側のシール座４の内側の半径ｒｉを拡大すべく、長さＬができる限り小さく構成されているように選択される（図２及び３参照）。さらに、外側のシール座５の内側の半径ｒａは、できる限り大きく選択されている。さらに、外側のシール座５の面積１１と、内側のシール座４の面積１０との合計は、環状の流入領域７の面積１３より大きい。
【００３０】
さらに、ブシュ１４内の圧送通路６の半径ＲＦは、内側のシール座４における内側の半径ｒｉに等しい。なお、圧送開口３０の面積は、圧送通路６の横断面１２の面積より小さい（図１参照）。
【００３１】
これにより、本発明は、大幅に改善された圧送特性、特に燃料が高温である場合の、大幅に改善された圧送特性を保証し得る。さらに本発明は、吸い込みプロセス中、燃料が気化してガスが発生し、不都合にピストン２に集まり、これにより燃料ポンプの圧送出力を著しく低下させてしまう事態を回避する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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