JP2002521613A - エンジン燃料ポンプ - Google Patents

エンジン燃料ポンプ

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JP2002521613A
JP2002521613A JP2000562650A JP2000562650A JP2002521613A JP 2002521613 A JP2002521613 A JP 2002521613A JP 2000562650 A JP2000562650 A JP 2000562650A JP 2000562650 A JP2000562650 A JP 2000562650A JP 2002521613 A JP2002521613 A JP 2002521613A
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fluid
fuel
pumping chamber
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マイケル、レオナルド、マッケイ
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0RBITAL ENGINE COMPANY(AUSTRALIA)PTY.LIMITED
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    • F02M37/20—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines characterised by means for preventing vapour lock
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Abstract

(57)【要約】 内部にポンプ送りチャンバ（１４）を有するポンプ本体（７）と；ポンプに流体を供給する流体供給手段と流体的に連通するように構成された入口制御手段（２３）と；ポンプからの流体供給を制御するように構成された出口制御手段（２４）と；を備え、少なくとも実質的にガス若しくは蒸気から成る流体が前記入口制御手段（２３）を介して前記ポンプ送りチャンバ（１４）に供給されるときには前記流体は前記入口制御手段（２３）の上流にポンプ送りされ、かつ少なくとも実質的に液体から成る流体が前記入口制御手段（２３）を介して前記ポンプ送りチャンバ（１４）に供給されるときには、前記流体は少なくとも実質的に前記出口制御手段（２４）を介してポンプ送りされることを特徴とする流体をポンプ送りするためのポンプ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は動力源に液体を供給するポンプに関し、より詳しくは、これには限定
されないが、内燃機関に燃料を供給する燃料ポンプに関する。この燃料ポンプは
オートバイエンジンに用いる燃料噴射装置に適用可能であるが、本発明はこの用
途を参照しながら説明される。このポンプはまた、特にポンプの呼び水が問題と
なる他の用途にも適用可能であることは理解されるべきである。
【０００２】 内燃機関の燃料噴射装置は、典型的には、噴射システムの燃料および／または
供給噴射器に燃料を供給するために燃料ポンプを必要とする。燃料ポンプへの燃
料供給が中断されるとともにポンプ内に残留する燃料が外部へポンプ送りされる
と、燃料ポンプを再び呼び水する必要がある。典型的に、燃料ポンプの上流若し
くはその内部に空気および／または燃料蒸気が存在するので、燃料ポンプを再び
呼び水する際には多くの秒数を必要とする。一般的には、燃料ポンプが適切に稼
働できるように、その前にこのガスは除去されなければならない。
【０００３】 同様の問題は、そこから燃料ポンプに燃料が供給される燃料タンク内において
、燃料ポンプにより供給されるべき燃料が高温であるときにも存在する。そのよ
うなかなり高い温度では、蒸気は典型的に燃料ポンプに向けられる燃料容積のか
なりの部分を形成しかつ構成する。この問題は「熱い燃料の取り扱い」として一
般に公知であり、燃料ポンプが適切に稼働するためには、燃料ポンプの近傍から
この燃料蒸気またはガスは除去されなければならない。
【０００４】 燃料ポンプの上流若しくはその内部にあるそのようなガス若しくは蒸気を除去
する１つの方法は燃料ポンプの下流にガスをポンプ送りすることであり、このガ
スは、例えば燃料調整器によってその後に燃料タンクに戻される。しかしながら
このシナリオにおいては、圧縮可能なガス若しくは蒸気を燃料ポンプがポンプ送
りすることは困難である。なぜなら、そのようなガスまたは蒸気は、その場所か
ら移動することなしに単に圧縮されかつ膨張する傾向があるからである。このこ
とは、燃料噴射装置を燃料に供給する前にポンプからガスを移動させるために、
かなりの時間がかかることにつながる。さらに、そのようなポンプにおいては、
ポンプ下流のかなり高い背圧に抗して空気をポンプ送りするために充分な圧縮比
を達成することが困難である。そのような背圧は、例えば下流のプレッシャレギ
ュレータによってもたらされる。特に米国特許第４，９３４，３２９号に開示さ
れている本願出願人による二流体燃料噴射装置においては、普通のマニホールド
射出システムが単に３８０ｋＰａまたはその付近の圧力を呈するのに対して、７
５０ｋＰａの範囲の絶対下流圧力を呈するため、この問題はより大きなものとな
る。なお、上記米国特許の内容はこの参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００５】 一つの可能な解決策は、ガス若しくは蒸気の燃料ポンプ下流へのポンプ送りを
より効果的に容易なものとする、より高い圧縮比を有するポンプを使用すること
である。しかしながら、単純で低コストな燃料装置および／またはエンジンにお
いては、燃料ポンプに望まれる低コストな製造を達成するという観点から、その
ようにするのは問題である。更なる問題は、必要な高圧縮比を有する市販のポン
プの所要動力が、一般的には、例えばオートバイ若しくはスクータのように単純
で低コストなエンジンにとってはあまりに高いことである。
【０００６】 したがって本発明の目的は、燃料供給の中断若しくは燃料の枯渇による中断の
後に、公知の燃料ポンプよりも短い時間内に再び呼び水可能な、とりわけ比較的
高い圧力が求められるポンプ、特に燃料ポンプを提供することにある。
【０００７】 本発明の更なる目的は、熱い燃料を処理する良好な能力を有したポンプ、特に
燃料ポンプを提供することにある。
【０００８】 このことを考慮して、内部にポンプ送りチャンバを有するポンプ本体と；ポン
プに流体を供給する流体供給手段と流体的に連通するように構成された入口制御
手段と；ポンプからの流体供給を制御するように構成された出口制御手段と；を
備え、少なくとも実質的にガス若しくは蒸気から成る流体が入口制御手段を介し
てポンプ送りチャンバに供給されるときには、流体が入口制御手段の上流にポン
プ送りされ、かつ少なくとも実質的に液体から成る流体が入口制御手段を介して
ポンプ送りチャンバに供給されるときには、流体は少なくとも実質的に出口制御
手段を介してポンプ送りされることを特徴とする、流体をポンプ送りするための
ポンプが提供される。
【０００９】 好ましくは、このポンプは燃料供給手段から燃料を受け取るとともに出口制御
手段を介して燃料をポンプ送りするように構成された燃料ポンプである。さらに
このポンプは、定常状態での作動の間に連続的に蒸気を排除する能力を有した、
良好な「熱い燃料の取り扱い」の能力を有する。
【００１０】 本発明によるポンプは、ポンプ送りされるべき流体の本質的な要素としてガス
が入口制御手段に現れたときには、典型的には空気または蒸気の形態のガスをポ
ンプの下流にポンプ送りしないように設計される。その代わりに、ポンプに流入
するかなりのガス成分を含むそのようないかなる流体も、入口制御手段を介して
流体若しくは燃料供給手段の方に戻される。以下に言及するように、ポンプ送り
チャンバ内に流入する流体内のガス成分は、もはやガスが流体の本質的な成分を
形成しなくなるまで徐々に減少する。このことは、ポンプ送りチャンバ内の有効
圧縮比が出口制御手段の下流の背圧に打ち勝つのに十分なときに達成される。ま
さにこの瞬間に、ポンプ送りチャンバ内の流体は出口制御手段を介してポンプ送
りされる。この流体は実質的には液体であるが、特定の状況下では、その内部に
低い割合、典型的に体積比で５％若しくはそれ以下のガス成分を含み得る。
【００１１】 従って、本発明のポンプは、効果的に自ら呼び水を行うとともに、少なくとも
実質的に液体だけが出口制御手段を介してポンプ送りされるようにいかなるガス
をも流体から分離する。このことは、ポンプの再呼び水時間を短縮できることを
意味し、内燃機関の燃料ポンプに適用されるときには、ポンプ送りチャンバ内に
ある空気ではなく液体によって高い十分な有効圧縮比をもたらし、ポンプ下流の
高い背圧に抗したポンプ送りを可能とする。
【００１２】 入口制御手段は、ポンプ送りチャンバへの、そしてポンプ送りチャンバからの
燃料および／またはガスの流れを制御するための入口制御部材を備える。入口制
御部材は、その一端に入口ポートを有するとともにその反対側の端部に端部スト
ッパ面を有した入口孔の内部に収容される。入口制御部材は、入口孔の内部にお
いて、孔の入口ポートと端部ストッパ面との間で自由に移動可能である。少なく
とも一つの入口排出流路が入口孔の端部ストッパ表面とポンプ送りチャンバとの
間に延在し、入口孔およびポンプ送りチャンバへのおよび入口孔およびポンプ送
りチャンバからの流体の流れを可能とする。この排出流路は、入口制御部材が端
部ストッパ表面に当接したときにこの流路を介した流体流れが未だ生じるように
、入口制御部材の中心位置に対してオフセットされる。
【００１３】 入口制御部材はその形状が球形であり、かつ入口ポートには、その上に入口制
御部材が当接して入口ポートを閉じて入口孔を介した流体流れを遮断するための
バルブシートが設けられる。しかしながら、入口制御部材の他の形状もまた想像
し得ることは理解されるべきである。例えば、入口制御部材はそれに代えて円板
状でもよい。
【００１４】 所定のクリアランスが、入口孔の内壁と入口制御部材の間に設けられる。さら
に、入口孔の内部における入口制御部材には所定の軸線方向の移動すなわち「ス
トローク（行程）」が許される。このクリアランスおよびストロークは入口制御
部材の直径の関数であり、かつこの関数が入口制御手段の本発明に従う作動をも
たらす。１つの好ましい実施例によれば、直径方向に関するクリアランスは入口
制御部材の直径の１０分の１に等しい。
【００１５】 入口フィルタースクリーンが、入口制御手段の入口ダクトの内部で入口ポート
の上流および燃料供給手段の下流に設けられる。
【００１６】 本発明のポンプは、出口制御手段を介してポンプ送りされる流体を所望の供給
先に供給するための流体排出手段をさらに備える。出口制御手段は、ポンプ送り
チャンバからの流体の流れを制御するための、ポンプ送りチャンバ内の圧力に応
答するチェックバルブ手段を有する。
【００１７】 本発明のポンプは、ポンプ送りチャンバ内に配置されるピストンを備える。こ
のピストンは偏心取り付けされたカムによって作動させられる。ベアリング手段
が、ピストンの一端と係合するためにカムの回りに設けられる。このベアリング
手段は、ピストン上に支持されるか若しくはピストンと一体なフォロワ上に、例
えば摺動ベアリングの形で設けられる。偏心カムは、電動モータによって駆動さ
れる。これに対して、ピストンはエンジン運転変数に応答するリニアアクチュエ
ータによって駆動される。
【００１８】 従来のローラセルタイプ燃料ポンプと比較すると、上記した構造は、ポンプ内
における高圧領域と低圧領域との間のより少ないポンプ漏れに起因して必要とす
る動力がより少ない電動ポンプを利用する。このことは、本発明の燃料ポンプが
、スクータおよび他の小さいエンジンにより効果的に用いられることを可能とす
る。
【００１９】 このポンプが燃料ポンプである場合は、流体供給手段は燃料リザーバであり、
かつ上流供給管路がこの燃料リザーバに対する入口ダクトを介して入口制御手段
に連結する。上流供給管路は、燃料リザーバの内部に直接沈められるか、若しく
は燃料ポンプのすぐ上に配置された燃料リザーバに接続されたホースを有する。
好ましくは、燃料ポンプは燃料リザーバの内部に完全に沈められ、上流燃料供給
管路から燃料を取り出す。燃料ポンプは引き続いて流体排出手段を介し、高圧燃
料を燃料リザーバの外部に配置された下流燃料供給回路に供給する。
【００２０】 入口孔の内部における入口制御部材の位置に応じ、入口ポートは選択的に開閉
され、燃料およびガスが入口ポートおよび入口排出流路を介してポンプ送りチャ
ンバに通過することを可能とする。入口制御部材の軸線方向の行程、質量および
直径は、入口孔内におけるクリアランスと共に、ポンプ送りチャンバ内の圧力お
よび容積状態の結果として発生する選択された流体速度に対する入口制御部材の
選択された応答を定める。
【００２１】 その結果、例えば空気または蒸気を含んだ燃料のようなより低い平均比重およ
び粘度を有した流体は、入口制御部材、入口ポートおよび入口フィルタスクリー
ンを通過して燃料ポンプの上流に高い速度で排出される。入口制御手段を介して
ポンプ送りされる流体の速度は、流体内の液体に対するガスの分量に依存する。
一般的に、流体中のガス成分が徐々に減少すると、この流体はポンプ送りされる
際により大きな速度で入口制御部材を通過する。流体のこの速度は典型的に、空
気若しくは蒸気が浮力のみによってポンプ送りチャンバから離れる方向に通過す
ることを一般的に妨げる入口フィルタスクリーン表面の表面張力に打ち勝つのに
十分である。
【００２２】 空気および蒸気が入口フィルタスクリーンを介して上流に通過することが保証
されるように入口ポートを通過する最小限の排出速度を与えるために、一方では
入口ポートに対する入口フィルタスクリーンの軸線方向の接近度が、また他方で
は入口ポートの孔寸法が、１サイクルの間にポンプ送りチャンバ内の１ストロー
ク当たりの排出容積に関連づけて選択される。それによって、浮力および気泡合
体力がそのような空気および蒸気に作用して入口ダクトから除去するように、混
入空気および蒸気は入口ダクトの低速度領域に排出される。そのような蒸気およ
びガスは、浮力および入口ダクト内の下流方向における燃料の速度の欠如によっ
て燃料リザーバ内の燃料に戻るが、そのような速度は、通常の恒常的な作動の間
にモータおよびポンプ送りチャンバによってもたらされる液体のポンプ送りの平
均量に対する入口ダクトの直径によって選択される。
【００２３】 上記とは反対に、混入空気若しくは燃料蒸気の百分率が大きくない流体が燃料
ポンプのポンプ送りチャンバ内に吸い込まれたときには、ポンプ送りチャンバ内
の有効圧縮比は、出口制御手段のチェックバルブ手段および出口制御手段の下流
の背圧に打ち勝つには充分である。したがって、主に液体がポンプ送りチャンバ
内にあるときには、ポンプはこの液体、典型的には燃料を出口制御手段を介して
液体排出手段に効果的にポンプ送りすることができる。
【００２４】 上述したような入口孔内における入口制御部材の実際の動作は、ポンプ送りチ
ャンバによって創り出される周期的な容積流れの状態に対する、入口制御手段を
通過する流体の比重および粘度の関数である。燃料ポンプが作動する間、特に容
積において実質的にはガスである流体がポンプ送りチャンバ内にあるときには、
入口制御部材は入口孔を通過する流体の流れの方向の周期的な変化によって入口
孔内で「振動」する。この振動の位相および振幅は、入口制御部材の周りを通過
する流体の比重および粘度の関数として変化する。流体の流れ方向のこの周期的
な変化は、そのポンプ送り行程および戻り行程を動作するピストンに起因し、し
たがってポンプ送りチャンバ内の容積および圧力を周期的に変化させる。
【００２５】 ポンプ送りチャンバ内の流体が少なくとも実質的にはガスであるときには、入
口制御部材の振動は、入口孔を通過する流体の方向変化の周波数に対して実質的
に「位相を異に」する。その結果、出口制御手段のチェックバルブは閉じたまま
となり、ポンプ送りチャンバを出入りする液体に混入したガス／蒸気は制御部材
および入口ポートを通過する。液体内に混入したガスおよび／または蒸気がポン
プ送りチャンバと上流入口ダクトとの間で強制的に行き来されられるので、入口
ダクト内における比較的低い下流流体速度に抗して浮力によって上昇するに十分
な大きい気泡に合体できるように、蒸気若しくはガスのいくらかは入口ポートの
上流箇所に十分に除去される。このガスまたは蒸気は、ポンプ送りチャンバおよ
び入口孔内の液体により取って代わられる。従って、流体内に存在するガスまた
は蒸気は、ポンプ送りチャンバおよび入口孔内の比較的高い速度の流体から効果
的に分離される。このことは、ポンプ送りチャンバ内の液体の量が最終的に充分
となって出口制御手段を介したポンプ送りのための有効圧縮比が生じるように、
ポンプ送りチャンバ内の流体内の容積におけるガス成分がもはや大部分でなくな
る点に減少するまで生じ続ける。
【００２６】 この作動の呼び水段階が生じているときには、流体の平均比重および粘度が増
加するに連れて入口制御部材の振動の位相が次第に変化し、流体動きの位相によ
り近づく。流体が少なくとも実質的には液体のときには、入口ポートが入口制御
部材によって選択的に遮断されるように、入口制御部材は一般的に排出流路を介
した流体流れと同じ位相で動く。流体は、したがって入口ダクトおよび燃料リザ
ーバに戻ることが妨げられ、その代わりに出口制御手段のチェックバルブを変位
させることができるようになってポンプの下流にポンプ送りされる。ポンプ送り
チャンバ内の流体内に未だ小さな割合のガス成分が存在するにもかかわらず、ポ
ンプ送りチャンバ内の有効圧縮比が出口制御手段を介したポンプ送りを生じさせ
るようなものであるので、このポンプは、ある状況下ではこの小さな割合のガス
成分を液体と共に出口制御手段を介して供給することができる。しかしながら、
ほとんどの状況下では、それによって液体燃料だけが供給されるように、流体か
らは一般的にポンプの作動によって全てのガスが除去される。
【００２７】 本発明による燃料ポンプの１つの可能な構造を図示する添付の図面を参照する
ことにより本発明をさらに説明することが便利である。本発明の他の構造が可能
であり、その結果として添付図面の特殊性が本発明の上記の説明の普遍性を破棄
するものとして理解されることはない。
【００２８】 まず最初に図１を参照すると、燃料ポンプは、その内部にピストン５が配置さ
れているポンプ本体７を有している。ピストン５は、偏心して取り付けられたカ
ム２によってその動きが駆動され、このカム２は電気モータ１によって駆動され
る。カム２上には摺動ベアリング３が支持され、かつピストン５の一端に支持さ
れた従動部材４が摺動ベアリング３のアウタレース２２と係合している。従動部
材４がアウタレース２２と実質的に常に接触するように、ばね６が従動部材４を
アウタレース２２に付勢している。ピストン５は、それからカム２の回転によっ
て双方向の動きのために駆動される。ピストン５の他端は、ポンプ本体７内に設
けられたポンプ送りチャンバ１４内に配置されている。ポンプ送りチャンバ１４
への流体供給は入口制御手段２３によって制御され、かつポンプ送りチャンバ１
４からポンプ送りされる流体は出口制御手段２４を介して供給される。
【００２９】 入口制御手段２３は、燃料ポンプに燃料を供給する燃料リザーバ（図示せず）
と流体的に連通する入口ダクト８を有している。入口ダクト８の一端には、その
内部に入口制御部材１５が配置された入口孔２０が設けられている。入口孔２０
のポンプ送りチャンバ１４から遠い側の一端には入口ポート１０が設けられ、入
口孔２０の反対側の端部には端部ストッパ面１９が設けられている。入口ポート
１０には封止用弁座１８が設けられ、入口制御部材１５がこの封止用弁座１８に
接して入口ポート１０を通過する流体の流れを遮断するようにしている。少なく
とも一つの入口吐出流路１１がポンプ送りチャンバ１４と入口孔２０との間に設
けられ、入口孔２０とポンプ送りチャンバ１４との間で流体が移動するようにし
ている。入口フィルタスクリーン２１が入口１０の上流に、典型的には入口ダク
ト８の内部に設けられている。
【００３０】 入口制御部材１５はその形状が球形であり、かつ入口孔２０の内部で自由に移
動可能である。入口制御部材１５の質量、入口制御部材１５と入口孔２０との間
の隙間および入口制御部材１５の実際の行程は、ポンプ送りチャンバ１４によっ
て供給される周期的な容積流量の変化が選択された値であるときに、入口制御手
段２３が前述したとおりに動作するように入口制御部材１５の直径に関連して選
択される。
【００３１】 吐出移送流路１２がポンプ送りチャンバ１４と出口制御手段２４との間に設け
られている。出口制御手段２４は、吐出ポート１３を介した流体の流れを制御す
るために吐出ポート１３およびチェック弁１６を有している。出口制御手段は、
下流の燃料供給回路（図示せず）に接続される吐出ダクト１７を有している。
【００３２】 図２ａおよび図２ｂは、ポンプ送りされる流体が少なくとも主として液体であ
るときに、ピストンがそれぞれ吸引ストロークおよびポンプ送りストロークにあ
るときの入口制御手段２３の作動を示している。図３ａおよび図３ｂは同様に、
ピストンがそれぞれ吸引ストロークおよびポンプ送りストロークにある間の入口
制御手段２３の作動を示しているが、ポンプ送りされる流体は少なくとも主とし
てガスおよび／または蒸気である。図２ａから図３ｂにおける各矢印は、各状態
における流体の全般的な流れの方向を示している。
【００３３】 上述した燃料ポンプは以下の様に動作する。 ・ 主にガスおよび／または蒸気からなる流体がポンプ送りチャンバ１４に供給
される場合は、図３ｂに示すようにピストン５の動作は主にガスからなる流体の
入口ポート１０を介した排出戻りを生じさせる。これは、入口制御部材１５がポ
ンプ送りチャンバを１４に出入りする流体と位相を異にして振動させられるから
である。 ・ ポンプ送りチャンバ１４内に供給される流体内の液体の量が増加すると、流
体は入口ポート１０を介して排出戻りさせられ続ける。流体はしかしながらダク
ト８に沿ってさらに排出され、その結果流体のほとんど若しくは全てのガス成分
が浮力によって燃料リザーバに戻る。 ・ ポンプ送りチャンバ１４に供給される流体が主として若しくは完全に液体に
なると、その流体は、図２ｂに示されるように吐出制御手段２４を介してポンプ
送りチャンバ１４からポンプ送りされる。これは入口制御部材１５が全般的に入
口２０を通過する流体と位相を同じくして振動するからである。
【００３４】 以下の４つの比率「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」および「Ｄ」は、１０〜１００ヘル
ツの範囲の周波数の正弦波作動に等しい容積率でポンプ送りチャンバ１４が周期
的に作動すると仮定する場合に、ポンプ送りする流体の比重が０．５と１との間
にあるときのポンプの作動パラメータを付随的に定義する。この点に関しては、
ガソリンが約０．７の典型的な比重を有する点に留意する必要がある。さらに、
ポンプ送りチャンバ１４が正弦波的にかつ連続的に作動する必要がない点に留意
する必要がある。むしろ、ポンプ送りチャンバ１４の容積の典型的な変化率は、
上述した機能のパラメータである。
【００３５】 （Ａ）１ストローク当たりの周期的なポンプ送り容積に対する入口制御部材１５
の大きさ
【００３６】 ポンプ送りチャンバ１４の１ストローク当たりの体積変化は、最小から最大若
しくは最大から最小のときにそれぞれ、対応する１ストロークにおいて入口制御
部材１５が制限位置間で変位して押しのける理論上の容積に対し、典型的に２０
対１の比率である。すなわち、ポンプ送りチャンバ１４内でポンプ送りされる流
体容積の周期的な変化は、対応するストロークの間に入口制御部材１５によって
押しのけられる理論上の容積の２０倍である。したがって、典型的な比率は２０
対１である。しかしながらこの比率は、例えば５〜５０の限界間で変化し、最適
な値はこれらの値の中間にある。付随的に、入口制御部材１５の回りの隙間は、
以下の段落において概説される通りである。
【００３７】 （Ｂ）入口制御部材１５の回りの隙間
【００３８】 流体の流れ方向に対して垂直に現れる入口制御部材１５の投影面積は、入口制
御部材１５の回りの隙間によって現わされる流れの投影面積に対して典型的に５
対１である。すなわち、比は典型的に５である。しかしながらこの比率は２〜２
０の範囲で変化することができ、最適な値は約５である。
【００３９】 留意すべきことは、面積の比率が他の機能的な入口制御部材１５および入口ポ
ート１０に結びつく幾何学的な配置の範囲を受け入れることである。すなわち、
入口制御部材１５が円形であることは厳密には必要でない。しかしながら、円形
の部材にとっては以下のことが重要である。
【００４０】 面積よりむしろ直線的な寸法に関して言及すると、環状隙間の直径を定める円
形の入口孔２０内における円形の入口制御部材１５の特定の場合は、直径隙間に
対する入口制御部材１５の直径の比率は典型的に１０である。しかしながらこの
比率は５と５０との間で変化することができ、最適な比率は約１０である。
【００４１】 （Ｃ） 入口制御部材の質量
【００４２】 入口制御部材１５の質量は、ポンプ送りチャンバ１４へおよびポンプ送りチャ
ンバ１４から液体が移動するときに、この部材が実質的に流れに反応して流れの
方向に同期するようなものでなければならない。流体が実質的にガスまたは蒸気
であるときには、入口制御部材１５の慣性は、運転サイクルの間の少なくとも一
部の時間において流れに抵抗するために十分に大きくかつ流れ方向と同期しない
ようなものでなければならない。
【００４３】 流体が実質的に液体である通常の作動の間には、入口制御部材１５を動かそう
とする圧力比は、入口１０および端部ストッパ１９によって定められる軸線方向
の制限位置間において入口制御部材１５に加速度を与えるために必要な慣性力と
同じでなければならない。このことは、ポンプ送りチャンバの選択された体積に
関連する。一方、ポンプの体積効率は低いである。
【００４４】 慣性力に対する圧力の比率は、典型的には「２」が選択される。しかしながら
、この比率は例えば０．５〜５との間で変化させることができる。
【００４５】 この要件は、主要な変数と関連する算術式として表すことによってより明白に
詳細に定めることができる。これは、ポンプ送りチャンバ１４が５０ヘルツで周
期的に作動す条件のためのものである。この式は、形状が球形の入口制御部材に
のみ関するが、入口制御部材のその他幾何学的な形状、例えば円柱状の部材、例
えば円柱状、円板若しくはスプール形にこの式を関連させることは数学に熟練し
た者にとっては明白である。
【００４６】 キログラム／立方メートルを単位とする球形の入口制御部材１５の密度は、メ
ートルを単位とする球の直径の逆数の２５倍が典型的に選択される。 ρ＝２５／ｄ
【００４７】 この式に表された球形形状のための概念上の密度要件を満足させる質量を達成
するために、入口制御部材の形状を変更し得ることは理解されるべきである。
【００４８】 空気若しくは蒸気が浮力によって流体から分離されるために、次の段落におい
て概説される以下の事柄が付随的にあてはまる。
【００４９】 （Ｄ）入口ダクトの面積
【００５０】 入口ダクト８の有効断面は、ポンプの入口において空気または蒸気の泡に影響
を及ぼす浮力が、ポンプ入口制御手段２３内への流体の伴出流れによる粘性およ
び他の対抗力に打ち勝つことができるように、十分に大きくなければならない。
入口ダクト８における流体の速度は、浮力の作用によって上昇する平均サイズの
泡の速度未満でなければならない。
【００５１】 実質的な条件においては、表面張力の効果を考えると、無次元の比率を与える
ことはむずかしい。典型的に入口ダクト８の直径は、いかに小さくとも、任意の
燃料ポンプにおいて５ミリメートルより大きい。より最適な値は８ミリメートル
の直径である。
【００５２】 典型的に、入口制御部材１５の上述した投影断面積に対する入口ダクト８の断
面積の比率は５：１である。すなわち、典型的な比率は５である。しかしながら
、比が２〜１０のレンジの範囲内で、例えばあることができる。典型的な値は５
である。
【００５３】 上述した４組の比率「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」および「Ｄ」は、入口制御手段２
３が所望の方法で作動することを可能とするように決定される。すなわち、主に
ガスおよび／または蒸気から成る流体がポンプ送りチャンバ１４内にあるときに
は、ガス／蒸気をポンプから効果的に追放するために、入口制御部材１５はポン
プ送りチャンバに出入りする流体とは位相を異ならせて振動する。しかしながら
、主に液体から成る流体がポンプ送りチャンバ１４内にある場合は、入口制御部
材１５はポンプ送りチャンバを出入りする流体と同じ位相で振動し、ポンプが効
果的に作動し吐出制御手段を介して液体をポンプ送りすることを許容する。
【００５４】 入口制御手段の効果的な設計はしたがって、良好な呼び水および「熱い燃料の
処理」の能力をポンプに与える。
【００５５】 上記の説明は例証だけを目的として与えられており、かつ本発明から逸脱する
ことなく修正および変形をなし得ることは当業者によって理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の燃料ポンプの断面図。
【図２ａ】 ポンプ送りされる流体が少なくとも主として液体であるときの作動を示す、図１
の燃料 ポンプの入口制御手段の詳細な断面図。
【図２ｂ】 ポンプ送りされる流体が少なくとも主として液体であるときの作動を示す、図１
の燃料 ポンプの入口制御手段の詳細な断面図。
【図３ａ】 ポンプ送りされる流体が少なくとも主としてガスおよび／または蒸気であると
きの作 動を示す、図１の燃料ポンプの入口制御手段の入口制御手段の詳細な断面図。
【図３ｂ】 ポンプ送りされる流体が少なくとも主としてガスおよび／または蒸気であると
きの作動を示す、図１の燃料ポンプの入口制御手段の入口制御手段の詳細な断面
図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ (72)発明者 マイケル、レオナルド、マッケイ オーストラリア連邦ウェスターン、オース トラリア州、カーディンヤ、リリー、ロー ド、86 Ｆターム(参考） 3H071 AA07 BB01 CC42 DD12 DD14 DD32 3H075 AA03 BB03 CC40 DA09 DA20

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体をポンプ送りするためのポンプにおいて、 その内部にポンプ送りチャンバを有するポンプ本体と、 前記ポンプに流体を供給する流体供給手段と流体連通するように構成された入
    口制御手段と、 前記ポンプからの流体供給を制御するように構成された出口制御手段と、 を備え、 少なくとも実質的にガス若しくは蒸気から成る流体が前記入口制御手段を介し
    て前記ポンプ送りチャンバに供給されるときには、前記流体は前記入口制御手段
    の上流にポンプ送りされ、 少なくとも実質的に液体から成る流体が前記入口制御手段を介して前記ポンプ
    送りチャンバに供給されるときには、前記流体は少なくとも実質的に前記出口制
    御手段を介してポンプ送りされることを特徴とする、ポンプ。
  2. 【請求項２】 前記ポンプが、燃料供給手段から燃料を受け取るとともに前記出口制御手段を
    介して燃料をポンプ送りするように構成された燃料ポンプであることを特徴とす
    る、請求項１に記載のポンプ。
  3. 【請求項３】 ポンプの定常状態における作動の間に連続的に蒸気を排除するように構成され
    ていることを特徴とする、請求項１または２に記載のポンプ。
  4. 【請求項４】 前記入口制御手段は、前記ポンプ送りチャンバへのおよび前記ポンプ送りチャ
    ンバからの燃料および／またはガスの流れを制御するための入口制御部材を有す
    ることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のポンプ。
  5. 【請求項５】 前記入口制御部材は、その一端に入口ポートを有するとともにその反対側の端
    部に端部ストッパ面を有した入口孔内に収容され、 前記入口制御部材は、前記入口孔内において前記入口孔の前記入口ポートと前
    記端部ストッパ面との間で自由に移動可能であることを特徴とする、請求項４に
    記載のポンプ。
  6. 【請求項６】 少なくとも一つの入口排出流路が前記入口孔の端部ストッパ面と前記ポンプ送
    りチャンバとの間に延在し、前記入口排出通路は前記入口孔および前記ポンプ送
    りチャンバへの流体の流れおよび前記入口孔および前記ポンプ送りチャンバから
    の流体の流れを許容することを特徴とする、請求項５に記載のポンプ。
  7. 【請求項７】 前記少なくとも一つの入口排出流路が前記入口制御部材の中心位置に対してオ
    フセットされており、前記入口制御部材が前記端部ストッパ面に当接していると
    きにも前記少なくとも一つの入口排出流路を介して流れが生じることを特徴とす
    る、請求項６に記載のポンプ。
  8. 【請求項８】 前記入口制御部材の形状が球状であり、 前記入口ポートにはバルブシートが設けられており、このバルブシート上に前
    記入口制御部材が当接させることにより前記入口ポートを閉鎖し、前記入口孔を
    介した流体の流れを防止できるように構成されたことを特徴とする、請求項５乃
    至７のいずれか一項に記載のポンプ。
  9. 【請求項９】 少なくとも主にガスおよび／または蒸気の流体が前記ポンプ送りチャンバに供
    給されるときには、前記入口制御部材は、前記ポンプ送りチャンバ内への流体の
    流れおよびポンプ送りチャンバ内からの流体の流れとは実質的に位相を異にして
    振動し、 少なくとも主に液体の流体が前記ポンプ送りチャンバに供給されるときには、
    前記入口制御部材は、前記ポンプ送りチャンバ内への流体の流れおよび前記ポン
    プ送りチャンバ内からの流体の流れと実質的に同じ位相で振動することを特徴と
    する、請求項５乃至８のいずれか一項に記載のポンプ。
  10. 【請求項１０】 前記入口孔の内壁と前記入口制御部材との間に所定のクリアランスが与えられ
    るとともに、前記入口孔内の前記入口制御部材には軸線方向の所定のストローク
    が与えられ、前記クリアランスおよび前記ストロークが前記入口制御部材の直径
    の関数であることを特徴とする、請求項５乃至９のいずれか一項に記載のポンプ
    。
  11. 【請求項１１】 直径方向に関する前記クリアランスが前記入口制御部材の直径の１０分の１に
    等しいことを特徴とする、請求項１０に記載のポンプ。
  12. 【請求項１２】 １ストローク当たりの前記ポンプ送りチャンバ内の容積変化の、対応する１ス
    トローク当たりの規制位置間における移動において前記入口制御部材が押しのけ
    る理論的な容積に対する比率が、約２０対１であることを特徴とする、請求項５
    乃至１１のいずれか一項に記載のポンプ。
  13. 【請求項１３】 前記流体の流れによって前記入口制御部材に負荷される圧力の、その制限位置
    間で前記部材を動かすために前記入口制御部材に負荷されるべき必要な慣性力と
    の比率が、０．５〜５であることを特徴とする、請求項５乃至１２のいずれか一
    項に記載のポンプ。
  14. 【請求項１４】 前記比率が約２であることを特徴とする、請求項１３に記載のポンプ。
  15. 【請求項１５】 前記入口制御部材の投影面積に対する入口ダクトの断面積の比率が２〜１０の
    間にあることを特徴とする、請求項５乃至１４のいずれか一項に記載のポンプ。
  16. 【請求項１６】 前記比率が約５であることを特徴とする、請求項１５に記載のポンプ。
  17. 【請求項１７】 入口フィルタースクリーンが、前記入口ポートの上流および前記燃料供給手段
    の下流において前記入口ダクト内に設けられていることを特徴とする、請求項５
    乃至１６のいずれか一項に記載のポンプ。
  18. 【請求項１８】 前記燃料ポンプは、所望の供給先に前記出口制御手段を介してポンプ送りされ
    る燃料を供給するための流体排出手段をさらに備えていることを特徴とする、請
    求項１乃至１７のいずれか一項に記載のポンプ。
  19. 【請求項１９】 前記出口制御手段は、前記ポンプ送りチャンバからの燃料の流れを制御するた
    めの前記ポンプ送りチャンバ内の圧力に応答するチェックバルブ手段を有するこ
    とを特徴とする、請求項１８に記載のポンプ。
  20. 【請求項２０】 前記ポンプ送りチャンバ内に配置されるピストンをさらに備え、前記ピストン
    は偏心取り付けされたカムによって作動させられることを特徴とする、請求項１
    乃至１９のいずれか一項に記載のポンプ。
  21. 【請求項２１】 前記ピストンの一端と係合するベアリング手段が前記カムの周りに設けられる
    ことを特徴とする、請求項２０に記載のポンプ。
  22. 【請求項２２】 前記ベアリング手段は、前記ピストン上に支持されるか若しくは前記ピストン
    と一体のフォロワ上での摺動ベアリングであることを特徴とする、請求項２１に
    記載のポンプ。
  23. 【請求項２３】 前記燃料供給手段が燃料リザーバであり、かつこの燃料リザーバへの入口ダク
    トを介して上流供給管路が前記入口制御手段に連結することを特徴とする、請求
    項１乃至２２のいずれか一項に記載のポンプ。
  24. 【請求項２４】 前記上流供給管路は、前記燃料リザーバ内に直接沈められることを特徴とする
    、請求項２３に記載のポンプ。
  25. 【請求項２５】 前記上流管路は、前記燃料ポンプのすぐ上に配置された燃料リザーバに接続さ
    れているホース内に含まれることを特徴とする、請求項２３に記載のポンプ。
  26. 【請求項２６】 前記流体排出手段を介して前記燃料リザーバの外部に配置された下流燃料供給
    路に高圧の燃料を供給するように、前記燃料リザーバで完全に沈められるととも
    に、前記上流燃料供給管路から燃料を取り出すことを特徴とする、請求項２３に
    記載のポンプ。
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