CN101046211A - 用于燃油泵的叶轮以及采用该叶轮的燃油泵 - Google Patents

Abstract

公开了一种叶轮(30、90)，其用于燃油泵(10)，并且通过在泵通道(202)中旋转燃油而增压燃油的压力，其中泵通道沿叶轮的旋转方向形成在燃油泵中。叶轮包括多个叶片槽(36)，它们沿叶轮的旋转方向彼此相邻地被形成；以及多个叶片(34)，它们沿旋转方向彼此相邻地被形成。所述多个叶片中的每个叶片将所述多个叶片槽中对应相邻的两个叶片槽彼此分开。相邻叶片夹角(θ)的最大值(θ_max)与最小值(θ_min)之差(θ_max－θ_min)设定在2.5°至4°的范围内。还公开了一种燃油泵，其包括电机单元(13)、叶轮以及壳体构件(20、22)。叶轮通过电机单元的旋转驱动力被旋转。壳体构件旋转地接收叶轮并且限定泵通道。

Description

用于燃油泵的叶轮以及采用该叶轮的燃油泵

技术领域

本发明涉及用于燃油泵的叶轮、以及采用该叶轮的燃油泵。

背景技术

在传统的燃油泵中，沿盘形叶轮的旋转方向在所述盘形叶轮上设置多个叶片槽，并且叶片分开沿叶轮的旋转方向彼此相邻的叶片槽。通过旋转叶轮，沿叶片槽形成的泵通道中的燃油的压力被增压(例如见，日本专利公开文献JP11-50990A，其对应于美国专利公开文献USP 5975843)。在这种燃油泵中，如果沿叶轮的旋转方向彼此相邻的叶片以等角度间隔被布置，则在叶轮旋转时，产生噪音(图8A)，其具有对应于(叶片的总数)×(叶轮的转速)的频率的声压的高峰值。

在日本专利公开文献JP11-50990A中，叶片槽(叶片)被布置成沿叶轮的旋转方向彼此相邻的叶片所形成的至少一部分角度(相邻叶片夹角)是不同的。结果，声压具有其峰值的频率的范围被加宽，并且声压的峰值减小(图8B)。

在叶轮旋转时，燃油反复地沿叶轮的旋转方向从前侧叶片槽流动到后侧叶片槽中，并且因而，叶轮通过将燃油旋转成涡流而增压燃油的压力。在以这种方式增压燃油的压力的叶轮的结构中，在两个相邻叶片夹角之差较大时，并且因而在由叶片沿叶轮旋转方向分开的叶片槽的两个宽度之差较大时，燃油流入叶片槽中的量与燃油流出叶片槽的量之差较大。因此，燃油的压力不可在燃油泵的泵单元中被足够地增压，其中所述泵单元通过将所述燃油旋转成涡流而增压所述燃油的压力。结果，泵单元在增压所述压力时的效率降低，泵单元的泵效率降低。在相邻叶片夹角相同时，并且因而在叶片槽沿叶轮的旋转方向的宽度相同时，泵单元的泵效率增加。然而，如上所述，由叶轮的旋转所产生的噪音的声压的峰值变得较高。

燃油泵的效率由(电机效率)×(泵效率)表示。因而，在泵效率增加时，燃油泵的效率增加。设定I(供应至燃油泵的电机单元的驱动电流)、V(施加的电压)、T(电机单元中的转矩)、N(电机单元的转速)、P(由燃油泵排出的燃油的压力)、以及Q(燃油排出速度)，电机效率是由(电机效率)＝(T×N)/(I×V)表示，并且泵效率是由(泵效率)＝(P×Q)/(T×N)表示。因而，燃油泵的效率是由(燃油泵的效率)＝(电机效率)×(泵效率)＝(P×Q)/(I×V)表示。

发明内容

本发明解决上述缺点。因而，本发明的一个目的是提供一种用于燃油泵的叶轮。所述叶轮减小噪音的声压的峰值，并且限制泵效率的降低。此外，本发明的另一目的是提供一种应用所述叶轮的燃油泵。

为了实现本发明的目的，提供了一种叶轮，其用于燃油泵，并且通过在泵通道中旋转燃油而增压燃油的压力，其中所述泵通道沿所述叶轮的旋转方向形成在所述燃油泵中。叶轮包括多个叶片槽以及多个叶片。所述多个叶片槽沿叶轮的旋转方向彼此相邻地被形成。所述多个叶片沿叶轮的旋转方向彼此相邻地被形成。所述多个叶片中的每个叶片将所述多个叶片槽中的对应相邻两个叶片槽彼此分开。相邻叶片夹角的最大值与最小值之差设定在2.5°至4°的范围内。相邻叶片夹角是这样一种角度，其围绕叶轮的旋转轴线在所述多个叶片的相邻两个叶片沿所述叶轮的旋转方向的对应端部之间形成。

为了实现本发明的目的，还提供了一种包括电机单元、所述叶轮以及壳体构件的燃油泵。所述叶轮通过电机单元的旋转驱动力被旋转。所述壳体构件旋转地接收所述叶轮，并且限定了泵通道。

附图说明

通过以下说明、权利要求书以及附图将更好理解本发明以及其附加的目的、特征以及优点，其中：

图1A是根据本发明第一实施例的、从燃油进入侧看过去的叶轮的整体视图；

图1B是图1A中所示的叶片槽附近区域的放大视图；

图2是根据第一实施例的燃油泵的剖视图；

图3A是根据第一实施例的、从燃油进入侧看过去的叶轮的叶片槽的示意图；

图3B是沿图3A中的线IIIB-IIIB的剖视图；

图4是图2中所示的泵通道的放大视图；

图5是曲线图，其示出了分散范围与声压的峰值之间的关系，以及分散范围与泵效率之间的关系；

图6是曲线图，其示出了相邻叶片夹角与泵效率之间的关系；

图7是根据本发明第二实施例的、从燃油进入侧看过去的叶轮的整体视图；

图8A是曲线图，其以规则间隔示出了叶片的声压的峰值；并且

图8B是曲线图，其以不规则的间隔示出了叶片的声压的峰值。

具体实施方式

将参看附图说明本发明的实施例。

(第一实施例)

图2示出了燃油泵10，其中采用了根据本发明第一实施例的叶轮30。燃油泵10例如是油箱内装式涡轮泵(in-tank turbinepump)，其连接至车辆的油箱内侧等。燃油泵10将油箱中的燃油供应至燃油喷射阀(未示出)。燃油泵10被设置成，其排出压力的范围包括0.25至1[MPa]，其排出速度的范围包括50至250[L/h]，并且其转速的范围包括4000至12000[rpm]。

燃油泵10包括泵单元12以及电机单元13，其中所述电机单元驱动所述泵单元12旋转。壳体14是用于泵单元12和电机单元13，并且填塞端盖16和泵壳20。

泵单元12是涡轮泵，其具有泵壳20、泵壳22以及叶轮30。泵壳22被压配到壳体14中，并且沿叶轮30的轴向被压在壳体14的台阶部分15上。泵壳20、22是壳体构件，它们旋转地接收叶轮30作为旋转构件。在泵壳20、22与叶轮30之间相应地形成C形泵通道202。

如图1A、1B所示，沿叶轮30的旋转方向在叶轮30的外周部分上形成多个叶片槽36，其中所述叶轮以盘形的方式被形成。叶片槽36沿叶轮30的周向的宽度是非均匀的。结果，叶轮36沿叶轮30的旋转方向以具有不规则间距的方式设置。沿旋转方向彼此相邻的两个叶片槽36由叶片34分开。在叶轮30根据如图2所示的转子50的旋转而与轴51一起旋转时，燃油从沿旋转方向位于前侧的、叶片槽36的径向外侧流入到泵通道202中，并且流入沿旋转方向位于后侧的、叶片槽36的径向内侧。因为燃油反复地以这种方式多次地流出和流入叶片槽36，所以燃油被旋转成涡流220(图4)，并且其压力在如图2所示的泵通道202中被增压。在叶轮30旋转时，燃油从位于泵壳20上的入口(未示出)被吸入，并且其压力通过叶轮30的旋转在泵通道202中被增压。然后，燃油由于施加的压力从位于泵壳22上的出口(未示出)被送至电机单元13侧，并且穿过永磁体40与转子50之间的燃油通道206。此后，燃油从设置在端盖16中的出口210被供应至发动机侧。设置在泵壳20中通气孔204是用于将包含在泵通道202中的燃油中的空气排出到燃油泵10的外侧。

沿转子50的旋转方向具有彼此不同的磁极的四个永久磁体40被形成为四分之一圆的圆弧形，并且沿周向安置在壳体14的内周壁上。

通过用树脂盖70覆盖转子50在叶轮30侧上的端部，减小了转子50的旋转阻力。整流器80连接至转子50的另一端部。轴51作为转子50的旋转轴线通过轴承构件24被保持，其中所述轴承构件24相应地通过端盖16和泵壳20被接收和支承。

转子50具有围绕轴51的中心孔52。轴51被压配在筒形的中心孔52中，其中所述中心孔的横截面具有六角形状。六个磁极芯54沿转子50的旋转方向围绕中心孔52布置，并且与中心孔52装配在一起。由介电树脂制成的线圈架60装配到磁极芯54的外周中，并且通过集中地围绕线圈架60的外周卷绕绕圈而形成线圈62。

每个线圈62在整流器80侧上的端部电连接至线圈端子64。线圈端子64沿转子50的旋转方向对应于每个对应线圈62所在的位置，并且与整流器80侧上的端子84适配，以形成电连接。线圈62在叶轮30侧上的另一端部电连接至线圈端子66。六个线圈端子66通过环形端子68被电连接在一起。

盒式整流器80被一体形成。在轴51被插入整流器80的通孔81中而轴51被压配到中心孔52中以将整流器80连接至转子50时，整流器80的、伸至转子50侧的每个端子84适配转子50的对应的线圈端子64，从而电连接至线圈端子64。

整流器80具有六个区段82，它们沿转子50的旋转方向布置。区段82例如是由碳形成，并且区段82通过间隙和介电树脂构件86彼此相互电绝缘。

每个区段82经由中间端子83电连接至端子84。介电树脂构件86通过注射模制的方式整合区段82(除了电刷(未示出)所滑动的表面)、中间端子83以及端子84，因而构成整流器80。在整流器80与转子50一起旋转时，每个区段82依次接触电刷。在整流器80依次而同时旋转地接触电刷时，供应至线圈62的电流被整流。永久磁体40、转子50、整流器80以及电刷(未示出)构成了直流电机。

(叶轮30)

将更加详细说明叶轮30的结构。

叶轮30是以盘形的方式通过树脂被一体成型。如图1A、1B所示，叶轮30的外周是由环形部分32围绕，并且叶片槽36形成在环形部分32的内周侧上。如图3B所示，沿叶轮30的旋转方向彼此相邻的两个叶片槽36通过V形叶片34被分开，其中所述V形叶片从叶轮30的厚度方向大致中心部沿旋转方向斜向前延伸至叶轮30的厚度方向上的两个端侧表面31。如图4所示，尽管叶片槽36的径向内侧部通过分隔壁35被分开，其中所述分隔壁从叶片槽36的径向内侧部伸向径向外侧部，但是叶片槽36沿叶轮30的旋转轴线的方向贯穿远离分隔壁35的径向外侧。从叶轮30两侧上的泵通道202沿叶轮30的旋转轴线方向流入叶片槽36中的燃油通过分隔壁35被旋转成两个涡流220，它们在叶轮30的旋转轴线方向的两侧，以彼此相反的方向旋转。

如图3A、3B所示，沿叶轮30的旋转方向位于后侧的、叶片槽36的后侧表面37的至少径向内侧部从径向内侧倾斜至径向外侧(也就是，沿旋转方向向后)。位于后侧表面37的径向内侧端部37a与径向外侧端部37b之间的直线段110沿旋转方向向后倾斜，同时直线段110相对于直线104朝向径向外侧延伸，其中所述直线104从叶轮30的半径部102上的径向内侧端部37a径向向外延伸。也就是说，后侧表面37沿旋转方向向后倾斜，同时其沿径向向外延伸。在图3A中，附图标记100表示叶轮30的旋转轴线。叶片槽36的后侧表面37的径向内侧端部37a和径向外侧端部37b沿旋转方向与叶片34的一个端部部分对正，在第一实施例中更具体地讲，相应地在该一个端部部分处与径向内侧端部34a和径向外侧端部34b对正，该端部部分沿旋转方向位于前侧。

如图1A、1B所示，在沿叶轮30的旋转方向彼此相邻的两个叶片34之间，设有两个直线104与旋转轴线100彼此相互形成的角度(相邻叶片夹角)θ，其中所述两条直线104穿过作为叶片34沿旋转方向的一个端部的对应的径向外侧端部34b，相邻叶片夹角θ的最大值θ_max与最小值θ_min之差的分散范围(θ_max-θ_min)被设定在2.5°≤分散范围≤4°的范围内。

在叶轮30旋转时，如果叶片34的相邻叶片夹角θ相同(图8A)，则具有对应于(叶片34的总数)×(叶轮30的转速)的频率的声压的高峰值的噪音产生。在叶片34的相邻叶片夹角θ的分散范围较小时，声压具有其峰值的频率范围并不被加宽，并且因而在相邻叶片夹角θ相同的情况中，声压的峰值不可被减小。然而，在叶片34的相邻叶片夹角θ的分散范围较小时，燃油流入叶片槽36中的量与燃油流出叶片槽36的量之差较小。结果，在叶轮30旋转时，燃油反复地流入和流出叶片槽36，并且增压燃油的压力的效率增加。因而，泵单元12的泵效率以及燃油泵10的效率增加。

另一方面，在叶片34的相邻叶片夹角θ的分散范围较大时，声压具有其峰值的频率范围扩展，从而减小了声压的峰值(图8B)。然而，在相邻叶片夹角θ的分散范围较大时，燃油流入叶片槽36中的量与燃油流出叶片槽36的量之差较大。因此，在叶轮30旋转时，燃油反复地流入和流出叶片槽36，并且泵单元12增压燃油的压力的效率降低。因而，泵单元12的泵效率以及燃油泵10的效率降低。

图5示出了分散范围与声压的峰值和泵效率的关系。线图300表明了分散范围与声压的峰值之间的关系，并且线图302表明了分散范围与泵效率之间的关系。如图5的特征所示，在声压的峰值等于或小于135[dB]时，并且在与叶片34的所有相邻叶片夹角θ相同(也就是，分散范围：0°)时的泵效率的最佳值相比泵效率的降低等于或小于1％时，分散范围降入2.5°≤分散范围≤4°的范围内。在这种方式中，通过将分散范围设定在2.5°≤分散范围≤4°的范围内，声压的峰值可被减小，并且泵效率的降低可被限制。

如图6中的曲线310所示，不但分散范围而且相邻叶片夹角本身的幅度影响泵效率。图6示出了在叶轮30的叶片34的所有相邻叶片夹角θ相同时相邻叶片夹角θ与泵效率之间的关系。

在相邻叶片夹角小于8°(θ＜8°)时，叶片槽36沿叶轮30的旋转方向的宽度较小，从而减小了体积。因而，被旋转成涡流220的燃油不可足够地流入叶片槽36中。因此，增加涡流220的能量是困难的。在相邻叶片夹角大于12°(θ＞12°)时，叶片槽36沿旋转方向的宽度较大，从而增加了体积。因而，很难将流入叶片槽36的燃油作为涡流220流出，并且很难增加涡流220的能量。在涡流220的能量并不增加时，增压燃油的压力的效率降低，从而泵效率降低。

与此相比，在叶轮30中，其中叶片34的所有相邻叶片夹角θ相同，在相邻叶片夹角θ设定在8°≤相邻叶片夹角θ≤12°的范围内时，泵效率从其最佳值的降低等于或小于1％(图6)。因而，甚至在叶片34的相邻叶片夹角θ在第一实施例中被设定为不规则时，通过将不规则的相邻叶片夹角θ相应地设定在8°≤相邻叶片夹角θ≤12°的范围内，泵效率从其最佳值的降低在2.5°≤分散范围≤4°的范围内等于或小于1％。

正如前述，在第一实施例中，通过将叶片34的不规则的相邻叶片夹角θ的分散范围设定在2.5°≤分散范围≤4°的范围内，其中所述叶片34沿叶轮30的旋转方向彼此相邻，由叶轮30的旋转所产生的噪音的声压的峰值可被减小，并且尽可能多地限制燃油泵10的泵单元12的泵效率的降低。

而且，在第一实施例中，叶片槽36的径向外侧部通过环形部分32被围绕，从而泵通道202并不形成在叶轮30的外周侧上。结果，燃油(沿旋转方向)的压力差并不直接作用至叶轮30的径向，其中所述燃油的压力在泵通道202中被增压，并且因而施加至叶轮30的力沿径向减小。因此，可以限制叶轮30的旋转轴线的误对正，并且从而叶轮30可以平滑地旋转。

(第二实施例)

图7示出了本发明的第二实施例。相同的附图标记被用于表示与上述第一实施例中大致相同的部件。在第二实施例中，其中采用了叶轮90的燃油泵的结构大致与第一实施例相同。

在第一实施例的叶轮30中，叶片槽36的径向外侧部由环形部分32围绕。另一方面，在第二实施例的叶轮90中，叶片槽92的径向外侧部开放。沿叶轮90的旋转方向彼此相邻的两个叶片槽92由叶片94分开。

同样在第二实施例中，叶片94的相邻叶片夹角θ和它们的分散范围相应地被设定在8°≤相邻叶片夹角≤12°、和2.5°≤分散范围≤4°的范围内。

(其它实施例)

尽管在上述实施例中分散范围以及相邻叶片夹角θ相应地设定在2.5°≤分散范围≤4°、和8°≤相邻叶片夹角≤12°的范围内，但只要分散范围是在2.5°≤分散范围≤4°的范围内，则相邻叶片夹角θ不可设定在8°≤相邻叶片夹角≤12°的范围内。

附加地，在上述实施例中，V形叶片被形成为使得，其沿叶轮的厚度方向从叶轮的中心部沿叶轮的旋转方向斜向前朝向叶轮沿厚度方向的两个端侧表面延伸。同样，叶片槽的后侧表面(第一实施例中的后侧表面37)沿旋转方向向后倾斜，同时其沿径向向外延伸。然而，只要分散范围被设定在2.5°≤分散范围≤4°的范围内，则叶片和叶片槽的形状可并不限于上述实施例中所述的那些。例如，叶片可沿叶轮的厚度方向被形成为像一个平坦的板，并且叶片槽的后侧表面可具有沿叶轮的径向延伸的形状。

另外，在上述实施例中，电刷式电机被应用作为燃油泵的电机单元。可选地，无电刷式电机可被应用于电机单元。

在这种方式中，本发明并不以任何方式限于上述实施例，并且在不脱离本发明的范围的前提下，可应用为各种不同的实施例。

本领域技术人员将容易地清楚附加的优点和改型。因而，本发明在其宽广的范围内并不限于所示和所述的特定细节、示意性设备以及示意性实例。

Claims (3)

1.一种叶轮(30、90)，其用于燃油泵(10)，并且通过在泵通道(202)中旋转燃油而增压燃油的压力，其中所述泵通道沿所述叶轮(30、90)的旋转方向形成在所述燃油泵(10)中，所述叶轮(30、90)包括：

多个叶片槽(36)，它们沿所述叶轮(30、90)的旋转方向彼此相邻地形成；以及

多个叶片(34)，它们沿所述叶轮(30、90)的旋转方向彼此相邻地形成，其中：

所述多个叶片(34)中的每个叶片将所述多个叶片槽(36)中对应的相邻两个叶片槽彼此分开；并且

相邻叶片夹角(θ)的最大值(θ_max)与最小值(θ_min)之差(θ_max-θ_min)设定在2.5°至4°的范围内，所述相邻叶片夹角(θ)是这样一种角度，其围绕所述叶轮(30、90)的旋转轴线(100)形成在所述多个叶片(34)中相邻两个叶片在叶轮(30、90)旋转方向上的对应端部(34b)之间。

2.根据权利要求1所述的叶轮(30、90)，其特征在于，每个相邻叶片夹角(θ)设定在8°至12°的范围内。

3.一种燃油泵(10)，包括：

电机单元(13)；

根据权利要求1所述的叶轮(30、90)，所述叶轮(30、90)通过所述电机单元(13)的旋转驱动力被旋转；以及

壳体构件(20、22)，其旋转地接收所述叶轮(30、90)并且限定泵通道(202)。

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