CN102235277A - 燃料供给装置 - Google Patents

Abstract

一种能减少零件数并能实现小型化的燃料供给装置，包括：设于电动机室侧外壳(6)的电动机(4)；以及设于泵装置室(3)内的泵装置(5)，泵装置(5)具有汽缸(20)和活塞(23)，利用固定于电动机(4)的转子(9)的轴(17)的旋转斜板(22)使活塞(23)往复运动，从而将燃料从吸入口(13)吸入泵装置室(3)内，并将其从排出口(14)排出，在电动机(4)的转子(9)的轴(17)上，在其轴向的中央部固定有旋转斜板(22)，固定旋转斜板(22)的轴(17)被设于电动机室侧外壳(6)的凹状的保持轴承(18)、固定于泵装置(5)的汽缸(20)的凹部(21)的套筒轴承(19)支承成能自由旋转。

Description

燃料供给装置

技术领域

本发明涉及一种利用电动机驱动的旋转斜板使泵装置的活塞往复运动，从而将燃料吸入并排出的燃料供给装置。该燃料供给装置也称为轴向活塞泵。

背景技术

作为这种以往的装置，已知有专利文献1中公开的燃料供给装置。该燃料供给装置包括外壳，该外壳具有吸入口、排出口、电动机室和泵装置室，在上述电动机室侧外壳设有电动机，在上述泵装置室内设有泵装置。上述电动机的轴(转轴)被轴承支承成能自由旋转，该轴瓦轴承配置于构成电动机室的圆筒壁的两端部。作为轴承的轴瓦，其内圈固定于轴，其外圈固定于电动机室的圆筒壁的端部。

专利文献1：日本专利特开2008-157055号公报

在上述燃料供给装置中，由于电动机的轴被作为轴承的轴瓦支承，所以，需要确保安装轴瓦的空间，电动机室侧外壳的全长变长。此外，从轻量化、减少零件数等目的出发，在电动机室由树脂形成的情形下，由于树脂与金属制轴瓦的线膨胀系数(树脂的情况下，玻璃纤维的强化材的线膨胀系数为20～30×10^-6/℃，而金属的线膨胀系数为11×10^-6/℃)存在差异，所以，存在因环境温度导致轴瓦的固定力发生变化的问题，最差的情况下，有时固定力消失。此外，在燃料中使用轴瓦的情形下，为了防止混在燃料中的杂质的侵入，在轴瓦中使用密封构件时，存在轴瓦的损失扭矩变大、电动机的消耗电流增加的问题。此外，由于需要压入轴瓦的工序，组装工时相应增加，成本升高。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种能减少零件数并能实现小型化的燃料供给装置。

本发明所涉及的燃料供给装置包括：具有吸入口、排出口、电动机室和泵装置室的外壳；设于上述电动机室侧外壳的电动机；以及设于上述泵装置室内的泵装置，上述泵装置具有汽缸和活塞，利用固定于上述电动机的转子的轴的旋转斜板使上述活塞往复运动，从而将燃料从上述吸入口吸入上述泵装置室内，并将其从上述排出口排出，其特征是，在上述电动机的转子的轴上，在其轴向的中央部固定有上述旋转斜板，固定上述旋转斜板的轴被设于上述电动机室侧外壳的凹状的保持轴承、固定于上述泵装置的汽缸的凹部的套筒轴承支承成能自由旋转。

此外，固定有上述套筒轴承的上述泵装置的上述汽缸的凹部是与朝向上述汽缸的燃料的吸入通路连通的通路，燃料在同上述吸入通路连通的通路与上述套筒轴承之间流通。

根据本发明的燃料供给装置，能获得一种减少了零件数并能实现小型化的燃料供给装置。

此外，通过将套筒轴承配置于与燃料的吸入通路连通的通路，能使套筒轴承的滑动部的润滑性稳定，并能提高套筒轴承的耐磨损性。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的燃料供给装置的剖视图。

图2是将图1的剖视图与其主要部分的截面一起表示的剖视图。

图3是表示实施方式2的燃料供给装置和其主要部分的剖视图。

图4是表示实施方式2的打开角度与损失扭矩比、接触部的接触应力(赫兹压力)的关系的图表。

图5是表示实施方式3的燃料供给装置、其主要部分和参考主要部分的剖视图。

图6是表示实施方式4的燃料供给装置和其主要部分的剖视图。

(符号说明)

1   外壳

2   电动机室

3   泵装置室

4   电动机

5   泵装置

6   电动机室侧外壳

7   圆筒壁

8   端壁

9   转子

10  圆筒壁

11  端壁

12  泵装置室侧外壳

13  吸入口

14  排出口

15  定子

16  导线

17  轴

18  保持轴承

19  套筒轴承

20  汽缸

21  凹部

22  旋转斜板

23  活塞

24  板

25  吸入阀

26  吸入通路

27  排出阀

28  排出通路

29  弹簧止动件

30  压缩弹簧

31  端部

32  端部

33  狭缝

34  引导件

35  避让孔

具体实施方式

实施方式1

图1是表示本发明实施方式1的燃料供给装置的剖视图。图2是将图1的剖视图与其主要部分的截面一起表示的剖视图。燃料供给装置在整体大致呈中空圆筒形的外壳1内设有电动机室2和泵装置室3，在电动机室侧外壳6内设有电动机4，在泵装置室3内设有泵装置5。泵装置5被电动机4驱动。

外壳1包括：具有作为外壳壁的圆筒壁7和端壁8，将电动机4的转子9收容在电动机室2内的电动机室侧外壳6；以及具有圆筒壁10和端壁11，将泵装置5收容在泵装置室3内的泵装置室侧外壳12。在电动机室侧外壳6的开端通过铆接等合适的方法牢固地结合有泵装置室侧外壳12的开端，将电动机室2与泵装置室3相互连通。在泵装置室侧外壳12的圆筒壁10上设有燃料的吸入口13，在端壁11上设有燃料的排出口14。电动机室侧外壳6通过开端与泵装置室侧外壳12连通，其他部分封闭，燃料也进入电动机室2。

电动机2包括：埋设于电动机室侧外壳6的圆筒壁7内的定子15；以及收容于电动机室2内，在定子15的旋转磁通的作用下旋转的转子9。定子15具有铁心和线圈，和连接至外部电源的导线16一起埋入合成树脂制的圆筒壁7内。转子9的轴17通过粘接剂或嵌件成形固定于转子9，永磁体通过粘接剂或嵌件成形固定于铁心。转子9的轴17被配置于圆筒壁7的端壁8的保持轴承18、固定于泵装置5的汽缸20的中央部的凹部21的套筒轴承19支承成能自由旋转。此外，在轴17的轴向的中央部的泵装置5侧固定有相对于轴17的轴向倾斜规定角度的旋转斜板22。此外，通过定子15和转子9构成DC无刷电动机。除DC无刷电动机以外，也可构成步进电动机。

泵装置5包括：设于泵装置室侧外壳12内的汽缸(缸体)20；以及设于汽缸20，在汽缸20内滑动，从而在汽缸20内形成可变容积的泵室的多个活塞23(例如3个活塞)。在汽缸20和与其结合的板24内设有吸入通路26和排出通路28，该吸入通路26用于将泵装置室3内的燃料供给到汽缸20内，并具有吸入阀25，该排出通路28用于将在汽缸20内被压缩后的燃料排出，并具有排出阀27。通过吸入阀25的下游侧的汽缸20的可变容积室构成燃料增压室，在排出阀27的下游侧构成高压燃料通路。如表示图2(a)的A-A截面的图2(c)所示，具有吸入阀25的吸入通路26分别设于每个活塞23。这其中的一个吸入通路26位于与汽缸20的凹部21连通的轴心部。

在各活塞23的从汽缸20突出的突出端具有弹簧止动件29并设有压缩弹簧(回位弹簧)30，活塞23能与固定于电动机4的轴17并旋转的旋转斜板22始终滑动地接触。当电动机4旋转时，由于旋转斜板22的旋转，活塞23依次在汽缸20内往复运动，所以，从吸入口13进入泵装置室3内的燃料通过具有吸入阀25的吸入通路26被吸入到汽缸20内，并从汽缸20内通过具有排出阀27的排出通路28从排出口14被排出。

如放大剖视图即图2(b)所示，对电动机4的转子9的轴17的一端的端部31进行支承的保持轴承18是凹部为大致球面形状或大致圆锥形状的滑动轴承，通过嵌件成形埋入电动机室侧外壳6的合成树脂制的端壁8。被保持轴承18支承的转子9的轴17的一端的端部31为球面形状，与保持轴承18抵接。电动机4的转子9的轴17的另一端的端部32为圆柱形状，固定于与汽缸20的燃料的吸入通路26连通的中央部(包括汽缸20的轴线的部分)的圆柱状通路(凹部21)，被作为滑动轴承的圆筒状套筒轴承19支承成能自由旋转。

如图2(a)、图2(c)所示，在圆筒状套筒轴承19的外周，沿轴向等间隔地形成有狭缝，在圆筒状套筒轴承19的外周与汽缸20的上述圆筒状通路之间，确保燃料通路，并与吸入通路26连通。套筒轴承19例如由铜类烧结材形成。上述旋转斜板22在轴17的保持轴承18与套筒轴承19之间的轴向的中央部靠泵装置5侧固定于轴17。

根据实施方式1，轴17的电动机4侧的轴承由保持轴承18构成，轴17的泵装置5侧的轴承由固定于汽缸20的凹部的套筒轴承19构成，藉此，能缩短电动机4的轴长，其结果是，能实现燃料供给装置的小型化。固定有套筒轴承19的汽缸20的凹部21是与燃料的吸入通路26连通的中央部的圆柱状通路，能使套筒轴承19的滑动部的润滑性稳定，并能提高套筒轴承19的耐磨损性。此外，由于燃料在上述圆柱状通路中流动，能冲走混在燃料中的沙子、金属粉等杂质，能防止杂质卡入套筒轴承19。此外，由于能从一个方向组装泵装置5、轴17、电动机4，所以生产性也得到了提高。

另外，为了减小杂质卡入时产生的损失扭矩对电动机4产生的扭矩的影响，轴17的圆柱直径设定得小更有利，所以，将轴17保持于套筒轴承19的部位设定得比电动机4的转子9的部位的圆柱直径小。此外，如图2(b)所示，设定保持轴承18的凹部的球面的半径R比轴17的端部31的球面的半径r大，但若增大与轴17的球面的半径的比率，则与轴17的接触压力变得过高，若比率过小，则球面间的间隙消失，会因润滑不足而产生磨损。特别地，在使用汽油等低粘度流体进行润滑时，容易变得润滑不足。因此，在实施方式1中，将保持轴承18的凹部的球面的半径R与轴端部31的球面的半径r的比率设定在大10％～20％左右是有效的。

实施方式2

图3是表示实施方式2的燃料供给装置及其主要部分的剖视图，图3(a)是燃料供给装置的剖视图，图3(b)是说明保持轴承18部分的放大剖视图。在各图中，相同符号表示相同或相当的部分。对与实施方式1不同的部分进行说明。相对于轴17的一端的端部31的球面，凹状的保持轴承18的轴承面形成大致圆锥状，使得轴17与保持轴承18的接触部为圆形。因此，两者的接触部的接触压力下降，且保持轴承18对轴17产生调心力，藉此，能使轴17的旋转稳定。接触压力和调心力能通过圆锥的张开角度进行调整。在轴向活塞泵的情形下，由于活塞23产生的轴向的力经由轴17作用于保持轴承18，所以，当减小打开角度时，产生于轴17的损失扭矩增大，电动机4的消耗电流变大，会产生发热等问题。图4是表示打开角度(θ°)与损失扭矩比(T_loss(θ°)/T_loss(0°))的关系、打开角度与接触部的接触应力(赫兹压力(MPa))的关系的图表。通过增大打开角度能减小接触直径，从而能减少损失扭矩比。在轴向活塞泵的情形下，为了抑制保持轴承18的损失扭矩引起的消耗电流，最好将损失扭矩设定在全部扭矩的40％以下，将打开角度设定在100°以上。相反地，当增大打开角度时，由于形状偏差，容易产生局部接触，例如一点及两点接触。为了确保能使轴17的动作稳定的三点以上的接触，由实验结果得出最好在160°以下。根据上述，在实施方式2中，将打开角度设定在100°～160°的范围内是有效的。

接触部的接触直径与损失扭矩、接触应力的关系如下。

ΦD＝2·r·cos(θ/2)

其中，ΦD：接触直径

r：轴端部的球面的半径

θ：保持轴承的打开角度

损失扭矩＝μ·f1·ΦD

其中，f1：产生于接触部的负载F的轴向分力

      μ：轴与保持轴承间的摩擦系数

式1

其中，m：轴和保持轴承的泊松比

      E：轴和保持轴承的杨氏模量

      F：与接触面垂直的方向上的力

实施方式3

图5是表示实施方式3的燃料供给装置及其主要部分和参考主要部分的剖视图，图5(a)是燃料供给装置的剖视图，图5(b)是说明保持轴承18部分的放大剖视图，图5(c)是说明保持轴承18部分的参考放大剖视图。如实施方式2所示，通过保持轴承18的圆锥形状的打开角度来调整轴17的调心力，但当为使电动机4的旋转稳定而过度减小打开角度时，会出现轴17与保持轴承18的接触部所产生的损失扭矩增大的问题。不过，由于增大打开角度时调心力降低，所以，需要提高套筒轴承19与保持轴承18的位置精度(组装精度)，并抑制轴17的芯部偏移。

此外，对于轴17的芯部偏移，如图5(c)所示，相对于轴17的端部31的球面附近的圆筒部以规定的间隙设置圆筒状的引导件34时，由于作为引导件34的圆筒部的深度变深，存在加工方法、加工精度的制约，在成本方面是不利的。对此，在实施方式3中，将支承于保持轴承18的电动机4的转子9的轴17的端部31形成球面，将凹状的保持轴承18的轴承面形成两级形状，上述第一级为圆锥形状，与之相连的上述第二级为圆锥台状。使上述第二级的圆锥台状的打开角度比第一级的圆锥状的打开角度小，且配置成离轴17的端部31的球面规定的间隙，从而能抑制芯部偏移，并能扩大加工方法的选择。例如，若能利用烧结材制造，则能降低成本。

另外，在实施方式3中，具体来说，第一级的圆锥状的锥面部的打开角度θ1为100°～160°，第二级的圆锥台的锥面部的打开角度θ2为70°～30°是有效的。

实施方式4

图6是表示实施方式4的燃料供给装置及其主要部分的剖视图，图6(a)是燃料供给装置的剖视图，图6(b)是保持轴承18部分的放大剖视图。对与实施方式1不同的部分进行说明。在保持轴承18的轴承面的中央部，在比轴17与保持轴承18的接触部的直径还小的位置，设置避让孔35，藉此，当燃料中的杂质进入轴17与保持轴承18的接触部时，杂质积存于避让孔35，能抑制保持轴承18的磨损。另外，此时，最好设定避让孔35的直径Φd比轴17与保持轴承18的接触部的直径ΦD小。

Claims (7)

1.一种燃料供给装置，包括：具有吸入口(13)、排出口(14)、电动机室(2)和泵装置室(3)的外壳(1)；设于所述电动机室侧外壳(6)的电动机(4)；以及设于所述泵装置室(3)内的泵装置(5)，所述泵装置(5)具有汽缸(20)和活塞(23)，利用固定于所述电动机(4)的转子(9)的轴(17)的旋转斜板(22)使所述活塞(23)往复运动，从而将燃料从所述吸入口(13)吸入所述泵装置室(3)内，并将其从所述排出口(14)排出，

其特征在于，

在所述电动机(4)的转子(9)的轴(17)上，在其轴向的中央部固定有所述旋转斜板(22)，

固定所述旋转斜板(22)的轴(17)被设于所述电动机室侧外壳(6)的凹状的保持轴承(18)、固定于所述泵装置(5)的汽缸(20)的凹部(21)的套筒轴承(19)支承成能自由旋转。

2.如权利要求1所述的燃料供给装置，其特征在于，

固定有所述套筒轴承(19)的所述泵装置(5)的所述汽缸(20)的凹部(21)是与朝向所述汽缸(20)的燃料的吸入通路(26)连通的通路，燃料在同所述吸入通路(26)连通的通路与所述套筒轴承(19)之间流通。

3.如权利要求1或2所述的燃料供给装置，其特征在于，

凹状的所述保持轴承(18)的球面的半径R比支承于所述保持轴承(18)的所述电动机(4)的转子(9)的轴(17)的端部(31)的球面的半径r大10％～20％。

4.如权利要求1或2所述的燃料供给装置，其特征在于，

支承于所述保持轴承(18)的所述电动机(4)的转子(9)的轴(17)的端部(31)为球面，凹状的所述保持轴承(18)的轴承面为圆锥状，所述轴承面的圆锥的打开角度为100°～160°。

5.如权利要求1或2所述的燃料供给装置，其特征在于，

支承于所述保持轴承(18)的所述电动机(4)的转子(9)的轴(17)的端部(31)为球面，凹状的所述保持轴承(18)的轴承面为两级形状，所述第一级为圆锥状，与其相连的所述第二级为圆锥台状。

6.如权利要求5所述的燃料供给装置，其特征在于，

所述第一级的圆锥形状的打开角度为100°～160°，与其相连的所述第二级的圆锥台状的打开角度为70°～30°。

7.如权利要求1或2所述的燃料供给装置，其特征在于，

在凹状的所述保持轴承(18)的轴承面的中央部设有收纳杂质的避让孔(35)。

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