JP2004092599A - タービン型燃料ポンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インペラ20の羽根23を構成する湾曲状羽根部23Bが曲り始める起点位置Dの位置を、羽根23の全長寸法Hに対し2/5〜3/5の位置に設定し、湾曲状羽根部23Bの前傾長さに相当する角度αを1.0〜1.5度に設定している。従って、羽根23は、先端側の湾曲状羽根部23Bを長さ方向の中間部から緩やかに湾曲し、またインペラ20の回転方向に適度な前傾寸法をもって形成される。これにより、比較的流量の小さな領域でも各羽根23間の羽根溝への流入から燃料通路15への流出とつながる燃料の流れを円滑にでき、また燃料に運動エネルギーも適切に与えられるので、高いポンプ効率を発揮できる。
【選択図】 図5
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両用エンジンの噴射弁等に向けて燃料を供給するのに好適に用いられるタービン型燃料ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、乗用車等の車両には、エンジンに燃料を供給するための電子制御式燃料噴射装置が搭載され、この燃料噴射装置は、エンジンの燃焼室に向けて燃料を噴射する噴射弁と、車両の後部側等に設けた燃料タンク内の燃料を前記噴射弁に向けて吐出供給する燃料ポンプ等とにより構成されている。このような燃料ポンプは電動モータによって回転駆動されるが、近年、地球環境保護という社会的要求から自動車の燃費改善の要求が高まっており、燃料ポンプの効率向上(消費電力低減)や小型軽量化(車両軽量化)が重要な課題となっている。
【0003】
そして、この種の従来技術による燃料ポンプとしては、電動モータを収容する筒状のケーシングと、該ケーシングの一端側に設けられた上カバーと、該上カバーとの間で前記電動モータを支持するように前記ケーシングの他端側に設けられ、燃料の吸込口と吐出口との間に環状の燃料通路を有するポンプハウジングと、該ポンプハウジング内に回転可能に設けられ、前記電動モータによって回転される間に前記吸込口から吸込んだ燃料を燃料通路から吐出口に向け圧送するインペラとを備えたタービン型燃料ポンプが一般的に使用されている。
【0004】
ここで、タービン型燃料ポンプのインペラは、円板状に形成され、その外周側には該インペラの径方向に延びる羽根が周方向に列設されており、各羽根の間に羽根溝が形成されている。また、吸入口から吸込まれた燃料は燃料通路から羽根溝内に流入し、羽根から運動エネルギーを与えられた後、燃料通路に流出する。さらに、燃料通路に流出した燃料は通路内を旋回した後再度羽根溝に流入する。そして、通路内の燃料はこの流入と流出を繰返すことで昇圧されて吐出口から吐出する。
【0005】
一方、燃料ポンプの効率を向上させるためには電動モータとポンプ部の両方の効率を向上させることが重要になる。そして、インペラは電動モータで回転駆動されるが、該電動モータは燃料中で回転する構造となっており、燃料の粘性による損失トルクが発生する。また、インペラもポンプハウジングの中で回転する時に燃料の粘性による損失トルクが発生する。これらの損失トルクは回転数の二乗に比例して増加するので、高回転で作動する場合には非常に大きな損失となり、ポンプ効率を低下させる原因となる。
【0006】
そこで、ポンプ部の仕様をより低い回転で所要の流量が確保できるように設定することで損失トルクを低く抑えることはできる。しかし、この場合、逆にインペラを回転駆動するために必要なトルクは増大する。
【0007】
また、燃料ポンプは小型化の要求から電動モータも小型化しており、前述したように低い回転で高いトルクを発生させると、電動モータを効率の低い領域で作動させることになる。このため、ポンプ効率を向上させるためには、ポンプ部の仕様を損失トルクが最小限に抑えられ、且つ、電動モータの効率も高い領域で使用できるような仕様にすることが重要となる。
【0008】
また、タービン型燃料ポンプの効率を向上させる技術として従来から種々の形状のインペラが提案されている。例えば、特開平6−229388号公報(以下、第1の従来技術という)に示すものでは、インペラの各羽根を、燃料の流入側を後傾させることにより燃料を羽根溝内に円滑に流入させ、かつ、流出側を前傾させることにより、燃料に対してより高い運動エネルギーを与えることができ、より低い回転で所要の流量が確保できる。このため、第1の従来技術では、上述した損失トルクが低く抑えられ、ポンプ効率を向上させることができる。
【0009】
しかし、第1の従来技術では比較的流量の大きな領域での効率は高いが、比較的流量の低い領域では流量の高い領域に比較して羽根溝への流入から通路への流出とつながる燃料の流れが円滑にならない。このため、第1の従来技術によるタービン型燃料ポンプは、回転数に対して相対的に流量が低下してしまい、低電圧特性や流量制御性が劣るという欠点があった。
【0010】
これに対して、特開平8−100780号公報(以下、第2の従来技術という)によるタービン型燃料ポンプでは、インペラの各羽根は、根元部分がインペラの回転方向後側に湾曲し、先端部分が湾曲部から径方向外向きに直線状に後傾して延びる形状となっている。これにより、比較的回転数の低い領域でも羽根溝への流入から通路への流出とつながる流れが円滑となり、回転数に対する流量の低下を防止でき、低電圧特性や流量制御性を向上させている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した第2の従来技術によるタービン型燃料ポンプでは、インペラの羽根を、根元部分がインペラの回転方向後側に湾曲し、先端部分が湾曲部から径方向外向きに直線状に後傾して延びる形状としている。これにより、第2の従来技術によるインペラは、比較的回転数の低い領域で回転数に対する流量の低下を防止することができる。
【0012】
しかし、このインペラは、先端部分が後傾しており、羽根溝からの燃料の流出方向が後ろ向きになるので、燃料に高い運動エネルギーを与えられず、比較的大きな流量を出すのには回転数を相当に高くする必要がある。このため、比較的流量の大きな領域においては損失トルクが増大してポンプ効率が低下してしまうという問題があった。
【0013】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、比較的流量の低い領域での流量の低下や比較的流量の高い領域での損失トルクの増加を抑え、かつ、電動モータの効率の高い領域で作動することにより、全領域におけるポンプ効率を向上できるようにしたタービン型燃料ポンプを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明によると、インペラの外周側に列設された各羽根は、該インペラの径方向に延びる羽根の全長Hに対し、当該羽根の根元から長さ寸法(1/3〜2/3)×Hをもってインペラの径方向に延びる直線状羽根部と、該直線状羽根部の先端からインペラの回転方向前側に向け円弧状に湾曲して延びる湾曲状羽根部とによって構成している。
【0015】
これにより、電動モータによってインペラを回転駆動すると、該インペラの各羽根は、それぞれの間に捕えた燃料を燃料通路で圧送し吐出する。ここで、羽根は、その全長Hに対し根元から長さ寸法(1/3〜2/3)×Hで形成された直線状羽根部の先端に湾曲状羽根部を設けているから、直線状羽根部と湾曲状羽根部との間を滑らかに接続することにより、比較的流量の小さな領域でも各羽根間に形成される羽根溝への流入から燃料通路への流出とつながる流れを円滑にできる。これにより、羽根は回転数に対する流量の低下を防止でき、また、運動エネルギーも有効に与えられることにより、広い領域で高いポンプ効率を発揮することができる。
【0016】
また、請求項2の発明によると、湾曲状羽根部は、インペラの回転中心を基準として回転方向前側に0.5〜2.0度の角度分だけ湾曲する構成とした。これにより、湾曲状羽根部は、比較的流量の大きな領域では損失トルクの増加を抑え、かつ電動モータの効率の高い領域で作動することができ、高いポンプ効率を発揮することができる。
【0017】
さらに、請求項3の発明によると、インペラの各羽根は、前記インペラの径方向に延び、前面、後面および一対の側面からなる断面略四角形状の板状体として形成し、該各羽根の根元側には、前記側面と後面との間の角隅を斜めに切欠くことにより形成され前記インペラの径方向に延びる面取り部を設ける構成としている。
【0018】
これにより、面取り部は、燃料を羽根の根元側に円滑に流入させ、また各羽根間に形成される羽根溝への流入から燃料通路への流出とつながる流れがより円滑となるので、広い流量域でより高いポンプ効率を発揮することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるタービン型燃料ポンプを、添付図面に従って詳細に説明する。
【0020】
まず、図1ないし図7は本発明の第1の実施の形態を示している。1は燃料ポンプの外殻を構成する筒状のケーシングで、該ケーシング1は、その軸方向両端側が後述の吐出カバー2とポンプハウジング9とにより閉塞されている。
【0021】
2はケーシング1の一端側に設けられた有蓋筒状の吐出カバ−で、該吐出カバー2には、図1に示す如く吐出パイプ2A、コネクタ部2Bがそれぞれ上向きに突出して設けられ、吐出カバー2の中心側には下向きに延びる軸受筒2Cが設けられている。
【0022】
3は吐出パイプ2A内に設けられた残圧保持用のチェック弁で、該チェック弁3は、後述する電動モータ7の回転時にケーシング1内を流通する燃料により開弁され、この燃料が吐出パイプ2Aから外部の燃料配管(図示せず)内に向けて吐出されるのを許す。そして、チェック弁3は、電動モータ7の停止時には閉弁し、前記燃料配管内の燃料がケーシング1内を戻るのを阻止することにより、この燃料配管内を所定の残圧状態に保持するものである。
【0023】
4は吐出カバー2の軸受筒2C内に嵌合して設けられたブッシュ、5は後述する内側ハウジング12の段付穴12E内に嵌合して設けられたブッシュで、該ブッシュ4,5は、後述の回転軸6を回転可能に支持する軸受を構成している。
【0024】
6は吐出カバー2とポンプハウジング9との間にブッシュ4,5を介して軸支された回転軸で、該回転軸6は、ケーシング1内を図2に示す軸線O−Oに沿って軸方向に伸長し、後述する電動モータ7の回転子7B等をケーシング1内で回転可能に支持するものである。また、回転軸6の下端側には、図3に示す如く、後述のインペラ20に廻止め状態で嵌合する面取り部6Aが形成されている。
【0025】
7はケーシング1内に収容された電動モータで、該電動モータ7は、吐出カバー2とポンプハウジング9との間に位置してケーシング1内に嵌合して設けられ、永久磁石からなる固定子(図示せず)を支持した筒状のヨーク7Aと、該ヨーク7Aの内側に隙間をもって挿入され、回転軸6に一体回転するように取付けられた回転子7Bおよびコンミテ−タ7Cと、該コンミテータ7Cに摺接する一対のブラシ(図示せず)等とにより構成されている。
【0026】
そして、電動モータ7は、吐出カバー2のコネクタ部2B、ブラシ、コンミテータ7Cを介して回転子7Bに給電されると、該回転子7Bが回転軸6と一体に回転し、これによって後述のインペラ20を、例えば5000〜8000rpm程度の中・高速回転域で回転駆動する。
【0027】
8は電動モータ7のヨーク7Aと回転子7Bとの間に形成された燃料の通路部で、該通路部8は、後述するポンプハウジング9の吐出口14からケーシング1内に吐出された燃料を、ヨーク7Aと回転子7Bとの隙間を介して吐出カバー2側へと流通させるものである。
【0028】
9はケーシング1の他端(下端)側に設けられたポンプハウジングで、該ポンプハウジング9は、後述の外側ハウジング10と内側ハウジング12とを上,下方向で衝合することにより構成され、その内部には後述のインペラ20が回転可能に設けられている。
【0029】
10はポンプハウジング9の外側ハウジングで、該外側ハウジング10は、図1、図2に示すように、ケーシング1の下端側にカシメ等の手段を用いて嵌合状態で取付けられ、ケーシング1を外側から閉塞している。また、外側ハウジング10には、燃料の吸込口11が一体形成されている。
【0030】
また、外側ハウジング10には、その軸中心(軸線O−O)側に円形状の凹窪部10Aが形成され、インペラ20の外周側となる位置には、軸線O−Oを中心として周方向に延びる断面略半円形状の円弧溝10Bが形成されている。そして、円弧溝10Bは、後述する内側ハウジング12の周壁溝12Dと共に衝合側流路18を形成し、図3に示す角度θの範囲に亘って周方向に延びている。
【0031】
12は外側ハウジング10と共にポンプハウジング9を構成するハウジング部材としての内側ハウジングで、該内側ハウジング12は、外側ハウジング10に衝合した状態でケーシング1内に嵌合して取付けられている。
【0032】
そして、内側ハウジング12は、図2に示す如く、筒状の周壁となる筒部12Aと、該筒部12Aを上側から覆う蓋部12Bとにより扁平な有蓋筒状体として形成され、前記筒部12Aの内周側は、外側ハウジング10との衝合面12C側に開口する円形状のタービン収容凹部13となっている。また、筒部12Aには、後述する環状突出部16の下側に位置して円弧状の周壁溝12Dが形成され、該周壁溝12Dは、外側ハウジング10の円弧溝10Bと共に下側の衝合側流路18を形成している。さらに、蓋部12Bには、ブッシュ5が挿嵌される段付穴12Eが形成され、外周側には吐出口14(図2中に二点鎖線で図示)が上,下方向に延びるように穿設されている。
【0033】
15はタービン収容凹部13の外周側に位置してポンプハウジング9内に形成された環状の燃料通路で、該燃料通路15は、図3に示す如く軸心Oの位置を中心として周方向に略C字状に延び、後述の環状突出部16により上,下に2分割された奥所側流路17と衝合側流路18とを含んで構成されている。
【0034】
そして、燃料通路15は、その始端側が吸込口11に連通し、終端側は吐出口14に連通している。また、燃料通路15は、その始端側が吸込通路部15Aとなり、該吸込通路部15Aは、吸込口11から吸込まれる燃料を燃料通路15内に円滑に導くものである。
【0035】
16は内側ハウジング12の筒部12Aに設けられた環状突出部で、該環状突出部16は、図2に示すように内側ハウジング12の筒部12Aからインペラ20の外周に向けて径方向内側へと断面山形状に突出し、燃料通路15をインペラ20の軸方向で上,下2つの奥所側流路17,衝合側流路18に分割している。
【0036】
ここで、上側の奥所側流路17は、内側ハウジング12の筒部12Aと蓋部12Bとの間に位置する奥所側角隅に断面C字状の凹溝として形成されている。また、下側の衝合側流路18は、外側ハウジング10の円弧溝10Bと内側ハウジング12の周壁溝12Dとにより断面C字状の凹溝として形成されている。
【0037】
そして、環状突出部16は、これらの流路17,18と共に図3に示す角度θ(例えば、θ=250〜270度)の範囲に亘ってインペラ20の周方向に延び、これにより、燃料通路15内を流れる燃料に澱み等が発生するのを抑えている。
【0038】
19は内側ハウジング12の筒部12A側に設けられたシール隔壁で、該シール隔壁19は、図3に示す如く、内側ハウジング12の筒部12Aからインペラ20の外周に近接する位置まで突出する円弧状凸部として形成されている。そして、シール隔壁19は、吸込口11と吐出口14との間でインペラ20の外周側をシールすることにより、吸込口11から吸込んだ燃料が燃料通路15に沿って流れるのを補償することができる。
【0039】
次に、20は本実施の形態によるインペラで、該インペラ20は、例えば強化プラスチック材料によって略円板状に形成され、ポンプハウジング9のタービン収容凹部13内に回転可能に設けられている。そして、インペラ20は、電動モータ7によって図3中の矢示A方向に回転されることにより、吸込口11から吸込んだ燃料を燃料通路15から吐出口14に向け圧送するものである。
【0040】
また、インペラ20には、その回転中心(軸線O−O)に回転軸6が嵌合される嵌合穴21が設けられ、該嵌合穴21の周囲には複数個、例えば3個の透孔22が設けられている。また、インペラ20の外周側には、図4に示す如く、インペラ20の径方向に延びる多数の羽根23,23,…が周方向に列設されている。さらに、各羽根23間には、上,下の円弧状凹部24,24がそれぞれ設けられ、これらの円弧状凹部24は、ポンプハウジング9内の流路17,18にほぼ対応する曲率をもって形成されている。
【0041】
一方、インペラ20は、タービン収容凹部13内で外側ハウジング10の上面と内側ハウジング12の蓋部12B下面との間に上,下面がフローティングシールされ、この状態で回転軸6と一体に電動モータ11により回転駆動されるものである。また、インペラ20の各透孔22は、外側ハウジング10の凹窪部10Aと内側ハウジング12の段付穴12E側との間で燃料圧力等を均一化する機能を有している。
【0042】
ここで、各羽根23は、図5に示すように、根元側に位置してインペラ20の径方向に直線状に延びる直線状羽根部23Aと、該直線状羽根部23Aの先端からインペラ20の回転方向前側(矢示A方向)に向け円弧状に湾曲して延びる湾曲状羽根部23Bとによって構成されている。
【0043】
次に、羽根23の形状について詳細に説明する。まず、図5に示す直線状羽根部23Aの根元位置Bから湾曲状羽根部23Bの先端位置Cまで、即ち羽根23全体の長さを全長寸法Hとし、直線状羽根部23Aの根元位置Bから湾曲状羽根部23Bが始まる起点位置D(直線状羽根部23Aの先端位置D)までを直線部長さ寸法H1とし、湾曲状羽根部23Bの起点位置Dから該湾曲状羽根部23Bの先端位置Cまでを湾曲部長さ寸法H2としている。
【0044】
また、湾曲状羽根部23Bの最先端位置Eが直線状羽根部23Aから回転方向前側に傾いた前傾寸法は、インペラ20の回転中心(軸線O−O)を基準とした角度αで表している。
【0045】
そして、本実施の形態では、羽根23の全長寸法Hに対する直線状羽根部23Aの直線部長さ寸法H1、即ち湾曲状羽根部23Bの起点位置Dの位置は、下記数1式のように設定することにより、良好なポンプ効率が得られることがわかった。
【0046】
【数1】
1/3≦(H1/H)≦2/3
【0047】
また、上記数1式に設定されるH1/Hの範囲のうち、下記数2式の範囲に設定した場合には一層良好なポンプ効率が得られることがわかった。
【0048】
【数2】
2/5≦(H1/H)≦3/5
【0049】
一方、湾曲状羽根部23Bの前傾長さに相当する角度αは、下記数3式のように設定することにより、良好なポンプ効率が得られることがわかった。
【0050】
【数3】
0.5≦α≦2.0
【0051】
また、上記数3式に設定されるαの範囲のうち、下記数4式の範囲に設定した場合には一層良好なポンプ効率が得られることがわかった。
【0052】
【数4】
1.0≦α≦1.5
【0053】
本実施の形態によるタービン型燃料ポンプは、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【0054】
まず、吐出カバー2のコネクタ部2Bを通じて外部から給電を行うと、電動モータ7は、回転子7Bに駆動電流が供給されることにより、回転子7Bを回転軸6と一体に回転し、ポンプハウジング9内でインペラ20を回転駆動する。そして、インペラ20を回転することにより、燃料タンク(図示せず)内の燃料は、吸込口11から燃料通路15へと吸込まれ、インペラ20の各羽根23により燃料通路15に沿って圧送されつつ、吐出口14からケーシング1内に吐出される。
【0055】
このように、ケーシング1内に流れた燃料は、該ケーシング1内を通路部8等を介して吐出カバー2側に向け流通し、吐出パイプ2A内のチェック弁3を開弁させつつ、この吐出パイプ2Aから外部の燃料配管を介してエンジン本体側の噴射弁(いずれも図示せず)側へと、例えば吐出圧力が200〜500kPa(キロパスカル)、吐出流量が30〜200L/h(リットル/時)で吐出供給される。
【0056】
ここで、本発明者等は、羽根23の全長寸法Hに対する直線状羽根部23Aの直線部長さ寸法H1の比率について鋭意研究した結果、羽根23の全長寸法Hに対する直線状羽根部23Aの直線部長さ寸法H1の比率(H1/H)を、前記数1式に示す如く1/3〜2/3の数値範囲、好ましくは前記数3式に示す如く2/5〜3/5の数値範囲に設定することにより、図6に示す特性線のように高いポンプ効率が得られることを確認した。この場合、湾曲状羽根部23Bの前傾長さに相当する角度αは約1.2度としたものである。
【0057】
また、湾曲状羽根部23Bの前傾長さに相当する角度αについて鋭意研究した結果、湾曲状羽根部23Bの前傾長さに相当する角度αの値を、前記数3式に示す如く0.5〜2.0度の範囲、好ましくは前記数4式に示す如く1.0〜1.5度の範囲に設定することにより、図7に示す特性線のように高いポンプ効率が得られることを確認した。この場合、羽根23の全長寸法Hに対する直線状羽根部23Aの直線部長さ寸法H1の比率を約1/2としたものである。
【0058】
このように、羽根23の全長寸法Hに対する直線状羽根部23Aの直線部長さ寸法H1の比率は、2/5〜3/5の範囲内である約1/2に設定し、湾曲状羽根部23Bの前傾長さに相当する角度αは、1.0〜1.5度の範囲内である約1.2度に設定することにより、ポンプ効率が最も高くなることがわかった。
【0059】
従って、本実施の形態によれば、インペラ20の羽根23を構成する湾曲状羽根部23Bが曲り始める起点位置Dの位置(直線部長さ寸法H1)を、羽根23の全長寸法Hに対し2/5〜3/5(約1/2)の位置に設定し、湾曲状羽根部23Bの前傾長さに相当する角度αを1.0〜1.5度(約1.2度)に設定している。
【0060】
これにより、羽根23は、先端側の湾曲状羽根部23Bを長さ方向の中間部から緩やかに湾曲させることができ、またインペラ20の回転方向に適度な前傾寸法をもって形成することができる。
【0061】
この結果、インペラ20を回転させたときには、比較的流量の小さな領域でも各羽根23間の羽根溝への流入から燃料通路15への流出とつながる流れが円滑となり、回転数に対する流量の低下を防止することができる。また、運動エネルギーも適切に与えられるので、比較的流量の大きな領域で損失トルクの増加を抑え、かつ電動モータの効率の高い領域で作動することができ、全ての領域で高いポンプ効率を発揮することができる。
【0062】
さらに、羽根23の湾曲状羽根部23Bは、円弧状に湾曲させているから、この湾曲状羽根部23Bの円弧状の表面に沿って燃料は円滑に流動することができ、各羽根23間の羽根溝からの流出をより一層円滑にすることができる。
【0063】
次に、図8ないし図14は本発明の第2の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、各羽根の根元側には、側面と後面との間の角隅を斜めに切欠くことにより形成され、インペラの径方向に延びる面取り部を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【0064】
31は第1の実施の形態による燃料通路15に代えて適用される環状の燃料通路で、該燃料通路31は、図8、図9に示す如く、外側ハウジング10の円弧溝10Bを含み、軸線O−Oの位置を中心として周方向に延びる縦長な断面C字状の通路として構成されている。
【0065】
ここで、燃料通路31は、上,下方向の両端側が円弧形状に形成され、図9中の矢示の如く、この円弧形状に沿って燃料が旋回しながら流通することから、円弧形状をなす部位の中心位置付近が燃料が燃料通路31内で圧送されるときの通路中心Fとなる。そして、燃料通路31の内径側端部31Aから外径側端部31Bまでの軸線O−Oの位置を中心とする径方向寸法Lに対し、燃料通路31の通路中心Fの位置は、内径側端部31Aから約1/2の距離寸法L1となっている。そして、燃料通路31は、その始端側が吸込口11に連通し、終端側は吐出口14に連通している。
【0066】
次に、32は本実施の形態によるインペラで、該インペラ32は、例えば強化プラスチック材料によって略円板状に形成され、ポンプハウジング9のタービン収容凹部13内に回転可能に設けられている。
【0067】
また、インペラ32には、その回転中心(軸線O−O)に回転軸6が嵌合される嵌合穴33が設けられ、該嵌合穴33の周囲には複数個、例えば3個の透孔34が設けられている。また、インペラ32の外周側には、該インペラ32の径方向に延びる多数の羽根35,35,…が周方向に列設されている。さらに、各羽根35間には、一対の円弧状凹部36,36が山形状をなすように設けられ、これらの円弧状凹部36は、ポンプハウジング9内の燃料通路31の円弧形状にほぼ対応する曲率をもって形成されている。
【0068】
ここで、各羽根35は、図10、図11に示すように、インペラ32の回転方向前側(矢示A方向)に位置する前面35A、回転方向後側に位置する後面35Bおよび前記前面35A、後面35B間に位置する一対の側面35C,35Cからなる断面略四角形状の板状体として形成されている。
【0069】
また、羽根35は、根元側がインペラ32の径方向に直線状に延びる直線状羽根部37となり、先端側がインペラ32の回転方向前側(矢示A方向)に向け円弧状に湾曲した湾曲状羽根部38となっている。そして、直線状羽根部37、湾曲状羽根部38の形状および寸法は、第1の実施の形態に記載した数1式、数3式の範囲に設定され、好ましくは数2式、数4式の範囲に設定されている。
【0070】
39,39は各羽根35の根元側に位置して設けられた一対の面取り部で、該各面取り部39は、図9ないし図12に示すように、側面35Cと後面35Bとの間の角隅を斜めに切欠くように形成され、インペラ32の径方向に延びている。また、面取り部39の全体の長さ寸法Tは、内径側端部31Aから燃料通路31の通路中心Fまでの距離寸法L1とほぼ同じ寸法、即ち、燃料通路31の径方向寸法Lに対し、下記数5式のように寸法(2/5〜3/5)×Lに設定している。
【0071】
【数5】
2/5≦(T/L)≦3/5
【0072】
また、この面取り部39全体の長さ寸法Tは、上記数5式に設定されるT/Lの範囲のうち、下記数6式のように寸法(9/20〜11/20)×Lの範囲に設定するのが好ましい。
【0073】
【数6】
9/20≦(T/L)≦11/20
【0074】
さらに、上記数5式、数6式の範囲での面取り部39全体の長さ寸法Tは、燃料通路31の径方向寸法Lに対して1/2の値の場所が最適である。これにより、面取り部39は、燃料通路31で燃料が旋回して流れるときの中心位置となる通路中心Fまで延びて形成されるから、燃料を各羽根35間に燃料を円滑に流入させるという作用を最も良好に発揮することができる。
【0075】
また、面取り部39は、根元側に位置してほぼ一定の面取り幅をもって形成された略四角形状の根元側面取り部39Aと、該根元側面取り部39Aの先端側から面取り幅を徐々に小さくして形成された略三角形状の先端側面取り部39Bとによって構成されている。
【0076】
そして、根元側面取り部39Aは、ほぼ一定の面取り幅で切欠かれることにより、羽根35の根元側から該各羽根35間に燃料を円滑に流入させ、燃料の抵抗を軽減するものである。また、先端側面取り部39Bは、先端側に向けて面取り幅を徐々に小さくすることにより、羽根35の後面35B、側面35Cと根元側面取り部39Aとの間を滑らかにつなぎ、これらの間で燃料を円滑に流動させるものである。
【0077】
ここで、面取り部39を構成する根元側面取り部39Aの形状について詳細に説明する。まず、根元側面取り部39Aは、図12に示す羽根35の側面35Cに対する傾斜角βを、下記数7式のように30〜70度の範囲に設定している。
【0078】
【数7】
30≦β≦70
【0079】
また、上記数7式に設定される傾斜角βは、下記数8式の如く40〜60度の範囲に設定するのが好ましい。
【0080】
【数8】
40≦β≦60
【0081】
さらに、根元側面取り部39Aは、図9に示す面取り部39の全長寸法Tに対する長さ寸法T1を、下記数9式のように寸法(1/5〜4/5)×Tに設定している。
【0082】
【数9】
1/5≦(T1/T)≦4/5
【0083】
また、この根元側面取り部39Aの長さ寸法T1は、上記数9式に設定されるT1/Tの範囲のうち、下記数10式のように寸法(2/5〜3/5)×Tの範囲に設定するのが好ましい。
【0084】
【数10】
2/5≦(T1/T)≦3/5
【0085】
ここで、本発明者等は、羽根35の側面35Cに対する根元側面取り部39Aの傾斜角βについて鋭意研究した結果、前記数7式に示す如く30〜70度の範囲、好ましくは前記数8式に示す如く40〜60度の範囲に設定することにより、図13に示す特性線のように高いポンプ効率が得られることを確認した。
【0086】
この場合、面取り部39の全長寸法Tに対する根元側面取り部39Aの長さ寸法T1の比率を約1/2としたものである。そして、これにより根元側面取り部39Aの傾斜角βを羽根35の側面35C側から後面35B側に燃料が流れるときの角度とほぼ同じ角度にすることができ、燃料を根元側面取り部39Aに沿って円滑に流動させることができるものである。
【0087】
また、面取り部39の全長寸法Tに対する根元側面取り部39Aの長さ寸法T1の比率について鋭意研究した結果、面取り部39の全長寸法Tに対する根元側面取り部39Aの長さ寸法T1の比率(T1/T)を、前記数9式に示す如く1/5〜4/5の数値範囲、好ましくは前記数10式に示す如く2/5〜3/5の数値範囲に設定することにより、図14に示す特性線のように高いポンプ効率が得られることを確認した。
【0088】
この場合、羽根35の側面35Cに対する根元側面取り部39Aの傾斜角βは約50度としたものである。そして、これにより根元側面取り部39Aは、一定幅の大きな切欠によって羽根35の根元側で発生しようとする渦流を抑え、燃料が円滑に流入することができるものである。
【0089】
さらに、上述の研究結果では、先端側に向け面取り幅を徐々に小さくした先端側面取り部39Bは、羽根35の後面35B、側面35Cと根元側面取り部39Aとの間を滑らかにつないでいるから、羽根35の側面35Cから根元側面取り部39Aに向け、また根元側面取り部39Aから後面35Bに向け燃料を円滑に流動させることができ、高いポンプ効率が得られることがわかった。
【0090】
このように、燃料通路31の径方向寸法Lに対する面取り部39全体の長さ寸法Tの比率(T/L)は、9/20〜11/20の範囲内である1/2に設定し、羽根35の側面35Cに対する根元側面取り部39Aの傾斜角βは、40〜60度の範囲内である50度に設定し、面取り部39の全長寸法Tに対する根元側面取り部39Aの長さ寸法T1の比率(T1/T)は、2/5〜3/5の範囲内である1/2に設定することにより、ポンプ効率が最も高くなることがわかった。
【0091】
かくして、このように構成された本実施の形態においては、インペラ32の羽根35の根元側に位置して側面35Cと後面35Bとの間の角隅を斜めに切欠くように面取り部39を形成している。従って、インペラ32を回転させたときには、面取り部39は、根元側面取り部39A、先端側面取り部39Bに沿って燃料を円滑に流動させることができる。
【0092】
しかも、面取り部39は、インペラ32の径方向に延びた全体の長さ寸法Tを、燃料通路31の径方向寸法Lに対し9/20〜11/20(1/2)に設定し、羽根35の側面35Cに対する根元側面取り部39Aの傾斜角βを、40〜60度(50度)に設定し、また根元側面取り部39Aの長さ寸法T1を、面取り部39の全長寸法Tに対し2/5〜3/5(1/2)に設定している。
【0093】
これにより、面取り部39は、燃料通路31から各羽根35間に燃料が流入するときの位置、燃料を円滑に流入させるために必要な大きさ、角度に対応するように、面取り部39(根元側面取り部39A)の位置と長さ寸法、根元側面取り部39Aの傾斜角を設定することができるから、前述した第1の実施の形態に対して、各羽根35間の羽根溝への流入から燃料通路31への流出とつながる流れがより一層円滑となるので、より高いポンプ効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態によるタービン型燃料ポンプを示す縦断面図である。
【図2】図1中のポンプハウジング、インペラ等を拡大して示す要部拡大縦断面図である。
【図3】内側ハウジングおよびインペラを図2中の矢示III−III方向からみた横断面図である。
【図4】インペラの羽根を拡大して示す要部拡大の斜視図である。
【図5】インペラの羽根を拡大して示す要部拡大の平面図である。
【図6】湾曲状羽根部の起点位置とポンプ効率との関係を示す特性線図である。
【図7】湾曲状羽根部の前傾長さに相当する角度とポンプ効率との関係を示す特性線図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態によるインペラをポンプハウジング等と一緒に示す要部拡大縦断面図である。
【図9】図8中の燃料通路、羽根、面取り部等を拡大して示す要部拡大縦断面図である。
【図10】インペラの羽根を拡大して示す要部拡大の斜視図である。
【図11】インペラの羽根を拡大して示す要部拡大の平面図である。
【図12】インペラの羽根を図11中の矢示XII−XII方向から示す断面図である。
【図13】根元側面取り部の傾斜角とポンプ効率との関係を示す特性線図である。
【図14】根元側面取り部の長さ寸法とポンプ効率との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
1 ケーシング
2 吐出カバー
6 回転軸
7 電動モータ
9 ポンプハウジング
10 外側ハウジング
11 吸込口
12 内側ハウジング
14 吐出口
15,31 燃料通路
20,32 インペラ
23,35 羽根
23A,37 直線状羽根部
23B,38 湾曲状羽根部
35A 前面
35B 後面
35C 側面
39 面取り部
O−O 軸線
A インペラの回転方向
B 直線状羽根部の根元位置
C 湾曲状羽根部の先端位置
D 湾曲状羽根部の起点位置
E 湾曲状羽根部の最先端位置
H 羽根の全長寸法
H1 根元位置から起点位置までの直線部長さ寸法
H2 起点位置から先端位置までの湾曲部長さ寸法
α 湾曲状羽根部の前傾長さに相当する角度
Claims (3)
- 電動モータを収容する筒状のケーシングと、該ケーシングに設けられ燃料の吸込口と吐出口との間に環状の燃料通路を有するポンプハウジングと、該ポンプハウジング内に回転可能に設けられ前記電動モータによって回転される間に前記燃料通路内で燃料を圧送する羽根が外周側に列設された円板状のインペラとを備えてなるタービン型燃料ポンプにおいて、
前記インペラの各羽根は、該インペラの径方向に延びる羽根の全長Hに対し、当該羽根の根元から長さ寸法(1/3〜2/3)×Hをもって前記インペラの径方向に延びる直線状羽根部と、該直線状羽根部の先端からインペラの回転方向前側に向け円弧状に湾曲して延びる湾曲状羽根部とによって構成したことを特徴とするタービン型燃料ポンプ。 - 前記湾曲状羽根部は、前記インペラの回転中心を基準として回転方向前側に0.5〜2.0度の角度分だけ湾曲する構成としてなる請求項1に記載のタービン型燃料ポンプ。
- 前記インペラの各羽根は、前記インペラの径方向に延び、該インペラの回転方向前側に位置する前面、回転方向後側に位置する後面および前記前面、後面間に位置する一対の側面からなる断面略四角形状の板状体として形成し、該各羽根の根元側には、前記側面と後面との間の角隅を斜めに切欠くことにより形成され前記インペラの径方向に延びる面取り部を設ける構成としてなる請求項1または2に記載のタービン型燃料ポンプ。
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