JP2004293526A

JP2004293526A - 燃料ポンプ

Info

Publication number: JP2004293526A
Application number: JP2003090910A
Authority: JP
Inventors: Hideki Koyama; 秀樹小山; Fumio Kondo; 文男近藤; Sachiyo Koseki; 祥代小関; Kiyotoshi Oi; 清利大井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21
Also published as: US20040191096A1

Abstract

【課題】製造コストを低減し軽量化した燃料ポンプを提供する。
【解決手段】吸入側カバー３６を樹脂で形成することにより、燃料ポンプ１０の製造コストを低減するとともに軽量化する。吸入側カバー３６にフランジ３４を形成し、そのフランジ３４をハウジング２２にかしめ接合することにより、かしめ接合による応力は吸入側カバー３６の外周部のフランジ３４に集中するため、吸入側カバー３６の中央部がインペラ３７に接近する方向に凸に歪むことを抑制し、吸入側カバー３６とインペラ３７の接触を防止できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料タンク内の燃料を内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという。）に供給する燃料ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、昇圧流路に収容されたインペラにより燃料を昇圧する燃料ポンプが知られている（例えば特許文献１参照。）。金属部品を樹脂部品に置換することにより、燃料ポンプの製造コストを低減し、軽量化することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０５２６２３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、インペラの反電動機側に設けられ昇圧流路を形成している吸入側カバーを樹脂部品に置換するにあたっては次の問題がある。すなわち、図１０に示すように樹脂製の吸入側カバー９４が筒状の金属ハウジング９２にかしめ接合されると、吸入側カバー９４の中央部がインペラ９６に接近する方向に凸に変形し、吸入側カバー９４とインペラ９６が接触し、インペラ９６が回転不能になるおそれがある。また、金属ハウジング９２から吸入側カバー９４に継続的に荷重が加わることにより吸入側カバー９４がクリープすると、かしめ接合による吸入側カバー９４の位置決め効果がなくなり、吸入側カバー９４の組み付け位置がずれるおそれがある。
本発明はこれらの問題に鑑みて創作されたものであって、製造コストを低減し軽量化した燃料ポンプを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の燃料ポンプでは、吸入側カバーを樹脂で形成することにより、製造コストを低減するとともに軽量化する。吸入側カバーにフランジを形成し、そのフランジをハウジングにかしめ接合することにより、かしめ接合による応力は吸入側カバーの外周部のフランジに集中するため、吸入側カバーの中央部がインペラ側に凸に歪むことを抑制し、吸入側カバーとインペラの接触を防止できる。
【０００６】
本発明の請求項２に記載の燃料ポンプでは、ハウジングにかしめ接合されるフランジの反ポンプケーシング側の外周角部に丸みをもたせることにより、フランジのハウジングとの接触面積を増大させる。その結果、フランジのクリープが抑制され、かしめ接合による吸入側カバーの位置決め効果が持続する。
【０００７】
本発明の請求項３に記載の燃料ポンプのように、フランジの反ポンプケーシング側の外周角部の曲率半径は２ｍｍ以上であることが望ましい。
本発明の請求項４に記載の燃料ポンプのように、フランジ及びハウジングは、ハウジングの中心軸に対する傾斜角が深部側ほど大きくなるパンチの曲面を用いてかしめ接合することが望ましい。
本発明の請求項５に記載の燃料ポンプのように、フランジの肉厚は４ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明による燃料ポンプの実施形態を示す断面図である。燃料ポンプ１０は、例えば車両等の燃料タンク内に装着されるインタンク式ポンプである。
【０００９】
はじめに燃料ポンプ１０の全体構成を説明する。
ハウジング２２は、円筒形状の金属部材である。ハウジング２２の両端部近傍の肉厚は中央部の肉厚より小さく、ハウジング２２の両端部近傍の内壁には環状の段差面２０、３０が形成されている。ハウジング２２には、吐出側カバー１４、電動機４６、ポンプケーシング４０、インペラ３７、吸入側カバー３６等が収容されている。
【００１０】
吐出側カバー１４は、ハウジング２２の一端部から挿入され、ハウジング２２の段差面２０に当接している。ハウジング２２の一端部が吐出側カバー１４にかしめ接合されることにより、吐出側カバー１４は、ハウジング２２の段差面２０及びハウジング２２の端部によって狭持され、位置決めされている。吐出側カバー１４には電動機４６の回転軸４５を軸支している第一軸受部材１６が固定されている。
【００１１】
ハウジング２２の内周壁には、電動機４６を構成する円弧状の永久磁石４４が所定の間隔で４個設けられている。これらの永久磁石４４は、周方向に極の異なる磁極が交互に形成されるように配置されている。
【００１２】
電動機４６を構成する電機子４２は、回転軸４５とともに回転可能にハウジング２２に収容されている。電機子４２の一端部には整流子１８が設けられている。回転軸４５は、鉄心２４に圧入されている。鉄心２４に設けられた複数のボビン２６にコイル２８が巻回されている。整流子１８は互いに絶縁された複数のセグメントで構成されており、各ボビン２６に巻回されたコイル２８は、整流子１８のいずれかのセグメントに電気的に接続されている。
【００１３】
ポンプケーシング４０は、ハウジング２２の他端部から挿入され、ハウジング２２の段差面３０に当接している。ポンプケーシング４０の反電機子側端面の周縁部と吸入側カバー３６の周縁部とは環状に当接している。吸入側カバー３６がハウジング２２にかしめ接合されると、ポンプケーシング４０及び吸入側カバー３６は、ハウジング２２の段差面３０とハウジング２２の端部とによって狭持され、位置決めされる。吸入側カバー３６とポンプケーシング４０との間に昇圧流路３２が形成されている。昇圧流路３２にはインペラ３７が回転自在に収容されている。ポンプケーシング４０には電動機４６の回転軸４５を軸支している第二軸受部材３８が固定されている。
【００１４】
円盤状のインペラ３７の外周部には多数の羽根溝が形成されている。インペラ３７が電動機４６の回転軸４５とともに回転すると、昇圧流路３２の燃料が加圧される。吸入側カバー３６に形成された燃料吸入口５２（図２参照）から昇圧流路３２に吸入された燃料タンク内の燃料は、ポンプケーシング４０の連通路２９を通じて昇圧流路３２から排出される。さらに燃料は、吐出側カバー１４に形成された燃料吐出口１２を通り燃料ポンプ１０から吐出され、図示しないエンジンに供給される。
【００１５】
以上、燃料ポンプ１０の全体構成を説明した。次に吸入側カバー３６とハウジング２２のかしめ接合について詳細に説明する。図２（Ａ）は吸入側カバー３６を示す平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２（Ｃ）は吸入側カバー３６を示す底面図である。
【００１６】
吸入側カバー３６は概略円盤形状の樹脂部材であって、成形時の材料のひけによる寸法誤差を低減するための凹部５４が複数形成されている。吸入側カバー３６の主要部肉厚ｔ１は、燃料ポンプ１０の軸長を短くするため、耐久性が確保できる範囲で薄くすることが望ましく、本実施形態では７ｍｍに設定している。
【００１７】
吸入側カバー３６には昇圧流路を形成するためのＣ字形状の溝５０が形成されている。溝５０の一端には燃料タンクから燃料を吸入するための燃料吸入口５２が形成されている。昇圧流路に発生したベーパを燃料タンクに排出するためのベーパ孔４８が溝５０の途中部に形成されている。
【００１８】
吸入側カバー３６にはフランジ３４が形成されているため、吸入側カバー３６の外壁には環状の段差が形成されている。フランジ３４の反ポンプハウジング側の外周角部は曲率半径２ｍｍ以上の丸みを持つことが望ましい。フランジ３４の反ポンプハウジング側の外周角部の曲率半径が大きくなるほど、フランジ３４とハウジング２２との接触面積が広くなり、かしめ接合によるフランジ３４における応力集中が緩和される。フランジ３４における応力集中が緩和されると、フランジ３４のクリープが防止され、かしめ接合による吸入側カバー３６の位置決め効果が持続する。
【００１９】
吸入側カバー３６の主要部肉厚ｔ１に対するフランジ３４の肉厚ｔ２は、耐久性を確保できる範囲で薄くすることが望ましい。また、主要部肉厚ｔ１とフランジ肉厚ｔ２の差が大きいほどかしめ接合による吸入側カバー３６の歪みが抑制されるが、その差が大きいほど吸入側カバー３６の肉厚が厚くなり、その結果燃料ポンプ１０の軸長が長くなる。
【００２０】
図３は、吸入側カバー３６をハウジング２２にかしめ接合する工程を示す断面図である。パンチ５６には、円筒状のハウジング２２の端部を押圧して吸入側カバー３６のフランジ３４に密着させるためのプレス面５８が形成されている。プレス面５８はハウジング２２の中心軸に対して傾斜した環状面である。ハウジング２２の中心軸に対するプレス面５８の傾斜角αが大きいほど、吸入側カバー３６をインペラ側に凸に歪ませる応力が小さくなる。ただし、傾斜角αが４５度以上になるとかしめ接合によりハウジング２２が座屈するおそれがあるため、本実施形態では傾斜角αを３０度に設定している。
【００２１】
プレス面５８は、円錐側面状、すなわち、パンチ５６の中心軸を含む断面に直線として現れる形状（単純テーパ形状）であってもよいが、ハウジング２２の中心軸に対する傾斜角が深部側ほど大きくなる環状曲面、すなわち、パンチ５６の中心軸を含む断面に曲線として現れる形状（湾曲テーパ形状）であることが望ましい。以後、単純テーパ形状のプレス面を有するパンチを平面パンチといい、湾曲テーパ形状のプレス面を有するパンチを曲面パンチというものとする。
【００２２】
図４は、プレス面５８の曲率半径（パンチの中心軸を含む断面に現れる円弧の半径）ｒ１とかしめ接合によるフランジ３４の歪みとの相関関係を示すグラフである。このグラフは、ハウジング２２のかしめ部の肉厚を０．６ｍｍに設定して歪みを解析した結果を示している。フランジ３４の反ポンプハウジング側の外周角部の曲率半径ｒ２が１ｍｍの場合、プレス面５８の曲率半径ｒ１が２ｍｍ〜３ｍｍのときフランジ３４の歪みが小さくなる。フランジ３４の反ポンプハウジング側の外周角部ｒ２の曲率半径が２ｍｍの場合、プレス面５８の曲率半径ｒ１が４ｍｍ〜５ｍｍのときフランジ３４の歪みが小さくなる。この解析結果によると、フランジ３４の曲率半径ｒ２とハウジング２２の肉厚の和よりプレス面５８の曲率半径ｒ１が１．４ｍｍ〜２．４ｍｍ大きいとき、かしめ接合によるフランジ３４の歪みは最小になる。また、プレス面５８の曲率半径ｒ１が２〜５ｍｍのときは、プレス面５８が単純な円錐側面状の単純テーパ形状である場合に比べて、常にかしめ接合によるフランジ３４の歪みが小さくなる。
【００２３】
図５及び図６は、本実施形態に係るかしめ接合による吸入側カバー３６の変形を示すグラフである。グラフには吸入側カバー３６の変形を内側（図２（Ｂ）に示すＰ点）と外側（図２（Ｂ）に示すＱ点）の２箇所で様々な条件下で解析した結果を示している。図５及び図６に示すように、ハウジング２２にフランジ３４をかしめ接合すると、吸入側カバー３６はインペラ３７と反対側に凸に歪んだ状態でハウジング２２に固定される。また、曲面パンチを用いることにより、平面パンチを用いた場合に比べて吸入側カバー３６は反インペラ側に凸に変形する量が抑制される。インペラ３７と反対側に凸に歪んだ状態でハウジング２２に吸入側カバー３６を固定することにより、吸入側カバー３６とインペラ３７が接触することを防止できる。
【００２４】
図７及び図８は図１０に示したフランジのない吸入側カバー９４をハウジング９２にかしめ接合した場合のひずみを本発明の比較例として示したグラフである。吸入側カバー９４にフランジがない場合、図７、図８、図１０に示すように吸入側カバー９４はかしめ接合によりインペラ側に凸に歪み、インペラ側に凸に歪んだ状態でハウジング２２に固定される。この結果は、図７に示すように曲面パンチを用いた場合でも、図８に示すように平面パンチを用いた場合でもかわらない。インペラ側に凸に歪んだ状態でハウジング２２に吸入側カバー３６が固定されると、吸入側カバー３６とインペラ３７が接触するおそれがある。
【００２５】
図９はフランジ３４の肉厚ｔ２と吸入側カバー３６のひずみを解析値と実測値平均で示したグラフである。吸入側カバー３６のひずみは、かしめ接合直後の抜重時の図２（Ｂ）に示すＰ点での値を示している。また、吸入側カバー３６の主要部の肉厚ｔ１は常に７ｍｍに設定している。フランジ３４の肉厚ｔ２が小さいほど、吸入側カバー３６の外周部位にかしめ接合による応力が集中するため、吸入側カバー３６は反インペラ側に凸に歪みやすくなる。ただし、ハウジング内部の燃料圧力がフランジ３４をハウジング２２から押し出す力として作用するため、インペラ側に凸に歪まない範囲でフランジ３４の肉厚を最も厚く設定して十分な耐久性を確保することが望ましい。本実施形態では、主要部の肉厚ｔ１が７ｍｍの吸入側カバー３６に４ｍｍ以上５ｍｍ以下、特に４．５ｍｍ程度の肉厚のフランジ３４を形成することが最も望ましい。
【００２６】
上述の実施形態によると、吸入側カバー３６がかしめ接合によりインペラ側に凸に歪むことが防止されるため、吸入側カバー３６を樹脂で形成し、燃料ポンプ１０の製造コストを低減することができ、また燃料ポンプ１０を軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による燃料ポンプを示す断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の実施形態に係る吸入側カバーを示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、（Ｃ）はその吸入側カバーを示す底面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る吸入側カバーをハウジングにかしめ接合する工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るプレス面の曲率半径ｒ１とかしめ接合によるフランジの歪みとの相関関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態に係るかしめ接合による吸入側カバーの変形を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に係るかしめ接合による吸入側カバーのひずみを示すグラフである。
【図７】本発明の比較例に係るかしめ接合による吸入側カバーのひずみを示すグラフである。
【図８】本発明の比較例に係るかしめ接合による吸入側カバーのひずみを示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態に係るフランジの肉厚ｔ２と吸入側カバーのひずみを解析値と実測値平均で示したグラフである。
【図１０】本発明の比較例に係る吸入側カバーをハウジングにかしめ接合する工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０燃料ポンプ
１２燃料吐出口
１４吐出側カバー
２２ハウジング
３２昇圧流路
３４フランジ
３６吸入側カバー
３７インペラ
４０ポンプケーシング
４５回転軸
４６電動機
５２燃料吸入口
５６パンチ

Claims

燃料吸入口を有する吸入側カバーと、
燃料吐出口を有する吐出側カバーと、
前記吸入側カバーと前記吐出側カバーの間に設けられる電動機と、
前記電動機と前記吸入側カバーの間に設けられるポンプケーシングと、
前記吸入側カバー及び前記ポンプケーシングの間に形成されている昇圧流路と、
前記昇圧流路に収容され前記電動機の回転軸とともに回転するインペラと、
前記吸入側カバー、前記ポンプケーシング及び前記インペラが収容される筒状のハウジングとを備え、燃料タンク内の燃料を内燃機関に供給する燃料ポンプであって、
前記吸入側カバーは、反ポンプケーシング側の外周角部が前記ハウジングにかしめ接合されるフランジを有し、樹脂で形成されていることを特徴とする燃料ポンプ。
前記フランジの反ポンプケーシング側の外周角部に丸みがあることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ。
前記フランジの反ポンプケーシング側の外周角部の曲率半径は２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の燃料ポンプ。
前記フランジ及び前記ハウジングは、前記ハウジングの中心軸に対する傾斜角が深部側ほど大きくなるパンチの曲面を用いてかしめ接合されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料ポンプ。
前記フランジの肉厚は４ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。