JP2004332739A - 燃料ポンプインペラ - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料ポンプと共に使用するリングインペラを提供する。
【解決手段】 リングインペラは、中心ハブを含み、第１の列のベーンがハブから径方向に延び、第２の列のベーンがハブから延び、第１の列のベーンに隣接してそれと千鳥に配置される。各列のベーンは、グループ分けされて隣接するベーン対を形成し、ベーン対におけるベーンの各々の間に隔壁が配置される。リブは、隔壁と整列してハブから径方向に延び、各ベーン対の間に配置される。隔壁の底部の厚さは、リブの厚さと同じである。隔壁は、その前方及び後方縁部に材料減少区域を含む。第１の列のベーンは、不均一な間隔に配置され、第２の列のベーンは、第１の列のベーンの間に等間隔で配置される。第１の列におけるベーンの間隔は、等間隔に等しい間隔の約７０％から約１４０％とすることができる。ベーンのいくつかは、他のベーンの高さよりも低い高さでもよい。
【選択図】 図２

Description

本発明は燃料ポンプインペラに関し、詳細には、燃料ポンプと共に使用するリングインペラに関する。

再生式燃料ポンプが、自動車用燃料供給用に長年使用されてきた。従来の自動車用燃料ポンプは、一般的に、ポンプハウジング内に入れられたインペラなどの回転式ポンピング要素を有している。一般的なインペラは、中心ハブの周辺部に形成された複数のベーン及びリブを有している。インペラの回転により、燃料は、ポンプハウジング内に配置されたポンピングチャンバに吸い込まれる。インペラのポンプ作用により、燃料が、燃料ポンプハウジングを高圧で出ていく。再生式燃料ポンプは、他の種類のポンプと比べて一定の吐き出し圧力を発生させるので、自動車用途で一般的に使用される。それらはまた、他の公知のポンプに比べて一般に低コストであり、作動中に耳に聞こえるノイズの発生が少ない。

ポンプ効率とノイズは、燃料ポンプインペラを設計する時に重要と考えられる２つの重要な特性である。圧力の脈動とノイズを下げるために、ポンプ効率を犠牲にして千鳥状に配置されたベーンインペラが使用されてきた。千鳥状に配置されたベーンインペラは、インペラのカバー側に第１の列のベーン、及びインペラの本体側に第２の列のベーンが使用される。第１の列のベーンは、第２の列のベーンに対して千鳥に配置される。千鳥状のベーンの間には、隔壁又は連結壁を使用することができる。

本発明の一実施形態によれば、インペラは、中心ハブ、複数の第１のベーン、複数の第２のベーン、複数の隔壁、及び複数のリブを含む。複数の第１のベーンは、中心ハブから第１の列をなして径方向に延びる。複数の第２のベーンは、中心ハブから第１の列に隣接して千鳥状に配置された第２の列をなして径方向に延びる。第１の列のベーンの各々は、第２の列のベーンと対にされて複数のベーン対を形成する。各隔壁は、ベーンの対におけるベーンとベーンの間に配置される。複数のリブは、中心ハブからハブ円周の周囲に径方向に延びる。リブは、ベーン対の各々の間に隔壁と整列して配置され、リブの厚みを有する。各隔壁は、底部厚さを有し、隔壁の底部厚さは、リブ厚さと等しい。リングインペラは、第１及び第２の列のベーンに連結された外側リングを更に含むことができる。この実施形態による再生式燃料ポンプは、上述のインペラ、入口と出口を備えたポンプハウジング、モータ、及びインペラを駆動してハウジングの入口から出口に燃料をポンピングするためのモータとインペラとの間に連結されたシャフトを含む。

別の実施形態においては、インペラは、中心ハブ、複数の第１のベーン、複数の第２のベーン、及び複数の隔壁を含む。複数の第１のベーンは、中心ハブから第１の列をなして径方向に延びる。複数の第２のベーンは、中心ハブから第１の列に隣接して千鳥状に配置された第２の列で径方向に延びる。第１の列のベーンの各々は、第２の列のベーンと対にされて複数のベーン対を形成し、ベーン対の各々は、第１の列のベーンと第２の列のベーンとを有する。各隔壁は、ベーン対における各第１の列のベーン及び第２の列のベーン間に配置される。各隔壁は、前方縁部及び後方縁部を有する。第１の列のベーンが隔壁と接する各隔壁の前方縁部上に、第１の材料減少区域が設けられる。第２の列のベーンが隔壁と接する各隔壁の後方縁部上に、第２の材料減少区域が設けられる。リングインペラは、第１及び第２の列のベーンに連結された外側リングを更に含む。この実施形態による再生式燃料ポンプは、上述のインペラ、入口と出口を備えたポンプハウジング、モータ、及びインペラを駆動してハウジングの入口から出口に燃料をポンピングするモータとインペラとの間に連結されたシャフトを含む。

更に別の実施形態においては、インペラは、中心ハブ、複数の第１のベーン、複数の第２のベーン、及び複数の隔壁を含む。複数の第１のベーンは、中心ハブから第１の列で外側に径方向に延びる。複数の第２のベーンは、中心ハブから第２の列で外側に径方向に延び、第１の列に隣接して千鳥状に配置される。第１の列のベーンの及びは、第２の列のベーンと対にされて複数のベーン対を形成する。各隔壁は、各ベーン対におけるベーン間に配置される。第１の列のベーンにおけるベーンは、非反復パターンで不均一な間隔に配置され、第２の列のベーンにおけるベーンは、第１の列のベーンのベーン間に等間隔で配置される。リングインペラは、第１及び第２の列のベーンに連結された外側リングを更に含む。この実施形態による再生式燃料ポンプは、上述のインペラ、入口と出口を備えたポンプハウジング、モータ、及びインペラを駆動してハウジングの入口から出口に燃料をポンピングするためのモータとインペラとの間に連結されたシャフトを含む。

更に別の実施形態においては、インペラは、中心ハブ、複数の第１のベーン、複数の第２のベーン、及び複数の隔壁を含む。複数の第１のベーンは、中心ハブから第１の列をなして径方向にに延びる。複数の第２のベーンは、中心ハブから第１の列に隣接して千鳥状に配置された第２の列をなして径方向にに延びる。第１の列のベーンの各々は、第２の列のベーンと対にされて複数のベーン対を形成する。各隔壁は、各ベーン対のベーン間に配置される。第１の列のベーンは、不均一な間隔に配置され、ベーンが中心ハブの回りに均一な間隔で配置された場合に生じるであろう間隔である均一な間隔に等しい間隔の約７０％から１４０％の範囲のベーン間隔を有する。リングインペラは、第１及び第２の列のベーンに連結された外側リングを更に含む。この実施形態による再生式燃料ポンプは、上述のインペラ、入口と出口を備えたポンプハウジング、モータ、及びインペラを駆動してハウジングの入口から出口に燃料をポンピングするためのモータとインペラとの間に連結されたシャフトを含む。

別の実施形態においては、インペラは、中心ハブ、複数の第１のベーン、複数の第２のベーン、及び複数の隔壁を含む。複数の第１のベーンは、中心ハブから第１の列で外側に径方向に延びる。複数の第２のベーンは、中心ハブから第１の列に隣接して千鳥状に配置された第２の列で外側に径方向に延びる。第１の列のベーンの各々は、第２の列のベーンと対にされて複数のベーン対を形成し、各ベーン対におけるベーンは同じ高さである。各隔壁は、ベーン対のベーンの間に配置される。第１の列のいくつかのベーンは第１の高さで、第１の列のいくつかのベーンは、第１の高さよりも低い高さである。リングインペラは、第１及び第２の列のベーンに連結された外側リングを更に含む。この実施形態による再生式燃料ポンプは、上述のインペラ、入口と出口を備えたポンプハウジング、モータ、及びインペラを駆動してハウジングの入口から出口に燃料をポンピングするためのモータとインペラとの間に連結されたシャフトを含む。

図１は、従来技術の再生式燃料ポンプ１０を示す。ポンプ１０は、燃料を燃料タンク（図示しない）からポンプ１０に、かつポンプ１０から自動車のエンジン（図示しない）にポンピングする入口１４及び出口１６を有するハウジング１２によって囲まれている。ハウジング１２は、モータ１８、インペラ２０、及びインペラ２０を駆動できるようにモータ１８とインペラ２０との間に連結されたシャフト２２を収納する。モータ１８は、電気モータが望ましいが、別の種類のモータを使用することもできる。シャフト２２は、ベアリング２４内に支えられている。インペラ２０は、ポンプ本体２６とポンプカバー２８との間に収納される。インペラ２０の入口側は、カバー側３０であり、インペラ２０の出口側は、本体側３２である。ポンプカバー２８は、燃料を入口から受ける流路３４を有する。ポンプ本体２６は、燃料をインペラ２０から受ける流路３６を有する。燃料は、インペラ２０によって燃料タンク（図示せず）又は他の供給源からポンプ入口１４に吸い込まれる。燃料は、本体を通ってインペラ２０を出てモータの回りに流れ、ポンプ出口１６を通って高圧で吐き出される前にモータ１８を冷却する。

本発明によれば、図１に示すような再生式燃料ポンプ１０のために使用される改良型インペラ２０が提供される。インペラ２０の一実施形態を図２〜９に示す。インペラ２０は、中心ハブ３８から外側に径方向に延びて外側リング４０で終端する複数のベーンを有する。ベーンは、中心ハブ３８の円周全体の回りに間隔を置いて配置される。中心ハブ３８は、シャフト開口部４２を有する環状ディスクであり、シャフト２２（図１に示す）が、このシャフト開口部４２を貫通してその回りでインペラ２０を回転させる。インペラ２０は、インペラ２０を通って軸方向に延びる圧力平衡穴４４を有する。圧力平衡穴４４は、ハウジング入口１４に燃料が導入された時にインペラ２０を中心に保ち、ポンプハウジング１２内で均衡させるために使用される。

図３〜８を参照すると、インペラのカバー側３０及び本体側３２が示されている。図３に示すカバー側３０がポンプカバー２８に面し、図５に示す本体側３２がポンプ本体２６に面する。図６及び図７に最も良く示すように、インペラ２０は、中心ハブ３８の周囲面４６から径方向に外側に延びる２列のベーン４８を含む。第１列のベーン５０は、インペラ２０のカバー側３０に配置され、第２列のベーン５２は、第１列のベーン５０に隣接するが、インペラ２０の本体側３２に配置される。好ましい実施形態においては、第１及び第２列のベーン５０及び５２は、中心ハブの周囲面４６の全幅Ｗ１に亘って延びる合成された幅を有する。

第２列のベーン５２は、第１列のベーン５０に対して千鳥状に配置される。千鳥は、望ましい強固な品質を得るために利用される。ベーン４８は、好ましくは、図６及び７に示すように第１列のベーン５０がカバー側３０から９０度以外の角度αで延びるシェブロン構成を有する。次に、第２列のベーン５２は、本体側３２から９０度以外の対応する角度αで延びる。図６及び７に示すように、角度αは、回転の方向Ｒに対して９０度よりも小さい角度である。好ましい実施形態においては、角度αは、約６６°±２°である。第１列及び第２列のベーン５０及び５２の組合せにより、シェブロン形状の構成が形成される。

第１列のベーン５０は、中心ハブ３８の周囲の回りに不均一な間隔に配置される。第１列のベーン５０を非反復パターンの間隔で配置してもよい。第２列のベーン５２は、第１列５０のベーンに対して千鳥状にされ、非反復パターンで不均一な間隔に配置してもよい。第１列及び第２列におけるベーン４８の数は好ましくは等しく、素数のベーンである。例えば、他の素数のベーンの中から３７、４３、又は４７枚のベーンを各列に設けることができる。ベーン４８の数は、或る程度、中心ハブ３８の大きさに依存することになる。

好ましい実施形態においては、第１列のベーン５０は、ベーンがハブ３８の周囲の回りに均一な間隔で配置された場合の均一間隔の約７０％から約１４０％の間隔で配置される。別の実施形態においては、この間隔は、均一間隔の約７０％から約１３０％である。
他の間隔が不規則で不均一な間隔及び均衡したインペラ２０をもたらすのであれば、他の間隔を使用してもよい。

ベーン４８の間隔を決定する時には、最初に均一な間隔を決定する必要があり、それは、以下のようにベーンの数を３６０°で割って計算することができる。
均一間隔＝ベーンの数／３６０°
この計算結果に７０％から１３０％のような望まれる範囲が乗じられる。
間隔の下限範囲＝均一間隔×７０％
間隔の上限範囲＝均一間隔×１３０％
次に、第１列のベーン５０の間隔が、上述のように計算された上限及び下限範囲を留意して不規則に決められる。間隔の決定において、ベーン４８が中心ハブ３８の回りで均衡されることも好ましい。

第２列のベーン５２の間隔は、第２列５２が第１列のベーン５０に対して千鳥状に配置され、ベーンが中心ハブ３８の回りで均衡したままである限り、上式を使用して決定することができる。別の好ましい実施形態においては、第２列５２のベーン４８は、第１列のベーン５０の間の中間に間隔を置いて配置される。第２列５２のベーンを第１列５０のベーンの間の中間に配置することにより、第２列５２のベーンが、不均一な間隔で配置されることになる。それに加えて、第１列５０のベーンが非反復パターンで配置されている場合、第２列のベーンもまた、中間間隔を使用して非反復パターンで間隔を置いて配置されることになる。図７に示すように、各第２列５２のベーンは、好ましくは、第１列のベーン５０における前方ベーンの後縁５４と後方ベーンの前縁５６との間の中間に間隔を置いて配置される。

第１列のベーン５０のベーン４８の各々は、第２列のベーン５２のベーン４８と対にされてベーンの対６０を形成する。第１列５０の各ベーン４８は、第１列５０の各ベーンと隣接してその後にある第２の列５２のベーン４８と対にされることが好ましい。隔壁６２は、対６０のベーンの各々を接合する。好ましい実施形態においては、対６０の各ベーン及び隔壁６２は、全てインペラ２０の外側リング４０まで延びてそれに接合する同じ高さＨ１である。代替実施形態においては、各対６０のベーン及び隔壁６２は、詳細に以下で説明するように、中心ハブ３８の周囲面４６から外側リング４０までの距離よりも短い高さＨ２にしてもよい。

第１列のベーン５０のベーン４８の各々は、ベーン４８のカバー側３０の後縁５４上に面取りした又は湾曲した表面６４を有する。一実施形態においては、湾曲した又は面取りした表面６４の角度は、回転方向Ｒに対して約２５°±２°である。第２の列のベーン５２のベーン４８の各々は、ベーン４８の本体側３２の後縁６８上に面取りした又は湾曲した表面６６を有する。一実施形態においては、第２の列５２の各ベーンの湾曲した又は面取りした表面６６の角度は、インペラ２０の回転方向Ｒに対して約２３°±２°である。第１及び第２の列のベーンの面取り角度は同じか、又は各列のベーンに対して異なっていてもよい。

第１及び第２の列５０及び５２のベーンは、類似のプロフィールを有することが好ましい。図３及び５に示すように、ベーン４８は、中心ハブ３８の周囲面４６に対して約９０°の角度で延びる底部分７０を有する。ベーン４８は、ベーン４８の高さＨ１の約半分の位置で前方に湾曲し、インペラ２０の回転方向Ｒにほぼ凸面の形状を形成する。図示の形状は、エアフォイル型に似ているが、他の形状も使用することができる。

図３及び４に示すように、中心リブ７２が、ベーンの隣接する対６０の各々の間で中心ハブ３８から外側に径方向に延びる。中心リブ７２は、隣接するベーン４８及び隔壁６２の高さよりも低い高さＨ３である。各中心リブの長さＬは、ベーンの各隣接する対６０の間で軸方向に延びる開口部７４であるベーン溝の長さに等しい。中心リブ７２を使用することは、ノイズの低減とインペラ効率の向上を助ける。

好ましい実施形態においては、中心リブ７２の断面は、Ｖ字型形状、又はほぼＶ字型形状である。リブ７２は、代替的に、１／４円又はくさび形を有することができ、他の形状を使用してもよい。隔壁６２は、中心リブ７２と隔壁６２との組合せが中心ハブ３８の中心線の周りに連続した壁を形成するような中心リブ７２の延長である。

図８に示すように、ベーン４８と隔壁６２との間の隅部の鋭さを除去するために、隔壁６２の前方縁部７６及び後方縁部７８は、各々、縁部７６及び７８から材料が除去された区域８０を含む。隅部を和らげることによって、キャビテーション問題の可能性が少なくなる。特に、除去された隔壁６２の区域８０は、他の表面処理の中でも、丸くした縁部、面取り、又はノッチとすることができる。除去された区域８０の長さは、隔壁６２の上部から中心リブ７２の上部まで延び、又は、隔壁６２の上部から中心リブ７２の上部までの距離の一部だけ延びてもよい。除去された材料の幅Ｗ２は、隔壁６２の幅の半分に等しいことが好ましいが、他の幅も望ましい場合がある。一実施形態においては、隔壁６２の前方縁部７６の面取りは、回転方向Ｒに対して４５°±０．５°の角度βで形成され、隔壁６２の後方縁部７８の面取りは、回転方向Ｒに対して４５°±０．５°の角度θで形成される。角度β及びθは、等しくても異なっていてもよい。

上述のように不均一で非反復間隔を組み込む各列に４３個のベーンを有するインペラ２０の例を図９及び１０に示す。図９は、カバー側３０の第１列のベーン５０の間隔を示し、図１０は、同じインペラの本体側３２の第２の列のベーン５２の間隔を示す。間隔を決定する時には、以下の計算に従って７０％から１４０％の範囲が使用された。
均一な間隔＝ベーンの数／３６０°＝４３／３６０°＝８．４°
間隔の下限範囲＝均一間隔×７０％＝８．４°×７０％＝５．９°
間隔の上限範囲＝均一間隔×１４０％＝８．４°×１４０％＝１１．６°
すなわち、第１及び第２の列５０及び５２に４３個のベーンを使用し、均一間隔の７０％から１４０％の範囲の不均一間隔を有する実施形態においては、５．９°から１１．６°の範囲の間隔が好ましい。

図１１は、本発明のリングインペラ９０の他の実施形態を示す。リングインペラ９０は、上述と同じ間隔を使用するが、完全な長さのベーン９４と共に短縮ベーン９２も使用する。完全長さベーン９４は、図１〜１０に関連して上述したものと同じように、中心ハブ３８の外側周囲から外側リング４０に延びるが、インペラ９０の外側リング４０には接触しない。一実施形態においては、短縮ベーン９２の高さは、完全長さベーン９４の高さＨ１の約２／３である。

短縮ベーン９２は、好ましくは、完全長さベーン９４の間に不規則な間隔を置いて配置され、単独又はグループで設けることができる。図１１に示すように、ベーン対６０のいくつかは、単独の短縮ベーンであり、一方、ベーン対のいくつかは、列内に並列に配置された２つのベーン対６０を含む。ベーン対６０及び付随する隔壁６２の各々は、好ましくは同じ高さである。すなわち、対６０の第１のベーンが完全長さの場合、ベーン対内の第２の列のベーン及び隔壁も完全長さである。第１列のベーンが短縮される場合、ベーン対６０内の第２の列のベーン及び隔壁も短縮される。好ましい実施形態においては、短縮ベーン９２は、図１１に示すように全て同じ高さＨ２であるが、短縮ベーンの高さが異なる他の実施形態を設けることもできる。短縮ベーン９２の形状は、完全長さベーンの形状と似ているか又は同じであることが好ましい。

インペラ２０及び９０は、好ましくは、射出成形処理を用いてプラスチック材料から形成される。利用することができる材料の種類には、他の種類の材料の中でも、フェノール樹脂又は「ＰＰＳ」（熱可塑性）が含まれる。材料は、インペラ２０及び９０のカバー側３０の型に射出成型することができる。図５に示すようなインペラ２０及び９０の本体側３０上のようなインペラ２０及び９０上に形成された凹部９６には、材料再生利用コードを設けてもよい。
以上の概念は、リングインペラに関連して説明されたが、この概念は、非リングインペラの場合にも利用することができる。

特許請求の発明の様々な特徴が上述のように説明されたが、これらの特徴は、単独又はそれらの任意の組合せで使用することができることを理解すべきである。従って、特許請求の発明は、本明細書で示された特定の実施形態のみに限定されないものとする。
更に、特許請求の発明に関係する当業者が変形及び修正を考えることができることを理解すべきである。本明細書に説明された実施形態は、特許請求の発明の例証である。本発明の開示により、当業者は、特許請求の範囲に示す本発明の要素に同じく対応する代替要素を有する実施形態を製造及び使用することができる。すなわち、本発明の意図する範囲は、特許請求の範囲の文字通りの言語と異ならないか又は実体的には異ならない他の実施形態を含むことができる。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲に示すように規定される。

従来技術の再生式燃料ポンプの断面図である。 本発明によるリングインペラのカバー側の第１の実施形態の斜視図である。 図２に示すリングインペラのカバー側の平面図である。 図３の４−４線に沿ったリングインペラの断面図である。 図２に示すリングインペラの本体側の平面図である。 図５の６−６線に沿ったリングインペラの断面図である。 図５の７−７線に沿ったリングインペラの断面図である。 ８−８線で囲まれた区域で取った図６の拡大断面図である。 本発明によるリングインペラの一実施形態のカバー側の平面図である。 図９に示すリングインペラの本体側の平面図である。 本発明によるリングインペラのカバー側の他の実施形態の斜視図である。

符号の説明

２０ インペラ
２２ シャフト
３８ 中心ハブ
４０ インペラの外側リング
４２ シャフト開口部
４４ 圧力平衡穴
４６ ハブの周囲面
４８ ベーン
５０ 第１の列のベーン
５２ 第２の列のベーン
６０ ベーンの対
６２ 隔壁
７０ ベーンの底部分
７２ 中心リブ
７４ 開口部：ベーン溝

Claims (4)

1. インペラであって、
   中心ハブと、
   第１の列をなし前記中心ハブから径方向に延びる複数の第１のベーンと、
   前記第１の列に隣接して千鳥状に配置された第２の列をなして前記中心ハブから径方向に延びる複数の第２のベーンと、を備え、
   前記第１の列のベーンの各々は、前記第２の列のベーンと対にされて複数のベーン対を形成し、前記インペラはさらに、
   各々が前記ベーン対のベーン間に配置された複数の隔壁と、
   前記中心ハブの円周の回り該中心ハブから径方向に延びる複数のリブであって、前記ベーン対の間で前記隔壁と整列して位置決めされ、リブ厚さを有する複数のリブと、を備え、
   前記隔壁の各々が底部厚さを有し、該隔壁の底部厚さが前記リブ厚さと等しい、
   ことを特徴とするインペラ。
2. 各リブの高さは、前記隣接する隔壁の高さの約半分に等しいか又は半分よりも低い、
   請求項１に記載のインペラ。
3. 前記隔壁と前記各ベーン対のベーンとは、同じ高さである、
   請求項２に記載のインペラ。
4. 前記リブは、Ｖ字形断面、実質的にＶ字形の断面、くさび形状、及び四半円形状のうちの１つを有する、
   請求項１に記載のインペラ。

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