JP2005016522A - 燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリポンプに関し、作動特性が改善された流露を有する燃料ポンプに関する。
【解決手段】燃料ポンプは、対向面を有するカバーと、対向面を有する本体とを含むポンプハウジングを有する。カバー及び本体の対向面には円弧状流路が形成されている。アーチ形流路は、対向面上で少なくとも部分的に円周方向に延びる。入口は、カバーを貫通して延び、カバーの流路に連通される。出口は、本体を貫通して延び、本体の流路に連通される。インペラは、カバーの対向面と本体の対向面との間に配置される。カバーの流路と本体の流路の少なくとも一方は、その長さ部分の少なくとも一部に沿って下側部分及び側部分を含む断面を有する。下側部分は、半楕円形状、部分半楕円形状、又は部分半円形状を有し、上側部分は、下側部分に連結された一対の直線壁を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリポンプに関し、詳細には、作動特性が改善された流路を有する燃料ポンプに関する。

車両用再生式燃料ポンプは、燃料を燃料タンクから燃料処理システムを経由して車両エンジンへ送り出すようになっている。一般的に、燃料ポンプは、ポンプハウジング内で回転する環状の従動インペラを含む。インペラには、上流側及び下流側がある。ポンプハウジングは、インペラの上流側に隣接して配置されるカバーと、インペラの下流側に隣接して配置される本体とを含む。ポンプハウジングは、カバー、インペラ、本体、及び他のポンプ部品を収容する燃料ポンプの外側ケーシングとしての機能を果たす。

環状インペラは、ハウジング内に形成された環状流路によって境界付けされたベーンを有する。流路は、インペラベーンの上流側及び下流側において、それぞれカバー及び本体に配置される。インペラのカバー側の流路はインペラに燃料を供給し、本体側の流路はインペラからの燃料を吐出する。各々の流路には、インペラのポンプ作用により一次渦流が形成される。一次渦流は、本体の燃料出口を通って吐出される前に、各々の流路の端部へ送られる。一次渦流の形状に適合しない流路区域の流路で二次渦流が発達するとポンプ損失が生じる。

本発明の第１の実施形態においては、ポンプは、ポンプハウジング、入口、出口、及びインペラを含む。ポンプハウジングは、軸線を有し、対向面を有するカバーと軸線の周りに配置された対向面を有する本体とを含む。カバーの対向面には円弧状流路が形成され、本体の対向面には円弧状流路が形成される。円弧状流路は、軸線の周りで少なくとも部分的に円周方向に延びる部分（長さ部分）を有する。入口は、カバーを貫通して延び、カバー流路に連通される。出口は、本体を貫通して延び、本体流路に連通される。インペラは、カバーの対向面と本体の対向面との間に配置される。カバー流路と本体流路の少なくとも一方は、少なくともその長さの一部に沿って下側部分及び上側部分を含む断面形状を有する。下側部分は、半楕円形状、部分半楕円形状、又は部分半円形状を有し、上側部分は、下側部分に連結された一対の直線壁を有する。

別の実施形態において、燃料ポンプのハウジング内に送出流路が形成される。送出流路は、ハウジングの表面に形成された円弧状凹部を含む。円弧状凹部は、第１の端部から第２の端部まで延びる長さを有する。第２の端部は、第１の端部と離間している。円弧状凹部は、その長さの少なくとも一部に沿って下側部分と上側部分とを含む断面形状を有する。下側部分は、半楕円形状、部分半楕円形状、又は部分半円形状を有し、上側部分は、下側部分に連結された一対の直線壁を有する。

図１は、燃料タンクから車両エンジンへ燃料を供給する従来の車両用再生式燃料ポンプ１０の断面図を示す。この燃料ポンプ１０は、燃料タンク内に配置され、燃料を燃料タンクから燃料ポンプ１０を通して上方に送り出すように構成されている。燃料ポンプ１０は、ポンプハウジング１２、ポンプ入口１４、ポンプ出口１６、モータ１８、及びインペラ２０を含み、これら全てはポンプ１０の長手方向軸線Ｘ−Ｘの周りに配置される。ポンプハウジングは、特にカバー２２及び本体２４を含む。カバー２２は、インペラ２０の上流側に隣接配置され、本体２４は、インペラ２０の下流側に隣接配置される。カバー２２は燃料入口１４を含み、本体２４は燃料出口２６を含む。図２は、燃料入口１４を含むカバー２２の平面図を示し、図４は、燃料入口１４を有するカバー２２の断面図を示す。図５は、燃料出口２６を含む本体２４の平面図を示す。ハウジング１２は、燃料ポンプ１０の外側ハウジングとしての機能を果たし、カバー２２、本体２４、インペラ２０、及び他の燃料ポンプ部品を収容する。

インペラ２０は、燃料ポンプ１０を通して燃料を送出するために使用され、インペラの外周に連結されそこから外向きに延びるベーンリングを有する円板形本体を含む。インペラ２０は、ポンプ１０の長手方向軸線Ｘ−Ｘを中心に、即ちシャフト２８を中心に回転可能であり、ポンプ１０のカバー２２と本体２４との間に配置される。シャフト２８は、電気モータ１８によって駆動される。電力は、車両の交流発電機又はバッテリからモータ１８に供給される。シャフト２８は、本体２４及びインペラディスク２０を貫通して延び、カバー２２に形成された中心開口３０に着座する。カバー２２及び本体２４は、ポンプハウジング１２内で動かないように固定されている。

カバー２２及び本体２４はポンプ流路３２、３４を含み、該ポンプ流路３２、３４は、カバー２２及び本体２４のそれぞれの対向面３６、３８に、長手方向軸線Ｘ−Ｘを中心に円周方向に形成されている。図２はカバー２２の対向面を示し、図５は本体２４の対向面３８を示す。流路３２、３４は、カバー２２及び本体２４の外縁近傍で、その対向面３６、３８の周囲を円弧状に延びている。好ましい実施形態において、流路３２、３４は、インペラ羽根の経路に隣接した略アーチ形の経路をたどって延びる。所望であれば、その他の経路を用いることもできる。カバー２２に形成された流路３２を、本明細書ではカバー流路３２と呼び、本体２４に形成された流路３４を本体流路３４と呼ぶ。ポンプ流路としても知られている流路３２、３４は、ポンプ１０を通って燃料を送り出すインペラ２０に燃料を供給するために使用される。

図３、図４、図６ないし図８に示されているように、カバー流路３２及び本体流路３４は、下側部分４０及び上側部分４２を含む断面形状を有する。下側部分４０は、半楕円形状４４、部分半楕円形状４６、又は部分半円形状４８を有する。上側部分４２は、下側部分４０からカバー２２又は本体２４の対向面３６、３８まで延びる互いに離間した一対の直線壁５０を含む。

図３は、第１の点Ｘ１及び第２の点Ｘ２におけるカバー２２の断面図を示す。第１の断面は第１の点Ｘ１の断面であり、第２の断面は第２の点Ｘ２の断面である。好ましい実施形態において、第１の断面は第２の断面と異なっている。特に、多くの場合、流路３２、３４は、第１の点Ｘ１の流路３２、３４の高さＹが第２の点Ｘ２の流路３２、３４の高さＺよりも大きくなるように、第１の端部５２から第２の端部５４まで傾斜していることが望ましい（図２に示す）。本発明の１つの実施形態によれば、第１の点Ｘ１と第２の点Ｘ２との間で高さが異なる上側部分４２を含むことによって傾斜が付けられているが、下側部分４０は、第１の点Ｘ１と第２の点Ｘ２との間で変化していない。

図３に示すカバー２２の好ましい実施形態において、第１の点Ｘ１における上側部分４２の高さは、第２の点Ｘ２における上側部分４２の高さよりも大きい。上側部分４２の高さは、少なくとも点Ｘ１とＸ２との間で、流路３２、３４の長さ方向に沿って漸減するのが好ましい。

上側部分４２の直線壁５０は、図７及び図８に示すように、対向面３６、３８に対して垂直であってもよく、図６に示すように、対向面３６、３８に対して傾いていてもよい。上側部分４２の直線壁５０が傾斜している場合、向かい合う壁５０が共に外向きに傾斜するように、壁５０は、約５°又はそれより小さい角度αだけ傾斜するのが好ましい（例えば、しかし、３−５°に限定されるものではない）。この角度αは製造工程中に有用であり、製造誤差によって完全に垂直な壁５０を実現するのは難しいであろう。

また、流路３２、３４は、図６に示す移行区域５６を含むことができる。この移行区域５６は、上側部分４２と下側部分４０との間に配置され、二次渦流形成の可能性を低減するために、上側部分４２と下側部分４０との間を滑らかに変化させるのに有用である。移行区域５６は、流路３２、３４の上側部分４２と下側部分４０との間に配置された丸み付き壁５８を含むことが好ましい。図６に示すように、丸み付き壁５８は半径Ｒを有する。移行区域５６は、下側部分４０に部分半楕円形状４６又は部分半円形状４８が使用される場合には最も必要である。半径Ｒは、上側部分４２と下側部分４０との間を滑らかに移行させるために、部分半楕円形状４６又は部分半円形状４８の形状に基づいて決定される。

図３、図４，図６ないし図８に関連して説明したように、流路３２、３４の下側部分４０の好ましい形状は、半楕円形状４４、部分半楕円形状４６、又は部分半円形状４８である。これらの形状は、流路３２、３４の二次渦流を低減又は除去するので好ましい。図６は部分半楕円形状４６の下側部分４０を示し、図７は半楕円形状４４の下側部分４０を示す。図８は部分半円形状４８の下側部分４０を示す。

図６には、下側部分４０の形状を定義する楕円パラメータが特定されている。下側部分４０の形状は、以下の楕円式によって定義される。

ここで、
ａ＝短軸ＭＩの距離の半分
ｂ＝長軸ＭＡの距離の半分
ｘ及びｙは、中心点Ｐを原点とするデカルド座標系の座標軸である。

幾何学の分野では公知であるが、楕円の長軸ＭＡは、頂点Ｖ１から中心点Ｐを通って頂点Ｖ２までの軸線に沿って延びる。長さｂは、中心点Ｐから頂点Ｖ１又はＶ２まで延びる。楕円の焦点ｆは、中心点Ｐから距離ｃの長軸ＭＡ上にある。長さａは、短軸ＭＩの半分の距離であり、中心点Ｐと頂点Ｖ３との間を延びる。長さａの値の好ましい範囲は約０．８ｍｍから２．５ｍｍであり、好ましい長さは約１．０ｍｍである。長さｂの値の好ましい範囲は約０．９ｍｍから２．７ｍｍであり、好ましい長さは約１．８ｍｍである。長さｃは、長さａ及びｂの関数として次のように計算される。
ｃ²＝ｂ²−ａ²
長さｃは、上式に従って、長さａ及びｂに伴って変化する範囲をもつ。

図６から分かるように、流路３２、３４の下側部分４０の断面は、半楕円形の一部だけであってもよく、本明細書では部分半楕円形状４６と呼ぶ。部分半楕円形状４６は、ユーザによって選択される深さｄを有する。深さｄは、好ましくは約１ｍｍであるが、約０．５から２．５ｍｍの範囲をもつ。部分半楕円形状４６において、深さｄは、長さａに等しいかこれより小さいのが好ましい。半楕円形状４４は、図７に示すように、長軸ＭＡと、頂点Ｖ１、Ｖ２及び頂点Ｖ３を有する楕円線によって定義される。半楕円形状は、好ましくは長さａに等しい深さｄを有する。

また、図６には、部分半楕円形状４６の実施形態の平らな底面６０が仮想線で示されている。本明細書で示されているいずれの実施形態においてもこの平らな底面６０を含むことができ、これは製造上の都合で望ましい場合がある。下側部分４０に平らな底面６０を使用する場合、下側部分４０の残りの部分には、前述の半楕円形状４４、部分半楕円形状４６、又は部分半円形状４８を使用する。

図８に示す別の実施形態において、流路３２、３４の下側部分４０には一部半円断面を使用することができる。ａ＝ｂの場合、楕円式は円形形状を与える。本明細書で使用する場合、部分半楕円形状４６及び半楕円形状４４という用語は、それらの定義に半円形は含まない。しかしながら、本発明は、実際には１つの実施形態として部分半円形状４８を含む。この部分半円形状４８の断面は、円形形状の両端部が上側部分４２の直線壁５０を超えて延びるように、流路３２、３４内に規定される。頂点Ｖ１及びＶ２は、流路３２、３４の外側に位置する。更に、深さｄは、長さａよりも小さい。部分半円形状４８の断面は、前記の楕円式によって定義することができ、ａ＝ｂである。

また、カバー流路３２は、ベーパ抜き孔６２を含むことが好ましい。図２に示すベーパ抜き孔６２は、燃料がカバー流路３２に入る際に燃料中に発生するあらゆるベーパをインペラ２０に入る前に抜き出すために使用される。

カバー２２及び本体２４は、アルミニウム等の鋳造材料、又はプラスチック材料で作ることができる。使用可能なプラスチック材料としては、フェノール樹脂等の熱硬化性プラスチック、又はＰＰＳ等の熱可塑性プラスチックが含まれる。また、当業者には公知の別の種類の材料を使用することもできる。

カバー２２及び本体２４に流路３２、３４を形成する場合、好ましい方法は、カバー２２及び本体２４に流路３２、３４を大まかな形状寸法で鋳造する。次に、流路の輪郭を仕上げ、バリ又は不完全部を取り除くために、フライス加工を行う。

本発明は、ポンプ１０の長手方向軸線Ｘ−Ｘとの関連で説明したが、長手方向軸線Ｘ−Ｘとは必ずしも一直線ではない他の軸線を使用することができる。更に、流路３２、３４は、主としてカバー２２に関して説明したが、本体流路３４は、カバー流路３２と同様の寸法形状及び特性を有する。前記の説明は、所望であれば、概してカバー流路３２及び本体流路３４の両者に当てはまる。

本明細書で説明した長さ及び深さは、例示的なものである。使用される各部分の長さ及び深さは、燃料ポンプ１０、インペラ２０、及びその多様な表面の寸法に左右されるであろう。従って、本発明は、前述の長さ及び深さに限定されるものではない。更に、本発明の流路３２、３４は、燃料ポンプとの関連で説明されているが、前記の説明は、他の形式のポンプにも適用可能であり、本発明の用途は、燃料を送り出すためのポンプに限定されない。

本発明の種々の特徴を説明したが、これらの特徴は、単独で又はそれらを組み合せて使用できることを理解されたい。従って、本発明は、本明細書に示した特定の実施形態に限定されるものではない。

更に、本発明に関連する技術分野の当業者であれば、種々の変形例及び変更例に気付くであろうことを理解されたい。本明細書に説明した実施形態は、本発明を例示したものである。本明細書の開示内容によって、当業者であれば、請求項に記載した本発明の構成部品に該当する別の構成部品を有する種々の実施形態を作って使用することが可能であろう。つまり、本発明の範囲は、請求項の文言と相違しない又は実質的に相違しない他の実施形態も含むことができる。従って、本発明の範囲は、請求項に記載したように定義される。

従来の燃料ポンプの断面図である。 本発明による、図１の線２−２と同じ位置で切り取った燃料ポンプのカバーの平面図である。 図２の線３−３に沿って切り取ったカバーの断面図である。 図２の線４−４に沿って切り取ったカバー断面図である。 本発明による、図１の線５−５と同じ位置で切り取った燃料ポンプの本体の平面図である。 本発明による、図４の円で囲まれた部分を示す、流路の１つの実施形態の部分断面図である。 本発明による、図４の円で囲まれた部分を示す、流路の別の実施形態の部分断面図である。 本発明による、図４の円で囲まれた部分を示す、流路の別の実施形態の部分断面図である。

符号の説明

１０ 燃料ポンプ
１２ ポンプケーシング
１４ ポンプ入口
１６ ポンプ出口
１８ モータ
２０ インペラ
２２ カバー
２４ 本体
２６ 本体出口
２８ シャフト
３０ カバーの中心開口
３２ カバー流路
３４ 本体流路
３６ カバーの対向面
３８ 本体の対向面
４０ 流路の下側部分
４２ 流路の上側部分
４４ 半楕円形状
４６ 部分半楕円形状
４８ 部分半円形状
５０ 直線壁
５２ 流路の第１の端部
５４ 流路の第２の端部
５６ 移行区域
５８ 丸み付き壁
６０ 平らな底面
６２ パージ抜き孔
Ｘ１ 第１の点
Ｘ２ 第２の点
Ｙ 第１の点の高さ
Ｚ 第２の点の高さ
Ｖ１ 長軸上の頂点
Ｖ２ 長軸上の頂点
Ｖ３ 短軸上の頂点
ＭＡ 長軸
ＭＩ 短軸
Ｐ 楕円の中心点
ｆ 焦点
ａ 中心点ＰとＶ３との間の距離
ｂ 中心点ＰとＶ１又はＶ２との間の距離
ｃ 中心点Ｐと焦点との間の距離
ｄ 一部楕円の深さ
α カバー又は本体の対向面に対する直線壁の角度
Ｒ 丸み付き壁の半径

Claims (7)

1. ポンプであって、
   軸線を有し、軸線と、対向面を有するカバーと、対向面を有する本体とを備えたポンプハウジングであって、円弧状流路が前記カバーの対向面に形成され、円弧状流路が前記本体の対向面に形成され、前記両円弧状流路が前記軸線を中心に少なくとも部分的に周方向に延びる長さ部分を有しているポンプハウジングと、
   前記カバーを貫通して延び、前記カバー流路に連通された入口と、
   前記本体を貫通して延び、前記本体流路に連通された出口と、
   前記カバーの前記対向面と前記本体の前記対向面との間に配置されたインペラと、を備え、
   前記カバーの流路と前記本体の流路の少なくとも一方が、その長さ部分の少なくとも一部に沿って下側部分と上側部分とを含む断面形状を有し、前記下側部分が、半楕円形状、部分半楕円形状、又は部分半円形状を有し、前記上側部分が、前記下側部分に連結された一対の直線壁を有している、
   ことを特徴とするポンプ。
2. 前記カバーの流路及び前記本体の流路の両方が、その長さ部分の少なくとも一部に沿って、下側部分と上側部分とを含む断面形状を有し、前記下側部分が、半楕円形状、部分半楕円形状、又は部分半円形状を有し、前記上側部分が、下側部分に連結された一対の直線壁を有する、
   請求項１に記載のポンプ。
3. 前記カバーの流路及び前記本体の流路の両方が、それぞれの流路の第１の点に位置が定められた第１の断面と、それぞれの流路の第２の点に位置が定められた第２の断面とを有し、前記第１の断面が前記第２の断面とは異なる、
   請求項２に記載のポンプ。
4. 前記カバーの流路及び前記本体の流路の前記上側部分と前記下側部分との間に移行区域を更に備え、前記移行区域が、前記上側部分と前記下側部分との間の接続部を滑らかにするために、少なくとも１つの半径を含む、
   請求項１に記載のポンプ。
5. 前記カバー流路内に配置され、前記カバーを貫通して延びるパージ抜き孔を更に備える、
   請求項１に記載のポンプ。
6. 前記カバーがアルミニウム製又はプラスチック製であり、前記本体がアルミニウム製又はプラスチック製である、
   請求項１に記載のポンプ。
7. 前記カバー流路が鋳造及び機械加工によって製造され、前記本体流路が鋳造及び機械加工によって製造される、
   請求項１に記載のポンプ。

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