JP2009079586A - 燃料ポンプ用インペラ、燃料ポンプおよび燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ室内に燃料が存在しないときであっても、低トルクで燃料を汲み上げることができる燃料ポンプ用インペラを提供する。
【解決手段】同心円状上に形成された２つのポンプ室を有する燃料ポンプに適用される燃料ポンプ用インペラであって、内側ポンプ室に対応する部位に形成された内側羽根溝５５のうち回転方向後方側に位置する後方面５５ｃの径方向内側端５５ｄと径方向外側端５５ｅとを結ぶ線分、および、径方向内側端５５ｄから半径方向に延びる線分が形成する後傾角度α２を、３０°≦α２≦８０°とする。これにより、インペラ内径側の気体を後方面５５ｃに沿ってインペラ外径側へ流すことができ、さらに、内側ポンプ室内により大きな吸入負圧を発生させることができるので、ポンプ室内に燃料が存在しないときでも、低トルクで燃料を汲み上げることができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、複数のポンプ室を有する燃料ポンプに適用される燃料ポンプ用インペラ、これを備える燃料ポンプ、および、この燃料ポンプが適用された燃料供給装置に関する。

従来、車両の燃料タンク内に搭載されて、車両走行用エンジンに燃料を圧送するタービン式の燃料ポンプが知られている。

この種の燃料ポンプは、一般的に、車両旋回時や、登坂時等、燃料タンク内の燃料の液面が傾斜した場合や、燃料の消費によって燃料の液面が低下した場合等においても確実に燃料の吸入、吐出が行えるように、燃料タンクの底部に配置されたサブタンク内に搭載されている。なお、サブタンクとは、その内部に燃料タンク内の燃料が充填されることによって、燃料タンク内の液面とは独立した液面で燃料を貯留できる燃料容器である。

このサブタンクへ燃料を充填する手段として、例えば、特許文献１には、燃料ポンプのポンプ室を同心円上に２列に形成して、外側に配置された外側ポンプ室を車両走行用エンジンへの燃料圧送用に用い、内側に配置された内側ポンプ室をサブタンクへの燃料充填用に用いることが開示されている。

さらに、特許文献２には、インペラの羽根溝の回転方向後方側に位置する後方面の後傾角度、あるいは、前傾角度を規定することによって、燃料ポンプのポンプ効率を向上させることが開示されている。

なお、後方面の後傾角度とは、後方面の径方向内側端と径方向外側端とを結ぶ線分および径方向内側端から半径方向に延びる線分が形成する角度であり、後方面の前傾角度とは、後方面の回転軸方向の中心部と後方面の回転軸方向のいずれか一方の端部とを結ぶ線分および後方面の回転軸方向の中心部から回転接線方向に延びる線分が形成する角度である。
米国特許第５５９６９７０号明細書 特開２００７−１３２１９６号公報

ところで、特許文献１の如く、ポンプ室を同心円上に２列に形成して、内側ポンプ室をサブタンクへの燃料充填用に用いる場合、内側ポンプ室では、外側ポンプ室に対して、インペラの周方向速度が小さくなる。そのため、内側ポンプ室の吸入負圧は、外側ポンプ室の吸入負圧よりも小さくなる。

従って、例えば、燃料タンク内の燃料の残量が低下して、燃料タンク内の燃料液面がポンプ取付位置より低くなり、内側ポンプ室内に燃料がなくなると、内側ポンプ室の吸入負圧が極めて小さくなり、燃料タンクから燃料を内側ポンプ室内まで吸い上げることができなくなってしまう。

仮に、小さな吸入負圧で内側ポンプ室内まで燃料を吸い上げることができたとしても、内側ポンプ室内の気体（エア）排出を行って、ポンプ効果を発揮させなければ、サブタンクへ燃料を汲み上げることができない。

これに対して、特許文献１の内側ポンプ室用のインペラの羽根溝形状として、特許文献２に開示された羽根溝形状を適用してポンプ効率を向上させる手段が考えられるが、この手段を採用すると、却って、サブタンクに汲み上げる燃料を過度に昇圧させてしまう。そして、このような過度な昇圧は、燃料ポンプの駆動トルクの増大につながり、消費電流の増大を招いてしまう。

上記点に鑑み、本発明は、ポンプ室内に燃料が存在しないときであっても、低トルクで燃料を汲み上げることができる燃料ポンプ用インペラを提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、ポンプ室内に燃料が存在しないときであっても、低トルクで燃料を汲み上げることができる燃料ポンプを提供することを第２の目的とする。

また、本発明は、燃料タンク内の燃料液面が低くなり、ポンプ室内に燃料が存在しないときであっても、低トルクでサブタンクへ燃料を汲み上げることができる燃料供給装置を提供することを第３の目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、同心円上に形成された外側ポンプ室（５０ａ）および内側ポンプ室（５０ｂ）を有する燃料ポンプに適用される燃料ポンプ用インペラであって、
少なくとも内側ポンプ室（５０ｂ）に対応する部位には、回転方向に複数の内側羽根溝（５５、５５’）、および、隣接する内側羽根溝（５５、５５’）間を仕切る隔壁部（５５ａ）が設けられており、内側羽根溝（５５、５５’）の回転方向後方側に位置する後方面（５５ｃ、５５ｃ’）のうち、少なくとも径方向内側は、径方向内側から径方向外側に向けて回転方向後方に向かって傾斜しており、後方面（５５ｃ、５５ｃ’）の径方向内側端（５５ｄ）と径方向外側端（５５ｅ）とを結ぶ線分（１０３）、および、径方向内側端（５５ｄ）から半径方向に延びる線分（１０４）が形成する後傾角度をα２としたときに、
３０°≦α２≦８０°
となっている燃料ポンプ用インペラを第１の特徴とする。

この種のインペラが適用される燃料ポンプは、非容積型のポンプとなるため、ポンプ室内に液体の燃料がなくなり、気体（エア）が充満してしまうと、ポンプ室内から気体を排出することが難しい。

従って、例えば、内側ポンプ室（５０ｂ）のポンプ作用によって、燃料タンク内の燃料をサブタンクに汲み上げる燃料供給装置に適用される燃料ポンプにおいても、燃料タンク内の燃料液面が低くなり、ポンプ室内に燃料が存在しなくなると、内側ポンプ室（５０ｂ）内の気体（エア）を排出し難くなる。

これに対して、上記第１の特徴の燃料ポンプ用インペラによれば、後方面（５５ｃ、５５ｃ’）の後傾角度α２を、３０°≦α２≦８０°に設定しているので、インペラ内径側の気体を後方面（５５ｃ、５５ｃ’）に沿ってインペラ外径側へ流すことができ、内側ポンプ室（５０ｂ）内により大きな吸入負圧を発生させることができる。その結果、ポンプ室内に燃料が存在しないときであっても、低トルクで燃料を汲み上げることができる。

なお、本発明者らの調査検討によれば、α２＜３０°であると、インペラ内径側から流入した気体は後方面（５５ｃ、５５ｃ’）にぶつかって、流速を失ってしまう。そのため、ポンプ室内に発生する負圧が小さくなり、十分な吸入負圧を得ることができなくなってしまうことが判っている。一方、８０°＞α２であると、後方面（５５ｃ、５５ｃ’）を形成できなくなってしまう。

また、上記第１の特徴の燃料ポンプ用インペラにおいて、後方面（５５ｃ’）は、回転軸方向の一端側から回転軸方向の他端側に向けて回転方向後方に傾斜しており、後方面（５５ｃ’）の一端側の端部（５５ｆ’）と他端側の端部（５０ｇ’）とを結ぶ線分（１０５）、および、一端側の端部（５５ｆ’）から回転方向後方側の接線方向に延びる線分（１０６）とが形成する傾斜角度をβとしたときに、傾斜角度βは、後方面（５５ｃ’）の径方向の全域で、
６５°≦β＜９０°
となっていてもよい。

これによれば、燃料液面が燃料ポンプ用インペラより低い場合であっても、内側ポンプ室（５０ｂ）内に燃料を吸い上げ、内側ポンプ室（５０ｂ）内の気体を排出して、内側ポンプ室（５０ｂ）内に液体の燃料を満たし、ポンプ効果を発揮させることができる。なお、本発明者らの調査検討によれば、β＜６５°とすると、内側ポンプ室（５０ｂ）の汲み上げ流量が著しく低下してしまうことが判っている。さらに、傾斜角度βは、後方面（５５ｃ’）の径方向の全域で、同一であってもよい。

また、上記第１の特徴の燃料ポンプ用インペラにおいて、後方面（５５ｃ’）の少なくとも一部は、回転軸方向の一端側から回転軸方向の他端側に向けて回転方向後方に傾斜しており、さらに、後方面（５５ｃ’）は、互いに交差する複数の面（５５１、５５２）を有して形成され、後方面（５５ｃ’）の最内周側における一端側の端部（５５１ｆ）と他端側の端部（５５１ｇ）とを結ぶ線分（１０５ａ）、および、一端側の端部（５５１ｆ）から回転方向後方側の接線方向に延びる線分（１０６ａ）とが形成する傾斜角度をβ１とし、後方面（５５ｃ’）の最外周側における一端側の端部（５５２ｆ）と他端側の端部（５５２ｇ）とを結ぶ線分（１０５ｂ）、および、一端側の端部（５５１ｆ）から回転方向後方側の接線方向に延びる線分（１０６ｂ）とが形成する傾斜角度をβ２としたときに、傾斜角度β１と傾斜角度β２とが異なっていてもよい。

後方面（５５ｃ’）をこのように形成しても、請求項２に記載の発明と同様に、燃料液面が燃料ポンプ用インペラより低い場合であっても、内側ポンプ室（５０ｂ）内に燃料を吸い上げ、内側ポンプ室（５０ｂ）内の気体を排出して、内側ポンプ室（５０ｂ）内に液体の燃料を満たし、ポンプ効果を発揮させることができる。

さらに、具体的に、傾斜角度β１は、β＝９０°となっていてもよいし、傾斜角度β２は、５５°≦β２＜９０°となっていてもよい。

また、上記第１の特徴の燃料ポンプ用インペラにおいて、後方面（５５ｃ）は、回転軸方向の中心から回転軸方向両側に向けて回転方向前方に傾斜しており、後方面（５５ｃ）の回転軸方向の中心部（５５ｈ）と後方面（５５ｃ）の回転軸方向のいずれか一方の端部（５５ｉ）とを結ぶ線分（１０７）、および、後方面（５５ｃ）の回転軸方向の中心部（５５ｈ）から回転方向前方側の接線方向に延びる線分（１０８）が形成する前傾角度をγとしたときに、
７０°≦γ＜９０°
となっていてもよい。

例えば、内側ポンプ室（５０ｂ）を、上述したサブタンクへの燃料充填用に用いる場合、燃料を過度に昇圧する必要がないので、内側ポンプ室（５０ｂ）内を流れる燃料に旋回流を発生させて、インペラから燃料へ運動量を効果的に伝える必要もない。

これに対して、前傾角度γを、７０°≦γ＜９０°とすることによって、旋回流の発生を抑制して、同一回転数における内側ポンプ室（５０ｂ）の駆動トルクを抑制できる。なお、本発明者らの調査検討によれば、γ＜７０°であると、過渡な旋回流が発生して、駆動トルクが上昇してしまうことが判っている。

また、本発明では、上述の第１の特徴の燃料ポンプ用インペラ（５１）を備える燃料ポンプを第２の特徴とする。これによれば、第１の特徴の燃料ポンプ用インペラを備えているので、ポンプ室内に燃料が存在しないときであっても、低トルクで燃料を汲み上げることができる燃料ポンプを提供できる。

また、本発明では、上述の第２の特徴の燃料ポンプ（３０）と、燃料を貯留する燃料タンク（１０）内に配置されて、内部に燃料タンク（１０）内の燃料が充填されるとともに、燃料タンク内の液面とは独立した液面で燃料を貯留可能に構成されたサブタンク（２０）とを備え、サブタンク（２０）には、燃料ポンプ（３０）のうち内側ポンプ室（５０ｂ）のポンプ作用によって、燃料タンク（１０）内の燃料が充填される燃料供給装置を第３の特徴とする。

これによれば、第２の特徴の燃料ポンプ（３０）を備えているので、燃料タンク（１０）内の燃料液面が低くなり、内側ポンプ室（５０ｂ）内に燃料が存在しないときであっても、低トルクでサブタンク（２０）へ燃料を汲み上げることができる燃料供給装置を提供できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
図１〜７により、本実施形態の車両用の燃料供給装置１について説明する。図１は、燃料供給装置１の断面図であり、上下の各矢印は、車両搭載状態における各方向を示している。図２は、図１の要部を示す拡大断面図であり、具体的には、燃料ポンプ３０のポンプ部５０周辺を示す拡大断面図である。

燃料供給装置１は、図１に示すように、燃料タンク１０に収容されて燃料タンク１０内の燃料を燃料タンク１０外の燃料消費装置（本実施形態では、車両走行用エンジン）に供給するものである。この燃料供給装置１は、燃料タンク１０の底部に配置されたサブタンク２０と、サブタンク２０内に収容された燃料ポンプ３０とを備えている。

燃料タンク１０は、燃料（本実施形態では、ガソリン）を貯蔵するタンクであり、サブタンク２０は、燃料タンク１０の底部に配置されて、燃料タンク１０内の液面とは独立した液面で燃料を貯留可能な燃料容器である。

具体的には、サブタンク２０は、有底の円筒状ないし箱型状（本実施形態では、円筒状）の樹脂にて形成されている。そして、サブタンク２０の底部（以下、サブタンク底部という。）２１には、貫通孔２２が設けられており、この貫通孔２２を介して、燃料タンク１０内とサブタンク２０内が連通している。

また、サブタンク底部２１と燃料タンク１０の底部との間には、隙間空間２３が形成されている。この隙間空間２３は、燃料ポンプ３０内に流入する燃料を濾過して異物を除去するサクションフィルタ９０を収容可能な大きさに形成されているとともに、燃料タンク１０内に連通する空間である。

貫通孔２２には、後述する燃料ポンプ３０の内側ポンプ室５０ｂに連通する内側吸入管５８が挿通されている。そして、この内側吸入管５８は、隙間空間２３まで延びてサクションフィルタ９０に接続されている。

なお、内側吸入管５８の内部には、隙間空間２３側から内側ポンプ室５０ｂ側へ燃料が流れることのみを許容する逆止弁５８ａが設けられている。これにより、内側ポンプ室５０ｂおよび内側吸入管５８を介して、サブタンク２０内の燃料が、燃料タンク１０内に逆流してしまうことを防止している。

また、サブタンク２０内のサブタンク底部２１上面にも燃料ポンプ３０内に流入する燃料を濾過して異物を除去するサクションフィルタ９１が配置されている。このサクションフィルタ９１は、後述する燃料ポンプ３０の外側ポンプ室５０ａに連通する外側吸入管５９に接続されている。

燃料ポンプ３０は、電力を供給されることで回転するモータ部４０、モータ部４０から回転駆動力を得て燃料を吸入して吐出するポンプ部５０、ポンプ部５０から吐出された燃料を燃料ポンプ３０内から燃料タンク１０外へ導く吐出通路等を形成する樹脂製のカバーエンド７０等を有して構成される。

まず、モータ部４０は、周知のブラシ付きの直流電動モータである。具体的には、円筒状のハウジング４１内周面に沿って環状に配置された永久磁石４２の内周側に、電機子（アーマチュア）４３を回転可能に配置したもので、電機子４３のコイル（図示せず）に通電することで、電機子４３自体が回転する構成になっている。もちろん、モータ部４０としては、ブラシレスモータを採用してもよい。

電機子４３のコイルには、カバーエンド７０に設けられたコネクタ部７２のターミナル、カバーエンド７０内に配置されたブラシ、および、電機子４３に設けられた整流子（いずれも図示せず。）を介して外部電源から電力が供給される。なお、カバーエンド７０は、ハウジング４１の一端側（図１に示す搭載状態では上端側）にかしめ等の手段で固定されている。

また、電機子４３の回転シャフト４４は、カバーエンド７０およびポンプ部５０の中心部に設けられた軸受に支持され、さらに、回転シャフト４４のうちポンプ部５０側の端部がポンプ部５０のインペラ５１に連結されている。

従って、モータ部４０に通電して、電機子４３を回転させると、インペラ５１が電機子４３と一体的に回転して、ポンプ部５０にポンプ作用を発揮させる。そして、ポンプ部５０のポンプ作用によって、ポンプ部５０からハウジング４１内の燃料室４５に流入した燃料は、カバーエンド７０の筒状吐出ポート７１内に形成される吐出通路を通過して燃料タンク１０の外部へ流出する。

ポンプ部５０は、インペラ５１、ポンプ室ケーシング５２、および、ポンプ室カバー５３を有して構成される。より具体的には、ポンプ室ケーシング５２およびポンプ室カバー５３により形成されるケーシング内に、インペラ５１が回転シャフト４４を中心に回転可能に収容されている。

インペラ５１の詳細については、図３〜６により説明する。なお、図３（ａ）は、インペラ５１の回転軸方向から見た全体正面図であり、図３（ｂ）は、（ａ）のインペラ５１外周部の拡大図であり、図４は、インペラ５１をケーシング内に収容した状態における斜め方向断面図である。

インペラ５１は、樹脂にて形成された円板状部材で、図３に示すように、燃料に運動量を伝達するための複数の外側羽根溝５４および内側羽根溝５５が形成されている。これらの外側羽根溝５４および内側羽根溝５５は、いずれも回転方向に、同心円上に２列に配置されている。

より具体的には、インペラ５１の最外周には環状部５１ａが設けられており、この環状部５１ａの内周側に外側羽根溝５４が配置され、さらに、外側羽根溝５４の内周側に内側羽根溝５５が配置されている。

まず、外側羽根溝５４について説明する。図３、４に示すように、回転方向に隣接する外側羽根溝５４同士は、インペラ５１の回転軸方向（厚み方向）のほぼ中心からインペラ５１の回転軸方向の両側の端面５１ｂに向けて回転方向前方に傾斜するＶ字状の隔壁部５４ａにより仕切られている。つまり、この隔壁部５４ａは、回転軸回りの円筒断面において両端面５１ｂ側が回転方向に前傾するＶ字状に形成されている。

また、外側羽根溝５４には、外側羽根溝５４の径方向内側から径方向外側に向けて突出する仕切壁５４ｂが形成されており、この仕切壁５４ｂによって径方向内側の一部が、回転軸方向に仕切られている。従って、外側羽根溝５４の仕切壁５４ｂの径方向外側では、インペラ５１の両端面５１ｂが貫通している。

さらに、図５の外側羽根溝５４の拡大図に示すように、外側羽根溝５４の回転方向後方側に位置する後方面５４ｃ（すなわち、隔壁５４ａの回転方向前方側に位置する面）のうち、少なくとも径方向内側は径方向内側から径方向外側に向けて回転方向後方に傾斜している。

そして、回転軸に垂直な平面における後方面５４ｃの径方向内側端５４ｄと径方向外側端５４ｅとを結ぶ線分１０１、および、径方向内側端５４ｄからインペラ５１の半径方向に延びる直線１０２とが形成する後傾角度をα１としたときに、１５°≦α１≦３０°程度となるようにしている。

次に、内側羽根溝５５について説明する。内側羽根溝５５の基本的構成は、外側羽根溝５４と同様である。従って、回転方向に隣接する内側羽根溝５５は、回転方向前方に傾斜するＶ字状の隔壁部５５ａにより仕切られて、各内側羽根溝５５の径方向内側の一部は、仕切壁５５ｂにより仕切られている。

さらに、図６の内側羽根溝５５の拡大図に示すように、内側羽根溝５５の回転方向後方側に位置する後方面５５ｃ（すなわち、隔壁５５ａの回転方向前方側に位置する面）のうち、少なくとも径方向内側は径方向内側から径方向外側に向けて回転方向後方に傾斜している。

そして、回転軸に垂直な平面における後方面５５ｃの径方向内側端５５ｄと径方向外側端５５ｅとを結ぶ線分１０３、および、径方向内側端５５ｄからインペラ５１の半径方向に延びる直線１０４とが形成する後傾角度をα２としたときに、３０°≦α２≦８０°となるようにしている。

また、インペラ５１の内側羽根溝５５の内周側には、インペラ５１の両端面５１ｂを貫通するＤ穴部５１ｃが形成されている。このＤ穴部５１ｃには、前述のモータ部４０の回転シャフト４４がＤ穴嵌合される。

次に、図２に示すポンプ室ケーシング５２およびポンプ室カバー５３は、アルミに代表される金属（例えばアルミダイカスト）、あるいは耐燃料性に優れかつ高強度の樹脂の材料で形成されている。まず、ポンプ室ケーシング５２は、インペラ５１を収容するために円筒状に形成されており、その内部に凹部５２ａが形成されている。

凹部５２ａの回転軸方向の深さは、インペラ５１の厚さよりも５μｍから５０μｍ程度深くなるように形成されており、ポンプ室ケーシング５２およびポンプ室カバー５３によって形成されるケーシングの回転軸方向寸法とインペラ５１の回転軸方向寸法との隙間が所定隙間になるように設定されている。

さらに、凹部５２ａのインペラ５１に対向する面には、所定角度範囲にわたって、インペラ５１の回転に伴って燃料を通過させる外側ポンプ流路５２ｂおよび内側ポンプ流路５２ｃが円弧状に形成されている。

これらの外側ポンプ流路５２ｂおよび内側ポンプ流路５２ｃは、それぞれ、インペラ５１の外側羽根溝５４および内側羽根溝５５の配列に対応する位置に形成されている。また、ポンプ室ケーシング５２の外側ポンプ流路５２ｂの回転方向終端部には、ハウジング４１内の燃料室４５に連通する燃料室用吐出口５２ｄが設けられている。

一方、ポンプ室カバー５３は、略円板状に形成されており、ポンプ室ケーシング５２と所定の位置関係に位置決めされた状態で、ポンプ室ケーシング５２とともに、ハウジング４１のカバーエンド７０が取り付けられる側と反対側（図１に示す搭載状態では下端側）にかしめ等の手段で固定されている。

ポンプ室カバー５３のインペラ５１に対向する面にも、図２に示すように、所定角度範囲にわたって、インペラ５１の回転に伴って燃料を通過させる外側ポンプ流路５３ｂおよび内側ポンプ流路５３ｃが円弧状に形成されている。これらの外側ポンプ流路５３ｂおよび内側ポンプ流路５３ｃも、それぞれ、インペラ５１の外側羽根溝５４および内側羽根溝５５の配列に対応する位置に形成されている。

また、ポンプ室カバー５３には前述の外側吸入管５９および内側吸入管５８が一体的に形成されている。そして、外側ポンプ流路５３ｂのうちインペラ５１の回転方向始端部が、外側吸入管５９内の吸入通路と連通し、内側ポンプ流路５３ｃの回転方向始端部が、内側吸入管５８内の吸入通路と連通している。さらに、内側ポンプ流路５３ｃの回転方向終端部には、サブタンク２０に連通するサブタンク用吐出口５３ｄが設けられている。

従って、ポンプ室ケーシング５２の外側ポンプ流路５２ｂ、インペラ５１の外側羽根溝５４およびポンプ室カバー５３の外側ポンプ流路５３ｂによって、外側ポンプ室５０ａが形成され、ポンプ室ケーシング５２の内側ポンプ流路５２ｃ、インペラ５１の内側羽根溝５５およびポンプ室カバー５３の内側ポンプ流路５３ｃによって、内側ポンプ室５０ｂが形成される。

さらに、本実施形態では、前述した特許文献１と同様に、内側ポンプ室５０ｂを燃料タンク１０からサブタンク２０への燃料充填用に用い、外側ポンプ室５０ａをサブタンク２０から燃料消費装置への燃料圧送用に用いている。

次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。図示しない車両始動スイッチが投入されて、バッテリからコネクタ７２を介して燃料ポンプ３０に電力が供給されると、モータ部４０の電機子４３が回転する。そして電機子４３の回転シャフト４４とともにインペラ５１が回転する。

インペラ５１が回転して、内側ポンプ室５０ｂがポンプ作用を発揮すると、燃料タンク１０内の燃料が、隙間空間２３→サクションフィルタ９０→内側吸入管５８→内側ポンプ室５０ｂ→サブタンク用吐出口５３ｄの順に流れ、サブタンク２０内に充填される。

さらに、外側ポンプ室５０ａがポンプ作用を発揮すると、サブタンク２０内の燃料が、サクションフィルタ９１→外側吸入管５９→外側ポンプ室５０ａ→燃料室用吐出口５２ｄの順に流れ、燃料室４５へ吐出される。燃料室４５に吐出された燃料は、電機子４３の周囲を通過して、電機子４３を冷却しながら筒状吐出ポート７１から燃料タンク１０外に導出される。

ここで、本実施形態の燃料ポンプ３０の作動原理を説明する。なお、外側ポンプ室５０ａおよび内側ポンプ室５０ｂの作動原理は基本的に同様なので、図４に基づいて、外側ポンプ室５０についてのみ説明する。

外側吸入管５９から外側ポンプ室５０ａ内部に吸入された燃料は、インペラ５１の回転に伴って、外側ポンプ流路５２ｂ、５３ｂ内を外側吸入管５９側から燃料室用吐出口５２ｄ側へ向かって流れる。この際、前述の仕切壁５４ｂによって燃料の流れがガイドされて、インペラ５１の回転軸方向両側で対象に回転する旋回流３００が発生する。

そして、この旋回流３００によって、燃料が、外側ポンプ流路５２ｂ、５３ｂ内と外側羽根溝５４内とを繰り返し出入りすることで、外側羽根溝５４から燃料に回転方向の運動量が伝達されて、燃料が昇圧される。

本実施形態では、前述の如く、外側羽根溝５４の後傾角度α１を１５°≦α１≦３０程度としているので、本発明者らが、既に特許文献１にて報告しているように、外側ポンプ室５０にて高いポンプ効率を発揮させることができる。一方、内側羽根溝５５の後傾角度α２については、３０°≦α２≦８０°としているので、内側ポンプ室５０ｂ内に燃料の汲み上げに必要な安定した吸入負圧を発生させることができる。

このことを図７に基づいて、より詳細に説明する。図７は、内側羽根溝５５の後傾角度α２と吸入負圧との関係を示すグラフである。より具体的には、図１に示す燃料液面４００がインペラ５１の最下面位置に相当するポンプ取付位置４０１よりも低いときであって、内側ポンプ室５０ｂ内に気体（エア）が充満しているときに、５０００ｒｐｍでインペラ５１を空転させた際の吸入負圧を測定した結果である。

図７から明らかなように、後傾角度α２を３０°≦α２と設定することで、内側ポンプ室５０ｂ内に燃料の汲み上げに必要な安定した吸入負圧を発生させることができる。一方、α２＜３０°とすると、吸入負圧が小さいため、燃料を十分に吸い上げることができず、サブタンク２０へ燃料を充填できない。

また、８０°＜α２とすると、内側羽根溝５５の後方面５５ｃが図３（ｂ）に示す内側羽根溝の内径側端部が形成する内接円４０２の接線よりも回転方向後方（径方向内側）に傾斜してしまうことになるため、内側羽根溝５５の後方面５５ｃを形成できない。従って、本実施形態のように、内側羽根溝５５の後傾角度α２を、３０°≦α２≦８０°とすることで、内側ポンプ室５０ｂ内に燃料が存在しないときであっても、燃料タンク１０からサブタンク２０へ燃料を汲み上げることができる。

さらに、内側ポンプ室５０ｂは、外側ポンプ室５０ａに対して、内周側に配置されているので、外側ポンプ室５０ａでは、インペラ５１の周速を利用して効率的に燃料を昇圧してサブタンク２０から燃料タンク１０外へ燃料を圧送でき、内側ポンプ室５０ｂでは、燃料を不必要に昇圧させてしまうことを防止できる。

その結果、内側ポンプ室５０ｂにおける駆動トルクの増加を抑制して、低トルクで燃料タンク１０からサブタンク２０へ燃料を汲み上げることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、内側羽根溝５５の基本的構成を、外側羽根溝５４と同等として、それぞれ異なる後傾角度α１、α２としているが、本実施形態では、図８に示すように、外側羽根溝５４とは異なる構成の内側羽根溝５５’を採用した例を説明する。

なお、図８は、第１実施形態の図３に対応する図面で、図８（ａ）は、本実施形態のインペラ５１の回転軸方向から見た全体正面図であり、図８（ｂ）は、（ａ）のインペラ５１外周部の拡大図である。また、図８では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。これは以下の実施形態でも同様である。

図８に示すように、本実施形態の内側羽根溝５５’には、仕切壁５５ｂが設けられていない。従って、本実施形態の内側ポンプ室５０ｂでは、第１実施形態に対して、前述の図４で説明した旋回流３００が発生しにくい。さらに、内側羽根溝５５’の後方面５５ｃ’は、回転軸方向の一端側から回転軸方向の他端側に向けて回転方向後方に傾斜している。

より具体的には、図９に示すように、回転軸回りの円筒面において、ポンプ室カバー５３側の端部からポンプ室ケーシング５２側の端部に向けて、回転方向後方に傾斜している。なお、図９は、図８（ｂ）のＡ−Ａ断面図（回転軸回りの円筒断面図）である。

そして、回転軸回りの円筒面において、後方面５５ｃ’のポンプ室カバー５３側の端部５５ｆ’とポンプ室ケーシング５２側の端部５５ｇ’とを結ぶ線分１０５およびポンプ室カバー５３側の端部５５ｆ’から回転方向後方側の接線方向に延びる線分１０６とが形成する傾斜角度をβとしたときに、後方面５５ｃ’の径方向の全域で、６５°≦β＜９０°となるようにしている。

なお、本実施形態では、傾斜角度βが後方面５５ｃ’の径方向全域で略同一の角度となるようにしているが、径方向内周側の円筒面における傾斜角度βと径方向外周側の円筒面における傾斜角度βとが異なっていてもよい。例えば、内周側から外周側に向かって、傾斜角度βが徐々に小さくなっていてもよい。

その他の構成は第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の燃料供給装置１を作動させると、外側ポンプ室５０ａは第１実施形態と全く同様に作動する。

さらに、本実施形態では、内側羽根溝５５’の傾斜角度βを６５°≦β＜９０°と設定しているので、燃料液面４００がポンプ取付位置４０１よりも低く、内側ポンプ室５０ｂ内に気体（エア）が充満しているときであっても、内側ポンプ室５０ｂ内のエア排出を行い、内側ポンプ室５０ｂにポンプ効果を発揮させることができる。

このことを図１０に基づいて説明する。図１０は、内側羽根溝５５’の傾斜角度βと内側ポンプ室５０ｂの汲み上げ流量との関係を示すグラフである。なお、試験条件は、前述の図７と同様である。図１０から明らかなように、傾斜角度βを６５°≦β＜９０°とすることで、燃料タンク１０からサブタンク２０へ十分な汲み上げができる。一方、β＜６５°とすると、内側ポンプ室５０ｂの汲み上げ流量が著しく低下してしまう。

なお、傾斜角度β＝９０°となると、後方面５５ｃ’が回転軸方向と平行となり、内側羽根溝５５’の後方面５５ｃ’が、回転軸方向の一端側から回転軸方向の他端側に向けて回転方向後方に傾斜しないものの、図１０に示すように、燃料タンク１０からサブタンク２０への汲み上げることができる。

従って、本実施形態によれば、内側ポンプ室５０ｂ内に燃料が存在しないときであっても、確実に、低トルクで燃料タンク１０からサブタンク２０へ燃料を汲み上げることができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、内側羽根溝５５のＶ字状の隔壁部５５ａの形状を規定することによって、内側ポンプ室５０ｂにて高いポンプ効率ηｂを発揮させることができる例を説明する。

具体的には、図１１に示すように、回転軸回りの円筒面における後方面５５ｃの回転軸方向の中心部５５ｈと後方面５５ｃの回転軸方向のいずれか一方の端部５５ｉとを結ぶ線分１０７および後方面５５ｃの回転軸方向の中心部５５ｈから回転方向前方側の接線方向に延びる線分１０８が形成する前傾角度をγとしたときに、７０°≦γ＜９０°となるようにしている。なお、図１１は、本実施形態における図８（ｂ）のＡ−Ａ断面図に相当する断面図である。

その他の構成は第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の燃料供給装置１を作動させると、外側ポンプ室５０ａは第１実施形態と全く同様に作動する。

さらに、本実施形態では、内側羽根溝５５の前傾角度γを７０°≦γ＜９０°と設定しているので、燃料液面４００がポンプ取付位置４０１よりも低く、内側ポンプ室５０ｂ内に気体（エア）が充満しているときであっても、内側ポンプ室５０ｂのポンプ効率を安定して高く保つことができる。

このことを図１２に基づいて説明する。図１２は、内側羽根溝５５の前傾角度γと内側ポンプ室５０ｂのポンプ効率ηｂとの関係を示すグラフである。なお、試験条件は、前述の図７と同様である。図１２から明らかなように、前傾角度γを７０°≦γ＜９０°とすることで、ポンプ効率を安定して高く保つことができる。

これは、前傾角度γを７０°≦γ＜９０°とすることで、過度の昇圧の必要がない内側ポンプ室５０ｂの内側ポンプ流路５２ｃ、５３ｃにおいて適度な旋回流を発生させることなく、燃料の輸送を行うことができるからである。一方、７０°＜γとすると、過渡な旋回流を発生させ、ポンプ効率を著しく低下させてしまう。

なお、内側ポンプ室５０ｂのポンプ効率ηｂは、以下式Ｆ１で表される。
ηｂ＝（Ｐ×Ｑ）／（Ｔｂ×Ｒ）…（Ｆ１）
Ｐは内側ポンプ室５０ｂの吐出圧力、Ｑは内側ポンプ室５０ｂの汲み上げ流量、Ｔｂは内側ポンプ室５０ｂの駆動トルク、Ｒはモータ部４０の回転数である。なお、前傾角度γ＝９０°となると、内側羽根溝５５の隔壁部５５ａの形状がＶ字状とならないものの、図１２に示すように、高いポンプ効率を発揮させることができる。

以上の如く、本実施形態によれば、内側ポンプ室５０ｂ内に燃料が存在しないときであっても、ポンプ効率ηｂを安定して高く保ちながら、低トルクで燃料タンク１０からサブタンク２０へ燃料を汲み上げることができる。

（第４〜７実施形態）
第４〜７実施形態は、第１〜３実施形態の変形例である。すなわち、後方面５５ｃの径方向内側端５５ｄと径方向外側端５５ｅとを結ぶ線分１０３、および、径方向内側端５５ｄからインペラ５１の半径方向に延びる直線１０４とが形成する後傾角度をα２としたときに、３０°≦α２≦８０°となるようにしているが、実際に後方面５５ｃを形成する面形状を変更している。

具体的には、第４実施形態では、図１３に示すように、内側羽根溝５５の外周形状の角部をＲ面取りした形状としている。第５実施形態では、図１４に示すように、内側羽根溝５５の外周形状のうち、径方向内側を直線状とし、径方向外側を円弧状としている。

また、第６実施形態では、図１５に示すように、内側羽根溝５５の外周形状のうち、径方向内側を円弧状とし、径方向外側を直線状としている。さらに、第７実施形態では、図１６に示すように、内側羽根溝５５の外周形状を直線状としている。

なお、図１３〜１６は、第４〜７実施形態における内側羽根溝５５の拡大図で、前述の図６に対応する図面である。また、第４〜６各実施形態では、図１３〜１５に示すように、径方向内側端５５ｄは、内側羽根溝５５の内径側端部が形成する円弧と後方面５５ｃの直線状部を延長した延長線との交点とし、径方向外側端５５ｅは、内側羽根溝５５の外径側端部が形成する円弧と後方面５５ｃの直線状部を延長した延長線との交点としている。

上記図１３〜１６の如く、内側羽根溝５５の外周形状を変化させても、後傾角度α２を、３０°≦α２≦８０°とすることで、第１〜３実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第８〜１０実施形態）
第８〜１０実施形態は、第２実施形態の変形例である。すなわち、回転軸周りの円筒面における後方面５５ｃ’のポンプ室カバー５３側の端部５５ｆ’とポンプ室ケーシング５２側の端部５５ｇ’とを結ぶ線分１０５およびポンプ室カバー５３側の端部５５ｆ’から回転方向後方側の接線方向に延びる線分１０６とが形成する傾斜角度をβとしたときに、６５°≦β＜９０°となるようにしているが、実際に後方面５５ｃ’を形成する面形状を変更している。

具体的には、第８実施形態では、図１７に示すように、後方面５５ｃ’の外周端部を複数の直線で形成している。第９実施形態では、図１８に示すように、後方面５５ｃ’のポンプ室カバー５３側を曲線で形成している。さらに、第１０実施形態では、図１９に示すように、後方面５５ｃ’のみを傾斜させている。なお、図１７〜１９は、各実施形態における図８（ｂ）のＡ−Ａ断面図に相当する断面図である。

上記図１７〜１９の如く、後方面５５ｃ’の外周端部形状を変化させても、傾斜角度βを、６５°≦β＜９０°とすることで、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第１１実施形態）
本実施形態は、第２実施形態の変形例である。第２実施形態では、内側羽根溝５５’の後方面５５ｃ’の傾斜角度βを径方向の全域において略同一の角度とした例を説明したが、本実施形態では、図２０〜２４に示すように、後方面５５ｃ’の径方向内周側における傾斜角度β１と、後方面５５ｃ’の径方向外周側における傾斜角度β２とを変化させた例を説明する。

なお、図２０は、本実施形態のインペラ５１の外周部の拡大図であり、図８（ｂ）に対応する図面である。また、図２１は、図２０のＢ矢視図、すなわち、後方面５５ｃ’を回転方向から見た図である。また、図２２、２３、２４は、それぞれ、図２０のＣ−Ｃ断面図、Ｅ−Ｅ断面図、Ｄ−Ｄ断面図、（回転軸回りの円筒断面図）である。

本実施形態では、後方面５５ｃ’を互いに構成する複数の面で形成している。ある、具体的には、後方面５５ｃ’を内側領域面５５１および外側領域面５５２の２つの面で形成している。内側領域面５５１および外側領域面５５２は、図２１に示すように、径方向に対して斜めに延びる屈曲部５５ｊにて交差している。

さらに、内側領域面５５１は、回転軸方向に平行な平面で形成されている。従って、図２２に示すように、後方面５５ｃ’の径方向最内周側における軸方向一端側の端部５５１ｆと軸方向他端側の端部５５１ｇとを結ぶ線分１０５ａ、および、軸方向一端側の端部５５１ｆから回転方向後方側の接線方向に延びる線分１０６ａとが形成する傾斜角度β１は、β１＝９０°となる。

一方、外側領域面５５２は、屈曲部５５ｊから回転方向後方側に傾く平面で形成されている。さらに、図２４に示すように、後方面５５ｃ’の径方向最内周側における軸方向一端側の端部５５２ｆと軸方向他端側の端部５５２ｇとを結ぶ線分１０５ｂ、および、軸方向一端側の端部５５２ｆから回転方向後方側の接線方向に延びる線分１０６ｂとが形成する傾斜角度β２は、５５°≦β２＜９０°となっている。

なお、内側領域面５５１および外側領域面５５２は、屈曲部５５ｊにて斜めに交差しているので、図２３に示すように、後方面５５ｃ’の径方向略中央部から外周側における軸方向一端側の端部５５３ｆと軸方向他端側の端部５５３ｇとを結ぶ線分１０５ｃ、および、軸方向一端側の端部５５３ｆから回転方向後方側の接線方向に延びる線分１０６ｃとが形成する傾斜角度β３も、５５°≦β３＜９０°となる。

その他の構成は第２実施形態と同様である。本実施形態の如く、後方面５５ｃ’の傾斜角度β１と傾斜角度β２を変化させても、傾斜角度β２を５５°≦β２＜９０°とすることで、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

このことを図２５に基づいて説明する。図２５は、内側羽根溝５５’の傾斜角度β２と内側ポンプ室５０ｂの汲み上げ流量との関係を示すグラフである。なお、試験条件は、前述の図７と同様である。図２５から明らかなように、傾斜角度βを５５°≦β２＜９０°とすることで、燃料タンク１０からサブタンク２０へ十分な汲み上げができる。一方、β＜５５°とすると、内側ポンプ室５０ｂの汲み上げ流量が著しく低下してしまう。

従って、本実施形態によれば、内側ポンプ室５０ｂ内に燃料が存在しないときであっても、確実に、低トルクで燃料タンク１０からサブタンク２０へ燃料を汲み上げることができる。さらに、第２、８〜１０実施形態の傾斜角度βに対して、傾斜角度β２を広い範囲に設定でき、設計自由度を向上できる。

なお、本実施形態では、内側領域面５５１および外側領域面５５２を平面で形成しているが、もちろん曲面で形成してもよい。また、外側領域面５５２のみを曲面で形成して、内側領域面５５１および外側領域面５５２を滑らかに交差させるようにしてもよい。

（他の実施形態）
第１、３実施形態では、内側羽根溝５５に仕切壁５５ｂを設けているが、第２実施形態の如く、仕切壁５５ｂを廃止してもよい。

第１〜３実施形態では、外側ポンプ室５０ａをサブタンク２０から燃料タンク１０外への燃料圧送用に用い、内側ポンプ室５０ｂを燃料タンク１０からサブタンク２０への燃料充填用に用いているが、外側ポンプ室５０ａを燃料充填用、内側ポンプ室５０ｂを燃料圧送用に用いる場合は、外側羽根溝５４および内側羽根溝５５の形状を逆にすればよい。

第１実施形態の燃料供給装置の断面図である。 第１実施形態の燃料供給装置の燃料ポンプのポンプ部周辺の拡大断面図である。 （ａ）は、第１実施形態のインペラの全体正面図であり、（ｂ）は、（ａ）の拡大図である。 第１実施形態の燃料ポンプのポンプ部の斜め方向断面図である。 第１実施形態のインペラの外側羽根溝の拡大図である。 第１実施形態のインペラの内側羽根溝の拡大図である。 後傾角度α２と吸入負圧との関係を示すグラフである。 （ａ）は、第２実施形態のインペラの全体正面図であり、（ｂ）は、（ａ）の拡大図である。 図８（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。 傾斜角度βと汲み上げ流量との関係を示すグラフである。 第３実施形態における図８（ｂ）のＡ−Ａ断面に相当する断面図である。 前傾角度γとポンプ効率との関係を示すグラフである。 第４実施形態のインペラの内側羽根溝の拡大図である。 第５実施形態のインペラの内側羽根溝の拡大図である。 第６実施形態のインペラの内側羽根溝の拡大図である。 第７実施形態のインペラの内側羽根溝の拡大図である。 第８実施形態における図８（ｂ）のＡ−Ａ断面に相当する断面図である。 第９実施形態における図８（ｂ）のＡ−Ａ断面に相当する断面図である。 第１０実施形態における図８（ｂ）のＡ−Ａ断面に相当する断面図である。 第１１実施形態のインペラの拡大図である。 図２０のＢ矢視図である。 図２０のＣ−Ｃ断面図である。 図２０のＥ−Ｅ断面図である。 図２０のＤ−Ｄ断面図である。 傾斜角度β２と汲み上げ流量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 燃料タンク
２０ サブタンク
３０ 燃料ポンプ
５０ａ 外側ポンプ室
５０ｂ 内側ポンプ室
５１ インペラ
５５、５５’ 内側羽根溝
５５ａ 隔壁部
５５ｃ、５５ｃ’ 後方面、
５５ｄ 径方向内側端
５５ｅ 径方向外側端
５５ｈ 中心部
α２ 後傾角度
β、β１、β２ 傾斜角度
γ 前傾角度

Claims (9)

1. 同心円上に形成された外側ポンプ室（５０ａ）および内側ポンプ室（５０ｂ）を有する燃料ポンプに適用される燃料ポンプ用インペラであって、
   少なくとも前記内側ポンプ室（５０ｂ）に対応する部位には、回転方向に複数の内側羽根溝（５５、５５’）、および、隣接する前記内側羽根溝（５５、５５’）間を仕切る隔壁部（５５ａ）が設けられており、
   前記内側羽根溝（５５、５５’）の回転方向後方側に位置する後方面（５５ｃ、５５ｃ’）のうち、少なくとも径方向内側は、径方向内側から径方向外側に向けて回転方向後方に向かって傾斜しており、
   前記後方面（５５ｃ、５５ｃ’）の径方向内側端（５５ｄ）と径方向外側端（５５ｅ）とを結ぶ線分（１０３）、および、前記径方向内側端（５５ｄ）から半径方向に延びる線分（１０４）が形成する後傾角度をα２としたときに、
   ３０°≦α２≦８０°
   となっていることを特徴とする燃料ポンプ用インペラ。
2. 前記後方面（５５ｃ’）は、回転軸方向の一端側から回転軸方向の他端側に向けて回転方向後方に傾斜しており、
   前記後方面（５５ｃ’）の前記一端側の端部（５５ｆ’）と前記他端側の端部（５５ｇ’）とを結ぶ線分（１０５）、および、前記一端側の端部（５５ｆ’）から回転方向後方側の接線方向に延びる線分（１０６）とが形成する傾斜角度をβとしたときに、
   前記傾斜角度βは、前記後方面（５５ｃ’）の径方向の全域で、
   ６５°≦β＜９０°
   となっていることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ用インペラ。
3. 前記傾斜角度βは、前記後方面（５５ｃ’）の径方向の全域で、同一であることを特徴とする請求項２に記載の燃料ポンプ用インペラ。
4. 前記後方面（５５ｃ’）の少なくとも一部は、回転軸方向の一端側から回転軸方向の他端側に向けて回転方向後方に傾斜しており、
   さらに、前記後方面（５５ｃ’）は、互いに交差する複数の面（５５１、５５２）を有して形成され、
   前記後方面（５５ｃ’）の最内周側における前記一端側の端部（５５１ｆ）と前記他端側の端部（５５１ｇ）とを結ぶ線分（１０５ａ）、および、前記一端側の端部（５５１ｆ）から回転方向後方側の接線方向に延びる線分（１０６ａ）とが形成する傾斜角度をβ１とし、
   前記後方面（５５ｃ’）の最外周側における前記一端側の端部（５５２ｆ）と前記他端側の端部（５５２ｇ）とを結ぶ線分（１０５ｂ）、および、前記一端側の端部（５５１ｆ）から回転方向後方側の接線方向に延びる線分（１０６ｂ）とが形成する傾斜角度をβ２としたときに、
   前記傾斜角度β１と前記傾斜角度β２が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ用インペラ。
5. 前記傾斜角度β１は、
   β＝９０°
   となっていることを特徴とする請求項４に記載の燃料ポンプ用インペラ。
6. 前記傾斜角度β２は、
   ５５°≦β２＜９０°
   となっていることを特徴とする請求項４または５に記載の燃料ポンプ用インペラ。
7. 前記後方面（５５ｃ）は、回転軸方向の中心から回転軸方向両側に向けて回転方向前方に傾斜しており、
   前記後方面（５５ｃ）の回転軸方向の中心部（５５ｈ）と前記後方面（５５ｃ）の回転軸方向のいずれか一方の端部（５５ｉ）とを結ぶ線分（１０７）、および、前記後方面（５５ｃ）の回転軸方向の中心部（５５ｈ）から回転方向前方側の接線方向に延びる線分（１０８）が形成する前傾角度をγとしたときに、
   ７０°≦γ＜９０°
   となっていることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ用インペラ。
8. 請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料ポンプ用インペラ（５１）を備えることを特徴とする燃料ポンプ。
9. 請求項８に記載の燃料ポンプ（３０）と、
   燃料を貯留する燃料タンク（１０）内に配置されて、内部に前記燃料タンク（１０）内の燃料が充填されるとともに、前記燃料タンク内の液面とは独立した液面で燃料を貯留可能に構成されたサブタンク（２０）とを備え、
   前記サブタンク（２０）には、前記燃料ポンプ（３０）のうち前記内側ポンプ室（５０ｂ）のポンプ作用によって、前記燃料タンク（１０）内の燃料が充填されることを特徴とする燃料供給装置。

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