JP2011185152A - 燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化と共にポンプ効率の向上を両立させる燃料ポンプの提供。
【解決手段】燃料が流入するポンプ室２６を区画するポンプケーシング２４と、ポンプ室２６に収容されて回転駆動されるインペラ３０であって、回転方向Ｄｒに並ぶ複数の羽根溝３６を有し、回転時に各羽根溝３６間にて燃料の流入出が繰り返されることによりポンプ室２６への流入燃料を昇圧するインペラ３０と、を備える燃料ポンプ１０において、インペラ３０は、樹脂により形成され、ポンプ室２６の内壁面２０ａ，２２ａと軸方向に向き合う軸方向端面３０３，３０４に各羽根溝３６が開口する樹脂本体３００と、金属により形成され、樹脂本体３００の軸方向端面３０３，３０４を少なくとも各羽根溝３６間にて被覆する金属被膜３１０と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料を昇圧する燃料ポンプに関する。

従来、ポンプケーシングにより区画されて燃料が流入するポンプ室に、回転駆動されるインペラを収容させてなる燃料ポンプが知られている。この種の燃料ポンプでは、回転方向に複数の羽根溝が並ぶインペラの回転時に、それら各羽根溝間にて燃料の流入出が繰り返されることにより、ポンプ室への流入燃料が昇圧されるようになっている。

こうした所謂再生式の燃料ポンプとしては、インペラを樹脂で形成することにより軽量化を図ることが、広く行なわれてきている。また、再生式の燃料ポンプとしては、互いに向き合うインペラの軸方向端面とポンプ室の内壁面との間において軸方向隙間を小さく維持することにより、インペラのロックを招くことなくポンプ効率を高めることが、望まれている。そこで、特許文献１には、樹脂製のインペラが燃料との接触により膨潤した状態であっても、インペラとポンプ室の内壁面との間に軸方向隙間を確保するように燃料ポンプを設計することが、開示されている。

特開２００２−１６１８８号公報

しかし、特許文献１に開示された燃料ポンプの場合、樹脂製インペラが膨潤していない状態においては、インペラとポンプ室の内壁面との間の軸方向隙間が大きくなる。そのため、ポンプ効率の低下は否めないのである。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、軽量化と共にポンプ効率の向上を両立させる燃料ポンプを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、燃料が流入するポンプ室を区画するポンプケーシングと、ポンプ室に収容されて回転駆動されるインペラであって、回転方向に並ぶ複数の羽根溝を有し、回転時に各羽根溝間にて燃料の流入出が繰り返されることによりポンプ室への流入燃料を昇圧するインペラと、を備える燃料ポンプにおいて、インペラは、樹脂により形成され、ポンプ室の内壁面と軸方向に向き合う軸方向端面に各羽根溝が開口する樹脂本体と、金属により形成され、樹脂本体の軸方向端面を少なくとも各羽根溝間にて被覆する金属被膜と、を有することを特徴としている。

この発明において、ポンプケーシングが区画するポンプ室への流入燃料を昇圧するために回転駆動されるインペラによると、回転方向に並ぶ各羽根溝間にて燃料の流入出が繰り返されることとなる。そのため、樹脂により形成されて各羽根溝が開口するインペラの樹脂本体のうち、ポンプ室の内壁面と軸方向に向き合う軸方向端面の特に各羽根溝間では、燃料との接触による膨潤が懸念される。しかし、樹脂本体の軸方向端面は、少なくとも各羽根溝間にて金属被膜により被覆されることで、それら各羽根溝間における燃料との接触が回避され得て膨潤し難くなる。これによれば、樹脂本体によりインペラの軽量化を図ると共に、インペラとポンプ室の内壁面との間の軸方向隙間をインペラのロックを招かない程度に小さく形成してポンプ効率の向上を図ることが、両立的に可能となる。

請求項２に記載の発明のように、樹脂本体において各羽根溝の開口縁を取り囲む形態で軸方向端面を被覆する金属被膜によると、回転方向の各羽根溝間だけでなく、各羽根溝を挟む径方向の内側及び外側においても、燃料との接触による当該端面の膨潤が生じ難くなる。このように膨潤を抑制され得たインペラによれば、ポンプ室の内壁面との間の軸方向隙間を十分に小さくして、ポンプ効率を高めることができるのである。

請求項３に記載の発明のように、樹脂本体において各羽根溝の内面を軸方向端面と共に被覆する金属被膜によると、少なくとも各羽根溝間を含む当該端面だけでなく、それら各羽根溝の内面についても、燃料との接触が回避され得る。これにより、インペラの樹脂本体においては、各羽根溝内面から燃料が浸透することによる軸方向端面の膨潤が抑制され得るので、当該インペラとポンプ室の内壁面との間の軸方向隙間を十分に小さくして、ポンプ効率を高めることができるのである。

請求項４に記載の発明によると、樹脂本体は、回転方向に延伸する環状のリング部を有し、各羽根溝が当該リング部の内周縁に沿って並んで設けられ、金属被膜は、リング部が形成する樹脂本体の最外周面を、軸方向端面と共に被覆する。このように樹脂本体について、回転方向に延伸する環状リング部の内周縁に沿って並ぶ各羽根溝間では、当該リング部の最外周面に燃料が接触して当該リング部に浸透することで、軸方向端面が膨潤する虞がある。しかし、少なくとも各羽根溝間を含む樹脂本体の軸方向端面だけでなく、かかる最外周面も金属被膜により被覆されることで、リング部への燃料の浸透による軸方向端面の膨潤が抑制され得る。このように膨潤を抑制され得たインペラによれば、ポンプ室の内壁面との間の軸方向隙間を十分に小さくして、ポンプ効率を高めることができるのである。

本発明の第一実施形態による燃料ポンプを示す断面図である。 図１のポンプケーシングのうち吐出側のケース部材（ａ）及び吸入側のケース部材（ｂ）を示す平面図である。 図１のインペラを示す平面図である。 図３の拡大平面図である。 図１のインペラを拡大して示す断面図である。 本発明の第二実施形態による燃料ポンプのインペラを示す断面図であって、図５に対応する図である。 本発明の第三実施形態による燃料ポンプのインペラを示す断面図であって、図５に対応する図である。 図７のインペラを示す拡大平面図であって、図４に対応する図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態による燃料ポンプ１０を示している。燃料ポンプ１０は、車両の燃料タンク内に装着される再生式ポンプであり、燃料タンク内の燃料を内燃機関の燃料噴射弁（図示しない）側へと供給する。

（基本構成）
まず、燃料ポンプ１０の基本構成を説明する。図１に示すように燃料ポンプ１０は、ポンプ部１２と、ポンプ部１２を回転駆動するモータ部１３とを備えている。円筒状のハウジング１４はポンプ部１２及びモータ部１３に共通のハウジングであり、その軸方向の一端部にエンドカバー１６がかしめられている。

ポンプ部１２は、ケース部材２０，２２及びインペラ３０を有している。図１，２に示すように、燃料の流入側となるケース部材２０は、例えばアルミニウム等の金属により形成されて円盤状を呈しており、ハウジング１４のうちエンドカバー１６とは反対側の軸方向端部にかしめられている。燃料の吐出側となるケース部材２２は、ケース部材２０と同じ例えばアルミニウム等の金属により形成されて円筒状を呈しており、ハウジング１４内においてケース部材２０よりもエンドカバー１６側に圧入されている。ケース部材２０は、ハウジング１４の段差部１５に対し軸方向に係合することで、位置決めされている。

これらケース部材２０，２２は、互いの軸方向端面同士を突き合わされることで、ポンプケーシング２４を形成している。ポンプケーシング２４は、インペラ３０を回転自在に収容するポンプ室２６を区画している。ポンプケーシング２４においてポンプ室２６を形成する各ケース部材２０，２２の内壁面２０ａ，２２ａには、図２に示す軸方向視にてインペラ３０の回転方向ＤｒへＣ字状に延伸するポンプ通路２０２，２０３がそれぞれ形成されている。

図１，３に示すようにインペラ３０は、ポンプ室２６の空間形状を補完する円盤状を全体として呈しており、羽根溝３６を外周部に有している。羽根溝３６は、インペラ３０の回転方向（周方向）Ｄｒに並んで複数設けられ、それぞれ軸方向の両端面に開口している。インペラ３０が回転するとき、後述の如くポンプ室２６へ流入する燃料は、図１，４に矢印２７にて示すように、回転方向前側の羽根溝３６の径方向外側から軸方向両側のポンプ通路２０２，２０３へ流出し、さらにそれら通路２０２，２０３から回転方向後側の羽根溝３６の径方向内側へ流入する。このような燃料の流出及び流入が各羽根溝３６間にて繰り返されることによれば、ポンプ室２６への流入燃料は旋回流２７となって、各ポンプ通路２０２，２０３で昇圧されることになる。

したがって、インペラ３０の回転が継続されるときには、図１，２に示すケース部材２０の吸入口２００から吸入されてポンプ室２６内へと流入した燃料は、各ポンプ通路２０２，２０３で昇圧されて、ケース部材２２の吐出口２０６からモータ部１３側へ圧送される。こうしてモータ部１３側へと圧送された燃料は、モータ部１３を通過する燃料通路２０８を経て、エンドカバー１６の供給口２１０から外部の燃料噴射弁側へと供給されることになる。尚、ケース部材２０の空気抜き孔２０４は、ポンプ通路２０２，２０３内の燃料中の空気（ベーパ）を燃料ポンプ１０外へ排出するためのものである。

図１に示すようにモータ部１３は、永久磁石４０及び電機子５０を有している。永久磁石４０は、約１／４周の円弧状に形成されており、ハウジング１４の内周壁に沿って装着されている。永久磁石４０は、ハウジング１４の周方向に四つ並んで配置されており、隣り合う磁石４０同士で極性が互いに異なる磁極を形成している。

電機子５０は、ハウジング１４内に同軸上に収容されている。電機子５０の回転軸としてのシャフト５１は、エンドカバー１６及びケース部材２２にそれぞれ支持された軸受部材２８，２９により、回転自在に軸受けされている。シャフト５１の軸方向一端部は、インペラ３０に同軸上に結合されている。電機子５０において、外形が六角形断面の筒状に形成されてシャフト５１が同軸上に圧入される中央コア５２の外周壁には、当該六角形断面の各辺に対応する箇所にて磁極コア５４が装着されている。さらに電機子５０において、各磁極コア５４には、樹脂によって形成されたボビン６０を介してコイル６２が巻回されている。各コイル６２は、それぞれ対応するコイル端子６４を介して整流子８０に電気接続されていると共に、カバー端子６８を介して相互に電気接続されている。

さらに、電機子５０において軸方向のインペラ３０とは反対側に配置される整流子８０は、回転方向Ｄｒに並んで設けられて互いに電気絶縁された六つのセグメント８２から、構成されている。各セグメント８２は、それぞれ対応する整流子端子８４及びコイル端子６４を介して、各コイル６２に電気接続されている。これらセグメント８２のうち、エンドカバー１６に設けられたブラシ（図示しない）と接触するセグメント８２を通じて、対応するコイル６２が通電されることにより、各永久磁石４０の作用を受ける電機子５０がインペラ３０と共に回転駆動されることとなる。

（インペラ構成）
次に、燃料ポンプ１０の特徴部分であるインペラ３０の詳細構成について、説明する。図３〜５に示すようにインペラ３０は、樹脂本体３００と金属被膜３１０とから構成されている。

具体的には、図４，５に示すインペラ３０の大半部分を構成する樹脂本体３００は、例えば耐燃料性及び耐熱性に優れたポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の樹脂により形成されて、円盤状を呈している。樹脂本体３００は、その最外周面３０１を形成するように回転方向Ｄｒに連続して延伸する円環状のリング部３０２を、有している。樹脂本体３００においては、このリング部３０２の内周縁３０２ａに沿う形態で、各羽根溝３６が回転方向Ｄｒに円環状に並んでいる。ここで、樹脂本体３００の回転方向Ｄｒにおいて各羽根溝３６の形成ピッチは、本実施形態では不等ピッチとなっているが、等ピッチであってもよい。

樹脂本体３００の軸方向において両端面３０３，３０４に開口する各羽根溝３６は、当該軸方向の略中央部から各端面３０３，３０４側へ向かうに従って回転方向前方に傾斜した羽根部３４により、仕切られている。また、各羽根溝３６は、樹脂本体３００の径方向内側から径方向外側へ向かって突出する仕切部３５により一部を仕切られているが、当該仕切部３５の径方向外側では、樹脂本体３００を軸方向に貫通する形となっている。ここで、上述の如くポンプ通路２０２，２０３から各羽根溝３６内へ流入する燃料は、かかる仕切部３５の作用により、図１に示す如く樹脂本体３００の軸方向両側にて逆方向へと回転する旋回流２７となる。

図４，５に示す樹脂本体３００において、軸方向端面３０３，３０４と最外周面３０１と各羽根溝３６の内面３６ａとには、例えば被着性及び耐摺動摩耗性に優れたチタン（Ｔｉ）等の金属からなる金属被膜３１０が、設けられている。金属被膜３１０は、樹脂本体３００の軸方向の厚さに対して十分に薄く且つ均一な厚さの薄膜状、例えば４ｍｍの厚さの樹脂本体３００に対して０．５〜２μｍの厚さ等となるように、形成される。尚、金属被膜３１０の形成方向としては、要求される被膜厚さや緻密さに応じて、樹脂製の母材に対する各種の成膜方法を採用可能であるが、例えばスパッタ蒸着等の乾式メッキ又は無電解メッキ等の湿式メッキが採用される。

ここで特に本実施形態の金属被膜３１０は、軸方向端面３０３，３０４のうち、最外周面３０１との境界となるリング部３０２の外周縁３０２ｂから各羽根溝３６よりも径方向内側箇所３０６に到るまでの一定幅部分を、回転方向Ｄｒに連続する帯形（図３参照）に被覆している。これにより金属被膜３１０は、各羽根溝３６の開口縁３６ｂを取り囲み且つ各羽根溝３６間に挟まれる端面部３０３ａ，３０４ａの全域に拡がる形態にて、端面３０３，３０４に設けられている。尚、金属被膜３１０は、樹脂本体３００の最外周面３０１の全域に設けられ、また各羽根溝３６において羽根部３４及び仕切部３５の表面を含む内面３６ａの全域に設けられている。

以上によりインペラ３０は、図５に示す如くポンプ室２６を区画する各ケース部材２０，２２の内壁面２０ａ，２２ａ（本実施形態では、陽極酸化皮膜処理が施されている）に対し、樹脂本体３００の端面３０３，３０４が軸方向に向き合う状態にて、それら端面上の金属被膜３１０の表面が摺動可能となっている。そして、かかるインペラ３０がモータ部１３により回転駆動されるときには、回転方向Ｄｒに並ぶ各羽根溝３６間において燃料の流入出が繰り返されるので、それら各羽根溝３６間では、端面３０３，３０４（具体的には、端面部３０３ａ，３０４ａ）と燃料との接触による樹脂本体３００の膨潤が懸念される。しかし、樹脂本体３００の端面３０３，３０４は、少なくとも各羽根溝３６の間において金属被膜３１０により被覆されているので、それら各羽根溝３６間における燃料との直接接触が回避され得て膨潤し難くなっている。加えて、各羽根溝３６の開口縁３６ｂを取り囲むように金属被膜３１０が設けられた端面３０３，３０４は、各羽根溝３６の径方向内側箇所３０６及び径方向外側箇所（即ち、リング部）３０２においても、燃料との直接接触が回避され得て膨潤し難くなっている。

さらに、インペラ３０の樹脂本体３００においては、最外周面３０１の全域と各羽根溝３６の内面３６ａの全域とについても、金属被膜３１０により被覆されて燃料との直接接触を回避され得ている。これによれば、最外周面３０１及び各溝内面３６ａから燃料が浸透して、それらの面３０１，３６ａと近い位置の端面３０３，３０４に膨潤が及ぶ事態を、抑制することができるのである。

このように、樹脂本体３００において軸方向端面３０３，３０４の膨潤が抑制され得るインペラ３０によると、当該インペラ３０とポンプ室２６の内壁面２０ａ，２２ａとの間の軸方向隙間３０８，３０９（摺動隙間であって、図５では強調するために模式的に大きく描いている）を、当該インペラ３０のロックを招かない程度に小さく、例えば１０μｍ以下に形成できる。故に、軸方向隙間３０８，３０９からの高圧燃料の漏れ量を低減して、ポンプ効率の向上、ひいては内燃機関の燃費の向上を図ることが可能となっている。それと共に、インペラ３０の大半部分を占める本体３００を樹脂により形成し得るので、軽量化だけでなく、インペラ３０の形成材料として開発費の高価な低膨潤材料を必要とするのを回避して低コスト化を図ることも、可能となっている。

（第二実施形態）
図６に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例である。第二実施形態のインペラ２０３０では、樹脂本体３００の軸方向端面３０３，３０４における金属被膜２３１０が、それら各端面３０３，３０４の全域を被覆している。尚、第二実施形態の金属被膜２３１０は、第一実施形態と同様に、最外周面３０１の全域と各羽根溝３６の内面３６ａの全域も被覆している。

このような第二実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果が得られるのみならず、金属被膜２３１０を成膜する際のマスクが不要となって低コスト化を促進することも、可能となる。

（第三実施形態）
図７，８に示すように、本発明の第三実施形態は第一実施形態の変形例である。第三実施形態のインペラ３０３０では、樹脂本体３００のうち各羽根溝３６間に挟まれる軸方向端面３０３，３０４（即ち、端面部３０３ａ，３０４ａ）のみを、金属被膜３３１０により被覆している。

このような第三実施形態によれば、燃料の流入出が繰り返される各羽根溝３６間において樹脂本体３００の端面３０３，３０４は、第一実施形態と同様の原理により、燃料との直接接触が回避され得て膨潤し難くなる。したがって、インペラ３０とポンプ室２６の内壁面２０ａ，２２ａとの間の軸方向隙間３０８，３０９を可及的に小さくして、ポンプ効率の向上、ひいては内燃機関の燃費の向上を図ることが可能となる。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用可能である。

具体的には、第一及び第二実施形態において、最外周面３０１に金属被膜３１０，２３１０を形成しない構成を採用してもよいし、各羽根溝３６の内面３６ａに金属被膜３１０，２３１０を形成しない構成を採用してもよい。また、第三実施形態において、最外周面３０１に金属被膜３３１０を形成する構成を採用してもよいし、各羽根溝３６の内面３６ａに金属被膜３３１０を形成する構成を採用してもよい。

１０ 燃料ポンプ、１２ ポンプ部、１３ モータ部、１４ ハウジング、２０，２２ ケース部材、２０ａ，２２ａ 内壁面、２４ ポンプケーシング、２６ ポンプ室、２７ 旋回流、３０，２０３０，３０３０ インペラ、３４ 羽根部、３５ 仕切部、３６ 羽根溝、３６ａ 内面、３６ｂ 開口縁、２０２，２０３ ポンプ通路、３００ 樹脂本体、３０１ 最外周面、３０２ リング部、３０２ａ 内周縁、３０２ｂ 外周縁、３０３，３０４ 軸方向端面、３０３ａ，３０４ａ 端面部、３０６ 径方向内側箇所、３１０，２３１０，３３１０ 金属被膜、３０８，３０９ 軸方向隙間

Claims (4)

1. 燃料が流入するポンプ室を区画するポンプケーシングと、
   前記ポンプ室に収容されて回転駆動されるインペラであって、回転方向に並ぶ複数の羽根溝を有し、回転時に各前記羽根溝間にて燃料の流入出が繰り返されることにより前記ポンプ室への流入燃料を昇圧するインペラと、
   を備える燃料ポンプにおいて、
   前記インペラは、
   樹脂により形成され、前記ポンプ室の内壁面と軸方向に向き合う軸方向端面に各前記羽根溝が開口する樹脂本体と、
   金属により形成され、前記軸方向端面を少なくとも各前記羽根溝間にて被覆する金属被膜と、
   を有することを特徴とする燃料ポンプ。
2. 前記金属被膜は、前記樹脂本体において各前記羽根溝の開口縁を取り囲む形態で前記軸方向端面を被覆することを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ。
3. 前記金属被膜は、前記樹脂本体において各前記羽根溝の内面を前記軸方向端面と共に被覆することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料ポンプ。
4. 前記樹脂本体は、回転方向に延伸する環状のリング部を有し、各前記羽根溝が当該リング部の内周縁に沿って並んで設けられ、
   前記金属被膜は、前記リング部が形成する前記樹脂本体の最外周面を前記軸方向端面と共に被覆することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。

Images