JP2017008736A

JP2017008736A - 燃料ポンプ

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Publication number: JP2017008736A
Application number: JP2015121750A
Authority: JP
Inventors: 酒井　博美; Hiromi Sakai; 博美酒井; 裕二日高; Yuji Hidaka; 晶也大竹; Akiya Otake
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2017-01-12
Also published as: US20160369818A1

Abstract

【課題】インペラの破損を防止する燃料ポンプを提供する。【解決手段】燃料ポンプは、複数の巻線を有する筒状のステータ、ステータの径方向内側に回転可能に設けられるロータ、ロータと一体に回転可能なシャフト２５、シャフト２５の端部が嵌合する嵌合孔３５０を有するインペラ３５、インペラ３５に設けられるバランスウェイト３７などを備える。バランスウェイト３７は、インペラ３５の中心軸ＣＡ３５上の点を対称点とする点対称となるよう形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料ポンプに関する。

インペラを回転可能に収容するポンプ室を有するポンプ部、及び、インペラに連結するシャフトを有しインペラを回転可能な駆動力を発生するモータ部を備え、インペラの回転によって燃料タンクの燃料を内燃機関に圧送する燃料ポンプが知られている。例えば、特許文献１には、一方の端部の断面がＤ字状に形成されているシャフト、シャフトの一方の端部が嵌合する嵌合孔を有するインペラなどを備え、インペラの中心軸に対して垂直な方向の重量バランスを調整する孔が形成されている燃料ポンプが記載されている。

特開平１１−８２２０８号公報

燃料ポンプが備えるインペラは、インペラの中心軸方向からポンプ室に流入する燃料を加圧し、当該加圧した燃料を加圧される前の燃料がポンプ室に流入した側とは反対側の中心軸方向に吐出する。ポンプ室に流入する燃料にアルコール成分など気化しやすい成分が含まれていると、燃料ポンプが駆動する環境条件によっては燃料中に気泡が発生する。燃料ポンプでは、インペラが回転可能なようポンプ室の内壁とインペラとの間にクリアランスが設けられているため、発生する気泡の量や位置によってはインペラがインペラの中心軸方向に振動を繰り返す場合がある。この場合、嵌合孔に嵌合しているシャフトとインペラとが摩擦を繰り返すため、インペラが破損するおそれがある。

本発明の目的は、インペラの破損を防止する燃料ポンプを提供することにある。

本発明は、燃料ポンプであって、吸入口及び吐出口を有するポンプケース、ステータ、ステータの径方向内側に回転可能に設けられるロータ、ロータと同軸に設けられロータと一体に回転するシャフト、シャフトの一方の端部が嵌合する嵌合孔を有しシャフトが回転すると吸入口から吸入した燃料を加圧し吐出口から吐出するインペラ、及び、インペラに設けられインペラの中心軸上の点を対称点とする点対称となるよう形成されているバランスウェイトを備える。

本発明の燃料ポンプでは、燃料中の気泡の移動によってインペラの中心軸方向に振動する部材、すなわち、インペラとバランスウェイトとの結合体の重量を振動が起こりにくくなる重量とする。これにより、シャフトとインペラとが摩擦を繰り返す回数が少なくするため、摩擦によるインペラの破損を防止することができる。

本発明の第一実施形態による燃料ポンプの断面図である。本発明の第一実施形態による燃料ポンプが備えるインペラの模式図である。本発明の第一実施形態による燃料ポンプの作用を説明する模式図である。本発明の第二実施形態による燃料ポンプが備えるインペラの模式図である。本発明の第三実施形態による燃料ポンプが備えるインペラの模式図である。本発明の第四実施形態による燃料ポンプの断面図である。

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。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態による燃料ポンプについて、図１〜図３に基づいて説明する。

燃料ポンプ１は、ハウジング１０、モータ部３、ポンプ部４、ポンプカバー１５、及び、カバーエンド１７などから構成される。燃料ポンプ１では、モータ部３及びポンプ部４は、ハウジング１０、ポンプカバー１５、及び、カバーエンド１７により形成される空間に収容されている。燃料ポンプ１は、図示しない燃料タンク内の燃料を吸入口１５１から吸入し、吐出口１７１から内燃機関に吐出する。なお、図１では、上側を「天側」、下側を「地側」とする。ハウジング１０、ポンプカバー１５、及び、カバーエンド１７は、特許請求の範囲に記載の「ポンプケース」に相当する。

ハウジング１０は、鉄などの金属により円筒状に形成されている。ハウジング１０の二つの端部１０１、１０２のそれぞれにポンプカバー１５、及び、カバーエンド１７が設けられている。

ポンプカバー１５は、ハウジング１０の地側の端部１０１を塞ぐよう設けられている。ポンプカバー１５は、端部１０１の縁が内側へ加締められることによってハウジング１０の内側で固定される。ポンプカバー１５は、地側に開口する吸入口１５１を有している。吸入口１５１は、ポンプカバー１５を天地方向に貫く吸入通路１５２と連通している。また、ポンプカバー１５の天側には、吸入通路１５２と連通する溝１５３が形成されている。

カバーエンド１７は、樹脂から成形され、ハウジング１０の天側の端部１０２を塞ぐよう設けられている。カバーエンド１７は、端部１０２の縁が加締められることによってハウジング１０の内側で固定される。カバーエンド１７は、天側に開口する吐出口１７１を有している。吐出口１７１は、カバーエンド１７を天地方向に貫く吐出通路１７２と連通している。また、カバーエンド１７は、吐出通路１７２が形成されている部位とは異なる部位に外部からの電力を受電する接続端子２０１を収容する電気コネクタ部１７３が設けられている。カバーエンド１７の地側には、略筒状に形成される軸受収容部１７４が設けられている。軸受収容部１７４には、軸受２６が嵌め込まれている。軸受２６は、シャフト２５の天側の端部２５１を回転可能に支持している。

モータ部３は、電力が供給されると発生する磁界を利用して回転トルクを発生する。モータ部３は、ステータ２０、ロータ２４、シャフト２５などから構成されている。なお、第一実施形態による燃料ポンプ１のモータ部３は、ステータ２０に対するロータ２４の位置をシャフト２５の回転によって検出可能なブラシレスモータである。

ステータ２０は、円筒状を呈し、ハウジング１０の径方向外側に収容されている。ステータ２０は、六つのコア２１、六つのボビン２２、六つの巻線２３、及び、三つの接続端子２０１などを有している。ステータ２０は、これらを樹脂によりモールドすることで一体に形成される。

コア２１は、それぞれ板状の鉄など磁性材料が複数枚重なることにより形成されている。コア２１は、周方向に並べられ、ロータ２４の磁石２４３に対向する位置に設けられている。

ボビン２２は、樹脂材料から形成されており、成形時にコア２１がインサートされてコア２１と一体となって設けられる。

巻線２３は、例えば、表面が絶縁皮膜で被覆された銅線である。一つの巻線２３は、コア２１がインサートされたボビン２２に巻回されることによって一つのコイルを形成する。巻線２３は、電気コネクタ部１７３に収容されている接続端子２０１と電気的に接続する。

接続端子２０１は、カバーエンド１７を貫通しボビン２２の天側に固定されている。第一実施形態による燃料ポンプ１では、接続端子２０１は三つ設けられ、図示しない電源装置からの３相電力を受電する。

ロータ２４は、ステータ２０の内側に回転可能に設けられている。ロータは、鉄心２４２の周囲に磁石２４３が設けられている。磁石２４３は、周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されている。

シャフト２５は、「一方の端部」としての地側の端部２５２を除く部位の中心軸に垂直な断面が略円形状となるよう形成されている。シャフト２５は、ロータ２４の中心軸上に形成された軸穴２４１に圧入固定されている。これにより、シャフト２５は、ロータ２４と一体に回転する。
シャフト２５の地側の端部２５２は、中心軸に垂直な断面が略矩形状となるよう形成されている。地側の端部２５２は、ポンプ部４と接続している。地側の端部２５２は、天地方向に延び平面状に形成されるシャフト当接面２５３、２５４を有している。

ポンプ部４は、モータ部３が発生する回転トルクを利用して吸入口１５１から吸入した燃料を加圧しハウジング１０内に吐出する。ポンプ部４は、ポンプケーシング３１、インペラ３５、バランスウェイト３７などから構成されている。

ポンプケーシング３１は、略円板状に形成され、ポンプカバー１５とステータ２０との間に設けられている。ポンプケーシング３１の中心部には、ポンプケーシング３１を板厚方向に貫く貫通孔３１１が形成されている。貫通孔３１１には、軸受２７が嵌め込まれている。軸受２７は、シャフト２５の地側の端部２５２を回転可能に支持している。これにより、ロータ２４及びシャフト２５は、カバーエンド１７及びポンプケーシング３１に対し回転可能となっている。

また、ポンプケーシング３１の地側であって、ポンプカバー１５の溝１５３に対向する位置に溝３１２が形成されている。溝３１２には、ポンプケーシング３１を天地方向に貫く燃料通路３１３が連通している。

インペラ３５は、例えば、ＰＰＳ樹脂により略円板状に形成されている。インペラ３５は、ポンプカバー１５とポンプケーシング３１との間に形成されるポンプ室３００に収容されている。インペラ３５の略中央には、シャフト２５の地側の端部２５２が嵌合する嵌合孔３５０が形成されている（図２参照）。嵌合孔３５０は、二つの平面３５１、３５２と当該二つの平面の両端をそれぞれ接続する二つの曲面３５３、３５４から形成されている。二つの平面３５１、３５２は、それぞれシャフト当接面２５３、２５４に当接可能に形成されている。

インペラ３５は、嵌合孔３５０の周囲にインペラ３５を天地方向に貫く通孔３５５、３５６、３５７、３５８が形成されている。通孔３５５、３５６、３５７、３５８は、ポンプ室３００のインペラ３５の吸入口１５１側と吐出口１７１側とを連通し、ポンプ室３００の燃料の圧力が偏らないよう燃料が流れる。

インペラ３５は、嵌合孔３５０の径方向外側に複数の羽根溝３５９を有する。羽根溝３５９は、溝１５３及び溝３１２に対応する位置に設けられる。羽根溝３５９は、図２に示すように、インペラ３５の径方向外側の端部に周方向に等間隔に設けられる。

バランスウェイト３７は、インペラ３５の内部に設けられている。バランスウェイト３７は、例えば、インサート成形によってインペラ３５の内部にインペラ３５と一体に設けられる。バランスウェイト３７は、図２に示すように、通孔３５５、３５６、３５７、３５８の径方向外側に設けられている。バランスウェイト３７は、インペラ３５を形成する樹脂より比重が大きい、例えば、金属から形成されている。バランスウェイト３７は、インペラ３５の中心軸ＣＡ３５上の点を対称点とする点対称となるよう円環状に形成されている。

次に、燃料ポンプ１の作用について、図１、３に基づいて説明する。なお、図３では、後述の説明をわかりやすくするため、ポンプ室３００を形成するポンプカバー１５及びポンプケーシング３１の壁面とインペラ３５との間のクリアランスを通常より大きく示している。

燃料ポンプ１では、接続端子２０１を介してモータ部３の巻線に電力が供給されるとロータ２４及びシャフト２５とともにインペラ３５が回転する。インペラ３５が回転すると、燃料ポンプ１を収容する燃料タンク内の燃料が吸入口１５１からポンプ室３００及び溝１５３、３１２に吸入される。吸入された燃料は、インペラ３５の回転によって羽根溝３５９と溝１５３、３１２の間を螺旋状の旋回流となって流れ、昇圧される。昇圧された燃料は、燃料通路３１３を通り、ポンプケーシング３１とモータ部３との間に形成される中間室１００に導かれる。

中間室１００に導かれた燃料は、ハウジング１０の内壁とステータ２０の外壁との間に形成される燃料通路１０３、ロータ２４とステータ２０との間に形成される燃料通路１０４などを通って軸受収容部１７４の径方向外側に形成されている燃料通路１０５に導かれる。燃料通路１０５に導かれた燃料は、吐出通路１７２及び吐出口１７１を介して外部に吐出される。

燃料ポンプ１では、吸入口１５１からポンプ室３００に吸入される燃料にアルコール成分が含まれていると、燃料ポンプ１が作動する環境条件によっては吸入される燃料に気泡が発生する場合がある。燃料ポンプ１では、インペラ３５をポンプ室３００に回転可能に収容するため、図５に示すように、インペラ３５とポンプ室３００の内壁との間には一定程度のクリアランスＣ１が設けられている。このため、気泡を含む燃料がポンプ室３００に吸入されると、インペラ３５に対する気泡の位置や気泡の量によってはインペラ３５が図３に示す両端矢印Ｆ１のように天地方向に振動する。インペラ３５の天地方向の振動によって嵌合孔３５０を形成する平面３５１、３５２とシャフト２５のシャフト当接面２５３、２５４とが摩擦を繰り返す。

（ａ）燃料ポンプ１では、インペラ３５にインペラ３５を形成する樹脂より比重が大きい金属から形成されているバランスウェイト３７が設けられている。これにより、ポンプ室３００で振動する部材の重量が樹脂からのみ形成される場合に比べ大きくなるため、シャフト２５に対するインペラ３５の振動数を比較的小さくすることができる。したがって、シャフト２５とインペラ３５とが摩擦を繰り返す回数を少なくなるため、摩擦によるインペラ３５の破損を防止することができる。

（ｂ）また、バランスウェイト３７は、円環状の一つの部材から形成されている。これにより、インペラ３５にバランスウェイト３７をインサート成形するときの工数を低減することができる。したがって、燃料ポンプ１の工数の増加を抑制することができる。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態による燃料ポンプを図４に基づいて説明する。第二実施形態は、バランスウェイトの形状が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

第二実施形態による燃料ポンプが備えるインペラ３５の模式図を図４に示す。インペラ３５の内部には、バランスウェイト４７が設けられている。
バランスウェイト４７は、例えば、インサート成形によってインペラ３５の内部にインペラ３５と一体に設けられる。バランスウェイト４７は、例えば、金属から形成され、インペラ３５の中心軸ＣＡ３５上の点を対称点とする点対称となるよう環状の正方形状に形成されている。

第二実施形態による燃料ポンプでは、インペラ３５を形成する樹脂に比べて比重が大きい金属から形成されているバランスウェイト４７がインペラ３５に設けられている。これにより、ポンプ室３００で振動する部材の重量が大きくなるため、燃料中に発生する気泡によってシャフト２５とインペラ３５とが摩擦を繰り返す回数を少なくすることができる。したがって、第二実施形態は、第一実施形態（ａ）、（ｂ）と同じ効果を奏する。

（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態による燃料ポンプを図５に基づいて説明する。第三実施形態は、バランスウェイトの形状が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

第三実施形態による燃料ポンプが備えるインペラ３５の模式図を図５に示す。インペラ３５の内部には、バランスウェイト５７が設けられている。
バランスウェイト５７は、例えば、インサート成形によってインペラ３５の内部にインペラ３５と一体に設けられる。バランスウェイト４７は、例えば、金属から形成されている略円柱状の部材であって、複数設けられる。第三実施形態では、八個設けられる。八個のバランスウェイト５７は、インペラ３５の中心軸ＣＡ３５上の点を対称点とする点対称となるよう配置されている。

第三実施形態による燃料ポンプでは、インペラ３５を形成する樹脂に比べて比重が大きい金属から形成されている八個のバランスウェイト５７がインペラ３５に設けられている。これにより、ポンプ室３００で振動する部材の重量が大きくなるため、燃料中に発生する気泡によってシャフト２５とインペラ３５とが摩擦を繰り返す回数を少なくすることができる。したがって、第三実施形態は、第一実施形態（ａ）と同じ効果を奏する。

（第四実施形態）
次に、本発明の第四実施形態による燃料ポンプを図６に基づいて説明する。第四実施形態は、バランスウェイトの形状が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

第四実施形態による燃料ポンプが備えるインペラ３５の模式図を図５に示す。インペラ３５の内部には、バランスウェイト６７が設けられている。
バランスウェイト６７は、例えば、インサート成形によってインペラ３５の内部にインペラ３５と一体に設けられる。バランスウェイト６７は、例えば、金属から形成されている略台形柱状の部材であって、複数設けられる。第四実施形態では、四個設けられる。四個のバランスウェイト６７は、インペラ３５の中心軸ＣＡ３５上の点を対称点とする点対称となるよう配置されている。

第四実施形態による燃料ポンプでは、インペラ３５を形成する樹脂より比重が大きい金属から形成されている四個のバランスウェイト６７がインペラ３５に設けられている。これにより、ポンプ室３００で振動する部材の重量が大きくなるため、燃料中に発生する気泡によってシャフト２５とインペラ３５とが摩擦を繰り返す回数を少なくすることができる。したがって、第四実施形態は、第一実施形態（ａ）と同じ効果を奏する。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、インペラの嵌合孔に嵌合されるシャフトの地側の端部は、二つのシャフト当接面を有するとした。シャフト当接面は、一つでもよい。

上述の実施形態では、バランスウェイトは、金属から形成されるとした。しかしながら、バランスウェイトは、形成する材料はこれに限定されない。インペラの外側に設けられる場合、インペラを形成する材料の比重と同じ比重の材料であってもよいが、上述の実施形態のように、インペラにインサート成形される場合、インペラを形成する材料の比重とは異なる比重の材料から形成されることが望ましい。

第一、二実施形態では、バランスウェイトは、環状に形成されるとした。第三実施形態では、バランスウェイトは、複数の略円柱状の部材から構成されるとした。第四実施形態では、バランスウェイトは、複数の略台形柱状の部材から構成されるとした。しかしながら、バランスウェイトの形状及び個数はこれに限定されない。インペラの中心軸上の点を対称点とする点対称となるよう形成されていればよい。

上述の実施形態では、バランスウェイトは、通孔の径方向外側に設けられるとした。しかしながら、通孔の径方向内側に設けられてもよい。

上述の実施形態では、バランスウェイトは、インペラの内部に設けられるとした。しかしながら、インペラの外壁に設けられてもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態により実施可能である。

１０・・・ハウジング（ポンプケース）
１５・・・ポンプカバー（ポンプケース）
１７・・・カバーエンド（ポンプケース）
２０・・・ステータ
２４・・・ロータ
２５・・・シャフト
３５・・・インペラ
３７、４７、５７、６７・・・バランスウェイト
ＣＡ３５・・・中心軸

Claims

燃料を吸入する吸入口（１５１）、及び、燃料を吐出する吐出口（１７１）を有するポンプケース（１０、１５、１７）と、
複数の巻線（２３）を有し、前記ポンプケースの内部に固定される筒状のステータ（２０）と、
前記ステータの径方向内側に回転可能に設けられるロータ（２４）と、
前記ロータと同軸に設けられ、前記ロータと一体に回転するシャフト（２５）と、
前記シャフトの一方の端部（２５２）が嵌合する嵌合孔（３５０）を有し、前記シャフトが回転すると前記吸入口から吸入した燃料を加圧し前記吐出口から吐出するインペラ（３５）と、
前記インペラに設けられ、前記インペラの中心軸（ＣＡ３５）上の点を対称点とする点対称となるよう形成されているバランスウェイト（３７、４７、５７、６７）と、
を備えることを特徴とする燃料ポンプ。
前記バランスウェイトは、環状に一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ。
前記バランスウェイトは、複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ。
複数の前記バランスウェイトは、前記インペラの周方向に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の燃料ポンプ。
バランスウェイトは、前記インペラを形成する材料の比重とは異なる比重の材料から形成されてい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。
前記バランスウェイトは、前記インペラを形成する材料より比重が大きい材料から形成されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料ポンプ。