JP2648660B2 - 再生燃料ポンプ - Google Patents

再生燃料ポンプ

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JP2648660B2
JP2648660B2 JP5241127A JP24112793A JP2648660B2 JP 2648660 B2 JP2648660 B2 JP 2648660B2 JP 5241127 A JP5241127 A JP 5241127A JP 24112793 A JP24112793 A JP 24112793A JP 2648660 B2 JP2648660 B2 JP 2648660B2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D5/00—Pumps with circumferential or transverse flow
    • F04D5/002—Regenerative pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/04—Feeding by means of driven pumps
    • F02M37/048—Arrangements for driving regenerative pumps, i.e. side-channel pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/188—Rotors specially for regenerative pumps

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電動燃料ポンプ、特に自
動車のエンジン等に使用する再生燃料ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】電動再生ポンプは従来から自動車の燃料
供給システムに使用されている。この種のポンプは、一
般にそのハウジングを燃料供給タンク内の燃料に浸して
タンク内の燃料を吸い込むようにした入口と、圧力をか
けて燃料をエンジンに送るための出口を設けている。モ
ータはそのロータを回転可能にハウジング内に設け、電
源に接続してロータを回転駆動している。ロータにはイ
ンペラが結合されて一緒に回転するようになっている。
インペラは円周方向に並んだ羽根を有している。対向す
る両端に入口ポートと出口ポートを有する弓状のポンプ
通路がインペラの周囲を囲んでおり、インペラの羽根が
形成するポケットと周囲の通路との間における渦巻き状
の運動によって燃料圧力が発生する。このタイプの燃料
ポンプの一例が米国特許 No.3,259,072 に示されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この種の燃料ポンプを
自動車に使用する場合、多くの設計要求を満たさなけれ
ばならない。例えば、公称または平常運転条件の温度お
よびバッテリ電圧において、ある圧力の最低流量以上の
燃料を供給しなければならない。また非常に低い温度で
エンジンを始動する場合に発生する低バッテリ電圧条件
において、ある圧力の最低流量の燃料を供給しなければ
ならないこともある。さらに、高温条件下で、ある流量
と最低圧力の燃料を供給しなければならないこともあ
る。高温では燃料の蒸気が重要な役割を果たす。ある運
転条件において性能を改善するように意図された設計お
よびパラメータであっても他の条件においては運転性能
を低下させるように作用することもある。
【０００４】本発明の主要目的は通常運転条件、低温始
動条件および高温燃料条件を含む各種運転条件におい
て、改善した性能を有する電動再生燃料ポンプを提供す
ることである。本発明の別の目的は、静かで経済的に製
造組立ができしかも長い寿命において信頼性の高い一定
の性能を確保することができるポンプを提供することで
ある。
【０００５】
【発明の概要】本発明の電動再生燃料ポンプは燃料入口
と燃料出口を有するハウジングと、電気を供給されてハ
ウジング内で回転するロータを有するモータとを含む電
動再生燃料ポンプ。ポンプ機構にはロータに結合されて
ロータと一緒に回転するインペラを設け、そのインペラ
の外周縁にはインペラ羽根を設ける。羽根を有するイン
ペラ外周縁は弓状のポンプ通路で囲まれ、そのポンプ通
路はハウジングの燃料入口と出口に接続されて燃料をハ
ウジングの出口に圧力をかけて送りだす。ポンプ通路に
はインペラ外周縁に沿って複数の半径方向溝を配列し、
さらにこの円周配列した半径方向溝をインペラ外周縁に
対して軸方向に対向させている。これら半径方向溝と溝
の間にはチャンネル羽根（インペラ羽根とは異なる）が
形成される。円周配列した半径方向溝はインペラ羽根の
半径方向内方に延びており、特に高温燃料状態において
ポンプの性能を高めることが確かめられた。半径方向溝
とチャンネル羽根がポンプ性能を改善する理由は完全に
は分かっていないが、燃料が弓状ポンプ通路を通過する
際チャンネル羽根が乱流を引き起こし燃料の速度を低下
させるので、特に低電圧でポンプ速度が低い場合に渦巻
き運動を活発化させポンプの燃料圧送能力を高めると考
えられる。
【０００６】本発明の好ましい実施例においては、半径
方向溝の円周配列は弓状ポンプ通路の全弓状長さに渡っ
ては延びておらず前記ポンプ通路に沿って部分的に延び
ており、ポンプ通路の下流端の出口ポートに接近して配
置されている。入口ポートに近いポンプ通路の上流側は
ほぼ一定の断面積を有している（すなわち半径方向溝が
ない）ので、チャンネル羽根を有するポンプ通路の下流
領域の平均断面積は上流領域の断面積よりも大きい。蒸
気ポートは下流領域のすぐ傍におけるポンプ通路の上流
領域に開口している。半径方向溝、および半径方向溝の
間に形成されたチャンネル羽根は、インペラの回転に逆
らうように半径方向に角度を付けるのが望ましい。本発
明の好ましい実施例において、半径方向溝とチャンネル
羽根はほぼインペラの半径方向において弓状に湾曲さ
せ、それらの軸方向深さをインペラ外周縁の半径方向内
方に向かって増大させるのが望ましい。インペラ羽根の
半径方向内方に延びる半径方向溝は半径方向の寸法がイ
ンペラ羽根自体の半径方向寸法とほぼ同じである。
【０００７】本発明の好ましい実施例において、リブが
インペラ外周縁に向かって弓状ポンプ通路内に半径方向
に延びている。リブと半径方向溝の円周配列は両方とも
ポンプ通路に沿って部分的に延びて出口ポートに達して
いる。ポンプ通路の下流端の出口ポートに接近して配置
されている。このリブと半径方向溝の円周配列はほぼ同
じ角度に渡って延びている（すなわち円周距離がほぼ同
じである）。インペラ羽根はいわゆる開放羽根で構成す
ることが望ましい。
【０００８】すなわち、インペラの軸方向に対向する一
側面上に形成された各羽根ポケットの底面が他方の側面
上に形成された軸方向に隣接するポケットの底面と合流
している。インペラのポケットは湾曲して凹んだ構造と
なっている。この開放羽根インペラ構造と、ポンプ通路
の出口ポートの近くに配置したチャンネルリブと半径方
向溝とにより、低温始動性能と高温燃料対処性能を改善
し、しかも平常運転条件において最低あるいはそれ以上
の性能を確保することが確かめられた。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の好ましい一実施例における電
動燃料ポンプ２０を示し、円筒ケース２４で形成された
ハウジング２２の両端には互いに軸方向に隔離された入
口および出口端キャップ２６、２８が設けられている。
モータ３０はハウジング２２内で回転するように軸３４
で支持されたロータ３２と、それを囲む永久磁石のステ
ータ３６を有する。ブラシ３８は出口端キャップ２８内
に配置され、出口端キャップ２８の外部に設けられた端
子４０に電気的に接続されている。ブラシ３８は、ハウ
ジング１２内においてロータ３２と軸３４に支持された
整流板４４に摺動自在に電気的に接触するようにバネ４
２によって付勢されている。ここまで説明した範囲で
は、ポンプ１０は米国特許 No.4,352,641, 4,500,270お
よび 4,596,519 で開示されたポンプとほぼ同じであ
る。
【００１０】ポンプ２０のポンプ機構４６は、軸３４と
共に回転できるようにワイヤ５０で軸３４に結合された
インペラ４８を有する。弓状のポンプ通路５２がインペ
ラ４８の周縁を円周方向に囲っている。この弓状通路５
２は、インペラ４８の両側に設けられてインペラ側板を
構成する入口端キャップ２６と板５４、および組立時に
側板２６、５４の間に挾まれてインペラ４８を囲むリン
グ８０によって構成される。弓状のポンプ通路５２は、
入口端キャップ／側板２６から軸方向に突出する入口５
８に接続された軸方向に開口する入口ポート５６を一端
に有し、他端にはハウジング２２内部に側板５４を介し
て連通する軸方向に開口する出口ポート６０を有する。
従って、燃料はインペラ４８によって入口５８からハウ
ジング２２を通って出口端キャップ２８の出口に送られ
る。
【００１１】側板２６、５４はそれぞれ図２と図８に詳
細に、また図３〜６と図９に部分的に拡大して示す。弓
状のポンプ通路５２は、入口端キャップ／側板２６の平
坦な内側面６４上の弓状チャンネル部６２により部分的
に形成される。図２に示すように、チャンネル部６２は
入口ポート５６から始まって、ポンプ／モータの中央軸
６６から一定半径にある内側面６４に沿って延び、さら
に入口ポート５６に角度的に接近しているが距離的には
離れているポケット６８まで延びている。円形に配列さ
れた複数のほぼ半径方向の弓状溝７０が内側面６４に形
成され、それぞれがチャンネル部６２から半径方向内方
に延びている。各々の溝７０は、図４に示すように、チ
ャンネル部６２から半径方向内方に延びるにつれて軸方
向に広がっている。複数の溝７０の列はチャンネル部６
２の全弓状長さに渡っては延びておらず、隣接するポケ
ット６８から始まってチャンネル長さのほぼ半分まで延
びている。蒸気ポート７２は溝７０列の先端近くで、す
なわち入口ポート５６近くの溝列の端部においてチャン
ネル部６２に開口している。すなわちチャンネル部６２
は、入口ポート５６近くの第一あるいは上流領域７４と
ポケット６８近くの第二あるいは下流領域７６の２つの
領域から成る。溝７０は、燃料が入口ポート５６からポ
ケット６８の方に移動するのに逆らうような方向に曲が
っている。図５に示されるように、夫々の溝７０は階段
状の断面を有し、上流側の比較的浅い部分７８と下流側
の深い部分８０から成る。
【００１２】ポンプ通路５２はまた、出口ポート６０と
側板５４の内側面６４ａのポケット６８ａとの間を延び
る弓状チャンネル部６２ａによっても部分的に形成され
る（図８〜９）。組立時において、入口端キャップ／側
板２６と側板５４の切欠き８１、８１ａは一致させてあ
り、側板５４のポケット６８ａが側板２６の入口ポート
５６に対向し、側板２６のポケット６８が側板５４の出
口ポート６０に対向するようになっている。入口端キャ
ップ／側板２６の蒸気ポート７２は側板５４において対
応するものがない。この蒸気ポート７２を除いて、側板
５４の通路と溝の配置は側板２６におけるそれらの配置
の鏡対称であり、図８において対応する部材には、同一
の参照番号に添字 "a" を付けて示している。
【００１３】ポンプ通路５２はまた、組立時に入口端キ
ャップ／側板２６と内部側板５４の間に挾まれてインペ
ラ４８を半径方向に囲むインペラガイドリング８０（図
１と図１３）によっても部分的に形成される。リング８
０は、半径方向内方に突出してインペラ４８の周縁内側
まで達するリブ８２を有する。リブ８２とインペラ４８
はインペラがリングに接触しないで回転できるように十
分に離れている。リブ８２は２つの側板の間で軸方向の
中心に位置しており、側板２６、５４に形成された鏡対
称の溝列７０、７０ａと同じ長さの弓状をしている。す
なわち、リブ８２はチャンネル部の上流領域７４、７４
ａまでは延びず、従って出口ポート６０に覆被さったり
出口ポートを通る燃料の流出を妨げることはない。リン
グ８０の切欠き８１ｂ（図１３）は側板２６の切欠き８
１と側板５４の切り欠き８１ａと一致して組立体の部品
の位置決めをする。
【００１４】インペラ４８は平たいディスクから成る。
このディスクは、一様な厚さを有し角度を付けて互いに
隔離配置した半径方向に突出する羽根８４（図７）と、
軸６６と同心のインペラの外周を規定する外周縁を有す
る。各々の羽根８４の間には、リブ８６が半径方向外側
に突出し、その先端はインペラ外周の手前で丸味を帯び
た半径方向外側エッジ８８となっている。すべてのリブ
８６は同一構造で、インペラ本体の中央に設けられてお
り、外側エッジ８８は軸６６と同心である。従って、羽
根８４とリブ８６は、インペラの各側面の外周縁におい
て軸方向および半径方向に開いた複数のポケットを円周
方向に整列して形成する。インペラ４８はいわゆる開放
羽根インペラで、軸方向においてインペラ一方の側面上
に形成された各羽根ポケットの底面９０（図１０）が他
方の側面上に形成されたポケットの底面９２と、丸味を
帯びたリブの外側エッジ８８において合流している。各
リブ８６は半径方向の最大寸法を羽根８４の半径方向の
最大寸法の約３分の２に設定するのが好ましい。
【００１５】このようにして、入口端キャップ／側板２
６、内部側板５４、リング８０およびインペラ４８の組
立体において、第一の弓状部分と第二の弓状部分とから
なるポンプ通路５２が形成される。第一の弓状部分は、
一定の断面積を有して入口ポート５６から延びているチ
ャンネル領域７４、７４ａで形成される。第二の弓状部
分は、溝７０、７０ａと、リングリブ８２とからなり、
出口ポート６０側のチャンネル領域７６、７６ａに形成
される。チャンネル領域７６、７６ａが形成する第二の
ポンプ通路弓状部分の平均断面積は、チャンネル領域７
４、７４ａが形成する第一のポンプ通路弓状部分の平均
断面積よりも大きい。実施例において例えば、チャンネ
ル領域７６、７６ａが形成する下流側の第二通路部分の
断面積は溝７０、７０ａのところで 10.12 mm2、隣接す
る溝と溝７０、７０ａの間で 4.29 mm2 である。弦の長
さを考慮にいれると、平均断面積は 7.22 mm2 である。
これに対して、チャンネル領域７４、７４ａが形成する
上流側の第一通路部分の断面積は 6.34 mm2 である。運
転時、インペラ４８は、このタイプのポンプ特有の渦巻
きおよび再生ポンプ運動により燃料を入口ポート５６か
らポンプ通路５２を通って出口ポート６０まで送りだ
す。
【００１６】本発明で開示した燃料ポンプは、低温始動
および高温燃料対処能力が優れていることが判明した。
インペラ４８の開放羽根構造とともに溝７０、７０ａが
形成するチャンネル羽根を設けたことにより低温始動性
能が大幅に改善され、また高温燃料対処能力も大幅に改
善された。インペラ４８の開放羽根構造とともにリブ８
６を設けたことにより高温燃料対処能力と低温始動性能
が大幅に改善された。これら３つの要素、すなわち溝７
０、７０ａが形成するチャンネル羽根と、リブ８６と、
インペラ４８の開放羽根構造とを組み合わせたので、こ
れら３つの要素を持たないポンプ構造よりも低温始動性
能と高温燃料対処能力が著しく改善しており、通常条件
下の性能と比べてもそれほど低くない。溝７０、７０ａ
を階段状の断面にしたので（図５）、一様な断面を持つ
チャンネル溝の場合よりも性能が改善された。燃料は各
チャンネル溝７０、７０ａに入って、深いチャンネル部
分８０に向かって半径方向内方に移動し、その後浅い部
分７８に沿って半径方向外方に移動して溝から出ると考
えられる。浅い部分７８の角度（図４）は、燃料を開放
されたインペラ羽根に戻すように設定されている。イン
ペラ、リング、および側板は所望の材料、たとえばセラ
ミックで成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい一実施例である電動燃料ポン
プの側面縦断面図である。
【図２】図１の線２−２にほぼ沿った断面図で、ポンプ
入口端部のキャップ／側板の内面を示す。
【図３】図２の円３で囲んだ部分を拡大して示す部分拡
大図である。
【図４】図３の線４−４に沿った部分断面図である。
【図５】図２の線５−５に沿った部分断面図である。
【図６】図３の線６−６に沿った部分断面図である。
【図７】図１の線７−７に沿った側立面図で、図１の実
施例におけるポンプインペラを示す。
【図８】図１の線８−８にほぼ沿う側立面図で、図１の
ポンプ内の内側の側板の内面を示す。
【図９】図８の線９−９にほぼ沿う部分断面図である。
【図１０】図８の線１０−１０に沿ったポンプの部分断
面図である。
【図１１】図８の線１１−１１に沿ったポンプの部分断
面図である。
【図１２】図８の線１２−１２に沿ったポンプの部分断
面図である。
【図１３】図１の線１３−１３に沿った部分断面図で、
インペラガイドリングを示す。
【符号の説明】
２０ 電動燃料ポンプ ２２ ハウジング ２４ 円筒ケース ３０ モータ ３２ ロータ ４８ インペラ ５２ 弓状のポンプ通路 ５６ 入口ポート ５８ 入口 ６０ 出口ポート ７０ 半径方向溝 ７２ 蒸気ポート ７４ 第１の弓状領域 ７６ 第２の弓状領域 ８２ 円周リブ

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電動燃料ポンプであって、 燃料入口と燃料出口を有するハウジングと、 ロータと、モータに電気を供給して前記ハウジング内で
    前記ロータを回転させる手段とを有するモータと、 前記モータに結合されてモータと一緒に回転し外周縁に
    沿って羽根を整列したインペラと、前記インペラの外周
    縁の周りに形成され、前記入口と出口に連通する弓状の
    ポンプ通路とを有するポンプとから構成され、 前記ポンプ通路において複数の半径方向溝を前記インペ
    ラ外周縁に沿って配列し且つ該複数の半径方向溝をイン
    ペラの外周縁に対して軸方向に対向させ、且つ該半径方
    向溝を前記インペラ羽根の半径方向内方に向けて、該半
    径方向溝の軸方向深さが半径方向内方に向かって増大す
    るように、それぞれ形成したことを特徴とする電動燃料
    ポンプ。
  2. 【請求項２】 前記複数の半径方向溝の円周配列は、ポ
    ンプ通路の全弓状長さに渡っては延びておらず前記ポン
    プ通路に沿って部分的に延びていることを特徴とする請
    求項１記載の電動燃料ポンプ。
  3. 【請求項３】 前記ポンプ通路は前記弓状ポンプ通路の
    両端に入口と出口を有し、さらに前記複数の半径方向溝
    の円周配列は前記出口ポートに接近して配置したことを
    特徴とする請求項２記載の電動燃料ポンプ。
  4. 【請求項４】 前記ポンプ通路は第一の弓状領域と第二
    の弓状領域とから成り、前記第一弓状領域は前記入口ポ
    ートに接近して設けられほぼ一定の断面積を有し、前記
    第二弓状領域は前記出口ポートに接近して設けられ前記
    半径方向溝を有し、前記第二弓状領域の平均断面積は前
    記第一弓状領域の断面積よりも大きいことを特徴とする
    請求項３記載の電動燃料ポンプ。
  5. 【請求項５】 前記ポンプ通路を形成する手段はさら
    に、前記第二弓状領域に接近した位置で、前記第一弓状
    領域に開口する蒸気ポートを形成する手段を含むことを
    特徴とする請求項４記載の電動燃料ポンプ。
  6. 【請求項６】 前記第二弓状領域は、前記ポンプ通路の
    全弓状長さのほぼ半分であることを特徴とする請求項５
    記載の電動燃料ポンプ。
  7. 【請求項７】 前記複数の半径方向溝は前記インペラの
    回転に逆らうように角度を付けて半径方向に配置されて
    いることを特徴とする請求項１記載の電動燃料ポンプ。
  8. 【請求項８】 前記複数の半径方向溝は前記インペラの
    半径方向に沿った弓型形状を有することを特徴とする請
    求項７記載の電動燃料ポンプ。
  9. 【請求項９】 前記インペラ羽根はすべて半径方向寸法
    が均一であり、前記複数の半径方向溝は前記インペラ羽
    根の半径方向内方に向かってほぼ前記半径方向寸法の距
    離だけ延びることを特徴とする請求項８記載の電動燃料
    ポンプ。
  10. 【請求項１０】 前記複数の半径方向溝の円周配列は、
    前記通路の軸方向に対向する両側に設けた半径方向溝の
    第一円周配列と第二円周配列とで構成され、前記第一お
    よび第二円周配列は互いに鏡対称となっていることを特
    徴とする請求項１記載の電動燃料ポンプ。
  11. 【請求項１１】 前記弓状のポンプ通路は、前記インペ
    ラの外周縁に対向して前記通路内に半径方向内方に延び
    る円周リブを含むことを特徴とする請求項１記載の電動
    燃料ポンプ。
  12. 【請求項１２】 前記複数の半径方向溝の円周配列と前
    記円周リブは両方とも、ポンプ通路の全弓状長さに渡っ
    ては延びておらず前記ポンプ通路に沿って部分的に延び
    ていることを特徴とする請求項１１記載の電動燃料ポン
    プ。
  13. 【請求項１３】 前記ポンプ通路は、該ポンプ通路の両
    端に入口ポートと出口ポートを有し、前記半径方向溝の
    円周配列と前記円周リブは両方とも前記出口ポートに接
    近して配置されていることを特徴とする請求項１２記載
    の電動燃料ポンプ。
  14. 【請求項１４】 前記インペラ上の複数の羽根は開放羽
    根で構成されることを特徴とする請求項１記載の電動燃
    料ポンプ。
  15. 【請求項１５】 前記開放羽根は、前記インペラの軸方
    向に対向する両側面上において軸方向に互いに対向する
    ポケットを円周配列して成り、前記各側面上の各々のポ
    ケットは前記インペラの外周縁内において他方の側面上
    にある軸方向に隣接するポケットに開放していることを
    特徴とする請求項１４記載の電動燃料ポンプ。
  16. 【請求項１６】 前記インペラは前記軸方向に隣接する
    ポケットを互いに分離する円周リブを前記隣接するポケ
    ットの間に有し、さらに前記リブは前記外周縁内におい
    て半径方向外側エッジを有することを特徴とする請求項
    １５記載の電動燃料ポンプ。
JP5241127A 1992-11-27 1993-09-28 再生燃料ポンプ Expired - Fee Related JP2648660B2 (ja)

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