JP3591091B2 - 再生ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポンプ流路が角度にして３６０°以上の流路長さを持つようにそのポンプ流路を同心円状に形成された２本の流路から構成した再生ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
再生ポンプは、ケーシングと、このケーシングのインペラ室内に回転可能に収容されたインペラとから構成されており、インペラには羽根溝が形成され、インペラ室の内面には羽根溝に対応するポンプ流路が形成されている。そして、インペラが回転すると、羽根溝内の流体が遠心力で前記ポンプ流路に送り出されると共に、そのポンプ流路に送り出された流体が再び羽根溝内に戻されるように循環することにより、吸入口からポンプ流路内に吸入された流体が昇圧しながらポンプ流路内を流れ、高圧流体となって吐出口から吐出されるようになっている。
【０００３】
このような再生ポンプは、吐出量は比較的少ないが、粘性の低い流体に対してもかなり高い吐出圧力を得ることができるので、最近、車両のエンジン用燃料噴射装置の燃料ポンプとして良く用いられている。
【０００４】
その一例として特開平３−１１１９１号公報に示された再生ポンプがあり、これには、吸入口付近での燃料のキャビテーションを防止するために、ポンプ流路の断面積を吸入口からある角度範囲で拡大することが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
再生ポンプでは、上述のように、羽根溝とポンプ流路との間で流体を循環させながら昇圧させる構成であるため、ポンプ流路の長さは長い方が燃料の昇圧にとって有利である。ところが、再生ポンプでは、通常、羽根溝はインペラの外周部だけに形成されており、これに対応するポンプ流路もケーシングに１本だけ形成されているため、ポンプ流路の長さとしては角度にして３６０°を越えることはできず、かかる背景事情の下で、上記特開平３−１１１９１号公報に示されたように、ポンプ流路の吸入口側の断面積を拡大すると、その断面積の拡大によって実質的に燃料を昇圧できるポンプ流路長さが短くなり、十分に燃料を昇圧できなくなるという問題を生ずる。
【０００６】
これに対し、英国特許公開公報第２０７３８２９号には、２本のポンプ流路を同心円状に形成して両流路を直列に接続することが記載されている。このものでは、ポンプ流路を長くすることができるので、燃料を十分に昇圧して送り出すことが可能となる。
【０００７】
この英国特許公開公報第２０７３８２９号に示された再生ポンプは、図１６に示すように、インペラ１の厚さを中心側と外周側とで異ならせ、最外周部と中心側の厚板部分の外周部とに、ケーシング２に形成された外周側ポンプ流路３と中心側ポンプ流路４とにそれぞれ対応する外周側羽根溝５と中心側羽根溝６とを形成している。
【０００８】
ところが、再生ポンプでは、インペラとこれを収納するケーシングとの間のクリアランスは流体の漏れ防止のために小さくすることが要求され、特に粘性が低いガソリンなどのエンジンの燃料を取り扱う場合には、そのクリアランスとしては、より小さく且つより精度の高いことが要求される。
【０００９】
しかしながら、上述のようにインペラ１の厚さが異なると、インペラ１の軸方向両側面を例えば研削加工して厚さ精度を出す場合に、中心側の厚板部分と外周側の薄板部分とを別々に加工する必要が生じ、高い寸法精度を得難くなる。このような事情があるため、インペラを上述の英国特許公開公報第２０７３８２９号に示された構成にしてポンプ流路を長くすることは、インペラとケーシングとの間のクリアランスがより小さく且つより高精度であることが要求される燃料ポンプには適さないものである。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ケーシングに外周側ポンプ流路と中心側ポンプ流路とを形成してポンプ流路の長さを長くすると共に、インペラを厚さ一様の円形平板状にすることができて高い寸法精度を得ることができる再生ポンプを提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によると、同心円状の中心側ポンプ流路と外周側ポンプ流路とが直列に接続されるので、ポンプ流路全体としては、角度にして３６０°以上の流路長さを有することとなるので、ポンプ流路の長さを長くすることができ、流体を十分に昇圧することができる。しかも、インペラの中心側羽根溝および外周側羽根溝は当該インペラの側面に凹状に窪む溝を形成することによって得られるので、インペラの中心側および外周側の羽根溝が設けてある部分を板厚が一様な円形平板状に構成でき、高精度に加工することができる。
【００１２】
その上、中心側ポンプ流路と外周側ポンプ流路の断面積が同一に設定されているから、中心側ポンプ流路の始端から外周側ポンプ流路の終端までの間において流体の流速の変動を抑制して、キャビテーションや圧力損失の発生を防止することができる。また、中心側ポンプ流路と外周側ポンプ流路の断面形状を同じにすることができるので、その加工が容易となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両のエンジン用燃料噴射装置に用いられる燃料ポンプに適用した第１実施例につき図１〜図８を参照しながら説明する。
この燃料ポンプは燃料タンク内に配置されるもので、図８に示すように、モータ部１１と、このモータ部１１により駆動されるポンプ部１２とから構成されている。上記モータ部１１はブラシ付きの直流モータからなり、円筒状のハウジング１３内に永久磁石１４を環状に配置すると共に、この永久磁石１４の内側にロータ１５を配置した構成となっている。
【００１６】
また、ポンプ部１２は再生ポンプからなり、円筒状周壁部１６ａおよびこの円筒状周壁部１６ａの一方の側面を閉鎖する側壁部１６ｂを一体に有するケーシング本体１６と、上記円筒状周壁部１６ａの他方の側面を閉鎖するための側壁部としてのケーシングカバー１７と、インペラ１８とから構成されている。
【００１７】
そして、ケーシング本体１６は、ハウジング１３の一端部に圧入固定され、ケーシングカバー１７は、ケーシング本体１６に被せられた状態でハウジング１３の一端部にかしめ等により固定されており、これらケーシング本体１６とケーシングカバー１７とで内部に密閉されたインペラ室１９を形成したケーシング２０が構成されている。
【００１８】
ここで、ポンプ部１２の駆動軸である前記ロータ１５のシャフト２１はケーシング２０内に挿入され、ケーシング本体１６の側壁部１６ｂに嵌着されたラジアル軸受２２に回転可能に支持されていると共に、ケーシングカバー１７に固定されたスラスト軸受２３によってスラスト荷重が受けられるようになっている。
【００１９】
一方、前記インペラ１８は前記インペラ室１９内に回転可能に収容され、その中心に形成されたＤ字形の嵌合孔２４が前記シャフト２１のＤカット部２１ａに軸方向に摺動可能に嵌合されている。これによりインペラ１８はシャフト２１から回転伝達されて該シャフト２１と一体的に回転するが、シャフト２１に対しては軸方向に移動可能になされる。
【００２０】
さて、インペラ１８は板厚が一様の円形平板状に形成されており、このインペラ１８には、図１〜図３に示すように、中心側羽根溝２５と外周側羽根溝２６とが径方向に距離を隔てて、具体的には、インペラ１８のうち、その回転中心から外周部に至る途中の部位に中心側羽根溝２５が円周方向に沿って多数形成されていると共に、外周部に外周側羽根溝２６が円周方向に沿って多数形成されている。なお、中心側羽根溝２５および外周側羽根溝２６はインペラ１８の軸方向両側に対称的に形成されている。
【００２１】
上記軸方向両側の中心側羽根溝２５はインペラ１８の両側部に外周方向に向かって漸次深くなるように形成された円弧状の凹溝からなり、この凹溝の形成から残された当該凹溝相互間の部分は中心側羽根片２７とされている。従って、両側の中心側羽根溝２５はインペラ１８の軸方向両側面においてのみ外方に開放された形態になされている。そして、両側の中心側羽根溝２５はその外周方向側の端部においてインペラ１８を軸方向に貫通するようにして形成された通し孔２８により相互に連通された状態になっている。
【００２２】
また、軸方向両側の外周側羽根溝２６もインペラ１８の外周部の両側部に径方向外側に向かって漸次深くなるように形成された凹溝からなり、この凹溝の形成から残された当該凹溝相互間の部分は外周側羽根片２９とされている。そして、軸方向両側の外周側羽根溝２６はインペラ１８の軸方向両側面と外周面との双方において外方に開放された形態になされている。
【００２３】
ここで、中心側羽根溝２５と外周側羽根溝２６の列設個数は後者の方が多く、且つ中心側羽根溝２５と外周側羽根溝２６の溝幅Ｗ１ ，Ｗ２ は後者の方が広く設定されている。この場合、この実施例では、羽根溝２５，２６の溝幅Ｗ１ ，Ｗ２ と羽根溝２５，２６の形成部位の直径Ｄ１ ，Ｄ２ との比が両羽根溝２５，２６についてほぼ同じになるようにしている。
【００２４】
また、中心側羽根溝２５および外周側羽根溝２６の根元部分（インペラ１８の回転中心側の部分）の円弧凹面２５ａ，２６ａの曲率半径Ｒ１ ，Ｒ２ は前者の方が小さく設定されている。なお、例えば中心側羽根溝２５の円弧凹面２５ａの曲率半径Ｒ１ は１．５ｍｍ、外周側羽根溝２６の円弧凹面２６ａの曲率半径Ｒ２ は４ｍｍに設定されている。
【００２５】
一方、図８に示すように、ケーシングカバー１７には燃料タンク（図示せず）内に連通する吸入口３０が軸方向に貫通して形成されていると共に、ケーシング本体１６の側壁部１６ｂにはインジェクタ（図示せず）に連通する吐出口３１が軸方向に貫通して形成されている。これら吸入口３０および吐出口３１は、吸入口３０が中心側に位置するようにして径方向に距離を隔てて設けられており、それら吸入口３０と吐出口３１とはポンプ流路３２によりつながれている。
【００２６】
上記ポンプ流路３２はインペラ室１９の内面に径方向に距離を隔てて形成された中心側ポンプ流路３３と外周側ポンプ流路３４とから構成されている。すなわち、図４〜図７に示すように、インペラ室１９の軸方向両内側面を構成するケーシング本体１６の側壁部１６ｂの一側面およびケーシングカバー１７の一側面には、有端環状の中心側溝３３ａ，３３ｂと同じく有端環状の外周側溝３４ａ，３４ｂが同心円状に形成されている。そして、インペラ室１９の中心側に位置する軸方向両側の中心側溝３３ａ，３３ｂは、図１に示すように、インペラ１８の連通孔２８を介して相互に連通された状態になっており、これら両中心側溝３３ａ，３３ｂによって中心側ポンプ流路３３が構成されている。
【００２７】
また、インペラ室１９の周囲部側に位置する軸方向両側の外周側溝３４ａ，３４ｂは、インペラ室１９の内周面である円筒状周壁部１６ａの内径をシール部３５を残して拡径することによって形成された拡径部３４ｃによって相互に連通された状態になっており、これら外周側溝３４ａ，３４ｂと拡径部３４ｃとによってインペラ１８の軸方向両側の外周側羽根溝２６を包囲する外周側ポンプ流路３４が構成されている。
【００２８】
そして、中心側ポンプ流路３３を構成する中心側溝３３ａ，３３ｂのうち、ケーシングカバー１７側の中心側溝３３ｂの始端が吸入口３０に接続されていると共に、両中心側溝３３ａ，３３ｂの終端が連通路たる連通溝３６ａ，３６ｂを介して両外周側溝３４ａ，３４ｂの始端に接続され、ケーシング本体１６側の外周側溝３４ａの終端が吐出口３１に接続されている。
【００２９】
なお、上記シール部３５はインペラ１８の外周側羽根片２９との間に極く小さなクリアランスをもって対向し、外周側ポンプ流路３４の両端間での燃料の漏れを防止する。もちろん、インペラ室１９の軸方向両内側面とインペラ１８の軸方向両側面も極く小さなクリアランスをもって対向することにより、両者間への燃料漏れが防止されるようになっている。
【００３０】
ここで、中心側ポンプ流路３３および外周側ポンプ流路３４の流路長さは、図４に角度αおよびβで示すように、それぞれ単独では角度にして３６０°未満であるが、連通溝３６ａ，３６ｂにより直列に接続された両ポンプ流路３３，３４の長さの和は、角度にして３６０°以上になされている。
【００３１】
また、中心側ポンプ流路３３と外周側ポンプ流路３４の断面積（図１（ｂ）にクロス線で示した部分の面積）は同一に設定されている。すなわち、中心側ポンプ流路３３を構成する両中心側溝３３ａ，３３ｂの断面積と、外周側ポンプ流路３３を構成する外周側溝３４ａ，３４ｂ、拡径部３４ｃの断面積とは等しく設定されており、従って、中心側溝３３ａ，３３ｂの深さは、外周側溝３４ａ，３４ｂよりも深くなっている。
【００３２】
次に上記構成の作用を説明する。
モータ部１１を起動させると、ロータ１５のシャフト２１と一体的にインペラ１８が回転する。これにより、インペラ１８の中心側羽根片２７および外周側羽根片２９が中心側ポンプ流路３３および外周側ポンプ流路３４に沿って回転してポンプ作用を生じ、図示しない燃料タンク内の燃料を吸入口３０から中心側ポンプ流路３３内に吸入する。
【００３３】
中心側ポンプ流路３３内に吸入された燃料は吸入口３０側の始端から終端に向かって流れ、連通溝３６ａ，３６ｂを介して外周側ポンプ流路３４内に流入し、終端の吐出口３１に向かって流れる。
【００３４】
このように燃料が吸入口３０から吐出口３１に向かって流れる過程で、その燃料は図１（ｂ）に矢印ＡおよびＢで示すように、中心側羽根溝２５および外周側羽根溝２６内に吸い込まれ、中心側羽根片２７および外周側羽根片２９から運動エネルギーを受けて中心側ポンプ流路３３および外周側ポンプ流路３４内に送り込まれるというように羽根溝２５，２６とポンプ流路３３，３４との間で循環する。このような循環を繰り返すことにより、燃料は圧力上昇しながら中心側ポンプ流路３３から外周側ポンプ流路３４へと流れ、そして吐出口３１から図示しないインジェクタに圧送されるのである。
【００３５】
ここで、外周側羽根溝２６はインペラ１８の側面だけでなく、外周面においても外周側ポンプ流路３４内に開放されているので、矢印Ｂで示すように外周側羽根溝２６内に吸い込まれた燃料は主としてインペラ１８の外周側開放部から外周側ポンプ流路３４内に送り込まれる。このため、外周側羽根溝２６と外周側ポンプ流路３４との間での燃料の循環は良好に行われる。
【００３６】
一方、中心側羽根溝２５は、インペラ１８の側面おいてのみ開放されているので、通常ならば、中心側羽根溝２５と中心側ポンプ流路３３との間での燃料の循環は円滑性に欠けることとなる。しかしながら、本実施例では、中心側羽根溝２５の円弧凹面２５ａの曲率半径Ｒ１ が小さく設定されているので、中心側羽根溝２５内に吸い込まれた燃料は、その中心側羽根溝２５の小なる曲率半径の円弧凹面２５ａに沿って流れる過程で、外周側羽根溝２６の大なる曲率半径の円弧凹面２６ａよりも早く流れの向きを径方向外側に変換するようになる。このため、中心側羽根溝２５においても外周側羽根溝２６と同様に中心側ポンプ流路３３との間での循環性が良くなり、昇圧性能が低くなるおそれはない。
【００３７】
また、中心側ポンプ流路３３と外周側ポンプ流路３４の断面積は同一に設定されているので、両流路３３，３４を流れる燃料の速度が同じになり、キャビテーションを生じたり、圧力損失を生じたりするおそれがない。すなわち、中心側ポンプ流路３３の断面積が外周側ポンプ流路３４の断面積よりも小さいと、吸入口３０から中心側ポンプ流路３３内に吸入された燃料が急激に流速低下し圧力が低下することによってキャビテーションを発生し、逆に中心側ポンプ流路３３の断面積が外周側ポンプ流路３４の断面積よりも大きいと、外周側ポンプ流路３４での燃料の流速がより速くなって圧力損失を生ずる。しかしながら、本実施例では、両ポンプ流路３３，３４の断面積が同一に設定されているので、そのような不具合を生ずることがなく、燃料を効率良く昇圧してインジェクタに圧送することができる。
【００３８】
しかも、本実施例では、中心側羽根溝２５の個数を外周側羽根溝２６より少なくしてあるので、両羽根溝２５，２６の溝幅Ｗ１ ，Ｗ２ をそれぞれにとって最適な寸法に設定できる。すなわち、羽根溝２５，２６内に吸入される燃料の量は、羽根溝２５，２６の回転速度に応じた最適量になっていると、効率良く昇圧される。これに対し、例えば、中心側羽根溝２５の形成部位の直径は小さいので、その回転速度は低いが、このような低回転速度にある中心側羽根溝２５の溝幅Ｗ１ を広くすると、中心側羽根溝２５内への燃料の吸入量が多くなるので、昇圧し難くなる。
【００３９】
しかるに、本実施例では、両羽根溝２５，２６の溝幅Ｗ１ ，Ｗ２ を異ならせて、低回転速度の中心側羽根溝２５は幅狭にし、高回転速度の外周側羽根溝２６を幅広にする等、それぞれにとって最適幅に設定してあるので、両羽根溝２５，２６の双方共に燃料を効率良く昇圧させることができるものである。
【００４０】
以上のように、燃料は両羽根溝２５，２６と両ポンプ流路３３，３４との間で循環しながら吸入口３０から吐出口３１に向かって流れる過程で昇圧するので、ポンプ流路３２全体の長さは長い方が昇圧効果が高い。
【００４１】
このことについて、本実施例では、中心側ポンプ流路３３と外周側ポンプ流路３４とを同心円状に設けて両ポンプ流路３３，３４を直列に接続したことにより、ポンプ流路３２全体としての長さが長くなるので、燃料をより高く圧力上昇させることができる。
【００４２】
そして、このようにポンプ流路３２を、同心円状の中心側ポンプ流路３３と外周側ポンプ流路３４とから構成することに対応させて、インペラ１８に中心側羽根溝３３と外周側羽根溝３４とを形成する場合、特に中心側羽根溝３３をインペラ１８の側面部に円弧状に窪む凹溝を設けることによって形成するので、インペラ１８を板厚が一様の円形平板状にすることができる。
【００４３】
このため、インペラ１８の軸方向両側面を例えば研削加工により仕上げる場合、各側面を一度に研削できるので、板厚の寸法精度を高くすることができる。従って、特に燃料ポンプ用では、インペラ１８とインペラ室１９との間のクリアランスを極く小さく且つ高精度にする必要上、インペラ１８の板厚寸法の精度を高くしなければならないという要請があるが、この要請に効果的に対処できるものである。
【００４４】
図９〜図１５は本発明の第２実施例を示すもので、以下、上記した第１実施例と同一部分には同一符号を付して異なる部分のみ説明する。
この実施例は外周側羽根溝と外周側ポンプ流路の形態を第１実施例と異ならせたもので、外周側羽根溝３７は中心側羽根溝２５と同様にインペラ１８の側面においてだけ外方に開放された形態となっており、軸方向両側の外周側羽根溝３７は外周側端部に形成された通し孔３８によって相互に連通されている。
【００４５】
このような外周側羽根溝３７に対し、外周側ポンプ流路３９は前記第１実施例の外周側溝３４ａ，３４ｂに相当する外周側溝３９ａ，３９ｂから構成され、径大部３４ｃに相当する部分は有していない。そして、この実施例では、外周側羽根溝３７は側面においてだけ外周側ポンプ流路３９と連通していることに鑑み、外周側羽根溝３７の円弧凹面３７ａの曲率半径Ｒは中心側羽根溝２５のそれと同等に設定されている。
【００４６】
この実施例においても、中心側ポンプ流路３３と外周側ポンプ流路３４とは同一の断面積に設定され、従って、それらポンプ流路３３，３４を構成する中心側溝３３ａ，３３ｂおよび外周側溝３９ａ，３９ｂは同一の形状、同一寸法の幅および深さに形成されている。
【００４７】
このように本実施例によれば、ケーシング本体１６とケーシングカバー１７とに形成する中心側溝３３ａ，３３ｂおよび外周側溝３９ａ，３９ｂ並びに連通溝３６ａ，３６ｂの形状、大きさが同じになるので、その加工を同一の切削工具を用いて容易に行うことができる。
【００４８】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、例えば吸入口３０と吐出口３１とを、ケーシング本体１６およびケーシングカバー１７のうちのいずれかに設け、中心側羽根溝２５および外周側羽根溝２６，３７をインペラ１８の片側だけに形成すると共に、中心側ポンプ流路３３および外周側ポンプ流路３４，３９もケーシング本体１６およびケーシングカバー１７のうちのいずれかに設けるようにしても良い等、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す要部の断面図
【図２】インペラの平面図
【図３】インペラの部分斜視図
【図４】ケーシング本体の平面図
【図５】ケーシング本体の部分斜視図
【図６】ケーシングカバーの平面図
【図７】ケーシングカバーの部分斜視図
【図８】燃料ポンプ全体の断面図
【図９】本発明の第２実施例を示す要部の断面図
【図１０】図２相当図
【図１１】図３相当図
【図１２】図４相当図
【図１３】図５相当図
【図１４】図６相当図
【図１５】図７相当図
【図１６】従来の再生ポンプの一例を示す断面図
【符号の説明】
１１はモータ部、１２はポンプ部、１６はケーシング本体、１７はケーシングカバー、１８はインペラ、１９はインペラ室、２０はケーシング、２１はシャフト、２５は中心側羽根溝、２６は外周側羽根溝、２７は中心側羽根片、２８は通し孔、２９は外周側羽根片、３０は吸入口、３１は吐出口、３２はポンプ流路、３３は中心側ポンプ流路、３４は外周側ポンプ流路、３６ａ，３６ｂは連通溝（連通路）、３７は外周側羽根溝、３８は通し孔、３９は外周側ポンプ流路である。

Claims (1)

1. 吸入口および吐出口を有したケーシングと、
   このケーシングのインペラ室内に回転可能に収容されたインペラとを備えた再生ポンプにおいて、
   前記インペラに、側面から凹状に窪む中心側羽根溝と外周側羽根溝とを、前記インペラの側面においてだけ開放するように、径方向に距離を隔てて、それぞれ円周方向に沿って多数形成すると共に、
   前記インペラを前記中心側および外周側の羽根溝が設けてある部分の板厚が一様の円形平板状に形成し、
   前記インペラ室の内側面だけに、前記中心側羽根溝に対応する有端環状の中心側ポンプ流路と前記外周側羽根溝に対応する同じく有端環状の外周側ポンプ流路とを、同心円状に且つ両ポンプ流路の断面積が互いに同一で、両ポンプ流路の長さの和が角度にして３６０°以上となるように形成し、
   前記中心側ポンプ流路の始端を前記吸入口に接続すると共に、終端を前記外周側ポンプ流路の始端に接続し、前記外周側ポンプ流路の終端を前記吐出口に接続したことを特徴とする再生ポンプ。

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