JP3788505B2 - 燃料ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料タンクから吸い上げた燃料を吐出する燃料ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円板状に形成され、羽根、ならびに羽根と羽根との間に羽根溝を外周縁に有するインペラが回転することにより、燃料タンクから吸い上げた燃料を吐出する燃料ポンプが知られている。このような燃料ポンプのインペラの周囲を図９および図１０に示す。
【０００３】
インペラ３２０は、第１ハウジング３００とインペラ３２０を挟んで第１ハウジング３００の回転軸方向と反対側に配設されている第２ハウジング３１０とにより回転可能に収容されている。第１ハウジング３００および第２ハウジング３１０には、インペラ３２０の外周に形成されている羽根に沿い円弧状のポンプ流路３３０を形成する溝流路３４０、３５０が形成されている。燃料吸入口から吸入された燃料は、インペラ３２０の回転によりポンプ流路３３０で加圧され、ポンプ流路３３０の径方向外側に位置する燃料排出口３６１を通り排出流路３６０から排出される。燃料吸入口と燃料排出口３６１との間は、第１ハウジング３００および第２ハウジング３１０によりシールされている。
【０００４】
インペラ３２０の回転により羽根溝から流出した燃料は、ポンプ流路３３０を形成する第１ハウジング３００および第２ハウジング３１０の外側流路面から羽根溝に再流入する。図９の（Ｂ）に示すように、羽根溝からの流出と再流入とを繰り返すことにより、ポンプ流路３３０内の燃料はインペラ３２０の回転方向に向かい旋回流を形成している。旋回流はポンプ流路３３０内を半径方向内側に向かう流れを有しているので、円弧状のポンプ流路３３０から径方向外側に位置する燃料排出口３６１に燃料が流れにくい。また、ポンプ流路３３０から径方向外側に位置する燃料排出口３６１に燃料が流出するときに燃料流れの方向が急激に変化するので、燃料排出口３６１の回転方向手前において燃料流れに剥離が生じる。したがって、燃料排出口３６１から排出流路３６０に向かう燃料流れに乱れが生じる。さらに、燃料排出口３６１に達した燃料の一部はインペラ３２０の羽根溝に再流入し、第１ハウジング３００および第２ハウジング３１０が形成するシール部に閉じこめられるので、ポンプ流路３３０の終端部である燃料排出口３６１付近で流路抵抗が大きくなる。
【０００５】
このように、旋回流はポンプ流路３３０から径方向外側に位置する燃料排出口３６１に流出しにくく、またポンプ流路３３０の終端部付近の燃料排出口３６１で燃料流れに剥離が生じるとともに、流路抵抗が大きくなる。したがって、ポンプ流路３３０から燃料排出口３６１を通り排出流路３６０に向かう燃料流れの速度、つまり燃料流れのエネルギーが低下するので、燃料の吐出量が減少しポンプ効率が低下する。
また、旋回流がポンプ流路３３０が燃料排出口３６１と連通する位置まで形成されているので、ポンプ流路３３０の終端部において旋回流が第１ハウジング３００および第２ハウジング３１０の端面に衝突し、大きな騒音が発生する。
【０００６】
特公平７−６２４７８号公報に開示されている燃料ポンプでは、ポンプ流路の円弧流路から円弧流路の径方向外側に位置する出口穴に向けポンプ流路の終端流路が、インペラの回転方向に向かうにしたがい径方向外側に向かっているので、インペラの羽根がポンプ流路から外れていき、旋回流の形成が抑制される。したがって、ポンプ流路の終端部において旋回流がハウジングに衝突することを緩和し、騒音を低減できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平７−６２４７８号公報に開示されている燃料ポンプでは、終端流路の流路面積が出口穴に向かうにしたがい増大しているので、燃料流れの流速が低下し出口穴に向かう燃料流れのエネルギーが低下する。すなわち、ポンプ効率が低下する。また、出口穴が回転軸方向に向いているので、ポンプ流路から出口穴に向かう燃料流れが直角に流れ方向を変化する。したがって、燃料流れのエネルギーに損失が生じ、ポンプ効率が低下する。
本発明の目的は、高効率で騒音の小さい燃料ポンプを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の燃料ポンプによると、燃料排出口はポンプ流路を構成する円弧流路の径方向外側に位置しており、燃料排出口に向かうポンプ流路の終端流路は回転部材の回転方向に向かうにしたがい径方向外側に向かっている。終端流路において、回転部材の回転方向に向かうにしたがい回転部材の羽根はポンプ流路から外れ、ポンプ流路を形成する回転部材の外側流路面から離れていくので、羽根溝の根本側から流入した燃料は速やかに羽根溝外周から流出し、旋回流の形成が抑制される。したがって、円弧流路の終端部の燃料流れは回転部材の外周に沿った流れに収束する。
【０００９】
さらに、回転部材が占有する空間を除く終端流路の流路面積は燃料排出口に向かいほぼ一定であるから、急激な流路面積の増加により燃料流れの流速が減少し、燃料流れのエネルギーが低下することを防止する。円弧流路から終端流路を通り燃料排出口に滑らかに燃料が流れるので、ポンプ効率が向上する。さらに、円弧流路の終端部から終端流路に滑らかに燃料が流れるので、流路部材に衝突する旋回流のエネルギーが緩和され、騒音を低減できる。
【００１０】
また、ポンプ流路の形状を調整し流路部材を加工することにより、回転部材が占有する空間を除く終端流路の流路面積を燃料排出口に向けほぼ一定にすることは容易である。
本発明の請求項２記載の燃料ポンプによると、終端溝流路の外周側流路面が終端流路開始位置における回転部材の外周縁の接線と形成する角度は、回転部材の羽根溝から流出する流体が前記接線と形成する角度とほぼ等しい。したがって、回転部材から流出する燃料流れは流出方向に沿って終端流路から燃料排出口に向かうので、燃料流れの向きの変化および流れの剥離を極力なくし、燃料流れのエネルギーの低下を防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の燃料ポンプを示す第１実施例を図１〜図５に示す。図２に示す燃料ポンプ１０は、例えば電子式燃料噴射システムの燃料供給システムにおいて車両等の燃料タンク内に収容されており、燃料タンクから吸入した燃料をエンジン側に供給するものである。
【００１２】
燃料ポンプ１０はポンプ部２０とこのポンプ部２０を駆動する電磁駆動部としてのモータ部３０とから構成されている。モータ部３０はブラシ付の直流モータであり、円筒状のハウジング１１内に永久磁石を環状に配置し、この永久磁石の内周側に同心円上に電機子３２を配置した構成となっている。
【００１３】
ポンプ部２０は、ケーシング本体２１、ケーシングカバー２２およびインペラ２３等から構成されている。ケーシング本体２１およびケーシングカバー２２により一つの流路部材が構成され、その内部に回転部材としてのインペラ２３が回転可能に収容されている。インペラ２３は、外周縁に全周にわたり羽根２３ａと、羽根２３ａの間に形成された羽根溝２３ｂとを有している（図１参照）。ケーシング本体２１（図３および図５参照）およびケーシングカバー２２は、例えばアルミのダイカスト成形により形成されている。ケーシング本体２１はハウジング１１の一方の端部内側に圧入固定されており、その中心に軸受２５が嵌着されている。ケーシングカバー２２は、ケーシング本体２１に被せられた状態でハウジング１１の一端にかしめ等により固定されている。ケーシングカバー２２の中心にはスラスト軸受２６が圧入固定されている。電機子３２の回転シャフト３５の一方の端部は、軸受２５により回転可能に径方向に支持されているとともに、スラスト軸受２６によりスラスト方向の荷重を支持されている。回転シャフト３５の他方の端部は軸受２７により回転可能に径方向に支持されている。
【００１４】
ケーシングカバー２２に燃料吸入口４０が形成されており、インペラ２３が回転することにより図示しない燃料タンク内の燃料が燃料吸入口４０からポンプ流路４１に吸入される。ポンプ流路４１は、ケーシング本体２１に形成された溝流路１００とケーシングカバー２２に形成された溝流路１１０とによりＣ字の円弧状に形成されている。溝流路１００は円弧溝流路１０１および終端溝流路１０２（図１参照）を有し、溝流路１１０は円弧溝流路１１１および終端溝流路１１２（図１参照）を有している。円弧溝流路１０１および１１１によりポンプ流路４１の円弧流路４２が形成され、終端溝流路１０２および１１２によりポンプ流路４１の終端流路４３（図１参照）が形成されている。ポンプ流路４１の円弧流路４２で加圧された燃料は、図１に示すようにポンプ流路４１の終端流路４３から燃料排出口１２１を通り排出流路１２０（図４参照）に向かう。排出流路１２０はケーシング本体２１に形成されている。ポンプ流路４１に吸入された燃料はインペラ２３の回転により昇圧され、排出流路１２０から図２に示すモータ部３０の燃料室３１に排出される。
【００１５】
図１の（Ａ）に示すように、ポンプ流路４１の終端流路４３は、インペラ２３の回転方向に向かうにしたがい径方向外側に向かい、排出流路１２０の燃料排出口１２１と連通している。燃料排出口１２１はインペラ２３の羽根２３ａおよび円弧流路４２の径方向外側に位置している。
【００１６】
ケーシング本体２１に形成されている終端溝流路１０２、ケーシングカバー２２に形成されている終端溝流路１１２は、図１の（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、燃料排出口１２１に向かうにしたがい浅くなっている。つまり、インペラ２３の回転軸方向の終端流路４３の流路幅は、燃料排出口１２１に向かうにしたがい小さくなっている。一方、終端流路４３を形成するケーシング本体２１の外側流路面２１ａとインペラ２３の外周縁２３ｃとの間隔は、燃料排出口１２１に向かうにしたがい大きくなっている。
【００１７】
したがって、インペラ２３が占有する空間を除く終端流路４３の流路面積は、円弧流路４２から燃料排出口１２１に向けほぼ一定に設定されている。終端流路４３を形成するケーシング本体２１の外側流路面２１ａがインペラ２３の終端流路開始位置における外周縁２３ｃの接線となす角度は、インペラ２３の羽根溝２３ｂから流出する燃料とインペラ２３の前記接線とがなす角度とほぼ等しい。
【００１８】
図２に示す電機子３２はモータ部３０内に回転可能に収容され、コイルがコア３２ａの外周に巻回されている。整流子５０は円板状に形成されており、電機子３２の上部に配設されている。図示しない電源から、コネクタ４７に埋設されたターミナル４８、図示しないブラシ、整流子５０を介してコイルに電力が供給される。供給された電力により電機子３２が回転すると、電機子３２の回転シャフト３５とともにインペラ２３が回転する。インペラ２３が回転すると、燃料吸入口４０からポンプ流路４１に燃料が吸入される。
【００１９】
ポンプ流路４１において、インペラ２３の回転により羽根溝２３ｂから径方向外側に流出した燃料は、ポンプ流路４１を形成するケーシング本体２１の外側流路面２１ａから羽根溝２３ｂに再流入する。羽根溝２３ｂからの流出と再流入とを繰り返すことにより、ポンプ流路４１の燃料はインペラ２３の回転方向に向かい旋回流を形成し、加圧される。ポンプ流路４１で加圧された燃料は、ポンプ流路４１から排出流路１２０を通り燃料室３１に排出される。燃料室３１に排出された燃料は、電機子３２の周囲を通過し吐出口４５から燃料ポンプ外に吐出される。吐出口４５には逆止弁部材４６が収容されており、この逆止弁部材４６が吐出口４５から吐出された燃料の逆流を防止している。
【００２０】
次に、ポンプ流路４１から排出流路１２０に流れる燃料流れの作動について説明する。
燃料吸入口４０からポンプ流路４１に吸入され、インペラ２３の回転により加圧された燃料は、終端流路４３から排出流路１２０に向かう。終端流路４３はインペラ２３の回転方向に向かうにしたがい径方向外側に向かうので、羽根２３ａは終端流路４３から外れ、終端流路４３を形成するケーシング本体２１の外側流路面２１ａから離れていく。したがって、終端流路４３において、羽根溝２３ｂの根本側から流入した燃料は速やかに羽根溝２３ｂの外周から流出し、旋回流の形成が徐々に抑制される。燃料流れはインペラ２３の外周に沿った流れに収束され、燃料排出口１２１に向かう。さらに、インペラ２３が占有する空間を除く終端流路４３の流路面積は燃料排出口１２１に向けてほぼ一定であるから、円弧流路４２から燃料排出口１２１に向けて終端流路４３を流れる燃料流れの速度はほぼ一定である。
【００２１】
また、終端流路４３を形成するケーシング本体２１の外側流路面２１ａと終端流路４３開始位置におけるインペラ２３の外周縁２３ｃの接線とがなす角度は、インペラ２３の羽根溝２３ｂから流出する燃料とインペラ２３の前記接線とがなす角度とほぼ等しいので、インペラ２３の羽根溝２３ｂから流出した燃料は、流れ方向を殆ど変えず、また剥離することなく外側流路面２１ａに沿って終端流路４３を流れる。また、排出流路１２０は終端流路４３との角度変化を小さくしているので、方向変化による流路抵抗が小さい。
【００２２】
終端流路４３の流路抵抗が小さく終端流路４３を流れる燃料流れのエネルギーが低下しないので、図９および図１０に示す従来の燃料ポンプに比べ、第１実施例の燃料ポンプ１０は図６に示すようにポンプ効率が高い。つまり、燃料吐出量が多い。したがって、モータ部３０の駆動力を増大することなく、小型で高効率の燃料ポンプ１０で所望の燃料量を吐出できる。
また、終端流路４３で旋回流の形成を抑制しているので、円弧流路４２の終端部で旋回流がケーシング本体２１およびケーシングカバー２２に衝突することにより発生する騒音を低減できる。
【００２３】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図７および図８に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
ポンプ流路２０１は、ケーシング本体２００に形成された溝流路２１０と図示しないケーシングカバーに形成された溝流路２２０（図示せず）とによりＣ字の円弧状に形成されている。溝流路２１０は円弧溝流路２１１および終端溝流路２１２を有し、溝流路２２０は円弧溝流路２２１（図示せず）および終端溝流路２２２を有している。円弧溝流路２１１および２２１によりポンプ流路２０１の円弧流路２０２が形成され、終端溝流路２１２および２２２によりポンプ流路２０１の終端流路２０３が形成されている。ポンプ流路２０１の円弧流路２０２で加圧した燃料はポンプ流路２０１の終端流路２０３から排出流路１２０に向かう。終端流路２０３は、図７の（Ａ）に示すようにインペラ２３の回転方向に向かうにしたがい径方向外側に向かっている。
【００２４】
図７の（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、終端溝流路２１２および終端溝流路２２２は燃料排出口１２１に向かうにしたがい浅くなっている。つまり、インペラ２３の回転軸方向の終端流路２０３の流路幅は燃料排出口１２１に向かうにしたがい小さくなっている。これに対し、終端流路２０３を形成するケーシング本体２００の外側流路面２００ａとインペラ２３の外周縁２３ｃとの間隔は、燃料排出口１２１に向かうにしたがい大きくなっている。したがって、インペラ２３が占有している空間を除く終端流路２０３の流路面積はほぼ一定に設定されている。
【００２５】
図８に示すように、終端流路２０３の終端溝流路２１２と排出流路１２０とが連通する角度は、第１実施例において、終端流路４３の終端溝流路１０２と排出流路１２０とが連通する角度よりも１８０°に近い。終端流路２０３から排出流路１２０に流入する燃料流れに対する流路抵抗が小さくなるので、燃料流れのエネルギーが低下せず所望の燃料量を吐出できる。つまり、ポンプ効率を保持できる。
【００２６】
また図８に示すように、終端溝流路２２２は終端溝流路２１２よりもインペラ２３の回転方向の手前で浅くなり、流路が絞られている。終端溝流路２１２が燃料流れを絞る位置と、終端溝流路２２２が燃料流れを絞る位置とが異なるので、燃料流れのエネルギーが一箇所に集中せず、騒音の発生を低減できる。
【００２７】
以上説明した本発明の上記複数の実施例では、終端流路で燃料流れをインペラ外周部に集めて燃料排出口に流すので、流路抵抗が小さい。また、インペラ２３が占有する空間を除く終端流路の流路面積が燃料排出口に向けほぼ一定に設定されており、流路面積の急激な拡大部がない。したがって、流速低下によるエネルギー損失が少ない。さらに、終端流路を形成するケーシング本体の外側流路面が終端流路開始位置におけるインペラ２３の接線と形成する角度と、インペラ２３の羽根溝２３ｂから流出する燃料がインペラ２３の前記接線と形成する角度とがほぼ等しい。したがって、燃料流れの剥離を防止し燃料流れのエネルギーの低下を防止する。さらに、ポンプ流路から燃料排出口に流入する流路抵抗が小さく、燃料流れのエネルギーの低下を防止している。これにより、インペラ２３を回転駆動する駆動力を増加することなく、小型で高効率の燃料ポンプで所望の燃料吐出量を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施例による燃料ポンプを示す図２のＩ−Ｉ線断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による燃料ポンプを示す断面図である。
【図３】図１の（Ａ）においてインペラ２３を取り除いたケーシング本体２１を示す図である。
【図４】図１のIV方向矢視図である。
【図５】（Ａ）は第１実施例のケーシング本体を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向から見た斜視図である。
【図６】第１実施例と従来例との回転数とポンプ効率との関係を示す特性図である。
【図７】（Ａ）は本発明の第２実施例による図１の（Ａ）と同じ位置の燃料ポンプを示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図８】図７のVIII方向矢視図である。
【図９】（Ａ）は従来例による図１の（Ａ）と同じ位置の燃料ポンプを示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
１０ 燃料ポンプ
２１、２００ ケーシング本体（流路部材）
２１ａ 外側流路面
２２ ケーシングカバー（流路部材）
２３ インペラ（回転部材）
２３ｃ 外周縁
４０ 燃料吸入口
４１、２０１ ポンプ流路
４２、２０２ 円弧流路
４３、２０３ 終端流路
１００、１１０、２１０ 溝流路
１０１、１１１、２１１ 円弧溝流路
１０２、１１２、２１２、２２２ 終端溝流路
１２０ 排出流路
１２１ 燃料排出口

Claims (2)

1. 羽根、ならびに羽根と羽根との間に羽根溝を外周縁に有する円板状の回転部材と、前記回転部材を回転可能に収容し、前記羽根に沿って円弧状のポンプ流路を形成している流路部材とを備え、前記流路部材は前記ポンプ流路と連通する燃料吸入口および燃料排出口を有し、前記回転部材が回転することにより、前記燃料吸入口から吸入した燃料を前記ポンプ流路を通り前記燃料排出口から排出する燃料ポンプであって、
   前記ポンプ流路は、前記燃料吸入口と連通する円弧流路と、前記円弧流路と前記燃料排出口とを連通する終端流路とを有し、前記燃料排出口は前記ポンプ流路の径方向外側に位置し、前記終端流路は前記回転部材の回転方向に向かうにしたがい径方向外側に向かい、前記回転部材が占有する空間を除く前記終端流路の流路面積は、前記円弧流路と前記燃料排出口との間でほぼ一定であり、
   前記終端流路は、前記回転部材の回転軸方向に底部を有するように前記流路部材に形成された終端溝流路を有し、
   前記終端溝流路の外周側流路面と前記回転部材の外周縁とが形成する間隔は、前記終端流路が前記燃料排出口に向かうにしたがい大きくなり、
   前記終端溝流路の内周側流路面は、前記終端流路が前記燃料排出口に向かうにしたがい径方向外側に位置し、
   前記終端溝流路の深さは、前記終端流路が前記燃料排出口に向かうにしたがい浅くなり、
   前記終端溝流路の径方向の流路幅は、前記終端流路が前記燃料排出口に向かうにしたがい狭くなっていることを特徴とする燃料ポンプ。
2. 前記外周側流路面が終端流路開始位置における前記回転部材の前記外周縁の接線と形成する角度は、前記羽根溝から流出する流体が前記接線と形成する角度とほぼ等しいことを特徴とする請求項１記載の燃料ポンプ。

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