JP3899473B2 - ウエスコ式燃料ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車、二輪車等に搭載される燃料ポンプに関し、そのうち特にインペラーを回転することによって、インペラーの外周に設けた羽根溝の前後に圧力差を生じさせ、この圧力差を連続的に増加することによって燃料を昇圧して吐出するウエスコ式燃料ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のウエスコ式燃料ポンプは特開２０００−６４９８９号公報の図１から図３に示される。
尚、説明を容易にする為に図中の符号を用いて説明する。
これによると、燃料ポンプ１はケーシング２内にポンプ部３とポンプ部３を回転させる電動モータ８とを備える。
ポンプ部３内には電動モータ８の回転軸８Ｄによって回転駆動される略円板状のタービンベーン１１としてのタービン本体１３が配置され、このタービン本体１３の周方向には、全周に亘って多数の回転翼１４が列設される。
前記各回転翼はウエブ１６の位置から周方向に互いに略Ｖ字状に拡開する一対の羽根板部１４Ａ，１４Ｂにより形成され、各回転翼間には羽根板部１４Ａ，１４Ｂに沿って略Ｖ字状をなす空間部１７が形成される。
又、前記一対の羽根板部１４Ａ，１４Ｂはタービン本体１３の軸線に対し傾き角α°をもって形成されるもので、この傾き角α°は２５度から４５度の角度となるように形成される。
そして、かかる燃料ポンプ１は、電動モータ８が回転することによってタービンベーン１１が回転駆動され、各回転翼１４によってＶ字状をなす空間部１７を通じて吸込ポート４から燃料を吸込みつつ、この燃料を吐出ポート６側に向けて吐出するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来のウエスコ式燃料ポンプによると以下の問題点を有する。
第１には電動モータの全回転域において、ポンプ効率を高めることが困難なものであって特に電動モータの低回転域において流量低下を生ずる。
一方、かかるＶ字状をなす空間部が形成されるウエスコ式燃料ポンプにおいて、ポンプ効率を高める為には、燃料が各回転翼によって形成されるＶ字状の空間部に流入し易くし、回転翼としての各羽根板部によってタービンベーンの回転方向への運動エネルギーを効果的に付与する必要がある。
ここで従来の回転翼１４の回転方向における拡大断面図としての図７に着目すると、各羽根板部１４Ａ，１４Ｂは、タービンベーン１１の軸線に対して傾き角α°をもって形成されるもので、羽根板部１４Ａ，１４Ｂにおけるタービンベーン１１の回転方向に向かう前面側１４Ａａ，１４Ｂａの傾き角α°と、羽根板部１４Ａ，１４Ｂにおけるタービンベーン１１の回転方向に向かう背面側１４Ａｂ，１４Ｂｂの傾き角α°とが同一傾き角α°をもって形成される。
従って、Ｖ字状をなす空間部１７の基部１７Ａにおける溝幅Ｗａと、タービン本体１３の上面１３Ａ及び下面１３Ｂに開口する端部１７Ｂにおける溝幅Ｗｂとは同一溝幅に形成されることになる。
以上によると、タービン１１が回転した際において、燃料を空間部１７内へ効率よく流入させることができないもので、このことがポンプ効率を阻害する一要因と考えられる。
一方、空間部１７への燃料の流れ込みを向上することを目的とし、上面１３Ａ、下面１３Ｂに開口する空間部１７の端部１７Ｂの溝幅Ｗｂを大きくする為に、羽根板部１４Ａ，１４Ｂの板厚を薄くすることが考慮されるが、もともと１ミリメートル以下の板厚をもって形成される羽根板部１４Ａ，１４Ｂの板厚を薄くすると、特に応力が集中する羽根板部１４Ａ，１４Ｂの基部１４Ｃにおける強度の確保が困難なものである。
又、羽根板部１４Ａ，１４Ｂの板厚を厚くするとともに空間部１７の端部１７Ｂの溝幅Ｗｂを大きくすることは可能なものであるが、これによるとタービンベーンの円周方向に沿って形成される羽根板部１４Ａ，１４Ｂの数が減少して円周方向に形成される空間部１７の数が減少することになり、この空間部１７の減少はポンプ効率を大きく低下させる一要因となる。
【０００４】
本発明になるウエスコ式燃料ポンプは前記不具合に鑑み成されたもので、ポンプ部を駆動する電動モータの全回転域におけるポンプ効率を高めるとともに特に電動モータの低回転域においてポンプ効率の低下を抑止することのできるウエスコ式燃料ポンプを提供すること。及びインペラーの羽根片の強度低下を抑止でき、従来のウエスコ式燃料ポンプに容易に適用可能な上記燃料ポンプを提供すること。を目的とする。
【０００５】
【課題を達成する為の手段】
本発明になるウエスコ式燃料ポンプは、前記目的を達成する為に、ポンプハウジング及びポンプカバーに設けられるポンプ流路に臨んでインペラーが回転自在に配置され、
インペラーの回転によってポンプ作用をなすウエスコ式燃料ポンプにおいて、
インペラーは、その外周部にインペラーの回転方向に向かい、背面側のＶ字の開き角度と、前面側のＶ字の開き角度Ｘと、を有するＶ字形状をなす複数の羽根片を備え、
前記各羽根片の全ての背面側のＶ字の開き角度Ｙを同一角度に形成するとともに全ての前面側のＶ字の開き角度Ｘを同一角度に形成し、
更に、前記羽根片の背面側のＶ字の開き角度Ｙを、
前面側のＶ字の開き角度Ｘより小さく形成するとともに羽根片間に形成される空間部の溝幅を、Ｖ字形状の基部から開口端に向けて大としたことを第１の特徴とする。
【０００６】
又、本発明は、前記第１の特徴に加え、前記背面側のＶ字の開き角度を、前面側のＶ字の開き角度に対し、４度から１０度の範囲で小さく設定したことを第２の特徴とする。
【０００７】
更に本発明は、前記第１の特徴に加え、前記インペラーに、羽根片の外周を覆うリング部を設けたことを第３の特徴とする。
【０００８】
【作用】
前記第１の特徴によると、羽根片の回転方向に向かう背面側のＶ字の開き角度を、羽根片の回転方向に向かう前面側のＶ字の開き角度より小さく形成したのでインペラーの上面及び下面に開口する羽根溝の開口端の開口面積を増加させることができ、これによってポンプ効率を高めることができる。
又、前記によれば羽根片の基部の板厚は従来の板厚から変更する必要がなく、同一なる板厚を使用することができ、特に大なる応力集中が発生する羽根片の基部の強度低下が抑止される。
【０００９】
又、前記第２の特徴によると、背面側のＶ字の開き角度を、前面側のＶ字の開き開度に対し４度から１０度の範囲で小さく設定したことにより、ポンプ効率を良好に維持できる。
【００１０】
更に前記第３の特徴によると、インペラーに、羽根片の外周を覆うリング部を設けたので、基部に比較して板厚の薄い羽根片の先端部における強度低下及び微振動を抑止できる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明になるウエスコ式燃料ポンプの一実施例を図により説明する。
図１はウエスコ式燃料ポンプＰ（以下単に燃料ポンプという）を示す要部縦断面図である。
燃料ポンプＰは筒状のケーシング１内に配置されるポンプ部Ｓと電動モータ部Ｍとにより構成される。
電動モータＭはケーシング１内に環状をなす永久磁石２が固定配置され、永久磁石２の内方に回転軸３を備える電機子３Ａが配置される。
そして、この回転軸３の下方は後述するポンプハウジングに設けた軸受Ｄに回転自在に支持され、回転軸３の上方はケーシング１の上方に配置される第１吐出カバー４Ａに設けた軸受Ｄに回転自在に支持される。
尚、ケーシング１の上方開口は前記第１吐出カバー４Ａとその上方に配置される第２吐出カバー４Ｂとによって閉塞されるもので、これら吐出カバー４Ａ，４Ｂにはケーシング１の内方に連なるとともに外部に向かって開口する吐出路４Ｃと電機子３Ａに外部から給電を行なうための電源用のコネクタ４Ｄが設けられる。
【００１２】
ポンプ部Ｓは、ポンプハウジング５とポンプカバー６と、インペラー７とによって形成される。
ポンプハウジング５とポンプカバー６とが対向するそれぞれの内側面には、円弧状をなすポンプ流路５Ａ，６Ａが形成され、ポンプハウジング５のポンプ流路５Ａの他端部に吐出孔（図示せず）が連絡され、ポンプカバー６のポンプ流路６Ａの一端部に吸入孔６Ｂが連絡される。
そして、ケーシング１の下端に、ポンプハウジング５とポンプカバー６とが対接して配置され、ケーシング１の下端をポンプカバー６の外周部に向けてカシメることによってそれらがケーシング１の下端に固定配置されるもので、これによると、ポンプハウジング５とポンプカバー６との対接面間にインペラー収納室５Ｂが形成され、このインペラー収納室５Ｂ内に後述するインペラー７が回転自在に配置される。
すなわちインペラー７の中心には図２に示される如く、Ｄ形の嵌合孔７Ａが穿設され、この嵌合孔７Ａ内に回転軸３の下端に形成したＤカット部３Ｂが嵌合配置され、これによって回転軸３の回転がインペラー７に伝達され、回転軸３とインペラー７とが同期的に回転する。
【００１３】
そして本発明になるウエスコ式燃料ポンプは、以下に述べるインペラー７に特徴を有する。
インペラー７について図により詳述する。
図２はインペラーの要部平面図、図３は図２のＡ−Ａ線における縦断面図、図４は図２の円周方向Ｂ−Ｂにおける要部断面図、である。
インペラー７は円板状をなし、前述の如くその中央部に回転軸３のＤカット部３Ｂに嵌合される嵌合孔７Ａが貫通して穿設され、その外周部には、ポンプハウジング５のポンプ流路５Ａ、ポンプカバー６のポンプ流路６Ａに臨んで開口するとともにインペラー７の回転方向Ｒに向かう複数のＶ字形状をなす羽根片７Ｂが設けられる。
ここで、インペラー７の回転方向Ｒに向かうＶ字形状をなす羽根片７Ｂは、後述する一側の羽根片７Ｂｂ，他側の羽根片７Ｂｃとによって形成され、１８０度以下のＶ字のバンク角Ｖが回転方向Ｒに臨んで形成される。
前記羽根片は、インペラー７の厚さの略中間部に形成される羽根片基部７Ｂａからインペラー７の上面７Ｃに向かう一側の羽根片７Ｂｂと、インペラー７の下面７Ｄに向かう他側の羽根片７ＢｃとによってＶ字形状に形成されるもので、円周方向に隣接して設けられる羽根片７Ｂ，７ＢによってＶ字形状をなす空間部７Ｅが形成される。
（尚、空間部７Ｅもまたインペラー７の回転方向Ｒに向かう）
【００１４】
そして本発明におけるウエスコ式燃料ポンプにあっては、特にインペラー７の回転方向Ｒに向かう羽根板７Ｂの背面側７ＢｒのＶ字の開き角度Ｙを、回転方向Ｒに向かう羽根板７Ｂの前面側７ＢｆのＶ字の開き角度Ｘより小さく形成したものであり、これによると、空間部７Ｅの溝幅は、羽根片基部７Ｂａから羽根片端部７Ｂｇに向かって徐々に大きくなるもので、羽根片端部７Ｂｇにおける溝幅Ｗｂは、羽根片基部７Ｂａにおける溝幅Ｗａより大きく形成される。
【００１５】
次にその作用について説明する。
電動モータＭにコネクタ４Ｄを介して給電されると、電機子３Ａが回転し、この回転が回転軸３を介してインペラー７に伝達され、インペラー７は図２において時計方向Ｒへ回転する。
そしてインペラー収納室５Ｂ内に配置されるインペラー７は、外周に設けた羽根片７Ｂがポンプ流路５Ａ,６Ａに沿って回転してポンプ作用をなすもので、図示せぬ燃料タンク内に貯溜される燃料は、吸入孔６Ｂからポンプ流路６Ａ内に吸入されてインペラー７の羽根片７Ｂ，７Ｂ間に形成される空間部７Ｅ内に流入し、この燃料が回転遠心力を受けて空間部７Ｅ内を外周側に向かって流れ、ポンプ流路５Ａ内を図示せぬ吐出孔側に圧送され、ケーシング１内を介して吐出路４Ｃより昇圧された燃料が外部の燃料噴射弁（図示せぬ）等へ吐出される。
【００１６】
ここで本発明になるウエスコ式燃料ポンプによると、ポンプ効率を大きく向上できる。
これは図５に示されるように、羽根片７Ｂの背面側７ＢｒのＶ字の開き開度Ｙと羽根片７Ｂの前面側７Ｂｆの開き角度Ｘとが同一なる従来のウエスコ式燃料ポンプの吐出流量特性が図５の▲−▲線で示されるように低流量吐出特性であるのに対し、本発明になるウエスコ式燃料ポンプの吐出流量特性は、図５の●−●線に示される如く全回転数の範囲において流量の増量を達成できたものである。
【００１７】
以上によると、従来の電動モータを使用した際にあっては燃料吐出量を増量することができ、逆に従来と同等の燃料吐出量でよい場合にあっては、電動モータを小型化でき、ウエスコ式燃料ポンプ自体を小型化できる。
【００１８】
又、本発明のウエスコ式燃料ポンプによれば、図５から明らかな如く、回転数の低い範囲にあっても確実に燃料の吐出を行なうことができる。
すなわち、２１００回転において１０Ｌ／Ｈの燃料吐出を行なうことが可能となったもので、従来のウエスコ式燃料ポンプが２８００ｒｐｍにおいて燃料吐出が不能となるものに比較して大きな燃料吐出特性の改善を達成できた。
【００１９】
以上によると、燃料ポンプを駆動する為の電源電圧が低下した際（例えば機関雰囲気温度が大きく低下してバッテリ電圧が低下した場合、自動車部品の他の電気需要等による電流消費が一時的に増加した際、等）にあっても確実に最小限の燃料を供給できるものである。
【００２０】
そして、本発明のウエスコ式燃料ポンプが上述の如くポンプ効率を向上できたことは、羽根片７Ｂの回転方向Ｒに向かう背面側７ＢｒのＶ字の開き開度Ｙを羽根片７Ｂの回転方向Ｒに向かう前面側７ＢｆのＶ字の開き開度Ｘより小さく形成したことによる。
すなわち、羽根片７Ｂの背面側７Ｂｒを基準として考えると、羽根片７Ｂの前面側７ＢｆのＶ字の開き角度Ｘは、羽根片７Ｂの背面側７ＢｒのＶ字の開き角度Ｙより大きく形成されることによって両羽根片７Ｂ，７Ｂ間に形成される空間部７Ｅの羽根片端部７Ｂｇにおける溝幅Ｗｂを従来のものに比較し、開き角度の相違に相当して大きくとることができ、空間部７Ｅのポンプ流路５Ａ，６Ａへの開口面積を増加でき、ポンプ流路からの燃料の空間部７Ｅ内への流れ込みを増量できたものである。
又、羽根片７Ｂの前面側７ＢｆのＶ字の開き角度Ｘを、背面側７ＢｒのＶ字の開き角度Ｙより大きくしたことによると、インペラー７の回転時における燃料の迎え入れ角度を立てることができ、これによって空間部７Ｅ内への燃料の流れ込みを容易に行なうことができたものである。
【００２１】
又、本発明のウエスコ式燃料ポンプによると、羽根片７Ｂの前面側７ＢｆのＶ字の開き角度Ｘと羽根片７Ｂの背面側７ＢｒのＶ字の開き角度Ｙと、の角度差をＸ＞Ｙの条件の元で４度〜１０度の範囲に設定することが好ましい。
これは図６に示される如く、インペラー７の回転数が一定の４５００ｒｐｍ、燃料吐出圧力２９４ｋＰａ、背面側７ＢｒのＶ字の開き角度Ｙが６０度の条件下で角度差４度から１０度の範囲において大なる吐出流量がえられ、この範囲外において吐出流量の低下が確認される。
すなわち角度差が０度において、（いいかえると背面側と背面側の角度が同一であること）吐出流量が大きく低下すること、及び４度から１０度の範囲外において吐出流量の向上を期待できないものである。
又、かかる角度差の範囲に両Ｖ字の開き角度Ｘ，Ｙに設定するに当たり、羽根片基部７Ｂａの肉厚を従来のウエスコ式燃料ポンプの肉厚と同一に保持することによって基部７Ｂａにおける剛性の低下を抑止できる。
更に従来のウエスコ式燃料ポンプの羽根片基部７Ｂａの肉厚をそのまま使用することにより従来のウエスコ式燃料ポンプの基本的仕様（羽根片の数、空間部の数）を変えることなく本発明を容易に実施できる。
更に又、インペラー７に、羽根片７Ｂの外周を覆うリング部７Ｆを設けると、羽根片７Ｂの背面側７Ｂｒと前面側７Ｂｆに角度差を設けることによって羽根片７Ｂの端部７Ｂｇの板厚が薄く成った場合でも羽根片７Ｂの端部７Ｂｇが微振動を生じて騒音が発生したり、羽根片７Ｂの端部７Ｂｇが損傷したりすることが防止される。
【００２２】
【発明の効果】
以上の如く、本発明になるウエスコ式燃料ポンプによると、ポンプハウジング及びポンプカバーに設けられるポンプ流路に臨んでインペラーが回転自在に配置され、
インペラーの回転によってポンプ作用をなすウエスコ式燃料ポンプにおいて、
インペラーは、その外周部にインペラーの回転方向に向かい、背面側のＶ字の開き角度と 、前面側のＶ字の開き角度Ｘと、を有するＶ字形状をなす複数の羽根片を備え、
前記各羽根片の全ての背面側のＶ字の開き角度Ｙを同一角度に形成するとともに全ての前面側のＶ字の開き角度Ｘを同一角度に形成し、
更に、前記羽根片の背面側のＶ字の開き角度Ｙを、
前面側のＶ字の開き角度Ｘより小さく形成するとともに羽根片間に形成される空間部の溝幅を、Ｖ字形状の基部から開口端に向けて大としたので電動モータの全回転域において燃料の吐出流量を増量できるとともに特に低回転領域における燃料吐出を確実に確保できたものである。
又、背面側のＶ字の開き角度を、前面側のＶ字の開き角度に対し４度から１０度の範囲で小さく設定したことによって前述した吐出流量の増量及び低回転域における流量確保を効果的に達成でき、更に従来のウエスコ式燃料ポンプへの適用が容易に行なえる。
更に羽根片の外周に、羽根片を覆うリング部を設けたことによると、本発明を実施するに当たって羽根片の端部が薄く形成された際にあっても羽根片の端部が振動して騒音を発生させることがなく、且つ安定したポンプ性能を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明になるウエスコ式燃料ポンプの一実施例を示す要部縦断面図。
【図２】 図１に用いられるインペラーの要部平面図。
【図３】 図２のＡ−Ａ線における縦断面図。
【図４】 図２のＢ−Ｂ線における要部縦断面図
【図５】 電動モータの回転数と吐出流量との関係を示す線図。
【図６】 背面側のＶ字の開き角度と前面側のＶ字の開き角度との角度差と、吐出流量との関係を示す線図。
【図７】 従来のウエスコ式燃料ポンプに用いられるインペラーの図４に相当する部位における要部縦断面図。
【符号の説明】
７ インペラー
７Ｂ 羽根片
７Ｂａ 羽根片の基部
７Ｂｆ 羽根片の前面側
７Ｂｇ 羽根片の開口端
７Ｂｒ 羽根片の背面側
７Ｅ 空間部
７Ｆ リンク部
Ｘ 前面側のＶ字の開き角度
Ｙ 背面側のＶ字の開き角度

Claims (3)

1. ポンプハウジング及びポンプカバーに設けられるポンプ流路に臨んでインペラーが回転自在に配置され、
   インペラーの回転によってポンプ作用をなすウエスコ式燃料ポンプにおいて、
   インペラー７は、その外周部にインペラー７の回転方向に向かい、背面側７ＢｒのＶ字の開き角度Ｙと、前面側７ＢｆのＶ字の開き角度Ｘと、を有するＶ字形状をなす複数の羽根片７Ｂを備え、
   前記各羽根片の全ての背面側７ＢｒのＶ字の開き角度Ｙを同一角度に形成するとともに全ての前面側７ＢｆのＶ字の開き角度Ｘを同一角度に形成し、
   更に、前記羽根片の背面側７ＢｒのＶ字の開き角度Ｙを、
   前面側７ＢｆのＶ字の開き角度Ｘより小さく形成するとともに羽根片７Ｂ，７Ｂ間に形成される空間部７Ｅの溝幅Ｗを、Ｖ字形状の基部７Ｂａから開口端７Ｂｇに向けて大としたことを特徴とするウエスコ式燃料ポンプ。
2. 前記背面側７ＢｒのＶ字の開き角度Ｙを、前面側７ＢｆのＶ字の開き角度Ｘに対し、４度から１０度の範囲で小さく設定したことを特徴とする請求項１記載のウエスコ式燃料ポンプ。
3. 前記インペラーに、羽根片７Ｂの外周を覆うリング部７Ｆを設けたことを特徴とする請求項１記載のウエスコ式燃料ポンプ。

Images