JP3928356B2 - 電動燃料ポンプ - Google Patents

Description

この発明は、自動車等の燃料タンク内に装備され、エンジンへ燃料を圧送する電動燃料ポンプに関し、特に低騒音化と効率を向上できる電動燃料ポンプに関する。

第６図及び第７図は例えば特公昭６３−６３７５６号公報に示された従来の電動燃料ポンプのインペラの部分拡大斜視図及びポンプベースのラジアルシール部周辺の拡大斜視図である。

図において、１０はインペラで円板形状の外周縁部に多数の羽根片２１を有しており、羽根片２１は隔壁２２により表裏に分割され、各羽根片２１間には羽根溝２３を形成している。９はポンプベースでポンプケーシング（図示しない）を構成し、円弧帯状のポンプ流路１３、吸入口１４、吐出口１５、燃料の逆流を防止するためのラジアルシール部９ａ、燃料の流れる方向を変える端面９ｂを有している。

インペラ１０がポンプケーシング（図示しない）内で回転すると、吸入口１４から吸い込まれた燃料が各羽根溝２３に流れ込み、各羽根片２１により運動エネルギーを受けてポンプ流路１３を通って、吐出口１５側へ圧送される。このようにして、吐出口１５へ圧送された燃料はポンプ流路の終端に形成されたラジアルシール部９ａの端面９ｂに衝突して方向転換しながら吐出口１５から吐出される。

従ってこの構成においては隔壁２２により表裏に分割された左右の羽根溝２３内に入った燃料がラジアルシール部９ａの端面９ｂに同時に衝突するため、燃料衝突による騒音が大きくなるという問題があった。

この問題に対する対応として例えば、特開昭６０−１７３３９０号公報に開示された第８図に示すようなものがあり、これはインペラ１０を隔壁２２の両側で羽根片２１を１／２ピッチずつずらすことにより、隔壁２２の両側の羽根溝２３内に入っている燃料がラジアルシール部９ａの端面９ｂに衝突するタイミングをずらして燃料衝突の衝撃力を減らして、低騒音化するものがある。なお、ラジアルシール部周辺は上述の第７図と同様の構成である。

更に、特開平６−１５９２８３号公報に開示された第９図、第１０図に示すようなものにおいては、ポンプケーシング（図示しない）を構成するポンプベース９のラジアルシール部９ａの端面９ｂに段差９ｃを設けることにより流体衝突のタイミングをずらし低騒音化すると同時に、羽根片２１の外周面を隔壁２２の外周面よりも外周側に突出させることにより、隔壁２２の真上に逆流域（ポンプ作用を妨げる領域）が発生するのを防止し、ポンプ効率を向上させるものがある。

近年、作動音低減と共に燃費低減ニーズが高まっており、この対応として従来の電動燃料ポンプは、以上に記述したような作動音低減のためにインペラの形状を変更するか、あるいはインペラの形状を変更すると共にポンプベースの形状を変更して作動音低減とポンプ効率を向上を図る方策が取られてきた。しかしながら、ポンプベースは寸法精度、機械的強度の面から通常、アルミダイキャストが用いられることから、製造金型の改修や製作において多額の費用を要するという問題があった。

この発明は上記の問題を解決するためになされたもので、ポンプベースの形状変更を行うことなく、ポンプ作動時の騒音を低減すると共に、ポンプ効率が高い電動燃料ポンプを得ることを目的としている。

この発明に係わる電動燃料ポンプは、円板形状の外周縁部に多数の羽根片を有するインペラと、インペラを回転駆動するモータ部と、インペラを収納すると共に該インペラの外周縁部に沿って延存する円弧帯状のポンプ流路を形成し、且つ、ポンプ流路の一端部に吸入口を、他端部に吐出口を有するポンプケーシングを備えたものにおいて、インペラは隔壁により表裏に分割された羽根片が千鳥形状に配置され、該羽根片の外周面が該隔壁の外周面よりも外周側に突出していると共に隔壁の斜面壁は羽根片の側面壁に近づくにつれ、該隔壁の斜面壁から該羽根片を有する側のインペラの端面までの距離が減少するように形成されているものである。

また、隔壁の斜面壁を球面形状にしたものである。
また、羽根片を円周方向から見た時、該羽根片は隣接する他の羽根片と重合して立設されているものである。 また、羽根片の内面壁は隔壁の外周面に対し傾斜して交わって形成されているものである。

第１図はこの発明の一実施の形態における電動燃料ポンプを一部破断して示す側面図、第２図はインペラの羽根片部分の拡大斜視図、第３図は第２図のインペラの羽根片部分のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面拡大図であり、以下第１〜３図を用いて説明する。

実施の形態１．
この電動燃料ポンプ１はポンプ部２とこのポンプ部２を駆動するモータ部３から構成されている。モータ部３は例えば、図示しないブラシ付の直流モータであり、円筒状のハウジング４内に永久磁石５を環状に配置し、この永久磁石５の内周側に同心状に電機子６を配置した構成となっている。

ポンプ部２はポンプカバー８とポンプベース９から成るポンプケーシング７、ポンプケーシング７の内部に収納されたインペラ３０で構成され、ポンプカバー８とポンプベース９は例えばアルミダイキャスト成形により形成されている。
ポンプベース９はハウジング４の一端に圧入固定され、その中心にかん着された軸受１１に、電機子６と一体に形成された回転シャフト１２が貫通支持されている。一方、ポンプカバー８はポンプベース９に被せられた状態でハウジング４の一端にかしめ付け等により固定されている。

インペラ３０の中心には、ほぼＤ字形の挿入穴３０ａが形成され、この挿入穴３０ａに回転シャフト１２のＤカット部１２ａが緩挿されている。これにより、インペラ３０は回転シャフト１２と一体的に回転するが軸方向には摺動可能となっている。

ポンプケーシング７を形成するポンプカバー８とポンプベース９の内側面には円弧帯状のポンプ流路１３が形成され、ポンプカバー８にポンプ流路１３の一端に連通する吸込口１４が形成され、ポンプベース９にポンプ流路１３に連通する吐出口１５が形成されている。これら吸込口１４と吐出口１５との間には逆流を防止するためのラジアルシール部９ａ（第７図参照）が形成され、吐出口１５はモータ部３内の空間に連通しており、吐出口１５から吐出された燃料はモータ部３内を通りモータ部３に隣接して設けられた燃料出口パイプ１６からエンジン（図示しない）へ圧送されるようになっている。

インペラ３０は例えば、フェノール樹脂等により一体成形されており、外周部には円弧帯状のポンプ流路１３に突出する多数の羽根片３１を形成している。羽根片３１は隔壁３２により表裏に分割され千鳥形状に配置されると共に、同一面（表面、裏面）において羽根片３１と隣接する他の羽根片３１との間に羽根溝３３を形成し、羽根片３１の外周面は隔壁３２の外周面よりも外周側に突出する形状としている。

次に上記のように構成した電動燃料ポンプの動作について説明する。
モータ部３の電機子６のコイル（図示しない）に通電すると、電機子６が回転し、電機子６と一体に形成された回転シャフト１２と回転シャフト１２のＤカット部１２ａと係合した挿入穴３０ａを有するインペラ３０が回転動作を行う。これにより、インペラ３０の外周部にある羽根片３１が円弧帯状のポンプ流路１３に沿って回転し、羽根溝３３内に旋回流が発生し、羽根溝３３がポンプ流路１３内を回転移動することにより、運動エネルギーが大きくなり、ポンプ作用を生じる。

この結果、燃料タンク（図示しない）内の燃料は吸込口１４からポンプ流路１３に吸い込まれて、各羽根溝３３内に流れ込み、ポンプ流路１３内を回転移動した後、吐出口１５側へ圧送され、モータ部３内を通過して燃料出口パイプ１６からエンジン（図示しない）へ圧送される。

なお、羽根片３１の外周面は隔壁３２の外周面よりも外周側に突出した形状としており隔壁３２の真上に逆流域（ポンプ作用を妨げる領域）が生成し難いことから、各羽根溝３３内に旋回流が効率良く発生するため、ポンプ効率が向上するものである。

また、インペラ３０の羽根片３１は隣接する羽根片３１と１／２ピッチずつずらしてあり、隔壁３２の表裏にある羽根溝３３に入っている燃料がラジアルシール部９ａの端面９ｂ（第７図参照）に衝突するタイミングがずれるため、燃料衝突時の騒音は低減されるものである。

次に、この発明の他の実施の形態について説明する。第４図はこの発明の他の実施の形態によるインペラの羽根片部分の拡大斜視図、第５図は第４図のインペラの羽根片部分のＶ−Ｖ線断面拡大図であり、以下第１、４、５図を用いて説明する。

図において、４０はインペラであり、羽根片４１、隔壁４２、羽根溝４３の構成については上述の一実施の形態のものと同様である。４１ａは内面壁、４１ｂは側面壁で羽根片４１が隔壁４２と接する面に形成されている。４２ａは斜面壁で隔壁４２の表裏斜面に当たる面であり、４２ｂはリーク溝で隔壁４２の外周部であって、羽根片４１とその裏面側にある羽根片４１間に形成される溝である。

隔壁の斜面壁４２ａは羽根片４１の側面壁４１ｂに近づくにつれ、該隔壁４２の傾斜面から該羽根片４１を有する側のインペラの端面までの距離が減少するように形成されている。
隔壁４２の斜面壁４２ａは羽根片４１の側面壁４１ｂに近づくにつれ、該隔壁４２から該羽根片４１を有する側のインペラ面までの距離が減少するように形成されており、好ましくは、斜面壁４２ａは球面形状を形成している。また、羽根片４１を円周方向から見た時、該羽根片４１は隣接する他の羽根片４１と重合する位置で千鳥形状に配置され、羽根片４１の外周面と隔壁４２の外周面と交わる内面壁４１ａは羽根片４１の外周面から隔壁４２の外周面に対して傾斜して交わる様に形成されている。

次に動作について説明するが、電動燃料ポンプとしての基本的な動作については上記した一実施の形態と同様であり、説明を省略する。
インペラ４０の外周部にある羽根片４１が円弧帯状のポンプ流路１３に沿って回転すると各羽根溝４３内に旋回流Ａ、Ｂ、Ｃ（第４図では３つの旋回流のみ表示した）が発生する。これらの旋回流Ａ、Ｂ、Ｃは各羽根溝４３がポンプ流路１３内を回転移動することにより、運動エネルギーが大きくなり、圧力上昇しポンプ作用を行うが、この圧力上昇過程において、各旋回流はポンプ流路１３内において回転位置角度にずれがあり、各旋回流間において圧力差を発生することから、羽根片４１間のリーク溝４２ｂを通して高圧力側から低圧力側へ燃料リークを生じる。この燃料リークはポンプ流路１３内での圧力の上昇を妨げるため、ポンプ効率を低下させるものである。

この発明によるインペラ４０の隔壁４２の斜面壁４２ａは羽根片４１の側面壁４１ｂに対して該隔壁４２の厚さが増すように交わっているため、旋回流が斜面壁４２ａの形状に沿って生成されると他の旋回流との干渉が小さくなることにより、各旋回流間での燃料リークが少なくなりポンプ効率を向上できるものである。
又、羽根片４１を円周方向から見た時、該羽根片４１は隣接する他の羽根片４１と重合する位置に配置されているため、インペラ４０が回転した時、側面壁４１ｂの重合部分が回転方向において燃料リークを防止する壁の作用を行うため、各羽根溝４３内に発生した各旋回流間での燃料リークが少なくなり、ポンプ効率を向上できるものである。

更に、羽根片４１の隔壁４２と交わる内面壁４１ａは隔壁４２の外周面から羽根片４１の外周面に対して傾斜して交わる様に形成されており、各旋回流が内面壁４１ａの傾斜角に沿って滑らかに形成されるため、ポンプ効率を向上できるものである。

ところで、上記説明においてはインペラ４０は羽根片４１の外周面が隔壁４２の外周面よりも外周側に突出した形状の場合について述べたが、第６図、第８図、第１０図に示す従来のインペラにおいて、隔壁４２の斜面壁４２ａを羽根片４１の側面壁４１ｂに対して該隔壁４２の厚さが増すように交わるようにすれば、各旋回流間での燃料リークが少なくなりポンプ効率を向上できるものである。

この発明に係わる電動燃料ポンプは、インペラの羽根片を隔壁で表裏に分割し、千鳥形状に配置すると共に、羽根片の外周面が隔壁の外周面よりも外周側に突出する形状にしたので、ポンプベースの形状変更を行うことなく、ポンプ作動時の騒音が低く、ポンプ効率が高い電動燃料ポンプを得ることができると共に、隔壁の斜面壁は羽根片の側面壁に近づくにつれ、該隔壁の傾斜面から該羽根片を有する側のインペラの端面までの距離が減少するように形成されているので、燃料リークが少なくなり、ポンプ効率を向上できるものである。
また、インペラの羽根片を円周方向から見た時、該羽根片は隣接する他の羽根片と重合して立設されているので、燃料リークが少なくなるため、ポンプ効率を向上できるものである。

また、インペラの羽根片の隔壁と交わる内面壁を隔壁の外周面から羽根片の外周面に対して傾斜して交わる様に形成したので、旋回流が内面壁の傾斜角に沿って滑らかに形成されるため、ポンプ効率を向上できるものである。

以上のように、本発明にかかる電動ポンプはインペラの形状を変更することにより、ポンプ作動時の騒音が低く、ポンプ効率が高いものを提供できるものであり、自動車用のポンプとしてだけでなく、水等の流体を圧送するためのポンプとしても利用できるものである。

第１図はこの発明の一実施の形態における電動燃料ポンプを一部破断して示す側面図である。
第２図はこの発明の一実施の形態における電動燃料ポンプのインペラの羽根片部分の拡大斜視図である。
第３図は第２図のインペラの羽根片部分のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面拡大図である。
第４図はこの発明の他の実施の形態における電動燃料ポンプのインペラの羽根片部分の拡大斜視図である。
第５図は第４図のインペラの羽根片部分のＶ−Ｖ線断面拡大図である。
第６図は従来の電動燃料ポンプのインペラの羽根片部分の拡大斜視図である。
第７図は従来の電動燃料ポンプのポンプベースのラジアルシール部周辺の拡大斜視図である。
第８図は従来の電動燃料ポンプのインペラの羽根片部分の拡大斜視図である。
第９図は従来の電動燃料ポンプのポンプベースのラジアルシール部周辺の拡大斜視図である。
第１０図は従来の電動燃料ポンプインペラの羽根片部分の拡大斜視図である。

Claims (4)

1. 円板形状の外周縁部に多数の羽根片を有するインペラと、前記インペラを回転駆動するモータ部と、前記インペラを収納すると共に該インペラの外周縁部に沿って延存する円弧帯状のポンプ流路を形成し、且つ、前記ポンプ流路の一端部に吸入口を、他端部に吐出口を有するポンプケーシングとを備えたものにおいて、前記インペラは隔壁により表裏に分割された羽根片が千鳥形状に配置され、該羽根片の外周面が該隔壁の外周面よりも外周側に突出していると共に隔壁の斜面壁は羽根片の側面壁に近づくにつれ、該隔壁の斜面壁から該羽根片を有する側のインペラの端面までの距離が減少するように形成されていることを特徴とする電動燃料ポンプ。
2. 請求項１に記載の電動燃料ポンプにおいて、隔壁の斜面壁は球面形状であることを特徴とする電動燃料ポンプ。
3. 請求項１に記載の電動燃料ポンプにおいて、インペラの羽根片を円周方向から見た時、該羽根片は隣接する他の羽根片と重合して立設されていることを特徴とする電動燃料ポンプ。
4. 請求項３に記載の電動燃料ポンプにおいて、羽根片の内面壁は隔壁の外周面に対し傾斜して交わって形成されていることを特徴とする電動燃料ポンプ。

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