JP4252780B2 - タービン型燃料ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両用エンジンの噴射弁等に向けて燃料を供給するのに好適に用いられるタービン型燃料ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、乗用車等の車両には、エンジンに燃料を供給するための電子制御式燃料噴射装置が搭載され、この燃料噴射装置は、エンジンの燃焼室に向けて燃料を噴射する噴射弁と、車両の後部側等に設けた燃料タンク内の燃料を前記噴射弁に向けて吐出供給する燃料ポンプ等とにより構成されている。このような燃料ポンプは電動モータによって回転駆動されるが、近年、地球環境保護という社会的要求から自動車の燃費改善の要求が高まっており、燃料ポンプの効率向上（消費電力低減）や小型軽量化（車両軽量化）が重要な課題となっている。
【０００３】
そして、この種の従来技術による燃料ポンプとしては、電動モータを収容する筒状のケーシングと、該ケーシングの一端側に設けられた上カバーと、該上カバーとの間で前記電動モータを支持するように前記ケーシングの他端側に設けられ、燃料の吸込口と吐出口との間に環状の燃料通路を有するポンプハウジングと、該ポンプハウジング内に回転可能に設けられ、前記電動モータによって回転される間に前記吸込口から吸込んだ燃料を燃料通路から吐出口に向け圧送するインペラとを備えたタービン型燃料ポンプが一般的に使用されている。
【０００４】
ここで、タービン型燃料ポンプのインペラは、円板状に形成され、その外周側には該インペラの径方向に延びる羽根が周方向に列設されており、各羽根の間に羽根溝が形成されている。また、吸入口から吸込まれた燃料は燃料通路から羽根溝内に流入し、羽根から運動エネルギーを与えられた後、燃料通路に流出する。さらに、燃料通路に流出した燃料は通路内を旋回した後再度羽根溝に流入する。そして、通路内の燃料はこの流入と流出を繰返すことで昇圧されて吐出口から吐出する。
【０００５】
一方、燃料ポンプの効率を向上させるためには電動モータとポンプ部の両方の効率を向上させることが重要になる。そして、インペラは電動モータで回転駆動されるが、該電動モータは燃料中で回転する構造となっており、燃料の粘性による損失トルクが発生する。また、インペラもポンプハウジングの中で回転する時に燃料の粘性による損失トルクが発生する。これらの損失トルクは回転数の二乗に比例して増加するので、高回転で作動する場合には非常に大きな損失となり、ポンプ効率を低下させる原因となる。
【０００６】
そこで、ポンプ部の仕様をより低い回転で所要の流量が確保できるように設定することで損失トルクを低く抑えることはできる。しかし、この場合、逆にインペラを回転駆動するために必要なトルクは増大する。
【０００７】
また、燃料ポンプは小型化の要求から電動モータも小型化しており、前述したように低い回転で高いトルクを発生させると、電動モータを効率の低い領域で作動させることになる。このため、ポンプ効率を向上させるためには、ポンプ部の仕様を損失トルクが最小限に抑えられ、且つ、電動モータの効率も高い領域で使用できるような仕様にすることが重要となる。
【０００８】
また、タービン型燃料ポンプの効率を向上させる技術として従来から種々の形状のインペラが提案されている。例えば、特開平６−２２９３８８号公報（以下、第１の従来技術という）に示すものでは、インペラの各羽根を、燃料の流入側を後傾させることにより燃料を羽根溝内に円滑に流入させ、かつ、流出側を前傾させることにより、燃料に対してより高い運動エネルギーを与えることができ、より低い回転で所要の流量が確保できる。このため、第１の従来技術では、上述した損失トルクが低く抑えられ、ポンプ効率を向上させることができる。
【０００９】
しかし、第１の従来技術では比較的流量の大きな領域での効率は高いが、比較的流量の低い領域では流量の高い領域に比較して羽根溝への流入から通路への流出とつながる燃料の流れが円滑にならない。このため、第１の従来技術によるタービン型燃料ポンプは、回転数に対して相対的に流量が低下してしまい、低電圧特性や流量制御性が劣るという欠点があった。
【００１０】
これに対して、特開平８−１００７８０号公報（以下、第２の従来技術という）によるタービン型燃料ポンプでは、インペラの各羽根は、根元部分がインペラの回転方向後側に湾曲し、先端部分が湾曲部から径方向外向きに直線状に後傾して延びる形状となっている。これにより、比較的回転数の低い領域でも羽根溝への流入から通路への流出とつながる流れが円滑となり、回転数に対する流量の低下を防止でき、低電圧特性や流量制御性を向上させている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した第２の従来技術によるタービン型燃料ポンプでは、インペラの羽根を、根元部分がインペラの回転方向後側に湾曲し、先端部分が湾曲部から径方向外向きに直線状に後傾して延びる形状としている。これにより、第２の従来技術によるインペラは、比較的回転数の低い領域で回転数に対する流量の低下を防止することができる。
【００１２】
しかし、このインペラは、先端部分が後傾しており、羽根溝からの燃料の流出方向が後ろ向きになるので、燃料に高い運動エネルギーを与えられず、比較的大きな流量を出すのには回転数を相当に高くする必要がある。このため、比較的流量の大きな領域においては損失トルクが増大してポンプ効率が低下してしまうという問題があった。
【００１３】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、比較的流量の低い領域での流量の低下や比較的流量の高い領域での損失トルクの増加を抑え、かつ、電動モータの効率の高い領域で作動することにより、全領域におけるポンプ効率を向上できるようにしたタービン型燃料ポンプを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によると、インペラの外周側に列設された各羽根は、該インペラの径方向に延びる羽根の全長Ｈに対し、当該羽根の根元から長さ寸法（１／３〜２／３）×Ｈをもって前記インペラの径方向に延びる直線状羽根部と、該直線状羽根部の先端からインペラの回転方向前側に向け円弧状に湾曲して延びる湾曲状羽根部とによって構成し、前記インペラの各羽根は、前記インペラの径方向に延び、該インペラの回転方向前側に位置する前面、回転方向後側に位置する後面および前記前面、後面間に位置する一対の側面からなる断面略四角形状の板状体として形成すると共に、前記インペラの各羽根の間には円弧状凹部を設け、前記各羽根の根元側には、前記側面と後面との間の角隅を斜めに切欠くことによって形成され前記インペラの径方向に延びる面取り部を設けると共に、該面取り部は前記インペラの径方向に延びる全体の長さ寸法Ｔを、前記燃料通路の径方向寸法Ｌに対して、Ｔ＝（２／５〜３／５）×Ｌとなる範囲で、かつ前記円弧状凹部よりも大きい寸法に設定し、前記面取り部は、全体の長さ寸法Ｔに対して前記羽根の根元側端部から寸法（１／５〜４／５）×Ｔの範囲にわたりほぼ一定の面取り幅をもって形成された略四角形状の根元側面取り部と、該根元側面取り部の先端側から面取り幅を徐々に小さくして前記羽根の後面と側面を滑らかにつなぐように形成された略三角形状の先端側面取り部とにより構成している。
【００１５】
これにより、電動モータによってインペラを回転駆動すると、該インペラの各羽根は、それぞれの間に捕えた燃料を燃料通路で圧送し吐出する。ここで、羽根は、その全長Ｈに対し根元から長さ寸法（１／３〜２／３）×Ｈで形成された直線状羽根部の先端に湾曲状羽根部を設けているから、直線状羽根部と湾曲状羽根部との間を滑らかに接続することにより、比較的流量の小さな領域でも各羽根間に形成される羽根溝への流入から燃料通路への流出とつながる流れを円滑にできる。これにより、羽根は回転数に対する流量の低下を防止でき、また、運動エネルギーも有効に与えられることにより、広い領域で高いポンプ効率を発揮することができる。しかも、前記インペラの各羽根の根元側に設けた略四角形状の根元側面取り部と略三角形状の先端側面取り部とは、燃料を羽根の根元側に円滑に流入させ、また各羽根間に形成される羽根溝への流入から燃料通路への流出とつながる流れがより円滑となるので、広い流量域でより高いポンプ効率を発揮することができる。
これにより、根元側面取り部の先端側から面取り幅を徐々に小さくした略三角形状の先端側面取り部は、羽根の後面、側面と根元側面取り部との間を滑らかにつないでいるから、羽根の側面から根元側面取り部に向け、また根元側面取り部から後面に向け燃料を円滑に流動させることができ、高いポンプ効率を得ることができる。
【００１６】
また、インペラの各羽根は、前記インペラの径方向に延び、前面、後面および一対の側面からなる断面略四角形状の板状体として形成し、該各羽根の根元側には、前記側面と後面との間の角隅を斜めに切欠くことにより形成され前記インペラの径方向に延びる面取り部を設け、該面取り部は、前記インペラの径方向に延びる全体の長さ寸法Ｔを、前記燃料通路の径方向寸法Ｌに対して、Ｔ＝（２／５〜３／５）×Ｌとなる範囲で、かつ前記円弧状凹部よりも大きい寸法に設定する構成としている。
【００１７】
これにより、面取り部は、燃料を羽根の根元側に円滑に流入させ、また各羽根間に形成される羽根溝への流入から燃料通路への流出とつながる流れがより円滑となるので、広い流量域でより高いポンプ効率を発揮することができる。しかも、この場合の面取り部は、その長さ寸法Ｔを、燃料通路の径方向寸法Ｌに対して、Ｔ＝（２／５〜３／５）×Ｌとなる範囲で、かつ前記円弧状凹部よりも大きい寸法に設定しているから、燃料を各羽根間に燃料を円滑に流入させるという作用を良好に発揮することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるタービン型燃料ポンプを、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２０】
まず、図１ないし図７は本発明の前提となる参考例を示している。１は燃料ポンプの外殻を構成する筒状のケーシングで、該ケーシング１は、その軸方向両端側が後述の吐出カバー２とポンプハウジング９とにより閉塞されている。
【００２１】
２はケーシング１の一端側に設けられた有蓋筒状の吐出カバーで、該吐出カバー２には、図１に示す如く吐出パイプ２Ａ、コネクタ部２Ｂがそれぞれ上向きに突出して設けられ、吐出カバー２の中心側には下向きに延びる軸受筒２Ｃが設けられている。
【００２２】
３は吐出パイプ２Ａ内に設けられた残圧保持用のチェック弁で、該チェック弁３は、後述する電動モータ７の回転時にケーシング１内を流通する燃料により開弁され、この燃料が吐出パイプ２Ａから外部の燃料配管（図示せず）内に向けて吐出されるのを許す。そして、チェック弁３は、電動モータ７の停止時には閉弁し、前記燃料配管内の燃料がケーシング１内を戻るのを阻止することにより、この燃料配管内を所定の残圧状態に保持するものである。
【００２３】
４は吐出カバー２の軸受筒２Ｃ内に嵌合して設けられたブッシュ、５は後述する内側ハウジング１２の段付穴１２Ｅ内に嵌合して設けられたブッシュで、該ブッシュ４，５は、後述の回転軸６を回転可能に支持する軸受を構成している。
【００２４】
６は吐出カバー２とポンプハウジング９との間にブッシュ４，５を介して軸支された回転軸で、該回転軸６は、ケーシング１内を図２に示す軸線Ｏ−Ｏに沿って軸方向に伸長し、後述する電動モータ７の回転子７Ｂ等をケーシング１内で回転可能に支持するものである。また、回転軸６の下端側には、図３に示す如く、後述のインペラ２０に廻止め状態で嵌合する面取り部６Ａが形成されている。
【００２５】
７はケーシング１内に収容された電動モータで、該電動モータ７は、吐出カバー２とポンプハウジング９との間に位置してケーシング１内に嵌合して設けられ、永久磁石からなる固定子（図示せず）を支持した筒状のヨーク７Ａと、該ヨーク７Ａの内側に隙間をもって挿入され、回転軸６に一体回転するように取付けられた回転子７Ｂおよびコンミテ−タ７Ｃと、該コンミテータ７Ｃに摺接する一対のブラシ（図示せず）等とにより構成されている。
【００２６】
そして、電動モータ７は、吐出カバー２のコネクタ部２Ｂ、ブラシ、コンミテータ７Ｃを介して回転子７Ｂに給電されると、該回転子７Ｂが回転軸６と一体に回転し、これによって後述のインペラ２０を、例えば５０００〜８０００ｒｐｍ程度の中・高速回転域で回転駆動する。
【００２７】
８は電動モータ７のヨーク７Ａと回転子７Ｂとの間に形成された燃料の通路部で、該通路部８は、後述するポンプハウジング９の吐出口１４からケーシング１内に吐出された燃料を、ヨーク７Ａと回転子７Ｂとの隙間を介して吐出カバー２側へと流通させるものである。
【００２８】
９はケーシング１の他端（下端）側に設けられたポンプハウジングで、該ポンプハウジング９は、後述の外側ハウジング１０と内側ハウジング１２とを上，下方向で衝合することにより構成され、その内部には後述のインペラ２０が回転可能に設けられている。
【００２９】
１０はポンプハウジング９の外側ハウジングで、該外側ハウジング１０は、図１、図２に示すように、ケーシング１の下端側にカシメ等の手段を用いて嵌合状態で取付けられ、ケーシング１を外側から閉塞している。また、外側ハウジング１０には、燃料の吸込口１１が一体形成されている。
【００３０】
また、外側ハウジング１０には、その軸中心（軸線Ｏ−Ｏ）側に円形状の凹窪部１０Ａが形成され、インペラ２０の外周側となる位置には、軸線Ｏ−Ｏを中心として周方向に延びる断面略半円形状の円弧溝１０Ｂが形成されている。そして、円弧溝１０Ｂは、後述する内側ハウジング１２の周壁溝１２Ｄと共に衝合側流路１８を形成し、図３に示す角度θの範囲に亘って周方向に延びている。
【００３１】
１２は外側ハウジング１０と共にポンプハウジング９を構成するハウジング部材としての内側ハウジングで、該内側ハウジング１２は、外側ハウジング１０に衝合した状態でケーシング１内に嵌合して取付けられている。
【００３２】
そして、内側ハウジング１２は、図２に示す如く、筒状の周壁となる筒部１２Ａと、該筒部１２Ａを上側から覆う蓋部１２Ｂとにより扁平な有蓋筒状体として形成され、前記筒部１２Ａの内周側は、外側ハウジング１０との衝合面１２Ｃ側に開口する円形状のタービン収容凹部１３となっている。また、筒部１２Ａには、後述する環状突出部１６の下側に位置して円弧状の周壁溝１２Ｄが形成され、該周壁溝１２Ｄは、外側ハウジング１０の円弧溝１０Ｂと共に下側の衝合側流路１８を形成している。さらに、蓋部１２Ｂには、ブッシュ５が挿嵌される段付穴１２Ｅが形成され、外周側には吐出口１４（図２中に二点鎖線で図示）が上，下方向に延びるように穿設されている。
【００３３】
１５はタービン収容凹部１３の外周側に位置してポンプハウジング９内に形成された環状の燃料通路で、該燃料通路１５は、図３に示す如く軸心Ｏの位置を中心として周方向に略Ｃ字状に延び、後述の環状突出部１６により上，下に２分割された奥所側流路１７と衝合側流路１８とを含んで構成されている。
【００３４】
そして、燃料通路１５は、その始端側が吸込口１１に連通し、終端側は吐出口１４に連通している。また、燃料通路１５は、その始端側が吸込通路部１５Ａとなり、該吸込通路部１５Ａは、吸込口１１から吸込まれる燃料を燃料通路１５内に円滑に導くものである。
【００３５】
１６は内側ハウジング１２の筒部１２Ａに設けられた環状突出部で、該環状突出部１６は、図２に示すように内側ハウジング１２の筒部１２Ａからインペラ２０の外周に向けて径方向内側へと断面山形状に突出し、燃料通路１５をインペラ２０の軸方向で上，下２つの奥所側流路１７，衝合側流路１８に分割している。
【００３６】
ここで、上側の奥所側流路１７は、内側ハウジング１２の筒部１２Ａと蓋部１２Ｂとの間に位置する奥所側角隅に断面Ｃ字状の凹溝として形成されている。また、下側の衝合側流路１８は、外側ハウジング１０の円弧溝１０Ｂと内側ハウジング１２の周壁溝１２Ｄとにより断面Ｃ字状の凹溝として形成されている。
【００３７】
そして、環状突出部１６は、これらの流路１７，１８と共に図３に示す角度θ（例えば、θ＝２５０〜２７０度）の範囲に亘ってインペラ２０の周方向に延び、これにより、燃料通路１５内を流れる燃料に澱み等が発生するのを抑えている。
【００３８】
１９は内側ハウジング１２の筒部１２Ａ側に設けられたシール隔壁で、該シール隔壁１９は、図３に示す如く、内側ハウジング１２の筒部１２Ａからインペラ２０の外周に近接する位置まで突出する円弧状凸部として形成されている。そして、シール隔壁１９は、吸込口１１と吐出口１４との間でインペラ２０の外周側をシールすることにより、吸込口１１から吸込んだ燃料が燃料通路１５に沿って流れるのを補償することができる。
【００３９】
次に、２０は本発明の前提となる参考例によるインペラで、該インペラ２０は、例えば強化プラスチック材料によって略円板状に形成され、ポンプハウジング９のタービン収容凹部１３内に回転可能に設けられている。そして、インペラ２０は、電動モータ７によって図３中の矢示Ａ方向に回転されることにより、吸込口１１から吸込んだ燃料を燃料通路１５から吐出口１４に向け圧送するものである。
【００４０】
また、インペラ２０には、その回転中心（軸線Ｏ−Ｏ）に回転軸６が嵌合される嵌合穴２１が設けられ、該嵌合穴２１の周囲には複数個、例えば３個の透孔２２が設けられている。また、インペラ２０の外周側には、図４に示す如く、インペラ２０の径方向に延びる多数の羽根２３，２３，…が周方向に列設されている。さらに、各羽根２３間には、上，下の円弧状凹部２４，２４がそれぞれ設けられ、これらの円弧状凹部２４は、ポンプハウジング９内の流路１７，１８にほぼ対応する曲率をもって形成されている。
【００４１】
一方、インペラ２０は、タービン収容凹部１３内で外側ハウジング１０の上面と内側ハウジング１２の蓋部１２Ｂ下面との間に上，下面がフローティングシールされ、この状態で回転軸６と一体に電動モータ１１により回転駆動されるものである。また、インペラ２０の各透孔２２は、外側ハウジング１０の凹窪部１０Ａと内側ハウジング１２の段付穴１２Ｅ側との間で燃料圧力等を均一化する機能を有している。
【００４２】
ここで、各羽根２３は、図５に示すように、根元側に位置してインペラ２０の径方向に直線状に延びる直線状羽根部２３Ａと、該直線状羽根部２３Ａの先端からインペラ２０の回転方向前側（矢示Ａ方向）に向け円弧状に湾曲して延びる湾曲状羽根部２３Ｂとによって構成されている。
【００４３】
次に、羽根２３の形状について詳細に説明する。まず、図５に示す直線状羽根部２３Ａの根元位置Ｂから湾曲状羽根部２３Ｂの先端位置Ｃまで、即ち羽根２３全体の長さを全長寸法Ｈとし、直線状羽根部２３Ａの根元位置Ｂから湾曲状羽根部２３Ｂが始まる起点位置Ｄ（直線状羽根部２３Ａの先端位置Ｄ）までを直線部長さ寸法Ｈ1とし、湾曲状羽根部２３Ｂの起点位置Ｄから該湾曲状羽根部２３Ｂの先端位置Ｃまでを湾曲部長さ寸法Ｈ2としている。
【００４４】
また、湾曲状羽根部２３Ｂの最先端位置Ｅが直線状羽根部２３Ａから回転方向前側に傾いた前傾寸法は、インペラ２０の回転中心（軸線Ｏ−Ｏ）を基準とした角度αで表している。
【００４５】
そして、本発明の前提となる参考例では、羽根２３の全長寸法Ｈに対する直線状羽根部２３Ａの直線部長さ寸法Ｈ1、即ち湾曲状羽根部２３Ｂの起点位置Ｄの位置は、下記数１式のように設定することにより、良好なポンプ効率が得られることがわかった。
【００４６】
【数１】
１／３≦（Ｈ1／Ｈ）≦２／３
【００４７】
また、上記数１式に設定されるＨ1／Ｈの範囲のうち、下記数２式の範囲に設定した場合には一層良好なポンプ効率が得られることがわかった。
【００４８】
【数２】
２／５≦（Ｈ1／Ｈ）≦３／５
【００４９】
一方、湾曲状羽根部２３Ｂの前傾長さに相当する角度αは、下記数３式のように設定することにより、良好なポンプ効率が得られることがわかった。
【００５０】
【数３】
０．５≦α≦２．０
【００５１】
また、上記数３式に設定されるαの範囲のうち、下記数４式の範囲に設定した場合には一層良好なポンプ効率が得られることがわかった。
【００５２】
【数４】
１．０≦α≦１．５
【００５３】
本発明の前提となる参考例によるタービン型燃料ポンプは、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００５４】
まず、吐出カバー２のコネクタ部２Ｂを通じて外部から給電を行うと、電動モータ７は、回転子７Ｂに駆動電流が供給されることにより、回転子７Ｂを回転軸６と一体に回転し、ポンプハウジング９内でインペラ２０を回転駆動する。そして、インペラ２０を回転することにより、燃料タンク（図示せず）内の燃料は、吸込口１１から燃料通路１５へと吸込まれ、インペラ２０の各羽根２３により燃料通路１５に沿って圧送されつつ、吐出口１４からケーシング１内に吐出される。
【００５５】
このように、ケーシング１内に流れた燃料は、該ケーシング１内を通路部８等を介して吐出カバー２側に向け流通し、吐出パイプ２Ａ内のチェック弁３を開弁させつつ、この吐出パイプ２Ａから外部の燃料配管を介してエンジン本体側の噴射弁（いずれも図示せず）側へと、例えば吐出圧力が２００〜５００ｋＰａ（キロパスカル）、吐出流量が３０〜２００Ｌ／ｈ（リットル／時）で吐出供給される。
【００５６】
ここで、本発明者等は、羽根２３の全長寸法Ｈに対する直線状羽根部２３Ａの直線部長さ寸法Ｈ1の比率について鋭意研究した結果、羽根２３の全長寸法Ｈに対する直線状羽根部２３Ａの直線部長さ寸法Ｈ1の比率（Ｈ1／Ｈ）を、前記数１式に示す如く１／３〜２／３の数値範囲、好ましくは前記数３式に示す如く２／５〜３／５の数値範囲に設定することにより、図６に示す特性線のように高いポンプ効率が得られることを確認した。この場合、湾曲状羽根部２３Ｂの前傾長さに相当する角度αは約１．２度としたものである。
【００５７】
また、湾曲状羽根部２３Ｂの前傾長さに相当する角度αについて鋭意研究した結果、湾曲状羽根部２３Ｂの前傾長さに相当する角度αの値を、前記数３式に示す如く０．５〜２．０度の範囲、好ましくは前記数４式に示す如く１．０〜１．５度の範囲に設定することにより、図７に示す特性線のように高いポンプ効率が得られることを確認した。この場合、羽根２３の全長寸法Ｈに対する直線状羽根部２３Ａの直線部長さ寸法Ｈ1の比率を約１／２としたものである。
【００５８】
このように、羽根２３の全長寸法Ｈに対する直線状羽根部２３Ａの直線部長さ寸法Ｈ1の比率は、２／５〜３／５の範囲内である約１／２に設定し、湾曲状羽根部２３Ｂの前傾長さに相当する角度αは、１．０〜１．５度の範囲内である約１．２度に設定することにより、ポンプ効率が最も高くなることがわかった。
【００５９】
従って、本発明の前提となる参考例によれば、インペラ２０の羽根２３を構成する湾曲状羽根部２３Ｂが曲り始める起点位置Ｄの位置（直線部長さ寸法Ｈ1）を、羽根２３の全長寸法Ｈに対し２／５〜３／５（約１／２）の位置に設定し、湾曲状羽根部２３Ｂの前傾長さに相当する角度αを１．０〜１．５度（約１．２度）に設定している。
【００６０】
これにより、羽根２３は、先端側の湾曲状羽根部２３Ｂを長さ方向の中間部から緩やかに湾曲させることができ、またインペラ２０の回転方向に適度な前傾寸法をもって形成することができる。
【００６１】
この結果、インペラ２０を回転させたときには、比較的流量の小さな領域でも各羽根２３間の羽根溝への流入から燃料通路１５への流出とつながる流れが円滑となり、回転数に対する流量の低下を防止することができる。また、運動エネルギーも適切に与えられるので、比較的流量の大きな領域で損失トルクの増加を抑え、かつ電動モータの効率の高い領域で作動することができ、全ての領域で高いポンプ効率を発揮することができる。
【００６２】
さらに、羽根２３の湾曲状羽根部２３Ｂは、円弧状に湾曲させているから、この湾曲状羽根部２３Ｂの円弧状の表面に沿って燃料は円滑に流動することができ、各羽根２３間の羽根溝からの流出をより一層円滑にすることができる。
【００６３】
次に、図８ないし図１４は本発明の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、各羽根の根元側には、側面と後面との間の角隅を斜めに切欠くことにより形成され、インペラの径方向に延びる面取り部を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した本発明の前提となる参考例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６４】
３１は前記参考例による燃料通路１５に代えて適用される環状の燃料通路で、該燃料通路３１は、図８、図９に示す如く、外側ハウジング１０の円弧溝１０Ｂを含み、軸線Ｏ−Ｏの位置を中心として周方向に延びる縦長な断面Ｃ字状の通路として構成されている。
【００６５】
ここで、燃料通路３１は、上，下方向の両端側が円弧形状に形成され、図９中の矢示の如く、この円弧形状に沿って燃料が旋回しながら流通することから、円弧形状をなす部位の中心位置付近が燃料が燃料通路３１内で圧送されるときの通路中心Ｆとなる。そして、燃料通路３１の内径側端部３１Ａから外径側端部３１Ｂまでの軸線Ｏ−Ｏの位置を中心とする径方向寸法Ｌに対し、燃料通路３１の通路中心Ｆの位置は、内径側端部３１Ａから約１／２の距離寸法Ｌ1となっている。そして、燃料通路３１は、その始端側が吸込口１１に連通し、終端側は吐出口１４に連通している。
【００６６】
次に、３２は本実施の形態によるインペラで、該インペラ３２は、例えば強化プラスチック材料によって略円板状に形成され、ポンプハウジング９のタービン収容凹部１３内に回転可能に設けられている。
【００６７】
また、インペラ３２には、その回転中心（軸線Ｏ−Ｏ）に回転軸６が嵌合される嵌合穴３３が設けられ、該嵌合穴３３の周囲には複数個、例えば３個の透孔３４が設けられている。また、インペラ３２の外周側には、該インペラ３２の径方向に延びる多数の羽根３５，３５，…が周方向に列設されている。さらに、各羽根３５間には、一対の円弧状凹部３６，３６が山形状をなすように設けられ、これらの円弧状凹部３６は、ポンプハウジング９内の燃料通路３１の円弧形状にほぼ対応する曲率をもって形成されている。
【００６８】
ここで、各羽根３５は、図１０、図１１に示すように、インペラ３２の回転方向前側（矢示Ａ方向）に位置する前面３５Ａ、回転方向後側に位置する後面３５Ｂおよび前記前面３５Ａ、後面３５Ｂ間に位置する一対の側面３５Ｃ，３５Ｃからなる断面略四角形状の板状体として形成されている。
【００６９】
また、羽根３５は、根元側がインペラ３２の径方向に直線状に延びる直線状羽根部３７となり、先端側がインペラ３２の回転方向前側（矢示Ａ方向）に向け円弧状に湾曲した湾曲状羽根部３８となっている。そして、直線状羽根部３７、湾曲状羽根部３８の形状および寸法は、前記参考例に記載した数１式、数３式の範囲に設定され、好ましくは数２式、数４式の範囲に設定されている。
【００７０】
３９，３９は各羽根３５の根元側に位置して設けられた一対の面取り部で、該各面取り部３９は、図９ないし図１２に示すように、側面３５Ｃと後面３５Ｂとの間の角隅を斜めに切欠くように形成され、インペラ３２の径方向に延びている。また、面取り部３９の全体の長さ寸法Ｔは、内径側端部３１Ａから燃料通路３１の通路中心Ｆまでの距離寸法Ｌ1とほぼ同じ寸法、即ち、燃料通路３１の径方向寸法Ｌに対し、下記数５式のように寸法（２／５〜３／５）×Ｌに設定している。また、面取り部３９の長さ寸法Ｔは、図９に示す如く、円弧状凹部３６よりも大きい寸法に設定されている。
【００７１】
【数５】
２／５≦（Ｔ／Ｌ）≦３／５
【００７２】
また、この面取り部３９全体の長さ寸法Ｔは、上記数５式に設定されるＴ／Ｌの範囲のうち、下記数６式のように寸法（９／２０〜１１／２０）×Ｌの範囲に設定するのが好ましい。
【００７３】
【数６】
９／２０≦（Ｔ／Ｌ）≦１１／２０
【００７４】
さらに、上記数５式、数６式の範囲での面取り部３９全体の長さ寸法Ｔは、燃料通路３１の径方向寸法Ｌに対して１／２の値の場所が最適である。これにより、面取り部３９は、燃料通路３１で燃料が旋回して流れるときの中心位置となる通路中心Ｆまで延びて形成されるから、燃料を各羽根３５間に燃料を円滑に流入させるという作用を最も良好に発揮することができる。
【００７５】
また、面取り部３９は、根元側に位置してほぼ一定の面取り幅をもって形成された略四角形状の根元側面取り部３９Ａと、該根元側面取り部３９Ａの先端側から面取り幅を徐々に小さくして形成された略三角形状の先端側面取り部３９Ｂとによって構成されている。
【００７６】
そして、根元側面取り部３９Ａは、ほぼ一定の面取り幅で切欠かれることにより、羽根３５の根元側から該各羽根３５間に燃料を円滑に流入させ、燃料の抵抗を軽減するものである。また、先端側面取り部３９Ｂは、先端側に向けて面取り幅を徐々に小さくすることにより、羽根３５の後面３５Ｂ、側面３５Ｃと根元側面取り部３９Ａとの間を滑らかにつなぎ、これらの間で燃料を円滑に流動させるものである。
【００７７】
ここで、面取り部３９を構成する根元側面取り部３９Ａの形状について詳細に説明する。まず、根元側面取り部３９Ａは、図１２に示す羽根３５の側面３５Ｃに対する傾斜角βを、下記数７式のように３０〜７０度の範囲に設定している。
【００７８】
【数７】
３０≦β≦７０
【００７９】
また、上記数７式に設定される傾斜角βは、下記数８式の如く４０〜６０度の範囲に設定するのが好ましい。
【００８０】
【数８】
４０≦β≦６０
【００８１】
さらに、根元側面取り部３９Ａは、図９に示す面取り部３９の全長寸法Ｔに対する長さ寸法Ｔ1を、下記数９式のように寸法（１／５〜４／５）×Ｔに設定している。
【００８２】
【数９】
１／５≦（Ｔ1／Ｔ）≦４／５
【００８３】
また、この根元側面取り部３９Ａの長さ寸法Ｔ1は、上記数９式に設定されるＴ1／Ｔの範囲のうち、下記数１０式のように寸法（２／５〜３／５）×Ｔの範囲に設定するのが好ましい。
【００８４】
【数１０】
２／５≦（Ｔ1／Ｔ）≦３／５
【００８５】
ここで、本発明者等は、羽根３５の側面３５Ｃに対する根元側面取り部３９Ａの傾斜角βについて鋭意研究した結果、前記数７式に示す如く３０〜７０度の範囲、好ましくは前記数８式に示す如く４０〜６０度の範囲に設定することにより、図１３に示す特性線のように高いポンプ効率が得られることを確認した。
【００８６】
この場合、面取り部３９の全長寸法Ｔに対する根元側面取り部３９Ａの長さ寸法Ｔ1の比率を約１／２としたものである。そして、これにより根元側面取り部３９Ａの傾斜角βを羽根３５の側面３５Ｃ側から後面３５Ｂ側に燃料が流れるときの角度とほぼ同じ角度にすることができ、燃料を根元側面取り部３９Ａに沿って円滑に流動させることができるものである。
【００８７】
また、面取り部３９の全長寸法Ｔに対する根元側面取り部３９Ａの長さ寸法Ｔ1の比率について鋭意研究した結果、面取り部３９の全長寸法Ｔに対する根元側面取り部３９Ａの長さ寸法Ｔ1の比率（Ｔ1／Ｔ）を、前記数９式に示す如く１／５〜４／５の数値範囲、好ましくは前記数１０式に示す如く２／５〜３／５の数値範囲に設定することにより、図１４に示す特性線のように高いポンプ効率が得られることを確認した。
【００８８】
この場合、羽根３５の側面３５Ｃに対する根元側面取り部３９Ａの傾斜角βは約５０度としたものである。そして、これにより根元側面取り部３９Ａは、一定幅の大きな切欠によって羽根３５の根元側で発生しようとする渦流を抑え、燃料が円滑に流入することができるものである。
【００８９】
さらに、上述の研究結果では、先端側に向け面取り幅を徐々に小さくした先端側面取り部３９Ｂは、羽根３５の後面３５Ｂ、側面３５Ｃと根元側面取り部３９Ａとの間を滑らかにつないでいるから、羽根３５の側面３５Ｃから根元側面取り部３９Ａに向け、また根元側面取り部３９Ａから後面３５Ｂに向け燃料を円滑に流動させることができ、高いポンプ効率が得られることがわかった。
【００９０】
このように、燃料通路３１の径方向寸法Ｌに対する面取り部３９全体の長さ寸法Ｔの比率（Ｔ／Ｌ）は、９／２０〜１１／２０の範囲内である１／２に設定し、羽根３５の側面３５Ｃに対する根元側面取り部３９Ａの傾斜角βは、４０〜６０度の範囲内である５０度に設定し、面取り部３９の全長寸法Ｔに対する根元側面取り部３９Ａの長さ寸法Ｔ1の比率（Ｔ1／Ｔ）は、２／５〜３／５の範囲内である１／２に設定することにより、ポンプ効率が最も高くなることがわかった。
【００９１】
かくして、このように構成された本実施の形態においては、インペラ３２の羽根３５の根元側に位置して側面３５Ｃと後面３５Ｂとの間の角隅を斜めに切欠くように面取り部３９を形成している。従って、インペラ３２を回転させたときには、面取り部３９は、根元側面取り部３９Ａ、先端側面取り部３９Ｂに沿って燃料を円滑に流動させることができる。
【００９２】
しかも、面取り部３９は、インペラ３２の径方向に延びた全体の長さ寸法Ｔを、燃料通路３１の径方向寸法Ｌに対し９／２０〜１１／２０（１／２）に設定し、羽根３５の側面３５Ｃに対する根元側面取り部３９Ａの傾斜角βを、４０〜６０度（５０度）に設定し、また根元側面取り部３９Ａの長さ寸法Ｔ1を、面取り部３９の全長寸法Ｔに対し２／５〜３／５（１／２）に設定している。
【００９３】
これにより、面取り部３９は、燃料通路３１から各羽根３５間に燃料が流入するときの位置、燃料を円滑に流入させるために必要な大きさ、角度に対応するように、面取り部３９（根元側面取り部３９Ａ）の位置と長さ寸法、根元側面取り部３９Ａの傾斜角を設定することができるから、前述した図１〜図７に示す参考例に対して、各羽根３５間の羽根溝への流入から燃料通路３１への流出とつながる流れがより一層円滑となるので、より高いポンプ効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の前提となる参考例によるタービン型燃料ポンプを示す縦断面図である。
【図２】 図１中のポンプハウジング、インペラ等を拡大して示す要部拡大縦断面図である。
【図３】 内側ハウジングおよびインペラを図２中の矢示III−III方向からみた横断面図である。
【図４】 インペラの羽根を拡大して示す要部拡大の斜視図である。
【図５】 インペラの羽根を拡大して示す要部拡大の平面図である。
【図６】 湾曲状羽根部の起点位置とポンプ効率との関係を示す特性線図である。
【図７】 湾曲状羽根部の前傾長さに相当する角度とポンプ効率との関係を示す特性線図である。
【図８】 本発明の実施の形態によるインペラをポンプハウジング等と一緒に示す要部拡大縦断面図である。
【図９】 図８中の燃料通路、羽根、面取り部等を拡大して示す要部拡大縦断面図である。
【図１０】 インペラの羽根を拡大して示す要部拡大の斜視図である。
【図１１】 インペラの羽根を拡大して示す要部拡大の平面図である。
【図１２】 インペラの羽根を図１１中の矢示XII−XII方向から示す断面図である。
【図１３】 根元側面取り部の傾斜角とポンプ効率との関係を示す特性線図である。
【図１４】 根元側面取り部の長さ寸法とポンプ効率との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
１ ケーシング
２ 吐出カバー
６ 回転軸
７ 電動モータ
９ ポンプハウジング
１０ 外側ハウジング
１１ 吸込口
１２ 内側ハウジング
１４ 吐出口
１５，３１ 燃料通路
２０，３２ インペラ
２３，３５ 羽根
２３Ａ，３７ 直線状羽根部
２３Ｂ，３８ 湾曲状羽根部
３５Ａ 前面
３５Ｂ 後面
３５Ｃ 側面
３９ 面取り部
３９Ａ 根本側面取り部
３９Ｂ 先端側面取り部
Ｏ−Ｏ 軸線
Ａ インペラの回転方向
Ｂ 直線状羽根部の根元位置
Ｃ 湾曲状羽根部の先端位置
Ｄ 湾曲状羽根部の起点位置
Ｅ 湾曲状羽根部の最先端位置
Ｈ 羽根の全長寸法
Ｈ1 根元位置から起点位置までの直線部長さ寸法
Ｈ2 起点位置から先端位置までの湾曲部長さ寸法
α 湾曲状羽根部の前傾長さに相当する角度

Claims (1)

1. 電動モータを収容する筒状のケーシングと、該ケーシングに設けられ燃料の吸込口と吐出口との間に環状の燃料通路を有するポンプハウジングと、該ポンプハウジング内に回転可能に設けられ前記電動モータによって回転される間に前記燃料通路内で燃料を圧送する羽根が外周側に列設された円板状のインペラとを備えてなるタービン型燃料ポンプにおいて、
   前記インペラの各羽根は、該インペラの径方向に延びる羽根の全長Ｈに対し、当該羽根の根元から長さ寸法（１／３〜２／３）×Ｈをもって前記インペラの径方向に延びる直線状羽根部と、該直線状羽根部の先端からインペラの回転方向前側に向け円弧状に湾曲して延びる湾曲状羽根部とによって構成し、
   前記インペラの各羽根は、前記インペラの径方向に延び、該インペラの回転方向前側に位置する前面、回転方向後側に位置する後面および前記前面、後面間に位置する一対の側面からなる断面略四角形状の板状体として形成すると共に、前記インペラの各羽根の間には円弧状凹部を設け、
   前記各羽根の根元側には、前記側面と後面との間の角隅を斜めに切欠くことによって形成され前記インペラの径方向に延びる面取り部を設けると共に、該面取り部は前記インペラの径方向に延びる全体の長さ寸法Ｔを、前記燃料通路の径方向寸法Ｌに対して、Ｔ＝（２／５〜３／５）×Ｌとなる範囲で、かつ前記円弧状凹部よりも大きい寸法に設定し、
   前記面取り部は、全体の長さ寸法Ｔに対して前記羽根の根元側端部から寸法（１／５〜４／５）×Ｔの範囲にわたりほぼ一定の面取り幅をもって形成された略四角形状の根元側面取り部と、該根元側面取り部の先端側から面取り幅を徐々に小さくして前記羽根の後面と側面を滑らかにつなぐように形成された略三角形状の先端側面取り部とにより構成したことを特徴とするタービン型燃料ポンプ。

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