JP5024650B2 - 燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、燃料を昇圧する燃料ポンプに関する。

従来より、燃料ポンプは、インペラと、インペラを収容してカバーとともにポンプ流路を形成するケーシングとケーシングを圧入保持するハウジングを備え、インペラの回転にともなってポンプ流路内の燃料は昇圧されて吐出される。そして、ハウジングは、ケーシングを収容する大径円筒部、および大径円筒部の内径よりも小さい内径の小径円筒部を同軸上に有する。ケーシングは、小径円筒部の内周面に圧入される圧入部、大径円筒部内に位置してインペラの外周面と対向する収容円筒部、インペラのうち圧入部の側の底面と対向する収容円板部を有する。

特開２００５−２０７３２０号公報

近年では、燃料ポンプの高流量化の要求に応えるべくインペラが大径化する傾向にある。しかしながら、燃料ポンプの外径寸法を大型化することなくインペラを大径化することが要求されているため、インペラの径が大きくなった分ケーシングの収容円筒部が薄肉化する傾向にある。すると、ケーシングの圧入部をハウジングの小径円筒部に圧入する際に、収容円板部の略中央部分がインペラに向けて凸変形してしまい、ひいては、ケーシングとインペラとの間に所定のクリアランスを確保できなくなるといった不良品が発生する。

そこで、本発明の目的は、ケーシングの変形を抑制することにより不良品発生の低減を図る燃料ポンプを提供することにある。

請求項１から５のいずれか一項記載の発明では、インペラと、インペラを収容するケーシングと、ケーシングを圧入保持するハウジングとを備え、ケーシングの収容隅部と圧入隅部との距離（Ｌ１）を０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とし、かつ、ケーシングの圧入部の外周面上のうち軸方向における中心部分と収容円板部のインペラ側の面との距離（Ｌ２）を１．３ｍｍ以上２．３ｍｍ以下としている。

先ず、圧入部中心部分と収容円板部のインペラ側の面との距離（Ｌ２）を１．３ｍｍ以上２．３ｍｍ以下としたことによる効果を以下に説明する。
本発明者により、圧入部を小径円筒部に圧入する際に圧入部が受ける径方向の力と上記距離（Ｌ２）との積で定義されるモーメントが大きいほど、収容円板部の凸変形の変形量が大きくなることが分かった。この点に鑑み、上記距離（Ｌ２）を２．３ｍｍ以下とする本発明によれば、凸変形量を約５μｍ以下に抑えることができるので、ケーシングとインペラとの間に所定のクリアランスを確保できなくなるといった不良品の発生を低減できる。
さらに、上記距離（Ｌ２）が所定の値（例えば約１．５ｍｍ）よりも小さくなると、収容円板部の略中央部分がインペラから遠ざかる向きに凹変形することが分かった。このような凹変形が生じると、ポンプ流路にて昇圧される燃料が漏れ出てしまい、十分に昇圧できなくなってしまい、ひいては燃料ポンプの吐出量低下を招いてしまう。この点に鑑み、上記距離（Ｌ２）を１．３ｍｍ以上とする本発明によれば、凹変形量を約１μｍ以下に抑えることができるので、燃料ポンプの吐出量低下を抑制できる。

また、本発明者は、上記距離（Ｌ２）の数値範囲を１．３ｍｍ以上２．３ｍｍ以下に設定するにあたり、凹変形に対して許容できる変形の大きさを、凸変形に対して許容できる変形の大きさよりも小さく設定すると、以下の技術的意義があることに着目した。
すなわち、収容円板部が凸変形した場合には、凸変形の大きさが大きいほどインペラは軸方向において収容円板部の反対側に大きくずれることとなる。よって、ケーシング圧入後にインペラとケーシングのツバ面との段差を計測すればクリアランスを把握できるため、所定のクリアランスを確保できるように管理することは容易である。
一方、収容円板部が凹変形した場合には、インペラの軸方向位置は、凹変形の大きさに拘わらず収容円板部の収容隅部とインペラとの当接位置で決定される。よって、凹変形によるクリアランスの増加を把握することが困難であり、その大きさが過大であっても不良品として認知することが困難である。
従って、凸変形の大きさに関与する上記距離（Ｌ２）の上限値２．３ｍｍは、凸変形量を約５μｍ以下に抑えることができる値（凸変形許容値）に設定されているのに対し、下限値１．３ｍｍは、凹変形量を約１μｍ以下に抑えることができる値（凹変形許容値）に設定されている。すなわち、凸変形許容値よりも凹変形許容値の方が小さい値となるように設定されている。

次に、ケーシングの収容隅部と圧入隅部との距離（Ｌ１）を０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下としたことによる効果を以下に説明する。
本発明者により、上記距離（Ｌ１）が小さいほど、ケーシングの収容円筒部のうち収容円板部の反対側に位置する端面（以下、この端面をツバ面と呼ぶ）のうねり変形量が大きくなることが分かった。これは、ケーシングの圧入部は圧入時にハウジングの小径円筒部から力を受け、その力が収容円筒部に与える影響は距離（Ｌ１）が小さいほど大きくなることに起因する。一方、距離（Ｌ１）が大きいと圧入部中心部分と収容隅部との距離（Ｌ２）も連動して大きくなることに起因して、上述のモーメントが大きくなるので、ツバ面のうねり変形量は大きくなる。
これらの点に鑑み、上記距離（Ｌ１）を０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とする本発明によれば、上記ツバ面のうねり変形量を約５μｍ以下に抑えることができるので、うねり変形により生じる収容円筒部のツバ面とカバーとの隙間を小さくでき、ひいては、燃料ポンプの吐出量低下を抑制できる。

請求項２記載の発明では、圧入部の軸方向長さ（Ｌ３）を２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下に設定しているため、ケーシングの凸変形および凹変形をより一層抑制できる。
請求項３記載の発明では、小径円筒部に対する圧入部の圧入代を２０μｍ以上７０μｍ以下に設定しているため、ケーシングの凸変形および凹変形をより一層抑制できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図２に示す燃料ポンプ１０は、例えば図示しない二輪または四輪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。

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５０とから構成されている。モータ部５０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５２を配置した構成となっている。

ポンプ部２０は、ケーシング２１、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２１およびカバー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。ケーシング２１の端面２１１（以下、ツバ面と呼ぶ）とカバー２２の端面２１２とは重ね合わせられ、ケーシング２１とカバー２２とはハウジング１１の反エンドカバー側端部に固定されている。

インペラ２３は、外周縁に全周にわたり羽根と、羽根の間に形成された羽根溝とを有している。ケーシング２１およびカバー２２は金属製であり、本実施形態ではアルミニウムのダイカスト成形により形成されている。ケーシング２１の中心には軸受部材３０が嵌着されており、この軸受部材３０により、電機子５２の回転軸５５の一方の端部は回転可能に支持されている。回転軸５５の他方の端部は、軸受部材４０により回転可能に支持されている。なお、軸受部材４０は、ハウジング１１の一端部に固定されたベアリングホルダ４２の中央部に保持されている。

ケーシング２１およびカバー２２には燃料が流通するポンプ流路５６が形成されており、ポンプ流路５６は、昇圧流路５７、導出口５８および導入口５９から構成されている。導出口５８は、ケーシング２１に形成され、昇圧流路５７からの燃料の出口となる。昇圧流路５７は、ケーシング２１に設けられた環状に延びる凹部６３の底面にＣ字状に開口する溝６１の内面と、カバー２２に設けられたＣ字状に開口する溝６２の内面と、インペラ２３との間に形成される。導出口５８は、ケーシング２１に形成されており、昇圧流路５７で昇圧された燃料を燃料室５１へと導出する。

電機子５２はモータ部５０内に回転可能に収容され、コイルがコア５３の外周に巻回されている。整流子５４は円板状に形成されており、電機子５２の上部に配設されている。図示しない電源から、コネクタハウジング６７に埋設されたターミナル６８、ブラシ６９、整流子５４を介してコイルに電力が供給される。なお、チョークコイル７０により火花電圧は消去される。

供給された電力により電機子５２が回転すると、電機子５２の回転軸５５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、カバー２２に形成された燃料入口６０からポンプ流路５６に燃料が吸入され、この燃料がインペラ２３の各羽根から運動エネルギーを受けてポンプ流路５６から燃料室５１に排出される。燃料室５１に排出された燃料は、電機子５２の周囲を通過し吐出口６５から燃料ポンプ外に吐出される。吐出口６５には逆止弁６６が収容されており、この逆止弁６６が吐出口６５から吐出された燃料の逆流を防止している。

このような構成の燃料ポンプ１０では、電機子５２のコイルに電力が供給されると電機子５２が回転駆動され、電機子５２の回転軸５５に固定されたインペラ２３も回転駆動される。インペラ２３の回転により燃料タンク内の燃料は、図示しないサクションフィルタを通じて燃料入口６０及び導入口５９に順次吸入され、昇圧流路５７を導入口５９側から導出口５８側へ向かって通過する。このとき、昇圧流路５７の通過燃料はインペラ２３の複数の羽根溝の作用によって昇圧される。昇圧された燃料は導出口５８から燃料室５１へ導出された後、燃料室５１を導出口５８側より燃料吐出口６５側へと向かって通過し、吐出口６５より外部のエンジンへと向かって吐出される。

次に、本実施形態の要部であるハウジング１１およびケーシング２１の構成について、図１を用いて説明する。図１は、燃料ポンプ１０からカバー２２、インペラ２３および回転軸５５を取り外した状態を示す断面図である。

ハウジング１１は金属製であり、軸方向に延びる筒形状である。そして、ケーシング２１を収容する大径円筒部１１１、および大径円筒部１１１の内径よりも小さい内径の小径円筒部１１２を同軸上に有する。そして、ハウジング１１の外径寸法Ｌ５は、大径円筒部１１１および小径円筒部１１２にて同一寸法である。従って、大径円筒部１１１の肉厚は小径円筒部１１２の肉厚よりも薄くなっている。

ケーシング２１はアルミニウム製であり、圧入部２１２、収容円筒部２１３よび収容円板部２１４を有する。そして、これらの圧入部２１２、収容円筒部２１３よび収容円板部２１４はダイカストにより一体に成形されている。
圧入部２１２は円筒形状であり、ハウジング１１の小径円筒部１１２の内周面に圧入される。この圧入時には、収容円筒部２１３のツバ面２１１を治具により小径円筒部１１２に向けて軸方向に押し込む。
収容円筒部２１３は円筒形状であり、ハウジング１１大径円筒部１１１内に位置する。収容円筒部２１３の内周面はインペラ２３の外周面と対向している。
収容円板部２１４は円板形状であり、インペラ２３のうち圧入部２１２の側の底面と対向するように配置されている。収容円板部２１４は、軸受部材３０が圧入される貫通孔２１５と、昇圧流路５７を構成する溝６１を有する。また、収容円板部２１４のうち貫通孔２１５を有する部分の板厚は、溝６１を有する部分の板厚より大きくなるように形成されている。

収容円板部２１４のインペラ対向面２１６と収容円筒部２１３の内周面２１７との突き合わせ部分を収容隅部２１８とし、圧入部２１２の外周面２１９上のうち軸方向における収容円筒部２１３側の端部を圧入隅部２２０とする。そして、収容隅部２１８と圧入隅部２２０との距離Ｌ１は０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下に設定されている。
また、圧入部２１２の外周面２１９上のうち軸方向における圧入部中心部分２２１と、収容円板部２１４のインペラ対向面２１６の距離Ｌ２は、１．３ｍｍ以上２．３ｍｍ以下に設定されている。

また、圧入部２１２の軸方向長さＬ３は２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下に設定されている。小径円筒部１１２に対する圧入部２１２の圧入代は２０μｍ以上７０μｍ以下に設定されている。収容円筒部２１３の内径寸法Ｌ４は３２ｍｍ以上３５ｍｍ未満に設定されている。ハウジング１１の外径寸法Ｌ５は３５ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定されている。収容円筒部２１３の深さ寸法Ｌ６は３．６ｍｍ以上４ｍｍ以下に設定されている。ハウジング１１の肉厚寸法Ｌ７は約１．６ｍｍに設定されている。収容円筒部２１３の肉厚寸法Ｌ８は１ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。貫通孔２１５の内径寸法Ｌ９は約９ｍｍに設定されている。回転軸５５の外径寸法Ｌ１０は約５ｍｍに設定されている。

上記構成の本実施形態によれば、圧入部中心部分２２１と収容円板部２１４のインペラ対向面２１６との距離Ｌ２を１．３ｍｍ以上２．３ｍｍ以下としているので、図３に示す如くケーシング２１の凸変形量を約５μｍ以下に抑えることができるとともに、凹変形量を約１μｍ以下に抑えることができる。図３は、圧入部２１２を小径円筒部１１２へ実際に圧入した場合における、収容円板部２１４の変形量を計測した結果を示すグラフである。なお、変形量として計測した箇所は、収容円板部２１４ののうち溝６１の内周側端部（図１中の符号２２２に示す部分）である。
従って、インペラ２３の大径化と燃料ポンプ１０の外径寸法Ｌ５の小型化との両立を図るべく収容円筒部２１３の肉厚寸法Ｌ８を薄肉化した場合であっても、収容円板部２１４の凹凸変形を最小限に抑制でき、溝６１の中から外に漏れ出てしまう燃料の量を最小限に抑えることができる。よって、インペラ２３の大径化による燃料ポンプ１０の吐出量増大と、燃料ポンプ１０の外径寸法Ｌ５の小型化との両立を図ることができる。

また、図３に示す如く、凸変形の大きさに関与する距離Ｌ２の上限値２．３ｍｍは、凸変形量を約５μｍ以下に抑えることができる値（凸変形許容値）に設定されているのに対し、下限値１．３ｍｍは、凹変形量を約１μｍ以下に抑えることができる値（凹変形許容値）に設定されている。すなわち、凸変形許容値よりも凹変形許容値の方が小さい値となるように設定されている。
これによれば、収容円板部２１４が凸変形した場合には、凸変形の大きさが大きいほどインペラ２３は軸方向において収容円板部２１４の反対側に大きくずれることとなる。よって、ケーシング圧入後にインペラとケーシングのツバ面との段差を計測すればクリアランスを把握できるため、所定のクリアランスを確保できるように管理することは容易である。
一方、収容円板部２１４が凹変形した場合には、インペラ２３の軸方向位置は、凹変形の大きさに拘わらずケーシング２１の収容隅部２１８とインペラとの当接位置で決定される。よって、凹変形によるクリアランスの増加を把握することが困難であり、その大きさが過大であっても不良品として認知することが困難であるが、本実施形態によれば凸変形許容値よりも凹変形許容値の方が小さい値となっているため、認知されない状態の不良品の発生を低減できる。

さらに、上記構成の本実施形態によれば、収容隅部２１８と圧入隅部２２０との距離Ｌ１は０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下としているので、図４に示す如く収容円筒部２１３のツバ面２１１のうねり変形量を約５μｍ以下に抑えることができる。よって、うねり変形により生じる収容円筒部２１３のツバ面２１１とカバー２２の端面２１２との隙間を小さくでき、ひいては、燃料ポンプ１０の吐出量低下を抑制できる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、ケーシング２１の圧入部２１２は、圧入部２１２の外周面が全周に亘って圧入されているが、圧入部２１２の外周部が部分的に圧入されるように構成してもよい。
上記実施形態ではケーシング２１の材質をアルミニウム製としているが、他の金属であってもよく、また、樹脂製であってもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の一実施形態に係る燃料ポンプの、ハウジングおよびケーシングの構成を示す断面図。 図１に示す燃料ポンプの全体を示す断面図。 図１に示すケーシングの圧入部中心部分と収容円板部のインペラ対向面との距離Ｌ２と、凹凸変形量との関係を示すグラフ。 図１に示すケーシングの収容隅部と圧入隅部との距離Ｌ１と、うねり変形量との関係を示すグラフ。

符号の説明

１０：燃料ポンプ、１１：ハウジング、２１：ケーシング、２２：カバー、２３：インペラ、１１１：大径円筒部、１１２：小径円筒部、２１１：ツバ面、２１２：圧入部、２１３：収容円筒部、２１４：収容円板部、２１８：収容隅部、２２０：圧入隅部、２２１：圧入部中心部分、Ｌ１：収容隅部と圧入隅部との距離、Ｌ２：圧入部中心部分と収容円板部のインペラ対向面との距離、Ｌ３：圧入部の軸方向長さ、Ｌ４：収容円筒部の内径寸法。

Claims (5)

1. 回転して燃料を昇圧するインペラと、
   大径円筒部、および前記大径円筒部の内径よりも小さい内径の小径円筒部を同軸上に有するハウジングと、
   前記小径円筒部の内周面に圧入される圧入部、前記大径円筒部内に位置して前記インペラの外周面と対向する収容円筒部、前記インペラのうち前記圧入部の側の底面と対向する収容円板部を有するケーシングと、
   前記収容円筒部のうち前記収容円板部の反対側に位置する端面と当接し、前記インペラを前記収容円板部の反対側から覆うカバーと、
   を備え、
   前記収容円板部の前記インペラ側の面と前記収容円筒部の内周面との突き合わせ部分である収容隅部と、前記圧入部の外周面上のうち軸方向における前記収容円筒部側の端部である圧入隅部との距離（Ｌ１）は０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、
   前記圧入部の外周面上のうち軸方向における中心部分と、前記収容円板部の前記インペラ側の面との距離（Ｌ２）は１．３ｍｍ以上２．３ｍｍ以下であり、
   前記ケーシングを前記ハウジングに圧入するときの前記収容円板部の前記インペラ側の面の変形許容値は、反インペラ方向の値がインペラ方向の値より小さい燃料ポンプ。
   
2. 前記圧入部の軸方向長さ（Ｌ３）は２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である請求項１記載の燃料ポンプ。
3. 前記小径円筒部に対する前記圧入部の圧入代は２０μｍ以上７０μｍ以下である請求項１または２記載の燃料ポンプ。
4. 前記収容円筒部の内径寸法（Ｌ４）が３２ｍｍ以上３５ｍｍ以下である請求項１から３のいずれか１項記載の燃料ポンプ。
5. 前記ケーシングの材質がアルミニウムである請求項１から４のいずれか１項記載の燃料ポンプ。
   
   
   
   

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