JP6472517B2 - 電気的駆動ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ポンプハウジングとモーターハウジングとを備えたガスまたはガス混合気のための電気的駆動ポンプに関し、ポンプハウジング内に、ポンプインペラーを備えたラジアルポンプが形成されており、このポンプインペラーは、駆動軸と接続されており、駆動軸は、ポンプハウジングの壁部を通ってモーターハウジング内へ突出し、そこで駆動軸は電気モーターのローターに接続されており、駆動軸とポンプハウジングの壁部との間に、少なくとも１つの空隙が形成されており、ポンプハウジング内に、ポンプ入口が形成されており、このポンプ入口は、ポンプインペラーの中央領域に配置されており、ポンプハウジング内に、圧力側が形成されており、この圧力側は、ポンプインペラーの径方向外側領域に配置されている。

自動車にまつわる汚染物質の排出を低減するために、過去数十年において数多くの手段が採用されてきた。これらの手段の１つは、燃料タンクが、炭化水素を一時的に蓄積するための蓄積要素と接続された燃料タンクシステムを使用することにある。炭化水素ベースの燃料を自動車に給油する場合、燃料からの炭化水素の気化が生じるが、この場合の炭化水素は、大気中に放出されるべきではない。また高温の場合や平らではない地表上を走行する場合にも、燃料からの炭化水素の気化が増加し、この場合には、これらの炭化水素が大気中に漏出しないように効果的に考慮する必要がある。特に内燃機関が長い走向区間に亘って完全に停止するハイブリッド車両の場合に、気化した炭化水素を、後で内燃機関の新たな始動のときに燃焼させるために、効果的に一時的に蓄積させる必要がある。この目的のために、燃料タンクと、炭化水素を一時的に蓄積するための蓄積要素とからなる燃料タンクシステムは実績があり、ここでの燃料タンクと蓄積要素は、燃料タンク内に存在する燃料から気化された炭化水素が、蓄積要素内に蓄積されるように相互に接続されており、蓄積要素は、新鮮空気を蓄積要素に搬送可能である第１の管路に接続されており、さらに蓄積要素は、当該蓄積要素を内燃機関の吸気管路に接続し、これを通じて炭化水素で濃厚となった新鮮空気が当該蓄積要素から吸気管路に搬送可能となる第２の管路に接続されている。蓄積要素による新鮮空気の搬送は、電気的に駆動されるパージエアポンプを用いて行われる。このようにして、蓄積要素を新鮮空気で周期的にパージすることができ、蓄積された炭化水素を、内燃機関の吸気管路に供給することができ、内燃機関には、空気フィルタと吸気管路とを介して新鮮空気が供給される。これにより、燃料タンクから気化した炭化水素が内燃機関において燃焼可能となり、そして炭化水素の大気中への漏出が確実に阻止される。蓄積要素から吸気管路への炭化水素の搬送のために、従来技術によれば、パージエアポンプが使用されており、このパージエアポンプは、例えばラジアルポンプとして構成されていてもよい。このパージエアポンプは、比較的高い回転数のもとで、できるだけ完全な車両寿命を確実に機能させなければならず、このことは特にパージエアポンプの可動部品間のシール要素の要求を出す。

したがって、本発明の課題は、長期の使用期間に亘って故障なしで動作する、ガスまたはガス混合気のための低コストな電気的駆動ポンプを提供することにある。

上記課題は、独立した装置クレームによる、ガスまたはガス混合気のための電気的駆動ポンプによって解決される。

圧力側の領域に、ポンプハウジングの内部空間を、モーターハウジングの内部空間に接続させる開口部がポンプハウジングを通って形成され、それにより、圧力側に作用する圧力が、モーターハウジングの内部へ伝播可能になることによって、モーターハウジングの内部圧力が、ポンプインペラーの中央領域の圧力よりも高くなり、それによって、圧力差により駆動されるガス流が、空隙を通ってモーターハウジングの内部領域から駆動軸に沿って、ポンプインペラーの中央領域方向へ生じる。このガス流により、ポンプ入口を通ってガスまたはガス混合気と共にポンプハウジング内へ達した液状または固形状の成分が、モーターハウジング内へ浸透する可能性はなくなる。この駆動軸の、ポンプハウジングの壁部を通るその貫通領域内のシーリングは、本発明により、何らかの物理的なシール要素なしで、有利な構成、並びに、ポンプハウジングの内部とモーターハウジングの内部との間の圧力特性の利用のみによって行われる。回転する駆動軸のシーリングのために必要とされる例えばシマーリングのような物理的シール要素は何も存在しないので、格段に耐久性が高くて長寿命となる、ガスまたはガス混合気のための電気的駆動ポンプが提供できるようになる。空隙を通るガス流は、ポンプによって吐出されるガス流全体に比べれば非常に少ないので、ポンプは本発明に係る自身の構成に基づいて非常に僅かな出力しか失わず、このことは、駆動軸の摩耗のないシーリングによる絶大な利点に対して下位に置かれることを意味する。

改善構成では、駆動軸は、ポンプハウジングの壁部に配置された第１のボールベアリングによって支承されており、この場合空隙が、第１のボールベアリングの球体の間を延在している。このボールベアリングは、駆動軸の十分に支障のない回転を可能にし、ここでは、モーターハウジングの内部空間と、ポンプハウジングの内部空間との間で圧力差が、ポンプインペラーの中央領域において、連続的なガス流を引き起こし、この連続的なガス流がモーターハウジングの内部空間から第１のボールベアリングを通ってポンプハウジングの内部空間の方へ案内され、モーターハウジングの内部空間内への液体および／または固形体の侵入が阻止される。

次の改善構成では、ポンプハウジングの壁部内または壁部において、駆動軸の周辺に、環状ディスクが形成されており、駆動軸と環状ディスクとの間に空隙が形成されている。この駆動軸と環状ディスクとの間の空隙は、駆動軸と環状ディスクとの間に摩擦を生じさせることなく、非常に小さく実施することが可能である。それによりモーターハウジングの内部空間からポンプハウジングの内部空間への連続的なガス流は、非常に小さくなり得る。これにより、このガス流による電気的駆動ポンプの効率が悪化することはほとんどない。

本発明の一構成では、開口部は、ポンプハウジングの壁部を通る孔部として形成されている。この孔部は、圧力側領域におけるポンプ壁部内に存在しており、これにより可動部材がこの孔部と接触することはない。このことは、開口部がバイパスとして形成されている場合にも当てはまる。これらの両ケースにおいては、好ましくは、開口部は、フィルタ素子を備えており、フィルタ素子は、モーターハウジングの内部への液体または固形体の侵入を阻止している。

本発明の改善構成では、電気的駆動ポンプは、パージエアポンプとして形成されている。特に自動車への使用の際には、本発明に係るパージエアポンプの長寿命が有利であることがわかった。これに対してパージエアポンプは、自動車の燃料タンクシステムの構成部品であってもよい。

以下では本発明の好ましい実施形態を、図面に基づき説明する。

燃料タンクシステムを備えた内燃機関 本発明に係る電気的駆動ポンプ ポンプハウジングを通る駆動軸の実施例 自動車における本発明に係る電気的駆動ポンプの配置構成 本発明に係る電気的駆動ポンプの構成

図１には、燃料タンクシステムを備えた内燃機関１９が示されている。この内燃機関１９は、排気管路２１と吸気管路２２とを有している。排気ガス中に含まれる運動エネルギーを回収するために、排気管路２１は、吸気管路２２内の吸入空気を圧縮可能なターボ過給機２５を備えている。内燃機関１９には、吸気管路２２を介して新鮮空気２０が供給される。この新鮮空気２０は、新鮮空気側から出発して、吸気フィルタ２３を介して吸気管路２２内に導かれ、場合によっては排気ガスターボ過給機２５またはコンプレッサによって圧縮された後、内燃機関１９の燃焼室に供給される。その上さらに内燃機関１９には、燃料１７が、燃料タンク２６から燃料管路１８を介して供給される。

図１には、さらに燃料タンク２６と、炭化水素２４を一時的に蓄積するための蓄積要素２７とを備えた燃料タンクシステムが示されている。この燃料タンク２６と蓄積要素２７は、燃料タンク２６内に存在する燃料１７から気化した炭化水素２４が蓄積要素２７内に蓄積され得るように、相互に接続されている。この蓄積要素２７は、例えば活性炭蓄積器として構成されていてもよい。活性炭蓄積器は、大抵は粒状の炭素が、当該炭素上に蓄積すべき炭化水素２４が付加するように配置されている閉鎖されたキャニスターである。しかしながら、蓄積要素２７は、限られた蓄積容量しか備えておらず、そのため蓄積要素２７を定期的に空にする必要があり、その際には新鮮空気２０が、例えばパージエアフィルタ２８を介して吸入され、パージエアポンプ１６を用いて、管路を介して蓄積要素２７内に吸引または圧縮される。新鮮空気２０は、蓄積要素２７内の活性炭を通って流れ、その際に炭化水素２４を吸収し、その後炭化水素２４で濃厚化された新鮮空気２０が、さらなる管路に沿って吸気管路２２に搬送される。この吸気管路２２内では、炭化水素２４で濃厚化された新鮮空気２０が、吸気フィルタ２３を介して吸入された新鮮空気２０と混合される。これによって、炭化水素２４を内燃機関１９に供給することができ、そこで炭化水素２４が内燃機関１９の燃焼室内で燃焼される。燃料タンクシステムは、揮発し易い炭化水素２４を含んでいるので、燃料タンクシステム全体の永続的な機能を保証する必要がある。この燃料タンクシステムの主要な構成部品は、パージエアポンプ１６であり、このパージエアポンプ１６は、ここでは、本発明によるガスまたはガス混合気のための電気的駆動ポンプの一例として、以下で図面に基づき詳細に説明される。

図２は、本発明に係るガスまたはガス混合気のための電気的駆動ポンプ１６を示す。このポンプは、ポンプハウジング１とモーターハウジング２とを有している。ポンプハウジング１もモーターハウジング２も、外気に対して気密である。ポンプハウジングでは、この気密性は、もちろんポンプ入口３と、ここでは図示されていない圧力側４にあるポンプ出口においては除外される。ポンプハウジング１では、ポンプインペラー７を備えたラジアルポンプが形成されている。このポンプインペラー７は、駆動軸８と接続されており、駆動軸８はポンプハウジングの壁部を通ってモーターハウジング２内へ突出している。ポンプハウジング１の壁部を通る駆動軸８の貫通領域では、この駆動軸８が第１のボールベアリング９によって回転可能に支承されている。その上さらに、駆動軸８は、モーターハウジング２内でも、第２のボールベアリング１３によって支承されていてもよい。駆動軸８は、モーターハウジング２の内部で電気モーターのローター１０と接続されている。ここに示されている電気モーターは、電子整流ブラシレス電気モーターである。電気モーターのこのタイプでは、ローター１０は、永久磁石による要素を備えており、ステーター１１は、ステーター巻線１２を備えている。このステーター巻線１２は電気コイルを示している。ステーター巻線には、相応に整流された直流電流が通流され、それによってステーター巻線１２は、ローター１０内に統合された永久磁石を吸引し、これによってローターは回転する。駆動軸８とポンプハウジング１の壁部との間には、少なくとも１つの空隙１５が形成されている。その上さらに、ポンプハウジング１内には、ポンプ入口３が形成されており、このポンプ入口３は、ポンプインペラー７の中央領域に存在している。このポンプ入口３を介して、ガス流がポンプハウジング１内へ吸引され、ポンプインペラー７の回転に基づいてポンプハウジング１内に形成された圧力側４へ吐出される。圧力側４は、ポンプインペラー７の径方向外側領域に存在している。圧力側４の領域では、開口部５が識別できる。この開口部５は、壁部領域においてポンプハウジング１を貫通し、それに伴ってポンプハウジング１の内部空間を、モーターハウジング２の内部空間に接続している。この開口部５によって、圧力側４に作用する圧力が、モーターハウジング２の内部へ伝播し得る。ポンプインペラーの中央領域では、ポンプの圧力側と共にモーターハウジング２の内部の圧力よりも少ない圧力が作用するので、空隙１５を通るガス流が形成される。この空隙１５は、当該実施例では、例えば第１のボールベアリング９の個々の球体間の開口部によって形成されてもよい。このボールベアリングを介した圧力補償は、ポンプ入口３を通って吸入されたガス流中の液状または固形状の成分が、モーターハウジング２の内部へ浸透できないように配慮している。ポンプハウジングの圧力側４と、モーターハウジング２の内部との間の開口部５は、フィルタ素子６によって覆われている。このフィルタ素子６も、ガス流中に存在する液状または固形状の成分が、モーターハウジングの内部へ侵入できないように配慮している。なおここでは、フィルタ素子６が、何の動きにも支配されない純粋な静的構成部材であることを述べておく。これにより、このフィルタ素子６において、機械的な摩耗が生じることはない。電気的駆動ポンプ１６の可動部品、例えば駆動軸８またはボールベアリング９は、物理的に形成されたシール要素によって取り囲まれず、そのためここでも摩耗が生じる可能性はない。さらに微細な空隙１５を形成するために、ポンプハウジングの壁部に接続され、駆動軸８を取り囲むように配置された環状ディスク１４が設けられていてもよい。この場合空隙１５は、駆動軸と環状ディスク１４との間に形成される。この空隙１５は、可動の駆動軸８と環状ディスク１４との間で機械的な接触を生じさせることなく非常に小さく維持できる。それにより、軸のシーリングのための部分ガス流の分岐による電気的駆動ポンプの出力低下若しくは効率低下は格段に僅かとなる。

図３は、ポンプハウジング１を通る駆動軸の実施例を詳細図で示す。ここでは、第１のボールベアリング９内に支承されている駆動軸８が識別できる。この第１のボールベアリング９も、ポンプハウジング１と接続されている。ポンプハウジング１の内部でのポンプ入口３の領域においては、モーターハウジング２の内部よりも僅かな圧力が作用しているので、空隙１５を通って移動し吸入されたガスまたはガス混合気中の液状または固形状の成分が、モーターハウジング２の内部空間に浸透できないように配慮する部分ガス流３２が発生する。

図４は、自動車２９における本発明に係る電気的駆動ポンプ１６の配置構成の一例を示している。この自動車２９内では、ステアリングホイール３０が略示されている。電気的駆動ポンプ１６は、燃料タンクシステムの構成部品であり、この燃料タンクシステムは、ここでは少なくとも、燃料１７が充たされた燃料タンク２６と、揮発性炭化水素２４の蓄積のための蓄積要素２７とから構成されている。ここでは電気的駆動ポンプがパージエアポンプ１６として構成されていることが識別される。パージエアフィルタ２８を通って、パージエアは、パージエアポンプ１６を用いて吸入され、充填された蓄積要素２７内で圧縮され得る。これにより、炭化水素２４は、管路を介して内燃機関１９の吸気マニホールドの方へ搬送される。図４では、ガスまたはガス混合気のための電気的駆動ポンプ１６の取り付け位置が識別できる。ここで明らかなことは、ポンプハウジング１はいずれにせよ、モーターハウジング２の下方に配置されなければならないことである。これにより、パージエアポンプ１６の停止状態の場合にも、液体または固形体がモーターハウジング２内に侵入することはできない。

図５は、ガスまたはガス混合気のための本発明に係る電気的駆動ポンプ１６の一構成を示している。ここでは、開口部５が、バイパス３１として形成されていることが識別でき、このバイパス３１は、ポンプハウジング１の圧力側４を、モーターハウジング２の内部に接続している。このバイパス３１内でも、フィルタ素子６が識別でき、このフィルタ素子６は、ガスまたはガス混合気からの液状または固形状の成分がモーターハウジング２の内部に侵入することを防いでいる。

Claims (6)

1. ポンプハウジング（１）とモーターハウジング（２）とを備えたガスまたはガス混合気のための電気的駆動ポンプ（１６）であって、
   前記ポンプハウジング（１）内に、ポンプインペラー（７）を備えたラジアルポンプが形成されており、
   前記ポンプインペラー（７）は、駆動軸（８）と接続されており、前記駆動軸（８）は、前記ポンプハウジング（１）の壁部を通って前記モーターハウジング（２）内へ突出し、そこで前記駆動軸（８）は電気モーターのローター（１０）に接続されており、
   前記駆動軸（８）と前記ポンプハウジング（１）の前記壁部との間に、少なくとも１つの空隙（１５）が形成されており、
   前記ポンプハウジング（１）内に、ポンプ入口（３）が形成されており、前記ポンプ入口（３）は、前記ポンプインペラー（７）の中央領域に配置されており、
   前記ポンプハウジング（１）内に、圧力側（４）が形成されており、前記圧力側（４）は、前記ポンプインペラー（７）の径方向外側領域に配置されている、電気的駆動ポンプにおいて、
   前記圧力側（４）の領域に、前記ポンプハウジング（１）の内部空間を、前記モーターハウジング（２）の内部空間に接続させる開口部（５）が前記ポンプハウジング（１）を通って形成されており、それにより、前記圧力側（４）に作用する圧力が、前記モーターハウジング（２）の内部へ伝播可能になり、
   前記駆動軸（８）は、前記ポンプハウジング（１）の前記壁部に配置された第１のボールベアリング（９）によって支承されており、前記空隙（１５）は、前記第１のボールベアリング（９）の球体の間を延在しており、
   前記ポンプハウジング（１）の内部空間と前記モーターハウジング（２）の内部空間とは、前記開口部（５）および前記空隙（１５）のみを介して相互に接続されており、
   前記開口部（５）は、フィルタ素子（６）を備えており、前記フィルタ素子（６）は、前記モーターハウジング（２）の内部への液体または固形体の侵入を阻止している、
   ことを特徴とする電気的駆動ポンプ（１６）。
2. 前記ポンプハウジング（１）の前記壁部内または前記壁部において、前記駆動軸（８）の周辺に、環状ディスク（１４）が形成されており、前記駆動軸（８）と前記環状ディスク（１４）との間に空隙（１５）が形成されている、請求項１に記載の電気的駆動ポンプ（１６）。
3. 前記開口部（５）は、前記ポンプハウジング（１）の壁部を通る孔部として形成されている、請求項１または２に記載の電気的駆動ポンプ（１６）。
4. 前記開口部（５）は、バイパス（３１）として形成されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気的駆動ポンプ（１６）。
5. 前記電気的駆動ポンプ（１６）は、パージエアポンプとして形成されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気的駆動ポンプ（１６）。
6. 前記パージエアポンプは、自動車の燃料タンクシステムの構成部品である、請求項５に記載の電気的駆動ポンプ（１６）。

Images