JPH062690A - 燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエスコ型燃料ポンプにおいて、樹脂製イン
ペラによって高いポンプ性能を確実に実現する。 【構成】 インペラ３２の外周には、複数の羽根溝３２
２と羽根板３２３とが交互に形成されている。羽根溝３
２２ａと羽根溝３２２ｂとの間には隔壁３２１が設けら
れている。隔壁３２１の外周面部３２１０は、羽根板３
２３の外周面部３２３０より内側に位置しており、しか
も外周面部３２１０は所定の厚さをもって形成されてい
る。インペラ３２が回転すると、底面３２２１、３２２
２に沿って形成される２つの旋回流が外周面部３２１０
より外側で滑らかに合流し、ポンプ流路流路内での流れ
の空白部を低減する。また、外周面部３２１０の厚さに
より成形型による成形での変形などが低減される。この
ため、インペラ３２の表面のうち、図１に斑点模様で図
示される面は成形型による成形のみで形成され、インペ
ラ３２の両端面と羽根板３２３の外周面部３２３０とが
研削加工されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関等に燃料を供
給する燃料ポンプに関し、例えば、燃料を加圧し、自動
車等の燃料噴射装置のインジェクタに供給する燃料ポン
プに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に電子制御式燃料噴射装置を備えた
エンジンを有する自動車等においては、エンジンに燃料
を噴射する装置の一部品として、電動式燃料ポンプを用
いている。この燃料ポンプは、燃料タンク内の液体燃料
中に浸漬配置してあり、電子制御装置からの指令に基づ
き、インジェクタに燃料を高圧で圧送するようになって
いる。

【０００３】上記燃料ポンプの一形式として一般に再生
ポンプ或いはウエスコ型ポンプと呼ばれているものがあ
り、ウエスコ型燃料ポンプでは流路断面及びインペラの
羽根部の形状が効率などの性能に大きな影響を与えるこ
とが知られている。

【０００４】例えば、特公昭６３ー６３７５６号公報、
実公平３ー２７２０号公報、又は特開昭６０−４７８９
４号公報などは、ウエスコ型燃料ポンプにおいて流路代
表寸法Ｒｍなどの寸法を特定して所望の性能を実現する
ことを開示している。

【０００５】図２１及び図２２を参照して、従来のウエ
スコ型燃料ポンプを説明する。従来のインペラ９は、円
板状の外形を有している。そして、その円板の一方の端
面と外周面との間の角部と、他方の端面と外周面との間
の角部との両方に、複数の羽根９３と複数の羽根溝９２
とが等間隔に交互に設けられている。そして、これらの
羽根および羽根溝は、インペラ９の両端面に隔壁９１を
挟んで位置している。そして、隔壁９１の外周面部９１
０は羽根９３の外周面部９３０と等径となっている。イ
ンペラ９の外周部とケーシング９０の内面との間には、
ポンプ流路９５が形成され、インペラ９が回転するとイ
ンペラ９の外周部はポンプ流路９５内を高速で通過す
る。このため、羽根溝９２内の液体燃料は遠心力を与え
られ、ポンプ流路９５内において２つの渦９４１、９４
２を形成する。そして、インペラ９の回転に伴い、ポン
プ流路９５内の液体燃料は、２つの渦９４１、９４２を
形成しながら周方向に送られる。このポンプ流路９５内
における流れによって液体燃料は動圧を与えられ、昇圧
される。

【０００６】ところが、従来のウエスコ型燃料ポンプで
は図２２に示すように、２つの渦９４１、９４２の間に
流れの空白部９６が発生する。この空白部９６において
は、液体燃料に十分な流速が与えられず逆流を生じる。
そのため、この逆流が燃料の昇圧作用を妨げるという問
題点があった。

【０００７】そこで、この逆流をなくすために、上記空
白部９６を埋めるようにケーシング側、或いはインペラ
側から部材を突出させることが考えられる。しかし、上
記空白部９６を埋めるような部材を設けると、インペラ
両面間の燃料の移動が妨げられ、かつインペラ両面に燃
料の偏りを生じる恐れがあった。

【０００８】また、ウエスコ型ポンプは、燃料ポンプ以
外の用途にも実用化されており、例えば、水用ポンプの
分野においては、特開昭６１−２１０２８８号公報に開
示されるものが知られている。この公報に開示される技
術は、ポンプ流路内に発生する空白部による逆流を低減
することを目的としている。そして、インペラの隔壁先
端を尖頭形状にすることを提案している。また、この公
報に開示される技術は、インペラの隔壁の高さｈを羽根
の高さＨより低くし、隔壁先端を羽根内に位置させるこ
とを提案している。

【０００９】また、インペラの隔壁の高さｈを羽根の高
さＨより低くし、隔壁先端を羽根内に位置させる形状
は、空気用ポンプに関する特開昭５６−３２０９５号公
報にも開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開昭６１
−２１０２８８号公報、あるいは特開昭５６−３２０９
５号公報に開示される水用、空気用のポンプは、その要
求される圧送能力、インペラ直径などが燃料ポンプとは
大きく異なっており、水用、空気用のポンプの技術をそ
のまま燃料ポンプに適用しても所望のポンプ性能、効果
を得ることが困難であった。

【００１１】例えば、一般的な揚水ポンプには、１００
〜１００００ｌ／ｈの流量と、５〜１０kgｆ／cm² の揚
程とが求められている。これに対し、自動車用燃料ポン
プには、５０〜２００ｌ／ｈの流量と、２〜５kgｆ／cm
² の揚程とが求められており、両者の使用範囲は異なっ
ている。また、一般的な揚水ポンプは、そのインペラ直
径が１００mm程度であるのに対し、自動車用燃料ポンプ
は自動車の燃料タンク内に配置されることからその大き
さが制限され、従来実用化されているものでは、インペ
ラ直径５０mm、あるいは３０mm程度であった。

【００１２】また、空気用ポンプでは、その能力、効
率、インペラ直径などの体格に加えて、加圧対象となる
流体が気体であるため、圧縮性、粘性などの点で燃料と
は特性が大きく異なっていた。このため、特開昭５６−
３２０９５号公報に開示されるような空気用ポンプは、
インペラの羽根先端と流路壁との径方向距離が短く形成
されている。

【００１３】さらに、水用ポンプ、空気用ポンプでは、
そのインペラ直径が大きいため、インペラを金属材料に
よって製作するのが一般的であった。このため、金属イ
ンペラでは羽根溝内を切削加工することで、隔壁先端を
尖頭形状にすることができる。しかし、燃料ポンプでは
インペラ直径が小さいため樹脂材料によるインジェクシ
ョン成形などの型成形が一般的であるが、成形型から成
形品を離す離型の時の変形、割れなどのため、隔壁先端
を尖頭形状にすることは困難であった。特に、インペラ
直径が小さい燃料ポンプでは、僅かなインペラ形状の変
形がポンプ流路内の流れに影響し、ポンプ効率を低下さ
せるという問題があり、従来の水用ポンプ、空気用ポン
プの形状をそのまま燃料ポンプに適用し、所望の性能を
得ることは困難であった。

【００１４】本発明は、上記のごとき従来技術の問題点
に鑑み、特に燃料ポンプの性能向上を図ることを目的と
する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、円板の端面と外周面とに開口する複数の羽
根溝を円板の両端面に形成する複数の羽根板と複数の隔
壁とを有する樹脂製のインペラと、前記インペラを回転
可能に収容するとともに、前記インペラの外周に沿って
ポンプ流路を形成し、前記ポンプ流路に連通する吸込口
と吐出口とを有するケーシングと、前記インペラを回転
駆動するモータとを備えた燃料ポンプにおいて、前記イ
ンペラは、一方の端面と外周面とを連通する一方の羽根
溝の側面と、他方の端面と外周面とを連通する他方の羽
根溝の側面と、前記一方の羽根溝と前記他方の羽根溝と
を外周側において軸方向に連通する連通溝の側面とを形
成する羽根板と、前記一方の羽根溝と前記他方の羽根溝
との間に位置し、前記羽根板の外周端より内側において
終端して前記連通溝を形成するとともに、前記一方の羽
根溝の底面と前記他方の羽根溝の底面との間隔が内周側
から外周側に向けて徐々に接近し、かつ最外周において
所定値以上の間隔をもって終端するように両底面を形成
する隔壁とを備えることを特徴とする燃料ポンプという
技術的手段を採用する。

【００１６】

【作用】以上に述べた本発明の構成によると、インペラ
は羽根板と隔壁とを有し、この羽根板と隔壁とにより、
インペラの両端面に羽根溝が形成される。ここで、本発
明の隔壁は、羽根板の外周端より内側において終端して
おり、両羽根溝の底面の間隔を最外周において所定値以
上の間隔をもって終端させている。

【００１７】このような本発明の構成によると、隔壁先
端がインペラ外周に直接に面していないため、羽根溝の
底面に沿って生成される旋回流が流路の全体に到達し、
流れの空白部が低減されてポンプ効率が高められる。

【００１８】また、本発明者らの実験によると、両底面
の間隔を最外周において所定値以上の間隔をもって終端
させることにより、両底面を接触させ尖頭形状をもって
終端させる形状に比べて高いポンプ性能が得られること
が確かめられた。

【００１９】このような高いポンプ性能は、隔壁先端部
に燃料の旋回流が直接には流入しない領域が形成される
ために得られると考えられ、この領域内の燃料が隔壁の
先端部より外周において燃料の旋回流を滑らかに合流さ
せるためと考えられる。

【００２０】また、両底面の間隔を最外周において所定
値以上の間隔をもって終端させることにより、成形型か
らの離型の際などの隔壁の最外周先端部の変形が低減さ
れ、所望の形状のインペラが得られ、確実に所望のポン
プ性能が得られる。このため、成形型によってインペラ
を成形することができ、生産性を高めることができる。

【００２１】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明の燃料ポンプの一実施例を
図１〜図６を用いて説明する。この燃料ポンプは、車両
用内燃機関の燃料供給装置に用いられるものである。

【００２２】まず、この燃料ポンプの全体構造を図４及
び図５を用いて説明する。この燃料ポンプは、モータ部
２とポンプ部３とからなる。モータ部２は、ハウジング
１の内壁面に配設した永久磁石２１と、該永久磁石２１
の内側に同心関係を有して回転可能に配設したアーマチ
ュア２２とを有する。

【００２３】ポンプ部３は、ハウジング１に固定したケ
ーシング３１１、３１２と、両ケーシング３１１、３１
２間に形成される円盤状空間内を同心関係を有して回転
するインペラ３２とを有する。インペラ３２は、ケーシ
ング３１１を貫通したアーマチュア２２のシャフト２２
０に嵌合している。

【００２４】インペラ３２の外周部とケーシング３１
１、３１２の径大部との間には、ポンプ流路（以下、単
に流路ともいう）３３が形成されている。このポンプ流
路３３は、一端に吸入口４１を持ち、他端に吐出口４３
を持ち、インペラ３２の外周に沿ってＣ字型に形成され
ている。流路３３にはケーシング３１２に形成された燃
料吸入口４１から燃料が導入される。

【００２５】流路３３はインペラ３２の外周部に沿って
環状に形成され、その所定位置に流路吸入部３３１及び
流路吐出部３３２が仕切り壁３３３を挟んで穿設されて
いる（図４参照）。これら流路吸入部３３１及び流路吐
出部３３２の径方向隙間は流路３３の他の部位より大き
くなっており、更に流路吸入部３３１は流路吐出部３３
２より大きな径方向隙間を有している。流路吸入部３３
１は燃料吸入口４１に連通しており、流路吐出部３３２
はケーシング３１１に貫孔された燃料吐出口４３を通じ
てハウジング１内に連通している。

【００２６】ハウジング１内の燃料はハウジング１の他
端に設けられた燃料吐出部４２から吐出される。この燃
料吐出部４２の横には、コネクタが設けられており、こ
のコネクタのターミナル２３は、モータ部２へ電力を供
給するものである。このターミナル２３は、コイル、コ
ンデンサ等のノイズ防止素子を介して図示せぬブラシに
接続されている。

【００２７】次に図１〜図４を用いてインペラ３２の形
状を詳細に説明する。インペラ３２は、ハウジング１内
に圧入固定されたケーシング３１１、３１２の間に回転
自在に収容されている。

【００２８】インペラ３２の外周部には、複数の羽根板
３２３が所定間隔毎に設けられており、各羽根板３２３
の間に羽根溝３２２が形成されている。羽根溝３２２
は、インペラ３２の外周部の両端面に位置する羽根溝３
２２ａ、３２２ｂと、インペラ３２の外周寄りに位置し
羽根溝３２２ａ、３２２ｂを軸方向に連通する羽根溝
（以下の説明では連通溝と呼ぶこともある）３２２ｃと
を有する。これら羽根溝３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃ
は全体としてインペラ３２の一方の端面から外周部を通
り、他方の端面に渡って延びる断面が略コ字形状の羽根
溝３２２を構成している。

【００２９】周方向に隣接する羽根溝３２２、３２２間
には羽根板３２３が形成されており、羽根板３２３は周
方向と直角に延設された放射羽根形状を有し、羽根溝３
２２の周方向に位置して、羽根溝３２２の側壁を形成し
ている。

【００３０】また、インペラ３２の両端面に一対をなし
て位置する羽根溝３２２ａ、３２２ｂは、インペラ３２
の外周へ向けて延在する隔壁３２１により隔てられてい
る。そして、この隔壁３２１は、先端に僅かな平坦部を
有し、２つの斜辺が羽根溝３２２ａの底面３２２１と、
羽根溝３２２ｂの底面３２２２とを形成している。これ
らの底面３２２１、３２２２は、曲率半径Ｒの曲面とし
て形成されている。また、底面３２２１と底面３２２２
との軸方向間隔は、インペラ３２の外周に向かうにつれ
て接近するように形成されており、隔壁３２１の最外周
において最小の間隔となるよう形成されている。また、
この最小の間隔は、底面３２２１と底面３２２２との最
外周の端部の間隔として規定されている。また、隔壁３
２１の外周面部３２１０は羽根溝３２２ｃの底面を形成
している。

【００３１】上記の構成によれば、燃料は羽根溝３２２
ａ、３２２ｂの側壁だけでなく、羽根溝（連通溝）３２
２ｃの側壁によってもインペラ３２の回転方向に付勢さ
れることとなる。

【００３２】インペラ３２の隔壁３２１は、図１及び図
２に示すごとく、その外周面部３２１０が、インペラ３
２の外周面部をなす羽根部３２３の外周面部３２３０よ
りも径方向内側に位置している。この実施例において
は、羽根溝３２２ｃの径方向全長Ｌ１すなわち隔壁３２
１の外周面部３２１０と羽根板３２３の外周面部３２３
０との間の径方向長さが、羽根板３２３の長さＬ２（図
２参照）の４０％とされている。

【００３３】羽根板３２３及び羽根溝３２２は、図３及
び図４に示すごとく、インペラ３２の外周部に円周方向
に沿って一定間隔毎に交互に配設されており、インペラ
３２の中心部にはアーマチュア２２のシャフト２２０を
貫通、嵌合させるための軸孔３２５が貫設されている。

【００３４】以上に説明した一実施例のインペラの各部
寸法は、以下の表１の通りである。

【００３５】

【表１】 なお、表１において、直径Ｄは羽根を含むインペラの外
周の直径を示し、厚さｔはインペラの軸方向厚さを示
し、軸方向間隙ｄ１＝ｄ２は羽根板３２３の軸方向端と
ケーシング３１１、３１２の内端面との間の距離を示
し、径方向間隙ｄ３は羽根板３２３の径方向端とケーシ
ング３１１、３１２の内周面との間の距離を示す。ま
た、凹面曲率Ｒはインペラの隔壁３２１の両斜向凹面の
曲率半径を示し、径方向連通路全長Ｌ１は隔壁３２１の
外周端面から羽根の最外周端面までの連通路の径方向の
長さを示し、径方向羽根全長Ｌ２は羽根の最内周部から
最外周端面までの連通路を含めた羽根の径方向の長さを
示す。また、流路代表寸法Ｒｍは、図２におけるａ−ｂ
−ｃ−ｄ−ｊ−ｉ−ｈ−ｇ−ｆ−ｅ−ａで囲まれるポン
プ流路の軸方向断面積をＳ、図２におけるａ−ｂ−ｃ−
ｄで示されるインペラの周縁部の断面周囲長さをｌとし
てＳ／ｌにより求められる。また、隔壁端面長さｋは隔
壁３２１の外周端面の軸方向長さを示す。また、単位は
ｍｍである。

【００３６】この実施例の燃料ポンプは、図６に図示さ
れるように車両に積載された燃料タンク６１内に設置さ
れ、車載バッテリ６２に接続される。そして、燃料タン
ク６１内の燃料６３を燃料噴射装置６４に供給する。燃
料ポンプの燃料吸入口４１には燃料フィルタ６５が接続
され、燃料吐出口４２には配管６６が接続される。配管
６６は燃料供給装置６４のインジェクタ６７に燃料を供
給し、その燃料圧力はレギュレータ６８により所定圧力
に調節される。そして、レギュレータ６８から排出され
た燃料はリターン配管６９を通して再び燃料タンク６１
内に戻される。インジェクタ６７はエンジン７０の吸気
通路に燃料を噴霧供給する。

【００３７】なお、この実施例のように車両用内燃機関
の燃料供給装置に使用される燃料ポンプは、吐出流量が
５０〜２００ｌ／ｈ、揚程が２〜５kgｆ／cm² という範
囲で使用される。また、車両の使用環境を考慮して、−
３０〜８０°Ｃ程度の温度範囲において支障なく作動す
るよう設計される。

【００３８】そして、上記のような吐出流量、吐出圧力
で使用される燃料ポンプは、インペラ直径を２０〜６５
ｍｍとし、流路代表寸法Ｒｍを０．４〜２．０ｍｍとす
ることが望ましい。また、流路代表寸法Ｒｍは、０．６
〜１．６ｍｍとすることがより望ましい。このような燃
料ポンプに特有の寸法は、特公昭６３−６３７５６号公
報あるいは米国特許４４９３６２０号に開示されてい
る。

【００３９】次に、実施例のインペラの製造工程を説明
する。図７は、インペラ３２を成形するための成形型の
部分断面図である。この図７では、羽根溝３２２に対応
する部分の断面が図示されている。

【００４０】成形型７２は、インペラ３２の中央に対応
する型割り面７３で分割される２つの部分７４、７５か
らなる。なお、成形型７２の内部形状は、インペラ３２
の羽根溝３２２に対応して同じ形状に形成されている。
ただし、インペラ３２の直径方向および厚さ方向に関し
て僅かに大きく形成されている。図７では、破線７６で
成形型の内部形状が図示され、２点鎖線７７で最終的な
インペラ３２の形状が図示されている。従って、インペ
ラ３２の羽根溝３２２に対応する成形型７２の内部形状
はインペラ３２と同じ形状に形成されている。

【００４１】まず、成形型７２内に熱硬化性樹脂を注入
し、インペラの大まかな外形が成形される。この成形イ
ンペラは、最終的なインペラ３２より直径および厚さに
関して僅かに大きい。また、この成形インペラは、羽根
溝３２２に対応する部分はインペラ３２と同じ形状であ
る。なお、インペラ３２の材料は、ガラス繊維を強化材
として混入させたフェノール樹脂である。このような熱
硬化性樹脂を使用することで、温度変化に対する体積変
化が抑えられ、低温から高温に渡って高い性能を持続し
てポンプ作動をすることができる。

【００４２】次に、成形型７２で成形された成形インペ
ラの両端面および外周面を研削する。この研削工程で
は、インペラの両端面と、羽根板３２３の外周面部３２
３０と側面部３２３１、３２３２とが研削される。これ
により、図１ないし図４に図示されるインペラ３２の形
状が得られる。従って、図１に図示されるインペラ３２
の表面のうち、斑点模様で図示される面は研削されるこ
となく、型成形のみによって形成される。特に、この実
施例では、隔壁３２１の先端面３２１０が研削されな
い。

【００４３】このように、この実施例では、インペラ３
２を成形型によって成形している。このため、多くの羽
根溝３２２を簡単に形成することができ、大量生産に対
応することができる。また、隔壁３２１の先端を薄くし
すぎると、型７４と型７５とを引き離す際に、隔壁３２
１の先端に変形を来すことがあり、ポンプ性能に大きな
影響を及ぼすことがある。しかしこの実施例では、平面
状の隔壁端面３２１０を設け隔壁３２１の先端部におい
ても十分な厚さを確保しているため、型７４と型７５と
を引き離し、成形インペラを取り出す時の隔壁３２１の
変形が防止される。特に、この実施例のように熱硬化性
樹脂を使用する場合には、熱硬化性樹脂は一般に脆弱で
あるため、型抜きの際に割れを生じるおそれがある。し
かし、隔壁３２１先端における厚さを確保して強度を高
めることで、隔壁３２１先端における熱硬化性樹脂の割
れを防止することができる。

【００４４】以上のように構成されたこの実施例の燃料
ポンプの作動及び作用効果を以下に説明する。ターミナ
ル２３を介してバッテリ６２から電気モータ部２へ電気
を供給すると、電気モータ部２においてアーマチュア２
２が回転する。アーマチュア２２の回転はシャフト２２
０を介してインペラ３２に伝達され、インペラ３２が回
転する。

【００４５】インペラ３２の回転により、燃料タンク６
１内の燃料は燃料吸入口４１から流路３３内に吸い込ま
れ、燃料は流路３３内においてインペラ３２の羽根部３
２３により昇圧される。その後、燃料は燃料吐出口４２
へ送られ、燃料吐出口４２からインジェクタ６６に圧送
される。

【００４６】更に説明すると、ケーシング３１１，３１
２内においてインペラ３２を回転させると、流路３３内
をインペラ３２の外周部が高速で通過し、流路３３内の
液体燃料が遠心力により２つの渦３４１、３４２を形成
しながら周方向に送られ、燃料の主として動圧が増大さ
れる。

【００４７】この実施例では、流路３３内を分割するの
はインペラ３２の隔壁３２１だけであり、隔壁３２１の
外周面部３２１０より外周寄りの部位が羽根溝３２２ｃ
によって軸方向に連通しているため、インペラ３２の両
端面の間での燃料の移動が容易であり、インペラ３２の
両面に燃料の偏りを生じることがない。その結果、イン
ペラ３２を軸方向に付勢する圧力の発生が抑制され、イ
ンペラ３２の回転摩擦抵抗，騒音などが低減される。

【００４８】また、隔壁３２１の外周面部３２１０より
外周側に燃料を周方向に付勢可能な羽根板３２３の有効
端面が形成されるため、この有効端面により燃料を周方
向に付勢可能となり、より多くの燃料がインペラ３２の
回転方向に送られる。更に、従来、隔壁の外周面部とケ
ーシングの内周面との間で生じていた逆流渦を減少させ
ることができ、燃料の昇圧性能が高められ、同一供給電
力の下での締切圧を高くできる。

【００４９】さらに、上記実施例では、インペラ３２の
形状のみを変更し、ケーシングなどの形状は、従来から
実用化されている燃料ポンプと同形のものを使用してい
る。このため、インペラの製造設備を更新するだけで従
来の燃料ポンプのポンプ性能を大幅に向上させることが
でき、その実用的価値はきわめて大きい。

【００５０】次に、上記の実施例の寸法を決定するため
に実験された実験例と、その実験結果を説明し、上記の
実施例の寸法により良好なポンプ効率が得られることを
説明する。

【００５１】この実験では、効率の算出にあたり、ポン
プ入力は、負荷トルクと回転数との積から求め、ポンプ
出力は吐出圧力と吐出流量との積から求めた。また、吐
出圧力はアドバンテスト社製デジタルマルチメータおよ
び豊田工機製半導体小型圧力センサを使用して測定し、
吐出流量は小野測器製デジタルフローメータを使用して
測定した。

【００５２】まず、以下の表２に示すような複数のイン
ペラと流路形状との組み合わせを試作し、ポンプ効率を
測定した。そして、これらの実験例のポンプ効率を図８
に図示する。

【００５３】

【表２】

【００５４】上記の表２の各実験例において、実験例１
から実験例４のものは連通路を形成していない従来型の
インペラの寸法を示している。上記表２の各実験例のポ
ンプ効率を示す図８によると、実験例７によって最も高
い効率が得られていることがわかる。そして、その効率
は約３５％であった。

【００５５】また、実験例１は従来型のインペラを使っ
たポンプを示しているが、その効率は約３０％であっ
た。このため、ｄ１＝ｄ２を０．６から０．９の範囲の
どの値に設定しても、比Ｌ１／Ｌ２を約０．４とすれ
ば、従来型のポンプより高い効率が得られることがわか
る。 さらに、ｄ１＝ｄ２をほぼ０．７から０．８の範
囲とすれば、比Ｌ１／Ｌ２を０以上から約０．６の広い
範囲内のどの値に設定しても、従来型のポンプより高い
効率が得られることがわかる。

【００５６】なお、図８の各特性においては、比Ｌ１／
Ｌ２が大きくなると、ほぼ一様に効率が低下している。
これは、上記実験例が寸法Ｌ１を変化させているため、
比Ｌ１／Ｌ２が大きくなると隔壁の斜向凹面が短くなっ
て渦流３４１、３４２を良好に生成できなくなるためと
思われる。

【００５７】また、図８の各特性においては、比Ｌ１／
Ｌ２が小さくなると、ほぼ一様に効率が低下している。
これは、隔壁３２１の径方向先端面が流路の外周に接近
するため、流れの空白部９６（図２２参照）が生じ、こ
の空白部９６を通る逆流によりポンプ効率が低下するた
めと思われる。

【００５８】また、軸方向間隙ｄ１＝ｄ２を０．６ある
いは０．９とすると効率が大幅に低下した。これは、軸
方向間隙ｄ１＝ｄ２を小さくすると吐出量が低下するこ
とと、渦流３４１、３４２を良好に生成できなくなるた
めと思われる。

【００５９】また軸方向間隙ｄ１＝ｄ２を大きくする
と、流路が広くなりすぎて、不必要な渦流を生じて効率
が低下するものと思われる。次に、以下の表３に示すよ
うな複数のインペラと流路形状との組み合わせを試作
し、ポンプ効率を測定した。そして、これらの実験例の
ポンプ効率を図９に図示する。

【００６０】

【表３】

【００６１】なお、この表３の各実施例では、インペラ
の厚さｔの変更に合わせて、流路の軸方向全長を変化さ
せている。上記の表３の各実験例において、実験例２１
から実験例２３のものは連通路を形成していない従来型
のインペラの寸法を示している。

【００６２】上記表３の各実験例のポンプ効率を示す図
９によると、実験例２８によって最も高い効率が得られ
ていることがわかる。そして、その効率は約３５％であ
った。

【００６３】また、実験例２２は従来型のインペラを使
ったポンプを示しているが、従来型のポンプの中では最
も高い効率を示しており、その効率は約３０％であっ
た。このため、厚さｔを２．０から３．０の範囲のどの
値に設定しても、比Ｌ１／Ｌ２を約０．４とすれば、従
来型のポンプと略同等の効率、またはより高い効率が得
られることがわかる。

【００６４】さらに、厚さｔををほぼ２．４から３．０
の範囲とすれば、比Ｌ１／Ｌ２をほぼ０．１から０．６
の広い範囲内のどの値に設定しても、従来型のポンプと
略同等の効率、またはより高い効率が得られることがわ
かる。

【００６５】なお、図９の各特性においては、比Ｌ１／
Ｌ２が大きくなると、ほぼ一様に効率が低下している。
これは、上記実験例が寸法Ｌ１を変化させているため、
比Ｌ１／Ｌ２が大きくなると隔壁の斜向面（羽根溝の底
面）が短くなって渦流３４１、３４２を良好に生成でき
なくなるためと思われる。

【００６６】また、インペラの厚さｔを薄くすると効率
が大幅に低下した。これは、厚さｔを薄くするとインペ
ラの羽根面積が少なくなることから、渦流３４１、３４
２を良好に生成できなくなるためと思われる。また、上
記実験例ではインペラの厚さに応じて流路の軸方向全長
を変更しているため、流路が全体的に軸方向に短い形状
になるため、渦流３４１、３４２が良好に生成されない
ためとも思われる。

【００６７】またインペラの厚さｔを厚くすると効率が
少し低下した。これは、上記実験例ではインペラの厚さ
に応じて流路の軸方向全長を変更しているため、流路が
全体的に軸方向に長い形状になるため、渦流３４１、３
４２が良好に生成されないためと思われる。

【００６８】以上述べたように、表２、表３の実験例か
ら得られた図８、図９の実験結果から、比Ｌ１／Ｌ２を
ほぼ０．１から０．６の範囲で設定すれば、ほぼ従来型
のポンプと同等かそれ以上のポンプ効率が得られること
がわかった。

【００６９】しかも、図８、図９の実験結果から、比Ｌ
１／Ｌ２を０．４に設定した表１の寸法が最も高い効率
となることがわかる。このような実験結果から、上記一
実施例では表１の寸法を採用した。

【００７０】このように、上記の一実施例では、従来型
のインペラに比べて隔壁３２１を径方向内側に縮小させ
ているから、隔壁３２１の凹面に沿って形成される渦流
が従来型のポンプで形成されていた流路の空白部９６
（図２２参照）へも流れ込むことができ、この空白部９
６に生じていた逆流を抑制してポンプ効率を改善するこ
とができる。

【００７１】次に、上記実施例においてインペラの直径
Ｄおよび隔壁の外周端面部の軸方向長さｋを上記表１の
ごとく設定した理由を説明する。図１０は、連通溝を持
たない従来のウエスコ型燃料ポンプにおいてインペラ３
２の直径Ｄを変更した場合のポンプ効率を示すグラフで
ある。

【００７２】この図１０は、下記表４のような各部寸法
を有し、インペラ直径Ｄのみを変化させた複数のポンプ
を試作し、ポンプ効率を測定して得られた。

【００７３】

【表４】 この図１０によると、従来型のポンプではあるが、イン
ペラ直径２０から６５の範囲においてほぼ満足できる２
０％以上の効率が得られることがわかる。また、上述の
一実施例のように連通溝を有し、インペラの形状が異な
るものにおいても、直径Ｄ以外の各部寸法が、上記表４
の寸法に近いものでは、インペラ直径２０から６５の範
囲においてほぼ満足できる効率が得られるであろうと推
測される。

【００７４】なお、図１０の特性では、インペラ直径Ｄ
を２０以下にすると効率が大幅に低下し、インペラ直径
Ｄを６５以上にすると効率が緩やかに低下する。このこ
とは、インペラ直径を小さくすると、流路長さが短くな
り、ポンプとして有効に機能する部分が少なくなるため
と思われる。また、インペラ直径を大きくすると、イン
ペラの反りによる摺動抵抗の増加などから効率が低下す
るものと思われる。図１１は、従来の連通溝を持たない
ウエスコ型燃料ポンプにおいて隔壁３２１の外周面部
（径方向先端面）３２１０の軸方向長さｋを変更した場
合のポンプ効率を示すグラフである。

【００７５】この図１１は、下記表５のような各部寸法
を有し、長さｋのみを変化させた複数のポンプを試作
し、ポンプ効率を測定して得られた。

【００７６】

【表５】 この図１１によると、従来型のポンプではあるが、長さ
ｋが０．３から０．８の範囲においてほぼ満足できる２
０％以上の効率が得られることがわかる。また、図１１
の特性から判断して、長さｋが０．３以下の範囲におい
てもほぼ満足できる２０％以上の効率が得られるであろ
うと推測される。ただし、インペラは樹脂材料により形
成され、図７に図示されるように成形型を用いて成形さ
れることから、長さｋを０．２以下にすることは強度
上、および製造技術の面から困難である。

【００７７】このことから、上述の一実施例のように連
通溝を有し、インペラの形状が異なるものにおいても、
長さｋ以外の各部寸法が、上記表５の寸法に近いもので
は、長さｋが０．２から０．８の範囲においてほぼ満足
できる効率が得られるであろうと推測される。

【００７８】なお、図１１の特性では、長さｋを０．８
以上にすると効率が緩やかに低下する。このことは、長
さｋを大きくすると、流れの空白部９６（図２２参照）
が大きくなるためと推測される。

【００７９】以上述べた実験結果から、一実施例と同様
に連通溝を有するポンプにおいては、比Ｌ１／Ｌ２がほ
ぼ０．１〜０．６の範囲で高い効率を得ることができる
と考えられる。しかも、軸方向間隙ｄ１、ｄ２がほぼ
０．７〜０．８の範囲において、比Ｌ１／Ｌ２をほぼ
０．１〜０．６の範囲とすれば高い効率を得ることがで
きると考えられる。また、インペラ厚さｔがほぼ２．４
〜３．０の範囲において、比Ｌ１／Ｌ２をほぼ０．１〜
０．６の範囲とすれば高い効率を得ることができると考
えられる。さらに、上記のような効果は、インペラ直径
Ｄがほぼ２０〜６５の範囲で得られると推測され、隔壁
外周端面の軸方向長さｋがほぼ０．２〜０．８の範囲で
得られると推測される。

【００８０】次に、隔壁外周端面３２１０による特有の
効果を説明する。なお、以下の説明では、図１２、図１
３、図１４に図示される形状のインペラをそれぞれ試作
して得られた実験結果を説明する。なお、これらの試作
インペラは、いずれも円板の外周部に切削加工によって
羽根溝を形成している。

【００８１】まず、図１２は、本発明を適用した試作実
施例のインペラ３２と流路の断面図である。各部寸法
は、下記表６のとおりである。

【００８２】

【表６】 なお、この図１２のインペラ３２は、図２、表１で説明
したインペラ３２と同一形状である。表１の厚さｔは、
２．３５を四捨五入して２．４としてある。

【００８３】また、この図１２には、羽根溝３２２の底
面３２２１、３２２２をその曲率半径に沿って延長した
場合に想定される仮想交差点をＶ１として図示してい
る。そして、この実施例では、仮想交差点Ｖ１は、連通
路３２２ｃ上に位置しており、径方向連通路全長Ｌ１の
ほぼ中央に位置している。

【００８４】図１３は、第１比較例のインペラおよび流
路の形状を示す断面図である。この比較例は、表６に示
される寸法の下で、羽根溝の底面が、羽根先端より内側
で互いに交差するように曲率中心を移動させたものであ
る。従って、各部寸法は、下記表７のとおりである。な
お、交差点距離は羽根先端と隔壁先端との距離である。

【００８５】

【表７】 図１４は、第２比較例のインペラおよび流路の形状を示
す断面図である。

【００８６】この比較例は、表６に示される寸法と同一
寸法の下で、羽根溝の底面が、羽根先端において互いに
交差するように曲率中心を移動させたものである。従っ
て、各部寸法は、下記表８のとおりである。

【００８７】

【表８】 図１５は、図１２、図１３、図１４に図示される試作実
施例、第１比較例、および第２比較例のポンプ効率を示
すグラフである。図１５において、四角でプロットされ
る実線は図１２の実施例を示し、三角でプロットされる
破線は図１３の第１比較例を示し、丸でプロットされる
一点鎖線は図１４の第２比較例を示している。

【００８８】この図１５のグラフに図示されるように、
図１２の形状のインペラが最も高い効率を示した。この
ような効率の差は、インペラの回転により発生する旋回
流の違いに起因すると考えられる。

【００８９】まず、図１２の場合、羽根溝に沿って発生
する旋回流は、羽根溝の底面３２２１、３２２２に沿っ
て流れたあと、連通路の略中央付近で合流して外側へと
流れる。ここで、この実施例では、インペラの隔壁先端
面３２１０に平面部を形成し、所定の厚さｋが確保され
ている。このため、隔壁先端面３２１０の外側に底面３
２２１、３２２２に沿って来た流れが流入しない領域が
形成され、この領域に燃料が滞留する。そして、この隔
壁先端面３２１０の外側に位置する燃料が、底面３２２
１、３２２２に沿って流れてきた流れを滑らかに合流さ
せる作用を発揮し、図１５に図示されるような高い効率
が実現されると思われる。

【００９０】一方、図１３の第１比較例の場合、底面１
３１、１３２に沿って流れてきた流れは、尖った隔壁先
端１３３の直後で突然衝突し、そのあと外側へと流れ
る。ところが、図１３のような形状では、底面１３１、
１３２に沿った流れが衝突するとき、双方の流れは大き
な軸方向成分をもっている。このため、双方の流れが弱
められ、ポンプ効率が図１２の形状より低くなると思わ
れる。

【００９１】このような流れの衝突を低減するために
は、図１３に図示される角度αを小さくすればよいが、
インペラを樹脂材料によって成形する場合には、生産技
術、強度の面から実現困難である。

【００９２】また、図１４の第２比較例の場合、図１３
に比べて流れの衝突は低減されるが、隔壁が長いため、
羽根溝内の容積が小さくなり、ポンプ効率が低下すると
考えられる。

【００９３】このように、図１２のインペラでは、２つ
の旋回流の衝突が隔壁先端に滞留する燃料によって防止
され、隔壁先端に滞留する燃料が仮想の隔壁のように機
能して２つの旋回流を滑らかに合流させると思われる。
このため、インペラの羽根溝から流路内に渡って強力な
旋回流が得られ、高いポンプ効率が得られているものと
推定される。 （第２実施例）図１６に第２実施例の断面図を図示す
る。

【００９４】この第２実施例では、上記実施例と同様
に、インペラの回転によって生成される旋回流に沿った
曲率をもって羽根溝の底面が形成されている。そして、
この旋回流に沿った曲率をもつ底面のインペラ最外周の
端部において、所定の厚さｋが確保されている。そし
て、この第２実施例では、インペラ１６１の隔壁１６２
の先端に曲面部１６３を形成している。なお、この第２
実施例では、曲率半径Ｒをもって形成された底面１６
４、１６５の最外周の端部１６４ａ、１６５ａにおける
隔壁１６２の厚さｋがほぼ０．３mmに設定されている。
言い換えれば、この第２実施例では、隔壁１６２の外形
をなす曲線の変曲点における隔壁１６２の厚さｋがほぼ
０．３mmに設定されている。また、各部の寸法は第１実
施例と同様の寸法である。この実施例でも隔壁先端の曲
面部の外側に、底面１６４、１６５を通った旋回流が流
れ込まない領域が形成される。そして、この領域に滞留
する燃料が２つの旋回流を滑らかに合流させる。 （第３実施例）図１７に第３実施例のインペラの斜視図
を示す。

【００９５】この第３実施例では、羽根板３２３の後端
面上部が斜めに面取りされて斜面部３２３１ａとなって
いる。渦３４１、３４２となってインペラ３２の一つの
羽根溝３２２から流出した燃料は、流路内を旋回した
後、後続する他の羽根溝内に再び導入され、さらに旋回
力を与えられる。このとき、この第３実施例では、一つ
の羽根溝３２２から流出した渦３４１、３４２が、斜面
部３２３１ａによって後続する羽根溝３２２に再び導入
されやすくなる。このため、インペラ３２により生成さ
れる旋回流の損失が減り、ポンプ効率が高められる。 （第４実施例）図１８に第４実施例のインペラの斜視図
を示す。

【００９６】この第４実施例では図１７のインペラ３２
に加えて、更に羽根板３２３の前端面上部も斜めに面取
りし、斜面部３２３１ｂを形成した。したがって、上記
第４実施例と同様に損失を低減することができる。しか
も、この第４実施例では、インペラ３２を考慮すること
なく組付けることができる。 （第５実施例）図１９に第５実施例のインペラの斜視図
を示す。

【００９７】この第５実施例では図１８のインペラ３２
において、前側の斜面部３２３１ｂの面取りを小さく
し、斜面部３２３１ａの面取りを大きくし、両者を非対
称形状としたものである。この態様でも上記実施例と同
様に損失を低減することができる。 （第６実施例）図２０に第６実施例のインペラの平面図
を示す。

【００９８】この第６実施例では、インペラ３２の隔壁
３２１と羽根板３２３との結合部を、隔壁３２１の外周
端部の両側においてはなめらかな曲線部３２１４、３２
１５をもって継いだ形状としたものである。この実施例
によると、隔壁３２１の外周面部３２１０に沿う円周方
向の流れは、羽根板３２３に接するところで、曲線部３
２１４、３２１５に沿って流れる。このため、流れが妨
げられることがなく、損失を低減することができる。ま
た、インペラ外周を研削する際に、羽根板３２３には大
きな応力が加わるが、この第６実施例のように隔壁３２
１との結合部に曲線部を設けることで、羽根板３２３を
補強することができ、羽根板３２３の破損、変形を防止
することができる。

【００９９】なお、以上に述べた各実施例を説明する図
面は、実施例のインペラの形状を誇張して図示してお
り、特にインペラの隔壁先端面については実際の寸法以
上に大きく図示してある。

【０１００】また、燃料ポンプのインペラの回転数は通
常３０００〜１５０００ｒｐｍとされており、以上に述
べた実施例によると、この回転数範囲で所望の性能が得
られえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した第１実施例のインペラの要部
斜視図である。

【図２】第１実施例のインペラの要部断面図である。

【図３】第１実施例のインペラの断面図である。

【図４】第１実施例のインペラの正面図である。

【図５】第１実施例の燃料ポンプの断面図である。

【図６】第１実施例の燃料ポンプを使用した燃料供給装
置の構成を示す模式図である。

【図７】第１実施例のインペラを成形する成形型の断面
図である。

【図８】本実施例品における寸法パラメータｄ１＝ｄ
２、Ｌ１を変えた場合におけるポンプ効率を示す特性図
である。

【図９】本実施例品における寸法パラメータｔを変えた
場合におけるポンプ効率を示す特性図である。

【図１０】従来品における寸法パラメータＤを変えた場
合におけるポンプ効率を示す特性図である。

【図１１】従来品における寸法パラメータｋを変えた場
合におけるポンプ効率を示す特性図である。

【図１２】本発明を適用した試作実施例のインペラの要
部断面図である。

【図１３】第１比較例のインペラの要部断面図である。

【図１４】第２比較例のインペラの要部断面図である。

【図１５】図１２、図１３、図１４のインペラを用いた
燃料ポンプの効率を示すグラフである。

【図１６】本発明を適用した第２実施例のインペラの要
部断面図である。

【図１７】本発明を適用した第３実施例のインペラの部
分斜視図である。

【図１８】本発明を適用した第４実施例のインペラの部
分斜視図である。

【図１９】本発明を適用した第５実施例のインペラの部
分斜視図である。

【図２０】本発明を適用した第６実施例のインペラの部
分平面図である。

【図２１】従来のインペラの要部斜視図である。

【図２２】従来のインペラの要部断面図である。

【符号の説明】

３１１、３１２ ケーシング ３２ インペラ ３３ 流路 ３２１ 隔壁 ３２２ａ、３２２ｂ 羽根溝 ３２２ｃ 羽根溝（連通溝） ３２３ 羽根板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円板の端面と外周面とに開口する複数の
   羽根溝を円板の両端面に形成する複数の羽根板と複数の
   隔壁とを有する樹脂製のインペラと、 前記インペラを回転可能に収容するとともに、前記イン
   ペラの外周に沿ってポンプ流路を形成し、前記ポンプ流
   路に連通する吸込口と吐出口とを有するケーシングと、 前記インペラを回転駆動するモータとを備えた燃料ポン
   プにおいて、 前記インペラは、 一方の端面と外周面とを連通する一方の羽根溝の側面
   と、他方の端面と外周面とを連通する他方の羽根溝の側
   面と、前記一方の羽根溝と前記他方の羽根溝とを外周側
   において軸方向に連通する連通溝の側面とを形成する羽
   根板と、 前記一方の羽根溝と前記他方の羽根溝との間に位置し、
   前記羽根板の外周端より内側において終端して前記連通
   溝を形成するとともに、前記一方の羽根溝の底面と前記
   他方の羽根溝の底面との間隔が内周側から外周側に向け
   て徐々に接近し、かつ最外周において所定値以上の間隔
   をもって終端するように両底面を形成する隔壁とを備え
   ることを特徴とする燃料ポンプ。