JPS6363756B2

JPS6363756B2 -

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Publication number: JPS6363756B2
Application number: JP56041096A
Authority: JP
Priority date: 1981-03-20
Filing date: 1981-03-20
Publication date: 1988-12-08
Also published as: DE3209763A1; DE3209763C2; US4493620A; JPS57157055A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、液体燃料を高圧で噴射することによ
り、自動車エンジンに燃料を供給する燃料噴射シ
ステム用の燃料ポンプ装置に関する。

〔従来の技術〕

機械式の往復動ポンプとキヤブレータとを使用
して自動車エンジンに燃料を供給するシステムに
代わり、より正確に燃料量を制御するために、２
〜３〔Kg／cm²〕位の比較的高い吐出圧でインジエ
クタを介して燃料を噴射するシステム、つまり電
子制御式燃料噴射装置が昭和40年代から国内で採
用されている。この燃料噴射装置用の燃料ポンプ
は高圧の吐出圧が要求されることから、従来一般
的に用いられていた遠心ポンプでは実用化できな
かつた。そして、この程度の高圧と小流量特性を
得るためには、容積型ポンプであることが必要で
あるとの認識のもとに、ローラベーンポンプが採
用されてきた。このローラベーンポンプは体格が
大きく、かつ比較的大きな作動音を有するので、
共鳴のために、燃料タンク内に設けることができ
ず、タンク外の配管の途中に設けられていた。し
かし、それでもポンプの作動音が大きく、特にエ
ンジン回転数の小さな領域では、車両後席の乗員
に不快な騒音を与えた。この騒音は、ローラベー
ンが摺動することと、容積型ポンプ故に吐出圧が
大きく脈動することに起因することが判明し、脈
動を吸収するダンパが必須のものとされた。ま
た、その後、特公昭55−36830号の如く、ポンプ
装置全体の形状を小型化し、燃料タンク外の配管
途中に直線的に設けられるように全体形状をスリ
ム化したローラベーンポンプが実用化されてき
た。しかし、これでも低騒音化には限度があつ
た。また、燃料タンク外の配管途中に燃料ポンプ
を取付けることは、スペースの問題や厳密な燃料
漏れ対策を要し、組付に多大な工数を要した。

そこで、従来の低圧の燃料ポンプ装置と同様
に、この種のポンプ装置を、燃料タンク内に収納
することが要望された。また、自動車の高級化に
伴い一層作動音の静かなポンプ装置が要求され
た。

そこで、発明者らは非容積型ポンプに着目した
が、公知の遠心ポンプや、開羽根再生ポンプでは
２〔Kg／cm²〕以上の高圧を出すことが実質不可能
であつた。

しかし、閉羽根再生ポンプの中には充分な高圧
を出すものがあることを知り、この利用を考え
た。

そこで、まずこの種の公知の再生ポンプのう
ち、比較的小型のものを用いて実験したが、圧力
は出るものの流量が出すぎることが判明した。

ところで、自動車の燃料噴射システムでは、周
知の如く、燃料ポンプ装置によつて吐出された燃
料をプレツシヤレギユレータに導き、このプレツ
シヤレギユレータから余剰燃料を燃料タンクにリ
ターンさせている。そして、プレツシヤレギユレ
ータによつて２〜３〔Kg／cm²〕の範囲の所定値に
保たれた燃料はインジエクタに導かれ、所定のタ
イミングで所定量だけエジンに噴射される。そし
て、エンジンが要求する液体燃料の量は自ずと限
度がある。この限度以上の燃料を燃料ポンプ装置
が供給しても無駄に燃料がプレツシヤレギユレー
タからリターンパイプを介して燃料タンクに戻
り、以後、循環するだけである。

このようにしても、一応使用はできるが、これ
では次のような自動車特有の問題を生じる。

第１に、貴重なバツテリ電力が無駄に燃料ポン
プによつて消費される。よつて、エンジン回転数
が低い渋滞した道路状態が続くとバツテリをいた
める。

第２に無駄な仕事をするため、ポンプ自体の見
かけの効率は良くても（30％〜40％も可能であ
る）、システム全体の効率は悪く、モータ部が大
型化し、燃料タンク内に装着しにくい。

第３に、高温高所を走行する時は、従来でも燃
料内にベイパーが発生し、ベイパーロツクにより
ポンプ機能が低下するということに悩まされてき
たが、流量が多すぎると無駄に燃料が高温のエン
ジンルーム内を循環するため、燃料の温度が上昇
し、ベイパーロツクし易い。このため、吐出圧を
高圧に保ちながら流量を制限でき、かつ効率の良
いものが望まれた。そこで、一般的にこの種のポ
ンプは、下記の如き関係を有することに着目し
た。

Ｈ∝V² Ｈ∝D²・N² Ｑ∝Ｖ・Ａ ∴Ｖ∝Ｑ／Ａよつて、Ｈ∝（Ｄ・Ｎ）・（Ｄ・Ｎ）∝（Ｄ・Ｎ）・Ｑ／Ａ但し、Ｈ：吐出圧力Ｖ：インペラの周速度Ｄ：インペラ径Ｎ：回転数Ｑ：吐出流量Ａ：流路断面積従つて、流量を抑えて圧力を高めるには、Ｄか
Ｎを大くし、Ａを小とするようにすれば良いと考
えた。このうち、Ｎは若干上げることが可能であ
るが、通常の自動車用として使用されているもの
から無理に特殊な高速モータに変更すると、モー
タ自体の効率が悪化してしまうことから、主とし
てＤを大きくしたポンプを試作して、種々の実験
を行つた。

しかし、これでは吐出圧・流量ともに満足する
が、効率が極端に低いという問題があつた。すな
わち、インペラとポンプケーシングとの間のクリ
アランスを最少となるように組付け、かつ再生ポ
ンプの長年の研究で知られた羽根溝の数等の他の
種々のパラメータを最適設計しても、効率は良く
ならなかつた。このため、閉羽根型再生ポンプの
採用は諦めざるを得なかつたが、ギヤポンプ等他
の種々の容積型ポンプでも、問題は解消されなか
つた。そして、上述の効率の低い原因を考察した
結果、インペラ径が大きいと、摩擦が大きくなる
ことが判明した。特に、この種の自動車用電動式
燃料ポンプ装置は、ポンプ流路の吐出口がモータ
部側に設けられているので、インペラ表裏の流れ
や圧力分布が表裏対称となりにくく、一層上述の
問題を大きくしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上述の点に鑑み、閉羽根型の再生ポン
プを採用しながら十分な圧力を出すことができ、
流量を比較的小さな値に絞ることができ、これに
よつて、ベイパーロツク等を発生しにくくすると
共に、小型化し、かつ効率を良くしてバツテリ電
力の浪費を少なくできる自動車用電動式燃料ポン
プ装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明のポンプ装置は、再生ポンプ
部と、該再生ポンプ部に連結されていて該再生ポ
ンプ部を駆動せしめるモータ部とを有し、前記再
生ポンプ部は前記モータ部の出力軸によつて駆動
され、該出力軸に対して軸方向に相対移動可能な
ように設けられたインペラと、該インペラを取り
囲むポンプケーシングとを有し、前記インペラは周縁部において周方向に互いに
離隔して該インペラの軸方向両端面である表裏に
複数個の羽根溝を夫々有する閉羽根形であり、前記インペラの前記表側の中央部分と前記イン
ペラの前記裏側の中央部分との間に液体燃料を流
すことにより、前記インペラの前記表裏の圧力バ
ランス調整を行う連通路が形成されており、前記ポンプケーシングには内部に前記インペラ
を収納するポンプ室が形成され、該ポンプ室は前
記インペラの周辺に沿つて吸入口から前記ポンプ
室の前記モータ部側側壁に設けられた吐出口に向
かうポンプ流路を形成しており、前記インペラの前記表裏の部分と前記ポンプケ
ーシングの内面との互いに摺動接触可能な部分は
前記インペラが回転可能な程度の隙間を介して相
対向しており、前記インペラは前記隙間の範囲内
で前記出力軸に対して軸方向に相対移動自在であ
り、前記ポンプ流路の横断面積をＳとし、かつ前記
羽根溝が形成されている前記インペラの前記周縁
部に沿つた断面周囲長さをｌとした時、Ｓ／ｌで
定義される流路代表寸法が0.4〔mm〕から２〔mm〕
の範囲内にあり、前記インペラの外径が20〔mm〕
から65〔mm〕の範囲内にあり、かつ、前記再生ポ
ンプ部の前記吐出口から出た液体燃料が前記モー
タ部内を経由して、少なくとも２〔Kg／cm²〕以上
の吐出圧で40〔／hr〕ないし150〔／hr〕の範
囲内で吐出するようにした時のポンプ効率のう
ち、極大値が前記Ｓ／ｌを前記0.4〔mm〕から２
〔mm〕の範囲内で選んだ時に得られるようにした
ものである。

〔作用〕

上記の構成からなる本発明装置は、インペラの
外径を20〜65〔mm〕として、外径を小さめに設定
しているので、回転中のインペラが傾いても、イ
ンペラ周縁部が前記傾きでポンプ室の内面に強く
摺動することがなく、よつて摩擦ロスが小さくな
り、ポンプ効率の低下を防止できる。

また、インペラ径を小さめにすることは、イン
ペラのポンプ室内面に押付けられる面積を小さく
することになり、これによつて摩擦ロスを小さく
できるが、反面、圧力が出にくくなる。

また、インペラ表裏を連通する連通路を形成す
ると共に、インペラをモータ部の出力軸に対し
て、相対的に移動自在となしているから、インペ
ラの回転をポンプ室の中心で大きく片寄らずに行
わせることができ、小さなクリアランスの中で、
インペラを摩擦ロスの少ない状態で回転させるこ
とができる。

また、流量を絞るために、流路代表寸法Ｓ／ｌ
を小さくしているが、こうすると圧力が出易くな
り、低流量域での効率が持ち上がろうとするが、
クリアランスを極少としなければ、効率も低下す
る。

しかしながら、インペラを小径にしたことによ
つて、圧力が出にくくなる分は、Ｓ／ｌを小さく
して流量を少なくし、圧力を出易くすることで補
償している。また、Ｓ／ｌを小さいすることによ
つて、ポンプ室とインペラとの間のクリアランス
を小さくしなければ効率が低下しクリアランスを
小さくすると摩擦ロスが増えることは、上述の如
くインペラ径を小さくし、またインペラをポンプ
室の中心から大きく片寄ることなく回転させるこ
とで補償しているので、閉羽根型の再生ポンプを
用いても充分な圧力が出て、流量を比較的小さな
値に絞りながら、効率の良い運転ができる自動車
用電動式燃料ポンプ装置を得ることができる。そ
して、流量を絞ることができるので、体格および
消費電力を小さくでき、バツテリ電力を浪費しな
い。また、余分な燃料を自動車内で無駄に循環す
ることが少ないので、燃料温度を上げることも少
なく、ベイパーロツク等の問題も発生しにくい。

また、再生ポンプは非容積型ポンプであるの
で、吐出圧の脈動が小さく音が静かである。加え
て、体格が小型であるから、このポンプ装置を燃
料タンク内に収納することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料噴射システムが世の中に
出て以来、ギヤポンプ、ローラベーンポンプ等の
容積型ポンプでなければ燃料の圧送が不可能とさ
れていた、高圧・小流量特性を要求される燃料ポ
ンプ装置において、非容積型の再生ポンプの実用
化が可能となり、これにより、吐出圧に脈動がほ
とんどなく、よつて、作動音が静かであるため、
燃料タンクとの共鳴による騒音の発生を心配せず
して、燃料タンク内へ燃料ポンプ装置の搭載が可
能となり、かつ、吐出圧脈動を少なくして消音す
るためのダンパが不要となる。また、この種の高
圧燃料噴射システム用の燃料ポンプとしては初め
て、燃料タンク内への搭載が可能となるので、燃
料ポンプ装置の組付けが容易となり、安全性も高
くなる。

更に、余分な燃料を吐出することが少ないの
で、燃料噴射システムとしての効率、つまりシス
テム効率が良く、かつベイパーロツク等の問題を
発生することがなく、大幅なポンプ装置の小型化
が達成できるという効果がある。

〔実施例〕

第１図には本発明による電動式燃料ポンプ装置
の全体が長手方向断面で示され、そのポンプ装置
は自動車の燃料タンク内の液体燃料に沈められて
設置されるようになつている。そのポンプ装置は
概ね円筒状のハウジング１０を有し、このハウジ
ングは開口１１及び１２を夫々備えた軸線方向一
端壁１３及び他端壁１４を有している。ポンプ装
置は更に、ハウジング１０の軸線方向一端壁１１
に接してそのハウジング内に配備された再生ポン
プ部１５と、その再生ポンプ部に隣接してハウジ
ング１０内に配備された電気モータ部１６とを有
し、そのモータ部１６は再生ポンプ部１５に作動
連結されてそのポンプ部を駆動するようになつて
いる。

再生ポンプ部１５はポンプケーシングを有し、
そのポンプケーシングはハウジング１０の軸線方
向一端壁１３に設けられている開口１１を実質的
に閉じる第１のケーシング部分１７及びその第１
のケーシング部分１７と協働して間にポンプ室を
画定する第２のケーシング部分１８とを有してい
る。具体的には、第１のケーシング部分１７は第
２のケーシング部分１８に対向する内面２１に形
成された円弧状凹所２２を有し、また、第２のケ
ーシング部分１８は第１のケーシング部分１７に
対向する内面に形成された円形凹所２３及びその
円形凹所２３の底面の半径方向外周部に形成され
た円弧状凹所２４を有している。ポンプ室は第１
のケーシング部分１７の内面２１、その第１のケ
ーシング部分に設けられている円弧状凹所２２、
第２のケーシング部分１８に設けられている円形
凹所２３、及びその第２のケーシング部分に設け
られている円弧状凹所２４により画定されてい
る。

出力軸２５は円弧状凹所２２及び２４と共軸線
関係をなして延在する軸線を有している。軸２５
の軸線方向一端部２６は第２のケーシング１８に
設けられている軸線方向中央孔２７に軸受２８に
よつて回転可能に支持されている。軸２５の軸線
方向一端部２６はポンプ室を貫通して、第１のケ
ーシング部分１７の内面２１に形成されている中
央凹所３１内に位置する軸線方向端面を有してい
る。

概ね円板状をなすインペラ３２はポンプ室内で
回転可能なように軸２５に装着されている。イン
ペラ３２は軸２５の軸線方向一端部２６が嵌合せ
られる軸線方向中郭央孔３３（第２図）を有し、
その中央孔３３の壁面には直径方向に対向せられ
た一対の軸線方向溝３４が形成されている。断面
円形のピン３６は軸２５の軸線方向一端部２６を
貫通して延在し、また、一対の軸線方向溝３４に
夫々嵌合せられる端部を有している。こうして、
インペラ３２は軸２５に相対して軸線方向移動可
能に、しかしその軸２５に相対して回転不可能に
その軸に装着されている。インペラ３２は第１の
ケーシング部分１７の内面２１からわずかな間隙
W₁だけ隔離せられた軸線方向一端面３８及び第
２のケーシング部分１８に設けられている円形凹
所２３の底面からわずかな間隙W₂だけ離隔せら
れた軸線方向他端面３９を有している。これら間
隙W₁及びW₂は実際には極めて小さく、第１図に
は誇張して示されている。インペラ３２の軸線方
向一端面３８及び他端面３９には夫々環状突起４
１及び４２が一体をなして備えられ、それら環状
突起４１及び４２は間隙W₁及びW₂よりも小さい
高さを有している。

環状突起４１は第１のケーシング部分１７に設
けられている凹所３１及び軸２５の軸線方向一端
部２６の外周面及び端面と協働して室４３を画定
している。環状突起４２は第２のケーシング部分
１８に設けられている軸線方向中央孔２７、軸受
け２８の軸線方向端面及び軸２５の軸線方向一端
部２６の外周面と協働して室４４を画定してい
る。

第２図に明瞭に示されるごとく、インペラ３２
に設けられてる軸線方向中央孔３３の壁面には直
径方向に対向せられた第２の一対の軸線方向溝４
５が形成されている。室４３及び４４はその第２
の一対の軸線方向溝４５によつて互いに連通せら
れていて、それら室４３及び４４間の圧力がバラ
ンスされるようになつている。すなわち、この一
実施例における軸線方向溝４５は、軸２５の外周
と軸線方向中央孔３３の内周との間のクリアラン
スと共に、インペラの表側の中央部分（非周辺部
分）とインペラの裏側の中央部分との間に液体燃
料を流すことにより、言い換えれば互いに連通さ
せることにより、インペラ表裏の圧力バランスを
保とうとする作用を行う連通路を形成している。

インペラ３２はポンプケーシング１７及び１８
内に画定されたポンプ室と協働して円弧状のポン
プ流路４６を画定する外周部を有し、その外周部
には軸線方向一端面３８及び他端面３９にインペ
ラ３２の円周方向に互いに等間隔をなして離隔さ
れた複数個の半径方向羽根溝４７が形成されてい
る。図示されているインペラ３２はそれの軸線方
向一端面３８に形成されている羽根溝４７の底面
と軸線方向他端面３９に形成されている羽根溝４
７の底面とが互いに交差していない、いわゆる閉
羽根形のものである。

ポンプ流路４６は第１のケーシング部分１７に
設けられた吸込口５１を介して図示していない燃
料溜め内の液体燃料に連通され、また、第２のケ
ーシング部分１８に設けられた、すなわち、ポン
プ室のモータ部側側壁に設けられた吐出口５２を
介してハウジング１０内の空間に連通されてい
る。

なお、吐出口５２は第２図―断面である第
１図には現れないが、説明の便宜のため仮想的に
示した。

電気モータ部１６は軸２５と同心円関係をなし
てハウジング１０内に配置された２個の約半円筒
状永久磁石６１と、その永久磁石６１に対し同心
円関係をなして軸２５に固定して装着されたアー
マチユア６２と、そのアーマチユア６２に接続さ
れて軸２５に固着されたコンミテータ６３とを有
している。コンミテータ６３にはブラシ６４が摺
動接触せられている。ブラシ６４は端部ブロツク
６７に固着されたブラシホルダ６６によつて保持
されている。その端部ブロツク６７はハウジング
１０の軸線方向他端壁１４に設けられている開口
１２を実質的に閉じるようそのハウジング内に配
備されているとともに、中央凹所７１の底面に開
口する端を有している。端部ブロツク６７はハウ
ジング１０内空間に面する軸線方向一端面に形成
された中央凹所７１及びその中央凹所の底面に形
成された第２の中央凹所７２を有している。その
第２の凹所７２の壁面には周方向に互いに離隔さ
れて複数個の溝７３が形成され、その溝７３は傾
斜した底面を有している。端部ブロツク６７はそ
れの軸線方向他端面から外方に突出する中空突出
部７４を有し、その中空突出部７４の中空部は第
２の凹所７２に連通している。その中空突出部７
４は図示していない燃料消費設備、例えばエンジ
ンへ接続されるようになつている。

軸２５の軸線方向他端部８１は軸受８２に回転
可能に支持され、その軸受８２は第２の凹所７２
に面取りして形成された座８３に着座せられてい
るとともに中央凹所７１に配備された環状リテー
ナ８５により所定の位置に保持されている。その
リテーナ８５は周方向に互いに離隔して形成され
た複数個の孔８６を有している。軸２５は環状リ
テーナ８５により所定の半径方向位置に保持され
ている。軸２５は軸受８２の軸線方向一端面に当
接してその軸２５に装着されたスペーサ８７及び
軸受２８の軸線方向一端面に当接してその軸２５
に装着されたスペーサ８８により軸線方向所定の
位置に保持されるようになつている。

〔作動〕

以上述べた電動式燃料ポンプ装置の作動につい
て説明する。図示しない電源からの電流はブラシ
６４を通つてコンミテータ６３に供給されてアー
マチユア６２を回転せしめる。アーマチユア６２
の回転は軸２５によりインペラ３２に伝えられて
そのインペラを第２図中矢印で示した時計方向へ
回転せしめる。インペラ３２の回転により燃料溜
め内の液体燃料は吸込口５１からポンプ流路４６
へ導入せられる。燃料はインペラ３２の羽根溝４
７によりポンプ流路４６内で昇圧され、吐出口５
２を通つてハウジング１０内空間へ吐出され、永
久磁石６１とアーマチユア６２との間の環状間
隙、リテーナ８５に設けられている孔８６、端部
ブロツク６７に設けられている溝７３及び中空突
出部７４の中空部を通つて燃料消費設備であるエ
ンジンへ送られる。

インペラ３２はモータ部側（第１図中左側）の
羽根溝４７の底面と反モータ部側の羽根溝４７の
底面とがお互いに背中合わせに相対向しており、
結局インペラの表裏に夫々羽根溝が並んでいる閉
羽根形のものであり、これは、特公昭46−26443
号のような開羽根形のものとは異なり、高圧力を
出すのに適する。また、この種の燃料ポンプはモ
ータ部の冷却等を考慮して、モータ部のハウジン
グ１０内に高圧の吐出された液体燃料が満たされ
るようになつている。また、軸受２８にはわずか
な隙間が当然存在するため、インペラ３２のモー
タ部側の一方面は、反モータ部側の他方面よりも
高い圧力を受けやすい。そのために、前述した如
く、インペラの表裏中央部分を互いに連通する連
通路を構成する軸線方向溝４５がインペラ３２の
表裏を貫通して設けられており、インペラ表裏の
圧力バランスを取るようにしている。

インペラ３２には上述のような軸方向圧力のア
ンバランスのみならず、吸入口４６から第２図の
ようにＣ字状に次第に圧力が高められて、吐出口
５２に至る圧力分布があり、かつ吸入口４６と吐
出口５２との間のクリアランスが極少とされた周
知の仕切部を越えると、圧力分布が急変する構造
であり、かつ、閉羽根形ゆえに羽根溝４７に底面
が存在すること、および吐出口５２がモータ部側
に開口していることから、軸２５を中心として、
第２図のインペラの平面を傾斜させようとする、
コマの歳差運動状の振動がポンプ作動中に生じる
が、本実施例ではインペラ外径を小さく設定して
いるので、インペラの周縁部が、きわめて小さく
された間隙W₁，W₂を通り越して凹所２３や内面
２１に摺接することが少ないようにされている。
このためにポンプの効率低下が少ない。

なお、間隙W₁，W₂の隙間量が大きいと、燃料
が高圧側から低圧側に漏れるから、可能な限り小
さく設定されることは勿論であるが、インペラ３
２の材質によるところの、そり変形や温度膨張を
考慮して適当な限度内に設計しなければならない
ことは当然である。

かくして、軸２５の軸方向に移動自在に設けら
れたインペラ３２は、圧力バランス作用を行う連
通路によつて片寄り圧を受けないことによつて、
実質的にW₁＝W₂の間隙を保つて良好に回転でき
る。また、インペラの外径寸法を小さくしている
ので、インペラは摺動ロスの少ない状態で回転で
きる。なお、インペラ外形を小さくすることは、
その分、インペラ周辺長が短くなり、高速でモー
タ部を回転させない限り、高い吐出圧を出しにく
くなるが、圧力の出しにくさは、後述するＳ／ｌ
を小さく設定することによつて補つている。すな
わち、インペラを小径とすることと、Ｓ／ｌを小
さくすることの間には相補的な関係が存在する。

ここで、この燃料ポンプ装置が用いられている
燃料噴射システムについて説明する。このシステ
ムは良く知られているように、燃料タンクから、
本件の燃料ポンプ装置によつて、自動車のエンジ
ンルーム内のエンジンへ燃料を圧送するが、燃料
圧力を調整するプレツシヤレギユレータを介し
て、エンジンが消費しない余剰の燃料は再び燃料
タンクへ戻される。そして、一般に、エンジンの
燃料消費量を考慮して、この種の燃料ポンプ装置
は、２乃至３Kg／cm²の吐出圧力で、かつ40乃至
150／hrの流量で燃料を圧送している。このよ
うな燃料ポンプ装置における再生ポンプ部を、従
来文献等で推奨されている諸元をそのまま用いて
設計すると、その再生ポンプ部の効率が低くなる
か、又は、吐出流量が多すぎて問題を生じ、実用
に適さないものとなつてしまう。

すなわち、従来、再生ポンプの特性を左右する
といわれてきたＳ／ｌで定義される流路代表寸法
は、2.5mm＜Ｓ／ｌ＜13mmが好ましく、上記の範
囲を多少離れてもポンプ作用はあるが、ポンプ効
率が著しく低くなり、実用上使用できないとわれ
ているので、Ｓ／ｌを上記の推奨範囲内のものと
して、再生ポンプを構成していたが、吐出流量が
出すぎ、実用に適さないものとなつたのである。
これは、他のパラメータをいかようにしようとも
解決できなかつた問題であり、Ｓ／ｌを上記のよ
うにしたのでは、吐出側にオリフイスを入れる等
により流量を絞つても、効率が極端に落ちる等の
弊害が出る。また、従来の考え方によれば、Ｓ／
ｌを上述の2.5mmから13mmの間とし、流量を絞る
には、小型のポンプとすることになる。すなわ
ち、Ｓもｌも小さな値（S_s，l_s）を採用するので
あるが、このようにすると、所望の高圧力が出な
くなる。よつて圧力を出るようにするためには、
S_s，l_sをそのままにして、インペラの周辺長を大
きくすることが推考できた。事実、従来技術から
は、２Kg／cm²以上の圧力を出し、かつ小流量とす
るためには、第３図に示すインペラＩの外形Ｄは
90乃至200mmが推考された。ここで、Ｓ／ｌ（R_n
ともいう）のうち、Ｓは第３図中ａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｈ，ｇ，ｆ，ｅ及びａで囲まれる影の付され
たポンプ流路Ｐの横断面積を示し、ｌは第４図中
ab＋＋で示される羽根溝断面周囲長さ、換
言すれば、羽根溝Ｇが形成されているインペラＩ
の外周部の断面周囲長さを示している。

しかしながら、インペラの径が90乃至200mmの
場合、燃料ポンプ装置全体は大きなものとなり、
特に車輛の燃料噴射システムに適用することは困
難である。

また、このように大きなインペラ径では、前述
したインペラのそり変形や傾きによる摺動ロスに
よつて効率が極端に低下し、10％を切つてしま
う。これを改善しようとして、インペラとポンプ
ケーシングとの間の間隙、つまりクリアランス
W₁，W₂を小さく精度よく設定しても、かえつて
逆効果である。また、この種インペラは多数の羽
根溝を加工する必要があることから、材質として
も限られ、変形量を極端に小さくすることは不可
能である。

このことからも、本発明は、従来の設計概念に
とらわれていたのでは完成できないことが判明す
る。

本発明者は、従来の固定観念を打破してＳ／ｌ
を任意に選び、かつインペラの外形を90mm以下に
して、種々の実験を行つた。第５図及び第６図は
そのうちの１つの実験の結果を示す。第５図は
40φのインペラを持ち、回転数ＮとＳ／ｌを変え
て運転した場合の、流量対圧力及び効率ηの変化
特性図から作成したものであり、この第５図は吐
出圧力が２Kg／cm²で、かつ吐出流量が約80乃至
120／hrで運転された場合の流路代表寸法
（R_n）の値と、そのときに出しうる効率（η）と
の関係を示す。第５図から明らかなように、R_n
がほぼ１mmの時、効率が最大となつた。すなわ
ち、本発明者がこの発明の考え方に基づいて試作
したポンプ装置においては、R_nを0.4〜２〔mm〕
の中のいずれかの値としており、これらのポンプ
装置は、いずれも本発明の用途に適合する吐出圧
力・流量で運転した時、効率のもつと高い値、つ
まり極大値が第５図の如く0.4〜２mmの範囲にあ
るようにされている。そして、経済上許容され得
る最低ポンプ効率（η）は約18％であることから
（モータの効率がポンプ効率に乗算されて、ポン
プ装置の総合効率は、18％より更に悪くなること
を考率している）、使用可能なR_nは0.4mmから２
mmであり、特に24％以上の効率が得られる0.6mm
から1.6mmまでのR_nの範囲が好適である。第６図
はインペラの外径を変え、かつR_n値と回転数を
変えてポンプを運転し、流量対圧力および効率特
性を求め、この特性において本発明ポンプの用途
に合う圧力・流量特性域において、そのインペラ
径で出し得る最高効率の変化をプロツトしたもの
である。この第６図から明らかな通り、インペラ
外形がほぼ33mmの時効率が略30％で最大となる。
そして、経済上許容され得るポンプ効率（上述の
通り約18％以上）と取付け及び製作上の困難性の
両方を考慮して、使用可能なインペラ外形は20mm
から65mmの範囲内であれば良いことが判明した。
特に効率を約24％以上とするためには、インペラ
径を25mmから45mmの範囲とし、かつR_nを0.6ない
し1.6mmの範囲とすれば良いことが判明した。

以上述べたように、本発明の技術思想は、高圧
を出すためにインペラ周辺長を長くしたのでは、
高圧は出て流量も小さなものに設定できても、効
率の悪化はその他のパラメータをいかようにして
も避けられないとの新たな認識によつて、インペ
ラの外形を小型にし、かつ、閉羽根形のインペラ
が摩擦ロスなく、かつ燃料の漏れのない状態で、
ポンプケーシング内で良好に回転できるよう、圧
力バランス作用を行う連通路を設け、かつ軸方向
に移動自在としている。また、インペラ小径に伴
う圧力の出しにくさをＳ／ｌを小さくすることに
よつて、インペラ径の割には高圧を出し易くする
ことによつて解消し、加えて、小流量に制限する
ことも達成したものである。そして、Ｓ／ｌを従
来は実現不可能と断言されていた領域まで小さく
して、この中で効率の向上を考慮したことが、本
発明の要部であり、具体的にこの値を示せば、
Ｓ／ｌが0.4〔mm〕から２〔mm〕の範囲としたもの
である。なお、R_nとインペラ径以外のインペラ
の回転数、インペラの羽根溝数およびポンプ流路
の横断面積等その他のポンプ設計上の諸元は従来
推奨されている設計概念から容易に設計できる
が、本発明の用途に鑑みて圧力を２Kg／cm²以上と
し、吐出流量を40〜150／hrの範囲内でポンプ
を運転し、かつR_n値を変化させた時に、最高の
ポンプ効率が出るR_n値が前述の0.4〜２mmの範囲
内にあるように、ポンプ諸元を調整すれば良い。

本発明においては、インペラが小さなクリアラ
ンスの下で摩擦ロスなく回転できる構成、すなわ
ちインペラ径を小さくし、かつ圧力バランス作用
を行う連通路を設けて軸方向に移動可能としたイ
ンペラないし軸の構成によつて、摩擦ロスが小さ
くなるが、インペラ周辺長が短くなるので、圧力
が出にくいという作用をＳ／ｌを小さくすること
で補償し、一方、Ｓ／ｌを小さくすることによつ
て流量小となるが、効率が下がるという問題を、
上述のインペラと軸の関係が補償するのであり、
相補的な作用効果により、格別な効果を発揮でき
たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電動式燃料ポンプ装置の
長手方向（第２図―線）断面図、第２図は第
１図の―線断面図、第３図及び第４図は流路
代表寸法を説明するための図、第５図は実験によ
つて得られた効率と流路代表寸法との関係を示す
グラフ、及び第６図は実験によつて得られた効率
とインペラ外径との関係を示すグラフである。１０……ハウジング、１１，１２……開口、１
３……軸線方向一端壁、１４……軸線方向他端
壁、１５……再生ポンプ部、１６……モータ部、
１７……第１のケーシング部分、１８……第２の
ケーシング部分、２１……内面、２２……円弧状
凹所、２３……円形凹所、２４……円弧状凹所、
２５……軸、２６……軸線方向一端部、２７……
軸線方向中央孔、２８……軸受、３１……中央凹
所、３２……インペラ、３３……軸線方向中央
孔、３４……軸線方向溝、３６……ピン、３８…
…軸線方向一端面、３９……軸線方向他端面、４
１，４２……環状突起、４３，４４……室、４５
……軸線方向溝、４６……ポンプ流路、４７……
羽根溝、５１……吸込口、５２……吐出口、６１
……永久磁石、６２……アーマチユア、６３……
コンミテータ、６４……ブラシ、６６……ブラシ
ホルダ、６７……端部ブロツク、７１……中央凹
所、７２……第２の凹所、７３……溝、７４……
中空突出部、８１……軸線方向他端部、８２……
軸線受、８３……座、８５……環状リテーナ、８
６……孔、８７，８８……スペーサ、W₁，W₂…
…間隙、Ｄ……インペラの外径、Ｉ……インペ
ラ、Ｐ……ポンプ流路、Ｇ……羽根溝。

Claims

【特許請求の範囲】１自動車の燃料タンク内の液体燃料を該自動車
のエンジンへ噴射して供給する燃料噴射システム
に用いられ、前記燃料タンク内に沈められて設置
され、少なくとも２〔Kg／cm²〕以上の吐出圧で40
〔／hr〕ないし150〔／hr〕の範囲内で前記液
体燃料を吐出するポンプ装置であつて、該ポンプ
装置は、再生ポンプ部と、該再生ポンプ部に連結
されていて該再生ポンプ部を駆動せしめるモータ
部とを有し、前記再生ポンプ部は前記モータ部の
出力軸によつて駆動され、該出力軸に対して軸方
向に相対移動可能なように設けられたインペラ
と、該インペラを取り囲むポンプケーシングとを
有し、前記インペラは周縁部において周方向に互いに
離隔して該インペラの軸方向両端面である表裏に
複数個の羽根溝を夫々有する閉羽根形であり、前記インペラの前記表側の中央部分と前記イン
ペラの前記裏側の中央部分との間に前記液体燃料
を流すことにより、前記インペラの前記表裏の圧
力バランス調整を行う連通路が形成されており、前記ポンプケーシングには内部に前記インペラ
を収納するポンプ室が形成され、該ポンプ室は前
記インペラの周辺に沿つて吸込口から前記ポンプ
室の前記モータ部側側壁に設けられた吐出口に向
かうポンプ流路を形成しており、前記インペラの前記表裏の部分と前記ポンプケ
ーシングの内面との互いに摺動接触可能な部分は
前記インペラが回転可能な程度の隙間を介して相
対向しており、前記インペラは前記隙間の範囲内
で前記出力軸に対して軸方向に相対移動自在であ
り、前記ポンプ流路の横断面積をＳとし、かつ前記
羽根溝が形成されている前記インペラの前記周縁
部に沿つた断面周囲長さをｌとした時、Ｓ／ｌで
定義される流路代表寸法が0.4〔mm〕から２〔mm〕
の範囲内にあり、前記インペラの外径が20〔mm〕
から65〔mm〕の範囲内にあり、かつ、前記再生ポ
ンプ部の前記吐出口から出た前記液体燃料が前記
モータ部内を経由して、少なくとも２〔Kg／cm²〕
以上の吐出圧で40〔／hr〕ないし150〔／hr〕
の範囲内で吐出するようにした時のポンプ効率の
うち、極大値が前記Ｓ／ｌを前記0.4〔mm〕から２
〔mm〕の範囲内で選んだ時に得られるようにした
ことを特徴とする自動車用電動式燃料ポンプ装
置。２前記流路代表寸法が0.6〔mm〕から1.6〔mm〕の
範囲内であり、かつ前記インペラの外径が25〔mm〕
から45〔mm〕の範囲内にあることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の自動車用電動式燃料
ポンプ装置。３前記吐出圧が２〔Kg／cm²〕ないし３〔Kg／cm²〕
の範囲内であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の自動車用電動式燃料ポンプ装置。４前記再生ポンプ部の前記ポンプ効率が少なく
とも18％以上であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の自動車用電動式燃料ポンプ装
置。５前記再生ポンプ部の前記ポンプ効率が少なく
とも24％以上であることを特徴とする特許請求の
範囲第２項に記載の自動車用電動式燃料ポンプ装
置。