KR100303272B1

KR100303272B1 - 불규칙한날개홈을가지는유체공급장치

Info

Publication number: KR100303272B1
Application number: KR1019980031485A
Authority: KR
Inventors: 요시오 에비하라
Original assignee: 오카메 히로무; 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1998-08-03
Publication date: 2001-12-12
Also published as: JP3826508B2; DE19835420A1; KR19990023306A; US5975843A; DE19835420B4; JPH1150990A

Abstract

연료펌프(10)와 같은 유체공급장치는 외주에 날개(24a)와 날개홈(24b)이 교호로 배열되는 임펠러(24)를 가진다. 각각이 인접한 두 개의 날개홈에 의해 결정되는 모든 인접홈 각도(θ)는 서로 다르다. 날개홈(24b)들의 배열중에 m=n/k(k=2, 3 및 4)의 수로 연속적으로 인접하는 날개홈(24b)들의 각도의 합(Sm)이 결정된다. 만일 n/k가 정수가 아니라면, n/k와 (n+k)+1 사이에서 적어도 (n/k)+1은 m으로서 설정된다. 합(Sm)은, 원주방향으로 날개홈을 하나씩 시프팅시킴으로써 결정된 n-번째 값이고, 날개홈을 하나씩 시프팅시킬 때마다 합이 결정된다. 매번의 합(Sm)이 다음 관계식을 충족시키는 배열이 채택된다: (360/k)-10≤Sm≤(360/k)+10.

Description

불규칙한 날개홈을 가지는 유체공급장치{FLUID SUPPLY DEVICE HAVING IRREGULAR VANE GROOVES}

본 발명은 회전부재의 외주부에 날개와 날개홈을 가지는 유체공급장치에 관한 것이다.

일본 특개소60-85288호 공보에는, 외주부에 상이한 홈폭을 갖는 날개홈들이 제공되는 임펠러를 유체공급장치로서의 유체펌프가 포함하는 것이 제안되어 있다. 보다 상세히 말하면, 상이한 홈폭의 날개홈 셋트가 기설정된 패턴으로 임펠러의 외주부(고정된 피치)에 설치되고, 날개홈의 셋트가 임펠러의 전체 외주부를 걸쳐 반복적으로 설치된다. 이 구성은 날개들의 숫자와 임펠러의 회전속도의 곱에 상응하는 고주파수에서 발생되는 음압(音壓)의 최대치를 감소시킨다.

그러나, 기설정된 패턴의 날개홈의 셋트가 임펠러의 한 회전에 의해 반복적 또는 규칙적으로 나타나기 때문에, 임펠러가 고정된 피치를 회전시킬 때마다 저주파수의 잡음이 발생된다. 그러므로, 만일 이러한 유형의 펌프가 내역기관용 인탱크(in-tank) 연료펌프로 사용된다면, 저주파수의 음은 연료탱크와 공진을 하게 되어, 저주파수의 잡음을 발생시키게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 잡음을 보다 덜 발생시키는 유체공급장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 유체공급장치는, 그 전체 외주부에 불규칙적으로 상이한 폭의 날개홈들이 설치되는 임펠러를 가진다. 날개홈들의 모든 폭은 다를 수 있거나, 또는 날개홈들의 폭중 몇몇은, 상이한 폭의 날개홈들이 국부적으로 설치되지 않고 전체 외주부에 걸쳐 설치되어 있는 한 같다.

따라서, 날개홈들 중 인접한 두 개 사이의 각 날개는 입구와 출구 사이에 제공된 격벽을 불규칙한 시간간격으로 통과한다. 각 날개에 의해 야기된 유체압력 차이가 불규칙한 시간간격으로 격벽을 히트(hit)하므로, 음압의 최대치는 고주파수와 저주파수 둘 다, 즉, 임펠러의 고회전속도과 저회전속도 둘 다에서 낮추어진다.

본 발명의 이들 목적, 특징 및 장점들은 첨부도면을 참조하여 이루어진 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 연료펌프의 단면도.

도 2a는 도 1에 나온 연료펌프의 임펠러를 보여주는 평면도.

도 2b는 도 2a에 도시된 임펠러를 부분적으로 보여주는 사시도.

도 3은 한 경우에 있어서, 인접홈 각도의 합에서의 변화를 보여주는 특성표.

도 4는 다른 경우에 있어서, 인접홈 각도의 합에서의 변화를 보여주는 특성표.

도 5는 다른 경우에 있어서, 주파수에 대한 측정된 음압을 보여주는 특성표.

도 6은 종래의 경우에 있어서, 주파수에 대한 측정된 음압을 보여주는 특성표.

*도면의 주요부분에 대한 상세한 설명*

10 : 연료펌프 11 : 실린더형 하우징

12 : 펌프커버 13 : 펌프케이싱

14 : 배출케이스 20 : 회전자

21 : 회전축 22 : 트러스트베어링

24 : 임펠러 26 : 베어링

27 : 베어링 30 : 펌프챔버

33 : 유출구 34 : 체크밸브

40 : 정류자 50 : 커넥터

본 발명은 유체공급장치가 내연기관용 연료펌프에 적용되는 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명된다.

도 1을 참조하여 보면, 연료펌프는 참조번호 10으로 표시되고, 그리고 기술분야에 잘 공지된 바와 같이, 연료탱크에서 내연기관의 연료분사장치로 연료를 공급하기 위하여 자동차(도시되지 않음)의 연료탱크 내측에 위치된다. 연료펌프(10)는 연료탱크로부터 연료를 흡입하여 연료를 가압하는 펌프유닛(10a), 펌프유닛(10a)을 구동하는 모터유닛(10b), 및 펌프유닛(10a)에 의해 가압된 연료를배출시키는 배출유닛(10c)을 포함한다.

펌프유닛(10a)은 그의 펌프커버(12)와 펌프케이싱(13) 사이에 C-형 펌프챔버(30)(도 2a)를 가진다. 챔버(30)는 그 안에 연료를 가압시키기 위한 회전부재로서 디스크형 임펠러(24)를 회전 가능하게 수용한다. 펌프커버(12)와 펌프케이싱(13)은 알루미늄으로 만들어져 있고 실린더형 하우징(11)에 고정된다.

도 2a와 2b에 상세히 도시된 바와 같이, 임펠러(24)는 그의 외주부에 67개의 날개(24a)와 날개(24a)들 사이에 67개의 날개홈(24b)을 가진다. 각 날개(24a)의 폭은 균일(동일)한 반면, 날개(24a)들 중 인접한 두 개 사이의 각 폭(피치)은 다르다. 따라서, 날개(24a) 양측면상의 날개홈(24b)들 중 인접한 두 개는 상이한 폭과 상이한 인접홈 각도(θ)를 가진다.

펌프커버(12)에 형성된 입구(31a)를 통해 펌프챔버(30)내로 흡인된 연료는, 임펠러(24)의 회전으로 가압되어 출구(31b)를 통해 모터유닛(10b)의 모터챔버(32)로 배출된다. 펌프케이싱(13)에는 펌프챔버(30)와 출구(31b)의 접속점에 격벽(13a)이 형성된다. 격벽은 임펠러(24)의 외주부에 밀접하게 배설되어 입구(31a)와 출구(31b) 사이에 밀봉을 제공한다.

도 1을 다시 참조하여 보면, 모터유닛(10b)은 코일(20a)로 감싸인 회전자(20)를 둘러싸는 영구자석(25)을 가진다. 전류가 커넥터(50)의 커넥터핀(51)에서 자석(25)의 자기장내에 배설된 코일(20a)로 공급되면 회전자(20)는 회전한다. 회전자(20)의 트러스트방향측에 있는 회전축(21)은 펌프커버(12)의 중심 리세스(recess)에 압입된 트러스트베어링(22)에 의해 지지된다.트러스트베어링(22)은 회전축(21)으로부터 트러스트방향으로 하중을 받아들이는 반면, 베어링(26)은 반경방향으로 회전축(22)을 지지한다. 베어링(27)은 회전자(20)의 다른 측면에 제공된 회전축(23)을 반경방향으로 지지한다. 회전축(21)에는 회전축 단부의 외주부상에서 축방향으로 뻗어 있는 커트(21a)가 형성되어 있다. 임펠러(24)는 커트(21a)가 형성되어 있는 위치에서 회전축(21)에 단단히 끼워 맞춰진다.

자석(25)은 회전자(20)에 대해 갭을 두고서 회전자(20)의 외주부 외측에 방사상으로 배설된다. 여덟 개의 동 조각을 포함하는 정류자(40)가 회전축(23)측에서 회전자(20)에 부착된다.

배출케이스(14)는 하우징(11)의 다른 단부에 단단히 고정된다. 커넥터핀(51)은 그의 상단부가 노출된 채로 배출케이스(14)의 커넥터(50)에 끼워 넣어진다. 커넥터핀(51)은 정류자(40)를 통해 회전자(20)의 코일(20a)에 연결된다. 커넥터핀(51)은, 코일(20a)에 공급되는 d.c. 전류로부터 교류전류성분을 제거하는 초크코일(52)에 연결된다. 배출유닛(10c)은 배출케이스(14)에 형성된 출구(33)내에 체크밸브(34)를 수용한다. 체크밸브(34)는 출구(33)로부터 배출된 연료의 역류를 억제한다.

이 연료펌프(10)에서, 회전자(20)는, 트러스트베어링(22)과 베어링(26)에 의해 지지되는 그의 회전축(21)과, 베어링(27)에 의해 지지되는 회전축(23)과 함께 회전한다. 회전축(21)에 의해 회전하는 임펠러(24)는, 필터(도시되지 않음)를 통해 연료탱크에서부터 펌프챔버(30)로 흡인된 연료를 가압하여 연료를 모터챔버(32)내에 공급한다. 그런 다음, 연료는 체크밸브(34)를 상방으로 밀어 올려 출구(34)와 연료파이프(도시되지 않음)를 통해 외측으로 배출된다.

임펠러(24)의 회전 동안, 각 날개(24a)의 앞측과 뒷측에서 발생된 압력에서 회전방향으로 차이가 발생하고, 이 압력차를 가지는 연료는 임펠러(24)의 외주부에 근접하게 형성된 펌프케이싱(13)의 격벽(13a)을 때린다. 따라서, 커다란 압력차이를 가지는 연료가 펌프케이싱(13)의 격벽(13a)을 때릴 때, 임펠러(24)에 형성된 날개홈(24b)의 각도가 적절히 설정되지 않았다면 커다란 잡음이 발생되기 쉽다.

본 실시예에서 67개인 날개홈(24b)들은 다음 절차로 임펠러(24)상에 배설된다.

(1) 날개홈(24b)들 중 인접한 두 개 사이의 피치, 즉 날개홈(24b)의 중심들 사이의 각도(인접홈 각도)의 최대값(θmax(°))과 최소값(θmin(°))이 결정된다. 이들 두 각도들 사이의 차이는 증분각도(△(°))를 결정하기 위하여 날개홈(24b)들의 총 숫자보다 하나 작은 66으로 동일하게 나뉘어진다. 최대각도(θmax)와 최소각도(θmin) 사이의 너무 큰 차이는, 모터유닛(10b)에 공급된 전력에 대한 연료배출량의 비율, 즉 연료펌프(10)의 효율을 감소시킨다. 한편, 최대각도(θmax)와 최소각도(θmin) 사이의 너무 작은 차이는 균일한 인접홈 각도를 가지는 임펠러가 되게 한다. 이는 날개(24a)들의 숫자와 임펠러(24)의 회전속도의 곱에 상응하는 고주파수에서의 음압을 증가시킨다. 인접홈 각도의 최대각도(θmax)와 최소각도(θmin) 사이의 적절한 차이는 각 유형의 펌프에 대한 실험과 분석을 통해 결정될 수 있다.

(2) 날개홈(24b)들의 전체 수(n)와 동일한 개수의 임의번호가 순서대로 결정된다. 각 임의번호에는 결정순으로 증가하도록 순서번호(i)가 할당된다. 이들 순서번호(i)는 증가 또는 감소순으로 임펠러(24)의 전체 원주 주변에 할당된다. 임의번호의 증가 또는 감소순을 기초로, 1부터 67까지의 배열번호(j)가 순서번호와 일치하는 임의번호로 할당된다 [j=f(i)]. 임펠러(24)의 외주부에 할당된 순서번호(i)에 상응하는 위치로 할당되게 되는 날개홈(24)들의 각 인접홈 각도는 θi(i=1, 2, ..., n)으로 정해진다고 가정하면, 각도(θi(°))는 다음과 같이 표현된다.

θi=θmin+△×(j-1) ................(1)

날개홈(24b)들의 상기 배열중에서, m=n/k (k=2, 3 및 4)의 번호로 연속적으로 인접하는 날개홈(24b) 각도들의 합(Sm(°))이 결정된다. 여기서, 만일 번호 n/k가 정수가 아니라면, n/k와 (n/k)+1 사이에서 적어도 (n/k)+1이 m으로 설정된다. 합(Sm)은 원주방향으로 날개홈을 하나씩 시프팅시킴으로써 n-차례 결정되는데, 그 합은 매번 결정된다. 매번의 합(Sm)이 다음 관계를 충족시키는 배열이 채택된다.

(360/k)-10≤Sm≤(360/k)+10 .........(2)

2, 3 및 4를 포함하는 범위에 있어서의 k를 정류자(40)의 조각의 숫자(이 실시예에서는 8)로 변경시키는 동안의, 합(Sm)의 계산과 최종 배열의 실험을 통해, 임펠러(24)의 회전에 의해 발생된 음압은 상당히 감소될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 숫자 k가 k=2, 3, 4, 8로 변경될 때 날개홈(24b)의 인접홈 각도의 합(Sm)이 변한다. 도 3에 있어서, 날개홈(64b)들이 시계방향으로 1에서 67까지의 번호로 표시됨이 가정되어 있다. 각 인접홈 각도의 합(Sm)(S8, S9, S16, S17, S22, S23, S33, S34)은, k=8일 때 m=8 및 9로, k=4일 때 m=16 및 17로,k=3일 때 m=22 및 23으로, 그리고 k=2일 때 m=33 및 34로 결정되었는데, 이는 날개홈(24b)들의 전체 숫자가 67개(n=67)이기 때문이다. 도 3으로부터 알 수 있듯이, 인접홈 각도의 모든 합(Sm)은, 통상, k=2일 때 (360/2=180)±10, k=3일 때 (360/3=120)±10, k=4일 때 (360/4=90)±10, 그리고 k=8일 때 (360/8=45)±10의 범위내에 각각 있다. 따라서, 날개홈(24b)들의 모든 인접홈 각도들이 본 실시예에서 서로 다르기 때문에, 고주파수 잡음이 최소로 감소될 수 있다. 게다가, 날개홈(24b)들의 인접홈 각도의 변화가 임펠러(24)의 일부에만 집중되지 않고 원주방향으로 임펠러(24) 전체에 걸쳐 분포되기 때문에, 단위시간 간격으로 격벽(13a)을 통과하는 날개(24a)의 숫자는 그렇게 많이 변하지 않는다. 따라서, 저주파수 잡음의 발생이 억제될 수 있다.

임의의 수의 보다 많은 셋트를 사용하면, 인접홈 각도들의 합(Sm)은 상기와 같이 결정된다. 도 3에 도시된 것 보다 합(Sm)의 변화가 작게 되는 배열들이 선택되어 도 4에 도시되어 있다. 합(Sm)에서 보다 작은 변화를 가지는 날개홈 배열은, 보다 불규칙하게 배열된 날개홈에 기인하고, 낮은 음압을 제공하는 보다 유리한 배열을 제공한다.

도 4의 날개홈 배열을 이용하는 임펠러에 의해 발생된 음압과 균일한 날개홈 배열(종래기술)을 사용하는 임펠러에 의해 발생된 음압이 동일한 형태의 연료펌프(도 1)에서 측정되었다. 주파수(임펠러(24)의 회전속도)에 대한 측정음압이 도 4(실시예)와 도 5(선행기술)에 도시되어 있다. 도 5 및 도 6에서, 음압은 유체에서 측정되었고, 1μPa가 0㏈로서 표시된다는 것을 알 수 있을 것이다. 도 4와 도 5로부터 알 수 있듯이, 보다 작게 변하는 Sm-특성(도 4)에 상응하는 날개홈 배열이 채택되는 한, 발생된 음압의 최대레벨이 낮추어지도록 감소되고(도 5), 발생된 음압의 평균레벨이 임펠러의 회전속도에 대해 낮추어진다.

상기 실시예에 의하면, 잡음압력이 고주파수와 저주파수 둘 다에서 낮아질 뿐만 아니라, 음압의 차에 상응하는 변동이 감소된다. 따라서, 변동에 의해 야기될 수 있는, 임펠러(24)의 회전속도에 있어서의 변화들 또한 감소된다. 따라서, 펌프유닛(10a)은, 통상 모터유닛(10b)에 공급된 전력에 대한 직접적인 비율로 연료를 배출할 수 있다. 즉, 연료펌프(10)는 고효율로 작동될 수 있다.

상기 실시예들은 여러 방식으로 수정될 수 있다. 이를테면, 임의의 수는 임의의 수의 불규칙성이 이용되는 한은 다양한 방식으로 이용될 수 있다. 인접홈 각도의 합(Sm)을 결정함에 있어서, (n/k)+1을 위해, k=2, 3 및 4와 m=34, 23 및 17에 대해서 결정될 수 있다. 인접홈 각도의 몇몇은, 날개의 전체 숫자에 대한 동일 인접홈 각도의 숫자의 비율이 0.1과 동일하거나 또는 이 보다 작은 한은 동일 할 수 있다.

게다가, 본 발명의 장치는, 그의 회전부재의 외주부에 날개와 날개홈을 갖는한 연료펌프외의 다른 장치에 적용될 수 있다.

본 발명에 의한 유체공급장치에 의하면, 상기 날개홈이 불규칙하게 배열되어 있어, 서로 상이한 인접 날개홈들 사이에 인접홈 각도를 제공하고, 연속적으로 배열된 기설정된 수의 날개홈에 있어서의 인접홈 각도의 합은, 회전부재의 원주방향으로의 기설정된 수의 날개홈 중 첫 번째 하나의 날개홈 위치에 관계없이 기설정된 변화범위에 있으므로, 잡음을 보다 덜 발생시키는 유체공급장치를 제공할 수 있다.

Claims

그 안에 챔버를 규정하는 케이싱과;

상기 챔버내에 배설되고, 외주부 둘레에 교호로 배열된 날개와 날개홈을 갖는 회전부재를 포함하는 유체공급장치에 있어서:

상기 날개홈은 불규칙하게 배열되어 있어, 서로 상이한 인접 날개홈들 사이에 인접홈 각도를 제공하고,

연속적으로 배열된 기설정된 수의 날개홈에 있어서의 인접홈 각도의 합(Sm)은, 회전부재의 원주방향으로의 기설정된 수의 날개홈 중 첫 번째 하나의 날개홈 위치에 관계없이 기설정된 변화범위에 있으며,

상기 날개홈 중 몇몇은 동일 인접홈 각도를 제공하도록 배열되고,

날개의 전체 수(n)에 대한 동일 인접홈 각도의 수 비는 0.1 보다 작으며,

상기 날개홈의 인접홈 각도의 합(Sm)은, (360/k)-10≤Sm≤(360/k)+10을 만족하는데, 상기 합(Sm)은 원주방향으로 매번 합이 결정되는 날개홈들중 첫 번째 하나의 날개홈을 하나씩 원주방향으로 시프팅함으로써 결정된 n-번째 값이고, m은 연속적으로 인접하는 날개홈들의 수이고, 만일, 숫자 n/k가 정수가 아니면 n/k와 (n/k)+1 사이에서 적어도 (n/k)+1이 m으로 설정되는 조건하에서, m=n/k(k=2, 3 및 4)로 정해지는 것을 특징으로 하는 유체공급장치.
제1항에 있어서, 상기 인접홈 각도는, 임의의 수의 발행순으로 원주방향으로날개홈에 할당된 임의의 수에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 유체공급장치.
그 안에 챔버를 규정하는 케이싱과;

상기 챔버내에 배설되고, 외주부 둘레에 교호로 배열된 날개와 날개홈을 갖는 회전부재를 포함하는 유체공급장치에 있어서:

상기 날개홈은 불규칙하게 배열되어 있어, 서로 상이한 인접 날개홈들 사이에 인접홈 각도를 제공하고,

연속적으로 배열된 기설정된 수의 날개홈에 있어서의 인접홈 각도의 합(Sm)은, 회전부재의 원주방향으로의 기설정된 수의 날개홈 중 첫 번째 하나의 날개홈 위치에 관계없이 기설정된 변화범위에 있으며,

상기 날개홈 중 몇몇은 동일 인접홈 각도를 제공하도록 배열되고,

날개의 전체 수(n)에 대한 동일 인접홈 각도의 수 비는 0.1 보다 작은 것을 특징으로 하는 유체공급장치.
그 안에 챔버를 규정하는 케이싱과;

상기 챔버내에 배설되고, 외주부 둘레에 교호로 배열된 날개와 날개홈을 갖는 회전부재를 포함하는 유체공급장치에 있어서:

상기 날개홈은 불규칙하게 배열되어 있어, 서로 상이한 인접 날개홈들 사이에 인접홈 각도를 제공하고,

연속적으로 배열된 기설정된 수의 날개홈에 있어서의 인접홈 각도의 합(Sm)은, 회전부재의 원주방향으로의 기설정된 수의 날개홈 중 첫 번째 하나의 날개홈 위치에 관계없이 기설정된 변화범위에 있으며,

상기 모든 인접홈 각도는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 유체공급장치.