WO2013054412A1 - 燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

簡単且つ安価な構成で、インペラの回転抵抗の増大や、ポンプ室のロック等の不具合の発生を防止して、信頼性の確保とポンプ性能維持を両立させた燃料ポンプを得ることを目的として、ケーシング（１８）の少なくとも一方のシール部のインペラの凹所群（２０ｂ、２０ｃ）に対向する位置に、インペラ（２０）の凹所群（２０ｂ、２０ｃ）の膨潤量を予測したミクロンオーダーの凹形状（３５、３６）を形成するか、あるいは、インペラ（２０）の凹所群（２０ｂ、２０ｃ）の形状を、該インペラの凹所群の膨潤量を予測した凹形状（５０ａ、５０ｂ）とした。

Description

燃料ポンプ

　この発明は、燃料ポンプに関し、詳しくは、インペラと、そのインペラを回転可能に収容するポンプケーシングとを有する燃料ポンプに関するものである。

　燃料タンク内の燃料を内燃機関（例えば、自動車のエンジン等）に供給するための装置として燃料ポンプが知られている。この種の燃料ポンプでは、通常、ポンプ部を有している。ポンプ部は、ケーシングと、ケーシング内に回転可能に収容される略円盤状のインペラを備えている。インペラの燃料吸入側に対向する面には、インペラの外周部に沿って羽根溝部が環状に形成されている。インペラの燃料吐出側に対向する面には、吸入側に形成された羽根溝部と対応する位置に羽根溝部が形成されている。インペラの吸入側面と吐出側面に形成された羽根溝部は底部で連通されている。
インペラの吸入側面と吐出側面に対向するケーシング内面のそれぞれには、インペラに形成された羽根溝部と対向する領域を、インペラの回転方向に沿って上流端から下流端まで延びるポンプ通路が形成されている。吸入側のポンプ通路の上流端は、燃料吸入口によってケーシング外と連通されており、吐出側のポンプ通路の下流端は燃料吐出口によってケーシング外と連通されている。

　このように構成された燃料ポンプでは、インペラが回転すると吸入口からポンプケーシング内に燃料が吸入され、吸入された燃料はインペラの羽根溝部及びポンプ通路に導入される。ポンプケーシング内に吸入された燃料には、インペラの回転に起因した遠心力が作用する。ポンプケーシング内に吸入された燃料は、インペラの遠心力により昇圧されながらポンプ通路に沿って下流側に流れ、吐出口からポンプケーシング外に吐出される。
このような燃料ポンプでは、インペラの表面と、これに接する、ポンプカバー、ポンプベースの摺動面との間の間隙で発生する、漏れ損失によるポンプの吐出効率の低下を防止するため、スラスト方向の間隙を非常に微小にしている。このため羽根溝の回転によりポンプ室内の燃料圧力が燃料吸入口からポンプ室出口に向けて上昇すると、インペラはポンプケーシングにあるポンプ室出口付近とポンプケーシングにある燃料吸入口付近との間の圧力アンバランスによって、ポンプケーシングにおけるポンプ室出口に対向する位置に接触しながら回転する。
　そこで、この接触を防止するために、ポンプケーシングの摺動面のポンプ出口近傍に、インペラの表面とポンプケーシングとの間の微小間隙より大きい間隙を形成して、当り逃し部を形成することが知られている。（例えば、特許文献１参照。）

特開平５－１８７３８２号

　発明者による実験・検証によって、インペラの寸法変形は、凹所群で顕著に現れることが確認された。従って、ポンプケーシングとインペラとの接触を防止するためには、特許文献１に示される当り逃し部だけでは万全とは言い難かった。

　この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、簡単且つ安価な構成で、インペラの回転抵抗の増大や、ポンプ室のロック等の不具合の発生を防止して、信頼性の確保とポンプ性能維持を両立させた燃料ポンプを提供することを目的とするものである。

　この発明に係る燃料ポンプは、円盤状のインペラと、そのインペラを回転可能に収容するポンプカバーとポンプボディとからなるケーシング、および、前記インペラを回転駆動するモータ部とを備える燃料ポンプであって、前記インペラの表裏両面のそれぞれには、外周から内側に所定の距離を隔てて周方向に伸びる領域に周方向に繰返す凹所群が形成され、前記インペラ表面に対向するポンプカバーには、インペラの凹所群に対向する領域を上流端から下流端まで伸びている第１溝が形成され、前記インペラ裏面に対向するポンプボディには、インペラの凹所群に対向する領域を上流端から下流端まで伸びている第２溝が形成され、前記ケーシングには、前記第１溝の下流端近傍とケーシング外とを連通する燃料吐出口と、第２溝の上流端近傍とケーシング外とを連通する燃料吸入口とが形成され、前記インペラの回転方向に見て、前記ポンプカバーの第１溝の上流端と下流端の間、及び上記ポンプボディの上流端と下流端の間に、それぞれシール部が設けられている燃料ポンプにおいて、前記ケーシングの少なくとも一方のシール部の前記インペラの凹所群に対向する位置に、前記インペラの凹所群の膨潤量を予測したミクロンオーダーの凹形状を形成したものである。

　この発明の燃料ポンプによれば、簡単且つ安価な構成で、インペラの回転抵抗の増大や、ポンプ室のロック等の不具合の発生を防止して、信頼性の確保とポンプ性能維持を両立させた燃料ポンプを得ることができる。

　上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。

この発明の実施の形態1の燃料ポンプの全体構成を示す縦断面図である。 図1のポンプ部を拡大した縦断面図である。 この発明の実施の形態1におけるインペラの平面図である。 この発明の実施の形態1におけるポンプボディをインペラ側から見た平面図である。 この発明の実施の形態1におけるポンプカバーをインペラ側から見た平面図である。 この発明の実施の形態1におけるポンプ部１２の部分断面図である。

実施の形態１．
　この発明の実施の形態１について、図１～図６を参照して説明する。
なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。

　この発明の特徴とするところを要約すれば、インペラ羽根溝群に対向するケーシング内面の摺動面上の、インペラ回転方向に見て燃料吐出口から燃料吸入口までのシール部分に、クリアランスを更にミクロンオーダーで拡大した略円周上の凹形状を形成したものである。
図１はこの発明の実施の形態1の燃料ポンプの全体構成を示す縦断面図であり、図１に示されるように、燃料ポンプ１０は、モータ部７０とポンプ部１２とから構成されている。
モータ部７０は、ハウジング７２とモータカバー７３とマグネット７４、７５と回転子７６を備えている。ハウジング７２は略円筒状に形成されている。モータカバー７３は、ハウジング７２の上端７２ａ（図１の上下を燃料ポンプ１０の上下とする）を内側にかしめることによってハウジング７２に固定されている。モータカバー７３には、上方に向かって開口している吐出ポート７３ａが形成されている。マグネット７４、７５は、ハウジング７２の内壁に固定されている。回転子７６は、積層鉄心とコイル等によって構成される本体７７と、本体７７を上下に貫くシャフト７８を有している。シャフト７８の上端部７８ａは、ベアリング８１を介してモータカバー７３に回転可能に装着されている。シャフト７８の下端部７８ｂは、ベアリング８２を介してポンプ部１２のポンプカバー１４に回転可能に装着されている。ここで、モータ部７０については、従来の燃料ポンプと同様の構成のため、これ以上の詳細な説明は省略する。

　図２は、図１のポンプ部を抜粋して拡大して示している。
ポンプ部１２は、ケーシング１８とインペラ２０を備えている。
図３に示すようにインペラ２０は略円盤状である。インペラ２０の燃料吸入側の面には、外周面２０ｅから所定の距離を隔てて、周方向に連続する第１羽根溝群２０ｂが環状に形成されている。すなわち、第１羽根溝群２０ｂは、インペラ２０の外周壁２０ｄによってインペラ２０の外周面２０ｅから隔てられている。インペラ２０の燃料吐出側の面には、インペラ２０の吸入側面に形成される第１羽根溝群２０ｂに対応する位置（すなわち、外周面２０ｅから所定の距離を隔てた領域）に、周方向に連続する第２羽根溝群２０ｃが環状に形成されている。なお、第１羽根溝群２０ｂの底部と第２羽根溝群２０ｃの底部は連通孔（図示省略）により連通されている。インペラ２０の中心部には、厚さ方向に貫通する軸直角方向断面が略Ｄ字状の係合孔２０ａが形成されている。係合孔２０ａにはシャフト７８が係合されている。回転子７７のコイルに通電すると、シャフト７８が回転し、これによってインペラ２０が回転する。

　ケーシング１８は、ポンプカバー１４とポンプボディ１６が組合わされたものである。図２、図５に示されるように、ポンプカバー１４のインペラ側の面（即ち、図１の下面）には、平面視すると円形の凹部１４ａが形成されている。凹部１４ａの径はインペラ２０の直径と略同一であり、凹部１４ａの深さはインペラ２０の厚みと略同一である。
凹部１４ａに、インペラ２０が回転可能に嵌まり込んでいる。

　ポンプカバー１４の凹部１４ａの底面（以下、ポンプカバーの下面ということがある）には、インペラ２０の第２羽根溝群２０ｃに対向した領域を周方向に伸びる溝状の第２ポンプ通路３１が形成されている。第２ポンプ通路３１の上流端３１ａは、後述する第１ポンプ通路３０の上流端３０ａと対向する位置の近傍に形成されている。
第２ポンプ通路３１の下流端３１ｂには燃料吐出口４１が形成されている。
燃料吐出口４１は、第２ポンプ通路３１からポンプカバー１４の上面（図１の上面）まで伸びており、第２ポンプ通路３１とケーシング１８外（詳細には、ハウジング７２内）とを連通している。

　インペラ２０とポンプカバー１４の凹部１４ａとの間には、図６に示す軸方向のわずかな隙間Ａが形成され、また、インペラ２０とポンプカバー１４の凹部１４ａの内周面１４ｂとの間には、図６に示す径方向のわずかな隙間Ｂが形成されている。これらの隙間Ａ、Ｂは、インペラ２０がスムーズに回転するために設けられている。
なお、図では、模式的にインペラ２０とポンプカバー１４の隙間を広く示しているが、実際には数μｍ～数十μｍ程度である。

　ポンプボディ１６の上面には、インペラ２０の第１羽根溝群２０ｂに対向する領域を周方向に伸びる溝状の第１ポンプ通路３０が形成されている。第１ポンプ通路３０の上流端３０ａには燃料吸入口４０が設けられている。第１ポンプ通路３０の上流端３０ａと下流端３０ｂの間には、ポンプボディ１６を上下（図１の上下）に貫通しているベーパ抜き孔３０ｃが設けられている。ポンプボディ１６の中心部には凹所１６ｂが形成されており、凹所１６ｂ内にはシャフト７８と同心上にスラストベアリング３３が配設されている。
スラストベアリング３３は回転子７６のスラスト荷重を受止める。

　ポンプカバー１４とポンプボディ１６からなるケーシング１８は、ポンプカバー１４の凹部１４ａにインペラ２０を組込んだ状態で、ハウジング７２の下端７２ｂが内側にかしめられることによってハウジング７２に固定されている。
また、ケーシング１８がハウジング７２に固定された状態では、シャフト７８の下端部７８ｂは、ベアリング８２に支持されている部位よりさらに下方の部位で、インペラ２０の係合穴２０ａに嵌挿されている。シャフト７８の下端とポンプボディ１６の間にはスラストベアリング３３が介装されている。

　上述のように構成された燃料ポンプ１０では、回転子７６に電流が流れてインペラ２０が回転すると、燃料タンク（図示省略）内の燃料が、燃料吸入口４０を通ってケーシング１８内に吸入される。ケーシング１８内に吸入された燃料は、まず、第１ポンプ通路３０の上流端３０ａに流入する。図６に示すように、第１ポンプ通路３０に流入した燃料は、インペラ２０の回転により第１ポンプ通路３０と第１羽根溝群２０ｂとの間で旋回流Ｓを形成し、これによって昇圧される。また、第１ポンプ通路３０に流入した燃料は、インペラの回転により昇圧されながら、第１ポンプ通路３０を上流端３０ａから下流端３０ｂに向かって流れる。そして、第２ポンプ通路３１の下流端に形成された燃料吐出口４１よりモータ部７０に吐出された燃料は、モータ部７０内を流れ、モータカバー７３に形成された吐出ポート７３ａから燃料ポンプ１０外へと吐出される。

　上述の図６で示される軸方向の僅かな隙間Ａは、燃料ポンプ１０の吐出性能を大きく左右する要因のひとつである。即ち、クリアランスが広がれば、前記旋回流Ｓのスムーズな流れが阻害されるのと同時に、ケーシング１８内での漏れ損失が増大し、結果として燃料吐出口４１から吐出される燃料吐出量の低下を引き起こす。つまり、上記クリアランスを極力小さく維持・管理することはポンプの吐出性能を維持する上で極めて重要な課題である。他方で、インペラ２０は熱硬化性、あるいは熱可塑性等の樹脂材料により形成されるが、上記の通りインペラ２０は通常、常に燃料に浸漬された状態で用いられるため、吸湿による寸法変化（膨潤）が起こることが知られている。
吸湿による膨潤量が軸方向に設けられたクリアランスＡに近づいた場合、インペラとケーシングの干渉により回転運動が阻害されることで回転磨耗抵抗が増大し、燃料ポンプの吐出効率が低下を引き起こし、更に設定クリアランスＡを超えてインペラ２０が膨潤した場合、最悪のケースではポンプ室のロックに至る懸念がある。上記背景から、クリアランスは燃料浸漬によるインペラの膨潤を見込んだ上で、ロック等が発生しない程度に小さく設定・管理する必要がある。

　図３で示す外輪部２０ｇをもつ形態で、特に熱硬化性樹脂のインペラ２０においては、その他の部位（平面部、外周部２０ｅ）と比較して羽根部２０ｆでの膨潤量が大きいという特徴を持つ。本実施の形態１では、上記特徴に着目し、ケーシング１８の内部、摺動面上のインペラ羽根部２０ｆに対向する部位に、予め膨潤量を見込んだ凹形状を設けた。
具体的には、ポンプボディ１６、およびポンプカバー１４の摺動面上に設けられた略Ｃ字上のポンプ通路３０、３１に対し、それらを円周方向に延長する方向に沿って、換言すれば、ポンプ通路３０、３１の上流端３０ａと下流端３０ｂ、及び上流端３１ａと下流端３１ｂの間に設けられるシール部に、インペラ２０の膨潤量を見込んだミクロンオーダーの凹形状３５、３６を設け、部分的なクリアランスの拡大を行っている。

　以上のように構成されたこの発明の実施の形態１の燃料ポンプによれば、羽根部２０ｆが膨潤した際にも、インペラ２０の回転抵抗増大、あるいはポンプ室ロック等の不具合発生を防止することができる。同時に、クリアランスを拡大する領域を必要な領域のみに限定したことからポンプ吐出性能の大きな低下はない、つまり信頼性の確保とポンプ性能維持を両立することができるものである。

　なお、上述の説明では、ケーシング１８の内面に形成された凹形状３５、３６は、ポンプボディー１６とポンプカバー１４のそれぞれに形成したものについて説明したが、どちらか一方にのみ形成することもできる。

　また、上述の実施の形態と反対に、図６に示すように、膨潤量を見込んだ凹形状５０ａ、５０ｂをインペラ側に設けても、同様の効果が期待できる。

　また、上述した実施の形態１の燃料ポンプ１０では、ポンプボディ１６およびポンプカバー１４、あるいはインペラ２０のみに凹形状を形成しているため、その他の部位は従来の構成（部品）を使用することができるものである。

　以上、本発明の具体例を実施の形態１を用いて詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

　この発明は、燃料タンク内の燃料を内燃機関（例えば、自動車のエンジン等）に供給するための燃料ポンプとして好適なものである。

１０：燃料ポンプ、１２：ポンプ部、１４：ポンプカバー、１６：ポンプボディ、
１８：ケーシング、２０：インペラ、
２０ｂ：第１羽根溝群（凹所群）、
２０ｃ：第２羽根溝群（凹所群）、３０、３１：ポンプ通路、
３０ａ：ポンプ通路３０の上流端、３０ｂ：ポンプ通路３０の下流端、
３１ａ：ポンプ通路３１の上流端、３１ｂ：ポンプ通路３１の下流端、
３５：凹形状（ポンプボディ側）、３６：凹形状（ポンプカバー側）、
４０：燃料吸入口、４１：燃料吐出口、
５０ａ、５０ｂ：凹形状（インペラ側）、
７０：モータ部、７２：ハウジング、７３：モータカバー、
７４、７５：マグネット、
７６：回転子、７８：シャフト。

Claims (4)

1. 　円盤状のインペラ（２０）と、そのインペラを回転可能に収容するポンプカバー（１４）とポンプボディ（１６）とからなるケーシング（１８）、および、前記インペラを回転駆動するモータ部（７０）とを備える燃料ポンプ（１０）であって、
   前記インペラ（２０）の表裏両面のそれぞれには、外周から内側に所定の距離を隔てて周方向に伸びる領域に周方向に繰返す凹所群（２０ｂ、２０ｃ）が形成され、
   前記インペラ表面に対向するポンプカバー（１４）には、インペラの凹所群（２０ｃ）に対向する領域を上流端（３１ａ）から下流端（３１ｂ）まで伸びている第１溝（３１）が形成され、
   前記インペラ裏面に対向するポンプボディ（１６）には、インペラの凹所群（２０ｂ）に対向する領域を上流端（３０ａ）から下流端（３０ｂ）まで伸びている第２溝（３０）が形成され、
   前記ケーシング（１８）には、前記第１溝（３１）の下流端（３１ｂ）近傍とケーシング（１８）外とを連通する燃料吐出口（４１）と、第２溝（３０）の上流端（３０ａ）近傍とケーシング（１８）外とを連通する燃料吸入口（４０）とが形成され、
   前記インペラの回転方向に見て、前記ポンプカバー（１４）の第１溝（３１）の上流端と下流端の間、及び上記ポンプボディ（１６）の上流端と下流端の間に、それぞれシール部が設けられている燃料ポンプにおいて、
   前記ケーシング（１８）の少なくとも一方のシール部の前記インペラの凹所群（２０ｂ、２０ｃ）に対向する位置に、前記インペラ（２０）の凹所群（２０ｂ、２０ｃ）の膨潤量を予測したミクロンオーダーの凹形状（３５、３６）を形成したことを特徴とする燃料ポンプ。
2. 　前記ポンプカバー（１４）およびポンプボディ（１６）の双方に上記凹形状（３５、３６）を形成したことを特徴とする　請求項１に記載の燃料ポンプ。
3. 　前記インペラ（２０）の凹所群（２０ｂ、２０ｃ）の形状を、該インペラの凹所群の膨潤量を予測した凹形状（５０ａ、５０ｂ）としたことを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ。
4. 　円盤状のインペラ（２０）と、そのインペラを回転可能に収容するポンプカバー（１４）とポンプボディ（１６）とからなるケーシング（１８）、および、前記インペラを回転駆動するモータ部（７０）とを備える燃料ポンプ（１０）であって、
   前記インペラ（２０）の表裏両面のそれぞれには、外周から内側に所定の距離を隔てて周方向に伸びる領域に周方向に繰返す凹所群（２０ｂ、２０ｃ）が形成され、
   前記インペラ表面に対向するポンプカバー（１４）には、インペラの凹所群（２０ｃ）に対向する領域を上流端（３１ａ）から下流端（３１ｂ）まで伸びている第１溝（３１）が形成され、
   前記インペラ裏面に対向するポンプボディ（１６）には、インペラの凹所群（２０ｂ）に対向する領域を上流端（３０ａ）から下流端（３０ｂ）まで伸びている第２溝（３０）が形成され、
   前記ケーシング（１８）には、前記第１溝（３１）の下流端（３１ｂ）近傍とケーシング（１８）外とを連通する燃料吐出口（４１）と、第２溝（３０）の上流端（３０ａ）近傍とケーシング外（１８）外とを連通する燃料吸入口（４０）とが形成され、
   前記インペラ回転方向に見て、前記ポンプカバー（１４）の第１溝（３１）の上流端と下流端の間、及び上記ポンプボディ（１６）の上流端と下流端の間に、それぞれシール部が設けられている燃料ポンプにおいて、前記インペラ（２０）の凹所群（２０ｂ、２０ｃ）の形状を、該インペラの凹所群の膨潤量を予測した凹形状（５０ａ、５０ｂ）としたことを特徴とする燃料ポンプ。

Images