WO2015040814A1

WO2015040814A1 - 燃料ポンプ

Info

Publication number: WO2015040814A1
Application number: PCT/JP2014/004532
Authority: WO
Inventors: 晶也大竹; 酒井　博美; 喜芳長田
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2015-03-26
Also published as: JP2015059435A; DE112014004259B4; DE112014004259T5; CN105378286A; JP6056719B2; US20160201692A1; CN105378286B

Abstract

　ハウジングの端部に設けられるカバーエンド（４０）には、ハウジングの内部側に軸受収容部（４３）が設けられる。軸受収容部（４３）は、シャフト（５２）の端部（５２１）を回転可能に支持する軸受（５５）を収容する収容空間（４３０）を有し、内部に端部（５２１）が位置する中内径部（４３２）、及び、端部（５２１）の外径より小さい内径の柱状空間を有する小内径部（４３３）を備える。収容空間（４３０）にはハウジング内の燃料が流入または流出する。シャフト（５２）が天側に移動すると、底壁（４３４）、内壁（４３８）、端面（５２３）などにより形成される空間に滞留する燃料はダンパとして機能し、軸受収容部（４３）に対するシャフト（５２）の相対速度を遅くする。

Description

燃料ポンプ

関連出願の相互参照

　本願は、２０１３年９月１７日に出願された日本国特許出願第２０１３－１９１５９９号に基づくものであり、この開示をもってその内容を本明細書中に開示したものとする。

　本開示は、燃料ポンプに関する。

　ポンプ室内で回転可能なインペラと、インペラを回転駆動可能なモータとを備え、インペラの回転によって燃料タンクの燃料を内燃機関に圧送する燃料ポンプが知られている。特許文献１には、ステータと、ステータの径内方向に回転可能に支持されているロータとから構成されるモータを備え、ロータの回転運動を利用してインペラを回転駆動する燃料ポンプが記載されている。

　特許文献１に記載の燃料ポンプでは、ロータと一体に回転するシャフトは燃料ポンプの二つの端部に設けられる二つの軸受に回転可能に支持されている。一方の軸受は、シャフトの一方の端部に接続されるインペラの近傍に設けられる。シャフトの他方の端部を支持する他方の軸受は、ステータ及びロータを収容するハウジングの端部に設けられるカバーエンドに支持されている。燃料ポンプを搭載する車両の振動によりシャフトが燃料ポンプ内において振動すると、シャフトの端部とカバーエンドとによる衝突音が発生する。カバーエンドに対するシャフトの相対速度が大きいと衝突音は大きくなるため、燃料ポンプの振動が大きくなるにつれて燃料ポンプが発する騒音が大きくなる。

特開２０１１－０３０３２８号公報（ＵＳ２０１１／００２０１５４Ａ１に対応）

　本開示の目的は、振動によって発生する騒音を低減する燃料ポンプを提供することにある。

　上記の目的を達成するために、本開示では、筒状のハウジングと、燃料をハウジングの内部に吸入する吸入口を有しハウジングの一方の端部に設けられるポンプカバーと、燃料をハウジングの外部に吐出する吐出口を有しハウジングの他方の端部に設けられるカバーエンドと、ステータと、ロータと、ロータと一体に回転するシャフトと、カバーエンドに支持されシャフトのカバーエンド側の端部を回転可能に支持する軸受と、カバーエンドのハウジングの内部側に設けられ軸受を収容する収容空間を有する軸受収容部と、インペラと、を備える燃料ポンプを提供する。軸受収容部は、筒状に形成されシャフトのカバーエンド側の端部を内部に収容する第１筒部、及び、有底筒状に形成され第１筒部とカバーエンドとを接続する第２筒部を備え、収容空間にはハウジング内の燃料が流入または流出し、第２筒部内の収容空間の内径は、シャフトのカバーエンド側の外径より小さい。

　本開示の燃料ポンプでは、シャフトのカバーエンド側の端部は軸受収容部の第１筒部内の収容空間に収容されている。第１筒部とカバーエンドとの間に設けられる第２筒部内の収容空間にはハウジング内の燃料の一部が滞留する。すなわち、第２筒部内の収容空間に滞留する燃料は、シャフトの端部とカバーエンドとの間に位置する。燃料ポンプの振動などによってシャフトがカバーエンドの方向に移動すると、第２筒部内の収容空間に滞留する燃料はハウジング内に適度に流出し、カバーエンドに対するシャフトの相対速度を遅くするダンパとして機能する。これにより、シャフトの端部とカバーエンドとが比較的速い相対速度で衝突することを防止する。したがって、シャフトとカバーエンドとの衝突によって発生する騒音を低減することができる。

図１は、本開示の一実施形態による燃料ポンプの断面図である。図２は、図１のＩＩ部拡大図である。図３は、図１の燃料ポンプの作用を説明する断面図である。図４は、図１の燃料ポンプの作用を説明する断面図であって、図３とは異なる断面図である。

　以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。

　本開示の一実施形態による燃料ポンプについて、図１～図４に基づいて説明する。

　燃料ポンプ１は、モータ部３、ポンプ部４、ハウジング２０、ポンプカバー６０、カバーエンド４０及び軸受収容部４３を備える。燃料ポンプ１では、モータ部３及びポンプ部４は、ハウジング２０、ポンプカバー６０及びカバーエンド４０により形成される空間に収容されている。燃料ポンプ１は、図１の下側に示す吸入口６１から図示しない燃料タンク内の燃料を吸入し、図１の上側に示す吐出口４２２から内燃機関に吐出する。なお、図１～４では、上側を「天側」、下側を「地側」とする。

　ハウジング２０は、鉄などの金属により円筒状に形成されている。

　ポンプカバー６０は、ハウジング２０の吸入口６１側の端部２０１を塞いでいる。ポンプカバー６０は、端部２０１の縁が内側へ加締められることにより、ハウジング２０の内側で固定され、軸方向への抜けが規制されている。

　カバーエンド４０は、樹脂から成形され、ハウジング２０の吐出口４２２側の端部２０２を塞いでいる。カバーエンド４０は、ベース部４１及び吐出部４２を有する。

　ベース部４１は、ハウジング２０の端部２０２を塞ぐよう設けられる。ベース部４１は、モータ部３のステータ１０の天側と接続し、ステータ１０と一体となるよう形成されている。ベース部４１は、ベース部４１の径方向外側の縁部４１１がハウジング２０の端部２０２の縁により加締められる。これにより、ベース部４１は、ハウジング２０の内側で固定され、軸方向への抜けが規制される。ベース部４１は、中心からずれた位置に吐出部４２の燃料通路４２１に連通する燃料通路４１２が形成されている。ベース部４１には、ハウジング２０の外部側に吐出部４２が接続する。

　吐出部４２は、略筒状に形成され、ベース部４１の中心からずれた位置にハウジング２０の外側に延びるよう設けられる。吐出部４２は、ハウジング２０内の燃料が流れる燃料通路４２１、吐出口４２２を有する。

　軸受収容部４３は、有底筒状に形成され、ベース部４１の略中央からハウジング２０の内部の方向に延びるよう設けられている。軸受収容部４３は、内部にシャフト５２の端部５２１、及び、端部５２１を回転可能に支持する軸受５５が収容される収容空間（止まり穴）４３０を有する。軸受５５は、金属製の円筒体からなる軸受である。軸受収容部４３は、大内径部４３１、「第１筒部」としての中内径部４３２、「第２筒部」としての小内径部４３３を備える。大内径部４３１、中内径部４３２及び小内径部４３３は、シャフト５２の回転軸Ｏと同軸に設けられている。

　大内径部４３１は、軸受収容部４３のモータ部３側に位置する。大内径部４３１には、軸受５５が圧入固定されている。シャフト５２は、軸受５５の円筒状の内壁５５ａに摺動可能に支持されている。大内径部４３１の内壁４２５と軸受５５の円筒状の外壁５５ｂとの間には、燃料の流通が可能な流路（燃料流路）４３６が周方向に複数形成されている。具体的には、軸受５５の外壁５５ｂと径方向に当接する大内径部４３１の内壁４２５には、シャフト５２の回転軸Ｏの軸線方向に延びる複数の溝４３６ａが設けられており、これらの溝４３６ａは、周方向に略等間隔で配置されている。各溝４３６ａは、中内径部４３２内の収容空間４３０と、軸受収容部４３の外部との間を連通する流路４３６を形成している。

　中内径部４３２は、大内径部４３１内の収容空間４３０の内径より小さい内径の柱状空間を内部に有する。中内径部４３２内の柱状空間は、収容空間４３０の一部を構成する。中内径部４３２は、大内径部４３１と小内径部４３３とを接続する。中内径部４３２の内部には、シャフト５２の端部５２１が位置する。

　小内径部４３３は、中内径部４３２内の収容空間４３０の内径より小さい内径の柱状空間を内部に有する。また、小内径部４３３は、小内径部４３３内の収容空間４３０の内径が、シャフト５２の端部５２１の外径より小さくなるよう形成されている。小内径部４３３内の柱状空間は、収容空間４３０の一部を構成する。小内径部４３３は、中内径部４３２の大内径部４３１と接続する側とは反対側の端部に接続する。小内径部４３３は、収容空間４３０を形成しシャフト５２の回転軸Ｏ対して略垂直に設けられる底壁４３４を有する。

　中内径部４３２内の収容空間４３０を形成する「第１筒部内壁」としての内壁４３７と小内径部４３３内の収容空間４３０を形成する「第２筒部内壁」としての内壁４３８とは、「傾斜壁」としての接続壁４３９によって接続されている。接続壁４３９は、シャフト５２の回転軸Ｏに対して傾斜するよう設けられ、シャフト５２の端部５２１の天側の端面５２３（端面５２３の形状）に沿うよう形成されている。具体的には、シャフト５２の端部５２１の端面５２３は、小内径部４３３に向かって先細りとなる半球面状に形成され、接続壁４３９の内周面は、中内径部４３２の内壁４３７から小内径部４３３の内壁４３８に向かって先細りとなるテーパ面を形成している。なお、図３に示す接続壁４３９の断面は、直線状に先細りになっているが、シャフト５２の端部５２１の半球面状の端面５２３の形状に合わせて曲面状に先細りになるよう形成してもよい。

　接続部４４は、軸受収容部４３の小内径部４３３の径方向外側でベース部４１と軸受収容部４３とを接続する部位である。接続部４４は、図２に示すように、シャフト５２の回転軸Ｏの軸線方向における厚みが、ベース部４１の厚み、及び、軸受収容部４３の厚みより薄く、かつ、ハウジング２０内の燃料の圧力に耐えられる程度の厚みとなるよう形成されている。

　モータ部３は、ステータ１０、ロータ５０及びシャフト５２を備える。モータ部３は、ブラシレスモータであって、ステータ１０に電力が供給されると回転磁界が生じ、ロータ５０がシャフト５２とともに回転する。

　ステータ１０は、円筒状を呈し、ハウジング２０内の径方向外側に収容されている。ステータ１０は、６つのコア１２、６つのボビン、６つの巻線、及び、３つの通電端子を有している。ステータ１０は、これらを樹脂によりインサートモールドすることにより一体に形成される。

　コア１２は、それぞれ板状の鉄など磁性材料が複数枚重なることにより形成されている。コア１２は、周方向に並べられ、ロータ５０の磁石５４に対向する位置に設けられている。

　ボビン１４は、樹脂材料から形成されており、形成時にそれぞれコア１２がインサートされてコア１２と一体となって設けられる。ボビン１４は、吐出口４２２側に形成される上端部１４１、コアがインサートされているインサート部１４２、及び、吸入口６１側に形成される下端部１４３を有する。

　巻線は、例えば表面が絶縁皮膜で被覆された銅線である。一つの巻線は、コア１２がインサートされたボビン１４に巻回され、一つのコイルを形成する。一つの巻線は、ボビン１４の上端部１４１に巻回される上端巻回部１６１、ボビン１４のインサート部に巻回されるインサート巻回部、及び、ボビン１４の下端部１４３に巻回される下端巻回部１６３を有する。巻線は、燃料ポンプ１の天側に設けられる通電端子としてのＷ相端子３７、Ｖ相端子３８、及び、Ｕ相端子３９のいずれかと電気的に接続する。

　Ｗ相端子３７、Ｖ相端子３８、及び、Ｕ相端子３９は、カバーエンド４０のベース部４１に固定されている。Ｗ相端子３７、Ｖ相端子３８、及び、Ｕ相端子３９は、図示しない電源装置からの３相電力を受電する。

　ロータ５０は、ステータ１０の内側に回転可能に収容される。ロータ５０は、鉄心５３の周囲に磁石５４が設けられる。磁石５４は、周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されている。本実施形態では、Ｎ極の数は２つであり、Ｓ極の数は２つである。

　シャフト５２は、ロータ５０の回転軸上に形成された軸穴５１に圧入固定されており、ロータ５０とともに回転する。

　次にポンプ部４の構成について説明する。

　ポンプカバー６０は、図１に示すように、地側に開口する筒状の吸入口６１を有している。吸入口６１の内側には、ポンプカバー６０をシャフト５２の回転軸Ｏの軸線方向に貫く吸入通路６２が形成されている。

　ポンプカバー６０とステータ１０との間には、ポンプケーシング７０が略円板状に設けられている。ポンプケーシング７０の中心部には、ポンプケーシング７０を板厚方向に貫く穴７１が形成されている。穴７１には、軸受５６が嵌め込まれている。軸受５６は、シャフト５２のポンプ室７２側の端部５２２を回転可能に支持している。これにより、ロータ５０及びシャフト５２は、カバーエンド４０及びポンプケーシング７０に対し回転可能となっている。

　インペラ６５は、樹脂により略円板状に形成されている。インペラ６５は、ポンプカバー６０とポンプケーシング７０との間のポンプ室７２に収容されている。シャフト５２のポンプ室７２側の端部は、外壁の一部がカットされたＤ字形状となっている。シャフト５２の端部５２２は、インペラ６５の中心部に形成された対応するＤ字形状の穴６６に嵌め込まれている。これにより、インペラ６５は、シャフト５２の回転によってポンプ室７２内で回転する。

　ポンプカバー６０のインペラ６５側の面には、吸入通路６２と接続する溝６３が形成されている。また、ポンプケーシング７０のインペラ６５側の面には、溝７３が形成されている。溝７３には、ポンプケーシング７０をシャフト５２の回転軸Ｏの軸線方向に貫く燃料通路７４が連通している。インペラ６５には、溝６３及び溝７３に対応する位置に羽根部６７が形成されている。

　燃料ポンプ１では、モータ部３の巻線に電力が供給されるとロータ５０及びシャフト５２とともにインペラ６５が回転する。インペラ６５が回転すると、燃料ポンプ１を収容する燃料タンク内の燃料は、吸入口６１を経由して溝６３に導かれる。溝６３に導かれた燃料は、インペラ６５の回転により昇圧されつつ溝７３に導かれる。昇圧された燃料は、燃料通路７４を通り、ポンプケーシング７０とモータ部３との間に形成される中間室７５に導かれる。

　中間室７５に導かれた燃料は、ロータ５０とステータ１０との間の燃料通路７７、シャフト５２の外壁とボビン１４の内壁１４４との間の燃料通路７８、カバーエンド４０のベース部４１と軸受収容部４３の外壁４３５との間に形成される燃料通路７９を通る。また、中間室７５に導かれた燃料の一部は、ハウジング２０とステータ１０との間に形成される燃料通路７６を通る。燃料通路７６、７７、７８を通った燃料は、燃料通路４１２に導入される。燃料通路４１２に導入された燃料は、燃料通路４２１及び吐出口４２２を介して外部に吐出される。

　また、燃料通路７８は、軸受収容部４３と軸受５５との間に形成される流路４３６を介して収容空間４３０に連通している。このため、燃料ポンプ１が駆動するとき、収容空間４３０には燃料が滞留している。

　本実施形態による燃料ポンプ１では、例えば、燃料ポンプ１を搭載する車両の振動によって、シャフト５２が天地方向に振動する。このとき、シャフト５２が軸受収容部４３に衝突する。ここでは、図３、４に示すカバーエンド４０の軸受収容部４３とシャフト５２の端部５２１との位置関係を示す断面図に基づいて、その作用及び効果を説明する。

　シャフト５２が白抜き矢印Ｄ１の方向に移動すると、図３の実線矢印Ｆ１に示すように、流路４３６、接続壁４３９とシャフト５２の端面５２３とにより形成される比較的狭い隙間４６を通って底壁４３４、内壁４３８、接続壁４３９、シャフト５２の端面５２３により形成される空間に燃料が流入する。これにより、シャフト５２の端面５２３と底壁４３４との間には燃料が滞留する。

　一方、シャフト５２が白抜き矢印Ｄ２の方向に移動すると、図４に示すように、シャフト５２の端部５２１によって底壁４３４、内壁４３８、接続壁４３９、及び、端面５２３により形成される空間に滞留する燃料が、実線矢印Ｆ２のように、燃料通路７８に押し出される。このとき、当該空間に滞留する燃料は、隙間４６を通って燃料通路７８に流出する。これにより、底壁４３４、内壁４３８、接続壁４３９、及び、端面５２３により形成される空間に滞留する燃料は、シャフト５２の白抜き矢印Ｄ２の方向への速度を遅くするダンパとして機能し、シャフト５２と接続壁４３９とは比較的遅い速度で衝突する。

　このように、本実施形態による燃料ポンプ１では、隙間４６を介して、底壁４３４、内壁４３８、接続壁４３９、及び、端面５２３により形成される空間と燃料通路７８との間において燃料をやりとりし、シャフト５２と接続壁４３９とが比較的速い相対速度で衝突することを防止する。これにより、燃料ポンプ１では、シャフト５２と軸受収容部４３との衝突音が小さくなり、燃料ポンプ１が駆動するとき発生する騒音を低減することができる。

　また、シャフト５２と接続壁４３９とが比較的速い相対速度で衝突することを防止するため、シャフト５２が軸受収容部４３に作用する衝撃荷重を低減することができる。したがって、衝突によりカバーエンド４０などの燃料ポンプ１を構成する部品が破損することを防止することができる。

　また、シャフト５２の端部５２１が衝突する接続壁４３９は、シャフト５２の端部５２１の天側の端面５２３に沿うよう形成されている。これにより、隙間４６の燃料が流れる方向の長さが長くなり、隙間４６による絞りの効果が大きくなる。したがって、底壁４３４、内壁４３８、接続壁４３９、及び、端面５２３により形成される空間に滞留する燃料が、よりダンパとして機能することとなり、シャフト５２と軸受収容部４３との衝突によって発生する騒音をさらに低減することができる。

　　（他の実施形態）
　上述の実施形態では、接続壁４３９は、シャフト５２の回転軸Ｏに対して傾斜するように形成され、かつ、シャフト５２の端部５２１の端面５２３に沿うよう形成されているとした。しかしながら、接続壁の形状はこれに限定されない。接続壁は、シャフトの回転軸に対して垂直な方向に延びるよう形成されてもよい。また、接続壁は、シャフトの端部の端面に沿うことなく平面状に形成されてもよい。

　上述の本実施形態では、シャフト５２の回転軸〇の軸線方向に延びる複数の溝４３６ａを大内径部４３１の内壁４２５に設けている。大内径部４３１の内壁４２５に溝４３６ａを設ける代わりに、シャフト５２の回転軸〇の軸線方向に延びる複数の溝を軸受５５の外壁５５ｂに設けてもよい。また、大内径部４３１の内壁４２５または軸受５５の外壁５５ｂに設ける溝の数は、１つのみであってもよい。

　さらに、大内径部４３１の内壁４２５に溝４３６ａを設ける代わりに、軸受収容部４３の壁（例えば、中内径部４３２の壁）を径方向に貫通し、収容空間４３０と、軸受収容部４３の外部との間を連通する流路（燃料流路）を形成する孔を少なくとも１つ設けてもよい。

　さらに、本実施形態では、軸受収容部４３とは別体で設けられた軸受５５を大内径部４３１の内壁４２５に圧入しているが、軸受を軸受収容部４３と一体に樹脂成形によって形成してもよい。この場合、シャフト５２の回転軸Ｏの軸線方向に延びる複数の溝を軸受収容部４３と一体に継ぎ目無く設けられた軸受の内壁に形成し、燃料の流通が可能な複数の流路（燃料流路）を構成するようにしてもよい。

　以上、本開示はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態により実施可能である。

Claims

　筒状のハウジング（２０）と、
　燃料を前記ハウジング（２０）の内部に吸入する吸入口（６１）を有し、前記ハウジング（２０）の一方の端部（２０１）に設けられるポンプカバー（６０）と、
　燃料を前記ハウジング（２０）の外部に吐出する吐出口（４２２）を有し、前記ハウジング（２０）の他方の端部（２０２）に設けられるカバーエンド（４０）と、
　複数の巻線（１６１、１６３）が巻回され、前記ハウジング（２０）の内側に収容される筒状のステータ（１０）と、
　前記ステータ（１０）の径方向内側に回転可能に設けられるロータ（５０）と、
　前記ロータ（５０）と同軸に設けられ、前記ロータ（５０）と一体に回転するシャフト（５２）と、
　前記カバーエンド（４０）に支持され、前記シャフト（５２）の前記カバーエンド（４０）側の端部（５２１）を回転可能に支持する軸受（５５）と、
　前記カバーエンド（４０）の前記ハウジング（２０）の内部側に設けられ、前記軸受（５５）を収容する収容空間（４３０）を有する軸受収容部（４３）と、
　前記シャフト（５２）の前記ポンプカバー側の端部（５２２）に設けられ、前記シャフト（５２）とともに回転すると、前記吸入口（６１）から流入した燃料を加圧し前記吐出口から吐出するインペラ（６５）と、
　を備え、
　前記軸受収容部（４３）は、筒状に形成され前記シャフト（５２）の前記カバーエンド（４０）側の端部（５２１）を内部に収容する第１筒部（４３２）、及び、有底筒状に形成され前記第１筒部（４３２）と前記カバーエンド（４０）とを接続する第２筒部（４３３）を備え、前記収容空間（４３０）には前記ハウジング（２０）内の燃料が流入または流出し、
　前記第２筒部（４３３）内の前記収容空間（４３０）の内径は、前記シャフト（５２）の前記カバーエンド（４０）側の端部（５２１）の外径より小さい燃料ポンプ。
　前記第１筒部（４３２）内の前記収容空間（４３０）を形成する第１筒部内壁（４３７）と前記第２筒部（４３３）内の前記収容空間（４３０）を形成する第２筒部内壁（４３８）とは、前記シャフト（５２）の回転軸（Ｏ）に対して傾斜するよう形成される傾斜壁（４３９）が接続する請求項１に記載の燃料ポンプ。
　前記傾斜壁（４３９）は、前記第１筒部内壁（４３７）から前記第２筒部内壁（４３８）に向かって先細りになっており、前記シャフト（５２）の前記カバーエンド（４０）側の端部（５２１）の端面（５２３）は、前記第２筒部（４３３）に向かって先細りになっている請求項２に記載の燃料ポンプ。
　前記軸受収容部（４３）は、前記第２筒部（４３３）とは反対側の前記第１筒部（４３２）の端部から前記ポンプカバー（６０）側に延出する大内径部（４３１）を備え、
　前記大内径部（４３１）は、筒状に形成され、前記第１筒部（４３２）の内径より大きい内径を有し、
　前記大内径部（４３１）の内壁（４２５）には、前記軸受（５５）の外壁（５５ｂ）が支持されており、
　前記大内径部（４３１）の前記内壁（４２５）と、前記軸受（５５）の前記外壁（５５ｂ）との間には、前記第１筒部（４３２）内の前記収容空間（４３０）と、前記軸受収容部（４３）の外部との間を連通する少なくとも１つの燃料流路（４３６）が設けられている請求項１～３のいずれか１つに記載の燃料ポンプ。