(57)【要約】【課題】ポンプ効率を向上する燃料ポンプを提供する。【解決手段】インペラ３０は円板状に形成されており、インペラ３０の外周は環状部３２に囲まれている。環状部３２の内周側のインペラ３０の外周縁部には、複数の羽根溝３４が回転方向に形成されている。羽根溝３４はインペラ３０の回転軸方向両側に形成されている。ポンプ通路２０２は、羽根溝３４と連通しており、インペラ３０の回転方向に沿ってインペラ３０の回転軸方向両側にＣ字状に形成されている。ポンプ通路２０２を形成するポンプケース２０、２２の通路壁面２０４の径方向の幅の中心２０６から通路壁面２０４を径方向に沿い通路壁面２０４の径方向内側のインペラ３０側端までの稜線２０７の長さは、中心２０６から通路壁面２０４を径方向に沿い通路壁面２０４の径方向外側のインペラ３０側端までの稜線２０８の長さよりも短い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ部により回転駆動され、回転方向に複数の羽根溝を有するインペラと、
前記インペラを回転自在に収容し、前記インペラの少なくとも一方の回転軸方向側において、前記インペラの回転方向に沿って形成され前記羽根溝と連通するポンプ通路を有するポンプケースと、
を備え、
前記ポンプ通路を形成する前記ポンプケースの通路壁面の径方向の幅の中心から前記通路壁面を径方向に沿い前記通路壁面の径方向内側の前記インペラ側端までの稜線の長さは、前記中心から前記通路壁面を径方向に沿い前記通路壁面の径方向外側の前記インペラ側端までの稜線の長さよりも短い燃料ポンプ。
【請求項２】
前記中心から径方向内側および径方向外側の前記通路壁面は、それぞれ前記インペラに対し径方向に沿った凹状に形成されている請求項１に記載の燃料ポンプ。
【請求項３】
前記通路壁面の少なくとも前記中心から径方向内側は、前記インペラに対し径方向に沿った凹曲面である請求項１または２に記載の燃料ポンプ。
【請求項４】
前記通路壁面の径方向内側の前記インペラ側端は、前記インペラの前記ポンプ通路側端面と直交している請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラの回転によりポンプ通路の燃料を昇圧する燃料ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ部がポンプ部のインペラを回転駆動することにより、インペラの回転方向に沿って形成されたポンプ通路の燃料を昇圧する燃料ポンプが知られている（例えば、特許文献１〜５参照）。このような燃料ポンプでは、図７に示すように、インペラ４００の回転方向に沿ってポンプケース４０２、４０４にポンプ通路４１０が形成されている。そして、インペラ４００が回転することにより、インペラ４００の羽根溝の径方向外側からポンプ通路４１０に流出した燃料は、ポンプ通路４１０から回転方向後方の羽根溝の径方向内側に流入し、径方向外側から流出する。このように、羽根溝からの流出および羽根溝への流入を順次繰り返すことにより、燃料流れ４１２は旋回流となり昇圧される。
【０００３】
インペラ４００の羽根溝から径方向外側に流出した直後の燃料はインペラ４００から回転方向に大きな運動エネルギーを受けるので、燃料流れ４１２の回転方向の速度成分は大きい。しかしながら、インペラ４００の羽根溝からポンプ通路４１０に流出しポンプ通路４１０からインペラ４００の羽根溝に流入するまでの間に、燃料流れ４１２の運動エネルギーはポンプ通路４１０の通路壁面との摩擦等により低下する。つまり、ポンプ通路４１０を流れる燃料流れ４１２の速度成分は、ポンプ通路４１０に流出した前半においては回転方向が主成分であり、後半は径方向内側に向かう成分が主成分になる。したがって、ポンプ通路４１０を流れる後半において回転方向の運動エネルギーの低下した燃料流れ４１２は、ポンプ通路４１０を径方向内側に向かうにしたがい径方向に沿った流れとなる。
【０００４】
このように運動エネルギーが低下した燃料流れ４１２がポンプ通路４１０の径方向内側の通路壁面により流れ方向を大きく変えられ径方向内側の羽根溝に案内されると、燃料流れ４１２の運動エネルギーがさらに低下する。その結果、ポンプ部で燃料を昇圧する効率、すなわちポンプ部のポンプ効率が低下する。
ここで燃料ポンプの効率は、（モータ効率）×（ポンプ効率）で表される。したがって、ポンプ効率が向上すると燃料ポンプの効率が向上する。モータ効率およびポンプ効率は、燃料ポンプのモータ部に供給する駆動電流をＩ、印加する電圧をＶ、モータ部のトルクをＴ、モータ部の回転数をＮ、燃料ポンプが吐出する燃料の吐出圧をＰ、燃料吐出量をＱとすると、（モータ効率）＝（Ｔ×Ｎ）／（Ｉ×Ｖ）、（ポンプ効率）＝（Ｐ×Ｑ）／（Ｔ×Ｎ）で表される。したがって、（燃料ポンプの効率）＝（モータ効率）×（ポンプ効率）＝（Ｐ×Ｑ）／（Ｉ×Ｖ）である。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１８７３８２号公報
【特許文献２】特表平５−５０８４６０号公報
【特許文献３】特開平７−１６７０８１号公報
【特許文献４】特開２００３−３３６５５８号公報
【特許文献５】特開２００５−１２０８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、ポンプ効率を向上する燃料ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１から４に記載の発明では、ポンプ通路を形成するポンプケースの通路壁面の径方向の幅の中心から通路壁面を径方向に沿い通路壁面の径方向内側のインペラ側端までの稜線の長さは、通路壁面の中心から通路壁面を径方向に沿い通路壁面の径方向外側のインペラ側端までの稜線の長さよりも短い。
この構成によれば、ポンプ通路を形成する通路壁面の径方向に沿った曲がりの度合いに関し、通路壁面の径方向外側よりも径方向内側の方が緩やかになる。これにより、ポンプ通路を径方向内側に向かう燃料流れの向きが大きく変わることを防止するので、ポンプ通路の径方向内側を流れる燃料流れのエネルギーの低下が抑制され、ポンプ部のポンプ効率が向上する。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、ポンプ通路の通路壁面の中心から径方向内側および径方向外側は、それぞれインペラに対し径方向に沿った凹状に形成されているので、ポンプ通路の径方向外側から径方向内側に向けて流れ方向を徐々に変えながらインペラの羽根溝の径方向内側に燃料流れを案内しつつ、ポンプ通路の通路面積を極力大きくすることができる。
請求項３に記載の発明では、ポンプ通路の通路壁面の少なくとも中心から径方向内側はインペラに対し径方向に沿った凹曲面であるから、ポンプ通路の径方向内側を通路壁面に沿って燃料が滑らかに流れる。これにより、ポンプ通路の径方向内側を流れる燃料流れのエネルギーの低下を抑制し、ポンプ部のポンプ効率を向上できる。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、ポンプ通路の通路壁面の径方向内側のインペラ側端は、インペラのポンプ通路側端面と直交している。つまり、ポンプ通路の通路壁面の径方向内側のインペラ側端は、インペラの回転軸に沿っている。したがって、燃料流れは、ポンプ通路の通路壁面に案内され流れ方向を大きく変えずにインペラの羽根溝に滑らかに流入する。これにより、ポンプ通路からインペラの羽根溝に流入する燃料流れのエネルギーの低下を抑制し、ポンプ部のポンプ効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料ポンプを図２に示す。燃料ポンプ１０は、例えば二輪自動車または四輪自動車等に搭載された図示しない燃料タンク内に収容されるインタンク式のタービンポンプである。燃料ポンプ１０は、燃料タンクから吸入した燃料を昇圧しエンジン側に供給する。
【００１１】
燃料ポンプ１０は、ポンプ部１２と、ポンプ部１２を回転駆動するモータ部１３とを備えている。ハウジング１４は、ポンプ部１２およびモータ部１３のハウジングを兼ねており、軸方向両端部でポンプケース２０およびエンドカバー７４をそれぞれかしめている。ハウジング１４がポンプケース２０をかしめることにより、ポンプケース２２はポンプケース２０とハウジング１４の段差１５との間に挟持されている。また、ハウジング１４がエンドカバー７４をかしめることにより、ベアリングホルダ７０はエンドカバー７４とハウジング１４の段差１６との間に挟持されている。ベアリングホルダ７０およびエンドカバー７４は樹脂製である。
【００１２】
ポンプ部１２は、ポンプケース２０、２２、およびインペラ３０を有しているタービンポンプである。ポンプ部１２は、モータ部１３に対し電機子５０の回転軸方向の一方側に設置されている。電機子５０の回転軸としてのシャフト５６に、インペラ３０が組み付けられている。ポンプケース２０、２２は、インペラ３０を回転自在に収容するケース部材である。ポンプケース２０には、ポンプ通路２０２に燃料を吸入するための吸入口２００が形成されている。
【００１３】
インペラ３０は円板状に形成されており、インペラ３０の外周は環状部３２に囲まれている。図１に示すように、環状部３２の内周側のインペラ３０の外周縁部には、複数の羽根溝３４が回転方向に形成されている。回転方向に隣接する羽根溝３４は回転軸方向のほぼ中央で回転方向後方に折れ曲がった隔壁３６（図３参照）により仕切られている。
【００１４】
さらに、羽根溝３４はインペラ３０の回転軸方向両側に形成されている。回転軸方向両側に形成された羽根溝３４同士は、仕切壁３７により径方向内側の一部を仕切られているが、径方向外側で互いに連通している。仕切壁３７は、回転軸方向の両側から回転軸方向の中央部に向け、径方向内側から径方向外側に向かうにしたがい滑らかな凹曲面状に形成されている。したがって、仕切壁３７の凹曲面に沿って羽根溝３４に流入した燃料流れ３００は、回転軸方向両側の羽根溝３４でそれぞれ旋回流となって流れる。
【００１５】
ポンプ通路２０２は、羽根溝３４と連通しており、インペラ３０の回転方向に沿ってインペラ３０の回転軸方向両側にＣ字状に形成されている。ポンプ通路２０２を形成するポンプケース２０、２２の通路壁面２０４の径方向の幅の中心２０６から通路壁面２０４を径方向に沿い通路壁面２０４の径方向内側のインペラ３０側端までの稜線２０７の長さは、中心２０６から通路壁面２０４を径方向に沿い通路壁面２０４の径方向外側のインペラ３０側端までの稜線２０８の長さよりも短い。そして、中心２０６を挟んで通路壁面２０４の径方向内側および径方向外側は、インペラ３０のポンプ通路２０２側である回転軸方向両側の端面３８に対し凹曲面になっている。したがって、通路壁面２０４の径方向内側の凹曲面は、通路壁面２０４の径方向外側の凹曲面よりも曲率が小さく凹曲面の向きが緩やかに変化している。また、通路壁面２０４の径方向内側のインペラ３０側端は、インペラ３０の端面３８と直交している。
【００１６】
このような通路壁面２０４の形状により、中心２０６を通り回転軸に沿った仮想直線３１０を挟んで径方向内側のポンプ通路２０２の通路面積をＳ１、仮想直線３１０を挟んで径方向外側のポンプ通路２０２の通路面積をＳ２とすると、Ｓ１＜Ｓ２である。
図２において、インペラ３０が電機子５０の回転によりシャフト５６とともに回転すると、回転方向前方の羽根溝３４から回転方向後方の羽根溝３４に向けて燃料が流出、流入を多数繰り返すことにより、燃料は旋回流となってポンプ通路２０２で昇圧される。
【００１７】
インペラ３０の回転により吸入口２００から吸入された燃料は、インペラ３０の回転によりポンプ通路２０２で昇圧される。インペラ３０の回転軸方向両側のポンプ通路２０２で昇圧された燃料は、モータ部１３側のポンプケース２２に設けられた吐出口２１０で合流し、吐出口２１０からモータ部１３の永久磁石４０側に吐出される。
【００１８】
ポンプ部１２の吐出口２１０から吐出された燃料は、永久磁石４０と永久磁石４０との間に形成された隙間、ならびに永久磁石４０の内周面と電機子５０の外周面との間に形成された燃料通路２１２を通り、エンドカバー７４に設けられた吐出口２１４からエンジン側に供給される。このように、ポンプ部１２で昇圧された燃料がモータ部１３の内部を流れるので、燃料は、モータ部１３を冷却するとともに、モータ部１３の内部の摺動部を潤滑する。吐出口２１４には逆止弁９０が収容されており、この逆止弁９０が吐出口２１４から吐出された燃料の逆流を防止している。
【００１９】
モータ部１３は、永久磁石４０、電機子５０、整流子６０、ブラシ８０、およびチョークコイル８２等から構成されている。永久磁石４０は、円弧状に形成されており、ハウジング１４の内周壁に周方向に２個取り付けられている。そして、永久磁石４０は、周方向に極の異なる２磁極を形成している。
周方向に設置された２個の永久磁石４０の間には、板ばね４２と、整流子６０側からポンプ部１２側に延びるベアリングホルダ７０の支持部７２とが設置されている。板ばね４２および支持部７２は、永久磁石４０の周方向の位置ずれを防止している。
【００２０】
電機子５０は、永久磁石４０の内周側に回転自在に設置されている。電機子５０のシャフト５６は、ロータコア５２に圧入されており、軸方向両端部で金属製のベアリング２４、２６に軸受けされている。ベアリング２４はポンプケース２２に支持され、ベアリング２６はベアリングホルダ７０に支持されている。電機子５０は、磁性鋼板を軸方向に積層して形成されたロータコア５２と、ロータコア５２に巻回されたコイルとからなる。ロータコア５２は、回転方向に複数の磁極コア５４を形成している。コイルは各磁極コア５４に巻線を巻回して形成されている。
【００２１】
整流子６０は、平らな円板状に形成されており、電機子５０に対しインペラ３０と反対側のシャフト５６の軸方向端部に組み付けられている。整流子６０は、回転方向に設置された複数のセグメント６２を有している。セグメント６２は例えばカーボンで形成されており、回転方向に隣り合うセグメント６２同士は隙間または絶縁樹脂材により電気的に絶縁されている。整流子６０の各セグメント６２は、電機子５０のコイルと電気的に接続している。電機子５０の回転にともない、電機子５０に対して軸方向反対側の各セグメント６２の端面がブラシ８０と順次接触することにより、電機子５０のコイルに供給される駆動電流が整流される。ポンプ端子６４は、エンドカバー７４に圧入されている。ポンプ端子６４から、ブラシ８０、整流子６０を通り、電機子５０のコイルに駆動電流が供給される。
【００２２】
次に、ポンプ通路２０２を流れる燃料について説明する。
図１および図３に示すように、回転方向前方の羽根溝３４から径方向外側に向けてポンプ通路２０２に流出した燃料は、ポンプ通路２０２から回転方向後方の羽根溝３４の径方向内側に向けて流入する。羽根溝３４からポンプ通路２０２に流出した直後の燃料は、インペラ３０から回転方向に大きな運動エネルギーを受けているので、回転方向に沿った速度成分が大きくなっている。したがって、羽根溝３４からポンプ通路２０２に流出した直後の燃料は、回転方向に沿って流れる。
【００２３】
羽根溝３４からポンプ通路２０２に流出し回転方向後方の羽根溝３４に流入するまでの間に、燃料流れ３００の運動エネルギーはポンプ通路２０２の通路壁面２０４との摩擦等により低下する。つまり、燃料流れ３００の速度成分は、ポンプ通路２０２の径方向内側において径方向内側に向かう成分が主成分になる。したがって、ポンプ通路２０２を径方向外側から径方向内側に向かうにしたがい、燃料流れ３００は径方向に沿った流れとなる。
【００２４】
第１実施形態では、前述したように、通路壁面２０４の径方向内側の凹曲面の曲率が通路壁面２０４の径方向外側の凹曲面の曲率よりも小さく凹曲面の向きが緩やかに変化しているので、ポンプ通路２０２の径方向内側の通路壁面２０４に沿って径方向内側に流れる燃料流れの向きが緩やかに変化する。これにより、ポンプ通路２０２の径方向内側を流れ羽根溝３４に流入する燃料流れの運動エネルギーの低下を極力低減できる。したがって、インペラ３０の回転によりポンプ通路２０２を旋回流となって流れ昇圧される燃料の昇圧効率、すなわちポンプ部１２のポンプ効率が向上する。
【００２５】
また、通路壁面２０４の径方向内側が滑らかな凹曲面であるから、ポンプ通路２０２の径方向内側を流れる燃料流れの運動エネルギーの低下を低減できる。
また、中心２０６を通る仮想直線３１０を挟んで径方向外側のポンプ通路２０２の通路面積Ｓ２が仮想直線３１０を挟んで径方向内側のポンプ通路２０２の通路面積Ｓ１よりも大きいので、ポンプ通路２０２の通路面積を極力大きくし、ポンプ通路２０２を流れる燃料流量の減少を抑制している。
また、通路壁面２０４の径方向内側のインペラ３０側端がインペラ３０の端面３８と直交しているので、ポンプ通路２０２の燃料は滑らかに羽根溝３４に流入する。
【００２６】
（第２、第３、第４実施形態）
本発明の第２実施形態を図４に示し、第３実施形態を図５に示し、第４実施形態を図６に示す。尚、既述の実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。第２、第３、第４実施形態においても、中心２０６から通路壁面２０４を径方向に沿い通路壁面２０４の径方向内側のインペラ３０（第４実施形態ではインペラ１００）側端までの稜線２０７の長さは、中心２０６から通路壁面２０４を径方向に沿い通路壁面２０４の径方向外側のインペラ３０、１００側端までの稜線２０８の長さよりも短い。つまり、第１実施形態〜第４実施形態において、ポンプ通路２０２は、中心２０６を通り回転軸に沿った仮想直線に対し断面形状が異なっており、非対称である。また、中心２０６から径方向内側および径方向外側の通路壁面２０４は、それぞれインペラ３０に対し凹状に形成されている。また、中心２０６を通り回転軸に沿った仮想直線３１０を挟んで径方向内側のポンプ通路２０２の通路面積をＳ１、仮想直線３１０を挟んで径方向外側のポンプ通路２０２の通路面積をＳ２とすると、Ｓ１＜Ｓ２である。また、通路壁面２０４の径方向内側のインペラ３０、１００側端はインペラ３０、１００の端面３８と直交している
【００２７】
図４に示す第２実施形態では、通路壁面２０４の径方向内側は、径方向に沿った中間部分を平面で形成し、インペラ３０に対し凹状に形成されている。
図５に示す第３実施形態では、通路壁面２０４の径方向内側は、径方向に沿った中間部分を平面で形成し、インペラ３０に対し凹状に形成されている。また、通路壁面２０４の径方向外側は、インペラ３０に対し１／４円の凹状に形成されている。
図６に示す第４実施形態では、インペラ１００の外周側は第１実施形態のように環状部に囲まれておらず、開放されている。
【００２８】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、中心２０６から径方向内側の通路壁面２０４を径方向に沿って１／４円状に形成し、径方向内側の通路壁面２０４の曲率を径方向に沿ってほぼ一定にした。これに対し、径方向内側の通路壁面２０４の曲率を径方向に沿って変化させてもよい。
【００２９】
上記実施形態では、インペラの回転軸方向両側にポンプ通路を形成した。これに対し、インペラの回転軸方向の一方にだけポンプ通路を形成してもよい。
また、上記実施形態では、モータ部１３にブラシモータを採用した。これに対し、燃料ポンプのモータ部にブラシレスモータを採用してもよい。
このように、本発明は、上記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実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態のポンプ通路を示す断面図。
【図２】第１実施形態の燃料ポンプを示す断面図。
【図３】（Ａ）はポンプ通路を流れる燃料流れの斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図。
【図４】第２実施形態のポンプ通路を示す断面図。
【図５】第３実施形態のポンプ通路を示す断面図。
【図６】第４実施形態のポンプ通路を示す断面図。
【図７】従来のポンプ通路を示す断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１０：燃料ポンプ、１２：ポンプ部、１３：モータ部、２０、２２：ポンプケース、３０、１００：インペラ、３４：羽根溝、３８：端面（ポンプ通路側端面）、４０：永久磁石、５０：電機子、５６：シャフト（回転軸）、６０：整流子、２０２：ポンプ通路、２０４：通路壁面、２０６：中心、２０７、２０８：稜線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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