(57)【要約】【課題】径方向にずれた位置に形成された二列のポンプ通路から内燃機関およびサブタンクに燃料を供給し、ポンプ通路の燃料吐出量および燃料圧力を考慮して、燃料タンクからサブタンクへの燃料供給量が過剰になることを防止するとともに、サブタンクの液面高さの低下を防止する燃料ポンプおよびそれを用いた燃料供給装置を提供する。【解決手段】羽根溝７４、７６は回転方向に二列で形成されている。ポンプ通路２０２、２０６は、インペラ７０の回転方向に羽根溝７４、７６に沿って形成されている。サブタンクの燃料はポンプ通路２０２から内燃機関に供給され、燃料タンクの燃料はポンプ通路２０６からサブタンクに供給される。ポンプ通路２０２、２０６の通路面積をＳ１、Ｓ２、インペラ７０の回転軸を中心としたポンプ通路２０２、２０６の直径をＤ１、Ｄ２とすると、０．６≦（Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１×Ｄ１）≦０．９５に設定されている。【選択図】図１
2008163934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンク内に設置されるサブタンクに前記燃料タンクの燃料を供給し、前記サブタンクの燃料を内燃機関に供給する燃料ポンプにおいて、
モータ部により回転駆動され、外周側に複数の第１の羽根溝ならびに前記第１の羽根溝の内周側に複数の第２の羽根溝を回転方向に有するインペラと、
前記インペラを回転自在に収容し、前記第１の羽根溝に沿って回転方向に形成され、前記サブタンク内の燃料を前記内燃機関に供給する第１のポンプ通路、ならびに前記第２の羽根溝に沿って回転方向に形成され、前記燃料タンク内の燃料を前記サブタンク内に供給する第２ポンプ通路を有するポンプケースと、
を備え、
前記第１のポンプ通路の通路断面積をＳ１、前記インペラの回転軸を中心とした前記第１のポンプ通路の直径をＤ１、前記第２のポンプ通路の通路断面積をＳ２、前記インペラの回転軸を中心とした前記第２のポンプ通路の直径をＤ２とすると、０．６≦（Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１×Ｄ１）≦０．９５であることを特徴とする燃料ポンプ。
【請求項２】
前記第１のポンプ通路から吐出される燃料圧力Ｐ（ｋＰａ）は、２００≦Ｐ≦８００であることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ。
【請求項３】
前記第２のポンプ通路のインペラ回転軸方向の深さをＨ２、前記インペラの板厚をｔとすると、０．２≦Ｈ２／ｔ≦０．６であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料ポンプ。
【請求項４】
前記第１のポンプ通路のインペラ回転軸方向の深さをＨ１とすると、０．３≦Ｈ１／ｔ≦０．６であることを特徴とする請求項３に記載の燃料ポンプ。
【請求項５】
前記第２のポンプ通路の径方向の幅をＷ２、前記第２のポンプ通路のインペラ回転軸方向の深さをＨ２とすると、１．９≦Ｗ２／Ｈ２≦２．５であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
【請求項６】
前記第１のポンプ通路の径方向の幅をＷ１、前記第１のポンプ通路のインペラ回転軸方向の深さをＨ１とすると、１．５≦Ｗ１／Ｈ１≦２．１であることを特徴とする請求項５に記載の燃料ポンプ。
【請求項７】
前記第１のポンプ通路と前記第２のポンプ通路との間に設けられたシール部のシール幅をａ（ｍｍ）とすると、１≦ａ≦２．５であることを特徴とする請求項１から６に記載の燃料ポンプ。
【請求項８】
前記インペラの外周側に設けられた複数の第１の羽根の板幅をＢ１とし、前記インペラの内周側に設けられた複数の第２の羽根の板幅をＢ２とすると、１．５≦Ｂ２／Ｂ１≦３であることを特徴とする請求項１から７に記載の燃料ポンプ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料ポンプと、
前記燃料ポンプを収容し、前記燃料タンク内に設置されるサブタンクと、
を備え、
前記第１のポンプ通路の燃料入口は前記サブタンクの内部に開口し、前記第１のポンプ通路の燃料出口から吐出される燃料は前記内燃機関に供給され、
前記第２のポンプ通路の燃料入口は前記サブタンクの外部かつ前記燃料タンクの内部に開口し、前記第２のポンプ通路の燃料出口は前記サブタンクの内部に開口することを特徴とする燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラの径方向にずれた位置に回転方向に二列の羽根溝を形成し、サブタンクの燃料を内燃機関に供給するとともに燃料タンクの燃料をサブタンクに供給する燃料ポンプおよびそれを用いた燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料タンク内に設置されたサブタンク内に燃料ポンプが収容され、サブタンク内の燃料を昇圧して内燃機関に供給する燃料ポンプが知られている。このような燃料ポンプにおいて、ジェットポンプを使用せず、燃料ポンプにより燃料タンクの燃料をサブタンクに供給するものが公知である（例えば、特許文献１、２参照。）。特許文献１、２の燃料ポンプでは、インペラの径方向にずれた位置に回転方向に二列の羽根溝を形成し、インペラを回転自在に収容するポンプケースに二列の羽根溝に沿ってそれぞれポンプ通路が形成されている。そして、インペラの回転により、インペラの外周側の羽根溝に沿ったポンプ通路でサブタンクの燃料を昇圧して内燃機関に供給し、インペラの内周側の羽根溝に沿ったポンプ通路で燃料タンクの燃料を昇圧してサブタンクに供給している。
【０００３】
ここで、このような燃料ポンプでは、燃料ポンプから内燃機関に供給する燃料吐出量をＱ１、燃料ポンプからサブタンクに供給する燃料吐出量をＱ２とすると、内燃機関の最大出力時に必要とされる最大燃料要求量においても、Ｑ２≧Ｑ１を満たす必要がある。これは、Ｑ２＜Ｑ１、つまり燃料タンクからサブタンクに供給される燃料吐出量Ｑ２がサブタンクから内燃機関に供給される燃料吐出量Ｑ１よりも少なくなるので、サブタンクの液面高さが低下し、燃料ポンプがサブタンク内の燃料を吸入できなくなるからである。そこで、Ｑ２≧Ｑ１を満たしサブタンクの液面高さの低下を防止するように、二列の羽根溝およびポンプ通路を有する燃料ポンプを設計する必要がある。
【０００４】
ところで、サブタンクの燃料を昇圧して内燃機関に供給する燃料圧力は、燃料タンクの燃料を昇圧してサブタンクに供給する燃料圧力よりも遙かに高圧である。したがって、サブタンクの燃料を昇圧して内燃機関に供給するポンプ通路では、燃料タンクの燃料を昇圧してサブタンクに供給するポンプ通路よりも、回転方向の圧力差が大きくなる。ポンプ通路の回転方向の圧力差が大きくなると、ポンプ通路において回転方向と逆方向に燃料を逆流させようとする力が生じるので、ポンプ効率が低下する。また、昇圧する燃料圧力が高いと、ポンプケースとインペラとのクリアランスから漏れる燃料量が増加するので、ポンプ効率が低下する。したがって、燃料吐出量だけでなく、ポンプ通路で燃料を昇圧する燃料圧力も考慮して、燃料ポンプを設計する必要がある。ここで、燃料ポンプのモータ部のトルクをＴ、モータ部の回転数をＲ、ポンプ通路から吐出される燃料の吐出圧をＰ、燃料吐出量をＱとすると、（ポンプ効率）＝（Ｐ×Ｑ）／（Ｔ×Ｒ）で表される。
しかしながら、特許文献１にＱ２＞Ｑ１に関する記載はあるものの、特許文献１、２には、ポンプ通路の燃料圧力を考慮してサブタンクの液面高さの低下を防止する燃料ポンプに関する記載はなされていない。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５５９６９７０号明細書
【特許文献２】特表２００２−５００７２８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、径方向にずれた位置に形成された二列のポンプ通路から内燃機関およびサブタンクに燃料を供給し、ポンプ通路の燃料吐出量および燃料圧力を考慮して、燃料タンクからサブタンクへの燃料供給量が過剰になることを防止するとともに、サブタンクの液面高さの低下を防止する燃料ポンプおよびそれを用いた燃料供給装置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】
ここで、第１のポンプ通路の燃料吐出量をＱ１、インペラの回転軸を中心とした第１のポンプ通路の直径をＤ１、第１のポンプ通路の通路断面積をＳ１、第１のポンプ通路の内周側に形成された第２のポンプ通路の燃料吐出量をＱ２、インペラの回転軸を中心とした第２のポンプ通路の直径をＤ２、第２のポンプ通路の通路断面積をＳ２、インペラの１分間当たりの回転数をＲとすると、１分間の燃料吐出量Ｑ１、Ｑ２は次式（１）、（２）で表される。ポンプ通路がインペラの回転軸方向両側に形成される構成では、Ｓ１、Ｓ２はインペラの回転軸方向両側のポンプ通路の通路面積の和になる。
Ｑ１＝π×Ｓ１×Ｄ１×Ｒ      ・・・（１）
Ｑ２＝π×Ｓ２×Ｄ２×Ｒ      ・・・（２）
【０００８】
したがって、ポンプ通路における燃料圧力を考慮せず、流量だけを考慮すると、サブタンクから内燃機関に燃料を供給してもサブタンクの液面高さの低下を防止するためには、Ｑ２≧Ｑ１を満たせばよい。つまり、次式（３）を満たせばよい。
Ｑ２≧Ｑ１
π×Ｓ２×Ｄ２×Ｒ≧π×Ｓ１×Ｄ１×Ｒ
（Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１×Ｄ１）≧１                  ・・・（３）
【０００９】
しかしながら、サブタンクから内燃機関に燃料を供給する第１のポンプ通路は燃料タンクからサブタンクに燃料を供給する第２のポンプ通路よりも昇圧する燃料圧力が高いので、圧力差により回転方向と反対方向に加わる力、および燃料漏れが、第２のポンプ通路よりも大きい。その結果、第１のポンプ通路の式（１）からの燃料吐出量Ｑ１の減少量は、第２のポンプ通路の式（２）からの燃料吐出量Ｑ２の減少量よりも多くなる。したがって、式（３）を満たすように第１のポンプ通路および第２ポンプ通路の通路面積および直径を設定すると、実際のＱ２がＱ１よりも大きくなり過ぎる。その結果、燃料タンクからサブタンクに過剰な燃料を供給することになる。
【００１０】
そこで、請求項１から９に記載の発明では、第１のポンプ通路および第２のポンプ通路の燃料圧力を考慮し、第１のポンプ通路および第２のポンプ通路の通路面積および直径が式（４）を満たすように設定されている。
０．６≦（Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１×Ｄ１）≦０．９５    ・・・（４）
０．６≦（Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１×Ｄ１）を満たすことにより、燃料タンクからサブタンクに供給される燃料吐出量Ｑ２が、サブタンクから内燃機関に供給される燃料吐出量Ｑ１よりも少なくなり過ぎることを防止できる。さらに、（Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１×Ｄ１）≦０．９を満たすことにより、燃料タンクからサブタンクに供給される燃料吐出量Ｑ２が、サブタンクから内燃機関に供給される燃料吐出量Ｑ１よりも多くなり過ぎることを防止できる。このように式（４）を満たすように第１のポンプ通路および第２のポンプ通路の通路面積および直径を設定することにより、請求項１から９に記載の発明では、燃料タンクからサブタンクへの燃料供給量が過剰になることを防止するとともに、サブタンクの液面高さの低下を防止している。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、第１のポンプ通路から吐出される燃料圧力Ｐ（ｋＰａ）は、２００≦Ｐ≦８００である。この範囲を満たす燃料圧力Ｐの値に応じて、式（４）を満たすように第１のポンプ通路および第２のポンプ通路の通路面積および直径を設定することにより、燃料タンクからサブタンクへの燃料供給量が過剰になることを防止するとともに、サブタンクの液面高さの低下を防止できる。
【００１２】
ところで、ポンプ通路の燃料は、インペラの回転にともない、回転方向前方の羽根溝から回転方向後方の羽根溝に向けて羽根溝への出入りを繰り返し、旋回流となって昇圧される。この旋回流は、ポンプ通路および羽根溝を含む旋回通路の断面において、流れ形状が円に近いことが望ましい。これは、旋回するときに急激に旋回流れの向きが変わり、旋回流のエネルギーが低下することを極力防止するためである。旋回流のエネルギー低下を防止することにより、ポンプ通路におけるポンプ効率が上昇する。旋回流の流れ形状が円になるためには、インペラの板厚方向において、ポンプ通路の深さと羽根溝の深さとがほぼ等しくなればよい。羽根溝のインペラ回転軸方向の深さＨはインペラの板厚ｔのほぼ１／２に相当するので、次式（５）を満たせばよい。実際には、Ｈ／ｔの値が、０．５を含んだ所定範囲に設定され、旋回流の流れ形状が扁平になり過ぎなければよい。
Ｈ＝ｔ／２
Ｈ／ｔ＝０．５      ・・・（５）
【００１３】
そこで、請求項３に記載の発明では、第２のポンプ通路のインペラ回転軸方向の深さをＨ２、インペラの板厚をｔとすると、０．２≦Ｈ２／ｔ≦０．６に設定し、第２のポンプ通路において旋回流の流れ形状が扁平になり過ぎることを防止している。これにより、第２のポンプ通路における旋回流のエネルギーの低下を防止できるので、第２のポンプ通路におけるポンプ効率が上昇する。第２のポンプ通路では、第１のポンプ通路よりも昇圧する燃料圧力が低いので、０．２≦Ｈ２／ｔ≦０．６を満たしてポンプ効率を上昇させることが望ましい。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、第１のポンプ通路のインペラ回転軸方向の深さをＨ１、インペラの板厚をｔとすると、０．３≦Ｈ１／ｔ≦０．６に設定し、第１のポンプ通路において旋回流の流れ形状が扁平になり過ぎることを防止している。これにより、第１のポンプ通路における旋回流のエネルギーの低下を防止できるので、第１のポンプ通路におけるポンプ効率が上昇する。
【００１５】
また、旋回流の流れ形状が円になるためには、ポンプ通路の深さＨの２倍とポンプ通路の径方向の幅Ｗとがほぼ等しくなればよい。つまり、次式（６）を満たせばよい。実際には、Ｗ／Ｈの値が、２を含んだ所定範囲に設定され、旋回流の形状が扁平になり過ぎなければよい。
２×Ｈ＝Ｗ
２＝Ｗ／Ｈ      ・・・（６）
【００１６】
そこで、請求項５に記載の発明では、第２のポンプ通路の径方向の幅をＷ２、第２のポンプ通路の深さをＨ２とすると、１．９≦Ｗ２／Ｈ２≦２．５に設定し、旋回流の断面形状が扁平になり過ぎることを防止している。これにより、第２のポンプ通路における旋回流のエネルギーの低下を防止できるので、第２のポンプ通路におけるポンプ効率が上昇する。第２のポンプ通路では、第１のポンプ通路よりも昇圧する燃料圧力が低いので、１．９≦Ｗ２／Ｈ２≦２．５を満たしてポンプ効率を上昇させることが望ましい。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、第１のポンプ通路の径方向の幅をＷ１、第１のポンプ通路のインペラ回転軸方向の深さをＨ１とすると、１．５≦Ｗ１／Ｈ１≦２．１に設定し、第１のポンプ通路における旋回流の流れ形状が扁平になり過ぎることを防止している。これにより、第１のポンプ通路における旋回流のエネルギーの低下を防止できるので、第１のポンプ通路におけるポンプ効率が上昇する。
【００１８】
請求項７に記載の発明では、第１のポンプ通路と第２のポンプ通路の間に設けられたシール部のシール幅ａ（ｍｍ）は、１≦ａ≦２．５に設定している。シール幅ａを１ｍｍ以上と設定することにより、第１のポンプ通路から第２のポンプ通路への燃料漏れを防止することができる。シール幅ａを２．５ｍｍ以下に設定することにより燃料タンクからサブタンクに供給される燃料吐出量Ｑ２が、サブタンクから内燃機関に供給される燃料吐出量Ｑ１よりも多くなり過ぎることを防止できる。これにより、ポンプ通路におけるポンプ効率が上昇する。
【００１９】
請求項８に記載の発明では、インペラの外周側に設けられた複数の第１の羽根の板幅をＢ１とし、インペラの内周側に設けられた複数の第２の羽根の板幅をＢ２とすると、１．５≦Ｂ２／Ｂ１≦３と設定している。インペラの羽根の板幅が薄いほど、膨潤速度は速くなる。一方、インペラの羽根の板幅が厚いとこれにともなってポンプ通路の通路断面積が小さくなり、燃料吐出量が減少する。そこで、Ｂ２／Ｂ１を１．５以上と設定し、インペラの第２羽根の膨潤速度をインペラの第１羽根の膨潤速度と同じか、遅くすることで、インペラの膨潤によりインペラとポンプケースとのクリアランスが狭くなり、接触しないようにすることができる。また、Ｂ２／Ｂ１を３以下と設定することにより、Ｑ２≧Ｑ１を満たすことができる。これにより、ポンプ効率を上昇し、サブタンクの液面高さの低下を防止している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態による燃料ポンプを用いた燃料供給装置を図２に示す。図２において、太い矢印は燃料流れの方向を示している。燃料供給装置１０は、サブタンク２０内に燃料ポンプ３０を収容した状態で、燃料タンク２内に設置されている。燃料ポンプ３０は、例えば二輪自動車または四輪自動車等に搭載されるインタンク式のタービンポンプである。
【００２１】
サブタンク２０は、樹脂により有底の円筒状または矩形箱状に形成されている。サブタンク２０の底壁２２には、燃料タンク２の底壁３に向けて突出し、底壁３と接触する脚部２３が形成されている。この脚部２３により、サブタンク２０の底壁２２と燃料タンク２の底壁３との間に空間２１０が形成されている。
燃料ポンプ３０は、モータ部３２と、モータ部３２により回転駆動されるポンプ部３４とを備えている。ハウジング３６は、モータ部３２およびポンプ部３４のハウジングを兼ねており、軸方向両端部でエンドカバー３８およびポンプケース５０をそれぞれかしめている。エンドカバー３８は樹脂製である。エンドカバー３８には、燃料ポンプ３０で昇圧した燃料を図示しない内燃機関に供給する吐出口３９が形成されている。
【００２２】
モータ部３２は、図示しない永久磁石、整流子、ブラシ、チョークコイル、および電機子４０等から構成されている直流ブラシモータである。永久磁石は、円弧状に形成されており、ハウジング３６の内周壁に周方向に複数取り付けられている。
電機子４０は、永久磁石の内周側に回転自在に設置されている。電機子４０のシャフト４２は、軸方向両端部で金属製のベアリング４４（図２では、軸方向一端側のベアリング４４だけを図示している。）に回転自在に支持されている。ベアリング４４はポンプケース５２に支持されている。電機子４０は、回転方向に複数の磁極コアを形成しているロータコアと、各磁極コアに巻回されたコイルとから構成されている。電機子４０のコイルには、ブラシ、整流子を通して駆動電流が供給される。
【００２３】
ポンプ部３４は、ポンプケース５０、５２、およびインペラ７０を有しているタービンポンプである。ポンプ部３４は、モータ部３２に対し電機子４０の回転軸方向の一方側に設置されている。ポンプケース５０、５２は、インペラ７０を回転自在に収容するケース部材であり、アルミ等の金属材または耐燃料性に優れ高強度の樹脂材で形成されている。ポンプケース５０はポンプ部３４のサブタンク２０側を覆い、ポンプケース５２はポンプ部３４の電機子４０側を覆っている。
【００２４】
インペラ７０は、耐燃料性に優れ高強度の樹脂材で円板状に形成されている。図１に示すように、インペラ７０の外周は環状部７２に囲まれており、環状部７２の内周側のインペラ７０の外周縁部に第１の羽根溝としての複数の羽根溝７４が回転方向に形成されている。羽根溝７４の内周側には、第１の羽根溝７４から径方向にずれて第２の羽根溝としての複数の羽根溝７６が回転方向に形成されている。羽根溝７４、７６はインペラ７０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７４、７６はそれぞれ互いに連通している。羽根溝７４、７６に流入した燃料は、回転軸方向両側の羽根溝７４、７６でそれぞれ旋回流３００となって流れる。回転方向に隣接する羽根溝７４、７６は、それぞれ隔壁７５、７７により仕切られている。
【００２５】
ポンプ通路２０２、２０６は、インペラ７０の回転方向に羽根溝７４、７６に沿ってインペラ７０の回転軸方向両側のポンプケース５０、５２にＣ字状に形成されている。第１のポンプ通路としてのポンプ通路２０２は羽根溝７４と連通し、第２のポンプ通路としてのポンプ通路２０６は羽根溝７６と連通している。
図２に示すように、ポンプ通路２０２の燃料入口２０１はポンプケース５０に形成され、ポンプ通路２０２の燃料出口２０３はポンプケース５２に形成されている。燃料入口２０１はサブタンク２０内に向けて開口し、ポンプ通路２０２の燃料出口２０３はモータ部３２内の燃料室２０８に向けて開口している。燃料入口２０１には、サブタンク２０内の燃料中の異物を除去するサクションフィルタ６０が取り付けられている。
【００２６】
ポンプ通路２０６の燃料入口２０５および燃料出口２０７はポンプケース５０に形成されている。燃料入口２０５はサブタンク２０の底壁２２を貫通してサブタンク２０の外部、かつ燃料タンク２の内部に向けて開口し、燃料出口２０７はサブタンク２０の内部に向けて開口している。燃料入口２０５が貫通している箇所のサブタンク２０の底壁２２と燃料入口２０５との間には、シール材としてゴム等で円筒状に形成された弾性部材６４が設置されている。弾性部材６４は、燃料入口２０５が貫通している箇所の底壁２２から燃料が漏れることを防止している。また、燃料入口２０５には、サブタンク２０から燃料タンク２への燃料の逆流を防止する逆止弁６６が設置されている。燃料入口２０５に逆止弁６６が設置されていることにより、燃料ポンプ３０が停止したときに燃料ポンプ３０内の燃料が燃料タンク２内に流出することを防止し、燃料ポンプ３０内に燃料を溜めておくことができる。その結果、燃料ポンプ３０の始動時に、燃料入口２０５から速やかに燃料を吸引し、燃料タンク２の燃料をサブタンク２０に供給できる。また、燃料入口２０５には、燃料タンク２内の燃料中の異物を除去するサクションフィルタ６２が取り付けられている。サクションフィルタ６２は、サブタンク２０の底壁２２と燃料タンク２の底壁３との間に形成された空間２１０に設置されている。
【００２７】
図２において、インペラ７０が電機子４０の回転によりシャフト４２とともに回転すると、燃料入口２０１、２０５からポンプ通路２０２、２０６にそれぞれ吸入された燃料は、回転方向前方の羽根溝７４、７６から回転方向後方の羽根溝７４、７６に向けて流出、流入を多数繰り返すことにより、旋回流３００となってポンプ通路２０２、２０６で昇圧される。
【００２８】
インペラ７０の回転により燃料入口２０１から吸入されたサブタンク２０の燃料は、回転軸方向両側のポンプ通路２０２で昇圧され、モータ部３２側のポンプケース５２に形成された燃料出口２０３で合流し、燃料出口２０３からモータ部３２の燃料室２０８に吐出される。燃料出口２０３から燃料室２０８に吐出された燃料は、電機子４０の外周面と図示しない永久磁石の内周面との間に形成された隙間を通り、エンドカバー３８に設けられた吐出口３９から内燃機関側に供給される。このように、ポンプ部３４で昇圧された燃料がモータ部３２の内部を流れるので、燃料は、モータ部３２を冷却するとともに、モータ部３２の内部の摺動部を潤滑する。
【００２９】
吐出口３９から吐出され内燃機関に供給される燃料吐出量は、２０Ｌ／ｈ〜３００Ｌ／ｈである。この燃料吐出量は、ポンプ通路２０２の燃料出口２０３から吐出される燃料吐出量に相当する。インペラ７０の回転数は４０００〜１５０００ｒｐｍである。
また、インペラ７０の回転により燃料入口２０５から吸入された燃料タンク２の燃料は、回転軸方向両側のポンプ通路２０６で昇圧され、ポンプケース５０に形成された燃料出口２０７で合流し、燃料出口２０７からサブタンク２０内に吐出される。
【００３０】
次に、インペラ７０、ポンプ通路２０２、２０６の設計値について説明する。
インペラ７０の外径は、２０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲に設定されている。羽根溝７４、７６に沿って回転軸方向両側に形成されているポンプ通路２０２、２０６の回転軸方向の片方の通路断面積Ｓ１、Ｓ２は、２ｍｍ2〜８ｍｍ2の範囲に設定されている。そして、ポンプ通路２０２の吐出量をＱ１、インペラ７０の回転軸を中心としたポンプ通路２０２の直径をＤ１、ポンプ通路２０６の吐出量をＱ２、インペラ７０の回転軸を中心としたポンプ通路２０６の直径をＤ２、インペラ７０の１分間当たりの回転数をＲとすると、Ｑ１、Ｑ２は、前述したように式（１）、（２）で表される。ただし、式（１）、（２）において、Ｓ１を２×Ｓ１、Ｓ２を２×Ｓ２に置き換える。また、直径Ｄ１、Ｄ２は、ポンプ通路２０２の径方向の通路幅Ｗ１の中心１００間の距離、ならびにポンプ通路２０６の径方向の通路幅Ｗ２の中心１０２間の距離を表している。
ここで、サブタンク２０から燃料タンク２の外部の内燃機関に燃料を供給してもサブタンク２０の液面高さの低下を防止するためには、Ｑ２≧Ｑ１を満たせばよい。つまり、式（３）を満たせばよい。
【００３１】
しかしながら、ポンプ通路２０２において昇圧される燃料圧力は、ポンプ通路２０６において昇圧される燃料圧力よりも高圧である。例えば、ポンプ通路２０２で昇圧され、燃料ポンプ３０から内燃機関に供給される燃料圧力Ｐ１の要求値は２００ｋＰａ〜８００ｋＰａの範囲であり、ポンプ通路２０６で昇圧され、燃料ポンプ３０からサブタンク２０内に供給される燃料圧力Ｐ２の要求値は最大でも５０ｋＰａ程度である。その結果、ポンプ通路２０２において、回転方向の燃料圧力差により回転方向と逆方向に働く力、ならびにインペラ７０とポンプケース５０、５２とのクリアランスから漏れる燃料量は、ポンプ通路２０６よりも大きい。したがって、ポンプ通路２０２の式（１）で表される燃料吐出量Ｑ１からの減少量は、ポンプ通路２０６の式（２）で表される燃料吐出量Ｑ２からの減少量よりも多い。したがって、式（３）を満たすようにポンプ通路２０２およびポンプ通路２０６の通路面積および直径を設定すると、実際のＱ２がＱ１よりも大きくなり過ぎる。その結果、燃料タンク２からサブタンク２０に供給される燃料量が過剰になる。サブタンク２０にはサブタンク２０の液面高さが低下しない程度の燃料量が供給されればよいのであって、燃料タンク２からサブタンク２０に過剰な燃料量を供給する必要はない。
【００３２】
そこで、ポンプ通路２０２において昇圧する燃料圧力Ｐ１の範囲を考慮して、（Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１×Ｄ１）の範囲を設定する必要がある。前述したように、ポンプ通路２０２で昇圧され、燃料ポンプ３０から内燃機関に供給される燃料圧力Ｐ１の範囲は、２００ｋＰａ〜８００ｋＰａの範囲である。したがって、２００ｋＰａ〜８００ｋＰａの範囲で、実際のＱ２／Ｑ１の値が極力１に近づくように（Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１×Ｄ１）の範囲を設定することが求められる。そこで、図３から、次式（７）の範囲が求められる。
０．６≦（Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１×Ｄ１）≦０．９５  ・・・（７）
式（７）の範囲であれば、燃料圧力Ｐ１が２００ｋＰａ〜８００ｋＰａの範囲において、実際のＱ２／Ｑ１の値が極力１に近づくように（Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１×Ｄ１）を設定できる。
【００３３】
また、ポンプ通路２０２と羽根溝７４、ならびにポンプ通路２０６と羽根溝７６とを流れる旋回流３００の流れ形状は、円に近いことが望ましい。これは、旋回するときに急激に旋回流３００の向きが変わり、旋回流３００のエネルギーが低下することを極力防止し、ポンプ効率ηを上昇させるためである。
【００３４】
旋回流３００の流れ形状が円になるためには、インペラ７０の板厚方向において、ポンプ通路２０２、２０６のインペラ回転軸方向の深さＨ１、Ｈ２と羽根溝７４、７６の深さとがほぼ等しくなればよい。ポンプ通路２０２、２０６の深さＨ１、Ｈ２はインペラの板厚ｔのほぼ１／２に相当するので、式（８）、（９）を満たせばよい。
Ｈ１／ｔ＝０．５      ・・・（８）
Ｈ２／ｔ＝０．５      ・・・（９）
【００３５】
実際には、Ｈ１／ｔ、Ｈ２／ｔの値が、０．５を含んだ所定範囲に設定され、旋回流３００の流れ形状が扁平になり過ぎなければよい。そこで、図４から、ポンプ通路２０２、２０６におけるポンプ効率η１、η２の値が最大値を含む所定範囲として、η１≧４０％、η２≧１０％を満たすＨ１／ｔ、Ｈ２／ｔを求めると、式（１０）、（１１）になる。
０．３≦Ｈ１／ｔ≦０．６    ・・・（１０）
０．２≦Ｈ２／ｔ≦０．６    ・・・（１１）
ポンプ通路２０６のポンプ効率はポンプ通路２０２に比べて低いので、特に式（１１）を満たすことが望ましい。
【００３６】
また、旋回流３００の流れ形状が円になるためには、ポンプ通路２０２、２０６の深さＨ１、Ｈ２の２倍とポンプ通路２０２、２０６の径方向の幅Ｗ１、Ｗ２とがほぼ等しくなればよい。つまり、式（１２）、（１３）を満たせばよい。
２＝Ｗ１／Ｈ１      ・・・（１２）
２＝Ｗ２／Ｈ２      ・・・（１３）
【００３７】
実際には、Ｗ１／Ｈ１、Ｗ２／Ｈ２の値が、２を含んだ所定範囲に設定され、旋回流３００の流れ形状が扁平になりすぎなければよい。そこで、図５から、ポンプ通路２０２、２０６におけるポンプ効率η１、η２の値が最大値を含む所定範囲として、η１≧４０％、η２≧１０％を満たすＷ１／Ｈ１、Ｗ２／Ｈ２を求めると、式（１４）、（１５）になる。
１．５≦Ｗ１／Ｈ１≦２．１    ・・・（１４）
１．９≦Ｗ２／Ｈ２≦２．５    ・・・（１５）
ポンプ通路２０６のポンプ効率はポンプ通路２０６に比べて低いので、特に式（１５）を満たすことが望ましい。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態では、インペラ７０の径方向にずれた位置に羽根溝７４、７６を形成している燃料ポンプ３０が、サブタンク２０の燃料を内燃機関に供給するとともに、燃料タンク２の燃料をサブタンク２０に供給している。そして、このような構成の燃料ポンプ３０において、特に内燃機関に供給する燃料を昇圧するポンプ通路２０２の燃料圧力を考慮して、ポンプ通路２０２、２０６の通路面積Ｓ１、Ｓ２およびインペラ７０の回転軸を中心としたときのポンプ通路２０２、２０６の直径Ｄ１、Ｄ２について、（Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１×Ｄ１）を式（７）に示す適切な範囲に設定している。これにより、サブタンク２０の液面高さが低下することを防止するとともに、燃料タンク２からサブタンク２０に供給される燃料量が過剰になることを防止できる。
【００３９】
また、ポンプ通路２０２、２０６の深さＨ１、Ｈ２およびインペラ７０の板厚ｔについて、Ｈ１／ｔ、Ｈ２／ｔを式（１０）、（１１）に示す適切な範囲に設定している。また、ポンプ通路２０２、２０６の深さＨ１、Ｈ２およびポンプ通路２０２、２０６の径方向の幅Ｗ１、Ｗ２について、Ｗ１／Ｈ１、Ｗ２／Ｈ２を式（１４）、（１５）に示す適切な範囲に設定している。これにより、ポンプ通路２０２と羽根溝７４、およびポンプ通路２０６と羽根溝７６とを流れる旋回流３００の流れ形状が扁平になることを防止し、ポンプ効率を上昇させている。
【００４０】
（第二実施形態）
本発明の第二実施形態による燃料ポンプを用いた燃料供給装置を図６から図８に示す。第一実施形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、図６に示すように、シール部のシール幅ａは一点鎖線および二点鎖線の斜線で示された第２のポンプ通路断面積Ｓ２と第１のポンプ通路断面積Ｓ１の間に設けられたシール部のシール幅を示す。Ｏは、インペラ５１の中心線を示す。
【００４１】
本発明の第二実施形態によるシール部のシール幅ａとポンプ効率、内外流量比率の関係を示す特性図を図９に示す。燃料ポンプのモータ部のトルクをＴ、モータ部の回転数をＲ、ポンプ通路から吐出される燃料の吐出圧をＰ、燃料吐出量をＱとすると、ポンプ効率は、（ポンプ効率）＝（Ｐ×Ｑ）／（Ｔ×Ｒ）によって求められる。実線で示されているのは、ポンプ効率とシール幅ａとの関係を表したものである。点線は第２のポンプ通路の燃料吐出量Ｑ２を第１のポンプ通路の燃料吐出量Ｑ１で割った値と、シール幅ａとの関係を表したものであり、インペラ径（ｍｍ）はφ２０、φ３０、φ４０、φ５０の４種について測定した。
【００４２】
本実施形態においても、第１のポンプ通路から吐出される燃料圧力Ｐは２００から８００ｋＰａであり、第２のポンプ通路から吐出される燃料圧力が５０ｋＰａ以下であることと比較すると高圧である。このため、高圧側の第１のポンプ通路から低圧側の第２のポンプ通路へと燃料漏れが起こり、ポンプ効率が低下する。この燃料漏れはシール幅ａを大きくすることによって低減できる。シール幅ａが１ｍｍ以上ではポンプ効率が４０％以上と十分な値になり、シール幅ａが１ｍｍ以下の場合は、急激にポンプ効率が低下して第１のポンプ通路から低圧側の第２のポンプ通路へと燃料漏れが起こることとなる。シール幅ａが２．５ｍｍ以上となるとポンプ効率は一定となり、それ以上向上しない。
【００４３】
一方、シール幅ａを大きくとりすぎると、内側通路断面積（図６のＳ２）が十分確保できないため、Ｑ２≧Ｑ１が成立しなくなる。Ｑ２≧Ｑ１が成立するためには、Ｑ２／Ｑ１は１以上である。この関係を満たすのは、インペラ径φ５０では、シール幅ａは８．５ｍｍ以下、一般的なインペラ径φ３０では、シール幅ａは２．５ｍｍ以下である。以上から、最適なシール幅ａ（ｍｍ）を次式（１６）と設定した。
１≦ａ≦２．５    ・・・（１６）
【００４４】
本実施形態の燃料供給装置を示す断面図を図７に示し、図７におけるＸ−Ｘ断面によるインペラの平面図を図８に示す。本実施形態では、インペラ５１の羽根溝５２ａによって区切られた外側インペラの羽根の板幅をＢ１，内側インペラの羽根の板幅をＢ２とすると、Ｂ２≧Ｂ１と設定している。
【００４５】
本発明の第二実施形態のインペラ羽根の板幅比と膨潤速度、Ｑ２／Ｑ１の関係を示す特性図を図１０に示す。インペラ羽根膨潤速度は、インペラの表面積が大きく、板厚が薄いほど大きくなる。実線で示されているのは、内側インペラ羽根膨潤速度を外側インペラ羽根膨潤速度で割った値と、羽根の板幅比（Ｂ２／Ｂ１）との関係を表したものである。内側インペラ羽根膨潤速度を外側インペラ羽根膨潤速度で割った値が１以上、即ち内側インペラ羽根膨潤速度の方が外側インペラ羽根膨潤速度より大きいと、外側インペラ羽根を基準に設定したクリアランスよりも広いクリアランスが必要となる。よって内側インペラ羽根膨潤速度を外側インペラ羽根膨潤速度で割った値は１以下が望ましく、その際の羽根の板幅比は１．５となる。
【００４６】
点線で示されているのは、Ｑ２／Ｑ１の値と、羽根の板幅比（Ｂ２／Ｂ１）との関係を表したものである。羽根の板幅を増加させると、膨潤速度は遅くなるが、内側通路断面積（図６のＳ２）が十分確保できないため、Ｑ２≧Ｑ１が成立しなくなる。Ｑ２≧Ｑ１が成立する羽根の板幅比は３以下である。よって、膨潤速度、ポンプ室流量条件を満たす羽根の板幅比は次式（１７）と設定した。
１．５≦（Ｂ２／Ｂ１）≦３    ・・・（１７）
【００４７】
（第三実施形態）
第三実施形態では、インペラの回転軸方向両側にポンプ通路を形成した。本発明では、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。
上記第一実施形態では、モータ部にブラシモータを採用した。本発明では、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。
【００４８】
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】
【００４９】
【図１】第一実施形態のポンプ通路を示す断面図。
【図２】第一実施形態の燃料供給装置を示す断面図。
【図３】（Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１×Ｄ１）と（Ｑ２／Ｑ１）との関係を示す特性図。
【図４】（Ｈ／ｔ）とポンプ効率ηとの関係を示す特性図。
【図５】（Ｗ／Ｈ）とポンプ効率ηとの関係を示す特性図。
【図６】第二実施形態の燃料供給装置の要部を示す断面図。
【図７】第二実施形態の燃料供給装置を示す断面図。
【図８】第二実施形態のインペラ上面図
【図９】第二実施形態のシール幅ａとポンプ効率η、（Ｑ２／Ｑ１）の関係を示す特性図。
【図１０】第二実施形態のインペラ板厚比（Ｂ２／Ｂ１）と膨潤速度、（Ｑ２／Ｑ１）の関係を示す特性図。
【符号の説明】
【００５０】
１０：燃料供給装置、２０：サブタンク、３０：燃料ポンプ、３２：モータ部、３４：ポンプ部、４０：電機子、４２：シャフト（回転軸）、５０、５２：ポンプケース、５１、７０：インペラ、５２ａ、７４、７６：羽根溝、２０２、２０６：ポンプ通路
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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