(57)【要約】【課題】トロコイドギヤ式に噛み合うアウタロータとインナロータを備えた車両用燃料ポンプにおいては、特にポンプ下カバーとこれらのロータとの摩擦抵抗が大きく、消費電流が大きいとともに、駆動不能により停止することもある。【解決手段】ポンプ上カバー１２とポンプ下カバー１３間にアウタロータ１１と、このアウタロータ１１にトロコイド式に噛み合うインナロータ１４を収容し、インナロータ１４をモータ１５で回転し、ポンプ下カバー１３に形成した吸い込み孔１７から吸い込んだ燃料をポンプ上カバー１２に形成した吐出口１８から吐出するようにした車両用モータ式燃料ポンプにおいて、ポンプ下カバー１３の上側表面２１を、中央が上方に突出する凸面状に形成する。それにより、この上に載置するインナロータ１４は中央凸端部２５で、また、アウタロータ１１は内周下端部２４で各々線接触状態で回転し、摺動抵抗を減少させることができる。【選択図】        図１
2004176676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ上カバーとポンプ下カバー間にアウタロータと、該アウタロータにトロコイド式に噛み合うインナロータとを収容し、インナロータをモータで回転することによりポンプ下カバーに形成した吸い込み孔からの燃料をポンプ上カバーに形成した吐出口へ吐出する車両用モータ式燃料ポンプにおいて、
ポンプ下カバーの上側表面を、中央が上方に突出する凸面状に形成したことを特徴とする車両用モータ式燃料ポンプ。
【請求項２】
前記アウタロータの高さを、前記インナロータの高さより高く設定したことを特徴とする請求項１記載の車両用モータ式燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の燃料タンクからエンジンに燃料を供給するモータ式燃料ポンプに関し、特にトロコイド式ポンプのインナロータの摺動抵抗を低減し、ポンプの総合効率を向上するとともに、小型のモータによっても安定して駆動することができるようにした車両用モータ式燃料ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用エンジンに燃料を供給する燃料ポンプは、近年は燃料タンク内にこれを取り付けるインタンク型のモータ駆動式燃料ポンプが用いられており、燃料タンクの上壁の開口に固定したフランジ部材に対して、燃料ポンプを懸下したものが広く用いられている。また、この燃料ポンプに対してフィルタ等を組み込みユニット化したものも使用されるようになっている。
【０００３】
このような燃料ポンプにおいては、例えば図６（ａ）にそのポンプ部分の縦断面図、即ち同図（ｂ）のＢ−Ｂ断面図を示し、同図（ｂ）に（ａ）のＡ−Ａ部分の横断面図を示すように、ポンプ上カバー３２とポンプ下カバー３３でポンプ室３０を形成するポンプ本体部分を構成しており、ポンプ室３０内にはアウタロータ３１を回転自在に収容している。ポンプ室３０内にはこのアウタロータ３１の内歯４１にトロコイドギア式に噛み合う外歯４２を形成したインナロータ３４を備え、そのインナロータ３４をモータ３５の回転軸３６によって回転し、ポンプ下カバー３３に形成した吸い込み口３７から燃料タンク内の燃料を吸い込み、これを吐出孔３８からモータ室４０内に吐出し、モータ室４０内を通過した燃料は、図示されていないポンプ本体上部の排出孔から燃料噴射装置等に加圧燃料を供給している。
【０００４】
上記のようなトロコイド方式を利用したポンプは容積型ポンプであり、低回転でも回転していれば流体の吐出が可能であり、したがって使用回転域が広いため、車両用としては特に潤滑油を供給するオイルポンプ等に広く用いられているが、燃料タンクから燃料を供給する燃料ポンプとしても使用されることも多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記のようなトロコイド方式を利用したポンプを例えばオイルポンプに用いる場合には、その駆動力はエンジンから適宜ギアやベルトを介して入力するようにしており、メカニカルな駆動方式を採用するものが多い。そのためポンプを駆動する駆動力は大きく、オイルのように圧送流体の粘性が高く、回転に大きなトルクが必要である場合においても、その駆動機構によって確実にポンプを駆動することができ特に問題となることはない。
【０００６】
それに対して燃料ポンプについては、近年の燃料ポンプは上記のようにモータ駆動式であり、低速回転時のトルクが少ない形式のものが使用されるため、燃料ポンプの作動時に何らかの原因でロストルクが増大すると、モータトルクが回転に必要なトルクを下回り、ポンプを駆動することができなくなる。その場合にはエンジンに燃料が供給されなくなり、車両にとって大きな問題を生じる。
【０００７】
特に近年は小型二輪車のエンジンにも燃料噴射装置を搭載し、その燃料噴射装置に対してモータ駆動式の燃料ポンプによって燃料を供給することも行われるようになっている。このような小型二輪車の燃料ポンプにおいては全てを小型化する必要があり、モータについてもできる限り小型化することとなるため、その駆動力は小さなものとならざるを得ず、燃料ポンプに比較的大きな抵抗を生じるとこのポンプを駆動することができなくなる。
【０００８】
また、近年は特に車両全体の構成部品の小型軽量化の要請があり、更にバッテリの小型化と消費エネルギーの低減の観点から、バッテリ消費を少なくする要請が強くなっている。そのため、近年は燃料ポンプの消費電流をできる限り少なくする必要があり、前記のように燃料ポンプに抵抗を生じたときにも確実にポンプを駆動するためモータの仕様を変更し、モータを大きくすることは、装置の大型化のみならず消費電流の観点からも好ましくない。
【０００９】
上記のように、トロコイド方式を利用した燃料ポンプにおいて、小型のモータを用いてこの燃料ポンプを常に安定して駆動することができるようにするためには、燃料ポンプの摺動抵抗をできる限り小さくし、ロストルクを極力低くして、容積効率を含めた総合効率を向上させる必要がある。
【００１０】
それに対して従来の上記のような燃料ポンプはインナロータ及びアウタロータとポンプカバーとが面接触をなしており、この部分が大きな抵抗となる。また、この接触面間に燃料が浸入している状態でインナロータ及びアウタロータを回転駆動すると、特にポンプカバーとの接触面積の大きなインナロータ部分において燃料の粘性による抵抗を少なからず発生して回転することとなる。そのため、この部分の抵抗、ひいてはポンプのロストルクを小さくすることは、前記のような小型モータにより安定して燃料ポンプを駆動する対策としては重要な要素となる。
【００１１】
したがって本発明は、トロコイド方式を利用した車両用モータ式燃料ポンプにおいて、インナロータ及びアウタロータの回転時におけるインナロータとポンプカバーとの接触による摺動抵抗を低減し、機械的効率を上げ、ポンプの総合効率を向上して、ポンプ性能を向上させ、且つ、小型のモータでも燃料ポンプを安定して回転することができるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の発明においては吸い込み孔を備えたポンプ下カバーの上面を凸面状に形成し、インナロータ及びアウタロータと線接触状態で回転できるようにしたものであって、ポンプ上カバーとポンプ下カバー間にアウタロータと、該アウタロータにトロコイド式に噛み合うインナロータとを収容し、インナロータをモータで回転することによりポンプ下カバーに形成した吸い込み孔からの燃料をポンプ上カバーに形成した吐出口へ吐出するようにした車両用モータ式燃料ポンプにおいて、ポンプ下カバーの上側表面を、中央が上方に突出する凸面状に形成したものである。
【００１３】
また、前記車両用モータ式燃料ポンプにおいて、前記アウタロータの高さを、前記インナロータの高さより高く設定したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に沿って説明する。図１は本発明による実施例を示す断面図であり、前記図６に示す従来例と略同様の構成の車両用モータ式燃料ポンプを示している。図１に示す燃料ポンプの実施例においては、内部でアウタロータ１１が回転するスペーサ１９を備え、そのスペーサ１９の図中上側に配置したポンプ上カバー１２と、下側に配置したポンプ下カバー１３とによってこれを挟み、ポンプ外周カバー２０でこれらを一体化してポンプ機構部２６を形成した例を示している。
【００１５】
アウタロータ１１の内部に形成するポンプ室１０内には、アウタロータ１１の内歯にトロコイドギア式に噛み合う外歯を形成したインナロータ１４を備え、そのインナロータ１４をモータ１５の回転軸１６によって回転し、ポンプ下カバー１３に形成した吸い込み口１７から燃料タンク内の燃料を吸い込み、これを吐出孔１８からモータ室９内に吐出し、モータ室９内を通過してモータを冷却した燃料は、図示されていないポンプ本体上部の排出孔から排出し、燃料噴射装置等に加圧燃料を供給している。
【００１６】
このような燃料ポンプにおいて、図１（ａ）からは明瞭には識別することは困難であるが、そのポンプ下カバー１３について識別しやすくするために特徴部分を誇張して示した同図（ｂ）に示すように、ポンプ下カバー１３のポンプ室側表面２１を、その中心部分が高くなるように傾斜した中凸形状に形成している。同図（ｂ）に示すポンプ下カバー１３においては、そのポンプ室側表面２１は外周縁２２から中央の軸端支持穴２３の周縁２４迄、角度αだけ傾斜した中央部分が凸状となる円錐台表面とした例を示している。
【００１７】
上記角度αは任意に設定することができるが、例えば直径５０ｍｍ程度のポンプ下カバー１３のときに外周縁２２が軸端支持穴２３の周縁２４よりｈ＝０．０１ｍｍ程度下がった位置となるように、ｔａｎα＝１／２５００程度に設定する。この角度の設定は、ポンプ下カバー１３の製造時の研磨工程における表面研磨によって形成することができる。
【００１８】
このようにポンプ下カバー１３のポンプ室側表面２１を中凸形状に形成することにより、図２に示すようにインナロータ１４をこの上に載置すると、ポンプ下カバー１３のポンプ室側表面２１における中央凸端部２５と、インナロータ１４の図中の下側面２６とが線接触状態で載置される。また、アウタロータ１１をインナロータ１４に噛み合わせた状態でポンプ下カバー１３の上面に載置すると、その内周下端部２７においてポンプ下カバー１３のポンプ室側表面２１と線接触状態で載置される。この状態で、図１（ａ）に示されるようにスペーサ１９と共にポンプ上カバー１２で押さえ、一体化する。
【００１９】
上記のような燃料ポンプの作動時には、モータで駆動される回転軸１６が回転するとインナロータ１４が回転し、このインナロータ１４とトロコイド式に噛み合うアウタロータ１１も回転し、前記のように吸い込み孔１７から吸い込んだ燃料を加圧し、吐出口１８からポンプ本体内に吐出する。その際、吐出口１８側は吸い込み孔１７側より高圧のため、インナロータ１４及びアウタロータ１１はポンプ下カバー１３側に押圧される。
【００２０】
それによりインナロータ１４はその下側面２６とポンプ下カバー１３の中央凸端部２５とが線接触状態となって回転し、同様にアウタロータ１１もその内周下端部２７とポンプ下カバー１３のポンプ室側表面２１とが線接触状態で回転する。そのため、従来の面接触による回転と比較して接触抵抗は少なくなり、特にその接触部分は各ロータの回転中心に最も近い部分であるので、接触半径が小さくなり、ロストルクを低減することができる。
【００２１】
上記のようなロストルクの低減がポンプ性能に与える影響を、図３のグラフに示している。このグラフの縦軸における左側目盛に示される回転数Ｎは、ロストルクＴが増大するほど低下し、ついには図中Ｔｃ点においてそのロストルクにより回転することができなくなる。一方、このグラフの縦軸における右側目盛に示されるポンプを駆動するモータの消費電流Ｉは、ロストルクＴが増大するに連れて増大する。
【００２２】
その結果、従来の燃料ポンプのロストルクがＴｂのときには、回転数がＮｂであり、消費電流はＩｂであるが、本発明において上記のように構成することによってロストルクが低減した結果、ロストルクが図中Ｔａに迄低減したときには、回転数はＮａ迄上昇し、消費電流はＩａ迄低下する。このように、燃料ポンプの回転数が増大することにより所定の消費電流でも、より多くの燃料を吐出することができ、所定の回転数で作動させるために必要な消費電流、即ち所定の燃料を吐出するために必要な消費電流は減少させることができる。
【００２３】
前記実施例においては、ポンプ下カバー１３のポンプ室側表面２１は、このポンプ室側表面２１部分のみを高さ方向に拡大して表示している図４に示すような種々の態様で形成することができる。即ち、同図（ａ）は前記実施例の拡大断面図であるが、同図（ｂ）に示す実施例においては図１（ａ）のスペーサ１９の下面と当接する部分には平坦面部分２８を形成した例を示している。このように構成することにより、ポンプ下カバー１３のポンプ室側表面２１とスペーサ１９の下面とが面接触となり、ポンプ室内からの燃料漏れを確実に防止することができる。
【００２４】
また、図４（ｃ）に示すように、ポンプ下カバー１３のポンプ室側表面２１を、中心が凸状で直径がＤの球状表面としても良い。また、このような球状表面を形成する際にも、同図（ｄ）に示すように、同図（ｂ）と同様にスペーサの下面と当接する部分には平坦面部分２８を形成し、スペーサの下面と面接触を行うようにしても良い。
【００２５】
一方、上記実施例においては、例えば図２（ａ）に示すように、ポンプ下カバー１３のポンプ室側表面２１が中凸面状に形成されているため、その最も高い位置で支持されているインナロータ１４と、それよりも低い位置で支持されているアウタロータ１１とは、高さｈだけアウタロータ１１が低くなる。その結果、従来と同様にインナロータ１４とアウタロータ１１とを同一の高さＨ１に設定している場合には、両ロータの上面には高さｈの段差を生じることとなる。
【００２６】
それに対して、図１のポンプ上カバー１２の下面は、インナロータ１４が円滑に回転できる位置になるようにスペーサ１９の高さを設定することとなる。そのため、アウタロータ１１の上面とポンプ上カバ１２の下面との間には少なくともｈの間隙を生じることとなる。この間隙はわずかなものであるので、ポンプ性能に大きな影響を与えることはないが、わずかでもこの間隙部分から燃料漏れを生じ、ポンプの容積効率を低下させることも考えられる。
【００２７】
その対策として、例えば図５に示すように、予めアウタロータ１１の高さＨ２を、インナロータ１４の高さＨ１より、設置状態の差ｈの分だけ高くなるように形成し、それにより前記図１（ａ）に示すようなアウタロータ１１の上部の間隙ｈをなくすことができ、より効率の良い燃料ポンプとすることができる。
【００２８】
なお、上記実施例においては、ポンプ下カバー１３とポンプ上カバー１２との間にスペーサ１９を介在させ、その内部にポンプ室を形成した例を示したが、その他、スペーサ１９を用いることなく、このスペーサ部分をポンプ上カバーと一体的に形成してもよく、本発明を更に他の態様で実施することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本願の請求項１に係る発明は上記のように構成したので、トロコイド方式を利用した車両用モータ式燃料ポンプにおいて、インナロータ及びアウタロータの回転時におけるインナロータ及びアウタロータとポンプカバーとの接触を線接触状態として作動させることができる。それにより摺動抵抗を低減し、ロストルクを低減することによってモータへ同一電流を供給した場合でも、ロータの回転を高速にして多くの燃料を供給可能とし、また、モータへの供給電流が少なくてもポンプを同一回転で回転させることができるようにすることが可能となるため、ポンプの総合効率を向上して、ポンプ性能を向上させることができる。また、小型のモータでも燃料ポンプを安定して回転することができ、ロータの回転抵抗によって燃料供給が停止し、エンジンが停止する等の致命的な問題の発生を防止することができ、特に小型二輪車用燃料ポンプに適している。
【００３０】
また、本願の請求項２に係る発明は、アウタロータ高さをインナロータの高さより高く設定するので、前記のような効果を奏する車両用モータ式燃料ポンプにおいて、アウタロータの上面に間隙を生じることが無くなり、この部分から燃料漏れを生じることが無く、ポンプの容積効率を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の一部断面図であって、（ａ）はポンプ機構部分の断面図であり、（ｂ）はポンプ下カバー部分のポンプ側表面の凸面形状を拡大して示した断面図である。
【図２】本発明の実施例におけるポンプ下カバーにインナロータとアウタロータを載置した状態において、ポンプ下カバー部分のポンプ側表面の凸面形状を拡大して示した断面図である。
【図３】本発明によりポンプ効率が向上する原理を示すための、トルクと回転数・電流の関係を示すグラフである。
【図４】本発明において、ポンプ下カバー部分のポンプ側表面を凸面形状にする各種態様を示す図である。
【図５】本発明における特にアウタロータの他の態様における、ポンプ下カバーにインナロータとアウタロータを載置した状態において、ポンプ下カバー部分のポンプ側表面の凸面形状を拡大して示した断面図である。
【図６】従来の燃料ポンプの断面図であって、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ部分断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部分断面図である。
【符号の説明】
９  モータ室
１０  ポンプ室
１１  アウタロータ
１２  ポンプ上カバー
１３  ポンプ下カバー
１４  インナロータ
１５  モータ
１６  回転軸
１７  吸い込み口
１８  吐出孔
１９  スペーサ
２０  ポンプ外周カバー
２１  ポンプ室側表面
２２  外周縁
２３  軸端支持穴
２４  周縁
２５  中央凸端部
２６  ポンプ機構部
２７  内周下端部
【図１】
2004176676.tif 000003
【図２】
2004176676.tif 000004
【図３】
2004176676.tif 000005
【図４】
2004176676.tif 000006
【図５】
2004176676.tif 000007
【図６】
2004176676.tif 000008