(57)【要約】【課題】大量生産される燃料ポンプのポンプ性能を安定させる。【解決手段】ポンプボディ１５に形成される周方向に伸びる溝２０が、横断面積Ｌで一定に形成されている第１領域と、横断面積が下流に向けて減少するように形成されている第２領域と、横断面積Ｍで一定に形成されている第３領域に区画されている。ポンプボディ１５に形成される吸入孔２２はインペラの回転方向に傾斜しており、第１領域で溝２０に連通している。たとえ吸入孔２２の傾斜角にばらつきがあっても、吸入孔２２が連通した位置における溝２０の横断面積は一定（横断面積Ｌ）であるため、燃料ポンプ内に取込む燃料の量のばらつきを低減することができ、大量生産される燃料ポンプのポンプ性能を安定させることができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、そのケーシング内で回転する略円板状のインペラを備えた燃料ポンプであり、
ケーシング内面には、周方向に伸びる溝が形成されており、その溝は上流から下流に向けて第１から第３領域に区画されており、第１領域では溝の横断面積が一定であり、第２領域では溝の横断面積が下流に向けて減少しており、第３領域では溝の横断面積が一定であり、
ケーシング外面からケーシング内面に至る吸入孔が形成されており、その吸入孔はインペラの回転方向に傾斜しており、前記第１領域で前記溝に連通していることを特徴とする燃料ポンプ。
【請求項２】
前記第１領域の横断面積が前記第３領域の横断面積の１．２〜３．８倍であり、前記第１領域の長さが前記第１領域と前記第２領域の合計長さの０．０５〜０．８５倍であることを特徴とする請求項１の燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガソリン等の燃料を吸引して昇圧し、昇圧した燃料を吐出する燃料ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】ケーシング内で略円板状のインペラを回転させることによって燃料を吸引して昇圧し、昇圧した燃料を吐出する燃料ポンプが知られている。ケーシング内面には、周方向に伸びる溝が形成されており、ケーシング外面からケーシング内面の溝に至る吸入孔が形成されている。
【０００３】
ケーシング内面に形成された溝の横断面積は燃料ポンプの性能に大きく影響する。特許文献１に開示されている燃料ポンプでは、周方向に伸びる溝を上流から下流に向けて第１領域と第２領域に区画している。第１領域では溝の横断面積が下流に向けて減少しており、第２領域では溝の横断面積が一定である。ケーシング外面からケーシング内面に至る吸入孔は、第１領域で溝に連通している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１８９９７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特開平７−１８９９７５号公報の燃料ポンプでは、吸入孔がインペラの回転軸と同方向に形成されていた。このため、吸入孔と周方向溝がほぼ垂直に交わる位置関係となり、燃料が吸入孔から周方向溝へ導入されにくく、流れが滞りやすい。
この問題を解決するために、吸入孔をインペラの回転方向に傾斜させることが想到される。
インペラの回転方向に傾斜する吸入孔を、横断面積が下流に向けて減少している周方向溝に連通させると、吸入孔が連通した位置における周方向溝の横断面積が安定しない。吸入孔の傾斜角が大きくなってより下流で周方向溝に連通すると、連通した位置における周方向溝の横断面積は小さい。吸入孔の傾斜角が小さくなってより上流で周方向溝に連通すると、連通した位置における周方向溝の横断面積は大きい。燃料ポンプを大量生産する際に、吸入孔の傾斜角のばらつきや、横断面積が下流に向けて減少する周方向溝の面積減少率のばらつきを小さく抑えるには限界があり、インペラの回転方向に傾斜する吸入孔を、横断面積が下流に向けて減少している周方向溝に連通させる方式では、大量生産される燃料ポンプのポンプ性能が安定しない。
本発明は、大量生産される燃料ポンプのポンプ性能を安定させることを主たる目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用と効果】本発明の燃料ポンプは、ケーシングと、そのケーシング内で回転する略円板状のインペラを備えた燃料ポンプである。ケーシング内面には、周方向に伸びる溝が形成されており、その溝は上流から下流に向けて第１から第３領域に区画されており、第１領域では溝の横断面積が一定であり、第２領域では溝の横断面積が下流に向けて減少しており、第３領域では溝の横断面積が一定である。ケーシング外面からケーシング内面に至る吸入孔が形成されており、その吸入孔はインペラの回転方向に傾斜しており、第１領域で前記溝に連通している。
【０００７】
従来技術のように、吸入孔がインペラの回転軸と同方向で形成されていると、吸入孔の開口からケーシングの溝へ燃料が導入されにくく、流れが滞りやすい。本発明のように、ケーシングに形成されている吸入孔を、インペラの回転方向に傾斜させることによって、吸入孔の開口での燃料の合流をスムーズにすることができ、ポンプ性能を向上させることができる。
本発明の燃料ポンプのインペラの回転方向に傾斜する吸入孔は、周方向溝の第１領域に連通しており、この第１領域は横断面積が一定である。吸入孔が連通する位置にばらつきがあったとしても、連通した位置における周方向溝の横断面積は一定であるため、ポンプ性能は安定する。
【０００８】
第１領域の横断面積が第３領域の横断面積の１．２〜３．８倍であり、第１領域の長さが第１領域と第２領域の合計長さの０．０５〜０．８５倍であることが好ましい。
第１領域の横断面積が第３領域の横断面積の１．２〜３．８倍とし、第１領域の長さが第１領域と第２領域の合計長さの０．０５〜０．８５倍とすることによって、取込まれる燃料の量を最大で最適な量に増加させることができる。ポンプ性能を効果的に向上させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１）  ケーシングの溝上に、燃料中のベーパを排出するベーパジェットが開口しており、ベーパジェットは第２領域の下流端に形成されている。
燃料中のベーパは、燃料の圧縮によって第２領域の下流端まで搬送される。第２領域の下流端にベーパジェットが開口していれば、第２領域の下流端まで搬送されたベーパがスムーズにベーパジェット内に導入されやすい。燃料中からベーパを除去しやすくなるため、ポンプ性能の向上を可能にする。
【００１０】
【実施例】本発明を具現化した第１実施例を図１から図４を用いて説明する。
図１は本実施例の燃料ポンプの断面図であり、図２はインペラの端面図であり、図３はポンプボディの端面図であり、図４は図３のＩ−Ｉ断面図である。
この実施例の燃料ポンプは、自動車用の燃料ポンプであり、燃料タンク内で用いられ、自動車のエンジンヘ燃料を供給するために利用される。図１に示すように、燃料ポンプは、ポンプ部１と、そのポンプ部１を駆動するモータ部２とから構成されている。モータ部２は、ブラシ付きの直流モータであり、ほぼ円筒形状のハウジング４内にマグネット５を配置し、このマグネット５と同心状に回転子６を配置している。
【００１１】
回転子６のシャフト７の下部は、ハウジング４の下端部に取り付けられたポンプカバー９にベアリング１０を介して回転可能に支持されている。また、シャフト７の上端部は、ハウジング４の上端部に取り付けられたモータカバー１２にベアリング１３を介して回転可能に支持されている。
【００１２】
モータ部２は、モータカバー１２に設けられた端子（図示省略）を介して回転子６のコイル（図示省略）に通電することにより、その回転子６を回転させる。なお、このようなモータ部２の構成は周知であるから、詳しい説明は省略する。また、図示した形式以外のモータ部を利用することもできる。
【００１３】
モータ部２によって駆動されるポンプ部１の構成を説明する。ポンプ部１は、ポンプカバー９とポンプボディ１５とインペラ１６等から構成されている。ポンプカバー９とポンプボディ１５は、例えばアルミのダイカスト成形により形成されており、両者が組み合わされることによって、内部にインペラ１６を収容するケーシング１７が構成される。
【００１４】
インペラ１６は樹脂成形により形成され、図２に示すように略円板状であり、インペラ外周面１６ｄから内側に所定距離を隔てた位置を周方向に伸びる領域において、凹所１６ａ群が形成されている。隣接する凹所１６ａ同士は、半径方向に伸びる隔壁１６ｂによって隔てられている。凹所１６ａは周方向に繰り返されて凹所１６ａ群を形成している。凹所１６ａ群は、インペラ１６の表裏両面に形成されており、表裏の凹所１６ａの底部同士は連通しており、連通口１６ｃが形成されている。
インペラ１６の中心には、ほぼＤ字形の係合孔１６ｎが形成されている。係合孔１６ｎに、シャフト７の下端部の断面Ｄ字形の係合軸部７ａが係合している。これにより、インペラ１６がシャフト７に対し追従回転可能で軸方向に僅かに移動可能に連結されている。インペラ１６の外周面１６ｄは凹凸のない円周面となっている。
【００１５】
図１に示すように、ポンプカバー９の下面には、インペラ１６の上面の凹所１６ａ群に対向する領域において、インペラ回転方向に沿って上流端から下流端まで連続して伸びる溝３１が形成されており、溝３１の下流端からポンプカバー９の上面に至る吐出孔２４が形成されている。吐出孔２４は、ケーシング１７の内部と外部（モータ部２の内部空間２ａ）を連通させている。
ポンプカバー９の周壁９ｂの内周面９ｃは、全周に亘って、インペラ外周面１６ｄに微小なクリアランスを隔てて向い合う。図示の明瞭化のために、このクリアランスは拡大されて表示されている。
ポンプカバー９の溝３１は、下流端近傍において、吐出孔２４に近づくにつれて徐々に横断面積が大きくなっており、下流端に向かってインペラ外周面１６ｄの範囲内で半径方向外側に変位している。吐出孔２４の終端部は、インペラ１６の凹所１６ａ群に対向する領域の半径方向外側に形成されている。
【００１６】
図１と図３に示すように、ポンプボディ１５の上面には、インペラ１６の下面の凹所１６ａ群に対向する領域内において、インペラ回転方向に沿って、上流端２０ａから下流端２０ｅまで連続して伸びる溝２０が形成されており、溝２０の上流端２０ａからポンプボディ１５の下面に至る吸入孔２２が形成されている。吸入孔２２は、ケーシング１７の内部と外部を連通させている。なお、溝２０については後で詳述する。
ポンプボディ１５は、ポンプカバー９に重ねた状態でハウジング４の下端部にかしめ付け等により固定されている。ポンプボディ１５の中心部にスラストベアリング１８が固定されている。スラストベアリング１８によって、シャフト７のスラスト荷重が受けられる。
【００１７】
図１では、図示の明瞭化のために、各所のクリアランスが拡大されて表示されている。ポンプボディ１５の溝２０は、直接的には吐出孔２４に連通していない。ポンプカバー９の周壁９ｂは、吐出孔２４の位置においてもインペラ外周面１６ｄに近接しており、インペラ外周面１６ｄの外側では、溝２０と吐出孔２４は実質的には連通していない。溝２０と吐出孔２４はインペラ１６の連通口１６ｃによって連通されている。
【００１８】
ポンプカバー９の周方向に伸びる溝３１と、ポンプボディ１５の周方向に伸びる溝２０は、インペラ１６の回転方向に沿って、吸入孔２２から吐出孔２４に至るまで伸びている。インペラ１６が回転すると、燃料タンク内の燃料は吸入孔２２からケーシング１７内に吸入される。吸入孔２２から吸入された燃料の一部は、溝２０に沿って流れる。吸入孔２２から吸入された燃料の残部は、インペラ１６の凹所１６ａに入り、凹所１６ａ内で旋回流を発生させながら連通口１６ｃを通過して溝３１に入り、溝３１に沿って流れる。溝２０，３１に沿って燃料が流れるうちに燃料は昇圧される。溝３１を流れて昇圧された燃料は、吐出孔２４からモータ部２に送り出される。溝２０を流れて昇圧された燃料は、インペラ１６の連通口１６ｃを通過して溝３１で昇圧された燃料と合流する。合流後に、吐出孔２４からモータ部２に送り出される。モータ部２に送り出された高圧燃料は吐出孔２８からポンプ外に送り出される。
【００１９】
図３に示すように、溝２０は、ポンプボディ１５の端面に全周に亘って形成されているわけでなく、下流端２０ｅと上流端２０ａとの間には形成されていない。図３、図４に示すように、ポンプボディ１５の溝２０は、３箇所においてその横断面積を変化させている。
上流端２０ａで吸入孔２２と合流後は下流端２０ｅに向かって一定の横断面積Ｌで中間点２０ｂまで形成されており、この上流端２０ａから中間点２０ｂまでの領域を第１領域とする。
中間点２０ｂからベーパジェット４０の開口近傍の下流側の中間点２０ｃまでは徐々に横断面積が小さくなるように形成されており、この中間点２０ｂから中間点２０ｃまでの領域を第２領域とする。
中間点２０ｃから下流端２０ｅに向かって一定の横断面積Ｍで中間点２０ｄまで形成されており、この中間点２０ｃから中間点２０ｄまでの領域を第３領域とする。
中間点２０ｃから下流端２０ｅまでは徐々に横断面積が小さくなるように形成されており、この中間点２０ｄから下流端２０ｅまでの領域を第４領域とする。
【００２０】
第１領域は一定の横断面積Ｌで形成されている。たとえ吸入孔２２が連通する位置にばらつきがあったとしても、連通した位置における溝２２の横断面積は一定であるため、取込む燃料の量はばらつかず安定する。
第１領域の横断面積Ｌは、第３領域の横断面積Ｍに比して大きい。上流端２０ａは吸入孔２２との合流部である。第１領域の横断面積Ｌを大きく形成することによって、吸入孔２２と合流直後の燃料の流路が大きく確保され、多くの燃料をスムーズに取り込むことができる。
第２領域は第１領域の横断面積Ｌから第３領域の横断面積Ｍまで徐々に小さくなるように形成されている。横断面積を絞り込むことによって燃料を昇圧する。また、燃料が減圧されて生じるベーパを、第２領域の下流端（中間点２０ｃ）に開口しているベーパジェット４０に追い出してケーシング１７外に排出することができる。
第４領域では、下流端２０ｅに向けて流れてきた燃料をインペラ（１６：図１参照）の連通口（１６ｃ：図１参照）へスムーズに押し出す。
【００２１】
インペラの回転方向に傾斜する吸入孔を、横断面積が下流に向けて減少している周方向溝に連通させると、吸入孔が連通した位置における周方向溝の横断面積が安定しない。大量生産された燃料ポンプにおいて、吸入孔の傾斜角のばらつきや横断面積が下流に向けて減少する周方向溝の面積減少率のばらつきを小さく抑えるには限界がある。
本実施例の燃料ポンプでは、吸入孔２２を、溝２０の横断面積が一定の領域（第１領域）に連通させるため、たとえ吸入孔２２の傾斜角にばらつきがあっても、吸入孔２２が連通した位置（第１領域）における溝の横断面積は横断面積Ｌで一定である。このことによって燃料ポンプ内に取込む燃料の量のばらつきを低減することができ、ポンプ性能を安定させることができる。
本実施例の燃料ポンプでは、ポンプボディ１５とインペラ１６が対向するポンプボディ１５の端面に形成される溝２０を、上記のように形成することによって、燃料ポンプ内に多くの燃料をスムーズに取込むことが可能となり、ポンプ性能を向上させることができる。
【００２２】
次に、本発明を具現化した第２実施例を図５と図６を用いて説明する。図５はポンプボディの端面図であり、図６は図５のＩＩ−ＩＩ断面図である。本実施例の燃料ポンプは、第１実施例の燃料ポンプと、ポンプボディ１５の溝２０の形状のみが異なっている。従ってここではポンプボディの溝の形状についてのみ説明し、それ以外の部分についての説明は省略する。第１実施例と同様の部分については同一の符号を付す。
図５に示すように、溝５０は、ポンプボディ５５の端面に形成されている。この端面はインペラ（図示省略）の端面と対向している。図５、図６に示すように、ポンプボディ５５の溝５０は、第１実施例のポンプボディ１５の溝２０と同様に３箇所においてその横断面積を変化させており、第１領域と第２領域と第３領域と第４領域に区画されている。
上流端５０ａで吸入孔２２と合流後は下流端５０ｅに向かって一定の横断面積Ｌで中間点５０ｂまで形成されており、この上流端５０ａから中間点５０ｂまでの領域を第１領域とする。中間点５０ｂはベーパジェット４０近傍の上流側にある。即ち、溝２０は、上流端５０ａからベーパジェット４０近傍の上流側まで一定の横断面積Ｌで形成されている。
この中間点５０ｂから中間点５０ｃまでは徐々に横断面積が小さくなるように形成されており、この中間点５０ｂから中間点５０ｃまでの領域を第２領域とする。中間点５０ｃはベーパジェット４０の開口近傍の下流側にある。即ち、溝２０は、ベーパジェット４０近傍の上流側から下流側までの短い区間で横断面積が徐々に絞られている。
中間点５０ｃから下流端５０ｅに向かって一定の横断面積Ｍで中間点５０ｄまで形成されており、この中間点５０ｃから中間点５０ｄまでの領域を第３領域とする。
中間点５０ｃから下流端５０ｅまでは徐々に横断面積が小さくなるように形成されており、この中間点５０ｄから下流端５０ｅまでの領域を第４領域とする。
【００２３】
なお、横断面積Ｌと横断面積Ｍは、何れも第１実施例と同一の値である。また、第３領域と第４領域は、第１実施例と第２実施例で同一形状である。
横断面積が大きく変化する中間点５０ｂと中間点５０ｃは、第１領域の底面と第２領域の底面が中間点５０ｂに形成する角度と、第２領域の底面と第３領域の底面が中間点５０ｃに形成する角度は何れも急となる。このため、燃料の流れを妨げないように中間点５０ｂの底面と中間点５０ｃの底面の面取り等の加工を行っておくことが好ましい。
【００２４】
本実施例の燃料ポンプでは、第１実施例の燃料ポンプと同様に、吸入孔２２を、溝２０の横断面積が一定の領域（第１領域）に連通させるため、たとえ吸入孔２２の傾斜角にばらつきがあっても、吸入孔２２が連通した位置における溝２０の横断面積は横断面積Ｌで一定である。燃料ポンプ内に取込む燃料の量のばらつきを低減することができ、ポンプ性能を安定させることができる。
【００２５】
なお、ポンプ効率の向上には、第１領域の横断面積Ｌと、第３領域の横断面積Ｍとの比率（Ｌ／Ｍ）を適正値にすることが重要である。
また、第２実施例の第１領域は第１実施例の第１領域に比して長さが長く形成されており、第２実施例の第２領域は第１実施例の第２領域に比して長さが短く形成されている。ポンプ効率の向上には、第１領域の長さ（Ｇとする）と、第１領域と第２領域の合計長さ（Ｈとする）との比率（Ｇ／Ｈ）も適正値にすることが重要である。
【００２６】
図７は横断面積Ｌと横断面積Ｍとの比率によるポンプ効率の変化を示すグラフであり、Ｇ／Ｈを０．２０１としたときのグラフである。ポンプの回転数が５０００ｒｐｍと６０００ｒｐｍと７０００ｒｐｍの何れの場合においても、Ｌ／Ｍが１．２〜３．８の範囲内でポンプ効率が良好に推移しており、２．５〜３の範囲内でポンプ効率が最高値となる。
図８は長さＧと長さＨとの比率によるポンプ効率の変化を示すグラフであり、Ｌ／Ｍを１．８としたときのグラフである。ポンプの回転数が５０００ｒｐｍと６０００ｒｐｍと７０００ｒｐｍの何れの場合においても、Ｇ／Ｈが０．０５〜０．８５の範囲内でポンプ効率が良好に推移しており、０．４〜０．５の範囲内でポンプ効率が最高値となる。
【００２７】
上記のようにＬ／ＭとＧ／Ｈのそれぞれの適正値を決定し、これらの適正値を満たす形状の溝をポンプボディに形成することによって、燃料ポンプが低速回転であっても高速回転であっても燃料ポンプ内に最大で最適量の燃料を取込ませることができ、ポンプ効率を向上させることが可能となる。
【００２８】
図９は従来例の燃料ポンプと第１実施例の燃料ポンプに発生する脈動音の大きさを比較したグラフである。太い実線で示したグラフは従来例のものであり、細い実線で示したグラフは第１実施例のものである。広い範囲において大きな差が現れた何れの箇所でも、従来例の燃料ポンプの方が本実施例の燃料ポンプよりもノイズが大きく、最も差の現れた箇所では８ｄＢの差が現れた。
上記のＬ／ＭとＧ／Ｈを満たす溝の形状で実施することによって、ポンプ作動音が静粛化されたことからも、燃料ポンプ内に取込まれる燃料の量が最適化され、燃料の流れがスムーズとなることが実証された。
【００２９】
本発明は、吸入孔をインペラの回転方向に傾斜させて、燃料が吸入孔から周方向溝へ導入され易くした燃料ポンプである。燃料のスムーズな流れを形成することによって、燃料を多く取込むことが可能となる。このように傾斜した吸入孔を周方向溝の横断面積が一定である領域に連通させることによって、たとえ吸入孔の傾斜角にばらつきがあっても、吸入孔が連通した位置における周方向溝の横断面積は一定であるため、燃料ポンプ内に取込む燃料の量のばらつきを低減することができ、大量生産される燃料ポンプのポンプ性能を安定させることができる。
【００３０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、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み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の燃料ポンプの断面図。
【図２】インペラの端面図。
【図３】ポンプボディの端面図。
【図４】図３のＩ−Ｉ縦断面図。
【図５】ポンプボディの端面図。
【図６】図５のＩＩ−ＩＩ縦断面図。
【図７】横断面積の比率によるポンプ効率の変化を示すグラフ。
【図８】周方向の長さの比率によるポンプ効率の変化を示すグラフ。
【図９】従来例の燃料ポンプと本実施例の燃料ポンプに発生する脈動音の大きさを比較したグラフ。
【符号の説明】
１：ポンプ部
２：モータ部、
９：ポンプカバー
１５：ポンプボディ
１６：インペラ
１７：ケーシング
２０：溝
２２：吸入孔
２４：吐出孔
３１：溝
４０：ベーパジェット
５０：溝
５５：ポンプボディ
【図１】
2005016312.tif 000003
【図２】
2005016312.tif 000004
【図３】
2005016312.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005016312.tif 000009
【図８】
2005016312.tif 000010
【図９】
2005016312.tif 000011