(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】円板状のインペラ３０には、回転方向に複数の羽根溝３６が形成され、その外側に羽根溝３６を囲む環状の外周部が形成されている。ポンプカバー２０に設けられた燃料入口から吸入された燃料は、インペラ３０の回転によりインペラ３０の厚み方向両側の昇圧通路２０２、２０３で昇圧され、ポンプカバー２２に設けられた吐出口から圧送される。インペラ３０の外周部の回転径方向の幅Ｗは１．３ｍｍ〜２．２ｍｍに設定されている。インペラ３０とポンプカバー２０、２２との回転軸方向の間隔Ｄｓは５μｍ〜４５μｍに設定され、インペラ３０とポンプカバー２２との回転径方向の間隔Ｄｒは５０μｍ〜３００μｍに設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ部と、
前記モータ部に回転駆動され、回転方向に複数設けられている羽根溝と前記羽根溝の回転径方向の外側に環状に形成されている外周部とを有し、燃料を昇圧するインペラと、
前記インペラを回転自在に収容するケース部材と、を備え、
前記外周部の回転径方向の幅が１．３ｍｍ〜２．２ｍｍであることを特徴とする燃料ポンプ。
【請求項２】
前記インペラと前記ケース部材との回転軸方向の間隔が５μｍ〜４５μｍである、請求項１に記載の燃料ポンプ。
【請求項３】
前記インペラと前記ケース部材との回転径方向の間隔が５０μｍ〜３００μｍである、請求項１又は２に記載の燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円板状のインペラの回転方向に複数の羽根溝を形成し、インペラが回転することにより昇圧通路に吸入した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１参照）。このような燃料ポンプにおいては、例えば燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の微粒化の向上等の要求から、吐出圧の高圧化が求められている。燃料ポンプのモータ部への供給電流を増加させることにより、燃料ポンプの吐出圧を高圧化することは可能であるが、燃料ポンプの消費電力が増加するという問題がある。
【０００３】
そこで、ポンプ部のポンプ効率を向上することにより、モータ部の消費電力を極力増加せずに燃料ポンプの吐出圧を高圧化することが考えられる。例えば、特許文献１では、燃料入口から昇圧通路に向けて徐々に通路面積を減少させることによりポンプ部のポンプ効率を高め、燃料ポンプの効率を向上しようとしている。ここで燃料ポンプの効率は、（モータ効率）×（ポンプ効率）で表されるので、ポンプ効率が向上すると燃料ポンプの効率は向上する。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。ポンプ効率が向上すれば、燃料ポンプの消費電力を極力増加せずに燃料吐出圧を高圧化または燃料吐出量を増加することができる。
【０００４】
しかしながら、上述したような燃料ポンプではインペラを回転自在に収容するポンプカバーとインペラとの間に摺動クリアランスが設けられているため、インペラとポンプカバーとの間を燃料が流れることにより、インペラによる燃料の昇圧効率が低下し、ポンプ効率が低下するという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１８９９７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであって、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から請求項３に記載の発明では、インペラに環状の外周部を設けることにより、燃料がインペラとケース部材との間を流れることを抑制している。したがって、インペラの外周部の回転径方向の幅を広げてインペラとケース部材との間に形成される流路の流路抵抗を増大させることにより、燃料の昇圧効率を高めることができる。
ところがインペラの外周部の回転径方向の幅を広げると、インペラとケース部材との摺動抵抗も増大する。すなわち燃料ポンプのポンプ効率を高めるためには、インペラの外周部の回転径方向の幅を所定範囲に設定する必要がある。
【０００８】
そこで請求項１から請求項３に記載の発明では、上述したようにインペラの外周部の回転径方向の幅を１．３ｍｍ〜２．２ｍｍに設定することにより、吐出圧３００〜５００ｋＰａ、回転数６０００〜１００００ｒ／ｍｉｎ、吐出量１５０〜２５０Ｌ／ｈで使用する燃料ポンプのポンプ効率を高めている。
【０００９】
一方、インペラとケース部材とのインペラの回転軸方向の間隔を小さくしたり、インペラとケース部材とのインペラの回転径方向の間隔を小さくすることにより、すなわちインペラとケース部材との摺動クリアランスを小さくすることにより、インペラとケース部材との間に形成される流路の流路面積を減少させ、その流路抵抗を増大させることができる。
【００１０】
ところが、上述したインペラとケース部材との間隔の下限値は、インペラ及びケース部材の寸法公差やインペラの膨潤を考慮して設計される。したがって、インペラとケース部材との間隔を上述のようにして設計される下限値より小さくしようとすると、インペラやケース部材の寸法公差の管理を厳格にしたり、インペラやケース部材を耐膨潤性の高い材料で形成する等の必要性が生じることにより、燃料ポンプの製造コストが増大する。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、インペラとケース部材とのインペラの回転軸方向の間隔が５μｍ〜４５μｍである。したがって、請求項１に記載の発明による燃料ポンプの製造コストを増大させることなく、そのポンプ効率を高めることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、インペラとケース部材とのインペラの回転径方向の間隔が５０μｍ〜３００μｍである。したがって、請求項１に記載の発明による燃料ポンプの製造コストを増大させることなく、燃料ポンプのポンプ効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
本発明の一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、例えば車両等の燃料タンク内に装着されるインタンク式のタービンポンプであり、燃料タンク内の燃料を図示しない燃料噴射弁に供給する。燃料ポンプ１０の吐出圧は３００〜５００ｋＰａ、吐出量は１５０〜２５０Ｌ／ｈ、回転数は６０００〜１００００ｒｐｍの範囲で設定されている。
【００１４】
（燃料ポンプの構成）
燃料ポンプ１０は、図２に示すようにポンプ部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、エンドカバー１６およびポンプカバー２０をかしめている。
【００１５】
ポンプ部１２は、ポンプカバー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。ポンプカバー２２はハウジング１４内に圧入され、ハウジング１４の段部１５に軸方向に突き当てられている。ポンプカバー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。ポンプカバー２０、２２とインペラ３０との間には、図３に示すように、それぞれＣ字状の昇圧通路２０２、２０３が形成されている。つまり、昇圧通路２０２、２０３は、インペラ３０の軸方向である厚み方向の両側にそれぞれ形成されている。尚、図３の矢印３０２はインペラ３０の回転方向を示している。
【００１６】
図４に示すように、円板状に形成されたインペラ３０には、回転方向に複数の羽根溝３６が設けられ、それら羽根溝３６の回転径方向外側に環状の外周部３２が形成されている。図２に示す電機子５０の回転によりインペラ３０がシャフト５１とともに回転すると、回転方向前方の羽根溝３６の回転径方向外側から昇圧通路２０２、２０３に流出した燃料は回転方向後方の羽根溝３６の回転径方向内側に流入する。
【００１７】
このような燃料の流出、流入を羽根溝３６同士で多数繰り返すことにより、燃料は旋回流３００となって昇圧通路２０２、２０３（図３参照）で昇圧される。インペラ３０の回転によりポンプカバー２０に設けられた燃料入口２００（図３（Ｂ）参照）から吸入された燃料は、インペラ３０の回転によりインペラ３０の厚み方向両側の昇圧通路２０２、２０３で昇圧され、ポンプカバー２２に設けられた吐出口２０６（図３（Ａ）参照）からモータ部１３側に圧送される。
【００１８】
インペラ３０の燃料入口２００側の昇圧通路２０２で昇圧された燃料は、吐出口２０６付近において、羽根溝３６内を通過して吐出口２０６側の昇圧通路２０３に移動し、吐出口２０６からモータ部１３内に圧送される。モータ部１３内に圧送された燃料は、永久磁石４２と電機子５０との間の燃料通路２０８を通り、エンドカバー１６に設けられた吐出口２１０からエンジン側に供給される。図３（Ｂ）に示すポンプカバー２０に設けた空気抜き孔２０４は、昇圧通路２０２、２０３の燃料中に含まれる空気を燃料ポンプ１０の外に排出するためのものである。
【００１９】
図２に示すように、永久磁石４２はハウジング１４の内周壁に円周上に複数取り付けられている。隣り合う永久磁石４２は、回転方向に極の異なる磁極を形成している。
電機子５０のインペラ３０と反対側の端部には整流子７０が組み付けられている。電機子５０のシャフト５１は軸受部材２４により軸受けされ、シャフト５１両側の軸受部材２４はそれぞれベアリングホルダ４０とポンプカバー２２とに支持されている。
整流子７０が回転しながら図示しないブラシ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電流が整流される。永久磁石４２、電機子５０、整流子７０および図示しないブラシは直流電動機を構成している。
【００２０】
（インペラ近傍の流路構成）
図４に示すように、羽根溝３６の回転周方向幅は不均一である。そのため羽根溝３６は回転方向に不等ピッチで配置される。インペラ３０の回転方向に隣り合う羽根溝３６は、インペラ３０の厚み方向のほぼ中心からインペラ３０の厚み方向の両端面３１に向けて回転方向前方に傾斜するＶ字状の隔壁３４により仕切られている（図５（Ｂ）参照）。また、羽根溝３６の回転径方向内側は、図１に示すように羽根溝３６の回転径方向内側から回転径方向外側に向けて突出する仕切壁３５によりその一部を仕切られ、羽根溝３６の回転径方向外側は回転軸方向に貫通している。
この結果、回転軸方向両側の昇圧通路２０２、２０３から羽根溝３６内に流入した燃料が仕切壁３５により回転軸方向両側で逆方向に回転する旋回流３００となることにより、燃料入口２００から吸入された燃料は昇圧通路２００、２０２で昇圧される。
【００２１】
ところが、インペラ３０とポンプカバー２０、２２との間には、摺動クリアランスが設けられているため、燃料がインペラ３０とポンプカバー２０、２２との間を流れることにより、インペラ３０による燃料の昇圧効率は低下する。具体的には、吐出圧３００〜５００ｋＰａ、吐出量１５０〜２５０Ｌ／ｈ、回転数６０００〜１００００ｒｐｍの範囲に設定されている燃料ポンプ１０では、図６に示すようにインペラ３０の外周部３２の回転径方向の幅（以下、外周部３２の幅という。）Ｗが１．３ｍｍより狭いと、インペラ３０とポンプカバー２０、２２との間に形成される流路の流路抵抗が低減し、インペラ３０とポンプカバー２０、２２との間を流れる燃料の流量が増大する。このように、インペラ３０とポンプカバー２０、２２との間を流れる燃料の流量が増大すると、燃料の昇圧効率は低下する。一方、外周部３２の幅Ｗが２．２ｍｍより広いと、インペラ３０とポンプカバー２０、２２との摺動抵抗が増大する。
【００２２】
そこで、インペラ３０の外周部３２の幅Ｗを１．３ｍｍ〜２．２ｍｍに設定することにより、インペラ３０とポンプカバー２０、２２との摺動抵抗を抑制しつつ、燃料の昇圧効率を高めることで、燃料ポンプ１０のポンプ効率を高めている。
【００２３】
また、インペラ３０とポンプカバー２０、２２との回転軸方向の間隔Ｄｓ（図１参照）を５μｍ〜４５μｍに設定し、インペラ３０とポンプカバー２２との回転径方向の間隔Ｄｒ（図１参照）を５０μｍ〜３００μｍに設定している。
【００２４】
ここで、インペラ３０とポンプカバー２０、２２との回転軸方向の間隔（以下、サイドクリアランスという。）Ｄｓを５μｍより小さくしたり、インペラ３０とポンプカバー２２との回転径方向の間隔（以下、ラジアルクリアランスという。）Ｄｒを小さくすると、インペラ３０やポンプカバー２０、２２の寸法公差の管理を厳格にしたり、インペラ３０やポンプカバー２０、２２を耐膨潤性の高い材料で形成する等の必要性が生じることにより、燃料ポンプ１０の製造コストが増大する。一方、サイドクリアランスＤｓを４５μｍより大きくしたり、ラジアルクリアランスＤｒを３００μｍより大きくすると、インペラ３０とポンプカバー２０、２２との間に形成される流路の流路面積が増大し、その流路抵抗が低減することにより、燃料の昇圧効率は低下し、燃料の吐出量は減少する（図７、図８参照）。
【００２５】
そこで、インペラ３０とポンプカバー２０、２２との回転軸方向の間隔であるサイドクリアランスＤｓを５μｍ〜４５μｍに設定し、インペラ３０とポンプカバー２２との回転径方向の間隔であるラジアルクリアランスＤｒを５０μｍ〜３００μｍに設定することにより、燃料ポンプ１０の製造コストを増大させることなく、燃料の昇圧効率を高め、燃料ポンプ１０のポンプ効率を高めている。
【００２６】
（他の実施形態）
上記実施形態では、燃料ポンプ１０の構成を具体的に説明した。しかし、本発明による燃料ポンプは、吐出圧が３００〜５００ｋＰａ、吐出量が１５０〜２５０Ｌ／ｈ、回転数が６０００〜１００００ｒｐｍの範囲で設定された燃料ポンプであって、インペラ３０の外周部３２の回転径方向の幅、サイドクリアランスＤｓ、ラジアルクリアランスＤｒがそれぞれ上記の寸法範囲である燃料ポンプであればよく、その構成は例示した燃料ポンプ１０の構成に限定されるものではない。
【００２７】
また、インペラ３０の外周部３２の回転径方向の幅を１．３ｍｍ〜２．２ｍｍに設定することにより上記仕様を満たす燃料ポンプが設計可能な限り、サイドクリアランスＤｓ又はラジアルクリアランスＤｒのいずれか一方を上記範囲外の寸法にしてもよいし、それらの両方を上記範囲外の寸法にしてもよい。
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】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態による燃料ポンプのインペラ近傍の拡大図。
【図２】本発明の一実施形態による燃料ポンプを示す断面図。
【図３】（Ａ）は吐出側のポンプカバーを示す説明図、（Ｂ）は吸入側のポンプカバーを示す説明図。
【図４】（Ａ）はインペラを吸入側から見た斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の羽根溝部分の拡大図。
【図５】（Ａ）はインペラの羽根溝を吸入側から見た模式図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図６】インペラの外周部の幅とポンプ効率の関係を示す特性図。
【図７】サイドクリアランスと吐出量との関係を示す特性図。
【図８】ラジアルクリアランスと吐出量との関係を示す特性図。
【符号の説明】
【００２９】
１０：燃料ポンプ、１３：モータ部、２０：ポンプカバー（ケース部材）、２２：ポンプカバー（ケース部材）、３０：インペラ、３２：外周部、３６：羽根溝
【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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