JP2002357191A

JP2002357191A - タービンポンプ

Info

Publication number: JP2002357191A
Application number: JP2002027949A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Kusaya; 克彦草谷; Yukio Mori; 森　　幸雄; Motoya Ito; 元也伊藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2002-12-13
Also published as: US20020141860A1; US6729841B2

Abstract

(57)【要約】【課題】インペラ３のリング３ｃの軸方向端面の摩耗
を抑えて吐出性能の低下を防止する。【解決手段】インペラ３の直径Ｄ１を、ポンプ流路２
ｂ、４ｂの外径Ｄ２よりも短く設定すると共に、リング
３ｃの軸方向端面３ｆを羽根片３ａの軸方向端面、すな
わち、インペラ３の軸方向端面３ｇよりも内側に配置し
た。これにより、インペラ３のリング３ｃすなわち周速
度が最大となる部分の内、その大部分を占める羽根溝３
ｂに対応したリング３ｃの軸方向端面３ｆと、ポンプケ
ーシング２、ポンプカバー４それぞれの軸方向端面との
接触摺動を無くし、従来のタービンポンプにおけるこの
部分の摺動、摩耗を抑止して、タービンポンプ１の吐出
性能の低下を確実に防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、自動車用エン
ジンへ燃料タンク内の燃料を圧送供給するための燃料ポ
ンプに使用されると好適なタービンポンプに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】自動車において燃料ポンプに使用される
側流式のタービンポンプとしては、例えば、特開平６−
２９９９８３号公報に開示されるものがある。これは、
インペラの最外周に羽根溝より外側の少なくとも一部が
周方向に連結されたリングを設けた構造である。そし
て、羽根溝に対応したリング部分の軸方向端面が、羽根
片の軸方向端面と同一平面上にあると共に、インペラ外
径は、ケーシングに設けられたポンプ流路の最外径より
も大きく、リングの軸方向端面がケーシングの軸方向端
面に対向する構成となっている。

【０００３】一般に、タービンポンプにおいては、吐出
性能向上のために、インペラとケーシングとの軸方向隙
間を数μｍ〜数十μｍと十分小さく設定し、吐出口側よ
り高圧流体が低圧側の吸入口側に漏れ出さないようにし
ている。タービンポンプ運転中において、燃料吐出の反
力によりインペラが軸方向に動くため、インペラのリン
グの軸方向端面はケーシングの軸方向端面上を全周に亘
って摺動している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】インペラ回転中にリン
グ端面がケーシング端面上を摺動すると、リングはイン
ペラの最外周部にあり最も周速が大きいので摩耗し易
く、これにより吐出性能が低下する可能性がある。

【０００５】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、インペラのリングの軸方向端
面の摩耗を抑えて吐出性能の低下を防止できるタービン
ポンプを提供するすることである

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のタービンポンプは、以下の技術的手段を採
用する。

【０００７】本発明の請求項１に記載のタービンポンプ
は、吸入口、吐出口およびこれら両口をつなぐ円弧状の
ポンプ流路が形成されたケーシングと、ケーシング内に
回転自在に収容されると共に、外周部に、多数の羽根
片、各羽根片間の羽根溝を表裏側に二分割する羽根隔
壁、および多数の羽根片の各径方向先端部間を同一円周
上に連結するリングが形成されており、このリングが羽
根溝の軸方向最内部よりも外径側に位置するように配置
されたインペラとを備え、このインペラの回転に応じ
て、羽根溝とポンプ流路とで形成される空間内で流体を
循環させつつ、吸入口よりポンプ流路内に吸入した流体
を吐出口から圧送する構成とし、且つ、インペラの直径
を、ケーシングのポンプ流路の外径よりも短く設定し
た。これにより、ポンプ流路と対向する部分において、
インペラのリングの軸方向端面がケーシングの軸方向端
面に接触摺動しないのでリングの軸方向端面の摩耗を防
止して、タービンポンプの性能低下を抑止することがで
きる。

【０００８】本発明の請求項２に記載のタービンポンプ
は、羽根溝に対応したリング部分の軸方向端面は、羽根
片の軸方向端面よりも軸方向内側に配置されている構成
とした。これにより、羽根片の軸方向端面によって吐出
口と吸入口間のシール性能を必要充分に維持しつつ、イ
ンペラの羽根溝内からケーシングのポンプ流路への流体
の流れに対する抵抗を小さくすると共に羽根溝に対応し
たリング部分の軸方向端面の摩耗を防止して吐出性能を
維持することができる。

【０００９】本発明の請求項３に記載のタービンポンプ
は、羽根溝に対応したリング部分の軸方向端面は、内径
側から外径側に向かってテーパ状に形成されている構成
とした。これにより、インペラの羽根溝内からケーシン
グのポンプ流路への流体の流れに対する抵抗をより小さ
くして、吐出性能を向上することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるタービンポン
プを自動車用の燃料ポンプに適用した場合を例に図に基
づいて説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施形態を示す燃料ポン
プの部分断面図であり、図２は、図１のＩＩで示された
部分拡大図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断
面図である。

【００１２】この燃料ポンプは、自動車の燃料タンク
（図示せず）内に配置され、エンジン（図示せず）へ燃
料を供給している。

【００１３】燃料ポンプ１００は、大きくは、図１に示
すように、ハウジング１０１内にタービンポンプ１とそ
れを駆動するモータ（図示せず）とを収容して構成され
ている。外部配線（図示せず）からコネクタ１０３を介
して電力が供給されて燃料ポンプ１００が運転される
と、タービンポンプ１は、導入ポート４ａを介して吸入
口４ｃから燃料を吸入し、吐出口２ｃから燃料ポンプ１
００の燃料室１０４内に燃料を吐出する。この燃料は、
供給ポート１０５を介してエンジン（図示せず）に供給
される。なお、燃料室１０４にはモータ（図示せず）が
収容されている。

【００１４】次に、燃料ポンプ１００において、燃料の
昇圧・吐出の機能を果たしているタービンポンプ１の構
成について説明する。

【００１５】タービンポンプ１は、概略としては、ポン
プケーシング２およびポンプカバー４により形成される
ケーシング内にインペラ３を回動可能に収容している。

【００１６】ポンプカバー４と共にケーシングを構成す
るポンプケーシング２は、アルミダイカスト、あるいは
耐燃料性に優れ且つ高強度の樹脂からなり、インペラ３
を収容するための円形の凹部２ａが形成されている。凹
部２ａの軸方向の深さは、インペラ３の厚さよりも数μ
ｍから数十μｍ深くなるように形成される。すなわち、
タービンポンプ１が組立てられると、ケーシングである
ポンプケーシング２およびポンプカバー４とインペラ３
との軸方向隙間が数μｍから数十μｍとなり、これによ
って良好な吐出性能が得られる。また、図２、図３に示
すように、凹部２ａの底部には、所定角度範囲に亘っ
て、インペラ３の回転に応じて燃料を昇圧させるための
ポンプ流路２ｂが凹部２ａと同軸上に形成されている。
このポンプ流路２ｂの始端は、ポンプカバー４に形成さ
れた吸入口４ｃに連通し、終端はポンプケーシング２に
形成された吐出口２ｃに連通している。なお、図３にお
いて、ポンプカバー４は図示されていないので、参考の
ためポンプカバー４の吸入口４ｃを一点鎖線により示し
ている。また、図２に示すように、ポンプ流路２ｂの外
周端部２ｂ１は、凹部２ａを形成するポンプケーシング
２の端面２ａ１内にある。すなわち、ポンプ流路２ｂの
外径は凹部２ａの直径と等しく設定されている。一方、
インペラ３と凹部２ａとの間には、タービンポンプ１の
吐出性能維持上必要十分な径方向の隙間が設けられてい
る。つまり、インペラ３の直径Ｄ１は、ポンプ流路２ｂ
の外径Ｄ２よりも小さく設定されている。したがって、
インペラ３の回転中、インペラ３の軸方向端面３ｇの外
周部、すなわち周速度が最大となる部分である後述する
羽根片３ａは、従来の場合と異なり、ポンプケーシング
２のポンプ流路２ｂ外側端面と接触摺動することがな
い。このため、本発明の実施形態では、インペラ３の軸
方向端面３ｇの羽根片３ａの摩耗が発生せず、これに起
因する吐出性能低下を防止できる。また、ポンプケーシ
ング２の中央部の貫通孔には、モータ（図示せず）のシ
ャフト１０２を回動可能に保持する軸受け５が圧入固定
されている。

【００１７】円環板状のインペラ３は、耐燃料性に優れ
且つ高強度の樹脂からなり、ポンプケーシング２の凹部
２ａに収容されている。図３に示すように、インペラ３
の表裏両面（便宜上、ポンプケーシング２側の面を表
面、ポンプカバー４側の面を裏面と呼ぶ）の外周部に
は、全周に渡って多数の羽根片３ａが表裏に同位相で列
設されている。互いに隣合う２つの羽根片３ａの間には
羽根溝３ｂが形成されている。また、羽根溝３ｂ内には
図２に示すように、羽根溝３ｂをインペラ３の表裏側に
二分割するように、羽根溝３ｂの軸方向中央部に内径側
から外径側に突出す羽根隔壁３ｄが設けられている。羽
根溝３ｂは羽根隔壁３ｄによって軸方向に略等分割され
ている。この羽根溝３ｂ内とポンプケーシング２のポン
プ流路２ｂ内あるいはポンプカバー４のポンプ流路４ｂ
内に燃料を循環させることによって、燃料を昇圧させて
いる。また、互いに隣合う２つの羽根片３ａの各先端部
間は、図３および図４に示すように、羽根片３ａと一体
成形された円弧状のリング３ｃによって連結されてい
る。つまり、インペラ３の外周は、リング３ｃによって
一体的に閉じられている。リング３ｃの軸方向の断面形
状は、図２に示すように、軸方向端部が両端ともインペ
ラ３の軸方向端部よりもそれぞれ内側に位置すると共
に、その軸方向長さが、内径部から外径部に向かうにつ
れて徐々に長くなるようにテーパ状に形成されている。
すなわち、リング３ｃの軸方向両端面３ｆは、内径部か
ら外径部に向かうにつれてそれぞれインペラ３の内側か
ら外側へ向かうテーパ面となっている。タービンポンプ
１の運転中において、羽根溝３ｂ、ポンプ流路２ｂおよ
びポンプ流路４ｂによって形成される空間内には、図２
中の矢印に示すように、この空間内で循環する燃料の流
れが形成される。リング３ｃの軸方向厚さを上述のよう
に設定したことにより、燃料の流れを、羽根溝３ｂから
滑らかにポンプ流路２ｂおよびポンプ流路４ｂに誘導し
て、タービンポンプ１の吐出性能を向上することができ
る。インペラ３には、モータ（図示せず）のシャフト１
０２が嵌入される貫通孔３ｅが設けられている。インペ
ラ３は、この貫通孔３ｅ、シャフト１０２を介してモー
タにより駆動される。

【００１８】ポンプカバー４は、ケーシング２と同様に
アルミダイカスト、あるいは耐燃料性に優れ且つ高強度
の樹脂からなり、ケーシング２と所定の位置関係に位置
決めされて固定されている。また、ポンプカバー４に
は、ポンプケーシング２のポンプ流路２ｂに対向するよ
うにポンプ流路４ｂが形成され、ポンプ流路２ｂとポン
プ流路４ｂとでインペラ３の外周部に形成された羽根片
３ａを取り囲んでいる。すなわち、ポンプ流路４ｂの外
径はポンプ流路２ｂの外径に等しく、したがって、イン
ペラ３の直径Ｄ１は、ポンプ流路４ｂの外径Ｄ２よりも
小さい。したがって、ポンプカバー４においても、イン
ペラ３の回転中、インペラ３の軸方向端面３ｇの外周
部、すなわち周速度が最大となる部分である羽根片３ａ
は、ポンプカバー４のポンプ流路４ｂ外側端面と接触摺
動することがない。このため、本発明の実施形態では、
インペラ３の羽根溝３ｂに対応したリング３ｃの軸方向
端面３ｆの摩耗が発生せず、これに起因する吐出性能低
下を防止できる。しかも、インペラ３の羽根片３ａの軸
方向端面は、対向するケーシング２およびポンプカバー
４の内壁面と摺動接触することによって、吐出口２ｃと
吸入口４ｃ間のシール性能を必要充分に維持でき、上記
構造と相俟って吐出性能の安定維持を確実にできる。ま
た、ポンプカバー４には、ポンプ流路２ｂ、４ｂに連通
している吸入口４ｃが穿設されている。さらに、吸入口
４ｃに外部から燃料を導入するための導入ポート４ａが
設けられている。

【００１９】次に、燃料ポンプ１００の組立てについて
説明する。

【００２０】なお、この時点までに、鋼板プレス成形よ
りなるハウジング１０１には、モータ（図示せず）、そ
の駆動回路（図示せず）およびコネクタ１０３が装着さ
れそれらの電気的接続が完了している。以下に説明する
工程により、燃料ポンプ１００のハウジング１０１にタ
ービンポンプ１が組付けられる。

【００２１】先ず、ポンプケーシング２をハウジング１
０１に図１の左側から圧入する。この時、モータのシャ
フト１０２をポンプケーシング２に固定されている軸受
け５に嵌合させる。

【００２２】次に、ポンプケーシング２の凹部２ａにイ
ンペラ３を挿入すると共に、シャフト１０２をインペラ
３の孔３ｆに嵌合させる。

【００２３】次に、ポンプカバー３をポンプケーシング
２と円周方向に位置決めしつつハウジング１０１に圧入
する。

【００２４】最後にハウジング１０１の端部をかしめて
タービンポンプ１の抜け止めを施して、燃料ポンプ１０
０の組立てが完了する。

【００２５】次に、本発明の一実施形態によるタービン
ポンプ１の作動について説明する。

【００２６】インペラ３がモータ（図示せず）によって
駆動されて回転する時、上述したように、インペラ３の
軸方向端面の外周部であるリング３ｃ、すなわち周速度
が最大となる部分の内、その大部分を占める羽根溝３ｂ
に対応したリング３ｃの軸方向端面３ｆと、ポンプケー
シング２、ポンプカバー４それぞれの軸方向端面とは接
触摺動しない。したがって、従来のタービンポンプにお
けるこの部分の摺動、摩耗は抑止されるので、タービン
ポンプ１の吐出性能の低下は確実に防止される。

【００２７】インペラ３が、図３中の矢印の方向に回転
すると、羽根溝３ｂ内の燃料は、羽根溝３ｂとポンプ流
路２ｂ、４ｂで形成される空間内で循環する。つまり、
インペラ３の回転で生じる遠心力の作用で、図２中の矢
印に示すように、羽根溝３ｂの外周に向かい、リング３
ｃにより方向を変えられ、ポンプ流路２ｂ内に流入す
る。さらに、ポンプ流路２ｂの内周面に沿いつつインペ
ラ３回転方向に流れ、羽根溝２ｂ内に入り、羽根隔壁３
ｄに沿って再び遠心力により羽根溝３ｂの外周部に向か
う。燃料は、インペラ３の回転と共に以上の運動を繰返
しながら昇圧されてポンプ流路２ｂに開口する吐出口２
ｃから吐出される。一方、ポンプ流路４ｂ内においても
全く同様のポンプ流路２ｂ内と対称の燃料流れが発生し
ている。

【００２８】ここで、本発明によるタービンポンプ１で
は、羽根溝３ｂに対応したリング３ｃの径方向外側部分
の形状は、図２および図４に示すように、軸方向端部が
両端ともインペラ３の軸方向端部よりもそれぞれ内側に
位置すると共に、その軸方向長さが、内径部から外径部
に向かうにつれて徐々に長くなるようにテーパ状に形成
した。このため、リング３ｃによって、燃料を羽根溝３
ｂ内から滑らかにポンプ流路２ｂおよびポンプ流路４ｂ
内に誘導して、タービンポンプ１の吐出性能を向上する
ことができる。

【００２９】以上説明した、本発明の一実施形態による
タービンポンプ１において、インペラ３の直径Ｄ１を、
ポンプ流路２ｂ、４ｂの外径Ｄ２よりも小さく設定し
た。これにより、インペラ３の軸方向端面３ｇの外周部
であるリング３ｃ、すなわち周速度が最大となる部分の
内、その大部分を占める羽根溝３ｂに対応したリング３
ｃの軸方向端面と、ポンプケーシング２、ポンプカバー
４それぞれの軸方向端面とは接触摺動しない。したがっ
て、従来のタービンポンプにおけるこの部分の摺動、摩
耗は抑止されるので、タービンポンプ１の吐出性能の低
下は確実に防止される。

【００３０】さらに、リング３ｃの羽根溝３ｂの径方向
外側部分の形状を、図２および図４に示すように、軸方
向端部が両端ともインペラ３の軸方向端面３ｇよりもそ
れぞれ内側に位置すると共に、その軸方向長さが、内径
部から外径部に向かうにつれて徐々に長くなるようにテ
ーパ状に形成した。このため、リング３ｃによって、燃
料を羽根溝３ｂ内から滑らかにポンプ流路２ｂおよびポ
ンプ流路４ｂ内に誘導して、タービンポンプ１の吐出性
能を向上することができる。

【００３１】図５に、本発明の一実施形態によるタービ
ンポンプ１のインペラ３の第１変形例を示す。この第１
変形例において、リング３ｃの軸方向端面３ｆは、イン
ペラ３の軸方向端面３ｇと平行に形成されている。この
場合も、上述の一実施形態のタービンポンプ１と同様の
効果が得られる。

【００３２】図６に、本発明の一実施形態によるタービ
ンポンプ１のインペラ３の第２変形例を示す。この第２
変形例において、リング３ｃの軸方向長さは、インペラ
３の軸方向長さと同じに設定され、且つリング３ｃの端
面３ｆを、図２と同様の傾斜面状に形成した。この場合
も、上述の一実施形態のタービンポンプ１と同様の効果
が得られる。

【００３３】図７に本発明の一実施形態によるタービン
ポンプ１のインペラ３の第３変形例を示す。この第３変
形例では、リング３ｃと羽根隔壁３ｄとが連結されてい
る。すなわち、本発明においては、リング３ｃは羽根溝
３ｂの軸方向最内部３ｄ１よりも外径側に位置していれ
ば良く、上述した各実施形態のように、リング３ｃと羽
根隔壁３ｄとの間に空間が形成されていなくても良いの
である。

【００３４】本変形例では、リング３ｃと羽根隔壁３ｄ
との連結部が略円弧状に形成されており、施回流をさら
に滑らかに流すことができる。

【００３５】また、この第３変形例では、各羽根溝３ｂ
を、吸入側と吐出側とで周方向にずらしているため、図
７では、吸入側（図７中左側）における羽根溝３ｂの形
状を実線で示し、吐出側（図７中右側）における羽根溝
３ｂの形状を破線で示している。なお、図７において、
リング３ｃの軸方向端面３ｆは、インペラ３の軸方向端
面３ｇと平行に形成されているが、当然、図２、６と同
様の傾斜面状に形成しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態によるタービンポンプ
１を適用した燃料ポンプ１００の部分断面図である。

【図２】図１のＩＩ部の拡大部分断面図である。

【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【図４】図３のＩＶ部の拡大矢視図である。

【図５】本発明の一実施形態によるタービンポンプ１の
インペラ３の第１変形例を示す部分断面図である。

【図６】本発明の一実施形態によるタービンポンプ１の
インペラ３の第２変形例を示す部分断面図である。

【図７】本発明の一実施形態によるタービンポンプ１の
インペラ３の第３変形例を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１タービンポンプ２ポンプケーシング（ケーシング）２ａ凹部２ａ１端面２ｂポンプ流路２ｂ１端部２ｃ吐出口３インペラ３ａ羽根片３ｂ羽根溝３ｃリング３ｄ羽根隔壁３ｅ貫通孔３ｆ端面３ｇ端面４ポンプカバー（ケーシング）４ａ導入ポート４ｂポンプ流路４ｃ吸入口５軸受け１００燃料ポンプ１０１ハウジング１０２シャフト１０３コネクタ１０４燃料室１０５供給ポートＤ１直径Ｄ２外径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤元也愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 3H033 AA01 AA15 BB04 BB09 BB12 BB16 CC01 DD06 DD10 DD30 EE11 EE19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸入口、吐出口およびこれら両口をつな
ぐ円弧状のポンプ流路が形成されたケーシングと、前記ケーシング内に回転自在に収容されると共に、外周
部に、多数の羽根片、各羽根片間の羽根溝を表裏側に二
分割する羽根隔壁、および前記多数の羽根片の各径方向
先端部間を同一円周上に連結するリングが形成されてお
り、このリングが前記羽根溝の軸方向最内部よりも外径
側に位置するように配置されたインペラとを備え、前記インペラの回転に応じて、前記羽根溝と前記ポンプ
流路とで形成される空間内で流体を循環させつつ、前記
吸入口より前記ポンプ流路内に吸入した前記流体を前記
吐出口から圧送する構成とし、且つ、前記インペラの直径を、前記ケーシングの前記ポンプ流
路の外径よりも短く設定したことを特徴とするタービン
ポンプ。
【請求項２】前記羽根溝に対応した前記リング部分の
軸方向端面は、前記羽根片の軸方向端面よりも軸方向内
側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の
タービンポンプ。
【請求項３】前記羽根溝に対応した前記リング部分の
軸方向端面は、内径側から外径側に向かってテーパ状に
形成されていることを特徴とする請求項１または請求項
２に記載のタービンポンプ。