JP4580711B2 - 電気モータ式燃料ポンプ - Google Patents

Description

この発明は一般的には燃料ポンプに関し、より詳しくは、電気モータ式燃料ポンプに関する。

電気モータ式燃料ポンプは広く使用されており、自動車等の用途で、運転されるエンジンに要求される燃料を供給する。これらのポンプは燃料供給タンク内に直接搭載され得て、そのタンクから液体燃料を引く入口と、加圧して燃料をエンジンに送る出口とを有する。電気モータはその筒内に収容された固定子内で回転するロータを有する。そのロータは電源に接続されて、その軸を中心に回転する。所謂タービン式又は再生式燃料ポンプでは、インペラがロータに連結されて共に回転する。インペラの周縁には、環状列ベーンが設けられている。この種のタービン式燃料ポンプの一例が、米国特許第５２５７９１６号に開示されている。

典型的なタービン式燃料ポンプのインペラは、その両側対向面が略平坦であり、そのインペラに隣接する略平坦面を有する二枚のポンププレートの間に配置される。インペラとそれらポンププレートとの隣接面間の間隙は、漏洩しないように特に小さくするのが一般的である。しかし、それらポンププレートとインペラとの間隙を減らすと、それらの間の摩擦が増加して、燃料ポンプの性能に影響を与える。従って、インペラとそれらポンププレートの隣接面は、それらの間隙が適切になるように、綿密な公差で製作される。

燃料ポンプが、電気モータと燃料ポンプ体とを有する。その電気モータは固定子とロータと略円形の筒とを備える。その燃料ポンプ体はその電気モータにより駆動されて、燃料を吸入し加圧して送り出す。又、燃料ポンプはポンププレートを有し、そのポンププレートの一面はその燃料ポンプ体に隣接し、そのポンププレートは支持面を備え、その支持面にはその筒の一端が当接する。その支持面とその筒の一端との少なくとも一方は、非連続構造であて、その筒の一端が、その全円周に渡っては、その支持面に支持されない。これにより、燃料ポンプが組み付けられた状態で、筒からの力により、そのポンププレートが歪むのを減少させて好適である。

ある例では、複数の空洞がそのポンププレートに形成されて、支持面に影響を与える。それら空洞の間にランド（分離面）が形成されて、これらランドは全体として、支持面を構成する。好ましくは、この支持面は筒の非均一力を緩和して受ける。その非均一力は、そのポンププレートに当接する筒の歪み又は心のずれにより生じる。その支持面の柔軟性により、燃料ポンプ体に隣接するそのポンププレートの歪みを最小にできる。別の例では、その支持面に当接するその筒の一端が、非連続又は非平坦構造である。

本発明の目的・特徴・優位性には、燃料ポンプを提供し、そのポンプは筒の種々の形状に対応でき、燃料ポンプ体とポンププレートとの間に適切な間隙を維持し、燃料ポンプ体とポンププレートとの間の摩擦と漏洩を減少させ、燃料ポンプ体構成品の磨耗を減らし、使用寿命を増加させ、比較的簡明なデザインであり、経済的に製作・組立が可能であることを含む。無論、他の目的・特徴・優位性も、この明細書の開示からこの技術の熟練者には理解される。この発明を具現する燃料ポンプ、ポンププレート、および／または筒は、少なくとも上記の目的・特徴・優位性を達成できる。

本発明のこれら及び他の目的・特徴・優位性は、好適実施例の以下の詳細な記載、請求項の記載、添付図から明瞭に理解される。

図面をより詳細に説明すると、図１〜４は電気モータ式燃料ポンプ１０を図示し、そのポンプはこの発明の一実施例によるポンププレート１２を有する。ポンププレート１２は、電気モータ１８のフラックス筒１６のための非連続支持面１４を有する。燃料ポンプ１０は、円筒シェル２０により形成されたハウジング１９を有する。円筒シェル２０は、軸方向に離間したポンププレート１２と出口端キャプ２４とを結合する。電気モータ１８はロータ２６を有し、ロータ２６は周囲の永久磁石固定子２９内で回転する軸に軸支されている。電気モータ１８は、ハウジング１９内に収容されるフラックス筒１６を有する。整流子３１が出口端キャップ２４に隣接してハウジング３３内に配置される。図示した実施例では、タービン式燃料ポンプを例示していて、ロータ２６がインペラ３０に連結される。インペラ３０は、入口端キャプ２２とポンププレート１２との間に、そのインペラを囲むリング３２内に配置される。インペラ３０は、クリップ３４によりシャフト２８に連結されて、シャフト２８と共に回転する。ポンプチャネル３６が、インペラ３０の周縁付近に、入口端キャプ２２とポンププレート１２とリング３２とにより形成される。ポンプチャネル３６は、燃料が引かれる入口孔３８と、加圧燃料が送出されるハウジング１９内への出口（非図示）を有する。燃料ポンプは別の種類または構成のものが使用できる。例えば、発明を限定するものではないが、燃料ポンプはブラシレス電気モータを使用することもでき、支持面１４に当接するフラックス筒以外の筒を使用することもできる。

入口端キャプ２２は平坦上面４２と弓形チャネル４４とを有し、弓形チャネル４４はポンプチャネル３６を部分的に形成する。入口端キャプ２２を通る入口路４６は、ポンプチャネル３６に入口孔に連通する。中央内部ボア４８とその相対するボアが、シャフト２８とクリップ３４とのための間隙を形成する。

リング３２は入口端キャプ２２とポンププレート１２との間に捕捉される。好ましくは、リング３２は所定の厚さを有し、入口端キャプ２２とポンププレート１２との間の距離を決める。好ましくは、リング３２は、その中央に位置し径方向内側に延設されたリブ（非図示）を有する。そのリブは、ポンプチャネルの入口と出口との間に渡って、インペラ３０の円周方向に延設されている。

図１に明瞭に図示したように、インペラ３０は平らな円形本体を有し、その中央孔６４を貫通してシャフト２８が挿通される。インペラ３０はまた、径方向及び軸方向に延設され互いに角度的に離間したベーン６６の環状列を有する。その図に見られるように、ベーン６６はインペラ３０の周囲を囲むが、ベーンの構造は適宜選択され得る。例として、発明を限定するものではないが、ベーンはインペラの外縁から径方向内向きに配置され得る。又、ベーンはインペラの片面だけに隣接して設けられても良い。

ポンププレート１２はフラックス筒１６とリング３２との間に挟持される。好ましくは、ポンププレート１２はポリマー材製である。好ましくは、ポンププレート１２の材料は液体燃料内で劣化又は膨張せず、十分な強度があって、使用中に掛かる荷重に耐える。ポンププレート１２の現在好適な材料は、Ticona社（米国ニュージャージー州サミットに本社がある）製のＰＰＳ６１６５Ａ６等のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）である。この材料は射出成形が可能であり、堅く強度があり、比較的高圧での使用に適している。この材料は、１９０００ＭＰＡ（ＩＳＯ５２７の試験方法で）の代表的引張弾性係数、１８５００ＭＰＡ（ＩＳＯ６０５の試験方法で）の代表的圧縮弾性係数、２３０ＭＰＡ（ＩＳＯ６０４の試験方法で）の代表的圧縮強度、１００（ＡＳＴＭ Ｄ７８５の試験方法で）の代表的ロックウェルＭスケール堅さを有する。無論、ポンププレート１２は、他のポリマーや、粉体金属、鉄、アルミニュームのような適切な金属等の広範囲の材料から形成され得る。

好ましくは、ポンププレート１２は、略円筒の側壁６８と、インペラ３０に隣接して配置された略平坦な下面７０と、ポンプチャネル３６の一部を形成する弓形チャネル７２とを有する。その本体を貫通する出口路７４は、ポンプチャネル３６の出口孔とハウジング１９の内部を連通する。貫通ボア７６が、そのボア内に配置された軸受７８（図２、３）を通って延設されたシャフト２８を収容する。軸受７８は、ポンププレート１２に保持される別体部品で良く、ポンププレート１２と一体に形成されても良く、又は、入口端キャプ２２内等の他の場所に配置されても良い。

ポンププレート１２の下面７０の反対側では、略環状で軸方向に延設された壁８０が設けられる。壁８０は、ポンププレート１２の外縁から径方向内側に配置される。この実施例では、壁８０は完全に環状ではなく、出口路７４の両側で切れている。無論、出口路が壁８０から離間して設けられて、壁８０を連続させて良い。強度を増すために、円周方向に離間し軸方向に延設された複数リブ８１が、壁８０と円筒ボス８３とに間に設けられて、貫通ボア７６を形成する。好ましくは、複数の空洞８２がポンププレート１２に設けられ、ランド８４（分離面）が隣り合う空洞８２の間に形成される。好ましくは、ランド８４は略平坦端面８６を有し、全体として支持面１４を形成する。好ましくは、溝８８が、壁８０と各端面８６との間に形成されて、端面８６のランド８４の面積を減らしてランド８４の支持量を減らす。言い換えれば、図に見られるように、溝８８は、各端面８６とランド８４の隣接部分（溝の幅と深さにより決まる）とを壁８０から分離する。溝８８は他の形状も可能であり、図示した実施例とは異なって配置されても良い。

図示した実施例では、支持面１４は、ポンププレート１２の外縁と壁８０との間に径方向に形成され、円周方向に並んでいる。好ましくは、空洞は、壁８０からポンププレート１２の側壁６８内に径方向に延びて、円周方向で隣り合うランド８４の間にある。図１〜６に示す実施例では、空洞８２、８２’、８２”はいずれも略凹型である。図５に示すポンププレート１２’の実施例では、空洞８２’は略凹型であり、壁８０及びランド８４’に隣接する傾斜面を有し、ランド８４’は端面８６’を形成して、全体として支持面１４を形成する。図６に示すポンププレート１２”の実施例では、空洞８２”は略Ｕ型であり、壁８０に隣接する略平坦面を有し、ランド８４”と端面８６”を形成して、全体として支持面１４を形成する。溝８８’、８８”が、溝８８と同様に図５、６のように設けられる。更に別の実施例として、図７は、空洞８２”’を有するポンププレート１２”’を図示し、空洞８２”’は波形の周縁を有する。支持面１４は、端面８６”’を集合して形成され、組み立て時にフラックス管に当接する。端面８６”’は、ピーク又はランド８４”’であり、その波形の頂点域である。しかし、空洞について、他の形状・配置が可能であり、この発明は、図示した実施例の空洞・ランド（面）の形状・配置に限定されない。

従って、支持面１４は非連続である。ランド８４の端面８６は、集合して略平坦面を構成し、空洞８２はその面を非連続にする。また、壁８０と端面８６との間の溝８８が設けられる。好ましくは、円周方向の寸法で、空洞８２は端面８６の平均して０．１〜１０倍である。より好ましくは、空洞８２は端面８６の平均して１〜６倍である。

フラックス筒１６は金属製であり、略円筒で、ポンププレート１２とハウジング３３との間に収容される。これら構成部品は、共に密着して保持され、燃料ポンプ１０の組み立て時に、円筒シェル２０の両端が出口端キャプ２４と入口端キャプ２２の部分に重なる。より詳しくは、フラックス筒１６の一端９０が支持面１４と当接して壁８０の周りに収容され、フラックス筒１６とポンププレート１２とを互いに位置付ける。支持面１４は非連続なので、非連続支持面が支持面１４とフラックス筒１６との間に形成され、電気モータ１８はその端部９０が周方向に完全に支持されるのではない。好ましくは、フラックス筒１６は周方向に約１０％〜９０％だけ支持され、より好ましくは、フラックス筒１６は周方向に２０％〜５０％だけ支持される。

フラックス筒１６の一端９０が歪んでいたり平坦でない場合には、フラックス筒１６はポンププレート１２に不均一な軸力を与える。従来技術では、この不均一な軸力はポンププレート１２を歪め、インペラ３０とポンププレート１２の下面７０との間の間隙に影響を及ぼす。例えば、最近の自動車用の典型的燃料ポンプでは、フラックス筒とポンププレートとの間の境界面の応力は、１０００psi(７０kgf/cm²)程度であり、歪みまたは不規則領域ではもっと高い。一般的に、インペラ３０とポンププレート１２との間には、安定した設計間隙が維持され、異常な摩擦または流体漏洩を防ぐことが望ましい。

ポンププレート１２の下面７０における歪みを減らすために、非連続支持面１４は荷重に対して連続面よりも柔軟性があり、フラックス筒１６とポンププレート１２との間の当接面の歪みをより許容する。非連続支持面１４は、フラックス筒１６とポンププレート１２との間の当接面で応力が増して、フラックス筒１６の不規則面等による不均一な荷重に柔軟に応じて、ポンププレート１２の下面７０上のフラックス筒の歪みの影響を最小にする。ポンププレート１２はまた、燃料ポンプ１０の運転状態での温度変化により対応可能であり、ポンププレート１２の下面７０での歪みを最小にする。フラックス筒１６と支持面１４との間の境界面の応力は、連続支持面の場合の２倍以上である。例えば、最近の典型的な自動車燃料ポンプでは、フラックス筒１６とポンププレート１２の境界面の応力は概して２０００psi(１４０kgf/cm²)程である。空洞８２と溝８８はポンププレート１２の剛性を減らして、ハウジング１９内の加圧燃料によるポンププレート１２に掛かる力等に応答できる。従って、この好適なポンププレート１２は、それに掛かる荷重に対して下面７０の歪みを最小にするように設計されている。

置換例であるポンププレート１１２と１フラックス筒１６とが図８に図示されている。燃料ポンプが組み立てられると、フラックス筒１１６の一端１１８がポンププレート１２に当接する。フラックス筒１１６の一端１１８は非平坦又は不連続であり、フラックス筒１１６とポンププレート１１２の支持面１１４との間に不連続な境界面を形成する。それ故、支持面１１４のフラックス筒１１６は、フラックス筒１１６の一端１１８の全周に渡っては、支持面１１４に支持されない。図示したように、フラックス筒１１６の一端１１８は概して曲がりくねっている。例えば、フラックス筒１１６は一端１１８に形成された複数の空洞や切り欠きを有し、それらは、寸法・形・向き・位置が様々である。図８に見られるように、ポンププレート１１２の支持面１１４は略平坦であるが、要すれば、非連続でも良い。溝８８が、最初の実施例の形のように、支持面１１４に隣接して形成されても良い。好ましくは、フラックス筒１１６は周方向に支持面１１４に約１０％〜９０％だけ当接し、より好ましくは、フラックス筒１１６は周方向に２０％〜５０％だけ支持される。少なくとも片面が非連続な挿入部材がフラックス筒１６、１１６と支持面１４、１１４と間に設けることもできる。この場合は、フラックス筒と支持面は共に略平坦である。

この技術の通常の技術者には、本発明の前述の好適実施例は、この発明を説明するもので、発明を限定するものではないことが理解される。この発明の範囲内で、置換例及び変化例が、燃料ポンプの部品、特にポンププレートについて可能である。例えば、支持面は別の構造又は配置にすることもでき、開示した実施例に示す空洞と異なった切り欠きとすることも可能である。例えば、本発明は、ポンププレートに支持された筒端を有するブラシ式又はブラシレス電気モータ等に適用できる。この場合、筒は、図１のブラシ式電気モータ燃料ポンプに関して説明したフラックス筒でなくても良い。更に他の変化例がこの発明の範囲内で可能である。

本発明の一実施例による電気モータ式燃料ポンプの断面図である。 図１に示す燃料ポンプのポンププレートの斜視図である。 そのポンププレートの平面図である。 そのポンププレートの底面図である。 置換例ポンププレートの部分斜視図である。 別の置換例ポンププレートの部分斜視図である。 更に別の置換例ポンププレートの部分斜視図である。 ポンププレートと筒の他の実施例を示す部分分解図である。

符号の説明

１０ 燃料ポンプ
１２、１１２ ポンププレート
１４、１１４ 支持面
１６、１１６ フラックス筒
１９ ハウジング
２０ 円筒シェル
２２ 入口端キャプ
２４ 出口端キャプ
２６ ロータ
２８ シャフト
２９ 固定子
３０ インペラ
３１ 整流子
３２ リング
３３ ハウジング
３４ クリップ
３６ ポンプチャネル
３８ 入口孔
４２ 上面
４４ 弓形チャネル
４６ 入口路
４８ 内部ボア
６４ 中央孔
６６ ベーン
６８ 側壁
７０ 下面
７２ 弓形チャネル
７４ 出口路
７６ 貫通ボア
７８ 軸受
８０ 壁
８１ リブ
８２、８２’、８２”、８２”’ 空洞
８３ 円筒ボス
８４、８４’、８４”、８４”’ ランド
８６、８６’、８６”、８６”’ 端面
８８、８８’、８８” 溝
９０ 一端
１１８ 一端

Claims (20)

1. 固定子と、シャフトを有するロータと、両端を有する略円形の筒と、を備えた電気モータ、
   前記電気モータにより駆動されて、燃料を吸入し、かつ、加圧して送り出す燃料ポンプ体、
   前記燃料ポンプ体に連結される前記シャフトを収容するボアと、前記燃料ポンプ体に隣接して配置された面と、前記面から離れ、かつ、前記筒の一端を収容する支持面と、を有するプレート、及び、
   前記筒における前記一端と、前記支持面との間に形成された非連続支持界面
   を含む燃料ポンプアセンブリであって、
   前記非連続支持界面には、前記プレートの全円周に沿って円周方向に離間した複数の空洞が配置されて、前記筒が、前記筒の前記一端の全円周に沿って前記支持面に非連続的に支持され、それにより、前記燃料ポンプアセンブリにおける前記筒の荷重に基づく前記プレートの前記面の歪みが最小化される
   ことを特徴とする燃料ポンプアセンブリ。
2. 前記プレートの前記面が、略平坦である請求項１記載の燃料ポンプアセンブリ。
3. 前記燃料ポンプ体が、インペラであり、かつ、少なくとも片側に平坦面を有し、そして、前記プレートの前記面が略平坦であり、かつ、前記インペラの前記平坦面に隣接して配置された請求項１記載の燃料ポンプアセンブリ。
4. 前記非連続支持界面を形成するように、前記支持面及び前記筒の前記一端の少なくとも一方が非連続である請求項１記載の燃料ポンプアセンブリ。
5. 円周方向に離間した複数の前記空洞が、前記支持面に隣接して設けられて、隣接した前記空洞間にランドが形成され、そして、前記ランドにより前記支持面が形成されている請求項１記載の燃料ポンプアセンブリ。
6. 前記ランドの端面が、略平坦であり、そして、前記各ランドの前記断面が全体として前記支持面を構成する請求項５記載の燃料ポンプアセンブリ。
7. 前記空洞の周方向長さが、前記ランドの前記端面の周方向長さの１〜６倍である請求項６記載の燃料ポンプアセンブリ。
8. 前記空洞の周方向長さが、前記ランドの前記端面の周方向長さの２〜４倍である請求項６記載の燃料ポンプアセンブリ。
9. 前記筒の前記一端が、周方向で１０％〜９０％だけ前記支持面に支持された請求項１記載の燃料ポンプアセンブリ。
10. 前記筒の前記一端が、周方向で２０％〜５０％だけ前記支持面に支持された請求項９記載の燃料ポンプアセンブリ。
11. 前記空洞が、周方向において、凹形である請求項５記載の燃料ポンプアセンブリ。
12. 前記燃料ポンプアセンブリには、前記ランドの各前記端面に隣接して溝が設けられて、前記ランドの各前記端面の表面積が更に減少した請求項６記載の燃料ポンプアセンブリ。
13. 前記支持面に当接して収容された前記筒の前記一端が、非平坦であり、そして、前記筒が、前記一端の全周より少ない部分で、前記支持面と係合する請求項１記載の燃料ポンプアセンブリ。
14. 前記支持面が、略平坦である請求項１３記載の燃料ポンプアセンブリ。
15. 前記支持面が、非連続である請求項１３記載の燃料ポンプアセンブリ。
16. 前記筒の前記一端が、曲がりくねっている請求項１３記載の燃料ポンプアセンブリ。
17. 前記プレートに溝が設けられて、前記プレートの前記支持面の表面積が減少した請求項１３記載の燃料ポンプアセンブリ。
18. 前記燃料ポンプアセンブリには、前記支持面に隣接した環状壁が設けられ、そして、前記環状壁が、前記プレート及び前記筒を位置付けるように、少なくとも部分的に前記筒内に収容される請求項１記載の燃料ポンプアセンブリ。
19. 前記ランドの端面が前記支持面の一部を構成し、そして、前記支持面の表面積が、前記空洞が無い場合と比較して、１０％〜９０％に減少した請求項５記載の燃料ポンプアセンブリ。
20. 前記燃料ポンプアセンブリには、前記ランドの各前記端面に隣接して溝が設けられて、前記ランドの各前記端面の表面積が更に減少した請求項１９記載の燃料ポンプアセンブリ。

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