JP2008163934A - Fuel pump and fuel feed apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インペラの径方向にずれた位置に回転方向に二列の羽根溝を形成し、サブタンクの燃料を内燃機関に供給するとともに燃料タンクの燃料をサブタンクに供給する燃料ポンプおよびそれを用いた燃料供給装置に関する。 The present invention provides a fuel pump that forms two rows of blade grooves in the rotational direction at positions shifted in the radial direction of the impeller, supplies fuel from the subtank to the internal combustion engine, and supplies fuel from the fuel tank to the subtank, and uses the same The present invention relates to a fuel supply apparatus.
燃料タンク内に設置されたサブタンク内に燃料ポンプが収容され、サブタンク内の燃料を昇圧して内燃機関に供給する燃料ポンプが知られている。このような燃料ポンプにおいて、ジェットポンプを使用せず、燃料ポンプにより燃料タンクの燃料をサブタンクに供給するものが公知である(例えば、特許文献1、2参照。)。特許文献1、2の燃料ポンプでは、インペラの径方向にずれた位置に回転方向に二列の羽根溝を形成し、インペラを回転自在に収容するポンプケースに二列の羽根溝に沿ってそれぞれポンプ通路が形成されている。そして、インペラの回転により、インペラの外周側の羽根溝に沿ったポンプ通路でサブタンクの燃料を昇圧して内燃機関に供給し、インペラの内周側の羽根溝に沿ったポンプ通路で燃料タンクの燃料を昇圧してサブタンクに供給している。
There is known a fuel pump in which a fuel pump is housed in a sub-tank installed in the fuel tank, and the fuel in the sub-tank is boosted and supplied to an internal combustion engine. Among such fuel pumps, a fuel pump that does not use a jet pump and supplies fuel from a fuel tank to a sub tank by a fuel pump is known (see, for example,
ここで、このような燃料ポンプでは、燃料ポンプから内燃機関に供給する燃料吐出量をQ1、燃料ポンプからサブタンクに供給する燃料吐出量をQ2とすると、内燃機関の最大出力時に必要とされる最大燃料要求量においても、Q2≧Q1を満たす必要がある。これは、Q2<Q1、つまり燃料タンクからサブタンクに供給される燃料吐出量Q2がサブタンクから内燃機関に供給される燃料吐出量Q1よりも少なくなるので、サブタンクの液面高さが低下し、燃料ポンプがサブタンク内の燃料を吸入できなくなるからである。そこで、Q2≧Q1を満たしサブタンクの液面高さの低下を防止するように、二列の羽根溝およびポンプ通路を有する燃料ポンプを設計する必要がある。 Here, in such a fuel pump, if the fuel discharge amount supplied from the fuel pump to the internal combustion engine is Q1, and the fuel discharge amount supplied from the fuel pump to the sub-tank is Q2, the maximum required at the maximum output of the internal combustion engine Also in the fuel requirement amount, it is necessary to satisfy Q2 ≧ Q1. This is because Q2 <Q1, that is, the fuel discharge amount Q2 supplied from the fuel tank to the sub-tank becomes smaller than the fuel discharge amount Q1 supplied from the sub-tank to the internal combustion engine. This is because the pump cannot suck the fuel in the sub tank. Therefore, it is necessary to design a fuel pump having two rows of blade grooves and a pump passage so as to satisfy Q2 ≧ Q1 and prevent a decrease in the liquid level of the sub tank.
ところで、サブタンクの燃料を昇圧して内燃機関に供給する燃料圧力は、燃料タンクの燃料を昇圧してサブタンクに供給する燃料圧力よりも遙かに高圧である。したがって、サブタンクの燃料を昇圧して内燃機関に供給するポンプ通路では、燃料タンクの燃料を昇圧してサブタンクに供給するポンプ通路よりも、回転方向の圧力差が大きくなる。ポンプ通路の回転方向の圧力差が大きくなると、ポンプ通路において回転方向と逆方向に燃料を逆流させようとする力が生じるので、ポンプ効率が低下する。また、昇圧する燃料圧力が高いと、ポンプケースとインペラとのクリアランスから漏れる燃料量が増加するので、ポンプ効率が低下する。したがって、燃料吐出量だけでなく、ポンプ通路で燃料を昇圧する燃料圧力も考慮して、燃料ポンプを設計する必要がある。ここで、燃料ポンプのモータ部のトルクをT、モータ部の回転数をR、ポンプ通路から吐出される燃料の吐出圧をP、燃料吐出量をQとすると、(ポンプ効率)=(P×Q)/(T×R)で表される。
しかしながら、特許文献1にQ2>Q1に関する記載はあるものの、特許文献1、2には、ポンプ通路の燃料圧力を考慮してサブタンクの液面高さの低下を防止する燃料ポンプに関する記載はなされていない。
By the way, the fuel pressure that boosts the fuel in the sub tank and supplies it to the internal combustion engine is much higher than the fuel pressure that boosts the fuel in the fuel tank and supplies it to the sub tank. Therefore, the pressure difference in the rotation direction is larger in the pump passage for boosting the fuel in the sub tank and supplying the fuel to the internal combustion engine than in the pump passage for boosting the fuel in the fuel tank and supplying the fuel to the sub tank. When the pressure difference in the rotation direction of the pump passage is increased, a force is generated in the pump passage to cause the fuel to flow backward in the direction opposite to the rotation direction, so that the pump efficiency is reduced. Further, when the fuel pressure to be increased is high, the amount of fuel leaking from the clearance between the pump case and the impeller increases, so that the pump efficiency decreases. Therefore, it is necessary to design the fuel pump in consideration of not only the fuel discharge amount but also the fuel pressure for boosting the fuel in the pump passage. Here, assuming that the torque of the motor part of the fuel pump is T, the rotational speed of the motor part is R, the discharge pressure of the fuel discharged from the pump passage is P, and the fuel discharge amount is Q, (pump efficiency) = (P × Q) / (T × R).
However, although
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、径方向にずれた位置に形成された二列のポンプ通路から内燃機関およびサブタンクに燃料を供給し、ポンプ通路の燃料吐出量および燃料圧力を考慮して、燃料タンクからサブタンクへの燃料供給量が過剰になることを防止するとともに、サブタンクの液面高さの低下を防止する燃料ポンプおよびそれを用いた燃料供給装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and supplies fuel to an internal combustion engine and a sub tank from two rows of pump passages formed at positions shifted in the radial direction. To provide a fuel pump and a fuel supply device using the same that prevent an excessive amount of fuel supply from a fuel tank to a sub tank in consideration of pressure and prevent a decrease in liquid level of the sub tank. With the goal.
ここで、第1のポンプ通路の燃料吐出量をQ1、インペラの回転軸を中心とした第1のポンプ通路の直径をD1、第1のポンプ通路の通路断面積をS1、第1のポンプ通路の内周側に形成された第2のポンプ通路の燃料吐出量をQ2、インペラの回転軸を中心とした第2のポンプ通路の直径をD2、第2のポンプ通路の通路断面積をS2、インペラの1分間当たりの回転数をRとすると、1分間の燃料吐出量Q1、Q2は次式(1)、(2)で表される。ポンプ通路がインペラの回転軸方向両側に形成される構成では、S1、S2はインペラの回転軸方向両側のポンプ通路の通路面積の和になる。
Q1=π×S1×D1×R ・・・(1)
Q2=π×S2×D2×R ・・・(2)
Here, the fuel discharge amount of the first pump passage is Q1, the diameter of the first pump passage around the rotation shaft of the impeller is D1, the passage sectional area of the first pump passage is S1, and the first pump passage Q2 is the fuel discharge amount of the second pump passage formed on the inner peripheral side of the shaft, D2 is the diameter of the second pump passage around the rotation shaft of the impeller, and S2 is the cross-sectional area of the second pump passage. When the rotational speed per minute of the impeller is R, the fuel discharge amounts Q1 and Q2 per minute are expressed by the following equations (1) and (2). In the configuration in which the pump passage is formed on both sides of the impeller in the rotation axis direction, S1 and S2 are the sum of the passage areas of the pump passages on both sides of the impeller in the rotation axis direction.
Q1 = π × S1 × D1 × R (1)
Q2 = π × S2 × D2 × R (2)
したがって、ポンプ通路における燃料圧力を考慮せず、流量だけを考慮すると、サブタンクから内燃機関に燃料を供給してもサブタンクの液面高さの低下を防止するためには、Q2≧Q1を満たせばよい。つまり、次式(3)を満たせばよい。
Q2≧Q1
π×S2×D2×R≧π×S1×D1×R
(S2×D2)/(S1×D1)≧1 ・・・(3)
Therefore, considering only the flow rate without considering the fuel pressure in the pump passage, even if fuel is supplied from the sub tank to the internal combustion engine, in order to prevent the liquid level of the sub tank from being lowered, if Q2 ≧ Q1 is satisfied. Good. That is, the following equation (3) may be satisfied.
Q2 ≧ Q1
π × S2 × D2 × R ≧ π × S1 × D1 × R
(S2 × D2) / (S1 × D1) ≧ 1 (3)
しかしながら、サブタンクから内燃機関に燃料を供給する第1のポンプ通路は燃料タンクからサブタンクに燃料を供給する第2のポンプ通路よりも昇圧する燃料圧力が高いので、圧力差により回転方向と反対方向に加わる力、および燃料漏れが、第2のポンプ通路よりも大きい。その結果、第1のポンプ通路の式(1)からの燃料吐出量Q1の減少量は、第2のポンプ通路の式(2)からの燃料吐出量Q2の減少量よりも多くなる。したがって、式(3)を満たすように第1のポンプ通路および第2ポンプ通路の通路面積および直径を設定すると、実際のQ2がQ1よりも大きくなり過ぎる。その結果、燃料タンクからサブタンクに過剰な燃料を供給することになる。 However, since the first pump passage for supplying fuel from the sub tank to the internal combustion engine has a higher fuel pressure than the second pump passage for supplying fuel from the fuel tank to the sub tank, the pressure difference causes the first pump passage to be in a direction opposite to the rotation direction. The applied force and the fuel leakage are larger than those of the second pump passage. As a result, the decrease amount of the fuel discharge amount Q1 from the first pump passage equation (1) is larger than the decrease amount of the fuel discharge amount Q2 from the second pump passage equation (2). Therefore, if the passage areas and diameters of the first pump passage and the second pump passage are set so as to satisfy the expression (3), the actual Q2 becomes too larger than Q1. As a result, excess fuel is supplied from the fuel tank to the sub tank.
そこで、請求項1から9に記載の発明では、第1のポンプ通路および第2のポンプ通路の燃料圧力を考慮し、第1のポンプ通路および第2のポンプ通路の通路面積および直径が式(4)を満たすように設定されている。
0.6≦(S2×D2)/(S1×D1)≦0.95 ・・・(4)
0.6≦(S2×D2)/(S1×D1)を満たすことにより、燃料タンクからサブタンクに供給される燃料吐出量Q2が、サブタンクから内燃機関に供給される燃料吐出量Q1よりも少なくなり過ぎることを防止できる。さらに、(S2×D2)/(S1×D1)≦0.9を満たすことにより、燃料タンクからサブタンクに供給される燃料吐出量Q2が、サブタンクから内燃機関に供給される燃料吐出量Q1よりも多くなり過ぎることを防止できる。このように式(4)を満たすように第1のポンプ通路および第2のポンプ通路の通路面積および直径を設定することにより、請求項1から9に記載の発明では、燃料タンクからサブタンクへの燃料供給量が過剰になることを防止するとともに、サブタンクの液面高さの低下を防止している。
Therefore, in the inventions according to
0.6 ≦ (S2 × D2) / (S1 × D1) ≦ 0.95 (4)
By satisfying 0.6 ≦ (S2 × D2) / (S1 × D1), the fuel discharge amount Q2 supplied from the fuel tank to the sub-tank becomes smaller than the fuel discharge amount Q1 supplied from the sub-tank to the internal combustion engine. It can be prevented from passing. Further, by satisfying (S2 × D2) / (S1 × D1) ≦ 0.9, the fuel discharge amount Q2 supplied from the fuel tank to the sub tank is larger than the fuel discharge amount Q1 supplied from the sub tank to the internal combustion engine. It can prevent becoming too much. Thus, by setting the passage areas and diameters of the first pump passage and the second pump passage so as to satisfy the expression (4), in the invention according to
請求項2に記載の発明では、第1のポンプ通路から吐出される燃料圧力P(kPa)は、200≦P≦800である。この範囲を満たす燃料圧力Pの値に応じて、式(4)を満たすように第1のポンプ通路および第2のポンプ通路の通路面積および直径を設定することにより、燃料タンクからサブタンクへの燃料供給量が過剰になることを防止するとともに、サブタンクの液面高さの低下を防止できる。 In the second aspect of the invention, the fuel pressure P (kPa) discharged from the first pump passage is 200 ≦ P ≦ 800. By setting the passage areas and diameters of the first pump passage and the second pump passage so as to satisfy the expression (4) according to the value of the fuel pressure P satisfying this range, the fuel from the fuel tank to the sub tank is set. While preventing the supply amount from becoming excessive, it is possible to prevent the liquid level of the sub tank from being lowered.
ところで、ポンプ通路の燃料は、インペラの回転にともない、回転方向前方の羽根溝から回転方向後方の羽根溝に向けて羽根溝への出入りを繰り返し、旋回流となって昇圧される。この旋回流は、ポンプ通路および羽根溝を含む旋回通路の断面において、流れ形状が円に近いことが望ましい。これは、旋回するときに急激に旋回流れの向きが変わり、旋回流のエネルギーが低下することを極力防止するためである。旋回流のエネルギー低下を防止することにより、ポンプ通路におけるポンプ効率が上昇する。旋回流の流れ形状が円になるためには、インペラの板厚方向において、ポンプ通路の深さと羽根溝の深さとがほぼ等しくなればよい。羽根溝のインペラ回転軸方向の深さHはインペラの板厚tのほぼ1/2に相当するので、次式(5)を満たせばよい。実際には、H/tの値が、0.5を含んだ所定範囲に設定され、旋回流の流れ形状が扁平になり過ぎなければよい。
H=t/2
H/t=0.5 ・・・(5)
By the way, as the impeller rotates, the fuel in the pump passage repeatedly enters and exits the blade groove from the blade groove at the front in the rotation direction toward the blade groove at the rear in the rotation direction, and is boosted as a swirl flow. The swirling flow desirably has a flow shape close to a circle in the cross section of the swirling passage including the pump passage and the blade groove. This is to prevent the direction of the swirling flow from changing suddenly when swirling and reducing the swirling flow energy as much as possible. By preventing a decrease in the energy of the swirling flow, the pump efficiency in the pump passage is increased. In order for the flow shape of the swirling flow to be a circle, the depth of the pump passage and the depth of the blade groove should be substantially equal in the thickness direction of the impeller. The depth H in the impeller rotation axis direction of the blade groove corresponds to approximately ½ of the impeller plate thickness t, and therefore, the following equation (5) may be satisfied. Actually, the value of H / t should be set within a predetermined range including 0.5, and the flow shape of the swirling flow should not be too flat.
H = t / 2
H / t = 0.5 (5)
そこで、請求項3に記載の発明では、第2のポンプ通路のインペラ回転軸方向の深さをH2、インペラの板厚をtとすると、0.2≦H2/t≦0.6に設定し、第2のポンプ通路において旋回流の流れ形状が扁平になり過ぎることを防止している。これにより、第2のポンプ通路における旋回流のエネルギーの低下を防止できるので、第2のポンプ通路におけるポンプ効率が上昇する。第2のポンプ通路では、第1のポンプ通路よりも昇圧する燃料圧力が低いので、0.2≦H2/t≦0.6を満たしてポンプ効率を上昇させることが望ましい。 Therefore, in the third aspect of the invention, if the depth of the second pump passage in the direction of the impeller rotating shaft is H2, and the thickness of the impeller is t, 0.2 ≦ H2 / t ≦ 0.6 is set. In the second pump passage, the flow shape of the swirling flow is prevented from becoming too flat. Thereby, since the fall of the energy of the swirl | vortex flow in a 2nd pump channel | path can be prevented, the pump efficiency in a 2nd pump channel | path rises. In the second pump passage, since the fuel pressure to be increased is lower than that in the first pump passage, it is desirable to satisfy 0.2 ≦ H2 / t ≦ 0.6 and increase the pump efficiency.
請求項4に記載の発明では、第1のポンプ通路のインペラ回転軸方向の深さをH1、インペラの板厚をtとすると、0.3≦H1/t≦0.6に設定し、第1のポンプ通路において旋回流の流れ形状が扁平になり過ぎることを防止している。これにより、第1のポンプ通路における旋回流のエネルギーの低下を防止できるので、第1のポンプ通路におけるポンプ効率が上昇する。
In the invention according to
また、旋回流の流れ形状が円になるためには、ポンプ通路の深さHの2倍とポンプ通路の径方向の幅Wとがほぼ等しくなればよい。つまり、次式(6)を満たせばよい。実際には、W/Hの値が、2を含んだ所定範囲に設定され、旋回流の形状が扁平になり過ぎなければよい。
2×H=W
2=W/H ・・・(6)
Further, in order for the flow shape of the swirling flow to be a circle, twice the depth H of the pump passage and the radial width W of the pump passage may be substantially equal. That is, the following equation (6) may be satisfied. Actually, the value of W / H should be set to a predetermined range including 2, and the shape of the swirling flow should not be too flat.
2 x H = W
2 = W / H (6)
そこで、請求項5に記載の発明では、第2のポンプ通路の径方向の幅をW2、第2のポンプ通路の深さをH2とすると、1.9≦W2/H2≦2.5に設定し、旋回流の断面形状が扁平になり過ぎることを防止している。これにより、第2のポンプ通路における旋回流のエネルギーの低下を防止できるので、第2のポンプ通路におけるポンプ効率が上昇する。第2のポンプ通路では、第1のポンプ通路よりも昇圧する燃料圧力が低いので、1.9≦W2/H2≦2.5を満たしてポンプ効率を上昇させることが望ましい。
Therefore, in the invention described in
請求項6に記載の発明では、第1のポンプ通路の径方向の幅をW1、第1のポンプ通路のインペラ回転軸方向の深さをH1とすると、1.5≦W1/H1≦2.1に設定し、第1のポンプ通路における旋回流の流れ形状が扁平になり過ぎることを防止している。これにより、第1のポンプ通路における旋回流のエネルギーの低下を防止できるので、第1のポンプ通路におけるポンプ効率が上昇する。
In the invention according to
請求項7に記載の発明では、第1のポンプ通路と第2のポンプ通路の間に設けられたシール部のシール幅a(mm)は、1≦a≦2.5に設定している。シール幅aを1mm以上と設定することにより、第1のポンプ通路から第2のポンプ通路への燃料漏れを防止することができる。シール幅aを2.5mm以下に設定することにより燃料タンクからサブタンクに供給される燃料吐出量Q2が、サブタンクから内燃機関に供給される燃料吐出量Q1よりも多くなり過ぎることを防止できる。これにより、ポンプ通路におけるポンプ効率が上昇する。 In the seventh aspect of the invention, the seal width a (mm) of the seal portion provided between the first pump passage and the second pump passage is set to 1 ≦ a ≦ 2.5. By setting the seal width a to 1 mm or more, fuel leakage from the first pump passage to the second pump passage can be prevented. By setting the seal width a to 2.5 mm or less, it is possible to prevent the fuel discharge amount Q2 supplied from the fuel tank to the sub tank from being excessively larger than the fuel discharge amount Q1 supplied from the sub tank to the internal combustion engine. As a result, the pump efficiency in the pump passage increases.
請求項8に記載の発明では、インペラの外周側に設けられた複数の第1の羽根の板幅をB1とし、インペラの内周側に設けられた複数の第2の羽根の板幅をB2とすると、1.5≦B2/B1≦3と設定している。インペラの羽根の板幅が薄いほど、膨潤速度は速くなる。一方、インペラの羽根の板幅が厚いとこれにともなってポンプ通路の通路断面積が小さくなり、燃料吐出量が減少する。そこで、B2/B1を1.5以上と設定し、インペラの第2羽根の膨潤速度をインペラの第1羽根の膨潤速度と同じか、遅くすることで、インペラの膨潤によりインペラとポンプケースとのクリアランスが狭くなり、接触しないようにすることができる。また、B2/B1を3以下と設定することにより、Q2≧Q1を満たすことができる。これにより、ポンプ効率を上昇し、サブタンクの液面高さの低下を防止している。 In the invention according to claim 8, the plate width of the plurality of first blades provided on the outer peripheral side of the impeller is B1, and the plate width of the plurality of second blades provided on the inner peripheral side of the impeller is B2. Then, 1.5 ≦ B2 / B1 ≦ 3 is set. The thinner the impeller blades, the faster the swelling speed. On the other hand, if the blade width of the impeller blades is thick, the passage cross-sectional area of the pump passage is reduced accordingly, and the fuel discharge amount is reduced. Therefore, B2 / B1 is set to 1.5 or more, and the swelling speed of the impeller second blade is the same as or slower than the swelling speed of the impeller first blade. Clearance can be narrowed to prevent contact. Further, by setting B2 / B1 to 3 or less, Q2 ≧ Q1 can be satisfied. As a result, the pump efficiency is increased, and the lowering of the liquid level of the sub tank is prevented.
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
(第一実施形態)
本発明の第一実施形態による燃料ポンプを用いた燃料供給装置を図2に示す。図2において、太い矢印は燃料流れの方向を示している。燃料供給装置10は、サブタンク20内に燃料ポンプ30を収容した状態で、燃料タンク2内に設置されている。燃料ポンプ30は、例えば二輪自動車または四輪自動車等に搭載されるインタンク式のタービンポンプである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
A fuel supply apparatus using a fuel pump according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG. In FIG. 2, a thick arrow indicates the direction of fuel flow. The
サブタンク20は、樹脂により有底の円筒状または矩形箱状に形成されている。サブタンク20の底壁22には、燃料タンク2の底壁3に向けて突出し、底壁3と接触する脚部23が形成されている。この脚部23により、サブタンク20の底壁22と燃料タンク2の底壁3との間に空間210が形成されている。
燃料ポンプ30は、モータ部32と、モータ部32により回転駆動されるポンプ部34とを備えている。ハウジング36は、モータ部32およびポンプ部34のハウジングを兼ねており、軸方向両端部でエンドカバー38およびポンプケース50をそれぞれかしめている。エンドカバー38は樹脂製である。エンドカバー38には、燃料ポンプ30で昇圧した燃料を図示しない内燃機関に供給する吐出口39が形成されている。
The
The
モータ部32は、図示しない永久磁石、整流子、ブラシ、チョークコイル、および電機子40等から構成されている直流ブラシモータである。永久磁石は、円弧状に形成されており、ハウジング36の内周壁に周方向に複数取り付けられている。
電機子40は、永久磁石の内周側に回転自在に設置されている。電機子40のシャフト42は、軸方向両端部で金属製のベアリング44(図2では、軸方向一端側のベアリング44だけを図示している。)に回転自在に支持されている。ベアリング44はポンプケース52に支持されている。電機子40は、回転方向に複数の磁極コアを形成しているロータコアと、各磁極コアに巻回されたコイルとから構成されている。電機子40のコイルには、ブラシ、整流子を通して駆動電流が供給される。
The
The
ポンプ部34は、ポンプケース50、52、およびインペラ70を有しているタービンポンプである。ポンプ部34は、モータ部32に対し電機子40の回転軸方向の一方側に設置されている。ポンプケース50、52は、インペラ70を回転自在に収容するケース部材であり、アルミ等の金属材または耐燃料性に優れ高強度の樹脂材で形成されている。ポンプケース50はポンプ部34のサブタンク20側を覆い、ポンプケース52はポンプ部34の電機子40側を覆っている。
The
インペラ70は、耐燃料性に優れ高強度の樹脂材で円板状に形成されている。図1に示すように、インペラ70の外周は環状部72に囲まれており、環状部72の内周側のインペラ70の外周縁部に第1の羽根溝としての複数の羽根溝74が回転方向に形成されている。羽根溝74の内周側には、第1の羽根溝74から径方向にずれて第2の羽根溝としての複数の羽根溝76が回転方向に形成されている。羽根溝74、76はインペラ70の回転軸方向両側に形成されている。回転軸方向両側に形成された羽根溝74、76はそれぞれ互いに連通している。羽根溝74、76に流入した燃料は、回転軸方向両側の羽根溝74、76でそれぞれ旋回流300となって流れる。回転方向に隣接する羽根溝74、76は、それぞれ隔壁75、77により仕切られている。
The
ポンプ通路202、206は、インペラ70の回転方向に羽根溝74、76に沿ってインペラ70の回転軸方向両側のポンプケース50、52にC字状に形成されている。第1のポンプ通路としてのポンプ通路202は羽根溝74と連通し、第2のポンプ通路としてのポンプ通路206は羽根溝76と連通している。
図2に示すように、ポンプ通路202の燃料入口201はポンプケース50に形成され、ポンプ通路202の燃料出口203はポンプケース52に形成されている。燃料入口201はサブタンク20内に向けて開口し、ポンプ通路202の燃料出口203はモータ部32内の燃料室208に向けて開口している。燃料入口201には、サブタンク20内の燃料中の異物を除去するサクションフィルタ60が取り付けられている。
The
As shown in FIG. 2, the
ポンプ通路206の燃料入口205および燃料出口207はポンプケース50に形成されている。燃料入口205はサブタンク20の底壁22を貫通してサブタンク20の外部、かつ燃料タンク2の内部に向けて開口し、燃料出口207はサブタンク20の内部に向けて開口している。燃料入口205が貫通している箇所のサブタンク20の底壁22と燃料入口205との間には、シール材としてゴム等で円筒状に形成された弾性部材64が設置されている。弾性部材64は、燃料入口205が貫通している箇所の底壁22から燃料が漏れることを防止している。また、燃料入口205には、サブタンク20から燃料タンク2への燃料の逆流を防止する逆止弁66が設置されている。燃料入口205に逆止弁66が設置されていることにより、燃料ポンプ30が停止したときに燃料ポンプ30内の燃料が燃料タンク2内に流出することを防止し、燃料ポンプ30内に燃料を溜めておくことができる。その結果、燃料ポンプ30の始動時に、燃料入口205から速やかに燃料を吸引し、燃料タンク2の燃料をサブタンク20に供給できる。また、燃料入口205には、燃料タンク2内の燃料中の異物を除去するサクションフィルタ62が取り付けられている。サクションフィルタ62は、サブタンク20の底壁22と燃料タンク2の底壁3との間に形成された空間210に設置されている。
A
図2において、インペラ70が電機子40の回転によりシャフト42とともに回転すると、燃料入口201、205からポンプ通路202、206にそれぞれ吸入された燃料は、回転方向前方の羽根溝74、76から回転方向後方の羽根溝74、76に向けて流出、流入を多数繰り返すことにより、旋回流300となってポンプ通路202、206で昇圧される。
In FIG. 2, when the
インペラ70の回転により燃料入口201から吸入されたサブタンク20の燃料は、回転軸方向両側のポンプ通路202で昇圧され、モータ部32側のポンプケース52に形成された燃料出口203で合流し、燃料出口203からモータ部32の燃料室208に吐出される。燃料出口203から燃料室208に吐出された燃料は、電機子40の外周面と図示しない永久磁石の内周面との間に形成された隙間を通り、エンドカバー38に設けられた吐出口39から内燃機関側に供給される。このように、ポンプ部34で昇圧された燃料がモータ部32の内部を流れるので、燃料は、モータ部32を冷却するとともに、モータ部32の内部の摺動部を潤滑する。
The fuel in the sub-tank 20 sucked from the
吐出口39から吐出され内燃機関に供給される燃料吐出量は、20L/h〜300L/hである。この燃料吐出量は、ポンプ通路202の燃料出口203から吐出される燃料吐出量に相当する。インペラ70の回転数は4000〜15000rpmである。
また、インペラ70の回転により燃料入口205から吸入された燃料タンク2の燃料は、回転軸方向両側のポンプ通路206で昇圧され、ポンプケース50に形成された燃料出口207で合流し、燃料出口207からサブタンク20内に吐出される。
The fuel discharge amount discharged from the
Further, the fuel in the
次に、インペラ70、ポンプ通路202、206の設計値について説明する。
インペラ70の外径は、20mm〜50mmの範囲に設定されている。羽根溝74、76に沿って回転軸方向両側に形成されているポンプ通路202、206の回転軸方向の片方の通路断面積S1、S2は、2mm2〜8mm2の範囲に設定されている。そして、ポンプ通路202の吐出量をQ1、インペラ70の回転軸を中心としたポンプ通路202の直径をD1、ポンプ通路206の吐出量をQ2、インペラ70の回転軸を中心としたポンプ通路206の直径をD2、インペラ70の1分間当たりの回転数をRとすると、Q1、Q2は、前述したように式(1)、(2)で表される。ただし、式(1)、(2)において、S1を2×S1、S2を2×S2に置き換える。また、直径D1、D2は、ポンプ通路202の径方向の通路幅W1の中心100間の距離、ならびにポンプ通路206の径方向の通路幅W2の中心102間の距離を表している。
ここで、サブタンク20から燃料タンク2の外部の内燃機関に燃料を供給してもサブタンク20の液面高さの低下を防止するためには、Q2≧Q1を満たせばよい。つまり、式(3)を満たせばよい。
Next, design values of the
The outer diameter of the
Here, even if fuel is supplied from the
しかしながら、ポンプ通路202において昇圧される燃料圧力は、ポンプ通路206において昇圧される燃料圧力よりも高圧である。例えば、ポンプ通路202で昇圧され、燃料ポンプ30から内燃機関に供給される燃料圧力P1の要求値は200kPa〜800kPaの範囲であり、ポンプ通路206で昇圧され、燃料ポンプ30からサブタンク20内に供給される燃料圧力P2の要求値は最大でも50kPa程度である。その結果、ポンプ通路202において、回転方向の燃料圧力差により回転方向と逆方向に働く力、ならびにインペラ70とポンプケース50、52とのクリアランスから漏れる燃料量は、ポンプ通路206よりも大きい。したがって、ポンプ通路202の式(1)で表される燃料吐出量Q1からの減少量は、ポンプ通路206の式(2)で表される燃料吐出量Q2からの減少量よりも多い。したがって、式(3)を満たすようにポンプ通路202およびポンプ通路206の通路面積および直径を設定すると、実際のQ2がQ1よりも大きくなり過ぎる。その結果、燃料タンク2からサブタンク20に供給される燃料量が過剰になる。サブタンク20にはサブタンク20の液面高さが低下しない程度の燃料量が供給されればよいのであって、燃料タンク2からサブタンク20に過剰な燃料量を供給する必要はない。
However, the fuel pressure increased in the
そこで、ポンプ通路202において昇圧する燃料圧力P1の範囲を考慮して、(S2×D2)/(S1×D1)の範囲を設定する必要がある。前述したように、ポンプ通路202で昇圧され、燃料ポンプ30から内燃機関に供給される燃料圧力P1の範囲は、200kPa〜800kPaの範囲である。したがって、200kPa〜800kPaの範囲で、実際のQ2/Q1の値が極力1に近づくように(S2×D2)/(S1×D1)の範囲を設定することが求められる。そこで、図3から、次式(7)の範囲が求められる。
0.6≦(S2×D2)/(S1×D1)≦0.95 ・・・(7)
式(7)の範囲であれば、燃料圧力P1が200kPa〜800kPaの範囲において、実際のQ2/Q1の値が極力1に近づくように(S2×D2)/(S1×D1)を設定できる。
Therefore, it is necessary to set the range of (S2 × D2) / (S1 × D1) in consideration of the range of the fuel pressure P1 that is increased in the
0.6 ≦ (S2 × D2) / (S1 × D1) ≦ 0.95 (7)
If it is the range of Formula (7), (S2 * D2) / (S1 * D1) can be set so that the actual value of Q2 / Q1 may approach 1 as much as possible in the range where the fuel pressure P1 is 200 kPa to 800 kPa.
また、ポンプ通路202と羽根溝74、ならびにポンプ通路206と羽根溝76とを流れる旋回流300の流れ形状は、円に近いことが望ましい。これは、旋回するときに急激に旋回流300の向きが変わり、旋回流300のエネルギーが低下することを極力防止し、ポンプ効率ηを上昇させるためである。
The flow shape of the swirling
旋回流300の流れ形状が円になるためには、インペラ70の板厚方向において、ポンプ通路202、206のインペラ回転軸方向の深さH1、H2と羽根溝74、76の深さとがほぼ等しくなればよい。ポンプ通路202、206の深さH1、H2はインペラの板厚tのほぼ1/2に相当するので、式(8)、(9)を満たせばよい。
H1/t=0.5 ・・・(8)
H2/t=0.5 ・・・(9)
In order for the flow shape of the swirling
H1 / t = 0.5 (8)
H2 / t = 0.5 (9)
実際には、H1/t、H2/tの値が、0.5を含んだ所定範囲に設定され、旋回流300の流れ形状が扁平になり過ぎなければよい。そこで、図4から、ポンプ通路202、206におけるポンプ効率η1、η2の値が最大値を含む所定範囲として、η1≧40%、η2≧10%を満たすH1/t、H2/tを求めると、式(10)、(11)になる。
0.3≦H1/t≦0.6 ・・・(10)
0.2≦H2/t≦0.6 ・・・(11)
ポンプ通路206のポンプ効率はポンプ通路202に比べて低いので、特に式(11)を満たすことが望ましい。
Actually, the values of H1 / t and H2 / t may be set to a predetermined range including 0.5, and the flow shape of the swirling
0.3 ≦ H1 / t ≦ 0.6 (10)
0.2 ≦ H2 / t ≦ 0.6 (11)
Since the pump efficiency of the
また、旋回流300の流れ形状が円になるためには、ポンプ通路202、206の深さH1、H2の2倍とポンプ通路202、206の径方向の幅W1、W2とがほぼ等しくなればよい。つまり、式(12)、(13)を満たせばよい。
2=W1/H1 ・・・(12)
2=W2/H2 ・・・(13)
In addition, in order for the flow shape of the
2 = W1 / H1 (12)
2 = W2 / H2 (13)
実際には、W1/H1、W2/H2の値が、2を含んだ所定範囲に設定され、旋回流300の流れ形状が扁平になりすぎなければよい。そこで、図5から、ポンプ通路202、206におけるポンプ効率η1、η2の値が最大値を含む所定範囲として、η1≧40%、η2≧10%を満たすW1/H1、W2/H2を求めると、式(14)、(15)になる。
1.5≦W1/H1≦2.1 ・・・(14)
1.9≦W2/H2≦2.5 ・・・(15)
ポンプ通路206のポンプ効率はポンプ通路206に比べて低いので、特に式(15)を満たすことが望ましい。
Actually, the values of W1 / H1 and W2 / H2 are set to a predetermined range including 2, and the flow shape of the swirling
1.5 ≦ W1 / H1 ≦ 2.1 (14)
1.9 ≦ W2 / H2 ≦ 2.5 (15)
Since the pump efficiency of the
以上説明したように、本実施形態では、インペラ70の径方向にずれた位置に羽根溝74、76を形成している燃料ポンプ30が、サブタンク20の燃料を内燃機関に供給するとともに、燃料タンク2の燃料をサブタンク20に供給している。そして、このような構成の燃料ポンプ30において、特に内燃機関に供給する燃料を昇圧するポンプ通路202の燃料圧力を考慮して、ポンプ通路202、206の通路面積S1、S2およびインペラ70の回転軸を中心としたときのポンプ通路202、206の直径D1、D2について、(S2×D2)/(S1×D1)を式(7)に示す適切な範囲に設定している。これにより、サブタンク20の液面高さが低下することを防止するとともに、燃料タンク2からサブタンク20に供給される燃料量が過剰になることを防止できる。
As described above, in the present embodiment, the
また、ポンプ通路202、206の深さH1、H2およびインペラ70の板厚tについて、H1/t、H2/tを式(10)、(11)に示す適切な範囲に設定している。また、ポンプ通路202、206の深さH1、H2およびポンプ通路202、206の径方向の幅W1、W2について、W1/H1、W2/H2を式(14)、(15)に示す適切な範囲に設定している。これにより、ポンプ通路202と羽根溝74、およびポンプ通路206と羽根溝76とを流れる旋回流300の流れ形状が扁平になることを防止し、ポンプ効率を上昇させている。
Further, with respect to the depths H1 and H2 of the
(第二実施形態)
本発明の第二実施形態による燃料ポンプを用いた燃料供給装置を図6から図8に示す。第一実施形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、図6に示すように、シール部のシール幅aは一点鎖線および二点鎖線の斜線で示された第2のポンプ通路断面積S2と第1のポンプ通路断面積S1の間に設けられたシール部のシール幅を示す。Oは、インペラ51の中心線を示す。
(Second embodiment)
A fuel supply device using a fuel pump according to a second embodiment of the present invention is shown in FIGS. Components that are substantially the same as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the seal width a of the seal portion is between the second pump passage sectional area S <b> 2 and the first pump passage sectional area S <b> 1 indicated by the dashed line and the two-dot chain line. The seal width of the seal part provided in is shown. O indicates the center line of the
本発明の第二実施形態によるシール部のシール幅aとポンプ効率、内外流量比率の関係を示す特性図を図9に示す。燃料ポンプのモータ部のトルクをT、モータ部の回転数をR、ポンプ通路から吐出される燃料の吐出圧をP、燃料吐出量をQとすると、ポンプ効率は、(ポンプ効率)=(P×Q)/(T×R)によって求められる。実線で示されているのは、ポンプ効率とシール幅aとの関係を表したものである。点線は第2のポンプ通路の燃料吐出量Q2を第1のポンプ通路の燃料吐出量Q1で割った値と、シール幅aとの関係を表したものであり、インペラ径(mm)はφ20、φ30、φ40、φ50の4種について測定した。 FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the seal width a of the seal portion, the pump efficiency, and the internal / external flow rate ratio according to the second embodiment of the present invention. When the torque of the motor part of the fuel pump is T, the rotational speed of the motor part is R, the discharge pressure of the fuel discharged from the pump passage is P, and the fuel discharge amount is Q, the pump efficiency is (pump efficiency) = (P * Q) / (T * R). The solid line shows the relationship between the pump efficiency and the seal width a. The dotted line represents the relationship between the value obtained by dividing the fuel discharge amount Q2 of the second pump passage by the fuel discharge amount Q1 of the first pump passage and the seal width a, and the impeller diameter (mm) is φ20, Measurement was performed on four types of φ30, φ40, and φ50.
本実施形態においても、第1のポンプ通路から吐出される燃料圧力Pは200から800kPaであり、第2のポンプ通路から吐出される燃料圧力が50kPa以下であることと比較すると高圧である。このため、高圧側の第1のポンプ通路から低圧側の第2のポンプ通路へと燃料漏れが起こり、ポンプ効率が低下する。この燃料漏れはシール幅aを大きくすることによって低減できる。シール幅aが1mm以上ではポンプ効率が40%以上と十分な値になり、シール幅aが1mm以下の場合は、急激にポンプ効率が低下して第1のポンプ通路から低圧側の第2のポンプ通路へと燃料漏れが起こることとなる。シール幅aが2.5mm以上となるとポンプ効率は一定となり、それ以上向上しない。 Also in this embodiment, the fuel pressure P discharged from the first pump passage is 200 to 800 kPa, which is higher than the fuel pressure discharged from the second pump passage is 50 kPa or less. For this reason, fuel leakage occurs from the first pump passage on the high pressure side to the second pump passage on the low pressure side, and the pump efficiency decreases. This fuel leakage can be reduced by increasing the seal width a. When the seal width a is 1 mm or more, the pump efficiency is a sufficient value of 40% or more, and when the seal width a is 1 mm or less, the pump efficiency is drastically reduced and the second pressure on the low pressure side from the first pump passage is reduced. Fuel leakage will occur in the pump passage. When the seal width a is 2.5 mm or more, the pump efficiency becomes constant and does not improve any more.
一方、シール幅aを大きくとりすぎると、内側通路断面積(図6のS2)が十分確保できないため、Q2≧Q1が成立しなくなる。Q2≧Q1が成立するためには、Q2/Q1は1以上である。この関係を満たすのは、インペラ径φ50では、シール幅aは8.5mm以下、一般的なインペラ径φ30では、シール幅aは2.5mm以下である。以上から、最適なシール幅a(mm)を次式(16)と設定した。
1≦a≦2.5 ・・・(16)
On the other hand, if the seal width a is too large, the inner passage cross-sectional area (S2 in FIG. 6) cannot be secured sufficiently, so that Q2 ≧ Q1 is not satisfied. In order to satisfy Q2 ≧ Q1, Q2 / Q1 is 1 or more. The relationship that satisfies this relationship is that the impeller diameter φ50 has a seal width a of 8.5 mm or less, and the general impeller diameter φ30 has a seal width a of 2.5 mm or less. From the above, the optimum seal width a (mm) was set as the following equation (16).
1 ≦ a ≦ 2.5 (16)
本実施形態の燃料供給装置を示す断面図を図7に示し、図7におけるX−X断面によるインペラの平面図を図8に示す。本実施形態では、インペラ51の羽根溝52aによって区切られた外側インペラの羽根の板幅をB1,内側インペラの羽根の板幅をB2とすると、B2≧B1と設定している。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the fuel supply device of this embodiment, and FIG. 8 is a plan view of the impeller taken along the line XX in FIG. In the present embodiment, if the plate width of the blades of the outer impeller divided by the
本発明の第二実施形態のインペラ羽根の板幅比と膨潤速度、Q2/Q1の関係を示す特性図を図10に示す。インペラ羽根膨潤速度は、インペラの表面積が大きく、板厚が薄いほど大きくなる。実線で示されているのは、内側インペラ羽根膨潤速度を外側インペラ羽根膨潤速度で割った値と、羽根の板幅比(B2/B1)との関係を表したものである。内側インペラ羽根膨潤速度を外側インペラ羽根膨潤速度で割った値が1以上、即ち内側インペラ羽根膨潤速度の方が外側インペラ羽根膨潤速度より大きいと、外側インペラ羽根を基準に設定したクリアランスよりも広いクリアランスが必要となる。よって内側インペラ羽根膨潤速度を外側インペラ羽根膨潤速度で割った値は1以下が望ましく、その際の羽根の板幅比は1.5となる。 FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the plate width ratio, the swelling speed, and Q2 / Q1 of the impeller blade according to the second embodiment of the present invention. The impeller blade swelling speed increases as the surface area of the impeller increases and the plate thickness decreases. The solid line indicates the relationship between the value obtained by dividing the inner impeller blade swelling speed by the outer impeller blade swelling speed and the blade width ratio (B2 / B1). If the value obtained by dividing the inner impeller blade swelling speed by the outer impeller blade swelling speed is 1 or more, that is, the inner impeller blade swelling speed is larger than the outer impeller blade swelling speed, the clearance is wider than the clearance set based on the outer impeller blade. Is required. Therefore, the value obtained by dividing the inner impeller blade swelling speed by the outer impeller blade swelling speed is preferably 1 or less, and the blade width ratio at that time is 1.5.
点線で示されているのは、Q2/Q1の値と、羽根の板幅比(B2/B1)との関係を表したものである。羽根の板幅を増加させると、膨潤速度は遅くなるが、内側通路断面積(図6のS2)が十分確保できないため、Q2≧Q1が成立しなくなる。Q2≧Q1が成立する羽根の板幅比は3以下である。よって、膨潤速度、ポンプ室流量条件を満たす羽根の板幅比は次式(17)と設定した。
1.5≦(B2/B1)≦3 ・・・(17)
The dotted line shows the relationship between the value of Q2 / Q1 and the blade width ratio (B2 / B1) of the blades. When the blade width is increased, the swelling speed is decreased, but the inner passage cross-sectional area (S2 in FIG. 6) cannot be secured sufficiently, so that Q2 ≧ Q1 is not satisfied. The blade width ratio of Q2 ≧ Q1 is 3 or less. Therefore, the blade width ratio satisfying the swelling speed and the pump chamber flow rate was set as the following equation (17).
1.5 ≦ (B2 / B1) ≦ 3 (17)
(第三実施形態)
第三実施形態では、インペラの回転軸方向両側にポンプ通路を形成した。本発明では、インペラの回転軸方向の一方にだけポンプ通路を形成してもよい。
上記第一実施形態では、モータ部にブラシモータを採用した。本発明では、燃料ポンプのモータ部にブラシレスモータを採用してもよい。
(Third embodiment)
In the third embodiment, pump passages are formed on both sides of the impeller in the rotation axis direction. In the present invention, the pump passage may be formed only on one side of the impeller in the rotation axis direction.
In the first embodiment, a brush motor is employed for the motor unit. In the present invention, a brushless motor may be employed for the motor portion of the fuel pump.
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。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
10:燃料供給装置、20:サブタンク、30:燃料ポンプ、32:モータ部、34:ポンプ部、40:電機子、42:シャフト(回転軸)、50、52:ポンプケース、51、70:インペラ、52a、74、76:羽根溝、202、206:ポンプ通路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Fuel supply apparatus, 20: Sub tank, 30: Fuel pump, 32: Motor part, 34: Pump part, 40: Armature, 42: Shaft (rotary shaft), 50, 52: Pump case, 51, 70: Impeller , 52a, 74, 76: vane groove, 202, 206: pump passage
Claims (9)
モータ部により回転駆動され、外周側に複数の第1の羽根溝ならびに前記第1の羽根溝の内周側に複数の第2の羽根溝を回転方向に有するインペラと、
前記インペラを回転自在に収容し、前記第1の羽根溝に沿って回転方向に形成され、前記サブタンク内の燃料を前記内燃機関に供給する第1のポンプ通路、ならびに前記第2の羽根溝に沿って回転方向に形成され、前記燃料タンク内の燃料を前記サブタンク内に供給する第2ポンプ通路を有するポンプケースと、
を備え、
前記第1のポンプ通路の通路断面積をS1、前記インペラの回転軸を中心とした前記第1のポンプ通路の直径をD1、前記第2のポンプ通路の通路断面積をS2、前記インペラの回転軸を中心とした前記第2のポンプ通路の直径をD2とすると、0.6≦(S2×D2)/(S1×D1)≦0.95であることを特徴とする燃料ポンプ。 In a fuel pump for supplying fuel in the fuel tank to a sub-tank installed in the fuel tank and supplying fuel in the sub-tank to an internal combustion engine,
An impeller that is rotationally driven by the motor unit and has a plurality of first blade grooves on the outer peripheral side and a plurality of second blade grooves on the inner peripheral side of the first blade grooves;
The impeller is rotatably accommodated, is formed in a rotation direction along the first blade groove, and is provided in a first pump passage for supplying fuel in the sub tank to the internal combustion engine, and in the second blade groove. A pump case having a second pump passage formed in a rotational direction along the direction of supplying fuel in the fuel tank into the sub-tank;
With
The cross-sectional area of the first pump passage is S1, the diameter of the first pump passage around the rotation axis of the impeller is D1, the cross-sectional area of the second pump passage is S2, and the rotation of the impeller A fuel pump characterized in that 0.6 ≦ (S2 × D2) / (S1 × D1) ≦ 0.95, where D2 is a diameter of the second pump passage centered on the shaft.
前記燃料ポンプを収容し、前記燃料タンク内に設置されるサブタンクと、
を備え、
前記第1のポンプ通路の燃料入口は前記サブタンクの内部に開口し、前記第1のポンプ通路の燃料出口から吐出される燃料は前記内燃機関に供給され、
前記第2のポンプ通路の燃料入口は前記サブタンクの外部かつ前記燃料タンクの内部に開口し、前記第2のポンプ通路の燃料出口は前記サブタンクの内部に開口することを特徴とする燃料供給装置。 A fuel pump according to any one of claims 1 to 8,
A sub tank that houses the fuel pump and is installed in the fuel tank;
With
The fuel inlet of the first pump passage opens into the sub tank, and the fuel discharged from the fuel outlet of the first pump passage is supplied to the internal combustion engine,
The fuel supply device according to claim 1, wherein a fuel inlet of the second pump passage opens to the outside of the sub tank and the inside of the fuel tank, and a fuel outlet of the second pump passage opens to the inside of the sub tank.
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