JP3956511B2

JP3956511B2 - 燃料ポンプ

Info

Publication number: JP3956511B2
Application number: JP31939998A
Authority: JP
Inventors: 辰也松本; 元也伊藤; 文博丹村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2018-11-10
Also published as: JPH11324839A; US6082984A; DE19908174B4; KR19990077583A; DE19908174A1; KR100312990B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ部から燃料を吐出する際に発生する吐出圧の脈動を低減する機能を備えた燃料ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車に搭載されている燃料ポンプは、ウエスコ式（タービン式）等の非容積式ポンプと、トロコイドギヤ式、ローラ式等の容積式ポンプとの２通りがある。非容積式ポンプは、例えばポンプケーシング内でインペラ（タービン）を回転させて燃料を吸入・吐出するポンプであり、容積式ポンプと異なり、ポンプ室の容積が変化しないため、吐出圧の脈動が小さく、低騒音・低振動であるという利点がある。
【０００３】
一方、容積式ポンプは、ポンプケーシング内にトロコイドギヤ、ローラ等によって複数の容積（ポンプ室）を区画して、その容積の変化により燃料を吸入・吐出するため、非容積式ポンプと比較してポンプ効率が高いという利点があるが、容積変化によって吐出圧の脈動が大きくなり、騒音・振動が大きくなるという欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年の自動車は、静粛性・快適性が重要視されるため、低騒音・低振動の特長を持つ非容積式の燃料ポンプが主流となっている。しかし、非容積式の燃料ポンプは、容積式の燃料ポンプと比較してポンプ効率が低く、その分、消費電力が増加したり、ポンプ部が大型化するという欠点がある。
【０００５】
一方、容積式の燃料ポンプを用いる場合には、低騒音化・低振動化のために、燃料ポンプの吐出側に圧力脈動減衰用のダンパ装置を設けたり、燃料配管を弾性材で形成したり、車体に遮音材を張り付ける等の騒音対策を施す必要があり、コスト高になるという欠点がある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、ポンプ効率向上の要求と、低騒音・低振動・低コスト化の要求とを両立させることができる燃料ポンプを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の燃料ポンプは、ポンプ部の吐出側に、前記ポンプ部の吐出ポートからモータ部側に燃料を吐出する吐出口までの経路が単一となっている圧力脈動低減用の流路を円弧状に設け、この流路に、前記ポンプ部から吐出される燃料の流れに乱流を生じさせる突起又は凹溝部を形成したものである。この構成では、ポンプ部から吐出された燃料が圧力脈動低減用の流路を流れる過程で、燃料の流れが突起又は凹溝部の内壁面に衝突して、そこで旋回流が発生し、燃料の流れに乱流が発生する。この乱流は、燃料の吐出圧の脈動を拡散して低減する役割を果たし、圧力脈動による騒音・振動が低減される。しかも、突起又は凹溝部付きの流路を設けるだけで良いので、構成も簡単であり、低コスト化の要求も満たすことができる。
【０００８】
この場合、圧力脈動低減用の流路をある程度長くすると、圧力脈動低減効果を高めることができるため、請求項３のように、圧力脈動低減用の流路をポンプ部の側面に沿った円弧状の流路を有するように形成すると良い。このようにすれば、ポンプ部側面の狭いスペースを有効に利用して流路を長く形成することができ、コンパクト化の要求を満たしながら圧力脈動低減効果を高めることができる。
【０００９】
また、請求項２のように、円弧状に延びる圧力脈動低減用の流路は、吐出ポートと接続される外周側流路、前記外周側流路よりも内周側に位置して吐出口が形成された内周側流路、および前記外周側流路と前記内周側流路とを接続する折り返し部を有するように形成し、前記外周側流路と前記内周側流路には、前記ポンプ部から吐出される燃料の流れに乱流を生じさせる複数個の突起又は凹溝部を周方向に並んで形成すると共に、前記複数個の突起又は凹溝部は、前記外周側流路の内周側壁面と前記内周側流路の外周側壁面のみに形成した構成としても良い。このようにしても、狭いスペースを有効に利用して圧力脈動低減用の流路を長く形成することができ、コンパクト化の要求を満たしながら圧力脈動低減効果を高めることができる。
【００１０】
本発明の燃料ポンプは、ウエスコ式（タービン式）等の非容積式の燃料ポンプにも適用可能であるが、請求項４のように、トロコイドギヤ式、ローラ式等の容積式の燃料ポンプに適用すると、大きな効果が得られる。つまり、非容積式ポンプと比較してポンプ効率が高い容積式ポンプは、吐出圧の脈動が大きいため、上述した突起又は凹溝部付きの流路によって圧力脈動を低減すれば、高いポンプ効率を確保しながら、低騒音・低振動の要求も満たすことができ、しかも、ポンプ騒音対策に要するコストも低減できる。尚、本発明をウエスコ式等の非容積式の燃料ポンプに適用した場合には、非容積式の燃料ポンプの利点（低騒音・低振動）を更に向上させることができる。
【００１１】
また、請求項５のように、ポンプ部と、これを駆動するモータ部との間に、突起又は凹溝部付きの流路が形成された金属製又は樹脂製の円盤状部材を配置した構成としても良い。このようにすれば、ポンプ部とモータ部との間の空きスペースに１つの円盤状部材を配置することで、簡単に突起付きの流路を形成できて、組立性を向上できると共に、最小限の設計変更で済み、低コストで突起付きの流路を形成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明をトロコイドギヤ式の燃料ポンプに適用した実施形態（１）を説明する。まず、図１に基づいて燃料ポンプ全体の構成を概略的に説明する。円筒状のハウジング１１内にトロコイドギヤ式のポンプ部１２とモータ部１３とが組み付けられている。ハウジング１１の一端（下端）には、ポンプ部１２をカバーするポンプカバー１４がかしめ等により固定され、このポンプカバー１４に燃料吸入口１５が形成され、この燃料吸入口１５から燃料タンク（図示せず）内の燃料がポンプ部１２内に吸入される。ハウジング１１の他端（上端）には、モータ部１３をカバーするモータカバー１６がかしめ等により固定され、このモータカバー１６には、モータ部１３に通電するためのコネクタ１７と燃料吐出口１８とが設けられている。ポンプ部１２から後述する圧力脈動低減用の流路１９を経て吐出された燃料は、モータ部１３の外周側に形成された燃料通路２０を通って燃料吐出口１８から吐出される。
【００１３】
次に、図１乃至図４に基づいてトロコイドギヤ式のポンプ部１２の構成を説明する。２枚の円形のポンプ側板２１，２２の間に円筒ハウジング２３が挟み込まれ、これら三者が複数本のねじ２４で締め付け固定されてポンプケーシングが構成されている。このポンプケーシングの内部には、アウタロータ２５とインナーロータ２６とが収納されている。アウタロータ２５の内周側とインナーロータ２６の外周側には、それぞれトロコイド歯２７，２８が形成され、インナーロータ２６のトロコイド歯２８の歯数がアウタロータ２５のトロコイド歯２７の歯数よりも１つ少なく形成されている。アウタロータ２５は、円筒ハウジング２３に偏心して形成された円形穴２９内に回転自在に嵌合されている。このアウタロータ２５の内側にはインナーロータ２６が偏心して収納され、両ロータ２５，２６のトロコイド歯２７，２８の噛合い又は接触によって多数のポンプ室３０が形成されている。この場合、アウタロータ２５とインナーロータ２６とが互いに偏心しているため、回転時に両ロータ２５，２６のトロコイド歯２７，２８の噛合い量が連続的に増加・減少し、各ポンプ室３０の容積が連続的に増加・減少する動作を１回転を周期として繰り返す。
【００１４】
吐出側（図１の上側）のポンプ側板２２の中心部に形成された挿通孔３１には円筒状の軸受３２が嵌着され、この軸受３２の内径部にモータ部１３の回転軸３３が回転自在に挿通され、該軸受３２の外径部にインナーロータ２６が回転自在に嵌合されている。モータ部１３の回転軸３３の先端部にはカップリング３４が固定され、このカップリング３４がインナーロータ２６に係合されている。これにより、モータ部１３の回転軸３３が回転すると、これと一体的にインナーロータ２６が回転し、更に、このインナーロータ２６と噛み合うアウタロータ２５も回転する。
【００１５】
図３に示すように、吸入側のポンプ側板２１には、燃料吸入口１５からポンプ室３０に燃料を吸い込む吸入ポート３５が形成されている。この吸入ポート３５は、ロータ２５，２６の回転により容積が増加する複数のポンプ室３０に連通するように三日月状に形成されている。
【００１６】
また、図４に示すように、吐出側のポンプ側板２２には、吐出ポート３６が形成されている。このポンプ側板２２の内側面（ロータ２５，２６側の面）には、吐出ポート３６へ燃料を案内する燃料溝３６ａが形成されている。この燃料溝３６ａは、ロータ２５，２６の回転により容積が減少する複数のポンプ室３０に連通するように三日月状に形成されている。吐出側のポンプ側板２２の外側面には、吐出ポート３６から吐出された燃料を該ポンプ側板２２の外側面に沿って円周方向に流す流路３７が円弧状に形成されている。
【００１７】
図１に示すように、吐出側のポンプ側板２２とモータ部１３との間のスペースを利用して、金属製又は樹脂製の円盤状部材３８がポンプ側板２２の外側面に密着するように取り付けられている。この円盤状部材３８の内側面（ポンプ側板２２側の面）には、図５に示すように、吐出ポート３６から吐出された燃料を該円盤状部材３８の内側面に沿って円周方向に流す流路１９が円弧状に形成され、この流路１９の終点部に、燃料をモータ部１３側に吐出する吐出口３９が形成されている。この円盤状部材３８の流路１９とポンプ側板２２の流路３７とが組み合わされて、１本の圧力脈動低減用の流路が構成されている。また、円盤状部材３８の流路１９には、多数のフィン状の突起４０が所定間隔で放射状に形成され、各突起４０によって流路１９，３７の流路断面積が狭められる。各突起４０は、流路１９，３７内の燃料の流れ方向とほぼ直角に形成されている。
【００１８】
以上のように構成したトロコイドギヤ式の燃料ポンプでは、モータ部１３が回転してインナーロータ２６とアウタロータ２５が回転すると、両ロータ２５，２６のトロコイド歯２７，２８の噛合い量が連続的に増加・減少し、両トロコイド歯２７，２８間に形成された各ポンプ室３０の容積が連続的に増加・減少する動作を１回転を周期として繰り返す。これにより、容積が拡大するポンプ室３０では、吸入ポート３５から燃料を吸い込みながら吐出ポート３６の方向へ燃料を移送し、容積が縮小するポンプ室３０では、移送した燃料を燃料溝３６ａを通して吐出ポート３６から圧力脈動低減用の流路１９，３７に吐出する。
【００１９】
このようにして、吐出ポート３６から吐出された燃料は、流路１９，３７を流れる過程で、各突起４０に衝突して旋回しながら流れ、各突起４０の前後で乱流が発生する。トロコイドギヤ式のポンプ部１２の吐出圧は、比較的大きく脈動するが、この圧力脈動が流路１９，３７内を伝搬する過程で、各突起４０の前後で発生する乱流によって圧力脈動が拡散され、低減される。この結果、燃料ポンプの燃料吐出口１８から圧力脈動の少ない燃料が吐出され、圧力脈動による騒音・振動が低減される。これにより、トロコイドギヤ式のポンプ部１２の利点である高いポンプ効率を損なうことなく、従来の欠点である騒音・振動の問題を解消することができ、静粛性・快適性の要求も満たすことができる。
【００２０】
しかも、ポンプ部１２とモータ部１３との間のスペースに１つの円盤状部材３８を配置するだけで、簡単に圧力脈動低減用の突起４０付きの流路１９，３７を形成できるため、組立性を向上できると共に、最小限の設計変更で済み、低コストで突起４０付きの流路１９，３７を形成することができる。更に、突起４０付きの流路１９，３７を形成するスペースとして、ポンプ部１２とモータ部１３との間の空きスペースを有効に利用できるため、燃料ポンプのサイズを大きくする必要がなく、コンパクト化の要求も満たすことができる。また、ポンプ部１２とモータ部１３との間に圧力脈動低減用の流路を形成しているので、圧力脈動低減用の流路の下流側のモータ部１３の圧力脈動による余分な振動を抑えることもできる。
【００２１】
また、本実施形態（１）では、圧力脈動低減用の流路１９，３７をポンプ部１３の側面に沿って円弧状に形成したので、ポンプ部１３側面の狭いスペースを有効に利用して流路１９，３７を長く形成することができ、コンパクト化の要求を満たしながら圧力脈動低減効果を高めることができる。但し、本発明は、流路１９，３７を例えば直線状に形成しても良い。
【００２２】
尚、本実施形態（１）では、円盤状部材３８の流路１９に突起４０を形成したが、これとは反対に、ポンプ側板２２の流路３７に突起を形成しても良く、また、突起の形状を適宜変更しても良い。或は、ポンプ側板２２に流路３７を形成せずに、ポンプ側板２２で円盤状部材３８の流路１９を閉鎖するだけの構成としても良い。
【００２３】
［実施形態（２）］
上記実施形態（１）では、流路１９に多数の突起４０を所定間隔で形成して吐出圧の脈動を低減するようにしたが、図６及び図７に示す本発明の実施形態（２）では、円盤状部材３８の外周部に沿って円弧状の流路５０を形成すると共に、この円弧状の流路５０の内周側に所定間隔で多数の凹溝部５１を軸受３２の近傍まで延ばすように形成している。尚、円盤状部材３８の流路５０と凹溝部５１の側面開口を塞ぐポンプ側板２２の側面は、平坦に形成されているが、流路５０と凹溝部５１に対応する部分を凹溝状に形成しても良い。その他の構成は、前記実施形態（１）と同じである。
【００２４】
本実施形態（２）では、流路５０を流れる燃料が凹溝部５１内に流入して該凹溝部５１の内壁面に衝突して旋回しながら流れる。これにより、凹溝部５１の入口付近で乱流が発生し、この乱流によって圧力脈動が拡散され、低減される。この結果、燃料ポンプの燃料吐出口１８から圧力脈動の少ない燃料が吐出され、圧力脈動による騒音・振動が低減される。
【００２５】
ところで、本発明者の実験結果によれば、凹溝部５１（突起）によって圧力脈動を低減させる効果は、次のような傾向があることが判明した。
▲１▼凹溝部５１（突起）の数が多いほど、圧力脈動低減効果が大きくなる。
▲２▼絞り比（最大流路断面積と最小流路断面積の比）が大きいほど、圧力脈動低減効果が大きくなる。
▲３▼凹溝部５１の開口幅（突起の間隔）が長いほど、圧力脈動低減効果が大きくなる。
▲４▼絞り長（流路断面積が狭くなった部分の長さ）が長いほど、圧力脈動低減効果が大きくなる。
【００２６】
これらの条件のうち、▲１▼、▲３▼、▲４▼については、流路５０を長くするほど、有利となるが、流路５０の長さは、円盤状部材３８の大きさによって制限される。
また、▲２▼については、最小流路断面積を小さくすると、絞り比が大きくなるが、最小流路断面積を小さくするほど、流路５０の圧損が大きくなり、吐出能力が低下してしまう。従って、最小流路断面積部分でも、圧損が大きくなり過ぎないように、例えば１０ｍｍ²程度又はそれ以上の流路断面積を確保することが好ましい。
【００２７】
この点、本実施形態（２）では、円弧状の流路５０の内周側の空きスペースを利用して、流路５０の内周側に凹溝部５１を軸受３２の近傍まで延ばすように長く形成しているので、最小流路断面積を例えば１０ｍｍ²程度又はそれ以上に確保して圧損を少なくしながら、凹溝部５１の長さ（深さ）によって最大流路断面積を大きくすることができ、絞り比を大きくすることができる。これにより、圧損低減と圧力脈動低減効果増大とを両立させることができる。
【００２８】
本発明者は、この圧力脈動低減効果を確認するために、本実施例形態（２）の構造の燃料ポンプを試作し、燃料ポンプの燃料吐出口１８直下流部での圧力脈動を測定したので、その測定結果を図１１に示す。
【００２９】
周知の如く、トロコイドギヤはアウターギヤとインナーギヤで構成される。インナーギヤの歯数はアウターギヤより１つ少なく、今回の試作品はインナーギヤの歯数が１２，アウターギヤの歯数が１３である。コロコイドギヤ式燃料ポンプの発生脈動は、インナーギヤの歯数に１秒間のモータ回転数を乗じた周波数にて最も大きく発生する（以下、この脈動を「ギヤ１次脈動」という）。
【００３０】
図１１のグラフはモータ回転数を電圧により変化させ、ギヤ１次脈動周波数を５００Ｈｚから１２００Ｈｚの間で変化させて１００Ｈｚ毎に脈動値を測定したグラフである。このときの吐出燃料圧力は３００ｋＰａである。
この測定結果から、本実施形態（２）の構造の燃料ポンプは、従来の燃料ポンプと比べて、圧力脈動が全周波数域で小さくなることが確認された。
【００３１】
［実施形態（３）］
一般に、突起又は凹溝部付きの流路を長く形成するほど、圧力脈動を低減できることを考慮し、図８乃至図１０に示す本発明の実施形態（３）では、円盤状部材３８の外周部と内周部に沿って円弧状の流路５２ａ，５２ｂを折り返すように形成することで、流路５２ａ，５２ｂを長く形成している。この場合、外周側の流路５２ａと内周側の流路５２ｂとの仕切壁５３を矩形波状に形成することで、外周側の流路５２ａの凹溝部５４ａと内周側の流路５２ｂの凹溝部５４ｂとを交互に形成している。更に、流路５２ａ，５２ｂの圧損が大きくなり過ぎないように、最小流路断面積部分でも、例えば１０ｍｍ²程度又はそれ以上の流路断面積を確保するようにしている。ポンプ駆動中は、吐出ポート３６から流路５２ａ内に吐出された燃料が、図９に矢印で示すように外周側の流路５２ａを流れ、折り返し部５２ｃでＵターンして内周側の流路５２ｂを逆方向に流れ、吐出口３９からモータ部１３側に流出する。その他の構成は、前記実施形態（１）と同じである。
【００３２】
本実施形態（３）では、円盤状部材３８の外周部と内周部に沿って円弧状の流路５２ａ，５２ｂを折り返すように形成しているので、前記実施形態（１），（２）と比べて、流路５２ａ，５２ｂを長く形成することができ、圧力脈動低減効果を高めることができる。
【００３３】
本発明者は、この圧力脈動低減効果を確認するために、本実施形態（３）の構造の燃料ポンプを試作し、前記実施形態（２）と同一評価条件にて吐出脈動圧を測定したところ、図１１に示すように、本実施形態（３）では、前記実施形態（２）よりも更に優れた圧力脈動低減効果が得られることが確認された。
【００３４】
以上説明した各実施形態（１）〜（３）は、いずれも本発明をトロコイドギヤ式の燃料ポンプに適用したものであるが、本発明は、これに限定されず、ローラ式、スクリュー式等の他の容積式の燃料ポンプに適用しても良い。更に、本発明は、ウエスコ式（タービン式）等の非容積式の燃料ポンプにも適用可能であり、本発明によって非容積式の燃料ポンプの利点（低騒音・低振動）を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）の燃料ポンプの部分破断正面図
【図２】図１のＡ−Ａ断面矢視図
【図３】図１のＢ−Ｂ断面矢視図
【図４】図１のＣ−Ｃ断面矢視図
【図５】図１のＤ−Ｄ断面矢視図
【図６】本発明の実施形態（２）の燃料ポンプの部分縦断正面図
【図７】図６のＥ−Ｅ断面矢視図
【図８】本発明の実施形態（３）の燃料ポンプの部分縦断正面図
【図９】図８のＦ−Ｆ断面矢視図
【図１０】図８のＧ−Ｇ断面矢視図
【図１１】実施形態（２），（３）と従来の燃料ポンプの吐出脈動減衰特性の測定結果を示す図
【符号の説明】
１２…ポンプ部、１３…モータ部、１５…燃料吸入口、１８…燃料吐出口、１９…流路、２１，２２…ポンプ側板、２３…円筒ハウジング、２５…アウタロータ、２６…インナーロータ、２７，２８…トロコイド歯、３０…ポンプ室、３２…軸受、３３…回転軸、３４…カップリング、３５…吸入ポート、３６…吐出ポート、３７…流路、３８…円盤状部材、３９…吐出口、４０…突起、５０…流路、５１…凹溝部、５２ａ，５２ｂ…流路、５２ｃ…折り返し部、５４ａ，５４ｂ…凹溝部。

Claims

燃料を吸入・吐出するポンプ部と、前記ポンプ部を駆動するモータ部とを有する燃料ポンプにおいて、
前記ポンプ部の吐出側に、前記ポンプ部の吐出ポートから前記モータ部側に燃料を吐出する吐出口までの経路が単一となっている圧力脈動低減用の流路は、前記ポンプ部に対向する面に円弧状の第一の流路が形成された円盤状部材を、前記ポンプ部の吐出側の面が前記第一の流路を閉鎖するように前記ポンプ部に取り付けることで設けられ、もしくは、前記ポンプ部の吐出側の面に前記第一の流路に対応するよう円弧状に形成された第二の流路と前記第一の流路とを組み合わせて前記ポンプ部に取り付けることで設けられ、
前記第一の流路が前記円盤状部材により閉鎖されて前記圧力脈動低減用の流路が形成される場合には、前記ポンプ部から吐出される燃料の流れに乱流を生じさせる複数個の突起又は凹溝部が、前記第一の流路の内周側壁面のみに周方向に並んで形成され、前記第一の流路と前記第二の流路とを組み合わせて前記圧力脈動低減用の流路が形成される場合には、前記第一の流路もしくは前記第二の流路のいずれか一方の内周側壁面のみに周方向に並んで形成されていることを特徴とする燃料ポンプ。
燃料を吸入・吐出するポンプ部と、前記ポンプ部を駆動するモータ部とを有する燃料ポンプにおいて、
前記ポンプ部の吐出側に、前記ポンプ部の吐出ポートから前記モータ部側に燃料を吐出する吐出口までの経路が単一となっている圧力脈動低減用の流路が円弧状に設けられ、
前記圧力脈動低減用の流路は、前記吐出ポートと接続される外周側流路、前記外周側流路よりも内周側に位置して前記吐出口が形成された内周側流路、および前記外周側流路と前記内周側流路とを接続する折り返し部を備えており、
前記外周側流路と前記内周側流路には、前記ポンプ部から吐出される燃料の流れに乱流を生じさせる複数個の突起又は凹溝部が周方向に並んで形成され、
前記複数個の突起又は凹溝部は、前記外周側流路には前記外周側流路の内周側壁面のみに形成され、前記内周側流路には前記内周側流路の外周側壁面のみに形成されていることを特徴とする燃料ポンプ。
前記圧力脈動低減用の流路は、前記ポンプ部の側面に沿った円弧状の流路を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料ポンプ。
前記ポンプ部は、容積式ポンプで構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料ポンプ。
前記ポンプ部と、これを駆動するモータ部との間に、前記突起又は凹溝部付きの流路が形成された金属製又は樹脂製の円盤状部材が配置されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の燃料ポンプ。