JP4869381B2 - 燃料供給装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動機と、この電動機によって駆動されるポンプ装置の作動により加圧された燃料を供給する燃料供給装置に関する。

従来、電動機ハウジングの内部に電動機室を有する電動機と、吸入口及び吐出口を含むポンプ装置ハウジングの内部に前記電動機室と連通して形成されたポンプ装置室を有するポンプ装置とを備え、前記電動機の駆動により、前記ポンプ装置ハウジングの前記吸入口から流入した燃料は、前記ポンプ装置室を通って前記吐出口から排出される燃料供給装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１５７０５５号公報（図１）

しかしながら、上記構成の燃料供給装置では、吸入口から流入したポンプ装置室内の燃料の一部が軸受を介して電動機室に流入し、固定子を浸漬することが起こり得る。
この結果、燃料は固定子からの熱により、温度が上昇してベーパが発生し、このベーパにより、ポンプ装置内ではベーパの噛み込み（ベーパロック）が発生し、燃料の吐出量が低下してしまう等の問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、ポンプ装置におけるベーパロックが発生しにくい等の燃料供給装置を得ることを目的とする。

この発明に係る燃料供給装置は、電動機ハウジングの内部に電動機室を有する電動機と、吸入口及び吐出口を含むポンプ装置ハウジングの内部に前記電動機室と連通して形成されたポンプ装置室を有するポンプ装置と、このポンプ装置と前記電動機との間に設けられた隔壁体とを備え、前記電動機の駆動により、前記ポンプ装置ハウジングの前記吸入口から流入した燃料は、前記ポンプ装置室を通って前記吐出口から排出される燃料供給装置であって、前記隔壁体は、前記電動機ハウジングに固定され回転磁界を生じさせる固定子と、この固定子の内側に設けられ回転磁界の回転に伴って回転する回転子との間に設けられ、前記ポンプ装置室内の前記燃料が固定子に及ぶのを遮断する筒部を有し、前記ポンプ装置は、前記ポンプ装置室内に設けられ複数のシリンダを有するシリンダブロックと、このシリンダ内を摺動してシリンダ内に可変容積のポンプ室を形成するプランジャとを備え、
前記回転子の駆動軸の先端部に固定され駆動軸の軸線に対して傾斜した回転斜板の回転に伴い、この回転斜板の外周面に先端面が当接した前記プランジャが進退して前記シリンダ内の容積が変り、前記隔壁体は、前記電動機ハウジングと前記ポンプ装置ハウジングとで挟持されたフランジ部を有する大径部と、この大径部に接続され前記固定子と前記回転子とを区画する筒部とを有しており、前記筒部の前記回転斜板側の開口端部には、前記駆動軸を回転自在に支持した軸受が嵌着されている。

この発明に係る燃料供給装置によれば、電動機とポンプ装置との間に、固定子と、回転子との間に、ポンプ装置室内の燃料が固定子に及ぶのを遮断する筒部を有する隔壁体を設けたので、燃料は固定子に及ばず、ポンプ装置におけるベーパロックが発生しにくい等の効果がある。

この発明の実施の形態１の燃料供給装置が適用された燃料供給システムを示す構成図である。 図１の燃料供給装置を示す側断面図である。 図２の燃料供給装置のＩＩＩ-ＩＩＩ線に沿った矢視断面のうち電動機ハウジングを示す図である。 図１の燃料供給装置において、隔壁体の有無における経過時間と燃料温度との関係を示す図である。 燃料の飽和蒸気圧特性を示す図である。 この発明の実施の形態２の燃料供給装置を示す側断面図である。 この発明の実施の形態３の燃料供給装置を示す正面図である。

以下、この発明の各実施の形態の燃料供給装置を図に基づいて説明するが、各実施の形態において、同一または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の燃料供給装置が適用された燃料供給システムを示す構成図である。
この燃料供給システムは、燃料タンク１と、この燃料タンク１に燃料供給配管２を介して接続された、この実施の形態１の燃料供給装置３と、この燃料供給装置３に高圧燃料配管４を介して接続された燃料噴射装置５と、高圧燃料配管４から分岐され燃料タンク１に接続された戻し配管６と、戻し配管６に設けられた圧力調整装置７と、燃料供給装置３及び燃料噴射装置５に電気的に接続された制御ユニット８とを備えている。

この燃料供給システムでは、制御ユニット８からの駆動信号により、燃料供給装置３が駆動し、燃料タンク１内の燃料は、フィルタ９、燃料供給配管２を通じて燃料供給装置３に供給される。燃料供給装置３で加圧された燃料は、圧力調整装置７で所定の圧力に調整され、高圧燃料配管４を通じて燃料噴射装置５に供給される。
燃料噴射装置５は、エンジンの回転速度、負荷等に基づいて、制御ユニット８からの駆動信号により、燃料噴射タイミング及び燃料噴射量が制御され、燃料が吸気管（図示せず）内に噴射される。

図２は上記燃料供給装置３の側断面図であり、電動機１０と、この電動機１０によって駆動されるポンプ装置１１、この電動機１０とポンプ装置１１との間に設けられた隔壁体３８とを備えている。
電動機１０は、内部に電動機室Ａを有する電動機ハウジング１２と、この電動機ハウジング１２の円筒壁１３内に埋設されたリング状の固定子１４と、電動機ハウジング１２の中心軸線上であって軸受１６，１７により回転自在に支持された駆動軸１５に永久磁石が固定された回転子１８と、駆動軸１５のポンプ装置１１側の端部に固定された回転斜板１９と、固定子１４に電気的に接続され電動機ハウジング１２から露出した端子２０を有するコネクタ２１とを備えている。

ポンプ装置１１は、内部にポンプ装置室Ｂを有するポンプ装置ハウジング２２と、このポンプ装置ハウジング２２内に設けられ周方向に等分間隔で複数形成されたシリンダ２３、及びシリンダと２３と連通する吸入通路２８を有するシリンダブロック２４と、シリンダ２３内で摺動してシリンダ２３内に可変容積のポンプ室を形成するプランジャ２５と、各吸入通路２８に設けられた吸入バルブ２７と、吸入バルブ２７をシリンダブロック２４側に付勢したばね４６とを備えている。

ポンプ装置ハウジング２２は、各シリンダ２３と連通する吐出通路３０、この吐出通路３０に連通した吐出口３１及びポンプ装置室Ｂに連通し垂直上方向に突出した吸入口３２が形成されている。吐出通路３０の端部には、ばね３３によりシリンダ２３側に付勢された吐出バルブ２９が設けられている。吐出バルブ２９は、ばね３３の弾性力によりプレート３６の孔３７を塞ぐ。シリンダブロック２４と、プランジャ２５に取付けられたばね止め３４との間には、プランジャ２５を介して回転斜板１９を押圧したばね３５が設けられている。

隔壁体３８は、電動機ハウジング１２とポンプ装置ハウジング２２とで挟持されたフランジ部４１を有する大径部４５と、この大径部４５に接続され固定子１４と回転子１８とを区画する有底円筒形状の筒部４２とを有しており、射出成形で形成されている。
シリンダブロック２４と協同してリング４７を挟持した、隔壁体３８の大径部４５は、フランジ部４１と、ポンプ装置ハウジング２２の縁部の内壁面にＯリング４３を介して嵌着した第１の嵌着部３９と、電動機ハウジング１２の縁部の内壁面に嵌着した第２の嵌着部４０とを有している。
隔壁体３８は、第１の嵌着部３９がポンプ装置ハウジング２２に嵌着され、第２の嵌着部４０が電動機ハウジング１２に嵌着されることで、筒部４２が固定子１４の内壁面及び回転子１８の外周面に接触することなく、隔壁体３８の軸心と駆動軸１５の軸心とが一致して配置される。
隔壁体３８の大径部４５が面接触する電動機ハウジング１２には、図３に示すようにラビリンス状の連通溝４４が形成されている。筒部４２の外周壁面と固定子１４の内周壁面との間の空隙Ｇは、下向きに指向した連通溝４４を通じて外気と連通している。
内輪が駆動軸１５に固定された軸受１６は、外輪が隔壁体３８に嵌着されており、駆動軸１５を回転自在に支持しているとともに、ばね３５の弾発力による駆動軸１５の反シリンダブロック２４側（シリンダブロック２４と反対側）軸線方向の荷重に対して支持している。軸受１６は、駆動軸１５の軸線方向の荷重を支持しているので、隔壁体３８の底部に設けた軸受１７は、径方向の荷重を支持すればよい。
なお、この軸受１７を設けず、軸受１６のみで駆動軸１５を回転自在に支持してもよい。

上記構成の燃料供給装置３では、端子２０から電流を流すことで固定子１４に回転磁界が生じ、この回転磁界に伴い回転子１８が回転する。この回転子１８の駆動軸１５の回転に伴い回転斜板１９も回転する。
回転斜板１９の回転に伴い、この回転斜板１９の外周面に先端面が当接したプランジャ２５は、回転方向の順番に従ってシリンダ２３内を順次往復運動し、吸入口３２からポンプ装置室Ｂ内に流入した燃料は、燃料供給装置３で加圧され、吐出口３１を通じて高圧燃料配管４に流れ、燃料噴射装置５から吸気管内に噴射される。
即ち、プランジャ２５が電動機１０側に移動するに伴い、シリンダ２３内の容積が増大に、この増大に伴い、吸入バルブ２７は、ばね４６の弾性力に逆らって吐出口３１側に移動して吸入通路２８が開口し、燃料は、吸入通路２８、吸入バルブ２７を通じてシリンダ２３内に流入する。シリンダ２３内の燃料は、プランジャ２５の反電動機１０側（電動機１０と反対側）の移動に伴い、加圧され、吐出バルブ２９は、ばね３３の弾性力に逆らってプレート３６の孔３７が開口し、燃料は、孔３７、吐出バルブ２９、吐出通路３０を通じて吐出口３１に流れる。

上記構成の燃料供給装置３によれば、隔壁体３８は、固定子１４と、この固定子１４の内側に設けられ回転磁界の回転に伴って回転する回転子１８との間に設けられ、ポンプ装置室Ｂ内の燃料が固定子１４に及ぶのを遮断する有底円筒形状の筒部４２を有するので、固定子１４と筒部４２との間は熱伝導性が低い空気層が介在する。
従って、固定子１４で発生した熱は、筒部４２を介して電動機室Ａ内の燃料に伝達されにくく燃料の温度上昇を抑制することができる。

図４は燃料供給装置３の隔壁体３８の有無における運転の経過時間と燃料温度との関係を示す図であり、本願発明者が実験により得たデータである。
ここで、燃料温度は、代表例として燃料温度が高温に至り易い条件であるエンジンをアイドル放置（所謂ホットソーク）した状態におけるポンプ装置室Ｂ内の燃料温度を示す。
この図から分かるように、ある時間経過後には、隔壁体３８が無い従来の燃料供給装置と比較して、燃料が約４℃低下している。
また、外気と連通したポンプ装置室Ｂ内の燃料圧力はおおよそ大気圧と同じであるが、図５に示す燃料の飽和蒸気圧特性図から分かるように、燃料温度の低下により飽和蒸気圧が低下するので、ポンプ装置１１におけるベーパロックが発生しにくい。

また、隔壁体３８は、電動機ハウジング１２とポンプ装置ハウジング２２とで挟持されたフランジ部４１を有する大径部４５と、この大径部４５に接続され固定子１４と回転子１８とを区画する筒部４２とを有しており、筒部４２の回転斜板１９側の開口端部には、駆動軸１５を回転自在に支持した軸受１６が嵌着されている。
従って、大径部４５に軸受１６が嵌着しているので、ばね３５の弾性力及びプランジヤ２５に加わる圧力による力による、プランジャ２５、回転斜板１９及び駆動軸１５を通じての軸線方向の荷重の多くは、軸受１６で支持されるので、筒部４２に対する荷重の負担が軽減され、筒部４２の肉厚を薄くすることができる。
このため、固定子１４と回転子１８との間に筒部４２が介在するも、固定子１４と回転子１８との間のギァップを大きくする必要性がなく、隔壁体３８を備えたことによる、電動機１０の性能の低下を抑制することができる。この結果、電動機１０に流す電流の増加を抑制することができ、燃料の温度上昇を抑制することができる。

また、大径部４５は、第１の嵌着部３９をポンプ装置ハウジング２２の開口端部に嵌着し、第２の嵌着部４０を電動機ハウジング１２の開口端部に嵌着することで、筒部４２が固定子１４の内壁面及び回転子１８の外周面に接触することなく、隔壁体３８の軸心と駆動軸１５の軸心とが一致して配置される。

筒部４２の外周面と固定子１４の内周面との間には、空隙Ｇが形成されており、この空隙Ｇは、大径部４５とこの大径部４５と面接触した電動機ハウジング１２との間に形成された連通溝４４と連通しているので、固定子１４で発生した熱は、連通溝４４を通じて外気に放出される。
また、ギャップＧ内の温度上昇に伴う圧力上昇を防止することができる。
さらに、隔壁体３８を電動機１０に組み付ける際には、ギァップＧ内の空気が封止されることがないので、組み付け作業を円滑に行うことができる。
また、連通溝４４は、下向きに指向して外気と連通しているので、例えば固定子１４の内壁に生じた結露は、連通溝４４を通じて円滑に外部に排出される。

隔壁体３８の筒部４２は、燃料が加圧される前の電動機室Ａ内に配置されているので、筒部４２には大きな圧力が加わることはなく、金属と比較して強度的に弱い樹脂で形成することができる。
また、隔壁体３８は、樹脂で形成されているので、第１の嵌着部３９及び第２の嵌着部４０を有する大径部４５、並びに筒部４２を有する複雑な形状の隔壁体３８を射出成形により、簡単に、かつ低コストで製作することができる。
また、隔壁体３８は、非磁性であるので、固定子１４に生じる回転磁界に悪影響を与えることはない。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２の燃料供給装置３を示す側断面図である。
この実施の形態では、隔壁体３８Ａは、筒部４２Ａの底部に孔が形成されており、この孔にＯリング５２を介してキャップ５０が嵌着されている。このキャップ５０と駆動軸１５の端面との間には、軸受部材５１が介在している。
なお、他の構成は実施の形態１と同じである。

この実施の形態によれば、キャップ５０と駆動軸１５の端面との間に、軸受部材５１が介在しており、隔壁体３８Ａと軸受部材５１とは別部材で構成されているので、ばね３５の弾性力及びプランジャ２５に加わる圧力による力による、プランジャ２５、回転斜板１９及び駆動軸１５を通じての軸線方向の荷重が筒部４２Ａに加わることはないので、隔壁体３８Ａの筒部４２Ａの肉厚を薄くすることができ、電動機１０の性能の低下を抑制することができる。
なお、他の作用、効果は実施の形態１と同じである。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３の燃料供給装置３を示す正面図である。
この実施の形態では、電動機ハウジング１２の外周面にフィン５３が形成されている。
なお、他の構成は実施の形態１と同じである。

この実施の形態によれば、電動機ハウジング１２の外周面にフィン５３が形成されているので、電動機ハウジング１２の表面積を大きくすることができ、電動機１０の放熱性能が向上し、電動機１０の性能が向上する。
なお、他の作用、効果は実施の形態１と同じである。

なお、上記各実施の形態１-３では、回転斜板１９を有するポンプ装置１１について説明したが、プランジャ２５の往復動を回転斜板１９によらないポンプ装置にもこの発明は適用することができる。
また、連通溝４４は電動機ハウジング１２側に形成したが、隔壁体３８の大径部４５側に形成してもよい。

１０ 電動機、１１ ポンプ装置、１２ 電動機ハウジング、１４ 固定子、１５ 駆動軸、１６ 軸受、１８ 回転子、１９ 回転斜板、２２ ポンプ装置ハウジング、２３ シリンダ、２４ シリンダブロック、２５ プランジャ、３８，３８Ａ 隔壁体、３９ 第１の嵌着部、４０ 第２の嵌着部、４１ フランジ部、４２，４２Ａ 筒部、４４ 連通溝、４５ 大径部、５１ 軸受部材、５３ フィン、Ｇ 空隙。

Claims (7)

1. 電動機ハウジングの内部に電動機室を有する電動機と、
   吸入口及び吐出口を含むポンプ装置ハウジングの内部に前記電動機室と連通して形成されたポンプ装置室を有するポンプ装置と、
   このポンプ装置と前記電動機との間に設けられた隔壁体とを備え、
   前記電動機の駆動により、前記ポンプ装置ハウジングの前記吸入口から流入した燃料は、前記ポンプ装置室を通って前記吐出口から排出される燃料供給装置であって、
   前記隔壁体は、前記電動機ハウジングに固定され回転磁界を生じさせる固定子と、この固定子の内側に設けられ回転磁界の回転に伴って回転する回転子との間に設けられ、前記ポンプ装置室内の前記燃料が固定子に及ぶのを遮断する筒部を有し、
   前記ポンプ装置は、前記ポンプ装置室内に設けられ複数のシリンダを有するシリンダブロックと、このシリンダ内を摺動してシリンダ内に可変容積のポンプ室を形成するプランジャとを備え、
   前記回転子の駆動軸の先端部に固定され駆動軸の軸線に対して傾斜した回転斜板の回転に伴い、この回転斜板の外周面に先端面が当接した前記プランジャが進退して前記シリンダ内の容積が変り、
   前記隔壁体は、前記電動機ハウジングと前記ポンプ装置ハウジングとで挟持されたフランジ部を有する大径部と、この大径部に接続され前記固定子と前記回転子とを区画する筒部とを有しており、
   前記筒部の前記回転斜板側の開口端部には、前記駆動軸を回転自在に支持した軸受が嵌着されていることを特徴とする燃料供給装置。
2. 前記筒部の前記回転斜板の反対側には、前記駆動軸の端面に当接し駆動軸からの軸線方向の荷重を支持する軸受部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 前記大径部は、前記ポンプ装置ハウジングの開口端部に嵌着された第１の嵌着部と、前記電動機ハウジングの開口端部に嵌着された第２の嵌着部とを有していることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料供給装置。
4. 前記筒部の外周面と前記固定子の内周面との間には、空隙が形成されており、この空隙は、前記大径部とこの大径部と面接触した前記電動機ハウジングとの間に形成された連通溝により、外気と連通していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の燃料供給装置。
5. 前記連通溝は、下向きに指向して外気と連通していることを特徴とする請求項４に記載の燃料供給装置。
6. 前記電動機ハウジングの外周面にはフィンが形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の燃料供給装置。
7. 前記隔壁体は、非磁性樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の燃料供給装置。

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