| 【発明の名称】 |
燃料ポンプ組立体 |
| 【発明者】 |
【氏名】ロバート デュアン ガストン
【氏名】マーク エドワード ヒップ
【氏名】ディクアン ユ
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| 【要約】 |
【課題】回転するインペラーとチャンバー形成面との間の接触を実質的に低減及び／又は排除し、ブレード先端のエネルギー損失を実質的に低減及び／又は最小化する。
【解決手段】燃料ポンプ組立体10が、モーター12、モーター12に回転自在に結合されるドライブ・シャフト14、インペラー16及びチャンバー組立体18を、含む。燃料ポンプ組立体10は、インペラー16とチャンバー18の対応する内表面70,72との間の摩擦接触の実質的な低減及び／又は排除により、効率を向上する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ある量の燃料が入る燃料タンク及び燃焼エンジンを持つ形式の車両で使用される燃料ポンプ組立体であって、選択的に回転するシャフトを持つモーター；上記シャフトを受入れ、上記燃料タンク及び上記燃焼エンジンに連通される、チャンバー；及び上記シャフトに結合され、上記チャンバー内に移動可能に配置され、そして、本体部分と、該本体部分から突出し、それぞれが上記本体部分よりも薄い複数のブレード部分を持つ、インペラー、を有する、燃料ポンプ組立体。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料ポンプ組立体に関し、より具体的には、作動効率の高い車両用燃料ポンプ組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料ポンプ組立体は、燃料収容タンクつまり貯蔵容器からエンジンへ燃料を選択的に吸上げそして／又は送るのに用いられるのが普通であり、それにより、燃料がエンジン内で燃焼されるのを可能とし、そして、エンジンに所望の機能つまり作動をさせる。燃料ポンプ組立体は、車両の燃料タンク内に配置されるのが一般的であり、通常、電気モーター、インペラー及び、電気モーターをインペラーに結合するシャフトを、含む。インペラーは通常、移動可能にポンプ・チャンバーつまりキャビティ内に収容及び／又は保持され、ポンプ・チャンバーは、チャンバー・カバー部材とチャンバー本体部材との締結により形成され、そして、車両のエンジンに対して、連通可能な状態で結合される。
【０００３】作動中において、電気モーターは、選択的にシャフトを回転させ、そして／又は、「駆動」し、それにより、インペラーを回転させる。回転するインペラーは、ガソリン又はエタノールの様な燃料を、燃料タンクから燃料ポンプ・チャンバーを介し、そして車両のエンジンへと、「吸引」及び／又は吸上げる。車両が比較的高速の所望の速度で選択的に駆動されるのを可能とするために、比較的大量の燃料を、比較的高い流量及び／又は高速で供給することが望ましい。燃料ポンプ組立体が効率的に（例えばエネルギー損失が実質的に無しに）作動するのを可能とすることが、更に望ましい。
【０００４】燃料が車両のエンジンへ吸上げられる際の流量及び速度は、インペラーの直径を増大させ、そして、ポンプ・チャンバーを含むインペラーの大きさを増大させることにより、増大させることが出来、その様にするのが望ましいものとされてきた。この様に改良された燃料ポンプは、流量及び速度を増大させて、増大した量の燃料を信頼性高く吸上げてきたが、それらは、望ましくない欠点を有している。例えば、限定するものではないが、回転するインペラーによりポンプ・チャンバー内に生成される圧力差が、インペラーを望ましくない態様で内部チャンバー形成表面に接触させ、それにより、かなりの摩擦エネルギー損失が生じる。この様な摩擦損失は、インペラーの速度を低下させ、燃料ポンプ全体の効率を低下させる。重要なことは、この様な摩擦エネルギー損失が、ポンプ・チャンバーの内表面に作動状態で摩擦接触するインペラーの表面積の増加に伴って、インペラーの大きさ若しくは直径が増大するにつれ、この様な摩擦エネルギー損失が増大するということである。それで、インペラーの大きさ及び／又は直径を増大させることが、その様な望ましくない摩擦エネルギー損失の量を増大させるのが実際である。更に、比較的大きなインペラーは、作動状態での「反り」つまり変形を起こす傾向があり、それにより、インペラーとポンプ・チャンバー内面との間の摩擦接触の量を増大させ、その様な摩擦エネルギー損失を更に望ましくい状態に増大させてしまう。
【０００５】この様な従来の車両燃料ポンプ組立体には、インペラーのブレードの先端つまり端部で起こる流体の変位に起因する別のエネルギー損失も存在する。この様な既知の「ブレード先端損失」を最小にするために、ポンプ・チャンバー本体及び／又はカバーは、ブレード先端とポンプ・チャンバー内面との間の距離を最小にするための非常に厳密なつまり「隙間のない」公差限界内で、製作つまり「加工」されるのが一般的である。この要件は、この様な燃料ポンプ組立体の製造コストを望ましくない状態に増大させ、そして、インペラー・ブレードの先端とポンプ・チャンバーの内面との間の比較的短い距離が、ブレードとポンプ・チャンバー内面との間の摩擦接触の傾向を望ましくない状態に高めてしまう。
【０００６】それで、前述の摩擦接触及び「ブレード先端」形のエネルギー損失を、低減及び／又は無くし、比較的大量の燃料を比較的高流速で車両のエンジンに信頼性高く供給する、車両において使用される、改良された燃料ポンプ組立体に対するニーズがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の車両の燃料ポンプの前述の欠点のいくつか又は全てを解消する車両の燃料ポンプ組立体を提供することが、本発明の第１の目的である。
【０００８】選択的に回転するインペラーが入るチャンバーのキャビティを含み、回転するインペラーとチャンバー形成面との間の接触を実質的に低減及び／又は排除する様に適応された、車両用燃料ポンプ組立体を提供することが、本発明の第２の目的である。
【０００９】ブレード先端のエネルギー損失を実質的に低減及び／又は最小化する車両用燃料ポンプ組立体を提供することが、本発明の第３の目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点によれば、ある量の燃料が入る燃料タンクと燃焼エンジンを持つ形式の車両に用いられる燃料ポンプ組立体が、設けられる。燃料ポンプ組立体は、選択的に回転するシャフトを持つモーター；上記シャフトを受入れ、上記燃料タンク及び上記燃焼エンジンに連通される、チャンバー及び；上記シャフトに結合され、上記チャンバー内に移動状態で配置され、そして、本体部分と、該本体部分から突出し、それぞれが上記本体部分よりも薄い複数のブレード部分を持つ、インペラー、を有する。
【００１１】本発明の第２の観点によれば、ある厚さの複数の突出するブレードを含む選択的に回転するインペラーを持つ形式の燃料ポンプの効率を増大させる方法が提供される。この方法は、複数のブレードのそれぞれの厚さを低減する工程及び、複数のブレードを互いに結合し、それにより、燃料ポンプの効率を増大させる工程、を含む。
【００１２】これらのものなどの本発明の目的、観点、構成及び効果は、以下の明細書及び添付の図面を考慮することにより、明らかとなろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１乃至６を参照すると、本発明の好ましい実施形態の内容に従い製作される車両用燃料ポンプ組立体10が示されている。図示される様に、燃料ポンプ組立体10は、モーター12、回転作動状態でモーター12に結合されるドライブ・シャフト14及び、ドライブシャフト14が回転状態で入るチャンバー組立体18を、含む。モーター12、ドライブシャフト14及びチャンバー組立体18は、略円筒状のハウジング20内に集約して入っている。
【００１４】チャンバー組立体18は、一体成形の燃料流入通路つまりポート26を持つチャンバー・カバー部材24、燃料流出開口若しくはポート28を持ち、カバー部材22と協働してチャンバーのキャビティ30を形成するチャンバー本体部材22及び、シャフト14に結合され、キャビティ30内に回転自在に配置されるインペラー16、を含む。組立体10は更に、開口つまりポート28に連通するポンプ出口部材若しくはポート32を含む。
【００１５】より完全に以下に述べられる様に、インペラー16の選択的な回転が、ポート26を介して組立体18により燃料を受けさせる。受けられた燃料は、ポート32から組立体10を出る前に、キャビティ30を通り、そして、開口28を通り、吸上げ及び／又は圧送される。当業者であれば認識するはずであるが、ポートつまり開口32は、通常の車両用燃焼エンジン（不図示）に選択的に連通され、それにより、燃料がエンジン内に受けられそして燃焼されるのを可能とする。
【００１６】本発明の好ましい実施形態において、モーター12が、一般的で商業的に入手可能な直流形の電気モーター（例えば、直流電力により駆動されるモーター）からなり、それは、シャフト14を選択的に回転駆動する様に適応されている。具体的には、シャフト14は、モーター12からチャンバー組立体18内に、本体部材22内に形成される開口34を通って、延びる。図示の様に、開口34が、一般的で商業的に入手可能な「一組」若しくは一対のベアリング36を収容し、ベアリング36がシャフト14を回転自在に保持し、シャフト14が開口34内で自由に回転するのを許容する。これらのベアリング36は、シャフト14を回転軸94回りに回転させ、回転軸94は、本発明の限定するものではない実施形態の一つにおいて、開口34の長手方向の対称軸に実質的に重なり合う、そして／又は、対応する、位置を維持する様にされる。シャフト14は更に、キャビティ30を通り、カバー部材24内に形成されたスロット37の中へと、延びる。シャフト14の丸められた端部38は、スロット37内に固定された一般的な「スラスト・ボタン」つまり部材40上に、位置する。
【００１７】図２及び５において最も良く示される様に、インペラー16は、全体的に円形で、ほぼ円形で比較的薄い内方体つまりコア部分42；全体的円形で比較的厚い若しくは「膨らまされた」外方体つまりコア部分44；コア部分44の周囲に配置され、そこから突出しそして／又は突起となる、複数の比較的薄く曲線状のベーンつまりブレード46；コア部分44から突出し、それぞれが特有の一対のブレード46の間の境界となって配置される、複数のフランジ部分つまり「ベーン溝」48及び；ブレードの先端47に接続され、それによりブレード46を相互に接続する外方リング部分50、を含む。部分42, 44、ブレード46、フランジ部分つまり「ベーン溝」48及びリング50は、本発明の限定するものではない実施形態の一つにおいては、フェノール若しくは「PPS」形プラスチックの様な、耐久性のある耐腐食性材料で一体成形される。好ましい実施形態において、インペラー16は、一般的な熱成形法を用いて成形され、ガラス、樹脂及び／又は黒鉛の様な通常のフィルター材料を含む場合がある。
【００１８】コア部分42は、中央に配置された開口52を含み、それは、シャフト14に係合してそれを摩擦力により受ける。それで、シャフト14は、インペラー16に作動状態で結合され、それにより、インペラー16を、回転させ、かつ、チャンバーのキャビティ30内においてシャフト14上で図１に示される矢印56, 57（例えば軸94に沿って）で表される方向に「自由に」摺動そして移動させる。コア部分42及び44は更に、分散配置された実質的に同一の複数の圧力解放開口58を、それぞれ含む。具体的には、開口58は、燃料がインペラー16の両側面間を通るのを可能とし、それにより、キャビティ30内の圧力を実質的に均等にし、矢印56, 57により表される方向にインペラー16に作用する力の大きさを実質的に低下させ、そして、インペラー16と本体22及び／又はカバー24との間の摩擦接触の量を低減させる。
【００１９】インペラー16と本体部材22との間及びインペラー16とカバー部材24との間の摩擦接触を実質的に更に防止及び／又は低減するために、ブレード46及びリング部分50の「厚さ」若しくは幅59及び部分42の「厚さ」若しくは幅60はそれぞれ、均一にされ、部分44の比較的均一な幅若しくは「厚さ」62よりも比較的小さくされる。以下により完全に述べられる様に、ブレード46、リング50及び部分42を狭くそして／又は薄くすることが、ブレード46、リング50及び部分42が作動中にカバー部材24及び／又は本体部材22に接触することがないということを確実なものとし、それにより、インペラー16と、ポンプ・チャンバー30を形成及び／又は生成するそれぞれの内表面70, 72との間の接触を最小にし、燃料ポンプ組立体10がより効率的になるのを可能とする。
【００２０】本発明の限定するものではない実施形態の一つにおいては、厚さ59が約4.65 mm、厚さ60が約4.65 mm、厚さ62が約4.75 mmそしてインペラー16の外径68が約54 mmである。
【００２１】本体部材22とカバー部材24は、図３、４及び６に最も判り易く示されている。図示の様に、本体部材22及びカバー部材24は、比較的耐久性があり、かなり耐食性のある材料から製造されるのが好ましく、材料としては、プラスチック材料、アノード処理アルミニウムなどの適切な材料若しくは複合材が考えられる。更に、本体部材22及びカバー部材24はそれぞれ、図１及び６に示される様に、選択的かつ協働的に締結つまり係合し、それにより、実質的に密封されたキャビティ30を選択的に形成する、外方隆起つまりリップ部分74, 76を、含む。本体部材22及びカバー部材24はそれぞれ更に、一体成形の半円溝73, 75を含む。本体部材22とカバー部材24が作動状態で係合されると、溝73, 75が協働して、キャビティ30内で受けた燃料の流れを方向付ける燃料通路溝77を形成する。より具体的には、入口26から出口28までの燃料移動経路を提供する。
【００２２】更に、本体部材22とカバー部材24はそれぞれ、テーパー面部分78, 80を含む。限定するものではない実施形態の一つにおいて、部分78, 80はそれぞれ、ほぼ同一の割合つまり角度82で、「テーパーにされる」つまり傾斜が付けられ、限定するものではない実施形態の一つにおいてその角度は、0.36度にほぼ等しい。更に、限定するものではない実施形態の一つにおいて、部分78, 80はそれぞれ、約8 mmである実質的に均一な幅84,86を持つ。部分78,80は協働して、キャビティ30の，インペラー16の比較的厚い部分44が作動状態で位置する部分を広げ、それにより、インペラー16がチャンバー形成内表面70,72と直接係合することなしに矢印56,57の方向に動くのを可能とし、更にそれで、燃料ポンプ組立体10の全体効率を増大させる。限定するものではない実施形態の一つにおいて、部分78, 80のそれぞれがチャンバーのキャビティ30を「広げる」最大の距離に対応する距離88, 90は、約0.05 mmである。
【００２３】本体部材22とカバー部材24の選択的な締結により形成されるキャビティ30の内径92は、ブレード先端とチャンバー形成面との間の隙を充分なものとするために、インペラーの外径68よりも大きい。限定するものではない実施形態の一つにおいて、キャビティ30の内径92は、約54.2 mmである。以下に述べる様に、リング部分50が、内径92がインペラーの外径68に比較してかなり大きいことを許容する。具体的には、リング部分50は、ブレード先端での損失を実質的に無くし／減少し、それにより、内径92と外径68との公差が「緩くなる」のを許容し、それにより、本体22及び／又はカバー24を精密加工する必要性を排除する。更に、本体部材22とカバー部材24の「テーパー化」若しくは「傾斜」が、インペラー16とチャンバー形成内表面70, 72との間の摩擦接触の量を低減する。
【００２４】作動中において、シャフト14のモーター12による選択的な回転が、インペラー16をキャビティ30内でシャフト14の回転軸94回りで回転させる。インペラー16の回転は、入口26を通して燃料を吸引し、そして受けた燃料を、キャビティ30及び開口28を通して吸出しそして／又は圧送し、ポート32を通して組立体10から出す。インペラー16の回転は、矢印56, 57の方向に作用する力を起こしそして／又は生成する。具体的には、この様な力が、インペラー16をシャフト14上で上向き及び／又は下向きに摺動させる。従来のポンプ組立体と異なり、この様な力が、作動状態で回転しているインペラー16とポンプ・チャンバー形成内表面70, 72との間で実質的な摩擦接触を起こすことはない。
【００２５】インペラー16が「上向きに」（つまり、矢印56の方向に）押される場合には、部分44の上面64のみが、本体部材22の内表面70に接触することになり、それにより、比較的薄いブレード46とリング部分50が内表面70の下側で自由に回転するのを許容する。インペラー16が「下向きに」（つまり、矢印57の方向に）押されるならば、部分44の下面66のみが、カバー部材24のポンプ・チャンバー形成内表面72に接触することになり、それにより、比較的薄いブレード46及びリング部分50が表面72の上側で自由に回転するのを許容する。
【００２６】比較的薄い内方コア部分42と組み合せられた部分78, 80の「テーパー化」つまり「傾斜」（例えばキャビティ30を選択的に広げること）が更に、実質的に似た方法でインペラー16と内表面70, 72それぞれとの間の接触を最小化する。つまり、この「テーパー化」は、部分42と表面70, 72との間の接触を実質的に防止しながら、溝73, 75に最も近くそして／又はそれらの近傍における部分44と表面70, 72との間においてのみ接触が起こるのを許容する。この態様において、インペラー16と本体22及び／又はカバー部材24との間の摩擦接触が最小にされ、それにより、インペラーの速度を比較的大きくし、圧送速度を高め、そして、ポンプ全体の効率を向上させる。
【００２７】ポンプ組立体10の効率は、リング50により更に高められる。具体的には、リング部分50により、内径92が、インペラーの外径68よりもかなり大きくなるのを可能とし、それにより、「緩い」公差を許容する。この「緩い」公差は、インペラー16の外周とキャビティ30の周囲との間の距離を大きくし、それにより、ブレード46と本体22及び／又はカバー24との間に起こる接触の量及び可能性を低下させる。リング50がブレード46の先端47を囲みそして／又は相互に結合するので、この「緩い」公差が「ブレード」先端の損失なしに得られ、それにより、インペラー16回転中の望ましくないブレード先端の流体移動を防止若しくはかなり低減する。
【００２８】インペラー16の薄い部分42、テーパー状にされた本体部分22とカバー部材24、薄いブレード46及び／又はリング部分50のそれぞれは、前述の様に燃料ポンプ組立体内での摩擦接触量を減少するのに、独立して用いられ得る。これらの観点／特徴は、単一の燃料ポンプ組立体と所望の形態で組み合せられても良い。
【００２９】図７、８及び９を参照すると、チャンバー本体部材122、チャンバー・カバー部材124及び、本発明の第２実施形態の内容に従い製作されたチャンバー組立体が、それぞれ示されている。以下に述べられる点を除いて、本体部材122及びカバー部材124は、構造的及び機能的には本体部材22及びカバー部材24と実質的に同一である。具体的には、部材122及び124は選択的にそして作動状態で、前述の燃料ポンプ組立体10における部材22及び24の代わりと、なり得る。更に、部分178,180を除いて、本体部材122及びカバー部材124はそれぞれ、本体部材22及びカバー部材24と実質的に同一の要素／部分／特徴を含む。実質的に同一の構造及び機能を持つ要素は、本体部材122及びカバー部材124がそれらに対応する図示符号に100が加えられているということを除いて、図３、４及び５において述べた本体部材22及びカバー部材24におけるのと同じ図示符号により、規定されている。
【００３０】部分78, 80とは異なり、本体部材122の部分178, 180及びカバー部材124は、「テーパー」若しくは「傾斜」が設けられていない。むしろ、部分178, 180はそれぞれ、略円形の内方凹部分183, 185に隣接しそして一体成形される、略円形で比較的狭い外方の「膨らんだ」若しくは隆起した部分179, 181を持つ。部分179, 181はそれぞれ、溝173, 175に隣接し、そして、対応する実質的に同一で実質的に平坦な両側面195, 197を持つ。
【００３１】部分179, 181はそれぞれ、部分183, 185のそれぞれの幅191, 193よりも小さい幅187, 189を持つ。限定するものではない実施形態の一つにおいて、幅187, 189はそれぞれ約2.0 mmに等しく、幅191, 193はそれぞれ約6.0 mmに等しい。限定するものではない実施形態の一つにおいて、部分179, 181がそれぞれ凹み部分183, 185から延びる量つまり距離199と201は、実質的に同一であり、そして、限定するものではない実施形態の一つにおいて、距離199, 201はそれぞれ、約0.05 mmに等しい。
【００３２】カバー部材122及び本体部材124は、インペラー16と協働して、インペラー16の運動の結果としての摩擦接触が最小となるのを実質的に確実なものとする。具体的には、インペラー16が本体122に対して圧せられると、インペラー16の部分44と部分179の比較的薄い表面195との間の接触だけが発生することになる。同様に、インペラー16がカバー124に対して圧せられると、インペラー16の部分44と部分181の比較的薄い表面197との間の接触だけが発生することになる。この態様において、インペラー16と本体122及び／又はカバー124との間の摩擦接触が実質的に低減され、それにより、インペラー速度を比較的大きくし、圧送速度を高め、そして効率を向上させる。更に、この「段付」構成は、本体122及びカバー124が容易に成形されるのを可能とし、本体22及びカバー24の「テーパー」つまり傾斜した構成よりも必要とする機械加工が少ない。
【００３３】本発明は、先に図示され説明された構造又は方法そのものに限定されるものではなく、本発明の思想及び／又は範囲から逸脱することなしに、種々の変更及び／又は改良がなされ得ることが、理解されるはずである。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、回転するインペラーとチャンバー形成面との間の接触を実質的に低減及び／又は排除し、ブレード先端のエネルギー損失を実質的に低減及び／又は最小化することが出来る。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５００４３２６８６
【氏名又は名称】ヴィステオン グローバル テクノロジーズ インコーポレーテッド
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| 【出願日】 |
平成１２年９月２８日（２０００．９．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７９３１
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 弘 （外７名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１１５９１８（Ｐ２００１−１１５９１８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年４月２７日（２００１．４．２７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２９６２４７（Ｐ２０００−２９６２４７） |
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