JP2003293880A

JP2003293880A - 燃料ポンプ

Info

Publication number: JP2003293880A
Application number: JP2002094244A
Authority: JP
Inventors: Oaki Takei; 大明武井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】効率が高く、始動時の燃料排出圧力の立ち上
がりが早く、ベーパによる燃料排出量の変動が小さい燃
料ポンプを提供する。【解決手段】ベーパ排出口６２は、ポンプ流路と、燃
料ポンプの外部空間すなわち燃料タンクの内部空間とを
相互に連通させるものである。ベーパ排出口の配置中心
角θの大きさは、ベーパ排出圧力が燃料排出圧力のほぼ
１５％以上３０％以下の正圧になるように設定する。ベ
ーパ排出口の配置中心角θは、ポンプ流路の構成に応じ
て決まるものである。このようなベーパ排出口の配置中
心角θを設定することにより、ポンプ流路にベーパが滞
留することを防止することができ、また、ベーパ排出口
６２を形成することによる燃料ポンプの効率の低下を抑
止することができ、また、始動時の燃料排出圧力の立ち
上がりを早めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インペラを回転さ
せて燃料タンクから燃料を吸い上げる燃料ポンプに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジン運転状態に応じてＥＣＵ
で燃料ポンプの吐出量を調整する燃料供給システムが知
られている。燃料供給システム内ではエンジンからの受
熱などでベーパが発生する。エンジンへの燃料供給量が
多いとき、燃料ポンプのポンプ流路内のベーパはポンプ
の燃料排出口から燃料とともに排出することができる。
アイドル運転時などの低出力運転時にはエンジンへの燃
料の供給量が少ないため、燃料が高温になるとベーパが
ポンプ流路に滞留しやすくなっている。ベーパがポンプ
流路に滞留すると燃料排出量が低下し、ベーパの滞留が
累積し続けるとベーパロックが発生する。特公平３−６
１０３８号公報などには、ポンプ流路からベーパを排出
するためのベーパ排出口が設けられた燃料ポンプが開示
されている。

【０００３】図５は、特公平３−６１０３８号公報に開
示されたポンプ流路を示す平面図である。ポンプ流路の
縦断面形状は、図示しないインペラの外周縁に沿ったＣ
字形状であり、下部隔壁１０４に形成された下部溝１０
６と下部隔壁１０４に被さる図示しない上部隔壁に形成
された上部溝とインペラの外周縁によって画定されてい
る。下部隔壁１０４に形成された燃料吸入口１００は燃
料タンクに通じ、上部隔壁に形成された図示しない排出
口はエンジンへの燃料配管に通じている。インペラが回
転すると、燃料吸入口１００を通じて燃料タンクからポ
ンプ流路に燃料が吸入され、ポンプ流路を排出口に向か
って流れるに従い燃料が昇圧され、所定の排出圧力に達
した燃料がポンプ流路から排出口を通じて排出される。
燃料吸入口１００から十分離れた位置にベーパ排出口１
０２を形成し、ベーパ排出口１０２での燃料圧力を高く
設定することで、高温低出力運転時などのベーパロック
が起こりやすい時にポンプ流路から確実にベーパを排出
することができる。インペラの中心軸線で交わりベーパ
排出口１０２と燃料燃料吸入口１００の端部とを通る２
本の線分がなす角θの大きさは、確実にベーパを排出す
るため、約１００°に設定されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ベーパ排出口
１０２からはベーパとともに燃料が排出される。ポンプ
流路内では燃料吸入口１００から離れるほど燃料圧力が
高くなるため、ベーパ排出口１０２が燃料吸入口１００
から離れるほどベーパ排出口１０２からの燃料漏れが増
大する。したがって、ベーパ排出口１０２を燃料吸入口
１００から離すほど燃料ポンプの効率が低下する。

【０００５】一方、ベーパ排出口１０２を燃料吸入口１
００に近づければ、ベーパ排出口１０２での燃料圧力が
低くなるためベーパがポンプ流路内に滞留し低出力運転
時のベーパロックが問題になり、また、始動時の燃料排
出圧力の立ち上がりが遅くなり、またベーパ排出口１０
２から燃料を吸入するおそれもある。

【０００６】本発明は、このような問題を解決するため
に創作されたものであって、効率が高く、ベーパによる
燃料排出量の変動が小さい燃料ポンプを提供することを
目的とする。また本発明は、始動時の燃料排出圧力の立
ち上がりが早く、ベーパによる燃料排出量の変動が小さ
い燃料ポンプを提供することを目的とする。また本発明
は、効率が高く、始動時の燃料排出圧力の立ち上がりが
早く、ベーパによる燃料排出量の変動が小さい燃料ポン
プを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、ベーパ排出口の位置と、効率、始動性、及び高温時
の排出量変化との相関関係について繰り返し実験を行っ
て検証したところ、図２に示す相関関係を発見した。図
２の各グラフの横軸は、ポンプ流路の各位置にベーパ排
出口を設けたときにその排出口で検出される燃料の圧力
を、燃料排出口から排出される燃料の圧力（燃料排出圧
力）に対する百分率で表したものである。またポンプ流
路内の圧力はポンプ流路の隔壁に多数の穴を開け、それ
らの穴に圧力計の検針を挿入した状態で燃料ポンプを運
転して検出した。図２（Ａ）に示すように、効率は、ベ
ーパ排出口を設ける位置で検出される燃料圧力が大きく
なるほど落ち込むが、ベーパ排出口を設ける位置で検出
される燃料圧力が３０％を超えるあたりで変化の傾きが
急勾配になる。図２（Ｂ）に示すように、始動時の排出
燃料圧力が所定圧に昇圧されるまでに要する時間（立ち
上がり時間）は燃料圧力が３０％近傍になる位置にベー
パ排出口を設けたときに最も短くなる。図２（Ｃ）に示
すように、一定の駆動条件化で温度を上昇させたときに
検出される排出量の変化（流量変化量）は、ベーパ排出
口を設ける位置で検出される燃料圧力が３０％を超える
あたりで変化の傾きが急勾配になる。

【０００８】請求項１又は５に係る燃料ポンプでは、燃
料圧力が正圧になる区間においてポンプ流路からベーパ
を排出するベーパ排出口を有するため、ポンプ流路にベ
ーパを滞留させることがない。また、燃料圧力が燃料排
出圧力のほぼ３０％以下になる区間においてポンプ流路
からベーパ排出口を通じてベーパを排出することによ
り、ベーパ排出口を形成することによる効率の低下を抑
制することができる。したがって、請求項１に係る燃料
ポンプは、効率が高く、ベーパによる燃料排出量の変動
が小さい。

【０００９】請求項２又は５に係る燃料ポンプでは、燃
料圧力が正圧になる区間においてポンプ流路からベーパ
を排出するベーパ排出口を有するため、ポンプ流路にベ
ーパを滞留させることがない。また、燃料圧力が燃料排
出圧力のほぼ１５％以上４５％以下になる区間において
ポンプ流路からベーパ排出口を通じてベーパを排出する
ことにより、始動時の排出燃料圧力の立ち上がりを早め
ることができる。したがって、請求項２に係る燃料ポン
プは、始動時の排出燃料圧力の立ち上がりが早く、ベー
パによる燃料排出量の変動が小さい。

【００１０】請求項３又は５に係る燃料ポンプでは、燃
料圧力が正圧になる区間においてポンプ流路からベーパ
を排出するベーパ排出口を有するため、ポンプ流路にベ
ーパを滞留させることがない。また、燃料圧力が燃料排
出圧力のほぼ１５％以上３０％以下になる区間において
ポンプ流路からベーパ排出口を通じてベーパを排出する
ことにより、ベーパ排出口を形成することによる効率の
低下を抑止することができ、また、始動時の燃料排出圧
力の立ち上がりを早めることができる。したがって、請
求項３に係る燃料ポンプは、効率が高く、始動時の燃料
排出圧力の立ち上がりが早く、ベーパによる燃料排出量
の変動が小さい。

【００１１】請求項４又は５に係る燃料ポンプでは、燃
料吸入口からベーパ排出口までの区間においてポンプ流
路の横断面の遠心側輪郭はＣ字形状であるため、燃料吸
入口からベーパ排出口までの区間においてポンプ流路内
で効率よく燃料を昇圧することができる。したがって、
燃料吸入口からベーパ排出口までの区間長を短縮し、ベ
ーパ排出口から燃料排出口までの区間長を延長すること
ができるため、効率をさらに高くすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、実施例に基づいて本発明の
実施の形態を説明する。図３は、本発明の一実施例によ
る燃料ポンプ１０を備える燃料供給システムの全体構成
を示す模式図である。はじめにこの燃料供給システムに
ついて説明する。燃料ポンプ１０は自動車の燃料タンク
８４内に収容されるインタンク式であり、燃料タンク８
４に貯蔵された燃料８６をフィルタ８８で濾過して吸入
する。燃料ポンプ１０から排出される燃料は燃料配管７
０、７６に取り付けられた高圧燃料フィルタ７２を通じ
て畜圧管７８に供給される。燃料は畜圧管７８で所定圧
に畜圧され、エンジンの各気筒に設けられたインジェク
タ８０から気筒内に噴射される。この燃料供給システム
は燃料がインタンクで戻るリターンレス式である。

【００１３】ＥＣＵ８２は、エンジン運転状態等を検出
する各種センサから入力される信号に基づいて燃料ポン
プ１０の燃料排出圧力を決定し、燃料ポンプコントロー
ラ７４に制御信号を送出する。燃料ポンプコントローラ
７４は、図示しない電源から燃料ポンプ１０に印加され
る電流をＥＣＵ８２の制御信号に応じた大きさにデュー
ティー制御する。燃料ポンプ１０は燃料ポンプコントロ
ーラ７４によって制御された電流に応じた圧力で燃料配
管７０に燃料を排出する。燃料ポンプ１０の燃料排出圧
力を調整することで畜圧管７８内の燃料圧力が調整され
る。

【００１４】次に燃料ポンプ１０の全体構成について説
明する。図４は、本発明の一実施例による燃料ポンプ１
０を示す断面図である。燃料ポンプ１０の駆動源である
モータはブラシ付の直流モータであり、円筒状のハウジ
ング２０内に永久磁石を環状に配置し、この永久磁石の
内周側に電機子２２を配置した構成である。

【００１５】円筒状のハウジング２０の下端部にはポン
プ流路３０の上部隔壁２６が圧入固定されている。上部
隔壁２６に被さるようにポンプ流路３０の下部隔壁３２
がハウジング２０の下端部にかしめ等により固定されて
いる。上部隔壁２６及び下部隔壁３２は例えばアルミダ
イカストである。ハウジング２０の上端部にはコネクタ
ボディ１６がかしめ等により固定されている。ハウジン
グ２０内で電機子２２の周囲に残された空間により燃料
室４６が構成されている。

【００１６】上部隔壁２６の中心には下部軸受２４が設
けられている。下部隔壁３２の中心にはスラスト軸受３
６が設けられている。電機子２２の軸部４４の下端部
は、下部軸受２４により回転自在に径方向に支持され、
スラスト軸受３６により回転自在に軸方向に支持されて
いる。電機子２２の軸部４４の上端部は上部軸受５０に
回転自在に径方向に支持されている。

【００１７】インペラ３７は上部隔壁２６と下部隔壁３
２の間に回転自在に収容されている。電機子２２の軸部
４４の下端部は断面Ｄ字形状に形成されており、インペ
ラ３７は軸部４４のその部分に圧入等で固定されてい
る。インペラ３７は外周縁の全周にわたり形成された多
数の羽根４０と、互いに隣接する羽根４０の間にそれぞ
れ形成された羽根溝４２を有している。

【００１８】燃料吸入口３４は下部隔壁３２に形成され
ている。インペラ３７の周縁部の周囲に残る上部隔壁２
６と下部隔壁３２の間の残部空間がポンプ流路３０であ
る。ポンプ流路３０は、上部隔壁２６に形成された上部
溝２８と下部隔壁３２に形成された下部溝３８とインペ
ラ３７の外周縁とで、その縦断面形状がＣ字形状に画定
されている。

【００１９】インペラ３７が回転することにより燃料タ
ンク８４内の燃料が燃料吸入口３４からポンプ流路３０
に吸入される。ポンプ流路３０に吸入された燃料は、イ
ンペラ３７の回転により昇圧され、上部隔壁２６に形成
された図示しない排出口から燃料室４６に排出される。

【００２０】燃料排出口１４はコネクタボディ１６に形
成されている。燃料室４６に排出された燃料は燃料排出
口１４から燃料配管７０に排出される。燃料排出口１４
には逆止弁部材１２が設けられ、逆止弁部材１２により
燃料配管７０から燃料ポンプ１０への燃料の逆流が防止
されている。

【００２１】次にポンプ流路３０の構成について詳細に
説明する。図１は図３のＩ−Ｉ線断面図である。下部隔
壁３２に形成された下部溝３８は、導入部６４、昇圧部
６０及び排出部６６で構成されている。

【００２２】導入部６４の縦断面の輪郭は、内周側が曲
率半径が一定の円弧状に形成され、外周側が導入部６４
に接近するにしたがい縮径する円弧状に形成されてい
る。導入部６４には燃料吸入口３４が開口している。導
入部６４は昇圧部６０に接近するほど流路断面積が縮小
するように形成されており、燃料吸入口３４に近い部位
は相対的に幅が広くかつ深く、導入部６４に近い部位で
は相対的に幅が狭くかつ浅い。導入部６４では昇圧部６
０に接近するにつれて燃料圧力が負圧から正圧に上昇す
る。

【００２３】導入部６４の横断面の輪郭は、燃料吸入口
３４のベーパ排出口６２に近方の端部からベーパ排出口
６２に至るまで、図１（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように円
弧状である。また、上部溝２８の横断面の輪郭は全区間
で円弧状に形成されている（図４参照）。したがって、
導入部６４に対応する区間ではポンプ流路３０の横断面
の遠心側輪郭は、ほぼＣ字形状になる。このため、燃料
吸入口３４からベーパ排出口６２までの区間において、
インペラ３７の羽根溝４２と上部溝２８と下部溝３８と
で乱流の少ない燃料流れが形成される。したがって、燃
料吸入口３４からベーパ排出口６２までの区間において
ポンプ流路３０内で効率よく燃料を昇圧することができ
る。このため、導入部６４の区間長を短縮するとともに
昇圧部６０の区間長を延長することができ、これによ
り、燃料ポンプ１０の効率を向上させることができる。

【００２４】昇圧部６０の横断面形状は全区間にわたっ
て円弧状であり、昇圧部６０は通路断面積が全区間にわ
たって一定である。昇圧部６０の縦断面はＣ字形状に形
成され、その縦断面の輪郭は内周側及び外周側で曲率半
径がそれぞれ一定の円弧状に形成されている。昇圧部６
０では導入部６４から排出部６６に向かって直線的に燃
料圧力が上昇する。

【００２５】排出部６６は上部隔壁２６に形成された排
出口に対向する位置に形成されている。排出部６６は昇
圧部６０から離れるほど浅くなっており、排出口に向か
う燃料の乱流が少なくなるように構成されている。

【００２６】ベーパ排出口６２は導入部６４と昇圧部６
０の境界近傍に開口している。ベーパ排出口６２は、ポ
ンプ流路３０と、燃料ポンプ１０の外部空間すなわち燃
料タンク８４の内部空間とを相互に連通させるものであ
る。インペラ３７の中心軸線で交わりベーパ排出口６２
と燃料吸入口３４の端部とを通る２本の線分がなす角
（以下、ベーパ排出口の配置中心角という。）θの大き
さは、ベーパ排出口６２を通る横断面でのポンプ流路３
０内の燃料圧力（ベーパ排出圧力）が、燃料排出口１４
で検出される燃料圧力（燃料排出圧力）のほぼ１５％以
上３０％以下であって燃料タンク８４内の燃料圧力に対
して正圧になるように設定する。ベーパ排出口の配置中
心角θは、ポンプ流路３０の構成に応じて決まるもので
ある。図１及び図４に示す構成のポンプ流路３０では、
ベーパ排出口の配置中心角θをほぼ５０°以上８０°以
下に設定した場合にベーパ排出圧力が燃料排出圧力のほ
ぼ１５％以上３０％以下の正圧になった。このようなベ
ーパ排出口の配置中心角θを設定することにより、ポン
プ流路３０にベーパが滞留することを防止することがで
き、また、ベーパ排出口６２を形成することによる燃料
ポンプ１０の効率の低下を抑止することができ、また、
始動時の燃料排出圧力の立ち上がりを早めることができ
る。

【００２７】尚、ポンプ流路３０にベーパが滞留して起
こる燃料排出量の低下を抑制するだけの目的であれば、
ベーパ排出圧力が燃料排出圧力のほぼ３０％以下の正圧
になるようにベーパ排出口の配置中心角θを設定すれば
よい。また、始動時の排出燃料圧力の立ち上がりを早め
るだけの目的であれば、ベーパ排出圧力が燃料排出圧力
のほぼ１５％以上４５％以下になるようにベーパ排出口
の配置中心角θを設定すればよい。

【００２８】次に、ポンプ流路３０内でのベーパ及び燃
料の流れについて説明する。ベーパは、燃料タンク８４
に対して負圧になる燃料吸入口３４の近傍で発生するも
のが多い。燃料吸入口３４から燃料がポンプ流路３０に
吸入されると、燃料とともにベーパがポンプ流路３０に
吸入される。ポンプ流路３０の導入部６４に対応する区
間で燃料は徐々に加圧され、ベーパ排出口６２の開口部
まで流れる前に燃料ポンプ１０内の燃料圧力に対して正
圧になる。燃料とともにベーパ排出口６２の開口部まで
ベーパが流れると、ベーパ排出口６２の開口部において
は燃料タンク８４内の燃料圧力に対して正圧であるた
め、ベーパはベーパ排出口６２から燃料ポンプ１０の外
部に排出される。尚、ベーパ排出口６２の開口部ではポ
ンプ流路３０は燃料タンク８４に対して正圧であるた
め、フィルタ８８で濾過されていない燃料がベーパ排出
口６２を通じて燃料タンク８４からポンプ流路３０に吸
入されることはない。

【００２９】以上、実施例に基づいて本発明の実施の形
態を説明した。次に、ベーパ排出口の配置中心角を５５
°及び１２０°に設定して本実施例の効果について検証
した結果を説明する。

【００３０】ベーパ排出口の配置中心角θを本実施例の
範囲内の５５°に設定した場合、ベーパ排出口６２から
排出される燃料の流量は１１リットル／時であった。ベ
ーパ排出口の配置中心角θを本実施例の範囲内の５５°
に設定した場合、ベーパ排出口６２から燃料が吸入され
ないことが確認された。

【００３１】ベーパ排出口の配置中心角θを本実施例の
範囲外の１２０°に設定した場合、ベーパ排出口６２か
ら排出される燃料の流量は２５リットル／時であった。
ベーパ排出口の配置中心角θを本実施例の範囲内の１２
０°に設定した場合、ベーパ排出口６２から燃料が吸入
されることはないものの、ポンプ流路３０内の燃料圧力
が高いため、ベーパ排出口６２から排出される燃料の流
量が増大し、効率が悪化する。

【００３２】上述の実施例では、ベーパ排出圧力が、燃
料排出圧力のほぼ１５％以上３０％以下であって燃料タ
ンク８４内の燃料圧力に対して正圧になるようにベーパ
排出口の配置中心角の大きさθを設定するので、ポンプ
流路にベーパを滞留させることがなく、また、ベーパ排
出口を形成することによる効率の低下を抑止することが
でき、また、始動時の燃料排出圧力の立ち上がりを早め
ることができる。このため、上述の実施例によると、効
率が高く、始動時の燃料排出圧力の立ち上がりが早く、
ベーパによる燃料排出量の変動が小さい燃料ポンプが実
現される。また、燃料ポンプの効率を上げてコイルに印
加する電流を低減することで自動車の燃料消費を抑制す
ることができる。

【００３３】尚、上述の実施例では、燃料ポンプコント
ローラ７４によって制御される燃料ポンプ１０について
説明したが、本発明は燃料ポンプコントローラを備えな
い燃料供給システムに備わる燃料ポンプについても適用
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は図３のＩ−Ｉ線断面図であり、（Ｂ）
は（Ａ）において矢印Ｂで示す位置における下部溝の断
面形状を示す部分断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）におい
て矢印Ｃで示す位置における下部溝の断面形状を示す部
分断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）において矢印Ｄで示す
位置における下部溝の断面形状を示す部分断面図であ
る。

【図２】（Ａ）はベーパ排出口の位置と効率との相関関
係を説明するためのグラフであり、（Ｂ）はベーパ排出
口の位置と始動性との相関関係を説明するためのグラフ
であり、（Ｃ）はベーパ排出口の位置と高温時の排出量
変化との相関関係を説明するためのグラフである。

【図３】本発明の一実施例による燃料ポンプを備える燃
料供給システムの全体構成を示す模式図である。

【図４】本発明の一実施例による燃料ポンプを示す断面
図である。

【図５】ベーパ排出口が設けられた従来のポンプ流路の
一例を示す平面図である。

【符号の説明】

１０燃料ポンプ１４燃料排出口２６上部隔壁２８上部溝３０ポンプ流路３２下部隔壁３４燃料吸入口３８下部溝３７インペラ６０昇圧部６２ベーパ排出口６４導入部６６排出部 θ ベーパ排出口の配置中心角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０４Ｄ 29/44 Ｆ０４Ｄ 29/44 ＢＥ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料吸入口から吸入した燃料をポンプ流
路でインペラにより昇圧し燃料排出口から排出する燃料
ポンプであって、燃料圧力が燃料排出圧力のほぼ３０％以下の正圧になる
区間において前記ポンプ流路からベーパを排出するベー
パ排出口を有することを特徴とする燃料ポンプ。
【請求項２】燃料吸入口から吸入した燃料をポンプ流
路でインペラにより昇圧し燃料排出口から排出する燃料
ポンプであって、燃料圧力が燃料排出圧力のほぼ１５％以上４５％以下の
正圧になる区間において前記ポンプ流路からベーパを排
出するベーパ排出口を有することを特徴とする燃料ポン
プ。
【請求項３】燃料吸入口から吸入した燃料をポンプ流
路でインペラにより昇圧し燃料排出口から排出する燃料
ポンプであって、燃料圧力が燃料排出圧力のほぼ１５％以上３０％以下の
正圧になる区間において前記ポンプ流路からベーパを排
出するベーパ排出口を有することを特徴とする燃料ポン
プ。
【請求項４】前記燃料吸入口から前記ベーパ排出口ま
での区間において前記ポンプ流路の横断面の遠心側輪郭
はほぼＣ字形状であることを特徴とする請求項１、２又
は３に記載の燃料ポンプ。
【請求項５】リターンレス式の燃料供給システムに備
えられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項
に記載の燃料ポンプ。