JP5581925B2 - 燃料ポンプモジュール - Google Patents

Description

本発明は、ジェットポンプを備える燃料ポンプモジュールに関する。

従来、燃料タンク内に収容されるサブタンク、サブタンク内に収容されエンジンに燃料を圧送する燃料ポンプ、及び、サブタンク外の燃料をサブタンク内に供給するジェットポンプを備える燃料ポンプモジュールが知られている。この燃料ポンプモジュールは、車両の旋回時など燃料タンク内の燃料が一方の側に偏ったとき、サブタンク内の燃料ポンプの吸入口の周囲に燃料を確保する。ジェットポンプは、ノズルから燃料を噴霧することによって発生する負圧により開口部から燃料を吸引し、スロート通路を経由してサブタンク内に供給する。

ジェットポンプは、燃料タンク内の燃料を無駄なく使い切るため、燃料タンクの底壁に近いサブタンクの底部に設置される。また、サブタンク外の燃料を吸引する開口部は、ジェットポンプの底面側に開口する。さらに、特許文献１に記載の燃料供給装置では、スロート通路を偏平形状とすることで全高を低くしている。加えて、従来、ジェットポンプのノズルとスロート通路とは、中心軸が一致するように形成されている。

特開平３−１０５０５３号公報

ジェットポンプにおいてノズルから噴霧される噴霧燃料は、開口部から吸引される燃料が上方へ流れ込むことによって、軌道がノズルの中心軸よりも上方へ押し上げられる。すると、ノズルの中心軸とスロート通路の中心軸とが一致している従来技術のジェットポンプでは、スロート通路の内部で噴霧燃料の軌道の下方の空間が噴霧燃料の軌道の上方の空間よりも相対的に広くなる。そのため、噴霧燃料の軌道の下方の空間に相当するスロート通路の入口付近の底部に渦が発生し、この渦によってジェットポンプの効率が低下する。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、スロート通路での渦の発生を抑制し、ジェットポンプの効率を向上させる燃料ポンプモジュールを提供することにある。

請求項１に記載の燃料ポンプモジュールは、燃料タンク内に収容されるサブタンクと、サブタンク内に収容されサブタンク内の燃料を燃料タンク外へ吐出する燃料ポンプと、サブタンクの底部に設置されノズル、開口部およびスロート通路を有するジェットポンプとを備える。
ジェットポンプのノズルは、燃料ポンプからの吐出燃料を分配して供給される燃料を噴霧する。開口部は、ジェットポンプの底面側に形成され、燃料タンクの底側に開口する。スロート通路は、ノズルに対向して形成され、ノズルの噴霧によって発生する負圧によりサブタンク外から開口部を経由して燃料を吸引し、サブタンク内へ供給する。
スロート通路は、ノズルの中心軸と平行に形成され、ノズルの中心軸を内側に含み、かつ、スロート通路の中心軸がノズルの中心軸に対して上方に位置する。

ここで、「スロート通路がノズルの中心軸を内側に含む」とは、ノズルから噴霧される燃料が障壁等に遮られることなくスロート通路に流入可能であることを意味する。また、「スロート通路の中心軸がノズルの中心軸に対して上方に位置する」とは、ノズルから噴霧される燃料がスロート通路の中心軸に対し下側の空間に流入することを意味する。

すると、ノズルからの燃料の噴霧により発生する負圧によって開口部から吸引される燃料が噴霧燃料の軌道を上方へ押し上げることで、噴霧燃料の軌道がスロート通路の中心軸に寄る。その結果、噴霧燃料の軌道の下方の空間と上方の空間との広さが均衡する。これにより、スロート通路での渦の発生を抑制し、ジェットポンプの効率を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によると、スロート通路は、ノズルの中心軸と同軸に外径が設けられるスロート管の径方向内側に偏心して形成される。
一般に、ジェットポンプは、ジェットポンプ本体に設けられるホルダー穴の内径にスロート管の外径を嵌合して組み付けられる。したがって、ホルダー穴がノズルの中心軸と同軸に設けられる場合、スロート管の外径は、ノズルの中心軸と同軸となる。

そこで、「スロート通路の中心軸がノズルの中心軸に対して上方に位置する」構成にするためには、スロート通路をスロート管の外径に対して上方に偏心させればよい。すなわち、スロート管の上側の肉厚が相対的に薄くなり、下側の肉厚が相対的に厚くなるようにスロート通路を形成すればよい。
これにより、ノズルとスロート通路とが同軸である従来技術によるジェットポンプに基づいてスロート管の設計を変更するだけで本発明の構成を実現することができる。

請求項３に記載の発明によると、スロート通路は、径方向の断面形状が「水平方向に長軸を有しノズルの中心軸を通る鉛直線上に短軸を有する楕円形状」である。これにより、スロート管の径方向断面にスロート通路を有効に配置し、スロート通路の断面積を広く確保することができ、サブタンクへ供給する燃料の流量を増加することができる。
ここで、「楕円形」は厳密な意味での楕円形に限定されず、楕円形の類似形状を含む。また、「水平方向」および「鉛直線」は厳密な意味に限定されない。例えば、本発明の燃料ポンプモジュールが車両に搭載される場合、車両自体が水平状態にあるときのジェットポンプにおける「ノズルと開口部とを結ぶ方向」が「鉛直方向」に相当し、当該鉛直方向に直交する方向が「水平方向」に相当する。仮に車両自体が傾いた状態にあるとしても、ここでは、「ノズルと開口部とを結ぶ方向」を「鉛直方向」と解釈し、当該鉛直方向に直交する方向を「水平方向」と解釈する。

さらに、請求項４に記載の発明によると、スロート通路は、径方向の断面形状が円形状である。これにより、スロート通路の形状が単純となり、例えば、スロート管を樹脂成形で形成する場合、金型のコアの製作が容易となる。

本発明の第１実施形態の燃料ポンプモジュールの全体図である。 本発明の第１実施形態によるジェットポンプの（ａ）軸方向断面図、（ｂ）底面図、（ｃ）（ａ）のＩＩｃ−ＩＩｃ断面図、（ｄ）本発明の第２実施形態によるジェットポンプの（ｃ）に相当する断面図である。 比較例のジェットポンプの（ａ）軸方向断面図、（ｂ）（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ断面図である。 （ａ）比較例のジェットポンプの燃料の流れを示す模式図である。（ｂ）本発明の第１実施形態によるジェットポンプの燃料の流れを示す模式図である。 本発明の第３実施形態によるジェットポンプの（ａ）軸方向断面図、（ｂ）（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面図、（ｃ）（ａ）のＶｃ−Ｖｃ断面図である。

以下、本発明の実施形態による燃料ポンプモジュールを図面に基づいて説明する。第３実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を実施するための形態以外の参考形態である。
（第１実施形態）
本実施形態の燃料ポンプモジュールは、車両に搭載され、燃料タンクの燃料を燃料タンク外のエンジンに供給する。図１に示すように、燃料ポンプモジュール１は、サブタンク２０、燃料ポンプ４０、ジェットポンプ５０１等を備える。

燃料ポンプモジュール１は、蓋部材１１以外の部分が燃料タンク１０内に収容されている。蓋部材１１は、樹脂で形成され、燃料タンク１０の上壁に形成される開口を塞いでいる。蓋部材１１の外側には、吐出ポート１４および電気コネクタ１５が設けられている。吐出ポート１４は、図示しないエンジンの燃焼室に接続される。燃料ポンプ４０から吐出された燃料は、吐出ポート１４を経由してエンジンの燃焼室に供給される。電気コネクタ１５は、図示しないリード線を経由して、燃料ポンプ４０に電気的に接続される。

蓋部材１１は、支持柱１２によって、サブタンク２０に対して高さ方向に往復移動可能に支持されている。支持柱１２の径方向外側にはスプリング１３が設置されている。スプリング１３は、蓋部材１１とサブタンク２０とを互いに離れる方向へ付勢する。これにより、燃料タンク１０の高さ方向の寸法が温度変化等によって変化しても、サブタンク２０は、スプリング１３の付勢力により常に燃料タンク１０の底壁１９に押し付けられる。

サブタンク２０は、周壁部２４と底部２５とを有する有底の筒状に樹脂で形成され、燃料タンク１０内に収容されている。サブタンク２０に燃料が供給されることにより、車両の旋回時など燃料タンク１０内の燃料が一方の側に偏ったときでも、燃料ポンプ４０の吸入口４１の周囲に燃料が確保される。
燃料ポンプ４０は、サブタンク２０の内部に収容され、サブタンク２０の底側に設けられる吸入口４１から燃料を吸入し、吐出口４２から燃料を吐出する。吸入口４１にはサクションフィルタ２１が設置されている。サクションフィルタ２１は、燃料ポンプ４０がサブタンク２０の内部から吸入する燃料に含まれる比較的大きな異物を捕集する。一方、吐出口４２から吐出された燃料は、燃料ポンプ４０の外周に沿って設置される燃料フィルタ３１を通過する。燃料フィルタ３１は、燃料ポンプ４０から吐出される燃料に含まれる比較的小さな異物を捕集する。

燃料フィルタ３１を通過した吐出燃料は、主燃料通路３３、吐出ホース１６を経由して吐出ポート１４からエンジンに供給されるとともに、吐出燃料の一部がプレッシャレギュレータ７０に分配される。プレッシャレギュレータ７０は、燃料ポンプ４０の吐出燃料の圧力を所定の圧力に調整する。

プレッシャレギュレータ７０の下流は、リターン通路部７３とドレインポート７１とに分岐している。リターン通路部７３の先端にはリターン通路７４の圧力に応じてリターン通路７４を開閉するリリーフ弁７２が設置されている。リリーフ弁７２が開弁すると、リターン通路７４内の燃料がサブタンク２０内に戻される。ドレインポート７１は、導入通路部材４８によって、ジェットポンプ５０１の導入部５２に接続されている。

ジェットポンプ５０１は、サブタンク２０の周壁部２４の外側であって底部２５に近接した位置に設けられている。ジェットポンプ５０１は、ジェットポンプ本体５１およびスロート管部６０１により構成されている。ジェットポンプ本体５１およびスロート管部６０１は、燃料タンク１０の底壁１９に対して略平行に形成されている。

図２に示すように、ジェットポンプ本体５１は、導入部５２、噴霧部５４、開口部５７およびホルダー部５８を含む。
導入部５２は、ジェットポンプ本体５１の上方に延び、内部に本体導入路５３を形成している。導入部５２は、導入通路部材４８により、プレッシャレギュレータ７０のドレインポート７１に接続される（図１参照）。燃料ポンプ４０から吐出された吐出燃料の一部は、ドレインポート７１から導入通路４９および本体導入路５３を経由して、ジェットポンプ本体５１の噴霧部５４に供給される。

噴霧部５４は、本体導入路５３に供給された燃料をノズル通路５５の先端に設けられるノズル５６から噴霧する。ノズル通路５５は本体導入路５３に連通する。ノズル通路５５は、内径が本体導入路５３の内径より絞られて形成されているため、本体導入路５３からノズル通路５５に流入する燃料の流速が急激に加速される。

開口部５７は、噴霧部５４の下方に、燃料タンク１０の底壁１９に対向するように形成される。ノズル５６から燃料が噴霧されることによって負圧が生じ、この負圧によって燃料タンク１０の底部に貯留した燃料が開口部５７から吸引される。
ホルダー部５８は、ノズル５６の径方向外側に、ノズル５６の中心軸Ｚｎと同軸のホルダー穴５９を形成する。ホルダー穴５９には、スロート管部６０１の外径６２が内挿される。

スロート管部６０１は、サブタンク２０の底部２５に近接した位置に、サブタンク２０の周壁部２４の外方向に突出して一体に形成される。スロート管部６０１の外径６２は、ジェットポンプ本体５１のホルダー穴５９の内径に嵌合する。これにより、スロート管部６０１の外径６２とホルダー穴５９とが同軸となる。上述のように、ホルダー穴５９とノズル５６の中心軸Ｚｎとは同軸であるため、スロート管部６０１の外径６２とノズル５６の中心軸Ｚｎとは同軸となる。
スロート管部６０１は、特許請求の範囲に記載の「スロート管」に相当する。

スロート管部６０１は、径方向内側にスロート通路６１１が形成される。スロート通路６１１は、入口６３がジェットポンプ５０１のノズル５６に対向し、入口６３の反対側がサブタンク２０の内部に開口している。スロート通路６１１の入口６３には面取り部６４が形成されている。また、入口６３の底部にはジェットポンプ本体５１の開口部５７に連続する開口部６５が形成されている。

ここで、図２（ｃ）等における「ｘ、ｙ方向」について説明する。図２（ｃ）等にて上下方向に示す「導入部５２と開口部５７とを結ぶ方向」をｙ方向とする。本実施形態では、ｙ方向は、燃料ポンプモジュール１における燃料ポンプ４０の軸方向でもある。また、図２（ｃ）等にて左右方向に示す「ｙ方向と直交する方向」をｘ方向とする。例えば、燃料ポンプモジュール１が搭載される車両自体が水平状態にあるときにはｙ方向は「鉛直方向」に相当し、ｘ方向は「水平方向」に相当する。

スロート通路６１１は、径方向の断面形状が円形であり（図２（ｃ）参照）、スロート通路６１１の中心軸Ｚｔは、ｙ方向について、スロート管部６０１の外径６２の中心軸、すなわちノズル５６の中心軸Ｚｎに対して偏心量Δｙだけ上方に偏心して形成される。また、スロート通路６１１の中心軸Ｚｔは、ｘ方向について、ノズル５６の中心軸Ｚｎに一致している。これにより、スロート管部６０１は、上側の肉厚が相対的に薄くなり、下側の肉厚が相対的に厚くなる。

また、スロート通路６１１がサブタンク２０の内部に開口する部分には逆止弁７５が設置される（図１参照）。逆止弁７５は、軸部７６を中心にして回転することで開閉し、サブタンク２０内に吸入された燃料がサブタンク２０の内部からスロート通路６１１側へ逆流することを防止する。

次に、本形態による燃料ポンプモジュール１の作動について説明する。
電気コネクタ１５から燃料ポンプ４０に駆動電流が供給されると、燃料ポンプ４０は、サクションフィルタ２１を通してサブタンク２０内の燃料を吸入口４１から吸入する。燃料ポンプ４０は、吸入した燃料を加圧し、燃料フィルタ３１、主燃料通路３３および吐出ホース１６を経由して吐出ポート１４からエンジンに供給する。

燃料ポンプ４０が吐出する燃料の圧力は、プレッシャレギュレータ７０により所定の圧力に調整される。プレッシャレギュレータ７０内の圧力が所定の圧力以上になると、リリーフ弁７２が開弁し、燃料はリターン通路７４を経由してサブタンク２０に戻される。
また、燃料ポンプ４０が吐出する燃料の一部は、ドレインポート７１から導入通路部材４８を経由して、ジェットポンプ５０１の導入部５２に供給される。つまり、燃料ポンプ４０からの吐出燃料の一部が分配されてジェットポンプ５０１に供給される。

ジェットポンプ５０１に供給された燃料は、ノズル通路５５を通りノズル５６からスロート通路６１１に向けて噴霧される。このとき生じる負圧により、燃料タンク１０の底部の燃料が開口部５７から吸引される。吸引された燃料は、ノズル５６から噴霧された燃料とともにスロート通路６１１を通り、燃料圧力で逆止弁７５を開弁してサブタンク２０に流入する。
このようにしてサブタンク２０内に燃料が確保されることにより、車両の旋回時など、燃料タンク１０の燃料が一方の側に偏った場合でも、燃料ポンプ４０は吸入口４１から燃料を吸入することができる。また、一旦ジェットポンプ５０１からサブタンク２０内に供給された燃料は、逆止弁７５により流出が防止される。

（効果）
次に、第１実施形態のジェットポンプ５０１の効果を比較例と比較して説明する。
比較例のジェットポンプ５００は、図３に示すように、径方向の断面形状が円形のスロート通路６１０がスロート管部６００の外径６２に同軸に形成される。したがって、スロート管部６００の肉厚は、すべての径方向について均一となっている。

比較例のジェットポンプ５００では、図４（ａ）に示すように、開口部５７から流入する吸引燃料Ｆａによって噴霧燃料Ｆｊの軌道が上方へ押し上げられる。すると、噴霧燃料Ｆｊの軌道の下方の空間Ｓ２が上方の空間Ｓ１よりも相対的に広くなる。そのため、スロート通路６１０の入口付近の底部に渦Ｅｄが発生し、この渦Ｅｄがジェットポンプの効率を減少させる。

それに対し、第１実施形態のジェットポンプ５０１では、図４（ｂ）に示すように、噴霧燃料Ｆｊの軌道は、開口部５７から流入する吸引燃料Ｆａによって上方へ押し上げられることでスロート通路６１１の中心軸Ｚｔに寄る。その結果、噴霧燃料Ｆｊの軌道の下方の空間Ｓ２と上方の空間Ｓ１との広さが均衡する。これにより、スロート通路６１１入口付近での渦の発生を抑制し、ジェットポンプの効率を向上させることができる。
また、スロート通路６１１は、ｘ方向の位置がノズルを通る鉛直線に対して対称に形成されているので、逆止弁７５を開弁させる際の燃料圧力バランスが良好である。

（第２実施形態）
以下の実施形態の燃料ポンプモジュールは、第１実施形態に対し、ジェットポンプのスロート通路の構成のみが異なる。以下の実施形態の説明では、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態のジェットポンプ５０２では、図２（ｄ）に示すように、スロート通路６１２の径方向の断面形状は、ｘ方向に長軸を有しｙ方向に短軸を有する楕円形状である。スロート通路６１２の中心軸Ｚｔは、第１実施形態と同様、ｙ方向についてノズル５６の中心軸Ｚｎに対して上方に偏心し、ｘ方向についてノズル５６の中心軸Ｚｎに一致している。

この場合も、噴霧燃料Ｆｊの軌道は、開口部５７から流入する吸引燃料Ｆａによって上方へ押し上げられてスロート通路６１２の中心軸Ｚｔに寄るため、スロート通路６１２入口付近での渦の発生を抑制し、ジェットポンプの効率を向上させることができる。
また、第１実施形態に対し、スロート通路６１２の断面積を広く確保することができ、サブタンク２０へ供給する燃料の流量を増加することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態のジェットポンプについて図５を参照して説明する。第３実施形態のジェットポンプ５０３は、第１実施形態に対し、スロート通路の軸方向および径方向の断面形状、すなわち三次元形状が異なる。
スロート通路６１３は、径方向断面の最上点を軸方向に結ぶスロート通路最上線Ｕｔが略水平であり、径方向断面の最下点を軸方向に結ぶスロート通路最下線Ｌｔがノズル５６から離れるにしたがって直線的に上昇する。また、スロート通路６１３の入口中心点Ｃｔ０は、ノズル５６の中心軸Ｚｎ上に位置する。スロート通路６１３の径方向断面の中心点を軸方向に結ぶスロート通路中心線Ｃｔは、入口中心点Ｃｔ０を起点とし、ノズル５６から離れるにしたがって傾斜角θで直線的に上昇する。また、スロート通路６１３の径方向の断面形状は円形であり、ノズル５６から離れるにしたがって円の半径が小さくなる。すなわち、スロート通路６１３は、入口６３側を底面とする斜円錐形状に形成されている。

このように、スロート通路中心線Ｃｔを、ノズル５６の中心軸Ｚｎに対して、スロート通路６１３の入口からサブタンク２０側へ進むにしたがって上昇するように形成してもよい。これにより、スロート通路６１３内部での渦の発生を抑制し、ジェットポンプの効率を向上させることができる。
また、スロート通路最下線Ｌｔが傾斜しているため、燃料中に混在する気泡がスロート通路６１３を通り抜けてサブタンク２０へ排出されやすくなる。

（その他の実施形態）
（ア）上記の実施形態では、燃料ポンプ４０の吐出口４２から吐出された燃料の一部が燃料フィルタ３１、プレッシャレギュレータ７０を経由してジェットポンプ５０に供給される。その他の実施形態では、燃料ポンプの吐出口と燃料フィルタとの間に、直接ジェットポンプへ連通する分岐路が設けられてもよい。この場合、ジェットポンプにかかる最大燃料圧力は、燃料ポンプの最大吐出圧と同等になる。

（イ）上記の実施形態では、スロート管部６０１等はサブタンク２０に一体に形成されている。その他の実施形態では、独立して形成される「スロート管」がサブタンクに組み付けられてもよい
（ウ）上記の実施形態では、ジェットポンプ本体５１のホルダー部５８がノズル通路５５と同軸に設けられる。その他の実施形態では、ホルダー部５８とノズル通路５５とが偏心して設けられてもよい。

（エ）第１実施形態では、スロート通路６１１の径方向の断面形状は円形であり、第２実施形態では、スロート通路６１２の径方向の断面形状は楕円形である。その他の実施形態では、スロート通路の径方向の断面形状は、長円形、角丸めされた長方形などであってもよい。ここで、スロート通路は、中心軸の高さがノズルの中心軸よりも上側に制限されることから、径方向の断面形状は偏平である方が有利である。また、逆止弁を開弁させる際の燃料圧力バランスを確保する点から、径方向の断面形状は、ノズルの中心軸を通る鉛直線に対して対称であることが好ましい。

以上、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１ ・・・燃料ポンプモジュール、
１０ ・・・燃料タンク、
２０ ・・・サブタンク、
３１ ・・・燃料フィルタ、
４０ ・・・燃料ポンプ、
４１ ・・・吸入口、
４２ ・・・吐出口、
４８ ・・・導入通路部材、
４９ ・・・導入通路、
５０１、５０２、５０３・・・ジェットポンプ、
５１１、５１２、５１３・・・ジェットポンプ本体、
５２ ・・・導入部、
５３ ・・・本体導入路、
５４ ・・・噴霧部、
５５ ・・・ノズル通路、
５６ ・・・ノズル、
５７ ・・・開口部、
５８ ・・・ホルダー部、
５９ ・・・ホルダー穴、
６０１、６０２、６０３・・・スロート管部（スロート管）、
６１１、６１２、６１３・・・スロート通路、
７０ ・・・プレッシャレギュレータ、
７２ ・・・リリーフ弁、
Ｆａ ・・・吸引燃料、
Ｆｊ ・・・噴霧燃料、
Ｚｎ ・・・ノズルの中心軸、
Ｚｔ ・・・スロート通路の中心軸。

Claims (4)

1. 燃料タンク内に収容されるサブタンクと、
   前記サブタンク内に収容され前記サブタンク内の燃料を前記燃料タンク外へ吐出する燃料ポンプと、
   前記サブタンクの底部に設けられ、前記燃料ポンプからの吐出燃料を分配して供給される燃料を噴霧するノズル、前記燃料タンクの底側に開口する開口部、及び、前記ノズルに対向して形成され前記ノズルの噴霧によって発生する負圧により前記サブタンク外から前記開口部を経由して燃料を吸引し前記サブタンク内へ供給するスロート通路、を有するジェットポンプと、
   を備え、
   前記スロート通路は、前記ノズルの中心軸と平行に形成され、前記ノズルの中心軸を内側に含むことで、前記ノズルから噴霧される燃料が遮られることなく前記スロート通路に流入可能であり、かつ、前記スロート通路の中心軸が前記ノズルの中心軸に対して上方に位置することで、前記ノズルから噴霧される燃料が前記スロート通路の中心軸に対し下側の空間に流入することを特徴とする燃料ポンプモジュール。
2. 前記スロート通路は、前記ノズルの中心軸と同軸に外径が設けられるスロート管の径方向内側に偏心して形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプモジュール。
3. 前記スロート通路は、径方向の断面形状が水平方向に長軸を有し前記ノズルの中心軸を通る鉛直線上に短軸を有する楕円形状であることを特徴とする請求項２に記載の燃料ポンプモジュール。
4. 前記スロート通路は、径方向の断面形状が円形状であることを特徴とする請求項３に記載の燃料ポンプモジュール。

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