JPH07167080A - 燃料ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明はインペラを用いて燃料の圧送付勢を行
うインペラ型の燃料ポンプ装置に関し、インペラ音の発
生を抑制することを目的とする。 【構成】外周部に溝部１４ｃを形成することにより複数
のインペラ羽根が形成されてなるインペラ１４と、この
インペラ１４を回転駆動するモータ本体２３と、上記イ
ンペラ羽根と対向形成されておりインペラ１４の回転に
伴い流入する燃料の圧力を高めるポンプ室３１，３２が
形成されてなるハウジング１７，２１とを具備する燃料
ポンプ装置において、上記インペラ１４の外周部に二重
の溝部１４ｃ-1, １４ｃ-2を形成するこにより第１及び
第２のインペラ羽根１４ａ，１４ｂを形成し、かつ、こ
の第１のインペラ羽根１４ａと該第２のインペラ羽根１
４ｂとが互い違いとなるよう配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃料ポンプ装置に係り、
特にインペラを用いて燃料の圧送付勢を行うインペラ型
の燃料ポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料ポンプ装置として、燃料タンクに内
蔵され、インペラ（羽根溝車）で燃料を圧送する構成と
したいわゆるインペラ型の燃料ポンプ装置が知られてい
る。このインペラ型の燃料ポンプ装置は、大略するとモ
ータ部とタービン式ポンプ部とにより構成されており、
燃料の供給を円滑に行うためのチェックバルブ，リリー
フバルブ，及びフィルタ等も合わせて組み込まれた構造
とされている。

【０００３】タービン式ポンプ部は、上記モータにより
回転駆動されるインペラと、燃料の圧力を高めるポンプ
室を有するポンプハウジングと、ポンプハウジングにイ
ンペラを装着した状態でポンプハウジングを閉蓋するポ
ンプカバーとにより構成されている。

【０００４】そして、モータの回転と共にインペラが回
転すると、インペラの外周部分に形成されているインペ
ラ羽根がその前後で流体摩擦の作用により圧力差が生じ
る。この圧力差が繰り返し発生することにより、ポンプ
室内部に渦流が発生しポンプ室内の燃料の圧力が昇圧さ
れ、これにより燃料ポンプ装置より燃料が圧送される構
成とされている。

【０００５】ところが、上記構成の燃料ポンプ装置で
は、〔インペラのインペラ羽根の数〕×〔１秒当たりの
回転数〕で表される周波数を持つ高周波音（いわゆるイ
ンペラ音）が発生することが知られている。近年のよう
に車室内の静粛性の向上に伴い、このインペラ音が車室
内の騒音に占める割合が相対的に大きくなり、インペラ
音に対する消音対策の必要性が高くなってきている。

【０００６】そこで、インペラ音に対する消音対策を行
った燃料ポンプ装置として、例えば実開平２−１０３１
９４号公報に開示された燃料ポンプ装置が知られてい
る。

【０００７】同公報に開示された燃料ポンプ装置は、図
９（Ａ），（Ｂ）に示すように、消音対策としてインペ
ラ１の外周部に形成されるインペラ羽根２をインペラ１
の上下両面に夫々形成し、かつ上下のインペラ羽根２，
３が交互に配設した構成としている。

【０００８】また、他の消音構造として、インペラ音が
燃料流が急激にインペラ羽根により剪断されることによ
り発生する圧力波に起因するとの推定の下に、図１０に
示すようにポンプ室４のインペラ羽根２，３（同図では
インペラ羽根２）と交差するする部分に面取り部５を形
成し、これにより剪断力を弱めインペラ音を消音する構
成が開示されている。

【０００９】尚、図９及び図１０において、梨地で示す
６はインペラ羽根２，３を構成するためインペラ１に形
成された溝部である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにインペラ
音はインペラ羽根とポンプ室の壁面との間で燃料が剪断
されることにより発生する。このため、図９に示すイン
ペラ羽根２，３をインペラ１の上下で交互に形成した構
成では、インペラ１の上面とインペラ１の下面とで夫々
別個に燃料の剪断が発生し、上下の各面でインペラ音
（圧力波）が発生してしまう。また、このようにインペ
ラ１の上下各面で発生する圧力波は独立しており、相互
に干渉することはないため上下各面で発生する圧力波が
相殺されることはない。このため、インペラ羽根２，３
をインペラ１の上下で交互に形成してもインペラ音は消
音することはできない。

【００１１】また、図１０に示すポンプ室４のインペラ
羽根２，３と交差するする部分に面取り部５を形成した
構成では、剪断力が弱まることにより若干の消音効果は
奏するものの、燃料の圧送力とこの剪断力は相関関係に
あり、消音効果を充分に行うために面取り部５を大きく
形成し剪断力を弱めると燃料の圧送力が低下し、燃料噴
射に影響が生じ、また燃料噴射を適宜に行うのに必要な
圧送力を得ようとすると上記剪断力を強める必要があり
インペラ音が発生するという問題点があった。

【００１２】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、インペラに第１及び第２のインペラ羽根を形成
し、各インペラ羽根で発生する圧力波が相殺されるよう
構成することにより、インペラ音の発生を抑制した燃料
ポンプ装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、下記の手段を講じたことを特徴とするも
のである。

【００１４】請求項１の発明では、外周部に溝を形成す
ることにより複数のインペラ羽根が形成されてなるイン
ペラと、このインペラを回転駆動する回転駆動手段と、
上記インペラ羽根と対向形成されており、インペラの回
転に伴い流入する燃料の圧力を高めるポンプ室が形成さ
れてなるハウジングとを具備する燃料ポンプ装置におい
て、上記インペラの少なくとも片面外周部に二重の溝部
を形成するこにより第１及び第２のインペラ羽根を形成
し、かつ、この第１のインペラ羽根と該第２のインペラ
羽根とが互い違いとなるよう配設したことを特徴とする
ものである。

【００１５】また、請求項２の発明では、外周部に溝を
形成することにより複数のインペラ羽根が形成されてな
るインペラと、上記インペラを回転駆動する回転駆動手
段と、上記インペラ羽根と対向形成されており、インペ
ラの回転に伴い流入する燃料の圧力を高めるポンプ室が
形成されてなるハウジングとを具備する燃料ポンプ装置
において、上記インペラの少なくとも片面外周部に半径
方向に対して斜めに延出する溝部を形成すると共に、こ
の溝部の上記斜めにする度合いを示すインペラの外周部
から内周部へのずれＸ₂ を、下式のように設定したこと
を特徴とするものである。

【００１６】Ｘ₂ ＝２×π×ｒ_IN×（ｍ／ｎ） 但し、ｒ_IN ：インペラの中心点より溝部の内側位置ま
での径寸法 ｍ ：正の整数 ｎ ：インペラ羽根の羽根数

【００１７】

【作用】上記の各手段は下記のように作用する。

【００１８】請求項１の発明によれば、第１のインペラ
羽根及び該第２のインペラ羽根はインペラの同一面に形
成されているため、第１のインペラ羽根で発生する圧力
波と第２のインペラ羽根で発生する圧力波は相互に干渉
し合う。かつ、第１のインペラ羽根と該第２のインペラ
羽根は互い違いに形成されているため、第１のインペラ
羽根で発生する圧力波と第２のインペラ羽根で発生する
圧力波は互いに逆位相となっている。

【００１９】このため、第１のインペラ羽根で発生する
圧力波と第２のインペラ羽根で発生する圧力波は互いに
相殺され、インペラ音の低減を図ることができる。

【００２０】また、請求項２の発明によれば、インペラ
の少なくとも片面外周部に半径方向に対して斜めに延出
する溝部を形成すると共に、この溝部の上記斜めにする
度合いを示すインペラの外周部から内周部へのずれＸ₂
を、 Ｘ₂ ＝２×π×ｒ_IN×（ｍ／ｎ） 但し、ｒ_IN ：インペラの中心点より溝部の内周位置ま
での径寸法 ｍ ：正の整数 ｎ ：インペラ羽根の羽根数 と設定することにより、インペラの外周側で発生する圧
力波（外周側圧力波）と内周側で発生する圧力波（内周
側圧力波）を逆位相とすることができ、外周側圧力波と
内周側圧力波は互いに相殺され、インペラ音の低減を図
ることができる。

【００２１】

【実施例】次に本発明の実施例について図面と共に説明
する。

【００２２】図２は本発明の第１実施例である燃料ポン
プ装置１０を示す縦断面図である。同図に示す燃料ポン
プ装置１０はインペラ型の燃料ポンプ装置であり、大略
するとタービン式ポンプ部１１とモータ本体２３とによ
り構成されている。以下、各構成について詳述する。

【００２３】図２において、１４は本発明の要部となる
合成樹脂製のインペラであり、外周部に多数の溝部１４
ｃを形成することにより第１及び第２のインペラ羽根１
４ａ，１４ｂが形成された、いわゆる閉羽根型式の再生
ポンプインペラである。この第１及び第２のインペラ羽
根１４ａ，１４ｂは、本実施例においてはインペラ１４
の両側面に夫々形成されている。

【００２４】ここでインペラ１４を図１に拡大して示
す。同図に示されるように、溝部１４ｃは最外周部に形
成された外側溝部１４ｃ-1と、それより内側に形成され
た内側溝部１４ｃ-2とにより構成されており、従って溝
部１４ｃの存在により形成されるインペラ羽根も、最外
周部分に第１のインペラ羽根１４ａが、またその内側に
第２のインペラ羽根１４ｂが形成された構成となる。ま
た、外側溝部１４ｃ-1と内側溝部１４ｃ-2とは相互に互
い違いとなるよう形成されているため、第１のインペラ
羽根１４ａと第２のインペラ羽根１４ｂも相互に互い違
いの構成となる。尚、インペラ１４を上記のような構成
としたことによる作用効果は説明の便宜上後述する。

【００２５】再び図２に戻り説明を続ける。同図中、１
６はモータ本体２３のモータ出力軸であり、インペラ１
４と接続されてインペラ１４を回転駆動するよう設けら
れている。また、１７はケーシングポンプであり、ポン
プ部１１とモータ本体２３を画成している。この、ケー
シングポンプ１７にはモータ出力軸１６の一端を軸承す
る軸受１８及びポンプカバー凹部２０が形成されてい
る。また、ケーシングポンプ１７には、前記したインペ
ラ１４を配設した状態でその開口部分を覆うカバーポン
プ２１が取り付けられている。このカバーポンプ２１に
は、モータ出力軸１６がその内部に位置する凹部２２、
及び燃料の吸引口２５が形成されている。

【００２６】ポンプハウジング２４は筒状形状を有し、
その内部にポンプ部１１及びモータ本体２３が収納され
る。また、このポンプハウジング２４はモータ本体２３
のヨークとしても機能する。

【００２７】また、ポンプハウジング２４の図中右端部
にはモータ出力軸１６の他端を軸承する軸受ケーシング
３０が内設されている。この軸受ケーシング３０はモー
タ出力軸１６を軸承すると共に、後述するコネクタ２９
及びチェックバルブ３２が内設されている。この軸受ケ
ーシング３０のチェックバルブ３６の配設位置は、燃料
の圧送口３３とされている。

【００２８】モータ本体２３は直流マグネットモータで
あり、界磁用のマグネット２６，回転子２７，アーマチ
ャコア２８等により構成されている。このアーマチャコ
ア２８には、軸受ケーシング３０に形成されているコネ
クタ２９を介して電力が供給され、回転子２７が回転す
る構成とされている。この回転子２７が回転することに
より、回転子２７と一体的に設けられたモータ出力軸１
６も回転し、これによりインペラ１４が回転駆動され
る。尚、１２はチョークコイルを示している。

【００２９】また、上記したケーシングポンプ１７とイ
ンペラ１４との間、及びカバーポンプ２１とインペラ１
４との間であって、第１のインペラ羽根１４ａと対向す
る位置には第１のポンプ室３１が形成されており、また
第２のインペラ羽根１４ｂと対向する位置には第２のポ
ンプ室３２が形成されている。この第１のポンプ室３１
と第２のポンプ室３２とは連通された構造とされてい
る。

【００３０】そして、インペラ１４の回転に伴い第２の
インペラ羽根１４ｂが第２のポンプ室３２内で回転する
と、第２のインペラ羽根１４ｂと第２のポンプ室３２と
の間に介在する燃料は昇圧され第１のポンプ室３１内に
進入する。第１のポンプ室３１内に進入した燃料は、第
１のインペラ羽根１４ａが第１のポンプ室３１内で回転
することにより更に高圧となり、ケーシングポンプ１７
に形成されている流出孔３４を通りモータ本体２３側に
圧送される。そして、モータ本体２３側に圧送された燃
料はモータ本体２３の外周部に形成された流路３５を通
りチェックバルブ３６に到り、圧送口３３から燃料噴射
弁に向け圧送される。

【００３１】続いて、上記構成の燃料ポンプ１０におい
てインペラ１４に第１及び第２のインペラ羽根１４ａ，
１４ｂを設けた作用効果について以下説明する。

【００３２】前記したようにインペラ１４は、最外周部
分に第１のインペラ羽根１４ａが形成されると共に、そ
の内側に第２のインペラ羽根１４ｂが形成された構成と
されている。かつ、第１のインペラ羽根１４ａと第２の
インペラ羽根１４ｂは相互に互い違いとなるよう構成さ
れている。

【００３３】ここで、各インペラ羽根１４ａ，１４ｂが
夫々回転することにより発生する圧力変動を夫々独自に
見ると、図３に示されるように正弦波状の圧力変動とな
る。しかるに、本実施例においては第１のインペラ羽根
１４ａと第２のインペラ羽根１４ｂは相互に互い違いと
なるよう構成されているため、発生する正弦波状の圧力
変動は位相がずれた圧力変動となる。これを図４
（ａ），（ｂ）に示す。

【００３４】同図に示されるように、第１のインペラ羽
根１４ａと第２のインペラ羽根１４ｂを互い違いに配設
することにより、各インペラ羽根１４ａ，１４ｂで発生
する正弦波状の圧力変動は逆の位相となる。また、第１
のインペラ羽根１４ａと第２のインペラ羽根１４ｂは共
にインペラ１４の同一側の面に重ねて配設されているた
め、各インペラ羽根１４ａ，１４ｂが回転することによ
り発生する圧力変動は相互に干渉することとなる。

【００３５】即ち、第２のインペラ羽根１４ｂが回転す
ることにより圧力変動を有した燃料の昇圧が第２のポン
プ室３２で行われ、この昇圧された燃料は第１のポンプ
室３１に圧送される。そして、第１のポンプ室３１では
第１のインペラ羽根１４ａが回転することにより圧力変
動を有した燃料の昇圧が行われる。上記のように、第２
のポンプ室３２の昇圧時における圧力変動は、第１のポ
ンプ室３１の昇圧時における圧力変動と逆位相であるた
め、各圧力変動は互いに相殺するように作用し、よって
第１のインペラ羽根１４ａの回転により発生する圧力変
動と第２のインペラ羽根１４ｂの回転により発生する圧
力変動は相互に相殺され全体としての合成圧力変動は図
４（ｃ）に示すように極めて小さなものとなる。

【００３６】このようにポンプ部１１で発生する圧力変
動は全体として小さくなるため、この圧力変動に起因し
て発生するインペラ音の低減を図ることができ、車室内
における静粛性の向上を図ることができる。

【００３７】尚、上記した実施例においては、第１のイ
ンペラ羽根１４ａと第２のインペラ羽根１４ｂをインペ
ラ１４の両側面に形成した構成としたが、いずれか一方
の側面のみに形成した構成としても本願発明の効果を得
ることができる。但し、この場合においても、一方の側
面に第１のインペラ羽根１４ａ及び第２のインペラ羽根
１４ｂを共に形成しなければならないことは勿論であ
る。

【００３８】また、上記した実施例においては、インペ
ラ１４に第１のインペラ羽根１４ａ及び第２のインペラ
羽根１４ｂの２枚のインペラ羽根を形成したが、インペ
ラ羽根の形成枚数は、偶数枚であれば２枚以上形成して
も本願発明の効果を得ることができる。

【００３９】図５は、本発明の第２実施例に用いられる
インペラ４０を拡大して示す概略構成図である。

【００４０】本実施例においてもインペラ４０は、外周
部に多数の溝部４１（梨地で示す）を形成することによ
り多数のインペラ羽根４２が形成された、いわゆる閉羽
根型式の再生ポンプインペラである。このインペラ羽根
４２もインペラ４０の両側面に夫々形成されている。

【００４１】ここでインペラ１４に形成されたインペラ
羽根４２の形状に注目する。本実施例に係るインペラ１
４は、溝部４１が半径方向に対して斜めに延在するよう
形成されており、これに伴いインペラ羽根４２もインペ
ラ１４の半径方向に対して斜めに延在する形状とされて
いることを特徴とする。以下、インペラ羽根４２を上記
構成とした理由について説明する。

【００４２】いま、インペラ４０の周方向に対する空間
周波数スペクトル（インペラの形状をフーリエ変換した
もの）を考える。

【００４３】図９に示した従来のインペラ１で発生する
圧力波の空間パワースペクトルを考察すると、図６に示
すように空間パワースペクトルのピークはインペラ１の
整数次数成分のみに現れる。これは、複数のインペラ羽
根２，３が従来ではインペラ１の半径方向に沿った直線
状の形状をしており、この直線状の各インペラ羽根２，
３が燃料流を急激に剪断することにより、この剪断の瞬
間に圧力波が発生し、これが空間パワースペクトルのピ
ークとなって現れるものと推定される。この空間パワー
スペクトルにインペラ回転数（インペラ回転速度）及び
伝達関数を乗算した値が圧力波の圧力変動となる。従っ
て、上記事項より圧力変動の一次成分を低減するには、
インペラ１の上記空間パワースペクトルの一次成分を低
下させれば良いことが判る。

【００４４】そこで、インペラ１の空間パワースペクト
ルＹ（ω）を求める。いま、インペラに形成されるイン
ペラ羽根のインペラの中心を基点とした範囲角度をθ，
インペラ羽根の高さをｈ（θ，ｒ），インペラ中心から
インペラ羽根までの距離をｒ（インペラの中心点より溝
部の外周位置までの径寸法をｒ_OUT ，インペラの中心点
より溝部の内周位置までの径寸法ｒ_INとする）とし、Ｆ
を空間におけるフーリエ変換とする。すると、空間パワ
ースペクトルＹ（ω）は下式のように示すことができ
る。

【００４５】

【数１】

【００４６】従って、インペラの空間パワースペクトル
の一次成分を低下させるには、Ｙ（ω）＝０となるｈ
（θ，ｒ）を求めるとよい。この条件を満たすインペラ
羽根の形状として、図５に示されるようなインペラ１４
の半径方向に対して斜めに延在する形状が考えられる。

【００４７】また、斜めにする度合いは、いま溝部４１
の斜めにする度合いを示すためにインペラ１４の外周部
から内周部へのずれをＸ₂ とすると、このずれＸ₂ を下
式のように設定すればよい（図８（Ａ）参照）。

【００４８】Ｘ₂ ＝２×π×ｒ_IN×（ｍ／ｎ） … 但し、ｒ_IN ：インペラの中心点より溝部の内周位置ま
での径寸法 ｍ ：正の整数 ｎ ：インペラ羽根の羽根数 上記構成とすることにより、インペラの外周側で発生す
る圧力波（外周側圧力波）と内周側で発生する圧力波
（内周側圧力波）を逆位相とすることができ、外周側圧
力波と内周側圧力波は互いに相殺され、インペラ音の低
減を図ることができる。

【００４９】尚、上記した第２実施例に係るインペラの
構造と異なる構造ではあるが同様の効果を実現できるも
のとして、例えば図８（Ｂ），（Ｃ）に示されるインペ
ラ４０が考えられる。

【００５０】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、第１のイン
ペラ羽根及び該第２のインペラ羽根はインペラの同一面
に形成されているため第１のインペラ羽根で発生する圧
力波と第２のインペラ羽根で発生する圧力波は相互に干
渉し合い、かつ第１のインペラ羽根と該第２のインペラ
羽根は互い違いに形成されているため第１のインペラ羽
根で発生する圧力波と第２のインペラ羽根で発生する圧
力波は互いに逆位相となるため、第１のインペラ羽根で
発生する圧力波と第２のインペラ羽根で発生する圧力波
は互いに相殺され、よってインペラ音の低減を図ること
ができる等の特長を有する。

【００５１】また、請求項２の発明によれば、インペラ
の少なくとも片面外周部に半径方向に対して斜めに延出
する溝部を形成すると共に、この溝部の上記斜めにする
度合いを示すインペラの外周部から内周部へのずれＸ₂
を、 Ｘ₂ ＝２×π×ｒ_IN×（ｍ／ｎ） 但し、ｒ_IN ：インペラの中心点より溝部の内周位置ま
での径寸法 ｍ ：正の整数 ｎ ：インペラ羽根の羽根数 と設定することにより、インペラの外周側で発生する圧
力波（外周側圧力波）と内周側で発生する圧力波（内周
側圧力波）を逆位相とすることができ、外周側圧力波と
内周側圧力波は互いに相殺され、インペラ音の低減を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である燃料ポンプ装置に取
付けられるインペラを拡大して示す図である。

【図２】本発明の第１実施例である燃料ポンプ装置の縦
断面図である。

【図３】一つのインペラから発生する圧力変動を示す図
である。

【図４】本発明になる燃料ポンプ装置の効果を説明する
ための図である。

【図５】本発明の第２実施例である燃料ポンプ装置に取
付けられるインペラを拡大して示す図である。

【図６】空間パワースペクトルの求め方を示す図であ
る。

【図７】圧力変動パワースペクトルを示す図である。

【図８】本発明の原理を説明するための図である。

【図９】従来の燃料ポンプ装置に取付けられていたイン
ペラを拡大して示す図である。

【図１０】従来の燃料ポンプ装置に取付けられていたイ
ンペラを拡大して示す図である。

【符号の説明】

１０ 燃料ポンプ １１ ポンプ部 １４，４０ インペラ １４ａ 第１のインペラ羽根 １４ｂ 第２のインペラ羽根 １４ｃ，４１ 溝部 １４ｃ-1 外側溝部 １４ｃ-2 内側溝部 １６ モータ出力軸 １７ ケーシングポンプ ２３ モータ本体 ２４ ポンプハウジング ２５ 吸引口 ２６ マグネット ２７ 回転子 ２８ アーマチャコア ２９ コネクタ ３１ 第１のポンプ室 ３２ 第ふのポンプ室 ３３ 圧送口 ４２ スペクトル羽根

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周部に溝を形成することにより複数の
   インペラ羽根が形成されてなるインペラと、 該インペラを回転駆動する回転駆動手段と、 該インペラ羽根と対向形成されており、該インペラの回
   転に伴い流入する燃料の圧力を高めるポンプ室が形成さ
   れてなるハウジングとを具備する燃料ポンプ装置におい
   て、 該インペラの少なくとも片面外周部に二重の溝部を形成
   するこにより第１及び第２のインペラ羽根を形成し、 かつ、該第１のインペラ羽根と該第２のインペラ羽根と
   が互い違いとなるよう配設したことを特徴とする燃料ポ
   ンプ装置。
2. 【請求項２】 外周部に溝を形成することにより複数の
   インペラ羽根が形成されてなるインペラと、 該インペラを回転駆動する回転駆動手段と、 該インペラ羽根と対向形成されており、該インペラの回
   転に伴い流入する燃料の圧力を高めるポンプ室が形成さ
   れてなるハウジングとを具備する燃料ポンプ装置におい
   て、 該インペラの少なくとも片面外周部に半径方向に対して
   斜めに延出する溝部を形成すると共に、 該溝部の上記斜めにする度合いを示すインペラの外周部
   から内周部へのずれＸ ₂ を、下式のように設定したこと
   を特徴とするものである。 Ｘ₂ ＝２×π×ｒ_IN×（ｍ／ｎ） 但し、ｒ_IN ：インペラの中心点より溝部の内周位置ま
   での径寸法 ｍ ：正の整数 ｎ ：インペラ羽根の羽根数