用於燃油泵的葉輪以及採用該葉輪的燃油泵的製作方法

2023-05-04 13:46:26

專利名稱：用於燃油泵的葉輪以及採用該葉輪的燃油泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於燃油泵的葉輪、以及採用該葉輪的燃油泵。
背景技術：
在傳統的燃油泵中，沿盤形葉輪的旋轉方向在所述盤形葉輪上設置多個葉片槽，並且葉片分開沿葉輪的旋轉方向彼此相鄰的葉片槽。通過旋轉葉輪，沿葉片槽形成的泵通道中的燃油的壓力被增壓(例如見，日本專利公開文獻JP11-50990A，其對應於美國專利公開文獻USP 5975843)。在這種燃油泵中，如果沿葉輪的旋轉方向彼此相鄰的葉片以等角度間隔被布置，則在葉輪旋轉時，產生噪音(圖8A)，其具有對應於(葉片的總數)×(葉輪的轉速)的頻率的聲壓的高峰值。
在日本專利公開文獻JP11-50990A中，葉片槽(葉片)被布置成沿葉輪的旋轉方向彼此相鄰的葉片所形成的至少一部分角度(相鄰葉片夾角)是不同的。結果，聲壓具有其峰值的頻率的範圍被加寬，並且聲壓的峰值減小(圖8B)。
在葉輪旋轉時，燃油反覆地沿葉輪的旋轉方向從前側葉片槽流動到後側葉片槽中，並且因而，葉輪通過將燃油旋轉成渦流而增壓燃油的壓力。在以這種方式增壓燃油的壓力的葉輪的結構中，在兩個相鄰葉片夾角之差較大時，並且因而在由葉片沿葉輪旋轉方向分開的葉片槽的兩個寬度之差較大時，燃油流入葉片槽中的量與燃油流出葉片槽的量之差較大。因此，燃油的壓力不可在燃油泵的泵單元中被足夠地增壓，其中所述泵單元通過將所述燃油旋轉成渦流而增壓所述燃油的壓力。結果，泵單元在增壓所述壓力時的效率降低，泵單元的泵效率降低。在相鄰葉片夾角相同時，並且因而在葉片槽沿葉輪的旋轉方向的寬度相同時，泵單元的泵效率增加。然而，如上所述，由葉輪的旋轉所產生的噪音的聲壓的峰值變得較高。
燃油泵的效率由(電機效率)×(泵效率)表示。因而，在泵效率增加時，燃油泵的效率增加。設定I(供應至燃油泵的電機單元的驅動電流)、V(施加的電壓)、T(電機單元中的轉矩)、N(電機單元的轉速)、P(由燃油泵排出的燃油的壓力)、以及Q(燃油排出速度)，電機效率是由(電機效率)＝(T×N)/(I×V)表示，並且泵效率是由(泵效率)＝(P×Q)/(T×N)表示。因而，燃油泵的效率是由(燃油泵的效率)＝(電機效率)×(泵效率)＝(P×Q)/(I×V)表示。

發明內容
本發明解決上述缺點。因而，本發明的一個目的是提供一種用於燃油泵的葉輪。所述葉輪減小噪音的聲壓的峰值，並且限制泵效率的降低。此外，本發明的另一目的是提供一種應用所述葉輪的燃油泵。
為了實現本發明的目的，提供了一種葉輪，其用於燃油泵，並且通過在泵通道中旋轉燃油而增壓燃油的壓力，其中所述泵通道沿所述葉輪的旋轉方向形成在所述燃油泵中。葉輪包括多個葉片槽以及多個葉片。所述多個葉片槽沿葉輪的旋轉方向彼此相鄰地被形成。所述多個葉片沿葉輪的旋轉方向彼此相鄰地被形成。所述多個葉片中的每個葉片將所述多個葉片槽中的對應相鄰兩個葉片槽彼此分開。相鄰葉片夾角的最大值與最小值之差設定在2.5°至4°的範圍內。相鄰葉片夾角是這樣一種角度，其圍繞葉輪的旋轉軸線在所述多個葉片的相鄰兩個葉片沿所述葉輪的旋轉方向的對應端部之間形成。
為了實現本發明的目的，還提供了一種包括電機單元、所述葉輪以及殼體構件的燃油泵。所述葉輪通過電機單元的旋轉驅動力被旋轉。所述殼體構件旋轉地接收所述葉輪，並且限定了泵通道。


通過以下說明、權利要求書以及附圖將更好理解本發明以及其附加的目的、特徵以及優點，其中圖1A是根據本發明第一實施例的、從燃油進入側看過去的葉輪的整體視圖；圖1B是圖1A中所示的葉片槽附近區域的放大視圖；圖2是根據第一實施例的燃油泵的剖視圖；圖3A是根據第一實施例的、從燃油進入側看過去的葉輪的葉片槽的示意圖；圖3B是沿圖3A中的線IIIB-IIIB的剖視圖；圖4是圖2中所示的泵通道的放大視圖；圖5是曲線圖，其示出了分散範圍與聲壓的峰值之間的關係，以及分散範圍與泵效率之間的關係；圖6是曲線圖，其示出了相鄰葉片夾角與泵效率之間的關係；圖7是根據本發明第二實施例的、從燃油進入側看過去的葉輪的整體視圖；圖8A是曲線圖，其以規則間隔示出了葉片的聲壓的峰值；並且圖8B是曲線圖，其以不規則的間隔示出了葉片的聲壓的峰值。
具體實施例方式
將參看

本發明的實施例。
(第一實施例)圖2示出了燃油泵10，其中採用了根據本發明第一實施例的葉輪30。燃油泵10例如是油箱內裝式渦輪泵(in-tank turbinepump)，其連接至車輛的油箱內側等。燃油泵10將油箱中的燃油供應至燃油噴射閥(未示出)。燃油泵10被設置成，其排出壓力的範圍包括0.25至1[MPa]，其排出速度的範圍包括50至250[L/h]，並且其轉速的範圍包括4000至12000[rpm]。
燃油泵10包括泵單元12以及電機單元13，其中所述電機單元驅動所述泵單元12旋轉。殼體14是用於泵單元12和電機單元13，並且填塞端蓋16和泵殼20。
泵單元12是渦輪泵，其具有泵殼20、泵殼22以及葉輪30。泵殼22被壓配到殼體14中，並且沿葉輪30的軸向被壓在殼體14的臺階部分15上。泵殼20、22是殼體構件，它們旋轉地接收葉輪30作為旋轉構件。在泵殼20、22與葉輪30之間相應地形成C形泵通道202。
如圖1A、1B所示，沿葉輪30的旋轉方向在葉輪30的外周部分上形成多個葉片槽36，其中所述葉輪以盤形的方式被形成。葉片槽36沿葉輪30的周向的寬度是非均勻的。結果，葉輪36沿葉輪30的旋轉方向以具有不規則間距的方式設置。沿旋轉方向彼此相鄰的兩個葉片槽36由葉片34分開。在葉輪30根據如圖2所示的轉子50的旋轉而與軸51一起旋轉時，燃油從沿旋轉方向位於前側的、葉片槽36的徑向外側流入到泵通道202中，並且流入沿旋轉方向位於後側的、葉片槽36的徑向內側。因為燃油反覆地以這種方式多次地流出和流入葉片槽36，所以燃油被旋轉成渦流220(圖4)，並且其壓力在如圖2所示的泵通道202中被增壓。在葉輪30旋轉時，燃油從位於泵殼20上的入口(未示出)被吸入，並且其壓力通過葉輪30的旋轉在泵通道202中被增壓。然後，燃油由於施加的壓力從位於泵殼22上的出口(未示出)被送至電機單元13側，並且穿過永磁體40與轉子50之間的燃油通道206。此後，燃油從設置在端蓋16中的出口210被供應至發動機側。設置在泵殼20中通氣孔204是用於將包含在泵通道202中的燃油中的空氣排出到燃油泵10的外側。
沿轉子50的旋轉方向具有彼此不同的磁極的四個永久磁體40被形成為四分之一圓的圓弧形，並且沿周向安置在殼體14的內周壁上。
通過用樹脂蓋70覆蓋轉子50在葉輪30側上的端部，減小了轉子50的旋轉阻力。整流器80連接至轉子50的另一端部。軸51作為轉子50的旋轉軸線通過軸承構件24被保持，其中所述軸承構件24相應地通過端蓋16和泵殼20被接收和支承。
轉子50具有圍繞軸51的中心孔52。軸51被壓配在筒形的中心孔52中，其中所述中心孔的橫截面具有六角形狀。六個磁極芯54沿轉子50的旋轉方向圍繞中心孔52布置，並且與中心孔52裝配在一起。由介電樹脂製成的線圈架60裝配到磁極芯54的外周中，並且通過集中地圍繞線圈架60的外周卷繞繞圈而形成線圈62。
每個線圈62在整流器80側上的端部電連接至線圈端子64。線圈端子64沿轉子50的旋轉方向對應於每個對應線圈62所在的位置，並且與整流器80側上的端子84適配，以形成電連接。線圈62在葉輪30側上的另一端部電連接至線圈端子66。六個線圈端子66通過環形端子68被電連接在一起。
盒式整流器80被一體形成。在軸51被插入整流器80的通孔81中而軸51被壓配到中心孔52中以將整流器80連接至轉子50時，整流器80的、伸至轉子50側的每個端子84適配轉子50的對應的線圈端子64，從而電連接至線圈端子64。
整流器80具有六個區段82，它們沿轉子50的旋轉方向布置。區段82例如是由碳形成，並且區段82通過間隙和介電樹脂構件86彼此相互電絕緣。
每個區段82經由中間端子83電連接至端子84。介電樹脂構件86通過注射模製的方式整合區段82(除了電刷(未示出)所滑動的表面)、中間端子83以及端子84，因而構成整流器80。在整流器80與轉子50一起旋轉時，每個區段82依次接觸電刷。在整流器80依次而同時旋轉地接觸電刷時，供應至線圈62的電流被整流。永久磁體40、轉子50、整流器80以及電刷(未示出)構成了直流電機。
(葉輪30)將更加詳細說明葉輪30的結構。
葉輪30是以盤形的方式通過樹脂被一體成型。如圖1A、1B所示，葉輪30的外周是由環形部分32圍繞，並且葉片槽36形成在環形部分32的內周側上。如圖3B所示，沿葉輪30的旋轉方向彼此相鄰的兩個葉片槽36通過V形葉片34被分開，其中所述V形葉片從葉輪30的厚度方向大致中心部沿旋轉方向斜向前延伸至葉輪30的厚度方向上的兩個端側表面31。如圖4所示，儘管葉片槽36的徑向內側部通過分隔壁35被分開，其中所述分隔壁從葉片槽36的徑向內側部伸向徑向外側部，但是葉片槽36沿葉輪30的旋轉軸線的方向貫穿遠離分隔壁35的徑向外側。從葉輪30兩側上的泵通道202沿葉輪30的旋轉軸線方向流入葉片槽36中的燃油通過分隔壁35被旋轉成兩個渦流220，它們在葉輪30的旋轉軸線方向的兩側，以彼此相反的方向旋轉。
如圖3A、3B所示，沿葉輪30的旋轉方向位於後側的、葉片槽36的後側表面37的至少徑向內側部從徑向內側傾斜至徑向外側(也就是，沿旋轉方向向後)。位於後側表面37的徑向內側端部37a與徑向外側端部37b之間的直線段110沿旋轉方向向後傾斜，同時直線段110相對於直線104朝向徑向外側延伸，其中所述直線104從葉輪30的半徑部102上的徑向內側端部37a徑向向外延伸。也就是說，後側表面37沿旋轉方向向後傾斜，同時其沿徑向向外延伸。在圖3A中，附圖標記100表示葉輪30的旋轉軸線。葉片槽36的後側表面37的徑向內側端部37a和徑向外側端部37b沿旋轉方向與葉片34的一個端部部分對正，在第一實施例中更具體地講，相應地在該一個端部部分處與徑向內側端部34a和徑向外側端部34b對正，該端部部分沿旋轉方向位於前側。
如圖1A、1B所示，在沿葉輪30的旋轉方向彼此相鄰的兩個葉片34之間，設有兩個直線104與旋轉軸線100彼此相互形成的角度(相鄰葉片夾角)θ，其中所述兩條直線104穿過作為葉片34沿旋轉方向的一個端部的對應的徑向外側端部34b，相鄰葉片夾角θ的最大值θmax與最小值θmin之差的分散範圍(θmax-θmin)被設定在2.5°≤分散範圍≤4°的範圍內。
在葉輪30旋轉時，如果葉片34的相鄰葉片夾角θ相同(圖8A)，則具有對應於(葉片34的總數)×(葉輪30的轉速)的頻率的聲壓的高峰值的噪音產生。在葉片34的相鄰葉片夾角θ的分散範圍較小時，聲壓具有其峰值的頻率範圍並不被加寬，並且因而在相鄰葉片夾角θ相同的情況中，聲壓的峰值不可被減小。然而，在葉片34的相鄰葉片夾角θ的分散範圍較小時，燃油流入葉片槽36中的量與燃油流出葉片槽36的量之差較小。結果，在葉輪30旋轉時，燃油反覆地流入和流出葉片槽36，並且增壓燃油的壓力的效率增加。因而，泵單元12的泵效率以及燃油泵10的效率增加。
另一方面，在葉片34的相鄰葉片夾角θ的分散範圍較大時，聲壓具有其峰值的頻率範圍擴展，從而減小了聲壓的峰值(圖8B)。然而，在相鄰葉片夾角θ的分散範圍較大時，燃油流入葉片槽36中的量與燃油流出葉片槽36的量之差較大。因此，在葉輪30旋轉時，燃油反覆地流入和流出葉片槽36，並且泵單元12增壓燃油的壓力的效率降低。因而，泵單元12的泵效率以及燃油泵10的效率降低。
圖5示出了分散範圍與聲壓的峰值和泵效率的關係。線圖300表明了分散範圍與聲壓的峰值之間的關係，並且線圖302表明了分散範圍與泵效率之間的關係。如圖5的特徵所示，在聲壓的峰值等於或小於135[dB]時，並且在與葉片34的所有相鄰葉片夾角θ相同(也就是，分散範圍0°)時的泵效率的最佳值相比泵效率的降低等於或小於1％時，分散範圍降入2.5°≤分散範圍≤4°的範圍內。在這種方式中，通過將分散範圍設定在2.5°≤分散範圍≤4°的範圍內，聲壓的峰值可被減小，並且泵效率的降低可被限制。
如圖6中的曲線310所示，不但分散範圍而且相鄰葉片夾角本身的幅度影響泵效率。圖6示出了在葉輪30的葉片34的所有相鄰葉片夾角θ相同時相鄰葉片夾角θ與泵效率之間的關係。
在相鄰葉片夾角小於8°(θ＜8°)時，葉片槽36沿葉輪30的旋轉方向的寬度較小，從而減小了體積。因而，被旋轉成渦流220的燃油不可足夠地流入葉片槽36中。因此，增加渦流220的能量是困難的。在相鄰葉片夾角大於12°(θ＞12°)時，葉片槽36沿旋轉方向的寬度較大，從而增加了體積。因而，很難將流入葉片槽36的燃油作為渦流220流出，並且很難增加渦流220的能量。在渦流220的能量並不增加時，增壓燃油的壓力的效率降低，從而泵效率降低。
與此相比，在葉輪30中，其中葉片34的所有相鄰葉片夾角θ相同，在相鄰葉片夾角θ設定在8°≤相鄰葉片夾角θ≤12°的範圍內時，泵效率從其最佳值的降低等於或小於1％(圖6)。因而，甚至在葉片34的相鄰葉片夾角θ在第一實施例中被設定為不規則時，通過將不規則的相鄰葉片夾角θ相應地設定在8°≤相鄰葉片夾角θ≤12°的範圍內，泵效率從其最佳值的降低在2.5°≤分散範圍≤4°的範圍內等於或小於1％。
正如前述，在第一實施例中，通過將葉片34的不規則的相鄰葉片夾角θ的分散範圍設定在2.5°≤分散範圍≤4°的範圍內，其中所述葉片34沿葉輪30的旋轉方向彼此相鄰，由葉輪30的旋轉所產生的噪音的聲壓的峰值可被減小，並且儘可能多地限制燃油泵10的泵單元12的泵效率的降低。
而且，在第一實施例中，葉片槽36的徑向外側部通過環形部分32被圍繞，從而泵通道202並不形成在葉輪30的外周側上。結果，燃油(沿旋轉方向)的壓力差並不直接作用至葉輪30的徑向，其中所述燃油的壓力在泵通道202中被增壓，並且因而施加至葉輪30的力沿徑向減小。因此，可以限制葉輪30的旋轉軸線的誤對正，並且從而葉輪30可以平滑地旋轉。
(第二實施例)圖7示出了本發明的第二實施例。相同的附圖標記被用於表示與上述第一實施例中大致相同的部件。在第二實施例中，其中採用了葉輪90的燃油泵的結構大致與第一實施例相同。
在第一實施例的葉輪30中，葉片槽36的徑向外側部由環形部分32圍繞。另一方面，在第二實施例的葉輪90中，葉片槽92的徑向外側部開放。沿葉輪90的旋轉方向彼此相鄰的兩個葉片槽92由葉片94分開。
同樣在第二實施例中，葉片94的相鄰葉片夾角θ和它們的分散範圍相應地被設定在8°≤相鄰葉片夾角≤12°、和2.5°≤分散範圍≤4°的範圍內。
(其它實施例)儘管在上述實施例中分散範圍以及相鄰葉片夾角θ相應地設定在2.5°≤分散範圍≤4°、和8°≤相鄰葉片夾角≤12°的範圍內，但只要分散範圍是在2.5°≤分散範圍≤4°的範圍內，則相鄰葉片夾角θ不可設定在8°≤相鄰葉片夾角≤12°的範圍內。
附加地，在上述實施例中，V形葉片被形成為使得，其沿葉輪的厚度方向從葉輪的中心部沿葉輪的旋轉方向斜向前朝向葉輪沿厚度方向的兩個端側表面延伸。同樣，葉片槽的後側表面(第一實施例中的後側表面37)沿旋轉方向向後傾斜，同時其沿徑向向外延伸。然而，只要分散範圍被設定在2.5°≤分散範圍≤4°的範圍內，則葉片和葉片槽的形狀可並不限於上述實施例中所述的那些。例如，葉片可沿葉輪的厚度方向被形成為像一個平坦的板，並且葉片槽的後側表面可具有沿葉輪的徑向延伸的形狀。
另外，在上述實施例中，電刷式電機被應用作為燃油泵的電機單元。可選地，無電刷式電機可被應用於電機單元。
在這種方式中，本發明並不以任何方式限於上述實施例，並且在不脫離本發明的範圍的前提下，可應用為各種不同的實施例。
本領域技術人員將容易地清楚附加的優點和改型。因而，本發明在其寬廣的範圍內並不限於所示和所述的特定細節、示意性設備以及示意性實例。
權利要求
1.一種葉輪(30、90)，其用於燃油泵(10)，並且通過在泵通道(202)中旋轉燃油而增壓燃油的壓力，其中所述泵通道沿所述葉輪(30、90)的旋轉方向形成在所述燃油泵(10)中，所述葉輪(30、90)包括多個葉片槽(36)，它們沿所述葉輪(30、90)的旋轉方向彼此相鄰地形成；以及多個葉片(34)，它們沿所述葉輪(30、90)的旋轉方向彼此相鄰地形成，其中所述多個葉片(34)中的每個葉片將所述多個葉片槽(36)中對應的相鄰兩個葉片槽彼此分開；並且相鄰葉片夾角(θ)的最大值(θmax)與最小值(θmin)之差(θmax-θmin)設定在2.5°至4°的範圍內，所述相鄰葉片夾角(θ)是這樣一種角度，其圍繞所述葉輪(30、90)的旋轉軸線(100)形成在所述多個葉片(34)中相鄰兩個葉片在葉輪(30、90)旋轉方向上的對應端部(34b)之間。
2.根據權利要求1所述的葉輪(30、90)，其特徵在於，每個相鄰葉片夾角(θ)設定在8°至12°的範圍內。
3.一種燃油泵(10)，包括電機單元(13)；根據權利要求1所述的葉輪(30、90)，所述葉輪(30、90)通過所述電機單元(13)的旋轉驅動力被旋轉；以及殼體構件(20、22)，其旋轉地接收所述葉輪(30、90)並且限定泵通道(202)。
全文摘要
公開了一種葉輪(30、90)，其用於燃油泵(10)，並且通過在泵通道(202)中旋轉燃油而增壓燃油的壓力，其中泵通道沿葉輪的旋轉方向形成在燃油泵中。葉輪包括多個葉片槽(36)，它們沿葉輪的旋轉方向彼此相鄰地被形成；以及多個葉片(34)，它們沿旋轉方向彼此相鄰地被形成。所述多個葉片中的每個葉片將所述多個葉片槽中對應相鄰的兩個葉片槽彼此分開。相鄰葉片夾角(θ)的最大值(θ
文檔編號F02M37/00GK101046211SQ20071008902
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月29日 優先權日2006年3月30日
發明者成迫秀喜, 間真司, 大井清利, 海老原嘉男 申請人:株式會社電裝