涡轮燃油泵 【技术领域】
本发明涉及一种特别适用于供给燃油例如向汽车发动机供给燃油的涡轮燃油泵。
背景技术
通常，车辆例如汽车设置有用于向其发动机供给燃油的燃油泵。作为这种燃油泵，现有技术中的涡轮机型燃油泵，其中盘型叶轮在压力下可旋转被驱动地供给燃油。
日本专利申请No.6-229388公开了一种燃油泵，包括柱型壳体，作为用于燃油泵电力源的电机，以及与装在壳体内的电机输出侧相连接的旋转轴。
泵壳放置在壳体一端部，其内设置有旋转轴的末端部分。吸入孔，排放孔和与所述吸入孔和排放孔相连接的环形燃油通道被限定在泵壳内。叶轮可旋转地放置在泵壳内，并与旋转轴的末端部分相连。叶轮位于燃油通道内圆周上。
当叶轮可旋转地由电机通过旋转轴驱动时，燃油泵通过叶轮的旋转由吸入孔将燃油吸进来，然后在压力下通过燃油通道将燃油输送到排放孔中。
叶轮例如通过注塑树脂材料形成带齿的盘型，以及在叶轮外圆周上设置多个相互间沿周向分开设置的叶片。当叶片装配到燃油泵上时，将其设置在燃油通道内。各个叶片从叶轮环形体沿径向向外凸出，并且形成长方形盘，其凸出端或末端具有例如点型或锐角型。
在如上述设置的燃油泵中，仅仅是叶轮的叶片的微小变化，例如形状、尺寸等就会对压力下由叶轮输送的燃油输送效率，即泵的效率产生不容忽视的影响。为此，传统上，为使各个叶片形成预定的形状、尺寸等，叶轮必须高精确地特别小心地由树脂材料注塑而成，并且叶轮的外圆周表面，即，叶片的末端面以及其相对侧面必须经受进一步的机械处理。
【发明内容】
如上所述，在相关领域中，具有叶片地叶轮已经由树脂材料高精确度地模制成，然后进一步经受机械处理以获得所需泵的效率。然而，在叶轮的注塑和机械处理以及将其装配到燃油泵上时，叶轮易受到不同的外力作用。例如，在将已注塑的叶轮从树脂铸模机上移去时，在将其外圆周表面进行研磨时等，这些外力会施加在叶轮上。如果将这些外力作用在具有点型或锐角型叶轮的各个叶片末端上，将会发生叶片末端断裂的危险。
因此，在相关领域中，在燃油泵的生产过程中，叶轮的各个叶片趋于经历复杂的和无规则的破裂及损坏。此外，如果由于破裂及损坏的产生，各个叶片的形状脱离了设计规范，就会发生诸如泵的效率降低的问题。为避免这些问题，在生产过程中需要特定的设备和控制手段用以防止叶轮叶片经历例如破裂或损坏，从而使生产成本降低。
考虑到相关领域中的上述问题而构成了本发明。考虑到容易操作以及提高泵的效率，本发明的目的是提供了一种由简单工艺制成的可避免叶轮叶片中破裂或损坏发生的涡轮燃油泵。
本发明的一个方面提供一种涡轮燃油泵，包括：
柱形壳体；
容纳在壳体内的电机；
安装在壳体内的泵壳，所述泵壳包括吸入孔、排放孔和与所述吸入孔和排放孔相连接的燃油通道；以及
放置在泵壳内、并通过电机沿旋转方向围绕轴被驱动的叶轮，所述叶轮包括大致环形体和多个沿径向从环形体向外凸出的、并放置在燃油通道内的叶片；
每一个形成大致长方形板的叶片包括沿周向延伸以限定叶轮的外圆周表面的末端面，沿叶轮旋转方向位于前侧面上的正面，其具有位于叶轮环形体一侧面上的根部和位于叶轮外圆周一侧面上的末端部，所述正面呈弯曲形，从而末端部相对根部沿叶轮旋转方向是向前布置的，以及沿叶轮旋转方向位于后侧面上的后面，和放置在末端面和正面末端部之间的切面部。
【附图说明】
图1示出了根据本发明第一实施方案的涡轮燃油泵的纵向截面图；
图2示出了图1中包括泵壳、叶轮等的部件放大图；
图3示出了沿图2中线3-3截取的涡轮燃油泵截面图，其示出了内壳体及叶轮；
图4示出了叶轮叶片基本部件的放大透视图；
图5示出了叶轮叶片基本部件的放大平面图；
图6示出了叶轮切面部长度与泵的效率之间关系的特征曲线；
图7是类似于图5的视图，但示出了根据本发明第二实施方案的涡轮燃油泵的一个叶轮。
【具体实施方式】
参考图1至图6，根据本发明第一实施方案的涡轮燃油泵的详细说明如下。所述燃油泵包括作为燃油泵外壳的柱形壳体1。如下面将要详细说明的，壳体1的相对设置的两个轴向开口端通过排放盖2和泵壳9各自关闭。
排放盖2具有底部关闭的柱形形状，且包括两者都从排放盖2向外突出的排放孔2A和连接部分2B，以及在两个排放盖2中间形成的轴承座套2C，用以向壳体1的内部延伸。
用于保存剩余压力的单向阀3放置在排放孔2A内。如下面将要说明的，在电机7旋转时该单向阀3是打开的，以将流过壳体1的燃油从排放孔2A排放到外部燃油管道(未示出)等中。在电机7断电时该单向阀3是关闭的，用于防止已经从壳体1排出的燃油回流到壳体1中，以使燃油管道的内部保持在一个指定的剩余压力下。
将旋转轴4支承以使其在壳体1内沿轴O-O是可旋转的。该旋转轴4沿图2中所示轴O-O延伸，如下面将要说明的，其具有将电机7的转子7B安置于其上的轴中间部分。旋转轴4可由柱形金属杆制成。具体地，旋转轴4的一轴端部通过衬套5由排放盖2的轴承座套2C可旋转地支承。旋转轴4的另一轴端部通过衬套6可旋转地支承在内壳体12的盖12B的内圆周表面上。
旋转轴4包括轴啮合部4A，其与所述另一轴端部整体形成，并向外突出越过衬套6进入到泵壳9内。轴啮合部4A上固定有叶轮17。轴啮合部4A具有非圆形截面用以防止在轴啮合部4A和叶轮17之间的相对旋转。
壳体1内容纳有电机7，并在排放盖2和泵壳9之间的位置与壳体1啮合。电机7包括支承由永久磁体制成的定子(未示出)的柱形轭(yoke)7A，转子7B和留有间隙地插入到柱形轭7A中、并安装到旋转轴4上的、用于与其整体旋转的换向器7C，以及与换向器7C滑动相连的导电刷(未示出)。
当电机7通过换向器7C中从排放盖2的连接部2B供给到转子7B的电流激活时，转子7B就整体地与旋转轴4一起旋转，从而可旋转地驱动叶轮7。柱形轭7A与转子7B相配合以限定其间的燃油通道8，允许由泵壳9排放孔14排放来的燃油通过该燃油通道8流向排放盖2。
泵壳9安装到壳体1中旋转轴4的轴啮合部4A所处的一轴端部。泵壳9容纳有大致盘型叶轮17。泵壳9包括沿壳体1轴向相互间紧密配合的外壳体部10和内壳体部12。
参考图2，下面将详细说明外壳体部10和内壳体部12。外壳体10适于将壳体1与外部封闭，并通过适当方式(例如填密方式)与壳体1相啮合。外壳体10与吸入口11整体形成，并通过该吸入口11将燃油输入到燃油泵中。外壳体10还包括位于叶轮17中部的环形凹槽10A，以及位于叶轮17外圆周上的弓形槽10B。环形凹槽10A容纳可旋转轴4轴啮合部4A的末端。弓形槽10B围绕轴O-O画的圆的圆周方向延伸，并具有大致半环形截面。
如图2所示，内壳体12在壳体1内啮合，并与盖形成平面柱形体。内壳体12包括与外壳体10紧密配合的柱形部分12B，以及抵靠壳体1关闭柱形部12B一端轴的环形盖部分12A。柱形部分12B设有在其正对外壳体10配合面的内表面上的圆形涡轮凹槽13，用于容纳叶轮17。环形盖部分12A在其内圆周上设有沿壳体1轴向延伸的排出口14。
外壳体10和内壳体12互相配合以限定沿涡轮凹槽13外圆周形成的环形燃油通道15。环形燃油通道15包括外壳体10的弓形槽10B。如图2所示，环形燃油通道15是以围绕轴O-O(轴中心O)的圆周方向延伸的通道形成，并具有大致拉长的C-型截面。
环形燃油通道15在其前端与吸入口11相连通，并在其末端与排出口14相连通。内壳体12形成有弓形密封隔板16，其从柱形部分12B的内圆周径向地向内突出到靠近叶轮17外圆周的径向向内位置。除相应于燃油通道15的部分外，弓形密封隔板16在吸入口11和排出口14之间对叶轮17的外圆周形成密封。
通常，如图2和3所示，盘型叶轮17由例如加强塑性材料制成，并可旋转地安装于泵壳9的涡轮凹槽13内。叶轮17在外壳体10和内壳体12的环形盖部分12A之间浮动式(floating fashion)密封。
叶轮17通过旋转轴4由电机7驱动，以图3中箭头A所示方向围绕轴O-O(轴中心O)旋转。叶轮17的旋转允许从吸入口11吸入来的燃油进入到燃油通道15内，并在压力下通过燃油通道15将其输送到排出口14中。
如图3所示，叶轮17具有与旋转轴4的轴啮合部4A相啮合的啮合孔17A，用以防止旋转轴4和叶轮17之间的相对旋转，但允许他们整体旋转。叶轮17在啮合孔17A附近具有多个通孔17B以平衡叶轮17的沿轴向相对侧的燃油压力。在这种实施方案中设置有三种通孔17B。进一步地，叶轮17包括环形体和多个沿环形体外圆周布置的叶片18。叶片18从叶轮17环形主体沿径向向外突出，并相互间沿环形体圆周方向等距离隔开布置。
如图4所示，每一个叶片18为具有大致长方形截面的盘型。每一个叶片18具有突出端部，即，末端部，沿叶轮17的旋转方向弓形地向前弯曲，即，沿图4所示箭头A方向向前。
叶片18包括周向延伸的长方形末端面18A，以限定叶轮17的外圆周表面，相对末端面18A沿叶轮17的旋转方向位于前侧面上的正面18B，相对末端面18A沿叶轮17的旋转方向位于后侧面上的后面18C，以及位于叶轮17沿轴向相对侧的一对侧面18D。具体说，如图5所示，叶片18的正面18B包括位于叶轮17外圆周一侧面上的末端部18B1，和位于叶轮17环形体一侧面上的根部18B2。正面18B呈弯曲形，这样末端部18B1是向前布置的或相对根部18B2沿叶轮17的旋转方向是向前的。因此，叶片18形成所谓的前导向叶片。
在相邻叶片18之间形成有一对弓形凹槽19，其相互间沿叶轮17的轴向背对背布置。图4和图5中仅示出了一对弓形凹槽19。每一个弓形凹槽19具有山型的形状，其顶点位于叶轮17轴向长度的中点处。弓形凹槽19具有基本上与燃油通道15的弓形圆周相同的曲率半径，即，如图2所示，与泵壳9的外壳体10和内壳体12之间的、限定燃油通道15的弓形部的弓形隔板表面的曲率半径相同。
叶片18还在其根部侧面上具有一对沿叶轮17轴向相对侧上形成的斜面20。图4和图5中仅示出了一对斜面20。每一个斜面20通过在后面18 C和每一个侧面18D之间以相对倾斜的角度切割一个角而形成，以允许燃油平滑地进入相邻叶片18之间的空间中。
如图4和5所示，叶片18具有在末端面18A和正面18B的末端部18B1之间设置的切面部21。切面部21由通过在末端面18A和正面18B的末端部18B1之间切割一个角而形成的平面构成。切面部21在由从叶轮17旋转中心，即，轴中心O，和叶轮17的轴O-O径向向外延伸的线R限定的平面上延伸。即，切面部21与含有叶轮17轴O-O的平面对齐。
如图5所示，切面部21在垂直于轴O-O的截面上具有测量长度L。切面部21的长度L在末端面18A和前面18B的末端部18B1之间均匀地延伸。切面部21的长度L依据基于如图6所示的实验数据由下述公式限定，并将在下面进行说明：
0.05≤L≤0.15(单位：mm)
切面部21的规定长度L在此范围内，叶片18的末端可形成不易破裂和难于损坏的形状，并可维持良好的泵的效率。
参考图6，下面说明的切面部21长度L及泵的效率之间的关系从实验数据中变得明显。
当切面部21长度L在0.05mm至0.15mm的范围内，叶轮17叶片18的末端具有能承受施加于其上外力的完全稳定的形状，更具体说，叶片18的末端面18A和正面18B之间的部分形成非弓形角形状，即，不易破裂和难于损坏的形状。进一步地，切面部21的形成基本上对燃油通道15内的燃油流动没有负面影响。因此，泵的效率基本上与没有设置切面部21的泵的效率相同，或稍微小于没有设置切面部21的泵的效率。
当切面部21长度L超过0.15mm时，可以看到切面部21对燃油通道15内的燃油流动的负面影响，导致泵的效率明显下降。
结果，通过在以上公式限定的范围内调节切面部21的长度L，叶轮17提高了其操作特性，并且燃油泵在高效率下运行。
这样，根据本发明第一实施方案布置的涡轮燃油泵的运行如下。当电机7通过排放盖2的连接部2B并在其上供给电力而激活时，转子7B与旋转轴4一起旋转，从而叶轮17在泵壳9内可旋转地驱动。叶轮17的旋转导致储存在燃油箱(未示出)内的燃油通过吸入口11被吸入到燃油通道15中，并在压力下通过叶片18沿燃油通道15输送，最后通过排出口14排放到壳体1中。
根据本发明的第一实施方案，由于叶轮17每一个叶片18具有切面部21，在燃油泵的生产过程中，叶片18的末端即便在叶轮17受到不同外力时也不会破裂或损坏。这就导致了叶轮17的操作特性的改善以及生产过程的简化。进一步地，甚至在燃油泵运行时，每一个叶片18可在其末端显示出增强的强度，从而提高可适于高速旋转叶轮17的耐久性。
具体说，每一个叶片18具有正面18B，其末端部18B1相对其根部18B2沿叶轮17的旋转方向是向前布置的，从而在叶片18的正面18B的末端部18B1和末端面18A之间将形成易于破裂或损坏的锐角型角。为避免破裂和损坏的发生，根据本发明，在正面18B的末端部18B1和末端面18A之间的锐角处设置有切面部21。因而，叶片18形成无破裂或难于损坏的形状。
在这种情况下，当切面部21长度L调节到如垂直于轴O-O的截面测量的0.05mm至0.15mm范围内，叶片18的末端可形成能承受施加于其上外力等的完全稳定的形状。此外，切面部21的设置对泵的效率没有显著影响，因此可维持足够高的基本上等同于没有设置切面部21情况下泵的效率。
进一步地，由于切面部21沿从叶轮17的可旋转中心，即，轴中心O径向向外延伸的线R而形成平面，因而与切面部表面相对线R倾斜的情况相比，生产叶轮17所用的模具形状更简单。
参考图7，根据本发明的第二实施方案的涡轮燃油泵说明如下。第二实施方案的涡轮燃油泵与第一实施方案的涡轮燃油泵的不同在于切面部以相对于含有叶轮旋转轴的平面相倾斜的角度形成。因此，其部件与例如第一实施方案中使用的相同数字代表的部件类似，其详细说明被忽略。
在第二实施方案中的涡轮燃油泵中，叶轮31包括环形体和多个沿环形体外圆周周向布置的叶片32。每一个叶片32形成具有大致长方形截面的板，且包括末端面32A，正面32B，后面32C和一对类似于第一实施方案中的侧面32D。正面32B包括末端部32B1和根部32B2。在相邻两叶片32之间沿叶轮31轴向形成有一对相互间背对背配置的弓形凹槽33。进一步地，叶片32在其根侧面一边且沿叶轮31轴向相对侧设置有一对斜面34。
每一个叶片32包括放置在末端面32A和正面32B的末端部32B1之间的切面部35。切面部35基本上以与第一实施方案中的相同方式通过在末端面32A和正面32B的末端部32B1之间切割一个角形成一个平面。切面部35具有在末端面32A和正面32B的末端部32B1之间延伸、且垂直于轴O-O截面测量的均匀长度L2。长度L2可在0.05mm至0.15mm的范围内。
切面部35相对于从叶轮31旋转中心，即，轴中心O径向向外延伸的线R以预定角度倾斜。切面部35从延伸出的线R处以不同方向延伸。换句话说，切面部35相对含有叶轮31的轴O-O平面以预定角度倾斜。
这样，根据本发明的第二实施方案布置的涡轮燃油泵基本上可提供如第一实施方案中的那些相同的效果和功能。进一步地，当将形成在叶轮31上的切面部35长度L2控制到一个预定大小时，可更有效地防止切面部35对泵的效率的不利影响。
这种申请基于2003年2月25日提交的在先日本专利申请No.2003-047287。日本专利申请No.2003-047287中全部内容在此结合作为参考。
尽管本发明已经参考本发明特定的实施方案由上述说明，本发明不限于上述的实施方案。根据上述内容，本领域的技术人员可对上述的实施方案进行修改和变型。本发明的范围通过下述权利要求来限定。