DE112016004876T5

DE112016004876T5 - Wirbelpumpe

Info

Publication number: DE112016004876T5
Application number: DE112016004876.9T
Authority: DE
Inventors: Eiji Nakamura
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2018-07-12
Also published as: JP2017096173A; US10662970B2; WO2017090398A1; CN108138789A; US20190032672A1

Abstract

Eine Wirbelpumpe ist ausgebildet zum Pumpen von Gas, wobei die Pumpe ein Gehäuse und ein in dem Gehäuse aufgenommenes Laufrad, das zur Drehung um eine Drehachse X ausgebildet ist, aufweist, wobei das Laufrad aufweist: mehrere Schaufeln, die entlang einer Drehrichtung in einem Außenumfangsabschnitt mindestens einer Endfläche von zwei Endflächen des Laufrads angeordnet sind; mehrere Schaufelvertiefungen, wobei jede der mehreren Schaufelvertiefungen zwischen benachbarten Schaufeln angeordnet ist; und eine Außenumfangswand, die an einem Außenumfangsrand angeordnet ist und die mehreren Vertiefungen auf einer Außenumfangsseite des Laufrads verschließt, wobei das Gehäuse eine gegenüberliegende Vertiefung, die einer Schaufelvertiefungsregion gegenüberliegt und sich entlang der Drehrichtung des Laufrads erstreckt, aufweist, wobei jede der mehreren Schaufelvertiefungen bei der einen Endfläche der zwei Endflächen des Laufrads geöffnet ist und bei der anderen Endfläche der zwei Endflächen des Laufrads geschlossen ist und in einer Draufsicht auf die eine Endfläche der zwei Endflächen des Laufrads jede der mehreren Schaufeln gekrümmt ist und ein zentraler Abschnitt jeder der Schaufeln in der Drehrichtung des Laufrads weiter vorne als beide Enden der Schaufel positioniert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft eine Wirbelpumpe, die ein Gas pumpt. Die Wirbelpumpe kann ebenfalls als Wesco-Pumpe, Kaskadenpumpe oder regenerative Pumpe bezeichnet werden.
Technischer Hintergrund
Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2012-163099 beschreibt eine Kraftstoffpumpe, die eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Kraftstoff versorgt. Die Kraftstoffpumpe weist ein Laufrad mit mehreren Schaufeln, die entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sind, auf. Schaufelvertiefungen sind zwischen jeweiligen Paaren von benachbarten Schaufeln vorgesehen. Die mehreren Schaufeln und die mehreren Schaufelvertiefungen sind auf beiden Flächen des Laufrads angeordnet. Jede der mehreren Schaufelvertiefungen, die auf einer der Flächen des Laufrads angeordnet ist, steht mit einer entsprechenden der mehreren Schaufelvertiefungen, die auf der anderen Fläche des Laufrads angeordnet sind, in Verbindung.
Zusammenfassung
Technisches Problem
Eine Wirbelpumpe erzeugt einen Wirbel (auch als Wirbelstrom bezeichnet) um eine Mittelachse entlang einer Drehrichtung eines Laufrads, indem das Laufrad gedreht wird. Fluid wird dadurch mit Druck beaufschlagt und ausgestoßen. Aufgrund dessen wirken sich Formen von Schaufeln und Schaufelvertiefungen an dem Laufrad auf den Wirkungsgrad der Pumpe aus. In der vorliegenden Beschreibung wird eine Technik bereitgestellt, die einen Wirkungsgrad einer Pumpe aufgrund von Formen von Schaufeln und Schaufelvertiefungen eines Laufrads einer Wirbelpumpe, die ein Gas pumpt, verbessert.
Lösung des Problems
Die vorliegende Beschreibung offenbart eine Wirbelpumpe, die zum Pumpen eines Gases ausgebildet ist. Die Wirbelpumpe kann ein Gehäuse und ein in dem Gehäuse aufgenommenes und zur Drehung um eine Drehachse ausgebildetes Laufrad aufweisen. Das Laufrad kann mehrere Schaufeln, die entlang einer Drehrichtung in einem Außenumfangsabschnitt mindestens einer Endfläche von zwei Endflächen des Laufrads angeordnet sind, mehrere Pumpenvertiefungen, wobei jede der mehreren Pumpenvertiefungen zwischen benachbarten Schaufeln angeordnet ist, und eine Außenumfangswand, die an einem Außenumfangsrand angeordnet ist und die mehreren Vertiefungen auf einer Außenumfangsseite des Laufrads verschließt, aufweisen. Das Gehäuse kann eine gegenüberliegende Vertiefung, die einer Schaufelvertiefungsregion gegenüberliegt und sich entlang der Drehrichtung des Laufrads erstreckt, aufweisen. Jede der mehreren Schaufelvertiefungen kann bei der einen Endfläche der zwei Endflächen des Laufrads geöffnet sein und bei der anderen Endfläche der zwei Endflächen des Laufrads geschlossen sein. In einer Draufsicht auf die eine Endfläche der zwei Endflächen des Laufrads kann jede der mehreren Schaufeln gekrümmt sein, und ein zentraler Abschnitt jeder der Schaufeln kann in der Drehrichtung des Laufrads weiter vorne als beide Enden der Schaufel positioniert sein.
Die Erfinder haben festgestellt, dass das Auftreten von abgelösten Strömungen in einem Wirbel (oder einem Wirbelstrom), der in einem Raum zwischen den Schaufelvertiefungen und der gegenüberliegenden Vertiefung erzeugt wird, durch Formen der Schaufeln und der Schaufelvertiefungen, die wie oben angegeben ausgebildet sind, unterdrückt werden kann und das Gas problemlos verwirbelt werden kann. Gemäß der obigen Konfiguration kann ein Pumpenwirkungsgrad der Wirbelgaspumpe verbessert werden.
In der Draufsicht auf die eine Endfläche des Laufrads kann in jeder der mehreren Schaufeln eine Linie, die ein Ende derselben auf einer Außenumfangsseite des Laufrads und ein Zentrum des Laufrads verbindet, in der Drehrichtung des Laufrads weiter hinten positioniert sein als eine Linie, die ein Ende derselben auf einer zentralen Seite des Laufrads und das Zentrum des Laufrads verbindet. Der Pumpenwirkungsgrad kann durch die Formen der Schaufeln und der Schaufelvertiefungen, die wie oben angegeben ausgebildet sind, verbessert werden.
In jeder der mehreren Schaufeln kann ein Endabschnitt derselben auf der Seite der einen Endfläche des Laufrads in der Drehrichtung des Laufrads weiter vorne positioniert sein als ein Endabschnitt derselben auf der Seite der anderen Endfläche des Laufrads. Durch die oben angegebenen Formen der Schaufeln und der Schaufelvertiefungen kann der Pumpenwirkungsgrad verbessert werden.
Jede der mehreren Schaufeln kann derart geneigt sein, dass der Endabschnitt derselben auf der Seite der einen Endfläche des Laufrads in der Drehrichtung des Laufrads weiter vorne positioniert sein kann als der Endabschnitt derselben auf der Seite der anderen Endfläche des Laufrads.
Die Wirbelpumpe kann auf einem Auto montiert sein, dampfförmigen Kraftstoff aus einem Behälter, der den dampfförmigen Kraftstoff in einem Kraftstofftank adsorbiert, in die Wirbelpumpe saugen und den angesaugten dampfförmigen Kraftstoff einem Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine des Autos zuführen. Die Wirbelpumpe mit den Formen der Schaufeln und der Schaufelvertiefungen der vorliegenden Ausführungsform kann einen Wirbel auch bei einem Gas mit einer relativ niedrigen Dichte problemlos erzeugen. Dadurch kann das Gas mit Druck beaufschlagt werden, ohne dass eine Drehzahl des Laufrads hoch eingestellt wird. Unter Verwendung der Wirbelpumpe der vorliegenden Ausführungsform in dem zuvor erwähnten System kann der dampfförmige Kraftstoff dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine auf geeignete Weise zugeführt werden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Übersicht eines Kraftstoffzufuhrsystems für ein Fahrzeug einer Ausführungsform.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Spülpumpe der Ausführungsform.
3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III in 2.
4 zeigt eine Draufsicht auf ein Laufrad der Ausführungsform.
5 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie V-V in 4.
6 zeigt eine Unteransicht einer Abdeckung der Ausführungsform.
7 zeigt ein Simulationsergebnis, das eine Beziehung zwischen einem Einstellwinkel β und einer Strömungsrate zeigt.
8 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Einstellwinkels β.
9 zeigt ein Simulationsergebnis, das eine Beziehung zwischen einem Vorwärtspfeilungswinkel α und der Strömungsrate zeigt.
10 zeigt ein Simulationsergebnis, das eine Beziehung zwischen einem Neigungswinkel γ und der Strömungsrate zeigt.

Detaillierte Beschreibung
Eine Spülpumpe 10 einer ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Wie in 1 gezeigt, ist die Spülpumpe 10 in einem Fahrzeug montiert und in einem Kraftstoffzufuhrsystem 1 angeordnet, das in einem Kraftstofftank 3 gespeicherten Kraftstoff einer Brennkraftmaschine 8 zuführt. Das Kraftstoffzufuhrsystem 1 weist eine Hauptzufuhr 2 und einen Spülzufuhrkanal 4 zum Zuführen des Kraftstoffs aus dem Kraftstofftank 3 zu der Brennkraftmaschine 8 auf.
Der Hauptzufuhrkanal 2 weist eine Kraftstoffpumpeneinheit 7, ein Zufuhrrohr 70 und einen daran angeordneten Injektor 5 auf. Die Kraftstoffpumpeneinheit 7 weist eine Kraftstoffpumpe, einen Druckregler, eine Steuerschaltung und dergleichen auf. In der Kraftstoffpumpeneinheit 7 steuert die Steuerschaltung die Kraftstoffpumpe gemäß einem Signal, das von einer ECU (Engine Control Unit) 6, die im Folgenden beschrieben wird, zugeführt wird. Die Kraftstoffpumpe beaufschlagt den Kraftstoff in dem Kraftstofftank 3 mit Druck und stößt diesen aus. Der ausgestoßene Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe wird durch den Druckregler reguliert und von der Kraftstoffpumpeneinheit 7 dem Zufuhrrohr 70 zugeführt.
Das Zufuhrrohr 70 verbindet die Kraftstoffpumpeneinheit 7 und den Injektor 5. Der dem Zufuhrrohr 70 zugeführte Kraftstoff strömt in dem Zufuhrrohr 70 zu dem Injektor 5. Der Injektor 5 weist ein Ventil auf, dessen Öffnung durch die ECU 6 gesteuert wird. Wenn dieses Ventil geöffnet ist, führt der Injektor 5 den von dem Zufuhrrohr 70 zugeführten Kraftstoff der Brennkraftmaschine 8 zu.
Der Spülzufuhrkanal 4 ist mit einem Behälter 73, einer Spülpumpe 10, einem VSV (Vacuum Switching Valve) 100 und Verbindungsrohren 72, 74, 76 und 78, die diese verbinden, versehen. Der Behälter 73 absorbiert dampfförmigen Kraftstoff, der in dem Kraftstofftank 3 erzeugt wird. Der Behälter 73 weist eine Tanköffnung, eine Spülöffnung und eine Außenluftöffnung auf. 1 zeigt eine Strömungsrichtung des Gases in dem Spülzufuhrkanal 4 und dem Saugrohr 80 durch Pfeile. Die Tanköffnung ist mit dem Verbindungsrohr 72 verbunden, das sich von einem oberen Ende des Kraftstofftanks 3 erstreckt. Dadurch steht der Behälter 73 mit dem Verbindungsrohr 72 in Verbindung, das sich von dem oberen Ende des Kraftstofftanks 3 erstreckt. Der Behälter 73 nimmt Aktivkohle auf, die den Kraftstoff absorbieren kann. Die Aktivkohle absorbiert den dampfförmigen Kraftstoff aus dem Gas, das durch das Verbindungsrohr 72 von dem Kraftstofftank 3 in den Behälter 73 eintritt. Das Gas, das in den Behälter 73 geströmt ist, passiert nach Absorption des dampfförmigen Kraftstoffs die Außenluftöffnung des Behälters 73 und wird nach außen ausgelassen. Dadurch kann verhindert werden, dass der dampfförmige Kraftstoff nach außen ausgelassen wird.
Die Spülöffnung des Behälters 73 ist über das Verbindungsrohr 74 mit der Spülpumpe 10 verbunden. Auch wenn ein detaillierter Aufbau im Folgenden beschrieben wird, ist die Spülpumpe 10 eine sogenannte Wirbelpumpe, die Gas unter Druck zuführt. Die Spülpumpe 10 wird durch die ECU 6 gesteuert. Die Spülpumpe 10 saugt den in dem Behälter 73 absorbierten dampfförmigen Kraftstoff an und beaufschlagt diesen mit Druck uns stößt denselben aus. Wenn die Spülpumpe 10 angetrieben wird, wird Luft aus der Außenluftöffnung in den Behälter 73 gesaugt und strömt zusammen mit dem dampfförmigen Kraftstoff zu der Spülpumpe 10.
Der dampfförmige Kraftstoff, der von der Spülpumpe 10 ausgestoßen wird, passiert das Verbindungsrohr 76, das VSV 100 und das Verbindungsrohr 78 und strömt in das Saugrohr 80. Das VSV 100 ist ein elektromagnetisches Ventil, das durch die ECU 6 gesteuert wird. Die ECU 60 steuert das VSV 100 zum Anpassen einer Menge an dampfförmigen Kraftstoff, die dem Saugrohr 80 von dem Spülzuführkanal 4 zugeführt wird. Das VSV 100 ist stromaufwärts des Injektors 5 mit dem Saugrohr 80 verbunden. Das Saugrohr 80 ist ein Rohr, das der Brennkraftmaschine 8 Luft zuführt. Ein Drosselventil 82 ist stromaufwärts einer Position, an der das VSV 100 mit dem Saugrohr 80 verbunden ist, an dem Saugrohr 80 angeordnet. Das Drosselventil 82 steuert eine Öffnung des Saugrohrs 80 zum Anpassen der in die Brennkraftmaschine 8 strömenden Luft. Das Drosselventil 82 wird durch die ECU 6 gesteuert.
Ein Luftfilter 84 ist stromaufwärts des Drosselventils 82 an dem Saugrohr 80 angeordnet. Das Luftfilter 84 weist ein Filter auf, das Fremdkörper aus der in das Saugrohr 80 strömenden Luft entfernt. In dem Saugrohr 80 wird, wenn das Drosselventil 82 geöffnet ist, die Luft von dem Luftfilter 84 in Richtung der Brennkraftmaschine 8 gesaugt. Die Brennkraftmaschine 8 verbrennt die Luft und den Kraftstoff von dem Saugrohr 80 und stößt nach der Verbrennung Abgas aus.
In dem Spülzufuhrkanal 4 kann der in dem Behälter 73 absorbierte dampfförmige Kraftstoff durch Antreiben der Spülpumpe 10 dem Saugrohr 80 zugeführt werden. Wenn die Brennkraftmaschine 8 läuft, wird in dem Saugrohr 80 ein Unterdruck erzeugt. Dadurch wird, auch wenn die Spülpumpe 10 gestoppt ist, der in dem Behälter 73 absorbierte dampfförmige Kraftstoff aufgrund des Unterdrucks in dem Saugrohr 80 in das Saugrohr 80 gesaugt, nachdem er die gestoppte Spülpumpe 10 passiert hat. Wenn dagegen beim Stoppen des Fahrzeugs und Fahren mit einem Motor, während die Brennkraftmaschine 8 gestoppt ist, beispielsweise in einem Hybridfahrzeug, der Leerlauf der Brennkraftmaschine 8 beendet wird, das heißt, wenn mit anderen Worten ein Betrieb der Brennkraftmaschine 8 umweltfreundlich gesteuert wird, tritt eine Situation auf, in der der Unterdruck in dem Saugrohr 80 aufgrund des Betriebs der Brennkraftmaschine 8 kaum erzeugt wird. In solch einer Situation kann die Spülpumpe 10 den in dem Behälter 73 absorbierten dampfförmigen Kraftstoff dem Saugrohr 80 zuführen, indem sie die Rolle der Brennkraftmaschine 8 übernimmt. Gemäß einer Variante kann die Spülpumpe 10 zum Ansaugen und Ausstoßen des dampfförmigen Kraftstoffs, auch wenn die Brennkraftmaschine 8 läuft und der Unterdruck in dem Saugrohr 80 erzeugt wird, angetrieben werden.
Als Nächstes wird eine Konfiguration der Spülpumpe 10 beschrieben. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Spülpumpe 10 von einer Seite einer Pumpeneinheit 50 aus gesehen. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III in 2. Im Folgenden wird „oben“ und „unten“ im Hinblick auf eine Oben-Unten-Richtung in 3 als einen Bezug verwendet, die Oben-Unten-Richtung in 3 muss jedoch nicht eine Richtung sein, in der die Spülpumpe 10 an dem Fahrzeug montiert ist.
Die Spülpumpe 10 weist eine Motoreinheit 20 und eine Pumpeneinheit 50 auf. Die Motoreinheit 20 weist einen bürstenlosen Motor auf. Die Motoreinheit 20 ist mit einem oberen Gehäuse 26, einem (nicht gezeigten) Rotor, einem Stator 22 und einer Steuerschaltung 24 versehen. Das obere Gehäuse 26 nimmt den Rotor, den Stator 22 und die Steuerschaltung 24 auf. Die Steuerschaltung 24 wandelt Gleichstromleistung, die von einer Batterie des Fahrzeugs zugeführt wird, in eine Dreiphasengleichstromleistung mit U-Phase, V-Phase und W-Phase um und führt diese dem Stator 22 zu. Die Steuerschaltung 24 versorgt den Stator 22 gemäß einem von der ECU 6 zugeführten Signal mit Leistung. Der Stator 22 weist eine zylindrische Form auf, in deren Zentrum der Rotor angeordnet ist. Der Rotor ist bezüglich des Stators 22 drehbar angeordnet. Der Rotor weist Permanentmagnete auf, die entlang seiner Umfangsrichtung angeordnet sind und in unterschiedlichen Richtungen alternierend magnetisiert sind. Der Rotor dreht um eine Mittelachse X (im Folgenden als eine „Drehachse X“ bezeichnet) einer Welle 30, indem dem Stator 22 Leistung zugeführt wird.
Die Pumpeneinheit 50 ist unterhalb der Motoreinheit 20 angeordnet. Die Pumpeneinheit 50 wird durch die Motoreinheit 20 angetrieben. Die Pumpeneinheit 50 weist ein unteres Gehäuse 52 und ein Laufrad 54 auf. Das untere Gehäuse 52 ist an einem unteren Ende des oberen Gehäuses 26 fixiert. Das untere Gehäuse 52 weist eine Bodenwand 52a und eine Abdeckung 52b auf. Die Abdeckung 52b weist eine obere Wand 52c, eine Umfangswand 52d, eine Saugöffnung 56 und eine Auslassöffnung 58 auf (siehe 2). Die obere Wand 52c ist an dem unteren Ende des oberen Gehäuses 26 angeordnet. Die Umfangswand 52d steht von der oberen Wand 52c nach unten vor und umgibt einen Außenumfang eines Umfangsrandes der oberen Wand 52c. Die Bodenwand 52a ist an einem unteren Ende der Umfangswand 52d angeordnet. Die Bodenwand 52a ist durch Bolzen an der Abdeckung 52b fixiert. Die Bodenwand 52a verschließt das untere Ende der Umfangswand 52d. Ein Raum 60 wird durch die Bodenwand 52a und die Abdeckung 52b festgelegt.
6 ist ein Diagramm, das die Abdeckung 50b von unten zeigt. Die Umfangswand 52b weist die Saugöffnung 56 und die Auslassöffnung 58 auf, die jeweils mit dem Raum 60 in Verbindung stehen und von derselben vorstehen. Die Saugöffnung 56 und die Auslassöffnung 58 sind parallel zueinander und senkrecht zu der Oben-Unten-Richtung angeordnet. Die Saugöffnung 56 steht über das Verbindungsrohr 74 mit dem Behälter 73 in Verbindung. Die Saugöffnung 56 leitet den dampfförmigen Kraftstoff aus dem Behälter 73 in den Raum 60. Die Auslassöffnung 58 steht mit der Saugöffnung 56 in dem unteren Gehäuse 52 in Verbindung und lässt den in den Raum 60 gesaugten dampfförmigen Kraftstoff zu dem Äußeren der Spülpumpe 10 aus.
Die obere Wand 52c weist eine gegenüberliegende Vertiefung 52e auf, die sich von der Saugöffnung 56 entlang der Umfangswand 52b zu der Auslassöffnung 58 erstreckt. Die Bodenwand 52a weist auf ähnliche Weise eine gegenüberliegende Vertiefung 52f auf (siehe 3), die sich entlang der Umfangswand 52d, die sich von der Saugöffnung 56 zu der Auslassöffnung 58 erstreckt. Die gegenüberliegende Vertiefung 52e und die gegenüberliegende Vertiefung 52f weisen an ihren jeweiligen Mittelabschnitten, ausgenommen ihre beiden Enden in einer Linksrichtung, genauer gesagt, an jeweiligen Positionen, die dem Laufrad 54 gegenüberliegen, jeweils eine konstante Tiefe auf; und an ihren beiden Enden in der Längsrichtung werden sie jeweils in Richtung der Saugöffnung 56 und der Auslassöffnung 58 flacher. Entlang einer Drehrichtung R des Laufrads 54 betrachtet sind die Auslassöffnung 58 und die Saugöffnung 56 durch die Umfangswand 52d voneinander getrennt. Dadurch kann verhindert werden, dass Gas von der Hochdruckauslassöffnung 58 zu der Niederdrucksaugöffnung 56 strömt.
Wie in 3 gezeigt, nimmer der Raum 60 das Laufrad 54 auf. Das Laufrad 54 weist die Form einer kreisförmigen Scheibe auf. Eine Dicke des Laufrads 54 ist etwas kleiner als ein Zwischenraum zwischen der oberen Wand 52c und der Bodenwand 52a des unteren Gehäuses 52. Das Laufrad 54 liegt der oberen Wand 52c und der Bodenwand 52a jeweils mit einem kleinen Zwischenraum zwischen denselben gegenüber. Ferner ist zwischen dem Laufrad 54 und der Umfangswand 52d ein kleiner Zwischenraum vorgesehen. Das Laufrad 54 weist ein Passloch zum Passen der Welle 30 in seinem Zentrum auf. Dadurch dreht sich das Laufrad 54 bei einer Drehung der Welle 30 um die Drehachse X. Ein Zentrum des Laufrads 54 befindet sich auf der Drehachse X. Im Folgenden wird das Zentrum des Laufrads 54 als „Zentrum X“ bezeichnet.
Wie in 4 gezeigt, weist das Laufrad 54 eine Schaufelvertiefungsregion 54f, die mehrere Schaufeln 54a und mehrere Schaufelvertiefungen 54b aufweist, an einem Außenumfangsabschnitt seiner oberen Fläche 54g auf. In den Figuren sind lediglich eine Schaufel 54a und eine Schaufelvertiefung 54b mit Bezugszeichen versehen. Auf ähnliche Weise weist das Laufrad 54 ferner eine Schaufelvertiefungsregion 54f, die mehrere Schaufeln 54a und mehrere Schaufelvertiefungen 54b aufweist, an einem Außenumfangsabschnitt seiner unteren Fläche 54h auf. Die Schaufelvertiefungsregion 54f der unteren Fläche 54h und die Schaufelvertiefungsregion 54f der oberen Fläche 54g sind bezüglich einer Ebene, die senkrecht zu einer Richtung der Drehachse X des Laufrads 54 ist und durch ein Zentrum des Laufrads 54 in einer Oben-Unten-Richtung geht, symmetrisch angeordnet. Die obere Fläche 54g und die untere Fläche 54h können als Endflächen des Laufrads 54 in Richtung der Drehachse X bezeichnet werden. Die Schaufelvertiefungsregion 54f, die in der oberen Fläche 54g angeordnet ist, ist gegenüber der gegenüberliegenden Vertiefung 52e angeordnet. Auf ähnliche Weise ist die Schaufelvertiefungsregion 54f, die in der unteren Fläche 54h angeordnet ist, gegenüber der gegenüberliegenden Vertiefung 52f angeordnet. Jede der Schaufelvertiefungsregionen 54f umgibt den Außenumfang des Laufrads 54 in der Umfangsrichtung auf einer Innenseite der Außenumfangswand 54c des Laufrads 54. Die mehreren Schaufeln 54a weisen jeweils dieselbe Form auf. Die mehreren Schaufeln 54a sind in jeder Schaufelvertiefungsregion 54f mit einem gleichen Intervall in der Umfangsrichtung angeordnet. Eine Schaufelvertiefung 54b ist zwischen zwei Schaufeln 54a angeordnet, die in der Umfangsrichtung des Laufrads 54 benachbart sind. Das heißt, die mehreren Schaufelvertiefungen 54b sind in der Umfangsrichtung des Laufrads 54 auf der Innenseite der Außenumfangswand 54c des Laufrads 54 mit gleichen Intervallen angeordnet. Mit anderen Worten, jede der mehreren Schaufelvertiefungen 54b weist ihr Ende auf einer Außenumfangsseite auf, das von der Außenumfangswand 54c verschlossen ist.
Jede der Schaufeln 54a ist derart gekrümmt, dass ihr zentraler Abschnitt in der radialen Richtung des Laufrads 54 in der Drehrichtung R vorsteht. Dadurch befindet sich der zentrale Abschnitt jeder Schaufel 54a in der Drehrichtung R des Laufrads 54 weiter vorne als eine Linie L1, die beide Enden dieser Schaufel 54a verbindet. Darüber hinaus befindet sich eine Linie L2, die ein Ende jeder Schaufel 54a auf einer Außenumfangsseite des Laufrads 54 und das Zentrum X des Laufrads 54 verbindet, in der Drehrichtung R des Laufrads 54 weiter hinten als eine Linie L3, die ein Ende dieser Schaufel 54a auf einer Seite des Zentrums X des Laufrads 54 und das Zentrum X des Laufrads 54 verbindet. Im Folgenden wird ein Winkel a, der durch die Linien L2 und L3 gebildet wird, als „Vorwärtspfeilungswinkel α“ bezeichnet, und wenn die Linie L2 weiter hinten als die Linie L3 angeordnet ist, wie bei dem Laufrad 54 dieser Ausführungsform, ist der Vorwärtspfeilungswinkel α kleiner als 0 Grad.
Wie in 5 gezeigt, sind die Schaufeln 54a, die sich auf der Seite der oberen Fläche 54g befinden, bezüglich der Drehachse X geneigt, und ihre Enden auf der Seite der oberen Fläche 54g befinden sich in der Drehrichtung R weiter vorne als ihre Enden auf der Seite der unteren Fläche 54h. Ein Neigungswinkel a, der durch eine vertikale Linie und eine Linie, die jedes Ende auf der Seite der oberen Fläche 54g und das entsprechende Ende auf der Seite der unteren Fläche 54h verbindet, gebildet wird, ist größer als 0 Grad. Auf ähnliche Weise sind die Schaufeln 54a, die sich auf der Seite der unteren Fläche 54h befinden, bezüglich der Drehachse X geneigt, und ihre Enden auf der Seite der unteren Fläche 54h befinden sich in der Drehrichtung R weiter vorne als ihre Enden auf der Seite der oberen Fläche 54g.
Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf 7 bis 10 Ergebnisse einer Simulation, die für die Spülpumpe 10 durchgeführt wurde, erläutert. In der Simulation wurde die Pumpeneinheit 50 der Spülpumpe 10 modelliert, und es wurde eine Strömungsrate des aus der Auslassöffnung 58 bei einer Drehung des Laufrads 54 ausgelassenen Gases berechnet.
In der Simulation wurde ein Verhältnis D2/D1 einer Tiefe D2 einer gegenüberliegenden Vertiefung zu einer Tiefe D1 einer Schaufelvertiefung, das in 3 gezeigt ist, auf 0,6 eingestellt, und ein Verhältnis W/H einer Kanalbreite W zu einer Kanalhöhe H wurde auf 1,0 eingestellt. Die Auslassströmungsraten für variierende Vorwärtspfeilungswinkel α und einen Einstellwinkel β bei geänderten Krümmungen der Schaufeln 54a wurden berechnet. In der Simulation wurde der Neigungswinkel γ nicht geändert und als konstanter Winkel eingestellt. Wie in 8 gezeigt, ist der Einstellwinkel β ein Winkel, der durch Tangenten an beide Enden eines Rands 54d jeder Schaufel 54a, der sich in der Drehrichtung R auf einer Rückseite befindet, gebildet wird. Der Einstellwinkel β des Laufrads 54 dieser Ausführungsform ist größer als 180 Grad. Ferner ist der Vorwärtspfeilungswinkel α des Laufrads 54 dieser Ausführungsform kleiner als 0 Grad. 7 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Einstellwinkel β und der Auslassströmungsrate zeigt, wobei eine horizontale Achse den Einstellwinkel β angibt und eine vertikale Achse die Auslassströmungsrate (Liter/min) angibt. Die Auslassströmungsrate wird größer, wenn der Einstellwinkel β größer als 180 Grad ist, das heißt, wenn die Schaufeln 54a eine gekrümmte Form aufweisen, bei der sich der zentrale Abschnitt jeder der Schaufeln 54a in der Drehrichtung R des Laufrads 54 weiter vorne befindet als die Linie L1, die beide Enden der Schaufel 54a verbindet, verglichen mit einem Fall, in dem der Einstellwinkel β kleiner oder gleich 180 Grad ist, das heißt, die Schaufeln 54a eine gekrümmte Form aufweisen, bei der sich der zentrale Abschnitt jeder der Schaufeln 54a auf der entsprechenden Linie L1 befindet oder in der Drehrichtung R des Laufrads 54 weiter hinten angeordnet ist als die Linie L1, die beide Enden der Schaufel 54a verbindet. Das heißt, der Pumpenwirkungsgrad kann verbessert werden, indem die Schaufeln 54a so gekrümmt werden, dass sich die zentralen Abschnitte der Schaufeln 54a in der Drehrichtung R weiter vorne als die Linien L1 befinden.
9 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Vorwärtspfeilungswinkel α und der Auslassströmungsrate zeigt, wobei eine horizontale Achse den Vorwärtspfeilungswinkel α angibt und eine vertikale Achse die Auslassströmungsrate (Liter/min) angibt. Die Auslassströmungsrate wird größer, wenn der Vorwärtspfeilungswinkel α kleiner als 0 Grad ist, das heißt, wenn eine Form desselben so ausgebildet ist, dass sich die Linie L2, die das Ende jeder Schaufel 54a auf der Außenumfangsseite des Laufrads 54 und das Zentrum X verbindet, in der Drehrichtung R weiter hinten als die Linie L3, die das Ende der Schaufel 54a auf der Seite des Zentrums X und das Zentrum X verbindet, angeordnet ist, im Gegensatz zu einem Fall, in dem der Vorwärtspfeilungswinkel α größer oder gleich 0 Grad ist, das heißt, die Form derart ausgebildet ist, dass sich die Linie L2 in der Drehrichtung R weiter vorne als die Linie L3 befindet. Das heißt, der Pumpenwirkungsgrad kann verbessert werden, indem die Linien L2 so ausgebildet sind, dass sie sich in der Drehrichtung R weiter hinten als die Linien L3 befinden.
In einer Simulation wurden die Strömungsraten für einen variierenden Neigungswinkel γ (siehe 6) berechnet. Es sei bemerkt, dass in dieser Simulation der Vorwärtspfeilungswinkel α und der Einstellwinkel β nicht geändert wurden und jeweils auf konstante Winkel eingestellt wurden. 10 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Neigungswinkel γ und der Auslassströmungsrate zeigt, wobei eine horizontale Achse den Neigungswinkel γ angibt und eine vertikale Achse die Auslassströmungsrate (Liter/min) angibt. Der Neigungswinkel γ des Laufrads 54 der vorliegenden Ausführungsform ist größer als 0 Grad. Die Auslassströmungsrate wird größer, wenn der Neigungswinkel γ größer als 0 Grad ist, das heißt, wenn jede der Schaufeln 54a, die zwischen den Schaufelvertiefungen 54b, die in der oberen Fläche 54g geöffnet sind, angeordnet ist, eine Form aufweist, bei der sich das Ende derselben auf der Seite der oberen Flächen 54g in der Drehrichtung R weiter vorne befindet als das Ende derselben auf der Seite der unteren Fläche 54h, im Gegensatz zu einem Fall, in dem der Neigungswinkel kleiner oder gleich 0 Grad ist, das heißt, einer Form, bei der sich das Ende derselben auf der Seite der oberen Fläche 54g in der Drehrichtung R weiter hinten als das Ende derselben auf der Seite der unteren Fläche 54h befindet. Das heißt, bei jeder der Schaufeln 54a, die sich zwischen den Schaufelvertiefungen 54b, die in der oberen Fläche 54g geöffnet sind, befindet, kann der Pumpenwirkungsgrad verbessert werden, indem das Ende derselben auf der Seite der oberen Fläche 54g in der Drehrichtung R weiter vorne als das Ende derselben auf der Seite der unteren Fläche 54h angeordnet wird.
Ferner sind bei dem Laufrad 54 die Schaufelvertiefungen 54b, die bei der oberen Fläche 54g geöffnet sind, bei der unteren Fläche 54h nicht geöffnet, sondern geschlossen. Die Schaufelvertiefungen 54b, die bei der unteren Fläche 54h geöffnet sind, sind bei der oberen Fläche 54g nicht geöffnet, sondern geschlossen. Gemäß dieser Konfiguration kann das Gas aufgrund der Schaufelvertiefungen 54b in dem Raum, der durch die Schaufelvertiefungen 54b und die gegenüberliegende Vertiefung 52b festgelegt wird, oder durch den Raum, der durch die Schaufelvertiefungen 54b und die gegenüberliegende Vertiefung 52f festgelegt wird, in der Verwirbelungsrichtung geführt werden. Dadurch kann das Gas zur Beaufschlagung mit Druck problemlos verwirbelt werden.
Gemäß der Konfiguration der Spülpumpe 10 der vorliegenden Ausführungsform kann das Gas in dem Raum, der durch die Schaufelvertiefungen 54b und die gegenüberliegende Vertiefung 52e oder durch die Schaufelvertiefungen 54b und die gegenüberliegende Vertiefung 52f festgelegt wird, problemlos verwirbelt werden, und ein Auftreten von abgelösten Strömungen kann unterdrückt werden. Ferner weist das aus dem Behälter 73 gesaugte Gas eine relativ niedrige Dichte auf. Unter Verwendung der Spülpumpe 10 kann auch solch ein Gas mit einer relativ niedrigen Dichte mit Druck beaufschlagt werden, ohne die Drehzahl des Laufrads 54 zu erhöhen. Dadurch kann die Spülpumpe 10 mit niedrigerem Energieverbrauch ausgebildet werden. Ferner kann durch Verringern der Drehzahl eine Abnutzung eines Lagers der Welle 30 unterdrückt werden.
Es wurden spezifische Beispiele für die vorliegende Offenbarung im Einzelnen beschrieben, diese sind jedoch lediglich beispielhafter Natur und beschränken den Schutzbereich der Ansprüche nicht. Die beanspruchte Lehre beinhaltet Modifikationen und Variationen der im Vorhergehenden gelieferten spezifischen Beispiele.
Beispielsweise ist die Form der Außenumfangswand 54c des Laufrads 54 nicht auf die Form der Ausführungsform begrenzt. Beispielsweise kann die Außenumfangswand 54c in einem zentralen Abschnitt in einer Oben-Unten-Richtung des Laufrads 54 und nicht an oberen und unteren Endabschnitten des Laufrads 54 angeordnet sein. In diesem Fall kann sich ein oberes Ende der Außenumfangswand 54c an derselben Position wie das Wirbelzentrum in der Oben-Unten-Richtung oder darüber befinden. Auf ähnliche Weise kann sich ein unteres Ende der Außenumfangswand 54c an derselben Position wie das Wirbelzentrum in der Oben-Unten-Richtung oder darunter befinden.
Ferner können bei der obigen Ausführungsform die Schaufeln 54a und die Schaufelvertiefungen 54b des Laufrads 54 auf der oberen und der unteren Fläche 54g, 54h dieselbe Form aufweisen. Die Formen der Schaufeln 54a und der Schaufelvertiefungen 54b können sich jedoch auf der oberen Fläche 54g von denen der unteren Fläche 54h unterscheiden. Alternativ dazu können die Schaufeln 54a und die Schaufelvertiefungen 54b lediglich auf einer von der oberen und der unteren Fläche 54g, 54h angeordnet sein. Ferner können sich die Formen der mehreren Schaufeln 54a auf der oberen und der unteren Fläche 54g, 54h voneinander unterscheiden, und die mehreren Schaufeln 54a müssen nicht mit regelmäßigen Abständen angeordnet sein. Auf ähnliche Weise können sich die Formen der mehreren Schaufelvertiefungen 54b voneinander unterscheiden, und die mehreren Schaufelvertiefungen 54b müssen nicht mit regelmäßigen Abständen angeordnet sein.
Ferner erstrecken sich bei der vorliegenden Ausführungsform die Saugöffnung 56 und die Auslassöffnung 58 der Pumpeneinheit 50 in der Richtung senkrecht zu der Drehachse X des Laufrads 54. Die Saugöffnung 56 und die Auslassöffnung 58 der Pumpeneinheit 50 können sich jedoch parallel zu der Drehachse X erstrecken.
Die hierin offenbarte „Wirbelpumpe“ ist nicht auf die Spülpumpe 10 beschränkt und kann in anderen Systemen verwendet werden. Beispielsweise kann sie als eine Pumpe verwendet werden, die dem Saugrohr 80 in einer Abgasrückführung (das heißt, EGR (Exhaust Gas Recirculation)) zum Zirkulieren des Abgases der Brennkraftmaschine 8, Mischen desselben mit Ansaugluft und Zuführen zu einer Kraftstoffkammer der Brennkraftmaschine 8 ein Abgas zuführt. Ferner kann sie als eine andere gewerblich anwendbare Pumpe als eine Pumpe für ein Fahrzeug verwendet werden.
Technische Merkmale, die in der Beschreibung und den Figuren beschrieben sind, können technisch für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen nützlich sein und sind nicht auf die ursprünglich beanspruchten Kombinationen beschränkt. Ferner kann die in der Beschreibung und den Figuren gezeigte Technik zusammen mehrere Aufgaben lösen, und eine technische Bedeutung derselben liegt in der Lösung einer dieser Aufgaben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012163099 [0002]

Claims

Wirbelpumpe, die zum Pumpen von Gas ausgebildet ist, mit: einem Gehäuse; und einem Laufrad, das in dem Gehäuse aufgenommen und zur Drehung um eine Drehachse ausgebildet ist, bei der das Laufrad aufweist: mehrere Schaufeln, die entlang einer Drehrichtung in einem Außenumfangsabschnitt mindestens einer Endfläche von zwei Endflächen des Laufrads angeordnet sind; mehrere Schaufelvertiefungen, wobei jede der mehreren Schaufelvertiefungen zwischen benachbarten Schaufeln angeordnet ist; und eine Außenumfangswand, die an einem Außenumfangsrand angeordnet ist und die mehreren Vertiefungen auf einer Außenumfangsseite des Laufrads verschließt, wobei das Gehäuse eine gegenüberliegende Vertiefung aufweist, die einer Schaufelvertiefungsregion gegenüberliegt und sich entlang der Drehrichtung des Laufrads erstreckt, jede der mehreren Schaufelvertiefungen bei der einen Endfläche des Laufrads geöffnet und bei der anderen Endfläche des Laufrads geschlossen ist und in einer Draufsicht auf die eine Endfläche des Laufrads jede der mehreren Schaufeln gekrümmt ist und ein zentraler Abschnitt jeder der Schaufeln in der Drehrichtung des Laufrads weiter vorne als beide Endabschnitte der Schaufel positioniert ist.
Wirbelpumpe nach Anspruch 1, bei der in der Draufsicht auf die eine Endfläche des Laufrads bei jeder der mehreren Schaufeln eine Linie, die ein Ende derselben auf einer Außenumfangsseite des Laufrads und ein Zentrum des Laufrads verbindet, in der Drehrichtung des Laufrads weiter hinten angeordnet ist als eine Linie, die ein Ende derselben auf einer zentralen Seite des Laufrads und das Zentrum des Laufrads verbindet.
Wirbelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, bei der bei jeder der mehreren Schaufeln ein Endabschnitt derselben auf der Seite der einen Endfläche des Laufrads in der Drehrichtung des Laufrads weiter vorne als ein Endabschnitt derselben auf der Seite der anderen Endfläche des Laufrads positioniert ist.
Wirbelpumpe nach Anspruch 3, bei der jede der mehreren Schaufeln derart geneigt ist, dass der Endabschnitt derselben auf der Seite der einen Endfläche des Laufrads in der Drehrichtung des Laufrads weiter vorne als der Endabschnitt derselben auf der Seite der anderen Endfläche des Laufrads positioniert ist.
Wirbelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Wirbelpumpe ausgebildet ist zum: Montieren an einem Automobil; Saugen von dampfförmigem Kraftstoff aus einem Behälter, der den dampfförmigen Kraftstoff in einem Kraftstofftank absorbiert, in die Wirbelpumpe; und Zuführen des angesaugten dampfförmigen Kraftstoffs zu einem Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine des Automobils.