JP2000240582A - タービン式燃料ポンプ - Google Patents
タービン式燃料ポンプInfo
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- F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
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- F02M37/048—Arrangements for driving regenerative pumps, i.e. side-channel pumps
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- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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Abstract
プの全体効率を高め、高温燃料処理性能が上昇するよう
な羽根形状を呈する、タービン式燃料ポンプのための改
良インペラを提供する。 【解決手段】 インペラの周囲に複数の周方向に離隔し
た羽根を配置し、各羽根はインペラの回転軸とその羽根
の進み側面を通るインペラの半径とにより画定された面
に対し傾斜しており、各羽根の進み側面がほぼ凹形また
はカップ形状である。各羽根はインペラの本体に連結さ
れた基部と、該基部に対向する自由端即ち先端を有す
る。羽根は、インペラが回転するにつれ該先端が基部よ
り後方になるように傾斜し、その軸方向並びに半径方向
全長にわたってほぼ円弧状であるのが好ましい。この羽
根の傾斜と各羽根が凹形またはカップ形状であることに
より、インペラの周囲における燃料の循環を改善し、燃
料ポンプの効率を高める。
Description
し、さらに詳細には再生式またはタービン式燃料ポンプ
に関する。
ンジンに対し燃料を供給するために広く使用されてい
る。これらのポンプは、周囲のタンクから液体燃料を吸
引するための入り口とエンジンに加圧燃料を供給するた
めの出口とを備えた燃料供給タンクの内部に直接装着し
てもよい。電動モータは、ハウジングの固定子内に回転
するように取り付けられたロータを含み、該ロータはそ
の回転軸を中心に該ロータを回転させるための電力源に
連結されている。ポンプ内には、該ロータと共に回転す
るようにインペラが該ロータに連結され、インペラの外
周に円周列をなす羽根を有する。このタイプのタービン
式燃料ポンプの1例が米国特許第5、257、916号
に記載されている。
ンペラは、ほぼ平らで真っ直ぐで且つ半径方向外側に延
びる羽根を有する。他のインペラの羽根は、平らで真っ
直ぐで且つインペラの半径に対し傾斜している。この形
状をもつ従来の燃料ポンプは、ほぼ20乃至35%の全
体効率を有していて、45乃至50%の効率を有する電
動モータと組み合わせた場合、このような電動モータに
よるタービン式燃料ポンプの全体効率は約10乃至16
%である。従って、その効率を高めるためこのような燃
料ポンプの設計並びに構造を改良する必要が常にある。
め、本発明は、インペラを有する電動タービン式燃料ポ
ンプであって、該インペラはその周囲に複数の周方向に
離隔した羽根を配置され、各羽根はインペラの回転軸と
その羽根の進み側面を通るインペラの半径とにより画定
された面に対し傾斜しており、各羽根の進み側面がほぼ
凹形またはカップ形状である、燃料ポンプを提供する。
と、該基部に対向する自由端即ち先端を有する。羽根
は、インペラが回転するにつれ該先端が基部より後方に
なるように傾斜し、その軸方向並びに半径方向全長にわ
たってほぼ円弧状であるのが好ましい。この羽根の傾斜
と各羽根が凹形またはカップ形状であることにより、イ
ンペラの周囲における燃料の循環を改善し、燃料ポンプ
の効率を高める。
根の間に画定されたポケットに入る燃料の流れを良くす
ると考えられ、羽根の凹形またはカップ形状が、該ポケ
ットから放出される燃料をインペラの回転方向前方に向
けるのに役立つと考えられる。
率を高め、インペラの外周のまわりに画定されたポンプ
チャネルを介して燃料の循環を改善し、既存の燃料ポン
プの設計と共に使用可能で、高温燃料の取り扱い性能が
改善され、堅牢かつ耐用性に優れ、比較的簡単な設計
で、経済的に製造組立が可能で、且つ長い有効寿命を有
するタービン式燃料ポンプのための改良インペラを提供
することにある。
は、本発明の好適な実施例及び最良の形態に関する以下
の詳細な記載、請求項並びに添付図面から明らかになろ
う。
らに詳細に説明する。図1及び2に、本発明の実施例で
ある円形インペラ12を有する電動タービン式燃料ポン
プ10を示す。インペラ12は該インペラ12の半径に
対しそれぞれ鋭角の内角で傾斜し、ほぼ凹形の即ちカッ
プ形状の進み側面16を有する円周列の羽根14を備え
る。燃料ポンプ10は、軸方向に離隔した入り口端キャ
ップ22及び出口端キャップ24を連結する筒状ケース
20からなるハウジング18を有する。インペラは、包
囲する永久磁石固定子29の内部で軸28に回転可能に
軸支されたロータ26を有する電動モータ25によって
駆動されるが、これらはハウジング18の内部に収容さ
れている。
インペラ12は入り口端キャップ22と上部ポンプ本体
30の間、且つインペラを取り巻くリング32の内部に
配置されている。インペラ12はワイヤクリップ34に
より軸28と共に回転可能に該軸28に連結されてい
る。入り口端キャップ22と上部ポンプ本体30とリン
グ32とにより、円弧状ポンプチャネル36がインペラ
12の外周に画定されている。ポンプチャネル36は、
燃料が引き込まれる入り口ポート38と、加圧燃料がハ
ウジング18に放出される出口ポート40を有する。イ
ンペラ12以外は、燃料ポンプ10は米国特許第5、5
86、858号に開示されたような構造であるのが好ま
しく、その開示内容は参考のためここに全文を挿入す
る。
2と、内部に形成されポンプチャネル36を1部画定す
る円弧状溝44を有する。入り口端キャップ22を介し
て入り口通路46は、ポンプチャネル36の入り口ポー
ト38と連通する。中央の盲孔48が軸28とクリップ
34のための空隙を提供する。
接する平坦な下面50と、チャネル36の1部を画定す
る円弧状溝52を内部に有する。出口通路54は、本体
を介してポンプチャネル36の出口ポート40とハウジ
ング18の内部とを連通させる。中央の連通孔56は軸
28を収容し、対向孔58は、孔59を介してインペラ
12の内部に延長するかもしれないクリップ34のため
の空隙を提供する。孔59はまた、孔48と対向孔59
の内部でインペラを横切る圧力を均一化する。
部ポンプ本体30との間に挟持されている。リング32
は中央に配置され、通路の入り口と出口の間でインペラ
12の実質的に円弧状の全長にわたって半径方向内側に
延びるリブ62を有する。
は、軸20が収容される中央孔64と、円周列の角度的
に離隔しほぼ半径方向且つ軸方向に延びる羽根14と、
インペラ12の軸方向両面68、70の間を中心とする
と同時に羽根14の半径方向最外側から半径方向内側に
離隔した半径方向に延びるリブ66とを備えた、円板状
本体63を有する。
14はいわゆる開放ポケット式羽根であり、隣接する羽
根14の間に画定された単一のポケット72が、チャネ
ル36と入り口端キャップ22と上部ポンプ本体30の
各溝44、52とを連通する。しかし、リング32のリ
ブ62がインペラの外周まで半径方向に延びてポケット
72を2つの分離ポケットに二分する、いわゆる閉鎖羽
根構造も採用可能である。
前面16と、追い側面73と、インペラ本体63に操作
可能に連結され好ましくはこれと一体の基部74と、ポ
ンプチャネル36内に延びる自由端即ち先端76とを有
する。羽根14は本体63から真っ直ぐ半径方向に延び
るのではない。むしろ羽根14は、インペラ12の回転
軸89と、羽根14の基部74において進み側面の軸方
向端部85の1点81まで延びるインペラ12の半径8
2とで画定される面65(図3)に対し鋭角で傾斜して
いるのが好ましく、従ってインペラ12が回転すると、
少なくとも進み側面16に沿って先端76がその羽根1
4の基部74よりも後方に遅れる。言い換えれば、各羽
根14の進み側面16に沿って、先端76が、インペラ
12の回転方向に関して羽根14の基部74から周方向
に離隔して後方に遅れて位置する。インペラ12の回転
は図4に矢印75で示すように、時計回りである。
る1実施例では、先端は基部の約0.2mm後方とな
る。図4及び7に示すように、羽根14の傾斜角θは、
(1)基部74における進み側面の1点81と、先端7
6における進み側面の1点98とを結ぶ線80と、
(2)羽根14の基部74における進み側面の1点81
を通って延びるインペラ12の半径82、との間で測定
される。各羽根14は、約10乃至20度の角度θで傾
斜しているのが好ましい。
前方に(回転方向において)放出される燃料を出口ポー
ト40の方に向けるために、各羽根14の基部74と先
端76は、半径方向で基部74と先端76の間に置かれ
た該羽根14の中間部よりも周方向前方に先導もしくは
位置する。かくして図4及び7に示すように、基部74
より半径方向外側の羽根14の1部67が、インペラが
回転するにつれ、面65から離れて周方向に傾斜すると
共に基部74から遅れる。
4の半径方向外側の傾斜部79は、面65の方に傾斜ま
たは湾曲しているが、インペラが回転するにつれ面65
より遅れる。部分67と79はほぼ平坦かその他の形状
であってもよいが、羽根はその半径方向全体に渡ってほ
ぼ円弧状であるのが好ましい。
14から向けられるいわゆる出口角αを画定する。図4
及び7に示すように、羽根14の出口角αは、先端76
における進み側面16の点98を通るインペラ12の半
径77と、先端76の進み側面16から半径方向外側の
傾斜部79の軸方向端とほぼ平行に延びる線78との間
に画定される。出口角αは、0乃至35度であるのが望
ましく、好適には10乃至30度である。
では各羽根14も軸方向全長にわたってほぼ湾曲または
円弧状である。従って軸方向端部85と87は、各羽根
14の進み側面16に少なくとも沿って、該軸方向端部
85と87の間にある羽根14の少なくとも中間部より
インペラ12の回転方向に対し前方にある。具体的には
軸方向端部85と87とのほぼ中間の羽根14上の点9
0は、その軸方向端部85、87から周方向に離れて且
つインペラ12の回転方向に対し後方に位置する。
87上の2点98、100を結ぶ線92と、端部87上
の点90と点98を結ぶ線94(これら3点は、インペ
ラ12の回転軸89から同一半径距離である)との間
に、角度βが画定される。線92と、点90と端部85
上の点100とを結ぶ線96との間に、角度γが画定さ
れる。好適には角度βとγは同じであり、2点98と1
00を結びインペラ12の回転軸に平行な線(線92
等)が引かれる。望ましくは、角度βとγは−5度乃至
10度であり、0度乃至5度であるのが好ましい。
74より遅れる(角度αで示す)。 (2)少なくともその進み側面16の半径方向全長にわ
たって非平面状で、好適にはほぼ円弧状である(羽根の
部分67、79により画定)。 (3)少なくともその進み側面16の軸方向全長にわた
って非平面状で、好適にはほぼ円弧状である(角度βと
γにより示す)。各羽根14の追い側面73は進み側面
16とほぼ補完する形状とするのが好ましいが、成形の
便宜や他の関係から、進み側面16と追い側面73との
間に多少の変化をつけてもよい。例えば、追い側面を2
つの平坦セグメント102、104とし(図6)、内角
を180度以下としてもよい。
プチャネル36内で回転するよう駆動すると、液体燃料
がポンプチャネル36の入り口ポート38に引き込ま
れ、ポンプチャネル36を循環し出口ポート40から加
圧して放出される。燃料の圧力は上昇するが、これはイ
ンペラ12によって液体燃料に与えられた渦巻き状ポン
プ作用によると思われる。液体燃料は、入り口端部キャ
ップ22と上部ポンプ本体30とに形成した溝44、5
2等から軸方向に、並びにインペラ12とリング32の
間から半径方向に、インペラ12の隣接する羽根14の
間のポケット72に入る。
で傾斜させ先端76が基部74より遅れるようにするこ
とにより、インペラ12が燃料汲み上げ機構の効率を高
めるように回転するので、ポケット72内に捕捉された
燃料の量が増加すると思われる。また羽根14を角度θ
で傾斜させ先端76が基部74より遅れるようにする
と、ポケット72内で液体燃料が半径方向外側に移動す
る傾向となり、ポンプチャネル36を流れる液体燃料の
循環を改善し、燃料ポンプ10から送られる燃料流の速
度を高める。
向の全長にわたって羽根14の形状を非平面、好ましく
はほぼ円弧状とすることによりカップ状またはほぼ凹形
とし、ポケット72から放出される液体燃料をインペラ
12の回転方向に対し前方に向かわせ、燃料は加速され
てインペラ12の回転方向にポケット72から離れる。
ポンプ10の全体効率並びに高温燃料処理性能が上昇す
る。実験データと分析では、燃料ポンプ10の全体効率
は10%乃至15%の改善を示し、電動モータとポンプ
の組み合わせでは10%乃至15%の改善を示した。
ービン式燃料ポンプの、1部切欠した断面側面図であ
る。
面図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 軸を中心に回転し、ほぼ軸方向に対向す
る1対の面を有する円形のインペラ本体と、 該インペラ本体の周囲から延びる複数の周方向に離隔し
た羽根とを含むタービン式ポンプのためのインペラにお
いて、 各羽根はインペラ本体に隣接する基部と、基部の半径方
向外方の先端と、1対のほぼ軸方向に対向する端部を有
する軸方向の進み側面とを含み、 各羽根が、インペラの回転軸と、羽根の基部で該進み側
面の軸方向端部上の1点を通るインペラの半径とにより
画定された面に対し、鋭角の内角でほぼ傾斜することに
より、 羽根の先端における進み側面が、該羽根の基部における
進み側面から周方向に離隔し且つインペラ本体の回転方
向に対し後方に配置され、 各羽根の先端の半径方向内側に位置する該進み側面の少
なくとも1部が、該羽根の先端における進み側面から周
方向に離隔し且つインペラ本体の回転方向に対し後方に
配置され、 各羽根の進み側面のその軸方向対向端部の間の少なくと
も1部が、その羽根の進み側面の軸方向対向端部から周
方向に離隔し、且つ後方に配置されていることを特徴と
するタービン式ポンプのためのインペラ。 - 【請求項2】 上記面と、羽根の基部における進み側面
の軸方向端部上の上記点と羽根の先端における進み側面
の上記軸方向端部上の1点とを結ぶ線との間に、角度θ
が画定され、該角度θが約10度乃至20度であること
を特徴とする請求項1に記載のインペラ。 - 【請求項3】 各羽根の進み側面は、その半径方向全長
にわたってほぼ円弧状であることを特徴とする請求項1
に記載のインペラ。 - 【請求項4】 各羽根はまた、先端を含み且つすぐ隣り
の該羽根の径方向内側部分に対し傾斜した、軸方向並び
に半径方向に延びる外側端部を有し、これが、該すぐ隣
りの該羽根の半径方向内側部分よりインペラの回転方向
において前方にあることを特徴とする請求項1に記載の
インペラ。 - 【請求項5】 上記外側端部が、該羽根の先端における
進み側面を通るインペラ本体の半径に対し約0乃至35
度の鋭角の内角で傾斜していることを特徴とする請求項
4に記載のインペラ。 - 【請求項6】 上記外側端部が、該羽根の先端における
進み側面を通るインペラ本体の半径に対し約10乃至3
0度の鋭角の内角で傾斜していることを特徴とする請求
項4に記載のインペラ。 - 【請求項7】 少なくとも進み側面に沿って、各羽根が
その軸方向全長にわたってほぼ円弧状であることを特徴
とする請求項1に記載のインペラ。 - 【請求項8】 各羽根が、180度以下の内角を画定す
る2つのほぼ平面状セグメントにより画定された軸方向
に延びる追い側面を有することを特徴とする請求項1に
記載のインペラ。 - 【請求項9】 燃料が引き込まれる入り口と、燃料が加
圧されて放出される出口と、該入り口及び出口と連通す
る燃料ポンプチャネルとを有するハウジングと、 該ハウジング内で回転するように軸支されたロータを含
む電動モータと、 該ロータと共に回転するように該ロータに連結され、イ
ンペラから燃料ポンプチャネル内にほぼ半径方向に延び
る円周列の羽根とを有するインペラとを含む電動タービ
ン式燃料ポンプにおいて、 各羽根は基部と、基部の半径方向外方の先端と、1対の
ほぼ軸方向に対向する端部を有する軸方向に延びる進み
側面とを含み、 各羽根が、該基部で該進み側面を通るインペラの半径に
対し、鋭角の内角でほぼ傾斜することにより、 羽根の先端が、該羽根の進み側面に沿って周方向に離隔
し且つインペラの回転方向に対し後方に配置され、 各羽根の該進み側面の該羽根の基部と先端との間の少な
くとも1部が、該進み側面における先端から周方向に離
隔し且つインペラの回転方向に対し後方に配置され、 進み側面の軸方向対向端部の間に配置された各羽根の進
み側面の少なくとも1部が、その羽根の進み側面の軸方
向対向端部から周方向に離隔し、且つインペラの回転方
向に対し後方に配置され、ほぼカップ形状の羽根を提供
することにより、 電動モータがロータを回転駆動して、次にロータがイン
ペラを回転駆動して燃料を入り口に引き込み、燃料ポン
プチャネル内の燃料の圧力を増加し、加圧燃料を出口か
ら放出することを特徴とする電動タービン式燃料ポン
プ。 - 【請求項10】 羽根の基部における進み側面の端部上
の1点を通るインペラの半径と、該点と羽根の先端にお
ける進み側面の上記端部上の1点とを結ぶ線との間に角
度θが画定され、該角度θが約10乃至20度であるこ
とを特徴とする請求項9に記載の燃料ポンプ。 - 【請求項11】 各羽根の進み側面は、その半径方向全
長にわたってほぼ円弧状であることを特徴とする請求項
9に記載の燃料ポンプ。 - 【請求項12】 各羽根の進み側面は、その軸方向全長
にわたってほぼ円弧状であることを特徴とする請求項9
に記載の燃料ポンプ。
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