JP2004204705A

JP2004204705A - ターボポンプ

Info

Publication number: JP2004204705A
Application number: JP2002371648A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Kato; 史章加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】停止時におけるポンプ内の流通抵抗を低減する。
【解決手段】複数枚のブレード８ｇがインペラ８ｂ内を通り抜ける流体から力を受け得る第１ポジション（実線の位置）と、第１ポジションに比べてインペラ８ｂ内を通り抜ける流体から受ける力が小さくなる第２ポジション（破線の位置）とが設定することができるようにする。これにより、ポンプを停止させたときに、複数枚のブレード８ｇを第２ポジションとすることで停止時にポンプ内の流通抵抗を確実に低減することでき得る。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数枚の羽根を有する羽根車をケーシング内で回転させることにより流体にエネルギを与えるターボポンプ（ＪＩＳＢ０１３１番号１０１等参照）に関するもので、エンジン冷却水を循環させる水ポンプに適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
車両走行用エンジンでは、通常、エンジンから動力を得て稼動する水ポンプにてエンジン冷却水をラジエータや暖房用のヒータに循環させている。
【０００３】
ところで、近年、車両燃費の向上、及び排出ガスと共にエンジンから排出される有害物質を低減するために、信号待ちや渋滞時にエンジンを停止させる、いわゆるアイドリングストップ（エコラン）運転を自動的に行う車両の開発が行われている。
【０００４】
しかし、エンジン冷却水（温水）をヒータに循環させるポンプ手段として、エンジンから動力を得て稼動する水ポンプ（以下、メカポンプと呼ぶ。）のみでは、アイドリングストップ運転が開始されてエンジンが停止すると同時にヒータへのエンジン冷却水の供給が停止して暖房が停止してしまう。
【０００５】
そこで、発明者は、アイドリングストップ運転が開始されてエンジンが停止した後も引き続き暖房を行うべく、メカポンプに加えて、電動モータにて稼動されるターボポンプ方式の水ポンプ（以下、電気ポンプと呼ぶ。）を備える車両用暖房装置を考案したが、以下に述べる問題が新たに発生した。
【０００６】
すなわち、発明者が考案した車両用暖房装置では、電気ポンプを停止させてメカポンプにてエンジン冷却水を循環させるとき、つまりエンジンが稼動しているときには、メカポンプにて循環させられるエンジン冷却水が電気ポンプ内を流れるので、電気ポンプ内の羽根車が大きな通水抵抗となってしまい、必要な循環流量を確保することが難しいといった問題が発生した。
【０００７】
なお、この問題を解決する手段として、電気ポンプを迂回するバイパス回路を設け、逆止弁や切替弁等のバルブによりエンジン冷却水流れを制御するといった手段が考えられるが、この手段では、冷却水回路をが複雑になるので、車両用暖房装置の製造原価上昇を招いてしまう。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規なターボポンプを提供し、第２には、停止時におけるポンプ内の流通抵抗を低減することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、複数枚の羽根（８ｇ）を有する羽根車（８ｂ）をケーシング（８ｃ）内で回転させることにより流体にエネルギを与えるターボポンプであって、複数枚の羽根（８ｇ）は、羽根車（８ｂ）内を通り抜ける流体から力を受け得る第１ポジションと、第１ポジションに比べて羽根車（８ｂ）内を通り抜ける流体から受ける力が小さくなる第２ポジションとが設定することができるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
これにより、停止時におけるポンプ内の流通抵抗を低減することでき得る。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、複数枚の羽根（８ｇ）は、揺動可能に羽根車（８ｂ）に組み付けられており、さらに、複数枚の羽根（８ｇ）を第２ポジション側に揺動させる弾性力を複数枚の羽根（８ｇ）に作用させるバネ手段（８ｊ）を有することを特徴とする。
【００１２】
これにより、ポンプを停止させたときに、複数枚の羽根（８ｇ）を確実に第２ポジションとすることができるので、停止時にポンプ内の流通抵抗を確実に低減することでき得る。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、複数枚の羽根（８ｇ）が羽根車（８ｂ）内を通り抜ける流体から力を受けたときに、複数枚の羽根（８ｇ）の位置を保持する可動域規制手段（８ｍ）が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
これにより、複数枚の羽根（８ｇ）が過度に揺動変位して、ポンプ稼働時にポンプ効率が悪化してしまうことを未然に防止でき得る。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、複数枚の羽根（８ｇ）は、羽根車（８ｂ）の回転軸側を中心として、回転軸と略直交する平面内で揺動することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、複数枚の羽根（８ｇ）は、回転軸と略平行な平面内で揺動することを特徴とするものである。
【００１７】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係るターボポンプを車両用暖房装置に適用したものであって、図１は暖房用熱源をなすエンジン冷却水（温水）の回路図である。
【００１９】
本実施形態に係る車両用暖房装置は、走行用のエンジン１で発生した廃熱を回収して温度が上昇したエンジン冷却水をヒータ２に循環させることにより、エンジン冷却水にて室内に吹き出す空気を加熱するものであり、ヒータ２は、通常、送風機３を備える空調ケーシング４内に収納されている。
【００２０】
なお、ラジエータ５はエンジン冷却水と室外空気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する放熱器であり、サーモスタット６は、エンジン１から流出したエンジン冷却水をラジエータ５を迂回させて流す水量とラジエータ５に流す水量とを調節することによりエンジン冷却水の温度、つまりエンジン１の温度を所定温度範囲に保つ温度調整用バルブである。
【００２１】
因みに、本実施形態に係るサーモスタット６は、ワックス材の体積変化を利用して機械的に弁体を作動させるものであるが、電気式のアクチュエータを用いたバルブを用いてよいことは言うまでもない。
【００２２】
また、メカポンプ７はエンジン１から動力を得て稼動するターボ方式の水ポンプであり、電気ポンプ８は電動モータから動力を得て稼動するターボ方式の水ポンプであり、両ポンプは、羽根車（インペラ）の駆動源が異なるのみで、その他は同様な構造である。
【００２３】
そこで、以下、電気ポンプ８を例に本実施形態に係るターボポンプについて説明する。なお、図２は電気ポンプ８の断面模式図であり、図３は図２のＡ矢視図であり、図４は図２のＢ−Ｂ断面図である。
【００２４】
図２中、電動モータ８ａはインペラ８ｂを回転させる駆動手段であり、インペラ８ｂと電動モータ８ａとは、エンジン冷却水が流れるポンプケーシング８ｃ側とモータケーシング８ｄ側とを区画する隔壁８ｅを貫通するシャフト８ｆにて連結されている。
【００２５】
なお、シャフト８ｆと隔壁８ｅとの隙間は、リップシールやＯリング等のパッキンにて液密に密閉されている。
【００２６】
また、インペラ８ｂは、図３に示すように、複数枚のブレード（羽根）８ｇを有してポンプケーシング８ｃ内で回転する羽根車であり、各ブレード８ｇは、シャフト８ｆに固定された支軸８ｉを揺動中心として、シャフト８ｆの長手方向と直交する方向に揺動可能にシャフト８ｆに組み付けられている。
【００２７】
また、シャフト８ｆの長手方向と直交する方向に拡がってシャフト８ｆと一体的に回転する第１プレート８ｈを挟んでブレード８ｇと反対側には、図４に示すように、バネ手段をなすコイルバネ８ｊが設けられており、このコイルバネ８ｊは、その一端側が第１プレート８ｈに固定され、他端側が第２プレート８ｋ（図２参照）に固定されており、両プレート８ｈ、８ｋはコイルバネ８ｊを挟んで対向している。
【００２８】
そして、第２プレート８ｋはシャフト８ｆと一体的に回転し、第１プレート８ｈはシャフト８ｆに対して回転可能となっているため、第１プレート８ｈは、第２プレート８ｋと共に回転するコイルバネ８ｊにより引っ張られてシャフト８ｆと機械的に連動して回転する。
【００２９】
また、第１プレート８ｈのうちブレード８ｇ側には、図３に示すように、インペラ８ｂが回転してブレード８ｇがインペラ８ｂ内を通り抜けるエンジン冷却水から力を受けたときに、ブレード８ｇに接触してブレード８ｇの位置、つまりブレード８ｇの角度を保持する可動域規制手段をなす円柱状のストッパ８ｍが一体化されている。
【００３０】
次に、本実施形態に係るターボポンプの作動を述べる。
【００３１】
シャフト８ｆ、つまり駆動手段をなす電動モータ８ａが停止しているときには、コイルバネ８ｊが図４の破線で示すように縮んでストッパ８ｍが図３の破線で示す位置となり、ブレード８ｇが図３の破線で示す状態（以下、この状態をブレード８ｇが第２ポジションにある言う。）となる。
【００３２】
一方、シャフト８ｆが回転すると、第１プレート８ｈがコイルバネ８ｊを介して第２プレート８ｋに引っ張られて回転するので、コイルバネ８ｊは、少なくとも第１プレート８ｈを回転させるトルクと釣り合う程度の力が発生する程度まで伸びるので、第１プレート８ｈが第２プレート８ｋに対して相対的に回転する。
【００３３】
また、ブレード８ｇはシャフト８ｆと一体的に回転するため、ブレード８ｇに作用する遠心力により、ブレード８ｇのうち支軸８ｉと反対側の端部を第１プレート８ｈの外径側に移動させようとする力がブレード８ｇに作用する。
【００３４】
このとき、シャフト８ｆが回転して第１プレート８ｈが第２プレート８ｋに対して相対的に回転して、ストッパ８ｍは、図３の破線で示す位置から実線で示す位置側に移動するので、ストッパ８ｍの変位に追従するようにブレード８ｇが図３の実線で示す位置側に移動し始める。
【００３５】
そして、ブレード８ｇが図３の実線で示す位置側に移動し始めると、ブレード８ｇがポンプケーシングｃ内に流入したエンジン冷却水に遠心力（運動エネルギ）を与え始めるため、流体を吸引吐出するポンピング作用が発生し始める。
【００３６】
ポンピング作用が発生すると、エンジン冷却水に与えた遠心力の反作用として、ブレード８ｇが第２ポジションにあるときに比べてブレード８ｇがエンジン冷却水から受ける力が増大する。
【００３７】
そして、コイルバネ８ｊの弾性力と第１プレート８ｈの慣性力及びブレード８ｇがインペラ８ｂ内を通り抜けるエンジン冷却水から受ける力とが釣り合った位置（図３の実線で示す位置）で第１プレート８ｈ及びブレード８ｇが回転し続ける。以下、ブレード８ｇが図３の実線で示す位置にあることをブレード８ｇが第１ポジションにあると言う。
【００３８】
したがって、インペラ８ｂが電動モータ８ａから駆動力を得て回転しているときは、コイルバネ８ｊは、ストッパ８ｍを介してブレード８ｇを第２ポジション（図３の破線の位置）側に揺動させる弾性力をブレード８ｇに作用させることとなる。
【００３９】
次に、本実施形態に係る車両用暖房装置の概略作動及び本実施形態に係るターボポンプの作用効果を述べる。
【００４０】
１．エンジン１が稼動しているとき
エンジン１が稼動しているときには、電動ポンプ８を停止させてメカポンプ７にてエンジン冷却水をヒータ２に循環させる。
【００４１】
このとき、電気ポンプ８のブレード８ｇは第２ポジションにあるので、ポンプケーシング８ｃ内をエンジン冷却水が流れる際にブレード８ｇが受ける力が、ブレード８ｇが第１ポジションにあるときに比べて小さくなり、エンジン冷却水が電気ポンプ８を流れる際の通水抵抗を小さくすることができる。
【００４２】
２．エンジン１が停止しているとき
車速が０となった時から所定時間（例えば、５秒）が経過すると、エンジン１が停止してアイドルストップ運転に移行したたときに電動ポンプ８を稼動させる。
【００４３】
このとき、メカポンプ７のブレードは第２ポジションにあるので、ポンプケーシング８ｃエンジン冷却水が流れる際にブレードが受ける力が、ブレードが第１ポジシにあるときに比べて小さくなり、エンジン冷却水がメカポンプを流れる際の通水抵抗を小さくすることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、コイルバネ８ｊを設けているので、ポンプを停止させたときに、複数枚のブレード８ｇを確実に第２ポジションとすることができ、停止時にポンプ内の流通抵抗を確実に低減することできる。
【００４５】
また、ストッパ８ｍによりブレード８ｇの揺動変位を規制しているので、複数枚のブレード８ｇが過度に揺動変位して、ポンプ稼働時にポンプ効率が悪化してしまうことを未然に防止でき得る。
【００４６】
（第２実施形態）
第１実施形態では、ブレード８ｇがシャフト８ｆの長手方向と直交する方向に揺動可能にシャフト８ｆに組み付けられていたが、本実施形態は、図５に示すように、ブレード８ｇをシャフト８ｆの長手方向と略平行な平面内で揺動することができるようにシャフト８ｆに組み付けたものである。
【００４７】
なお、図５の実線で示される位置は第１ポジションであり、図５の破線で示される位置は第２ポジションである。
【００４８】
ところで、本実施形態では、ブレード８ｇを第２ポジション側に移動させる弾性力をブレード８ｇに作用させるコイルバネ８ｊに相当するバネ手段を廃止するとともに、第１プレート８ｈには、インペラ８ｂが停止しているときに、ブレード８ｇの位置をシャフト８ｆの長手方向と直交する方向より第１ポジション側で保持するストッパ８ｎ、及びインペラ８ｂが回転しているときに、ブレード８ｇの位置がシャフト８ｆの長手方向より第２ポジション側で保持されるようなストッパ８ｐを設けている。
【００４９】
これにより、インペラ８ｂが回転し始めると、ブレード８ｇにブレード８ｇを第１ポジション側に移動させる流体圧が作用するので、インペラ８ｂが回転し始めると、速やかにブレード８ｇが第１ポジションとなる。
【００５０】
逆に、インペラ８ｂが停止してエンジン冷却水がポンプケーシング８ｃ内に流入すると、ブレード８ｇにブレード８ｇを第２ポジション側に移動させる流体圧が作用するので、エンジン冷却水がポンプケーシング８ｃ内に流入し始めると、速やかにブレード８ｇが第２ポジションとなる。
【００５１】
したがって、第１実施形態と同様に、エンジン冷却水がポンプケーシング８ｃ内を流れる際の通水抵抗を小さくすることができる。
【００５２】
なお、本実施形態はブレード８ｇを第２ポジション側に移動させる弾性力をブレード８ｇに作用させるバネ手段を否定するものではなく、バネ手段を設けてもよいことは言うまでもない。
【００５３】
（その他の実施形態）
上述の実施形態におけるブレード８ｇは軸方向から見て略円弧状であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば軸方向から見て直線状であってもよい。
【００５４】
また、上述の実施形態は遠心式のターボポンプ（ＪＩＳＢ０１３１番号１０１等参照）であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば軸流式のターボポンプ（ＪＩＳＢ０１３１番号１０１等参照）であってもよい。
【００５５】
また、上述の実施形態では暖房装置に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る暖房装置の温水回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電気ポンプの断面模式図である。
【図３】図２のＡ矢視図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る電気ポンプの断面模式図である。
【符号の説明】
８ｂ…インペラ、８ｇ…ブレード８ｇ、８ｆ…シャフト、８ｍ…ストッパ。

Claims

複数枚の羽根（８ｇ）を有する羽根車（８ｂ）をケーシング（８ｃ）内で回転させることにより流体にエネルギを与えるターボポンプであって、
前記複数枚の羽根（８ｇ）は、前記羽根車（８ｂ）内を通り抜ける流体から力を受け得る第１ポジションと、前記第１ポジションに比べて前記羽根車（８ｂ）内を通り抜ける流体から受ける力が小さくなる第２ポジションとが設定することができるように構成されていることを特徴とするターボポンプ。
前記複数枚の羽根（８ｇ）は、揺動可能に前記羽根車（８ｂ）に組み付けられており、
さらに、前記複数枚の羽根（８ｇ）を前記第２ポジション側に揺動させる弾性力を前記複数枚の羽根（８ｇ）に作用させるバネ手段（８ｊ）を有することを特徴とする請求項１に記載のターボポンプ。
前記複数枚の羽根（８ｇ）が前記羽根車（８ｂ）内を通り抜ける流体から力を受けたときに、前記複数枚の羽根（８ｇ）の位置を保持する可動域規制手段（８ｍ）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のターボポンプ。
前記複数枚の羽根（８ｇ）は、前記羽根車（８ｂ）の回転軸側を中心として、前記回転軸と略直交する平面内で揺動することを特徴とする請求項２又は３に記載のターボポンプ。
前記複数枚の羽根（８ｇ）は、前記回転軸と略平行な平面内で揺動することを特徴とする請求項２又は３に記載のターボポンプ。