JP2009523215A

JP2009523215A - 圧力及び電流が低下するインペラ

Info

Publication number: JP2009523215A
Application number: JP2008550386A
Authority: JP
Inventors: ピーターソン，トッド; アドヴァリユ，ケタン; ジャラミッロ，ラモン
Original assignee: ボーグワーナー・インコーポレーテッド
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2009-06-18
Also published as: CN101371048A; DE112007000110T5; KR101547871B1; WO2007082009A2; US20070160455A1; CN101371048B; KR20080083267A; US7425113B2; WO2007082009A3

Abstract

インペラのベーンが、任意の１点から、ベーンの長さに沿い、空気ポンプの内側のベーン基部までテーパ付けされている再生空気ポンプを提供している二次空気システム。テーパ付きベーンは、望ましい流動特性を創出する。テーパ付きベーンは、圧力特性に対して非線形性の流れを創出する。したがって、インペラの周りで周方向に、かつベーンを通って延在するデバイダと組み合わせたテーパ付きベーンは、流れを増加させる。テーパ付きベーンによって創出されたこの非線形特性によって、二次空気システムが、低い流動性及び圧力レベルで、適当な作動を維持することが可能となる。インペラのテーパ機構によって、デッドヘッド圧力がより低い圧力で得られる。このインペラ構成はポンプ効率を総合的に向上させる。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００６年１月１１日に出願された米国特許出願第１１／３３０，２７１号明細書の利益を主張するものである。上記出願の開示は参照により本願明細書に援用されるものとする。

本発明は、自動車用の排気システムで使用される二次空気ファンに関する。

エンジンが冷間時始動状態にあるとき、二次空気流ファンがエンジンの排気システムに空気を噴射するために使用され得る。空気を排気システムの中へ噴射させる理由は、排気システム中に酸素を存在させ、過剰な炭化水素を燃焼させるようにするためである。さらに、これは、触媒コンバータが効率的に働く、あるいは最適温度により短い時間で達することに役立つ。

インペラファンは、二次空気流システム中に空気移動を創出するために使用され得る。二次空気流システムに関して生じる１つの現象は、「デッドヘッド」状態と呼ばれるものである。デッドヘッド状態とは、インペラからの空気流又は流出路が阻止されるようになることである。言い換えれば、インペラ設計によって、ポンプは、デッドヘッドで比較的高い圧力に到達し、下流の弁が閉じるのを妨げる。

さらに、圧力が上昇するにつれて、モータによって引き出される電流が上昇する。これは、この電流上昇が車両の電気システム上の抵抗となるので、望ましくない状態である。それゆえ、デッドヘッド状態で圧力を低下させ、したがって、インペラによって引き出される電流量を減少させるインペラの開発が望まれる。

本発明は、再生空気ポンプを有する二次空気システムに関し、インペラのベーンは、任意の１点から、ベーンの長さに沿い、空気ポンプの内側のベーン基部までテーパ付けされている。テーパ付きベーンは、望ましい流れ特性を創出する。このインペラ構成は、高圧により下流の弁の動きが制限されるのを防止する理想的な流れ特性を提供する。したがって、テーパ付きベーンは、圧力特性に対して非線形性の流れを創出する。テーパ付きベーンによって創出されたこの非線形特性によって、より低い流動性及び圧力レベルで、二次空気システムが適切な作動を維持することができる。加えて、インペラファンのテーパ付きベーンは、システム中で圧力が増すにつれて圧力損失を創出する解放機構としても機能する。二次空気システム内の圧力が低減されるので、より低い圧力をデッドヘッド状態で得ることができる。インペラ構成も、総合的なポンプ効率を改善する。全体として本明細書に記述されている発明によって、二次空気システム内で創出されるデッドヘッド圧力特性が標準的なデッドヘッド圧力より低くなり、それにより弁が、好ましくない背圧及び高電流の範囲外で適切に機能するような二次空気システムが提供される。

本発明のさらなる適用可能分野は、以下に提供される詳細な説明から明らかとなるであろう。詳細な説明および具体的な例は、本発明の好ましい実施形態を示すものではあるが、説明を目的としたものに過ぎず、本発明の範囲を限定しようとするものではないことを理解されたい。

本発明は、詳細な説明及び添付図面からより十分に理解されるようになるであろう。

好ましい実施形態に関する以下の説明は、本質的に例示的なものにすぎず、本発明、その応用、あるいは用途を何ら制限するものではない。

図１、１ａ、１ｂ及び２を参照して、インペラファンは１０で一般に示され、このインペラ１０はケーシング１２を有する。ケーシング１２は吸入口（図示せず）および排出口（図示せず）を有し、この吸入口、排出口から、空気はケーシング１２の中及び外へそれぞれ流れる。インペラ１０の中央は、軸孔を創出する内側半径方向表面１４を有し、その軸孔を通って軸（図示せず）が延在することが可能である。それゆえインペラ１０は回転することができる。インペラ１０は、内側半径方向表面１４の周りに円周方向に間隔を置いて配置されかつ外側半径方向表面１８に放射状に延在する、少なくとも一つの半径方向支持体１６を有する。したがって、半径方向支持体１６は、内側半径方向表面１４を外側半径方向表面１８と連結する。

ベーン３２は、インペラフレーム２６の周りに円周方向に間隔を置いて配置される。外側半径方向表面１８の周りのベーン３２間の空間は、各ベーン３２間にベーン溝３４を創出する。ベーン３２は、インペラフレーム２６に連結される基部３５を有する。ベーン３２は、点４０で曲げられ、外側曲げ面４２も基部３５もインペラフレーム２６から半径方向に真直ぐには延在しない。ベーン３２は、内側曲げ面３８及び外側曲げ面４２を有し、これらの面は点４０で合致し、ベーン３２がインペラフレーム２６から延在する箇所の角度は変えられる。したがって、点４０は、ベーン３２の長さに沿ってどこにあってもよい。

さらにまた、ベーン３２は、図１ａにおいて示されるテーパの付いた厚みを有し、この図１ａは、インペラ１０から分離された単一のベーン３２の上面図を示す。ベーンの厚みは、図１ａの線Ａ−Ａで示す。したがって、ベーン３２のテーパの付いた設計では、点４０でのベーン３２の厚みは、基部３５及びベーン先端３３でのベーン３２の厚みより厚い。ベーン３２の厚みは、このベーンの長さに沿って変化してもよいし、あるいは一定であってもよい。

図１ｂおよび２には、図１および１ａにおいて示される個々のベーンの側面図を示す。ベーン３２の高さは、図１ｂの線Ｂ−Ｂで示す。各ベーン３２の基部３５と点４０との間に、圧力解放機構３７がある。この圧力解放機構３７は、ベーンがケーシング１２の中を移動するにつれて圧力解放を生じさせる、湾曲した凹部又はベーン３２の高さの変化（違い）である。特に、圧力解放機構３７は、ポンプの吸入口と排出口との間で圧力を解放し、デッドヘッド状態での圧力を低下させる。圧力解放機構３７は必ずしも図示されているような湾曲形状である必要はなく、実質的にいかなる形状をもとり得る。加えて、圧力解放機構３７は、ベーン３２の長さに沿ってどこにでも位置することができる。デバイダ３６は、ベーン３２の高さに沿って、いかなるところにも位置し得る。加えて、デバイダ３６は、基部３５からベーン３２の先端３３までのどこでも、半径方向に延在することができる。

ベーン３２の高さにおける圧力解放機構３７は、インペラファン１０の流動特性を変え、その結果、デッドヘッド圧力は、標準インペラファンによって創出されるデッドヘッド圧力と比べると減少する。圧力解放機構３７と組み合わせたベーン３２の全てが、インペラ１０によって与えられる圧力解放に関与する。デバイダ３６が使用される場合、上部流れ領域４８及び下部流れ領域５０を創出する。デバイダ３６と組み合わせたベーン３２を有するインペラファン１０は流れを増加させるのに対して、デバイダを有しないインペラファンは流れを減少させる。

ベーン３２及びデバイダ３６の圧力解放機構３７によって、上部流れ領域４８の流量及び下部流れ領域５０の流量が創出される。上側流れ領域４８及び下側流れ領域５０の両方とも、圧力解放機構３７を経由する密封領域に沿って吸入口および排出口との間で圧力漏出を生じる。漏出は上側流れ領域４８および下側流れ領域５０の圧力を減らし、それは次にデッドヘッド圧力を減らす。したがって、デッドヘッド圧力の減少は、インペラ１０によって引き出される電流量も減らす。

図４には、インペラ１０がベーン３２間に延在しているデバイダを有しない実施形態を示す。しかし、ベーン３２は、圧力解放機構３７を依然として有する。

図３を参照すると、流れ、背圧および電流特性が、このインペラファン１０を使用している二次空気システムと標準的なインペラファン（本発明のようなベーン設計を有していないもの）との間で比較されている。線５２は、標準的なインペラの流れ及び背圧特性を示す。線５６は、標準的なインペラファンにおいて背圧が上昇すると、電流が増加し続けることを示す。したがって、標準的なインペラファンによって、背圧が、二次空気システムには大きすぎる最終値まで上昇し、流れが０．０Ｌ／分のとき、背圧が２２ｋＰａより大きくなる。しかしながら、線５４で示すように、インペラファン１０が二次空気システムで使用されると、背圧は標準的なインペラファンの最大背圧と同じ高さの最大背圧には達しない。それゆえ、流れが０．０Ｌ／分のとき、背圧は約２２ｋＰａとなり、標準的なデッドヘッド状態よりは低くなる。したがって、インペラファン１０のデッドヘッド圧力は、標準的なインペラよりほぼ２０％低くなる。同様に、インペラファンにより引き出される電流は、インペラファン１０では、デッドヘッド状態における標準的なインペラファンより、デッドヘッド状態でほぼ２５％低くなる。さらに、線５６は、背圧の上昇につれて、車両の電気システム（図示せず）から標準的なインペラファンによって引き出される電流総量を示す。デッドヘッド状態が二次空気システムで望まれる場合、このシステムは適切に機能しない可能性があり、背圧が２５ｋＰａを越えると、この高背圧は６０Ａ超過の高電流ドレーンとなる。しかしながら、インペラファン１０は２５ｋＰａより低い最大背圧になるのみならず、標準ファンと同じ大きさの電流を引き出すこともない。したがって、インペラ１０は、車両電気システムに与える負荷がより少なくなる。

本発明の説明は本質的に、単に一例であり、このため、本発明の主旨から逸脱しない変形例を本発明の範囲に含むことを意図するものである。かかる変形例は、本発明の精神及び範囲から逸脱するものとみなすべきではない。

インペラファンの斜視図である。線Ａ−Ａがベーンの厚みを示すベーンの上面図である。線Ｂ−Ｂがベーンの高さを示す単一のベーンの側面図である。インペラファンの断面図である。二次空気ポンプの流れ、背圧、及び電流特性を示す線グラフである。デバイダのない、インペラファンの斜視図である。

Claims

ポンプ用インペラであって、
吸入口及び排出口を備えるケーシングと、
前記ケーシング内に含まれ、インペラフレームから半径方向外側に向かって延在する複数のベーンを備えるインペラと、
前記ベーンが前記インペラの周りで周方向に間隔を置かれて配置されるとき、前記ベーン間の空間によって創出される少なくとも１つのベーン溝と、
前記ベーン間に延在する少なくとも１つのデバイダと、
を備え、
各前記ベーンが、前記ベーンの先端と前記ベーンの基部との間に圧力抜き機構を有するインペラ。
前記デバイダが前記複数のベーン間に延在し、かつ前記デバイダが前記ベーンの高さを分ける請求項１に記載のインペラ。
前記デバイダ及び前記ベーンが上部流れ領域を創出する請求項１に記載のインペラ。
前記デバイダ及び前記ベーンが下部流れ領域を創出する請求項１に記載のインペラ。
前記ベーンが、前記インペラフレームと前記ベーンの任意の１点との間に第１の角度の半径方向延長部分を備える請求項１に記載のインペラ。
前記第１の角度の半径方向延長部分が隣接する前記ベーンに向かって延在する請求項５に記載のインペラ。
前記ベーンが、前記ベーンの任意の１点と前記ケーシングとの間に第２の角度の半径方向延長部分を備える請求項１に記載のインペラ。
前記第２の角度の半径方向延長部分が隣接する前記ベーンに向かって延在する請求項７に記載のインペラ。
前記先端が前記基部からほぼ真直ぐ半径方向外側に延在する請求項１に記載のインペラ。
各前記ベーンが、前記ベーンの長さに沿った任意の１点における厚みが、前記ベーンの前記先端又は前記ベーンの前記基部の厚みより厚くなるようなテーパを有する請求項１に記載のインペラ。
前記圧力抜き機構が、前記複数のベーンの高さの変化である請求項１に記載のインペラ。
ポンプ用のインペラであって、
吸入口及び排出口を備えるケーシングと、
前記ケーシング内に回転可能に収納され、インペラフレームから半径方向外側に向かって延在する複数のベーンを備えるインペラと、
前記ベーンが前記インペラの周りで周方向に間隔を置かれて配置されるとき、前記ベーン間の空間によって創出される少なくとも１つのベーン溝と、
前記ベーン間に延在する、前記少なくとも１つのベーン溝内の少なくとも１つのデバイダと、
を備え、
前記ベーンが、前記インペラフレームと任意の１点との間に第１の角度の半径方向延長部分、及び前記点と前記ケーシングとの間に第２の角度の半径方向延長部分を備え、前記点が前記ベーンの長さに沿ってどこにあってもよく、
各前記ベーンが、前記ベーンの先端と前記ベーンの基部との間に圧力抜き機構を有するインペラ。
前記圧力抜き機構が、前記複数のベーンの高さの変化である請求項１２に記載のインペラ。
各前記ベーンが、前記ベーンの長さに沿った任意の１点における厚みが、前記ベーンの前記先端又は前記ベーンの前記基部の厚みより厚くなるようなテーパを有する請求項１２に記載のインペラ。
前記デバイダ及び前記ベーンが上部流れ領域を創出する請求項１２に記載のインペラ。
前記デバイダ及び前記ベーンが下部流れ領域を創出する請求項１２に記載のインペラ。
前記第１の角度の半径方向延長部分が隣接する前記ベーンに向かって延在する請求項１２に記載のインペラ。
前記第２の角度の半径方向延長部分が隣接する前記ベーンに向かって延在する請求項１２に記載のインペラ。
前記デバイダが、前記ベーンの高さに沿って前記ベーンを分ける請求項１２に記載のインペラ。
ポンプ用のインペラであって、
吸入口及び排出口を備えるケーシングと、
前記ケーシング内に回転可能に収容され、インペラフレームから半径方向外側に向かって延在する複数のベーンを備えるインペラと、
前記ベーンが前記インペラの周りで周方向に間隔を置かれて配置されるとき、前記ベーン間の空間によって創出される少なくとも１つのベーン溝と、
少なくとも１つのベーン溝内の少なくとも１つのデバイダと、
を備え、
前記ベーンが、前記インペラフレームと任意の１点との間に第１の角度の半径方向延長部分を備え、そこで前記第１の角度の半径方向延長部分が隣接するベーンに向かって延在し、かつ、前記点と前記ケーシングとの間に第２の角度の半径方向延長部分を備え、そこで前記第２の角度の半径方向延長部分が隣接するベーンに向かって延在し、前記点が前記ベーンの長さに沿ってどこにあってもよく、かつ、
各前記ベーンが、前記ベーンの先端と前記ベーンの基部との間に圧力抜き機構を有するインペラ。
前記デバイダが、前記ベーンの高さに沿って前記ベーンを分ける請求項２０に記載のインペラ。
前記デバイダ及び前記ベーンが上部流れ領域を創出する請求項２０に記載のインペラ。
前記デバイダ及び前記ベーンが下部流れ領域を創出する請求項２０に記載のインペラ。
前記圧力抜き機構が、前記複数のベーンの高さの変化である請求項２０に記載のインペラ。
各前記ベーンが、前記ベーンの長さに沿った任意の１点の厚みが前記ベーンの前記先端又は前記ベーンの前記基部の厚みより厚くなるようなテーパを有する請求項２０に記載のインペラ。
ポンプ用インペラであって、
吸入口及び排出口を備えるケーシングと、
前記ケーシング内に収容され、インペラフレームから半径方向外側に向かって延在する複数のベーンを備えるインペラと、
前記ベーンが前記インペラの周りで周方向に間隔を置かれて配置されるとき、前記ベーン間の空間によって創出される少なくとも１つのベーン溝と、
を備え、かつ、
各前記ベーンが、前記ベーンの先端と前記ベーンの基部との間に圧力抜き機構を有するインペラ。
前記ベーンが、前記インペラフレームと前記ベーン上の任意の１点との間に第１の角度の半径方向延長部分を備える請求項２６に記載のインペラ。
前記第１の角度の半径方向延長部分が隣接する前記ベーンに向かって延在する請求項２７に記載のインペラ。
前記ベーンが、前記ベーンの任意の１点と前記ケーシングとの間に第２の角度の半径方向延長部分を備える請求項２７に記載のインペラ。
前記第２の角度の半径方向延長部分が隣接する前記ベーンに向かって延在する請求項２９に記載のインペラ。
前記先端が前記基部からほぼ真直ぐ半径方向に外側に延在する請求項２６に記載のインペラ。
各前記ベーンが、前記ベーンの長さに沿った任意の１点の厚みが前記ベーンの前記先端又は前記ベーンの前記基部の厚みより厚くなるようなテーパを有する請求項２６に記載のインペラ。
前記圧力抜き機構が、前記複数のベーンの高さの変化である請求項２６に記載のインペラ。
ポンプ用のインペラであって、
吸入口及び排出口を備えるケーシングと、
前記ケーシング内に回転可能に含まれ、インペラフレームから半径方向外側に向かって延在する複数のベーンを備えるインペラと、
前記ベーンが前記インペラの周りで周方向に間隔を置かれて配置されるとき、前記ベーン間の空間によって創出される少なくとも１つのベーン溝と、
を備え、
前記ベーンが、前記インペラフレームと前記ベーン上の任意の１点との間に第１の角度の半径方向延長部分、及び前記ベーン上の任意の１点と前記ケーシングとの間に第２の角度の半径方向延長部分を備え、前記点が前記ベーンの長さに沿ってどこにあってもよく、かつ、
各前記ベーンが、前記ベーンの先端と前記ベーンの基部との間に圧力抜き機構を有するインペラ。
前記第１の角度の半径方向延長部分が隣接する前記ベーンに向かって延在する請求項３４に記載のインペラ。
前記第２の角度の半径方向延長部分が隣接する前記ベーンに向かって延在する請求項３４に記載のインペラ。
各前記ベーンが、前記ベーンの長さに沿った任意の１点の厚みが前記ベーンの前記先端又は前記ベーンの前記基部の厚みより厚くなるようなテーパを有する請求項３４に記載のインペラ。
前記圧力抜き機構が、前記複数のベーンの高さの変化である請求項３４に記載のインペラ。
ポンプ用のインペラであって、
吸入口及び排出口を備えるケーシングと、
前記ケーシング内に回転可能に含まれ、インペラフレームから半径方向外側に向かって延在する複数のベーンを備えるインペラと、
前記ベーンが前記インペラの周りで周方向に間隔を置かれて配置されるとき、前記ベーン間の空間によって創出される少なくとも１つのベーン溝と、
を備え、
前記ベーンが、隣接するベーンに向かって延在する、前記インペラフレームと任意の１点との間の第１の角度の半径方向延長部分、及び隣接するベーンに向かって延在する、前記点と前記ケーシングとの間の第２の角度の半径方向延長部分を備え、前記点が前記ベーンの長さに沿ってどこにあってもよく、かつ、
各前記ベーンが、前記ベーンの先端と前記ベーンの基部との間に圧力抜き機構を有するインペラ。
前記圧力抜き機構が、前記複数のベーンの高さの変化である請求項３９に記載のインペラ。
各前記ベーンが、前記ベーンの長さに沿った任意の１点の厚みが前記ベーンの前記先端又は前記ベーンの前記基部の厚みより厚くなるようなテーパを有する請求項３９に記載のインペラ。