JP4065721B2 - 直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料等の流体供給システムに関するものであって特に直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、航空機等に用いられるジェットエンジン（ターボファンエンジン）の燃料供給システムは、図５に示される如く、燃料タンク１からの燃料を昇圧部としての燃料ポンプ２によって昇圧し、スロットルレバーの位置等の情報が伝達される燃料計量機構３によってその流量を決定し、その燃料をジェットエンジン４におけるエンジン燃焼器５に送ると共に、余剰分を燃料ポンプ２の入口に送り返す構成となっている。
【０００３】
ここで、前記燃料ポンプ２としては、従来、図６に示されるようなギアポンプが用いられており、この場合、エンジンから伝達された回転運動がエンジン補機としてのギアボックス（ＡＧＢ：ａｃｃｅｓｓｏｒｙ ｇｅａｒ ｂｏｘ）内の歯車を介して、ギアポンプを駆動する。そのため、ギアポンプの吐出流量は、エンジンの回転数に略比例するようになっている。
【０００４】
前記燃料は、エンジン潤滑油（オイル）の冷却媒体としても用いられ、前記燃料計量機構３で流量が調整された後、エンジン燃焼器５に達するまでの間に、燃料冷却オイルクーラ７（図５参照）においてエンジン潤滑油と熱交換される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の如きジェットエンジン４の場合、航空機の高空における巡航時には、エンジン回転数に対して燃料消費量が離陸時に比べおよそ１／１０以下と少なくなる状態が生じる。
【０００６】
このとき、エンジン燃焼器５での燃料消費量が少ないにもかかわらず、エンジンの高い回転数に比例して燃料ポンプ２が多くの燃料を吐出していると、燃料ポンプ２の入口に送り返される燃料の余剰分が多くなり、そのため、燃料の大半が燃料ポンプ２を介して循環され、燃料ポンプ２の仕事の大部分は熱になって燃料温度が上がることになり、燃料だけでは前記エンジン潤滑油の冷却が不可能となるので、ジェットエンジン４のファン６から空気の一部を抽気空気として空冷オイルクーラ８へ導き、該抽気空気をエンジン潤滑油の冷媒として使用している。
【０００７】
尚、最近のジェットエンジン４は、エンジン要素（タービン、圧縮機、ファン）の要素性能の向上とエンジンの高バイパス比化により燃費の向上が実現されており、こうしたジェットエンジン４の低燃費化に伴い、巡航時には、エンジン潤滑油の冷却のためにファン空気流量のおよそ０．７５［％］程度の空気が抽気されている。
【０００８】
しかしながら、前述の如く、ジェットエンジン４のファン６から空気の一部をエンジン潤滑油の冷却用として抽気した場合、ジェットエンジン４の推力や燃費の低下につながって好ましくないという問題を有しており、そのため、巡航状態を含んだ飛行可能領域全体において、熱収支に対して無駄の少ない効率的な燃料供給システムが求められているのが現状である。
【０００９】
このため、容量を従来の燃料ポンプ２の１／２とした燃料ポンプを二個使用して、離陸時には燃料ポンプを並列で運転し、巡航時には燃料ポンプを直列に切り換え、ポンプ吐出流量を半分にして循環燃料を減らし燃料温度を低くするようにした燃料供給システムも提案されているが、このような燃料供給システムでは、ポンプを二個使用するため、機構が複雑化すると共に、重量増加が避けられず、可変容量化と小型軽量化の両立が困難になるという欠点を有していた。
【００１０】
本発明は、斯かる実情に鑑み、簡単な構造で可変容量化と小型軽量化を実現し得、ジェットエンジン等の駆動系の回転数に対して燃料等の流体消費量が少なくなる場合にも、該流体の温度上昇を抑制できる流体供給システムとしての直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の昇圧部で流体を所定の圧力に昇圧して、所定流量の流体を供給する直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路であって、
前記昇圧部を、第一昇圧部と第二昇圧部とを有する三連式のギアポンプとすると共に、
前記第一昇圧部と第二昇圧部とが並列的に接続されるようにして所定流量の流体を吐出するノーマルモードと、前記第一昇圧部と第二昇圧部との間の中間圧力を第二昇圧部の吐出圧と等しくし第二昇圧部を無負荷状態とすることにより、第一昇圧部と第二昇圧部とが直列的に接続されるようにして前記ノーマルモードの略半分の流量の流体を吐出するハーフモードとに切り換え可能な切換流体圧回路を備えたことを特徴とする直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路にかかるものである。
【００１２】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１３】
切換流体圧回路によってノーマルモードに切り換えられた状態では、三連式のギアポンプにおける第一昇圧部と第二昇圧部とが並列的に接続される形となって所定流量の流体が吐出される一方、切換流体圧回路によってハーフモードに切り換えられた状態では、三連式のギアポンプにおける第一昇圧部と第二昇圧部との間の中間圧力を第二昇圧部の吐出圧と等しくし第二昇圧部を無負荷状態とすることにより、第一昇圧部と第二昇圧部とが直列的に接続される形となって前記ノーマルモードの略半分の流量の流体が吐出される。
【００１４】
この結果、ジェットエンジン等の駆動系の回転数が一定の条件下においても、吐出圧を略所定の圧力に保ったまま、昇圧部からの流体の総吐出流量を変化させることが可能となるため、前記回転数に対して燃料等の流体消費量が比較的少ない場合にも、昇圧部から吐出される燃料等の流体の総流量を抑えることにより、燃料計量機構等から送り返される燃料等の流体の余剰分が抑えられてその循環量が低減され、燃料等の流体の温度上昇が抑制される。
【００１５】
前記流体供給システムとしての直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路においては、三連式のギアポンプのギアを回転自在に支承する軸受の軸方向へ可動に配設された可動側板の受圧面に作用させる受圧面側流体圧を、ギア側から可動側板が受けるギア側流体圧に対して釣り合わせるよう、切換流体圧回路を構成することができ、このようにすると、可動側板のギア側面に対する押付力が常に適正に保持され、ギアの焼き付きが生じたり或いは隙間が生じたりすることを回避可能となる。
【００１６】
又、三連式のギアポンプのギアを回転自在に支承する軸受の場合、ラジアル荷重を受ける油膜は、該ラジアル荷重の方向変化に影響を受けやすいが、前述の如く、ハーフモードでの運転時に三連式のギアポンプにおける第一昇圧部と第二昇圧部との間の中間圧力を第二昇圧部の吐出圧と等しくしたことにより、ノーマルモードからハーフモードへの切り換えの前後で前記軸受に作用するラジアル荷重の方向変化をなくすことが可能となり、軸受の内面に形成する油溝の位置を固定でき、軸受の設計の点からも有利となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１８】
図１〜図４は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図５及び図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、燃料等の流体の昇圧部としての燃料ポンプ２を、第一昇圧部９と第二昇圧部１０とを有する三連式のギアポンプとする。
【００１９】
前記三連式のギアポンプとした燃料ポンプ２は、ジェットエンジン４（図５参照）等の駆動系から伝達された回転運動により駆動力を得る原動ギア２０と、該原動ギア２０を挟んで互いに対向する位置に配設される二つの従動ギア（第一従動ギア２１、及び第二従動ギア２２）とを含んで構成されている。
【００２０】
図１に示すように、原動ギア２０と第一従動ギア２１並びに第二従動ギア２２とはそれぞれケーシング２３内で互いにかみ合わされており、第一吸込口２４と第二吸込口２５からそれぞれギアの歯と歯の間に流れ込んだ燃料は、ギアの回転に伴って隣り合う歯とケーシング２３の壁面とで囲まれる空間に閉じ込められて昇圧され、第一吐出口２６と第二吐出口２７まで移動して送り出される。即ち、この燃料ポンプ２は、原動ギア２０と第一従動ギア２１とを主体とする第一昇圧部９と、原動ギア２０と第二従動ギア２２とを主体とする第二昇圧部１０とを有する構造となっている。第一従動ギア２１と第二従動ギア２２とは同じ大きさのギアが用いられており、第一昇圧部９と第二昇圧部１０とは、原動ギア２０の回転数に対する吐出流量が同一である。尚、各ギアの歯形としては、平歯、はす歯等に限定されず、正弦曲線やトロコイド曲線等、さまざまな歯形が適用可能である。
【００２１】
前記燃料ポンプ２の第一昇圧部９の第一吸込口２４と第二昇圧部１０の第二吸込口２５にはそれぞれ、燃料タンク１から延びる第一吸込ライン２８と第二吸込ライン２９とを分岐接続し、第二昇圧部１０の第二吐出口２７には、燃料計量機構３へ通じる第二吐出ライン３１を接続すると共に、第一昇圧部９の第一吐出口２６には、前記第二吐出ライン３１途中につながる第一吐出ライン３０を接続し、前記第二吸込ライン２９途中には逆止弁３２を設け、該逆止弁３２より下流側における第二吸込ライン２９に対し、第二吐出ライン３１途中から分岐する中間ライン３３を接続し、該中間ライン３３途中に可変絞り３４を設け、これにより、前記可変絞り３４を全閉とした状態で前記第一昇圧部９と第二昇圧部１０とが並列的に接続されるようにして所定流量の流体を吐出するノーマルモードと、前記可変絞り３４を全開とした状態で前記第一昇圧部９と第二昇圧部１０との間の中間圧力を第二昇圧部１０の吐出圧と等しくし第二昇圧部１０を無負荷状態とすることにより、第一昇圧部９と第二昇圧部１０とが直列的に接続されるようにして前記ノーマルモードの略半分の流量の流体を吐出するハーフモードとに切り換え可能な切換流体圧回路３５を構成してある。
【００２２】
一方、前記原動ギア２０と第一従動ギア２１と第二従動ギア２２はそれぞれ、ジャーナルベアリング等の原動軸受３６と第一軸受３７と第二軸受３８によって回転自在に支承され、各軸受３６，３７，３８はそれぞれ、各ギアの一方の側面側に固定配置される固定側板３６ａ，３７ａ，３８ａと、各ギアの他方の側面側に軸方向へ可動に配設された可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂとを備え、該可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂの高圧受圧面３６ｃ，３７ｃ，３８ｃと低圧受圧面３６ｄ，３７ｄ，３８ｄに燃料等の流体の圧力を作用させることにより、可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂをギアの側面に押し付けてシールを行うようになっているが、本図示例の場合、各軸受３６，３７，３８の可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂの高圧受圧面３６ｃ，３７ｃ，３８ｃには、第二昇圧部１０の第二吐出ライン３１における吐出圧（ノーマルモードでもハーフモードでも常に高圧となる）を印加し、原動軸受３６と第一軸受３７の可動側板３６ｂ，３７ｂの低圧受圧面３６ｄ，３７ｄには、逆止弁３２より上流側における第二吸込ライン２９の圧力（ノーマルモードでもハーフモードでも常に低圧となる）を印加し、第二軸受３８の可動側板３８ｂの低圧受圧面３８ｄには、中間ライン３３の接続点より下流側における第二吸込ライン２９の圧力（ノーマルモードでは低圧となり、ハーフモードでは第一昇圧部９と第二昇圧部１０との間の中間圧力に相当し高圧となる）を印加するよう、前記切換流体圧回路３５を構成してあり、これにより、図２に示す如く、可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂの高圧受圧面３６ｃ，３７ｃ，３８ｃと低圧受圧面３６ｄ，３７ｄ，３８ｄに作用させる各々のトータルの受圧面側流体圧が、ギア側から可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂが受けるギア側流体圧と釣り合うようにしてある（図２参照）。
【００２３】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２４】
切換流体圧回路３５によってノーマルモードに切り換えられた状態では、可変絞り３４は全閉となっており、第一昇圧部９の第一吸込口２４には、燃料タンク１からの燃料が第一吸込ライン２８を介して供給され昇圧されると共に、第二昇圧部１０の第二吸込口２５には、燃料タンク１からの燃料が第二吸込ライン２９を介して供給され昇圧され、前記第一昇圧部９の第一吐出口２６から第一吐出ライン３０へ吐出される燃料と、第二昇圧部１０の第二吐出口２７から第二吐出ライン３１へ吐出される燃料とが、該第二吐出ライン３１で合流して燃料計量機構３へ送り出される。
【００２５】
これに対し、前記可変絞り３４を開くと、第一昇圧部９の第一吐出口２６から第一吐出ライン３０へ吐出される燃料が中間ライン３３を介して第二吸込ライン２９に導かれる。ここで、第二吸込ライン２９途中には逆止弁３２が設けてあるため、燃料タンク１側へ燃料が戻ることはなく、第一昇圧部９から中間ライン３３を介して第二吸込ライン２９に流入した燃料は、全て第二昇圧部１０に吸い込まれる。このようにして可変絞り３４を徐々に開いて行くと、第二昇圧部１０の第二吸込口２５に流入する燃料は増えて行き、第二昇圧部１０の吐出流量と等しくなるまでは増え続ける。この状態では第一昇圧部９と第二昇圧部１０それぞれのポンプ仕事はほとんど減少していないが、更に可変絞り３４を開いて行くと、第二昇圧部１０の第二吸込口２５の入口圧力（第一昇圧部９と第二昇圧部１０間の中間圧力）が昇圧して、第二昇圧部１０のポンプ仕事が減少して行く。前記中間圧力が第二昇圧部１０の吐出圧まで昇圧しきると、第二昇圧部１０のポンプ仕事はなくなり、ポンプ仕事の半減が達成され、全体の吐出流量もノーマルモードの略半分の流量となる。ノーマルモード（並列状態）から切り換え過渡状態を経てハーフモード（直列状態）へ移行する際の、ポンプ仕事と中間圧力と吐出流量と可変絞り開度それぞれの状態変化は図３に示すようになる。
【００２６】
即ち、切換流体圧回路３５によってノーマルモードに切り換えられた状態では、三連式のギアポンプにおける第一昇圧部９と第二昇圧部１０とが並列的に接続される形となって所定流量の燃料が吐出される一方、切換流体圧回路３５によってハーフモードに切り換えられた状態では、三連式のギアポンプにおける第一昇圧部９と第二昇圧部１０との間の中間圧力を第二昇圧部１０の吐出圧と等しくし第二昇圧部１０を無負荷状態とすることにより、第一昇圧部９と第二昇圧部１０とが直列的に接続される形となって前記ノーマルモードの略半分の流量の燃料が吐出される。
【００２７】
この結果、ジェットエンジン等の駆動系の回転数が一定の条件下においても、吐出圧を略所定の圧力に保ったまま、昇圧部からの燃料等の流体の総吐出流量を変化させることが可能となるため、前記回転数に対して燃料等の流体消費量が比較的少ない場合にも、昇圧部から吐出される燃料等の流体の総流量を抑えることにより、燃料計量機構３等から送り返される燃料等の流体の余剰分が抑えられてその循環量が低減され、燃料等の流体の温度上昇が抑制される。
【００２８】
本図示例においては、各軸受３６，３７，３８の可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂの高圧受圧面３６ｃ，３７ｃ，３８ｃには、第二昇圧部１０の第二吐出ライン３１における吐出圧（ノーマルモードでもハーフモードでも常に高圧となる）を印加し、原動軸受３６と第一軸受３７の可動側板３６ｂ，３７ｂの低圧受圧面３６ｄ，３７ｄには、逆止弁３２より上流側における第二吸込ライン２９の圧力（ノーマルモードでもハーフモードでも常に低圧となる）を印加し、第二軸受３８の可動側板３８ｂの低圧受圧面３８ｄには、中間ライン３３の接続点より下流側における第二吸込ライン２９の圧力（ノーマルモードでは低圧となり、ハーフモードでは第一昇圧部９と第二昇圧部１０との間の中間圧力に相当し高圧となる）を印加するよう、前記切換流体圧回路３５を構成してあり、これにより、図２に示す如く、可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂの高圧受圧面３６ｃ，３７ｃ，３８ｃと低圧受圧面３６ｄ，３７ｄ，３８ｄに作用させる各々のトータルの受圧面側流体圧が、ギア側から可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂが受けるギア側流体圧と釣り合うようにしてあるため、可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂのギア側面に対する押付力が常に適正に保持され、ギアの焼き付きが生じたり或いは隙間が生じたりすることを回避可能となる。
【００２９】
又、三連式のギアポンプの原動ギア２０と第一従動ギア２１と第二従動ギア２２を回転自在に支承する原動軸受３６と第一軸受３７と第二軸受３８の場合、ラジアル荷重を受ける油膜は、該ラジアル荷重の方向変化に影響を受けやすいが、図１に示すような切換流体圧回路３５を備えた燃料ポンプ２においては、ハーフモードでの運転時に三連式のギアポンプにおける第一昇圧部９と第二昇圧部１０との間の中間圧力を第二昇圧部１０の吐出圧と等しくしたことにより、図４に示す如く、ノーマルモードからハーフモードへの切り換えの前後で前記各軸受３６，３７，３８に作用するラジアル荷重の方向変化をなくすことが可能となり、軸受３６，３７，３８の内面に形成する油溝の位置を固定でき、軸受３６，３７，３８の設計の点からも有利となる。
【００３０】
こうして、簡単な構造で可変容量化と小型軽量化を実現し得、ジェットエンジン等の駆動系の回転数に対して燃料等の流体消費量が少なくなる場合にも、該流体の温度上昇を抑制できる。
【００３１】
尚、本発明の流体供給システムとしての直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、航空機等に用いられるジェットエンジンの燃料供給システムに限らず、さまざまな流体を扱う供給システムに適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の流体供給システムとしての直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路によれば、簡単な構造で可変容量化と小型軽量化を実現し得、ジェットエンジン等の駆動系の回転数に対して燃料等の流体消費量が少なくなる場合にも、該流体の温度上昇を抑制できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例の概要構成図である。
【図２】図１のＩＩ部拡大図である。
【図３】本発明を実施する形態の一例において、燃料ポンプをノーマルモードからハーフモードへ切り換えた際の、ポンプ仕事と中間圧力と吐出流量と可変絞り開度それぞれの状態変化を表わす線図である。
【図４】本発明を実施する形態の一例において、燃料ポンプのノーマルモードでの運転時に各ギアの軸受に作用するラジアル荷重の方向と、燃料ポンプのハーフモードでの運転時に各ギアの軸受に作用するラジアル荷重の方向とを表わす概要構成図である。
【図５】従来のジェットエンジンの潤滑油冷却機能を具備した燃料供給システムの系統図である。
【図６】従来の燃料ポンプの構成を模式的に示す概要構成図である。
【符号の説明】
１ 燃料タンク
２ 燃料ポンプ
３ 燃料計量機構
４ ジェットエンジン
５ エンジン燃焼器
６ ファン
７ 燃料冷却オイルクーラ
８ 空冷オイルクーラ
９ 第一昇圧部
１０ 第二昇圧部
２０ 原動ギア
２１ 第一従動ギア
２２ 第二従動ギア
２４ 第一吸込口
２５ 第二吸込口
２６ 第一吐出口
２７ 第二吐出口
２８ 第一吸込ライン
２９ 第二吸込ライン
３０ 第一吐出ライン
３１ 第二吐出ライン
３２ 逆止弁
３３ 中間ライン
３４ 可変絞り
３５ 切換流体圧回路
３６ 原動軸受（軸受）
３６ａ 固定側板
３６ｂ 可動側板
３６ｃ 高圧受圧面
３６ｄ 低圧受圧面
３７ 第一軸受（軸受）
３７ａ 固定側板
３７ｂ 可動側板
３７ｃ 高圧受圧面
３７ｄ 低圧受圧面
３８ 第二軸受（軸受）
３８ａ 固定側板
３８ｂ 可動側板
３８ｃ 高圧受圧面
３８ｄ 低圧受圧面
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料等の流体供給システムに関するものであって特に直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、航空機等に用いられるジェットエンジン（ターボファンエンジン）の燃料供給システムは、図５に示される如く、燃料タンク１からの燃料を昇圧部としての燃料ポンプ２によって昇圧し、スロットルレバーの位置等の情報が伝達される燃料計量機構３によってその流量を決定し、その燃料をジェットエンジン４におけるエンジン燃焼器５に送ると共に、余剰分を燃料ポンプ２の入口に送り返す構成となっている。
【０００３】
ここで、前記燃料ポンプ２としては、従来、図６に示されるようなギアポンプが用いられており、この場合、エンジンから伝達された回転運動がエンジン補機としてのギアボックス（ＡＧＢ：ａｃｃｅｓｓｏｒｙ ｇｅａｒ ｂｏｘ）内の歯車を介して、ギアポンプを駆動する。そのため、ギアポンプの吐出流量は、エンジンの回転数に略比例するようになっている。
【０００４】
前記燃料は、エンジン潤滑油（オイル）の冷却媒体としても用いられ、前記燃料計量機構３で流量が調整された後、エンジン燃焼器５に達するまでの間に、燃料冷却オイルクーラ７（図５参照）においてエンジン潤滑油と熱交換される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の如きジェットエンジン４の場合、航空機の高空における巡航時には、エンジン回転数に対して燃料消費量が離陸時に比べおよそ１／１０以下と少なくなる状態が生じる。
【０００６】
このとき、エンジン燃焼器５での燃料消費量が少ないにもかかわらず、エンジンの高い回転数に比例して燃料ポンプ２が多くの燃料を吐出していると、燃料ポンプ２の入口に送り返される燃料の余剰分が多くなり、そのため、燃料の大半が燃料ポンプ２を介して循環され、燃料ポンプ２の仕事の大部分は熱になって燃料温度が上がることになり、燃料だけでは前記エンジン潤滑油の冷却が不可能となるので、ジェットエンジン４のファン６から空気の一部を抽気空気として空冷オイルクーラ８へ導き、該抽気空気をエンジン潤滑油の冷媒として使用している。
【０００７】
尚、最近のジェットエンジン４は、エンジン要素（タービン、圧縮機、ファン）の要素性能の向上とエンジンの高バイパス比化により燃費の向上が実現されており、こうしたジェットエンジン４の低燃費化に伴い、巡航時には、エンジン潤滑油の冷却のためにファン空気流量のおよそ０．７５［％］程度の空気が抽気されている。
【０００８】
しかしながら、前述の如く、ジェットエンジン４のファン６から空気の一部をエンジン潤滑油の冷却用として抽気した場合、ジェットエンジン４の推力や燃費の低下につながって好ましくないという問題を有しており、そのため、巡航状態を含んだ飛行可能領域全体において、熱収支に対して無駄の少ない効率的な燃料供給システムが求められているのが現状である。
【０００９】
このため、容量を従来の燃料ポンプ２の１／２とした燃料ポンプを二個使用して、離陸時には燃料ポンプを並列で運転し、巡航時には燃料ポンプを直列に切り換え、ポンプ吐出流量を半分にして循環燃料を減らし燃料温度を低くするようにした燃料供給システムも提案されているが、このような燃料供給システムでは、ポンプを二個使用するため、機構が複雑化すると共に、重量増加が避けられず、可変容量化と小型軽量化の両立が困難になるという欠点を有していた。
【００１０】
本発明は、斯かる実情に鑑み、簡単な構造で可変容量化と小型軽量化を実現し得、ジェットエンジン等の駆動系の回転数に対して燃料等の流体消費量が少なくなる場合にも、該流体の温度上昇を抑制できる流体供給システムとしての直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の昇圧部で流体を所定の圧力に昇圧して、所定流量の流体を供給する直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路であって、
前記昇圧部を、第一昇圧部と第二昇圧部とを有する三連式のギアポンプとすると共に、
前記第一昇圧部と第二昇圧部とが並列的に接続されるようにして所定流量の流体を吐出するノーマルモードと、前記第一昇圧部と第二昇圧部との間の中間圧力を第二昇圧部の吐出圧と等しくし第二昇圧部を無負荷状態とすることにより、第一昇圧部と第二昇圧部とが直列的に接続されるようにして前記ノーマルモードの略半分の流量の流体を吐出するハーフモードとに切り換え可能な切換流体圧回路を備えたことを特徴とする直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路にかかるものである。
【００１２】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１３】
切換流体圧回路によってノーマルモードに切り換えられた状態では、三連式のギアポンプにおける第一昇圧部と第二昇圧部とが並列的に接続される形となって所定流量の流体が吐出される一方、切換流体圧回路によってハーフモードに切り換えられた状態では、三連式のギアポンプにおける第一昇圧部と第二昇圧部との間の中間圧力を第二昇圧部の吐出圧と等しくし第二昇圧部を無負荷状態とすることにより、第一昇圧部と第二昇圧部とが直列的に接続される形となって前記ノーマルモードの略半分の流量の流体が吐出される。
【００１４】
この結果、ジェットエンジン等の駆動系の回転数が一定の条件下においても、吐出圧を略所定の圧力に保ったまま、昇圧部からの流体の総吐出流量を変化させることが可能となるため、前記回転数に対して燃料等の流体消費量が比較的少ない場合にも、昇圧部から吐出される燃料等の流体の総流量を抑えることにより、燃料計量機構等から送り返される燃料等の流体の余剰分が抑えられてその循環量が低減され、燃料等の流体の温度上昇が抑制される。
【００１５】
前記流体供給システムとしての直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路においては、三連式のギアポンプのギアを回転自在に支承する軸受の軸方向へ可動に配設された可動側板の受圧面に作用させる受圧面側流体圧を、ギア側から可動側板が受けるギア側流体圧に対して釣り合わせるよう、切換流体圧回路を構成することができ、このようにすると、可動側板のギア側面に対する押付力が常に適正に保持され、ギアの焼き付きが生じたり或いは隙間が生じたりすることを回避可能となる。
【００１６】
又、三連式のギアポンプのギアを回転自在に支承する軸受の場合、ラジアル荷重を受ける油膜は、該ラジアル荷重の方向変化に影響を受けやすいが、前述の如く、ハーフモードでの運転時に三連式のギアポンプにおける第一昇圧部と第二昇圧部との間の中間圧力を第二昇圧部の吐出圧と等しくしたことにより、ノーマルモードからハーフモードへの切り換えの前後で前記軸受に作用するラジアル荷重の方向変化をなくすことが可能となり、軸受の内面に形成する油溝の位置を固定でき、軸受の設計の点からも有利となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１８】
図１〜図４は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図５及び図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、燃料等の流体の昇圧部としての燃料ポンプ２を、第一昇圧部９と第二昇圧部１０とを有する三連式のギアポンプとする。
【００１９】
前記三連式のギアポンプとした燃料ポンプ２は、ジェットエンジン４（図５参照）等の駆動系から伝達された回転運動により駆動力を得る原動ギア２０と、該原動ギア２０を挟んで互いに対向する位置に配設される二つの従動ギア（第一従動ギア２１、及び第二従動ギア２２）とを含んで構成されている。
【００２０】
図１に示すように、原動ギア２０と第一従動ギア２１並びに第二従動ギア２２とはそれぞれケーシング２３内で互いにかみ合わされており、第一吸込口２４と第二吸込口２５からそれぞれギアの歯と歯の間に流れ込んだ燃料は、ギアの回転に伴って隣り合う歯とケーシング２３の壁面とで囲まれる空間に閉じ込められて昇圧され、第一吐出口２６と第二吐出口２７まで移動して送り出される。即ち、この燃料ポンプ２は、原動ギア２０と第一従動ギア２１とを主体とする第一昇圧部９と、原動ギア２０と第二従動ギア２２とを主体とする第二昇圧部１０とを有する構造となっている。第一従動ギア２１と第二従動ギア２２とは同じ大きさのギアが用いられており、第一昇圧部９と第二昇圧部１０とは、原動ギア２０の回転数に対する吐出流量が同一である。尚、各ギアの歯形としては、平歯、はす歯等に限定されず、正弦曲線やトロコイド曲線等、さまざまな歯形が適用可能である。
【００２１】
前記燃料ポンプ２の第一昇圧部９の第一吸込口２４と第二昇圧部１０の第二吸込口２５にはそれぞれ、燃料タンク１から延びる第一吸込ライン２８と第二吸込ライン２９とを分岐接続し、第二昇圧部１０の第二吐出口２７には、燃料計量機構３へ通じる第二吐出ライン３１を接続すると共に、第一昇圧部９の第一吐出口２６には、前記第二吐出ライン３１途中につながる第一吐出ライン３０を接続し、前記第二吸込ライン２９途中には逆止弁３２を設け、該逆止弁３２より下流側における第二吸込ライン２９に対し、第二吐出ライン３１途中から分岐する中間ライン３３を接続し、該中間ライン３３途中に可変絞り３４を設け、これにより、前記可変絞り３４を全閉とした状態で前記第一昇圧部９と第二昇圧部１０とが並列的に接続されるようにして所定流量の流体を吐出するノーマルモードと、前記可変絞り３４を全開とした状態で前記第一昇圧部９と第二昇圧部１０との間の中間圧力を第二昇圧部１０の吐出圧と等しくし第二昇圧部１０を無負荷状態とすることにより、第一昇圧部９と第二昇圧部１０とが直列的に接続されるようにして前記ノーマルモードの略半分の流量の流体を吐出するハーフモードとに切り換え可能な切換流体圧回路３５を構成してある。
【００２２】
一方、前記原動ギア２０と第一従動ギア２１と第二従動ギア２２はそれぞれ、ジャーナルベアリング等の原動軸受３６と第一軸受３７と第二軸受３８によって回転自在に支承され、各軸受３６，３７，３８はそれぞれ、各ギアの一方の側面側に固定配置される固定側板３６ａ，３７ａ，３８ａと、各ギアの他方の側面側に軸方向へ可動に配設された可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂとを備え、該可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂの高圧受圧面３６ｃ，３７ｃ，３８ｃと低圧受圧面３６ｄ，３７ｄ，３８ｄに燃料等の流体の圧力を作用させることにより、可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂをギアの側面に押し付けてシールを行うようになっているが、本図示例の場合、各軸受３６，３７，３８の可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂの高圧受圧面３６ｃ，３７ｃ，３８ｃには、第二昇圧部１０の第二吐出ライン３１における吐出圧（ノーマルモードでもハーフモードでも常に高圧となる）を印加し、原動軸受３６と第一軸受３７の可動側板３６ｂ，３７ｂの低圧受圧面３６ｄ，３７ｄには、逆止弁３２より上流側における第二吸込ライン２９の圧力（ノーマルモードでもハーフモードでも常に低圧となる）を印加し、第二軸受３８の可動側板３８ｂの低圧受圧面３８ｄには、中間ライン３３の接続点より下流側における第二吸込ライン２９の圧力（ノーマルモードでは低圧となり、ハーフモードでは第一昇圧部９と第二昇圧部１０との間の中間圧力に相当し高圧となる）を印加するよう、前記切換流体圧回路３５を構成してあり、これにより、図２に示す如く、可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂの高圧受圧面３６ｃ，３７ｃ，３８ｃと低圧受圧面３６ｄ，３７ｄ，３８ｄに作用させる各々のトータルの受圧面側流体圧が、ギア側から可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂが受けるギア側流体圧と釣り合うようにしてある（図２参照）。
【００２３】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２４】
切換流体圧回路３５によってノーマルモードに切り換えられた状態では、可変絞り３４は全閉となっており、第一昇圧部９の第一吸込口２４には、燃料タンク１からの燃料が第一吸込ライン２８を介して供給され昇圧されると共に、第二昇圧部１０の第二吸込口２５には、燃料タンク１からの燃料が第二吸込ライン２９を介して供給され昇圧され、前記第一昇圧部９の第一吐出口２６から第一吐出ライン３０へ吐出される燃料と、第二昇圧部１０の第二吐出口２７から第二吐出ライン３１へ吐出される燃料とが、該第二吐出ライン３１で合流して燃料計量機構３へ送り出される。
【００２５】
これに対し、前記可変絞り３４を開くと、第一昇圧部９の第一吐出口２６から第一吐出ライン３０へ吐出される燃料が中間ライン３３を介して第二吸込ライン２９に導かれる。ここで、第二吸込ライン２９途中には逆止弁３２が設けてあるため、燃料タンク１側へ燃料が戻ることはなく、第一昇圧部９から中間ライン３３を介して第二吸込ライン２９に流入した燃料は、全て第二昇圧部１０に吸い込まれる。このようにして可変絞り３４を徐々に開いて行くと、第二昇圧部１０の第二吸込口２５に流入する燃料は増えて行き、第二昇圧部１０の吐出流量と等しくなるまでは増え続ける。この状態では第一昇圧部９と第二昇圧部１０それぞれのポンプ仕事はほとんど減少していないが、更に可変絞り３４を開いて行くと、第二昇圧部１０の第二吸込口２５の入口圧力（第一昇圧部９と第二昇圧部１０間の中間圧力）が昇圧して、第二昇圧部１０のポンプ仕事が減少して行く。前記中間圧力が第二昇圧部１０の吐出圧まで昇圧しきると、第二昇圧部１０のポンプ仕事はなくなり、ポンプ仕事の半減が達成され、全体の吐出流量もノーマルモードの略半分の流量となる。ノーマルモード（並列状態）から切り換え過渡状態を経てハーフモード（直列状態）へ移行する際の、ポンプ仕事と中間圧力と吐出流量と可変絞り開度それぞれの状態変化は図３に示すようになる。
【００２６】
即ち、切換流体圧回路３５によってノーマルモードに切り換えられた状態では、三連式のギアポンプにおける第一昇圧部９と第二昇圧部１０とが並列的に接続される形となって所定流量の燃料が吐出される一方、切換流体圧回路３５によってハーフモードに切り換えられた状態では、三連式のギアポンプにおける第一昇圧部９と第二昇圧部１０との間の中間圧力を第二昇圧部１０の吐出圧と等しくし第二昇圧部１０を無負荷状態とすることにより、第一昇圧部９と第二昇圧部１０とが直列的に接続される形となって前記ノーマルモードの略半分の流量の燃料が吐出される。
【００２７】
この結果、ジェットエンジン等の駆動系の回転数が一定の条件下においても、吐出圧を略所定の圧力に保ったまま、昇圧部からの燃料等の流体の総吐出流量を変化させることが可能となるため、前記回転数に対して燃料等の流体消費量が比較的少ない場合にも、昇圧部から吐出される燃料等の流体の総流量を抑えることにより、燃料計量機構３等から送り返される燃料等の流体の余剰分が抑えられてその循環量が低減され、燃料等の流体の温度上昇が抑制される。
【００２８】
本図示例においては、各軸受３６，３７，３８の可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂの高圧受圧面３６ｃ，３７ｃ，３８ｃには、第二昇圧部１０の第二吐出ライン３１における吐出圧（ノーマルモードでもハーフモードでも常に高圧となる）を印加し、原動軸受３６と第一軸受３７の可動側板３６ｂ，３７ｂの低圧受圧面３６ｄ，３７ｄには、逆止弁３２より上流側における第二吸込ライン２９の圧力（ノーマルモードでもハーフモードでも常に低圧となる）を印加し、第二軸受３８の可動側板３８ｂの低圧受圧面３８ｄには、中間ライン３３の接続点より下流側における第二吸込ライン２９の圧力（ノーマルモードでは低圧となり、ハーフモードでは第一昇圧部９と第二昇圧部１０との間の中間圧力に相当し高圧となる）を印加するよう、前記切換流体圧回路３５を構成してあり、これにより、図２に示す如く、可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂの高圧受圧面３６ｃ，３７ｃ，３８ｃと低圧受圧面３６ｄ，３７ｄ，３８ｄに作用させる各々のトータルの受圧面側流体圧が、ギア側から可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂが受けるギア側流体圧と釣り合うようにしてあるため、可動側板３６ｂ，３７ｂ，３８ｂのギア側面に対する押付力が常に適正に保持され、ギアの焼き付きが生じたり或いは隙間が生じたりすることを回避可能となる。
【００２９】
又、三連式のギアポンプの原動ギア２０と第一従動ギア２１と第二従動ギア２２を回転自在に支承する原動軸受３６と第一軸受３７と第二軸受３８の場合、ラジアル荷重を受ける油膜は、該ラジアル荷重の方向変化に影響を受けやすいが、図１に示すような切換流体圧回路３５を備えた燃料ポンプ２においては、ハーフモードでの運転時に三連式のギアポンプにおける第一昇圧部９と第二昇圧部１０との間の中間圧力を第二昇圧部１０の吐出圧と等しくしたことにより、図４に示す如く、ノーマルモードからハーフモードへの切り換えの前後で前記各軸受３６，３７，３８に作用するラジアル荷重の方向変化をなくすことが可能となり、軸受３６，３７，３８の内面に形成する油溝の位置を固定でき、軸受３６，３７，３８の設計の点からも有利となる。
【００３０】
こうして、簡単な構造で可変容量化と小型軽量化を実現し得、ジェットエンジン等の駆動系の回転数に対して燃料等の流体消費量が少なくなる場合にも、該流体の温度上昇を抑制できる。
【００３１】
尚、本発明の流体供給システムとしての直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、航空機等に用いられるジェットエンジンの燃料供給システムに限らず、さまざまな流体を扱う供給システムに適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の流体供給システムとしての直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路によれば、簡単な構造で可変容量化と小型軽量化を実現し得、ジェットエンジン等の駆動系の回転数に対して燃料等の流体消費量が少なくなる場合にも、該流体の温度上昇を抑制できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例の概要構成図である。
【図２】図１のＩＩ部拡大図である。
【図３】本発明を実施する形態の一例において、燃料ポンプをノーマルモードからハーフモードへ切り換えた際の、ポンプ仕事と中間圧力と吐出流量と可変絞り開度それぞれの状態変化を表わす線図である。
【図４】本発明を実施する形態の一例において、燃料ポンプのノーマルモードでの運転時に各ギアの軸受に作用するラジアル荷重の方向と、燃料ポンプのハーフモードでの運転時に各ギアの軸受に作用するラジアル荷重の方向とを表わす概要構成図である。
【図５】従来のジェットエンジンの潤滑油冷却機能を具備した燃料供給システムの系統図である。
【図６】従来の燃料ポンプの構成を模式的に示す概要構成図である。
【符号の説明】
１ 燃料タンク
２ 燃料ポンプ
３ 燃料計量機構
４ ジェットエンジン
５ エンジン燃焼器
６ ファン
７ 燃料冷却オイルクーラ
８ 空冷オイルクーラ
９ 第一昇圧部
１０ 第二昇圧部
２０ 原動ギア
２１ 第一従動ギア
２２ 第二従動ギア
２４ 第一吸込口
２５ 第二吸込口
２６ 第一吐出口
２７ 第二吐出口
２８ 第一吸込ライン
２９ 第二吸込ライン
３０ 第一吐出ライン
３１ 第二吐出ライン
３２ 逆止弁
３３ 中間ライン
３４ 可変絞り
３５ 切換流体圧回路
３６ 原動軸受（軸受）
３６ａ 固定側板
３６ｂ 可動側板
３６ｃ 高圧受圧面
３６ｄ 低圧受圧面
３７ 第一軸受（軸受）
３７ａ 固定側板
３７ｂ 可動側板
３７ｃ 高圧受圧面
３７ｄ 低圧受圧面
３８ 第二軸受（軸受）
３８ａ 固定側板
３８ｂ 可動側板
３８ｃ 高圧受圧面
３８ｄ 低圧受圧面
Claims (2)
- 複数の昇圧部で流体を所定の圧力に昇圧して、所定流量の流体を供給する直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路であって、
前記昇圧部を、第一昇圧部と第二昇圧部とを有する三連式のギアポンプとすると共に、
前記第一昇圧部と第二昇圧部とが並列的に接続されるようにして所定流量の流体を吐出するノーマルモードと、前記第一昇圧部と第二昇圧部との間の中間圧力を第二昇圧部の吐出圧と等しくし第二昇圧部を無負荷状態とすることにより、第一昇圧部と第二昇圧部とが直列的に接続されるようにして前記ノーマルモードの略半分の流量の流体を吐出するハーフモードとに切り換え可能な切換流体圧回路を備えたことを特徴とする直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路。 - 三連式のギアポンプのギアを回転自在に支承する軸受の軸方向へ可動に配設された可動側板の受圧面に作用させる受圧面側流体圧を、ギア側から可動側板が受けるギア側流体圧に対して釣り合わせるよう、切換流体圧回路を構成した請求項１記載の直列並列切り替え用ダブルギアポンプおよび切り替え回路。
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