JP5040214B2

JP5040214B2 - 三連式ギアポンプ

Info

Publication number: JP5040214B2
Application number: JP2006226931A
Authority: JP
Inventors: 精鋭増田; 易松永
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: JP2008050979A; CA2661629C; CN101523053A; CN101523053B; EP2055954A4; EP2055954B1; EP2055954A1; CA2661629A1; US20100247365A1; US8672657B2; ES2660409T3; WO2008023619A1

Description

本発明は、三連式ギアポンプに関するものである

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、燃料タンクからの燃料を昇圧部である燃料ポンプによって昇圧し、燃料計量機構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におけるエンジン燃焼機に送ると共に、余剰分の燃料を燃料ポンプの入口に送り返す構成となっている。

燃料ポンプとしては、従来、ギアポンプが用いられている。ギアポンプは、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）内の歯車を介して駆動される。このため、ギアポンプの吐出量は、エンジンの回転数に略比例するようになっている。
このようなギアポンプによれば、ギアとケーシングの内壁面とによって形成される閉空間内に燃料を閉じ込めることによって昇圧することができる。

近年では、例えば、特許文献１に開示されるように、三連式ギアポンプが用いられている。三連式ギアポンプは、駆動ギアを挟んで対向配置される２つの従動ギアを備えており、２つの従動ギアとケーシングとによって形成される閉空間に燃料を閉じ込めることによって昇圧する。このため、駆動ギアを低速回転させた状態であっても十分な吐出量を得ることができる。
特開２００３−３２８９５８号公報

ところで、三連式ギアポンプの駆動ギアと２つの従動ギアは、それぞれジャーナル軸受により支持されている。ジャーナル軸受は、油膜を介した滑り接触により、駆動ギアの駆動軸及び２つの従動ギアの回転軸をそれぞれ支持する。
滑り接触においては、油膜温度や摩擦特性等が問題となりやすい。ジャーナル軸受においては、軸受長が長いほどこれらの問題が顕著となり、更に軸受損失が大きくなってしまうという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、ギアを支持する軸受の軸受損失を容易かつ確実に低減することができる三連式ギアポンプを提案することを目的とする。

本発明に係る三連式ギアポンプでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
駆動ギアと、駆動ギアを挟んで対向配置される２つの従動ギアと、前記駆動ギアの駆動軸を支持する第一軸受と、前記２つの従動ギアの回転軸を支持する第二，第三軸受と、を備える三連式ギアポンプにおいて、前記第一軸受の軸受長を、前記第二，第三軸受の軸受長よりも短く形成したことを特徴とする。

また、前記第一軸受は、前記駆動ギアを挟んで対向配置される一対の軸受部からなり、少なくとも一方の軸受長を短く形成したことを特徴とする。

また、前記第一軸受は、前記駆動ギアの側面に密着配置されることを特徴とする。

また、前記第一軸受を前記駆動ギアの側面に密着配置させる位置決め部材を備えることを特徴とする。

また、前記第一軸受は、前記位置決め部材と一体に形成されることを特徴とする。

本発明によれば以下の効果を得ることができる。
駆動ギアの駆動軸を支持する第一軸受の軸受長を、２つの従動ギアの回転軸を支持する第二，第三軸受の軸受長よりも短く形成したので、第一軸受の軸受損失を容易かつ確実に低減することができる。

また、第一軸受を駆動ギアの側面に密着配置することで、駆動ギアと従動ギアとの間における輸送対象物のリークを防止することができる。
また、第一軸受を駆動ギアの側面に密着配置させる位置決め部材を備えることで、第一軸受の軸受長を短く形成したとしても、確実に駆動ギアの側面に密着配置することができる。
また、第一軸受が位置決め部材と一体に形成されることで、部品点数の増加、組立性の悪化、コスト上昇等を回避・抑制することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る三連式ギアポンプの一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料ポンプ２を有する燃料供給システムＳの系統図である。
燃料ポンプ２を備える燃料供給システムＳは、燃料ポンプ２の他に、燃料タンク１及び燃料計量機構３を備えており、ジェットエンジン４に接続されている。また、ジェットエンジン４は、エンジン燃焼器５及びファン６を備えており、このジェットエンジン４と燃料供給システムＳとの間には、燃料冷却オイルクーラ７が配置されている。

燃料タンク１はジェットエンジン４に供給するための燃料を貯留するタンクであり、この燃料タンク１の後段には、燃料ポンプ２が配置されている。燃料ポンプ２の後段には燃料計量機構３が配置されている。この燃料計量機構３は、例えば、航空機に備えられるスロットルレバーの位置等の情報が伝達されることによって、燃料の流量を決定し、この決定した流量に基づいて燃料ポンプ２から吐出された燃料の一部をジェットエンジンに供給すると共に、余剰分を燃料ポンプ２の入口に送り返すものである。

燃料計量機構３は、上述の燃料ポンプ２の後段に配置されており、燃料ポンプ２によって昇圧された燃料を所定量ジェットエンジン４に供給するものである。この燃料計量機構３は、例えばスロットルレバーの位置等の情報が伝達され、この情報に応じてジェットエンジン４に供給する燃料の量を決定する。
なお、図示するように、燃料計量機構３は、ジェットエンジン４に供給しない余剰分の燃料を余剰ラインを介して再び燃料ポンプ２に供給する。

燃料冷却オイルクーラ７は、燃料とエンジン潤滑油（オイル）とを熱交換する熱交換器であり、燃料計量機構３とジェットエンジン４との間に配置されている。
ジェットエンジン４は、上述のようにエンジン燃焼器５及びファン６を備えており、燃料冷却オイルクーラ７を介して供給される燃料をエンジン燃焼器５において燃焼させ、この燃焼によって得られるエネルギを用いてファン６を駆動することによって回転動力を得るものである。

次に、図２を参照して、本実施形態に係る燃料ポンプ２の構成について説明する。
図２は、本実施形態に係る三連式の燃料ポンプ２（三連式ギアポンプ）の概略構成図である。図３は、図２におけるＩ−Ｉ断面を示した図である。図４は、図３の一部を拡大した図である。
燃料ポンプ２は、上述のように三連式ギアポンプであり、ジェットエンジン４（図１参照）等の駆動系から伝達された回転運動によって駆動力を得る駆動ギア２０と、当該駆動ギア２０を挟んで互いに対向する位置に配置される２つの従動ギア（第一従動ギア２１，第二従動ギア２２）とを備えている。

図２に示すように、駆動ギア２０、第一従動ギア２１及び第二従動ギア２２は、同じギア径でかつ同じ歯数を有している。駆動ギア２０及び従動ギア２１，２２の歯形としては、インボリュート歯形が好適に用いることができるが、正弦曲線歯形やトロコイド曲線歯形であっても良い。

従動ギア２１，２２は、それぞれケーシング２３（２３ａ，２３ｂ）内において駆動ギア２０に噛み合わされている。そして、第一吸込口２４と第二吸込口２５とからそれぞれ駆動ギア２０と従動ギア２１，２２との間に流れ込んだ燃料は、駆動ギア２０及び従動ギア２１，２２の回転に伴って従動ギア２１，２２とケーシング２３の内壁面とによって形成される閉空間に閉じ込められて昇圧された後に、第一吐出口２６と第二吐出口２７とまで各々移動して吐出される。すなわち、燃料ポンプ２は、駆動ギア２０と第一従動ギア２１とを主体とする第一昇圧部９と、駆動ギア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。したがって、第一昇圧部９と第二昇圧部１０とは、駆動ギア２０の回転数に対する吐出量が同一となる。

第一吸込口２４と第二吸込口２５とには各々燃料タンク１（図１参照）から延びる第一吸込ライン２８と第二吸込ライン２９とが接続されており、第一吐出口２６と第二吐出口２７とには各々燃料計量機構３（図１参照）から延びる第一吐出ライン３０と第二吐出ライン３１とが接続されている。また、第二吸込ライン２９の途中部位には、第二吸込ライン２９から第一吸込ライン２８への逆止弁３２が配置されている。
なお、第一吸込ライン２８と第二吸込ライン２９とは、後述する燃料計量機構３から吐出された余剰分の燃料が流通する余剰ライン（図２においては不図示）が接続されている。

図３に示すように、駆動ギア２０、第一従動ギア２１及び第二従動ギア２２は、各々ジャーナルベアリングからなる第一軸受３６、第二軸受３７及び第三軸受３８によって回転自在に支持される。
各軸受３６，３７，３８の各々は、各ギア（駆動ギア２０、第一従動ギア２１、第二従動ギア２２）の一方の側面側に密着配置される軸受部３６ａ，３７ａ，３８ａと、各ギアの他方の側面側に密着設置される軸受部３６ｂ，３７ｂ，３８ｂとを備えている。

図４に示すように、第二軸受３７及び第三軸受３８を構成する軸受部３７ａ，３８ａ，３７ｂ，３８ｂとは、その軸方向の長さが同一（軸受長Ｌ０）に形成されている。
これに対して、第一軸受３６を構成する軸受部３６ａ，３６ｂは、軸受部３７ａ，３８ａ，３７ｂ，３８ｂに比べて、軸方向の長さが短く形成されている（軸受長Ｌ１）。すなわち、第二軸受３７及び第三軸受３８の軸受長（第一従動ギア２１及び第二従動ギア２２の回転軸と滑り接触する部位の軸方向の長さ：Ｌ０）に比べて、第一軸受３６の軸受長（駆動ギア２０の駆動軸と滑り接触する部位の軸方向の長さ：Ｌ１）が短くなっている。
このため、原動軸受、第一軸受及び第二軸受の軸受長がそれぞれ同一である従来例の場合に比べて、第一軸受３６の軸受損失が低減される。

なお、第一軸受３６を構成する軸受部３６ａ，３６ｂの軸方向の長さをそれぞれ短く形成した場合であっても、軸受部３６ａ，３６ｂを駆動ギア２０の両側面に密着させる必要がある。駆動ギア２０と従動ギア２１，２２との間を通過する燃料のリークを防止するためである。
このため、駆動ギア２０の駆動軸には、軸受部３６ａ，３６ｂを駆動ギア２０の両側面に密着させるためのカラー４０ａ，４０ｂが設けられる。カラー４０ａ，４０ｂは、軸受部３６ａ，３６ｂと同様に、駆動ギア２０の駆動軸に嵌め合う円筒形の部材である。カラー４０ａ，４０ｂの軸方向の長さは、軸受部３６ａ，３６ｂの軸方向の長さと足し合わせると、軸受部３６ｂ，３７ｂ，３８ｂの軸方向の長さと同一となるように形成されている。
これにより、軸受部３７ａ，３８ａ，３７ｂ，３８ｂと同様に、カラー４０ａ，４０ｂの軸方向の側面がそれぞれケーシング２３（２３ａ，２３ｂ）に当接し、軸受部３６ａ，３６ｂが駆動ギア２０の両側面に密着して位置決めされるようになっている。

また、カラー４０ａ，４０ｂの内径は軸受部３６ａ，３６ｂよりも大きく、一方、外形は軸受部３６ａ，３６ｂと同一若しくはやや小さく形成されている。したがって、カラー４０ａ，４０ｂを駆動ギア２０の駆動軸に嵌め合わせたとしても、摩擦などにより、駆動軸の回転に悪影響を与えることが殆どない。

ところで、駆動ギア２０に噛み合う第一従動ギア２１と第二従動ギア２２は、駆動ギア２０に対して対称な位置に配置されると共に、同じギア径でかつ同じ歯数を有している。
このため、駆動ギア２０を回転駆動した際に、駆動ギア２０が第一従動ギア２１及び第二従動ギア２２から受ける反力Ｆ１，Ｆ２（図２参照）は、同じ強さである。また、その方向は、駆動ギア２０の駆動軸に対して点対称となる。
また、駆動ギア２０に噛み合う第一従動ギア２１と第二従動ギア２の周りの流体圧力Ｒ１，Ｒ２（図２参照）も、反力Ｆ１，Ｆ２と同様に、駆動軸に対して点対称となる。
したがって、反力Ｆ１，Ｆ２は打ち消し合い、また、油圧により生じる荷重Ｒ１，Ｒ２も打ち消し合う。これにより、駆動ギア２０の駆動軸を支持する第一軸受３６にかかる荷重は、第二軸受３７及び第三軸受３８に比べて小さくなる。そのため、第一軸受３６（軸受部３６ａ，３６ｂ）の軸受長を第二軸受３７及び第三軸受３８（軸受部３７ａ，３８ａ，３７ｂ，３８ｂ）に比べて短くすることが可能となっている。

次に、本実施形態に係る燃料ポンプ２を備える燃料供給システムＳの動作について説明する。
まず、燃料タンク１に貯留された燃料が燃料ポンプ２に供給される。この際、燃料は、第一吸込ライン２８及び第二吸込ライン２９を介して燃料ポンプ２の第一吸込口２４及び第二吸込口２５に供給される。第一吸込口２４に供給された燃料は、駆動ギア２０の回転に伴って回転する第一従動ギア２１の回転によって、第一従動ギア２１とケーシング２３の内壁面とによって形成される閉空間に閉じ込められて昇圧された後、第一吐出口２６を介して燃料ポンプ２から吐出される。
また、第二吸込口２５に供給された燃料は、駆動ギア２０の回転に伴って回転する第二従動ギア２２の回転によって、第二従動ギア２２とケーシング２３の内壁面とによって形成される閉空間に閉じ込められて昇圧された後、第二吐出口２７を介して燃料ポンプ２から吐出される。

したがって、第一及び第二吐出口２６，２７の燃料は、第一及び第二吸込口２４，２５の燃料よりも高圧状態とされる。このため、駆動ギア２０と第一従動ギア２１との間、また、駆動ギア２０と第二従動ギア２２との間に隙間がある場合には、第一吐出口２６の燃料が第一吸込口２４にリークし、第二吐出口２７の燃料が第二吸込口２５にリークする。
この際、燃料ポンプ２においては、第一軸受３６の軸受損失が低減されているので、従来に比べて効率的な燃料供給を実現することができる。

そして、このような燃料ポンプ２によって高圧化された燃料は、第一吐出ライン３０及び第二吐出ライン３１を介して燃料計量機構３に吐出される。そして、燃料は、燃料計量機構３において、その一部が所定量としてジェットエンジン４に向けて吐出され、残りが余剰分として解圧された後に燃料ポンプ２に送り戻される。

続いて、燃料供給システムＳ（燃料計量機構３）からジェットエンジン４に向けて吐出された燃料は、燃料冷却オイルクーラ７において、ジェットエンジン４に用いられるオイルと熱交換した後に、ジェットエンジン４の燃焼器５に供給される。
そして、燃料は、エンジン燃焼器５において燃焼され、この燃焼によるエネルギによってファン６が駆動され、回転動力となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る燃料ポンプ２（三連式ギアポンプ）の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態において、燃料ポンプ２を一構成として有する燃料供給システムＳを例にとって説明した。しかしながら、本発明に係るギアポンプは、このような燃料供給システムＳに備えられているギアポンプに限定されるものではなく、液体等を昇圧して吐出する全ての三連式ギアポンプに適用することが可能である。

上述した実施形態においては、第一軸受３６を構成する軸受部３６ａ，３６ｂの軸受長をそれぞれ短くした場合について説明したが、これに限らない。軸受部３６ａ，３６ｂのいずれか一方の軸受長のみを短くした場合であってもよい。

また、軸受部３６ａ，３６ｂを駆動ギア２０の両側面に密着させるために、円筒形のカラー４０ａ，４０ｂを用いる場合について説明したが、これに限らない。軸受部３６ａ，３６ｂを駆動ギア２０の両側面に密着させることが可能であれば、どのような形状の部材であって構わない。

図５は、軸受部３６ａ，３６ｂの変形例を示す図である。
上述した実施形態では、軸受部３６ａ，３６ｂとは別に、カラー４０ａ，４０ｂを用いる場合について説明したが、これに限らない。例えば、図５に示すように、軸受部３６ａ，３６ｂに、カラー４０ａ，４０ｂと同様な部材が一体的に形成される場合であってもよい。
この場合であっても、第二軸受３７及び第三軸受３８の軸受長（第一従動ギア２１及び第二従動ギア２２の回転軸と滑り接触する部位の軸方向の長さ：Ｌ０）に比べて、第一軸受３６の軸受長（駆動ギア２０の駆動軸と滑り接触する部位の軸方向の長さ：Ｌ１）が短くなっている。このため、軸受部３６ａ，３６ｂとは別に、カラー４０ａ，４０ｂを用いる場合と同様の効果が得られる。

図６は、参考例を示す図である。
上述した実施形態では、第一軸受３６、第二軸受３７及び第三軸受３８を別々に形成する場合について説明したが、これに限らない。例えば、図６に示すように、第一軸受３６、第二軸受３７及び第三軸受３８を一体的に形成してもよい。具体的には、軸受部３６ａ，３７ａ，３８ａ、軸受部３６ｂ，３７ｂ，３８ｂをそれぞれ一体化して、ジャーナル軸受を構成するようにしてもよい。
この場合であっても、第二軸受３７及び第三軸受３８に相当する部位の軸受長（第一従動ギア２１及び第二従動ギア２２の回転軸と滑り接触する部位の軸方向の長さ：Ｌ０）に比べて、第一軸受３６に相当する部位の軸受長（駆動ギア２０の駆動軸と滑り接触する部位の軸方向の長さ：Ｌ１）が短くなっている。このため、図４，図５の場合と同様の効果が得られる。

本発明の一実施形態に係る燃料ポンプ２を有する燃料供給システムＳの系統図である。本発明の一実施形態に係る燃料ポンプ２（三連式ギアポンプ）の概略構成図である。図２におけるＩ−Ｉ断面図である。図３における一部を拡大した図である。軸受部３６ａ，３６ｂの変形例を示す図である。軸受３６，３７，３８の変形例を示す図である。

符号の説明

Ｓ…燃料供給システム
１…燃料タンク
２…燃料ポンプ（三連式ギアポンプ）
２０…駆動ギア
２１…第一従動ギア
２２…第二従動ギア
３６…第一軸受
３７…第二軸受
３８…第三軸受
３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ…軸受部
４０ａ，４０ｂ…カラー（位置決め部材）
Ｌ０，Ｌ１…軸受長

Claims

駆動ギアと、前記駆動ギアを挟んで対向配置される２つの従動ギアと、前記駆動ギアの駆動軸を支持する第一軸受と、前記２つの従動ギアの回転軸を支持する第二，第三軸受と、を備える三連式ギアポンプにおいて、
前記第一軸受の軸受長を、前記第二，第三軸受の軸受長よりも短く形成し、
前記第一軸受を、前記第二，第三軸受とは別々に形成するとともに、前記駆動ギアの側面に摺動可能、かつ液密に当接配置し、
前記第一軸受を前記駆動ギアの側面に摺動可能、かつ液密に当接配置させる位置決め部材を備えることを特徴とする三連式ギアポンプ。
前記第一軸受は、前記駆動ギアを挟んで対向配置される一対の軸受部からなり、少なくとも一方の軸受長を短く形成したことを特徴とする請求項１に記載の三連式ギアポンプ。
前記第一軸受は、前記位置決め部材と一体に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の三連式ギアポンプ。