JPH0979167A - タービンポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成で、振動・騒音，摩耗等を低減でき
る側流式タービンポンプを提供すること。 【構成】インペラ21の回転方向所定位置に、インペラ21
とポンプハウジング３とのクリアランスを大きくして、
燃料通路24A,24B とを連通させる連通路25，ラジアル押
圧力発生室26を設ける。そして、連通路25、ラジアル押
圧力発生室26に昇圧された燃料を進入させて、ラジアル
押圧力発生室26内の燃料圧力で、インペラ21の外周面Ｅ
を回転軸5A方向に押圧させるようにする。これにより、
円周流式の場合と同様に、インペラ21の外周端面Ｅを回
転軸5Aへ向けて押圧する押圧力Ｆ１’を発生させること
ができるので、動的アンバランスにより遠心力Ｆ３の作
用方向が回転軸5Aの周囲を移動しても、回転軸5Aを所定
方向に押圧維持させることができるので、回転軸5Aの振
れ回りを抑制することができる。よって、振動・騒音，
摩耗等を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用内燃機
関へ燃料タンク内の燃料を圧送供給するための燃料ポン
プとして使用される側流式タービンポンプの改良技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば燃料（ここでは燃料で説明する
が、他の気体、液体等の流体であってよい。）ポンプと
しては、小型・軽量・低騒音・低コストという面から、
所謂円周流式タービンポンプが主流となってきている。
この円周流式タービンポンプ１０は、例えば、図４〜図
７に示すような構成となっている。

【０００３】即ち、図４，図５に示すように、燃料を燃
料タンク（図示せず）から吸い込むための吸込口１と、
燃料噴射弁等へ連通する燃料供給パイプ（図示せず）へ
燃料を吐出するための吐出口２と、を有するポンプハウ
ジング３内には、ポンプ室４が設けられている。このポ
ンプ室４内には、電動モータ５により回転軸５Ａを介し
て回転駆動されるインペラ６が内装されている。

【０００４】当該インペラ６は、図６に詳細に示すよう
に、外周部の表裏に、外周端面方向に開口する複数の溝
７（換言すれば、ブレード〔羽根〕８）を、それぞれ備
えた構成となっている。インペラ６の表裏に溝７を設け
ているのは、容量増大のためであり、片側にのみ溝７を
設けたもの等も存在する。なお、かかる溝７（ブレード
８）の形状は、当該溝７が回転することによって、良好
なポンプ作用を奏することができるように設定されてい
る。

【０００５】また、前記ポンプハウジング３には、燃料
の旋回流に見合うように前記溝７を所定間隙を有して包
囲しインペラ６の回転方向に延びる燃料通路９が、吸込
口１と吐出口２とを連通するように凹状に形成されてい
る。このような構成において、前記溝７（ブレード８）
を備えたインペラ６を駆動モータ５により回転軸５Ａを
中心に回転させると、そのポンプ作用により、吸込口１
を介して燃料が吸い込まれ、この吸い込まれた燃料は、
図７（Ａ），図７（Ｂ）に示すように、前記燃料通路９
内を旋回流として徐々に圧力を高められながら吐出口２
方向へ移動され、最終的にこの圧力の高められた燃料が
当該吐出口２から吐出されることとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記円
周流式タービンポンプ１０では、従来のベーン式ポンプ
等に比較すると、前述したように小型・軽量・低騒音・
低コスト化が図れるというメリットがある反面、消費電
流が大きいという問題がある。このことは、燃費の悪化
の問題、燃料タンク内に設置される駆動モータ５の発熱
量増大に起因するエバポ燃料増大等による大気汚染の問
題等を招くことになっていた。

【０００７】そこで、消費電流が小さく、より一層効率
の高いポンプが要求されるが、このものとして、所謂側
流式のタービンポンプが提案されている。この側流式タ
ービンポンプ２０は、基本的な構成は円周流式タービン
ポンプ１０と共通し、図８、図９に示すように、従来の
インペラ６，燃料通路９の代わりに、インペラ２１，燃
料通路２４Ａ，２４Ｂを採用するようになっている。イ
ンペラ２１には、外周端壁を所定量残しつつ表裏面を貫
通する複数の窓２２（換言すれば、ブレード２２Ａ）を
設けると共に、燃料の旋回流を円滑に形成・移動させる
ことができるように、窓２２の貫通方向略中央部に突起
２３を設け、かつ、当該窓２２を挟んで対面して設けら
れる燃料通路２４Ａ，２４Ｂの断面形状が略円形状に形
成されるようになっている。

【０００８】これにより、以下のような理由でポンプ効
率が向上する。つまり、従来の円周流式タービンポンプ
１０では、図７（Ａ）に示したように、溝７（ブレード
８）により発生される燃料の旋回流は、当該旋回流を包
囲する面のうち溝７等以外は旋回流に対して停止（相対
速度０）している面であるため、抵抗が大きく旋回のた
めのエネルギを多く消失することとなりポンプ効率を高
めることができなかった（特に、旋回流発生直後に衝突
する停止面Ａの影響が大きい）。

【０００９】これに対し、側流式タービンポンプ２０で
は、図８（Ａ）に示すように、インペラ２１に設けた窓
（凹部）２２の外周側に残された面Ｂは、窓２２により
発生される燃料の旋回流を包囲する面であると共に、イ
ンペラ２１（旋回流）と共に回転する面であるので、円
周流式タービンポンプ１０に比べ、旋回流を包囲する面
のうち停止している面の割合を小さくできることにな
り、これにより旋回流が受ける抵抗を小さくできるの
で、旋回エネルギの消失を抑制でき、ポンプ効率をより
一層高めることができることになるのである。

【００１０】しかしながら、当該側流式タービンポンプ
２０には、円周流式タービンポンプ１０に対してポンプ
効率を向上させることができる一方、騒音・振動が大き
く，軸／軸受部の摩耗等が多いという新たな問題が存在
することが実験等により確認された。この原因は、本願
出願人等が種々の解析を行った結果、以下のように解明
される。

【００１１】即ち、図１０に示すように、円周流式、側
流式とも同様に、吸込口１から吐出口２へ向かうに従っ
て（θが増大するに従って）燃料通路内の燃料圧力
（Ｐ）は増大する。しかし、円周流式タービンポンプ１
０の場合には、その構造上、図７（Ａ）に示したよう
に、この燃料圧力をインペラ６の外周端面Ｃも受けるこ
とになる。

【００１２】従って、円周流式タービンポンプ１０の場
合に、外周端面Ｃを押圧する燃料圧力Ｐを吸込口１から
吐出口２まで（θを変数として）積分すると、例えば、
図１１の位置において、インペラ６を外周端面Ｃから回
転軸５Ａへ向けて押圧するラジアル押圧力Ｆ１が発生す
ることになる。なお、インペラ６の表裏面に作用する燃
料圧力は、両側から同一圧力で作用するのでそれぞれ相
殺され、従ってインペラ６を回転軸長手方向に押圧する
ような力は発生しない。

【００１３】ところで、この押圧力Ｆ１の押圧位置は、
略一定に維持されるため、図１２（Ａ）に示すように、
駆動モータ５の回転子のダイナミックアンバランス（回
転子重心位置の偏位）により遠心力Ｆ３（通常、Ｆ１＞
Ｆ３）が回転軸５Ａの周囲を移動する（振れ回る）よう
な場合でも、図１２（Ｂ）に示すように、常に回転軸５
Ａは所定方向に押圧維持されることになるので、回転軸
５Ａと軸受５Ｂ，５Ｃとのクリアランス内を、回転軸５
Ａが遊動する（振れ回る）ようなことがない。

【００１４】従って、円周流式タービンポンプ１０は、
回転軸５Ａが前記クリアランス内で振れ回ることによる
振動・騒音が発生し難く、また回転軸５Ａと軸受５Ｂ，
５Ｃとは一定方向に押圧維持されているので、これらの
間では潤滑油圧（通常燃料ポンプでは、燃料が係る部分
の潤滑油として利用される）の発生が良好に行われるこ
とになるから摩耗も少ないものであった。

【００１５】これに対し、側流式タービンポンプ２０で
は、吸込口１から吐出口２へ向かうに従って燃料の圧力
が増大しても、図８（Ａ）に示したように、元々燃料圧
力がインペラ２１の外周端面側には作用し難い（燃料の
旋回流の妨げとならないようにポンプハウジング３とイ
ンペラ２１とのクリアランスは極小さくしてある）構造
であるから、発生した燃料圧力がラジアル方向に作用す
る面はインペラ２１の窓２２の内面Ｂ，Ｄであり、かか
る場合には、当該窓２２内において回転軸５Ａ方向へ作
用する圧力と外周方向へ作用する圧力とが相殺されるの
で、円周流式タービンポンプ１０の場合のように、イン
ペラ２１を回転軸５Ａ方向へ押圧するような外力Ｆ１が
発生し難い。なお、円周流式の場合と同様の理由から、
インペラ２１を回転軸長手方向へ押圧するような力も発
生しない。

【００１６】従って、駆動モータ５の回転子のダイナミ
ックアンバランスにより遠心力Ｆ３が回転軸５Ａの周囲
を移動する（振れ回る）ような場合には、図１２（Ｃ）
に示すように、このＦ３の移動に連れて回転軸５Ａが移
動することになり、回転軸５Ａと軸受５Ｂ，５Ｃとのク
リアランス内を、回転軸５Ａが遊動（振れ回り）してし
まうことになる。

【００１７】このため、側流式タービンポンプ２０の場
合には、回転軸５Ａが前記クリアランス内で振れ回るこ
とにより振動・騒音が発生し、また回転軸５Ａと軸受５
Ｂ，５Ｃとの間に一定方向の押圧力が作用しないので潤
滑油圧を良好に発生できずに回転軸５Ａと軸受５Ｂ，５
Ｃとが直接接触する機会が増えるため摩耗が多くなると
いう問題が発生するのであった。

【００１８】本発明は、かかる従来の実情に鑑みなされ
たもので、簡単な構成により、振動・騒音，摩耗等を低
減することができるようにした側流式タービンポンプを
提供することを目的とする。更に、構成の簡略化、ポン
プ効率の維持等を図ることも本発明の目的である。

【００１９】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に記
載の発明に係るタービンポンプは、回転軸を中心とする
少なくとも１の同一円周上に複数の凹部を外周端壁を残
して形成してなるインペラと、当該インペラを回転軸を
介して回転駆動する駆動装置と、前記インペラの外周端
面との間隙へ流入する流体量を制限しつつ、前記インペ
ラの周囲を所定間隙をもって包囲するハウジングと、流
体を吸い込む吸込口と、前記インペラの回転により圧送
される流体を吐出する吐出口と、を連通し、前記同一円
周上に並ぶ複数の凹部に対向して前記ハウジングに凹設
される流体通路と、を含んで構成したタービンポンプに
おいて、前記回転軸を軸に対し略直角な所定の方向に押
圧する押圧手段を備えるようにした。

【００２０】請求項２に記載の発明では、前記押圧手段
を、前記ハウジング側を調整して前記所定間隙の一部を
拡大することで、前記ハウジングと、前記インペラの外
周端面と、の間隙へ流入する流体量の制限を緩和する手
段として構成するようにした。請求項３に記載の発明で
は、前記押圧手段を、発生押圧力が、回転アンバランス
により生じる遠心力より大きくなるように設定した。

【００２１】請求項４に記載の発明では、前記所定間隙
の一部を拡大する部分の形状及び拡大面積を、流体通路
内の流体の旋回を円滑に行えるように制限するようにし
た。請求項５に記載の発明では、前記所定間隙の一部を
拡大する部分を、吐出口近傍に設けるように構成した。
請求項６に記載の発明では、前記インペラの表裏面に、
前記同一円周上に並ぶ複数の凹部を形成し、かつこれら
を連通させると共に、前記ハウジングに凹設される流体
通路を、前記表裏面に設けられた同一円周上に並ぶ複数
の凹部に対向して設けるようにした。

【００２２】

【作用】上記の構成の請求項１に記載の発明では、前記
押圧手段を備えるようにして、回転軸を軸直角方向に、
例えば弾性体や流体通路内の流体圧力を利用して、押圧
させるようにした。これにより、従来のこの種のタービ
ンポンプ（側流式）における問題、即ち、インペラの回
転により、吸込口から流入され吐出口へと圧送供給され
る流体は、前記流体通路内を旋回しながら徐々に昇圧さ
れつつ移動することになるが、前記インペラの外周端面
側への流体の流入が制限されているので、この流体が吐
出口に近づくに従い大きな圧力でインペラの外周端面を
押圧することが抑制され、前記インペラの外周端面を回
転軸方向に押圧するラジアル方向押圧力を発生させない
ことになるので、インペラを回転させたときの駆動装置
等を含むダイナミックアンバランスによって、軸受との
クリアランス内で回転軸が振れ回り、以って振動・騒
音，摩耗等を増大させるという問題の発生を抑制するこ
とができるようになる。

【００２３】請求項２に記載の発明では、ハウジング側
を調整して前記所定間隙の一部を拡大することで、前記
ハウジングと、前記インペラの外周端面と、の間隙へ流
入する流体量の制限を緩和するようにする。これによ
り、流体通路内を流れる流体圧力を利用して、インペラ
の外周端面を、回転軸方向に押圧させることができるの
で、例えば弾性体等を用いて回転軸を押圧する場合に比
較して、極めて簡単な構成で、故障等の発生を最大限抑
制しつつ、押圧手段を達成することができる。

【００２４】請求項３に記載の発明では、前記押圧手段
により発生させる押圧力を、回転アンバランスにより生
じる遠心力より大きくなるようにする。これにより、確
実に前記回転軸の振れ回りを抑制することができるよう
になる。請求項４に記載の発明では、前記所定間隙の一
部を拡大する部分の形状及び拡大面積を制限すること
で、流体通路内の流体の旋回を円滑に行えるようにす
る。これによって、ポンプ効率の低下を抑制できること
になる。

【００２５】請求項５に記載の発明のように、前記所定
間隙の一部を拡大する部分を、吐出口近傍に設けるよう
にすれば、所定の押圧力を発生するために必要な前記拡
大部分の拡大面積を小さくすることができるので、最大
限ポンプ効率の低下を抑制することができる。請求項６
に記載の発明では、更に、ポンプ容量を格段に増大させ
ることができる。

【００２６】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を添付の図面に基
づいて説明する。本実施例は、前述した側流式タービン
ポンプにおける新たな問題を解決するために、図８で既
に説明した側流式タービンポンプ２０の燃料通路２４
Ａ，２４Ｂに変更を加えるものである。既に説明した要
素と同様の要素には同一符号を付し、その説明は省略す
る。

【００２７】本実施例では、図１（Ａ），図１（Ｂ）に
示すように、インペラ２１の回転方向所定位置に、イン
ペラ２１とポンプハウジング３とのクリアランスを大き
くして、燃料通路２４Ａ，２４Ｂとを連通させる連通路
２５，ラジアル押圧力発生室２６を新たに設けるように
する。これらが、請求項２に記載の発明における押圧力
発生手段に相当する。

【００２８】これにより、連通路２５、ラジアル押圧力
発生室２６（インペラ２１の外周端面Ｅ）に昇圧された
燃料を進入させるようにして、ラジアル押圧力発生室２
６内の燃料圧力で、インペラ２１の外周面Ｅを回転軸５
Ａ方向に押圧させるようにする。つまり、かかる構成に
より、円周流式タービンポンプ１０の場合と同様に、イ
ンペラ２１の外周端面Ｅを回転軸５Ａへ向けて押圧する
押圧力Ｆ１’を発生させることができるので、図２
（Ａ）に示すように、駆動モータ５の回転子のダイナミ
ックアンバランス（回転子重心位置の偏位、なおインペ
ラのアンバランス分等も含む）により遠心力Ｆ３（常
時、或いは摩耗・振動等が大きくなる条件下等で、Ｆ
１’＞Ｆ３となるように、連通部２５の位置，周方向長
さＬ等を設定しておく）が回転軸５Ａの周囲を移動する
ような場合でも、図２（Ｂ）に示すように、回転軸５Ａ
を所定方向に押圧維持させることができるようになるの
で、回転軸５Ａと軸受５Ｂ，５Ｃとのクリアランス内
を、回転軸５Ａが遊動する（振れ回る）ことを抑制する
ことができるようになる。

【００２９】従って、側流式タービンポンプであって
も、回転軸５Ａが前記クリアランス内で振れ回ることに
よる振動・騒音を抑制でき、また回転軸５Ａと軸受５
Ｂ，５Ｃとの間で潤滑油圧を良好に発生させることがで
き摩耗を抑制することができることになる。なお、連通
路２５，ラジアル押圧力発生室２６の設置位置、形状、
周方向長さ等は、所望の押圧力Ｆ１’を発生させること
ができるように、適宜設定することができるものであ
る。但し、前記連通路２５の周方向長さＬ或いは巾Ｈ
〔図１（Ａ），図１（Ｂ）参照〕を小さくすれば、当該
連通路２５が開口することによる燃料の旋回が悪影響を
受ける可能性延いては旋回エネルギの消失を抑制するこ
とができるので、周方向長さＬ或いは巾Ｈを小さくして
も大きな押圧力Ｆ１’が得られるように、燃料圧力が比
較的高い吐出口２の近傍に設けるようにするのが好まし
い。

【００３０】ところで、インペラ６の両側に燃料通路２
４Ａ，２４Ｂを設けたのは、ポンプ容量増大要求のため
であり、またインペラ６の表裏を窓２２で貫通させたの
は、燃料を燃料通路２４Ｂ側へ供給するためであり、ポ
ンプ容量をそれ程大きくしなくてもよい場合には、図３
に示すように、インペラ２１の片面にのみ略円形状の凹
部２２’と燃料通路２４Ａとを形成し、片側にのみ連通
路２５を設け、ラジアル押圧力発生室２６にラジアル押
圧力Ｆ１’を発生させるようにしてもよい。

【００３１】なお、本実施例では、ラジアル押圧力Ｆ
１’＞Ｆ３として説明したが、ある程度の大きさのＦ
１’を発生させることができれば、振動・騒音，摩耗等
を抑制することができるものであり、従ってかかる条件
に限定されるものではない。また、本実施例では、構成
が簡単で故障等を少なくするために、連通路２５，ラジ
アル押圧力発生室２６を介した燃料圧力を利用して押圧
力Ｆ１’を作用させるようにしたが、構成はやや複雑化
するが、例えば、図２（Ａ）に示すように、弾性力〔ス
プリング（或いはゴム）２７等〕により回転軸５Ａを所
定方向に付勢させるようにしても同様の効果が得られ
る。また、連通路２５，ラジアル押圧力発生室２６と、
スプリング（或いはゴム）２７等を両方備えるようにし
てもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載の発明によれば、簡単な構成で、従来の側流式タービ
ンポンプにおける振動・騒音，摩耗等を抑制することが
できる。請求項２に記載の発明によれば、流体通路内を
流れる流体圧力を利用して、インペラの外周端面を回転
軸方向に押圧させることができるので、例えば弾性体等
を用いて回転軸を押圧する場合に比較して、極めて簡単
な構成で、故障等の発生を最大限抑制することができ
る。

【００３３】請求項３に記載の発明によれば、確実に回
転軸の振れ回りを抑制することができる。請求項４に記
載の発明によれば、前記所定間隙の一部を拡大する部分
の形状及び拡大面積を制限することで、流体通路内の流
体の旋回エネルギの消失を抑え、以ってポンプ効率の低
下を抑制することができる。

【００３４】請求項５に記載の発明によれば、前記所定
間隙の一部を拡大する部分を、吐出口近傍に設け、前記
拡大部分の拡大面積を小さくするようにしたので、最大
限ポンプ効率の低下を抑制することができる。請求項６
に記載の発明によれば、更に、ポンプ容量を格段に増大
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、本発明の一実施例に係るタービンポ
ンプの特徴部分を説明する図。（Ｂ）は、（Ａ）のIII
−III 断面図。

【図２】（Ａ）は、本発明の作用を説明する図。（Ｂ）
は，Ｆ１’，Ｆ３の作用位置の変化及び回転軸位置を説
明する図。

【図３】他の実施例を説明する図。

【図４】従来のタービンポンプの全体構成図。

【図５】図４のＩ−Ｉ断面図。

【図６】円周流式タービンポンプに用いられるインペラ
の斜視図。

【図７】（Ａ）は、円周流式タービンポンプのインペラ
の羽根部分の拡大断面図。（Ｂ）は、燃料旋回流を説明
する図。

【図８】（Ａ）は、側流式タービンポンプに用いられる
インペラの羽根部分の拡大断面図。（Ｂ）は、側流式タ
ービンポンプに用いられるインペラの平面図。

【図９】側流式タービンポンプにおける燃料旋回流を説
明する図。

【図１０】タービンポンプの燃料通路内の圧力発生状態
を説明する図。

【図１１】円周流式タービンポンプのインペラを外周側
から回転中心軸に向けて押圧する押圧力Ｆ１の作用位置
の一例を示する図。

【図１２】（Ａ）は、インペラが回転することによって
生じる力を説明する図。（Ｂ）は、円周流式タービンポ
ンプにおけるＦ１，Ｆ３の作用位置変化及び回転軸位置
を説明する図。（Ｃ）は、従来の側流式タービンポンプ
におけるＦ３の作用位置変化及び回転軸位置を説明する
図。

【符号の説明】

１ 吸込口 ２ 吐出口 ３ ポンプハウジング ４ ポンプ室 ５ 駆動モータ ５Ａ 回転軸 21 インペラ 22 窓（凹部） 24Ａ 燃料通路 24Ｂ 燃料通路 25 連通路 26 押圧力発生室 27 スプリング

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸を中心とする少なくとも１の同一円
   周上に複数の凹部を外周端壁を残して形成してなるイン
   ペラと、 当該インペラを回転軸を介して回転駆動する駆動装置
   と、 前記インペラの外周端面との間隙へ流入する流体量を制
   限しつつ、前記インペラの周囲を所定間隙をもって包囲
   するハウジングと、 流体を吸い込む吸込口と、前記インペラの回転により圧
   送される流体を吐出する吐出口と、を連通し、前記同一
   円周上に並ぶ複数の凹部に対向して前記ハウジングに凹
   設される流体通路と、 を含んで構成したタービンポンプにおいて、 前記回転軸を軸に対し略直角な所定の方向に押圧する押
   圧手段を備えて構成したことを特徴とするタービンポン
   プ。
2. 【請求項２】前記押圧手段が、前記ハウジング側を調整
   して前記所定間隙の一部を拡大することで、前記ハウジ
   ングと、前記インペラの外周端面と、の間隙へ流入する
   流体量の制限を緩和する手段であることを特徴とする請
   求項１に記載のタービンポンプ。
3. 【請求項３】前記押圧手段は、発生押圧力が、回転アン
   バランスにより生じる遠心力より大きくなるように設定
   されていることを特徴とする請求項１または請求項２に
   記載のタービンポンプ。
4. 【請求項４】前記所定間隙の一部を拡大する部分の形状
   及び拡大面積を、流体通路内の流体の旋回を円滑に行え
   るように制限することを特徴とする請求項２または請求
   項３に記載のタービンポンプ。
5. 【請求項５】前記所定間隙の一部を拡大する部分を、吐
   出口近傍に設けたことを特徴とする請求項４に記載のタ
   ービンポンプ。
6. 【請求項６】前記インペラの表裏面に、前記同一円周上
   に並ぶ複数の凹部を形成し、かつこれらを連通させると
   共に、 前記ハウジングに凹設される流体通路を、前記表裏面に
   設けられた同一円周上に並ぶ複数の凹部に対向して設け
   るようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項５の何
   れか１つに記載のタービンポンプ。