JPH0979168A

JPH0979168A - タービンポンプ

Info

Publication number: JPH0979168A
Application number: JP23444395A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Iijima; 正昭飯島
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1995-09-12
Publication date: 1997-03-25

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で、より一層ポンプ効率を高めるこ
とが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’に設けた各窓２２’の内周側内
壁面Ｃに、インペラ２１’の回転方向に延びる突起２４
を設けるようにする。なお、前記突起２４の裾野部を、
所定半径ｒで略円弧状に凹形成する。この際、ｅ＝ｘ
（円弧中心間距離）／ｒ（円弧半径）＝１．５〜３．０
の範囲で、ｘ及びｒを定めるようにするのがポンプ効率
ηを高めるうえで好ましく、ｅ＝２．０近傍に設定する
のが最もよい。つまり、ｅ＝１．５〜３．０の範囲、特
にｅ＝２．０となるように、ｘ及びｒを定めるようにす
れば、窓２２’内での燃料の澱み等の発生を効果的に抑
制することができ、以ってより一層ポンプ効率を高める
ことがきる。

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５〜図
８に示すような構成となっている。

【０００３】即ち、図５，図６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７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
の旋回流がスムーズに移動するように、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８（Ａ），図８（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９、図１０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２３Ａ，２３Ｂ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、当該窓２２を挟んで対面して設けられ
る燃料通路２３Ａ，２３Ｂの断面形状が略円弧状に形成
されるようになっている。なお、インペラ２１の表裏面
を貫通させて窓２２を設けているのは、インペラ２１の
表裏面で燃料の圧送供給を行えるようにしてポンプ容量
を増大させるためであり、また燃料を窓２２を介して吸
込口１側から燃料通路２３Ｂ側へ燃料を供給できるよう
に、そして燃料通路２３Ｂ側から吐出口２側へ燃料を圧
送できるようにするためである。

【０００８】これにより、以下のような理由でポンプ効
率が向上するものと考えられる。つまり、従来の円周流
式タービンポンプ１０では、図８（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９（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】ところで、タービンポンプ、特に側流式タ
ービンポンプ２０では、窓２２に流入した燃料が、ブレ
ード部２２Ａから運動エネルギを与えられ、燃料通路２
３Ａ（または燃料通路２３Ｂ）に流出し、そこで運動エ
ネルギが圧力エネルギに変換されるというサイクルを、
吸込口１から吐出口２までの間で複数回繰り返すこと
で、所定圧力に燃料圧力を増大させるものであるが、か
かる場合に、ポンプ効率を高めるためには、如何にし
て、燃料の旋回をスムーズに行わせ運動エネルギの消失
延いては圧力エネルギへの変換を効率よく行わせるよう
にするかが、重要なポイントとなる。つまり、燃料の旋
回流を包囲する面の横断面形状を、できる限り略円弧状
に形成するのが好ましいものと言える。

【００１１】しかし、図９（Ａ）に示したものでは、窓
２２内で旋回流が相互に衝突等して、例えば、Ｄ部，Ｅ
部等に、燃料の澱みが発生し易いため、燃料の運動エネ
ルギの消失が大きく、十分にポンプ効率を高めていると
は言えなかった。そこで、図１１に示すような構成とす
ることが考えられるが、このものでは、インペラ２１の
表裏面に設ける凹部２１Ａ，２１Ｂが相互に連通してい
ないため、燃料通路２３Ａ，２３Ｂ間で燃料を流通させ
るための連通路を、新たにポンプハウジング３に設ける
必要があり、ポンプが大型化、複雑化するという問題が
ある。

【００１２】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、大型化することなく、より一層
ポンプ効率を高めることができる側流式タービンポンプ
を提供することを目的とする。

【００１３】

【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の同一円周上に外周端壁を残して表裏面を
貫通する複数の窓を形成し、かつ、当該複数の窓の回転
軸側内面に回転軸と略直角な方向の略中央部分が内側に
突出して回転方向に延びる内側突起を設けて形成してな
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、前記インペラの周囲を所定間隙をもっ
て包囲するハウジングと、前記同一円周上に並んでイン
ペラの表裏面を貫通して形成された複数の窓に対向し、
前記ハウジングにインペラを挟んで両側に凹設される複
数の流体通路と、前記複数の流体通路の何れかに連通さ
れ流体を吸い込む吸込口と、前記複数の流体通路の何れ
かに連通して、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、を含んで構成したタービンポン
プにおいて、前記複数の窓に対向し前記ハウジングにイ
ンペラを挟んで両側に凹設される流体通路の回転軸放射
線方向の各断面と、これに対向する側の前記内側突起の
回転軸の放射線方向における断面を、前記略中央部分に
対して対称に略同一円弧状に形成し、前記略中央部分に
対して対称に形成される略同一円弧の中心間距離と、円
弧の半径と、の比を、１．５〜３．０の範囲に設定する
ように構成した。

【００１４】請求項２に記載の発明では、前記中央部分
に対して対称に形成される略同一円弧の中心間距離と、
円弧の半径と、の比を、２．０近傍に設定するようにし
た。

【００１５】

【作用】上記の構成の請求項１に記載の発明では、前記
中央部分に対して対称に形成される略同一円弧の中心間
距離と、円弧の半径と、の比を〔ｘ（中心間距離）／ｒ
（半径）〕、１．５〜３．０の範囲に設定するようにす
る。これにより、前記インペラに貫通された窓内におけ
る燃料の流れの澱みが抑制されることとなり、図３に示
したように、ポンプ効率ηを高めることができ、省燃費
化、低公害化を図ることができる。また、本発明では、
窓を介してインペラの両側に凹設される流体通路間を連
通させるようにしているので、図１１に示した従来の連
通路２５を設けた場合に比較して、ポンプの大型化、複
雑化を抑制することができる。

【００１６】なお、前記比を２．０近傍に設定するの
が、図３に示されるように、最もポンプ効率ηを高める
ことができ、省燃費化、低公害化を最大限図ることがで
きることとなる。

【００１７】

【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、図９で既に説明した側流
式タービンポンプ２０のインペラ２１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。

【００１８】本実施例では、図１に示すように、インペ
ラ２１’に設けた各窓２２’の内周側内壁面Ｃに、イン
ペラ２１’の回転方向に延びる突起２４を設けるように
する。また、図１で破線で示すように、各窓２２’の外
周側内壁面Ｂに、インペラ２１’の回転方向に延びる突
起２５を設けるようにしてもよい。なお、前記突起２４
及び突起２５の裾野部は、図１に示すように、燃料の旋
回流れを円滑に発生，移動させるべく、その流れに沿う
ように、所定半径ｒで略円弧状に凹形成するのが好まし
い。

【００１９】この突起２４（或いは突起２５）により、
図９で示した燃料の流れの澱み部Ｄ（或いは澱み部Ｅ）
が低減されるので、従来の突起２４（或いは突起２５）
を有さない場合に比較して、より一層有効かつ円滑に燃
料の旋回流を発生・移動させることができるようにな
り、ポンプ効率を高めることがきることになる。ところ
で、燃料通路２３Ａ側の円弧ｒの中心位置Ｒ１と、燃料
通路２３Ｂ側の円弧ｒの中心位置Ｒ２と、の中心間距離
ｘが小さ過ぎると（或いは円弧半径ｒが大き過ぎる
と）、図２（Ａ）に示すようになり、突起２４が極小化
し、従来の図９に示したものに近づくこととなって、十
分に燃料の旋回をスムーズに行わせることができなくな
り、ポンプ効率が低下する。

【００２０】逆に、図２（Ｂ）に示すように、前記中心
間距離ｘを大きくし過ぎると（或いは円弧半径ｒを小さ
くし過ぎると）、図中Ｆ部に澱みが発生し燃料の旋回を
スムーズに行わせることができなくなると共に、インペ
ラ２１’の大型化，重量増大等を招くため好ましくな
い。そこで、本願出願人等は、種々の実験等を行い検討
した結果、前記中心間距離ｘ等に対するポンプ効率ηの
影響を把握し、当該結果から最適な中心間距離ｘ等を定
めることができるようにした。

【００２１】つまり、図３に示すように、ｅ＝ｘ（中心
間距離）／ｒ（円弧半径）＝１．５〜３．０の範囲で、
ｘ及びｒを定めるようにするのがポンプ効率ηを高める
うえで好ましいことを確認した。なお、図３に示したよ
うに、ｅ＝２．０近傍が最も効率がよくなる。従って、
ｅ＝ｘ／ｒ＝１．５〜３．０の範囲に、特にｅ＝２．０
に、ｘ及びｒを定めるようにすれば、澱み等の発生を最
小限に抑制することができ、以ってより一層有効かつ円
滑に燃料の旋回流を発生・移動させることができるよう
になるので、ポンプ効率をより一層高めることがきるこ
とになる。

【００２２】また、本実施例では、窓２２’を介して燃
料通路２３Ａと燃料通路２３Ｂとを連通させるようにし
ているので、図１１に示した従来の連通路２５を設けた
場合に比較して構造の大型化、複雑化を招くこともな
い。ところで、インペラ２１’の両側に燃料通路２３
Ａ，２３Ｂを設けているのは、ポンプ容量増大要求のた
めであり、またインペラ２１’の表裏を窓２２’で貫通
させているのは、燃料通路２３Ｂと吸込口１，吐出口２
との間で燃料を流通させるためであるが、当該燃料の流
通量を所定値に確保する必要がある場合には、突起２４
の突起高さＸ（Ｘ＞０）と、突起２５の突起高さＹ（Ｙ
＞０）と、を調節して、間隙Ｚ（Ｚ＞０）を所定の値に
確保するようにするのが好ましい（図４参照）。例え
ば、燃料通路２３Ｂ側へ燃料がスムーズに送り込めない
ような場合には、ポンプ作用により燃料通路２３Ｂ内に
負圧等が発生し、キャビテーション等が発生しやすくな
り故障やポンプ効率の低下の原因となるが、流通量を確
保できるようにしておけば、ポンプ効率を高めつつ、キ
ャビテーションの発生等を確実に防止することができる
ようになる。

【００２３】なお、吸込口１，吐出口２は、燃料通路２
３Ａに連通させる構造として説明してきたが、燃料通路
２３Ａ，２３Ｂの何れの通路に連通させて構わないもの
である。

【００２４】

【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、低コストで、かつ大
型化させることなく、前記インペラに貫通された窓内に
おける燃料の流れの澱みを抑制することができるので、
ポンプ効率ηを高めることができ、以って省燃費化、低
公害化を図ることができる。

【００２５】なお、前記比を２．０近傍に設定すれば、
最もポンプ効率ηを高めることができ、省燃費化、低公
害化を最大に促進することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るタービンポンプ（イン
ペラ、燃料通路）の特徴部分を説明する図。

【図２】（Ａ）は、ｅが小さ過ぎる場合の問題を説明す
る図。（Ｂ）は、ｅが大き過ぎる場合の問題を説明する
図。

【図３】ポンプ効率ηとｅとの関係を説明する図。

【図４】本発明の他の一例を説明する図。

【図５】従来のタービンポンプの全体構成図。

【図６】図５のＩ−Ｉ断面図。

【図７】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８】（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９】（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１０】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１１】従来の側流式タービンポンプにおいて燃料の
澱みを抑制する一例を説明する図。

【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 23Ａ燃料通路 23Ｂ燃料通路 24 突起（内側）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸を中心とする少なくとも１の同一円
周上に外周端壁を残して表裏面を貫通する複数の窓を形
成し、かつ、当該複数の窓の回転軸側内面に回転軸と略
直角な方向の略中央部分が内側に突出して回転方向に延
びる内側突起を設け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、前記インペラの周囲を所定間隙をもって包囲するハウジ
ングと、前記同一円周上に並んでインペラの表裏面を貫通して形
成された複数の窓に対向し、前記ハウジングにインペラ
を挟んで両側に凹設される複数の流体通路と、前記複数の流体通路の何れかに連通され流体を吸い込む
吸込口と、前記複数の流体通路の何れかに連通して、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、を含んで構成したタービンポンプにおいて、前記複数の窓に対向し前記ハウジングにインペラを挟ん
で両側に凹設される流体通路の回転軸放射線方向の各断
面と、これに対向する側の前記内側突起の回転軸の放射
線方向における断面を、前記略中央部分に対して対称に
略同一円弧状に形成し、前記略中央部分に対して対称に形成される略同一円弧の
中心間距離と、円弧の半径と、の比を、１．５〜３．０
の範囲に設定したことを特徴とするタービンポンプ。
【請求項２】前記中央部分に対して対称に形成される略
同一円弧の中心間距離と、円弧の半径と、の比を、２．
０近傍に設定したことを特徴とする請求項１に記載のタ
ービンポンプ。