JPH0979169A

JPH0979169A - タービンポンプ

Info

Publication number: JPH0979169A
Application number: JP23444495A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Iijima; 正昭飯島
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi 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、かつ低コストで、側流式タービン
ポンプのポンプ効率を向上させること。【構成】燃料の吐出口２近傍において、窓２２を介して
吐出口２に連通する燃料通路２４Ａの開口巾Ｘに対し
て、吐出口２に直接接続される燃料通路２４Ｂの開口巾
を所定量α大きくしてＹ（＞Ｘ＋α）とする。或いは、
燃料通路２４Ｂの吐出側流路端部の位置を、周方向に拡
張させるようにする。これにより、燃料通路２４Ａ側の
燃料がインペラ２１を回転軸５Ａの長手方向へ押圧する
押圧力と、当該押圧力と対向して燃料通路２４Ｂ側の燃
料がインペラ２１を回転軸５Ａの長手方向へ押圧する押
圧力と、の間のアンバランスが抑制されるので、インペ
ラ２１とポンプハウジング３との接触が抑制され、以っ
て摺動抵抗、摩耗の低減を図ることができ、ポンプ効率
を高く維持することができる。

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】従来より、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。なお、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。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。

【０００５】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の一例としては、図９（Ａ），図９
（Ｂ）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
用するものがある。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・移動させるために、窓２２の回転軸５Ａ側
内面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，２
４Ｂの断面形状を略円形状に形成してある。

【０００８】これにより、以下のような理由等からポン
プ効率は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（特に、Ａ面）等燃料の
旋回流に対して停止（相対速度０）している面が多いた
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。

【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】しかしながら、当該側流式タービンポンプ
２０には、以下のような新たな問題が存在する。即ち、
図２（Ａ），図２（Ｂ）に示すように、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２４Ａ，２４Ｂ内の燃料は、インペラ２１のポン
プ作用により旋回され徐々に昇圧される傾向にあるが、
吸込口１に接続する燃料通路２４Ａ内の圧力Ｐ１と、吐
出口２に接続する燃料通路２４Ｂ内の圧力Ｐ２と、を詳
細に観察すると、吸込口１近傍においてＰ１in＞Ｐ２in
であり、吐出口２近傍において、Ｐ１out ＞Ｐ２out と
なるのである（Ｐ１in，Ｐ２in，Ｐ１out ，Ｐ２out の
位置関係については、図３参照のこと）。

【００１１】これは、窓２２を介して、燃料通路２４Ａ
と燃料通路２４Ｂとの間で燃料を流通させることに起因
する。即ち、図３に模式的に示すように、吸込口１から
燃料通路２４Ａに吸い込まれた燃料を窓２２を介して燃
料通路２４Ｂ側へ移動させ、燃料通路２４Ａ側で昇圧さ
れた燃料を吐出する際には窓２２を介して燃料通路２４
Ｂ側へ移動させた後吐出口２から燃料を吐出させるた
め、窓２２の流通抵抗によって、燃料の流通遅れ等が生
じ、Ｐ１とＰ２との間に差が生じるのである。なお、何
れか一方の燃料通路に（例えば、燃料通路２４Ａ側に）
吸込口１と吸込口２の両方を接続する場合も、窓２２を
介して燃料の流通を行うことに変わりがないため、同様
の問題がある。

【００１２】なお、このＰ１とＰ２との差は、燃料通路
２４Ａ内の燃料圧力Ｐ１がインペラ２１を回転軸５Ａの
軸方向に押圧する押圧力Ｆ１と、燃料通路２４Ｂ内の燃
料圧力Ｐ２がインペラ２１を回転軸５Ａの軸方向に押圧
するＦ１とは逆向きの押圧力Ｆ２と、の間でアンバラン
スを生じさせるので、インペラ２１は回転軸５Ａの軸方
向に移動されることとなり、インペラ２１の軸方向端面
がポンプハウジング３等と接触し、摺動抵抗の増大によ
りポンプ効率が低下し、また摩耗等が多くなりポンプハ
ウジング３との間隙が増大し油密性低下によりポンプ効
率が低下してしまう等の不具合が生じることになる。

【００１３】ところで、かかる問題は、窓２２における
燃料の流通抵抗を小さくすれば、改善されるが、このた
め、例えば窓２２内の突起２３の突出量を小さくする
と、逆に窓２２内の燃料旋回流が相互に干渉し合って、
燃料の運動（旋回）エネルギの消失が大きくなってポン
プ効率が低下してしまうという問題がある。また、例え
ば、図４に示すように、窓２２を廃止して別個に連通路
を設けることも考えられるが、このものでは、構成が複
雑化し、大型化することになり、デメリットが大きい。

【００１４】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、流体通路内圧力に起因し
インペラの両側から作用する軸方向（回転軸の長手方
向）押圧力をバランスさせ、以って摺動抵抗の増大や、
摩耗等を抑制し、ポンプ効率を高く維持することができ
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。

【００１５】

【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接続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接続して、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、複数の流体通路間における流体の
流通を、前記複数の窓を介して行わせるようにしたター
ビンポンプにおいて、前記インペラを挟んで対向する一
方の流体通路内の流体圧力が前記インペラを回転軸の長
手方向に押圧する押圧力と、当該押圧力とは逆向きに他
方の流体通路内の流体圧力が前記インペラを回転軸の長
手方向に押圧する押圧力と、が釣り合うように、前記複
数の流体通路のうち少なくとも一方の形状を変更するこ
とを特徴とするタービンポンプ。

【００１６】請求項２に記載の発明では、前記形状を変
更する流体通路が、吐出口に接続される流体通路であ
り、前記形状の変更を、当該流体通路を、吐出口近傍に
おいて、周方向或いは径方向へ拡大させることにした。

【００１７】

【作用】上記の構成の請求項１に記載の発明では、イン
ペラの両側に流体通路を配設し、一方の流体通路に吐出
口を接続し、他方の流体通路内で昇圧された流体をイン
ペラに設けた窓を介して前記吐出口から吐出させるよう
にした場合には、一方の流体通路内の流体圧力がインペ
ラを回転軸の長手方向へ押圧する押圧力と、他方の流体
通路内の流体圧力がインペラを回転軸の長手方向へ押圧
する押圧力と、の間でアンバランスが生じるので、これ
を無くすように、何れかの流体通路の形状を変更するよ
うにする。これにより、インペラの両側から対向してイ
ンペラを回転軸長手方向へ押圧する押圧力がバランスす
るので、インペラとポンプハウジングとの接触が抑制さ
れ、摺動抵抗の増大，摩耗が抑制でき、ポンプ効率を高
く維持することができるようになる。

【００１８】請求項２に記載の発明では、吐出口に接続
される流体通路を、吐出口近傍において周方向或いは径
方向に拡大するようにする。つまり、吐出口近傍におい
て、流体圧力が小さくなる側の流体通路を拡大する方向
で、前記押圧力のバランスを図ることができるので、例
えば、吐出口に窓を介して連通する流体通路を吐出口近
傍において周方向或いは径方向に縮小してバランスさせ
ることに対して、ポンプ容量の縮小等を伴わずに、上記
作用を奏することができるようになる。

【００１９】

【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（Ａ），図９（Ｂ）
等で既に説明した側流式タービンポンプ２０の燃料通路
２４Ａ，２４Ｂ（ここでは、特に燃料通路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。

【００２０】ここでは、前述したインペラ２１の両側か
ら作用する回転軸５Ａの軸方向押圧力のアンバランスに
対して燃料圧力が高く影響が大きな燃料の吐出口２側に
関する対策について主に説明する。即ち、燃料の吐出口
２に接続される燃料通路（本実施例では、燃料通路２４
Ｂが相当する）の吐出口２近傍の回転軸５Ａに直角な方
向の開口面積、即ちインペラ２１に対向する開口面積
を、吐出口２に直接接続されず窓２２を介して連通する
燃料通路（本実施例では、燃料通路２４Ａが相当する）
の開口面積に対して、大きくなるように設定する。な
お、吐出口２の下流側には、プレッシャーレギュレータ
が介装されているので、燃料通路２４Ａ，２４Ｂ内の燃
料圧力自体は、所定圧に制御される。

【００２１】従って、開口面積を変化させれば、それに
応じて、インペラ２１を回転軸５Ａの長手方向に押圧す
る押圧力が変化することになる。具体的には、図１
（Ａ），図１（Ｂ），図１（Ｃ）に示すように、吐出口
２近傍において、燃料通路２４Ａの開口巾Ｘに対して、
燃料通路２４Ｂの開口巾を所定量α大きくして、Ｙ（＞
Ｘ＋α）とする。逆に、燃料通路２４Ａの開口巾を、吐
出口２近傍において、他の位置での開口巾より小さくす
るようにしてもよい。但し、何も変更を加えない場合に
比較して、開口巾を拡大する方向の変更を行う方（燃料
通路２４Ｂに変更を加える方）が、ポンプ容量の縮小等
を伴わずに（ポンプ容量の増大を図りつつ）、前述した
押圧力のバランスを図ることができるので好ましい。

【００２２】また、図１（Ａ），図１（Ｂ）に示すよう
に、吐出口２に窓２２を介して連通する側の燃料通路２
４Ａの吐出側端部θｘの位置に対して、燃料通路２４Ｂ
の吐出側端部θｙの位置を、周方向に拡張させるように
しても、同様の効果が得られる。更に、図１（Ｂ）に矢
印で示すように、吐出口２の配置を吐出側端部に接近さ
せるように変更するようにしてもよい。

【００２３】また、前記開口巾を変更することと、吐出
側端部の位置を変更することと、吐出口２の配置を変更
することと、を組み合わせるようにしても勿論構わな
い。ところで、吸込口１近傍におけるインペラ２１への
回転軸５Ａの軸方向押圧力のアンバランスも小さいなが
らも生じているので、これを抑制するようにしてもよい
が（なお、上記吐出側の調整に、当該吸込口１側のアン
バランス分を含ませることもできる）、かかる対策とし
ては、吸込口１近傍において、吸込口１へ直接接続され
る燃料通路（本実施例では、燃料通路２４Ａが相当す
る）のインペラ２１に対向する開口面積を、吸込口１に
直接接続されず窓２２を介して連通する燃料通路（本実
施例では、燃料通路２４Ｂが相当する）の開口面積に対
して、小さくなるように設定すればよい。即ち、吸込口
１近傍において、燃料通路２４Ａの開口面積を狭める
か、燃料通路２４Ｂの開口面積を拡大するようにすれば
よい。

【００２４】また、同様の理由から、吸込口１に窓２２
を介して連通する側の燃料通路２４Ａの吐出側端部の位
置に対して、燃料通路２４Ｂの吐出側端部の位置を、周
方向に拡大させるようにしても、同様の効果が得られ
る。つまり、燃料通路２４Ａ側の燃料がインペラ２１を
回転軸５Ａの軸方向へ押圧する押圧力と、当該押圧力と
対向して燃料通路２４Ｂ側の燃料がインペラ２１を回転
軸５Ａの軸方向へ押圧する押圧力と、の間にアンバラン
スが生じる場合には、燃料通路２４Ａ，２４Ｂの形状等
を変更することで、当該アンバランスを無くす方向に、
前記何れかの押圧力を変更させるようにすればよいので
ある。

【００２５】これにより、図３に示したようなインペラ
２１を燃料通路２４Ｂ側から押圧する押圧力Ｆ２と、燃
料通路２４Ａ側より押圧される押圧力Ｆ１と、を略等し
くすることができるので、インペラ２１を挟んで対向す
るインペラ２１への軸方向押圧力がバランスし、以って
インペラ２１とポンプハウジング３との接触が抑制さ
れ、摺動抵抗の増大，摩耗が抑制できることになる。

【００２６】なお、吸込口１を燃料通路２４Ａに接続
し、吐出口２を燃料通路２４Ｂに接続する構成として説
明してきたが、それぞれ逆に接続した場合にも本発明の
考え方は適用できるものであり、また、吸込口１，吐出
口２を共に何れか一方の燃料通路に接続させる場合に
も、本発明の考え方は適用できるものであり、上記と同
様の作用効果を奏することができるものである。また、
突起２３を有さない窓２２を備える場合にも、勿論適用
可能である。

【００２７】

【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、流体通路内圧力に起
因しインペラの両側から作用する軸方向（回転軸長手方
向）押圧力をバランスさせることができるので、以って
インペラとハウジングとの摺動抵抗の増大、摩耗等を抑
制でき、ポンプ効率を高く維持することができる。

【００２８】請求項２に記載の発明によれば、ポンプ容
量の縮小を伴うことなく、前記効果を効果的に奏するこ
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側流式ター
ビンポンプの燃料通路２４Ａの平面図。（Ｂ）は、同上
実施例の燃料通路２４Ｂの平面図。（Ｃ）は、（Ｂ）の
II−II断面図。

【図２】（Ａ），（Ｂ）は、従来の側流式タービンポン
プの問題を説明する図。

【図３】従来の側流式タービンポンプの問題を説明する
模式図。

【図４】従来の側流式タービンポンプの問題を解決しよ
うとした一例を示す図。

【図５】従来の円周流式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】従来の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、従来の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断面図。（Ｂ）は、（Ａ）
のインペラの平面図。

【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） 23 突起（内側） 24Ａ燃料通路 24Ｂ燃料通路

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接続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接続して、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、複数の流体通路間における流体の流通
を、前記複数の窓を介して行わせるようにしたタービン
ポンプにおいて、前記インペラを挟んで対向する一方の流体通路内の流体
圧力が前記インペラを回転軸の長手方向に押圧する押圧
力と、当該押圧力とは逆向きに他方の流体通路内の流体
圧力が前記インペラを回転軸の長手方向に押圧する押圧
力と、が釣り合うように、前記複数の流体通路のうち少
なくとも一方の形状を変更することを特徴とするタービ
ンポンプ。
【請求項２】前記形状を変更する流体通路が、吐出口に
接続される流体通路であり、前記形状の変更が、当該流体通路を、吐出口近傍におい
て、周方向或いは径方向へ拡大することを特徴とする請
求項１に記載のタービンポンプ。