JP2004536246A - 予言された故障モードのためのベーンポンプ磨耗センサ - Google Patents

Abstract

ガスタービンエンジンに用いられるベーンポンプが開示され、このベーンポンプは、伝統的な固定容量ポンプと同様の予言された故障モードを提供するように構成されている。そのベーンポンプは、ポンプハウジングと、カム部材と、円筒状のロータ部材と、高圧流体を吐出用弧領域から入口用弧領域に伝えるための機構とを含み、その機構は、上記各ベーン要素の先端面が、ポンプの始動を妨げるように予め決められた磨耗量を経験したときに、作動する。各ベーン要素の先端面の磨耗は、ポンピングキャビティの周面との摺動可能な係合から生じる。

Description

【０００１】
（関連出願の参照）
この出願は、２０００年１２月２０日に提出されたＵＳ特許出願シリアルＮｏ．０９／７４１５２４の一部継続出願であり、２０００年９月２８日に提出された仮のＵＳ特許出願Ｎｏ．６０／２３６２９３に対して優先権を主張しており、両方のＵＳ特許出願は、本出願に矛盾しない範囲で、そっくりそのまま、この出願に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、ガスタービンエンジンに用いる燃料ポンプに関し、より具体的には、高い確実性と予言された故障モードを要求する適応において使用される可変容量ベーンポンプに関する。
【０００３】
（背景技術）
可変容量ベーンポンプは、伝統的な固定容量ギアポンプにかわるものとして、航空宇宙産業内において発展されている。可変容量ベーンポンプの一例が、サンドバーグ及びその他に対するＵＳ特許Ｎｏ．５５４５０１４に開示され、ここにある出願は、本出願に矛盾しない範囲で、そっくりそのまま、この出願に組み込まれている。
【０００４】
ベーンポンプは、伝統的に、特に、ハウジング、カム部材、ロータを含み、そのロータは、軸方向に対向している両側のジャーナルベアリングによって上記ハウジング内に支持されている。上記ハウジングは、内側室、流体入口と流体出口を形成し、上記カム部材とロータは、上記内側室内に配置されている。上記カム部材は、上記内部のポンピング室の周囲境界を形成する中央の穴を有している。ロータは、軸方向の両側のジャーナルベアリングによって支持され、上記カム部材の上記中央の穴内に回転可能に搭載されている。上記ロータ要素は、その内部に機械で作製されると共に周囲に間隔を置いて離されたスロットを有し、そのスロットは、対応している径方向移動可能なベーン要素を支持している。
【０００５】
可変容量ベーンポンプは、以下の点において、固定容量ベーンポンプのような他のベーンポンプと相違している。即ち、そのカム部材が、そのポンプの鉛直方向のセンターラインと同一直線上の支柱廻りに回転し、それによって、そのロータに関して位置を調整している。この調整により、入口側と吐出側のバケットの相対的な容量が変更され、それによって、ポンプの吐出量を変える。
【０００６】
一方向の回転において、上記ポンプの上記ロータ要素のベーンは、３６０度の周期を形成する少なくとも四つの異なった弧領域を横切る。第１の領域は、流体が上記ポンピングキャビティ内へ収容される入口用弧部分であり、この領域を越えてバケットの容量が増加する。第２の領域は、加圧流体が上記ポンピングキャビティから排出される吐出用弧部分であり、この領域の間、バケットの容量が減少する。最後に、密封用弧部分は、入口用と吐出用弧部分を分離し、バケットの容量が安定して一定に保持される弧部分を表す。
【０００７】
運転中、流体は、第１の圧力で、上記ハウジングの入口を通過して上記ポンピングキャビティ内に供給されて、隣り合うベーン要素の間に形成される空間、いわゆるバケット内に供給される。実際の吐出ベーンポンプにおいて、ベーン要素が、上記ポンピングキャビティ内で入口領域から出口領域まで回転するとき、上記カム部材の構成により、上記ベーンが対応しているスロット内に引き込む。これにより、バケットによって形成された容量が減少する。入口のバケット内に収容された流体の量は、対応している吐出のバケット内に含まれる流体の量よりも多いため、その容量の差と同量の流体が、下流の圧力と同等の圧力で出口を通過して、吐出又は吐出される。
【０００８】
典型的に、汲み上げの圧力と速度は、ポンプハウジング内でとても高いので、これら圧力と速度の高い値によって引き起こされる磨耗を処理するために、ベーンとカム部材に、タングステンカーバイドのような重くて耐磨耗性の高い材質を使用する必要がある。
【０００９】
従来の可変容量ベーンポンプは、サンドバーグ及びその他に対するＵＳ特許Ｎｏ．５５４５０１４と、サンドバーグに対するＵＳ特許Ｎｏ．５８３３４３８に示されている。ＵＳ特許Ｎｏ．５５４５０１４には、丈夫で、単発式の、ベーン下方のポンピングが可能である可変容量ベーンポンプと、圧力均衡方法とが開示されている。サンドバーグに対するＵＳ特許Ｎｏ．５８３３４３８は、可変容量ベーンポンプを示し、そのベーンポンプは、大きな直径の中央のベーン部分の各側面でジャーナルエンドを備えている丈夫なロータ部材と、カム部材内で高圧を閉じ込めそれによってロータ部材の長さに沿って軸方向の圧力の漏出を防止する機構とを有している。これらの特許に含まれる出願は、本出願に矛盾しない範囲で、そっくりそのまま、この出願に組み込まれる。
【００１０】
旧式のベーンポンプ、即ち固定容量ギアポンプを越えた、可変容量ポンプの利点は、過度の熱の発生がポンプの性能に対して重大な障害になるという問題を解決することである。また、可変容量ベーンポンプは、計測装置としてポンプを利用することによって構成を計測している一定の燃料流出を除去するために使用されうる。
【００１１】
可変容量ベーンポンプの技術と連合した不利な点の一つは、故障モードを予言することができないことである。結果として、高い確実性と予言された故障モードを要求する、高い性能の航空機のような使用において、この技術を実行するには不本意である。従来の固定容量ギアポンプにおいて、故障の機構は、よく知られている。典型的に、ポンプが退化すると、その性能は、エンジンを始動することができないほどに落ち、このように、安全な故障が生じる。しかしながら、固定容量ベーンポンプにおいて、ベーンがカム面との接触により磨耗するとき、圧力が各ベーンにかける片持ちされた荷重がとても高くなると、ベーンの最悪の故障が、ポンプの運転中に生じ、警告なしに全てのポンピングシステムを破壊する。ヘリコプターの燃料システムのような適用において、この故障のタイプは、制御システムとエンジンに損傷を引き起こし、寿命の損失を生じる。そのような発生を避けるために、可変容量ベーンポンプは、度々、検査と保全を行う必要がある。
【００１２】
前記のものの観点において、改良のベーンポンプにとって、ベーンの磨耗を“追跡し”、所定の磨耗レベルが達成された後にエンジンを始動させないようにすることによって、ギアポンプの故障モードに似せる必要がある。
【００１３】
（発明の要約）
本出願は、ガスタービンエンジンに用いられる可変容量ベーンポンプに関し、そのベーンポンプは、ポンプの故障モードを予言するための機構を含み、それによって、運転中の故障を防止している。好ましい形態では、ベーンポンプは、ポンプハウジングと、カム部材と、ロータ部材と、高圧流体を吐出用弧領域から入口用弧領域に伝えるための機構とを含み、その機構によって、予め決められた磨耗状態に到達したときにポンプの始動を妨げる。
【００１４】
上記ポンプハウジングは、典型的に、中心軸を定義する円筒状の内側室を含み、この中心軸を鉛直方向のセンターラインと水平方向のセンターラインとが通って延在する。上記カム部材は、上記ポンプハウジングの上記内側室内で、上記内側室の上記鉛直方向のセンターラインと同一直線上の支柱に回転可能に取り付けられている。上記カム部材は、貫通する穴を有し、その穴は、ポンピングキャビティの周面を形成している。そのポンピングキャビティの周面は、吐出用弧部分と、入口用弧部分と、入口用弧部分と吐出用弧部分とを互いに分離している密封用弧部分とを含んでいる。
【００１５】
上記円筒状のロータ部材は、上記カム部材の上記穴内で上記内側室の上記中心軸に回転可能に嵌合されている。上記ロータ部材は、中央本体部分を有し、その中央本体部分は、軸方向に対向された両側の第１と第２の端面と、その内部に形成されて周囲に間隔を置いて離され径方向に延長している複数のベーンスロットを有している。
【００１６】
各ベーンスロットは、その内部で径方向に移動するように搭載された対応しているベーン要素を支持している。各ベーン要素は、上記ポンピングキャビティの周面に摺動可能に係合するようにされた径方向外方の先端面と、各ベーンスロット内にある径方向内方のベーン下方部分とを有している。
【００１７】
ポンプの始動を妨げるために高圧流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝えるための上記機構は、上記各ベーン要素の先端面が各ベーン要素の下方部分に関して予め決められた量を磨耗したときに、作動する。
【００１８】
好ましい形態において、上記各ベーン要素の先端面が予め決められた量を磨耗したときに高圧流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝えるための上記機構が、上記ロータ部材の上記本体部分の上記第１端面に形成された弓状の溝を含んでいる。上記弓状の溝は、各ベーンスロットの間に延在している。想到されるように、上記弓状の溝が、上記中心軸から径方向間隔をおいて離され、上記径方向間隔は、予め決められた磨耗量を定義している。
【００１９】
変わりの形態において、上記各ベーン要素の先端面が予め決められた量を磨耗したときに高圧流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝えるための上記手段は、上記ロータ部材の上記本体部分の上記第２端面に形成された弓状の溝を含んでいる。
【００２０】
現在好ましいのは、各ベーン要素の下方部分が、上記ポンピングキャビティ内の場所で、上記ロータの上記本体部分に形成された上記弓状の溝の径方向外側に位置されているときに、上記予め決められた磨耗量が到達される。この相対的な位置の結果によって、流体は、上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧部分から上記入口用弧部分に伝わることを許容される。
【００２１】
上記ポンプキャビティの上記周面は、中心角約１５０度の吐出用弧部分と、中心角度約３０度の第１の密封用弧部分と、中心角約１５０度の入口用弧部分と、中心角度約３０度の第２の密封用弧部分とを有する。
【００２２】
さらに、想到されるように、軸方向に間隔を置いて離された第１と第２のエンドプレートが、上記ポンプハウジングの上記内側室内に配置されている。上記各エンドプレートは、上記ロータ部材に近接している第１の面を有し、上記ポンピングキャビティの軸方向の端部を形成している。上記各エンドプレートは、上記ポンピングキャビティ内で上記ロータ部材の摩擦のない回転を許容するように上記ロータ部材から離間している。好ましくは、そのエンドプレートは、各エンドプレートの上記第１面と連合された機構を含み、その機構により、上記各ベーン要素が上記吐出用と密封用の弧部分を通り抜けるときに、上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧部分から上記各ベーン要素の下方部分へ流体を伝える。その上、各エンドプレートの第１面は機構を含み、その機構により、上記ロータ部材が上記中心軸廻りに回転しながら上記各ベーン要素が上記入口用弧部分を通り抜けるときに、上記ポンピングキャビティの上記入口用弧部分から上記各ベーン要素の下方部分へ流体を伝える。
【００２３】
現在想到されるように、上記ロータ部材は、さらに、上記ロータの上記中央本体部分に形成された実質的に軸方向の複数の流体通路を備えている。各通路は、周面に間隔を置いて離された径方向の複数のベーンスロットの間に位置決めされ、上記ポンピングキャビティから上記第１と第２エンドプレートに軸方向に伝えるべき流体のために上記ロータ本体部分を通る通路を提供している。
【００２４】
本出願は、また、特に、ポンプハウジング、カム部材、ロータ部材を含むベーンポンプを指し示している。上記ロータ部材は、実体上、円筒状であり、上記カム部材の上記穴内に、上記内側室の上記中心軸廻りに回転可能に嵌合されている。上記ロータ部材は、中央本体部分を含み、この中央本体部分は、第１と第２の軸方向両側の端面と、その内部に形成されて周囲に間隔を置いて離された径方向に延長している複数のベーンスロットとを備えている。
【００２５】
想到されるように、上記各ベーンスロットは、その内部で径方向に移動するように取り付けられた対応しているベーン要素を支持している。上記各ベーン要素は、上記ポンピングキャビティの周面に摺動可能に係合するようにされた径方向外方の先端面と、各ベーンスロット内にある径方向内方のベーン下方部分とを有している。好ましくは、上記本体部分の上記第１端面は、その中に形成されると共に各ベーンスロットの間に延在している弓状の溝を有している。上記弓状の溝は、各ベーンの先端面が磨耗してベーンの下方部分が上記弓状の溝の径方向外側に位置されているときに、上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧部分から上記入口用弧部分に漏出するべき高圧流体のために通路を提供している。
【００２６】
好ましい形態において、上記弓状の溝が、上記中心軸から径方向間隔をおいて離され、上記径方向間隔は、許容されるベーン先端面の磨耗の量を定義し、その磨耗は、高圧の流体が上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧部分から上記入口用弧部分に漏れ出しうる前に、生じうる。
【００２７】
本出願は、また、ポンプハウジング、カム部材、ロータ部材、漏れ通路、軸方向に間隔を置いて離れた第１と第２のエンドプレートを含む可変容量ベーンポンプを指し示している。上記漏れ通路は、上記カム部材が始動状態にあって上記各ベーンの下方部分が上記漏れ通路の径方向外側に位置されているときに、流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝える。想到されるように、上記漏れ通路は、上記ロータ部材の上記本体部分の上記第１端面に形成された弓状の溝を備え、上記弓状の溝は、各ベーンスロットの間に延在している。
【００２８】
本出願に属する技術において通常に熟練している者であれば、図面に示されるものと同じものの作り方と使い方を、より簡単に理解できるであろう。
【００２９】
本出願のベーンポンプのこれらと他の特徴は、以下の良好な形態の詳細な説明から、その技術において通常に熟練している者であれば、より容易に明確となるであろう。
【００３０】
（発明を実施するための好ましい形態）
以下、本発明の同じ構成要素を同一符号にて示している図面を用いて説明すると、図１に可変容量ベーンポンプが示され、そのベーンポンプは、本出願の良好な形態に従って構成され、全般的に符号１０によって示されている。そのベーンポンプ１０は、ポンプハウジング１２を有し、そのポンプハウジング１２は、カム部材１４とロータ部材１６を支持する内側室を形成している。ロータ部材１６は、径方向に伸長している複数のスロット１７を有している。各スロットは、対応しているベーン要素１８を支持するように構成されている。カム部材１４は、ポンプハウジング１２内で、かつ、支柱を形成する枢軸ピン２０に回転可能に嵌合し、それによって、ベーンポンプ１０の吐出量を変える。カム部材１４は、ワンピースの本体を含み、その本体は、カム室を形成する穴２２を定義する。この円形の穴２２は、上記ポンピングキャビティの滑らかな連続的な周面２４を定義し、この周面２４は、上記各ベーン要素１８の外側の先端面２１と連続的に接触する。レバー２５は、カム部材１４の上記本体から延びており、駆動ピストン組立部品１５に回転可能に連結され、それによって、上記ロータ部材１６に対して上記カム部材１４の位置を変える。
【００３１】
図１に示すように、上記各ベーン要素１８は、対応しているスロット１７内に隙間なく嵌合し、ピストンのように作用する。即ち、ベーン要素１８は、ロータ部材１６が動いている間、ポンピング室の高圧側の吐出用弧領域６２（図３）を通過して、径方向内方へ押し下げられる。各スロット１７は、径方向内方のベーン下方の室１９を有し、その室は領域を定義し、その領域は、ベーン要素１８が、ポンピング室の入口用弧領域６０（図３）内にあるときに、低い入口側の圧力を受け、また、ベーン要素１８が、ポンピング室の吐出用弧領域６２と、ポンピング室の密封用弧領域６４ａ，６４ｂ（図３）との中にあるときに、高い吐出側の圧力を受ける。加圧された流体がベーン下方の室へ送られる方法は、図３に関して、以下により詳細に説明する。
【００３２】
図２によれば、ベーンポンプ１０は、さらに、低圧流体をポンピング室へ送り込むための入口用領域５０と、高圧流体をポンピング室から排出するための吐出用領域５２とを有している。メインの駆動シャフト３２は、中央のシャフト部材３４を駆動するために、縦軸に沿ってポンプハウジング１２の内側室を貫通するように伸びている。シャフト部材３４は、対向している両側のジャーナルベアリング３６ａ，３６ｂに回転可能に支持され、そして、ロータ部材１６に係止されて回転運動を伝達している。
【００３３】
内側室に配置された両側のサイドプレート４０，４２は、カム部材１４とロータ部材１６との間に密封された室を形成し、その室への入口と吐出口とを備えている。軸方向のスペーサ３０は、ハウジング１２内で、かつ、両側のサイドプレート４０，４２の間に支持され、そして、カム部材１４の厚みよりも僅かに大きな厚みを有している。このため、両側のサイドプレート４０，４２が、（図示省略の）複数の貫通された留め具によって、スペーサ３０に対してきつく締め付けられる。このとき、小さな隙間がカム部材１４と両側のサイドプレートとの間に残っており、それらの間の摩擦を減少し又は排除することができる。
【００３４】
図３によれば、サイドプレート４０の面４４は、ロータ部材１６に隣り合うように配置されている。ポンピング室は、３６０度において、入口用弧領域６０と、吐出用弧領域６２と、入口用弧領域６０と吐出用弧領域６２との間に配置された密封用弧領域６４ａ，６４ｂとを含んでいる。入口用弧領域６０は、隣り合うベーン要素の間（即ち、バケット内に）に含まれる容量が増加するポンピング室の部分を表しており、低圧流体はポンピング室内に収容される。吐出用弧領域６２は、隣り合うベーン要素の間に含まれる容量が減少するポンピング室の部分である。密封用弧領域６４ａ，６４ｂ内では、容量は十分に一定に保たれている。
【００３５】
ロータ１６がポンピング室内で回転するとき、その回転によって発生する遠心力は、全てのベーン要素１８に径方向外方の力を伝える。付け加えると、隣り合うバケット内に含まれる加圧された流体は、隣り合うベーン要素１８に径方向内方の力を伝える。しばしば、ベーン要素１８に作用する両方の力は、釣り合わない。結果として、各ベーン１８の先端２１は、径方向外方の正味の力により、過度の磨耗を受けるか、若しくは、径方向内方の正味の力により、バケット内から流体が漏れる。これにより、ポンピング効率が減少する。ベーン要素にかかる圧力が釣り合って、ベーン要素が回転中のスロット内で“浮く”ときに、理想のポンプ運転状態が起こる。この状態により、ベーン先端の磨耗が最小となり、ベーン先端とカム部材との間の接触不足によって生じる圧力損失が最小となる。
【００３６】
ポンプ１０は、各ベーン要素１８の下方部分２３に圧力を加えることによって不均衡なベーンの状態を正すようにして構成される。具体的に述べると、入口の領域６０を横切る各バケット内からの低い圧力が、入口用弧領域６０内でベーン要素１８の下方部分２３に供給される。同様に、吐出用弧領域６２と密封用弧領域６４ａ，６４ｂを横切るベーンの下方部分２３は、吐出用弧領域６２内に位置するバケットからの高い圧力で満たされる。その圧力は、加圧流体の形態で、ロータ本体部分に機械にて作製された流出孔を経由し、また、流れ溝が形成された両方のエンドプレートを供給することによって、入口用弧領域６０と吐出用弧領域６２から各ベーン要素１８の下方部分２３に供給される。
【００３７】
図４と図５によれば、ロータ１６の本体部分１９は、その中に形成された複数の流出孔８４を含んでいる。各流出孔８４は、周囲に間隔を置いて離れた径方向の複数のベーンスロット１７の間に配置され、ポンピングキャビティから（図３に示す）溝６６ｉ，６６ｄに流すべき流体のための通路を提供し、その溝６６ｉ，６６ｄは、エンドプレート４０、又は、両方のエンドプレート４０，４２に形成される。各流出孔８４は、実体上、Ｔ型であり、径方向の管路８５と軸方向の管路８６を含む。
【００３８】
この特徴は、以下の理由で好都合である。即ち、流体は、バケットから各流出孔８４の中に径方向内方へ、回転によって発生する遠心力に抗して、伝わらなければならず、その結果、流体は、各流出孔８４に進入する前に有効的にゆっくりと移動する。その上、ポンピングキャビティの流体内に含まれる微粒子は、遠心運動によって、径方向外方に力を受け、微粒子は、バケットの径方向内側部分の流体に残った状態となる。
【００３９】
図３によれば、弓状の外側の溝６６ｉ，６６ｄは、エンドプレート４０の面４４に形成され、夫々が、ロータ部材１６の流出孔８４を経由して、入口用と吐出用弧領域６０，６２と流体連通している。入口用弧領域６０からの低圧流体は、弓状の外側の溝６６ｉの中へ収容され、それから、流路６８ａ〜６８ｅを通って弓状の内側の溝６９ｉへ径方向内方へ流れる。流路６８ａ〜６８ｅと内側の溝６９ｉとは、また、サイドプレート４０の面４４内に形成される。内側の溝６９ｉは、入口用弧領域６０内に位置されている各ベーン要素１８の下方部分と連通している。
【００４０】
同様の方法で、ポンピング室の吐出側では、吐出用弧領域６２内からの高圧流体が、弓状の外側の溝６６ｄによって収容されている。それから、その流体が、流路６７ａ〜６７ｄを通って弓状の内側の溝６９ｄへ径方向内方へ流れる。上述の如く、流路６７ａ〜６７ｄと内側の溝６９ｄとは、夫々、サイドプレート４０の面４４内に機械でつくられる。弓状の内側の溝６９ｄは、吐出用弧領域６２と密封用弧領域６４ａ，６４ｂとの中に位置決めされている各ベーン要素１８の下方部分と連通している。その技術に精通した者であれば容易に理解するであろう通りに、溝と通路の性質は、ポンプ構造と、関連して作用する圧力とに従って変更可能である。
【００４１】
上記記述の連続の孔及び溝を通って、各ベーン要素の下方部分への加圧流体の伝達が、ベーンにかかる力の均衡を保つように作用し、若しくは、少なくとも、径方向外方を向く正味の力がそれにかかることを確実にするように作用する。
【００４２】
上記に言及したように、可変容量ベーンポンプの技術と連合した不利な点の一つは、故障モードを予言することができないことである。慣例の固定容量ベーンポンプは、ポンピング要素が予め決定された磨耗量を経験したときに、始動しないが、この固定容量ベーンポンプと異なって、伝統的な可変容量ベーンポンプは、警告なしに故障し、しばしば、ポンプ運転中に突然に故障する。
【００４３】
燃料ポンプ１０は、可変容量ベーンポンプの技術と普通に連合した故障モードを、固定容量ベーンポンプの故障モードと実質的に似ている故障モードに変えるように構成されている。図３と図４に示されるように、一連の漏れ通路８７ａ，８７ｂは、ロータ部材１６の本体部分１９の両端９２ａ，９２ｂに形成されている。これらの漏れ通路８７ａ，８７ｂにより、ベーン要素１８が磨耗してベーン下方部分２３が漏れ通路８７ａ，８７ｂの径方向外側に位置したときに、弓状の外側の溝６６ｄと弓状の内側の溝６９ｄと流路６７ａ〜６７ｄに含まれる高圧が、低圧の入口用弧領域６０内に流出することができる。
【００４４】
より具体的に述べると、可変容量ベーンポンプにおいて、カム部材１４が図１に示されるようにポンプの始動に対応している位置に配置されているときに、対応しているスロット内からの最大限のベーン突出が生じる。描写されているように、ポンプの始動位置において、密封用弧領域６４ａ内に位置されたベーン要素１８は、ベーンスロット１７内から最大限の突出を受ける。ベーンポンプ１０が新しく、磨耗していないとき、各ベーン要素１８の下方部分２３が、流体を漏れ通路８７ａ，８７ｂ内に流出するのを防ぐ。しかしながら、ベーンの先端２１が、ポンピングキャビティの周面２４との接触により、磨耗するにつれて、各ベーン要素１８の下方部分２３の径方向位置が、漏れ通路８７ａ，８７ｂに関して、変わる。遂には、ベーン下方部分２３が漏れ通路８７ａ，８７ｂの径方向外側に位置する程度にまでベーン要素１８が磨耗し、もはや、燃料を漏れ通路８７ａ，８７ｂ内に流出するのを防ぐことができない。従って、ロータ１６内に形成された漏れ通路８７ａ，８７ｂは、高圧の燃料を、密封の弧６４ａの低圧の入口側へゆっくりと伝え始める。
【００４５】
図６によれば、ベーンポンプ１０のベーン要素１８が、磨耗した状態で示されている。ベーン要素１８が磨耗するにつれて、エンドプレートに形成された溝又は窪みを通って、高圧がポンプの低圧側に伝えられる。さらに磨耗が続くと、この伝達は、より断言され実質的なものとなる。遂には、この通路を通って漏れ量のあるレベルが達成され、その結果、エンジンを始動させるために十分な流量を供給するポンプの能力が低下し、始動が行われることができない。このように、過負荷されたベーンによる故障が切迫した状態となる時点を達成する前に、分解修理のためにポンプを取り除くことが必要となり、そして、大部分の故障を回避することができる。
【００４６】
その故障モードは、エンジンの始動能力に影響するだけである。運転中の一層高い漏れ量は、任務の生存に危機的とならず、それゆえ、もはや、付加の漏れ量がエンジンの運転に干渉する危険がない。この運転のシナリオは、固定容量ポンプのものと同一である。
【００４７】
漏れ通路８７ａ，８７ｂの径方向の位置は、ポンピング要素の構成と大きさ、及び、ベーン要素の物質の特性に基づいて、確定される。その漏れ通路の位置は、上述の故障モードが確実にされ、壊滅的な運転故障が回避されるために、選択される。
【００４８】
想到されるように、ポンプのポーティング接続は、色々な方法を通して、達成されうる。ポンプの構成は、カムとサイドプレートとロータにおいて、様々なカットを用いることができ、その目的は、限定されないがベアリング給油と圧力バランスなどを含む相違する理由のために、相違する圧力を伝達することである。本発明の好ましい形態は、制御されて予言可能な故障モードのために提供するために、ロータにおいてポーティングカットを利用し、このように、固定容量ポンプと同様の確実性を備えたベーンポンプを提供する。
【００４９】
上記発明は好ましい形態に関して述べられたが、その技術で精通した者が容易に理解するであろう通りに、添付された請求項によって定義される発明の趣旨又は目的を逸脱しない範囲で、その発明に対して、様々な変更及び／又は修正を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい形態に従って構成された可変容量ベーンポンプの横断面図であり、そのベーンポンプは、ポンプハウジング、回転可能なカム部材、ベーン要素を備えたロータ部材を有する。
【図２】図１のベーンポンプの断面における側面図であり、流体がポンピングキャビティへ収容されてそこから吐出される方法を示している。
【図３】図１のポンプのエンドプレート面の側面図であり、その中に形成された一連の溝と窪みを示している。
【図４】図２のロータの横断面図であり、そのロータは、隣り合うベーンスロットの間で本体部分の各端面に切り込まれた弓状の窪み又は溝を有している。
【図５】図１のベーンポンプのロータ部材の断面に取り入れられた側面図であり、そのロータの端面に形成された弓状の溝を示し、その溝によって、予め設定されたベーンの磨耗状態が到達されたときに、高圧燃料が、密封の弧の低圧側と連通することができる。
【図６】磨耗状態にある可変容量ベーンポンプの拡大された局限の横断面図であり、その磨耗状態において、燃料が、ポンピング室の高圧側から密封の弧の低圧側に伝わっている。

Claims (22)

1. ａ）鉛直方向のセンターラインと水平方向のセンターラインとが通る中心軸を定義する円筒状の内側室を有するポンプハウジングと、
   ｂ）上記ポンプハウジングの上記内側室内で、上記内側室の上記鉛直方向のセンターラインと同一直線上の支柱に回転可能に取り付けられているカム部材とを備え、
   上記カム部材は、貫通すると共にポンピングキャビティの周面を形成する穴を有し、上記ポンピングキャビティの周面は、吐出用弧部分と、入口用弧部分と、上記入口用弧部分と上記吐出用弧部分とを互いに分離している密封用弧部分とを含み、
   ｃ）上記カム部材の上記穴内に、上記内側室の上記中心軸廻りに回転可能に嵌合された円筒状のロータ部材とを備え、
   上記ロータ部材は、中央本体部分を備え、この中央本体部分は、第１と第２の軸方向両側の端面と、その内部に形成されて周囲に間隔を置いて離された径方向に延長している複数のベーンスロットとを含み、上記各ベーンスロットは、その内部で径方向に移動するように取り付けられた対応しているベーン要素を支持し、上記各ベーン要素は、上記ポンピングキャビティの周面に摺動可能に係合するようにされた径方向外方の先端面と、各ベーンスロット内にある径方向内方のベーン下方部分とを有し、
   ｄ）ポンプの始動を妨げるために高圧流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝えるための手段とを備え、
   上記各ベーン要素の先端面が、各ベーン要素の下方部分に関して、予め決められた量を磨耗したときに、上記流体伝達が行われることを特徴とするベーンポンプ。
2. 請求項１に記載のベーンポンプにおいて、上記各ベーン要素の先端面が予め決められた量を磨耗したときに高圧流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝えるための上記手段が、上記ロータ部材の上記本体部分の上記第１端面に形成された弓状の溝を備え、上記弓状の溝は、各ベーンスロットの間に延在していることを特徴とするベーンポンプ。
3. 請求項２に記載のベーンポンプにおいて、上記弓状の溝が、上記中心軸から径方向間隔をおいて離され、上記径方向間隔は、予め決められた磨耗量を定義していることを特徴とするベーンポンプ。
4. 請求項２に記載のベーンポンプにおいて、上記各ベーン要素の先端面が予め決められた量を磨耗したときに高圧流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝えるための上記手段が、さらに、上記ロータ部材の上記本体部分の上記第２端面に形成された弓状の溝を備え、上記弓状の溝は、各ベーンスロットの間に延在していることを特徴とするベーンポンプ。
5. 請求項２に記載のベーンポンプにおいて、各ベーン要素の下方部分が、上記ポンピングキャビティ内の場所で、上記ロータの上記本体部分に形成された上記弓状の溝の径方向外側に位置されているときに、上記予め決められた磨耗量が到達され、それによって、高圧の燃料が、上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧部分から上記入口用弧部分に伝わることを特徴とするベーンポンプ。
6. 請求項１に記載のベーンポンプにおいて、上記ポンプキャビティの上記周面は、中心角約１５０度の吐出用弧部分と、中心角度約３０度の第１の密封用弧部分と、中心角約１５０度の入口用弧部分と、中心角度約３０度の第２の密封用弧部分とを有することを特徴とするベーンポンプ。
7. 請求項１に記載のベーンポンプにおいて、さらに、上記ポンプハウジングの上記内側室内に配置されていると共に、軸方向に間隔を置いて離された第１と第２のエンドプレートを備え、上記各エンドプレートは、上記ロータ部材に近接している第１の面を有し、上記各第１の面は、上記ポンピングキャビティの軸方向の端部を形成し、上記各エンドプレートは、上記ポンピングキャビティ内で上記ロータ部材の摩擦のない回転を許容するように上記ロータ部材から離間していることを特徴とするベーンポンプ。
8. 請求項７に記載のベーンポンプにおいて、上記各エンドプレートの上記第１面と連合された手段を備え、その手段により、上記各ベーン要素が上記吐出用と密封用の弧部分を通り抜けるときに、上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧部分から上記各ベーン要素の下方部分へ流体を伝えると共に、上記ロータ部材が上記中心軸廻りに回転しながら上記各ベーン要素が上記入口用弧部分を通り抜けるときに、上記ポンピングキャビティの上記入口用弧部分から上記各ベーン要素の下方部分へ流体を伝えることを特徴とするベーンポンプ。
9. 請求項７に記載のベーンポンプにおいて、上記ロータ部材は、さらに、上記ロータの上記中央本体部分に形成された実質的に軸方向の複数の流体通路を備え、各通路は、周面に間隔を置いて離された径方向の複数のベーンスロットの間に位置決めされ、上記ポンピングキャビティから上記第１と第２エンドプレートに軸方向に伝えるべき流体のために上記ロータ本体部分を通る通路を提供していることを特徴とするベーンポンプ。
10. 請求項９に記載のベーンポンプにおいて、上記各ベーン要素の先端面が予め決められた量を磨耗したときに高圧流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝えるための上記手段が、上記ロータ部材の上記本体部分の上記第１端面に形成された弓状の溝を備え、上記弓状の溝は、各ベーンスロットの間に延在していることを特徴とするベーンポンプ。
11. ａ）鉛直方向のセンターラインと水平方向のセンターラインとが通る中心軸を定義する円筒状の内側室を有するポンプハウジングと、
    ｂ）上記ポンプハウジングの上記内側室内で、上記内側室の上記鉛直方向のセンターラインと同一直線上の支柱に回転可能に取り付けられているカム部材とを備え、
    上記カム部材は、貫通すると共にポンピングキャビティの周面を形成する穴を有し、上記ポンピングキャビティの周面は、吐出用弧部分と、入口用弧部分と、上記入口用弧部分と上記吐出用弧部分とを互いに分離している密封用弧部分とを含み、
    ｃ）上記カム部材の上記穴内に、上記内側室の上記中心軸廻りに回転可能に嵌合された円筒状のロータ部材とを備え、
    上記ロータ部材は、中央本体部分を備え、この中央本体部分は、第１と第２の軸方向両側の端面と、その内部に形成されて周囲に間隔を置いて離された径方向に延長している複数のベーンスロットとを含み、上記各ベーンスロットは、その内部で径方向に移動するように取り付けられた対応しているベーン要素を支持し、上記各ベーン要素は、上記ポンピングキャビティの周面に摺動可能に係合するようにされた径方向外方の先端面と、各ベーンスロット内にある径方向内方のベーン下方部分とを有し、上記本体部分の上記第１端面は、その中に形成されると共に各ベーンスロットの間に延在している弓状の溝を有し、上記弓状の溝は、各ベーンの先端面が磨耗してベーンの下方部分が上記弓状の溝の径方向外側に位置されているときに、上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧部分から上記入口用弧部分に漏出するべき高圧流体のために通路を提供していることを特徴とするベーンポンプ。
12. 請求項１１に記載のベーンポンプにおいて、上記弓状の溝が、上記中心軸から径方向間隔をおいて離され、上記径方向間隔は、許容されるベーン先端面の磨耗の量を定義し、その磨耗は、高圧の流体が上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧部分から上記入口用弧部分に漏れ出しうる前に、生じうることを特徴とするベーンポンプ。
13. 請求項１２に記載のベーンポンプにおいて、さらに、上記ロータ部材の上記本体部分の上記第２端面に形成された弓状の溝を備え、上記弓状の溝は、各ベーンスロットの間に延在していることを特徴とするベーンポンプ。
14. 請求項１１に記載のベーンポンプにおいて、上記ポンプキャビティの上記周面は、中心角約１５０度の吐出用弧部分と、中心角度約３０度の第１の密封用弧部分と、中心角約１５０度の入口用弧部分と、中心角度約３０度の第２の密封用弧部分とを有することを特徴とするベーンポンプ。
15. 請求項１１に記載のベーンポンプにおいて、さらに、上記ポンプハウジングの上記内側室内に配置されていると共に、軸方向に間隔を置いて離された第１と第２のエンドプレートを備え、上記各エンドプレートは、上記ロータ部材に近接している第１の面を有し、上記各第１の面は、上記ポンピングキャビティの軸方向の端部を形成し、上記各エンドプレートは、上記ポンピングキャビティ内で上記ロータ部材の摩擦のない回転を許容するように上記ロータ部材から離間していることを特徴とするベーンポンプ。
16. 請求項１５に記載のベーンポンプにおいて、上記各エンドプレートの上記第１面と連合された手段を備え、その手段により、上記ロータ部材が上記中心軸廻りに回転しながら上記各ベーン要素が上記吐出用と密封用の弧部分を通り抜けるときに、上記ポンピングキャビティから上記各ベーン要素の下方部分へ伝えるべき上記高圧流体のために通路を提供すると共に、上記ロータ部材が上記中心軸廻りに回転しながら上記各ベーン要素が上記入口用弧部分を通り抜けるときに、上記ポンピングキャビティの上記入口用弧部分から上記各ベーン要素の下方部分へ伝えるべき上記低圧流体のために通路を提供することを特徴とするベーンポンプ。
17. 請求項１５に記載のベーンポンプにおいて、上記ロータ部材は、さらに、上記ロータの上記中央本体部分に形成された実質的に軸方向の複数の流体通路を備え、各通路は、周面に間隔を置いて離された径方向の複数のベーンスロットの間に位置決めされ、上記ポンピングキャビティから上記第１と第２エンドプレートに軸方向に伝えるべき流体のために上記ロータ本体部分を通る通路を提供していることを特徴とするベーンポンプ。
18. ａ）鉛直方向のセンターラインと水平方向のセンターラインとが通る中心軸を定義する円筒状の内側室を有するポンプハウジングと、
    ｂ）上記ポンプハウジングの上記内側室内で、上記内側室の上記鉛直方向のセンターラインと同一直線上の支柱に回転可能に取り付けられているカム部材とを備え、
    上記カム部材は、貫通すると共にポンピングキャビティの周面を形成する穴を有し、上記ポンピングキャビティの周面は、吐出用弧部分と、入口用弧部分と、上記入口用弧部分と上記吐出用弧部分とを互いに分離している密封用弧部分とを含み、
    ｃ）上記カム部材の上記穴内に、上記内側室の上記中心軸廻りに回転可能に嵌合された円筒状のロータ部材とを備え、
    上記ロータ部材は、中央本体部分を備え、この中央本体部分は、第１と第２の軸方向両側の端面と、その内部に形成されて周囲に間隔を置いて離された径方向に延長している複数のベーンスロットとを含み、上記各ベーンスロットは、その内部で径方向に移動するように取り付けられた対応しているベーン要素を支持し、上記各ベーン要素は、上記ポンピングキャビティの周面に摺動可能に係合するようにされた径方向外方の先端面と、各ベーンスロット内にある径方向内方のベーン下方部分とを有し、
    ｄ）上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に流体を伝えるための漏れ通路とを備え、
    上記漏れ通路は、上記カム部材が始動状態にあって上記各ベーンの下方部分が上記漏れ通路の径方向外側に位置されているときに、上記流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝え、
    ｅ）上記ポンプハウジングの上記内側室内に配置されていると共に、軸方向に間隔を置いて離された第１と第２のエンドプレートとを備え、
    上記各エンドプレートは、上記ロータ部材に近接している第１の面を有し、上記各第１の面は、上記ポンピングキャビティの軸方向の端部を形成し、上記各エンドプレートは、上記ポンピングキャビティ内で上記ロータ部材の摩擦のない回転を許容するように上記ロータ部材から離間していることを特徴とするベーンポンプ。
19. 請求項１８に記載のベーンポンプにおいて、上記各エンドプレートの上記第１面と連合された手段を備え、その手段により、上記ロータ部材が上記中心軸廻りに回転しながら上記各ベーン要素が上記吐出用と密封用の弧部分を通り抜けるときに、上記ポンピングキャビティから上記各ベーン要素の下方部分へ伝えるべき上記高圧流体のために通路を提供すると共に、上記ロータ部材が上記中心軸廻りに回転しながら上記各ベーン要素が上記入口用弧部分を通り抜けるときに、上記ポンピングキャビティの上記入口用弧部分から上記各ベーン要素の下方部分へ伝えるべき上記低圧流体のために通路を提供することを特徴とするベーンポンプ。
20. 請求項１９に記載のベーンポンプにおいて、上記ロータ部材は、さらに、上記ロータの上記中央本体部分に形成された実質的に軸方向の複数の流体通路を備え、各通路は、周面に間隔を置いて離された径方向の複数のベーンスロットの間に位置決めされ、上記ポンピングキャビティから上記第１と第２エンドプレートに軸方向に伝えるべき流体のために通路を提供していることを特徴とするベーンポンプ。
21. 請求項１８に記載のベーンポンプにおいて、上記漏れ通路は、上記ロータ部材の上記本体部分の上記第１端面に形成された弓状の溝を備え、上記弓状の溝は、各ベーンスロットの間に延在していることを特徴とするベーンポンプ。
22. 請求項２１に記載のベーンポンプにおいて、上記弓状の溝が、上記中心軸から径方向間隔をおいて離され、上記径方向間隔は、予め決められた磨耗量を定義していることを特徴とするベーンポンプ。