JP2006177230A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、油温が低いときにキャビテーションによる異音の発生を防止することを目的とする。
【解決手段】 ケーシングＣ内に、固定容量形ポンプＰと、ケーシングの外部に設けたリザーバＲから、配管Ｒｐを経由して作動油を吸い込んで固定容量形ポンプに導くための吸い込み通路１と、上記固定容量形ポンプの吐出側に設けたチョーク２１と、このチョーク２１の前後の差圧に応じて、アクチュエータＡへの供給流量と上記固定容量形ポンプに還流させる流量とを分流制御する流量制御弁Ｆと、上記還流する流量を上記吸い込み通路に導く還流通路１１とを備えたものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、車両のパワーステアリング装置に用いられるポンプ装置に関する。

この種のポンプ装置に関して、本願出願人が先に出願した特願２００４−３１０７２４がある。この特願２００４−３１０７２４について、図４に示した回路図で先ずその原理を説明する。この回路図において、一点鎖線で示した枠内は、ケーシングＣを示すもので、このケーシングＣ内に、固定容量形ポンプＰと、流量制御弁Ｆとを組み込んでいる。

上記固定容量形ポンプＰは、ケーシングＣに形成した吸い込み通路１を介して作動油を吸い込むが、この吸い込み通路１は、ケーシングＣの外に設けた配管Ｒｐを経由してリザーバＲに接続している。また、この固定容量形ポンプＰの吐出側に設けた吐出通路２は、それをアクチュエータ通路２ａと制御通路２ｂとに分岐させるとともに、上記アクチュエータ通路２ａはオリフィス３を介してアクチュエータＡに接続し、制御通路２ｂは流量制御弁Ｆの導入ポート４に接続している。言い換えると、上記オリフィス３の下流側はパワーシリングＡに連通し、オリフィス３の上流側は制御通路２ｂを介して導入ポート４に連通している。

上記流量制御弁Ｆは、スプール５と、このスプール５に区画された制御圧室６およびスプリング室７とを設けている。そして、制御圧室６は上記導入ポート４を介して制御通路２ｂに連通している。また、スプリング室７はその中にスプリング８を設けるとともに、パイロット通路９を介して、オリフィス３の下流側におけるアクチュエータ通路２ａに連通している。さらに、この流量制御弁Ｆには、還流ポート１０を設けているが、この還流ポート１０は、上記スプール５の移動量に応じて、制御圧室６に対する開度が制御される。そして、この還流ポート１０には還流通路１１を連通させているが、この還流通路１１は、ケーシングＣ内における上記吸い込み通路１に連通させている。

したがって、スプール５が移動して還流ポート１０が制御圧室６に対して開くと、導入ポート４から制御圧室６に流れ込んだ作動油は、還流ポート１０→還流通路１１→吸い込み通路１を介して固定容量形ポンプＰに再び吸い込まれる。言い換えると、還流ポート１０に流れ込んだ作動油は、ケーシングＣ内を循環することになる。

上記のようにしたポンプ装置は、エンジン等の駆動源を駆動して固定容量形ポンプＰが回転すると、先ず、ケーシングＣの外にあるリザーバＲの作動油が、配管ＲｐおよびケーシングＣ内に設けた吸い込み通路１を経由して固定容量形ポンプＰに吸い込まれる。このようにして固定容量形ポンプＰに吸い込まれた作動油は、吐出通路２に吐出され、オリフィス３を介してアクチュエータＡに供給される。

上記のようにしてオリフィス３に流れが生じると、その前後に差圧が発生するが、このオリフィス３の上流側の圧力は導入ポート４から流量制御弁Ｆの制御圧室６に導かれる。また、上記オリフィス３の下流側の圧力は、パイロット通路９を経由してスプリング室７に導かれる。

したがって、スプール５は、制御圧室６側の推力と、スプリング室７側の推力とがバランスする位置で停止するが、このバランス位置において還流ポート１０の開度が決まることになる。なお、上記制御圧室６側の推力は、制御圧室６側のスプール５の圧力作用で決まり、スプリング室７側の推力は、スプリング室７におけるスプール５に対する圧力作用とスプリング８のバネ力とによって決まる。
そして、上記のようにスプール５の移動位置に応じて還流ポート１０の開度が決まるが、この開度に応じて、固定容量形ポンプＰの吐出量のうち、アクチュエータＡに供給される流量と、還流ポート１０および還流通路１１を経由して吸い込み通路１に還流させられる流量との、流量配分が制御されることになる。

例えば、オリフィス３の上流側の圧力が相対的に高くなれば、制御圧室６側の推力がスプリング室７側の推力に打ち勝つので、スプール５は還流ポート１０を開く方向に移動する。反対に、オリフィス３の上流側の圧力が相対的に低くなれば、スプリング室７側の推力が制御圧室６の推力に打ち勝つので、スプール５は還流ポート１０を閉じる方向に移動する。

そして、還流ポート１０の開度が大きくなればなるほど、上記した還流流量が多くなり、反対に、その開度が小さければ小さいほど、還流流量が少なくなる。

このとき、固定容量形ポンプＰの全吐出量をＱ1、アクチュエータＡに供給される流量をＱ2、還流ポート１０から還流通路１１を経由して吸い込み通路１に還流させられる流量をＱ3、リザーバＲから吸い込まれる流量をＱ4とすると、それらは、Ｑ1＝Ｑ3＋Ｑ4およびＱ2＝Ｑ1−Ｑ3の関係を保つ。したがって、固定容量形ポンプＰがケーシングＣ外のリザーバＲから吸い込む流量Ｑ4は、Ｑ4＝Ｑ1−Ｑ3になる。したがって、アクチュエータへの供給流量Ｑ2が多ければ多いほど、リザーバＲから吸い込む流量Ｑ4が多くなる。反対に、アクチュエータへの供給流量Ｑ2が少なくなれば、リザーバＲから吸い込む流量Ｑ4が少なくなる。

図５および図６は上記のポンプ装置を具体的に示したもので、その構成は次の通りである。このポンプ装置は、ボディ１２と、このボディ１２に形成したボディボア１３をふさぐカバー１４とでケーシングＣを構成している。そして、上記ボディボア１３には、その奥から順にサイドプレート１５、カムリング１６を組み入れている。このカムリング１６にはロータ１７を組み入れているが、このロータ１７には複数のベーン溝１８を放射状に形成し、このベーン溝１８にベーン１９を出入自在に組み込んでいる。

また、上記カバー１４には前記した吸い込み通路１を形成するとともに、この吸い込み通路１は、カムリング１６の一方の側面から吸い込み過程のベーン１９間に吸い込まれる。
なお、図中符号２０は回転軸で、この回転軸２０はボディ１２およびカバー１４を貫通するとともに、前記ロータ１７と連係されてそれら回転軸２０およびロータ１７が一体に回転するようにしている。

今、回転軸２０を回転すると、それにともなってロータ１７が回転する。ロータ１７が回転すると、ベーン１９がベーン溝１８から突出してその先端がカムリング１６の内周に接触する。このようにベーン１９がカムリング１６の内周に接触することによって、一対のベーン１９間に室が形成されるが、その室は吸い込み行程で回転方向に向かって拡大し、吐出行程で回転方向に向かって収縮する。

そして、吸い込み行程において、前記したように吸い込み通路１から作動油を吸い込むとともに、吐出工程で図６に示した吐出通路２に圧油を吐出するが、この吐出通路２は、図５には表れていない。ただし、図４においては、吐出通路２に連通するアクチュエータ通路２ａおよびこのアクチュエータ通路２ａに設けたオリフィス３が示されている。また、この図５には制御通路２ｂおよび流量制御弁Ｆも表れていない。

上記のようにした従来のポンプ装置では、アクチュエータ通路２ａにオリフィス３を設けているが、このオリフィス３は、そこで発生する圧力損失が、作動油の温度すなわち作動油の粘性にそれほど影響を受けないという特性がある。このオリフィスにおける油温とそこを通過する流量との関係を示したのが、図３の点線である。この点線はほとんど直線状になっているが、それが直線ということは、オリフィスの通過流量が油温すなわち作動油の粘性に影響されないことを示している。したがって、作動油の粘性が高い低温時でも、オリフィス３前後の差圧がそれほど大きくならない。このようにオリフィス３前後の差圧がそれほど大きくならないということは、還流ポート１０の開度が総体的に小さくなることを意味する。

ところが固定容量形ポンプＰの必要流量は、当該ポンプの基本吐出量×回転数）で決まるが、この回転数は上記したエンジン等の駆動源の回転数に依存する。したがって、駆動源の回転数が上昇すれば、たとえ低温時であっても、当該固定容量形ポンプＰの吐出量Ｑ1が上昇する。このようにポンプ吐出量Ｑ1が上昇した分、オリフィス３前後の差圧が大きくなれば、前記還流ポート１０の開度が大きくなり、十分な還流流量が得られる。しかし、作動油の粘性が高い低温時には、上記したようにオリフィス３前後の差圧がそれほど大きくならないので、オリフィス３を通過する流量すなわちアクチュエータＡへの供給流量Ｑ2が多くなり、還流ポート１０から還流する流量Ｑ3が総体的に少なくなる。

上記のように還流ポート１０から還流する流量Ｑ3が少なくなれば、固定容量形ポンプＰは、不足分をリザーバＲから吸い込むことになる。したがって、低温時に固定容量形ポンプＰの回転数が上昇すればするほど、還流ポートＰからの還流流量Ｑ3だけでは吸い込み不足を生じるので、固定容量形ポンプＰがリザーバＲから吸い込む流量も多くなる。

固定容量形ポンプＰとリザーバＲとを結ぶ外部配管Ｒｐは、ケーシングＣ内の還流通路１１よりもその長さが長いので、その分、吸い込み時の配管抵抗が大きくなるが、油温が低くて作動油の粘性が高いときには、その配管抵抗はいっそう大きくなる。このために固定容量形ポンプＰの回転数で決まる必要吸い込み流量に見合う分の流量を吸い込めなくなり、結局、必要吸い込み流量と、実質的な吸い込み流量との間に差ができ、その差分だけ負圧が大きくなる。このように固定容量形ポンプＰの吸い込み過程で負圧が大きくなると、それがキャビテーションを引き起こし、固定容量形ポンプＰの騒音や振動といった現象を生じさせていた。

この発明の目的は、作動油の温度が低く、その粘性が高いときでも騒音や振動を発生しないポンプ装置を提供することである。

この発明は、ケーシング内に、固定容量形ポンプと、この固定容量形ポンプの吸い込み側に設けた吸い込み通路と、上記固定容量形ポンプの吐出側に設けたチョークと、このチョークの前後の差圧に応じて、アクチュエータへの供給流量と上記固定容量形ポンプに還流させる流量とを分流制御する流量制御弁と、上記還流する流量を上記吸い込み通路に導く還流通路とを備え、上記吸い込み通路は、ケーシング外に設けたリザーバと配管を介して連通した点に特徴を有する。

つまり、この発明では、従来のオリフィスに代えてチョークを用いた点に特徴を有する。なお、チョークとは、その開口径Ｄに対して軸線方向の長さＬが比較的に長いものをいい、オリフィスとは開口径Ｄに対して軸線方向の長さＬが比較的短いものをいうと、一般的に定義されているが、この発明では、油温が低いときに圧力損失が大きくなり、油温が高くなるにしたがって、圧力損失が小さくなり、油温が常温以上になったとき、圧力損失が一定になるものをチョークと定義する。

そして、この発明は、チョークの特徴を最大限に生かしたもので、作動油の温度が低くて粘性が高いときには、その油温が高いときよりもチョーク前後の差圧が大きくなることを利用したものである。つまり、作動油の粘性が高いときには、還流通路から当該ポンプに還流される流量を相対的に多くして、リザーバから吸い込む流量を少なくするようにしたものである。しかも、油温が上昇すれば、リザーバから固定容量形ポンプにつなぐ配管およびチョークの圧力損失も小さくなるので、いわゆる通常運転時には、従来のオリフィスを用いた場合と同じ特性を得ることができる。

この発明によれば、作動油の温度が低くてその粘性が高いときには、当該ポンプに還流する流量を多くして、リザーバからの吸い込み量を少なくできるようにしたので、キャビテーションの発生を防止できる。このようにキャビテーションが発生しないので、騒音や振動等が発生しなくなる。

また、作動油の温度が低いときには、還流通路を介して当該ポンプに吸い込まれる流量が増えるので、結局、ケーシング内を循環する流量が多くなる。このように作動油がケーシング内を循環すれば、それだけ油温の上昇時間も短くできる。

図１および図２に示したこの発明の実施形態は、従来のオリフィス３に代えてチョーク２１を用いたもので、その他の構成は従来と同じである。このようにチョーク２１を用いた実施形態を以下に説明する。

固定容量形ポンプＰは、ケーシングＣに形成した吸い込み通路１を介して作動油を吸い込むが、この吸い込み通路１は、ケーシングＣの外に設けた配管Ｒｐを経由してリザーバＲに接続している。また、この固定容量形ポンプＰの吐出側に設けた吐出通路２は、それをアクチュエータ通路２ａと制御通路２ｂとに分岐させるとともに、上記アクチュエータ通路２ａはチョーク２１を介してアクチュエータＡに接続し、制御通路２ｂは流量制御弁Ｆの導入ポート４に接続している。言い換えると、上記チョーク２１の下流側はパワーシリングＡに連通し、チョーク２１の上流側は制御通路２ｂを介して導入ポート４に連通している。

上記流量制御弁Ｆは、スプール５と、このスプール５に区画された制御圧室６およびスプリング室７とを設けている。そして、制御圧室６は上記導入ポート４を介して制御通路２ｂに連通している。また、スプリング室７はその中にスプリング８を設けるとともに、パイロット通路９を介して、チョーク２１の下流側におけるアクチュエータ通路２ａに連通している。さらに、この流量制御弁Ｆには、還流ポート１０を設けているが、この還流ポート１０は、上記スプール５の移動量に応じて、制御圧室６に対する開度が制御される。そして、この還流ポート１０には還流通路１１を連通させているが、この還流通路１１は、ケーシングＣ内における上記吸い込み通路１に連通させている。

したがって、スプール５が移動して還流ポート１０が制御圧室６に対して開くと、導入ポート４から制御圧室６に流れ込んだ作動油は、還流ポート１０→還流通路１１→吸い込み通路１を介して固定容量形ポンプＰに再び吸い込まれる。言い換えると、還流ポート１０に流れ込んだ作動油は、ケーシングＣ内を循環することになる。

上記のようにしたポンプ装置は、エンジン等の駆動源を駆動して固定容量形ポンプＰが回転すると、先ず、ケーシングＣの外にあるリザーバＲの作動油が、配管ＲｐおよびケーシングＣ内に設けた吸い込み通路１を経由して固定容量形ポンプＰに吸い込まれる。このようにして固定容量形ポンプＰに吸い込まれた作動油は、吐出通路２に吐出され、チョーク２１を介してアクチュエータＡに供給される。

上記のようにしてチョーク２１に流れが生じると、その前後に差圧が発生するが、このチョーク２１の上流側の圧力は導入ポート４から流量制御弁Ｆの制御圧室６に導かれる。また、上記チョーク２１の下流側の圧力は、パイロット通路９を経由してスプリング室７に導かれる。

したがって、スプール５は、制御圧室６側の推力と、スプリング室７側の推力とがバランスする位置で停止するが、このバランス位置において還流ポート１０の開度が決まることになる。なお、上記制御圧室６側の推力は、制御圧室６側のスプール５の圧力作用で決まり、スプリング室７側の推力は、スプリング室７におけるスプール５に対する圧力作用とスプリング８のバネ力とによって決まる。
そして、上記のようにスプール５の移動位置に応じて還流ポート１０の開度が決まるが、この開度に応じて、固定容量形ポンプＰの吐出量のうち、アクチュエータＡに供給される流量と、還流ポート１０および還流通路１１を経由して吸い込み通路１に還流させられる流量との、流量配分が制御されることになる。

例えば、チョーク２１の上流側の圧力が相対的に高くなれば、制御圧室６側の推力がスプリング室７側の推力に打ち勝つので、スプール５は還流ポート１０を開く方向に移動する。反対に、チョーク２１の上流側の圧力が相対的に低くなれば、スプリング室７側の推力が制御圧室６の推力に打ち勝つので、スプール５は還流ポート１０を閉じる方向に移動する。

そして、還流ポート１０の開度が大きくなればなるほど、上記した還流流量が多くなり、反対に、その開度が小さければ小さいほど、還流流量が少なくなる。

このとき、固定容量形ポンプＰの全吐出量をＱ1、アクチュエータＡに供給される流量をＱ2、還流ポート１０から還流通路１１を経由して吸い込み通路１に還流させられる流量をＱ3、リザーバＲから吸い込まれる流量をＱ4とすると、それらは、Ｑ1＝Ｑ3＋Ｑ4およびＱ2＝Ｑ1−Ｑ3の関係を保つ。したがって、固定容量形ポンプＰがケーシングＣ外のリザーバＲから吸い込む流量Ｑ4は、Ｑ4＝Ｑ1−Ｑ3になる。したがって、アクチュエータへの供給流量Ｑ2が多ければ多いほど、リザーバＲから吸い込む流量Ｑ4が多くなる。反対に、アクチュエータへの供給流量Ｑ2が少なくなれば、リザーバＲから吸い込む流量Ｑ4が少なくなる。

一方、上記チョーク２１であるが、チョークとはその開口径Ｄに対して軸線方向の長さＬが比較的に長く、オリフィスとは開口径Ｄに対して軸線方向の長さＬが比較的短いものをいうと、一般的に定義されている。しかし、この実施形態では、油温が低いときに圧力損失が大きくなり、油温が高くなるにしたがって、圧力損失が小さくなり、油温が常温以上になったとき、圧力損失が一定になるものをチョークと定義する。

また、この発明の発明者らが実際に実験したところ、チョーク２１の開口径Ｄを２mm〜８mmとしたとき、チョーク２１の軸線方向の長さＬをＤ／Ｌが１以下であれば、異音発生防止に寄与していることが判明している。
なお、上記チョーク２１の開口形状であるが、それは特に限定されるものではない。もし、それらの形状が、多角形であったりしたときには、その開口径Ｄと軸線方向の長さＬとの相対関係は、円形の開口に換算して特定すればよい。

そして、図３に示したグラフにおいて、実線で示した特性線が、チョーク２１の特性を示すものである。このグラフから、油温が２０度以下特に０度以下のときには、そのチョークによる圧力損失が極端に大きくなっていることが分かる。したがって、このときにはチョーク２１を通過する流量も少なくなる。なお、この実施形態においてチョーク２１は次のように機能することになる。

すなわち、油温が低く、作動油の粘性が高いときには、チョーク２１の圧力損失が大きくなるので、その前後の差圧も大きくなる。したがって、油温の高いときよりも制御圧室６とスプリング室７内の圧力差が大きくなり、スプール５は、油温が高いときよりもスプリング室７側に大きく移動し、還流ポート１０の開度を大きくする。そのために、チョーク２１を通過してアクチュエータＡに供給される流量Ｑ2が少なくなり、反対に、還流ポート１０から還流通路１１を経由して固定容量形ポンプＰに還流する流量Ｑ3が多くなる。

このように固定容量形ポンプＰに還流する流量Ｑ3が多くなれば、配管Ｒｐ側から吸い込む流量Ｑ4が少なくても、固定容量形ポンプＰの必要流量をまかなうことができる。しかも、上記流量Ｑ3は、内部循環経路である還流通路１１を経由するので、その圧力損失も小さく抑えられる。結局、アクチュエータＡに供給される流量Ｑ2が少なくなって、還流流量Ｑ3が多くなれば、その多くなった分、リザーバＲから吸い込む流量Ｑ4が少なくてすむ。リザーバＲから吸い込む流量Ｑ4が少なくなるということは、配管Ｒｐを通過する作動油の圧力損失も小さくなるので、その分、キャビテーションも防げることになる。

また、油温が、図３に示すグラフのように、２０度以上になると、チョーク２１が作動油の粘性の影響をほとんど受けないので、オリフィスと同様の機能を発揮する。また、このように油温が高くなれば、配管Ｒｐによる圧力損失も、極端に大きくならない。したがって、当該ポンプＰは、十分な流量を無理なく吸い込むことができるとともに、チョーク２１の開口面積によって制御された流量、すなわち必要な一定流量をアクチュエータＡに供給することができる。

なお、図２に示した実施形態は、図６に示した従来のポンプ装置のオリフィス３に代えてチョーク２１を用いたもので、その他の構成はすべて同じである。そこで、従来と同一の各構成要素については、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

この発明の実施形態の回路図である。 当該装置の要部の断面図である。 チョークの温度と流量との特性を示すグラフである。 従来のポンプ装置の回路図である。 従来の装置の断面図である。 従来の装置の要部の断面図である。

符号の説明

Ｃ ケーシング
Ｐ 固定容量形ポンプ
Ｆ 流量制御弁
１ 吸い込み通路
Ｒ リザーバ
Ｒｐ 配管
１１ 還流通路
２１ チョーク

Claims (2)

1. ケーシング内に、固定容量形ポンプと、この固定容量形ポンプの吸い込み側に設けた吸い込み通路と、上記固定容量形ポンプの吐出側に設けたチョークと、このチョークの前後の差圧に応じて、アクチュエータへの供給流量と上記固定容量形ポンプに還流させる流量とを分流制御する流量制御弁と、上記還流する流量を上記吸い込み通路に導く還流通路とを備え、上記吸い込み通路は、ケーシング外に設けたリザーバと配管を介して連通したポンプ装置。
2. 上記チョークは、その開口径Ｄを２mm〜８mmに設定するとともに、その軸線方向の長さをＬとしたとき、Ｄ／Ｌ＝１以下になる関係にした請求項１記載のポンプ装置。

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