JP2008057361A

JP2008057361A - ベーンポンプ

Info

Publication number: JP2008057361A
Application number: JP2006232986A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Yoshizawa; 尚志吉澤; Kenji Heiko; 賢二平工; Isao Hayase; 功早瀬; Shigeaki Yamamuro; 重明山室
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2026-08-30
Also published as: JP4759474B2

Abstract

【課題】可変容量型ベーンポンプにおいて、運転条件の変化に影響されることなく、吸入行程から吐出行程に移行する区間での過剰な圧力上昇やベーンの離間を防止する。
【解決手段】ロータ５とカムリング７を偏心させて配置し、ロータ５に設けた複数のベーン溝からベーン１０が摺動しながら半径方向に出入り可能とし、ベーン溝に設けたベーン背圧室１１が吐出圧を導いた背圧溝１３ｂに接続され、隣り合うベーン１０どうしで区切られたポンプ室１６の容積が増加する吸入行程と減少する吐出行程の移行区間を、吸入ポートにも吐出ポートにも開口しない状態でポンプ室容積が減少する予圧縮行程でつないだベーンポンプにおいて、予圧縮行程にあるポンプ室１６と背圧溝１３ｂとを、チェック弁１９を介して接続する連通路２０を設け、チェック弁１９の閉じる方向に背圧溝１３ｂ内の吐出圧が作用するよう構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、カムリングの内側にロータとロータの径方向に摺動可能なベーンとを配置し、吸入行程から吐出行程に移行する移行区間に予圧縮行程を設けて構成されるベーンポンプに関する。

ベーンポンプは動作時の振動および騒音が問題となるケースが多く、このような振動および騒音の低減を狙ったベーンポンプの構成が検討されている。特に、隣り合うベーンどうしで挟まれたポンプ室容積が増大する吸入行程とポンプ室容積が減少する吐出行程との切り替わり部分では、ポンプ室内の圧力が吸入圧力から吐出圧力へ急激に変化し、この圧力の急激な変化が騒音の原因となることが知られている。そのため吸入行程から吐出行程への切り替わり部分ではポンプ室が吸入ポートにも吐出ポートにも通じない状態にした上で、カムリング内径を調節してポンプ室内の圧力が吸入圧力から吐出圧力へと徐々に増大していく予圧縮行程を設け、ポンプ室内の急激な圧力の変動を防止することが行われている。

しかし、予圧縮行程でのポンプ室内の圧力の上昇度合いは、カムリング内径や吸入ポート，吐出ポートの位置によって決まってしまうため、予圧縮行程での圧力上昇を高圧から低圧まで全ての負荷条件で最適に設定することは困難である。例えば予圧縮行程での圧力上昇度合いを低圧側に最適化すると、高圧条件下では予圧縮が足りず、ポンプ室が吐出ポートに連通するときにポンプ室内の圧力が急上昇する。逆に予圧縮行程での圧力上昇度合いを高圧側に最適化すると、低圧条件下では予圧縮が過剰になってしまい、ポンプ室内の圧力が吐出圧力と比べて高くなりすぎてしまう。

ベーンポンプには、ベーン底に設けられた背圧室に吐出圧を導くことでベーンをカムリングに押し付けておく機構が設けられているが、ポンプ室内の圧力が吐出圧力以上になると押し付け力が低下し、ベーンがカムリングから離れる現象（以下、ベーン離間という）が生じるという問題がある。この問題を解決する技術として、特開平５−２２３０６２号公報に、予圧縮行程にあるポンプ室の圧力を、当該ポンプ室を構成する各ベーンの背圧室に導く通路を設ける技術が開示されている。

特開平５−２２３０６２号公報

特開平５−２２３０６２号公報のベーンポンプでは、低圧条件下で予圧縮行程中に生じる過剰な高圧をベーン背圧室に導くことでベーンの離間を防止しているものの、ポンプ室の圧力が過剰に上昇していること自体は解決されていない。ポンプ室内の圧力の過剰な上昇はロータを介してシャフトに加わる。この圧力はシャフトに作用する力のアンバランスを生み出し、シャフトの振動を引き起こし、騒音の原因となる恐れがあった。また、ポンプ室内の圧力の過剰な上昇はベーンの両面に作用する圧力に大きな差を生じさせる。これにより、ベーンとベーン溝の摺動抵抗が増大し、ベーンの応答性が損なわれる。

本発明の目的は、ベーン離間を防止するとともに、吐出圧力の高低に関わらず、ポンプ室内の圧力の過剰な上昇によるシャフトの振動を低減して、低騒音なベーンポンプを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のベーンポンプでは、予圧縮行程でのポンプ室内の圧力が吐出圧力と等しくなるように圧力上昇を制限する。このために、本発明のベーンポンプでは、予圧縮行程にあるポンプ室と吐出圧を導いた背圧溝とを、チェック弁を介して接続する連通路を設け、チェック弁の閉じる方向に背圧溝内の吐出圧が作用するように構成する。上記の構成により、予圧縮行程にあるポンプ室の圧力は吐出圧力に達するまでは着実に上昇し、吐出ポートに開口する時に急激な圧力変動を防止できる。また、低圧条件下で予圧縮行程での圧力上昇が過剰になっても、吐出圧を超えるとチェック弁が開いて過剰な圧力上昇を防ぐとともに、予圧縮行程にあるベーンの背圧室に高圧が導かれベーンの離間を防止できる。さらにチェック弁の作用によりいつでも過剰な圧力上昇を抜くことができるため、予圧縮区間は余裕を持って長めに配置すればよく、加工の精度を緩くすることができる。

また上記の構成において、連通路が接続される背圧溝部分、すなわち予圧縮行程にあるベーンの背圧室が接続される背圧溝部分を、予圧縮行程から外れたベーンの背圧室が接続される背圧溝部分と分け、両背圧溝部分を絞りを介して接続するとよい。これにより、ポンプ室内圧の上昇によりチェック弁が開いて予圧縮行程のベーン背圧室にオイルが流れ込む時にベーン背圧が高くなる。よう、前記区間の背圧溝とその他の区間の背圧溝の絞りを介して区切る構成としている。

またチェック弁の応答性が足りないときには、チェック弁をなくし予圧縮行程のポンプ室と当該区間の背圧溝を連通路でつないだだけの構成とし、ポンプ室と前記連通路の接続部にはポンプ回転方向と逆向きに徐々に細くなるノッチを設けてもよい。これにより予圧縮区間でのポンプ室内圧が吐出圧よりも高すぎる場合には、連通路を介して背圧溝という大きい容積室に作動油が逃がされ、ポンプ室内圧が吐出圧よりも高くなりすぎるのを防止する。また背圧溝に高い圧力が導かれるためベーンの離間も防止する。また、ノッチを設けることで、連通のタイミングや作動油の逃がし方を調整し最適化することができる。

本発明によれば、予圧縮行程でポンプ室内圧が吐出圧力より高くなった場合に作動油が逃がされ、逆にベーン背圧室には高い圧力が導入されるため、過剰なポンプ室内圧の上昇やベーンの離間が防止できる。これによりシャフトの振動やベーンの離間による騒音を低減できる。

（実施例）
以下に図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

図１は本発明のベーンポンプの一実施例として可変容量型ベーンポンプを示した断面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。また、図２におけるＢ−Ｂ断面図が図１にあたる。

図２において、１は本体を構成するフロントボディであり、２はリアカバーである。フロントボディ１には軸受け３を介してシャフト４が支持されており、シャフト４は図示しないエンジンなどの回転駆動力をロータ５に入力する。図１において、フロントボディ１にはアダプタ６がはめこまれ、カムリング７がロータ５とは中心を偏心させて配置される。カムリング７は支持ピン８を中心にアダプタ６の内側を転がることが可能であり、回転数が増えると右方向へ揺動することで偏心量を減らし、一回転あたりの吐出量を下げポンプ全体の吐出流量を一定に保つ機構を有する。ロータ５には複数のスリット状のベーン溝９が設けられ、複数枚のベーン１０が半径方向に摺動可能なように保持されている。隣り合う２枚のベーン１０，ロータ５，カムリング７で囲まれた領域はポンプ室１６を構成し、この容積が増減することで吸入と吐出のポンプ作用を行う。複数あるベーン溝９のシャフト４に近い端にはベーン１０をカムリング７に押し付けるためのベーン背圧室１１がそれぞれ設けられ、図２においてプレッシャープレート１２にあけられた背圧溝１３ａを通してベーン背圧室１１には吐出圧力が導かれている。背圧溝１３ａは図１に点線で示したものと同じであり、円環状に取り巻いて個々のベーン背圧室１１とつながっている。背圧溝１３ａは図２に示すように吐出されたオイルが溜まる吐出オイル溜め２２と連通しているため、個々のベーン背圧室１１には吐出圧がかかる仕組みとなっている。

次に、ポンプ作用の詳細について説明する。図３はプレッシャープレート１２だけを取り出して見た図である。図３中の吸入ポート１４，吐出ポート１５の全体的な位置関係が分かるよう図１に破線で重ね書きしてある。図１においてロータが反時計回りに回転する時、吸入行程ではポンプ室１６の容積が増加するので、吸入ポート１４からオイルを吸入する。一方、吐出行程では前記ポンプ室１６の容積が減少するので、吐出ポート１５からオイルを吐出する。吐出ポート１５から吐出された作動油は、吐出オイル溜め２２を経由してポンプの外へ吐出される。

図１中に矢印で示した予圧縮行程Ｘは、吸入行程から吐出行程への移行区間で、吸入ポート１４にも吐出ポート１５にもポンプ室１６が開口しないようになっている。予圧縮行程Ｘではポンプ室１６の容積が徐々に小さくなるように調節することで圧力上昇を生み出し、ポンプ室１６内圧が吸入圧力から吐出圧力までスムーズに上昇する役目を果たしている。従来技術では、この予圧縮行程Ｘが長すぎると吐出圧力が低圧の条件下でポンプ室
１６内圧が吐出圧力よりも高くなりすぎ、予圧縮行程Ｘが短すぎると吐出圧力が高圧の条件下で予圧縮が足りず吐出ポート１５開口時に急激な圧力変動が生じるという課題があった。本実施例では予圧縮行程Ｘの区間内において、プレッシャープレート１２に圧力抜きポート１８を設け、その下流に図２に示すようなチェック弁１９を設ける構成としている。チェック弁１９の下流には連通路２０を介して背圧溝１３ｂの圧力が導かれている。圧力抜きポート１８と連通路２０，背圧溝１３ｂの位置関係が分かりやすいよう、図３に点線で連通路２０の位置を重ね書きしてある。ところで背圧溝１３ｂは図３に示すように絞り２１を介して背圧溝１３ａにつながっており、背圧溝１３ａには吐出オイル溜め２２から吐出圧力が導かれている。従ってチェック弁１９は通常、吐出圧力で押圧されている。

チェック弁１９の動作は次の通りである。予圧縮行程Ｘにおいて、ポンプ室１６内圧が吐出圧力より低い場合にはチェック弁１９は開かないため、予圧縮が行われる。しかし、ポンプ室１６内圧が吐出圧力よりも高くなるとチェック弁１９が開き、ポンプ室１６内圧はそれ以上上昇しなくなる。このためポンプ室１６内圧が過剰に高くなることに起因するシャフト４へのアンバランス力の入力を低減することができる。さらに、チェック弁１９が開いている間ポンプ室１６と背圧溝１３ｂは連通路２０で連通するため、背圧溝１３ｂには予圧縮による高い圧力が導かれる。背圧溝１３ｂと１３ａは絞り２１によって隔てられているため、予圧縮行程にある背圧溝１３ｂに導かれた高い圧力は、その他の背圧溝
１３ａの圧力である吐出圧よりも高くなり、ベーンをカムリングに押し付ける力となって予圧縮行程Ｘでのベーン離間を防止する。

以上のような構成によるベーンポンプの特性を従来との比較で述べる。図４は、圧力抜きポート１８やチェック弁１９，連通路２０などがない場合のベーンポンプにおけるプレッシャープレート１２を表しており、その時のポンプ室内圧とベーン背圧の特性図が図５である。まず吸入行程でのポンプ室内圧は吸入圧すなわち大気圧である。次にポンプ室
１６が吐出ポート１５に開口する前に、ポンプ室内圧を吸入圧から吐出圧まで上昇させるための予圧縮行程が設けられている。吐出圧力が高圧でも低圧でも適用可能なように、予圧縮行程の長さは高圧での最適値と低圧での最適値の中間に設定してある。そのため低圧の条件下では図５に示すように予圧縮が過剰になり、ポンプ室内圧が吐出圧力を超えてしまうことがある。このような過剰なポンプ室内圧の上昇はシャフトの振動を引き起こす恐れがあり好ましくない。さらに、ベーン背圧は常に吐出圧力と等しいので、予圧縮行程ではベーンの押し付け力が足りずにベーン離間が起こる恐れがある。

次に本発明によるベーンポンプ（図３）の特性を図６に示す。この場合、吸入行程での特性は図５と変わらない。しかし予圧縮行程では、ポンプ室内圧が吐出圧力以上になると図２におけるチェック弁１９が開き、ポンプ室内圧はそれ以上高くならない。一方でチェック弁１９が開くことにより、昇圧されたポンプ室内圧が連通路２０を介して背圧溝13ｂに導かれる。背圧溝１３ｂは絞り２１でその他の背圧溝１３ａと隔てられているため、図６のように予圧縮行程でのベーン背圧が吐出圧力よりも高くなりベーンの離間が抑えられる。絞り２１の径を調節することで、予圧縮行程におけるポンプ室内圧の上昇度合いとベーン背圧の上昇度合いを最適化することができる。

図３では予圧縮行程Ｘ以外での背圧溝１３ａを共通にして、各ベーンの背圧室１１に吐出圧力が作用する構成としているが、この構成では吸入行程においてベーン１０先端に生じる摺動摩擦力が大きくなってしまう。なぜなら吸入行程ではベーン１０先端に働く圧力はポンプ室内圧すなわち吸入圧なのに対して、ベーン１０下端には背圧溝１３ａの圧力である吐出圧力が作用するためである。このため図７のように吸入行程での背圧溝１３ｄと吐出行程での背圧溝１３ｃとを分離し、吸入行程でのベーン背圧を低くしてベーン１０先端がカムリング７に押し付けられることによる摺動摩擦を低減した高効率ベーンポンプが考えられている。このような高効率ベーンポンプへの本発明の適用も、もちろん可能である。

さらに、予圧縮行程での圧力抜き機構を持たない従来のベーンポンプでは、図５に示したように予圧縮行程でのポンプ室内圧が吐出圧に比べて高すぎる場合や、逆に予圧縮が不十分で吐出圧より低すぎる場合があり、吐出ポートに開口したときの急激な圧力変動を低減するため、図８のようにノッチ２３を設けたプレッシャープレート１２がよく用いられている。しかしこのようなノッチ２３の配置には細かい角度精度が必要であり、製造にコストがかかってしまうという問題がある。本発明によるベーンポンプであれば、予圧縮行程の長さに余裕を持って設計すれば吐出ポート開口直前のポンプ室内圧は吐出圧に等しくなっており、ノッチの加工が必要ないためコストを下げることができる。

チェック弁の応答性に問題がある場合には、チェック弁をなくし連通路だけで予圧縮行程のポンプ室と背圧溝を接続する構成としてもよい。図９にこの構成によるプレッシャープレート１２を示す。この場合ポンプ室と連通路の接続部１８ａは、ポンプ室が吸入ポートに開口していない状態で連通する位置に設けてある。なぜなら、ポンプ室が吸入ポートに開口したまま背圧溝と連通すると、吐出圧力下にある背圧溝から吸入ポートへの流れ込みが起こるためである。さらにポンプ室が背圧溝に連通するタイミングを微調整して最適化できるよう、図９に示すようにポンプ室と連通路の接続部１８ａにはノッチ２４を設けている。

本発明のベーンポンプの一実施例を示す一部断面した正面図。本発明のベーンポンプの一実施例を示す底面から見た断面図。本発明のベーンポンプの一実施例におけるプレッシャープレート正面図。図３の構成と比較するためのプレッシャープレート正面図。図４のベーンポンプにおけるポンプ室内圧，ベーン背圧，離間量の特性図。本発明のベーンポンプにおけるポンプ室内圧，ベーン背圧，離間量の特性図。高効率ベーンポンプの一例におけるプレッシャープレート正面図。ノッチ付プレッシャープレート正面図。本発明の一実施例として、ポンプ室と連通路の接続部にノッチを設けたプレッシャープレート正面図。

符号の説明

５…ロータ、７…カムリング、１０…ベーン、１１…ベーン背圧室、１２…プレッシャープレート、１３ａ，１３ｂ…背圧溝、１４…吸入ポート、１５…吐出ポート、１６…ポンプ室、１８…圧力抜きポート、１９…チェック弁、２０…連通路、２１…絞り、２２…吐出オイル溜め、２３，２４…ノッチ、Ｘ…予圧縮行程。

Claims

シャフトによって回転駆動されるロータとカムリングを偏心させて配置し、ロータに設けた複数のベーン溝からベーンが摺動しながら半径方向に出入り可能とし、個々のベーン溝のロータ中心に近い端に設けたベーン背圧室は、吐出圧を導いた背圧溝に接続され、さらに隣り合うベーンどうしで区切られたポンプ室の容積が増加する吸入行程と前記容積が減少する吐出行程の移行区間を、吸入ポートにも吐出ポートにも開口しない状態でポンプ室容積が減少する予圧縮行程でつないだベーンポンプにおいて、
前記予圧縮行程にあるポンプ室と前記背圧溝とを、チェック弁を介して接続する連通路を設け、チェック弁の閉じる方向に前記背圧溝内の吐出圧が作用するよう構成したことを特徴とするベーンポンプ。
請求項１に記載のベーンポンプにおいて、前記連通路と前記背圧溝との接続部を、背圧溝のうち予圧縮行程にあるベーン背圧室が接続する区間に設け、さらに前記区間にある背圧溝とその他の区間の背圧溝を区切り、その間を絞りを介して接続したことを特徴とするベーンポンプ。
シャフトによって回転駆動されるロータとカムリングを偏心させて配置し、ロータに設けた複数のベーン溝からベーンが摺動しながら半径方向に出入り可能とし、個々のベーン溝のロータ中心に近い端に設けたベーン背圧室は、吐出圧を導いた背圧溝に接続され、さらに隣り合うベーンどうしで区切られたポンプ室の容積が増加する吸入行程と前記容積が減少する吐出行程の移行区間を、吸入ポートにも吐出ポートにも開口しない状態でポンプ室容積が減少する予圧縮行程でつないだベーンポンプにおいて、
前記予圧縮行程にあるポンプ室と前記背圧溝とを連通路によって接続し、前記ポンプ室と前記連通路の接続部にはポンプ回転方向と逆向きに徐々に細くなるノッチ溝を設け、さらに予圧縮行程にあるベーン背圧室が接続する背圧溝の区間とその他の区間の背圧溝を区切り、その間を絞りを介して接続したことを特徴とするベーンポンプ。