JP2016507019A - 複数の圧力室を有する可変排水量ポンプ - Google Patents

Abstract

可変排水量ベーンポンプは、ハウジングの内室を画定する内面と制御リングの外面との間に、複数のシールが設けられる。シールは、加圧流体を受けるための第１室及び第２室を含む複数の圧力調整室を画定する。第１室は、制御リングの枢動取り付け部の向かい合う両側でリングの周方向に配置された１組のシールの間で画定され、加圧流体を受けるための少なくとも１つの吸入ポートを有している。前記第１室の円周方向の範囲は、第２の枢動方向に向けて前記リングに力を印加する部分に沿う方が、前記第１の枢動方向に向けて力を印加する部分に沿うよりも大きいため、正味の効果は前記第２の枢動方向の力の印加である。前記第２室は、前記リングの周方向に配置された１組のシールの間で画定され、加圧流体を受けるための少なくとも１つの吸入ポートを有し、前記第２室の周方向の範囲全体が前記リングに対して前記第２の枢動方向に力を印加する。

Description

本発明は可変排水量ポンプに関し、特に複数の圧力室を有する可変排水量ポンプに関する。

複数の圧力室を有する可変排水量ポンプは当該技術分野で知られている。しかしながら、通常こうしたポンプは制御リングとハウジングとの間の漏れの問題や圧力出力の範囲が限られているといった欠点がある。このようなポンプの例は、米国特許出願公開第２００９／０１９６７８０（Ａ１）号、米国特許出願公開第２０１０／０３２９９１２号、米国特許第８，０５７，２０１号、米国特許第７，７９４，２１７号、米国特許第４，６７８，４１２号に開示されており、これらはそれぞれ全体が本明細書に組み込まれる。

本発明の一態様は、可変排水量ベーンポンプであって、内室を画定する内面と、少なくとも１つの吸入ポートと、及び少なくとも１つの排出ポートとを含むハウジングと、前記内室内に枢動可能に取り付けられ、ロータ受容空間を画定する内面を有する制御リングと、前記制御リングの前記ロータ受容空間内に回転可能に取り付けられ、中心軸が前記ロータ受容空間の中心軸と一致しないロータと、を備える可変排水量ベーンポンプを提供する。前記ロータには、径方向に延在する複数のベーンが径方向に動作するように取り付けられ、当該複数のベーンは前記制御リングの前記内面に密封された状態で係合し、前記ロータが回転すると負の吸入圧力によって前記少なくとも１つの吸入ポートから流体を吸入し、正の排出圧力によって前記少なくとも１つの排出ポートから当該流体を排出する。弾性構造物は前記制御リングを第１の枢動方向に圧迫する。前記ハウジングの前記内室を画定する前記内面と前記制御リングの外面との間の複数のシールは、加圧流体を受けるための第１室及び第２室を含む複数の圧力調整室を画定する。

前記第１室は、前記制御リングの前記枢動取り付け部の向かい合う両側で前記リングの周方向に配置された１組のシールの間で画定され、加圧流体を受けるための少なくとも１つの吸入ポートを有し、前記第１室の円周方向の範囲は、第２の枢動方向に向けて前記リングに力を印加する部分に沿う方が、前記第１の枢動方向に向けて力を印加する部分に沿うよりも大きいため、正味の効果は前記第２の枢動方向の力の印加である。前記第２室は、前記リングの周方向に配置された１組のシールの間で画定され、加圧流体を受けるための少なくとも１つの吸入ポートを有し、前記第２室の周方向の範囲全体が前記リングに対して前記第２の枢動方向に力を印加する。

本発明の上記以外の目的，特徴，及び効果は、以下の詳細な説明，図面，及び特許請求の範囲により明らかになる。

カバーをはずした状態の可変排水量ポンプの平面図である。

カバーをはずした状態の従来の可変排水量ポンプの平面図である。

室の範囲を示すために線が加えられた図１と同じ図である。

図に示す実施形態は可変排水量ベーンポンプであり、その全体を１０で指示する。当該技術分野で知られているように、このポンプはハウジング１２、制御リング１４、ロータ１６、及び弾性構造体１８を含む。

ハウジング１２は、内室２２を画定する内面２０、排出される流体（自動車の場合通常はオイル）を取り込むための少なくとも１つの吸入ポート２４、及び当該流体を排出するための少なくとも１つの排出ポート２６を含む。吸入ポート２４及び排出ポート２６はそれぞれ三日月形を有し、（ロータ１６の回転軸について）ハウジングの軸方向の一方側に配置される同一の壁部２７を貫通して形成されてもよい。吸入ポート２４及び排出ポート２６は、ロータ１６の回転軸の径方向の互いに反対側に配設される。こうした構造は従来から存在し、詳細に説明する必要はない。他の構成を用いてもよく、例えば、異なる形状又は数のポート等を有してもよい。

ハウジング１２は任意の材料で構成してよく、粉末鋳造、鍛造、又は他の任意の製造技術を用いて形成してよい。ハウジング１２は内室２２を囲む。図において、ハウジング１２の胴体部が示されており、ここで壁部２７は室２２の軸方向の一方側を画定し、周壁２８は周囲方向に延在して室２２の周囲を取り囲んでいる。ハウジング１２にはカバー（図示せず）が、例えば周壁２８に沿って設けられる各種の固定具用の穴３０に挿入される固定具によって、取り付けられる。ポンプの内部の構成要素が見えるようにカバーは図示されていないが、既知のものであるため詳細な説明は不要である。ガスケット又は他のシール部材を任意にカバーと周壁２８との間に設けて室２２を密封してもよい。

このハウジングは、制御リング１４の収容動作及び密封係合のために各種の表面を含んでいる。これについては、後に詳細に述べる。

制御リング１４は内室２２内に枢動可能に取り付けられる。具体的には、枢動ピン等の構成部材３２を設けて制御リング１４の枢動作用を制御する。図に示す枢動ピン３２は室２２内でハウジング１２に取り付けられ、制御リングは枢動ピン３２に指示される凹状の半円形の担持面３４を有する。一部の実施形態において、枢動ピン３２は外部の担持凹部内ではなく、制御リング１４内の孔を貫通して延在してもよい。この枢動連結は他の構成を有してもよく、これらの例は限定的なものと見なすべきではない。

制御リング１４の内面３６はロータ受容空間３８を画定する。ロータ受容空間３８は略円形の形状を有する。このロータ受容空間３８は吸入ポート２４及び排出ポート２６と直接連通し、オイル又は他の流体を負の吸入圧力の下で吸入ポート２４から吸入し、正の排出圧力の下で排出ポート２６から排出する。

ロータ１６は制御リング１４のロータ受容空間３８内に回転可能に取り付けられる。ロータ１６の中心軸はロータ受容空間３８の中心軸とは通常一致しない。ロータ１６は駆動プーリー、駆動シャフト、又はギアなどの従来の方式で駆動入力に連結されている。

ロータ１６には径方向に延在する複数のベーン（羽根）４０が取り付けられ、径方向に動作するようになっている。具体的には、ベーン４０はその基端部でロータの中心リング又はハブ４２内の径方向の細孔に、径方向に摺動可能に取り付けられる。遠心力によってベーン４０は径方向外側に移動し、ベーンの末端と制御リング１４の内面３６との間の係合を維持する。この種の取り付けは従来から知られている。バネなどの弾性構造物を細孔内に用いてベーンを径方向外側に偏移させるといった、他のバリエーションを用いてもよい。但しこの例は限定的なものではない。このように、ベーン４０は制御リング１４の内面３６に密封された状態で係合し、これによりロータ１６が回転すると負の吸入圧力によって少なくとも１つの吸入ポート２４から流体を吸入し、正の排出圧力によって少なくとも１つの排出ポート２６から当該流体を排出する。制御リング１４とロータ１６との間の偏心関係により、排出ポート２６のある側で流体の高圧体積が生じ、吸入ポート２４のある側で流体の低圧体積が生じる（この技術分野ではこれらはポンプの高圧側及び低圧側と呼ばれる）。これにより、吸入ポート２４からの流体の吸入及び排出ポート２６からの流体の排出が発生する。このポンプの機能は既知のものであり、さらに詳細に述べる必要はない。

弾性構造物１８は制御リング１４を第１の枢動方向に圧迫する。具体的には、第１の枢動方向とは制御リングとロータの軸の間の偏心量が増す方向である。他のすべてが静止しているか等しい場合、偏心量はポンプ内の流れを規定し、また限定要因が一定と仮定するならば、排出と吸入の圧力の相対的な差をも規定する。偏心量が増すにつれて（最大偏心量の位置は図に示される）、ポンプの流速が増す。逆に、偏心量が低下するにつれて、ポンプの流速も低下する。一部の実施形態において、偏心量が０の位置もあり得る。これはロータとリングが同軸であることを意味する。この位置においては、高圧側と低圧側が同じ相対体積を有するため、流量は０となるか又は０に非常に近くなる。やはり、このベーンポンプの機能は既知のものであり、さらに詳細に述べる必要はない。

図示した実施形態において、弾性構造物１８はコイルバネなどのバネである。ハウジング１２はバネ受容部４４を含んでもよく、これは周壁２８の一部によって画定されてバネ１８を位置決め及び支持する。この受容部４４は、バネ１８の横方向の反り又は曲がりを抑制するための側壁４５，４６と、このバネの一端が係合される担持面４７とを含んでもよい。制御リング１４は、径方向に延在する担持構造物４８を含み、これが弾性構造物が係合する担持面４９を画定する。他の構造又は構成を用いてもよい。

ハウジングの内室２２を画定する内面２０と制御リング１４の外面５６との間に、複数のシール５０，５２，５４が設けられる。シール５０，５２，５４は、加圧流体を受けるための第１室５８及び第２室６０を含む複数の圧力調整室を画定する。図示された実施形態においては、２つの室が示されているが、一部の実施形態においては、より多くの室を用いて圧力調整に対するよりよい制御を行うこともできる。同様に、３つのシールが図示されているが、追加のシールを用いて上述の複数の室を画定することもできる。

第１室５８は、制御リング１４の枢動取り付け部の向かい合う両側でリング１４の周方向に配置された１組のシール５２，５４の間で画定される。すなわち、室５８の外周部６２は枢動取り付け部、すなわち枢動ピン３２の一方の側に延在し、室５８の他の外周部６４は枢動取り付け部の他方の側に延在する。これを説明するもう１つの方法はポンプの中心線３３を参照する。この中心線は枢動ピンからシール５０まで延在し、第２室６０の末端を画定する。外周部６２はこの中心線の一方側であり、外周部６４ははこの中心線の他方側である。第１室は、加圧流体を受けるための少なくとも１つの吸入ポート６６を有する。例えば、この少なくとも１つの吸入ポート６６は、正の排出圧力の下で加圧流体を受けるためのハウジング１２の少なくとも１つの排出ポート２６と連通してもよい。この加圧流体は正の圧力の他の供給源から受けてもよく、それは例えばエンジンオイル流路、ピストン噴出器等である。また、排出圧力の迂回は限定を意図したものではない。

第１室５８の円周方向の範囲は、第２の枢動方向に向けてリング１４に力を印加する部分６２に沿う方が、第１の枢動方向に向けて力を印加する部分６４に沿うよりも、大きくなる。すなわち、円周部分６２，６４は枢動取り付け部を基準とした反対側に延在するため、室５８に正の圧力が供給されたとき、一方の部分６２は第２の枢動方向に向けて弾性構造物１８に当接するように作用するが、他方の部分は弾性構造物１８と共に第１の枢動方向に作用する。部分６２は部分６４よりも大きく、またこれらはともに室５８であって供給された圧力を共有するため、これらの正味の効果は第２の枢動方向の力の印加である。

また、第１室５８の構成は、制御リング１４とハウジング１２との間での流体漏れを低減するという任意の利点を有する。具体的には、室５８，６０によって占有されない制御リング１４の外側の領域は、通常加えられる圧力が低いか又はまったくない。例えば、ここでは負の吸入圧力又はハウジングの外側からの周囲圧力が加えられる。これによってリング１４の内側の高圧側との差異が生じ、リング１４の軸面とハウジング壁との間から流体の漏出を促す可能性がある。従来技術の装置においては、あらゆる圧力室は枢動取り付け部の一方側に限定されていたため、枢動取り付け部の反対側全体は加えられる圧力が低いか又はまったくないということが問題となっていた。リング１４内の高圧側は通常部分的に枢動取り付け部を越えて径方向に延在していたため、これはリング１４の内側の高圧側とリング１４の外側の低圧又は無圧領域との間に径方向アラインメントの領域が存在することを意味している。これは図２に見ることができる。この図は従来技術の構造を示しており、矢印は枢動取り付け部の下の低圧又は無圧領域（ここではシーリングが室の端部を画定している）を指し示している。

しかしながら、図示された実施形態においては、第１室５８は枢動取り付け部の両側に延在し、具体的にはこの室は枢動ピン３２の側に延在する部分６４を有し、ここでこの部分は第１の枢動方向に作用する。このように、この構成はリング１４の外側の高圧領域を拡張するため、リング１４の内側の高圧側と径方向にアラインメントされた低圧又は無圧の領域がより少なくなる。これがさらにリング１４とハウジング１２の間の漏出の量を低減する。図３を見れば分かるとおり、枢動ピン３２の下に延びる線は、第１室の部分６４とリング１４内の高圧側の排出ポート２６との間の径方向のアラインメント又は重複（網掛け部分）を示している。

また、第２室６０もリング１４の周方向に配置された１組のシール５０，５２の間で画定される。図示するように、２つの室５８，６０は隣接するこれらの室の端部を画定する共通のシール５２を共有している。但し、これらの室は全く別のシールの組で画定されてもよい。室６０はまた、加圧流体を受けるための少なくとも１つの吸入ポート６８を有し、第２室の周方向の範囲全体がリングに対して第２の枢動方向に力を印加するようになっている。第２室６０の端部を画定するシール５０は、径方向に延在しバネ１８に圧迫される担持構造物４８に取り付けられている。この加圧流体は正の圧力の任意の供給源から受けてもよく、それは例えばハウジング１２の排出ポート２６、エンジンオイル流路、ピストン噴出器等である。この加圧流体の供給源は限定を意図したものではない。ソレノイド又は他の任意のバルブを用いて、第２制御室６０への加圧流体の送達を好適な態様で制御してもよい。第２制御室に対する圧力源は第１室とは異なってもよく、同じ実施形態の第２室でより低い圧力を用いてもよい。

制御リング１４は、第１室５８と第２室６０との間に径方向に延在する突起７０を含む。共通のシール５２はこの径方向に延在する突起７０に取り付けられている。径方向に延在する突起７０は、図に示すように、２つの接近する表面によって画定される。

制御リング１４はまた、第２室６０と向かい合う第１室５８の端部に、すなわち、第１の枢動方向に作用がなされる枢動ピン３２の反対側の端部に、径方向に延在する突起７２を含む。この突起もまた２つの接近する表面によって画定されてもよい。シール５４はこの径方向に延在する突起７２に取り付けられている。これらの突起７０，７２は、他の任意の構造又は構成を備えることができる。

ハウジングの周壁２８は凹状領域を有し、ここにシール５０，５２，５４を担持する構造物が配置される。これらの凹状領域はリングの移動に基づいて、リング１４の移動の全範囲にわたってシール５０，５２，５４がリングとの接触を維持できるようにし、密封性を確実にするように構成されている。図示された具体的な形状は限定を意図するものではなく、シールの具体的な位置、リングに許された移動距離、ポンプ１０の全体の個装方法等によって変化することができる。

この構造により、広い範囲のポンプ排出圧力が得られる一方、第１室５８及び特に部分６２のサイズを比較的大きく保つことができる。ポンプ排出圧力の範囲の幅又は広さは、第１室５８と第２室６０によって印加される力の差の関数である。従来技術においてこれを実現する典型的な方法は、枢動点に近い第１室を比較的小さくすることによって、第１室が圧力を供給されるとこれに対応する小さい力をバネに逆らって作用するように印加する、というものであった。逆に、第２室は比較的大きく形成され、圧力を供給されると大きな力を印加するようになっていた。しかしながら、第１室が小さすぎると、第２室は制御リングの内側の高圧側と径方向のアラインメントとなって延在するため、第２室に圧力が供給されない間に漏出が生じやすくなる。これは図２を見れば理解できる。この図は従来技術を示しており、矢印は制御リングの内部高圧側及び第２室からの漏出経路を示す。このように、従来技術においては、第１室と第２室によって印加される力の差を大きくするために第１室のサイズを小さくすることと、圧力を加えられていないときに生じる第２室への漏出を制限することとの間に、固有の対立が存在する。

しかしながら、図示された実施形態における第１室の構成は、この問題を低減又は解消することができる。室５８の部分６４は部分６２に反作用するため、部分６２をより大きくして枢動取り付け部からさらに周方向に延在させ、かつ第１室５８によって印加される正味の力の合計を増加させないことが可能である。すなわち、部分６４は第１の枢動方向に作用し、部分６２は第２の枢動方向に作用するため、印加された正味の力はこれら２つの力の差である。これによってポンプの設計者は、シール５２の位置を枢動取り付け部からより離れた位置に拡張することができ、よって第２室６０と漏出の発生し得る制御リング１４内の高圧側／排出ポートとの間の径方向のアラインメントを低減又は解消することができる部分６４は制御リングに対する実際の影響を有する重要な部分である。部分６４は好ましくは枢動取り付け部から少なくとも１５°にわたって延在し、より好ましくは少なくとも３０°にわたって延在するが、好適な範囲は２０°から５０°である。また、室５８と室６０の周方向の延在比率（角度ベース）は好ましくは２．５以下であり、３以下であってもよいが、この比率の好適な範囲は０．７５と２．２５の間である。

図示した実施形態において、シール５２は枢動取り付け部から約１００°の位置にあるが、これは各種の要因によってより大きく又は小さくなり得る。この要因とは、個装方法による制限、望ましい圧力範囲などである。例えば、シールは５０°から１２０°の間のどこにでも配置され得る。

上記の実施形態は，本発明の機能的及び構造的な原理を説明するために提示されたに過ぎず，限定的なものと解するべきではない。むしろ，本発明は，以下の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内にある全ての変更，修正，及び代替物を含むことを意図している。

Claims (10)

1. 可変排水量ベーンポンプであって、
   内室を画定する内面と、少なくとも１つの吸入ポートと、及び少なくとも１つの排出ポートとを含むハウジングと、
   前記内室内に枢動可能に取り付けられ、ロータ受容空間を画定する内面を有する制御リングと、
   前記制御リングの前記ロータ受容空間内に回転可能に取り付けられ、中心軸が前記ロータ受容空間の中心軸と一致しないロータであって、
   前記ロータには、径方向に延在する複数のベーンが径方向に動作するように取り付けられ、当該複数のベーンは前記制御リングの前記内面に密封された状態で係合し、前記ロータが回転すると負の吸入圧力によって前記少なくとも１つの吸入ポートから流体を吸入し、正の排出圧力によって前記少なくとも１つの排出ポートから当該流体を排出する、ロータと、
   前記制御リングを第１の枢動方向に圧迫する弾性構造物と、
   前記ハウジングの前記内室を画定する前記内面と前記制御リングの外面との間の複数のシールであって、当該複数のシールは加圧流体を受けるための第１室及び第２室を含む複数の圧力調整室を画定する、複数のシールと、
   を備え、
   前記第１室は、前記制御リングの前記枢動取り付け部の向かい合う両側で前記リングの周方向に配置された１組のシールの間で画定され、加圧流体を受けるための少なくとも１つの吸入ポートを有し、前記第１室の円周方向の範囲は、第２の枢動方向に向けて前記リングに力を印加する部分に沿う方が、前記第１の枢動方向に向けて力を印加する部分に沿うよりも大きいため、正味の効果は前記第２の枢動方向の力の印加であり、
   前記第２室は、前記リングの周方向に配置された１組のシールの間で画定され、加圧流体を受けるための少なくとも１つの吸入ポートを有し、前記第２室の周方向の範囲全体が前記リングに対して前記第２の枢動方向に力を印加する、
   可変排水量ベーンポンプ。
2. 共通のシールが前記第１室と前記第２室の隣接する端部を画定する、請求項１に記載の可変排水量ベーンポンプ。
3. 前記弾性構造物はバネである、請求項１に記載の可変排水量ベーンポンプ。
4. 前記バネはコイルバネである、請求項３に記載の可変排水量ベーンポンプ。
5. 前記制御リングは、径方向に延在する担持構造物を含み、当該担持構造物が前記弾性構造物が係合する面を画定する、請求項１に記載の可変排水量ベーンポンプ。
6. 前記第２室の端部を画定するシールは、前記径方向に延在する担持構造物に取り付けられている、請求項５に記載の可変排水量ベーンポンプ。
7. 前記制御リングは、前記第１室と前記第２室との間に径方向に延在する突起を含み、前記共通のシールは前記径方向に延在する突起に取り付けられる、請求項２に記載の可変排水量ベーンポンプ。
8. 前記径方向に延在する突起は２つの接近する表面によって画定される、請求項７に記載の可変排水量ベーンポンプ。
9. 前記制御リングは、前記第２室と向かい合う前記第１室の端部に径方向に延在する突起を含み、前記径方向に延在する突起にはシールが取り付けられる、請求項１に記載の可変排水量ベーンポンプ。
10. 前記第１室の前記少なくとも１つの吸入ポートは、前記正の排出圧力の下で前記加圧流体を受けるための前記ハウジングの前記少なくとも１つの排出ポートと連通している、請求項１に記載の可変排水量ベーンポンプ。

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