JP2017529474A - 真空ポンプ並びに真空ポンプ及びエンジンのシステム - Google Patents

真空ポンプ並びに真空ポンプ及びエンジンのシステム Download PDF

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Abstract

【課題】キャビティへの過剰なオイルの流れを阻止する真空ポンプを提供すること。【解決手段】エンジンへ据え付けるのに適した真空ポンプであって、キャビティを有するケーシングと、キャビティ内での回転のために配置された可動部材であって、キャビティが入口及び出口を備え、当該可動部材が、入口を通してキャビティ内へ流体を導入し、入口における圧力の低減を引き起こすために出口を通してキャビティから導出するように可動である前記可動部材と、リザーバからキャビティへオイルを供給するためのオイル供給導管50と、該オイル供給導管50に配置された逆止弁本体部72を有する逆止弁70とを含む前記真空ポンプにおいて、逆止弁70がオイル圧に依存してキャビティへのオイルの流れを計量し、上限オイル圧閾値を超過する場合に、逆止弁70を用いてキャビティへのオイルの供給が停止される。

Description

本発明は、真空ポンプ、特に自動車用の真空ポンプ並びにエンジン及び真空ポンプを含むシステムに関するものである。
真空ポンプは、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンを有する路上走行車両に取り付けられることができる。典型的には、真空ポンプは、エンジンのカムシャフトによって駆動される。したがって、多くの車両においては、真空ポンプはエンジンの上部範囲に据え付けられている。しかし、真空ポンプがエンジンの下部範囲に据え付けられた構成も知られている。一般に、真空ポンプの2つの異なる構造タイプが知られており、1つは可動のピストンに取り入れるタイプであり、他のものはベーンポンプである。最近では、特にベーンポンプが幅広く確立されている。
上述のタイプのベーンポンプは、典型的には、キャビティを有するケーシングと、キャビティ内での回転のために配置された可動部材であって、キャビティが入口及び出口を備え、当該可動部材が、入口を通してキャビティ内へ流体を導入し、入口における圧力の低減を引き起こすために出口を通してキャビティから導出するように可動である、前記可動部材とを含んでいる。入口は、ブレーキブースタ又はこれに類するもののような消費部に接続可能である。通常、出口は、エンジンのクランクケースに結合されている。
また、上述のタイプの真空ポンプは、リザーバからキャビティへオイルを供給するためのオイル供給導管と、該オイル供給導管に配置された逆止弁本体部を有する逆止弁も含んでいる。
このような真空ポンプは、例えば本出願人の名における特許文献1に開示されている。開示された真空ポンプは、ポンプが動作していない期間中キャビティへのオイルの流れを遮断するためにオイル供給導管に配置された逆止弁を含んでいる。ポンプが動作していない場合には、重力によってオイルをキャビティ内へ排出させるか、又はキャビティ内の残留真空によってキャビティへ導入されることが可能である。特許文献1から知られた逆止弁は、オイルがキャビティ内へ流れることを阻止するものである。
しかしながら、動作中に過剰なオイルがキャビティへ供給されることが起こり得る。キャビティ内の過剰なオイルは真空ポンプの非効率な動作につながるものであり、真空ポンプの電力消費が増大する。
したがって、キャビティへのオイルの流れを計量するか、又は定量する装置が開発された。
例えば、特許文献2には、真空ポンプのシャフトの回転軸線に対して垂直な方向へ摺動可能な、摺動可能に支持されたバルブ部材を逆止弁内に設けることが提案されている。摺動可能に支持されたバルブ部材は、シャフトの回転速度によりオイル供給導管がより開き、その結果より多くのオイルがキャビティへ供給されるように配置されている。
特許文献3から、ベーンポンプの回転速度に依存してオイルの流れを定量することを取り入れた真空ベーンポンプが知られている。開示されたベーンポンプは、オイル供給導管と流体連通し、ハウジング内でベーンポンプのシャフトに隣接して配置された第1の溝と、シャフトに設けられ、シャフトの回転軸線に対して垂直な貫通孔と、キャビティと流体連通し、ハウジング内でベーンポンプのシャフトに隣接して配置された第2の溝とを含んでいる。貫通孔は、回転時に第1の溝と第2の溝を接続し、したがってオイル供給導管からキャビティへのオイルの流れを許容するように配置されている。また、特許文献3には、例えば各回転時に貫通孔の体積と同一の量のオイルがキャビティへ供給されるようにオイルの流れを計測又は定量するための貫通孔内における1つ又は2つの球状のバルブ要素が開示されている。
しかしながら、公知の真空ポンプの欠点は、いくつかはキャビティへのオイルの流れを提供することができるものの、キャビティへの過剰なオイルの流れを効果的に阻止することができないことである。
国際公開第2007/116216号 欧州特許第1972785号明細書 欧州特許第0406800号明細書
したがって、本発明の課題は、特にキャビティへの過剰なオイルの流れを阻止する、上述のタイプの真空ポンプを提供することにある。
本発明によれば、上記課題は請求項1による真空ポンプによって解決される。本発明は、請求項15のシステムにも通ずるものである。このシステムはエンジン及び真空ポンプを含んでおり、真空ポンプはエンジンに据え付けられており、特に真空ポンプは、エンジン、特に路上走行車両のエンジンのカムシャフトによって駆動される。
本発明は、上述のタイプの真空ポンプ、すなわちキャビティを有するケーシングと、キャビティ内での回転のために配置された可動部材であって、キャビティが入口及び出口を備え、当該可動部材が、入口を通してキャビティ内へ流体を導入し、入口における圧力の低減を引き起こすために出口を通してキャビティから導出するように可動である前記可動部材と、リザーバからキャビティへオイルを供給するためのオイル供給導管と、該オイル供給導管に配置された逆止弁本体部を有する逆止弁とを含む真空ポンプを起点とするものである。
本発明によれば、逆止弁がオイル圧に依存してキャビティへのオイルの流れを計量し、上限オイル圧閾値を超過する場合に、逆止弁を用いてキャビティへのオイルの供給が停止される。
本願におけるオイルは、潤滑液のようなものとしてのオイルを規定している。本願における流体は、圧送され得るあらゆる種類の流体、特に気体状の流体又は例えば空気のような気体を規定している。オイル圧という用語は、ここでは、逆止弁のオイルリザーバ側とキャビティ側の間で計測されるオイルの圧力に関するものである。すなわち、「オイル圧」という用語は、逆止弁のオイルリザーバ側とキャビティ側の間の圧力差によって規定されている(よって:「オイル圧」=「オイルリザーバ側における圧力」−「キャビティ側における圧力」)。
本発明によるオイルリザーバについての例は、エンジン潤滑回路又はエンジンのオイルギャラリである。
本発明のこれらの構成及び更に発展された構成は、従属請求項において更に概説されている。これにより、提案されたコンセプトの上記利点が更に改善される。従属請求項の核特徴について、この開示の他の全ての特徴から独立して独立した保護が要求される。
上限オイル圧閾値は、好ましくはあらかじめ設定される。したがって、上限オイル圧閾値を超過する場合には、逆止弁が閉鎖され、そのため、キャビティへの大量のオイルの流れにつながる過剰に高いオイル圧レベルでキャビティへオイルが入ることが阻止される。キャビティに真空が存在するため、キャビティ内の圧力は、標準圧力よりも低い。逆止弁のオイルリザーバ側とキャビティ側の間で計測される圧力は、通常、逆止弁のオイルリザーバ側と標準圧力の間で計測される圧力よりも大きい。加えて、上限オイル圧閾値を超過する場合に逆止弁が閉じると、オイルリザーバ圧を真空ポンプのメイン軸受、特にメイン摩擦軸受へ直接作用させることができる。メイン軸受へのこの追加のオイル圧は、流体力学的に生成された軸受圧を補うものであり、真空ポンプの低速時のパワー消費が大きく低減される。
第1の好ましい実施例によれば、逆止弁が逆止弁のオイルリザーバ側とキャビティ側の間で計測されるオイル圧に依存してキャビティへのオイルの流れを計量し、下限オイル圧閾値を下回る場合に、逆止弁を用いてオイルの流れが停止される。これにより、真空ポンプが動作していない場合にオイルがキャビティへ排出されるか、又は流れることが阻止される。ここでも、オイル圧は、逆止弁とキャビティの間の圧力に関するものである。
特に好ましくは、逆止弁本体部が、第1の閉鎖位置、開放位置及び第2の閉鎖位置の間で移動可能であり、逆止弁本体部が、オイル圧が下限オイル圧閾値を下回る場合には第1の閉鎖位置に位置し、オイル圧が下限オイル圧閾値と上限オイル圧閾値の間にある場合には開放位置に位置し、オイル圧が上限オイル圧閾値を超過する場合には第2の閉鎖位置に位置する。両閉鎖位置、すなわち第1の閉鎖位置及び第2の閉鎖位置は、空間的に分離されているか、又は同一であり得る。したがって、ゼロ(又はマイナス)のオイル圧を起点とすると、逆止弁の逆止弁本体部は、第1の閉鎖位置に位置する。オイル供給導管からキャビティへのオイルの流れは許容されない。(逆止弁のオイルリザーバ側とキャビティ側の間で計測される)オイル圧が下限オイル圧閾値より上に上昇すると、逆止弁本体部は、第1の位置から開放位置へ移動し、したがって、オイルがオイル供給導管からキャビティへ流れることが許容される。動作中には、上限オイル圧閾値を超えるまでオイル圧が上昇し得る。そして、逆止弁本体部は、第2の閉鎖位置へ更に移動し、オイル圧が上限オイル圧閾値を超えると、第2の閉鎖位置に位置することとなる。そして、ここでも、逆止弁は閉鎖され、オイル供給導管からキャビティへのオイルの流れが阻止される。
また、逆止弁が、逆止弁本体部と係合するための第1の弁座及び第2の弁座を含んでいることが好ましい。好ましくは、逆止弁本体部は、第1の閉鎖位置で第1の弁座に係合し、第2の閉鎖位置において第2の弁座に係合する。ここでも、弁座は、空間的に分離されているか、又は同一である。両弁座が分離されていれば、好ましくは第2の弁座がキャビティへのオイルの流れの方向において第1の弁座の下流に配置されている。これは、逆止弁のシンプルかつコンパクトなデザインにつながるものである。
更なる好ましい実施例によれば、第1の閉鎖位置において逆止弁本体部を付勢するために、付勢部材が逆止弁に配置されている。したがって、付勢部材は、第1の弁座へ逆止弁本体部を付勢するために適合されている。付勢部材は、付勢力を有している。付勢力は、下限オイル圧閾値を調整するために用いられる。逆止弁本体部は、第1の閉鎖位置から付勢部材に対して移動する必要があり、したがって、付勢力に抗して第1の閉鎖位置から開放位置へ移動する。好ましくは、付勢部材の付勢力は、上限オイル圧閾値を調整するために用いられる。
更に好ましい実施例においては、2つの弁座のうち少なくとも1つが、貫通孔を有しつつオイル供給導管に配置されたプラグによって形成されている。1つの選択肢においては、第1の弁座が貫通孔を有しつつオイル供給導管に配置されたプラグによって形成されている。他の選択肢においては、第2の弁座が貫通孔を有しつつオイル供給導管に配置されたプラグによって形成されている。更なる選択肢では、第1及び第2の両方の弁座が貫通孔を有しつつオイル供給導管に配置されたプラグによって形成されている。逆止弁は、オイル供給導管に配置されている。したがって、好ましくは、両弁座もオイル供給導管に配置されている。好ましくは、逆止弁本体部は、第1の弁座と第2の弁座の間で可動に逆止弁のキャビティに配置されている。逆止弁のキャビティは、オイル供給導管の直径拡大部分によって形成されることが可能である。そして、2つの弁座のうち1つは、オイル供給導管の直径拡大部分をオイル供給導管に接続する傾斜した壁によって形成されることができる。好ましくは、プラグで形成されていない弁座が、オイル供給導管の直径拡大部分をオイル供給導管に接続する傾斜した壁によって形成されている。したがって、例えば第2の弁座がプラグで形成された選択肢においては、第1の弁座が傾斜した壁で形成されており、この逆も同様である。そして、オイル供給導管の直径拡大部分は、キャビティへのオイル入口に至るポンプのキャビティへ延在することができる。本実施例によれば、2つの弁座のうち1つ、特に第2の弁座がプラグで形成されているとともに、ポンプのキャビティから見て直径拡大部分の基端部におけるオイル供給導管に配置され、好ましくは固定される。プラグは、接着手段又はネジ留め手段を用いて固定されることができる。プラグは、オイル供給導管へプレスされるか、又は溶接によって固定されることができる。好ましくは、プラグによって形成された弁座は、プラグにおける貫通孔の周囲に配置された接触ライン部によって形成されている。したがって、逆止弁本体部は、プラグとの接触時にオイル供給導管を閉鎖することが可能である。
特にプラグの貫通孔は、オイル供給導管をキャビティに接続するものであり、よって、ポンプのキャビティとオイル供給導管又はオイルリザーバの間の流体接続を形成するものである。
付勢部材は、好ましくはバネ、特に2つの弁座のいずれかによって支持されたコイルバネ又はバネワッシャである。特に好ましくは、2つの弁座のうち1つを形成するプラグによって付勢部材が支持されている。したがって、付勢部材は、好ましくは例えばプラグで形成された第2の弁座と逆止弁本体部の間に配置されているとともに、第1の閉鎖位置の方向において、したがって第1の弁座の方向へ逆止弁本体部を付勢する。これは、逆止弁のシンプルかつコンパクトなデザインにつながるものである。コイルバネは一般的に高いバネの範囲を有しているがより小さなバネの力を有している。バネワッシャは、より小さなバネの範囲を有しているが、より大きなバネの力を有している。有利には、バネの両タイプは、本発明により用いられることが可能である。
好ましくは、逆止弁本体部は、ボール又はピンとして形成されている。逆止弁本体部がボールとして形成されていればコイルバネを用いるのが有利であり、逆止弁本体部がピンとして形成される他のケースでは、バネワッシャを用いるのが好ましいが、コイルバネも有益に用いられることが可能である。
さらに、真空ポンプのために、ポンプは、可動部材を回転駆動するためのドライブシャフトを含むことができ、オイル供給導管がドライブシャフトを通って延びている。このようなシャフトは、ロータに結合されることができるか、又はロータと統合して形成されることができる。ロータは、キャビティ内での回転のためにベーンと係合するためのスロットを含んでいる。これに代えて、オイル供給導管が、キャビティのハウジングの部分を通って延びているとともにキャビティ入口へ至る。
好ましくは、オイル供給導管が、シャフトの回転軸線に沿って延びる軸方向部分を含み、それぞれオイルリザーバ及びキャビティと流体連通している。したがって、オイル供給導管の基端部又は端部がポンプのキャビティに関してほぼドライブシャフトの中心を通って延び、キャビティへ到達している。好ましくは、オイル供給導管はオイルをスロットへ供給するためにロータのスロットへ到達している。これは、ポンプの動作中にベーンが往復動するスリットの有益な潤滑につながるものである。また、オイル供給導管をシャフトの中心の回転軸線に沿って配置する場合には、オイル供給導管内のオイルがシャフトの周方向の回転の遠心力にさらされることがない。更に好ましくは、オイル供給導管がシャフトの周面からシャフトの回転軸線へ延びる径方向部分を含み、オイル供給導管の軸方向部分と流体連通している。好ましくは、径方向部分は、オイル供給導管の軸方向部分をオイルリザーバへ接続するものである。オイル供給導管の径方向部分が正確に径方向へ延びること、すなわちシャフトの回転軸線に対して垂直であることは本質的ではなく、この実施例はむしろオイル供給導管の軸方向部分をシャフトの径方向外面に接続するオイル供給導管の径方向部分に関するものである。したがって、ポンプのキャビティに関するシャフトの軸方向先端部は、オイルの入口又は出口がなく、エンジンのカムシャフト又は駆動モータなどと係合する係合部分として用いられることが可能である。
これら実施例によれば、好ましくは、逆止弁が、オイル供給導管の軸方向部分に配置されている。特に、オイル供給導管の軸方向部分は、円筒状の壁部及び逆止弁のハウジングを形成する導管の壁部として形成されている。したがって、ここでも逆止弁は遠心力を受けない。なぜなら、ポンプのシャフトの回転軸線に沿ってその中心軸線が配置されているためである。
好ましい実施例では、オイル供給導管の径方向部分がオイルギャラリと流体連通している。好ましくは、オイルギャラリは、オイルをポンプのキャビティに送るものである。好ましくは、オイルギャラリは、シャフトとポンプのケーシングの間に規定されている。オイルギャラリは、ケーシング及び/又はドライブシャフトの周溝によって規定されることが可能である。したがって、動作中には、オイル供給導管の径方向部分は、永続的にオイルギャラリと流体連通している。このような実施例によれば、オイルギャラリはドライブシャフトのメイン摩擦軸受の一部を形成する。上限オイル圧閾値の超過時に逆止弁が閉鎖されると、オイルリザーバ圧は、真空ポンプのこのメイン摩擦軸受へ直接かつ完全に作用される。この追加のオイル圧は、流体力学的に生成される軸受圧を補うものであり、真空ポンプの低速時のパワー消費が大きく低減される。
本発明のより完全な理解のために、本発明を添付の図面を参照して詳細に説明する。詳細な説明は、本発明の好ましい実施例とみなされるものを図示し、記述するものである。当然、本発明の精神から逸脱しない限り、形状又は詳細についての様々な修正及び変更が容易になされると理解されるべきである。したがって、本発明は、まさに図示及び記述された形状及び詳細に限定することを意図したものもなければ、本明細書に開示された本発明全体以下のものではなく、以下の特許請求の範囲としてのものである。さらに、本発明を開示する明細書、図面及び特許請求の範囲に記載された特徴は、単独で又は組み合わせて考慮される本発明にとって本質的であり得る。特に、特許請求の範囲における参照符号は、本発明の範囲を限定するために設けられたものではない。「含む(comprising)」という記載は、他の要素又はステップを除外するものではない。「多くの(a number of)」という記載は1つすなわち単数のものを含み、また、2、3、4などの更なる数を含むものである。
本発明による、開放された真空ポンプの斜視図である。 第1の実施例による、ドライブシャフト内の逆止弁と、ロータに結合されたドライブシャフトの断面図である。 図2の逆止弁の動作原理を示す図である。 図2の逆止弁の動作原理を示す図である。 図2の逆止弁の動作原理を示す図である。 第2の実施例による、ドライブシャフト内の逆止弁と、ロータに結合されたドライブシャフトの断面図である。 図4の逆止弁の動作原理を示す図である。 図4の逆止弁の動作原理を示す図である。 図4の逆止弁の動作原理を示す図である。 第3の実施例による、ドライブシャフト内の逆止弁と、ロータに結合されたドライブシャフトの断面図である。 図6の逆止弁の動作原理を示す図である。 図6の逆止弁の動作原理を示す図である。 図6の逆止弁の動作原理を示す図である。
図1における図示を参照すれば、全般的に符号1で示された真空ポンプが示されており、この真空ポンプは、自動車エンジンに隣接して配置されるようになっている。真空ポンプ1は、キャビティ4を包囲するケーシング2を含んでいる。ケーシング2は、カバープレートを省略して示されており、したがって、真空ポンプ1のキャビティ4の内側へ開かれた図示のままとなっている。カバープレートは、固定部8(図1において符号を1つのみに付して示している)を用いてケーシング2のリム6へ取り付けられることができる。また、ケーシングは、真空ポンプ1をエンジンへ固定するためのエンジン固定部10(符号が1つのみに付されている)を含んでいる。
キャビティ4内には、ロータ12及びベーン14が設けられている。ベーン14は、スライドするようにロータ12のスリット16に取り付けられているとともに、矢印18で示すようにロータ12に対して摺動可能かつ移動可能である。ベーン14の端部20,22は、ベーン14とキャビティ4の壁部28の間で十分に液密なシールが維持されることを保証するシール24,26を備えている。
キャビティ4は、入口31及び出口33を備えている。加えて、低温時の始動トルクを低減するために、第1及び第2のバイパスポート30,32がキャビティ4に設けられている。
入口31は接続部34に接続されており、この接続部は同様に車両のブレーキブースタ装置(不図示)に接続されることができる。キャビティの出口33は、ポンプ1の外部に接続されることができ、また、エンジンのクランクケースチャンバに接続されることができる。
図2について、ロータ12は、シャフト40に結合されている。シャフト40は、ロータ12に結合された基端部42と、例えばエンジン又は他の駆動モータのカムシャフトと係合するための係合部分46を含む先端部44とを含んでいる。シャフト40は、オイルリザーバ(不図示)にキャビティ4を接続するシャフトを通って延びるオイル供給導管50を更に含んでおり、このオイル供給導管は、多くの場合エンジン潤滑回路又はオイルギャラリである。リザーバ(不図示)からキャビティ4(図1参照)へのオイルの流れの方向が矢印52で示されている。オイル供給導管50は、径方向部分54及び軸方向部分56を含んでいる。径方向部分54は、軸方向部分56からシャフト40の外面における周溝58へ通じる外側半径方向面へ延びている。周溝58は、オイルギャラリを形成している。したがって、周溝58によって形成されたオイルギャラリは、オイル供給導管50の入口60と流体連通している。オイル供給導管50の軸方向部分56は、オイル供給導管の径方向部分54と実質的に同一の直径を有する先端部分62と、直径拡大部分とを含んでいる。直径拡大部分64は、テーパ部分66によって先端部分62に接続されている。直径拡大部分64は、逆止弁70のためのハウジングを形成している。
逆止弁70は、逆止弁本体部72を含んでいる。この実施例(図2〜図3C)によれば、逆止弁70は、球状のボールとして形成されている。逆止弁70と、したがって逆止弁本体部72とは、軸方向部分56の直径拡大部分64の内側に配置されている。図2によれば、逆止弁本体部72は、第1の閉鎖位置100に位置している。。逆止弁本体部72は、オイル供給導管50のテーパ部分66に接触しており、したがって、第1の弁座74を形成している。
キャビティ4に関してオイル供給導管50の軸方向部分56の基端部には、プラグ76が設けられている。プラグ76は、プラグ本体部78及び貫通孔80を含んでおり、貫通孔80は、オイル供給導管50をキャビティ4に接続している。プラグ本体部78は、オイル供給導管50の内側、つまり本実施例によれば直径拡大部分64の内側に固定するように適合された外径を有している。貫通孔80の中心軸線は、実質的にシャフト40の回転軸線A及びオイル供給導管50の軸方向部分56の中心軸線に沿って配置されている。プラグ本体部78は、基本的にはシャフトの回転軸線Aに沿ってプラグ本体部78からシャフト40の先端部44の方向へ、したがって第1の弁座74の方向へ突出する中央の突出部82を更に含んでいる。突出部82は全般的に円筒状の形状を有しているとともに、貫通孔80は全般的に突出部82の先端部84に至る突出部82の中心を通って延びている。先端部84では、突出部82が、逆止弁本体部72と係合するように適合された内方へ傾斜した面86を含んでいる。プラグ76、特に突出部82の傾斜した面86は、第2の弁座(87;図3C参照)を形成している。プラグ本体部78は、本質的に突出部82の周囲で延び、本質的に貫通孔80の中心軸線に対して垂直に配置された支持面88を更に有している。この面88は、本実施例による付勢部材を形成するコイルバネ90のための支持部として機能するものである。コイルバネ90は、第1の端部において(図2の左側において)支持面88に接触しているとともに、第2の端部において(図2の右側において)第1の弁座74に対して、したがって第1の閉鎖位置100へ逆止弁本体部72を付勢するために逆止弁本体部72と接触している。
逆止弁70の動作原理を、図3A〜図3Cを参照しつつ詳細に説明する。図3Aが第1の閉鎖位置100における逆止弁本体部72を示す一方、図3Bは開放位置102における逆止弁本体部を示し、図3Cは第2の閉鎖位置104における逆止弁本体部を示している。
図3Aには、主に図2と同様の状況が示されている。逆止弁本体部72は、第1の閉鎖位置100にあるとともに、第1の弁座74に係合している。オイル供給導管50は閉鎖されており、オイルはオイル供給導管50からキャビティ4内へ流入できない。コイルバネ90は、弁座74に対して逆止弁本体部72を付勢するものである。逆止弁本体部72へ作用するオイル圧DPは下限オイル圧閾値を下回っている。オイル圧DPは、逆止弁70のオイルリザーバ側とキャビティ側の間の圧力差P1−P2によって定義されている。したがって、弁座74に対して逆止弁本体部72を付勢するバネ90の力は、弁座74から逆止弁本体部72を離間させる圧力DPによる力したがってプラグ76の方向への力よりも大きい。
圧力DPが上昇し下限オイル圧閾値を超えると、図3Bに示されているように、逆止弁本体部72が開放位置102へ移動する。
図3Bにおいては、逆止弁本体部72が、テーパ部分66によって形成された第1の弁座74から離間し、係合解除されている。図から容易に見て取れるように、球状に形成された逆止弁本体部72の直径は、オイル供給導管50の直径拡大部分64の内径よりもわずかに小さくなっている。それゆえ、第1の弁座74からの係合解除時には、逆止弁本体部72が逆止弁本体部72と直径拡大部分64の内面の間の隙間92が残され、オイル52がオイル供給導管50からキャビティ4内へ流れることが可能となる。オイルは、径方向部分54、逆止弁本体部72の周囲の軸方向部分56及びプラグ76に形成された貫通孔80を通して、キャビティ4へ至るまで流れる。この開放位置102(図3B参照)では、コイルバネ90はある程度圧縮されているものの完全には圧縮されていない。バネが圧縮される範囲と等価な、したがって逆止弁本体部72が第1の閉鎖位置100(図3A)から開放位置102(図3B)へ移動する経路と等価なバネ力が、オイルリザーバ側での圧力P1と逆止弁70のキャビティ側での圧力P2の差として計測される圧力DP(DP=P1−P2)にほぼ相当するとともに逆止弁本体部72へ作用する。
オイル供給導管50の内側でのオイル圧P1が更に上昇し(図3C参照)、したがってこれに従いオイル圧DPが上昇すると、逆止弁本体部72が突出部82の傾斜した面86で形成された第2の弁座87に係合するまでバネ90が更に圧縮される。この第2の閉鎖位置104(図3C参照)では、逆止弁本体部72がプラグ76の貫通孔80を閉鎖し、したがってキャビティ4内へのオイルの流れが停止される。図3Cにおける矢印53は、逆止弁本体部72の下方及び後方を流れることができるもののキャビティ4には入れないオイルを表している。したがって、オイル圧DPが上限オイル圧閾値を超えると、キャビティ4へのオイルの供給が逆止弁70によって停止される。
図4〜図5Cには、キャビティ4へのオイルの流れを評価する逆止弁70を含む真空ポンプ1の第2の実施例が示されている。同一又は類似の部分は、同一の符号を付して示されている。この限りでは、第1の実施例の上述の説明が参照される(図1〜図3C)。
図4の断面図によれば、真空ポンプ1は、キャビティ4を有するケーシングを含んでいる。このケーシング2は、ネジ106でケーシング2に固定されたカバープレート3を有している。ネジ106は固定部8に係合しており、この固定部は、ケーシング2と統合して形成されている(図1も参照)。シール108が、カバープレート3とケーシング2の間でケーシング2に形成された溝内にキャビティ4の気密なシールのために配置されている。
ロータ及びベーン14は、キャビティ4内に設けられている。ロータは図4では視認不能である。なぜなら、断面がベーン14の平面を通って延びているためであり、その結果、ロータがベーン14の後方に隠されている。ベーン14は、ベーンをキャビティ4の内側周壁部に対してシールするためのシール24,26を備えた径方向端部20,22に配置されたシール24,26を含んでいる(図1も参照)。(図4では図示されていない)ロータは、逆止弁70が配置されたシャフト40に結合されている。シャフト40及び逆止弁70は、図5A〜図5Cを参照して以下に詳細に説明される。
図5A〜図5Cには、図3A〜図3Cにおける図示と類似のように、逆止弁70の3つの異なる動作位置100,102,104が図示されている。図5Aには図3Aに対応する第1の閉鎖位置100が示されており、図5Bには図3Bに対応する開放位置102が示されており、図5Cには図3Cに対応する第2の閉鎖位置104が示されている。
図5Aを参照すると、ケーシング2の円筒部に着座したシャフト40は、結合部112を介してキャビティ内でロータと結合されている。シャフト40が着座したケーシング2の円筒部は、シャフト40のためのメイン摩擦軸受を形成している。シャフト40内には、第1の実施例(図2〜図3C)の逆止弁70に従い一般的に形成された逆止弁70が設けられている。
第2の実施例(図4〜図5C)による逆止弁70は内側にオイル供給導管150を備えており、このオイル供給導管150は、回転軸線Aに沿うシャフト40の軸方向の全長に沿って延びる軸方向部分156を含んでいる。オイル供給導管150は、シャフト40とケーシング2の間のメイン摩擦軸受のためのオイルギャラリ159の一部を形成する周溝158へ至る径方向部分154を更に含んでいる。
第1の実施例(図2〜図3C参照)とは異なり、オイル供給導管150は、径方向部分154及びオイルギャラリ159を通してではなく、シャフト40の先端部44においてオイルカップリング160が設けられた軸方向部分156を通して供給されている。オイルカップリング160は、オイル供給導管150と流体連通しているとともに軸方向部分156の一部を形成するオイル通路157を含んでいる。オイルカップリング160は、シャフト40に形成された導管150の軸方向部分と係合するための係合部分162と、オイルがオイルカップリング160を介してオイル供給導管150へ、したがってキャビティ4へ供給され得るようにエンジンのカムシャフトへオイルカップリング160を結合するための結合部163とを有するボディ161を有している。オイルカップリングボディ161は、シャフト40とオイルカップリング160の間の軸方向の関係を規定するためにシャフト40の一部に当接する径方向に延在したカラー164を含んでいる。さらに、オイルカップリング160のボディ161はシール165,166,167を備えており、シール165,166は、シャフト40に対してオイルカップリング160をシールするためにシャフト40の先端部44内に形成された軸方向部分156の内側周壁部に対して押圧されている。結合部163に配置されたシール167は、カムシャフト(不図示)のオイル出口に対してオイルカップリング160をシールするのに適合されている。
逆止弁70は、オイル供給導管150の軸方向部分156に配置されている。逆止弁70は、この実施例(図4〜図5c参照)によればピン172として形成されている逆止弁本体部172を含んでいる。ピン172は、一般にマッシュルームの形状で形成されているとともに、軸部171とヘッド部173を有している。
第2の弁座187がシャフト40内におけるオイル供給導管150の軸方向部分156の内側周壁部の傾斜した部分として形成されている。第2の弁座187を形成する傾斜した部分は、キャビティ4内へ延びるオイル供給導管150の出口開口部182を包囲している。ピン172の軸部171は、第2の弁座に係合するための第2の弁座187の傾斜した部分に対応する傾斜した部分175を含んでいる。したがって、図5Aに示すようにピン172が第1の閉鎖位置100にあれば、傾斜した部分175は第2の弁座187から係合解除されているとともに、第2の弁座187と傾斜した部分175の間に隙間が設けられている。逆に、図5Cに示すようにピン172が第2の閉鎖位置104にあれば、軸部171の傾斜した部分175は、第2の弁座187と係合し、したがって、オイルがオイル供給導管150を介してキャビティ4内へ供給され得ないように開口部182を閉鎖する。
同時に、本質的に円筒形状を有する軸部171が付勢部材90のための案内手段及び保持手段として機能し、この実施例では、付勢部材はコイルバネとして形成されている。付勢部材90は、軸部171の周囲に着座しているとともに、ピン172のヘッド部173に当接し、他方で、開口部182の周囲に形成されつつ内方へ延びるカラー183及び第2の弁座187に着座している。したがって、第2の弁座187は、カラー183と開口部182の間に配置されている。
さらに、第2の弁座87がプラグ76によって形成された第1の実施例(図2〜図3C)とは異なり、第2の実施例(図4〜図5c)によれば、第1の弁座174がプラグ176で形成されている。この実施例によるプラグ176は、本質的に、オイルのための通路を形成するとともに第1の弁座174を形成する内方へ傾斜した面を有する貫通孔180を有する円筒状のブッシュとして形成されている。逆の端部では、プラグ176が、シャフト40に対するプラグ176の軸方向の位置を規定するために、オイル供給導管150の内側周壁部における対応する凹部に係合するカラー178を有している。プラグ176は、嵌合又は他の適当な固定手段を用いてシャフト40に固定されることができる。プラグ176は、ピン172のヘッド部173と係合するために適合されている。したがって、ピン172のヘッド部173は、弁座174を形成するプラグ176の傾斜した面に対応する傾斜した部分179を含んでいる。逆止弁70が第1の閉鎖位置100において示された図5Aによれば、傾斜した面179が第1の弁座174に係合している。図5Aから容易に分かるように、付勢部材90は、ピン172を第1の閉鎖位置100へ付勢するものである。
ピン172のヘッド部173は、本質的に円筒状の外形を有している。ヘッド部173の外径は、本質的に、ピン172が位置するオイル供給導管150の軸方向部分156の部分の内周径に対応する。したがって、ピン172は、3つの位置100,102,104の間で移動する場合に、軸方向部分156内で案内されることが可能である。
オイルカップリング160からキャビティ4へのオイルの流れを許容するために、ピン172は、ヘッド部173の外部に形成された溝177を含んでいる。溝177は、プラグ176の壁厚よりも小さな径方向の深さを有しているため、ピン172が第1の弁座174(図5A)に係合するときにオイル供給導管150の軸方向部分156が液密にシールされる。
逆止弁70は、図5Bでは開放位置102において示されており、図5Cでは第2の閉鎖位置104において示されている。第2の実施例の逆止弁70の動作原理は、第1の実施例(図3A〜図3C参照)による逆止弁70の動作原理と本質的に同一である。オイルがオイルカップリング160を介して逆止弁70へ供給されず、真空ポンプ1がアイドリング状態にあれば、圧力P1が通常の値であり、ピン172が付勢部材90を用いて第1の弁座174と係合するよう付勢される。オイル圧P1が上昇し、これに従いP1とP2の間の差であるオイル圧DPが上昇し、所定の閾値を超過すると、ピン172が第1の弁座174から離間し、図5Bに示されているように開放位置102へ移動する。開放位置102では、ピン172が第1の弁座174にも、また第2の弁座187にも係合せず、したがってオイルを、オイルカップリング160からオイル通路157、軸方向部分156、プラグ176における貫通孔180、溝177を介し、傾斜した面175と第2の弁座187の間の隙間を通り、開口部182を通り、キャビティ4へ供給することができる。オイル圧DPが、例えば圧力P1が通常の圧力に対して上昇するか、又は圧力P2が通常の圧力に対して減少することによって、更に上昇する場合には、ピン172が第1の弁座174から更に離間し、付勢部材90が更に圧縮されるため、軸部171の傾斜した面175が第2の弁座187に係合し、オイルカップリング160からキャビティ4へのオイルの流れが停止される。
本実施例(図5A〜図5C)において最も重要には、オイル圧DPが上限オイル圧閾値を超え、図5Cに示されているように逆止弁70が第2の閉鎖位置104にあるときに、オイルが、オイルカップリング160及び径方向部分154への導管157を通して、ドライブシャフト40とケーシング2の間のメイン摩擦軸受へオイルを供給するためのオイルギャラリ159へのみ流れることができる。したがって、高いオイル圧におけるオイルは、オイルギャラリ159へ供給される。メイン軸受へのこの追加のオイル圧は、流体力学的に生成される軸受圧を補うものであり、真空ポンプ1の低速時のパワー消費が大きく低減される。同様の効果は、第1の実施例(図2〜図3C)による真空ポンプ1において存在するが、メイン摩擦軸受は図2〜図3Cには示されていない。上述の追加的なオイル圧は、第1の実施例(図2〜図3C)に関しても当業者にとって明白である。
次に、図6〜図7Cを参照して真空ポンプ1の第3の実施例が示される。同一又は類似の部分は同一の符号を付して示されている。この限りでは、真空ポンプの第1及び第2の実施例の上述の説明が参照される。
第3の実施例(図6〜図7C)の真空ポンプ1は、キャビティ4が形成されたケーシング2と、このケーシング2に形成された固定部8に係合するネジ106を用いてケーシング2に固定されたカバー3とを含んでいる。真空ポンプ1は、ロータ12と、このロータ12のスロット17に配置されたベーン14とを更に含んでいる。図6の断面は本質的にベーン14の平面に対して本質的に垂直に延びているため、ロータ12及び空のキャビティ4の部分は、上記図4とは異なり視認可能である。
ロータ12は、第2の実施例(図4〜図5c)を参照して説明したように、摩擦軸受を用いてケーシング2の円筒状の凹部に着座するドライブシャフト40に結合されている。
真空ポンプ1は、この実施例(図6〜図7C)によりケーシング2に配置され、第1及び第2の実施例(図2〜図5C)におけるようにシャフト40には配置されていない逆止弁70を更に含んでいる。したがって、オイル供給導管250は、軸方向部分256と、傾斜した2つの導管257,258とを含むケーシング2に配置されている。第1の傾斜した導管257はキャビティ4へ至る出口260に軸方向部分256を接続し、その結果、オイルがオイル供給導管250を介してキャビティ4へ供給されることが可能である。第2の傾斜した導管258は、軸方向部分256をシャフト40とケーシング2の間の摩擦軸受におけるオイルギャラリ262へ接続する。
図7A〜図7Cを参照して逆止弁70をより詳細に説明する。ここでも、図3A〜図3C及び図5A〜図5Cに対応して、逆止弁70が、図7Aでは第1の閉鎖位置において示されており、図7Bでは開放位置102において示されており、図7Cでは第2の閉鎖位置104において示されている。第3の実施例(図6〜図7C)による逆止弁70の構造は、全般的に第2の実施例の逆止弁70の構造に類似している。第3の実施例(図6〜図7C)の逆止弁70は、第2の実施例のものに類似したピン272として形成された逆止弁本体部272を含んでいる。ピン272は、ここでも軸部271及びヘッド部273を含んでいる。
オイル供給導管250の軸方向部分256は、第2の弁座287及び凹部283を形成する傾斜した面を含んでいる。この実施例でもコイルバネ90として形成されている付勢部材90は、凹部283に着座しているとともに、ピン272の軸部271に係合している。軸部271は、軸部171(図5A参照)と類似のように、第2の弁座287に係合するために傾斜した部分175に対応する傾斜した部分275を含んでいる。
オイル供給導管250の軸方向部分256には、プラグ276が配置されている。プラグ276は、第2の実施例によるプラグ176と同様に形成されている。第2の実施例とは異なり、第3の実施例によるプラグ276はシャフト40ではなくケーシング2におけるオイル供給導管250の軸方向部分256に配置されている。プラグ276は、本質的に、オイルが軸方向部分256からオイル供給導管250の傾斜した導管257へ流れることを許容するための中央の貫通孔280を有するブッシュとして形成されている。ピン272のヘッド部273は、第1の弁座274を形成するプラグ276の傾斜した部分に対応する傾斜した部分279を含んでいる。プラグ276は、オイル供給導管250の軸方向部分256へプラグ276を嵌合させるためにケーシング2における凹部281に係合するカラー278を更に含んでいる。
第2の実施例と類似のように、ピン272のヘッド部273は、オイルが溝277を通って流れるのを許容するために、ヘッド部の外周部に溝277を含んでいる。
第3の実施例(図6〜図7C)による逆止弁の機能は、第1及び第2の実施例(図2〜図5C)に類似している。真空ポンプ1がアイドリング状態にある場合には、付勢部材90が、プラグ276に形成された第1の弁座274に対してピン272を付勢する。ヘッド部273の傾斜した部分279が第1の弁座274に係合するため、軸方向部分256から傾斜した導管257へオイルが流れることができず、したがって、キャビティ4へオイルが流れることができない。オイル供給導管250から傾斜した導管258へ、したがってシャフト40の摩擦軸受のためのオイルギャラリ262へのオイルの供給のみが許容されている。圧力P1と圧力P2の間の差である圧力DPが軸方向部分256において上昇すると、ピン272が第1の弁座274から離間し第2の弁座287の方向へ移動し、軸方向部分256から傾斜した導管257へ、したがってキャビティ4へのオイルの流れが形成される。オイルは、軸方向部分からプラグ276における貫通孔280を通り、弁座274を形成する傾斜した部分とヘッド部273の傾斜した部分279の間で軸部271に沿って溝277を通り、軸部271の傾斜した部分275と第2の弁座287を形成するケーシングの傾斜した部分の間を通り、オイル供給導管250の傾斜した導管257へ流れ、最終的にキャビティ4内へ流れる。オイル圧DPが更に上昇し、所定の閾値を超過すると、ピン272が第2の弁座287の方向へ更に移動し、軸部271の傾斜した部分275で前記第2の弁座に係合し、これに対応して軸方向部分256から傾斜した導管257へ、したがってキャビティ4へのオイルの流れが停止される。
第3の実施例(図6〜図7C)による逆止弁70が第2の閉鎖位置104にあれば、オイルリザーバ圧がオイルギャラリ262へ、したがって傾斜した導管258を介してドライブシャフト40とケーシング2の間に形成された真空ポンプのメイン摩擦軸受へ直接作用することができる。メイン軸受へのこの追加のオイル圧は、流体力学的に生成される軸受圧を補うものであり、第2の実施例(図5A〜図5C)に関して既に上述したように、真空ポンプ1の低速時のパワー消費が大きく低減される。
1 真空ポンプ
2 ケーシング
3 カバープレート
4 キャビティ
6 リム
8 カバー固定部
10 エンジン固定部
12 ロータ
14 可動部材/ベーン
16 スロット
18 矢印
20,22 ベーンの端部
24,26 ベーンのシール
28 壁部
30 第1のバイパスポート
31 入口
32 第2のバイパスポート
33 出口
34 接続部
40 シャフト(ドライブシャフト)
42 基端部
44 先端部
46 係合部分
50 オイル供給導管
52 矢印(開放位置へのオイルの流れの方向)
53 矢印(閉鎖位置へのオイルの流れ)
54 径方向部分
56 軸方向部分
58 オイルギャラリの一部を形成する周溝
60 オイル供給導管の入口
62 先端部分
64 直径拡大部分
66 傾斜した部分
70 逆止弁
72 逆止弁本体部
74 第1の弁座
76 プラグ
78 プラグ本体部
80 貫通孔
82 突出部
84 先端部
86 内方へ傾斜した面
87 第2の弁座
88 面
90 付勢部材/コイルバネ
92 隙間
100 第1の閉鎖位置
102 開放位置
104 第2の閉鎖位置
106 ネジ
108 シール
112 結合部
150 オイル供給導管
154 径方向部分
156 軸方向部分
157 オイル通路
158 周溝
159 オイルギャラリ
160 オイルカップリング
161 オイルカップリングのボディ
162 係合部分
163 結合部
164 外方へ延びるカラー
165 シール
166 シール
167 シール
171 軸部
172 逆止弁本体部/ピン
173 ヘッド部
174 第1の弁座
175 傾斜した部分
176 プラグ
177 溝
178 プラグのカラー
179 ピンの傾斜した部分
180 貫通孔
182 出口開口部
183 内方へ延びるカラー
187 第2の弁座
250 オイル供給導管
256 軸方向部分
257 傾斜した導管
258 傾斜した導管
260 出口
262 オイルギャラリ
271 軸部
272 逆止弁本体部/ピン
273 ヘッド部
274 第1の弁座
275 軸部の傾斜した部分
276 プラグ
277 溝
278 カラー
279 傾斜した部分
280 中央の貫通孔
283 凹部
287 第2の弁座
A シャフトの回転軸線
P1 逆止弁のオイルギャラリ側におけるオイル圧
P2 逆止弁のキャビティ側におけるオイル圧
DP 逆止弁に作用するオイル圧(DP=P1−P2)

Claims (15)

  1. エンジンへ据え付けるのに適した真空ポンプ(1)であって、
    キャビティ(4)を有するケーシング(2)と、
    前記キャビティ(4)内での回転のために配置された可動部材(14)であって、前記キャビティ(4)が入口(31)及び出口(33)を備え、当該可動部材(14)が、前記入口(31)を通して前記キャビティ(4)内へ流体を導入し、前記入口(31)における圧力の低減を引き起こすために前記出口(33)を通して前記キャビティ(4)から導出するように可動である前記可動部材と、
    リザーバから前記キャビティ(4)へオイルを供給するためのオイル供給導管(50,150,250)と、
    該オイル供給導管(50,150,250)に配置された逆止弁本体部(72,172,272)を有する逆止弁(70)と
    を含む前記真空ポンプにおいて、
    前記逆止弁(70)がオイル圧(DP)に依存して前記キャビティ(4)へのオイルの流れを計量し、上限オイル圧閾値を超過する場合に、前記逆止弁(70)を用いて前記キャビティ(4)へのオイルの供給が停止されることを特徴とする真空ポンプ。
  2. 前記逆止弁(70)が前記オイル圧(DP)に依存して前記キャビティ(4)へのオイルの流れを計量し、下限オイル圧閾値を下回る場合に、前記逆止弁(70)を用いてオイルの流れ(52)が停止されることを特徴とする請求項1記載の真空ポンプ(1)。
  3. 前記逆止弁本体部(72,172,272)が、第1の閉鎖位置(100)、開放位置(102)及び第2の閉鎖位置(104)の間で移動可能であり、前記逆止弁本体部(72,172,272)が、前記オイル圧(DP)が下限オイル圧閾値を下回る場合には前記第1の閉鎖位置(100)に位置し、前記オイル圧(DP)が下限オイル圧閾値と上限オイル圧閾値の間にある場合には前記開放位置に位置し、前記オイル圧(DP)が前記上限オイル圧閾値を超過する場合には前記第2の閉鎖位置に位置することを特徴とする請求項1又は2記載の真空ポンプ(1)。
  4. 前記逆止弁(70)が、前記逆止弁本体部(72,172,272)と係合するための第1の弁座(74,174,274)及び第2の弁座(87,187,287)を含んでいることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の真空ポンプ(1)。
  5. 前記第2の弁座(87,187,287)が、前記キャビティ(4)へのオイルの流れ(52)の方向において前記第1の弁座(74,174,274)の下流に配置されていることを特徴とする請求項4記載の真空ポンプ(1)。
  6. 前記第1の閉鎖位置(100)において前記逆止弁本体部(72,172,272)を付勢するために、付勢部材(90)が前記逆止弁(70)に配置されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の真空ポンプ(1)。
  7. 前記2つの弁座(74,87,174,187,274,287)のうち少なくとも1つが、貫通孔(80,180,280)を有しつつ前記オイル供給導管(50,150,250)に配置されたプラグ(76,176,276)によって形成されていることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載の真空ポンプ(1)。
  8. 前記貫通孔(80,180,280)が、前記オイル供給導管(50,150,250)を前記キャビティ(4)に接続していることを特徴とする請求項7記載の真空ポンプ(1)。
  9. 前記付勢部材(90)が、バネ、特に前記2つの弁座(74,87,174,187,274,287)のいずれかによって支持されたコイルバネ(90)又はバネワッシャであることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の真空ポンプ(1)。
  10. 前記可動部材(14)を回転駆動するためのドライブシャフト(40)を含み、前記オイル供給導管(50,150,250)が前記ドライブシャフト(40)を通って延びていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の真空ポンプ(1)。
  11. 前記オイル供給導管(50,150,250)は、前記シャフト(40)の回転軸線(A)に沿って延びる軸方向部分(56,156)を含み、前記オイルリザーバ及び前記キャビティ(4)とそれぞれ流体連通していることを特徴とする請求項10記載の真空ポンプ(1)。
  12. 前記オイル供給導管(50,150)が、前記シャフト(40)の周面から前記シャフト(40)の前記回転軸線(A)へ延びる径方向部分(54,154)を含み、該径方向部分は、前記オイル供給導管(50,150)の前記軸方向部分(56,156)と流体連通していることを特徴とする請求項11記載の真空ポンプ(1)。
  13. 前記逆止弁(70)が、前記オイル供給導管(50,150)の前記軸方向部分(56,156)に配置されていることを特徴とする請求項11又は12記載の真空ポンプ(1)。
  14. 前記オイル供給導管(50,150)の前記径方向部分(54,154)がオイルギャラリ(159)と流体連通していることを特徴とする請求項9〜13のいずれか1項に記載の真空ポンプ(1)。
  15. エンジンと、請求項10〜14のいずれか1項に記載の真空ポンプ(1)とを含むシステムであって、前記真空ポンプ(1)が、前記エンジンに据え付けられ、特に路上走行車両のエンジンのカムシャフトによって駆動されることを特徴とするシステム。
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