JP4781095B2 - ベーンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ベーンポンプに関し、特に、カム面に対するベーンの押付力を求める技術に関する。

ベーンポンプは、運転音が静かであることが知られ、車両の圧力供給源として採用されている。（特許文献１）このベーンポンプでは、ケーシングに円柱状のロータが収納されている。ロータには、複数のベーン溝が放射状に形成されており、ベーン溝には、径方向に移動自在に夫々ベーンが挿入されている。ベーンの先端は、ベーン溝から突出して、ケーシングの内周に形成されたカム面に接している。そして、このベーンポンプは、例えばエンジンの動力によってロータが回転されることにより、隣り合うベーン間に形成される空間であるポンプ室の容積が変化して、ポンプ作用を生じる。
特開２００４−３０１０３４号公報（段落番号０００５）

ベーンポンプにおいて、その設計時に強度計算を精度良く行うには、カム面に対するベーンの押付力の値が必要となる。ベーンの押付力はベーン溝の底部に形成される空間であるベーン室内の圧力に関連して変化するので、ベーンの押付力を得るためには、ベーン室内の圧力を知る必要がある。しかしながら、ロータがケーシングに対して回転する構造上これらの間に形成された隙間を介してベーン室からポンプ室へ漏れが発生するので、ベーン室内の圧力を計算で正確に求めることは困難である。したがって、ベーン及びケーシング等の強度に充分な余裕を持たせなければならず、重量及び部品コストの増加を招く要因となっている。

更に、ベーン室内にこのベーンポンプの吐出圧を導入して、ベーンをカム面に強制的に押し付け、ポンプ室のシール性を向上させるものがある。このようなものにおいて、ベーン室内に導入する圧力によっては、ベーンの押付力が適正範囲から外れる虞がある。ベーンの押付力が適正範囲より大きくなると摩擦力が増加してポンプの機械効率が低下する一方、適正範囲より小さいとポンプ室のシール性が低下してしまう。したがって、ベーン室内の圧力を検出してベーンの押付力を求め、その値が適性範囲内になるようにベーン室に導入するベーンポンプの吐出圧を調節することが望ましい。

そこで、本発明は、ベーン室内の圧力を検出可能なベーンポンプを提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明は、軸方向に伸びる複数の溝が放射状に形成されたロータと、溝に径方向に移動自在に夫々挿入されたベーンと、ロータ及びベーンを収納し、内周にベーンの先端が接するカム面を形成するケーシングと、を含んで構成され、溝の底部にベーン室が形成されるベーンポンプであって、ケーシングに、ロータの回転によりベーン室に順次面する開口部が設けられるとともに、開口部にかかる圧力を前記ベーン室内の圧力として検出する圧力検出器が設けられ、前記開口部は、ケーシングを内外に貫通して設けられ、その一端においてベーンが溝に最も深く挿入される位置でのベーン室に面する第１開口部を含み、圧力検出器は、ベーン室に面する側とは反対側の端面において第１開口部を閉塞させるように設置されたことを特徴とする。

請求項２記載の発明では、開口部は、ベーンが溝に最も浅く挿入される位置でのベーン室に面する第２開口部を含むことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ベーン室に開口部が面するので、圧力検出器によってベーン室内の圧力を実測することができる。これにより、ベーン及びケーシング等の強度計算を行う際には、ベーン室内の圧力の実測値を用いることにより、カム面に対するベーンの押付力を精度良く求めることができるので、これらの強度の最適化を図ることができる。また、ベーン室内にベーンポンプの吐出圧を導入して、ベーンをカム面に強制的に押し付ける構成のものでは、圧力検出器によって検出されたベーン室内の圧力の実測値に基づいてベーン室内に導入する吐出圧を適正化し、ベーンの押付力を適正にすることができる。更に、容積が最小である位置でのベーン室に開口部が面するので、ベーン室内の圧力の最大値を検出することができる。

請求項２記載の発明によれば、容積が最大である位置でのベーン室に開口部が面するので、ベーン室内の圧力の最小値を検出することができる。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るベーンポンプを採用したディーゼルエンジンの燃料系統の説明図である。
車両に搭載されたディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）の燃料系統には、燃料噴射ポンプ１（高圧ポンプ）と、フィードポンプとしてのベーンポンプ２（低圧ポンプ）とが備えられている。ベーンポンプ２は、電動モータ３によって駆動され、燃料タンク４から燃料を吸い上げて燃料フィルタ５を介して燃料噴射ポンプ１に供給する。燃料噴射ポンプ１に供給された燃料はコモンレール６に供給されて、インジェクタ７からエンジンの燃焼室内に噴射される。

図２は、本実施形態に係るベーンポンプ２の内部構造を示す断面図である。図３は、図２に示されたベーンポンプ２のＡ−Ａ断面図である。
本実施形態に係るベーンポンプ２は、円筒状のケーシング本体１０と、ケーシング本体１０の一端を閉塞するサイドプレート１１と、ケーシング本体１０の他端を閉塞するサイドプレート１２と、円柱状のロータ１３と、４個の板状のベーン１４と、ポンプ軸１５と、を含んで構成されている。ロータ１３は、ケーシング本体１０内でその軸線に対して中心をずらして設置されている。ポンプ軸１５は、ロータ１３に一端１５ａが挿入されてロータ１３とスプライン結合されている。ロータ１３の軸線とポンプ軸１５の軸線とは一致しており、ポンプ軸１５が電動モータ３の駆動によって回転することにより、ロータ１３がその軸線を中心としてケーシング本体１０内で回転する。

ロータ１３には、その軸方向の全長に亘って、４個のベーン溝１６が形成されている。４個のベーン溝１６は、ロータ１３の周方向に等間隔で放射状に形成されている。ベーン溝１６には、ロータ１３の径方向に移動自在にベーン１４が挿入され、その底部にベーン室１７が形成されている。ベーン１４の先端１４ａは、ベーン溝１６から突出してケーシング本体１０の内周に形成されたカム面１０ａに接している。これにより、ケーシング本体１０内の空間が４つのベーン１４により仕切られて４つのポンプ室１８が形成されている。

本実施形態では、ケーシング本体１０、サイドプレート１１及びサイドプレート１２のアッセンブリとして、ケーシングが構成される。
図４は、吸込ポート２０、吐出ポート２１及びオイル逃がし溝２２の説明図である。
サイドプレート１９には、吸込ポート２０と吐出ポート２１とが形成されている。吸込ポート２０は、容積が増加する膨張過程にあるポンプ室１８ａに面して形成されている。吐出ポート２１は、容積が減少する圧縮過程にあるポンプ室１８ｂに面して形成されている。

ケーシング本体１７には、その周方向の一部にオイル逃がし溝２２が設けられている。オイル逃がし溝２２は、容積が最小である状態のポンプ室１８ｃとその隣のポンプ室１８ｂとを連通させるように設けられており、ポンプ室１８ｃ内の圧力が許容範囲以上に上昇することを防止する。
図５は、図２に示されたベーンポンプ２のＢ−Ｂ断面図である。サイドプレート１８には、開口部２３と開口部２４とが設けられている。開口部２３は、ベーン１４がベーン溝１６に最も深く挿入される位置でのベーン室１７ａに面して形成されている。開口部２４は、ベーン１４がベーン溝１６に最も浅く挿入される位置でのベーン室１７ｂに面して形成されている。サイドプレート１８には、圧力センサ２５及び圧力センサ２６が設けられており、圧力センサ２５は開口部２３にかかる圧力を検出する一方、圧力センサ２６は開口部２４にかかる圧力を検出する。

以上のような構成により、ベーン室１７ａに面してサイドプレート１８に開口部２３が設けられているとともに、この開口部２３にかかる圧力を検出する圧力センサ２５が設けられているので、ベーンポンプ２の運転時において、ベーン室１７ａ内の圧力を圧力センサ２５によって検出することができる。開口部２３は、ベーン１４がベーン溝１６に最も深く挿入される位置でのベーン室１７ａに面して形成されているので、ベーン室１７内の圧力の最大値Ｐｍを検出することができる。

図６は、ベーン室１７内の圧力の最大値Ｐｍの説明図である。
圧力センサ２５によって検出した圧力Ｐは、周期的に増減し、ロータ１３が１回転する周期Ｔ１の間に４回ピークを迎える。これは、ロータ１３にベーン１４が４個設けられていることにより、ロータが１回転する間に、ベーン室１７が開口部２３を４回通過するためである。このときのピーク圧Ｐｍが、ベーン室１７内の圧力の最大値Ｐｍとなる。

このようにして、ベーン室１７内の圧力の最大値Ｐｍを実測することができるので、ベーン１４及びケーシング本体１０等の強度計算を行う際には、このベーン室１７内の圧力の最大値Ｐｍを用いることにより、カム面１０ａに対するベーン１４の押付力の最大値を精度良く計算することができるので、これらの強度の最適化を図ることができる。
更に、ベーン１４がベーン溝１６に最も浅く挿入される位置でのベーン室１７ｂに面して、サイドプレート１１に開口部２４が設けられているとともに、開口部２４にかかる圧力を検出する圧力センサ２６が設けられているので、ベーン室１７内の圧力の最小値を検出することができる。これにより、圧力センサ２５によって検出されるベーン室１７内の圧力の最大値と合わせて、ベーン室１７内の圧力の変動範囲を知ることができる。例えば、ベーン室１７内にベーンポンプ２の吐出圧を導入して、ベーン１４をカム面１０ａに強制的に押し付ける構成のものでは、圧力センサ２５及び２６によって検出されたベーン室１７内の圧力に基づいて、ベーン室１７に導入する吐出圧を適正化することができる。これにより、ベーン１４の押付力を適正にして、ベーンポンプ２の機械効率とシール性とを両立させることができる。

本実施形態では、開口部２３及び開口部２４がサイドプレート１８に設けられているが、これらをサイドプレート１９に設けてもよい。
本実施形態では、ケーシング本体１０にカム面１１ａが形成されているが、ケーシング本体１０内に円筒状のカムリングが収納され、このカムリングの内周にカム面が形成されているベーンポンプでも本願発明を適用することができる。この場合は、ケーシング本体１０、サイドプレート１１、サイドプレート１２及びカムリングのアッセンブリが本願発明のケーシングに該当する。

また、本実施形態では、ベーンポンプ２は燃料を供給するフィードポンプとして用いられているが、これに限定されるものではない。パワーステアリング装置用の油圧供給源として用いられる油圧ポンプ、及びブレーキ装置用の負圧供給源として用いられるバキュームポンプのように、燃料以外の液体または気体を作動流体とするベーンポンプでも、本願発明を適用することができる。

本発明の一実施形態に係るベーンポンプを採用したディーゼルエンジンの燃料系統の説明図 本実施形態に係るベーンポンプの内部構造を示す断面図 図２に示されたベーンポンプのＡ−Ａ断面図 吸込ポート、吐出ポート及びオイル逃がし溝の説明図 図２に示されたベーンポンプのＢ−Ｂ断面図 ベーン室内の圧力の最大値Ｐｍの説明図

符号の説明

２ ベーンポンプ
１０ ケーシング本体
１１、１２ サイドプレート
１３ ロータ
１４ ベーン
１６ ベーン溝
１７、１７ａ、１７ｂ ベーン室
２３、２４ 開口部
２５、２６ 圧力センサ

Claims (2)

1. 軸方向に伸びる複数の溝が放射状に形成されたロータと、
   前記溝に径方向に移動自在に夫々挿入されたベーンと、
   前記ロータ及び前記ベーンを収納し、内周に前記ベーンの先端が接するカム面を形成するケーシングと、
   を含んで構成され、前記溝の底部にベーン室が形成されるベーンポンプであって、
   前記ケーシングに、前記ロータの回転により前記ベーン室に順次面する開口部が設けられるとともに、前記開口部にかかる圧力を前記ベーン室内の圧力として検出する圧力検出器が設けられ、
   前記開口部は、前記ケーシングを内外に貫通して設けられ、その一端において前記ベーンが前記溝に最も深く挿入される位置でのベーン室に面する第１開口部を含み、
   前記圧力検出器は、前記ベーン室に面する側とは反対側の端面において前記第１開口部を閉塞させるように設置されたことを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記開口部は、前記ベーンが前記溝に最も浅く挿入される位置でのベーン室に面する第２開口部を含むことを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。

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