JP5116483B2 - 複制御チャンバ付き可変容量形ベーンポンプ - Google Patents

Description

本発明は可変容量形ベーンポンプに関する。より詳細には、本発明は制御リングに隣接した２つまたはそれ以上の制御チャンバに作動流体を供給することによって少なくとも２つの異なった平衡圧力の間の選択が可能な可変容量形ベーンポンプに関する。

可変容量形ベーンポンプはよく知られており、ポンプのロータ偏心率を変え、それによってポンプ容積を変えるための可動式ポンプ制御リングの形の容量調節要素を含んでいてもよい。このポンプがほぼ一定のオリフィスサイズを有したシステム例えば自動車エンジン潤滑系に供給している場合には、ポンプ押出量の変化はポンプによって生み出される圧力の変化に等しい。

平衡圧力を維持するためにポンプの容積を変化させる機能を有することは、ポンプが作動速度の範囲全体にわたって作動させられる、例えば自動車潤滑ポンプのような環境において重要である。この種の環境において、平衡圧力を維持するために、ポンプ押出作動流体（例えば潤滑油）をポンプの出力からポンプ制御リングに隣接する制御チャンバにフィードバック供給し、制御チャンバ内の圧力を作用させて通例戻しばねの付勢力に抗して制御リングを可動させ、これにより、ポンプの容量を変化させる方式を採用することは公知である。

ポンプ押出圧力が増大する場合、例えばポンプの作動速度が高まる場合には、高まった圧力が制御リングに作用し、戻しばねの付勢力に打ち勝ってポンプ容量を減少させるように制御リングを可動させ、これにより押出量が減少して、従ってポンプ押出圧力が減少する。

逆に、例えばポンプの作動速度が低下する場合には、ポンプ押出圧力が低下するにつれて、制御リングに隣接した制御チャンバに与えられる圧力の低下は戻しばねの付勢が制御リングを可動させてポンプの容量を増大させるように作用し、これによりポンプの押出量が増大して、従ってポンプ圧力が増加する。このようにして、ポンプ出力で平衡圧力が確保される。

平衡圧力は、制御チャンバ内の作動流体が作用を及ぼす範囲の制御リング面積と、チャンバに供給される作動流体の圧力と、戻しばねによって生み出される付勢力とによって決定される。

従来、平衡圧力はエンジンの予測稼動範囲にとって許容可能な圧力であるように選択され、従って、例えばエンジンは低高稼動速度においてエンジン高稼動速度で要されるよりも低い作動流体圧力で無難に稼動し得ればよいことから、一定程度の妥協が許される。過度の損耗またはエンジンにとってその他の損傷を防止するため、エンジン設計者は最悪（高稼動速度）条件に対応するポンプ平衡圧力を選択するであろう。従って、低速時にポンプはそうした速度に必要とされるよりも高い容量で作動し、余分で不必要な作動流体をポンピングするエネルギーを浪費することになる。

かなりコンパクトなポンプハウジングで、選択可能な少なくとも２つの平衡圧力を供することのできる可変容量形ベーンポンプを得ることが望ましい。また、ポンプ制御リング用の軸ピンに作用する反力が低下するような可変容量形ベーンポンプを得ることも望ましい。

本発明の目的は、従来の技術の少なくとも１つの短所を除去もしくは軽減する新規な可変容量形ベーンポンプを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、ポンプ容量を変化させる可動式ポンプ制御リングを備え、選択された少なくとも２つの平衡圧力で作動可能な可変容量形ベーンポンプであって、吸込み口と吐出し口とを有するポンプチャンバを内蔵したポンプケーシングと、ポンプチャンバ内を可動してポンプの容量を変化させるポンプ制御リングと、ポンプ制御リング内に回転式に取り付けられたベーンポンプロータであって、ポンプ制御リングの内周面に接合するスライド式に取り付けられた複数枚の羽根を有し、ポンプ制御リングの中心から偏心した回転軸を有し、回転して、流体が吸込み口から吐出し口に向かって移動するにつれて流体を加圧するベーンポンプロータと、ポンプケーシングとポンプ制御リングとの間にある第１の制御チャンバであって、加圧流体を受け取って、ポンプの容積を減少させるためにポンプ制御リングを可動させる力を生み出すように作動する第１の制御チャンバと、ポンプケーシングとポンプ制御リングとの間にある第２の制御チャンバであって、加圧流体を受け取って、ポンプの容積を減少させるためにポンプ制御リングを可動させる力を生み出すように選択的に作動する第２の制御チャンバと、ポンプリングとケーシングとの間で作用して、最大容積が達成される位置に向かってポンプリングを付勢する戻しばねであって、第１と第２の制御チャンバの力に抗して作用して平衡圧力を達成する戻しばねとを備え、第２の制御チャンバに対する加圧流体の供給を実施もしくは排除させることによってポンプの平衡圧力が変化させられる、可変容量形ベーンポンプが提供される。

本発明の第２の態様により、ポンプチャンバを内蔵したポンプケーシングと、ポンプチャンバ内に回転式に取り付けられたベーンポンプロータと、ベーンポンプロータにスライド式に取り付けられた複数の羽根と、ポンプチャンバ内でベーンポンプロータを包囲するポンプ制御リングであって、ベーンポンプロータはポンプ制御リングの中心から偏心した回転軸を有し、ポンプ制御リングは、ポンプの容量を変化させるために、ポンプチャンバ内で軸ピン周りに旋回運動可能なポンプ制御リングと、ポンプケーシング、ポンプ制御リング、軸ピン、およびポンプ制御リングとポンプケーシングとの間の弾性シールの間に形成された制御チャンバであって、加圧流体を受け取って、ポンプの容積を減少させるためにポンプ制御リングを可動させる力を生み出すように作動可能な制御チャンバと、ポンプリングとケーシングとの間で作用して、最大容積が達成される位置に向かってポンプリングを付勢する戻しばねであって、戻しばねは、制御チャンバの力に抗して作用して平衡圧力を達成し、軸ピンおよび弾性シールは制御チャンバ内に存在するポンプ制御リングの面積が減少するように配置され、制御チャンバ内の加圧流体によってポンプ制御リングに及ぼされる力を減少させ、可変容量形ベーンポンプが提供される。

好ましくは、戻しばねは、ポンプ制御リングに加える付勢力が軸ピンに作用する反力をさらに減少させる方向を指向している。さらにまた好ましくは、制御チャンバは、軸ピンに対して、生ずる力が軸ピンに作用する反力を減少させるように配置されている。

以下、例示のために添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を説明する。

本発明の１実施形態による可変容量形ベーンポンプは、図１，２および３において一般に２０で表されている。

図１，２および３において、ポンプ２０は、ポンプ２０が加圧作動流体を供給するエンジン（図示せず）等に対して、ポンプカバー（図示せず）および適切なガスケットによって封止された前面２４を有したハウジングないしケーシング２２を含んでいる。

ポンプ２０は、任意の適切な手段、例えばポンプが作動流体を供給するエンジンまたはその他の機構によって駆動されてポンプ２０を作動させる駆動軸２８を含んでいる。駆動軸２８が回転させられると、ポンプチャンバ３６内に配されたポンプロータ３２は駆動軸２８とともに回転する。一連のスライド式ポンプ羽根４０はロータ３２とともに回転し、各々の羽根４０の外端は、チャンバ３６の外壁を形成するポンプ制御リング４４の内周面に接合している。ポンプチャンバ３６は、ポンプ制御リング４４の内周面とポンプロータ３２と羽根４０とによって画定される一連の作動流体チャンバ４８に区分される。ポンプロータ３２は、ポンプ制御リング４４の中心から偏心した回転軸を有している。

ポンプ制御リング４４は、ポンプ制御リング４４の中心がロータ３２の中心に対して相対運動することを可能にする軸ピン５２を介してケーシング２２内に取付けられている。ポンプ制御リング４４の中心はポンプロータ３２の中心に対して偏心配置され、かつポンプ制御リング４４とポンプロータ３２とのそれぞれの内周は円形であることから、作動流体チャンバ４８の容積はチャンバ４８がポンプチャンバ３６を周回するにつれて変化し、それらの容積はポンプ２０の低圧側（図１においてポンプチャンバ３６の左側）で大きくなり、ポンプ２０の高圧側（図１においてポンプチャンバ３６の右側）で小さくなる。作動流体チャンバ４８のこの容積変化がポンプ２０のポンプ作用を生み出して、吸込み口５０から作動流体を吸込んで加圧し、吐出し口５４に送達する。

ポンプ制御リング４４を軸ピン５２周りに旋回運動させることでポンプロータ３２に対する偏心量を変化させて、ポンプ２０の低圧側からポンプ２０の高圧側に向かって変化する作動流体チャンバ４８の容積量を変えることができ、従って、ポンプ容積を変化させることができる。戻しばね５６は、ポンプが最大偏心量を有する、図１および２に示した位置に向かってポンプ制御リング４４を付勢している。

上述したように、ポンプリングに隣接して制御チャンバと戻しばねとを設けて、可変容量形ベーンポンプのポンプリングを運動させ、平衡吐出し量、およびこれに関する平衡圧力とを実現することは公知に属する。

ただし、本発明によれば、ポンプ２０は、図３から最もよく看取し得るように、ポンプリング４４を制御する２つの制御チャンバ６０と６４とを含んでいる。制御チャンバ６０つまり図３において右側の斜め線の付された部分は、ポンプケーシング２２と、ポンプ制御リング４４と、軸ピン５２と、ポンプ制御リング４４およびそれに当接するケーシング２２に取り付けられた弾性シール６８との間に形成されている。図示した実施形態において、ポンプ吐出し口５４に供給されるポンプ２０からの加圧作動流体が制御チャンバ６０も充填するように、制御チャンバ６０はポンプ吐出し口５４と直接に流体連通している。

当業者には明らかなように、制御チャンバ６０はポンプ吐出し口５４と直接に流体連通している必要はなく、それに代えて、任意の適切な作動流体源例えばポンプ２０によって供給される自動車エンジンのオイルギャラリから供給されてよい。

制御チャンバ６０内の加圧作動流体はポンプ制御リング４４に作用して、加圧作動流体の圧力から生ずるポンプ制御リング４４に作用する力が戻しばね５６の付勢力を克服するのに十分であれば、ポンプ制御リング４４を軸ピン５２周りに、図３の矢印７２によって示されている方向に旋回させ、ポンプ２０の偏心量を減少させる。加圧作動流体の圧力が戻しばね５６の付勢力を克服するのに十分でなければ、ポンプ制御リング４４は軸ピン５２周りに、矢印７２によって示されているのとは反対の方向に旋回して、ポンプ２０の偏心量を増大させる。

ポンプ２０はさらに第２の制御チャンバ６４、つまり図３において左端の斜め線の付された部分を含んでおり、これはポンプケーシング２２と、ポンプ制御リング４４と、弾性シール６８と、第２の弾性シール７６と、の間に形成されている。弾性シール７６は、ポンプケーシング２２の壁面に当接して制御チャンバ６４をポンプ吸込み口５０から分離し、弾性シール６８はチャンバ６４をチャンバ６０から分離している。

制御チャンバ６４には、制御孔８０を通じて加圧作動流体が供給される。制御孔８０には、ポンプ吐出し口５４、またはエンジン内の作動流体ギャラリ、またはポンプ２０から供給されるその他の装置を含む任意の適切な流体源から加圧作動流体が供給されてよい。以下に述べるように、制御孔８０を通じてチャンバ６４に作動流体を選択的に供給するために、制御機構（図示せず）、例えばソレノイド作動弁または切換え弁機構が採用される。制御チャンバ６０の場合と同様に、制御孔８０から制御チャンバ６４に供給された加圧作動流体もポンプ制御リング４４に作用する。

ここで判明するように、ポンプ吐出し口５４に供給される加圧作動流体は制御チャンバ６０も満たすことから、ポンプ２０は従来のように作動して平衡圧力を達成することができる。作動流体の圧力が平衡圧力よりも大きければ、供給された作動流体の圧力によってチャンバ６０内に存在するポンプ制御リング４４の部分に生み出された力は、戻しばね５６の力に打ち勝ってポンプ制御リング４４を可動させ、ポンプ２０の容積を減少させる。逆に、作動流体の圧力が平衡圧力よりも小さければ、戻しばね５６の力は、供給された作動流体の圧力によってチャンバ６０内に存在するポンプ制御リング４４の部分に生み出された力を上回り、戻しばね５６がポンプリング４４を旋回運動させて、ポンプ２０の容積を増大させることになる。

ただし、従来のポンプとは異なり、ポンプ２０は第２の平衡圧力で作動することが可能である。とりわけ、制御孔８０を経て制御チャンバ６４に加圧作動流体を選択的に供給することにより、第２の平衡圧力を選択することができる。例えば、エンジン制御系によって制御されるソレノイド作動弁は制御孔８０を経て制御チャンバ６４に加圧作動流体を供給して、加圧作動流体によってポンプ制御リング４４のチャンバ６４内の該当部分に生み出された力が制御チャンバ６０内の加圧作動流体によって生み出された力に加えられ、これにより、ポンプ制御リング４４をそうでない場合よりもさらに旋回運動させて、ポンプ２０にとって新しい、より低い平衡圧力を達成することができる。

一例として、ポンプ２０の低速作動速度で、加圧作動流体は双方のチャンバ６０、６４に供給されればよく、ポンプリング４４は、該ポンプリングを該ポンプ容積が低速の作動速度で受け入れ可能な第１の、より低い平衡圧力を生み出す位置に可動させることができる。

ポンプ２０がより高速で駆動される場合には、制御機構が作動して制御チャンバ６４への加圧作動流体の供給を排除し、これにより、戻しばね５６によりポンプリング４４を可動させてポンプ２０にとって第２の平衡圧力を達成することができる。この第２の平衡圧力は第１の平衡圧力よりも高い。

図示した実施形態においてチャンバ６０はポンプ吐出し口５４と流体連通しているが、所望であれば、制御チャンバ６０の設計を変更して、該チャンバに加圧作動流体が、ポンプ吐出し口５４ではなく制御孔８０と同様な制御孔から供給されるようにすることが当業者にとって容易であることは明らかであろう。こうした場合には、制御機構（図示せず）例えばソレノイド作動弁または切換え弁機構を採用して、該制御孔を通じて制御チャンバ６０に作動流体を選択的に供給することができる。それぞれの制御チャンバ６０および６４内に存在する制御リング４４の部分の面積は相違していることから、制御チャンバ６０または制御チャンバ６４または制御チャンバ６０，６４の双方に加圧作動流体を選択的に付与することにより、所望通り、３つの異なった平衡圧力を達成することが可能である。

さらにまた当業者にとって明らかなように、もし追加的な平衡圧力が所望されるならば、ポンプケーシング２２と制御リング４４とを、必要に応じて１つまたは複数の追加的な制御チャンバが形成されるように製造することも可能である。

ポンプ２０は、従来のベーンポンプ例えば図４に示したポンプ２００と比較してさらなる利点を供する。従来のベーンポンプ例えばポンプ２００において、ポンプチャンバ内の低圧流体２０４は、ポンプチャンバ内の高圧流体２０８と同様にポンプリング２１６に力を及ぼす。これらの力はポンプ制御リング２１６に作用する有効力２１２を生じさせ、この力のほとんどは、力２１２が作用する点に配置される軸ピン２２０によって担われる。

さらにまた、吐出し口２２４（鎖線によって表示）内の高圧流体は、ポンプリング２１６の軸ピン２２０と弾性シール２２２との間の部分全体に作用して、ポンプ制御リング２１６に作用する有効力２２８も生ずる。力２２８は戻しばね２３６の力２３２によってある程度相殺されるとはいえ、力２３２によって相殺された後の力２２８の正味の力はなお有効であり、この正味の力もそのほとんどが軸ピン２２０によって担われる。

こうして軸ピン２２０は有効力２１２と２２８とにそれぞれ対抗して、大きな反力２４０と２４４とを担うこととなり、これらの力は時と共に軸ピン２２０の望ましくない摩耗および／またはポンプ制御リング２１６の「静止摩擦力」を生じ、その結果、該リングは軸ピン２２０周りに円滑に旋回せず、ポンプ２００の精密制御の達成はより困難になる。

図５に示したように、ポンプ２０の低圧側３００と高圧側３０４とは、軸ピン５２のほぼ直上でポンプ制御リング４４に作用する有効力３０８を生ずるとともに、（図中に示した向きにおいて）水平力３１２として示した、軸ピン５２に作用する対応する反力が生み出される。従来の可変容量形ベーンポンプ例えばポンプ２００とは異なり、ポンプ２０において弾性シール６８は、制御チャンバ６０内の加圧作動流体が作用するポンプ制御リング４４の部分の面積が減少するように軸ピン５２に比較的近接して配置されており、従ってポンプ制御リング４４に作用する力３１６の大きさも有意に減少する。

さらに、制御チャンバ６０は、力３１６が力３０８に対抗して作用する水平成分を含むように配置されており、従って、軸ピン５２に生ずる反力３１２は減少する。力３１６の（図中に示した向きにおいて）垂直成分は軸ピン５２に作用する垂直反力３２０を生じはするが、上述したように、力３１６の大きさは従来のポンプの場合に考えられるよりも小さく、また垂直反力３２０は戻しばね５６によって生み出される付勢力３２４の垂直成分によっても減少させられる。

こうして、制御チャンバ６０と戻しばね５６との軸ピン５２に対する固有な配置によって、軸ピン５２に作用する反力を減少させ、ポンプ２０の作動耐用年数を向上させるとともに、制御リング４４の「静止摩擦力」を減少させてポンプ２０のより円滑な制御が可能になる。当業者には明らかなように、この固有な配置は２つまたはそれ以上の平衡圧力が達成される可変容量形ベーンポンプに制限されるものではなく、単一の平衡圧力で作動する可変容量形ベーンポンプに採用することも可能である。

本発明の上述した実施形態は本発明の例示を目的としたものであり、本願明細書に添付の請求項によってもっぱら画定される本発明の範囲を逸脱することなく、当業者による改変および変形が行なわれてよい。

ロータ偏心率が最大となるように配置された制御リングを備えた本発明に係る可変容量形ベーンポンプの正面図である。 ロータ偏心率が最大となるように配置された制御リングを備えた図１のポンプの正面斜視図である。 偏心率が最小となるように位置された制御リングを備えた図１のポンプの正面図であり、ポンプ制御チャンバの部分は斜め線で表されている。 従来技術の可変容量形ポンプの概略図である。 図１のポンプの正面図であり、ロータとベーンは、ポンプ内部の力を具体的に示すために取り除かれている。

Claims (11)

1. ポンプ容量を変化させる可動式ポンプ制御リングを備え、選択された少なくとも２つの平衡圧力で作動可能な可変容量形ベーンポンプであって、
   吸込み口と吐出し口とを有するポンプチャンバを内蔵したポンプケーシングと、
   前記ポンプチャンバ内を可動して前記ポンプの容量を変化させるポンプ制御リングと、
   前記ポンプ制御リング内に回転式に取り付けられたベーンポンプロータであって、前記ポンプ制御リングの内周面に接合するスライド式に取り付けられた複数枚の羽根を有し、前記ポンプ制御リングの中心から偏心した回転軸を有し、回転して、流体が前記吸込み口から前記吐出し口に向かって移動するにつれて流体を加圧するベーンポンプロータと、
   前記ポンプケーシングと前記ポンプ制御リングとの間にある第１の制御チャンバであって、加圧流体を受け取って、前記ポンプの容積を減少させるために前記ポンプ制御リングを可動させる力を生み出すように作動する第１の制御チャンバと、
   前記ポンプケーシングと前記ポンプ制御リングとの間にある第２の制御チャンバであって、加圧流体を受け取って、前記ポンプの容積を減少させるために前記ポンプ制御リングを可動させる力を生み出すように選択的に作動する第２の制御チャンバと、
   前記ポンプ制御リングと前記ケーシングとの間で作用して、最大容積が達成される位置に向かって前記ポンプ制御リングを付勢する戻しばねであって、前記第１と第２の制御チャンバの力に抗して作用して平衡圧力を達成する戻しばねと、を備え、
   前記第２の制御チャンバに対する加圧流体の供給を実施もしくは排除させることによって前記ポンプの前記平衡圧力が変化させられる、可変容量形ベーンポンプ。
2. 加圧流体が前記ポンプ作動時に前記第１の制御チャンバに供給され、また加圧流体は制御系からの信号に応じてのみ第２の制御チャンバに供給される、請求項１記載の可変容量形ポンプ。
3. 前記第２の制御チャンバには制御孔から加圧流体が供給される、請求項１記載の可変容量形ポンプ。
4. 前記第１の制御チャンバは前記吐出し口と流体連通し、前記吐出し口から加圧流体を受け取る、請求項１記載の可変容量形ポンプ。
5. 前記第２の制御チャンバは、前記ポンプケーシングと、前記ポンプ制御リングと、前記ポンプ制御リングと前記ポンプケーシングとの間で作用する第１および第２の弾性シールとによって形成される、請求項１記載の可変容量形ポンプ。
6. 加圧流体の供給は、前記第１および第２の制御チャンバのいずれか一方または双方に行われて、前記ポンプの３つの平衡圧力からいずれか１つが選択し得る、請求項１記載の可変容量形ポンプ。
7. 加圧流体を受け取って、前記ポンプの容積を減少させるために前記ポンプ制御リングを可動させる力を生み出すように作動可能な第３の制御チャンバをさらに備えた、請求項１記載の可変容量形ポンプ。
8. 更に、第１の制御チャンバを画定するために、前記ポンプ制御リングと前記ポンプケーシングとの間に弾性シールを備え、
   前記ポンプ制御リングは前記ポンプの容量を変化させるために、前記ポンプチャンバ内で軸ピン周りに旋回運動可能であり、前記軸ピンおよび前記弾性シールは、第１チャンバ内で前記軸ピンから前記ポンプ制御リングの周方向に、ポンプ制御リングの中心周りに約１８０度離れて前記弾性シールが設けられる場合と比べて、前記第１の制御チャンバ内に存在する、前記加圧流体が力を及ぼす前記ポンプ制御リングの面積が、減少するように、配置され、前記第１の制御チャンバ内の加圧流体によって前記ポンプ制御リングに及ぼされる力を減少させる、請求項１記載の可変容量形ベーンポンプ。
9. 前記戻しばねは、前記戻しばねが前記ポンプ制御リングに加える付勢力が前記軸ピンに作用する反力をさらに減少させる方向を指向する、請求項８記載の可変容量形ベーンポンプ。
10. 前記第１の制御チャンバは、前記軸ピンに対して、生ずる力が前記軸ピンに作用する反力を減少させるように配置される、請求項８記載の可変容量形ベーンポンプ。
11. 更に、前記ポンプ制御リングに弾性シールが設けられ、前記第１の制御チャンバを前記第２の制御チャンバから分離させる、請求項１記載の可変容量形ベーンポンプ。

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