JP6538696B2 - 切り換え可能なクラッチを有する自動車用真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ロックとその解放との間で液圧的に切り換え可能且つ積極的にロックとなるクラッチ構成を備えた自動車用機械式真空ポンプに関する。

自動車において、真空ポンプの１つの機能は例えば空圧ブレーキブースタ等のアクチュエータに潜在的なエネルギとして５００ミリバール（絶対）よりも低い真空を提供することにある。真空ポンプのポンプ作動はブレーキブースタを補給する目的では殆ど必要とされず、例えば自動車が発進されて各ブレーキ作動後に必要とされる。機械式真空ポンプは自動車の内燃機関によって機械的に駆動される。摩耗や真空ポンプの駆動に要求されるエネルギ消費を最少に低減するうえでクラッチ構成が備えられ、該クラッチ構成は、内燃機関によって機械的に駆動される結合要素と圧縮機として構成されたポンプロータとを供回りさせるためのロックと、これらにおける互いの解放との両方を標的とする仕方で許容する。

摩擦クラッチは簡単なクラッチ構成である。信頼性のある作動やフェールセーフ構成のためには、摩擦クラッチには係合状態に向け、対応するばね要素によって予荷重が付与されていなければならない。それ故、摩擦クラッチを開くにはむしろ大きな開き力が要求される。

本発明の目的は、フェールセーフで且つ低いシフト力のみを要求するクラッチ構成を備えた自動車用機械式真空ポンプを提供することにある。

本発明によれば、真空ポンプは切り換え可能で積極的にロックであるクラッチ構成を有し、該ロック構成はロック状態にあるとき、結合要素をポンプロータとの供回りのためにロックし、そして、解放状態にあるとき、ポンプロータから結合要素を解放する。供回りのために、結合要素は内燃機関との結合を提供するのに役立ち、この結果、結合要素は常時、内燃機関の回転速度に比例した速度で回転する。ポンプロータはポンプ構成におけるポンプシステムの一部であり、好ましくは容量ポンプとして構成されている。

積極的にロックなクラッチ構成は積極的な係合によってロックされ、この結果、非常に高いトルクが非常に高い信頼性でもって伝達可能である。クラッチ構成はロック状態にあるときスリップできない。本質的に、力の伝達がロック状態での積極的な係合を介して達成されるので、クラッチの開閉には大きな作動力が要求されない。クラッチ構成を液圧的に切り換えることは好適する。

クラッチ構成は掛け金ホルダを含む。該掛け金ホルダは、少なくとも１つの径方向の掛け金ガイド及び該掛け金ガイド内で変位可能な掛け金本体を備え、供回りのためにポンプロータ又は結合要素に接続される。掛け金ガイドが径方向に正確に方向付けされる必要は無いが、掛け金ガイドは径方向構成部(radial component)を有していなければならない。この結果、掛け金本体は径方向内側位置と径方向外側位置との間にて、掛け金ガイド内を径方向構成部と一緒に可動であるものの、正確な径方向は必要ではない。掛け金本体の移動方向に対して掛け金ガイドが横断方向に完全に閉じられる必要はなく、掛け金ガイドはトラフに類似して、開口して形成可能である。例えば、掛け金本体はピン形状であってもよく、好ましくはボールとして構成される。

掛け金ホルダは、該掛け金ホルダに割り振られ且つ軸線方向に変位可能なガイド本体を有し、ガイド本体は軸線方向の面に対して傾斜した案内面を有する。軸線方向の面に対して傾斜した案内面のために、掛け金本体はロック位置に移動、つまり、径方向に押しやられる。ガイド本体がロック位置に移動されたとき、案内面は掛け金本体をロック位置に押す、つまり、径方向に押しやる面である。この点において、軸線方向の面に対する案内面の傾斜は、ガイド本体の軸線方向の動きとガイド本体の径方向の動きとの間の機械梃子を形成する。

更に、供回りのために、クラッチ構成は結合要素又はポンプロータに接続されるキャッチ本体を含み、該キャッチ本体は少なくとも１つのキャッチ窪みを有する。クラッチ構成がロック位置にあるとき、該キャッチ窪み内に掛け金本体が径方向に係合する。キャッチ本体は、掛け金ホルダのほぼ横断面内で且つ掛け金ホルダと同軸的にして、ポンプの軸線回りに回転可能に支持されている。キャッチ窪みは、前記面又は掛け金ガイドの横断面内にほぼ配置されている。キャッチ窪みの領域にて、キャッチ窪みにおける底の半径は、掛け金本体がキャッチ窪み内に部分的に突出し且つ掛け金ホルダの掛け金ガイド内に部分的に留まるように選択されている。このようにして掛け金ホルダとキャッチ本体との積極的な接続がなされる。キャッチ窪みの外側では、キャッチ本体の半径は例えば、隣接する掛け金ホルダの半径にほぼ相当する。

好ましくは、掛け金ホルダはポンプロータと一緒に回転すべくポンプロータに接続され、キャッチ本体は結合要素と一緒に回転すべく結合要素に接続されている。好ましくは、掛け金ホルダはキャッチ本体内に径方向に配置されている。掛け金ホルダが回転している限り、遠心力は掛け金本体をキャッチ本体に対して径方向外側に、即ち、キャッチ窪み内に移動させる。解放状態にて、ポンプロータは掛け金ホルダと共に停止状態となり、この結果、掛け金本体は、未だ回転中のキャッチ本体によって掛け金ホルダの掛け金ガイド内に保持される。ガイド本体が解放状態からロック状態に移動されたときのみ、傾斜した案内面は径方向外側に掛け金本体を押す。この結果、掛け金本体はやがてキャッチ本体のキャッチ窪みに係合し、掛け金ホルダはポンプロータと共に、回転するキャッチ本体に引き連れされる。

好ましくは、掛け金ホルダには複数の掛け金ガイドが備えられ、各掛け金ガイドは複数の掛け金本体を備えている。一方、キャッチ本体には対応する数だけキャッチ窪みが備えられている。それ故、伝達されるトルクや冗長性、即ち、フェールセーフが増大する。

好適な実施形態では、ガイド本体に円筒状の支承面が備えられ、該支承面により掛け金本体はそのロック位置に留められている。好ましくは、支承面は軸線方向にて案内面と直接に隣接している。このようにしてロック位置に掛け金本体を保持するには、非常に小さい保持力をロック位置にて付与するだけである。

好適な実施形態によれば、ガイド本体にはロック位置に向け、予荷重要素によって機械的に予荷重が付与されている。ガイド本体を移動させるアクチュエータシステムが働かなければ、ガイド本体は予荷重要素によってロック位置に常時移動され、この結果、クラッチ構成はロック状態に留まるか、又は、ロック位置に移動される。これにより、クラック構成はフェールセーフとなる。

基本的には、変位可能なガイド本体は電気的、電磁的、空圧的又は他のアクチュエータによって作動可能である。しかしながら、クラッチ構成は液圧的に作動されるのが好ましい。大きな位置決め力が要求されないので、例えば内燃機関での潤滑剤の供給にて得られる潤滑剤の作動圧を使用可能となる。

好適な実施形態によれば、ガイド本体は、液圧シリンダ内に軸線方向に移動すべく配置された液圧ピストンを有し、液圧シリンダは該液圧シリンダと供回りする掛け金ホルダに割り振られている。従って、液圧アクチュエータシステムは全体的に掛け金ホルダに割り振られている。

好ましくは、真空ポンプはポンプハウジングを有し、該ポンプハウジングは特にポンプロータを囲み、ロータ全体のための旋回軸受システムを含んでいる。好ましくは、ポンプハウジングは液圧制御ポートを含み、制御ポートは液圧シリンダに液圧的に接続されている。好ましくは、制御ポートは環状通路に接続され、該環状通路はポンプハウジングと液圧シリンダを径方向に縁取る円筒体との間にある。液圧的な液体、例えば潤滑剤は静止ハウジングから回転する液圧シリンダに、又は逆に、液圧シリンダから静止ハウジング、つまり、液圧的な制御ポートに閉じた環状通路を通じて流れることができる。

好適な実施形態によれば、ポンプハウジングは別個の潤滑剤ポートを有し、該潤滑剤ポートは制御ポートとポンプロータとの間で軸線方向に配置されている。特に、ポンプ軸受が摺動軸受として構成されているなら、ポンプ軸受は潤滑剤ポートを経て潤滑される。更に、潤滑剤ポートを経て、ポンプシステムに潤滑剤を供給することも可能である。

特に好適な実施形態によれば、切り換え可能な液圧制御弁が備えられ、解放状態では、液圧制御弁は解放を目的として液圧的な液体の制御圧Ｐ1を制御ポートに伝達する。また、制御弁が潤滑剤ポートに液圧的に接続され、解放状態で、制御弁が大気的な液圧Ｐ0を潤滑剤ポートに伝達することは特に好適する。このようにして液圧的な液体回路が作り出され、この結果、液圧的な液体の漏れは標的化且つ完全な仕方で排出され、そして、ポンプシステムが液圧的な液体で一杯に充填されるのを防止できる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態が詳細に説明される。

ロック状態での自動車用機械式真空ポンプの縦断面である。 図１の自動車用真空ポンプにおけるクラッチ構成の領域でのII-II線に沿う横断面図である。 解放状態での図１の自動車用機械式真空ポンプの縦断面である。 図３の自動車用真空ポンプにおけるクラッチ構成の領域でのIV-IV線に沿う横断面図である。

図１及び図３は、切り換え可能な自動車用機械式真空ポンプ１０を示し、該真空ポンプ１０は内燃機関１００のクランク軸又はカム軸に機械的に接続されている。真空ポンプ１０は例えば空圧ブレーキブースタ等の補機類のためのアクチュエータシステムに５００ミリバール（絶対）の真空を提供するのに役立つ。

本実施形態において、真空ポンプ１０は容量ポンプとして構成され、複数のパーツからなるロータ１１を備えている。ロータ１１はポンプロータ１２を含み、該ポンプロータ１２は例えば回転ベーンポンプロータ１２として構成されている。更に、ロータ１１は、ポンプロータ１２に対し軸線方向に隣接したポット型の円筒体１６と、該円筒体内に支持され、軸線方向に変位するガイド本体５０とを有する。円筒体１６の円筒状の外面及びポンプハウジング９０における各部の円筒状の内面はロータ軸受９１を形成し、本実施形態では、該ロータ軸受９１は摺動軸受である。

円筒体１６には掛け金ホルダ３２が隣接し、円筒体１６によって囲まれた円筒状の内部は前記掛け金ホルダ３２によって軸線方向に圧密(pressure tight)にして閉じられている。ポンプロータ１２、円筒体１６及び掛け金ホルダ３２は例えば、螺合、半田付け又は溶接によって供回りすべく互いに接続され、ガイド本体５０と共にロータ１１を形成する。

ロータ１１には結合要素１４が同軸にして隣接し、該結合要素１４は内燃機関１００に機械的に接続されている。クラッチ構成３０の解放状態にて、結合要素１４はロータ１１に対して自由に回転する。結合要素１４は例えば、摺動軸受によってポンプハウジング９０内に回転可能に支持されている。

ポンプハウジング９０はその前端に吸い込みポート９６を有し、該吸い込みポート９６は例えば、空圧ブレーキブースタの作動室に接続されている。更に、ポンプハウジング９０はその前端に圧力ポート９８を有し、該該圧力ポート９８を通じて圧縮ガスが排出される。

図２及び図４に示されているように、掛け金ホルダ３２は径方向に向けられた３つの掛け金ガイド３４を有する。本実施形態において、掛け金ガイド３４は径方向ボアとして構成され、これら径方向ボアは横断面に位置付けられ且つ互いに１２０°の角度を存して配置されている。各掛け金ガイド３４内には掛け金本体３６が配置され、各掛け金本体はボール３８として構成されている。掛け金本体３６と掛け金ガイド３４との間には僅かな公差が設けられ、この結果、掛け金本体３６は掛け金ガイド３４内を抵抗無しに径方向に移動可能である。

外面が円筒状をなす掛け金ホルダ３２はキャッチ本体４０によって囲まれ、該キャッチ本体４０の内面は図２及び図４に良く示されているように、内トロコイド４３として構成されている。該トロコイドの各コーナはキャッチ窪み４２を形成し、クラッチ構成３０が図１及び図２に示されたロック状態にあるとき、該キャッチ窪み４２には各掛け金本体のボール３８が径方向に係合する。トロコイド４３の内径は、掛け金ホルダ３２の円筒状の外径よりも僅かに大きく、この結果、キャッチ本体４０、即ち、結合要素１４は図３及び図４に示された解放状態に、掛け金ホルダ３２に対して自由に回転する。

掛け金ホルダ３２は軸線方向の案内ボア４１を有し、該案内ボア４１内に掛け金ガイド３４が開口している。案内ボア４１内には円筒状のガイド本体５０が軸線方向に変位すべく部分的に支持されている。ガイド本体５０の先端、つまり、その自由な長手方向端には支承面５３が設けられ、該支承面にその先端方向に向けて円錐状のテーパ面、即ち、案内面５２が隣接している。図１及び図２に示されたガイド本体５０のロック位置にて、円筒状の支承面５３は掛け金ガイド３４の中央横断面と一線上に整列され、この結果、掛け金本体のボール３８は径方向外側に押されて、キャッチ窪み４２内に突出して固定される。ロック状態での掛け金ホルダ３２及びキャッチ本体４０の積極的な係合は、ポンプロータ１２を含むロータ１１を結合要素１４と供回りすべく結合要素１４に結合させる。

図３及び図４に示された解放状態にて、ガイド本体５０はその解放位置にて軸線方向に向けられ、この結果、円錐状の案内面５２の先端は掛け金ガイド３４の中央横断面と一線上に整列される。従って、掛け金本体のボール３８は径方向に関して掛け金ガイド３４内に完全に押し入れられ、この結果、掛け金本体のボール３８は最早、キャッチ窪み４２内に突出する必要がない。キャッチ本体４０と掛け金ホルダ３２との間の相対回転のために、掛け金本体のボール３８は掛け金ガイド３４内にて径方向内側に押され、この結果、キャッチ本体４０は掛け金ホルダ３２に対して自由に回転する。解放状態では、結合要素１４がまだ回転していても、ポンプロータ１２を備えたロータ１１はやがて停止状態となる。

ガイド本体５０にはピストン５６が一体的に設けられ、該ピスントは液圧シリンダ５７内を軸線方向に変位可能である。ピストン５６、即ち、ガイド本体５０にはコイルばねとして構成された予荷重要素５４によって図１及び図２に示されるロック位置に向け、機械的に予荷重が付与されている。液圧シリンダ５７は円筒体１６における径方向の液圧導管６４を経て液圧の供給を受け、該導管は円筒体１６における外周面の環状通路６３に開口している。環状通路６３はポンプハウジング９０の液圧制御ポート６０と流体的に接続されている。

ポンプロータ１２と円筒体１６との間の境界面には別の環状通路６８が設けられ、該環状通路はポンプハウジング９０の潤滑剤ポート６６に接続されている。制御ポート６０及び潤滑剤ポート６６は対応する液圧導管を経て制御弁７０に接続され、本実施形態の場合、該制御弁は４ポート２位置（４／２）切り換え弁として構成されている。

制御弁７０は、電気機械的なアクチュエータ１１４によって機械的に切り換えられる。しかしながら、代替的には、アクチュエータは液圧又は空圧のアクチュエータであってもよい。潤滑剤ポンプ１１２によって発生された作動圧Ｐ1又は潤滑剤タンク１１０内の大気圧Ｐ0は制御弁７０によって、制御ポート６０及び潤滑剤ポート６６に交互に伝達される。予荷重要素７１は、図１に示されたロック位置に向けて制御弁７０に予荷重を付与し、この結果、アクチュエータ１１４が故障した場合、液圧シリンダ５７は常時、大気圧Ｐ0に接続される。

図１及び図２に示されたロック状態にて、潤滑剤ポート６６には作動圧Ｐ1の潤滑剤が供給され、この結果、ポンプロータ１２及び軸受９１の両方が潤滑され、潤滑剤の主流は軸受９１を通じて制御ポート６０に軸線方向に流れる。

図３及び図４に示された解放状態にて、作動圧Ｐ1の潤滑剤は制御ポート６０を通じて液圧シリンダ５７内に供給され、この結果、ガイド本体５０は解放位置に押され、これにより、結合要素１４はやがてロータ１１とは回転に関して非接続となる。

Claims (13)

1. ポンプロータ（１２）と、
   内燃機関（１００）によって機械的に駆動可能な結合要素（１４）と、
   前記結合要素（１４）と一緒に回転するように前記結合要素（１４）と前記ポンプロータ（１２）とのロックと前記ポンプロータ（１２）からの前記結合要素（１４）の解放と間で切り換え可能で且つ積極的なロックのクラッチ構成（３０）と
   を備え、
   前記クラッチ構成（３０）は、
   前記ポンプロータ（１２）又は前記結合要素（１４）と一緒に回転するように前記ポンプロータ（１２）又は前記結合要素（１４）に接続される掛け金ホルダ（３２）であって、少なくとも１つの径方向の掛け金ガイド（３４）及び該掛け金ガイド（３４）内で変位可能な掛け金本体（３６）を有する、掛け金ホルダ（３２）と、
   前記掛け金ホルダ（３２）に設けられ、軸線方向に変位可能なガイド本体（５０）であって、軸線方向の面に対して傾斜された案内面（５２）を備え、該案内面（５２）を経て前記掛け金本体（３６）がロック位置に強制的に押しやられる、ガイド本体（５０）と、
   前記結合要素（１４）又は前記ポンプロータ（１２）と一緒に回転するように前記結合要素（１４）又は前記ポンプロータ（１２）に接続されるキャッチ本体（４０）であって、少なくとも１つの回転キャッチ窪み（４２）を有し、ロック位置にて前記掛け金本体（３６）が前記回転キャッチ窪み内に係合する、キャッチ本体（４０）
   と
   を含む、自動車用機械式真空ポンプ（１０）。
2. 前記ガイド本体（５０）は円筒状の支承面（５３）を備え、該支承面によって前記掛け金本体（３６）がロック位置に止められている、請求項１に記載の自動車用機械式真空ポンプ（１０）。
3. 前記支承面は、前記案内面（５２）に軸線方向に隣接している、請求項２に記載の自動車用機械式真空ポンプ（１０）。
4. 前記ガイド本体（５０）は予荷重要素（５４）によってロック位置に機械的に予荷重されている、請求項１〜３の何れかに記載の自動車用機械式真空ポンプ（１０）。
5. 前記キャッチ窪み（４２）は前記掛け金ガイド（３４）の径方向外側に配置されている、請求項１〜４の何れかに記載の自動車用機械式真空ポンプ（１０）。
6. 前記掛け金本体（３６）はボール（３８）である、請求項１〜５の何れかに記載の自動車用機械式真空ポンプ（１０）。
7. 前記クラッチ構成（３０）は液圧的に作動される、請求項１〜６の何れかに記載の自動車用機械式真空ポンプ（１０）。
8. 前記ガイド本体（５０）は、液圧シリンダ（５７）内で軸線方向に変位すべく配置された液圧ピストン（５６）を有し、前記液圧シリンダは前記掛け金ホルダ（３２）と一緒に回転するように前記掛け金ホルダ（３２）に割り振られている、請求項１〜７の何れかに記載の自動車用機械式真空ポンプ（１０）。
9. ポンプハウジング（９０）が備えられ、該ポンプハウジングは前記液圧シリンダ（５７）に液圧的に接続された液圧的な制御ポート（６０）を有する、請求項８に記載の自動車用機械式真空ポンプ（１０）。
10. 前記制御ポート（６０）は、前記ポンプハウジング（９０）と前記液圧シリンダ（５７）を径方向に縁取る円筒体（１６）との間の環状通路（６３）に接続されている、請求項９に記載の自動車用機械式真空ポンプ（１０）。
11. 前記ポンプハウジング（９０）は、前記制御ポート（６０）と前記ポンプロータ（１２）との間の軸線方向に配置された別個の潤滑剤ポート（６６）を有する、請求項９又は１０に記載の自動車用機械式真空ポンプ（１０）。
12. 切り換え可能な制御弁（７０）が備えられ、該制御弁はその解放状態において、解放を目的として前記制御ポート（６０）に液圧的な液体の制御圧Ｐ1を伝達する、請求項１１に記載の自動車用機械式真空ポンプ（１０）。
13. 前記制御弁（７０）は前記潤滑剤ポート（６６）に液圧的に接続され、解放状態にて、前記潤滑剤ポート（６６）に大気圧Ｐ0を伝達する、請求項１２に記載の自動車用機械式真空ポンプ（１０）。

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