JPS61142373A - 可変容量ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ロータと偏心リング（いわゆるカムリング）
との偏心量を変更して吐出容量を制御する可変容量ポン
プに関するもので、例えば高圧の吐出圧を必要とする燃
料ポンプ等に用いて有効である。

（従来の技術） この種のポンプは、ロータに挿入されるベーン（ベーン
式ポンプ）、もしくはピストン（ロータリーピストン式
ポンプ）が偏心リングの内面を摺動する際に、ベーンも
しくはピストンによって区画形成されるポンプ室が容積
変動を繰り返し、流体を吸入、吐出する構造であって、
ロータと偏心リングの偏心量を変更することによってポ
ンプ室の容積変化量が変化してポンプの吐出容量を制御
するものである。（ベーン式ポンプは、例えば特開昭５
８−１８５８２号公報等に開示されている。）ところが
、この種のポンプは以下の２つの相反する問題点があっ
た。これをラジアルピストンポンプを具体例として第５
図に基づいて説明する。

まず第１に、ピストン７によって容量変動を繰り返すポ
ンプ室即ちシリンダ室２０が吐出ポート２Ｉに連通して
いるとき（Ａ−Ｄの間）、ピストン７には吐出圧が作用
するためピストン７が偏心リング１３を押圧する。その
結果、偏心リング１３には偏心量が小さくなる方向、も
しくは逆方向に力が発生する。この力は、偏心リング１
３の揺動支点であるビン１４を中心とする回転モーメン
トＭとして作用する。このモーメントＭは、吐出ポート
２１に連通ずるシリンダ室２０の数及びロータの回転角
に伴って変化し、第４図に示すように時計回り、反時計
回りに変化する。このモーメントＭの平均値が時計回り
、もしくは反時計回りの回転モーメントとなると、制御
用のピストン１８及びハネ１７に負荷として作用する。

例えばモーメン）Ｍの平均値が、反時計回りの力になる
場合は、ポンプ吐出圧が上昇すると、偏心リング１３が
反時計回り即ち偏心量が減少するように移動し、その結
果ポン１°の吐出容量が減少する。ゆえにポンプ吐出容
量は吐出圧に対して安定な制御ができないという問題が
ある。以上が第１の問題点である。

一方、ピストン７が吸入行程から上死点（シリンダ室２
０内の容積が最大となるピストン位置、以下Ｔ、Ｄ、Ｃ
という）を通り過ぎて吐出行程に切換る瞬間、すなわち
ロータ５が回転してシリンダ２０の人口が吸入行程から
吐出行程（吸入ポート１９から吐出ポート２１）に切換
る瞬間、シリンダ２０内の圧力は吸入圧力から吐出圧力
にステップ状に上昇しようとする。その瞬間、シリンダ
室２０内に高圧流体が流入してサージ圧が発生し、シリ
ンダ室２０内の圧力変動、あるいはピストン７を介して
偏心リング１３への衝撃力となる。以上のことは、ポン
プの振動、騒音の原因となるので好ましくない。以上が
第２の問題点である。

上述の第１．第２の問題点は、特にポンプの吐出圧力が
高い場合には著しい問題となる。そこで、シリンダ室２
０がＴ、Ｄ、Ｃから吐出ポート２１に切換るまでき区間
を延長する。すなわち、シリンダ室２０が吐出ボー）２
１に連通ずる位置をＡからＢに変更することにより、シ
リンダ室２０内の流体を予圧縮して圧力上昇させて、吐
出ポート２１に吐出することによって第２の問題点を解
決しようとするものが考案されている。

ところが上述の如く第２の問題点を解決すると、第１の
問題点、即ち偏心リング１３の回転モーメンＩ−Ｍの平
均値が反時計方向に増加して安定した容量制御ができな
いという問題が発生する。特に、ポンプ高回転域におい
て、シリンダ室２０内の圧力変化は、シリンダ室２０が
吐出ポート２１と連通した位置あるいは、吐出終わり位
置ＤＢよりも図中右方向にずれるため、偏心リング１３
には反時計回りの大きな平均回転モーメントとして作用
する。また逆に第１の問題点を解決するためには、シリ
ンダ室２０が吐出ポート２１と連通ずる位置がＴ、Ｄ、
Ｃに近い方が有利である。

以上述べた様に、第１．第２の問題点は相反する問題で
、従来のものにおいては同時に解決できないものであっ
た。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上述の点に鑑みてなされるものであって、その
目的はポンプの振動、騒音を低減し、且つ偏心リングに
作用する力を軽減して容量制御の安定性を計るものであ
る。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明者らは上記問題点を解決するための種々の
検討を行なった結果、以下に記述する手段に考え至った
ものである。すなわちハウジング内に回転可能に設けら
れるロータと、このロータに対して移動可能に設けられ
る偏心リングと、前記ロータを回転させることにより容
量変動を繰り返して吸入ポートから流体を吸入し、吐出
ポートから流体を吐出するポンプ室とからなり、前記ロ
ータの回転中心と前記偏心リングの内周面の中心との偏
心量を変化させることにより吐出容量を制御する可変容
量ポンプにおいて、前記ロータの回転中心を、前記偏心
リングの内周面の中心が移動する際に描く中心軌跡に対
して、前記吐出ポートの設けられる方向に、所定偏心量
偏心させて配置したことを特徴とする。

（作　用） 上述の様にロータの回転中心を、偏心リングの中心が移
動する軌跡上より、吐出ポートの設けられる方向に所定
偏心量を偏心させて配置したことにより、ポンプ室の上
死点（Ｔ、Ｄ、Ｃ）が吐出ポートに対してロータの回転
方向と反対方向に移動することになる。すなわち、ポン
プ室が上死点から吐出ポートに連通ずるまでのロータの
回転角が大きくなる。従って、ポンプ室は予圧縮されて
ポンプ室内が圧力上昇した状態で、吐出ポートと連通ず
るため、先に説明した様にポンプの振動・騒音が低減す
る。また、ロータの回転中心の上記る 所定偏心量は、偏心リングに作用すへ力のベクトル総和
のうち、偏心リングを移動制御せしめる方向の分力の平
均が最小となるように設定されているものであるため、
偏心リングは安定した状態となり容量制御が正確に制御
される。

（実施例） 次に第１図、第２図、第３図に基づいて本発明の一実施
例を説明する。本実施例におけるポンプ部１００はラジ
アルロータリーピストン式ポンプを示す。第１図は、第
２図、第３図の各部に対応した模式図で、各部材の位置
関係を示している。

シャフトｌはハウジング２にベアリング３によって回転
自由に軸支されている。シャフト１の右端部は、ジヨイ
ント４によってロータ５の左端部のポンプシャフト６に
連結されている。

ロータ５には放射状に７本のピストン７が摺動可能に嵌
装されており、ハウジング２と一体的に固定されたバル
ブシャフト８を軸として回転する。

このロータ５の回転中心０（２）は、後述する様に偏心
リング１３の中心軌跡０　（Ｈ）〜Ｏ（Ｌ）に対して、
吐出ポート２１の設けられる方向（図中上方向）に所定
偏心量（ｅ）偏心している（第１図（ａｌ参照）。ピス
トン７はそれぞれのバネ９によってロータ５の外方に向
かつて付勢され、ピストン７のそれぞれの先端はシュー
１０を介してカムリング１１に常に接している。カムリ
ンク１１の内周及び外周は円筒面を成しており、外周は
多数のローラ１２を介して偏心リング１３の内周に回転
可能に嵌装されている。尚、カムリング１１と偏心リン
グ１３の内周面は同心円である。偏心リング１３の上部
は、ハウジング２に固定されて支点部となるピン１４を
中心として揺動可能に軸支されている。この偏心リング
１３の揺動に伴なって、偏心リング１３の中心０（Ｖ）
は、０（Ｈ）から０　（Ｌ）までの軌跡上を移動し、そ
の中心が０（Ｈ）にあるときロータ５の回転中心０（２
）との偏心１ｅ（Ｖ）は最大（ｍａｘ）となり、その中
心がＯ（Ｌ）にあるとき偏心１ｅ（Ｖ）は最小（０）と
なる。偏心リング１３の下部即ちピン１４と対向する位
置には、突起部であるプレート１５が一体的に設けられ
、プレート１５はスライダ１６に設けられた溝部即ちス
リット１６゛に摺動可能に係合している。

スライダＩ６はハウジング２内において、ロータ５の回
転軸及びバルブシャフト８の軸と略平行に摺動可能配設
されている。またスリンｌ−１６’及びプレート１５は
、スライダ１６の摺動方向に対し浅い所定の角度を有し
ている。

スライダ１６はハネ１７によって常時第２図中右方へ付
勢されている。またスライダ１６の第２図中右側はポン
プからの吐出圧によって制御される制御ピストン１８が
当接している。制御ピストン■８はスライダ１６と同軸
上にて摺動可能となっており、制御ピストン１８によっ
てスライダ１６は移動する。

次に、上述の構成に基づいてその作動を説明する。ロー
タ５がバルブシャフト８を中心として回転するとき、シ
ュー１０の当接したカムリング１１は摩擦力のためロー
タ５と同一方向に回転する。

このときカムリング１１．偏心リング１３の中心が、ロ
ータ５の回転中心０（２）に対して偏心量ｅ　（Ｖ）偏
心していると、ピストン７はハネ９とカムリング１１の
作用によって偏心１１ｅ（Ｖ）の約２倍だけロータ５に
対して往復運動をする。

従って、ロータ５が第３図中時計廻り方向へ回転すると
き、約上半周においてバルブシャフト８に設けられた吸
入ポート１９によりシリンダ室２０へ流体を吸入し、約
上半周にてシリンダ室２０からバルブシャフト８に設け
られた吐出ポート２１へ流体を吐出する。つまり吸入口
２２から入った流体は、ハウジングｚ内の空間２３、ロ
ータ５に設けられた連通口２４、吸入ポート１９、シリ
ンダ室２０、吐出ポート２１、吐出口２５より図示せぬ
負荷装置へと送られ、いわゆるポンプ作用を果たす。し
かも１回転当たりの吐出量は、シリンダ室２０の容積変
化量即ちピストン７の往復運動量、つまり偏心リング１
３とロータ５との偏心ｊｉｅ　　（Ｖ）に応じて決定さ
れるものである。

ところで、偏心リング１３とカムリング１１はプレート
１５が係合するスライダ１６によって位置が定まる。

常態（停止時）においてスライダ１６はバネ１７の作用
により第２図中右方へ位置している。

（ただし、第２図、第３図においては中間位置にあると
ころを示している。）従って、プレート１５は第２図（
ｂ）においてスリット１６“の中での左端部１６２側へ
位置することになり、その結果偏心リング１３は、ロー
タ５に対して最大の偏心量ｅ　（Ｖ）＝ｍａｘを与えら
れる。この状態においてはポンプ吐出容量は最大となる
。

次にポンプが回転し、吐出が開始すると、吐出圧が上昇
する。吐出圧力は分岐管路２６を経てピストン１８の右
端面に作用し、ピストン１８にはスライダ１６を第２図
中左方へ押圧する力が発生する。さらに吐出圧力が上昇
し、ピストン１８の左向きの力がバネ１７の右向きの力
よりも大になると、スライダ１６は左方へ移動せられる
。このときプレート１５は軸直角方向には移動可能であ
るが、軸方向に対しては拘束されているために、プレー
ト１５の保合位置にスリット１６′の右端部１６ｂ方向
へ相対的に移動する。この時スリット１６°は軸方向に
対して所定の浅い角度を有しているためにプレート１５
は第３図において右方向へ移動せられる。その結果プレ
ート１５と一体となっている偏心リング１３は反時計廻
りに揺動し、偏心量ｅ（Ｖ）が減少し、従ってポンプ吐
出容量が減少する。

つまり上記の作用によって、ポンプの吐出量が負荷装置
の流体の消費量を上回る場合には、吐出圧力が上昇し、
吐出量は消費量と一致するまで自動的に減少されるもの
である。また上記と逆に、ポンプの吐出量が負荷装置の
流体消費量を下回る場合には、その吐出圧力か減少し、
上述と逆に偏心リング１３が時計廻りに揺動し、吐出量
と消費量が一致するまでポンプ吐出容量を増大させる。

この時の吐出圧力は、バネ１７の作用力やピストン１８
の有効受圧面積をパラメータとして定まる。

以上、具体的な一実施例に基づいて、その構成及びポン
プの作動について説明した。

次に、第１図に基づいて、その作用について説明する。

第１図は、第°２図、第３図の各部材に対応した模式図
で、同一部材には同一符号を付しである。尚、ピストン
バルブシャフトは省略しである。

第１図（ａ）、　（ｂ）において、上述実施例に対応す
るロータ５は点０（２）中心とする実線円で、従来のロ
ータ５”　は点０（１）を中心とする点線円で示しであ
る。

０（Ｈ）とＯ（Ｌ）は、偏心リング１３の中心○（Ｖ）
（図示せず）がピン１４を中心に揺動する際に描く中心
軌跡の始点と終点を示す。またロータ５の回転中心０（
２）は、従来の中心０（１）（軌跡０　（Ｈ）　〜Ｏ（
Ｌ）の上にあり、一般には０（Ｌ）と同一点にある）に
対して、もしくは偏心リング１３が移動する際に描（軌
跡０　（Ｈ）　〜０　（Ｌ）に垂直に、吐出ポート（２
１）の設けられる方向（図中上方）へ所定偏心１１（ｅ
）偏心させである。よって、偏心リング１３の中心が０
（Ｈ）〜Ｏ（Ｌ）まで揺動すると、ロータ５の中心０（
２）に対して偏心量ｅ　（Ｖ）が最大（ｍａＸ）から最
小（０）まで変化して、先に説明した様に吐出容量が制
御される。第１図（ａ）が最大偏心量（ｍａｘ）のとき
を、第１図（ｂｌが最小偏心量（０）のときを各々示し
ている。

ここでロータ５，５”のシリンダ室（２０）が、吐出ポ
ー）（２１）と連通ずる区間いわゆる吐出行程を、便宜
上、吐出連通開始位置（以下Ｐ、　Ｓという）から連通
終了位Ｗ（以下Ｐ、Ｅという）とし、吸入ポー）（１９
）と連通ずる区間いわゆる吸入行程を、便宜上、吸入連
通開始位置（以下Ｅ、Ｓという）から吸入連通終了位置
（以下Ｅ。

Ｅという）とする。またロータ５゛　もしくは５と、偏
心シリンダ１３の位置関係によって決まる上死点（シリ
ンダ室（２０）が最大容積となる点）、下死点（シリン
ダ室（２０）が最小容積となる点）は、中心０（１）も
しくは０（２）と、偏心リング１３の中心０（■）を結
ぶ線上になり、最大偏心ｉｉｅ　（ｖ）＝ｍａ　ｘのと
きは、第１頭（ａ）　（７）示す様に、各々Ｔ、　Ｄ、
　Ｃ（１）　、Ｂ、　Ｄ、　Ｃ（１）もしくはＴ、Ｄ、
Ｃ（２）　、Ｂ、Ｄ、Ｃ（２）となる。

従来のＴ、Ｄ、Ｃ（１）　、Ｂ、Ｄ、Ｃ（１）は、ロー
タ５′の中心０（１）が偏心リング１３の軌跡０（Ｈ）
〜０（Ｌ）上にあるため、偏心リング１３が移動しても
変化しないものであった。ところが、本発明のＴ、Ｄ、
Ｃ（２）　、Ｂ、Ｄ、Ｃ（２）は、ロータ５が軌跡０　
（Ｈ）〜Ｏ（Ｌ）上より所定偏心！（ｅ）偏心している
ため、偏心リング１３の変動に伴なって第１図（ａ）か
ら第１図（′ｂ）まで、ロータ５の回転方向と反対方向
に移動する。

次に予圧縮について説明する。従来のロータ５゛の位置
では、シリンダ室（２０）が予圧縮される区間は、Ｔ、
Ｄ、Ｃ（１）〜Ｐ、Ｓとなる。ところが、本発明のロー
タ５の位置では前記区間はＴ。

Ｄ、Ｃ（２）〜Ｐ、Ｓとなり、従来に比してその区間は
長くなる。従って、シリンダ室（２０）内が圧力上昇し
た状態で吐出ポート（２１）に連通ずるため、シリンダ
室（２０）内にサージ圧が発生し難くなり振動・騒音が
低減する。

尚、偏心リング１３の偏心１ｉｅ（Ｖ）が変化すること
により、Ｔ、Ｄ、Ｃ（２）はＥ、Ｅよりロータ５の回転
方向と反対方向に移動し、第１図（ｂ）の如くになる場
合がある。このとき、予圧縮の区間は最大でＥ、Ｅ−Ｐ
、Ｓまでとなる。

また、吸入行程（Ｅ、Ｓ−Ｅ、Ｅ）の間に、Ｔ。

Ｄ、Ｃ（２）が位置するとき、シリンダ室（２０）は、
Ｅ、Ｓ−Ｔ、Ｄ、Ｃ（２）において吸入ポート（１９）
により流体を吸入し、Ｔ、Ｄ、Ｃ（２）〜Ｅ、Ｅにおい
て吸入ポート（１９）へ吐出することになる。即ち、Ｅ
、Ｓ−Ｔ、Ｄ、Ｃ（２）の間に吸入される吸入量と、Ｔ
、Ｄ、Ｃ（２）〜Ｅ。

Ｅの間に吐出される吐出量の差が、シリンダ室（２０）
の実質吸入量となる。また同様に、吐出行程（Ｐ、Ｓ−
Ｐ、Ｅ）の間、Ｂ、Ｄ、Ｃ（２）が位置するとき、′シ
リンダ室（２０）の実質吐出量は、Ｐ、Ｓ−Ｂ、Ｄ、Ｃ
（２）の間の吐出量とＢ、　Ｄ、　Ｃ（２）〜Ｐ、　Ｅ
の間の吸入量の差になる。従って、偏心リング１３とロ
ータ５の偏心量ｅ　（Ｖ）がＯのとき、（実際は所定偏
心量ｅだけ両者は偏心している）吸入行程の上記実質吸
入量及び吐出行程の上記実質吐出量が各々Ｏとなるよう
に設定することにより、ポンプからの吐出容量０にする
ことができる。尚、偏心量ｅ　（Ｖ）がＯでないときに
おいても、上述のように設定することにより、ポンプ吐
出容量はＯにできることは言うまでもない。

また、ピストン（７）によってピン１４を中心に偏心リ
ング１３に作用する回転モーメントは、主に予圧縮の区
間と吐出行程の区間によって決まるものであるため、上
記区間における回転モーメントの平均値がＯとなるよう
にロータ５の所定偏心量ｅを設定する。即ち、偏心リン
グ１３の最大偏心量ｅ　（Ｖ）＝ｍａｘにおける最適上
死点移動位置角度（従来の上死点＜Ｔ、Ｄ、Ｃ（１）＞
位置から、偏心リング１３に作用する回転モーメントの
平均値がＯとなる上死点（Ｔ、Ｄ、Ｃ（２）＞位置まで
の、ロータ５の回転角度）をθとすると、上記ロータ５
の所定偏心量ｅは近似的にｅ＝ｅ（Ｖ）　　・ｔａｎθ
で求められる。

尚、第１図において、ロータ５の中心○（２）は、軌跡
０（Ｈ）〜Ｏ（Ｌ）上の点Ｉ　　（１）より垂直上方向
へ所定偏心量ｅだけ偏心して配置したが、前述に限らず
とも、軌跡０（Ｈ）〜Ｏ（Ｌ）上より単に上方に所定偏
心量ｅ゛だけ偏心している場合においても、上述実施例
において説明した様に作用することは言うまでもない。

さらに上述実施例においては、ラジアルロータリーピス
トン式のポンプを例にして説明したが、ベーン式ポンプ
においても同様に作用することは当業者にとって明らか
であろう。

また上述偏心リング１３はピン１４を中心に揺動すこと
により、偏心量ｅ　（Ｖ）を変化させるものであるが、
例えば特開昭５７−５５８５号公報。

特開昭５７−１３１８８９号公報等に開示されるもの（
偏心リングが一対の制御ピストンによって直線方向に揺
動するもの）や、特開昭５７−７３８８１号公報等に開
示されるもの等においても、同様に作用して効果を得る
ことができることは言うまでもない。また、上述のもの
に本発明を適用する場合は、ロータの所定偏心量ｅを以
下の様に設定する。即ち、偏心リングに作用する力の平
均合力が、偏心リングの直線移動する方向に対して垂直
となる方向へ向くように、最適の所定偏心量ｅを設定す
る。

（発明の効果） 上述の様にロータの回転中心を、偏心リングの中心が移
動する軌跡上より、吐出ポートの設けられる方向に所定
偏心量を偏心させて配置したことにより、ポンプ室の上
死点（Ｔ、Ｄ、Ｃ）が吐出ポートに対してロータの回転
方向と反対方向に移動することになる。すなわち、ポン
プ室が上死点から吐出ポートに連通ずるまでのロータの
回転角が大きくなる。従って、ポンプ室は予圧縮されて
ポンプ室内が圧力上昇した状態で、吐出ポートと連通ず
るため、先に説明した様にポンプの振動・騒音が低減す
る。また、ロータの回転中心の上記所定偏心量は、偏心
リングに作用すの力の平均が最小となるように設定され
ているものであるため、偏心リングは安定した状態とな
り容量制御が正確に制御される。従って、上述の様にロ
ータの回転中心を、偏心リングの中心が移動する軌跡上
より、吐出ポートの設けられる方向の所定偏心量だけ偏
心させて配置するという最も簡単な構成によってポンプ
の振動・騒音が著しく低減され、且つ容量制御が正確に
行なわれるという極めて有効な効果が得られる。発明者
らの実験によると、特に高吐出圧を要求されポンプにお
いては、騒音が約ｌ。

ｄＢ（Ａ）低減されるという実験データが得られている
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部模式図であって、
（ａ）は最大偏心量ｅ　（Ｖ）＝ｍａ　ｘのときの図、
（ｂｌは最小偏心ｉ１ｅ　（Ｖ）　−〇のときの図であ
る。第２図は本発明のポンプの具体的実施例を示す断面
図で（ａｌは縦断図、（ｂｌは第２図（ａｌにおける１
−１線に沿う断面図である。第３図は第２図（ａ）にお
ける■−■線に沿う断面図、第４図は偏心リング１３に
作用する回転モーメントＭと、ロータ５の回転角の関係
を示す図、第５図は従来のものを示す要部模式図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ハウジング内に回転可能に設けられるロータと、こ
   のロータに対して移動可能に設けられる偏心リングと、
   前記ロータを回転させることにより容量変動を繰り返し
   て吸入ポートから流体を吸入し、吐出ポートから流体を
   吐出する複数のポンプ室とからなり、前記ロータの回転
   中心と前記偏心リングの内周面の中心との偏心量を変化
   させることにより吐出容量を制御する可変容量ポンプに
   おいて、前記ロータの回転中心を、前記偏心リングの内
   周面の中心が移動する際に描く中心軌跡に対して、前記
   吐出ポートの設けられる方向に、所定偏心量偏心させて
   配置したことを特徴とする可変容量ポンプ。 ２、上記所定偏心量は、前記各々のポンプ室の圧力変化
   によって偏心リングに作用する力のベクトル総和のうち
   、偏心リングを移動制御せしめる方向の分力の平均が最
   小となるように設定される特許請求の範囲第１項記載の
   可変容量ポンプ。