JPS623192A - ベ−ン式エア−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、車両用内燃機関への二次空気導入装
置や過給機として主に用いられるベーン式エアーポンプ
に関する。

〔従来技術〕

第４図、第５図にベーン式エアーポンプの一例を示す。

図面において、ケーシング（１）内に円筒状室（２）を
形成し、この円筒状室（２）に円筒状室（２）の軸心に
対して回転軸心を偏心させて回転子（３）を設け、この
回転子（３）はケーシング（１）の端壁（４）　（５）
に軸受を介して回転可能に支、持されている。そして、
ケーシング（１）に一端が固着され、円筒状室（２）と
同心に回転子（３）内を伸びるベーン軸（９）に、回転
子に形成した長孔（１０）を貫通して伸びる３枚のベー
ン（１２ａ）　（１２ｂ）　（１２ｃ）が回転可能に支
持されており、回転子（３）の長孔（１０）には、気密
性を得るために長孔（１０）に対して摺動自在であり、
背後にバネ部材（１６）を有してベーン（１２）に弾発
接触する可動シール部材（１１）が設けである。この可
動シール部材（１１）の反対側には回転子（３）の回転
力をベーン（１２）に伝達し、ベーン（１２）との気密
性及び摺動性の向上のための固定シール部材（１７）が
設けである。そして、円筒状室（２）にはランド部（１
３）で仕切られた吸入室（１４）と吐出室（１５）とが
開口しており、回転子（３）が回転し、それに伴ってベ
ーン（１２ａ）　（１２ｂ）　（１２ｃ）が回転するこ
とでポンプ作用を行うものである。この吸入室（１４）
及び吐出室（１５）の円筒状室（２）に対する位置は、
第５図に示す如くベーン（１２ａ）　（１２ｂ）により
形成される容積室が最大容積時において吸入室（１４）
から遮断され、吐出室（１５）に連通ずる様に設定する
ことが一般的とされていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の如きベーン式エアーポンプにおいては、下記の如
き解決すべき問題点がある。まず、ベーン式エアーポン
プは高回転域においてポンプ効率が著しく低下してしま
うことがしばしばある。これは、高回転域では可動シー
ル部材（１１）に作用する荷重が急激に増大し、可動シ
ール部材をベーン（１２）に弾発するバネ部材（１６）
のバネ荷重が不足することによるものである。一方バネ
部材（１６）のバネ荷重を充分筋めると、初期において
は高回転域においてポンプ効率の低下は見られないが、
長期に互って使用した場合には高いバネ荷重のために可
動シール部材（１１）が強い力でベーン（１２）に接触
させられるため、一般的に黒鉛を素材とした可動シール
部材（１１）は極度の摩耗を生じることになる。そのた
めに、可動シール部材（１１）の摩耗によりバネ部材（
１６）の作用高さが高くなり、バネ荷重は初期に比べて
低下し、やはり高回転時におけるポンプ効率の低下を生
じることになる。しかも、バネ部材（１６）のバネ荷重
を高めることはベーン（１２）と可動シール部材（１１
）との摺動抵抗を高めるばかりでな（、ポンプの組立作
業が困難なものとなる。上記の如き現象は以下の理由に
よるものである。まず、回転子（３）が回転してベーン
（１２）を回転させる際に、シール部材（１１）　（１
７）にはベーン（１２）の悟性力Ｆが作用することにな
る。これは、ベーン（１２）が回転する円筒状室（２）
の軸心と回転子（３）の軸心とが偏心しているために、
ベーン（１２）が第５図において時計方向に回転すると
図中左側に位置したベーン（１２ａ）は加速状態となり
、その慣性力Ｆを固定シール部材（１７）が受け、一方
図中布側に位置したベーン（１２ｂ）は緘速状態となり
、その慣性力Ｆを可動シール部材（１１）が受けること
になる。そして、ベーン（１２）は回転する際に加圧さ
れた吐出室（１５）の圧力を受けるために、ベーン（１
２）には圧力荷重Ｐが反回転方向に作用するので、図中
右側に位置した可動シール部材（１１）は慣性力Ｆと圧
力荷重Ｐとの差の力Ｆ１を受けることになる。この方Ｆ
１を受けて可動シール部材（１１）は後退しようとする
が、通常は背後のバネ部材（１６）が力Ｆ１に抗して可
動シール部材（１１）の後退を規制して、ベーン（１２
）と固定シール部材（１７）との間の隙間の発生を防止
している。しかし、ベーン（１２ｂ）が吐出室（１５）
の圧力を受けながら回転して吐出室（１５）に達した時
に、ベーン（１２ｂ）の前後が同圧となって圧力荷重Ｐ
が０となると、可動シール部材（１１）は慣性力Ｆのみ
を受けながら回転し、これによりバネ部材（１６）はこ
の時の荷重に抗することが出来ずに、可動シール部材（
１１）の後退量が太き（なって、固定シール部材（１７
）とベーン（工２）との間の隙間から回転子（３）内部
へ加圧された流体が漏れてポンプ効率が低下することに
なる。しかも、圧力荷重Ｐが０となり慣性力Ｆのみが可
動シール部材（１１）に作用する瞬間は衝撃的に荷重が
変動するため可動シール部材（１１）が大きく後退させ
られることになる。したがって、可動シール部材（１１
）はバネ部材（１６）のバネ荷重が低いと後退量が大き
くなってポンプ効率が低下する。

本発明はこれらの点に鑑みなされたもので、ベーン式エ
アーポンプとして解決すべき高回転域におけるポンプ効
率の低下を防止することを目的とするもので、特に高い
バネ荷重のバネ部材を用いることによる不都合をなくし
、しかも高回転時や長期に亙って使用してもポンプ効率
の低下することのないベーン式エアーポンプを提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明者はベーン式エアーポンプについて解析を重ねた
結果、ある条件によりケーシング内壁に吐出室の開口開
始位置を設けると高回転域におけるポンプ効率が向上す
ることを見出したもので、以下実施例に対応する第１図
により本発明を説明する。

本発明第１の発明はケーシング（１）内に形成された円
筒状室（２）の軸心に対して回転軸心を偏心させて回転
子（３）を設け、前記円筒状室（２）と同心にベーン軸
（９）を回転子（３）内に配し、該ベーン軸（９）に、
回転子（３）の長孔（１０）を貫通して伸びる少なくと
も３枚のベーン（１２）を回転自在に支持し、該ベーン
（１２）側面に回転子（３）の長孔（１０）に設けた可
動シール部材（１１）をバネ部材（１６）により弾発接
触させ、前記円筒状室（２）のランド部（１３）両側に
吸入室（１４）及び吐出室（１５）を開口させたベーン
式エアーポンプにおいて、前記吐出室（１５）の連通開
始位置（１５ａ）を、円筒状室（２）の軸心０１と回転
子（３）の軸心０２とを通る面りを基準とし、且前記中
心０１を中心としてポンプ回転方向と逆方向に下記式に
よって与えられる角度θｖ変位した位置に設定したこと
を特徴とするものである。

ここで Ｘ　＝　ｅ　／　ｒ ｅ＝偏心量 ｒ＝回転子軸心０２から可動シール部材のベーン接触点
までの距離 又、第２の発明はケーシング（１）内に形成された円筒
状室（２）の軸心に対して回転軸心を偏心させて回転子
（３）を設け、前記円筒状室（２）と同心にベーン軸（
９）を回転子（３）内に配し、該ベーン軸（９）に、回
転子（３）の長孔（１０）を貫通して伸びる少なくとも
３枚のベーン（１２）を回転自在に支持し、該ベーン（
１２）側面に回転子（３）の長孔（１０）に設けた可動
シール部材（１１）をバネ部材（１６）により弾発接触
させ、前記円筒状室（２）のランド部（１３）両側に吸
入室（１４）及び吐出室（１５）を開口させたベーン式
エアーポンプにおいて、前記吐出室（１５）の連通開始
位置（１５ａ）を、円筒状室（２）の軸心０１と回転子
（３）の軸心０２とを通る面りを基準とし、且前記中心
０１を中心としてポンプ回転方向と逆方向に下記式によ
って与えられる角度θｖ変位した位置に設定したことを
特徴とするものである。

ここで Ｘ考ｅ　／　ｒ ｅ＝偏心量 ｒ＝回転子軸心０２から可動シール部材のベーン接触点
までの距離 〔作用〕 上記の如く設定された吐出室（１５）の連通開始位置（
１５ａ）にベーン（１２ｂ）が回転して達した時の慣性
力Ｆは、最大時より大きく低下した位置となっているた
めに、ベーン（１２）が連通開始位置（１５ａ）ニ達シ
てベーン（１２ｂ）の前後の圧力が平衡となり、圧力筒
ｍｐ＝ｏとなった時の可動シール部材（１１）に作用す
る力Ｆｌは低下した慣性力Ｆとなり、この力Ｆ１に抗す
るための必要なバネ荷重は低いものとなる。そして、上
記の如く連通開始位置（１５ａ）を定めることで、１対
（ｙ）　ヘーｙ　（１２ａ）　（１２ｂ）が形成する容
積室は、ベーン（１２ｂ）が回転して連通開始位！（１
５ａ）に達するまでに容積変化を生じて内圧が上昇する
ことになる。この内圧上昇により第１図右側に位置した
ベーン（１２ｂ）には回転方向に圧力荷重Ｐ１が作用し
、圧力荷重Ｐは緩和され、ベーン（１２）が連通開始位
置（１５ａ）に達した時の圧力荷重ＰがＯとなる際の衝
撃的な力も低いものとなり、可動シール部材（１１）に
瞬間的に作用する力も侶まり、低いバネ荷重で可動シー
ル部材（１１）の後退を規制することが可能となる。そ
して、前述した連通開始位置（１５ａ）を設定する範囲
は、■ベーン（１２）の慣性力Ｆの最大発生位置を外れ
て、慣性力Ｆの弱まった位置となる。■ベーン（１２）
の受ける吐出室（１５）の圧力による圧力荷重Ｐが弱ま
った位置となる。■ベーン（１２）により形成された容
積室の内圧が上昇して、圧力荷重Ｐに抗する荷ｆｆ１Ｐ
１がベーン（１２）に作用する。の点から好ましいもの
である。

〔実施例〕

以下実施例を添付図面の第１図乃至第３図に基づいて説
明する。本発明を円筒状室（２）の直径１１３ｍｍ、回
転子（３）の直径９７．８ｍｍ、偏心量ｅ　＝　９．２
　ｍｍ、回転子軸心０２から可動シール部材のベーン接
触点までの距離ｒ＝４１．９ｍｍのベーン式エアーポン
プに適用した。この時の本発明における吐出室（１５）
の連通開始位置（１５ａ）の角度θｖは、前記条件によ
りθｖ＜８５．９”又は６５．９°〈θｖ　＜　８５．
９度の範囲に設定すれば良い。そこで、本実施例では角
度θｖ＝７６°とした。第２図はポンプ回転中に可動シ
ール部材（１１）の受ける力Ｆ１を示すもので、この時
の条件は回転′ｉ！Ｉ６６００ｒｐｍ、吐出圧０．６ｋ
ｇｔ’ある。先ず、ベーン（１２）が面りを基準として
回転方向に２８４°回転し、角θｖ＝７６°に設定され
た連通開始位置（１５ａ）に達した時、ベーン（１２）
の受けていた圧力筒！Ｐ＝０となり可動シール部材（１
１）の受ける力Ｆ１＝１１．６ｋｇとなるのに対して、
従来のベーン（１２ａ）　（１２ｂ）が形成する容積室
が最大の時にベーン（１２ｂ）が吐出室に達する様に連
通開始位置の角度θｖ＝１０５’としたものは、破線で
示す如く圧力荷重Ｐ＝Ｏとなった時の可動シール部材（
１１）の受ける力はＦ　１　＝　１９．３　ｋ　ｇと大
きなものとなる。又、本発明では容積室の内圧が上昇し
て連通開始位置（１５ａ）直前で圧力荷重Ｐ１＝１．４
９　ｋ　ｇがベーン（１２）に作用するため、圧力荷重
Ｐ＝０となる時に生じる衝撃荷重ΔＦ＝８．３ｋｇとな
るのに対して、破線で示す従来例では衝撃荷重は１３．
５　ｋ　ｇとなる。次に回転数とポンプ効率との特性線
図を第３図に示す。図中（Ａ１）は本実施例の角度θｖ
＝７６°に連通開始位置（１５ａ）を設定したベーン式
エアーポンプの初期ポンプ効率を示すものであり、この
時のバネ部材（１６）のセット時のバネ荷重は９．１　
ｋ　ｇである。そして、図中（Ｂ１）は同一条件で角度
θｖ＝１０５゜とした従来のベーン式エアーポンプの初
期のポンプ効率を示すもので、本実施例に比べて僅かに
ポンプ効率が低下している。又、図中（八２）は本実施
例ベーン式エアーポンプを長期に亙って使用し、可動シ
ール部材（１１）がＱ、４ｍｍ摩耗してバネ部材（１６
）のセット時のバネ荷重が７．４　ｋ　ｇに低下した状
態であるが、初期に比べて殆どポンプ効率の低下が見ら
れないのに対し、図中（Ｂ２）で示す従来のベーン式エ
アーポンプでは可動シール部材（１１）の同一摩耗量に
おいて、ポンプ効率が著しく低下し、しかも６０００ｒ
ｐｍ以上では顕著なものとなっている。さらに、本実施
例では衝撃荷重がイ戊減されることにより、可動シール
部材（１１）やベーン（１２）端面の摩耗量が低減され
るため、可動シール部材（１１）の同一摩耗量となるま
での時間は本実施例の方が遥かに長く、本実施例と従来
のベーン式エアーポンプとを長期に亙って同一時間使用
した場合は、従来のベーン式エアーポンプは図中（Ｂ２
）で示すポンプ効率より更に低下することになる。

以上のことから本発明はベーン式エアーポンプにおいて
、長期に亙ってポンプ効率の低下を防止出来ることが解
る。

尚、本発明は吐出室の開口形状がポンプ室軸心０１に平
行のものだけでなく、ベーンに作用する圧力荷重ｐ＝ｏ
となる際の衝撃を緩和するために、吐出室の開口形状を
ポンプ室軸心０１に対して傾斜させたものにおいても同
様であり、ベーンの回転に対して吐出室の連通開始の位
置を定めるものである。

〔発明の効果〕

本発明は前述の如くであるからベーン式エアーポンプに
おいて、可動シール部材の受ける力を低減することが出
来るので、ベーンの慣性力が高まる高回転域においても
ポンプ効率が低下することがなく、しかもバネ荷重の高
いバネ部材を用いることによるベーンとシール部材との
摺動抵抗の増大やシール部材の異常摩耗といった不都合
を生じることがない。そして、長期に亙って使用しても
ポンプ効率は殆ど低下することがない。又、ベーンが形
成する容積室の内圧が上昇してから吐出室に連通ずるの
で、可動シール部材の受ける衝撃荷重も低減されるので
、これによっても可動シール部材の後退量は減少されポ
ンプ効率は向上される。そして、この衝撃荷重が低減す
ることは、ベーン端面の異常摩耗や可動シール部材の損
傷ということも防止出来る等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例を示すベーン式エアーポンプの縦
断面図、第２図は可動シール部材に作用する力Ｆ１を示
す特性線図、第３図は回転数とポンプ効率との関係を示
す特性線図、第４図は従来例を示すベーン式エアーポン
プの縦断面図、第５図は第４図Ａ−Ａ線に沿った断面図
である。 符号の説明 １・・・ケーシング　２・・・円筒状室　３・・・回転
子４．５・・・端壁　９・・・ベーン軸 １１・・・可動シール部材　１２・・・ベーン１３・・
・ランド部　１４・・・吸入室　１５・・・吐出室１５
ａ・・・吐出室の連通開始位置　１６・・・バネ部材特
許出願人　株式会社　山田製作所 代表者　山１）康彦 第２図 ボ２ブ回軟数＜ｒｐｍ） 落３０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］ケーシング（１）内に形成された円筒状室（２）
   の軸心に対して回転軸心を偏心させて回転子（３）を設
   け、前記円筒状室（２）と同心にベーン軸（９）を回転
   子（３）内に配し、該ベーン軸（９）に、回転子（３）
   の長孔（１０）を貫通して伸びる少なくとも３枚のベー
   ン（１２）を回転自在に支持し、該ベーン（１２）側面
   に回転子（３）の長孔（１０）に設けた可動シール部材
   （１１）をバネ部材（１６）により弾発接触させ、前記
   円筒状室（２）のランド部（１３）両側に吸入室（１４
   ）及び吐出室（１５）を開口させたベーン式エアーポン
   プにおいて、前記吐出室（１５）の連通開始位置（１５
   ａ）を、円筒状室（２）の軸心０１と回転子（３）の軸
   心０２とを通る面Ｌを基準とし、且前記中心０１を中心
   としてポンプ回転方向と逆方向に下記式によつて与えら
   れる角度θｖ変位した位置に設定したことを特徴とする
   ベーン式エアーポンプ。 θｖ≦ｔａｎ＾−＾１［ｓｉｎθ１／（Ｘ＋ｃｏｓθ１
   ）］＋１４０° 但し θ１＝ｃｏｓ＾−＾１｛［１＋Ｘ＾２−√（１＋６２Ｘ
   ＾２＋Ｘ＾４）］／６Ｘ｝ ここで Ｘ＝ｅ／ｒ ｅ＝偏心量 ｒ＝回転子軸心０２から可動シール部材のベーン接触点
   までの距離 ［２］ケーシング（１）内に形成された円筒状室（２）
   の軸心に対して回転軸心を偏心させて回転子（３）を設
   け、前記円筒状室（２）と同心にベーン軸（９）を回転
   子（３）内に配し、該ベーン軸（９）に、回転子（３）
   の長孔（１０）を貫通して伸びる少なくとも３枚のベー
   ン（１２）を回転自在に支持し、該ベーン（１２）側面
   に回転子（３）の長孔（１０）に設けた可動シール部材
   （１１）をバネ部材（１６）により弾発接触させ、前記
   円筒状室（２）のランド部（１３）両側に吸入室（１４
   ）及び吐出室（１５）を開口させたベーン式エアーポン
   プにおいて、前記吐出室（１５）の連通開始位置（１５
   ａ）を、円筒状室（２）の軸心０１と回転子（３）の軸
   心０２とを通る面Ｌを基準とし、且前記中心０１を中心
   としてポンプ回転方向と逆方向に下記式によつて与えら
   れる角度θｖ変位した位置に設定したことを特徴とする
   ベーン式エアーポンプ。 ｔａｎ＾−＾１［ｓｉｎθ１／（Ｘ＋ｃｏｓθ１）］＋
   １２０°≦θｖ≦ｔａｎ＾−＾１［ｓｉｎθ１／（Ｘ＋
   ｃｏｓθ１）］＋１４０° 但し θ１＝ｃｏｓ＾−＾１｛［１＋Ｘ＾２−√（１＋６２Ｘ
   ＾２＋Ｘ＾４）］／６Ｘ｝ ここで Ｘ＝ｅ／ｒ ｅ＝偏心量 ｒ＝回転子軸心０２から可動シール部材のベーン接触点
   までの距離