WO2018084107A1 - ベーンポンプ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a vane pump driven by, for example, a vehicle engine.
- Brake booster is arranged in the vehicle brake device.
- the brake booster assists the driver to depress the brake pedal with negative pressure.
- the vane pump supplies the negative pressure to the brake booster.
- the vane pump is attached to an engine cover member (for example, a cylinder head cover or a chain cover).
- a pump chamber is defined inside the vane pump. Air flows into the pump chamber from the brake booster through the suction hole. Further, the lubricating oil flows into the pump chamber through a predetermined oil passage. Thus, air and lubricating oil are mixed in the pump chamber. For this reason, compressed air mixed with lubricating oil is discharged from the discharge hole of the vane pump. Therefore, the discharge hole opens in the internal space of the cover member.
- a reed valve is attached to the discharge hole. The reed valve can be switched between a valve open state and a valve closed state in accordance with a change in the internal pressure of the pump chamber. That is, the reed valve can open the discharge hole intermittently.
- valve in the valve closed state, the valve is likely to stick to the valve seat due to, for example, the rigidity of the valve itself or an oil film (lubricant film) interposed between the valve and the valve seat (around the discharge hole).
- oil film lubricant film
- the valve opening operation is periodically repeated according to the fluctuation of the internal pressure of the pump chamber. For this reason, pressure pulsation occurs in the internal space of the cover member. Therefore, the cover member will vibrate. Further, radiated sound is generated from the cover member. In particular, in recent years, since the cover member tends to be thin, noise is likely to be generated from the cover member.
- Patent Document 1 discloses a negative pressure generator that suppresses noise by attenuating a pressure pulsation of compressed air discharged from a discharge hole of a vane pump with a silencing case.
- Patent Document 2 discloses a vane pump that suppresses noise by discharging the air in the pump chamber to the internal space of the chain cover before the reed valve opens through a through hole independent of the discharge hole. It is disclosed.
- Patent Document 3 discloses a vane pump that suppresses noise by discharging the air in the pump chamber to the internal space of the chain cover through an exhaust hole communication path with a control valve independent of the discharge hole. Yes.
- the pressure of the compressed air is reduced by introducing the discharged compressed air into a silencing case.
- the pressure of compressed air is reduced by increasing the frequency
- an object of this invention is to provide the vane pump which can suppress a noise by reducing the quantity of the compressed air discharged
- a vane pump according to the present invention is disposed in a cover member of an engine, a cylindrical peripheral wall portion, and an exhaust hole that is disposed at one axial end of the peripheral wall portion and communicates with an internal space of the cover member.
- a bottom wall portion having a housing, and a housing defining a pump chamber communicating with the discharge hole in the interior thereof, and disposed in the pump chamber, with the rotation of the camshaft of the engine,
- a rotor rotatable around the axis of the rotor, and slidably disposed in the rotor in the radial direction, and the pump chamber is partitioned into a plurality of working chambers, and the volume of the working chamber is expanded and contracted as the rotor rotates.
- a vane comprising: a vane; and a reed valve capable of intermittently discharging air and lubricating oil compressed in the working chamber into the internal space of the cover member by opening and closing the discharge hole.
- a pressure relief groove connected to the discharge hole in a state in which a clearance is secured between the inner surface of the bottom wall portion and the inner surface of the peripheral wall portion, and during the forward rotation of the rotor
- the pair of working chambers on both sides in the rotation direction of the vane communicate with each other via the pressure relief groove.
- the leakage of a part of the air from the high pressure side to the low pressure side between a pair of working chambers adjacent to each other with the vane interposed therebetween is referred to as “internal leakage” as appropriate.
- the vane pump of the present invention when the vane overlaps the pressure relief groove during the forward rotation of the rotor, the pair of working chambers on both sides in the rotation direction of the vane bypass the vane and communicate with each other via the pressure relief groove. . For this reason, a part of air can be leaked from the working chamber on the front side in the rotational direction (high pressure side) to the working chamber on the rear side in the rotational direction (low pressure side).
- the amount of air in the working chamber on the front side in the rotational direction that is, the amount of compressed air discharged from the discharge hole to the internal space of the cover member can be reduced.
- an excessive increase in the internal pressure of the working chamber on the front side in the rotational direction can be suppressed. Therefore, according to the vane pump of the present invention, rapid reed valve opening can be suppressed. For this reason, the noise resulting from the opening of the reed valve can be suppressed.
- FIG. 1 is an axial sectional view of the vane pump of the first embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view in the II-II direction of FIG.
- FIG. 3 is a rear view of the vane pump.
- 4 is a cross-sectional view in the IV-IV direction of FIG.
- FIG. 5 is an axial cross-sectional view of the vane pump when the vane overlaps the pressure relief groove.
- 6 is a cross-sectional view in the VI-VI direction of FIG.
- FIG. 7 is a schematic view of a change in the internal pressure of the working chamber of the vane pump.
- FIG. 8 is a radial cross-sectional view of the vane pump according to the second embodiment viewed from the front side when the vane overlaps the pressure relief groove.
- FIG. 1 the front-rear direction corresponds to the “axial direction” of the present invention.
- FIG. 2 shows a cross-sectional view in the II-II direction of FIG.
- FIG. 3 shows a rear view of the vane pump. 1 corresponds to a cross section taken along the line II in FIG. 2 and FIG. In FIG. 3, the coupling is omitted.
- the vehicle engine (internal combustion engine) 7 includes a cover member 70, a camshaft 72, a drive gear 73, a sprocket 74, and a timing chain 75.
- the camshaft (specifically, the intake camshaft) 72 extends in the front-rear direction.
- the sprocket 74 and the drive gear 73 are arranged around the camshaft 72 side by side in the front-rear direction.
- the timing chain 75 is stretched between a sprocket 74 and a crankshaft sprocket (not shown).
- the drive gear 73 meshes with a driven gear (not shown) of the exhaust camshaft.
- the rotational force of the crankshaft is transmitted to the camshaft 72 via the crankshaft sprocket, the timing chain 75, and the sprocket 74. For this reason, the camshaft 72 is rotatable around its own axis.
- the vane pump 1 is driven by a camshaft 72.
- the cover member 70 includes a cylinder head cover 700 and a chain cover 701.
- the chain cover 701 covers the timing chain 75 from the front side (outside).
- the chain cover 701 extends in the vertical direction.
- the chain cover 701 has a through hole 701a.
- the chain cover 701 is formed with an oil passage L0.
- the cylinder head cover 700 is connected to the upper side of the chain cover 701.
- the cylinder head cover 700 covers the cylinder head (not shown) from the upper side (outside).
- the vane pump 1 is attached to the through hole 701a of the chain cover 701.
- the vane pump 1 is a negative pressure source of a vehicle brake booster (not shown). As shown in FIGS. 1 to 3, the vane pump 1 includes a housing 2, a rotor 3, a vane 4, a reed valve (check valve) 5, a coupling 6, and oil passages L1 and L2. ing.
- the housing 2 is fixed to the chain cover 701.
- the housing 2 includes a housing body 20 and an end plate 21.
- the housing body 20 includes a pump part 20A and a cylinder part 20B.
- the pump portion 20A has a bottomed elliptical cylindrical shape that opens to the front side.
- the pump part 20 ⁇ / b> A includes a peripheral wall part 200 and a bottom wall part 201.
- a pump chamber A is defined inside the pump unit 20A. As will be described later, the pump chamber A is divided into a suction section AU and a discharge section AD.
- the peripheral wall 200 has an elliptical cylindrical shape extending in the front-rear direction. As shown in FIG. 2, a suction hole 200 a is formed in the upper portion of the peripheral wall portion 200. The outlet of the suction hole 200a opens into the pump chamber A. The inlet of the suction hole 200a is connected to a brake booster via an intake passage (not shown). A check valve (not shown) that allows air flow only in one direction (the direction from the brake booster toward the pump chamber A) is arranged in the intake passage.
- the bottom wall 201 is disposed at the rear end (one axial end) of the peripheral wall 200. As shown in FIG. 2, the bottom wall 201 is provided with a discharge hole 201a and a pressure relief groove 201b.
- the discharge hole 201a penetrates the bottom wall portion 201 in the front-rear direction.
- the discharge hole 201 a can be opened and closed by the reed valve 5.
- the discharge hole 201 a is continuous with the through hole 701 a of the chain cover 701. For this reason, the pump chamber A communicates with the internal space H of the cover member 70 through the discharge hole 201a, the reed valve 5, and the through hole 701a.
- the pressure relief groove 201b will be described in detail later.
- the cylinder portion 20B has a cylindrical shape extending in the front-rear direction.
- the cylinder part 20B is connected to the rear side of the bottom wall part 201.
- the cylindrical portion 20B is inserted into the through hole 701a of the chain cover 701.
- the front end of the cylindrical portion 20B is open to the front surface of the bottom wall portion 201.
- the end plate 21 seals the peripheral wall portion 200 from the front side.
- An O-ring 92 is interposed between the end plate 21 and the peripheral wall portion 200.
- the end plate 21 is fixed to the peripheral wall portion 200 by a plurality of bolts 90 and a plurality of nuts 91.
- the rotor 3 includes a rotor main body 30 and a shaft portion 31.
- the rotor body 30 has a bottomed cylindrical shape that opens to the front side.
- the rotor body 30 includes a peripheral wall portion 300 and a bottom wall portion 301.
- An in-cylinder space C is defined inside the rotor body 30.
- the peripheral wall portion 300 has a cylindrical shape extending in the front-rear direction.
- the peripheral wall 300 is accommodated in the pump chamber A. As shown in FIG. 2, a part of the outer peripheral surface of the peripheral wall part 300 is in contact with a part of the inner peripheral surface of the peripheral wall part 200 in a portion between the suction hole 200 a and the discharge hole 201 a.
- the peripheral wall portion 300 is eccentric with respect to the peripheral wall portion 200.
- the front end surface of the peripheral wall portion 300 is in sliding contact with the rear surface (inner surface) of the end plate 21.
- the peripheral wall 300 includes a pair of rotor grooves 300a.
- the pair of rotor grooves 300a are arranged so as to face each other in the diameter direction (diameter direction around the rotation axis X of the rotor 3), that is, face each other by 180 °.
- the pair of rotor grooves 300a penetrates the peripheral wall portion 300 in the diameter direction.
- the bottom wall portion 301 seals the opening on the rear end side of the peripheral wall portion 300.
- the shaft portion 31 extends to the rear side of the bottom wall portion 301.
- the shaft portion 31 includes an engaging convex portion 310.
- the shaft part 31 is rotatable around its own axis. That is, the rotor 3 can rotate about the rotation axis X in the positive rotation direction Y (counterclockwise direction in FIG. 2, clockwise direction in FIG. 3).
- the coupling 6 is interposed between the shaft portion 31 and the camshaft 72.
- the coupling 6 includes an engaged hole 60 and a pair of engaging convex portions 61.
- An engagement convex portion 310 (see FIG. 3) of the shaft portion 31 is engaged with the engaged hole 60.
- the pair of engaging convex portions 61 are engaged with a pair of engaged concave portions 720 at the front end of the camshaft 72. Due to the coupling 6, the rotational force of the camshaft 72 is transmitted to the shaft portion 31, that is, the rotor 3.
- FIG. 4 shows a cross-sectional view in the IV-IV direction of FIG.
- the reed valve 5 is accommodated in the through hole 701 a of the chain cover 701.
- the reed valve 5 includes a valve (valve reed valve) 50, a stopper (stopper reed valve) 51, and a bolt (fastening member) 52.
- the valve 50 is disposed on the rear surface (outer surface) of the bottom wall portion 201.
- the valve 50 includes a fixed part 500 and a free part 501.
- the fixing portion 500 is fixed to the bottom wall portion 201 with a bolt 52.
- the free part 501 can be elastically deformed to the rear side (outside) like a cantilever.
- the stopper 51 is disposed on the rear side of the valve 50.
- the stopper 51 includes a fixed portion 510 and a restricting portion 511.
- the fixing portion 510 is fixed to the bottom wall portion 201 with a bolt 52 so as to overlap the fixing portion 500 of the valve 50.
- the restricting portion 511 is separated from the bottom wall portion 201 to the rear side.
- the valve 50 can be switched between a valve closing state indicated by a solid line in FIG. 4 and a valve opening state indicated by a dotted line in FIG. For this reason, the reed valve 5 can open the discharge hole 201a intermittently. Therefore, the air tightness of the pump chamber A can be improved as compared with the case where the reed valve 5 is not disposed in the vane pump 1. In addition, the oil retention of the lubricating oil can be improved.
- the closed state the free portion 501 of the valve 50 is seated on the valve seat (around the discharge hole 201a).
- the free part 501 of the valve 50 seals the discharge hole 201a.
- the valve open state the free portion 501 of the valve 50 is separated from the valve seat to the rear side. The free part 501 of the valve 50 is in contact with the restricting part 511 of the stopper 51.
- Oil passages L1, L2 As shown in FIG. 1, the oil passage L ⁇ b> 1 is disposed between the oil passage L ⁇ b> 0 on the engine 7 side and the pump chamber A. From the upstream side toward the downstream side, the oil passage L1 is recessed in the oil hole L10 that penetrates the cylindrical part 20B in the radial direction, the oil hole L11 that penetrates the shaft part 31 in the radial direction, and the inner peripheral surface of the cylindrical part 20B.
- the oil groove L12 extending in the front-rear direction, the pair of oil grooves L13a, L13b extending in the radial direction and recessed in the rear surface of the bottom wall portion 301, and recessed in the front end inner peripheral surface of the cylindrical portion 20B in the front-rear direction
- An extending oil groove L14 is provided. Lubricating oil is intermittently supplied to the pump chamber A via the oil passage L1.
- the oil passage L2 is disposed between the oil passage L0 on the engine 7 side and the in-cylinder space C. From the upstream side toward the downstream side, the oil passage L2 includes an oil hole L10, an oil hole L11, and an oil hole L15 that branches from the oil hole L11 and extends in the front-rear direction.
- the lubricating oil is intermittently supplied to the in-cylinder space C through the oil passage L2.
- Lubricating oil supplied to the pump chamber A and the in-cylinder space C via the oil passages L1 and L2 is supplied to each sliding portion (for example, the sliding interface between the vane 4 and the peripheral wall portion 200, the vane 4 and the end plate). 21, a sliding interface between the vane 4 and the bottom wall 201, a sliding interface between the rotor 3 and the end plate 21, a sliding interface between the rotor 3 and the bottom wall 201, a vane 4 and the rotor groove 300a) is lubricated.
- Lubricating oil tends to flow downward due to its own weight. Further, the lubricating oil is likely to be scattered radially outward due to the centrifugal force when the vane 4 rotates. For this reason, the lubricating oil tends to stay in the lower part of the pump chamber A (near the inner peripheral surface of the peripheral wall 200).
- FIG. 2 a position where the sliding direction of the vane 4 with respect to the rotor 3 is reversed from the radial direction (radial direction around the rotation axis X) outward (protrusion side) to the radial inward (immersion side) ( The angle around the rotation axis X) is defined as a reference position ⁇ 1.
- a straight line passing through the reference position ⁇ 1 and the rotation axis X is defined as a dividing line B.
- the dividing line B includes the elliptical short axis of the pump chamber A (the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 200).
- a section above the dividing line B (the section on the suction hole 200a side with respect to the reference position ⁇ 1 and the rotor 3 rotates in the positive rotation direction Y
- a section in which the volume of the working chamber A2 on the rear side in the rotation direction of the vane 4 increases as the rotor 3 rotates is referred to as a suction section AU.
- a section below the dividing line B (a section on the discharge hole 201a side with respect to the reference position ⁇ 1, and the rotor 3 is rotated in the forward rotation direction).
- a section in which the volume of the working chamber A1 on the front side in the rotation direction of the vane 4 decreases as the rotor 3 rotates is referred to as a discharge section AD.
- the suction hole 200a is disposed in a portion of the peripheral wall portion 200 corresponding to the suction section AU.
- the discharge hole 201a and the pressure relief groove 201b are disposed in a portion of the bottom wall portion 201 corresponding to the discharge section AD.
- the pressure relief groove 201 b is recessed in the front surface (inner surface) of the bottom wall portion 201. Between the pressure relief groove 201b and the inner peripheral surface (inner surface) of the peripheral wall portion 200, a gap (a radial gap centered on the rotation axis X) E is secured over the entire length of the pressure relief groove 201b. Has been. That is, the pressure relief groove 201b is separated from the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 200 radially inward (upper side) by the gap E.
- the pressure relief groove 201b is formed on the surface of the lubricating oil in the pump chamber A (for example, the liquid surface of the retaining portion of the lubricating oil formed in the lower portion of the pump chamber A and from the retaining portion toward the discharge hole 201a. It is arranged on the inner side (upper side) in the radial direction than the liquid level of the lubricating oil scraped up by the vanes 4.
- the pressure relief groove 201b extends in the circumferential direction of the rotor 3 (circumferential direction around the rotation axis X).
- a groove front end (end on the front side in the positive rotation direction Y of the rotor 3) 201bb of the pressure relief groove 201b is continuous with the discharge hole 201a.
- the angle around the rotation axis X of the rotor 3 is the central angle.
- the central angle of the reference position ⁇ 1 is set to 0 °.
- the central angle advances in the positive rotation direction Y of the rotor 3.
- the center in the groove width direction of the rear end of the pressure relief groove 201b (the rear end of the rotor 3 in the positive rotation direction Y) 201ba is set at a center angle of 70 °.
- the center in the groove width direction of the groove front end 201bb of the pressure relief groove 201b is set at a center angle of 115 °. As shown in FIG.
- the cross-sectional shape of the pressure relief groove 201b (the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the extending direction) has a trapezoidal shape.
- the groove width F1 on the front side (opening side) of the pressure relief groove 201b is 3 mm.
- the groove width F2 on the rear side (bottom surface side) of the pressure relief groove 201b is 1.8 mm.
- the groove depth G of the pressure relief groove 201b is 1 mm.
- FIG. 5 shows an axial cross-sectional view of the vane pump according to this embodiment when the vane overlaps the pressure relief groove.
- FIG. 6 shows a cross-sectional view in the VI-VI direction of FIG. 5 corresponds to the VV direction cross section of FIG. In FIG. 5, the coupling 6 is omitted.
- the lubricating oil has a higher specific gravity than air. For this reason, the lubricating oil tends to flow downward from the air due to gravity. In addition, due to the centrifugal force during the rotation of the vanes 4, the lubricating oil is more likely to scatter radially outward than air. Therefore, the lubricating oil tends to stay in the lower part of the pump chamber A (near the inner peripheral surface of the peripheral wall 200).
- the lubricating oil tends to flow along the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 200.
- air tends to flow on the upper side (inside in the radial direction) than the lubricating oil.
- a gap E is secured between the pressure relief groove 201b and the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 200. For this reason, a part of the air in the working chamber A1 leaks into the working chamber A2 via the pressure relief groove 201b.
- the lubricating oil in the working chamber A1 hardly flows into the working chamber A2 via the pressure relief groove 201b.
- the circumferential direction (rotating direction of the vane 4) length of the pressure relief groove 201 b is larger than the circumferential width of the vane 4.
- the pair of working chambers A ⁇ b> 1 and A ⁇ b> 2 on both sides in the rotation direction of the vane 4 bypass the vane 4. Then, it communicates via the pressure relief groove 201b.
- the vane pump 1 of the present embodiment it is possible to suppress a sudden valve opening of the reed valve 5. For this reason, pressure pulsation hardly occurs in the internal space H of the cover member 70. Therefore, vibration of the cover member 70 can be suppressed. Further, the generation of radiated sound from the cover member 70 can be suppressed. Thus, according to the vane pump 1 of this embodiment, the noise resulting from the opening of the reed valve 5 can be suppressed.
- the pressure relief groove 201b is disposed on the front surface of the bottom wall 201. Further, a gap E is secured between the pressure relief groove 201b and the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 200. Further, the pressure relief groove 201b is disposed above the level of the lubricating oil in the pump chamber A. For this reason, in the working chamber A1, air having a low specific gravity can be preferentially introduced into the pressure relief groove 201b with respect to the lubricating oil having a high specific gravity. Therefore, the amount of air can be reduced preferentially with respect to the lubricating oil.
- FIG. 7 is a schematic diagram showing changes in the internal pressure of the working chamber of the vane pump of this embodiment.
- FIG. 7 is a schematic diagram, and the actual change in internal pressure may be different from that in FIG.
- what is shown with a dotted line is the change of the internal pressure of the conventional vane pump (vane pump without the pressure relief groove 201b).
- the vane angle on the horizontal axis is the rotation angle of the one end 4a of the vane 4 (the central angle around the rotation axis X of the rotor 3), as shown in FIGS.
- the internal pressure on the vertical axis is the internal pressure of the working chamber A1 shown in FIGS.
- the working chamber A1 and the working chamber A2 communicate with each other through the pressure relief groove 201b in a predetermined rotation angle section (see FIG. 6). Further, the pressure relief groove 201b is separated from the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 200 by the gap E. For this reason, part of the air leaks from the working chamber A1 to the working chamber A2 via the pressure relief groove 201b. Therefore, the internal pressure of the working chamber A1 rises to the peak value (peak pressure) P1. However, since a part of the air in the working chamber A1 leaks internally, the peak value P1 becomes smaller than the peak value P2.
- the reed valve 5 shown in FIG. 4 When the internal pressure rises to the peak value P1, the reed valve 5 shown in FIG. 4 is opened. For this reason, the air and lubricating oil of working chamber A1 are discharged
- the gas-liquid ratio in the working chamber A1 is reduced by the amount that a part of air leaks internally. For this reason, at the time of discharge, air and lubricating oil are easily discharged at a time. Therefore, the internal pressure quickly decreases from the peak value P1. Also, the internal pressure is difficult to hunt.
- the reed valve 5 shown in FIG. 4 When the discharge of air and lubricating oil is completed, the reed valve 5 shown in FIG. 4 is closed.
- the peak value P1 of the internal pressure is low.
- the internal pressure tends to drop when the valve is opened. For this reason, vibration and noise hardly occur in the cover member 70.
- the groove rear end 201ba of the pressure relief groove 201b is set at a position with a central angle of less than 90 ° (position with a central angle of 70 °).
- the groove front end 201bb of the pressure relief groove 201b is set at a position exceeding the central angle 90 ° (position at the central angle 115 °).
- the pressure relief groove 201b extends over both sides in the rotational direction with reference to the position directly below the rotation axis X (position at the central angle of 90 °). For this reason, the groove front end 201bb and the groove rear end 201ba are not easily blocked by the lubricating oil. Therefore, it is difficult for the lubricating oil to accumulate in the pressure relief groove 201b.
- the groove front end 201bb of the pressure relief groove 201b is continuous with the discharge hole 201a. Therefore, part of the air can be internally leaked from the working chamber A1 to the working chamber A2 until just before or after the valve 50 shown in FIG. 4 is switched from the closed state to the opened state.
- the cross-sectional shape of the pressure relief groove 201b has a trapezoidal shape.
- the groove width F1 on the front side (opening side) of the pressure relief groove 201b is larger than the groove width F2 on the rear side (bottom side) of the pressure relief groove 201b.
- the groove side surface on the radially outer side (lower side in FIG. 1) of the pressure relief groove 201b extends from the rear upper side (the radially inner side and the side opposite to the pump chamber A) to the front lower side (the radially outer side and the pump chamber A). The slope is set downward. Therefore, the lubricating oil that has flowed into the pressure relief groove 201b can be quickly discharged out of the groove by the centrifugal force during rotation of the vane 4 and the weight of the lubricating oil.
- FIG. 8 is a radial cross-sectional view of the vane pump according to the present embodiment as viewed from the front side when the vane overlaps the pressure relief groove.
- part corresponding to FIG. 2 it shows with the same code
- FIG. 8 shows that when the rotor 3 rotates forward, the pair of working chambers A1 and A2 on both sides in the rotational direction of the longitudinal end 4a of the vane 4 bypass the one end 4a side of the vane 4
- the groove rear end 201ba is covered from the front side by the vane body 40.
- the other end 4b in the longitudinal direction of the vane 4 (specifically, the sliding contact portion between the other end 4b and the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 200) has already passed through the suction hole 200a. Therefore, the working chamber A2 is isolated from the suction hole 200a by the other end 4b side of the vane 4.
- the vane pump 1 according to the present embodiment and the vane pump according to the first embodiment have the same functions and effects with respect to parts having the same configuration.
- the vane pump 1 of the present embodiment during the forward rotation of the rotor 3, after the other end 4b side of the vane 4 passes through the suction hole 200a, a pair of working chambers A1 on both sides in the rotational direction on the one end 4a side of the vane 4, The groove rear end 201ba is arranged so that A2 communicates with each other via the pressure relief groove 201b. For this reason, when the pair of working chambers A1 and A2 communicate with each other via the pressure relief groove 201b, the working chamber A2 does not communicate with the suction hole 200a. Therefore, the suction capacity of the vane pump 1 is unlikely to decrease.
- the position of the groove front end 201bb of the pressure relief groove 201b is not particularly limited.
- the position of the groove rear end 201ba of the pressure relief groove 201b is not particularly limited.
- the groove rear end 201ba may be disposed in the suction section AU. It is sufficient that at least a part of the pressure relief groove 201b is disposed in the discharge section AD.
- the shape in the extending direction of the pressure relief groove 201b is not particularly limited. As viewed from the front side, the shape may be a partial arc shape centered on the rotation axis X, a linear shape, a curved shape, or a shape in which these shapes are connected.
- the pressure relief groove 201b may be branched in the middle. When viewed from the front side, it may be Y-shaped, X-shaped, E-shaped, or the like.
- the extending direction of the pressure relief groove 201b only needs to include at least a “circumferential direction around the rotation axis X” component.
- a plurality of pressure relief grooves 201b may be provided side by side in the circumferential direction and the radial direction about the rotation axis X.
- the cross-sectional shape of the pressure relief groove 201b is not particularly limited. It may be C-shaped, semi-circular, U-shaped, polygonal (triangle, quadrangle), or the like.
- the difference in cross-sectional shape in the entire length of the pressure relief groove 201b is not particularly limited. In the middle of the extending direction, the cross-sectional shape may change.
- the cross-sectional area of the pressure relief groove 201b is not particularly limited.
- the difference in cross-sectional area in the entire length of the pressure relief groove 201b is not particularly limited. The cross-sectional area may change midway in the extending direction.
- the internal leak amount of the air flowing from the working chamber A1 to the working chamber A2 can be adjusted. For this reason, the rising speed of the internal pressure shown in FIG. 7 can be adjusted. Further, the pressure peak value P1 can be adjusted. Further, the driving torque and suction capacity of the vane pump 1 can be adjusted.
- the lubricating oil tends to flow along the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 200.
- the lubricating oil tends to flow through the portion of the vane 4 through which the cap 41 passes.
- the pressure relief groove 201b may be arranged so as not to overlap with a portion through which the cap 41 passes when viewed from the front side.
- the gap E is the smallest in the vicinity of the groove front end 201bb in the entire length of the pressure relief groove 201b. That is, a minimum portion E1 of the gap E is set between the groove front end 201bb and the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 200.
- the minimum portion E1 When viewed from the front side, the minimum portion E1 may be set larger than the protruding amount D in the radial direction of the cap 41 with respect to the vane body 40. This makes it difficult for lubricating oil to flow into the pressure relief groove 201b.
- Lubricating oil introduction path to the oil paths L1 and L2 is not particularly limited.
- the oil hole formed inside the camshaft 72 and the oil hole L11 inside the shaft portion 31 may be connected by an oil supply pipe (connecting member). That is, lubricating oil may be introduced from the camshaft 72 to the oil passages L1 and L2 via the oil supply pipe.
- the type of cover member 70 is not particularly limited.
- a belt cover that covers the timing belt may be used. That is, the cover member 70 only needs to cover a member constituting the engine.
- the kind of vane pump 1 is not specifically limited.
- a plurality of vanes 4 may be arranged radially on a single rotor 3.
- a plurality of pump chambers A may be partitioned in a single vane pump 1.
- the shape of the pump chamber A when viewed from the front side may not be elliptical. For example, it may be oval (a shape in which the ends of a pair of semicircles facing each other with the opening facing inward are connected by a pair of straight lines).
- the axial direction of the vane pump 1 is not particularly limited.
- the axial direction may be a direction that intersects the vertical direction, the vertical direction, and the horizontal direction. Even in this case, due to the centrifugal force accompanying the rotation of the vanes 4, the air flows radially inward from the lubricating oil. For this reason, air can be preferentially leaked from the working chamber A1 to the working chamber A2 via the pressure relief groove 201b.
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Abstract
騒音を抑制可能なベーンポンプを提供することを課題とする。ベーンポンプ(1)は、周壁部(200)と底壁部(201)とポンプ室(A)とを有するハウジング(2)と、ポンプ室(A)に配置され回転可能なロータ(3)と、ロータ(3)に径方向に摺動可能に配置されポンプ室(A)を複数の作動室(A1、A2)に仕切るベーン(4)と、底壁部(201)の排出孔(201a)を開閉するリードバルブ(5)と、を備える。ロータ(3)に対するベーン(4)の摺動方向が径方向外向きから内向きに反転する位置を基準位置(θ1)、ポンプ室(A)において基準位置(θ1)よりも排出孔(201a)側の区間を排出区間(AD)とする。底壁部(201)の排出区間(AD)対応部分には、周壁部(200)との間に隙間(E)が確保された状態で、圧力逃がし溝(201b)が配置される。ベーン(4)が圧力逃がし溝(201b)に重なる際、ベーン(4)の回転方向両側の一対の作動室(A1、A2)同士は、圧力逃がし溝(201b)を介して連通する。
Description
本発明は、例えば車両のエンジンなどにより駆動されるベーンポンプに関する。
車両のブレーキ装置には、ブレーキブースタが配置されている。ブレーキブースタは、運転者のブレーキペダル踏み込み操作を、負圧により補助している。ベーンポンプは、当該負圧を、ブレーキブースタに供給している。ベーンポンプは、エンジンのカバー部材(例えばシリンダヘッドカバーやチェーンカバーなど)に取り付けられている。ベーンポンプの内部には、ポンプ室が区画されている。ポンプ室には、ブレーキブースタから、吸入孔を介して、空気が流入する。また、ポンプ室には、所定の油路を介して、潤滑油が流入する。このように、ポンプ室には、空気と潤滑油とが混在している。このため、ベーンポンプの排出孔からは、潤滑油混じりの圧縮空気が排出されることになる。したがって、排出孔は、カバー部材の内部空間に開口している。排出孔には、リードバルブが装着されている。リードバルブは、ポンプ室の内圧の変化に応じて、開弁状態と閉弁状態とを切替可能である。すなわち、リードバルブは、排出孔を、間欠的に開放可能である。
しかしながら、閉弁状態においては、例えばバルブ自体の剛性やバルブと弁座(排出孔の周囲)との間に介在する油膜(潤滑油の膜)などにより、バルブが弁座に貼り付きやすい。このため、開弁時においては、ポンプ室の空気が圧縮され、ポンプ室の内圧がある程度高くなった後、急激にバルブが弁座から離れることになる。したがって、リードバルブが急激に開弁してしまう。当該開弁動作は、ポンプ室の内圧の変動に応じて、周期的に繰り返される。このため、カバー部材の内部空間に圧力脈動が発生してしまう。したがって、カバー部材が振動してしまう。また、カバー部材から放射音が発生してしまう。特に、近年においては、カバー部材が薄肉化される傾向にあるため、カバー部材から騒音が発生しやすくなっている。
そこで、特許文献1には、ベーンポンプの排出孔から排出された圧縮空気の圧力脈動を消音ケースで減衰させることにより、騒音を抑制する負圧発生装置が開示されている。また、特許文献2には、排出孔から独立した貫通孔を介して、リードバルブが開弁する前に、ポンプ室の空気をチェーンカバーの内部空間に排出することにより、騒音を抑制するベーンポンプが開示されている。また、特許文献3には、排出孔から独立した制御バルブ付きの排気孔連通路を介して、ポンプ室の空気をチェーンカバーの内部空間に排出することにより、騒音を抑制するベーンポンプが開示されている。
特許文献1の負圧発生装置の場合、排出された圧縮空気を消音ケースに導入することにより、圧縮空気の圧力を低減している。また、特許文献2、3のベーンポンプの場合、貫通孔や制御バルブを用いて、圧縮空気の排出回数を増やすことにより、圧縮空気の圧力を低減している。
しかしながら、特許文献1~3の場合、カバー部材の内部空間に排出される圧縮空気の量(特許文献2、3の場合は、複数回に分割して排出される圧縮空気の総量)は変わらない。すなわち、圧縮空気の運動エネルギ自体は変わらない。そこで、本発明は、カバー部材の内部空間に排出される圧縮空気の量を低減することにより騒音を抑制可能なベーンポンプを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のベーンポンプは、エンジンのカバー部材に配置され、筒状の周壁部と、前記周壁部の軸方向一端に配置され、前記カバー部材の内部空間に連通する排出孔が開設された底壁部と、を有し、自身の内部に前記排出孔に連通するポンプ室を区画するハウジングと、前記ポンプ室に配置され、前記エンジンのカムシャフトの回転に伴って、自身の軸周りに回転可能なロータと、前記ロータに径方向に摺動可能に配置され、前記ポンプ室を複数の作動室に仕切り、前記ロータの回転に伴って前記作動室の容積を拡縮変化させるベーンと、前記排出孔を開閉することにより、前記作動室において圧縮された空気および潤滑油を、前記カバー部材の前記内部空間に間欠的に排出可能なリードバルブと、を備えるベーンポンプであって、前記底壁部の内面には、前記周壁部の内面との間に隙間が確保された状態で、前記排出孔に連なる圧力逃がし溝が配置され、前記ロータの正回転時において、前記ベーンが前記圧力逃がし溝に重なる際、前記ベーンの回転方向両側の一対の前記作動室同士は、前記圧力逃がし溝を介して連通することを特徴とする。
以下、ベーンを挟んで隣り合う一対の作動室間において、高圧側から低圧側に空気の一部が漏出することを、適宜、「内部リーク」と称す。本発明のベーンポンプによると、ロータの正回転時において、ベーンが圧力逃がし溝に重なる際、ベーンの回転方向両側の一対の作動室同士が、ベーンを迂回して、圧力逃がし溝を介して連通する。このため、回転方向前側(高圧側)の作動室から、回転方向後側(低圧側)の作動室に、空気の一部を内部リークさせることができる。したがって、回転方向前側の作動室の空気の量、つまり排出孔からカバー部材の内部空間に排出される圧縮空気の量を、減らすことができる。言い換えると、回転方向前側の作動室の内圧が過剰に高くなるのを、抑制することができる。よって、本発明のベーンポンプによると、急激なリードバルブの開弁を抑制することができる。このため、リードバルブの開弁に起因する騒音を、抑制することができる。
以下、本発明のベーンポンプの実施の形態について説明する。
<第一実施形態>
以降の図において、前後方向は、本発明の「軸方向」に対応している。図1に、本実施形態のベーンポンプの軸方向断面図を示す。図2に、図1のII-II方向断面図を示す。図3に、同ベーンポンプの後面図を示す。なお、図1は、図2、図3のI-I方向断面に対応する。また、図3においては、カップリングを省略して示す。
以降の図において、前後方向は、本発明の「軸方向」に対応している。図1に、本実施形態のベーンポンプの軸方向断面図を示す。図2に、図1のII-II方向断面図を示す。図3に、同ベーンポンプの後面図を示す。なお、図1は、図2、図3のI-I方向断面に対応する。また、図3においては、カップリングを省略して示す。
[ベーンポンプの配置]
まず、本実施形態のベーンポンプの配置について説明する。図1に示すように、車両のエンジン(内燃機関)7は、カバー部材70と、カムシャフト72と、ドライブギア73と、スプロケット74と、タイミングチェーン75と、を備えている。
まず、本実施形態のベーンポンプの配置について説明する。図1に示すように、車両のエンジン(内燃機関)7は、カバー部材70と、カムシャフト72と、ドライブギア73と、スプロケット74と、タイミングチェーン75と、を備えている。
カムシャフト(詳しくは吸気用カムシャフト)72は、前後方向に延在している。スプロケット74、ドライブギア73は、前後方向に並んで、カムシャフト72に環装されている。タイミングチェーン75は、スプロケット74と、クランクシャフトのスプロケット(図略)と、の間に張設されている。ドライブギア73は、排気用カムシャフトのドリブンギア(図略)と、噛合している。クランクシャフトの回転力は、クランクシャフトのスプロケット、タイミングチェーン75、スプロケット74を介して、カムシャフト72に伝達される。このため、カムシャフト72は、自身の軸周りに回転可能である。ベーンポンプ1は、カムシャフト72により駆動される。
カバー部材70は、シリンダヘッドカバー700と、チェーンカバー701と、を備えている。チェーンカバー701は、タイミングチェーン75を、前側(外側)から覆っている。チェーンカバー701は、上下方向に延在している。チェーンカバー701には、貫通孔701aが開設されている。また、チェーンカバー701には、油路L0が形成されている。シリンダヘッドカバー700は、チェーンカバー701の上側に連なっている。シリンダヘッドカバー700は、シリンダヘッド(図略)を、上側(外側)から覆っている。ベーンポンプ1は、チェーンカバー701の貫通孔701aに取り付けられている。
[ベーンポンプの構成]
次に、本実施形態のベーンポンプの構成について説明する。ベーンポンプ1は、車両のブレーキブースタ(図略)の負圧源である。図1~図3に示すように、ベーンポンプ1は、ハウジング2と、ロータ3と、ベーン4と、リードバルブ(逆止弁)5と、カップリング6と、油路L1、L2と、を備えている。
次に、本実施形態のベーンポンプの構成について説明する。ベーンポンプ1は、車両のブレーキブースタ(図略)の負圧源である。図1~図3に示すように、ベーンポンプ1は、ハウジング2と、ロータ3と、ベーン4と、リードバルブ(逆止弁)5と、カップリング6と、油路L1、L2と、を備えている。
(ハウジング2)
ハウジング2は、チェーンカバー701に固定されている。ハウジング2は、ハウジング本体20と、端板21と、を備えている。ハウジング本体20は、ポンプ部20Aと、筒部20Bと、を備えている。ポンプ部20Aは、前側に開口する有底楕円筒状を呈している。ポンプ部20Aは、周壁部200と、底壁部201と、を備えている。ポンプ部20Aの内部には、ポンプ室Aが区画されている。後述するように、ポンプ室Aは、吸入区間AUと排出区間ADとに区分けされる。
ハウジング2は、チェーンカバー701に固定されている。ハウジング2は、ハウジング本体20と、端板21と、を備えている。ハウジング本体20は、ポンプ部20Aと、筒部20Bと、を備えている。ポンプ部20Aは、前側に開口する有底楕円筒状を呈している。ポンプ部20Aは、周壁部200と、底壁部201と、を備えている。ポンプ部20Aの内部には、ポンプ室Aが区画されている。後述するように、ポンプ室Aは、吸入区間AUと排出区間ADとに区分けされる。
周壁部200は、前後方向に延在する楕円筒状を呈している。図2に示すように、周壁部200の上側部分には、吸入孔200aが開設されている。吸入孔200aの出口は、ポンプ室Aに開口している。また、吸入孔200aの入口は、吸気通路(図略)を介して、ブレーキブースタに連結されている。吸気通路には、一方向(ブレーキブースタからポンプ室Aに向かう方向)にだけ空気の流れを許容する、逆止弁(図略)が配置されている。底壁部201は、周壁部200の後端(軸方向一端)に配置されている。図2に示すように、底壁部201には、排出孔201aと、圧力逃がし溝201bと、が配置されている。排出孔201aは、底壁部201を前後方向に貫通している。排出孔201aは、リードバルブ5により、開閉可能である。排出孔201aは、チェーンカバー701の貫通孔701aに連なっている。このため、ポンプ室Aは、排出孔201a、リードバルブ5、貫通孔701aを介して、カバー部材70の内部空間Hに、連通している。圧力逃がし溝201bについては、後で詳しく説明する。
筒部20Bは、前後方向に延在する円筒状を呈している。筒部20Bは、底壁部201の後側に連なっている。筒部20Bは、チェーンカバー701の貫通孔701aに挿入されている。筒部20Bの前端は、底壁部201の前面に開口している。
端板21は、周壁部200を、前側から封止している。端板21と周壁部200との間には、Oリング92が介装されている。図2、図3に示すように、複数のボルト90および複数のナット91により、端板21は、周壁部200に固定されている。
(ロータ3、カップリング6)
ロータ3は、ロータ本体30と、軸部31と、を備えている。ロータ本体30は、前側に開口する有底円筒状を呈している。ロータ本体30は、周壁部300と、底壁部301と、を備えている。ロータ本体30の内部には、筒内空間Cが区画されている。周壁部300は、前後方向に延在する円筒状を呈している。周壁部300は、ポンプ室Aに収容されている。図2に示すように、吸入孔200aと排出孔201aとの間の部分において、周壁部300の外周面の一部は、周壁部200の内周面の一部に、当接している。周壁部300は、周壁部200に対して偏心している。周壁部300の前端面は、端板21の後面(内面)に摺接している。周壁部300は、一対のロータ溝300aを備えている。一対のロータ溝300aは、直径方向(ロータ3の回転軸Xを中心とする直径方向)に対向して、つまり180°対向して、配置されている。一対のロータ溝300aは、周壁部300を直径方向に貫通している。図1に示すように、底壁部301は、周壁部300の後端側の開口を封止している。
ロータ3は、ロータ本体30と、軸部31と、を備えている。ロータ本体30は、前側に開口する有底円筒状を呈している。ロータ本体30は、周壁部300と、底壁部301と、を備えている。ロータ本体30の内部には、筒内空間Cが区画されている。周壁部300は、前後方向に延在する円筒状を呈している。周壁部300は、ポンプ室Aに収容されている。図2に示すように、吸入孔200aと排出孔201aとの間の部分において、周壁部300の外周面の一部は、周壁部200の内周面の一部に、当接している。周壁部300は、周壁部200に対して偏心している。周壁部300の前端面は、端板21の後面(内面)に摺接している。周壁部300は、一対のロータ溝300aを備えている。一対のロータ溝300aは、直径方向(ロータ3の回転軸Xを中心とする直径方向)に対向して、つまり180°対向して、配置されている。一対のロータ溝300aは、周壁部300を直径方向に貫通している。図1に示すように、底壁部301は、周壁部300の後端側の開口を封止している。
軸部31は、底壁部301の後側に延在している。軸部31は、係合凸部310を備えている。軸部31は、自身の軸周りに回転可能である。すなわち、ロータ3は、回転軸Xを中心に、正回転方向Y(図2における反時計回り方向、図3における時計回り方向)に回転可能である。
図1に示すように、カップリング6は、軸部31とカムシャフト72との間に介装されている。カップリング6は、被係合孔60と、一対の係合凸部61と、を備えている。被係合孔60には、軸部31の係合凸部310(図3参照)が係合している。一対の係合凸部61は、カムシャフト72の前端の一対の被係合凹部720に、係合している。カップリング6により、カムシャフト72の回転力が、軸部31つまりロータ3に、伝達される。
(リードバルブ5)
図4に、図3のIV-IV方向断面図を示す。図3、図4に示すように、リードバルブ5は、チェーンカバー701の貫通孔701aに収容されている。リードバルブ5は、バルブ(バルブリードバルブ)50と、ストッパ(ストッパリードバルブ)51と、ボルト(締結部材)52と、を備えている。バルブ50は、底壁部201の後面(外面)に配置されている。バルブ50は、固定部500と自由部501とを備えている。固定部500は、ボルト52により、底壁部201に固定されている。自由部501は、片持ち梁状に、後側(外側)に弾性変形可能である。ストッパ51は、バルブ50の後側に配置されている。ストッパ51は、固定部510と規制部511とを備えている。固定部510は、ボルト52により、バルブ50の固定部500と重なった状態で、底壁部201に固定されている。規制部511は、底壁部201から後側に離間している。
図4に、図3のIV-IV方向断面図を示す。図3、図4に示すように、リードバルブ5は、チェーンカバー701の貫通孔701aに収容されている。リードバルブ5は、バルブ(バルブリードバルブ)50と、ストッパ(ストッパリードバルブ)51と、ボルト(締結部材)52と、を備えている。バルブ50は、底壁部201の後面(外面)に配置されている。バルブ50は、固定部500と自由部501とを備えている。固定部500は、ボルト52により、底壁部201に固定されている。自由部501は、片持ち梁状に、後側(外側)に弾性変形可能である。ストッパ51は、バルブ50の後側に配置されている。ストッパ51は、固定部510と規制部511とを備えている。固定部510は、ボルト52により、バルブ50の固定部500と重なった状態で、底壁部201に固定されている。規制部511は、底壁部201から後側に離間している。
バルブ50は、図4に実線で示す閉弁状態と、図4に点線で示す開弁状態と、に切替可能である。このため、リードバルブ5は、排出孔201aを、間欠的に開放することができる。したがって、ベーンポンプ1にリードバルブ5が配置されていない場合と比較して、ポンプ室Aの気密性を向上させることができる。また、潤滑油の保油性を向上させることができる。閉弁状態において、バルブ50の自由部501は、弁座(排出孔201aの周囲)に着座している。バルブ50の自由部501は、排出孔201aを封止している。一方、開弁状態において、バルブ50の自由部501は、弁座から後側に離座している。バルブ50の自由部501は、ストッパ51の規制部511に当接している。
(油路L1、L2)
図1に示すように、油路L1は、エンジン7側の油路L0と、ポンプ室Aと、の間に配置されている。上流側から下流側に向かって、油路L1は、筒部20Bを径方向に貫通する油孔L10、軸部31を直径方向に貫通する油孔L11、筒部20Bの内周面に凹設され前後方向に延在する油溝L12、底壁部301の後面に凹設され径方向に延在する一対の油溝L13a、L13b、筒部20Bの前端内周面に凹設され前後方向に延在する油溝L14を備えている。潤滑油は、油路L1を介して、間欠的にポンプ室Aに供給される。
図1に示すように、油路L1は、エンジン7側の油路L0と、ポンプ室Aと、の間に配置されている。上流側から下流側に向かって、油路L1は、筒部20Bを径方向に貫通する油孔L10、軸部31を直径方向に貫通する油孔L11、筒部20Bの内周面に凹設され前後方向に延在する油溝L12、底壁部301の後面に凹設され径方向に延在する一対の油溝L13a、L13b、筒部20Bの前端内周面に凹設され前後方向に延在する油溝L14を備えている。潤滑油は、油路L1を介して、間欠的にポンプ室Aに供給される。
油路L2は、エンジン7側の油路L0と、筒内空間Cと、の間に配置されている。上流側から下流側に向かって、油路L2は、油孔L10、油孔L11、油孔L11から分岐し前後方向に延在する油孔L15を備えている。潤滑油は、油路L2を介して、間欠的に筒内空間Cに供給される。
油路L1、L2を介してポンプ室A、筒内空間Cに供給された潤滑油は、各摺動部(例えば、ベーン4と周壁部200との間の摺動界面、ベーン4と端板21との間の摺動界面、ベーン4と底壁部201との摺動界面、ロータ3と端板21との間の摺動界面、ロータ3と底壁部201との摺動界面、ベーン4とロータ溝300aとの間の摺動界面など)を潤滑する。潤滑油は、自重により下側に流動しやすい。また、潤滑油は、ベーン4回転時の遠心力により、径方向外側に飛散しやすい。このため、潤滑油は、ポンプ室Aの下側部分(周壁部200の内周面付近)に滞留しやすい。
(吸入区間AU、排出区間AD)
図2に示すように、ロータ3に対するベーン4の摺動方向が径方向(回転軸Xを中心とする径方向)外向き(突出側)から径方向内向き(没入側)に反転する位置(回転軸X周りの角度)を基準位置θ1とする。また、基準位置θ1と回転軸Xとを通過する直線を分割線Bとする。なお、前側から見て、分割線Bは、ポンプ室A(周壁部200の内周面)の楕円形状の短軸を含んでいる。図2に右上がり点線ハッチングで示すように、ポンプ室Aにおいて、分割線Bよりも上側の区間(基準位置θ1よりも吸入孔200a側の区間であって、ロータ3が正回転方向Yに回転する際、ロータ3の回転に伴って、ベーン4の回転方向後側の作動室A2の容積が大きくなる区間)を、吸入区間AUとする。また、図2に左上がり点線ハッチングで示すように、ポンプ室Aにおいて、分割線Bよりも下側の区間(基準位置θ1よりも排出孔201a側の区間であって、ロータ3が正回転方向Yに回転する際、ロータ3の回転に伴って、ベーン4の回転方向前側の作動室A1の容積が小さくなる区間)を、排出区間ADとする。吸入孔200aは、周壁部200のうち、吸入区間AUに対応する部分に配置されている。一方、排出孔201a、圧力逃がし溝201bは、底壁部201のうち、排出区間ADに対応する部分に配置されている。
図2に示すように、ロータ3に対するベーン4の摺動方向が径方向(回転軸Xを中心とする径方向)外向き(突出側)から径方向内向き(没入側)に反転する位置(回転軸X周りの角度)を基準位置θ1とする。また、基準位置θ1と回転軸Xとを通過する直線を分割線Bとする。なお、前側から見て、分割線Bは、ポンプ室A(周壁部200の内周面)の楕円形状の短軸を含んでいる。図2に右上がり点線ハッチングで示すように、ポンプ室Aにおいて、分割線Bよりも上側の区間(基準位置θ1よりも吸入孔200a側の区間であって、ロータ3が正回転方向Yに回転する際、ロータ3の回転に伴って、ベーン4の回転方向後側の作動室A2の容積が大きくなる区間)を、吸入区間AUとする。また、図2に左上がり点線ハッチングで示すように、ポンプ室Aにおいて、分割線Bよりも下側の区間(基準位置θ1よりも排出孔201a側の区間であって、ロータ3が正回転方向Yに回転する際、ロータ3の回転に伴って、ベーン4の回転方向前側の作動室A1の容積が小さくなる区間)を、排出区間ADとする。吸入孔200aは、周壁部200のうち、吸入区間AUに対応する部分に配置されている。一方、排出孔201a、圧力逃がし溝201bは、底壁部201のうち、排出区間ADに対応する部分に配置されている。
(圧力逃がし溝201b)
図1、図2に示すように、圧力逃がし溝201bは、底壁部201の前面(内面)に凹設されている。圧力逃がし溝201bと、周壁部200の内周面(内面)と、の間には、圧力逃がし溝201bの全長に亘って、隙間(回転軸Xを中心とする径方向の隙間)Eが確保されている。すなわち、圧力逃がし溝201bは、周壁部200の内周面から、隙間Eの分だけ、径方向内側(上側)に離間している。また、圧力逃がし溝201bは、ポンプ室Aにおける潤滑油の液面(例えば、ポンプ室Aの下側部分に形成される潤滑油の滞留部の液面、および滞留部から排出孔201aに向かってベーン4に掻き上げられる潤滑油の液面)よりも、径方向内側(上側)に配置されている。圧力逃がし溝201bは、ロータ3の周方向(回転軸Xを中心とする周方向)に延在している。圧力逃がし溝201bの溝前端(ロータ3の正回転方向Y前側の端)201bbは、排出孔201aに連なっている。
図1、図2に示すように、圧力逃がし溝201bは、底壁部201の前面(内面)に凹設されている。圧力逃がし溝201bと、周壁部200の内周面(内面)と、の間には、圧力逃がし溝201bの全長に亘って、隙間(回転軸Xを中心とする径方向の隙間)Eが確保されている。すなわち、圧力逃がし溝201bは、周壁部200の内周面から、隙間Eの分だけ、径方向内側(上側)に離間している。また、圧力逃がし溝201bは、ポンプ室Aにおける潤滑油の液面(例えば、ポンプ室Aの下側部分に形成される潤滑油の滞留部の液面、および滞留部から排出孔201aに向かってベーン4に掻き上げられる潤滑油の液面)よりも、径方向内側(上側)に配置されている。圧力逃がし溝201bは、ロータ3の周方向(回転軸Xを中心とする周方向)に延在している。圧力逃がし溝201bの溝前端(ロータ3の正回転方向Y前側の端)201bbは、排出孔201aに連なっている。
ここで、ロータ3の回転軸X周りの角度を中心角とする。また、基準位置θ1の中心角を0°とする。中心角は、ロータ3の正回転方向Yに進角する。圧力逃がし溝201bの溝後端(ロータ3の正回転方向Y後側の端)201baの溝幅方向中央は、中心角70°の位置に設定されている。一方、圧力逃がし溝201bの溝前端201bbの溝幅方向中央は、中心角115°の位置に設定されている。図1に示すように、圧力逃がし溝201bの断面形状(延在方向に対して直交する方向の断面形状)は、台形状を呈している。圧力逃がし溝201bの前側(開口側)の溝幅F1は3mmである。圧力逃がし溝201bの後側(底面側)の溝幅F2は1.8mmである。圧力逃がし溝201bの溝深さGは1mmである。
[ベーンポンプの動き]
次に、本実施形態のベーンポンプの動きについて説明する。図2に示すように、ベーンポンプ1駆動時においては、ロータ3およびベーン4が、正回転方向Yに回転する。図1に示すように、所定の回転角度においては、油路L1、L2が開通する。ベーン4の回転に伴って、図2に示す複数の作動室A1、A2の容積は、拡縮変化する。ロータ3の回転に伴って、ベーン4(詳しくは、ベーン4の長手方向の一端4a。以下同様。)の回転方向後側の作動室A2の容積は、徐々に大きくなる。このため、吸入孔200aを介して、作動室A2に、ブレーキブースタから、空気が吸い込まれる。一方、ロータ3の回転に伴って、ベーン4の回転方向前側の作動室A1の容積は、徐々に小さくなる。このため、作動室A1の内圧が上昇する。したがって、図4に示すリードバルブ5のバルブ50には、前側(内側)から作動室A1の内圧が、後側(外側)から内部空間Hの圧力が、加わることになる。
次に、本実施形態のベーンポンプの動きについて説明する。図2に示すように、ベーンポンプ1駆動時においては、ロータ3およびベーン4が、正回転方向Yに回転する。図1に示すように、所定の回転角度においては、油路L1、L2が開通する。ベーン4の回転に伴って、図2に示す複数の作動室A1、A2の容積は、拡縮変化する。ロータ3の回転に伴って、ベーン4(詳しくは、ベーン4の長手方向の一端4a。以下同様。)の回転方向後側の作動室A2の容積は、徐々に大きくなる。このため、吸入孔200aを介して、作動室A2に、ブレーキブースタから、空気が吸い込まれる。一方、ロータ3の回転に伴って、ベーン4の回転方向前側の作動室A1の容積は、徐々に小さくなる。このため、作動室A1の内圧が上昇する。したがって、図4に示すリードバルブ5のバルブ50には、前側(内側)から作動室A1の内圧が、後側(外側)から内部空間Hの圧力が、加わることになる。
作動室A1の内圧が、内部空間Hからの圧力、および図4に示すバルブ50の弾性力を上回ると、バルブ50は、閉弁状態から開弁状態に切り替わる。このため、排出孔201aを介して、作動室A1から内部空間Hに空気が排出される。並びに、油路L1、L2からポンプ室Aに供給された潤滑油も、排出孔201aを介して、作動室A1から内部空間Hに排出される。空気および潤滑油の排出により、作動室A1の内圧が、内部空間Hからの圧力およびバルブ50の弾性力を下回ると、バルブ50は、再び開弁状態から閉弁状態に切り替わる。このように、リードバルブ5は、排出孔201aを、間欠的に開放する。
図5に、本実施形態のベーンポンプの、ベーンが圧力逃がし溝に重なる際の、軸方向断面図を示す。図6に、図5のVI-VI方向断面図を示す。なお、図5は、図6のV-V方向断面に対応する。また、図5においては、カップリング6を省略して示す。ベーンポンプ1駆動時においては、図5、図6に示すように、ベーン4が、圧力逃がし溝201bの前側を、正回転方向Yに通過する。ベーン4の回転方向前側の作動室A1の空気および潤滑油は、ベーン4に押されながら、排出孔201aに向かって流動する。
ベーン4が、圧力逃がし溝201bの前側を通過する際、ベーン4の回転方向前側(高圧側)の作動室A1と、ベーン4の回転方向後側(低圧側)の作動室A2と、は圧力逃がし溝201bを介して連通する。ここで、潤滑油は、空気よりも比重が高い。このため、重力により、潤滑油は、空気よりも、下側に流動しやすい。並びに、ベーン4回転時の遠心力により、潤滑油は、空気よりも、径方向外側に飛散しやすい。したがって、潤滑油は、ポンプ室Aの下側部分(周壁部200の内周面付近)に滞留しやすい。あるいは、潤滑油は、周壁部200の内周面に沿って、流動しやすい。一方、空気は、潤滑油よりも上側(径方向内側)を、流動しやすい。この点、圧力逃がし溝201bと、周壁部200の内周面と、の間には、隙間Eが確保されている。このため、作動室A1の空気の一部は、圧力逃がし溝201bを経由して、作動室A2に内部リークする。一方、作動室A1の潤滑油は、圧力逃がし溝201bを経由して、作動室A2に流入しにくい。
[作用効果]
次に、本実施形態のベーンポンプの作用効果について説明する。図6に示すように、圧力逃がし溝201bの周方向(ベーン4の回転方向)長さは、ベーン4の周方向幅よりも、大きい。図5、図6に示すように、ロータ3の正回転時において、ベーン4が圧力逃がし溝201bに重なる際、ベーン4の回転方向両側の一対の作動室A1、A2同士は、ベーン4を迂回して、圧力逃がし溝201bを介して連通する。このため、回転方向前側(高圧側)の作動室A1から、回転方向後側(低圧側)の作動室A2に、空気の一部を内部リークさせることができる。したがって、回転方向前側の作動室A1の空気の量を、減らすことができる。言い換えると、回転方向前側の作動室A1の内圧が過剰に高くなるのを、抑制することができる。よって、本実施形態のベーンポンプ1によると、急激なリードバルブ5の開弁を抑制することができる。このため、カバー部材70の内部空間Hに圧力脈動が発生しにくい。したがって、カバー部材70の振動を抑制することができる。また、カバー部材70から放射音が発生するのを、抑制することができる。このように、本実施形態のベーンポンプ1によると、リードバルブ5の開弁に起因する騒音を、抑制することができる。
次に、本実施形態のベーンポンプの作用効果について説明する。図6に示すように、圧力逃がし溝201bの周方向(ベーン4の回転方向)長さは、ベーン4の周方向幅よりも、大きい。図5、図6に示すように、ロータ3の正回転時において、ベーン4が圧力逃がし溝201bに重なる際、ベーン4の回転方向両側の一対の作動室A1、A2同士は、ベーン4を迂回して、圧力逃がし溝201bを介して連通する。このため、回転方向前側(高圧側)の作動室A1から、回転方向後側(低圧側)の作動室A2に、空気の一部を内部リークさせることができる。したがって、回転方向前側の作動室A1の空気の量を、減らすことができる。言い換えると、回転方向前側の作動室A1の内圧が過剰に高くなるのを、抑制することができる。よって、本実施形態のベーンポンプ1によると、急激なリードバルブ5の開弁を抑制することができる。このため、カバー部材70の内部空間Hに圧力脈動が発生しにくい。したがって、カバー部材70の振動を抑制することができる。また、カバー部材70から放射音が発生するのを、抑制することができる。このように、本実施形態のベーンポンプ1によると、リードバルブ5の開弁に起因する騒音を、抑制することができる。
圧力逃がし溝201bは、底壁部201の前面に配置されている。また、圧力逃がし溝201bと、周壁部200の内周面と、の間には、隙間Eが確保されている。さらに、圧力逃がし溝201bは、ポンプ室Aにおける潤滑油の液面よりも上側に配置されている。このため、作動室A1において、比重の高い潤滑油に対して、比重の低い空気を、優先的に圧力逃がし溝201bに導入することができる。したがって、潤滑油に対して、空気を、優先的に減量することができる。
図7に、本実施形態のベーンポンプの作動室の内圧の変化を模式図で示す。ただし、図7は模式図であり、実際の内圧の変化は、図7と異なる場合がある。なお、点線で示すのは、従来のベーンポンプ(圧力逃がし溝201b無しのベーンポンプ)の内圧の変化である。横軸のベーン角度は、図2、図6に示すように、ベーン4の一端4aの回転角度(ロータ3の回転軸X周りの中心角)である。また、縦軸の内圧は、図2、図6に示す作動室A1の内圧である。
図7に示すように、ベーン4が回転するのに従って、作動室A1の内圧は高くなる。点線で示すように、従来のベーンポンプの場合、作動室A1の内圧は、ピーク値(ピーク圧)P2まで上昇する。内圧がピーク値P2まで上昇すると、図4に示すリードバルブ5が急激に開弁する。このため、作動室A1の空気と潤滑油とが、排出孔201aを介して、内部空間Hに排出される。ここで、後述する本実施形態のベーンポンプ1と比較して、従来のベーンポンプの場合、作動室A1における気液比(=空気量/潤滑油量)が大きい。このため、排出時においては、まず、主に空気が排出される。空気の排出に伴い、内圧は、ピーク値P2から速やかに下降する。続いて、主に潤滑油が排出される。しかしながら、この際、内圧はピーク値P2よりも低くなっている。このため、潤滑油は排出されにくい。したがって、潤滑油の排出に伴い、内圧は、ピーク値P2未満のプラトー値P3付近で、ハンチング(上下動)することになる。潤滑油の排出が完了すると、内圧は更に下降する。そして、図4に示すリードバルブ5が閉弁する。このように、従来のベーンポンプの場合、内圧のピーク値P2が高い。並びに、開弁時に、内圧が下降しにくい。このため、カバー部材70に振動や騒音が発生しやすい。
これに対して、実線で示すように、本実施形態のベーンポンプ1の場合、所定の回転角度区間において、圧力逃がし溝201bを介して、作動室A1と作動室A2とが連通している(図6参照)。また、圧力逃がし溝201bは、隙間Eの分だけ、周壁部200の内周面から離間している。このため、圧力逃がし溝201bを介して、作動室A1から作動室A2に、空気の一部が内部リークする。したがって、作動室A1の内圧は、ピーク値(ピーク圧)P1まで上昇する。ただし、作動室A1の空気の一部は内部リークするため、ピーク値P1は、ピーク値P2よりも、小さくなる。内圧がピーク値P1まで上昇すると、図4に示すリードバルブ5が開弁する。このため、作動室A1の空気と潤滑油とが、排出孔201aを介して、内部空間Hに排出される。ここで、従来のベーンポンプと比較して、本実施形態のベーンポンプ1の場合、空気の一部が内部リークする分だけ、作動室A1における気液比が小さくなる。このため、排出時においては、空気と潤滑油とが、一度に排出されやすい。したがって、内圧はピーク値P1から速やかに下降する。また、内圧はハンチングしにくい。空気および潤滑油の排出が完了すると、図4に示すリードバルブ5が閉弁する。
このように、本実施形態のベーンポンプ1の場合、内圧のピーク値P1が低い。並びに、開弁時に、内圧が下降しやすい。このため、カバー部材70に振動や騒音が発生しにくい。また、圧力逃がし溝201bを流動するのは、主に、圧縮性流体の空気である。このため、流動に伴う、振動や騒音が発生しにくい。
また、図2に示すように、圧力逃がし溝201bの溝後端201baは、中心角90°未満の位置(中心角70°の位置)に設定されている。一方、圧力逃がし溝201bの溝前端201bbは、中心角90°超過の位置(中心角115°の位置)に設定されている。このように、圧力逃がし溝201bは、回転軸Xの真下位置(中心角90°の位置)を基準に、回転方向両側に亘って延在している。このため、溝前端201bbおよび溝後端201baが、潤滑油により閉塞されにくい。したがって、圧力逃がし溝201bに潤滑油が溜まりにくい。
また、圧力逃がし溝201bの溝前端201bbは、排出孔201aに連なっている。このため、図4に示すバルブ50が閉弁状態から開弁状態に切り替わる直前まで、あるいは切り替わった後も、作動室A1から作動室A2に空気の一部を内部リークさせることができる。
また、図1に示すように、圧力逃がし溝201bの断面形状は、台形状を呈している。並びに、圧力逃がし溝201bの前側(開口側)の溝幅F1は、圧力逃がし溝201bの後側(底面側)の溝幅F2よりも、大きい。このため、圧力逃がし溝201bの径方向外側(図1における下側)の溝側面には、後上側(径方向内側かつポンプ室Aと反対側)から前下側(径方向外側かつポンプ室A側)に向かって下がる、傾斜が設定されている。したがって、圧力逃がし溝201bに流入してしまった潤滑油を、ベーン4回転時の遠心力や潤滑油の自重により、速やかに溝外に排出することができる。
<第二実施形態>
本実施形態のベーンポンプと、第一実施形態のベーンポンプと、は圧力逃がし溝の溝後端の位置が異なっている。ここでは、相違点についてのみ説明する。図8に、本実施形態のベーンポンプの、ベーンが圧力逃がし溝に重なる際の、前側から見た径方向断面図を示す。なお、図2と対応する部位については、同じ符号で示す。
本実施形態のベーンポンプと、第一実施形態のベーンポンプと、は圧力逃がし溝の溝後端の位置が異なっている。ここでは、相違点についてのみ説明する。図8に、本実施形態のベーンポンプの、ベーンが圧力逃がし溝に重なる際の、前側から見た径方向断面図を示す。なお、図2と対応する部位については、同じ符号で示す。
図8に示すのは、ロータ3の正回転時において、ベーン4の長手方向の一端4aの回転方向両側の一対の作動室A1、A2同士が、ベーン4の一端4a側を迂回して、圧力逃がし溝201bを介して連通する直前の状態である。溝後端201baは、ベーン本体40により、前側から覆われている。この状態において、ベーン4の長手方向の他端4b(詳しくは、他端4bと周壁部200の内周面との摺接部)は、吸入孔200aを通過済みである。このため、作動室A2は、吸入孔200aから、ベーン4の他端4b側により、隔離されている。
本実施形態のベーンポンプ1と、第一実施形態のベーンポンプとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態のベーンポンプ1によると、ロータ3の正回転時において、ベーン4の他端4b側が吸入孔200aを通過してから、ベーン4の一端4a側の回転方向両側の一対の作動室A1、A2同士が、圧力逃がし溝201bを介して連通するように、溝後端201baが配置されている。このため、一対の作動室A1、A2同士が圧力逃がし溝201bを介して連通する際、作動室A2が吸入孔200aに連通しない。したがって、ベーンポンプ1の吸込能力が低下しにくい。
<その他>
以上、本発明のベーンポンプの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
以上、本発明のベーンポンプの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
圧力逃がし溝201bの溝前端201bbの位置は特に限定しない。圧力逃がし溝201bの溝後端201baの位置は特に限定しない。溝後端201baは、吸入区間AUに配置されていてもよい。排出区間ADに、圧力逃がし溝201bの少なくとも一部が配置されていればよい。
圧力逃がし溝201bの延在方向の形状は特に限定しない。前側から見て、回転軸Xを中心とする部分円弧状、直線状、曲線状、あるいはこれらの形状が連なった形状などであってもよい。圧力逃がし溝201bは、途中で分岐していてもよい。前側から見て、Y字状、X字状、E字状などであってもよい。圧力逃がし溝201bの延在方向は、少なくとも、「回転軸Xを中心とする周方向」成分を含んでいればよい。複数の圧力逃がし溝201bを、回転軸Xを中心とする周方向や径方向に並設してもよい。
圧力逃がし溝201bの断面形状は特に限定しない。C字状、半円状、U字状、多角形(三角形、四角形)状などであってもよい。圧力逃がし溝201b全長における、断面形状の異同は特に限定しない。延在方向途中で、断面形状が変化してもよい。圧力逃がし溝201bの断面積は特に限定しない。圧力逃がし溝201b全長における、断面積の異同は特に限定しない。延在方向途中で、断面積が変化してもよい。圧力逃がし溝201bの断面積を調整すると、作動室A1から作動室A2に流動する空気の内部リーク量を調整することができる。このため、図7に示す内圧の上昇速度を調整することができる。また、圧力のピーク値P1を調整することができる。また、ベーンポンプ1の駆動トルク、吸込能力を調整することができる。
また、潤滑油は、周壁部200の内周面に沿って、流動しやすい。言い換えると、潤滑油は、ベーン4のキャップ41が通過する部分を、流動しやすい。この点に着目して、前側から見て、キャップ41が通過する部分と重複しないように、圧力逃がし溝201bを配置してもよい。具体的には、図2に示すように、圧力逃がし溝201bの全長のうち、隙間Eが最小になるのは、溝前端201bb付近である。すなわち、溝前端201bbと、周壁部200の内周面と、の間には、隙間Eの最小部E1が設定されている。前側から見て、最小部E1を、ベーン本体40に対するキャップ41の径方向の突出量Dよりも、大きく設定してもよい。こうすると、圧力逃がし溝201bに、潤滑油が流入しにくくなる。
油路L1、L2への潤滑油導入経路は特に限定しない。例えば、カムシャフト72の内部に形成された油孔と、軸部31内部の油孔L11と、を給油パイプ(連結部材)により連結してもよい。すなわち、カムシャフト72から、給油パイプを介して、油路L1、L2に潤滑油を導入してもよい。
カバー部材70の種類は特に限定しない。例えば、タイミングベルトを覆うベルトカバーなどであってもよい。すなわち、カバー部材70は、エンジンを構成する部材を覆っていればよい。ベーンポンプ1の種類は特に限定しない。例えば、単一のロータ3に複数のベーン4が放射状に配置されていてもよい。また、単一のベーンポンプ1に、複数のポンプ室Aが区画されていてもよい。前側から見た場合のポンプ室Aの形状は、楕円形状でなくてもよい。例えば、長円形(開口を内側に向けて互いに向かい合う一対の半円の両端同士を一対の直線で結んだ形状)であってもよい。
ベーンポンプ1の軸方向は特に限定しない。例えば、軸方向は、上下方向、上下方向および水平方向に対して交差する方向などであってもよい。この場合であっても、ベーン4の回転に伴う遠心力により、空気は、潤滑油よりも、径方向内側を流動する。このため、圧力逃がし溝201bを介して、作動室A1から作動室A2に、優先的に空気を内部リークさせることができる。
1:ベーンポンプ、2:ハウジング、3:ロータ、4:ベーン、4a:一端、4b:他端、5:リードバルブ、6:カップリング、7:エンジン、20:ハウジング本体、20A:ポンプ部、20B:筒部、21:端板、30:ロータ本体、31:軸部、40:ベーン本体、41:キャップ、50:バルブ、51:ストッパ、52:ボルト、60:被係合孔、61:係合凸部、70:カバー部材、72:カムシャフト、73:ドライブギア、74:スプロケット、75:タイミングチェーン、90:ボルト、91:ナット、92:Oリング、200:周壁部、200a:吸入孔、201:底壁部、201a:排出孔、201b:圧力逃がし溝、201ba:溝後端、201bb:溝前端、300:周壁部、300a:ロータ溝、301:底壁部、310:係合凸部、500:固定部、501:自由部、510:固定部、511:規制部、700:シリンダヘッドカバー、701:チェーンカバー、701a:貫通孔、720:被係合凹部、A:ポンプ室、A1:作動室、A2:作動室、AD:排出区間、AU:吸入区間、B:分割線、C:筒内空間、D:突出量、E:隙間、E1:最小部、F1:溝幅、F2:溝幅、G:溝深さ、H:内部空間、L0:油路、L1:油路、L10:油孔、L11:油孔、L12:油溝、L13a:油溝、L14:油溝、L15:油孔、L2:油路、P1:ピーク値、P2:ピーク値、P3:プラトー値、X:回転軸、Y:正回転方向、θ1:基準位置
Claims (2)
- エンジンのカバー部材に配置され、筒状の周壁部と、前記周壁部の軸方向一端に配置され、前記カバー部材の内部空間に連通する排出孔が開設された底壁部と、を有し、自身の内部に前記排出孔に連通するポンプ室を区画するハウジングと、
前記ポンプ室に配置され、前記エンジンのカムシャフトの回転に伴って、自身の軸周りに回転可能なロータと、
前記ロータに径方向に摺動可能に配置され、前記ポンプ室を複数の作動室に仕切り、前記ロータの回転に伴って前記作動室の容積を拡縮変化させるベーンと、
前記排出孔を開閉することにより、前記作動室において圧縮された空気および潤滑油を、前記カバー部材の前記内部空間に間欠的に排出可能なリードバルブと、
を備えるベーンポンプであって、
前記底壁部の内面には、前記周壁部の内面との間に隙間が確保された状態で、前記排出孔に連なる圧力逃がし溝が配置され、
前記ロータの正回転時において、前記ベーンが前記圧力逃がし溝に重なる際、前記ベーンの回転方向両側の一対の前記作動室同士は、前記圧力逃がし溝を介して連通することを特徴とするベーンポンプ。 - 前記カバー部材は、前記カムシャフトに回転駆動力を伝達するタイミングチェーンが収容されるチェーンカバーである請求項1に記載のベーンポンプ。
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