(57)【要約】【課題】高い容積効率を維持しつつ応答性の高い制御が可能なベーンポンプを提供することを課題とする。【解決手段】ベーンポンプ（１）は、ベーン（２）を備えるロータ（３）、カムリング（４）、カムリング（４）、ロータ（３）の両側部を閉塞して吸入ポート（５）と吐出ポート（６）との間にポンプ室（７）を形成する可動側板（８）、固定側板（９）を備える。可動側板（８）の背面側にはポートブロック（１０）が配置され、可動側板（８）との間に背圧室（１１）を形成する。背圧室（１１）には、吐出ポート（６）からの吐出流体を背圧室（１１）に導入する導入経路（１２）が接続されている。導入経路（１２）は分岐点１３を有し、その上流側に可変絞り弁である第一絞り弁（１５）、下流側に固定絞り弁である第二絞り弁（１６）が配設されている。第一絞り弁（１５）を制御して背圧室（１１）の圧力を調節する。【選択図】図１
2007231802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向に往復動可能に設けられると共に径方向外側に付勢される複数のベーンを備えるロータと、
前記ロータを回転可能に収容し、その内周面に形成したカム面に前記複数のベーンの先端が摺接するカムリングと、
前記カムリング及び前記ロータの両側部を閉塞して吸入ポートと吐出ポートとの間にポンプ室を形成する一対の側板と、
当該一対の側板のうち、少なくとも一方を可動側板とし、当該可動側板の背面側に形成した背圧室と、
前記吐出ポートからの吐出流体を前記背圧室に導入する導入経路と、
当該導入経路から前記背圧室に導入される流体の調圧手段を備えたことを特徴とするベーンポンプ。
【請求項２】
請求項１記載のベーンポンプにおいて、
前記調圧手段は、前記導入経路に設けた分岐点から分岐するリターン経路と、
前記分岐点の上流側に配置された第一絞り弁と、
前記分岐点の下流側に配置された第二絞り弁とを備え、
当該第一絞り弁と第二絞り弁のうち少なくとも一方を固定絞り弁とすると共に、他方を絞り率制御手段により絞り率が変更される可変絞り弁としたことを特徴とするベーンポンプ。
【請求項３】
請求項２記載のベーンポンプにおいて、
前記絞り率制御手段は、前記吐出ポートから吐出する流体の要求吐出量及び／又は要求圧力に応じて前記可変絞り弁の絞り率を変更することを特徴とするベーンポンプ。
【請求項４】
請求項２又は３記載のベーンポンプにおいて、
前記絞り率制御手段は、前記吐出ポートからの吐出を停止するとのポンプ駆動指令に応じて前記背圧室の圧力が低下するように前記可変絞り弁の絞り率を変更することを特徴とするベーンポンプ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載のベーンポンプにおいて、
前記可動側板と前記カムリングとの当接部にＯリング及び当該Ｏリングの外周側に配置されたバックアップリングを装着したことを特徴とするベーンポンプ。
【請求項６】
請求項５記載のベーンポンプにおいて、
前記Ｏリングと当接する前記バックアップリングの内周形状を前記カムリングに近い側を小径とし、前記カムリングから遠い側を大径とするすり鉢状として前記Ｏリングと共に前記可動側板の前記カムリングと対向する側壁に設けたリング収容溝に収容したことを特徴とするベーンポンプ。
【請求項７】
請求項５記載のベーンポンプにおいて、
前記Ｏリングと当接する前記バックアップリングの内周形状を前記可動側板に近い側を小径とし、前記可動側板から遠い側を大径とするすり鉢状として前記Ｏリングと共に前記カムリングの前記可動側板と対向する側壁に設けたリング収容溝に収容したことを特徴とするベーンポンプ。
【請求項８】
請求項６又は７記載のベーンポンプにおいて、
前記リング収容溝の深さ方向と一致する方向の前記バックアップリングの幅は前記リング収容溝の深さ以下の寸法であることを特徴としたベーンポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吐出量を調量することのできる吐出量可変式のベーンポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ディーゼル機関の燃料供給ポンプや液体式動力伝達装置等に使用されるベーンポンプには、円板状のロータがカムリング内に回転可能に配設されている。そして、これらのロータ及びカムリングの両側面が側板により閉塞されることにより、ロータの外周面とカムリングの内周面、すなわちカム面との間にポンプ室が形成されている。ロータには、その径方向に伸びる複数のベーン溝が形成されており、これらベーン溝内にはベーンが往復動可能に挿入されている。
【０００３】
また、ベーンは、ベーン溝の底部から加圧された作動流体や、ベーン溝の内端部に設けられた弾性部材により付勢され、その先端部が前記カム面に当接している。そして、吸入ポートから導入された作動流体がポンプ室でベーンにより加圧されつつ吐出ポートから吐出される。
【０００４】
また、従来、吐出量を適宜変更することのできるベーンポンプの提案もされている。例えば、特許文献１には、カムリングの中心とロータの回転中心とを偏倚させ、その吐出量を変更するようにしたベーンポンプが記載されている。
【０００５】
さらに、ポンプ室内の高圧により側板（サイドプレート）が押され適切なクリアランスを保ち、ロータに対する負荷を小さくすることのできる提案として、側板の背面側に圧力室を形成し、この圧力室にポンプ室内の高圧に対抗する高圧を供給することが行われている（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−５２１８８号公報
【特許文献２】特開平６−２０７５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、一般的なベーンポンプは以下のような問題点が指摘される。特にベーンポンプを高圧燃料ポンプとして使用する場合であるが、低回転域での容積効率が低いという点が挙げられる。この容積効率について、従来の一般的なベーンポンプの要求吐出量とポンプ能力の関係を示したグラフである図６を参照しつつ説明する。まず、線分ａｂｃｄで示した要求吐出量は、始動時であるａｂ間はエンジンを始動させる必要から多量の燃料供給、すなわちポンプ吐出量が要求される。エンジン始動後は、線分ｃｄで示すように回転数の上昇に伴って要求される吐出量も増加する。一方、実際のポンプの能力は、低回転域での容積効率が悪く、図中線分ｅｆで示したように曲線を描く。すなわち、低回転域での容積効率の悪化がないとした場合のポンプ能力を示す破線ｇｈと線分ｅｆとで囲まれた領域で示される容積効率の悪化が生じる。このような状況下、ポンプの能力は前記のような吐出量の要求に応えることができなければならないため、ｅ点はａ点以上の吐出量を確保していることが必要となる。このため、高回転となるに従って余剰ポンプ仕事、すなわち、ポンプの無駄な仕事量が増すことになる。このような容積効率の低下を解消し、容積効率を向上させるためにはベーンとポンプ室の内壁とのクリアランスを縮小させることが必要となるが、クリアランスの縮小はその一方でポンプの焼き付きの原因となることが懸念される。
【０００８】
前記のような余剰ポンプ仕事、ポンプの無駄な仕事量を軽減する提案として例えば前記特許文献１で開示されたようなベーンポンプがあるが、このようなベーンポンプであっても以下のような不都合が生じることが懸念される。特許文献１記載のベーンポンプは、カムリングの中心とロータの回転中心とを偏倚させ、より具体的にはカムリングを可動とし、ロータの駆動軸との距離を可変とすることでポンプ室の容積を可変とする機構であるため、シール性を満足しつつ、すなわち高い容積効率を維持しつつ応答性の高い制御を行うことは困難となるおそれがある。さらに、このような構成のポンプは非平衡型のものに限定され、高圧での吐出を想定した場合、駆動軸への負担が高く、また、ポンプの大型化が不可避となる不都合もある。
【０００９】
そこで、本発明は、高い容積効率を維持しつつ応答性の高い制御を行うことができるベーンポンプを提供することを課題とする。
【００１０】
なお、特許文献２記載の側板背面側の圧力室に高圧を負荷する構成となっているが、その目的は、側板両側の圧力バランスを安定させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成するための本発明のベーンポンプは、径方向に往復動可能に設けられると共に径方向外側に付勢される複数のベーンを備えるロータと、前記ロータを回転可能に収容し、その内周面に形成したカム面に前記複数のベーンの先端が摺接するカムリングと、前記カムリング及び前記ロータの両側部を閉塞して吸入ポートと吐出ポートとの間にポンプ室を形成する一対の側板と、当該一対の側板のうち、少なくとも一方を可動側板とし、当該可動側板の背面側に形成した背圧室と、前記吐出ポートからの吐出流体を前記背圧室に導入する導入経路と、当該導入経路から前記背圧室に導入される流体の調圧手段を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、背圧室内の圧力を調整し、積極的に可動側板を移動させて可動側板とロータ、ベーンとのクリアランス（サイドクリアランス）を調整して内部リークを誘発し、吐出量を調整することができる。これにより高い容積効率を維持することができる。ベーンポンプではポンプ始動時に特に容積効率の向上が求められ、ポンプ始動時に背圧室側の圧力を高めてクリアランスを縮小させることとなるが、ポンプライフに対して、クリアランスが縮小させられている期間が短く、常時狭いクリアランスを保って稼働するポンプと比して焼き付きを起こすおそれを少なくすることができる。また、ポンプ室内の圧力と背圧室内の圧力とのバランスを変更することによって可動側板の押し付け力を生み出して可動側板を移動させるので、高い応答性を確保することができる。
【００１２】
このようなベーンポンプにおける前記調圧手段は、前記導入経路に設けた分岐点から分岐するリターン経路と、前記分岐点の上流側に配置された第一絞り弁と、前記分岐点の下流側に配置された第二絞り弁とを備え、当該第一絞り弁と第二絞り弁のうち少なくとも一方を固定絞り弁とすると共に、他方を絞り率制御手段により絞り率が変更される可変絞り弁とを備えた構成とすることができる（請求項２）。このような構成とすることにより、背圧室には第一絞り弁と第二絞り弁との絞りの比率を変更することによって生み出される圧力が加わることとなり、ポンプ室内の圧力との差圧により、要求される吐出量を実現するためのクリアランスを即座に創出することができる。
【００１３】
このようなベーンポンプにける前記絞り率制御手段は、前記吐出ポートから吐出する流体の要求吐出量及び／又は要求圧力に応じて前記可変絞り弁の絞り率を変更する構成とすることができる（請求項３）。これにより、効率よく、所望の流体供給を実現することができる。また、このようなベーンポンプにおける前記絞り率制御手段は、前記吐出ポートからの吐出を停止するとのポンプ駆動指令に応じて前記背圧室の圧力が低下するように前記可変絞り弁の絞り率を変更する構成とされていることが望ましい（請求項４）。本発明では背圧室に高圧を付加し、可動側板をロータ側へ押つける構成となっていることから、ポンプ室からの流体の吐出が停止されるとき、すなわち、ポンプ室内の圧力が低下する際に可動側板がベーン、ロータ側に強く押し付けられたままであると焼き付きの原因となることが考えられるため、これを回避するための措置である。可変絞りの方式は、面積絞り、ＤＵＴＹ制御などの時間絞り等、種々の方式を採用することができる。また、絞り率制御手段も、電磁式のもの、機械式のもの等その方式は問わない。
【００１４】
このような構成のベーンポンプでは、可動側板とカムリングとの間のシールが必要となる。特に可動側板とカムリングとの間にはポンプ室内の高圧が加わることがあるので、このような高圧が作用しても十分なシール性を確保していなければならない。そこで、このようベーンポンプでは、前記可動側板と前記カムリングとの当接部にＯリング及び当該Ｏリングの外周側に配置されたバックアップリングを装着した構成とすることが望ましい（請求項５）。また、このようにＯリング及びバックアップリングを装着する場合は、前記Ｏリングと当接する前記バックアップリングの内周形状を前記カムリングに近い側を小径とし、前記カムリングから遠い側を大径とするすり鉢状として前記Ｏリングと共に前記可動側板の前記カムリングと対向する側壁に設けたリング収容溝に収容した構成とすることが望ましい（請求項６）。Ｏリングの外周側にバックアップリングを配置する構成とすると、ポンプ室内の高圧を受けたＯリングがその外周側に配置されたバックアップリングを押圧する。すると、すり鉢状の形状、すなわち断面がテーパ状に成形されたバックアップリングはＯリングによりカムリング側に迫り出すような力を受けるのでシール性を向上させることができる。また、同様の趣旨で、前記Ｏリングと当接する前記バックアップリングの内周形状を前記可動側板に近い側を小径とし、前記可動側板から遠い側を大径とするすり鉢状として前記Ｏリングと共に前記カムリングの前記可動側板と対向する側壁に設けたリング収容溝に収容した構成とすることもできる（請求項７）。これは、カムリング側にリング収容溝を設けた構成である。
【００１５】
ただし、サイドクリアランスを０に近づける、すなわち可動側板とカムリングとの間隔を０に近づけるために前記リング収容溝の深さ方向と一致する方向の前記バックアップリングの幅は前記リング収容溝の深さ以下の寸法とすることが望ましい（請求項８）。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ベーンポンプのポンプ室を形成する可動側板を当該可動即板の背面側に形成した背圧室へ供給する圧力の調圧手段を備えた構成とすることにより、高い応答性をもって可動側板を移動させてサイドクリアランスを調整し、内部リーク量を制御して吐出量を調量することができる。また、ポンプ始動時にサイドクリアランスを縮小して容積効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
まず、本発明のベーンポンプ１の概略構成につき、図１を参照しつつ説明する。なお、この実施例のベーンポンプ１は、ディーゼルエンジンに装着される燃料供給ポンプとして用いられるもので、フィードポンプ３２が燃料タンク３０から吸い上げた液体、すなわち燃料をコモンレール３１への供給するための高圧ポンプである。
【００１９】
ベーンポンプ１は、径方向に往復動可能に設けられると共に径方向外側に付勢される複数のベーン２を備えるロータ３、このロータ３を回転可能に収容し、その内周面に形成したカム面４ａにベーン２の先端が摺接するカムリング４を備えている。さらに、カムリング４及びロータ３の両側部を閉塞して吸入ポート５と吐出ポート６との間にポンプ室７を形成する一対の側板８、９を備えている。この一対の側板８、９は、一方が可動側板８、他方が固定側板９となっている。可動側板８の背面側にはポートブロック１０が配置されており、このポートブロック１０と可動側板８との間に背圧室１１が形成されている。この背圧室１１には、吐出ポート６からの吐出流体を背圧室１１に導入する導入経路１２が接続されている。可動側板８は、背圧室１１内の圧力とポンプ室７内の圧力とのバランスによって図２に示すサイドクリアランスＳが０〜０．１ｍｍ程度の間で調節されるように移動する。
【００２０】
この導入経路１２は、分岐点１３を有しており、分岐点１３から分岐した経路の一方は配圧室１１へ吐出流体を導入し、他方はリターン経路１４として吐出流体を燃料タンク３０へリターンさせるようになっている。分岐点１３の上流側には第一絞り弁１５が配設され、分岐点１３の下流側には第二絞り弁１６が配設されている。これらの第一絞り弁１５、第二絞り弁１６は、少なくとも一方を、絞り率を固定とした固定絞り弁とすると共に、他方を、絞り率を変更できる可変絞り弁として、前記リターン経路１４と共に本発明における調圧手段を構成するものである。本実施例においては第一絞り弁１５が可変絞り弁となっており、第二絞り弁１６が固定絞り弁となっている。
【００２１】
可変絞り弁である第一絞り弁１５は電磁弁によって構成されており、絞り率制御手段に相当するＥＣＵ１９に接続されている。このＥＣＵ１９は、吐出ポート６からの吐出を停止するとのポンプ駆動指令に応じて背圧室１１内の圧力が低下するように第一絞り弁１５の絞り率を変更する。
【００２２】
前記のように配置されるカムリング４と可動側板８との間には、図１において符号Ａを示した部分にＯリング１７がバックアップリング１８と組み合わされて装着されている。Ｏリング１７とバックアップリング１８は、符号Ａを付した部分を拡大して示した図２のように、可動側板８のカムリング４と対向する側壁に設けたリング収容溝８ａ内に収容されている。Ｏリング１７とバックアップリング１８との位置関係は、内周側にＯリング１７が配され、その外周側にＯリング１７と当接するようにバックアップリング１８が配されている。バックアップリング１８の内周形状は、カムリング４に近い側を小径とし、カムリング４から遠い側、すなわち、ポートブロック１０に近い側を大径とするすり鉢状となっている。すなわち、バックアップリング１８の断面形状は、テーパ状をなしている。
【００２３】
また、リング収容溝８ａの深さ方向と一致する方向のバックアップリング１８の幅Ｗは、リング収容溝８ａの深さＤ以下の寸法となっている。これは、シール性を確保しつつ可動側板８とカムリング４とを密着させ、サイドクリアランスＳ＝０を実現するための措置である。従って、バックアップリング１８が弾性を有する素材から構成されている場合には、バックアップリング１８の幅Ｗをリング収容溝８ａの深さＤよりも僅かに大きくしておくこともできる。
【００２４】
以上のように構成されるベーンポンプ１の制御につき、その方針をまとめた表１及び要求吐出量とポンプ能力の関係を示したグラフである図３、さらに、イグニションＯＦＦ時の背圧室圧力の制御を示す図４を参照しつつ説明する。
【００２５】
まず、イグニションＯＮ時は、第一絞り弁１５は開放状態とする。これにより背圧室１１内の圧力を吐出圧とほぼ同一の圧力とする（吐出圧≒背圧室圧力）。これは、可動側板８のカムリング４側への押付力を早々に立ち上げ、サイドクリアランスを縮小し、ベーンポンプ１の容積効率を向上させるための制御である。このような制御を行う際の制御パラメータは、イグニション信号となる。図３中、線分ａｂｃｄは要求吐出量を示しており、始動時であるａｂ間はエンジンを始動させる必要から多量の燃料供給、すなわちポンプ吐出量が要求される。ベーンポンプ１の容量は、サイドクリアランスを縮小した際に、このａｂ間の吐出量を賄うことができる容量とされている。本実施例のベーンポンプ１では、線分ｉｊで示す吐出量を確保している。
【００２６】
エンジン始動時のａｂ間の時期を過ぎ、運転状態（回転数）に応じた吐出量が要求されるアイドル時〜通常運転時になると、ＥＣＵ１９は、第一絞り弁１５に対し、絞り面積を開放〜全閉の間で変更する制御を開始する（ｊ点）。このとき、背圧室１１の圧力は、吐出圧≧背圧室圧力という関係となっている。アイドル時〜通常運転時の制御パラメータとしては、筒内への噴射量指示値、コモンレール３１におけるレール圧力値が用いられる。これらの値を用い、図３中、線分ｋｌや線分ｍｎ、線分ｏｐ等で示された要求吐出量、さらには要求吐出圧を実現できるサイドクリアンスとなるように背圧室圧力が調整される。すなわち、ベーンポンプ１は、背圧室１１内の圧力とポンプ室７内の圧力差を調整することによってサイドクリアンスを調整し、所望の要求吐出量、要求吐出圧を実現している。このような動作をさせることにより、従来のベーンポンプで生じていた余剰ポンプ能力を大幅に削減することができている。
【００２７】
次に、イグニションＯＦＦ時には、ＥＣＵ１９は第一絞り弁１５を全閉とし、一気に吐出圧＞＞背圧室圧力の状態を作り出す。これは、第一絞り弁１５を全閉とし、背圧室圧力を早々に立ち下げ、図４に示すように背圧室圧力による可動側板８の押付力を即座にポンプ室圧力による可動側板８の押広力よりも低下させる意図である。イグニションＯＦＦとしてもエンジンは慣性で回転を続けるため、吐出圧の低下はなだらかなものとなる。これに対し、第一絞り弁１５を全閉として背圧室圧力を即座に低下させ、可動側板８の過大な押付力を回避することができる。
【００２８】
ベーンポンプ１は、以上説明したような方針の下、制御が行われる。ベーンポンプ１のカムリング４と可動側板８との間には、稼働中、図２に示したように高圧が作用することとなるが、Ｏリング１７が半径方向に押圧されるとバックアップリング１８がカムリング４側へ迫り出してくるので高いシール性を維持することができる。
【００２９】
【表１】
2007231802.tif 000003
【００３０】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、第一絞り弁１５を固定絞り弁とし、第二絞り弁１６を可変絞り弁とする構成とすることもできる。ただし、このように絞り弁の位置を入れ換えた構成とする場合は、可変絞り弁の開閉制御が上記実施例の場合とは逆となる。
【００３１】
また、上記実施例は、ディーゼルエンジンに装着される燃料供給ポンプであるが、自動車以外に用いる燃料ポンプや、その他の油圧機構にも本発明のベーンポンプを適用することができる。
【００３２】
また、上記実施例では、図２に示したように、可動側板８のカムリング４と対向する側壁に設けたリング収容溝８ａ内にＯリング１７とバックアップリング１８とを収容した構成としている。これに対し、図５に示したような構成とすることもできる。すなわち、カムリング４の可動側板８と対向する側壁に設けたリング収容溝４ａ内にＯリング１７とバックアップリング１８とを収容した構成とすることもできる。このような構成とする場合、バックアップリング１８の内周形状は、可動側板８に近い側を小径とし、可動側板８から遠い側、すなわち、固定側板９に近い側を大径とするすり鉢状となっている。すなわち、バックアップリング１８の断面形状は、図２に示した状態とは傾斜方向が異なるテーパ状をなしている。このような構成としてもカムリング４と可動側板８との間の高いシール性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ベーンポンプの主要部を断面としてその概略構成を示した図である。
【図２】図１におけるＡ部を拡大した断面図である。
【図３】実施例のベーンポンプにおける要求吐出量とポンプ能力との関係を示した図である。
【図４】イグニションＯＦＦ時の背圧室圧力の制御を示す図である。
【図５】他の実施例におけるＯリングとバックアップリングとをリング収容溝に収容した状態を示す説明図である。
【図６】従来のベーンポンプにおける要求吐出量とポンプ能力との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ベーンポンプ
２  ベーン
３  ロータ
４  カムリング
５  吸入ポート
６  吐出ポート
７  ポンプ室
８  可動側板
８ａ  リング収容溝
９  固定側板
１０  ポートブロック
１１  背圧室
１２  導入経路
１３  分岐点
１４  リターン経路
１５  第一絞り弁
１６  第二絞り弁
１７  Ｏリング
１８  バックアップリング
１９  ＥＣＵ
３０  燃料タンク
【図１】
2007231802.tif 000004
【図２】
2007231802.tif 000005
【図３】
2007231802.tif 000006
【図４】
2007231802.tif 000007
【図５】
2007231802.tif 000008
【図６】
2007231802.tif 000009