JP2010190081A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】吐出圧を自己調整することができるベーンポンプを得て、レギュレートバルブを不要にする、またはレギュレートバルブの小型化を可能にする。
【解決手段】ブレード５３の先端面に、ハウジング５１の内周面に接するシート面５３１と、ブレード５３のロータ回転向き前方側に位置する作動室５５（以下、前方作動室）の圧力が作用する受圧面５３２とを設ける。受圧面５３２に作用する圧力によって、ブレード５３はシート面５３１がハウジング５１の内周面から離れる向きに付勢されるため、前方作動室の圧力が高くなると、シート面５３１がハウジング５１の内周面から離れて、ブレード５３のロータ回転向き後方側に位置する作動室と前方作動室との間が連通し、ポンプ吐出効率が低下して吐出圧が低下する。
【選択図】図３

Description

本発明は、流体の移送に用いられるベーンポンプに関するものである。

ディーゼルエンジン用畜圧式燃料噴射装置に適用される燃料供給装置は、コモンレールへ高圧燃料を圧送する高圧ポンプ、燃料タンクから高圧ポンプへ燃料を供給するフィードポンプ、フィードポンプから高圧ポンプへ供給される燃料の量を調整する吸入調量弁等を備えている（例えば、特許文献１参照）。また、フィードポンプとして、例えば複数のブレードがロータのブレード溝に挿入されたベーンポンプが用いられる（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−２４０５３１号公報 特開昭５８−４１２８７号公報

しかしながら、特許文献１に示された燃料供給装置は、フィードポンプから吐出される燃料の圧力を所定値に制御するためにレギュレートバルブを設ける必要があった。

また、高圧ポンプの目標吐出量が０となる運転領域では、フィードポンプから吐出された燃料の全てを、レギュレートバルブを介してフィードポンプの吸入側に戻す必要がある。このため、レギュレートバルブ内の燃料通路面積を充分に確保する必要が生じ、レギュレートバルブが大型化してしまうという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、吐出圧を自己調整することができるベーンポンプを得て、レギュレートバルブを不要にする、またはレギュレートバルブの小型化を可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ハウジング（５１）の内周面とハウジング（５１）の側面とロータ（５２）の外周面とブレード（５３）とで囲まれた複数の作動室（５５）の容積が、ロータ（５２）の回転に伴って変化するベーンポンプにおいて、ブレード（５３）の先端面に、ハウジング（５１）の内周面に接するシート面（５３１）と、ブレード（５３）のロータ回転向き前方側に位置する作動室（５５）の圧力が作用する受圧面（５３２）とを備えることを特徴とする。

これによると、受圧面（５３２）に作用する圧力によって、ブレード（５３）はシート面（５３１）がハウジング（５１）の内周面から離れる向きに付勢されるため、ブレード（５３）のロータ回転向き前方側に位置する作動室（以下、前方作動室という）の圧力が高くなると、シート面（５３１）がハウジング（５１）の内周面から離れて、ブレード（５３）のロータ回転向き後方側に位置する作動室（以下、後方作動室という）と前方作動室（５５）との間が連通し、ポンプ吐出効率が低下して吐出圧が低下する。このように、ベーンポンプが吐出圧を自己調整することができるため、レギュレートバルブを不要にする、またはレギュレートバルブを小型化することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のベーンポンプにおいて、ブレード（５３）のロータ回転向き後方側に位置する作動室（５５）の圧力をブレード溝（５２１）内に導くスリット（５２２）が、ロータ（５２）に形成されていることを特徴とする。

これによると、前方作動室（５５）と後方作動室（５５）との圧力差を略一定値以下に調整することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１に記載のベーンポンプにおいて、ブレード（５３）のロータ回転向き後方側に位置する作動室（５５）の圧力をブレード溝（５２１）内に導く連通孔（５２３）が、ロータ（５２）に形成されていることを特徴とする。

これによると、前方作動室（５５）と後方作動室（５５）との圧力差を略一定値以下に調整することができる。また、ロータ（５２）に形成するスリットよりも、ロータ（５２）に形成する連通孔（５２３）の方が、加工が容易である。

請求項４に記載の発明では、請求項１に記載のベーンポンプにおいて、ブレード（５３）のロータ回転向き後方側に位置する作動室（５５）の圧力をブレード溝（５２１）内に導くスリット（５３４）が、ブレード（５３）に形成されていることを特徴とする。

これによると、前方作動室（５５）と後方作動室（５５）との圧力差を略一定値以下に調整することができる。また、ロータ（５２）に形成するスリットよりも、ブレード（５３）に形成するスリット（５３４）の方が、加工が容易である。

請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のベーンポンプにおいて、受圧面（５３２）を、ハウジング（５１）の内周面の接線に対して傾斜させて実施することができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のベーンポンプにおいて、シート面（５３１）と受圧面（５３２）との境界部が段違いになっていることを特徴とする。

これによると、ハウジング（５１）の内周面の接線に対して受圧面（５３２）が傾斜している場合よりも、前方作動室（５５）の圧力が受圧面（５３２）全域に確実に作用し易いため、吐出圧を自己調整する作動が安定する。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態に係るベーンポンプを備える畜圧式燃料噴射装置の模式的な構成図である。 図１のベーンポンプの構成を模式的に示す断面図である。 図２のＡ部の拡大断面図である。 （ａ）は第１変形例の要部の構成を模式的に示す正面断面図、（ｂ）は（ａ）のブレード単体の右側面図である。 （ａ）は第２変形例の要部の構成を模式的に示す正面断面図、（ｂ）は（ａ）のブレード単体の右側面図である。 第３変形例の要部の構成を模式的に示す断面図である。 第４変形例の要部の構成を模式的に示す断面図である。

本実施形態のベーンポンプは、車両用内燃機関（より詳細にはディーゼルエンジン）における蓄圧式燃料噴射装置の燃料供給装置に用いられる。

図１に示すように、この蓄圧式燃料噴射装置は、高圧燃料を蓄えるコモンレール１、コモンレール１から供給される高圧燃料を内燃機関の各燃焼室に噴射するインジェクタ２、コモンレール１に高圧燃料を供給するサプライポンプ３、燃料を溜めておく燃料タンク４、燃料を濾過する燃料フィルタ４１を備えて構成されている。

コモンレール１は、サプライポンプ３より供給された高圧燃料を目標レール圧に保持して蓄える畜圧手段である。なお、目標レール圧は、例えば、アクセル開度信号、エンジン回転数信号といったディーゼルエンジンの運転状態に基づいて、図示しない制御装置（以下、ＥＣＵという。）によって決定される。

インジェクタ２は、高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射手段である。インジェクタ２には、高圧配管２ａを介してコモンレール１の高圧燃料が供給される。このインジェクタ２はＥＣＵに接続されており、ＥＣＵの制御信号によって、燃料の噴射時期および噴射量が制御される。

サプライポンプ３は、燃料タンク４から燃料を汲み上げるフィードポンプ５、フィードポンプ５から供給される燃料を加圧してコモンレール１へ圧送する高圧ポンプ６、フィードポンプ５から高圧ポンプ６へ供給される燃料流量を調整する吸入調量弁７、フィードポンプ５から吐出される燃料の圧力（以下、フィード圧という）を所定圧に制御するレギュレートバルブ８等を有して構成される。

フィードポンプ５は、吸入経路９ａを介して燃料タンク４から燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を低圧吐出経路９ｂを介して高圧ポンプ６に供給する。本実施形態では、フィードポンプ５としてベーンポンプ（詳細後述）を採用しており、高圧ポンプ６の駆動軸６１に連結され、この駆動軸６１から回転駆動力が伝達される。

フィードポンプ５の吸入側と吐出側はリリーフ経路９ｃにて接続されており、このリリーフ経路９ｃにレギュレートバルブ８が配置されている。そして、レギュレートバルブ８は、フィード圧が所定圧を超えるとリリーフ経路９ｃを開いて、フィード圧を所定圧に制御する。

低圧吐出経路９ｂ中においてリリーフ経路９ｃの分岐点よりも下流側には、吸入調量弁７が配置されている。この吸入調量弁７は、弁開度を連続的に変更可能に構成されたリニアソレノイド式の電磁弁であって、内燃機関の運転状態に基づいてＥＣＵから出力される制御信号によって弁開度が制御される。

高圧ポンプ６は、内燃機関に駆動されて回転する駆動軸６１、駆動軸６１から駆動力が伝達されてシリンダの内部を往復運動するプランジャ６２等を有して構成される。駆動軸６１には、駆動軸６１の回転運動を直線運動に変換してプランジャ６２に伝達するカム６３が連結されており、カム６３はポンプハウジングに形成されるカム室６４に配置される。

高圧ポンプ６のシリンダの内部には、プランジャ６２の往復運動に応じて容積変化する加圧室６５が形成されている。この加圧室６５には、低圧吐出経路９ｂが接続され、この低圧吐出経路９ｂ中において吸入調量弁７よりも下流側には、フィードポンプ５から加圧室６５へ向かう燃料の流れのみを許容する吸入弁６６が配置されている。

また、加圧室６５は、高圧吐出経路９ｄを介してコモンレール１に接続されている。この高圧吐出経路９ｄ中には、加圧室６５からコモンレール１へ向かう燃料の流れのみを許容する吐出弁６７が配置されている。

そして、高圧ポンプ６は、フィードポンプ５から供給される燃料をプランジャ６２の往復運動により加圧してコモンレール１へ圧送するようになっている。

高圧ポンプ６のカム室６４は、潤滑燃料経路９ｅによってフィードポンプ５の吐出側と接続されており、フィードポンプ５から吐出された燃料の一部がカム室６４に導かれる。このカム室６４へ導かれる燃料は、カム６３とプランジャ６２との摺動部に対する潤滑油として作用する。

図２、図３に示すように、フィードポンプ５は、内部に円柱状の収容空間が形成されたハウジング５１を備え、その収容空間に円柱状のロータ５２が回転自在に配置されている。また、ロータ５２の中心に挿入された駆動軸６１は、収容空間の中心からずれた位置に配置されている。収容空間における駆動軸方向の寸法とロータ５２の厚さは略等しく設定されており、ロータ５２の側面はハウジング５１の側面に当接している。ロータ５２は、外周面から中心方向に向かって穿設されたブレード溝５２１を複数個（本例では４個）有し、このブレード溝５２１は周方向に沿って等間隔に配置されている。

ブレード溝５２１には、ロータ径方向に移動可能な状態でブレード５３が挿入されている。このブレード５３は、ブレード溝５２１内に配置されたスプリング５４によりロータ径方向外側に向かって付勢されて、先端面がハウジング５１の内周面に当接している。また、ブレード５３における駆動軸方向の側面は、ハウジング５１の側面に当接している。

これにより、ハウジング５１の内周面とハウジング５１の側面とロータ５２の外周面とブレード５３とで囲まれた作動室５５が複数個（本例では４個）形成され、ロータ５２の回転に伴って作動室５５の容積が変化するようになっている。

ハウジング５１の側壁には、吸入ポート５１１と吐出ポート５１２が設けられている。吸入ポート５１１は作動室５５の容積が増大過程の作動室５５と連通し、吸入ポート５１１からその作動室５５に燃料を導入する。吐出ポート５１２は作動室５５の容積が減少過程の作動室５５と連通し、その作動室５５から吐出ポート５１２に燃料が吐出される。

なお、図２、図３中の矢印Ｂは、ロータ５２の回転向きを示しており、以下、ロータ回転向きＢという。また、各ブレード５３の両側に位置する２つの作動室５５のうち、ブレード５３よりもロータ回転向きＢの前方側に位置する作動室を、以下、前方作動室といい、ブレード５３よりもロータ回転向きＢの後方側に位置する作動室を、以下、後方作動室という。

ブレード５３の先端面のうち後方作動室側に、ハウジング５１の内周面に接するシート面５３１が形成され、ブレード５３の先端面のうち前方作動室側に、ハウジング５１の内周面から常時離れていて、前方作動室の圧力が作用する受圧面５３２が形成されている。この受圧面５３２は、シート面５３１が当接している部位におけるハウジング５１の内周面の接線に対して傾斜している。

ロータ５２には、後方作動室の圧力をブレード溝５２１内に導くスリット５２２が形成されている。これにより、ブレード５３の後端面５３３に後方作動室の圧力が作用する。

次に、上記構成における本実施形態の作動を説明する。内燃機関運転時には、駆動軸６１からフィードポンプ５へ回転駆動力が伝達され、フィードポンプ５は、吸入経路９ａを介して燃料タンク４から燃料を汲み上げる。フィードポンプ５から吐出された燃料は、レギュレートバルブ８によって所定のフィード圧に制御され、低圧吐出経路９ｂおよび吸入調量弁７を介して高圧ポンプ６へ流入する。吸入調量弁７の弁開度は、ＥＣＵから出力された制御信号によって制御され、内燃機関の作動に必要十分な流量の燃料が高圧ポンプ６へ流入する。

高圧ポンプ６は、カム６３に追従してプランジャ６２が往復運動する。そして、プランジャ６２がシリンダの内部を駆動軸６１側へ移動すると、加圧室６５の容積が増大して加圧室６５の圧力が低下する。これにより、吸入弁６６が開弁して吸入調量弁７を通過した燃料が加圧室６５に吸入される。

また、プランジャ６２がシリンダの内部を反駆動軸側へ移動すると、加圧室６５の容積が減少して加圧室６５に吸入された燃料が加圧される。加圧された燃料圧力が吐出弁６７の開弁圧を超えると、吐出弁６７が開弁して、加圧室６５の燃料が高圧吐出経路９ｄを介してコモンレール１へ圧送される。

これにより、コモンレール１に高圧燃料が蓄えられる。そして、コモンレール１に蓄えられた高圧燃料は、ＥＣＵの制御信号によって駆動されるインジェクタ２から内燃機関の各燃焼室に噴射される。

次に、フィードポンプ５の作動を説明する。ロータ５２が回転すると、４つの作動室５５がそれぞれ容積変化を伴いながらロータ回転向きＢに移動する。ここで、１つの作動室５５を例にとって説明する。作動室５５の容積が増大する過程でその作動室５５が吸入ポート５１１に連通すると、吸入ポート５１１から作動室５５に燃料が流入する。続いて、作動室５５と吸入ポート５１１との連通が遮断されて作動室５５が密閉され、作動室５５の容積が減少して作動室５５内の燃料が加圧される。その後、作動室５５と吐出ポート５１２とが連通して、作動室５５の加圧燃料が吐出ポート５１２に吐出される。

フィードポンプ５の作動中、ブレード５３は、受圧面５３２に作用する前方作動室の圧力によりロータ径方向内側に向かって付勢される。また、ブレード５３は、後端面５３３に作用する後方作動室の圧力、スプリング５４の付勢力、およびブレード５３に作用する遠心力により、ロータ径方向外側に向かって付勢される。

ところで、例えば車両減速時には、高圧ポンプ６の目標吐出量が０となり、フィードポンプ５から吐出された燃料の全てをフィードポンプ５の吸入側に戻す必要がある。このように、高圧ポンプ６の目標吐出量が０となる運転領域では、まずレギュレートバルブ８が開弁して、フィードポンプ５から吐出された燃料がフィードポンプ５の吸入側に戻される。

そして、レギュレートバルブ８が作動していてもフィード圧が所定圧を超える場合には、前方作動室の圧力が高くなって、ブレード５３をロータ径方向内側に向かって付勢する力が増大する。この結果、ブレード５３をロータ径方向内側に向かって付勢する力がブレード５３をロータ径方向内側に向かって付勢する力よりも大きくなり、ブレード５３がロータ径方向内側に向かって移動し、ブレード５３のシート面５３１がハウジング５１の内周面から離れる。これにより、ブレード５３のシート面５３１とハウジング５１の内周面との隙間を介して後方作動室と前方作動室との間が連通し、ポンプ吐出効率が低下して吐出圧が低下し、前方作動室と後方作動室との圧力差が略一定値以下に調整される。

このように、フィード圧が所定圧を超えるような状況下では、フィードポンプ５が吐出圧を自己調整して吐出量を減少させるため、レギュレートバルブ８内の燃料通路面積を従来よりも小さく設定することができる。したがって、レギュレートバルブ８を小型化することができる。

なお、本実施形態ではフィード圧を精度よく制御するためにレギュレートバルブ８を設けたが、フィードポンプ５が吐出圧を自己調整するため、レギュレートバルブ８を廃止してもよい。

上記実施形態においては、ブレード５３の受圧面５３２を、ブレード５３における駆動軸方向（以下、ブレード幅方向という）の全域に渡って形成したが、図４に示す第１変形例のように、ブレード５３の受圧面５３２を、ブレード幅方向の一部範囲のみに形成してもよい。この場合、シート面５３１の面積を大きくできるため、シート面５３１の耐磨耗性が向上する。

また、上記実施形態においては、ロータ５２に形成したスリット５２２により、後方作動室の圧力をブレード溝５２１内に導くようにしたが、図５に示す第２変形例のように、ブレード５３にスリット５３４を形成して、後方作動室の圧力をブレード溝５２１内に導くようにしてもよい。この場合、ロータ５２にスリット５２２を形成する場合よりも加工が容易である。

また、上記実施形態においては、ロータ５２に形成したスリット５２２により、後方作動室の圧力をブレード溝５２１内に導くようにしたが、図６に示す第３変形例のように、ロータ５２に連通孔５２３を形成して、後方作動室の圧力をブレード溝５２１内に導くようにしてもよい。この場合、ロータ５２にスリット５２２を形成する場合よりも加工が容易である。

また、上記実施形態においては、受圧面５３２をハウジング５１の内周面の接線に対して傾斜させ、受圧面５３２とシート面５３１とが連続する形状にしたが、図７に示す第４変形例のように、ブレード５３の先端面を段付き形状にして、受圧面５３２とシート面５３１との境界部を段違いにしてもよい。この場合、ハウジング５１の内周面の接線に対して受圧面５３２が傾斜している場合よりも、前方作動室の圧力が受圧面５３２の全域に確実に作用し易いため、吐出圧を自己調整する作動が安定する。

５１ ハウジング
５２ ロータ
５３ ブレード
５５ 作動室
５２１ ブレード溝
５３１ シート面
５３２ 受圧面

Claims (6)

1. 内部に収容空間が形成されたハウジング（５１）と、前記収容空間に配置されて回転するロータ（５２）と、ロータ径方向に移動可能な状態で前記ロータ（５２）のブレード溝（５２１）に挿入され、先端面が前記ハウジング（５１）の内周面に接するとともに側面が前記ハウジング（５１）の側面に接する複数のブレード（５３）とを備え、
   前記ハウジング（５１）の内周面と前記ハウジング（５１）の側面と前記ロータ（５２）の外周面と前記ブレード（５３）とで囲まれた複数の作動室（５５）の容積が、前記ロータ（５２）の回転に伴って変化するベーンポンプにおいて、
   前記ブレード（５３）の先端面に、前記ハウジング（５１）の内周面に接するシート面（５３１）と、前記ブレード（５３）のロータ回転向き前方側に位置する前記作動室（５５）の圧力が作用する受圧面（５３２）とを備えることを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記ブレード（５３）のロータ回転向き後方側に位置する前記作動室（５５）の圧力を前記ブレード溝（５２１）内に導くスリット（５２２）が、前記ロータ（５２）に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 前記ブレード（５３）のロータ回転向き後方側に位置する前記作動室（５５）の圧力を前記ブレード溝（５２１）内に導く連通孔（５２３）が、前記ロータ（５２）に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
4. 前記ブレード（５３）のロータ回転向き後方側に位置する前記作動室（５５）の圧力を前記ブレード溝（５２１）内に導くスリット（５３４）が、前記ブレード（５３）に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
5. 前記受圧面（５３２）は、前記ハウジング（５１）の内周面の接線に対して傾斜していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のベーンポンプ。
6. 前記シート面（５３１）と前記受圧面（５３２）との境界部が段違いになっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のベーンポンプ。

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