JPH0512551B2 - - Google Patents

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つて区画
形成されるポンプ室が容積変動を繰り返し、流体
を吸入、吐出する構造であつて、ロータと偏心リ
ングの偏心量を変更することによつてポンプ室の
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58−18582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
する問題点があつた。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によつて容量変動を繰
り返すポンプ室即ちシリンダ室２０が吐出ポート
２１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１
３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１３の揺
動支点であるピン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に連通するシリンダ室２０の数及びロ
ータの回転角に伴つて変化し、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１
８及びバネ１７に負荷として作用する。例えばモ
ーメント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１
３が反時計回り即ち偏心量が減少するように移動
し、その結果ポンプ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２０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２
０の入口が吸入行程から吐出行程（吸入ポート１
９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ツプ
状に上昇しようとする。その瞬間、シリンダ室２
０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
が介して偏心リング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２０がT.D.Cから吐出ポート２１
に切換るまでの区間を延長する。すなわち、シリ
ンダ室２０が吐出ポート２１に連通する位置を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つて第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
ーメント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２
１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
する位置が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
ないものであつた。

（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つ
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つた結果、以下に記述する手
段に考え至つたものである。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
に対してロート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
出ポートに連通するまでのロータの回転角が大き
くなる。従つて、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、吐出ポートと連通す
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。

シヤフト１はハウジング２にベアリング３によ
つて回転自由に軸支されている。シヤフト１の右
端部は、ジヨイント４によつてロータ５の左端部
のポンプシヤフト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ヤフト８を軸として回転す
る。このロータ５の回転中心Ｏ(2)は、後述する様
に偏心リング１３の中心軌跡Ｏ(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ａ参
照）。ピストン７はそれぞれのバネ９によつてロ
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ユー１０を介してカムリング
１１に常に接している。カムリング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１
３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の揺動に伴なつて、偏
心リング１３の中心Ｏ(V)は、Ｏ(H)からＯ(L)までの
軌跡上を移動し、その中心がＯ(H)にあるときロー
タ５の回転中心Ｏ(2)との偏心量ｅ(V)は最大
（max）となり、その中心がＯ(L)にあるとき偏心
量ｅ(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１
５はスライダ１６に設けられた溝部即ちスリツト
１６′に摺動可能に係合している。

スライダ１６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ヤフト８の軸と略平行
に摺動可能配設されている。またスリツト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はバネ１７によつて常時第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つて制御され
る制御ピストン１８が当接している。制御ピスト
ン１８はスライダ１６と同軸上にて摺動可能とな
つており、制御ピストン１８によつてスライダ１
６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がバルブシヤフト８を中心として回
転するとき、シユー１０の当接したカムリング１
１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Ｏ(2)に対して偏心量
ｅ(V)偏心していると、ピストン７はバネ９とカム
リング１１の作用によつて偏心量ｅ(V)の約２倍だ
けロータ５に対して往復運動をする。

従つて、ロータ５が第３図中時計廻り方向へ回
転するとき、約下半周においてバルブシヤフト８
に設けられた吸入ポート１９によりシリンダ室２
０へ流体を吸入し、約上半周にてシリンダ室２０
からバルブシヤフト８に設けられた吐出ポート２
１へ流体を吐出する。つまり吸入口２２から入つ
た流体は、ハウジング２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の容量変化量即ちピストン７の往復運
動量、つまり偏心リング１３とロータ５との偏心
量ｅ(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によつて位
置が定まる。

常態（停止時）においてスライダ１６はバネ１
７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。）従つて、プレート１
５は第２図ｂにおいてスリツト１６′の中での左
端部１６ａ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の係合位置にスリツト１６′の右端
部１６ｂ方向へ相対的に移動する。この時スリツ
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
となつている偏心リング１３は反時計廻りに揺動
し、偏心量ｅ(V)が減少し、従つてポンプ吐出容量
が減少する。

つまり上記の作用によつて、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
応して模式図で、同一部材には同一符号に付して
ある。尚、ピストンバルブシヤフトは省略してあ
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Ｏ(2)中心とする実線円で、従来のロ
ータ５′は点Ｏ(1)を中心とする点線円で示してあ
る。

Ｏ(H)とＯ(L)は、偏心リング１３の中心Ｏ(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Ｏ(2)は、従来の中心Ｏ(1)（軌跡Ｏ(H)〜Ｏ(L)の
上にあり、一般にはＯ(L)と同一点にある）に対し
て、もしくは偏心リング１３が移動する際に描く
軌跡Ｏ(H)〜Ｏ(L)に垂直に、吐出ポート２１の設け
られる方向（図中上方）へ所定偏心量(e)偏心させ
てある。よつて、偏心リング１３の中心がＯ(H)〜
Ｏ(L)まで揺動すると、ロータ５の中心Ｏ(2)に対し
て偏心量ｅ(V)が最大（max）から最小(O)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ｂが最小偏心量(O)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
出ポート２１と連通す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）から連通終了位置（以下P.Eという）とし、
吸入ポート１９と連通す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、偏心リング
１３の位置関係によつて決まる上死点（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Ｏ(1)もしく
はＯ(2)と、偏心リング１３の中心Ｏ(V)を結ぶ線上
になり、最大偏心量ｅ(w)＝maxのときは、第１
図ａの示す様に、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
Ｏ(1)が偏心リング１３の軌跡Ｏ(H)〜Ｏ(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
のであつた。ところが、本発明のT.D.C(2)、B.D.
C(2)は、ロータ５が軌跡Ｏ(H)〜Ｏ(L)上より所定偏
心量(e)偏心しているため、偏心リング１３の変動
に伴なつて第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
つて、シリンダ室２０内が圧力上昇した状態で吐
出ポート２１の連通するため、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の偏心量ｅ(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。従つて、
偏心リング１３とロータ５の偏心量ｅ(V)が０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０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０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０にできることは言うまでもない。

また、ピストン７によつてピン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つて決まるも
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０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０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Ｏ(2)は、
軌跡Ｏ(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Ｏ(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も同様に作用することは当
業者にとつて明らかであろう。

また上述偏心リング１３はピン１４を中心に揺
動することにより、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つて直線方向に揺動
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
吐出ポートに連通するまでのロータの回転角が大
きくなる。従つて、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
するため、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る力の平均が最小
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。従つて、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つて
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
10dB(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
あつて、ａは最大偏心量ｅ(V)＝maxのときの図、
ｂは最小偏心量ｅ(V)＝０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ａは縦断図、ｂは第２図ａにおける−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
   力変化によつて偏心リングに作用する力のベクト
   ル総和のうち、偏心リングの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。