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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölpumpenvorrichtung, die in einer Verstellpumpe (variable-capacity pump) vorhanden ist und mit der eine auf eine Pumpe, einen Motor und dergleichen wirkende Last auf ein Minimum verringert werden kann, indem ein Öldruck und ein Fördervolumen auf Werte geändert werden, die für den Motor und hydraulische Einrichtungen vorteilhaft sind.
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Bei einer Außenzahnradpumpe wird das theoretische Fördervolumen normalerweise durch die Zahnlänge und Zahnbreite bestimmt, und das Fördervolumen pro Zeiteinheit wird durch das theoretische Fördervolumen sowie die Drehgeschwindigkeit der Zahnräder (Pumpen-Drehzahl) bestimmt. Wenn eine Zahnradpumpe beispielsweise als eine Ölpumpe zum Zuführen von Schmieröl zu einem Motor für ein Fahrzeug eingesetzt wird, wird das theoretische Fördervolumen der Ölpumpe so eingestellt, dass die Menge an Öl, die für Schmierung erforderlich ist, selbst dann zugeführt werden kann, wenn die Ausgangsleistung des Motors, der als eine Antriebsquelle dient, niedrig ist und die Pumpendrehzahl niedrig ist.
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Wenn hingegen die Pumpendrehzahl mit höherer Motorleistung zunimmt, wird möglicherweise in einigen Fällen dem Motor eine zu große Menge an Öl mit zu hohem Öldruck über das erforderliche Maß hinaus zugeführt, und die Ölpumpe verbraucht so möglicherweise erhebliche Antriebskraft, wodurch Motorleistung verloren gehen kann. Zu bekannten Zahnradpumpen, mit denen das oben beschriebene Problem gelöst wird, gehören Verstell-Zahnradpumpen, bei denen sich ein antreibendes Zahnrad oder/und ein angetriebenes Zahnrad in der axialen Richtung bewegt/bewegen, wenn die Pumpendrehzahl ansteigt, so dass sich dadurch eine Eingriffsfläche in der axialen Richtung verringert und das theoretische Fördervolumen entsprechend reduziert wird.
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Herkömmliche Außenzahnradpumpen ändern das Fördervolumen nicht effizient. Das heißt, das erforderliche Fördervolumen und der erforderliche Öldruck für den Motor oder die hydraulischen Einrichtungen können nicht für jeden Drehzahlbereich erzielt werden. So sind das Fördervolumen und der Öldruck in einem bestimmten Drehzahlbereich möglicherweise höher als notwendig. Einige der herkömmlichen Zahnradpumpen sind nicht einmal in der Lage, ordnungsgemäß auf die Änderung der Drehzahl anzusprechen.
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So ist, um die oben aufgeführten Probleme zu lösen, die in der
japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2012-215169 offenbarte Methode entwickelt worden und hat viele Probleme der herkömmlichen Technik gelöst. Jedoch erfüllt die in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2012-215169 offenbarte Methode nicht die Funktion des Ableitens des Öls über einen Entlastungsvorgang in einem Ölumlauf-Strömungskanal. Wenn zusätzlich ein Entlastungsventil vorhanden ist, um die Funktion zu erfüllen, nehmen die Kosten und die Größe zu. Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung (mit der Erfindung zu lösendes technisches Problem) darin, die Entlastungsfunktion mit einem Teil einer Vorrichtung zu erfüllen, die die Verstellpumpen bildet.
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Von Seiten der Erfinder sind intensive Studien zum Lösend des Problems angestellt worden, und das Problem so mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelöst worden, bei der es sich um eine Ölpumpenvorrichtung handelt, die einen Ölumlauf-Strömungskanal, einen Zahnradpumpenabschnitt, der eine antreibende Zahnradeinheit, die sich in einer axialen Richtung nicht bewegt, eine angetriebene Zahnradeinheit, die sich in der axialen Richtung hin und her bewegt, und einen zweiten Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser enthält, in dem ein zweiter Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser der angetriebenen Zahnradeinheit gleitet, einen ersten abzweigenden Strömungskanal, der von dem Ölumlauf-Strömungskanal abzweigt und mit dem Zahnradpumpenabschnitt in Verbindung steht, ein Hydraulik-Steuerventil, das an dem ersten abzweigenden Strömungskanal angeordnet ist und die angetriebene Zahnradeinheit in der axialen Richtung antreibt, einen zweiten abzweigenden Strömungskanal, der von dem Ölumlauf-Strömungskanal abzweigt und mit dem zweiten Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser in Verbindung steht, ein Magnetventil, das an dem zweiten abzweigenden Strömungskanal angeordnet ist und einen Ableit-Austrittsanschluss aufweist, eine Drosselöffnung, die zwischen dem zweiten Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser und dem Magnetventil angeordnet ist, und eine Feder enthält, die in dem zweiten Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser angeordnet ist und die angetriebene Zahnradeinheit elastisch in einer Richtung drückt, in der die Eingriffsfläche vergrößert wird. Das Magnetventil führt Steuerung so durch, dass der zweite abzweigende Strömungskanal und der zweite Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser in einen Verbindungszustand oder einen Nicht-Verbindungszustand versetzt werden und der Ableit-Austrittsanschluss in dem Nicht-Verbindungszustand mit dem zweiten Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser in Verbindung steht.
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Das Problem wird mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelöst, die die Ölpumpenvorrichtung in der ersten Ausführungsform ist, bei der die Öffnung von der Innenseite zur Außenseite des zweiten Durchlassabschnitts mit kleinem Durchmesser verläuft. Das Problem wird mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelöst, die die Ölpumpenvorrichtung in der ersten oder der zweiten Ausführungsform ist, bei der das Hydraulik-Steuerventil so gesteuert wird, dass der erste abzweigende Strömungskanal entsprechend einer Bewegung eines Steuerkolbens in dem hydraulischen Steuerventil in einen Verbindungszustand oder einen Nicht-Verbindungszustand versetzt wird.
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Das Problem wird mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelöst, die die Ölpumpenvorrichtung in der dritten Ausführungsform ist, bei der das Hydraulik-Steuerventil mit einem Entlastungs-Austrittsanschluss versehen ist, der zweite Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser über einen Entlastungs-Strömungskanal mit dem Entlastungs-Austrittsanschluss in Verbindung steht und das Hydraulik-Steuerventil Steuerung so durchführt, dass der Entlastungs-Strömungskanal gesperrt wird, wenn sich der erste abzweigende Strömungskanal in dem Nicht-Verbindungszustand befindet, und der Entlastungs-Strömungskanal sowie der Entlastungs-Austrittsanschluss offen sind, wenn sich der erste abzweigende Strömungskanal in dem Verbindungszustand befindet.
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Das Problem wird mit einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelöst, die die Ölpumpenvorrichtung in der ersten oder der zweiten Ausführungsform ist, bei der der zweite Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser in einem niedrigen Drehzahlbereich und einem mittleren Drehzahlbereich eines Motors über das Magnetventil mit einem Austritts-Strömungskanal in Verbindung steht und der zweite abzweigende Strömungskanal in einem Bereich hoher Drehzahl des Motors über das Magnetventil mit der Drosselöffnung in Verbindung steht.
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Bei der vorliegenden Erfindung steht der zweite abzweigende Strömungskanal, der von dem Ölumlauf-Strömungskanal abzweigt, um dem Motor Öl zum Schmieren zuzuführen, mit dem zweiten Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser des Zahnradpumpenabschnitts in Verbindung. So kann das Öl über den zweiten abzweigenden Strömungskanal zu dem zweiten Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser geleitet werden. Das an dem zweiten abzweigenden Strömungskanal angeordnete Magnetventil wird so gesteuert, dass das Öl hindurchtritt oder in dem zweiten abzweigenden Strömungskanal zurückgehalten wird.
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Die Drosselöffnung befindet sich in dem zweiten Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser. Mit der Drosselöffnung wird der Druck von Öl, das durch von dem Magnetventil durchgeführte Richtungssteuerung in den zweiten Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser geleitet wird, geringfügig reduziert. So kann der Öldruck auf einem geeigneten Pegel gehalten werden. Des Weiteren wird das Öl jeweils in einer kleinen Menge über die Drosselöffnung ausgestoßen. Dadurch erfüllt die Drosselöffnung auch eine Entlastungsfunktion. Die Entlastungsfunktion wird von dem Magnetventil und einem Gehäuse des Zahnradpumpenabschnitts erfüllt, und es muss kein weiteres separates Entlastungsventil vorhanden sein. Alles in allem können eine geringe Größe und niedrige Kosten für die Vorrichtung als Ganzes erzielt werden.
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1 ist eine Schnittansicht, die einen Aufbau und einen Ölumlauf-Strömungskanal eines Motors in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2A ist eine schematische Schnittansicht, die ein antreibendes Zahnrad und ein angetriebenes Zahnrad in einem Zahnradpumpenabschnitt mit einer maximalen Eingriffsfläche in einer axialen Richtung zeigt, 2B ist eine Schnittansicht in einer Richtung der Pfeile X1-X1 in 2A, 2C ist eine schematische Schnittansicht, die das antreibende Zahnrad und das angetriebene Zahnrad in dem Zahnradpumpenabschnitt mit einer minimalen Eingriffsfläche in der radialen Richtung zeigt, und 2D ist eine Schnittansicht in einer Richtung der Pfeile X2-X2 in 2C;
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3 ist eine schematische Darstellung eines Gesamtaufbaus, die Funktionsabläufe in einem Bereich niedriger Drehzahl des Motors bei der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist eine schematische Darstellung eines Gesamtaufbaus, die Funktionsabläufe in einem Bereich mittlerer Drehzahl des Motors bei der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist eine schematische Darstellung eines Gesamtaufbaus, die Funktionsabläufe in einem Bereich hoher Drehzahl des Motors der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist eine schematische Darstellung, die einen Grundaufbau in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Motordrehzahl und einem Öldruck zeigt und der Beschreibung eines Vorgangs des Übergehens von einem Bereich niedriger Drehzahl zu dem Bereich hoher Drehzahl bei der vorliegenden Erfindung dient.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Der Aufbau schließt bei der vorliegenden Erfindung, wie in 1 bis 3 gezeigt, hauptsächlich einen Ölumlauf-Strömungskanal S, ein Gehäuse A, einen Zahnradpumpenabschnitt B, ein Hydraulik-Steuerventil C, ein Magnetventil D sowie eine Drosselöffnung 36 ein. Die Hauptbestandteile, wie beispielsweise der Zahnradpumpenabschnitt B, das Hydraulik-Steuerventil C und das Magnetventil D, sind in das Gehäuse A integriert.
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Bei einem alternativen Aufbau können der Zahnradpumpenabschnitt B, das Hydraulik-Steuerventil C und das Magnetventil D jeweils unabhängig mit dem Gehäuse A versehen sein. Die Gehäuse A können zu miteinander verbundenen Blöcken zusammengefasst sein oder können auf entsprechende Teilabschnitte in dem Ölumlauf-Strömungskanal S verteilt sein.
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Der Zahnradpumpenabschnitt B enthält eine Pumpenkammer 2, eine angetriebene Zahnradeinheit 4 sowie eine antreibende Zahnradeinheit 5, die in dem Gehäuse A ausgebildet sind. Die Pumpenkammer 2 enthält eine Kammer 2a für die angetriebene Zahnradeinheit sowie eine Kammer 2b für die antreibende Zahnradeinheit. Die Kammer 2a für die angetriebene Zahnradeinheit enthält einen ersten Durchlassabschnitt 21a mit kleinem Durchmesser, einen Durchlassabschnitt 22 mit großem Durchmesser, einen abgesetzten Flächen-Teilabschnitt 23 sowie einen zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser, die in gerader Linie angeordnet sind (siehe 1). Der abgesetzte Flächen-Teilabschnitt 23 ist als eine plane Fläche im rechten Winkel zu einer axialen Richtung des ersten Durchlassabschnitts 21 mit kleinem Durchmesser ausgebildet.
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Die Kammer 2b für die antreibende Zahnradeinheit ist an die Kammer 2a für die angetriebene Zahnradeinheit angrenzend ausgebildet. Die Kammer 2b für die antreibende Zahnradeinheit enthält einen Abschnitt 25 zum Aufnehmen des antreibenden Zahnrades sowie ein Wellenloch 26, das sowohl an der oberen als auch an der unteren Seite des Abschnitts 25 zum Aufnehmen des antreibenden Zahnrads ausgebildet ist.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird hier die vertikale Richtung des Gehäuses A vorgegeben, dies ist jedoch nicht die tatsächliche Richtung am Fahrzeug. Die Durchlassrichtung der Kammer 2a für die angetriebene Zahnradeinheit ist als die vertikale Richtung des Gehäuses A definiert. Das heißt, der Durchlassabschnitt 22 mit großem Durchmesser ist so angeordnet, dass er oberhalb des ersten Durchlassabschnitts 21 mit kleinem Durchmesser positioniert ist, so dass der Durchlassabschnitt 22 mit großem Durchmesser an der oberen Seite positioniert ist und der erste Durchlassabschnitt 21 mit kleinem Durchmesser an der unteren Seite positioniert ist (siehe 1 sowie 2A und 2C). Die vertikale Richtung gilt desgleichen für den Zahnradpumpenabschnitt B, das Hydraulik-Steuerventil C und das Magnetventil D.
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Die angetriebene Zahnradeinheit 4 enthält einen Ventil-Kolben 4a, ein angetriebenes Zahnrad 44 sowie einen Trenn-Kolben 45 (siehe 2A und 2C). Der Ventil-Kolben 4a wird ausgebildet, indem ein erster Schaftabschnitt 41 mit kleinem Durchmesser, ein Abschnitt 42 mit großem Durchmesser und ein zweiter Schaftabschnitt 43 mit kleinem Durchmesser in der axialen Richtung zusammengefügt werden. Der erste und der zweite Abschnitt 41 und 43 mit kleinem Durchmesser haben eine zylindrische Form. Der Abschnitt 42 mit großem Durchmesser weist eine im Wesentlichen halbkreisförmige oder konkav kreisbogenförmige Aussparung 42b auf, die an einem Teil der Außenumfangs-Seitenfläche ausgebildet ist.
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Die Aussparung 42b ist ein Teilabschnitt, in den der Außenumfangs-Teilabschnitt eines antreibenden Zahnrades 52 eintritt, wenn sich das angetriebene Zahnrad 44 in der axialen Richtung in Bezug auf das antreibende Zahnrad 52 bewegt (siehe 2C und 2D). Diese Konstruktion dient dazu, zu verhindern, dass das antreibende Zahnrad 52 und der Ventil-Kolben 4a einander behindern.
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Der Ventil-Kolben 4a kommt in einem Zustand zum Einsatz, in dem seine axiale Richtung vertikal verläuft, wobei sich der erste Schaftabschnitt 41 mit kleinem Durchmesser an der unteren Seite befindet und sich der zweite Schaftabschnitt 43 mit kleinem Durchmesser an der oberen Seite befindet. Das untere Ende des ersten Schaftabschnitts 41 mit kleinem Durchmesser ist eine Schaft-Endfläche 41a. Ein abgesetzter Abschnitt, der an der Grenze zwischen dem ersten Schaftabschnitt 41 mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt 42 mit großem Durchmesser ausgebildet ist, ist eine Druckaufnahmefläche 42a. Die untere Fläche des zweiten Schaftabschnitts 43 mit kleinem Durchmesser (abgesetzter Abschnitt) dient als eine Gegendruck-Aufnahmefläche 43a (siehe 2A und 2C).
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Die antreibende Zahnradeinheit 5 enthält eine antreibende Welle 51 und das antreibende Zahnrad 52 (siehe 1 sowie 2A und 2C). In der antreibenden Zahnradeinheit 5 ist das antreibende Zahnrad 52 in dem Abschnitt 25 zum Aufnehmen des antreibenden Zahnrades aufgenommen, und die antreibende Welle 51 ist in der Kammer 2b für die antreibende Zahnradeinheit aufgenommen und dabei drehbar in dem Wellenloch 26 gelagert. Die antreibende Welle 51 wird durch die Antriebskraft von einer nicht dargestellten Motor-Kurbelwelle gedreht. Das antreibende Zahnrad 52, das sich zusammen mit der antreibenden Welle 51 dreht, überträgt die Drehung der antreibenden Welle 51 auf das angetriebene Zahnrad 44 und wirkt als eine Außenzahnradpumpe.
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Eine Feder 81, die die angetriebene Zahnradeinheit 4 elastisch konstant in einer Richtung zunehmender Förderung drückt, ist in den zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser eingesetzt (siehe 1 sowie 2A und 2C). Eine Schraubenfeder wird als die Feder 81 eingesetzt. Die Feder 81 übt elastischen Druck aus, um so die Eingriffsfläche zwischen dem angetriebenen Zahnrad 44 und dem antreibenden Zahnrad 52 zu maximieren.
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Ein erster abzweigender Strömungskanal 31 befindet sich an einer Position an der stromaufliegenden Seite des Motors in dem Ölumlauf-Strömungskanal S. Der erste abzweigende Strömungskanal 31 ist so ausgebildet, dass er mit der unteren Seite des Durchlassabschnitts 22 mit großem Durchmesser in der Kammer 2a für die angetriebene Zahnradeinheit in Verbindung steht. In dem Ölumlauf-Strömungskanal S strömt Öl, das zu dem Motor hin strömt, teilweise zu dem ersten abzweigenden Strömungskanal 31 und wird so zu dem Durchlassabschnitt 22 mit großem Durchmesser geleitet.
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Das in dem Durchlassabschnitt 22 mit großem Durchmesser strömende Öl wird von dem weiter unten beschriebenen hydraulischen Steuerventil C so gesteuert, dass die Druckaufnahmefläche 42a des Ventil-Kolbens 4a den Druck von dem Öl aufnimmt. Druck von dem Öl wird im Folgenden auch als Öldruck bezeichnet. Der erste abzweigende Strömungskanal 31 steht mit dem Durchlassabschnitt 22 mit großem Durchmesser der Kammer 2a für die angetriebene Zahnradeinheit in Verbindung. Das Hydraulik-Steuerventil C befindet sich an einem mittleren Teilabschnitt des ersten abzweigenden Strömungskanals 31. In dem ersten abzweigenden Strömungskanal 31 wird der Strömungskanal zwischen dem hydraulischen Steuerventil C und dem Durchlassabschnitt 22 mit großem Durchmesser als ein erster Abzweigverbindungs-Strömungskanal 311 bezeichnet. Der erste Abzweigverbindungs-Strömungskanal ist ein Teil des ersten abzweigenden Strömungskanals 31. Das Hydraulik-Steuerventil C lässt das in dem ersten Abzweigverbindungs-Strömungskanal 311 einströmende Öl durch oder hält es zurück.
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Das Hydraulik-Steuerventil 10 enthält einen Steuerkolben 61, eine Steuerkolben-Kammer 62, die den Steuerkolben 61 aufnimmt, und eine Feder 82. Der Steuerkolben 61 enthält zwei Abschnitte 61a und 61b mit großem Durchmesser sowie einen Abschnitt 61c mit kleinem Durchmesser. Der Abschnitt 61c mit kleinem Durchmesser ist geradlinig zwischen den zwei Abschnitten 61a und 61b mit großem Durchmesser angeordnet. Ein Teilabschnitt des Steuerkolbens 61 um den Abschnitt 61c mit kleinem Durchmesser herum ist ein Aussparungsabschnitt 61d. In der Steuerkolben-Kammer 62 sind ein erster Strömungsanschluss 62a, ein zweiter Strömungsanschluss 62b, eine Entlastungs-Umschaltöffnung 62c sowie ein Entlastungs-Austrittsanschluss 62d ausgebildet. Durch die elastische Drückkraft der Feder 82 werden der erste Strömungsanschluss 62a und der zweite Strömungsanschluss 62b durch den Abschnitt 61a mit großem Durchmesser des Steuerkolbens 61 konstant geschlossen, und die Entlastungs-Umschaltöffnung 62c sowie der Entlastungs-Austrittsanschluss 62d werden von dem Abschnitt 61b mit großem Durchmesser konstant geschlossen.
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Das Hydraulik-Steuerventil C führt Umschaltsteuerung zwischen Verbindung und Unterbrechung zwischen dem ersten abzweigenden Strömungskanal 31 und dem Durchlassabschnitt 22 mit großem Durchmesser durch. Das heißt, das Öl in dem ersten abzweigenden Strömungskanal 31 strömt über den ersten Strömungsanschluss 62a ein, und der Öldruck wirkt auf eine Endfläche des Abschnitts 61a mit großem Durchmesser des Steuerkolbens 61. Wenn ein Öldruck einer vorgegebenen Höhe oder darüber wirkt, bewegt sich der Steuerkolben 61 nach oben. So bewegt sich der Abschnitt 61a mit großem Durchmesser, der den zweiten Strömungsanschluss 62b verschlossen hat, nach oben, und dadurch öffnet sich der zweite Strömungsanschluss 62b. Dadurch strömt das Öl in den ersten Abzweigverbindungs-Strömungskanal 311 und dann in den Durchlassabschnitt 22 mit großem Durchmesser und schiebt die Druckaufnahmefläche 42a der angetriebenen Zahnradeinheit 4 nach oben.
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Im Folgenden wird das Magnetventil D beschrieben. Das Magnetventil D enthält ein Richtungs-Steuerventil 71, einen Schaltmagnetabschnitt 72 und eine Richtungs-Steuerventilkammer 73. Ein innerer Ventilsteuerungs-Strömungskanal 71a ist in dem Richtungs-Steuerventil 71 ausgebildet. Ein Richtungssteuerungs-Strömungseinlass 73a, ein Richtungssteuerungs-Strömungsauslass 73b und ein Ableit-Austrittsanschluss 73c sind in der Richtungs-Steuerventilkammer 73 ausgebildet.
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Das Richtungs-Steuerventil 71 wird von dem Schaltmagnetabschnitt 72 so gesteuert, dass der innere Ventilsteuerungs-Strömungskanal 71a des Richtungs-Steuerventils 71 den Richtungssteuerungs-Strömungsauslass 73b oder den Ableit-Austrittsanschluss 73c zur Verbindung mit dem Richtungssteuerungs-Strömungseinlass 73a wählt. Wenn der ausgewählte Anschluss in einen Verbindungszustand versetzt wird, wird der andere in einen Sperr- bzw. Unterbrechungszustand, d. h. einen Nicht-Verbindungszustand, versetzt.
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Der zweite abzweigende Strömungskanal 33 steht mit dem zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser der Pumpenkammer 2 in Verbindung. In dem zweiten abzweigenden Strömungskanal 33 wird ein Strömungskanal zwischen dem Magnetventil 7 und dem zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser als ein zweiter Verbindungs-Strömungskanal 331 bezeichnet. Der zweite Verbindungs-Strömungskanal 331 ist ein Teil des zweiten abzweigenden Strömungskanals 33. Der Ableit-Austrittsanschluss 73 schließt einen Ableit-Strömungskanal 35 ein, über den das Öl aus dem Ölumlauf-Strömungskanal S abgeleitet oder zu einer Ölwanne geleitet wird.
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In dem zweiten abzweigenden Strömungskanal 33 befindet sich die Drosselöffnung 36 in dem zweiten Verbindungs-Strömungskanal 331. Durch die Drosselöffnung 36 fließt das Öl jeweils in einer kleinen Menge über den zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser ein oder wird darüber abgeleitet.
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Ein Entlastungs-Einlass 24a ist oberhalb des zweiten Durchlassabschnitts 24 mit kleinem Durchmesser der Kammer 2a für die angetriebene Zahnradeinheit angeordnet. Der Entlastungs-Einlass 24a steht mit dem zweiten Verbindungs-Strömungskanal 331 des zweiten abzweigenden Strömungskanals 33 in Verbindung. Ein Entlastungs-Auslass 24b ist an der gleichen Position wie der Entlastungs-Einlass 24a oder darunter angeordnet.
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So kann, wenn der zweite Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser mit Öl unter einem Druck gefüllt wird, durch die Drosselöffnung 36 das Öl über den zweiten Durchlassabschnitt 24a mit kleinem Durchmesser jeweils in einer geringen Menge abgeleitet werden, während der Druck auf einem im Wesentlichen konstanten Pegel gehalten wird.
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Die Drosselöffnung 36 und der Entlastungs-Einlass 24a können als separate Elemente ausgebildet oder integral ausgebildet sein. Wenn die Drosselöffnung 36 und der Entlastungs-Einlass 24a integral ausgebildet sind, kann der Entlastungs-Einlass 24a als eine Röhre mit kleinem Durchmesser oder eine Röhre ausgebildet sein, in der ein Drosselabschnitt als ein Abschnitt mit kleinem Innendurchmesser ausgebildet ist, so dass er als die Drosselöffnung 36 wirken kann.
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Der Entlastungs-Auslass 24b des zweiten Durchlassabschnitts 24 mit kleinem Durchmesser steht über den Entlastungs-Strömungskanal 37 mit der Entlastungs-Umschaltöffnung 62c des Hydraulik-Steuerventils C in Verbindung. Wenn sich der Abschnitt 61b zusammen mit der Bewegung des Steuerkolbens 61 des Hydraulik-Steuerventils C nach oben bewegt, steht die Entlastungs-Umschaltöffnung 62c über den Aussparungsabschnitt 61d, der durch den Abschnitt 61c mit kleinem Durchmesser gebildet wird, mit dem Entlastungs-Ableitanschluss 62d in der Steuerkolben-Kammer 62 in Verbindung. So steht der Entlastungs-Auslass 24b mit dem Entlastungs-Austrittsanschluss 62d in Verbindung, so dass das Öl über den zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser ausgestoßen werden kann.
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Im Folgenden wird ein Richtungssteuerungs-Funktionsablauf des Hydraulik-Steuerventils C beschrieben. Die Ölpumpenvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in den Ölumlauf-Strömungskanal S des Motors 100 integriert. Das Öl strömt von dem Ölumlauf-Strömungskanal S in den ersten abzweigenden Strömungskanal 31 des Gehäuses A ein.
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Das in den ersten abzweigenden Strömungskanal 31 einströmende Öl bewirkt, dass der Steuerkolben 61 des Hydraulik-Steuerventils C so arbeitet, dass er den ersten Strömungsanschluss 62a und den Durchlassabschnitt 22 mit großem Durchmesser in den Verbindungszustand oder den Nicht-Verbindungszustand (Sperrung) versetzt. In dem Verbindungszustand wirkt der Öldruck auf die Druckaufnahmefläche 42a der angetriebenen Zahnradeinheit 4, so dass sich die angetriebene Zahnradeinheit 4 in der radialen Richtung nach oben bewegt. Dadurch wird die Eingriffsfläche zwischen dem angetriebenen Zahnrad 44 und dem antreibenden Zahnrad 42 klein, und das Öl-Fördervolumen wird verringert (siehe 4).
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Im Folgenden wird ein Richtungssteuerungs-Funktionsablauf des Magnetventils D beschrieben. Wenn das Magnetventil D AN ist, steuert der Schaltmagnetabschnitt 72 das Richtungs-Steuerventil 71 so, dass der zweite abzweigende Strömungskanal 33 nicht mit dem Entlastungs-Einlass 24a des zweiten Durchlassabschnitts 24 mit kleinem Durchmesser in Verbindung steht. So kann das aus dem Ölumlauf-Strömungskanal S in den zweiten abzweigenden Strömungskanal 33 einströmende Öl nicht in den zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser einströmen (siehe 3 und 4). Andererseits steht der Ableit-Austrittsanschluss 73c mit dem Entlastungs-Einlass 24a des zweiten Durchlassabschnitts 24 mit kleinem Durchmesser in Verbindung, so dass das Öl in dem zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser über den Ableit-Austrittsanschluss 73c ausgestoßen wird.
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Wenn das Magnetventil D AUS ist, schaltet der Schaltmagnetabschnitt 72 den inneren Ventilsteuerungs-Strömungskanal 71a des Richtungs-Steuerungsventils 71 um. So steht der zweite abzweigende Strömungskanal 33 mit dem zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser des Zahnradpumpenabschnitts B in Verbindung, so dass das Öl in den zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser einströmt. Dadurch wirken der Öldruck und die Drückkraft von der Feder 81 auf die Gegendruck-Aufnahmefläche 43a der angetriebenen Zahnradeinheit 4.
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Wenn die durch den Öldruck und die Drückkraft von der Feder 81 auf die Gegendruck-Aufnahmefläche 43a an der Seite des zweiten Durchlassabschnitts 24 mit kleinem Durchmesser ausgeübte Kraft größer ist als die durch die Druckaufnahmefläche 42a an der Seite des ersten abzweigenden Strömungskanals 31 ausgeübte Kraft, verbleibt die angetriebene Zahnradeinheit 4 an der Seite des ersten Durchlassabschnitts 21 mit kleinem Durchmesser. So liegt das Fördervolumen bei maximaler Eingriffsfläche zwischen dem antreibenden Zahnrad 52 und dem angetriebenen Zahnrad 54 auf einem normalen Pegel.
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Im Folgenden wird die Funktion der vorliegenden Erfindung für verschiedene Drehzahlbereiche des Motors 100 beschrieben. Die Ölpumpenvorrichtung der vorliegenden Erfindung stellt entsprechend der Drehzahl Ne des Motors 100 ein geeignetes Fördervolumen in dem Zahnradpumpenabschnitt B ein. Das Fördervolumen variiert zwischen einem niedrigen Drehzahlbereich, einem mittleren Drehzahlbereich und einem hohen Drehzahlbereich der Drehzahl Ne.
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Zunächst wird ein Funktionsablauf für den niedrigen Drehzahlbereich der Motordrehzahl Ne erläutert (siehe 3). In dem niedrigen Drehzahlbereich nimmt die Drehzahl einen Wert von dem Wert in Leerlaufzustand bis ungefähr 1000 U/min an. Das Magnetventil D ist AN, und dadurch unterbricht das Richtungs-Steuerventil 71 die Verbindung zwischen dem zweiten abzweigenden Strömungskanal 33 und dem zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser, so dass der Nicht-Verbindungszustand hergestellt wird. Der zweite Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser steht über den inneren Ventilsteuerungs-Strömungskanal 71a des Richtungs-Steuerventils 71 mit dem Ableit-Austrittskanal 73C in Verbindung und steht damit mit der Atmosphäre in Verbindung und ist zu ihr hin geöffnet. Alles in allem wirkt auf die angetriebene Zahnradeinheit 4 nur die Kraft von der Feder 81 über die Gegendruck-Aufnahmefläche 43a des zweiten Durchlassabschnitts 24 mit kleinem Durchmesser.
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Das Hydraulik-Steuerventil C führt Steuerung so durch, dass der Druck von dem in dem ersten abzweigenden Strömungskanal 31 strömenden Öl auf die Druckaufnahmefläche 42a der angetriebenen Zahnradeinheit 4 wirkt oder nicht. Der durch die Außenzahnradpumpe erzeugte Öldruck, der auf den Steuerkolben 61 des Hydraulik-Steuerventils C ausgeübt wird, ist im niedrigen Drehzahlbereich gering. Daher ist die Drückkraft der Feder 81 größer als die durch den Öldruck ausgeübte Kraft, so dass sich die angetriebene Zahnradeinheit 41 nicht bewegt. Dementsprechend ist das angetriebene Zahnrad 44 in der axialen Richtung vollständig mit dem antreibenden Zahnrad 52 in Eingriff, so dass das Fördervolumen der Pumpe pro Umdrehung auf dem maximalen Pegel liegt. Im niedrigen Drehzahlbereich ist der Öldruck im Wesentlichen proportional zu der Motordrehzahl.
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Im Folgenden wird ein Funktionsablauf für den mittleren Drehzahlbereich des Motors 100 erläutert (siehe 4). In dem Bereich mittlerer Drehzahl nimmt die Drehzahl Ne einen Wert von ungefähr 1000 U/min bis ungefähr 3500 U/min an. Die auf den Steuerkolben 61 des Hydraulik-Steuerventils C durch den Öldruck ausgeübte Kraft ist größer als die elastische Drückkraft der Feder 82, wenn die Motordrehzahl einen vorgegebenen Wert Ne (ungefähr 1000 U/min) erreicht. So bewegt sich der Steuerkolben 61 in der axialen Richtung nach oben, so dass der erste Strömungsanschluss 62a mit dem zweiten Strömungsanschluss 62b in der Steuerkolben-Kammer 62 in Verbindung steht und dadurch der erste abzweigende Strömungskanal 31 mit dem Durchlassabschnitt 22 mit großem Durchmesser in Verbindung steht. Dadurch wird die Kraft des Öldrucks auf die Druckaufnahmefläche 42a ausgeübt.
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In dem mittleren Drehzahlbereich ist das Magnetventil D AN, und daher unterbricht das Richtungs-Steuerventil 71 die Verbindung zwischen dem zweiten abzweigenden Strömungskanal 33 und dem zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser, so dass wie in dem niedrigen Drehzahlbereich der Nicht-Verbindungszustand hergestellt wird. Der zweite Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser steht über den inneren Ventilsteuerungs-Strömungskanal 71a des Richtungs-Steuerventils 71 mit dem Ableit-Austrittsanschluss 73c in Verbindung.
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So steht der zweite Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser in Verbindung mit der Atmosphäre und ist zu ihr hin geöffnet, so dass in dem zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser auf die Gegendruck-Aufnahmefläche 43a der angetriebenen Zahnradeinheit 4 nur die Kraft von der Feder 81 wirkt. Die auf die Druckaufnahmefläche 42a des Ventil-Kolbens 4a ausgeübte Kraft ist größer als die auf die Gegendruck-Aufnahmefläche 43a ausgeübte Kraft. Dadurch bewegt sich die angetriebene Zahnradeinheit 4 zu der Seite des zweiten Durchlassabschnitts 24 mit kleinem Durchmesser.
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So wird die Eingriffsfläche zwischen dem antreibenden Zahnrad 52 und dem angetriebenen Zahnrad 44 kleiner, und das theoretische Fördervolumen nimmt allmählich ab. Alles in allem wird der Öldruck in dem mittleren Drehzahlbereich über einen großen Drehzahlbereich auf einem im Wesentlichen konstanten niedrigen Pegel gehalten. So können die Last an der Pumpe selbst und der Kraftverlust des Motors reduziert werden, so dass der Kraftstoffverbrauch verringert werden kann.
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Im Folgenden wird ein Entlastungs-Funktionsablauf in dem hohen Drehzahlbereich der Drehzahl Ne bei dem Motor 100 erläutert (siehe 5). Das heißt, die Drehzahl Ne beträgt in dem hohen Drehzahlbereich ungefähr 3500 U/min oder mehr. In dem hohen Drehzahlbereich ist das Fördervolumen des Zahnradpumpenabschnitts B groß. Das Magnetventil D ist AUS, und so steht der zweite abzweigende Strömungskanal 33, wenn das Richtungs-Steuerventil 71 durch den Schaltmagnetabschnitt 72 umgeschaltet wird, über den inneren Ventilsteuerungs-Strömungskanal 71a mit dem zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser in Verbindung.
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So strömt das Öl aus dem zweiten abzweigenden Strömungskanal 33 in den zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser, so dass der Öldruck auf die Gegendruck-Aufnahmefläche 43a der angetriebenen Zahnradeinheit 4 wirkt. Dadurch bewegt sich die angetriebene Zahnradeinheit 4 in einer Richtung, in der die Eingriffsfläche mit dem antreibenden Zahnrad 52 größer wird, so dass das Fördervolumen und der Förderdruck der Pumpe zunehmen.
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Durch den so erhöhten Förderdruck der Pumpe wird der Steuerkolben 61 nach oben bewegt, so dass das Hydraulik-Steuerventil C und der Entlastungs-Strömungskanal 37 Verbindung zwischen dem zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser und der Entlastungs-Umschaltöffnung 62c herstellen. Der Steuerkolben 61 bewegt sich durch den Öldruck von dem ersten abzweigenden Strömungskanal 31 in der Steuerkolben-Kammer 62 nach oben. Dadurch öffnet der Teilabschnitt 61b mit großem Durchmesser des Steuerkolbens 61 die Entlastungs-Umschaltöffnung 62c und den Entlastungs-Austrittsanschluss 62d. Die Entlastungs-Umschaltöffnung 62c steht über den Aussparungsabschnitt 61d mit dem Entlastungs-Austrittsanschluss 62d in Verbindung.
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Dann wird der Entlastungsvorgang durchgeführt. Das heißt, das Öl in dem zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser strömt über einen Rückleit-Strömungskanal 38, der mit dem Entlastungs-Strömungskanal 37 und dem Entlastungs-Austrittsanschluss 62d des Hydraulik-Steuerventils C verbunden ist, zu der Ölwanne zurück, die außerhalb des Ölumlauf-Strömungskanals S angeordnet ist. Dadurch steigt der Öldruck mit der Zunahme der Motordrehzahl (siehe 7) nur geringfügig an.
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Der Öldruck in dem zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser wird weiter durch die Drosselöffnung 36 reduziert, die sich in dem zweiten Verbindungs-Strömungskanal 331 befindet. Somit ist die auf die Druckaufnahmefläche 42a durch den Öldruck ausgeübte Kraft größer als die Kraft, die durch die Feder 31 und durch den Druck von dem Öl in dem zweiten Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser ausgeübt wird. Dadurch bewegt sich die angetriebene Zahnradeinheit 4 in einer Richtung, in der die Eingriffsfläche mit der antreibenden Zahnradeinheit 5 verkleinert wird. Alles in allem kann der Öldruck selbst bei zunehmender Drehzahl konstant gehalten werden.
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6 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der zweite Durchlassabschnitt 24 mit kleinem Durchmesser nicht mit dem Entlastungs-Auslass 24b versehen ist. Der Entlastungsvorgang wird mit dem Ableit-Austrittsanschluss 73c über das Magnetventil D durchgeführt.
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In der zweiten Ausführungsform verläuft die Drosselöffnung von der Innenseite zur Außenseite des zweiten Durchlassabschnitts mit kleinem Durchmesser. So kann das Öl in dem zweiten Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser über die Drosselöffnung direkt nach außen ausgestoßen werden und von der Ölwanne und dergleichen aufgenommen werden. Alles in allem kann eine außerordentlich einfache Entlastungsvorrichtung geschaffen werden.
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In einer dritten Ausführungsform versetzt das Hydraulik-Steuerventil den ersten abzweigenden Strömungskanal entsprechend der Bewegung des Steuerkolbens im Inneren des Hydraulik-Steuerventils in den Verbindungs- oder dem Nicht-Verbindungszustand. So kann die Bewegung des angetriebenen Zahnrades in der axialen Richtung entsprechend der Zunahme/Abnahme des Drucks von dem Öl in dem Ölumlauf-Strömungskanal gesteuert werden. Des Weiteren ist das Hydraulik-Steuerventil nahezu frei von Störungen aufgrund eines Ausfalls im elektrischen System, die auftreten, wenn ein elektrisches Steuerventil eingesetzt wird, und gewährleistet so stabilen Einsatz.
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In einer vierten Ausführungsform ist das Hydraulik-Steuerventil mit einem Entlastungs-Austrittsanschluss versehen. Der zweite Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser steht über den Entlastungs-Strömungskanal mit dem Entlastungs-Austrittsanschluss in Verbindung. Das Hydraulik-Steuerventil hat den im Folgenden beschriebenen Aufbau. Das heißt, der Entlastungs-Strömungskanal wird gesperrt, wenn sich der erste abzweigende Strömungskanal in dem Nicht-Verbindungszustand befindet, und der Entlastungs-Strömungskanal sowie der Entlastungs-Austrittsanschluss sind offen, wenn sich der erste abzweigende Strömungskanal in dem Verbindungszustand befindet. So kann die Bewegung des angetriebenen Zahnrades in der axialen Richtung entsprechend der Änderung des Drucks von dem Öl in dem Ölumlauf-Strömungskanal gesteuert werden.
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In einem Stadium, in dem der Öldruck im niedrigen Drehzahlbereich des Motors niedrig ist, ist der Entlastungs-Strömungskanal geschlossen, wenn sich der erste Abzweig-Strömungskanal in dem Nicht-Verbindungszustand befindet. Dadurch ist es weniger wahrscheinlich, dass das Öl in dem zweiten Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser ausgestoßen wird. Dementsprechend kann die Bewegung der angetriebenen Zahnradeinheit in der Richtung, in der die Eingriffsfläche mit der antreibenden Zahnradeinheit verkleinert wird, sicher verhindert werden. Dadurch kann das Öl in dem niedrigen Drehzahlbereich noch stabiler in Umlauf gehalten werden.
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Der Entlastungs-Strömungskanal und der Entlastungs-Austrittsanschluss sind offen, wenn sich der erste abzweigende Strömungskanal in dem Verbindungszustand befindet. So kann beispielsweise in dem hohen Drehzahlbereich des Motors das Öl in dem zweiten Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser über den Entlastungs-Strömungskanal und den Entlastungs-Austrittsanschluss des Hydraulik-Steuerventils nach außen ausgestoßen werden. So bewegt sich das angetriebene Zahnrad geeigneterweise entsprechend der Änderung des Öldrucks aufgrund der Änderung der Drehzahl, so dass das geeignete Öl-Fördervolumen eingestellt werden kann. Das Öl wird aus dem Hydraulik-Steuerventil abgelassen (ausgestoßen). So dient das Hydraulik-Steuerventil auch als ein Entlastungsventil, und daher muss kein separates Entlastungsventil vorhanden sein.
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In einer fünften Ausführungsform steht der zweite Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser im niedrigen und mittleren Drehzahlbereich des Motors über das Magnetventil mit dem Austritts-Strömungskanal in Verbindung, und steht der zweite abzweigende Strömungskanal in dem hohen Drehzahlbereich des Motors über das Magnetventil mit der Drosselöffnung in Verbindung. So kann das optimale Fördervolumen für jeden Drehzahlbereich eingestellt werden.
S – Ölumlauf-Strömungskanal, B – Zahnradpumpenabschnitt, 21 – erster Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser, 24 – zweiter Durchlassabschnitt mit kleinem Durchmesser, 31 – erster abzweigender Strömungskanal, 33 – zweiter abzweigender Strömungskanal, 36 – Drosselöffnung, 4 – angetriebene Zahnradeinheit, 41 – erster Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser, 43 – zweiter Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser, 5 – antreibende Zahnradeinheit, C – Hydraulik-Steuerventil, 61 – Steuerkolben, D – Magnetventil, 71 – Richtungs-Steuerventil, 72 – Schaltmagnetabschnitt, 73 – Richtungs-Steuerventilkammer, 73c – Ableit-Austrittsanschluss, 81 – Feder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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