JP2016114036A - 可変容量形オイルポンプ - Google Patents

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Abstract

【課題】エアレーションの発生に関わらずカムリングの作動油圧を維持して内燃機関の最大要求油圧を確保し得る可変容量形オイルポンプを提供する。【解決手段】予めエアレーションによるポンプ室PRの油圧の低下を考慮して、機関の最大要求油圧を超える高圧域においてカムリング15の作動油圧(第2作動油圧)をパイロット弁40の作動油圧(第2切替油圧)よりも大きくなるように構成した。これにより、前記エアレーションによるポンプ室PRの内圧の低下が生じた場合であっても、機関の最大要求油圧を確保することができる。【選択図】図3

Description

本発明は、例えば自動車用の内燃機関の各摺動部等にオイルを供給する油圧源に適用される可変容量形オイルポンプに関する。
自動車用の内燃機関に適用される従来の可変容量形ポンプとしては、例えば以下の特許文献1に記載されたものが知られている。
近年、オイルポンプから吐出されたオイルを、例えば内燃機関の各摺動部や、機関弁の作動特性を制御する可変動弁装置など要求吐出圧の異なる機器に使用するため、第1の回転数領域に係る低圧特性と、第2の回転数領域に係る高圧特性の、2段階特性の要求がある。
かかる要求を満足するために、例えば以下の特許文献1に記載の可変容量形オイルポンプでは、ポンプハウジングとカムリングの間に隔成した、対向する第1、第2制御油室に吐出圧を導入することによって発生する、カムリングの偏心量が小さくなる方向(以下、「同心方向」という。)側へとカムリングを付勢する第1制御油室の内圧に基づく付勢力、及びカムリングの偏心量が大きくなる方向(以下、「偏心方向」という。)側へとカムリングを付勢する第2制御油室の内圧に基づく付勢力と、前記偏心方向側へとカムリングを付勢するスプリングによるばね力と、に基づき、前記第1、第2制御油室への吐出圧の導入をパイロット弁により制御することで、機関回転数に応じてカムリングの偏心量を2段階に制御し、要求吐出圧の異なる複数の機器にオイルを供給することを可能としている。
特開2014−105623号公報
ここで、前記従来の可変容量形オイルポンプでは、カムリングの作動油圧をパイロット弁の作動油圧よりも大きく設定することによって、特に第2の回転数領域における内燃機関の最大要求油圧であるクランクシャフトのメタル要求油圧を確保していた。
しかしながら、前記カムリングの作動油圧は、第1、第2制御油室の内圧に基づく付勢力と、スプリングのばね力に基づく付勢力と、各ポンプ室の内圧に基づく付勢力と、によって決まるところ、前記従来の可変容量形オイルポンプでは、前記各ポンプ室の内圧に基づく付勢力について何ら考慮されていない。
このため、特に第2の回転数領域に相当する高回転領域では、吸入中に気泡(エアレーション)が発生しやすく、また、該気泡の発生によりオイルを圧縮して吐出する吐出領域におけるポンプ室の内圧が低下してしまい、前述の設定した作動油圧に達する前にカムリングが作動(揺動)してしまうおそれがある。
そこで、本発明は、かかる前記従来の可変容量形オイルポンプの技術的課題に鑑みて案出されたものであり、エアレーションの発生に関わらずカムリングの作動油圧を維持して内燃機関の最大要求油圧を確保し得る可変容量形オイルポンプを提供することを目的としている。
本願発明は、とりわけ、吐出部から吐出されたオイルを供給することによって、可動部材に対する前記複数のポンプ室の容積変化量が減少する方向の付勢力発生に供する第1制御油室と、吐出部から吐出されたオイルを供給することによって、可動部材に対する複数のポンプ室の容積変化量が変化する方向の付勢力発生に供する第2制御油室と、ポンプ室の容積変化量が最小となる前に作動し、吐出圧が大きくなるに従って、第2制御油室内のオイルを排出し、又は第2制御油室にオイルを供給する制御機構と、を備え、内燃機関の最大要求油圧を超える高圧域において、可動部材の作動油圧が制御機構の作動油圧よりも大きくなるように設定されたことを特徴としている。
本発明によれば、可動部材の作動油圧が制御機構の作動油圧よりも大きくなるように設定したことで、エアレーションの発生による吐出圧の低下を抑制することが可能となり、内燃機関の最大要求油圧を確保することができる。
本発明の実施形態に係る可変容量形ポンプの油圧回路図である。 図1に示す可変容量形ポンプの拡大図である。 図2に示す可変容量形ポンプのカムリングに作用するトルク分布を表した図である。 図1に示すパイロット弁の拡大図である。 図1に示す電磁弁の拡大図である。 同実施形態に係る可変容量形ポンプの油圧特性を表すグラフである。 同実施形態に係る可変容量形ポンプの油圧回路図であって、(a)は図6の区間a、(b)は図6の区間bにおけるポンプの状態を現した図である。 同実施形態に係る可変容量形ポンプの油圧回路図であって、(a)は図6の区間c、(b)は図6の区間dにおけるポンプの状態を現した図である。 本発明の実施形態に係る可変容量形ポンプの効果説明に供する図6相当図である。 本発明に係る可変容量形オイルポンプのエアレーション発生時の油圧−流量特性図である。 本発明の他例に係る可変容量形オイルポンプのエアレーション発生時の油圧−流量特性図である。 従来の可変容量形ポンプの効果説明に供する図9相当図である。
以下に、本発明に係る可変容量形オイルポンプの実施形態を、図面に基づき詳述する。なお、下記の実施形態では、この可変容量形オイルポンプを、自動車用内燃機関の摺動部や機関弁の開閉時期制御に供するバルブタイミング制御装置に対して機関の潤滑油を供給するためのオイルポンプとして適用した例を示している。
このオイルポンプ10は、例えば内燃機関のシリンダブロック(図示外)の前端部等に設けられ、図1に示すように、一端側が開口形成され内部にポンプ収容室13が設けられた縦断面ほぼコ字形状のポンプボディ11と当該ポンプボディ11の前記一端開口を閉塞するカバー部材(図示外)とからなるポンプハウジングと、該ポンプハウジングに回転自在に支持され、前記ポンプ収容室13のほぼ中心部を貫通して図示外のクランクシャフトにより回転駆動される駆動軸14と、前記ポンプ収容室13内に移動(揺動)可能に収容された可動部材であって、後述する第1、第2制御油室31,32及びコイルスプリング33と協働して後述する各ポンプ室PRの容積変化量を変更する可変機構を構成するカムリング15と、該カムリング15の内周側に収容され、駆動軸14により図1中の時計方向に回転駆動されることで、前記カムリング15との間に形成される複数のポンプ室PRの容積を増減させてポンプ作用を行うポンプ要素と、内燃機関のオイルメインギャラリMGの下流側に設けられ、後述する第1、第2制御油室31,32に対する油圧(制御圧)の給排を制御する制御機構であるパイロット弁40と、前記オイルメインギャラリMGから分岐形成される油通路(後述する第2導入通路72)に設けられ、前記オイルメインギャラリMGから前記パイロット弁40へと導かれる制御圧の導入を切替制御する切替機構であるソレノイドバルブ60と、を備えている。
ここで、前記ポンプ要素は、カムリング15の内周側に回転自在に収容され、その中心部が駆動軸14の外周面に嵌着されたロータ16と、該ロータ16の外周部に放射状に切欠形成された複数のスリット16a内にそれぞれ出没自在に収容された複数のベーン17と、前記ロータ16よりも小径に形成され、該ロータ16の内周側両側部に配設された一対のリング部材18,18と、から構成されている。
前記ポンプボディ11は、アルミニウム合金材料によって一体に形成されていて、特に図2に示すように、ポンプ収容室13の端壁のほぼ中央位置には、駆動軸14の一端部を回転自在に支持する軸受孔11aが貫通形成されている。そして、かかる軸受孔11aの外周域には、前記ポンプ要素によるポンプ作用に伴って前記各ポンプ室PRの内部容積が拡大する領域(以下、「吸入領域」という。)に開口するようにしてほぼ円弧凹状の吸入部である吸入ポート21aが、前記各ポンプ室PRの内部容積が縮小する領域(以下、「吐出領域」という。)に開口するようにしてほぼ円弧凹状の吐出部である吐出ポート22aが、それぞれ軸受孔11aを挟んでほぼ対向するように切欠形成されている。
また、前記ポンプ収容室13の内周壁の所定位置には、棒状のピボットピン19を介してカムリング15を揺動自在に支持する横断面ほぼ半円状の支持溝11bが切欠形成されている。さらに、このポンプ収容室13の内周壁のうち、軸受孔11aの中心と支持溝11bの中心とを結んでなる直線(以下、「カムリング基準線」という。)Mに対して図2中の上半側に、後述する第1シール部材30aが常時摺接可能な第1シール摺接面13aが形成されると共に、同図中の下半側に、後述する第2シール部材30bが常時摺接可能な第2シール摺接面13bが形成されている。
前記吸入ポート21aには、その周方向のほぼ中間位置に、後述するスプリング収容室28側へ膨出するように形成された導入部23が一体に設けられていて、該導入部23と吸入ポート21aの境界部近傍には、ポンプボディ11の端壁を貫通して外部へ開口する吸入口21bが貫通形成されている。かかる構成より、内燃機関のオイルパンTに貯留されたオイルが、前記ポンプ要素によるポンプ作用に伴って発生する負圧に基づいて吸入口21b及び吸入ポート21aを介して吸入領域に係るポンプ室PRに吸入されるようになっている。ここで、前記吸入口21aは、前記導入部23と共に吸入領域のカムリング15の外周域に形成される低圧室35と連通するように構成されていて、かかる低圧室35にも前記吸入圧である低圧のオイルが導かれるようになっている。
前記吐出ポート22aは、その始端部に、ポンプボディ11の端壁11aを貫通して外部へと開口する吐出口22bが貫通形成されている。これによって、前記ポンプ作用に基づいて加圧され吐出ポート22aへと吐出されたオイルが、吐出口22bからオイルメインギャラリMGを通じて前記図示外の内燃機関の各摺動部やバルブタイミング制御装置等に供給されることとなる。
また、前記吸入ポート21a及び吐出ポート22aについては、前記図示外のカバー部材の内側面にも前記ポンプボディ11と同様に切欠形成されていて、この吸入ポート21a及び吐出ポート22aと同様に構成された吸入ポート及び吐出ポートが、当該吸入ポート21a及び吐出ポート22aに対向配置されている。
前記駆動軸14は、ポンプボディ11の端壁を貫通して外部へと臨む軸方向一端部が前記図示外のクランクシャフトに連係され、該クランクシャフトから伝達される回転力に基づいてロータ16を図2中の時計方向へと回転させる。ここで、図2に示すように、駆動軸14中心を通り、かつカムリング基準線Mと直交する直線(以下、「カムリング偏心方向線」という。)Nが、吸入領域と吐出領域の境界となっている。
前記ロータ16は、その中心側から径方向外側に向けて放射状に形成された前記複数のスリット16aが切欠形成されていると共に、該各スリット16aの内側基端部には、それぞれ吐出油を導入する横断面ほぼ円形状の背圧室16bが設けられていて、当該ロータ16の回転に伴う遠心力と背圧室16b内の圧力とにより、前記各ベーン17が外方へと押し出されるようになっている。
前記各ベーン17は、ロータ16の回転時において、各先端面がカムリング15の内周面に摺接すると共に、各基端面が前記各リング部材18,18の外周面にそれぞれ摺接するようになっている。すなわち、これらの各ベーン17は、前記各リング部材18,18によってロータ16の径方向外側へ押し上げられる構成となっており、機関回転数が低く、また、前記遠心力や背圧室16bの圧力が小さい場合であっても、各先端がそれぞれカムリング15の内周面と摺接して前記各ポンプ室PRが液密に隔成されるようになっている。
前記カムリング15は、いわゆる燒結金属によりほぼ円筒状に一体形成され、その外周部の所定位置には、ピボットピン19に嵌合することで偏心揺動支点を構成するほぼ円弧凹溝状のピボット部26が軸方向に沿って切欠形成されると共に、該ピボット部26に対しカムリング15の中心を挟んで反対側の位置には、所定のばね定数に設定された付勢部材たるコイルスプリング33に連係するアーム部27が径方向に沿って突設されている。なお、前記アーム部27には、その移動(回動)方向の一側部に、ほぼ円弧凸状に形成された押圧突部27aが突設されていて、該押圧突部27aがコイルスプリング33の先端部に常時当接することによって、アーム部27とコイルスプリング33とが連係するようになっている。
また、このような構成から、前記ポンプボディ11の内部には、支持溝11bと対向する位置に、コイルスプリング33を収容保持するスプリング収容室28が、図2中のカムリング偏心方向線Nに沿うようにポンプ収容室13に隣接して設けられていて、該スプリング収容室28には、その一端壁とアーム部27(押圧突部27a)との間に、所定のセット荷重W1をもってコイルスプリング33が弾装されている。なお、このスプリング収容室28の他端壁は、カムリング15の偏心方向の移動範囲を規制する規制部29として構成され、該規制部29にアーム部27の他側部が当接することにより、カムリング15の偏心方向におけるそれ以上の移動が規制されるようになっている。
ここで、前記コイルスプリング33のセット荷重W1については、内燃機関の最大要求油圧(後述する第3機関要求油圧Pe3)を超える高圧域において、カムリング15の作動油圧(後述する第2作動油圧Pc2)が、パイロット弁40の切替油圧(後述する第2切替油圧Pv2)よりも大きくなるように設定されている。これにより、例えばパイロット弁40のスプール弁体43の寸法誤差やバルブスプリング44のセット荷重W2のばらつきの発生などいかなる場合であっても、カムリング15の第2作動油圧Pc2がパイロット弁40の第2切替油圧Pv2を下回ることがなく、後述する第3機関要求油圧Pe3を確実に満足するように設定されている。
こうして、前記カムリング15は、前記コイルスプリング33の付勢力Ts(図3参照)をもって、アーム部27を介して偏心量が増大する方向(図1中の時計方向であって、以下「偏心方向」という。)へと常時付勢されることで、非作動状態においては、アーム部27の他側部が規制部29に押し付けられた状態となり、その偏心量が最大となる位置に保持されることとなる。
また、前記カムリング15の外周部には、ポンプ収容室13の内周壁にそれぞれ設けられた第1、第2シール摺接面13a,13bと同心円弧状のシール面を有する第1、第2シール構成部15a,15bが突出形成されていて、該各シール構成部15a,15bのシール面に、それぞれ第1、第2シール部材30a,30bが収容保持されている。なお、これらの各シール部材30a,30bは、いずれも例えば低摩擦特性を有するフッ素系樹脂材によってカムリング15の軸方向に沿って直線状に細長く形成され、ゴム製の弾性部材によりバックアップされて前記各シール摺接面13a,13bに押し付けられることで、該各シール摺接面13a,13bと前記各シール構成部15a,15bのシール面との間を液密に隔成している。
そして、かかるシール構造により、前記カムリング15の外周部には、第1、第2シール構成部15a,15bにそれぞれ収容保持された第1、第2シール部材30a,30bとピボットピン19とにより、一対の第1、第2制御油室31,32が隔成されている。この第1、第2制御油室31,32には、前記オイルメインギャラリMGから分岐形成された制御圧導入通路70より機関内油圧としての後述する制御圧が導かれる構成となっている。具体的には、第1制御油室31には制御圧導入通路70からさらに二股に分岐形成された一方の分岐通路である第1導入通路71を通じて、第2制御油室32には他方の分岐通路である第2導入通路72を通じて、それぞれ図示外のオイルフィルタの通過によって減圧されたポンプ吐出圧である前記機関内油圧に相当する制御圧(以下、単に「制御圧」という。)が供給される。
このように、当該制御圧がそれぞれ第1、第2制御油室31,32に面するカムリング15の外周面に構成される第1、第2受圧面15c,15dに作用することにより、カムリング15に対する移動力(揺動力)が付与されることとなる。ここで、前記第1受圧面15cの受圧面積は前記第2受圧面15dの受圧面積よりも小さく設定されていて、この両受圧面15c,15dに同じ油圧が作用した場合には、全体としてその偏心量を減少させる方向(図1中の反時計方向であって、以下「同心方向」という。)にカムリング15を付勢する構成となっている。
こうして、前記カムリング15には、図3に示すように、第1制御油室31の内圧に基づく付勢力T1と吐出領域下流側のポンプ室PRの内圧に基づく付勢力TLとからなる同心方向のトルクTpと、コイルスプリング33のセット荷重に基づく付勢力Tsと前記第2制御油室32の内圧に基づく付勢力T2と吐出領域上流側のポンプ室PRの内圧に基づく付勢力TUとからなる偏心方向のトルクTmと、が作用する。なお、前記ポンプ室PRの内圧に基づく付勢力TL,TUは、両ポンプ室PRの受圧面積差が小さいことから、その合力が、ゼロ又は一方側(同心方向又は偏心方向)の微小なトルクとなる。
そして、上述のような構成から、前記オイルポンプ10では、通常、コイルスプリング33のセット荷重W1に対し両制御油室31,32の内圧に基づく付勢力T1,T2の合力Ttが小さいときは、カムリング15は最も偏心した状態となる一方、制御圧の上昇に伴って両制御油室31,32の内圧に基づく付勢力T1,T2の合力Ttが前記コイルスプリング33のセット荷重W1を上回ったときには、制御圧に基づく前記両制御油室31,32の付勢力の合力Ttに応じてカムリング15が同心方向へと移動することとなる(図7(b)、図8(b)参照)。
前記パイロット弁40は、図4に示すように、一端側開口である導入ポート50を介して第1導入通路71に接続され、他端側開口がプラグ42により閉塞されるほぼ筒状に形成されたバルブボディ41と、該バルブボディ41の内周側において摺動自在に収容され、該バルブボディ41の内周面と摺接する1対の大径状の第1、第2ランド部43a,43bをもって第1、第2制御油室31,32に対する油圧の給排制御に供するスプール弁体43と、前記バルブボディ41の他端側内周においてプラグ42とスプール弁体43との間に所定のセット荷重W2をもって弾装され、スプール弁体43をバルブボディ43の一端側へと常時付勢するバルブスプリング44とから主として構成されている。
前記バルブボディ41には、軸方向両端部を除く範囲に、スプール弁体43の外径(第1、第2ランド部43a,43bの外径)とほぼ同じ内径によって構成される寸胴のバルブ収容部41aが穿設されていて、該バルブ収容部41a内にスプール弁体43が収容配置される。そして、このバルブボディ41の軸方向一端部には、第1導入通路71と接続することによって制御圧の導入に供する導入ポート50が開口形成される一方、他端部には、その内周部に形成された雌ねじ部を介してプラグ42が螺着されている。
さらに、前記バルブ収容部41aの周壁には、軸方向の一端側位置に、第1制御油室31に接続される第1接続ポート51が開口形成され、軸方向の中間位置に、第2制御油室32に接続される第2接続ポート52が開口形成されると共に、第2導入通路72の下流側の通路(以下、単に「下流側通路」という。)72bを介してソレノイドバルブ60に接続されることで第2制御油室32への制御圧の給排に供する給排ポート53が開口形成され、軸方向の他端側位置に、後述の内部通路55を介して導かれる第1、第2制御油室31,32内の油圧の排出に供するドレンポート54が開口形成されている。
前記スプール弁体43は、軸方向の両端部に前記第1、第2ランド部43a,43bが形成されると共に、この両ランド部43a,43b間が小径状の軸部43cにより連接されている。そして、このスプール弁体43がバルブ収容部41a内に収容されることで、該バルブ収容部41aの内部には、第1ランド部43aとバルブボディ41との間に設けられて導入ポート50を介して制御圧が導入される圧力室56と、前記両ランド部43a,43b間に設けられて第2接続ポート52と後述する給排ポート53との中継に供する中継室57と、第2ランド部43bとプラグ42との間に設けられて後述する内部通路55を通じて導かれた油圧の排出に供する背圧室58と、がそれぞれ隔成されている。
また、前記スプール弁体43の内部には、軸方向の他端側から段差縮径状に穿設され、第1制御油室31内の油圧の排出に供する内部通路55が構成されている。すなわち、この内部通路55は、一端側に形成された小径部55aが、スプール弁体43が図3中のような上端側位置にある状態で複数の連通孔59及び該連通孔59を接続する環状溝59aを介して第1接続ポート51と連通する一方、スプール弁体43が図8(b)中のような下端側位置にある状態で当該連通が遮断され、他端側に形成された大径部55bが、バルブスプリング44を収容しつつ、該バルブスプリング44の内周側を通じて背圧室58と連通する構成となっている。
このような構成から、前記パイロット弁40は、導入ポート50より圧力室56に導かれる制御圧が所定の第1切替油圧Pv1以下の状態では、スプール弁体43がバルブスプリング44の付勢力によってバルブ収容部41aの一端側へと押し付けられて、該バルブ収容部41aの一端側の所定範囲である第1位置に位置することとなる(図7(a)参照)。すなわち、スプール弁体43がかかる第1位置に位置することで、第1ランド部43aにより第1接続ポート51が閉塞されて該第1接続ポート51と導入ポート50の連通が遮断されると共に、第2接続ポート53と給排ポート53とが中継室57を介して連通することとなる。
続いて、前記圧力室56に導かれる制御圧が第1切替油圧Pv1を超えると、スプール弁体43がバルブスプリング44の付勢力に抗して前記第1位置からバルブ収容部41aの他端側へと移動し、該バルブ収容部41aの中間位置である第2位置に位置することとなる(図7(b)、図8(a)参照)。すなわち、スプール弁体43がかかる第2位置に位置することで、第1接続ポート51と第1ランド部43aとがほぼオーバーラップするかたちとなってこれにより形成される絞りVを通じて第1接続ポート51と導入ポート50とが圧力室56を介して連通すると共に、前記中継室57を介した第2接続ポート52と給排ポート53の連通状態が引き続き維持される。
そして、前記圧力室56に導かれる制御圧が第2切替油圧Pv2を超えると、バルブスプリング44の付勢力に抗して前記第2位置からさらにバルブ収容部41aの他端側へと移動して、該バルブ収容部41aの他端側に偏倚した所定範囲である第3位置に位置することとなる(図8(b)参照)。すなわち、スプール弁体43がかかる第3位置に位置することで、第1ランド部43aにより第1接続ポート51が十分に開放されるかたちとなって第1接続ポート51と導入ポート50とが圧力室56を介して十分に連通すると共に、第2ランド部43bにより前記中継室57を介した第2接続ポート52と給排ポート53の連通が遮断されて内部通路55を介して第2接続ポート52とドレンポート54とが連通することとなる。
前記ソレノイドバルブ60は、図5に示すように、第2導入通路72の途中に介在する図示外のバルブ収容孔の内部に収容配置され、内部軸方向に沿って油通路65が貫通形成されたほぼ筒状のバルブボディ61と、該バルブボディ61の一端部(同図中の左側端部)において油通路65を拡径形成してなる弁体収容部66の外端部に圧入固定され、中央部に第2導入通路72の上流側の通路(以下、単に「上流側通路」という。)72aと接続される上流側開口部である導入ポート67を有するシート部材62と、該シート部材62の内端部の開口縁に形成されるバルブシート62aに対して離着座自在に設けられ、前記導入ポート67の開閉に供するボール弁体63と、前記バルブボディ61の他端部(同図中の右側端部)に設けられたソレノイド64と、から主として構成されている。
前記バルブボディ61は、一端側の内周部にボール弁体63を収容する前記弁体収容部66が油通路65に対して段差拡径状に設けられ、これによって、当該弁体収容部66の内端部の開口縁にも、前記シート部材62に設けられたバルブシート62aと同様のバルブシート66aが形成されている。さらに、このバルブボディ61の周壁のうち軸方向一端側となる弁体収容部66の外周部に、下流側通路72bに接続されてパイロット弁40に対する油圧の給排に供する給排ポート68が径方向に沿って貫通形成されると共に、他端側となる油通路65の外周部に、オイルパンTに接続されるドレンポート69が径方向に沿って貫通形成されている。
前記ソレノイド64は、ケーシング64a内部に収容されるコイル(図示外)に通電されることにより発生する電磁力をもって、当該コイルの内周側に配置されるアーマチュア(図示外)及びこれに固定されるロッド64bが図5中の左方向へと進出移動する構成となっている。なお、このソレノイド64には、内燃機関の油温や水温、機関回転数など所定のパラメータによって検出ないし算出された機関運転状態に基づいて車載のECU(図示外)から励磁電流が通電されることとなる。
このような構成から、前記ソレノイド64への通電時には、ロッド64bが進出移動することによって当該ロッド64bの先端部に配置されるボール弁体63がシート部材62側のバルブシート62aへと押し付けられ、導入ポート67と給排ポート68の連通が遮断され、油通路65を通じて給排ポート68とドレンポート69とが連通することとなる。一方、当該ソレノイド64の非通電時には、導入ポート67より導かれる制御圧に基づいてボール弁体63が後退移動することによって当該ボール弁体63がバルブボディ61側のバルブシート66aへと押し付けられ、導入ポート67と給排ポート68が連通状態となると共に、給排ポート68とドレンポート69との連通が遮断されることとなる。
以下に、本実施形態に係るオイルポンプ10の特徴的な作用について、図6〜図11に基づいて説明する。
まず、前記オイルポンプ10の作用説明に入る前に、当該オイルポンプ10の吐出圧制御の基準となる内燃機関の必要油圧について、図6に基づいて説明すれば、図中のPe1は、例えば燃費向上等に供するバルブタイミング制御装置を採用した場合の当該装置の要求油圧に相当する第1機関要求油圧を、図中のPe2は、ピストンの冷却に供するオイルジェットを採用する場合の当該装置の要求油圧に相当する第2機関要求油圧を、図中のPe3は、機関高回転時の前記クランクシャフトの軸受部潤滑に要する第3機関要求油圧を、それぞれ示している。そして、これら各点Pe1〜Pe3を実線で繋いだものが、内燃機関の機関回転数Rに応じた理想的な必要油圧(制御圧)であって、同図中における破線が実際のポンプの油圧特性を表している。
また、同図中におけるPv1は、スプール弁体43がバルブスプリング44のセット荷重W1に基づく付勢力に抗して第1位置から第2位置へと移動を開始する第1切替油圧を示し、また、Pv2は、スプール弁体43が前記バルブスプリング44の付勢力に抗して第2位置から第3位置へとさらに移動を開始する第2切替油圧を、それぞれ示している。
かかる前提のもと、前記オイルポンプ10は、機関始動から低回転域までの回転域に相当する図6中の区間aにおいては、図7(a)示すように、制御圧Pが第1切替油圧Pv1よりも小さいため、スプール弁体43が前記第1位置に位置する結果、第1ランド部43aにより第1接続ポート51と圧力室56との連通が遮断されて第1接続ポート51と内部通路55とが連通すると共に、中継室57を通じて第2接続ポート52と給排ポート53とが連通した状態となる。また、当該機関回転域では、ソレノイド64には励磁電流が通電され、導入ポート67と給排ポート68との連通が遮断され、かつ給排ポート68とドレンポート69とが連通した状態となる。その結果、第1制御油室31内のオイルは内部通路55及びドレンポート54等を介してオイルパンTへと排出されると共に、第2制御油室32内のオイルは中継室57、給排ポート53及びソレノイドバルブ60等を介してオイルパンTへと排出されて、第1、第2制御油室31,32には油圧が作用せず、該両制御油室31,32内の圧力は共に大気圧となる。すなわち、制御圧Pが第1作動油圧Pc1よりも低い状態となる結果、カムリング15は最大偏心状態で保持され、制御圧Pは機関回転数Rにほぼ比例するかたちで増大する特性となる。
その後、機関回転数Rが上昇して制御圧Pが第1切替油圧Pv1に到達すると(図6参照)、図7(b)に示すように、引き続き前記ソレノイド64の通電状態が維持されたまま、パイロット弁40においてスプール弁体43がバルブスプリング44の付勢力に抗してプラグ42側へと僅かに移動することで第1位置から第2位置へと切り替わる。これにより、第1ランド部43aによって第1接続ポート51と内部通路55との連通が遮断され、第1接続ポート51と圧力室56とが僅かに連通すると共に、前記区間aと同様、中継室57等を介して第2接続ポート52とオイルパンTとが連通した状態となる。その結果、第1制御油室31には、第1接続ポート51と第1ランド部43aがオーバーラップすることによって形成される絞りVを介して第1切替油圧Pv1よりも若干減圧された制御圧Pxが導入される一方、第2制御油室32内のオイルは引き続きオイルパンTに排出され、第1制御油室31のみに油圧が作用する。すると、第1作動油圧Pc1は第1切替油圧Pv1よりも小さく、前記油圧Pxにより作動可能に構成されていることから、第1制御油室31の内圧に基づく付勢力T1がコイルスプリング33の付勢力Tsに打ち勝ち、カムリング15が同心方向へと僅かに移動する。
すると、このカムリング15の同心方向の移動に伴う当該カムリング15の偏心量の減少によって制御圧Pが低下し、該制御圧Pが第1切替油圧Pv1を下回ることとなる結果、スプール弁体43がバルブスプリング44の付勢力により第2位置から第1位置へと押し戻される。これにより、前述のごとく第1制御油室31内のオイルが排出され、該第1制御油室31の内圧に基づく付勢力T1がコイルスプリング33の付勢力Tsを下回ることで、カムリング15が再び図7(a)に示すような最大偏心状態となる。
こうして、第1制御油室31に連通する第1接続ポート51と、圧力室56を介した導入ポート50、又は内部通路55を介したドレンポート54との接続がパイロット弁40のスプール弁体43によって連続的に交互に切り替わることで、制御圧Pが第1切替油圧Pv1に維持されるように調整され、オイルポンプ10の制御圧Pがほぼフラットな特性となる(図6中の区間b)。
続いて、前記パイロット弁40のスプール弁体43が第2位置にある状態で機関回転数Rがさらに上昇すると、図8(a)に示すように、まずソレノイド64に対する通電が遮断され、導入ポート67と給排ポート68とが連通する一方、給排ポート68とドレンポート69との連通が遮断されることとなる。ここで、制御圧Pは第2切替油圧Pv2よりも小さいことから、スプール弁体43は前記第1位置に保持される結果、圧力室56を介して導入ポート50と第1接続ポート51とが連通すると共に、中継室57を介して給排ポート53と第2接続ポート52とが連通した状態となる。その結果、第1制御油室31には、第1ランド部43aによって形成される前記絞りVを介して減圧された制御圧Pxが供給されると共に、第2制御油室32には、第2導入通路8bを通じて導かれた制御圧Pが供給される。これにより、コイルスプリング33の付勢力Tsと第2制御油室32の内圧に基づく付勢力T2との合力である偏心方向の付勢力Tmが第1制御油室31の内圧に基づく同心方向の付勢力T1を上回ることとなって、カムリング15が偏心方向へと押し戻されて、制御圧Pの増加量が再び大きくなる(図6中の区間c)。
その後、かかる増大特性に基づいて制御圧Pが上昇して第2切替油圧Pv2に到達すると(図6参照)、図8(b)に示すように、引き続き前記ソレノイド64の非通電状態が維持されたまま、パイロット弁40において導入ポート50から圧力室56に導入される制御圧Pに基づいてスプール弁体43がバルブスプリング44の付勢力に抗してプラグ42側へ移動することで第2位置から第3位置へと切り替わる。これにより、導入ポート50と第1接続ポート51とが圧力室56を介して十分な開口量をもって連通する一方、第2ランド部43bによって第2接続ポート52と中継室57との連通が遮断されて内部通路55を介して第2接続ポート52とドレンポート54とが連通した状態となる。その結果、第1制御油室31には十分な制御圧が供給される一方、第2制御油室32内のオイルは内部通路55よりドレンポート54を介してオイルパンTへと排出されて、第1制御油室31のみに油圧が作用する。これにより、第1制御油室31の内圧に基づく同心方向の付勢力T1がコイルスプリング33による偏心方向の付勢力Tsを上回り、カムリング15が同心方向へと移動する。
すると、このカムリング15の同心方向の移動に伴う当該カムリング15の偏心量の減少によって制御圧Pが低下し、該制御圧Pが第2切替油圧Pv2を下回ることとなる結果、スプール弁体43がバルブスプリング44の付勢力により第3位置から第2位置へと押し戻される。これにより、前述のごとく第2制御油室32に再び制御圧Pが供給され、該第2制御油室32の内圧に基づく付勢力T2とコイルスプリング33の付勢力Tsとの合力である偏心方向の付勢力Tmが第1制御油室31の内圧に基づく付勢力T1を上回ることで、カムリング15が偏心方向へと押し戻されて(図8(a)参照)、制御圧Pの増加量が再び大きくなる。
こうして、第2制御油室32に連通する第2接続ポート52と、中継室57を介した給排ポート53(導入ポート67)、又は内部通路55を介したドレンポート54との接続がパイロット弁40のスプール弁体43によって連続的に交互に切り替わることで、制御圧Pが第2切替油圧Pv2に維持されるように調整され、オイルポンプ10の制御圧Pがほぼフラットな特性となる(図6中の区間d)。
以上のようにして、カムリング15の揺動制御を行うにあたり、従来では、吸入に伴いポンプ室PR内のオイルに気泡が混入するいわゆるエアレーションの発生による当該ポンプ室PR内の内圧の低下について、何ら考慮されていなかった。このため、吸入中に気泡が発生すると、気体によりオイルの体積弾性係数が低下して圧縮性をもつようになることから、吸入領域における膨張行程から吐出領域の圧縮行程へと移行しても、ポンプ室PR内においてはオイルに混入した気泡の体積が変化するだけで、該ポンプ室PRの内圧が直ちに吐出圧へと上昇せず、吐出領域上流側のポンプ室PRの内圧に基づく付勢力TUに対して吐出領域下流側のポンプ室PRの内圧に基づく付勢力TLが大きくなってしまっていた。
このように、同心方向に作用する吐出領域下流側のポンプ室PRの内圧に基づく付勢力TLが相対的に大きくなることによって、同心方向のトルクTpが偏心方向のトルクTmを上回ることとなる結果、図12中に一点鎖線で示すように、前記エアレーションが発生していない状態(同図中の破線)に対して、第2作動油圧Pc2が低下してしまい(同図中のPc2’)、高回転域において内燃機関の最大要求油圧である第3機関要求油圧Pe3を満足できないおそれがあった。
また、前記各ポンプ室PRの内圧は吐出ポート22aの油圧が逆流することによって上昇するところ、機関高回転域のように、機関回転数が高いときほど各ポンプ室PRの油圧が低いまま回転してしまうこととなり、当該低圧となる範囲がより広くなってしまう。その結果、前記吐出領域におけるポンプ室PRの内圧に基づく付勢力TL,TUのうち同心方向に作用する前記吐出領域下流側の付勢力TLは、機関回転数が高いときほど大きくなるため、前記第2作動油圧Pc2がより一層低下してしまうこととなっていた。
これに対し、前記オイルポンプ10では、予め前記エアレーションによる各ポンプ室PRの油圧の低下を考慮して、機関最大要求油圧である第3機関要求油圧Pe3を超える高圧域におけるカムリング15の作動油圧である第2作動油圧Pc2を、パイロット弁40の作動油圧である第2切替油圧Pv2よりも大きくなるように構成したことから、図9中に破線で示されるような前記エアレーションが発生していない場合は勿論、図9中に一点鎖線で示されるような前記エアレーションの発生によって各ポンプ室PRの内圧が低下してしまった場合、すなわち当該各ポンプ室PRの内圧の低下に基づいてカムリング15の偏心量が減少してしまうことにより吐出圧(制御圧)が低下してしまった場合であっても、前記機関最大要求油圧である第3機関要求油圧Pe3を確保することができる。
以上のように、本実施形態に係るオイルポンプ10によれば、機関最大要求油圧である第3機関要求油圧Pe3を超える高圧域において第2作動油圧Pc2がパイロット弁40の第2切替油圧Pv2よりも大きくなるように構成したことで、前記エアレーションの発生によって吐出圧(制御圧)の低下が生じた場合であっても前記第3機関要求油圧Pe3を確保することができ、内燃機関の適切な性能維持に供される。
しかも、前記オイルポンプ10の場合、コイルスプリング33とバルブスプリング44の2つの付勢部材でもってカムリング15及びパイロット弁40の各作動油圧Pc2,Pv2を設定できるため、該各作動油圧Pc2,Pv2の調整がしやすく、当該オイルポンプ10の良好な生産性の確保や製造コストの低廉化に寄与することができる。
また、前記オイルポンプ10の場合、前記カムリング15の作動について、機関低回転域では第1作動油圧Pc1を維持しつつ機関高回転域では第1作動油圧よりも高い第2作動油圧Pc2を維持する2段階特性を有し、当該高回転域において要求される第3機関要求油圧Pe3を満足することから、とりわけカムリング15の作動油圧が低下しやすい高回転域における吐出圧(制御圧)の低下を抑制できるメリットがある。
なお、本実施形態では、前記第2作動油圧Pc2の調整にあたり、当該調整をコイルスプリング33及びバルブスプリング44の各セット荷重W1,W2を調整することで実現しているが、本発明はかかる手段に限定されるものではなく、例えばカムリング15の一対の受圧面である第1、第2受圧面15c,15dの受圧面積差をもって調整することによって実現することも可能であり、当該手段についてはポンプや搭載車両の仕様等に応じて自由に変更することができる。なお、前記第1、第2受圧面15c,15dの受圧面積差により第2作動油圧Pc2の調整を行う場合には、前記各スプリング33,44のセット荷重W1,W2の設定を変更することなく、カムリング15の作動油圧Pc2を変更できるメリットがある。
また、前記エアレーションが発生していない状態の特性を実線で、前記エアレーションが発生した状態の特性を破線で、機関内部の抵抗を表す機関抵抗線を一点鎖線でそれぞれ示した図10、図11に示されるように、本発明には、図10に示されるようなエアレーション発生時の第2作動油圧Pc2’が常に第3機関要求油圧Pe3を上回るものだけでなく、例えば図11に示されるようなエアレーション発生時の第2作動油圧Pc2’が第3機関要求油圧Pe3以下となるものの吐出流量に余裕があることで当該第3機関要求油圧Pe3を満足しうるものも含まれることは言うまでもない。
また、本発明は、本実施形態として例示した前記オイルポンプ10のほか、他のカムリング制御構造を有する周知の可変容量形オイルポンプ、例えば特開2013−1330090号公報の図4に示すような1対のコイルスプリングである第1、第2スプリング33,34によってカムリングの揺動制御を行うオイルポンプについても適用可能である。そして、かかるオイルポンプについても、第1、第2スプリング33,34の付勢力及びバルブスプリング44の付勢力を調整したり、第1、第2受圧面15j,15kの両受圧面積を調整したりすることで、予め前記エアレーションによる各ポンプ室PRの油圧の低下を考慮し、機関最大要求油圧である第3機関要求油圧Pe3を超える高圧域での第2作動油圧が切替制御弁40の第2切替油圧Pv2よりも大きくなるように構成することで、前述したような本発明の作用効果を実現することができる。
その他、本発明は、前記各実施形態に開示の構成に限定されるものではなく、例えば前記第1〜第3機関要求油圧Pe1〜Pe3や前記第1、第2切替油圧Pv1,Pv2、パイロット弁40やソレノイドバルブ60の具体的構成及び油路の取り回し等については、オイルポンプ10が搭載される車両の内燃機関やバルブタイミング制御装置等の仕様に応じて自由に変更することができる。
また、前記実施形態では、前記カムリング15を揺動させることで吐出量を可変にする形態を例に説明しているが、当該吐出量を可変にする手段としては、上記揺動に係る手段のみならず、例えばカムリング15を径方向へと直線的に移動させることによって行うこととしてもよい。換言すれば、吐出量を変更し得る構成(前記ポンプ室PRの容積変化量を変更し得る構成)であれば、カムリング15の移動の態様は問わない。
さらに、前記実施形態では、本発明を可変容量形ベーンポンプに適用した例について説明したため、本発明に係る可変部材としてカムリング15を挙げ、この揺動自在に設けたカムリング15並びにその外周側に配置した第1、第2制御油室31,32及びコイルスプリング33により可変機構を構成しているが、他の形式の可変容量形ポンプ、例えばトロコイド型ポンプに本発明を適用する場合には、外接歯車を構成するアウターロータが前記可動部材に該当する。そして、当該アウターロータを前記カムリング15と同様に偏心移動自在に配置すると共にその外周側に前記制御油室やスプリングを配置することにより、前記可変機構が構成されることとなる。
以下に、前記実施形態から把握される特許請求の範囲に記載した発明以外の技術的思想について説明する。
(a)請求項3に記載の可変容量形オイルポンプにおいて、
前記付勢部材は2つ設けられ、前記制御ばね部材は1つ設けられていることを特徴とする請求項3に記載の可変容量形オイルポンプ。
(b)前記(a)に記載の可変容量形オイルポンプにおいて、
前記2つの付勢部材は、前記可動部材を付勢する方向がそれぞれ異なることを特徴とする可変容量形オイルポンプ。
(c)請求項2に記載の可変容量形オイルポンプにおいて、
前記最大要求油圧は、前記内燃機関の潤滑に供する油圧であることを特徴とする可変容量形オイルポンプ。
(d)請求項7に記載の可変容量形オイルポンプにおいて、
前記高回転領域において要求される前記内燃機関の最大要求油圧を満足し、
前記付勢機構が有する付勢部材と、前記制御機構が有する制御ばね部材とでもって、前記内燃機関の最大要求油圧を超える高圧域での前記可動部材の作動油圧と前記制御機構の作動油圧との関係が設定されていることを特徴とする可変容量形オイルポンプ。
かかる構成によれば、2つの付勢部材でもって可動部材及び制御機構の作動油圧を設定できるため、該作動油圧の調整がしやすく、良好な生産性の確保や製造コストの低廉化に供される。
(e)前記(d)に記載の可変容量形オイルポンプにおいて、
前記第1制御油室と前記第2制御油室は前記カムリングの外周側に設けられ、かつ該カムリングの外周側に設けられた揺動支点によって隔成されていることを特徴とする可変容量形オイルポンプ。
(f)前記(e)に記載の可変容量形オイルポンプにおいて、
前記制御機構は、パイロット弁によって構成されることを特徴とする可変容量形オイルポンプ。
10…オイルポンプ
15…カムリング(可動部材)
16…ロータ(ポンプ要素)
17…ベーン(ポンプ要素)
21a…吸入ポート(吸入部)
22a…吐出ポート(吐出部)
31…第1制御油室
32…第2制御油室
33…コイルスプリング(付勢部材)
40…パイロット弁(制御機構)
PR…ポンプ室

Claims (8)

  1. 少なくとも内燃機関の各摺動部にオイルを供給する可変容量形オイルポンプであって、
    内燃機関により回転駆動され、複数のポンプ室の内部容積が変化することにより、吸入部を介してオイルを吸入すると共に、吐出部を介してオイルを吐出するポンプ要素と、
    可動部材の移動をもって前記複数のポンプ室の容積変化量を増減させる可変機構と、
    予圧が作用した状態で設けられ、前記複数のポンプ室の容積変化量が増大する方向へ前記可動部材を付勢する付勢機構と、
    前記吐出部から吐出されたオイルを供給することによって、前記可動部材に対する前記複数のポンプ室の容積変化量が減少する方向の付勢力発生に供する第1制御油室と、
    前記吐出部から吐出されたオイルを供給することによって、前記可動部材に対する前記複数のポンプ室の容積変化量が変化する方向の付勢力発生に供する第2制御油室と、
    前記ポンプ室の容積変化量が最小となる前に作動し、前記吐出圧が大きくなるに従って、前記第2制御油室内のオイルを排出し、又は前記第2制御油室にオイルを供給する制御機構と、
    を備え、
    前記内燃機関の最大要求油圧を超える高圧域において、前記可動部材の作動油圧を前記制御機構の作動油圧よりも大きく設定したことを特徴とする可変容量形オイルポンプ。
  2. 前記可動部材の作動につき、前記内燃機関の低回転領域では第1作動油圧を維持し、高回転領域では前記第1作動油圧よりも高い第2作動油圧を維持する2段階特性を有し、
    前記高回転領域において要求される前記内燃機関の最大要求油圧を満足することを特徴とする請求項1に記載の可変容量形オイルポンプ。
  3. 前記付勢機構が有する付勢部材と、前記制御機構が有する制御ばね部材とでもって、前記内燃機関の最大要求油圧を超える高圧域での前記可動部材の作動油圧と前記制御機構の作動油圧との関係が設定されていることを特徴とする請求項2に記載の可変容量形オイルポンプ。
  4. 前記付勢部材は1つ設けられ、前記制御ばね部材は1つ設けられていることを特徴とする請求項3に記載の可変容量形オイルポンプ。
  5. 前記第1制御油室と前記第2制御油室の受圧面積差をもって、前記内燃機関の最大要求油圧を超える高圧域での前記可動部材の作動油圧と前記制御機構の作動油圧との関係が設定されていることを特徴とする請求項2に記載の可変容量形オイルポンプ。
  6. 前記付勢機構は、1つの付勢部材を備えると共に、
    前記制御機構は、
    前記吐出圧が導かれる導入ポートと、前記第1制御油室と連通する第1制御ポートと、前記第2制御油室と連通する第2制御ポートと、前記各制御油室のオイルの排出に供するドレンポートとを有するバルブボディと、
    前記バルブボディ内に摺動自在に設けられ、前記各ポートの連通状態を制御するスプール弁と、
    前記スプール弁を前記付勢部材よりも小さな付勢力で付勢する制御ばね部材と、
    を備え、
    前記付勢部材と前記制御ばね部材とによって、前記内燃機関の最大要求油圧を超える高圧域における前記可動部材の作動油圧と前記制御機構の作動油圧との関係が設定されていることを特徴とする請求項1に記載の可変容量形オイルポンプ。
  7. 少なくとも内燃機関の各摺動部にオイルを供給する可変容量形オイルポンプであって、
    内燃機関により回転駆動されるロータと、
    前記ロータの外周に出没自在に収容される複数のベーンと、
    前記ロータ及びベーンを内周側に収容することで複数のポンプ室を隔成し、前記ロータに対し偏心移動することで前記複数のポンプ室の容積変化量を増減させるカムリングと、
    前記ポンプ室の内部容積が増大する吸入領域に開口形成された吸入部と、
    前記ポンプ室の内部容積が減少する吐出領域に開口形成された吐出部と、
    予圧が作用した状態で設けられ、前記カムリングを偏心量が増大する方向へ付勢する付勢機構と、
    前記吐出部から吐出されたオイルを供給することによって、前記カムリングに対する前記複数のポンプ室の容積変化量が減少する方向の付勢力発生に供する第1制御油室と、
    前記吐出部から吐出されたオイルを供給することによって、前記カムリングに対する前記複数のポンプ室の容積変化量が変化する方向の付勢力発生に供する第2制御油室と、
    前記ポンプ室の容積変化量が最小となる前に作動し、前記吐出圧が大きくなるに従って前記第2制御油室内のオイルをより多く排出可能に構成された制御機構と、
    を備え、
    前記内燃機関の最大要求油圧を超える高圧域において、前記カムリングの作動油圧を前記制御機構の作動油圧よりも大きく設定したことを特徴とする可変容量形オイルポンプ。
  8. 少なくとも内燃機関の各摺動部にオイルを供給する可変容量形オイルポンプであって、
    内燃機関により回転駆動されるロータと、
    前記ロータの外周に出没自在に収容される複数のベーンと、
    前記ロータ及びベーンを内周側に収容することで複数のポンプ室を隔成し、前記ロータに対し偏心移動することで前記複数のポンプ室の容積変化量を増減させるカムリングと、
    前記ポンプ室の内部容積が増大する吸入領域に開口形成された吸入部と、
    前記ポンプ室の内部容積が減少する吐出領域に開口形成された吐出部と、
    予圧が作用した状態で設けられ、前記カムリングを偏心量が増大する方向へ付勢する付勢機構と、
    前記吐出部から吐出されたオイルを供給することによって、前記カムリングに対する前記複数のポンプ室の容積変化量が減少する方向の付勢力発生に供する第1制御油室と、
    前記吐出部から吐出されたオイルを供給することによって、前記カムリングに対する前記複数のポンプ室の容積変化量が変化する方向の付勢力発生に供する第2制御油室と、
    前記ポンプ室の容積変化量が最小となる前に作動し、前記吐出圧が大きくなるに従って、前記第2制御油室内のオイルを排出し、又は前記第2制御油室にオイルを供給する制御機構と、
    を備え、
    前記カムリングの作動油圧を、前記内燃機関内の抵抗を考慮したうえで該内燃機関が必要とする最大要求油圧を満たす設定としたことを特徴とする可変容量形オイルポンプ。
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