JP2021169791A - オイルポンプ - Google Patents

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Abstract

【課題】ポンプロータの回転抵抗を安定的に低減し、ポンプロータの円滑な回転を実現できるオイルポンプを提供する。【解決手段】ハウジング18,31には、ポンプ室12にオイルを吸入する吸入ポート41と、ポンプ室12のオイルを吐出する吐出ポート42とが形成され、吐出ポート42は、ポンプ室12を挟んで、吐出油路44に直接接続された第1吐出ポート42aと、第2吐出ポート42bとを有しており、吸入ポート41は、ポンプ室12を挟んで、第1吐出ポート42aと同じ側に配置された第1吸入ポート41aと、第2吐出ポート42bと同じ側に配置された第2吸入ポート41bとを有しており、吐出ポート42の第2吐出ポート42bの側に、第2吐出ポート42bと連通して、第2吐出ポート42b内のオイルの圧力を低下させる減圧油路50が形成されている。【選択図】図1

Description

本発明は、オイルポンプに関する。
オイルポンプは、内歯を有するアウタロータと、外歯を有するインナロータと、アウタロータ及びインナロータを収容するハウジングと、インナロータに接続される駆動軸とを備えて構成される。ハウジングには、ポンプ室にオイルを吸入する吸入ポートと、ポンプ室のオイルを吐出する吐出ポートとが形成されている。オイルポンプは、アウタロータに対して偏心して配置されたインナロータを駆動軸によって回転させることで、吸入ポートから吐出ポートに向けてオイルが圧送される。このようなオイルポンプは、例えば特許文献1に示されている。
国際公開第2019/208073号
特許文献1に示されるオイルポンプでは、吐出ポートには、ポンプ室を挟んで、吸入ポートと連通する袋構造領域と、吐出油路に連続する開放領域とが存在する。ここで、オイルポンプの作動時に、吐出ポートの側には常時正圧が作用する。したがって、吐出ポートにおいては、袋構造領域におけるオイルの圧力は開放領域におけるオイルの圧力よりも高くなる。このように、ハウジング内にはオイルの圧力差が存在するため、ポンプ室ではアウタロータが吐出ポートの開放領域側に押し付けられて、ハウジングの内面に対するポンプロータの摺動摩擦(回転抵抗)が増大する。その結果、オイルが流れ難くなるとともに振動や騒音が発生し易くなる。
モータを駆動源とするオイルポンプでは、モータへの入力電圧を一定にした場合、モータ回転数の上昇に伴いモータの駆動トルクが小さくなり、モータ電流が低下する。ここで、電動オイルポンプのオイル吐出量はモータ回転数に比例する。このため、モータ回転数が上昇してモータ電流が低下すると、単位電流当たりのオイル吐出量が増加することになり、ポンプ効率が高まる。しかし、アウタロータが吐出ポートの開放領域側に押し付けられることでアウタロータの回転抵抗が増大してモータ回転数が低下すると、駆動トルクが大きくなりモータ電流が上昇する。そうなると、単位電流当たりのオイル吐出量が減少することになり、ポンプ効率が低下する。
上記実情に鑑み、ポンプロータの回転抵抗を安定的に低減し、ポンプロータの円滑な回転を実現できるオイルポンプが望まれている。
本発明に係るオイルポンプの特徴構成は、内歯を有するアウタロータと、前記内歯と噛み合う外歯を有するインナロータと、前記インナロータに接続され、前記インナロータを回転駆動する駆動軸と、前記インナロータ及び前記アウタロータを収容するポンプ室を有するハウジングと、を備え、前記ハウジングには、前記ポンプ室にオイルを吸入する吸入ポートと、前記ポンプ室のオイルを吐出する吐出ポートとが形成され、前記吐出ポートは、前記ポンプ室を挟んで、吐出油路に直接接続された第1吐出ポートと、第2吐出ポートとを有しており、前記吸入ポートは、前記ポンプ室を挟んで、前記第1吐出ポートと同じ側に配置された第1吸入ポートと、前記第2吐出ポートと同じ側に配置された第2吸入ポートとを有しており、前記吐出ポートの前記第2吐出ポートの側に、前記第2吐出ポートと連通して、前記第2吐出ポート内のオイルの圧力を低下させる減圧油路が形成されている点にある。
オイルポンプでは、吐出ポートにおいてオイルの圧力が高められた状態でオイルが吐出する。ここで、吐出ポートにおいて、第1吐出ポートは吐出油路に接続されているのに対し、第2吐出ポートはポンプ室に連通しているものの吐出油路に接続されていない。そのため、第2吐出ポートのオイルの圧力は第1吐出ポートのオイルの圧力よりも高くなる。この場合、ポンプロータにおけるアウタロータは、第2吐出ポートのオイルの圧力によって第1吐出ポートに向けて押し付けられ易く、ポンプ室において摩擦が生じ易い。そこで、本構成では、吐出油路に接続された第1吐出ポートとは反対の側の第2吐出ポートの側に、第2吐出ポートと連通して、第2吐出ポート内のオイルの圧力を低下させる減圧油路が形成されている。したがって、第2吐出ポート内のオイルの一部が減圧油路を流れることで、第2吐出ポート内のオイルの圧力を低下させることができる。これにより、アウタロータが第1吐出ポート側に押し付けられ難くなり、オイルポンプにおいてポンプロータの回転抵抗を安定的に低減することができる。その結果、オイルポンプにおいて、ポンプロータのスムースな回転を実現することができ、ポンプ効率が向上させることができる。
他の特徴構成は、前記減圧油路は、前記第2吐出ポートから外部に亘って形成されている点にある。
本構成によれば、減圧油路が第2吐出ポートから外部に亘って形成されているので、第2吐出ポートのオイルは減圧油路を介して外部に流出することができる。これにより、第2吐出ポートのオイルの圧力を確実に低下させることができる。
他の特徴構成として、前記減圧油路は、前記第2吐出ポートから前記第2吸入ポートに亘って形成されている点にある。
本構成によれば、減圧油路は第2吐出ポートから第2吸入ポートに亘って形成されているので、第2ポートのオイルは減圧油路を介して第2吸入ポートに戻すことができる。これにより、第2吐出ポートのオイルの圧力を確実に低下させることができるとともに、オイルポンプは、第2吐出ポート内のオイルを外部に排出することなく有効利用することができる。
他の特徴構成は、前記減圧油路は、前記駆動軸に対して前記第2吐出ポート及び前記第2吸入ポートの外側に形成され、且つ、前記駆動軸の軸心と前記減圧流路の両端とをそれぞれ仮想直線で結んだときの前記減圧油路が形成された側の2本の前記仮想直線のなす角度が180度以上である点にある。
本構成によれば、第2吐出ポートから第2吸入ポートに亘って形成される減圧油路は、駆動軸の軸心周りにおいて180度以上に亘って形成される。これにより、減圧油路は第2吐出ポートのオイルが流れる領域を広く確保することができる。その結果、オイルポンプは、減圧油路によって第2吐出ポート内のオイルの圧力を確実に低下させることができる。
他の特徴構成は、前記第2吐出ポートは、前記駆動軸に沿う方向視において、前記アウタロータの前記内歯と前記インナロータの前記外歯とが噛み合う部分に沿って三日月形状に形成されるとともに長手方向の両端のうち一端側が他端側よりも幅広に形成されており、前記減圧油路は、前記第2吐出ポートの前記他端側に連通するように形成されている点にある。
本構成によれば、駆動軸に沿う方向視において、三日月形状に形成された第2吐出ポートは、長手方向の両端のうち一端側が他端側よりも幅広に形成されている。ここで、オイルポンプは、吐出ポートはオイルの圧力を高めてオイルを吐出することから、幅広の一端側よりも幅狭の他端側の方がオイルの圧力は高まりやすい。そこで、本構成では、減圧油路が第2吐出ポートの幅狭の他端側に連通するように形成されている。これにより、第2吐出ポートのオイルの圧力をより効果的に低下させることができる。
他の特徴構成は、前記減圧油路は、前記ハウジングに形成された溝によって構成されている点にある。
本構成によれば、減圧油路はハウジングに形成された溝によって構成されているので、オイルポンプにおいて減圧油路を容易に形成することができる。
オイルポンプの側面断面図である。 図1のII−II矢視断面図である。 図1のIII−III矢視断面図である。 実施例及び比較例における吐出圧と電流及び流量との関係を示すグラフである。 第1実施形態の変形例の要部断面図である。 第2実施形態の要部断面図である。 第2実施形態の変形例の要部断面図である。 第3実施形態の要部断面図である。 別実施形態の要部断面図である。
以下、本発明の実施形態に係るオイルポンプを図面に基づいて説明する。
図1に示すように、オイルポンプ1は、ポンプ部10とモータ部30とを備えて構成されている。
ポンプ部10は、ポンプボディ11と、ポンプロータ14と、ポンプカバー18を備えている。ポンプボディ11とポンプカバー18はハウジングの一例である。ポンプロータ14は、インナロータ15とアウタロータ16とによって構成されている。モータ部30はポンプ部10に隣接して配置されている。モータ部30は、モータボディ31と、モータロータ32と、ステータ33と、モータカバー34を備えている。モータボディ31はハウジングの一例である。
図1及び図2に示すように、ポンプボディ11は、外形が円筒状であり、内部がポンプロータ14を収容するポンプ室12として形成されている。ポンプカバー18は、ポンプボディ11に隣接して配置されている。ポンプカバー18とポンプボディ11とは不図示のネジにより締結され、一体化されている。ポンプカバー18及びモータボディ31には、ポンプ室12にオイルを吸入する吸入ポート41と、ポンプ室12のオイルを吐出する吐出ポート42とが形成されている。
吐出ポート42は、ポンプ室12を挟んで、第1吐出ポート42aと、第2吐出ポート42bとを有している。吸入ポート41は、ポンプ室12を挟んで、第1吐出ポート42aと同じ側に配置された第1吸入ポート41aと、第2吐出ポート42bと同じ側に配置された第2吸入ポート41bとを有している。本実施形態では、第1吸入ポート41a及び第1吐出ポート42aがポンプカバー18に形成され、第2吸入ポート41b及び第2吐出ポート42bがモータボディ31に形成されている。ポンプカバー18には、第1吸入ポート41aから外方に向かって吸入油路43が延出し、第1吐出ポート42aから外方に向かって吐出油路44が延出している。
ポンプ室12の軸心から偏心した箇所には軸受孔19が形成され、インナロータ15を回転駆動する回転軸13(駆動軸の一例)が軸受孔19とインナロータ15を貫通するように挿入されて接続されている。回転軸13は軸受孔19によって回転自在に支持され、回転軸13とインナロータ15とは共通の軸心Xを持ち一体となって回転する。
モータ部30において、モータロータ32が円筒状に形成され、環状のステータ33がモータロータ32の外側に配置される。モータロータ32とステータ33はいずれも軸心Xと同軸心である。モータロータ32は、電磁鋼板を積層した円筒状のロータヨーク35の内部にマグネット36を収容して固着したものであり、回転軸13と一体となって回転する。ステータ33は、電磁鋼板を積層したステータコア37と、ステータコア37のティースを覆う絶縁体のコイル支持枠38と、コイル支持枠38の上から巻回されたコイル39とから構成されている。コイル39には外部のドライバ部からの電力供給により、交流電流が印加される。交流電流によるコイル39とマグネット36との吸引、反発の繰り返しによりモータロータ32が回転し、それに伴いインナロータ15が回転する。
図2に示すように、ポンプロータ14は、インナロータ15に形成された外歯15aとアウタロータ16に形成された内歯16aとが噛み合うように構成され、アウタロータ16の軸心はポンプ室12の軸心に一致している。インナロータ15が回転すると、アウタロータ16がインナロータ15の周囲を連れ回りする。インナロータ15の外歯15aとアウタロータ16の内歯16aとの間には、回転に伴い容積が増減する多数のセル17が形成されている。セル17にはオイルが貯留される。
図2及び図3に示すように、吸入ポート41a、41b及び吐出ポート42a、42bは、三日月形状の溝であり、吸入ポート41a、41bは、ポンプロータ14の回転時にセル17の容積が増大する方向に沿ってセル17と連通するように形成されており、吐出ポート42a、42bは、ポンプロータ14の回転時にセル17の容積が減少する方向に沿ってセル17と連通するように形成されている。図3に第2吸入ポート41b及び第2吐出ポート42bを示す。
吸入ポート41に連通するセル17は、ポンプロータ14が回転するにつれて容積が大きくなるので、セル17には負圧が発生し、吸入ポート41からオイルを吸入する。その後、オイルが貯留された状態で吐出ポート42と連通したセル17は、ポンプロータ14が回転するにつれて容積が小さくなるので、セル17には正圧が発生し、吐出ポート42に向けてオイルを吐出する。吐出ポート42に吐出されたオイルは、吐出油路44を圧送される。
図1〜図3に示すように、モータボディ31には、回転軸13と対向する内周領域に潤滑溝45が形成されている。潤滑溝45は、第2吐出ポート42bに連通しており、軸受孔19と回転軸13の隙間にオイルを浸入させ、回転軸13を潤滑させるために設けられている。
オイルポンプ1では、上述したように、吐出ポート42においてオイルの圧力(以下、「オイル圧」とも称する)が高められた状態でオイルが吐出される。ここで、吐出ポート42では、第1吐出ポート42aは吐出油路44に接続されているのに対し、第2吐出ポート42bはポンプ室12に連通しているものの吐出油路44に接続されていない。そのため、第2吐出ポート42bのオイル圧が第1吐出ポート42aのオイル圧よりも高くなる。この場合、アウタロータ16は、第2吐出ポート42bのオイル圧によって第1吐出ポート42aに向けて押し付けられ易く、ポンプ室12において摩擦が生じ易い。
そこで、本実施形態では、図1及び図3に示すように、モータボディ31は、第2吐出ポート42bから外部に亘って形成される第1溝部51を有する。第1溝部51は、ポンプ室12の圧力バランスを保つために設けられている。すなわち、第1溝部51は第2吐出ポート42b内のオイルの圧力を低下させる減圧油路50であり、圧力バランス溝として機能する。すなわち、第2吐出ポート42b内のオイルの一部が減圧油路50(第1溝部51)を流れることで、第2吐出ポート42b内のオイルの圧力を低下させることができる。具体的には、第2吐出ポート42bのオイルは、第1溝部51(減圧油路50)を介して外部に流出する。これにより、第2吐出ポート42bのオイル圧が確実に低下するので、アウタロータ16が第1吐出ポート42aの側に押し付けられ難くなり、ポンプ室12において、ポンプロータ14の回転抵抗を低減することができる。その結果、オイルポンプ1において、ポンプロータ14のスムースな回転を実現することができ、ポンプ効率が向上させることができる。
〔試験例〕
第1溝部51(溝)を有する電動オイルポンプ(実施例)と、第1溝部51(溝)を有しない電動オイルポンプ(比較例)とを用い、オイルの吐出圧の変化に伴う、モータ部30に供給される駆動電流(電流)と、オイルの単位時間当たりの流量とを計測した。図4に、試験結果として、オイルの吐出圧に対する、電流および流量の変化を示す。図4に示されるように、「溝なし」の電動オイルポンプよりも「溝あり」の電動オイルポンプの方が、吐出圧に対応する夫々の電流値が低く且つ夫々の流量が多いこと、すなわちポンプ効率が高いことが実証された。
〔第1実施形態の変形例〕
上記の実施形態では、減圧油路50がモータボディ31に形成された第1溝部51によって構成される例を示したが、減圧油路50は2つの部材に亘って溝部を形成して構成してもよい。図5に示す変形例では、モータボディ31に形成される第1溝部51を短くし、第1溝部51に連通し、且つ外部に連通する第2溝部52がポンプボディ11に形成されている。すなわち、本変形例では、減圧油路50が、モータボディ31に形成された第1溝部51と、ポンプボディ11に形成あれた第2溝部52とによって構成されている。
〔第2実施形態〕
図6に示すように、第2実施形態では、減圧油路50として、モータボディ31に、第2吐出ポート42bから同じ側にある吸入ポート(本実施形態では第2吸入ポート41b)に向けて第3溝部53を形成している。第2吸入ポート41bは、軸心Xに沿う方向視において、アウタロータ16の内歯16aとインナロータ15の外歯15aとが噛み合う部分に沿って三日月形状に形成されるとともに、長手方向の両端のうち一端側41b1が他端側41b2よりも幅広に形成されている。具体的には、第2吸入ポート41bにおいて、一端側41b1の幅W1が他端側41b2の幅W2よりも大きい。また、第2吐出ポート42bは、軸心Xに沿う方向視において、アウタロータ16の内歯16aとインナロータ15の外歯15aとが噛み合う部分に沿って三日月形状に形成されるとともに、長手方向の両端のうち一端側42b1が他端側42b2よりも幅広に形成されている。具体的には、第2吐出ポート42bにおいて、一端側42b1の幅W3が他端側41b2の幅W4よりも大きい。第2吸入ポート41bの一端側41b1と第2吐出ポート42bの一端側42b1とが対向しており、第2吸入ポート41bの他端側41b2と第2吐出ポート42bの他端側42b2とが対向している。
第3溝部53(減圧油路50)は、第2吐出ポート42bの他端側42b2に連通し、第2吸入ポート41bの他端側41b2に亘って形成されている。また、第3溝部53(減圧油路50)は、回転軸13に対して第2吐出ポート42b及び第2吸入ポート41bの外側に形成されている。したがって、第2吐出ポート42bのオイルは第3溝部53(減圧油路50)を介して第2吸入ポート41bに戻すことができる。これにより、第2吐出ポート42bのオイル圧を確実に低下させることができるとともに、オイルポンプ1は、第2吐出ポート42b内のオイルを外部に排出することなく有効利用することができる。
図6には、回転軸13の軸心Xと第3溝部53(減圧油路50)の両端53a、53bとを結ぶ仮想直線L1,L2(一点鎖線)が示されている。図6において、第3溝部53において、吸入ポート41の側の端部が53aによって示され、吐出ポート42の側の端部が53bによって示している。第3溝部53は、軸心X周りにおいて、第3溝部53が形成された側の2本の仮想直線L1,L2のなす角度θは180度以上であることが好ましい。図6に示す例では当該角度θが180度以上である。これにより、第3溝部53は第2吐出ポート42bのオイルが流れる領域を広く確保することができる。その結果、オイルポンプ1は、第3溝部53(減圧油路50)によって第2吐出ポート42b内のオイル圧を確実に低下させることができる。
本実施形態では、上述の通り、回転軸13に沿う方向視において三日月形状に形成された第2吐出ポート42bでは、長手方向の両端のうち一端側42b1が他端側42b2よりも幅広に形成されている。ここで、オイルポンプ1は、吐出ポート42はオイル圧を高めてオイルを吐出することから、幅広の一端側42b1よりも幅狭の他端側42b2の方がオイル圧は高まりやすい。そこで、本実施形態では、第3溝部53(減圧油路50)が第2吐出ポート42bの幅狭の他端側42b2に連通するように形成されている。これにより、第2吐出ポート42bのオイル圧をより効果的に低下させることができる。
〔第2実施形態の変形例〕
図7に示すように、第3溝部53(減圧油路50)は、第2吐出ポート42bの一端側42b1に連通し、第2吸入ポート41bの一端側41b1に亘って形成されていてもよい。図7に示す変形例においても、軸心X周りにおいて、第3溝部53(減圧油路50)が形成された側の2本の仮想直線L1,L2のなす角度θが180度以上である。また、図示しないが、第3溝部53(減圧油路50)は、第2吐出ポート42bの一端側42b1に連通し、第2吸入ポート41bの他端側41b2に亘って形成にしてもよいし、第2吐出ポート42bの他端側42b2に連通し、第2吸入ポート41bの一端側41b1に亘って形成にしてもよい。
〔第3実施形態〕
上記の実施形態では、モータボディ31又はポンプボディ11に形成された溝部51,52によって減圧油路50を設ける例を示したが、第3実施形態では、図8に示すように、減圧油路50は、モータボディ31に形成された貫通孔54によって構成されている。溝部に代えて貫通孔54によって減圧油路50を構成することで、減圧油路50は形状及び配置の自由度が広がる。また、本実施形態では、モータボディ31とポンプボディ11とを一体形成することもできる。これにより、オイルポンプ1の部品点数を少なくすることもできる。
〔別実施形態〕
(1)上記の実施形態では、ポンプカバー18に吸入油路43及び吐出油路44を設ける例を示したが、図9に示すように、モータボディ31に吸入油路43及び吐出油路44を設けてもよい。この場合は、モータボディ31に第1吸入ポート41a及び第1吐出ポート42aが設けられ、ポンプカバー18に第2吸入ポート41b及び第2吐出ポート42bが設けられる。図示しないが、吸入油路43をモータボディ31及びポンプカバー18の一方に設け、吐出油路44をモータボディ31及びポンプカバー18の他方に設けるようにしてもよい。例えば、吸入油路43をモータボディ31に設け、吐出油路44をポンプカバー18に設けるようにしたときには、ポンプカバー18に第1吸入ポート41a及び第1吐出ポート42aを設け、モータボディ31に第2吸入ポート41b及び第2吐出ポート42bを設け、吸入油路43を第2吸入ポート41bに連通させ、吐出油路44を第1吐出ポート42aに連通させる。
図9に示される、吸入ポート41及び吐出ポート42の配置では、上記の第1〜第3実施形態において、減圧油路50として示された第1溝部51、第3溝部53、貫通孔54は、ポンプカバー18に形成される。図9では、ポンプカバー18に第1溝部51が形成された例を示している。
(2)上記の実施形態では、回転軸13の駆動源が電動モータである例を示したが、回転軸13の駆動源は電動モータに限定されない。回転軸13の駆動源は、例えば内燃機関のクランク軸であってもよい。
(3)インナロータ15及びアウタロータ16は、上記の実施形態で説明した形状や支持構造を備えたものに限るものではなく、適宜変更することができる。
本発明は、オイルポンプにおいて広く利用することできる。
1 :オイルポンプ
10 :ポンプ部
11 :ポンプボディ
12 :ポンプ室
13 :回転軸(駆動軸)
15 :インナロータ
16 :アウタロータ
18 :ポンプカバー(ハウジング)
30 :モータ部
31 :モータボディ(ハウジング)
41a :第1吸入ポート(吸入ポート)
41b :第2吸入ポート(吸入ポート)
42a :第1吐出ポート(吐出ポート)
42b :第2吐出ポート(吐出ポート)
43 :吸入油路
44 :吐出油路
50 :減圧油路
51 :第1溝部
52 :第2溝部
53 :第3溝部
54 :貫通孔
L1,L2:仮想直線
X :軸心
θ :角度

Claims (6)

  1. 内歯を有するアウタロータと、
    前記内歯と噛み合う外歯を有するインナロータと、
    前記インナロータに接続され、前記インナロータを回転駆動する駆動軸と、
    前記インナロータ及び前記アウタロータを収容するポンプ室を有するハウジングと、を備え、
    前記ハウジングには、前記ポンプ室にオイルを吸入する吸入ポートと、前記ポンプ室のオイルを吐出する吐出ポートとが形成され、
    前記吐出ポートは、前記ポンプ室を挟んで、吐出油路に直接接続された第1吐出ポートと、第2吐出ポートとを有しており、
    前記吸入ポートは、前記ポンプ室を挟んで、前記第1吐出ポートと同じ側に配置された第1吸入ポートと、前記第2吐出ポートと同じ側に配置された第2吸入ポートとを有しており、
    前記吐出ポートの前記第2吐出ポートの側に、前記第2吐出ポートと連通して、前記第2吐出ポート内のオイルの圧力を低下させる減圧油路が形成されているオイルポンプ。
  2. 前記減圧油路は、前記第2吐出ポートから外部に亘って形成されている請求項1に記載のオイルポンプ。
  3. 前記減圧油路は、前記第2吐出ポートから前記第2吸入ポートに亘って形成されている請求項1に記載のオイルポンプ。
  4. 前記減圧油路は、前記駆動軸に対して前記第2吐出ポート及び前記第2吸入ポートの外側に形成され、且つ、前記駆動軸の軸心と前記減圧油路の両端とをそれぞれ仮想直線で結んだときの前記減圧油路が形成された側の2本の前記仮想直線のなす角度が180度以上である請求項3に記載のオイルポンプ。
  5. 前記第2吐出ポートは、前記駆動軸に沿う方向視において、前記アウタロータの前記内歯と前記インナロータの前記外歯とが噛み合う部分に沿って三日月形状に形成されるとともに長手方向の両端のうち一端側が他端側よりも幅広に形成されており、
    前記減圧油路は、前記第2吐出ポートの前記他端側に連通するように形成されている請求項1から4のいずれか一項に記載のオイルポンプ。
  6. 前記減圧油路は、前記ハウジングに形成された溝によって構成されている請求項1から5のいずれか一項に記載のオイルポンプ。
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