JP3599762B2 - 可変容量型ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、可変容量型ポンプ、特にベーン式又は内接ギア式の可変容量型ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の可変容量型ベーンポンプとしては、例えば特開平３−１１９５８９号公報に示されるものがある。これに示される自動変速機用の可変容量型ベーンポンプは、ハウジングとカムリングとの間に制御油室を形成し、この制御油室に至る油路にこれを所定の条件のときにのみ開く弁機構を設け、制御油圧回路から弁機構を介して制御油室に供給される油圧によってカムリングを流量増大方向に押すように構成したものである。これにより、ライン圧が一時的に低下した場合であっても可変容量型ベーンポンプの吐出量を増大させて、油圧を所定値に維持するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、自動変速機用のポンプは、エンジンの回転速度範囲で変速駆動され、回転速度に対応した流量を吐出することになるが、この吐出量はすべてが有効に使用されるわけではなく、高速回転速度域においては、回転速度には関係なく、ほぼ一定の流量が得られれば十分である。しかしながら、上記のような従来の可変容量型ベーンポンプには、所定回転速度以上において一定吐出量を吐出するように構成しようとすると、ポンプの回転速度を検出するセンサや、所定回転速度以上において回転速度の増加とは反対にポンプ容量を減少させるように制御する制御油圧回路が必要となるので、装置の構造が複雑となり、故障しやすくて保守に手間がかかるばかりでなく、装置の価格が高くなるという問題点がある。
また、別の可変容量型ベーンポンプとしては、特公昭６２−４９４７１号公報に示されるものがある。これは、ベーンポンプの吐出口近傍の内圧力を利用してリング部材に回転モーメントを作用させるとともに、反対方向の回転モーメントを外部からリング部材に作用させ、両回転モーメントの差の回転モーメントをリング部材に作用させることによりポンプ変位量を制御するようにしたものである。しかしながら、この場合においても、所定回転速度以上において回転速度の増加とは反対にポンプ容量を減少させるために、外部から作用させる回転モーメントの大きさを制御する機構が必要となるため、装置の構造が複雑になるという問題点は依然として解決されないことになる。
本発明はこのような課題を解決することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、可変容量型ポンプの容量変更部材を容量減少方向に押圧することが可能な圧力上昇室と、圧力上昇室の油圧を設定する絞りと、を設けることにより、上記課題を解決する。すなわち、本発明による可変容量型ポンプは、オイルポンプの容量を変更することが可能な容量変更部材（１４）と、容量変更部材（１４）を常に容量増大方向に押圧するように力を作用させたスプリング（２６）と、を有するものにおいて、上記ポンプの吐出ポート（３０）を上流部（３１）及び下流部（３２）に区画する絞り（３４）が設けられており、吐出行程中、吐出ポート（３０）の下流部（３２）は、これに吐き出された油が上流部（３１）に送り出されるのを絞り（３４）によって制限することにより上流部（３１）よりも高圧となる圧力上昇室（３２）を構成しており、圧力上昇室（３２）の油圧に基づく力が、上記容量変更部材（１４）に容量減少方向の力として作用するように構成されている。なお、上記可変容量型ポンプが、オイルポンプのケーシングを構成するとともに吸込ポート（２８）及び上記吐出ポート（３０）がそれぞれ形成されているハウジング（１０及び１２）と、ハウジング（１０及び１２）によって形成される室内に偏心量を調節可能に設けられるカムリング（１４）と、カムリング（１４）の内径部に配置されるロータ（１６）と、ロータ（１６）によって半径方向に移動可能に支持されてカムリング内周面に接触した状態でロータ（１６）とともに回転可能な複数のベーン（１８）と、カムリング（１４）を所定の偏心増大方向に常に押圧する上記スプリング（２６）と、を有しており、カムリング（１４）が上記容量変更部材とされているベーン式ポンプとするとよい。また、上記可変容量型ポンプは、内歯を備えたアウタロータと、外歯を備えたインナロータと、アウタロータに対してインナロータを偏心させる上記容量変更部材である偏心量変更部材と、を有する内接ギア式ポンプとすることもできる。さらに、上記圧力上昇室（３２）が、上記カムリング（１４）と上記ハウジング（１０及び１２）との間に形成されるようにすることもできる。また、上記絞り（３４）が可変絞りであるとよい。さらに、可変絞りが、上記吐出ポート（３０）を横ぎるように上記ハウジング（１０及び１２）に形成された室（４４）と、室（４４）に移動可能に収容されており、絞り部（４０ａ）を有する絞り部材（４０）と、室（４４）と絞り部材（４０）との間に配置されており、絞り部材（４０）を常に絞り閉鎖方向に押圧する絞り部材用スプリング（４２）と、吐出ポート（３０）の上流部（３１）と室（４４）とを連通しており、絞り部材（４０）を絞り開放方向に押圧するように油圧を作用させた流路（４６）と、を有するものとしてもよい。なお、かっこ内の符号は、実施例の対応する部材を示す。
【０００５】
【作用】
ポンプが駆動されると、可変容量型ポンプの周知のポンプ作用によって吸込ポートから油が吸い込まれ、吐出ポートから吐出される。このとき圧力上昇室に吐き出された油は、絞りを介して減圧された後、吐出ポートに吐き出されることになる。この圧力上昇室の圧力に基づく力が容量変更部材を容量減少方向に押すことになる。この力の大きさは、所定の回転速度に達するまでは、スプリングの力よりも小さいものに設定されている。したがって、所定回転速度よりも小さい回転速度の間は、容量変更部材はスプリングの力によって最大容量位置に押圧されており、回転速度に応じた吐出量を吐出することになる。ポンプ回転数が所定回転速度になると上述の圧力に基づく力がスプリングの力と等しくなる。さらに所定以上の回転速度においては圧力に基づく力がスプリングの力よりも大きくなり、容量変更部材は、回転速度に応じて圧力に基づく力がスプリングの力と釣り合った位置（最大容量位置よりも容量が小さい位置）に位置させられることになる。これにより、所定回転速度以上の回転速度域においては、回転速度の増大には関係なく、吐出量はほぼ一定量に維持されることになる。すなわち、本発明の構成とすることにより、複雑な容量変更装置やフィードバック機構を設けることなく、所定回転速度まではポンプ吐出量を回転速度に対応したものとすることができるとともに、所定回転速度よりも大きい回転速度においては、回転速度に関係なく吐出量を一定のものとすることができる。
【０００６】
【実施例】
（第１実施例）
図１及び図２に本発明をベーン形式の可変容量型ポンプに適用した第１実施例を示す。可変容量型ベーンポンプは、ハウジング１０及び１２から成るケーシングによって形成される室内に設けられたカムリング（容量変更部材）１４、ロータ１６、複数のベーン１８、ベーンリング２０などにより構成されている。ロータ１６は、たとえば図示してないトルクコンバータによって駆動軸２２を介して回転駆動される。カムリング１４は、ハウジング１０及び１２に固着されたピボット２４を支点として揺動可能に設けられている。カムリング１４は、スプリング２６によってロータ１６との偏心量が増大する方向へ付勢されている。ハウジング１０には、吸込ポート２８及び吐出ポート３０が設けられている。吐出ポート３０の図１中下端側（すなわち、下死点側）の流体送り出し末端側部分には、吐出ポート３０を上流部３１と下流部３２とに区画する絞り３４が形成されている。すなわち、図３及び図４に示すように、吐出ポート３０の一部（下流部）は、絞り３４によって圧力上昇室３２として区画されている。絞り３４は、吐出ポート３０を半径方向（幅方向）及び深さ方向に絞るように形成されている。ロータ１６の回転に応じて圧力上昇室３２には、隣接する２つのベーン１８間から流量Ｑ１ が吐出される。この流量Ｑ１ は、図６（ａ）に示す前半側の容量Ａと、同図（ｂ）に示す後半側の容量Ｂとの差によって決まり、
Ｑ１ ＝（Ａ−Ｂ）×Ｎ
ここに、Ｎ：ポンプ回転速度
によって与えられる。
ベーン１８間から圧力上昇室３２に吐き出された油は、絞り３４を通って吐出ポート３０の上流部３１に送り出される。このときの圧力上昇室３２の圧力Ｐ１ は、流量Ｑ１ と、絞り３４の絞り面積Ｃ（図５参照）によって決まり、
Ｐ１ ＝γ×Ｑ１^２／（２×ｇ×Ｃ^２ ）
ここに、γ：油の比重
ｇ：重力加速度
Ｃ：絞り面積
によって与えられる。
したがって、流量Ｑ１ が決まった場合には、絞り面積Ｃを適宜設定することにより、圧力上昇室３２の圧力Ｐ１ を任意に設定することができる。この圧力Ｐ１ に基づく力が、後述するようにカムリング１４をスプリング２６の力に抗して容量減少方向に押すことになる。
【０００７】
次にこの第１実施例の作用を説明する。駆動軸２２が駆動されてロータ１６が回転させられると、ベーン１８もロータ１６とともに回転し、可変容量型ベーンポンプの周知のポンプ作用によって吸込ポート２８から油が吸い込まれ、吐出ポート３０から吐出される。このとき圧力上昇室３２には、回転速度に対応した油圧が供給され、これから絞り３４によって減圧された油圧が吐出ポート３０の上流部３１に吐き出されることになる。すなわち、図１１に示すように、この吐出ポート３０の上流部３１の圧力及び圧力上昇室３２の圧力がカムリング内周面の対応部分に分布して作用することになる。この圧力分布に基づく力によってカムリング１４をピボット２４回りに容量減少方向に揺動させようとする回転モーメントが発生する。ここで、吐出ポート３０の上流部３１の圧力分布に基づく力は、カムリング１４をピボット２４軸心方向に押す力として作用し、容量減少方向に揺動させようとする回転モーメントとしては、ほとんど寄与しない。すなわち、圧力上昇室３２の圧力分布に基づく力による回転モーメントがカムリング１４をピボット２４回りに容量減少方向に揺動させることになる。この回転モーメントの大きさは、所定の回転速度（たとえば３０００ｒｐｍ）に達するまでは、スプリング２６の力よりも小さいものに設定されている。したがって、３０００ｒｐｍよりも小さい回転速度の間は、カムリング１４はスプリング２６の力によって最大偏心位置に押圧されており（すなわち、ポンプは最大容量位置にあり）、したがって図１０に示すように、回転速度が３０００ｒｐｍよりも小さい間は、ポンプは回転速度に比例した吐出量Ｑを吐出することになる。回転速度が３０００ｒｐｍになると上述の圧力分布に基づく容量減少方向の回転モーメントがスプリング２６の力と等しくなる。さらに３０００ｒｐｍ以上の回転速度においては容量減少方向の回転モーメントがスプリング２６の力よりも大きくなり、回転速度の増大とは反対にポンプ容量が減少することになる。すなわち、所定の回転速度以上の回転速度領域においては、回転速度が増大しても吐出量Ｑはほぼ一定量に維持されることになる。このように、本発明の構成とすることにより、複雑なカムリング駆動回路やフィードバック機構を設けることなく、設定回転速度までは吐出量Ｑを回転速度に対応したものとすることができるとともに、設定回転速度よりも大きい回転速度領域においては、回転速度に関係なく吐出量Ｑを一定のものとすることができる。
【０００８】
（第２実施例）
図７及び図８に絞りを可変絞りとした第２実施例を示す。ハウジング１０には、吐出ポート３０と圧力上昇室３２とを区画する絞りのための室４４が形成されており、室４４に絞り部材４０が長手方向に移動可能に収容されている。絞り部材４０は板状をしており、これの一部が切り欠かれて絞り部４０ａが形成されている。室４４と吐出ポート３０の上流部３１とを連通するように流路４６が形成されている。室４４の流路４６連通側とは反対側の端部には、絞り部材用スプリング４２が配置されている。絞り部材用スプリング４２は、絞り部材４０を絞り閉鎖側に押圧するように力を作用している。吐出ポート３０の上流部３１から流路４６を通って室４４に油圧が供給されており、この室４４に作用する油圧は、絞り部材４０を絞り開放側に押圧するように力を作用している。
【０００９】
この第２実施例の作用は、吐出ポート３０の上流部３１から流路４６を通って室４４に供給される圧力（ライン圧）が高ければ高いほど、図９に示すように、絞り部材４０が絞り部材用スプリング４２の力に抗して絞り開放側に押されて絞り部４０ａの開度Ｓを大きくするように作用する点を除けば、第１実施例のものと同様である。
絞り部４０ａを可変とすることにより、ポンプが一定回転している状態でライン圧が変動したような場合であっても、ライン圧の変動に応じて圧力上昇室３２の圧力が変化して吐出量Ｑを制御することができる。すなわち、ライン圧が高くなった場合には、通常ポンプの容量効率が低下して必要流量が増加するが、ライン圧による力によって絞り部材４０が絞り部材用スプリング４２の力に抗して絞り開放方向に押されるので、圧力上昇室３２の圧力が低下して、スプリング２６の力の方が大きくなり、カムリング１４が容量増大方向に押されて吐出量Ｑが増大することになる。また、反対にライン圧が低くなった場合には、通常ポンプの容量効率が向上して必要流量が減少するが、絞り部材４０が絞り部材用スプリング４２の力によりライン圧による力に抗して絞り閉鎖方向に押されるので、圧力上昇室３２の圧力が上昇してスプリング２６の力に抗してカムリング１４が容量減少方向に押されて吐出量Ｑが減少することになる。これにより、一定の回転速度のもとで、ライン圧の高低に応じて吐出量Ｑを増減させることができる。
【００１０】
（試験結果）
図１０に、本発明の構成の可変容量型ベーンポンプを用い、吸込ポート２８側の補給圧力（ＰＬ ）は６ｋｇｆ／ｃｍ^２ 、油温は８０℃として、入力軸２２の回転速度Ｎｉｎに対する吐出量Ｑを測定した結果を実線で示す。なお、図中破線は、カムリング１４を強制的に最大容量位置に固定した場合の吐出量Ｑを示す。この実施例の場合、３０００ｒｐｍ程度までは、回転速度Ｎｉｎに比例して吐出量Ｑが増大するが、４０００ｒｐｍ以上においては、回転速度Ｎｉｎに関係なく、ほぼ３８リットル／ｍｉｎの一定吐出量になっていることがわかる。参考までに、回転速度Ｎｉｎを２０００、４０００、及び６０００ｒｐｍとしたときの吐出ポート３０側の圧力分布の様子を図１１に示し、また、回転速度Ｎｉｎに対する圧力上昇室３２の圧力を測定した結果を図１２に実線で示す。図１１中、回転速度に対して圧力上昇室３２側の圧力分布がほぼ直線的に増減することがわかる。なお、図１２中、破線はカムリング１４を強制的に最大容量位置に固定した場合の圧力上昇室３２の圧力を示す。さらに、各回転速度に対するカムリング１４の偏心量を測定した結果を図１３に示す。この場合も、回転速度に対して偏心量がほぼ直線的に減増することがわかる。
【００１１】
なお、上記実施例の説明においては、吐出量Ｑが回転速度に関係なく一定になる下限側の回転速度を３０００ｒｐｍとしたが、これに限定されるわけではなく、圧力上昇室３２の形状、絞り３４の絞り面積Ｃ、スプリング２６の力量及びばね定数を適宜設定することにより、カムリング１４の偏心量制御時の流量、及び偏心量制御を開始するポンプ回転速度を任意に設定することができる。
また、上記第１実施例及び第２実施例の説明においては、本発明をベーン式可変容量型ポンプに適用するものとしたが、内接ギア式可変容量型ポンプに本発明を適用することもできる。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によると、複雑な容量変更装置やフィードバック機構を設けることなく、所定回転速度まではポンプ吐出量を回転速度に対応したものとすることができるとともに、所定回転速度よりも大きい回転速度においては、回転速度に関係なく吐出量を一定のものとすることができる。また、ポンプ容量を変更させる機構が簡単なため、故障が少なく、保守が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を図２の１−１断面線に沿って見た図である。
【図２】本発明の実施例を示す縦断面図である。
【図３】吐出ポートに設けた絞りを示す図である。
【図４】図３の４−４線に沿う断面図である。
【図５】ハウジングの絞り部分を示す図である。
【図６】隣接するベーンによって区画される容量の変化を示す図である。
【図７】可変絞りを示す図である。
【図８】可変絞りを通る流れを示す図である。
【図９】可変絞りの絞り変化を示す図である。
【図１０】回転速度に対する吐出量の変化を示す図である。
【図１１】吐出ポート側の圧力分布を示す図である。
【図１２】回転速度に対する絞り下流側の圧力を示す図である。
【図１３】回転速度に対するカムリング偏心量の変化を示す図である。
【符号の説明】
１０、１２ ハウジング
１４ カムリング（容量変更部材）
１６ ロータ
１８ ベーン
２０ ベーンリング
２６ スプリング
２８ 吸込ポート
３０ 吐出ポート
３１ 上流部
３２ 圧力上昇室（下流部）
３４ 絞り
４０ 絞り部材
４０ａ 絞り部
４２ 絞り部材用スプリング
４４ 室
４６ 流路
Ｃ 絞り面積

Claims (6)

1. オイルポンプの容量を変更することが可能な容量変更部材と、容量変更部材を常に容量増大方向に押圧するように力を作用させたスプリングと、を有しており、容量変更部材を容量減少方向に押圧する力と上記スプリングの力とをバランスさせることによりポンプ容量を制御する可変容量型ポンプにおいて、
   上記ポンプの吐出ポートを上流部及び下流部に区画する絞りが設けられており、
   吐出行程中、吐出ポートの下流部は、これに吐き出された油が上流部に送り出されるのを絞りによって制限することにより上流部よりも高圧となる圧力上昇室を構成しており、
   圧力上昇室の油圧に基づく力が、上記容量変更部材に容量減少方向の力として作用するように構成したことを特徴とする可変容量型ポンプ。
2. 上記可変容量型ポンプが、
   オイルポンプのケーシングを構成するとともに吸込ポート及び上記吐出ポートがそれぞれ形成されているハウジングと、
   ハウジングによって形成される室内に偏心量を調節可能に設けられる上記容量変更部材であるカムリングと、
   カムリングの内径部に配置されるロータと、
   ロータによって半径方向に移動可能に支持されてカムリング内周面に接触した状態でロータとともに回転可能な複数のベーンと、
   カムリングを所定の偏心増大方向に常に押圧する上記スプリングと、
   を有するベーン式ポンプである請求項１記載の可変容量型ポンプ。
3. 上記可変容量型ポンプが、
   内歯を備えたアウタロータと、
   外歯を備えたインナロータと、
   アウタロータに対してインナロータを偏心させる上記容量変更部材である偏心量変更部材と、
   を有する内接ギア式ポンプである請求項１記載の可変容量型ポンプ。
4. 上記圧力上昇室が、上記カムリングと上記ハウジングとの間に形成されていることを特徴とする請求項２記載の可変容量型ポンプ。
5. 上記絞りが可変絞りである請求項１、２、３又は４記載の可変容量型ポンプ。
6. 上記可変絞りが、
   上記吐出ポートを横ぎるように上記ハウジングに形成された室と、
   室に移動可能に収容されており、絞り部を有する絞り部材と、
   室と絞り部材との間に配置されており、絞り部材を常に絞り閉鎖方向に押圧する絞り部材用スプリングと、
   上記吐出ポートの上流部と室とを連通しており、絞り部材を絞り開放方向に押圧するように油圧を作用させた流路と、
   を有する請求項５記載の可変容量型ポンプ。

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