JP3996397B2 - 被調整ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、歯付きリングアッセンブリ又はロータアッセンブリを有し、また、移送チャンバを制限する軸方向に摺動可能な制御ピストンによってシールされるように互いに分離可能である、ポンプハウジング内に配設されたそれぞれ１つの圧力及び吸入ポケットと、ポンプハウジングを閉鎖するハウジングカバーとを有し、その際、圧力ポケットが、制御ピストンのショルダー部と接続している圧力通路を備える、ポンプに関する。
【０００２】
少ない燃料消費の自動車の開発は、車両コンポーネント及びエンジンコンポーネントの最適化を必要とする。この場合、しばしば生じる短距離及び市街地走行における自動車エネルギ消費のため、特に二次ユニットの駆動機構に起因する損失は、特に重要である。特にエンジンの潤滑を保証するオイルポンプの駆動動力は、本来のエンジン動力を低下させることに通じてしまい、これにより、燃料消費は激しく増大する。
【０００３】
マイナス４０°Ｃに至るまでの場合は、エンジンの潤滑の機能及び十分に迅速なエンジンの潤滑が保証されなければならず、１６０°Ｃに至るまでの高温のアイドリング運転にあっては、オイルの供給は、いかなる不足も備えることが許されない。高温アイドリング運転は、オイルポンプの大量の内部リーク及びエンジンの比較的大量のオイル必要量によって特徴付けられている。高温アイドリング運転は、オイルポンプの寸法設定のための本質的な運転ポイントである。
【０００４】
一般に、古典的なポンプ設計においては、オイルポンプがこの運転ポイントのために設計される。標準的な車両運転にあっては、これが、過剰寸法設定のオイルポンプに導く。何故なら、内燃機関のオイル消費曲線が回転数にわたって逓減するように推移し、その際、オイルポンプの移送特性曲線は、近似的に線形に回転数と共に増大するからである。これから結果として生じるオイルの過剰供給は、過剰圧力制限弁を介してエネルギの消耗をして放出される。
【０００５】
独国特許出願第１９６ ４６ ３５９号明細書からは、容積効率を介して制御される潤滑オイルポンプが公知であり、この潤滑オイルポンプは、内燃機関のオイル消費曲線に対するオイルポンプの移送特性曲線の良好な適合を可能にする。何故なら、圧力ポケット内の限界圧力を超過した後、圧縮バネでもって予緊張された圧力ポケットを吸入ポケットから分離するピストンが押し戻され、従って、吸入ポケットに対する圧力ポケットの圧力相殺を可能にする軸方向の遊びが生じるからである。これにより、移送容積及び圧力の低減が行なわれ、従って、オイルポンプの移送特性曲線は、エンジンのオイル消費曲線に近似される。
【０００６】
本発明の課題は、エンジンのオイル消費曲線に対してポンプの移送特性曲線をより精密に適合させることを可能にするポンプを形成することである。特に回転数が上昇した場合、ポンプの圧力及び容積流は、調整ポイント以降はほぼ一定に維持されるべきである。更に、ポンプは、より僅かな動力消費量を備えるべきである。
【０００７】
この課題は、本発明によれば、制御ピストンが、その移送チャンバとは逆に面した端部において、制御ピストンに対して直角に配設されたプランジャと協働し、その際、プランジャが、圧縮バネでもって制御ピストンに抗して予緊張させられており、制御ピストンとプランジャとが、制御ピストン軸に対して角度をもって配設された滑動面を介して接続していることによって解決される。
【０００８】
本発明の利点は、傾斜した面によって、一定の行程比を制御ピストンとプランジャとの間に予め与えることができる点にある。ポンプの圧力及び移送容積は、調整ポイントに至るまでほぼ線形に増大する。調整ポイントの限界回転数以降は、圧力及び移送容積が回転数にわたってほぼ一定に維持される場合が望ましい。本発明によるポンプの更なる利点は、脈動が低減されること、及び、媒体の、即ち、特にオイルの、より僅かな発泡しか生じないことである。
【０００９】
従って、本発明によれば、プランジャの予緊張された圧縮バネによって、ポンプの調整ポイントが調整される。限界回転数を超過した場合、同時に限界圧力も超過し、その際、圧力は、移送媒体を介して圧力ポケットから圧力調整通路を経て制御ピストンのショルダー部を押圧し、この制御ピストンを圧縮バネに抗して押し戻す。制御ピストンを引き戻すことによって、軸方向の遊びは拡大させられる。
【００１０】
同時に、ハウジングカバーが圧力通路を備え、この圧力通路が、圧力ポケットと移送チャンバとを接続するように構成されている。ポンプカバー内に設けられた圧力通路を介して、移送チャンバは適切に圧力の作用を受ける。これにより、予め吸入領域内で充填された移送チャンバは、適切に、圧力通路を介する圧力ポケットからの移送媒体でもって置換され、過剰な移送媒体は、拡大された軸方向の遊びを介して、即ち、制御ピストンを引き戻すことを介して、抵抗なく吸入領域内へと還流することができるか、又は同様に吸入領域内に留まる。付加的に、移送媒体は、直接、拡大された軸方向の遊びを介して圧力領域から吸入領域内へと還流することができる。
【００１１】
これにより、同時に、ポンプの効率が低下させられ、その際、圧力及び容積流は等しいままである。軸方向の遊びの拡大に相当する制御ピストンの後退長さ、従ってポンプの効率の縮小が、一定の比であるべきであり、その際、圧力及び容積流を調整ポイント以降一定に維持するため、制御ピストンの後退長さが圧縮バネのバネ行程よりも大きくあるべきであるということが前提である。
【００１２】
制御ピストンが、制御ピストン軸に対して３０°の角度で傾斜した面を、また、プランジャが、プランジャ軸に対して６０°の角度で傾斜した面を備えることによって、２：１の行程比に調節することができる。制御ピストンの傾斜した面と制御ピストン軸との間の角度αが１０°〜８０°の値を備え、プランジャの傾斜した面とプランジャ軸との間の角度βが９０°−αの角度を備える場合が有効である。従って、制御ピストン及びプランジャの傾斜を相応に形成することによって、任意の行程比を、従って適合させられたポンプの調整状態を得ることができる。
【００１３】
本発明の有利な形態にあっては、滑動面が、曲面として形成されている。曲面を相応に構成することによって、調整状態の更なる改善が得られ、制御ピストンの面は、例えば凸に形成することができ、従って、回転数の上昇と共に、軸方向の遊びの著しい拡大が行なわれ、従って、移送特性曲線は、最適にエンジンのオイル消費特性曲線に適合させることができる。
【００１４】
本発明の有利な形態にあっては、制御ピストンがリング溝を備え、このリング溝が、引き戻された位置にあっては、圧力及び吸入ポケットを起点とするバイパス通路と接続している。バイパスは、制御ピストンの出口位置で閉鎖されている。限界圧力を超過した後、制御ピストンは、一定の時点で、制御ピストンの周面上に配設されたリング溝が、圧力ポケット及び吸入ポケットを起点とするバイパス通路と接続しており、従って、移送媒体が、抵抗なく圧力領域から低圧領域内へと、即ち、吸入ポケット内へと、還流することができるまで引き戻される。これにより、ポンプの容積効率が付加的に故意にマイナスの影響を受ける。
【００１５】
本発明の別の有利な形態にあっては、ハウジングカバーが圧力通路を備え、この圧力通路が、圧力ポケットと移送チャンバとを接続するように構成されている。ポンプカバー内に設けられた圧力通路を介して、移送チャンバは、適切に圧力の作用を受けることができる。圧力通路は、圧力ポケットを移送チャンバと接続し、これにより、移送チャンバは、部分的に圧力ポケットからの移送媒体でもって充填され、これにより、軸方向の遊びが拡大された場合、即ち、制御ピストンを引き戻した場合、移送媒体は抵抗なく吸入領域内へと還流することができるか、又は同様に吸入領域内に留まる。これは、ただエンジンのオイル消費特性曲線に応じて必要とされるだけ、移送媒体が移送されるということを意味する。
【００１６】
本発明の有効な形態にあっては、圧力ポケットと移送チャンバとを接続する圧力通路が、遮断可能もしくは調整可能であり、従って、例えば、圧力通路は一定の回転数に至るまで閉鎖されたままであり、次いで、これにより移送チャンバに対する圧力ポケットの圧力相殺を得るために、初めて完全に又は部分的に開放される。更に、圧力調整通路は、遮断可能又は調整可能に形成されている。
【００１７】
本発明の別の有効な形態にあっては、制御ピストンが耐摩耗性の表面を備える。特に、移送チャンバに面している制御ピストンのシール面は、高い摩耗の支配下にある。これにより、望まれない従来のポンプのシールウェブにおける効率の縮小が生じる。プランジャのバネ圧力によって、制御ピストンは、常に若干の圧力を受け、これにより、完全な保障が得られる。
【００１８】
本発明の特に有利な形態にあっては、歯付きリングアッセンブリ又はロータアッセンブリのそれぞれの側に、制御ピストンを有する装置が設けられている。第１の制御ピストンに向かい合って位置する側に更なる制御ピストンを使用することによって、更に改善されたポンプの調整が可能にされる。何故なら、例えば、第２の制御ピストンが、第１の制御ピストンとは異なるバネ特性曲線を備えるバネを備えることができるからである。更に、第２の制御ピストンが、調整ポイント以降に初めて有効になるバネを備えていることが可能である。
【００１９】
更に、制御ピストンの摺動が、トランスレータ／アクチュエータによって行なわれ、その際、これらが、例えば圧力センサ又は容積フローメータを介して調整することができ、検出された測定値に依存して制御ピストンの摺動を可能にすることができる。調整部は、例えばエンジンマネージメント部又は変速機調整部へと統合することができる。調整が移送容積の特性曲線を介してポンプの出力消費部のそれぞれの必要に正確に適合させることができることが有利である。例えばトランスレータ／アクチュエータのために、電動サーボ駆動機構（モータ、変速機、及び調整部に対するフィードバック部を有する位置測定装置）、電磁式の駆動機構、圧電式アクチュエータ、熱的なアクチュエータ、油圧式の調節ピストン及び気圧式のシリンダがある。
【００２０】
本発明の考慮の内にあるポンプは、特に、ゲロータ（商標）ポンプ、歯付きロータアッセンブリポンプ、鎌形セルポンプ、歯車ポンプ、ベーンセルポンプである。
【００２１】
本発明による調整システムは、ハイドロモータを調整するためにも使用することができる。
【００２２】
本発明を、実施例の概略図を基にして説明する。
【００２３】
図１は、アウタロータ２及びインナロータ３から成るゲロータとして形成されたロータアッセンブリを有する、ポンプ１、特に内燃機関のためのオイルポンプに対する平面図を示す。ポンプ１は、吸入ポケット５に対する流入口４と、圧力ポケット７に対する流出口６とを備える。これらのポケットは、それぞれ腎臓形に形成されている。
【００２４】
図２は、図１における線Ａ−Ａに沿った本発明によるポンプ１を経る断面図を示す。ポンプハウジング８内には、吸入ポケット５及び圧力ポケット７が配設されている。吸入ポケット５及び圧力ポケット７は、移送チャンバ９を制限する軸方向に摺動可能な制御ピストン１０によってシールされるように互いに分離されている。圧力ポケット７は、制御ピストン１０のショルダー部１２と接続している圧力調整通路１１を備える。制御ピストン１０は、その移送チャンバ９とは逆に面した端部において、制御ピストン１０に対して直角に配設されたプランジャ１３と協働し、その際、プランジャ１３は、圧縮バネ１４でもって制御ピストン１０に抗して予緊張されている。制御ピストン１０とプランジャ１３とは、制御ピストン軸１７に対して角度をもって配設された滑動面１５を介して接続している。ポンプ１の調整ポイントは、ネジ１６によって圧縮バネ１４を相応に予緊張することによって調節することができる。
【００２５】
傾斜した面１５の使用によって、一定の行程比が、制御ピストン１０とプランジャ１３との間に設けることができる。限界回転数以降は、圧力及び移送容積が回転数にわたってほぼ一定に維持されていることが望ましいので、本発明によれば、限界回転数を、即ち、同時に圧力ポケット７内の限界圧力を、超過した際、移送媒体の圧力は圧力ポケット７から圧力調整通路１１を経て制御ピストン１０のショルダー部１２を押圧し、この制御ピストンを圧縮バネ１４に抗して押し戻す。
【００２６】
制御ピストン１０を引き戻すことによって、軸方向の遊びａは拡大され、従って、移送媒体は圧力ポケット７から吸入ポケット５へと流れることができる。これにより、同時にポンプ１の効率は低下させられ、その際、圧力流及び容積流は一定である。軸方向の遊びａの拡大に相当する制御ピストン１０の後退距離は、圧力及び容積流を調整ポイント以降一定に維持するために、圧縮バネ１４のバネ行程よりも大きくすることができる。
【００２７】
制御ピストン１０は、制御ピストン軸１７に対して３０°の角度で傾斜した面１５を、また、プランジャ１３は、プランジャ軸１８に対して６０°の角度で傾斜した面を備える。これにより、２：１の行程比が、制御ピストン１０とプランジャ１３との間で調節される。制御ピストン１０の傾斜した面と制御ピストン軸１７との間の角度αは、１０〜８０°の値を備えるべきであり、プランジャ１３の傾斜した面とプランジャ軸１８との間の角度βは、これに応じて９０°−αの角度を備えるべきである。従って、制御ピストン１０とプランジャ１３との傾斜を相応に構成することによって、任意の行程比を、従って適合させられたポンプの調整状態を調節することができる。
【００２８】
更に精密なポンプ１の調整状態の形成は、滑動面１５が曲面として形成されていることによって得られる。制御ピストン１０の滑動面１５は、例えば凸に形成することができ、従って、回転数が上昇すると共に、軸方向の遊びａの著しい拡大が行なわれ、従って、移送特性曲線は、最適に、エンジンのオイル消費特性曲線に適合させることができる。
【００２９】
図３は、アウタロータ２及びインナロータ３から成るゲロータとして形成されたロータアッセンブリを有する、ポンプ１、特に内燃機関のためのオイルポンプに対する平面図を示す。制御ピストン１０もしくは制御ピストン１０のショルダー部１２は、破線によって図示されている。移送チャンバ９は、アウタロータ２及びインナロータ３並びに制御ピストン１０によって制限される。
【００３０】
図４は、図３における線Ｂ−Ｂに沿った本発明によるポンプ１の第１の形態を経る断面図を示す。圧力及び吸入ポケット７，５は、移送チャンバ９を制限する軸方向に摺動可能な制御ピストン１０によってシールされるように互いに分離されている。圧力ポケット７から、圧力調整通路１１は制御ピストン１０のショルダー部１２へと通じ、その際、ショルダー部１２にはリング溝が設けられている。制御ピストン１０は、その移送チャンバ９とは逆に面した端部において、傾斜した滑動面１５を備え、この滑動面は、制御ピストン軸１７に対して３０°の角度で配設されている。図示された位置にあっては、圧力ポケット７内の圧力が、調整ポイントに存在する限界圧力以下にあり、従って、制御ピストンは閉鎖されており、いかなる軸方向の遊びａも存在しない。ポンプの調整ポイントは、ネジ１６によって調節することができる圧縮バネ１４によって予め与えられる。
【００３１】
図５は、図３における線Ｂ−Ｂに沿った本発明によるポンプ１の第１の形態を経る断面図を示す。図５は、軸方向の遊びａが生じる変位をした位置にある制御ピストン１０を示す。圧力ポケット７内の限界圧力が達成された場合の限界回転数以降は、圧縮バネ１４のバネ力が克服され、その際、移送媒体の圧力は、圧力調整通路１１を経て制御ピストン１０のショルダー部１２に導かれる。制御ピストン１０のショルダー部１２には、良好な圧力分配をショルダー部の全面にわたって得るために、リング溝が設けられている。ハウジング８に対して制御ピストン１０をシールするため、シールリングが設けられている。制御ピストン１０がプランジャ１３に抗して押し戻される場合、制御ピストン１０は、制御ピストン軸１７に対して３０°の角度で配設された傾斜した滑動面１５に基づいて、プランジャ１３に対する行程比２：１の摺動を達成する。
【００３２】
軸方向の遊びａによって、媒体は、圧力ポケット７及び移送チャンバ９から吸入ポケット５へとオーバーフローすることができ、これにより、ポンプの効率は適切にマイナスの影響を受ける。この措置は、調整ポイント以降、ポンプ１の圧力及び容積流が、回転数にわたってほぼ一定に維持され、これにより、ポンプの移送特性曲線が、エンジンのオイル消費特性曲線に近似されるということが得られる。
【００３３】
移送媒体は、圧力ポケット７から吸入ポケット５へと、生じた軸方向の遊びａに基づいて相殺することができる。これに加えて、図６に示すように、圧力ポケット７から吸入ポケット５への圧力相殺は、制御ピストン１０の外周面上に配設されたリング溝と協働するバイパス通路２２によって行なうことができる。
【００３４】
ポンプの調整状態は、ハウジングカバー２４が、圧力ポケット７と移送チャンバ９とを接続する圧力通路２３を備えることによって、更に有利な影響を受ける。ハウジングカバー２４内に設けられた圧力通路２３を介して、移送チャンバ９は、適切に圧力の作用を受けることができる。圧力通路２３は、圧力ポケット７を移送チャンバ９と接続し、これにより、移送チャンバ９は、部分的に、圧力ポケット７からの移送媒体でもって充填され、これにより、軸方向の遊びａが拡大された場合、即ち、制御ピストン１０を引き戻した場合、移送媒体は抵抗なく吸入領域内へと還流することができるか、又は同様に吸入領域内に留まる。これにより、ただエンジンのオイル消費特性曲線に応じて必要とされるだけ、移送媒体が移送される。
【００３５】
ポンプの調整状態に更により精密かつより適切に影響を与えるため、圧力通路１１及び２３は遮断可能もしくは調整可能であり、従って、例えば圧力通路２３が、一定の回転数又は圧力ポケット７内の圧力に至るまで閉鎖されたままであり、次いで、これにより圧力ポケット７から移送チャンバ９への圧力相殺を得るために、初めて完全又は部分的に開放される。更に、改善されたポンプ１の調整を可能にするために、図４及び５並びに７及び８に示された本発明の形態が、制御ピストン１０に向かい合って位置する側に配設されている場合が有効である。例えば、第２の制御ピストンは、第１の制御ピストンのバネとは異なるバネ特性曲線を備えるバネを備えることができる。第２の制御ピストンは、制御ピストンが第１の装置における制御ピストンの限界圧力よりも高い圧力となった場合に初めて有効になるように予緊張されているバネも備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ポンプに対する平面図を示す。
【図２】 図１における線Ａ−Ａに沿った断面図を示す。
【図３】 本発明によるポンプの第１の形態に対する平面図を示す。
【図４】 軸方向の遊びのない図３における線Ｂ−Ｂに沿った断面図を示す。
【図５】 軸方向の遊びを有する図３における線Ｂ−Ｂに沿った断面図を示す。
【図６】 バイパス通路を示す。
【符号の説明】
１ ポンプ
２ アウタロータ
３ インナロータ
４ 流入口
５ 吸入ポケット
６ 流出口
７ 圧力ポケット
８ ポンプハウジング
９ 移送チャンバ
１０ 制御ピストン
１１ 圧力調整通路
１２ ショルダー部
１３ プランジャ
１４ 圧縮バネ
１５ 滑動面
１６ ネジ
１７ 制御ピストン軸
１８ プランジャ軸
２１ リング溝
２２ バイパス通路
２３ 圧力通路
２４ ハウジングカバー
ａ 軸方向の遊び
ｂ 間隙
α 制御ピストンの傾斜した面と制御ピストン軸との間の角度
β プランジャの傾斜した面とプランジャ軸との間の角度

Claims (8)

1. 歯付きリングアッセンブリ又はロータアッセンブリを有し、また、移送チャンバ（９）を制限する軸方向に摺動可能な制御ピストン（１０）によってシールされるように互いに分離可能である、ポンプハウジング内に配設されたそれぞれ１つの圧力及び吸入ポケット（７，５）と、ポンプハウジング（８）を閉鎖するハウジングカバー（２４）とを有し、その際、圧力ポケット（７）が、制御ピストン（１０）のショルダー部（１２）と接続している圧力調整通路（１１）を備える、ポンプ（１）において、
   制御ピストン（１０）が、その移送チャンバ（９）とは逆に面した端部において、制御ピストン（１０）に対して直角に配設されたプランジャ（１３）と協働し、その際、プランジャ（１３）が、圧縮バネ（１４）でもって制御ピストン（１０）に抗して予緊張させられており、制御ピストン（１０）とプランジャ（１３）とが、制御ピストン軸（１７）に対して角度をもって配設された滑動面（１５）を介して接続していることを特徴とするポンプ（１）。
2. 滑動面（１５）が、曲面として形成されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ（１）。
3. 制御ピストン（１０）がリング溝（２１）を備え、このリング溝が、引き戻された位置にあっては、圧力及び吸入ポケット（７，５）を起点とするバイパス通路（２２）と接続していることを特徴とする請求項１又は２に記載のポンプ（１）。
4. ハウジングカバー（２４）が圧力通路（２３）を備え、この圧力通路が、圧力ポケット（７）と移送チャンバ（９）とを接続するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のポンプ（１）。
5. 圧力調整通路（１１）及び／又は圧力通路（２３）が、遮断可能又は調整可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のポンプ（１）。
6. 制御ピストン（１０）が耐摩耗性の表面を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のポンプ（１）。
7. 制御ピストン（１０）のショルダー部（１２）が溝を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のポンプ（１）。
8. 歯付きリングアッセンブリ又はロータアッセンブリのそれぞれの側に、制御ピストン（１０）を有する装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のポンプ（１）。

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