JP4061142B2

JP4061142B2 - 可変目標調整器を備えた可変容量形ベーンポンプ

Info

Publication number: JP4061142B2
Application number: JP2002202418A
Authority: JP
Inventors: ダグラス・ジー・ハンター; アルビン・ジェイ・ニーミエック
Original assignee: ボーグワーナー・インコーポレーテッド
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: JP2003201976A; DE10231197A1; DE10231197B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本出願は、２０００年１２月１２日出願の、米国仮特許出願番号第６０／２５５，６２９号「可変容量形ポンプ及び方法」と、２００１年７月１１日出願の、米国仮特許出願番号第６０／３０４，６０４号「可変目標調整バルブサブシステムを備えた可変容量形油圧ポンプシステム」の恩典を請求するものであり、２００１年１２月１２日出願の、米国特許出願番号第1の０／０２１，５６６号「可変目標調整器を備えた可変容量形ベーンポンプ」の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、全体的に流体ポンプに、特に、可変容量形ベーンポンプと、エンジン速度が変動する条件の下での当該ポンプの制御及び作動とに関する。
【０００３】
【従来技術】
液圧式動力伝達装置及び流体分配システムには、ベーンポンプが利用されている。そのようなポンプは、一般的にローターと複数のベーンとを備えており、ベーンはローターの外周に等間隔に設けられた複数のスロットの中に配置され、ローターと共に回転し、ローターに対してスロット内で滑動できるようになっている。ローターとベーンは、ローター及びベーンの軸に対して偏心して取り付けられている格納リング即ち偏心リングの内側形状部と協働して、格納リング即ち偏心リングとローター及びベーンとの間に流体室を形成する。格納リング即ち偏心リングとローター及びベーンとが偏心しているため、ローターの回転と共に流体室が移動するにつれ流体室の容積が変化し、流体室は、吸入ポートを通過する際には容積が大きくなり、吐出ポートを通過する際には容積が小さくなる。格納リング即ち偏心リングとローターとの間の偏心度を変えるためには、格納リング即ち偏心リングを、ポンプハウジング内の固定軸を中心に回せばよい。格納リング即ち偏心リングを回すとポンプの使用中の流体室の容積変化が変動するので、ポンプの容量特性が変わる。従来型のポンプに固有な問題に関する説明は、上記同時係属出願異議申し立て中の米国特許出願番号第1の０／０２１，５６６号の発明の背景の項に記載されている。改良されたポンプと制御の方法について、以下に説明する。
【０００４】
このようなポンプは適切な油圧及び流量制御の改良には役立つが、オイルの制御における向上が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常の内燃機関には、ある流量の潤滑油を、ある圧力範囲内で供給する必要があるが、流量と圧力は、クランクシャフトの回転速度、エンジン温度及びエンジン負荷と共に変動する。固定容量形ポンプは、高速運転状態及び冷態起動状態で作動するときには過剰に高い油圧を作り出しかねず、高温及び低速の状態では油圧が必要な値よりも低くなりかねない。高温及び低速の状態における油圧を改良するためにオイルポンプの容量を増やすと、全稼働状態に亘って多くの動力を消費することになり、高速及び低温の状態における過剰油圧状態を一層悪化させる。従来型の固定容量形ポンプの制御を改良して、エンジン速度とエンジン作動状態に従って、効率よく作動し、ポンプの出力流量及び圧力を最適化するようにすることが望ましい。
【０００６】
更に、昨今の自動車の装置に対するエネルギー節約の要求により、可変カム／バルブタイミングシステムを作動させるためにポンプ容量を増やすことと相俟って、一層効率の良いエンジン潤滑システムの設計が必要になってきた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、可変速度回転軸を有する、エンジン又は装置を潤滑するための潤滑油ポンプシステムである。本潤滑システムは、制御入力に応じて容量を可変的に調整できる第1の潤滑ポンプを含んでいる。第２の固定容量形ポンプは、エンジンの回転軸と作動的に接続されており、可変容量形ポンプのポンプ特性を調節するための制御入力を供給して、エンジンオイル回路内の目標圧力を達成する。
【０００８】
本発明の上記及びその他の目的、特徴及び利点は、以下の好適な実施形態の詳細な説明、上記請求項及び添付図面から明白である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１−３には、可変容量形ベーンポンプ１０を詳細に示しており、ポンプ１０は、ベーン１４を組み込んだローター１２を備えていて、これを回転させることによってポンプ入口１６から流体を吸込み、流体の圧力を高め、ポンプ１０の吐出口１８から加圧された流体を吐出するようになっている。格納リング即ち偏心リング２０は、ポンプ１０のハウジング２２により保持されており、ローター１２に対して回転させて、ポンプの容量を変えることができるようになっている。このようなポンプ１０は、エンジン潤滑装置及び動力伝達装置を含む複数の流体装置で広く用いられている。
【００１０】
ハウジング２２は、格納リング即ち偏心リング２０とローター１２が収容される内部室２６を画定する中央胴体２４を備えているのが望ましい。ハウジング２２は、中央胴体２４の相対する平坦な側面上に一対のエンドプレート２８、３０を更に備えており、内部室２６を囲んでいる。中央胴体２４の内側表面３４に形成されている溝３２は、ハウジング２２に対する格納リング即ち偏心リング２０の回転運動を許容し、制御するため、格納リング即ち偏心リング２０とハウジング２２との間にピボットピン３６を収容する構造となっている。中央胴体２４内には、溝３２から離れた位置、望ましくは概ね直径方向反対側の位置に、シート面３８が設けられている。シート面３８は、格納リング即ち偏心リングの少なくともある位置では格納リング即ち偏心リング２０と係合可能で、シート面とリングとの間に流体密封を形成できるようになっている。格納リング即ち偏心リング２０と中央胴体２４のうちの一方又は双方には、少なくとも部分的にはシート面を形成し、格納リング即ち偏心リング２０とハウジング２２との間の漏れを低減する弾性又は別の型式のシール４０が備えられている。
【００１１】
格納リング即ち偏心リング２０は、開口部４１を有する環状体であり、ハウジング２２の内部室２６内に収容されている。格納リング即ち偏心リング２０は、外側表面上に、ピボットピン３６の一部を収容して、格納リング即ち偏心リング２０と中央胴体２４との間の回転運動を可能とする溝４２を有している。別の実施形態では、偏心リングは、偏心リング２０の一部がピボットピンを取り囲み、ピボットポイントをより強固に位置決めできるように構成されている。そのような格納リング即ち偏心リング２０の回転運動は、格納リング即ち偏心リング２０の外側表面と中央胴体２４の内側表面３４との係合によって（又は下に述べる制御ピストン７２及び７４によって）制限される。図４及び図１３に示すように、格納リング即ち偏心リング２０は、反時計回りに回されて、ポンプ１０の容量が最大となる第1の位置でハウジング２２と係合する。図３及び図１３を見ると最も分かり易いが、格納リング即ち偏心リング２０は、第1の位置から時計回りに回すと、ポンプ１０の容量が最小となる第２の位置に至る。勿論、必要に応じてポンプの容量を変化させるために、格納リング即ち偏心リング２０は、第1の位置と第２の位置とを含めその間の何れの位置でも作動させることができる。格納リング即ち偏心リング２０は、概ね円形の内側表面を有しているが、ポンプ１０の性能を改良又は変更するため、造形を施し、偏心させることもできる。更に、格納リング即ち偏心リング２０には、外側表面上に、中央胴体２４の内側表面３４と係合可能なシール４０を保持することのできる第２の溝４４を設けて、格納リング即ち偏心リング２０と中央胴体２４との間に流体密封シールを形成するようにしてもよい。流体密封シールは、基本的に内部室２６を、シールの各側の２つの部分２６ａ、２６ｂに分離し、分離された内部室部分２６ａ、２６ｂ間に差圧を生じさせることができるようにする。差圧を使って、格納リング即ち偏心リング２０を、第1の位置と第２の位置との間で、或いは第1の位置又は第２の位置まで回転させ、ポンプの容量を制御することができる。
【００１２】
ポンプ１０を通して流体を移動させるため、ハウジング２２内には回転吐出組合せ５０が備えられている。回転吐出組合せ５０は、中央駆動軸５２と、駆動軸５２に支持され回転駆動されるローター１２と、ローター１２と共に回転するようローター１２に滑動可能に支持されている複数のベーン１４とで構成されている。駆動軸５２は、それ自身の軸線５３を中心に回転するよう一定の位置に保持されている。ローター１２は、駆動軸５２に固定され、軸５２の軸線５３を中心にして軸と共に回転するようになっている。
【００１３】
図示のように、ローター１２は、ローター１２の外側表面５６に開き、円周方向に等間隔に配置され、軸方向及び半径方向に伸張している複数のスロット５４を有する概略円柱形の部材であり、スロットは外側表面５６の内側で終端している。各スロット５４は、個別のベーン１４を滑動可能に収容し、ベーンがローター１２に対して引込位置と伸張位置との間で可動となるように構成されている。ローター１２内の各スロット５４は、加圧された流体を受け入れるために構成された室５８で終端しているのが望ましい。室５８内の加圧された流体は、スロット５４内のベーン１４に作用し、ベーンが格納リング即ち偏心リング２０の内側表面３４と係合するまで、ベーン１４を半径方向外向きに滑働させる。ポンプ１０が作動している間は、室５８及びスロット５４内の流体圧は、ベーン１４と格納リング即ち偏心リング２０の内側表面４１との間に、実質的な連続的接触を維持するのに十分な圧力であることが望ましい。
【００１４】
本発明のある態様によれば、ベーン伸張部材６０は、１つ又はそれ以上のベーン１４と係合し、ベーン１４を、ローター１２の外周を超えて半径方向外向きに伸張させるよう、ローター１２上に可動的に配置されている。これによって、少なくとも２つのベーン１４が常にローター１２の外周を超えて確実に伸張することとなり、ポンプ１０に容易に迎え水を供給できるようになる。伸張部材６０がなければ、ベーン１４は、引込位置に留まる傾向となりローター１２の外側５６を超えて伸張しないので、何れのベーン１４も外方向に伸張しないままローター１２が回転し、ポンプ１０の迎え水となる十分な流体を排出せず、ポンプの出力圧が上がらないことになる。従って、ローター１２の室５８又はスロット５４内に流体圧が生成されず、ベーン１４を外方向に伸張させる圧力がベーン１４に作用しないので、ポンプ１０に迎え水が供給されないことになる。この様な状態は、例えば、自動車の冷態起動時のように、寒い日に冷たい自動車を始動させる場合の、自動車用製品で生じる。
【００１５】
図２に示す実施形態では、ベーン伸張部材６０は、ローター１２の端面に形成された環状凹部６２内に滑動可能に収容され、少なくとも２つのベーン１４が常にローター１２の外周を越えて確実に伸張するだけの十分な直径を有するリングである。凹部６２は、外側肩部６４と内側肩部６６とを形成し、リング６０はその間を滑動する。格納リング即ち偏心リング２０と係合しているために半径方向内向きに変位し、それによって直径方向反対側のベーン１４に向けてリング６０を押し、それらのベーンをローター１２の外周を越して突出させているベーン１４に起動されて、リング６０は凹部６２内で滑動する。ポンプ１０の組立て状態では、リング６０は、ローター１２とハウジング２２の隣接するサイドプレートとの間に保持されている。必要に応じて、ローターの反対側の面上に第２のリングを設けてもよい。
【００１６】
図６及び図７に示すように、ローター１２のスロット５４は、各ベーン１４の先導面及び追従面６８、６９上に流体薄膜を形成できる寸法となっているのが望ましい。ローター１２が回転する際に、流体薄膜はベーン１４を支持する。流体薄膜は、支承面を効果的に作りベーンスロットの磨耗を防ぐ。更に、スロット５４の寸法は、ベーンの傾斜を防ぐようなものになっているのが望ましいが、同時に、ベーンの傾きがある以上、ベーンが傾斜した場合に、ローター１２とベーン１４が接触する領域内でローター１２とベーン１４との間の接触シール部に流体が入れるような寸法となっているのが望ましい。接触シール部は、ベーン１４上に働く加圧された流体を維持して、それがスロット５４から漏れたり流れ出したりするのを防ぐ。そうでなければ、ポンプの出口圧力にある室５８及びスロット５４内の流体と、ポンプサイクルの低圧部分（ポンプの出口での圧力を除くほぼ全て）との間の差圧のために、このような漏れが起こり易い。この漏れを防ぐことにより、十分な静圧が、ベーン１４を格納リング即ち偏心リング２０に向かって半径方向外向きに確実に付勢して、ベーン１４と格納リング即ち偏心リング２０との間の接触の連続性を向上させる。
【００１７】
流体を吐出するために、格納リング即ち偏心リング２０は、駆動軸５２及びローター１２に対し、偏心して取り付けられている。この偏心により、格納リング即ち偏心リング２０とローター１２との間に、変動する隙間即ち間隙が形成される。この変動する隙間が、隣接するベーン１４とベーン１４との間で、ローター１２と格納リング即ち偏心リング２０の内側表面との間に流体ポンプ室７０を形成し、流体ポンプ室７０の容積は、使用時、回転につれて変化することになる。具体的には、各ポンプ室７０は、回転運動のある部分の間では容量が増大し、そのためそのポンプ室７０内の圧力が低下し、流体がそこに吸入され易くなる。最大容積に達した後、各ポンプ室７０は体積が減少し始め、ポンプ室が出口に整合して流体がポンプ１０の吐出圧力で前記出口を通して排出されるまで、圧力が上がる。このように、偏心によってポンプ室７０が拡大して縮小するので、ポンプ１０の入口を通して流体が吸い込まれ、その後流体の圧力が上がり、その流体は加圧された状態でポンプ１０の出口から排出されることになる。
【００１８】
偏心の程度でポンプ１０の作動特性が決まり、偏心が大きくなるほどポンプ１０を通過する流体の流量は多くなり、偏心が少ないほど流体圧での流量は少なくなる。図３に示す、格納リング即ち偏心リング２０のいわゆる「ゼロ容量位置」即ち第２の位置では、開口部４１が基本的にローター１２と同軸に整列しており、流体ポンプ室７０の容積は回転を通して基本的に一定である。この配位では、ポンプ室７０は、拡張して流れを引き込むことも、体積を減じて中の流体の圧力を上げることもなく、ポンプ１０の最小性能状態、即ちゼロ容量状態を作り出す。そのポンプの固有動作特性を維持するポンプの最小容量を有することが望ましい。格納リング即ち偏心リング２０が、第1の又は最大容量位置にあるか、又は最大容量と最小容量との間の何れかの容量位置にある場合、ローター１２が回転するとポンプ室７０の大きさは最大容積と最小容積との間で変動し、回転と共にポンプの容量が増大する。
【００１９】
図３及び図４に示すように、格納リング即ち偏心リング２０の回動と位置を制御するため、互いに逆方向に作動する一対のピストン７２、７４を用いて、格納リング即ち偏心リング２０を第1の位置と第２の位置との間で回動させるようにすることもできる。各ピストン７２、７４は、流体回路内の２つの異なる室から取り出された異なる流体圧信号に応答するようになっているのが望ましいが、信号のうちの１つは調整弁から来ていなければならない。従って、流体回路の２つの異なる部分を使って、格納リング即ち偏心リング２０の変位を制御し、それによってポンプ１０の動作と容量を制御することができる。ピストンへ加えられる力を加圧流体信号から変える必要があれば、ピストン７２、７４を異なる寸法とすることもできる。更に、格納リング即ち偏心リング２０の運動とポンプの作動の制御を支援するために、ピストン７２、７４の１つ又は両方を、ばね又は別の機構で付勢してもよい。代わりに、格納リング即ち偏心リング２０とハウジング２２との間にシール４０が設けられている場合は、圧力の作用している制御された量の流体を、シール４０の両側に形成されている室部分２６ａ、２６ｂ内に直接作用させてもよい。体積及び圧力の異なる流体を、シール４０のどちらかの側に供給して、格納リング即ち偏心リング２０の運動を制御することもできる。勿論、これらのアクチュエータを任意に組み合わせて、ポンプ１０を使用する際に格納リング即ち偏心リング２０の運動と位置を制御するようにしてもよい。
【００２０】
図１３に最も分かり易く示しているように、本発明の別の態様によれば、格納リング即ち偏心リング２０の回動中心となる軸線７６は、格納リング即ち偏心リング２０の第1の位置と第２の位置との間での運動が基本的に線形運動となるように配置されている。そうするため、格納リング即ち偏心リング２０は、第1の位置と第２の位置との間で、格納リング即ち偏心リング２０の偏心の方向に移動する距離の半分だけ駆動軸の軸線５３から離れている軸線７６を中心にして回される。言い換えると、格納リング即ち偏心リング２０の回動軸線７６は、駆動軸５３に対し、即ちローター１２に対して、格納リング即ち偏心リング２０の最大偏心量の半分だけ駆動軸の軸線５３から離れている。格納リング即ち偏心リング２０の回動運動は、少なくとも幾らか弧状の経路に沿って生じる。格納リング即ち偏心リング２０の回動軸線７６を上記のように配置することにより、格納リング即ち偏心リング２０の運動経路は、その第1の位置と第２の位置との間で基本的には線形となる。格納リング即ち偏心リング２０の非線形又は複合運動は、ローター１２と格納リング即ち偏心リング２０との間の間隙即ち隙間に影響を及ぼす。ポンプ１０の性能及び作動特性は、この間隙即ち隙間による影響を受ける。
【００２１】
従って、格納リング即ち偏心リング２０が回される際の、格納リング即ち偏心リング２０の非線形運動は、ポンプ１０を通して、特に重要なのはポンプの入口１６と吐出口１８の領域において、流体室の大きさを変えることができることである。例えば、ポンプ室７０は、出口１８に近づくにつれ、僅かに容積が増して中の流体圧を低下させ、吐出ポートでの流体の加圧を非効率的とするかもしれない。望ましくは、本発明に従って、格納リング即ち偏心リング２０の回動軸線７６をオフセットさせることにより、このような中心位置のエラーを減少させ、ポンプの作動特性の制御を容易にして、ポンプの性能及び効率を向上させるような格納リング即ち偏心リング２０の運動を実現することができる。本発明の配置は、格納リング即ち偏心リングの開口部４１の中心点が、基本的に線形経路に沿って動く、より簡単なポンプ設計を可能にする。更に、ポンプ１０は、作動時の空気伝搬ノイズ又は流体伝搬ノイズが低い。
【００２２】
格納リング即ち偏心リング２０の運動を制御することになる流体圧力信号をアクチュエータへ作用させるのを制御するために、単一の制御バルブ８０が、２つのパイロット信号と、それをアクチュエータへ作用させることに反応する様になっているのが望ましい。図５に示す様に、制御バルブ８０のスプール部分８２には、複数の環状溝と、隣り合う溝の間のランドとが形成されていて、ランドは、スプール部分８２が収容される穴８４とのシール係合を構成している。バルブ８０は、更に、外側スリーブ８８と、スリーブ８８によって滑動可能に保持されている内側ピストン９０とを備えたピストン部分８６を有している。プランジャ９０とスプール部分８２との間には第1のばね９２が配置され、スプール部分８２の位置を変位可能に付勢しており、スリーブ８８とプランジャ９０との間には第２のばね９４が配置され、プランジャ９０をスリーブ８８から離れる方向に付勢している。
【００２３】
図５及び図８に示すように、バルブ８０は第1の入口９６を有しており、ポンプ１０から吐出された流体がその入口を通して室９８し、室９８内にはプランジャ９０が収容され、第２のばね９４の付勢力とは反対の方向の力をプランジャ９０に加えるようになっている。第２の入口１００は、ポンプ１０から吐出された流体をスプール部分８２に連通する。第３の入口１０２は、流体回路の第２の部分より下流の流体回路源からの流体圧を、プランジャ９０と外側スリーブ８８との間に形成されている室１０４に連通する。第４の入口１０６は、流体回路の第２の部分を、スプール部分８２のプランジャ９０とは反対側の端部１０８に連通する。入口に加えて、バルブ８０は、油溜即ちリザーバ１１２と連通する第1の出口１１０と、第1のアクチュエータ７４（又は室２６ｂ）と連通する第２の出口１１４と、第２のアクチュエータ７２（又は室２６ａ）と連通する第３の出口１１６とを有している。上記のように、第1の及び第２のアクチュエータ７２、７４は、格納リング即ち偏心リング２０の運動を制御して、ポンプ１０の容量を変える。
【００２４】
更に詳細には、プランジャ９０は、第1のばね９２の一端を収容し保持するための止まり穴１２２を備えた円筒形の本体１２０を有している。プランジャ９０の一端に設けられた拡大ヘッド１２４は、例えばポンプハウジング２２内に形成することもできる室９８内にぴったりと滑動可能に収容されており、外側スリーブ８８と係合して、プランジャ９０のスリーブ８８方向への運動を制限するように構成されている。外側スリーブ８８は、室９８内で動かないように、圧入、或いは何らかの方法で固定されているのが望ましい。外側スリーブ８８は、プランジャ９０の本体１２０を滑動可能に収容する穴１２６と、一端で半径方向内向きに伸張してスプール部分８２のプランジャ９０方向への運動を制限するリム１２８と、第２のばね９４を収容する環状室１０４を形成する直径の小さくなった反対側の端部１３０とを有している。環状室１０４には、更に、入口１０２から、プランジャ９０に作用する加圧された流体が入ってくる。
【００２５】
スプール部分８２は概略円筒形であり、ポンプハウジング２２のような本体の穴８４内に収容されている。スプール部分８２は、止まり穴１３２を有しており、一端１３４は開いており、他端１０８は閉じている。スプール部分８２の外側に設けられた第1の凹部１３６は、止まり穴１３２内へと開口している１つ又は複数の通路１３８に通じている。第1の凹部１３６は、第３の出口１１６と選択的に整列し、制御された体積の加圧流体が、第２のアクチュエータ７２（室２６ａ）で高容量を保ちながら、第1の凹部１３６と、対応する通路１３８と、止まり穴１３２と、油溜即ちリザーバ１１２へ通じる第1の出口１１０とを経由して、スプール部分８２を通って戻り出ることができるようになっている。これにより、第２のアクチュエータ７２（室２６ａ）における流体の体積と圧力が低下する。同様に、スプール部分８２には、止まり穴１３２内へと開口している対応する通路１４２へ通じる第２の凹部１４０が設けられており、第２の凹部１４０は、第２の出口１１４と選択的に整列可能であり、体積が制御された加圧流体が、第1のアクチュエータ７４（室２６ｂ）で低容量を保ちながら、第２の凹部１４０と、対応する通路１４２と、止まり穴１３２と、油溜即ちリザーバ１１２へ通じる第1の出口１１０とを経由して、バルブ８０を通って戻り出ることができるようになっている。
【００２６】
スプール部分８２は、更に、第1の凹部１３６と第２の凹部１４０との間に配置され、概ね第２の入口１００と整列している第３の凹部１４４を有している。第３の凹部１４４の軸方向長さは、第２の入口１００と第２の出口１１４との間の距離より長く、第２の入口１００と第３の出口１１６との間の距離より長い。従って、スプール部分８２が、プランジャ部分８６の方向に十分に変位すると、第３の凹部１４４は、第２の出口１１４を第２の入口１００と連通させ、吐出圧の流体が第２の入口１００から第２の出口１１４を通過して流れるようになる。これによって、第1のアクチュエータ７４に作用する流体の体積と圧力が増す。同様に、スプール部分８２が、プランジャ部分８６から離れる方向に十分に変位すると、第３の凹部１４４は、第２の入口１００を第３の出口１１６と連通させ、ポンプ吐出圧の流体が第２の入口１００から第３の出口１１６を通過して流れるようになる。これによって、第２のアクチュエータ７２に作用する流体の体積と圧力が増す。上記のことから、第1の及び第２の凹部１３６、１４０が第２の及び第３の出口１１４、１１６とそれぞれ整列している場合、スプール部分８２の変位によって、第1の及び第２の凹部１３６、１４０それぞれによる容量制御室の循環が制御されることが分かる。更に、第３の凹部１４４が第２の又は第３の出口１１４、１１６それぞれと整列しているいる場合、スプール部分８２の変位によって、第３の凹部１４４を通過するパイロット圧信号の充填又は増大が可能となる。
【００２７】
スプール部分８２の変位は、少なくとも部分的には、流体回路の２つの別々の部分からの２つの別々の流体信号によって制御されるのが望ましい。図示のように、ポンプ吐出圧の流体が室９８に供給され、プランジャ９０の頭部１２４に作用して、プランジャ９０をスプール部分８２方向に変位させるように働く。これにより、スプール部分８２を変位させようとする力（第1のばね９２を通して伝えられる）が働く。この力には、少なくとも部分的には、第２のばね９４と流体回路内の第２のポイントからの流体圧力信号とが反力となり、その圧力信号は、スプール部分８２の遠位端１０８及び外側スリーブ８８とプランジャ９０との間の室１０４へ加えられ、プランジャ９０の頭部１２４にプランジャ９０を外側スリーブ８８から離す方向に作用する。スプール部分８２の運動は、必要であれば、適切なばね９２、９４、流体圧信号及び／又は圧力信号が作用するプランジャヘッド１２４及びスプール部分の端部１０８の相対表面積を選定することによって制御することができる。バルブ８０の較正を容易にするために、第２のばね９４は、第1のばね９２の初期すなわち休止圧縮力を制御し、第1のばねがスプール部分８２及びプランジャ９０に作用する力を制御するように選択されるのが望ましい。
【００２８】
プランジャ９０とスプール部分８２に作用する、ばね９２、９４と流体圧力信号とによって作り出されるこれらの様々な力に応じて、スプール部分８２を移動させて所望の凹部を所望の入口又は出口ポートと連通させ、第1の及び第２のアクチュエータ７２、７４（又は室２６ａ／２６ｂ）へ出入りする流体の流れを制御する。更に詳しくは、図５で見て、スプール部分８２が下方向に動かされると、第３の凹部１４４は、第２の入口１００と第３の出口１１６との間を橋絡し、ポンプ１０から吐出された加圧流体を第２のアクチュエータ７２に導く。スプール部分８２のこの運動によって、同時に第２の凹部１４０が第２の出口１１４と整列し、第1のアクチュエータ７４内の流体の量と圧力が油溜即ちリザーバ１１２へ出ていくのが望ましい。その結果、格納リング即ち偏心リング２０が、第２のアクチュエータ７２によってその第1の位置へ向けて動かされ、ポンプ１０の容量が増すことになる。図５で見て、スプール部分８２が上方向に動かされる場合は、第３の凹部１４４が、第２の入口１００と第２の出口１１４との間を橋絡し、ポンプの吐出圧の流体を第1のアクチュエータ７４に導く。スプール部分８２のこの運動によって、好ましくは、同時に第1の凹部１３６が第３の出口１１６と整列し、第２のアクチュエータ７２内の流体の量と圧力を溜め即ちリザーバ１１２に排出させる。その結果、格納リング即ち偏心リング２０はその第２の位置へ向けて動かされ、ポンプ１０の容量が減少することとなる。スプール部分８２は、穴８４及び出口と共に作動し、所謂「４方向バルブ」として挙動する。このように、相対的な制御された体積と圧力が、流体回路の２つの異なる部分から取り出された２つの別個の圧力信号によって制御される。図示の実施形態では、第1の圧力信号はポンプ１０から吐出される流体であり、第２の圧力信号は下流の流体回路源からのものである。この方法では、ポンプの効率と性能が、より有能な制御を通して改良される。
【００２９】
図１１に最も良く示しているように、流体回路内の入口流量バルブ１５０は、ポンプ１０が、大気圧下ではポンプ１０の入口ポート１６を流体で満たすには不十分な速度で作動している場合、流体がポンプ吐出圧でポンプ入口１６に流れ戻ることを選択的に許容するように設けられている。これによって、キャビテーションが抑えられ、ポンプ１０の入口１６への流体の流れに関する制限又は流体の位置エネルギーの不足が克服される。これを実現するために、入口流量バルブ１５０は、ポンプハウジング２２のような本体の穴１５２内に滑動可能に収容されるスプール型バルブでもよく、その穴１５２はポンプ出口１８から吐出される流体と連通している。図示のように、流体回路はポンプ１０を備えており、ポンプ出口１８は、入口流量バルブ１５０を含む穴１５２と接続されている供給通路１５６を通ってエンジン潤滑回路１５４に続いている。流体は、エンジン潤滑回路１５４の下流でリザーバ１１２へ戻され、必要であれば、そのような流体の一部は、入口流量バルブ１５０へ続くパイロット流体通路１５８に導かれ、パイロット圧信号を吸入流量バルブ１５０に供給する。更に、ばね１５９を設けて、吸入流量バルブ１５０を偏倚してもよい。流体は、リザーバから、入口通路１６０を通って燃料ポンプ１０の入口１６へ供給される。入口通路１６０は、入口流量バルブ１５０を含む穴１５２を通過することができ、本体に対して基本的に流体密封状態を形成する入口流量バルブ１５０のランド１６２によって、供給通路１５６から分離されている。
【００３０】
従って、ポンプ１０から吐出される流体は、出口ライン１５７と連通する通路１５６によってランド１６２上に作用し、ばね１５９と、パイロット流体通路１５８を通して入口流量バルブ１５０に加えられるパイロット圧信号とに対して反対方向に、入口流量バルブ１５０を変位させるように働く。ポンプ１０から吐出される流体の圧力が十分高くて、ばね及び通路１５８からのパイロット圧に打ち勝つ場合、図９に示すように、入口流量バルブ１５０は、ランド１６２が大きく動かされて入口通路１６０を開き、穴１５２と通路１６１を通して、供給通路１５６と入口通路１６０との間が連通するにするように変位する。このように、ポンプ１０から吐出された流体の一部は、上記理由のために、リザーバ１１２から供給される流体と共に、ポンプ１０の入口１６へ送り返される。入口１６へ吸込まれる加圧流体の流れは、ポンプ入口を過給し、空気又は気体ではなく液体が確実にポンプで押し出されるようにする。これによってキャビテーションが防止され、ポンプの効率と性能が向上する。
【００３１】
バルブ１５０とその過給効果の目的は、利用できる圧力エネルギーを入口での速度エネルギーに変換し、流体速度、従ってポンプの吸引能力を高めることである。
【００３２】
図９には、可変容量形ポンプシステムの制御システムに関する別の実施形態を全体的に２００で示している。この実施形態では、可変容量形ポンプ２１０の容量を制御するための制御入力は、制御バルブ２１２を通して供給される。エンジンのクランクシャフト速度に応じて一定の流量を作り出す固定容量形ポンプ２１４が設けられている。固定容量形ポンプは、ジェロータポンプであるのが望ましいが、回転軸の運動によって駆動される他の固定容量形ポンプを用いてもよい。固定容量形ポンプ２１４と可変容量形ポンプ２１０とは、エンジンのクランクシャフトに連結された同一軸で駆動してもよく、別々の軸で駆動してもよい。
【００３３】
ポンプ２１４の出力は、図５のバルブ８２と同様に作動する、バルブ２１２を偏倚して運動させるための制御ピストン２１６と流体連結されている。制御ピストン２１６は、ばね２１８によって機械的に接地されており、そのばねは液圧ライン２２０に沿ったポンプ２１４からの入力圧によって引き起こされる運動に抗して偏倚する。第２の制御ばね２２２は、バルブ２１２のスプール部分２２４及びピストン２１６と作用可能に接続されている。スプールバルブ２２４の運動は、第1の側ではエンジン油圧回路２２８からのパイロットライン２２６からの液圧によって、別の側では、ばね２２２からのばね圧によって引き起こされる。ポンプ２１４の出力圧は、ライン２２０に沿って伝達され、ばね２２２及び克服ばね２１８に圧縮力を加える。更に、出力ライン２３０は、流体を吸入ポートへ送って、高速エンジン回転時にキャビテーションを防止するのを助けるが、較正圧を制御ピストン２１６へ供給するための較正流量レジスタ２３２を有しており、較正圧はエンジン速度に関係付けられている。エンジンの始動時には、ばね２３４によってポンプ２１０は最大容量位置にある。ジェロータからの圧力は、ピストン２１６の位置を定め、ばね２２２を圧縮する。これによって、バルブ２１２に対する調節目標圧が設定される。エンジン回路２２８内でエンジン圧力が立ち上がり、目標圧力を超えると、パイロット制御ライン２２６は、デストローク（ストローク減少）位置の方に移動するようにスプールバルブ２２４を偏倚し、それによってポンプの容量２１０が減少し、目標の圧力を達成する。エンジン圧が低ければ、スプールバルブは反対の方向に動く。低圧の状況では、ばね２２２はスプールバルブ２１２を、オンストローク（ストローク増加）（ｏｎ−ｓｔｒｏｋｅ）位置の方向に動くように偏倚し、それによってポンプの容量２１０を増大させて、目標の圧力を達成する。ポンプ２１４からの流れは、吸入ポートに送られ、ポンプに過給効果を与えて、高速エンジン回転時のポンプのキャビテーションを防止するのを助ける。
【００３４】
図１０に示す実施形態では、油圧システムは図９に示すシステムと同じであるが、システムの制御を安定させるため圧力調整バルブ２３６が用いられている。本発明のこの実施形態では、バルブ２３６は、ライン２３９からの圧力フィードバックがばね２４１に対抗してバルブ２３６に作用することによって、制御ライン２３７内に所定の圧力を維持している。従って、ライン２３７内の圧力が高過ぎると、バルブ２３６の流れを制限し、ライン２３７内の圧力が低過ぎると、バルブ２３６が開くことになる。これによって、ポンプ２１０の制御ピストン又は制御室を作動させる安定したライン圧力が供給される。
【００３５】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、図９と同じ構造であるが、吸込み圧に応えて高速エンジン回転時のキャビテーションを防止するのを助けるための、吸入ポートを充填する入口過給バルブ１５０が示されている。このように、絞り２３２を通過するジェロータポンプからの過剰な速度エネルギーを使って、入口の充填を支援している。これは、吐出圧をあり得る吸込みの問題の標示として利用している図１１の実施形態とは異なっている。この様に、この実施形態では、入口を過給するのにジェロータポンプとバルブ１５０との両方が用いられている。しかし、入口を過給するのに、これらのシステムの内の１つ又はそれ以外を代わりに用いることもできる。ラインＢは大気圧に接続されている。吸入過給器バルブは低速では作動しないが、吸入ラインＤ内に真空が立ち上がると、圧力差によってバルブが開き、ポンプからの吐出圧を、ラインＣを通して吸入ポート１６へ送り返す。これは、更に図１２Ｂに示しており、ラインＤの真空は、高速エンジン回転時にばね１５９を圧縮し、ラインＡをラインＣに接続して、吐出圧の流れが、過給バルブを通って素早く入口側へ移動できるようにしている。このように、ラインＤとラインＢとの間の圧力差がばね１５９を圧縮し、ポンプの入口への過給器を作動させる。
【００３６】
図１４に示すシステムは、ジェロータの出力が、適所に絞り２３２が配置されたライン２４０に沿って単に油溜に送られていること以外は、図１１と同じシステムである。
【００３７】
図１５に示すシステムは、図１２Ａで説明したものと同じように作動するが、ピストン２１６の運動は、オリフィス２３２ａを通過する際の圧力差と、ジェロータポンプからの較正ライン２２０とによって制御されている。ライン２４２は出口と接続されている。この方法では、ポンプ２１４からの油の流れが、普通はエンジンの油圧回路内で用いられる。
【００３８】
図１６は、制御ピストン２１６ａが、第1の可変容量形ポンプのばね２３４に直接作用して直接目標入力を位置ピストン２１６ａに供給する可変目標装置として働く、本発明のある実施形態を示す。このように、ピストン２１６ａの位置が目標を設定する。この実施形態では、ジェロータの較正された出力は、ライン２４６に沿って出てピストン２１６ａを作動させ、エンジン油圧回路２４８からのパイロット圧のラインは、可変容量形ポンプのデストローク（ｄｅ−ｓｔｒｏｋｅ）側に接続されている。この直接パイロット装置は、ばね２３４上の可変圧力が、オンストローク（ｏｎ−ｓｔｒｏｋｅ）ピストンに対して作用し、ポンプの出力に基づいて直接目標を供給するという点で、幾らか簡単になっている。ポンプをデストローク（ｄｅ−ｓｔｒｏｋｅ）させてポンプの容量を減少させるために加えられる圧力２４８には、ばね２３４が対抗する。ジェロータ２１４の出力は、２１６ａに加えられ、ばね２３４の圧縮力を増加又は減少させる。これは、容量の減少が始まる圧力を変化させることになる。従って、エンジン速度が上がるにつれて、ピストン２１６ａがばね２３４に加える圧力が大きくなり、その結果、ポンプの容量を減少させるための回路２４８に必要な圧力が上がる。
【００３９】
図１７は、図１４に概略的に示すような、本発明によるポンプ本体の断面図である。図１７では、可変目標ピストンの別の実施形態を示している。この実施形態では、ジェロータポンプ３１０は、可変目標ピストン組立体３１２と連動し、その可変目標ピストン組立体３１２は、外側部分３３４ａと内側部分３３４を含んでおり、エンジン３１６の油圧回路と流体接続されている流量制御バルブ３１４を動かすための部材として働く。バルブ３１４が作動すると、制御室３２０及び３２２を満たすか或いは空にすることにより、ポンプの偏心リング３１８を動かす。偏心リング３１８は、ばね３２４により最大容量位置に向けて付勢されている。室３２０は、容量増加油圧ライン３２６と接続されており、室３２２は容量減少ライン３２８と接続されている。更に、ベーンポンプからの吐出流は、ライン３３０によってバルブへ送られ、油圧制御圧力を室３２２及び３２０へ供給する。目標ピストン３１２は、バルブ３１４に向けてピストン組立体３１２に予め押圧力を加える予備負荷ばね３３２を含んでいる。第２のばね３３６は、ピストン組立体３１２をばね３３２とは反対方向に付勢するために、スペーサー３４０に対して接地されている。作動ばね３４２は、第1の側面でピストン組立体３１２に対して接地されており、バルブ３１４の収容領域３４４に対して作用している。バルブ作動室３４６は、バルブ３１４を、ピストン組立体３１２に向かう方向に運動させるように付勢し、一方、ジェロータポンプからの圧力がライン３５０によって室３４８に入力されると、ばね３４２及び３３６を圧縮して、バルブ３１４を反対方向に押すように働く。（他の実施形態と比較して）第３の制御ばね３３２を追加すると、異なる目標圧力対エンジン速度特性の関係を、他の実施形態よりも低速で得ることができる。速度が増すと、ジェロータ圧力は、ばね３４２からバルブ３１４へ加えられるばね圧縮力と共に、バルブ３１４の所定の所望目標を設定する。エンジンオイル回路から室３４６へ入るフィードバック圧力は、バルブ３１４を動かして、所望の目標油圧を達成する。このように、油圧に対するバルブの目標は、ジェロータポンプの出力圧、又はばね３４２によって設定され、エンジン回路油圧は、４方向スプールバルブ３１４の運動によって設定される。スプールバルブは、室３４６に向かって動くときに、ポンプの容量を増大させ、エンジン油圧入力からの油圧が目標より大きくなると、スプールバルブ３１４は、ばね３４２に抗してピストン３１２に向けて動かされ、その結果、正しい目標圧力が得られ、バルブが図示の様式に配置されるまで、バルブ３１４が容量減少ラインへと動かされる。通路３４８と３５０は、容量減少ライン又は容量増加ラインのどちらかから、室３５２へ排出し、更に通路３５４を通して排出できるようにする。この実施形態では、初期予荷重ばね３３２が、エンジン速度の低速端における高い目標圧力を与える。
【００４０】
従って、本発明のポンプシステムは、ポンプの設計と作動を容易にし、ポンプの作動パラメータ及び出力の制御を格段に改良できるようにし、全体的なポンプの性能と効率を向上させる多くの特徴を含んでいる。本発明のベーンポンプは、全ての速度で内燃機関の潤滑に関する様々な要件を満たすことができる。勿論、ベーンポンプは、動力伝達及びその他の流体分配装置に利用することもできる。
【００４１】
最後に、以上、本発明の好適な実施形態を本明細書で詳しく説明してきたが、本発明の範囲は、上記請求項によって定義されるものである。完全に本発明の精神及び範囲内に属する、本発明のポンプに関わる修正及び応用は、当業者には自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ローター１２と、付帯する被駆動ベーン１４とを有する可変容量形ベーンポンプ１０を示す。
【図２】図１のベーンポンプの斜視図であり、サイドプレートを取り外してポンプの内部構成要素を示している。
【図３】図２のポンプの平面図であり、格納リング即ち偏心リングがゼロ容量位置にあるところを示している。
【図４】図２のポンプの平面図であり、格納リング即ち偏心リングが最大容量位置にあるところを示している。
【図５】本発明の１つの態様による、ポンプの格納リング即ち偏心リングを回転させる可変目標双パイロット調整バルブの概略断面図である。
【図６】本発明によるローター及びベーンの一部を示す、拡大部分断面図である。
【図７】ベーンがローターのスロット内で傾斜しているときの、ベーンとローターの間のシールを示している、ローター及びベーンの拡大部分断面図である。
【図８】３方向調整バルブを含む、本発明のある実施形態のベーンポンプの油圧回路の概略図である。
【図９】エンジン速度調整可変目標バルブを含む、図８の油圧回路の概略図である。
【図１０】図９と同じ油圧回路の概略図であるが、ポンプ制御システム内の圧力減少バルブを示している。
【図１１】３方向調整バルブとキャビテーション抑止バルブを含んでいる、本発明によるベーンポンプの油圧回路の概略図である。
【図１２】図１２Ａは、エンジン速度調整可変目標バルブを含んでいる、図１１の油圧回路の概略図であり、図１２Ｂは、キャビテーション抑止バルブの断面の概略図である。
【図１３】ベーンポンプの格納リング即ち偏心リングの線図であり、ゼロ容量位置と最大容量位置を示している。
【図１４】図１２Ａと同様な油圧回路の概略図であるが、ジェロータパイロット出力が油溜に接続されている状態を示している。
【図１５】図１２Ａと同様な油圧回路の概略図であるが、エンジンオイル調整システムがジェロータポンプから吐出ポートへの出力を含んでおり、ジェロータ出力とベーン型ポンプ出力との間の差圧を使って、可変目標流量制御バルブの目標設定を制御している状態を示している。
【図１６】流量制御バルブに依らないエンジン速度制御可変目標調整を示す油圧回路の概略図である。
【図１７】偏心リングに直接作用する油圧制御圧力による可変目標制御を用いている、図１１に示す本発明の実施形態の断面図である。
【符号の説明】
１０可変容量形ベーンポンプ１２ローター
１４ベーン１６入口
１８出口２０格納リング即ち偏心リング
２２ハウジング２４中央胴体
２６室３４内側表面
４０シール４２溝
５２駆動軸５４スロット
７０流体ポンプ室７２、７４制御ピストン
７６ピボット軸８０制御バルブ

Claims

可変速度回転軸と油圧回路とを有する装置の潤滑を行うための潤滑油ポンプシステムにおいて、
制御入力に応じて可変的に調節可能な可変容量能力を有する第1のポンプと、
前記可変速度回転軸と作動的に接続されている第２の固定容量形ポンプであって、出力が、前記軸の速度に応じて前記第1のポンプの容量を変えるための、前記軸の速度に関する作動信号特性を提供するようになっている第２の固定式容量形ポンプと、
を備えている潤滑油ポンプシステム。
前記第1のポンプと前記第２のポンプとは、同じ回転軸によって駆動されている、請求項１に記載の潤滑油ポンプシステム。
前記第1のポンプは、前記制御入力に応じてポンプの容量を変えるための偏心リングを備えた可変容量形ポンプである、請求項１に記載の潤滑油ポンプシステム。
前記第２のポンプの出力は、ポンプ駆動速度を前記制御入力として示す較正された圧力信号を提供するための較正された流量抵抗を有する、請求項３に記載の潤滑油ポンプシステム。
制御ピストンが穴内に配置されており、前記制御入力からの圧力は前記制御ピストンを第1の側に配置するように作用し、接地されたばねの力は前記制御ピストンを第２の側に配置するように作用し、前記穴内の位置は調整システムの基準として作用して、油圧回路内に所定の調整目標圧力を提供するようになっている、請求項４に記載の潤滑油ポンプシステム。
較正された圧力信号に応答する多機能バルブは、前記バルブに第1の方向から作用する較正された圧力信号と、前記バルブに第２の方向から作用するエンジンオイル回路からの圧力入力とに応答して、ポンプのオンストローク側又はデストローク側へ加圧流体を出すことによって、ポンプの容量を変えるようになっている、請求項５に記載の潤滑油ポンプシステム。
前記多機能バルブは、前記制御ピストンと前記スプールバルブとの間に接続されている偏倚ばねを有するスプール型のバルブであり、前記制御ピストンは、前記第２のポンプからの制御入力に応じて目標位置を提供するために、前記ばねを圧縮して前記スプールバルブを偏倚し、前記スプールバルブは、流体の制御流を前記可変容量形ポンプへ導くための通路を有しており、エンジンの油圧回路からの制御信号は、所定の目標圧力を求めるために、前記偏倚ばねに抗して前記スプールバルブに作用するようになっている、請求項６に記載の潤滑油ポンプシステム。
前記第1のポンプは、前記第1のポンプの容量を変えるための作動可能な偏心リングを含む可変容量形ベーンポンプであり、前記流体の制御流は、前記制御ピストンと前記偏倚ばねの位置により設定される目標に依って、前記偏心リングをオンストローク制御経路又はデストローク制御経路のどちらかで動かすために、前記偏心リングに直接作用するようになっている、請求項７に記載の潤滑油ポンプシステム。
一対の液圧ピストンが前記リングを作動させるようになっており、前記多機能バルブは、前記固定容量形ポンプからの目標入力の変更に応じて、前記偏心リングを動かして容量を増大又は減少させるために、前記ピストンを介して入力を供給し、前記油圧回路圧力は、前記固定容量形ポンプにより設定された目標を求めるために、前記多機能バルブを動かすようになっている、請求項７に記載の潤滑油ポンプシステム。
前記偏心リングは、最大容量に向けて動くように偏倚されれ、ピストンが、前記第1のポンプの容量を制御するための前記多機能バルブからの作動流に応じて偏倚力に打ち勝つために設けられている、請求項８に記載の潤滑油ポンプシステム。
制御ピストンを予め偏倚して、初期エンジン始動の間に高い目標圧力を提供するために、予備負荷ばねが設けられている、請求項５に記載の潤滑油ポンプシステム。
前記制御ピストンに接続され、制御アクチュエータに向かって圧縮されている偏倚ばねを更に備えており、前記ピストンの位置が、前記ポンプの容量を調整する目標を作り出すための位置基準を作るようになっている、請求項５に記載の潤滑油ポンプシステム。
前記制御アクチュエータは、前記偏心リングと接触している制御ピストンであり、前記エンジンオイル回路からの制御圧力は、前記制御ピストンに対して、前記偏心リングの反対側から作用するようになっている、請求項１２に記載の潤滑油ポンプシステム。
前記オンストロークピストン及び前記デストロークピストンの制御アクチュエータへ流れる液圧は、前記第1のポンプの吐出ラインから導かれるようになっている、請求項１２に記載の潤滑油ポンプシステム。
圧力調整バルブが、前記オンストロークピストン及び前記デストロークピストンの制御に用いられる前記吐出ラインの圧力を調整するようになっている、請求項１３に記載の潤滑油ポンプシステム。
前記第２のポンプの出力の一部は、入力流量を過給するために、前記第1のポンプの入口に導かれるようになっている、請求項１に記載の潤滑油ポンプシステム。
前記第２のポンプの出力の一部は、前記第1のポンプの吐出に導かれるようになっている、請求項１に記載の潤滑油ポンプシステム。
前記第２のポンプの出力の一部は、油溜めに導かれるようになっている、請求項１に記載の潤滑油ポンプシステム。