JP4446622B2 - 内燃機関用オイルポンプ及びその使用方法 - Google Patents

内燃機関用オイルポンプ及びその使用方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用オイルポンプおよびその使用方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の潤滑に用いられるオイルポンプとして、例えば特開平10-77817号公報に示すようなトロコイドポンプが知られている。このトロコイドポンプは、そのポンプシャフトが内燃機関のクランクシャフトの駆動力を受けて回転し、内燃機関(以下、エンジンという)の回転数に比例した油吐出量ならびに油圧が発生する。このため、ポンプの吐出口に設けられるリリーフバルブが吐出圧の所定圧力値以上を検出したとき、開弁することで吐出口と吸入口とを連通し、吐出口の油の一部を吸入口に戻すようにしている。これにより、エンジン潤滑系統の損傷やオイル漏れを防止している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のエンジン用オイルポンプによると、高速回転時にリリーフバルブを通してオイルの余剰分を低圧側に戻すことによりエンジン潤滑系統の損傷防止とオイル漏れ防止を図っている。このため、リリーフバルブのスプリング付勢力に打ち勝って弁体を押す機械的エネルギーと、オイルポンプが汲み上げたオイルの余剰分を低圧側に戻しオイル循環させるという駆動エネルギーの損失が発生している。従って、エンジンの燃料消費効率が低下するし、そればかりでなく、エンジンの振動や騒音発生の原因にもなっている。
【0004】
一方、エンジンの高速回転時、所望の油圧値および油吐出量になるようにオイルポンプを設定すると、エンジンの低速回転時に所望の油圧値および油吐出量が得られず、油圧値および油吐出量が不足するという問題がある。特にエンジンの高温時のアイドル回転時などについては、エンジンの油圧が最も低い値となるため、エンジンの軸受、動弁系、その他の油循環系統の油圧値および油吐出量が不足するという問題がある。
【0005】
本発明の目的は、エンジンの中速ないし高速回転域で油圧値または油吐出量の余剰が発生するのを防止し、低速回転域ではエンジンの運転性および安定性を確保するエンジン用オイルポンプ及びその使用方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、エンジンの駆動力により駆動される動力ポンプにより基本油吐出圧を確保しつつ、電気信号により基本油吐出圧を調整可能なエンジン用オイルポンプ及びその使用方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、エンジンの出力する駆動力によって駆動される動力ポンプを主ポンプとし、電気操作信号による電動ポンプを補助ポンプとして使用する一体型のエンジン用オイルポンプ及びその使用方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1、3、4、5または6に係るエンジン用オイルポンプによると、エンジンの駆動軸により回転する動力ポンプと、電動モータの駆動力により回転する電動ポンプとのポンプハウジングが共通であることを特徴とする。このため、単一のポンプハウジングの内部に駆動源の異なるポンプを収容するため、一方のポンプの機能が損なわれても他方のポンプの機能で補完することができるし、両者を併せればパワーアップすることができる。2種の駆動源からの駆動力の配分を制御することで、使用目的に応じて多様な使用方法を実現することができる。動力ポンプの発生する基本油吐出圧が電動ポンプの発生する吐出圧により調整または補正されるので、適切なエネルギー分配により高効率な作動を行うことができる。
【0007】
基本的には、エンジンの駆動軸に動力ポンプの駆動源を利用しているため、一般に回転数に適合した吐出圧および吐出量を確保することができる。主ポンプとしての動力ポンプに加えて電動ポンプを補助ポンプとして使用すれば、エンジンの運転状態または運転者の意思に適合したエンジンの精密制御が可能になる。
【0008】
また、補助ポンプとしての電動ポンプを備えているため、主ポンプとしての動力ポンプの最大容量を小さくすることができ、動力ポンプの油吐出圧のみでは油吐出圧の不足する運転域では、補助ポンプを稼動することにより適正な油吐出圧および油吐出量を確保することができる。比較的油吐出圧が過剰になりやすい中速域または高速域で最小限の油吐出量または油吐出圧を確保し、かつ低速域でも油吐出量または油吐出圧の不足を発生しない効果がある。
また、請求項1または5に係るエンジン用オイルポンプによると、電動ポンプの駆動回路は、電動ポンプの作動停止期間が任意の設定期間を経過したときであって油温が80℃に達した場合に作動する。このため、エンジンの作動期間が長期を経過したとき、油温が高いとき強制的に電動ポンプを稼動するため、オイル中のスラッジによるポンプの固着が防止されるので、必要時に電動ポンプの機能が損なわれにくい。
【0009】
請求項2に係るエンジン用オイルポンプによると、動力ポンプの吐出口と電動ポンプの吐出口とを接続するオイル通路に、電動ポンプ側から動力ポンプ側へのみオイルを流すことを許容する逆止弁を設けているため、ポンプハウジング内に動力ポンプ単独稼動可能な構成要素を備えている。従って、オイルポンプの付属機能品を含む一体品としてポンプユニットとして有用である。
【0011】
請求項に係るエンジン用オイルポンプによると、電動ポンプは、エンジンのイグニッションスイッチのオフ後に所定期間作動することを特徴とする。このため、次回のエンジン再始動時に備え、事前に電動ポンプを作動させるため、次回の再始動を円滑に行える効果がある。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
(第1実施例)
【0013】
まずエンジン用オイルポンプを図1、図2、図3および図4に示す。
図2に示すように、エンジン用オイルポンプ1によりオイルパン3から汲み上げたオイルは、吸入口15から吸入されて動力ポンプ11または電動ポンプ12を経て吐出口16から吐出され、エンジン潤滑経路4へ供給される。エンジン用オイルポンプ1から圧送される余剰分はリリーフ弁5より低圧側のオイルパン3へ戻される。
【0014】
図1に示すように、エンジン用オイルポンプ1は、ポンプハウジング2に吸入口15と吐出口16を有する。このオイルポンプ1は、第1のポンプとしての動力ポンプ11と第2のポンプとしての電動ポンプ21とを有する複合ポンプであり、ポンプハウジング2を共用する。この複合ポンプは、クランクシャフトの駆動力を利用したオイルポンプと電動モータの駆動力を利用したオイルポンプとを備える。
【0015】
第1のポンプとしての動力ポンプ11は、トロコイドポンプ形式のもので、エンジンのクランクシャフトを駆動軸としてこれと同期して回転するポンプシャフト12を有し、このポンプシャフト12にインナーロータとしての第1ドライブロータ13が取付けられている。この第1ドライブロータ13の外側にアウタロータとしての第1ドリブンロータ14がポンプハウジング2の内壁7に回転可能に支持されている。第1ドライブロータ13の周部に形成される外歯4個の数は第1ドリブンロータ14の内歯の数この場合5個よりも1個少ない数になっている。第1ドライブロータ13が矢印方向に回転すると、内歯と外歯との噛み合いにより第1ドリブンロータ14も同方向に回転することにより、吸入口15から第1ポンプ室17に入った油がポンプ室の容積変化とともに吐出口16に供給される。吸入口15に流入する油は、第1ドライブロータ13の外歯と第1ドリブンロータ14の内歯との間のポンプ室に注入され、ポンプシャフト12の回転に伴い、ポンプ室内の油が吐出口16に供給され、この吐出口16から油を吐出する。
【0016】
第2のポンプとしての電動ポンプ21は、第1のポンプと同様にトロコイドポンプ形式のもので、吸入口15を動力ポンプ11のものと共用している。電動ポンプ21の第2吐出口25は、通路32、弁取付口33および通路34を通して共通する吐出口16と連通している。電動ポンプ21は、動力ポンプ11よりも容量は小さく、図示しない電動モータ軸と同期して回転するポンプシャフト22に第2ドライブロータ23が取付けられ、第2ドライブロータ23の外歯と噛み合い回転する内歯を有する第2ドリブンロータ24はポンプハウジング2の内壁8に回転可能に支持されている。電動ポンプ21のポンプ吐出容量は、電動モータの回転数により任意の吐出容量に設定することができる。第1ドライブロータ13よりも第2ドライブロータ23の方が小型のものであり、第1ドリブンロータ14に比べ第2ドリブンロータ24も小型のものとなっている。
【0017】
逆止弁31は、ポンプハウジング2の弁取付口33に取り付けられている。弁取付口33の入口側に通路32が連通し、出口側に通路34が連通している。電動ポンプ21の第2吐出口25が弁入口側であり、吐出口16に連通する通路34が弁出口側になっている。
【0018】
逆止弁31を図3および図4に基づいて詳述する。ポンプハウジング2の弁取付口33の内壁331に摺動可能に有底円筒状の弁体36が設けられている。この弁体36の内部に圧縮コイルスプリング37が使用されている。圧縮コイルスプリング37の付勢力により弁体36が通路32を閉塞するようになっている。図3は、逆止弁31の閉弁状態を示し、図4は逆止弁31の開弁状態を示している。通路34の圧力と第2吐出口25の圧力との差圧と圧縮コイルスプリング37の付勢圧とのバランスした位置に弁体36が止まる。
【0019】
通路34の圧力と第2吐出口25の圧力との差圧が増大し、弁体36が通路34と弁取付口33とを連通すると、図4に示す矢印のようにオイルが流れる。電動ポンプ21は、電動モータの駆動力を受けて第2ポンプシャフト22に駆動力が伝達されると、図1に示す矢印方向に駆動側の第2ドライブロータ23が回転し、第2ドライブロータ23の外歯に噛み合う内歯をもつ従動側の第2ドリブンロータ24が回転し、それに伴い外歯と内歯との間のポンプ室に油が吸入され、ポンプ作用によりポンプ室から第2吐出口25に油を吐出する。
【0020】
電動ポンプ21は、図5に示すように、制御回路42の駆動信号によって駆動される電動モータ41のモータ回転軸と同期して回転する。制御回路42は、油温センサ43の発生する油温信号、油圧センサ44の発生する油圧信号およびエンジン回転数センサ45が発生する回転数信号を入力し、演算処理し、処理の結果、電動モータ41の駆動電流を決定する。
【0021】
例えば、車両に搭載されるエンジンの回転数に応じてあらかじめ設定される油圧値に対して油不足状態を検出したとき、制御回路42は、油圧が所定値になるまで電動モータ41の回転数を上昇する。電動モータ41の回転数は、油圧値が所定値になるまで回転数を一定にすることも可能であるし、加速的に回転数を向上させることも可能である。
【0022】
電動ポンプ21は、動力ポンプ11の吐出圧が任意に設定した圧力に到達しない場合に目標圧力にするための補助ポンプである。たとえば油温が高温でかつエンジン回転数が低回転数のとき、動力ポンプ11と電動ポンプ21の両方を作動し、ポンプ下流側に設けた油圧機構の制御が可能な油圧を発生させる。反対に、エンジン回転数が高回転数のとき、動力ポンプ11を駆動し、電動ポンプ21を停止する。
【0023】
複合ポンプは、油温80℃以上、エンジン回転数2000r/分以下において60〜120kPaの範囲で吐出圧を確保できるように設定してある。電動ポンプ21の第2吐出口25とこれに連通する共通の吐出口16との間には逆止弁31が設けられている。逆止弁31は、吐出口16から第2吐出口25に向けてのオイル流れの逆流を防止する。
【0024】
次に、この第1実施例の作動について説明する。第1実施例では、図6に示すように、エンジン回転数が低速回転域にあるとき、動力ポンプ11と電動ポンプ21の双方のオイルポンプによる吐出圧増加が行われ、エンジン潤滑系統へ十分な油量を確保する。エンジン回転数が中速域から高速域にあるときには、動力ポンプ11のみを稼動し電動ポンプ21を停止することで、吐出圧を相対的に低くし、余剰吐出分を低減している。これにより、オイルポンプによる最小限必要な油循環量を確保し、無駄なエネルギー消費を防止している。
次に、エンジン用オイルポンプの特別な運転モードの動作について例示する。
【0025】
1)エンジンの作動不良予防モード
油中のスラッジの固着によって電動ポンプ21が必要時に作動不能になるのを防止するため、例えば、電動ポンプ21の作動した総回転数またはエンジンの作動した総時間数が設定値に到達したとき、かつ油温が80℃以上に到達したとき、電動ポンプ21を作動するように制御回路42をあらかじめ設定しておく。
【0026】
2)エンジンの再始動時モード
エンジンのイグニッションキーがオンからオフに切り替わったとき、オフへの切替後、所定期間電動ポンプ21を作動する。この場合、たとえばエンジンが稼動時から停止時へ移行するとき、停止後所定期間電動ポンプ21を作動する。これにより、エンジンの次回の始動時に吸排気弁の最適な弁位置からエンジンの再始動を行なう。この再始動時モードでは、たとえば連続可変バルブタイミング機構のベーンポンプを任意の位置に戻すための油圧を発生する。これにより、エンジンの吸気弁を弁閉状態にしてエンジンを停止するため、次回のエンジン再始動直前にエンジンの吸気弁を弁閉状態に確保している。
【0027】
(第2実施例)
本発明の第2実施例を図7および図8に示す。
第2実施例は、クランクシャフトの駆動力を受けて回転する動力ポンプと電動モータにより回転する電動ポンプとを区分した例である。
【0028】
動力ポンプ51のポンプハウジング68は、電動ポンプ61のポンプハウジング78とは別体に設けられている。動力ポンプ51はエンジンのクランクシャフトの近傍に設置されている。一方、電動ポンプ61は、電動モータを駆動源とし、クランクシャフトの駆動力と無関係であるから、動力ポンプ51と離れた位置でも可能であり配置上の制約はない。
【0029】
図7中、52はクランクシャフトの駆動力を受けて回転するポンプシャフト、53はポンプシャフト52に取付けられる第1ドライブロータ、54は第1ドライブロータ53に噛み合う第1ドリブンロータ、55は吸入口、56は吐出口である。吐出口56と吸入口55とをバイパスする通路58にはリリーフバルブ59が設けられている。
【0030】
一方、電動ポンプ61は、電動モータから駆動力を受けて回転する第2ポンプシャフト62、第2ポンプシャフト62に取り付けられる第2ドライブロータ63、第2ドライブロータ63に噛み合う第2ドリブンロータ64、吸入口65、吐出口66が設けられている。吸入口55と65側にはオイルストレーナ6およびオイルパン3に連通する油供給通路69、70が設けられている。吐出口56と66側はエンジン潤滑経路4に連通している。
【0031】
(第3実施例)
次に逆止弁の第3実施例を図8に示す。
図8に示す第3実施例による逆止弁は、動力ポンプの吐出圧と電動ポンプの吐出圧との圧力差のみを利用して開閉し、ばね機構を利用しない構成である。
【0032】
電動ポンプの第2吐出口25は通路72と通路73を経て吐出口16に接続している。通路73と吐出口16の間に設けられる弁体76は、弁座としての凸部74に当接または離座可能である。弁体76の材料は金属でも樹脂でもゴムでもいずれでもよい。
【0033】
この第3実施例によると、エンジン始動を開始すると、動力ポンプと電動ポンプが作動する。低速回転域では、第1ポンプシャフトの駆動力を受けて回転する動力ポンプの吐出圧が十分に大きくないため、電動ポンプの吐出圧が動力ポンプの吐出圧よりも高圧であれば、弁体76は図8に示す点線に示す方向に開き、吐出室16側に油を吐出する。
【0034】
エンジン中速回転域になると、動力ポンプの吐出圧が大きくなるため、十分な油吐出量および油吐出圧を確保できる。そこで、電動ポンプを停止すると、第1ポンプシャフトの駆動力を受けて回転する電動ポンプの吐出圧により弁体76は、弁座としての凸部77に押し付けられる。これにより、油通路が弁閉状態になり、吐出口16から電動ポンプ側への油の逆流が阻止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例によるエンジン用オイルポンプを示す概略構成図である。
【図2】本発明の第1実施例によるオイルの流れ図である。
【図3】本発明の第1実施例による逆止弁を示すもので閉弁状態を示す図である。
【図4】本発明の第1実施例による逆止弁を示すもので開弁状態を示す図である。
【図5】本発明の第1実施例による電動モータの制御回路を示すブロック図である。
【図6】本発明の第1実施例によるエンジン用オイルポンプの作動説明図である。
【図7】本発明の第2実施例による概略構成を示す図である。
【図8】本発明の第3実施例による逆止弁を示す図である。
【符号の説明】
1 オイルポンプ
2 ポンプハウジング
11 動力ポンプ
12 ポンプシャフト
13 第1ドライブロータ
13 第1ドリブンロータ
15 吸入口
16 吐出口
21 電動ポンプ
22 第2ポンプシャフト
23 第2ドライブロータ
24 第2ドリブンロータ
25 第2吐出口
31 逆止弁
41 電動モータ

Claims (7)

  1. 内燃機関の駆動軸により回転する動力ポンプと、電動モータの駆動力により回転する電動ポンプとを並列に配し
    前記電動ポンプの駆動回路は、内燃機関の作動期間が任意の設定期間を経過した場合であって油温が80℃に達したときに作動することを特徴とする内燃機関用オイルポンプ。
  2. 前記動力ポンプの吐出口と前記電動ポンプの吐出口とを接続するオイル通路に、前記電動ポンプ側から動力ポンプ側へのみオイルを流すことを許容する逆止弁を設けていることを特徴とする請求項1記載の内燃機関用オイルポンプ。
  3. 前記動力ポンプは、歯車ポンプである請求項1、2のいずれか一項に記載の内燃機関用オイルポンプ。
  4. 前記電動ポンプは、歯車ポンプである請求項1、2、3のいずれか一項に記載の内燃機関用オイルポンプ。
  5. 吸入口と吐出口とを結ぶ第1通路に形成される第1ポンプ室と、前記第1通路を迂回し、前記吸入口と前記吐出口とを結ぶ第2通路に形成される第2ポンプ室とを有するポンプハウジングと、
    前記第1ポンプ室内壁に回動可能に設けられ、内歯を有する第1ドリブンロータと、前記内歯に噛み合い外歯を有する第1ドライブロータと、この第1ドライブロータが取り付けられ、内燃機関の駆動力により回転する第1ポンプシャフトとを有し、前記内歯と前記外歯との噛み合いによりポンプ作用を行う動力ポンプと、
    前記第2ポンプ室内壁に回動可能に設けられ、内歯を有する第2ドリブンロータと、前記内歯に噛み合い外歯を有する第2ドライブロータと、この第2ドライブロータが取り付けられ、電動モータの駆動力により回転する第2ポンプシャフトとを有し、前記内歯と前記外歯との噛み合いによりポンプ作用を行う電動ポンプと、
    前記ポンプハウジングの第2通路に設けられ、前記第2ポンプ室出口圧力が前記吐出口圧力よりも所定圧力値以上のときに開弁する逆止弁とを備え
    前記電動ポンプの駆動回路は、内燃機関の作動期間が任意の設定期間を経過した場合であって油温が80℃に達したときに作動することを特徴とする内燃機関用オイルポンプ。
  6. 前記電動ポンプの駆動は、油温80℃以上、内燃機関の回転数2000r/分以下において、60〜120kPaの範囲にて吐出圧を確保できることを特徴とする請求項1、2、3、4、5のいずれか一項に記載の内燃機関用オイルポンプ。
  7. 前記電動ポンプは、内燃機関のイグニッションスイッチのオフ後に所定時間作動することを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6のいずれか一項に記載の内燃機関用オイルポンプの使用方法。
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