JP4712827B2 - 可変容量ベーンポンプ - Google Patents
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Description
実施例1では、可変動弁機構としてバルブタイミング制御装置VTCを用いる。図1は、機関の吸気側に適用されたバルブタイミング制御装置VTCの断面図である。バルブタイミング制御装置VTCは、タイミングスプロケット100と、カムシャフト200と、ベーン部材300と、油圧給排機構400とを有しており、油圧を用いてカムシャフトの位相を連続的に変化させる。以下、説明の便宜上、図1においてカムシャフト200の軸方向にX軸を設け、カムシャフト200に対してタイミングスプロケット100が設置されている側を正方向とする。
図3は、ポンプVPの分解斜視図である。ポンプVPは、ポンプハウジング1と、ポンプカバー2と、駆動軸3と、ロータ4と、カムリング5と、複数のベーン6と、一対のベーンリング7と、付勢部材8と、ピボットピン9と、を有している。説明のため、駆動軸3の中心軸0の方向にz軸を設け、ポンプハウジング1に対してポンプカバー2の側を正方向とする。
図4は、ポンプハウジング1を図3のz軸正方向側から見た正面図である。説明のため、軸受孔11(駆動軸3)の中心Oを原点とする直交座標を設定し、第2膨出部1cの内周の底面(ばね室15dの底面15e)に平行な軸をx軸とし、この底面15eに垂直な軸をy軸とする。中心Oに対してばね室15dが設けられている側をx軸正方向とし、中心Oに対して吐出孔17aが設けられている側をy軸正方向とする。
図5は、ポンプカバー2を取り外した状態のポンプVPをz軸正方向側から見た正面図である。点線により吸入ポート16bや吐出ポート17b等の位置を示す。図5は、カムリング5の揺動量がゼロであり、カムリング5の偏心量(OP間の距離)が最大である初期セット状態を示す。以下、初期セット状態におけるカムリング5の位置を、初期セット位置という。
カムリング5の軸方向幅(z軸方向の長さ)は、カムリング5の全部位で同一に設けられている。円筒部5aにおける径方向幅は、部分的に異ならせて設けられている。すなわち、内周面50の中心Pに対して、y軸負方向側(下半分)の円筒部5aは、y軸正方向側(上半分)の円筒部5aに比べ、径方向に肉厚に形成されている。具体的には、中心Pよりもy軸負方向側では、吸入ポート16b又は吐出ポート17bに重なる円筒部5aの径方向幅L2は、y軸正方向側の円筒部5aの径方向幅L1よりも長く設けられている。
付勢部材8は、全体として2重ばねとして構成されており、第2コイルばね8bの内側に、第2コイルばね8bと同軸上に、第1コイルばね8aが配置されている。図6は、ポンプカバー2を取り付けた状態のポンプVPを、図5のE-E方向から見た断面を示す。第1コイルばね8aは、その巻き方向が第2コイルばね8bの巻き方向と逆向きになるように設置されている。
次に、カムリング5の揺動支点の配置による作用を説明する。上記のように、カムリング5の揺動支点はピボットピン9の中心軸Qであり、吐出ポート17bの開口範囲において、付勢部材8の付勢方向(y軸正方向側)に偏倚して設けられている。言い換えると、カムリング5に設けられているピボット孔52は、ポンプ運転時、カムリング5の内周面に吐出ポート17bの圧力が作用する範囲が、揺動支点Qを境に、付勢部材8の付勢方向側の方が常に小さくなるように配置されている。以下、具体的に説明する。
上記のように、ポンプハウジング1には、中心軸Oに関して揺動支点Qと略対称の位置に付勢部材8が設けられている。付勢部材8は、ポンプ室r1〜r7のうち、最も大きなポンプ室(図5ではr4)と最も小さなポンプ室(図5ではr1,r7)の容積差が大きくなる方向、言い換えると、ポンプ室r1〜r7の容積変化率が大きくなる方向に、カムリング5を付勢している。
以下、上記関係特性を有するポンプVPを用いたバルブタイミング制御装置VTCの作用を、図14〜図16に基づき説明する。図14〜図16において、(A)は、図2と同様の正面図であり、ベーン部材300の位置を模式的に示す。(B)は、図2のJ-J断面であり、ロックピストン510の位置を模式的に示す。(C)は、図1と同様の流路切換弁450の断面図であり、スプール弁体490の位置を模式的に示す。図14は機関停止時、図15は機関始動時、図16は機関中回転時の状態を、それぞれ示す。ベーン部材300やハウジング102、進角室311〜341及び遅角室312〜342、油圧給排機構400等によって位相変更機構が構成されている。
以下、比較例と対比しつつ本実施例1の作用効果を説明する。比較例は可変容量ベーンポンプであり、本実施例1と同様のバルブタイミング制御装置VTCに対して作動油を供給するものとする。図17は、図13と同様のグラフである。実線(d)により、比較例のポンプ吐出圧と機関回転数との関係特性を示す。比較例のポンプは、以下の点でのみ実施例1のポンプVPと相違する。
以下、実施例1から把握される本発明のポンプVPの効果を列挙する。
よって、ポンプハウジング1の内外を厳密にシールすることが不要となり、ポンプVPのコンパクト化ないしコストダウンを図れる。
よって、ポンプハウジング1の内外の圧力差を略ゼロとすることができ、上記(5)の効果を向上できる。
よって、カムリング5を揺動させる力をカムリング内周面50からのみ発生させることができ、ポンプVPの作動(揺動)特性を安定化できる。
よって、作動油が連通孔51を通る際の流路抵抗は低減されるため、上記(8)の効果を向上できる。
よって、カムリング5が揺動しても、両側壁の吐出部(吐出ポート17b(扇形溝17d)及び吐出ポート23(扇形溝23d))間の連通が遮断されるおそれが少なく、かつ連通孔51の通路断面積が急激に変化しない。したがって、上記(8)の作用効果を安定的に得ることができる。
尚、実施例1では、付勢部材8を非線形特性とするために、2つの弾性部材(第1、第2コイルばね)を用いたが、3つ以上の弾性部材を用いてもよい。実施例1ではコイルばねを用いたが、トーションばねや皿ばね等を用いてもよい。金属ばねに限らずゴムばね等を用いてもよい。また、圧縮ばねに限らず引っ張りばねを用いてもよい。
実施例1では複数のコイルばねを組み合わせて非線形特性を得ることとしたが、線径やピッチ等を異ならせた非線形特性のコイルばねを1本用いることとしてもよい。例えば、テーパコイルばねを用いればコンパクトな形状にでき、不等ピッチコイルばねを用いればコストを抑制できる。
実施例2のポンプVPは、カムリング5を付勢する付勢部材8の設置位置が、実施例1と異なる。その他の構成は実施例1と略同様である。図18〜図23は実施例2のポンプVPを示し、それぞれ図3〜図6及び図10,図11と同様の図である。以下、実施例1と対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
付勢部材8の付勢力により、カムリング5には力Fsが作用する。実施例2では、力Fsは、カムリング5の凸部5eに対してx軸正方向側かつy軸正方向側に作用し、カムリング5を揺動支点Qの周りに反時計回り方向に回転させるモーメントTsを発生させる。実施例2で、支点Qに対する作用点(凸部5e)の距離は、実施例1での支点Qに対する作用点(アーム部5dの凸部54)の距離よりも短い。よって、実施例2で、実施例1と同じ大きさのモーメントTsを発生させようとすれば、力Fs、すなわち付勢部材8の付勢力(ばね荷重W)を大きく設定する必要がある。
(20)付勢部材8は、カムリング5の外周部であって、カムリング5の内周面50の中心Pより揺動支点Q側に配置されていることとした。
このように、吸入孔16aないし吸入ポート16bに対する付勢部材8のレイアウトを最適化することで、ポンプVPのコンパクト化を図りつつ、吸入効率を向上できる。
(21)吐出孔17aを、z軸方向から見て、吐出ポート17b(三日月状溝17c)と重なる位置、言い換えると、ベーン6が摺接するカムリング内周面50(ポンプ室)と重なる位置に配置することとした。
よって、上記(20)(21)と同様の効果を得ることができる。
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例1〜4に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成はこれらの実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
実施例1〜4では、ポンプVPを内燃機関の潤滑等に用いることとしたが、パワーステアリング装置の駆動源等に用いることとしてもよい。
実施例1〜4のポンプVPは、内燃機関により駆動されることとしたが、電動モータ等、内燃機関以外の動力源により回転駆動されるものでもよい。また、必ずしも内燃機関に同期して回転駆動されなくてもよい。
実施例1では、バルブタイミング制御装置VTCを機関の吸気側のみに適用することとしたが、排気側のみに適用することとしてもよい。また、排気側及び吸気側の両方にバルブタイミング制御装置VTCを設け、これらの装置VTCにポンプVPから作動油圧を供給することとしてもよい。
以下、実施例1〜4から把握される発明を列挙する。
[A1]
内燃機関によって回転駆動されるロータと、
該ロータを内部に収容し、軸方向両側面に設けられた側壁に沿って揺動支点を中心に揺動可能なカムリングと、
前記ロータ側から前記カムリングの内周面に当接するように出没自在に設けられ、前記ロータ外周面と、前記カムリング内周面と、前記両側壁とで複数の作動室を構成する複数のベーンと、
前記カムリング内周面の中心と前記ロータの回転中心が離間する方向に前記カムリングを付勢する付勢部材と、
前記側壁の少なくとも一方側に設けられ、前記作動室の容積が拡大する範囲に複数の前記作動室に跨って開口する吸入部と、前記作動室の容積が減少する範囲に複数の前記作動室に跨って開口する吐出部と、を備え、
前記吐出部の圧力が大きくなるに従って、前記付勢部材に抗して前記カムリングを揺動させる力が前記カムリングの内周面から作用する
ことを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
[A2]
前記[A1]に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記カムリングにおける前記吸入部及び前記吐出部に対応する箇所は、他の箇所に比べて径方向に肉厚となっていることを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
[A3]
前記[A1]に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記付勢部材は、前記カムリングを常に付勢する第1の付勢部材と、前記カムリングが所定以上揺動したときのみ付勢力を作用させる第2の付勢部材とによって構成されていることを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
[A4]
前記[A1]に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記カムリングには、揺動支点となるピンが挿入されるための挿入孔が設けられていることを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
[A5]
前記[A1]に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記側壁はアルミニウム合金材料で形成され、前記カムリングは鉄系材料によって形成されていることを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
[A6]
前記[A1]に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記吐出部から吐出される流体は、内燃機関の各摺動部に供給される潤滑油であり、
内燃機関のバルブ特性を可変させる可変動弁装置の動力源としても用いられていることを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
[B1]
内燃機関に同期して回転駆動されるロータと、
該ロータを内周に収容し、軸方向両側面に設けられた側壁の間で揺動支点を中心に揺動可能なカムリングと、
前記ロータの外周面から前記カムリングの内周面に出没自在に設けられ、前記ロータ外周面と、前記カムリング内周面と、前記両側壁とで複数の作動室を構成する複数のベーンと、
複数の前記作動室のうち、最も大きな前記作動室と最も小さな前記作動室の容積差が大きくなる方向に前記カムリングを付勢する付勢部材と、
前記側壁の少なくとも一方側に設けられ、前記作動室の容積が拡大する範囲に複数の前記作動室に跨って開口する吸入部と、前記作動室の容積が減少する範囲に複数の前記作動室に跨って開口する吐出部と、を備え、
前記カムリングの揺動支点は、前記吐出部の開口範囲において前記付勢部材の付勢方向に偏倚して設けられている
ことを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
[B2]
前記[B1]に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記カムリングの外周面は全周が同一の圧力となっていることを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
[B3]
前記[B1]に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記付勢部材は、前記カムリングの外周部であって、前記カムリングの内周面の中心より揺動支点側に配置されていることを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
[B4]
前記[B1]に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記付勢部材は、複数のばねによって構成され、前記カムリングの揺動量が少ないときには1つのばねによって付勢され、前記カムリングの揺動量が大きくなると複数のばねによって付勢されることを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
[B5]
前記[B4]に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記吐出部から吐出される流体は、内燃機関のバルブタイミング制御装置に供給されるものであり、
該内燃機関のバルブタイミング制御装置は、内燃機関の始動時にバルブタイミングをロック状態とし、内燃機関の始動後には前記吐出部から吐出される流体の圧力によってロック状態を解除して任意のバルブタイミングに変更可能な機構であって、
前記ロック状態を解除する圧力は、前記カムリングが前記付勢部材の付勢力に抗して作動する圧力よりも低い
ことを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
[B6]
前記[B5]に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記内燃機関のバルブタイミング制御装置は、前記吐出部から吐出される流体の圧力によって作動するものであり、
前記カムリングを1つのばねだけが付勢している状態で、前記内燃機関のバルブタイミング制御装置が作動できるように構成されている
ことを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
[C1]
回転駆動されるロータと、
該ロータを内部に収容し、軸方向両側面に設けられた側壁と摺動するように揺動支点を中心に揺動可能なカムリングと、
前記ロータ側から前記カムリングの内周面側に出没自在に設けられ、前記ロータ外周面と、前記カムリング内周面と、前記両側壁とで複数の作動室を構成する複数のベーンと、
複数の前記作動室の容積変化率が大きくなる方向に前記カムリングを付勢する付勢部材と、前記側壁の少なくとも一方側に設けられ、前記作動室の容積が拡大する範囲に複数の前記作動室に跨って開口する吸入部と、前記作動室の容積が減少する範囲に複数の前記作動室に跨って開口する吐出部と、を備え、
前記吐出部の圧力が作用する前記カムリング内周面のうち、前記揺動支点を境として前記付勢部材の付勢方向側の面積の所定周期での積分値は、前記揺動支点を境として前記付勢方向と反対側の面積の前記積分値よりも小さい
ことを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
[C2]
前記[C1]に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記付勢部材は、前記カムリングの揺動量が大きくなるにつれて、単位揺動量当たりの付勢力が大きくなるものであることを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
2 ポンプカバー
4 ロータ
5 カムリング
6 ベーン
8 付勢部材
10 底部(側壁)
16a 吸入孔(吸入部)
16b 吸入ポート(吸入部)
17a 吐出孔(吐出部)
17b 吐出ポート(吐出部)
20 本体部(側壁)
42a ロータ外周面
50 カムリング内周面
r1〜r7 ポンプ室(複数の作動室)
O ロータの回転中心
P カムリング内周面の中心
Q 揺動支点
VP 可変容量ベーンポンプ
Claims (6)
- 内燃機関によって回転駆動されるロータと、
該ロータを内部に収容し、軸方向両側面に設けられた側壁に沿って揺動支点を中心に揺動可能なカムリングと、
前記ロータ側から前記カムリングの内周面に当接するように出没自在に設けられ、前記ロータ外周面と、前記カムリング内周面と、前記両側壁とで複数の作動室を構成する複数のベーンと、
前記カムリング内周面の中心と前記ロータの回転中心が離間する方向に前記カムリングを付勢する付勢部材と、
前記側壁の少なくとも一方側に設けられ、前記作動室の容積が拡大する範囲に複数の前記作動室に跨って開口する吸入部と、前記作動室の容積が減少する範囲に複数の前記作動室に跨って開口する吐出部と、を備え、
前記カムリングの外周面は全周が前記吐出部の圧力よりも低圧の同一圧力となっており、前記吐出部の圧力が大きくなるに従って、前記付勢部材に抗して前記カムリングを揺動させる力を前記カムリングの内周面から作用させて、吐出容量を制御する
ことを特徴とする可変容量ベーンポンプ。 - 請求項1に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記カムリングの外周面は大気圧となっていることを特徴とする可変容量ベーンポンプ。 - 請求項1に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記吐出部は、前記両側壁に設けられた溝であり、
前記カムリングには、前記両側壁に設けられたそれぞれの前記吐出部を連通するように貫通する連通孔が設けられ、
前記吐出部における前記連通孔に対応する箇所から吐出孔を経由して外部に流体を吐出する
ことを特徴とする可変容量ベーンポンプ。 - 請求項3に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記連通孔の通路断面積は、前記吐出孔の通路断面積以上であることを特徴とする可変容量ベーンポンプ。 - 請求項3に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記連通孔は、前記揺動支点を中心とした円弧状に形成されていることを特徴とする可変容量ベーンポンプ。 - 請求項3に記載の可変容量ベーンポンプにおいて、
前記連通孔は、前記カムリングが揺動しても前記吐出孔への開口面積が変化しないように形成されていることを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
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