JP4856907B2 - オイルポンプ - Google Patents

Description

本発明は、エンジン駆動されるオイルポンプに関し、とりわけ、吐出部で発生するポンプ脈圧に起因した振動を低減することができるオイルポンプに関する。

この種のオイルポンプとしては、例えば以下の特許文献１に記載されるようなものが知られている。

このオイルポンプは、トロコイド形のポンプであり、インナロータとアウタロータの間の複数のポンプ室がエンジンの駆動力を受けて連続的に容積を増減変化させ、吸入ポートで吸い込んだオイルをポンプ室で加圧して吐出ポートに吐出する基本構成となっている。そして、吐出ポートの上部には閉溝が形成され、その閉溝の上部が空気を溜めるエアーチャンバとなっている。

このオイルポンプは、吐出ポートに閉溝によるエアーチャンバが形成されているため、複数のポンプ室が吐出ポートに順次開口しオイルを吐き出すことによって発生する脈圧（脈圧）はエアーチャンバによるダンピング作用によって吸収することができる。
実開平２−４３４８２号公報（第２図）

しかし、この従来のオイルポンプの場合、吐出ポートの脈圧周波数とエアチャンバの共振周波数が一致したときにエアチャンバ内の振動が大きくなり、チャンバ内部のエアが吐出ポートに急激に吐出されてしまうことがある。

そして、このようにエアチャンバの共振によってエアが抜けると、脈圧低減性能が急激に低下するため、吐出されたオイルによって駆動されるアクチュエータ等に悪影響を与えると共に、騒音レベルの急変によって乗員に違和感を与える。

つまり、ポンプ騒音のレベルは、エンジン回転数の上昇にほぼ比例してリニアに上昇する分には乗員にさして違和感を与えることがないが、回転数の上昇途中で急変すると、乗員には耳障りな音として聞こえる。

そこで本発明は、エンジン回転数の変動に拘らず常時安定して吐出部の脈圧による各チャンバ内のそれぞれの共振周波数が互いに打ち消して合って、振動を低減することのできるオイルポンプを提供しようとするものである。

請求項１に記載の発明は、エンジンによる駆動によって複数のポンプ室が連続的に容積を増減変化させ、吸入部で吸い込んだオイルを加圧して吐出部から吐出するオイルポンプにおいて、それぞれ容積の異なる複数のチャンバを、前記吐出部を挟んだ両側に対向して設けると共に、前記複数のチャンバと前記吐出部を連通させる少なくとも各１つの連通部を、前記吐出部を挟んだ両側に対向して設けたことを特徴としている。

オイルは、非圧縮性流体であるものの、オイル内には若干の空気が混入している。このため、各チャンバを吐出部に連通させるだけで充分な脈圧低減効果を得ることができる。

しかも、容積の異なる複数のチャンバを設けたため、この各チャンバで異なる共振周波数を互いに打ち消し合わせることが可能になる。すなわち、前記各チャンバは、前記ポンプ内で発生したポンプ脈圧による振動を受けるが、それぞれの容積の相違によって各々の共振周波数が異なることから、異なる共振周波数が互いに打ち消し合って、振動や振動騒音を効果的に低減させることが可能になる。

請求項２に記載の発明は、とりわけ、それぞれ共振周波数の異なる複数のチャンバを、前記吐出部を挟んだ両側に対向して設けると共に、前記複数のチャンバと前記吐出部を連通させる少なくとも各１つの連通部を、前記吐出部を挟んだ両側に対向して設けたことを特徴としている。

したがって、この発明も前記請求項１の発明と同様な作用効果が得られる。

請求項３に記載の発明は、とりわけ、ポンプ内で発生する脈圧をそれぞれ互いに打ち消し合うように作用する複数のチャンバを、前記吐出部を挟んだ両側に対向して設けると共に、前記複数のチャンバと前記吐出部を連通させる少なくとも各１つの連通部を、前記吐出部を挟んだ両側に対向して設けたことを特徴としている。

したがって、この発明も前記請求項１の発明と同様な作用効果が得られる。

以下、本発明にかかるオイルポンプの実施形態を図面に基づいて説明する。

この実施形態のオイルポンプ１は、図１に示すように、トロコイド型に適用されたもので、車両用エンジンのバランサ装置２に取付けられている。

このバランサ装置２は、図外の同期ギヤで噛合って相反方向に同期回転する一対のバランサシャフトを有し、一方のシャフト２ａがエンジンのクランクシャフトにチェーン（図示せず）を介して連係され、図外の他方のシャフトがオイルポンプ１を駆動するようになっている。このバランサ装置２の両シャフトは、クランクシャフトの２倍の速度で回転し、両シャフトに設けられたウェイトの回転によってエンジンの２次振動を低減する。なお、このバランサ装置２は、前記オイルポンプ１も含め全体がエンジン底部の図示しないオイルパンの内部に配置されている。

前記オイルポンプ１は、図１及び図２に示すように、ポンプハウジング３がバランサ装置２の支持フレームの前端部に一体に形成されたほぼ矩形状のベースブロック４と、このベースブロック４の前面に取付けられたカバーブロック５とからなり、両ブロック４，５の外周縁部が図外の複数のボルト…によって結合されている。

このオイルポンプ１は、駆動軸６に一体回転可能に取付けられたインナロータ７と、前記カバーブロック５の凹部５ａに回転可能に収容されたアウタロータ８とを備えている。インナロータ７は、トロコイド曲線から成る複数の外歯を有し、アウタロータ８は、同様にトロコイド曲線からなり、インナロータ７の外歯よりも一つ分歯数の多い内歯を有している。

インナロータ７は、アウタロータ８の内周側に偏心して配置され、外歯が最偏心位置でアウタロータ８の内側に噛合されると共に、残余の部分が円周方向の複数個所で内歯に対して滑り接触するようになっている。そして、インナロータ７とアウタロータ８の接触部間に形成された複数の空間部はポンプ室９をなし、これらのポンプ室９がインナロータ７の回転に伴なって容積を連続的に増減変化させるようになっている。

また、前記インナーロータ７とアウターロータ８は、図１に示すように、横長のポンプハウジング３の一端側上部に偏寄して配置されており、ポンプハウジング３内の下方側には、オイルパン内のオイルを、インナーロータ７とアウターロータ８の吸入領域で吸入する吸入部である吸入ポート１０が形成されている。

また、ポンプハウジング３には、インナーロータ７とアウターロータ８の吐出領域から吐出されたオイルを吐出通路１２に誘導する吐出部である吐出ポート１１が形成されている。この吐出ポート１１は、インナーロータ７とアウターロータ８から一方のバランサシャフト３の突出端を略Ｖ字状に迂回して斜め上方に延出し、その延出端が吐出通路１２に接続されている。

また、ポンプハウジング３には、図１に示すように、オイル流入口をなす連通部である第１連通孔１３を介して吐出ポート１１に連通する第１オイルチャンバ１４が形成されていると共に、前記吐出ポート１１の下流側延出領域１１ａを挟んだ第１オイルチャンバ１４と反対側の位置には、オイル流入口をなす連通部である第２連通孔１５を介して吐出ポート１１に連通する第２オイルチャンバ１６が形成されている。

この第１オイルチャンバ１４は、吐出ポート１１の下流側延出領域１１ａの下方側に、該下流側延出領域１１ａに沿って平面長方形状に延設されている。また、前記第１連通孔１３は、第１オイルチャンバ１４の重力方向の最上方位置に形成されて、前記吐出ポート１１の下流側延出領域１１ａに対してほぼ鉛直方向から連通している。

一方、前記第２オイルチャンバ１６は、前記下流側延出領域１１ａの上方側に内部一側面１６ａが該下流側延出領域１１ａに沿った平面ほぼ三角形状に形成されている。また、前記第２連通孔１５は、第２オイルチャンバ１６の重力方向の最上方位置に形成されて、他側面１６ｂとほぼ同一平面上に形成され、前記下流側延出領域１１ａに対してほぼ鋭角な方向から連通している。

また、前記吐出ポート１１と第１、第２オイルチャンバ１４、１６は、図２に示すように、ベースブロック４とカバーブロック５の接合部間に半割り状に形成されていると共に、該両ブロック４，５に一体に形成されたそれぞれ第１、第２隔壁１７、１８によって互いに隔成されている。

そして、吐出ポート１１及び第１、第２オイルチャンバ１４、１６は、図２に示すように、それぞれ上下方向に長い横断面ほぼ矩形状に形成されており、カバーブロック５側のそれぞれの高さは均一に形成されているが、底部側の長さ（深さ）がそれぞれ異なっている。

すなわち、ベースブロック４側の底部は、第１オイルチャンバ１４の底部１４ａが最も深く形成されて断面積が最大に形成されている一方、第２オイルチャンバ１６の底部１６ｃはそれよりも浅く形成されて断面積が小さく形成され、吐出ポート１１ではさらに浅く形成されて、第２オイルチャンバ１６よりもさらに小さな断面積になっている。そして、各オイルチャンバ１４，１６の容積は、第１オイルチャンバ１４が大きく設定されて、ポンプ吐出時に発生する共振周波数の主として低周波数領域に対応して形成されている。一方、第２オイルチャンバ１６は、その容積が第１オイルチャンバ１４よりも小さく設定されて、共振周波数の主として高周波数領域に対応して形成されている。また、第１、第２オイルチャンバ１４、１６の共振周波数は、吐出ポート１１の共振周波数と合致しないようにずらしてある。

前記第１、第２連通孔１３は、各オイルチャンバ１４、１６の断面よりも小さなオリフィス状に形成され、各連通孔１３、１５の吐出ポート１１に臨む側の開口端は、表面張力によってオイルが保持され得る開口面積となっている。

なお、図１中１９は、吐出ポート１１と吸入ポート１５を連通する戻し通路１９ａに介装されたリリフー弁である。

以下、本実施形態におけるオイルポンプ１の作用について説明する。エンジンの始動に伴なって各バランサシャフトが回転すると、インナロータ７の回転によって複数のポンプ室９の容積が連続的に変化し、吸入ポート１０から吸い上げたオイルを吐出ポート１１に連続的に吐出する。このとき、吐出されたオイルは脈圧を含むが、この脈圧は第１、第２連通孔１３、１５を介して第１、第２の両方のオイルチャンバ１４、１６に入り込んで効果的に減衰される。

つまり、各オイルチャンバ１４、１６内に導入されているオイルには若干の空気が含まれているため、各連通孔１３、１５に作用する吐出ポート１１の脈圧は各オイルチャンバ１４、１６内のオイルの若干の容積変化によって減衰される。

しかも、容積の異なる複数のオイルチャンバ１４、１６を設けたため、この各チャンバ１４，１６で異なる共振周波数を互いに打ち消し合わせることが可能になる。

すなわち、前記各オイルチャンバ１４，１６は、前記ポンプ内で発生したポンプ脈圧による振動を受けるが、それぞれの容積の相違によって各々の共振周波数が異なることから、異なる共振周波数が互いに打ち消し合って（干渉し合って）、振動や振動騒音を効果的に低減させることが可能になる。

なお、前記吐出ポート１１内の脈圧と前記各オイルチャンバ１４，１６の脈圧もそれぞれ異なることから、異なる各共振周波数が互いに打ち消し合うため、振動などの発生をさらに抑制することが可能になる。

このため、このオイルポンプ１にあっては、高周波から低周波まで広範囲の周波数域において吐出ポート１１の脈圧を効果的に低減することができる。

さらに、この実施形態では、各オイルチャンバ１４，１６が、各連通孔１３，１５を介して重力方向の最上方位置で前記吐出ポート１１に連通し、しかも、各連通孔１３、１５が各チャンバ１４，１６の上壁面に対して上方に傾斜あるいは平行に形成されているため、各オイルチャンバ１４、１６内部に入り込んだ気泡状の空気を各連通孔１３，１５から効率良く吐出ポート１１側に排出することができる。このため、脈圧低減効果を低下させることがなくなる。

つまり、各オイルチャンバ１４，１６内にオイルではなく空気が多く滞留していると、前記吐出ポート１１で生じる脈圧との共振が発生して空気が抜け、この抜けた際に脈圧が急変してしまう。

しかし、本実施形態では、各オイルチャンバ１４，１６内に混入した空気を効率良く排出することができることから、該各オイルチャンバ１４，１６内に空気が多く溜まることがなく、したがって、前記吐出ポート１１で発生する脈圧との共振によって空気が抜けて、脈圧の急変による騒音や振動の急変を効果的に低減させることができる。

また、エンジン停止時に吐出ポート１１のオイルが完全に抜け落ちたときにあっても、径の小さい連通孔１３の上端部にオイルが表面張力によって保持されるため、連通孔１３の液面が落ち込むことがない。したがって、エンジンの再始動によって吐出ポート１１にオイルが導入されたときに、各連通孔１３、１５の上部にあった空気が各オイルチャンバ１４、１６内に流入する不具合は生じない。

図３はエンジン回転数と吐出ポート１１内の脈圧との関係を示し、オイルチャンバを全く設けなかった場合（破線）と、第１の１つのオイルチャンバのみ設けた場合（実線）と、本実施形態のように２つのオイルチャンバ１４、１６を設けた場合（一点鎖線）と、従来のように、エアーチャンバのみを設けた場合（２点鎖線）におけるそれぞれの脈圧特性を比較して示したものである。

この特性図から明らかなように、この実施形態のようにオイルチャンバ１４，１６を２つ設けた場合には、オイルチャンバを１つ設けた場合やオイルチャンバをまったく設けないものに対して全回転域において確実に脈圧レベルを低減することができる。

しかも、２つのオイルチャンバ１４、１６を設けた本実施形態では、前記エアーチャンバを設けたものの場合のように、回転数の上昇中に脈圧レベルが急増することがないばかりか、１つだけオイルチャンバを設けた場合によりも、エンジン回転数の増加に脈圧レベルがほぼ比例するリニアな脈圧特性を得ることができる。

図４Ａ、Ｂ及び図５Ａ、Ｂは、オイルポンプ１がエンジン回転数の倍の速度で回転することから、ポンプ１倍次数成分と２倍次数成分、３倍次数成分及び４倍次数成分にそれぞれ分けて脈圧特性を実験によって検証した特性図である。

この特性図では、一点鎖線（ａ）がオイルチャンバを有しない場合、実線（ｂ）がオイルチャンバを１つだけ設けた場合、破線（ｃ）が本実施形態のような２つのオイルチャンバを設けた場合を示しており、この各特性図からも明らかなように、いずれの次数成分の場合でもエンジンの回転数が低回転域の場合は脈圧の大きな差は発生しないが、エンジン回転数が上昇するに連れてオイルチャンバを有しないものや１つのみの場合に比較して、本実施形態のように、２つ設けた場合の方が脈圧低減効果が大きくなることが明らかになった。特に、脈圧低減効果が大きいのは、ポンプ１倍次数成分時と２倍次数成分時に顕著である。

これは、容積の異なる２つのオイルチャンバ１４，１６によって互いの共振周波数が打ち消し合ったためである。

したがって、共振周波数の異なるオイルチャンバ１４，１６を複数設けることによってより、脈圧低減効果が大きくなることが明らかである。

また、この実施形態では、第１、第２オイルチャンバ１４，１６を、吐出ポート１１（下流側延出領域１１ａ）の両側にバランス良く配置形成したため、吐出ポート１１の側部の一方側が大きく突出することがなく、この結果、オイルポンプ１の大型化を防止できる。

図６は本発明の第２の実施形態を示し、前記各オイルチャンバ１４，１５の第１、第２連通孔１３，１５よりも上流側に、第３、第４の連通孔２０，２１をそれぞれ設けたものである。

前記第１オイルチャンバ１４は、その容積が第１の実施形態のものよりも大きく形成されている一方、第２オイルチャンバ１６は、その容積が第１の実施形態のものよりも小さく形成されており、これによって互いの共振周波数帯域が大きく異なっている。

また、前記第１連通孔１３は、第１オイルチャンバ１４から上端側からほぼ垂直に近い角度で上方に指向しており、したがって、第１オイルチャンバ１４内のオイルに混入した空気を第１連通孔１３から効果的に排出することが可能になる。

そして、前記第３、第４連通孔２０は、各チャンバ１４，１６の重力方向の最下方付近において前記吐出ポート１１とそれぞれ連通するように形成されている。

前記第３連通孔２０は、第１オイルチャンバ１４の図中下側に近い位置にほぼ水平に形成されて吐出ポート１１に連通していると共に、底面が第１オイルチャンバ１４の底面とほぼ同一面に形成されている。また第３連通孔２０の一端開口２０ａは、前記吐出ポート１１の途中に形成された凹溝１１ｂ内に臨んでいると共に、その孔縁が特に凹溝１１ｂ側へなだらかな円弧状に形成されている。

第４連通孔２１は、第２オイルチャンバ１６の図中下端側から吐出ポート１１へほぼ垂直方向に沿って形成されて、その一端開口２１ａが吐出ポート１１の下流側方向（凹溝１１ｂ方向）へほぼ指向している。

前記吐出ポート１１に吐出されたオイルは、その内部に金属粉などのコンタミが混入しており、これらのコンタミが前記各オイルチャンバ１４，１６内に流入すると、該各チャンバ１４，１６内に滞留し易くなるが、この第２の実施形態によれば、第１、第２連通孔１３，１５から内部に流入したコンタミは、第３、第４連通孔２０，２１から一旦、吐出ポート１１に排出されてそのまま凹溝１１ｂ内に排出される。したがって、各チャンバ１４，１６内からコンタミを速やかに排出することが可能になる。

特に、各連通孔２０，２１は、その各一端開口２０ａ、２１ａが凹溝１１ｂ内に指向しかつ円弧状に形成されていることから、コンタミをより速やかに凹溝１１ｂ内に排出することが可能になる。

なお、この発明の実施形態は以上で説明したものに限るものでなく、例えば、以上の実施形態ではポンプ本体をトロコイド形のポンプで構成したが、複数のポンプ室が連続的に容積を増減変化させるものであれば、ベーン形やギア形などの各種のポンプに適用することが可能である。

また、オイルポンプの駆動は、必ずしもバランサシャフトに直結して行う必要はないが、この実施形態のように高速回転するバランサシャフトで駆動されるものにあっては、高周波の脈圧が発生し易いため、本発明のオイルチャンバによる対策は特に有効となる。

さらに、前記オイルチャンバを、容積の異なるものを２つ以上設けることも可能である。

前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。

請求項（１） 前記各チャンバを、少なくとも重力方向の最上方位置付近で前記吐出部と連通するように形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のオイルポンプ。

前記チャンバ内に空気が滞留していると、前記吐出部で生じる脈圧との共振が発生して空気が抜け、抜けた際に脈圧が急変してしまうが、チャンバ内に、空気が混入したオイルが充満している場合には、吐出部で発生する脈圧の低減効果が大きく変化してしまうことがない。

請求項（２）前記各チャンバには、重力方向の最上方位置付近で前記吐出部に連通する前記連通部よりも上流側でかつ前記チャンバの重力方向の最下方付近で前記吐出部と連通する第２の連通部を設けたことを特徴とする請求項（１）に記載のオイルポンプ。

吐出部から吐出されたポンプ流体に混入した金属粉などのコンタミが前記連通部を介してチャンバ内に滞留し易くなるが、この発明では、重力方向の最下方付近で前記吐出部と連通する第２の連通部を設けたことから、前記チャンバ内に滞留したコンタミを、脈圧を利用して第２の連通部から外部へ効果的に排出することができる。

請求項（３）前記各チャンバを、前記吐出部を隔てて両側にそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１〜（２）のいずれかに記載のオイルポンプ。

各チャンバを吐出部の両側にそれぞれバランス良く配置したため、吐出部の側部の一方側が大きく突出することはない。この結果、オイルポンプの大型化が抑制できる。

請求項（４）外周にトロコイド曲線形状の複数の外歯が設けられ、駆動軸によって回転駆動されるインナロータと、該インナロータの外周側に偏心して配置され、内周に前記インナロータが噛合するトロコイド曲線形状の複数の内歯が設けられたアウタロータと、を備えたトロコイド形のポンプであることを特徴とする請求項１〜（３）のいずれかに記載のオイルポンプ。

本発明のオイルポンプの第１の実施形態におけるカバーブロックを取り外した状態を示す正面図である。 同実施形態を示す図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 同実施形態と従来のエアーチャンバ及び単一オイルチャンバとの吐出脈圧−エンジン回転数特性を比較して示す線図である。 Ａはポンプ１倍次数成分時、Ｂはポンプ２倍次数成分時における吐出脈圧−エンジン回転数特性を比較して示す線図である。 Ａはポンプ３倍次数成分時、Ｂはポンプ４倍次数成分時における吐出脈圧−エンジン回転数特性を比較して示す線図である。 本発明の第２の実施形態におけるカバーブロックを取り外した状態を示す正面図である。

符号の説明

１…オイルポンプ
９…ポンプ室
１０…吸入ポート
１１…吐出ポート
１３…第１連通孔（連通部）
１４…第１オイルチャンバ
１５…第２連通孔（連通部）
１６…第２オイルチャンバ

Claims (3)

1. エンジンによる駆動によって複数のポンプ室が連続的に容積を増減変化させ、吸入部で吸い込んだオイルを加圧して吐出部から吐出するオイルポンプにおいて、
   それぞれ容積の異なる複数のチャンバを、前記吐出部を挟んだ両側に対向して設けると共に、
   前記複数のチャンバと前記吐出部を連通させる少なくとも各１つの連通部を、前記吐出部を挟んだ両側に対向して設けたことを特徴とするオイルポンプ。
2. エンジンによる駆動によって複数のポンプ室が連続的に容積を増減変化させ、吸入部で吸い込んだオイルを加圧して吐出部から吐出するオイルポンプにおいて、
   それぞれ共振周波数の異なる複数のチャンバを、前記吐出部を挟んだ両側に対向して設けると共に、
   前記複数のチャンバと前記吐出部を連通させる少なくとも各１つの連通部を、前記吐出部を挟んだ両側に対向して設けたことを特徴とするオイルポンプ。
3. エンジンによる駆動によって複数のポンプ室が連続的に容積を増減変化させ、吸入部で吸い込んだオイルを加圧して吐出部から吐出するオイルポンプにおいて、
   ポンプ内で発生する脈圧をそれぞれ互いに打ち消し合うように作用する複数のチャンバを、前記吐出部を挟んだ両側に対向して設けると共に、
   前記複数のチャンバと前記吐出部を連通させる少なくとも各１つの連通部を、前記吐出部を挟んだ両側に対向して設けたことを特徴とするオイルポンプ。

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