JP5355672B2 - 可変容量形ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用内燃機関の各摺動部や、機関弁の作動特性を制御する可変動弁装置などにオイルを供給する可変容量形ポンプに関する。

この種、従来の可変容量形ポンプとしては、本出願人が先に出願した以下の特許文献１に記載されたベーンタイプのものが知られている。

概略を説明すれば、ハウジングの内部に、一端側を枢支点としたカムリングが揺動自在に設けられていると共に、該カムリングの内周側に、クランク軸から回転力が伝達されるロータが配置され、このロータの外周部に、先端が前記カムリングの内周面に摺接する複数のベーンが径方向へ出没自在に設けられている。

また、前記各ベーンとカムリングの内周面との間には、前記ロータの回転に伴って容積を変化させるポンプ室が形成されていると共に、該ポンプ室の容積が大きくなるように前記カムリングを付勢する内外二重の２つのコイルばねが並設されている。この両コイルばねは、ポンプ室の容積変化量を減少させる方向へのカムリングの揺動量が大きくなるに伴ってばね定数が大きくなるように設定されている。このように構成することによって、２段階のポンプ流量特性を得ることができる。
特開２００９−９２０２３号公報

しかしながら、前記従来の可変容量形ポンプにあっては、ポンプ高回転時に吐出圧力が高くなって前記カムリングの偏心量が小さくなると、前述のように、前記両方のコイルばねが圧縮変形して付勢力が前記カムリングに作用することからばね定数が大きくなってしまう。

このため、前記カムリングの偏心量が小さくなる側への円滑な揺動作用が阻害されて、かかるポンプ高回転時において吐出量が過度に多くなってしまい無駄なエネルギーを消費してしまうといった問題があった。

本発明の目的は、ポンプ高回転時の吐出量の過度な上昇を抑制することができる可変容量ポンプを提供することにある。

本発明は、 回転駆動されるロータと、該ロータが回転駆動されることによって複数の作動油室の容積が変化して吸入部から前記作動油室に導入されたオイルを吐出部から吐出するポンプ構成体と、前記オイルの吐出油圧によって可動部材が可動することによって、前記吐出部に開口する前記作動油室の容積を変化させる可変機構と、前記作動油室の容積変化量が大きくなる方向へ前記可動部材を付勢すると共に、予めセット荷重が付与された第１コイルばねと、前記作動油室の容積変化量が所定以上大きくなる方向へ前記可動部材が移動した状態では、前記作動油室の容積変化量が小さくなる方向へ前記第１コイルばねよりも小さな付勢力で前記可動部材を付勢し、前記作動油室の容積変化量が所定未満に小さくなる方向へ前記可動部材が移動した状態では、ばね荷重が保持された状態で前記可動部材に付勢力が作用しないように設けられていると共に、予めセット荷重が付与された第２コイルばねと、吐出圧が導かれることによって前記第１コイルばねの付勢力に抗して前記可動部材を移動させる制御油室と、を備えると共に、
前記ロータの回転が低回転域までは、前記第１コイルばねと第２コイルばねの付勢力の差分で前記作動油室の容積変化量が最も大きくなるように前記可動部材の状態を維持し、
この状態から前記ロータの回転が上昇すると、前記制御油室内の油圧が上昇して、前記可動部材が第１コイルばねと第２コイルばねの差分に付勢力に打ち勝って、前記作動油室の容積変化量が小さくなる方向へ移動し、
前記ロータの回転がさらに上昇すると、前記制御油室内の油圧が上昇して、前記可動部材が前記第２コイルばねの付勢力が作用しなくなるまで移動して、その状態を維持し、
前記ロータの回転がさらに上昇すると、前記制御油室内の油圧が上昇して、前記可動部材が前記第１コイルばねの付勢力に打ち勝って、前記作動油室の容積変化量が小さくなる方向へ移動するように構成され、
前記可動部材には、径方向に延出した延出部が設けられ、該延出部における前記可動部材の移動方向の両側に前記第１コイルばねと第２コイルばねがそれぞれ配置されていることを特徴としている。

本発明によれば、カムリングを偏心量が大きくなる方向へ付勢する付勢部材は第１コイルばねのみであるから、ポンプ高回転時に、前記第１コイルばねによるカムリングの偏心量を小さくする方向へのばね定数が大きくならないので、前記カムリングの偏心量が小さくなる方向への円滑な揺動作用が得られ、吐出量の過度な上昇を抑えることが可能となる。

第１実施例における可変容量形ポンプのポンプカバーを取り外した正面図である。 図１のＡ−Ａ断面である。 図１のＢ−Ｂ断面である。 本実施例に供されるポンプハウジングを示す正面図である。 本実施例の作用説明図である。 本実施例の作用説明図である。 本実施例の連通溝の他例を示すポンプカバーを取り外した正面図である。 従来における吐出油圧と機関回転数との関係を示す特性図である。 本実施例における吐出油圧と機関回転数との関係を示す特性図である。 本実施例における第１、第２コイルばねのばね変位とばねセット荷重との関係を示す特性図である。 第２実施例における可変容量形ポンプのポンプカバーを取り外した正面図である。 本実施例に供されるポンプハウジングを示す正面図である。 第３実施例における可変容量形ポンプのポンプカバーを取り外した正面図である。 本実施例に供されるポンプハウジングを示す正面図である。

以下、本発明に係る可変容量形ポンプの実施形態を図面に基づいて詳述する。なお、本実施形態は、自動車用内燃機関の摺動部に潤滑油を供給するオイルポンプに適用したものを示している。

〔第１実施形態〕
本実施形態における可変容量形ポンプは、ベーンタイプに適用したものであって、内燃機関のシリンダブロックの前端部などに設けられ、図１、図２で示すように、一端開口がカバー２によって閉塞された有底円筒状のポンプハウジング１と、該ポンプハウジング１のほぼ中心部を貫通して、機関のクランク軸によって回転駆動される駆動軸３と、前記ポンプハウジング１の内部に回転自在に収容され、中心部が前記駆動軸３に結合された断面ほぼエ字形状のロータ４と、該ロータ４の外周側に揺動自在に配置された可動部材であるカムリング５と、前記ロータ４の内周部側の両側面に摺動自在に配置された小径な一対のベーンリング６、６と、を備えている。

前記ポンプハウジング１は、アルミ合金材によって一体に形成され、図４にも示すように、凹状の底面１ｓはカムリング５の軸方向の一側面が摺動することから、平面度や表面粗さなどの精度が高く加工され、摺動範囲が機械加工によって形成されている。

また、ポンプハウジング１の内周面の所定位置には、図１及び図２に示すように、前記カムリング５の枢支点となる枢支ピンであるピボットピン９が挿入される有底状のピン孔１ｃが穿設されていると共に、ピボットピン９の軸心とポンプハウジング１の中心(駆動軸３の軸心)を結んだ直線Ｘ（以下「カムリング基準線」という。）より垂直方向上方の位置の内周側に、円弧凹状に形成された第１シール面１ａが形成されている。一方、前記ポンプハウジング１のカムリング基準線Ｘより垂直方向下方の位置の内周側には、円弧凹状の第２シール面１ｂが形成されている。

前記第１シール面１ａは、後述する制御油室１６の一部を構成する第１制御油室１６ａの図中上端側を前記カムリング５に形成された後述する円弧凸状の第１シール摺接面５ｃが摺接しつつ共同してシールするようになっている。前記第１シール面１ａと第１シール摺接面５ｃとによって第１シール部が構成されている。

前記第２シール面１ｂは、前記制御油室１６の他の一部を構成する第２制御油室１６ｂの図中下端側を前記カムリング５に形成された後述する第２シール部材１４が摺接しつつ共同してシールする第２シール面１ｂが形成されている。前記第２シール面１ｂと第２シール部材１４とによって第２シール部が構成されている。

前記第１、第２シール面１ａ、１ｂは、図４に示すように、前記ピン孔１ｃを中心とした所定の半径Ｒ１、Ｒ２によって形成される円弧面状に形成されている。

また、前記第１シール面１ａの半径Ｒ１における図４中、時計周り終端縁には、カムリング５の前記第１シール摺接面５ｃの終端縁から制御油室１６方向へ傾斜状に形成されたカムリング側のストッパ面１８ｂが時計方向から当接して第１付勢部材である第１コイルばねのばね力により初期セット位置（最大偏心位置）で揺動位置を規制するポンプハウジング１側のストッパ面１８ａが形成されている。このストッパ面１８ａはカムリング５の初期位置を決定するだけでなく、カムリング５の揺動量が零の状態におけるオイル吐出においてカムリング５側のストッパ面１８ｂがポンプハウジング１側のストッパ面１８ａに当接して十分な液密性を保持するようになっている。

また、ポンプハウジング１の底面１ｓには、駆動軸３の左側にほぼ三日月状の吸入ポート７が形成されていると共に、駆動軸３の右半分にほぼ扇形状の吐出ポート８がそれぞれほぼ対向して形成されている。

前記吸入ポート７は、図２、図４に示すように、図外のオイルパン内の潤滑油を吸入する吸入ロ７ａに連通している一方、吐出ポート８は、吐出口８ａから図外のオイルメインギャラリーを介して機関の各摺動部および可変動弁装置である例えばバルブタイミング制御装置に連通している。

さらに、前記底面１ｓのほぼ中央に形成された駆動軸３の軸受孔１ｆには、前記吐出ポート８から吐出された潤滑油が小幅なほぼＬ字形に形成された給油溝１０の先端凹溝１０ａを介して供給されるようになっていると共に、前記給油溝１０の開口から前記ロータ４の両側面や後述するベーン１１の側面に潤滑油が供給されて潤滑性が確保されるようになっている。

なお、前記カバー２は、図２に示すように、内側面がこの実施例ではほぼ平坦面状に形成されているが、ここに前記ポンプハウジング１の底面１ｓと同じく吸入口や吐出口、オイル溜まり部を形成することも可能である。また、このカバー２は、複数の位置決めピンＩＰを介してポンプハウジング１に円周方向の位置決めされつつ複数のボルトＢによってポンプハウジング１に取り付けられている。

前記駆動軸３は、クランク軸から伝達された回転力によってロータ４を図１中、時計方向に回転するようになっており、該駆動軸３を中心とした図中左側の半分が吸入領域となり、右側の半分が吐出領域となる。

前記ロータ４は、図１示すように、内部中心側から外方へ放射状に形成された７つのスリット４ａ内にそれぞれ７枚のベーン１１が進退自在に摺動保持されていると共に、前記各スリット４ａの基端部に前記吐出ポート８に吐出された吐出油圧を導入する断面ほぼ円形状の背圧室１２がそれぞれ形成されている。

前記各ベーン１１は、内側の各基端縁が前記一対のベーンリング６、６の外周面に摺接している共に、各先端縁が前記カムリング５の内周面５ａに摺接自在になっている。また、各ベーン１１間とカムリング５の内周面及びロータ４の内周面、ポンプハウジング１の底面１ａ、カバー２の内端面との間に複数のポンプ室１３が液密的に隔成されている。前記各ベーンリング６は、前記各ベーン１１を放射外方へ押し出すようになっている。

前記カムリング５は、加工容易な焼結金属によってほぼ円筒状に一体に形成され、外周面の前記カムリング基準線Ｘ上の図１中、右外側位置にピボット凸部５ｂが形成されており、このピボット凸部５ｂの中央位置には、前記ピボット孔１ｃに挿入位置決めされたピボットピン９が嵌挿して偏心揺動支点となる枢支孔５ｋが軸方向に沿って貫通形成されている。

また、カムリング５は、前記カムリング基準線Ｘからほぼ垂直上方向の位置に、前記第１シール摺接面５ｃとカムリング側のストッパ面１８ｂを外周に形成するほぼ逆Ｕ字形状の第１突起部５ｇが形成されている一方、前記カムリング基準線Ｘから下方側の位置に、前記第２シール部材１４などを保持するほぼ三角形状の第２突起部５ｈが設けられている。

前記第１シール摺接面５ｃは、ポンプハウジング１側の第１シール面１ａの半径Ｒ１より微小に小さく設定され両者の微小隙間により絞りが形成されている。また、カムリング５側のストッハ面１８ｂがポンプハウジング１側のストッハ面１８ａに当接することによってカムリング５の最大揺動位置が規制され、油圧上昇によりカムリング５が揺動し始める前の運転状態では前記両ストッパ面１８ａ、１８ｂの当接によって第１制御油室１６ａが良好にシールされポンプ内でのオイルのリークを最小限に抑えことができる。また、油圧上昇によりカムリング５が揺動しカムリング５側のストッパ面１８ｂがハウジング１側のストッパ面１８ａから離間しても前記微小隙間の絞りにより内部リークは最小に抑えられる。

前記シール部材１４は、例えば低摩耗性の合成樹脂材によってカムリング５の軸方向に沿って細長く形成されていると共に、カムリング５の前記第２突起部５ｈの外周面に形成された保持溝内に保持されていると共に、前記保持溝の底部側に固定されたゴム製の弾性部材１５の弾性力によって前方へ、つまりシール面１ｂに押し付けられるようになっている。これにより、後述する第２制御油室１６ｂの常時良好な液密性を確保するようになっている。

また、前記カムリング５は、図１及び図２に示すように、吐出ポート８におけるロータ４の回転方向端、及びロータ４の回転方向逆端の位置に、該カムリング５の内周側と制御油室１６ａ、１６ｂを連通する２つの連通溝５ｅ、５ｅが形成されている。この連通溝５ｅ、５ｅは、カムリング５の軸方向両側面に形成された切欠溝によって形成されている。

また、この連通溝５ｅ、５ｅをピボット凸部５ｂの両側面に形成してもよいが、図７に示すように、ピボット部の強度を上げるために、ピボット凸部５ｂをより長くかつ大径に形成し、このピボット凸部５ｂの周辺において連通溝５ｅ、５ｅを２つに分割することもできる。

前記制御油室１６は、カムリング基準線Ｘを境として上方に形成された第１制御油室１６ａと、カムリング基準線Ｘの下方に形成された第２制御油室１６ｂと、から構成されている。

前記第１制御油室１６ａは、前記カムリング５の外周面と前記ピボット凸部５ｂ及び第１シール摺接面５ｃ、第１シール面１ａとの間にほぼ三日月状に隔成されている。また、この第１制御油室１６ａは、吐出ポート８から導入された吐出油圧によってカムリング５を、ピボットピン９を支点として図１の反時計方向へ揺動させることによってロ一タ４に対する偏心量を減少させる方向へ移動させるようになっている。

一方、前記第２制御油室１６ｂは、前記カムリング５の外周面と前記ピボット凸部５ｂ及び第２シール部材１４、ポンプハウジング１の第２シール面１ｂとの間にほぼ三日月状に隔成されている。この第２制御油室１６ｂは、吐出ポート８から導入された吐出油圧によってカムリング５を、ピボットピン９を支点として図１の時計方向へ揺動させることによってロータ４に対する偏心量が最大となる側へ押し戻す方向へ移動させるようになっている。

両制御油室１６ａ、１６ｂは、前述した範囲で形成されていることから、前記第１制御油室１６ａ側からの油圧が作用するカムリング５の外側面の受圧面積は、前記第２制御油室１６ｂからの油圧が作用するカムリング５の外側面の受圧面積よりも大きくなっている。

したがって、第１制御油室１６ａ内の油圧によるカムリング５に対する押圧力が、前記第２制御油室１６ｂ内の反対の油圧によって僅かに相殺されて、結果として吐出油圧力によりカムリング５をピボットピン９を支点として反時計方向へ揺動させて偏心量を減少させようとする力は小さくなり、これに対向してカムリング５を時計方向へ付勢する後述の第１コイルばね２０のばね力を小さく設定できる。

また、前記カムリング５は、筒状本体の外周面の前記ピボット凸部５ｂと反対側の位置に径方向外側に突出した延出部であるアーム１７が一体に設けられている。このアーム１７は、図１及び図２に示すように、前記カムリング５の筒状本体の前端縁から軸方向のほぼ中央位置まで延設された矩形板状のアーム本体１７ａと、該アーム本体１７ａの先端部側の上面に一体に形成された凸部１７ｂと、を有している。

前記アーム本体１７ａは、前記凸部１７ｂと反対側の下面に円弧曲面状の突起１７ｃが一体に設けられている一方、前記凸部１７ｂは、アーム本体１７ａに対してほぼ直角方向に延設されていると共に、その上面１７ｄが曲率半径の小さな曲面状に形成されている。

また、前記ポンプハウジング１の前記ピボット孔１ｃと反対側の位置、つまり前記アーム１７の上下位置には、図１中、下側の第１ばね収容室１９と上側の第２ばね収容室２１が同軸上に形成されている。

前記第１ばね収容室１９は、ポンプハウジング１の軸方向に沿って延びたほぼ平面矩形状に形成され、底面１９ａ付近の内周面に第１コイルばねの下端縁の第１ばね収容室１９の底面１９ａ外周縁のＲ部に対する当たりを防止する逃げ溝１９ｂが形成されている。

前記第２ばね収容室２１は、その長さが第１ばね収容室１９よりも短く設定されていると共に、第１ばね収容室１９と同じくポンプハウジング１の軸方向に沿って延びたほぼ平面矩形状に形成されている。また、その下端開口部２１ａの巾方向から対向して内端縁に互いに内方へ延出した細長い矩形板状の一対の係止部２３、２３が一体に設けられており、この両係止部２３、２３間の開口部２１ａを介して前記アーム１７の凸部１７ｂが前記ばね収容室２１内に対して進入あるいは後退可能に形成されている。前記両係止部２３、２３は、後述する第２コイルばねの最大伸張変形を規制するようになっている。

また、第２ばね収容室２１の上面２１ｂ付近及び前記係止部２３，２３付近の内面には、第２コイルばね２２の上端縁と下端縁の第２ばね収容室２１の上面縁部などに対する当たりを防止する逃げ溝２１ｃ、２１ｄが形成されている。

前記第１ばね収容室１９の内部には、前記アーム１７を介して前記カムリング５を図１中、時計方向へ付勢する、つまりロータ４の回転中心と前記カムリング５の内周面の中心との偏心量が大きくなる方向へ前記カムリング５を付勢する付勢部材である第１コイルばね２０が収容配置されている。

前記第１コイルばね２０は、所定のばねセット荷重Ｗ１が付与されていて、上端縁が前記アーム本体１７ａの下面に有する円弧状突起１７ｃに常時当接しつつ前記カムリング５における前記ロータ４の回転中心と前記カムリング５の内周面の中心との偏心量が大きくなる方向へ付勢している。

前記第２ばね収容室２１には、前記アーム１７を介して前記カムリング５を図１中、反時計方向へ付勢する付勢部材である第２コイルばね２２が収容配置されている。

この第２コイルばね２２は、上端縁２２ａがばね収容室２１の底面上面２１ｂに弾接していると共に、下端縁２２ｂは図１に示すカムリング５の時計方向へ最大偏心移動位置から前記両係止部２３、２３に係止するまでの間に前記アーム１７の凸部１７ｂに弾接してカムリング５に反時計方向へ付勢力を付与するようになっている。

すなわち、第２コイルばね２２にも、第１コイルばね２０と対向する所定のばねセット荷重が付与されているが、このばねセット荷重Ｗ２は前記第１コイルばね２０に与えられているばねセット荷重Ｗ１よりも小さく設定されており、第１コイルばね２０と第２コイルばね２２の各々のセット荷重の差によってカムリング５は初期位置（最大偏心位置）にセットされる。

具体的には、前記第１コイルばね２０は、ばねセット荷重Ｗ１が付与された状態で常にアーム１７を介してカムリング５を上方へ偏心させる方向、つまりポンプ室１３の容積が大きくなる方向に付勢している。前記ばねセット荷重Ｗ１は、油圧がバルブタイミング制御装置の必要油圧Ｐ１のときにカムリング５が動き出す荷重である。

一方、第２コイルばね２２は、前記カムリング５における、前記ロータ４の回転中心と前記カムリング５の内周面の中心との偏心量が所定以上となっているときは、前記アーム１７に当接しているが、図５、図６に示すように、前記ロータ４の回転中心と前記カムリング５の内周面の中心との偏心量が所定未満となっているときは、前記各係止部２３、２３により圧縮された状態を保ったまま係止されて前記アーム１７と非接触となる。また、第２コイルばね２２が各係止部２３、２３によりアーム１７への荷重が零になるカムリング５の揺動量における前記第１コイルばね２０のセット荷重Ｗ２とは、油圧がピストンオイルジェットなどの必要油圧Ｐ２かもしくはクランク軸の最高回転時に必要油圧Ｐ３のときにカムリング５が動き出す荷重である。

なお、前記カムリング５とベーンリング６、制御油室１６、第１、第２コイルばね２０、２２などによって可変機構が構成されている。

以下、本実施例の作用について説明する。これに先だって前記従来の内外二重のコイルばねを用いた可変容量形ポンプによる制御油圧と機関摺動部やバルブタイミング制御装置及びピストン冷却装置への必要油圧との関係を図８に基づいて説明する。

内燃機関で必要な油圧は、燃費の向上や排気エミッション対策として前記バルブタイミング制御装置を用いた場合には、この装置の作動源として前記オイルポンプの油圧が用いられることから、かかる装置の作動応答性を向上させるために機関低回転の時点から作動油圧は図８の破線ｂに示す高い油圧Ｐ１が要求される。またピントン冷却の為のオイルジェット装置などを用いた場合は機関中回転の時点で高い油圧Ｐ２が要求される。最高回転での必要油圧は主としてクランク軸の軸受部の潤滑に必要な油圧Ｐ３で決定される。したがって、内燃機関全体に必要な油圧は破線ｂ、ｃを結んだ破線全体の特性になる。

ここで、内燃機関の中回転域要求油圧Ｐ２と高回転域の要求油圧Ｐ３は概ねＰ２＜Ｐ３の関係であり、要求油圧Ｐ２とＰ３は近いことが多い。したがって図８の（エ）の域である中回転域から高回転域の間の油圧は回転が上昇しても油圧が上昇しないようにすることが望ましい。

ところが、前記従来の可変容量形ポンプにあっては、内燃機関の中回転から高回転域においてカムリングは２本のばねによって付勢される。すなわち、ばね定数が２本分でありカムリングが揺動しづらく、その制御油圧の特性が、前述のように、図８の実線ａの（エ）に示す機関回転数の上昇に合った高い油圧になり、つまり、図８の斜線部分において油圧が必要以上に高くなり、動力損失を十分に抑制することができない。

これに対して、本実施例では、図９に示すように、まず、内燃機関の始動時から低回転域までは、ポンプ吐出圧はＰ１に達していないため、カムリング５のアーム１７が第１コイルばね２０と第２コイルばねのばね力差でハウジング１側のストッパ面１８ａに対するカムリング５側のストッパ面１８ｂの当接によって作動停止状態になっている（図１参照）。

このとき、カムリング５の偏心量が最も大きくポンプ容量が最大となり、機関回転数の上昇に伴って吐出油圧が前記従来よりも急激に立ち上がり、図９の実線上の（ア）に示す特性となる。

続いて、さらなる機関回転数の上昇に伴いポンプ吐出油圧がさらに上昇しで図９のＰ１に達すると、制御油室１６内の導入油圧が高くなって、カムリング５は、アーム１７に作用する第１コイルばね２０を庄縮変形させはじめて、ピボットピン９を支点として反時計方向へ偏心揺動する。

これによって、ポンプ容量が減少するため、吐出油圧の上昇特性も図９の（イ）の領域に示すように小さくなる。そして、図５に示すように、第２コイルばね２２が前記係止部２３、２３により圧縮された状態を保ったまま係止され、アーム凸部１７ｂの上面１７ｄへ第２コイルばね２２の荷重が加わらない状態までカムリング５が反時計方向へ揺動する。

この図５に示す状態では、この時点から第２コイルばね２２の荷重がカムリング５に作用しなくなることから、吐出油圧がＰ２（制御油室１６内の油圧Ｐ２）に達し第２コイルばね２２のセット荷重Ｗ２に打ち勝つまでカムリング５は揺動できず保持された状態になる。したがって、機関の回転上昇とともに吐出油圧は、図９の（ウ）に示す立ち上がり特性となるが、カムリング５の偏心量が小さくなってポンプ容量が減少していることから、図９の前記（ア）に示すような急激な立ち上がり特性にはならない。

さらに機関回転数が上昇して吐出油圧がＰ２以上になると、カムリング５は、図６に示すように、アーム１７を介して第１コイルばね２０のセット荷重Ｗ２のばね力に抗して該第１コイルばね２０を圧縮変形させながら揺動する。かかるカムリング５の揺動に伴ってポンプ容量がさらに減少して吐出油圧の上昇は小さくなり、図９の（エ）に示す特性の状態を維持したまま最高回転数に達する。

したがって、かかるポンプ高回転時における吐出油圧を要求油圧(破線)に十分に近付けることができることから、従来の可変容量形ポンプにおける図８の斜線部分で示すような油圧が必要以上に高くならずに、動力損失を効果的に抑制することができる。

図１０は各コイルばね２０、２２の変位、あるいはカムリング５の揺動角とばねセット荷重Ｗ１、Ｗ２との関係を示している。すなわち、内燃機関の始動から低回転までの初期状態では、第１コイルばね２０のセット荷重Ｗ１のばね力が付与されているため、セット荷重Ｗ１を越えるまでは変位できない。このセット荷重Ｗ１を越えると、第１コイルばね２０は圧縮変位しその荷重を増させ、一方で第２コイルばね２２は自由長へ近づきその荷重を減少させ、この結果、ばね荷重が増加する。この傾きがばね定数となる。

前記カムリング５の図５に示す位置では、第１コイルばね２０のセット荷重Ｗ１となり、不連続的に大きくなるが、吐出油圧がセット荷重Ｗ１を越えると、第１コイルばね２０は圧縮変位すると共に荷重が増加するが、作用するコイルばね力が１本になるので、ばね定数が減少して傾きが変化している。

以上のように、機関回転数が上昇して吐出油圧がＰ１に達したところでカムリング５が移動を開始しはじめて吐出油圧の上昇を抑制するが、カムリング５が図５に示す反時計方向へ所定の移動量に達したところで第２コイルばね２２のばね力がなくなってばね定数が小さくなり、また、第１コイルばね２０のばね荷重Ｗ１が非連続に大きくなることから、吐出油圧がＰ２に上昇した後に再びカムリング５の揺動が開始することになる。つまり、第１、第２コイルばね２０、２２の相対的なばね荷重が作用して、ばね特性が非線形状態になることから、カムリング５が特異な揺動変化となる。

このように、本実施例では、両コイルばね２０、２２のばね力の非線形特性によって吐出油圧の特性が図９の（ア）〜（エ）に示すような特性となり、前記制御油圧（実線）を必要油圧（破線）に十分に近づけることが可能になる。この結果、不必要な油圧上昇による動力損失を十分に低減することができる。

また、この実施例では、対向する第１、第２の２つのコイルばね２０、２２を用いたため、各ばね２０，２２セット荷重を吐出油圧の変化に応じて任意に設定することができるので、吐出油圧に最適なばね力をセットすることが可能になる。

しかも、前記アーム１７が、第１コイルばね２０の上端や第２コイルばね２２の下端にプランジャなどを介して当接するのではなく、直接当接して押圧することから、構造が簡素化されると共に、部品点数の増加が抑制される。これによって、製造作業や組立作業が容易になると共にコストの低減化が図れる。

さらに、前記アーム１７のアーム本体１７ａの突起１７ｃや凸部１７ｂの上面１７ｄを円弧曲面状に形成したことから、カムリング５の揺動により第１、第２コイルばね２０、２２の上下端との接触角や接触点の変化を小さくすることができ、これによって、第１、第２コイルばね２０、２２の変位を安定化させることが可能になる。

また、この実施例では、前記吐出ポート８を介して吐出口から吐出される潤滑油を機関摺動部の他に、バルブタイミング制御装置の作動源として利用するが、前述のように、図９に記載した初期の吐出油圧（アの領域）の立ち上がりが良好になることから、機関始動直後のタイミングスプロケットとカムシャフトとの相対回転位相の遅角側あるいは進角側への作動応答性を向上させることができる。

また、可変動弁装置としては、バルブタイミング制御装置に限定されるものではなく、油圧を作動源とする、例えば、機関弁の作動角とリフト量を可変にするリフト可変機構などに適用することが可能である。

また、本実施例では、吐出行程におけるポンプ室１３の吐出圧が第１制御油室１６ａ及び第２制御油室１６ｂを介してカムリング５を揺動させる力となっているため、ポンプ室１３の圧力低下はカムリング５を安定して制御できなくなる場合がある。

しかし、前述した連通溝５ｅ、５ｅは吸入工程から吐出工程へ油を輸送する各ベーン１１とカムリング５の内周面５ａとロータ４の外周面によって囲まれるポンプ室１３からよりスムーズにオイルや特にオイルパン内にてオイルに混入した気泡を制御油室１６へ導出し、つまり、オイルやエアが吐出される際にカムリング５の外側面を回り込む長さが減少することからカムリング５の内周面５ａと制御油室１６との圧力が一致し易くなりポンプ室１３内の局部的な圧力低下を低減する。よってカムリング５を、エアが多量に混入する状況下でも安定して制御することできる。
〔第２実施例〕
図１１及び図１２は第２実施例を示し、ポンプ構成体などの基本構造は第１実施例と同様であるが、前記カムリング５の揺動支点と前記制御油室１６の構成が異っている。

すなわち、前記カムリング５は、前述のピボットピン９が揺動支点となるのではなく、該カムリング５の制御油室１６側の外面に設けられた凸状のピボット部５ｉがポンプハウジング１の内側面に形成されたＵ字形状のピボット溝１ｇに摺接自在に嵌合することによって揺動支持されるようになっている。

また、前記制御油室１６は、図１２に示すように、カムリング基準線Ｘより垂直上方のみに形成されており、つまり吐出ポート８の形状が前記第１制御油室１６ａで最大となり、ここから下方へ細長い三日月状の部位８ｂに形成されて、この部位８ｂがカムリング５の外周面に位置せず揺動に寄与しないようになっている。これによって、吐出ポート８から導入された吐出油圧によってカムリング５を、ピボット部５ｉを支点として反時計方向へ揺動させることによってロータ４に対する偏心量を減少させる方向へ移動させるようになっている。

したがって、この実施例では、前記ピボット部５ｉとピボット溝１ｇとの間で制御油室１６の一方のシール性を確保している一方、前記カムリング５の第１シール摺接面５ｃに保持溝を形成し、この保持溝に第１実施例と同じシール部材１４と弾性部材１５が保持されて、制御油室１６の他方側がシールされている。

この実施例は、内燃機関の要求油圧Ｐが低い場合やカムリング５の軸方向幅が小さい場合など、制御油室１６(第１制御油室１６ａ)からの入力が小さく、その入力に対してカムリング５を最大偏心量方向へ付勢する第１コイルばね２０のセット荷重の設定の自由度が向上して精度良く設定することができる。

なお、この実施例では、カムリング５揺動支点であるピボット部５ｉを、カムリング５を半円凸形状に一体成形しているが、ピボット部５ｉを半円凹形状にし、ここにピボットピンを挿入する構成とすることも可能である。

また、前記制御油室１６の機密性を確保するためにシール部材１４を設置しているが、内燃機関の要求油圧特性が満足できれば、コスト削減のためシール部材を削減することも可能である。

〔第３実施例〕
図１３及び図１４は第３実施例を示し、この実施例では、第１コイルばね２０と第２コイルばね２２の配設位置を変更したものである。

すなわち、ポンプハウジング１の前記第２制御油室１６ａに対応した位置に、第１ばね収容室１９が形成されている一方、垂直上方位置に第２ばね収容室２１がそれぞれ形成されている。

前記第１ばね収容室１９内に収容された第１コイルばね２０は、一端部が底面１９ａに弾接し、他端部がカムリング５の図１３中、下部の右側面５ｊに右傾斜方向から直接弾接して、カムリング５を偏心量が大きくなる方向へ付勢している。

第１ばね収容室２１に収容された第２コイルばね２２は、一端部が底面２１ａに弾接し、他端部がカムリング５の上端部に一体に設けられた突起部３０に直接弾接して、カムリング５を偏心量が小さくなる方向へ付勢している。また、前記第１ばね収容部２１は、第１実施例と同じく、開口部２１ａの内面に、カムリング５が反時計方向へ所定量揺動した際に前記第２コイルばね２２の他端部が係止してカムリング５に対するばね力を作用させない係止部２３，２３が一体に形成されている。前記突起部３０は、上面３０ａが第１実施例と同じく曲率半径が小さい曲面状に形成されている。

また、前記カムリング５は、第１実施例と同じくピボットピン９を中心に揺動自在に支持されている。

制御油室１６は、第１実施例と同じく２つの第１，第２制御油室１６ａ、１６ｂによって構成されている。

したがって、この実施例によれば、前記第１、第２コイルばね２０、２２及び第１、第２制御油室１６ａ、１６ｂ内の吐出油圧によって、第１実施例と同様な作用効果が得られるばかりか、各ばね収容室１９，２１の特異な形成位置及びカムリング５はアームを介さずに各コイルばね２０、２２に直接的に押圧付勢されることから、ポンプ全体の小型化が図れると共に、構造が簡素化されて製造作業が容易になり、コストの点でも有利になる。

本発明は、前記各実施例の構成に限定されるものではなく、例えば、前記ばね収容室１９，２１の配置をさらに変更することも可能である。

また、両コイルばね２０，２２のセット荷重は、それぞれポンプの仕様や大きさに応じて自由に設定することが可能であると共に、そのコイル径や長さも自由に変更することができる。

また、この可変容量形ポンプを、内燃機関以外の油圧機器類等に適用す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以外の発明の技術的思想について以下に説明する。

〔請求項ａ〕請求項２に記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記カムリングの外周には、径方向に延出した延出部が設けられ、該延出部における前記カムリングの移動方向の両側に前記第１コイルばねと第２コイルばねがそれぞれ配置されていることを特徴とする可変容量形ポンプ。

〔請求項ｂ〕請求項ａに記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記第２コイルばねは、前記ハウジングに設けられかつ長手方向の長さが前記第２コイルばねの自由長よりも短い第２ばね収容室内に配置されていると共に、
前記延出部の前記第２コイルばね側の端面には、前記第２コイルばね側に突出した押圧部が設けられ、
前記第２ばね収容室には、前記押圧部が挿入可能な開口部が形成されていることを特徴とする可変容量形ポンプ。

〔請求項ｃ〕請求項ｂに記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記延出部を挟んだ前記第２ばね収容室と反対側の対向した位置には、前記第１コイルばねが収容される第１ばね収容室が配置されていることを特徴とする可変容量形ポンプ。

〔請求項ｄ〕請求項ｃに記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記ハウジングは、ハウジング本体と、該ハウジング本体に固定された少なくとも１つの前記側壁部とによって構成され、
前記第１ばね室と第２ばね室及び開口部は、前記ハウジング本体の側壁内に形成されていると共に、開口された前端側が前記側壁部によって閉塞されていることを特徴とする可変容量形ポンプ。

〔請求項ｅ〕請求項ｄに記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記第１ばね収容室及び／または前記第２ばね収容室の前記各コイルばねの一端側が弾接する座面の周囲には円環溝状の拡径部が形成されていることを特徴とする可変容量形ポンプ。

前記拡径部によってコイルばねの一端側の座面に対する着座性が良好になる。

〔請求項ｆ〕請求項ｃに記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記カムリングは、前記ロータの回転中心を挟んで前記延出部と反対側に設けられた揺動支点を中心に揺動自在に設けられていると共に、
前記延出部の前記第１コイルばねと対向する位置には、曲面状の突起が設けられていることを特徴とする可変容量形ポンプ。

伸縮変形時において第１コイルばねが傾いても前記突起によって前記傾きを吸収する形となることから、前記延出部に対する付勢方向の均一化を図れる。

〔請求項ｇ〕請求項２に記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記制御油室は、前記カムリングとハウジングとの間に２つ形成され、前記ロータの回転中心に対するカムリングの偏心量を小さくする側の一方の制御油室の受圧面積が、前記カムリングの偏心量を大きくする側の他方の制御油室の受圧面積よりも大きく設定されていることを特徴とする可変容量形ポンプ。

〔請求項ｈ〕請求項ｇに記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記カムリングは、前記ロータの回転中心を挟んで前記延出部の反対側に設けられた枢支ピンを中心として揺動自在に支持されていると共に、
前記制御油室は、前記枢支ピンを中心とした前記カムリングの揺動方向の両側に渡って連続して設けられていることを特徴とする可変容量形ポンプ。

〔請求項ｉ〕請求項ｈに記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記ロータの回転中心に対する前記カムリングの偏心量を小さくする側の前記カムリング外周面に突設された第１シール部と、前記カムリングの偏心量を大きくする側のカムリング外周面に突設された第２シール部と、を備え、
前記ハウジングの内周面と前記第１シール部及び第２シール部とによって円弧状の２つのシール面を形成し、該各シール面を介して前記制御油室を隔成したことを特徴とする可変容量形ポンプ。

〔請求項ｊ〕請求項ｉに記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記ロータの回転中心に対する前記カムリングの偏心量が最大となっている状態で、前記第１シール部と前記ハウジングの内周面が当接して形成される第１シール面を備えていることを特徴とする可変容量形ポンプ。

〔請求項ｋ〕請求項ｉに記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記第１シール部と第２シール部を介して前記各シール面で隔成される前記制御油室以外の前記カムリングの外周面と前記ハウジングの内周面との間には、吸入圧が導かれることを特徴とする可変容量形ポンプ。

制御油室以外の部位には低圧な吸入圧が導入されることから、前記制御油室以外の部位からのオイルのリークを十分に抑制できる。

〔請求項ｌ〕請求項ｊに記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記第２シール部とハウジングの内周面との間には、シール部材が設けられていることを特徴とする可変容量形ポンプ。

一方側のシール面に対してのみシール部材を設け、他方側にはシール部材を設けないようにしたことから、コストの低減化が図れる。

〔請求項ｍ〕請求項２に記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記ハウジングはアルミニウム合金材によって形成され、前記カムリングは鉄系金属によって形成されていることを特徴とする可変容量形ポンプ。

〔請求項ｎ〕請求項２に記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記作動油室で加圧されたオイルは、前記制御油室を経由して外部に吐出されることを特徴とする可変容量形ポンプ。

〔請求項ｏ〕請求項３に記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記第２付勢部材は、ストッパによって最大伸張変形が規制された状態では前記可動部材に付勢力が作用しないようになることを特徴とする可変容量形ポンプ。

１…ポンプハウジング
１ａ…第１シール面
１ｂ…第２シール面
１ｃ…ピボット孔
１ｆ…給油溝
１ｓ…ハウジング底面
２…ポンプカバー
３…駆動軸
４…ロータ
５…カムリング
５ｂ…ピボット凸部
５ｃ…第１摺接面
５ｅ…連通溝
７…吸入ポート
８…吐出ポート
９…ピボットピン
１０…給油溝
１１…ベーン
１２…背圧室
１３…ポンプ室
１４…シール部材
１５…弾性部材
１６…制御油室
１６ａ…第１制御油室
１６ｂ…第２制御油室
１７…アーム
１７ａ…アーム本体
１７ｂ…凸部
１７ｃ…下面の突起
１７ｄ…上面
１８ａ…ポンプハウジング側のストッパ面
１８ｂ…カムリング側のストッパ面
１９…第１ばね収容室
２０…第１コイルばね
２１…第２ばね収容室
２２…第２コイルばね
２３…係止部

Claims (3)

1. 回転駆動されるロータと、
   該ロータが回転駆動されることによって複数の作動油室の容積が変化して吸入部から前記作動油室に導入されたオイルを吐出部から吐出するポンプ構成体と、
   前記オイルの吐出油圧によって可動部材が可動することによって、前記吐出部に開口する前記作動油室の容積を変化させる可変機構と、
   前記作動油室の容積変化量が大きくなる方向へ前記可動部材を付勢すると共に、予めセット荷重が付与された第１コイルばねと、
   前記作動油室の容積変化量が所定以上大きくなる方向へ前記可動部材が移動した状態では、前記作動油室の容積変化量が小さくなる方向へ前記第１コイルばねよりも小さな付勢力で前記可動部材を付勢し、前記作動油室の容積変化量が所定未満に小さくなる方向へ前記可動部材が移動した状態では、ばね荷重が保持された状態で前記可動部材に付勢力が作用しないように設けられていると共に、予めセット荷重が付与された第２コイルばねと、
   吐出圧が導かれることによって前記第１コイルばねの付勢力に抗して前記可動部材を移動させる制御油室と、
   を備えると共に、
   前記ロータの回転が低回転域までは、前記第１コイルばねと第２コイルばねの付勢力の差分で前記作動油室の容積変化量が最も大きくなるように前記可動部材の状態を維持し、
   この状態から前記ロータの回転が上昇すると、前記制御油室内の油圧が上昇して、前記可動部材が第１コイルばねと第２コイルばねの差分に付勢力に打ち勝って、前記作動油室の容積変化量が小さくなる方向へ移動し、
   前記ロータの回転がさらに上昇すると、前記制御油室内の油圧が上昇して、前記可動部材が前記第２コイルばねの付勢力が作用しなくなるまで移動して、その状態を維持し、
   前記ロータの回転がさらに上昇すると、前記制御油室内の油圧が上昇して、前記可動部材が前記第１コイルばねの付勢力に打ち勝って、前記作動油室の容積変化量が小さくなる方向へ移動するように構成され、
   前記可動部材には、径方向に延出した延出部が設けられ、該延出部における前記可動部材の移動方向の両側に前記第１コイルばねと第２コイルばねがそれぞれ配置されていることを特徴とする可変容量形ポンプ。
2. 請求項１に記載の可変容量形ポンプにおいて、
   前記第２コイルばねは、長手方向の長さが前記第２コイルばねの自由長よりも短い第２ばね収容室内に配置されていると共に、
   前記延出部の前記第２コイルばね側の端面には、前記第２コイルばね側に突出した押圧部が設けられ、前記第２ばね収容室には、前記押圧部が挿入可能な開口部が形成されていることを特徴とする可変容量形ポンプ。
3. 請求項２に記載の可変容量形ポンプにおいて、
   前記延出部を挟んだ前記第２ばね収容室と反対側の対向した位置には、前記第１コイルばねが収容される第１ばね収容室が配置されていることを特徴とする可変容量形ポンプ。

Images