JP5392797B2 - 可変オイルポンプ - Google Patents

Description

本発明は、可変オイルポンプに関し、より詳細には、エンジンのような動力発生装置などにオイルを供給するとき、中速区間と高速区間では、オイルが過多供給されないようにし、反対に、低速区間と中高速区間では、十分なオイルが供給されることができるようにして、構造が簡単であり、且つ不要なオイル供給が行われないようにした可変オイルポンプに関する。

一般的に、エンジンには、ピストンやクランク軸のように作動部位に潤滑作用を可能にする潤滑装置を必要とする。 特に、潤滑装置には、オイルのような作動油を潤滑作用が必要な部位に供給することができるオイルポンプのようなオイル供給装置を必要とする。

特に、ローター方式のオイル供給装置は、エンジンＲＰＭに比例して吐出される作動流量が調節されることができるようにクランクシャフトに連結して使用する。そのため、既存のオイル供給装置は、エンジンＲＰＭに比例して吐出流量も比例して大きくなる。

しかしながら、このようなオイル供給装置は、作動油の潤滑状態に関係なく、エンジンＲＰＭに比例して作動油を吐出するので、エンジンの燃費を低下させる要因として作用した。すなわち、車両の初期始動時には、作動油が重力によって下方に流れてしまい、十分な潤滑のためには多くの作動油を必要とし、これにより、エンジンＲＰＭに比例して作動油を供給する必要がある。

しかしながら、車速が中速と高速であるときには、既に十分な量の作動油が供給されている状態なので、エンジンＲＰＭに比例して作動油を供給する必要がない。また、このように中速と高速で過多な量の作動油を供給させるためには、クランクシャフトから動力消耗が行われるので、エンジンの燃費を低下させる要因として作用した。

これより、車速などに比例してオイル供給が行われるようにする可変オイルポンプが多く開発されている。特許文献１には、このような可変リリーフバルブの構造が開示されている。前記可変リリーフバルブの構造は、オイルポンプでポンピングされたオイル圧力が調節されるようにオイルポンプのオイル吐出口の一側にバルブ室が設けられ、前記バルブ室の内部にバネにて弾力支持され、オイルラインを通過するオイル圧力によって前記バルブ室の一側に設けられたバイパスホールにオイルがドレーンされるように構成されるオイルリリーフバルブにおいて、前記バネ３３の下端を支持するためにバルブ室３１の下部に固定装着されたキャップ３６の上部面と、前記バネ３３の下端間に移動可能に設けられたスプリングシート３７の下部面との間に温度変化によって体積が膨脹するバイメタル４０が介在することを特徴とする。

しかしながら、このような従来の構造は、次のような問題が発生した。温度変化を通じて動作するように構成されているので、オイル圧力、すなわちエンジンＲＰＭの変化に対して迅速にオイル圧を可変させるのに限界があった。

韓国特許公開第１０−２００５−００４８１５１号（２００５年５月２４日）

本発明は、前述のような点に鑑みてなされたものであって、その目的は、構造が簡単ながらも、エンジンＲＰＭによって発生した作動油の油圧を利用して必要な流量だけを迅速に吐出することができるようにして、潤滑効果を高めることができると共に、エンジンの効率を向上させることができる可変オイルポンプを提供することにある。

特に、本発明の他の目的は、プランジャーとシリンダーとの間にギャップを設け、オイルポンプから出力されるオイル圧によって容易にプランジャーが動作するように構成することによって、エンジンの回転速度変化によって変わるオイル圧を利用して所要のオイル量だけさらに迅速に供給することができる可変オイルポンプを提供することにある。

また、本発明のさらに他の目的は、前記プランジャーが作動油のフロー方向に対して垂直で動作するようにして、プランジャーが作動油の圧力が加えられる方向に動作するようになり、さらに迅速で且つ正確に動作することができる可変オイルポンプを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による可変オイルポンプは、エンジンＲＰＭによって圧力を可変して出力させるローター方式の可変オイルポンプにおいて、オイルポンプには、出口側と連結され、この出口側から分岐された第１入力管と第２入力管及び入口側に分岐された第１出力管と第２出力管が設けられたシリンダーが形成され；前記シリンダーには、第１管路と第２管路を有するプランジャーが弾性バネの弾性支持を受け、且つ一端が出口側に露出するように設置され；前記プランジャーは、出口側１２０の圧力変化によってシリンダーの長さ方向に圧縮されながら、低速区間と中高速区間では、前記エンジンＲＰＭに比例してオイル供給が行われるようにし、中速区間では、第１管路が前記第１入力管と前記第１出力管を連結させて出口側の油圧の一部を入口側にリターンさせ、高速区間では、第２管路が前記第２入力管と前記第２出力管を連結させて出口側の油圧の一部を入口側にリターンさせることを特徴とする。

特に、前記プランジャーには、出口側に露出した先端部に間隙維持のための突起部が突設され、前記シリンダーには、この突起部と当接する箇所に突起部の一部を収容するように収容ホールが形成されたことを特徴とする。また、前記シリンダーは、出口側の流体フローに対して垂直に形成されていることを特徴とする。

また、前記プランジャーは、第１管路が初期開放時には、一定量だけずつ油圧を減速させる直線区間と、この直線区間から始まり、漸次に減圧量が低減するようにする斜線区間とを備えてなることを特徴とする。

また、前記斜線区間は、端部に段差を設けて形成されることを特徴とする。

また、前記直線区間と斜線区間は、０．１Ｘ≦Ｌ≦０．６Ｘ（ここで、Ｌ＝Ｘ＋Ｙ）を満たすことを特徴とする。

本発明の可変オイルポンプによれば、次のような効果がある。
（１）出口側に突出していたプランジャーが出口側のオイル圧力によってすぐ動作し、エンジンＲＰＭによって弾力的に適切なオイル量を迅速に供給することができる。
（２）出口側とプランジャーとの間に常時ギャップがあるので、油圧が変われば、このギャップを通じて油圧変化がすぐプランジャーに反映され、エンジンＲＰＭの変化によってさらに迅速で且つ早く対処することができる。
３）作動油は、管路の中心から外側に圧力が加えられ、本発明では、プランジャーを作動油のフロー方向に対して垂直に動作するように設置することによって、作動油の圧力方向とプランジャーの動き方向とを一致させて、作動油の圧力変化によってプランジャーがさらに迅速で且つ早く反応し、作動油のオイル変化量を反映することができる。

本発明の第１実施例による可変オイルポンプの構造を示すための断面図である。 本発明の第１実施例による可変オイルポンプの低速区間での動作状態を示すための概略図である。 本発明の第１実施例による可変オイルポンプの中速区間での動作状態を示すための概略図である。 本発明の第１実施例による可変オイルポンプの中高速区間での動作状態を示すための概略図である。 本発明の第１実施例による可変オイルポンプの高速区間での動作状態を示すための概略図である。 本発明の第１実施例による可変オイルポンプが速度による圧力変化を示すためのグラフである。 本発明の第２実施例による可変オイルポンプの構成を示すための断面図である。 本発明の第２実施例によるプランジャーの構成を示すための斜視図である。 本発明の第２実施例によるプランジャーの構成を示すための平面図である。 図６での一部拡大図である。 本発明の第２実施例による可変オイルポンプが速度による圧力変化を示すためのグラフである。 本発明によるプランジャーの変形例を示すための一部拡大図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例をさらに詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使用された用語や単語は、通常的や辞書的な意味に限定して解釈されるべきものではなく、発明者は、自身の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に即して本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解釈されなければならない。

したがって、本明細書に記載された実施例と図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施例に過ぎないものであって、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例による可変オイルポンプの構造を示すための断面図であり、図２ａは、本発明の第１実施例による可変オイルポンプの低速区間での動作状態を示すための概略図であり、図２ｂは、本発明の第１実施例による可変オイルポンプの中速区間での動作状態を示すための概略図である。また、図２ｃは、本発明の第１実施例による可変オイルポンプの中高速区間での動作状態を示すための概略図であり、図２ｄは、本発明の第１実施例による可変オイルポンプの高速区間での動作状態を示すための概略図である。図３は、本発明の第１実施例による可変オイルポンプが速度による圧力変化を示すためのグラフである。

本発明による可変オイルポンプ１００は、エンジン駆動などによりオイル圧が発生することによって、オイル供給が行われる入口側１１０と出口側１２０との間にシリンダー１３０が設けられ、このシリンダー１３０には、弾性バネ１４１で弾性支持されたプランジャー１４０を備えて構成される。

特に、前記シリンダー１３０は、プランジャー１４０の先端が出口側１２０に露出するように形成され、前記プランジャー１４０の動作によって中速区間Ｂと高速区間Ｄで出口側１２０の油圧の一部を入口側１１０にリターンさせることができるように、第１入力管１３３ａと第２入力管１３３ｂ及び第１出力管１３４ａと第２出力管１３４ｂが設けられる。

また、前記プランジャー１４０は、弾性支持を受けて、一端が出口側１２０に露出するように設置され、この出口側１２０のオイル変化によって流路を形成させるための第１管路１４３ａと第２管路１４３ｂが設けられる。また、プランジャー１４０は、出口側１２０のオイル圧力が低速区間Ａと中高速区間Ｃでは、エンジンＲＰＭに比例してオイル供給が行われるようにし、多くのオイルを必要としない中速区間Ｂと高速区間Ｄでは、前記第１管路１４３ａと第２管路１４３ｂを通じて出口側１２０の流量の一部を入口側１１０にリターンさせて、供給量を適切に減少させる。

以下、このような構成についてさらに具体的に説明する。
オイルポンプ１００は、内歯車が形成されたハウジング１００ａとこの内歯車に噛合し回転するローター１００ｂを備えて構成される。特に、ローター１００ｂは、エンジンのクランクシャフトに連結され、エンジンＲＰＭと比例して駆動する。このようなギアー方式のオイルポンプ１００に対する構成及び動作は、既によく知られたものであって、ここでは、その詳細な説明を省略する。

一方、前記オイルポンプ１００には、ローター１００ｂの回転により発生した油圧を供給することができるように流路の役目をする入口側１１０と出口側１２０が形成される。このような入口側１１０と出口側１２０は、通常、ハウジング１００ａに形成される。

また、前記出口側１２０には、シリンダー１３０が連通するように形成される。これは、出口側１２０の圧力がシリンダー１３０内にすぐ適用されるようにして、これに設置されるプランジャー１４０が直接連動して動作することができるようにするためである。本発明の好ましい実施例において、前記シリンダー１３０は、出口側１２０を流れる流体のフローに対して垂直な方向に形成することが好ましい。これは、油圧の特性上、その中心から外側に油圧が加えられ、出口側１２０の管路に対して垂直で加えられる油圧によってプランジャー１４０が動作可能にすることによって、加えられる圧力に対してすぐ作動が行われることができるようにして、反応速度を向上させることができるようにするためである。

また、シリンダー１３０の上端面、すなわちプランジャー１４０と当接する内面には、収容ホール１３１が形成される。この際、収容ホール１３１は、プランジャー１４０との間にギャップＧが形成されるようにして、油圧がすぐプランジャー１４０にすぐ作用することができるようにすることが好ましい。

また、前記シリンダー１３０には、出口側１２０から分岐され、油圧をリターンすることができるようにするために、第１及び第２入力管１３３ａ、１３３ｂと、この油圧を選択的に入口側１１０に排出することができるように第１及び第２出力管１３４ａ、１３４ｂが形成される。このような第１及び第２入力管１３３ａ、１３３ｂと第１及び第２出力管１３４ａ、１３４ｂは、プランジャー１４０の長さ方向への移動によって４段階に区分して開閉動作が行われる。これについては、プランジャー１４０の構成で一緒に説明する。

プランジャー１４０は、一種のピストンであって、前記シリンダー１３０の内部で弾性バネ１４１の弾性支持を受けるように設置される。この際、バネ１４１は、蓋（図示せず）などで仕上げられ、場合によって交換して使用することができるように構成することが好ましい。

特に、プランジャー１４０の上端、すなわち出口側１２０に露出した先端部には、上述した収容ホール１３１に一部の区間が挟持される突起部１４２が突設される。この突起部１４２は、出口側１２０の内面とプランジャー１４０上端との間に、前述したように、ギャップＧを形成するようにする。

また、プランジャー１４０には、シリンダー１３０に沿って移動しつつ、第１及び第２入力管１３３ａ、１３３ｂと第１及び第２出力管１３４ａ、１３４ｂを連通させるために第１管路１４３ａ及び第２管路１４３ｂが形成される。

このように構成されたプランジャー１４０は、オイルポンプ１００の回転速度、すなわちエンジンＲＰＭが増加するにつれて、出口側１２０の圧力が徐々に大きくなり、これにより、前記第１管路１４３ａと第２管路１４３ｂが開放または閉塞される。

以下、このようなプランジャー１４０の動作について、出口側１２０の圧力変化に影響を与えるエンジンＲＰＭを低速区間Ａ、中速区間Ｂ、中高速区間Ｃ、そして高速区間Ｄに区分して説明する。

まず、車両などをすぐ始動させて、オイルポンプ１００の速度が低速区間Ａになれば、図２ａのように、プランジャー１４０は、弾性バネ１４１の弾性支持を受けながらその状態を維持するようになる。これにより、第１及び第２管路１４３ａ、１４３ｂは、シリンダー１３０によってすべて閉塞され、出口側１２０の圧力は、エンジンＲＰＭに比例して高くなる。

次に、図２ｂのように、エンジンＲＰＭが中速区間Ｂにあれば、出口側１２０の圧力によってプランジャー１４０を下側に押し下げるようになる。この際、プランジャー１４０は、第１管路１４３ａを開放する。これにより、出口側１２０の圧力は、第１管路１４３ａによって第１入力管１３３ａと第１出力管１３４ａが連結され、圧力の一部が出口側１２０から入口側１１０にリターンする。したがって、この中速区間Ｂでは、速度が高くなっても、リターンするオイル圧力だけ供給流量が減少する。

次に、図２ｃのように、エンジンＲＰＭが中高速区間Ｃにあれば、プランジャー１４０がさらに下側に下がりながら、開放されていた第１管路１４３ａを閉塞する（この際、第２管路１４３ｂは、閉塞された状態である）。これにより、出口側１２０の圧力が高くなるが、前述した中速区間Ｂで既に低くなった状態にあった圧力が増加し、その結果として、エンジンＲＰＭに比例するまでオイル圧力は上昇する。

次に、高速区間Ｄに入れば、図２ｄのように、プランジャー１４０がさらに下側に下がりながら第１管路１４３ａを閉塞し、第２管路１４３ｂを開放する。これにより、第２入力管１３３ｂと第２出力管１３４ｂが連結され、出口側１２０の圧力の一部が入口側１１０にリターンする。したがって、高速区間Ｄでは、エンジンＲＰＭと比べて少ない量のオイルが供給される。

（第２実施例）
図４は、本発明の第２実施例による可変オイルポンプの構成を示すための断面図であり、図５は、本発明の第２実施例によるプランジャーの構成を示すための斜視図である。図６は、本発明の第２実施例によるプランジャーの構成を示すための平面図であり、図７は、図６での一部拡大図であり、図８は、本発明の第２実施例による可変オイルポンプの速度による圧力変化を示すためのグラフである。ここで、第１実施例と同一の構成については、同一符号を付与し、その詳細な説明を省略する。

本発明の第２実施例による可変オイルポンプは、第１実施例と比較して、プランジャー１４０’の構成において差異がある。すなわち、前記プランジャー１４０’は、第１管路１４３ａを通じて出口側１２０から入口側１１０にリターンするオイル圧が初期には一定量だけずつ減少してから、さらにその減少量が徐々に少なくなるように構成し、その小さくなる減速量だけ高速区間で圧力上昇が行われるようにしたものである。

このように動作するために、前記第１管路１４３ａは、図６及び図７のように、プランジャー１４０’の動作により初期に開放される部分に直線区間Ｘが形成され、この直線区間Ｘが終わる地点から完全に開放される部分までさらに斜線区間Ｙがテーパー形状に形成される。この際、斜線区間Ｙは、直線区間Ｘの端部から外側に拡開する形状に形成する。

これにより、第１入力管１３３ａと第２出力管１３４ａを開放させる第１管路１４３ａは、初期区間である直線区間Ｘでは、一定量だけずつの油圧減少が誘導され、斜線区間Ｙでは、油圧が徐々に減少するように誘導される。

特に、このように斜線区間Ｙによってリターンする油圧量が小さくなるというのは、その分、高速区間でリターンする油圧が減少することを意味するので、リターンする量が減少する分だけ、圧力上昇が発生する。

本発明の好ましい実施例において、このような圧力上昇時点は、全体長さＬに対して０．１Ｌ≦Ｘ≦０．６Ｌ（ここで、Ｌ＝Ｘ＋Ｙ）の関係を満たすことが好ましい。これは、全体長さＬに対して直線区間が０．６Ｌ以上になれば、リターンする油圧の量が非常に多くなり、高速に行くほど、圧力を上昇させる効果が少なくなるからである。また、直線区間が０．１Ｌ以下なら、リターン圧力が僅かなので、第１管路１４３ａが開放される初期圧力の低減効果が低下するだけでなく、すぐ圧力上昇時点になってしまうからである。

すなわち、全体区間Ｌにおいて直線区間Ｘが長くなり、斜線区間Ｙが短くなれば、リターンする油圧量が多くなるので、圧力上昇時点は高くなる。反対に、直線区間Ｘが短くなり、斜線区間Ｙが長くなれば、リターンする油圧量がはじめから減少するので、圧力上昇時点が低くなる。

したがって、図８のように、既存の圧力変化グラフ（ａ）は、リターンする圧力が多くなる直線区間Ｘが長くなれば、”ｂ”のように移動し、圧力上昇時点が低くなり、反対に、リターン圧力が少なくなる直線区間Ｘが短くなれば、”ｃ”のように移動し、圧力上昇時点が高くなる。

一方、本発明の第２実施例によるプランジャー１４０”は、第１管路１４３ａ”の断面形状において、斜線区間Ｙの端部に段差を設けて形成することもできる。すなわち、第１管路１４３ａ”の断面形状は、本発明によるプランジャーの変形例を示すための図９のように、直線区間Ｘと連続して形成された斜線区間Ｙの端部に段差を設けて形成したものである。

これにより、斜線区間Ｙは、直線区間Ｘとなす傾斜角θをさらに大きく形成することができ、その分、第１実施例のプランジャー１４０’に比べてさらに多い量の油圧をリターンさせることができる。したがって、リターン油圧の調節範囲が広くなり、その分、圧力上昇時の上昇位置をさらに広い範囲で変更させて使用することができる。ここで、参照符号θは、実施例１においての傾斜角を示す。

以上のように、本発明は、弾性支持を受けるプランジャーがオイル圧力の変化によって動作しながら選択的に流路を形成することができるように構成することによって、構造が簡単ながらも、各区間別に必要な流量だけを迅速に反映して供給することができる。

１００ オイルポンプ
１００ａ ハウジング
１００ｂ ローター
１１０ 入口側
１２０ 出口側
１３０ シリンダー
１３１ 収容ホール
１３２ オイル圧検出管
１３３ａ、１３３ｂ 第１、第２入力管
１３４ａ、１３４ｂ 第１、第２出力管
１４０ プランジャー
１４１ 弾性バネ
１４２ 突起部
１４３ａ、１４３ｂ 第１、第２管路

Claims (6)

1. エンジンＲＰＭによって圧力を可変して出力させるローター方式の可変オイルポンプにおいて、
   オイルポンプ（１００）には、出口側（１２０）と連結され、前記出口側（１２０）から分岐された第１入力管（１３３ａ）と第２入力管（１３３ｂ）及び入口側（１１０）に分岐された第１出力管（１３４ａ）と第２出力管（１３４ｂ）が設けられたシリンダー（１３０）が形成され、
   前記シリンダー（１３０）には、第１管路（１４３ａ）と第２管路（１４３ｂ）を有するプランジャー（１４０）が弾性バネ（１４１）の弾性支持を受け、且つ一端が前記出口側（１２０）に露出するように設置され、
   前記プランジャー（１４０）は、前記出口側（１２０）の圧力変化によって前記シリンダー（１３０）の長さ方向に圧縮されながら、
   前記出口側（１２０）の圧力が低い低速区間Ａでは前記出口側（１２０）と前記入口側（１１０）の経路が閉塞され、前記エンジンＲＰＭに比例してオイル供給が行われるようにし、
   前記出口側（１２０）の圧力が前記低速区間Ａより高い中速区間Ｂでは、前記第１管路（１４３ａ）が前記第１入力管（１３３ａ）と前記第１出力管（１３４ａ）を連結させて、前記出口側（１２０）の油圧の一部を前記入口側（１１０）にリターンさせ、
   前記出口側（１２０）の圧力が前記中速区間Ｂより高い中高速区間Ｃでは、前記出口側（１２０）と前記入口側（１１０）の経路が閉塞され、前記エンジンＲＰＭに比例してオイル供給が行われるようにし、
   前記出口側（１２０）の圧力が前記中高速区間Ｃよりさらに高い高速区間Ｄでは、前記第２管路（１４３ｂ）が前記第２入力管（１３３ｂ）と前記第２出力管（１３４ｂ）を連結させて、前記出口側（１２０）の油圧の一部を前記入口側（１１０）にリターンさせることを特徴とする可変オイルポンプ。
2. 前記プランジャー(１４０)には、前記出口側(１２０)に露出した先端部に間隙維持のための突起部(１４２)が突設され、
   前記シリンダー(１３０)には、前記突起部(１４２)と当接する箇所に前記突起部(１４２)の一部を収容することができるように収容ホール(１３１)が形成されることを特徴とする請求項１に記載の可変オイルポンプ。
3. 前記シリンダー(１３０)は、前記出口側(１２０)の流体フローに対して垂直に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の可変オイルポンプ。
4. 前記プランジャー(１４０)は、前記第１管路(１４３ａ)が初期開放時には一定量だけづつ油圧を減少させる直線区間Ｘと、前記直線区間Ｘから始まり、漸次的に減圧量が減少するようにする斜線区間Ｙとを備えてなることを特徴とする請求項１または２に記載の可変オイルポンプ。
5. 前記斜線区間Ｙは、端部に段差を設けて形成されることを特徴とする請求項４に記載の可変オイルポンプ。
6. 前記直線区間Ｘと前記斜線区間Ｙは、０．１Ｌ≦Ｘ≦０．６Ｌ、
   ここで、（Ｌ＝Ｘ＋Ｙ）であることを特徴とする請求項５に記載の可変オイルポンプ。