JP5968921B2 - ベーンポンプを備えた潤滑剤供給システム及び該潤滑剤供給システムを備えた自動車 - Google Patents

Description

本発明は、潤滑剤を貯蔵部から消費部に供給するベーンポンプを備えた潤滑剤供給システムに関する。また、本発明は、そうした潤滑剤供給システムを備えた自動車にも関する。

内燃機関において、例えば、内燃機関が必要とする供給量及び圧力に容易に対応できるようにするために、流量制御型ベーンポンプが長きにわたって使用されている。そういった要求への対応は、大抵、内燃機関に設けられたメインオイルギャラリから生じる油圧に従って、ベーンポンプ内に設けられた摺動部を動作させることによって行われる。

特許文献１の記載によると、内燃機関に、潤滑剤、特にオイルを供給するためのベーンポンプにおいて、内側ロータと、複数の振子式駆動部を介して共回りする、変位可能な外側ロータとを備えたものが公知となっている。偏心変位可能な外側ロータに内側ロータから回転動力を伝えるために、１つの振子式駆動部のみが、駆動ヘッド部、駆動フット部及び１つの摺動面に常時摺接している。供給量を制御するために、外側ロータが変位される。

独国特許発明第１９５３２７０３号明細書

先行技術によって公知となっているベーンポンプにおいては、こうしたベーンポンプを各作動点について調整することが困難であり、複雑なものになり得るという不都合がある。通常、体積流量の調整は、外側ロータを内側ロータに対して調整することによって行われる。しかし、この調整動作は比較的複雑である。従来の定流量型オイルポンプの場合には、駆動回転速度を変更することによって、異なる作動点、例えば作動点１が、高体積流量でかつ低いポンプ圧になるように調整される一方で、作動点２が、低体積流量でかつ高いポンプ圧になるように調整される。しかしながら、こうした調整では、ポンプの体積効率が好ましくないことと相まって、低速度で回転する電気モータの効率も極めて好ましくないことは明らかである。それ故、一般的な潤滑剤用ポンプでさえも、異なる作動点についての調整が、必ずしも容易にできるわけではない。

本発明は、一般的なタイプの潤滑剤供給システムのための改良された、又は少なくとも代替となる態様を開示するという課題に関するものであって、特に、異なる作動点についての調整が煩雑ではないことを特徴とする態様を開示するという課題に関するものである。

本発明によると、上記の課題は、独立請求項の主題によって解決される。有利な態様は、従属請求項の主題である。

本発明は、潤滑剤を供給するための公知のベーンポンプ、例えばオイルを供給するためのベーンポンプに対して、２つの圧力段、すなわち、低圧領域と高圧領域とを備えることによって、２つの異なる作動状態を、煩雑にすることなく、しかも、高い効率で実現できるように構成するという基本概念に基づくものである。この場合、低圧領域が、低いポンプ圧でかつ比較的多くの体積流量を確保する一方、高圧領域が、高いポンプ圧でかつ少ない体積流量となることで特徴付けられる。この場合におけるベーンポンプは、例えば自動車に設けられる潤滑剤供給システムの一部であって、複数のベーンを有する回転式内側ロータを備えている。これらベーンの一端部が、内側ロータのスロットに径方向に移動可能に嵌入される一方、他端部は、外側ロータに回動可能に取り付けられる。このベーンポンプは、ベーンの外表面と内側ロータの外表面と外側ロータの内周面とが低圧ポンプ部の室を構成する一方、ベーンの外表面、又は上記スロット（７）に嵌入されかつ該ベーン（６）の上記一端部に結合されたピストン（１８）の外表面と、内側ロータのスロットとが高圧ポンプ部の室を構成することによって、２つの圧力ポンプ部を有するように設計されている。この場合、２つの圧力ポンプ部、すなわち、低圧ポンプ部及び高圧ポンプ部は、どちらも内側ロータによって駆動される。また、低圧ポンプ部は、高圧ポンプ部に対して直列に接続され、特に、高圧ポンプ部の上流側に位置するように接続される。本発明によると、この構成に加えて、更に弁装置が高圧ポンプ部に対して並列に設けられる。この弁装置は、該弁装置が第１の位置にある状態では低圧ポンプ部を消費部に接続する一方、該弁装置が第２の位置にある状態では高圧ポンプ部を消費部に接続する。この場合、弁装置が上記第１の位置にある状態では、比較的少量の体積流が高圧ポンプ部から消費部に達するが、この体積流量は無視できるほど少量であると考えられるのは明らかである。本発明に係る潤滑剤供給システムを用いた場合、少なくとも２つの異なる作動状態又は作動点、すなわち、多量の供給量及び低いポンプ圧を有する第１作動点（低圧ポンプ部）と、少量の供給量及び高いポンプ圧を有する第２作動点（高圧ポンプ部）とを、設計的に容易に実現することができ、その上、著しく省スペースで実現することができる。特に、本発明に係る、２つの圧力ポンプ部を有するベーンポンプの設計がコンパクト化されることによって、今日のエンジン内のポンプ設置スペースが着実に減少する、という点についてより重大な利点が得られる。加えて、２つの作動点又は作動状態を、弁装置の単純な切り替えによって実現することができるため、複雑で高価な制御装置又は制御機構をなくすことができる。駆動手段の回転速度を変更することによって異なる作動状態を実現する公知の定流量型オイルポンプと比較すると、本発明に係るベーンポンプは、第１及び第２作動点の両者において、高くかつ全体的に好ましい効率を有するものである。

本発明に係る解決策のさらに有利な発展形では、低圧ポンプ部の流出部が、ベーンポンプの高圧ポンプ部の流入部に接続され、それに加えて、さらに３／２方弁が設けられている。この３／２方弁は、その流入側が低圧ポンプ部の流出部に接続されるとともに、その流出側が上記消費部及び上記貯蔵部に接続されるように構成されるものであって、第１の位置にある状態ではベーンポンプの低圧ポンプ部を消費部に接続する一方、第２の位置にある状態では高圧ポンプ部を消費部に接続しかつ低圧ポンプ部の流出部を絞り弁（流量制限部）を介して潤滑剤の貯蔵部に接続する。こうして、第１の位置にある状態では、ベーンポンプの低圧ポンプ部が、消費部に直接的に接続されるとともに、高圧ポンプ部を介して消費部に間接的に接続される。この場合、潤滑剤の殆どが、低圧ポンプ部から消費部に直接的に送られるので、ベーンポンプの高圧ポンプ部に送られる潤滑剤の流量は比較的少ない。低圧ポンプ部の体積流量が高圧ポンプ部の体積流量よりも著しく多いことから、３／２方弁が第２の位置にある状態では、不要な潤滑剤の体積流量分が貯蔵部に戻される。これにより、消費部に供給される潤滑剤の量を、取り分け正確にかつ精密に調節することできるようになる。

本発明の更に重要な特徴及び利点は、従属請求項、図面、及び、図面を用いた、図面に関連する記載より得られる。

上述の特徴部、及び、後述する特徴部は、記載された特定の組み合わせによってのみ使用できるのではなく、本発明の範囲から逸脱しない限り、他の組み合わせ、又は単体で使用できることが理解されよう。

本発明に係るベーンポンプを示す断面図である。 本発明に係る、２／２方弁を備えた潤滑剤供給システムにおいて、２／２方弁が第１の位置にある状態を示す図である。 ２／２方弁が第２の位置にある状態を示す図２ａ相当図である。 本発明の他の実施形態に係る、３／２方弁を備えた潤滑剤供給システムにおいて、３／２方弁が第１の位置にある状態を示す図である。 ３／２方弁が第２の位置にある状態を示す図３ａ相当図である。 本発明に係るベーンポンプの他の実施形態を示す断面図である。 図４のベーンポンプの代替となる実施形態を示す図４相当図である。

図２ａ、図２ｂ、図３ａ及び図３ｂに示すように、本発明に係る潤滑剤供給システム１は、例えば自動車の内燃機関のオイル供給システムであって、潤滑剤を、貯蔵部２から消費部３（例えば内燃機関）に供給するベーンポンプ４（図１参照）を備えている。この場合、ベーンポンプ４は、複数のベーン６が設けられた回転式内側ロータ５を備えている。これらベーン６の一端部は、内側ロータ５のスロット７に径方向に移動可能に嵌入されている一方、他端部は、外側ロータ８に回動可能に取り付けられている（枢支されている）。本発明によると、ベーンポンプ４は、２つの圧力ポンプ部、すなわち、低圧ポンプ部９と高圧ポンプ部１０とを備えるように設計されている（図２ａ、図２ｂ、図３ａ及び図３ｂ参照）。本発明では、ベーン６と内側ロータ５と外側ロータ８とが低圧ポンプ部９の室（低圧ポンプ室）１１を構成する一方、ベーン６と内側ロータ５とが高圧ポンプ部１０の室（高圧ポンプ室）１２を区画している。この場合、低圧ポンプ部９と高圧ポンプ部１０とが一緒に駆動される。すなわち、低圧ポンプ部９と高圧ポンプ部１０とが内側ロータ５によって同時に駆動される。また、低圧ポンプ部９及び高圧ポンプ部１０が互いに直列に接続され、低圧ポンプ部９が高圧ポンプ部１０の上流側に接続される（図２ａ、図２ｂ、図３ａ及び図３ｂ参照）。加えて、弁装置１３が高圧ポンプ部１０に対して並列に接続されている。この弁装置１３は、第１の位置にある状態では、低圧ポンプ部９を消費部３（例えば内燃機関）に接続し、第２の位置にある状態では、高圧ポンプ部１０を消費部３に接続する。

図２ａ及び図２ｂには、本発明に係る潤滑剤供給システム１の第１の実施形態が示されている。この実施形態では、上記弁装置１３は、２／２方弁として設計されており、その流入側が低圧ポンプ部９の流出部に接続され、その流出側が消費部３に接続されている。また、流入側が高圧ポンプ部１０の流入部に接続されかつ流出側が貯蔵部２に接続された過圧弁１４が設けられている。図２ａに示すように、弁装置１３が第１の位置にある場合には、低いポンプ圧で多量の体積流が、ベーンポンプの低圧ポンプ部９から消費部３に供給される。この場合、比較的少量の体積流が、弁装置１３に至る手前の箇所で低圧ポンプ部９の流出部から枝分かれして、ベーンポンプ４の高圧ポンプ部１０を経由して消費部３に送られる。このようにして高圧ポンプ部１０を経由して消費部３に送られる体積流量は無視できる量あり、実質的に、ベーンポンプ４の高圧ポンプ部１０において潤滑剤が枯渇しないように供される量となっている。

図２ｂに示すように、弁装置１３が第２の位置にある場合には、弁装置１３を通過する流れがせき止められるため、消費部３には、ベーンポンプ４の高圧ポンプ部１０を経由した潤滑剤のみが供給されることになる。弁装置１３が第２の位置にある状態では、消費部３は、比較的少量ではあるが比較的高圧の潤滑剤体積流を利用できるようになっている。ベーンポンプ４に備えられた低圧ポンプ部９及び高圧ポンプ部１０は、両者とも共通の内側ロータ５を介して均等に駆動されるものであるが、低圧ポンプ部９は著しく多量の体積流を送給するようになっているため、図２ｂに示すように、低圧ポンプ部９と高圧ポンプ部１０との間の体積流量の差分が、過圧弁１４を経由して貯蔵部２に送り返されなければならない。

図３ａ及び図３ｂに示すように、本発明に係る潤滑剤供給システム１では、３／２方弁として設計された弁装置１３、又は、そうした３／２方弁を含む弁装置１３を用いることができる。この場合における弁装置１３の流入側は低圧ポンプ部９の流出部に接続され、流出側は消費部３に接続されるとともに絞り弁１５を経由して貯蔵部２に間接的に接続されている。

図３ａに示すように、３／２方弁を含む弁装置１３が第１の位置にある場合には、低いポンプ圧でかつ多量の体積流が、低圧ポンプ部９から消費部３に供給されることになる。ベーンポンプ４の高圧ポンプ部１０によって、比較的少量の体積流が消費部３に供給される。高圧ポンプ部１０の作動に必要な体積流は、低圧ポンプ部９の流出部から高圧ポンプ部１０への流路によって得られる。

図３ｂに示すように、３／２方弁を含む弁装置１３が第２の位置にある場合には、弁装置１３は、ベーンポンプの高圧ポンプ部１０を消費部３に接続するとともに、低圧ポンプ部９の流出部を絞り弁１５を介して貯蔵部２に接続する。弁装置１３が第２の位置にある状態では、消費部３は、著しく高いポンプ圧でかつ少量の体積流を利用できるようになっている。この場合、絞り弁１５は、低圧ポンプ部９と高圧ポンプ部１０との間の体積流量の差分を貯蔵部２に戻し、図２ａ及び図２ｂに示す潤滑剤供給システム１における過圧弁１４と実質的に同等の機能を果たすようになっている。

本発明に係る潤滑剤供給システム１を用いた場合、少なくとも２つの異なる作動点を備えたベーンポンプ４を、容易に実現することができ、その上、特にポンプ設置スペースを最適化することができる。この場合、ベーンポンプ４の制御又は調整のために必要であった複雑な制御及び調整システムを、ポンプ設置スペースから排除することができる。異なる作動点の切換えは、ベーンポンプ４の制御及び調整と比較して著しく単純な、弁装置１３の位置の切り替えを行うだけで実現される。さらに、２つの圧力ポンプ部、すなわち、低圧ポンプ部９及び高圧ポンプ部１０をベーンポンプ４の内部で一体化することによって、著しくコンパクトな構成となり、特に、今日のエンジン内のポンプ設置スペースを一層減少させるという点が、際立った利点となる。

図４及び図５に示すように、本発明に係るベーンポンプ４の他の実施形態では、ハウジング１６の内部に内側ロータ５が配設されている。この内側ロータ５には、円形状ではなくて、むしろ矩形状に形成された断面を有するシリンダー状のスロット７が設けられている。図４及び図５から明らかなように、内側ロータ５には６つのスロット７が設けられており、これらスロット７は、それぞれ径方向に延びるように形成されている。しかし、スロット７の数は、一般的には、任意の数とすることができる。内側ロータ５は、駆動軸１７に対して、特に周方向に固定されるように、非確動的に、及び／又は、確動的に取り付けられている。外側ロータ８は、該外側ロータ８に回動可能に引っ掛けられた複数のベーン６を有している。これらベーン６は、内側ロータ５によって外側ロータ８を回転駆動するために内側ロータ５のスロット７内に係合しているとともに、可変室１１を構成している。内側ロータ５が回転している間、その室１１は、例えば、ベーンポンプ４が潤滑剤用ポンプ又は自動車用オイルポンプとして設計される場合、潤滑剤を供給するための体積流を確保するために、自身の容積を変化させる。このとき、ベーンポンプ４は、室１１の内部に第１の圧力レベルを生じさせる。

本発明によると、ベーン６にはピストン１８が結合されており、このピストン１８は、内側ロータ５の、各ベーン６が嵌入されたスロット７に沿って平行に案内されることになる。スロット７と、各スロット７に対応するピストン１８とによって区画される室１２の内部を、内側ロータ５と外側ロータ８との間の室１１の内部の圧力レベルとは異なる別の圧力レベルに調整することができる。このように構成することによって、本発明に係るベーンポンプ４を用いた場合に、２つの異なる圧力レベルに調整することができるようになり、延いては２つの異なる消費部に供給することができるようになる。一般的には、室１２内の圧送される媒体が、室１１内のそれとは異なることも想到できる。図４に示すように、軸受部２２が回転摺動部として設計されており、それ故に、回転軸１９周りで回動可能になっている。この場合、軸受部２２を回動させることによって、内側ロータ５と外側ロータ８との間の偏心度合を変化させ、延いてはベーンポンプ４からの供給量を変化させるようになっている。これに代えて、図５に例示されるように、軸受部２２を摺動弁として設計することも可能であり、ハウジング１２に設けられた案内部２０に沿って動作させることができる。

ベーンポンプ４の動作を可能な限りスムーズにするために、ベーン６と、該ベーン６に対応するピストン１８とが、ローラ状の旋回ヘッド部２１とフォーク状又は鋏状のジョイント装着部とを介して、それぞれ互いに結合されている。このような旋回ヘッド部２１及びフォーク状又は鋏状のジョイント装着部は、押圧力及び引張力を生じることができるばかりでなく、ピストン１８と各ピストンに対応するベーン６との間の指向性の偏りを補償することもできる。この場合、内側ロータ５のスロット７の断面として、角ばった断面、又はシリンダーに類似する円形状断面を備えることができる。加えて、図示されていないバネ装置を備えることができる。このバネ装置は、軸受部２２を一方向に向けて予圧して、延いては室１１の容積を所定量に予め設定することができる。

本発明に係るベーンポンプ４は、内部の気密性を著しく向上させるという利点も有する。この場合、本発明に係るベーンポンプ４を、２つの異なる圧力レベル及び／又は媒体のための、タンデム型ポンプに準ずるものとして作動させることができる。こうした構成は、特に、ベーン６内側の内側ロータ５のスロット７に嵌入されたピストン１８によって実現することができる。すなわち、そのピストン１８を、圧送される媒体の室１２から室１１への内部漏れを最小限にとどめるように設計する。ここで、流体の供給、又は対応する圧力レベルの提供は、単に室１１，１２を介して行うことができるということは明らかである。

この場合、本発明に係るベーンポンプ４は、図４に示す回動型軸受部として設計される軸受部２２、又は、図５に示す摺動弁として設計される軸受部２２の変位によって容易に制御することができる。

Claims (7)

1. 複数のベーン（６）が設けられた内側ロータ（５）を有しかつ潤滑剤を貯蔵部（２）から消費部（３）に供給するベーンポンプ（４）を備え、上記ベーン（６）の一端部が上記内側ロータ（５）のスロット（７）に径方向に移動可能に嵌入され、他端部が外側ロータ（８）に回動可能に取り付けられた、潤滑剤供給システム（１）であって、
   上記ベーン（６）の外表面、内側ロータ（５）の外表面及び外側ロータ（８）の内周面が、上記ベーンポンプ（４）における低圧ポンプ部（９）の室（１１）を構成し、上記ベーン（６）の外表面、又は上記スロット（７）に嵌入されかつ該ベーン（６）の上記一端部に結合されたピストン（１８）の外表面と、内側ロータ（５）のスロット（７）とが、高圧ポンプ部（１０）の室（１２）を構成し、
   上記低圧ポンプ部（９）及び高圧ポンプ部（１０）は、上記内側ロータ（５）によって駆動され、
   上記低圧ポンプ部（９）は、上記高圧ポンプ部（１０）に対して直列に接続され、
   上記高圧ポンプ部（１０）に対して並列に接続された弁装置（１３）を備え、
   上記弁装置（１３）は、第１の位置では上記低圧ポンプ部（９）を上記消費部（３）に接続する一方、第２の位置では上記高圧ポンプ部（１０）を上記消費部（３）に接続することを特徴とする潤滑剤供給システム。
2. 請求項１記載の潤滑剤供給システムにおいて、
   上記弁装置（１３）は、２／２方弁を含むことを特徴とする潤滑剤供給システム。
3. 請求項１又は２記載の潤滑剤供給システムにおいて、
   流入側が上記高圧ポンプ部（１０）の流入部に接続されかつ流出側が上記貯蔵部（２）に接続された過圧弁（１４）を備え、
   上記過圧弁（１４）は、上記弁装置（１３）が上記第２の位置にあるときに、上記低圧ポンプ部（９）と上記高圧ポンプ部（１０）との間の体積流量の差分を上記貯蔵部（２）に戻すことを特徴とする潤滑剤供給システム。
4. 請求項１記載の潤滑剤供給システムにおいて、
   上記弁装置（１３）は、流入側が上記低圧ポンプ部（９）に接続されかつ流出側が上記消費部（３）及び上記貯蔵部（２）に接続された３／２方弁を含み、
   上記３／２方弁は、第１の位置では上記ベーンポンプ（４）の上記低圧ポンプ部（９）を上記消費部（３）に接続する一方、第２の位置では、上記高圧ポンプ部（１０）を上記消費部（３）に接続しかつ上記低圧ポンプ部（９）の流出部を絞り弁（１５）を介して上記貯蔵部（２）に接続することを特徴とする潤滑剤供給システム。
5. 請求項４記載の潤滑剤供給システムにおいて、
   上記絞り弁（１５）は、上記低圧ポンプ部（９）と上記高圧ポンプ部（１０）との間の体積流量の差分を上記貯蔵部（２）に戻すように構成されていることを特徴とする潤滑剤供給システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の潤滑剤供給システムにおいて、
   上記低圧ポンプ部（９）は、上記高圧ポンプ部（１０）のための予圧を発生させることを特徴とする潤滑剤供給システム。
7. 上記消費部（３）としての内燃機関と、請求項１〜６のいずれか１つに記載の潤滑剤供給システムとを備えていることを特徴とする自動車。

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