JP6616129B2 - 可変容量ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、内燃機関や自動変速機に潤滑油を供給するオイルポンプ等として使用される可変容量ポンプに関する。

特許文献１には、ベーンポンプを利用した可変容量ポンプが開示されている。この可変容量ポンプは、ハウジング内に揺動可能に配置されたカムリングと、カムリングの内周側に配置され、かつ駆動軸と一体に回転するロータと、ロータから放射状に配置されて先端がカムリングの内周面に摺接した複数のベーンと、偏心量が拡大する方向にカムリングを付勢する、ばね定数の異なる第１スプリング及び第２スプリングと、ハウジングとカムリングとの間に画成された制御油室と、を主体として構成されており、第１スプリング及び第２スプリングの付勢力と、制御油室に導入される制御油圧と、によってカムリングの偏心量を制御するように構成されている。

また、特許文献２に開示された可変容量ポンプでは、偏心量が拡大する方向にカムリングを付勢する第１スプリングに対向するように、偏心量が減少する方向にカムリングを付勢する第２スプリングを配置するとともに、制御油室に導入する制御油圧を調整する制御弁をポンプハウジングに設け、第１スプリング、第２スプリング及び制御弁により、油圧を段階的に上昇させるようにカムリングの位置を制御している。

国際公開第２００８／００３１６９号パンフレット 特許第５６２０８８２号公報

上記の可変容量ポンプでは、いずれも、ばね定数の異なる２つのスプリングを用いているため、スプリングのばらつきに起因して、ポンプの油圧特性がばらつきやすいという問題があった。

本発明は、ハウジング内に揺動可能に配置された円環状のカムリングに、駆動軸により回転駆動されるポンプユニットが収容され、カムリングの揺動位置に応じてポンプユニットの容量が変化する可変容量ポンプにおいて、
カムリングを第１の揺動方向に付勢するように、ハウジングの内周面とカムリングの外周面との間に画成された第１圧力制御チャンバと、
カムリングを第２の揺動方向に付勢するように、第１圧力制御チャンバと対向してハウジングの内周面とカムリングの外周面との間に画成され、第１圧力制御チャンバよりも受圧面積が相対的に小さい第２圧力制御チャンバと、
カムリングにばね力を与える唯一のスプリングとして第２の揺動方向にカムリングを付勢するスプリングと、
第１の回転数に相当する油圧で開弁して第１圧力制御チャンバに制御油圧を導入する油圧供給弁と、
ハウジングまたはカムリングに設けられ、第１圧力制御チャンバと第２圧力制御チャンバとを常時連通した通路断面積が小さな連通路と、
第２圧力制御チャンバと低圧側との間を連通するように設けられるとともに、カムリングの揺動位置に応じて開閉され、第２の回転数に相当する油圧によってカムリングが初期位置から第１の揺動方向に所定量揺動したときに閉じられるリリーフ回路と、
を備える。

このような構成では、油圧が所定の油圧に達するまでは、油圧供給弁が開弁せず、第１圧力制御チャンバ内に制御油圧が導入されないため、カムリングはスプリングにより第２の揺動方向に付勢され、容量が最大となる初期位置に維持される。

制御油圧が所定の油圧に達すると、油圧供給弁が開弁して第１圧力制御チャンバ内に制御油圧が導入されるため、カムリングは第１圧力制御チャンバ内の制御油圧がスプリングの付勢力とバランスする位置まで第１の揺動方向に揺動する。したがって、油圧上昇に伴って容量が減少する。油の一部は、連通路を介して第１圧力制御チャンバから第２圧力制御チャンバ内に導入されるが、カムリングが第１の揺動方向へ所定量揺動するまではリリーフ回路が開いており、第２圧力制御チャンバが密閉されないので、制御油圧は第２圧力制御チャンバに対する受圧面には作用しない。

カムリングが第１の揺動方向へ所定量揺動すると、リリーフ回路が閉じられて第２圧力制御チャンバが密閉されるので、制御油圧が第２圧力制御チャンバの受圧面に作用し、第１圧力制御チャンバによる付勢力が相殺され、カムリングの第１の揺動方向への揺動が抑制される。したがって、油圧上昇に対する容量減少が緩慢となる。

本発明の好ましい一態様では、ポンプユニットは、
カムリングの内周面に回転可能に嵌合する円筒状のアウタロータと、
アウタロータの内周側に配置されアウタロータに対し偏心した位置で駆動軸と一体に回転するインナロータと、
インナロータからアウタロータへ回転力を伝達するようにインナロータとアウタロータとを連結するとともに、アウタロータとインナロータとの間に画成された空間を複数のチャンバに区画する、複数の連結プレートと、
から構成される。

あるいは、特許文献１，２のようなベーンポンプ型のポンプユニットであってもよい。

本発明の好ましい一態様では、リリーフ回路は、カムリングの揺動中心に対する接線方向に沿って互いに重なり合うカムリング側凸部及びハウジング側凸部によって構成される。あるいは、ハウジングの軸方向に沿って貫通形成され、開口端がカムリングにより覆われる貫通孔によってリリーフ回路を構成してもよい。

本発明によれば、ばね定数の異なる２つのスプリングを用いることなく、カムリングの揺動を段階的に制御することができ、油圧を段階的に上昇させることができる。

本発明に係る第１実施例の可変容量ポンプの正面図であって、カムリングが最大限に偏心した状態を示す図。 第１実施例の可変容量ポンプの斜視図。 リリーフ回路の一例を示す図１のＩＩＩ部の拡大図。 同じく図１のＩＩＩ部の拡大斜視図。 スプールバルブを示す図１の線Ｖ−Ｖに沿った要部の断面図。 カムリングの偏心が減少した状態を示す可変容量ポンプの正面図。 カムリングの偏心がゼロの状態を示す可変容量ポンプの正面図。 ポンプ回転数と油圧との関係を示すグラフ。 第２実施例の可変容量ポンプの正面図。 第３実施例の可変容量ポンプの正面図。

以下、図１〜図７に基づいて、エンジンのオイルポンプとして適用した本発明の一実施例について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る可変容量ポンプの第１実施例を、カバー２Ｂを外した状態で示した図である。図１は、カムリング３が最大限に偏心した状態を示しており、図２は、その斜視図である。

可変容量ポンプ１は、ハウジング２と、ハウジング２内に配置された円環状のカムリング３と、カムリング３の内周に嵌合する円筒状のアウタロータ４と、アウタロータ４の内周側に配置されたインナロータ５と、アウタロータ４とインナロータ５とを連結する複数のペンデュラム型の連結プレート６と、を備えている。

ハウジング２は、周壁面２ａ及び端部壁面２ｂによって画成されるカムリング収容室８を備えるボディ部２Ａと、端部壁面２ｃによりカムリング収容室８を覆うカバー２Ｂ（図５参照）と、から構成されており、両者が図示せぬボルトによって一体に締結されている。これらの端部壁面２ｂ，２ｃを貫通するように駆動軸１７が配置されている。端部壁面２ｂには、吸入口１１と連通する吸入ポート１２と、図示せぬ吐出口と連通する吐出ポート１４と、が形成されている。吸入ポート１２及び吐出ポート１４は、互いに適宜な角度（例えば、１８０°）だけ離れた位置に開口形成されている。さらに、周壁面２ａの所定位置には、ピボットピン１５を支持する半円筒形の軸受部１６が凹設されている。

概ね円環状をなすカムリング３は、円筒状に貫通形成されたアウタロータ支持面３ａと、外周面３ｂと、一対の端面３ｃと、を有し、これらの端面３ｃが端部壁面２ｂ，２ｃにそれぞれ接した状態でカムリング収容室８内に配置されている。このカムリング３は、一方の側に半円筒形の軸受部２０が凹設されており、軸受部１６，２０により支持されるピボットピン１５によってボディ部２Ａに揺動可能に保持されている。軸受部２０と対向する他方の側にはアーム２１が突出成形されており、アーム２１とボディ部２Ａとの間には、カムリング３を第２の揺動方向Ｄ２に付勢する圧縮コイルスプリングからなるスプリング２２が配設されている。

アウタロータ４の外周面は単純な円筒面からなり、この外周面がアウタロータ支持面３ａに回転可能に嵌合している。アウタロータ４の内周面には、６個のプレート保持溝２５が設けられている。

インナロータ５は、中央に貫通形成された取付孔５ｃを有し、この取付孔５ｃに駆動軸１７が固定されている。エンジンの出力によって駆動される駆動軸１７はアウタロータ４の中心に対し偏心した位置にあるため、インナロータ５は、アウタロータ４に対し偏心した位置で駆動軸１７と一体に回転する。インナロータ５がアウタロータ４に対し偏心して位置することで、両者間には、全体として三日月形をなす空間が画成される。この空間は吸入ポート１２及び吐出ポート１４に連通している。また、アウタロータ４の外周面には、６個のスロット２６が放射状に形成されている。

連結プレート６は、インナロータ５からアウタロータ４へ回転力を伝達するように、外周端がアウタロータ４のプレート保持溝２５に揺動可能に嵌合し、内周端がインナロータ５のスロット２６内に摺動可能に挿入されている。これら６個の連結プレート６により、アウタロータ４とインナロータ５との間の上記空間が６個のチャンバ２７に区画されている。

上記のハウジング２、カムリング３、アウタロータ４及びインナロータ５は、いずれも金属あるいは硬質合成樹脂によって形成される。

上記のように構成された可変容量ポンプ１では、駆動軸１７を介してインナロータ５が図１の時計回り方向に回転し、この回転力が連結プレート６を介してアウタロータ４に伝達されてアウタロータ４が同方向に回転する。アウタロータ４の内周面とインナロータ５の外周面との間の距離は、互いに偏心したアウタロータ４及びインナロータ５の回転位置に応じて変化するため、各チャンバ２７の容積もこれに応じて変化する。各チャンバ２７の容積は、図１の下側で最小となり、ここから時計回り方向に回転することで徐々に増加し、図１の上部で最大となった後、再び減少していく。このチャンバ２７の容積変化により、吸入ポート１２から吐出ポート１４へ油を圧送するポンプ作用が得られる。

次に、図１〜図７を参照して、本発明の要部であるカムリング３の制御機構について説明する。

ハウジング２の周壁面２ａとカムリング３の外周面３ｂとの間には、カムリング３をスプリング２２に対抗して、第１の揺動方向Ｄ１に付勢する第１圧力制御チャンバ３０が画成されている。第１圧力制御チャンバ３０は、一端部がピボットピン１５によって仕切られており、他端部はカムリング３に配設されたシール部材３２によって常時シールされている。

この第１圧力制御チャンバ３０に隣接して、ボディ部２Ａには、第１圧力制御チャンバ３０に制御油圧を導入する油圧供給弁としてスプールバルブ３４が設けられている。スプールバルブ３４は、エンジンのメインギャラリーに接続された図示せぬ油圧供給通路に連通しており、制御油圧となるメインギャラリーの油圧が所定値（例えば、０．１５Ｍｐａ）を超えると開弁するように構成されている。図５に示すように、スプールバルブ３４は、ハウジング２の軸方向に延びる収容室３６に摺動可能に収容された弁体３４ａと、一端側に設けられた油室３４ｂと、弁体３４ａを油室３４ｂ側に付勢するスプリング３４ｃと、を備える。また、ハウジング２の周壁面２ａには、弁体３４ａによって開閉される開口部３８が開口形成されており、開弁時には、油圧入口３４ｄから油室３４ｂ及び開口部３８を介して制御油圧が第１圧力制御チャンバ３０に導入される。

さらに、第１圧力制御チャンバ３０と対向するように、ハウジング２の周壁面２ａとカムリング３の外周面３ｂとの間に、カムリング３を第２の揺動方向Ｄ２に付勢する第２圧力制御チャンバ４０が画成されている。この第２圧力制御チャンバ４０は、ピボットピン１５と、カムリング３に配設されたシール部材４２（図３）との間に亘って延在している。ここで、第２圧力制御チャンバ４０に対するカムリング３の第２受圧面４４の面積は、第１圧力制御チャンバ３０に対するカムリング３の第１受圧面４５の面積よりも小さく設定されている。

カムリング３の偏心量は、上記の第１圧力制御チャンバ３０、第２圧力制御チャンバ４０及びスプリング２２の三者の関係によって制御される。

第１圧力制御チャンバ３０と第２圧力制御チャンバ４０との間には、両者を連通するように、ハウジング２に連通路５０が形成されている。連通路５０は、軸受部１６の周囲に沿って、第１圧力制御チャンバ３０と第２圧力制御チャンバ４０との間に亘って半円状に延びており、一種のオリフィス通路として、第１圧力制御チャンバ３０内の油のごく一部を第２圧力制御チャンバ４０内へと導くように、通路断面積が非常に小さな通路となっている。

さらに、図１，２に示すように、第２圧力制御チャンバ４０と吸入口１１側つまり低圧側との間には、第２圧力制御チャンバ４０内の制御油圧を低圧側へとリリーフするリリーフ回路６０が設けられている。リリーフ回路６０は、カムリング３の揺動位置に応じて開閉されるように、カムリング３に突設された凸部６２と、ハウジング２に突設された凸部６３と、から構成されている。凸部６２及び凸部６３は、カムリング３の揺動中心Ｃに対する接線方向に沿って互いに重なり合うように配置されている。凸部６２は、カムリング３の揺動中心Ｃに対する接線方向に沿ったシール面６４を有し、このシール面６４に切欠形成されたシール溝６４ａ内に合成樹脂製のシール部材４２が収容されている。凸部６３は、シール面６４に対向するシール面６５を有している。

図３，４に示すように、シール面６５は、さらに、ハウジング２側凸部６３の頂部に切欠き形成された切欠き通路６８を有する。切欠き通路６８は、ボディ部２Ａの端面２ｄから端部壁面２ｂ側に窪んだ形に形成されており、第２圧力制御チャンバ４０側の開口端がシール部材４２によって開閉される。具体的には、カムリング３が第２の揺動方向Ｄ２側に最大限に揺動した初期位置では、切欠き通路６８は開放されており、カムリング３が第１の揺動方向Ｄ１側に所定量に揺動すると、切欠き通路６８はシール部材４２によって閉じられるようになっている。

次に、図８を参照して、本実施例の可変容量ポンプ１における油圧特性について説明する。

上記のように構成された可変容量ポンプ１は、図１に示す可変容量ポンプ１の初期状態では、スプリング２２によりカムリング３が第２の揺動方向Ｄ２に付勢され、インナロータ５に対するカムリング３の偏心量は最大となっている。したがって、ポンプ容量は最大となる。

回転数Ｎ１までの第１の区間では、油圧がスプールバルブ３４の設定圧（例えば、０．１５Ｍｐａ）に達していないため、スプールバルブ３４は開弁していない。そのため、制御油圧は第１圧力制御チャンバ３０に導入されない。したがって、カムリング３の偏心量は、最大の偏心量である初期状態から変化せず、エンジン回転数の上昇に伴いエンジンのメインギャラリーの油圧が上昇する。

回転数Ｎ１において、制御油圧が上昇して上記設定圧に達すると、スプールバルブ３４の弁体３４ａがスプリング３４ｃ側に押圧されて、エンジンのメインギャラリーと第１圧力制御チャンバ３０とが連通し、開口部３８を通して第１圧力制御チャンバ３０内に制御油圧が導入される（図５（Ｂ））。制御油圧となる油の一部は、連通路５０を通って第２圧力制御チャンバ４０内に導入されるが、当該区間におけるカムリング３の揺動位置では、リリーフ回路６０（切欠き通路６８）が開いており、第２圧力制御チャンバ４０が密閉されないため、制御油圧は第２受圧面４４に作用しない。また、連通路５０は適切な通油抵抗を有するため、第１圧力制御チャンバ３０内の油圧は制御油圧に保持される。したがって、第１圧力制御チャンバ３０に導入された制御油圧が第１受圧面４５に作用することにより、カムリング３は、スプリング２２の付勢力に対抗して、第１の揺動方向Ｄ１つまり偏心が減少する方向に揺動する（図６）。つまり、スプリング２２の付勢力と制御油圧とがバランスする位置にカムリング３が揺動する。その結果、可変容量ポンプ１の容量が減少するため、第２の区間では、回転数の上昇に対し、ほぼ一定の油圧を保つ。

回転数Ｎ２とＮ３との間の第３の区間では、エンジンの回転数が目標回転数Ｎ２に達し、カムリング３が第１の揺動方向Ｄ１へ所定量揺動すると、切欠き通路６８の一端６８ａがシール面６４により閉塞されて第２圧力制御チャンバ４０が密閉される。このため、第１圧力制御チャンバ３０と等しい制御油圧が第２圧力制御チャンバ４０の第２受圧面４４に作用する。これにより、第１圧力制御チャンバ３０による付勢力が相殺され、カムリング３の第１の揺動方向Ｄ１への揺動が抑制される。その結果、当該区間では、油圧は、エンジン回転数の上昇に伴って、再び上昇する特性を示す。なお、第１受圧面４５と第２受圧面４４とは、受圧面積差があるので、カムリング３は第１の揺動方向Ｄ１へ徐々に揺動する。

回転数Ｎ３に達すると、カムリング３の偏心量がほぼゼロとなるため（図７）、回転数Ｎ３以上の第４の区間では、油圧はほぼ一定となる。なお、油圧が所定の上限圧力（例えば、約０．３Ｍｐａ）以上になると、図示せぬリリーバルブが開弁して、このリリーバルブを介して、油圧が吐出ポート１４から吸入側へと排出される。

なお、図示例の特性は、油温が１２０°Ｃであり、回転数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、例えば、１０００ｒｐｍ程度、４０００ｒｐｍ程度、６０００ｒｐｍ程度にそれぞれ設定されている。これらの目標回転数Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は、適宜に調整することができる。

次に、図９を参照して、可変容量ポンプ１の第２の実施例について説明する。

本実施例では、連通路１５０がカムリング３に設けられている。連通路１５０は、軸受部２０の近傍において、第１圧力制御チャンバ３０と第２圧力制御チャンバ４０との間に亘って直線状に貫通形成されている。連通路１５０は、第１圧力制御チャンバ３０内の油のごく一部を第２圧力制御チャンバ４０内へと導くように、通路断面積が非常に小さな通路となっている。

次に、図１０を参照して、可変容量ポンプ１の第３の実施例について説明する。

本実施例では、リリーフ回路は、端部壁面２ｂに貫通形成された断面円形の貫通孔１６０を有する。貫通孔１６０は、第２圧力制御チャンバ４０と低圧側（例えば、オイルパン等）とを連通するように、ボディ部２Ａの軸方向に沿って延びている。

図１０に示す可変容量ポンプ１の初期状態、つまり、カムリング３が第２の揺動方向Ｄ２に最大限に揺動している場合、貫通孔１６０は第２圧力制御チャンバ４０内の制御油圧を低圧側へと排出する。一方、カムリング３が第１の揺動方向Ｄ１に所定量揺動すると、貫通孔１６０の開口端は、カムリング３の一方の端面（図示せず）によって覆われ、その結果、第２圧力制御チャンバ４０が密閉される。

以上、この発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限られず、種々の変更が可能である。

本実施例では、６個の連結プレート６を用いてアウタロータ４とインナロータ５とを連結しているが、６個以外の数（例えば、７，８個）の連結プレート６を設けてもよい。

本実施例では、可変容量ポンプ１は、ペンデュラム式の可変容量ポンプ（可変容量ペンデュラムスライダーポンプ）として図示、記載されているが、ベーン式の可変容量ポンプとしてもよい。

本実施例では、ハウジングボディ部２Ａの端部壁面２ｂに吸入ポート１２及び吐出ポート１４が形成されているが、本発明はこれに限定されず、吸入ポート１２及び吐出ポート１４を端部壁面２ｂ及びカバー２Ｂ側の端部壁面２ｃの双方に形成してもよいし、カバー２Ｂ側だけに形成してもよい。また、吸入ポート１２及び吐出ポート１４の一方を端部壁面２ｂに形成し、他方をカバー２Ｂ側に形成するようにしてもよい。

１ 可変容量ポンプ
２ ハウジング
３ カムリング
４ アウタロータ
５ インナロータ
３０ 第１圧力制御チャンバ
４０ 第２圧力制御チャンバ
５０ 連通路
６０ リリーフ回路

Claims (4)

1. ハウジング内に揺動可能に配置された円環状のカムリングに、駆動軸により回転駆動されるポンプユニットが収容され、上記カムリングの揺動位置に応じて上記ポンプユニットの容量が変化する可変容量ポンプにおいて、
   上記カムリングを第１の揺動方向に付勢するように、上記ハウジングの内周面と上記カムリングの外周面との間に画成された第１圧力制御チャンバと、
   上記カムリングを第２の揺動方向に付勢するように、上記第１圧力制御チャンバと対向して上記ハウジングの内周面と上記カムリングの外周面との間に画成され、上記第１圧力制御チャンバよりも受圧面積が相対的に小さい第２圧力制御チャンバと、
   上記カムリングにばね力を与える唯一のスプリングとして上記第２の揺動方向に上記カムリングを付勢するスプリングと、
   第１の回転数に相当する油圧で開弁して上記第１圧力制御チャンバに制御油圧を導入する油圧供給弁と、
   上記ハウジングまたは上記カムリングに設けられ、上記第１圧力制御チャンバと上記第２圧力制御チャンバとを常時連通した通路断面積が小さな連通路と、
   上記第２圧力制御チャンバと低圧側との間を連通するように設けられるとともに、上記カムリングの揺動位置に応じて開閉され、第２の回転数に相当する油圧によって上記カムリングが初期位置から上記第１の揺動方向に所定量揺動したときに閉じられるリリーフ回路と、
   を備える、ことを特徴とする可変容量ポンプ。
2. 上記ポンプユニットは、
   上記カムリングの内周面に回転可能に嵌合する円筒状のアウタロータと、
   上記アウタロータの内周側に配置され上記アウタロータに対し偏心した位置で上記駆動軸と一体に回転するインナロータと、
   上記インナロータから上記アウタロータへ回転力を伝達するように上記インナロータと上記アウタロータとを連結するとともに、上記アウタロータと上記インナロータとの間に画成された空間を複数のチャンバに区画する、複数の連結プレートと、
   からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の可変容量ポンプ。
3. 上記リリーフ回路は、上記カムリングの揺動中心に対する接線方向に沿って互いに重なり合うカムリング側凸部及びハウジング側凸部によって構成される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量ポンプ。
4. 上記リリーフ回路は、上記ハウジングの軸方向に沿って貫通形成され、開口端が上記カムリングにより覆われる貫通孔によって構成される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量ポンプ。

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