JPS63500112A - 潤滑油ポンプと潤滑油通路を備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 調整ポンプ 本発明は、吐出量が限界値までは回転数に関連し、かつ限界値を上回ると回転数 とは無関係にほぼ一定である油圧流体用の調整ポンプに関する。この種のポンプ は特にベーンポンプセして構成されておシ、ロータのステータに対する偏心度は 圧力に関連して調節可能である。

これに伴なう技術的な費用は多くの場合適正ではない。

本発明によれば堅固な構成の調整ポンプが提供される。該調整ポンプでは調整挙 動は付加的な機械的な機構を配慮することなく調整ポンプの構造から得られる。

本発明はこの種のポンプとしては単に内接歯車ポンプが好適であるとの認識を基 優にしている。

内接歯車ポンプでは歯形は、ピッチ円の交点間に位置する歯の歯面が相互に噛合 い、したがって歯みぞ内で各隔室を形成するように構成され、該隔室は周方向で 互いに閉じられている。この場合に外歯車と単数または複数の内歯車のそれぞれ 互いに配属された歯の噛合いが有利には既に歯先円の交点の領域内で開始すべき でちる。要求によっては、歯の噛合いが完全に厳密′に歯先円の交点まで延びて いなくとも可能である。この場合に噛合いは必ずしも機械的に確実な接触を前提 とせず、むしろ歯面間の距離が、油圧流体の粘度を考慮すると油圧的なシールと して見ることができる程に狭い間隙を与えれば歯車は既に噛合い状態にあると示 されることを考慮すべきである。

更に本発明はポンプの入口開口が絞り作用を行なうように配慮する。すなわち入 口開口の横断面がきわめて小さく構成されるかもしくは絞りを組込んで減少せし められるので、所与の圧力降下において単に制限された吐出量が入口を通ってポ ンプに流入することができるにすぎない。

更にポンプの出口側では歯の噛合いによって閉じられた隔室として現われる歯み ぞのほぼ各々に出口が配置されている。これらの出口の多数は共通の圧力通路に 開口している。この場合には残りの出口通路から別個の圧力系に供給することが できる。別の場合にはすべての出口が共通の圧力通路に開口している。僅かな例 外を除いてすべての出口は吐出方向で開く逆上弁によって逆流を阻止されている 。例外は歯先円の交点に隣接する隔室だけか、もしくはこの隔室と場合によって は更にその隣りの隔室である。これらの隔室は自由に圧力通路に開口している。

出口間の距離は歯の分布に相当するかもしくは歯の分布よりも小さい。

したがって複数の出口が回転方向でみて前後に配置いる。出口領域に現われた隔 室が、圧縮が進んだ結果圧力通路の操作圧力が各隔室内にも達した場合にのみ圧 力室に対して開くように弁装置は構成されている。

更に本発明は、圧力領域内、すなわち歯先円の交点間にちる２つの歯車の歯面が 互いに良好に接触し、そのために２つの互いに噛合った歯面間に形成される間隙 を油圧シールとして示すことができ、しかもポンプが騒音なしに作業することを 保証するような歯形を提供する。歯形は互いに噛合う歯面ができる限）大きな面 積でもって接触するかもしくは互いに向き合うように構成されている。したがっ て隣り合った押しのけ隔室はできる限り長い間隙によって互いにシールされてい る。そのためには歯形はサイクロイド歯形として構成されている。優れた構成で はサイクロイド歯形はピッチ点から２つの歯先円の交点まで延びる、湾曲した接 触点の軌跡を有するように構成されている。接触点の軌跡の曲率半径が、外歯車 の内歯のピッチ円半径と単数または複数の内歯車の外回の２ソチ円半径との間に ある寸法値を取ると、有利である。

接触点の軌跡は所定の範囲内で常に変動する曲率半径を持つ曲線であってよく、 または上記の所定の範囲内で決められる半径を持つ円上にあってよい。

別の構成において這択された歯形はピッチ円が常用の位置からずらされているの で、公知の範囲内に入らない特殊な形状を有している。外歯車の内歯ではピツチ 円と歯先円間の距離が、単数または複数の内歯車の外歯ではピッチ円と歯元円間 の距離が歯のモジュールもしくはそれぞれ歯の他方の部分よりも明らかに小さい 。有利にはそれぞれ歯の大きい部分対手さい部分の割合が少なくとも２対１、有 利に３．５対１〜５対１でおる。

外歯車が静止しており、内歯車が回転する場合には接触点の軌跡の曲率の中心は 円弧を描く。すなわち内歯車が静止し、外歯車が回転する場合には、外歯車の各 歯に配属された、互いに合同の接触点の軌跡がそれぞれ配属された円上に位置し てお）、各日の中心は外歯車と同心的な円上に位置する。

一定の回転数までは回転数とともに上昇する吐出および出力特性を有する歯車ポ ンプが本発明によって製作される。この回転数を上回ると、回転する隔室は部分 的にしか充填されず、しかもこの充填度は回転数の増加とともに低下する。これ によって生じるキャビテーションの不都合な結果、特に一般に心配されるキャビ テーション腐食は、本発明による、互いに閉鎖された隔室を有するような種類の 歯車ポンプのみの選択によって、並びに本発明による、逆止弁によって閉じられ た、周方向に配置された多数の出口開口を備えた出口領域の構成によって回避さ れる。本発明のこの構成によれば部分的にのみ充填された隔室は、この部分的に 充填された隔室の圧力が系圧に達したときに初めて圧力下にある隔室および圧力 室と連通ずる。これによってキャビテーションインプロージョン（Ｋａｖｉｔａ ｔｉｏｎｓｉｍｐｌｏｓｉｏｎ　）が回避される。

入口領域における隔室の部分充填は、入口通路のここに常時存在する絞シによっ て得られ、絞シはポンプ回転数によって予め与えられる充填時間内に各隔室の完 全な充填には達しない、限られた入口−油流のみを許す。ポンプの使用および運 転目的に適合せしめられた絞ｂｋ入口通路内に挿入することもできる。特に本発 明の有利な構成においては絞シを調節可能に構成することも可能であシ、その結 果ポンプの吐出能カヲソの都度の需要に適合させることができる。同様にこのよ うな調節可能な絞りを調整回路内に組込むと有利であり、これにより吐出量が一 定に保たれるかまたは所定の目標値に適合させることができる。

この理由から本発明による調整ポンプは有利に潤滑油ポンプとしても自動車で使 用される。　。

このような内燃機関は第１に、該内燃機関がアイドリング運転から始まって最高 の回転数での最大負荷運転まできわめて異なっていて、しかも常時変動する運転 パラメータでもって運転されることで極立っている。

したがって潤滑油系は最大負荷条件を満足しなげればならず、他方では低負荷範 囲において不必要に多くのエネルギーを消費してはならない。

更にかかる内燃機関では専門家の保守なしの、長い耐用年限を持たなければなら ないことが要求されている。これには内燃機関が摩耗に曝され、この摩耗が潤滑 油消費の増大と潤滑油系内における圧力降下をもたらすことが対立する。したが って潤滑油ポンプはこの耐用年限の経過中に増大する需要にも適合せしめなげれ ばならない。これによ！ｌｌ潤滑油ポンプの必要とされないこの吐出量部分も相 当のエネルギー損失に導（ことをもたらす。一方ですべての運転状態において十 分な潤滑油量を提供し、他方で不必要な、損失をもたらす吐出を回避する潤滑油 系が達成される。

したがって本発明は、絞りがバイパス通路によってう回せしめられており、かつ バイパス通路内に弁が配置されており、該弁が調整ポンプの出口圧力によって制 御され、かつ出口通路内の圧力が降下するとバイパスを開くように配慮する。

この調整機構では絞シは、調整ポンプによって吐出される油量が一定の回転数ま でしか回転数に関連しないように調節される。これによって例えば、機関の潤滑 油消費が低い回転数範囲では回転数に関連するという事実が考慮される。他方で 潤滑油消費の回転数との関連性が一定の回転数までであることが配慮される。

この限界回転数は絞りの設計によって予め与えられる。

他方調整系は各需要過剰に、例えば摩耗によって増加する需要過剰に対して、圧 力降下が測定され、かつバイパスを開放するために利用されることによシ適合す ることができる。バイパスを開くことによって調整ポンプの総吐出容量または吐 出容量の付加的な部分を増すことができる。

優れた構成では、吐出能力の増加せしめられた部分のみがバイパスによって開か れるように配慮される。

吐出量を更に増加させることによって圧力に関連しない特別な需要を満たす可能 性も作シ出されなければならない。例えば自動車エンジンで潤滑油温度が一定の 数値（限界温度）を上回ったときに潤滑油循環を増加させることが可能である。

、そのためには送入部内にもう１つの短絡路が設けられておシ、短絡路は電磁弁 によって操作される。

以下実施例について本発明を説明する。

第１図と第２図は半径方向の断面図と軸線方向の断面図でｈ’）、かつ第３図は 第１図の詳細な図として歯形の構成を示したものである。

ケーシング３１内には外歯車１が自由に回転可能に支承されている。外歯車１は 内歯２を有している。円筒形のケーシング３１は両側でカバー３２．３３によっ て閉じられている。カバー３２内に軸３４が回転可能に支承されており、かつモ ータ（図示せず）によって駆動される。軸３４には内歯車３が相対回動不能に支 承されている。内歯車３は外歯４を有しておシ、外歯は外歯車１の内歯２と噛合 っている。カバー３３内には入口通路３５が設けられている（第１図も参照）。

入口通路３５は絞り３７ｆ、介してタンク３６と連通している。絞シ通路３７と 並列されたバイパス３８内には圧力制御弁３９が配置されている。圧力制御弁の ピストン４０は制御縁４１でもってバイパス通路３８のタンク３６への開放を制 御する。ピストンは片側でばね４２で負荷されている。反対の側においてピスト ンは制御室４３内で制御導管４４を介して出口圧力によって負荷されている。ポ ンプの出口側については後述する。出口圧力に関連した圧力制御井３９０機能は 以下で記載する。制御導管４４および制御室４３内を出口圧力が支配していない か、′または僅かな出口圧力のみが支配しているにすぎない限りピストンは制御 縁でもって入口４５から出口４６への貫流を解放している。

このときに油はタンク３６からポンプへ絞シ３７を介してもバイパス通路３８を 介しても流れることができる。制御室４３内の圧力が高まり、かっばね力を克服 すると、入口は出口４６に対して閉鎖される。このときには単に依然として絞ら れた油流が絞Ｄ３７を介してタンク３６からポンプの入口３５へ流れる。更に出 口圧力が高まると圧力制御弁は圧力制限弁として働（。

ばね４２は圧縮されて、そのために前方の制御縁４７は圧力導管４４をタンクへ の出口４６に対して開く。

ポンプの出口側について： 第１図に示されているように、ポンプは出口側において互いに噛合う外歯車１と 内歯車３の歯間で周方向かつ軸線方向に閉じられた４つの隔室を構成しており、 隔室は入口通路３５を介して油で光槙される。カバー３２内には４つの吐出口４ ８．１　、　４８．２．　４　Ｂ、３　。

４８・４が設けられている。第２図による断面図ではこれらの吐出口の１つのみ が見られる。この吐出口は第２図では符号４８で示されている。各吐出口はカバ ー３３内に設けられた出口通路４９と連通している。各出口通路は、第２図に示 されているように半径方向でも外側に向いている。したがって各外通路４９はカ バー３３の外側でできる限りケーシング３１Ｑ近（で開ロシテイル。カバー３３ 上には出口ケーシング５ｏが気密に装着されている。出口ケーシング５ｏは出口 室を構成していて、出口室はそれぞれ圧力通路４９と孔５２を介して吐出口４８ ．１〜４８．４と連通している。

孔５２．１　、　５２．２および５２．３　（第１図参照）はそれぞれ逆止弁に よって閉じられている。逆止弁はｍ字形の薄板によって形成されており、出口ケ ーシング５０の壁５３に対してねじ結合されている。

逆止弁５４の共通の横ビーム５５がら突出した舌片が孔５２を覆っている。した がってこれらの舌片は逆止弁として働き、逆止弁は出口隔室の圧力が出口室５１ 内の出口圧力に少なくとも等しいときに、歯間で形成される各押しのけ隔室から 吐出口４８、各圧力通路４９および孔５２を介する接続を解放するにすぎない。

最後の最も小さな押しのけ隔室は吐出口４８．４および対応する通路４９．５２ を介して直接出口室と連通している。

出口室５１は共通の圧力通路５６に通じる出口を有している。

ポンプの作用に関して： 圧力室５１内が低圧ではばね４２はピストン４゜（第２図）を左側へ移動させる 。ポンプは通常の内接歯車ポンプと同様に作用する。油流は絞り３７とバイパス 通路３８ｆ：経て入口へ流れる。すべての歯みぞは最大まで充填され、かつ出口 側で再び押しのけられる。

充填が完全かまたは部分的にすぎないがは絞シ３７とバイパス通路３８の絞シ抵 抗に左右される。第２図には絞り６３が略示されている。この絞シは、バイパス ３８もまた高回転数では押しのけ隔室が部分的にのみ充填されるようにし得る絞 シ作用をすることを意味する。これについては後で更に記載する。

出口室５１内の圧力が上昇すると、先ずバイパス３８が閉じられる。この場合に は依然として入口側へ達するのはきわめて絞られた油流のみである。したがって 入口側の歯みぞは単に部分的に充填されるかもしくはより少量が充填される。更 に歯みぞ内では真空が支配している。このことにより、出口側の押しのけ隔室内 の圧力が先ず出口室５１内の圧力よりも小さくなる。したがって逆止弁５４の舌 片は閉じられたままである。しかし出口側における隔室の縮少が進むにしたかっ て隔室内の圧力は上昇する。その都度、隔室内の圧力が出口室５１内の圧力よシ も大きいかまたはこれと等しい箇所の逆止弁の舌片のみが開く。その結果ポンプ は今や回転数とは無関係な、一定の油量を吐出する。しだがって回転数が上昇す る場合にも従来の機構におけるように過剰の油量を相応する出力損失下に排出す る必要はない。したがってこのポンプは特に自動車用に、しかも自動車で特°に 潤滑油ポンプとして好適である。その場合に潤滑油需要が例えば摩耗の結果増し たときには制御圧力室４３内の限界圧力は高い方の回転数で初めて達する。した がってバイパス３８も遅い時期に初めて閉じられる。その結果潤滑油ポンプは増 大する需要に自動的に適合する。したがって潤滑油ポンプは自動車エンジンの全 耐用年限の間増加する潤滑油需要に適合する。他方で潤滑油ポンプは相対的に低 い潤滑油需要を持つ新しいエンジンにおいても経済的である、それというのもこ の潤滑油ポンプでは不必要な吐出量部分を損失を伴いながら再び油だめに戻さな ければならない事情は回避されるからである。

その上に調整ポンプは他の、特別な運転状態の需要にも適合する。例えば自動車 エンジンでは潤滑油が異常に加熱されたり、あるいはエンジン部分を特別な出力 要求の結果潤滑油によって冷却しなければならないことが起る。この場合には第 ２図に示されているように別の短絡路５８がポンプの入口３５とタンク３６との 間に設けられている。この短絡路中には電磁式に切換えられる弁５９が配置され ている。この弁は伝達導線６０と増幅器６１を介して例えば検温器６２によって 操作される。例えば油温または機械部分、例えばピストンの温度を検温器によっ て検出することができる。

検温器６２０代わりに別の測定装置、例えば回転数カウンタを使用することも可 能である。同様に他の異常な運転状態を検出するために伝達導線を利用してもよ い。いずれの場合にも弁５９は異常な需要をカバーする目的に使用される。この 場合には一方で絞り３７により、かつ他方でバイパス３８を介して送られる油流 の総量も絞られ、したがって圧力制御弁３９が開いているにもかかわらす内歯の 隔室の単に部分充填が一定の限界回転数を上回る回転数で行なわれるにすぎない ことから出発する。第２図はこの前提にバイパス３８内のもう１つの絞り６３も 略示されていることによって適合せしめられている。

ポンプ効率が、出口領域内で歯が歯先円の交点間で互いに噛合っていて、しかも 油圧油の粘度を考慮した場合の閉じられた隔室を形成するように歯形を構成する ことに関連することは既述された。

第３図は本発明の範囲内で有利に使用される歯形の説明に役立つ。

外歯車１は内歯２を有しており、この内歯には内歯車３が外歯４でもって噛合っ ている。固定の外歯車１に対して相対的に矢印２４で示された方向に回転する内 歯車３は矢印２３によって示された方向に移動する。

外歯車のピッチ円７は内歯車３のピッチ円８と同様に、歯タケ１４およびピッチ 円の中心１７と２５に関して中心１７と２５の方向にずらされておシ、そのため に歯２と４の小さな部分１６と著しく大きな部分１５とが生じ、これらは両方で 補完して２つの歯車１と３について実質的に等しい歯タケ１４ｔ−なす。外歯車 １のピッチ円７と歯元円６との間の距離並びに内歯車３のピッチ円８と歯先円９ との間の距離が外歯車１ではぎツチ円７と歯先円５との間の距離もしくは内歯車 のピッチ円８と歯元円１０との間の距離の少なくとも２倍であるのが有利であり 、その場合に２つの歯部分１５と１６の寸法比が有利に６．５対１〜５対１であ る。

ぎツチ点１２と歯先円５，９の交点１３を含む接触点の軌跡１１は円中心１９を 基点とする半径２６を有する円上に位置している。静止の中空車上で内歯車が回 転すると、曲率中心１９は外歯車のぎツチ円７に対して同心的な円１８を描く。

中空車の中心１７と各ピッチ点１２との間の結合直線２１はこの円と瞬間的な曲 率の中心で交差する。円１８の半径は所定の条件によって決められる。その際に 得られる歯形は与えられた課題を卓越した形式で解決する。

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Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．吐出量が限界値までは回転数に関連し、かつ限界値を上回ると回転数とは無 関係に制御可能である形式の油圧流体用の調整ポンプにおいて、調整ポンプが内 接歯車ポンプであり、該内接歯車ポンプにおいてポンプの入口領域内に位置した 内歯の各噛みぞが場合により絞りを備えた入口開口を介して油供給部と、かつポ ンプの出口領域内に位置した内歯の各歯みぞが、逆止弁によつて逆流が阻止され ていて、しかも歯分布と等しいかまたは歯分布よりも小さい周方向の相互間隔を 有する出口開口を介してポンプ出口と連通しており、かつ歯形が、歯先円の交点 間に位置した歯のほぼすべての歯面が噛合うように構成されていることを特徴と する、調整ポンプ。
2. ２．歯形（２，４）がサイクロイド歯形であることを特徴とする、請求の範囲第 １項記載の調整ポンプ。
3. ３．サイクロイド歯形が湾曲した接触点の軌跡（１１）を有しており、接触点の 軌跡が２つの歯先円（５；９）の交点（１３）を含んでおり、かつ接触点の軌跡 の曲率半径（２０）が外歯車（１）の内歯（２）のピツチ円半径（２１）と内歯 車（３）の外歯（４）のピツチ円半径（２２）との間の値を取ることを特徴とす る、請求の範囲第２項記載の調整ポンプ。
4. ４．接触点の軌跡（１１）が円であり、その半径（２６）が互いに噛合つた歯車 （１，３）のピツチ円半径（２１；２２）間の値を有していることを特徴とする 、請求の範囲第３項記載の調整ポンプ。
5. ５．外歯車（１）の内歯（２）と単数または複数の内歯車（３）の外歯（４）の 互いに配属された各歯（２；４）の噛合いが既に歯先円（５，９）の交点（１３ ）の領域内で開始していることを特徴とする、請求の範囲第１項から第４項まで のいずれか１つの項記載の調整ポンプ。
6. ６．外歯車（１）の内歯（２）ではピツチ円（７）と歯先円（５）との間の距離 が、単数または複数の内歯車（３）の外歯（４）ではピツチ円（８）と歯元円（ １０）との間の距離が歯のモジユールよりも小さいことを特徴とする、請求の範 囲第１項から第６項までのいずれか１つの項記載の調整ポンプ。
7. ７．歯のモジユールに等しい歯（２；４）のより大きた部分（１５）対歯（２； ４）のそれぞれ小さな部分（１６）の比が少なくとも２対１であり、有利には３ ．５対１〜５対１であることを特徴とする、請求の範囲第６項記載の調整ポンプ 。
8. ８．外歯車（１）が静止し、かつ内歯車（３）が回転する場合に接触点の軌跡（ １１）の曲率の中心（１９）が円弧（１８）を描くようになつていることを特徴 とする、請求の範囲第３項または第４項に記載の調整ポンプ。
9. ９．ポンプの吸込み通路内に一定の絞りが配置されており、該絞りが出口通路内 の圧力が限界値を上回つた場合に圧力で制御される弁を備えたバイパス通路によ つてう回せしめられるようになつていることを特徴とする、請求の範囲第１項か ら第８項までのいずれか１つの項記載の調整ポンプ。
10. １０．圧力で制御される弁が圧力制御室を有しており、圧力制御室が出口通路内 の圧力が最高に許容される圧力を上回つたときにタンクへ連通するようになつて いることを特徴とする、請求の範囲第９項記載の調整ポンプ。
11. １１．ポンプの入口が絞りの設けられていない入口通路と連通しており、該入口 通路が特別に高い需要をカバーするために電磁式に作動される弁によつて開閉さ れるようになつていることを特徴とする、請求の範囲第９項または第１０項記載 の調整ポンプ。