JP5145271B2 - 可変容量オイルポンプ - Google Patents
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Description
本発明の目的とするところは、部品点数を抑制できる可変容量オイルポンプを提供することにある。
図1は、ポンプVPの分解斜視図である。ポンプVPは、ハウジング本体1と、リアカバー2と、フロントカバー3と、カムリング4と、ロータ5と、複数のベーン6と、一対のベーンリング7と、付勢部材8と、駆動軸9とを有している。説明のため、駆動軸9の中心軸Oが延びる方向にz軸を設け、リアカバー2に対してフロントカバー3の側を正方向とする。
ハウジング本体1は、ボルト孔形成部11a〜11fが所定間隔で設けられた周壁からなり、周壁の所定位置にカムリング本体収容部12と、吐出孔形成部13と、突起部14と、絞り形成部15と、アーム収容部16と、付勢部材収容部17とを有している。これら各部11〜17におけるz軸方向幅は、略同一の大きさHに設けられている。
カムリング4は、ロータ5を内部に収容しつつ、リアカバー2及びフロントカバー3に対して摺動自在に配置される可動部材である。カムリング4は、加工容易な焼結金属、例えば鉄系金属材料によって一体に成形されている。カムリング4は、本体部40と、ピボット部41と、アーム部42と、突起部43とを有している。カムリング4のz軸方向幅は、上記各部40〜43で略同一に設けられており、ハウジング本体1のz軸方向幅と略同じ大きさHである。
図7、図8は、ハウジング本体1の突起部14と絞り形成部15の内周側にカムリング4の突起部43が収容された部分を示す。図7は図2における上記部分の拡大図であり、図8は図6における上記部分の拡大図である。図9は、図7及び図8のC−C断面図であり、点Qを通りかつ絞り形成面150に略垂直な直線lで切った断面を示す。
ハウジングHSGの内部では、カムリング4の外周面401とハウジング本体1の内周面との間で、低圧の背圧室R2と高圧となる制御室R1の2室が液密に隔成されている。制御室R1は、カムリング4の外周側において、x軸正方向側かつy軸正方向側、すなわち中心Pが中心Oに対して偏心する方向側であって、吐出孔25が開口する領域に設けられている。背圧室R2は、吸入孔22が開口する領域に設けられており、吸入孔22を介してオイルパンと連通し、低圧(大気圧)に保たれている。背圧室R2には、カムリング4を揺動可能とする隙間が設けられている。
ロータ5、カムリング4、吸入ポート23、吐出ポート24、ベーン6a〜6g等のポンプ構成体によって、ポンプ作動室が構成されている。すなわち、ベーン6a〜6gと、フロントカバー3の面3a及びリアカバー2の面2aと、ロータ外周面53と、カムリング内周面400とで囲まれた空間により、7つのポンプ室r1〜r7が液密に隔成されている。隣り合う2つのベーン6の間に、1つのポンプ室が形成されている。吸入孔22はリアカバー2から開口し、吸入ポート23を介して、吸入室であるポンプ室r1〜r3に連通している。吐入孔25はリアカバー2から開口し、吐出ポート24を介して、吐出室であるポンプ室r5〜r7に連通している。
付勢部材8は、小径の第1コイルばね8aと大径の第2コイルばね8bからなり、背圧室R2内、具体的にはハウジング本体1のばね室170に収納されている。付勢部材8は、全体として2重ばねとして構成されており、第2コイルばね8bの内周側に、第2コイルばね8bと略同軸に、第1コイルばね8aが配置されている。第1コイルばね8aは、その巻き方向が第2コイルばね8bの巻き方向と逆向きになるように設置されている。
背圧室R2において、付勢部材8はアーム部42を一方向(y軸正方向)に付勢する付勢力Fsを常時発生し、カムリング4を支点Qの周りに、中心Pが中心Oから離間して偏心量が増大する方向、すなわち図2の時計回り方向に回転(揺動)させる力のモーメントMbを発生させる。言い換えると、付勢部材8は、ポンプ室r1〜r7のうち、容積が最も大きいポンプ室(図2ではr4)と最も小さいポンプ室(図2ではr1,r7)の容積差が大きくなる方向、すなわちポンプ室r1〜r7の容積変化率が増大する方向に、カムリング4を付勢している。カムリング4の外周面401(当接面430)は、上記方向に揺動することによって、ハウジング本体1の内周面(当接面140)と当接する。以下、第1コイルばね8aが発生する力のモーメントをMb1、第2コイルばね8bが発生する力のモーメントをMb2という。
初期セット状態では、カムリング4が付勢部材8によって付勢され、カムリング4の外周面401(当接面430)がハウジング本体1の当接面140と当接する。これにより、カムリング4が初期セット位置(最大偏心位置)に位置決めされると同時に、制御室R1が隔成される。上記当接により十分なシール性が保持されるので、シール部材などを用いてシールすることなく、制御室R1の液密性が確保される。このように、初期セット状態におけるシール性を確保することで、初期(回転数領域(ア))の吐出圧の立ち上がりをより確実に向上し、機関始動後、可変動弁装置に必要な作動油圧を供給できるまでの時間をより効果的に短縮できる。すなわち、高い容積効率が必要な最大偏心時(最大理論吐出量時)には、シール部材と同等のシール性能によって流量を確保するため、初期のポンプ効率が下がらず、要求されるポンプ性能を実現できる。
絞り部(絞り形成部15,43b)は、カムリング4の外周側であって、付勢部材8によりカムリング4が付勢されて偏心する方向側(y軸正方向側)に形成されており、カムリング4が揺動を開始した後も、制御室R1と背圧室R2との間の作動油の流通を制限する。この絞り効果により絞り部がシール機能を発揮することで、制御室R1が隔成され、制御室R1内の圧力が所定値に維持されて、ポンプ回転数に応じた制御圧の発生が確保される。よって、カムリング4が揺動しても、制御圧によりポンプ容量を可変としつつ、ポンプVPを作動させることができる。
リアカバー2に軸受給油溝26を形成し、この溝26により軸受孔20へ作動油を積極的に導くようにしたため、軸受孔20を円滑に潤滑し、軸受部2bの耐久性を向上することが可能である。ここで、軸受給油溝26は吐出ポート24と連通しており、吐出ポート24からの高圧の作動油が軸受孔20へ供給されるため、供給油量を十分に確保し、軸受部2bをより円滑に潤滑することができる。
以下、実施例1から把握される本発明の可変容量オイルポンプVPの効果を列挙する。
よって、ポンプVPの回転数は機関回転数に同期する。機関回転数に応じてポンプ容量を可変とすることで、燃費を向上できる。
また、ポンプVPは機関に必要な作動油を供給する。一般に、内燃機関用の可変容量オイルポンプの性能としては、カムリング4の揺動開始前の吐出性能を確保できればよく、揺動開始後にはそれほど高い吐出性能が要求されない。よって、上記(1)の効果を有するポンプVPを機関に適用すれば、機関に要求されるポンプ性能を満たしつつ、コストを低減できる等の効果を得ることができる。
よって、絞り部から作動油がリークしても、カムリング4に余計な油圧力が作用することが抑制され、また、ポンプVPの効率がよい。
よって、付勢部材8を小型化することが可能であり、これによりポンプVPを小型化してレイアウト性を向上できる。
よって、支点Qにおける液密性を向上して、制御室R1のシール性を向上できる。
よって、当接面における液密性を向上して、制御室R1のシール性を向上できる。
よって、接触面積を増大して、シール性能を向上できる。
よって、カムリング4の形状に合わせて当接面140の形状が変化し、両者の密着度が向上するため、当接部(ストッパ部)におけるシール性を向上できる。
よって、ハウジング側の当接部(ストッパ部)のために別部材を設ける必要がないだけでなく、作成が簡単であり、組付性を向上し、コストを低減できる。
よって、上記(8)(9)の効果を得ることができる。
よって、絞り部からのリーク量を容易に計算することができ、ポンプ特性の設定が容易である。
よって、カムリング4が揺動しても、絞り部の流路断面積がほとんど変化しないため、上記(11)の効果を得ることができる。
よって、カムリング4が揺動を開始するときの制御室R1における受圧面積(制御圧による力のモーメントMa)の急変を抑制し、安定したポンプ特性を得ることができる。
よって、揺動開始時において流路抵抗を増大させてシール性能を向上することができる。
このように「逃がし」を作ることで、上記(13)(14)のように当接面(当接面140)と絞り部(絞り形成面150)を隣接して角度をもって配置した場合でも、より確実に当接面(当接面140)をカムリング外周面(当接面430)に接触させることができ、浮き上がり等によるシール性の低下を防止できる。
よって、カムリング側の当接部(突起部43)の作成が簡単であり、コストを低減できる。
よって、上記(13)(14)(16)の効果を得ることができるほか、カムリング4の外周において一箇所に突起を作るだけで、カムリング側の当接部(ストッパ部)と絞り部を同時に形成することができるため、構成を簡素化でき、加工コストを低減することが可能である。また、スペースを節約してポンプVPのサイズを抑制することが可能である。さらに、突起(突起部43)の形状を略三角形とすることで、作成がより容易であるだけでなく、当接部(ハウジング本体1の当接面140)と当接する突起の剛性を高くできる。
よって、揺動開始前には揺動支点Qに近い側(当接部43a)の当接によりストッパ機能を発揮するとともに制御室R1のシール性を確保し、揺動開始後には揺動支点Qから離れた側(絞り形成部43b)の絞り効果により制御室R1のシール性を確保することができる。
よって、カムリング4の揺動時、絞り部におけるシール性を確保しつつ、当接部(ストッパ部)を小型化できる。
よって、接触面圧を増大して、シール性能を向上できる。特に、カムリング4の外周面(当接面430)と当接面(突起142)のいずれか一方を他方よりも柔らかい材料で形成した場合、両者の密着度が向上し、シール性をより向上できる。
よって、カムリング4の作動及び絞り部のシール性能をより安定させることができ、またポンプVPの効率を向上できる。
よって、所望の油圧特性を得て、ポンプVPに対する要求に柔軟に対応することができる。
よって、第1絞り部を小さくしてポンプVPの小型化を図ることができるとともに、カムリング4の揺動時は第2絞り部によりシール性を確保することができる。
以上、本発明を実現するための形態を、各実施例に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
各実施例では、ポンプVPが供給する流体は油であることとしたが、他の流体、例えば(機関や電動モータ、インバータ等の冷却などに用いる)水を供給することとしてもよい。
各実施例では、ポンプVPを自動車に用いることとしたが、他の機械装置に用いることとしてもよい。
各実施例では、ポンプVPを内燃機関の潤滑等に用いることとしたが、パワーステアリング装置の駆動源等に用いることとしてもよい。
各実施例では、ポンプVPを可変動弁装置を備えた内燃機関に用いることとした。可変動弁装置として、バルブタイミング制御装置以外に、例えば油圧により作動してバルブリフト量を可変制御する装置等を用いてもよい。また、可変動弁装置を備えない内燃機関にポンプVPを用いることとしてもよい。
各実施例では、ポンプVPを内燃機関により駆動することとしたが、(車両駆動用の)電動モータ等、内燃機関以外の動力源により回転駆動してもよい。また、内燃機関に同期して回転駆動しなくてもよい。
各実施例ではベーン(ないしポンプ室)の数を7としたが、他の数であってもよく、特に限定しない。
側壁(リアカバー及び/又はフロントカバー)とハウジング本体は一体であってもよい。また、フロントカバーに吸入孔及び/又は吐出孔が開口することとしてもよい。
各実施例では、付勢部材として2重のコイルばねを用いたが、1つの(線形又は非線形の)コイルばねを用いてもよいし、コイルばね以外の弾性部材を用いてもよい。
2 リアカバー(側壁)
4 カムリング
5 ロータ
6 ベーン
8 付勢部材
23 吸入ポート(吸入部)
24 吐出ポート(吐出部)
140 当接面
400 カムリング内周面
430 当接面(カムリング外周面)
431 絞り形成面(絞り部)
VP 可変容量オイルポンプ
HSG ハウジング
R1 制御室
r1〜r7 ポンプ室(作動油室)
O ロータの回転中心
P カムリング内周面の中心
Q カムリングの揺動支点
Claims (19)
- 内燃機関によって回転駆動されるロータと、
該ロータの外周に出没自在に設けられた複数のベーンと、
前記ロータ及びベーンを内周に収容し、軸方向両側面に側壁が配置されることにより複数の作動油室を隔成すると共に、揺動支点を中心に揺動することにより前記ロータの回転中心と内周面の中心との偏心量が変化するカムリングと、
前記カムリングを内部に収容し、前記ロータの回転中心と前記カムリング内周面の中心とが偏心した際に容積が減少する前記作動油室に前記側壁から開口する吐出部と、前記ロータの回転中心と前記カムリング内周面の中心とが偏心した際に容積が増大する前記作動油室に前記側壁から開口する吸入部が設けられたハウジングと、
前記ロータの回転中心と前記カムリング内周面の中心との偏心量が大きくなる方向に前記カムリングを付勢する付勢部材と、
前記カムリングが前記付勢部材によって付勢される箇所よりも前記揺動支点を中心とする径方向距離が短い位置に設けられ、前記カムリングが前記付勢部材によって付勢されることによって前記カムリングの外周面と当接する当接面と、
前記カムリング外周で前記当接面と前記カムリングの揺動支点とによって隔成されると共に、前記吐出部の圧力が導かれることにより前記カムリングを前記付勢部材の付勢力に抗して揺動させる制御室と、
前記カムリングの外周面に形成され、前記カムリングが揺動しても前記制御室を所定圧力に維持する絞り部と、を備えた
ことを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項1に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記カムリングの外周面には平面が設けられ、前記当接面は前記カムリングの平面と面接触する平面で構成されていることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項1に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記当接面は、前記ハウジングの内周面に形成されていることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項1に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記絞り部は、前記カムリングが揺動したとしても流路断面積が変化しないものであることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項1に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記絞り部は、前記カムリングが揺動した際に流路断面積が小さくなることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項1に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記絞り部は、前記カムリングが揺動した際に流路断面積が大きくなることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項1に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記当接面と前記絞り部は隣接して配置されていることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項7に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記当接面と前記絞り部は角度をもって配置されていることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項8に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記当接面と前記絞り部は、前記ハウジング内周面に形成され、前記当接面と前記絞り部の境界は、前記ハウジング内周面と前記カムリング外周面が互いに離間する方向に切り欠かれていることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項1に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記カムリングの外周面と前記当接面は、前記カムリングの軸方向に線接触するように構成されていることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項1に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記当接面は、前記カムリングよりも柔らかい材料で形成されていることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項11に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記当接面は、アルミ系金属材料で成形された前記ハウジングの内周面に形成され、前記カムリングは、鉄系金属材料で成形されていることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項1に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記制御室を除く前記カムリング外周部は、前記吸入部と連通していることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項13に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記制御室を除く前記カムリング外周部に、前記カムリングの揺動支点の設置側と反対側の位置に前記付勢部材が配置されていることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 回転駆動されるロータと、
該ロータの外周に出没自在に設けられた複数のベーンと、
前記ロータ及びベーンを内周に収容し、軸方向両側面に側壁が配置されることにより複数の作動油室を隔成すると共に、軸方向全範囲にわたって設けられた揺動支点を中心に揺動することにより前記ロータの回転中心と内周面の中心との偏心量が変化するカムリングと、
前記カムリングを内部に収容し、前記ロータの回転中心と前記カムリング内周面の中心とが偏心した際に容積が減少する前記作動油室に前記側壁から開口する吐出部と、前記ロータの回転中心と前記カムリング内周面の中心とが偏心した際に容積が増大する前記作動油室に前記側壁から開口する吸入部が設けられたハウジングと、
前記ロータの回転中心と前記カムリング内周面の中心との偏心量が大きくなる方向に前記カムリングを付勢する付勢部材と、
前記カムリングが前記付勢部材によって付勢される箇所よりも前記揺動支点を中心とする径方向距離が短い位置に設けられ、前記カムリングが前記付勢部材によって付勢されることによって前記カムリングの外周面と軸方向全範囲にわたって当接する当接部と、
前記カムリング外周における前記付勢部材によって付勢されて偏心する方向側であって、前記当接部と前記カムリングの揺動支点との間に設けられ、前記吐出部が開口する制御室と、
前記カムリングの外周面における前記付勢部材によって付勢されて偏心する方向側に形成され、前記カムリングの揺動軌跡に沿った形状を有する絞り部と、を備えた
ことを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項15に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記カムリングには、外周側に突出する突起が設けられており、該突起に前記当接部が当接することを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項16に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記突起は略三角形状に突出しており、そのうちの一側面が前記当接部と当接し、他側面に前記絞り部が設けられていることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項15に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記カムリングにおける前記揺動支点に近い側が前記当接部と当接し、前記揺動支点から離れた側に前記絞り部が設けられていることを特徴とする可変容量オイルポンプ。 - 請求項15に記載の可変容量オイルポンプにおいて、
前記カムリングが前記ロータに対して最大に偏心している状態で、前記カムリングの外周面と前記当接部の当接面積より前記絞り部の面積の方が大きくなっていることを特徴とする可変容量オイルポンプ。
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