JP2022534048A - 可変容量型潤滑油ポンプ - Google Patents

Abstract

本願発明は、加圧潤滑油を供給するための可変容量型潤滑油ポンプ（１０）に関する。可変容量型潤滑油ポンプ（１０）には、固定ポンプハウジング（１４）と、ポンプハウジング（１４）内に配置され、略円筒形のポンプチャンバ（２０）を半径方向に制限する変位可能な制御リング（１６）と、制御リング（１６）の半径方向外側により部分的に制限される出口チャンバ（２８）と、出口チャンバ（２８）に隣接し、ポンプハウジング（１４）内で制御リング（１６）を変位可能に支持するスライドベアリング（４２）が設けられ、スライドベアリング（４２）は、ポンプハウジングによって画定され、スライド平面（Ｐ）内に延在する第１スライドベアリング面（４４）と、制御リング（１６）によって画定される第２スライドベアリング面（４６）と、を含む。スライド面（Ｐ）への制御リング（１６）の外側圧力面（３０）の正投影によって画定される外側投影面積（Ａ１）は、スライド面（ｐ）への制御リング（１６）の内側圧力面（４０）の正投影によって画定される最大内側投影面積（Ａ２－ｍａｘ）に比べて小さいため、本願発明による可変容量型潤滑油ポンプ（１０）は、コスト効率よく実現することができ、また、信頼性が高く効率的なポンプ動作が可能である。【選択図】図２

Description

本願発明は、加圧潤滑油を供給するための可変容量型潤滑油ポンプ、特に内燃機関用に加圧潤滑油を供給するための機械的可変容量型潤滑油ポンプに関する。

潤滑油ポンプは、例えばギヤまたはベルトを介してエンジンによって機械的に駆動され、エンジンに流体連結して加圧潤滑油をエンジンに注入する。潤滑油ポンプの容量が可変であると、潤滑油ポンプのポンプ吐出圧力を制御したり安定化したりすることが可能になり、それによって、例えば、エンジン内のギャラリにおける潤滑油圧力の制御や安定化が実現する。

国際公開第２０１８／１９６９９１号明細書には、内燃機関用の加圧潤滑油を提供するための典型的な可変容量型潤滑油ポンプが開示されている。典型的な潤滑油ポンプには、固定ポンプハウジングと、ポンプハウジング内に配置され、略円筒状のポンプチャンバを半径方向に留める変位可能な制御リングが設けられている。また、潤滑油ポンプには、制御リングの半径方向外側によって部分的に制限される出口チャンバと、ポンプチャンバ内に配置される回転可能なポンプロータと、が設けられている。ポンプポータには、複数のポンプチャンバ室を画定する複数のロータベーンが設けられている。ロータベーンは変位可能な制御リング内で回転し、それに伴い、ポンプチャンバ室も同様に回転する。さらに、潤滑油ポンプは、吐出開口部を介して出口チャンバと流体接続するポンプチャンバ室によって画定されるポンプチャンバ圧力部と、出口チャンバに隣接し、ポンプハウジング内で制御リングを変位可能に支持するスライドベアリングを備えている。スライドベアリングは、ポンプハウジングによって画定され、スライド面内に延在する第１スライドベアリング面と、制御リングによって画定される第２スライドベアリング面を含む。

国際公開第２０１８／１９６９９１号明細書

上記潤滑油ポンプの出口チャンバの形状により、出口チャンバが加圧潤滑油で満たされている場合は、制御リングは、出口チャンバから離れ、ポンプ入口に向かって押し出される。その結果、制御リングによって画定される第２ベアリング面は、ポンプハウジングによって画定される第１ベアリング面から離れるように移動するため、ベアリングに有意な隙間が形成してしまう。ベアリングのこの隙間は、例えば、出口チャンバからスライドベアリングの反対側に位置する制御チャンバへの潤滑油の漏れ経路となる可能性がある。制御チャンバへ不要に潤滑油が漏れると、制御リングの位置の制御に悪影響を及ぼし、結果として、ポンプの吐出圧力制御やポンプの性能を損なうおそれがある。

ベアリングの隙間を介した潤滑油の漏れを防ぐために、第１スライドベアリングにはシール部が設けられている。しかしながら、シール部は摩擦ベアリングのスライド摩擦を増加させるため、結果として、ポンプ効率を低下させてしまう。さらに、シール部がベアリングの隙間から滑り出てしまうことを防ぐため、ポンプハウジングや制御リングには、シール部を所定の位置に保持する特定の保持手段を設けなければならない。

本願発明の目的は、コスト効率が良く、信頼性があり、効率的な可変容量型潤滑ポンプを提供することである。

上記目的は、請求項１に記載の特徴を有する可変容量型潤滑油ポンプによって達成される。

本願発明に係る可変容量型潤滑油ポンプには、ポンプ入口およびポンプ出口を画定するポンプハウジングが設けられている。典型的には、ポンプ入口は潤滑油タンクと流体接続され、ポンプ出口は、エンジンと流体接続されてエンジンに加圧潤滑油を供給する。

また、本願発明に係る可変容量型潤滑油ポンプには、ポンプハウジング内に配置され、略円筒形のポンプチャンバを半径方向に制限する制御リングが設けられている。制御リングは、ポンプハウジングに対して直線的に変位可能であることが好ましい。いずれの場合も、制御リングは、ポンプハウジング内で回動可能にヒンジ接続されていない。典型的には、ポンプチャンバの半径方向断面は真円形である。一方、ポンプチャンバの半径方向断面を非真円形、例えばわずかに楕円形に設け、ポンプ効率やポンプ圧力制御を改善するように構成してもよい。

また、本願発明に係る可変容量型潤滑油ポンプには、ポンプ出口と流体接続される出口チャンバが設けられている。出口チャンバは、制御リングに直接隣接して位置し、制御リングの半径方向外側によって部分的に制限される。ポンプの作動中は、出口チャンバは加圧潤滑油で満たされている。出口チャンバと制御リングとの間の境界面、すなわち、出口チャンバと直接的に流体接触している制御リングの半径方向外面の一部により、制御リングの外側圧力面が画定される。

また、本願発明に係る可変容量型潤滑油ポンプには、制御リング内、特に、ポンプチャンバ内に配置される回転可能なポンプロータが設けられている。ポンプロータは、複数のポンプチャンバ室を画定する複数のロータベーンを備えている。ロータベーンが制御リング内で回転し、それに伴ってポンプチャンバ室が同様に回転することにより、入口チャンバから出口チャンバ内に潤滑油が注入される。ポンプロータは、例えばベルト駆動装置または歯車装置を介して、エンジンによって機械的に駆動される。ポンプロータの回転軸は固定されているため、制御リングを変位させることによって周囲の制御リングに対するポンプロータの偏心が変化し、結果として、ポンプの容積が制御される。このように、可変容量型潤滑油ポンプの容積推移は制御される。

また、本願発明に係る可変容量型潤滑油ポンプは、制御リングの吐出開口部に隣接して位置し、そのため、吐出開口部を介してポンプチャンバと流体的に接続されるポンプチャンバ室によって画定されるポンプチャンバ圧力部を備えている。ポンプの作動中は、ポンプチャンバ圧力部は加圧潤滑油で満たされている。ポンプチャンバ室が回転すると、ポンプチャンバ圧力部の範囲は、ポンプ作動中における最小と最大との範囲の間で変化する。ポンプチャンバ圧力部と制御リングとの間の境界面、すなわち、ポンプチャンバ圧力部と直接流体接触している制御リングの半径方向内側の部分は、制御リングの内側圧力面を画定する。

また、本願発明に係る可変容量型潤滑油ポンプには、出口チャンバに隣接して配置され、ポンプハウジング内で制御リングを変位可能に支持する少なくとも１つのスライドベアリングが設けられている。スライドベアリングは、第１スライドベアリング面と、対応する第２スライドベアリング面とを含む。第１スライドベアリング面は、ポンプハウジングによって画定され、スライド平面内に延在する。第２スライドベアリング面は、制御リングによって画定され、第１スライドベアリング面に対向して平行に設けられている。

ポンプの作動中、出口チャンバおよびポンプチャンバの圧力領域は共に加圧潤滑油で満たされるため、制御リングの内側圧力面および外側圧力面は、同じ油圧、特に加圧潤滑油の油圧で負荷される。その結果、潤滑油の圧力によって発生し、制御に影響を与える強度および総油圧負荷力の方向は、圧力面の形状によってのみ決まる。特に、スライド面に対して垂直方向に有効な有効荷重力の強度と方向は、スライド面への圧力面の正投影によって画定される投影面積の割合によって定まる。

本願発明によれば、制御リングおよびポンプハウジングは、スライド面への外側圧力面の正投影によって画定される外側投影面積が、スライド面への内側圧力面の正投影によって画定される最大内側投影面積と比較して小さくなるように設計される。その結果、ポンプの作動中に、スライド面に垂直且つ出口チャンバに向かって有効な油圧負荷力が発生し、制御リングの第２スライドベアリング面がポンプハウジングの第１スライドベアリング面に押し付けられる。これにより、スライドベアリング面の間の隙間が低減するため、スライドベアリング内に別個のシール部を設ける必要なく、スライドベアリングを介した潤滑油の漏れを防ぎ、または少なくとも大幅に抑制できる。本願発明に係る可変容量型潤滑油ポンプによれば、確実かつ効率的に制御リングの位置を制御できるため、結果として、ポンプの容積推移の制御が可能となる。また、スライドベアリング内にシール部を設ける必要がないため、本願発明に係る可変容量型潤滑油ポンプは、非常にコスト効率よく実現できる。

本願発明に係る可変容量型潤滑油ポンプの部分断面図である。 図１の潤滑油ポンプの一部の拡大図である。 図１の潤滑油ポンプにおける、スライド面への制御リングの圧力面の正投影面積の概略図である。

本願発明の好ましい実施形態では、スライド面への外側圧力面の投影面積は、スライド面への内側圧力面の最小投影面積と比較して小さいため、スライドベアリング面を押圧する有効荷重力が、モータロータの回転位置とは無関係に発生する。結果としてベアリングの隙間が最小化されるため、非常に効率的で信頼性の高い潤滑油ポンプが実現する。

外側圧力面は、スライド面に平行に延びるポンプチャンバの中心線の出口側の側方に完全に位置することが好ましい。さらに、外側圧力面は、ポンプチャンバの中心に対して４５°～１３５°の角度範囲内に配置され、ポンプ室中心線から始まる構成とすることが好ましい。このように構成された外側圧力面は、スライド面に対して実質的に完全に垂直で有効な油圧負荷力が発生させるため、制御リングの位置の制御に大きな影響を及ぼさない。結果として、信頼性が高く効率的な潤滑油ポンプが実現する。

本願発明の好ましい実施形態では、制御リングの位置を油圧制御するための制御チャンバが設けられる。典型的には、制御チャンバは、制御リングの前側において、出口チャンバに隣接して円周方向に設けられる。制御チャンバは、スライド面に対して実質的に垂直に延在する制御リングとの境界面を含むため、制御チャンバ内の油圧は、スライド面に対して平行な方向に制御リングに負荷をかける。制御チャンバは、制御リングの円周方向を大きく取り囲み、スライドベアリングまで延在するため、制御チャンバは、スライドベアリングによってのみ出口チャンバから流体的に分離される。このように、制御リングと制御チャンバとの境界面を比較的大きく設けたため、比較的低い油圧制御チャンバ圧力で、比較的高い油圧作動力を発生させることができる。

本願発明の実施形態を、添付の図面を参照して説明する。

図１および図２は、内燃機関１２に加圧潤滑油を供給するための可変容量型潤滑油ポンプ１０を示す。潤滑油ポンプ１０には、固定ポンプハウジング１４と、変位可能な制御リング１６と、回転可能なポンプロータ１８と、が設けられている。制御リング１６はポンプハウジング１４内に配置され、略円筒状のポンプチャンバ２０を半径方向に制限する。

さらに、潤滑油ポンプ１０には、潤滑油タンク２４と流体接続し、ポンプの作動中は実質的に大気圧の潤滑油で満たされる入口チャンバ２２が設けられている。入口チャンバ２２は、制御リング１６の吸引開口部２６によってポンプチャンバ２０に対して流体接続される。

さらに、潤滑油ポンプ１０には、エンジン１２と流体接続し、ポンプの作動中は加圧潤滑油で満たされる出口チャンバ２８が設けられている。出口チャンバ２８は、ポンプチャンバ２０の側部において、入口チャンバ２２と実質的に反対側に位置し、制御リング１６の半径方向外側によって部分的に制限される。出口チャンバ２８と制御リング１６との間の境界面により、制御リングの外側圧力面３０が画定される。圧力面３０は、ポンプチャンバ２０の出口側の側部に完全に位置する。特に、外側圧力面３０は、円形領域Ｓ内に位置する。円形領域Ｓは、ポンプチャンバの中心Ｃに対して４５°～１３５°の角度範囲にわたって延在し、制御リング１６のスライド面Ｐと平行に延びるポンプチャンバの中心線Ｌで始まる。出口チャンバ２８は、制御リング１６の吐出開口部３１によりポンプチャンバ２０に対して流体接続される。

さらに、潤滑油ポンプ１０には、制御リング１６の前側において、入口チャンバ２２と出口チャンバ２８との間に円周方向に配置された制御チャンバ３２が設けられている。ポンプの作動中は、制御チャンバ３２は潤滑油で満たされる。制御チャンバ３２内の潤滑油圧力を制御することで、制御リング１６の位置の油圧制御が可能となり、結果として、ポンプの容積推移を制御できる。

さらに、潤滑油ポンプ１０には、ポンプハウジング１４内で制御リング１６を変位可能に支持するスライドベアリング４２が設けられている。スライドベアリング４２は、出口チャンバ２８および制御チャンバ３２に隣接して配置され、制御チャンバ３２および出口チャンバを流体的に分離する。スライドベアリング４２は、互いに接触する２つのスライドベアリング面４４，４６を含んでいる。第１スライドベアリング面４４はポンプハウジング１４によって画定され、第２スライドベアリング面４６は制御リング１６によって画定される。第１スライドベアリング面４４はスライド平面Ｐ内に延在し、第２スライドベアリング面４６は第１スライドベアリング面４４に対して平行であるため、制御リング１６は、ポンプハウジング１４内でスライド平面Ｐに対して平行に変位する。

ポンプロータ１８は、ポンプチャンバ２０内に配置され、９つのポンプチャンバ室３４ａ－ｉを画定する９つのロータベーン３３ａ－ｉを備える。ポンプの作動中、ロータベーン３３ａ－ｉはポンプチャンバ２０内で回転し、それに伴い、ポンプチャンバ室３４ａ－ｉも同様に回転する。それにより、入口チャンバ２２から出口チャンバ２８内に潤滑油が注入される。ポンプロータ１８は、例えばベルト駆動または歯車装置を介してエンジン１２によって機械的に駆動されるため、エンジン１２の回転速度に常に正比例する回転速度で回転する。

ポンプチャンバ室３４ａ－ｉのうち、吐出開口部に隣接して位置し、そのため吐出開口部３１を介して出口チャンバ２８と流体接続されるポンプチャンバ室により、ポンプチャンバ圧力部３６が画定される。図１に示す例示的なポンプロータの位置においては、ポンプチャンバ圧力部は、ポンプチャンバ室３４ａ－ｄによって画定されている。ポンプチャンバ圧力部３６と制御リング１６の間の境界面は、制御リングの内側圧力面４０を画定する。ポンプロータ１８が回転し、それに伴ってポンプチャンバ室３４ａ－ｉが回転すると、ポンプチャンバ圧力部３６の実際の周方向の範囲、および、内側圧力面４０は、ポンプの作動中における最小範囲Ｅ１と最大範囲Ｅ２との間で変化する。

外側圧力面３０のスライド面Ｐへの正投影は、外側投影面積Ａ１を画定する。ポンプロータ１８の現在の回転位置に応じて、内側圧力面４０のスライド面Ｐへの正投影は、現在の内側投影面積Ａ２を画定する。現在の内側投影面積Ａ２の範囲は、最小内側投影面積Ａ２－ｍｉｎと最大内側投影面積Ａ２－ｍａｘとの間で変化する。図３は、図１および図２に示す例示的なロータ位置における、外側投影面積Ａ１および現在の内側投影面積Ａ２、ならびに最小内側投影面積Ａ２－ｍｉｎおよび最大内側投影面積Ａ２－ｍａｘの概略図を示す。本願発明によれば、ポンプハウジング１４および制御リング１６は、外側投影面積Ａ１が最大内側投影面積Ａ２－ｍａｘに比べて小さくなるように設計されている。さらに、本願発明の本実施形態において、外側投影面積Ａ１は、最小内側投影面積Ａ２－ｍｉｎに比べて小さい。

ポンプの作動中、出口チャンバ２８およびポンプチャンバ圧力部３６は共に加圧潤滑油で満たされるため、外側圧力面３０および内側圧力面４０が同じ油圧で負荷される。外側投影面積Ａ１は、最小内側投影面積Ａ２－ｍｉｎよりも小さいので、制御リング１６は、ポンプの作動中に、スライド面Ｐに対して垂直且つ出口チャンバ２８に向かって有効な有効負荷力Ｆで常に油圧負荷される。制御リング１６の第２スライドベアリング面４６は、ポンプの作動中に、ポンプハウジング１４の第１スライドベアリング面４４に絶えず押し付けられるため、結果として、スライドベアリング面４４、４６間の隙間が最小になる。

１０ 可変容量型潤滑油ポンプ
１２ 内燃機関
１４ ポンプハウジング
１６ 制御リング
１８ ポンプロータ
２０ ポンプチャンバ
２２ 入口チャンバ
２４ 潤滑油タンク
２６ 吸引開口部
２８ 出口チャンバ
３０ 外側圧力面
３１ 吐出開口部
３２ 制御チャンバ
３３ａ－ｉ ロータベーン
３４ａ－ｉ ポンプチャンバ室
３６ ポンプチャンバ圧力部
４０ 内側圧力面
４２ スライドベアリング
４４ 第１スライドベアリング面
４６ 第２スライドベアリング面
Ａ１ 外側投影面積
Ａ２ 現在の内側投影面積
Ａ２－ｍｉｎ 最小内側投影面積
Ａ２－ｍａｘ 最大内側投影面積
Ｃ ポンプチャンバの中心
Ｅ１ 最小範囲
Ｅ２ 最大範囲
Ｆ 有効負荷力
Ｌ ポンプチャンバの中心線
Ｐ スライド平面
Ｓ 円形領域

Claims (5)

1. 加圧潤滑油を供給するための可変容量型潤滑油ポンプ（１０）であって、
   前記可変容量型潤滑油ポンプ（１０）は、
   固定ポンプハウジング（１４）と、
   変位可能な制御リング（１６）と、
   出口チャンバ（２８）と、
   回転可能なポンプロータ（１８）と、
   ポンプチャンバ圧力部（３６）と、
   スライドベアリング（４２）と、を備え、
   前記制御リング（１６）は、前記ポンプハウジング（１４）内に配置され、略円筒形のポンプチャンバ（２０）を半径方向に制限し、
   前記出口チャンバ（２８）は、前記制御リング（１６）の半径方向外側により部分的に制限され、
   前記出口チャンバ（２８）と前記制御リング（１６）との間の境界面は、前記制御リング（１６）の外側圧力面（３０）を画定し、
   前記ポンプロータ（１８）は、前記ポンプチャンバ（２０）内に配置され、複数のロータベーン（３３ａ－ｉ）を備え、
   前記ロータベーン（３３ａ－ｉ）は、複数のポンプチャンバ室（３４ａ－ｉ）を画定し、
   前記ポンプチャンバ圧力部（３６）は、吐出開口部（３１）を介して前記出口チャンバ（２８）に直接的に流体接続されたポンプチャンバ室（３４ａ－ｄ）によって画定され、
   前記ポンプチャンバ圧力部（３６）と前記制御リング（１６）との間の境界面は、前記制御リング（１６）の内側圧力面（４０）を画定し、
   前記スライドベアリング（４２）は、前記出口チャンバ（２８）に隣接し、前記ポンプハウジング（１４）内で前記制御リング（１６）を変位可能に支持し、
   前記スライドベアリング（４２）は、
   前記ポンプハウジングによって画定され、スライド平面（Ｐ）内に延在する第１スライドベアリング面（４４）と、
   前記制御リング（１６）によって画定される第２スライドベアリング面（４６）と、を含み、
   前記スライド面（Ｐ）への前記外側圧力面（３０）の正投影によって画定される外側投影面積（Ａ１）は、前記スライド面（ｐ）への前記内側圧力面（４０）の正投影によって画定される最大内側投影面積（Ａ２－ｍａｘ）に比べて小さい、
   ことを特徴とする可変容量型潤滑油ポンプ（１０）。
2. 前記外側投影面積（Ａ１）は、前記スライド面（ｐ）への前記内側圧力面（４０）の正投影によって画定される最小内側投影面積（Ａ２－ｍｉｎ）に比べて小さい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の可変容量型潤滑油ポンプ（１０）。
3. 前記外側圧力面（３０）は、前記スライド面（Ｐ）と平行に延びるポンプチャンバの中心線（Ｌ）の出口側の側方に完全に配置される、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量型潤滑ポンプ（１０）。
4. 前記外側圧力面（３０）は、前記ポンプチャンバの中心（Ｃ）に対して４５°～１３５°の角度範囲内に配置され、前記ポンプチャンバの中心線（Ｌ）から始まる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の可変容量型潤滑油ポンプ（１０）。
5. 前記制御リング（１６）の位置を油圧的に制御する制御チャンバ（３２）が設けられ、
   前記スライドベアリング（４２）は、前記出口チャンバ（２８）と前記制御チャンバ（３２）とを流体的に分離する、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の可変容量式潤滑ポンプ（１０）。
   

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