(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（７０）用の加圧潤滑油を提供するための可変容量形潤滑油ポンプ（１０）であって、
シフト可能な固定子リング（１３）内で回転する、半径方向で摺動可能なベーン（１５）を有する回転子（１４）を備え、前記固定子リング（１３）が、前記固定子リング（１３）を高ポンピング体積方向に押す第１のプランジャ（２１）によって押され、
ポンプがさらに、前記加圧潤滑油の潤滑油排出圧力を制御するための圧力制御システムを備え、前記圧力制御システムが第１の制御チャンバ（２２）を備え、前記第１の制御チャンバ（２２）内に前記第１のプランジャ（２１）が軸方向で移動可能に設けられており、
ポンプがさらに、ポンプ出口ポート（２５）を前記第１の制御チャンバ（２２）と接続する第１の圧力管路（２８ａ）を備えるポンプにおいて、
前記第１の制御チャンバ（２２）の側壁（５２）に可動出口開口（４２）を備え、該可動出口開口（４２）が、軸方向突出部とともに移動可能であり、低圧に接続され、
前記可動出口開口（４２）と前記第１のプランジャ（２１）とが、前記第１のプランジャの位置および前記出口開口の位置に応じて前記第１のプランジャ（２１）が前記可動出口開口（４２）を覆い、それにより閉じるように配置されており、
前記可動出口開口（４２）が、前記潤滑油の温度によって影響されるサーモスタットエレメント（５４）によって作動されるものであり、前記潤滑油温度が低い場合に、低ポンピング体積を生ぜしめる位置に前記可動出口開口（４２）を移動し、前記潤滑油温度が高い場合に、より高いポンピング体積を生ぜしめる位置に前記可動出口開口（４２）を移動することを特徴とする、可変容量形潤滑油ポンプ。
【請求項２】
前記可動出口開口（４２）が、半径方向穴（４６）として、可動なスライダ（４４）に設けられている、請求項１記載の可変容量形潤滑油ポンプ（１０）。
【請求項３】
前記スライダ（４４）に、前記半径方向穴（４６）を周囲圧力と接続する軸方向管路（４８）が設けられている、請求項２記載の可変容量形潤滑油ポンプ（１０）。
【請求項４】
前記スライダ（４４）が、前記スライダ（４４）の遠い方の端部に設けられたサーモスタットエレメント（５４）と、前記スライダ（４４）の近い方の端部に設けられたばね（５６）によって押されるようになっている、請求項１から３のいずれか１項記載の可変容量形潤滑油ポンプ（１０）。
【請求項５】
第２の制御チャンバ（２０）および第２のプランジャ（１９）が、共に前記第１の制御チャンバ（２２）および前記第１のプランジャ（２１）の逆側において設けられており、前記第２の制御チャンバ（２０）が、圧力管路（２７）によって前記ポンプ出口ポート（２５）と接続されている、請求項１から４のいずれか１項記載の可変容量形潤滑油ポンプ（１０）。
【請求項６】
前記第１のプランジャ（２１）が、予荷重ばね（２２ａ）によって押されている、請求項１から５のいずれか１項記載の可変容量形潤滑油ポンプ（１０）。
【請求項７】
前記第１のプランジャ（２１）の有効受圧面積（Ａ２）が、前記第２のプランジャ（１９）の有効受圧面積（Ａ１）よりも大きい、請求項１から６のいずれか１項記載の可変容量形潤滑油ポンプ（１０）。
【請求項８】
前記第１のプランジャ（２１）の有効受圧面積（Ａ２）が、前記第２のプランジャ（１９）の有効受圧面積（Ａ１）よりも４０％〜７０％大きい、請求項１から７のいずれか１項記載の可変容量形潤滑油ポンプ（１０）。
【請求項９】
圧力スロットル弁（２９）が前記第１の圧力管路（２８ａ）に設けられている、請求項１から８のいずれか１項記載の可変容量形潤滑油ポンプ（１０）。
【請求項１０】
前記第１の制御チャンバ（２２）と、前記可動出口開口（４２）によって影響されない、高い吐出し圧力では開きかつ低い吐出し圧力では閉じている圧力制御弁（３０）によって制御される低圧側との間に、別の排出管路（３４）が設けられている、請求項１から９のいずれか１項記載の可変容量形潤滑油ポンプ（１０）。
【請求項１１】
前記サーモスタットエレメント（５４）を加熱するための電気加熱エレメント（６０）が設けられている、請求項１から１０のいずれか１項記載の可変容量形潤滑油ポンプ（１０）。
【請求項１２】
前記スライダ（４４）に封止リング（６２、６３）が設けられている、請求項２から１１のいずれか１項記載の可変容量形潤滑油ポンプ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用の可変容量形潤滑油ベーンポンプであって、シフト可能な固定子リング内で回転する、半径方向に摺動可能なベーン（羽根）を有する回転子を備え、固定子リングを高ポンピング体積方向に押す第１のプランジャによって固定子リングを押すことができる可変容量形潤滑油ベーンポンプに関する。
【０００２】
従来技術の可変容量形ベーンポンプが、国際公開第２００５／０２６５５３号から知られている。このポンプには、潤滑油の排出圧力を制御するための圧力制御システムが設けられている。この圧力制御システムは第１の制御チャンバを備え、この第１の制御チャンバ内には、軸方向で移動可能な第１のプランジャが提供されている。第１の制御チャンバは、第１の圧力管路を介してポンプ出口と接続されている。また、圧力制御システムは別個の制御エレメントを備えており、この制御エレメントは、ポンプによって提供される加圧潤滑油の圧力をほぼ一定のレベルに保つシリンダ−ピストンエレメントとして実現される。これは、制御チャンバの制御出口を開閉し、固定子リングを低ポンピング体積方向に移動させるか、または高ポンピング体積方向に押すことによって実現される。
【０００３】
この圧力制御は、潤滑油温度など他のパラメータとは無関係である。
【０００４】
本発明の１つの目的は、可変容量形潤滑油ベーンポンプに、パラメータとして潤滑油温度を含む圧力制御を提供することである。
【０００５】
この目的は、請求項１に記載の特徴を備える可変容量形潤滑油ベーンポンプによって解決される。
【０００６】
請求項１に記載の可変容量形潤滑油ベーンポンプは、第１の制御チャンバの側壁に可動出口開口が設けられている。出口開口は、軸方向に延在する張出部において移動可能であり、低圧、例えば周囲圧力に接続されている。この低圧は、ポンプ出口ポート側から第１の制御チャンバへ管路によって伝達される圧力よりも常に低い。出口開口は、軸方向で、または軸方向成分を有する方向で移動可能である。軸方向は、プランジャの移動方向である。側壁は、プランジャを案内する制御チャンバ壁であるが、制御チャンバの前壁ではない。出口開口は、低圧、例えば周囲圧力、すなわち大気圧に接続することができ、例えば潤滑油タンクに接続されている。
【０００７】
シフト可能な固定子リングに接続されかつ制御チャンバ内で軸方向で移動する第１のプランジャが、可動出口開口を覆い、それにより閉じることができる。出口開口は、潤滑油の温度によって影響されるサーモスタットエレメントによって移動される。これは、制御チャンバでの出口開口の位置が潤滑油の温度に依存することを意味する。
【０００８】
潤滑油の温度が低いときには、可動出口開口は、低い最大ポンピング体積を生ぜしめるような位置にある。潤滑油の温度が高いときには、可動出口開口は、比較的高い最大ポンピング体積を生ぜしめるような位置にある。これにより、潤滑油および内燃機関が低温であるときには、ポンプの最大ポンピング体積が比較的低い値に制限され、したがって潤滑油ポンプを駆動するためのエネルギー消費も低減され、その一方で、排出圧力は、依然としてエンジンの十分な潤滑を保証するように十分に高い。
【０００９】
潤滑油の温度が、サーモスタットエレメントと出口開口の端部位置とによって規定される固定値を超えると、最大ポンピング体積はもはや制限されない。
【００１０】
サーモスタットエレメントには、好ましくは電気加熱エレメントが設けられており、この電気加熱エレメントは、ポンピング体積を制限している時間を短縮するためにサーモスタットエレメントを能動的に加熱できるようにする。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、可動出口開口は、半径方向穴として可動スライダに設けられている。スライダは、第１のプランジャと同方向に移動可能であるか、または第１のプランジャの軸方向移動軸線に対して０°〜９０°未満の角度で移動可能である。
【００１２】
好ましくは、スライダには、半径方向穴を低圧、例えば周囲圧力、例えば潤滑油タンク内の大気圧と接続させる軸方向管路が設けられている。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、スライダは、スライダの遠い方の端部に設けられたワックスエレメントと、スライダの近い方の端部に設けられたばねとによって押される。ワックスエレメントは、温度が上昇しているときに、ばね力に反してスライダを第１のプランジャに向けて押す。温度が減少しているとき、ばね力は、後退するワックスエレメントに対して、スライダを第１のプランジャから離れるように押す。この構成は技術的に単純であり、費用対効果が高く、非常に信頼性が高い。
【００１４】
好ましくは、固定子リングに接続された第２の制御チャンバおよび第２のプランジャが提供され、共に第１の制御チャンバおよび第１のプランジャの逆側にある。第２の制御チャンバは、圧力管路によってポンプ出口と接続されている。
【００１５】
１つの好ましい実施形態によれば、第１のプランジャが、予荷重ばねによって高ポンピング体積位置に押される。
【００１６】
１つの好ましい実施形態によれば、第１のプランジャの有効受圧面積が第２のプランジャの有効受圧面積よりも大きい。好ましくは、第１のプランジャの有効受圧面積は、第２のプランジャの有効受圧面積よりも４０％〜７０％大きい。
【００１７】
１つの好ましい実施形態によれば、圧力スロットル弁が第１の圧力管路内に提供されている。このスロットル弁は、潤滑油ポンプの圧力制御システムの潤滑油消費を減少させるものであり、圧力制御システムの一部である。
【００１８】
好ましくは、第１の制御チャンバと周囲圧力との間に別の排出管路が提供されており、この排出管路は、可動出口開口によって影響されず、第２の制御回路を形成している。排出管路は、圧力制御弁によって制御され、この圧力制御弁は、排出される潤滑油の潤滑油圧力が高いときに開き、潤滑油圧力が低いときには閉じている。この第２の制御回路は、潤滑油排出圧力を絶対最大圧力に制限している。
【００１９】
好ましくは、第２の制御回路は、可動出口開口によって確立される第１の制御回路が低ポンピング体積位置にあるときには、過圧を防止するバックアップシステムとして作用し、第１の制御回路が高ポンピング体積位置にあるときには、唯一の制御チャンバとして働く。
【００２０】
本発明の一実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】可変送達ベーンポンプを含むポンピングシステムを示す図である。
【図２】可動出口開口を備える可動スライダを含む第１の制御チャンバを示す図である。
【図３】図２の第１の制御チャンバの断面図である。
【図４】可動スライダを単独で示す図である。
【００２２】
図１に、内燃機関７０に潤滑油を供給するためのポンピングシステム１００の一部としての可変容量形潤滑油ベーンポンプ１０が示されている。ポンプ１０は、キャビティ１２を有する本体１１を備え、キャビティ１２内で、シフト可能な固定子リング１３が並進する。
【００２３】
固定子リング１３は、複数のベーン１５を有する回転子１４を取り囲んでおり、ベーン１５は、矢印Ｗによって示された方向に回転させられるリング形の回転子１４に形成された半径方向スリット１６内で半径方向に移動することができる。ポンプ本体１１は、２つの側壁によって閉じられており、そのうちの一方は図示されていない。側壁、ベーン１５、回転子１４、および固定子リング１３が、いくつかのポンプチャンバ７４を区切っている。１つの側壁には、ポンプチャンバ入口開口７２とポンプチャンバ出口開口７６が設けられている。
【００２４】
回転子１４は、この回転子１４に機械的に接続されたシャフト１７を取り囲んでおりかつシャフト１７を取り囲む浮動リング１８を収容しており、この浮動リング１８にはベーン１５の内端部が支持されている。
【００２５】
シャフト１７は固定中心Ｃ１を有し、固定子リング１３は可動中心Ｃ２を有する。中心Ｃ１とＣ２の間の距離は、ポンプ１０の偏心距離Ｅを表している。ポンプ１０の潤滑油排出性能は、ポンプ１０の下流にあるエンジン７０による要求に応じて偏心距離Ｅを変えることによって変えることができる。
【００２６】
図１に示されるように、固定子リング１３には、第１の制御チャンバ２２内に一部が収容された第１のプランジャ２１と、第２の制御チャンバ２０内に一部が収容された第２のプランジャ１９とが設けられている。プランジャ１９，２１は、固定子リング１３の中心Ｃ２の両側に位置されており、それぞれ制御チャンバ２０および２２に面したそれぞれの前面（受圧面）Ａ１およびＡ２を有している。以下に詳細に説明する理由から、受圧面Ａ２の面積が受圧面Ａ１の面積よりも大きい。より具体的には、試験および計算から、受圧面Ａ２の面積を受圧面Ａ１の面積の１．４〜１．７倍にすべきであることが示されている。
【００２７】
第１の制御チャンバ２２内部の予荷重ばね２２ａは、システム１００がアイドリングしているときにはシステムを最大偏心距離Ｅの状態に保つために、比較的小さい押圧力を受圧面Ａ２に及ぼしている。制御チャンバ２０および２２は、ポンプ１０の本体１１内に形成されている。また、本体１１は、潤滑油タンク２４から潤滑油を吸入するための取入口ポート２３と、潤滑油をエンジン７０に供給するためのポンプ出口ポート２５とを備えている。エンジン７０に潤滑油を供給するために、ポンプ出口ポート２５から管路２６が延在している。
【００２８】
図１に示されるように、エンジン７０に供給される潤滑油は、圧力管路２７を通って第２の制御チャンバ２０に送られ、また、圧力管路２８を通って第１の制御チャンバ２２に供給される。より具体的には、圧力管路２８内の潤滑油は、管路２８ａを通ってスロットル弁２９を介して第１の制御チャンバ２２に供給され、潤滑油がスロットル弁２９を通って流れるときに、調整された圧力降下が生じる。
【００２９】
圧力管路２８は、管路２８ｂによって圧力制御弁３０に接続されている。あるいは、圧力制御弁３０を、エンジン主油路、またはエンジン７０の任意の他の油チャネルに接続することができる。圧力制御弁３０は、ピストン３２を収容したシリンダ３１を有している。より具体的には、図１に示されるように、ピストン３２は、ロッド３２ｃによって互いに接続された第１の部分３２ａと第２の部分３２ｂを有している。ピストン部分３２ａと３２ｂはシリンダ３１と断面が等しく、ロッド３２ｃはシリンダ３１よりも断面が小さい。
【００３０】
シリンダ３１は、管路３４によって第１の制御チャンバ２２に油圧式に接続された入口ポート３３を有する。管路２８ｂは、ピストン３２の部分３２ａの前面Ａ３に、管路２８内の排出圧力を提供する。図１の破線は、制御弁入口ポート３３が第２のピストン部分３２ｂによって閉じられた状況を示す。
【００３１】
ポンプ１０の回転速度の増大に伴って吐出し圧力ｐ１が増大すると、より大きな力が受圧面Ａ３に及ぼされ、予荷重ばね３６の予荷重力に反してピストン３２を移動させ、それにより、潤滑油が、管路３４から弁入口ポート３３および管路３５を通ってタンク２４内に、あるいはポンプ入口ポート２３に流れることができるようになる。管路３５の端部において、潤滑油は大気圧（ｐ０）である。
【００３２】
ピストン３２は、受圧面Ａ３に対する排出圧力（ｐ１）が所与の値を超えたときにのみピストン３２の移動を可能にする力を発生するように設計された適切な寸法の予荷重ばね３６によって、予め付勢されている。エンジン７０からタンク２４への戻り管路３７がポンピングシステム１００を完成させている。
【００３３】
吐出し圧力（ｐ１）が、予荷重ばね３６のばね力を克服するのに十分な力を部分３２ａの受圧面Ａ３に生ぜしめることができる値に達すると、ピストン３２は、図１に示される開いた構成に移動し、その構成では、ピストン３２のロッド３２ｃは、ポート３３において開いた位置に位置決めされ、それにより、潤滑油が、第１の制御チャンバ２２から管路３４および管路３５を通って潤滑油タンク２４内に、あるいは直接的にポンプ入口に、または低圧の任意の他の潤滑油管路に流れることができるようになる。圧力制御弁３０が開いているとき、潤滑油は、管路２８ａに沿ってスロットル弁２９を通って流れ、第１の制御チャンバ２２内は、第２の制御チャンバ２０内の排出圧力（ｐ１）に比べて低い圧力（ｐ２）になる。
【００３４】
２つの異なるチャンバ圧力が固定子リング１３に力を及ぼして、矢印Ｆ１によって示される方向に移動させ、平衡した偏心距離Ｅの値を設定し、これによりエンジン７０への潤滑油の流れが減少する。
【００３５】
排出圧力（ｐ１）が、ばね３６の特性によって決定された一定の圧力値（ｐ*）を超えると、潤滑油がポート３３を通って漏れるようにピストン３２が移動し始める。すなわち、圧力制御弁３０は圧力逃がし装置としても作用し、第１の制御チャンバ２２内に所望の圧力（ｐ２）を生ぜしめる助けとなる。移行状態が終了すると、圧力（ｐ１）と（ｐ*）は等しくなる。
【００３６】
この制御はピストン３２が許す限り継続され、すなわち制御は、圧力制御弁３０によって引き受けられ、この圧力制御弁は、排出圧力（ｐ１）のみによって決定され、望ましくない内部の力によっては全く影響を及ぼされない。
【００３７】
システム１００を用いると、潤滑油の温度が高いときには、回転子１４の回転速度が高くても排出圧力（ｐ１）は一定に保たれる。排出圧力（ｐ１）が、ばね３６によって決定される特定の値（ｐ*）に達すると、固定子リング１３が矢印Ｆ１の方向に移動し始めて、偏心距離Ｅを減少させ、したがってポンプ１０のポンプ体積を減少させる。その結果、排出圧力が減少し、値（ｐ*）未満に下がる傾向があり、したがってピストン３２は中間平衡位置に移動し、制御弁入口ポート３３の大きさを縮小させる。
【００３８】
ポンプ体積は、所与の圧力値では一定のままであり、回転速度が増加するとすぐにポンピング体積を増加させる傾向がある。所与の排出圧力値（ｐ*）を超えると、圧力制御弁３０が制御弁入口ポート３３を開き、潤滑油は、管路３５を通ってタンク２４に流れ、それにより、第１の制御チャンバ２２内の圧力（ｐ２）は（ｐ１）よりも低くなり、固定子リング１３が矢印Ｆ１の方向に移動して、ポンピング体積を減少させ、したがって燃焼機関７０への潤滑油流量を減少させる。
【００３９】
潤滑油が低温であり、したがって第１の制御チャンバ２２の側壁５２の可動出口開口４２が（完全に）覆われておらず、それにより第１のプランジャ２１によって閉じられていない限り、ポンプ１０のポンピング体積の制御は、可動出口開口４２を有するサーモスタットポンプ体積制御システム４０によって引き受けられる。サーモスタットポンプ体積制御システム４０は、図２および３に示されており、潤滑油が低温である限りポンプ体積を制限する。
【００４０】
可動出口開口４２は、半径方向穴４６が設けられた可動スライダ４４の出口開口である。スライダ４４は、チャンバ側壁５２に設けられた長手方向開口４９内で移動するスライダヘッド４７を有している。半径方向穴４６の開放端部が出口開口４２である。半径方向穴４６は、スライダ４４内の軸方向管路４８に通じており、この軸方向管路は、排出管路５０に接続されており、排出された潤滑油を潤滑油タンク２４内に、あるいはポンプ入口２３または低圧の別のポートに導く。
【００４１】
可動スライダ４４および出口開口４２が、軸方向突出部を備えた移動経路を有するように、可動スライダ４４は、プランジャ２１の軸方向移動方向に対して約５°〜１０°の角度で案内される。スライダ４４は、潤滑油の損失を低減するために２つの円形封止リング６２、６３によって封止されている。第１のプランジャ２１の位置に応じて、第１のプランジャ２１は、可動出口開口４２を完全に開いたままにするか、出口開口４２を完全に覆うことによって完全に閉じたままにするか、または出口開口４２を一部のみ覆う。
【００４２】
スライダ４４および出口開口４２の軸方向位置は、遠い方の（外側）端部にあるバイメタルばねまたはワックスエレメント５４の形態でのサーモスタットエレメントと、スライダ４４の近い方の（内側）端部にある反作用ばね５６とによって制御される。潤滑油温度およびサーモスタットエレメント温度が低いときには、スライダ４４およびその出口開口４２は、右（遠位）端部における低ポンピング体積位置にある。これは、第１の制御チャンバ２２内の低圧により固定子リング１３が右に移動するように押されているので、比較的低いポンピング体積に制限する。この位置では、圧力制御弁３０は圧力制御を行っていない。
【００４３】
サーモスタットエレメント５４には電気加熱エレメント６０が設けられており、この電気加熱エレメント６０は、低いポンピング体積に制限している時間を短縮するためにオンに切り換えることができる。
【００４４】
潤滑油およびサーモスタットエレメント５４の温度がより高くなると、スライダ４４およびその出口開口４２が左へ移動して近い方の位置になり、これは主として、より大きなポンピング体積を生ぜしめ、その結果、より高いポンピング排出圧力を生ぜしめる。左（高温側）端部位置では、ポンピング体積は、可動出口開口４２によってはもはや制限されず、したがって、固定子リング１３の位置およびポンプ変位は圧力制御弁３０のみによって制御される。
【００４５】
主として、圧力制御弁３０は、常に最大排出圧力を制限しているが、実際上は可動出口開口４２が閉じられたときにのみ作動状態になる。
【００４６】
サーモスタットエレメント５４の周りを潤滑油が流れるか、またはサーモスタットエレメント５４は潤滑油と熱的に接続しており、したがってサーモスタットエレメント５４は潤滑油とほぼ同じ温度を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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