JP2017166372A

JP2017166372A - オイルポンプ

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Publication number: JP2017166372A
Application number: JP2016051072A
Authority: JP
Inventors: 勝之双木; Katsuyuki Namiki
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2036-03-15
Also published as: JP6691402B2

Abstract

【課題】キャビテーションを抑制しつつ、エンジンの回転数に応じてオイルの流量が増加してしまうことを防止する。【解決手段】オイルポンプ１は、吸入流路３６からオイルを汲み上げ、吐出流路３８にオイルを吐出する回転体１４と、回転体１４と一体的に回転する第１シャフト１６と、第１シャフト１６と同軸上に配置され、エンジンにより回転される第２シャフト１８と、第１シャフト１６と第２シャフト１８との間に配置され、摩擦力によって第２シャフト１８から第１シャフト１６にトルクを伝達する摩擦部材２２と、吐出流路３８内の油圧によって第１シャフト１６を第２シャフト１８に押し付ける押付部２６と、を備え、エンジンの回転数の上昇とともに、フリクショントルクが上昇してしまうことを防止することも可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンにより駆動されるオイルポンプに関する。

従来、車両に搭載されるオイルポンプは、エンジンにより駆動され、変速機等にオイルを供給している。しかしながら、オイルポンプの最低吐出量（流量）は、変速機等で必要とされる必要流量以上でなければならない。そのため、オイルポンプは、低負荷時等に、必要流量以上の流量でオイルを吐出することになり、損失が大きくなってしまうといった問題があった。

そこで、特許文献１では、可変容量型のオイルポンプによってオイルの流量を変化させることで、必要流量よりも流量が大幅に増加してしまうことを抑制するようになされている。

特開２００３−２０１９７６号公報

しかしながら、可変容量型ポンプは、ポンプ室の容積を変化させる構造であるため、オイルポンプにとって最適なポンプ室の形状となる容積の場合にはキャビテーションが発生しないが、ポンプ室が最適な形状を取れないような容積となる場合には、キャビテーションが発生するおそれがあった。

そこで、本発明は、キャビテーションを抑制しつつ、エンジンの回転数に応じてオイルの流量が増加してしまうことを防止することが可能なオイルポンプを提案することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のオイルポンプは、吸入流路からオイルを汲み上げ、吐出流路に該オイルを吐出する回転体と、前記回転体と一体的に回転する第１シャフトと、前記第１シャフトと同軸上に配置され、エンジンにより回転される第２シャフトと、前記第１シャフトと前記第２シャフトとの間に配置され、摩擦力によって該第２シャフトから該第１シャフトにトルクを伝達する摩擦部材と、前記吐出流路内の油圧によって前記第１シャフトを前記第２シャフトに押し付ける押付部と、を備える。

また、前記摩擦部材は、前記第２シャフトから前記第１シャフトに伝達される最大伝達トルク以上のトルクが該第２シャフトから伝達された場合、該第１シャフトおよび該第２シャフトの間で滑って該最大伝達トルクを該第１シャフトに伝達するとよい。

また、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの一方を、該第１シャフトおよび該第２シャフトの他方に付勢する付勢部をさらに備えるとよい。

本発明によれば、キャビテーションを抑制しつつ、エンジンの回転数に応じてオイルの流量が増加してしまうことを防止することができる。

オイルポンプの構成を示す概略図である。エンジンの回転数および流量の関係を示す図である。吐出流路の油圧が一定の場合におけるエンジンの回転数およびトルクの関係を示す図である。エンジンの回転数が一定と仮定した場合におけるトルクの変化を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、オイルポンプ１の構成を示す概略図である。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。なお、図１中、オイルの流れを白抜き矢印で示す。

図１に示すように、オイルポンプ１は、所謂内接歯車ポンプであって、ボディ１０、カバー１２、回転体１４、第１シャフト１６、第２シャフト１８、軸受２０、摩擦部材２２、付勢部２４、押付部２６を含んで構成される。

オイルポンプ１は、ボディ１０およびカバー１２の内部に、回転体１４、第１シャフト１６、軸受２０を収容した状態で、ケーシング２８に不図示の締結部材で締結される。

ボディ１０には、第１シャフト１６が挿通されるシャフト孔１０ａが形成されており、カバー１２には、第１シャフト１６が挿通されるシャフト孔１２ａが形成されている。第１シャフト１６は、シャフト孔１０ａおよびシャフト孔１２ａに軸受２０を介して回転自在に支持される。

また、ボディ１０には、シャフト孔１０ａと連通するようにして、カバー１２に対向する側面に、収容穴１０ｂが形成されており、回転体１４が収容穴１０ｂに収容されている。

回転体１４は、インナーロータ１４ａおよびアウターロータ１４ｂにより構成されている。インナーロータ１４ａは、外周面に複数の外歯が設けられ、第１シャフト１６に中心で支持されて第１シャフト１６と一体的に回転する。アウターロータ１４ｂは、内周面に複数の内歯が設けられ、インナーロータ１４ａの外周側に配置されている。

インナーロータ１４ａの外歯は、アウターロータ１４ｂの内歯よりも歯の数が１つ少なく、インナーロータ１４ａとアウターロータ１４ｂとは、互いに偏心した状態で噛合されている。インナーロータ１４ａとアウターロータ１４ｂとにより形成される複数の空間がポンプ室３０となっており、インナーロータ１４ａが回転すると、アウターロータ１４ｂも一体となって回転するが、このとき、複数のポンプ室３０が、順次、縮小と拡大を繰り返すこととなる。

ボディ１０には、収容穴１０ｂにおける回転体１４の回転に伴ってポンプ室３０の容積が拡大する範囲に対向する位置に開口するとともに、収容穴１０ｂよりも外周側に、カバー１２側に開口した吸入流路１０ｃが形成されている。

また、ボディ１０には、収容穴１０ｂにおける回転体１４の回転に伴ってポンプ室３０の容積が縮小する範囲に対向する位置に開口するとともに、収容穴１０ｂよりも外周側に、カバー１２側に開口した吐出流路１０ｄが形成されている。

カバー１２には、第１シャフト１６の軸方向に貫通するように形成され、一方がケーシング２８側に開口し、他方が、収容穴１０ｂにおける回転体１４の回転に伴ってポンプ室３０の容積が拡大する範囲に対向する位置と、ボディ１０の収容穴１０ｂよりも外周側とに開口した吸入流路１２ｂが形成されている。そして、吸入流路１２ｂは、ボディ１０の収容穴１０ｂよりも外周側に開口した部分が、ボディ１０の吸入流路１０ｃと連通されている。

また、カバー１２には、第１シャフト１６の軸方向に貫通するように形成され、一方がケーシング２８側に開口し、他方が、収容穴１０ｂにおける回転体１４の回転に伴ってポンプ室３０の容積が縮小する範囲に対向する位置と、ボディ１０の収容穴１０ｂよりも外周側とに開口した吐出流路１２ｃが形成されている。そして、吐出流路１２ｃは、ボディ１０の収容穴１０ｂよりも外周側に開口した部分が、ボディ１０の吐出流路１０ｄと連通されている。

ケーシング２８は、オイルパン３２の鉛直方向の上側まで延在しており、オイルパン３２に貯留されたオイルにストレーナ３４の先端が浸かるように、底部にストレーナ３４が固定されている。また、ケーシング２８には、ストレーナ３４から、カバー１２の吸入流路１２ｂに連通するように吸入流路２８ａが形成されている。

また、ケーシング２８には、一端がカバー１２の吐出流路１２ｃに連通された吐出流路２８ｂが形成されている。

このようにして構成されるオイルポンプ１では、ケーシング２８の吸入流路２８ａ、カバー１２の吸入流路１２ｂ、および、ボディ１０の吸入流路１０ｃが連通している。また、オイルポンプ１では、ボディ１０の吐出流路１０ｄ、カバー１２の吐出流路１２ｃ、および、ケーシング２８の吐出流路２８ｂが連通している。

吐出流路２８ｂの下流には、吐出流路２８ｂ（吐出流路３８）内の油圧（流量）を調整可能なバルブ４２が設けられており、ＴＣＵ（Torque Control Unit）の制御に基づいて吐出流路２８ｂ（吐出流路３８）の油圧（流量）が調整される。

なお、以下では、ケーシング２８の吸入流路２８ａ、ボディ１０の吸入流路１０ｃ、および、カバー１２の吸入流路１２ｂを纏めて単に吸入流路３６と呼ぶ。また、ボディ１０の吐出流路１０ｄ、カバー１２の吐出流路１２ｃ、および、ケーシング２８の吐出流路２８ｂを纏めて単に吐出流路３８と呼ぶ。

したがって、オイルポンプ１は、回転体１４の回転に伴って回転体１４の負圧作用で、オイルパン３２に貯留されたオイルを、ストレーナ３４および吸入流路３６を介して、ポンプ室３０に導く。そして、ポンプ室３０に導かれたオイルは、回転体１４の回転に伴う圧縮作用でポンプ室３０から吐出流路３８に吐出され、変速機の各部に供給される。

このようにして、オイルポンプ１は、オイルパン３２に貯留されたオイルを変速機の各部へ供給することができる。

また、第２シャフト１８は、第１シャフト１６と同軸上に配置され、第１シャフト１６および第２シャフト１８の間に摩擦部材２２が配置されている。第２シャフト１８は、エンジンのクランクシャフトに対してトルクコンバータおよび駆動チェーンを介して接続されており、エンジンの回転数に応じて（比例して）回転する。

摩擦部材２２は、第１シャフト１６および第２シャフト１８が相対的に近接すると、摩擦力によって第２シャフト１８から第１シャフト１６にトルク（伝達トルク）を伝達する。また、詳しくは後述する押付部２６による押付力によって第２シャフト１８から第１シャフト１６に伝達可能な最大のトルク（最大伝達トルク）が変化し、最大伝達トルク以上のトルクが第２シャフト１８から伝達されると、摩擦部材２２は、第１シャフト１６と第２シャフト１８との間で滑って、第２シャフト１８から第１シャフト１６に最大伝達トルクを伝達する。

つまり、摩擦部材２２は、第２シャフト１８から伝達されるトルクが最大伝達トルクとなるまでは第１シャフト１６と第２シャフト１８との間で滑ることなく第２シャフト１８から伝達されるトルクの全てを第１シャフト１６に伝達する。そして、摩擦部材２２は、第２シャフト１８から伝達されるトルクが最大伝達トルクより大きくなると、第１シャフト１６と第２シャフト１８との間で滑って最大伝達トルクを第１シャフト１６に伝達する。

また、第２シャフト１８は、付勢部２４によって第１シャフト１６側に常時付勢されている。なお、付勢部２４は、例えばバネによって構成され、詳しくは後述するように、エンジンの始動時等、オイルポンプ１から排出されるオイルの油圧が０である場合（押付力が０の場合）に、第２シャフト１８から第１シャフト１６にトルクを伝達するために設けられている。そして、付勢部２４の付勢力は、エンジンの始動時に、第２シャフト１８から第１シャフト１６にトルクを伝達できる程度に設定されている。

また、ケーシング２８には、第１シャフト１６と対向する位置に、カバー１２側に開口する収容穴２８ｃが形成されているとともに、吐出流路２８ｂと収容穴２８ｃとを連通させる連通孔２８ｄが形成されている。

収容穴２８ｃには、押付部２６が設けられ、収容穴２８ｃの内周面と押付部２６の外周面との間にシール部４０が設けられる。押付部２６は、例えばピストンでなり、第１シャフト１６の端面に当接面２６ａが当接されるとともに、当接面２６ａとは反対側の背面２６ｂが連通孔２８ｄに臨んで配置される。

したがって、オイルポンプ１が駆動し吐出流路３８にオイルが吐出されると、吐出流路３８内で生じる油圧が連通孔２８ｄを介して押付部２６の背面２６ｂに作用する。これにより、押付部２６は、吐出流路３８内の油圧に比例した押付力で、第１シャフト１６を第２シャフト１８に向かって押し付ける。

これにより、摩擦部材２２は、第１シャフト１６および第２シャフト１８との間で摩擦力を発生させ、その摩擦力によって、第２シャフト１８から第１シャフト１６にトルクを伝達することになる。

なお、押付部２６の背面２６ｂの面積は、下記の（１）式〜（３）式に基づいて、エンジンが所定の回転数（例えば、２０００ｒｐｍ）以上の場合にポンプ駆動トルクが最大伝達トルクよりも大きくなるように設定される。
押付部２６の押付力＝吐出流路３８の油圧×押付部２６の背面２６ｂの面積・・・（１）
最大伝達トルク＝押付部２６の押付力×摩擦部材２２の摩擦係数×摩擦部材２２の摩擦面積・・・（２）
ポンプ駆動トルク＝油動トルク（吐出流路３８の油圧×流量／第１シャフト１６の回転数）＋フリクショントルク・・・（３）

図２は、エンジンの回転数および流量の関係を示す図である。ここでは、オイルポンプ１によって吐出されるオイルの流量について、オイルポンプ１の動作とともに説明する。

オイルポンプ１は、上記したように、エンジンの始動時には、オイルを吐出していないので、吐出流路３８の油圧は０である。そして、エンジンが始動すると、エンジンの回転に伴って第２シャフト１８が回転されるが、このとき、オイルポンプ１では、付勢部２４の付勢力によって、摩擦部材２２に摩擦力が生じ、第２シャフト１８から第１シャフト１６にトルクが伝達される。

そうすると、オイルポンプ１では、第１シャフト１６が回転駆動され、オイルパン３２に貯留されたオイルが吸入流路３６を介して回転体１４によって汲み上げられ、吐出流路３８に排出されて吐出流路３８の油圧が上昇する。

吐出流路３８の油圧が上昇すると、連通孔２８ｄを介してその油圧が押付部２６の背面２６ｂに作用し、押付部２６が第１シャフト１６を第２シャフト１８に押し付ける押付力を発生させる。エンジンの始動後は、押付部２６によって発生した押付力により、摩擦部材２２が、第２シャフト１８から第１シャフト１６にトルクを伝達する。

そして、エンジンの回転数が高くなっていくに連れて第２シャフト１８および第１シャフト１６の回転数も上昇していくと、図２に示すように、回転体１４によって吐出されるオイルの流量Ｆ１も上昇していく。

また、エンジンの回転数が所定の回転数Ｎ１（例えば、２０００ｒｐｍ）に達し、第２シャフト１８から第１シャフト１６に伝達されるトルクが最大伝達トルクに達すると、摩擦部材２２が滑り始める。摩擦部材２２が滑り始めると、摩擦部材２２によって伝達されるトルクが最大伝達トルクとなり、エンジンの回転数によらず第１シャフト１６の回転数が一定となる。また、押付部２６の背面２６ｂの面積が、流量が必要流量Ｆ２よりも多くなった際に摩擦部材２２が滑るように設定されているので、回転体１４によって吐出されるオイルの流量Ｆ１も必要流量Ｆ２よりも多い状態で一定となる。

一方、比較例として、エンジンの回転数に比例してロータと一体回転するシャフトが回転されるオイルポンプの場合には、エンジンの回転数に比例してオイルの流量Ｆ３も増加してしまうため、必要流量Ｆ２よりも多量のオイルを変速機に供給してしまうとともに、キャビテーションが発生することになる。

これに対して、オイルポンプ１は、エンジンの回転数が増加しても、必要流量Ｆ２とほぼ同量の流量Ｆ１で維持されるため、キャビテーションの発生を抑制することができるとともに、エンジンの回転数に応じてオイルの流量Ｆ１が増加してしまうことを防止することができる。

図３は、吐出流路３８の油圧が一定の場合におけるエンジンの回転数およびトルクの関係を示す図である。吐出流路３８の油圧がバルブ４２によって一定に保たれている場合、第２シャフト１８から第１シャフト１６に伝達可能な最大伝達トルクＴ１は、エンジンの回転数によらず、常に一定である。

また、回転体１４がオイルを汲み上げるための油動トルクＴ２は、吐出流路３８の油圧が一定条件下では、エンジンの回転数によらず常に一定である。また、回転体１４とボディ１０およびカバー１２との間に発生するフリクショントルクＴ３は、第１シャフト１６の回転数に比例して増加していき、最大伝達トルクＴ１と油動トルクＴ２およびフリクショントルクＴ３の和、つまり、回転体１４を駆動させるために第１シャフト１６に作用するポンプ駆動トルクが釣り合うと、摩擦部材２２が滑り始め一定となる。

その後、エンジンの回転数が上昇しても、第１シャフト１６の回転数は一定となるため、フリクショントルクＴ３も一定となる。

一方、比較例として、エンジンの回転数に比例してロータと一体回転するシャフトが回転されるオイルポンプの場合には、エンジンの回転数に比例してフリクショントルクＴ４も増加する。

これに対して、オイルポンプ１は、エンジンの回転数の上昇とともにフリクショントルクＴ４が上昇してしまうことを防止し、エンジンの回転数に比例してフリクショントルクＴ４が上昇する場合と比べ、フリクショントルクＴ３を低減することができる。

図４は、エンジンの回転数が一定と仮定した場合におけるトルクの変化を説明する図である。図４に示すように、エンジンの回転数Ｎ１１が一定の条件において、例えば時刻Ｓ１で吐出流路３８の油圧Ｐ１が低下した場合には、押付部２６に作用する油圧も低下するので、押付部２６による第１シャフト１６に作用する押付力も低下する。これにより、摩擦部材２２によって第２シャフト１８から第１シャフト１６に伝達される伝達トルク（最大伝達トルク）Ｔ１１も低下する。また、伝達トルクＴ１１が低下することにより、回転体１４の油動トルクＴ１２も低下することになるが、第１シャフト１６の回転数Ｎ１２は一定に保たれるとともに、フリクショントルクＴ１３も一定に保たれる。

一方、例えば時刻Ｓ２で吐出流路３８の油圧Ｐ１が上昇した場合には、押付部２６に作用する油圧も上昇するので、押付部２６による第１シャフト１６に作用する押付力も増加する。これにより、摩擦部材２２によって第２シャフト１８から第１シャフト１６に伝達される伝達トルク（最大伝達トルク）Ｔ１１も上昇する。また、伝達トルクＴ１１が上昇することにより、回転体１４の油動トルクＴ１２も上昇することになるが、第１シャフト１６の回転数Ｎ１２は一定に保たれるとともに、フリクショントルクＴ１３も一定に保たれる。

これにより、オイルポンプ１は、吐出流路３８の油圧Ｐ１が増加し、オイルポンプ１の油動トルクが上昇しても、第１シャフト１６の回転数を低下させることがないため、一定量の流量（吐出量）を保持することができる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

なお、上記の実施形態において、オイルの供給先として変速機を例に挙げて説明したが、これに限らず、エンジンにオイルを供給するオイルポンプに適用することができる。

また、上記の実施形態において、オイルポンプ１が内接歯車ポンプである場合について説明したが、これに限らず、外接歯車ポンプやベーンポンプ等、回転体によりオイルが汲み上げられるオイルポンプに適用することができる。

また、上記の実施形態において、第１シャフト１６と押付部２６とが別体として設けられるようにしたが、これに限らず、第１シャフト１６と押付部２６とは一体であってもよい。つまり、第１シャフト１６が押付部２６として機能してもよい。

また、上記の実施形態において、付勢部２４が第２シャフト１８を第１シャフト１６に付勢するようしたが、これに限らず、付勢部２４が第１シャフト１６を第２シャフト１８に付勢するようにしてもよい。つまり、付勢部２４は、エンジンの始動時に、第１シャフト１６および第２シャフト１８の一方を、第１シャフト１６および第２シャフト１８の他方に付勢し、摩擦部材２２でトルクの伝達ができるようにすればよい。

本発明は、エンジンにより駆動されるオイルポンプに利用できる。

１オイルポンプ
１６第１シャフト
１８第２シャフト
２２摩擦部材
２４付勢部
２６押付部

Claims

吸入流路からオイルを汲み上げ、吐出流路に該オイルを吐出する回転体と、
前記回転体と一体的に回転する第１シャフトと、
前記第１シャフトと同軸上に配置され、エンジンにより回転される第２シャフトと、
前記第１シャフトと前記第２シャフトとの間に配置され、摩擦力によって該第２シャフトから該第１シャフトにトルクを伝達する摩擦部材と、
前記吐出流路内の油圧によって前記第１シャフトを前記第２シャフトに押し付ける押付部と、
を備えることを特徴とするオイルポンプ。
前記摩擦部材は、
前記第２シャフトから前記第１シャフトに伝達される最大伝達トルク以上のトルクが該第２シャフトから伝達された場合、該第１シャフトおよび該第２シャフトの間で滑って該最大伝達トルクを該第１シャフトに伝達することを特徴とする請求項１に記載のオイルポンプ。
前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの一方を、該第１シャフトおよび該第２シャフトの他方に付勢する付勢部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のオイルポンプ。