Variable displacement pump and control system therefor

発明の属する技術分野

本出願は、２００２年４月３日付けで出願された米国仮特許出願第６０／３６９，８２９号に基づく優先権を主張する非仮出願の出願である。

本発明は、可変容積ポンプの吐出量を制御することに関する。 より具体的には、本発明は、内燃機関、伝動装置等における油圧を制御すべく油ポンプを制御することに関する。

従来の技術

内燃機関内の可動部品を適正に潤滑し且つ液圧を適正に提供することが望まれる。 典型的に、エンジンにて使用される油ポンプは、エンジンのクランク軸に直結されている。

この形態は全体として十分であるが、幾つかの不利益な点もある。 第一に、特定／所定の作動状態下にてエンジンが必要とする圧力に対し実際の吐出圧力を十分に制御することができない。 例えば、始動状態の間、エンジン油をエンジンに供給するためより高圧の初期圧力であることが望ましい。 極めて重要な始動時、このことは、直接駆動ポンプでは容易にすることができない。 更に、ポンプ軸の毎分回転数（ＲＰＭ）がエンジンの毎分回転数（ＲＰＭ）に連動する場合、ＲＰＭの範囲を上廻る多くの範囲にて、エンジン油の圧力は、望まれる値よりも高圧又は低圧である。 その結果、エンジンの動力が効率の悪い使われ方をし且つ（又は）エンジン油の潤滑の効率が悪い。

本出願人に譲渡された出願係属中の米国特許第１０／０２１，５６６号において、可変容積ベーンポンプを制御する機械的な液圧構造が図示されている。 このことは、エンジン油の圧力をより最適に制御することを可能にする。 しかし、エンジンの必要性及び変動因子に基づいて何らかの更なる制御を提供することが望まれる。

このように、本発明において、可変容積ベーンポンプの行程距離を直接又は間接的に制御すべくソレノイドを作動させるエンジン制御装置を使用することにより可変容積ベーンポンプを制御する方法及びシステムが提供される。

エンジン制御装置からの入力が任意の作動状態下にてエンジン油の圧力を所望の程度に制御すべくソレノイドを作動させる、液圧可変容積ベーン型ポンプの制御システムである。

特許請求の範囲の記載と共に、図面の説明及び本発明の詳細な説明を検討することにより、本発明が更に理解されよう。

本発明は、詳細な説明及び添付図面からより完全に理解されよう。

発明の実施の形態

好ましい実施の形態の以下の説明は、性質上、単に一例であり、何らかの意味でも、本発明、その適用又は用途を制限することを意図するものではない。

本発明において、エンジン用の可変容積ポンプ１０を制御する方法が提供される。 ソレノイド２６を内蔵する本発明の１つの好ましい実施の形態において、別段の説明がない限り、ソレノイド２６に動力が提供されないとき、ソレノイド２６は、通常、閉じた位置にある、すなわち、不作動とされている。 ソレノイド２６が閉じた位置にあるとき、ポンプ１０による流体の吐出量は大である。 このため、電気の供給が停止したときのような、非常状態のとき、ソレノイド２６はその不作動位置に動き、このため、油の圧力は高圧のままであり、車は修理を受ける迄、運転を続けることができる。 しかし、ソレノイドが閉じた位置にあるとき、ポンプ１０により流体が吐出されるようなシステムの形態とすることもできることを理解すべきである。

図１によれば、ポンプは、その明細書を参考として引用し本明細書に含めた、２０００年１２月１２日付けで出願された出願係属中の米国仮特許出願第１０／０２１，５６６号に記載されたように、ベーン型可変容積ポンプである。 具体的には、ポンプは、エンジンの潤滑回路用として設計されている。 ポンプは、全体として参照番号１０で示してある。 ポンプ１０は、偏心リング１１の移動により、吐出量が変化するベーンポンプとすることができる。 その他の型式のポンプを内蔵することも可能であり、その場合、行程距離すなわち吐出量は作動中、調節することができる。

流量制御弁１２に作用するエンジン油の圧力に基づいて、偏心リング１１を移動させることにより、ポンプ１０の吐出量を機械的に変化させるため流量制御弁１２が使用され、該流量制御弁１２は、偏心リング１１の各側部における制御チャンバの各々内の油量を制御する。 圧縮ばね１６は、パイロット圧力１４に抗して作用し、流量制御弁１２にかなりの圧力を保ち且つパイロット圧力１４が存在しないとき、戻り圧力を提供する。 この特定の実施の形態における流量制御弁１２は、３方向スプール弁のようなスプール弁である。 しかし、流量制御弁１２は、任意の型式の形態のスプール弁とすることができることを認識すべきである。 また、流量制御弁１２は、必ずしも、図６に図示するように、スプール弁である必要はない。 圧縮ばね１６は、弁１２のスプール部分に対し、システムの実際の圧力とシステムの所望の圧力又は目標圧力との差に比例する移動距離を提供する。 圧力差は、弁１８を介して変更可能であり、該弁は、ばね２２に抗して可変の目標ピストン２０に作用する圧力の程度を制御して、弁１２に加わるばね１６の圧力の程度を変化させる。 エンジン制御装置（ＥＣＵ）２４は、エンジンの状態、及び温度、速度及びエンジン負荷のようなパラメータを監視する。 この実施の形態において、エンジン制御装置２４は、圧力、速度及びエンジン負荷のようなエンジンの状態を監視し且つ、次に、所望の油の圧力を選び、弁１８に作用するソレノイド２６に対し適宜な電流を送る。 このことは、ピストン２０に作用する圧力を変化させ且つその位置を変化させ、これにより、所望のエンジン油の目標圧力に対応して、目標圧力を降下又は上昇させる。 次に、流量制御弁１２は、ポンプ１０の偏心リング１１を調節して目標圧力を維持する。

図２を参照すると、図１と同様の部品は、１００番台の同様の参照番号で表示してある。 この実施の形態の作用は図１に示した実施の形態と同様である。 弁１１２ａは、閉じた弁中央部分１１２ｂを有している。 しかし、主要な作動上の相違点は、減圧及び圧力調節弁１２８を使用することである。 調節弁１２８は、ソレノイド弁１１８に対し一定の入力圧力を形成し、図１にて、ポンプ１０の吐出ポートからソレノイド制御弁１８内に得た圧力は、この場合、一定の圧力となり、このため、ピストン１２０に作用する可変の目標圧力を一層良く制御する。 このことは、最終的に、ポンプ１１０の偏心リング１１１の所望の移動を一層良く制御することになる。

図２Ａは、図２と同様の仕方にて作用する。 図２と図２Ａの主要な相違点は、図２Ａの減圧及び圧力調節弁１２８は、ピストン１２０に直接作用する一定の目標圧力を発生させる点である。 ソレノイド１２６は、開き又は閉じて、ピストン１２０に作用する流体の圧力を更に調節する。 ソレノイド１２６が弁１１８ａを閉じた位置まで移動すると、可変の目標圧力は上昇する。 ソレノイド１２６が弁１１８ａを開いた位置まで移動させると、流体が小さい抵抗にてサンプまで移動するので、可変目標圧力は降下する。 更に、フィルタ後方の減圧及び圧力調節弁１２８に圧力を供給する前に、減圧されていない圧力がスプール弁１１２Ａに供給される。 図２において、エンジン制御装置１２４はピストン１２０を位置決めし得るようにソレノイド１２６を制御するが、エンジン制御装置１２４は油圧力を直接感知しないから、同様に、この実施の形態も油の流量及び圧力を制御する受動型システムである。

図３を参照すると、図２に示したものと同様の部品は、２００番台の同様の参照番号で表示されている。 図３において、弁２１８により調節される圧力源は、吐出管からではなくて、パイロット管から得られる。 その他の点にて、制御作用は、図１及び図２に示したものと同様である。

図４を参照すると、図３に図示したものと同様の部品は、３００番台の同様の参照番号で表示されている。 この特定の実施の形態において、ソレノイド３２６は可変目標ピストン３２０の移動を直接制御する。 エンジン制御装置３２４は、ソレノイド３２６に接続され且つソレノイドの作動を制御する。 この実施の形態の構成（すなわち、ソレノイドが可変目標ピストン３２０に直接作用する形態）は、追加的な液圧を使用せずに、エンジンの制御装置３２４の命令に従って可変目標ピストンを直接調節することを許容する。

図５を参照すると、図４と同様の部品は、４００番台の同様の参照番号で表示されている。 図５を参照すると、この実施の形態は、ポンプ４１０の往復作動状態（ｏｎ−ｓｔｒｏｋｅ）又は非往復作動状態（ｄｅ−ｓｔｒｏｋｅ）を調節し得るように流量制御スプール弁４１２に直接取り付けられたソレノイド４２６を有している。 ソレノイド４２６は、エンジン制御装置４２４に直接接続されている。 エンジン制御装置４２４は、エンジン回路内の圧力変換器からパイロット圧力を採取し、現在の実際の圧力及び目標圧力に基づいて最良のスプール位置に関して適正な計算を行なう。 戻しばね４１６は、ソレノイド４２６の入力が存在しないとき、流量制御スプール弁４１２を調節し得るように復帰圧力を提供し且つ、スプールの位置対電流の所定の関数を許容する。

図６を参照すると、図５と同様の部品は、５００番台の同様の参照番号で表示されている。 図６を参照すると、極めて簡単な制御機構が制御ソレノイド５２６により使用され、その制御ソレノイドは、ポンプ５１０の非往復作動（ｄｅ−ｓｔｒｏｋｅ）アクチュエータを制御し得るように弁５１２Ａを移動させる。 ソレノイド５２６は大型のピストンに作用する圧力を調節し、該ピストンは反対側にて小型のピストンに作用する吐出圧力に抗して推進する。 単独でも作用可能である（図示するように）偏心制御リングを制御入力に対し均衡させるため、往復作動（ｏｎ−ｓｔｒｏｋｌｅ）戻しばねが設けられている。 この実施の形態において、エンジン制御装置５２４は、エンジン回路内で圧力変換器からパイロット圧力を採取し、弁５１２Ａの最良の位置に関して適正な計算を行なう。

図７を参照すると、図６と同様の部品は６００番台の同様の参照番号で表示されている。 図７は、偏心リングに対する作動ピストンに直接作用し、又は偏心リングに直接作用するソレノイド６２６をエンジン制御装置６２４が直接制御する別の実施の形態である。 このことは、油の圧力回路内のパイロット圧力を監視するＥＣＵ６２４に基づいてポンプ６１０の吐出量を直接制御することを許容する。

図８には、ソレノイド７２６がスプールの流量制御弁７１２を直接作動させる、更なる実施の形態が図示されている。 この場合にも、ＥＣＵ７２４はエンジン油回路の圧力を監視し且つＥＣＵによって計算される必要なエンジン油圧力に従ってソレノイドを調節する。 この実施の形態において、吐出部からの圧力は、ソレノイド弁によって降下され且つ流量制御スプール弁７１２の位置をばねに抗して偏倚させ、ポンプの吐出量を変化させるために使用される。 ソレノイドにおける流れは、図示するように、ベーンポンプ７１０の入口ポートに向けることができるが、サンプに排出することもできる。

図面にて理解し得るように、図１乃至図４に図示した方法は、ＥＣＵがエンジン状態を監視し且つポンプシステムの目標圧力を提供することを可能にする受動型システムであるが、ポンプシステムは、機械的及び液圧的制御装置により自動的に目標圧力に調節される。 図５乃至図８には、ＥＣＵによる油の圧力の能動的制御状態が示してある。 これらの実施の形態において、ＥＣＵは、油の圧力を監視し且つ、実時間に基づいてシステムを能動的に調節し、エンジン内の油の圧力を制御する。

当該技術分野の当業者は、上記の説明から本発明の広範囲に亙る教示内容は、多岐に亙る形態にて具体化可能であることが理解できる。 このため、本発明は、その特定の実施の形態に関して説明したが、図面、本明細書及び特許請求の範囲を検討することによりその他の実施の形態が当業者に明らかとなるであろうから、本発明の真の範囲はそれらに限定されるべきではない。

本発明の説明は性質上、単に一例であり、このため、本発明の範囲から逸脱しない変更例を本発明の範囲に含むことを意図するものである。 かかる変更例は、本発明の精神及び範囲から逸脱するものとみなすべきではない。

本発明の第一の実施の形態を示す液圧系の概略図である。

本発明の第二の実施の形態を示す液圧系の概略図である。

本発明の第二の実施の形態の１つの変更例の図である。

本発明の第三の実施の形態を示す液圧系の概略図である。

本発明の第四の実施の形態を示す液圧系の概略図である。

本発明の第五の実施の形態を示す液圧系の概略図である。

本発明の第六の実施の形態を示す液圧系の概略図である。

本発明の第七の実施の形態を示す液圧系の概略図である。

本発明の第八の実施の形態を示す液圧系の概略図である。

１０ 可変容積ポンプ １１ 偏心リング１２ 流量制御弁 １４ パイロット圧力１６ 圧縮ばね １８ ソレノイド制御弁２０ 目標ピストン ２２ ばね２４ エンジン制御装置（ＥＣＵ） ２６ ソレノイド１１０ ポンプ １１１ 偏心リング１１２Ａ スプール弁 １１２Ｂ 弁中央部分１１８ ソレノイド弁 １１８ａ 弁１２０ ピストン １２４ エンジン制御装置１２６ ソレノイド １２８ 減圧及び圧力調節弁１２８ 弁 ３２０ 可変目標ピストン３２４ エンジン制御装置 ３２６ ソレノイド４１０ ポンプ ４１２ 流量制御スプール弁４１６ 戻しばね ４２４ エンジン制御装置４２６ ソレノイド ５１２Ａ 弁５２４ エンジン制御装置 ５２６ 制御ソレノイド６２４ エンジン制御装置／ＥＣＵ ７１０ ベーンポンプ７１２ 流量制御弁 ７２４ エンジン制御装置／ＥＣＵ
７２６ ソレノイド