JP2004132228A

JP2004132228A - 自動車用ハイブリッドポンプ制御装置

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Publication number: JP2004132228A
Application number: JP2002296383A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Katashiba; 片柴　秀昭; Ryoji Nishiyama; 西山　亮治; Yuji Kishimoto; 岸本　雄治; Kenji Ogawa; 小河　賢二
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2004-04-30
Anticipated expiration: 2022-10-09
Also published as: JP3735597B2

Abstract

【課題】エンジンの出力で直接駆動されるポンプにおけるエンジンの無駄な出力を低減し、安価で小型の電動機を用いて補機ポンプの制御性能の向上を図る自動車用ハイブリッドポンプ制御装置を得る。
【解決手段】エンジン２の回転数を検出するエンジン回転数検出センサ９により検出されたエンジン２の回転数を、エンジン回転数平均化処理手段によって平均化処理された結果から、電動機回転数演算手段による電動機１５の回転数の演算を行い、その出力に基づき、ポンプ制御手段は、電動機１５の回転を制御して、エンジン２の冷却水を供給する自動車用ハイブリッドポンプの回転数を制御するようにした。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用エンジンの補機ポンプの駆動制御を行う自動車用ハイブリッドポンプ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エンジンには、エンジン本体の機能維持のための、エンジンオイルポンプ、ウォータポンプ（以下Ｗ／Ｐ）、また、快適性確保のための自動変速機用のオイルポンプ、パワーステアリングポンプ等の液体圧送ポンプが、補機として直接またはベルトを介して、エンジンの出力軸に対応して結合され、駆動されている。
ところで、エンジンにて直接駆動されるポンプにおいては、その性能がエンジン回転数に依存することになるため、補機が本来成すべき機能と、ポンプの吐出性能とにアンバランスが生じ、エンジン駆動力を無駄にロスしたり、十分な補機性能が発揮できないという欠点を有していた。
【０００３】
このため、パワーステアリングに関しては、パワーステアリングポンプを電動機で必要な時のみ駆動するパワーステアリングシステムや、油圧を全く使用しない電動パワーステアリングが提案され、量産されている。
同様にＷ／Ｐに関しても、昨今の厳しい環境対策のために、燃料増量を行う暖機期間を短縮する試みとして、例えば、特許文献１にて開示されるような電動機により、Ｗ／Ｐを駆動して流量制御を行うポンプや、またはエンジンで駆動するシステムでは、特許文献２に開示されているように、流量調整弁を用い、エンジンが低温時においては循環する冷却水の精密な制御が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１４０４３号公報（第３〜５頁、図１）
【特許文献２】
特開２００２−１６１７４７号公報（第４〜５頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、過渡状態におけるエンジン回転数変化に対して、Ｗ／Ｐもベルト伝達比で一律に決まった回転数となる構成になっていため、不必要な冷却水量をエンジン本体へ圧送し、過度の冷却などによりエンジン性能を阻害するなどの課題があった。
また、エンジンのＷ／Ｐを電動化した場合、エンジン回転数に同期してモータ回転数を変化させて不必要な冷却水の搬送を行うのに加え、その回転変化に対応する高応答の電動機が必要になり、そのモータに具備して構成されるギアもその回転変化に充分に耐える頑丈な構造が必要となり、Ｗ／Ｐ装置が複雑でその価格も高くなるというデメリットがあった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、エンジンの冷却水量とその冷却水温度を最適な状態に制御することを安価に実現することができる自動車用ハイブリッドポンプ制御装置を得るものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる自動車用ハイブリッドポンプ制御装置においては、いずれも自動車に搭載された液体圧送ポンプと遊星歯車機構と電動機とこの電動機の出力軸の回転に制限を加える回転制限手段とを有し、遊星歯車機構は、液体圧送ポンプの入力軸とこの液体圧送ポンプの入力軸に対応する電動機の出力軸及びエンジンの出力軸に結合され、液体圧送ポンプは、遊星歯車機構を介して、エンジンの出力または電動機の出力またはエンジンの出力及び電動機の出力が加減算された出力により駆動されるように構成された自動車用ハイブリッドポンプを制御するポンプ制御手段を備え、ポンプ制御手段は、エンジンの運転状態に応じて電動機の回転を制御するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による自動車用ハイブリッドポンプを用いた冷却水のシステムを示す図である。
図１において、水路１は、１ａ〜１ｅに分かれている。エンジン２へは流入側冷却水路１ａと流出側冷却水路１ｂが接続され、エンジン２を冷却して高温になった冷却水は、水路１ｂからラジエータ流入水路１ｄを介してラジエータ３へ循環し、電動ラジエータファン４または走行風により冷却され、この冷却された冷却水は、ラジエータ流出水路１ｅを介してエンジン２へ還流する構成としている。
また、水路１ｂと水路１ｄの間には、水路切り替えバルブ５が配置され、エンジン２暖機中は、ラジエータ３への循環を停止し、バイパス水路１ｃに切り替える。バイパス水路１ｃとラジエータ流出水路１ｅは、共にハイブリッドポンプ６の流入側に接続され、ハイブリッドポンプ６により、エンジン２へ冷却水を供給する。制御装置７は、水路１ｂに設けた水温センサー８の出力に応じて、水路切り替えバルブ５と電動ラジエータファン４及び本発明によるハイブリッドポンプ６の制御を行う。エンジン２は、クランク軸に具備されたエンジン回転数検出センサ９によって回転数が検出され、制御装置７に入力される。
また、エンジン回転数検出手段、エンジン回転数平均化処理手段、電動機回転数演算手段、ポンプ制御手段が、制御装置７の中のＳ／Ｗ（ソフトウエア）として具備され、エンジン起動とともに、このＳ／Ｗが起動し、後述のフローチャートに従い動作するように、予めプログラム化され、制御装置７内のＲＯＭ内に組み込まれている。
【０００９】
図２は、この発明の実施の形態１による自動車用ハイブリッドポンプを示す構成図である。
図２において、遊星歯車機構を構成するリングギヤ１１にエンジン２の出力軸が結合され、プラネタリキャリア１２にＷ／Ｐ（液体圧送ポンプ）１３の入力軸が結合され、またサンギヤ１４に電動機１５の出力軸とサンギヤ１４の回転を制限する回転制限手段モータドライバ（ブレーキ、回転制限手段）１６が結合されている。図示していないが、本構成により、リングギヤ１１の外周をプーリとしてエンジン２の出力軸と結合できるため、従来の構成におけるプーリを共用して、装置の小型化を図ることができる。
【００１０】
図３は、この発明の実施の形態１による自動車用ハイブリッドポンプの動作を説明する速度線図であり、図２の構成における遊星歯車機構の各ギヤの速度を示すものである。
図３において、Ｒはリングギア、Ｃはプラネタリキャリア、Ｓはサンギアを示し、横軸が歯数、縦軸が各ギアの回転数を示している。直線（イ）は、エンジンの駆動力のみで、Ｗ／Ｐ１３を駆動する状態で、Ｗ／Ｐ１３の回転数は、ａ点で示される。直線（ロ）は、電動機１５をエンジン２と逆回転し、Ｗ／Ｐ１３の回転数がｂ点となるような制御を示し、直線（ハ）は、エンジン２の運転領域で、電動機１５を正回転させ、Ｗ／Ｐ１３の回転数が、ｃ点である。直線（ニ）は、エンジン２が停止し、電動機１５を正回転させてＷ／Ｐ１３を駆動し、このときのＷ／Ｐ１３の回転数が、ｄ点である。直線（ホ）は、エンジン２の運転領域で、電動機１５を正回転させ、Ｗ／Ｐ１３の回転数をｅ点としたものである。
図４は、この発明の実施の形態１による自動車用ハイブリッドポンプ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【００１１】
次に、実施の形態１の動作について説明する。
車両運転者により操作されるアクセル開度の変化や、定常走行時における路面抵抗の変化などにより、エンジン回転数が変化した場合、エンジン回転数検出センサ９の出力を平均化処理し、この平均化処理の出力回転Ｎｒｍを、式（１）に基づき演算する電動機回転数演算手段へＮｒ＝Ｎｒｍとして入力し、電動機回転数演算手段の出力に基づき、電動機を駆動する。
Ｎｓ＝（（１＋α）Ｎｃ）−Ｎｒ）／α　　　・・・・・（１）
ここで、Ｎｒはエンジン回転数、αは遊星機構のサンギヤ１４とリングギヤ１１との各々の歯数ＺＲ、Ｚｓの比、即ち減速比（速比）α＝ＺＲ／Ｚｓである。Ｎｃはプラネタリキャリア１２に接続されたＷ／Ｐ１３の回転数、Ｎｓはサンギア１４に接続された電動機１５の回転数である。
クランク軸に具備されたエンジン回転数検出センサ９の出力Ｎｅを、例えば式（２）で示したエンジン回転数平均化処理手段へ入力し、エンジン回転数の平均値を算出する。
Ｎｒｍ（ｊ＋１）＝Ｋ×Ｎｒｍ（ｊ）＋（１−Ｋ）×Ｎｅ（ｊ）・・・（２）
ここで、ｊはエンジン回転数検出センサ９を所定時間間隔△Ｔ毎にサンプル処理した際の時刻Ｔ＝ｊ×△Ｔに対応する整数値、Ｋはディジタル１次フィルターの時定数である。
【００１２】
次に、実施の形態１の動作を、図４に示したフローチャートを用いて説明する。
ステップ１０１において、エンジン回転数検出センサ９の出力を、エンジン回転数検出手段により、制御装置７内に具備したＡ／Ｄ変換器を介してディジタルデータとして取り込み、制御装置７内のＲＡＭにエンジン回転数Ｎｅとして記憶する。ステップ１０２において、エンジン回転数平均化処理手段により、式（２）のＮｒｍ（ｊ＋１）＝Ｋ×Ｎｒｍ（ｊ）＋（１−Ｋ）×Ｎｅ（ｊ）を用いて、エンジン回転数平均化値Ｎｒｍを演算処理し、平均化処理の出力Ｎｒｍを、ステップ１０３において、Ｎｒ＝Ｎｒｍとし、ステップ１０４で、電動機回転数演算手段により、式（１）のＮｓ＝（（１＋α）Ｎｃ）−Ｎｒ）／αを用いて、電動機回転数演算を行い、ステップ１０５において、電動機回転数演算の出力Ｎｓに基づき、ポンプ制御手段により、電動機を駆動する。
この処理ルーチンは、制御装置７の中のＳ／Ｗとして具備され、エンジン起動とともにＳ／Ｗが起動し、ｊ＝１、Ｎｒｍ（ｊ＋１）、Ｎｒｍ（ｊ）、Ｎｅ（ｊ）等の初期値をゼロにリセットした後に動作するように、予めプログラム化され、制御装置７内のＲＯＭ内に組み込まれている。
【００１３】
実施の形態１によれば、遊星歯車機構によりエンジンの出力軸及び電動機の出力軸を液体圧送ポンプの入力軸に結合させ、エンジン及び電動機のいずれか一方または両方の出力により、液体圧送ポンプを駆動するようにして、エンジン運転状態に応じて電動機を制御することにより、エンジンの冷却水量を最適な状態にすることを安価に実現することができる。
【００１４】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による自動車用ハイブリッドポンプ制御装置の動作を示すフローチャートである。
図６は、この発明の実施の形態２による自動車用ハイブリッドポンプ制御装置の動作を示す別のフローチャートである。
実施の形態２の構成は、実施の形態１の構成と同じであり、制御装置７内のＲＯＭに記憶されたＳ／Ｗの構成とその動作が異なっている。実施の形態２は、エンジンの停止を検出するエンジン停止検出手段を有している。
【００１５】
この実施の形態２の動作を、図５、図６のフローチャートを用いて説明する。
図５のステップ２０１で、エンジン起動（クランキング）モードにおいて、エンジン回転数検出センサ９の出力を制御装置７内に具備したＡ／Ｄ変換器を介してディジタルデータとして取り込み、制御装置７内のＲＡＭにエンジン回転数Ｎｅとして記憶する。ステップ２０２において、式（２）のＮｒｍ（ｊ＋１）＝Ｋ×Ｎｒｍ（ｊ）＋（１−Ｋ）×Ｎｅ（ｊ）により、エンジン回転数平均化値Ｎｒｍを演算処理し、ステップ２０３において、エンジン停止検出手段により、平均化処理の出力の今回と前回のエンジン回転数Ｎｒｍ（ｊ＋１）とＮｒｍ（ｊ）との差△Ｎｒｍ＝Ｎｒｍ（ｊ＋１）―Ｎｒｍ（ｊ）が所定値Ｎｒｍｆｉｒｅより大きいかどうかを判定する。ステップ２０３において、Ｙｅｓと判定された場合は、エンジンは、その燃焼を完爆継続し発火運転状態になったとして、ステップ２０４において、ポンプ制御手段は、回転制限手段モータドライバ１６によるサンギヤ１４即ち電動機１５の回転制限を解除する駆動信号を出力する。
【００１６】
一方、ステップ２０３において、Ｎｏと判定された場合は、本処理サブルーチンを終了する。また、ステップ２０５において、水温センサ８とエンジン平均回転数Ｎｒｍと、説明を略した吸気管内圧力やスロットル開度、アクセル開度などにより検出されたエンジン負荷検出値に基づいて予め定められた冷却水量フィードフォワード制御量と、エンジン本体へ流入する冷却水温を検出し、この検出値と目標冷却水温との差に基づき冷却水量のフィードバック制御演算を行うフィードバック制御演算量との和に応じて、冷却水量をＷ／Ｐ回転数により制御するようにハイブリッドポンプ内の電動機への駆動信号を出力する。
【００１７】
一方、エンジンキーオフモードにおいては、図６に示したフローチャートにおいて、図５のステップ２０１〜２０２と同様の処理をステップ３０１〜３０２で実施し、ステップ３０３において、エンジン停止検出手段により、平均化処理の出力の今回と前回のエンジン回転数Ｎｒｍ（ｊ＋１）とＮｒｍ（ｊ）との差△Ｎｒｍ＝Ｎｒｍ（ｊ＋１）―Ｎｒｍ（ｊ）が、所定値Ｎｒｍｓｔｏｐより小さいかどうかを判定する。Ｙｅｓと判定された場合は、エンジンは、その燃焼を停止し発火停止状態になったとして、ステップ３０４において、ハイブリッドポンプ内電動機の回転数をゼロに制御する駆動信号を出力する。ステップ３０５で、電動機の回転数が所定値以下でほぼゼロとなったと判定された後に、ステップ３０６へ進み、ポンプ制御手段は、回転制限手段モータドライバ１６によりサンギヤ１４即ち電動機１５を回転制限する駆動信号を出力する。一方、ステップ３０３において、Ｎｏと判定された場合は、本処理サブルーチンを終了する。
【００１８】
実施の形態２によれば、エンジン起動モード及びエンジンキーオフモードにおいても、電動機の制御を行い、エンジンの冷却水量とその冷却水温度を最適な状態にすることができる。
【００１９】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３による自動車用ハイブリッドポンプ制御装置の動作を示すフローチャートである。
実施の形態３の構成は、実施の形態１、２と同じであるが、制御装置７内のＲＯＭに記憶されたＳ／Ｗの構成とその動作が、実施の形態１、２と異なる。実施の形態３は、電動機と共に電動ラジエータファンの制御をも行い、冷却水温を最適にするものである。
【００２０】
実施の形態３の動作を、図７のフローチャートを用いて説明する。
図６のステップ３０１〜３０３と同様の処理をステップ４０１〜４０３で実施する。そして、ステップ４０４において、回転制限手段モータドライバ１６によるサンギヤ１４即ち電動機１５の回転制限を行わず、電動機１５の駆動信号出力を維持する。ステップ４０５へ進み、電動ラジエータファン４を所定の回転数に駆動制御する制御信号を出力する。
ステップ４０６で、エンジン冷却水温が、予め定められた温度以下になったどうかを判定する。Ｙｅｓと判定された場合、ステップ４０７へ進み、電動機１５の駆動信号出力を停止し、回転制限手段モータドライバ１６によりサンギヤ１４即ち電動機１５を回転制限すると共に、電動ラジエータファン４を駆動制御する制御信号を停止し、本処理ルーチンを終了する。
【００２１】
一方、ステップ４０６でＮｏと判定された場合、ステップ４０８で、エンジン停止後所定期間経過カウンタをｉ＝ｉ＋１としてインクリメントし、ステップ４０９で、エンジン停止後所定期間経過カウンタｉが所定値Ｉｃｏｏｌを超えたかどうか、即ちｉ＞Ｉｃｏｏｌを判定する。ステップ４０９でＹｅｓと判定された場合は、ステップ４０７へ進み、電動機１５の駆動信号出力を停止し、回転制限手段モータドライバ１６によりサンギヤ１４即ち電動機１５を回転制限すると共に、電動ラジエータファン４を駆動制御する制御信号を停止し、本処理ルーチンを終了する。
【００２２】
また、本フローチャートに基づく実施の形態３では、ステップ４０６で、エンジン冷却水温が、予め定められた温度以下になったどうかを判定したが、エンジン冷却水温の変化即ちその時間微分値に基づき判定するようにしてもよい。
【００２３】
このように、本発明のハイブリッドポンプ６により、エンジン２が停止していても、Ｗ／Ｐ１３を駆動できるため、ホットソーク状態で水温が上昇すれば、図３の直線（ニ）のようにＷ／Ｐ１３を駆動すると共に電動ラジエータファン４を駆動し、エンジン２に畜熱された熱を速やかにエンジンルーム外に排出し、上記不都合の解消を図ることができる。
このため、車輌走行を停止し、エンジン２を長時間停止すると、冷却水の循環が停止するため、エンジン２の畜熱作用により、エンジンルーム内が異常に高温になること（これはいわゆるホットソークであり、エンジン停止後、１０分から２０分の間に最大になり、エンジンルーム内は１２０℃に達することがある。）を抑制でき、このホットソークにより、エンジンルーム内の部品の劣化対策としての高価な材料を使用せざるを得ない事態が発生せず、自動車用部品を安価にすると共に、エンジンルーム内に残留する燃料（ガソリン）が配管内で気化してベーパーが発生し、エンジン再始動性の悪化、また蒸散ガソリンの増加が発生することを抑制できる。
【００２４】
実施の形態３によれば、エンジン冷却水温に応じて、電動機１５と共に電動ラジエータファン４を制御するようにして、冷却水温を最適に保持することができる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように、いずれも自動車に搭載された液体圧送ポンプと遊星歯車機構と電動機とこの電動機の出力軸の回転に制限を加える回転制限手段とを有し、遊星歯車機構は、液体圧送ポンプの入力軸とこの液体圧送ポンプの入力軸に対応する電動機の出力軸及びエンジンの出力軸に結合され、液体圧送ポンプは、遊星歯車機構を介して、エンジンの出力または電動機の出力またはエンジンの出力及び電動機の出力が加減算された出力により駆動されるように構成された自動車用ハイブリッドポンプを制御するポンプ制御手段を備え、ポンプ制御手段は、エンジンの運転状態に応じて電動機の回転を制御するので、エンジンの冷却水量を最適な状態にすることを安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による自動車用ハイブリッドポンプを用いた冷却水のシステムを示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による自動車用ハイブリッドポンプを示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による自動車用ハイブリッドポンプの動作を説明する速度線図である。
【図４】この発明の実施の形態１による自動車用ハイブリッドポンプ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態２による自動車用ハイブリッドポンプ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態２による自動車用ハイブリッドポンプ制御装置の動作を示す別のフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態３による自動車用ハイブリッドポンプ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　水路、２　エンジン、３　ラジエータ、４　電動ラジエータファン、
５　水路切り替えバルブ、６　ハイブリッドポンプ、７　制御装置、
８　水温センサ、９　エンジン回転数検出センサ、１１　リングギヤ、
１２　プラネタリキャリア、１３　ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）、
１４　サンギヤ、１５　電動機、１６　回転制限手段モータドライバ（ブレーキ）。

Claims

いずれも自動車に搭載された液体圧送ポンプと遊星歯車機構と電動機とこの電動機の出力軸の回転に制限を加える回転制限手段とを有し、上記遊星歯車機構は、上記液体圧送ポンプの入力軸とこの液体圧送ポンプの入力軸に対応する上記電動機の出力軸及びエンジンの出力軸に結合され、上記液体圧送ポンプは、上記遊星歯車機構を介して、上記エンジンの出力または上記電動機の出力または上記エンジンの出力及び電動機の出力が加減算された出力により駆動されるように構成された自動車用ハイブリッドポンプを制御するポンプ制御手段を備え、上記ポンプ制御手段は、上記エンジンの運転状態に応じて上記電動機の回転を制御することを特徴とする自動車用ハイブリッドポンプ制御装置。
エンジン回転数検出手段とエンジン回転数平均化処理手段と電動機回転数演算手段とを備え、上記エンジン回転数検出手段により検出されたエンジンの回転数を上記エンジン回転数平均化処理手段によって平均化処理された結果から上記電動機回転数演算手段による電動機の回転数の演算を行い、その出力に基づき、上記ポンプ制御手段は、上記電動機の回転を制御することを特徴とする請求項１記載の自動車用ハイブリッドポンプ制御装置。
エンジン停止検出手段を備え、上記エンジン停止検出手段によってエンジンが発火運転状態と判定され、且つ上記回転制限手段により上記電動機の回転制限が行われているときは、上記ポンプ制御手段は、上記回転制限手段による上記電動機の回転制限を解除することを特徴とする請求項１または請求項２記載の自動車用ハイブリッドポンプ制御装置。
エンジン停止検出手段を備え、上記エンジン停止検出手段によってエンジンが発火停止状態と判定されたときは、上記ポンプ制御手段は、上記電動機の回転を停止するよう制御し、上記電動機の回転数がゼロ近傍の所定値以下になったとき、上記回転制限手段により上記電動機の回転制限を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の自動車用ハイブリッドポンプ制御装置。
エンジン停止検出手段を備え、上記エンジン停止検出手段によってエンジンが発火停止状態と判定されたときは、上記エンジンの停止後所定期間経過した後またはエンジン冷却水温が予め定められた温度以下になった後に、上記ポンプ制御手段は、上記電動機の回転を停止するよう制御して、回転制限手段により上記電動機の回転制限を行うと共に、エンジン冷却水を冷却するよう配置された電動ラジエータファンは、その回転を停止するよう制御されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の自動車用ハイブリッドポンプ制御装置。
上記エンジン冷却水温が予め定められた温度以下になったかどうかは、上記エンジン冷却水温の時間変化に基づいて判定されることを特徴とする請求項５記載の自動車用ハイブリッドポンプ制御装置。