JP2004156452A

JP2004156452A - 車両のオイル供給構造及び動力分配機構

Info

Publication number: JP2004156452A
Application number: JP2002320147A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hayama; 健二羽山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】自動変速機に油圧を供給するためのオイルポンプの駆動源と、スカベンジングポンプの駆動源の部品統合を図ることにより、部品点数の減少を図る。
【解決手段】本発明のオイル供給構造は、内燃機関（１０）の被潤滑部を循環した潤滑油をオイルタンク（３１）へ排出するためのスカベンジングポンプ（３０）と、自動変速機（２０）に油圧を供給するためのオイルポンプ（４０）と、ポンプ駆動源として機能するモータ（５１）と、モータ（５１）の動力伝達先をスカベンジングポンプ（３０）とオイルポンプ（４０）の何れか一方に切り換える動力分配機構（５２）とを備える。
【選択図】図１

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は自動変速機を備えた車両のオイル供給構造に関し、特に、アイドルストップ時に自動変速機に油圧を供給するためのポンプ駆動源と、機関運転時に内燃機関に潤滑油を循環させるためのポンプ駆動源の改良技術に関する。
【従来の技術】
特開２００１−１２５９４号公報（特許文献１）には、自動変速機を備えた車両において、予め定められたエンジン停止条件が満たされたときに内燃機関を自動的に停止する一方で、エンジン始動条件が満たされたときに内燃機関を自動的に始動するよう構成されたエンジン自動停止始動装置が開示されている。このような車両においては、内燃機関が運転している間はエンジン出力を利用して自動変速機に油圧を供給しているが、内燃機関が停止するとエンジン出力を利用して自動変速機に油圧を供給できない。このため、電動式オイルポンプを別途設けることで、内燃機関が停止している間でも自動変速機の油圧を一定レベルに保持し、内燃機関始動時における円滑な車両走行を可能としている。一方、特開２０００−３３７１１９号公報（特許文献２）には、内燃機関を循環した潤滑油をオイルタンクへ排出するための電動式スカベンジングポンプを備えたドライサンプ式潤滑構造が開示されている。
【特許文献１】
特開２００１−１２５９４号公報
【特許文献２】
特開２０００−３３７１１９号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アイドルストップ時に自動変速機に油圧を供給するための電動式オイルポンプと、機関運転時に内燃機関から潤滑油を排出するための電動式スカベンジングポンプの各々を車両に搭載すると、車両搭載スペースを大きく占有する上に、部品点数が増加し、乾燥重量の増大、及びコスト増大を招くため、改良技術の開発が望まれる。
そこで、本発明は自動変速機に油圧を供給するためのオイルポンプの駆動源と、スカベンジングポンプの駆動源の部品統合を図ることにより、部品点数の減少を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の車両のオイル供給構造は、内燃機関の被潤滑部を循環した潤滑油をオイルタンクへ排出するためのスカベンジングポンプと、自動変速機に油圧を供給するためのオイルポンプと、ポンプ駆動源として機能するモータと、前記モータの動力伝達先を前記スカベンジングポンプと前記オイルポンプの何れか一方に切り換える動力分配機構とを備える。
かかる構成により、内燃機関の被潤滑部を循環した潤滑油をオイルタンクへ排出するためのスカベンジングポンプの駆動源と、自動変速機に油圧を供給するためのオイルポンプの駆動源を共用することができ、部品点数の削減を図るとともに、車両の乾燥重量の低減、コスト低減を実現し、さらに、他の部品の車両搭載スペースの確保を図ることができる。
好ましくは、予め定められた停止条件が成立したときに内燃機関を自動停止させる自動停止手段と、予め定められた始動条件が成立したときに前記内燃機関を自動再始動させる自動再始動手段と、を備え、前記動力分配機構は、前記自動停止手段が前記内燃機関を自動停止させることにより、前記内燃機関が機関停止している間に前記モータの動力を前記オイルポンプに伝達する一方で、前記自動始動手段が前記内燃機関を自動再始動させることにより、前記内燃機関が機関運転している間に前記モータの動力を前記スカベンジングポンプに伝達するように構成する。
かかる構成により、内燃機関の自動停止再始動機能を搭載した車両において、内燃機関がアイドルストップ状態の場合には、モータの動力をオイルポンプに伝達することができ、内燃機関が機関運転状態の場合には、モータの動力をスカベンジングポンプに伝達することができる。
好ましくは、前記オイルポンプは前記自動変速機のトルクコンバータに油圧を供給する。かかる構成により、内燃機関がアイドルストップ状態においても、トルクコンバータに充填されているオートマチックトランスミッションフルードの油圧を適度な圧力に維持できるため、機関再始動時において車両の円滑な発進が可能となる。
本発明の動力分配機構は、内燃機関の被潤滑部を循環した潤滑油をオイルタンクへ排出するためのスカベンジングポンプを駆動する第１の出力軸と、自動変速機に油圧を供給するためのオイルポンプを駆動する第２の出力軸と、を備え、前記内燃機関が自動停止している間は、モータが出力する動力を前記第２の出力軸に伝達する一方、前記内燃機関が機関運転している間は、前記モータが出力する動力を前記第１の出力軸に伝達する。
かかる構成により、スカベンジングポンプの駆動源と、オイルポンプの駆動源を共用することができ、部品点数の削減を図るとともに、車両の乾燥重量の低減、コスト低減を実現し、さらに、他の部品の車両搭載スペースの確保を図ることができる。
好ましくは、前記オイルポンプは前記自動変速機のトルクコンバータに油圧を供給する。かかる構成により、内燃機関がアイドルストップ状態においても、トルクコンバータに充填されているオートマチックトランスミッションフルードの油圧を適度な圧力に維持できるため、機関再始動時において車両の円滑な発進が可能となる。
【発明の実施の形態】
以下、各図を参照して本実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係わる自動変速機を備えた車両のオイル供給構造を中心としたシステム構成図である。同図に示すように、内燃機関１０のオイル潤滑系には、潤滑油の流出経路の上流側から下流側にかけて、オイル排出通路１１、スカベンジングポンプ３０、オイルタンク３１、オイル供給通路１２、フィードポンプ３２が順に配設されたドライサンプ式潤滑構造が採用されている。内燃機関１０のクランクシャフト、コネクティングロッド、カム軸受、ディストリビュータの駆動ギヤ、ピストンピン、タイミングチェーン、プッシュロッド、ロッカーアーム、バルブステムなどの各種の摺動部分及び回転部分を循環した潤滑油はこれらの被潤滑部の摩擦抵抗を低減するとともに、冷却、気密性保持、腐食防止などの作用を発揮しつつ、クランクケース壁面を伝わってオイルパンに滴下する。オイルパンに滴下した潤滑油は、スカベンジングポンプ３０に吸引され、オイル排出通路１１を介してオイルタンク３１に排出される。スカベンジングポンプ３０のポンプ構造としては、トロコイドタイプ、ギヤ式タイプなどが好適である。潤滑油に含まれるブローバイガスなどはオイルタンク３１内にて気液分離される。オイルタンク３１に貯留する潤滑油は図示しないオイルストレーナを通過して濾過され、摩耗金属粉、スラッジなどが除去された後、フィードポンプ３２に吸引され、オイル供給通路１２を介して内燃機関１０のメインオイルホイールに圧送される。内燃機関１０のメインオイルホイールに流入した潤滑油は被潤滑部を再循環する。
一方、自動変速機２０は、内燃機関１０の出力軸に接続するトルクコンバータ２１と、トルクコンバータ２１の出力軸に接続する変速歯車機構２２とを備え、変速歯車機構２２の動力伝達経路をクラッチやブレーキなどの複数の摩擦要素の選択的動作により切り換えて所定の変速段に自動変速するよう構成したものである。トルクコンバータ２１は内燃機関１０のクランクシャフトに接続するポンプインペラーと、当該ポンプインペラーに対峙するよう対向配置され、変速歯車機構２２への動力出力軸となるタービンライナーと、前二者の間に配設され、オートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）の流れを変えるステータとを備えて構成されている。内燃機関１０は排気ガスの排出量低減、燃料消費量の低減、アイドル騒音の低減などを目的として、予め定められたエンジン停止条件（アイドルストップ条件）が成立すると、自動的に機関停止し、内燃機関１０をアイドルストップ状態に遷移させる一方、エンジン始動条件が成立すると、自動的に機関再始動するようシステム設計されている。内燃機関１０がアイドルトップすると、ポンプインペラーの回転が停止するため、トルクコンバータ２１内の油圧が低下し、機関再始動の際に円滑な発進が困難となる。そこで、トルクコンバータ２１へ所望の油圧を供給するためのオイルポンプ４０を配設し、内燃機関１０がアイドルストップしている間、オイルポンプ４０を作動させることで、トルクコンバータ２１内の油圧を高圧に維持し、機関再始動時の車両の円滑な発進を可能としている。オイルポンプ４０のポンプ構造としては、トロコイドタイプ、ギヤ式タイプなどが好適である。
モータユニット５０は、スカベンジングポンプ３０とオイルポンプ４０の共通駆動手段として機能するモータ５１と、動力分割機構５２とを備えて構成される動力出力機構である。モータ５１としては、電動モータであれば特に限定されるものではなく、交流誘導モータ、直流ブラシレスモータなどを用いることができるが、交流誘導モータよりも直流ブラシレスモータの方が望ましい。誘導モータを利用すると、交流電源の周波数が異なることにより回転数に変化が生じることが避けられず、電源周波数に対応した形状のポンプランナーの使用が必要であり、また、負荷変動に対してモータの回転数が変動するためにポンプ吐出量の変動幅が大きくなるなどの不都合があるが、直流ブラシレスモータによればこのような不都合がなく、ポンプ作動に適した駆動源が得られる。また、ポンプ駆動源として機能するモータ５１は油圧により軸受に大きい負荷が荷重されるため、軸受がモータブラケットから離脱しないよう適度な強度が確保されるよう構成されている。さらに、モータハウジング内部への浸油などが生じないよう、防水構造が採用されている。
動力分配機構５２はモータ５１から供給される動力をスカベンジングポンプ３０とオイルポンプ４０の何れか一方に切り換える動力分配切換手段であり、スカベンジングポンプ３０を駆動する第１の出力軸５２ａと、オイルポンプ４０を駆動する第２の出力軸５２ｂとを備えている。動力分配機構５２の構成としては、モータ５１の動力伝達先をスカベンジングポンプ３０とオイルポンプ４０の何れか一方に切換可能な構成であれば特に限定されるものではない。例えば、動力分割機構５０内に複数の歯車要素とクラッチ機構を設けて何れか一方の出力軸５２ａ，５２ｂにモータ５１の回転トルクを伝達させて、スカベンジングポンプ３０とオイルポンプ４０の何れか一方を作動するよう構成してもよい。
スカベンジングポンプ３０、及びオイルポンプ４０のポンプ回転数制御はポンプコントローラ６１によって行われる。同コントローラ６１は、リレー６２を介してバッテリ６３から給電される直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、モータ５１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相のうち無通電相の端子電圧からモータ５１の回転子の誘起電圧を検出してこの回転子の位置を推定する位置検出回路と、モータ５１の回転数とモータ５１の端子電圧とを制御するマイクロコンピュータとを含んで構成されている。ポンプコントローラ６１はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）６０から出力されるポンプ切換信号に基づいて、モータ５１の動力出力先をスカベンジングポンプ３０とオイルポンプ４０の何れか一方に切り換えるとともに、ＥＣＵ６０から出力される駆動信号に基づいて、モータ５１の回転数及び回転トルクを適宜調整する。
エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）６０は、スロットルポジションセンサ、クランクポジションセンサ、カムポジションセンサ、エアフローメーター、Ｏ_２センサ、水温センサ、車速センサなどから出力される信号を基に内燃機関１０の燃料噴射制御、点火時期制御、可変バルブタイミング制御などを行うとともに、予め定められたエンジン停止条件が成立したと判断すると、内燃機関１０を自動停止させ、ポンプコントローラ６１へポンプ切換指示を行い、さらにオイルポンプ４０の回転数などを指示する。一方、ＥＣＵ６０は、予め定められたエンジン始動条件が成立したと判断すると、内燃機関１０を自動再始動するとともに、ポンプコントローラ６１へポンプ切換指示を行い、さらにスカベンジングポンプ３０の回転数などを指示する。スカベンジングポンプ３０の回転数としては、車両の走行状況、走行負荷、車両速度などに応じて適宜適切な回転数が指定される。また、ＥＣＵ６０はリレー６２の開閉制御をも行い、ポンプコントローラ６１への電源電圧の通電／遮断を行う。尚、上記の説明では、ポンプコントローラ８０をＥＣＵ９０とは別体に設けた場合のシステム構成を例示したが、本発明はこれに限らず、例えば、ＥＣＵ６０にポンプコントローラとしての機能を実装するようシステム設計してもよい。
図２はＥＣＵ６０が行う動力分配制御処理の手順を記述したフローチャートである。同図において、ステップＳ６の終了後、内燃機関１０は機関運転状態にあるものとする。このとき、モータ５１の動力は動力分配機構５２を介してスカベンジングポンプ３０に出力され、内燃機関１０の潤滑油を循環させるために利用される。かかる状態において、ＥＣＵ６０は、各種のセンサ信号を取り込み、エンジン停止条件が成立したか否かをチェックする（ステップＳ１）。エンジン停止条件については、車種の用途及び機能に応じて適宜最適な条件を設定でき、特に限られるものではないが、例えば、シフトポジションの如何に拘わらず、下記の（１）〜（１４）の全ての条件が成立し、かつ、シフトポジションがＤレンジにあるときは、下記の（１５）〜（１９）の全ての条件が成立した場合に、シフトポジションがＰ，Ｎレンジにあるときは、下記の（２０）〜（２１）の全ての条件が成立した場合にエンジン停止条件が成立するものと設定できる。
（１）アクセル開度０
（２）シフト操作後１秒以上経過
（３）運転席ドア及びエンジンフードが閉じている
（４）車速０ｋｍ／ｈ
（５）エンジン回転数１０００ｒｐｍ以下
（６）登坂角８°以内
（７）車両左右勾配右下がり２０°以内
（８）イグニッションＯＮ後５秒以上
（９）エンジン水温２５℃以上１０５℃以下
（１０）外気温−２５℃以上
（１１）Ａ／Ｃオン時室温２０℃以上３６℃以下
（１２）Ａ／Ｔ油温２５℃以上１１０℃以下
（１３）メインバッテリＳＯＣ値６０％以上
（１４）メインバッテリ温度−１０℃以上７５℃以下
（１５）ステアリング角９０°以内
（１６）前回起動後５秒以上
（１７）車速履歴２ｋｍ／ｈ以上
（１８）ブレーキペダルＯＮ
（１９）ブレーキマスター圧０．５５ＭＰａ
（２０）前回起動後２０秒以上
（２１）Ｄレンジからシフト後２秒以上
ＥＣＵ６０は、上記の条件が満たされ、エンジン停止条件が成立したものと判断すると（ステップＳ１；ＹＥＳ）、内燃機関１０をアイドルストップ状態に遷移させる（ステップＳ２）。次いで、モータ５１の動力伝達先をスカベンジングポンプ３０からオイルポンプ４０に切り換えるようポンプコントローラ６１に切換指示を出力する（ステップＳ３）。これにより、モータ５１の動力は動力分配機構５２を介してオイルポンプ４０に出力され、トルクコンバータ２１内の油圧を高めるために利用される。ＥＣＵ６０は、各種のセンサ信号を取り込み、エンジン始動条件が成立したか否かをチェックする（ステップＳ４）。エンジン始動条件については、車種の用途及び機能に応じて適宜最適な条件を設定でき、特に限られるものではないが、例えば、運転者の操作により、シフトポジションがＤレンジにシフトされた状態で、下記の（２２）〜（２４）の何れかの条件が満たされた場合、又はシフトポジションがＰ，Ｎレンジにシフトされた状態で、下記の（２５）〜（２６）の条件が満たされたときにエンジン始動条件が成立したものと設定できる。また、安全性確保のため、運転者の操作に拘わらず、ＥＣＵ６０が下記の（２７）〜（３０）の何れかの条件が満たされたときにエンジン始動条件が成立したものと設定できる。
（２２）ブレーキマスター圧０４ＭＰａ以下
（２３）ブレーキペダルＯＦＦ
（２４）アクセルＯＮ
（２５）Ｐ，Ｎレンジ以外にシフト操作後０．２秒経過
（２６）イグニッションキーＯＮ時
（２７）システム異常時
（２８）メインバッテリ容量低下
（２９）車速２．８ｋｍ／ｈ以上
（３０）ブースター内負圧低下時
ＥＣＵ６０は、上記の条件が満たされ、エンジン始動条件が成立したものと判断すると（ステップＳ４；ＹＥＳ）、内燃機関１０を機関再始動させる（ステップＳ５）。次いで、モータ５１の動力伝達先をオイルポンプ４０からスカベンジングポンプ３０に切り換えるようポンプコントローラ６１に切換指示を出力する（ステップＳ６）。これにより、モータ５１の動力は動力分配機構５２を介してスカベンジングポンプ３０に出力され、内燃機関１０の潤滑油を循環させるために利用される。
このように、本実施形態によれば、ドライサンプ式潤滑構造を採用する内燃機関１０の潤滑油をオイルタンク３０に排出するためのスカベンジングポンプ３０の駆動源と、トルクコンバータ２１の油圧を調整するためのオイルポンプ４０の駆動源とをモータ５１によって共用化したため、部品点数の減少を図るとともに、車両の乾燥重量の低減、コスト低減を実現し、さらに、他の部品の車両搭載スペースの確保を図ることができる。
【発明の効果】
本発明によれば、内燃機関の被潤滑部を循環した潤滑油をオイルタンクへ排出するためのスカベンジングポンプの駆動源と、自動変速機に油圧を供給するためのオイルポンプの駆動源を共用することができ、部品点数の削減を図るとともに、車両の乾燥重量の低減、コスト低減を実現し、さらに、他の部品の車両搭載スペースの確保を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の車両のオイル供給構造を中心としたシステム構成図である。
【図２】動力分配制御処理の手順を記述したフローチャートである。
【符号の説明】
１０…内燃機関
１１…オイル排出通路
１２…オイル供給通路
２０…自動変速機
２１…トルココンバータ
２２…変速歯車機構
３０…スカベンジングポンプ
３１…オイルタンク
３２…フィードポンプ
４０…オイルポンプ
５０…モータユニット
５１…モータ
５２…動力分配機構
５２ａ…第１の出力軸
５２ｂ…第２の出力軸
６０…ＥＣＵ
６１…ポンプコントローラ
６２…リレー
６３…バッテリ

Claims

内燃機関の被潤滑部を循環した潤滑油をオイルタンクへ排出するためのスカベンジングポンプと、
自動変速機に油圧を供給するためのオイルポンプと、
ポンプ駆動源として機能するモータと、
前記モータの動力伝達先を前記スカベンジングポンプと前記オイルポンプの何れか一方に切り換える動力分配機構とを備える、車両のオイル供給構造。
予め定められた停止条件が成立したときに内燃機関を自動停止させる自動停止手段と、
予め定められた始動条件が成立したときに前記内燃機関を自動再始動させる自動再始動手段と、を備え、
前記動力分配機構は、前記自動停止手段が前記内燃機関を自動停止させることにより、前記内燃機関が機関停止している間に前記モータの動力を前記オイルポンプに伝達する一方で、前記自動始動手段が前記内燃機関を自動再始動させることにより、前記内燃機関が機関運転している間に前記モータの動力を前記スカベンジングポンプに伝達する、請求項１に記載の車両のオイル供給構造。
前記オイルポンプは前記自動変速機のトルクコンバータに油圧を供給する、請求項１又は請求項２に記載の車両のオイル供給構造。
内燃機関の被潤滑部を循環した潤滑油をオイルタンクへ排出するためのスカベンジングポンプを駆動する第１の出力軸と、
自動変速機に油圧を供給するためのオイルポンプを駆動する第２の出力軸と、を備え、
前記内燃機関が自動停止している間は、モータが出力する動力を前記第２の出力軸に伝達する一方、前記内燃機関が機関運転している間は、前記モータが出力する動力を前記第１の出力軸に伝達する、動力分配機構。
前記オイルポンプは前記自動変速機のトルクコンバータに油圧を供給する、請求項４に記載の動力分配機構。