JP2005282643A - 変速機用電動アシストオイルポンプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 車載バッテリの負荷を軽減するとともに、車両の燃費向上にも貢献できる高機能な変速機用電動アシストオイルポンプユニットを提供する。
【解決手段】 変速機に作動油を供給する油路に、両方向に回転可能な可逆回転形ポンプ６１と電動／発電運転可能な回転電機６２とからなり、この回転電機６２で発生した電気を回生するエネルギー回生手段６４を備えるアシストオイルポンプユニット６０を、エンジン１０に駆動される機械式のメインオイルポンプ４０と並列に配置する。この構成により、通常走行時（ａ）には、メインオイルポンプ４０から発生する余剰の作動油が、アシストオイルポンプ６１を逆回転させ、回転電機６２を発電運転させる。また、得られた電気は、回生手段６４を介して蓄電手段６５に蓄えられる。従って、このポンプユニット６０は、従来品と同様の油圧維持機能を備えながらも、車載バッテリの負荷を軽減し、車両の燃費向上にも貢献する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両のエンジンのアイドリングを停止するアイドルストップ時に、変速機に供給する作動油の油圧を維持するために用いられる電動アシストオイルポンプユニットに関する。

近年、走行中において車両が停止し、かつ、所定の停止条件が成立した場合に、エンジンを自動的に停止させ、燃料の節約（省エネ）、排出ガスの低減、あるいは騒音の低減等を図るように構成したアイドルストップ車両が実用化されている。このような車両にあっては、エンジンが停止すると、エンジンにより駆動されている機械式オイルポンプが停止してしまうため、自動変速機（Ａ／Ｔ）の前進クラッチに供給されている作動油（オートマチックトランスミッションフルード：ＡＴＦ）も油路から抜け、油圧が低下してしまう。従って、エンジンの再始動時には、前進走行時に係合されるべき前進クラッチが、その係合状態を解かれた状態となっており、いわばニュートラルの状態のままアクセルペダルが踏み込まれるため、エンジン回転数が上昇した状態でクラッチが係合して、係合ショックが発生する可能性がある。

この問題を解決する手段として、エンジンの稼動時には、エンジンの回転により駆動される機械式のメインオイルポンプで作動油の供給を行い、このメインオイルポンプの停止するアイドルストップ時には、電動モータにより駆動されるアシストオイルポンプを運転して、自動変速機の動作に必要な油圧を維持する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献３等を参照。）。

なお、このような電動オイルポンプを用いた油圧アシスト機構（以下、アシストオイルポンプユニットと記述する）は、エンジンの始動時や低回転時等、メインオイルポンプから供給される作動油の油圧が十分でない場合に、メインオイルポンプと同時に作動させることもある。

図４は、アイドルストップ車両に搭載されている従来の変速機用作動油供給システムの概略を示す構成図である。なお、図４において、１０はエンジン、２０は自動変速機の多板クラッチ、３０は作動油の油圧を調整するＡ／Ｔバルブボディ、４０はメインオイルポンプ、５０は車両の駆動系を統合的に制御するコントロールユニット、７０はアシストオイルポンプユニット、８０はアシストオイルポンプユニットを制御するモータドライバ、９０は車載バッテリを示す。また、実際の自動変速機における作動油は、多板クラッチの他にも、トルクコンバータやオイルクーラ等を循環するとともに、自動変速機各部の潤滑剤としても利用されているが、説明が煩雑になるのを防ぐため図示を省略している。

この変速機の油路には、作動油の供給源として、機械式のメインオイルポンプ４０と、電動式のアシストオイルポンプユニット７０とが、並列に配置されている。エンジン１０の作動している通常走行時（図４（ａ））には、メインオイルポンプ４０が、エンジン１０のクランクシャフトに繋がるベルトの駆動により、油圧調整手段３１を介して自動変速機の前進クラッチ（多板クラッチ２０）に作動油を供給している。また、作動油の油圧が維持され、自動変速機が必要とする以上の作動油が供給されている場合は、余剰の作動油がドレンパイプ１０１を通じてＡ／Ｔオイルパン１００に排出される。

ところで、走行中において車両が停止し、かつ、所定の条件が成立した場合には、コントロールユニット５０からの指令により、エンジン１０がストップする（図４（ｂ））。この時、エンジンと同時に停止するメインオイルポンプ４０に代わり、油路内の油圧を維持するため、車載バッテリ９０から電力を得たモータ７２により駆動されるアシストオイルポンプ７１が作動を開始する。なお、エンジン１０が再始動してメインオイルポンプ４０からの作動油の供給が開始され、作動油の油圧が十分になった場合、このアシストオイルポンプ７１を含むアシストオイルポンプユニット７０は作動を停止する。

特開２０００−４６１６６号公報 特開２００１−１９３６６１号公報 特開２００２−１９５３９９号公報

ところで、近年の自動車においては、補機類のモータ駆動化や搭載される電子機器の増加によって、車載バッテリの負担が益々重くなってきている。前述ようなアシストオイルポンプユニットも、オルタネータによる発電が行なわれていないときに作動するため、このバッテリに負荷をかける要因となってしまう場合がある。

そこで、車載バッテリの負荷を軽減するため、アイドルストップ中にもアシストオイルポンプユニットを作動させず、エンジンの再始動にのみ、このポンプユニットを先行して動作させる方法が提案されている（特許文献３）。

しかしながら、前記の方法は短時間の間に十分な油量を確保するために、大容量のポンプを必要とする上、各種センサやスイッチ等からの出力信号に基づくタイミング制御を行なわねばならず、装置の複雑化および大型化を招いてしまう。

また、従来のアシストオイルポンプユニットは、排出ガスや騒音に対する一定の低減効果はあるものの、このポンプ自身は間接的にしか省エネ（燃費向上）に寄与しておらず、車両全体での効率を考えた更なる改良が望まれている。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、車載バッテリの負荷を軽減するとともに、車両の燃費向上にも貢献できる高機能な変速機用電動アシストオイルポンプユニットを提供することを目的としている。

前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、車両に搭載された変速機に作動油を供給する油路に、エンジンによって駆動される機械式オイルポンプと並列に配置されるとともに、予め設定されたアイドルストップ条件によりエンジンが停止されたときに、前記機械式オイルポンプに代わって作動油を供給する変速機用電動アシストオイルポンプユニットであって、正逆両方向に回転可能な可逆回転形ポンプと、電動／発電運転可能な回転電機とからなり、この回転電機で発生した電気を回生するエネルギー回生手段を備えていることを特徴とする。

通常、自動車の変速機に作動油を供給する機械式オイルポンプは、この変速機が必要とする以上の供給能力を有し、所要の油圧が維持されているときには、余剰の作動油がリリーフ弁を介してオイルパンに還元される。アイドルストップ車両においても、エンジンの作動中には、このエンジンにより駆動される機械式オイルポンプから吐出される作動油に余剰分が発生しており、同様にドレンを通じてオイルパンに戻されている。

本発明は、この過程に着目してなされたものであり、アイドルストップ時の油圧を維持するアシストオイルポンプユニットに、機械式オイルポンプの動作時に発生する余剰の作動油からエネルギーを回収する回生機能を付加することによって、油圧アシスト機構の付加価値を高め、所期の目的を達成しようとするものである。

すなわち、請求項１に記載の発明によれば、変速機用電動アシストオイルポンプユニットのポンプ部に、正逆両方向に回転可能な可逆回転形ポンプを採用し、このポンプの駆動源として、電動／発電運転可能な回転電機を使用することにより、エンジンによって駆動される機械式オイルポンプと並列に配置されたこのポンプの逆回転と、それによる発電が可能となる。また、エンジンの稼動時に前記回転電機で発生した電気をバッテリに充電するエネルギー回生手段を設けることにより、車載バッテリの負荷の低減と車両の燃費向上に貢献することができる。

ここで、回転電機が発生した電気を車載バッテリに回生させる代わりに、このアシストオイルポンプユニット独自の蓄電手段を設け、前記回転電機で発生した電気をこの蓄電手段に蓄えても良い（請求項２）。

このように、車載バッテリから独立した蓄電手段を備え、この蓄電手段に蓄えた電気を用いてアシストオイルポンプユニットを駆動することにより、アイドルストップ時にも、車載バッテリに負荷を与えず動作させることができる。

なお、変速機用電動アシストオイルポンプユニットの構成としては、前記エネルギー回生手段および／または蓄電手段を、前記ポンプおよび回転電機と同一のハウジング内に収納することが望ましい（請求項３）。

この構成によって、ポンプユニットから外部に接続する必要のある配線（ケーブル）やコネクタ等を減らすことができる。従って、このポンプユニットを組み込む際の接続作業が簡略化されるとともに、ポンプユニットを配設する場所の制約が緩和される。

以上のように、本発明の変速機用アシストオイルポンプユニットによれば、エンジン稼動時に発生する余剰の作動油からエネルギーを回生することが可能となり、車載バッテリの負荷の軽減と車両の燃費向上を実現することができる。

また、このアシストオイルポンプユニット独自の蓄電手段を備えることにより、エンジンのアイドルストップ時にも、車載バッテリに全く負荷を与えず動作することができる。

以下、図面を参照しつつこの発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態における変速機用作動油供給システムの概略を示す構成図である。なお、従来例と同様の機能を有する構成部材には、同じ符号を付記する。

本実施形態における変速機用作動油供給システムも、従来と同様の油圧アシスト機構を備えており、その油路には、作動油の供給源として、機械式のメインオイルポンプ４０と、アシストオイルポンプユニット６０とが並列に配置されている。

本実施形態におけるアシストオイルポンプユニット６０の特徴は、正逆両方向に回転可能な可逆回転形ポンプ（アシストオイルポンプ６１）と、電動／発電運転可能な回転電機（モータ／ジェネレータ６２）とからなり、この回転電機で発生した電気を回生するエネルギー回生手段（コンバータ／インバータ６４）を備える点である。また、このアシストオイルポンプユニット６０は、独自の蓄電手段６５を備えるとともに、これらエネルギー回生手段（６４）および蓄電手段６５を、ポンプ（６１）および回転電機（６２）と同一のハウジング内に収納している。

ここで、本実施形態で用いられる変速機用電動アシストオイルポンプユニットの具体的な構成例を図２に示す。このアシストオイルポンプユニット６０は、ハウジング１の内部に、モータ／ジェネレータ６２を収納するモータ室（回転電機部２）と、アシストオイルポンプ６１を収納するポンプ室（ポンプ部３）とが、隣接して形成されている。また、このハウジング１内には、回転電機部２によって駆動される駆動軸であると同時にポンプ部３の回転軸ともなる主軸４が配置されており、このハウジング１に配設された軸受５，６により回転自在に支持されている。

ハウジング１は、例えばアルミ合金製であり、回転電機部２を覆う有底略円筒形状のモータハウジング１ａと、ポンプ部３を形成するポンプハウジング１ｂと、このポンプ部３を密閉するポンププレート１ｃとを連結して構成されている。また、モータハウジング１ａの外周の所定位置には、略矩形のコントローラケース１ｄが一体に形成されているとともに、このハウジング１のモータ室側の外部端面には、後述する回転電機部２で発生する電気を蓄電する蓄電手段６５が取り付けられている。

ポンプ部３は、外周にトロコイド歯形が形成されたインナギア３ａと、内周に同じトロコイド歯形が形成されたアウタギア３ｂとが相互に噛み合った構造を備える可逆回転形トロコイドポンプとして構成されている。このインナギア３ａは、上記した主軸４の一端の先端部に固着されている一方、アウタギア３ｂはポンプハウジング１ｂ内に回転自在に収容されている。なお、図示を省略しているが、このポンプハウジング１ｂには、ポンプ室から外部に繋がる作動油の吸引口と吐出口が形成されている。また、ポンプハウジング１ｂは、ポンプ部３と回転電機部２とを分画するとともに、その径方向略中央には、主軸４を挿通させるための貫通孔が形成されている。

回転電機部２は、ステータコア２ａに形成された複数のティース部のそれぞれに、樹脂製のインシュレータ２ｂ，２ｂを介してコイル２ｃを巻回してなるモータステータと、主軸４の他端側外周に、磁化の方向が半径方向で、かつ、その向きが周方向に交互に逆向きとなるようにマグネット２ｄを固着してなるモータロータを主体として構成されている。

モータステータは、有底略円筒形状のモータハウジング１ａ内に固定配置されており、このモータステータの内側にモータロータが入り込んだ状態で、主軸４の他端部がモータハウジング１ａに対して転がり軸受５を介して回転自在に支持されている。また、主軸４の一端側は、ポンプハウジング１ｂに対して転がり軸受６を介して回転自在に支持されているとともに、シール７によって密封されたうえで、ポンプハウジング１ｂを貫通してポンプ部３に臨んでいる。

有底略円筒形状の前記したモータハウジング１ａには、その円筒部分の外周所定位置に前記コントローラケース１ｄが一体に形成されており、このコントローラ１ｄ内には、回転電機部２に制御信号を供給するためのコントローラ６３が収容されている。なお、この実施形態におけるコントローラ６３は、上下に配置された２枚の回路基板上に分割して実装した例を示している。また、コントローラ６３とモータステータとの接続は、コントローラ６３側から突出したターミナル６３ａと、モータステータ側のターミナル２ｅを相互に接続することにより行われている。

また、このコントローラ６３の基板上には、回転電機部３の電動運転を制御するコンバータ回路（６４）と、発電運転を制御しかつエネルギーを回生するインバータ回路（６４）が形成されている。図３は、このアシストオイルポンプユニット６０に搭載されるインバータ回路の構成例を示す図である。なお、このインバータ回路は、蓄電手段６５として車載バッテリと同様の二次電池を使用した場合を例示したが、大容量のコンデンサや電気二重層キャパシタ等、他の蓄電手段を用いる場合には、その蓄電手段の特性に合わせた回路設計とすれば良い。また、コンバータ回路としては、従来のモータドライバと同様の回路を構成すれば良い。

以上のように、コントローラ６３やコンバータ／インバータ６４，蓄電手段６５を、アシストオイルポンプユニット６０のハウジング１に一体に収納することによって、このポンプユニット６０は、外部に接続する必要のある配線（ケーブル）やコネクタ等を減らすことができる。従って、本実施形態におけるアシストオイルポンプユニット６０は、全ての機能を集約してコンパクトに構成できるとともに、組み込みの際の接続作業が簡略化され、ポンプユニット６０を配設する場所の自由度が向上する。

また、このポンプユニット６０のコントローラ６３と、車両の駆動系を統合的に制御するコントロールユニット５０との間の通信を無線化しても良い。この構成によれば、油路以外のケーブルやコネクタ等を全廃することも可能になる。

さて、以上の構成のアシストオイルポンプユニット６０を用いた自動変速機用作動油供給システムの動作について説明する。

エンジン１０が作動している通常走行時（図１（ａ））には、従来例と同様、メインオイルポンプ４０が、エンジン１０のクランクシャフトに繋がるベルトの駆動により、油圧調整手段３１を介して自動変速機の前進クラッチ（多板クラッチ２０）に作動油を供給している。この時、従来例では、自動変速機が必要とする以上の余剰の作動油が、ドレンパイプを通じてＡ／Ｔオイルパンに還元されていたのに対し、本実施形態では、この余剰の作動油が、電磁切換弁３２および圧力調整弁３３を介して、アシストオイルポンプ６１に流れるように構成されている。

すなわち、車両の通常走行時には、この余剰の作動油がアシストオイルポンプ６１を逆回転させ、モータ／ジェネレータ６２を発電運転させる。また、発生した電気は、インバータ６４を介して蓄電手段６５に蓄えられる。

また、所定のアイドル条件が成立し、コントロールユニット５０からの指令により、エンジン１０がストップした場合（図１（ｂ））には、前記電磁切換弁３２の油路切換動作とともに、蓄電手段６５から電力を得たモータ／ジェネレータ６２の電動運転により、アシストオイルポンプ６１が、油圧調整手段３１に作動油を供給する。

従って、本実施形態におけるアシストオイルポンプユニット６０は、従来のポンプユニットと同様の油圧維持機能を備えることは勿論、車載バッテリの負荷を軽減するとともに、車両の燃費向上にも貢献することができる。

なお、本実施形態におけるアシストオイルポンプユニット６０は、余剰の作動油から得られる電気エネルギーを、独自に備えた蓄電手段６５に回生したが、このエネルギーの回生先は特に限定されるものではなく、車載バッテリに回生しても良い。また、道路渋滞等、アシストオイルポンプユニット６０の電力消費が多くなる場合に備え、蓄電手段６５と従来の車載バッテリとの間にバックアップ回路を設けておいても良い。

また、本発明における変速機用アシストオイルポンプユニットを構成するポンプや回転電機の構造は、前述の実施形態での例に限定されるものではなく、本発明は、その他の種類の可逆回転形ポンプや、構造の異なる回転電機等を用いたアシストオイルポンプユニットにも等しく適用することが可能である。

本発明の実施形態における変速機用作動油供給システムの概略を示す構成図である。 本発明の実施形態における変速機用電動アシストオイルポンプユニットの断面図である。 本発明の変速機用電動アシストオイルポンプユニットにおけるエネルギー回生手段（インバータ回路）の構成例を示す図である。 従来の変速機用作動油供給システムの概略を示す構成図である。

符号の説明

１ ハウジング
１ａ モータハウジング
１ｂ ポンプハウジング
１ｃ ポンププレート
１ｄ コントローラケース
２ 回転電機部（モータ室）
２ａ ステータコア
２ｂ インシュレータ
２ｃ コイル
２ｄ マグネット
３ ポンプ部（ポンプ室）
３ａ インナギア
３ｂ アウタギア
４ 主軸
５，６ 転がり軸受
７ シール
１０ エンジン
２０ 多板クラッチ
３０ Ａ／Ｔバルブボディ
３１ 油圧調整手段
３２ 電磁切換弁
３３ 圧力調整弁
３４ 逆止弁
４０ メインオイルポンプ
５０ コントロールユニット
６０ アシストオイルポンプユニット
６１ アシストオイルポンプ（可逆回転形ポンプ）
６２ モータ／ジェネレータ（回転電機）
６３ コントローラ
６４ コンバータ／インバータ（エネルギー回生手段）
６５ 蓄電手段
７０ アシストオイルポンプユニット
７１ アシストオイルポンプ
７２ モータ
８０ モータドライバ
９０ バッテリ
１００ オイルパン
１０１ ドレンパイプ

Claims (3)

1. 車両に搭載された変速機に作動油を供給する油路に、エンジンによって駆動される機械式オイルポンプと並列に配置されるとともに、予め設定されたアイドルストップ条件によりエンジンが停止されたときに、前記機械式オイルポンプに代わって作動油を供給する変速機用電動アシストオイルポンプユニットであって、
   正逆両方向に回転可能な可逆回転形ポンプと、電動／発電運転可能な回転電機とからなり、この回転電機で発生した電気を回生するエネルギー回生手段を備えていることを特徴とする変速機用電動アシストオイルポンプユニット。
2. 独自の蓄電手段を備え、前記回転電機で発生した電気を、この蓄電手段に蓄えることを特徴とする請求項１に記載の変速機用電動アシストオイルポンプユニット。
3. 前記エネルギー回生手段および／または蓄電手段が、前記ポンプおよび回転電機と同一のハウジング内に収納されていることを特徴とする請求項２に記載の変速機用電動アシストオイルポンプユニット。
   

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