JP2009008111A - 車両油圧システム - Google Patents

Abstract

【課題】 油圧ポンプによって、発電機が連結された油圧モータを駆動し、油圧モータの排出油を油圧使用機器に供給する油圧システムを小形化すること。
【解決手段】 エンジンのクランクシャフトに油圧ポンプ１が連結され、油圧ポンプ１は、吐出管２及び油流入管３を介して油圧モータ４に接続される。油圧モータ４にはオルタネータ５が連結され、油圧モータ４は油流出管６及び油流入管７を介して自動変速機８に接続される。油圧モータ４から排出される作動油を自動変速機８に供給しているので、油圧ポンプ１の容量を油圧モータ４又は自動変速機８の要求流量の大きい方に合わせて設定すればよいので、油圧ポンプを小形化できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車等の車両に用いられる油圧システムに係り、特に、油圧モータにより発電機を駆動する油圧システムに関する。

従来、自動車のエンジンの点火及び制御、エアコン等の車載装置に必要な電力は、例えば、エンジンのクランクシャフトに連結された発電機から発生したものを、一旦バッテリーに蓄えて使用している。このような発電機の回転数は、エンジンの回転数に比例して変化するため、アイドリング時などエンジンの回転数が低い領域では、中〜高速回転時に比べて発電可能な電力量が少なくなる。

しかし、自動車の消費電力は、エンジンの回転数が低い場合でもあまり減少することはなく、特に大電力を消費するエアコンにおいてはほとんど変化がない。そこで、渋滞時のようにエンジンを低回転領域で長時間走行する場合に対応するため、低回転側で定格電力を発電するよう発電機の特性を決めると、発電機の機体は大形となり重量も増加する。

また、エンジンが高速回転すると過剰発電となるため、発電量を制御により抑制する必要が生じる。このような場合には発電効率が低下するだけでなく、高速運転による発熱等により、これを支持する軸受が損傷する等の不具合が発生するおそれがある。

そこで、上記の問題を解決するため、エンジンの回転数の変化によらず、発電機を一定回転数で駆動して発電を行うことが考えられる。このような技術として、エンジンの駆動軸に連結された油圧ポンプと、油圧ポンプの吐出管に接続された油圧モータと、油圧モータの駆動軸に連結された発電機を備えた車両用発電装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平０３−１６９２９８

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、発電用の油圧モータを駆動するための油圧ポンプを、他の油圧使用機器へ油を供給するための油圧ポンプと別に設けていることから、油圧ポンプ関係の装置が大形化するおそれがある。

そこで、１台の油圧ポンプに油圧モータと油圧使用機器とを並列に接続することが考えられるが、油圧ポンプの容量が大きくなり小形化に改善の余地がある。

本発明は、油圧ポンプによって、発電機が連結された油圧モータを駆動し、油圧モータの排出油を油圧使用機器に供給する油圧システムを小形化することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の車両油圧システムは、エンジンの駆動軸に連結された油圧ポンプと、油圧ポンプの吐出管に接続された油圧モータと、油圧モータの駆動軸に連結された発電機とを備え、油圧モータの油排出管に接続された油圧使用機器を有することを特徴とする。

この構成によれば、発電機を駆動する油圧モータの排出油を油圧使用機器に供給しているので、油圧ポンプの容量を油圧モータ又は油圧使用機器の要求流量の大きい方に合わせて設定すればよいから、油圧ポンプを小形化できる。

さらに、油圧モータの油流入管に流量調整弁を設け、流量調整弁の余剰油を油圧モータの油排出管に流すバイパス管を設けることが好ましい。これによれば、油圧使用機器の要求流量が油圧モータの要求流量より大きくても、適切に油圧システムを構成することができる。また、エンジンが高回転領域にあっても、流量調整弁により油圧モータに一定流量の油が供給されるので、油圧モータを一定回転数で運転して、一定量の電力を発電することができる。また、エンジンの回転数が増大しても発電機の回転数を低く保持できるため、軸受の損傷等を抑制し、発電機の信頼性を向上することができる。

ここで、油圧使用機器として自動変速機のトルクコンバータを適用し、トルクコンバータの油流入管に流量調整弁を設け、流量調整弁の余剰油をポンプの吸込油槽へ排出する排油管を設ければ、トルクコンバータの要求流量に対して過剰となった油を油槽へ戻すことができる。また、トルクコンバータは、油圧モータと比べて油圧はさほど必要とせず、流量を必要とするため、トルクコンバータの要求流量を満たすように油圧ポンプの容量を設定する。

また、トルクコンバータの油流入管にオイルクーラを設けることで、油圧ポンプ及び油圧モータの作動により加熱された油を冷却することができるので、トルクコンバータの性能の低下及び油自体が劣化するのを抑制することができる。

さらに、トルクコンバータがロックアップ状態又は自動変速機がニュートラル状態を検出する検出手段を設け、検出手段の検出信号に基づいて発電機の励磁を制御して発電量を増加させる制御手段を設けることができる。これによれば、トルクコンバータがロックアップ状態又は自動変速機がニュートラル状態のときは流量が少なくて済むので、発電機の発電量を増やすことができる。

また、油圧ポンプの押しのけ容積を油圧モータの押しのけ容積よりも大きく設定することで、油圧ポンプの回転数に対して油圧モータの回転数を早くすることができるため、エンジンが低回転領域の場合でも発電機を定格回転数で運転することができる。

また、エンジン始動時に発電機の励磁をオフする制御手段を設け、発電を行わないようにすることで、始動時のエンジンへの負荷を低減することができる。

本発明によれば、油圧ポンプによって、発電機が連結された油圧モータを駆動し、油圧モータの排出油を油圧使用機器に供給する油圧システムを小形化することができる。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の一実施形態の車両油圧システムのシステム構成図、図２は油圧ポンプ及び油圧モータの模式図、図３はオルタネータの模式図である。

図１に示すように、本実施形態の車両油圧システムは、図示していないエンジンのクランクシャフトに油圧ポンプ１が連結されている。油圧ポンプ１は、吐出管２及び油流入管３を介して油圧モータ４に接続され、油圧モータ４にはオルタネータ５が連結されている。油圧モータ４は油流出管６及び油流入管７を介して自動変速機８に接続されている。また、油流入管３、７には流量調整弁９、１０がそれぞれ接続されている。

図１及び２に示すように、油圧ポンプ１は可変容量型ベーンポンプであり、円筒状のポンプケース１１を筐体とし、両側の開口端部が円盤状の板で密閉されている。ポンプケース１１の中心部には回転軸１２が設けられている。回転軸１２に設けられたロータ１３には、放射状に溝１４が形成され、溝１４にはベーン１５が挿入されている。また、ポンプケース１１の内部にベーン１５を収容するように設けられたリング１６は、回転軸１２の中心に対して偏心して配置されている。さらに、ポンプケース１１の内周面の１箇所に設けられた穴には押しばね１７が挿入され、押しばね１７の先端部に取り付けられた圧子１８がリング１６を偏心する方向に押し付けるように当接している。また、押しばね１７が挿入される穴と１８０度ずらした位置にねじ穴が貫通して設けられ、ねじ穴に螺号される調整ねじ１９がリング１６に当接して進退可能に設けられている。また、ポンプケース１１を密閉する板の一方には、吸入ポート２０及び吐出ポート２１がリング１６とロータ１３の間の隙間に配置して設けられている。吸入ポート２０には吸込管２２が接続され、吸込管２２の他方の端部は油槽２３の作動油を吸い込むように配置されている。また、吐出ポート２１には吐出管２が接続されている。

流量調整弁９は円筒状の弁本体２４を有し、円筒の両端部に流入口２５及び流出口２６がそれぞれ設けられている。流入口２５には吐出管２が接続され、流出口２６には油流入管３が接続されている。また、弁本体２４の内周面の１箇所にはバイパス入口２７が設けられ、バイパス入口２７にはバイパス管２８が接続されている。弁本体２４の内部にはオリフィス２９を有する円筒状のスリーブ３０が流量調整ばね３１に取り付けられ、流量調整ばね３１の一方の端部は流出口２６側に固定されている。これによって、スリーブ３０がバイパス入口２７を閉じる位置に保持される。

油圧モータ４は外接ギヤ式油圧モータであり、油圧モータ４の長円形筒状のモータケース３２内にメインギヤ３３及びサブギヤ３４がかみ合った状態で収納されている。モータケース３２には、油が流入及び流出される位置に流入口３５及び流出口３６がそれぞれ設けられている。流入口３５には油流入管３が接続され、流出口３６には油流出管６が接続されている。また、メインギヤ３３と同軸に主軸３７が設けられ、サブギヤ３４と同軸に副軸３８が設けられている。また、油圧ポンプ１の押しのけ容積は油圧モータ４の押しのけ容積よりも大きく設定されている。つまり、油圧モータ４の回転数に対してオルタネータ５の回転数を高くなるように設定して、エンジンが低速回転領域にある場合でも定格回転数付近で運転できるようにしている。

図３に示すように、オルタネータ５は交流の発電機であり、オルタネータ５のオルタネータ軸３９には油圧モータ４の主軸３７が接続され、主軸３７を回転すると、オルタネータ軸３９及びこれと同軸に設けられたロータ４０が回転されるようになっている。ロータ４０は、円筒状のケーシング４１に設けられた２個の転がり軸受４２、４３で軸支されており、軸受４２、４３が嵌合されているケーシング４１の内周部には、複数のステータ４４が配置して設けられている。また、オルタネータ５には、オルタネータ５の励磁を制御する発電制御装置４５が配線を介して接続されている。

図１及び図２に示すように、油流出管６はバイパス管２８と合流し、流量調整弁１０の流入口４６に接続される。流量調整弁１０は、流量調整弁９と同様の構成を有しているため、詳細部の説明を省略する。流量調整弁１０の流出口４７と排出口４８には油流入管７と排油管４９がそれぞれ接続され、油流入管７は後述する自動変速機８のオイルクーラ５２の油流入部に接続されている。また、排油管４９の開口端部は作動油が油槽２３に排出されるように配置されている。

自動変速機８はトルクコンバータ５０と、変速機構５１と、オイルクーラ５２、５３から構成され、オイルクーラ５２の油流出部には油流入管５４を介してトルクコンバータ５０の油流入部に接続されている。また、トルクコンバータ５０の油流出部には油流出管５５を介してオイルクーラ５３の油流入部が接続されている。さらに、オイルクーラ５３の油流出部には油流入管５６を介して変速機構５１が接続され、変速機構５１の油流出部に油流出管５７が接続され、油流出管５７の開口端部は油槽２３へ作動油を排出するように配置して設けられている。また、トルクコンバータ５０は、油圧モータ４と比べると、油圧はさほど必要とせず、流量を必要とするため、トルクコンバータ５０の要求流量を満たすように油圧ポンプ２の容量を設定する。

次に、このように構成される油圧システムの動作について説明する。エンジンにより駆動された油圧ポンプ１は、吸込管２２を介して、油槽２３から作動油（例えば、ＡＴＦ等）を吸い上げ、吐出管２へ圧送する。この作動油は、流量調整弁９で流量が調整され、油流入管３を介して油圧モータ４へ導かれ、油圧モータ４を駆動した後、油流出管６へ流出される。油圧モータ４と同軸に設けられたオルタネータ５は、発電制御装置４５により励磁を制御することで発電量が調整されている。

ここで、流量調整弁９の動作について説明する。油圧ポンプ１の回転速度が低く、流量が比較的少ない場合は、作動油がオリフィス２９を通過する際に生じる圧損はさほど大きくなく、流量調整ばね３１は大きく変位しないため、スリーブ３０がバイパス入口２７を塞いで、流入する作動油のほぼ全量が油流入管３を介して油圧モータ４へ導かれる。一方、油圧ポンプ１の回転速度が高くなり、流量が増加した場合は、オリフィス２９を通過する際に生じる圧損が大きくなるため、差圧によって流量調整ばね３１が大きく変位する。これによってスリーブ３０が排油口と連通する位置まで移動され、作動油の一部がバイパス管２８へ導かれる。また、変位量は、ばね定数で調整することができる。

油圧モータ４に対して余剰の作動油は、流量調整弁４によりバイパス管２８へ流れ、油流出管６で油圧モータ４の吐出油と合流して流量調整弁１０へ導かれる。流量調整弁１０に導かれた作動油は、トルクコンバータ５０に対して必要量が油流入管７を介して自動変速機８のオイルクーラ５２へ導かれ、余剰の作動油は排油管４９を介して油槽２３に戻される。

オイルクーラ５２では油圧ポンプ１及び油圧モータ４によって加熱された作動油を冷却する。その後、冷却された作動油は油流入管５４を介してトルクコンバータ５０へ導かれる。

トルクコンバータ５０で使用された作動油は油流出管５５を介してオイルクーラ５３へ導かれ、トルクコンバータ５０で加熱された作動油が冷却され、トルクコンバータ５０の性能の低下及び作動油自体が劣化するのを抑制している。冷却された作動油は油流入管５６を介して変速機構５１の潤滑系導かれ、油流出管５７を介して油槽２３に排出される。

図２を用いて油圧ポンプ１及び油圧モータ４の詳細な動作を説明する。図示のように、エンジンを駆動してクランクシャフトを回転すると、クランクシャフトに接続された油圧ポンプ１の回転軸１２は図の矢印で示した方向（反時計回り）に回転され、作動油は管１７を介して吸入口１６へ吸入される。比較的回転軸１２の回転数が低い場合は、リング１６は押しばね１７により、リング１６の偏心量が最大となる位置まで押し付けられ、油圧ポンプ１の押しのけ容積は最大となる。一方、回転軸１２の回転数が高くなると吐出口１７側の圧力が高まり、リング１６には押しばね１７を押し戻そうとするように力が働く。これによって、リング１６は偏心量が減少する方向へ移動され、油圧ポンプ１の押しのけ容積は減少される。したがって、油圧ポンプ１の回転数が増加しても流量は大きく変化しない。また、低回転時の押しのけ容積は調整ねじ１９で、高回転時の押しのけ容積は押しばね１７のばね定数で調整することができる。

油圧モータ４の流入口３５に導かれた作動油はその後、メインギヤ３３及びサブギヤ３４とケーシング３２との間で作動油の圧力が働き、メインギヤ３３及びサブギヤ３４を図の矢印で示した方向（メインギヤ３３：反時計回り、サブギヤ３４：時計回り）に回転させる。また、油圧モータ４の押しのけ容積は、油圧ポンプ１の最大押しのけ容積に対して数分の１と小さいため、油圧モータ４は油圧ポンプ１の数倍の速度で回転される。

次に、発電制御装置４５の動作について説明する。発電制御装置４５はオルタネータ５の励磁を制御することで、オルタネータ１１の発電量、すなわちオルタネータ１１を駆動する油圧モータ４の回転トルクを任意の値に調整することができる。例えば、トルクコンバータ５０が最大滑りを発生するような作動油が必要な場合は、励磁を弱めて回転トルクを減少させ、トルクコンバータ５０の機能を優先させるようにする。

また、始動時のエンジンへの負荷を低減するため、エンジン始動時、例えば、セルモータが作動している間は発電機の励磁をオフすることで、発電を行わないように制御する。又は、エンジンの回転が安定したことを検知して、励磁をオンすることで発電が開始されるように制御する。

このように、油圧モータ４から排出される作動油を自動変速機８に供給しているので、油圧ポンプ１の容量を油圧モータ４又は自動変速機８の要求流量の大きい方に合わせて設定すればよいので、油圧ポンプ１を小形化できる。

本実施形態では、油圧モータ４に必要量以上の作動油を供給しないようにするため、油圧モータ４の流入側に流量調整弁９設け、油圧モータ４の要求流量に対して余剰な油を油圧モータ４の排出口に設けられたバイパス管２８へ流すようにしている。これによれば、自動変速機８の要求流量が油圧モータ４の要求流量より大きくても、適切に油圧システムを構成することができる。また、エンジンが高回転領域にあっても、流量調整弁９を設けたことにより、油圧モータ４に一定流量の油を供給し、油圧モータ４を一定回転数で運転して、一定量の電力を発電することができる。また、エンジンの回転数が増大してもオルタネータ５の回転数を一定に保持できるため、軸受の損傷等を抑制し、発電機の信頼性を向上することができる。

また、本実施形態では油圧ポンプとして可変流量型ベーンポンプを用いたが、これに代えて、定流量型ベーンポンプ等を用いることもできる。しかし、定流量型ベーンポンプを用いた場合、回転数の増加に比例して吐出する作動油の流量が増大するため、バイパス管２８へ流れる作動油の流量が増大する。バイパス管２８を流れる作動油の圧力損失はシステムの効率を悪化させるため、本実施形態のような可変容量型の油圧ポンプ１を用いれば、回転数が変化しても吐出量をある程度一定にできるので、バイパス管２８に流出する作動油の量は少なくなり、バイパス管２８を流れる作動油の圧力損失を小さくすることができる。

本実施形態では、油圧モータとして外接ギヤ式油圧モータを用いたが、作動油の流体エネルギーを回転速度に変えるものであればこれに限るものではなく、例えば、ベーンモータ等を用いることができる。

また、油圧ポンプ１の押しのけ容積を油圧モータ４の押しのけ容積よりも大きく設定したことから、油圧ポンプ１の回転数に対して油圧モータ４の回転数を高くすることができ、エンジンが低回転領域の場合でもオルタネータ５の回転数を定格回転数で運転することができる。

（実施形態２）
図４に本発明の他の実施形態である車両油圧システムのシステム構成図を示す。図４に示すように、本実施形態が実施形態１と異なる点は、ロックアップ検知装置５８がトルクコンバータ５０に設けられ、かつ、ニュートラル検知装置５９が変速機構５１に設けられたことにある。なお、ロックアップ検知装置５８及びニュートラル検知装置５９は図示していない配線によって発電制御装置４５と接続されている。その他の構成は図１と同じであるから、詳細な説明を省略する。

自動変速機８のトルクコンバータ５０がロックアップ状態となると、ロックアップ検知装置５８によりトルクコンバータ５０がロックアップされたことを検知し、検知された信号は発電制御装置５７へ送られる。また、変速機構５１の変速位置がニュートラルになった場合、ニュートラル検知装置５９がニュートラル信号を検知し、検知された信号は発電制御装置５７へ送られる。このような、トルクコンバータがロックアップ状態又は自動変速機がニュートラル状態となった場合はトルクコンバータ５０には殆ど作動油が必要ないため、発電制御装置４９によってオルタネータ５の励磁を強めて発電量を増加させることができる。

本実施形態においてはロックアップ検知装置５８及びニュートラル検知装置をトルクコンバータ５０及び変速機構５１に設けたが、例えば、自動車の制御装置の信号を用いることができ、ロックアップ状態又はニュートラル状態を検知できるものであればこれに限るものではない。

また、本実施形態の油圧モータ４の定格流量と、トルクコンバータ５０の要求流量とを概略一致させるよう設計すれば、油圧モータ４から吐出された作動油の全量をトルクコンバータ５０へと流すことができるため、システム効率が向上する。

また、発電制御装置４５により、オルタネータ５の発電モード、発電量及びオルタネータ軸３９の回転数を検知すれば、オルタネータ５が発電状態にあるか否かを知ることができる。これを利用して重故障であるオルタネータ５の故障を運転者に知らせるようにすることができる。

本実施形態では、油圧モータ４から排出された作動油を自動変速機８のトルクコンバータ５０に導いて利用するようにしたが、油圧を使用して駆動される機械であればトルクコンバータ５０に限るものではなく、例えば、パワーステアリング等に用いることができる。

本発明の一実施形態の車両油圧システムのシステム構成図である。 油圧ポンプ及び油圧モータの模式図である。 オルタネータの模式図である。 他の実施形態である車両油圧システムのシステム構成図である。

符号の説明

１ 油圧ポンプ
２ 吐出管
３ 油流入管
４ 油圧モータ
５ オルタネータ
６ 油流出管
７ 油流入管
８ 自動変速機
９、１０ 流量調整弁
２３ 油槽
２８ バイパス管
４５ 発電制御装置
４９ 排油管
５０ トルクコンバータ
５１ 変速機構
５２、５３ オイルクーラ
５８ ロックアップ検知装置
５９ ニュートラル検知装置

Claims (7)

1. エンジンの駆動軸に連結された油圧ポンプと、該油圧ポンプの吐出管に接続された油圧モータと、該油圧モータの駆動軸に連結された発電機とを備え、前記油圧モータの油排出管に接続された油圧使用機器を有してなる車両油圧システム。
2. 請求項１に記載の車両油圧システムにおいて、
   前記油圧モータの油流入管に流量調整弁が設けられ、該流量調整弁の余剰油を前記油圧モータの油排出管に流すバイパス管を有することを特徴とする車両油圧システム。
3. 請求項２に記載の車両油圧システムにおいて、
   前記油圧使用機器は、自動変速機のトルクコンバータであり、前記トルクコンバータの油流入管に流量調整弁が設けられ、該流量調整弁の余剰油を前記油圧ポンプの吸込油槽へ排出する排油管を有することを特徴とする車両油圧システム。
4. 請求項３に記載の車両油圧システムにおいて、
   前記トルクコンバータの油流入管にオイルクーラが設けられてなることを特徴とする車両油圧システム。
5. 請求項３又は４に記載の車両油圧システムにおいて、
   前記トルクコンバータがロックアップ状態又は前記自動変速機がニュートラル状態を検出する検出手段を設け、該検出手段の検出信号に基づいて前記発電機の励磁を制御して発電量を増加させる制御手段を設けたことを特徴とする車両油圧システム。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両油圧システムにおいて、
   前記油圧ポンプの押しのけ容積は、前記油圧モータの押しのけ容積よりも大きく設定されていることを特徴とする車両油圧システム。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の車両油圧システムにおいて、
   エンジン始動時に前記発電機の励磁をオフする制御手段を設けたことを特徴とする車両油圧システム。

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