JP2017106359A

JP2017106359A - オイルポンプ装置

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Publication number: JP2017106359A
Application number: JP2015239859A
Authority: JP
Inventors: 俊宣堀松; Toshinobu Horimatsu; 智史増倉; Satoshi Masukura
Original assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Current assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2017-06-15
Anticipated expiration: 2035-12-09
Also published as: JP6671165B2; EP3179135A1; CN107013457A; US20170167326A1

Abstract

【課題】電動モータ１７の整備性を高めるとともに、コネクタ２８のシールの問題やオイル中の鉄粉等の吸着の問題を回避する。【解決手段】オイルポンプ装置１５のポンプユニット１６は、ポンプ回転軸２２が変速機の回転中心軸線と平行となった姿勢で変速機ハウジング１１の内部に配置される。ポンプ回転軸２２の一端部は、機械式駆動軸２０の端部にワンウェイクラッチ２４を介して接続される。電動モータ１７は、変速機ハウジング１１の外側面に取り付けられ、かさ歯車３５，３６を含む減速歯車機構１９ならびにワンウェイクラッチ４０を介して、ポンプ回転軸２２の他端部を駆動する。減速歯車機構１９を適宜に設定することで、電動モータ１７の配置の自由度が高く得られる。【選択図】図４

Description

この発明は、例えばハイブリッド車両などの車両において内燃機関もしくは自動変速機のオイルポンプとして用いられるオイルポンプ装置に関し、特に、内燃機関の出力による機械的な駆動と電気による駆動との２系統の駆動が可能なオイルポンプ装置に関する。

例えばハイブリッド車両においては、車両の走行条件に応じて内燃機関が停止するため、内燃機関の出力によって機械的に駆動されるオイルポンプとは別に電動オイルポンプが必要である。このような電動オイルポンプは、内燃機関や変速機とは別の独立したポンプハウジングを備え、配管を介して内燃機関や変速機のオイル系統に接続されている。

近年、このような個別の電動オイルポンプを不要とするために、内燃機関や変速機に設けられる１つのオイルポンプを、機械的に駆動するととともに電動駆動できるようにした構成のオイルポンプ装置が提案されている。

特許文献１には、内燃機関のクランクケース内にトロコイド式のポンプユニットを収容し、このポンプユニットを貫通したポンプ回転軸の一端部に、減速歯車機構を介して内燃機関の動力を伝達するように構成するとともに、ポンプ回転軸の他端部に電動モータを連結した構成のオイルポンプ装置が開示されている。つまり、電動モータのロータがポンプ回転軸に取り付けられているとともに、このロータを囲むようにステータが配置され、ポンプ回転軸を直接に駆動している。

また特許文献２には、内燃機関の出力軸に結合されたインナギアと該インナギアの外周に組み合わされたアウタギアとからなるギアポンプユニットを用い、アウタギアを電動モータにて回転駆動するようにしたオイルポンプ装置が開示されている。これはアウタギアを電動モータのロータとして利用するようにしたものであって、円環状のアウタギアの外周面に電動モータの一部となる永久磁石を取り付けるとともに、この永久磁石を囲むようにステータコイルが配置されている。従って、機械的な駆動時にはインナギアが回転駆動され、また、電動駆動時には逆にアウタギアが回転駆動されることで、それぞれポンプ機能が発揮される。

特開２０１４−２３１７７０号公報特開２０１３−７４７３２号公報

上記の特許文献１や特許文献２においては、電動モータがポンプユニットとともにオイルパンの内側に収容されている。つまり、オイルが飛散する内燃機関のクランクケース内や変速機ハウジング内に電動モータが収容されている。従って、電動モータの故障時などに整備性が悪い。また、ハーネスが接続される電動モータの端子部がオイルパンの内側に位置することとなるので、そのシールの問題が発生する。さらには、磁力を有する電動モータの周囲にオイルが存在するため、オイル中に混在する磁性体からなる異物（例えば鉄粉など）が電動モータの各部に吸着され、異物の噛み込みによる動作不良や短絡などが生じ易い。

この発明は、車両の内燃機関もしくは変速機のケーシングの下面に位置するオイルパンからオイルを吸い上げるオイルポンプ装置であって、
上記ケーシングの内部に収容され、ポンプ回転軸が上記内燃機関の回転中心軸線と平行に配置されたポンプユニットと、
上記ケーシングの外側面に取り付けられた電動モータと、
上記内燃機関の出力によって回転する機械式駆動軸を、上記ポンプ回転軸の一端に接続する機械駆動用接続部と、
上記ケーシングの内部に収容され、上記ポンプ回転軸の他端と上記電動モータのモータ回転軸とを互いに接続するとともに、上記電動モータの回転を減速して上記ポンプ回転軸に伝達する減速歯車機構と、
を備えて構成されている。

好ましい一つの態様では、上記モータ回転軸と上記ポンプ回転軸とが９０°異なる方向に沿って配置されており、上記減速歯車機構は、かさ歯車もしくはハイポイドギアを含んで構成されている。

また、好ましい他の一つの態様では、上記モータ回転軸と上記ポンプ回転軸とが平行に配置されており、上記減速歯車機構は、平行軸歯車から構成されている。

すなわち、上記の構成においては、内燃機関のクランクシャフトの回転中心軸線と平行なポンプ回転軸が、内燃機関の出力によって回転する機械式駆動軸によって機械的に回転駆動される。また、ケーシングの外側面に取り付けられた電動モータの回転が減速歯車機構を介してポンプ回転軸に伝達されるので、例えば内燃機関の停止時に、ポンプユニットの電動駆動が可能である。

なお、電動駆動時にポンプユニット側から内燃機関側へ動力伝達がなされないように、望ましくは、上記機械式駆動軸と上記ポンプ回転軸とを接続する上記機械駆動用接続部に、ワンウェイクラッチが設けられている。

そして、電動モータがケーシングの外側面に取り付けられているため、端子部のオイルに対するシールが不要であり、オイル中に含まれる鉄粉等の吸着の懸念もない。電動モータのモータ回転軸は、減速歯車機構を介してポンプ回転軸の他端に動力伝達を行うので、減速歯車機構を適宜に構成することにより、電動モータのレイアウトの自由度が高く得られる。例えば、ハウジングの外側面の中で、他部品との干渉を避けた位置に電動モータを配置することが可能となる。

好ましい一つの態様では、上記モータ回転軸が上記ケーシングの壁を貫通して該ケーシング内部へ延びている。

この発明によれば、一つのポンプユニットを内燃機関の出力による機械的な駆動と電気による駆動との２系統で駆動することができるとともに、電動モータがケーシングの外に位置することから、従来のような端子部のシールの問題や電動モータの整備性の問題あるいは鉄粉等の吸着に起因する不具合を回避することができる。

この発明を横置き型ＦＦ形式の自動車に適用した一実施例を示す車両の概略説明図。その要部を示す平面図。同じく要部を示す正面図。オイルポンプ装置のみを取り出して示した平面図。ポンプ回転軸とモータ回転軸とが平行な実施例を示す要部の平面図。同じく要部を示す正面図。オイルポンプ装置のみを取り出して示した平面図。この発明を縦置き型ＦＲ形式の自動車に適用した一実施例を示す車両の概略説明図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図４は、この発明の第１実施例を示している。この実施例は、図１に示すように、内燃機関１が車両２にいわゆる横向きに搭載されたＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）形式の自動車の変速機のオイルポンプ装置に、本発明を適用したものである。図１は、車両２の前部の構成を上方から見た概略の説明図であり、運転席前方のエンジンルーム３内に内燃機関１が横向き（クランクシャフトの回転中心軸線が車両進行方向に直交した姿勢）に搭載されているとともに、この内燃機関１の一端部に変速機４例えばベルト式無段変速機構を用いた自動変速機４が接続されている。ドライブシャフト６が自動変速機４の一部を貫通して左右に延びており、このドライブシャフト６が前輪５を駆動している。

このような車両２の構成において、本発明のオイルポンプ装置１５は、自動変速機４の作動油のオイルポンプとして用いられている。

図２および図３は、内燃機関１および自動変速機４のみを取り出して示したものであり、図２は、図１と同じく上方から見た平面図、図３は車両２の前方から内燃機関１等を見た正面図である。図２には、自動変速機４の内部にあるオイルポンプ装置１５の構成要素を透視した形で示してある。

自動変速機４は、無段変速機構等を収容するケーシングとしてアルミニウム合金のダイキャストからなる変速機ハウジング１１を備えており、該変速機ハウジング１１の下面つまり底面に、作動油を回収するオイルパン１２が取り付けられている。変速機ハウジング１１の一部は、図示せぬトルクコンバータを収容したトルクコンバータハウジング１１ａとして形成されており、このトルクコンバータハウジング１１ａの端部が内燃機関１のシリンダブロックの端部に取り付けられている。また、変速機ハウジング１１のトルクコンバータハウジング１１ａとは反対側となる開口端面は、ケーシングの一部をなすサイドカバー１３によって覆われている。サイドカバー１３は、変速機ハウジング１１と同じくアルミニウム合金のダイキャストからなり、変速機ハウジング１１に着脱可能に取り付けられている。

上記オイルパン１２から作動油を吸い上げて自動変速機４のバルブユニット（図示せず）や無段変速機構に圧油を供給するオイルポンプ装置１５は、変速機ハウジング１１の内部に収容されたポンプユニット１６と、変速機ハウジング１１の外側面に取り付けられた電動モータ１７と、内燃機関１の出力によって回転するように変速機ハウジング１１内に設けられた機械式駆動軸２０を上記ポンプユニット１６に接続する機械駆動用接続部１８と、上記電動モータ１７を上記ポンプユニット１６に接続する減速歯車機構１９と、を備えている。

図４は、オイルポンプ装置１５のみを取り出して示した図であり、図１および図２と同様に、オイルポンプ装置１５を上方から見た平面図である。ポンプユニット１６は、特開２０１５−１１７６９５号公報等に記載のいわゆるペンデュラム型ポンプ、あるいは自動車用オイルポンプとして一般的なトロコイドポンプやベーンポンプ、など、ポンプ回転軸２２が回転することでポンプ作用を奏しうるものであれば、いかなる形式のポンプであってもよい。一実施例では、例えばペンデュラム型ポンプが用いられている。ここで、ポンプ回転軸２２は、ポンプユニット１６のポンプハウジング２３から両端部がそれぞれ突出するようにポンプハウジング２３を貫通している。そして、変速機ハウジング１１内に取り付けた状態において、ポンプ回転軸２２が、内燃機関１の回転中心軸線（換言すれば自動変速機４のメインインプットシャフトの回転中心軸線）と平行に配置されている。

詳しくは、オイルポンプ装置１５を内燃機関１の出力によって機械的に駆動するための機械式駆動軸２０が、自動変速機４内で図示しないメインインプットシャフトと平行に、かつ該メインインプットシャフトから駆動力が伝達されるように設けられており、上記ポンプ回転軸２２が上記機械式駆動軸２０と一直線上に整列するように、ポンプユニット１６の位置が設定されている。

上記機械駆動用接続部１８は、互いに対向して配置されるポンプ回転軸２２の一端と機械式駆動軸２０の先端とを接続ないし連結するものであり、本実施例では、この機械駆動用接続部１８がワンウェイクラッチ２４を備えている。具体的には、ワンウェイクラッチ２４の入力側となる外筒２４ａが機械式駆動軸２０先端に固定されており、ワンウェイクラッチ２４の出力側となる内筒（図示せず）がポンプ回転軸２２の一端部に連結固定されている。このワンウェイクラッチ２４は、外筒２４ａから内筒へ特定の回転方向にのみ動力を伝達するように構成されている。つまり、機械式駆動軸２０が内燃機関１の出力によって回転している状態では、機械式駆動軸２０によってポンプ回転軸２２が回転駆動される。逆にポンプ回転軸２２が機械式駆動軸２０の回転速度よりも高速で回転している状態では、ワンウェイクラッチ２４は空転し、ポンプ回転軸２２が機械式駆動軸２０を駆動することはない。なお、同様のワンウェイクラッチをメインインプットシャフトから機械式駆動軸２０までの動力伝達系の適宜な位置に介在させ、ポンプ回転軸２２と機械式駆動軸２０とは単純に直結させるようにしてもよい。

一方、電動モータ１７の駆動力は、減速歯車機構１９を介してポンプ回転軸２２の他端部に入力される。電動モータ１７は、インバータを含む駆動回路（図示せず）によって回転速度を任意に調節可能な永久磁石型三相交流モータからなり、径に比較して軸方向寸法が小さな偏平な円筒状をなす本体部２６の一端面（取付面）からモータ回転軸２７が突出した構成となっている。本体部２６は、一端に取付フランジ２６ａを有し、この取付フランジ２６ａが複数のボルト２９によって変速機ハウジング１１の外壁３０に取り付けられている。従って、モータ回転軸２７は、変速機ハウジング１１の外壁３０を貫通して、変速機ハウジング１１の内部空間に突出している。なお、本体部２６の他端面つまり頂面には、駆動回路との結線を行うためのコネクタ２８が設けられている。

減速歯車機構１９は、変速機ハウジング１１の内部において上記ポンプ回転軸２２と上記モータ回転軸２７とを互いに接続し、上記電動モータ１７の回転を減速して上記ポンプ回転軸２２に伝達するものである。図示例では、ポンプ回転軸２２とモータ回転軸２７とが９０°異なる方向に沿って配設されており、従って、減速歯車機構１９は、伝動方向を９０°変換する機能をも含んでいる。この減速歯車機構１９は、変速機ハウジング１１の内部で比較的離れて位置するポンプ回転軸２２とモータ回転軸２７との間の動力伝達のために比較的長く構成された中間シャフト３１と、モータ回転軸２７と該中間シャフト３１の一端部との間で動力伝達を行うように互いに噛み合う平歯車３２，３３と、中間シャフト３１の他端部と比較的短く構成された第２中間シャフト３４との間で９０°方向を変換しつつ動力伝達を行うように互いに噛み合うかさ歯車３５，３６と、第２中間シャフト３４とポンプ回転軸２２との間で動力伝達を行うように互いに噛み合う平歯車３７，３８と、から構成されている。

中間シャフト３１は、図示せぬ軸受機構を介して変速機ハウジング１１の内部で回転自在に支持されており、特に、モータ回転軸２７と平行に配設されている。このモータ回転軸２７と中間シャフト３１との間の平歯車３２，３３は、１：１もしくはこれに近い減速比に構成されており、中間シャフト３１は、モータ回転軸２７とほぼ等しい回転速度で回転する。

第２中間シャフト３４は、やはり図示せぬ軸受機構を介して回転自在に支持されたもので、ポンプユニット１６の近傍に位置し、かつポンプ回転軸２２と平行に配設されている。中間シャフト３１と第２中間シャフト３４との間のかさ歯車３５，３６は、第２中間シャフト３４側のかさ歯車３６の方が大径であり、比較的大きな減速比を有している。また、第２中間シャフト３４とポンプ回転軸２２との間の平歯車３７，３８は、ポンプ回転軸２２側の平歯車３８の方が大径であり、比較的大きな減速比を有している。かさ歯車３５，３６と平歯車３７，３８とを組み合わせたときの減速比は、８：１〜４：１程度に設定されている。つまり、電動モータ１７が８０００rpmで回転するときにポンプユニット１６が１０００〜２０００rpm程度の回転速度となるように、各歯車の歯数比が設定されている。

また、本実施例では、ポンプ回転軸２２と平歯車３８との間に、機械式駆動軸２０側と同様に、ワンウェイクラッチ４０が配設されている。具体的には、平歯車３８は、ワンウェイクラッチ４０の入力側となる外筒の外周面に設けられており、ワンウェイクラッチ４０の出力側となる内筒がポンプ回転軸２２に連結固定されている。このワンウェイクラッチ４０は、外筒から内筒へ特定の回転方向にのみ動力を伝達するように構成されている。つまり、電動モータ１７が回転駆動されている状態では、平歯車３７，３８ならびにワンウェイクラッチ４０を介してポンプ回転軸２２が回転駆動される。逆にポンプ回転軸２２が外筒つまり平歯車３８の回転速度よりも高速で回転している状態では、ワンウェイクラッチ２４は空転し、ポンプ回転軸２２が電動モータ１７を駆動することはない。なお、電動モータ１７が内燃機関１の出力によって回転することを許容する場合には、ワンウェイクラッチ４０を省略してもよい。

上記実施例の構成においては、内燃機関１の運転中は、内燃機関１のクランクシャフトに連動して機械式駆動軸２０が回転するので、ワンウェイクラッチ２４を介して内燃機関１による駆動力がポンプ回転軸２２に伝達され、ポンプユニット１６が機械的に駆動される。このとき、電動モータ１７は停止しており、従って、電動モータ１７側のワンウェイクラッチ４０は空転する。

一方、例えば交差点での一時停止に伴ういわゆるアイドルストップなどとして内燃機関１が停止した状態では、電動モータ１７を駆動することにより、減速歯車機構１９を介してポンプユニット１６が回転する。つまり、ポンプユニット１６の電動駆動が可能である。このとき、機械式駆動軸２０側のワンウェイクラッチ２４は空転し、内燃機関１側への動力伝達はなされない。なお、機械的駆動時も電動駆動時もポンプユニット１６の回転方向は同じである。

このように、上記実施例のオイルポンプ装置１５は、機械的駆動と電動駆動の双方が可能となっているが、ポンプユニット１６は作動油が存在する変速機ハウジング１１の内部に収容されているのに対し、電動駆動に必要な電動モータ１７は変速機ハウジング１１の外壁３０の外側面に取り付けられている。そのため、電動モータ１７の万一の故障時などにおける整備性が良好なものとなる。また、ハーネスが接続される電動モータ１７のコネクタ２８が、変速機ハウジング１１の外部に位置することから、作動油に対する格別なシールが不要である。さらには、磁力を有する電動モータ１７の周囲に作動油が直接に接触しないため、作動油中の鉄粉等の磁性体からなる異物が電動モータ１７の磁力によって吸着される恐れがない。

また、電動モータ１７とポンプユニット１６とが中間シャフト３１等を含む減速歯車機構１９を介して接続されているので、ポンプユニット１６の位置に対して電動モータ１７の配設位置つまりレイアウトの自由度が高く得られる。例えば、上記実施例では、かさ歯車３５，３６を介して駆動方向を９０°変換することで、前輪５との干渉が生じにくい変速機ハウジング１１の車両前方の面に電動モータ１７を配設することができ、しかも、泥はね等を受けにくい比較的高い位置に配置することが可能である（図３参照）。しかも、平歯車３７，３８等を介在させることで、例えば中間シャフト３１をオイルストレーナ等他部品との干渉を避けて配置することが可能となる。従って、変速機ハウジング１１の限られた寸法の中で、機械的な駆動機構と電動駆動機構とを両立させることが容易となる。

さらに、電動モータ１７の回転は、減速歯車機構１９を介して８分の１ないし４分の１程度に減速されるので、トルクは４倍ないし８倍程度に増加してポンプユニット１６に伝達される。そのため、電動モータ１７として小型のモータの利用が可能となる。

なお、上記のかさ歯車３５，３６に代えてハイポイドギヤを用いてもよく、また平歯車３２，３３，３７，３８に代えてはすば歯車等の他の平行軸歯車を用いてもよい。

次に、図５〜図７は、上述した横置き型ＦＦ形式の自動車の自動変速機４用のオイルポンプ装置１５として、電動モータ１７の配設位置ならびに減速歯車機構１９の構成を変更した第２実施例を示している。なお、前述した実施例と特に変わりがない箇所については、重複する説明は省略する。

この第２実施例においても、ポンプユニット１６は、ポンプ回転軸２２が内燃機関１の回転中心軸線と平行となる姿勢でもって変速機ハウジング１１の内部に配置されており、機械式駆動軸２０に、ワンウェイクラッチ２４を具備した機械駆動用接続部１８を介して接続されている。

一方、電動モータ１７は、変速機ハウジング１１の端面を覆うサイドカバー１３の外側面に取り付けられており、サイドカバー１３の壁１３ａを貫通したモータ回転軸２７がポンプ回転軸２２と平行に配置されている。モータ回転軸２７は、前述の実施例に比較して長く構成されており、減速歯車機構１９としてポンプ回転軸２２側の平歯車３８と噛み合う平歯車４１を先端部に備えている。ポンプ回転軸２２側の平歯車３８は、前述した実施例と同じく、ワンウェイクラッチ４０の入力側となる外筒の外周面に設けられている。

モータ回転軸２７側の平歯車４１はポンプ回転軸２２側の平歯車３８よりも小径であり、両者による減速比は、８：１〜４：１程度に設定されている。つまり、電動モータ１７が８０００rpmで回転するときにポンプユニット１６が１０００〜２０００rpm程度の回転速度となるように、両者の歯数比が設定されている。

この実施例においても、前述した実施例と同様の作用効果が得られる。なお、電動モータ１７は、図６に示すように、泥はね等を受けにくいように比較的高い位置に配置されている。

このように、本発明の構成によれば、減速歯車機構１９の構成を適宜設定することにより、電動モータ１７の配置の自由度が高く得られ、車種等に応じて最適な位置に電動モータ１７を配置することが可能である。例えば、変速機ハウジング１１のサイドカバー１３と前輪５との間のクリアランスが少ない場合には、図１〜図４に示した実施例のような電動モータ１７の配置とし、クリアランスが十分にある場合には、図５〜図７に示した実施例のような電動モータ１７の配置を採用することができる。

以上、この発明を横置き型ＦＦ形式の自動車の変速機のオイルポンプ装置として適用した実施例について説明したが、この発明は、これに限定されるものではない。例えば、図８に示すような縦置き型ＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）形式の自動車の内燃機関１もしくは変速機のオイルポンプ装置として構成することも可能である。ＦＲ形式の自動車では、内燃機関１と変速機４例えば有段型自動変速機４とが直列に配置され、プロペラシャフト４３を介して後輪４４が駆動されることとなるが、図８の例では、自動変速機４のオイルポンプ装置１５として本発明が適用されている。そして、電動モータ１７は、自動変速機４のハウジングの側面に取り付けられている。この場合も、ポンプユニット１６のポンプ回転軸２２は、内燃機関１の回転中心軸線と平行に配置されるので、減速歯車機構１９としては、前述した図４のようなかさ歯車ないしハイポイドギヤを含んだ構成となる。

１…内燃機関
４…変速機
１１…変速機ハウジング
１５…オイルポンプ装置
１６…ポンプユニット
１７…電動モータ
１８…機械駆動用接続部
１９…減速歯車機構
２０…機械式駆動軸
２２…ポンプ回転軸
２４…ワンウェイクラッチ
３５，３６…かさ歯車
４０…ワンウェイクラッチ

Claims

車両の内燃機関もしくは変速機のケーシングの下面に位置するオイルパンからオイルを吸い上げるオイルポンプ装置であって、
上記ケーシングの内部に収容され、ポンプ回転軸が上記内燃機関の回転中心軸線と平行に配置されたポンプユニットと、
上記ケーシングの外側面に取り付けられた電動モータと、
上記内燃機関の出力によって回転する機械式駆動軸を、上記ポンプ回転軸の一端に接続する機械駆動用接続部と、
上記ケーシングの内部に収容され、上記ポンプ回転軸の他端と上記電動モータのモータ回転軸とを互いに接続するとともに、上記電動モータの回転を減速して上記ポンプ回転軸に伝達する減速歯車機構と、
を備えてなるオイルポンプ装置。
上記モータ回転軸と上記ポンプ回転軸とが９０°異なる方向に沿って配置されており、
上記減速歯車機構は、かさ歯車もしくはハイポイドギアを含む、請求項１に記載のオイルポンプ装置。
上記モータ回転軸と上記ポンプ回転軸とが平行に配置されており、
上記減速歯車機構は、平行軸歯車から構成されている、請求項１に記載のオイルポンプ装置。
上記モータ回転軸が上記ケーシングの壁を貫通して該ケーシング内部へ延びている、請求項１〜３のいずれかに記載のオイルポンプ装置。
上記機械駆動用接続部がワンウェイクラッチを備えている、請求項１〜４のいずれかに記載のオイルポンプ装置。