JP2018145908A - ポンプ装置及びポンプ装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アキュムレータを使用せずに脈動を低減できるポンプ装置を提供する。【解決手段】ポンプ装置１００は、メインポンプ１０と、メインポンプ１０の回転位置を検出する第１回転角センサ５０と、アシストポンプ２０と、電動機Ｍを制御してアシストポンプ２０の駆動をするコントローラ３０と、を備え、コントローラ３０は、第１回転角センサ５０によって検出された回転角に基づいて、メインポンプ１０の脈動のタイミングを把握し、アシストポンプ２０の脈動がメインポンプ１０の脈動と逆位相になるように電動機Ｍを制御する。【選択図】 図１

Description

本発明は、ポンプ装置及びポンプ装置の制御方法に関する。

特許文献１には、エンジンにより駆動されるメインポンプと、電動モータによって駆動されるポンプと、２つのポンプの脈動を吸収するアキュムレータと、を備えたポンプ装置が開示されている。

特開２００１−３２４００９号公報

このようなポンプ装置を使用圧力範囲が広い装置に用いた場合、１つのアキュムレータでは十分に脈動を吸収できない場合がある。具体的には、低圧での脈動を吸収しやすく設計されたアキュムレータは、高圧ではアキュムレータが蓄圧するためだけでガス室の容量を使い切ってしまうため、高圧時に脈動を吸収しにくい。逆に、高圧での脈動を吸収しやすく設計されたアキュムレータは、最低作動圧が高くなるため、低圧時に脈動を吸収しにくい。

このため、使用圧力の広い範囲で脈動を吸収する方法として、作動圧特性の異なるアキュムレータを複数搭載することが考えられるが、部品点数が増加するため搭載性の悪化やコストアップの要因となる。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、アキュムレータを使用せずに脈動を低減できるポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、ポンプ装置は、エンジンによって駆動され、吐出流路に作動油を吐出する第１ポンプと、第１ポンプの回転位置を検出する回転位置検出器と、電動機によって駆動され、吐出流路に作動油を吐出する第２ポンプと、電動機を制御して第２ポンプの駆動をする制御装置と、を備え、制御装置は、回転位置検出器によって検出された回転位置に基づいて、第１ポンプの脈動のタイミングを把握し、第２ポンプの脈動が第１ポンプの脈動と逆位相になるように電動機を制御することを特徴とする。

本発明の別の態様によれば、ポンプ装置の制御方法は、エンジンによって駆動され、吐出流路に作動油を吐出する第１ポンプと、第１ポンプの回転位置を検出する回転位置検出器と、電動機によって駆動され、吐出流路に作動油を吐出する第２ポンプと、を備えたポンプ装置の制御方法であって、回転位置検出器によって検出された回転位置に基づいて、第１ポンプの脈動のタイミングを把握し、第２ポンプの脈動が第１ポンプの脈動と逆位相になるように電動機を制御することを特徴とする。

これらの態様によれば、ポンプ装置においてアキュムレータを使用せずに脈動を低減できる。

本発明の実施形態に係るポンプ装置の油圧回路図である。 本発明の実施形態に係るポンプ装置の脈動の変化を示す図である。 本発明の実施形態に係るポンプ装置の逆位相を説明する図である。 本発明の実施形態に係る制御装置のフローを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、ポンプ装置１００の回路図である。ポンプ装置１００は、車両に搭載され、例えば、ＣＶＴ（無段変速機）を駆動するアクチュエータに油圧を供給する油圧供給源として用いられる。

ポンプ装置１００は、エンジンＥによって駆動され、吐出流路１に作動油を吐出する第１ポンプとしてのメインポンプ１０と、電動機Ｍによって駆動され、分岐流路２を通じて吐出流路１に作動油を吐出する第２ポンプとしてのアシストポンプ２０と、電動機Ｍを制御してアシストポンプ２０の駆動をする制御装置としてのコントローラ３０と、吐出流路１に接続されたリリーフ弁４と、を備える。

メインポンプ１０は、例えば、ギヤポンプ、ベーンポンプ、あるいはピストンポンプなどによって構成される。メインポンプ１０は、エンジンＥが駆動しているときは、常時エンジンＥによって駆動される。

アシストポンプ２０の吐出流路である分岐流路２にチェック弁３が設けられる。なお、図１に示す実施形態では、メインポンプ１０の吐出流路１には、チェック弁が設けられていない。吐出流路１にチェック弁を設けないことで、メインポンプ１０から吐出された作動油の吐出流路１における通路抵抗を低減している。メインポンプ１０の吐出流路１にチェック弁を設けてもよい。この場合には、エンジンＥが停止している場合に、メインポンプ１０から図示しないタンクに作動油が逆流することを防止できる。

リリーフ弁４は、吐出流路１の最高圧力を制限する。吐出流路１の最高圧力は、リリーフ弁４の開弁圧に設定される。

コントローラ３０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ラ
ンダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ インタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ３０は、複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

ポンプ装置１００は、メインポンプ１０の吐出圧を検出する圧力検出器としての圧力センサ４０と、メインポンプ１０の回転位置（回転角）を検出する回転位置検出器としての第１回転角センサ５０と、アシストポンプ２０の回転位置（回転角）を検出する第２回転角センサ６０と、をさらに備える。

圧力センサ４０は、メインポンプ１０の吐出圧を検出し、その圧力信号をコントローラ３０に送信する。

第１回転角センサ５０は、メインポンプ１０の回転軸の回転角を検出し、その信号をコントローラ３０に送信する。なお、第１回転角センサ５０によってエンジンＥの回転角を検出して、メインポンプ１０の回転角を求めるようにしてもよい。

第２回転角センサ６０は、電動機Ｍの回転角を検出し、その信号をコントローラ３０に送信する。なお、第２回転角センサ６０によってアシストポンプ２０の回転軸の回転角を検出するようにしてもよい。

第１回転角センサ５０及び第２回転角センサ６０には、例えば、パルス検出式のセンサが用いられる。

アシストポンプ２０は、例えば、ギヤポンプ、ベーンポンプ、あるいはピストンポンプなどによって構成される。アシストポンプ２０は、コントローラ３０からの指令に応じて電動機Ｍによって駆動される。アシストポンプ２０は、メインポンプ１０をアシストする。具体的には、アシストポンプ２０は、メインポンプ１０の吐出量が不足した場合に、不足した吐出量を補うために駆動される。以下に、メインポンプ１０の吐出量が不足した場合に、不足した吐出量を補うための制御（以下では、アシストポンプ２０の「通常制御」という。）について説明する。

コントローラ３０は、車速、アクセル開度、エンジン回転速度などに基づいて、ＣＶＴの駆動に必要な圧力（必要圧力Ｐｒ）を算出する。また、コントローラ３０は、第１回転角センサ５０によって検出された回転角及びエア含有率からメインポンプ１０の吐出量を算出する。そして、コントローラ３０は、必要圧力Ｐｒがメインポンプ１０の吐出量で賄えない場合に、不足した吐出量（以下、「要求吐出量Ｑｒ」という。）をアシストポンプ２０から吐出するように制御する。要求吐出量Ｑｒは、上述のようにして算出した必要圧力Ｐｒ、メインポンプ１０の吐出量、及びエア含有率に基づいて算出される。なお、エア含有率は、油温、エンジン回転速度、走行距離などから推定する。

メインポンプ１０の回転速度が増加すると、それに比例してメインポンプ１０からの吐出量が増加するとともに、メインポンプ１０の吐出圧の脈動が大きくなる。これにより、吐出流路１の圧力つまり、ライン圧も脈動する。ライン圧の脈動が大きくなると、騒音や振動が発生する。なお、吐出圧の脈動とは、メインポンプ１０から吐出された作動油の圧力変動（振動）である。

このため、本実施形態におけるポンプ装置１００では、コントローラ３０は、第１回転角センサ５０によって検出された回転角に基づいて、メインポンプ１０の脈動のタイミングを把握し、アシストポンプ２０の脈動がメインポンプ１０の脈動と逆位相になるように電動機Ｍを制御する。以下に、具体的に説明する。

まず、メインポンプ１０の脈動について説明する。図２は、ライン圧の脈動の変化を示すタイムチャートである。メインポンプ１０の回転速度が増加すると、それに比例してメインポンプ１０からの吐出量も増加する（時刻ｔ１からｔ２）。これに伴い、ライン圧の脈動の大きさ（振幅）は大きくなる。なお、時刻ｔ３までは、吐出流路１にはメインポンプ１０からのみ作動油が供給されているので、ライン圧の脈動は、メインポンプ１０の脈動を表している。

ライン圧の脈動の大きさ（振幅）がさらに大きくなると、脈動の大きさがあらかじめ設定された基準（範囲Ｐ）を上回る（時刻ｔ２）。このとき、コントローラ３０は、アシストポンプ２０の脈動とメインポンプ１０の脈動とが逆位相になるように、電動機Ｍを制御してアシストポンプ２０を駆動する(時刻ｔ３)。なお、逆位相とは、位相が１８０度ずれた状態、具体的には、アシストポンプ２０の脈動とメインポンプ１０の脈動の一方の山と他方の谷との位置が一致することである（図３参照）。

次に、アシストポンプ２０の逆位相制御（アシストポンプ２０の脈動がメインポンプ１０の脈動と逆位相となる制御）について具体的に説明する。

メインポンプ１０及びアシストポンプ２０が、例えば、ギヤポンプによって構成されている場合、ギヤの歯の数によって、１回転あたりの吐出回数がそれぞれ決まる。コントローラ３０は、第１回転角センサ５０によって検出された回転角に基づいて、メインポンプ１０の回転速度を算出する。そして、コントローラ３０は、メインポンプ１０の回転速度に、１回転あたりの吐出回数を乗算して、単位時間当たりの吐出回数、つまり、周波数を算出する。さらに、コントローラ３０は、メインポンプ１０の単位時間当たりの吐出回数を、アシストポンプ２０の１回転あたりの吐出回数で除算する。これにより、アシストポンプ２０を駆動する回転速度を求めることができる。

メインポンプ１０の脈動波形の山の位置は、メインポンプ１０の回転軸の角度位置によって定まっている。そこで、コントローラ３０は、第１回転角センサ５０によって検出された回転角に基づいて、メインポンプ１０の脈動波形の山の位置、つまり、メインポンプ１０の脈動のタイミング（位相）を把握する。

コントローラ３０は、上述のようにして求められた回転速度、及びメインポンプ１０の脈動のタイミング（位相）に基づいて、メインポンプ１０の脈動と逆位相の脈動となるように、電動機Ｍを制御してアシストポンプ２０を駆動する（時刻ｔ３）。これにより、アシストポンプ２０からメインポンプ１０の脈動と逆位相の脈動の作動油が吐出することで、メインポンプ１０の脈動とアシストポンプ２０の脈動とが互いに打ち消し合い、吐出流路１における脈動、つまり、ライン圧の脈動が低減される。

次に、このように構成されたコントローラ３０によるアシストポンプ２０の制御について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１１では、要求吐出量Ｑｒを算出する。上述のように、コントローラ３０は必要圧力Ｐｒ、メインポンプ１０の吐出量及びエア含有率に基づいて、要求吐出量Ｑｒを算出する。必要圧力Ｐｒをメインポンプ１０からの吐出量で賄える場合には、要求吐出量Ｑｒは０とする。

ステップＳ１２では、メインポンプ１０の脈動が所定の範囲Ｐを上回ったか否かを判定する。具体的には、圧力センサ４０によって検出された吐出圧の変化が所定の範囲Ｐ（図２参照）を超えたか否かを判定する。メインポンプ１０の脈動が所定の範囲Ｐを上回った場合には、ステップＳ１３に進み、メインポンプ１０の脈動が所定の範囲Ｐ内であれば、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１３では、アシストポンプ２０によるアシストが必要か否かを判定する。具体的には、コントローラ３０は、ステップＳ１１で求めた要求吐出量Ｑｒからアシストポンプ２０によるアシストが必要か否かを判定する。要求吐出量Ｑｒが０でない場合には、アシストポンプ２０によるアシストが必要と判定する。これに対し、要求吐出量Ｑｒが０である場合には、アシストポンプ２０によるアシストが不要と判定する。アシストポンプ２０によるアシストが必要と判定された場合には、ステップＳ１４に進み、アシストポンプ２０によるアシストが不要と判定された場合には、コントローラ３０は、アシストポンプ２０による逆位相制御を実施する。

ステップＳ１４では、アシストポンプ２０に余力があるかを判定する。具体的には、コントローラ３０は、アシストポンプ２０による逆位相制御を実施した場合に、アシストポンプ２０からの吐出量が要求吐出量Ｑｒを満たすか否かを判定する。アシストポンプ２０からの吐出量が要求吐出量Ｑｒを満たす場合には、コントローラ３０は、アシストポンプ２０による逆位相制御を実施する。この場合には、要求された要求吐出量Ｑｒ以上の吐出量がアシストポンプ２０から吐出されることになる。これに対し、アシストポンプ２０からの吐出量が要求吐出量Ｑｒを満たさない場合には、逆位相制御を禁止し、つまり、逆位相制御を行わず、通常制御を行う。この場合には、要求された要求吐出量Ｑｒを満たすことを優先させる。

上述のようにステップＳ１２において、メインポンプ１０の脈動が所定の範囲Ｐ内であると判定された場合には、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、アシストポンプ２０によるアシストが必要か否かを判定する。具体的には、コントローラ３０は、ステップＳ１１で求めた要求吐出量Ｑｒからアシストポンプ２０によるアシストが必要か否かを判定する。要求吐出量Ｑｒが０でない場合には、アシストポンプ２０によるアシストが必要と判定する。これに対し、要求吐出量Ｑｒが０である場合には、アシストポンプ２０によるアシストが不要と判定する。アシストポンプ２０によるアシストが必要と判定された場合には、コントローラ３０は、アシストポンプ２０による通常制御を実施する。この場合、メインポンプ１０の脈動が所定の範囲Ｐ内であるので、コントローラ３０は、位相を調整せずに、要求吐出量Ｑｒを吐出するようにアシストポンプ２０を駆動する。これに対し、アシストポンプ２０によるアシストが不要と判定された場合には、コントローラ３０は、アシストポンプ２０を停止する。

上記実施形態では、コントローラ３０は、メインポンプ１０の脈動が所定の範囲Ｐを上回った場合に、アシストポンプ２０の脈動がメインポンプ１０の脈動と逆位相になるように電動機Ｍを制御するように構成しているが、これに限らず、例えば、コントローラ３０は、メインポンプ１０が所定の運転条件下で運転された場合に、アシストポンプ２０の脈動がメインポンプ１０の脈動と逆位相になるように電動機Ｍを制御してもよい。具体的には、油温、油圧、エンジン回転速度、エア含有率などに基づいたメインポンプ１０の脈動発生条件のマップをコントローラ３０にあらかじめ記憶させ、このマップに基づいて逆位相制御を行うようにしてもよい。

以上のように構成された実施形態のポンプ装置１００によれば、以下の効果を奏する。

ポンプ装置１００では、コントローラ３０は、第１回転角センサ５０によって検出された回転角に基づいて、第１ポンプ（メインポンプ１０）の脈動のタイミングを把握し、第２ポンプ（アシストポンプ２０）の脈動が第１ポンプ（メインポンプ１０）の脈動と逆位相になるように電動機Ｍを制御する。

この構成では、第２ポンプ（アシストポンプ２０）から第１ポンプ（メインポンプ１０）の脈動と逆位相の脈動の作動油を吐出することで、第１ポンプ（メインポンプ１０）の脈動と第２ポンプ（アシストポンプ２０）の脈動とが互いに打ち消し合う。これにより、アキュムレータを使用せずに、吐出流路１における脈動、つまり、ライン圧の脈動を低減できる。また、アキュムレータを使用しないのでコストダウンが可能になるとともに、アキュムレータへの蓄圧が不要になるので、燃費低減も可能になる（請求項１、６に対応する効果）。

また、ポンプ装置１００は、第１ポンプ（メインポンプ１０）の吐出圧を検出する圧力センサ４０をさらに備え、コントローラ３０は、圧力センサ４０によって検出された吐出圧に基づいて脈動を検出し、第１ポンプ（メインポンプ１０）の脈動があらかじめ設定された基準を上回った場合に、第２ポンプ（アシストポンプ２０）の脈動が第１ポンプ（メインポンプ１０）の脈動と逆位相になるように電動機Ｍを制御する。

この構成では、圧力センサ４０によって検出された吐出圧に基づいて脈動を検出して制御を行っているので、吐出流路１の圧力（ライン圧）の脈動を適切に低減できる（請求項２に対応する効果）。

また、ポンプ装置１００では、コントローラ３０は、第１ポンプ（メインポンプ１０）が所定の運転条件下で運転された場合に、第２ポンプ（アシストポンプ２０）の脈動が第１ポンプ（メインポンプ１０）の脈動と逆位相になるように電動機Ｍを制御する。

この構成では、圧力センサ４０を設ける必要がないので、装置を簡素化できる（請求項３に対応する効果）。

また、ポンプ装置１００では、コントローラ３０は、第１ポンプ（メインポンプ１０）の吐出量が不足した場合に、不足した流量を第２ポンプ（アシストポンプ２０）によって補うように電動機Ｍを制御する。

この構成では、アシストポンプ２０が逆位相制御と通常制御を行う。これにより、通常制御を行うポンプと逆位相制御を行うポンプを別々に設ける必要がないので、装置を小型化できる（請求項４に対応する効果）。

また、ポンプ装置１００では、コントローラ３０は、第２ポンプ（アシストポンプ２０）の吐出量に余力がない場合には、第２ポンプ（アシストポンプ２０）の脈動が第１ポンプ（メインポンプ１０）の脈動と逆位相になる制御を行わない。

第２ポンプ（アシストポンプ２０）の吐出量に余力がない場合には、逆位相制御を行わず、通常制御を行う。これにより、ＣＶＴなどの駆動装置が油圧不足になることを防止できる（請求項５に対応する効果）。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、ポンプ装置１００が、ＣＶＴに適用される場合を例に説明したが、これに限らず、どのような装置に適用してもよい。また、第２ポンプは、メインポンプ１０のアシストを行わないポンプ、つまり、単なる電動ポンプであってもよい。

１００ ポンプ装置
１ 吐出流路
１０ メインポンプ （第１ポンプ）
２０ アシストポンプ（第２ポンプ）
３０ コントローラ（制御装置）
４０ 圧力センサ（圧力検出器）
５０ 第１回転角センサ（回転位置検出器）
６０ 第２回転角センサ

Claims (6)

1. エンジンによって駆動され、吐出流路に作動油を吐出する第１ポンプと、
   前記第１ポンプの回転位置を検出する回転位置検出器と、
   電動機によって駆動され、前記吐出流路に作動油を吐出する第２ポンプと、
   前記電動機を制御して前記第２ポンプの駆動をする制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記回転位置検出器によって検出された回転位置に基づいて、前記第１ポンプの脈動のタイミングを把握し、前記第２ポンプの脈動が前記第１ポンプの脈動と逆位相になるように前記電動機を制御することを特徴とするポンプ装置。
2. 請求項１に記載のポンプ装置であって、
   前記第１ポンプの吐出圧を検出する圧力検出器をさらに備え、
   前記制御装置は、前記圧力検出器によって検出された吐出圧に基づいて脈動を検出し、
   前記第１ポンプの脈動があらかじめ設定された基準を上回った場合に、前記第２ポンプの脈動が前記第１ポンプの脈動と逆位相になるように前記電動機を制御することを特徴とするポンプ装置。
3. 請求項１に記載のポンプ装置であって、
   前記制御装置は、前記第１ポンプが所定の運転条件下で運転された場合に、前記第２ポンプの脈動が前記第１ポンプの脈動と逆位相になるように前記電動機を制御することを特徴とするポンプ装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載のポンプ装置であって、
   前記制御装置は、前記第１ポンプの吐出量が不足した場合に、不足した吐出量を前記第２ポンプによって補うように前記電動機を制御することを特徴とするポンプ装置。
5. 請求項４に記載のポンプ装置であって、
   前記制御装置は、前記第２ポンプの吐出量に余力がない場合には、前記第２ポンプの脈動が前記第１ポンプの脈動と逆位相になる制御を行わないことを特徴とするポンプ装置。
6. エンジンによって駆動され、吐出流路に作動油を吐出する第１ポンプと、
   前記第１ポンプの回転位置を検出する回転位置検出器と、
   電動機によって駆動され、前記吐出流路に作動油を吐出する第２ポンプと、を備えたポンプ装置の制御方法であって、
   前記回転位置検出器によって検出された回転位置に基づいて、前記第１ポンプの脈動のタイミングを把握し、前記第２ポンプの脈動が前記第１ポンプの脈動と逆位相になるように前記電動機を制御することを特徴とするポンプ装置の制御方法。

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