JP3894253B2 - 制動エネルギ回生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の制動エネルギを油圧エネルギに変換して蓄圧し、発進又は加速時に駆動力として利用する制動エネルギ回生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両の減速時の制動をエネルギを回収して発進又は加速時（以下、単に発進／加速時とも記す）に再利用するようにした制動エネルギ回生システムが採用されてきている。制動エネルギ回生システムとしては蓄圧式制動エネルギ回生装置がある。これは、車両の駆動系部材にクラッチを介して油圧ポンプ／モータを連結し、且つ作動油を貯留する低圧タンクと油圧エネルギを蓄圧するアキュムレータとの間に介装し、制動時にポンプ作動させて制動エネルギを油圧エネルギに変換してアキュムレータに蓄圧し、発進／加速時にモータ作動させてアキュムレータに蓄圧した油圧エネルギを発進／加速エネルギとして利用するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
作動油を貯留している低圧タンクは、内圧が低い（大気圧）ために油圧ポンプ／モータがポンプとして作動するときに高速回転すると、低圧タンクから作動油を吸入する際にキャビテーションが発生して作動油の吸い込みができなくなり、吐出量が激減すると共に、振動、騒音が発生し、更には、作動油の劣化を来すと共にポンプが損傷する可能性がある。このため、油圧ポンプ／モータをポンプとして作動させる場合には回転数に限界がある。このように油圧ポンプ／モータは、回転数に限界があるために大トルク・低回転型のポンプ／モータとなり、大型、且つ重量が増大し、車両の搭載スペースの制約、車両の軽量化を図る上で好ましくない。
【０００４】
このため、本発明では、油圧ポンプ／モータのポンプ作動時における回転数の高速化を図り、油圧ポンプ／モータの小型軽量化を図るようにした制動エネルギ回生装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、油圧ポンプ／モータがポンプ作動するときには開閉弁を閉弁してバイパス油路を閉塞し、タービンポンプが低圧タンクから低圧油路を通して作動油を吸い込み、加圧して連通路を通して油圧ポンプに供給する。油圧ポンプ／モータは、タービンポンプから供給される作動油を加圧してアキュムレータに供給する。これにより、制動エネルギが油圧エネルギに変換されて前記アキュムレータに蓄圧される。タービンポンプから油圧ポンプ／モータに供給される作動油は、タービンポンプにより加圧されていることで油圧ポンプ／モータの吸込時のキャビテーションの発生が防止され、高速回転が可能となり、油圧ポンプ／モータの回転数を高速とすることで、小型化、軽量化が図られる。
【０００６】
油圧ポンプ／モータがモータ作動するときには開閉弁を開弁してバイパス油路を連通する。アキュムレータに蓄圧されている高圧作動油は、油圧ポンプ／モータを駆動し、バイパス油路を経て低圧油路若しくは低圧タンクへと流れる。油圧ポンプ／モータは、駆動系部材を駆動して車両の発進、又は加速を補助する。これにより、アキュムレータに蓄圧した油圧エネルギが発進／加速エネルギとして利用される。油圧ポンプ／モータを駆動した作動油は、タービンポンプをバイパスして低圧油路若しくは低圧タンクに流れることで、タービンポンプによる抵抗が防止され、油圧ポンプ／モータのモータ作動時の効率低下が防止される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。図１は、本発明の実施形態として制動エネルギ回生装置の概略構成図を示す。図１において、制動エネルギ回生装置１は、車両（図示せず）に搭載されており、油圧ポンプ／モータ２とタービンポンプ３とが一体的に構成された所謂タービン（インペラ）付油圧ポンプ／モータ４とされ、油圧ポンプ／モータ２の回転軸５の一側にタービンポンプ３が固定されており、油圧ポンプ／モータ２のハウジング７とタービンポンプ３のハウジング８とは液密に固定されて一体的な構造とされている。
【０００８】
油圧ポンプ／モータ２は、例えば、回転斜板式アキシャルピストンポンプで、回転軸５に設けられた斜板６の傾斜角（以下「傾転角」という）により、油圧ポンプ、又は油圧モータとして作動する。例えば、斜板６が矢印Ａで示す方向に傾転しているとき（傾転角が（−）のとき）には油圧ポンプとして作動し、矢印Ｂで示す方向に傾転しているとき（傾転角が（＋）のとき）には油圧モータとして作動する。また、斜板６の傾転角が０のときは、中立（空転）状態となる。油圧ポンプ／モータ２のポンプ作動とモータ作動の切換即ち、斜板６の傾転角は、図示しない制御機構により制御される。
【０００９】
タービンポンプ３の吐出側８ｂと油圧ポンプ／モータ２のポンプ作動時に吸込側となるポート７ａはハウジング８に設けられた連通油路８ｃに連通され、吐出側となるポート７ｂは、ハウジング８に設けられた油路８ｄに連通されている。タービンポンプ３の吸込ポート８ａは、低圧油路１１を介して低圧タンク１０に接続され、油路８ｄは、高圧油路１２を介してアキュムレータ１３に接続され、当該高圧油路１２には逆止弁１４が介装されている。尚、低圧タンク１０の内圧は大気圧になっている。
【００１０】
逆止弁１４は、電磁弁で、通常時にはソレノイド１４ｓが消勢されて逆止め位置１４Ａに切り替えられており、アキュムレータ１３に蓄圧された油圧を保持すると共に、油圧ポンプ／モータ２がポンプ作動するときに当該油圧ポンプ／モータ２からアキュムレータ１３方向にのみ作動油の流れを許容する。逆止弁１４は、油圧ポンプ／モータ２がモータとして作動するときにソレノイド１４ｓが付勢されて開位置１４Ｂに切り替えられ、アキュムレータ１３から油圧ポンプ／モータ２に作動油を供給する。
【００１１】
ケーシング８には連通油路８ｃに連通するポート８ｅが設けられており、当該ポート８ｅは、バイパス油路１５を介して低圧油路１１に接続されており、当該バイパス油路１５には開閉弁１６が介装されている。尚、バイパス油路１５は、直接低圧タンク１０に接続するようにしてもよい。開閉弁１６は、電磁弁とされ、通常時にはソレノイド１６ｓが消勢されて閉位置１６Ａに切り替えられてバイパス油路１５を閉塞しており、油圧ポンプ／モータ２がポンプとして作動するときにポート８ｅから低圧タンク１０への油の流れを遮断する。開閉弁１６は、油圧ポンプ／モータ２がモータとして作動するときにソレノイド１６ｓが付勢されて開位置１６Ｂに切り替えられてバイパス油路１５を連通し、モータ作動時に作動油の吐出側となるポート７ａをタービンポンプ３をバイパスさせて低圧油路１１に接続する。
【００１２】
油圧ポンプ／モータ２の回転軸５は、ギヤボックス、クラッチ等を介して車両の駆動部材としての駆動軸（何れも図示せず）に連結されている。前記クラッチは、車両の制動時、発進／加速時に接続されて前記駆動軸と回転軸５とを連結する。そして、油圧ポンプ／モータ２のポンプ作動とモータ作動の切換、逆止弁１４及び開閉弁１６の切換、前記クラッチの接続（オン）、切断（オフ）等は、電子制御装置（図示せず）により当該車両の運転状態に応じて制御される。
【００１３】
以下に作用を説明する。
【００１４】
車両を減速すべくブレーキペダルが僅かに踏み込まれると、前記電子制御装置により前記クラッチが接続されると共に、油圧ポンプ／モータ２がポンプ作動に切り替えられる。油圧ポンプ／モータ２とタービンポンプ３の回転軸５が車両の駆動軸により駆動され、タービンポンプ３が低圧タンク１０から低圧油路１１を通して作動油を吸い込み、連通油路８ｃに吐出する。この連通油路８ｃに吐出された作動油は、大気圧よりも僅かに高い圧力に加圧されている。油圧ポンプ／モータ２は、連通油路８ｃに吐出された作動油をポート７ａから吸い込み、加圧してポート７ｂから油路８ｄに吐出する。油路８ｄに吐出された高圧の作動油は、高圧油路１２、逆止弁１４を通してアキュムレータ１３に供給される。即ち、制動エネルギが油圧エネルギに変換されてアキュムレータ１３に蓄圧される。
【００１５】
油圧ポンプ／モータ２のポンプ作動により制動エネルギが回収されるに伴い車速が減速し、所定車速例えば、数km／hに低下すると、前記クラッチが切断されて回転軸５が当該車両の駆動軸から切り離され、油圧ポンプ／モータ２が停止して、制動エネルギの回収が終了する。以後、運転者のブレーキペダルの踏み込み操作による制動力によって当該車両を停止させる。
【００１６】
連通油路８ｃに吐出された作動油は、タービンポンプ３により加圧されていることで、油圧ポンプ／モータ２が高速回転して連通油路８ｃの作動油を吸い込んでもキャビテーションが発生し難くなる。これにより、油圧ポンプ／モータ２を高速で回転させることが可能となる。この結果、低トルク高回転型の油圧ポンプ／モータを使用することが可能となり、油圧ポンプ／モータ２の小型化、軽量化が図られる。
【００１７】
車両を発進すべく、或いは加速すべくアクセルペダルが踏み込まれると、前記電子制御装置により前記クラッチが接続されると共に、油圧ポンプ／モータ２がモータ作動に切り替えられ、開閉弁１６が開位置１６Ｂに切り替えられてバイパス油路１５が連通されて連通油路８ｃがバイパス油路１５を通して低圧油路１１に接続され、逆止弁１４が開位置１４Ｂに切り換えられる。そして、アキュムレータ１３から高圧の作動油が高圧油路１２を通して油圧ポンプ／モータ２に供給され、当該油圧ポンプ／モータ２の回転軸５を回転駆動する。油圧ポンプ／モータ２のポート７ａから連通油路８ｃに吐出された作動油は、ポート８ｅ、バイパス油路１５、低圧油路１１を通して低圧タンク１０に流れる。油圧ポンプ／モータ２の回転軸５の回転は、前記クラッチを介して当該車両の駆動軸に伝達され、当該車両の発進時又は加速時の駆動力を補助する。
【００１８】
ところで、油圧ポンプ／モータ２の回転軸５は、ポンプ作動時、モータ作動時共に同一方向に回転する。従って、タービンポンプ３は、油圧ポンプ／モータ２のモータ作動時にもポンプとして作動し、バイパス油路１５から低圧油路１１を通して低圧タンク１０に流れる作動油の一部を吸い込んで連通油路８ｃに吐出する。そして、タービンポンプ３から連通油路８ｃに吐出された作動油は、油圧ポンプ／モータ２から連通路８ｃに吐出された作動油と共にバイパス通路１５を通して低圧油路１１に流れる。この低圧油路１１を流れる作動油の一部は、前述したようにタービンポンプ３に吸い込まれ、残部が低圧タンク１０に流れる。
【００１９】
従って、油圧ポンプ／モータ２から連通油路８ｃに吐出された作動油がタービンポンプ３を逆流することが防止される。これにより、油圧ポンプ／モータ２のモータ作動時に、タービンポンプ３が抵抗となることが防止され、蓄圧された油圧エネルギが有効に利用される。また、モータ作動時にタービンポンプ３に異常な圧力が加わることも防止され、タービンポンプ３の損傷や破損等が防止される。これにより、タービンポンプ３を備えた油圧ポンプ／モータ２を、ポンプ作動とモータ作動との両方の作動をさせることができ、車両の制動エネルギ回生装置に適用することができる。
【００２０】
一例として、同じ馬力を有する従来の油圧ポンプ／モータと本願発明の油圧ポンプ／モータとを比較した場合、従来の油圧ポンプ／モータが（上限回転数約1800rpm、押しのけ容積125×２cc／rev、重量約152kg）程度であるのに対して、本願発明のタービンポンプを備えた油圧ポンプ／モータにおいては（上限回転数約3300rpm、押しのけ容積約130cc／rev、重量約80kg）程度となり、大きさ、重量共に約半分となり、大幅な小型化及び軽量化が可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、油圧ポンプ／モータのポンプ作動時には、バイパス通路が閉となり、タービンポンプから連通油路を経て、油圧ポンプ／モータに圧のかかった作動油を供給することができるので、油圧ポンプの作動油吸い込み時におけるキャビテーションが発生し難くなり、油圧ポンプ／モータを高速で回転させることが可能となり、この結果、油圧ポンプ／モータの小型軽量化が図られ、車両への搭載性が向上する。また、油圧ポンプ／モータのモータ作動時にはバイパス油路が開となるため、油圧ポンプ／モータをモータ作動させた後に、油圧ポンプ／モータから連通油路に流れる作動油は、バイパス油路を経て低圧油路若しくは低圧タンクに戻ることとなり、モータ作動時にタービンポンプが抵抗となることが防止され、モータ作動を効率良く行なわせることが可能となる。また、タービンポンプに異常な圧力が加わることが防止され、耐久性の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制動エネルギ回生装置の実施の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２ 油圧ポンプ／モータ
３ タービンポンプ
８ｃ 連通油路
１０ 低圧タンク
１１ 低圧油路
１２ 高圧油路
１３ アキュムレータ
１４ 逆止弁
１５ バイパス油路
１６ 開閉弁

Claims (1)

1. 作動油を貯留する低圧タンクと油圧エネルギを蓄圧するアキュムレータとの間に介装され、車両の駆動系部材に連結される油圧ポンプ／モータを、制動時にポンプ作動させ制動エネルギを油圧エネルギに変換して前記アキュムレータに蓄圧する一方、発進／加速時にはモータ作動させて前記アキュムレータに蓄圧した油圧エネルギを発進／加速エネルギとして利用する制動エネルギ回生装置において、
   前記油圧ポンプ／モータと連動して回転するよう設けられたタービンポンプと、
   前記タービンポンプの吐出側と前記油圧ポンプ／モータがポンプ作動時に吸込側となるポートとを連通する連通油路と、
   前記タービンポンプの吸込側と前記低圧タンクとを連通する低圧油路と、
   前記連通油路と前記低圧油路若しくは前記低圧タンクとを連通するバイパス油路と、
   前記バイパス油路に介装され連通及び遮断に切換可能な開閉弁と、
   前記油圧ポンプ／モータがポンプ作動時に前記開閉弁を閉とし、モータ作動時に開とする切換制御手段と
   を備えたことを特徴とする制動エネルギ回生装置。

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