JP6670142B2 - 油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、可変容量ポンプの吐出モードを半吐出モードと全吐出モードとに切換え可能な油圧制御装置に関する。

従来、エンジン等の駆動系を動力として駆動される、平衡型ベーンポンプや連続接触型内接ギヤポンプ等を代表とする流体ポンプは、駆動系の回転数に連動して回転数が変動するため、流体ポンプからの吐出流量は、駆動系が高回転のときに増加し、低回転のときに減少する。

例えば、流体ポンプから吐出される作動油の油圧を元圧として無段変速機全体の要求流量を賄おうとした場合、低回転では無段変速機の要求流量に対して流体ポンプからの吐出流量が不足気味になってしまう。

そのため、例えば、特許文献１（特開２００５−１１４１０３号公報）には、流体ポンプとして可変容量ポンプを採用し、この可変容量ポンプの吐出ポートを、メイン吐出ポートとサブ吐出ポートとに分割し、又、サブ吐出ポートの吐出先に切換弁を設けた技術が開示されている。

この文献に開示されている技術では、エンジン回転数が設定回転数よりも高い場合は、サブ吐出ポートから吐出される流体を切換弁を介して循環させておくことで、無段変速機に対してはメイン吐出ポートからの吐出流量のみを供給する半吐出モードとし、又、エンジン回転数が設定回転数よりも低い場合は、切換弁を切換え動作させて、両吐出ポートの双方からの吐出流量を合流させて無段変速機に供給する全吐出モードとしている。

特開２００５−１１４１０３号公報

上述した文献に開示されている技術では、半吐出モードと全吐出モードとを切換弁のスプール弁体をスライドさせることで切換えている。このスプール弁体による切換え動作では、切換時に油回路が瞬間的に閉塞状態となるため、図４（ｃ）に示すように、サブ吐出ポートから吐出された流体の吐出圧がスプール弁体に衝突して油圧オーバシュートＰＯが発生する。

油圧オーバシュートＰＯによる瞬間的な吐出圧の上昇は脈動となって可変容量ポンプ側へ戻るため、油回路内の圧力上昇による耐久性の低下、振動、及び騒音を招いてしまう。更に、この脈動によりポンプトルクが瞬間的に上昇し、エンジン回転数の変動を招いてしまう不具合がある。

この対策として、スプール弁体を速やかにスライドさせることで、閉塞状態の時間を短くすることが考えられるが、スプール弁体を素早く動かすには構造的に限界がある。又、スプール弁体を緩やかにスライドさせることで、油圧オーバシュートＰＯを低減させることも考えられるが、スプール弁体を緩やかにスライドさせれば、それだけ、閉塞時間が長くなるため油圧オーバシュートＰＯが発生し易く、逆効果となってしまう。

本発明は、上記事情に鑑み、１つの可変容量ポンプから吐出される流体の吐出モードを半吐出モードと全吐出モードとに切換えるに際し、切換時の閉塞状態を回避し、油圧オーバシュートの発生を防止して、エンジン回転数の変動を防止すると共に、油回路内の耐久性の低下、振動、及び騒音の発生をも防止することのできる油圧制御装置を提供することを目的とする。

本発明による油圧制御装置は、 ポンプケーシングに吸入側開口部と吐出側メイン開口部と吐出側サブ開口部とが形成され、駆動系の動作に従い前記吸入側開口部から吸入された流体を前記吐出側メイン開口部と前記吐出側サブ開口部とから吐出させる可変容量ポンプと、前記吐出側メイン開口部にメイン油路を介して連通し、前記駆動系にて駆動される制御機構と、前記吐出側サブ開口部にサブ油路を介して連通する流量制御弁と、前記流量制御弁の開度を前記駆動系の運転状態を検出するパラメータに基づいて制御する制御ユニットと、前記メイン油路と前記サブ油路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て前記サブ油路を流れる流体圧と前記メイン油路を流れる流体圧との差圧が所定以上の場合に開弁して該サブ油路の流体を前記メイン油路を流れる流体に合流させる開閉弁とを備え、前記制御ユニットは前記パラメータに基づき、前記メイン油路からのみ前記制御機構に流体を供給する半吐出モードと判定した場合は前記流量制御弁を開弁させ、又前記メイン油路と前記サブ油路との双方から前記制御機構に流体を供給する全吐出モードと判定した場合は前記流量制御弁を閉弁させ、更に吐出モードが前記全吐出モードから前記半吐出モードに切り替わったと判定した場合、前記流量制御弁を予め設定した速度で開弁させ、又吐出モードが前記半吐出モードから前記全吐出モードに切り替わったと判定した場合、前記流量制御弁を予め設定した速度で閉弁させる。

本発明によれば、制御ユニットが吐出モードを半吐出モードと判定して流量制御弁を開弁させると、サブ油路を流れる流体圧が低下して、メイン油路を流れる流体圧との差圧が所定以下になると開閉弁が閉弁し、制御機構へはメイン油路を流れる流体のみが供給される。一方、制御ユニットが吐出モードを全吐出モードと判定して流量制御弁を閉弁させると、サブ油路を流れる流体圧が上昇し、メイン油路を流れる流体圧との差圧が所定以上になると開閉弁が開弁し、制御機構へはメイン油路とサブ油路とを流れる流体との双方が供給される。その際、サブ油路に閉塞状態が形成されず、油圧オーバシュートの発生を防止することができる。その結果、エンジン回転数の変動が防止されるばかりでなく、油回路内の耐久性の低下、振動、及び騒音の発生をも有効に防止することができる。

可変容量ポンプシステムの概略構成図 制御ユニットの機能ブロック図 吐出モード設定ルーチンを示すフローチャート （ａ）は吐出モード切換用デューティソレノイドの切換動作を示すタイムチャート、（ｂ）は可変容量ポンプのメイン吐出ポートとサブ吐出ポートとから吐出されるオイルの吐出圧の変化を示すタイムチャート、（ｃ）は従来の可変容量ポンプのメイン吐出ポートとサブ吐出ポートとから吐出される流体の吐出圧の変化を示すタイムチャート

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。尚、本実施形態では、可変容量ポンプシステムを、無段変速機等の自動変速機に設けられている油圧制御系に組み込んだ態様を例示して説明する。

図１に示すように、自動変速機内に可変容量ポンプ１が設けられている。この可変容量ポンプ１は駆動系の一例であるエンジンを動力源として駆動するベーンポンプ、ギヤポンプ、トロコイドポンプ等の機械式オイルポンプであり、エンジン回転数が低回転であっても必要流量を吐出することのできる定格容量を有している。尚、駆動系としてはエンジン以外に変速装置も含まれる。

この可変容量ポンプ１に設けられているポンプケーシング１ａの吸入側に吸入側開口部１ｂが形成されている。又、この可変容量ポンプ１の吐出側に吐出側メイン開口部（以下、「メイン開口部」と略称）１ｃと吐出側サブ開口部（以下、「サブ開口部」と略称）１ｄとが区画形成されており、サブ開口部１ｄはメイン開口部１ｃよりも大きな吐出流量が確保できる形状に形成されている。

更に、この吸入側開口部１ｂに連通する吸入ポート（図示せず）がオイルパン２の底部に配設されているオイルストレーナ３に吸入油路４を介して連通されている。又、メイン開口部１ｃとサブ開口部１ｄとにメイン吐出ポート１ｅとサブ吐出ポート１ｆとが連通されている。

メイン吐出ポート１ｅにメイン油路５を介して制御機構としてのコントロールバルブ６に連通されている。このコントロールバルブ６は、供給される流体としてのオイルの吐出流量を元圧として、自動変速機の変速制御を行うためのライン圧やパイロット圧等を生成するものである。

又、サブ吐出ポート１ｆがサブ油路７を介して、流量制御弁としての吐出モード切換用デューティソレノイド弁（Ｄ−ＳＯＬ）８の流入ポート８ａに連通されている。更に、このＤ−ＳＯＬ８の吐出ポート８ｂがリターン油路９を介してオイルパン２に連通されている。

Ｄ−ＳＯＬ８は後述する制御ユニット１６からの駆動信号によって、弁開度をデューティ比０〜１００［％］の間で連続的に可変可能であり、本実施形態では、０［％］で全開、１００［％］で全閉に設定されており、全開で吐出モードが半吐出モードとなり、全閉で全吐出モードとなる。

又、サブ油路７とメイン油路５との間がバイパス油路１０を介してバイパス接続されており、このバイパス油路１０に開閉弁としての逆止弁１１が介装されている。この逆止弁１１は、メイン油路５からサブ油路７側への流れを遮断し、サブ油路７からメイン油路５側への流れを許容するものであり、チェックボール１１ａと、このチェックボール１１ａを閉弁方向、すなわち、メイン油路５側からサブ油路７方向へ付勢するリターンスプリング１１ｂとを有している。

尚、サブ開口部１ｄから吐出されるオイルの流体圧であるサブ吐出圧Ｐ２は、メイン開口部１ｃから吐出されるオイルの流体圧であるサブ吐出圧Ｐ２にリターンスプリング１１ｂのばね圧を加算した値よりも高い圧に設定されている（Ｐ１＋ばね圧＜Ｐ２）。そのため、サブ吐出圧Ｐ２とメイン吐出圧Ｐ１との差圧がリターンスプリング１１ｂのばね圧以上となった場合、チェックボール１１ａは開弁する。

従って、Ｄ−ＳＯＬ８が全開に設定されると、サブ吐出ポート１ｆから吐出されるオイルは全てリターン油路９を通りオイルパン２に戻されるため、コントロールバルブ６へはメイン吐出ポート１ｅから吐出されるオイルのみが供給される半吐出モードとなる。一方Ｄ−ＳＯＬ８が全閉にされると、リターン油路９が遮断され、サブ吐出ポート１ｆから吐出されるオイルはバイパス油路１０から１０逆止弁１１を経てメイン油路５に合流し、コントロールバルブ６へは両吐出ポート１ｅ，１ｄの双方から吐出されるオイルが供給される全吐出モードとなる。

可変容量ポンプ１の吐出モードは制御ユニット１６において設定される。この制御ユニット１６はマイクロコンピュータを主体に構成されており、ＣＰＵに記憶されている制御プログラムに従って、吐出モード、及びＤ−ＳＯＬ８に対するデューティ比が設定される。図２に示すように、この制御ユニット１６には吐出モード及びデューティ比を設定する機能として、吐出モード設定演算部１７、デューティ比演算制御部１８を備えている。

吐出モード設定演算部１７はエンジン回転数Ｎｅ、自動変速機内の油温Ｔａ、車速Ｖｓ等の運転状態を検出するパラメータに基づき、吐出モードを半吐出モードと全吐出モードとの何れかに設定する。又、デューティ比演算制御部１８は吐出モード設定演算部１７で設定した吐出モードに従い、Ｄ−ＳＯＬ８を駆動するデューティ比を演算し、対応する駆動信号をＤ−ＳＯＬ８に出力する。

吐出モード設定演算部１７で実施する吐出モードの設定は、例えば、図３に示す吐出モード設定ルーチンに従って処理される。このルーチンでは、先ず、ステップＳ１でエンジン回転数Ｎｅと吐出モード判定閾値Ｎｅｏとを比較する。この吐出モード判定閾値Ｎｅｏはメイン吐出ポート１ｅから吐出されるオイルの吐出流量のみでは、自動変速機が要求する油圧を確保することができなくなる回転数であり、各種フリクション等の損失を考慮して予め設定されている。

そして、Ｎｅ＞Ｎｅｏの場合、メイン吐出ポート１ｅのみから吐出されるオイルの吐出流量で油圧を確保することができると判定し、ステップＳ４へジャンプする。又、Ｎｅ≦Ｎｅｏの場合、ステップＳ２へ進み、このステップＳ２，Ｓ３で、エンジン回転数Ｎｅが吐出モード判定閾値Ｎｅｏ以下であっても、全吐出モードを実行させる必要のない吐出モードを判定する。すなわち、ステップＳ２では油温Ｔａが高温判定閾値Ｔａｏ以上か否かを調べ、又、ステップＳ３ではアイドル運転か否か、換言すれば軽負荷運転か否かを判定する。アイドル運転か否かは、例えばエンジン回転数Ｎｅと車速Ｖｓとに基づきエンジン回転数Ｎｅがアイドル回転数以下で、且つ車速Ｖｓが停止判定車速以下の場合、アイドル（軽負荷運転）と判定する。

そして、Ｔａ＜Ｔａｏ、且つアイドル運転と判定した場合、自動変速機の負荷は小さいと判定し、ステップＳ４へ進む、一方、Ｔａ≧Ｔａｏの場合は自動変速機内が高温でありオイル冷却する必要があるため、ステップＳ５へ分岐する。又、アイドルではなく負荷運転と判定した場合、ステップＳ５へ分岐する。

そして、ステップＳ１或いはステップＳ３からステップＳ４へ進むと、吐出モードを半吐出モードに設定してルーチンを抜ける。又、ステップＳ２或いはステップＳ３からステップＳ５へ分岐すると、吐出モードを全吐出モードに設定してルーチンを抜ける。尚、この吐出モード設定ルーチンは一例に過ぎず、適用する自動変速機の特性等に応じて吐出モード判定条件、及び閾値を適宜設定する。又、吐出モードが全吐出モードと半吐出モードと何れかに切替わる際には、制御ハンチングを防止するために一定の不感帯が設けられている。

デューティ比演算制御部１８では、吐出モード設定演算部１７で設定した吐出モードを読込み、読込んだ吐出モードに従ってＤ−ＳＯＬ８を駆動させるデューティ比を演算し、その駆動信号をＤ−ＳＯＬ８へ出力する。すなわち、このデューティ比演算制御部１８では、吐出モードの切り替わりを検出し、図４（ａ）の経過時間ｔ１に示すように、全吐出モードから半吐出モードへの切り替わりを検出した場合は、Ｄ−ＳＯＬ８に対して、全閉状態（デューティ比＝１００[%]）から全開状態（デューティ比＝０[%]）の方向へ予め設定した傾き（速度）で減少させるデューティ比を設定し、その駆動信号をＤ−ＳＯＬ８へ出力する。

ところで、Ｄ−ＳＯＬ８がデューティ比演算制御部１８からの駆動信号で全閉状態（デューティ比＝１００[%]）を維持している場合、サブ油路７とオイルパン２に連通するリターン油路９とがＤ−ＳＯＬ８で遮断される。そのため、可変容量ポンプ１のサブ吐出ポート１ｆから吐出されるオイルはバイパス油路１０から逆止弁１１を通り、メイン油路５に合流される。

図４（ｂ）に示すように、可変容量ポンプ１のサブ開口部１ｄからサブ吐出ポート１ｆを経て吐出されるオイルのサブ吐出圧Ｐ２は、メイン開口部１ｃからメイン吐出ポート１ｅを経て吐出されるメイン吐出圧Ｐ１に比し、このメイン吐出圧Ｐ１に少なくとも逆止弁１１に設けられているリターンスプリング１１ｂのばね圧を加算した値よりも高く設定されている（Ｐ１＋ばね圧＜Ｐ２）。従って、サブ吐出ポート１ｆから吐出されたオイルは、メイン油路５で合流されてコントロールバルブ６へ供給される（全吐出モード）。

そして、全吐出モードから半吐出モードへの切り替わりが検出されると（経過時間ｔ１）、デューティ比演算制御部１８からＤ−ＳＯＬ８にデューティ比が所定傾き（速度）で０［％］に達するまで減少する駆動信号が出力され、この駆動信号に従いＤ−ＳＯＬ８は次第に開弁される。すると、サブ吐出ポート１ｆからサブ油路７へ吐出される流量の一部がＤ−ＳＯＬ８からリターン油路９を経てオイルパン２に戻される。

すると、図４（ｂ）に示すように、サブ油路７を経てバイパス油路１０からメイン油路５側へ流入するサブ吐出圧Ｐ２が次第に低下し、逆止弁１１のチェックボール１１ａがリターンスプリング１１ｂの付勢力で次第に閉弁する。チェックボール１１ａの閉弁動作はＤ−ＳＯＬ８を駆動させるデューティ比、すなわち、開弁度で調整することができる。そのため、Ｄ−ＳＯＬ８を緩やかに開弁させることで、吐出モードが切り替わる際の流量特性を任意に設定することができる。

そして、このチェックボール１１ａが閉弁されると、コントロールバルブ６へ供給される吐出圧は、メイン開口部１ｃからメイン吐出ポート１ｅを経て吐出されるオイルのみのメイン吐出圧Ｐ１となる（半吐出モード）。

一方、逆止弁１１が閉弁されると、サブ吐出ポート１ｆから吐出されるオイルの全流量がＤ−ＳＯＬ８を経てオイルパン２に還元されるため、図４（ｂ）に示すように、サブ吐出圧Ｐ２は逆止弁１１の開度に比例して減少され、全開（デューティ比＝０[%]）に達する過程で最低圧となる。

一方、図４（ａ）の経過時間ｔ２に示すように、デューティ比演算制御部１８が半吐出モードから全吐出モードへの切り替わりを検出した場合、Ｄ−ＳＯＬ８に対して、全開状態（デューティ比＝０[%]）から全閉状態（デューティ比＝１００[%]）に達するまで、予め設定した傾き（速度）で増加させるデューティ比を設定し、その駆動信号をＤ−ＳＯＬ８へ出力する。

すると、Ｄ−ＳＯＬ８は次第に閉弁し、逆止弁１１が開弁を開始するまで、サブ油路７を流れるオイルのサブ吐出圧Ｐ２は、Ｄ−ＳＯＬ８の閉弁度に比例して増加する。そして、サブ吐出圧Ｐ２の上昇過程で、このサブ吐出圧Ｐ２が、メイン吐出圧Ｐ１に逆止弁１１のリターンスプリング１１ｂのばね圧を加算した値を超えると、逆止弁１１のチェックボール１１ａがリターンスプリング１１ｂの付勢力に抗して後退し、次第に開弁される。

チェックボール１１ａの開弁動作はＤ−ＳＯＬ８を駆動させるデューティ比、すなわち、閉弁度で調整することができる。そのため、Ｄ−ＳＯＬ８を緩やかに閉弁させることで、逆止弁１１が開弁する際の流量特性を任意に設定することができる。

そして、逆止弁１１が開弁すると、図１に破線矢印で示すように、サブ油路７を流れるオイルの一部がバイパス油路１０からメイン油路５に合流し、メイン油路５からコントロールバルブ６に供給される吐出圧は、合流された吐出流量の増加に伴い上昇する。その後、Ｄ−ＳＯＬ８が全閉状態（デューティ比＝１００[%]）になると、リターン油路９が遮断され、サブ吐出ポート１ｆから吐出されるオイルの全流量がバイパス油路１０、逆止弁１１を経てメイン油路５に流入し、コントロールバルブ６に対して両吐出圧Ｐ１，Ｐ２が加算された吐出圧が供給される（全吐出モード）。

このように、本実施形態では、可変容量ポンプ１のメイン吐出ポート１ｅに連通するメイン油路５とサブ吐出ポート１ｆに連通するサブ油路７とをバイパス油路１０で連通し、このバイパス油路１０に逆止弁１１を介装し、一方、サブ油路７を流れる流量をＤ−ＳＯＬ８で制御するようにしたので、吐出モードが全吐出モードから半吐出モードに切り替わった際には、Ｄ−ＳＯＬ８を次第に開弁させて、サブ油路７を流れる流量を増加させることで、逆止弁１１をリターンスプリング１１ｂの付勢力で緩やかに閉弁させることができ、その際、メイン油路５に閉塞状態が形成されないため、油圧オーバシュートを有効に回避することができる。

一方、吐出モードが半吐出モードから全吐出モードに切り替わった際には、Ｄ−ＳＯＬ８を次第に閉弁させて、サブ油路７からバイパス油路１０へ流れる流量を増加させることで、逆止弁１１をリターンスプリング１１ｂの付勢力に抗して緩やかに開弁させ、その際、サブ油路７に閉塞状態が形成されないため、この場合も同様に、油圧オーバシュートを有効に回避することができる。

このように、吐出モードにおける油圧オーバシュートの発生を有効に回避させることができるため、脈動が発生し難く、エンジン回転数の変動を有効に防止することができるばかりでなく、油回路内の耐久性の低下、振動、及び騒音の発生をも有効に防止することができる。又、逆止弁１１の開弁、及び閉弁速度は、Ｄ−ＳＯＬ８を開閉動作させるデューティ比で容易に調整することができるため取扱性が良い。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば１つの可変容量ポンプに対して２つ以上のサブ吐出ポートが設けられている場合にも、この各サブ吐出ポートに連通するサブ油路をメイン油路にバイパス油路を介して接続すると共に逆止弁を介装し、又、各サブ油路からバイパス油路へ流れる流量をデューティソレノイドで制御することで、本発明を適用することができる。更に、流量制御弁はＤ−ＳＯＬ８以外にリニアソレノイドであっても良い。

１…可変容量ポンプ、
１ａ…ポンプケーシング、
１ｂ…吸入側開口部、
１ｃ…吐出側メイン開口部、
１ｄ…吐出側サブ開口部、
１ｅ…メイン吐出ポート、
１ｆ…サブ吐出ポート、
５…メイン油路、
６…コントロールバルブ、
７…サブ油路、
８…デューティソレノイド弁、
１０…バイパス油路、
１１…逆止弁、
１１ａ…チェックボール、
１１ｂ…リターンスプリング、
１６…制御ユニット、
１７…吐出モード設定演算部、
１８…デューティ比演算制御部、
Ｎｅ…エンジン回転数、
Ｎｅｏ…吐出モード判定閾値、
Ｐ１…メイン吐出圧、
Ｐ２…サブ吐出圧、
Ｔａ…油温、
Ｔａｏ…高温判定閾値、
Ｖｓ…車速

Claims (3)

1. ポンプケーシングに吸入側開口部と吐出側メイン開口部と吐出側サブ開口部とが形成され、駆動系の動作に従い前記吸入側開口部から吸入された流体を前記吐出側メイン開口部と前記吐出側サブ開口部とから吐出させる可変容量ポンプと、
   前記吐出側メイン開口部にメイン油路を介して連通し、前記駆動系にて駆動される制御機構と、
   前記吐出側サブ開口部にサブ油路を介して連通する流量制御弁と、
   前記流量制御弁の開度を前記駆動系の運転状態を検出するパラメータに基づいて制御する制御ユニットと、
   前記メイン油路と前記サブ油路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て前記サブ油路を流れる流体圧と前記メイン油路を流れる流体圧との差圧が所定以上の場合に開弁して該サブ油路の流体を前記メイン油路を流れる流体に合流させる開閉弁と
   を備え、
   前記制御ユニットは前記パラメータに基づき、前記メイン油路からのみ前記制御機構に流体を供給する半吐出モードと判定した場合は前記流量制御弁を開弁させ、又前記メイン油路と前記サブ油路との双方から前記制御機構に流体を供給する全吐出モードと判定した場合は前記流量制御弁を閉弁させ、更に吐出モードが前記全吐出モードから前記半吐出モードに切り替わったと判定した場合、前記流量制御弁を予め設定した速度で開弁させ、又吐出モードが前記半吐出モードから前記全吐出モードに切り替わったと判定した場合、前記流量制御弁を予め設定した速度で閉弁させる
   ことを特徴とする油圧制御装置。
2. 前記開閉弁はチェックボールと該チェックボールを前記メイン油路側から前記サブ油路方向へ付勢するリターンスプリングとを有する逆止弁であり、
   前記サブ油路を流れる流体圧と前記メイン油路を流れる流体圧との差圧が前記リターンスプリングのばね圧以上の場合に開弁する
   ことを特徴とする請求項１記載の油圧制御装置。
3. 前記流量制御弁はデューティソレノイド弁であり、弁開度がデューティ比により連続的に可変される
   ことを特徴とする請求項１〜２の何れか１項に記載の油圧制御装置。

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