JP5306974B2

JP5306974B2 - 電動オイルポンプ

Info

Publication number: JP5306974B2
Application number: JP2009274023A
Authority: JP
Inventors: 喜幸小林; 尚武筏
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2029-12-02
Also published as: US8475137B2; CN102086863A; US20110129356A1; JP2011117333A; DE102010040481A1

Description

本発明は、ポンプ構成体を電動モータによって駆動する電動オイルポンプに関するものである。

近年、燃費の向上などを図るために、エンジンを自動的に停止させるアイドリングストップ車やハイブリット車が実用化されているが、エンジンの自動停止に伴う機械式オイルポンプの停止中に、変速機の油圧の低下を防止するために、電動モータで駆動される電動オイルポンプを用いて油圧を変速機に供給するものが提供されている。

ところが、前記電動オイルポンプが正常にオイルを吐出していない場合には、前記変速機を正常に作動させることができない。

そこで、以下の特許文献１に記載され電動オイルポンプのように、エンジンが自動停止した状態で電動オイルポンプのライン圧やモータ電流を検出して、この検出値が所定の範囲から外れた場合にはエンジンの自動停止を禁止するようになっている。

特開２００４−６８７３２号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の電動オイルポンプにあっては、前記電動オイルポンプの作動が正常か否かの判定を、エンジンの停止中にだけしか行っていない。このため、電動オイルポンプに異常があった状態でエンジンを停止してしまうと、例えば、エンジン停止直後に前記変速機を操作したい場合に、つまりギアシフトを行った場合には、エンジンが再始動されて機械式オイルポンプから変速機に油圧が供給されてからクラッチが接続されることになるので、前記エンジン停止後には、変速機を円滑に操作できないばかりか、始動時にクラッチの急激な接続によってショックが発生するおそれがある。

本発明は、前記従来における電動オイルポンプの技術的課題に鑑みて案出されたもので、エンジン停止後における変速機の操作を円滑にすることができる電動オイルポンプを提供することを目的している。

請求項１に記載の発明は、エンジンが自動停止する車両の変速機にサブ油通路を介してオイルを供給するために用いられ、前記エンジンで駆動される機械式オイルポンプが停止して前記変速機への供給油圧が低下した際に、電動モータを駆動させて前記サブ油通路から逆止弁を介して変速機にオイルを供給する電動オイルポンプであって、
前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段を備え、
前記電動モータが停止してから所定時間が経過し、かつ車速が所定速度以下になった場合に、前記電動モータを一時的に予備駆動させ、
該予備駆動時に前記モータ電流検出手段から検出されたモータ電流値が零から一旦高い状態に変化した後に低下して、さらに上昇した場合は、エンジンの自動停止を許可し、
前記予備駆動時のモータ電流値が高い状態、あるいは低い状態が継続されている場合は、エンジンの自動停止を禁止する信号を出力し、
前記予備駆動後の前記電動モータの駆動は、前記変速機に供給されるオイルのライン圧に応じて行われ、
前記予備駆動後にエンジンの自動停止を許可した場合に、前記ライン圧が所定以下となったときに前記電動モータの駆動を開始させることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、エンジンの自動停止時に、モータ電流検出手段によって検出されたモータ電流値の変化が所望の特性を示した場合は、エンジンの自動停止を許可し、所望の特性を示さない場合には、前記エンジンの自動停止を禁止することから、エンジン停止中の変速機の操作を円滑に行うことができる。

本発明に係る電動オイルポンプの実施形態が適用されるＣＶＴユニットの油圧回路を示す概略図である。本実施形態の電動オイルポンプの縦断面図である。本実施形態のアイドリングストップ時におけるトランスミッション圧と時間との関係を示すタイムチャート図である。本実施形態の制御フローチャート図である。本実施形態における電流とモータ回転数、吐出圧との関係を示す特性図である。本実施形態における電動オイルポンプの作動制御のフローチャート図である。

以下、本発明に係る電動オイルポンプを、例えばアイドリングストップ機構を備えた車両のＣＶＴなどの自動変速機に作動油を供給する供給源として適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１はＣＶＴユニット１へオイルを供給する油圧回路を示し、エンジン２によって駆動されて、車両の通常運転中に前記ＣＶＴユニット１にオイルを供給する機械式オイルポンプであるメインポンプ３と、前記エンジン２が自動停止して前記メインポンプ３が駆動を停止した際に、ＣＶＴユニット１にオイルを供給する前記電動オイルポンプ４と、該電動オイルポンプ４の駆動を制御するＣＶＴコントロールユニットである電子コントローラ５と、該電子コントローラ５に電流を供給するバッテリー電源６と、を備えている。

前記メインポンプ３は、一般的なトロコイドポンプなどによって構成され、ストレーナ８を介してオイルパン７内のオイルを吸入して供給通路９から前記ＣＶＴユニット１にオイルを圧送するようになっている。なお、前記ＣＶＴユニット１から排出されたオイルは、ドレン通路１０を介してオイルパン７に回収されるようになっている。

前記電動オイルポンプ４は、前記メインポンプ３をバイパスするバイパス通路１１の途中に設けられ、車両のエンジンルーム内に配置固定された電動モータ１２と、該電動モータ１２の一端側に設けられたポンプ構成体１３と、から主として構成されている。

前記電動モータ１２は、図２に示すように、ほぼ円筒状に形成されたモータハウジング１４の内部に、ロータ１５がベアリング１６を介して回転自在に支持されていると共に、内周面に永久磁石１７が固定されている。また、前記ロータ１５の前端部には、モータ軸１５ａが一体的に設けられていると共に、ロータ１５の図外の電磁コイルに給電するブラシ１９が設けられている。

一方、前記ポンプ構成体１３は、トロコイド式であって、金属材のポンプケーシング２０の内部に前記モータ軸１８と同軸上に連結されたポンプ軸２１が回転自在に支持されていると共に、前端側のポンプ収容室内には前記ポンプ軸２１の外周に固定されたインナーロータ２２と、該インナーロータ２２の外歯に内歯が噛み合いながら回転するアウターロータ２３が収容配置されている。なお、前記ポンプ収容室の前端開口がポンプカバー２４によって閉塞されている。

前記インナーロータ２２の外歯の歯数は、アウターロータ２３の内歯の歯数より１枚少なくなっており、前記外歯と内歯との間に、回転に伴って容積が変化する複数のポンプ室が形成されている。

また、前記ポンプ収容室の底面とポンプカバー２４の内端面には、前記ポンプ室の容積増加に沿った形状の図外の吸入室が形成されていると共に、ポンプ室の容積減少に沿った形状の吐出室が形成されている。前記ポンプカバー２４の外端面側には、前記吸入室に作動油を導入する吸入穴と、前記吐出室から作動油が吐出される吐出穴が形成され、前記吸入孔には、前記バイパス通路１１の下流側の吸入通路１１ａを介して前記オイルパン７内のオイルが吸入されるようになっている一方、前記吐出穴からバイパス通路１１の上流側の吐出通路１１ｂ及び前記供給通路９を介してＣＶＴユニット１に作動用のオイルを供給するようになっている。

また、前記吐出通路１１ｂの途中には、供給通路９からポンプ構成体１３のポンプ室方向へのオイルの流入を阻止、ポンプ構成体１３から前記供給通路９方向へのみオイルの流入を許容する逆止弁１５が設けられている。

前記電子コントローラ５は、図外のコネクタ端子に供給された電流を、ターミナルを介して前記電動モータ１２の電磁コイルに通電して前記ロータ１５とモータ軸１８の回転駆動に伴ってオイルポンプ１３を駆動するようになっている。

具体的に説明すると、前記電子コントローラ５は、図１に示すように、前記供給通路９のライン圧を検出するライン圧センサ２５からの圧力情報信号を入力してライン圧を検出する圧力検出回路２６と、前記電動モータ１２に駆動電流を出力するモータ駆動回路２７と、前記電動モータ１２に供給される電流を検出するモータ電流検出回路２８と、を備えている。

以下、本実施形態の作用を説明する。まず、図３のタイムチャート図に基づいてアイドリングストップ時のメインポンプ３と電動オイルポンプ４の作動とトランスミッションライン圧との関係を説明する。

車両を停止させようとした際、車速が例えば１０ｋｍ／ｈ以下になった場合(図中ｘ点)に、ａ点で前記電動オイルポンプ４の予備作動を開始させる。この際、前記電動モータ１２のモータ電流の挙動によって電動オイルポンプ４の正常作動か否か判断する。

その後、ｂ点で前記電動モータ１２への通電を遮断して電動オイルポンプ４の作動を停止させると共に、エンジンを停止させる(ｙ点)。

エンジンの停止と共に、メインポンプ３の油圧が低下し、電動オイルポンプ４との油圧供給源の切り換えの際に、供給通路９のライン圧が過度に落ち込まないようにライン圧の下降中の第１閾値Ｐ１点で前記ライン圧センサ２５からの情報信号に基づいて、前記電動モータ１２を再度起動させる(ｃ点)。これによって、前記供給通路９のライン圧が、第２閾値Ｐ２点からほぼ一定の圧力に維持される(ラインＱ)。

次に、車両のブレーキ操作が解除されてエンジンを再び始動させた場合(ｚ点)に、前記ライン圧が前記第１閾値Ｐ１より低く、第２閾値Ｐ２よりも高い第３閾値Ｐ３まで上昇した時点で、前記電動モータ１２への通電を遮断して電動オイルポンプ４の作動を停止させる(ｄ点)。

これによって、アイドリングストップ時においてもＣＶＴユニット１に油圧が供給されることになるので、ギアシフトの円滑な操作が可能になる。

なお、前記エンジン停止後における電動モータ１２の起動や、エンジン駆動後における電動モータ１２の駆動停止は、前記ライン圧の変化の他に、エンジン停止後の時間の経過、あるいは油温によって変化させることも可能である。

以下、前記アイドリングストップ時の前記電子コントローラ５による具体的な制御フローを図４に基づいて説明する。

まず、ステップ１では、エンジン停止時における前記電動モータ１２による電動オイルポンプ４の予備作動が正常か否かを判断し、例えば、断線などによって電動モータ１２が作動不良を起こして予備作動が正常に行われないと判断した場合には、前記アイドリングストップを行わずに、エンジンの駆動を継続させる。

次に、ステップ１で予備作動が正常に行われたと判断した場合は、ステップ２に移行する。ここでは、前記供給通路９のライン圧が所定の圧力Ｐｓよりも低いか否かを判断して、ライン圧の方が高いと判断した場合には、いまだメインポンプ３の吐出圧が高いため、そのままリターンする。ライン圧が低いと判断した場合には、ステップ３に移行する。

このステップ３では、電動オイルポンプ４が現在作動中か否かを判断し、作動中であればステップ５に移行するが、作動していないと判断した場合は、ステップ４に移行して電動モータ１２に通電して電動オイルポンプ４の作動を開始させる。

ステップ５では、現在、ブレーキ操作が解除され、またエンジンの始動がされているか否かを判断する。ブレーキ操作が解除されていないと共に、エンジンが始動していないと判断した場合は、そのままリターンするが、ブレーキ操作が解除され、エンジンも始動していると判断した場合は、ステップ６に移行する。ここでは前記ライン圧が所定の油圧Ｐｔよりも高いか否かを判断し、高いと判断した場合は、そのままリターンするが、低いと判断した場合は、ステップ７に移行する。

ステップ７では、電動モータ１２への通電を遮断して電動オイルポンプ４の作動を停止させる。

次に、電動オイルポンプ４を前記予備作動させた状態での正常作動判断の方法を説明する。

正常作動判断は、前記電動モータ１２のモータ電流値Ｉによって行い、まず、電動オイルポンプ４を予備作動させたときに正常に作動していた場合のモータ電流挙動を図５に基づいて説明する。

電動オイルポンプ４を起動させると、モータ電流は、図中太い実線ｅで示すように、零の状態から急激に上昇して電動モータ１２のロック時に流れる電流まで上昇する。

その後、電動オイルポンプ４が回転し始めるため、電動モータ１２の発電作用が始まってモータ電流値Ｉは低下する。このとき、ポンプ室内は空気が滞留しているため空回りをする(ポンプの駆動抵抗が小さい状態)。このため、モータ回転(ｒｐｍ)は、図中細い実線ｎで示すように、急激に上昇することから、モータ電流値Ｉは急激に低下する。

その後、ポンプ室内の空気が抜けてポンプ室内にオイルが入り込むと、電動オイルポンプ４がオイルを吐出し始め、この吐出圧は、図中破線ｐに示すように徐々に上昇してその後ほぼ一定圧になるが、この時点ではポンプ駆動抵抗が増大し、モータ回転ｎは徐々に下降し、モータ電流値Ｉは徐々に上昇する。電動オイルポンプ４が正常にしていれば前述のような電流挙動を示す。

この電流挙動を前記モータ電流検出回路２８で検出し、モータ電流値Ｉが上昇してある時間内にある電流値を超えて下降に転じ、ある時間内に再度上昇するという挙動を示した場合に正常と判断するのである。なお、前記モータ電流値Ｉと時間は、エンジンの油温によって変化させることも可能である。

次に、電動オイルポンプ４のＮＧの判定例を説明する。例えば、電動モータ１２あるいはポンプ構成体１３が何らかの原因でロックして故障してしまった場合には、モータ電流値Ｉは、大きな電流(ロック電流)が流れ続けるだけで、下降しないのでＮＧと判断できる。

また、電動モータ１２とポンプ構成体１３のジョイント部が破損して、電動モータ１２が空回りしてしまう故障の場合には、モータ電流値Ｉは大きな電流(ロック電流)が流れた後に、下降するが、ポンプ構成体１３はオイルを吐出しないため、電動モータ１２の負荷が上昇しないことからモータ電流値Ｉが再度上昇することがない。これによって、電動オイルポンプ４がＮＧになっていると判断できる。

このように、電動オイルポンプ４の予備作動制御を入れることによって、エンジンが停止して電動オイルポンプ４が作動開始するときには、既にポンプ室内にオイルが充満しているため、次に電動モータ１２を作動させると即座に吐出油圧が発生する。よって、油圧の供給源がメインポンプ３から電動オイルポンプ４に切り換わる際に、油圧が一時的に低下してしまうことがない。この判断は、電動オイルポンプ４が停止してからポンプ室内のオイルが抜けるまでの間は行わないため、正常に電動オイルポンプ４が作動している場合には、常に前述のような電流挙動を示す。

次に、前記電子コントローラ５によって、前記電動オイルポンプ４の正常作動時の制御と前記異常作動時の制御を図６の制御フローに基づいて説明する。

ステップ１１では、車両停止時に、現在の車速が例えば１０ｋｍ／ｈであるＡｋｍ／ｈよりも小さいかか否かを判断し、大きいと判断した場合はそのままリターンするが、小さいと判断した場合は、ステップ１２に移行する。

ここでは、前記電動オイルポンプ４が予備作動中か否かを判断し、予備作動中であると判断した場合は、ステップ１４に移行するが、予備作動中ではないと判断した場合は、ステップ１３に移行し、ここで、電動モータ１２に通電して電動オイルポンプ４の予備作動を開始する。

ステップ１４では、モータ電流値Ｉが所定の電流値Ｉｒよりも大きいか否かを判断し、大きいと判断した場合はステップ１５に移行するが、小さいと判断した場合は、ステップ１６に移行する。

このステップ１６では、前記予備作動開始からの時間が所定時間Ｔｓよりも長いか否かを判断し、短い場合はそのままリターンするが、長い場合は、ステップ１７で、電動オイルポンプ４が異常であると判断して、ステップ１８で電動モータ１２への通電を遮断して電動オイルポンプ４を停止させる。

前記ステップ１５では、モータ電流値Ｉが下降に転じたか否かを判断し、未だ下降していないと判断した場合は、ステップ１９に移行する。このステップ１９では、モータ電流値Ｉが前記所定の電流値Ｉｒよりも大きく、かつその出力電流時間が所定時間Ｔｒよりも大きいか否かを判断し、いずれも小さいと判断した場合はリターンするが、いずれも大きいと判断した場合は、ステップ２０に移行する。このステップ２０では、電動オイルポンプ４が異常であると判断してステップ２１で電動モータ１２への通電を遮断して電動オイルポンプ４の作動を停止させる。

前記ステップ１５でモータ電流値Ｉが下降に転じたと判断した場合は、ステップ２２に移行し、ここでは、モータ電流値Ｉが上昇に転じたか否かを判断し、上昇しないと判断した場合は、ステップ２３に移行する。

このステップ２３では、モータ電流値Ｉが下降に転じてからの時間が所定時間Ｔｄよりも大きいか否かを判断する。ここで、小さいと判断した場合は、そのままリターンするが、大きいと判断した場合は、ステップ２４で電動オイルポンプ４が異常と判断して、ステップ２５で電動モータ１２への通電を遮断して電動オイルポンプ４の作動を停止させる。

前記ステップ２２でモータ電流値Ｉが上昇したと判断した場合は、ステップ２６に移行し、ここでは電動オイルポンプ４の作動が正常である吐出判断してステップ２７で電動モータ１２への通電を遮断して、すべての処理を終了する。

以上のように、本実施形態では、前述のように、アイドリングストップ時に、電動オイルポンプ４を作動させてＣＶＴユニット１に作動油圧を供給するため、エンジン停止中のＣＶＴユニット１の操作を円滑に行うことができる。

また、電動オイルポンプ４の予備作動後に電動モータ１２を停止させることができるため、エネルギー消費を低減させることが可能になる。

しかも、ライン圧センサ２５によって検出されたライン圧に応じて電動オイルポンプ４を作動するようにしているため、電動オイルポンプ４の余剰オイルをリリーフさせる必要がなく、供給通路９と電動オイルポンプ４との間にリリーフ弁を設ける必要がないばかりか、電動オイルポンプ４の吐出通路１１ｂに別個の圧力センサも設ける必要がない。したがって、小型で低コストの装置を提供することができる。

前記実施形態では、車速が所定以下となった場合に、電動オイルポンプ４の予備作動を行うようにしているが、車速が所定以下となってからエンジンが停止するまでに、ポンプ構成体１３のポンプ室内のオイルが抜けてしまわないように所定時間毎に予備作動を行うようにしても良い。これによって、前記ポンプ室内のオイルが抜けた状態でエンジンが停止することを防止することが可能になる。

本発明は、ＣＶＴユニット用の電動オイルポンプに限定されるものではなく、他の用途の電動オイルポンプにも適用することが可能である。

また、前記実施形態では、電子コントローラ５を、電動モータ１２と別体に設けているが、電動モータ１２の内部に設けることも可能である。また、電動モータ１２としては、ブラシレス型のものを用いることも可能である。

また、前記モータ電流検出回路２８のモータ電流値Ｉの情報に代えて、電動モータ１２の回転を検出するモータ回転検出回路からの回転数情報を制御パラメータとすることも可能である。

前記実施形態から把握される前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項ａ〕請求項１に記載の電動オイルポンプにおいて、
前記予備駆動時のモータ電流値が高い状態、あるいは低い状態が所定時間継続した場合には、前記エンジンの自動停止を禁止する信号を出力することを特徴とする電動オイルポンプ。
〔請求項ｂ〕請求項２に記載の電動オイルポンプにおいて、
前記予備駆動は、所定時間だけ行った後に停止させることを特徴とする電動オイルポンプ。
〔請求項ｃ〕請求項２に記載の電動オイルポンプにおいて、
前記予備駆動は、前記モータ電流値が零から高い状態に変化した後に、低下し、さらに上昇した後に停止させることを特徴とする電動オイルポンプ。
〔請求項ｄ〕請求項２に記載の電動オイルポンプにおいて、
前記予備駆動後の前記電動モータの駆動は、前記変速機に供給されるオイルのライン圧に応じて行われることを特徴とする電動オイルポンプ。
〔請求項ｅ〕請求項ｄに記載の電動オイルポンプにおいて、
前記予備駆動後にエンジンの自動停止を許可した場合に、前記ライン圧が所定以下となったときに前記電動モータの駆動を開始させることを特徴とする電動オイルポンプ。
〔請求項ｐ〕請求項ｅに記載の電動オイルポンプにおいて、
前記予備駆動後の前記電動モータは、前記ライン圧が第１閾値以下となったときに駆動が開始され、前記第１閾値より低い第２閾値を維持するように駆動が継続され、前記第１閾値よりも低く、かつ前記第２閾値よりも高い第３閾値以上になったときに駆動が停止されることを特徴とする電動オイルポンプ。
〔請求項ｇ〕請求項２に記載の電動オイルポンプにおいて、
前記予備駆動を行った後に、所定時間が経過しても前記エンジンが自動停止しなかった場合には、再度、前記予備駆動を行うことを特徴とする電動オイルポンプ。
〔請求項ｈ〕請求項２に記載の電動オイルポンプにおいて、
前記電動モータは、ブラシ付きの直流モータであることを特徴とする電動オイルポンプ。
〔請求項ｉ〕請求項３に記載の電動オイルポンプにおいて、
前記予備駆動時の前記電動モータの回転数がほぼ零の状態、または所定の回転数以上の状態を継続した場合は、前記エンジンの自動停止を禁止する信号を出力することを特徴とする電動オイルポンプ。

１…ＣＶＴユニット
２…車両用のエンジン
３…メインポンプ(機械式オイルポンプ)
４…電動オイルポンプ
５…電子コントローラ
６…バッテリー電源
９…供給通路
１１…バイパス通路
１１ａ…吸入通路
１１ｂ…吐出通路
１２…電動モータ
１３…ポンプ構成体(オイルポンプ)
２５…ライン圧力センサ
２６…圧力検出回路(圧力検出手段)
２７…モータ駆動回路
２８…モータ電流検出回路(電流検出手段)

Claims

エンジンが自動停止する車両の変速機にサブ油通路を介してオイルを供給するために用いられ、前記エンジンで駆動される機械式オイルポンプが停止して前記変速機への供給油圧が低下した際に、電動モータを駆動させて前記サブ油通路から逆止弁を介して変速機にオイルを供給する電動オイルポンプであって、
前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段を備え、
前記電動モータが停止してから所定時間が経過し、かつ車速が所定速度以下になった場合に、前記電動モータを一時的に予備駆動させ、
該予備駆動時に前記モータ電流検出手段から検出されたモータ電流値が零から一旦高い状態に変化した後に低下して、さらに上昇した場合は、エンジンの自動停止を許可し、
前記予備駆動時のモータ電流値が高い状態、あるいは低い状態が継続されている場合は、エンジンの自動停止を禁止する信号を出力し、
前記予備駆動後の前記電動モータの駆動は、前記変速機に供給されるオイルのライン圧に応じて行われ、
前記予備駆動後にエンジンの自動停止を許可した場合に、前記ライン圧が所定以下となったときに前記電動モータの駆動を開始させることを特徴とする電動オイルポンプ。