本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ11を設けている。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。点火プラグ12は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。
図2に、車両が備える駆動系の例を示す。この駆動系は、トルクコンバータ7及び自動変速機8、9を備えてなる。特に、本実施形態では、自動変速機8、9の構成要素として、遊星歯車機構を利用した前後進切換装置8、及び無段変速機の一種であるベルト式CVT9を採用している。
内燃機関が出力する回転トルクは、内燃機関のクランクシャフトからトルクコンバータ7の入力側のポンプインペラ71に入力され、出力側のタービンランナ72に伝達される。タービンランナ72の回転は、前後進切換装置8を介してCVT9の駆動軸94に伝わり、CVT9における変速を経て従動軸95を回転させる。従動軸95の回転は、出力ギア101に伝達される。出力ギア101は、デファレンシャル装置のリングギア102と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸103及び駆動輪(図示せず)を回転させる。
トルクコンバータ7は、ロックアップ機構を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ7の入力側と出力側とを相対回動不能に締結するロックアップクラッチ73と、ロックアップクラッチ73を断接切換駆動するための作動液圧(油圧)を制御するロックアップソレノイドバルブ57とを要素とする。ロックアップソレノイドバルブ57は、制御信号lを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。
CVT9を搭載した車両においては、車速が所定値(例えば、10km/h)以上である場合、ほぼ常時トルクコンバータ7をロックアップする。車速が所定値以下となれば、トルクコンバータ7のロックアップを解除する。ロックアップ時、ロックアップクラッチ73はトルクコンバータカバー74に押し付けられ、トルクコンバータカバー74と一体となって回転する。ロックアップ時、トルクコンバータ7の入力側(のドライブプレート)に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー74からロックアップクラッチ73を経由してトルクコンバータ7の出力側、ひいては前後進切換装置8に直接伝達される。ロックアップ時、トルクコンバータ7の出力側回転数の入力側回転数に対する比である速度比は1となる。
翻って、非ロックアップ時には、ロックアップクラッチ73がトルクコンバータカバー74から離反する。非ロックアップ時、トルクコンバータ7の入力側に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー74からポンプインペラ71、タービン72へと伝わり、前後進切換装置8に伝達される。非ロックアップ時、トルクコンバータ7の速度比は、駆動状態に応じて1よりも小さくなったり大きくなったりする。
ロックアップクラッチ73の一方には締結側油室75が、他方には開放側油室76があって、何れかの油室75、76に作動液の圧力が導入されることでロックアップクラッチ73が締結され、または開放される。締結側油室75と開放側油室76との差圧(Pa−Pr)は、ロックアップコントロールバルブ54を介して制御する。差圧(Pa−Pr)は、ロックアップクラッチ73を締結する際に正値となり、ロックアップクラッチ73を開放する際には負値となる。
コントロールバルブ54は、スプリングにより一方向から付勢されており、スプリングと対向する信号ポートに入力される液圧力Psが所定値以下のときには、セカンダリレギュレータ圧Ptが入力ポート、第一出力ポートを介してロックアップクラッチ73の開放側油室76に供給される。これにより、ロックアップクラッチ73が開放される。
信号ポートに入力される液圧力Psが所定値以上に上昇すると、セカンダリレギュレータ圧Ptが入力ポート、第二出力ポートを介してロックアップクラッチ73の締結側油室75に供給される。これにより、ロックアップクラッチ73が締結される。
このように、コントロールバルブ54は、スプリングの荷重、信号ポートに入力される液圧Ps、スプリングに対向する方向にフィードバックされる解放液圧Pr、スプリングと同方向にフィードバックされる締結液圧Paの相互のバランスによって作動する。信号ポートに与える液圧Psを増減させれば、締結液圧Paと解放液圧Prとの差圧(Pa−Pr)を比例的に制御できる。従って、ロックアップクラッチ73の締結状態から開放状態への切換制御、及び開放状態から締結状態への切換制御を、時間勾配をもって緩やかに行うことができる。
ロックアップクラッチ73を作動させるべくトルクコンバータ7に供給される作動液は、液圧ポンプ51から吐出される。液圧ポンプ51は、内燃機関のクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて稼働する、既知の機械式(非電動式)のものである。図3に示しているように、液圧ポンプ51が吐出する作動液は、プライマリレギュレータバルブ52及びセカンダリレギュレータバルブ53に順次入力される。これらレギュレータバルブ52、53により、コントロールバルブ54を介してロックアップクラッチ73の締結側油室75または開放側油室76に選択的に供給される作動液の圧力Ptが、ある目標の圧力に調圧され、維持される。
液圧回路においては、プライマリレギュレータバルブ52が、液圧ポンプ51の吐出口に接続している流路内での圧力であるライン圧Poを、目標のライン圧に調圧する働きをする。即ち、図3に示しているように、プライマリレギュレータバルブ52は、液圧ポンプ52の吐出口に接続している流路から作動液の入力を受ける。プライマリレギュレータ52に付随するパイロット管路は、プライマリレギュレータ52の上流の圧力をフィードバック室に導いている。プライマリレギュレータ52は、ライン圧Poが目標よりも低いときにはドレンポートを閉じてライン圧Poが低下しないようにする一方、ライン圧Poが目標よりも高いときにはドレンポートを開いて余剰圧力を排出する。
そして、プライマリレギュレータ52から出力されるこの余剰の作動液をロックアップクラッチ73の作動に利用することで、省エネルギを図っている。セカンダリレギュレータバルブ53は、ロックアップクラッチ73に向けて供給される作動液の圧力であるセカンダリレギュレータ圧Ptを、目標の供給圧に調圧する働きをする。セカンダリレギュレータ53は、プライマリレギュレータ52のドレンポートに接続している流路から作動液の入力を受ける。セカンダリレギュレータ53に付随するパイロット管路は、セカンダリレギュレータ53の上流の圧力をフィードバック室に導いている。セカンダリレギュレータ53は、セカンダリレギュレータ圧Ptが目標よりも低いときにはドレンポートを閉じてセカンダリレギュレータ圧Ptが低下しないようにする一方、セカンダリレギュレータ圧Ptが目標よりも高いときにはドレンポートを開いて余剰圧力を排出する。
コントロールバルブ54の信号ポートに供給される作動液も、液圧ポンプ51から吐出される。そして、その作動液は、一または複数のモジュレータバルブ55、56に入力されて調圧された後、ロックアップソレノイドバルブ57に入力される。ロックアップソレノイドバルブ57は、例えばデューティソレノイドバルブであり、制御信号l、より具体的には指示電流(または、電圧)のDUTY比を増減させることで、その開度を増減させることができる。ひいては、コントロールバルブ54の信号ポートに入力される液圧力Psを制御できる。結局、制御信号lによって、ロックアップクラッチ73を駆動する差圧(Pa−Pr)を制御することが可能である。
前後進切換装置8は、そのサンギア81がタービンランナ72と連絡し、リングギア82が駆動軸94と連絡している。プラネタリギア831を支持するプラネタリキャリア83と変速機ケースとの間には、断接切換可能な液圧クラッチたるフォワードブレーキ84を介設している。また、プラネタリキャリア83とサンギア81(または、トルクコンバータ7の出力側)との間にも、断接切換可能な液圧クラッチたるリバースクラッチ85を介設している。
走行レンジのうちのDレンジでは、フォワードブレーキ84を締結し、リバースクラッチ85を切断する。これにより、トルクコンバータ7の出力軸の回転が逆転されかつ減速されて駆動軸94に伝達され、前進走行となる。翻って、Rレンジでは、リバースクラッチ85を締結し、フォワードブレーキ84を切断する。これにより、サンギア81とプラネタリキャリア83とが一体的に回転し、トルクコンバータ7の出力軸と駆動軸94とが直結して後進走行となる。フォワードブレーキ84またはリバースクラッチ85断接切換駆動するための作動液圧を制御するソレノイドバルブ(図示せず)は、制御信号mを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。
非走行レンジであるNレンジ、Pレンジでは、フォワードブレーキ84及びリバースクラッチ85をともに切断する。これにより、トルクコンバータ7と変速機9との間が切り離される。これに加えて、駐停車の際に利用されるPレンジでは、下記従動プーリ92に付設されたパーキングロックギアとパーキングロックポールとが噛合して、従動プーリ92及び車軸103が回転不能にロックされる。
CVT9は、駆動プーリ91及び従動プーリ92と、両プーリ91、92に巻き掛けられたベルト93とを要素とする。駆動プーリ91は、駆動軸94に固定した固定シーブ911と、駆動軸91上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ912と、可動シーブ912の後背に配設された液圧サーボ913とを有しており、液圧サーボ913を操作し可動シーブ912を変位させることを通じて変速比を無段階に変更できる。並びに、従動プーリ92は、従動軸95に固設した固定シーブ921と、従動軸95上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ922と、可動シーブ922の後背に配設された液圧サーボ923とを有しており、液圧サーボ923を操作し可動シーブ922を変位させることを通じてトルク伝達に必要なベルト推力を与える。
走行レンジを操作するべくフォワードブレーキ84またはリバースクラッチ85に供給される作動液や、CVT9における減速比を操作するべく液圧サーボ913、923に供給される作動液もまた、液圧ポンプ51から吐出される。その作動液は、一または複数のモジュレータバルブ58に入力されて調圧された後、前後進切換装置8やCVT9に提供される。
ライン圧Po及びCVT9への供給液圧力Pxは、ソレノイドバルブ59の開度操作を通じて調節することが可能である。
液圧ポンプ51は、内燃機関のクランクシャフトからトルクの伝達を受けて稼働する。この作動液は、トルクコンバータ7に用いられる流体と共通である。
本実施形態の制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(いわば、要求負荷)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号d、機関の冷却水の温度を検出する水温センサから出力される冷却水温信号e、トルクコンバータ7及び自動変速機8、9に用いられる作動液の温度を検出する作動液温センサから出力される作動液温信号f、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ(または、シフトポジションスイッチ)から出力されるシフトレンジ信号g、車載のバッテリの充電状態を示唆するバッテリ電流、バッテリ電圧及びバッテリ温度を検出するセンサから出力されるバッテリ信号h等が入力される。
出力インタフェースからは、点火プラグ12のイグナイタに対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、ロックアップクラッチ73の断接切換用のロックアップソレノイドバルブ57に対して開度制御信号l、フォワードブレーキ84またはリバースクラッチ85の断接切換用のソレノイドバルブに対して開度制御信号m、CVT9に対して変速比制御信号n、ソレノイドバルブ59に対して開度制御信号p等を出力する。
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミング、トルクコンバータ7のロックアップを行うか否か、自動変速機8、9の変速比といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、l、m、n、pを出力インタフェースを介して印加する。
しかして、本実施形態のECU0は、トルクコンバータ7に向かって流れる作動液の流量を調節するためのソレノイドバルブ57に与える、当該ソレノイドバルブ57の開度を増減させる制御入力lであるDUTY比を補正する量の学習を実施する。
図5に、開放しているロックアップクラッチ73を締結する際にソレノイドバルブ57に与える制御信号lの補正量の学習の手順を示す。
ECU0は、現在のシフトポジションがPレンジ(または、Nレンジ)であり(ステップS1)、車速が0(または、0に近い所定値以下)であり(ステップS2)、機関の冷却水温が所定範囲内であり(ステップS3)、トルクコンバータ7及び自動変速機8、9の作動液温が所定範囲内であり(ステップS4)、電源である車載バッテリの電圧(または、バッテリ電流)が所定範囲内であり(ステップS5)、エンジン回転数が所定範囲内に収まり安定しており(ステップS6)、並びにスロットルバルブ32(アイドルスピードコントロールバルブを備えた内燃機関にあっては、アイドルスピードコントロールバルブ)の開度が所定範囲内に収まり安定している(ステップS7)、という諸条件が充足されている状況の下で、制御信号lの補正量の学習を行う。なお、ステップS6及びS7の条件が真であるということは、気筒1に充填される吸気量そして燃料噴射量が所定範囲内に収まり安定しているということを意味する。
制御信号lの補正量の学習にあたり、ECU0は、ソレノイドバルブ57に入力する制御信号lのDUTY比を徐々に、ゆっくりと変化させる(ステップS8)ことで、トルクコンバータカバー74から離反して開放状態にあるロックアップクラッチ73を当該カバー74に向けて徐々に変位させ、これをカバー74に押し付ける。その上で、内燃機関のクランクシャフトの回転速度を高頻度で反復的に計測する(ステップS9)。
ここで、トルクコンバータ7及びロックアップクラッチ73の機構に関して補足する。図4に示しているように、前後進切換装置8に連結するトルクコンバータ7の出力側の軸には、タービンハブ77がスプライン結合しており、このタービンハブ77にタービン72及びドリブン部材78を支持させている。
他方、ロックアップクラッチ73には、ドライブ部材79を固定しており、このドライブ部材79とドリブン部材78との間に弾性体であるダンパ70を介在させて設けている。ダンパ70は、例えばコイルスプリングであり、その弾性変形を通じて、ドライブ部材79がドリブン部材78に対し回転方向(周方向)に沿って相対的に変位することを許容するとともに、ロックアップ時の衝撃や振動を吸収する働きをする。
図6に示すように、内燃機関のクランクシャフトの回転速度は完全に一定ではなく、各気筒1の膨張行程の間隔に対応した脈動(振動、回転変動)が発生する。この脈動は、少数気筒(二気筒または三気筒)の内燃機関では特に顕著である。
ロックアップクラッチ73とカバー74とが締結されていない段階では、この回転速度の脈動の振幅が大きい。だが、ロックアップクラッチ73とカバー74とが締結されると、ダンパ70が作用して回転速度の脈動がいなされ(換言すれば、なまされ)、その脈動の振幅が小さくなる。ECU0は、反復的に計測しているクランクシャフトの回転速度の脈動が小さくなった時点t0を、ロックアップクラッチ73の締結の瞬間として感知し(ステップS10)、その時点t0でロックアップソレノイドバルブ57に入力している制御信号lのDUTY比を学習する(ステップS11)。
ステップS11では、時点t0における制御信号lのDUTY比そのもの、または時点t0におけるDUTY比と基本値との差分の値を、メモリに記憶して保持する。DUTY比の基本値とは、多数個のソレノイドバルブ57の特性の平均値または中央値であり、その基本値のDUTY比の制御信号lをソレノイドバルブ57に入力することでロックアップクラッチ73が適切に締結される可能性が最も高いと予想される値のことである。
以後のトルクコンバータ7のロックアップ制御では、ステップS11にて学習したDUTY比または差分を用いてロックアップソレノイドバルブ57の開度を操作し、ロックアップクラッチ73の締結動作を制御する。上記の時点t0におけるDUTY比と基本値との差分が、制御信号lの補正量ということになる。
締結しているロックアップクラッチ73を開放する際にソレノイドバルブ57に与える制御信号lの補正量の学習も、同様にして行うことができる。
即ち、ステップS1ないしS7の諸条件が充足されている状況の下で、ソレノイドバルブ57に入力する制御信号lのDUTY比を徐々に、ゆっくりと変化させることで、ロックアップクラッチ73を当該カバー74に向けて押圧する液圧力を徐々に減少させ、そしてロックアップクラッチ73をカバー74から離反する方向に徐々に変位させる。その上で、内燃機関のクランクシャフトの回転速度を高頻度で反復的に計測する。
さすれば、反復的に計測しているクランクシャフトの回転速度の脈動が大きくなった時点を、ロックアップクラッチ73の締結の解消の瞬間として感知でき、その時点でロックアップソレノイドバルブ57に入力している制御信号lのDUTY比を学習することができる。
本実施形態では、内燃機関が出力する駆動力をトルクコンバータ7を介して変速機9に入力し車軸103に伝達するようにしたものにおいて、トルクコンバータ7と変速機9との間が(前後進切換装置8にて)切り離されており、内燃機関の吸気量及び回転速度がそれぞれ一定の範囲内に収まり安定しているという条件の下で、ロックアップクラッチ73を駆動するための作動液圧を制御するソレノイドバルブ57に与える制御信号lを徐変させながら内燃機関の回転速度を計測し、計測した回転速度の脈動の大きさが変化した時点t0を知得することを特徴とする制御装置0を構成した。
本実施形態によれば、タービン回転数を検出する回転センサに依拠することなく、ロックアップクラッチ73とカバー74とが締結されたタイミングや、ロックアップクラッチ73とカバー74との締結が解除されたタイミングを感知できる。従って、タービン回転センサを廃することが可能となり、コストの低減に奏効する。
加えて、運転者の操作や外部の条件の変動等の影響を受けずに制御信号lのDUTY比の学習を遂行できる上、その学習の頻度を無理なく高めることができる。学習によって得られる制御信号lの補正量の精度が向上することから、衝撃や振動その他の違和感を運転者に与えることなく、円滑にロックアップクラッチ73を締結/開放できる。このことは、車両の走行中におけるロックアップ期間の延長、ひいては燃費の良化に資する。
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。