JP2014070512A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロックアップクラッチの締結による振動またはショックを適切に抑制する。
【解決手段】トルクコンバータのロックアップクラッチの係合を開始した後、車両の車速が（ロックアップクラッチの締結に伴う振動やショックが発生しないような）閾値を上回るまでは、機関の回転速度をトルクコンバータのタービンの回転速度よりも高く保つことで、ロックアップクラッチが完全に締結することを予防するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、機関が出力する駆動力をトルクコンバータを介して変速機に入力し車軸に伝達する態様の車両の制御に関する。

車両用の自動変速機として、トルクコンバータ及びベルト式連続可変変速機構（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を具備してなる無段変速機が公知である。

トルクコンバータには、そ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が付設されていることが通例である。実用燃費の一層の向上を図るためには、車両の走行中にトルクコンバータをロックアップする期間をできる限り長くすることが求められる。故に、近時では、トルクコンバータのロックアップを開始する車速の条件をより低く設定する傾向にある（例えば、下記特許文献を参照）。

ロックアップクラッチを開放状態から締結状態に切り換える締結動作では、ロックアップクラッチを作動させるべくトルクコンバータに供給される作動液（作動油）の流量を、ソレノイドバルブによって徐変させる。これにより、係合したロックアップクラッチが滑り摩擦状態となり、トルクコンバータの入力側の回転速度即ち機関の回転速度と、出力側の回転速度即ちタービンの回転速度との差が縮小してゆく。そして、機関の回転速度とタービンの回転速度との差がほぼ０となったときに、ロックアップクラッチが完全に締結して静止摩擦状態となる。

特開２０１２−１３７１１７号公報

図５に示すように、ロックアップクラッチの締結動作中に、アクセルペダルの踏込量が低下してアクセル開度が小さくなると、機関の回転速度（図中実線で示す）が低下してタービンの回転速度（図中破線で示す）と合致し、ロックアップクラッチが完全に締結される。その時点ｔ₀で、車両の車速（図中鎖線で示す）が十分に高まっておらず、ある下限値を下回っていると、ロックアップクラッチの締結により振動またはショックが発生し、ドライバビリティやＮＶ性能を低下させる。さらには、低速なタービンに機関が拘束されてストールするおそれも否定できない。振動またはショックを抑止し、エンジンストールを避けるには、図５に示しているように、時点ｔ₀の後に一旦ロックアップクラッチの係合を解除せざるを得ない。

上記の問題は、アクセル開度が小さいままの状態での発進や緩加速（低開度発進）の際にも生起する。

本発明は、ロックアップクラッチの締結による振動またはショックを適切に抑制することを所期の目的としている。

上述した課題を解決するべく、本発明では、機関が出力する駆動力をトルクコンバータを介して変速機に入力し車軸に伝達するようにしたものにおいて、トルクコンバータのロックアップクラッチの係合を開始した後、車速が閾値を上回るまでは、機関の回転速度をトルクコンバータのタービンの回転速度よりも高く保つことを特徴とする制御装置を構成した。これにより、車速が下限値を下回っている状況でロックアップクラッチが完全に締結してしまうことを予防する。

本発明によれば、ロックアップクラッチの締結による振動またはショックを適切に抑制することができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。 同実施形態における駆動系の構成を示す図。 同実施形態の制御装置が実行する処理の手順例を示すフロー図。 同実施形態の制御装置による制御の内容を説明する図。 従来のロックアップクラッチの締結動作の問題点を説明する図。

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（図示せず）とを要素とする。ロックアップソレノイドバルブは、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。

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。

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減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（作動油）、また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を吐出する液圧ポンプ（図示せず）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、既知の機械式（非電動式）のものである。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、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、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ｅ、タービン７２の回転速度を検出する回転センサから出力されるタービン回転信号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、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号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に対して減速比制御信号ｎ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９の減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を出力インタフェースを介して印加する。

ＥＣＵ０は、ロックアップクラッチ７３が開放されている状態で、車両の車速が所定のロックアップ許可速度以上となったときに、ロックアップクラッチ７３を締結するロックアップを実施する。

ロックアップクラッチ７３の締結動作では、ロックアップソレノイドバルブの開度の操作を通じ、ロックアップクラッチ７３を作動させる作動液の流量を徐変させる。その作動液の圧力により、ロックアップクラッチ７３がトルクコンバータカバー７４に向けて押圧され、当該カバー７４に係合する。カバー７４に係合したロックアップクラッチ７３は、カバー７４に対し滑り摩擦状態となる。

ロックアップクラッチ７３とカバー７４との滑り摩擦により、トルクコンバータ７の入力側の回転速度である内燃機関（のクランクシャフトまたはポンプインペラ７１）の回転速度と、出力側の回転速度であるタービン７２の回転速度との差が縮まってゆく。そして、両者の差がほぼ０となったときに、ロックアップクラッチ７３が完全に締結し、カバー７４に対して静止摩擦状態となる。

図５に示しているように、ロックアップクラッチ７３の締結動作中にアクセル開度が小さくなると、機関の回転速度が低下してタービン７２の回転速度と合致し、その結果としてロックアップクラッチ７３が完全に締結される。この時点ｔ₀で、車速が十分に高まっておらず、ある下限値を下回っていると、ロックアップクラッチ７３の締結に起因した振動またはショックが発生する。最悪の場合、低速なタービン７２に機関のクランクシャフトが拘束されて、エンジンストールに至るおそれもある。

そこで、本実施形態では、図４に示すように、ロックアップクラッチ７３の係合を開始した時点ｔ₁の後、車速が閾値を上回るまでは、ロックアップクラッチ７３が完全に締結されないよう、機関の回転速度をトルクコンバータ７のタービン７２の回転速度よりも高く保つこととしている。なお、図４及び図５では、機関の回転速度を実線で、タービン７２の回転速度を破線で、車速を鎖線で、それぞれ示している。

図３に、ロックアップクラッチ７３の締結動作においてＥＣＵ０が実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ０は、車速がロックアップ許可速度以上となったとき（ステップＳ１）、ロックアップソレノイドバルブを操作してロックアップクラッチ７３の締結動作を開始する（ステップＳ２）。

その上で、車速が所定の閾値を上回らない限りは（ステップＳ３）、内燃機関の回転速度を、タービン７２の回転速度よりも高く保つような補正制御を実行する（ステップＳ４）。

ステップＳ３における閾値は、ロックアップクラッチ７３を完全に締結しても振動やショックが発生しないような車速の下限値の近傍に設定する。この車速の下限値は、実験的にまたは開発段階の適合試験により求める。ステップＳ１におけるロックアップ許可速度は、この車速の下限値と同等であるか、この車速の下限値よりもやや低い。

ステップＳ４では、実測のエンジン回転数が実測のタービン回転数よりも高く、かつ両者の差が所定値以上開いているように、スロットルバルブ３２の開度を操作して気筒１に充填される吸気量を調整し、これに合わせて燃料噴射量を調整する。要するに、内燃機関の出力を増大させる補正を行う。

ステップＳ４の補正制御は、車速が閾値を上回った時点ｔ₂で終了し、以後はエンジン回転数がタービン回転数に近づくように促す。最終的に、エンジン回転数がタービン回転数に合致して、ロックアップクラッチ７３が完全に締結されることとなる。

本実施形態では、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８、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のロックアップクラッチ７３の係合を開始した後、車速が閾値を上回るまでは、機関の回転速度をトルクコンバータ７のタービン７２の回転速度よりも高く保つ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、車速が下限値を下回っている状況でロックアップクラッチ７３が完全に締結してしまうことを予防できる。従って、ロックアップクラッチ７３の締結に起因した振動またはショックの発生を回避でき、エンジンストールに陥る懸念も払拭される。そして、ロックアップ許可速度をより低い値に設定することが許容され、車両の走行中におけるトルクコンバータ７のロックアップ期間の長さをより引き延ばすことが可能となり、燃費の一層の向上に資する。

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。例えば、内燃機関がアイドルスピードコントロールバルブを実装しているものである場合には、ステップＳ４の補正制御にて、このアイドルスピードコントロールバルブの開度を操作することとしてもよい。周知の通り、アイドルスピードコントロールバルブは、吸気通路におけるスロットルバルブの上流側と下流側とを連通するバイパス通路を開閉する流量制御弁である。

ステップＳ４では、機関の出力の増大補正に代えて、または機関の出力の増大補正とともに、自動変速機９の減速比を調整することで、機関の回転速度がタービンの回転速度を上回っている状態を維持するようにしてもよい。

あるいは、ステップＳ４にて、ロックアップクラッチ７３をトルクコンバータカバー７４から離反させるように操作してもよい。このようにしても、機関の回転速度をタービンの回転速度よりも高く保つことが可能である。

その他、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。

本発明は、車両に搭載される駆動系のトルクコンバータの制御に利用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
７…トルクコンバータ
７２…タービン
７３…ロックアップクラッチ
８、９…自動変速機（前後進切換装置、ＣＶＴ）
１０３…車軸

Claims (1)

1. 機関が出力する駆動力をトルクコンバータを介して変速機に入力し車軸に伝達するようにしたものにおいて、
   トルクコンバータのロックアップクラッチの係合を開始した後、車速が閾値を上回るまでは、機関の回転速度をトルクコンバータのタービンの回転速度よりも高く保つことを特徴とする制御装置。

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