JP2014224575A - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロックアップクラッチの係合及び解放を適切に行うことにより、要求トルクの変化に対する実トルクの応答性向上と燃費悪化の抑制とを両立することのできる過給機付き内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ターボチャージャ５０を備えるエンジン１０の出力軸は、ロックアップクラッチ４０を備えるトルクコンバータ３０に接続されている。制御装置６０は、エンジン１０に対する要求トルクが、ターボチャージャ５０による過給なしで実現できる最大トルク以下のときにはロックアップクラッチ４０の係合を許可する。一方、制御装置６０は、エンジン１０に対する要求トルクが、ターボチャージャ５０による過給なしで実現できる最大トルクを超えているときにはロックアップクラッチ４０の係合を禁止する。【選択図】図１

Description

本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関するものである。

自動変速機を備える車両では、内燃機関の出力軸がトルクコンバータなどの流体伝達機構に接続されている。そして、こうした流体伝達機構での駆動力の伝達効率を高めるために、同流体伝達機構の入力軸と出力軸とを結合させるロックアップクラッチが設けられており、そうしたロックアップクラッチの係合や解放は、車速やアクセルペダルの操作量等に応じて行われる。

ここで、ロックアップクラッチの解放状態と係合状態とでは、アクセルペダルを踏み込んだときの機関回転速度の上昇速度が異なる。そのため過給機を備える内燃機関では、ロックアップクラッチの作動状態が過給状態に影響を与える。

そこで、例えば特許文献１に記載の装置では、ロックアップクラッチの係合や解放を制御するに際して、過給機のブースト圧やエンジンの回転上昇率などを考慮するようにしている。

特開２０００−２７９８７号公報

ところで、ロックアップクラッチを係合状態にすると、解放状態にする場合と比較して燃費は向上する。一方、ロックアップクラッチを解放状態にすると、係合状態にする場合と比較して燃費は悪化するものの、アクセルペダルを踏み込んだときの機関回転速度の上昇速度が増大するため、過給圧の上昇速度も増大して、要求トルクの変化に対する実トルクの応答性が向上する。

このように過給機付きの内燃機関においては、ロックアップクラッチの係合及び解放によって得られる効果がトレードオフの関係になっているため、ロックアップクラッチの係合及び解放を適切に行うことが望まれる。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、過給機付き内燃機関において、ロックアップクラッチの係合及び解放を適切に行うことにより、要求トルクの変化に対する実トルクの応答性向上と燃費悪化の抑制とを両立することのできる制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する制御装置は、ロックアップクラッチ付きの流体伝達機構を備える過給機付き内燃機関に適用される。そして、この制御装置は、内燃機関に対する要求トルクが、過給機による過給なしで実現できる最大トルク以下のときにはロックアップクラッチの係合を許可する一方、内燃機関に対する要求トルクが、過給機による過給なしで実現できる最大トルクを超えているときには、ロックアップクラッチの係合を禁止するクラッチ制御を行う。

内燃機関に対する要求トルクが、過給機による過給なしで実現できる最大トルク、換言すれば自然吸気で実現できる最大トルクを超えているときには、過給によって実トルクを早期に高めることが好ましい。そこで、この場合には、上記クラッチ制御によってロックアップクラッチの係合が禁止されて同ロックアップクラッチは解放状態にされる。これにより機関回転速度の上昇速度が増大するため、過給圧の上昇速度も増大し、要求トルクの変化に対する実トルクの応答性が向上する。

一方、内燃機関に対する要求トルクが、過給機による過給なしで実現できる最大トルク、換言すれば自然吸気で実現できる最大トルク以下のときには、過給に頼らなくても実トルクを要求トルクにまで高めることが可能であるため、過給圧の上昇速度を増大させることよりも燃費悪化の抑制を優先させることが好ましい。そこで、この場合には、上記クラッチ制御によってロックアップクラッチの係合が許可されて同ロックアップクラッチは係合状態にされることにより燃費の悪化が抑制される。

このように過給機による過給なしで実現できる最大トルクと要求トルクとを比較することにより、要求トルクの実現に際して、過給圧の上昇速度を高める必要があるのかないのかが適切に判定される。そのためロックアップクラッチの係合及び解放を過給要求に応じて適切に行うことが可能となり、上述したごとく、要求トルクの変化に対する実トルクの応答性向上と燃費悪化の抑制とを両立することができるようになる。

上述したクラッチ制御によってロックアップクラッチの係合が禁止されるときには、過給機の過給圧を増大させる増大処理を合わせて実行することが好ましい。この場合には、ロックアップクラッチの解放による過給圧の上昇速度増大効果に、増大処理による過給圧の上昇速度増大効果が加わるため、要求トルクの変化に対する実トルクの応答性がさらに向上するようになる。

こうした増大処理による過給圧の増大量は、内燃機関に対する要求トルクと過給機による過給なしで実現できる最大トルクとの差が大きいほど多くされることが好ましい。
また、上記制御装置において、過給機の過給圧を上記要求トルクに応じた目標過給圧に制御するとともに、上述した増大処理として目標過給圧の増大補正を行うことが好ましい。

上記構成によれば、増大処理の実行によって目標過給圧が増大補正されるため、過給圧を増大させることができる。
また、上記制御装置において、過給機の回転を補助するモータが設けられている場合には、上述した増大処理として、同モータの回転速度を増速させる処理を行うことが好ましい。

上記構成によれば、増大処理の実行によって過給機の回転速度が増大するため、過給圧を増大させることができる。なお、モータの回転速度を増速させる処理としては、例えば電動式のモータであれば、同モータに供給される駆動電流や駆動電圧等を増大させる処理などが挙げられる。

また、上記制御装置において、クラッチ制御は、ロックアップクラッチが係合されているときに実行される、という構成を採用することも可能である。
なお、上述したロックアップクラッチの係合とは、同ロックアップクラッチが駆動力伝達を行うことが可能な状態のことをいい、ロックアップクラッチが完全に係合している状態と、スリップ制御の実行によりロックアップクラッチのスリップ量が制御されている状態とを含むものである。

過給機付き内燃機関の制御装置が適用される車両構成を示す略図。 機関回転速度及びアクセル操作量と要求トルクとの関係を示す概念図。 ロックアップクラッチの作動制御を行うための処理手順を示すフローチャート。 要求トルクが判定値を超えているときのロックアップクラッチの作動態様を示すタイミングチャート。 要求トルクが判定値以下のときのロックアップクラッチの作動態様を示すタイミングチャート。 ロックアップクラッチの作動制御を行うための処理手順についてその別例を示すフローチャート。 同別例において、過給圧の増大量とトルク偏差との関係を示す概念図。

以下、過給機付き内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図５にを参照して説明する。
図１に示すように、車両に設けられたエンジン１０には、排気通路１３内の排気を利用して吸気通路１１内の吸気を過給する過給機としてのターボチャージャ５０が設けられている。このターボチャージャ５０には、排気側のタービンホイールに流れ込む排気の量を調整するウェストゲートバルブが設けられており、このウェストゲートバルブの開度調整を通じて過給圧が調整される。また、吸気通路１１には、吸入空気量を調量するスロットルバルブ１２が設けられている。

エンジン１０の出力軸であるクランクシャフトは、ロックアップクラッチ４０を備えるトルクコンバータ３０に接続されている。トルクコンバータ３０は、エンジン１０側と駆動輪側との間でオイルを介して駆動力伝達を行う流体伝達機構であり、その出力軸は、自動変速機２０の入力側に接続されている。

ロックアップクラッチ４０は、トルクコンバータ３０の入力側（エンジン１０側）と出力側（自動変速機側）とを直結可能なクラッチである。このロックアップクラッチ４０は、油圧制御回路２１によってその作動が制御されるものであり、トルクコンバータ３０の入力側と出力側とを直接的に係合する「直結状態（完全係合状態）」と、こうした直結状態を解除してロックアップクラッチ４０を介した駆動力伝達量が「０」になる「解放状態」との間で作動状態が変化する。また、ロックアップクラッチ４０のスリップ量を制御するスリップ制御が行われる場合には、トルクコンバータ３０の入力側と出力側との相対回転がある程度許容されて両者は部分的に係合されることにより、ロックアップクラッチ４０は、「スリップ状態」になる。

なお、本実施形態において、ロックアップクラッチ４０の「係合」とは、ロックアップクラッチ４０が駆動力伝達可能な状態のことをいい、上述した「直結状態」及び「スリップ状態」はそうした「係合」状態に含まれる。

エンジン１０の機関制御や自動変速機２０の変速制御、あるいはロックアップクラッチ４０の作動制御などの各種制御は、制御装置６０によって行われる。この制御装置６０には、上述した各種制御を行うために、例えば以下のような各種センサの検出信号が入力される。

・エンジン１０の機関回転速度ＮＥを検出するクランク角センサ７０。
・吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ７１。
・スロットルバルブ１２の開度であるスロットル開度ＴＡを検出するスロットル開度センサ７２。

・アクセルペダルの操作量であるアクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルセンサ７３。
・車両の車速ＳＰを検出する車速センサ７４。

図２に示すように、制御装置６０は、アクセル操作量ＡＣＣＰと機関回転速度ＮＥとに基づき、エンジン１０に対する車両運転者の要求トルクＴＤを算出する。そして、制御装置６０は、この要求トルクＴＤが得られるように、吸入空気量、燃料噴射量、ターボチャージャ５０の過給圧等を制御する。

また、制御装置６０は、アクセル操作量ＡＣＣＰ及び車速ＳＰに基づき、ロックアップクラッチ４０の作動状態を「直結状態」、「スリップ状態」、及び「解放状態」のうちのいずれかに設定する。なお、本実施形態では、アクセル操作量ＡＣＣＰ及び車速ＳＰで定義される車両の運転領域において、ロックアップクラッチ４０が「直結状態」または「スリップ状態」のうちのいずれかに設定される領域を「係合領域」といい、ロックアップクラッチ４０が「解放状態」に設定される領域を「解放領域」という。

このようにロックアップクラッチ４０は、基本的には、アクセル操作量ＡＣＣＰ及び車速ＳＰに基づく車両の運転状態に応じてその作動状態が設定される。
ここで、上述したように、ロックアップクラッチ４０を係合状態にすると、解放状態にする場合と比較して燃費は向上する。一方、ロックアップクラッチ４０を解放状態にすると、係合状態にする場合と比較して燃費の面では不利になるものの、アクセルペダルを踏み込んだときの機関回転速度の上昇速度が増大するため、過給圧の上昇速度も増大して、要求トルクＴＤの変化に対する実トルク（エンジン１０から出力される実際のトルク）の応答性が向上する。

このようにターボチャージャ５０を備えるエンジン１０においては、ロックアップクラッチ４０の係合及び解放によって得られる効果がトレードオフの関係になっており、ロックアップクラッチ４０の係合及び解放を機関運転状態に応じて適切に行うことが望ましい。

そこで、制御装置６０は、アクセル操作量ＡＣＣＰ及び車速ＳＰに基づくロックアップクラッチ４０の作動制御よりも優先されるクラッチ制御を行う。このクラッチ制御は、図３に示す一連の処理を所定周期毎に実行することにより行われる。

図３に示すように、本処理が開始されると、まず、現在の車両の運転領域が、上述した「係合領域」であるか否か、つまりロックアップクラッチ４０が「直結状態」または「スリップ状態」のうちのいずれか一方の状態にされているか否かが判定される（Ｓ１００）。

そして、現在の車両の運転領域が「係合領域」ではないとき、つまりロックアップクラッチ４０が「解放状態」にされているときには（Ｓ１００：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。

一方、現在の車両の運転領域が「係合領域」であるときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、上述した要求トルクＴＤが増大したか否かが判定される（Ｓ１１０）。そして、要求トルクＴＤが増大していないときには（Ｓ１１０：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。

一方、要求トルクＴＤが増大したときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、判定値αが算出される（Ｓ１２０）。
この判定値αは、ターボチャージャ５０による過給なしで得ることができるエンジン１０の最大トルク、換言すれば自然吸気で得ることのできるエンジン１０の最大トルクであり、予めの実験等を通じて求めることが可能である。

なお、そうした最大トルクは、機関運転状態に応じて変化するため、機関運転状態に応じた複数の判定値αを制御装置６０に記憶しておく、あるいはモデル式を使って判定値αを制御装置６０に算出させることなどが可能である。例えば、スロットル開度ＴＡ等に応じた吸入空気量や大気圧等からモデル式を使って判定値αを算出することができる。また、次のような態様で判定値αを設定することも可能である。すなわち、エンジンの全負荷時（スロットルバルブ全開時）における出力トルクは、機関回転速度等に応じて変化する。そこで、エンジン１０を自然吸気式のエンジンと仮定したときの機関回転速度等と全負荷時の出力トルクとの関係を模擬実験などにより求めておくことで、機関回転速度等に応じた判定値αを設定することも可能である。

こうして判定値αが算出されると、増大した要求トルクＴＤが判定値α以下であるか否かが判定される（Ｓ１３０）。
そして、増大した要求トルクＴＤが判定値α以下であるときには（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、ロックアップクラッチ４０の係合が許可されることにより、ロックアップクラッチ４０の係合が継続されて（Ｓ１４０）、本処理は一旦終了される。

一方、増大した要求トルクＴＤが判定値αを超えているときには（Ｓ１３０：ＮＯＹ）、ロックアップクラッチ４０の係合が禁止されることにより、ロックアップクラッチ４０は解放されて（Ｓ１５０）、本処理は一旦終了される。

なお、このようにして本来係合されているはずのロックアップクラッチ４０が、ステップＳ１４０の処理によって解放状態に切り替えられた場合には、ロックアップクラッチ４０が解放されてから所定時間が経過した後に、同ロックアップクラッチ４０を係合状態することが好ましい。例えば、エンジン１０の実トルクが要求トルクＴＤに達した時点で、あるいは同実トルクが要求トルクＴＤに十分近づいた時点で、ロックアップクラッチ４０を係合状態に戻してもよい。また、ロックアップクラッチ４０が解放されてからの経過時間が所定の判定時間に達した時点でロックアップクラッチ４０を係合状態に戻してもよい。

次に、図４及び図５を参照して、上記クラッチ制御の作用を説明する。
図４は、要求トルクＴＤが上記判定値αを超えるときのロックアップクラッチ４０の作動状態を示す。

図４に示すように、要求トルクＴＤ（実線Ｌ１で図示）が増大して上記判定値αを超える場合には（時刻ｔ１）、エンジン１０に対する要求トルクＴＤが、ターボチャージャ５０による過給なしで実現できる最大トルク、換言すれば自然吸気で実現できる最大トルクを超えているため、過給を使って実トルクを早期に高めることが好ましい。

そこで、上記クラッチ制御では、要求トルクＴＤが上記判定値αを超えると（時刻ｔ１、図３のステップＳ１３０：ＮＯ）、それまで係合されていたロックアップクラッチ４０の係合が禁止される（図３のステップＳ１５０）。これにより、それまで係合されていたロックアップクラッチ４０は解放される。ロックアップクラッチ４０が解放されると、係合時よりもエンジン１０の回転上昇に抗する負荷は小さくなるため、アクセルペダルの踏み込みにより要求トルクＴＤが増大したときの機関回転速度の上昇速度は増大する。このようにして機関回転速度の上昇速度が増大すると、排気流量の増大速度が速くなるため、過給圧の上昇速度は増大する。従って、ロックアップクラッチ４０が解放されているときの実トルクＴＲ（図４に一点鎖線Ｌ２にて図示）の増大速度は、ロックアップクラッチ４０が係合されているときの実トルクＴＲ（図４に二点鎖線Ｌ３にて図示）の増大速度よりも速くなり、要求トルクＴＤの変化に対する実トルクＴＲの応答性が向上するようになる。そのためロックアップクラッチ４０が解放されているときには、係合されているときと比較して、増大した要求トルクＴＤにまで実トルクＴＲが達する時間は短くなり、実トルクＴＲは早期に高められる。

図５には、要求トルクＴＤが上記判定値α以下のときのロックアップクラッチ４０の作動状態を示す。
図５に示すように、要求トルクＴＤ（実線Ｌ１で図示）が増大しても上記判定値αを超えない場合には（時刻ｔ１）、エンジン１０に対する要求トルクＴＤが、ターボチャージャ５０による過給なしで実現できる最大トルク、換言すれば自然吸気で実現できる最大トルクを超えていない。そのため、一点鎖線Ｌ２にて示すように、過給に頼らなくても実トルクＴＲを要求トルクＴＤにまで高めることが可能である。従って、この場合には、過給圧の上昇速度増大よりも燃費悪化の抑制を優先させる方が好ましい。

そこで、上記クラッチ制御では、要求トルクＴＤが上記判定値αを以下の場合（図５の時刻ｔ１、図３のステップＳ１３０：ＹＥＳ）、ロックアップクラッチ４０の係合が許可されることにより（図３のステップＳ１４０）、ロックアップクラッチ４０の係合が維持され、これにより燃費の悪化が抑制される。

このように、ターボチャージャ５０による過給なしで実現できる最大トルク（判定値α）と要求トルクＴＤとを比較することにより、要求トルクＴＤの実現に際して、過給圧の上昇速度を高める必要があるのかないのかを適切に判定することができる。そのためロックアップクラッチ４０の係合及び解放を過給要求に応じて適切に行うことが可能となり、要求トルクＴＤの変化に対する実トルクＴＲの応答性向上と、燃費悪化の抑制とを両立することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）要求トルクＴＤが、ターボチャージャ５０による過給なしで実現できる最大トルク（判定値α）を超えているときには、ロックアップクラッチ４０の係合を禁止するようにしているため、要求トルクＴＤの変化に対する実トルクＴＲの応答性が向上するようになる。一方、要求トルクＴＤが、ターボチャージャ５０による過給なしで実現できる最大トルク（判定値α）以下のときには、ロックアップクラッチ４０の係合を許可するようにしているため、燃費の悪化が抑制される。

このようにターボチャージャ５０による過給なしで実現できる最大トルク（判定値α）と要求トルクＴＤとを比較することにより、ロックアップクラッチ４０の係合及び解放を過給要求に応じて適切に行うことが可能となり、要求トルクＴＤの変化に対する実トルクＴＲの応答性向上と、燃費悪化の抑制とを両立することができるようになる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・図６に示すように、先の図３に示したステップＳ１５０の次に行われるステップとして、過給圧を増大させる増大処理を実行するようにしてもよい（Ｓ２００）。つまり、上述したクラッチ制御によってロックアップクラッチ４０の係合が禁止されるときには、ターボチャージャ５０の過給圧を増大させる増大処理を合わせて実行するようにしてもよい。なお、こうした過給圧の増大処理は、ロックアップクラッチ４０の係合禁止と同時に行ったり、そうした係合禁止に先立って行うようにしてもよい。この場合には、ロックアップクラッチ４０の解放による過給圧の上昇速度増大効果に、上記増大処理による過給圧の上昇速度増大効果が加わるため、要求トルクＴＤの変化に対する実トルクＴＲの応答性がさらに向上するようになる。

なお、こうした過給圧の増大処理は適宜行うことができる。例えば、ターボチャージャ５０の過給圧を要求トルクＴＤに応じた目標過給圧に制御する場合には、増大処理として目標過給圧を増大補正する。この場合には、増大処理の実行によって目標過給圧が増大補正されるため、実際の過給圧を増大させることができる。また、ターボチャージャ５０の回転を補助するモータが設けられている場合には、増大処理としてそのモータの回転速度を増速させる処理を行ってもよい。この場合には、増大処理の実行によってターボチャージャ５０の回転速度が増大されるため、過給圧を増大させることができる。ちなみに、モータの回転速度を増速させる処理は、適宜行うことができる。例えば電動モータであれば、そのモータに供給される駆動電流や駆動電圧等を増大させる処理などを行えばよい。

・図７に示すように、上述した増大処理（図６のステップＳ２００）による過給圧の増大量は、エンジン１０に対する要求トルクＴＤとターボチャージャ５０による過給なしで実現できる最大トルク（判定値α）との差ΔＴ（ΔＴ＝ＴＤ−α）が大きいほど多くされるようにしてもよい。

・先の図３に示したステップＳ１００の処理、つまり現在の車両の運転領域が、上述した「係合領域」であるか否かを判定する処理を省略してもよい。この場合でも、同図３に示したクラッチ制御は、アクセル操作量ＡＣＣＰ及び車速ＳＰに基づくロックアップクラッチ４０の作動制御よりも優先される。そのため、アクセル操作量ＡＣＣＰ及び車速ＳＰの状態にかかわらず、要求トルクＴＤが上記判定値α以下であればロックアップクラッチ４０の係合は許可され、要求トルクＴＤが上記判定値αを超えていればロックアップクラッチ４０の係合は禁止される。従って、上記実施形態に同様な作用効果を得ることができる。

・上記実施形態における過給機は、排気を利用して過給を行うターボチャージャであった。この他、エンジンのクランクシャフトから駆動力を得て過給を行う過給機、いわゆるスーパーチャージャでもよい。こうしたスーパーチャージャの場合でも、ロックアップクラッチ４０が解放されると、ロックアップクラッチ４０の係合時よりもエンジン１０の回転上昇に抗する負荷は小さくなるため、アクセルペダルの踏み込みにより要求トルクＴＤが増大したときの機関回転速度の上昇速度は増大する。このようにして機関回転速度の上昇速度が増大すると、スーパーチャージャの回転速度も速くなるため、過給圧の上昇速度は増大する。従って、ロックアップクラッチ４０が解放されているときには、係合されているときと比較して、増大した要求トルクにまで実トルクが達する時間は短くなり、実トルクは早期に高められるようになる。従って、エンジンがスーパーチャージャを備えている場合でも、上記実施形態に同様な効果を得ることができる。なお、ターボチャージャ及びスーパーチャージャを備えるエンジンであっても、上記実施形態及びこの変形例に準じた効果を得ることができる。

１０…エンジン、１１…吸気通路、１２…スロットルバルブ、１３…排気通路、２０…自動変速機、２１…油圧回路、３０…トルクコンバータ、４０…ロックアップクラッチ、５０…ターボチャージャ、６０…制御装置、７０…クランク角センサ、７１…エアフロメータ、７２…スロットルセンサ、７３…アクセルセンサ、７４…車速センサ。

Claims (6)

1. ロックアップクラッチ付きの流体伝達機構に出力軸が接続されている過給機付き内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関に対する要求トルクが前記過給機による過給なしで実現できる最大トルク以下のときには前記ロックアップクラッチの係合を許可する一方、前記要求トルクが前記最大トルクを超えているときには前記ロックアップクラッチの係合を禁止するクラッチ制御を行う
   ことを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
2. 前記クラッチ制御にて前記ロックアップクラッチの係合が禁止されるときには、前記過給機の過給圧を増大させる増大処理を実行する
   請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
3. 前記増大処理による過給圧の増大量は、前記要求トルクと前記最大トルクとの差が大きいほど多くされる
   請求項２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
4. 前記過給機の過給圧を前記要求トルクに応じた目標過給圧に制御するとともに、前記増大処理として前記目標過給圧の増大補正を行う
   請求項２または３に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
5. 前記過給機の回転を補助するモータが設けられており、前記増大処理として前記モータの回転速度を増速させる処理を行う
   請求項２または３に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
6. 前記クラッチ制御は、前記ロックアップクラッチが係合されているときに実行される
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。