JP4211844B2 - 車両のロックアップクラッチ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気ターボチャージャを装備したエンジンの出力軸に流体継手等の流体伝動装置を介して変速装置を連結するとともに、前記流体伝動装置に、前記流体伝動装置のポンプとタービンとを直結するロックアップクラッチを介装してなる車両におけるロックアップクラッチ制御及びエンジン制御を行なうように構成された車両のロックアップクラッチ制御装置に関する。

排気ターボチャージャを装備したエンジンの出力軸に流体継手を介してクラッチ及び変速機を連結し、該クラッチの接断によって前記エンジン側から変速機側への動力伝達を接断するように構成された動力伝達装置であって、前記流体継手に、そのポンプとタービンとを直結するロックアップクラッチを介装してなる車両として、たとえば本件出願人の出願に係る特許文献１（特開２００５−２６５０５０号公報）の技術が提案されている。

かかる動力伝達装置においては、排気ターボチャージャ付きエンジンの出力軸（クランク軸）に流体継手のポンプを連結し、該ポンプからの流体トルクによって駆動されるタービンを前記クラッチの入力軸に連結して、車両の発進時には、ポンプとタービンと間の滑りを利用し、スムーズな発進を行なっている。発進時には前記クラッチは接とされており、流体継手のタービンと連結される前記クラッチの入力軸は、変速機の入力軸と直結状態となっている。
そして、車両の発進が終了し低速の一定車速に達すると、流体継手の流体を利用した動力伝達に伴う損失を回避するため、ロックアップクラッチ制御装置は前記ロックアップクラッチを接続せしめて、エンジンの出力軸をクラッチの入力軸に直結する。

図５は、前記特許文献１に開示されているような、排気ターボチャージャを装備したエンジンとクラッチとの間に、流体継手のポンプとタービンとを直結するロックアップクラッチをそなえた車両の運転制御装置におけるロックアップクラッチ制御タイミング線図である。
図５において、車両の発進時での流体継手を介しての運転後、変速機の入力軸回転数（これは車速に比例し、また、流体継手のタービンの回転数に等しい）がロックアップクラッチ接続条件の成立回転数（たとえば９００ＲＰＭ程度）に達すると、ロックアップクラッチ制御装置はロックアップクラッチの接続指令を出し、該ロックアップクラッチが接続されて、エンジンの出力軸とクラッチの入力軸とが直結される。

しかしながら、前述の特許文献１のような排気ターボチャージャ付きエンジンをそなえた車両の制御装置は、次のような解決すべき課題がある。
即ち、かかる車両の制御装置においては、変速機の入力軸回転数がロックアップ接続条件の成立回転数（たとえば９００ＲＰＭ程度）に達するとロックアップクラッチの接続を行なうが、車両駆動のための負荷が高い場合には、ロックアップクラッチの接続直前にはエンジン回転数（流体継手のポンプの回転数）は前記ロックアップ接続条件の成立回転数（たとえば９００ＲＰＭ程度）よりもかなり高い回転数（たとえば１５００ＲＰＭ程度）まで上昇している。これは、車両駆動の負荷が高いと流体継手のポンプからタービンに伝達するトルクを大とする必要があり、ポンプとタービンの回転数差が大となるようエンジンが高負荷で運転されることによる。この状態でロックアップクラッチの接続を行なうと、クラッチ及び変速装置以降の動力伝達系の負荷がエンジンに急激にかかるため、図５のΔＮのようにエンジン回転数が急降下（たとえば５００〜６００ＲＰＭ程度）する。

排気ターボチャージャ付きエンジンが排気ターボチャージャによる過給を続けたまま、かかるエンジン回転数の急降下が発生すると、排気ターボチャージャ出口の給気圧力が前記急降下後のエンジン回転数にマッチングしないレベルに急上昇する。
しかるに最近は、前記排気ターボチャージャとして、エンジン負荷、エンジン回転数等のエンジン側の運転条件によって過給容量を変化（タービンノズル角を変化）させることにより、過給効率を向上させてエンジンの燃費（燃料消費率）を改善する可変容量型排気ターボチャージャが多用されるようになった。

かかる可変容量型排気ターボチャージャは、汎用されているウエストゲートバルブ付き排気ターボチャージャのように、排気ガスの一部を逃がすことができない。そのため給気圧力の急上昇を避けることが困難であって、前述のような排気ターボチャージャ出口の給気圧力の急上昇が発生し、このときには、排気ターボチャージャが作動不安定領域つまりサージング領域に入ってしまう可能性がある。
図６は排気ターボチャージャ付きディーゼルエンジンにおける一般的なサージング線の一例を示す。
図６において、作動点Aで排気ターボチャージャによる過給を続けて運転していたエンジンが、前記のようにロックアップクラッチを接続したことにより回転数が急降下し、エンジンの必要空気量が減少する一方で、排気ターボチャージャのコンプレッサ出口の給気圧力が上昇すると(図６の圧力比が大きくなると)、排気ターボチャージャにおけるコンプレッサの作動点がサージング領域のB点に移り、サージングが発生するという現象が起こり易い。
このため、特に前記のような可変容量型排気ターボチャージャをそなえたエンジンにあっては、前記サージング領域への突入によって、サージ音のような騒音の発生やサージングの程度が大きくなると、排気ターボチャージャのコンプレッサ翼やタービン翼の破損という事態が発生する可能性がある。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑み、排気ターボチャージャ付きエンジンをそなえた車両において、ロックアップクラッチの接続時におけるエンジン負荷の急上昇によるエンジン回転数の急降下に伴って生じる、排気ターボチャージャのサージングの発生及びこれによる騒音の発生や排気ターボチャージャのコンプレッサ翼の破損等の事態の発生を防止したロックアップクラッチ制御装置を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するもので、「排気ターボチャージャを装備したエンジンの出力軸に流体伝動装置を介して変速装置を連結するとともに、前記流体伝動装置に、前記流体伝動装置のポンプとタービンとを直結するロックアップクラッチを介装してなる車両に装備されるロックアップクラッチ制御装置であって、
前記ロックアップクラッチ制御装置は、前記エンジンの制御装置に指令を出力する指令手段と、前記ロックアップクラッチを接続させるロックアップクラッチ接制御手段とを備えており、さらに、
前記ロックアップクラッチ制御装置は、前記変速装置の入力軸の回転数が所定値に達し前記ロックアップクラッチの接続条件が成立したときに、前記エンジン制御装置に指令を出力して回転数低下制御時間を設定し、その間では回転数の目標値を低下させて前記エンジンを運転することにより、前記排気ターボチャージャがサージング領域に突入しないよう前記エンジンの回転数を低下させ、かつ、前記ロックアップクラッチの接続を待機させるロックアップ開始待機時間を設定し、その時間の経過後に前記ロックアップクラッチの接続を開始させる」ことを特徴とする。
本発明は、請求項２に記載のように、前記流体伝動装置として流体継手を用いた車両に適用するのが好ましい形態である。また、請求項３に記載のように、可変容量型排気ターボチャージャをそなえたエンジンを搭載する車両に好適なものである。

本発明によれば、変速機の入力軸回転数がロックアップクラッチの接続条件の成立回転数に達すると、ロックアップクラッチ制御装置は、エンジン回転数の目標値を設定された回転数まで下げた運転を行う制御指令を、前記排気ターボチャージャ付きエンジンのエンジン制御装置に出力するとともに、第１のタイマー手段を作動させて、前記接続条件の成立時後目標値を設定された回転数まで下げた運転を実施する時間を定める回転数低下制御時間を設定する。

かかる第１のタイマー手段に設定された前記回転数低下制御時間においては、エンジン制御装置がエンジンに回転数の目標値を低下させた制御指令を出力する。この制御指令に応じてエンジンに供給される燃料量が減少して出力が低下し、エンジンの実際の回転数は次第に下がる（あるいは、ロックアップクラッチ接続条件の成立後のエンジン回転数上昇が従来のものと比べ大幅に抑制される）。そして、エンジン回転数及び出力の低下に伴って前記排気ターボチャージャに作用する排気ガスのエネルギも少なくなり、したがって、排気ターボチャージャのコンプレッサが発生させるエンジンの給気圧力及び給気流量が、ロックアップクラッチの締結に先立って低下することとなる（図６のＡからＡ１への作動点の移動）。

また前述の回転数低下制御とともに、前記ロックアップクラッチ制御装置は、第２のタイマー手段により、前記ロックアップクラッチの接続条件の成立時からロックアップクラッチの接続開始までのロックアップ開始待機時間を設定している。第２のタイマー手段により設定されたロックアップ開始の時点においては、エンジン回転数は、ロックアップによりさらに回転数が低下しても（図６のＡ１からＣへの作動点の移動）、これに伴うエンジンの給気系における圧力上昇によって排気ターボチャージャのコンプレッサがサージング領域へ突入しない回転数まで低下している。つまり、ロックアップによる悪影響のないエンジン回転数の適正時点でロックアップクラッチの接続を行うことができる。
これにより、従来技術のようなロックアップクラッチの接続時におけるエンジン回転数の急低下及びこれに伴うエンジンの給気系における圧力上昇によって、排気ターボチャージャがサージング領域へ突入するのを防止でき、かかるサージングによるサージ音のような騒音の発生や排気ターボチャージャのコンプレッサ翼やタービン翼の破損という事態の発生を防止できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る車両（自動車）の動力伝達装置及びその制御装置の全体構成を示す図３において、該動力伝達装置は、後述する可変容量型排気ターボチャージャ２００をそなえたエンジン（ディーゼルエンジン）１、流体継手２、湿式多板クラッチからなるクラッチ３、及び変速装置４が軸方向に連結されて構成される。
前記エンジン１の出力軸１ａは前記流体継手２のポンプ２１に連結され、該ポンプ２１に対向するタービン２２の出力側には前記クラッチ３の入力軸３２が連結されている。

前記クラッチ３の出力軸３３は前記変速装置４の入力側に連結され、該変速装置４の出力軸４１は図示しない車輪に連結されている。
また、前記流体継手２には、前記エンジン１の出力軸１ａに連結される前記ポンプ２１と前記クラッチ３の入力軸３２に連結される前記タービン２２とを締結するロックアップクラッチ２３が介装され、車両の発進時以外には該ロックアップクラッチ２３が接となって、前記エンジン１の出力軸１ａ側の前記ポンプ２１と前記クラッチ３の入力軸３２側の前記タービン２２とが直結されるようになっている。

かかる車両の制御装置は、前記エンジン１を制御するエンジン制御装置５、前記エンジン１と変速装置４との間の動力伝達を接断するクラッチ３の作動を制御するクラッチ制御装置６、及び前記変速装置４の作動を制御する変速制御装置７によって構成され、これらのエンジン制御装置５、クラッチ制御装置６、及び変速装置４は連繋して作動するようになっている。
また、前記車両の制御装置の一つとして、前記ロックアップクラッチ２３の接断を制御するロックアップクラッチ制御装置５０が設けられている。ロックアップクラッチ制御装置５０は、たとえば変速制御装置７の中に設けることもできる。

前記ロックアップクラッチ制御装置５０は、変速装置４の入力軸回転数がロックアップクラッチ２３の接続条件の成立回転数に達すると（ロックアップクラッチ２３の接続条件の成立時に）、エンジン回転数の目標値を設定された回転数まで下げた運転を行う制御指令を、前記エンジン１のエンジン制御装置５に出力する。そして、前記ロックアップクラッチ制御装置５０は、回転数の目標値を低下させて前記エンジン１を運転する回転数低下制御時間を設定するタイマー（T1）５１（第１のタイマー手段）と、前記ロックアップクラッチ２３の接続条件成立時から該ロックアップクラッチ２３の接続開始までのロックアップ開始待機時間を設定するタイマー（T２）５２（第２のタイマー手段）をそなえている。

前記エンジン１に装備されている可変容量型排気ターボチャージャ２００は、図４のように構成されており、タービンハウジング２０４内に収納されたタービン２０３、コンプレッサハウジング２０１内に収納されたコンプレッサ２０２、該タービン２０３とコンプレッサ２０２とを連結するタービンシャフト２０５をそなえている。
そして前記タービンハウジング２０４とコンプレッサハウジング２０１との間には、前記タービンシャフト２０５を回転自在に支持する軸受２０６が固定される軸受箱２０８が配置され、該タービンハウジング２０４、軸受箱２０８、及びコンプレッサハウジング２０１は複数のボルトで締着されている。

かかる可変容量型排気ターボチャージャにおいては、前記タービンハウジング２０４のスクロール通路２０４ａに導入された前記エンジン１からの排ガスによりノズル２０８ａを介してタービン２０３が回転駆動され、該タービン２０３とタービンシャフト２０５に同軸に取り付けられたコンプレッサ２０２の回転によって空気を圧縮し、給気としてエンジン１のシリンダ内に供給する。
かかる排気ターボチャージャの容量を変化させる際には、可変ノズル機構２０７を図示しないノズル駆動装置によって作動させ、ノズル２０８ａの翼角を変化させることにより行なう。

次に、図１ないし図３を参照して、前記ロックアップクラッチ制御装置５０の動作を説明する。
図１において、車両の発進後、ロックアップクラッチ２３の接続条件が成立、つまり前記変速装置４の入力軸回転数がロックアップクラッチ２３の接続条件の成立回転数（たとえば９００ＲＰＭ）に達すると（ステップ（１））、エンジン制御装置５においてはロックアップ制御時のエンジン制御フェーズがスタートする（ステップ（２））。
そして、前記ロックアップクラッチ制御装置５０は、エンジン回転数の目標値を設定された回転数まで下げた運転を行う制御指令即ちエンジン回転数要求を、前記エンジン１のエンジン制御装置５に出力するとともに、前記タイマー（T1）５１を作動させて、目標値を設定された回転数まで下げた運転を実施する時間を定める回転数低下制御時間を設定する。（ステップ（３））。回転数低下制御時間における前記エンジン１の回転数の目標値は、変速装置４の入力軸回転数等に応じて決定される（ステップ（４））。

前記ロックアップクラッチ制御装置５０が回転数低下の指令を出力した後、前記タイマー（T1）５１は計時を開始し、前記タイマー（T1）５１で設定される回転数低下制御時間が経過したか否かを判断する（ステップ（５））。経過していないときはエンジン回転数の目標値を設定された回転数まで下げた運転を継続し、前記タイマー（T1）５１で設定される時間が完了すると、ロックアップ制御時のエンジン制御フェーズを終了する（ステップ（６））。

一方、前記ロックアップクラッチ２３の接続条件が成立すると同時に、ロックアップクラッチ制御装置５０は、ロックアップクラッチを接続するためのロックアップ制御フェーズをスタートさせる（ステップ（７））。
ロックアップ制御フェーズでは、先ず前記ロックアップクラッチ２３の接続開始を待機させるよう、ロックアップクラッチ制御装置５０は、前記ロックアップクラッチ２３の接続条件成立からロックアップクラッチ２３の接続までのロックアップ開始待機時間を、タイマー（T２）５２で設定する（ステップ（８））。そして、前記タイマー（T２）５２の設定時間の経過を判断し（ステップ（９））、かかる設定時間の終了を確認した時点において、ロックアップクラッチ制御装置５０は、ロックアップクラッチ２３を接続させる制御を開始する（ステップ（１０））。

次いで、ロックアップクラッチ２３の接続が完了したか否かを確認し（ステップ（１１））、ロックアップクラッチ２３の接続が完了している場合は、ロックアップ制御フェーズを終了する（ステップ（１２））。ロックアップクラッチ２３の接続がなされていない場合はロックアップクラッチ２３を接続する制御を継続する。

以上の実施形態によれば、図２に示すとおり、変速装置４の入力軸回転数がロックアップクラッチ２３の接続条件の成立回転数に達すると、ロックアップクラッチ制御装置５０は、エンジン回転数の目標値を設定された回転数まで下げた運転を行う制御指令を、前記可変容量型排気ターボチャージャ２００付きのエンジン１を制御するエンジン制御装置５に出力するとともに、タイマー（T1）５１（第１のタイマー手段）を作動させて、前記接続条件の成立時後、エンジン回転数の目標値を下げた運転を実施する時間を定める回転数低下制御時間を設定する。

かかるタイマー（T1）５１に設定された前記回転数低下制御時間においては、エンジン制御装置５がエンジンに回転数の目標値を低下させた制御指令を出力するため、エンジンに供給される燃料量が大幅に制限され、エンジン１の実際の回転数は次第に下がる。エンジンの回転数及び出力の低下に伴って、前記排気ターボチャージ２００に作用する排気ガスのエネルギも少なくなる。そのため、該排気ターボチャージャ２００の回転数が減少して、コンプレッサ２０２の吐出圧力及び流量、すなわちエンジンの給気圧力及び給気流量が、ロックアップクラッチ２３の締結に先立って低下することとなる（図６のＡからＡ１への作動点の移動）。

また前述のエンジン回転数低下制御とともに、前記ロックアップクラッチ制御装置５０は、タイマー（T２）５２（第２のタイマー手段）により、前記ロックアップクラッチ２３の接続条件の成立時から該ロックアップクラッチ２３の接続開始までのロックアップ開始を待機させており、前記タイマー（T２）５２により設定されたロックアップ開始の時点においては、エンジン回転数は一定回転数低下する。予めエンジン回転数を低下させているため、ロックアップによりさらに回転数が減少しても（図６のＡ１からＣへの作動点の移動）、これに伴うエンジンの給気系における圧力上昇によって排気ターボチャージャ２００のコンプレッサ２０２がサージング領域へ突入しない。つまり、ロックアップによる悪影響のないエンジン回転数の適正時点においてロックアップクラッチの接続を行うことができることとなる。
これにより、従来技術のようなロックアップクラッチ２３の接続時におけるエンジン回転数の急低下及びこれに伴うエンジンの給気系における圧力上昇によって、排気ターボチャージャ２００がサージング領域へ突入するのを防止でき、かかるサージングによるサージ音のような騒音の発生や排気ターボチャージャ２００のコンプレッサ翼やタービン翼の破損という事態の発生を防止できる。

尚、前記実施形態では、流体伝動装置として流体継手２を用いた動力伝達装置について説明しているが、流体伝動装置としてトルクコンバータを使用するAT車でもロックアップは実施されている。したがって、この発明はAT車にも適用することが可能である。
また、前記実施形態は、可変容量型排気ターボチャージャ２００付きエンジンをそなえた車両に本発明を適用したものであるが、本発明は、これに限られることなく、排気ターボチャージャ付きエンジンを搭載しロックアップクラッチをそなえた車両であれば、適用できるものである。

本発明の車両のロックアップクラッチ制御装置の制御フローチャートである。 本発明の実施形態における制御装置の制御タイミング線図である。 車両（自動車）の動力伝達装置及びその制御装置の全体構成図である。 可変容量型排気ターボチャージャの断面図である。 従来技術に係る制御装置の制御タイミング線図である。 本発明の排気ターボチャージャの作動線図である。

符号の説明

１ エンジン（ディーゼルエンジン）
２ 流体継手
３ クラッチ（湿式多板クラッチ）
４ 変速装置
５ エンジン制御装置
６ クラッチ制御装置
７ 変速制御装置
８ アクセルペダル
２３ ロックアップクラッチ
３２ クラッチの入力軸
３３ クラッチの出力軸
５０ ロックアップクラッチ制御装置
５１ タイマー（T1）
５２ タイマー（T2）

Claims (3)

1. 排気ターボチャージャを装備したエンジンの出力軸に流体伝動装置を介して変速装置を連結するとともに、前記流体伝動装置に、前記流体伝動装置のポンプとタービンとを直結するロックアップクラッチを介装してなる車両に装備されるロックアップクラッチ制御装置であって、
   前記ロックアップクラッチ制御装置は、前記エンジンの制御装置に指令を出力する指令手段と、前記ロックアップクラッチを接続させるロックアップクラッチ接制御手段とを備えており、さらに、
   前記ロックアップクラッチ制御装置は、前記変速装置の入力軸の回転数が所定値に達し前記ロックアップクラッチの接続条件が成立したときに、前記エンジン制御装置に指令を出力して回転数低下制御時間を設定し、その間では回転数の目標値を低下させて前記エンジンを運転することにより、前記排気ターボチャージャがサージング領域に突入しないよう前記エンジンの回転数を低下させ、かつ、前記ロックアップクラッチの接続を待機させるロックアップ開始待機時間を設定し、その時間の経過後に前記ロックアップクラッチの接続を開始させることを特徴とするロックアップクラッチ制御装置。
2. 前記流体伝動装置として流体継手を用いたことを特徴とする請求項１に記載のロックアップクラッチ制御装置。
3. 前記排気ターボチャージャは、可変容量型排気ターボチャージャである請求項１又は請求項２に記載のロックアップクラッチ制御装置。

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