JP4736249B2

JP4736249B2 - 動力装置

Info

Publication number: JP4736249B2
Application number: JP2001190831A
Authority: JP
Inventors: 淳田端
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2021-06-25
Also published as: JP2003004138A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと、トルクコンバータなどの流体伝動機構とを含む動力装置に関し、特にエンジンの始動時に関連する制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンを有する動力装置において、エンジン始動時には駆動トルクが変動し、動力装置そのもの、また動力装置を搭載した車両などにショックが生じる場合がある。従来の、車両に搭載された動力装置においては、車両の一連の運行において、エンジンの始動は、通常、最初に１回行えばその後行うことはなかった。しかも、この始動は、運転者自らが行うものであり、例えショックが発生したとしても、それは予期した範囲であり、不意に発生するショックほどは、不快な感じをうけなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年においては、燃料消費を低減するために、車両が停止している間はエンジンを停止し、発進の際に再始動する制御を行う場合がある。また、エンジンの他に電動機を備えるなど、２個の原動機を有する車両においては、あらかじめ定められた条件によりエンジンの運転が制御され、不要なときは停止され、必要であると判断された時点で始動が行われる。前者の再始動は、車両の運行状況によっては頻繁に繰り返されることとなり、搭乗者に不快な感じを与える場合がある。また、後者の再始動は、車両走行中であっても行われ、また運転者が指示するものでもないため、ショックが発生すると搭乗者、特に運転者にとっては不意に生じたものとなって、不快な感じを受ける場合がある。
【０００４】
本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、エンジンの始動時において、発生するショックを低減することを目的とする。
【０００５】
なお、エンジン始動時のショックを低減する技術について、特開平８−１９３５３１号公報、特開平１１−３５１００１号公報および特開２０００−１１８２６６号公報などに記載がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明にかかる動力装置は、エンジンの出力トルクを後流に伝達し、その特性を変更可能な流体伝動機構を含み、この流体伝動機構の特性を変更してエンジン始動時のショックの低減を達成する。変更する特性は、例えば容量係数、トルク比とすることができる。また、前記特性の変更は、エンジンの始動時に実行することもでき、またエンジンが停止したとき次回の始動に備えて実行することもできる。
【０００７】
容量係数特性の変更は、容量係数を低くするように行われる。これにより流体伝動機構の入力側トルクが減少し、よってエンジンの出力トルクも減少する。したがって、トルクの変動による反力も小さくなり、ショックが軽減される。
【０００８】
トルク比特性の変更は、トルク比を小さくするように行われる。これにより、流体伝達機構の後流に送られるトルクが減少し、その反力も小さくなり、ショックが軽減される。
【０００９】
また、本発明の他の態様である動力装置の制御装置は、エンジンの出力トルクを後流に伝達し、その特性を変更可能な流体伝達機構を含む動力装置を制御する装置であって、流体伝達機構の特性を変更する指令を行い、エンジン始動時のショックの低減を達成する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態にかかる車両用動力装置１０の概略構成が示されている。動力装置１０は、エンジン１２と回転電機１４の二つの原動機を有する。エンジン１２は往復型ガソリンエンジンである。また、回転電機１４は、不図示の走行用バッテリから、同じく不図示のインバータを介して電力の供給を受け、電動機として機能し、車両を駆動する。また、回転電機１４は、減速時、車両の車輪から駆動され発電機として機能し、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換し、これを走行用バッテリに蓄える。また、走行用バッテリの蓄電量が減少した場合は、エンジン１２により回転電機１４を駆動し、走行用バッテリに対し充電を行う。これら原動機の出力は、自動変速機１６に送られる。自動変速機１６は、流体伝動機構、変速機構、制御機構を含む。本実施形態において、流体伝動機構はトルクコンバータ１８であり、変速機構は、複数の遊星歯車機構を含む歯車変速機部２０であり、この歯車変速機部２０は、また各遊星歯車機構の各要素の動きを拘束するクラッチ、ブレーキを含む。これらのクラッチおよびブレーキは、制御機構としての流体圧制御部２２からの作動流体の選択的供給によって制御される。歯車変速機部２０の出力は、推進軸により駆動輪に向けて伝達される。
【００１１】
エンジン１２の出力軸には、さらに伝動機構２４を介して補機回転電機２６が結合されている。伝動機構２４は、ベルト、チェーンなどの無端可撓部材を用いた機構または歯車列などとすることができる。補機回転電機２６は、エンジン１２の運転時は発電機として機能し、エンジン補機や車両の電装品などに電力を供給する補機バッテリ（不図示）に充電を行い、また前記電装品などに直接電力を供給する。また、補機回転電機２６は、エンジン１２の始動の際には、補機バッテリからの電力を受け電動機として機能する。
【００１２】
エンジン１２、回転電機１４および自動変速機１６などの制御は、走行速度など車両の運行状況や、エンジンや自動変速機の状態、運転者の要求などに基づき制御装置２８が行う。運転者の要求の中で、変速機の動作状態の選択については、車室内に備えられたシフトレバー３０により行われる。シフトレバー３０は、変速機の動作状態に対応したいくつかのシフトポジションを有し、ポジションセンサ３０ａがシフトポジションを検出して、これに対応した信号を制御部２８に送出する。運転者はシフトレバー３０を移動させることにより、シフトポジションの選択が可能となっている。シフトポジションの例としては、主に駐車時に用いられ、変速機１６を機械的にロックして車両が移動しないようにするＰポジション、車両を後退走行可能とするＲポジション、変速機１６を中立状態すなわち原動機の駆動トルクを駆動輪へと伝達しない状態とするＮポジション、車両を前進走行可能とするＤポジションなどがある。Ｄポジションにおいては、車両速度、運転者の加速要求などに応じて適切な変速段が制御部２８により選定され、流体圧制御部２２の動作により変速動作が実行される。前進走行を可能とするポジションには、Ｄポジションの他、変速される段を限定したものとするポジション、例えばＬポジション、２ポジションなどがある。
【００１３】
また、エンジン１２のクランクシャフトには、回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサ３４が設けられ、この出力が制御部２８に送出される。また、運転者の加速要求は、車室内に備えられたアクセルペダル３１の操作量がアクセルセンサ３１ａにより検出され、これに基づき制御装置２８で認識される。また、運転者の制動要求は、車室内に備えられたブレーキペダル３２の操作量がブレーキセンサ３２ａにより検出され、これに基づき制御装置２８で認識される。
【００１４】
図２には、自動変速機１６の変速機構の概略が示されている。この自動変速機１６は、副変速機ＯＤと、単純連結３遊星ギア列からなる前進４速後進１速の主変速機Ｍとを組み合わせた５速構成となっている。図２にはまたトルクコンバータ１８も示されており、図示するように直結クラッチＬＣを備えている。副変速機ＯＤは、サンギアＳ０、キャリアＣ０、リングギアＲ０に関連して第１のワンウェイクラッチＦ−０とこれに並列する多板クラッチＣ−０およびこれと直列する多板ブレーキＢ−０を備えている。一方、主変速機Ｍは、サンギアＳ１〜Ｓ３、キャリアＣ１〜Ｃ３、リングギアＲ１〜Ｒ３からなる各変速要素を適宜直結した単純連結の３組のギアユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３を備え、各ギアユニットの変速要素に関連して多板クラッチＣ−１，Ｃ−２、バンドブレーキＢ−１、多板ブレーキＢ−２〜Ｂ−４、ワンウェイクラッチＦ−１および第２のワンウェイクラッチＦ−２が配設されている。なお、図示されていないが各クラッチおよびブレーキは、サーボ流体圧の制御でそれらの摩擦材を係合解放操作するピストンを持ったサーボ手段を備えている。
【００１５】
また、自動変速機１６の入力回転速度を検出するために、入力回転センサ３６が副変速機ＯＤのサンギアＳ０上に設けられている。回転センサは、歯車状の円板と、この円板の周縁に設置され、歯車の歯の有無によってオン信号、オフ信号を出力するピックアップとを含む。第１速から第４速においては、サンギアＳ０は、トルクコンバータ１２のタービンと一体となって回転するので、変速機１６の入力回転速度の検出を行うことができる。また、クラッチＣ−１またはＣ−２の回転速度を検出するためのクラッチ回転センサ３８が、クラッチＣ−１またはＣ−２のドラム上に設けられている。さらに、自動変速機１４の出力回転速度を検出するために、プロペラシャフトまたはこれと一体となって回転する軸上に出力回転センサ４０が設けられている。これらのセンサ３８，４０の構造は、入力回転センサ３６と同様のものである。
【００１６】
図３は、図２に示す変速機において、ある変速段を選択する場合の各係合要素の作動状態を示す図である。図において、「○」は、当該係合要素が係合した状態、ワンウェイクラッチに関してはロックした状態であることを示している。「△」は、当該係合要素の係合が行われるが、動力伝達とは関係のないものであることを示している。なお、シフトレバーの位置に対応して、選択される変速段の範囲は限定される。
【００１７】
図３に示されるように、変速状態が中立状態（Ｐ，Ｎポジション）のときには、クラッチＣ−１，Ｃ−２が双方とも解放状態となっている。これに対し、Ｄポジション、Ｒポジションなどの駆動力が伝達可能で、走行可能状態となった場合には、クラッチＣ−１（前進の場合）、クラッチＣ−２（後退の場合）が係合状態となる。クラッチＣ−１またはクラッチＣ−２の係合動作は、シフトレバー３０を操作して実行されるが、実際の係合は、シフトレバー３０が操作された後、移行期間があってから完了する。これは、クラッチＣ−１またはＣ−２に流体圧が供給され、クラッチの摩擦プレートが完全に密着するまでに時間を要するからである。
【００１８】
本実施形態のトルクコンバータ１８は、容量係数またはトルク比の特性を変更できる機能を有する。この変更は、トルクコンバータ１８内の循環流路の断面積を遮へい板などを用いて変更したり、ステータのブレードの向き、形状等を変更して行われる。図４は、容量係数の特性を示す図である。容量係数は、図示するように速度比と共に変化する。トルクコンバータ１８は、通常の使用状態では、図中実線で示す特性を有している。本実施形態においては、エンジン始動時においては図中破線で示す特性、すなわち速度比が低い領域では、通常の状態に比して係数が低くなる特性に変更される。
【００１９】
図５は、本実施形態のエンジン始動時における制御フローを示す図である。まず、エンジンが停止しているかを判断する（Ｓ１００）。この場合のエンジン停止は、車両運行中において、所定条件の成立の下に停止した場合を対象にしている。すなわち、シフトレバーがＰ（駐車）またはＮ（中立）ポジションのときのイグニッションスイッチ操作によるエンジン始動は対象としていない。車両運行中におけるエンジン停止制御は、例えば、車両の停止や、定速走行時などの回転電機１４の駆動力のみで走行している場合に実行される。
【００２０】
前述のエンジン停止中において、エンジン再始動の条件が成立したかを判定する（Ｓ１０２）。具体的には、車両速度が高まりエンジン１２と回転電機１４の両者の駆動力によって走行する条件となったとき、アクセルペダル３６が踏み込まれ、より大きな加速度が必要と判断されたとき、走行用バッテリの蓄電量が減少し充電を行う必要が生じたときなどがある。エンジンの再始動条件が成立すると、トルクコンバータ１８の容量係数特性を低下させるように制御が行われる（Ｓ１０４）。具体的には、流体圧制御部２２に制御指令が送出され、容量制御にかかる制御弁が駆動制御される。トルクコンバータ内の容量制御機構が流体圧により駆動され、容量係数特性の変更制御が実行され、低速度比の領域で図４中破線で示す特性となる。容量係数が低下した状態でエンジンの始動制御が実行される（Ｓ１０６）。エンジンが始動したら容量係数特性を通常の特性に戻す。
【００２１】
図６は、エンジン始動時の制御フローの他の例を示す図である。図５の制御フローと同様のステップについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。ステップＳ１０２で再始動の条件が成立していると判定された後、アクセルペダルが踏まれた状態（アクセルオンの状態）となっているかが判定される（Ｓ１１０）。アクセルがオン状態であると、エンジン始動後、エンジンの発生するトルクは大きくなり、回転電機１４と合わせたトルクが大きく変動することが考えられる。このため、ショックが大きくなることが想定される。これを考慮して、アクセルがオン状態であるときは、図５の制御フローのステップＳ１０４と同様に容量係数を下げるような特性が選択される。また、アクセルがオン状態ではないときには、容量係数が高くなるような特性が選択される（Ｓ１１２）。容量係数特性の選択および変更が終了後エンジンが始動制御され、始動が確認されると容量係数特性が通常のものに制御される（Ｓ１０６）。
【００２２】
図７は、エンジン始動にかかる制御フローの他の例を示す図である。個々のステップは、同一の符号を付した前述のステップと同様のものである。この制御においては、エンジンの停止が判断されると（Ｓ１００）、トルクコンバータ１８の容量係数の特性変更が実行される（Ｓ１０４）。これによって、次にエンジンの始動に備える。エンジンの始動が指令されると、エンジンの始動制御が実行され、始動後、容量係数特性が通常の特性に変更される（Ｓ１０６）。
【００２３】
以上、エンジン始動時において容量係数を低くするように特性選択が行われると、トルクコンバータ１８の入力側のトルク、すなわちエンジンの出力トルクが低下する。したがって、エンジンのトルクが加わることにより生じるトルク変動も小さくなり、このトルク変動の反力として生じるショックも低減される。
【００２４】
図８は、エンジン始動にかかる制御フローのさらに他の例を示す図である。本制御フローは、図５に示した制御フローにおいて容量係数の減少を行ったのに対し、トルク比の変更を行ったことに特徴がある。すなわち、図５の制御フローの場合、エンジン停止中に再始動判定がなされると、容量係数を減少するように特性の選択をしたのに対し、本制御フローにおいては、トルク比を減少するようにトルクコンバータの特性の選択を行う（Ｓ１２４）。
【００２５】
図９は、エンジン始動にかかる制御フローのさらに他の例を示す図である。本制御フローは、図６に示した制御フローにおいて容量係数の減少、増加を行ったのに対し、トルク比の減少、増加を行ったことに特徴がある。すなわち、図６の制御フローの場合、エンジン停止中に再始動判定がなされ、アクセルがオン状態であると、容量係数を減少するように、またオフ状態であると増加するように制御を行った。これに対し、本制御フローにおいては、アクセルがオン状態であると、トルク比を減少するように（Ｓ１２４）、オフ状態であるとトルク比を増加するように（Ｓ１３２）、トルクコンバータの特性の選択を行う。
【００２６】
図１０は、エンジン始動にかかる制御フローのさらに他の例を示す図である。本制御フローは、図７に示した制御フローにおいて容量係数の減少を行ったのに対し、トルク比の変更を行ったことに特徴がある。すなわち、図７の制御フローの場合、エンジン停止中に、容量係数を減少するように特性の選択をしたのに対し、本制御フローにおいては、トルク比を減少するようにトルクコンバータの特性の選択を行う（Ｓ１２４）。
【００２７】
トルク比を減少させることにより、駆動輪へと伝わるトルクが減少する。したがって、エンジンのトルクが加わることにより生じるトルク変動も小さくなり、このトルク変動の反力として生じるショックも低減される。
【００２８】
図１１は、エンジン始動にかかる制御フローのさらに他の例を示す図である。まず、停車中であるかが判断し（Ｓ２００）、次にシフトポジションが駆動ポジション、すなわち車両が走行可能なポジションであるかが判断される（Ｓ２０２）。駆動ポジションは、例えば、Ｄポジション、Ｒポジションなどである。駆動ポジションである場合は、エンジンが作動状態であるかが判断される（Ｓ２０４）。走行用バッテリの蓄電量が十分にある場合、エンジン冷却水温が常温で暖機が必要でないときなど、エンジンを停止することができると判断された場合、エンジンが停止されている。エンジン停止時には、トルクコンバータの容量係数が低くなるような特性が選択される（Ｓ２０６）。これにより、次回エンジンを始動する際に、エンジンにとって負荷が小さくなり、始動しやすくなる。
【００２９】
ステップＳ２０４で、エンジンが作動中であると判断されると、次にブレーキペダル３２が踏まれているか、または所定量以上踏まれているかを判断する（Ｓ２０８）。ブレーキペダル３２が踏まれているということは、運転者は車両の静止を要求していると考えられるので、クリープ力は不要と考えられる。このため、ブレーキペダルが踏まれている場合には、容量係数が低くなる特性が選択される（Ｓ２１０）。これにより、エンジンのアイドル回転速度を下げることができるので、燃料消費を抑制することができる。
【００３０】
ステップＳ２０８で、ブレーキペダル３２が踏まれていない、またはわずかに踏まれた状態であると判断されると、従来の自動変速機の車両と同様の挙動を示すように制御する。すなわち、クリープが発生するように制御を行う。このために、容量係数が高くなるような特性を選択する（Ｓ２１２）。これにより、クリープ走行可能な駆動トルクが発生される。また、ステップＳ２０２で、シフトポジションが、駆動ポジションにないと判断されたとき、容量係数を下げるような特性を選択する（Ｓ２１４）。これにより、エンジンのアイドル回転速度を下げることができ、このときの燃料消費を抑制することができる。
【００３１】
以上においては、エンジン１２と回転電機１４の２種の原動機を有する動力装置を搭載したハイブリッド車両における制御について記載したが、原動機としてエンジンのみを備えたものにおいても適用することができる。具体的には、信号待ちその他の理由により、車両が、所定時間以上継続して停止している場合に、エンジンを停止制御する、いわゆるエコノミ走行を行う車両のエンジン始動にも適用することができる。
【００３２】
以上の制御は、制御装置２８に備えられるコンピュータが所定のプログラムに従って動作することにより実行される。制御装置２８は、自動変速機１６の流体圧制御部２２の流体圧制御バルブの動作を指令し、このバルブ動作によってトルクコンバータ１８内の容量係数の特性またはトルク比特性を変更するための機構が動作する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の動力装置の概略構成を示す図である。
【図２】変速機１６の構成を示す図である。
【図３】図２に示す変速機のギア選択を示す図である。
【図４】容量係数特性を示す図である。
【図５】本実施形態の制御フローを示すチャートである。
【図６】本実施形態の制御フローの他の例を示すチャートである。
【図７】本実施形態の制御フローのさらに他の例を示すチャートである。
【図８】本実施形態の制御フローのさらに他の例を示すチャートである。
【図９】本実施形態の制御フローのさらに他の例を示すチャートである。
【図１０】本実施形態の制御フローのさらに他の例を示すチャートである。
【図１１】本実施形態の制御フローのさらに他の例を示すチャートである。
【符号の説明】
１０車両用動力装置、１２エンジン、１４回転電機、１６自動変速機、２２流体圧制御部、２６補機回転電機、２８制御部、３０シフトレバー、３０ａポジションセンサ、３１アクセルペダル、３１ａアクセルセンサ、３２ブレーキペダル、３２ａブレーキペダルセンサ。

Claims

エンジンと、前記エンジンの出力トルクを、流体を介して後流に伝達する流体伝動機構と、を有する動力装置であって、
前記流体伝動機構は、容量係数特性を変更する機能を有し、前記エンジン再始動前に、前記容量係数が通常の値より低くなるように、その特性が変更され、エンジン始動後に前記容量係数が通常の値に戻るように、その特性が変更される、動力装置。
請求項１に記載の動力装置において、エンジン作動中においてブレーキ操作されていると判定された場合、前記容量係数が通常の値より低くなるように、容量係数特性が変更される、動力装置。
エンジンと、前記エンジンの出力トルクを、流体を介して後流に伝達する流体伝動機構と、を有する動力装置であって、
前記流体伝動機構は、前記トルク比特性を変更する機能を有し、前記エンジン再始動前に、トルク比が通常の値より小さくなるように、その特性が変更され、エンジン始動後に前記トルク比が通常の値に戻るように、その特性が変更される、動力装置。
エンジンと、前記エンジンの出力トルクを、流体を介して後流に伝達し、その容量係数特性を変更する機能を有する流体伝動機構と、を有する動力装置を制御する制御装置において、
動力装置の動作状況から前記エンジンの始動条件の成立を判定すると、前記エンジン始動前に、前記容量係数が通常の値より低くなるように、前記流体伝動機構に対し特性変更の指令を行い、エンジン始動後に前記容量係数が通常の値に戻るように、前記流体伝動機構に対し特性変更の指令を行う、制御装置。
請求項４に記載の制御装置であって、エンジン作動中においてブレーキが操作されていると判定された場合、前記容量係数が通常の値より低くなるように、前記流体伝動機構に対し特性変更の指令を行う、制御装置。
エンジンと、前記エンジンの出力トルクを、流体を介して後流に伝達し、そのトルク比特性を変更する機能を有する流体伝動機構と、を有する動力装置を制御する制御装置において、
動力装置の動作状況から前記エンジンの始動条件の成立を判定すると、前記エンジン始動前に、前記トルク比が通常の値より小さくなるように、前記流体伝動機構に対し特性変更の指令を行い、エンジン始動後に前記トルク比が通常の値に戻るように、前記流体伝動機構に対し特性変更の指令を行う、制御装置。