JP5331997B2 - 車両発進時にクラッチを操作する方法 - Google Patents

Description

関連出願とのクロスリファレンス
本願は、合衆国第３５法典第１１９条（ｅ）に基づいて、引用したことにより本明細書に記載されたものとする２００６年１２月２２日に出願された米国特許仮出願第６０／８７６６５０号明細書の利益を請求する。

発明の分野
本発明は、回転駆動ユニット（例えば、自動車のエンジン）と、回転被駆動ユニット（例えば、自動車における変速トランスミッション）との間で力を伝達するための装置の改良に関する。特に、本発明は、車両発進時のターボチャージスプールアップを可能にするためにエンジンとトルクコンバータのためのインペラとの間に配置されたクラッチを制御する方法に関する。

ターボチャージャは、エンジンの寸法、特にシリンダ排気量を増大することなくエンジンの出力を増大するために車両エンジンにおいて使用される。すなわち、ターボチャージャは、エンジンのための出力対重量比を著しく改善することができる。ターボチャージャは、タービンを回転させるためにエンジンからの排ガス流を使用し、タービン自体はエアポンプを回転させる。ターボチャージャのタービンは、毎分１５００００回転までの速度で回転する。３０〜４０％の出力増大がターボチャージャ付きエンジンにとって一般的である。

あいにく、ターボチャージャは、発進時に迅速な出力増大を提供しない。タービンが、所望のブーストを発生するために必要な速度に達するまでに、一般的に数秒又は数分の一秒で計測される時間が必要である。"ターボラグ"として知られるこの現象は、発進の開始時にヘジテーションを生じる。ターボチャージャにおける回転する部品の慣性を減じることによって、主に部品の重量を減じることによってターボラグを減少させることが知られている。この重量の減少はタービンとコンプレッサとをより迅速に加速させることができ、開始はブーストをより早期に提供する。ターボチャージャの寸法を減じることによって慣性が減じられることができる。あいにく、より小さなターボチャージャは、より高いエンジン速度において十分なブーストを提供することができない。また、より小さなターボチャージャは、過剰速度で回転するおそれがある。

トルクコンバータを備えた車両におけるターボチャージャ付きエンジンの場合、"ルーズな"トルクコンバータを使用することが知られている。この構成により、エンジンは発進時により高い速度を得ることができ、ターボチャージャが所望の速度に達するのに必要な時間を短縮する。あいにく、この構成は、トルクコンバータの作動範囲全体に亘って燃料の経済性を低下させる。

したがって、燃料の経済性及びターボチャージャの性能を妥協することなくターボラグを減じるための手段が長い間必要とされている。

本発明の一般的な目的は、車両発進時にクラッチを制御する方法を提供し、この方法は、発進時における、エンジン速度、ターボスプールアップ及び利用可能なエンジントルクの増大を可能にする。

発明の概要
本発明は、広くは、内側チャンバ内の第１の液圧を第１のレベルから第２のレベルへ増大するステップと、エンジンの速度に関して外側チャンバにおける第２の液圧を第３のレベルから第４のレベルへ減少させるステップとを含む、車両発進時にクラッチを操作する方法を含む。第１の液圧は、車両のエンジンと車両のトルクコンバータのインペラとの間に配置されたクラッチを噛み合った位置へ強制し、第２の液圧は第１の液圧に対抗する。幾つかの態様において、方法は、エンジンのスロットル位置に関して外側チャンバにおける第２の液圧を減少させることを含む。方法は、第２の圧力の減少に応答してクラッチをスリップさせる。

幾つかの態様において、第２の液圧を減じることは、トランスミッションにおけるオイル温度に関して第２の圧力を減じることを含む。幾つかの態様において、第１のレベルは、外側チャンバのための最大作動圧力に等しいか、第１の圧力よりも少なくとも５０％大きいか、少なくとも第１の圧力の２倍であるか、又は少なくとも第１の圧力の３倍である。幾つかの態様において、方法は、エンジン速度の関数をしきい値と比較し、関数がしきい値よりも大きいならば第１の圧力を第１のレベルに維持する。幾つかの態様において、方法は、エンジン速度の関数をしきい値と比較し、関数がしきい値よりも小さいか又はこれと等しいならば第１の圧力を第２のレベルまで増大させる。幾つかの態様において、方法は、エンジン速度を発進しきい値と比較し、エンジン速度が発進しきい値よりも大きいならば、第３のレベルを第４のレベルまで減少させるためにエンジン速度の関数を回避する。

幾つかの態様において、車両は、外側チャンバにおける液圧を制御する弁を有しており、ゼロパーセントデューティサイクルは弁を完全に開放させる。方法は、エンジン速度を発進しきい値と比較することを含み、エンジン速度が発進しきい値よりも大きい場合、弁にゼロパーセントデューティサイクルを提供する。幾つかの態様において、車両は、外側チャンバにおける液圧を制御する弁を有しており、デューティサイクルは、弁のための作動位置を制御する。次いで、方法は、エンジン速度を発進しきい値と比較することを含み、エンジン速度が発進しきい値よりも小さいか又はこれと等しい場合、エンジン速度に関してデューティサイクルを決定し、弁にデューティサイクルを提供する。幾つかの態様において、方法は、トランスミッションにおけるオイル温度に関してデューティサイクルを変更する。

幾つかの態様において、クラッチと、内側及び外側のチャンバとは、トルクコンバータに配置されている。幾つかの態様において、トルクコンバータは、カバーと、アウトプットハブと、クラッチとを含み、クラッチはカバーとアウトプットハブとの間にトルク伝達経路を提供する。幾つかの態様において、方法はエンジン速度を所定レベルよりも低く維持する。幾つかの態様において、方法は、所定のスロットル位置のための最大トルクを提供するための最適なエンジン速度を決定し、エンジンが最適エンジン速度に達したときにクラッチを完全につなぐ。

本発明のこれらの目的及び利点並びにその他の目的及び利点は、本発明の好適な実施形態の以下の説明と、添付の図面及び請求項とから容易に認められるであろう。

本発明の性質及び態様がここで、添付の図面を参照した発明の以下の詳細な説明により完全に説明される。

まず、異なる図面における同じ参照符号は、発明の同じ又は機能的に類似の構造エレメントを表していることが認識されるべきである。本発明は、現時点で好適な態様であると考えられるものに関して説明されるが、請求項に記載の発明は開示された態様に限定されないと理解されるべきである。

さらに、発明は、記載された特定の方法、材料及び変化態様に限定されず、もちろん変更することができる。ここで使用されている用語は、特定の態様だけを説明するためのものであり、本発明の範囲を限定しようとするものではなく、発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定される。

特に定義されない限りは、ここで使用される全ての技術的及び科学的用語は、本発明が属する技術分野における当業者にとって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。ここに説明されたものと同じ又は均等のあらゆる方法、装置又は材料が発明の実施又は試験において使用されることができるが、好適な方法、装置及び材料がここでは説明されている。

図１は、車両発進時にトルクコンバータを操作する本発明の方法において使用するためのクラッチシステム１００の概略図を示している。システム１００は、車両（図示せず）のためのエンジン１０３と、トルクコンバータ１０５のためのインペラ１０４との間のインペラクラッチ若しくは切断クラッチ１０２を有している。クラッチ１０２は、ポンプカバー１０６に結合されている。インペラ１０４はタービン１０７に流体接続されており、タービンはタービンシェル１０８に結合されている。シェル１０８はアウトプットハブ１０９に結合されている。通常、インペラクラッチは、２つのチャンバにおける個々の液圧を操作することによって作動させられる。インペラクラッチをつなぐためには、一方のチャンバにおける圧力が増大され、他方のチャンバにおける圧力が減じられる。例えば、内側チャンバ１１０内の圧力が増大され、外側チャンバ１１２内の圧力が減じられる。すなわち、内側チャンバと外側チャンバとの間にクラッチの両側に正の圧力差が存在する。

幾つかの態様において、クラッチ１０２は、チャンバを液圧的に分離させるピストンプレート１１４を有している。プレートは、チャンバ内の圧力に応答して変位可能である。例えば、内側チャンバにおける圧力の増大と、外側チャンバにおける圧力の減少とが、クラッチがつながるようにプレートを移動させる。図１に示された構成は例示のためだけのものであり、本発明の方法において使用するためのクラッチシステムは、図示された構成に限定されないことが理解されるべきである。例えば、技術上知られておりかつ２つのチャンバを使用するあらゆるインペラクラッチが、本発明の方法において使用されることができる。

インペラクラッチのトルクキャパシティは、内側チャンバと外側チャンバとの間の圧力差に依存する。差が増大すると、トルクキャパシティも増大する。クラッチに提供されるトルクが、トルクが提供される時点におけるクラッチのための圧力差に関連したトルクキャパシティよりも大きいならば、インペラクラッチはスリップする。

内側チャンバは、チャンバに流体を供給するために内側圧力ライン１１８に接続されており、外側チャンバは、チャンバからの流体の排出を可能にするために外側圧力ライン１２０に接続されている。幾つかの態様において、ラインを通る流体流れを制御するために、内側ライン及び外側ラインそれぞれには弁１２２及び弁１２４が配置されている。幾つかの態様において、弁はソレノイド弁である。内側弁及び外側弁は、個々のチャンバにおける圧力、ひいてはプレート１１４の両側の圧力差を制御するために使用される。

弁１２２及１２４は技術上知られたあらゆる手段によって制御されることができる。幾つかの態様において、システム１００は、以下に説明されるように弁の制御のために弁１２２及び１２４それぞれにパルス幅変調（ＰＷＭ）信号１２８及び１３０を送信するために使用される制御装置１２６を有している。

クラッチ１０２は、車両の発進時に、エンジン速度がインペラ１０４の回転速度よりも大きくなるように変調させられる（スリップさせられる）。すなわち、クラッチのスリップにより、エンジンはインペラよりも高速で回転することができる。本発明の方法によれば、クラッチは、エンジンとインペラとの回転を同調させるために適切な時点で閉じられる。全体的な発進シーケンスの間、車両のドライバーによって予測される発進時間と、実際の発進時間との間の遅れを排除するために、トルクはクラッチ１０２を介して伝達される。トルクのコンスタントな伝達は、エンジンによって発生される大きなトルクが存在しかつエンジンとトルクコンバータとの回転速度の差が比較的大きい時にクラッチをつなぐことによって生じるおそれのある衝撃をも排除する。

チャンバ１１０及び１１２における圧力は、エンジン速度に関して、又はエンジン速度及びアクセルペダル１３２又はスロットル（図示せず）の位置に関して制御される。幾つかの態様において、ＰＷＭ信号の個々の値がエンジン速度に基づいて決定される開ループ制御計画が使用される。すなわち、信号はエンジン速度に関する。幾つかの態様において、信号は、ペダル１３２又はスロットルの位置にも関する。幾つかの態様において、制御装置は、トランスミッションにおける温度変化によるトランスミッション流体における粘性変化を相殺するために、制御信号のための修正値を引き出す。流体温度を決定するために、技術上知られたあらゆる手段、例えばセンサ１３４が使用されることができる。制御信号は個々の弁のためのデューティサイクルを指定する。例えば、１００％デューティサイクルは弁を完全に閉じ、０％デューティサイクルは弁を完全に開く。幾つかの態様において、制御装置１２６は、信号１２８及び１３０を引き出すために個々のルックアップ表を有する。表は、列及び行のパラメータとしてスロットル位置とエンジン速度とを備えたマトリックスを提供する。

図２は、車両発進時にトルクコンバータを操作する本発明の方法による外側チャンバ及び内側チャンバにおける液圧の制御を示すグラフである。発進の開始１３６において、クラッチは切られており、外側チャンバにおける圧力１４０のレベル１３８は比較的高く、内側チャンバにおける圧力１４４のレベル１４２は比較的低い。幾つかの態様において、圧力１４０は圧力１４４よりも５０％高いか、２倍の圧力１４４であるか、３倍の圧力１４４である。幾つかの態様において、外側チャンバの圧力は、チャンバの最大作動圧力であるか又はそれに近く、内側チャンバにおける圧力は、チャンバの最小作動圧力であるか又はそれに近い。

点１４６において、発進が開始する。幾つかの態様において、圧力１４４は、急速にレベル１４７まで上昇し、このレベルに維持される。レベル１４７は、プレート１１４に加えられる最大係合圧力である。点１４８において、内側チャンバは、クラッチをつなぐために最大圧力を加えているが、外側チャンバは依然として、クラッチのつなぎに抵抗するように最大圧力を加えている。したがって、クラッチには比較的小さな押付け圧力が存在し、クラッチのスリップが最大である。

点１４８において、エンジン速度と、スロットル位置と、オイル温度とが信号１３０を発生するために使用され、この信号１３０は、弁１２４を開放させ、圧力１４０を低下させる。セグメント１５０の傾斜は、エンジン速度と、スロットル位置と、オイル温度とに依存する。概して、エンジン速度とスロットル位置とが大きくなると、傾斜が急勾配になる。セグメント１５０の間に、クラッチ１０２はスリップし続けるが、スリップの量は、圧力１４０が減少するにつれて減少する。

点１５２において、圧力１４０は最小レベル１５４に達し、クラッチ１０２は完全につながれる。すなわち、クラッチ１０２はスリップしなくなる。クラッチ１０２は、より点１４８に近い他の点においてスリップを停止することができることが理解されるべきである。点１５２において、圧力１４０及び１４４は、クラッチ１０２が所望のトルクキャパシティを有するように決定される。幾つかの態様（図示せず）において、点１３６において、圧力１４０は急速に減少させられ、圧力１４４は信号１２８に応答してゆっくりと増大させられる。すなわち、圧力の操作が、図２に示された操作とは反転されたものである。

図１及び図２は、ターボチャージャが装備されたディーゼルエンジンの発進に関する。しかしながら、本発明はディーゼルエンジンに制限されず、その他のタイプの過給機式エンジンにおける本発明の使用が請求項に記載の発明の精神及び範囲に含まれるということが理解されるべきである。発進とは、完全に又は実質的に静止した車両を走行させる、又は登り斜面において（車両の後ろから前へ）車両を前進させかつ反対方向で力を受けさせることを意味する。

幾つかの態様において、本発明の方法において多機能トルクコンバータ（ＭＦＴＣ）が使用される。ＭＦＴＣは、２００２年１２月１７日に発行されかつ引用したことにより本明細書に記載されたものとする米国特許第６４９４３０３号明細書、"TORSIONAL VIBRATION DAMPER FOR A TORQUE TRANSMITTING APPARATUS"に記載されている。しかしながら、本発明の方法は、技術上知られたあらゆるＭＦＴＣ、又はコンバータへのねじれ入力部とコンバータのためのポンプとの間においてクラッチを使用するあらゆるトルクコンバータに適用されることができ、このような適用は請求項に記載の発明の精神及び範囲に含まれることが理解されるべきである。

図３は本発明による方法２００のフローチャートである。図３における方法２００は、分かり易くするために番号のついた一連のステップとして示されているが、明らかに述べられない限りは順序は番号から推測されるべきではない。ステップはシステム１００に関して参照されるが、方法２００はシステム１００において使用することに制限されず、方法２００はインペラクラッチを備えたあらゆるシステムに適用可能であることが理解されるべきである。方法はステップ２０２において開始する。ステップ２０４は発進状況を検出する。ステップ２０６はエンジン速度をしきい値と比較する。速度がしきい値よりも大きいと、ステップ２０７は、弁１２２及び１２４が作動されないように制御信号１２８を設定し、これは、トルクコンバータ１０５をトルクコンバータモードにし、方法の残りを回避する。すなわち、チャンバ１１０は（図２に示されたものと同様に）急速に充填され、チャンバ１１２は急速に排出される。概して、チャンバ１１２のための排出速度は、チャンバ内の圧力がエンジン速度に関して減じられる場合よりも、急激である。次いで方法は、方法の終了であるステップ２２０へ進む。

ステップ２０６が、エンジン速度がしきい値よりも小さいか又はこれに等しいと決定すると、ステップ２０８は、エンジン速度とスロットル位置とに関して信号１３０を発生する。ステップ２１０は、オイル温度に関してトランスミッションオイル温度ファクタを決定し、ステップ２１２は、オイル温度ファクタを使用して信号１３０を変更する。次いで、ステップ２１４は信号を弁１２２に関するしきい値と比較する。信号がしきい値よりも高く、これが、所定のレベルよりも高いチャンバ１１２内の圧力に相当するならば、ステップ２１５は弁１２２を閉じておき、チャンバ１１０は充填されない。次いで方法はステップ２１８へ進む。すなわち、図２に示された計画とは異なり、方法は、発進状況が検出された時にチャンバ１１０における圧力を自動的に"フリップ"しない。信号１３０がしきい値よりも小さいか又はこれに等しいならば、ステップ２１６は弁１２２を開放させ、チャンバ１１０を充填し、次いで方法はステップ２１８へ進む。

ステップ２１８は弁２１４のための信号を最終的な又は完全に開放した値と比較する。弁がまだ完全に開放させられていないならば、方法はステップ２０６に戻る。弁が完全に開放されると、クラッチは完全につながれ、方法は終了する。

したがって、本発明の目的は効率的に達成されるが、発明に対する修正及び変更が当業者に容易に明らかであるべきであり、これらの修正は、請求項に記載された発明の精神及び範囲に含まれるものである。前記説明は、本発明の例を示しており、限定するものと考えられるべきでないことも理解される。したがって、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明のその他の実施形態が可能である。

車両発進時にトルクコンバータを操作する本発明の方法において使用するためのクラッチシステムの概略図を示している。 車両発進時にトルクコンバータを操作する本発明の方法による外側チャンバ及び内側チャンバにおける液圧の制御を示すグラフである。 本発明による方法のフローチャートである。

符号の説明

１００ クラッチシステム、 １０２ クラッチ、 １０３ エンジン、 １０４ インペラ、 １０５ トルクコンバータ、 １０６ ポンプカバー、 １０７ タービン、 １０８ シェル、 １０９ アウトプットハブ、 １１０ 内側チャンバ、 １１２ 外側チャンバ、 １１４ ピストンプレート、 １２２，１２４ 弁、 １２６ 制御装置、 １２８，１３０ ＰＷＭ信号、 １３２ ペダル、 １３４ センサ

Claims (18)

1. 車両発進時にクラッチ（１０２）を操作する方法において、
   内側チャンバ（１１０）における第１の液圧（１４４）を第１のレベルから第２のレベルへ上昇させるステップを含み、前記第１の液圧（１４４）が、前記車両におけるエンジン（１０３）と前記車両におけるトルクコンバータ（１０５）のためのインペラ（１０４）との間に配置されたクラッチ（１０２）をつながった位置へ強制し、
   外側チャンバ（１１２）における第２の液圧（１４０）を前記エンジン（１０３）の速度の関数として第３のレベルから第４のレベルへ減少させるステップを含み、前記第２の液圧（１４０）が前記第１の液圧（１４４）に対抗することを特徴とする、車両発進時にクラッチを操作する方法。
2. 前記エンジン（１０３）のスロットル位置の関数として前記外側チャンバ（１１２）における前記第２の液圧（１４０）を減少させることを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記第２の液圧（１４０）の減少に応答して前記クラッチ（１０２）をスリップさせることを含む、請求項１記載の方法。
4. 前記車両がトランスミッションを有し、前記第２の液圧（１４０）を減少させることがさらに、前記トランスミッションにおけるオイル温度の関数として前記第２の液圧（１４０）を減少させることを含む、請求項１記載の方法。
5. 前記第２の液圧（１４０）が、前記外側チャンバ（１１２）のための最大作動圧力に等しい、請求項１記載の方法。
6. 前記第２の液圧（１４０）が、前記第１の液圧（１４４）よりも少なくとも５０％だけ大きい、請求項１記載の方法。
7. 前記第２の液圧（１４０）が、前記第１の液圧（１４４）の少なくとも２倍である、請求項１記載の方法。
8. 前記第２の液圧（１４０）が、前記第１の液圧（１４４）の少なくとも３倍である、請求項１記載の方法。
9. 前記エンジン速度の前記関数をしきい値と比較し、前記関数が前記しきい値よりも大きいならば前記第１の液圧（１４４）を前記第１のレベルに維持することを含む、請求項１記載の方法。
10. 前記エンジン速度の前記関数をしきい値と比較し、前記関数が前記しきい値よりも小さいか又は該しきい値と等しいならば前記第１の液圧（１４４）を前記第２のレベルに上昇させることを含む、請求項１記載の方法。
11. 前記エンジン速度を発進しきい値と比較し、前記エンジン速度が前記発進しきい値よりも大きいならば、前記第３のレベルを前記第４のレベルに減少させるためにエンジン速度の前記関数を回避することを含む、請求項１記載の方法。
12. 前記車両が、前記外側チャンバ（１１２）における液圧を制御する弁を有し、ゼロパーセントデューティサイクルが前記弁を完全に開放し、前記方法がさらに、前記エンジン速度を発進しきい値と比較し、前記エンジン速度が前記発進しきい値よりも大きい場合に前記ゼロパーセントデューティサイクルを前記弁に提供することを含む、請求項１記載の方法。
13. 前記車両が、前記外側チャンバ（１１２）における液圧を制御する弁を有し、デューティサイクルが前記弁のための作動位置を制御し、前記方法がさらに、前記エンジン速度を発進しきい値と比較し、前記エンジン速度が前記発進しきい値よりも小さいか又は該発進しきい値と等しい場合に前記エンジン速度の関数として前記デューティサイクルを決定し、該デューティサイクルを前記弁に提供することを含む、請求項１記載の方法。
14. 前記車両がトランスミッションを有し、前記方法がさらに、前記トランスミッションにおけるオイル温度の関数として前記デューティサイクルを変更することを含む、請求項１３記載の方法。
15. 前記クラッチと、前記内側チャンバ（１１０）及び外側チャンバ（１１２）が、前記トルクコンバータに配置されている、請求項１記載の方法。
16. 前記トルクコンバータ（１０５）が、カバー（１０６）と、アウトプットハブ（１０９）と、前記クラッチ（１０２）とを有しており、前記クラッチ（１０２）が、前記カバー（１０６）と前記アウトプットハブ（１０９）との間にトルク伝達経路を提供する、請求項１５記載の方法。
17. 前記エンジン速度を所定のレベルよりも低く維持することを含む、請求項１記載の方法。
18. 所定のスロットル位置のための最大トルクを提供するための最適エンジン速度を決定し、前記エンジンが前記最適エンジン速度に達したときに前記クラッチ（１０２）を完全につなぐことを含む、請求項１記載の方法。

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