JPH10331650A

JPH10331650A - ターボチャージャ制御装置

Info

Publication number: JPH10331650A
Application number: JP9142125A
Authority: JP
Inventors: Seiji Okada; 誠二岡田; Takashi Takahashi; 孝高橋
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1998-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】機械式自動変速機のシフトアップ時における
黒煙の発生を抑制し、変速時間の短縮と変速後の加速性
の向上を図る。【解決手段】ターボチャージャを備えたエンジンと、
エンジンの回転力を伝達する機械式自動変速機とを備え
た車両に組み込まれるターボチャージャ制御装置であっ
て、排気タービンへの排気流量を調整する可変ノズルを
備えると共に、機械式自動変速機のシフトアップの変速
状態を検出して可変ノズルの開度を閉じ側に設定し、排
気系の排圧を高めると同時に変速時に過給してエンジン
回転数を低下させる。またシフトアップ完了時に可変ノ
ズルの開度を加速走行用開度に変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はターボチャージャ付
エンジンを備えた車両において、特に機械式自動変速機
のシフトアップ時における変速時間の短縮と走行フィー
リングの向上、更には変速後の加速性の向上を図り得る
ターボチャージャ制御装置に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】ターボチャージャ付エンジンは、
エンジンの排気ガスを利用して排気タービンを駆動し、
この排気タービンに連動する吸気コンプレッサを用いて
前記エンジンへの吸気を過給することで、その出力の増
大を図るものである。また最近では排気タービンの上流
側に設けた可変ノズルにより、エンジンの運転状態に応
じて該排気タービンに流入する排気ガスの流量（排気ガ
ス速度）を調整し、これによってその出力効率を高める
ことも行われている。

【０００３】一方、エンジンの回転力を変速して車輪側
に伝達する機械式の変速機を、アクチュエータを用いて
切り換え駆動することで自動変速機能を実現する機械式
自動変速機が注目されている。この種の機械式自動変速
機は、クラッチ操作を自動的に実行しながら変速ギヤの
切り換えを行うものであり、専らトラック等の大型車両
に組み込まれる。

【０００４】またこの種の機械式自動変速機において、
特にシフトアップ変速時のクラッチミート時におけるエ
ンジン回転数とクラッチ回転数とをシンクロ（同期）さ
せるべく、排気ブレーキを利用してエンジンに負荷を与
えてエンジン回転数を低下させる技術が、例えば実開昭
６３−１１１３３６号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが上述したよう
に機械式自動変速機のシフトアップ時に排気ブレーキを
用いてエンジン回転数を低下させた場合、クラッチミー
ト完了後（変速完了後）の排気ブレーキ・オフ時に、そ
の直前の燃焼行程における燃料の燃え残り（生ガス）
や、排気管内に付着した排気ガス成分が剥離して一気に
放出される為、黒煙が発生し易いと言う問題がある。し
かも変速時に排気ブレーキを作動させると、これに伴っ
てターボチャージャの機能が低下し、吸気の過給能力が
低下する。するとシフトアップ完了後、エンジンの吸気
系のブースト圧が高まるまでに時間が掛かることが否め
ず、変速完了後における加速性が悪いと言う問題があ
る。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、機械式自動変速機のシフトアッ
プ時における黒煙の発生を抑制すると共に、変速時間の
短縮と走行フィーリングの向上、更には変速後の加速性
の向上を図り得るターボチャージャ制御装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係るターボチャージャ制御装置は、エンジ
ンの排気系に設けられた排気タービンおよびこの排気タ
ービンに連動して前記エンジンへの吸気を過給する吸気
コンプレッサからなるターボチャージャと、前記エンジ
ンの回転力を変速して車輪側に伝達する機械式自動変速
機とを備えた車両に組み込まれるものであって、特にタ
ーボチャージャの排気タービン上流側に該排気タービン
への排気流量を調整する可変ノズルを備えると共に、前
記機械式自動変速機の変速状態を検出する変速状態検出
手段、および前記機械式自動変速機のシフトアップの変
速状態が検出されたとき、前記可変ノズルの開度を閉じ
側に設定する制御手段を備えたことを特徴としている。

【０００８】即ち、機械式自動変速機におけるシフトア
ップの変速状態が検出されたとき、可変ノズルを絞り込
み制御することで排気系における排圧を高めて該エンジ
ンのシリンダに負の仕事をさせ、更には排気タービンに
よる過給を高めて前記シリンダのポンピング損失を大き
くすることでエンジン回転数を短時間に低下させること
を特徴としている。同時に前記可変ノズルの絞り込みに
より排気タービンの回転数を高くし、これによって過給
効果を高め、大量に導入する吸気により排気ガスを希釈
することで黒煙の発生を抑制することを特徴としてい
る。

【０００９】また請求項２に記載するように前記制御手
段においては、前記機械式自動変速機のシフトアップの
変速状態の終了が検出されたとき、前記可変ノズルの開
度をシフトアップの変速状態時に絞り込んだ開度よりも
大きい所定の加速走行用開度に変更することを特徴とし
ている。即ち、機械式自動変速機のシフトアップが完了
したとき、前記可変ノズルの開度を、速やかに加速走行
用開度に変更設定することで、シフトアップ後の加速性
を高めることを特徴としている。

【００１０】更には請求項３に記載するように前記制御
手段においては、前記可変ノズルを最小開度とするシフ
トアップ用開度と、このシフトアップ用開度よりも開側
に設定された複数の通常運転用開度との間で前記可変ノ
ズルの開度を調整するものとすることで、シフトアップ
時には通常運転において用いることのない可変ノズルの
開度の下で大きなエンジンブレーキ力を得るようにし、
また前記加速走行用開度を上記複数の通常運転用開度の
内の最も小さい開度として設定することで、シフトアッ
プ完了後の加速性の向上を図ることを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係るターボチャージャ制御装置について説明
する。図１はターボチャージャ付エンジンと、このエン
ジンの回転力を変速して車輪側に伝達する機械式変速機
を備え、前記機械式変速機を自動的に変速制御するよう
にした車両における変速制御系の概略構成図である。

【００１２】この発明におけるターボチャージャ制御装
置は、上記変速制御系の一部として実現されるものであ
り、主として変速機の変速状態、具体的にはクラッチを
断として変速段をシフト操作している状態（クラッチ
断）の期間、或いは変速機における変速段が完全に結合
していない状態（所謂変速ギヤが抜けている状態）の期
間を検出する状態検出部（変速状態検出手段）と、この
状態検出手段によってシフトアップの変速状態が検出さ
れたとき、ターボチャージャにおける排気タービンの上
流に設けた可変ノズルを駆動して該排気タービンへの排
気流量を絞り込み制御するターボ制御部（制御手段）を
備えて構成される。

【００１３】即ち、図１において１はエンジン本体であ
り、その回転出力はクラッチ機構２を介して機械式変速
機３に与えられ、該機械式変速機３にて変速制御されて
車輪側（プロペラシャフト４）に伝達されるようになっ
ている。クラッチ機構２は後述するように、クラッチペ
ダルの踏み込みによって機械的に断接駆動されると共
に、クラッチ・アクチュエータ５の作動によってもその
断接が制御される。また機械式変速機３は、複数のアク
チュエータからなるギヤシフト・ユニット６により変速
段の切り換え（ギヤシフト）が制御されるようになって
いる。

【００１４】一方、前記エンジン本体１の排気系には排
気タービン７が設けられており、その上流側には該排気
タービン７への排気流量（排ガス速度）を調整する為の
可変ノズル８が設けられている。この可変ノズル８は、
例えば排気タービン７のタービンブレードの周囲に等間
隔に配設されたノズルベーンからなり、ターボ・アクチ
ュエータ９により駆動されてその開度が可変される。こ
の可変ノズル８の開度の可変設定によって排気タービン
５に流入する排気流量（排気ガス速度）が調整される。

【００１５】また前記エンジン本体１の吸気系には前記
排気タービン７によって駆動される吸気コンプレッサ１
０が組み込まれている。この吸気コンプレッサ１０は吸
気を圧縮することで前記エンジン本体１への吸気を過給
するもので、これによってエンジン出力の増大が図られ
る。このような吸気コンプレッサ１０と前記排気タービ
ン７とによって前記エンジン本体１に対するターボチャ
ージャが実現されている。

【００１６】さて前記機械式変速機３における変速段
（ギヤ段）の自動切り換え（ギヤシフト）、つまり自動
変速制御を実行する変速制御ユニット１１は、前記クラ
ッチ・アクチュエータ５，ギヤシフト・ユニット６，タ
ーボ・アクチュエータ９の各作動を互いに関連付けて制
御する。基本的には変速制御ユニット１１は、クラッチ
・アクチュエータ５を駆動してクラッチ機構２を断（ク
ラッチオフ）とし、この状態でギヤシフト・ユニット６
の作動を制御して所定の変速段に切り換える。そして変
速段の切り換え（ギヤシフト）が完了した時点で、再度
前記クラッチ・アクチュエータ５を駆動してクラッチ機
構２を接（クラッチミート）とし、エンジン本体１の回
転力を車輪側に伝達する。

【００１７】特に変速段のシフトアップ時には、変速制
御ユニット１１は上記クラッチ・アクチュエータ５およ
びギヤシフト・ユニット６の作動制御に加えて、前記タ
ーボ・アクチュエータ９を駆動することで可変ノズル８
の開度を調整し、排気タービン７に流入する排気流量を
絞り込むことで排気系の排圧を高めると共に、タービン
回転数を高めている。そして上記排圧によりエンジン本
体１のシリンダにおける負の仕事量を増大させると共
に、エンジン本体１に対する吸気量を増大させて前記シ
リンダにおけるポンピング損失を増大させ、これによっ
てエンジン回転数を速やかに低下させている。そして変
速後、エンジン回転数とクラッチ回転数とが同期（シン
クロ）した時点で前記クラッチ・アクチュエータ５を駆
動し、クラッチ機構２を接（クラッチミート）として、
その変速操作を完了する。同時に上記変速状態時に大量
に導入した吸気により、エンジン本体１から排気される
ガス中の黒煙成分を希釈している。

【００１８】即ち、変速制御ユニット１１は、アクセル
ペダル１２の踏込量（アクセル操作量）や、クラッチペ
ダル１３によるクラッチ操作の情報を検出している。ま
たチェンジレバー・ユニット１４におけるチェンジレバ
ー操作によって示される変速段のセレクト情報を、シフ
ト検出部１５にて検出している。そしてこのシフト検出
部１５にて、例えばドライブ（Ｄ）レンジの設定が検出
されたとき、変速制御ユニット１１は前記エンジン本体
１におけるエンジン回転数、および車両の走行速度（車
速）を検出して走行状態を判定し、その判定結果に基づ
いて変速制御部１６の作動を制御する。そしてこの変速
制御部１６の下で前記クラッチ・アクチュエータ５およ
びギヤシフト・ユニット６をそれぞれ駆動して、機械式
変速機３の変速段をシフト制御する。

【００１９】特に変速制御部１６は、前記走行状態から
変速段のシフトアップの必要性が判断されたとき、状態
検出部１７にて前記機械式変速機３の変速状態を検出
し、或いは前記クラッチ機構２におけるクラッチの断接
の情報とクラッチ回転数とから変速状態を検出して前記
ターボ制御部１８を駆動する。そしてノズル開度マップ
１９を参照して前記可変ノズル８の開度を、予め設定し
たシフトアップ用開度まで絞り込むべく前記ターボ・ア
クチュエータ９の作動を制御している。尚、このシフト
アップ用開度は、通常の運転状態においては使用される
ことのない最小の絞り込み開度（最小開度）として設定
される。

【００２０】このような可変ノズル８の絞り込みによっ
て、エンジン本体１の排気系の排圧が高められ、また高
速回転駆動するターボチャージャにより吸気が過給され
て前述したようにエンジン回転数を低下させるものとな
っている。つまりこの装置においては、排気ブレーキを
用いることに代えて、排気タービン７の上流側における
可変ノズル８の絞り込みによって排気通路内における排
気圧を増大させ、これによってエンジン本体１のシリン
ダに負の仕事をさせることでエンジン回転数を低下させ
ている。同時に上記可変ノズル８の絞り込みによって排
気タービン７を高速回転させ、これによってエンジン本
体１への吸気量を増大させることで前記シリンダにおけ
るポンピング損失を増大させ、エンジン回転数の低下を
促進している。

【００２１】図２は上述した変速機３のシフトアップ時
における制御手順を示したもので、先ず走行状態から変
速段のシフトアップの有無が判定される［ステップＳ
１］。そして変速段のシフトアップを行う場合には、例
えば先ずエンジン本体１に対する燃料供給を停止するべ
く、図示しない燃料噴射ポンプ等の燃料供給装置の燃料
カット指示を行い［ステップＳ２］、次いでクラッチ・
アクチュエータ５を駆動してクラッチ機構２を断（クラ
ッチ断）とする［ステップＳ３］。この状態で変速機３
の現在の変速段を切り離し（ギヤを抜き）、一旦、ニュ
ートラル（中立）に設定した後、次段の高速段にギヤシ
フトする［ステップＳ４］。

【００２２】しかる後、変速段のシフトアップに伴って
エンジン本体１の回転数を低下させるべく、前記ターボ
制御部１８を作動させて可変ノズル（ＶＧノズル）８を
前述したシフトアップ用開度まで絞り込む［ステップＳ
５］。つまり可変ノズル８を閉じ側に設定し、排気系の
負荷を大きくしてその排圧を高める。同時に可変ノズル
８の絞り込みによって排気タービン７への排気ガスの流
入速度を高め、該排気タービン７を高速回転させる。こ
の排気タービン７の高速回転によって吸気コンプレッサ
１０による過給効率が高められ、エンジン本体１に大量
の吸気が導入されることになる。すると排気系の排圧の
増大と、過給量の増大とが相俟ってエンジン本体１に対
する負荷が増大し、これに伴ってエンジン回転数が急速
に低下することになる。

【００２３】そこで次に、エンジン回転数とクラッチ回
転数とが同期（シンクロ）したか否かを判定する［ステ
ップＳ６］。この判定は、例えばエンジン本体１から検
出されるエンジン回転数と、クラッチ機構２から検出さ
れるクラッチ回転数とを比較することによって行われ
る。そしてエンジン回転数が低下し、クラッチ回転数と
同期（シンクロ）したことが検出されたとき、前記クラ
ッチ・アクチュエータ５を駆動してクラッチを連結する
［ステップＳ７］。つまりクラッチを接としてエンジン
本体１の回転力を変速機３に伝達する。

【００２４】しかる後、前記可変ノズル８を前記シフト
アップ用開度から開け、通常運転時の加速走行用の開度
に設定する［ステップＳ８］。またアクセルを復帰さ
せ、所定量の燃料噴射を行わせる［ステップＳ９］。
尚、この燃料噴射に関しては、例えば変速機３に設けら
れたギヤ段センサにより、変速段のシフトアップ完了が
検出された時点で開始するようにしても良い。

【００２５】かくして上述した如く変速段のシフトアッ
プ時に可変ノズル８をシフトアップ用開度まで絞り込ん
で排気系の排圧を高め、同時にターボチャージャを高速
回転させて変速状態時に吸気を過給するターボチャージ
ャ制御装置によれば、エンジン本体１における負荷を急
激に増大させてその回転数を短時間のうちに低下させる
ことができる。従って変速段のシフトアップ後における
クラッチ回転数に、エンジン回転数をいち早く同期させ
ることが可能となるので、クラッチ断からクラッチの再
接続までの変速所要時間を短縮することができる。

【００２６】即ち、図３に示すように変速段のシフトア
ップ操作に伴って低下するクラッチ回転数に追従させて
エンジン回転数を短時間に低下させることができ、クラ
ッチ再接続（クラッチミート完了）までの変速所要時間
を短くすることができる。そしてクラッチミート完了
後、速やかに加速走行モードに移行することが可能とな
る。従って走行フィーリングを損なうことなく、変速段
を速やかにシフトアップすることが可能となる。特にア
クセルを踏み続けて加速するような場合であっても、タ
ーボチャージャによる過給効果と相俟ってその変速段の
シフトアップを円滑に行いながら加速することが可能と
なる。

【００２７】また上述した如く、変速区間においてエン
ジン回転数の低下を促進するべく、ターボチャージャに
よりエンジン本体１に大量の吸気を導入しているので、
シリンダや排気管内に残留している黒煙成分が上記大量
の吸気によって大幅に希釈される。この結果、クラッチ
ミート完了に伴って可変ノズル８を開いた際における黒
煙の発生を効果的に抑制することが可能となる。

【００２８】また上記ターボチャージャ制御装置におい
ては、図４(ａ)(ｂ)に示すように変速区間における可変
ノズル８の開度を、通常走行時には使用することのない
閉じ側の最小開度（シフトアップ用開度）に設定してお
り、変速完了（クラッチミート完了）後、上記可変ノズ
ル８の開度を複数の通常走行用開度の内の最も開度の小
さい加速走行用開度に設定している。従って変速段のシ
フトアップ後、継続的に加速する場合であってもターボ
チャージャの回転を高速に保つことができ、その加速性
を高めることができる。特に図４(ｂ)に示すように変速
区間に作用するターボチャージャの過給作用によって予
め吸気系のブースト圧が高められているので、変速段の
シフトアップ完了後における加速区間におけるターボ作
用の遅れがなく、ブースト圧が高められている分だけ、
その加速性を向上させることができる。

【００２９】ちなみに従来のように排気ブレーキを用い
てエンジン回転数を低下させた場合には、排気ブレーキ
の作動によって排気タービン７への排気ガスの流入量が
減少してターボチャージャの機能自体が損なわれる。従
って変速段のシフトアップ完了後に排気ブレーキをオフ
として加速を開始しても、図４(ｂ)に破線で示すように
ターボチャージャが作動して吸気のブースト圧が高まる
までに時間遅れが生じることが否めない。

【００３０】この点、排気ブレーキを作動させることな
く、前述した如く可変ノズル８の開度を制御してターボ
チャージャを作用させてエンジン回転数を低下させるよ
うにした本装置によれば、変速段のシフトアップ完了後
における加速性の大幅な向上を図り得ることが分かる。
特にアクセルが踏み続けられた状態において変速機３を
シフトアップするような場合、加速性向上の効果が大き
い。

【００３１】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば可変ノズル８の開度を、ギヤシ
フトがニュートラルとなった時点で最小としても良い
が、クラッチ断を検出した時点で最小としても良い。こ
のようにすればエンジン回転の低下がよりスムーズに行
われる。また変速段のシフトアップ時における最小開度
から加速モード用の開度に切り換えるタイミングについ
ては、クラッチミート完了を検出した時点でも良いし、
或いはギヤ段のシフト完了を検出した時点としても良
い。このようにすれば、一般的にはエンジントルクの速
やかな復帰を図るべく、変速段のシフト完了に伴って燃
料噴射が再開されるタイミングで可変ノズル８を加速走
行用開度に設定されるので、更に加速性の向上を図るこ
とが可能となる。更に上記可変ノズル８の開度の切り換
えタイミングを、クラッチ回転数とエンジン回転数とが
同期した時点にすれば、燃料供給開始時に既に可変ノズ
ル８が加速走行用開度となっているので、その加速性を
更に高めることが可能となる。

【００３２】また前述した如く可変ノズル８の開度を制
御することに加えて、例えばエンジン本体１の排気弁
を、その圧縮行程上死点近傍で開弁し、圧縮圧を解放す
ることでシリンダに負の仕事をさせるようにしても良
い。このようにすれば、シリンダへの過給効果と相俟っ
てエンジン本体１に大きな負荷を与えてエンジン回転数
を低下させることが可能となるので、エンジン回転数の
低下を促進させ、更に短時間にエンジン回転数をクラッ
チ回転数に同期させることが可能となる。従ってより高
速な変速段のシフトアップ操作が可能となる。その他、
本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、機
械式自動変速機におけるシフトアップの変速状態が検出
されたとき、排気タービンの上流に設けた可変ノズルを
絞り込むことで排気系における排圧を高めると共に、排
気タービンの回転数を増大させている。

【００３４】この結果、排気系の排圧によってエンジン
のシリンダに負の仕事をさせ、更には吸気を過給するこ
とでシリンダのポンピング損失を大きくして、エンジン
回転数を短時間に低下させることができる。従って機械
式変速機を短時間にシフトアップすることができ、同時
に大量に導入する吸気により排気ガスを希釈して黒煙の
発生を抑制することができる。

【００３５】また請求項２に記載するようにシフトアッ
プの変速状態の終了が検出されたとき、シフトアップの
変速状態時に絞り込んだ可変ノズルの最小開度を、速や
かに所定の加速走行用開度に変更するので、シフトアッ
プ後の加速性を高めることができる。更には請求項３に
記載するように上記加速走行用開度を、シフトアップ用
開度よりも大きく、通常運転時に用いられる複数の通常
運転用開度の中の最も小さい開度として設定しているの
で、シフトアップ完了後におけるターボ作用を最大限に
発揮させることができるので、加速性の大幅な向上を図
ることができる等の効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ターボチャージャ付エンジンと、このエンジン
の回転力を変速して車輪側に伝達する機械式変速機を備
えた車両における自動変速制御系の概略構成図。

【図２】本発明の一実施形態に係るターボチャージャ制
御装置における変速段のシフトアップ時の概略的な制御
手順を示す図。

【図３】変速段のシフトアップ制御時におけるエンジン
回転数とクラッチ回転数との関係を示す図。

【図４】変速段のシフトアップ時とクラッチミート後と
における可変ノズルの開度と、可変ノズルの制御に伴う
ターボチャージャによる吸気のブースト圧の変化を示す
図。

【符号の説明】

１エンジン本体２クラッチ機構３機械式変速機５クラッチ・アクチュエータ６ギヤシフト・ユニット７排気タービン８可変ノズル９吸気コンプレッサ１０ターボ・アクチュエータ１１変速制御ユニット１５シフト検出部１６変速制御部１７状態検出部１８ターボ制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 29/00 Ｆ０２Ｄ 29/00 ＣＦ１６Ｈ 61/00 Ｆ１６Ｈ 61/00 // Ｆ１６Ｈ 59:70

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気系に設けられた排気ター
ビンおよびこの排気タービンに連動して前記エンジンへ
の吸気を過給する吸気コンプレッサからなるターボチャ
ージャと、前記エンジンの回転力を変速して車輪側に伝
達する機械式自動変速機とを備えた車両に組み込まれる
ターボチャージャ制御装置であって、前記排気タービンの上流側に設けられて該排気タービン
への排気流量を調整する可変ノズルと、前記機械式自動
変速機の変速状態を検出する変速状態検出手段と、この
変速状態検出手段により前記機械式自動変速機のシフト
アップの変速状態が検出されたとき、前記可変ノズルの
開度を閉じ側に設定する制御手段とを具備したことを特
徴とするターボチャージャ制御装置。
【請求項２】前記制御手段は、前記機械式自動変速機
のシフトアップの変速状態の終了が検出されたとき、前
記可変ノズルの開度を、前記シフトアップの変速状態時
に設定した開度よりも大きい所定の加速走行用開度に変
更することを特徴とする請求項１に記載のターボチャー
ジャ制御装置。
【請求項３】前記制御手段は、前記可変ノズルを最小
開度とするシフトアップ用開度と、このシフトアップ用
開度よりも開側に設定された複数の通常運転用開度との
間で前記可変ノズルの開度を調整するものであって、前
記加速走行用開度は上記複数の通常運転用開度の内の最
も小さい開度として設定されることを特徴とする請求項
２に記載のターボチャージャ制御装置。