JP2017223337A - 電磁クラッチの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁クラッチにおいて、鉄粉等のコンタミを効率よく排出し、コンタミがクラッチフェーシング間に挟み込まれることによるクラッチの性能、耐久性の低下を抑制する。
【解決手段】電磁クラッチ１４が解放され且つ車両の駆動源２の回転速度が所定回転速度以下の状態で、２つの回転要素１６，１８間の回転速度差が所定値以下の運転状態の場合、電磁クラッチ１４に連結された電動モータ２２を作動させて前記回転速度差を前記所定値以上とする制御手段２６を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁石の励消により動力伝達の断続を行う電磁クラッチに関するものである。

言うまでもなく電磁クラッチでは磁力を用いるため、各部の磨耗等により生じた鉄粉等の夾雑物（Contamination、以下コンタミと称する。）が装置内に溜まり易く、電磁クラッチの係合時にクラッチフェーシング間にコンタミが挟み込まれると、クラッチの係合力が充分に得られず、さらにクラッチフェーシング等の接触部が損傷し、クラッチの性能や寿命等の所謂耐久性を低下させる虞がある。

特許文献１には、湿式多板電磁クラッチの外輪（３）に油の排出孔（２５）を設け、外輪（３）がフリー回転しているときに、遠心力によって生じる油の流れを利用してコンタミを排出することが開示されている（括弧付きの符号は文献内で使用されているものである）。

特開２００７−０５１６７０号公報

特許文献１に開示された技術では、外輪（３）がフリー回転しているときしか油が排出されず、また遠心力で生じる流動を利用しているだけなので、コンタミを充分に排出できず、耐久性低下が予防できない虞がある。

本発明は、上記のような課題を解決するために創案されたもので、電磁クラッチにおいて、コンタミを効率よく排出してクラッチフェーシング間への挟み込みを防止し、電磁クラッチの耐久性を向上させることを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明の電磁クラッチの制御装置は、２つの回転要素の一方が車両を駆動する駆動源に連結され、他方が電動モータに連結されると共に、少なくともクラッチフェーシング間に潤滑油が流通するように構成された電磁クラッチにおいて、前記電磁クラッチが解放され且つ前記駆動源の回転速度が所定回転速度以下の状態で、前記２つの回転要素間の回転速度差が所定値以下の運転状態の場合、前記電動モータを作動させて前記回転速度差を前記所定値以上とする制御手段を備えたことを特徴としている。

（２）前記所定値は、前記潤滑油の粘度に関するパラメータに基づき、同粘度が高くなる程大きくなるように設定されていることが好ましい。
（３）前記パラメータは前記潤滑油の温度であり、前記所定値は前記温度が低くなる程大きくなるように設定されていることが好ましい。
（４）また、前記所定値以上の回転速度差を保持する時間は、前記潤滑油の粘度に関するパラメータに基づき同粘度が高くなる程長くなるように設定されていることが好ましい。
（５）前記パラメータが前記潤滑油の温度であり、前記保持時間は前記温度が低くなる程長くなるように設定されていることが好ましい。

（６）さらに、前記電磁クラッチは、電磁石と永久磁石とを備え、前記電磁石が消磁されているときに前記永久磁石の磁力によって前記クラッチフェーシングが接合されて係合状態となる消磁作動型電磁クラッチであることが好ましい。
（７）また、前記電磁クラッチと前記電動モータとの間に、前記電動モータと常時連結されるオイルポンプが配設されていることが好ましい。
（８）さらにまた、前記電磁クラッチは、前記駆動源に連結された車両用変速機のオイルパンに貯留された潤滑油中に配設されていることが好ましい。

本発明によれば、電動モータを作動させて電磁クラッチの２つの回転要素間（即ち、２つのクラッチフェーシング間）に積極的に回転速度差を生じさせることにより、これらの間における潤滑油の流通を促進することができるので、コンタミの排出が効果的に実行され、コンタミがクラッチフェーシング間に挟み込まれて生じる不具合を防止できる。上記のような回転速度差を生じさせると、２つの回転要素の近辺に存在する潤滑油の粘性による慣性に、回転速度の異なる回転要素間で差が生じるため、潤滑油がクラッチフェーシング間に流入し易くなり、その結果流通量が増加してコンタミの排出が効率的に行える。
また、回転速度差の値とその保持時間を、潤滑油の粘度に関するパラメータ、即ち、温度に応じて設定するように構成すれば、電動モータ作動で消費する電力を極力低減した上で、コンタミの排出をより効率的に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る車両の駆動機構を模式的に示す構成図である。 本発明の一実施形態に適用される電磁クラッチの断面図である。 本発明の一実施形態に係る制御手段を説明するフローチャートである。 上記制御手段による制御において設定される目標回転速度差と油温との関係を示すグラフである。 上記制御手段による制御において設定される目標回転速度差を保持する時間と油温との関係を示すグラフである。 上記制御手段による制御を実行した際の、電磁クラッチの入力要素及び出力要素の回転速度の変化を示すタイムチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣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とともに、必要に応じて取捨選択することや適宜組み合わせることが可能である。

図１は本実施形態にかかる車両の駆動機構の主な構成要素の関係を模式的に示す構成図である。図１に示すように、車両を走行させるためのエンジン（駆動源）２には、トルクコンバータ４と、このトルクコンバータ４に連結され、速度比を変更する遊星歯車またはベルト−プーリ式バリエータ等からなる変速機構５とを備えた従来周知のステップＡＴ、ＣＶＴ等の自動変速機６が連結されており、さらにこの自動変速機６の出力部が差動機構８を介して左右の駆動輪１０に連結されている。

また、エンジン２にはチェーン１２を介して、電磁クラッチ１４の入力要素１６（一方の回転要素）が連結されている。さらに、この電磁クラッチ１４の出力要素１８（他方の回転要素）は、自動変速機６を作動させるライン圧を供給するためのオイルポンプ２０に連結され、オイルポンプ２０には電動モータ２２が連結されている。従って、オイルポンプ２０は、電磁クラッチ１４が係合されているときはエンジン２によって駆動され、電磁クラッチ１４が解放されているときは電動モータ２２によって駆動される構成となる。
なお、電磁クラッチ１４、オイルポンプ２０、電動モータ２２は、自動変速機６の図示しないオイルパンに貯留された潤滑油中に浸漬するように配設されている。

自動変速機６は、エンジン２の負荷や車両の走行速度に基づいて、電子式の自動変速機コントローラ２４によって作動制御され、電磁クラッチ１４及び電動モータ２２は、自動変速機コントローラ２４に組み込まれた制御手段２６によって作動制御される。

図２は本実施形態に適用される電磁クラッチ１４の構造を示す断面図である。図２に示すように、この電磁クラッチ１４は、チェーン１２に噛合する入力要素１６としてのチェーンスプロケット２８と、オイルポンプ２０に連結される出力要素１８となる出力軸３０と、チェーンスプロケット２８のボス部３２に軸方向へ可動となるようにスプライン結合された磁性材から成る円板状のアーマチュア３４と、出力軸３０に固定されたロータ３６と、このロータ３６に埋設された永久磁石３８と、ケーシング４０に固定された電磁石４２とを備えている。

スプロケット２８は出力軸３０の一端（図中、左端）に軸受４４によって相対回転自在に支持されており、出力軸３０（図中、右端）は軸受４６を介してケーシング４０に支持されると共に図１に示したオイルポンプ２０に連結されている。

ロータ３６は、出力軸３０に固定された円筒状のボス部３６ａと、このボス部３６ａのアーマチュア３４側の端部から径方向外方へ向かって延設された円板部３６ｂと、この円板部３６ｂの外縁から軸方向に沿って延設されたリング部３６ｃとから成り、円板部３６ｂの径方向中間部に円環状の永久磁石３８が埋設されている。
また、アーマチュア３４と円板部３６ｂとが互いに対向するように配置され、両者の対向する面３４ｆ，３６ｆが、それぞれクラッチフェーシングを構成している。
さらに、電磁クラッチ１４は、上述の通り潤滑油中に浸漬されているので、潤滑油が軸受４４の内外輪間から流入し、クラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆ間を流通するように構成されている。

電磁石４２は円環状を成し、ボス部３６ａの外周面とリング部３６ｃの内周面とに対して僅かな間隙を存して配置されるようにケーシング４０に固定されている。

電磁クラッチ１４は、電磁石４２が消磁された状態で、アーマチュア３４が永久磁石３８の磁力によって円板部３６ｂに接合（両クラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆが接合）されて係合状態となる消磁作動型電磁クラッチである。

また、電磁石４２は永久磁石３８の磁力を打ち消すような磁束を発生するように構成されており、そのため、電磁石４２が励磁されると、クラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆの接合が離されて、電磁クラッチ１４が解放状態となる。

電磁クラッチ１４及び電動モータ２２は、自動変速機６へ供給されるライン圧がオイルポンプ２０によって効率良く発生できるように作動制御される。基本的には、フリクションロスが大きくなるエンジン２の高回転領域（例えば、２０００ｒｐｍ以上）では電磁クラッチ１４を解放してオイルポンプ２０を電動モータ２２で駆動し、エンジン２の低回転領域（例えば、２０００ｒｐｍ未満）では電磁クラッチ１４を係合してオイルポンプ２０をエンジン２で駆動するように制御される。

さらに、コントローラ２４の記憶部には、図３に示すフローチャートを実行するプログラムが組み込まれている。電磁クラッチ１４及び電動モータ２２は、制御手段２６によって、図３のフローチャートに示すようにして、電磁クラッチ１４の入出力要素１６，１８間（両クラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆ間）に所定値以上の回転速度差を生じさせるよう作動制御（以下、回転速度差発生制御と称する。）される。なお、図３に示すフローチャートは、本発明に係る制御部分を実行するステップのみを表しており、前段に記載した電磁クラッチ１４の基本的な断続制御については省略している。また、電動モータ２２の制御については、制御手段２６は図示しないモータ制御装置を通じて回転速度差発生制御を実施する。

この回転速度差発生制御は、電磁クラッチ１４のクラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆ間の回転速度差が目標回転速度差となるように大きくして、クラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆ間での潤滑油の流通を促進し、クラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆ間に進入したコンタミを効率よく排出してクラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆ間への挟み込みを防止し、電磁クラッチ１４の耐久性を向上させる制御である。

クラッチフェーシング３４ｆの回転速度はエンジン２の回転速度（エンジン回転数Ｎｅ）であり、クラッチフェーシング３６ｆの回転速度は電動モータ２２の回転速度（モータ回転数Ｎｍ）であり、この回転速度差発生制御は、エンジン２の回転速度に対して電動モータ２２の回転速度を制御することによって行うことができる。

ただし、この回転速度差発生制御は、本来のオイルポンプ２０の制御とは異なる制御であり、回転速度差発生制御が必要なときに制御を実施するようにして、不必要な制御の実施は可能な限り避けたい。そこで、回転速度差発生制御が必要であるか否かを判定し、制御が必要であると判定されたことを制御条件（制御要求条件）とする。

クラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆ間にコンタミが侵入していることを確実に判定することができれば、この判定がなされたことを回転速度差発生制御の制御要求条件とすることができる。しかし、コンタミの侵入を確実に判定することは容易でない。そこで、クラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆ間にコンタミが侵入しているだろう可能性が高まったことを制御要求条件とすることが考えられる。

また、電動モータ２２には、上限回転速度があり、エンジン２の回転速度の状態によっては目標回転速度差を発生できない場合がある。そこで、エンジン２の回転速度が回転速度差発生制御を実施可能な状態であることを回転速度差発生制御の制御条件（実施可能条件）とする。

また、回転速度差発生制御は、潤滑油の流通を促進するものであるが、潤滑油の温度状態によっては回転速度差発生制御に適さない場合や、他の制御を優先すべき場合がある。そこで、潤滑油の温度が所定状態であることも回転速度差発生制御の制御条件（実施可能条件）とする。

本制御装置では、上記の観点から、各制御条件をそれぞれ具体的に設定して、これらの制御条件が成立したら、図３に示す回転速度差発生制御を実施するようにしている。
なお、図３に示したフローチャートによるプログラムは、エンジン２の作動中に一定の制御周期で繰り返し実行される。

本制御では、まずステップＳ０１において、電磁クラッチ１４が解放中であるか否かが判断され、クラッチが係合中であると判断された（ＮＯ）場合は、回転速度差発生制御は行わず、モータ２２の回転数制御も行わず、モータ２２は無負荷状態にする。

ステップＳ０１でクラッチが解放中であると判断された（ＹＥＳ）場合は、ステップＳ０２において、電磁クラッチ１４の入出力要素１６，１８間（クラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆ間）に回転速度差発生制御を実施する条件が成立しているか否かを判断する。

回転速度差発生制御を実施する条件（制御条件）は、以下の（１）〜（４）の条件が全てＹＥＳ（ＡＮＤ条件）である場合に「成立（ＹＥＳ）」と判断する。
（１）エンジン回転速度が所定値以下である（実施可能条件）。この所定値は、段落００２２で示した電磁クラッチ１４を解放してオイルポンプ２０をエンジン駆動から電動モータ駆動へ切り替える回転速度よりも高い値であり、例えば３０００ｒｐｍに設定する。これは、目標とする回転速度差を設定するときに電動モータ２２の回転速度がその限界速度を超えないための閾値である。
（２）入出力要素１６，１８間、即ちクラッチフェーシング間の回転速度差が所定値（例えば、１５００ｒｐｍ）以下である（制御要求条件）。これは、前記所定値以上の回転速度差が存在すれば、本制御を実行する必要がないからである。
（３）潤滑油温が所定範囲である（実施可能条件）。この範囲は、例えば、外気常温程度の温度を下限温度に、各装置の耐熱限界温度を上限温度に設定する。これは、潤滑油にある程度の粘度（コンタミを運搬できる程度の粘度）と流動性とが両立可能な範囲として設定される。なお、油温が外気常温程度の温度よりも低いと油温を上昇させ流動性を確保する制御が必要であり、油温が耐熱限界温度よりも高いと油温上昇を抑えて各装置を保護する制御が必要となる。
（４）以下の３つの条件の何れか１つが成立（ＯＲ条件）している（制御要求条件）。この条件は、本制御を適正な間隔で実行するためである。換言すれば、本制御が頻繁に実行されることを防止するためである。
（ａ）エンジン２の始動後初回の差回転を生じさせる作動制御である。
（ｂ）前回の回転速度差発生制御実行後のクラッチ解放時間の積算値が所定時間以上である。本制御は電磁クラッチ１４の解放状態であるときに実施する制御であり、電磁クラッチ１４の解放時間の積算値がある程度長くなるとクラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆ間にコンタミが侵入している可能性が高まったと考えられる。そこで、この条件を設定している。
（ｃ）回転速度差発生制御と同等の回転速度差が生じた作動状態後のクラッチ解放時間の積算値が所定時間以上である。
条件（ｃ）を設定する理由は、段落００２２で説明した通り、通常制御においてはエンジン２の高回転領域で電磁クラッチ１４を解放してオイルポンプ２０を電動モータ２２で駆動するため、オイルポンプ２０がほぼ一定の回転速度で駆動されるのに対し、エンジン２は車両の走行に応じて回転速度が変化して、クラッチフェーシング間に回転速度差発生制御のときと同等またはそれ以上の回転速度差が生じる場合があり、この回転速度差が生じれば本制御を実行したと略同様の効果が得られるためである。

ステップＳ０２で制御条件が成立していない（ＮＯ）と判断された場合は、ステップＳ０７に進んで、オイルポンプ２０の回転速度が自動変速機６で必要とされるライン圧を発生するための回転速度となるように、電動モータ２２を制御するようモータ制御装置へ指令する。
ステップＳ０２で制御条件が成立している（ＹＥＳ）と判断された場合は、ステップＳ０３で、そのときの潤滑油温に応じて目標とする目標回転速度差を設定すると共にこの目標回転速度差を達成するための電動モータ２２の回転速度を算出する。図４に示すグラフに基づく油温−回転速度差のマップがコントローラ２４の記憶部に記憶されており、目標回転速度差はこのマップに基づいて設定される。図４のグラフから解るように、目標回転速度差は、油温が低くなる程、即ち、潤滑油の粘度が高くなる程大きくなるように、上記の条件（３）の油温の所定範囲において、例えば１５００ｒｐｍ〜２５００ｒｐｍの範囲で設定されている。これは、潤滑油は粘度が高くなるとその流動性が低下するので、回転速度差を大きくして流動性を確保するためである。

次に、ステップＳ０４において、そのときの潤滑油温に応じて回転速度差発生制御を保持する時間を設定する。図５に示すグラフに基づく油温−回転速度差保持時間のマップをコントローラ２４に記憶させており、保持時間はこのマップに基づいて設定される。図５のグラフから解るように、保持時間は、油温が低くなる程、即ち、潤滑油の粘度が高くなる程長くなるように、図４と同様に上記の条件（３）の油温の所定範囲で設定されている。これは、上記と同様、潤滑油は粘度が高くなるとその流動性が低下するので、保持時間を長くして制御期間における流動量をより大きくするためである。電磁クラッチ１４からの潤滑油の排出量が増加すれば、それに伴ってコンタミの排出も促進される。

次に、ステップＳ０５において、上記設定に基づき目標とする回転速度差を設定された保持時間だけ回転速度差発生制御を持続する制御を実行する。
そして、ステップＳ０６において、ステップＳ０５の回転速度差発生制御が終了したか否かを判断し、ステップＳ０５の制御が終了していなければこの制御周期の処理を終了し、ステップＳ０５の制御が終了していたら、ステップＳ０７で、オイルポンプ２０の回転速度が自動変速機６で必要とされるライン圧を発生するための回転速度となるように、電動モータ２２を制御するようモータ制御装置へ指令してこの制御周期の処理を終了する。

前記プログラムを実行することにより、入出力要素１６，１８の各回転速度は、例えば図６に示すように変化する。
図中、太破線は入力要素１６、即ちエンジン２の回転速度、太実線は出力要素１８、即ち電動モータ２２の回転速度である（これは、オイルポンプ２０の回転速度でもある）。また、ΔＮ１は制御開始前における入出力要素１６，１８間の回転速度差、ΔＮ２はステップＳ０３で設定した目標回転速度差であり、絶対値で｜ΔＮ１｜＜｜ΔＮ２｜の関係である。さらに、ｔ１は制御開始時刻、ｔ２は制御終了時刻、ΔｔはステップＳ０４で設定した目標回転速度差を保持する時間である。

本制御は数秒間で終了するので、その間、エンジン２の回転速度は変化せず略一定であるので、入力要素１６の回転速度も太破線のように一定である。
それに対して、出力要素１８の回転速度は、電動モータ２２によって、入出力要素１６，１８間に所定値以上（ΔＮ２）の回転速度差を発生させるべく、太実線のように変更され、ΔＮ２の回転速度差をΔｔの間保持した後に、制御開始前の回転速度へ戻される。

本発明の一実施形態に係る電磁クラッチの制御装置は上記のように構成されており、電磁クラッチ１４の解放状態において、適当な時間間隔をもって入出力要素１６，１８間、即ちクラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆ間に所定値以上の回転速度差を発生させるので、クラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆ間における潤滑油の流動（クラッチ外への排出）が促進され、それに伴ってコンタミの排出が促進されるので、コンタミのクラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆ間への噛み込みによって生じるクラッチ性能、耐久性の低下を効率的に防止できる。

また、上記回転速度差とその持続時間が潤滑油の温度に応じて、油温が低くなる程回転速度差が大きく、時間が長くなるように設定したので、電動モータ２２の作動で消費する電力を極力低減した上で、潤滑油の流動性を適切に確保し、コンタミの排出をより効率的に行うことができる。

さらに、電磁クラッチ１４を、電磁石４２が消磁されているときに永久磁石３８の磁力によってクラッチフェーシング３４ｆ，３６ｆが接合されて電磁クラッチ１４を係合状態とする消磁作動型電磁クラッチとしたので、クラッチ作動のための電力消費が節減できる。

また、上記実施形態では、エンジン２とオイルポンプ２０との間に本発明に係る電磁クラッチ１４を介装し、さらに電動モータ２２でオイルポンプ２０を駆動できるよう構成したので、フリクションロスの大きい運転領域で電動モータ２２によってオイルポンプ２０を駆動することで、エンジン燃費の低減が図れる。

さらにまた、電磁クラッチ１４を潤滑油中に浸漬するように配設したので、電磁クラッチ１４への潤滑油供給装置が不要となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態を本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して適用することが可能である。特に、上記説明で示した回転速度や回転速度差の数値は単なる一例であり、エンジン、電磁クラッチ及び電動モータの規格や性能に応じて適宜設定されることは言うまでもない。

また、上記実施態様では、本発明を消磁作動型電磁クラッチに適用した例を示したが、本発明は、電磁石が励磁されるとクラッチが係合状態となる励磁作動型電磁クラッチに適用することも可能である。

さらに、上記実施態様では、本発明をオイルポンプの駆動機構に適用した例を開示したが、本発明は、エンジンと電動モータを駆動源とするハイブリッド車両においてこれらのエンジンと電動モータとの連結を断続する電磁クラッチに適用することも可能である。

２ エンジン
６ 自動変速機
１４ 電磁クラッチ
１６，１８ 電磁クラッチ１４の回転要素
２０ オイルポンプ
２２ 電動モータ
２６ 制御手段
３４ｆ，３６ｆ クラッチフェーシング

Claims (8)

1. ２つの回転要素の一方が車両を駆動する駆動源に連結され、他方が電動モータに連結されると共に、少なくともクラッチフェーシング間に潤滑油が流通するように構成された電磁クラッチにおいて、
   前記電磁クラッチが解放され且つ前記駆動源の回転速度が所定回転速度以下の状態で、前記２つの回転要素間の回転速度差が所定値以下の運転状態の場合、前記電動モータを作動させて前記回転速度差を前記所定値以上とする制御手段を備えた
   ことを特徴とする電磁クラッチの制御装置。
2. 前記所定値は、前記潤滑油の粘度に関するパラメータに基づき、同粘度が高くなる程大きくなるように設定されている
   ことを特徴とする請求項１記載の電磁クラッチの制御装置。
3. 前記パラメータは前記潤滑油の温度であり、前記所定値は前記温度が低くなる程大きくなるように設定されている
   ことを特徴とする請求項２記載の電磁クラッチの制御装置。
4. 前記所定値以上の回転速度差を保持する時間は、前記潤滑油の粘度に関するパラメータに基づき同粘度が高くなる程長くなるように設定されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電磁クラッチの制御装置。
5. 前記パラメータは前記潤滑油の温度であり、前記保持時間は前記温度が低くなる程長くなるように設定されている
   ことを特徴とする請求項４記載の電磁クラッチの制御装置。
6. 前記電磁クラッチは、電磁石と永久磁石とを備え、前記電磁石が消磁されているときに前記永久磁石の磁力によって前記クラッチフェーシングが接合されて係合状態となる消磁作動型電磁クラッチである
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電磁クラッチの制御装置。
7. 前記電磁クラッチと前記電動モータとの間に、前記電動モータと常時連結されるオイルポンプが配設されている
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の電磁クラッチの制御装置。
8. 前記電磁クラッチは、前記駆動源に連結された車両用変速機のオイルパンに貯留された潤滑油中に配設されている
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の電磁クラッチの制御装置。

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