JPH02211334A - ガスタービン機関の制御装置 - Google Patents

ガスタービン機関の制御装置

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JPH02211334A
JPH02211334A JP2985089A JP2985089A JPH02211334A JP H02211334 A JPH02211334 A JP H02211334A JP 2985089 A JP2985089 A JP 2985089A JP 2985089 A JP2985089 A JP 2985089A JP H02211334 A JPH02211334 A JP H02211334A
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Atsushi Watanabe
厚 渡辺
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスタービン機関の制御装置に関し、特に、二
軸式ガスタービン機関と自動変速機とを備えた車両の、
変速時におけるガスタービン機関の制御装置に関する。
〔従来の技術〕
二軸式ガスタービン機関は、(1)回転運動だけなので
、低振動で連続した高回転が行える、(2)連続燃焼機
関なので、ガソリン、軽油はもとより、灯油やメタノー
ルなど多種類の燃料が使用できる、(3)低速トルクが
大きいという自動車に適したトルク特性を持っている等
の特徴を備えているので、近年、自動車用機関としての
実用化が検討されている。
第8図は自動変速機付の車両に搭載される従来の二軸式
ガスタービン機関の一般的な構成の一例を示すものであ
る。
図において、Cはコンプレッサ、HEは熱交換器、CC
は燃焼器、CTはコンプレッサクービンであり、コンプ
レッサCとコンプレッサタービンCTとは回転軸にて直
結され、燃焼器CCにはアクチュエータA1を介して燃
料が供給されている。吸入空気(以下吸気という)はコ
ンプレッサCにて圧縮され、熱交換器H8にて加熱され
、燃焼器CCにて燃料と混合されて燃焼し、その燃焼ガ
スがコンプレッサタービンCTを回転させる。このコン
プレッサタービンCTとコンプレッサCとは総称してガ
スジェネレータGGと呼ばれることがあり、このコンプ
レッサタービンCTの回転数がコンプレッサCの圧縮度
を左右する。コンプレッサタービンCTを駆動した燃焼
ガスは、アクチュエータA2に調整される可変ノズルV
Nを経てパワタービン(出力タービン)PTを駆動した
後、熱交換器HBを経て排気ガスとなって大気に排出さ
れる。
以上が二軸式ガスタービンGTの構成であり、パワター
ビンPTの回転は減速歯車R/Gによって減速されて自
動変速機A/Tに伝えられ、シフト状態に応じた回転数
に変換された後に差動歯車りを介して車輪Wに伝達され
る。
なお、アクチュエータA1は制御回路C0NTからの指
令によって燃料を燃焼器CCに供給し、アクチユエータ
A2は制御回路C0NTからの指令によって可変ノズル
VNの開度を調整する。この制御回路C0NTには、ア
クセルペダルの開度や図示しないセンサからの機関の運
転状態パラメータが入力されており、制御回路C0NT
は機関の運転状態に応じてアクチュエータAt、 A2
を駆動する。
また、一般に、第4図の■の位置の吸気圧をP3、■の
位置の温度をT4 というように、吸気圧Pや温度Tに
付された添え字は、○で囲まれた番号の位置の吸気圧P
や温度Tを示し、ガスジェネレータGGの回転軸の回転
数がN11減速歯車R/Gを経たパワタービンPTの出
力軸の回転数がN、で表わされる。
以上のように構成された二軸式ガスタービン機関におい
ては、自動変速機A/Tが機関回転数と負荷に応じて自
動的に変速(シフトチェンジ)を行うと、シフトチェン
ジ中に変速ショックが発生するという問題がある。そこ
で、この問題を解決するため、シフトチェンジ時にガス
ジェネレータGGへの燃料流量と、可変ノズルVNの開
度を変更することにより行う制御装置を本発明者は既に
提案したく特願昭63−98291号参照)。この制御
装置では、自動変速器A/Tのシフトチェンジを検出す
ると、シフトチェンジ中に発生するトルク変化を逆に増
減するようにガスジェネレータGGに供給する燃料流1
16fが変化すると共に、シフトチェンジ中にガスジェ
ネレータGGのコンプレッサCの回転数が変化するのを
防止する方向に可変ノズルVNの開度が変化させられる
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、この提案の制御装置によるシフトチェンジ時
の燃料流IGfと可変ノズルVNの開度だけの制御では
、シフトアップ時の機関のトルク減少量およびシフトダ
ウン時の機関のトルク増大量が不足する場合があり、変
速ショックが十分になくならないという問題点があるこ
とが分かった。
本発明はこのような自動変速器A/Tに接続されたガス
タービン機関の、シフトチェンジ時の変速ショックを無
くし、シフトチェンジ後の加減速性能の向上を図ること
ができるガスタービン機関の制御装置を提供することを
目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成する本発明のガスタービン機関の制御装
置の構成が第1図に示される。本発明の制御装置は第1
図に示すように、ガスジェネレータGGからの燃焼ガス
を可変ノズルVNで調節して出力タービンPTを駆動す
るガスタービン機関の出力を自動変速機A/Tで変速し
て走行する車両における、変速時のガスタービン機関の
制御装置であって、自動変速機A/Tのシフトチェンジ
を検出するシフトチェンジ検出手段1と、このシフトチ
ェンジ検出手段1により検出されたシフトチェンジパタ
ーンに応じて出力タービンFTに流入する空気流量を増
減する空気流量増減手段2とを備えている。
〔作 用〕
本発明のガスタービン機関の制御装置によれば、自動変
速器A/Tのシフトチェンジが検出されると、例えば、
シフトアップの場合は出力タービンPTへの空気流量が
減量され、最終的に出力タービンPTの出力が低下する
。逆に、シフトダウンの場合は、出力タービンPTへの
空気流量が増量され、従って出力タービンPTの出力が
増加する。
〔実施例〕
以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する
第2図は自動変速機付き車両に搭載された本発明のガス
タービン機関の制御装置の一実施例の構成を示すもので
あり、第8図に示した二軸式ガスタービン機関と同じ構
成部品については同じ符号(記号)を付しである。
図においてGTはガスタービンであり、このガスタービ
ンGTには燃料ポンプ、オイルポンプ、スタークモータ
等が接続するフロントギヤF/G 、コンプレッサCS
熱交換器HB、燃焼器CC、コンプレッサCに回転軸で
直結されたコンプレッサタービンCT、可変ノズルシN
1パワタービン(出力タービン)PT及び減速歯車R/
G等がある。なお、コンプレッサCとコンプレッサター
ビンCTとはガスジェネレータGGと呼ばれる。
また、この実施例ではコンプレッサCと熱交換機HHの
間の吸気通路と出力タービンPTと熱交換器HHの間の
排気通路とを結ぶバイパス通路BP3が設けられている
。そして、バイパス通路BP3の途中には開閉弁v3が
設けられており、この開閉弁V3はアクチユエータA3
によって開閉駆動されるようになっている。なお、この
開閉弁v3には後述する常閉型の弁が一般に使用される
更に、この実施例では出力タービンPTと可変ノズルν
Nとを結ぶ通路の途中に、圧縮空気導入管CAが接続さ
れており、この圧縮空気導入管CAは常閉型の電磁開閉
弁14を介して別置きの高圧のエアタンク13に接続さ
れている。このエアタンク13内の高圧の圧縮空気はニ
アコンプレッサ12により常に一定の圧力に保持されて
いる。
以上のような構成の二軸式ガスタービン機関において、
開閉弁v3および電磁開閉弁14が共に閉弁している状
態では、吸気はコンプレッサCにて圧縮され、熱交換器
HBにて加熱され、燃焼器CCにて燃料と混合されて燃
焼し、その燃焼ガスがコンプレッサタービンCTを回転
させる。コンプレッサタービン[Tを駆動した燃焼ガス
は、可変ノズルVNを経てパワタービンPTを駆動した
後、熱交換器財を経て排気ガスとなって大気に排出され
る。A1は燃焼器CCに燃料を供給するアクチユエータ
、A2は可変ノズルVNの開度を調整するアクチュエー
タである。
ガスタービンGTの減速歯車R/Gには自動変速機A/
Tが接続されており、ガスタービンGTのパワタービン
PTの回転は減速歯車R/Gによって減速されて自動変
速機A/TのトルクコンバータT/Cを介して変速機構
Tに伝えられ、シフト状態に応じた回転数に変換されて
車軸駆動出力となる。なお、このトルクコンバータT/
CにはロックアツプクラッチL/Cが設けられている。
ガスタービンGTおよび自動変速機A/Tを制御する制
御回路10には、アナログ信号用の人力インクフェース
INa 、デジタル信号用の人力インタフェースINd
 、人力インタフェースINaからの信号をデジタル変
換するアナログ−デジタル変換器A/D、中央処理ユニ
ットCP[I 、ランダムアクセスメモリRAM 、読
み出し専用メモIJROM、および出力回路OUT等が
あり、それぞれパスライン11で接続されている。
また、二軸式ガスタービン機関には大気温度を検出する
温度センサSTo、ガスジェネレータGGの回転数N、
を検出する回転数センサSN、、コンプレッサCの出口
温度T、を検出する温度センサST3.熱交換器HBの
出口温度T3Sを検出する温度センサ5T3S。
パワタービンPTの出口温度を検出する温度センサST
、、減速歯車R/Gを経たガスタービンGTの回転数N
3を検出する回転数センサSN、、及び車軸駆動回転数
Npを検出する回転数センサSN、、排気ガス温度を検
出する温度でンサST、等が設けられている。
アナログ信号用の入力インタフェースINaには、前述
のセンサからの信号N +、 N3. Np、 P 3
. To、 T3S。
T8.T7やアクセルペダルからのアナログ信号等が人
力され、デジタル信号用の人力インタフェースINdに
はキースイッチからのオンオフ信号、シフトレバ−から
のシフト位置信号、ブレーキからのブレーキ信号等のデ
ジタル信号が人力される。
一方、出力回路OUTからは、燃焼器CCのアクチュエ
ータA1に対して燃料流量を指示する信号Gf。
アクチュエータA2に対して可変ノズルVNO開度を指
示する信号α3、アクチュエータA3に対して常閉型の
開閉弁v3を開弁させる開弁信号へux 、常閉型の電
磁開閉弁14の開弁信号EMVや、トルクコンバータT
/CのロツタアップクラッチL/Cのオンオフを指示す
る信号S3、変速機構Tの変速信号S1゜S2やスロッ
トルワイヤ信号θい等が出力される。
なお、自動変速器A/Tのシフトチェンジは、自動変速
器へ/Tのセレクトレバーく図示せず)に設けたシフト
位置検出センサ(図示せず)によって検出されるが、こ
れらのセンサを設けなくても、ガスジェネレータGGの
回転速度N1を検出するセンサSN、 、自動変速器A
/Tの人力軸の回転速度N3を検出するセンサSN3 
、および自動変速器A/Tの出力軸の回転数N、を検出
するセンサSN、の出力の変化を検出することによって
も、シフトチェンジ状態は検出することができる。
第3図は、排気ガス通路の熱交換器)IBをバイパスす
るバイパス通路BP3の、開閉弁v3が設けられている
部分を取り出して示すものである。開閉弁v3は、例え
ば回転軸21を軸として揺動するバタフライ弁22であ
り、この回転軸21のバイパス通路BP3の外部への延
長部には、自由端に長穴24が穿設されたリンク23の
他端が固着されている。そして、この長穴24にはアク
チュエータA3のロッド25の先端部に設けられた軸2
6が摺動可能に嵌め込まれている。
アクチュエータ八3のロッド25はこの実施例ではプラ
ンジャ27に突設されており、このプランジャ27はソ
レノイド28を有するアクチュエータ本体29に内装さ
れている。また、アクチュエータ本体29内にはプラン
ジャ27を付勢するためのばね30が設けられており、
ソレノイド28が通電されない状態ではプランジャ27
はこのばね30の付勢力により、ロッド25をアクチュ
エータ本体29の外に突出させている。即ち、ソレノイ
ド28に通電がない時は、プランジャ27はばね30に
付勢されて第2図に二点鎖線で示す位置にあり、このと
き、バタフライ弁22は二点鎖線で示すようにバイパス
通路BP3を閉じている。そして、ソレノイド28が通
電されると、プランジャ27はばね30の付勢力に抗し
て実線で示す位置に移動し、このとき、バタフライ弁2
2は実線で示すようにバイパス通路8P3を開く。31
はスペーサ、32はゴムブツシュである。
次に以上のように構成されたガスタービン機関の制御装
置の動作を、第4図のフローチャートを用いて説明する
第4図は第1図の制御回路の制御手順の一例を示すもの
であり、ステップ401ではまず各種センサからの機関
の運転状態パラメータが読み込まれる。続くステップ4
02では読み込んだ運転状態に基づいて燃料流量Gfと
可変ノズルVNの開度α、とが演算される。この演算は
シフトチェンジ中か否かにかかわらず行われる。そして
、ステップ403において自動変速器A/Tのシフト状
態、即ち、自動変速器へ/Tのシフトアップ中、シフト
ダウン中、或いはシフトチェンジ中でないの何れかの状
態が検出される。
まず、自動変速器A/Tがシフトアップ中の動作につい
て説明する。この時はステップ404でY8Sとなって
ステップ405に進み、ここでまずバイパス弁v3の開
弁信号AUXをハイレベル゛H”にしてバイパス弁v3
を開弁させる。この結果、コンプレッサCで圧縮された
吸気の一部はバイパス通路BP3を通って出力タービン
PTと熱交換機HEとの管の通路に排出される。続くス
テップ406ではステップ402で演算された燃焼器C
Cへの燃料流量Gf (実際にはアクチュエータA1に
対して燃料流量を指示する信号)を、シフトアップ時の
燃料流量Gfu (Gfu<Gf)に置き、換えてガス
ジェネレータGGに供給する燃料流量を減少させる。そ
して、ステップ407においては、ステップ402で演
算された可変ノズルVNO開度α、 (実際にはアクチ
ュエータA2に対して開度を指示する信号)を、シフト
アップ時の開度αSυ(開度α、Uは開度α、よりも開
き側)に置き換えて可変ノズルVNO開度を開く側に制
御してこのルーチンを終了する。このように、燃料流量
Gfを減少させた後に、可変ノズルVNの開度α。
を開き側に制御するのは、コンプレッサタービンCTの
出力が低下しないようにするためであり、ガスジェネレ
ータGGの回転数N、が変化しないようにするためであ
る。
次に、自動変速器A/Tがシフトアップ中でない時の動
作について説明する。この時はステップ404でNOと
なってステップ408に進み、ここでバイパス弁v3の
開弁信号へuxをローレベル“ビ′にしてバイパス弁v
3を閉弁させる。次いでステップ409において自動変
速器A/Tがシフトダウン中か否かを判定する。シフト
ダウン中でない時(NO)にはステップ413に進み、
電磁開閉弁14の開弁信号8MVをローレベル′′L″
にして電磁開閉弁14の閉弁状態を保持する。一方、ス
テップ409でYESとなるシフトダウン中はステップ
410に進み、ここで電磁開閉弁14の開弁信号EMV
をハイレベルIIH”にして電磁開閉弁14を開弁させ
る。この結果、エアタンク13からの高圧の圧縮空気が
圧縮空気通路CAを通って出力タービンPTの入口に導
かれる。続くステップ411ではステップ402で演算
された燃焼器CCへの燃料流量Gfを、シフトダウン時
の燃料流量Gf。
(Gfo > Gf ) に置き換えてガスジェネレー
タGGに供給する燃料流量を増大させる。そして、ステ
ップ4,2においては、ステップ402で演算された可
変ノズルVNの開度αSを、シフトアップ時の開度α3
.(開度α、。は開度α、よりも閉じ側)に置き換えて
可変ノズルVNO開度を閉じ側に制御してこのルーチン
を終了する。ここでも、燃料流量Gfを増大させた後に
、可変ノズルVNの開度α、を閉じ側に制御するのは、
コンプレッサタービンCTの出力が増大しないようにす
るためであり、ガスジェネレータGGの回転数N、が変
化しないようにするためである。
このように制i卸回路10からアクチュエータA3に対
して開弁信号Auxが出力されている間は、吸気の一部
はコンプレッサタービンCTと出力タービンPTをバイ
パスするので、コンプレッサタービンCTと出力タービ
ンPTを通るガス流量が減少し、出力タービンPTの出
力PSが減少する。これは出力タービンPTの出力PS
が次式により決まるからである。
PS= J*CP*TS本G5本ηpT*  C1](
Ps/P s) (′[”八 但し、J :熱の仕事等量、 C1:定圧比、 T5 ;出力タービン人口温度、 G、;出力タービンガス流量、 η、T:出力タービン効率、 P5 :出力タービン人口圧力、 P8 :出力タービン出口圧力、 K :比熱比。
即ち、出力タービンPTのガス流量G、が減少するので
、出力タービンPTの出力PSが減少するのである。従
って、シフトアップ中にバイパス弁v3を開くと、バイ
パス弁を閉じている場合より出力タービンPTの出力P
Sを減少することができ、変速ショックを低減すること
ができる。
この減少は逆に自動変速器A/Tがシフトダウンされて
いる時も同様であり、電磁開閉弁14が制御回路10か
らの開弁信号EMVにより開弁じている間は、エアタン
ク13内の高圧の圧縮空気が余分に出力タービンPTに
入ると共に燃料流IGfも増えるので、出力タービンP
Tを通るガス流量が増大し、出力タービンPTの出力P
Sが増大する。
第5図は自動変速器A/Tのシフトアップ時の制御回路
10の動作の一例を示す波形図である。時刻toにおい
てシフトアップが開始されると、このシフトアップ状態
が検出されてバイパス弁V3の開弁信号Auxがハイレ
ベル゛′H″になる。これと同時に燃料流量Gfがシフ
トアップ時の開度GF、に設定されると共に、可変ノズ
ルVNの開度αSがシフトアップ時の開度α、Uに設定
される。そして、時刻t。
でシフトアップが終了すると、バイパス弁v3の開弁信
号Auxがローレベル“Lllになり、同時に燃料流量
Gfおよび可変ノズルVNの開度α5がシフトアップ時
の値から演算値に切り換わる。この結果、ガスジェネレ
ータGGの回転数N1は変化せずに出力タービンPTの
出力PSのみが減少するので、変速ショックが低減され
る。
第6図は自動変速器A/Tのシフトダウン時の制御回路
10の動作の一例を示す波形図である。時刻toにおい
てシフトダウンが開始されると、このシフトダウン状態
が検出されて電磁開閉弁14の開弁信号EMVがハイレ
ベル″H′″になる。これと同時に燃料流量Gfがシフ
トダウン時の開度GFDに設定されると共に、可変ノズ
ルVNの開度αSがシフトダウン時の開度αsoに設定
される。そして、時刻t1でシフトアップが終了すると
、電磁開閉弁14の開弁信号EMVがローレベルII 
L 11になり、同時に燃料流iGfおよび可変ノズル
vNの開度α8がシフトアップ時の値から演算値に切り
換わる。この結果、ガスジェネレータGGの回転数N、
は変化せずに出力タービンPTの出力PSのみが増大す
るので、変速ショックが低減される。
なお、自動変速器へ/Tのシフトチェンジ時に、ガスジ
ェネレータGGの回転数N1を一定に制御するのでなけ
れば、第4図のフローチャートにおけるステップ407
とステップ412とを省略することも可能である。第7
図はシフトアップ時にバイパス弁v3を開弁させ、同時
に燃料流量Gfを減少させるが、可変ノズルVNの開度
αSは制御しない例を示すものである。この時は、燃料
流量Gfを減少させた後に、可変ノズルVNの開度α、
を開き側に制御しないので、コンプレッサタービンCT
の出力が低下してガスジェネレータGGの回転数Nlが
僅かに低下するが、この場合も出力タービンFTの出力
PSは低下するので、変速ショックを低減することが可
能である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明のガスタービン機関の制御
装置によれば、自動変速機のシフトチェンジパターンに
応じて出力タービンの出力を適切に増大、或いは減少さ
せることができるので、変速時の変速ショックを有効に
抑えることができ、車両の加減速性能を向上させること
ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成を示すブロック図、第2図は本発
明のガスタービン機関の制御装置の構成を示す全体概要
図、第3図は第2図のバイパス弁及びそのアクチュエー
タの構成の一例を示す断面図、第4図は第2図の制御回
路の制御手順の一例を示すフローチャート、第5図は第
4図の手順によるシフトアップ時の各信号の動作を示す
波形図、第6図は第4図の手順によるシフトダウン時の
各信号の動作を示す波形図、第7図は第2図の制御回路
の他の制御手順によるシフトアップ時の各信号の動作を
示す波形図、第8図は従来の二軸式ガスタービン機関の
一般的な構成を示す図である。 1・・・シフトチェンジ検出手段、2・・・空気流量増
減手段、10・・・制御回路、12・・・ニアコンプレ
ッサ、13・・・エアタンク、14・・・電磁開閉弁、
22・・・バタフライ弁、25・・・ロッド、27・・
・プランジャ、28・・・ソレノイド、30・・・ばね
、A1−A3・・・アクチュエータ、BF2・・・バイ
パス通路、C・・・コンプレッサ、CC・・・燃焼器、
CT・・・コンプレッサタービン、F/R・・・フロン
トギヤ、HE・・・熱交換機、PT・・・パワタービン
、sト・スタータ、v3・・・開閉弁、VN・・・可変
ノズル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ガスジェネレータ(GG)からの燃焼ガスを可変ノズル
    (VN)で調節して出力タービン(PT)を駆動するガ
    スタービン機関の出力を自動変速機(A/T)で変速し
    て走行する車両における、変速時のガスタービン機関の
    制御装置であって、 自動変速機(A/T)のシフトチェンジを検出するシフ
    トチェンジ検出手段(1)と、 このシフトチェンジ検出手段(1)により検出されたシ
    フトチェンジパターンに応じて出力タービン(PT)に
    流入する空気流量を増減する空気流量増減手段(2)と
    、 を備えることを特徴とするガスタービン機関の制御装置
JP2985089A 1989-02-10 1989-02-10 ガスタービン機関の制御装置 Pending JPH02211334A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61135831A (ja) * 1984-12-05 1986-06-23 Nissan Motor Co Ltd 自動変速機搭載車の変速シヨツク軽減装置

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