JP2005214311A - 無段変速機付内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】無段変速機を備えた車両において、加速の際に、燃費が悪化する燃料増量域を不必要に使用しないようにしつつ、加速応答性を高める。
【解決手段】アクセルペダル開度APOが所定値APOaよりも大きく、かつその変化速度VAPOが所定値VAPOaよりも大きいときに、急加速要求と判定する(S1,2)。このとき、燃料増量域までの余裕トルクが大きければ、無段変速機の変速動作を遅延させる(S3,S5)。無段変速機の変速動作によるトルクの損失が相対的に小さくなり、加速応答性が向上する。これに対し、余裕トルクが小さいときは、変速動作を遅延するとエンジントルクのみが上昇し、燃料増量域が使用されてしまうので、遅延させずに変速動作を開始する(S4)。従って、燃料増量域の多用による燃費悪化が抑制される。
【選択図】図6
【解決手段】アクセルペダル開度APOが所定値APOaよりも大きく、かつその変化速度VAPOが所定値VAPOaよりも大きいときに、急加速要求と判定する(S1,2)。このとき、燃料増量域までの余裕トルクが大きければ、無段変速機の変速動作を遅延させる(S3,S5)。無段変速機の変速動作によるトルクの損失が相対的に小さくなり、加速応答性が向上する。これに対し、余裕トルクが小さいときは、変速動作を遅延するとエンジントルクのみが上昇し、燃料増量域が使用されてしまうので、遅延させずに変速動作を開始する(S4)。従って、燃料増量域の多用による燃費悪化が抑制される。
【選択図】図6
Description
この発明は、無段変速機を介して車両を駆動する無段変速機付内燃機関の制御装置に関する。
特許文献1には、ベルト式無段変速機をロックアップ機構付トルクコンバータと組み合わせて用いた構成において、ロックアップ領域での加速時に、ロックアップを解除するとともに無段変速機の変速動作を遅延させることで、加速応答性を向上させようとした技術が開示されている。
特開平3−172666号公報
しかしながら、加速時に、無段変速機の変速動作を遅延させると、その間、変速比が固定されたまま内燃機関の負荷が大きく上昇することになるので、特に、比較的高負荷域からの加速の際には、燃費向上の観点から好ましくない。すなわち、変速比が変化しないと、運転者が要求する車両駆動力を得るためには、変速動作を伴う場合よりも内燃機関の負荷がより大きく上昇し、内燃機関の運転条件が、燃費が極端に悪化する高負荷側の燃費悪化領域に入ってしまい、燃費の悪化を来たす。
この発明は、車両の運転状態に応じて変速比が連続的に可変制御される無段変速機が内燃機関に接続され、かつこの無段変速機に制御油圧を供給する油圧ポンプが内燃機関の出力によって機械的に駆動される無段変速機付内燃機関の制御装置において、運転者の加速要求を検出する手段と、この加速要求が検出されたときの内燃機関の運転条件から高負荷側の所定の燃費悪化領域までの余裕の大小を判別する手段と、を備え、この余裕が大きい場合には上記無段変速機の変速動作を遅延させ、余裕が小さい場合には遅延させることなく変速動作を開始することを特徴としている。
すなわち、運転者による加速要求があったときに、内燃機関の運転条件が比較的低負荷側にあって燃費悪化領域までの余裕が大きい場合には、無段変速機の変速開始に適宜なディレー時間が与えられ、変速動作が遅延して行われる。無段変速機においては、ベルトやプーリ等の動力伝達部材間の滑りを防止するために、一般に、変速動作中には定常時よりも高い制御油圧が必要であり、油圧ポンプの駆動に使用されるエンジントルクが増大する。本発明では、加速要求に対し、変速動作を遅延させることで、油圧ポンプにより消費されるエンジントルクの増加が一時的に抑制され、加速初期において車両の加速のために利用できるエンジントルクの割合が相対的に増えるので、加速応答性が高くなる。
一方、燃費悪化領域までの余裕が小さい運転条件において加速要求に対し変速動作を遅延させると、内燃機関の回転速度が殆ど変化せずに内燃機関の負荷が大きく上昇し、一時的に燃費悪化領域内で運転されるため、燃費悪化を来す。本発明では、このように燃費悪化領域までの余裕が小さい運転条件の場合には、加速要求に対し変速動作が直ちに開始される。そのため、燃費悪化領域での運転が抑制される。
上記燃費悪化領域は、燃費が大きく悪化する高負荷側の領域を意味し、必要に応じて適宜に設定することができるが、例えば、低中負荷域では内燃機関の目標空燃比を理論空燃比とし、高負荷域では目標空燃比を理論空燃比以下のリッチな空燃比とする空燃比制御の下では、一般に、目標空燃比が理論空燃比以下となる運転領域つまり燃料増量域において燃料消費率が急激に増大するので、この燃料増量域を上記の燃費悪化領域とみなすことができる。なお、燃料消費率はさらに点火時期等によっても左右されるので、これらの要因を考慮した実際の燃料消費率の特性に基づいて、燃費悪化領域を定めるようにしてもよい。
上記の余裕の大小は、例えば、加速要求が検出されたときの内燃機関のトルクもしくはトルクの代替となるパラメータ、例えば、吸入空気量、燃料噴射量、スロットル開度、吸気コレクタ内の吸気圧、等に基づいて判別することができる。
また上記のように変速動作を遅延させるディレー時間は、上記の余裕の大きさ、あるいは加速要求時の要求トルクの大きさ、に応じて可変的に設定することが望ましい。ディレー時間を適切に設定することで、燃費悪化領域での運転を回避しつつ加速初期の加速応答性向上を図ることが可能である。
この発明によれば、加速要求時に燃費悪化領域までの余裕が大きい場合には、無段変速機の変速動作を遅延させることで加速初期の加速応答性を向上させることができる。また、燃費悪化領域までの余裕が小さい条件からの加速時には変速動作の遅延が行われず、内燃機関の負荷が大きく上昇することが回避されるので、燃費悪化領域の多用による燃費悪化を防止することができる。
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、内燃機関1の駆動力をベルト式無段変速機(CVT)21を介して駆動輪22へ伝達するようにした車両駆動機構の構成を模式的に示している。
上記無段変速機21は、駆動側となるプライマリプーリ23と従動側となるセカンダリプーリ24と両者間に巻き掛けられた金属製ベルト25とを備えるものであって、上記プライマリプーリ23のプーリ幅が油圧室26内の油圧により調整可能となっており、かつこれに応じてセカンダリプーリ24のプーリ幅が変化し、無段階に変速がなされるものである。上記プライマリプーリ23の回転軸となる変速機入力軸は、遊星歯車機構を用いた前後進切換機構27とトルクコンバータ28とを介して、内燃機関1のクランクシャフトに接続されている。また、上記セカンダリプーリ24の回転軸となる変速機出力軸は、ファイナルギア29およびディファレンシャルギア30を介してアクスルシャフト31に接続され、駆動輪22へ動力を伝達している。
また、上記無段変速機21の制御油圧を生成するために、上記前後進切換機構27の出力側に、歯車ポンプからなる機械駆動式の油圧ポンプ32が配置されている。この油圧ポンプ32から供給された油圧は、調圧弁や油圧制御弁を含んで構成される変速制御部33によって所定の制御油圧に制御され、車両運転状態に応じた変速比を得るように、上記油圧室26に供給される。なお、変速比は基本的にプライマリプーリ23側の油圧室26の油圧によって制御されるが、上記セカンダリプーリ24側にも図示せぬ油圧室が設けられており、適切なベルト張力が発生するように適宜な油圧が導入されている。ここで、油圧ポンプ32によって生成される制御油圧は、プーリ幅が過渡的に変化する変速動作中は、ベルト25の滑りを防止するために、定常時に比較して相対的に高い圧力が要求される。そのため、油圧ポンプ32の駆動トルクが増加するとともに各部のフリクションも増大し、エンジントルクの中で損失となるトルクが増大する。
次に、図2は、上記内燃機関1のシステム構成を示す構成説明図であって、火花点火式ガソリン機関である内燃機関1は、燃焼室中心に点火プラグ2を備えるとともに、吸気弁3および排気弁4を備えており、かつ、クランクシャフトの回転を検出するクランク角センサ5が設けられている。
排気通路6は、触媒コンバータ7ならびに消音器8を備えており、上記触媒コンバータ7の上流位置に、排気空燃比を検出する空燃比センサ9が設けられている。そして、排気還流装置10として、上記排気通路6から吸気通路11に至る排気還流通路12が設けられているとともに、排気還流量を可変制御する例えばステップモータ型の排気還流制御弁13が該排気還流通路12に介装されている。
上記吸気通路11の下流側部分となる各気筒の吸気ポート入口部には、各吸気ポートに向けて燃料を噴射する燃料噴射弁15がそれぞれ配置されている。そして、各気筒の吸気通路11は、吸気コレクタ16に集合しており、この吸気コレクタ16の入口側の吸気通路11に、電子制御型のスロットル弁17が設けられている。この電子制御型スロットル弁17は、電気モータからなるアクチュエータを備え、エンジンコントロールユニット19から与えられる制御信号によって、その開度が制御される。なお、スロットル弁17の実際の開度を検出する図示せぬセンサを一体に備えており、その検出信号に基づいて、スロットル弁開度が目標開度にクローズドループ制御される。また上記スロットル弁17の上流側に、空気流量を検出するエアフロメータ18が設けられている。
さらに、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量(アクセルペダル開度APO)を検出するアクセル開度センサ20を備えており、その検出信号は、上記のクランク角センサ5や空燃比センサ9、エアフロメータ18等の検出信号とともに、エンジンコントロールユニット19に入力されている。エンジンコントロールユニット19は、これらの検出信号に基づいて、燃料噴射弁15の噴射量や噴射時期、点火プラグ2による点火時期、スロットル弁17の開度、などを制御する。
なお、上記無段変速機21の変速比は、図示せぬCVTコントロールユニットによって、車両の運転状態、主にアクセルペダル開度APOおよび車速に基づいて、連続的に制御されるが、このCVTコントロールユニットと上記エンジンコントロールユニット19は、互いに通信可能なようにネットワーク化されており、種々の信号をやり取りしている。エンジンコントロールユニット19とCVTコントロールユニットとを単一のコントロールユニットとして一体化することも勿論可能である。
次に、上記実施例の構成における加速時の制御について説明する。
初めに、基本的な空燃比制御および燃費の特性について説明する。図3は、エンジントルクとエンジン回転数(機関回転速度)とをパラメータとして内燃機関1の運転条件を示した特性図であって、よく知られているように、「WOT」として示す最上部の線が、スロットル弁17を全開としたときの全開特性である。ここで、上記内燃機関1の空燃比制御としては、高負荷側の領域、具体的には、「理論空燃比限界」として示す線よりも高負荷側の領域(燃料増量域)では、理論空燃比よりもリッチな空燃比でもって運転され、「理論空燃比限界」の線よりも下側の低中負荷領域(理論空燃比領域)では、理論空燃比を目標空燃比として運転が行われる。つまり、上記の低中負荷領域では、燃料噴射弁15の燃料噴射量が、空燃比センサ9によるフィードバック制御によって補正され、理論空燃比に精度よく維持される。これに対し、高負荷側の燃料増量域では、燃料噴射量のフィードバック制御が停止され、理論空燃比よりもリッチ側の所定の目標空燃比が得られるように、燃料噴射量が増量される。
図3には、等燃費曲線を等高線状に記入してあり、等高線状の中心部が最も燃費が良好な運転条件となる。つまり、中速中負荷の点で最も良好な燃費が得られ、この点から、高負荷側もしくは低負荷側へ向かうと徐々に燃費は悪化し、同様に、低速側もしくは高速側へ向かうと徐々に燃費は悪化する。特に、上述した高負荷側の燃料増量域では、空燃比がリッチとなることから、燃費が大幅に悪化する。従って、この実施例では、上記の燃料増量域を燃費悪化領域と定義する。なお、燃費は、点火時期等によっても左右されるので、等燃費曲線と「理論空燃比限界」の線とは、僅かに異なった特性となっている。
次に、図4に基づいて、無段変速機21の変速比との関係を説明する。図4の特性図には、図3と同様の等燃費曲線を示してあるが、これと併せて、平坦路走行時の走行抵抗に対するエンジントルクとエンジン回転数の特性つまりロード・ロード(R/L)曲線を図示してある。この図に明らかなように、本実施例では、燃費向上を図るために、R/L曲線が等高線状の等燃費曲線の燃費最良点を通るように、無段変速機21の変速比が制御される。従来一般の変速比制御では、R/L曲線が、図に「従来」として示すように、燃費最良点よりも低負荷側となる。また、有段の自動変速機では、図に「ATのR/L線」として示すように、さらに低負荷側にR/L曲線が位置する。従って、本実施例では、燃費向上のために、比較的高い負荷でもって内燃機関1が運転されることになる。そのため、例えば平坦路走行中に加速した場合に、燃料増量域までの余裕トルクが比較的小さく、燃費の悪い燃料増量域での運転の頻度が高くなり易い。実際の燃費向上のためには、不必要な燃料増量域での運転を回避することが重要である。
そこで、本実施例では、アクセルペダルが踏み込まれて車両の加速を行う際に、燃料増量域までの余裕トルクの大きさに基づいて、変速動作の遅延を行うか否かを決定する。これを図5を用いて説明する。
例えば、e点で内燃機関1が運転されている状態で、運転者がアクセルペダルを踏み込んで急加速しようとしたとすると、無段変速機21の変速動作が同時に行われる場合には、変速比変化に伴って機関回転速度が上昇するので、内燃機関1の運転条件は、図の矢印Aで示すように変化する。しかしながら、このように変速動作が加速初期に行われると、変速動作に伴う制御油圧の上昇に起因してエンジントルクの一部が消費されることから、車両の加速に使用されるエンジントルクが減少し、加速応答性が悪化してしまう。そこで、本実施例では、e点のように燃料増量域までの余裕トルクが十分に大きい領域からの加速の際には、無段変速機21の変速動作を、所定のディレー時間だけ遅延させる。つまり、加速初期には、変速比を変えずに内燃機関1のエンジントルク上昇によって車両の加速が行われる。このように変速動作を遅延させることで、無段変速機21での制御油圧の上昇に起因するエンジントルクの消費が抑制され、車両の加速応答性が向上する。このとき、内燃機関1の運転条件は、矢印Bに示すように変化し、機関回転速度が殆ど変化せずにエンジントルクのみが大きく上昇する形となる。
これに対し、図のf点のように燃料増量域までの余裕トルクが小さい運転条件の下で急加速要求があったときに、無段変速機21の変速動作を遅延させると、内燃機関1の運転条件が矢印Cで示すように変化し、つまり機関回転速度が殆ど変化せずにエンジントルクのみが大きく上昇するので、燃費が極端に悪化する燃料増量域が使用されてしまうことになる。そこで、本実施例では、このように燃料増量域までの余裕トルクが小さい運転条件で加速要求があった場合には、変速動作の遅延を行わず、直ちに変速動作を開始する。これにより、内燃機関1の運転条件は、回転速度の上昇を伴って矢印Dに示すように変化する。従って、燃料増量域での運転が回避される。
なお、本実施例では、加速であっても緩加速の場合には、変速動作の遅延は行わず、変速比は通常通りに制御される。
図6は、上記実施例における変速動作の遅延制御の要部を示すフローチャートであって、ステップ1およびステップ2によって、所定の急加速の要求があったか判定する。具体的には、ステップ1で、アクセルペダル開度APOの変化速度VAPOが所定値VAPOaよりも大きいか否か判定する。ステップ2では、アクセルペダル開度APOの値そのものが所定値APOaよりも大きいか否か判定する。つまり、アクセルペダルを、急激に、かつ大きく踏み込んだときに、急加速要求と判定する。ステップ1もしくはステップ2でNOであれば、ステップ4へ進み、通常の変速比制御を行う。つまり、車両の運転状態に応じた変速比に、特に遅延させることなく制御する。
急加速要求と判定した場合には、ステップ3で、そのときの機関運転条件に基づき、燃料増量域までの余裕トルクの大小を判定する。この判定の具体的な方法については後述する。ここで、余裕トルクが小であると判定した場合には、上述のステップ4へ進み、通常の変速比制御を行う。つまり、主に車速とアクセルペダル開度APOとから定まる変速比に直ちに変速する。これに対し、余裕トルクが大であると判定した場合には、ステップ5へ進み、所定のディレー時間の間、変速比をそのままの値に固定する。つまり、変速動作を遅延させる。
図7は、上記実施例の急加速時(特に燃料増量域までの余裕トルクが大きい運転条件からの加速)における作用を示すタイムチャートであって、上段から順に、アクセルペダル開度APO、アクセルペダル開度変化速度VAPO、要求駆動力P、スロットル弁開度TVO、吸気コレクタ16における吸気負圧boost、CVT変速比、エンジントルクTe、実際に発生した駆動力(車両駆動力)、をそれぞれ示している。この例では、図示するように、アクセルペダル開度APOが所定値APOaを越え、かつアクセルペダル開度変化速度VAPOが所定値APOaよりも大きいことで、急加速要求と判定される。要求駆動力Pは、運転者の加速要求に対し必要な駆動力(トルクと回転速度との積となる)であって、ここでは、アクセルペダル開度APOの変化と基本的に等しいものとみなしている。そして、この要求駆動力Pに従ってスロットル弁開度TVOが制御される。吸気負圧boostは、このスロットル弁開度TVOの変化に伴って変化する。
ここで、図中の破線は、急加速時に直ちに変速動作を開始した場合の特性を示しており、この場合、スロットル弁開度TVOが変速比の変化(破線で示す変化)を前提として制御されるので、エンジントルクTeの上昇は緩やかなものとなる。そして、最終的に得られる実際の駆動力は、前述した無段変速機21の変速動作によるトルクの損失の増加によって、破線で示すように要求駆動力よりも立ち上がりが遅れてしまう。
これに対し、本実施例では、CVT変速比は、加速要求時点から所定のディレー時間ΔTの間、直前の変速比がそのまま維持され、ディレー時間ΔTの経過後、変速動作が開始される。そのため、無段変速機21の変速動作によるトルクの損失の増加が回避される。なお、スロットル弁開度TVOは、このように変速比を変化させずに要求駆動力Pを発生させるために、実線で示すように、相対的に大きな開度に制御されることになり、エンジントルクTeは速やかに上昇する。
次に、上述したステップ3の余裕トルクの大小の判定の具体的な方法について説明する。
図8は、その第1の実施例を示したもので、各々のエンジン回転数について、理論空燃比限界のトルク値を100%としたときに、ある一定の割合(図のA%)だけ低いトルク値を大小判定の閾値Taとし、急加速要求があったときのトルクが閾値Taよりも低負荷側の領域にあれば余裕トルクが大と判定し、閾値Taよりも高負荷側の領域にあれば余裕トルクが小であると判定する。
図9は、第2の実施例を示したもので、各々のエンジン回転数について、理論空燃比限界のトルク値から、ある一定のトルク(図のB[Nm])だけ低いトルク値を大小判定の閾値Tbとし、急加速要求があったときのトルクが閾値Tbよりも低負荷側の領域にあれば余裕トルクが大と判定し、閾値Tbよりも高負荷側の領域にあれば余裕トルクが小であると判定する。
図10は、第3の実施例を示したもので、エンジン回転数に拘わらずに、ある一定のトルク値(図のC[Nm])を大小判定の閾値Tcとし、急加速要求があったときのトルクが閾値Tcよりも低負荷側の領域にあれば余裕トルクが大と判定し、閾値Tcよりも高負荷側の領域にあれば余裕トルクが小であると判定する。特に、上記閾値Tcとなるトルク値Cの値は、エンジン回転数によって異なる理論空燃比限界の最小のトルク値に一致している。
なお、燃費悪化領域となる理論空燃比限界までの余裕の大小の判定に際し、エンジントルクの代替として、内燃機関1の吸入空気量、燃料噴射パルス幅、スロットル弁開度TVO、吸気負圧boost、等のトルクに相当する他のパラメータを用いることもできる。
また、上記のディレー時間ΔTは、常に一定時間であってもよいが、条件によって異なる値を与えるようにしてもよい。図11は、その一例を示すもので、余裕トルクが大と判定される領域(例えば図8の閾値Taもしくは図9の閾値Tbよりも低負荷側の領域)を、さらに余裕トルクの大きさによって2つの領域、つまり第1の領域Dと第2の領域Eとに区分し、加速要求時に余裕トルクが相対的に大きな第1の領域Dにあれば第1のディレー時間ΔTDとし、余裕トルクが相対的に小さな第2の領域Eにあれば第2のディレー時間ΔTEとする。ここで、「ΔTD>ΔTE」であり、余裕トルクが小さいほど短いディレー時間ΔTとなる。従って、比較的早期に変速動作が開始されることになり、エンジントルクの大幅な上昇による燃料増量域への到達をより確実に抑制できる。
また、図12は、運転者が要求する要求トルクの大きさに応じてディレー時間ΔTを設定するようにした実施例を示すもので、具体的には、要求トルクの大小に相関するアクセルペダル開度APOの大きさに応じてディレー時間ΔTを設定する。すなわち、この実施例では、所定値APOaよりも大きなアクセルペダル開度APOの領域を、アクセルペダル開度APOの大きさによって2つの領域、つまり第1の領域Fと第2の領域Gとに区分し、加速要求時のアクセルペダル開度APOが相対的に小さな第1の領域Fにあれば第1のディレー時間ΔTFとし、アクセルペダル開度APOが相対的に大きな第2の領域Gにあれば第2のディレー時間ΔTGとする。ここで、「ΔTF<ΔTG」であり、要求トルクが大きな急加速ほど長いディレー時間ΔTとなる。従って、急加速が要求されている場合に、加速応答性をより向上させることができる。
1…内燃機関
10…排気還流装置
19…エンジンコントロールユニット
20…アクセル開度センサ
21…無段変速機
32…油圧ポンプ
33…変速制御部
10…排気還流装置
19…エンジンコントロールユニット
20…アクセル開度センサ
21…無段変速機
32…油圧ポンプ
33…変速制御部
Claims (9)
- 車両の運転状態に応じて変速比が連続的に可変制御される無段変速機が内燃機関に接続され、かつこの無段変速機に制御油圧を供給する油圧ポンプが内燃機関の出力によって機械的に駆動される無段変速機付内燃機関の制御装置において、運転者の加速要求を検出する手段と、この加速要求が検出されたときの内燃機関の運転条件から高負荷側の所定の燃費悪化領域までの余裕の大小を判別する手段と、を備え、この余裕が大きい場合には上記無段変速機の変速動作を遅延させ、余裕が小さい場合には遅延させることなく変速動作を開始することを特徴とする無段変速機付内燃機関の制御装置。
- 上記無段変速機としてベルト式無段変速機を備え、そのプーリ幅が変化する変速時に、ベルト滑りを防止するように上記制御油圧が高く制御されることを特徴とする請求項1に記載の無段変速機付内燃機関の制御装置。
- 上記燃費悪化領域は、内燃機関の目標空燃比が理論空燃比以下となる燃料増量域であることを特徴とする請求項1または2に記載の無段変速機付内燃機関の制御装置。
- 加速要求が検出されたときの内燃機関のトルクもしくはトルクの代替となるパラメータに基づいて上記の余裕の大小を判別することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の無段変速機付内燃機関の制御装置。
- 加速要求が検出されたときの内燃機関のトルクと同一回転速度での上記燃費悪化領域の境界におけるトルクとの差が所定値より小さいときに、上記の余裕が小であると判定することを特徴とする請求項4に記載の無段変速機付内燃機関の制御装置。
- 加速要求が検出されたときの内燃機関のトルクが、同一回転速度での上記燃費悪化領域の境界におけるトルクに占める割合が、所定値以上のときに、上記の余裕が小であると判定することを特徴とする請求項4に記載の無段変速機付内燃機関の制御装置。
- 加速要求が検出されたときの内燃機関のトルクが、上記燃費悪化領域の境界におけるトルクの最小値よりも大きいときに、上記の余裕が小であると判定することを特徴とする請求項4に記載の無段変速機付内燃機関の制御装置。
- 変速動作を遅延させるディレー時間が、上記の余裕の大きさに応じて設定されることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の無段変速機付内燃機関の制御装置。
- 変速動作を遅延させるディレー時間が、加速要求時の要求トルクの大きさに応じて設定されることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の無段変速機付内燃機関の制御装置。
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