JP2007077955A - 車両用パワートレイン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 新たなセンサなどを追加することなく、電動過給機の過度の温度上昇を防止することができるようにした車両用パワートレイン制御装置を提供する。
【解決手段】 エンジン（２）の運転状態に基づき、電動過給機（１６）による過給を行う過給域と過給を行わない自然給気域とを定め、エンジン（２）の運転状態が過給域にあるときに、車両が所定の定常走行状態であると判定すると、エンジン（２）の運転状態が自然給気域に移行するまで、変速機（６）の変速比を増大させてエンジン回転数を上昇させると共に、変速比の変更前のエンジン出力を維持するように吸入空気制御手段（２４）を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動過給機を備えた車両のパワートレイン制御装置に関する。

従来より、吸気効率を高めてエンジンの出力を増加させるために過給機を設けるようにした車両用エンジンが採用されている。過給機にはエンジンの排気を利用したターボ過給機や、エンジンの動力の一部を駆動力とする機械式過給機などがあるが、近年では電動機を用いてコンプレッサを駆動するようにした電動過給機を用いるエンジンが提案されている（例えば特許文献１）。

このようなエンジンにおいては、電動機によって駆動されたコンプレッサの回転により過給された吸入空気がエンジンに供給されるようになっている。
特開２０００−４５８１２号公報

ところが、この電動過給機が連続的に長時間作動した場合には、電動機内の巻線やステータ、或いはベアリングなど各部の温度が許容温度を超えて上昇し、電動機やコンプレッサが損傷したり、バッテリが過放電してバッテリ寿命を低下させるといった問題が発生する懸念がある。
また、このような問題を解消するには、電動過給機の各部に温度センサを設けて過度の温度上昇を検知したときや、電動過給機への供給電流を検出してバッテリ過放電の可能性があると判断したときに電動過給機を停止させる必要があるが、そのためには温度センサや電流センサを新たに設けなければならず、コストが増大するという問題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、新たなセンサなどを追加することなく、電動過給機の過度の温度上昇を防止することができるようにした車両用パワートレイン制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の車両用パワートレイン制御装置は、車両に搭載されたエンジンの吸気通路に設けられ、電動機により駆動されることによって前記エンジンの吸入空気を過給する電動過給機と、前記吸気通路に設けられ、前記エンジンの吸入空気量を制御する吸入空気制御手段と、前記エンジンの出力回転を変速して前記車両の車輪に伝達する変速機と、前記車両が所定の定常走行状態であることを判定する定常走行判定手段と、前記エンジンの運転状態に基づき、前記電動過給機による過給を行う過給域と過給を行わない自然給気域とを定め、前記エンジンが前記過給域にあるときに前記電動過給機を作動させて過給を行う一方、前記エンジンが前記自然給気域にあるときに前記電動過給機を停止させる制御手段とを備え、前記制御手段は、前記エンジンの運転状態が前記過給域にあるときに、前記定常走行判定手段が前記定常走行状態であると判定すると、前記エンジンの運転状態が前記自然給気域に移行するまで、前記変速機の変速比を増大させて前記エンジンの回転数を上昇させると共に、前記変速比の変更前のエンジン出力を維持するように前記吸入空気制御手段を制御することを特徴とする（請求項１）。

このように構成された車両用パワートレイン制御装置によれば、エンジンが予め定められた過給域にあるときには、電動過給機を作動させて過給を行い、エンジンの運転状態が前記過給域にあるときに、車両が定常走行状態にあると判定すると、変速機の変速比を増大させてエンジンの回転数を上昇させると共に、変速比の変更前のエンジン出力を維持するように吸入空気制御手段が制御される。これにより、エンジン出力を低下させることなくエンジンの運転状態が自然過給域に向けて変化し、エンジンの運転状態が自然給気域に移行すると、変速比の前記増大と吸入空気制御手段の前記制御を停止する。そして、エンジンの運転状態が自然給気域に移行したことにより電動過給機が停止される。

このように構成された車両用パワートレイン制御装置において、前記制御手段は、前記エンジンの運転状態が前記自然給気域に入ると直ちに前記変速比の前記増大及び前記吸入空気制御手段の前記制御を停止することを特徴とする（請求項２）。
このように構成された車両用パワートレイン制御装置によれば、エンジンの運転状態が自然給気域に入ると直ちに変速比の前記増大が停止されるので、自然給気域に入ってもしばらくは変速比を増大させる場合に比べ、変速比の増大に伴うエンジン回転数の上昇が少なくなる。

また、これら車両用パワートレイン制御装置において、前記変速機は連続可変変速機であることを特徴とする（請求項３）。
このように構成された車両用パワートレイン制御装置によれば、変速機の変速比を増大させてエンジン回転数を上昇させる際に、変速比を連続的に増大させることによってエンジン回転数が連続的に上昇する。

本発明の車両用パワートレイン制御装置によれば、電動過給機による過給が行われているときに車両が定常走行状態にあると、変速機の変速比増大によるエンジン回転数の上昇により、エンジンの運転状態が自然過給域に移行し、電動過給機が停止されるので、電動過給機が長時間連続運転させることによる過度の温度上昇を防止することが可能となる。
また、このとき変速比の増大を行う前のエンジン出力を維持するように吸入空気制御手段が制御されるので、運転フィーリングを悪化させることなくエンジンを自然給気域に移行させることができる。

請求項２の車両用パワートレイン制御装置によれば、自然給気域に入ってもしばらくは変速比を増大させる場合に比べ、エンジン回転数の上昇が少なくなるので、変速比の増大に伴うエンジン回転数の上昇を可能な限り少なくすることができ、エンジン回転数の上昇による運転フィーリングの低下を最小限に抑えることができる。
また請求項３の車両用パワートレイン制御装置によれば、変速機の変速比を増大させてエンジン回転数を上昇させる際に、変速比を連続的に増大させることによってエンジン回転数が連続的に上昇させることができるので、エンジン回転数上昇の際の運転フィーリングの低下を抑えることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る車両用パワートレイン制御装置の全体構成図である。
図１に示すように、本実施形態のパワートレイン１はガソリンを燃料とする直列４気筒のエンジン２、電磁クラッチ４、及び変速比を連続的に変更可能な連続可変変速機（ＣＶＴ）６を備えている。

エンジン２の出力軸８は電磁クラッチ４を介して連続可変変速機６の入力軸１０に連結されており、電磁クラッチ４が接続状態にあるときにエンジン２の駆動力が電磁クラッチ４を介して連続可変変速機６に伝達され、この連続可変変速機６から出力される駆動力が図示しない車輪に伝達されて車両が走行するようになっている。
エンジン２の吸気通路１２には電動機１４によって駆動される電動過給機１６が装備されており、エアクリーナ１８から吸入された空気は、電動過給機１６で過給された後、各気筒ごとに分岐した吸気マニホールド２０を介してエンジン２の燃焼室（図示せず）に供給される。

電動過給機１６下流側の吸気通路１２には、電動アクチュエータ２２で開度が制御される電子制御式のスロットル弁（吸入空気制御手段）２４が介装されており、スロットル弁２４の開度を制御することによりエンジン２の吸入空気量が調整される。
また、電動過給機１６の上流側と下流側とを連通するバイパス通路２６には、電動過給機１６の上流側から下流側への流動のみを許容するリードバルブ２８が設けられており、電動過給機１６が停止状態にあるときには、電動過給機１６を介した吸入空気の供給に加え、バイパス通路２６を介した吸入空気の供給が行われるようになっている。

一方、エンジン２の排ガスは、排気マニホールド３０から排気通路３２を通って触媒３４に達した後、図示しない消音器を経て外部に排出される。
ＥＣＵ（制御手段）３６は、スロットル弁２４の開度制御や燃料噴射制御及び点火時期制御などのエンジン２の運転制御や、連続可変変速機６の変速比制御及び電磁クラッチ４の接続制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。

ＥＣＵ３６の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、車両の走行速度を検出する車速センサ３８、エンジン２の回転数を検出するエンジン回転数センサ４０、及び運転者によるアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ４２などの各種センサ類が接続されている。また、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる電動過給機１６の電動機１４、スロットル弁２４の電動アクチュエータ２２、電磁クラッチ４、連続可変変速機６のほか、各気筒の燃料噴射弁や点火プラグ（いずれも図示せず）などの各種デバイス類が接続されている。

このように構成されたパワートレイン１のエンジン２では、エンジン負荷とエンジン回転数とに基づき、電動過給機１６を作動させて過給を行う過給域と、電動過給機１６を停止させて過給を行わない自然給気域が予め設定されている。そして、実際のエンジン負荷とエンジン回転数とに基づきエンジン２の運転状態が過給域にあると判定すると、ＥＣＵ３６が電動機１４を制御することにより電動過給機１６による過給が行われる一方、エンジン２の運転状態が自然給気域にあると判定すると電動過給機１６を停止し、電動過給機１６及びバイパス通路２６を介し過給されない吸入空気がエンジン２に供給される。

このような電動過給機１６の制御を含むパワートレイン１の制御は、図２に示すフローチャートに従って所定の制御周期で行われる。
最初のステップＳ２では、現在のエンジン２の運転状態が過給域にあるか否かを判定する。具体的には、アクセルポジションセンサ４２によって検出されたアクセルペダルの踏み込み量に基づくエンジン負荷と、エンジン回転数センサ４０によって検出されたエンジン回転数とに基づき、エンジン２が過給域にあるか否かを判定する。

過給域と自然給気域とはエンジン負荷とエンジン回転数とに基づき、図３に示すように予め設定されている。図３において、破線が過給域と自然給気域との境界線であり、破線より上方が過給域となっている。
ここで、例えばエンジン２の運転状態が図３中に示すＡ点（白丸）にあって、ステップＳ２でエンジン２の運転状態が過給域にあると判定すると、ステップＳ４に進んで要求過給圧を決定する。この要求過給圧は、現在必要とされている過給圧であって、アクセルポジションセンサ４２によって検出されたアクセルペダルの踏み込み量と、エンジン回転数センサ４０によって検出されたエンジン回転数とに基づき、予め設定されたマップから読み出して決定される。

次にステップＳ６に進むと、ステップＳ４で決定された要求過給圧が得られるよう、電動過給機１６の電動機１４を制御することにより、要求過給圧に対応した過給圧の吸入空気がエンジン２に供給される。
次のステップＳ８では、車両が所定の定常走行状態であるか否かを判定する。具体的には、アクセルポジションセンサ４２によって検出されたアクセルペダルの踏み込み量の単位時間あたりの変化量が所定の変化量未満であると共に、車速センサ３８によって検出された車両走行速度の単位時間あたりの速度変化量が所定の速度変化量未満であるとき、即ち車両が加減速走行状態にないときに、車両が定常走行状態にあると判定する。

従って、本実施形態ではＥＣＵ３６が定常走行状態判定手段に相当するものとなる。
ステップＳ８で車両が定常走行状態にあると判定した場合には、ステップＳ１０に進み連続可変変速機の変速比を所定変速比だけ増大させる。車両は走行中であって電磁クラッチ４が接続状態であるため、このような変速比の増大によってエンジン２の回転数が上昇する。

次のステップＳ１２では、ステップＳ１０における変速比増大の前のエンジン出力を維持するよう、スロットル弁２４の電動アクチュエータ２２を制御して今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ２から処理を開始する。
図３中に実線で示す曲線はエンジンの等出力線であり、上述のようにしてステップＳ１０によるエンジン回転数の上昇と、ステップＳ１２によるエンジン出力の維持を行うことにより、図３中に示されるエンジン運転状態は等出力曲線上をＡ点（白丸）から自然給気域の方向に向けて移動していく。

次の制御周期でも依然としてエンジン２の運転状態が過給域にある場合には、ステップＳ４及びステップＳ６により電動過給機１６の制御を行った後、ステップＳ８で車両が定常走行状態にあるか否かを判定する。そして、車両が引き続き定常走行状態にあればステップＳ１０において連続可変変速機６の変速比を所定変速比だけ増大させると共に、ステップＳ１２においてスロットル弁２４の制御によるエンジン出力の維持が行われる。

このようにしてステップＳ１０及びステップＳ１２の処理が繰り返し行われることにより、エンジン出力が一定に維持されながら、連続可変変速機６の変速比が徐々に増大してエンジン回転数が上昇していく。このとき図３中のエンジン２の運転状態は、引き続き等出力曲線上をＡ点（白丸）から自然給気域の方向に向けて移動していくが、破線で示す過給域と自然給気域との境界線を越えると（Ｂ点）、その直後のステップＳ２においてエンジン２が過給域にはないと判定されるので、その場合にはステップＳ１４に処理が進むことになる。

ステップＳ１４では、エンジン２が自然過給域にあることから電動機１４の作動を停止させて電動過給機１６による過給を停止し、次のステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、前述したステップＳ８と同様にして車両が定常走行状態にあるか否かを判定する。車両が引き続き定常走行状態にある場合には今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ２から処理を開始する。従って、この場合には自然給気域に入る直前の制御周期においてステップＳ１０で設定された変速比、及びステップＳ１２で設定されたスロットル弁開度が維持される。

このように、車両が定常走行状態にある場合には、エンジン２の出力を維持しながらエンジン２の運転状態を過給域から自然給気域に移行させることにより、運転者に違和感を与えることなく、電動過給機１６を使用しない自然給気域に移行することが可能となる。そして、自然給気域への移行により、電動過給機１６を長時間にわたって連続使用することがなくなり、電動過給機１６の温度が過度に上昇して破損したりバッテリを過度に放電してしまうといった問題の発生を防止することができる。

また、エンジン回転数を上昇させる際には、連続可変変速機６の変色比を徐々に増大させるようにしているので、エンジン回転数が滑らかに上昇し、この点でも運転者に違和感を与えることがない。
更に、エンジン２の運転状態が自然給気域に移行すると直ちに変速比の増大によるエンジン回転数の上昇を停止するようにしているので、エンジン回転数の変化が必要最小限に抑えられ、エンジン回転数の変化により生じる運転フィーリングの低下を抑えることができる。

なお、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ２でエンジン２の運転状態が過給域にあると判定し、ステップＳ４及びステップＳ６により電動過給機１６による過給を行った後、ステップＳ８で車両が定常走行状態にないと判定した場合には、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、連続可変変速機６に対し、アクセルペダル踏み込み量や車速などに基づき、車両の走行状態に対応した通常の変速制御を連続可変変速機６に対して行う。この変速制御については従来より行われている公知のものであるので、ここでは説明を省略する。

次のステップＳ２０では、アクセルペダル踏み込み量やエンジン２の運転状態などに応じた通常のスロットル弁２４の制御を行って今回の制御周期を終了する。このスロットル弁制御についても、従来より行われている公知のものであるので、ここでは説明を省略する。
また、ステップＳ２でエンジン２の運転状態が過給域にないと判定し、ステップＳ１４で電動過給機１６による過給を停止した後、ステップＳ１６で車両が定常走行状態にないと判定した場合にも、ステップＳ１８及びステップＳ２０において、通常変速制御と通常スロットル弁制御を行って今回の制御周期を終了する。

以上で本発明の一実施形態に係る車両用パワートレイン制御装置についての説明を終えるが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では変速機として連続可変変速機を用いたが、有段の変速機を用いたものにも本発明を適用可能である。この場合には変速機のシフトダウンを徐々に行うことによってエンジン回転数が段階的に上昇するため、運転フィーリングの点では連続可変変速機を用いる場合に比べて劣るものの、電動過給機の過度な温度上昇やバッテリの過放電を防止するという点では同様の効果を得ることができる。

また、前記実施形態では車両が所定の定常走行状態にあることを、アクセルペダル踏み込み量及び車両走行速度のそれぞれの単位時間あたりの変化量に基づき判定するようにしたが、これに加えてアクセルペダル踏み込み量が所定の踏み込み量未満であるときにのみ定常走行状態であると判定するようにして、加減速走行時のほかに登坂路走行時や高速走行時も定常走行状態に含まないようにしてもよい。

更に、この所定踏み込み量を車両の走行速度に応じて補正し、高速走行であるほど所定踏み込み量を増大させるようにして、高速走行時は定常走行状態に含まれるようにしてもよい。一方、登坂路走行時を定常走行状態から除外するためには、車両の前後方向の傾斜角を検出するセンサを設け、車両の傾斜角が所定角度以上のときには登坂路走行と判定して定常走行状態から除外するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、エンジン２の運転状態が過給域から自然給気域に移行すると直ちに電動過給機１６による過給を停止すると共に、連続可変変速機６の変速比の増大によるエンジン回転数の上昇を停止するようにしたが、自然給気域に移行して電動過給機１６による過給を停止した後もしばらくは変速比増大によるエンジン回転数の上昇と、スロットル弁２４によるエンジン出力の維持を継続し、自然給気域における最良燃費点までエンジン２の運転状態を移行させるようにしてもよい。このようにすることにより、エンジン回転数の上昇幅増大に伴う運転フィーリングの低下は生じるものの、燃費を改善することが可能となる。

更に、前記実施形態では、本発明の吸入空気制御手段として電子式のスロットル弁２４を用いたが、スロットル弁２４をバイパスする通路に流量制御弁を設けて吸入空気量を制御するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る車両用パワートレイン制御装置の全体構成図である。 図１の車両用パワートレイン制御装置における制御を示すフローチャートである。 図２の制御によるエンジン運転状態の変化を示す図である。

符号の説明

１ パワートレイン
２ エンジン
６ 連続可変変速機（変速機）
１２ 吸気通路
１６ 電動過給機
２４ スロットル弁（吸入空気制御手段）
３６ ＥＣＵ（制御手段、定常走行判定手段）

Claims (3)

1. 車両に搭載されたエンジンの吸気通路に設けられ、電動機により駆動されることによって前記エンジンの吸入空気を過給する電動過給機と、
   前記吸気通路に設けられ、前記エンジンの吸入空気量を制御する吸入空気制御手段と、
   前記エンジンの出力回転を変速して前記車両の車輪に伝達する変速機と、
   前記車両が所定の定常走行状態であることを判定する定常走行判定手段と、
   前記エンジンの運転状態に基づき、前記電動過給機による過給を行う過給域と過給を行わない自然給気域とを定め、前記エンジンが前記過給域にあるときに前記電動過給機を作動させて過給を行う一方、前記エンジンが前記自然給気域にあるときに前記電動過給機を停止させる制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記エンジンの運転状態が前記過給域にあるときに、前記定常走行判定手段が前記定常走行状態であると判定すると、前記エンジンの運転状態が前記自然給気域に移行するまで、前記変速機の変速比を増大させて前記エンジンの回転数を上昇させると共に、前記変速比の変更前のエンジン出力を維持するように前記吸入空気制御手段を制御することを特徴とする車両用パワートレイン制御装置。
2. 前記制御手段は、前記エンジンの運転状態が前記自然給気域に入ると直ちに前記変速比の前記増大及び前記吸入空気制御手段の前記制御を停止することを特徴とする請求項１に記載の車両用パワートレイン制御装置。
3. 前記変速機は連続可変変速機であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用パワートレイン制御装置。

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