JP2008309274A - 車載無段変速機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高車速時のエンジンオイル消費量の増大を好適に抑制することのできる車載無段変速機の制御装置を提供する。
【解決手段】変速比を無段階で連続的に変更可能な車載無段変速機（ＣＶＴ）の制御装置において、最増速線Ｌｈｉ、最減速線Ｌｌｏ及び高回転ガード値Ｌｌｉｍによって規定されるＣＶＴの制御領域を設定し、ＣＶＴの入力軸回転速度（≒エンジン回転速度）が高回転ガード値Ｌｌｉｍ以下に維持されるようにＣＶＴの変速比を制御する。そして車速が既定値以上のときにはそうでないときに比して、こうしたＣＶＴ制御領域での高回転ガード値Ｌｌｉｍを低下させることで、高速走行時におけるエンジンの最大回転速度を低下させ、高車速時のエンジンオイル消費量の増大を抑制するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、変速比を無段階で連続的に変更可能な車載無段変速機の制御装置に関する。

車載用の変速機として、変速比を無段階で連続的に変更可能な無段変速機（Continuously Variable Transmission：ＣＶＴ）が実用されている。車載用のＣＶＴとしては、金属ベルトを使用するとともに、入力側（エンジン側）と出力側（ドライブシャフト側）のプーリの径を変化させて変速するベルト式ＣＶＴや、ベルトとプーリの代りにローラーとディスクを使用するトロイダルＣＶＴが知られている。こうしたＣＶＴを搭載する車両では、車両の走行状況に応じてエンジントルクとＣＶＴ変速比とを協調制御することで、車両の燃費特性や運転性能を最適とすることができる。

図６は、エンジン回転速度と車速とにより規定されるＣＶＴの制御領域の一例を示す。同図の直線Ｌｌｏは、ＣＶＴの変速比をその可変範囲の最大値に設定したとき、すなわち最減速時のエンジン回転速度と車速との関係を示している。また同図の直線Ｌｈｉは、ＣＶＴの変速比をその可変範囲の最小値に設定したとき、すなわち最増速時のエンジン回転速度と車速との関係を示している。

ＣＶＴの変速比制御によれば、この直線Ｌｈｉと直線Ｌｌｏとの間で、エンジン回転速度と車速との関係を変化させることが可能である。ただし、エンジン回転速度には、許容可能な上限値があるため、ＣＶＴの制御範囲は、エンジンン回転速度が一定の値（高回転ガード値α）以下となる範囲に制限されている。そのため、エンジンン回転速度がその高回転ガード値αを超えて上昇しようとしたときには、変速比を小さくするようにＣＶＴを制御して、エンジン回転速度を高回転ガード値α以下に維持するようにしている。

なお、特許文献１には、こうしたＣＶＴ制御範囲の上限値を定めるエンジン回転速度の高回転ガード値αとして、耐久性能上のエンジン回転速度の上限値であるレブリミット回転速度を設定することが記載されている。もっとも、近年には、エンジンの出力効率の面から、そうしたエンジン回転速度の高回転ガード値αには、エンジンの出力が最大となる回転速度である最高出力点回転速度が設定されるようになっている。
特開平９−１９６１６５号公報 実開平５−６１１３号公報 特開平８−１０５３１３号公報

ところで特許文献２にも記載されているように、エンジンオイルの消費量は、エンジン回転速度の上昇に伴って増大する。そのため、エンジン回転速度が高くなる高車速走行時には、エンジンオイルの消費量が著しく多くなる。

一方、エンジンオイルの消費削減のための対策としては一般に、ピストンリングの張力を高めることが行われている。こうした対策によれば、エンジンオイルの燃焼室への侵入が抑えられてその消費が抑えられるようにはなるものの、ピストンのフリクションが増加して、高車速域に限らず、全ての車速域において、エンジンの燃費特性や出力特性が悪化してしまうようになる。

なお特許文献３には、エンジンオイルが欠乏したときに一部の気筒を休止させる技術が提案されている。こうした技術によれば、エンジンオイルの欠乏時にはエンジン回転速度が強制的に低下されるようになり、エンジンを保護することができるようになる。もっとも、こうしてエンジンオイル欠乏時のエンジン保護のための対策が十分になされていたとしても、そもそもエンジンオイルが欠乏するような事態を回避することが望ましく、消費量が顕著に増加する高車速時のエンジンオイル消費量を効果的に低減可能な技術が要望されている。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、高車速時のエンジンオイル消費量の増大を好適に抑制することのできる車載無段変速機の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、変速比を無段階で連続的に変更可能な車載無段変速機の制御装置において、予め規定された高回転ガード値以下にエンジン回転速度が維持されるように前記無段変速機の変速比を制御するとともに、車速が規定値以上のときには、そうでないときに比して、前記高回転ガード値が小さい値に設定されてなることをその要旨とするものである。

また請求項２に記載の発明は、変速比を無段階で連続的に変更可能な車載無段変速機の制御装置において、予め規定された高回転ガード値以下にエンジン回転速度が維持されるように前記無段変速機の変速比を制御するとともに、車速が既定値以上のときには、車速の上昇に応じて前記高回転ガード値を低下させるようにしたことをその要旨とするものである。

上記各構成によれば、車載無段変速機の変速比制御により、規定の高回転ガード値以下にエンジン回転速度が維持されるようになる。ここで上記各構成では、車速が既定値以上となると高回転ガード値が低下されるため、高車速時のエンジンの最大回転速度がより低くされるようになる。そのため、エンジンオイル消費量が顕著に増大する高車速域において、エンジン回転速度の上昇を抑えて、高車速時のエンジンオイル消費量の増大を好適に抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の車載無段変速機の制御装置において、前記車速が前記規定値未満のときの前記高回転ガード値を、エンジンの最高出力点回転速度に設定したことをその要旨とするものである。

上記構成のように規定値未満の車速域での高回転ガード値をエンジンの最高出力点回転速度に設定すれば、エンジンオイル消費量の抑制のために高回転ガード値が低下される高車速域以外の車速域では、最高出力点回転速度までエンジンを回転させて、エンジンの出力性能を最大限に発揮させることが可能となる。

以下、本発明の車載無段変速機の制御装置を具体化した一実施形態を、図１〜図５を参照して詳細に説明する。
本実施の形態の適用される車両では、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフト１１は、トルクコンバータ１２及び前進後退切替機構１４介して無段変速機（ＣＶＴ１５）の入力軸（ＣＶＴ入力軸１６）に接続されている。ＣＶＴ１５は、一対のプーリ、すなわちプライマリープーリ１７及びセカンダリープーリ１８とそれらに巻き掛けられた金属ベルト１９とを備え、油圧による両プーリ１７，１８の溝幅の変更を通じて金属ベルト１９の巻き掛かり半径を可変とすることで変速を無段階で行うように構成されている。こうしたＣＶＴ１５の出力軸（ＣＶＴ出力軸２０）は、リダクションギア対２１、ファイナルギア対２２、及びディファレンシャル機構２３を介して駆動輪の車軸２４に接続されている。

図２は、こうした車両の制御系の構成を示している。この車両では、エンジン制御を司るエンジン制御部３０と変速機制御を司る変速機制御部３１とが互いに各種信号を通信し合うことで、エンジンと変速機との統合制御が行われるようになっている。

同図に示すように、エンジン制御部３０には、アクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルセンサ３２、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ３３、エンジン回転速度ＮＥを検出するＮＥセンサ３４等の検出信号が入力されている。一方、変速機制御部３１には、ＣＶＴ入力軸１６の回転速度（入力軸回転速度ＮＩＮ）を検出する入力軸回転速度センサ３５、ＣＶＴ出力軸２０の回転速度（出力軸回転速度ＮＯＵＴ）を検出する出力軸回転速度センサ３６、シフト操作位置を検出するニュートラルスタートスイッチ３７、及び車速ＳＰＤを検出する車速センサ３８等の検出信号が入力されている。そして変速機制御部３１は、ＣＶＴ１５の油圧制御回路３９に指令信号を出力して変速制御を行うように構成されている。

こうした車両でのエンジン及び変速機の統合制御は、基本的には、下記の態様で行われる。すなわち、図３に示すように、エンジン制御部３０はまず、車速ＳＰＤとアクセル操作量ＡＣＣＰとに基づいて、ドライバの要求駆動力を求め、それに見合うようにエンジン出力の目標値（目標エンジン出力）を決定する（Ｓ１０）。続いてエンジン制御部３０は、ここで決定した目標エンジン出力と入力軸回転速度ＮＩＮとに基づいて、エンジントルクの目標値である目標トルクを決定して（Ｓ２０）、エンジン１０のスロットル開度制御を実施する（Ｓ３０）。一方、変速機制御部３１は、上記決定された目標エンジン出力を取得し、目標エンジン出力をエンジンの最適燃費線上で実現可能なように、ＣＶＴ１５の入力軸回転速度ＮＩＮの目標値（目標回転速度）を決定する（Ｓ４０）。そして変速機制御部３１は、入力軸回転速度ＮＩＮが目標回転速度となるような変速比が得られるように、油圧制御回路３９に指令してＣＶＴ１５の変速制御を実施する（Ｓ５０）。なお、この車両では、発進時や低速走行時以外は、クラッチ機構１３のロックアップが実施されてクランクシャフト１１とＣＶＴ入力軸１６とが一体回転可能に連結されることから、入力軸回転速度ＮＩＮとエンジン回転速度ＮＥとが一致するようになっている。

こうした統合制御における目標入力軸回転速度の決定（Ｓ３０）は、入力軸回転速度ＮＩＮと車速ＳＰＤとにより規定されるＣＶＴ１５の制御領域内に上記目標回転速度が収まるように行われる。なお上述したように、車両の発進時等を除いては、入力軸回転速度ＮＩＮは、エンジン回転速度ＮＥとほぼ一致した値となっている。

図４に、本実施の形態におけるＣＶＴ１５の制御領域の設定態様を示す。同図に示すように、ＣＶＴ１５の制御領域は、最増速線Ｌｈｉと、最減速線Ｌｌｏ及び高回転ガード値Ｌｌｉｍとによって囲まれた範囲に設定されている。ここで最増速線Ｌｈｉ及び最減速線Ｌｌｏは、ＣＶＴ１５の変速比をその可変範囲の最小値に設定したとき、及びＣＶＴ１５の変速比をその可変範囲の最大値に設定したときのそれぞれにおける入力軸回転速度ＮＩＮ（≒エンジン回転速度ＮＥ）と車速ＳＰＤとの関係を示すものとなっている。一方、高回転ガード値Ｌｌｉｍは、入力軸回転速度ＮＩＮの上限値を、ひいてはエンジン回転速度ＮＥの上限値を規定するためのガード値となっている。そして各車速におけるＣＶＴ入力軸１６の目標回転速度は、その車速での最増速線Ｌｈｉの値以上で、且つその車速での最減速線Ｌｌｏ及び高回転ガード値Ｌｌｉｍのいずれか小さい方の値以下の範囲内に設定されるようになっている。なお、最減速線Ｌｌｏ及び高回転ガード値Ｌｌｉｍの交差点付近の車速域（同図では、時速７０〜９０ｋｍ）では、変速比が連続的に変化するように、ＣＶＴ１５の制御領域の上限値が徐変されている。

さて本実施の形態では、こうしたＣＶＴ１５の制御領域を規定する高回転ガード値Ｌｌｉｍを一定とはせず、車速ＳＰＤに応じて可変とするようにしている。すなわち、本実施の形態の車載無段変速機の制御装置では、車速ＳＰＤが既定値（時速１５０ｋｍ）以上のときには、そうでないとき、すなわち車速ＳＰＤが既定値未満のときに比して、高回転ガード値Ｌｌｉｍを小さい値に設定するようにしている。換言すれば、車速ＳＰＤが既定値以上のときには、車速ＳＰＤの上昇に応じて高回転ガード値Ｌｌｉｍを低下させるようにしている。具体的には、本実施の形態では、時速１５０ｋｍ未満の車速域では、高回転ガード値Ｌｌｉｍは、「６２００ｒｐｍ」に設定されているのに対し、時速１６０ｋｍでの高回転ガード値Ｌｌｉｍは「６０００ｒｐｍ」に、更に時速１７０ｋｍ以上での高回転ガード値Ｌｌｉｍは「５８００ｒｐｍ」に設定されている。なお、時速１５０ｋｍ未満の車速域での高回転ガード値Ｌｌｉｍの値（６２００ｒｐｍ）は、エンジン１０の最高出力点回転速度に設定されている。

図５は、以上のような本実施の形態の無段変速機制御装置を採用する車両において、エンジン回転速度ＮＥを上記のようなＣＶＴ１５の制御領域の上限に維持した状態で走行したときの、車速に応じたエンジン回転速度及びエンジンオイル消費量の変化態様を示したものである。なお、同図には、高回転ガード値Ｌｌｉｍが全ての車速域で一定の値（６２００ｒｐｍ）に設定された従来の無段変速機制御装置を採用する車両において、同様の状態で走行したときの車速に応じたエンジン回転速度及びエンジンオイル消費量の変化態様が比較例として併せ示されている。同図では、そうした比較例でのエンジン回転速度、エンジンオイル消費量の変化態様がそれぞれ破線Ａで示され、本実施の形態でのエンジン回転速度、エンジンオイル消費量の変化態様がそれぞれ直線Ｂで示されている。

同図に示されるように、本実施の形態では、上述の高回転ガード値Ｌｌｉｍの設定により、高車速時でのエンジン回転速度が低下されるため、その分、エンジンオイル消費量が低減されている。なお本実施の形態では、上記比較例に比して、最高車速（時速１８０ｋｍ）でのエンジンオイル消費量の３０％の低減が果されている。

以上説明した本実施形態の車載無段変速機の制御装置によれば、次の効果を奏することができる。
・本実施形態では、車速ＳＰＤが既定値（時速１５０ｋｍ）以上のときには、車速ＳＰＤが規定値未満のときに比して、高回転ガード値Ｌｌｉｍを小さい値に設定するようにしている。そして車速ＳＰＤが既定値（時速１５０ｋｍ）以上のときには、車速ＳＰＤの上昇に応じて高回転ガード値Ｌｌｉｍを低下させるようにしている。そのため、高車速域でのエンジンの最大回転速度が低下されることになり、エンジンオイル消費量が顕著に増大する高車速域においてエンジン回転速度の上昇を抑え、高車速時のエンジンオイル消費量の増大を好適に抑制することができる。

なお上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、既定値（時速１５０ｋｍ）未満の車速ＳＰＤにおける高回転ガード値Ｌｌｉｍをエンジン１０の最高出力点回転速度に設定しているが、そうした低下前の高回転ガード値Ｌｌｉｍの値を、エンジン１０のレブリミット回転速度などに設定するようにしても良い。そうした場合にも、既定値以上の車速域において高回転ガード値Ｌｌｉｍを低下させるようにすることで、高車速時のエンジンオイル消費量の増大を好適に抑制することができる。

・高回転ガード値Ｌｌｉｍの低下を開始する上記車速ＳＰＤの既定値（時速１５０ｋｍ）や、同高回転ガード値Ｌｌｉｍの低下の度合いなどの各数値は、適用される車両でのエンジンオイル消費抑制の要求度合い等に応じて適宜に変更されるものであり、上記実施の形態で例示した数値に限られるものではない。例えば高回転ガード値Ｌｌｉｍの低下を開始する上記車速ＳＰＤの既定値は、高回転ガード値Ｌｌｉｍを全ての車速域で一定に設定した場合に、エンジンオイル消費量を許容値以下に留めることのできる車速の上限値に設定するようにすると良い。

・上記実施の形態では、無段変速機としてベルト式ＣＶＴを採用する場合を例に説明したが、本発明は、トロイダルＣＶＴ等の他の方式の無段変速機の制御装置としても具現することができる。

本発明の車載無段変速機の制御装置の一実施形態についてその適用される車両の駆動系の構成を模式的に示す略図。 同実施形態の車載無段変速機の制御装置についてその電気的構成を模式的に示すブロック図。 同実施形態の適用される車両でのエンジン及び変速機の統合制御の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるＣＶＴ制御領域の設定態様を示すグラフ。 同実施形態及びその比較例のそれぞれにおける車速に応じたエンジン回転速度及びエンジンオイル消費量の変化態様を示すグラフ。 従来の車載無段変速機の制御装置についてそのＣＶＴ制御領域の設定態様を示すグラフ。

符号の説明

１０…エンジン、１１…クランクシャフト、１２…トルクコンバータ、１４…前進後退切替機構、１５…無段変速機（ＣＶＴ）、１６…ＣＶＴ入力軸、１７…プライマリープーリ、１８…セカンダリープーリ、１９…金属ベルト、２０…ＣＶＴ出力軸、２１…リダクションギア対、２２…ファイナルギア対、２３…ディファレンシャル機構、２４…車軸、３０…エンジン制御部、３１…変速機制御部、３２…アクセルセンサ、３３…スロットルセンサ、３４…ＮＥセンサ、３５…入力軸回転速度センサ、３６…出力軸回転速度センサ、３７…ニュートラルスタートスイッチ、３８…車速センサ、３９…油圧制御回路。

Claims (3)

1. 変速比を無段階で連続的に変更可能な車載無段変速機の制御装置において、
   予め規定された高回転ガード値以下にエンジン回転速度が維持されるように前記無段変速機の変速比を制御するとともに、
   車速が規定値以上のときには、そうでないときに比して、前記高回転ガード値が小さい値に設定されてなる
   ことを特徴とする車載無段変速機の制御装置。
2. 変速比を無段階で連続的に変更可能な車載無段変速機の制御装置において、
   予め規定された高回転ガード値以下にエンジン回転速度が維持されるように前記無段変速機の変速比を制御するとともに、
   車速が既定値以上のときには、車速の上昇に応じて前記高回転ガード値を低下させるようにした
   ことを特徴とする車載無段変速機の制御装置。
3. 前記車速が前記規定値未満のときの前記高回転ガード値を、エンジンの最高出力点回転速度に設定した
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車載無段変速機の制御装置。

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