JP2012159128A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関及び無段変速機を備えた車両の燃費性能の一層の向上を図る。
【解決手段】内燃機関の点火時期や空燃比に応じて無段変速機の変速比を変化させるものとし、点火時期補正や空燃比補正に起因してトルクがダウンするトルクダウン率が大きいほど、高回転かつ低トルクとなるように変速比を補正することとした。即ち、点火時期や空燃比によって等燃費率線が変動することに着目し、その変動に対応して変速比線を変更するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関及び無段変速機を備える車両の制御装置に関する。

近時の自動車は、自動変速機を実装したＡＴ車であることが少なくない。車両用の自動変速機として、トルクコンバータ及びベルト式連続可変変速機構（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を具備してなる無段変速機が公知である（例えば、下記特許文献を参照）。

無段変速機の変速比は、内燃機関の燃費率（燃料消費率）特性に合わせて最適な燃費を具現できるように制御する。図３に示しているように、エンジン回転数を横軸、エンジントルクを縦軸とおくと、エンジン回転数とエンジントルクとの積であるエンジン出力が一定となる等出力線（図中破線で示す）は双曲線の形で描かれる。さらに、燃費率が一定となるエンジン回転数とエンジントルクとの組が等燃費率線（図中細実線で示す）として表される。両者を組み合わせることで、あるエンジン出力を達成する場合に最も燃費がよくなる変速比を、様々なエンジン出力についてプロットすることができる。これが、図３に示している変速線（図中太実線で示す）である。車載の電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、運転者により指令される要求負荷（出力）の増減に応じ、変速線に沿って無段変速機の変速比を操作する。

しかしながら、内燃機関の燃費率特性は常時不変ではない。等燃費率線が変動すれば当然に変速線も変化するべきであるが、従来は適合により定めた一意の変速線を基に無段変速機の変速比を制御しており、運転状態如何によっては燃費性能を最大限に引き出せないことがあった。

特開２０１０−０７１４２７号公報

本発明は、内燃機関及び無段変速機を備えた車両の燃費性能の一層の向上を図ることを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関及び無段変速機を備える車両の制御装置において、内燃機関の燃費率に影響を与えるパラメータと燃費率との関係を予め記憶しておき、基準となる運転状態における前記パラメータの値と、現在の運転状態における前記パラメータの値との差による内燃機関のトルク変化量（変化率であることがある）を推測し、そのトルク変化量に応じて目標回転数を変更するように無段変速機の変速比を補正することとした。即ち、ノッキング防止のために点火時期を遅角したり、燃料噴射量を増加させたりした場合に、等燃費率線が変動することに着目し、その変動に対応して変速比線を変更するようにしたのである。

前記パラメータの例としては、点火時期の遅角（または、進角）量や、内燃機関の気筒に充填されるガスの空燃比等を挙げることができる。

本発明によれば、内燃機関及び無段変速機を備えた車両の燃費性能の一層の向上を図り得る。

本発明の一実施形態における内燃機関の構成を示す図。 同実施形態における自動変速機の構成を示す図。 同実施形態の制御装置が実施する変速比制御の変速線を示す図。 トルクダウンした場合の遷移した変速線を示す図。 点火時期と燃費率との関係を示す図。 空燃比と燃費率との関係を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に一気筒の構成を概略的に示した内燃機関０は、例えば自動車に搭載されるものである。内燃機関０の吸気系１には、アクセルペダルの踏込量に応じて開閉するスロットルバルブ（特に、電子スロットルバルブ）１１を設けており、スロットルバルブ１１の下流にはサージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２を取り付けている。サージタンク１３には、吸気管内圧力（または、吸気負圧）を検出する圧力センサを配している。

排気系５には、排気マニホルド５１を取り付け、排出ガス浄化用の三元触媒５２を装着している。そして、触媒５２の上流にフロントＯ₂センサを、下流にリアＯ₂センサを、それぞれ配している。Ｏ₂センサ、５４は、排出ガスに接触して反応することにより、排出ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力する。

吸気系１と排気系５との間には、ＥＧＲ装置６を介設する。ＥＧＲ装置６は、始端が排気マニホルド５１に連通し終端がサージタンク１３に連通する外部ＥＧＲ通路６１と、ＥＧＲ通路６１上に設けた外部ＥＧＲバルブ６２とを要素としてなる。ＥＧＲバルブ６２を開放すれば、排出ガスを排気系５から吸気系１へと還流して吸気に混合する外部ＥＧＲを実現できる。

気筒２上部に形成される燃焼室の天井部（シリンダヘッド）には、吸気バルブ２１、排気バルブ２２、インジェクタ３及び点火プラグ２３を設ける。

図２に、自動変速機の一例を示す。この自動変速機は、トルクコンバータ７及びベルト式ＣＶＴ９を具備する無段変速機である。内燃機関０が出力する駆動力は、トルクコンバータ７の入力側のポンプインペラ７１に入力され、出力側のタービンランナ７２に伝達される。タービンランナ７２の回転は、遊星歯車機構を用いた前後進切換装置８を介してＣＶＴ９の駆動軸９４に伝わり、ＣＶＴ９における変速を経て従動軸９５を回転させる。従動軸９５には出力ギヤ１０１を固設してあり、この出力ギヤ１０１はデファレンシャル装置のリングギヤ１０２と噛合して車軸１０３ひいては駆動輪（図示せず）を回転させる。

トルクコンバータ７は、ロックアップ機構（図示せず）を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ７の入力側と出力側とをロックアップするロックアップクラッチと、ロックアップクラッチを断接切替駆動するための油圧を制御するロックアップソレノイドバルブとを要素とする。ロックアップ機構は、自動変速機による変速比の変更を伴わない状況においてロックアップクラッチを接続、入力側と出力側とを締結する。

前後進切換装置８は、そのサンギア８１が入力軸７３を介してタービンランナ７２と連絡し、リングギア８２が駆動軸９４と連絡している。プラネタリギア８３１を支持するプラネタリキャリア８３と変速機ケースとの間には、断接切換可能な油圧クラッチたるフォワードブレーキ８４を介設している。また、プラネタリキャリア８３とサンギア８１（または、入力軸７３）との間にも、断接切換可能な油圧クラッチたるリバースクラッチ８５を介設している
走行レンジのうちのＤレンジでは、フォワードブレーキ８４を締結し、リバースクラッチ８５を切断する。これにより、入力軸７３の回転が逆転されかつ減速されて駆動軸９４に伝達され、前進走行となる。翻って、Ｒレンジでは、リバースクラッチ８５を締結し、フォワードブレーキ８４を切断する。これにより、サンギア８１とプラネタリキャリア８３とが一体的に回転し、入力軸７３と駆動軸９４とが直結して後進走行となる。非走行レンジであるＮレンジ、Ｐレンジでは、リバースクラッチ８４、フォワードブレーキ８５をともに切断する。

ＣＶＴ９は、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２と、両プーリ９１、９２に巻き掛けられたベルト９３とを要素とする。駆動プーリ９１は、駆動軸９４に固定した固定シーブ９１１と、駆動軸９１上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９１２と、可動シーブ９１２の後背に配設された液圧サーボ９１３とを有しており、液圧サーボ９１３を操作し可動シーブ９１２を変位させることを通じて変速比を無段階に変更できる。並びに、従動プーリ９２は、従動軸９５に固設した固定シーブ９２１と、従動軸９５上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９２２と、可動シーブ９２２の後背に配設された液圧サーボ９２３とを有しており、液圧サーボ９２３を操作し可動シーブ９２２を変位させることを通じてトルク伝達に必要なベルト推力を与える。

内燃機関０及びＣＶＴ９の運転制御を司るＥＣＵ４は、中央演算装置４１、記憶装置４２、入力インタフェース４３、出力インタフェース４４等を有するマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェース４３には、吸気管内圧力を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、車速を検出する車速センサ７３から出力される車速信号ｃ、アクセルペダルの踏込量（または、スロットルバルブ１１の開度）を検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｄ、シフトレバーの位置（シフトレンジ）を検出するシフトポジションスイッチから出力されるシフトポジション信号ｅ、冷却水温を検出する水温センサから出力される水温信号ｆ、吸気カムシャフト９１の端部にあるタイミングセンサから出力されるクランク角度信号及び気筒判別用信号ｇ、排気カムシャフト９２の端部にあるタイミングセンサから２４０°ＣＡ（クランク角度）回転毎に出力される排気カム信号ｈ、フロントＯ₂センサから出力される上流側空燃比信号ｉ、リアＯ₂センサから出力される下流側空燃比信号ｊ、ノッキングの発生状況を検出するノックセンサから出力されるノッキング信号ｋ等が入力される。アクセルペダルの踏込量は、運転者によって指令される要求負荷を示す。また、冷却水温は、内燃機関０の温度を示す。

出力インタフェース４４からは、インジェクタ３に対して燃料噴射信号ｎ、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、ＥＧＲバルブ６２に対してＥＧＲバルブ開度信号ｏ、ＣＶＴ９に対して変速比信号ｐ等を出力する。

中央演算装置４１は、記憶装置４２に予め格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関０の燃料噴射量や点火時期、ＥＧＲガスの還流量（吸気のＥＧＲ率）、変速比等の制御を遂行する。

内燃機関０の運転制御において、ＥＣＵ４は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋを入力インタフェース４３を介して取得し、現状の吸気量及び吸気のＥＧＲ率を推定して、それらに基づいて制御入力である燃料噴射量、燃料噴射タイミング、点火タイミング、ＥＧＲバルブ６２の開度（ＥＧＲステップ数）、ＣＶＴ９の変速比等を演算する。そして、演算した制御入力に対応した制御信号ｍ、ｎ、ｏ、ｐを、出力インタフェース４４を介して印加する。上記制御入力の算定手法は、既知の内燃機関０の運転制御と同様とすることができるので、ここでは説明を割愛する。

本実施形態における制御装置たるＥＣＵ４は、運転者によって指令される要求負荷即ち出力を達成しつつ燃費が最適化するように、ＣＶＴ９の変速比を設定する。既に述べた通り、ある出力を実現するエンジン回転数及びトルクの組は等出力線上に無数に存在するが、そのうち最も燃費効率のよい組は内燃機関０の出力特性である等燃費線によって一意に定まる。様々な出力について、最も燃費効率のよいエンジン回転数及びトルクの組をプロットしたものが変速線である。ＥＣＵ４は予め、所定の運転状態の下における変速線のマップデータを記憶装置４２に記憶保持しており、要求負荷をキーとしてこのマップデータを検索し、変速線上にある変速比を知得、可動シーブ９１２、９２２を操作してＣＶＴ９をその変速比に制御する。

一方で、等燃費線は常時不変ではなく、内燃機関０の運転状態に応じて変化する。つまり、変速線も、内燃機関０の運転状態に応じて変化する。

例えば、ノックコントロールシステムでは、ノックセンサを介してノッキングの発生を感知し、ノッキングが起こらなくなるまで点火時期を遅角させる処理を実行する。点火時期の遅角／進角は、内燃機関０の燃費率特性を変化させる要因となる。点火時期を遅角補正すると、燃費率自体が悪化するだけでなく、エンジントルクも低下して、図４に示しているように等燃費率線が二点鎖線から細実線の形へと変化する。そして、あるべき変速線は、一点鎖線で示す位置から太実線で示すように高回転、低トルク側に変位する。

気筒２に充填する吸気の空燃比の制御もまた、内燃機関０の燃費率特性を変化させる要因である。空燃比のリーン／リッチ自体は、等燃費率線の変動に直結していない。だが、一般にリーン化は燃料噴射量の減量によって、リッチ化は燃料噴射量の増量によって行われるため、空燃比のリーン／リッチ補正はエンジントルクの増減を招いて等燃費率線を変化させる。

上記の事象に鑑み、本実施形態では、ある点火時期及び空燃比を含む所定の運転状態の下における、基準となる変速線（図３の太実線、図４の一点鎖線）に沿って決定する変速比に、点火時期の遅角／進角量に応じた補正量、さらには空燃比に応じた補正量を加味（乗算または加算）することにより、ＣＶＴ９に与える変速比（図４の太実線）を決定する。基準となる変速線は、内燃機関０の基準運転状態における変速線とする。

ＥＣＵ４は予め、点火時期とそれによる燃費率の変化量との関係を規定したマップデータを記憶装置４２に記憶保持している。図５に、マップデータを例示する。燃費率（単位出力を得るために消費する燃料の重量、ｇ／ｋＷ・ｈ）は、図中のＭＢＴ点にて最小（燃費が最高）となり、当該ＭＢＴ点に対応する点火時期よりも遅角または進角するほど増大（燃費が悪化）する。ＥＣＵ４は、現在の点火時期の遅角／進角量をキーとしてマップを検索し、前記基準運転状態に相当する点火時期に対応した基準燃費率と、現在の点火時期の遅角／進角量に対応した燃費率との比を、等燃料消費時のトルクダウンに置き換えて、点火時期の遅角補正に起因するトルクダウン率を演算する。このトルクダウン率（＝基準燃費率／現在の点火時期に対応した燃費率）は、点火時期に補正が入ったりＭＢＴから離れたりしたときに１よりも小さい正数となり、現在の点火時期が基準運転状態での点火時期と変わらないときに１となる。

並びに、ＥＣＵ４は予め、空燃比とそれによる燃費率の変化量との関係を規定したマップデータを記憶装置４２に記憶保持している。図６に、マップデータを例示する。燃費率は、図中の燃費ベスト空燃比（出力空燃比と理論空燃比との間に存在する）点にて最小となり、当該燃費ベスト空燃比点に対応する空燃比よりもリーンまたはリッチになるほど増大する。ＥＣＵ４は、現在の空燃比をキーとしてマップを検索し、前記基準運転状態に相当する空燃比に対応した基準燃費率と、現在の空燃比に対応した燃費率との比として、空燃比のリーン／リッチ補正に起因するトルクダウン率を演算する。このトルクダウン率（＝基準燃費率／現在の空燃比に対応した燃費率）は、現在の空燃比が燃費ベスト空燃比から離れているときに１よりも小さい正数であり、現在の空燃比が燃費ベスト空燃比に近づくと１以上の正数となり、現在の空燃比が基準運転状態での空燃比と変わらないときに１となる。

ノッキング防止のための点火時期の遅角補正や、燃料増量補正等により燃費率が悪化する場合、それら悪化因子からトルクダウンの度合いを推算し、ダウンしたトルクで同じ出力を保つことができるように、ローギア側にシフトした変速線に則ってＣＶＴ９の変速比を制御することとなる。これにより、悪化した等燃費率線（図４の太実線）に対して、最も燃費効率のよい変速を行う事が可能となる。

一例を挙げると、ある要求負荷に対するエンジン出力を、基準となる変速線に沿ってＣＶＴ９を制御する際のエンジン回転数が１５００ｒｐｍであるとする。このとき、点火時期の補正によるトルクダウン率が０．９３、空燃比制御によるトルクダウン率が０．９６であるとすると、同じ出力を達成するために必要なエンジン回転数は１５００／（０．９３×０．９６）＝１６８０ｒｐｍと算定される。ＥＣＵ４は、１６８０ｒｐｍを目標回転数としてＣＶＴ９を制御する。

上述の基準燃費率を規定する基準運転状態の点火時期は、ＭＢＴとしてもよい。基準運転状態の空燃比は、燃費ベスト空燃比としてもよい。

変速線は直ちに変化させるのではなく、補正量（トルクダウン率）の移動平均をとる等によりなまし処理して徐変させることも好ましい。

但し、内燃機関０の運転状態、即ち点火時期の遅角補正量や目標空燃比等に応じて変速比を変化させるということは、運転状態によって減速時のエンジンブレーキの効き具合が変化することを意味する。エンジンブレーキの効き具合の変化は、運転者に違和感を与え、ドライバビリティの低下につながるおそれがある。そこで、減速時の燃料カット中は前記変速比の補正量を減じ、エンジンブレーキの効き具合を一定に近づけることとする。具体的には、点火時期を遅角しているときや燃料を増量補正しているとき等、平常はローギア寄りにある変速比をエンジンブレーキ時はハイギア寄りに修正する。

一般的に、燃料カットは、所定の燃料カット条件（アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が一定以上ある等）が成立したときに開始され、所定の燃料カット終了条件（アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、またはエンジン回転数が所定の復帰回転数にまで低下した等）が成立したときに終了する。ＥＣＵ４は、燃料カットの期間内においては、変速比の補正量を割り引くか、または補正量を０とする。換言すれば、燃料カット中は、点火時期や空燃比等のパラメータに依存しない変速線に沿ってＣＶＴ９の変速比を決定する。

本実施形態によれば、内燃機関０及び無段変速機９を備える車両の制御装置において、内燃機関０の燃費率に影響を与えるパラメータ（点火時期、空燃比等）と燃費率との関係を予め記憶しておき、基準となる運転状態における前記パラメータの値と、現在の運転状態における前記パラメータの値との差による内燃機関０のトルク変化量（トルクダウン率）を推測し、そのトルク変化量に応じて目標回転数を変更するように無段変速機９の変速比を補正することとしたため、各種ロスの増減等に対応して変速比線を変更でき、多様な運転状態に亘り燃費の向上を図ることが可能となる。とりわけ、適正な目標回転数を簡便に算定することが可能である。

加えて、前記パラメータとして、内燃機関の気筒に充填されるガスの空燃比を用いるため、暖機時や高回転高負荷時等の種々の燃料増量補正に対処することができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、運転状態のパラメータとして点火時期及び空燃比を採用していたが、パラメータはこれには限定されない。例えば、内燃機関の温度（冷却水温）をパラメータに用い、内燃機関の温度が低いほど低回転かつ高トルクとなるように変速比を補正し、内燃機関の温度が高いほど高回転かつ低トルクとなるように変速比を補正することも考えられる。

また、上記実施形態では、制御装置が基準の運転状態における単一の変速線のマップデータと、パラメータに対応した変速比の補正量のマップデータとを記憶保持し、基準の運転状態における変速線に補正量を加味するとしていた。これに替えて、制御装置が複数の点火時期、複数の空燃比の各々に対応した複数の変速線のマップデータを記憶保持し、点火時期や空燃比に応じて参照するマップデータを変えるという態様により、実効的に無段変速機に与える変速比を補正することとしてもよい。

さらに、上記実施形態では、燃費率に影響を与えるパラメータの変化量からトルクダウン率を求めて、内燃機関の目標回転数を決めていた。これに替えて、さまざまな運転状態における内燃機関の燃費率とトルクとの関係を記憶装置に予め記憶させておき、燃費率に影響を与えるパラメータの変化量から燃費率の変化量を求め、燃費率の変化量に対応したトルク変化量に応じて内燃機関の目標回転数を設定してもよい。

上記実施形態における自動変速機は、ベルト式ＣＶＴを具備する無段変速機であったが、ＣＶＴ以外の変速機構を採用したものであったとしても、当然に本発明を適用することができる。

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両に搭載される内燃機関及び自動変速機の制御に利用することができる。

０…内燃機関
４…ＥＣＵ（制御装置）
９…ＣＶＴ（無段変速機）

Claims (2)

1. 内燃機関及び無段変速機を備える車両の制御装置であって、
   内燃機関の燃費率に影響を与えるパラメータと燃費率との関係を予め記憶しておき、
   基準となる運転状態における前記パラメータの値と、現在の運転状態における前記パラメータの値との差による内燃機関のトルク変化量を推測し、そのトルク変化量に応じて目標回転数を変更するように無段変速機の変速比を補正することを特徴とする制御装置。
2. 前記パラメータとして、内燃機関の気筒に充填されるガスの空燃比を用いる請求項１記載の制御装置。

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