JP2013177947A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷低回転の運転領域等における冷却性能を良化し、内燃機関の過加熱を適切に抑制する。
【解決手段】内燃機関の冷却水温が所定閾値以上である場合、そうでない場合と比較して自動変速機の減速比をより大きくする補正制御を行うとともに、前記補正制御における減速比の増大補正量を、ガード値を超えない範囲で冷却水温が高いほど大きく設定する。つまり、高負荷低回転の運転領域等において、敢えて変速機をローギア化することで、エンジン回転数を高めて機械式ウォータポンプによる冷却水の吐出量を増加させるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関及び自動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内燃機関の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。

ところで、内部に形成した冷却水通路に冷却水を流通させる態様の水冷式内燃機関には、冷却水を吐出し圧送するウォータポンプが付帯している。ウォータポンプとしては、内燃機関のクランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて駆動される機械式のものが多く用いられている。

車両の登坂時等、高い出力が要求される一方でエンジン回転数が低い高負荷低回転の運転領域が連続しているような状況や、外気温が高い状況においては、内燃機関の温度が上昇するにもかかわらず、ウォータポンプによる冷却水の吐出量が逓減するという背反が起こる。このため、冷却水が十分に循環せず、冷却性能が低下して内燃機関が過加熱し、ノッキングを誘発する等、燃費やドライバビリティを悪化させるきらいがあった。

特開２０１０−０７１４２７号公報

本発明は、高負荷低回転の運転領域等における冷却性能を良化し、内燃機関の過加熱を適切に抑制することを所期の目的としている。

本発明では、アクセルペダルの踏込量に応じて自動変速機による減速比を変化させるものであって、内燃機関の冷却水温が所定閾値以上である場合、そうでない場合と比較して自動変速機の減速比をより大きくする補正制御を行うこととし、前記補正制御における減速比の増大補正量を、ガード値を超えない範囲で冷却水温が高いほど大きく設定することを特徴とする制御装置を構成した。

つまり、高負荷低回転の運転領域等において、敢えて変速機をローギア化することで、エンジン回転数を高めて機械式ウォータポンプによる冷却水の吐出量を増加させるようにしたのである。

尤も、エンジン回転数の高回転化は、気筒における燃焼回数（膨張行程の回数）を増加させるとともに、摩擦による発熱の増大をも招く。それ故、徒に高回転化させると、内燃機関に対する加熱の増大が冷却水の循環強化による冷却性能の向上を上回ってしまい、却って内燃機関の温度が上昇するおそれがある。そこで、補正制御における減速比の増大補正量についてガード値を設け、このガード値を超えて減速比を増大させないようにする。

本発明によれば、高負荷低回転の運転領域等における冷却性能を良化し、内燃機関の過加熱を適切に抑制することができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。 同実施形態における駆動系の構成を示す図。 同実施形態の制御装置が実施する減速比制御の変速線を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。

本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

図２に、車両が備える駆動系の例を示す。この駆動系は、トルクコンバータ７及び自動変速機８、９を備えてなる。特に、本実施形態では、自動変速機８、９の構成要素として、遊星歯車機構を利用した前後進切換装置８、及び無段変速機の一種であるベルト式ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）９を採用している。

内燃機関が出力する回転トルクは、内燃機関のクランク軸からトルクコンバータ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、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の回転は、出力ギア１０１に伝達される。出力ギア１０１は、デファレンシャル装置のリングギア１０２と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸１０３及び駆動輪（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相対回動不能に締結するロックアップクラッチ７３と、ロックアップクラッチ７３を断接切換駆動するための作動液圧（油圧）を制御するロックアップソレノイドバルブ（図示せず）とを要素とする。ロックアップソレノイドバルブは、制御信号ｌを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

一般的に、ロックアップ機構は、自動変速機８、９による減速比（変速比）の変更を伴わない状況において、トルクコンバータ７の入力側と出力側とを締結する。ロックアップ時、ロックアップクラッチ７３はトルクコンバータカバー７４に押し付けられ、トルクコンバータカバー７４と一体となって回転する。ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側（のドライブプレート）に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からロックアップクラッチ７３を経由してトルクコンバータ７の出力側、ひいては前後進切換装置８に直接伝達される。ロックアップ時、トルクコンバータ７の出力側回転数の入力側回転数に対する比である速度比は１となる。

翻って、非ロックアップ時には、ロックアップクラッチ７３がトルクコンバータカバー７４から離反する。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からポンプインペラ７１、タービン７２へと伝わり、前後進切換装置８に伝達される。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の速度比は１よりも小さくなる。

前後進切換装置８は、そのサンギア８１がタービンランナ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、断接切換可能な液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、トルクコンバータ７の出力側）との間にも、断接切換可能な液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、トルクコンバータ７の出力軸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、トルクコンバータ７の出力軸と駆動軸９４とが直結して後進走行となる。フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５断接切換駆動するための作動液圧を制御するソレノイドバルブ（図示せず）は、制御信号ｍを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

非走行レンジであるＮレンジ、Ｐレンジでは、フォワードブレーキ８４及びリバースクラッチ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減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。

走行レンジを操作するべくフォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５に供給される作動液（作動油）、また減速比を操作するべく液圧サーボ９１３、９２３に供給される作動液を吐出する液圧ポンプ（図示せず）は、内燃機関のクランクシャフトからトルクの伝達を受けて稼働する、既知の機械式（非電動式）のものである。この作動液は、トルクコンバータ７に用いられる流体と共通である。

本実施形態の制御装置たるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有した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には、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、外気温を検出するセンサから出力される外気温信号ｇ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｈ等が入力される。アクセル開度はいわば、運転者が指令する要求負荷、要求出力である。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ロックアップクラッチ７３の断接切換用のロックアップソレノイドバルブに対して開度制御信号ｌ、フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５の断接切換用のソレノイドバルブに対して開度制御信号ｍ、ＣＶＴ９に対して減速比制御信号ｎ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、トルクコンバータ７のロックアップを行うか否か、自動変速機８、９の減速比といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。

特に、ＣＶＴ９を搭載した車両においては、車速が所定値（例えば、１０ｋｍ／ｈ）以上である場合、ほぼ常時トルクコンバータ７をロックアップする。

本実施形態のＥＣＵ０は、運転者がアクセルペダルを介し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の減速比を設定する。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。図３に、内燃機関の出力が一定となる等出力線（図中破線で示す）、燃費率が一定となる等燃費率線（図中細実線で示す）、及び最も燃費がよくなる減速比をプロットした変速線（図中太実線で示す）を、それぞれ示す。

ＥＣＵ０のメモリには予め、変速線のマップデータが記憶保持されている。ＥＣＵ０は、要求負荷をキーとしてこのマップデータを検索し、変速線上にある減速比を知得する。そして、可動シーブ９１２、９２２を操作して、ＣＶＴ９をその減速比に制御する。

その上で、本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関の冷却水温が所定閾値以上である場合において、ＣＶＴ９の減速比を、上記の変速線上のそれよりも大きくする補正制御を実行する。

本実施形態における内燃機関は、その内部に形成した冷却水通路に冷却水を流通させる態様の水冷式内燃機関である。この内燃機関には、冷却水を圧送する機械式のウォータポンプ（図示せず）が付帯している。ウォータポンプは、内燃機関のクランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて回転駆動され、冷却水を吐出する。ウォータポンプが吐出した冷却水は、内燃機関の内部を循環した後、ラジエータ（図示せず）へと導かれる。ラジエータは、走行風及び／または電動ファンの送風によって冷却される空冷式のものであり、ラジエータ内を流通する冷却水を冷ます働きをする。ラジエータにて放熱し降温した冷却水は、ウォータポンプに吸引され、再び内燃機関に向けて吐出される。

車両の登坂時等、高い出力が要求される一方でエンジン回転数が低い高負荷低回転の運転領域においては、内燃機関の温度が上昇するにもかかわらず、ウォータポンプによる冷却水の吐出量が逓減するという背反が起こる。このため、冷却水が十分に循環せず、冷却性能が低下して内燃機関が過加熱する懸念があった。

そこで、本実施形態では、冷却水温が閾値以上に上昇した場合、内燃機関を高回転化してウォータポンプによる冷却水の吐出量を増大させる目的で、ＣＶＴ９の減速比をより大きくする。例えば、図３に示しているように、ある要求負荷の下で、冷却水温が閾値よりも低い平時における減速比Ｐに対して、冷却水が閾値以上に上昇した場合における補正制御中の減速比Ｑは、Ｐと同じ等出力線上に沿ってエンジン回転数が上昇する方向（図中右方向）に遷移した値となる。図中の太鎖線は、補正制御中の変速線である。

補正制御における減速比の増大補正量、換言すれば平時の変速線と補正制御中の変速線との差分の量は、冷却水温が高いほど大きく設定する。但し、その増大補正量は、ガード値を超えないものとする。図３に変速線と併せて例示しているように、ある要求負荷の下でのガード値Ｒは、エンジン回転数の高回転化に起因したウォータポンプの冷却水吐出能力の向上による冷却性能の向上を、気筒１における燃焼回数の増加及び摩擦熱の増大による昇温が超越しない限度において、最も減速比が大きくなる値（結果的に冷却水温が極小値をとる値、またはそれよりも図中左方向に遷移した値）に定めることが望ましい。

ガード値は、ラジエータの放熱性能に影響を与えるパラメータに応じて可変とすることができる。例えば、車速が速いほど、ラジエータにおいて冷却水が冷まされやすくなることから、ガード値（つまりは、減速比の増大補正量）を大きくすることができる。また、外気温が低いほど、ガード値（つまりは、減速比の増大補正量）を大きくすることができる。

ＥＣＵ０のメモリには予め、ラジエータの放熱性能に影響を与えるパラメータ（車速、外気温等）と、これに対応したガード値との関係を規定したマップデータが記憶保持されている。ＥＣＵ０は、上記のパラメータをキーとしてこのマップデータを検索し、ガード値を知得する。そして、ガード値を超えない範囲で、冷却水温に応じてＣＶＴ９の減速比に補正を加える。

本実施形態では、アクセルペダルの踏込量に応じて自動変速機による減速比を変化させるものであって、内燃機関の冷却水温が所定閾値以上である場合、そうでない場合と比較して自動変速機９の減速比をより大きくする補正制御を行うとともに、前記補正制御における減速比の増大補正量を、ガード値を超えない範囲で冷却水温が高いほど大きく設定することを特徴とする制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、高負荷低回転の運転領域等において、敢えて変速機９をローギア化し、エンジン回転数を高めて機械式ウォータポンプによる冷却水の吐出量を増加させ、冷却能力を向上させることが可能である。ひいては、内燃機関のオーバヒート、ノッキングの誘発を回避できる。

加えて、補正制御中の変速機９の減速比を、ガード値を超えて増大させないようにしているので、エンジン回転数の高回転化による副作用、即ち内燃機関に対する加熱の増大は抑止される。

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。例えば、自動変速機はベルト式ＣＶＴには限定されない。有段変速機を搭載した車両に、本発明を適用することも可能である。有段変速機を制御する制御装置は、要求負荷（アクセル開度）及び車速に応じて変速段を決定するが、内燃機関の冷却水温が所定閾値以上である場合、そうでない場合と比較して自動変速機の減速比をより大きくする、即ち変速段をよりローギア化するという点で、上記実施形態と同様とすることができる。

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、内燃機関及び自動変速機を備える車両の制御に利用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
７…トルクコンバータ
８、９…自動変速機（前後進切換装置、ＣＶＴ）

Claims (1)

1. アクセルペダルの踏込量に応じて自動変速機による減速比を変化させるものであって、
   内燃機関の冷却水温が所定閾値以上である場合、そうでない場合と比較して自動変速機の減速比をより大きくする補正制御を行うこととし、
   前記補正制御における減速比の増大補正量を、ガード値を超えない範囲で冷却水温が高いほど大きく設定することを特徴とする制御装置。

Images