JP2016133016A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関がリーン燃焼状態からシフトダウンする場合に変速応答性を向上させること。【解決手段】過給機付きの内燃機関の制御装置において、内燃機関がリーン燃焼中にシフトダウン指示を検出した場合（時刻ｔ１）、このシフトダウンによって係合から解放に切り替わる油圧式の係合装置における油圧Ｐが零よりも大きい所定閾値以下になると当該油圧式の係合装置が解放したと判断し（時刻ｔ２）、かつその解放判断した時点（時刻ｔ２）にて内燃機関の運転状態をリーン燃焼からストイキ燃焼に切り替えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関を搭載した車両において、シフトダウン時に変速ショックを抑制するとともに変速応答性を向上するための種々の制御装置を適用することが知られている。

例えば、特許文献１には、シフトダウン制御中に、実際に変速比を変化させ始めるまでは内燃機関の点火時期を遅角させ、変速比の変化開始時に遅角を解除することにより、変速過渡期に内燃機関から出力されるトルクの大きさを変化させることが記載されている。

また、特許文献２には、内燃機関の運転状態が理論空燃比よりも濃い混合気を燃焼させている状態（リッチ燃焼）でシフトダウン条件が成立すると、一旦急激に混合気を希薄（リーン化）させることが記載されている。その後、理論空燃比よりも薄い混合気を内燃機関で燃焼させながら、フィードバック制御によって空燃比を理論空燃比へ向けて制御する。

特開平１０−０８９１１４号公報 特開昭６１−０１６２４５号公報

しかしながら、内燃機関の運転状態が理論空燃比よりも薄い混合気を燃焼している状態（リーン燃焼）では、失火限界が近いため、特許文献１に記載の構成のように点火時期を遅角させると失火する可能性が高い。そのため、内燃機関の運転状態がリーン燃焼状態では、点火時期を大きく遅角できない。

さらに、内燃機関の点火時期を遅角させると内燃機関からの出力トルクを抑制することになるが、それは燃焼エネルギーの一部を熱として捨てていることを意味するので、結果として燃焼エネルギーを運動エネルギーに変換する際のエネルギー損失を増大させてしまう。そのため、上記特許文献１に記載の構成では、変速過渡期に変速比が変化するまで継続して点火時期を遅角させているので、その間のエネルギー損失により燃費を悪化させてしまう。

また、特許文献２には、内燃機関の運転状態がリーン燃焼中のシフトアップ制御が開示されているものの、リーン燃焼中のシフトダウン制御は開示されていない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、内燃機関の運転状態がリーン燃焼状態からシフトダウンする場合に、変速ショックを抑制するとともに変速応答性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、過給機付きの内燃機関に連結された自動変速機を備え、前記自動変速機に設けられている複数の係合装置を選択的に係合することにより複数の変速段に設定することができる車両に適用される内燃機関の制御装置において、前記内燃機関がリーン燃焼中にシフトダウン指示を検出した場合、前記複数の係合装置のうち当該シフトダウンによって係合から解放に切り替わる油圧式の係合装置における油圧が零よりも大きい所定閾値以下になると当該油圧式の係合装置が解放したと判断し、かつ当該解放したと判断した時点にて前記内燃機関の運転状態をリーン燃焼からストイキ燃焼に切り替えることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置では、変速過渡期にリーン燃焼状態からストイキ燃焼状態への切り替えを実施するので内燃機関の出力トルクを高応答で増大できる。したがって、解放対象の係合装置が解放したタイミング、すなわちシフトダウン動作において出力トルクの増大が必要なタイミングにて、短時間で内燃機関の出力トルクを増大できる。そのため、増大した出力トルクによって内燃機関の回転数を上昇させることができ、変速応答性を向上させることができる。さらに、その増大した出力トルクによって内燃機関が自力で回転数を上昇させているので、変速ショックを抑制することができる。

本発明によれば、変速過渡期にリーン燃焼からストイキ燃焼に切り替えることにより内燃機関の出力トルクを増大できるため、失火限界に近いリーン燃焼状態からの高応答で変速ショックが抑制されたシフトダウンを実現できる。また、本発明では、従来のように変速過渡期に点火時期を遅角させないので、燃費を向上させることができる。

図１は、本実施形態における内燃機関の制御装置によってリーン燃焼中にシフトダウン制御を実行した場合の車両状態を示すタイムチャートである。 図２は、シフトダウン時に実行する制御を示すフローチャートである。 図３は、車両の一例を模式的に示すスケルトン図である。 図４は、車両に搭載された自動変速機を示すスケルトン図である。 図５は、各変速段を設定するために係合する係合装置を示す図表である。 図６は、各変速段に設定された場合の回転要素の回転方向および回転数を示す共線図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施形態について説明する。

［１．車両の動力伝達系］
図３は、本実施形態で対象とする車両Ｖｅを模式的に示すスケルトン図である。車両Ｖｅは、動力伝達系として、動力源である内燃機関１と、自動変速機２と、その自動変速機２の出力軸３と、デファレンシャルギヤ４と、車軸５と、駆動輪６とを備えている。

車両Ｖｅでは、自動変速機２が内燃機関１のクランクシャフト１ａと動力伝達可能に接続されているため、内燃機関１から出力された動力が自動変速機２を介して出力軸３に伝達する。また、出力軸３はデファレンシャルギヤ４を介して左右の車軸５，５および駆動輪６，６に連結されているため、自動変速機２から出力された動力は駆動輪６，６に伝達する。

内燃機関１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどにより構成されている。また、内燃機関１には過給機７が付加されている。過給機７によって内燃機関１の各気筒内で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比よりも希薄側（リーン）にすることができる。

過給機７付きの内燃機関１は、本実施形態における内燃機関の制御装置によって制御され、各気筒内で燃焼させる燃料の燃焼エネルギーをクランクシャフト１ａの回転エネルギーに変換して出力するとともに、内燃機関１の運転状態に応じて種々の燃焼モードに切り替わることができる。内燃機関１の燃焼モードには、少なくとも、空燃比が理論空燃比よりも希薄側の混合気を燃焼させるリーン燃焼と、理論空燃比の混合気を燃焼させるストイキ燃焼とが含まれる。

図４は、自動変速機２の一例を示すスケルトン図である。この動力伝達系では、内燃機関１と自動変速機２との間にトルク増幅機能を有する流体伝動装置（以下「トルクコンバータ」という）８が設けられている。

トルクコンバータ８は、ポンプインペラ８ａと、タービンランナ８ｂと、ステータと、ロックアップクラッチ８ｃとを備えている。ポンプインペラ８ａは、クランクシャフト１ａと一体回転するように連結されている。タービンランナ８ｂは自動変速機２の入力軸２ａと一体回転する。つまり、入力軸２ａはトルクコンバータ８の出力軸として機能する。また、ロックアップクラッチ８ｃが係合することによりポンプインペラ８ａとタービンランナ８ｂとが一体回転するので、クランクシャフト１ａと入力軸２ａとが一体回転する。

自動変速機２は、三つの回転要素を有するダブルピニオン型の遊星歯車機構（以下「第１遊星歯車機構」という）９と、四つの回転要素を有するラビニヨ型の遊星歯車機構（以下「第２遊星歯車機構」という）１０とを備えている。

第１遊星歯車機構９は、三つの回転要素として、サンギヤ９Ｓと、キャリヤ９Ｃと、リングギヤ９Ｒとを有し、さらに第１ピニオンギヤ９Ｐ_１と第２ピニオンギヤ９Ｐ_２とを備えている。サンギヤ９Ｓは、ケースなどに連結されて回転不能に固定されている。リングギヤ９Ｒは、サンギヤ９Ｓと同心円上に配置されている。キャリヤ９Ｃは、第１ピニオンギヤ９Ｐ_１と第２ピニオンギヤ９Ｐ_２とを自転可能かつ公転可能に保持しているとともに、入力軸２ａと一体回転する。第１ピニオンギヤ９Ｐ_１は、サンギヤ９Ｓと第２ピニオンギヤＰ_２との双方に噛み合う。第２ピニオンギヤ９Ｐ_２は、さらにリングギヤ９Ｒとも噛み合う。

第１遊星歯車機構９ではサンギヤ９Ｓが固定されているため、内燃機関１からキャリヤ９Ｃに伝達された動力をトルク増幅させ、かつ回転数を減少させてリングギヤ９Ｒから出力することができる。すなわち、サンギヤ９Ｓが反力要素、キャリヤ９Ｃが入力要素、リングギヤ９Ｒが出力要素となる場合に、第１遊星歯車機構９は減速機として機能する。

第２遊星歯車機構１０は、四つの回転要素として、第１サンギヤ１０Ｓ_１と、第２サンギヤ１０Ｓ_２と、キャリヤ１０Ｃと、リングギヤ１０Ｒとを有し、さらにロングピニオンギヤ１０Ｐ_１とショートピニオンギヤ１０Ｐ_２とを備えている。

第１サンギヤ１０Ｓ_１は、中空状に形成されている。第２サンギヤ１０Ｓ_２は、第１サンギヤ１０Ｓ_１の中空部を貫通して配置された回転軸１１と一体化されている。キャリヤ１０Ｃは、ロングピニオンギヤ１０Ｐ_１とショートピニオンギヤ１０Ｐ_２とを自転可能かつ公転可能に保持している。ロングピニオンギヤ１０Ｐ_１は、ショートピニオンギヤ１０Ｐ_２よりも軸線方向に長く形成されており、第１サンギヤ１０Ｓ_１とショートピニオンギヤ１０Ｐ_２とリングギヤ１０Ｒとのそれぞれに噛み合う。ショートピニオンギヤ１０Ｐ_２は、さらに第２サンギヤ１０Ｓ_２とも噛み合う。そして、リングギヤ１０Ｒは、出力軸３と一体回転する。

なお、ラビニヨ型の遊星歯車機構とは、シングルピニオン型の遊星歯車機構と、ダブルピニオン型の遊星歯車機構とを複合させて構成されたものである。つまり、第２遊星歯車機構１０では、シングルピニオン型の遊星歯車機構が第１サンギヤ１０Ｓ_１とキャリヤ１０Ｃとリングギヤ１０Ｒとロングピニオンギヤ１０Ｐ_１とにより構成され、ダブルピニオン型の遊星歯車機構が第２サンギヤ１０Ｓ_２とキャリヤ１０Ｃとリングギヤ１０Ｒとロングピニオンギヤ１０Ｐ_１とショートピニオンギヤ１０Ｐ_２とにより構成されていることになる。そして、各遊星歯車機構におけるキャリヤ１０Ｃとリングギヤ１０Ｒとロングピニオンギヤ１０Ｐ_１とを共用する複合構造となることで、第２遊星歯車機構１０の回転要素が四つになる。

さらに、自動変速機２は、変速用係合装置（以下、単に「係合装置」という）を複数備えている。係合装置は、各遊星歯車機構９，１０の回転要素を、選択的に係合あるいは解放することができる。その係合装置には、係合することにより回転要素同士を一体回転可能に連結する複数のクラッチＣ_１〜Ｃ_４と、係合することにより回転要素を回転不能にする複数のブレーキＢ_１，Ｂ_２とが含まれる。

また、各係合装置は、油圧式であって、油圧に応じて係合力を制御することができる。さらに、各係合装置は摩擦係合式であり、その係合力を制御することにより伝達トルク容量ＴＣを変化させながら係合あるいは解放することができる。なお、図示しない油圧アクチュエータが各係合装置に設けられている。

動力伝達経路における各クラッチＣ_１〜Ｃ_４の配置を説明すると、第１クラッチＣ_１は、リングギヤ９Ｒと第２サンギヤ１０Ｓ_２との間に設けられている。第２クラッチＣ_２は、入力軸２ａとキャリヤ１０Ｃとの間に設けられている。第３クラッチＣ_３は、リングギヤ９Ｒと第１サンギヤ１０Ｓ_１との間に設けられている。そして、第４クラッチＣ_４は、キャリヤ９Ｃと第１サンギヤ１０Ｓ_１との間に設けられている。また、第１ブレーキＢ_１は、係合することにより第１サンギヤ１０Ｓ_１を回転不能にする。第２ブレーキＢ_２は、係合することによりキャリヤ１０Ｃを回転不能にする。

さらに、自動変速機２には、キャリヤ１０Ｃにおける回転方向を一方向に制限するワンウェイクラッチＦ_１が設けられている。ワンウェイクラッチＦ_１は、キャリヤ１０Ｃが逆回転（内燃機関１の回転方向とは反対方向に回転）することを阻止するように係合し、正トルクがキャリヤ１０Ｃに作用すると解放する。正トルクとは、回転部材を内燃機関１の回転方向と同一方向に回転させるトルクのことである。

そして、各クラッチＣ_１〜Ｃ_４および各ブレーキＢ_１，Ｂ_２を、図５に示すように係合あるいは解放することにより、自動変速機２は各変速段に設定される。自動変速機２では、前進８段と後進２段（図５に示さず）とを含む複数の変速段に設定できる。なお、図５に示す「（○）」は、エンジンブレーキを作用させるときに係合させることを表す。

例えば、第１クラッチＣ_１と、第２ブレーキＢ_２またはワンウェイクラッチＦ_１とが係合することによって、第１速（１ｓｔ）が設定される。第１クラッチＣ_１と第１ブレーキＢ_１とが係合することによって、第２速（２ｎｄ）が設定される。第１クラッチＣ_１と第３クラッチＣ_３とが係合することによって、第３速（３ｒｄ）が設定される。第１クラッチＣ_１と第４クラッチＣ_４とが係合することによって、第４速（４ｔｈ）が設定される。第１クラッチＣ_１と第２クラッチＣ_２とが係合することによって、第５速（５ｔｈ）が設定される。第２クラッチＣ_２と第４クラッチＣ_４とが係合することによって、第６速（６ｔｈ）が設定される。第２クラッチＣ_２と第３クラッチＣ_３とが係合することによって、第７速（７ｔｈ）が設定される。第２クラッチＣ_２と第１ブレーキＢ_１とが係合することによって、第８速（８ｔｈ）が設定される。各変速段の変速比は低速側の第１速から高速側の第８速へと段階的に小さくなる。なお、第４クラッチＣ_４と第２ブレーキＢ_２とが係合することによって、後進第１速（Ｒｅｖ１）が設定される。さらに、第３クラッチＣ_３と第２ブレーキＢ_２とが係合することによって、後進第２速（Ｒｅｖ２）が設定される。

図６は、各変速段において自動変速機２に含まれる回転要素の状態を示す共線図である。共線図は、各回転要素を縦線で示し、かつそれらの縦線同士の間隔をその縦線で示される回転要素同士のギヤ比（歯数比）に対応した間隔とし、さらにそれらの回転要素の回転数を縦線の長さ方向での寸法によって表した周知の図である。各回転要素の配列順序は、図６の左からサンギヤ９Ｓ、リングギヤ９Ｒ、キャリヤ９Ｃ（ＩＮ）、第１サンギヤ１０Ｓ_１、キャリヤ１０Ｃ、リングギヤ１０Ｒ（ＯＵＴ）、第２サンギヤ１０Ｓ_２の順である。なお、図６に示す「ＩＮ」は入力軸２ａを表し、タービンランナ８ｂや内燃機関１とみなせる。同様に「ＯＵＴ」は出力軸３を表し、車軸５とみなせる。

第１速では、キャリヤ１０Ｃが固定され、かつリングギヤ９Ｒと第２サンギヤ１０Ｓ_２とが一体回転する。例えば、キャリヤ１０Ｃに正トルクが作用する場合には、ワンウェイクラッチＦ_１は解放し、キャリヤ１０Ｃが正回転（内燃機関１の回転方向と同一方向へ回転）可能である。この状態では、キャリヤ１０Ｃに反力が作用しないことによりエンジンブレーキ力が生じないので、第１速に設定しエンジンブレーキを可能にするために第２ブレーキＢ_２が係合させられる。

第２速では、第１サンギヤ１０Ｓ_１が固定され、かつリングギヤ９Ｒと第２サンギヤ１０Ｓ_２とが一体回転する。第３速では、リングギヤ９Ｒと第２遊星歯車機構１０の全ての回転要素とが一体回転する。この第３速において、第１クラッチＣ_１および第３クラッチＣ_３が係合することにより第２遊星歯車機構１０における二つの回転要素（第１サンギヤ１０Ｓ_１，第２サンギヤ１０Ｓ_２）が一体回転するように連結されるため、第２遊星歯車機構１０全体が一体回転する。第４速では、リングギヤ９Ｒと第２サンギヤ１０Ｓ_２とが一体回転し、かつキャリヤ９Ｃと第１サンギヤ１０Ｓ_１とが一体回転する。第５速では、リングギヤ９Ｒと第２サンギヤ１０Ｓ_２とが一体回転し、かつキャリヤ９Ｃとキャリヤ１０Ｃとが一体回転する。第６速では、キャリヤ９Ｃと第２遊星歯車機構１０の全ての回転要素とが一体回転する。この第６速では、第２クラッチＣ_２および第４クラッチＣ_４が係合することにより第２遊星歯車機構１０における二つの回転要素（第１サンギヤ１０Ｓ_１，キャリヤ１０Ｃ）が一体回転するように連結されるため、第２遊星歯車機構１０全体が一体回転する。第７速では、キャリヤ９Ｃとキャリヤ１０Ｃとが一体回転し、かつリングギヤ９Ｒと第１サンギヤ１０Ｓ_１とが一体回転する。そして、第８速では、第１サンギヤ１０Ｓ_１が固定され、かつキャリヤ９Ｃとキャリヤ１０Ｃとが一体回転する。

［２．制御装置］
ここで、図３を参照して、内燃機関の制御装置について説明する。車両Ｖｅの制御装置は、内燃機関１を制御する電子制御装置（以下「エンジンＥＣＵ」という）２１と、自動変速機２を制御する電子制御装置（以下「変速機ＥＣＵ」という）２２とを備えている。本実施形態における内燃機関の制御装置は、エンジンＥＣＵ２１に含まれる。

各ＥＣＵ２１，２２は、マイクロコンピュータを主体として構成された電子制御装置であり、入力されたデータおよび予め記憶しているデータに基づいて所定のプログラムに従って演算を実行するように構成されている。

エンジンＥＣＵ２１によって、内燃機関１の燃焼モードをリーン燃焼モードやストイキ燃焼モードにする制御や、燃焼モードの切り替え制御や、内燃機関１への燃料の供給量（空燃比）の制御や、吸入空気量の制御が実行される。例えば第３速から第８速までの中高速側の変速段では、定速走行など比較的に穏やかな運転（低負荷高車速領域）となることが多いため、前進に使用する駆動トルク（エンジントルクＴＥ）も小さくなる傾向にある。そのため、中高速段の場合に燃焼モードをリーン燃焼に制御することができる。また、変速機ＥＣＵ２２によって、前進や後進あるいはニュートラルなどの各種の状態の制御や、要求される変速段を設定する変速制御などが実行される。変速機ＥＣＵ２２による変速制御には、車両の走行状態に応じて自動で変速比を変化させる制御と、運転者による変速要求の操作に応じて変速段を設定する制御とが含まれる。

また、各ＥＣＵ２１，２２には、車両Ｖｅ各部の各種センサ類からの検出信号や各種の車載装置からの情報信号が入力される。エンジンＥＣＵ２１には、車速を検出する車速センサ３１や、運転者の操作によるアクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ３２からの検出信号が入力される。例えば、アクセル開度が全閉や微開度付近では燃焼モードをリーン燃焼に選択することができる。変速機ＥＣＵ２２には、シフトレバーの位置（シフトポジション）や運転者よるシフトレバーの操作を検出するセンサ３３からの検出信号がエンジンＥＣＵ２１に入力される。センサ３３は、運転者の操作による変速要求を検出できればよいため、シフトレバーに限らず、ステアリングなどに設けられたボタンやパドルなどの変速用の被操作部が操作されたことを検出するように構成されている。

なお、上記各種センサ類には、内燃機関１の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを検出するセンサや、入力軸２ａの回転数およびタービンランナ８ｂの回転数（以下「タービン回転数」）ＮＴを検出するセンサや、出力軸３の回転数を検出するセンサなどが含まれてよい。また、トルクコンバータ８のロックアップクラッチ８ｃが係合している場合には、エンジン回転数ＮＥとタービン回転数ＮＴとが一致する。

変速機ＥＣＵ２２は、入力された信号に基づいて変速段を設定するために係合させるクラッチやブレーキなどの係合装置を選択して、その選択された係合装置を係合させる信号を油圧制御部２３へ出力する。

油圧制御部２３は、油圧式の係合装置を制御するものであり、例えば変速機ＥＣＵ２２から出力された油圧指令値に応じて各係合装置の油圧アクチュエータ（油圧室）における油圧を制御する。また、油圧制御部２３は、各油圧室と油圧供給源とを接続する油路中に電磁弁などの制御弁が複数設けられた油圧回路を備え、変速機ＥＣＵ２２からの指令信号によって制御弁の動作を制御することができる。

さらに、エンジンＥＣＵ２１と変速機ＥＣＵ２２とは情報信号を双方向へ通信可能に接続されている。例えば、変速機ＥＣＵ２２によって変速制御を実行する場合、変速機ＥＣＵ２２からは、油圧制御部２３への指令信号が出力されるとともに、エンジンＥＣＵ２１へ各種の情報信号が出力される。したがって、エンジンＥＣＵ２１では、その情報信号に基づいて内燃機関１の運転状態を制御、すなわち点火時期やスロットル開度やエンジントルクＴＥや燃焼モードなどを制御できる。なお、本発明に係る内燃機関の制御装置は、エンジンＥＣＵ２１と変速機ＥＣＵ２２とを含んでもよい。

そして、変速機ＥＣＵ２２の制御の下、自動変速機２では、各クラッチＣ_１〜Ｃ_４と各ブレーキＢ_１，Ｂ_２とを、選択的に係合あるいは解放することによって、複数の変速段を設定できる。具体的には、複数の係合装置のうち、少なくとも二つの係合装置を掴み替えることにより、その掴み替えの前後で自動変速機２の変速比が異なる変速比に変化する。

例えば、第４速から第３速にシフトダウンする場合、第４クラッチＣ_４を開放し、かつ第３クラッチＣ_３を係合させる。この場合には、変速機ＥＣＵ２２（油圧制御部２３）は、過渡的にそれら第４クラッチＣ_４および第３クラッチＣ_３をそれぞれ滑り係合制御する。すなわち、第３クラッチＣ_３の係合圧が徐々に増大させられて、その伝達トルク容量ＴＣ_３が次第に増大させられる。それとともに、第４クラッチＣ_４の係合圧が徐々に低下させられて、その伝達トルク容量ＴＣ_４が次第に減少させられる。この制御は、クラッチ・ツウ・クラッチ制御として知られている制御である。クラッチ・ツウ・クラッチ制御により、変速動作中に出力軸３のトルクが滑らかに変化して変速ショックを抑制することができる。

［３−１．マニュアルシフトダウン］
図２は、マニュアルダウン指示を検出した場合に実行される制御を示すフローチャート図である。マニュアルダウン指示とは、運転者によりシフトレバーなどの変速用の被操作部がシフトダウン側への変速要求として操作されたことである。なお、図２に示す制御フローは繰り返し実行されるルーチンである。

まず、エンジンＥＣＵ２１は、マニュアルダウン指示を検出したか否かを判断する（ステップＳ１）。例えば、シフトレバー（被操作部）がシフトダウン側へ操作されたことを検出したセンサ３３からの検出信号が変速機ＥＣＵ２２に入力されたタイミングや、それに基づく信号が変速機ＥＣＵ２２からエンジンＥＣＵ２１に出力あるいは入力されたタイミングなどで、ステップＳ１で肯定的に判断されてよい。また、マニュアルダウン指示を検出しないことによりステップＳ１で否定的に判断された場合には、この制御ルーチンは終了する。

マニュアルダウン指示を検出したことによりステップＳ１で肯定的に判断された場合、エンジンＥＣＵ２１は、現在の内燃機関１の運転状態がリーン燃焼であるか否かを判断する（ステップＳ２）。例えばストイキ燃焼中など、現在の内燃機関１の運転状態がリーン燃焼以外の燃焼モードであることによりステップＳ２で否定的に判断された場合には、通常のシフトダウン制御を実行し（ステップＳ７）、この制御ルーチンは終了する。なお、ステップＳ７で実行されるシフトダウン制御は、エンジンＥＣＵ２１と変速機ＥＣＵ２１とにより実行さえる周知の変速制御であってもよい。

一方、内燃機関１の運転状態がリーン燃焼中であることによりステップＳ２で肯定的に判断された場合には、このシフトダウンによって係合状態から解放状態へと切り替える係合装置（以下「解放対象の係合装置」という）の油圧Ｐが、所定閾値よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ３）。所定閾値とは、零よりも大きい値である。例えば、解放対象の係合装置において、係合要素同士がスリップ状態となる油圧を、所定閾値に設定できる。つまり、ステップＳ３では、解放対象の係合装置が完全解放する前に、油圧Ｐが零よりも大きくても、その係合装置における伝達トルク容量ＴＣが零になり実質的にはその係合装置は解放しているか否かを判断する。なお、上記油圧Ｐは、実際の油圧値に限定されず、変速機ＥＣＵ２２や油圧制御部２３から出力される油圧指令値であってもよい。

また、解放対象の係合装置における油圧Ｐが所定閾値以上であることによりステップＳ３で否定的に判断された場合は、上記のステップＳ３へ戻り、エンジンＥＣＵ２１はステップＳ３を繰り返し実行する。なお、エンジンＥＣＵ２１と変速機ＥＣＵ２２とは協調して制御を実行できる。例えば、エンジンＥＣＵ２１がステップＳ３で否定的な判断を繰り返している間も、変速機ＥＣＵ２２によりクラッチ・ツウ・クラッチ制御を含むシフトダウン制御が実行中であるため、その情報信号が随時エンジンＥＣＵ２１に入力されている。

例えば、内燃機関１の運転状態がリーン燃焼状態で第４速から第３速へのマニュアルダウン指示を検出した場合、解放対象の係合装置は第４クラッチＣ_４となり、その油圧Ｐｃ_４が所定閾値よりも小さい場合には、係合していた第４クラッチＣ_４が解放したとエンジンＥＣＵ２１によって判断される。

解放対象の係合装置における油圧Ｐが所定閾値よりも小さいことによりステップＳ３で肯定的に判断された場合、エンジンＥＣＵ２１は、内燃機関１の運転状態をリーン燃焼からストイキ燃焼に切り替える（ステップＳ４）。ステップＳ４の燃焼モード切り替え制御によって、内燃機関１の各気筒内で燃焼させる混合気は空燃比が理論空燃比となるように制御される。つまり、ステップＳ４が実行されると、ステップＳ４の実行前よりも濃い混合気を燃焼させるため、吸入空気量を変化（増大）させなくても、エンジントルクＴＥを増大させることができる。

そして、エンジンＥＣＵ２１は、ステップＳ４でリーン燃焼からストイキ燃焼への燃焼モード切り替え制御を実行すると、タービン回転数ＮＴ（エンジン回転数ＮＥ）が、シフトダウン後の変速段における同期回転数から所定回転数αを減じた値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ５）。なお、第１遊星歯車機構９におけるギヤ比と第２遊星歯車機構１０におけるギヤ比とから、ステップＳ５で用いる同期回転数を算出でき、そのデータをエンジンＥＣＵ２１に予め記憶させることができる。

タービン回転数ＮＴ（エンジン回転数ＮＥ）が同期回転数から所定回転数αを減じた値まで上昇していないことによりステップＳ５で否定的に判断された場合は、上記のステップＳ５に戻り、エンジンＥＣＵ２１はステップＳ５を繰り返し実行する。

タービン回転数ＮＴ（エンジン回転数ＮＥ）が同期回転数から所定回転数αを減じた値よりも大きいことによりステップＳ５で肯定的に判断された場合には、エンジンＥＣＵ２１は、内燃機関１の運転状態をリーン燃焼からストイキ燃焼に復帰させる燃焼モード切り替え制御を実行する（ステップＳ６）。ステップＳ６を実行することにより、この制御ルーチンを終了する。

ここで、上述したステップＳ３からステップＳ６が実行された場合の自動変速機２の動作について、第４速から第３速へのシフトダウンを例にして説明する。なお、シフトダウン時、変速機ＥＣＵ２２はシフトダウン制御としてクラッチ・ツウ・クラッチ制御を実行する。

そのシフトダウン制御中、係合対象となる第３クラッチＣ_３において、仮に係合要素同士の回転数差が大きい状態で、変速時間を短縮させるために第３クラッチＣ_３の伝達トルク容量ＴＣ_３を大きくすると、トルク変動（係合ショック）が大きくなる。つまり、変速ショックが悪化する。一方、その変速ショックを小さくするために伝達トルク容量ＴＣ_３を小さく抑えると、第３クラッチＣ_３を介してエンジン回転数ＮＥを引き上げる力が弱まるため、変速時間が長くなる。しかしながら、本実施形態のエンジンＥＣＵ２１では、ステップＳ３で解放対象の第４クラッチＣ_４が解放していると判断した後に、ステップＳ４の制御を実行しエンジントルクＴＥを増大させているので、そのエンジントルクＴＥによってエンジン回転数ＮＥを上昇させることができる。そのため、変速応答性を向上できるとともに、変速ショックを抑制できる。

詳細には、図６に示すように、エンジン回転数ＮＥ（キャリヤ９Ｃの回転数）が上昇することにより、係合中の第１クラッチＣ１で一体化されたリングギヤ９Ｒおよび第２サンギヤ１０Ｓ_２の回転数が上昇する。第２遊星歯車機構１０において、第４速から第３速への過渡期に第２サンギヤ１０Ｓ_２の回転数が上昇すると、出力要素のリングギヤ１０Ｒを支点とするテコ作用により、第１サンギヤ１０Ｓ_１の回転数が低下する。その第１サンギヤ１０Ｓ_１はステップＳ３で第４クラッチＣ_４が解放判定されているため、過渡的に第１遊星歯車機構９の回転要素と相対回転可能である。そして、増大したエンジントルクＴＥによりエンジン回転数ＮＥ（タービン回転数ＮＴ）が引き上げられることで、係合対象の係合要素同士の回転数差に相当する第１サンギヤ１０Ｓ_１と第２サンギヤ１０Ｓ_２との回転数差は減少する。

要するに、シフトダウン中にエンジントルクＴＥを増大させ、内燃機関１が自力でエンジン回転数ＮＥを上昇するように構成されていることで、変速ショックを抑制しつつ変速時間を短縮することが実現可能になる。なお、上述した第４速から第３速へのシフトダウン中、エンジンＥＣＵ２１および変速機ＥＣＵ２２の制御により、第３クラッチの伝達トルク容量ＴＣ_３が決定するとドライブシャフトトルクが決まり、そのドライブシャフトトルクが決定すると自動変速機２への入力トルク（タービンランナ８ｂのトルク）が決まる。したがって、変速中にそのように入力トルクが決定した状態でエンジントルクＴＥが増大すると、エンジン回転数ＮＥの変化量が大きくなるため短時間で変速（シフトダウン）が終了できる。

［３−２．タイムチャート］
図１は、第４速（４ｔｈ）から第３速（３ｒｄ）へのマニュアルダウン指示を検出した場合の動作を示すタイムチャート図である。この変速前の車両Ｖｅでは、内燃機関１の運転状態がリーン燃焼である。

エンジンＥＣＵ２１は、運転者の操作に応じたマニュアルダウン指示を検出する（時刻ｔ_１）。時刻ｔ_１にて、マニュアルダウン指示を検出することにより、変速機ＥＣＵ２２の制御によって第４クラッチＣ_４の油圧Ｐｃ_４（上記解放対象の油圧Ｐ）が低下し始める。

時刻ｔ_１以降、低下してきた油圧Ｐｃ_４が、クラッチ解放を判断する所定閾値に到達する（時刻ｔ_２）。油圧Ｐｃ_４が零より大きい所定閾値を下回ることにより、第４クラッチＣ_４の伝達トルク容量ＴＣ_４は零になることを意味する。要するに、時刻ｔ_２にて完全解放前ではあるものの実質的には第４クラッチＣ_４が解放しているとみなせる。さらに、時刻ｔ_２にて内燃機関１の運転状態（燃焼モード）がリーン燃焼からストイキ燃焼に切り替わる。

時刻ｔ_２にて内燃機関１がストイキ燃焼となるため、時刻ｔ_２以降はリーン燃焼中に比べてエンジントルクＴＥが増大する。エンジントルクＴＥが増大することにより、エンジン回転数ＮＥ（タービン回転数ＮＴ）が上昇し始める。

時刻ｔ_２以降、上昇しているエンジン回転数ＮＥ（タービン回転数ＮＴ）が、第３速における同期回転数から所定回転数αを減じた回転数に到達する（時刻ｔ_３）。時刻ｔ_３にて内燃機関１の運転状態がストイキ燃焼からリーン燃焼に復帰する。このストイキ燃焼中は、通常の点火時期に制御されている。つまり、ストイキ燃焼中も点火時期を遅角させていないので、遅角に伴うエネルギー損失を抑制でき、燃費を向上させられる。

そして、時刻ｔ_３以降、燃焼モードがリーン燃焼に復帰したことにより、エンジントルクＴＥは低減する。また、油圧Ｐｃ_４が零に到達して第４クラッチＣ_４は完全解放する。さらに、エンジン回転数ＮＥは第３速の同期回転数となる。

この図１に示す例では、第４速から第３速へのシフトダウン動作中、内燃機関１への吸入空気量は一定に制御されている。つまり、変速終期において、ストイキ燃焼からリーン燃焼に戻すことで、吸入空気量を一定のまま短時間でエンジントルクＴＥを低減することが可能である。そのため、変速終期のトルク変動や押し出され感を抑制することができる。

さらに、本実施形態におけるエンジンＥＣＵ２１では、吸入空気量が一定の状態や、従来よりも吸入空気量を増大させなくてもシフトダウンできるので、変速過渡期にスロットル開度を変化させることによる応答遅れの影響を抑制できる。すなわち、従来のように吸入空気量を増大させなくてもシフトダウン時にエンジン回転数ＮＥを上昇させられるので、スロットル弁を動作させる際に生じる応答遅れの影響を受けることがない。

以上説明したように、本実施形態の内燃機関の制御装置によれば、リーン燃焼中のマニュアルダウン時に、変速ショックを抑制できるとともに変速応答性を向上させることができる。また、変速過渡期に内燃機関から出力トルクを増大させることが必要なタイミングで、応答性の悪い吸入空気量の増大を必要とせず、吸入空気量が一定のままリーン燃焼からストイキ燃焼に切り替えるため、短時間でのトルクアップを実現できる。すなわち、失火限界が近いリーン燃焼時においても、シフトダウン時に従来技術と同等の変速応答性を実現できる。例えば中高速側の変速段で走行中など低負荷高車速領域におけるリーン燃焼中のシフトダウン制御として本実施形態は好適である。加えて、出力トルクが増大することにより内燃機関の回転数の変化量が増加するので変速時間を短縮でき、かつその増大した出力トルクによって内燃機関が自力で回転数を上昇させているので変速ショックを抑制できる。

なお、本発明に係る内燃機関の制御装置は、上述した実施形態に限定されず、この発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、本発明で対象とする内燃機関は、リーンバーンエンジンであればよく、過給機の有無は問わない。つまり、過給機付きの内燃機関に比べてリーン領域は狭くなるものの、過給機なしの内燃機関でもリーン燃焼を行うことは可能だからである。

また、本発明に係る構成では、上述した実施形態のように変速中に吸入空気量が一定の場合に限定されず、吸入空気量は変速中に変化してもよい。この変形例では、変速中に吸入空気量が増加する場合を含むが、従来よりも吸入空気量を増やさずに、内燃機関のトルクアップが可能になる。要するに、その変形例において従来構成と同程度のトルクアップを行う場合、従来構成よりも吸入空気量の増加量が小さく済むことになる。

１ 内燃機関
２ 自動変速機
７ 過給機
２１ エンジンＥＣＵ
２２ 変速機ＥＣＵ
３３ センサ

Claims (1)

1. 過給機付きの内燃機関に連結された自動変速機を備え、前記自動変速機に設けられた複数の係合装置を選択的に係合することにより複数の変速段に設定できる車両に適用される内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の運転状態がリーン燃焼中にシフトダウン指示を検出した場合、前記複数の係合装置のうち当該シフトダウンによって係合から解放に切り替わる油圧式の係合装置における油圧が零よりも大きい所定閾値以下になると当該油圧式の係合装置が解放したと判断し、かつ当該解放したと判断した時点にて前記内燃機関の運転状態をリーン燃焼からストイキ燃焼に切り替える
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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