JP2017008978A - リーンバーンエンジン搭載車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リーンバーンエンジン搭載車両の燃費をさらに向上させる。【解決手段】低負荷域での運転時には、気筒内のＡ／Ｆ又はＧ／Ｆを所定リーンにすると共に、高負荷域での運転時には、気筒内のＡ／Ｆ又はＧ／Ｆを所定リーンよりもリッチにするよう構成されたリーンバーンエンジンと、自動変速機と、要求トルクに応じて、リーンバーンエンジンの運転、及び、自動変速機の変速状態を制御するよう構成された制御部（パワートレイン制御部）と、を備える。制御部は、リーンバーンエンジンの要求負荷が所定負荷Ｌ１以上のときでかつ、リーンバーンエンジンの回転数が所定回転数Ｎ１以下のときには、リーンバーンエンジンの回転数が所定回転数に近づくように、自動変速機をシフトダウンさせる。【選択図】図４

Description

ここに開示する技術は、リーンバーンエンジン搭載車両の制御装置に関する。

特許文献１には、運転状態が低負荷域にあるときには、空気過剰率λを２以上、又は、気筒内のＧ／Ｆ（つまり、気筒内の全ガス重量と気筒内に供給される燃料重量との比）を３０以上に設定するリーンバーンエンジンが記載されている。このリーンバーンエンジンはまた、幾何学的圧縮比を高くすることにより膨張比を高くしかつ、燃焼室を区画する区画壁に遮熱層を設けている。これらの方策により、このリーンバーンエンジンは、熱効率の向上を図っている。

特許文献２には、エンジンと自動変速機との協調制御として、排気浄化用の触媒の未活性時に、燃料噴射量を増量すると共に、自動変速機のシフトアップを制限することが記載されている。この技術は、燃料噴射量の増量により発熱量を増やすと共に、シフトアップの制限によってエンジンの回転数を高めにすることで単位時間当たりの排気流量を増やして、触媒の活性化を促進する。

特開２０１３−５３６０６号公報 特開２００７−３０９２６４号公報

特許文献１に記載されているエンジンは熱効率を大幅に向上させている。このような熱効率の高いエンジンにおいては、エンジンの運転状態に応じて機械抵抗が大小することによる燃費の変化が顕著になる点に、本願発明者等は気づいた。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リーンバーンエンジン搭載車両の燃費を、さらに向上させることにある。

レシプロエンジンにおいては、エンジンの回転数が低くなるほど、ピストンリングとシリンダライナーとの間の油膜が切れやすくなり、潤滑不良によってエンジンの機械抵抗が大きくなる。また、エンジンの回転数が高くなるほど、ピストンリングが掻いた潤滑油がピストンの進行方向に溜まってピストンを動きにくくするため、エンジンの機械抵抗が大きくなる。

また、エンジンの負荷が高くなるほど、燃焼圧力が高まってピストンリングが押し広げられるため、エンジンの機械抵抗が大きくなる。また、エンジンの負荷が低くなるほど、燃焼安定性が低下して、未燃燃料が増えるため、燃費が悪化する。

本願発明者らは、エンジンの機械抵抗は、同一負荷においては、中回転域において最小になって燃費の向上に有利になると共に、同一回転数においては、中負荷域において燃費が最も良好になる点に着目し、エンジンの運転状態が、機械抵抗の低減によって燃費が良好になる運転状態になるよう、自動変速機の変速状態を制御するようにした。

具体的にここに開示する技術は、リーンバーンエンジン搭載車両の制御装置に係る。この装置は、低負荷域での運転時には、気筒内のＡ／Ｆ（気筒内の空気重量と気筒内に供給される燃料重量との比）又はＧ／Ｆ（気筒内の全ガス重量と気筒内に供給される燃料重量との比）を所定リーンにすると共に、前記低負荷域よりも負荷の高い高負荷域での運転時には、前記気筒内のＡ／Ｆ又はＧ／Ｆを前記所定リーンよりもリッチにするよう構成されたリーンバーンエンジンと、前記リーンバーンエンジンの出力トルクを変速しかつ、駆動輪に出力するよう構成された自動変速機と、要求トルクに応じて、前記リーンバーンエンジンの運転、及び、前記自動変速機の変速状態を制御するよう構成された制御部と、を備える。

そして、前記制御部は、前記リーンバーンエンジンの要求負荷が、前記低負荷域内に相当する所定負荷以上のときでかつ、前記リーンバーンエンジンの回転数が所定回転数以下のときには、前記リーンバーンエンジンの回転数が上がって前記所定回転数に近づくように、前記自動変速機をシフトダウンさせる。

この構成によると、リーンバーンエンジンは、低負荷域での運転時には、気筒内のＡ／Ｆ又はＧ／Ｆを所定リーンにする。所定リーンは、気筒内のＡ／Ｆ又はＧ／Ｆを、例えば３０以上の大幅なリーンとすればよい。こうすることで、熱効率の向上が図られると共に、エンジンにおけるＲａｗＮＯｘの発生が抑制される。また、低負荷域においてポンプ損失が低減し、燃費の向上に有利になる。

一方、低負荷域よりも負荷が高い高負荷域でエンジンを運転する時には、気筒内のＡ／Ｆ又はＧ／Ｆを所定リーンよりもリッチにする。この理由の一つは、エンジンの負荷が高まることに伴い増える燃料供給量に対し、所定リーンを維持するだけのガス量（空気を含む）を気筒内に導入することが困難になるためである。

このリーンバーンエンジンは、前述の通り、熱効率を向上させている。このため、エンジンの運転状態に応じて機械抵抗が大小することにより、燃費が大きく影響を受ける。つまり、エンジンの回転数が所定回転数以下であると、回転数が低くなるほど、機械抵抗が大きくなることで、燃費が悪化する。また、エンジンの負荷が所定負荷以上であると、負荷が高くなるほど、機械抵抗が大きくなることで、燃費が悪化する。

そこで、前記の構成では、リーンバーンエンジンの要求負荷が所定負荷以上のときでかつ、リーンバーンエンジンの回転数が所定回転数以下のときには、自動変速機をシフトダウンさせる。所定負荷は、低負荷域内に相当する負荷である。自動変速機のシフトダウンによって、リーンバーンエンジンの回転数が上がって所定回転数に近づくようになる。これにより、機械抵抗が小さくなる。また、エンジンを等馬力で運転するとして、リーンバーンエンジンの回転数が上がることに伴い、エンジンの負荷が下がる。このことによっても、エンジンの機械抵抗が小さくなる。尚、エンジンの負荷が下がり過ぎると、燃焼安定性の低下及び／又は未燃燃料の増大により燃費が悪化するため、エンジンの負荷は所定負荷よりも低くならないことが好ましい。

こうして前記の構成では、自動変速機のシフトダウンを行うことによって、機械抵抗が小さい状態でエンジンを運転することが可能になり、リーンバーンエンジン搭載車両の燃費の向上が図られる。

また、前記の構成では、リーンバーンエンジンを、比較的高い回転数でかつ、比較的低い負荷で運転することになる。このため、エンジンの負荷を高める余裕代が生まれる。ドライバーが加速を要求したときに、その加速要求を満足させることが容易になる。

前記制御部は、前記自動変速機をシフトダウンしたときの瞬時燃費率を推定すると共に、前記自動変速機をシフトダウンしないときの瞬時燃費率を推定しかつ、シフトダウンしたときの瞬時燃費率がシフトダウンしないときの瞬時燃費率よりも低いときに、前記自動変速機をシフトダウンさせる、としてもよい。

こうすることで、自動変速機をシフトダウンすることによって瞬時燃費率が低くなるときに限って、自動変速機のシフトダウンを行うことにより、燃費率を確実に低くする（つまり、燃費を確実に向上する）ことが可能になる。

前記リーンバーンエンジンは、ガソリンを含有する液体燃料が供給されると共に、気筒内の混合気を、自着火によって燃焼させるよう構成されている、としてもよい。

こうすることで、リーンバーンエンジンの熱効率が高まり、燃費の向上に有利になる。また、熱効率が高いことによって、エンジンの運転状態に応じて機械抵抗が変化することによる、燃費の変化が大きくなり得る。従って、リーンバーンエンジンと自動変速機との協調制御により、リーンバーンエンジンを機械抵抗が小さい状態で運転することで、リーンバーンエンジン搭載車両の燃費をさらに向上させることができる。

以上説明したように、前述したリーンバーンエンジン搭載車両の制御装置によると、リーンバーンエンジンの要求負荷が所定負荷以上のときでかつ、リーンバーンエンジンの回転数が所定回転数以下のときには、リーンバーンエンジンの回転数が、機械抵抗の小さくなる所定回転数に近づくよう、自動変速機をシフトダウンさせることで、燃費をさらに向上させることができる。

図１は、エンジンの構造を示す図である。 図２は、燃焼室の構成を示す断面図である。 図３は、リーンバーンエンジン搭載車両の制御装置の構成を示すブロック図である。 図４は、リーンバーンエンジンの運転制御マップを例示する図である。 図５は、リーンバーンエンジンと自動変速機との協調制御に係るフローチャートである。 図６は、エンジンの各回転数において、エンジンの負荷と燃費率との関係を概念的に示す図である。 図７は、エンジンの回転数と機械抵抗との関係を概念的に示す図である。

以下、リーンバーンエンジン搭載車両の制御装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明は例示である。

（エンジンの全体構成）
図１は、実施形態に係るリーンバーンエンジン１（以下、単にエンジン１という）の構成を示している。このエンジン１の燃料は、本実施形態ではガソリンである。燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。ここに開示するエンジン１の燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。

エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数の気筒１１が形成されている（図１及び図２では、１つのみ示す）。エンジン１は、多気筒エンジンである。各気筒１１内には、ピストン３が摺動自在に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、気筒１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。尚、「燃焼室」は、ピストン３が圧縮上死点に至ったときに形成される空間の意味に必ずしも限定されず、広義で用いる場合がある。

本実施形態では、燃焼室１７の天井部１７０（シリンダヘッド１３の下面）は、吸気ポート１８の開口部が設けられた吸気側天井面１７１と、排気ポート１９の開口部が設けられた排気側天井面１７２とを備えて構成されている。吸気側天井面１７１は、気筒１１の中央に向かって登り勾配となっている。排気側天井面１７２も、気筒１１の中央に向かって登り勾配となっている。吸気側天井面１７１及び排気側天井面１７２は、クランクシャフト１５の軸方向に延びる谷部において連結されている。燃焼室１７は、ペントルーフ型の燃焼室である。尚、ペントルーフの谷部の位置は、気筒１１のボア中心に一致する場合、及び、一致しない場合の両方があり得る。

ピストン３の冠面３０は、吸気側天井面１７１及び排気側天井面１７２に対応するように、吸気側及び排気側のそれぞれにおいて、ピストン３の中央に向かって登り勾配となった傾斜面３１、３２によって、三角屋根状に隆起している（図２も参照）。このエンジン１の幾何学的圧縮比は、１５以上の高い圧縮比に設定している。ピストン３の冠面３０には、凹状のキャビティ３４が形成されている。

図１には１つのみ示すが、気筒１１毎に２つの吸気ポート１８がシリンダヘッド１３に形成されている。吸気ポート１８は燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、吸気通路１８１に接続されている。吸気通路１８１には吸気流量を調節するスロットル弁４１（図３参照）が介設されている。

吸気ポート１８と同様に、気筒１１毎に２つの排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成されている。排気ポート１９は燃焼室１７に連通している。排気ポート１９は、排気通路１９１に接続されている。排気通路１９１には、１つ以上の触媒コンバータ１９２を有する排気ガス浄化システムが配設されている。触媒コンバータ１９２は、三元触媒を含む。

シリンダヘッド１３には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、吸気ポート１８を燃焼室１７に対して開閉する。吸気弁２１は吸気動弁機構２３によって、所定のタイミングで往復動する。吸気動弁機構２３は、この例では、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は電動式の位相可変機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）を、少なくとも含んで構成されている。

シリンダヘッド１３には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、排気ポート１９を燃焼室１７に対して開閉する。排気弁２２は排気動弁機構２４によって、所定のタイミングで往復動する。排気動弁機構２４は、この例では、液圧式又は電動式のＶＶＴを、少なくとも含んで構成されている。

シリンダヘッド１３には、燃焼室１７内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁６が取り付けられている。燃料噴射弁６は、吸気側天井面１７１と排気側天井面１７２とが交差するペントルーフの谷部に配設されている。燃料噴射弁６は、その噴射軸心Ｓが、気筒１１の軸心に沿うように配設されている。噴射軸心Ｓは、気筒１１の軸線と一致する場合、及び、気筒１１の軸線からずれる場合の両方がある。燃料噴射弁６は、ピストン３のキャビティ３４内に向かって、燃料を噴射する。

燃料噴射弁６は、図２に概念的に示すように、キャビティ３４内、つまり燃焼室１７内に、混合気層と、その周囲の断熱ガス層とを形成することが可能に構成されている。燃料噴射弁６は、例えば外開弁式の燃料噴射弁としてもよい。外開弁式の燃料噴射弁は、外開弁のリフト量を調整することにより、噴射する燃料噴霧の粒径を変更することが可能である。本願出願人が先に出願した特願２０１３−２４２５９７号に開示しているように、外開弁式の燃料噴射弁によって、圧縮上死点付近のタイミングで、複数回の噴射を含む所定態様の燃料噴射を行うと、キャビティ３４の中央部に混合気層を、その外周囲に断熱ガス層が形成される。

また、外開弁式の燃料噴射弁に限らず、ＶＯＣ（Valve Covered Orifice）ノズルタイプのインジェクタも、ノズル口に発生するキャビテーションの度合いを調整することにより、噴口の有効断面積を変更して、噴射する燃料噴霧の粒径を変更することが可能である。従って、外開弁式の燃料噴射弁と同様に、キャビティ３４内の中央部に混合気層を、その外周囲に断熱ガス層を形成することが可能である。

また、ヒータによって所定の温度まで加熱した燃料を、高圧雰囲気の燃焼室１７内に噴射することにより、燃料を超臨界状態とすることによっても、キャビティ３４内の中央部に混合気層を、その外周囲に断熱ガス層を形成することが可能である。この技術は、燃焼室１７内に噴射した燃料を瞬時に気化させることによって燃料噴霧のペネトレーションが短くなり、キャビティ３４内における燃料噴射弁の近傍に、混合気層を形成するものである。尚、燃料噴射弁は、例えば複数の噴口を有するマルチホールタイプの燃料噴射弁において、燃料を加熱するヒータを備えて構成される。また、この構成以外の燃料噴射弁であってもよい。

これらの燃料噴射弁の構成は、公知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

エンジン１はまた、着火アシストシステム４２を備えている（図３参照）。着火アシストシステム４２は、混合気にエネルギを与えて自着火を促す点火プラグ、又は、気筒１１内に混合気の自着火を促進する活性種を生成する装置（例えばオゾン生成装置）を有して構成される。図示は省略するが、点火プラグ又はオゾン生成装置は、ペントルーフの谷部において、燃料噴射弁６に対して近接して配設される。

図３に示すように、エンジン１はまた、既燃ガスを気筒１１内に再導入するよう構成されたＥＧＲシステム４３を備えている。ＥＧＲシステム４３は、エンジン１の排気通路１９１と吸気通路１８１とをつなぐＥＧＲ通路を介して既燃ガスを気筒１１内に再導入する外部ＥＧＲシステム、及び、気筒１１内の既燃ガスの一部を、実質的に気筒１１内に留める内部ＥＧＲシステムの両方を含む。

また、詳細な図示は省略するが、エンジン１の出力は、自動変速機８によって変速された上で、駆動輪に出力される。これにより、車両が走行する。自動変速機８は、例えばプラネタリギヤセットを含んで構成された、有段（例えば６速）の自動変速機である。尚、自動変速機８は、デュアルクラッチトランスミッション（ＤＣＴ）であってもよい。さらに、自動変速機８は、マニュアルトランスミッションのシフト操作を自動化したＡＭＴ（Automated Manual Transmission）であってもよい。

パワートレイン制御部１００は、エンジン１の運転を制御するエンジンＥＣＵ１０１と、自動変速機８の変速状態を制御する変速機ＥＣＵ１０２とを備えている。

エンジンＥＣＵ１０１は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。

変速機ＥＣＵ１０２もまた、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。

パワートレイン制御部１００は、少なくとも、エアフローセンサ５１からの吸気流量に関する信号、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ５２からのアクセル開度信号、車速センサ５３からの車速信号、クランク角センサ５４からのクランク角パルス信号、水温センサ５５からのエンジン１の冷却水の温度信号、油温センサ５６からのエンジン１の潤滑油の温度信号、及び、触媒温度センサ５７からの触媒コンバータ１９２の温度信号をそれぞれ受ける。そして、パワートレイン制御部１００は、これらの信号に基づいて、要求トルクの演算や、エンジン１の負荷の予測等を行う。

エンジンＥＣＵ１０１は、演算した要求トルク等に基づいて、スロットル開度信号、燃料噴射パルス、着火アシスト信号、バルブ位相角信号等といった、エンジン１の制御パラメータを計算する。そして、エンジンＥＣＵ１００は、それらの信号を、スロットル弁４１（正確には、スロットル弁４１を動かすスロットルアクチュエータ）、燃料噴射弁６、着火アシストシステム４２、ＥＧＲシステム４３、吸気動弁機構２３及び排気動弁機構２４等に出力する。

また、変速機ＥＣＵ１０２は、基本的には、予め設定している変速線図（図示省略）に従い、車速とアクセル開度とに応じて、シフトアップ信号及びシフトダウン信号を自動変速機８に出力する。

このエンジン１は、前述したように、幾何学的圧縮比εを１５以上に設定している。幾何学的圧縮比は、４０以下とすればよく、特に１８以上３５以下が好ましい。圧縮比が高いほど膨張比も高くなるため、エンジン１は、高圧縮比と同時に、比較的高い膨張比を有するエンジンでもある。このエンジン１は、基本的には全運転領域で気筒１１内に噴射した燃料を圧縮自着火により燃焼させる（以下、ＣＡＩ（Controlled Auto Ignition）燃焼という）よう構成されている。高い幾何学的圧縮比は、ＣＡＩ燃焼を安定化する。

図２に示すように、エンジン１は、幾何学的圧縮比を高くするために、ピストン３の冠面３０におけるフラット面（つまり、傾斜面３１、３２とは別に、ピストン３の外周縁部に設けられている面）が、ピストン３が圧縮上死点付近にあるときに、シリンダヘッド１３とシリンダブロック１２との合わせ面よりも、シリンダヘッド１３の側に入り込むように構成されている。よって、このエンジン１では、燃焼室１７は、実質的には、ピストン３の冠面３０と、シリンダヘッド１３の下面（天井部１７０）と、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッドの面と、によって区画形成される。このエンジン１では、燃焼室１７を区画する、これらの区画面に遮熱層１７３を設けている。遮熱層１７３は、これらの区画面の全てに設けてもよいし、これらの区画面の一部に設けてもよい。

遮熱層１７３は、燃焼室１７を構成する金属製の母材よりも熱伝導率が低い。ここでいう母材は、例えばピストン３であればアルミニウム又はアルミニウム合金である。遮熱層１７３は、燃焼室１７内の燃焼ガスの熱が、燃焼室１７を区画する面を通じて放出されることを抑制する。また、遮熱層１７３は、母材よりも容積比熱が小さいことが好ましい。つまり、遮熱層１７３の熱容量を小さくして、燃焼室１７の区画面の温度が、燃焼室１７内のガス温度の変動に追従して変化することが好ましい。こうすることで、燃焼ガスの温度と区画面の温度との差が小さくなるから、熱が、区画面を通じて母材に伝わることが抑制される。

遮熱層１７３は、中空粒子（例えばガラスバルーン）と、バインダとしてのシリコン樹脂と、を含有する遮熱材料を、区画面上に塗布し、加熱処理によって樹脂を硬化させることにより、形成してもよい。遮熱層１７３はまた、区画面上に、ＺｒＯ_２等のセラミック材料を、プラズマ溶射によってコーティングすることにより、形成してもよい。

このエンジン１は、燃焼室１７の遮熱構造に加えて、前述したように、燃焼時には、燃焼室１７内にガス層による断熱層を形成する。このことで、エンジン１は、冷却損失を大幅に低減している。具体的に、このエンジン１では、圧縮行程以降において燃料噴射弁６からキャビティ３４内に燃料を噴射させる。図２に示すように、燃料噴射弁６の近傍の、キャビティ３４内の中心部に混合気層を形成しかつ、その周囲に新気を含むガス層を形成するという、成層化が行われる。このガス層は、新気のみであってもよく、新気に加えて、既燃ガス（つまり、ＥＧＲガス）を含んでいてもよい。尚、ガス層に少量の燃料が混じっていても問題はない。ガス層は混合気層よりも燃料リーンであればよい。

燃焼室１７内にガス層と混合気層とが形成された状態で、混合気がＣＡＩ燃焼すれば、混合気層と燃焼室１７の区画壁との間のガス層により、火炎が気筒１１の壁面に接触することが抑制される。また、ガス層が断熱層となるため、燃焼室１７の区画壁からの放熱が抑制される。この結果、冷却損失を大幅に低減することができる。

尚、冷却損失を低減させるだけでは、その冷却損失の低減分が排気損失に転換されて熱効率の向上にはあまり寄与しないところ、このエンジン１では、高膨張比化によって、冷却損失の低減分に相当する燃焼ガスのエネルギを、機械仕事に変換している。すなわち、エンジン１は、冷却損失及び排気損失を共に低減させる構成を採用することによって、熱効率を大幅に向上させているということができる。

このような混合気層とガス層とを燃焼室１７内に形成するために、燃料を噴射するタイミングにおいては、燃焼室１７内のガス流動は弱いことが望ましい。そのため、吸気ポートは、燃焼室１７内でスワールが生じない、又は、生じ難いようなストレート形状を有していると共に、タンブル流もできるだけ弱くなるように、構成されている。

（リーンバーンエンジンと自動変速機との協調制御）
図４は、エンジン１の運転制御に係るマップを例示している。このエンジン１は、所定負荷以下の低負荷域（図４における破線及び破線よりも下側の領域に相当）では、気筒１１内のＧ／Ｆを３０以上でかつ、空気過剰率λを１以上のリーンにする。低負荷域では、エンジン１の負荷に応じて、ＥＧＲシステム４３によって既燃ガスを気筒１１に導入する場合、及び、導入しない場合がある。既燃ガスを気筒１１に導入しない場合は、気筒１１内のＧ／ＦとＡ／Ｆとは実質的に同じであるため、Ａ／Ｆを３０以上とすればよい。低負荷域では、気筒１１内の混合気を大幅にリーンにすることで、熱効率が向上すると共に、ＲａｗＮＯｘの生成が抑制され、排気エミッション性能を向上させることができる。また、低負荷域においてポンプ損失が低減するため、燃費の向上に有利になる。

これに対し、所定負荷を超える高負荷域（図４における破線を超える上側の領域）では、気筒１１内のＧ／Ｆを３０未満でかつ、空気過剰率λをほぼ１にする。つまり、低負荷域と比較して、気筒１１内の混合気を相対的にリッチにする（尚、図４の「リッチ」は相対的にリッチの意味である）。これにより、エンジン１を高負荷で運転することが可能になる一方で、触媒コンバータ１９２（つまり、三元触媒）によって、テールパイプエミッションの悪化を防止することができる。高負荷域では、ＥＧＲシステム４３によって既燃ガスを気筒１１に導入する。気筒１１内に導入する既燃ガスの量を調整することによって、気筒１１内に導入する新気の量を調整すればよい。こうすることで、ポンプ損失が低減する。尚、高負荷域において、ＥＧＲシステム４３による既燃ガスの導入を中止してもよい。ここで、低負荷域と高負荷域との境界としての所定負荷は、例えば全負荷に対し、５０〜６０％負荷としてもよい。

前述したように、このエンジン１は、幾何学的圧縮比を高く設定していると共に、燃焼室１７を遮熱化している（つまり、燃焼室１７を区画する区画壁に遮熱層１７３を設けていると共に、燃焼室１７内の中央部に混合気層、その周囲に断熱ガス層を形成している）。エンジン１の温度状態が所定温度よりも低い冷間時においても、ピストン３が圧縮上死点に至ったときの気筒１１内の温度及び圧力が十分に高くなる。その結果、気筒１１内の混合気を大幅なリーンにしても、ＣＡＩ燃焼を安定して行うことが可能になる。このエンジン１は、基本的に、冷間時でも温間時でも、図４に示す同じ運転制御マップで運転を行うよう構成されている。尚、パワートレイン制御部１００は、水温センサ５５からの冷却水の温度信号、及び／又は、油温センサ５６からの潤滑油の温度信号に基づいて、エンジン１の温度状態の検知は行っている。例えば冷却水温が６０℃以下のとき、及び／又は、潤滑油温が５０℃以下のときには、エンジン１は冷間であると判断してもよい。

尚、幾何学的圧縮比を高く設定すること、燃焼室１７を区画する区画壁に遮熱層１７３を設けること、及び、燃焼室１７内の中央部に混合気層、その周囲に断熱ガス層を形成すること、のいずれか一つの方策、又は、いずれか二つの方策を採用すれば、エンジン１の冷間時に、気筒１１内の混合気を大幅なリーンにしても、ＣＡＩ燃焼を安定して行うことが可能である。

ここで、図６は、エンジン１の各回転数において、エンジンの負荷と燃費率との関係を示している。エンジン回転数の高低に関わらず、エンジン１の負荷が低くなると燃費率が高まる（つまり、燃費が悪くなる）。前述したように、このエンジン１は、低負荷域において気筒１１内のＧ／Ｆをリーンにするため、エンジン１の負荷が低くなってもポンプ損失は増大しないが、圧縮比が高いため、負荷が低い時には圧縮仕事による損失が大きくなる。また、エンジン１の負荷が低下すると、燃焼安定性が低下して未燃損失も増大する。それらの結果、エンジン１の負荷が低くなると燃費率が高くなる。また、エンジン１の負荷が高くなると、燃焼圧力が高くなってピストンリングが押し広げられる。これにより、機械抵抗が大きくなるため、エンジン１の負荷が高くなると燃費率が高くなる。よって、エンジン１は、中負荷域において燃費率が最も低くなる。

また、図６に示すように、エンジンの回転数が高い（例えば３０００ｒｐｍ）と燃費率が高くなると共に、エンジンの回転数が低い（例えば１０００ｒｐｍ）と燃費率が高くなる。エンジンの回転数が中程度（例えば２０００〜２５００ｒｐｍ）のときに、燃費率が低くなる。これは、エンジン１の回転数が高いほど、機械抵抗が高くなり、エンジン１の回転数が低いほど、機械抵抗が高くなるためである。つまり、エンジン１の回転数が高いときには、ピストンリングが掻いた潤滑油がピストン３の進行方向に溜まるようになり、機械抵抗が大きくなる。一方、エンジン１の回数数が低いときには、ピストンリングとシリンダライナーとの間の油膜が切れやすくなるため、潤滑不良により機械抵抗が高くなる。よって、図７に示すように、エンジン１の回転数が中程度であるときに、機械抵抗が最も小さくなり、エンジン１の回転数が高くなっても、低くなっても、機械抵抗は大きくなる。

このエンジン１は、前述したように、熱効率を大幅に向上させているため、エンジン１の運転状態に応じて機械抵抗が変化することにより、燃費に大きな影響を与える。つまり、機械抵抗が変化することによって、燃費が大きく変化する。そこで、このエンジン１を搭載した車両は、燃費をより一層向上させるべく、エンジン１を、機械抵抗ができるだけ小さい状態で運転するよう、自動変速機８の変速状態を制御する。

詳細には、エンジン１の運転状態が、所定負荷Ｌ１（尚、Ｌ１は低負荷域内に相当する負荷である）以上でかつ、所定回転数Ｎ１（例えば２５００ｒｐｍ）以下のときに、自動変速機８の変速段を、高速段から低速段へと変更する（言い換えると、自動変速機８の変速比を、小から大へ変更する）シフトダウンを行う。これにより、図７に矢印で示すように、エンジン１の回転数が上がって所定回転数Ｎ１に近づき、機械抵抗が小さくなる。また、図６に矢印で例示するように、エンジン１の回転数が上がることに伴い、エンジン１の負荷が低下する。これによっても、エンジンの機械抵抗が小さくなる。自動変速機８のシフトダウンを行うことで、エンジン１を、低い燃費率で運転することが可能になる。このときに、エンジン１の負荷は、所定負荷Ｌ１よりも低下しないことが好ましい。エンジン１の負荷が低くなり過ぎると、前述したように、燃費が悪化するためである。

図５は、パワートレイン制御部１００が実行する、エンジン１と自動変速機８との協調制御のフローを示している。このフローは、エンジン１を始動することによりスタートし、最初のステップＳ１では、エンジン１の負荷が所定負荷以上であるか否かを判定する。ここでいう所定負荷は、図４及び図６におけるＬ１である。負荷Ｌ１は、同一回転数における燃費特性で（図６参照）、燃費特性が悪化に転じる低負荷側の境界である。つまり、エンジン１の負荷が所定負荷以上であるとは、図６において右上がりとなるグラフの部分に相当し、この負荷Ｌ１よりもエンジン１の負荷が高いと、負荷が高くなるに従い機械抵抗が大きくなって燃費率が高くなる。所定負荷Ｌ１は、低負荷域内における負荷である。尚、所定負荷Ｌ１は、前述したように低負荷域と高負荷域との境界に相当する所定負荷（図４の破線参照）とは異なる。

ステップＳ１の判定がＹＥＳのときにはステップＳ２に移行し、ステップＳ１の判定がＮＯのときにはステップＳ７に進む。ステップＳ７では、エンジン１及び自動変速機８の通常制御を行う。つまり、パワートレイン制御部１００に入力される各種信号に基づいて要求トルクの演算等を行うと共に、要求トルクに対応するように、必要な、エンジン１及び／又は自動変速機８の制御を行う。その後、フローは、ステップＳ８において、エンジン１が運転終了か否かを判定し、運転終了であれば、エンジン１を停止し、フローを終了する。一方、運転終了でなければ、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ２では、エンジン１の回転数が所定回転数以下であるか否かを判定する。ここでいう所定回転数は、図４及び図７におけるＮ１である。この回転数Ｎ１は、同一負荷における機械抵抗特性で（図７参照）、機械抵抗が悪化に転じる高回転側の境界である。つまり、エンジン１の回転数が所定回転数以下であるとは、図７において右下がりとなるグラフの部分に相当し、この回転数Ｎ１よりもエンジン１の回転数が低いと、回転数が低くなるに従い機械抵抗が大きくなって燃費率が高くなる。ステップＳ２の判定がＹＥＳのときには、ステップＳ３に移行し、ステップＳ２の判定がＮＯのときには、前述したステップＳ７に進む。従って、ステップＳ１及びステップＳ２のそれぞれにおいて判定がＹＥＳのときには、エンジン１の運転状態は、図４に示すマップのハッチングを付した領域内となる。

ステップＳ３では、現時点での、言い換えると自動変速機８のシフトダウンを行わないときの瞬時燃費率（Ａ）を推定し、続くステップＳ４では、自動変速機８のシフトダウンを行うと仮定したときの瞬時燃費率（Ｂ）を推定する。そうして、ステップＳ５で、推定した瞬時燃費率（Ａ）と瞬時燃費率（Ｂ）とを比較する。瞬時燃費率（Ｂ）の方が瞬時燃費率（Ａ）よりも小さいとき、つまり自動変速機８のシフトダウンを行った方が、燃費が向上するときには、ステップＳ６に移行をして、自動変速機８のシフトダウンを行う。これにより、図４及び図６に矢印で例示するように、エンジン１の回転数が高まって所定回転数Ｎ１に近づくと共に、エンジン１の負荷が低下する。エンジン１の負荷は、所定負荷Ｌ１を下回らない。こうして、エンジン１を、機械抵抗が小さい状態で運転することができる。一方、ステップＳ５において、瞬時燃費率（Ａ）の方が瞬時燃費率（Ｂ）よりも小さいとき（つまり、自動変速機８のシフトダウンを行わない方が、燃費が向上するとき）、又は、瞬時燃費率（Ａ）と瞬時燃費率（Ｂ）とが同じとき（つまり、シフトダウンの実行・非実行に関わらず瞬時燃費率が同じとき）、には、ステップＳ６に移行せずに、ステップＳ７に移行する。例えば自動変速機８のシフトダウンによって、エンジン１の負荷が所定負荷Ｌ１を下回るときには、シフトダウンを行わない方が、燃費が向上し得る。この場合、自動変速機８のシフトダウンは、行われない。

（まとめ）
以上説明したように、ここに開示するリーンバーンエンジン搭載車両の制御装置は、低負荷域での運転時には、気筒１１内のＡ／Ｆ又はＧ／Ｆを所定リーンにすると共に、低負荷域よりも負荷の高い高負荷域での運転時には、気筒１１内のＡ／Ｆ又はＧ／Ｆを所定リーンよりもリッチにするよう構成されたリーンバーンエンジン１と、自動変速機８と、要求トルクに応じて、リーンバーンエンジン１の運転、及び、自動変速機８の変速状態を制御するよう構成されたパワートレイン制御部１００と、を備える。そして、パワートレイン制御部１００は、リーンバーンエンジン１の要求負荷が所定負荷Ｌ１以上のとき（図５のステップＳ１がＹＥＳのとき）でかつ、リーンバーンエンジン１の回転数が所定回転数Ｎ１以下のとき（ステップＳ２がＹＥＳのとき）には、リーンバーンエンジン１の回転数が所定回転数Ｎ１に近づくように、自動変速機８をシフトダウンさせる（ステップＳ６）。

より具体的に、パワートレイン制御部１００は、自動変速機８をシフトダウンしたときの瞬時燃費率を推定する（図５のステップＳ４）と共に、自動変速機８をシフトダウンしないときの瞬時燃費率を推定し（ステップＳ３）かつ、シフトダウンしたときの瞬時燃費率がシフトダウンしないときの瞬時燃費率よりも低いとき（ステップＳ５がＹＥＳのとき）に、自動変速機８をシフトダウンさせる。

これにより、熱効率の高いリーンバーンエンジン１を、できる限り、機械抵抗が小さい状態で運転することができ、リーンバーンエンジン１を搭載した車両の燃費を向上させることができる。

また、リーンバーンエンジン１を低負荷で運転することになるため、負荷の余裕度が大きくなる。このため、ドライバーの加速要求時には、その加速要求を満足させやすくなる。

特にこのリーンバーンエンジン１は、ガソリンを含有する液体燃料が供給されると共に、気筒１１内の混合気を、自着火によって燃焼させるよう構成されていて、熱効率が高いため、機械抵抗が低い状態で、エンジン１を運転することによる燃費の向上効果が高い。

尚、前述したリーンバーンエンジン１の構成は例示であり、ここに開示する技術は、前述した構成のリーンバーンエンジン１に適用することに限定されない。

１ リーンバーンエンジン
１１ 気筒
１００ パワートレイン制御部（制御部）
１０１ エンジンＥＣＵ（制御部）
１０２ 変速機ＥＣＵ（制御部）
８ 自動変速機

Claims (3)

1. 低負荷域での運転時には、気筒内のＡ／Ｆ（気筒内の空気重量と気筒内に供給される燃料重量との比）又はＧ／Ｆ（気筒内の全ガス重量と気筒内に供給される燃料重量との比）を所定リーンにすると共に、前記低負荷域よりも負荷の高い高負荷域での運転時には、前記気筒内のＡ／Ｆ又はＧ／Ｆを前記所定リーンよりもリッチにするよう構成されたリーンバーンエンジンと、
   前記リーンバーンエンジンの出力トルクを変速しかつ、駆動輪に出力するよう構成された自動変速機と、
   要求トルクに応じて、前記リーンバーンエンジンの運転、及び、前記自動変速機の変速状態を制御するよう構成された制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記リーンバーンエンジンの要求負荷が、前記低負荷域内に相当する所定負荷以上のときでかつ、前記リーンバーンエンジンの回転数が所定回転数以下のときには、前記リーンバーンエンジンの回転数が上がって前記所定回転数に近づくように、前記自動変速機をシフトダウンさせるリーンバーンエンジン搭載車両の制御装置。
2. 請求項１に記載のリーンバーンエンジン搭載車両の制御装置において、
   前記制御部は、前記自動変速機をシフトダウンしたときの瞬時燃費率を推定すると共に、前記自動変速機をシフトダウンしないときの瞬時燃費率を推定しかつ、シフトダウンしたときの瞬時燃費率がシフトダウンしないときの瞬時燃費率よりも低いときに、前記自動変速機をシフトダウンさせるリーンバーンエンジン搭載車両の制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のリーンバーンエンジン搭載車両の制御装置において、
   前記リーンバーンエンジンは、ガソリンを含有する液体燃料が供給されると共に、気筒内の混合気を、自着火によって燃焼させるよう構成されているリーンバーンエンジン搭載車両の制御装置。
   

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