JP3412646B2 - 車両のパワーユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、過給機付ガソリンエン
ジンと無段変速機とからなる車両のパワーユニットに関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】一般に車両のパワーユニットは、エンジ
ンと変速機とを備えている。この車両のパワーユニット
におけるエンジンに過給機を設け、吸気を過給すること
により出力の向上を図るようにしたものは種々知られて
いる（例えば特開平１−１０４９２０号公報参照）。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】従来においてエンジン
に過給機を設けているものは、主として出力を高めるこ
とを目的としており、燃費の改善については充分な工夫
がなされていなかった。なお、過給機付エンジンにおい
て高負荷時に空燃比を希薄側に設定する等によりある程
度の燃費低減効果を期待しているものもあるが（例えば
特開平３−２３３２７号公報参照）、車両の走行におい
て、必ずしも燃費の低い領域が有効に活用されておら
ず、改善の余地があった。 【０００４】本発明は、上記の事情に鑑み、過給機のう
ちでもとくに低抵抗の排気ターボ過給機を利用してエン
ジンの低燃費化を図るとともに、低燃費領域を有効に活
用し、燃費を大幅に改善することができる車両のパワー
ユニットを提供することを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、排気ターボ過給機付エンジンと無段変速
機とを備えた車両のパワーユニットにおいて、エンジン
回転数検出手段と、スロットル開度検出手段と、エンジ
ン回転数とスロットル開度とに基づいて設定された変速
特性と上記エンジン回転数検出手段及びスロットル開度
検出手段の検出結果に基づいて上記無段変速機を制御す
る制御手段と、少なくとも上記エンジンの回転数が所定
回転数以下且つスロットル開度が全開域よりも小さい
中、高負荷の所定領域における吸気弁閉時期を高速域に
比して遅くするバルブタイミング可変手段とを備え、上
記変速特性が、平均有効圧力が所定平均有効圧力より小
さい領域では、定常走行ライン上の当該平均有効圧力の
増加に対するエンジン回転数の増加率が、上記所定平均
有効圧力より大きい領域に比して小さくなるように設定
され、且つ、上記所定平均有効圧力が、上記過給機の過
給域における低速高負荷領域内の少なくとも全開域より
も低負荷の領域になるように設定されたものである。 【０００６】 【作用】本発明によると、後に詳述するように、低速高
負荷側の運転域において燃費が低くなり、とくに過給に
よって平均有効圧力が高められるとともに低抵抗の排気
ターボ過給機が用いられることにより燃費が充分に低減
され、しかも、上記無段変速機によって上記変速比制御
特性に従った変速比の制御が行われることにより、燃費
の低い領域が多用されることとなる。さらに、上記排気
ターボ過給機は機械式過給機と比べると低速トルクおよ
びレスポンスが劣るが、これが無段変速機の変速比制御
で補われることにより、加速性能等が良好に得られる。 【０００７】また、少なくとも上記エンジンの回転数が
所定回転数以下且つスロットル開度が全開域よりも小さ
い中、高負荷の所定領域における吸気弁閉時期を高速域
に比して遅くするバルブタイミング可変手段を備えてい
るので、上記燃費の低い比較的高負荷領域での燃焼室温
度上昇が抑制されて過給域での耐ノック性が高められ、
上記無段変速機の制御によって多用される過給域のノッ
キング抑制に有利となる。 【０００８】 【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 【０００９】図１は本発明の一実施例による車両のパワ
ーユニットを概略的に示している。このパワーユニット
におけるエンジン（ガソリンエンジン）は、エンジン本
体１、吸気通路１０、排気通路１２等を有している。上
記エンジン本体１は複数の気筒２を備え、その各気筒２
の燃焼室３に吸気ポート４および排気ポート５が開口
し、図示の例では２つの吸気ポート４と２つの排気ポー
ト５が開口している。上記各吸気ポート４および各排気
ポート５は吸気弁６および排気弁７によりそれぞれ開閉
されるようになっている。上記吸気ポート４には吸気通
路１０の下流側の気筒別吸気通路１１が接続され、排気
ポート５には排気通路１２の上流側の気筒別排気通路１
３が接続されている。 【００１０】また、エンジンには排気ターボ過給機１５
が設けられている。この排気ターボ過給機１５は、排気
通路１２に配置されたタービン１５ａと、吸気通路１０
に配置されて、上記タービン１５ａにシャフト１５ｃを
介して連結されたコンプレッサ１５ｂとを備え、排気エ
ネルギーによりタービン１５ａが回転し、これに連動し
てコンプレッサ１５ｂが回転することにより吸気を過給
するようになっている。 【００１１】上記吸気通路１０におけるコンプレッサ１
５ｂの下流には、過給気を冷却するインタークーラ１６
が設けられている。さらに吸気通路１０には、エアクリ
ーナ１７、吸気流量を検出するエアフローメータ１８、
アクセル操作等に応じて吸気流量を調節するスロットル
弁１９、燃料を噴射供給するインジェクタ２０等が配設
されている。 【００１２】エンジンの出力軸には、トランスミッショ
ン２５が接続されており、このトランスミッション２５
の出力側に終減速機２６が接続され、この終減速機２６
に車軸２７を介して車輪２８が連結されている。 【００１３】図２はトランスミッション２５の構造を示
し、このトランスミッション２５は無段変速機により構
成され、当実施例では、トロイダル型の無段変速機４０
を用いて構成されている。すなわち、このトランスミッ
ション２５は、エンジンの出力軸に連結されてトルクの
増大作用を行なうトルクコンバータ３０と、このトルク
コンバータ３０の出力が伝達される減速装置としての遊
星歯車機構３１と、上記エンジンの回転が入力されてそ
の回転を無段階に変速するトロイダル型の無段変速機４
０とを有している。 【００１４】上記遊星歯車機構３１は、前進用遊星歯車
機構３２と後進用遊星歯車機構３３とを備え、これらに
共用されるサンギヤ３４がトルクコンバータのタービン
シャフト３５に連結される一方、前進用遊星歯車機構３
２のリングギヤがフォワードクラッチ３６およびワンウ
エイクラッチ３７を介して出力軸５０に連結されるとと
もに、後進遊星歯車機構３３のリングギヤがリバースク
ラッチ３８を介して出力軸５０に連結され、クラッチ３
６，３８の作動により前進、後進の切換が可能となって
いる。 【００１５】また、上記無段変速機４０は、第１変速ユ
ニット４１と第２変速ユニット４２とを有し、これらの
変速ユニット４１，４２は同様の構成とされており、そ
れぞれ、上記出力軸５０上にこの軸に対して回転自在に
設けられた入力ディスク４３と、この入力ディスク４３
に対向配置されて出力軸５０と一体回転する出力ディス
ク４４と、これら入出力ディスク４３，４４間に配置さ
れた一対のローラ４５とを有している。上記ローラ４５
は、入力ディスク４３の回転を出力ディスク４４に伝え
るように両ディスク４３，４４に接して回転し、かつ傾
動可能となっている。そして、このローラ４５が図外の
油圧駆動機構により傾動されて、その設置角が変更され
ることにより、上記両ディスク４３，４４に対するロー
ラ４５の当接箇所が変位して、変速比が変更されるよう
になっている。 【００１６】上記両変速ユニット４１，４２の各入力デ
ィスク４３は隣接配置され、その各入力ディスク４３の
間には中間ディスク４６が配置されており、この中間デ
ィスク４６と各入力ディスク４３との間に、入力トルク
に応じた押し付け力を入力ディスク４３に作用させるロ
ーディングカム４７が介装されている。 【００１７】上記無段変速機４０の入力ディスク４３に
エンジン出力を入力するため、入力軸５１が上記出力軸
５０と平行に配置されており、この入力軸５１の一端側
に第１ギヤ５２が設けられるとともに、トルクコンバー
タ３０の入力側に直結された中空軸５３に切換クラッチ
５４を介して接続されるギヤ５５が設けられ、このギヤ
５５にアイドルギヤ５６が噛合し、このアイドルギヤ５
６に上記第１ギヤ５２が噛合している。上記入力軸５１
の他端側には第２ギヤ５７が設けられ、この第２ギヤ５
７に、上記中間ディスク４６に設けられたギヤ５８が噛
合している。 【００１８】このトランスミッション２５によると、上
記切換クラッチ５４が解放されたときは、上記中空軸５
３と無段変速機４０の入力軸５１との間の回転伝達が遮
断され、エンジン出力がトルクコンバータ３０および遊
星歯車機構３１を経て出力軸５０に伝達される。一方、
上記切換クラッチ５４が締結されたときは、エンジン出
力が上記中空軸５３から入力軸５１に伝達され、無段変
速機４０を経て出力軸５０に伝達される。そして、後進
時や発進時等を除く通常走行時は、上記切換クラッチ５
４が締結された状態で、上記ローラ４５を傾動する油圧
駆動機構（図示せず）が制御されることにより、走行状
態に応じて変速比が変えられるようになっている。 【００１９】上記トランスミッション２５における変速
比等の制御およびエンジンの制御は、図１中に示したコ
ントロールユニット（ＥＣＵ）６０により行なわれる。
このコントロールユニット６０には、上記エアフローメ
ータ１８、スロットル弁の開度を検出するスロットル開
度センサ６１、エンジン回転数を検出するエンジン回転
数センサ６２、変速機出力軸回転数を検出するセンサ６
３等からの信号が入力されている。そして、上記ＥＣＵ
６０は、インジェクタ２０からの燃料噴射量を制御等の
エンジン制御を行なう一方、上記無段変速機４０の変速
比の制御を、走行状態に応じ、予め設定された変速比制
御特性に従って行なうようになっている。 【００２０】このパワーユニットにおいて、エンジンの
幾何学的圧縮比は一般の過給エンジンの幾何学的圧縮比
（８．５以下）と比べて大きく、９以上の高圧縮比とさ
れている。 【００２１】また、少なくとも上記過給域における低速
域で有効圧縮比が膨張比よりも小さくなるように吸気弁
閉時期が設定されている。当実施例では、図３に示すご
とく、膨張比が略幾何学的圧縮比となるように排気弁は
下死点付近で開き、上死点付近で閉じるように設定され
る一方、吸気弁は上死点付近で開いて下死点よりもある
程度以上遅い時期に閉じるように設定され、具体的には
１mmリフト時をもって定義した吸気弁閉時期ＩＣがクラ
ンク角で下死点後５０°以上に遅く設定されている。こ
の程度に吸気弁閉時期が遅くされることにより、吸入終
期に吸気の吹き返しが生じることで有効圧縮比が膨張比
と比べて充分に小さくなって、後述のようなノッキング
抑制作用が有効に得られるものである。 【００２２】なお、当実施例では吸・排気弁の開閉タイ
ミングを固定としているが、吸気弁もしくは吸・排気弁
の双方に対してその開閉タイミングを変更可能とするバ
ルブタイミング可変機構を設け、少なくとも上記過給域
における低速域で有効圧縮比が膨張比よりも小さくなる
ようにしつつ、運転状態に応じて上記開閉タイミングを
制御してもよい。また、有効圧縮比が膨張比よりも小さ
くなるような設定としては、吸気弁閉時期を下死点より
も早い時期に設定するようにしてもよい。 【００２３】一方、上記無段変速機の特性は、上記過給
域における低速域で平坦路のときの定常走行が行なわれ
るように設定されている。 【００２４】すなわち、無段変速機の制御においては、
例えば図４に示すような出力回転数およびスロットル開
度と入力回転数（エンジン回転数）とを対応づけた変速
比制御特性のマップが設定され、このマップに基づいて
実際の出力回転数およびスロットル開度に応じた変速比
の制御が行なわれる。この場合、無段変速機は上記変速
比制御特性の設定の自由度が比較的高く、これによって
定常走行時のエンジン運転状態を比較的自由に調整する
ことができる。 【００２５】そこで、低速高負荷域で平坦路のときの定
常走行が行なわれるように変速比制御特性が設定されて
いる。つまり、後に詳述するような図６に示す運転状態
のマップにおいて、低速高負荷域を通るラインＡ（太い
実線で示したライン）を定常走行ラインとし、変速比の
制御により運転状態が上記ラインＡを辿るように、無段
変速機の変速比制御特性が設定されている。 【００２６】なお、低速域とは、エンジン回転数が少な
くとも３０００ｒｐｍ（定格回転数の１／２）以下の領
域である。 【００２７】以上のような当実施例のパワーユニットに
よると、大幅に燃費が改善されるもので、その作用を次
に説明する。 【００２８】図示燃費率（ピストンに対する仕事の燃費
率）をｂi 、平均有効圧力をＰe 、摩擦損失平均有効圧
力（ピストン等の摺動部分の摩擦や各種補機の駆動等に
よる損失分の平均有効圧力）をＰf とすると、エンジン
の正味燃費率ｂe は、次式のようになる。 【００２９】 【数１】ｂe ＝｛（Ｐe ＋Ｐf ）／Ｐe ｝×ｂi 従って、正味燃費率ｂe を小さくするには、図示燃費率
ｂi を小さくし、また平均有効圧力Ｐe を大きく、摩擦
損失有効圧力Ｐf を小さくすればよい。 【００３０】また、図５は、エンジンの軸トルクと上記
摩擦損失有効圧力Ｐf に相当する抵抗トルクとの関係
を、過給機を有しない自然吸気エンジンの場合と、機械
式過給機を備えたエンジンの場合と、ターボ過給機を備
えたエンジンの場合とについて示している。この図のよ
うに、自然吸気エンジンの場合は軸トルクが大きくなる
につれて抵抗トルクが小さくなる。機械式過給機を設け
た場合は、軸トルクが大きくなると抵抗トルクが増大す
る。一方、ターボ過給機を設けた場合、ターボ過給機は
低抵抗であるため、軸トルクが大きいときの抵抗トルク
が小さい。 【００３１】上記数１式および図５に基づき、燃費に関
して上記各種エンジンを比較すると、先ず自然吸気エン
ジンの場合、エンジンの軸トルクを大きくするほど、平
均有効圧力Ｐe が大きくなるとともに摩擦損失有効圧力
Ｐf が小さくなって、上記数１中の｛（Ｐe ＋Ｐf ）／
Ｐe ｝が小さくなる。しかし、自然吸気エンジンでは高
負荷時に軸トルクを稼ぐには燃料を増量して空燃比をエ
ンリッチとする必要となり、これによって図示燃費率ｂ
i が大きくなるため、正味燃費率ｂe が大きくなる。 【００３２】また、機械式過給機付エンジンの場合、過
給により充填量が高められるため、小排気量でも大排気
量の自然吸気エンジンと同等のトルクが得られる。しか
し、軸トルクが大きくなると摩擦損失有効圧力Ｐf が増
大し、燃費低減に不利となる。 【００３３】これに対し、ターボ過給機付エンジンの場
合、過給により、図示燃費率ｂi を小さく保ちつつ平均
有効圧力Ｐe を充分に大きくすることができ、しかも、
ターボ過給機は機械式過給機と比べて低抵抗であって、
軸トルクが大きくなっても摩擦損失有効圧力Ｐf が増大
することがない。従って、高トルク域で正味燃費率ｂe
が大幅に低減されることとなる。 【００３４】さらに、吸気弁閉時期が遅くされることに
よって有効圧縮比が膨張比よりも小さくされていること
と、幾何学的圧縮比が高圧縮比とされていることとによ
り、より一層低燃費化される。 【００３５】すなわち、吸気弁閉時期を遅くし、例えば
１mmリフト時をもって定義した吸気弁閉時期をクランク
角で下死点後５０°以上に設定すると、有効圧縮比が膨
張比と比べて充分に小さくなり、圧縮による温度上昇が
抑制されて耐ノック性が高められる。そして、このよう
に耐ノック性が高められつつ、膨張比は大きくされるこ
とにより、燃費がさらに改善されることとなる。 【００３６】また、図６は、正味燃費率の等燃費率ライ
ン（細い実線で示す多数の曲線）と、前記のような無段
変速機の変速比制御特性による定常走行ライン（太い実
線）Ａと、手動変速機等を用いた従来の一般的な変速機
の設定による定常走行ライン（一点鎖線）Ｂと、等馬力
ライン（破線で示す多数の曲線）とを示している。 【００３７】この図に示すように、正味燃費率は低速高
負荷域で低くなり、とくに上記のようにターボ過給機１
５で過給を行なうことにより、低速域における過給域の
高負荷側の領域が最適燃費領域（正味燃費率が最小値ｂ
min となる領域）となって、この領域での正味燃費率が
大幅に低くなる。 【００３８】そして、当実施例のパワーユニットにおい
ては、上記定常走行ラインＡが過給域における低速域を
通るように無段変速機４０の変速比の特性が設定される
ことにより、大幅な燃費改善効果が得られる。 【００３９】つまり、燃費改善のためには、正味燃費率
の小さい運転領域で多く運転されることが要求される
が、従来の一般的な設定によると、定常走行ラインＢが
最適燃費領域から大きくかけ離れた運転領域を通るた
め、正味燃費率の小さい運転領域の使用頻度が少なくな
る。これに対し、当実施例では、無段変速機を用い、そ
の変速比制御特性を調整し、定常走行ラインＡが過給域
における低速域を通るように設定していることにより、
正味燃費率の小さい低燃費領域での運転の頻度が増大す
る。 【００４０】図６から明らかなように、本発明の定常走
行ラインＡの、従来の定常走行ラインＢに対する特徴
は、平均有効圧力が所定平均有効圧力より小さい領域で
は、定常走行ライン上の当該平均有効圧力の増加に対す
るエンジン回転数の増加率が、上記所定平均有効圧力よ
り大きい領域に比して小さくなるように設定されている
点である。なお、ここで言う所定平均有効圧力とは、過
給機の過給域における低速高負荷領域内での設定値であ
る。 【００４１】また、上記ターボ過給機１５は機械式過給
機と比べて低速トルクおよびレスポンスの面で劣るが、
これは無段変速機４０の変速比制御で補われる。具体的
には、スロットル開度（アクセルペダル踏込み量）が大
きくされると、それに応じた無段変速機４０の変速比制
御によってエンジン回転数が上昇するように変速比が変
えられ、つまり、負荷の上昇に応じてエンジン回転数が
高められることにより、負荷だけが上昇する場合と比べ
て馬力が高められる。従って、過給レスポンスが悪くて
も変速比の変化による回転数上昇で馬力が稼がれ、低速
走行性能および加速性能が確保されることとなる。 【００４２】なお、本発明のパワーユニットの具体的構
造は上記実施例に限定されず、種々変更可能である。例
えば、上記実施例ではトランスミッションにトロイダル
型の無段変速機４０を設けているが、ベルト式の無段変
速機を用いるようにしてもよい。 【００４３】 【発明の効果】本発明は、エンジンに排気ターボ過給機
を設けるとともに、エンジンに接続される変速機を無段
変速機により構成し、その変速比制御特性を、過給域に
おける低速域で平坦路のときの定常走行が行なわれるよ
うに設定しているため、排気ターボ過給機が用いられる
ことによって抵抗損失が小さく保たれつつ、過給により
有効圧縮比が高められることにより、過給域における低
速域に存在する低燃費領域の燃費を充分に低減すること
ができ、しかも、上記無段変速機の特性が図６のライン
Ａとなるよう設定され、上記特性に基づく変速比制御に
よって燃費の低い過給域の低速域が多用されるようにな
り、燃費低減効果を充分に発揮させることができる。そ
の上、ターボ過給機が低速トルクおよびレスポンスにお
いて機械式過給機より劣る点は無段変速機の制御により
補われ、低速域での加速性能等を高めることができる。 【００４４】更に少なくとも上記エンジンの回転数が所
定回転数以下且つスロットル開度が全開域よりも小さい
中、高負荷の所定領域における吸気弁閉時期を高速域に
比して遅くするバルブタイミング可変手段を備えること
で、低燃費域走行を多用することによるノッキングの発
生が効果的に防止される。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例によるパワーユニットの全体
構造の概略図である。 【図２】変速機の概略図である。 【図３】バルブタイミングを示す説明図である。 【図４】無段変速機の制御マップを示す説明図である。 【図５】エンジンの軸トルクと抵抗トルクとの関係を示
す図である。 【図６】定常走行ライン、等燃費ラインおよび等馬力ラ
インを示す図である。 【符号の説明】 １ エンジン本体 ６ 吸気弁 １０ 吸気通路 １２ 排気通路 １５ 排気ターボ過給機 ２５ トランスミッション ４０ トロイダル型無段変速機 ６０ コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｒ ３０１Ｓ Ｆ１６Ｈ 61/02 Ｆ１６Ｈ 61/02 (56)参考文献 特開 平４−321872（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−239312（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−13859（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−189713（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−222943（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−197240（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−89132（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−138416（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−301920（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60K 41/00 - 41/28 F02D 15/00 - 45/00 F16H 59/00 - 63/00 F02B 29/08 F02B 33/00 F01L 13/00

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 排気ターボ過給機付エンジンと無段変速
   機とを備えた車両のパワーユニットにおいて、エンジン
   回転数検出手段と、スロットル開度検出手段と、エンジ
   ン回転数とスロットル開度とに基づいて設定された変速
   特性と上記エンジン回転数検出手段及びスロットル開度
   検出手段の検出結果に基づいて上記無段変速機を制御す
   る制御手段と、少なくとも上記エンジンの回転数が所定
   回転数以下且つスロットル開度が全開域よりも小さい
   中、高負荷の所定領域における吸気弁閉時期を高速域に
   比して遅くするバルブタイミング可変手段とを備え、上
   記変速特性が、平均有効圧力が所定平均有効圧力より小
   さい領域では、定常走行ライン上の当該平均有効圧力の
   増加に対するエンジン回転数の増加率が、上記所定平均
   有効圧力より大きい領域に比して小さくなるように設定
   され、且つ、上記所定平均有効圧力が、上記過給機の過
   給域における低速高負荷領域内の少なくとも全開域より
   も低負荷の領域になるように設定されていることを特徴
   とする車両のパワーユニット。