JP3412647B2 - 車両のパワーユニット - Google Patents
車両のパワーユニットInfo
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- JP3412647B2 JP3412647B2 JP30552893A JP30552893A JP3412647B2 JP 3412647 B2 JP3412647 B2 JP 3412647B2 JP 30552893 A JP30552893 A JP 30552893A JP 30552893 A JP30552893 A JP 30552893A JP 3412647 B2 JP3412647 B2 JP 3412647B2
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Arrangement Of Transmissions (AREA)
- Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Control Of Transmission Device (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自然吸気エンジンと無
段変速機とからなる車両のパワーユニットに関し、とく
に燃費改善に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、エンジンにおいて、低負荷時に、
吸気弁閉時期を通常タイミングよりも早い早閉じもしく
は通常タイミングよりも遅い遅閉じとすることにより、
有効圧縮比を膨張比よりも小さくし、これにより低負荷
時のポンピングロスを低減して燃費改善を図るようにし
たものは知られている。例えば特開昭５８−２３２４５
号公報には、副吸気通路に設けたタイミング弁（吸気遮
断弁）により実質上の吸気弁閉時期（吸入終期）を変更
可能とし、低負荷時に吸入終期を通常タイミングよりも
早くするようにしている。このようにすると、低負荷時
の燃費が低減される。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、後にも詳述
するように、エンジンの全運転領域の中で最も燃費率の
低い領域は本来的には低速域における高負荷側の領域で
あり、このように低速域の高負荷側で燃費が低くなるこ
とは一般に知られている。従って、エンジンと変速機と
を含む車両のパワーユニットにおいては、できるだけこ
の低速高負荷側の低燃費領域が多用されるようにし、か
つ、この領域の燃費をより一層低減することが望まし
い。 【０００４】しかし、上記のような従来のエンジンで
は、低負荷域でのみ燃費低減が図られ、高負荷域ではト
ルク確保のため吸入終期が通常タイミングとされてお
り、低速高負荷域の燃費は改善されていない。しかも、
従来のパワーユニットでは、運転状態が低速高負荷側の
運転領域となるのは加速時等の特殊な走行時に限られて
おり、低燃費領域が充分に多用されていないのが実情で
あった。 【０００５】本発明は、上記の事情に鑑み、エンジンと
無段変速機を用いたパワーユニットにおいて、低燃費領
域である低速高負荷域での燃費をより一層低減するとと
もに、この領域が多用されるようにすることにより、大
幅な燃費の改善を図ることを目的とする。 【０００６】 【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、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低速域の体積効
率が低くなるように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
所定領域内になるように設定されるとともに、対応する
エンジン回転数における全開域の平均有効圧力の１／２
以上且つ該全開域の平均有効圧力よりも小さくなるよう
に設定したものである。 【０００７】 【作用】本発明によると、低速高負荷域で、有効圧縮比
が小さくされることによってノッキングが抑制されつつ
膨張比が稼がれることにより、熱効率が高められて、燃
費が低減される。しかも、上記のような無段変速機の設
定によってこの低燃費の領域が多用される。また有効圧
縮比が小さくされることによって生じるトルク不足は、
無段変速機の変速比の制御によって補われる。 【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１３が接続されている。 【００１０】上記吸気通路１０には、エアクリーナ１
４、吸気流量を検出するエアフローメータ１５、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１
６、燃料を噴射供給するインジェクタ１７等が配設され
ている。 【００１１】また、エンジンの出力軸には、トランスミ
ッション２０が接続されており、このトランスミッショ
ン２０の出力側に終減速機２１が接続され、この終減速
機２１に車軸２２を介して車輪２３が連結されている。 【００１２】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は無段変速機からな
り、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４０と
を有している。 【００１３】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。 【００１４】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の当接箇所が変異して、変速比が変更されるよう
になっている。 【００１５】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。 【００１６】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。 【００１７】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。 【００１８】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１５、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、吸入空気量およびエンジン回転数等の運転状態
に応じて予め設定された空燃比が得られるようにインジ
ェクタ２０からの燃料噴射量を制御する等のエンジン制
御を行う一方、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。 【００１９】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エンジンと比べて格段に大きく
され、具体的には、後述の熱効率向上による燃費低減の
効果において一般のエンジンと顕著な差異を生じるよう
に、１１以上の高圧縮比とされている。 【００２０】また、少なくとも上記低速高負荷域で有効
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ている。具体的には１
mm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。 【００２１】一方、上記無段変速機４０の特性は、上記
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
うに設定されている。 【００２２】すなわち、無段変速機４０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４０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。 【００２３】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５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４０の変速比制御特性が設定されている。 【００２４】なお、低速高負荷域とは、具体的には、エ
ンジン回転数が少なくとも３０００ｒｐｍ（定格回転数
の１／２）以下で、かつエンジン負荷が全開負荷の１／
２以上の領域をいう。 【００２５】以上のような当実施例のパワーユニットに
よると、エンジンの幾何学的圧縮比を１１以上の高圧縮
比とするとともに吸気弁閉時期を遅くして有効圧縮比を
膨張比よりも小さくしたことと、無段変速機４０の変速
比制御特性を前記のように設定したこととにより、燃費
が大幅に改善され、しかも、低速域でのエンジンのトル
ク不足が無段変速機の変速比の制御によって補われるこ
とにより、出力性能が確保される。このような作用を、
図５および図６によって説明する。 【００２６】図５は、横軸をエンジン回転数、縦軸を平
均有効圧力（負荷）として、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、等馬力ライン（破
線で示す多数の曲線）と、前記のような変速比制御特性
の設定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とを示している。 【００２７】この図に示すように、正味燃費率は低速域
における高負荷側の領域で最小値ｂmin となる。このよ
うに低速高負荷側の領域で燃費率が低くなることは従来
においても知られているが、とくに当実施例のパワーユ
ニットにおけるエンジンによると、低速高負荷域の燃費
率が大幅に低減される。すなわち、吸気弁閉時期を充分
に遅くして有効圧縮比を幾何学的圧縮比よりも小さくす
ることにより、圧縮時の温度上昇が抑制されて、幾何学
的圧縮比を高くした場合に生じ易くなるノッキングが抑
制される。そしてこのように有効圧縮比を小さくして耐
ノック性を確保しつつ、幾何学的圧縮比を一般のエンジ
ンと比べて格段に大きい１１以上の高圧縮比とすると、
膨張比が充分に稼がれ、これによって熱効率が高められ
ることにより、大幅に燃費率が低減されることとなる。 【００２８】さらに無段変速機の変速比制御特性が前記
のように設定されていることにより、大幅な燃費改善効
果が得られる。 【００２９】つまり、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４０を用い、その変速比制御特性を調整し、定常走
行ラインＡが吸気弁閉時期を遅らせて燃費を良くした低
速高負荷領域を通るよう設定している。そのため、上記
領域に達するまでの時間が早く、且つ上記領域から外れ
にくくなるので、低燃費領域（最適燃費領域もしくはこ
れに近い領域)での運転の頻度が増大する。とくに、上
記のようにエンジンの熱効率が高められることで低燃費
領域の燃費がより一層低減された上で、低燃費領域が多
用されることにより、大幅な燃費改善効果が得られるこ
ととなる。 【００３０】図５と上記記述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、上記低速高負荷領域（吸気弁閉時期を遅くすると
き）における設定値である。 【００３１】また、図６はエンジン回転数と高負荷時の
体積効率との関係を示し、この図において、曲線Ｃは当
実施例のように吸気弁閉時期を遅くした自然吸気エンジ
ンによる場合、曲線Ｄは吸気弁閉時期を一般的なタイミ
ングとした自然吸気エンジンによる場合を、それぞれ示
している。この図のように、吸気弁閉時期を遅くした場
合、とくに低速側において、吸気の吹き返し量が多くな
ることから体積効率が低下する。そして、エンジン回転
数が上昇すると、吸気の吹き返し量が減少して体積効率
が上昇する傾向となる。 【００３２】従って、自然吸気エンジンで吸気弁閉時期
を遅くすると低速高負荷時のトルクが不足する傾向が生
じるが、このようなトルク不足は、前記無段変速機の変
速比の制御によって補われる。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る。そして、エ
ンジンの馬力はトルクと回転数とに依存する（図５中の
等馬力ライン参照）ことから、トルク上昇が比較的小さ
くても変速比の変化による回転数上昇で馬力が稼がれ、
加速性能等の走行性能が確保されることとなる。 【００３３】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。 【００３４】例えば、図１中に二点鎖線で示すように、
吸気弁６に対し、カムプーリ７１に対するカムシャフト
７２の位相を変更する等により吸気弁閉時期を可変とす
るバルブタイミング可変機構７０を設けておき、制御手
段としてのコントロールユニット６０により運転状態に
応じてバルブタイミング可変機構７０を制御するように
してもよい。 【００３５】この場合、少なくとも高負荷域において、
低速域では吸気弁閉時期を充分に遅くし、例えばクラン
ク角で下死点後８０°（１mmリフト時）程度とする一
方、高速域では低速域と比べて吸気弁閉時期を早くし、
例えばクランク角で下死点後３０〜５０°（１mmリフト
時）とすることが望ましい。このようにすると、低速域
で膨張比を稼ぎつつ有効圧縮比を小さくしてノッキング
を抑制する作用が充分に発揮される一方、高速域で体積
効率が充分に高められる。 【００３６】さらに、排気弁７に対してもバルブタイミ
ング可変機構７４を設けておいてもよい。 【００３７】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、上記実施例のように吸気弁閉時
期を遅くする代わりに、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。ただしこの場合、
吸気弁閉時期を固定とするとエンジン回転数が上昇する
につれて体積効率が低下するため、高速域では低速域と
比べて吸気弁閉時期を遅らせることが必要となる。 【００３８】また、上記実施例ではトランスミッション
２０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。 【００３９】 【発明の効果】本発明は、エンジンと無段変速機とを備
え、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低速域
の体積効率が低くなるように遅くするよう設定している
ため、全開域よりも低負荷の低速高負荷領域で、耐ノッ
ク性を確保しつつ膨張比を大きく稼いで熱効率を高める
ことにより、燃費を大きく低減することができる。しか
も、上記無段変速機の特性を、吸気弁閉時期を遅らせて
燃費を良くした所定領域に出来るだけ留まってさらに燃
費を良くするよう、上記領域に達するまでの時間を早く
し、且つ上記領域から外れにくくなるように無段変速機
の変速マップを設定（図５のラインＡ）しているため、
大幅に燃費を改善することができる。
段変速機とからなる車両のパワーユニットに関し、とく
に燃費改善に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、エンジンにおいて、低負荷時に、
吸気弁閉時期を通常タイミングよりも早い早閉じもしく
は通常タイミングよりも遅い遅閉じとすることにより、
有効圧縮比を膨張比よりも小さくし、これにより低負荷
時のポンピングロスを低減して燃費改善を図るようにし
たものは知られている。例えば特開昭５８−２３２４５
号公報には、副吸気通路に設けたタイミング弁（吸気遮
断弁）により実質上の吸気弁閉時期（吸入終期）を変更
可能とし、低負荷時に吸入終期を通常タイミングよりも
早くするようにしている。このようにすると、低負荷時
の燃費が低減される。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、後にも詳述
するように、エンジンの全運転領域の中で最も燃費率の
低い領域は本来的には低速域における高負荷側の領域で
あり、このように低速域の高負荷側で燃費が低くなるこ
とは一般に知られている。従って、エンジンと変速機と
を含む車両のパワーユニットにおいては、できるだけこ
の低速高負荷側の低燃費領域が多用されるようにし、か
つ、この領域の燃費をより一層低減することが望まし
い。 【０００４】しかし、上記のような従来のエンジンで
は、低負荷域でのみ燃費低減が図られ、高負荷域ではト
ルク確保のため吸入終期が通常タイミングとされてお
り、低速高負荷域の燃費は改善されていない。しかも、
従来のパワーユニットでは、運転状態が低速高負荷側の
運転領域となるのは加速時等の特殊な走行時に限られて
おり、低燃費領域が充分に多用されていないのが実情で
あった。 【０００５】本発明は、上記の事情に鑑み、エンジンと
無段変速機を用いたパワーユニットにおいて、低燃費領
域である低速高負荷域での燃費をより一層低減するとと
もに、この領域が多用されるようにすることにより、大
幅な燃費の改善を図ることを目的とする。 【０００６】 【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、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低速域の体積効
率が低くなるように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
所定領域内になるように設定されるとともに、対応する
エンジン回転数における全開域の平均有効圧力の１／２
以上且つ該全開域の平均有効圧力よりも小さくなるよう
に設定したものである。 【０００７】 【作用】本発明によると、低速高負荷域で、有効圧縮比
が小さくされることによってノッキングが抑制されつつ
膨張比が稼がれることにより、熱効率が高められて、燃
費が低減される。しかも、上記のような無段変速機の設
定によってこの低燃費の領域が多用される。また有効圧
縮比が小さくされることによって生じるトルク不足は、
無段変速機の変速比の制御によって補われる。 【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１３が接続されている。 【００１０】上記吸気通路１０には、エアクリーナ１
４、吸気流量を検出するエアフローメータ１５、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１
６、燃料を噴射供給するインジェクタ１７等が配設され
ている。 【００１１】また、エンジンの出力軸には、トランスミ
ッション２０が接続されており、このトランスミッショ
ン２０の出力側に終減速機２１が接続され、この終減速
機２１に車軸２２を介して車輪２３が連結されている。 【００１２】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は無段変速機からな
り、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４０と
を有している。 【００１３】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。 【００１４】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の当接箇所が変異して、変速比が変更されるよう
になっている。 【００１５】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。 【００１６】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。 【００１７】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。 【００１８】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１５、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、吸入空気量およびエンジン回転数等の運転状態
に応じて予め設定された空燃比が得られるようにインジ
ェクタ２０からの燃料噴射量を制御する等のエンジン制
御を行う一方、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。 【００１９】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エンジンと比べて格段に大きく
され、具体的には、後述の熱効率向上による燃費低減の
効果において一般のエンジンと顕著な差異を生じるよう
に、１１以上の高圧縮比とされている。 【００２０】また、少なくとも上記低速高負荷域で有効
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ている。具体的には１
mm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。 【００２１】一方、上記無段変速機４０の特性は、上記
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
うに設定されている。 【００２２】すなわち、無段変速機４０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４０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。 【００２３】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５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４０の変速比制御特性が設定されている。 【００２４】なお、低速高負荷域とは、具体的には、エ
ンジン回転数が少なくとも３０００ｒｐｍ（定格回転数
の１／２）以下で、かつエンジン負荷が全開負荷の１／
２以上の領域をいう。 【００２５】以上のような当実施例のパワーユニットに
よると、エンジンの幾何学的圧縮比を１１以上の高圧縮
比とするとともに吸気弁閉時期を遅くして有効圧縮比を
膨張比よりも小さくしたことと、無段変速機４０の変速
比制御特性を前記のように設定したこととにより、燃費
が大幅に改善され、しかも、低速域でのエンジンのトル
ク不足が無段変速機の変速比の制御によって補われるこ
とにより、出力性能が確保される。このような作用を、
図５および図６によって説明する。 【００２６】図５は、横軸をエンジン回転数、縦軸を平
均有効圧力（負荷）として、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、等馬力ライン（破
線で示す多数の曲線）と、前記のような変速比制御特性
の設定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とを示している。 【００２７】この図に示すように、正味燃費率は低速域
における高負荷側の領域で最小値ｂmin となる。このよ
うに低速高負荷側の領域で燃費率が低くなることは従来
においても知られているが、とくに当実施例のパワーユ
ニットにおけるエンジンによると、低速高負荷域の燃費
率が大幅に低減される。すなわち、吸気弁閉時期を充分
に遅くして有効圧縮比を幾何学的圧縮比よりも小さくす
ることにより、圧縮時の温度上昇が抑制されて、幾何学
的圧縮比を高くした場合に生じ易くなるノッキングが抑
制される。そしてこのように有効圧縮比を小さくして耐
ノック性を確保しつつ、幾何学的圧縮比を一般のエンジ
ンと比べて格段に大きい１１以上の高圧縮比とすると、
膨張比が充分に稼がれ、これによって熱効率が高められ
ることにより、大幅に燃費率が低減されることとなる。 【００２８】さらに無段変速機の変速比制御特性が前記
のように設定されていることにより、大幅な燃費改善効
果が得られる。 【００２９】つまり、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４０を用い、その変速比制御特性を調整し、定常走
行ラインＡが吸気弁閉時期を遅らせて燃費を良くした低
速高負荷領域を通るよう設定している。そのため、上記
領域に達するまでの時間が早く、且つ上記領域から外れ
にくくなるので、低燃費領域（最適燃費領域もしくはこ
れに近い領域)での運転の頻度が増大する。とくに、上
記のようにエンジンの熱効率が高められることで低燃費
領域の燃費がより一層低減された上で、低燃費領域が多
用されることにより、大幅な燃費改善効果が得られるこ
ととなる。 【００３０】図５と上記記述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、上記低速高負荷領域（吸気弁閉時期を遅くすると
き）における設定値である。 【００３１】また、図６はエンジン回転数と高負荷時の
体積効率との関係を示し、この図において、曲線Ｃは当
実施例のように吸気弁閉時期を遅くした自然吸気エンジ
ンによる場合、曲線Ｄは吸気弁閉時期を一般的なタイミ
ングとした自然吸気エンジンによる場合を、それぞれ示
している。この図のように、吸気弁閉時期を遅くした場
合、とくに低速側において、吸気の吹き返し量が多くな
ることから体積効率が低下する。そして、エンジン回転
数が上昇すると、吸気の吹き返し量が減少して体積効率
が上昇する傾向となる。 【００３２】従って、自然吸気エンジンで吸気弁閉時期
を遅くすると低速高負荷時のトルクが不足する傾向が生
じるが、このようなトルク不足は、前記無段変速機の変
速比の制御によって補われる。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る。そして、エ
ンジンの馬力はトルクと回転数とに依存する（図５中の
等馬力ライン参照）ことから、トルク上昇が比較的小さ
くても変速比の変化による回転数上昇で馬力が稼がれ、
加速性能等の走行性能が確保されることとなる。 【００３３】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。 【００３４】例えば、図１中に二点鎖線で示すように、
吸気弁６に対し、カムプーリ７１に対するカムシャフト
７２の位相を変更する等により吸気弁閉時期を可変とす
るバルブタイミング可変機構７０を設けておき、制御手
段としてのコントロールユニット６０により運転状態に
応じてバルブタイミング可変機構７０を制御するように
してもよい。 【００３５】この場合、少なくとも高負荷域において、
低速域では吸気弁閉時期を充分に遅くし、例えばクラン
ク角で下死点後８０°（１mmリフト時）程度とする一
方、高速域では低速域と比べて吸気弁閉時期を早くし、
例えばクランク角で下死点後３０〜５０°（１mmリフト
時）とすることが望ましい。このようにすると、低速域
で膨張比を稼ぎつつ有効圧縮比を小さくしてノッキング
を抑制する作用が充分に発揮される一方、高速域で体積
効率が充分に高められる。 【００３６】さらに、排気弁７に対してもバルブタイミ
ング可変機構７４を設けておいてもよい。 【００３７】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、上記実施例のように吸気弁閉時
期を遅くする代わりに、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。ただしこの場合、
吸気弁閉時期を固定とするとエンジン回転数が上昇する
につれて体積効率が低下するため、高速域では低速域と
比べて吸気弁閉時期を遅らせることが必要となる。 【００３８】また、上記実施例ではトランスミッション
２０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。 【００３９】 【発明の効果】本発明は、エンジンと無段変速機とを備
え、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低速域
の体積効率が低くなるように遅くするよう設定している
ため、全開域よりも低負荷の低速高負荷領域で、耐ノッ
ク性を確保しつつ膨張比を大きく稼いで熱効率を高める
ことにより、燃費を大きく低減することができる。しか
も、上記無段変速機の特性を、吸気弁閉時期を遅らせて
燃費を良くした所定領域に出来るだけ留まってさらに燃
費を良くするよう、上記領域に達するまでの時間を早く
し、且つ上記領域から外れにくくなるように無段変速機
の変速マップを設定（図５のラインＡ）しているため、
大幅に燃費を改善することができる。
【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】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。 【図６】吸気弁閉時期を遅くした場合の体積効率とエン
ジン回転数との関係を示す図である。 【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 ２０ 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
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】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。 【図６】吸気弁閉時期を遅くした場合の体積効率とエン
ジン回転数との関係を示す図である。 【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 ２０ 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
(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
F01L 13/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 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低速域の体積効
率が低くなるように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
所定領域内になるように設定されるとともに、対応する
エンジン回転数における全開域の平均有効圧力の１／２
以上且つ該全開域の平均有効圧力よりも小さくなるよう
に設定されることを特徴とする車両のパワーユニット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30552893A JP3412647B2 (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 車両のパワーユニット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30552893A JP3412647B2 (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 車両のパワーユニット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07156695A JPH07156695A (ja) | 1995-06-20 |
| JP3412647B2 true JP3412647B2 (ja) | 2003-06-03 |
Family
ID=17946240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30552893A Expired - Lifetime JP3412647B2 (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 車両のパワーユニット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3412647B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4862927B2 (ja) * | 2009-08-20 | 2012-01-25 | マツダ株式会社 | 火花点火式内燃機関の制御システム |
-
1993
- 1993-12-06 JP JP30552893A patent/JP3412647B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07156695A (ja) | 1995-06-20 |
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