JP4375059B2 - エンジンのアイドル回転数制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動変速機を備えるエンジンのアイドル回転数制御装置に関し、特に非走行レンジから走行レンジへの切換えに伴ってアイドル回転数を適切に制御するための装置に関する。

特許文献１には、実際のエンジン回転数と目標アイドル回転数との差に基づいて、実際のエンジン回転数を目標アイドル回転数に近づけるように、空気量をフィードバック制御することを前提に、自動変速機のシフト位置が非走行レンジ（例えばＮレンジ）から走行レンジ（例えばＤレンジ）に切換えられたときに、目標アイドル回転数を２段階に落とすことが開示されている。また、１段目の目標アイドル回転数を維持する時間を自動変速機の油温に応じて設定することも開示されている。
特開平５−２８０３９８号公報

近年、冷間始動後の排気浄化触媒の早期活性化のため、非走行レンジでの目標アイドル回転数を高く設定することが考えられているが、非走行レンジから走行レンジにシフトした場合に、高回転のままクラッチをつなげると、接続ショック（シフトショック）が発生するので、非走行レンジでの目標アイドル回転数からこれより低い走行レンジでの目標アイドル回転数に低下させる必要がある。

この場合、特許文献１に記載のように、非走行レンジから走行レンジに切換えられたときに、目標アイドル回転数を２段階に落とすことが望ましい。
すなわち、切換えられた時点で、目標アイドル回転数を非走行レンジでの目標アイドル回転数からこれより低い走行レンジでの第１目標アイドル回転数に設定し、切換えから所定期間経過後に、目標アイドル回転数を走行レンジでの前記第１目標アイドル回転数からこれより低い第２目標アイドル回転数に設定するのである。

しかし、特許文献１では、自動変速機の油温を検出し、これに応じて、第１目標アイドル回転数に維持する時間を可変設定しているものの、第１目標アイドル回転数については一定であるため、油温に応じた最適な制御とはなっていない。すなわち、油温が低い場合、高い場合に比して、オイルの粘性が高いことから、シフトラグ（クラッチがつながるまでの遅れ時間）が長くなり、運転性が悪化してしまうが、特許文献１ではシフトラグが長くなることを前提に制御しているだけであり、シフトラグの長期化を防止することはできない。

本発明は、このような実状に鑑み、非走行レンジから走行レンジに切換えられたときに油温に応じてアイドル回転数を適切に制御することのできるエンジンのアイドル回転数制御装置を提供することを目的とする。

このため、本発明では、自動変速機の油温を検出し、検出された油温に応じて、油温が低いほど前記第２目標アイドル回転数に対する回転数が高くなるように、走行レンジでの第１目標アイドル回転数を可変設定する構成とする。

本発明によれば、自動変速機の油温に応じて、走行レンジでの第１目標アイドル回転数を設定し、油温が低い場合は、オイルの粘性が高く、シフトラグが長くなることから、第１目標アイドル回転数を高く設定することにより、オイルポンプの吐出量を大きく確保して、シフトラグの長期化を防止する。これに対し、油温が高い場合は、オイルの粘性が低く、シフトラグが短くなることから、第１目標アイドル回転数を低く設定することにより、接続ショック低減を重視する。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図である。
エンジン１の吸気通路２には、吸入空気量を制御する電制スロットル弁３が設置されている。電制スロットル弁３は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０からの信号により作動するステップモータ等により開度制御される。

エンジン１の燃焼室４には、燃料噴射弁５と点火プラグ６とが設置されている。
燃料噴射弁５は、ＥＣＵ２０からエンジン回転に同期して出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。
燃焼室４内に噴射された燃料は混合気を形成し、ＥＣＵ２０からの点火信号に基づき、点火プラグ６により点火されて燃焼する。尚、本実施形態では、燃焼室４内に直接燃料を噴射する形式としたが、吸気系に燃料を噴射する形式としてもよい。

エンジン１の排気通路７には、排気浄化触媒８が設けられている。
ＥＣＵ２０には、アクセルペダルセンサ２１により検出されるアクセル開度ＡＰＯ、クランク角センサ２２により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、熱線式エアフローメータ２３により検出される吸入空気量Ｑａ、スロットルセンサ２４により検出されるスロットル開度ＴＶＯ、水温センサ２５により検出されるエンジン冷却水温度Ｔｗなどが入力されている。

ＥＣＵ２０は、これらの入力信号より検出されるエンジン運転条件に基づいて、電制スロットル弁３の開度、燃料噴射弁５の燃料噴射時期及び燃料噴射量、点火プラグ６の点火時期を制御する。
特に、アイドル運転時には、実際のエンジン回転数Ｎｅを検出し、目標アイドル回転数との差に基づいて、実際のエンジン回転数Ｎｅを目標アイドル回転数に近づけるように、スロットル弁３の開度を制御して、空気量をフィードバック制御する。また、空気量制御の応答遅れを考慮して、実際のエンジン回転数Ｎｅと目標アイドル回転数との差に基づいて、実際のエンジン回転数Ｎｅを目標アイドル回転数に近づけるように、点火時期をフィードバック制御する。

このエンジン１の出力軸Ｅは、自動変速機１０に接続される。
図２は自動変速機のスケルトン図である。
この自動変速機は、エンジン出力軸Ｅからの回転を入力軸Ｉに伝達するトルクコンバータＴＣ、第１遊星歯車組ＰＧ１、第２遊星歯車組ＰＧ２、出力軸Ｏ、及び、各種摩擦要素により構成される。

トルクコンバータ３は、エンジン出力軸Ｅにより駆動されるポンプインペラＰＩ、このポンプインペラＰＩにより内部作動流体を介して流体駆動され、動力を入力軸Ｉに伝達するタービンランナＴＲ、及び、固定軸上にワンウェイクラッチを介して置かれ、タービンランナＴＲへのトルクを増大するステータＳＴを含んで構成され、更に、エンジン出力軸Ｅと入力軸Ｉとを直結可能なロックアップクラッチＬＵ／Ｃを備えている。

第１遊星歯車組ＰＧ１は、サンギヤＳ１、リングギヤＲ１、これらに噛合するピニオンＰ１及び該ピニオンＰ１を回転自在に支持するキャリアＣ１よりなり、第２遊星歯車組ＰＧ２も、サンギヤＳ２、リングギヤＲ２、ピニオンＰ２及びキャリアＣ２よりなる。
次に各種摩擦要素について説明する。キャリアＣ１はハイクラッチＨ／Ｃを介して入力軸Ｉに適宜結合可能とし、サンギヤＳ１はバンドブレーキＢ／Ｂにより適宜固定可能とする他、リバースクラッチＲ／Ｃにより入力軸Ｉに適宜結合可能とする。キャリアＣ１は更にローリバースブレーキＬＲ／Ｂにより適宜固定可能とすると共に、ローワンウェイクラッチＬＯ／Ｃを介して逆転（エンジンと逆方向の回転）を阻止する。リングギヤＲ１はキャリアＣ２に一体結合して出力軸Ｏに駆動結合し、サンギヤＳ２を入力軸Ｉに結合する。リングギヤＲ２はオーバーランクラッチＯＲ／Ｃを介して適宜キャリアＣ１に結合可能とする他、フォワードワンウェイクラッチＦＯ／Ｃ及びフォワードクラッチＦ／Ｃを介してキャリアＣ１に相関させる。

ハイクラッチＨ／Ｃ、リバースクラッチＲ／Ｃ、ローリバースブレーキＬＲ／Ｂ、オーバーランクラッチＯＲ／Ｃ、フォワードクラッチＦ／Ｃ、及び、バンドブレーキＢ／Ｂは、各々、油圧の供給により作動されて適宜結合及び固定を行うものである。
尚、オイルポンプＯＰは、変速機の入力軸Ｉに設けられ、入力軸Ｉの回転に従ってオイルを吐出する。この吐出されたオイルで各クラッチを制御するので、回転を上げれば、オイルポンプＯＰの吐出量が増大し、シフトラグが短くなる。

図２の自動変速機は、摩擦要素Ｂ／Ｂ、Ｈ／Ｃ、Ｆ／Ｃ、ＯＲ／Ｃ、ＬＲ／Ｂ、Ｒ／Ｃを図３に示すごとく種々の組合わせで作動させることにより、摩擦要素ＦＯ／Ｃ、ＬＯ／Ｃの適宜作動と相俟って、遊星歯車組ＰＧ１、ＰＧ２を構成する要素の回転状態を変え、これにより入力軸Ｉの回転速度に対する出力軸Ｏの回転速度を変えることができ、図３に示す通りに前進４速、後退１速の変速段を得ることができる。尚、図３中○印が作動（油圧流入）を示すが、△印はエンジンブレーキが必要な時に作動させるべき摩擦要素を示している。

図１に戻って、自動変速機１０の各種摩擦要素の制御は、自動変速機コントロールユニット（以下ＡＴＣＵという）３０によりなされ、ＡＴＣＵ３０には、シフトセレクタのシフト位置（ニュートラルＮ、ドライブＤ、リバースＲ等）を検出するシフト位置センサ（インヒビタースイッチ）３１、車速ＶＳＰを検出する車速センサ３２、自動変速機１０の油温Ｔoil を検出する油温センサ３３などからの信号が入力されている。

また、ＥＣＵ２０とＡＴＣＵ３０とは通信線３４により接続されており、互いに情報を送受信可能である。
ＡＴＣＵ３０は、シフト位置センサ３１により検出されるシフト位置に基づき、また、Ｄレンジでは、アクセル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰとに基づいて変速段（１〜４速）を設定して、自動変速機１０の各種摩擦要素を制御する。

その一方、ＥＣＵ２０では、ＡＴＣＵ３０からのシフト位置情報や油温Ｔoil を、アイドル回転数制御（目標アイドル回転数の設定など）に反映させている。
図４はＥＣＵ２０による目標アイドル回転数設定ルーチンのフローチャートであり、始動後に実行される。
初期設定として、Ｓ１では、目標アイドル回転数Ｎset をＮレンジでの目標アイドル回転数ＮsetNに設定する。このＮレンジでの目標アイドル回転数ＮsetNは、冷間始動後の排気浄化触媒の早期活性化のため、高く設定される（例えば１５００〜１８００ｒｐｍ）。但し、始動時水温と始動後経過時間とにより可変設定される。

その後、Ｓ２では、シフト位置センサからの信号に基づいて、シフト位置の非走行レンジ（例えばＮレンジ）から走行レンジ（例えばＤレンジ）への切換え（Ｎ→Ｄセレクト）の有無を判定し、Ｎ→Ｄセレクトを検出すると、Ｓ３へ進む。
Ｓ３では、自動変速機の油温Ｔoil を検出する。
Ｓ４では、油温Ｔoil に応じて、Ｄレンジでの第１目標アイドル回転数Ｎset1を設定する。このＤレンジでの第１目標アイドル回転数Ｎset1は、Ｎレンジでの目標アイドル回転数ＮsetNより低く設定され（例えば８００〜１０００ｒｐｍ）、詳しくは、Ｎレンジでの目標アイドル回転数ＮsetNからの回転低下によるトルク段差が発生せず、かつクラッチの接続ショックを発生しないように設定（接続ショックを許容できる回転数として設定）されるが、テーブルを用いるなどして、油温Ｔoil に応じて可変設定され、油温Ｔoil が低いときは比較的高回転に、逆に油温Ｔoil が高いときは比較的低回転に設定される。尚、油温Ｔoil に応じて連続的に可変設定してもよいし、高低２段階など、段階的に設定してもよい。

Ｓ５では、Ｎ→Ｄセレクトを受けて、目標エンジン回転数Ｎset をＤレンジでの第１目標アイドル回転数Ｎset1に設定する。
Ｓ６では、Ｎ→Ｄセレクトから所定期間（具体的には時間で設定し、例えば２００ｍｓ）経過したか否かを判定する。ここでの所定期間（所定時間）は、Ｎ→Ｄセレクトから実際にクラッチの接続が開始されるまでの余裕時間（ディレイ時間）であり、この所定期間の経過後、約８００ｍｓの間に、クラッチが接続される。

所定期間経過の場合は、Ｓ７へ進む。
Ｓ７では、目標アイドル回転数Ｎset を漸減する。すなわち、現在の目標アイドル回転数Ｎset から所定値減算して、目標アイドル回転数Ｎset を低下側に更新する。
Ｓ８では、目標アイドル回転数Ｎset がＤレンジでの第２目標アイドル回転数Ｎset2に達した（Ｎset ≦Ｎset2）か否かを判定し、達していない場合は、Ｓ７へ戻り、目標アイドル回転数Ｎset を漸減する。達した場合は、Ｓ９へ進み、目標アイドル回転数Ｎset をＤレンジでの第２目標アイドル回転数Ｎset2に固定して、処理を終了する。このＤレンジでの第２目標アイドル回転数Ｎset2は、第１目標アイドル回転数Ｎset1より低く、燃費及びアイドル安定性などを考慮して設定される（例えば６５０〜７００ｒｐｍ）。

図５はＥＣＵ２０による点火時期制御ルーチンのフローチャートであり、単位時間毎に繰り返し実行される。
Ｓ２１では、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷（例えば空気量Ｑａ）に基づいて、基本点火時期（進角値）ＭＡＤＶを算出する。
Ｓ２２では、点火時期制御によるアイドル回転数制御の実行条件であるアイドル運転時か否かを判定し、アイドル運転時の場合に、Ｓ２３へ進む。

Ｓ２３では、実際のエンジン回転数Ｎｅを検出する。
Ｓ２４では、図４のルーチンにより設定される目標アイドル回転数Ｎset を読込む。
Ｓ２５では、次式のごとく、実際のアイドル回転数Ｎｅと目標アイドル回転数Ｎset との偏差（Ｎset −Ｎｅ）に、予め定められているフィードバックゲインＧを乗じることで、点火時期補正量ＤＡＤＶを算出する。

ＤＡＤＶ＝（Ｎset −Ｎｅ）×Ｇ
ここで、実際のエンジン回転数Ｎｅが目標アイドル回転数Ｎset より高いときは、ＤＡＤＶが負の値となって、遅角側への補正量となり、逆に、実際のエンジン回転数Ｎｅが目標アイドル回転数Ｎset より低いときは、ＤＡＤＶが正の値となって、進角側への補正量となる。

一方、Ｓ２２での判定で、アイドル運転時でない場合は、Ｓ２６へ進んで、点火時期補正量ＤＡＤＶ＝０とする。
Ｓ２５又はＳ２６の後は、Ｓ２７へ進む。
Ｓ２７では、次式のごとく、基本点火時期ＭＡＤＶに点火時期補正量ＤＡＤＶを加算して、点火時期ＡＤＶを算出する。

ＡＤＶ＝ＭＡＤＶ＋ＤＡＤＶ
Ｓ２８では、Ｓ２７にて算出された点火時期ＡＤＶを遅角限界点火時期ＲＬと比較し、ＡＤＶ＜ＲＬの場合は、Ｓ２９で点火時期ＡＤＶを遅角限界点火時期ＲＬに制限する。
次に、図６のタイムチャートにより、始動後の制御の流れを説明する。
始動後は、目標アイドル回転数Ｎset が、Ｎレンジでの目標アイドル回転数ＮsetNに設定され、これは、始動時水温及び始動後経過時間に応じて設定されるものの、比較的高く設定されるので（例えば１５００〜１８００ｒｐｍ）、冷間始動後の触媒の早期活性化を図ることができる。

始動後のＮ→Ｄセレクトが検出されると、実際にクラッチの接続が開始されるまでの所定時間（例えば２００ｍｓ）の間、目標アイドル回転数Ｎset が、Ｎレンジでの目標アイドル回転数ＮsetNより十分に低いが、Ｄレンジでの最終的な第２目標アイドル回転数Ｎset2よりは高く、Ｎレンジでの目標アイドル回転数ＮsetNからの回転低下によるトルク段差が発生せず、かつクラッチの接続ショックを発生しない第１目標アイドル回転数Ｎset1（例えば１０００〜１２００ｒｐｍ）に設定される。

このときは、Ｎ→Ｄセレクトと同時に、実際のエンジン回転数Ｎｅと目標アイドル回転数Ｎset との偏差が大となって、点火時期補正量ＤＡＤＶ＝（Ｎset −Ｎｅ）×Ｇが負の値になるので、点火時期ＡＤＶが遅角側に補正される。この結果、エンジン回転数Ｎｅが応答良く低下せしめられ、所定時間（２００ｍｓ）内に確実に第１目標アイドル回転数Ｎset1まで低下させることができる。

ここで、自動変速機の油温Ｔoil が低い場合は、図６（Ａ）に示すように、第１目標アイドル回転数Ｎset1が比較的高回転に設定される。油温Ｔoil が低い場合、オイルの粘性が高く、シフトラグが長くなるが、第１目標アイドル回転数Ｎset1を比較的高回転に設定することで、回転を高く維持し、オイルポンプの吐出量を増大させて、シフトラグの長期化を防止することができる。

自動変速機の油温Ｔoil が高い場合（再始動時など）は、図６（Ｂ）に示すように、第１目標アイドル回転数Ｎset1が比較的低回転に設定される。油温Ｔoil が高い場合、オイルの粘性が低く、シフトラグは比較的短くなる。従って、このときは、シフトラグが長期化する恐れはないので、第１目標アイドル回転数Ｎset1を比較的低回転に設定することで、シフトショックをより低減することができる。

その後、所定時間（２００ｍｓ）経過したところで、目標アイドル回転数Ｎset は漸減され、最終的に第２目標アイドル回転数Ｎset2（例えば６５０〜７００ｒｐｍ）に落ち着く。
実際のクラッチの接続時期は、不定であるが、Ｎ→Ｄセレクトから所定時間（２００ｍｓ）経過した後、約８００ｍｓ経過するまでの間に行われる。この時は、エンジン回転数Ｎｅが第１目標アイドル回転数Ｎset1以下となっているので、シフトショックの発生は防止できる。

本実施形態によれば、自動変速機の油温Ｔoil に応じて、低油温ほど高く、第１目標アイドル回転数Ｎset1を設定することにより、シフトラグの長期化を防止しつつ、シフトショックを低減することが可能となる。
また、本実施形態によれば、点火時期のフィードバック制御により、Ｎ→Ｄセレクト検出時点より積極的にエンジン回転数を低下させることにより、所定期間内に、シフトショック許容回転数である第１目標アイドル回転数Ｎset1に収束させることができ、Ｎレンジでの目標アイドル回転数ＮsetNを上げても、ショックが発生しない。その一方、Ｎレンジでの目標アイドル回転数ＮsetNを上げることで、排気温度を上昇させることが可能となり、触媒の早期活性化により、排気性能が向上する。

また、本実施形態によれば、点火時期に対し最大遅角位置を規制するリミッター（ＲＬ）を設けることにより、過度のリタードによる急激な回転低下によるエンストを防止できる。すなわち、空吹かしなどの高回転からＤレンジへセレクトした場合、目標回転との差が大きくなり、そのため点火時期も大きく遅角してしまう可能性があり、このとき、燃焼限界を超えることでエンストに至るおそれがあるが、これを防止できる。

また、本実施形態によれば、第２目標アイドル回転数は、第１目標アイドル回転数Ｎset1から最終的な第２目標アイドル回転数Ｎset2まで、時間経過と共に徐々に低下するように設定することにより、第１目標アイドル回転数Ｎset1から第２目標アイドル回転数Ｎset2へ急な変化と同時にクラッチが接続されることがなくなり、クラッチの接続をなめらかなものとすることができる。

尚、本実施形態では、非走行レンジとして、Ｎレンジを例にとったが、Ｐレンジ等であってもよい、また、走行レンジとして、Ｄレンジを例にとったが、１、２、Ｒレンジ等であってもよい。

本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図 自動変速機のスケルトン図 自動変速機の各種摩擦要素の作動状態を示す図 目標アイドル回転数設定ルーチンのフローチャート 点火時期制御ルーチンのフローチャート 始動後の制御の流れを示すタイムチャート

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気通路
３ 電制スロットル弁
４ 燃焼室
５ 燃料噴射弁
６ 点火プラグ
７ 排気通路
８ 排気浄化触媒
１０ 自動変速機
２０ ＥＣＵ
２１ アクセルペダルセンサ
２２ クランク角センサ
３０ ＡＴＣＵ
３１ シフト位置センサ
３３ 油温センサ

Claims (4)

1. 自動変速機のシフト位置が非走行レンジから走行レンジに切換えられたときに、目標アイドル回転数を非走行レンジでの目標アイドル回転数からこれより低い走行レンジでの第１目標アイドル回転数に設定する手段と、前記切換えから所定期間経過後に、目標アイドル回転数を走行レンジでの前記第１目標アイドル回転数からこれより低い第２目標アイドル回転数に設定する手段と、を備え、アイドル運転時にエンジン回転数を目標アイドル回転数に制御するエンジンのアイドル回転数制御装置において、
   自動変速機の油温を検出する手段と、検出された油温に応じて、油温が低いほど前記第２目標アイドル回転数に対する回転数が高くなるように、前記第１目標アイドル回転数を可変設定する手段と、を備えることを特徴とするエンジンのアイドル回転数制御装置。
2. 実際のエンジン回転数と目標アイドル回転数との偏差に応じて点火時期をフィードバック制御することを特徴とする請求項１記載のエンジンのアイドル回転数制御装置。
3. 点火時期に対し最大遅角位置を規制するリミッターを設けることを特徴とする請求項２記載のエンジンのアイドル回転数制御装置。
4. 前記第２目標アイドル回転数は、前記第１目標アイドル回転数から最終的な第２目標アイドル回転数まで、時間経過と共に徐々に低下するように設定されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンのアイドル回転数制御装置。

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