JP4972765B2 - 車両用パワートレーンの適合制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンと無段変速機との組み合わせになる車両用パワートレーンの燃費と排気性能とをバランス良く両立させる適合制御技術に関するものである。

このような車両用パワートレーンの適合制御技術としては従来、特許文献に1記載されているようなものが知られている。
この技術は、燃料を消費して排気を浄化する触媒がエンジンの排気系に挿置されているパワートレーンを前提とし、エンジンが出力を発生するために消費する燃料量と、排気浄化触媒が消費する燃料量との合算燃料消費量が最小となるエンジンの運転点（トルクおよび回転数の組み合わせ）を求め、当該運転点でエンジンが運転されるようエンジン負荷（スロットル開度）を制御すると共に、エンジン回転数を無段変速機の変速により制御するものである。
特開２００２−２９３１７２号公報

しかし特許文献1に記載の適合制御は、エンジン排気系に排気浄化触媒が挿置されているパワートレーンを前提とするため、このようなパワートレーンにおいては上記のエンジン負荷制御および変速制御により燃費と排気性能とを高次元で両立させることができるものの、
エンジン排気系に排気浄化触媒が挿置されていないパワートレーンにあっては、排気浄化触媒が消費する燃料量が0であることから、上記の合算燃料消費量がエンジン出力発生用の燃料量に同値となるため、これが最小となる運転点でエンジンを運転させることとなり、燃費については最適制御であっても、排気性能の点ではこれを考慮した制御ではあり得ず、燃費と排気性能とを両立させることができない。

本発明は上記の問題に鑑み、燃料を消費して排気を浄化する触媒がエンジンの排気系に挿置されているか否かを問わず、あらゆる型式のパワートレーンにおいて、燃費と排気性能とを高次元で両立させることができるような車両用パワートレーンの適合制御装置を提案することを目的とする。

この目的のため、本発明による車両用パワートレーンの適合制御装置は、請求項１に記載のごとく、
エンジンと無段変速機との組み合わせになる車両用パワートレーンにおいて、
排気中有害物質の排出量の設定値を超えた有害物質過剰量が多くなるにつれて、エンジンの燃費を重視した無段変速機の燃費重視変速線に基づいて無段変速機を変速制御する傾向から、エンジンの排気性能を重視した無段変速機の排気重視変速線に基づいて無段変速機を変速制御する傾向へと向かわせることにより、エンジンの燃費と排気性能とを両立させるよう構成したことを特徴とするものである。

本発明による車両用パワートレーンの適合制御装置によれば、
排気中有害物質の排出量の設定値を超えた有害物質過剰量が多くなるにつれて、燃費重視変速線に基づいて無段変速機を変速制御する傾向から、排気重視変速線に基づいて無段変速機を変速制御する傾向へと向かわせることが可能となり、エンジンの燃費と排気性能とを高次元で両立させることができる。

しかもこの作用効果は、燃料を消費して排気を浄化する触媒がエンジンの排気系に挿置されているか否かを問わず、あらゆる型式のパワートレーンにおいて達成可能である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例になる適合制御装置を具えた車両のパワートレーンと、その制御系を示し、該パワートレーンをエンジン1と無段変速機2との組み合わせにより構成する。

エンジン1はガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなど任意のエンジンとし、運転者が踏み込み操作するアクセルペダル（図示せず）に機械的に連結されたスロットルバルブ3を具える。
運転者がアクセルペダルを踏み込み操作すると、その踏み込み量に応じスロットルバルブ3が開度増大され、エンジン1の出力を増大させることができるものとする。

無段変速機2は周知のＶベルト式無段変速機とし（トロイダル型無段変速機など他の型式の無段変速機でもよい）、トルクコンバータ4を介してエンジン1の出力軸に駆動結合されたプライマリプーリ5と、これに整列配置したセカンダリプーリ6と、これら両プーリ間に掛け渡したＶベルト7とを具える。
そして、セカンダリプーリ6にファイナルドライブギヤ組8を介してディファレンシャルギヤ装置9を駆動結合し、これらにより図示せざる車輪を回転駆動するものとする。

無段変速機2の変速のために、プライマリプーリ5およびセカンダリプーリ6のそれぞれのＶ溝を形成するフランジのうち、一方の可動フランジを他方の固定フランジに対して相対的に接近してＶ溝幅を狭めたり、離反してＶ溝幅を広め得るようにし、
両可動フランジを、変速制御油圧回路10からのプライマリプーリ圧Ppriおよびセカンダリプーリ圧Psecに応じた位置に変位させることで、無段変速機2の変速を無段階に行い得るものとする。

変速制御油圧回路10は変速アクチュエータとしてのステップモータ11を具え、これをコントローラ12が、後で詳述する目標エンジン回転数tNe（これを変速機出力回転数で除算した目標変速比でもよい）に対応したステップ位置に駆動させることで、無段変速機2をエンジン回転数が目標エンジン回転数tNeに一致するよう（実変速比が目標変速比に一致するよう）無段変速させることができる。

なお無段変速機2は、トルクコンバータ4を経てエンジン1の回転を入力されるため、変速機入力回転数とエンジン回転数が必ずしも一致しないが、殆どの期間でトルクコンバータ4を入出力要素間が直結されたロックアップ状態にするため、上記の変速制御に当たっては変速機入力回転数とエンジン回転数とを同じ値として用いる。

コントローラ12は、本発明の目的が達成されるよう上記の目標エンジン回転数tNeを決定するもので、このためコントローラ12に、
スロットルバルブ3の開度（スロットル開度）TVOを検出するスロットル開度センサ13からの信号と、
エンジン回転数Neを検出するエンジン回転センサ14からの信号と、
車速VSPを検出する車速センサ15からの信号と、
排気中有害物質の1つである窒素酸化物(NOx)の排出量Eを検出するNOx排出量センサ16からの信号とを入力する。

なお窒素酸化物(NOx)の排出量Eは、単位時間当たりの排出量でもよいし、排気中の窒素酸化物(NOx)濃度でもよいが、
いずれにしてもNOx排出量センサ16は、NOx排出量Eを直接検出するものでもよいし、エンジン回転数Neとエンジントルク推定値とエンジン冷却水温とから予定のマップを基にNOx排出量Eを推定するものでもよい。

コントローラ12は、上記の入力情報をもとに、本発明の目的を達成するための目標エンジン回転数tNeを求め得るよう、図2に示す構成にする。
21は、エンジン1の燃費を重視した燃費重視目標エンジン回転数tNcを演算するための燃費重視目標エンジン回転数演算部、
22は、エンジン1の排気性能を重視した排気重視目標エンジン回転数tNdを演算するための排気重視目標エンジン回転数演算部を示す。

ここで、燃費重視目標エンジン回転数tNcおよび排気重視目標エンジン回転数tNdを考察する。
図3は、エンジン1の燃費性能および排気性能を、エンジン回転数NeとエンジントルクTeとの二次元マップ上に示すもので、実線は等出力線上の燃料消費率、破線は等出力線上のNOx排出量を示す。
実線で示す等出力線上の燃料消費率は等高線の中心側ほど燃費が良いことを意味し、破線で示す等出力線上のNOx排出量は等高線の中心側ほどNOx排出量が少ないことを意味する。

従って、出力ごとの燃費が最も良くなるエンジン回転数NeおよびエンジントルクTeの組み合わせ（燃費最適エンジン運転点）を順次結んで得られる燃費性能最適線は図3にαで示すごときものとなり、
出力ごとのNOx排出量が最も少なくなるエンジン回転数NeおよびエンジントルクTeの組み合わせ（排気性能最適エンジン運転点）を順次結んで得られる排気性能最適線は図3にβで示すごときものとなる。

そして、燃費性能最適線αを基に求め得る、エンジン1の燃費性能を重視した無段変速機2の燃費重視変速線は図4に示すごときものとなり、
排気性能最適線βを基に求め得る、エンジン1の排気性能を重視した無段変速機2の排気重視変速線は図5に示すごときものとなる。

図4の燃費重視変速線は、スロットル開度TVO（エンジン負荷）をパラメータとし、車速VSPごとの燃費重視目標エンジン回転数tNcを表し、
図5の排気重視変速線は、スロットル開度TVO（エンジン負荷）をパラメータとし、車速VSPごとの排気重視目標エンジン回転数tNdを表すが、
総体的に燃費重視目標エンジン回転数tNcよりも排気重視目標エンジン回転数tNdの方が高い。

図2における燃費重視目標エンジン回転数演算部21は、図4に示した燃費重視変速線を基にスロットル開度TVOおよび車速VSPから、エンジン1の燃費性能を重視した燃費重視目標エンジン回転数tNcを演算し、
排気重視目標エンジン回転数演算部22は、図5に示した排気重視変速線を基にスロットル開度TVOおよび車速VSPから、エンジン1の排気性能を重視した排気重視目標エンジン回転数tNdを演算する。

図2においては同時に、減算器23で、NOx排出量Eから許容限界であるNOx排出量設定値aを差し引いて、設定値aを超えたNOx排出量Eの過剰分ΔE＝(E-a)を演算する。
次いで、PI制御器24（Pは比例制御、Iは積分制御）において、上記のNOx排出量過剰分ΔEと、比例制御定数Kpと、積分制御定数Kiとを用い、次式の演算により重み付け係数Kを求める。
K＝Kp・ΔE + Ki・∫ΔE・dt

この重み付け係数Kを次の制限器25において、下限値が0になるよう、また上限値が1になるよう制限して、重み付け係数として用い得るよう0〜1の値に正規化する。
ここで、NOx排出量過剰分ΔEがΔE≦0であれば重み付け係数Kは0になり、NOx排出量過剰分ΔEが排気対策を最優先させなければならないほど大きければ重み付け係数Kが1に保たれるよう、上記の制限を施すこととする。

上記のようにして求めた重み付け係数K(0〜1)は乗算器26，27に供給する。
乗算器26は、排気重視目標エンジン回転数tNdに対し上記の重み付け係数Kによる重み付けを施した（K・tNd）を求め、
乗算器27は、燃費重視目標エンジン回転数tNcに対し(1−K)による重み付けを施した{(1−K)・tNc}を求める。

加算器28においては、上記のごとくに重み付けを施した（K・tNd）および{(1−K)・tNc}を合算して目標エンジン回転数tNeとし、これを無段変速機2、詳しくは図1に示すようにステップモータ11に指令して、実エンジン回転数Neが目標エンジン回転数tNeに一致するよう無段変速機2を変速制御する。

ところで本実施例においては上記のごとく、NOx排出量許容限界aを超えたNOx排出量過剰分ΔEが多くなる車両運転状態であるほど0から1へ向けて大きくなる重み付け係数Kを用い、排気重視変速線（図5参照）に基づく排気重視目標エンジン回転数tNdおよび燃費重視変速線（図4参照）に基づく燃費重視目標エンジン回転数tNcに対しそれぞれ、Kおよび(1−K)による重み付けを施して求めた（K・tNd）および{(1−K)・tNc}の和値を目標エンジン回転数tNeとし、これを無段変速機2の変速制御に資するため、
NOx排出量Eが多くなる車両運転状態ほど、無段変速機2を燃費重視変速線よりも排気重視変速線に基づいて変速制御する傾向が強くなることとなる。

その結果、NOx排出量Eが多くない運転状態なのに排気性能を重視した変速制御がなされて燃費の悪化を招いたり、NOx排出量Eが多い運転状態なのに燃費性能を重視した変速制御がなされて排気性能が不足したりすることがなく、エンジン1の燃費と排気性能とを高次元で両立させることができる。
しかもこの作用効果は、燃料を消費して排気を浄化する触媒がエンジンの排気系に挿置されているか否かを問わず、あらゆる型式のパワートレーンにおいて達成可能である。

本実施例においては更に、NOx排出量許容限界aを超えたNOx排出量過剰分ΔEが多くなる車両運転状態であるほど0から1へ向けて大きくなる重み付け係数Kを用い、NOx排出量過剰分ΔEが多くなるほど目標エンジン回転数tNeを、燃費重視変速線に基づく燃費重視目標エンジン回転数tNcから、排気重視変速線に基づく排気重視目標エンジン回転数tNdに接近させて無段変速機の変速制御に資するため、
燃費重視制御と排気重視制御との間がNOx排出量過剰分ΔEの大きさに応じて連続的に補間されることとなり、NOx排出量過剰分ΔEが如何なる大きさのもとでも、最適な燃費重視制御と排気重視制御との間における制御が補償され、この点においてエンジン1の燃費と排気性能とを高次元で両立させるという前記の作用効果を更に顕著なものにすることができる。

上記の作用効果を、図6に示すごとくに車速VSPが変化する運転が行われる場合につき付言する。
車速VSPがほぼ一定の定常走行中（停車を含む）や、車速VSPが低下している減速運転中は、NOx排出量Eが破線枠Iにより囲んだ箇所に示されるように許容基準値aよりも少なく、NOx排出量過剰分ΔEが0である。
この場合、燃費重視変速線に基づく変速制御によりエンジン回転数Neを実線で示すように経時変化させてもNOx排出量Eが問題になることがなく、従って本実施例においては前記したところから明らかなように、重み付け係数K＝0により、燃費重視変速線に基づく変速制御によりエンジン回転数Neを破線で示すように経時変化させることとし、これにより、燃費が悪くなる排気重視制御を回避して燃費性能を確保する。

車速VSPを僅かに上昇させる緩加速時などにおいても、NOx排出量Eが破線枠IIにより囲んだ箇所に示されるように、若干は増大するものの許容基準値aよりも少なく、NOx排出量過剰分ΔEが0である。
この場合も、燃費重視変速線に基づく変速制御によりエンジン回転数Neを実線で示すように経時変化させてもNOx排出量Eが問題になることがなく、従って本実施例においては前記したところから明らかなように、重み付け係数K＝0により、燃費重視変速線に基づく変速制御によりエンジン回転数Neを破線で示すように経時変化させることとし、これにより、燃費が悪くなる排気重視制御を回避して燃費性能を確保する。

ところで車速VSPを急に上昇させる急加速時などにおいては、NOx排出量Eが破線枠IIIおよびIVにより囲んだ箇所に示されるように許容基準値aを超えて増大し、NOx排出量過剰分ΔEがΔ>0となる。
この場合、燃費重視変速線に基づく変速制御によりエンジン回転数Neを実線で示すように経時変化させると、NOx排出量Eが実線で示すように多いままにされ、これを低減させることができず、NOx排出量Eが問題となる。

しかし本実施例においては前記したところから明らかなように、NOx排出量過剰分ΔEが多いほど大きくなる重み付け係数K（0<K<1）により、NOx排出量過剰分ΔEが多いほど燃費重視変速線に基づく変速制御から排気重視変速線に基づく変速制御に移行する傾向を強め、これによりNOx排出量過剰分ΔEが多いほど、エンジン回転数Neが実線で示す経時変化から破線で示す経時変化を経て一点鎖線で示す経時変化へと移行しつつ回転上昇されるようになす。

従って、NOx排出量Eが問題となる場合は、NOx排出量過剰分ΔEが多いほどエンジン回転数Neが大きく上昇され、これによりNOx排出量Eを破線枠IIIおよびIVにより囲んだ箇所において、実線により示すレベルから破線により示すレベルを経て一点鎖線により示すレベルへと低下させ、NOx排出量Eを許容基準値a以下に抑制することができ、燃費性能よりも排気性能を確保することができる。

本発明の一実施例になる適合制御装置を具えた車両のパワートレーンと、その制御系を示すシステム図である。 同パワートレーン制御系におけるコントローラの機能別ブロック線図である。 エンジンの燃費性能および排気性能を示す性能線図である。 無段変速機の燃費重視変速線を示す変速パターン図である。 無段変速機の排気重視変速線を示す変速パターン図である。 図2に示すコントローラによる動作タイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 無段変速機
３ スロットルバルブ
４ トルクコンバータ
５ プライマリプーリ
６ セカンダリプーリ
７ Ｖベルト
８ ファイナルドライブギヤ組
９ ディファレンシャルギヤ装置
10 変速制御油圧回路
11 ステップモータ
12 コントローラ
13 スロットル開度センサ
14 エンジン回転センサ
15 車速センサ
16 NOx排出量センサ
21 燃費重視目標エンジン回転数演算部
22 排気重視目標エンジン回転数演算部
23 減算器
24 PI制御器
25 制限器
26,27 乗算器
28 加算器

Claims (3)

1. エンジンと無段変速機との組み合わせになる車両用パワートレーンにおいて、
   排気中有害物質の排出量の設定値を超えた有害物質過剰量が多くなるにつれて、エンジンの燃費を重視した無段変速機の燃費重視変速線に基づいて無段変速機を変速制御する傾向から、エンジンの排気性能を重視した無段変速機の排気重視変速線に基づいて無段変速機を変速制御する傾向へと向かわせることにより、エンジンの燃費と排気性能とを両立させるよう構成したことを特徴とする車両用パワートレーンの適合制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用パワートレーンの適合制御装置において、
   前記有害物質過剰量が多くなるほど無段変速機の入力側目標回転数を、前記燃費重視変速線を基に求めた燃費重視目標回転数から、前記排気重視変速線を基に求めた排気重視目標回転数に接近させ、該入力側目標回転数に入力側実回転数が一致するよう無段変速機を変速制御するよう構成したことを特徴とする車両用パワートレーンの適合制御装置。
3. 請求項２に記載の車両用パワートレーンの適合制御装置において、
   前記有害物質過剰量が多いほど大きくなる重み付け係数K（0<K<1）を用い、前記排気重視変速線を基に求めた排気重視目標回転数tNdおよび前記燃費重視変速線を基に求めた燃費重視目標回転数tNcに対しそれぞれ、Kおよび（1−K）による重み付けを施して求めた（K・tNd）および｛（1−K）・tNc｝の和値を無段変速機の入力側目標回転数tNeとすることを特徴とする車両用パワートレーンの適合制御装置。

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