JP5476786B2 - パワートレインシステムの制御方法及びパワートレインシステム - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼル機関と有段式変速機とを備えたパワートレインシステムと、このパワートレインシステムを制御する方法と、に関する。

ディーゼル機関の燃焼室において過剰の酸素が燃焼すると、燃焼室内が過剰に高温・高圧になり、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量が増加してしまうため、燃焼室内の酸素濃度を適正に制御する必要がある。酸素濃度の目標値は、例えば、エンジンの機関速度と、エンジンに要求される要求トルクとに応じて設定される。また、酸素濃度の調節は、例えば、エンジンの排気通路からＥＧＲ通路を経由して吸気通路へ戻される排気ガスの流量（ＥＧＲ量）を調節することなどにより行われる。

ところで、有段式変速機の変速中は、エンジンの出力が不要である。そのため、図９の実線に示されるように、変速中（時点ｔ１から時点ｔ２までの時間）は燃焼室内の酸素濃度の目標値が最低値に設定される。変速が完了すると、変速完了時の機関速度および要求トルク等に基づいて新たな目標値が設定される。よって、変速完了時、酸素濃度の目標値が瞬間的に著しく上昇することになる。

しかし、燃焼室内の酸素濃度を、変速完了と同時に瞬間的に大きく変化させることは技術的に極めて困難である。図９の破線で示されるように、実際の酸素濃度は、変速完了直後において徐々に上昇するため目標値を大きく下回り、燃焼室内が酸素不足となってしまう。

このような問題に鑑みて、特許文献１の例えば段落［００４６］に記載された技術では、変速完了直後の燃焼室内の酸素不足が抑制されるように、変速中の酸素濃度（ＥＧＲ量）が制御される。具体的に、特許文献１の技術では、変速中の酸素濃度が、変速直前の酸素濃度に応じた所定濃度に維持される。かかる技術によれば、変速完了時の酸素濃度の変化量を極力小さくすることができる。

特開２００８−３８６２４号公報

しかし、特許文献１の技術に係る制御が行われても、変速直前の酸素濃度が顕著に低い場合は、変速中の酸素濃度も低く維持されるため、変速完了時において、実際の酸素濃度が目標値よりも著しく低い状態となることがある。この場合、実際の酸素濃度は直ちに目標値に到達できないため、実際の酸素濃度が目標値に達するまでの間、燃焼室内で酸素不足の状態が続いてしまう。

そこで、本発明は、ディーゼル機関の燃焼室内が変速完了直後に酸素不足になることを確実に防止することを、基本的な目的とする。

上記課題を解決するため、本願の第１の発明は、ディーゼル機関と、複数の変速段を有し且つ変速段毎に異なる減速比で前記ディーゼル機関の出力を減速させる有段式変速機とを備えたパワートレインシステムを制御する方法であって、
前記ディーゼル機関の機関速度と、前記ディーゼル機関に要求される要求トルクとを検知する工程と、
前記有段式変速機の変速が開始されたか否かを判定する工程と、
前記変速が開始された後、該変速が完了したか否かを判定する工程と、
前記変速が開始されていないとき、検知された前記機関速度と前記要求トルクとに基づき、前記ディーゼル機関の燃焼室内の酸素濃度を制御する工程と、
前記変速が開始されたとき、該変速が完了したときの前記機関速度と前記要求トルクとを予測する工程と、
前記変速が開始されてから完了するまでの間、予測された変速完了時の前記機関速度と前記要求トルクとに基づき、前記酸素濃度を制御する工程と、を有し、
前記変速が開始されてから完了するまでの間に前記酸素濃度を制御する工程では、
前記変速がシフトアップである場合、前記変速がシフトダウンである場合に比べて、前記酸素濃度を高く制御し、且つ、
前記変速の開始直前に検知された前記要求トルクが所定トルク以上である場合、前記変速の開始直前に検知された前記要求トルクが前記所定トルクよりも小さい場合に比べて、前記変速がシフトアップである場合の前記酸素濃度と、前記変速がシフトダウンである場合の前記酸素濃度との差が大きくなるように、前記酸素濃度を制御することを特徴とする。

なお、本明細書において、「変速パターン」とは、変速直前の変速段と変速直後の変速段との組み合わせを意味するものとする。また、本明細書において、「変速の開始直前」とは、変速に先駆けて種々の制御パラメータが大きく変化する直前のことを指し、例えば、手動式変速機を搭載した車両においては、アクセル踏み込み量が所定以上の減少率で減少し始める直前のことを指す。

本願の第２の発明に係るパワートレインシステムの制御方法は、
ディーゼル機関と、複数の変速段を有し且つ変速段毎に異なる減速比で前記ディーゼル機関の出力を減速させる有段式変速機とを備えたパワートレインシステムを制御する方法であって、
前記ディーゼル機関の機関速度と、前記ディーゼル機関に要求される要求トルクとを検知する工程と、
前記有段式変速機の変速が開始されたか否かを判定する工程と、
前記変速の開始後、該変速が完了したか否かを判定する工程と、
前記変速が開始されていないとき、検知された前記機関速度と前記要求トルクとに基づき、前記ディーゼル機関の燃焼室内の酸素濃度を制御する工程と、
前記変速が開始されたとき、該変速の開始直前に検知された前記機関速度と前記要求トルクとに基づき、前記変速が完了したときの前記機関速度と前記要求トルクとを予測する工程と、
前記変速が開始されてから完了するまでの間、予測された変速完了時の前記機関速度と前記要求トルクとに基づき、前記酸素濃度を制御する工程と、を有し、
前記変速が開始されてから完了するまでの間に前記酸素濃度を制御する工程において、
前記変速が任意のシフトアップであり、且つ、該シフトアップの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトアップの開始直前に検知された前記要求トルクが第１トルクであるとき、前記酸素濃度を第１濃度に制御し、
前記変速が任意のシフトダウンであり、且つ、該シフトダウンの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトダウンの開始直前の前記要求トルクが第１トルクであるとき、前記酸素濃度を、第１濃度よりも第１の差だけ低い第２濃度に制御し、
前記変速が前記シフトアップであり、且つ、該シフトアップの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトアップの開始直前に検知された前記要求トルクが第１トルクよりも小さな第２トルクであるとき、前記酸素濃度を第１濃度よりも低い第３濃度に制御し、
前記変速が前記シフトダウンであり、且つ、該シフトダウンの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトダウンの開始直前に検知された前記要求トルクが第２トルクであるとき、前記酸素濃度を、第１の差よりも小さな第２の差だけ第３濃度よりも低い第４濃度に制御することを特徴とする。

本願の第３の発明に係るパワートレインシステムの制御方法は、第１又は第２の発明において、
前記ディーゼル機関の排気通路と吸気通路とに連通する排気再循環通路を通過して前記排気通路から前記吸気通路へ戻される空気量を制御することにより、前記酸素濃度を制御することを特徴とする。

本願の第４の発明に係るパワートレインシステムは、
ディーゼル機関と、
複数の変速段を有し且つ変速段毎に異なる減速比で前記ディーゼル機関の出力を減速させる有段式変速機と、
前記ディーゼル機関の機関速度を検知する機関速度検知手段と、
前記ディーゼル機関に要求される要求トルクを検知する要求トルク検知手段と、
前記ディーゼル機関の燃焼室内の酸素濃度を調節する酸素濃度調節手段と、
該酸素濃度調節手段の動作を制御する制御器と、を有し、
該制御器は、
前記有段式変速機の変速が開始されたか否かを判定し、
前記変速が開始されていないとき、検知された前記機関速度と前記要求トルクとに基づき前記酸素濃度を調節するように前記酸素濃度調節手段を制御し、
前記変速が開始されたとき、該変速が完了したときの前記機関速度と前記要求トルクとを予測して、前記変速が開始されてから完了するまでの間、予測された変速完了時の前記機関速度と前記要求トルクとに基づき前記酸素濃度を調節するように前記酸素濃度調節手段を制御し、
前記変速が開始されてから完了するまでの間に前記酸素濃度調節手段を制御するときにおいて、
前記変速がシフトアップである場合、前記変速がシフトダウンである場合に比べて、前記酸素濃度を高く制御し、且つ、
前記変速の開始直前に検知された前記要求トルクが所定トルク以上である場合、前記変速の開始直前に検知された前記要求トルクが前記所定トルクよりも小さい場合に比べて、前記変速がシフトアップである場合の前記酸素濃度と、前記変速がシフトダウンである場合の前記酸素濃度との差が大きくなるように、前記酸素濃度を制御する、ことを特徴とする。

本願の第５の発明に係るパワートレインシステムは、
ディーゼル機関と、
複数の変速段を有し且つ変速段毎に異なる減速比で前記ディーゼル機関の出力を減速させる有段式変速機と、
前記ディーゼル機関の機関速度を検知する機関速度検知手段と、
前記ディーゼル機関に要求される要求トルクを検知する要求トルク検知手段と、
前記ディーゼル機関の燃焼室内の酸素濃度を調節する酸素濃度調節手段と、
該酸素濃度調節手段の動作を制御する制御器と、を有し、
該制御器は、
前記有段式変速機の変速が開始されたか否かを判定し、
前記変速が開始されていないとき、検知された前記機関速度と前記要求トルクとに基づき前記酸素濃度を調節するように前記酸素濃度調節手段を制御し、
前記変速が開始されたとき、該変速の開始直前に検知された前記機関速度と前記要求トルクとに基づき、前記変速が完了したときの前記機関速度と前記要求トルクとを予測し、
前記変速が開始されてから完了するまでの間、予測された変速完了時の前記機関速度と前記要求トルクとに基づき前記酸素濃度を調節するように前記酸素濃度調節手段を制御し、
前記変速が開始されてから完了するまでの間に前記酸素濃度調節手段を制御する際、
前記変速が任意のシフトアップであり、且つ、該シフトアップの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトアップの開始直前に検知された前記要求トルクが第１トルクであるとき、前記酸素濃度を第１濃度に制御し、
前記変速が任意のシフトダウンであり、且つ、該シフトダウンの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトダウンの開始直前の前記要求トルクが第１トルクであるとき、前記酸素濃度を、第１濃度よりも第１の差だけ低い第２濃度に制御し、
前記変速が前記シフトアップであり、且つ、該シフトアップの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトアップの開始直前に検知された前記要求トルクが第１トルクよりも小さな第２トルクであるとき、前記酸素濃度を第１濃度よりも低い第３濃度に制御し、
前記変速が前記シフトダウンであり、且つ、該シフトダウンの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトダウンの開始直前に検知された前記要求トルクが第２トルクであるとき、前記酸素濃度を、第１の差よりも小さな第２の差だけ第３濃度よりも低い第４濃度に制御することを特徴とする。

本願の第１の発明によれば、変速が開始されてから完了するまでの間、ディーゼル機関の燃焼室内の酸素濃度が、変速開始時に予想される変速完了時の運転状況に応じて制御されるため、変速が完了したとき、燃焼室内の酸素濃度を速やかに適正に制御することができる。よって、変速完了直後における燃焼室内の酸素不足を回避することができる。また、シフトアップが行われる場合、シフトダウンが行われる場合に比べて、変速中の酸素濃度が高く制御されるため、シフトアップに伴う車輪トルクの低下を補うように、シフトアップ完了時のエンジントルクを高めることができる。

また、本願の第１の発明は、変速開始直前の要求トルクが大きいときほど効果が高められるため、変速が完了したとき、変速前と同等レベルの車両の加速要求が継続される可能性が高いことに対応して、より適切な大きさのエンジントルクを得ることができる。

本願の第２の発明によれば、変速中におけるディーゼル機関の燃焼室内の酸素濃度が、変速開始直前の機関速度と要求トルクとに基づき、且つ、変速がシフトアップ又はシフトダウンのいずれであるかに応じて制御されるため、変速が完了したとき、燃焼室内の酸素濃度を速やかに適正に制御することができる。しかも、第２の発明によれば、シフトアップが行われる場合、シフトダウンが行われる場合に比べて、変速中の酸素濃度が高く制御され、且つ、変速開始直前の要求トルクが大きいときほど、シフトダウン中の酸素濃度とシフトアップ中の酸素濃度との差が大きくなるように酸素濃度が制御される。そのため、シフトアップに伴う車輪トルクの低下を補うように、シフトアップ完了時のエンジントルクを高めることを実現しつつ、変速が完了したとき、変速前と同等レベルの車両の加速要求が継続される可能性が高いことに対応して、より適切な大きさのエンジントルクを得ることができる。

本願の第３の発明によれば、排気再循環通路を通過して排気通路から吸気通路へ戻される空気を利用して、燃焼室内の酸素濃度を制御することができる。

本願の第４の発明によれば、変速が開始されてから完了するまでの間、ディーゼル機関の燃焼室内の酸素濃度が、変速開始時に予想される変速完了時の運転状況に応じて制御されるため、変速が完了したとき、燃焼室内の酸素濃度を速やかに適正に制御することができる。よって、変速完了直後における燃焼室内の酸素不足を回避することができる。また、シフトアップが行われる場合、シフトダウンが行われる場合に比べて、変速中の酸素濃度が高く制御されるため、シフトアップに伴う車輪トルクの低下を補うように、シフトアップ完了時のエンジントルクを高めることができる。また、変速開始直前の要求トルクが大きいときほど、第４の発明の効果が高められるため、変速が完了したとき、変速前と同等レベルの車両の加速要求が継続される可能性が高いことに対応して、より適切な大きさのエンジントルクを得ることができる。

本願の第５の発明によれば、変速中におけるディーゼル機関の燃焼室内の酸素濃度が、変速開始直前の機関速度と要求トルクとに基づき、且つ、変速がシフトアップ又はシフトダウンのいずれであるかに応じて制御されるため、変速が完了したとき、燃焼室内の酸素濃度を速やかに適正に制御することができる。しかも、第５の発明によれば、シフトアップが行われる場合、シフトダウンが行われる場合に比べて、変速中の酸素濃度が高く制御され、且つ、変速開始直前の要求トルクが大きいときほど、シフトダウン中の酸素濃度とシフトアップ中の酸素濃度との差が大きくなるように酸素濃度が制御される。そのため、シフトアップに伴う車輪トルクの低下を補うように、シフトアップ完了時のエンジントルクを高めることを実現しつつ、変速が完了したとき、変速前と同等レベルの車両の加速要求が継続される可能性が高いことに対応して、より適切な大きさのエンジントルクを得ることができる。

本発明の一実施形態に係るパワートレインシステムを示す概略図である。 ディーゼルエンジンの吸排気系の構成を示す図である。 パワートレインシステムの制御系を示すブロック図である。 時間の経過に伴いシフトアップを行う状況を示すグラフである。 図４に示す状況に応じて変化するエンジン回転数を示すグラフである。 酸素濃度の目標値を設定するためのマップの一例である。 図４に示す状況下における酸素濃度の目標値の推移を示すグラフである。 酸素濃度を制御するための各処理の流れを示すフローチャートである。 従来の制御により設定される酸素濃度の目標値の推移と、実際の酸素濃度の推移とを比較するためのグラフである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るパワートレインシステム２の概略構成を示す。パワートレインシステム２は、ディーゼルエンジン１０と、有段式変速機６とを備えている。変速機６は、複数の変速段を有し、ディーゼルエンジン１０の出力を変速段毎に異なる減速比で減速させて車両の駆動輪８に伝達する。本実施形態において、変速機６は手動式変速機であるが、本発明は自動変速機を使用する場合にも適用することができる。

図２は、ディーゼルエンジン１０の吸排気系１１の一実施形態を示す。吸排気系１１は、エンジン１０の吸気ガスが通過する吸気通路１４と、エンジン１０の排気ガスが通過する排気通路１２とを有する。

吸気通路１４には、吸気ガスを清浄化するためのエアクリーナ２８と、吸気ガスを冷却するためのインタークーラ２６とが設けられている。インタークーラ２６は、吸気通路１４においてエアクリーナ２８よりも下流側に配置されている。

排気通路１２には、排気ガス中の煤を捕集するパティキュレートフィルタ２２と、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を処理（トラップ）して外部へのＮＯｘの排出を抑制するリーンＮＯｘトラップ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という。）２４とが設けられている。ＮＯｘ触媒２４は、排気通路１２においてパティキュレートフィルタ２２よりも下流側に配置されている。

吸排気系１１には排気ターボ過給機２０が設けられ、排気ターボ過給機２０は、排気通路１２に配置されたタービン２０ａと、吸気通路１４に配置されたコンプレッサ２０ｂとを備えている。タービン２０ａは、排気通路１２においてパティキュレートフィルタ２２よりも上流側に配置されている。コンプレッサ２０ｂは、吸気通路１４においてエアクリーナ２８よりも下流側で且つインタークーラ２６よりも上流側に配置されている。

吸排気系１１はまた、エンジン４の排気ガスの一部を排気通路１２から吸気通路１４に還流するためのＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システムを有する。吸排気系１１には、ＥＧＲシステムを構成するための例えば２つのＥＧＲ通路１６，１８が、それぞれ排気通路１２と吸気通路１４とに跨って設けられている。

一方のＥＧＲ通路１６は、比較的高圧の排気ガスを還流させるために使用される高圧ＥＧＲ通路である。高圧ＥＧＲ通路１６は、タービン２０ａよりも上流側の排気通路１２部分と、コンプレッサ２０ｂよりも下流側の吸気通路１４部分とを連通させている。具体的に、高圧ＥＧＲ通路１６は、吸気通路１４に対してインタークーラ２６よりも下流側の部分で連通している。高圧ＥＧＲ通路１６には、この通路１６を通過する排気ガスの還流量（以下、「ＥＧＲ量」ともいう。）を調節するための高圧ＥＧＲ弁１６ａが設けられている。

他方のＥＧＲ通路１８は、比較的低圧の排気ガスを還流させるために使用される低圧ＥＧＲ通路である。低圧ＥＧＲ通路１８は、タービン２０ａよりも下流側の排気通路１２部分と、コンプレッサ２０ｂよりも上流側の吸気通路１４部分とを連通させている。具体的に、低圧ＥＧＲ通路１８は、排気通路１２に対してパティキュレートフィルタ２２よりも下流側で且つＮＯｘ触媒２４よりも上流側の部分で連通し、吸気通路１４に対してエアクリーナ２８よりも下流側の部分で連通している。低圧ＥＧＲ通路１８には、この通路１８を通過する排気ガスのＥＧＲ量を調節するための低圧ＥＧＲ弁１８ａと、還流排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ１８ｂとが設けられている。

また、吸気通路１４には負圧調整弁３０とスロットル弁３２とが設けられている。

負圧調整弁３０は、吸気通路１４におけるエアクリーナ２８よりも下流側で且つ低圧ＥＧＲ通路１８との合流部よりも上流側の部分に設けられている。負圧調整弁３０は、コンプレッサ２０ｂよりも上流側における吸気通路１４内の圧力を調整する弁であり、負圧調整弁３０の開度量の制御により吸気通路１４への外気の流入量が調節される。低圧ＥＧＲ通路１８を通過する排気ガスのＥＧＲ量を調節する際、これに併せて吸気通路１４への外気流入量を調節する必要があるため、低圧ＥＧＲ弁１８ａの開度量とともに負圧調整弁３０の開度量も調整される。

スロットル弁３２は、吸気通路１４におけるインタークーラ２６よりも下流側で且つ高圧ＥＧＲ通路１６との合流部よりも上流側の部分に設けられている。スロットル弁３２は、エンジン１０の吸気量を調節するために用いられる。エンジン１０の吸気量は、スロットル弁３２を通過する吸気ガスと、高圧ＥＧＲ通路１６を通過する還流排気ガスとの合計量によって決まるため、高圧ＥＧＲ通路１６を通過する排気ガスのＥＧＲ量を調節する際は、高圧ＥＧＲ弁１６ａの開度量とともにスロットル弁３２の開度量も調整される。

ディーゼルエンジン１０及び吸排気系１１に関する種々の制御は、図３に示す制御装置５０により行われる。制御装置５０は、各種センサから送られる信号に基づき、負圧調整弁３０、スロットル弁３２、高圧ＥＧＲ弁１６ａ、低圧ＥＧＲ弁１８ａ、及びエンジン１０の燃料噴射ノズル１０ｂの動作を制御する。

制御装置５０に信号を送るセンサとしては、例えば、アクセル開度センサ５２、エンジン回転数センサ５４、変速段センサ６０、及びクラッチセンサ６２が用いられる。

アクセル開度センサ５２は、アクセルペダル４０の踏み込み位置を検知するセンサであり、エンジン１０に要求される要求トルクを検知する要求トルク検知手段として機能する。エンジン回転数センサ５４は、エンジン１０の回転数を検知するセンサであり、エンジン１０の機関速度を検知する機関速度検知手段として機能する。変速段センサ６０は、変速機６がいずれの変速段に設定されているかを検知するセンサである。具体的に、変速段センサ６０としては、例えば、変速機６のシフト操作のオン・オフを検知するスイッチを変速段毎に設けることが考えられる。クラッチセンサ６２は、クラッチ４の接続及び遮断を検知するセンサである。具体的に、クラッチセンサ６２としては、クラッチ４が切断されたか否かを検知するクラッチカットスイッチ、クラッチ４が接続されたか否かを検知するクラッチスイッチ、又はクラッチペダル４２の踏み込み位置を検知するストロークセンサのいずれか１つ又は複数が使用される。

以下、制御装置５０によりエンジン１０の燃焼室内の酸素濃度Ｍを制御する構成について説明する。

本実施形態において、酸素濃度Ｍの制御は、ＥＧＲ通路１６，１８を通過して排気通路１２から吸気通路１４へ戻される排気ガスのＥＧＲ量を制御することにより行われる。具体的に、酸素濃度Ｍは、ＥＧＲ量を多くすることで低下し、ＥＧＲ量を少なくすることで上昇する。

ＥＧＲ量の制御は、高圧ＥＧＲ通路１６を通過する還流排気ガスの量（高圧ＥＧＲ量）、又は、低圧ＥＧＲ通路１８を通過する還流排気ガスの量（低圧ＥＧＲ量）の少なくとも一方を制御することによって行われる。

高圧ＥＧＲ通路１６を通過する排気ガスは、高温のままエンジン１０の燃焼室に戻されるのに対して、低圧ＥＧＲ通路１８を通過する排気ガスは、ＥＧＲクーラ１８ｂ及びインタークーラ２６によって冷却されてからエンジン１０の燃焼室に戻される。そのため、高圧ＥＧＲ通路１６を通過する排気ガスは、低圧ＥＧＲ通路１８を通過する排気ガスに比べて、ガス密度が低い。よって、エンジン１０の燃焼室内の酸素量を維持したまま酸素濃度Ｍをより低くするためには、低圧ＥＧＲ量を多くすればよい。

酸素濃度Ｍの制御に際しては、酸素濃度Ｍの目標値ＭＴが適宜設定され、酸素濃度Ｍが目標値ＭＴに一致するように高圧ＥＧＲ量または低圧ＥＧＲ量の少なくとも一方が制御される。

図４〜図７を参照しながら、酸素濃度Ｍの目標値ＭＴを設定する構成について説明する。

図４に示すように、変速機６の変速段を第１速に設定した状態でＡ時点からＢ時点までの時間に車両を加速させた後、変速機６を第２速に変速し、さらにＣ時点からＤ時点までの時間に車両を加速させる状況を想定する。この場合、エンジン１０の回転数は、例えば図５に示すように、第１速での加速中に増加し、変速中に著しく減少した後、第２速での加速中に再び増加する。

このとき、エンジン１０の燃料噴射量は、運転者のアクセルペダル４０の踏み込み量に応じて、第１速での加速中には例えば図６の破線Ｘａｂで示されるように変化し、第２速での加速中には例えば図６の破線Ｘｃｄで示されるように変化する。一方、第１速から第２速への変速中はアクセルペダル４０が踏み込まれないため、クラッチ接続状態では燃料噴射量はほぼゼロであり、クラッチ切断状態ではアイドルに必要な量まで噴射量は減少する。

図４〜図６に示される状況を想定しつつ、酸素濃度Ｍの目標値ＭＴを設定する構成について説明する。

酸素濃度Ｍの目標値ＭＴは、エンジン１０の回転数と燃料噴射量とに基づき設定される。具体的に説明すると、例えば図６の複数の実線に示されるように、エンジン１０の回転数と燃料噴射量とに応じて目標値ＭＴを設定するためのマップが予め制御装置５０に記憶されており、変速中でないときは、エンジン１０の回転数と燃料噴射量とマップとに基づき目標値ＭＴが適宜設定される。なお、図６のマップにおいて実線で示される複数の目標値ＭＴは、図において上から順に高い値とされる。

一方、変速中は燃料噴射量が極めて少なくなるため、酸素濃度Ｍの目標値ＭＴは、非変速時とは別の方法で設定される。変速中のクラッチ接続状態ではエンジン１０の燃焼室内で燃料を燃焼させる必要がないため、従来は、例えば図７の一点鎖線で示されるように、変速中（時点Ｂから時点Ｃまでの間）の目標値ＭＴは最低値に設定されていた。しかし、このように変速中の目標値ＭＴを設定すると、変速完了時（時点Ｃ）に目標値ＭＴが瞬間的に著しく上昇するため、実際の酸素濃度Ｍが目標値ＭＴに追いつくまでの間、エンジン１０の燃焼室内が酸素不足になる不具合がある（図９参照）。

そのため、本実施形態においては、変速が開始されたときに変速完了時のエンジン回転数と燃料噴射量とが予測され、変速が開始されてから完了するまでの間は、予測された変速完了時のエンジン回転数と燃料噴射量とに応じた目標値ＭＴが例えば図６のマップに基づき設定され、この目標値ＭＴに一致するように酸素濃度Ｍが制御される。

なお、本実施形態では、変速機６の変速段が次の変速段に切り替えられることを「変速の開始」といい、変速段の切り替え後にクラッチを接続することを「変速の完了」というものとする。

上記のような予測に基づき変速中の酸素濃度Ｍの目標値ＭＴを設定することで、図７の実線で示されるように、変速完了時（時点Ｃ）に目標値ＭＴがほとんど変化しないため、変速が完了したとき、実際の酸素濃度Ｍを迅速に目標値ＭＴに一致させることができ、エンジン１０の燃焼室に十分な量の酸素を供給することができる。

変速完了時のエンジン回転数および燃料噴射量は、変速開始直前のエンジン回転数、変速開始直前の燃料噴射量、及び変速パターン（変速前後の変速段）等に基づき予測され、これに応じて変速中の酸素濃度Ｍの目標値ＭＴが設定される。

具体的に説明すると、例えば、変速パターンが同一である条件下において、変速開始直前に検知された燃料噴射量が大きいほど、変速完了時の燃料噴射量も大きいと予測され、これに応じて変速中の酸素濃度Ｍの目標値ＭＴが高く設定される。これにより、変速完了時、変速開始直前と同等の車輪トルクを速やかに発生させることができるように、酸素濃度Ｍが速やかに適正に制御される。

続いて、変速が任意のシフトアップであり、且つ、シフトアップ開始直前に検知されたエンジン回転数が第１速度であり、且つ、シフトアップ開始直前に検知された燃料噴射量が第１の検知量であるとき、シフトアップ完了時の燃料噴射量が第１の予測量であると予測される場合を想定する。この場合、変速が任意のシフトダウンであり、且つ、シフトダウン開始直前に検知されたエンジン回転数が第１速度であり、且つ、シフトダウン開始直前に検知された燃料噴射量が第１の検知量であるとき、シフトダウン完了時の燃料噴射量は、第１の予測量よりも第１の差だけ小さな第２の予測量であると予測される。すなわち、変速がシフトアップである場合、変速がシフトダウンである場合に比べて、変速完了時の燃料噴射量が大きいと予測され、これに伴い変速中の酸素濃度Ｍの目標値ＭＴも高く設定される。よって、シフトアップ完了時、高いエンジントルクが得られるように、酸素濃度Ｍが速やかに適正に制御される。

また、上記のように想定した場合、変速が上記と同一パターンのシフトアップであり、且つ、シフトアップ開始直前に検知されたエンジン回転数が第１速度であり、且つ、シフトアップ開始直前に検知された燃料噴射量が第１の検知量よりも小さな第２の検知量であるとき、シフトアップ完了時の燃料噴射量は、第１の予測量よりも小さな第３の予測量であると予測される。さらに、変速が上記同一パターンのシフトダウンであり、且つ、シフトダウン開始直前に検知されたエンジン回転数が第１速度であり、且つ、シフトダウン開始直前に検知された燃料噴射量が第２の検知量であるとき、シフトダウン完了時の燃料噴射量は、第１の差よりも大きな第２の差だけ第３の予測量よりも小さな第４の予測量であると予測される。すなわち、変速開始直前に検知された燃料噴射量が所定量以上である場合、変速開始直前に検知された燃料噴射量が前記所定量よりも小さい場合に比べて、変速完了時の燃料噴射量が、変速がシフトアップである場合と変速がシフトダウンである場合との差が大きくなるように予測される。かかる予測により、変速中の酸素濃度Ｍの目標値ＭＴは、変速開始直前の燃料噴射量が大きいほどシフトアップである場合とシフトダウンである場合との差が大きくなるように設定される。そのため、シフトアップ開始直前の燃料噴射量が大きいときほど、シフトアップ完了時に得られるエンジントルクが高くなるように、変速中の酸素濃度Ｍが制御される。

以下、図８に示すフローチャートを参照しながら、酸素濃度Ｍを制御するための具体的な処理の流れについて説明する。

先ず、ステップＳ１において、各種センサから送られる信号が読み込まれる。具体的には、アクセル開度センサ５２により検知されたアクセル開度α１、エンジン回転数センサ５４により検知されたエンジン１０の回転数Ｎ１、変速段センサ６０により検知された変速段の情報、及び、クラッチセンサ６２により検知されたクラッチ４のオン・オフの情報が読み込まれる。ステップＳ１ではまた、読み込まれた各種情報が記憶される。

続くステップＳ２では、ステップＳ１で読み込まれたアクセル開度α１とエンジン回転数Ｎ１とに基づき、予め設定された計算式又はマップにより、エンジン１０の燃料噴射量の目標値ＦＰと、燃料噴射のタイミングとが算出される。

次のステップＳ３では、変速フラグＦが立てられている（Ｆ＝１にセットされている）か否かが判断される。変速フラグＦは、変速中であるか否かを判定するためのフラグであり、後述のステップＳ４で変速が開始されたと判定されたときにフラグＦが立てられ（Ｆ＝１にセットされ）、後述のステップＳ１１で変速が完了したと判定されるとフラグＦがオフにされる（Ｆ＝０にセットされる）。

ステップＳ３において、変速フラグＦが立てられていない、すなわち、変速中でないと判断されるとステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、変速が開始されたか否か、すなわち変速機６の変速段が変更されたか否かが判断される。具体的には、今回のルーチンのステップＳ１で読み込まれた変速段の情報が、前回のルーチンのステップＳ１で読み込まれた変速段の情報と異なるか否かによって、変速段の開始の有無が判断される。

ステップＳ４において、変速が開始されていないと判断されると、ステップＳ５〜ステップＳ７において基本制御が行われる。

具体的に、ステップＳ５では、ステップＳ１で読み込まれたアクセル開度α１とエンジン回転数Ｎ１とに基づき、予め設定された例えば図６に示すマップによりエンジン１０の燃焼室内の酸素濃度Ｍの目標値ＭＴが算出される。

続くステップＳ６では、ステップＳ５で算出された酸素濃度Ｍの目標値ＭＴと、ステップＳ２で算出された燃料噴射量の目標値ＦＰと、ステップＳ１で読み込まれたエンジン回転数Ｅ１とに基づき、負圧調整弁３０、スロットル弁３２、高圧ＥＧＲ弁１６ａ及び低圧ＥＧＲ弁１８ａの開度が算出される。

さらに続くステップＳ７では、ステップＳ２とステップＳ６で算出された制御パラメータに基づき、各種アクチュエータが制御される。具体的には、燃料噴射量がステップＳ２で算出された目標値ＦＰとなるように、且つ、噴射タイミングがステップＳ２で算出されたタイミングとなるように燃料噴射ノズル１０ｂが制御され、吸排気系１１の各種バルブ１６ａ，１８ａ，３０，３２がステップＳ６で算出された開度に制御される。これにより、エンジン１０の燃焼室内の酸素濃度Ｍが、非変速時の運転状況に応じた適切な濃度に制御される。

一方、ステップＳ４において、変速が開始されたと判断されるとステップＳ８に進み、変速フラグＦが立てられる（Ｆ＝１にセットされる）。

次のステップＳ９では、変速完了時のアクセル開度α２とエンジン回転数Ｅ２とが予測される。具体的には、例えば、変速直前のアクセル開度と、変速直前のエンジン回転数と、変速パターン（変速前後の変速段）と、に基づき、変速パターン毎に予め設定されたマップにより、変速完了時のアクセル開度α２とエンジン回転数Ｅ２とが予測される。

続くステップＳ１０では、ステップＳ９で予測された変速完了時のアクセル開度α２とエンジン回転数Ｅ２とに基づき、例えば図６に示すマップにより酸素濃度Ｍの目標値ＭＴが算出される。

ステップＳ１０において、ステップＳ９の予測に基づいた酸素濃度Ｍの目標値ＭＴが算出されると、上述の基本制御と同様、ステップＳ６及びステップＳ７の処理が行われる。これにより、変速中におけるエンジン１０の燃焼室内の酸素濃度Ｍは、変速完了時の運転状況に対応した濃度に制御される。

このようにして変速中の酸素濃度Ｍの制御が開始されると、次回のルーチンのステップＳ３では、変速フラグＦが立てられている、すなわち、変速中であると判断される。

ステップＳ３において、変速フラグＦが立てられていると判断されるとステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、変速が完了したか否かが判断される。具体的には、変速段を切り替えるために遮断されていたクラッチ４が再接続されたか否かが判断される。

ステップＳ１１で変速が完了したと判断されると、ステップＳ１３で変速フラグＦがオフにされて（Ｆ＝０にセットされて）、ステップＳ４に進み、上述の各処理が行われる。

一方、ステップＳ１１で変速が完了していないと判断されると、ステップＳ１２において、酸素濃度Ｍの目標値ＭＴが、ステップＳ１０で算出された値に固定された後、上述したステップＳ６とステップＳ７の処理がなされる。これにより、変速が開始してから変速が完了するまでの間、エンジン１０の燃焼室内の酸素濃度Ｍは、予測される変速完了時の運転状況に応じた濃度に維持されるため、変速完了時、酸素濃度Ｍを大きく上昇させる必要がない。そのため、変速完了直後において燃焼室内の酸素不足が生じることを回避することができる。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

２：パワートレインシステム、４：クラッチ、６：有段式変速機、８：車輪、１０：ディーゼルエンジン、１０ｂ：燃料噴射ノズル、１１：吸排気系、１２：排気経路、１４：吸気経路、１６：高圧ＥＧＲ通路、１６ａ：高圧ＥＧＲ弁、１８：低圧ＥＧＲ通路、１８ａ：低圧ＥＧＲ弁、３０：負圧調整弁、３２：スロットル弁、４０：アクセルペダル、４２：クラッチペダル、５０：制御装置、５２：アクセル開度センサ、５４：エンジン回転数センサ、６０：変速段センサ、６２：クラッチセンサ。

Claims (5)

1. ディーゼル機関と、複数の変速段を有し且つ変速段毎に異なる減速比で前記ディーゼル機関の出力を減速させる有段式変速機とを備えたパワートレインシステムを制御する方法であって、
   前記ディーゼル機関の機関速度と、前記ディーゼル機関に要求される要求トルクとを検知する工程と、
   前記有段式変速機の変速が開始されたか否かを判定する工程と、
   前記変速が開始された後、該変速が完了したか否かを判定する工程と、
   前記変速が開始されていないとき、検知された前記機関速度と前記要求トルクとに基づき、前記ディーゼル機関の燃焼室内の酸素濃度を制御する工程と、
   前記変速が開始されたとき、該変速が完了したときの前記機関速度と前記要求トルクとを予測する工程と、
   前記変速が開始されてから完了するまでの間、予測された変速完了時の前記機関速度と前記要求トルクとに基づき、前記酸素濃度を制御する工程と、を有し、
   前記変速が開始されてから完了するまでの間に前記酸素濃度を制御する工程では、
   前記変速がシフトアップである場合、前記変速がシフトダウンである場合に比べて、前記酸素濃度を高く制御し、且つ、
   前記変速の開始直前に検知された前記要求トルクが所定トルク以上である場合、前記変速の開始直前に検知された前記要求トルクが前記所定トルクよりも小さい場合に比べて、前記変速がシフトアップである場合の前記酸素濃度と、前記変速がシフトダウンである場合の前記酸素濃度との差が大きくなるように、前記酸素濃度を制御することを特徴とするパワートレインシステムの制御方法。
2. ディーゼル機関と、複数の変速段を有し且つ変速段毎に異なる減速比で前記ディーゼル機関の出力を減速させる有段式変速機とを備えたパワートレインシステムを制御する方法であって、
   前記ディーゼル機関の機関速度と、前記ディーゼル機関に要求される要求トルクとを検知する工程と、
   前記有段式変速機の変速が開始されたか否かを判定する工程と、
   前記変速の開始後、該変速が完了したか否かを判定する工程と、
   前記変速が開始されていないとき、検知された前記機関速度と前記要求トルクとに基づき、前記ディーゼル機関の燃焼室内の酸素濃度を制御する工程と、
   前記変速が開始されたとき、該変速の開始直前に検知された前記機関速度と前記要求トルクとに基づき、前記変速が完了したときの前記機関速度と前記要求トルクとを予測する工程と、
   前記変速が開始されてから完了するまでの間、予測された変速完了時の前記機関速度と前記要求トルクとに基づき、前記酸素濃度を制御する工程と、を有し、
   前記変速が開始されてから完了するまでの間に前記酸素濃度を制御する工程において、
   前記変速が任意のシフトアップであり、且つ、該シフトアップの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトアップの開始直前に検知された前記要求トルクが第１トルクであるとき、前記酸素濃度を第１濃度に制御し、
   前記変速が任意のシフトダウンであり、且つ、該シフトダウンの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトダウンの開始直前の前記要求トルクが第１トルクであるとき、前記酸素濃度を、第１濃度よりも第１の差だけ低い第２濃度に制御し、
   前記変速が前記シフトアップであり、且つ、該シフトアップの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトアップの開始直前に検知された前記要求トルクが第１トルクよりも小さな第２トルクであるとき、前記酸素濃度を第１濃度よりも低い第３濃度に制御し、
   前記変速が前記シフトダウンであり、且つ、該シフトダウンの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトダウンの開始直前に検知された前記要求トルクが第２トルクであるとき、前記酸素濃度を、第１の差よりも小さな第２の差だけ第３濃度よりも低い第４濃度に制御することを特徴とするパワートレインシステムの制御方法。
3. 前記ディーゼル機関の排気通路と吸気通路とに連通する排気再循環通路を通過して前記排気通路から前記吸気通路へ戻される空気量を制御することにより、前記酸素濃度を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパワートレインシステムの制御方法。
4. ディーゼル機関と、
   複数の変速段を有し且つ変速段毎に異なる減速比で前記ディーゼル機関の出力を減速させる有段式変速機と、
   前記ディーゼル機関の機関速度を検知する機関速度検知手段と、
   前記ディーゼル機関に要求される要求トルクを検知する要求トルク検知手段と、
   前記ディーゼル機関の燃焼室内の酸素濃度を調節する酸素濃度調節手段と、
   該酸素濃度調節手段の動作を制御する制御器と、を有し、
   該制御器は、
   前記有段式変速機の変速が開始されたか否かを判定し、
   前記変速が開始されていないとき、検知された前記機関速度と前記要求トルクとに基づき前記酸素濃度を調節するように前記酸素濃度調節手段を制御し、
   前記変速が開始されたとき、該変速が完了したときの前記機関速度と前記要求トルクとを予測して、前記変速が開始されてから完了するまでの間、予測された変速完了時の前記機関速度と前記要求トルクとに基づき前記酸素濃度を調節するように前記酸素濃度調節手段を制御し、
   前記変速が開始されてから完了するまでの間に前記酸素濃度調節手段を制御するときにおいて、
   前記変速がシフトアップである場合、前記変速がシフトダウンである場合に比べて、前記酸素濃度を高く制御し、且つ、
   前記変速の開始直前に検知された前記要求トルクが所定トルク以上である場合、前記変速の開始直前に検知された前記要求トルクが前記所定トルクよりも小さい場合に比べて、前記変速がシフトアップである場合の前記酸素濃度と、前記変速がシフトダウンである場合の前記酸素濃度との差が大きくなるように、前記酸素濃度を制御する、ことを特徴とするパワートレインシステム。
5. ディーゼル機関と、
   複数の変速段を有し且つ変速段毎に異なる減速比で前記ディーゼル機関の出力を減速させる有段式変速機と、
   前記ディーゼル機関の機関速度を検知する機関速度検知手段と、
   前記ディーゼル機関に要求される要求トルクを検知する要求トルク検知手段と、
   前記ディーゼル機関の燃焼室内の酸素濃度を調節する酸素濃度調節手段と、
   該酸素濃度調節手段の動作を制御する制御器と、を有し、
   該制御器は、
   前記有段式変速機の変速が開始されたか否かを判定し、
   前記変速が開始されていないとき、検知された前記機関速度と前記要求トルクとに基づき前記酸素濃度を調節するように前記酸素濃度調節手段を制御し、
   前記変速が開始されたとき、該変速の開始直前に検知された前記機関速度と前記要求トルクとに基づき、前記変速が完了したときの前記機関速度と前記要求トルクとを予測し、
   前記変速が開始されてから完了するまでの間、予測された変速完了時の前記機関速度と前記要求トルクとに基づき前記酸素濃度を調節するように前記酸素濃度調節手段を制御し、
   前記変速が開始されてから完了するまでの間に前記酸素濃度調節手段を制御する際、
   前記変速が任意のシフトアップであり、且つ、該シフトアップの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトアップの開始直前に検知された前記要求トルクが第１トルクであるとき、前記酸素濃度を第１濃度に制御し、
   前記変速が任意のシフトダウンであり、且つ、該シフトダウンの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトダウンの開始直前の前記要求トルクが第１トルクであるとき、前記酸素濃度を、第１濃度よりも第１の差だけ低い第２濃度に制御し、
   前記変速が前記シフトアップであり、且つ、該シフトアップの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトアップの開始直前に検知された前記要求トルクが第１トルクよりも小さな第２トルクであるとき、前記酸素濃度を第１濃度よりも低い第３濃度に制御し、
   前記変速が前記シフトダウンであり、且つ、該シフトダウンの開始直前に検知された前記機関速度が第１速度であり、且つ、前記シフトダウンの開始直前に検知された前記要求トルクが第２トルクであるとき、前記酸素濃度を、第１の差よりも小さな第２の差だけ第３濃度よりも低い第４濃度に制御することを特徴とするパワートレインシステム。

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