JP5669596B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関及び無段変速機を備える車両の制御装置に関する。

近時の自動車は、自動変速機を実装したＡＴ車であることが少なくない。車両用の自動変速機として、トルクコンバータ及びベルト式連続可変変速機構（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を具備してなる無段変速機が公知である（例えば、下記特許文献を参照）。

無段変速機の変速比は、内燃機関の燃費率（燃料消費率）特性に合わせて最適な燃費を具現できるように制御する。図３に示しているように、エンジン回転数を横軸、エンジントルクを縦軸とおくと、エンジン回転数とエンジントルクとの積であるエンジン出力が一定となる等出力線（図中破線で示す）は双曲線の形で描かれる。さらに、燃費率が一定となるエンジン回転数とエンジントルクとの組が等燃費率線（図中細実線で示す）として表される。両者を組み合わせることで、あるエンジン出力を達成する場合に最も燃費がよくなる変速比を、様々なエンジン出力についてプロットすることができる。これが、図３に示している変速線（図中太実線で示す）である。車載の電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、運転者により指令される要求負荷（出力）の増減に応じ、変速線に沿って無段変速機の変速比を操作する。

しかしながら、内燃機関の燃費率特性は常時不変ではない。等燃費率線が変動すれば当然に変速線も変化するべきであるが、従来は適合により定めた一意の変速線を基に無段変速機の変速比を制御しており、運転状態如何によっては燃費性能を最大限に引き出せないことがあった。

特開２０１０−０７１４２７号公報

本発明は、内燃機関及び無段変速機を備えた車両の燃費性能の一層の向上を図ることを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関及び無段変速機を備える車両の制御装置において、内燃機関の温度に応じて無段変速機の変速比を変化させるものとし、内燃機関の温度が低いほど低回転かつ高トルクとなるように変速比を補正し、内燃機関の温度が高いほど高回転かつ低トルクとなるように変速比を補正することとした。即ち、内燃機関の温度の高低により、メカニカルロスが増減する等して等燃費率線が変動することに着目し、その変動に対応して変速比線を変更するようにしたのである。

尤も、内燃機関の温度に応じて変速比を変化させると、内燃機関の温度によって減速時のエンジンブレーキの効き具合が変化し、運転者に違和感を与え、ドライバビリティの低下につながるおそれがある。そこで、減速時の燃料カット中は前記変速比の補正量を減じて、エンジンブレーキの効きを均一化することが好ましい。具体的には、減速時の燃料カット中は前記変速比の補正量を減じることとし、内燃機関の温度が高いとき、平常はハイギア寄りにある変速比をエンジンブレーキ時にはローギア寄りに修正する一方、内燃機関の温度が低いときには、平常はローギア寄りにある変速比をエンジンブレーキ時はハイギア寄りに修正する。

本発明によれば、内燃機関及び無段変速機を備えた車両の燃費性能の一層の向上を図り得る。

本発明の一実施形態における内燃機関の構成を示す図。 同実施形態における自動変速機の構成を示す図。 同実施形態の制御装置が実施する変速比制御の変速線を示す図。 機関温度が上昇した場合の遷移した変速線を示す図。 機関温度が下降した場合の遷移した変速線を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に一気筒の構成を概略的に示した内燃機関０は、例えば自動車に搭載されるものである。内燃機関０の吸気系１には、アクセルペダルの踏込量に応じて開閉するスロットルバルブ（特に、電子スロットルバルブ）１１を設けており、スロットルバルブ１１の下流にはサージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２を取り付けている。サージタンク１３には、吸気管内圧力（または、吸気負圧）を検出する圧力センサを配している。

排気系５には、排気マニホルド５１を取り付け、排出ガス浄化用の三元触媒５２を装着している。そして、触媒５２の上流にフロントＯ₂センサを、下流にリアＯ₂センサを、それぞれ配している。Ｏ₂センサ、５４は、排出ガスに接触して反応することにより、排出ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力する。

吸気系１と排気系５との間には、ＥＧＲ装置６を介設する。ＥＧＲ装置６は、始端が排気マニホルド５１に連通し終端がサージタンク１３に連通する外部ＥＧＲ通路６１と、ＥＧＲ通路６１上に設けた外部ＥＧＲバルブ６２とを要素としてなる。ＥＧＲバルブ６２を開放すれば、排出ガスを排気系５から吸気系１へと還流して吸気に混合する外部ＥＧＲを実現できる。

気筒２上部に形成される燃焼室の天井部（シリンダヘッド）には、吸気バルブ２１、排気バルブ２２、インジェクタ３及び点火プラグ２３を設ける。

図２に、自動変速機の一例を示す。この自動変速機は、トルクコンバータ７及びベルト式ＣＶＴ９を具備する無段変速機である。内燃機関０が出力する駆動力は、トルクコンバータ７の入力側のポンプインペラ７１に入力され、出力側のタービンランナ７２に伝達される。タービンランナ７２の回転は、遊星歯車機構を用いた前後進切換装置８を介してＣＶＴ９の駆動軸９４に伝わり、ＣＶＴ９における変速を経て従動軸９５を回転させる。従動軸９５には出力ギヤ１０１を固設してあり、この出力ギヤ１０１はデファレンシャル装置のリングギヤ１０２と噛合して車軸１０３ひいては駆動輪（図示せず）を回転させる。

トルクコンバータ７は、ロックアップ機構（図示せず）を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ７の入力側と出力側とをロックアップするロックアップクラッチと、ロックアップクラッチを断接切替駆動するための油圧を制御するロックアップソレノイドバルブとを要素とする。ロックアップ機構は、自動変速機による変速比の変更を伴わない状況においてロックアップクラッチを接続、入力側と出力側とを締結する。

前後進切換装置８は、そのサンギア８１が入力軸７３を介してタービンランナ７２と連絡し、リングギア８２が駆動軸９４と連絡している。プラネタリギア８３１を支持するプラネタリキャリア８３と変速機ケースとの間には、断接切換可能な油圧クラッチたるフォワードブレーキ８４を介設している。また、プラネタリキャリア８３とサンギア８１（または、入力軸７３）との間にも、断接切換可能な油圧クラッチたるリバースクラッチ８５を介設している
走行レンジのうちのＤレンジでは、フォワードブレーキ８４を締結し、リバースクラッチ８５を切断する。これにより、入力軸７３の回転が逆転されかつ減速されて駆動軸９４に伝達され、前進走行となる。翻って、Ｒレンジでは、リバースクラッチ８５を締結し、フォワードブレーキ８４を切断する。これにより、サンギア８１とプラネタリキャリア８３とが一体的に回転し、入力軸７３と駆動軸９４とが直結して後進走行となる。非走行レンジであるＮレンジ、Ｐレンジでは、リバースクラッチ８４、フォワードブレーキ８５をともに切断する。

ＣＶＴ９は、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２と、両プーリ９１、９２に巻き掛けられたベルト９３とを要素とする。駆動プーリ９１は、駆動軸９４に固定した固定シーブ９１１と、駆動軸９１上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９１２と、可動シーブ９１２の後背に配設された液圧サーボ９１３とを有しており、液圧サーボ９１３を操作し可動シーブ９１２を変位させることを通じて変速比を無段階に変更できる。並びに、従動プーリ９２は、従動軸９５に固設した固定シーブ９２１と、従動軸９５上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９２２と、可動シーブ９２２の後背に配設された液圧サーボ９２３とを有しており、液圧サーボ９２３を操作し可動シーブ９２２を変位させることを通じてトルク伝達に必要なベルト推力を与える。

内燃機関０及びＣＶＴ９の運転制御を司るＥＣＵ４は、中央演算装置４１、記憶装置４２、入力インタフェース４３、出力インタフェース４４等を有するマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェース４３には、吸気管内圧力を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、車速を検出する車速センサ７３から出力される車速信号ｃ、アクセルペダルの踏込量（または、スロットルバルブ１１の開度）を検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｄ、シフトレバーの位置（シフトレンジ）を検出するシフトポジションスイッチから出力されるシフトポジション信号ｅ、冷却水温を検出する水温センサから出力される水温信号ｆ、吸気カムシャフト９１の端部にあるタイミングセンサから出力されるクランク角度信号及び気筒判別用信号ｇ、排気カムシャフト９２の端部にあるタイミングセンサから２４０°ＣＡ（クランク角度）回転毎に出力される排気カム信号ｈ、フロントＯ₂センサから出力される上流側空燃比信号ｉ、リアＯ₂センサから出力される下流側空燃比信号ｊ、ノッキングの発生状況を検出するノックセンサから出力されるノッキング信号ｋ等が入力される。アクセルペダルの踏込量は、運転者によって指令される要求負荷を示す。また、冷却水温は、内燃機関０の温度を示す。

出力インタフェース４４からは、インジェクタ３に対して燃料噴射信号ｎ、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、ＥＧＲバルブ６２に対してＥＧＲバルブ開度信号ｏ、ＣＶＴ９に対して変速比信号ｐ等を出力する。

中央演算装置４１は、記憶装置４２に予め格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関０の燃料噴射量や点火時期、ＥＧＲガスの還流量（吸気のＥＧＲ率）、変速比等の制御を遂行する。

内燃機関０の運転制御において、ＥＣＵ４は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋを入力インタフェース４３を介して取得し、現状の吸気量及び吸気のＥＧＲ率を推定して、それらに基づいて制御入力である燃料噴射量、燃料噴射タイミング、点火タイミング、ＥＧＲバルブ６２の開度（ＥＧＲステップ数）、ＣＶＴ９の変速比等を演算する。そして、演算した制御入力に対応した制御信号ｍ、ｎ、ｏ、ｐを、出力インタフェース４４を介して印加する。上記制御入力の算定手法は、既知の内燃機関０の運転制御と同様とすることができるので、ここでは説明を割愛する。

本実施形態における制御装置たるＥＣＵ４は、運転者によって指令される要求負荷即ち出力を達成しつつ燃費が最適化するように、ＣＶＴ９の変速比を設定する。既に述べた通り、ある出力を実現するエンジン回転数及びトルクの組は等出力線上に無数に存在するが、そのうち最も燃費効率のよい組は内燃機関０の出力特性である等燃費線によって一意に定まる。様々な出力について、最も燃費効率のよいエンジン回転数及びトルクの組をプロットしたものが変速線である。ＥＣＵ４は予め、所定の運転状態の下における変速線のマップデータを記憶装置４２に記憶保持しており、要求負荷をキーとしてこのマップデータを検索し、変速線上にある変速比を知得、可動シーブ９１２、９２２を操作してＣＶＴ９をその変速比に制御する。

一方で、等燃費線は常時不変ではなく、内燃機関０の運転状態に応じて変化する。つまり、変速線もまた、内燃機関０の運転状態に応じて変化する。特に図４に示すように、内燃機関０の温度即ち冷却水温が上昇すると、あるべき変速線（図中太実線で示す）は高回転、低トルク側に変位する。あるいは、図５に示すように、冷却水温が低下すると、あるべき変速線は低回転、高トルク側に変位する。

上記の事象に鑑み、本実施形態では、ある冷却水温を含む所定の運転状態の下における、基準となる変速線（図３の太実線、図４及び図５の鎖線）に沿って決定する変速比に、冷却水温の高低に応じた補正量を加味（乗算または加算）することにより、ＣＶＴ９に与える変速比（図４及び図５の太実線）を決定する。具体的には、内燃機関０の実測水温が基準の冷却水温に対して高くなるほど低回転かつ高トルクとなるように変速比を補正し、低くなるほど程高回転かつ低トルクとなるように変速比を補正する。ＥＣＵ４は予め、内燃機関０の実測水温（または、実測温度と基準の水温との差分）と変速比の補正量との関係を規定したマップデータを記憶装置４２に記憶保持しており、実測水温をキーとしてこのマップデータを検索し、変速比の補正量を知得する。

変速線は直ちに変化させるのではなく、補正量の移動平均をとる等によりなまし処理して徐変させることも好ましい。

但し、内燃機関０の温度に応じて変速比を変化させるということは、内燃機関０の温度によって減速時のエンジンブレーキの効き具合が変化することを意味する。エンジンブレーキの効き具合の変化は、運転者に違和感を与え、ドライバビリティの低下につながるおそれがある。そこで、減速時の燃料カット中は前記変速比の補正量を減じ、エンジンブレーキの効き具合を一定に近づけることとする。具体的には、内燃機関０の温度が高いとき、平常はハイギア寄りにある変速比をエンジンブレーキ時にはローギア寄りに修正し、内燃機関０の温度が低いとき、平常はローギア寄りにある変速比をエンジンブレーキ時はハイギア寄りに修正する。

一般的に、燃料カットは、所定の燃料カット条件（アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が一定以上ある等）が成立したときに開始され、所定の燃料カット終了条件（アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、またはエンジン回転数が所定の復帰回転数にまで低下した等）が成立したときに終了する。ＥＣＵ４は、燃料カットの期間内においては、変速比の補正量を割り引くか、または補正量を０とする。換言すれば、燃料カット中は、水温に依存しない変速線に沿ってＣＶＴ９の変速比を決定する。

本実施形態によれば、内燃機関０及び無段変速機９を備える車両の制御装置において、内燃機関０の温度に応じて無段変速機９の変速比を変化させるものとし、内燃機関０の温度が低いほど低回転かつ高トルクとなるように変速比を補正し、内燃機関０の温度が高いほど高回転かつ低トルクとなるように変速比を補正することとしたため、メカニカルロスの増減等に対応して変速比線を変更でき、多様な運転状態に亘り燃費の向上を図ることが可能となる。

また、減速時の燃料カット中は前記変速比の補正量を減じることとしているため、内燃機関０の温度によって減速時のエンジンブレーキの効き具合が変化してドライバビリティの低下につながる問題を緩和ないし解消することができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、制御装置が基準水温下における単一の変速線のマップデータと、実測水温に対応した変速比の補正量のマップデータとを記憶保持し、基準水温下での変速線に補正量を加味するとしていた。これに替えて、制御装置が複数の実測水温の各々に対応した複数の変速線のマップデータを記憶保持し、実測水温に応じて参照するマップデータを変えるという態様により、実効的に無断変速機に与える変速比を補正することとしてもよい。

上記実施形態における自動変速機は、ベルト式ＣＶＴを具備する無段変速機であったが、ＣＶＴ以外の変速機構を採用したものであったとしても、当然に本発明を適用することができる。

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両に搭載される内燃機関及び自動変速機の制御に利用することができる。

０…内燃機関
４…ＥＣＵ（制御装置）
９…ＣＶＴ（無段変速機）

Claims (1)

1. 内燃機関及び無段変速機を備える車両の制御装置であって、
   内燃機関の温度に応じて無段変速機の変速比を変化させるものであり、内燃機関の温度が低いほどエンジン回転数が低回転かつエンジントルクが高トルクとなるように変速比を補正し、内燃機関の温度が高いほどエンジン回転数が高回転かつエンジントルクが低トルクとなるように変速比を補正するとともに、
   減速時の燃料カット中は前記変速比の補正量を減じることにより、内燃機関の温度が高いとき、平常はハイギア寄りにある変速比をエンジンブレーキ時にはローギア寄りに修正する一方、内燃機関の温度が低いときには、平常はローギア寄りにある変速比をエンジンブレーキ時はハイギア寄りに修正する制御装置。

Images