JP5930122B2 - 車両用内燃機関の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、複数のシフト位置を有する変速機を備えた車両用内燃機関の制御装置および制御方法に関し、特に、機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関の圧縮比の制御に関する。

内燃機関の機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構は、従来から種々の形式のものが知られている。例えば、複リンク式ピストンクランク機構のリンクジオメトリの変更によってピストン上死点位置を上下に変位させるようにした可変圧縮比機構が本出願人らによって多数提案されている。また、クランクシャフトの中心位置に対しシリンダの位置を上下に変位させることで同様に機械的圧縮比を変化させるようにした可変圧縮比機構も公知である。

このような可変圧縮比機構においては、基本的には、ノッキング等の異常燃焼を生じない範囲でできるだけ高い圧縮比とすることが望ましく、従って、目標圧縮比の一般的な傾向としては、負荷が低いほど高い圧縮比となる。例えば特許文献１には、内燃機関の負荷と回転速度（回転数）をパラメータとして予め最適な目標圧縮比を割り付けた圧縮比マップを参照して可変圧縮比機構の圧縮比を制御することが開示されており、ここでは、機械的圧縮比を１０〜１６の範囲で連続的に可変制御することが例示されている。

また特許文献２には、可変圧縮比機構を備えた車両用内燃機関の制御として、変速機の変速が実行されている最中に、イナーシャトルクに起因するショックを軽減する方向に圧縮比を変更することが開示されている。

特許文献１には、変速機のシフト位置と圧縮比制御との関係については特に開示がないが、例えば減速比が大きい１速などで車速を微調整しながら走行するような場合に、運転者のアクセルペダル操作（換言すれば要求負荷）に応答して圧縮比が大きく変化すると、運転性の悪化を生じる。特に、機械的な機構を用いた可変圧縮比機構では、その不可避的な応答遅れにより、小刻みに変化する要求負荷に対し実際の圧縮比が遅れて変化するため、運転者の意図せぬタイミングでトルク変化が生じ、運転性が悪化する懸念がある。

なお、特許文献２は、このような変速機のシフト位置に基づく運転性の問題を何ら解決するものではない。

特開２００４−９２６３９号公報 特開２０１１−１４４７８４号公報

この発明は、機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた車両用内燃機関の制御装置であって、複数のシフト位置を有する変速機を備え、機関運転条件に基づいて設定される圧縮比の制御特性を、上記変速機のシフト位置に応じて切り換える。

すなわち、本発明では、機関の負荷および回転速度（回転数）といった機関運転条件に基づいて可変圧縮比機構の圧縮比が設定されるが、この圧縮比の制御特性が、例えば低速側のシフト位置であるか高速側のシフト位置であるか、あるいはリバース位置（後進位置）であるか、といったシフト位置に応じて異なる特性となる。

一つの好ましい態様では、減速比が大きいシフト位置では、圧縮比の変化幅が相対的に小さく制限されたものとなり、また、シフト位置がリバース位置であるときに、圧縮比が固定された値となる。

このようにシフト位置に応じた圧縮比の制御特性とすることで、運転性の悪化が抑制される。

この発明によれば、変速機のシフト位置に応じて圧縮比の制御特性が切り換えられるので、運転者の意図せぬタイミングでトルク変化が生じるような現象を抑制でき、運転性の改善が図れる。

この発明の一実施例を示す構成説明図。 この実施例の圧縮比制御についてのブロック図。 この実施例の圧縮比制御を示すフローチャート。 （Ａ）１速および２速用の第１の圧縮比マップと（Ｂ）３速〜５速用の第２の圧縮比マップの特性を示す説明図。 この実施例の作用を説明するためのタイミングチャートであり、２速および３速で走行したときのタイミングチャート。 同じくリバース位置で後進走行したときのタイミングチャート。

図１は、この発明に係る制御装置を備えた車両用内燃機関１のシステム構成を示す構成説明図である。

内燃機関１は、複リンク式ピストンクランク機構のリンクジオメトリの変更によってピストン上死点位置を上下に変位させるようにした公知の可変圧縮比機構（図示せず）を備えており、リンクジオメトリの変更つまり機械的圧縮比の変更のために、例えば電動モータなどからなる可変圧縮比アクチュエータ２を備えている。内燃機関１には、リバース位置を含めて複数のシフト位置を有する変速機４が接続されており、この変速機４の出力軸４ａが図外のデファレンシャルギアを介して駆動輪に接続されている。

上記変速機４は、本実施例では、運転者のシフトレバー６の操作によってシフト位置が選択される例えば前進５段後進１段の手動変速機であるが、手動操作によって変速段の選択が可能な自動変速機であってもよい。上記シフトレバー６によって選択されたシフト位置は、変速機４に設けられたシフトポジションセンサ５によって検出される。

また、内燃機関１の運転条件として、運転者によって操作されるアクセルペダルの開度（要求負荷ｔＴ）を検出するアクセルペダルセンサ８、および、内燃機関１の回転数（回転速度）Ｎｅを検出する回転数センサ３、を備えている。なお、本発明とは特に関係しないため図示しないが、このほか、吸気通路において吸入空気量を計測するエアフローメータ、内燃機関１の冷却水温を検出する水温センサ、排気通路の排気浄化触媒上流側において排気空燃比を計測する空燃比センサ、などの種々のセンサ類を備えている。これらのセンサ類の検出信号は、エンジンコントロールユニット７に入力され、機械的圧縮比を制御する可変圧縮比アクチュエータ２は、これらの検出信号に基づいて目標とする圧縮比となるように駆動される。

図２は、上記エンジンコントロールユニット７によって実現される圧縮比制御の制御ブロック図を示している。目標圧縮比演算部１１は、後述するように、予め複数の圧縮比マップを備えており、シフトポジションセンサ５が検出したシフトポジションＰＳに応じて選択された圧縮比マップを参照しつつ、アクセルペダルセンサ８により検出される要求負荷ｔＴと、回転数センサ３により検出される機関回転数Ｎｅと、に基づいて、機械的圧縮比の目標値つまり目標圧縮比ｔＣＲを算出する。そして、これに沿って可変圧縮比アクチュエータ２を駆動する。

図３は、上記エンジンコントロールユニット７における圧縮比制御の処理の流れを示すフローチャートである。ステップ１では、要求負荷ｔＴ、機関回転数Ｎｅ、シフトポジションＰＳ、をそれぞれ読み込む。

ステップ２では、シフトポジションＰＳがリバース位置（Ｒ）であるか否かを判定する。リバース位置の場合はステップ３へ進み、目標圧縮比ｔＣＲを後進走行用の所定の固定値（例えば圧縮比「１０」）とする。

リバース位置でなければ、ステップ４へ進み、さらにシフトポジションＰＳが、低速側の１速位置または２速位置であるか否かを判定する。シフトポジションＰＳが１速位置または２速位置である場合はステップ５へ進み、それ以外つまり３速位置〜５速位置であればステップ６へ進む。

ステップ５では、１速および２速用の所定の第１の圧縮比マップを参照して、そのときの要求負荷ｔＴと機関回転数Ｎｅとに対応する目標圧縮比ｔＣＲを求める。またステップ６では、３速〜５速用の所定の第２の圧縮比マップを参照して、そのときの要求負荷ｔＴと機関回転数Ｎｅとに対応する目標圧縮比ｔＣＲを求める。

これらの圧縮比マップは、要求負荷と機関回転数とをパラメータとして予め最適な機械的圧縮比の値を割り付けたものであり、図４の（Ａ）は第１の圧縮比マップの特性を示し、（Ｂ）は第２の圧縮比マップの特性を示している。なお、例えば負荷変化に対し目標圧縮比は連続的に変化するが、説明の都合上、図には代表的な圧縮比の値を有する領域に区分した形で示してある。図示するように、いずれの圧縮比マップも低負荷側では高い圧縮比でかつ高負荷となるほど低い圧縮比となる傾向を有しており、３速〜５速位置のときに選択される高速側シフト位置用の第２の圧縮比マップでは、最大負荷付近の圧縮比「８」から低負荷域の圧縮比「１４」まで変化する。これに対し、１速位置および２速位置のときに選択される低速側シフト位置用の第１の圧縮比マップでは、低負荷域での最大圧縮比が「１２」となっており、最大負荷付近の圧縮比「８」から低負荷域の圧縮比「１２」まで変化する特性となっている。つまり、３速〜５速位置用の第２の圧縮比マップでは、圧縮比の変化幅が「８〜１４」であるのに対し、減速比が大きいシフト位置である１速，２速位置用の第１の圧縮比マップでは、圧縮比の変化幅が「８〜１２」と、相対的に小さく制限されている。特に、図示例では、第２の圧縮比マップに比較して第１の圧縮比マップでは圧縮比「１２」の領域が拡がっており、３速〜５速位置では圧縮比「１４」となる領域が圧縮比「１２」に制限された形となっている。なお、本発明はこのような態様に必ずしも限定されず、圧縮比「８」や圧縮比「１０」等の低圧縮比側の領域をも含めて異なる制御特性に設定することが可能である。

上記のように減速比が大きい１速，２速位置での圧縮比変化幅を相対的に小さく制限することで、１速，２速位置での運転性が向上する。例えば低車速の状態で車速を微調整しながら走行する際に、仮に１速，２速でも第２の圧縮比マップを用いるとすると、圧縮比「１４」と圧縮比「１２」との間で頻繁に圧縮比の変更がなされ、運転性の悪化が生じるが、圧縮比「１２」の領域を低負荷域に拡大した第１の圧縮比マップによれば、このような無用な圧縮比変化が生じない。また、いわゆる車庫入れなどで多用されるリバース位置では、圧縮比が一定値（例えば圧縮比「１０」）に固定されるので、圧縮比の変更による意図しないトルク変化が一切生じない。

図５は、一例として、２速で走行し、かつその後３速に変速して走行した場合の圧縮比変化等を示したタイミングチャートである。

図の時刻ｔ０から時刻ｔ１の間は、変速機４のシフト位置が２速位置であり、かつ、低車速域で運転者が車速を微調整しながら緩やかに加速している状態に相当する。この間、要求負荷ｔＴ（換言すればアクセルペダルの踏込量）は、車速調整のために比較的負荷の低い領域で上下の変化を繰り返している。シフト位置が２速であるため、本実施例では、図４（Ａ）に示す第１の圧縮比マップに基づいて目標圧縮比ｔＣＲが設定されることとなり、その結果、圧縮比は「１２」付近にほぼ一定に維持される。

時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ加速状態であり、高い要求負荷ｔＴに対応して圧縮比が低くなる。時刻ｔ２において変速が行われてシフト位置が３速となり、変速終了後は、比較的小さなアクセルペダル踏込量でもって車速をほぼ一定に保った定常走行状態となる。この段階では、変速機４の３速位置に対応して図４（Ｂ）に示す第２の圧縮比マップに基づいて目標圧縮比ｔＣＲが設定されるため、低い要求負荷ｔＴに対応して、圧縮比は「１４」となる。

ここで、比較例として、シフト位置が２速のときに３速の場合と同じ第２の圧縮比マップを使った場合の実際の圧縮比の変化を点線で示す。この場合、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間において、小刻みに変化する要求負荷ｔＴに対応して、例えば第２の圧縮比マップの圧縮比「１２」付近と圧縮比「１４」付近との間で運転条件が繰り返し変化することから、圧縮比が比較的大きく繰り返し変化する。しかも、機械的な機構を含む可変圧縮比機構の不可避的な応答遅れによって、要求負荷ｔＴの変化に対して実際の圧縮比が遅れて応答するため、例えば、比較的高い負荷のときに圧縮比が高いままとなって、ノッキング回避のための強制的な点火時期の遅角が実行され、結果として、運転者が意図したものよりも内燃機関１の実際のトルクが小さくなってしまう状況が生じる。あるいは、逆に、要求負荷が低くなった後に遅れて圧縮比が高くなり、運転者の意図しないトルク上昇が生じたりする。特に、２速のような減速比が大きいシフト位置では、内燃機関１の圧縮比変化に伴うトルク変化が車両の挙動ないし乗り心地により大きな影響を与える。

上記実施例では、上記比較例のような低速側シフト位置における運転性の悪化を回避ないし抑制することができる。

図６は、上記実施例の車両が変速機４をリバース位置とした状態で後進走行した場合のタイミングチャートを示している。特に、駐車時等の極低車速での後進走行を想定しており、要求負荷として示すグラフの山形の波形は、運転者がアクセルペダルを軽く踏み込み、かつ直ちに解放する動作に対応している。本実施例では、シフト位置がリバース位置であれば、圧縮比が一定値（例えば圧縮比「１０」）に固定されて運転される。

これに対して、点線で示す比較例は、リバース位置においても３速の場合と同じ第２の圧縮比マップを用いた場合の実際の圧縮比の変化を示している。この場合は、要求負荷ｔＴ（アクセルペダル踏込量）に応じて圧縮比が変化し、しかも、不可避的な応答遅れを含んだ形で圧縮比が変化する。例えば、時刻ｔ１は、運転者がアクセルペダルを戻し終わったタイミングであるが、実際の圧縮比は時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて遅れて上昇し、その結果、運転者の意図しないトルク上昇が生じてしまう。従って、運転性が悪化する。

以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、複リンク式ピストンクランク機構を利用した可変圧縮比機構を用いているが、本発明は、このような形式の可変圧縮比機構のみならず、種々の形式の可変圧縮比機構を具備した内燃機関に適用が可能である。また、上記実施例では、低速側シフト位置用の第１の圧縮比マップと高速側シフト位置用の第２の圧縮比マップのみを具備しているが、各変速位置毎に圧縮比マップを設けることもできる。さらに、リバース位置について、圧縮比を完全な固定とせずに、圧縮比変化幅を最も小さく制限した圧縮比マップを用いて可変制御するようにしてもよい。

Claims (5)

1. 機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた車両用内燃機関の制御装置であって、
   複数のシフト位置を有する変速機を備え、
   低負荷側では高い圧縮比で高負荷となるほど低い圧縮比となるように機関運転条件に基づいて設定される圧縮比の制御特性を、上記変速機のシフト位置に応じて切り換え、
   減速比が大きいシフト位置では、圧縮比の最大値から最小値までの圧縮比変化幅が、減速比が小さいシフト位置と比較して相対的に小さく制限されたものとなるようにした、車両用内燃機関の制御装置。
2. 機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた車両用内燃機関の制御装置であって、
   複数のシフト位置を有する変速機を備え、
   上記変速機のシフト位置がリバース位置でないときには、機関運転条件に基づいて圧縮比を設定し、
   上記シフト位置がリバース位置であるときに、中間圧縮比に圧縮比を固定する、車両用内燃機関の制御装置。
3. 機関の負荷および回転速度をパラメータとして目標圧縮比を割り付けた圧縮比マップとして、少なくとも、低速側シフト位置用の第１の圧縮比マップと高速側シフト位置用の第２の圧縮比マップとを備え、かつ、リバース位置では圧縮比が固定される、請求項１に記載の車両用内燃機関の制御装置。
4. 機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えるとともに、複数のシフト位置を有する変速機を備えた車両用内燃機関において、
   上記変速機のシフト位置を判別し、
   低負荷側では高い圧縮比で高負荷となるほど低い圧縮比となるように機関運転条件に対し割り付けられる圧縮比の制御特性を、上記シフト位置に応じて切り換え、
   減速比が大きいシフト位置では、圧縮比の最大値から最小値までの圧縮比変化幅が、減速比が小さいシフト位置と比較して相対的に小さく制限されたものとなるようにする、車両用内燃機関の制御方法。
5. 機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えるとともに、複数のシフト位置を有する変速機を備えた車両用内燃機関において、
   上記変速機のシフト位置を判別し、
   上記変速機のシフト位置がリバース位置でないときには、機関運転条件に基づいて圧縮比を設定し、
   上記シフト位置がリバース位置であるときに、中間圧縮比に圧縮比を固定する、車両用内燃機関の制御方法。

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