JP6090477B2 - 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、変速手段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、変速機の減速比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状態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減速比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

本発明は、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、内燃機関と駆動輪との間に設けられて減速比を変更する変速手段を備え、機関運転条件に基づいて設定される機械的圧縮比の制御範囲が、上記減速比が大きいほど狭く制限される。

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機械的圧縮比が設定されるが、この機械的圧縮比の制御範囲（つまり圧縮比下限値から圧縮比上限値までの変化幅）が、変速手段の減速比に応じて異なるものとなる。

一つの好ましい態様では、後退時には前進時よりもさらに制御範囲が狭く制限される。

このように減速比に応じた機械的圧縮比の制御範囲とすることで、運転性の悪化が抑制される。

この発明によれば、変速手段の減速比に応じて機械的圧縮比の制御範囲が可変的に設定されるので、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および減速比制御についてのブロック図。 この実施例の制御を示すフローチャート。 減速比が小さいときに用いられる第１圧縮比マップの特性を示す説明図。 減速比が大きいときに用いられる第２圧縮比マップの特性を示す説明図。 リバース位置で用いられる後退用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、低車速状態から加速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退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（以下、単に圧縮比ともいう。）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、例えばベルト式無段変速機構を用いた自動変速機４が接続されており、この変速機４の出力軸が図外のデファレンシャルギアを介してドライブシャフト６を駆動し、これによって駆動輪７が駆動される構成となっている。

上記自動変速機４は、前進走行を行うドライブレンジ（Ｄレンジ）、後退走行を行うリバースレンジ（Ｒレンジ）、ニュートラルレンジ（Ｎレンジ）等の複数の走行レンジを有し、運転者により操作されるセレクトレバー（図示せず）の位置によって、いずれかの走行レンジが選択される。運転者によって選択されたレンジ（セレクト位置ＰＳ）は、セレクトレバーに設けられたセレクトレバーセンサ５によって検出される。また無段変速機構を用いた変速機４の実際の減速比つまり実減速比ＲＲが、変速機４に設けられた減速比センサ８によって検出される。なお、上記変速機４としては、ギア機構の掛け替えにより変速を行う有段式の自動変速機であってもよい。

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９と、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と、を備えているとともに、車両の速度つまり車速ＶＳを検出する車速センサ１０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、コントロールユニット１１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。また、同様に、自動変速機４における減速比が、運転者の要求ならびに車両の運転状態に応じた目標減速比となるように制御される。

図２は、上記コントロールユニット１１によって実現される圧縮比制御および減速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２１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、セレクトレバーセンサ５により検出されるセレクト位置ＰＳならびに減速比センサ８により検出される実減速比ＲＲに応じていずれかの圧縮比マップを選択した上で、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９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。また、目標減速比演算部２２は、車速センサ１０により検出される車速ＶＳと、アクセルペダルセンサ９により検出される要求負荷ｔＴと、セレクトレバーのセレクト位置ＰＳと、減速比センサ８により検出される実減速比ＲＲと、から自動変速機４の目標減速比ｔＲＲを算出する。自動変速機４は、この目標減速比ｔＲＲに沿って制御される。

図３は、上記エンジンコントロールユニット１１における圧縮比および減速比の制御の流れを示すフローチャートである。ステップ１では、車速ＶＳ、要求負荷ｔＴ、セレクト位置ＰＳ、実減速比ＲＲ、機関回転数Ｎｅ、をそれぞれ読み込む。

ステップ２では、車速ＶＳ、要求負荷ｔＴ、セレクト位置ＰＳ、実減速比ＲＲ、に基づいて、目標減速比ｔＲＲを算出する。

ステップ３では、セレクト位置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５へ進み、圧縮比設定用の圧縮比マップとして所定の後退用圧縮比マップを選択し、目標圧縮比ｔＣＲを算出する。詳しくは、後退用圧縮比マップを用いて、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。

リバース位置でなければ、ステップ４へ進み、さらに、そのときの実減速比ＲＲが所定の閾値ＲＲｔｈ以上であるか否かを判定する。実減速比ＲＲが閾値ＲＲｔｈ未満であれば、ステップ６へ進み、圧縮比設定用の圧縮比マップとして所定の第１圧縮比マップを選択し、この第１圧縮比マップを用いて、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。実減速比ＲＲが閾値ＲＲｔｈ以上であれば、ステップ７へ進み、圧縮比設定用の圧縮比マップとして所定の第２圧縮比マップを選択し、この第２圧縮比マップを用いて、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は、ステップ６で用いられる第１圧縮比マップの特性を示し、図５は、ステップ７で用いられる第２圧縮比マップの特性を示している。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、実減速比ＲＲが小さいときに選択される第１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、実減速比ＲＲが大きいときに選択される第２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、実減速比ＲＲが小さいときの第１圧縮比マップでは、圧縮比の変化幅つまり可変制御範囲が「８〜１４」であるのに対し、実減速比ＲＲが大きいときの第２圧縮比マップでは、圧縮比の可変制御範囲が「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１圧縮比マップに比較して第２圧縮比マップでは圧縮比１２の領域が拡がっており、実減速比ＲＲが小さいときには圧縮比１４となる低負荷側の領域が圧縮比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。

図６は、後退走行時つまりセレクト位置ＰＳがリバース位置（Ｒ）であるときに用いられる後退用圧縮比マップの特性を示している。この後退用圧縮比マップは、やはり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、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いるが、低負荷域での最大圧縮比が１０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１０までに可変制御範囲が制限されている。つまり第１，第２圧縮比マップのいずれと比較しても、圧縮比制御範囲が狭くなっている。特に、図示例では、第１圧縮比マップに比較して後退用圧縮比マップでは圧縮比１０の領域が拡がっており、実減速比ＲＲが小さいときには圧縮比１４ないし１２となる低負荷側の領域が圧縮比１０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。

上記のように実減速比ＲＲが大きいときや後退走行時に圧縮比の可変制御範囲を相対的に小さく制限することで、車両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、仮に常に第１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２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、圧縮比の制御範囲がさらに制限され、圧縮比１０の領域が拡大しているので、圧縮比の変更による意図しないトルク変化が抑制される。

図７は、一例として、低車速状態から加速を行っ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、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し、低車速であるため減速比が大きな値に設定されている。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。このときは実減速比ＲＲが大きいことから、本実施例では、図５に示す第２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、要求負荷ｔＴがステップ的に増加することに対応して圧縮比が低くなる。例えば、第２圧縮比マップに基づいて圧縮比が「８」まで低下する。

時刻ｔ３において加速が終了し、要求負荷ｔＴが低下して、一定車速の定常走行に移行する。要求負荷ｔＴの低下に伴い、時刻ｔ３から時刻ｔ４に亘って圧縮比は上昇するが、同時に減速比が低下するため、第２圧縮比マップから第１圧縮比マップへ切り換えられ、その結果、圧縮比は、低い要求負荷ｔＴに対応して「１４」まで上昇する。

ここで、比較例として、圧縮比制御範囲が「８〜１４」である第１圧縮比マップを実減速比ＲＲに拘わらずに用いた場合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１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。従って、車速が低く、かつ減速比が大きい状態で、アクセルペダル操作に対して遅れて圧縮比が変化するため、運転者の意図しないタイミングで大きな駆動力の変化が生じ、車速の微調整が非常に難しいものとなってしまう。

また、比較例では、時刻ｔ１の直前に圧縮比が「１４」まで高くなっているため、時刻ｔ１からの加速に伴う圧縮比の低下の際に、実線で示す実施例の特性に比較して、圧縮比の低下が遅れる。つまり、実線で示す実施例の特性では、時刻ｔ２において圧縮比が最も低い「８」まで低下するが、点線で示す比較例の特性では、時刻ｔ２’まで遅れて最も低い圧縮比８に到達する。従って、圧縮比が負荷に対し高い状態が長く続いてしまい、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る結果、燃費の悪化や、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。

上記実施例では、上記比較例のような低車速域での運転性の悪化や加速時の圧縮比低下の遅れなどを抑制することができる。

次に図８は、上記実施例の車両が自動変速機４をリバース位置とした状態で後退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退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、図６に示す後退用圧縮比マップを用いて圧縮比が制御され、要求負荷ｔＴが比較的低負荷側で上下するので、圧縮比が「１０」に維持されたまま運転される。このため、圧縮比変化に伴う運転者の意図しないトルク変化が発生せず、停車時等の極低車速での車速の微調整が容易となる。

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例えば図５に示す第２圧縮比マップを用いた場合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する。その結果、車両の実際の駆動力の減少が運転者の意図よりも少なくなり、車速の微調整が難しいものとなる。

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、リバース位置においては１つの後退用圧縮比マップが用いられるが、前進時と同様に、減速比の大小に応じて複数の後退用圧縮比マップを用いるようにしてもよい。あるいは、リバース位置でかつ減速比が大きい場合に図６の後退用圧縮比マップを用い、リバース位置であっても減速比が小さい場合は、図４の第１圧縮比マップあるいは図５の第２圧縮比マップを用いるようにしてもよい。

また、可変圧縮比機構のアクチュエータ２は、目標圧縮比ｔＣＲと図示せぬセンサで検出される実圧縮比との偏差に基づいてフィードバック制御されるが、このフィードバック制御の際の制御ゲインを実減速比ＲＲに応じて変更し、実減速比ＲＲが大きいほど圧縮比の変更速度を遅くするようにしてもよい。このようにすれば、例えば車速が低く実減速比ＲＲが大きいときに、圧縮比の過敏な変化によるトルク変化を抑制することができる。

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、
   内燃機関と駆動輪との間に設けられて減速比を変更する変速手段を備え、
   機関運転条件に基づいて設定される機械的圧縮比の制御範囲が、上記減速比が大きいほど狭く制限される、車両用内燃機関の制御装置。
2. 減速比が大きいほど機械的圧縮比の制御範囲の上限値が低くなる、請求項１に記載の車両用内燃機関の制御装置。
3. さらに、減速比が大きいほど機械的圧縮比の変更速度を遅くする、請求項１または２に記載の車両用内燃機関の制御装置。
4. 後退時の機械的圧縮比の制御範囲が、前進時の機械的圧縮比の制御範囲よりも狭く制限される、請求項１〜３のいずれかに記載の車両用内燃機関の制御装置。
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、減速比を変更する変速手段を駆動輪との間に備えた車両用内燃機関の制御方法において、
   機関運転条件に基づいて設定される機械的圧縮比の制御範囲を、上記減速比が大きいほど狭く制限する、車両用内燃機関の制御方法。

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