JPH06207571A - ギアシフト動作の間に火花点火エンジンのトルクを調節する方法および装置 - Google Patents

ギアシフト動作の間に火花点火エンジンのトルクを調節する方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 できるだけ全ギアシフト動作の間、実際エン
ジントルクを目標エンジントルクに維持することが可能
な火花点火エンジンのトルクを調節する方法と装置を提
供する。 【構成】 ギアシフト動作の間に火花点火エンジンのト
ルクを極めて急速に増大させるために、増大が開始され
るべき時点の前にすでに給気が増大され、それに並行し
て点火角度が変化され、点火角度に基づくトルク減少が
給気に基づくトルク上昇を補償するようにされる。その
後トルクが実際に急速に増大される時点に達した時に、
点火角度変化は、実際エンジントルクが極めて急速に変
化する目標エンジントルクに追従できるような速度で元
に戻される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ギアシフト動作の間
に、空気調量装置を備えた内燃機関、即ち火花点火エン
ジン（オットーエンジン）のトルクを調節する方法と装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ギアシフト動作の開始時点Ｔ＿Ａの前、
ギアシフト動作の間並びにギアシフト動作の終了後時点
Ｔ＿Ｅにおいてトランスミッション出力（出口側）にお
いて継続的に同一のトルクを得るための、オートマチッ
クトランスミッション入力（入口側）におけるエンジン
トルクの特性が図３（ａ）に図示されている。車両の運
転者が時点Ｔ＿Ａの前にアクセルペダルを操作して、そ
れによって車両を加速させるようなエンジントルクが設
定されると仮定する。その場合、回転数が増大し、所定
の回転数に達したときに、ギアシフト条件検出器はより
高速の変速段（ギヤ段）へ、例えば３速から４速へのギ
アシフト（ギア切り替え）を行うべきであることを検出
する。その後検出器はギアシフト動作を開始させる信号
を出力する。この時点が時点Ｔ＿Ａに相当する。
【０００３】図３（ａ）の場合、トランスミッション
は、まずエンジントルクが減少され、所定の時点Ｔ＿Ko
nstまでに所定のエンジントルクに達し、そのトルクが
時点Ｔ＿AUFまで一定に維持され、その時点からトルク
は再び増大され、特にギアシフト動作前の前の値より大
きな新しい値まで増大されるように構成されているもの
とする。増大比は２つの異なる変速段における変速比の
逆数に対応する。
【０００４】通常はトルク変化は給気（充填量）変化に
よって、すなわち空気調量装置の調節によって行われ
る。以下においては、空気調量装置が絞り弁であるとす
る。しかし、例えば吸気弁の可変制御によって空気を調
量すること、あるいはギアシフト動作の間の給気変化を
調節可能なバイパス装置を用いて行うことも可能であ
る。通常は、ギアシフト動作用に設定されたトルク特性
を実現するために必要となるような早さで給気を変化さ
せることは不可能である。
【０００５】従って、所望のトルク特性をできる限り正
確に実現できるようにするためには、給気を変化させる
だけでなく、点火角度も変化させなければならない。し
かしこれには図４を用いて説明する問題が発生する。図
４は回転数が一定の場合におけるエンジンのトルク特性
を点火角度に従って概略図示したものである。図から明
らかなように、所定の点火角度ＺＷ＿ＯＰＴの場合に最
大トルクが得られ、このトルクは点火角度が増減すると
ほぼ放物線形状に減少する。通常は点火角度ＺＷ＿ＯＰ
Ｔにおいて出力も燃費も最適になり、従って好ましくは
この点火角度に調節される。しかしこれは、点火角度の
変化によってトルク減少のみが可能で、トルク増大は不
可能であることを意味している。
【０００６】図３（ｂ）と（ｃ）には、従来技術におい
てギアシフト動作の間の給気と点火角度を変化させ、そ
れにより図３（ａ）に示す目標値カーブにできるだけ正
確に適合させた図３（ｄ）に示す実際値カーブを得る方
法が図示されている。実際トルクは時点Ｔ＿AUFまで
は、時点Ｔ＿Ａの前、従ってギアシフト動作の開始時に
得られるような目標トルクに維持されることがわかる。
それに対して点火角度は時点Ｔ＿ＡとＴ＿KONSTの間
に、実際エンジントルクが、減少する目標エンジントル
クに合うように変化される。時点Ｔ＿KONSTと時点Ｔ＿A
UFの間は点火角度は一定に維持される。時点Ｔ＿AUFか
らは給気が増大され、かつ変化された点火角度が時点Ｔ
＿Ｅまでに戻される。この点火角度変化を元に戻すこと
によって、実際エンジントルクは、給気の変化だけで可
能であったよりも急速に増大される。しかし実際エンジ
ントルクと目標エンジントルク間の偏差は相変わらず比
較的大きいままである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は全ギアシフト過程の間実際エンジントルクを可能な限
り目標エンジントルクに維持することのできる、ギアシ
フト動作の間に火花点火エンジンのトルクを調節する方
法と装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明方法においては、オートマチックトランスミ
ッションによるギアシフト動作が行なわれるかが検出さ
れ、ギアシフト動作が検出される場合には、非ギアシフ
ト運転用の目標エンジントルク（Ｍ＿SOLL＿Ｍ）が設定
されて、その値に基づいて空気調量装置が調節され、ま
たギアシフト動作が検出される場合には、ギアシフト動
作期間目標エンジントルクの特性が設定され、その場合
ギアシフト動作の間に給気の減少によって可能であるよ
りも早くエンジントルクの減少が得られるように、点火
角度（ＺＷ）が調節される、各ステップを有する空気調
量装置（１８）を備えた内燃機関（１３）（火花点火エ
ンジン）のトルクを調節する方法において、ギアシフト
動作の間に給気の増大によって可能であるよりも早くエ
ンジントルクの増大が行なわれるようにするために、以
下のように処理されること、即ち、目標エンジントルク
が増大されるべき時点（T_AUF）の前（時点Ｔ＿VOR）に
おいてすでに給気が増大され、かつ同時に点火角度が次
のように、すなわち給気の増大によってもたらされるト
ルク上昇が点火角度の調節によってもたらされるトルク
減少によって補償されて目標トルクが維持されるよう
に、調節され、かつ、目標トルクが増大される時点（Ｔ
＿AUF）からは給気がさらに増大され、かつ実際エンジ
ントルクの特性が可能な限り長く目標エンジントルクの
特性とほぼ一致するように点火角度変化が戻される構成
を採用した。
【０００９】さらに本発明装置は、ギアシフト動作を開
始させるギアシフト条件検出器（１６）と、非ギアシフ
ト運転の間給気と点火角度を調節する装置（１０．１、
１４．１）と、ギアシフト動作の間給気と点火角度を調
節する装置（１０．２、１４．２）とを備え、この装置
は、点火角度を調節して、それによりギアシフト動作の
間に給気の減少によって可能であるよりも早くエンジン
トルクの減少が得られるように構成されている、空気調
量装置（１８）を備えた内燃機関（１３）（火花点火エ
ンジン）のトルクを調節する装置において、ギアシフト
動作の間給気と点火角度を調節する前記装置（１０．
２、１４．２）が次のステップ、すなわち目標エンジン
トルクが増大されるべき時点（T_AUF）の前（時点Ｔ＿V
OR）においてすでに給気が増大され、かつ同時に点火角
度が次のように、すなわち給気の増大によってもたらさ
れるトルク上昇が点火角度の調節によってもたらされる
トルク減少によって補償されて目標トルクが維持される
ように、調節され、かつ、目標トルクが増大される時点
（Ｔ＿AUF）からは給気がさらに増大され、かつ実際エ
ンジントルクの特性が可能な限り長く目標エンジントル
クの特性とほぼ一致するように点火角度変化が戻され
る、ステップを実施するように構成されていることを特
徴としている。
【００１０】
【作用】本発明方法においては、すでに時点Ｔ＿AUFの
前、具体的には早められた時点Ｔ＿VORから、給気の増
大が開始される。しかし要求に従い実際エンジントルク
を時点Ｔ＿AUFまでほぼ一定に維持するために、点火角
度は時点Ｔ＿VORからＴ＿AUFまでの期間に変化され、そ
れによってもたらされるエンジントルクの減少が給気の
増大によってもたらされるエンジントルクの増大をちょ
うど補償するようにされる。この方法によって時点Ｔ＿
AUFには点火角度ＺＷ＿OPTに対する点火角度の変化は大
きなものになる。この変化は急速に戻すことができ、そ
れによって実際エンジントルクを目標エンジントルク特
性が要求するように急速に増大させることができる。大
きな点火角度変化幅が得られることにより、またエンジ
ントルクの点火角度変化に対する応答特性が早いことに
よって、実質的に、多くのギアシフト動作において実際
エンジントルクと目標エンジントルクを全ギアシフト過
程の間で一致するようにさせることが可能になる。
【００１１】原理的には、すでに時点Ｔ＿Ａから給気を
増大させ、それに応じて目標エンジントルク特性が得ら
れるように点火角度を変化させることもできる。しか
し、エンジンをできる限り長く最適な点火角度で駆動す
ることが望ましい。これは時点Ｔ＿VORをできるだけ時
点Ｔ＿AUFの前におくべきであることを意味している。
時点Ｔ＿VORとＴ＿AUF間の期間の長さは、以下のように
選択される。即ち、この期間において給気増大が行なわ
れ、それにより必要あるいは可能な点火角度変化を行う
ことによってもたらされるエンジントルク減少を補償す
るエンジントルク増大がもたらされるように、選択され
る。
【００１２】本発明装置は、上述の処理の流れを実現す
る装置を有する。これらの装置は実際においては然るべ
くプログラムされたマイクロプロセッサによって実現さ
れる。
【００１３】
【実施例】以下、図面に示す実施例を用いて本発明を説
明する。
【００１４】図２に示すブロック図は、本方法の機能図
としても装置図としても考えることができる。「方法と
装置」の統合概念として上記では「システム」という概
念が使用されている。従って図２は本発明方法と本発明
装置を示すものである。
【００１５】装置としては、図２に示すブロック図に
は、非ギアシフト運転用のエンジントルクを設定する装
置１０．１と、ギアシフト動作用のエンジントルクを設
定する装置１０．２が図示されており、更に、サンプル
／ホールド（Ｓ／Ｈ）回路１１、絞り弁角度マップ１
２、エンジン１３、点火角度マップ１４．１、ギアシフ
ト動作間の点火角度変化用の点火角度変化マップ１４．
２、点火角度加算器１５、ギアシフト条件検出器１６お
よびギアシフト条件検出器１６によって作動されるスイ
ッチング装置１７が図示されており、このスイッチング
装置は、トルク切り替えスイッチ１７．１、点火角度切
り替えスイッチ１７．２およびスイッチングリレー１
７．３を備えている。エンジン１３は絞り弁１８、燃焼
室１９、点火角度調節装置２０並びに回転数センサ２
１．１とエンジン温度センサ２１．２を備えたデータ測
定装置２１を有する。
【００１６】この装置によって実施される方法を、図１
と２を用いて説明する。図１に示すものは、図３の場合
の目標エンジントルクの同一特性に基づくものである。
すなわち図１（ａ）と図３（ａ）は互いに一致する。従
って両図において時点Ｔ＿Ａ、Ｔ＿KONST、Ｔ＿AUFおよ
びＴ＿Ａは同一である。
【００１７】車両の運転者が車両を加速するために、図
１には不図示の時点でアクセルペダル角度ＦＰＷを増大
させると、この値ＦＰＷはエンジン回転数ｎ、エンジン
温度θ＿MOTおよび機器の機能に関する値と共に非ギア
シフト運転間のエンジントルクを設定する装置１０．１
に供給される。アクセルペダル角度によってまず車輪に
おける所望の駆動トルクが設定される。この駆動トルク
を実際に得るためには、エンジンは、特にどの機器がオ
ンにされているか（例えば空調装置）およびどの摩擦力
を温度に従って克服しなければならないか（例えば低温
の場合の粘性のある潤滑剤）に関係するトルクを発生し
なければならない。上述の装置１０．１は、エンジント
ルクを調節するのに重要な多数の異なる要因を考慮する
主（マスター）装置に属するものであって、この装置は
主目標エンジントルクＭ＿SOLL＿Ｍを出力する。
【００１８】点火角度マップ１４．１から運転パラメー
タ、すなわち絞り弁角度αおよび回転数ｎの実際値に基
づいて主点火角度ＺＷ＿Ｍが読み出される。
【００１９】ギアシフト条件検出器１６はスイッチング
リレー１７．３へ信号を出力し、その信号によってスイ
ッチング装置１７が切り替わり、エンジン１３を調節す
るために、主目標エンジントルクと主点火角度が、上述
の非ギアシフト運転用のエンジントルクを設定する装置
１０．１、点火角度マップ１４．１およびギアシフト条
件検出器１６の他に先に挙げた装置を有するエンジン制
御装置２２内部で処理される。第１のスイッチング装置
１７．１の後の目標エンジントルクはエンジン制御装置
２２の内部ではＭ＿SOLLで示されており、一方第２のス
イッチング装置１７．２と点火角度加算器１５の後の点
火角度がＺＷで示されている。エンジン制御装置２２に
よって実際に用いられるこれらの目標値は、種々の主装
置へ供給するために、外部へ出力されるが、それについ
ては図示されていない。
【００２０】絞り弁角度マップ１２により目標エンジン
トルクＭ_SOLLと回転数ｎの現在の値を用いて絞り弁角
度αが決定される。このマップは通常所定の動的関数
（機能）を有する。マップの他に、あるいはマップに加
えてエンジン給気モデルを使用することもできる。エン
ジンを制御するこの種の手段自体は知られており、従っ
てここではそれについて詳しい説明はしない。
【００２１】時点Ｔ＿Ａで、ギアシフト条件検出器１６
によってギア切り替え（ギアシフト）が行われるべきこ
とが検出される回転数に達した場合には、ギアシフト条
件検出器はそれに応じて（不図示の）オートマチックト
ランスミッションを制御し、スイッチング装置１７を切
り替え、かつギアシフト動作間のトルク設定を行う装置
１０．２とギアシフト動作間の点火角度変化用点火角度
変化マップ１４．２を駆動して、図１の（ｂ）、（ｃ）
および（ｄ）に示すトルク特性が得られるようにする。
さらに時点Ｔ＿Ａで主目標エンジントルクＭ＿SOLL＿Ｍ
の値がサンプル／ホールド装置１１によって検出され、
前のトルクＭ＿ALTとして出力される。この前のトルク
はギアシフト動作間のトルクを設定する装置１０．２に
よって上述のように定められる時点Ｔ＿VORまで保持さ
れる。それに対して点火角度変化マップ１４．２の出力
信号からの主点火角度ＺＷ＿Ｍは点火角度加算器１５に
おいて点火角度変化値ΔＺＷにより補正され、図１
（ｃ）に示すように点火角度に基づくトルクが減少する
ようにされる。それによって実際トルクが同一に減少さ
れる。というのは給気は不変なままになっているからで
あ。
【００２２】時点Ｔ＿KONSTとＴ＿VORの間においては給
気も点火角度も保持される。その後時点Ｔ＿vorにおい
て、給気が増大され始め、かつ同時に、給気の増大にも
かかわらず実際エンジントルクが一定に維持されるよう
に点火角度が変化され始める。最終的に到達すべきトル
クは、ギアシフト動作時エンジントルクを設定する装置
１０．２によって前のトルクＭ_ALT並びに前のギヤ段の
変速比（ギア比）ｒ＿ALTと新しいギア段の変速比ｒ＿N
EUに基づいて決定される。シフトアップされる場合に
は、前のギヤ段の変速比は新しいギヤ段のそれより大き
く、従って新しい目標エンジントルクＭ＿NEUは式Ｍ＿N
EU＝Ｍ＿ALT（ｒ＿ALT／ｒ＿NEU）に従って前のトルク
より大きくなる。
【００２３】通常、車輪における駆動トルクが継続的に
一定にされるときにこの新しいエンジントルクに達する
ためには、エンジントルクを急速に変化させる必要があ
るが、この変化は、給気の変化だけでは達成することが
できない。従って公知の方法においては、時点Ｔ＿AUF
で絞り弁が全開される。本発明方法においては時点Ｔ＿
VORで同様なことが行われる。その場合には給気は比較
的著しく増大するが、しかし実際エンジントルクは時点
Ｔ＿AUFまで一定に保持される。というのは点火角度変
化マップ１４．２から対応する点火角度変化ΔＺＷが読
み出され、それを用いて点火角度ＺＷが調節されて、点
火角度に基づくトルク減少が給気に基づくトルク上昇を
相殺するからである。
【００２４】時点Ｔ＿AUFに達すると、点火角度変化は
連続的に戻される。具体的には、給気に基づくトルク上
昇と点火角度に基づくトルク上昇によって実際エンジン
トルクが増大して、それによってちょうどエンジントル
クの目標特性が得られるような変化速度で戻される。時
点Ｔ＿Ｅの前の時点Ｔ＿NULLにおいて点火角度変化ΔＺ
Ｗは値ゼロに達するので、残りのトルク上昇はさらに給
気が増大されることによってのみもたらされる。この時
点Ｔ＿NULLからは図１（ｄ）に示すカーブにおいて実際
エンジントルクは目標エンジントルクに比べてやや下が
っている。
【００２５】時点Ｔ＿ＡとＴ＿Ｅ間のギアシフト動作内
で時点Ｔ＿VORは種々の観点から定めることができる。
すでに説明したように、好ましくはこの時点はできる限
り時点Ｔ＿AUFの方向へずらされ、具体的には個々のギ
アシフト動作の場合上述の要因を考慮して実際の運転条
件に従ってずらされる。しかしまた、最も早く必要とさ
れる時点Ｔ＿VORを定めて、それを常に使用することも
可能である。
【００２６】図１（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の場合に
は点火角度は、それ以上変化すると点火ミスにつながる
おそれのある値まで変化されるものと仮定されている。
従って可能な限りの点火角度調節の全幅が利用される。
しかしこの調節幅では図示の例においては、実際エンジ
ントルクが目標エンジントルクの急な上昇についていく
には十分ではない。しかしまた、トランスミッション、
特に変速段と走行条件に従って、点火角度変化の可能な
全幅を利用しなくても済むようにすることも可能であ
る。その場合には時点Ｔ＿VORを遅い方向へ移動させる
ことが可能であり、あるいはそれを維持することも可能
である。その場合には、給気に基づくエンジントルクを
時点Ｔ＿AUFまであまり急速に増大させないことが必要
となり、あるいは依然として最大可能な速度で増大させ
てもよいが、それは、以下の値まで、即ち、時点Ｔ＿AU
FとＴ＿NULL間の期間に実際エンジントルク特性を目標
エンジントルク特性と一致させるために必要とされる点
火角度の変化に基づくトルク変化が補償できる値までに
することが必要である。
【００２７】上述の実施例においてはエンジントルクは
フィードバックなしで制御される。しかしエンジントル
クを閉ループ制御することも可能であって、それは好ま
しくは目標点火角度に基づいて規格化された給気に従っ
たトルクに基づいて行われる。それに相当する方法と装
置は並行特許出願に詳細に記載されている。
【００２８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、全ギアシフト動作の間実際エンジントルクを
ほぼ目標エンジントルクに制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）から（ｄ）は、本発明におけるトルク特
性を示す線図である。
【図２】ギアシフト動作の間火花点火エンジンのトルク
を調節するシステムの装置ないし機能を示すブロック図
である。
【図３】（ａ）から（ｄ）は従来のトルク特性を示す線
図である。
【図４】エンジン回転数が一定である場合のエンジント
ルクを点火角度に関して示す線図である。
【符号の説明】
１０．１ 非ギアシフト運転用のトルク設定装置 １０．２ ギアシフト動作用のトルク設定装置 １２ 絞り弁角度マップ １３ エンジン １４．１ 点火角度マップ １４．２ ギアシフト動作用の点火角度変化マップ １６ ギアシフト条件検出器 １７ スイッチング装置 １８ 絞り弁 １９ 燃焼室 ２０ 点火角度調節装置 ２１ データ測定装置 ２２ エンジン制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニコラウス ベニンガー ドイツ連邦共和国 71665 ファイヒンゲ ン／エンツ ランパッハシュトラーセ 25 (72)発明者 マルティン シュトライプ ドイツ連邦共和国 71665 ファイヒンゲ ン／エンツ ホーエンツォレルンシュトラ ーセ 13

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 オートマチックトランスミッションによ
    るギアシフト動作が行なわれるかが検出され、 ギアシフト動作が検出される場合には、非ギアシフト運
    転用の目標エンジントルク（Ｍ＿SOLL＿Ｍ）が設定され
    て、その値に基づいて空気調量装置が調節され、 またギアシフト動作が検出される場合には、ギアシフト
    動作期間目標エンジントルクの特性が設定され、その場
    合ギアシフト動作の間に給気の減少によって可能である
    よりも早くエンジントルクの減少が得られるように、点
    火角度（ＺＷ）が調節される、 各ステップを有する空気調量装置（１８）を備えた内燃
    機関（１３）（火花点火エンジン）のトルクを調節する
    方法において、 ギアシフト動作の間に給気の増大によって可能であるよ
    りも早くエンジントルクの増大が行なわれるようにする
    ために、以下のように処理されること、即ち、 目標エンジントルクが増大されるべき時点（T_AUF）の
    前（時点Ｔ＿VOR）においてすでに給気が増大され、か
    つ同時に点火角度が次のように、すなわち給気の増大に
    よってもたらされるトルク上昇が点火角度の調節によっ
    てもたらされるトルク減少によって補償されて目標トル
    クが維持されるように、調節され、かつ、 目標トルクが増大される時点（Ｔ＿AUF）からは給気が
    さらに増大され、かつ実際エンジントルクの特性が可能
    な限り長く目標エンジントルクの特性とほぼ一致するよ
    うに点火角度変化が戻されることを特徴とするギアシフ
    ト動作の間に火花点火エンジンのトルクを調節する方
    法。
  2. 【請求項２】 ギアシフト動作を開始させるギアシフト
    条件検出器（１６）と、 非ギアシフト運転の間給気と点火角度を調節する装置
    （１０．１、１４．１）と、 ギアシフト動作の間給気と点火角度を調節する装置（１
    ０．２、１４．２）とを備え、この装置は、点火角度を
    調節して、それによりギアシフト動作の間に給気の減少
    によって可能であるよりも早くエンジントルクの減少が
    得られるように構成されている、 空気調量装置（１８）を備えた内燃機関（１３）（火花
    点火エンジン）のトルクを調節する装置において、 ギアシフト動作の間給気と点火角度を調節する前記装置
    （１０．２、１４．２）が次のステップ、すなわち目標
    エンジントルクが増大されるべき時点（T_AUF）の前
    （時点Ｔ＿VOR）においてすでに給気が増大され、かつ
    同時に点火角度が次のように、すなわち給気の増大によ
    ってもたらされるトルク上昇が点火角度の調節によって
    もたらされるトルク減少によって補償されて目標トルク
    が維持されるように、調節され、かつ、 目標トルクが増大される時点（Ｔ＿AUF）からは給気が
    さらに増大され、かつ実際エンジントルクの特性が可能
    な限り長く目標エンジントルクの特性とほぼ一致するよ
    うに点火角度変化が戻される、 ステップを実施するように構成されていることを特徴と
    するギアシフト動作の間に火花点火エンジンのトルクを
    調節する装置。
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