WO2016098239A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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WO2016098239A1
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compression ratio
clutch
internal combustion
combustion engine
speed
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PCT/JP2014/083656
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English (en)
French (fr)
Inventor
田中 儀明
日吉 亮介
Original Assignee
日産自動車株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00Varying compression ratio
    • F02D15/04Varying compression ratio by alteration of volume of compression space without changing piston stroke
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D29/00Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine including a variable compression ratio mechanism capable of changing the compression ratio of the internal combustion engine, and a stepped transmission that shifts rotation from the internal combustion engine and transmits it to drive wheels.
  • Patent Document 1 discloses a technique for variably controlling the compression ratio of an internal combustion engine in accordance with the gear ratio of the transmission in addition to the engine speed and the engine load.
  • the gear ratio of the transmission is a high gear ratio
  • the operating range for increasing the compression ratio is set to be larger than when the gear ratio is a low gear ratio.
  • the operating range at low compression ratio is expanded to avoid knocking during sudden acceleration, while at high gear ratios where sudden acceleration is not generally performed, the operating range at high compression ratio is expanded, It is possible to further improve fuel consumption.
  • the compression ratio control is not considered in consideration of the engagement / disengagement of the clutch interposed between the internal combustion engine and the transmission.
  • the compression ratio control is not considered in consideration of the engagement / disengagement of the clutch interposed between the internal combustion engine and the transmission.
  • the operating conditions change greatly before and after the clutch is connected and the compression ratio changes greatly, there is a risk that knocking may occur immediately after the clutch is connected due to a response delay in changing the compression ratio by the variable compression ratio mechanism, and the fuel consumption There is a risk of getting worse.
  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine, a stepped transmission that shifts rotation from the internal combustion engine and transmits the rotation to drive wheels, a variable compression ratio mechanism that can change the compression ratio of the internal combustion engine, and the internal combustion engine described above.
  • a clutch that is interposed between the transmission and interrupts transmission of power between the stepped transmission when shifting, and the compression ratio is variable according to the engine load and the engine speed. When the clutch is disengaged and the operation is performed at a relatively high compression ratio, it is detected that the clutch needs to be changed to a relatively low compression ratio after the clutch is connected. Start to decrease.
  • the compression ratio when the clutch is connected, the compression ratio has already started to become low, so the time from when the clutch is connected until the change of the compression ratio is completed can be relatively shortened. It is possible to avoid abnormal combustion without excessively increasing the response speed of the variable compression ratio mechanism.
  • the timing chart which shows an example of the change of the engine load at the time of vehicle start, and an engine speed.
  • Explanatory drawing which showed typically the case where a compression ratio fluctuates large at the time of vehicle start.
  • Explanatory drawing which showed typically the case where a compression ratio fluctuate
  • Explanatory drawing which showed typically the case where a compression ratio fluctuate
  • the flowchart which shows the flow of control during vehicle travel.
  • a gear shift map showing a correspondence relationship between a gear position, a vehicle speed and an engine speed.
  • the flowchart which shows the flow of control during a vehicle stop.
  • FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a schematic configuration of a power train of a vehicle to which the present invention is applied.
  • the rotation of the internal combustion engine 1 is transmitted to the stepped transmission 3 via the clutch 2.
  • the stepped transmission 3 shifts and outputs the rotation transmitted from the internal combustion engine 1 with a gear ratio corresponding to the selected shift stage. This output rotation is distributed and transmitted to the left and right drive wheels 5 and 6 via the differential gear 4.
  • the clutch 2 is released when the driver depresses the clutch pedal 7, and when the clutch pedal 7 is not depressed, the output shaft 1 a of the internal combustion engine 1 and the input shaft of the stepped transmission 3. 3a is connected. That is, the clutch 2 is connected / released by the driver's operation of the clutch pedal 7.
  • the clutch 2 can connect the output shaft 1a of the internal combustion engine 1 and the input shaft 3a of the stepped transmission 3 in a so-called half-clutch state.
  • the clutch pedal operation is detected by the clutch pedal switch 8.
  • the clutch pedal switch 8 outputs an ON / OFF signal according to the position of the clutch pedal 7, and is turned on when the clutch 2 is released (when the clutch pedal 7 is depressed), for example. (Including status).
  • the stepped transmission 3 switches, for example, stepped gear ratios such as forward 5 speed reverse 1 speed and forward 6 speed reverse 1 speed according to the driver's shift lever operation.
  • the position of the shift lever that changes the gear position of the stepped transmission 3 is detected by the shift position sensor 9, and the gear ratio of the stepped transmission 3 is determined from this shift lever position.
  • the neutral switch 10 can determine whether or not the shift lever is in the neutral position.
  • the signals from the clutch pedal switch 8, the shift position sensor 9, and the neutral switch 10 are input to the control unit 11.
  • the control unit 11 incorporates a microcomputer and performs various controls of the internal combustion engine 1, and performs processing based on signals from various sensors.
  • an accelerator opening sensor that detects an accelerator pedal depression amount (accelerator opening APO) indicating a required load state of the internal combustion engine 1 is provided.
  • a crank angle sensor 13 capable of detecting the engine speed together with a crank angle of the crankshaft 25 (see FIG. 2 described later), a vehicle speed sensor 14 for detecting the vehicle speed of the vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted, and the like.
  • FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a schematic configuration of the internal combustion engine 1 described above.
  • the internal combustion engine 1 has a variable compression ratio mechanism 24 that can change the compression ratio by changing the top dead center position of a piston 23 that reciprocates in a cylinder 22 of a cylinder block 21.
  • the variable compression ratio mechanism 24 utilizes a multi-link type piston-crank mechanism in which the piston 23 and the crank pin 26 of the crank shaft 25 are linked by a plurality of links, and is rotatably mounted on the crank pin 26.
  • the crankshaft 25 is rotatably supported on the cylinder block 21 by the first bearing bracket 32.
  • the upper link 28 has one end rotatably attached to the piston pin 33 and the other end rotatably connected to the lower link 27 by a first connecting pin 34.
  • One end of the control link 31 is rotatably connected to the lower link 27 by the second connecting pin 35, and the other end is rotatably attached to the eccentric shaft portion 30 of the control shaft 29.
  • the control shaft 29 is arranged in parallel with the crankshaft 25 and is rotatably supported by the cylinder block 21. Specifically, the control shaft 29 is rotatably supported between the first bearing bracket 32 and the second bearing bracket 36.
  • the control shaft 29 is rotationally driven by an actuator 38 made of an electric motor via a gear mechanism 37, and its rotational position is controlled.
  • the actuator 38 is controlled based on a command from the control unit 11.
  • the control shaft 29 may be rotationally driven by a hydraulic actuator.
  • the compression ratio of the internal combustion engine 1 is controlled according to the operating state.
  • a target compression ratio map in which a target compression ratio is assigned according to the rotational speed of the internal combustion engine 1 (engine speed) and the load of the internal combustion engine 1 (engine load) is stored in the control unit 11.
  • the target compression ratio is set based on the target compression ratio map.
  • FIG. 3 schematically shows an example of a target compression ratio calculation map, where a high compression ratio is obtained on the low rotation and low load side, and a low compression ratio is obtained on the high rotation and high load side. That is, in FIG. 3, the compression ratio is set so that the operating condition shifts from the low rotation / low load region to the high rotation / high load region, and therefore gradually decreases from the predetermined maximum compression ratio. A minimum compression ratio is set.
  • the compression ratio is set to the maximum compression ratio in the operation region surrounded by a broken line where the engine load is equal to or less than the predetermined value P and the engine speed is equal to or less than the predetermined value N.
  • a lower compression ratio is set.
  • the solid line L in FIG. 3 is a torque curve when the throttle is fully open (WOT).
  • the automatic transmission is appropriately controlled by the gear ratio calculated from the vehicle speed, engine speed, and engine load.
  • the gear can be freely changed to the gear stage intended by the driver, but the vehicle side An appropriate gear position is not always selected.
  • an internal combustion engine that can change the compression ratio is preferably set to a low compression ratio in the operating region where the engine load is high and control to increase knock resistance, but the compression ratio should be changed.
  • a predetermined response time is required from the start to the completion. This response time increases as the amount of change in the compression ratio increases. For this reason, in a situation where the compression ratio is greatly reduced due to a shift selection error, the response time becomes long, and the change in the compression ratio cannot catch up with the change in the operating state, so that there is a possibility that abnormal combustion cannot be avoided.
  • the clutch 2 when operating at a relatively high compression ratio while the clutch 2 is disengaged, if it is detected that the compression ratio needs to be changed relatively low after the clutch 2 is connected, the clutch 2 The low compression ratio control is started to start lowering the current compression ratio before connecting.
  • the compression ratio after the clutch 2 is connected is increased.
  • the compression ratio starts to be lowered before the clutch 2 is connected.
  • the engine load after the clutch 2 is connected is equal to or greater than the predetermined value P, or the engine speed after the clutch 2 is connected is a predetermined value.
  • the driving state immediately before starting the vehicle with the clutch 2 connected is maintained in an operating state in which the engine load may increase with the clutch 2 being connected.
  • the compression ratio starts to be lowered before the clutch 2 is connected and the vehicle is started.
  • the predetermined value P when the vehicle is stopped with the compression ratio of the internal combustion engine 1 set relatively high, It is determined that the compression ratio after connection is greatly reduced, and the compression ratio is started to decrease before the clutch 2 is connected.
  • the actuator 38 can be replaced with one having a relatively low output performance, and the cost can be reduced. Further, even when the actuator 38 is not replaced with one having a relatively low output performance, it is possible to reduce the driving energy (driving current value) of the actuator 38 to reduce the power consumption, thereby improving the overall fuel consumption. can do.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a case where the compression ratio fluctuates greatly in a short time due to a driver's selection mistake of the gear position when the vehicle is traveling at a high compression ratio when acceleration is requested.
  • the driving state is The operating point A1 in FIG. 4 changes to the operating point A2. Since the engine load and the engine speed increase before and after the shift stage is changed, the compression ratio is changed from the highest compression ratio to the intermediate compression ratio, for example.
  • the gear ratio of the stepped transmission 3 is greatly increased while the clutch 2 is disengaged (for example, the gear position is changed from the fifth speed to the second speed). ) If changed, the compression ratio is expected to drop significantly when the clutch 2 is connected, so the actuator 38 is driven so that the compression ratio drops from this point. For example, it is determined that there is a shift request when the accelerator opening before the shift is greater than or equal to a predetermined opening.
  • FIG. 5 is an explanatory view schematically showing a case where the compression ratio largely fluctuates in a short time due to a driver's selection mistake of the gear position when the vehicle is downshifted and decelerated while the vehicle is traveling at a high compression ratio. is there.
  • the gear ratio of the stepped transmission 3 is greatly increased while the clutch 2 is disengaged (for example, the gear stage is changed from the fifth speed to the second speed). If changed, the compression ratio is expected to drop significantly when the clutch 2 is connected, so the actuator 38 is driven so that the compression ratio drops from this point. For example, it is determined that there is a deceleration request when the accelerator opening before shifting is equal to or less than a predetermined opening or when the brake pedal is depressed.
  • the target compression ratio calculation map does not cover an operating region where the engine speed is equal to or higher than the allowable engine speed. However, in order to avoid interference between the piston 23 and the engine valve of the internal combustion engine 1, the target compression ratio calculation map is compressed. It is desirable to reduce the ratio.
  • FIG. 6 is a timing chart showing an example of changes in the engine load and the engine speed when the vehicle starts from a stopped state.
  • FIG. 7 is an explanatory view schematically showing a case where the compression ratio greatly fluctuates in a short time by suddenly connecting the clutch 2 of the driver when the vehicle starts.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram schematically showing a case where the compression ratio largely fluctuates in a short time due to a driver's selection mistake of the gear stage when the vehicle is traveling at a low speed and low load with a high compression ratio.
  • the driving state is The operating point D1 in FIG. 8 changes to the operating point D2.
  • the engine load and the engine speed increase, but do not change greatly. Therefore, the compression ratio is maintained at the maximum compression ratio, for example.
  • the gear ratio of the stepped transmission 3 is greatly reduced during the release of the clutch 2 (for example, the gear position is changed from the first speed to the fourth speed). ) If changed, the compression ratio is expected to drop significantly when the clutch 2 is connected, so the actuator 38 is driven so that the compression ratio drops from this point.
  • FIG. 9 is an explanatory view schematically showing a case where the compression ratio largely fluctuates in a short time due to a driver's selection mistake of the gear position when the vehicle is traveling at a high compression ratio and a medium speed and low load.
  • the driving state Changes from the operating point E1 in FIG. 9 to the operating point E2. Since the engine load and the engine speed increase before and after the shift stage is changed, the compression ratio is changed from the highest compression ratio to the intermediate compression ratio, for example.
  • the gear ratio of the stepped transmission 3 is significantly reduced during the release of the clutch 2 (for example, the gear position is changed from 2nd gear to 5th gear). Since the compression ratio is expected to be greatly reduced when the clutch 2 is connected, the actuator 38 is driven so that the compression ratio decreases from this point.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the flow of control during vehicle travel according to the above-described embodiment.
  • step 1 engine speed and engine load are detected.
  • the compression ratio is calculated.
  • the compression ratio is calculated from the engine speed and the engine load, for example, using the target compression ratio calculation map described above.
  • S3 it is determined whether or not the currently set compression ratio is a high compression ratio. If the compression ratio is high, the process proceeds to S4, and if not, the current routine is terminated. In addition, the high compression ratio here is the highest compression ratio set at the time of low load low rotation, for example.
  • S4 it is determined whether or not the clutch 2 has been released. If released, the process proceeds to S5. If not released, the current routine is terminated. In S5, the current vehicle speed and the gear stage after the gear change of the stepped transmission 3 are detected.
  • the engine speed when the clutch 2 is connected is calculated from the current vehicle speed and the currently selected gear position using a gear shift map as shown in FIG.
  • the gear shift map is stored in advance in the control unit 11, and indicates a correspondence relationship between the gear position, the vehicle speed, and the engine speed.
  • the plurality of linear characteristic lines are the characteristic lines of the gear stage having a lower gear ratio as they are located on the upper side of the vertical axis, and the uppermost characteristic line is the fifth gear of the gear stage.
  • the characteristic line at the bottom is for the first gear.
  • S7 it is determined whether or not the engine load when the clutch 2 is connected is equal to or greater than the predetermined value P described above. If the engine load is equal to or greater than the predetermined value P, the process proceeds to S8. Proceed to S11. In S8, the low compression ratio control request is turned on because there is a request for the low compression ratio control described above. In S9, when the low compression ratio control request is turned ON, the low compression ratio control is started. In S10, the clutch 2 is connected. The request for reducing the compression ratio is turned off when the clutch 2 is connected.
  • S11 it is determined whether or not the engine speed when the clutch 2 is connected is equal to or greater than the predetermined value N described above, and if it is equal to or greater than the predetermined value N, the process proceeds to S8 and may be less than the predetermined value N. If so, the process proceeds to S12. In S12, it is determined that the operation at the high compression ratio is continued even after the clutch 2 is connected in this change in the gear position.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a flow of control while the vehicle is stopped according to the above-described embodiment.
  • S21 it is determined whether or not the vehicle speed is substantially zero. If the vehicle speed is substantially zero, the process proceeds to S22, and if the vehicle speed is not substantially zero, the current routine is terminated. That is, in S21, it is determined whether or not the vehicle is stopped and is in a state before starting, and if it is in a state before starting, the process proceeds to S22, and if not, the current routine is ended because the vehicle is traveling. . In S22, it is determined whether or not the clutch 2 has been released. If released, the process proceeds to S23, and if not released, the current routine is terminated. In S23, the engine speed is detected.
  • S24 it is determined whether or not the engine speed when the clutch 2 is connected is greater than or equal to a predetermined value N. If the engine speed is greater than or equal to the predetermined value N, the process proceeds to S25. This routine ends. In S25, the current gear position of the stepped transmission 3 is detected.
  • S26 it is determined whether or not the engine load when the clutch 2 is connected is equal to or greater than the predetermined value P. If the engine load is equal to or greater than the predetermined value P, the process proceeds to S27. End this routine.
  • S27 the low compression ratio control request is turned on because there is a request for the low compression ratio control described above.
  • S28 when the low compression ratio control request is turned ON, the low compression ratio control is started.
  • S29 the clutch 2 is connected. The request for reducing the compression ratio is turned off when the clutch 2 is connected.

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Abstract

 車両走行中、クラッチ解放中に有段変速機の変速段が変更され、クラッチ接続後の運転条件が大きく変化してクラッチ接続後の圧縮比を大きく低下させることになる場合に、クラッチ接続前に圧縮比を低下させ始める。換言すると、圧縮比が相対的に高く設定されている状態での変速時に、クラッチ接続後の機関負荷が所定値P以上、またはクラッチ接続後の機関回転数が所定値N以上になることが検知された場合に、クラッチ接続後の圧縮比が大きく低下することになると判定して、クラッチ接続前に圧縮比を低下させ始める。

Description

内燃機関の制御装置
 本発明は、内燃機関の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、内燃機関からの回転を変速して駆動輪に伝達する有段変速機とを備えた内燃機関の制御装置に関する。
 例えば、特許文献1には、機関回転数と機関負荷に加え、変速機のギヤ比に応じて内燃機関の圧縮比を可変制御する技術が開示されている。この特許文献1においては、変速機のギヤ比が高ギヤ比の場合、ギヤ比が低ギヤ比の場合に比べて、圧縮比を高くする運転領域が拡大するように設定されている。
 そのため、低ギヤ比では低圧縮比での運転領域を拡大して急加速時のノッキングを回避しつつ、急加速が一般に行われない高ギヤ比では高圧縮比での運転領域を拡大して、燃費の一層の向上を図ることが可能となっている。
 しかしながら、特許文献1においては、内燃機関と変速機との間に介装されたクラッチの断続を考慮した圧縮比制御とはなっていない。たとえば、クラッチ接続前後で運転条件が大きく変化し、圧縮比が大きく変化するような場合、クラッチ接続直後に、可変圧縮比機構による圧縮比変更の応答遅れにより、ノッキングが発生する虞や、燃費が悪化してしまう虞がある。つまり、変速機のギヤ比を考慮した圧縮比制御に関しては改善の余地がある。
特開2005-147104号公報
 本発明は、内燃機関の制御装置は、内燃機関からの回転を変速して駆動輪に伝達する有段変速機と、内燃機関の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、上記内燃機関と上記変速機との間に介在して上記有段変速機の変速時に両者間の動力伝達を断続するクラッチと、を備え、機関負荷と機関回転数に応じて圧縮比を可変するものであって、上記クラッチが解放され、かつ相対的に高い圧縮比で運転中に、上記クラッチの接続後に相対的に低い圧縮比に変更する必要があることを検知すると、上記クラッチの接続前に圧縮比を低下させ始める。
 本発明によれば、クラッチが接続された際には、圧縮比は既に低くなり始めているので、クラッチを接続してから圧縮比の変更が完了するまでの時間を相対的に短くすることができ、可変圧縮比機構の応答速度を過度に高応答化することなく異常燃焼を回避することが可能となる。
本発明が適用される車両のパワートレインの概略構成を模式的に示した説明図。 本発明が適用される内燃機関の概略構成を模式的に示した説明図。 目標圧縮比算出マップ。 走行中の加速要求時に変速段の選定ミスよって圧縮比が大きく変動する場合を模式的に示した説明図。 高速で走行中にシフトダウンして減速する際に変速段の選定ミスよって圧縮比が大きく変動する場合を模式的に示した説明図。 車両発進時の機関負荷と機関回転数の変化の一例を示すタイミングチャート。 車両発進時に圧縮比が大きく変動する場合を模式的に示した説明図。 低速低負荷で走行中の加速要求時に変速段の選定ミスよって圧縮比が大きく変動する場合を模式的に示した説明図。 中速低負荷で走行中の加速要求時に変速段の選定ミスよって圧縮比が大きく変動する場合を模式的に示した説明図。 車両走行中の制御の流れを示すフローチャート。 変速段、車速及び機関回転数の対応関係を示すギヤ変速マップ。 車両停止中の制御の流れを示すフローチャート。
 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明が適用される車両のパワートレインの概略構成を模式的に示した説明図である。
 内燃機関1の回転は、クラッチ2を介して有段変速機3に伝達される。有段変速機3は、内燃機関1から伝達された回転を選択された変速段に応じたギヤ比で変速して出力する。この出力回転は、ディファレンシャルギヤ4を介して左右の駆動輪5、6へ分配して伝達される。
 クラッチ2は、運転者がクラッチペダル7を踏み込むことによって解放されるものであり、クラッチペダル7が踏み込まれていない状態のときに内燃機関1の出力軸1aと、有段変速機3の入力軸3aとが連結された状態となる。つまり、クラッチ2は、運転者のクラッチペダル7の操作によって接続/解放される。
 なお、クラッチ2は、いわゆる半クラッチ状態で内燃機関1の出力軸1aと有段変速機3の入力軸3aとを接続可能なものである。
 クラッチペダル操作は、クラッチペダルスイッチ8によって検出されている。クラッチペダルスイッチ8は、クラッチペダル7の位置に応じてON/OFF信号を出力するものであり、例えばクラッチ2の解放時(クラッチペダル7の踏み込み時)にONとなり、それ以外の状態(半クラッチ状態を含む)でOFFとなる。
 有段変速機3は、例えば、前進5速後退1速や前進6速後退1速等の有段階の変速比を運転者のシフトレバー操作に応じて切り替えるものである。
 有段変速機3の変速段を変更するシフトレバーの位置は、シフトポジションセンサ9によって検出されており、このシフトレバー位置から有段変速機3の変速比が判別される。また、ニュートラルスイッチ10によって、シフトレバーがニュートラル位置であるか否かが判別可能になっている。
 これらクラッチペダルスイッチ8、シフトポジションセンサ9、ニュートラルスイッチ10からの信号は、コントロールユニット11に入力されている。
 コントロールユニット11は、マイクロコンピュータを内蔵し、内燃機関1の種々の制御を行うものであって、各種のセンサからの信号を基に処理を行うようになっている。各種のセンサとしては、上述したクラッチペダルスイッチ8、シフトポジションセンサ9、ニュートラルスイッチ10の他、内燃機関1の要求負荷状態を表すアクセルペダル踏み込み量(アクセル開度APO)を検出するアクセル開度センサ12、クランクシャフト25(後述する図2を参照)のクランク角度と共に機関回転数を検出可能なクランク角センサ13、内燃機関1が搭載された車両の車速を検出する車速センサ14等がある。
 図2は、上述した内燃機関1の概略構成を模式的に示した説明図である。この内燃機関1は、シリンダブロック21のシリンダ22内を往復動するピストン23の上死点位置を変更することで圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構24を有している。
 可変圧縮比機構24は、ピストン23とクランクシャフト25のクランクピン26とを複数のリンクで連係した複リンク式ピストン-クランク機構を利用したものであって、クランクピン26に回転可能に装着されたロアリンク27と、このロアリンク27とピストン23とを連結するアッパリンク28と、偏心軸部30が設けられた制御軸29と、偏心軸部30とロアリンク27とを連結するコントロールリンク31と、を有している。
 クランクシャフト25は、第1軸受ブラケット32によってシリンダブロック21に回転可能に支持されている。
 アッパリンク28は、一端がピストンピン33に回転可能に取り付けられ、他端が第1連結ピン34によりロアリンク27と回転可能に連結されている。コントロールリンク31は、一端が第2連結ピン35によりロアリンク27と回転可能に連結されており、他端が制御軸29の偏心軸部30に回転可能に取り付けられている。
 制御軸29は、クランクシャフト25と平行に配置され、かつシリンダブロック21に回転可能に支持されている。詳述すると、制御軸29は、第1軸受ブラケット32と第2軸受ブラケット36との間に回転可能に支持されている。
 そして、この制御軸29は、歯車機構37を介して電動モータからなるアクチュエータ38によって回転駆動され、その回転位置が制御されている。アクチュエータ38は、コントロールユニット11からの指令に基づき制御される。なお、制御軸29を油圧アクチュエータによって回転駆動するようにしてもよい。
 アクチュエータ38により制御軸29の回転位置を変更することで、コントロールリンク31の揺動支点となる偏心軸部30の位置が変化する。これにより、コントロールリンク31によるロアリンク27の姿勢が変化し、ピストン23のピストンモーション(ストローク特性)、すなわちピストン23の上死点位置及び下死点位置の変化を伴って、圧縮比が連続的に変更される。
 内燃機関1の圧縮比は、運転状態に応じて制御される。本実施例では、内燃機関1の回転数(機関回転数)と内燃機関1の負荷(機関負荷)に応じて目標とする圧縮比が割り付けられた目標圧縮比マップがコントロールユニット11内に記憶されており、この目標圧縮比マップに基づいて目標圧縮比が設定される。
 図3は、目標圧縮比算出マップの一例を模式的に示したものであって、低回転低負荷側で高圧縮比となり、高回転高負荷側で低圧縮比となっている。つまり、図3において、圧縮比は、運転条件が低回転低負荷の領域から高回転高負荷の領域に移行するしたがって所定の最高圧縮比から漸次小さくなるように設定され、最終的には所定の最低圧縮比が設定される。
 なお、図3においては、機関負荷が所定値P以下で、機関回転数が所定値N以下となる破線で囲まれた運転領域で圧縮比が上記最高圧縮比に設定され、この運転領域の外側ほど低い圧縮比が設定される。また、図3中の実線Lは、スロットル全開時(WOT時)のトルクカーブである。
 これにより、負荷の低い領域では圧縮比を高く制御することで熱効率を向上させて燃料消費量を低減し、負荷の高い領域では圧縮比を低く制御することでノッキング等の異常燃焼の発生を抑制している。
 自動変速機は、車速、機関回転数、機関負荷より演算された変速比により適切な変速制御が行われる。一方、運転者がクラッチペダルを踏み込みつつ、シフトレバーにより変速機の変速段を変更するいわゆる手動式の変速機の場合、運転者の意図した変速段に自由に変速可能ではあるものの、必ずしも車両側に適切な変速段が選定されるとは限らない。
 例えば、手動式の変速機を備えた車両が低速での走行から加速するような場合、機関負荷が高くなると手動式の変速機の変速段を一段ずつシフトアップすることが想定されるが、何らかのシフト選定ミスによって機関負荷が高く、機関回転数が低い運転領域に極めて短時間の間に移行することも考えられる。つまり、何らかのシフト選定ミスによって、圧縮比を大きく変化させる状況が発生する可能性がある。
 圧縮比を変更可能な内燃機関は、ノッキング等の異常燃焼を回避するために、機関負荷が高い運転領域では圧縮比を低く設定し、耐ノック性を高める制御が望ましいが、圧縮比の変更を開始してから完了するまでには所定の応答時間が必要である。この応答時間は圧縮比の変化量が大きくなるほど長くなる。そのため、シフト選定ミスによって圧縮比を大きく低下させるような状況では、この応答時間が長くなり、運転状態の変化に圧縮比の変更が追いつかなくなって、異常燃焼を回避できなくなる虞がある。
 そこで、本発明では、クラッチ2の解放中に相対的に高い圧縮比で運転している際に、クラッチ2の接続後に圧縮比を相対的に低く変更する必要があることを検知すると、クラッチ2を接続する前に現在の圧縮比を低下させ始める低圧縮比化制御を開始する。
 すなわち、車両が走行中であれば、クラッチ2の解放中に有段変速機3の変速段が変更され、クラッチ2の接続後の運転条件が大きく変化してクラッチ2の接続後の圧縮比を大きく低下させることになる場合に、クラッチ2の接続前に圧縮比を低下させ始める。換言すると、内燃機関1の圧縮比が相対的に高く設定されている状態での変速時に、クラッチ2の接続後の機関負荷が所定値P以上、またはクラッチ2の接続後の機関回転数が所定値N以上になることが検知された場合に、クラッチ2の接続後の圧縮比が大きく低下することになると判定して、クラッチ2の接続前に圧縮比を低下させ始める。
 また、車両の発進時であれば、クラッチ2を接続して車両を発進させる直前の運転状態が、クラッチ2の接続にともない機関負荷が増加する可能性のある運転状態に維持されている場合に、クラッチ2を接続して車両を発進させる前に圧縮比を低下させ始める。換言すると、内燃機関1の圧縮比が相対的に高く設定された状態での車両停止時に、クラッチ2の接続後の機関負荷が所定値P以上になることが検知された場合に、クラッチ2の接続後の圧縮比が大きく低下することになると判定して、クラッチ2の接続前に圧縮比を低下させ始める。
 これによって、クラッチ2が接続された際には、圧縮比は既に低くなり始めているので、クラッチ2を接続してから圧縮比の変更が完了するまでの時間を相対的に短くすることができ、可変圧縮比機構24の応答速度を過度に高応答化することなく異常燃焼や、ピストン23と内燃機関1の図示せぬ機関弁(吸気弁及び排気弁)との干渉を回避することが可能となる。
 また、アクチュエータ38が電動モータの場合、アクチュエータ38を出力性能が相対的に低いものに代替え可能となり、コスト低減を図ることが可能となる。また、アクチュエータ38を出力性能が相対的に低いものに代替えしない場合でも、アクチュエータ38の駆動エネルギー(駆動電流値)を相対的に小さくして消費電力を低減することが可能となり、総じて燃費を改善することができる。
 クラッチ2の接続前に上記低圧縮比化制御が実施される具体的な状況を図4~図9を用いて説明する。なお、図4、図5、図7~図9中の実線Lは、スロットル全開時(WOT時)のトルクカーブである。
 図4は、車両が高圧縮比で走行中、加速要求時に運転者の変速段の選定ミスよって短時間に圧縮比が大きく変動する場合を模式的に示した説明図である。
 車両が、有段変速機3の変速段を5速にして、高速(例えば100km/h)で定常走行をしているときに、変速段を4速にシフトダウンして加速すると、運転状態は図4の運転点A1から運転点A2に変化する。変速段の変更前後で、機関負荷及び機関回転数が上昇するため、圧縮比は例えば最高圧縮比から中間圧縮比に変更される。
 車両が、有段変速機3の変速段を5速にして、高速(例えば100km/h)で定常走行をしているときに、変速段を誤って2速にシフトダウンして加速すると、運転状態は図4の運転点A1から運転点A3に変化する。変速段の変更前後で、機関負荷が低下し、機関回転数が大幅に上昇するため、圧縮比は例えば最高圧縮比から最低圧縮比近くに変更される。
 そこで、高圧縮比で高速定常走行中に加速要求がある場合に、クラッチ2の解放中に有段変速機3の変速比が大幅に大きくなるように(例えば変速段が5速から2速に)変更されると、クラッチ2の接続時に圧縮比が大きく低下することが予想されるので、この時点から圧縮比が低下するようにアクチュエータ38を駆動させる。例えば、変速前のアクセル開度が所定開度以上の場合に、変速要求ありと判定される。
 図5は、車両が高圧縮比で高速走行中、シフトダウンして減速する際に運転者の変速段の選定ミスよって短時間に圧縮比が大きく変動する場合を模式的に示した説明図である。
 車両が、有段変速機3の変速段を5速にして、高速(例えば100km/h)で下り坂を減速しながら走行をしているときに、変速段を4速にシフトダウンすると、運転状態は図5の運転点B1から運転点B2に変化する。変速段の変更前後で、機関負荷は略変わらず、機関回転数は上昇するものの大きく変化することはないため、圧縮比は例えば最高圧縮比に保持される。
 車両が、有段変速機3の変速段を5速にして、高速(例えば100km/h)で下り坂を減速しながら走行をしているときに、変速段を誤って2速にシフトダウンして加速すると、運転状態は図5の運転点B1から運転点B3に変化する。変速段の変更前後で、機関負荷は略変わらないが、機関回転数が大幅に上昇して許容回転数以上の値となっており、圧縮比は例えば最高圧縮比から最低圧縮比近くに変更される。
 そこで、高圧縮比で高速走行中に減速要求がある場合に、クラッチ2の解放中に有段変速機3の変速比が大幅に大きくなるように(例えば変速段が5速から2速に)変更されると、クラッチ2の接続時に圧縮比が大きく低下することが予想されるので、この時点から圧縮比が低下するようにアクチュエータ38を駆動させる。例えば、変速前のアクセル開度が所定開度以下の場合や、ブレーキペダルが踏み込まれている場合に、減速要求ありと判定される。
 なお、目標圧縮比算出マップは、機関回転数が上記許容回転数以上となる運転領域をカバーするものではないが、ピストン23と内燃機関1の上記機関弁との干渉を回避する上で、圧縮比を低下させておくことが望ましい。
 図6、図7を用いて高圧縮比からの車両発進時に、上記低圧縮比化制御を実施する例を説明する。図6は、車両が停止した状態から発進する際の機関負荷と機関回転数の変化の一例を示すタイミングチャートである。時刻t1おいてクラッチ2を急激に接続すると、機関負荷は無負荷状態から急激に増加することになる。
 図7は、車両の発進時に運転者のクラッチ2を急激に接続することによって短時間に圧縮比が大きく変動する場合を模式的に示した説明図である。
 クラッチ2を解放し、機関負荷が略「0」(無負荷)で機関回転数が3000rpmに保持された状態で車両が停止しているときに、時刻tでクラッチ2を急激に接続して発進すると、運転状態は、図7の運転点C1から運転点C2に変化する。クラッチ2の接続前後で、機関回転数は大きく変化しないものの、機関負荷が大きく変化するため、圧縮比は例えば最高圧縮比から最低圧縮比に変更される。
 そこで、高圧縮比で車両停止時における機関回転数が、クラッチ2を急激に接続した際に圧縮比を大きく低下させるような回転数(例えば3000rpm)に維持されている場合には、クラッチ2が接続される前から圧縮比が低下するようにアクチュエータ38を駆動させる。
 図8は、車両が高圧縮比で低速低負荷走行中、加速要求時に運転者の変速段の選定ミスよって短時間に圧縮比が大きく変動する場合を模式的に示した説明図である。
 車両が、有段変速機3の変速段を1速にして、低速(例えば10km/h)で定常走行をしているときに、変速段を2速にシフトアップして加速すると、運転状態は図8の運転点D1から運転点D2に変化する。変速段の変更前後で、機関負荷及び機関回転数は上昇するものの大きく変化することはないため、圧縮比は例えば最高圧縮比に保持される。
 車両が、有段変速機3の変速段を1速にして、低速(例えば10km/h)で定常走行をしているときに、変速段を誤って4速にシフトアップして加速すると、運転状態は図8の運転点D1から運転点D3に変化する。変速段の変更前後で、機関回転数は大きく上昇しないものの、機関負荷が大幅に上昇するため、圧縮比は例えば最高圧縮比から最低圧縮比に変更される。
 そこで、高圧縮比で低速定常走行中に加速要求がある場合に、クラッチ2の解放中に有段変速機3の変速比が大幅に小さくなるように(例えば変速段が1速から4速に)変更されると、クラッチ2の接続時に圧縮比が大きく低下することが予想されるので、この時点から圧縮比が低下するようにアクチュエータ38を駆動させる。
 図9は、車両が高圧縮比で中速低負荷走行中、加速要求時に運転者の変速段の選定ミスよって短時間に圧縮比が大きく変動する場合を模式的に示した説明図である。
 車両が、有段変速機3の変速段を2速にして、中速(例えば40km/h)で定常走行をしているときに、変速段を3速にシフトアップして加速すると、運転状態は図9の運転点E1から運転点E2に変化する。変速段の変更前後で、機関負荷及び機関回転数が上昇するため、圧縮比は例えば最高圧縮比から中間圧縮比に変更される。
 車両が、有段変速機3の変速段を2速にして、中速(例えば40km/h)で定常走行をしているときに、変速段を誤って5速にシフトアップして加速すると、運転状態は図9の運転点E1から運転点E3に変化する。変速段の変更前後で、機関回転数は大きく減少しないものの、機関負荷が大幅に上昇するため、圧縮比は例えば最高圧縮比から最低圧縮比に変更される。
 そこで、高圧縮比で中速定常走行中に加速要求がある場合に、クラッチ2の解放中に有段変速機3の変速比が大幅に小さくなるように(例えば変速段が2速から5速に)変更されると、クラッチ2の接続時に圧縮比が大きく低下することが予想されるので、この時点から圧縮比が低下するようにアクチュエータ38を駆動させる。
 図10は、上述した実施例の車両走行中の制御の流れを示すフローチャートである。
 S1では、機関回転数、機関負荷を検出する。S2では、圧縮比を演算する。圧縮比は、例えば、上述した目標圧縮比算出マップを用いて、機関回転数と機関負荷から演算する。S3では、現在の設定されている圧縮比が高圧縮比であるか否かを判定し、高圧縮比であればS4へ進み、高圧縮比でなければ今回のルーチンを終了する。なお、ここでいう高圧縮比とは、例えば、低負荷低回転時に設定される最高圧縮比である。S4では、クラッチ2が解放されたか否かを判定し、解放されるとS5へ進み、解放されなければ今回のルーチンを終了する。S5では、現在の車速と、有段変速機3の変速後の変速段を検出する。
 S6では、図11に示すようなギヤ変速マップを用い、現在の車速と現在選択されている変速段からクラッチ2接続時の機関回転数を演算する。ギヤ変速マップは、コントロールユニット11内に予め記憶されているものであり、変速段、車速及び機関回転数の対応関係を示すものである。なお、このギヤ変速マップにおいて、直線状の複数の特性線は、縦軸上方側に位置するものほど変速比が小さい変速段の特性線であり、一番上方の特性線は変速段が5速のものであり、一番下方の特性線は変速段が1速のものである。
 S7では、クラッチ2を接続した際の機関負荷が上述した所定値P以上になるか否かを判定し、所定値P以上になるのであればS8へ進み、所定値P未満になるのであればS11へ進む。S8では、上述した低圧縮比化制御の要求があるとして低圧縮比化制御要求をONする。S9では、低圧縮比化制御要求がONになったことを受けて、上記低圧縮比化制御を開始する。S10では、クラッチ2が接続される。なお、低圧縮比化制御要求は、クラッチ2が接続されるとOFFとなる。
 S11では、クラッチ2を接続した際の機関回転数が上述した所定値N以上になるか否かを判定し、所定値N以上になるのであればS8へ進み、所定値N未満になるのであればS12へ進む。S12では、今回の変速段の変更ではクラッチ2の接続後も高圧縮比での運転が継続されるものと判断する。
 図12は、上述した実施例の車両停止中の制御の流れを示すフローチャートである。
 S21では、車速が略0であるか否かを判定し、車速が略0であればS22へ進み、車速が略0でなければ今回のルーチンを終了する。すなわち、S21では、車両が停止中で発進前の状態である否かを判定し、発進前の状態であればS22へ進み、そうでなければ車両は走行中であるので今回のルーチンを終了する。S22では、クラッチ2が解放されたか否かを判定し、解放されるとS23へ進み、解放されなければ今回のルーチンを終了する。S23では、機関回転数を検出する。S24では、クラッチ2を接続した際の機関回転数が所定値N以上になるか否かを判定し、所定値N以上になるのであればS25へ進み、所定値N未満になるのであれば今回のルーチンを終了する。S25では、現在の有段変速機3の変速段を検出する。
 S26では、クラッチ2を接続した際の機関負荷が上述した所定値P以上になるか否かを判定し、所定値P以上になるのであればS27へ進み、所定値P未満になるのであれば今回のルーチンを終了する。S27では、上述した低圧縮比化制御の要求があるとして低圧縮比化制御要求をONする。S28では、低圧縮比化制御要求がONになったことを受けて、上記低圧縮比化制御を開始する。S29では、クラッチ2が接続される。なお、低圧縮比化制御要求は、クラッチ2が接続されるとOFFとなる。

Claims (5)

  1.  内燃機関からの回転を変速して駆動輪に伝達する有段変速機と、内燃機関の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、上記内燃機関と上記変速機との間に介在して上記有段変速機の変速時に両者間の動力伝達を断続するクラッチと、を備え、機関負荷と機関回転数に応じて圧縮比を可変する内燃機関の制御装置において、
     上記クラッチが解放され、かつ相対的に高い圧縮比で運転中に、上記クラッチの接続後に相対的に低い圧縮比に変更する必要があることを検知すると、上記クラッチの接続前に圧縮比を低下させ始める内燃機関の制御装置。
  2.  上記クラッチの解放中に上記変速機の変速段が変更され、上記クラッチの接続後の圧縮比を低下させることになる場合、上記クラッチを接続する前に圧縮比を低下させ始める請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  3.  上記クラッチを接続して車両を発進させる直前の運転状態が、上記クラッチの接続にともない機関負荷が増加するような運転状態に維持されている場合、上記クラッチを接続して車両を発進させる前に圧縮比を低下させ始める請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。
  4.  上記可変圧縮比機構は、機関回転数及び機関負荷の増加にともなって圧縮比が相対的に低くなるよう制御される請求項1~3のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
  5.  上記変速機は、手動変速機である請求項1~4のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
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