(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の4ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒1(
図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ11を設けている。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。点火プラグ12は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【0013】
吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
【0014】
排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。
【0015】
内燃機関には、外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)装置2が付帯していることが多い。本実施形態における内燃機関の外部EGR装置2は、いわゆる高圧ループEGRを実現するものであり、排気通路4における触媒41の上流側と吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流側とを連通するEGR通路21と、EGR通路21上に設けたEGRクーラ22と、EGR通路21を開閉し当該EGR通路21を流れるEGRガスの流量を制御するEGRバルブ23とを要素とする。
【0016】
EGR通路21の入口は、排気通路4における排気マニホルド42またはその下流の所定箇所に接続している。そして、EGR通路21の出口は、吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク33に接続している。故に、全ての気筒1に分配されるべきEGRガスは、一旦サージタンク33に流入した後、吸気マニホルド34を経由して各気筒1に向かうこととなる。EGRクーラ22は、EGR通路21を還流するEGRガスの持つ高い熱を内燃機関の冷却水(冷却液)と交換することを通じて、EGRガスの温度を降下させる熱交換器である。
【0017】
図2に、車両が備える駆動系の例を示す。この駆動系は、トルクコンバータ7及び自動変速機8、9を備えてなる。特に、本実施形態では、自動変速機8、9の構成要素として、遊星歯車機構を利用した前後進切換装置8、及び無段変速機の一種であるベルト式CVT(Continuously Variable Transmission)9を採用している。
【0018】
内燃機関が出力する回転トルクは、内燃機関のクランクシャフトからトルクコンバータ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、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の回転は、出力ギア101に伝達される。出力ギア101は、デファレンシャル装置のリングギア102と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸103及び駆動輪(図示せず)を回転させる。
【0019】
トルクコンバータ7は、ロックアップ機構を備える。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相対回動不能に締結するロックアップクラッチ73と、ロックアップクラッチ73を断接切換駆動するための作動液圧(油圧)を制御するロックアップソレノイドバルブ(図示せず)とを要素とする。ロックアップソレノイドバルブは、制御信号oを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。
【0020】
前後進切換装置8は、そのサンギア81がトルクコンバータ7の出力側のタービンランナ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、断接切換可能な液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、トルクコンバータ7の出力側)との間にも、断接切換可能な液圧クラッチたるリバースクラッチ85を介設している。
【0021】
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、トルクコンバータ7の出力軸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、トルクコンバータ7の出力軸と駆動軸94とが直結して後進走行となる。フォワードブレーキ84またはリバースクラッチ85断接切換駆動するための作動液圧を制御するソレノイドバルブ(図示せず)は、制御信号mを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。
【0022】
非走行レンジであるNレンジ、Pレンジでは、フォワードブレーキ84及びリバースクラッチ85をともに切断する。
【0023】
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。
【0024】
図3に、車両の室内の空調を司るエアコンディショナ5の構成を示す。エアコンディショナ5は、冷媒を圧縮するコンプレッサ51と、圧縮された冷媒を放熱させて液化させるコンデンサ52と、コンデンサ52を強制的に空冷するためのコンデンサファン53と、液化しなかった気体の冷媒を液化した冷媒から分離するレシーバ54と、液化した冷媒を噴出させるエキスパンションバルブ55と、噴出して気化した冷媒を受け入れ室内の空気と熱交換させるエバポレータ56と、高温化した内燃機関の冷却水を受け入れ室内の空気と熱交換させるヒータコア59と、室内の空気を吸引しエバポレータ56に向けて吐出してその空気を再び室内に送り込むブロワファン57と、ブロワファン57から吐出されエバポレータ56を通り抜けた空気をどの程度ヒータコア59に吹き当てるかを調節するエアミックスダンパ50とを要素とする。コンプレッサ51、コンデンサ52、レシーバ54、エキスパンションバルブ55及びエバポレータ56は、ループする冷媒流路により接続してある。
【0025】
コンプレッサ51は、内燃機関のクランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて回転する。クランクシャフトとコンプレッサ51との間には、両者の接続を断接切換可能なマグネットクラッチ58が介在する。
【0026】
コンデンサ52は、車両のエンジンルームにおける走行風が当たる部位に配置しており、コンデンサファン53を回転させているか否かにかかわらず、車両の走行中にエンジンルームに吹き込む走行風により冷却される。コンデンサ52の背後には、内燃機関の冷却水を放熱させるラジエータ7が控えている。ラジエータ7もまた、走行風により冷却される。
【0027】
コンデンサファン53は、コンデンサ52を強制的に空冷するためのものであるが、本実施形態では、ラジエータ7を強制的に空冷するラジエータファンをも兼ねている。コンデンサファン53は、ラジエータ7の背後に位置しており、前方から空気を吸引して後方に吐出する。このコンデンサファン53は、車外からフロントグリルを介してエンジンルーム内に外気を取り入れる働きをする。
【0028】
ブロワファン57から吐出された空気は、エバポレータ56を通過する際に、冷媒から冷熱を得(冷媒に熱を奪われ)て低温化する。同時に、当該空気に含まれていた水蒸気が凝縮してエバポレータ56に付着し、湿度が低下する。エバポレータ56は、夏期に室内の温度を低下させる冷房のためだけでなく、冬季に室内の湿度を低下させて車両の窓ガラスの曇りを低減する役割をも担う。
【0029】
エアミックスダンパ50は、エバポレータ56を通過した空気のうち、ヒータコア59を通過して室内に向かう空気の量と、ヒータコア59を迂回して室内に向かう空気の量との割合を調節する。このエアミックスダンパ50により、室内に吹き出す風の温度を調整することが可能である。
【0030】
図4に、マグネットクラッチ58、コンデンサファン53を駆動するファンモータ531、及びブロワファン57を駆動するファンモータ571に通電する電気回路6を示す。電源となるのは、車載のバッテリ61、及び/または、内燃機関のクランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて発電する発電機(オルタネータまたはモータジェネレータ)62である。
【0031】
回路6上のリレースイッチ63がONになると、マグネットクラッチ58に通電されてこれが締結し、コンプレッサ51が回転して冷媒を圧縮する作動状態となる。リレースイッチ64がONになると、ファンモータ531に通電されてコンデンサファン53が回転する作動状態となる。並びに、リレースイッチ65がONになると、ファンモータ571に通電されてブロワファン57が回転する作動状態となる。因みに、リレー63、64、65は、パワートランジスタやMOSFET等の半導体スイッチング素子に置き換えられてもよい。
【0032】
本実施形態の車両の制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【0033】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(いわば、内燃機関に対する要求負荷)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気の温度及び圧力を検出する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号d、外気の温度を検出する気温センサから出力される外気温信号e、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号f、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ(または、シフトポジションスイッチ)から出力されるシフトレンジ信号g、車両の加速度または車両が所在している路面の傾斜を検出する加速度センサから出力される加速度信号h等が入力される。
【0034】
出力インタフェースからは、点火プラグ12のイグナイタに対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、EGRバルブ23に対して開度操作信号l、フォワードブレーキ84またはリバースクラッチ85の断接切換用のソレノイドバルブに対して開度制御信号m、CVT9に対して変速比制御信号n、ロックアップクラッチ73の断接切換用のロックアップソレノイドバルブに対して開度制御信号o、リレースイッチ63に対してON(通電)信号p、リレースイッチ64に対してON信号q、リレースイッチ65に対してON信号r等を出力する。
【0035】
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量(新気量及びEGRガス量)を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミング、要求EGR率(または、EGR量)、CVT9の変速比等といった各種運転パラメータを決定する。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、l、m、n、o、p、q、rを出力インタフェースを介して印加する。
【0036】
本実施形態のECU0は、現在車両が登坂路上に存在していることを感知したときに、CVT9の変速比をローギア寄りに遷移させる制御を実施する。車両が所在する路面の勾配は、例えば、車速センサを介して検出される車両の速度及び加速度センサを介して検出される車両の加速度に基づいて推算できる。ECU0は、推算した上り勾配の大きさが所定の判定閾値を上回っている場合に、車両が登坂路上を走行しているものと判断する。無論、路面の勾配の推定手法はこのようなものには限定されず、他の公知の手法によっても構わない。
【0037】
図5に、ECU0がCVT9を制御する際の変速線図を示す。変速線図は、車速及びアクセル開度に対応した目標入力回転数(タービン72の回転数)を表すものであり、車速及び要求負荷(アクセル開度)に応じたCVT9の変速比(減速比)を規定する。
図5中、アクセル開度が100%である全負荷運転時の変速線を破線で、アクセル開度が0%であるアイドル運転時または燃料カット時の変速線を鎖線で、アクセル開度が両者の中間にある部分負荷運転時の変速線を実線で、それぞれ描画している。変速比は、CVT9がハードウェア的に実現し得るローギア側の限界Lとハイギア側の限界Hとの間の値をとる。
【0038】
車両が登坂路上に存在していることを感知したECU0は、CVT9の目標入力回転数を平時(平坦路走行時等、登坂路走行時でない状況)よりも引き上げることで、CVT9の変速比をローギア化し(即ち、CVT9の減速比を増大させ)、車軸103に伝達される駆動トルクを増大させて車両の登坂性能を確保する。例えば、部分負荷運転における変速線を、
図5中に細い実線で示している平時のものから、太い実線で描画しているもののように上方に遷移させる。
【0039】
さらに、本実施形態のECU0は、現在車両が登坂路上に存在していることを感知したときに、以下に述べる内燃機関の出力の増強のための補正制御を実施する。
【0040】
(i)スロットルバルブ32の開度の拡大;
図6に、アクセルペダルの踏込量と電子スロットルバルブ32開度との関係を示す。
図6中、車両が登坂路上に所在しているときの入出力特性を太い実線で、そうでないときの入出力特性を細い実線で、それぞれ描画している。アクセルペダルの踏込量の変化に対し、電子スロットルバルブ32の開度は、平時には非線形的に増減するが、登坂走行時には線形的に増減するようになる。これにより、特に部分負荷域において、登坂走行時の方が同じアクセルペダルの踏込量に対するスロットルバルブ32の開度が大きくなる。スロットルバルブ32開度の拡大は、内燃機関のポンピングロスの低減につながる上、気筒1に充填される吸気量及び燃料噴射量を増大させることになるため、内燃機関の出力が増強される。
【0041】
(ii)EGRの縮小;吸気について要求されるEGR率は、内燃機関の運転領域[エンジン回転数,要求負荷(または、吸気圧、吸気量)]に応じて異なる。
図7に、要求負荷と要求EGR率との関係を示す。
図7中、車両が登坂路上に所在しているときの要求EGR率を太い実線で、そうでないときの要求EGR率を細い実線で、それぞれ描画している。基本的に、要求EGR率は、要求負荷が中程度の領域において最も高く、要求負荷が当該領域から縮小するほど低くなり、また、アクセル開度が当該領域から拡大するほど低下する。アイドル運転やこれに近い低負荷域、並びに全負荷域では、EGRを行わないことから、目標EGR率及びEGRバルブ23開度が0となる。登坂走行時には、平時よりも要求EGR率を低下させ、及び/または、EGRを実行する運転領域(要求EGR率が0でない運転領域)の範囲を縮小する。吸気のEGR率を低下させることは、気筒1に充填される新気(酸素)量及び燃料噴射量を増大させることを意味する。従って、内燃機関の出力が増強される。
【0042】
(iii)コンデンサファン53の平均出力の増大;登坂走行時に、平時よりもコンデンサファン(ラジエータファン)53の出力を高め、車外からエンジンルーム内に導入される外気の量を増加させる。さすれば、エンジンルーム及び内燃機関の各部の温度が低下し、ひいては吸気通路3を流通する吸気の温度が低下する。これにより、吸気の充填効率が向上し、気筒1に充填される吸気量及び燃料噴射量が増大して、内燃機関の出力が増強される。加えて、エアコンディショナ5の稼働中にあっては、コンデンサ52における冷媒の冷却性能が向上して冷媒圧力が低下し、内燃機関に対するコンプレッサ51の負荷が低下するので、内燃機関から車軸103に供給される駆動トルクが加増される。コンデンサファン53の平均出力は、これを駆動するファンモータ531に通電するON時間と通電しないOFF時間との比率を変えることを通じて制御できる。あるいは、ファンモータ531への印加電流または印加電圧の大きさを変えることによっても制御できる。なお、登坂走行時におけるコンデンサファン53の出力を、そのとき車速や吸気温等に応じて調整するようにしてもよい。即ち、車速が高いほど、エンジンルームに吹き込む走行風が強くなり、エンジンルーム内が自然に空冷されやすくなることから、コンデンサファン53の出力を低下させて消費電力を節約する。同様に、吸気温が低いほど、コンデンサファン53の出力を低下させることも考えられる。
【0043】
(iv)空燃比のリッチ化;登坂走行時に、平時よりも燃料噴射量を増量し、混合気の空燃比をリッチ化する。
【0044】
上述した(i)ないし(iv)の補正制御は、アクセルペダルの踏込量が所定以上となり、及び/または、アクセルペダル踏込量の単位時間あたりの増加量が所定以上となる、加速要求があったときに実施するものとする。加速要求がないときには、当該補正制御を実施する必要はない。
【0045】
また、登坂走行時に、(i)ないし(iv)の全てを実施するとは限らない。車両の実用燃費性能を考慮した優先順位は、(iii)、(ii)、(i)、(iv)の順となる。よって、車両が登坂路に差し掛かったことを感知したときには、まず(iii)を実施する。そして、登坂路上において要求負荷が所定以上に大きくなった場合や、登坂路上において要求負荷が所定以上である時間が一定以上継続した場合に、(ii)、(iv)及び(i)を順次実施するようにする。即ち、要求負荷が比較的小さい、または継続時間が比較的短い間は(iii)と(ii)とを併用し、要求負荷が増大した、または継続時間が長くなったならば(iv)を追加的に実施する。さらに要求負荷が増大したり、継続時間が長くなったりした暁には、(i)を追加的に実施する。
【0046】
本実施形態では、車両が登坂路上に存在しており、かつ運転者によりアクセルペダルが踏まれていることを感知した場合において、内燃機関と車軸103との間に介在する変速機9の変速比を車両が平坦路上に存在している場合と比較してローギア寄りに設定するとともに、同じアクセルペダルの踏込量に対するスロットルバルブ32の開度を車両が平坦路上に存在している場合と比較して大きく開き、または、外気をエンジンルーム内に吸引するためのファン53の平均出力を車両が平坦路上に存在している場合と比較して高めることを特徴とする車両の制御装置0を構成した。
【0047】
本実施形態によれば、登坂路における変速機9の変速比制御に協調して内燃機関の出力制御をも実行するようにしたため、車両の登坂走行性能が向上し、実用燃費と実用走行性能とのバランスが図られる。運転者が駆動トルクの不足を感じることも少なくなる。本実施形態の制御は、新たなハードウェアの追加を伴うことなく低コストにて実装可能である。
【0048】
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。各部の具体的構成は、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。