JP2016121635A - 車両後進時の内燃機関の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両の前進時のギヤ比に比較して後進時のギヤ比が小さい変速を行う場合に、後進時における駆動力の不足感を緩和できる車両後進時の内燃機関の制御システムを提供する。【解決手段】車両後進時の内燃機関の制御システムＳは、噴射された燃料を用いて、車両が走行する駆動力を発生する内燃機関１と、車両の前進時のギヤ比に比較して、車両の後進時のギヤ比が小さい変速を行う変速機２と、車両が後進する後進信号をトリガとして、燃料の噴射量を所定量増加するように制御する燃料噴射制御部３１とを備える。後進時に燃料を増量するため、エンジン発生トルクを増大でき、駆動力の不足感を緩和できる。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関と変速機とを備える車両が後進するときの走行状態を制御する車両後進時の内燃機関の制御システムに関する。

内燃機関を備える車両には、内燃機関からの入力を変速する変速機として、車両の運転者が手動で切り替えることなく自動的に変速する自動変速機を備えるものがある。自動変速機として、トルクコンバータなどをスターティングディバイスとし、車両の前進・後進を切り替える前後進切替装置と、ベルト式などの連続無段変速機（ＣＶＴ）と、逆転減速機構と、ディファレンシャル装置とを備えるものがある。

特許文献１は、前後進切替装置を構成する遊星歯車機構を逆転減速機構としても利用し、内燃機関からの入力の減速と逆回転とを同時に行う自動変速機を開示している。この前後進切替装置２２は、図３に示すように、サンギヤ２２１、ピニオンギヤ２２２、リングギヤ２２３を備える遊星歯車機構２２０と、逆転ブレーキ２２０Ｆと、直結クラッチ２２０Ｒとを備える。サンギヤ２２１は、エンジン出力軸４１によって駆動されるトルクコンバータ（図示せず）のタービン軸（入力軸４２０）に連結される。リングギヤ２２３は、ＣＶＴ２４の駆動軸４２２に連結される。車両を前進する場合、直結クラッチ２２０Ｒを解放して逆転ブレーキ２２０Ｆを締結する。すると、図３（Ａ）に示すように入力軸４２０の回転がピニオンギヤ２２２によって逆転され、かつ減速されて駆動軸４２２に伝えられ、ＣＶＴ２４の従動軸４２４を経て、ドライブシャフト８がエンジン回転方向と同方向に、図３（Ａ）では時計回りに回転する。車両を後進する場合、逆転ブレーキ２２０Ｆを解放して直結クラッチ２２０Ｒを締結する。すると、図３（Ｂ）に示すように、サンギヤ２２１とピニオンギヤ２２２のキャリア（図示せず）とが一体に回転し、入力軸４２０と駆動軸４２２とが直結され、従動軸４２４を経て、ドライブシャフト８がエンジン回転方向と逆方向に、図３（Ｂ）では反時計回りに回転する。

特許第４５９７１３８号公報

車両の前進時のギヤ比に比較して、車両の後進時のギヤ比が小さい変速を行う変速機を備える車両に対して、後進時における駆動力の不足感を改善することが望まれている。

特許文献１に記載される自動変速機では、後進時、遊星歯車機構２２０のリングギヤ２２３を入力軸４２０の回転方向と同方向に回転させるため、内燃機関の入力が減速されずにドライブシャフト８に出力される。従って、運転者が、例えば、前進時と同じアクセル開度となるように後進時のアクセル操作を行うと、前進時と同じエンジントルクが発生するが、前進時に比較して後進時のギヤ比が小さいため、運転者には駆動力が不足していると感じられる。

そこで、本発明の目的の一つは、車両の前進時のギヤ比に比較して後進時のギヤ比が小さい変速を行う場合に、後進時における駆動力の不足感を緩和できる車両後進時の内燃機関の制御システムを提供することにある。

本発明の一態様に係る車両後進時の内燃機関の制御システムは、噴射された燃料を用いて、車両が走行する駆動力を発生する内燃機関と、前記車両の前進時のギヤ比に比較して、前記車両の後進時のギヤ比が小さい変速を行う変速機と、前記車両が後進する後進信号をトリガとして、前記燃料の噴射量を所定量増加するように制御する燃料噴射制御部とを備える。

上記の車両後進時の内燃機関の制御システムは、後進時のギヤ比が前進時よりも小さい変速を行う変速機を備えるものの、燃料噴射制御を前進時と後進時とで切り分けて制御し、後進時に燃料の噴射量を所定量だけ増量する。後進時に燃料の噴射量を増量することでエンジン発生トルクを増大できるため、上記の車両後進時の内燃機関の制御システムは、後進時における駆動力の不足感を緩和できる。

実施形態１の車両後進時の内燃機関の制御システムの機能ブロック図である。 実施形態１の車両後進時の内燃機関の制御システムによる具体的な制御の一例を示すフローチャートである。 実施形態１の車両後進時の内燃機関の制御システムなどに備える変速機の概略構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の車両後進時の内燃機関の制御システムを具体的に説明する。図中、同一符号は同一名称物を示す。

［実施形態１］
・全体構成
実施形態１の車両後進時の内燃機関の制御システムＳ（以下、単に制御システムＳと呼ぶことがある）は、内燃機関１と変速機２とを備え、自動車といった車両（図示せず）に搭載されて、噴射された燃料を用いて、車両が走行する駆動力を発生する内燃機関１の制御を行う。変速機２は、内燃機関１からの入力を変速して、最終的に車両の車輪（図示せず）に出力するものであり、特に車両の前進時のギヤ比に比較して、車両の後進時のギヤ比が小さい変速を行う。制御システムＳは、車両の前進時と後進時とで燃料の噴射量の制御を分けて行う点を特徴の一つとする。この点に関して、制御システムＳは、後進時に燃料の噴射量を所定量増加するように制御する燃料噴射制御部３１を備える。以下、構成要素ごとに説明する。

・内燃機関
内燃機関１は、代表的には、シリンダ内を往復動するピストンなどの主運動系（図示せず）と、吸気バルブ及び排気バルブなどの動弁系（図示せず）と、空気と燃料とを含む混合気を燃焼する燃焼室（図示せず）とを備える。内燃機関１は、更に燃料を噴射するインジェクタ１０を備え、各バルブの開閉とピストンの往復動と噴射された燃料とを利用して、吸気、圧縮、燃焼、排気の４サイクル運転などを行い、車両が走行する駆動力を発生する。燃料は、インジェクタ１０から燃焼室に直接噴射したり（噴射式）、燃焼室に空気を導入する吸気ポート（図示せず）に噴射したりする（ポート噴射式）。

・変速機
この例の変速機２は、ＦＦ横置き式の自動車用変速機である。この変速機２は、スターティングディバイスとするトルクコンバータ２０と、運転者がセレクターレバー９によって選択したレンジに応じて車両の前進・後進を切り替えると共に逆転減速機能を備える前後進切替装置２２と、自動変速機の一例である連続無段変速機（ＣＶＴ）２４と、ＣＶＴ２４の動力を車輪に伝達するディファレンシャル装置２８とを備える。変速機２は、トルクコンバータ２０のタービン軸を内燃機関１からの入力軸４２０とし、前後進切替装置２２によって入力軸４２０の回転を正逆切り替えて、ＣＶＴ２４に伝達し、ＣＶＴ２４の動力を、ディファレンシャル装置２８を介して、最終的な出力軸となるドライブシャフト８に伝達する。即ち、内燃機関１の出力軸４１は、変速機２を介してドライブシャフト８に接続される。特にこの変速機２では、図３に示すように、入力軸（タービン軸）４２０とＣＶＴ２４の駆動軸（プライマリ軸）４２２とが同一直線状に配置され、ＣＶＴ２４の従動軸（セカンダリ軸）４２４と、ドライブシャフト８とが入力軸４２０に対して平行でかつ非同軸に配置されて、全体として３軸構成とされる。図１では説明の便宜上、軸４１，４２０，４２２，４２４，８を同一直線状に示す。

この例の前後進切替装置２２は、図３に示すようにサンギヤ２２１、ピニオンギヤ２２２、リングギヤ２２３を備える遊星歯車機構２２０と、逆転ブレーキ２２０Ｆと、直結クラッチ２２０Ｒとを備える。図３の遊星歯車機構２２０は、シングルピニオン方式である。サンギヤ２２１は入力軸４２０に連結され、リングギヤ２２３は出力側となるＣＶＴ２４の駆動軸４２２に連結される。逆転ブレーキ２２０Ｒは、例えば複数のピニオンギヤ２２２を支持するキャリア（図示せず）と変速機ケース（図示せず）との間、直結クラッチ２２０Ｒは、上記キャリアとサンギヤ２２１との間に設けられる。逆転ブレーキ２２０Ｆ及び直結クラッチ２２０Ｒは、例えば、湿式多板式のブレーキ及びクラッチが挙げられる。

この例のＣＶＴ２４は、駆動軸４２２及び従動軸４２４と、駆動軸４２２の一端に接続される駆動プーリ２４０と、従動軸４２４の一端に接続される従動プーリ２４２と、両プーリ２４０，２４２間に巻き掛けられたベルト２４４とを備える。ベルト２４４は、例えば、一対の無端状張力帯と、これら張力帯に支持された多数のブロックや板状のエレメントとで構成された公知の金属ベルトが挙げられ、Ｖベルトと呼ばれるものを利用できる。駆動プーリ２４０、従動プーリ２４２はそれぞれ、駆動軸４２２、従動軸４２４に一体に固定された固定シーブと、駆動軸４２２、従動軸４２４の軸方向に移動自在に、かつ一体に回転可能に支持された可動シーブとを備える。各可動シーブの位置は、代表的には油圧制御される。

従動軸４２４の他端には、内燃機関１側に向かって延び、出力ギヤ２７０が固定される。出力ギヤ２７０は、ディファレンシャル装置２８のリングギヤ２８０に噛み合う。従って、ＣＶＴ２４の動力は、出力ギヤ２７０を介して、ディファレンシャル装置２８から左右に延びるドライブシャフト８に伝達される。この伝達によって車輪が回転し、車両が走行できる。

・電子制御装置
内燃機関１及び変速機２は、車両に備える電子制御装置３によって制御される。電子制御装置３には、各種センサ（図示せず）からの信号が入力される。入力信号（検知パラメータ）は、代表的には、エンジン回転数、車速（又は従動プーリ回転数）、アクセル開度（又はスロットルバルブ開度）、シフト位置（Ｄレンジ信号、Ｒレンジ信号など）、駆動プーリ回転数（又はタービン回転数）、ブレーキ信号、油温など、その他、吸気量、排気ガス中の酸素量などが挙げられる。この例の電子制御装置３は、内燃機関１の制御を行うエンジン制御部（ＥＣＵ）３０と、変速機２（主としてＣＶＴ２４）の制御を行う無段変速制御部（ＣＶＴ−ＥＣＵ）３２とを備える。両制御部３０，３２間は、通信用バスによって相互に連係される。

電子制御装置３は、運転者によるセレクターレバー９の手動操作によって選択されたレンジ信号に基づいて、直結クラッチ２２０Ｒ及び逆転ブレーキ２２０Ｆの締結・解放を制御し、選択的な締結を行って前後進を切り替える。例えば、電子制御装置３は、Ｄレンジ信号を受け取った場合には、直結クラッチ２２０Ｒを解放して逆転ブレーキ２２０Ｆを締結するように前進制御を行い、Ｒレンジ信号を受け取った場合には、逆転ブレーキ２２０Ｆを解放して直結クラッチ２２０Ｒを締結するように後進制御を行う。

前進制御では、前後進切替装置２２を介することで入力軸４２０の回転が逆転かつ減速されて駆動軸４２２に伝えられ、従動軸４２４を経て、ドライブシャフト８がエンジン回転方向と同方向に回転する。後進制御では、前後進切替装置２２のサンギヤ２２１とピニオンギヤ２２２のキャリア（図示せず）とが一体に回転し、入力軸４２０と駆動軸４２２とが直結され、従動軸４２４を経て、ドライブシャフト８がエンジン回転方向と逆方向に回転する。前後進切替装置２２を介した後進制御では、前進時のギヤ比に比較してハイギヤードになる。前進時のギヤ比：後進時のギヤ比は１超：１未満であり、この例では１．４９：１である。前進時のギヤ比と後進時のギヤ比との比は、適宜選択できる。

エンジン制御部３０は、燃料噴射制御部３１を備える。この例の燃料噴射制御部３１は、各種センサの信号（検知パラメータ；例えば、アクセル開度、吸気空気量、排気ガス中の酸素量など）に基づいて、インジェクタ１０による燃料の噴射量や噴射タイミングなどを調整して、所定量の燃料噴射を所定のタイミングで行うようにインジェクタ１０を制御する。また、この例の燃料噴射制御部３１は、上述の前進制御などにあたり、運転者がより高い出力を要求する高負荷時に、燃料の噴射量を所定量増加するようにインジェクタ１０を制御する。高負荷時の判定パラメータには、例えば、アクセル開度（高）、吸気量（大）などが利用できる。更に、この燃料噴射制御部３１は、上述の後進制御にあたり、運転者によるセレクターレバー９の手動操作によってＲレンジが選択されてＲレンジ信号（車両が後進する後進信号）を受け取った場合に、燃料の噴射量を所定量増加するようにインジェクタ１０を制御する。即ち、燃料噴射制御部３１は、Ｒレンジ信号をトリガとして、燃料の増量制御を行う。

無段変速制御部３２は、例えば、車速と、アクセル開度とに応じて、予め設定された変速マップに従って目標プライマリ回転数を決定し、油圧制御によって、ＣＶＴ２４のプライマリ回転数を目標値へと制御する。

・燃料の噴射量の制御
以下、図２を参照して、実施形態１の制御システムＳによって、燃料の噴射量を制御する具体的な手順の一例を説明する。

この例では、電子制御装置３は、Ｒレンジ信号のｏｎ／ｏｆｆを判定する（ステップＳ１）。Ｒレンジ信号を受け取った場合には（ｏｎの場合には）、制御システムＳの燃料噴射制御部３１は、燃料の噴射量を基準量に対して所定量だけ増加するようにインジェクタ１０に命令する（ステップＳ２）。電子制御装置３は、Ｒレンジ信号のｏｎ／ｏｆｆの判定を繰り返し行い、Ｒレンジ信号がｏｎである間、即ち車両が後進している間は常に燃料を所定量だけ増量するように、燃料噴射制御部３１は、インジェクタ１０を制御して、燃料の増量を継続する。

上記所定量は、例えば、前進時のアクセル開度を基準とし、後進時に同じアクセル開度とした場合に、所望のトルクが得られるように設定することが挙げられる。例えば、前進時の燃料の噴射量（高負荷時ではない通常時）は、混合気の空燃比が理想空燃比となるようにアクセル開度などに応じて調整し、この前進時の燃料の噴射量を基準量とすればよい。

燃料噴射制御部３１は、上記基準量と設定した所定量との合計の燃料を噴射するようにインジェクタ１０に命令する。燃料の増量制御では、トルクが最も大きくなる空燃比となるように、噴射時期などを調整することが好ましい。エンジン制御部３０は、インジェクタ１０からの燃料の噴射量に応じて、点火時期が最適となるように点火プラグなどを制御する。

Ｒレンジ信号がｏｆｆになったら、上述の後進時における燃料の増量制御を停止することができる。この例では、上述のステップＳ１で、Ｒレンジ以外のレンジが選択されて、Ｒレンジ信号がｏｆｆであり、上述の燃料の増量制御を行っていない場合に、所定の条件を満たせば、燃料の増量制御を行う。具体的には上述のようにアクセル開度、吸気量などから高負荷の前進時にのみ、燃料の噴射量を所定量だけ増加する。そこで、Ｒレンジ信号がｏｆｆである場合には、燃料噴射制御部３１は、高負荷か否かを判定する（ステップＳ３）。

高負荷であると判定された場合には、燃料噴射制御部３１は、燃料の噴射量を所定量だけ増加するようにインジェクタ１０を制御する（ステップＳ２）。Ｄレンジにおける高負荷時の燃料噴射の所定量は、上述のようにトルクが最も大きくなる空燃比となる量を予め設定しておくことが好ましい。また、上述のように点火時期も適宜調整する。燃料噴射制御部３１は、高負荷判定を繰り返し行い、高負荷である間は燃料の増量を継続する。高負荷の状態が解除されたら、燃料の増量制御を停止する。

高負荷ではないと判定された場合には、燃料噴射制御部３１は、予め設定した通常時の噴射量を噴射するようにインジェクタ１０を制御する。

・効果
実施形態１の車両後進時の内燃機関の制御システムＳは、前進時のギヤ比に比較して、後進時のギヤ比が小さい変速を行う変速機２を備えるものの、前進時と後進時とで燃料の噴射量の制御を切り分けて行う。特に制御システムＳでは、車両の後進信号をトリガとして、後進時に燃料の噴射量を所定量だけ増量することで、前進時と同じアクセル開度となるように運転者がアクセル操作を行った場合に、エンジン発生トルクを増大できる。燃料の増量度合いにもよるが、前進時と後進時とで燃料の噴射量を切り分けない制御を行う場合と比較して、エンジンの発生トルクを例えば５％程度増大できる。この例のように、Ｒレンジ信号がｏｎである間、常に燃料を増量する制御を実施することで、エンジン発生トルクを十分に増加できる。従って、制御システムＳによれば、上記変速機２を備える場合に生じ得る後進時の駆動力の不足感、不便さを緩和できる。

本発明の車両後進時の内燃機関の制御システムは、車両の後進時のギヤ比が前進時のギヤ比より小さい変速を行う変速機を備える車両、例えば、上述の３軸構成のＣＶＴを備える車両に搭載されて、内燃機関の制御に利用できる。また、本発明の車両後進時の内燃機関の制御システムは、上述の３軸構成のＣＶＴ以外の変速機を備える内燃機関の制御に利用できる。

Ｓ 車両後進時の内燃機関の制御システム
１ 内燃機関 １０ インジェクタ
２ 変速機
２０ トルクコンバータ
２２ 前後進切替装置
２２０ 遊星歯車機構 ２２０Ｆ 逆転ブレーキ ２２０Ｒ 直結クラッチ
２２１ サンギヤ ２２２ ピニオンギヤ ２２３ リングギヤ
２４ 連続無段変速機（ＣＶＴ）
２４０ 駆動プーリ ２４２ 従動プーリ ２４４ ベルト ２７０ 出力ギヤ
２８ ディファレンシャル装置 ２８０ リングギヤ
３ 電子制御装置
３０ エンジン制御部（ＥＣＵ） ３１ 燃料噴射制御部
３２ 無段変速制御部（ＣＶＴ−ＥＣＵ）
４１ エンジン出力軸 ４２０ 入力軸（タービン軸）
４２２ 駆動軸（プライマリ軸） ４２４ 従動軸（セカンダリ軸）
８ ドライブシャフト ９ セレクターレバー

Claims (1)

1. 噴射された燃料を用いて、車両が走行する駆動力を発生する内燃機関と、
   前記車両の前進時のギヤ比に比較して、前記車両の後進時のギヤ比が小さい変速を行う変速機と、
   前記車両が後進する後進信号をトリガとして、前記燃料の噴射量を所定量増加するように制御する燃料噴射制御部とを備える車両後進時の内燃機関の制御システム。

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