JP2016205282A - 車両統合制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】理論空燃比よりも薄いリーン空燃比で運転する内燃機関と有段自動変速機とを協調制御するにあたり、有段自動変速機のアップシフトに際して内燃機関のトルクを応答良く低下させ、それにより変速ショックの発生を抑制する。【解決手段】パワートレインマネージャは、有段自動変速機をアップシフトする場合、有段自動変速機のアップシフトのタイミングに合わせて目標トルクを低下させ、かつ、目標トルクの低下に先行して目標トルクと同じ態様で予告トルクを低下させる。エンジンコントローラは、予告トルクの低下から目標トルクの低下までの間に、予告トルクの低下分に応じて空気量を低下させることを開始するとともに、設定されているリーン空燃比を前提にして空気量からトルクを推定し、この推定トルクの目標トルクに対するずれに応じて空燃比を調整する。【選択図】図５

Description

本発明は、理論空燃比よりも薄いリーン空燃比で運転する内燃機関と有段自動変速機との組み合わせからなるパワートレインを備えた車両の統合制御装置に関する。

従来、有段自動変速機と内燃機関とを協調制御することにより、有段自動変速機の変速動作に伴うショックの発生を抑える方法が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１には、有段自動変速機をアップシフトする際に、空気量を減量することによって内燃機関のトルクを一時的に低下させ、それによりエンジン回転速度を低下させて変速動作に伴うショックの発生を抑える方法が開示されている。また、点火時期の遅角によってトルクを一時的に低下させる方法も知られている。

特開２００９−０９７４４５号公報 特開２００７−２６３１２７号公報

有段自動変速機のアップシフトの際には、摩擦係合要素の係合の切り替えに合わせて内燃機関のトルクを応答良く低下させることが好ましい。しかしながら、トルクの低下を空気量の減量によって達成する場合、スロットル等の吸気系アクチュエータの操作に対する空気量の応答には遅れがあるため、空気量の減量のみによってトルクを速やかに低下させることは難しい。一方、点火時期の遅角によればトルクを応答良く低下させることができる。しかし、点火時期の遅角を多用することは、車両の燃費を低下させてしまうために好ましくない。さらに、理論空燃比よりも薄いリーン空燃比で運転する内燃機関の場合、点火時期の遅角は燃焼を不安定にさせるため、点火時期の遅角により達成可能なトルクの低下量には制限がある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、理論空燃比よりも薄いリーン空燃比で運転する内燃機関と有段自動変速機とを協調制御するにあたり、有段自動変速機のアップシフトに際して内燃機関のトルクを応答良く低下させ、それにより変速ショックの発生を抑えることのできる車両統合制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両統合制御装置は、理論空燃比よりも薄いリーン空燃比で運転する内燃機関と有段自動変速機との組み合わせからなるパワートレインを備えた車両に適用される。本発明に係る車両統合制御装置は、少なくとも、上記パワートレインの運転を管理するパワートレインマネージャと、パワートレインマネージャからの指示に基づいて内燃機関のトルクを制御するエンジンコントローラとを備えて構成される。エンジンコントローラによる内燃機関のトルクの制御は、空気量と空燃比との調整によって行われる。

パワートレインマネージャは、エンジンコントローラに対する指示として、目標トルクと予告トルクとをエンジンコントローラに与えるように構成される。目標トルクは、エンジンコントローラが内燃機関に出力させるトルクの目標値である。予告トルクは、パワートレインマネージャがこれからエンジンコントローラに与える目標トルクに関する情報である。これをエンジンコントローラに対して目標トルクの付与に先行して与えることで、エンジンコントローラは、内燃機関に目標トルクを実現させるうえで必要な準備期間を確保することができる。

パワートレインマネージャは、有段自動変速機をアップシフトする場合、有段自動変速機のアップシフトのタイミングに合わせて目標トルクを低下させ、かつ、目標トルクの低下に先行して目標トルクと同じ態様で予告トルクを低下させるように構成される。ここで、有段自動変速機のアップシフトのタイミングとは、有段自動変速機の摩擦係合要素の係合の切り替えが開始されるタイミングを意味する。目標トルクの低下は一時的であり、その期間は、摩擦係合要素の係合の切り替えが開始されてから完了するまでの間であることが好ましい。また、予告トルクが目標トルクと同じ態様で低下するとは、予告トルクの値の時刻による変化と目標トルクの値の時刻による変化とをそれぞれタイムチャートで表した場合に、そこに表される両者の波形が同じ或いは近似であることを意味する。

エンジンコントローラは、パワートレインマネージャから与えられた予告トルクの低下から、同じくパワートレインマネージャから与えられる目標トルクの低下までの間に、予告トルクの低下分に応じて空気量を低下させることを開始するとともに、設定空燃比である前述のリーン空燃比を前提にして空気量から推定されるトルクの目標トルクに対するずれに応じて空燃比を調整するように構成される。詳しくは、推定されるトルクの方が目標トルクよりも小さければ空燃比を設定空燃比よりもリッチ化し、推定されるトルクの方が目標トルクよりも大きければ空燃比を設定空燃比よりもリーン化する。なお、空気量を低下させることを開始させてから目標トルクの低下までの余裕時間は、空気量の応答時間に合わせて設定されることが好ましい。

上記の構成によれば、応答遅れが大きい空気量を目標トルクの低下に先行して低下させることで、アップシフトのタイミングで目標トルクが低下したときに空気量が目標トルクに対して過剰になることを抑えることができる。一方、空気量を低下させることを開始してから目標トルクが低下するまでの間は、目標トルクに対して空気量が不足することになる。しかし、空気量から推定されるトルクの目標トルクに対するずれに応じて、応答遅れが小さい空燃比が調整されるので、目標トルクに対して実トルクが不足することは抑えられる。これにより、実トルクは、有段変速機のアップシフトに合わせて目標トルクと同じ態様で低下する。

有段自動変速機をアップシフトする際にパワートレインマネージャからエンジンコントローラに与えられる予告トルクは、一時的に低下させた目標トルクの上昇に先行して或いは同タイミングで目標トルクと同じ態様で上昇させることが好ましい。これを受けるエンジンコントローラは、好ましくは、予告トルクの上昇から目標トルクの上昇までの間に、予告トルクの上昇分に応じて空気量を上昇させることを開始するとともに、設定空燃比であるリーン空燃比を前提にして空気量から推定されるトルクの目標トルクに対するずれに応じて空燃比を調整するように構成される。なお、予告トルクの上昇から目標トルクの上昇までの間とは、詳しくは、パワートレインマネージャが目標トルクの上昇に先行して予告トルクを上昇させる場合には、予告トルクの上昇のタイミングから目標トルクの上昇のタイミングまでの間のあるタイミングを意味し、パワートレインマネージャが目標トルクの上昇と同タイミングで予告トルクを上昇させる場合には、予告トルク及び目標トルクの上昇のタイミングと同タイミングを意味する。このような構成によれば、有段変速機のアップシフトの完了に合わせて目標トルクと同じ態様で実トルクが上昇するので、摩擦系要素の係合の切り替えの完了に合わせて内燃機関のトルクを応答良く上昇させることが可能となる。

なお、空気量を上昇させることを目標トルクの上昇に先行して開始する場合、目標トルクに対して空気量が一時的に過剰になるので、調整により空燃比は設定空燃比よりもリーン化される。空燃比を設定空燃比よりもリッチ化する場合には、空燃比がＮＯｘ発生率の高い領域に近づくことによるＮＯｘ排出量の増加が懸念されるが、空燃比を設定空燃比よりもリーン化するのであればそのような懸念は生じない。しかし、空燃比を過渡にリーン化してしまうと、空燃比がリーン限界空燃比を超えることになって失火を招くおそれがある。よって、予告トルクの上昇に対するエンジンコントローラの動作としては、現在空燃比とリーン限界空燃比との差が所定の閾値以上の場合、予告トルクの上昇のタイミングに合わせて空気量を上昇させ、現在空燃比とリーン限界空燃比との差が閾値より小さい場合、目標トルクの上昇のタイミングに合わせて空気量を上昇させることを開始することが好ましい。上記の閾値は、空燃比が誤ってリーン限界空燃比を超えてしまわないために設定された余裕である。

以上述べたように、本発明に係る本発明に係る車両統合制御装置によれば、有段自動変速機のアップシフトに際して内燃機関のトルクを応答良く低下させることができ、これにより変速ショックの発生を抑えることができる。

本発明の実施の形態１の動力システムの構成について説明するための図である。 本発明の実施の形態１の車両統合制御装置の構成と信号のフローを示すブロック線図である。 本発明の実施の形態１の燃焼切替ユニットの構成と信号のフローを示すブロック線図である。 本発明の実施の形態１の空気用目標トルクの算出フローを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１による有段自動変速機のアップシフト時の内燃機関の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２の空気用目標トルクの算出フローを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２による有段自動変速機のアップシフト時の内燃機関の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態３の空気用目標トルクの算出フローを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３の目標空燃比の算出フローを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３による有段自動変速機のアップシフト時の内燃機関の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態３による有段自動変速機のアップシフト時の内燃機関の動作を示すタイムチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
１−１．動力システムの構成
図１は、実施の形態１の動力システムの構成を示す図である。図１に示す動力システムは、自動車のための動力システムであって、理論空燃比よりも薄いリーン空燃比での運転が可能な内燃機関（以下、単にエンジンという）２と電子制御式の有段自動変速機（以下、単に変速機という）４０との組み合わせからなるパワートレイン５０と、パワートレイン５０を制御する車両統合制御装置６０とを備える。

エンジン２は火花点火式エンジンであって、各気筒の燃焼室１０の頂部には点火装置の点火プラグ１８が取り付けられている。エンジン２の気筒数および気筒配置は特に限定されない。各気筒のピストン１２はコネクティングロッドを介してクランクシャフト８に連結されている。クランクシャフト８には、エンジン回転速度の計測に用いられるクランク角センサ５２が設けられている。

燃焼室１０には、吸気通路４と排気通路６が接続されている。吸気通路４には、電子制御式のスロットル２８が設けられている。吸気通路４の最上流部には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０の直下流には、吸気通路４に吸入された空気の流量を計測するためのエアフローメータ５４が配置されている。排気通路６には、排気ガスを浄化するための触媒３２が設けられている。

燃焼室１０と吸気通路４との連通状態は吸気バルブ１４によって制御される。燃焼室１０と排気通路６との連通状態は排気バルブ１６によって制御される。吸気バルブ１４には、そのバルブタイミングを可変とする吸気可変動弁機構２４が設けられている。排気バルブ１６には、そのバルブタイミングを可変とする排気可変動弁機構２６が設けられている。バルブタイミングを可変とする機構には、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変化させる公知の機構を用いることができる。燃焼室１０には、燃料を直接噴射する筒内噴射弁２０が設けられ、吸気通路４には、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁２２が取り付けられている。

変速機４０は、エンジン２のクランクシャフト８に接続されている。変速機４０は、複数の歯車機構及び摩擦係合要素を内蔵し、油圧制御回路４２によって摩擦係合要素の係合を切り替えて歯車機構の組み合わせを変えることにより、複数のギヤ段のうちの何れか１つを選択的に達成するように構成されている。

エンジン２が備える各種のアクチュエータ及びセンサ、並びに、変速機４０の油圧制御回路４２は、車両統合制御装置６０に電気的に接続されている。また、車両統合制御装置６０には、運転者によるアクセルペダルの操作量に応じた信号を出力するアクセルポジションセンサ５６が電気的に接続されている。車両統合制御装置６０は、エンジン２と変速機４０を含むパワートレイン５０と、車両安定制御システムやトラクションコントロールシステム等の車両制御システムを含む車両の駆動系全体を統合制御する制御装置である。車両統合制御装置６０は１又は複数のＣＰＵとメモリ（ＲＯＭ及びＲＡＭ）を含むＥＣＵ（Electronic Control Unit）を主体として構成されている。

１−２．車両統合制御装置の構成
１−２−１．車両統合制御装置の全体の構成
図２は、車両統合制御装置６０の構成と信号のフローを示すブロック線図である。車両統合制御装置６０は、パワートレインマネージャ６２とエンジンコントローラ６４を含む。パワートレインマネージャ６２は、パワートレイン５０の運転を管理する制御装置であって、アクセルポジションセンサ５６やクランク角センサ５２からのセンサ信号や、車両制御システムからの要求信号等に基づいてエンジン２と変速機４０を協調制御するように構成されている。パワートレインマネージャ６２は、エンジン２に対してはエンジンコントローラ６４を介してスロットル開度や燃料噴射量等の各種の操作量を指示し、変速機４０に対してはギヤ段を指示する。エンジンコントローラ６４は、パワートレインマネージャ６２から受け取った信号に基づいてエンジン２の運転を制御するように構成されている。図２には、パワートレインマネージャ６２とエンジンコントローラ６４との間の信号のフローと、エンジンコントローラ６４の構成の詳細及びその内部における信号のフローが示されている。

パワートレインマネージャ６２は、目標トルク（図中では“TQreq1”と表記されている）、及び、予告トルク（図中では“TQreq2”と表記されている）を計算し、それぞれエンジンコントローラ６４に与えるように構成されている。目標トルク（TQreq1）は、エンジンコントローラ６４がエンジン２に出力させるトルクの目標値である。目標トルクには、アクセルポジションセンサ５６の信号から計算される運転者が要求するトルク、変速機４０の変速制御のために要求されるトルク、トラクション制御のために要求されるトルク、横滑り防止制御のために要求されるトルク等が含まれている。

変速機４０にアップシフトさせる場合、パワートレインマネージャ６２は、アップシフトのタイミングに合わせて目標トルクを一時的に低下させる。パワートレインマネージャ６２が変速機４０の油圧制御回路４２にギヤ段を指示してから油圧制御回路４２が動作し始めるまでには応答遅れ時間（例えば0.5sec程）があり、油圧制御回路４２の動作によって摩擦系合要素の切り替えが完了するまでにはさらに一定の切替時間（例えば0.5sec程）を要する。パワートレインマネージャ６２は、油圧制御回路４２にギヤ段を指示してから応答遅れ時間が経過した時点で目標トルクを一旦低下させ、そこから切替時間が経過した時点で目標トルクを元の大きさまで上昇させる。

予告トルク（TQreq2）は、パワートレインマネージャ６２がこれからエンジンコントローラ６４に与える目標トルクに関する情報である。パワートレインマネージャ６２は、まず、エンジンコントローラ６４に与えるべき目標トルクを決定し、決定した時刻から一定時間が経過してからエンジンコントローラ６４に与える。そして、目標トルクを決定してからエンジンコントローラ６４に与えるまでの間に、目標トルクから予告トルクを生成し、生成した予告トルクを目標トルクに先行してエンジンコントローラ６４に与える。目標トルクの特徴的な変化の態様、例えば、変速機４０のアップシフトに合わせて目標トルクが低下するときの変化の態様や、目標トルクが上昇するときの変化の態様は、目標トルクかた生成される予告トルクにも受け継がれている。

変速機４０にアップシフトさせる場合、パワートレインマネージャ６２は、油圧制御回路４２にギヤ段を指示するタイミングにおいて予告トルクを低下させる。予告トルクを低下させてから目標トルクを低下させるまでの時間（これを予告トルクの目標トルクに対する先行時間という）は、予めメモリに記憶されている。先行時間は、パワートレインマネージャ６２が変速機４０の油圧制御回路４２にギヤ段を指示してから油圧制御回路４２が動作し始めるまでの応答遅れ時間に合わせて設定されている。パワートレインマネージャ６２は、予告トルクを低下させた後、目標トルクを上昇させるタイミングにおいて予告トルクも元の大きさまで上昇させる。

次に、エンジンコントローラ６４の構成について説明する。エンジンコントローラ６４は、大きく分けて機能部７０、調停部８０、実現部９０から構成されている。

機能部７０は、エンジン２に対する種々の制御用パラメータを計算して出力する。制御用パラメータには、空気用目標トルク（図中では“TQklrq”と表記されている）、点火用目標トルク（図中では“TQirq”と表記されている）、目標空燃比（図中では“AFrq”と表記されている）、要求効率（図中では“ηrq”と表記されている）、空気用ＩＳＣトルク（図中では“TQklisc”と表記されている）、点火用ＩＳＣトルク（図中では“TQiisc”と表記されている）、及び、ＯＴ防止用空燃比（図中では“AFot”と表記されている）が含まれる。このうち、空気用目標トルク（TQklrq）、点火用目標トルク（TQirq）、及び目標空燃比（AFrq）は、機能部７０に置かれた燃焼切替ユニット２００にて計算される。

要求効率（ηrq）は、点火時期効率の要求値であって、目標空気量の計算に使用される制御用パラメータである。点火時期効率とは、点火時期が最適点火時期であるときに出力しうるトルクに対する実際に出力されるトルクの割合を意味し、点火時期が最適点火時期のときに最大値である１になる。なお、最適点火時期とは、基本的にはＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）を意味し、トレースノック点火時期が設定されている場合には、ＭＢＴとトレースノック点火時期のうちより遅角側にある点火時期を意味する。点火時期効率を低くするほど、燃料の燃焼によって発生したエネルギのうちトルクに変換されるエネルギは少なくなり、その分多くのエネルギが排気ガスとともに排気通路に排出されて排気浄化用触媒の暖機に用いられることになる。なお、そのような効率の実現が必要のない間は、要求効率の値は最大値である１に保持される。

空気用ＩＳＣトルク（TQklisc）は、エンジン２がアイドル状態にある場合において所定のアイドル回転速度を維持するために必要なトルクのうち、空気量の制御のみによって達成可能な変動の範囲にあるトルクである。機能部７０からは、実際にそのようなトルクが必要になった場合のみ有効値が出力され、そのようなトルクが必要のない間は無効値（エンジンが出力しうる最大軸トルクよりも大きい値）が出力される。

点火用ＩＳＣトルク（TQiisc）は、エンジン２がアイドル状態にある場合において所定のアイドル回転速度を維持するために必要なトルクのうち、その達成のためには点火時期の制御が必要となるトルクである。機能部７０からは、実際にそのようなトルクが必要になった場合のみ有効値が出力され、そのようなトルクが必要のない間は無効値（エンジンが出力しうる最大軸トルクよりも大きい値）が出力される。

ＯＴ防止用空燃比（AFot）は、触媒３２の過熱の防止のために要求される理論空燃比よりもリッチな空燃比である。触媒３２の温度が許容温度を超えそうな場合、空燃比を理論空燃比よりもリッチにすることで、燃料が気化する際の潜熱によって筒内を冷却して排気温度を下げることができる。機能部７０からは、実際に空燃比をリッチ化することが必要になった場合のみ有効値が出力され、その必要のない間は無効値（リーン限界空燃比よりも大きい値）が出力される。

機能部７０から出力された制御用パラメータは、調停部８０に入力される。調停部８０は、詳しくは、空気用目標トルク調停ユニット８２、効率調停ユニット８４、点火用目標トルク調停ユニット８６、及び目標空燃比調停ユニット８８を含んでいる。

空気用目標トルク調停ユニット８２は、機能部７０から入力された空気用目標トルク（TQklrq）、空気用ＩＳＣトルク（TQklisc）、及び、それらと同じカテゴリのその他のトルクを調停し、調停されたトルクをエンジン２に対する空気用目標トルク（TQklrq）として出力する。空気用目標トルク調停ユニット８２における調停方法としては最小値選択が用いられる。基本的には、機能部７０から入力された空気用目標トルクがそのまま出力されるが、空気用ＩＳＣトルクの方が小さい場合には、空気用ＩＳＣトルクが空気用目標トルクとして出力される。

効率調停ユニット８４は、機能部７０から入力された要求効率とそれと同じカテゴリのその他の効率とを調停し、調停された効率をエンジン２に対する最終的な要求効率（ηrq）として出力する。効率調停ユニット８４における調停方法としては最小値選択が用いられる。基本的には、機能部７０から入力された要求効率がそのまま出力される。

点火用目標トルク調停ユニット８６は、機能部７０から入力された点火用目標トルク（TQirq）、点火用ＩＳＣトルク（TQiisc）、及び、それらと同じカテゴリのその他のトルクを調停し、調停されたトルクをエンジン２に対する最終的な点火用目標トルク（TQirq）として出力する。点火用目標トルク調停ユニット８６における調停方法としては最小値選択が用いられる。基本的には、機能部７０から入力された点火用目標トルクがそのまま出力される。

目標空燃比調停ユニット８８は、機能部７０から入力された目標空燃比（AFrq）、ＯＴ防止用空燃比（AFot）、及び、それらと同じカテゴリのその他の空燃比を調停し、調停された空燃比をエンジン２に対する最終的な目標空燃比（AFrq）として出力する。目標空燃比調停ユニット８８における調停方法としては最小値選択が用いられる。また、目標空燃比調停ユニット８８では、エンジン２の燃焼モードがリーンモードである場合、理論空燃比よりも薄い所定のリーン空燃比が空気用目標空燃比（AFkl）として出力され、エンジン２の燃焼モードがストイキモードである場合、理論空燃比が空気用目標空燃比（AFkl）として出力される。空気用目標空燃比は、トルクの空気量への変換効率を与えるパラメータであって、目標空気量の計算に使用される。

調停部８０から出力される調停された空気用目標トルク、要求効率、点火用目標トルク、目標空燃比、及び、空気用目標空燃比は、実現部９０に入力される。実現部９０は、エンジン２の逆モデルに相当し、マップや関数で表された複数のモデルで構成されている。実現部９０では、協調操作のための各アクチュエータの操作量、具体的には、スロットル開度（図中では“TA”と表記されている）、バルブタイミング（図中では“VT”と表記されている）、点火時期（図中では“SA”と表記されている）、及び、燃料噴射量（図中では“INJ”と表記されている）が算出される。

実現部９０は、複数の演算ユニット９２、９４、９６、９８、１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０から構成される。これらの演算ユニットのうち空気量制御に関係するものは演算ユニット９２、９４、９６、９８、１００であり、点火時期制御に関係するものは演算ユニット１０２、１０４、１０８、１１０であり、燃料噴射量制御に関係するものは演算ユニット１０６である。以下、空気量制御に関係する演算ユニットから順に、各演算ユニットの機能について説明する。

演算ユニット９２には、空気用目標トルク（TQklrq）と要求効率（ηrq）とが入力される。演算ユニット９２は、空気用目標トルクを要求効率で除算することによって空気用目標トルクを補正する。要求効率が１であれば空気用目標トルクの値は維持されるが、要求効率が１より小さければ空気用目標トルクの値はかさ上げされる。かさ上げによる空気用目標トルクの増分は、点火時期の遅角によるトルクの減少分に相当する。演算ユニット９２には、補正された空気用目標トルク（TQklrq）を出力する。

演算ユニット９４には、補正された空気用目標トルク（TQklrq）と空気用目標空燃比（AFkl）とが入力される。演算ユニット９４は、空気用目標トルクから目標空気量（図中では“KLrq”と表記されている）を計算する。目標空気量の計算では、トルクとそれを実現するための空気量とを関連付けたトルク−空気量変換マップが用いられる。トルクと空気量とを関連付けるパラメータの１つが空気用目標空燃比である。演算ユニット９４では、空燃比が空気用目標空燃比に調整され、点火時期は最適点火時期に設定されているとの前提のもと、空気用目標トルクの実現に必要な空気量が目標空気量として算出される。なお、本発明においては空気量とは筒内に吸入される空気の量であり、それを無次元化した充填効率は本発明における空気量の均等の範囲内にある。

演算ユニット９６は、目標空気量（KLrq）から吸気管圧の目標値である目標吸気管圧（図中では“Pmrq”と表記されている）を計算する。目標吸気管圧の計算では、吸気バルブ１４を通って筒内に取り込まれる空気量と吸気管圧とを関連付けた空気量−吸気管圧変換マップが用いられる。

演算ユニット９８は、目標吸気管圧からそれを実現するためのスロットル開度（TA）を算出する。スロットル開度の計算では、エアモデルの逆モデルが用いられる。エアモデルはスロットル２８の動作に対する吸気管圧の応答特性をモデル化した物理モデルであるので、その逆モデルを用いることで目標吸気管圧を達成するためのスロットル開度を目標吸気管圧から求めることができる。演算ユニット９６で計算されたスロットル開度は、スロットル２８を駆動する信号に変換されてスロットル２８へ送信される。

演算ユニット１００は、目標空気量に基づいて吸気バルブ１４のバルブタイミング（VT）を算出する。バルブタイミングの計算には、空気量とそれを達成するのに最適なバルブタイミングとを関連付けたマップが用いられる。演算ユニット１００で計算されたバルブタイミングは、吸気可変動弁機構２４を駆動する信号に変換されて吸気可変動弁機構２４へ送信される。

次に、点火時期制御に関係する演算ユニットの機能について説明する。まず、演算ユニット１０８は、現在実現されている空気量の推定値である推定空気量（図中では“KLe”と表記されている）を算出する。推定空気量の計算にはエアモデルが用いられる。エアモデルでは、エアフローメータで計測された吸入空気流量（図中では“AFM”と表記されている）を参照して、現在実現されているスロットル開度（図中では“TAa”と表記されている）と現在実現されているバルブタイミング（図中では“VTa”と表記されている）とから推定空気量が算出される。なお、演算ユニット１０８で算出される推定空気量は、後述する燃焼切替ユニット２００でも用いられる。

演算ユニット１１０は、推定空気量（KLe）から推定トルク（図中では“TQe”と表記されている）を算出する。推定トルクの計算では、空気量とそれにより実現されるトルクとを関連付けた空気量−トルク変換マップが用いられる。演算ユニット１１０では、空燃比が目標空燃比に調整され、点火時期は最適点火時期に設定されているとの前提のもと、推定空気量による実現されるトルクが推定トルクとして算出される。

演算ユニット１０２には、点火用目標トルク（TQirq）と推定トルク（TQe）とが入力される。演算ユニット１０２は、推定トルクに対する点火用目標トルクの比率を点火時期効率（図中では“ηi”と表記されている）として算出する。ただし、点火時期効率には上限が定められている。推定トルクに対する点火用目標トルクの比率が１を超える場合には点火時期効率の値は１に制限される。

演算ユニット１０４は、点火時期効率（ηi）から点火時期（SA）を算出する。詳しくは、各種のエンジン状態量に基づいて最適点火時期を算出するとともに、点火時期効率から最適点火時期に対する遅角量を算出する。点火時期効率が１であれば遅角量をゼロとし、点火時期効率が１よりも小さいほど遅角量を大きくする。そして、最適点火時期に遅角量を足しあわせたものを最終的な点火時期として算出する。最適点火時期の計算には、最適点火時期と各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。遅角量の計算には、遅角量と点火時期効率及び各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。それらマップで用いられるパラメータの１つが目標空燃比（AFrq）である。演算ユニット１０４で計算された点火時期は、点火装置を駆動する信号に変換されて点火装置へ送信される。

次に、燃料噴射量制御に関係する演算ユニットの機能について説明する。演算ユニット１０６は、目標空燃比（AFrq）と推定空気量（KLe）とに基づき目標空燃比の達成に必要な燃料噴射量（INJ）、すなわち、燃料供給量を気筒ごとに計算する。演算ユニット１０６で計算された気筒ごとの燃料噴射量は、筒内噴射弁２０或いはポート噴射弁２２を駆動する信号に変換されて各気筒の筒内噴射弁２０或いはポート噴射弁２２へ送信される。なお、筒内噴射弁２０の燃料噴射量とポート噴射弁２２の燃料噴射量との比率は、予め用意されたマップを参照することにより、エンジン２の動作点が位置する運転域によって決められる。

１−２−２．燃焼切替ユニットの構成
図３は、燃焼切替ユニット２００の構成と信号のフローを示すブロック線図である。燃焼切替ユニット２００には、パワートレインマネージャ６２から機能部７０へ与えられる目標トルク（TQreq1）及び予告トルク（TQreq2）と、実現部９０で算出された推定空気量（KLe）が入力される。燃焼切替ユニット２００は、空気用目標トルク算出部２１０と目標空燃比算出部２２０とを含む。

空気用目標トルク算出部２１０は、目標トルクと予告トルクとから空気用目標トルク（TQklrq）を算出するように構成される。空気用目標トルク算出部２１０による空気用目標トルクの算出フローについては追って詳細に説明する。

目標空燃比算出部２２０は、目標トルクと推定空気量とから目標空燃比（AFrq）を算出するように構成される。目標空燃比の計算には、空燃比をパラメータとしてトルクと空気量とを関連付けたマップが用いられる。目標空燃比算出部２２０では、点火時期は最適点火時期に設定されているとの前提のもと、推定空気量によって目標トルクを実現するために要求される空燃比が目標空燃比として算出される。

目標空燃比算出部２２０のロジックによれば、リーンモードでの運転時には、目標トルクと推定空気量に変化のない定常状態では、目標空燃比はリーンモードにおける設定空燃比（例えば２５）に調整される。しかし、目標トルクに空気量の応答速度より速い変化があり、設定空燃比のもとで推定空気量により得られるトルクが目標トルクよりも小さくなった場合、目標空燃比は設定空燃比よりもリッチ化される。逆に、設定空燃比のもとで推定空気量により得られるトルクが目標トルクよりも大きくなった場合、目標空燃比は設定空燃比よりもリーン化される。

なお、図３には示していないが、燃焼切替ユニット２００は、点火用目標トルク（図２参照）の算出も行なっている。点火用目標トルクは、点火時期の調整によって達成されるべきトルクの目標値である。点火時期の遅角によればトルクを応答良く低下させることができる。ただし、空燃比が理論空燃比よりも薄い場合、点火時期の遅角は燃焼を不安定にさせる。このため、点火用目標トルクによるトルクの制御が行われるのは、エンジン２の燃焼モードがストイキモードの場合である。トルクの制御に点火時期の遅角を用いないリーンモードでは、燃焼切替ユニット２００は点火用目標トルクを空気用目標トルクと同値としている。

１−２−３．空気用目標トルクの算出フロー
図４は、空気用目標トルク算出部２１０による空気用目標トルクの算出フローを示すフローチャートである。空気用目標トルク算出部２１０は、このようなフローで表されるルーチンをＥＣＵのクロック数に対応する所定の制御周期で繰り返し実行する。ここでは、リーンモードでの運転時に変速機４０のアップシフトが行われる場合を例にとってフローの詳細を説明する。

ステップＳ１０２では、目標トルク（TQreq1）よりも予告トルク（TQreq2）が小さいかどうか判定される。パワートレインマネージャ６２から変速機４０にギヤ段の変更が指示されるまでは、予告トルクは目標トルクに一致している。この場合、ステップＳ１０２の判定結果は否定になり、ステップＳ１１０の処理が選択される。ステップＳ１１０では、目標トルク（TQreq1）が空気用目標トルク（TQklrq）として算出される。

パワートレインマネージャ６２は、予告トルクを目標トルクに先行して低下させる。そのタイミングは、例えば、変速機４０にギヤ段の変更を指示するタイミングである。これにより、ステップＳ１０２の判定結果は否定から肯定に切り替わる。

目標トルクよりも予告トルクが小さい場合、ステップＳ１０４の処理が行われる。ステップＳ１０４の処理の最初の実行時には、予告トルクの目標トルクに対する先行時間Ｔ１がメモリから読み出される。そして、先行時間Ｔ１を初期値として残余時間カウンタＣ１のカウントダウンが開始される。また、ステップＳ１０４の処理の最初の実行時には、空気用目標トルクを目標トルクから予告トルクまで変化させた場合の空気量の推定応答時間Ｔ２が算出される。メモリには、推定応答時間Ｔ２とエンジン回転速度とを関連付けたマップが記憶されている。ステップＳ１０４の処理の２回目以降の実行時には、残余時間カウンタＣ１のカウントダウンのみが継続して行われる。

次に、ステップＳ１０６では、残余時間カウンタＣ１と推定応答時間Ｔ２とが比較される。残余時間カウンタＣ１が推定応答時間Ｔ２以上の場合、ステップＳ１１０の処理が選択される。そして、残余時間カウンタＣ１が推定応答時間Ｔ２より短くなるまで、目標トルクが空気用目標トルクとして用いられる。

残余時間カウンタＣ１が推定応答時間Ｔ２より短くなると、ステップＳ１１０に代えてステップＳ１０８の処理が選択される。ステップＳ１０８では、予告トルク（TQreq2）が空気用目標トルク（TQklrq）として算出される。このときの予告トルクは目標トルクよりも低くなっているので、ステップＳ１０８の処理が選択されることにより、目標トルクの低下に先行して空気量を低下させることが開始される。

やがて、先行時間Ｔ１が経過した時点で、パワートレインマネージャ６２は、目標トルクを低下させる。これにより、予告トルクと目標トルクは再び一致し、ステップＳ１０２の判定結果は再び肯定から否定に切り替わる。ステップＳ１０２の判定結果が否定になることで、ステップＳ１０８に代えてステップＳ１１０の処理が選択され、再び目標トルクが空気用目標トルクとして用いられる。

その後、パワートレインマネージャ６２は、変速機４０にギヤ段の変更を指示してから一定時間（応答遅れ時間と切替時間との合計時間に等しい）が経過したタイミングで目標トルクを元の大きさまで上昇させる。また、目標トルクと同じタイミングで予告トルクも元の大きさまで上昇させる。このときの空気用目標トルクは目標トルクであるので、目標トルクの上昇に合わせて空気量を上昇させることが開始される。

１−３．有段自動変速機のアップシフト時のエンジンの動作
図５は、本実施の形態の車両統合制御装置６０により実現される変速機４０のアップシフト時のエンジン２の動作を示すタイムチャートである。図５には、エンジン２の動作を決定する複数の状態量の時間による変化が示されている。

１段目のチャートは、パワートレインマネージャ６２から変速機４０に指示されたギヤ段（指示ギヤ段）を実線で示し、変速機４０において実現されたギヤ段（現在ギヤ段）を点線で示している。この例では、２速（2nd）から３速（3rd）へのアップシフトが行われている。

２段目のチャートは、エンジン回転速度を示している。この例では、加速によってエンジン回転速度が上昇したことにより、変速機４０のギア段がアップシフトされている。

３段目のチャートは、目標トルク（TQreq1）を実線で示し、予告トルク（TQreq2）を破線で示し、実トルクを点線で示している。ここで示す実トルクは、空気量、燃料噴射量、及び点火時期から算出される計算値である。なお、点火時期は最適点火時期に保持されている。

４段目のチャートは、目標空気量（KLrq）を実線で示し、実空気量を点線で示している。ここで示す実空気量は、エンジンコントローラ６４内でエアモデルを用いて計算される推定空気量に等しいと考えてよい。

５段目のチャートは、目標空燃比（AFrq）を実線で示し、空気用目標空燃比（AFkl）を点線で示し、リーン限界空燃比を破線で示している。空気用目標空燃比はリーンモードでの設定空燃比である。

６段目のチャートは、燃料噴射量を示している。燃料噴射量は目標空燃比と空気量（実空気量）とから決定される。点火時期が最適点火時期に維持されている場合、トルクはほぼ燃料噴射量によって決まることから、実トルクの波形と燃料噴射量の波形は概ね相似である。

このタイムチャートによれば、時刻t11において、パワートレインマネージャ６２から変速機４０にギヤ段の変更が指示されるとともに、パワートレインマネージャ６２からエンジンコントローラ６４に与えられる予告トルクが低下する。そして、その後の時刻t12において、エンジンコントローラ６４で計算される目標空気量が低下し、それに追従するように実空気量が低下し始める。時刻t11から時刻t12までの時間は、前述の先行時間Ｔ１から推定応答時間Ｔ２を差し引いた時間である。この間、目標空燃比はリーンモードでの設定空燃比に維持されている。

時刻t12から推定応答時間Ｔ２が経過した時刻t13において、パワートレインマネージャ６２からエンジンコントローラ６４に与えられる目標トルクが低下する。設定空燃比のもとで目標トルクを達成するためには、目標トルクの波形と実空気量の波形とは相似になっている必要がある。しかし、実空気量は時刻t12から低下し始めているので、時刻t12から時刻t13までの間は、目標トルクの波形と実空気量の波形との間にずれが生じ、目標トルクに対して実空気量が不足する。実空気量の不足によるトルクの低下を補うため、時刻t12から時刻t13までの間、目標空燃比は、実空気量のもとで目標トルクが実現できるように設定空燃比よりもリッチ化、つまり、理論空燃比に近づけられる。

実空気量の低下の開始は時刻t13よりも推定応答時間Ｔ２だけ先行しているので、時刻t13において目標トルクが低下したときには、実空気量は低下後の目標トルクに合った量に収束している。よって、目標トルクに対する実空気量の不足は、時刻t13において解消される。これにより、目標空燃比は設定空燃比に戻される。

以上の動作によって、時刻t13において応答良く低下する目標トルクの波形が実トルクにおいて実現されることになる。これにより、変速機４０の摩擦系合要素の切り替えの開始に合わせてエンジン回転速度を速やかに低下させることができるので、アップシフトに伴う変速ショックの発生を抑えることができる。

やがて、時刻t13から一定時間（摩擦系合要素の切替時間）が経過した時刻t14において、パワートレインマネージャ６２からエンジンコントローラ６４に与えられる目標トルクと予告トルクはともに上昇する。エンジンコントローラ６４で計算される目標空気量もこのタイミングで上昇するので、実空気量は目標トルクに遅れて上昇するようになる。よって、時刻t14から暫くの間は、目標トルクの波形と実空気量の波形との間にずれが生じ、目標トルクに対して実空気量が不足する。実空気量の不足によるトルクの低下を補うため、時刻t14から暫くの間、目標空燃比は、実空気量のもとで目標トルクが実現できるように設定空燃比よりもリッチ化、つまり、理論空燃比に近づけられる。

以上の動作によって、時刻t14において応答良く上昇する目標トルクの波形が実トルクにおいて実現されることになる。これにより、変速機４０のアップシフトの完了後速やかに加速を再開することができる。

実施の形態２．
２−１．動力システムの構成
実施の形態２の動力システムは、実施の形態１と同じく図１に示す構成を有している。

２−２．車両統合制御装置の構成
２−２−１．車両統合制御装置の全体の構成
実施の形態２の車両統合制御装置６０は、実施の形態１と同じく図２に示す構成を有している。ただし、実施の形態２のパワートレインマネージャ６２は、変速機４０にアップシフトさせる場合、予告トルクと目標トルクを低下させた後、目標トルクを上昇させるタイミングに先行して予告トルクを元の大きさまで上昇させる。

２−２−２．燃焼切替ユニットの構成
実施の形態２の燃焼切替ユニット２００は、実施の形態１と同じく図３に示す構成を有している。

２−２−３．空気用目標トルクの算出フロー
図６は、実施の形態２の空気用目標トルク算出部２１０による空気用目標トルクの算出フローを示すフローチャートである。以下、リーンモードでの運転時に変速機４０のアップシフトが行われる場合を例にとってフローの詳細を説明する。

ステップＳ２０２では、目標トルク（TQreq1）と予告トルク（TQreq2）とが不一致かどうか判定される。パワートレインマネージャ６２から変速機４０にギヤ段の変更が指示されるまでは、予告トルクは目標トルクに一致している。この場合、ステップＳ２０２の判定結果は否定になり、ステップＳ２１８の処理が選択される。ステップＳ２１８では、目標トルク（TQreq1）が空気用目標トルク（TQklrq）として算出される。

パワートレインマネージャ６２は、予告トルクを目標トルクに先行して低下させる。そのタイミングは、例えば、変速機４０にギヤ段の変更を指示するタイミングである。これにより、ステップＳ２０２の判定結果は否定から肯定に切り替わる。

目標トルクと予告トルクとが不一致の場合、続けてステップＳ２０４の判定が行われる。ステップＳ２０４では、目標トルクよりも予告トルクが小さいかどうか判定される。予告トルクは目標トルクに先行して低下しているので、ステップＳ２０４の判定結果は肯定になる。

ステップＳ２０４の判定結果が肯定の場合、ステップＳ２０６の処理が行われる。ステップＳ２０６の処理の内容は、図４に示す空気用目標トルクの算出フローにおけるステップＳ１０４の処理の内容と同じである。

ステップＳ２０８では、残余時間カウンタＣ１と推定応答時間Ｔ２とが比較される。残余時間カウンタＣ１が推定応答時間Ｔ２以上の場合、ステップＳ２１２の処理が選択される。そして、残余時間カウンタＣ１が推定応答時間Ｔ２より短くなるまで、目標トルクが空気用目標トルクとして用いられる。

残余時間カウンタＣ１が推定応答時間Ｔ２より短くなると、ステップＳ２１２に代えてステップＳ２１０の処理が選択される。ステップＳ２１０では、予告トルクが空気用目標トルクとして算出される。これにより、目標トルクの低下に先行して空気量を低下させることが開始される。

やがて、先行時間Ｔ１が経過した時点で、パワートレインマネージャ６２は、目標トルクを低下させる。これにより、予告トルクと目標トルクは再び一致し、ステップＳ２０２の判定結果は再び肯定から否定に切り替わる。ステップＳ２０２の判定結果が否定になることで、ステップＳ２１０に代えてステップＳ２１８の処理が選択され、再び目標トルクが空気用目標トルクとして用いられる。

その後、パワートレインマネージャ６２は、変速機４０にギヤ段の変更を指示してから一定時間が経過したタイミングで予告トルクを目標トルクに先行して元の大きさまで上昇させる。これにより、ステップＳ２０２の判定結果は否定から肯定に切り替わる。

ステップＳ２０４の判定結果は、予告トルクが目標トルクに先行して上昇したことにより否定になる。

ステップＳ２０４の判定結果が否定の場合、続けてステップＳ２１４の処理が行われる。ステップＳ２１４では、リーン限界空燃比と現在空燃比の差が閾値以上かどうか判定される。リーン限界空燃比は、メモリに記憶されたマップを参照して、エンジン回転速度などのエンジン２の状態量から決定される。ここでの現在空燃比はリーンモードの設定空燃比に等しい。また、閾値は空燃比が誤ってリーン限界空燃比を超えてしまわないために設定された余裕である。

ステップＳ２１４の判定結果が肯定の場合、ステップＳ２１６の処理が選択される。ステップＳ２１６では、予告トルクが空気用目標トルクとして算出される。これにより、予告トルクの上昇のタイミングに合わせて空気量の上昇が開始される。

ステップＳ２１４の判定結果が否定の場合、ステップＳ２１８の処理が選択される。これにより、目標トルクが空気用目標トルクとして算出されるため、目標トルクの上昇のタイミングに合わせて空気量の上昇が開始される。

２−３．有段自動変速機のアップシフト時のエンジンの動作
図７は、実施の形態２の車両統合制御装置６０により実現される変速機４０のアップシフト時のエンジン２の動作を示すタイムチャートである。図７には、エンジン２の動作を決定する複数の状態量の時間による変化が示されている。１段目から６段目までの各チャートの項目は図５のタイムチャートに示す項目に等しい。

このタイムチャートにおける時刻t21から時刻t23までのエンジン２の動作は、図５のタイムチャートにおける時刻t11から時刻t13までのエンジン２の動作と同じである。

このタイムチャートによれば、時刻t23から一定時間（摩擦系合要素の切替時間よりも短い時間）が経過した時刻t24において、パワートレインマネージャ６２からエンジンコントローラ６４に与えられる予告トルクが上昇する。このときの空燃比（リーンモードの設定空燃比）とリーン限界空燃比との差が閾値以上の場合、タイムチャートに示すように、エンジンコントローラ６４で計算される目標空気量もこのタイミングで上昇する。これにより、実空気量は目標トルクに先行して上昇するようになる。

やがて、時刻t24からさらに一定時間が経過した時刻t25において、パワートレインマネージャ６２からエンジンコントローラ６４に与えられる目標トルクが上昇する。これにより、時刻t24から時刻t25までの間は、目標トルクに対して実空気量が過剰になるが、時刻t25から暫くの間は、目標トルクに対して実空気量が不足するようになる。実空気量の過剰によるトルクの増大を抑えるため、時刻t24から時刻t25までの間、目標空燃比はリーン限界空燃比を超えない範囲内で設定空燃比よりもリーン化される。そして、時刻t25から暫くの間、実空気量の不足によるトルクの低下を補うため、目標空燃比は設定空燃比よりもリッチ化される。

以上の動作によって、目標空燃比のリーンモードの設定空燃比に対するリッチ化の期間とリッチ化の程度をともに縮小することができる。空燃比が理論空燃比に近づくほどにＮＯｘの排出量は増えていくが、これによれば、ＮＯｘの排出量を抑えることができる。

実施の形態３．
３−１．動力システムの構成
実施の形態３の動力システムは、実施の形態１と同じく図１に示す構成を有している。

３−２．車両統合制御装置の構成
３−２−１．車両統合制御装置の全体の構成
実施の形態３の車両統合制御装置６０は、実施の形態１と同じく図２に示す構成を有している。ただし、実施の形態３のパワートレインマネージャ６２は、変速機４０のアップシフトの際にエンジンコントローラ６４に与える目標トルクの低下速度を変更することができる。例えば、運転者により選択可能な運転モードがスポーツモードである場合には目標トルクは急速に低下させられ、コンフォートモードである場合には目標トルクの低下速度は抑制される。

３−２−２．燃焼切替ユニットの構成
実施の形態３の燃焼切替ユニット２００は、実施の形態１と同じく図３に示す構成を有している。

３−２−３．空気用目標トルクの算出フロー
図８は、実施の形態３の空気用目標トルク算出部２１０による空気用目標トルクの算出フローを示すフローチャートである。図８に示すフローにおいて、図６に示すフローと同じ内容の処理については、同じステップ番号を付している。以下、リーンモードでの運転時に変速機４０のアップシフトが行われる場合を例にとってフローの詳細を説明する。

図８に示すフローによれば、ステップＳ２０４の判定結果が肯定の場合、ステップＳ２０６の処理に代えてステップＳ３０２の処理が行われる。ステップＳ２０４の判定結果が肯定になるとき、パワートレインマネージャ６２は、予告トルクを目標トルクに先行して低下させている。そのタイミングは、例えば、変速機４０にギヤ段の変更を指示するタイミングである。

ステップＳ３０２の処理の最初の実行時には、予告トルクの目標トルクに対する先行時間Ｔ１がメモリから読み出される。そして、先行時間Ｔ１を初期値として残余時間カウンタＣ１のカウントダウンが開始される。また、ステップＳ３０２の処理の最初の実行時には、所定の期間における予告トルクの値（波形）が記憶され、予告トルクの低下速度（例えば、制御周期当たりの低下量）（ΔTQreq2）が計算される。そして、予告トルクの低下速度から、空気用目標トルクの低下を目標トルクの低下に先行させる時間（前出し時間）Ｔ３が算出される。メモリには、前出し時間Ｔ３と予告トルクの低下速度とを関連付けたマップが記憶されている。マップでは、予告トルクの低下速度が大きいほど前出し時間Ｔ３は長い時間に設定されている。ステップＳ３０２の処理の２回目以降の実行時には、残余時間カウンタＣ１のカウントダウンのみが継続して行われる。

次に、ステップＳ３０４では、残余時間カウンタＣ１と前出し時間Ｔ３とが比較される。残余時間カウンタＣ１が前出し時間Ｔ３以上の場合、ステップＳ２１２の処理が選択される。そして、残余時間カウンタＣ１が前出し時間Ｔ３より短くなるまで、目標トルク（TQreq1）が空気用目標トルク（TQklrq）として用いられる。

残余時間カウンタＣ１が前出し時間Ｔ３より短くなると、ステップＳ２１２に代えてステップＳ２１０の処理が選択される。ステップＳ２１０では、予告トルク（TQreq2）が空気用目標トルク（TQklrq）として算出される。これにより、目標トルクの低下に先行して空気量を低下させることが開始される。

３−２−４．目標空燃比の算出フロー
実施の形態１の説明で述べたとおり、目標空燃比算出部２２０は、空燃比をパラメータとしてトルクと空気量とを関連付けたマップ（図３参照）を用いて目標空燃比（AFrq）を算出する。このことは実施の形態３にも当てはまることである。ただし、実施の形態３の目標空燃比算出部２２０は、リーンモードでの運転時に変速機４０のアップシフトが行われる場合、目標トルク（TQreq1）を一時的に低下させてから再び上昇させる際、図９のフローチャートに従って目標空燃比（噴射・点火用目標空燃比）を算出する。

図９に示すフローによれば、ステップＳ４０２において、目標トルクの増加速度（例えば、制御周期当たりの増加量）（ΔTQreq１）が、所定値以上かどうか判定される。目標トルクの増加速度が所定値以上の場合、ステップＳ４０４の処理が選択される。そして、実施の形態１で説明したとおり、目標トルク（TQreq1）と推定空気量（KLe）から目標空燃比（AFrq）が算出される。

しかし、目標トルクの増加速度が所定値以上の場合、ステップＳ４０６の処理が選択される。この場合、目標空燃比（AFrq）は空気用目標空燃比（AFkl）と等しくされる。つまり、空燃比によるトルクの調整は行われず、空燃比は所定のリーン空燃比に維持される。

３−３．有段自動変速機のアップシフト時のエンジンの動作
図１０及び図１１は、実施の形態３の車両統合制御装置６０により実現される変速機４０のアップシフト時のエンジン２の動作を示すタイムチャートである。図１０及び図１１には、エンジン２の動作を決定する複数の状態量の時間による変化が示されている。１段目から６段目までの各チャートの項目は図５のタイムチャートに示す項目に等しい。

３−３−１．目標トルクの低下速度が大きい場合のエンジンの動作
図１０のタイムチャートには、アップシフトに際して低下速度が大きい目標トルクが与えられる場合のエンジン２の動作が示されている。

このタイムチャートによれば、時刻t31において、パワートレインマネージャ６２から変速機４０にギヤ段の変更が指示されるとともに、パワートレインマネージャ６２からエンジンコントローラ６４に与えられる予告トルクが低下する。このときの予告トルクの低下速度に応じて、前出し時間Ｔ３が決定される。

そして、その後の時刻t32において、エンジンコントローラ６４で計算される目標空気量が低下し、それに追従するように実空気量が低下し始める。時刻t31から時刻t32までの時間は、先行時間Ｔ１から前出し時間Ｔ３を差し引いた時間である。そして、時刻t32から前出し時間Ｔ３が経過した時刻t33において、パワートレインマネージャ６２からエンジンコントローラ６４に与えられる目標トルクが低下する。

このタイムチャートでは、時刻t33から一定時間（摩擦系合要素の切替時間）が経過した時刻t34において、パワートレインマネージャ６２からエンジンコントローラ６４に与えられる目標トルクが上昇する。このタイムチャートの場合、目標トルクは、初めは緩やかに上昇して途中から急速に上昇する波形に整形されている。上昇開始の時刻t34から上昇速度がステップ的に増大する時刻t35までは、空気量を上昇させることで実現可能な速度に設定されている。

パワートレインマネージャ６２からエンジンコントローラ６４に与えられる予告トルクは、目標トルクを上昇させる時刻t34に先行して上昇する。しかし、そのときの空燃比（リーンモードの設定空燃比）とリーン限界空燃比との差は閾値より小さい。このため、図８に示すフローのステップＳ２１４の判定に従い、エンジンコントローラ６４で計算される目標空気量は、予告トルクが上昇するタイミングではなく、目標トルクが上昇するタイミングで上昇を開始する。

時刻t34から時刻t35までの間は、目標トルクの上昇速度は抑えられているため、図９に示すフローのステップＳ４０２の判定に従い、目標空燃比は設定空燃比に維持される。この場合、実空気量は目標トルクに遅れることなく上昇するため、上昇する目標トルクは空気量の変化のみによって概ね実現される。

目標トルクは時刻t35でステップ的に上昇するため、時刻t35から暫くの間は、目標トルクに実空気量の変化が追いつかない。このため、時刻t35から暫くの間、実空気量の不足によるトルクの低下を補うため、目標空燃比は設定空燃比よりもリッチ化される。ただし、このときの目標トルクの波形と実空気量の波形とのずれは僅かであるので、目標空燃比の設定空燃比に対するリッチ化の期間とリッチ化の程度はともに抑えられる。

３−３−２．目標トルクの低下速度が小さい場合のエンジンの動作
図１１のタイムチャートには、アップシフトに際して基準速度より小さい低下速度を有する目標トルクが与えられる場合のエンジン２の動作が示されている。

このタイムチャートによれば、時刻t41において、パワートレインマネージャ６２から変速機４０にギヤ段の変更が指示されるとともに、パワートレインマネージャ６２からエンジンコントローラ６４に与えられる予告トルクが低下する。このタイムチャートの場合、予告トルクは、初めは緩やかに低下して途中の時刻t42でステップ的に低下する。低下し始めたときの予告トルクの低下速度は、空気量を低下させることで実現可能な緩やかな速度に設定されている。このため、予告トルクの低下速度に応じて決定される前出し時間Ｔ３は、図１０のタイムチャートに示す例に比べて短い時間となる。

そして、その後の時刻t43において、エンジンコントローラ６４で計算される目標空気量が低下し、それに追従するように実空気量が低下し始める。時刻t41から時刻t43までの時間は、先行時間Ｔ１から前出し時間Ｔ３を差し引いた時間である。そして、時刻t43から前出し時間Ｔ３が経過した時刻t44において、パワートレインマネージャ６２からエンジンコントローラ６４に与えられる目標トルクが低下し始める。目標トルクは、予告トルクにおいて示された通り、時刻t44から時刻t45までは空気量を低下させることで実現可能な速度で緩やかに低下し、時刻t45においてステップ的に低下する。

タイムチャートでは、時刻t43から時刻t45までの間、実空気量が目標トルクに先行して低下している。このため、目標トルクに対して実空気量が不足し、実空気量の不足によるトルクの低下を補うため、時刻t43から時刻t45までの間、目標空燃比は設定空燃比よりもリッチ化される。ただし、このときの目標トルクに対する実空気量の不足は僅かであるので、目標空燃比の設定空燃比に対するリッチ化の期間とリッチ化の程度はともに抑えられる。

目標トルクの低下速度は、空気量を低下させることで実現可能な速度に設定されているので、時刻t45において目標トルクがステップ的に低下したときには、実空気量は低下後の目標トルクに合った量に収束している。よって、目標トルクに対する実空気量の不足は、時刻t45において解消される。これにより、目標空燃比は設定空燃比に戻される。

このタイムチャートにおける時刻t45以降のエンジン２の動作は、図１０のタイムチャートにおける時刻t33以降のエンジン２の動作と同じである。

４．その他
図１に示すエンジン２は、自然吸気型のエンジンであるが、本発明に係る車両統合制御装置は、ターボ過給機を備えた過給エンジンにも適用することができる。過給エンジンの場合、ウエストゲートバルブや可変ノズル等のアクチュエータによって過給圧を調整し、それにより空気量を調整してもよい。

２ 内燃機関
２０ 筒内噴射弁
２２ ポート噴射弁
２８ スロットル
４０ 有段自動変速機
５０ パワートレイン
６０ 車両統合制御装置
６２ パワートレインマネージャ
６４ エンジンコントローラ

Claims (3)

1. 理論空燃比よりも薄いリーン空燃比で運転する内燃機関と有段自動変速機との組み合わせからなるパワートレインの運転を管理するパワートレインマネージャと、
   空気量と空燃比とを調整して前記内燃機関のトルクを制御するエンジンコントローラと、を備え、
   前記パワートレインマネージャは、目標トルクと予告トルクとを前記エンジンコントローラに与えるように構成され、
   さらに、前記パワートレインマネージャは、前記有段自動変速機をアップシフトする場合、前記有段自動変速機のアップシフトのタイミングに合わせて前記目標トルクを低下させ、かつ、前記目標トルクの低下に先行して前記目標トルクと同じ態様で前記予告トルクを低下させるように構成され、
   前記エンジンコントローラは、前記予告トルクの低下から前記目標トルクの低下までの間に、前記予告トルクの低下分に応じて空気量を低下させることを開始するとともに、前記リーン空燃比を前提にして空気量から推定されるトルクの前記目標トルクに対するずれに応じて空燃比を調整するように構成されていることを特徴とする車両統合制御装置。
2. 前記パワートレインマネージャは、前記有段自動変速機をアップシフトする場合、一時的に低下させた前記目標トルクの上昇に先行して或いは同タイミングで前記目標トルクと同じ態様で前記予告トルクを上昇させるように構成され、
   前記エンジンコントローラは、前記予告トルクの上昇から前記目標トルクの上昇までの間に、前記予告トルクの上昇分に応じて空気量を上昇させることを開始するとともに、前記リーン空燃比を前提にして空気量から推定されるトルクの前記目標トルクに対するずれに応じて空燃比を調整するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両統合制御装置。
3. 前記エンジンコントローラは、現在空燃比とリーン限界空燃比との差が所定の閾値以上の場合、前記予告トルクの上昇のタイミングに合わせて空気量を上昇させることを開始し、前記差が前記閾値より小さい場合、前記目標トルクの上昇のタイミングに合わせて空気量を上昇させることを開始するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の車両統合制御装置。

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