JP6192462B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関が搭載された車両を制御する制御装置に関する。

近年、自動車の燃費性能の追求に拍車がかかっていることから、内燃機関の部分負荷（パーシャル）領域でスロットルバルブの開度をできるだけ絞り、内燃機関の出力を抑制するような制御を行っている。

一方で、燃費の良化のために内燃機関の出力を抑制すると、登坂走行時に駆動トルクが不足してドライバビリティが低下する懸念がある。そこで、車両が登坂路上に所在していることを感知したときに、変速機の最低目標入力回転数を引き上げて不適当なシフトアップを禁止する、つまりは変速比をローギア化することで、車両の登坂性能を確保するようにしている（例えば、下記特許文献を参照）。

特開２０１０−１２１６９６号公報

上述した通り、従来の制御では、登坂走行時に変速機をシフトダウンして車軸に供給される駆動トルクの増大を図っている。しかしながら、内燃機関の出力自体は、平坦路を走行しているときと同様に制御しており、登坂路であるからといって内燃機関の出力を増強するようなことはしていない。そのため、運転者によっては、登坂走行中に駆動トルクが不足していると感じることがあり得た。

以上に鑑みてなされた本発明は、車両の登坂走行性能の向上を図ることを所期の目的としている。

本発明では、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、内燃機関と車軸との間に介在する変速機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、外気をエンジンルーム内に吸引するためのファン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を構成した。

車両のエンジンルーム内に外気を取り入れるファンの出力を上げれば、エンジンルーム内の温度を低下させることができる。さすれば、内燃機関の吸気通路を流通する吸気の温度が低下して、気筒に充填される吸気の量が実質的に増加する。それに合わせて燃料噴射量を増量できることとなるから、燃料を燃焼して得られる機関の出力が増大する。

本発明によれば、車両の登坂走行性能の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。 同実施形態における車両の駆動系の概略構成を示す図。 同実施形態における車両のエアコンディショナの概略構成を示す図。 同実施形態における車両のエアコンディショナの電気回路図。 同実施形態の制御装置が制御する自動変速機の変速線図。 同実施形態の制御装置が制御するスロットルバルブ開度のアクセルペダル踏量との関係特性を示す図。 同実施形態の制御装置が制御するＥＧＲ装置による吸気のＥＧＲ率の要求負荷との関係特性を示す図。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明は、内燃機関が搭載された車両の制御に適用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１１…インジェクタ
２３…ＥＧＲバルブ
３２…スロットルバルブ
５３…ファン（コンデンサファン兼ラジエータファン）
７、８、９…変速機（トルクコンバータ、前後進切換装置、ＣＶＴ）

Claims (1)

1. 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、
   内燃機関と車軸との間に介在する変速機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、
   外気をエンジンルーム内に吸引するためのファン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。

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