JP3664118B2 - 内燃機関を搭載した車両の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関を搭載し、その出力側に機械的クラッチを介して変速機を含む駆動系統が連結され、かつ内燃機関からトルクを受けて動作する補機類などの機能装置を備えた車両の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の燃費を向上させることが強く求められていることは周知のとおりである。内燃機関を動力源とする車両の燃費を向上させるためには、内燃機関を常時、効率の良い状態で運転すればよいが、内燃機関が出力する動力は走行のために使用されると同時に、発電機や空調装置などの補機類を駆動するための動力として使用されるから、これら走行あるいは補機類からの要求を満たすように内燃機関を運転する必要がある。
【０００３】
そこで例えば特開平８−１３５７７８号公報に記載されている発明では、走行のための駆動要求量を示しているアクセル開度から、空調装置やオルタネータなどの補機類の負荷に応じた補正量を減じることにより、走行負荷の本来の値を求め、その補正した値に基づいて変速のタイミングやロックアップクラッチの係合のタイミングを判断するように構成している。したがってこの公報に記載された発明では、アップシフトやロックアップのタイミングが高回転数側にずれないので、燃費やエミッションを良好なものにできる、としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の公報に記載された発明は、エンジンの出力によって走行している場合に、エンジンを不必要に高回転数で運転することを回避するように構成された発明である。これに対して内燃機関を動力源とした車両の燃費を向上させる技術として、減速時に内燃機関の回転数が所定の回転数以上であれば、アクセル開度が全閉であることを条件に、燃料の供給を中止するいわゆるフューエルカットが知００００られている。
【０００５】
このフューエルカット制御は、燃料の供給を再開することにより内燃機関が自律回転を回復できる回転数以上で実行できるので、前述したロックアップクラッチを備えている場合には、車両の有する走行慣性力で内燃機関の回転数を可及的に引き上げておくために、ロックアップクラッチを係合状態に維持している。一方、ロックアップクラッチは、内燃機関とその出力側の変速機を含む駆動系統とを機械的に直接連結するクラッチであるから、ロックアップクラッチが係合していれば、すなわちロックアップ状態であれば、内燃機関の振動が駆動系統を介して車体に伝達されるやすくなる。そして、低周波数の振動がこもり音などとして体感され、乗り心地の悪化要因となる。そのため、従来一般には、減速時に係合させていたロックアップクラッチを、エンジン回転数が予め定めた回転数まで低下した時点に解放し、内燃機関の振動が車体に伝達しないように制御している。またその場合、ロックアップクラッチの解放によって内燃機関の回転数が低下するので、フューエルカット制御を中止して内燃機関に対する燃料の供給を再開する。
【０００６】
このように減速時におけるロックアップクラッチの解放は、振動に起因する乗り心地の悪化を考慮して実行されている。一方、内燃機関によって空調装置やオルタネータなどの補機類を駆動している状態では、内燃機関の負荷がそれらの補機類の分、増大しているので、内燃機関の振動が大きくなり、振動もしくはそれに起因するこもり音によって乗り心地が悪化しやすくなる。そのため、内燃機関によって補機類を駆動している場合には、内燃機関の負荷が大きくなって振動が生じやすいので、相対的に大きい内燃機関の回転数でロックアップクラッチを解放する必要が生じ、燃費の点で不利になる。
【０００７】
従来では、この点での課題に着目した技術がなく、上述した公報に記載されている発明であっても、ロックアップのタイミングについての技術事項を開示しているが、解放のタイミングについては開示していない。
【０００８】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、内燃機関を搭載した車両の燃費を向上させることのできる制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用】
この発明は、上記の目的を達成するために、内燃機関とその出力側の駆動系統とをクラッチによって機械的に連結した減速時には、内燃機関に掛かる負荷を軽減するために、内燃機関の動力で動作する補機類などの機能装置による負荷を低下させるように構成したことを特徴とするものである。より具体的には、請求項１の発明は、内燃機関に、変速機を含む駆動系統が機械的クラッチを介して連結されるとともに、前記内燃機関からトルクを受けて動作する機能装置が設けられている内燃機関を搭載した車両の制御装置において、前記機械的クラッチを係合させた減速時でかつ内燃機関の回転数が所定回転数より低回転数の状態では、前記機能装置による前記内燃機関に対する負荷を、前記所定回転数以上の状態に対して低下させる負荷低減手段を備えていることを特徴とする制御装置である。
【００１０】
したがって請求項１の発明では、減速時に前記機械的クラッチによって内燃機関と駆動系統とが直接連結され、またその状態で内燃機関によって機能装置が駆動させられる。減速に伴って内燃機関の回転数が次第に低下し、その回転数が所定の回転数以下になると、機能装置による内燃機関に対する負荷が、それ以前よりも低下させられる。そのため、内燃機関に対する負荷が軽減されることにより内燃機関で生じる振動が抑制され、機械的クラッチを係合させておいてもこもり音などの乗り心地の悪化要因が少なく、内燃機関が低回転数になるまで、機械的クラッチを係合させておくことができる。言い換えれば、機械的クラッチを係合させて内燃機関の回転数を、燃料の供給を再開する回転数以上に引き上げておく期間を長くすることが可能になり、燃費を向上させることができる。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載された発明において、前記機能装置による前記内燃機関に対する負荷を低下させることに伴う前記機能装置の機能低下を補う機能補償手段を更に備えていることを特徴とする制御装置である。
【００１２】
したがって請求項２の発明では、機能装置による内燃機関に対する負荷を低下させた場合、すなわち機能装置の動作状態が低下した場合、機能補償手段が、機能装置の機能の低下を補う。そのため、車両の走行などの動作状態が従前と同様の状態に維持される。
【００１３】
さらに、請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記機能補償手段によって前記機能装置の機能低下を補うことができない場合には、機能補償手段によって前記機能装置の機能低下を補うことができる場合に比較して、前記機械的クラッチのトルク容量を低下させる前記内燃機関の回転数を高く設定するクラッチ解除回転数設定手段を更に備えていることを特徴とする制御装置である。
【００１４】
したがって請求項３の発明では、機能装置の機能低下を機能補償手段によって補えない場合には、減速時に前記機械的クラッチのトルク容量を低下させる回転数が相対的に高くなり、機械的クラッチを係合させて内燃機関の回転数を引き上げ、それに伴って内燃機関に対する燃料の供給を停止していた場合には、比較的高回転状態で燃料の供給が再開され、その結果、内燃機関が自律回転するとともにその出力によって機能装置が駆動される。すなわち機能装置の動作が確保されるので、車両の走行などの動作状態が従前と同様の状態に維持される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。先ず、この発明の制御装置で対象とする車両について簡単に説明すると、図２において、動力源としての内燃機関（エンジン）１の出力側に、トルクコンバータ２を介して変速機３が連結されており、その変速機３から出力したトルクを駆動輪４に伝達して走行するようになっている。そのトルクコンバータ２から駆動輪４に到るトルクの伝達系統が、この発明における駆動系統を構成している。
【００１６】
エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する動力装置であって、スロットル開度や燃料噴射量あるいは点火時期などを電気的に制御できるように構成されている。例えば、スロットル開度が全閉の状態で走行している場合、予め定めた所定の回転数以上のエンジン回転数であれば、燃料の供給を中止するいわゆるフューエルカット制御が実行されるようになっている。
【００１７】
上記のトルクコンバータ２は、要は、流体を介してトルクを伝達する流体伝動装置であって、その入力側の部材（例えばポンプインペラ）と出力側の部材（例えばタービンランナ）とを機械的に直接連結するロックアップクラッチ５を備えている。このロックアップクラッチ５がこの発明の機械的クラッチに相当している。
【００１８】
さらに、変速機３は、要は、入力回転数と出力回転数との比率すなわち変速比を適宜に変化させることのできる装置であって、有段変速機や無段変速機、自動変速機や手動変速機などの適宜の変速機を採用することができる。なお、図２に示す例では、自動変速機が採用されている。
【００１９】
また、上記のエンジン１には、エンジン１の出力トルクで駆動される各種の機能装置が連結されており、その一例が空調用コンプレッサー６およびオルタネータ７などの補機類である。その空調用コンプレッサー６は、電気的に係合・解放制御（オン・オフ制御）されるエアコンクラッチ８を備えており、そのエアコンクラッチ８をベルトなどの伝動機構９を介してエンジン１の補機用出力軸１０に連結することにより、空調用コンプレッサー６がエンジン１に直接連結されている。
【００２０】
この空調用コンプレッサー６は、冷媒もしくはその冷媒によって冷却された適宜の冷熱蓄熱材によって冷却熱を蓄える蓄冷タンク１１に接続されている。すなわち、この空調用コンプレッサー６は、図示しない車室に供給する空気を冷却する機能に加え、蓄冷タンク１１に冷熱を供給して蓄える機能を備えている。この蓄冷タンク１１は、空調用コンプレッサー６に替わって冷熱を供給するためのものであり、したがってこの発明の機能補償手段を構成している。
【００２１】
また、オルタネータ７は、前記伝動機構９を介して補機用出力軸１０に連結されている。このオルタネータ７は、図示しない電気機器に接続される一方、蓄電装置に接続されている。図２に示す例では、その蓄電装置としてバッテリー１２とキャパシター１３とが設けられている。これらのバッテリー１２とキャパシター１３とは、オルタネータ７と共に、あるいはオルタネータ７に替わって電力を供給するためのものであり、この発明の機能補償手段を構成している。なお、キャパシター１３に替えて第２のバッテリー（例えば３６Ｖバッテリー）を設けてもよい。
【００２２】
そのバッテリー１２には、出力電流を検出する電流センサ１４が接続されている。また、キャパシター１３にはＤＣ／ＤＣコンバータ１５が接続され、このＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して所定の電気機器に電力を出力するようになっている。なお、キャパシター１３には、回生用発電機（図示せず）で発生させた電力を蓄電するように構成してもよい。
【００２３】
マイクロコンピュータを主体とするコントローラ１６が設けられている。このコントローラ１６には、制御のためのデータとして、エンジン回転数、アクセル開度（図示しないアクセルペダルの踏み込み量）、前記蓄冷タンク１１に蓄えてある冷熱量、前記キャパシター１３の蓄電量、前記電流センサ１４で検出された電流量などが入力されている。また、コントローラ１６は、各部の制御信号として、前記ロックアップクラッチ５のスリップ状態を含む係合および解放の信号（オン・オフ信号）、空調用コンプレッサー６のオン・オフ信号（具体的にはエアコンクラッチ８のオン・オフ信号）、オルタネータ７のオン・オフ信号、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力制御信号などを出力するように構成されている。
【００２４】
上記の駆動系統を有する車両の制御、特にエンジン１およびロックアップクラッチ５ならびに補機類の制御について、以下に説明する。図２に示すエンジン１は、上述したようにフューエルカット制御が実行されるように構成されており、走行中にスロットル開度（あるいはアクセル開度）が全閉の状態になると、その時点のエンジン回転数が予め定めた下限回転数（すなわちフューエルカット復帰回転数）以上であれば、燃料の供給が中止される。
【００２５】
減速時に、車両の有する走行慣性力に基づくトルクを駆動輪４側からエンジン１に入力することにより、エンジン回転数を車速に応じた回転数に維持でき、また併せてエンジンブレーキを効かせることができる。そのために、減速時にロックアップクラッチ５を係合させるロックアップ制御が実行される。一方、ロックアップクラッチ５を係合させてあると、エンジン１の振動が車体に伝達されやすくなるので、いわゆるこもり音として体感される低周波振動が生じる所定の回転数以下の低回転数状態では、乗り心地の悪化を避けるために、ロックアップクラッチ５が解放させられる。
【００２６】
減速時にロックアップクラッチ５を係合させてあれば、車両の走行慣性力によってエンジン回転数を相対的に高い回転数に維持できるので、フューエルカットを継続し易くなるが、ロックアップクラッチ５を解放すると、スロットル開度が全閉であるからエンジン回転数がフューエルカット復帰回転数まで低下して燃料の供給が再開される。したがって、燃費の向上のためにフューエルカットを可及的に継続することが好ましく、そのためには減速時にロックアップクラッチ５をできるだけ長期に亘って、すなわち低回転数まで、係合させておくことが好ましい。
【００２７】
そこでこの発明の制御装置は、車両の走行や動作に支障を来すことなく、かつ乗り心地を悪化させない範囲で、ロックアップクラッチ５の係合期間を可及的に長くし、もって燃費を向上させるために、以下の制御をおこなうように構成されている。
【００２８】
図１は、その制御例を説明するための簡略化したフローチャートであって、ここに示すルーチンは、所定の短時間（Δｔ秒）毎に繰り返し実行される。この図１に示す制御は、ある程度の車速で走行している状態でアクセルペダル（図示せず）が戻されて減速状態になった場合に実行される。すなわち、アクセル開度が全閉状態になることによりフューエルカットの指令信号が出力される（ステップＳ１）。なお、この場合、ロックアップクラッチ５が係合していてエンジン回転数が前述したフューエルカット復帰回転数以上の回転数に引き上げられている。その状態で、エンジン回転数がエンジン補機負荷解除回転数より低回転数か否かが判断される（ステップＳ２）。
【００２９】
このエンジン補機負荷解除回転数は、補機類によるエンジン１に対する負荷が要因となってこもり音などの乗り心地が悪化するとして予め定められた回転数である。言い換えれば、補機類の負荷を解消すれば、ロックアップクラッチ５を係合させておくことのできる回転数である。したがってエンジン回転数がそのエンジン補機負荷解除回転数以上であることによりステップＳ２で否定的に判断された場合には、補機類による負荷を解除する必要がないので、従前の状態を維持するために、リターンする。
【００３０】
これに対してエンジン回転数がエンジン補機負荷解除回転数より低回転数になってステップＳ２で肯定的に判断された場合には、オルタネータ７による発電量をゼロに設定する（ステップＳ３）。すなわち機能装置によるエンジン１に対する負荷を低下させる。これと併せて電流センサ１４の積算値をゼロリセットする。バッテリー１２からの出力電流を新たに積算するためである。
【００３１】
また、キャパシター１３の電圧（蓄電量）に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力を算出し、その出力指令が実行される（ステップＳ４）。こうしてバッテリー１２およびキャパシター１３によって、オルタネータ７に替わって車両の電気的な負荷を賄う。したがってこれらバッテリー１２およびキャパシター１３がこの発明の機能補償手段に相当している。
【００３２】
つぎに、前記蓄冷タンクに蓄えられた冷熱量が基準量より少ないか否かが判断される（ステップＳ５）。その基準量は、予め定めた一定値であってもよく、あるいはその時点の外気温度や日射量などで定まる冷房要求量に応じて変化する変数であってもよい。
【００３３】
このステップＳ５で否定的に判断されれば、蓄冷タンク１１に蓄えた冷熱量が基準量以上であって蓄冷タンク１１の冷熱量に余裕があることになるので、エアコンクラッチ８がオフ（解放）に制御される（ステップＳ６）。そして、空調用コンプレッサー６を止めることによる機能の低下分、すなわち空調用コンプレッサー６の仕事分を蓄冷タンク１１に蓄えた冷熱量で賄う。したがってこの蓄冷タンク１１がこの発明の機能補償手段に相当している。
【００３４】
一方、ステップＳ５で肯定的に判断されれば、蓄冷タンク１１に蓄えた冷熱量に余裕がなく、空調用コンプレッサー６に替わって空調用の冷熱を賄えないので、エアコンクラッチ８をオン（係合）状態に設定し、空調用コンプレッサー６をエンジン１によって駆動する（ステップＳ７）。
【００３５】
ここまでの制御で、エンジン回転数がエンジン補機負荷解除回転数より低回転数の状態でオルタネータ７によるエンジン１に対する負荷が解消され、また空調用コンプレッサー６によるエンジン１に対する負荷が解消もしくは継続されている。そこで、これらのいわゆる機能装置の動作状態および機能補償手段の状態に応じてロックアップクラッチ５を解放させる回転数（ロックアップ解除回転数）が算出される（ステップＳ８）。具体的には、前記電流センサ１４による電流積算値によってバッテリー１２の残量を求め、かつエアコンクラッチ８のオン・オフの状態に基づいて空調用コンプレッサー６による負荷の有無を判断し、これらの結果に基づいてロックアップ解除回転数が算出される。その算出は、例えば予め用意したマップを使用しておこなうことができる。
【００３６】
このロックアップ解除回転数は、車両の正常な動作を維持する点からの要求、燃費を向上させることの要求、ならびに乗り心地を維持することの要求などの諸要求を充足するように設定され、一例として電流センサ１４による電流積算値が大きい場合には、バッテリー１２の過放電を防止するためにロックアップ解除回転数が相対的に高い回転数に設定され、またエアコンクラッチ８がオフ状態であれば、空調用コンプレッサー６による負荷がエンジン１に掛かっていないので、低回転数でもこもり音が発生しにくいので、ロックアップ解除回転数が相対的に低回転数に設定される。反対にエアコンクラッチ８がオン状態であれば、空調用コンプレッサー６による負荷がエンジン１に掛かっていて低回転数ではこもり音などの乗り心地の悪化要因が生じる可能性が高いので、ロックアップ解除回転数が相対的に高い回転数に設定される。
【００３７】
こうして設定されたロックアップ解除回転数とエンジン回転数とが比較され（ステップＳ９）、エンジン回転数がロックアップ解除回転数以上の回転数であることによりステップＳ９で否定的に判断された場合には、前述したステップＳ４に戻って従前の制御を継続する。これに対してエンジン回転数がロックアップ解除回転数より低回転数になることによりステップＳ９で肯定的に判断された場合には、ロックアップクラッチ５を解放するロックアップ解除指令が出力される（ステップＳ１０）。それに伴ってエンジン回転数がフューエルカット復帰回転数にまで低下するので、フューエルカットの中止指令（ＯＦＦ指令）が出力される。すなわちエンジン１に対する燃料の供給が再開され、エンジン１が自律回転する。その結果、オルタネータ７がエンジン１によって駆動され、その発電電力がバッテリー１２に充電される。
【００３８】
したがって上記の図１に示す制御によれば、オルタネータ７や空調用コンプレッサー６などの補機類の機能あるいはその機能低下分を、バッテリー１２やキャパシター１３、あるいは冷熱タンク１１によって代替することができる場合には、これらの補機類によるエンジン１に対する負荷を低下させ、それに応じてロックアップクラッチ５の係合状態を、エンジン回転数が低回転数になるまで維持させるので、ロックアップクラッチ５を係合させてエンジン回転数をフューエルカット復帰回転数以上に維持する期間が長くなり、その結果、燃費を向上させることができる。
【００３９】
また、その場合、ロックアップ解除回転数は、補機類の負荷の状態に応じて設定するので、こもり音などにより乗り心地の悪化が回避もしくは抑制される。また、バッテリー１２などのいわゆる機能補償手段の状態に応じてロックアップ解除回転数が設定されるので、バッテリー１２が過放電するなどの異常事態を未然に解消し、車両の駆動もしくは動作状態を良好に維持することができる。
【００４０】
ここで、上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、図１に示すステップＳ３およびステップＳ６の機能的手段が、この発明の負荷低減手段に相当し、またステップＳ８の機能的手段が、この発明のクラッチ解除回転数設定手段に相当する。
【００４１】
なお、この発明は上記の具体例に限定されない。したがってこの発明における機械的クラッチは、上述した流体伝動装置に内蔵されたロックアップクラッチ以外に、エンジンと変速機などの駆動系統とを選択的に連結するいわゆる発進クラッチであってもよい。また、この発明で機械的クラッチのトルク容量を低下させる制御は、このクラッチを完全に解放させることに限らないのであり、スリップ状態に制御するなど、要は、伝達するトルクを低下させる制御であればよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、減速に伴って内燃機関の回転数が次第に低下し、その回転数が所定の回転数以下になると、機能装置による内燃機関に対する負荷が、それ以前よりも低下させられるため、内燃機関に対する負荷が軽減されることにより内燃機関で生じる振動が抑制され、機械的クラッチを係合させておいてもこもり音などの乗り心地の悪化要因が少なく、内燃機関が低回転数になるまで、機械的クラッチを係合させておくことが可能になる。その結果、機械的クラッチを係合させて内燃機関の回転数を、燃料の供給を再開する回転数以上に引き上げておく期間を長くすることができるために、燃費を向上させることができる。
【００４３】
また、請求項２の発明によれば、機能装置による内燃機関に対する負荷を低下させた場合、すなわち機能装置の動作状態が低下した場合、機能補償手段が、機能装置の機能の低下を補うので、車両の走行などの動作状態を従前と同様の状態に維持でき、車両の走行や駆動に異常を来すことを未然に回避することができる。
【００４４】
さらに、請求項３の発明によれば、機能装置の機能低下を機能補償手段によって補えない場合には、減速時に前記機械的クラッチのトルク容量を低下させる回転数が相対的に高くなり、機械的クラッチを係合させて内燃機関の回転数を引き上げ、それに伴って内燃機関に対する燃料の供給を停止していた場合には、比較的高回転状態で燃料の供給が再開され、その結果、内燃機関が自律回転するとともにその出力によって機能装置が駆動されて機能装置の動作が確保されるので、車両の走行などの動作状態が従前と同様の状態に維持され、車両の走行や駆動に異常を来すことを未然に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の制御装置による制御例を示すフローチャートである。
【図２】 この発明で対象とする車両の動力系統の一例を模式的に示すブロック図である。
【符号の説明】
１…エンジン、 ３…変速機、 ５…ロックアップクラッチ、 ６…空調用コンプレッサー、 ７…オルタネータ、 ８…エアコンクラッチ、 １１…冷熱タンク、 １２…バッテリー、 １３…キャパシター。

Claims (3)

1. 内燃機関に、変速機を含む駆動系統が機械的クラッチを介して連結されるとともに、前記内燃機関からトルクを受けて動作する機能装置が設けられている内燃機関を搭載した車両の制御装置において、
   前記機械的クラッチを係合させた減速時でかつ内燃機関の回転数が所定回転数より低回転数の状態では、前記機能装置による前記内燃機関に対する負荷を、前記所定回転数以上の状態に対して低下させる負荷低減手段を備えていることを特徴とする内燃機関を搭載した車両の制御装置。
2. 前記機能装置による前記内燃機関に対する負荷を低下させることに伴う前記機能装置の機能低下を補う機能補償手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関を搭載した車両の制御装置。
3. 前記機能補償手段によって前記機能装置の機能低下を補うことができない場合には、機能補償手段によって前記機能装置の機能低下を補うことができる場合に比較して、前記機械的クラッチのトルク容量を低下させる前記内燃機関の回転数を高く設定するクラッチ解除回転数設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関を搭載した車両の制御装置。

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