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JP3686094B2 - ギアシフト動作の間に火花点火エンジンのトルクを調節する方法および装置 - Google Patents

ギアシフト動作の間に火花点火エンジンのトルクを調節する方法および装置 Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、ギアシフト動作の間に、空気調量装置を備えた内燃機関、即ち火花点火エンジン(オットーエンジン)のトルクを調節する方法と装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ギアシフト動作の開始時点T_Aの前、ギアシフト動作の間並びにギアシフト動作の終了後時点T_Eにおいてトランスミッション出力(出口側)において継続的に同一のトルクを得るための、オートマチックトランスミッション入力(入口側)におけるエンジントルクの特性が図3(a)に図示されている。車両の運転者が時点T_Aの前にアクセルペダルを操作して、それによって車両を加速させるようなエンジントルクが設定されると仮定する。その場合、回転数が増大し、所定の回転数に達したときに、ギアシフト条件検出器はより高速の変速段(ギヤ段)へ、例えば3速から4速へのギアシフト(ギア切り替え)を行うべきであることを検出する。その後検出器はギアシフト動作を開始させる信号を出力する。この時点が時点T_Aに相当する。
【0003】
図3(a)の場合、トランスミッションは、まずエンジントルクが減少され、所定の時点T_Konstまでに所定のエンジントルクに達し、そのトルクが時点T_AUFまで一定に維持され、その時点からトルクは再び増大され、特にギアシフト動作前の前の値より大きな新しい値まで増大されるように構成されているものとする。増大比は2つの異なる変速段における変速比の逆数に対応する。
【0004】
通常はトルク変化は給気(充填量)変化によって、すなわち空気調量装置の調節によって行われる。以下においては、空気調量装置が絞り弁であるとする。しかし、例えば吸気弁の可変制御によって空気を調量すること、あるいはギアシフト動作の間の給気変化を調節可能なバイパス装置を用いて行うことも可能である。通常は、ギアシフト動作用に設定されたトルク特性を実現するために必要となるような早さで給気を変化させることは不可能である。
【0005】
従って、所望のトルク特性をできる限り正確に実現できるようにするためには、給気を変化させるだけでなく、点火角度も変化させなければならない。しかしこれには図4を用いて説明する問題が発生する。図4は回転数が一定の場合におけるエンジンのトルク特性を点火角度に従って概略図示したものである。図から明らかなように、所定の点火角度ZW_OPTの場合に最大トルクが得られ、このトルクは点火角度が増減するとほぼ放物線形状に減少する。通常は点火角度ZW_OPTにおいて出力も燃費も最適になり、従って好ましくはこの点火角度に調節される。しかしこれは、点火角度の変化によってトルク減少のみが可能で、トルク増大は不可能であることを意味している。
【0006】
図3(b)と(c)には、従来技術においてギアシフト動作の間の給気と点火角度を変化させ、それにより図3(a)に示す目標値カーブにできるだけ正確に適合させた図3(d)に示す実際値カーブを得る方法が図示されている。実際トルクは時点T_AUFまでは、時点T_Aの前、従ってギアシフト動作の開始時に得られるような目標トルクに維持されることがわかる。それに対して点火角度は時点T_AとT_KONSTの間に、実際エンジントルクが、減少する目標エンジントルクに合うように変化される。時点T_KONSTと時点T_AUFの間は点火角度は一定に維持される。時点T_AUFからは給気が増大され、かつ変化された点火角度が時点T_Eまでに戻される。この点火角度変化を元に戻すことによって、実際エンジントルクは、給気の変化だけで可能であったよりも急速に増大される。しかし実際エンジントルクと目標エンジントルク間の偏差は相変わらず比較的大きいままである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は全ギアシフト過程の間実際エンジントルクを可能な限り目標エンジントルクに維持することのできる、ギアシフト動作の間に火花点火エンジンのトルクを調節する方法と装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明方法においては、
オートマチックトランスミッションによるギアシフト動作が行なわれるかが検出され、
ギアシフト動作が検出されない場合には、非ギアシフト運転用の目標エンジントルク(M_SOLL_M)が設定されて、その値に基づいて空気調量装置が調節され、
またギアシフト動作が検出される場合には、ギアシフト動作期間目標エンジントルクの特性が設定され、その場合ギアシフト動作の間にエンジントルクの減少が得られるように、点火角度(ZW)が調節される、
各ステップを有する空気調量装置(18)を備えた内燃機関(13)(火花点火エンジン)のトルクを調節する方法において、
ギアシフト動作の間に給気の増大によって可能であるよりも早くエンジントルクの増大が行なわれるようにするために、以下のように処理されること、即ち、
目標エンジントルクが増大されるべき時点(T_AUF)の前(時点T_VOR)においてすでに給気が増大され、かつ同時に点火角度が次のように、すなわち給気の増大によってもたらされるトルク上昇が点火角度の調節によってもたらされるトルク減少によって補償されて目標トルクが維持されるように、調節され、かつ、
目標トルクが増大される時点(T_AUF)からは給気がさらに増大され、かつ実際エンジントルクの特性が目標エンジントルクの特性とほぼ一致するように点火角度変化が戻される構成を採用した。
【0009】
さらに本発明装置は、
ギアシフト動作を開始させるギアシフト条件検出器(16)と、
非ギアシフト運転の間給気と点火角度を調節する装置(10.1、14.1)と、
ギアシフト動作の間給気と点火角度を調節する装置(10.2、14.2)とを備え、この装置は、点火角度を調節して、それによりギアシフト動作の間にエンジントルクの減少が得られるように構成されている、
空気調量装置(18)を備えた内燃機関(13)(火花点火エンジン)のトルクを調節する装置において、
ギアシフト動作の間給気と点火角度を調節する前記装置(10.2、14.2)が次のステップ、すなわち
目標エンジントルクが増大されるべき時点(T_AUF)の前(時点T_VOR)においてすでに給気が増大され、かつ同時に点火角度が次のように、すなわち給気の増大によってもたらされるトルク上昇が点火角度の調節によってもたらされるトルク減少によって補償されて目標トルクが維持されるように、調節され、かつ、
目標トルクが増大される時点(T_AUF)からは給気がさらに増大され、かつ実際エンジントルクの特性が目標エンジントルクの特性とほぼ一致するように点火角度変化が戻される、
ステップを実施するように構成されていることを特徴としている。
【0010】
【作用】
本発明方法においては、すでに時点T_AUFの前、具体的には早められた時点T_VORから、給気の増大が開始される。しかし要求に従い実際エンジントルクを時点T_AUFまでほぼ一定に維持するために、点火角度は時点T_VORからT_AUFまでの期間に変化され、それによってもたらされるエンジントルクの減少が給気の増大によってもたらされるエンジントルクの増大をちょうど補償するようにされる。この方法によって時点T_AUFには点火角度ZW_OPTに対する点火角度の変化は大きなものになる。この変化は急速に戻すことができ、それによって実際エンジントルクを目標エンジントルク特性が要求するように急速に増大させることができる。大きな点火角度変化幅が得られることにより、またエンジントルクの点火角度変化に対する応答特性が早いことによって、実質的に、多くのギアシフト動作において実際エンジントルクと目標エンジントルクを全ギアシフト過程の間で一致するようにさせることが可能になる。
【0011】
原理的には、すでに時点T_Aから給気を増大させ、それに応じて目標エンジントルク特性が得られるように点火角度を変化させることもできる。しかし、エンジンをできる限り長く最適な点火角度で駆動することが望ましい。これは時点T_VORをできるだけ時点T_AUFの前におくべきであることを意味している。時点T_VORとT_AUF間の期間の長さは、以下のように選択される。即ち、この期間において給気増大が行なわれ、それにより必要あるいは可能な点火角度変化を行うことによってもたらされるエンジントルク減少を補償するエンジントルク増大がもたらされるように、選択される。
【0012】
本発明装置は、上述の処理の流れを実現する装置を有する。これらの装置は実際においては然るべくプログラムされたマイクロプロセッサによって実現される。
【0013】
【実施例】
以下、図面に示す実施例を用いて本発明を説明する。
【0014】
図2に示すブロック図は、本方法の機能図としても装置図としても考えることができる。「方法と装置」の統合概念として上記では「システム」という概念が使用されている。従って図2は本発明方法と本発明装置を示すものである。
【0015】
装置としては、図2に示すブロック図には、非ギアシフト運転用のエンジントルクを設定する装置10.1と、ギアシフト動作用のエンジントルクを設定する装置10.2が図示されており、更に、サンプル/ホールド(S/H)回路11、絞り弁角度マップ12、エンジン13、点火角度マップ14.1、ギアシフト動作間の点火角度変化用の点火角度変化マップ14.2、点火角度加算器15、ギアシフト条件検出器16およびギアシフト条件検出器16によって作動されるスイッチング装置17が図示されており、このスイッチング装置は、トルク切り替えスイッチ17.1、点火角度切り替えスイッチ17.2およびスイッチングリレー17.3を備えている。エンジン13は絞り弁18、燃焼室19、点火角度調節装置20並びに回転数センサ21.1とエンジン温度センサ21.2を備えたデータ測定装置21を有する。
【0016】
この装置によって実施される方法を、図1と2を用いて説明する。図1に示すものは、図3の場合の目標エンジントルクの同一特性に基づくものである。すなわち図1(a)と図3(a)は互いに一致する。従って両図において時点T_A、T_KONST、T_AUFおよびT_Aは同一である。
【0017】
車両の運転者が車両を加速するために、図1には不図示の時点でアクセルペダル角度FPWを増大させると、この値FPWはエンジン回転数n、エンジン温度θ_MOTおよび機器の機能に関する値と共に非ギアシフト運転間のエンジントルクを設定する装置10.1に供給される。アクセルペダル角度によってまず車輪における所望の駆動トルクが設定される。この駆動トルクを実際に得るためには、エンジンは、特にどの機器がオンにされているか(例えば空調装置)およびどの摩擦力を温度に従って克服しなければならないか(例えば低温の場合の粘性のある潤滑剤)に関係するトルクを発生しなければならない。上述の装置10.1は、エンジントルクを調節するのに重要な多数の異なる要因を考慮する主(マスター)装置に属するものであって、この装置は主目標エンジントルクM_SOLL_Mを出力する。
【0018】
点火角度マップ14.1から運転パラメータ、すなわち絞り弁角度αおよび回転数nの実際値に基づいて主点火角度ZW_Mが読み出される。
【0019】
ギアシフト条件検出器16はスイッチングリレー17.3へ信号を出力し、その信号によってスイッチング装置17が切り替わり、エンジン13を調節するために、主目標エンジントルクと主点火角度が、上述の非ギアシフト運転用のエンジントルクを設定する装置10.1、点火角度マップ14.1およびギアシフト条件検出器16の他に先に挙げた装置を有するエンジン制御装置22内部で処理される。第1のスイッチング装置17.1の後の目標エンジントルクはエンジン制御装置22の内部ではM_SOLLで示されており、一方第2のスイッチング装置17.2と点火角度加算器15の後の点火角度がZWで示されている。エンジン制御装置22によって実際に用いられるこれらの目標値は、種々の主装置へ供給するために、外部へ出力されるが、それについては図示されていない。
【0020】
絞り弁角度マップ12により目標エンジントルクM_SOLLと回転数nの現在の値を用いて絞り弁角度αが決定される。このマップは通常所定の動的関数(機能)を有する。マップの他に、あるいはマップに加えてエンジン給気モデルを使用することもできる。エンジンを制御するこの種の手段自体は知られており、従ってここではそれについて詳しい説明はしない。
【0021】
時点T_Aで、ギアシフト条件検出器16によってギア切り替え(ギアシフト)が行われるべきことが検出される回転数に達した場合には、ギアシフト条件検出器はそれに応じて(不図示の)オートマチックトランスミッションを制御し、スイッチング装置17を切り替え、かつギアシフト動作間のトルク設定を行う装置10.2とギアシフト動作間の点火角度変化用点火角度変化マップ14.2を駆動して、図1の(b)、(c)および(d)に示すトルク特性が得られるようにする。さらに時点T_Aで主目標エンジントルクM_SOLL_Mの値がサンプル/ホールド装置11によって検出され、前のトルクM_ALTとして出力される。この前のトルクはギアシフト動作間のトルクを設定する装置10.2によって上述のように定められる時点T_VORまで保持される。それに対して点火角度変化マップ14.2の出力信号からの主点火角度ZW_Mは点火角度加算器15において点火角度変化値ΔZWにより補正され、図1(c)に示すように点火角度に基づくトルクが減少するようにされる。それによって実際トルクが同一に減少される。というのは給気は不変なままになっているからであ。
【0022】
時点T_KONSTとT_VORの間においては給気も点火角度も保持される。その後時点T_vorにおいて、給気が増大され始め、かつ同時に、給気の増大にもかかわらず実際エンジントルクが一定に維持されるように点火角度が変化され始める。最終的に到達すべきトルクは、ギアシフト動作時エンジントルクを設定する装置10.2によって前のトルクM_ALT並びに前のギヤ段の変速比(ギア比)r_ALTと新しいギア段の変速比r_NEUに基づいて決定される。シフトアップされる場合には、前のギヤ段の変速比は新しいギヤ段のそれより大きく、従って新しい目標エンジントルクM_NEUは式M_NEU=M_ALT(r_ALT/r_NEU)に従って前のトルクより大きくなる。
【0023】
通常、車輪における駆動トルクが継続的に一定にされるときにこの新しいエンジントルクに達するためには、エンジントルクを急速に変化させる必要があるが、この変化は、給気の変化だけでは達成することができない。従って公知の方法においては、時点T_AUFで絞り弁が全開される。本発明方法においては時点T_VORで同様なことが行われる。その場合には給気は比較的著しく増大するが、しかし実際エンジントルクは時点T_AUFまで一定に保持される。というのは点火角度変化マップ14.2から対応する点火角度変化ΔZWが読み出され、それを用いて点火角度ZWが調節されて、点火角度に基づくトルク減少が給気に基づくトルク上昇を相殺するからである。
【0024】
時点T_AUFに達すると、点火角度変化は連続的に戻される。具体的には、給気に基づくトルク上昇と点火角度に基づくトルク上昇によって実際エンジントルクが増大して、それによってちょうどエンジントルクの目標特性が得られるような変化速度で戻される。時点T_Eの前の時点T_NULLにおいて点火角度変化ΔZWは値ゼロに達するので、残りのトルク上昇はさらに給気が増大されることによってのみもたらされる。この時点T_NULLからは図1(d)に示すカーブにおいて実際エンジントルクは目標エンジントルクに比べてやや下がっている。
【0025】
時点T_AとT_E間のギアシフト動作内で時点T_VORは種々の観点から定めることができる。すでに説明したように、好ましくはこの時点はできる限り時点T_AUFの方向へずらされ、具体的には個々のギアシフト動作の場合上述の要因を考慮して実際の運転条件に従ってずらされる。しかしまた、最も早く必要とされる時点T_VORを定めて、それを常に使用することも可能である。
【0026】
図1(b)、(c)および(d)の場合には点火角度は、それ以上変化すると点火ミスにつながるおそれのある値まで変化されるものと仮定されている。従って可能な限りの点火角度調節の全幅が利用される。しかしこの調節幅では図示の例においては、実際エンジントルクが目標エンジントルクの急な上昇についていくには十分ではない。しかしまた、トランスミッション、特に変速段と走行条件に従って、点火角度変化の可能な全幅を利用しなくても済むようにすることも可能である。その場合には時点T_VORを遅い方向へ移動させることが可能であり、あるいはそれを維持することも可能である。その場合には、給気に基づくエンジントルクを時点T_AUFまであまり急速に増大させないことが必要となり、あるいは依然として最大可能な速度で増大させてもよいが、それは、以下の値まで、即ち、時点T_AUFとT_NULL間の期間に実際エンジントルク特性を目標エンジントルク特性と一致させるために必要とされる点火角度の変化に基づくトルク変化が補償できる値までにすることが必要である。
【0027】
上述の実施例においてはエンジントルクはフィードバックなしで制御される。しかしエンジントルクを閉ループ制御することも可能であって、それは好ましくは目標点火角度に基づいて規格化された給気に従ったトルクに基づいて行われる。それに相当する方法と装置は並行特許出願に詳細に記載されている。
【0028】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、目標エンジントルクが増大されるべき時点の前においてすでに給気が増大され、かつ同時に給気の増大によってもたらされるトルク上昇が点火角度の調節によってもたらされるトルク減少によって補償されて目標トルクが維持され、また、目標トルクが増大される時点からは給気がさらに増大され、かつ実際エンジントルクの特性が目標エンジントルクの特性とほぼ一致するように点火角度変化が戻されるようにしているので、全ギアシフト動作の間実際エンジントルクをほぼ目標エンジントルクに制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)から(d)は、本発明におけるトルク特性を示す線図である。
【図2】ギアシフト動作の間火花点火エンジンのトルクを調節するシステムの装置ないし機能を示すブロック図である。
【図3】(a)から(d)は従来のトルク特性を示す線図である。
【図4】エンジン回転数が一定である場合のエンジントルクを点火角度に関して示す線図である。
【符号の説明】
10.1 非ギアシフト運転用のトルク設定装置
10.2 ギアシフト動作用のトルク設定装置
12 絞り弁角度マップ
13 エンジン
14.1 点火角度マップ
14.2 ギアシフト動作用の点火角度変化マップ
16 ギアシフト条件検出器
17 スイッチング装置
18 絞り弁
19 燃焼室
20 点火角度調節装置
21 データ測定装置
22 エンジン制御装置

Claims (2)

  1. オートマチックトランスミッションによるギアシフト動作が行なわれるかが検出され、
    ギアシフト動作が検出されない場合には、非ギアシフト運転用の目標エンジントルク(M_SOLL_M)が設定されて、その値に基づいて空気調量装置が調節され、
    またギアシフト動作が検出される場合には、ギアシフト動作期間目標エンジントルクの特性が設定され、その場合ギアシフト動作の間にエンジントルクの減少が得られるように、点火角度(ZW)が調節される、
    各ステップを有する空気調量装置(18)を備えた内燃機関(13)(火花点火エンジン)のトルクを調節する方法において、
    ギアシフト動作の間に給気の増大によって可能であるよりも早くエンジントルクの増大が行なわれるようにするために、以下のように処理されること、即ち、
    目標エンジントルクが増大されるべき時点(T_AUF)の前(時点T_VOR)においてすでに給気が増大され、かつ同時に点火角度が次のように、すなわち給気の増大によってもたらされるトルク上昇が点火角度の調節によってもたらされるトルク減少によって補償されて目標トルクが維持されるように、調節され、かつ、
    目標トルクが増大される時点(T_AUF)からは給気がさらに増大され、かつ実際エンジントルクの特性が目標エンジントルクの特性とほぼ一致するように点火角度変化が戻されることを特徴とするギアシフト動作の間に火花点火エンジンのトルクを調節する方法。
  2. ギアシフト動作を開始させるギアシフト条件検出器(16)と、
    非ギアシフト運転の間給気と点火角度を調節する装置(10.1、14.1)と、
    ギアシフト動作の間給気と点火角度を調節する装置(10.2、14.2)とを備え、この装置は、点火角度を調節して、それによりギアシフト動作の間にエンジントルクの減少が得られるように構成されている、
    空気調量装置(18)を備えた内燃機関(13)(火花点火エンジン)のトルクを調節する装置において、
    ギアシフト動作の間給気と点火角度を調節する前記装置(10.2、14.2)が次のステップ、すなわち
    目標エンジントルクが増大されるべき時点(T_AUF)の前(時点T_VOR)においてすでに給気が増大され、かつ同時に点火角度が次のように、すなわち給気の増大によってもたらされるトルク上昇が点火角度の調節によってもたらされるトルク減少によって補償されて目標トルクが維持されるように、調節され、かつ、
    目標トルクが増大される時点(T_AUF)からは給気がさらに増大され、かつ実際エンジントルクの特性が目標エンジントルクの特性とほぼ一致するように点火角度変化が戻される、
    ステップを実施するように構成されていることを特徴とするギアシフト動作の間に火花点火エンジンのトルクを調節する装置。
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