JP5115846B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

この発明はエンジンの制御装置に係り、特に、エンジンに駆動される複数の外部補機、および、複数のエンジン付随補機を備え、有段変速機を併設したエンジンの出力を制御するエンジンの制御装置に関する。

車両のエンジンのトルクは、主にアクセルペダルに連動したスロットルバルブによって制御される。また、エンジンの制御装置においては、燃費向上を目的に、低アクセル開度（低スロットル開度）領域では、例えば排気ガス還流装置（ＥＧＲ）や可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）等の各種補機を燃費優先設定にすることが行われ、高アクセル開度（高スロットル開度）領域では、トルク優先の目的から排気ガス還流装置の停止や可変バルブタイミング機構をトルク優先設定にすることが行われているとともに、エアコン（空調装置）のコンプレッサやオルタネータ（発電機）の一時停止によるトルク増大を図っている。
このため、エンジンのトルクは、アクセル開度（スロットル開度）をゆっくり滑らかに増加させても、排気ガス還流装置・可変バルブタイミング機構・エアコンのコンプレッサ・オルタネータ等の駆動／停止（ＯＮ／ＯＦＦ）や設定変化により、階段状に増加したり、あるいは減少したりすることがある。
また、自動式の有段変速機を装備した車両では、一般にアクセル開度と車速により有段変速機のギヤ段及びロックアップ状態を切り替え、エンジントルクの増幅率を制御しているため、駆動輪トルクはスロットル開度に対し階段状に変化する問題がある。

そのため、従来のエンジンの制御装置には、ある負荷を作動する際に、この負荷が作動したときの駆動力の変化を打ち消すような駆動形態を示す他の負荷を選択し、作動する負荷とこの作動する負荷の駆動力を打ち消す他の負荷とをエンジン出力に回転変動が生じないように制御するものがある。
特許第２９８９３２７号公報

また、従来のエンジンの制御装置には、スロットルバルブを回動するアクセルペダルの踏み込み速度によりスロットルバルブの開度速度変化を検出し、車両の加速時に、エンジン冷却ファン、エアコン用コンプレッサを一時的に停止させるものがある。
実開昭６０−８２５４２号公報

従来のエンジンの制御装置には、車両の加速時にエアコンの作動を停止させ、その後、エアコンを作動状態に復帰させるタイミングを、自動変速機の変速時のトルクダウンに同期させることで、エアコンを作動状態に復帰させる際のショックを低減するものがある。
特開平５−１０４９４３号公報

従来のエンジンの制御装置には、エンジンで駆動される発電機を備え、エンジンの加速過程の間は発電機の駆動を停止させることで、エンジンの全出力を加速に利用するものがある。
特開昭５５−７１１０１号公報

従来のエンジンの制御装置には、ブレーキが緩め動作されて加速移行状態に入った場合に、ＥＧＲを停止させて加速性能の向上を図ったものがある。
特開２００５−９０２７３号公報

上記のように、有段変速機を併設したエンジンを搭載した車両においては、エンジンと有段変速機との制御から、駆動輪トルクがアクセル開度（スロットル開度）に対し階段状に変化したり、状況により様々に変化したりし、運転者の意思と乖離することがある。このため、運転者はアクセル開度の修正やギヤ段の手動選択を行う必要がある。具体例としては、登坂路でのギヤ変速のハンチングが上げられる。
すなわち、登坂路を走行中に、人為的にアクセルペダルを緩めるように戻すと、変速制御に依りギヤ段を自動的にシフトアップすることがある。そのとき、勾配や人為操作を含む各条件のバランスから、駆動トルクが下がり過ぎることがある。その場合、車両が失速し、それに対応して人為的にアクセルペダルを再踏み込みすることにより、変速制御に依り自動的にキックダウンする。そして、勾配や人為操作を含む各条件のバランスから駆動トルクが上がり過ぎることになり、またアクセルを戻す。このようにして運転者の意思と乖離し、ハンチングが起きてしまう。このハンチングを防ぐために、特定のギヤ段を一時的に保持する制御を行う技術があるが、僅かな負荷の変更で済む状態にも一律にその制御を適用すると、燃費を損ねる場合があるという不都合がある。
また、一般には、排気ガス還流装置・可変バルブタイミング機構・エアコンのコンプレッサ・オルタネータ・空燃比等のエンジン制御と、自動式の有段変速機のギヤ段・ロックアップ状態とは、無関係に制御されており、要求駆動輪トルクに対し燃費・運転性上最良な設定を選択しているとはいえない問題がある。
そして、上記文献の各技術のほとんどが単独の個別制御となっている。負荷を打消すようにすることは、補機類の絶対数が少ない小型の車両等には不向きである。変速に同期させることは、燃費の向上には繋がらないものとなっている。

この発明は、車両の走行中で、スロットル開度の制御と、過渡状態ないし定常状態における外部補機とエンジン付随補機とを含めた統合的なエンジン出力制御に関し、そのような過渡状態ないし定常状態での負荷制御に関して制御を最適化することと、スロットル制御を協調することにより、ドライバの要求する駆動輪トルクを、常時、正しく実現することと、総合的なパワートレインシステムとして、トルク全域について燃費性能を最良とすることを主たる目的とする。
その際、エンジンの出力感を維持して走行フィーリングを確保するように図るとともに、とりわけ、過渡状態における燃費性能の向上と排出する排気ガスの低減を実現すること、それらのバランスをとって両立を図ることを目的とする。
また、この発明は、過渡状態の中でも特に、エンジンの低負荷から高負荷への変化、すなわち、低スロットル開度から高スロットル開度への変化、あるいは、低加速要求から高加速要求への変化において、要求されるトルクが時間をかけてゆっくり変化する際に、滑らかにトルクが追従し、ステップ状やパルス的な変化をなくす、若しくはできるだけ低減するように、最適化した制御を実現すること、高負荷から低負荷への変化においても同様な最適化した制御を実現することを目的とする。

この発明は、車両のエンジンに有段変速機を併設し、前記エンジンに駆動される外部補機と、アクセルペダルの人為的操作を反映して又は前記アクセルペダルの人為的操作とは独立して動作可能な電子スロットルバルブを含み前記エンジンの出力トルクを変更し得るエンジン付随補機と、前記外部補機、エンジン付随補機、有段変速機を制御する制御手段と、を設けたエンジンの制御装置において、前記制御手段は、予め前記外部補機、エンジン付随補機、有段変速機の駆動／停止状態の切り替えタイミングに順位を設定するとともに、これら外部補機、エンジン付随補機、有段変速機のいずれかの状態変化に合わせて前記電子スロットルバルブのスロットル開度を変更制御する機能を有し、加速時には、所定のスロットル開度に向けて前記電子スロットルバルブのスロットル開度を漸増させるとともに、所定スロットル開度に達した際に前記切り替えタイミングの順位に従い前記外部補機、エンジン付随補機、有段変速機の駆動／停止状態の切り替え変更を順次行うように制御し、この切り替え変更によるトルク変化が生じないようにスロットル開度を調整することを特徴とする。

この発明のエンジンの制御装置は、アクセルペダルの人為的操作（アクセル開度に基づくトルク要求）に対して、車速との関係により設定される駆動輪トルクをステップ的に変化させることがなくなり、スロットル開度と補機類の駆動状態とを、燃費、騒音、排気ガスの排出についてバランスのとれた最適な状態とすることができる。
それにより、例えば、低負荷から高負荷に変化する際のトルク変化を緩やかにして、滑らかな加速フィーリングを得たり、逆に、高負荷から低負荷に変化する際のトルク変化を緩やかにして、シフトハンチングを防止したり、あるいは、定常走行において、従来よりも１段高いギヤ段を使用したり、ロックアップしたりすることで燃費を向上できる。
また、この発明のエンジンの制御装置は、その限られた条件の中で、スロットル開度を比較的小さく保ったまま、相対的なトルクアップを図ることができ、過大なアクセル操作を抑制できる。

この発明は、エンジンに駆動される複数の外部補機、および、エンジンに設けられた複数のエンジン付随補機を備えるエンジンの出力を制御するエンジンの制御装置、特に、車両の走行中で、スロットル開度の制御と、過渡状態における外部補機とエンジン付随補機とを含めた統合的なエンジン出力制御に関し、加減速から定速走行まで含めた常時、エンジンの燃焼制御と外部負荷制御および変速制御の統合制御に関するものである。ここでは、その過渡状態の中でも、定常走行状態から緩く加速する時（トルクアップ時、パワーオン時）であり、緩加速が継続した後期に自動式の有段変速機の変速制御でシフトダウンが行われるまでの状態におけるエンジンの燃焼制御と外部負荷制御および変速制御の統合制御に関して説明する。
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。図１はエンジンの制御装置のフローチャート、図２はエンジンの制御装置のタイムチャート、図３はエンジンの制御装置のブロック図である。図３において、１は車両に搭載されたエンジン、２は有段変速機である。
車両のエンジン１は、アクセルペダルの人為的操作を反映して又は前記アクセルペダルの人為的操作とは独立して動作可能な電子スロットルバルブ３を設け、燃料を噴射するインジェクタ４を設け、点火プラグに飛び火させる点火コイル５を設けている。
エンジン１には、このエンジンの出力トルクを変更し得るエンジン付随補機として、排気ガス還流装置（ＥＧＲ）６を設け、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）７を設けている。排気ガス還流装置６は、エンジン１の吸気系に還流される排気ガス量を制御するＥＧＲバルブ８を備えている。可変バルブタイミング機構７は、吸気バルブ・排気バルブの開閉時期を制御するタイミング制御バルブ９を備えている。また、エンジン１には、このエンジン１に駆動される外部補機として、エアコン（空調装置）１０のコンプレッサ１１を設け、オルタネータ（発電機）１２を設けている。
前記有段変速機２は、エンジン１の出力トルクを変換して伝達するトルクコンバータ１３と、トルクコンバータ１３が伝達するトルクを変換して出力する複数のギヤ段からなるギヤ変速機構１４とからなり、トルクコンバータ１３のポンプ及びタービンを連結して滑りを無くすロックアップ機構１５を備えている。有段変速機２は、変速機制御手段１６によりギヤ変速機構１４のギヤ段を切り換える（変速する）とともにトルクコンバータ１３のロックアップ機構１５を結合／解放する。

前記エンジン１は、制御装置１７の制御手段１８により制御される。制御手段１８には、前記電子スロットルバルブ３と、インジェクタ４と、点火コイル５とを接続し、エンジン付随補機である排気ガス還流装置６のＥＧＲバルブ８と、可変バルブタイミング機構７のタイミング制御バルブ９とを接続し、エンジン１に駆動される外部補機であるエアコン１０のコンプレッサ１１と、オルタネータ１２とを接続している。また、制御手段１８には、前記有段変速機２の変速機制御手段１６を接続している。
制御手段１８には、エンジン１に吸入される空気量を検出するエアフローセンサ１９と、エンジン１に吸入される空気の吸気温度を検出する吸気温センサ２０と、エンジン１のクランク軸のクランク角を検出するクランク角センサ２１と、エンジン１のカム軸のカム角を検出するカム角センサ２２と、エンジン１のバッテリの充放電電流を検出するバッテリ電流センサ２３と、エンジン１の吸気系に蒸発燃料を放出するエバポレータ温度を検出するエバポレータ温度センサ２４と、車両の速度を検出する車速センサ２５と、アクセルペダルのアクセル開度（踏み込み状態）を検出するアクセル開度センサ２６と、ヘッドライト状態（点灯・消灯）を入力するヘッドライトスイッチ２７と、エンジン１の水温（冷却水温度）を検出する水温センサ２８と、大気圧を検出する大気圧センサ２９と、エアコンのエアコン指示（エアコン操作状態）を入力するエアコンスイッチ３０とを接続している。
制御手段１８は、これらセンサ・スイッチ１９〜３０から信号を入力し、電子制御スロットルバルブ３に目標開度を出力してスロットル開度を制御するとともに実開度の情報を入力し、インジェクタ４に噴射指示を出力して噴射量を制御し、点火コイル５に点火指示を出力して点火時期を制御する。また、制御手段１８は、これらセンサ・スイッチ１９〜３０から信号を入力し、外部補機であるコンプレッサ１１にＯＮ／ＯＦＦ指示を出力して駆動／停止状態を切り換え、オルタネータ１２にＯＮ／ＯＦＦ指示を出力して駆動／停止状態を切り換え、エンジン付随補機である排気ガス還流装置６のＥＧＲバルブ８に目標開度を出力して排気ガス還流量を制御し、可変バルブタイミング機構７のタイミング制御バルブ９に目標進角量を出力してバルブタイミングを制御し、変速機制御手段１６にギヤ段及びロックアップ指示を出力して有段変速機２のギヤ変速機構１４のギヤ段及びロックアップ機構１５の結合／解放を制御するとともに変速機制御手段１６からギヤ段及びロックアップ状態、変速機油温などの情報を入力する。

このエンジン１の制御装置１７において、前記制御手段１８は、予め前記外部補機であるコンプレッサ１１、オルタネータ１２の駆動／停止状態と、前記エンジン付随補機である排気ガス還流装置６、可変バルブタイミング機構７の駆動／停止状態と、前記有段変速機２のギヤ変速機構１４の噛合状態及びロックアップ機構１５の結合／解放状態との切り替えタイミングに順位を設定するとともに、これら外部補機、エンジン付随補機、有段変速機のいずれかの状態変化に合わせて電子スロットルバルブ３のスロットル開度を変更制御する機能を有している。
この制御手段１８は、加速時には、所定のスロットル開度に向けて電子スロットルバルブ３のスロットル開度を漸増させるとともに、所定スロットル開度に達した際に予め設定した切り替えタイミングの順位に従い前記外部補機、エンジン付随補機、有段変速機の駆動／停止状態の切り替え変更を順次行うように制御する。
前記制御手段１８は、切り替えタイミングの順位を、外部補機、エンジン付随補機、有段変速機の順に設定している。
前記エンジン付随補機は、排気ガス還流装置６と可変バルブタイミング機構７を含んでいる。前記制御手段１８は、排気ガス還流装置６を可変バルブタイミング機構７より先に駆動／停止状態の切り替え変更するように制御する。

次に、この実施例の作用を説明する。
エンジン１の制御装置１７は、制御手段１８にアクセル開度・車速により目標駆動輪トルクマップを設定し、この目標駆動輪トルクマップからアクセル開度・車速により求められた目標駆動輪トルクとなるように、また燃費・運転性が最良となるように、エンジン１の電子スロットルバルブ３のスロットル開度、排気ガス還流装置６、可変バルブタイミング機構７、エアコン１０のコンプレッサ１１、オルタネータ１２、有段変速機２のギヤ変速機構１４のギヤ段（噛合状態）・ロックアップ機構１５のロックアップ状態（結合／解放状態）等の、トルクに影響するエンジン付随補機、外部補機、有段変速機２の駆動／停止状態を総合的に制御する。
具体的には、制御装置１７は、初め、エンジン付随補機、外部補機、有段変速機２の全ての機器の設定を燃費優先（排気ガス還流装置６等のエンジン付随補機：燃費優先制御、有段変速機２のギヤ変速機構１４のギヤ段：最高段、ロックアップ機構１５：ＯＮ、エアコン１０のコンプレッサ１１等の外部補機：通常稼動）と仮定し、事前に設定された目標駆動輪トルクマップからその仮定した状態でスロットル開度が全開における目標駆動輪トルクを算出する。これは、一般に高スロットル開度域で燃費率が最良となるためである。
制御装置１７は、初期の状態で駆動輪トルクが目標駆動輪トルクを下回る場合、燃費・運転性から設定された優先度に応じて、エンジン付随補機、外部補機、有段変速機２のいずれか一つをトルク優先（排気ガス還流装置６等のエンジン付随補機の停止、エアコン１０のコンプレッサ１１等の外部補機の停止、有段変速機２のギヤ段を１段下げる）と仮定し直し、再度その状態での最大駆動トルクと目標駆動輪トルクを比較する。この状態で、まだ目標駆動輪トルクを下回る場合は、エンジン付随補機、外部補機、有段変速機２のうちの別の一つをトルク優先に変更する。制御装置１７は、この処理を目標駆動輪トルクを上回るまで繰り返す。実際の駆動輪トルクが目標駆動輪トルクを上回る場合は、目標駆動輪トルクと一致するようにスロットル開度を調節する。

エンジン１の制御装置１７は、図１に示すように、電子スロットルバルブ３、排気ガス還流装置６、可変バルブタイミング機構７、コンプレッサ１１、オルタネータ１２、ギヤ変速機構１４、ロックアップ機構１５の駆動／停止状態を設定するように制御する。
制御装置１６は、制御がスタートすると（Ａ０１）、アクセル開度・車速から目標駆動輪トルクを算出し（Ａ０２）、有段変速機２のギヤ段を初めは最高段と仮定し、目標駆動輪トルク・車速から目標タービントルク・目標タービン回転数を算出し（Ａ０３）、ロックアップ機構１５をＯＮ（結合：ロックアップ）できるギヤ段・目標タービントルク・目標タービン回転数であるかを判断する（Ａ０４）。
この判断（Ａ０４）がＹＥＳの場合は、ロックアップ機構１５をＯＮ（結合：ロックアップ）し（Ａ０５）、エンジン回転数＝目標タービン回転数とし（Ａ０６）、目標エンジンＯＵＴトルク＝目標タービントルクとする（Ａ０７）。この判断（Ａ０４）がＮＯの場合は、１段低いギヤ段でロックアップ機構１４をＯＮ（結合：ロックアップ）できるかを判断する（Ａ０８）。
この判断（Ａ０８）がＹＥＳの場合は、有段変速機２のギヤ段を１段落とし（Ａ０９）、処理（Ａ０３）に戻る。この判断（Ａ０８）がＮＯの場合は、ロックアップ機構１５をＯＦＦ（解放）し（Ａ１０）、トルクコンバータ１３の特性からエンジン回転数を算出し（Ａ１１）、トルクコンバータ１３の特性から目標エンジンＯＵＴトルクを算出する（Ａ１２）。
前記（Ａ０６）、（Ａ１１）でエンジン回転数を求めた後に、現在のエンジン付随補機、外部補機、有段変速機２からなる機器の設定において、（Ａ０６）、（Ａ１１）のエンジン回転数からアクセル全開での最大エンジン発生トルクを算出する（Ａ１３）。なお、初期値は、全ての機器を燃費優先とする。
また、前記（Ａ０６）、（Ａ１１）でエンジン回転数を求めた後に、現在のエンジン付随補機、外部補機、有段変速機２からなる機器の仮定の設定において、補機トルクを算出する（Ａ１４）。なお、初期値は、全ての機器を通常稼働とする。
さらに、前記（Ａ０７）、（Ａ１２）で求めた目標エンジンＯＵＴトルクに、前記（Ａ１４）で求めた補機トルクを加算して、目標エンジン発生トルクを算出する（Ａ１５）。
次に、前記（Ａ１３）で求めた最大エンジン発生トルクが、前記（Ａ１５）で求めた目標エンジン発生トルク以上であるかを判断する（Ａ１６）。
最大エンジン発生トルクが目標エンジン発生トルク以上で、判断（Ａ１６）がＹＥＳの場合は、その状態でエンジン付随補機等の機器の状態・エンジン付随補機等の機器の設定・有段変速機２のギヤ変速機構１４のギヤ段及びロックアップ機構１５の状態を確定し、目標エンジン発生トルク・目標エンジン回転数・エンジン付随補機等の機器の設定から目標スロットル開度を算出して確定し、有段変速機２のギヤ段及びロックアップ状態を確定し（Ａ１７）、制御をエンドにする（Ａ１８）。
最大エンジン発生トルクが目標エンジン発生トルク未満で、判断（Ａ１６）がＮＯの場合は、稼働中の補機があり、停止可能か判断する（Ａ１９）。この判断（Ａ１９）がＹＥＳの場合は、稼働中の補機の１つを停止し（Ａ２０）、前記（Ａ１４）に戻り、再度、補機トルクを算出する。この判断（Ａ１９）がＮＯの場合は、燃費優先からトルク優先に設定を変更可能なエンジン付随補機等の機器があるかを判断する（Ａ２１）。
この判断（Ａ２１）がＹＥＳの場合は、エンジン付随補機等の機器の１つをトルク優先設定に変更し（Ａ２２）、前記（Ａ１３）に戻り、再度、最大エンジン発生トルクを算出する。この判断（Ａ２１）がＮＯの場合は、ロックアップ機構１４がＯＮ（結合：ロックアップ）しているかを判断する（Ａ２３）。
この判断（Ａ２３）がＹＥＳの場合は、前記１段低いギヤ段でロックアップ機構１５をＯＮ（結合：ロックアップ）できるかの判断（Ａ０８）に移行する。この判断（Ａ２３）がＮＯの場合は、有段変速機２のギヤ段を１段落とす処理（Ａ０９）に移行する。したがって、判断（Ａ２３）がＮＯの場合は、ギヤ段を１段下げるか、ロックアップ機構１４をＯＦＦ（解放）とし、再度処理（Ａ０３）から処理（Ａ１５）までのステップを実行してトルクを算出する。この処理は、判断（Ａ１６）が満足する（ＹＥＳ）まで繰り返す。

図２は、車速一定でアクセルペダルをゆっくり踏み込んで（アクセル開度を増加）いった場合の、外部補機、エンジン付随補機、有段変速機２の駆動／停止状態を示している。
従来は、図２に破線で示すように、車速一定でアクセルペダルをゆっくり踏み込んでいった場合に、アクセル開度が増加するとともに電子スロットルバルブ３のスロットル開度が開くため、スロットル開度が大きくなるほどアクセル開度に対する空気量の増加率は少なくなり、スロットル開度が一定値ｋ以上になって空気量が最大となった後は駆動輪トルクが増加しない（ｔ１）。
その後、さらにアクセルペダルを踏み込むと、適当なアクセル開度で排気ガス還流装置（ＥＧＲ）６をＯＦＦ（停止）し（ｔ３）、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）７をトルク優先設定に切り替え（ｔ４）、ロックアップ機構１５をＯＦＦ（解放）し（ｔ５）、さらにアクセルペダルを踏み込むと、ギヤ変速機構１４のギヤ段を１段下げる（ｔ７）。
駆動輪トルクは、アクセル開度に対して階段状に変化し（ｔ３、ｔ４、ｔ５）、ギヤ段を１段下げる前（ｔ７前）では不足し、ギヤ段を１段下げた後（ｔ７後）では過大となる。また、エンジン発生トルクは、アクセル開度に対して排気ガス停止分・可変バルブタイミングトルク設定分だけ階段状に増大変化し（ｔ３、ｔ４）、ギヤ段を１段下げた後（ｔ７後）で回転増加により増大なる。
従来は、破線に示すように駆動輪トルクが小さいので、実線と同一トルクにするために、その分早くアクセルペダルを踏み込んだ位置にする必要がある。なお、補機は、一般にアクセル全開付近以外は独立して制御している場合が多い。

この発明のエンジン１の制御装置１７は、図２に実線で示すように、車速一定でアクセルペダルをゆっくり踏み込んでいった場合に、アクセル開度が増加するとともに電子スロットルバルブ３のスロットル開度が開いて、スロットル開度が大きくなるほどアクセル開度に対する空気量の増加率は少なくなり、スロットル開度が一定値ｋに達して空気量が最大となり、駆動輪トルクが増加しなくなると（ｔ１）、オルタネータ１２をＯＦＦ（停止）し、停止したオルタネータトルクに相当する開度だけスロットル開度を一定値ｋから閉じる。エンジン発生トルクは、スロットル開度を閉じることでオルタネータトルク分だけ減少する。
時点（ｔ１）からアクセルペダルを踏み込んで、一定値ｋからオルタネータトルクに相当する開度だけ閉じたスロットル開度を開き、スロットル開度が一定値ｋに達して空気量が最大となると（ｔ２）、エアコン１０のコンプレッサ１１をＯＦＦ（停止）し、停止したコンプレッサトルクに相当する開度だけスロットル開度を一定値ｋから閉じる。エンジン発生トルクは、スロットル開度を閉じることでコンプレッサトルク分だけ減少する。
時点（ｔ２）からアクセルペダルを踏み込んで、一定値ｋからコンプレッサトルクに相当する開度だけ閉じたスロットル開度を開き、スロットル開度が一定値ｋに達して空気量が最大となると（ｔ３）、排気ガス還流装置６をＯＦＦ（停止）し、排気ガス還流装置６停止による増大トルクに相当する開度だけスロットル開度を一定値ｋから閉じる。エンジン発生トルクは、排気ガス還流装置６停止による増大トルクをスロットル開度を閉じることによる減少トルクで相殺され、減少することはない。
時点（ｔ３）からアクセルペダルを踏み込んで、一定値ｋから排気ガス停止による増大トルクに相当する開度だけ閉じたスロットル開度を開き、スロットル開度が一定値ｋに達して空気量が最大となると（ｔ４）、可変バルブタイミング機構７を燃費設定からトルク設定に切り替え、トルク設定への切り替えによる増大トルクに相当する開度だけスロットル開度を一定値ｋから閉じる。エンジン発生トルクは、トルク設定への切り替えによる増大トルクをスロットル開度を閉じることによる減少トルクで相殺され、減少することはない。
時点（ｔ４）からアクセルペダルを踏み込んで、一定値ｋからトルク設定への切り替えによる増大トルクに相当する開度だけ閉じたスロットル開度を開き、スロットル開度が一定値ｋに達して空気量が最大となると（ｔ６）、ギヤ変速機構１４のギヤ段を１段下げる（シフトダウン）と同時に、オルタネータ１２をＯＮ（駆動）し、エアコン１０のコンプレッサ１１をＯＮ（駆動）し、排気ガス還流装置６をＯＮ（駆動）し、可変バルブタイミング機構７をトルク設定から燃費設定に切り替え、ギヤ段の１段下げ・オルタネータ１２等の機器のＯＮによる増大トルクに相当する開度だけスロットル開度を一定値ｋから閉じる。エンジン発生トルクは、スロットル開度を閉じることで増大トルク分だけ減少する。
時点（ｔ６）からさらにアクセルペダルを踏み込むと、一定値ｋからギヤ段の１段下げ・オルタネータ１２等の機器のＯＮによる増大トルクに相当する開度だけ閉じたスロットル開度を開いて、エンジン発生トルクが増大する。
なお、オルタネータ１２等の補機の駆動を停止して一定値ｋから閉じるときのスロットル開度（スキップ量）は、停止したオルタネータ１２等の補機の駆動に必要なトルクに応じた開度であり、この開度を予め設定しておくことで、補機を停止した際のスロットル開度の減少制御をフィードフォワード制御することができる。
エンジン１の制御装置１７は、アクセル開度により設定された目標駆動輪トルクに合うように、前述の優先順位で外部補機のコンプレッサ１１及びオルタネータ１２・エンジン付随補機の排気ガス還流装置６及び可変バルブタイミング機構７・有段変速機２のギヤ段・電子スロットルバルブ３のスロットル開度が制御される。これにより、エンジン１の制御装置１７は、アクセル開度にリニアな駆動輪トルクが実現される。また、エンジン１の制御装置１７は、有段変速機２のシフトダウン頻度の低下により騒音と燃費が改善され、またシフトダウン後の燃費も改善される。

このエンジン１の制御装置１７は、エンジン１の出力トルクに影響を与える全ての要素に優先順位をつけて統合制御することにより、エンジン１・有段変速機２からなる動力装置全体を最適化（燃費低減、運転性向上）するものである。特に、多段式の有段変速機では、ギヤ段ごとの駆動力差が大きいため、その差を他のエンジン付随補機・外部補機の駆動／停止状態を切り替える制御で補うことにより、最適化のメリットがある。例えば、従来ならば有段変速機をシフトダウンしなければならない状態で、エンジン付随補機・外部補機の動作を停止するように制御することにより、駆動力差を補ってシフトダウンを回避することができる。なお、無段変速機では、変速比を必要なだけ変化させるだけで良く、エンジンと変速機のみで最適化できる。
最適化する方法としては、本来は、全領域の車速・目標駆動輪トルクにおける全てのエンジン付随補機・外部補機の動作の組み合わせにおける燃料消費率を事前に測定して最良の組み合わせを選び出し、それに沿って制御すべきである。この場合に、燃費効果と騒音（エンジン回転数）を考慮すると、
外部補機→エンジン付随補機→有段変速機２のギヤ変速機構１４→有段変速機２のロックアップ機構１５
の順に、燃費優先（補機は駆動）からトルク優先（補機は停止）に状態を切り替えて行くのが妥当である。つまり、トルク優先（補機は停止）にしても燃費の悪化しない外部補機を最優先とし、騒音（エンジン回転数）の悪化しないエンジン付随補機をその次の優先度、燃費悪化の大きいロックアップ機構を最後とする。ただし、外部補機やエンジン付随補機によって様々な制御上の制約があるため、自由に制御できない場合がある。
外部補機、エンジン付随補機、有段変速機２の各制御方法、効果、制御上の制約は、以下の通りである。
前記外部補機には、エアコン１０のコンプレッサ１１とオルタネータ１２がある。これら外部補機の制御方法は、一時停止すれば、有段変速機２の高ギヤ段を使用できる又はロックアップできる場合以外は、通常作動とする。エアコン１０のコンプレッサ１１は、効果として一時停止によりトルクが向上し、制約条件としてエバポレータ温度等により停止時間が制限される問題がある。オルタネータ１２は、効果として一時停止によりトルクが向上し、制約条件としてバッテリ放電により停止時間が制限される、ヘッドライト使用中は減光防止のため停止できない問題がある。
前記エンジン付随補機としては、排気ガス還流装置６と可変バルブタイミング機構７がある。これらエンジン付随補機の制御方法は、できるだけ燃費優先の作動とするが、トルク優先の作動とすれば、有段変速機２の高ギヤ段を使用できる又はロックアップ機構１５をロックアップできる場合は、トルク優先の作動とする。排気ガス還流装置６は、効果として燃費が向上し、制約条件として低吸気温では凍結により使用できない、低水温では燃焼不安定により使用できない問題がある。可変バルブタイミング機構７は、燃費優先設定により、効果として燃費が向上し、制約条件として低油温時は油圧不安定により使用できない、低回転、又は高油温時は油圧低下により使用できない問題がある。また、可変バルブタイミング機構７は、トルク優先設定により、効果としてトルクが増加し、制約条件として低油温時は油圧不安定により使用できない、低回転、又は高油温時は油圧低下により使用できない問題がある。
前記有段変速機２は、トルクコンバータ１３とギヤ変速機構１４とからなり、ロックアップ機構１５を備えている。有段変速機２の制御方法は、できるだけロックアップ機構１５をロックアップ（結合）し、目標駆動輪トルクを実現できるギヤ変速機構１４の最高ギヤ段を使用する。有段変速機２のギヤ変速機構１４は、効果としてギヤ段の切り替えで駆動輪トルクを増幅することができ、特に制約条件はない。有段変速機２のロックアップ機構１５は、効果としてロックアップで燃費が向上し、制約条件として低回転高トルクでは音・振動が発生するため使用できない、低ギヤ段ではロックアップ機構１５が装備されていない場合が多い、スリップロックアップは、低油温では油圧不安定により使用できない問題がある。
なお、外部補機の中での優先順位については、外部補機は停止できる時間が限定され、停止時間もその時の状況（環境や人為的要望によって変更される外部負荷に基づいて変更する）によって異なるため、明確な優先順位は付けられない。いずれの外部補機も停止できる状況であれば、どれでも停止して構わない。
また、エンジン付随補機の中での優先順位は、その特性により異なるため、各エンジン回転数・エンジン負荷での燃料消費率を事前に測定して決定すべきである。例えば、排気ガス還流装置６と可変バルブタイミング機構７では、排気ガス還流装置６により排気ガスを還流させている状態で可変バルブタイミング機構７をトルク優先の設定としても、エンジントルクはそれほど増加せず、燃費が悪化するため、排気ガス還流装置６の停止（排気ガスの還流停止）を先に行うべきである。

このように、このエンジン１の制御装置１７は、制御手段１８によって、予め外部補機、エンジン付随補機、有段変速機２の駆動／停止状態との切り替えタイミングに順位を設定するとともに、これら外部補機、エンジン付随補機、有段変速機２のいずれかの状態変化に合わせて電子スロットルバルブ３のスロットル開度を変更制御する機能を有し、加速時には、所定のスロットル開度に向けて電子スロットルバルブ３のスロットル開度を漸増させるとともに、所定スロットル開度に達した際に予め設定した切り替えタイミングの順位に従い前記外部補機、エンジン付随補機、有段変速機２の駆動／停止状態の切り替え変更を順次行うように制御する。
これにより、このエンジン１の制御装置１７は、アクセルペダルの人為的操作（アクセル開度に基づくトルク要求）に対して、車速との関係により設定される駆動輪トルクをステップ的に変化させることがなくなり、スロットル開度と補機類の駆動状態とを、燃費、騒音、排ガスの排出についてバランスのとれた最適な状態とすることができる。それにより、例えば、低負荷から高負荷に変化する際のトルク変化を緩やかにして、滑らかな加速フィーリングを得たり、逆に、高負荷から低負荷に変化する際のトルク変化を緩やかにして、シフトハンチングを防止したり、あるいは、定常走行において、従来よりも１段高いギヤ段を使用したり、ロックアップしたりすることで燃費を向上できる。
また、このエンジン１の制御装置１７は、その限られた条件の中で、スロットル開度を比較的小さく保ったまま、相対的なトルクアップを図ることができ、過大なアクセル操作を抑制できる。また、３速でロックアップしている場合と同じ駆動トルクであっても、４速でロックアップしている場合のようにエンジン１の出力トルクが必要な場合には、過大なアクセル操作ではなく、スロットル開度を大きく保ったまま走行することもできる。
前記制御手段１８は、切り替えタイミングの順位を、外部補機、エンジン付随補機、有段変速機２の順に設定している。
これにより、このエンジン１の制御装置１７は、エンジン１に駆動される外部補機の順位を上位にすることにより、停止しても燃費悪化を伴うことがない。一方、このエンジン１の制御装置１７は、エンジン付随補機の順位を中位にすることにより、停止しても騒音悪化を伴うことがない。また、このエンジン１の制御装置１７は、有段変速機２の順位を下位にすることにより、変速の頻度を減らすことができ、変速によるエンジン１の大きな変動を抑制でき、燃費の悪化防止と、騒音増大の抑止と、排気ガスの悪化抑止を行うことができる。この時、エンジン１の出力トルクは、順序のある切り替えによってステップ的に変化する一方、駆動トルクは、加速では増加傾向に、減速では減少傾向に滑らかに変化させることができる。また、実施形態では、加速を例示したが、減速時には、外部補機とエンジン付随補機の順位を逆にし、有段変速機２の順位を下位にして、スロットル制御を行うことにより、同様の効果を得ることができる。
前記エンジン付随補機は、排気ガス還流装置６と可変バルブタイミング機構７を含んでいる。前記制御手段１８は、排気ガス還流装置６を可変バルブタイミング機構７より先に駆動／停止状態の切り替え変更するように制御する。
これにより、このエンジン１の制御装置１７は、可変バルブタイミング機構７によるトルク増大を効率よくすることができ、排気ガス還流装置６の状態と協調することで燃費の悪化を抑止できる。

前記制御手段１８が判断する所定スロットル開度とは、空気量が最大となる時に設定したスロットル開度であり、その中でも最小のスロットル開度（中開度）である。すなわち、回転当りのエンジン１の出力トルクがほぼ一定値に収束する状態でのスロットル開度といえる。オルタネータ１２、エアコン１０のコンプレッサ１１やブロアファン、あるいはラジエータのファンモータなど、これら各外部補機の駆動に必要なトルクは予め分かるため、それに応じたスロットル開度のスキップ量を、それぞれ予め設定しておくことで、スロットル開度の変更制御においてフィードフォワード制御することが可能である。トルク変動を小さく押さえて、所望のトルクに一致させることができる。
このトルクが一定の場合であっても、エンジン回転数が上がるにつれて、出力パワーは増大し、走行速度も上がることになる。スロットル開度の変化によるトルク変化と、負荷トルクとなる補機類とを加算し、その大小バランスによって出力トルクが決まるので、スロットル開度が小さくなってもトルクは増大させることができる。エンジン１は、スロットル開度の中間域を主体として、小さな変動幅かつ短い周期で運転することになり、燃焼効率も良く、触媒の容量が小さくても浄化が可能となる。あるいは、触媒に用いる貴金属類を減らすことができる。
エンジン１の外部補機の中での優先順位は、流動的となる。バッテリ容量が充分満たされている場合や気温の高い時には、エアコン１０のコンプレッサ１１・ブロアファンよりオルタネータ１２の方が先に止まることになる（図２のタイムチャートに図示）。バッテリ容量が低下している時や、夜間、降雨、ＡＶ（音響映像）機器等のアクセサリ使用時には、電力消費が大きいのでオルタネータ１２よりエアコン１０のコンプレッサ１１・ブロアファンの方が先に止まることになる。

なお、この実施例では、エンジン付随補機を排気ガス還流装置６、可変バルブタイミング機構７とし、外部補機をエアコン１０のコンプレッサ１１、オルタネータ１２としたが、その他に、可変吸気システム、スワール・タンブルコントロールバルブ、各種可変バルブ機構、気筒休止等の機器や、希薄燃焼等の空燃比の制御装置等も、トルクに影響がある場合には同様の考え方で制御できる。
また、この実施例では、アクセル開度と車速からエンジン発生トルクを算出したが、大気圧・吸気温度等によりエンジン発生トルクを補正することにより、より精度の高い制御が可能である。さらに、駆動系各部の摩擦・粘性トルクについて、温度等により予測することができれば、より精度の高い制御が可能である。さらにまた、オルタネータ１２やエアコン１０のコンプレッサ１１等の負荷情報を補機トルクとしてリニアに得られれば、より精度の高い制御が可能である。また、目標エンジン発生トルクに制御する時に、スロットル開度だけでなく点火時期も制御することにより、より精度の高い制御が可能である。
さらに、この実施例では、エンジン付随補機である可変バルブタイミング機構７の位相変更する動作を、単純な２値（駆動／停止）の選択となるように説明したが、設定を細かく刻んで多数のステップとしたり、無段階となるように連続的に変化させることが可能なもので切り換える構造としたりすることもできる。また、可変バルブタイミング機構７は、可変バルブリフト機構に替えることもでき、これら両者を備えるように構成しても良い。さらに、この実施例では、緩加速を例にしたが、減少する要求トルクに対して補機類の順序を決めて制御するようにして、緩減速にも応用することもできる。さらにまた、従来の変速マップ（速度とスロットル開度のマップ）は基本的に不要であるが、特定の運転状態に限って組み合わせることや、任意に選択することも可能である。

この発明は、スロットル開度の制御と、過渡状態における外部補機とエンジン付随補機とを含めた統合的なエンジン出力制御に関し、有段変速機、電子スロットルバルブ及びエンジントルクに影響する各種補機を備えた車両のエンジンの制御に適用できる。

実施例を示すエンジンの制御装置のフローチャートである。 実施例を示すエンジンの制御装置のタイムチャートである。 実施例を示すエンジンの制御装置のブロック図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 有段変速機
３ 電子スロットルバルブ
６ 排気ガス還流装置
７ 可変バルブタイミング機構
８ ＥＧＲバルブ
９ タイミング制御バルブ
１０ エアコン
１１ コンプレッサ
１２ オルタネータ
１３ トルクコンバータ
１４ ギヤ変速機構
１５ ロックアップ機構
１６ 変速機制御手段
１７ 制御装置
１８ 制御手段

Claims (3)

1. 車両のエンジンに有段変速機を併設し、前記エンジンに駆動される外部補機と、アクセルペダルの人為的操作を反映して又は前記アクセルペダルの人為的操作とは独立して動作可能な電子スロットルバルブを含み前記エンジンの出力トルクを変更し得るエンジン付随補機と、前記外部補機、エンジン付随補機、有段変速機を制御する制御手段と、を設けたエンジンの制御装置において、前記制御手段は、予め前記外部補機、エンジン付随補機、有段変速機の駆動／停止状態の切り替えタイミングに順位を設定するとともに、これら外部補機、エンジン付随補機、有段変速機のいずれかの状態変化に合わせて前記電子スロットルバルブのスロットル開度を変更制御する機能を有し、加速時には、所定のスロットル開度に向けて前記電子スロットルバルブのスロットル開度を漸増させるとともに、所定スロットル開度に達した際に前記切り替えタイミングの順位に従い前記外部補機、エンジン付随補機、有段変速機の駆動／停止状態の切り替え変更を順次行うように制御し、この切り替え変更によるトルク変化が生じないようにスロットル開度を調整することを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記制御手段は、切り替えタイミングの順位を、外部補機、エンジン付随補機、有段変速機の順に設定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記エンジン付随補機は、排気ガス還流装置と可変バルブタイミング機構を含み、前記制御手段は、前記排気ガス還流装置を可変バルブタイミング機構より先に駆動／停止状態の切り替え変更するように制御することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。

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