JP5347593B2

JP5347593B2 - 過給制御装置

Info

Publication number: JP5347593B2
Application number: JP2009058514A
Authority: JP
Inventors: 忠行永井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: JP2010209850A

Description

この発明は、内燃機関の出力を増加させる際に、過給機により内燃機関の吸入空気量を増加させ、かつ、変速機の変速比を大きくする制御をおこなう過給制御装置に関するものである。

従来、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に過給機を取り付けることがおこなわれている。この過給機を使用すれば、内燃機関における吸入空気量を増加することができ、したがって、内燃機関の出力を相対的に大きくすることができる。このように、内燃機関に過給機を取り付けた車両の制御装置の一例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１においては、ディーゼルエンジンに排気タービン式の過給機が取り付けられている。その過給機のコンプレッサーが、ディーゼルエンジンの吸気パイプが接続されている。また、過給機のタービンが、ディーゼルエンジンのエキゾストマニホルドに接続されている。この過給機はディーゼルエンジンで発生する排気量の増大に応じて、過給圧が高くなるように構成されている。そして、加速要求が判定された場合は、無段変速機の変速比を大きくするダウンシフトをおこなうことにより、エンジン回転数を上昇させて過給圧を上昇させている。なお、電動機により過給機のコンプレッサの回転数を制御する技術が特許文献２に記載されている。

特開２００３−３９９８９号公報特開２００４−３６０４８７号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載された車両の制御装置において、過給圧の増加によりディーゼルエンジンの出力トルクが予想以上に増加した場合、エンジントルクの増加制御と、無段変速機の変速制御との整合性が低下し、無段変速機での変速をスムーズにおこなえなくなる虞があった。

この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、内燃機関のトルクの増加制御と、変速機での変速制御と整合性を向上させることの可能な過給制御装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、燃料と空気との混合気を燃焼させて動力を発生する内燃機関と、この内燃機関の吸気空気量を増加させる過給機と、前記内燃機関と動力伝達可能に接続され、かつ、入力回転数と出力回転数との間の変速比を変更可能な変速機とを有し、前記内燃機関の出力を増加させる要求があった場合に、前記過給機の過給圧を上昇させ、かつ、前記変速機で変速比を大きくする変速をおこなう過給制御装置において、前記内燃機関の出力を増加させる要求に基づき前記変速機での変速過渡時に到達するべき前記過給機の目標過給圧を求める過給圧算出手段と、前記過給機の目標過給圧に基づいて前記変速機のトルク容量を制御するトルク容量制御手段と、前記トルク容量制御手段により前記変速機のトルク容量を制御する際に、前記過給機の目標過給圧と前記過給機の実際の過給圧との差が、前記目標過給圧に基づいて制御されるトルク容量が前記過給機の実際の過給圧に基づいて前記内燃機関から出力されるトルクに対して過大となることがないように予め定めた所定値以下となるように前記過給機の実際の過給圧を制御する過給圧制御手段とを備えていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記変速機は、複数のクラッチまたはブレーキの係合および解放を制御して変速比が制御されるように構成されており、前記トルク容量制御手段は、前記変速機の変速比の変更後に係合されるクラッチまたはブレーキの係合力を制御することにより、前記変速機のトルク容量を制御する手段を含むことを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記過給機の過給圧を制御する電動モータを有することを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、変速機の変速過渡時に到達するべき目標過給圧を求めるとともに、過給機の目標過給圧に基づいて変速機のトルク容量を制御する。そして、変速機のトルク容量を制御する際に、目標過給圧と実際の過給圧との差が、予め定めた所定値以下となるように、過給機の実際の過給圧を制御する。したがって、変速機のトルク容量の制御と過給機の過給圧の制御との整合性が向上し、変速をスムーズにおこなうことができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、係合されるクラッチまたはブレーキの係合力と、過給機の過給圧との整合性が向上し、変速機の変速を一層スムーズにおこなえる。

請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の効果を得られる他に、電動モータにより過給機の過給圧を制御できる。

この発明における過給制御装置の制御例を示すフローチャートである。図１の制御例を実行可能な車両の構成例を示す模式図である。図１のフローチャートに対応するタイムチャートの一例を示す図である。

つぎに、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。まず、この発明の制御を実行できる車両の構成例を図２に示す。図２に示す車両１においては、車両１の走行用の駆動力源としてエンジン２が設けられている。このエンジン２は、燃焼室で燃料と空気との混合気を燃焼させ、その熱エネルギを運動エネルギに変換して出力する動力装置である。このエンジン２としては内燃機関、より具体的には、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジンなどを用いることが可能である。

このエンジン２の燃焼室に接続された吸気管３が設けられており、その吸気管３内には吸入空気量を制御する電子スロットルバルブ４が設けられている。また、吸気管３における空気の吸入方向で電子スロットルバルブ４よりも上流に過給機５が設けられている。また、過給機５のコンプレッサ（図示せず）を回転させる電動モータ６が設けられている。そして、電動モータ６に供給される電圧を制御することにより、過給機５の回転数を制御し、過給機５がエンジン２の燃焼室に空気を送るときの圧力（過給圧）を制御することができる。この過給機５は、機械式過給機または排気式過給機を、電動モータで駆動する構成である。電動モータを用いて過給機を駆動する技術は、特開２００５−２２６５０１号公報、特開２００７−１２０３７６号公報、特開２００７−１９８２５３号公報などに記載されているように公知であるため、図示および詳細な説明を省略する。なお、燃焼室には排気管７が接続されており、燃焼室で混合気を燃焼させた時に発生した排気ガスが排気管７に排出される構成を有している。

前記エンジン２と動力伝達可能に変速機８が設けられている。この変速機８は、入力回転数と出力回転数との間の比、つまり変速比を変更可能な伝動装置である。この変速機８は、変速比を段階的（不連続）に変更可能な有段変速機、または、変速比を連続的（無段階）に変更可能な無段変速機のいずれでもよい。ここで、遊星歯車機構を用いた有段変速機およびその制御機構は、特開平５−８７２３１号公報、特開平５−９９３０６号公報、特開平５−９９３１６号公報などに記載されているように公知であるため、その構成および制御の説明を省略する。また、ベルト型無段変速機は、特開平１１−１８２６６６号公報、特開２００１−３２３９７８号公報などに記載されているように公知であるため、その構成および制御の説明を省略する。さらに、トロイダル型無段変速機は、特開２００２−１８１１５２号公報、特開２００３−１３０１６０号公報等に記載されているように公知であるため、その構成および制御の説明を省略する。

ここでは、変速機８として有段変速機、より具体的には遊星歯車機構および摩擦係合装置を有する有段変速機を用いている例について説明する。この遊星歯車機構および摩擦係合装置を有する変速機８においては、摩擦係合装置の係合および解放を制御することにより、変速比が段階的に（不連続に）変更される。また、摩擦係合装置の係合および解放が、油圧により制御される構成を有している。したがって、変速機８で変速段を変更する場合、変速途中で一時的な伝達トルクの低下、または動力の遮断が生じる。そして、変速機８の出力軸（図示せず）が終減速機９を介在させて駆動輪１０に動力伝達可能に接続されている。駆動輪１０は、前輪または後輪の何れでもよく、前輪および後輪の両方でもよい。つまり、車両１は二輪駆動車または四輪駆動車のいずれでもよい。さらに、エンジン２の燃料噴射量、電動モータ６に供給する電圧、電子スロットルバルブ４の開度、変速機８の変速比を制御する電子制御装置１１が設けられている。この電子制御装置１１には、過給機５の過給圧および回転数、車速、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）、エンジン２の回転数、変速機８の入力回転数（タービン回転数）、変速機８の出力回転数、ブレーキペダルの踏み込み量などを検知するセンサの信号が入力される。

つぎに、車両１の制御を説明すると、車速およびアクセル開度が電子制御装置１１により検知され、電子制御装置１１に記憶されている変速マップを用いて、変速機８の変速比を制御する。この実施例では、アクセル開度が増加してエンジン出力を高める要求が発生したときに、過給機５の過給圧を高め、かつ、変速機８の変速比を相対的に大きくするダウンシフトを実行可能であり、その制御例を、図１のフローチャートに基づいて説明する。まず、アクセルペダルが踏み込まれて変速機８のダウンシフト条件が成立し、そのダウンシフト制御の実行中であるか否かが判断される（ステップＳ１）。これは、摩擦係合装置の係合および解放をおこなっている途中であるか否かを判断するステップである。このステップＳ１で肯定的に判断された場合は、電動モータ６で過給機５の過給圧を増加する制御がおこなわれているか否かが判断される（ステップＳ２）。このステップＳ２または前記ステップＳ１で否定的に判断された場合はリターンする。この時点でおこなわれている過給機５の過給圧の増加量は、加速要求の増加に基づきマップなどを用いて求められた値である。

このステップＳ２で肯定的に判断された場合は、回転数同期時の油圧設定タイミングであるか否かが判断される（ステップＳ３）。ここで、回転数同期とは、変速機８のダウンシフト後に相当する同期回転数と、実際のタービン回転数とが一致することを意味する。また、同期回転数は、変速機８の出力回転数と、変速機８のダウンシフト後の変速比とを乗算して求める。つまり、回転数同期時点における摩擦係合装置の油圧（係合される摩擦係合装置の油圧）を制御することに先立ち、現時点が、摩擦係合装置の油圧を設定するべきタイミングであるか否かを判定している。この回転数同期時の油圧設定タイミングであるか否かの判断は、例えば、ダウンシフト制御を開始してからの経過時間、あるいは、ダウンシフト後の変速段で係合される摩擦係合装置の油圧の上昇指示を出力してからの経過時間などによりおこなうことができる。これらの経過時間は、実験またはシミュレーションによって予め求められており、その値が電子制御装置１１に記憶されている。さらに、ステップＳ３では、同期回転数から実際のタービン回転数を減算した値が所定値以下になったときに、回転数同期時の油圧設定タイミングであると判断し、同期回転数から実際のタービン回転数を減算した値が所定値を超えているときに、回転数同期時の油圧設定タイミングではないと判断することもできる。

このステップＳ３で肯定的に判断された場合は、摩擦係合装置の係合および解放途中における過給機５の目標過給圧（予測過給圧）を算出する（ステップＳ４）。これは、現時点の過給機５の回転数および過給圧などから、変速途中の目標過給圧を予測し、かつ、所定時間後、つまり、回転数同期時点の目標過給圧を予測（見積る）する処理である。なお、目標過給圧は、ダウンシフト後の加速要求を満たすことを前提としていることは勿論である。このステップＳ４の処理をおこなうために、実験またはシミュレーションによって得られたデータが電子制御装置１１に予め記憶されている。このステップＳ４についで、目標過給圧から、変速後の変速段で係合される摩擦係合装置の係合油圧が求められ（ステップＳ５）、リターンする。このステップＳ５は、エンジン２の出力トルクに基づいて、変速機８の変速中における摩擦係合装置の係合油圧を求めるものである。

一方、前記ステップＳ３で否定的に判断された場合は、回転数同期時における摩擦係合装置の油圧を設定済みであるか否かが判断される（ステップＳ６）。このステップＳ６で否定的に判断された場合はリターンする。このステップＳ６で肯定的に判断された場合は、過給機５の現在の過給圧から目標過給圧（予測過給圧）を除算した値が、所定値Ａを超えているか否かが判断される（ステップＳ７）。このステップＳ７で否定的に判断された場合は、目標過給圧から過給機５の現在の過給圧を減算した値が、所定値Ａを超えているか否かが判断される（ステップＳ８）。上記所定値Ａは、過給機５の実際の過給圧と、摩擦係合装置の係合油圧との対応関係が適切であるか否かを判断するための閾値である。より具体的には、エンジントルクの変化に対して、変速ショックを招くことなく、変速を進行できるトルク容量から、実験またはシミュレーションによって求めた値である。

そして、ステップＳ７で否定的に判断され、かつ、ステップＳ８で否定的に判断されるということは、実際の過給圧が目標過給圧とほぼ一致していることになるため、過給機５を駆動する電動モータ６の電圧を現在の値に維持し（ステップＳ９）、リターンする。これに対して、ステップＳ８で肯定的に判断された場合は、現在の過給圧が目標過給圧に比べて低すぎるため、過給機５を駆動する電動モータ６の電圧を増加し（ステップＳ１０）、リターンする。さらに、ステップＳ７で肯定的に判断された場合は、現在の過給圧が目標過給圧に比べて高すぎるため、過給機５を駆動する電動モータ６の電圧を低減し（ステップＳ１１）、リターンする。このように、ステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１の処理により、実際の過給圧と目標過給圧との差が、所定値Ａ以下となるように制御される。

つぎに、図１の制御例に対応するタイムチャートの一例を図３に基づいて説明する。図３のタイムチャートは、変速機８でダウンシフトをおこなう場合に、いずれかの摩擦係合装置を解放させ、かつ、他の摩擦係合装置を係合させることで成立する変速（クラッチ・ツゥ・クラッチ変速）に対応している。図３において、時刻ｔ１以前にアクセルペダルが踏み込まれ（アクセルＯＮ）てダウンシフト条件が成立し、ダウンシフト後の変速段で解放される摩擦係合装置の油圧指示値が、時刻ｔ１以前に低下している。つまり、変速機８でダウンシフトが開始されている。この制御によりエンジン回転数が上昇を開始している。そして、時刻ｔ１になると、ダウンシフト後の変速段で係合される摩擦係合装置の油圧指示値が上昇を開始し、変速機８の入力回転数が上昇を開始している。その後の時刻ｔ２が、ステップＳ３で判断した油圧設定タイミングであり、その時刻ｔ３で、変速機８の入力回転数がダウンシフト後の同期回転数と一致（回転数同期）している。つまり、時刻ｔ３で変速機８のダウンシフトが終了している。さらに、解放される摩擦係合装置の油圧指示値が、時刻ｔ４で最低値となっている。

このように、車両１で加速要求が増加したときに、過給機５の過給圧を高めてエンジン出力を高め、かつ、変速機８でダウンシフトを実行する。このとき、変速機８でダウンシフトをおこなうときに係合される摩擦係合装置の油圧は、ステップＳ４，Ｓ５においてエンジントルクに合わせて設定される。変速機８の変速段を切り替える信号が電子制御装置１１から出力されるが、実際の油圧は指示油圧に対して応答遅れを生じる。また、過給機５の過給圧は時間の経過に伴い上昇するが、過給圧がばらつくことがある。すると、変速機８のダウンシフト後の変速段で係合される摩擦係合装置の係合タイミングが遅れ、かつ、ダウンシフトによる駆動力増加タイミングが遅れる可能性がある。これに対して、図１の制御では、ステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１の処理により、実際の過給圧と目標過給圧との差が、所定値Ａ以下となるように制御される。したがって、過給機５の過給圧増加によるエンジントルクの増加タイミングと、摩擦係合装置の係合タイミングとが一致し、かつ、変速ショックを生じることのないように、摩擦係合装置のトルク容量を適切に制御して、スムーズな係合をおこなえる。

なお、図２の模式図では過給機５が電動モータ６により駆動される構成となっているが、過給機５が、エンジン２のトルクで駆動される機械式過給機（スーパーチャージャ）、または排気ガスの運動エネルギにより駆動される排気式過給機（ターボチャージャ）であることに加えて、電動モータ６により駆動される構成を兼ねている車両でも、図１の制御を実行できる。この場合、ステップＳ２の判断時点では、電動モータ６により過給機５が駆動されているか否かを判断することに代えて、過給機５が動作しているか否かを判断する。そして、ステップＳ９に進んだ場合は、電動モータ６を力行も回生もせずに、過給機５の過給圧を維持する制御をおこなう。また、ステップＳ１０に進んだ場合は、電動モータ６を駆動させて、過給機５の過給圧を高める制御をおこなう。一方、ステップＳ１１に進んだ場合は、電動モータ６を回生制御して、過給機５の過給圧を低下させる制御をおこなう。さらに、この発明における過給機としては、排気式過給機または機械式過給機を設け、さらに、電動モータにより駆動される過給機を設けた構造であってもよい。

また、前記変速機８は、摩擦係合装置の係合および解放、さらには、摩擦係合装置のトルク容量が油圧により制御される構成であるが、変速機８として、電磁力により係合および解放が制御される電磁クラッチまたは電磁ブレーキを有する有段式の変速機を有する車両においても、図１の制御を実行できる。つまり、電磁ブレーキおよび電磁クラッチのトルク容量が電磁力により制御される。このように、電磁ブレーキおよび電磁クラッチを有する変速機である場合は、図１の説明で述べた「油圧」を「電磁力」と読み替えればよい。

さらにまた、変速機８として無段変速機、具体的にはベルト型無段変速機またはトロイダル型無段変速機を用いた車両でも図１の制御を実行できる。この無段変速機ではクラッチおよびブレーキの係合および解放はおこなわれないが、エンジントルクの増加に併せて無段変速機のトルク容量を増加する制御をおこなうことができる。ここで、図１の制御を実行するときは、ステップＳ３では、変速終了までの残り時間が所定時間以下になったか否かが判断され、そのステップＳ３で肯定的に判断された場合は、ステップＳ４に進む。このステップＳ４では無段変速機の変速途中における目標過給圧が求められ、ステップＳ５では無段変速機のトルク容量指示値が求められる。さらに、ステップＳ３で否定的に判断された場合は、ステップＳ６に進み、ステップＳ６では変速途中におけるトルク容量指示を設定済みか否かが判断される。以下、有段変速機と同じ処理をおこなえばよい。このように、変速機が無段変速機である場合に、図１の制御をおこなうと、スムーズに、つまり、ショックなく変速をおこなえる。

ここで、図１に示された機能的手段と、この発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ４が、この発明の過給圧算出手段に相当し、ステップＳ５が、この発明のトルク容量制御手段に相当し、ステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１が、この発明の過給圧制御手段に相当する。この発明において、変速制御手段により制御される変速機の変速には、変速機の変速途中のトルク容量が含まれる。

１…車両、２…エンジン、５…過給機、６…電動モータ、８…変速機、１１…電子制御装置。

Claims

燃料と空気との混合気を燃焼させて動力を発生する内燃機関と、この内燃機関の吸気空気量を増加させる過給機と、前記内燃機関と動力伝達可能に接続され、かつ、入力回転数と出力回転数との間の変速比を変更可能な変速機とを有し、前記内燃機関の出力を増加させる要求があった場合に、前記過給機の過給圧を上昇させ、かつ、前記変速機で変速比を大きくする変速をおこなう過給制御装置において、
前記内燃機関の出力を増加させる要求に基づき前記変速機での変速過渡時に到達するべき前記過給機の目標過給圧を求める過給圧算出手段と、
前記過給機の目標過給圧に基づいて前記変速機のトルク容量を制御するトルク容量制御手段と、
前記トルク容量制御手段により前記変速機のトルク容量を制御する際に、前記過給機の目標過給圧と前記過給機の実際の過給圧との差が、前記目標過給圧に基づいて制御されるトルク容量が前記過給機の実際の過給圧に基づいて前記内燃機関から出力されるトルクに対して過大となることがないように予め定めた所定値以下となるように前記過給機の実際の過給圧を制御する過給圧制御手段と
を備えていることを特徴とする過給制御装置。
前記変速機は、複数のクラッチまたはブレーキの係合および解放を制御して変速比が制御されるように構成されており、
前記トルク容量制御手段は、前記変速機の変速比の変更後に係合されるクラッチまたはブレーキの係合力を制御することにより、前記変速機のトルク容量を制御する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の過給制御装置。
前記過給機の過給圧を制御する電動モータを有することを特徴とする請求項１または２に記載の過給制御装置。