JP6354477B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロックアップ機構を備えたトルクコンバータと圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、を有する車両の制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、圧縮比との協調によりロックアップクラッチを締結してロックアップ機構をロックアップオン状態にする運転領域において、当該ロックアップクラッチを締結する際に圧縮比を低下させることで、圧縮比可変の効能を効率的に利用して車両の燃費を向上させる技術が開示されている。

特許第５１４６５９８号公報

しかしながら、一般的に、ロックアップクラッチ締結時の応答性は、圧縮比変更時の可変圧縮比機構の応答性よりも良い。また、圧縮比が高くなるほど１サイクル中の内燃機関のトルク変動が大きくなる。つまり、上記特許文献１においては、圧縮比が低下する前にロックアップクラッチが締結されてしまい、内燃機関のトルク変動に起因して大きな車両振動が発生してしまう虞がある。

本発明の車両の制御装置は、圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切り替え、かつトルクコンバータのロックアップ機構をロックアップオフ状態からロックアップオン状態に切り替える際には、可変圧縮比機構の応答遅れと可変バルブタイミング機構の応答遅れの双方を加味した内燃機関の有効圧縮比が目標有効圧縮比になるまで、上記内燃機関の吸気弁閉時期を下死点から遠ざかるように制御するとともに、上記内燃機関の点火時期を遅角し、上記有効圧縮比が上記目標有効圧縮比になると、上記可変圧縮比機構による圧縮比の変更が終了するまで上記有効圧縮比が上記目標有効圧縮比となるように吸気弁閉時期を下死点に近づくように制御することによって、上記内燃機関のトルク変動を低下させることを特徴としている。

本発明によれば、内燃機関のトルク変動に起因して大きな車両振動（こもり音）が発生することを抑制することができる。

本発明に係る車両の制御装置のシステム構成を模式的に示した説明図。 内燃機関の概略構成を模式的に示した説明図。 実施例における圧縮比の設定領域とロックアップ機構の状態とを模式的に示した説明図。 実施例における運転状態の一例を示すタイミングチャート。 実施例における制御の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る車両の制御装置のシステム構成を模式的に示した説明図である。

図示せぬ車両に搭載された内燃機関１は、ロックアップ機構を備えたトルクコンバータ２を介して自動変速機３に接続されている。トルクコンバータ２は、内燃機関１の出力軸４に接続されている。自動変速機３は、トルクコンバータ２の出力軸５に接続されている。

また、内燃機関１は、可変バルブタイミング機構１０として、各気筒の吸気弁（図示せず）の開時期及び閉時期の双方を同時に遅進させる位相可変機構を有している。上記位相可変機構は、例えば、特開２００２−８９３０３号公報等によって既に公知となっているものであり、上記吸気弁を開閉駆動する吸気カムシャフト（図示せず）の位相を後述するクランクシャフト１５に対して遅進させる構成のものである。

上記位相可変機構は、上記吸気カムシャフトと所定の角度範囲内で相対回転可能なスプロケットを当該吸気カムシャフトの一端に設けるとともに、タイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して上記スプロケットを後述するクランクシャフト１５と連動させた構成となっている。上記吸気弁のバルブタイミング、すなわち上記吸気弁のリフト中心角のクランク角に対する位相は、上記吸気カムシャフトと上記スプロケットとをアクチュエータ（図示せず）等を用いて相対回転させることで連続的に遅進し、これにより吸気弁閉時期が変更される。

なお、可変バルブタイミング機構１０としては、少なくとも上記吸気弁の閉時期を遅進出来るものであれば良く、公知の種々の可変バルブタイミング機構を適用可能である。

内燃機関１、トルクコンバータ２及び自動変速機３は、コントロールユニット６からの指令（信号）に基づいて制御される。

例えば、内燃機関１は、車両の運転状態に応じて最適なエンジントルクが得られるようにコントロールユニット６によって制御される。トルクコンバータ２のロックアップ機構は、図示せぬロックアップクラッチを締結状態にして内燃機関１と自動変速機３を直結状態とするロックアップオン状態と、上記ロックアップクラッチを解放状態とするロックアップオフ状態と、が車両の運転状態に応じて切り替えられるようにコントロールユニット６によって制御される。自動変速機３は、車両の運転状態に応じて最適な変速段が得られるようにコントロールユニット６によって制御される。

コントロールユニット６には、運転者により操作されるアクセルペダルの開度（踏込量）を検出するアクセル開度センサ７や後述するクランクシャフト１５のクランク角度と共に機関回転速度を検出可能なクランク角センサ８、上記吸気弁の開閉時期に対応する上記吸気カムシャフトの位相（変換角）を検出する吸気カム角センサ９等の各種センサ類からの信号が入力されている。上記アクセルペダルの開度から内燃機関１の機関負荷が検出可能である。

なお、コントロールユニット６は、ロックアップ機構の状態がロックアップオン状態かロックアップオフ状態であるのかがトルクコンバータ２からの信号入力により判別可能となっている。

図２は、上述した内燃機関１の概略構成を模式的に示した説明図である。この内燃機関１は、上述した可変バルブタイミング機構１０に加え、シリンダブロック１１のシリンダ１２内を往復動するピストン１３の上死点位置を変更することで機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構１４を有している。

可変圧縮比機構１４は、ピストン１３とクランクシャフト１５のクランクピン１６とを複数のリンクで連係した複リンク式ピストン−クランク機構を利用したものであって、クランクピン１６に回転可能に装着されたロアリンク１７と、このロアリンク１７とピストン１３とを連結するアッパリンク１８と、偏心軸部２０が設けられた制御軸１９と、偏心軸部２０とロアリンク１７とを連結するコントロールリンク２１と、を有している。

クランクシャフト１５は、クランク軸受ブラケット２２によってシリンダブロック１１に回転可能に支持されている。

アッパリンク１８は、一端がピストンピン２３に回転可能に取り付けられ、他端が第１連結ピン２４によりロアリンク１７と回転可能に連結されている。コントロールリンク２１は、一端が第２連結ピン２５によりロアリンク１７と回転可能に連結されており、他端が制御軸１９の偏心軸部２０に回転可能に取り付けられている。

制御軸１９は、クランクシャフト１５と平行に配置され、かつシリンダブロック１１に回転可能に支持されている。詳述すると、制御軸１９は、クランク軸受ブラケット２２と制御軸受ブラケット２６との間に回転可能に支持されている。

そして、この制御軸１９は、歯車機構２７を介して電動モータからなるアクチュエータ２８によって回転駆動され、その回転位置が制御されている。アクチュエータ２８は、コントロールユニット６からの指令に基づき制御される。なお、制御軸１９を油圧アクチュエータによって回転駆動するようにしてもよい。

アクチュエータ２８により制御軸１９の回転位置を変更することで、コントロールリンク２１の揺動支点となる偏心軸部２０の位置が変化する。これにより、コントロールリンク２１によるロアリンク１７の姿勢が変化し、ピストン１３のピストンモーション（ストローク特性）、すなわちピストン１３の上死点位置及び下死点位置の変化を伴って、圧縮比が連続的に変更される。

内燃機関１の負荷の低い領域では、圧縮比を高く制御することで熱効率を向上させ、燃料消費量を低減することができる。また、内燃機関１の負荷の高い領域では、ノッキングが発生し易くなるので、圧縮比が低く制御される。

ここで、トルクコンバータ２のロックアップ機構がロックアップオン状態になっている場合、内燃機関１のトルク変動に起因する振動によって、車室内にいわゆるこもり音が発生する。このこもり音は、内燃機関１の１サイクル中のトルク変動が大きくなるほど大きくなる。また、内燃機関１の１サイクル中のトルク変動は、内燃機関１の圧縮比が高くなるほどが大きくなる。

従って、内燃機関１の１サイクル中のトルク変動が大きいときに、トルクコンバータ２のロックアップ機構がロックアップオン状態になっていると、車室内に大きなこもり音が発生してしまう虞がある。

ここで、トルクコンバータ２のロックアップ機構は、切り替え時の応答性が、圧縮比変更時の可変圧縮比機構１４の応答性よりも良い。

そこで、内燃機関１の圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切り替え、かつトルクコンバータ２のロックアップ機構をロックアップオフ状態からロックアップオン状態に切り替える際には、可変圧縮比機構１４の応答遅れに応じて、内燃機関１のトルク変動を低下させる。

これによって、内燃機関１の１サイクル中のトルク変動が大きい状態で、トルクコンバータ２のロックアップ機構がロックアップオン状態となることがなくなるため、車両振動（こもり音）の発生を抑制することができる。

本実施例においては、可変圧縮比機構１４の圧縮比変更時の応答遅れを考慮し、圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切り替え、かつトルクコンバータ２のロックアップ機構をロックアップオフ状態からロックアップオン状態に切り換える際には、吸気弁閉時期が下死点から遠ざかるように可変バルブタイミング機構１０を制御するとともに、可変圧縮比機構１４の応答遅れと可変バルブタイミング機構１０の応答遅れの双方を加味した内燃機関１の有効圧縮比の応答遅れに応じて、内燃機関１の点火時期を相対的に遅角させる。なお、点火時期は、内燃機関１の燃焼室（図示せず）内の混合気に点火する点火プラグ（図示せず）の点火時期であり、圧縮比よりも応答性よく変更することができる。

本実施例において、高圧縮比のときの吸気弁閉時期は下死点よりも遅角側となっているため、吸気弁閉時期が下死点から遅角するように可変バルブタイミング機構１０を制御することで、吸気弁閉時期が下死点から遠ざかることになる。

これによって、トルクコンバータ２のロックアップ機構をロックアップオフ状態からロックアップオン状態に切り替えた際に、比較的応答の速い点火時期の遅角によって筒内圧力の最大値が低下し、内燃機関１の１サイクル中のトルク変動が低下するので、圧縮比の応答遅れに起因する車両振動（こもり音）を迅速に低減することができる。また、吸気弁閉時期を下死点から遠ざけることで内燃機関１の有効圧縮比が低下し、内燃機関１の１サイクル中のトルク変動が低下するので、点火時期の遅角のみで内燃機関１のトルク変動を低下させる場合に比べて、熱効率の低下を抑制することができる。

図３は、本実施例における圧縮比の設定領域とトルクコンバータ２のロックアップ機構の状態とを模式的に示した説明図である。

図３中に破線で示す特性線Ａは、ロックアップオンラインである。図３中に矢示するように、図３において特性線Ａの左側の領域から特性線Ａの右側の領域へと運転状態が変化した場合に、トルクコンバータ２のロックアップ機構をロックアップオフ状態からロックアップオン状態へ切り替える。つまり、特性線Ａの高回転側、すなわち特性線Ａよりも図３における右側の領域は、トルクコンバータ２のロックアップ機構をロックアップオン状態にするロックアップオン領域となっている。特性線Ａの低回転側、すなわち特性線Ａよりも図３における左側の領域は、トルクコンバータ２のロックアップ機構をロックアップオフ状態にするロックアップオフ領域となっている。図３において、運転状態が特性線Ａの左側の領域から特性線Ａの右側の領域へと変化する事例としては、機関負荷だけが低下する場合、機関負荷が急減に低下し、かつ機関回転速度が少し低下する場合、機関負荷が少し低下し、かつ機関回転速度が急激に上昇する場合等も考えられる。なお、運転状態がロックアップオン領域にある場合でも、圧縮比が上記許容圧縮比以下になっていない場合には、ロックアップオフ状態が維持される。

図３中に破線で示す特性線Ｂは、特性線Ａよりも低回転側に位置したロックアップオフラインである。トルクコンバータ２のロックアップ機構がロックアップオン状態の場合、図３中に矢示するように、図３において特性線Ｂの右側の領域から特性線Ｂの左側の領域へと運転状態が変化するとロックアップオフ状態へ切り替えられる。つまり、図３における特性線Ａと特性線Ｂに挟まれた領域では、ロックアップオン状態が維持される。換言すると、図３における特性線Ａと特性線Ｂに挟まれた領域は、トルクコンバータ２のロックアップ機構を切り替える際のいわゆるヒステリシスになっている。

図３において、特性線Ａの低回転側、すなわち特性線Ａよりも図３における左側の領域が、内燃機関１の圧縮比を所定の高圧縮比に設定する高圧縮比運転領域になっている。また、図３において、特性線Ａの高回転側、すなわち特性線Ａよりも図３における右側の領域が、内燃機関１の圧縮比を所定の低圧縮比に設定する低圧縮比運転領域となっている。

なお、運転状態が低圧縮比運転領域から高圧縮比運転領域に変化した場合、図３における特性線Ａと特性線Ｂに挟まれた領域では、圧縮比が低圧縮比に維持される。つまり、運転状態が特性線Ａを高回転側から低回転側に通過したとしても、トルクコンバータ２のロックアップ機構がロックアップオン状態からロックアップオフ状態に切り替わるまで圧縮比は低圧縮比に維持される。

また、図３は、内燃機関１の圧縮比可変制御とトルクコンバータ２のロックアップ機構切り替え制御とを行う運転領域の一部を示したものであり、図示外の高負荷側ではトルクコンバータ２のロックアップ機構の状態に関わらず、ノッキング回避等のために圧縮比を低圧縮比とすることも可能である。機関回転速度が高くなるほどこもり音（車両振動）が発生する周波数域から外れるため、こもり音（車両振動）への影響が十分に小さい図示外の高回転側では、ロックアップオン状態で圧縮比を高圧縮比とすることも可能である。

図４は、略一定の負荷で機関回転速度が上昇し、その後略一定の負荷で機関回転速度が下降するような運転状態の一例を示すタイミングチャートである。なお、この図４に示すタイミングチャートは、図３の矢印Ｄ１のような運転状態に対応する。

時刻ｔ０は、圧縮比が高圧縮比、トルクコンバータ２のロックアップ機構がロックアップオフ状態である。時刻ｔ１では、運転状態が高圧縮比運転領域及びロックアップオフ領域から低圧縮比運転領域及びロックアップオン領域に入り、圧縮比が高圧縮比から低圧縮比に切り替えられ、トルクコンバータ２のロックアップ機構がロックアップオフ状態からロックアップオン状態に切り替えられる。

そして、破線で示す有効圧縮比の目標値に対して、可変圧縮比機構１４による圧縮比の変更は応答遅れを生じるので、時刻ｔ１から吸気弁閉時期が下死点から遠ざかるように可変バルブタイミング機構１０を制御する。本実施例において、高圧縮比のときの吸気弁閉時期は下死点よりも遅角側となっているため、吸気弁閉時期が遅角するように可変バルブタイミング機構１０を制御することで、吸気弁閉時期が下死点から遠ざかる。

また、可変バルブタイミング機構１０による吸気弁閉時期の遅角も応答遅れを生じるので、可変圧縮比機構１４による圧縮比変更時の応答遅れと、可変バルブタイミング機構１０による吸気弁閉時期の変更時（遅角）の応答遅れと、を加味した内燃機関１の有効圧縮比の応答遅れに応じて点火時期の遅角補正を時刻ｔ１から開始する。

時刻ｔ２では、有効圧縮比が目標有効圧縮比に到達し、点火時期の遅角補正が終了する。つまり、時刻ｔ１から有効圧縮比が目標有効圧縮比まで低下するまでの間、点火時期を相対的に遅角させる。時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけては、可変圧縮比機構１４による低圧縮比への変更を引き続き行いつつ、有効圧縮比が略一定となるよう吸気弁閉時期が進角側に戻される。そして、時刻ｔ３において、可変圧縮比機構１４による圧縮比の変更が終了するとともに、吸気弁閉時期の遅角補正が終了する。

時刻ｔ４は、運転状態が特性線Ｂを高回転側から低回転側に通過するタイミングである。そのため時刻ｔ４で、トルクコンバータ２のロックアップ機構がロックアップオン状態からロックアップオフ状態に切り替えられるとともに、圧縮比が低圧縮比から高圧縮比に切り替えられる。なお、時刻ｔ４では、トルクコンバータ２のロックアップ機構をロックアップオフ状態に切り換えるため、吸気弁閉時期及び点火時期の補正は行わない。時刻ｔ５では、圧縮比が高圧縮比に到達する。

図５は、本実施例の制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ１では、機関回転速度、機関負荷、トルクコンバータ２のロックアップ機構の状態（ロックアップオン状態とロックアップオフ状態のいずれの状態であるか）、現在の吸気弁閉時期、現在の圧縮比等の各種情報を読み込む。Ｓ２では、現在の圧縮比と現在の吸気弁閉時期から有効圧縮比を算出する。Ｓ３では、トルクコンバータ２のロックアップ機構がロックアップオン状態であるか否かを判定し、ロックアップオン状態であればＳ４へ進み、ロックアップオン状態でなければＳ９へ進む。Ｓ４では、目標圧縮比を低圧縮比に設定する。Ｓ５では、目標有効圧縮比を算出する。ここで、目標有効圧縮比は、予め実験または計算などで求めておいた車両振動（こもり音）が許容レベルとなる有効圧縮比である。Ｓ６では、現在の圧縮比とＳ４で設定した目標圧縮比とを比較し、現在の圧縮比が目標圧縮比となっていればＳ７へ進み、現在の圧縮比が目標圧縮比になっていなければＳ１１へ進む。Ｓ７では、吸気弁閉時期の遅角量と点火時期の遅角量をゼロとしてＳ８へ進む。Ｓ８では、可変圧縮比機構１４、可変バルブタイミング機構１０及び点火時期を、それぞれ目標値に応じて制御する。

Ｓ９では、目標圧縮比を高圧縮比に設定する。Ｓ１０では、吸気弁閉時期の遅角量と点火時期の遅角量をゼロとしてＳ８へ進む。

Ｓ１１では、現在の圧縮比と目標有効圧縮比から吸気弁閉時期の遅角量を算出する。ここで、吸気弁閉時期の遅角量は、あくまで現在の圧縮比と目標有効圧縮比とから算出される。そのため、図４の時刻ｔ１から時刻ｔ２の区間のように圧縮比の低下に伴って吸気弁閉時期の遅角量を増加させていく区間がある一方で、図４の時刻ｔ２から時刻ｔ３の区間のように圧縮比が目標の低圧縮比に未到達の状態で有効圧縮比が目標有効圧縮比まで低下している場合は、圧縮比の低下に伴って吸気弁閉時期の遅角量を減少させていく区間も存在する。Ｓ１２では、現在の有効圧縮比と目標有効圧縮比とを比較し、現在の有効圧縮比が目標有効圧縮比となっていればＳ１３へ進み、現在の有効圧縮比が目標有効圧縮比になっていなければＳ１４へ進む。Ｓ１３では、点火時期の遅角量をゼロとしてＳ８へ進む。Ｓ１４では、現在の有効圧縮比と目標有効圧縮比から点火時期の遅角量を算出してＳ８へ進む。

なお、上述した実施例では、内燃機関１の１サイクル中のトルク変動を低下させるために、点火時期を遅角するとともに、吸気弁閉時期を下死点から遠ざけているが、点火時期を遅角することのみや、吸気弁閉時期を下死点から遠ざけることのみを行うようにしてもよい。

点火時期を遅角することのみで内燃機関１の１サイクル中のトルク変動を低下させても、圧縮比の応答遅れによる車両振動（こもり音）を迅速に低減することができる。

また、吸気弁閉時期を下死点から遠ざけることのみで内燃機関１の１サイクル中のトルク変動を低下させても、点火時期の遅角のみで内燃機関１の１サイクル中のトルク変動を低下させた場合に比べて熱効率の低下を抑制することができる。

１…内燃機関
２…トルクコンバータ
３…自動変速機
１０…可変バルブタイミング機構
１４…可変圧縮比機構

Claims (1)

1. 内燃機関の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、
   上記内燃機関の吸気弁閉時期を変更可能な可変バルブタイミング機構と、
   ロックアップ機構を備えて上記内燃機関と変速機の間に配置されたトルクコンバータと、を有する車両の制御装置において、
   圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切り替え、かつ上記ロックアップ機構をロックアップオフ状態からロックアップオン状態に切り替える際には、
   上記可変圧縮比機構の応答遅れと上記可変バルブタイミング機構の応答遅れの双方を加味した上記内燃機関の有効圧縮比が目標有効圧縮比になるまで、上記内燃機関の吸気弁閉時期を下死点から遠ざかるように制御するとともに、上記内燃機関の点火時期を遅角し、
   上記有効圧縮比が上記目標有効圧縮比になると、上記可変圧縮比機構による圧縮比の変更が終了するまで上記有効圧縮比が上記目標有効圧縮比となるように吸気弁閉時期を下死点に近づくように制御することによって、上記内燃機関のトルク変動を低下させることを特徴とする車両の制御装置。

Images