JPH07156691A

JPH07156691A - 車両のパワーユニット

Info

Publication number: JPH07156691A
Application number: JP5305420A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Hitomi; 光夫人見; Noriyuki Iwata; 典之岩田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-12-06
Filing date: 1993-12-06
Publication date: 1995-06-20

Abstract

(57)【要約】【目的】過給機付ガソリンエンジンと自動変速機とを
用い、エンジンの低速高負荷側の低燃費領域でのより一
層の低燃費化を図るとともに、この運転領域が多用され
るようにして、大幅に燃費を改善する。【構成】エンジンに過給機１５を設け、少なくともエ
ンジンの過給域における低速域で空燃比を理論空燃比よ
りも大きい値に設定して、この領域の正味燃費率を低減
するとともに、変速機２５として自動変速機を用い、こ
の自動変速機の特性を、過給域における低速域で平坦路
のときの定常走行が行なわれるように設定することによ
り、この領域が多用されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、過給機付ガソリンエン
ジンと自動変速機と備えた車両のパワーユニットに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、排気ターボ過給機などの過給
機により吸気を加圧供給するようにした過給機付ガソリ
ンエンジンは一般に知られている。

【０００３】この種の過給機付エンジンにおいて、例え
ば特開平３−２３３２７号公報に示されるように、過給
域（過給により吸気圧力が高められる運転域）で、混合
気の空燃比が理論空燃比よりも大きくなる（希薄側とな
る）ように、燃料供給手段から供給される燃料の量を制
御するようにしたものも提案されている。このエンジン
によると、過給域である高負荷側の運転域で、過給によ
りトルクおよび燃焼安定性が確保されつつリーンバーン
（希薄燃焼）が行なわれることにより、この運転域の燃
費が低減される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、車両のパワ
ーユニットはエンジンと変速機等で構成されており、こ
のパワーユニットにおいて、車両の走行状態にはエンジ
ンの運転状態と変速機の変速比等が関係し、また、燃費
はエンジンの運転状態によって変化する。従って、上記
のようなターボ過給機付エンジンを用い、過給域で空燃
比を大きくして低燃費化を図っても、燃費の低い運転領
域の使用頻度が少なければ実質的に燃費が充分に改善さ
れず、このような点で課題が残されていた。

【０００５】本発明は、上記の事情に鑑み、エンジンの
低燃費領域でのより一層の低燃費化を図るとともに、こ
の運転領域が多用されるようにすることにより、大幅に
燃費を改善することができる車両のパワーユニットを提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、過給機付ガソリンエンジンと自動変速機
とを備え、少なくともエンジンの過給域（吸気弁直前の
圧力が大気圧以上の領域をいう。以下、同様）における
低速域で空燃比を理論空燃比よりも大きい値に設定する
とともに、上記自動変速機の特性を、過給域における低
速域で平坦路のときの定常走行が行なわれるように設定
したものである。

【０００７】この発明において、好ましくは自動変速機
を無段変速機とし、運転状態に応じて上記無段変速機の
変速比を変化させる変速比制御特性を、過給域における
低速域で平坦路のときの定常走行が行なわれるように設
定する。

【０００８】過給機は排気ターボ過給機とすることが効
果的である。

【０００９】あるいは、過給機を機械式過給機とすると
ともに、吸・排気弁の開弁オーバラップ期間を可変とす
るバルブタイミング可変機構と、少なくとも低速高負荷
域で低速低負荷域と比べて上記開弁オーバラップ期間を
大きくするようにバルブタイミング可変機構を制御する
制御手段とを設けるようにすることも効果的である。

【００１０】エンジンの幾何学的圧縮比は９以上に設定
することが好ましい。

【００１１】また、少なくとも上記過給域における低速
域で、エンジンの有効圧縮比が膨張比よりも小さくなる
ように吸気弁閉時期を設定し、より具体的には、１mmリ
フト時をもって定義した吸気弁閉時期をクランク角で下
死点後５０°以上に設定したすることが好ましい。

【００１２】また、エンジンに、少なくとも低速高負荷
時に吸気系への排気ガスの還流を行なう排気ガス還流手
段を設けることが好ましい。

【００１３】さらに、エンジン排気通路に、空燃比が理
論空燃比より大きいときにも窒素酸化物の浄化が可能な
触媒を設けるとともに、上記排気ガス還流手段による排
気ガス還流量を、少なくとも低速高負荷時において上記
触媒の温度をこの触媒の浄化性能が高くなる温度域に保
つように制御する手段を設けることが好ましい。

【００１４】

【作用】本発明によると、過給域における低速域で、混
合気の空燃比が大きく、かつ平均有効圧力が高い状態が
得られることにより、後に詳述するような理由で正味燃
費率が低くなり、しかも、自動変速機が上記特性に設定
されることにより、この低燃費の運転領域での運転の頻
度が高められる。

【００１５】この発明において、とくに自動変速機を無
段変速機とすると、過給域における低速域で定常走行が
行なわれるようにする変速比制御特性の設定が、容易に
可能となる。

【００１６】また、過給機としてターボ過給機を用いる
と、過給機の抵抗が小さくて燃費低減に有利となる。

【００１７】過給機として機械式過給機を用いた場合
は、少なくとも低速高負荷域で吸・排気弁の開弁オーバ
ラップ期間を大きくすることにより掃気作用が得られ、
この領域でのノッキング抑制に有利となる。

【００１８】エンジンの幾何学的圧縮比を９以上に設定
すると、熱効率が高められるとともに、リーンバーンに
も有利となる。

【００１９】また、少なくとも上記過給域における低速
域で、例えば吸気弁閉時期を遅くすることによりエンジ
ンの有効圧縮比が膨張比よりも小さくなるようにする
と、圧縮時の温度上昇が抑制されて、この領域でのノッ
キング抑制に有利となる。

【００２０】また、少なくとも高負荷時に排気ガスの還
流を行なうと、高負荷時の窒素酸化物の発生が抑制さ
れ、かつ、このように排気ガスの還流を行なっても過給
により燃料および空気の密度が高まっているので燃焼安
定性が確保される。

【００２１】さらに、エンジン排気通路に、空燃比が理
論空燃比より大きいときにも窒素酸化物の浄化が可能な
触媒を設けるとともに、上記排気ガス還流手段による排
気ガス還流量を、少なくとも高負荷時において上記触媒
の温度をこの触媒の浄化性能が高くなる温度域に保つよ
うに制御する手段を設けると、高負荷時の窒素酸化物の
浄化が良好に行なわれる。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例による車両のパワーユニットを
概略的に示している。このパワーユニットにおけるエン
ジン（ガソリンエンジン）は、エンジン本体１、吸気通
路１０、排気通路１２等を有している。上記エンジン本
体１は複数の気筒２を備え、その各気筒２の燃焼室３に
吸気ポート４および排気ポート５が開口し、図示の例で
は２つの吸気ポート４と２つの排気ポート５が開口して
いる。上記各吸気ポート４および各排気ポート５は吸気
弁６および排気弁７によりそれぞれ開閉されるようにな
っている。上記吸気ポート４には吸気通路１０の下流側
の気筒別吸気通路１１が接続され、排気ポート５には排
気通路１２の上流側の気筒別排気通路１３が接続されい
る。

【００２３】また、エンジンには過給機が設けられ、当
実施例では排気ターボ過給機１５が設けられている。こ
の排気ターボ過給機１５は、排気通路１２に配置された
タービン１５ａと、吸気通路１０に配置されて、上記タ
ービン１５ａにシャフト１５ｃを介して連結されたコン
プレッサ１５ｂとを備え、排気エネルギーによりタービ
ン１５ａが回転し、これに連動してコンプレッサ１５ｂ
が回転することにより吸気を過給するようになってい
る。

【００２４】上記吸気通路１０におけるコンプレッサ１
５ｂの下流には、過給気を冷却するインタークーラ１６
が設けられている。さらに吸気通路１０には、エアクリ
ーナ１７、吸気流量を検出するエアフローメータ１８、
アクセル操作等に応じて吸気流量を調節するスロットル
弁１９、燃料を噴射供給するインジェクタ２０等が配設
されている。一方、排気通路１３には、触媒２１が設け
られている。この触媒２１には、燃焼室３に供給される
混合気の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン燃焼状
態においても高いＮＯｘ浄化率を有するものが用いられ
ている。

【００２５】さらにこのエンジンには、排気ガス還流手
段２３が設けられている。この排気ガス還流手段２３
は、排気通路１２と吸気通路１０とを連通するＥＧＲ通
路２３ａと、このＥＧＲ通路２３ａ中に設けられて、制
御信号に応じて排気ガス還流量をコントロールするＥＧ
Ｒ弁２３ｂとを備えている。

【００２６】エンジンの出力軸には、トランスミッショ
ン２５が接続されており、このトランスミッション２５
の出力側に終減速機２６が接続され、この終減速機２６
に車軸２７を介して車輪２８が連結されている。

【００２７】図２はトランスミッション２５の構造を示
し、このトランスミッション２５は自動変速機からな
り、当実施例では、トロイダル型の無段変速機４０を用
いて構成されている。すなわち、このトランスミッショ
ン２５は、エンジンの出力軸に連結されてトルクの増大
作用を行なうトルクコンバータ３０と、このトルクコン
バータ３０の出力が伝達される減速装置としての遊星歯
車機構３１と、上記エンジンの回転が入力されてその回
転を無段階に変速するトロイダル型の無段変速機４０と
を有している。

【００２８】上記遊星歯車機構３１は、前進用遊星歯車
機構３２と後進用遊星歯車機構３３とを備え、これらに
共用されるサンギヤ３４がトルクコンバータのタービン
シャフト３５に連結される一方、前進用遊星歯車機構３
２のリングギヤがフォワードクラッチ３６およびワンウ
エイクラッチ３７を介して出力軸５０に連結されるとと
もに、後進遊星歯車機構３３のリングギヤがリバースク
ラッチ３８を介して出力軸５０に連結され、クラッチ３
６，３８の作動により前進、後進の切換が可能となって
いる。

【００２９】また、上記無段変速機４０は、第１変速ユ
ニット４１と第２変速ユニット４２とを有し、これらの
変速ユニット４１，４２は同様の構成とされており、そ
れぞれ、上記出力軸５０上にこの軸に対して回転自在に
設けられた入力ディスク４３と、この入力ディスク４３
に対向配置されて出力軸５０と一体回転する出力ディス
ク４４と、これら入出力ディスク４３，４４間に配置さ
れた一対のローラ４５とを有している。上記ローラ４５
は、入力ディスク４３の回転を出力ディスク４４に伝え
るように両ディスク４３，４４に接して回転し、かつ傾
動可能となっている。そして、このローラ４５が図外の
油圧駆動機構により傾動されて、その設置角が変更され
ることにより、上記両ディスク４３，４４に対するロー
ラ４５の当接箇所が変異して、変速比が変更されるよう
になっている。

【００３０】上記両変速ユニット４１，４２の各入力デ
ィスク４３は隣接配置され、その各入力ディスク４３の
間には中間ディスク４６が配置されており、この中間デ
ィスク４６と各入力ディスク４３との間に、入力トルク
に応じた押し付け力を入力ディスク４３に作用させるロ
ーディングカム４７が介装されている。

【００３１】上記無段変速機４０の入力ディスク４３に
エンジン出力を入力するため、入力軸５１が上記出力軸
５０と平行に配置されており、この入力軸５１の一端側
に第１ギヤ５２が設けられるとともに、トルクコンバー
タ３０の入力側に直結された中空軸５３に切換クラッチ
５４を介して接続されるギヤ５５が設けられ、このギヤ
５５にアイドルギヤ５６が噛合し、このアイドルギヤ５
６に上記第１ギヤ５２が噛合している。上記入力軸５１
の他端側には第２ギヤ５７が設けられ、この第２ギヤ５
７に、上記中間ディスク４６に設けられたギヤ５８が噛
合している。

【００３２】このトランスミッション２５によると、上
記切換クラッチ５４が解放されたときは、上記中空軸５
３と無段変速機４０の入力軸５１との間の回転伝達が遮
断され、エンジン出力がトルクコンバータ３０および遊
星歯車機構３１を経て出力軸５０に伝達される。一方、
上記切換クラッチ５４が締結されたときは、エンジン出
力が上記中空軸５３から入力軸５１に伝達され、無段変
速機４０を経て出力軸５０に伝達される。そして、後進
時や発進時等を除く通常走行時は、上記切換クラッチ５
４が締結された状態で、上記ローラ４５を傾動する油圧
駆動機構（図示せず）が制御されることにより、走行状
態に応じて変速比が変えられるようになっている。

【００３３】上記トランスミッション２５における変速
比等の制御およびエンジンの制御は、図１中に示したコ
ントロールユニット（ＥＣＵ）６０により行なわれる。
このコントロールユニット６０には、上記エアフローメ
ータ１８、スロットル弁の開度を検出するスロットル開
度センサ６１、エンジン回転数を検出するエンジン回転
数センサ６２、変速機出力軸回転数を検出するセンサ６
３等からの信号が入力されている。そして、上記ＥＣＵ
６０は、エンジンの制御として、吸入空気量およびエン
ジン回転数等の運転状態に応じて予め設定された空燃比
が得られるようにインジェクタ２０からの燃料噴射量を
制御するとともに、ＥＧＲ弁２３ｂを制御することによ
る排気ガス還流量の制御等を行ない、また、上記無段変
速機４０の変速比の制御を、走行状態に応じ、予め設定
された変速比制御特性に従って行なうようになってい
る。

【００３４】このパワーユニットにおいて、少なくとも
エンジンの過給域における低速域で、混合気の空燃比が
理論空燃比よりも大きい値（空気過剰率λがλ＞１）に
設定され、充分な低燃費化のために好ましくはＡ／Ｆ＞
１７に設定される。

【００３５】なお、空燃比が理論空燃比よりも大きい値
に設定される領域は、エンジンの全運転域であってもよ
く、また、例えば図３に示すように、高回転高負荷域を
除く運転域でλ＞１に設定し、高回転高負荷域のみλ≦
１に設定するようにしてもよい。

【００３６】また、エンジンの幾何学的圧縮比は一般の
過給エンジン（８．５以下）と比べて大きく、９以上の
高圧縮比とされている。

【００３７】さらに、少なくとも上記過給域における低
速域で有効圧縮比が膨張比よりも小さくなるように吸気
弁閉時期が設定されている。当実施例では、図４に示す
ごとく、膨張比は略幾何学的圧縮比となるように排気弁
は下死点付近で開き、上死点付近で閉じるように設定さ
れる一方、吸気弁は上死点付近で開いて下死点よりもあ
る程度以上遅い時期に閉じるように設定されている。具
体的には１mmリフト時をもって定義した吸気弁閉時期Ｉ
Ｃがクランク角で下死点後５０°以上に遅く設定されて
いる。この程度に吸気弁閉時期が遅くされることによ
り、吸入終期に吸気の吹き返しが生じることで有効圧縮
比が膨張比と比べて充分に小さくなって、後述のような
ノッキング抑制作用が有効に得られるものである。

【００３８】なお、上記の例では吸・排気弁の開閉タイ
ミングを固定としているが、吸気弁もしくは吸・排気弁
の双方に対してその開閉タイミングを変更可能とするバ
ルブタイミング可変機構（例えば後述の図９中に示すよ
うな機構）を設け、少なくとも上記過給域における低速
域で有効圧縮比が膨張比よりも小さくなるようにしつ
つ、運転状態に応じて上記開閉タイミングを制御しても
よい。また、有効圧縮比が膨張比よりも小さくなるよう
な設定としては、吸気弁閉時期を下死点よりも早い時期
に設定するようにしてもよい。

【００３９】また、上記排気ガス還流手段２３は、少な
くとも低速高負荷時に吸気系への排気ガスの還流を行な
い、例えば全運転域で排気ガスの還流を行なうようにな
っている。そして上記コントロールユニット６０で運転
状態に応じてＥＧＲ弁が制御されることにより排気ガス
還流量が制御され、とくに当実施例では、後に詳述する
ように排気ガスの還流がＮＯｘ浄化用触媒２１の温度調
整のためにも利用されており、低速高負荷時等において
上記ＮＯｘ浄化用触媒２１の温度をこの触媒の浄化性能
が高くなる温度域に保つように排気ガス還流量がコント
ロールされている。

【００４０】この排気ガス還流量のコントロールは、例
えば、触媒温度または触媒のＮＯｘ浄化度合を検出する
検出手段を設け、その検出信号に応じて排気ガス還流量
をフィードバック的に制御すればよい。あるいは、触媒
温度にはエンジン負荷等の運転状態および排気ガス還流
量が関係することから、ＮＯｘ浄化用触媒を適正温度域
に保つのに必要な排気ガス還流量を各種運転域について
予め調べ、それに基づいて運転状態に応じた排気ガス還
流量を設定しておくことにより、運転状態に応じて排気
ガス還流量を制御するようにしてもよい。

【００４１】一方、上記無段変速機４０の特性は、上記
過給域における低速域で平坦路のときの定常走行が行な
われるように設定されている。

【００４２】すなわち、無段変速機４０の制御において
は、例えば図５に示すような出力回転数およびスロット
ル開度と入力回転数（エンジン回転数）とを対応づけた
変速比制御特性のマップが設定され、このマップに基づ
いて実際の出力回転数およびスロットル開度に応じた変
速比の制御が行なわれる。この場合、無段変速機４０は
上記変速比制御特性の設定の自由度が比較的高く、これ
によって定常走行時のエンジン運転状態を比較的自由に
調整することができる。

【００４３】そこで、低速高負荷域で平坦路のときの定
常走行が行なわれるように変速比制御特性が設定されて
いる。つまり、後に詳述するような図７（ａ）に示す運
転状態のマップにおいて、低速高負荷域を通るラインＤ
（太い実線で示したライン）を定常走行ラインとし、変
速比の制御により運転状態が上記ラインＤを辿るよう
に、無段変速機４０の変速比制御特性が設定されてい
る。

【００４４】なお、低速域とは、エンジン回転数が少な
くとも３０００ｒｐｍ（定格回転数の１／２）以下の領
域である。

【００４５】以上のような当実施例のパワーユニットに
よると、大幅に燃費が改善されるもので、その作用を次
に説明する。

【００４６】図示燃費率（ピストンに対する仕事の燃費
率）をｂi 、平均有効圧力をＰe 、摩擦損失平均有効圧
力（ピストン等の摺動部分の摩擦や各種補機の駆動等に
よる損失分の平均有効圧力）をＰf とすると、エンジン
の正味燃費率ｂe は、次式のようになる。

【００４７】

【数１】ｂe ＝｛（Ｐe ＋Ｐf ）／Ｐe ｝×ｂi また、図６は、エンジンの軸トルクと正味燃費率ｂe と
の関係を示し、この図において、一点鎖線の曲線Ａは無
過給エンジンで通常時の空燃比をλ＝１とした場合、破
線の曲線Ｂは無過給エンジンで通常時にリーンバーン
（λ＞１）とした場合、実線の曲線Ｃは当実施例のよう
にターボ過給機付エンジンでリーンバーンとした場合
を、それぞれ示している。

【００４８】これらいずれの場合も、基本的傾向として
は低トルク側で燃費率が高く、軸トルクの上昇につれて
燃費率が小さくなる。これは、トルクに対応する上記平
均有効圧力Ｐe が大きくなるにつれ、摩擦損失平均有効
圧力Ｐf が相対的に小さくなって、上記数１の式中の
｛（Ｐe ＋Ｐf ）／Ｐe ｝が小さくなるためである。ま
た、通常時にλ＝１とした場合とリーンバーンとした場
合とを比較すると、リーンバーンとした場合の方が、図
示燃費率ｂi が小さくなることから、正味燃費率ｂe が
小さくなる。

【００４９】ところで、図６において無過給エンジンの
場合を示す曲線Ａ，Ｂでは、軸トルクがある程度以上に
高くなると正味燃費率が大きくなる傾向が生じている。
これは、通常時にλ＝１またはリーンバーンとしても、
高負荷時には要求される高トルクを得るために空燃比を
リッチにせざるを得ず、これに伴って図示燃費率ｂiが
大きくなるためである。

【００５０】これに対し、ターボ過給機付エンジンでリ
ーンバーンとした場合、過給により高負荷時の吸気充填
量が高められることから、リーンバーンを維持しつつ得
られるトルクが自然吸気エンジンよりも高くなり、つま
り自然吸気エンジンでは空燃比をリッチにしなければな
らないような高トルク側まで、リーンバーンを保つこと
ができる。そして、このように過給機付エンジンにより
高トルク側までリーンバーンとすると、上記数１の式中
の｛（Ｐe ＋Ｐf ）／Ｐe ｝および図示燃費率ｂi がと
もに小さくなることから、曲線Ｃに示すように、正味燃
費率が高トルク側で自然吸気エンジンと比べて大幅に小
さくなる。

【００５１】また、図７（ａ）は、当実施例のパワーユ
ニットによる場合の正味燃費率の等燃費率ライン（細い
実線で示す多数の曲線）および定常走行ライン（太い実
線）Ｄと、従来の変速機を用いた定常走行ライン（一点
鎖線）Ｅと、等馬力ライン（破線で示す多数の曲線）と
を示している。なお、当実施例との比較のために、自然
吸気エンジンの場合の正味燃費率の等燃費率ラインを図
７（ｂ）に示しており、この等燃費率ラインは、一般に
知られているものであって、低速で比較的高トルク側の
運転領域で正味燃費率が最小値ｂmin'となり、つまりこ
の領域が最適燃費領域となる。

【００５２】当実施例のようにターボ過給機付エンジン
を用いるとともに少なくとも低速域における過給域でリ
ーンバーンとした場合、図７（ａ）に示すように、正味
燃費率が最小値ｂmin となる最適燃費領域が低速域にお
ける過給域内に存在し、自然吸気エンジンと比べると、
前述の図６からも明らかなように、最適燃費領域がより
高トルク側となり、その最小値ｂmin は自然吸気エンジ
ンによる場合の最小値ｂmin'よりも小さくなる。

【００５３】そして、当実施例のパワーユニットにおい
ては、上記定常走行ラインＤが低速域における過給域内
を通るように無段変速機４０の変速比の特性が設定され
ることにより、ターボ過給機付エンジンを用いてリーン
バーンとしたことと関連して、大幅な燃費改善効果が得
られる。

【００５４】つまり、燃費改善のためには、正味燃費率
の小さい運転領域で多く運転されることが要求される
が、従来の一般的な設定によると、定常走行ラインＥが
最適燃費領域から大きくかけ離れた運転領域を通るた
め、正味燃費率の小さい運転領域の使用頻度が少なくな
る。これに対し、当実施例では、無段変速機４０を用
い、その変速比制御特性を調整し、定常走行ラインＤが
低速域における過給域内を通るように設定していること
により、正味燃費率の小さい低燃費領域での運転の頻度
が増大する。

【００５５】このように、過給によりリーンバーンで高
トルクが得られるようにして、低速高トルクの運転領域
で正味燃費率を引き下げた上で、この正味燃費率の小さ
い運転領域の使用頻度が高められるように変速比を制御
していることにより、燃費が大幅に改善されることとな
る。

【００５６】この場合、過給機として特にターボ過給機
１５を用いると、機械式過給機と比べて過給域での過給
機の抵抗による駆動損失が小さいため、過給域での低燃
費化により一層有利となる。ただし、ターボ過給機１５
は機械式過給機と比べて低速トルクおよびレスポンスの
面で劣るが、これは無段変速機の変速比制御で補われ
る。具体的には、スロットル開度（アクセルペダル踏込
み量）が大きくされると、それに応じた無段変速機の変
速比制御によってエンジン回転数が上昇するように変速
比が変えられ、つまり、図７（ａ）に矢印で示すように
負荷の上昇に応じてエンジン回転数が高められることに
より、負荷だけが上昇する場合と比べて馬力が高められ
る。従って、過給レスポンスが悪くても変速比の変化に
よる回転数上昇で馬力が稼がれ、低速走行性能および加
速性能が確保されることとなる。

【００５７】さらに当実施例では、エンジンの幾何学的
圧縮比を大きくすること、有効圧縮比を膨張比よりも小
さくするように吸気閉時期を設定することなどによっ
て、より一層の低燃費化を図っている。

【００５８】すなわち、低速域において高トルク側まで
空燃比をリーンとすると低速高負荷領域での耐ノック性
が高められ、これに伴ってエンジンの幾何学的圧縮比を
高めることが可能となり、一般の過給エンジンよりも高
圧縮比の９以上とすることができる。そして、高圧縮比
化とすることにより、燃焼効率が高められるとともに圧
縮時の混合気密度が高められることでより一層のリーン
化が可能となり、燃費改善に寄与する。また、吸気弁閉
時期を遅くし、例えば１mmリフト時をもって定義した吸
気弁閉時期をクランク角で下死点後５０°以上に設定す
ると、有効圧縮比が膨張比と比べて充分に小さくなり、
圧縮による温度上昇が抑制されて耐ノック性が高められ
る。そして、このように耐ノック性が高められつつ、膨
張比は大きくされることにより、燃費がさらに改善され
る。

【００５９】また、当実施例では、過給を行ないつつ高
負荷側まで空燃比をリーンに設定したことと関連して、
少なくとも高負荷時にＥＧＲ（排気ガスの還流）を行な
って効果的にＮＯｘが低減されるようにし、さらにＮＯ
ｘ浄化用触媒２１が有効に用いられるようにしている。

【００６０】すなわち、空燃比をリーンにすることによ
り、ＨＣ、ＣＯ等が低減されるとともに、大幅にリーン
化すればＮＯｘも低減されるが、高負荷域では出力上の
要求からある程度理論空燃比に近づけざるを得ないので
ＮＯｘが増加する傾向がある。ただし、高負荷域では過
給により充分に空気が供給されるとともに燃焼安定性の
面で充分な余裕があって、リーンとすることに加えて燃
焼室に排気ガスを導入することが許容される。そこで、
この領域においてＥＧＲを行なうことにより、ＮＯｘが
低減されることとなる。

【００６１】さらに、排気通路１２に設けられた触媒２
１により、リーン運転状態でのＮＯｘの浄化が行なわれ
るが、このリーンでもＮＯｘ浄化可能な触媒２１は、一
般に、ＮＯｘ浄化性能の高い温度域がリーン状態のとき
は理論空燃比状態と比べて非常に狭く、触媒温度がこの
温度域から外れると浄化性能が著しく低下する（図８参
照）。そして、高負荷時には排気ガス温度が高くなるこ
とにより触媒温度が浄化性能の高い温度域よりも高くな
る傾向がある。一方、上記ＥＧＲ通路２３ａからの排気
ガス量は排気ガス温度に影響し、排気ガス還流量が多く
なるほど排気ガス温度が低下する。上記触媒温度は、排
気ガス温度に応じて変化する。

【００６２】そこで、高負荷時にＥＧＲを行ない、か
つ、ＥＧＲ弁２３ｂをコントロールすることにより、上
記触媒温度が浄化性能の高い温度域Ｘとなるように排気
ガス還流量を制御している。従って、ＥＧＲによりＮＯ
ｘ発生量を抑制する作用に加えて、ＮＯｘ浄化用触媒に
よるＮＯｘ浄化を促進する作用が得られ、ＮＯｘ排出量
が大幅に低減されることとなる。

【００６３】なお、上記のように排気通路１２にＮＯｘ
浄化用触媒２１を設けるとともにその触媒温度が浄化性
能の高い温度域となるように排気ガス還流量を制御する
という手法は、本発明のパワーユニット以外にも適用す
ることができ、例えば、自然吸気エンジン等において
も、高負荷域等の特定運転域もしくは全運転域で、空燃
比が理論空燃比よりも大きく、かつＮＯｘが発生し易い
空燃比に設定されるような場合に、上記手法を適用する
ことが効果的である。

【００６４】本発明のパワーユニットの具体的構造は上
記実施例に限定されず、種々変更可能である。

【００６５】例えば、上記実施例ではトランスミッショ
ン２５にトロイダル型の無段変速機４０を設けている
が、ベルト式の無段変速機を用いるようにしてもよい。
また、このような無段変速機の代わりに、複数の変速段
を有する多段式自動変速機を用いてもよく、この場合、
運転状態に応じて変速段を変更するシフト点を、前述の
図７（ａ）中に示すような定常走行ラインが得られるよ
うに設定しておけばよい。ただし、無段変速機による方
が、運転状態に応じた変速比の調整が容易で、かつスム
ーズに変速比が変化するので、上記のような設定とする
のに有利である。

【００６６】また、図９に示すように、エンジン１の吸
気通路１０に設けられる過給機は、リショルム型過給機
等の機械式過給機７１であってもよい。この機械式過給
機７１は、その駆動軸がベルト７２等を介してエンジン
のクランク軸に連結され、エンジンで駆動されるように
なっている。

【００６７】この機械式過給機７１を用いる場合、吸気
弁、排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを変更
することにより排気弁の開弁オーバラップ期間を可変と
するバルブタイミング可変機構を設けるとともに、少な
くとも低速高負荷域で上記開弁オーバラップ期間を大き
くして掃気作用を高めるようにすることが望ましい。図
８に示す例では、吸気弁６に対する動弁機構と排気弁７
に対する動弁機構とにそれぞれ、カムプーリ７３，７４
に対するカムシャフト７５，７６の位相を変更すること
でバルブタイミングを変更するバルブタイミング可変機
構７７，７８が設けられている。そして、この各バルブ
タイミング可変機構７７，７８が制御手段としてのＥＣ
Ｕ６０により運転状態に応じて制御されることにより、
上記開弁オーバラップ期間が少なくとも低速高負荷域で
は低速低負荷域と比べて大きくなるようにされている。

【００６８】この実施例のように機械式過給機７１を用
いた場合、ターボ過給機と比べて高負荷式での過給機の
抵抗による駆動ロスの面からは燃費にとって不利とな
る。しかし、機械式過給機を用いると過給圧が排気圧よ
り高くなるので、少なくとも低速高負荷域において上記
開弁オーバラップ期間を大きくすると、高温残留ガスの
掃気により混合気温度を低下させる作用が充分に得られ
て、耐ノック性が高められる。従って、より高過給化、
高圧縮比化が可能となって、リーン性能が高められ、つ
まりリーンバーンで高トルクを稼ぐのに有利となる。

【００６９】そしてこの実施例の場合も、自然吸気エン
ジンと比べると、上記リーン性能の向上等により低速域
における高負荷側の過給域で正味燃費率が充分に小さく
なるため、トランスミッションには無段変速機等を用い
て、前述の図７（ａ）中に示すような定常走行ラインＤ
が得られるように変速機の特性を設定しておくことによ
り、燃費が大幅に改善されることとなる。

【００７０】

【発明の効果】本発明は、過給機付ガソリンエンジンと
自動変速機とを備え、少なくともエンジンの過給域にお
ける低速域で空燃比を理論空燃比よりも大きい値に設定
するとともに、上記自動変速機の特性を、過給域におけ
る低速域で平坦路のときの定常走行が行なわれるように
設定している（請求項１）ため、過給域における低速域
での正味燃費率を大きく低減し、かつ、この低燃費領域
を多用することができ、大幅に燃費を改善することがで
きる。

【００７１】この発明において、請求項２に記載のよう
に自動変速機を無段変速機とし、運転状態に応じて上記
無段変速機の変速比を変化させる変速比制御特性を、過
給域における低速域で平坦路のときの定常走行が行なわ
れるように設定すると、上記のように低燃費領域を多用
するための設定を容易に行なうことができ、かつ、変速
比制御によって加速性能等を良くすることができる。

【００７２】請求項３に記載のように過給機としてター
ボ過給機を用いると、他の過給機と比べて過給時の抵抗
が小さく、燃費低減効果を高めることができる。

【００７３】請求項４に記載のように過給機として機械
式過給機を用いるとともに、少なくとも過給域における
低速域で吸・排気弁の開弁オーバラップ期間を大きくす
ると、上記開弁オーバラップ期間に掃気作用が得られる
ことにより、過給域における低速域での耐ノック性を高
めることができ、リーンバーンで高トルクを稼ぐための
高過給化に有利となる。

【００７４】請求項５に記載のようにエンジンの幾何学
的圧縮比を９以上に設定すると、熱効率を高めることが
できるとともにリーンバーンにも有利となり、より一層
の低燃費化が可能となる。

【００７５】請求項６に記載のように少なくとも上記過
給域における低速域でエンジンの有効圧縮比が膨張比よ
りも小さくなるように吸気弁閉時期を設定すると、圧縮
時の温度上昇を小さくして耐ノック性を高めることがで
き、とくに請求項７に記載のように吸気弁閉時期を充分
に遅くすることにより、充分にノッキングを抑制するこ
とができる。

【００７６】また、請求項７に記載のように少なくとも
高負荷時に排気ガスの還流を行なうと、高負荷時の窒素
酸化物の発生を抑制することができる。

【００７７】さらに、請求項８に記載のようにエンジン
排気通路に窒素酸化物を浄化する触媒を設けるととも
に、上記排気ガス還流手段による排気ガス還流量を、少
なくとも高負荷時において上記触媒の温度をこの触媒の
浄化性能が高くなる温度域に保つように制御する手段を
設けると、高負荷時の窒素酸化物の浄化を良好に行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるパワーユニットの全体
構造の概略図である。

【図２】変速機の概略図である。

【図３】空燃比制御のマップを示す説明図である。

【図４】バルブタイミングを示す説明図である。

【図５】無段変速機の制御マップを示す説明図である。

【図６】軸トルクと正味燃費率との関係を示す図であ
る。

【図７】（ａ）は定常走行ライン、等燃費ラインおよび
等馬力ラインを示す図であり、（ｂ）は自然吸気エンジ
ンによる場合の等燃費ラインを示す図である。

【図８】ＮＯｘ浄化用触媒のＮＯｘ浄化率と温度との関
係を示す図である。

【図９】本発明の別の実施例によるパワーユニットの全
体構造の概略図である。

【符号の説明】

１エンジン本体６吸気弁１０吸気通路１２排気通路１５排気ターボ過給機２３排気ガス還流手段２５トランスミッション４０トロイダル型無段変速機６０コントロールユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】過給機付ガソリンエンジンと自動変速機
とを備え、少なくともエンジンの過給域における低速域
で空燃比を理論空燃比よりも大きい値に設定するととも
に、上記自動変速機の特性を、過給域における低速域で
平坦路のときの定常走行が行なわれるように設定したこ
とを特徴とする車両のパワーユニット。
【請求項２】自動変速機を無段変速機とし、運転状態
に応じて上記無段変速機の変速比を変化させる変速比制
御特性を、過給域における低速域で平坦路のときの定常
走行が行なわれるように設定したことを特徴とする請求
項１記載の車両のパワーユニット。
【請求項３】過給機を排気ターボ過給機としたことを
特徴とする請求項１または２記載の車両のパワーユニッ
ト。
【請求項４】過給機を機械式過給機とするとともに、
吸・排気弁の開弁オーバラップ期間を可変とするバルブ
タイミング可変機構と、少なくとも低速高負荷域で低速
低負荷域と比べて上記開弁オーバラップ期間を大きくす
るようにバルブタイミング可変機構を制御する制御手段
とを設けたことを特徴とする請求項１または２記載の車
両のパワーユニット。
【請求項５】エンジンの幾何学的圧縮比を９以上に設
定したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
載の車両のパワーユニット。
【請求項６】少なくとも上記過給域における低速域
で、エンジンの有効圧縮比が膨張比よりも小さくなるよ
うに吸気弁閉時期を設定したことを特徴とする請求項５
記載の車両のパワーユニット。
【請求項７】少なくとも上記過給域における低速域
で、１mmリフト時をもって定義した吸気弁閉時期をクラ
ンク角で下死点後５０°以上に設定したことを特徴とす
る請求項６記載の車両のパワーユニット。
【請求項８】エンジンに、少なくとも高負荷時に吸気
系への排気ガスの還流を行なう排気ガス還流手段を設け
たことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の
車両のパワーユニット。
【請求項９】エンジン排気通路に、空燃比が理論空燃
比より大きいときにも窒素酸化物の浄化が可能な触媒を
設けるとともに、上記排気ガス還流手段による排気ガス
還流量を、少なくとも高負荷時において上記触媒の温度
をこの触媒の浄化性能が高くなる温度域に保つように制
御する手段を設けたことを特徴とする請求項８記載の車
両のパワーユニット。