用于控制混合动力车辆的装置和方法
【专利摘要】本发明涉及用于控制混合动力车辆的装置和方法。再生控制单元(202)执行再生控制以执行电力再生。当再生控制被执行时，气门控制单元(203)控制VVL装置(400)以将进气门(118)的升程量和进气门(118)的工作角中的至少一者的上限限制为比在再生控制未被执行时低。结果，允许在再生制动中对蓄电装置(B)充电的混合动力车辆能确保发动机制动力并且还最大限度地抑制了蓄电装置(B)的劣化。
【专利说明】用于控制混合动力车辆的装置和方法
[0001]本非临时申请基于2013年9月19日在日本专利局提交的日本专利申请N0.2013-194369，该申请的全部内容通过引用并入本文。
【技术领域】
[0002]本发明总体上涉及用于控制混合动力车辆的装置和方法，更具体地涉及控制包括内燃发动机的混合动力车辆。
【背景技术】
[0003]包括内燃发动机和电动机的混合动力车辆通常是已知的。混合动力车辆可具有操作成执行再生制动以回收能量的电动机。在再生制动中，当要求制动力时，电动机将混合动力车辆的动能变换为电能，从而产生制动力并且还对可充电电池充电。
[0004]例如，日本专利申请特开公报2005-137091公开了一种能够进行再生制动的混合动力车辆。该混合动力车辆包括用以储存通过再生制动产生的电力的可充电电池并基于可充电电池的劣化程度来限制再生制动时的充电电力。这允许延长可充电电池的寿命。
[0005]此外，在混合动力车辆中可装设有内燃发动机，所述内燃发动机具有用于改变内燃发动机的进气门的操作特性的可变气门操作装置。一些可变气门操作装置构造成改变进气门的升程量和进气门的工作角中的至少一者(参看例如日本专利申请特开公报2004-183610、2013-053610、2008-025550、2012-117376 和 H09-242519)。可变气门操作装置允许内燃发动机改变其运转特性。
[0006]混合动力车辆可通过再生制动的制动力来实现所要求的发动机制动力。这种情况下，确保实现所要求的发动机制动力很重要，因此，如果再生制动产生超过可充电电池能接受的电力，则必须执行再生制动，并且可能难以防止可充电电池劣化。
【发明内容】
[0007]为了解决上述问题而作出了本发明，并且本发明设想一种允许在再生制动时对蓄电装置充电的混合动力车辆，所述混合动力车辆能在确保发动机制动力的同时最大限度地抑制蓄电装置的劣化。
[0008]根据本发明，一种混合动力车辆包括内燃发动机和旋转电机。所述内燃发动机具有用于改变进气门的操作特性的可变气门操作装置。所述旋转电机通过执行电力再生来产生用于所述混合动力车辆的制动力。用于所述混合动力车辆的控制装置包括再生控制单元和气门控制单元。所述再生控制单元执行再生控制以执行所述电力再生。所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成将在所述再生控制被执行时应用的所述进气门的升程量和所述进气门的工作角中的至少一者的上限限制成低于在所述再生控制未被执行时应用的所述升程量和所述工作角中的至少一者的上限。
[0009]优选地，当所述再生控制被执行时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成限制所述升程量和所述工作角中的所述至少一者的所述上限，而当所述再生控制未被执行时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成根据所述内燃发动机的转速和负荷来确定所述升程量和所述工作角中的至少一者。
[0010]优选地，所述混合动力车辆还包括储存用于驱动所述旋转电机的电力的蓄电装置，并且当所述再生控制未被执行并且从所述蓄电装置放电的电力受限制时，所述气门控制单元将所述升程量和所述工作角中的至少一者的上限限制成低于在所述再生控制未被执行并且从所述蓄电装置放电的电力不受限制时应用的所述升程量和所述工作角中的至少一者的上限。
[0011 ] 优选地，所述可变气门操作装置构造成能够将所述进气门的所述操作特性切换到第一特性和第二特性中的任一者，所述第二特性允许所述升程量和所述工作角中的至少一者比在所述操作特性为所述第一特性时大，并且当所述再生控制被执行时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成允许所述进气门的所述操作特性为所述第一特性，而当所述再生控制未被执行时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成根据所述内燃发动机的转速和负荷来允许所述进气门的所述操作特性为所述第一特性和所述第二特性中的一者。
[0012]优选地，所述可变气门操作装置构造成能够将所述进气门的所述操作特性切换到第一特性、第二特性和第三特性中的任一者，所述第二特性允许所述升程量和所述工作角中的至少一者比在所述操作特性为所述第一特性时大，所述第三特性允许所述升程量和所述工作角中的至少一者比在所述操作特性为所述第二特性时大，并且当所述再生控制被执行时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成允许所述进气门的所述操作特性为所述第一特性，而当所述再生控制未被执行时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成根据所述内燃发动机的转速和负荷来允许所述进气门的所述操作特性为所述第一至第三特性中的一者。
[0013]优选地，所述混合动力车辆还包括储存用于驱动所述旋转电机的电力的蓄电装置，并且当所述再生控制未被执行并且从所述蓄电装置放电的电力受限制时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成允许所述进气门的所述操作特性为所述第一特性。
[0014]此外，根据本发明，一种混合动力车辆包括内燃发动机和旋转电机。所述内燃发动机具有用于改变进气门的操作特性的可变气门操作装置。所述旋转电机通过执行电力再生来产生用于所述混合动力车辆的制动力。一种用于控制所述混合动力车辆的方法包括以下步骤:执行再生控制以执行所述电力再生；以及将所述可变气门操作装置控制成将在所述再生控制被执行时应用的所述进气门的升程量和所述进气门的工作角中的至少一者的上限限制成低于在所述再生控制未被执行时应用的所述升程量和所述工作角中的至少一者的上限。
[0015]因而，在本发明中，当再生控制被执行时，升程量和工作角中的至少一者减小且因此内燃发动机的泵送损失增加。因而，能使内燃发动机的制动力增大且能减小通过再生制动产生的制动力，以将蓄电装置的充电量限制为小于可接受的电力。本发明因而能提供一种允许在再生制动时充电的蓄电装置的混合动力车辆，所述混合动力车辆能在确保发动机制动力的同时最大限度地抑制蓄电装置的劣化。
[0016]本发明的上述及其它目的、特征、方面和优点将从以下结合附图对本发明的详细说明变得更加明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是大致示出根据本发明实施例的采用控制装置的混合动力车辆的构型的框图。
[0018]图2示出图1所示的发动机的构型。
[0019]图3表示在VVL装置中实现的气门升程与曲柄角之间的关系。
[0020]图4是控制进气门的升程量和进气门的工作角的VVL装置的正视图。
[0021]图5是VVL装置的部分透视图。
[0022]图6图示了当进气门的升程量和工作角大时提供的动作。
[0023]图7图示了当进气门的升程量和工作角小时提供的动作。
[0024]图8是表示发动机的动作的PV线图。
[0025]图9是用于图示图1的控制装置如何控制进气门的功能框图。
[0026]图10表示发动机的动作线。
[0027]图11是用于图示由图1的控制装置执行以控制进气门的处理的流程图。
[0028]图12是用于图示图1的控制装置如何控制进气门的时间图。
[0029]图13表示由能以三个级别改变进气门的操作特性的VVL装置实现的气门升程与曲柄角之间的关系。
[0030]图14是用于图示由控制具有图13的操作特性的VVL装置的控制装置执行以控制进气门的处理的流程图。
[0031]图15是用于图示控制具有图13的操作特性的VVL装置的控制装置如何控制进气门的时间图。
[0032]图16表示由能以两个级别改变进气门的操作特性的VVL装置实现的气门升程与曲柄角之间的关系。
【具体实施方式】
[0033]下文将参考附图更具体地说明本发明的实施例。注意，在附图中，相同或对应的构件用相同的符号表示并且不会重复描述。
[0034]图1是大致示出根据本发明实施例的采用控制装置的混合动力车辆的构型的框图。参考图1，混合动力车辆I包括发动机100、电动发电机MGl和MG2、动力分割装置4、减速机5、驱动轮6、蓄电装置B、电力控制单元(P⑶)20和控制装置200。
[0035]混合动力车辆I随着由从发动机100和电动发电机MG2中的至少一者输出的驱动力驱动而行驶。发动机100产生驱动力，所述驱动力又由动力分割装置4针对两个路径进行分割。一个路径将驱动力经由减速机5传递到驱动轮6，而另一个路径将驱动力传递到电动发电机MGl。
[0036]蓄电装置B是可充放电地构造成的蓄电元件。蓄电装置B例如包括可充电电池，例如锂离子电池、镍金属氢化物电池或铅酸电池，或者诸如电气双层电容器之类的蓄电元件的单元。蓄电装置B感测蓄电装置B的温度、电流和电压，并且将感测出的值输出到控制装置200。控制装置200从蓄电装置B接收感测出的值并使用所述值来计算蓄电装置B的充电状态(SOC)。
[0037]蓄电装置B连接到rcu 20以驱动电动发电机MGl和MG2。蓄电装置B给POT 20供给用于产生驱动力以驱动混合动力车辆I的电力。此外，蓄电装置B储存由电动发电机MG1、MG2产生的电力。蓄电装置B输出例如200V。
[0038]PCU 20从蓄电装置B接收直流(dc)电力并将所接收的dc电力变换为交流(ac)电力以驱动电动发电机MGl和MG2。PCU 20还接收由电动发电机MGl和MG2产生的ac电力并将所接收的ac电力变换为dc电力以给蓄电装置B充电。
[0039]控制装置200基于指示加速器踏板的操作量的信号和车辆的行驶状态来计算行驶功率，且控制装置200基于计算出的行驶功率来控制发动机100和电动发电机MG2的驱动力。此外，控制装置200基于行驶功率来控制混合动力车辆I的行驶模式。行驶模式包括允许车辆在发动机100停止且电动发电机MG2用作动力源的状态下行驶的“EV模式”，和允许车辆在发动机100作动的状态下行驶的“HV模式”。
[0040]控制装置200基于蓄电装置B的状态量来限制对蓄电装置B充电/从蓄电装置B放电的电力，以最大限度地抑制蓄电装置B的劣化。蓄电装置B的状态量例如包括蓄电装置B的温度、SOC等。举例而言，控制装置200在蓄电装置B的温度低时限制对蓄电装置B充电/从蓄电装置B放电的电力。
[0041]图2示出图1所示的发动机100的构型。参考图2，发动机100经由空气滤清器102吸入空气。吸入空气量由节气门104调节。节气门104是由节气门马达312驱动的电控节气门。
[0042]喷射器108朝进气口喷射燃料。在进气口处，燃料与空气混合并因而导入气缸106。
[0043]尽管将利用呈具有设置在进气口中的喷射端口的喷射器108的端口喷射式发动机的形式实现的发动机10来说明本实施例，但除端口喷射式喷射器108也可另外设置直喷式喷射器来将燃料直接喷入气缸106内。也可仅设置直喷式喷射器。
[0044]气缸106接收空燃混合物，该空燃混合物由火花塞110点燃并因而燃烧。燃烧后的空燃混合物或排气由三元催化剂112净化并随后排放到车辆的外部。随着空燃混合物燃烧，活塞114被向下推动并且曲轴116因而旋转。
[0045]气缸106具有设置有进气门118和排气门120的头部或顶部。气缸106接收空气的时间和空气接收量由进气门118控制。气缸106排出排气的时间和排气排出量由排气门120控制。进气门118由凸轮122驱动。排气门120由凸轮124驱动。
[0046]进气门118的升程量和工作角由如在下文中将更具体地描述的可变气门升程(VVL)装置400控制。排气门120也可具有相似的升程量和工作角。此外，可变气门正时(VVT)装置可与VVL装置400组合，以控制气门应该开启/关闭的正时。
[0047]控制装置200控制节气门开度Θ th、点火正时、燃料喷射正时、燃料喷射量、进气门的作动状态(开启/关闭气门的正时、升程量、工作角等)，以允许发动机100实现期望的驱动状态。控制装置200从凸轮角传感器300、曲柄角传感器302、爆震传感器304、节气门开度传感器306和加速器踏板传感器308接收信号。
[0048]凸轮角传感器300输出指不凸轮位置的信号。曲柄角传感器302输出指不曲轴116的转速(或发动机的转速)和曲轴116的旋转角度的信号。爆震传感器304输出指示发动机100的振动强度的信号。节气门开度传感器306输出指示节气门开度Qth的信号。
[0049]加速器踏板传感器308感测驾驶者对加速器踏板的操作量，并且加速器踏板传感器308向控制装置200输出指示感测出的量的信号Ac。控制装置200从加速器踏板传感器308接收信号Ac并由该信号计算驾驶者要求的加速度/减速度。控制装置200控制用以满足计算出的要求加速度/减速度的发动机100和电动发电机MG2的驱动力。当加速器踏板的操作量为零时，控制装置200控制发动机100和电动发电机MG2以输出与发动机制动对应的制动力。
[0050]图3表示在VVL装置400中实现的气门位移量与曲柄角之间的关系。参考图3，对于排气行程而言，排气门120开启和关闭，而对于进气行程而言，进气门118开启和关闭。排气门120的位移量由波形EX表示，而进气门118的位移量由波形INl和IN2表示。
[0051]气门的位移量表示进气门118自其关闭位置的位移量。升程量表示当气门的开度达到顶峰时进气门118的位移量。工作角是进气门118在开启之后、关闭之前所呈现的曲柄角。
[0052]进气门118的操作特性由VVL装置400在波形INl和IN2之间改变。波形INl对应于最小升程量和最小工作角。波形IN2对应于最大升程量和最大工作角。在VVL装置400中,较大的升程量伴随着较大的工作角。
[0053]图4是用作控制进气门118的升程量和进气门118的工作角的示例性装置的VVL装置400的正视图。参考图4，VVL装置400包括沿一个方向延伸的驱动轴410、在周向上覆盖驱动轴410的支承管420以及在沿着驱动轴410的轴线的方向上对齐地配置在支承管420的外周面上的输入臂430和摇摆凸轮440。驱动轴410的末端连接到致动器(未示出)，以使驱动轴410提供直线运动。
[0054]VVL装置400设置有与为各气缸设置的单个凸轮122相关的单个输入臂430。输入臂430的两相对侧设置有分别与为各气缸设置的一对进气门118相关的两个摇摆凸轮440。
[0055]支承管420形成为中空圆筒形并与凸轮轴130平行配置。支承管420被固定在气缸盖上并因而被阻止在轴向上移动或旋转。
[0056]支承管420在内部接纳驱动轴410，以允许驱动轴410在轴向上滑动。支承管420具有其上设置有输入臂430和两个摇摆凸轮440的外周面，所述摇摆凸轮440可绕驱动轴410的轴向芯部摇摆并且还被阻止在沿着驱动轴410的轴线的方向上移动。
[0057]输入臂430具有沿离开支承管420的外周面的方向突出的臂部432和可旋转地连接到臂部432的末端的辊部434。输入臂430设置成允许辊部434配置在允许辊部434抵接凸轮122的位置。
[0058]摇摆凸轮440具有沿离开支承管420的外周面的方向突出的呈大致三角形状的鼻部442。鼻部442在其一侧具有凹状、弯曲的凸轮面444。进气门118设置有气门弹簧，所述气门弹簧被偏压成施力以进而将可旋转地连接到摇臂128的辊子压靠在凸轮面444上。
[0059]输入臂430和摇摆凸轮440绕驱动轴410的轴向芯部一起摇摆。因此，随着凸轮轴130旋转，抵接凸轮122的输入臂430摇摆，并且随着输入臂430因而移动，摇摆凸轮440也摇摆。摇摆凸轮440的该运动经由摇臂128传递到进气门118，从而开启/关闭进气门118。
[0060]VVL装置400还包括围绕支承管420的轴向芯部的用以改变输入臂430与摇摆凸轮440之间的相对相位差的装置。改变相对相位差的装置允许酌情修改进气门118的升程量和工作角。
[0061]更具体地，相对相位差扩大的输入臂430和摇摆凸轮440允许摇臂128的摇摆角相对于输入臂430和摇摆凸轮440的摇摆角扩大，并允许进气门118的升程量和工作角增大。
[0062]相比而言，相对相位差缩小的输入臂430和摇摆凸轮440允许摇臂128的摇摆角相对于输入臂430和摇摆凸轮440的摇摆角缩小，并允许进气门118的升程量和工作角减小。
[0063]图5是VVL装置400的局部透视图。图5示出部分分解以帮助清楚地理解其内部结构的VVL装置400。
[0064]参考图5，输入臂430和两个摇摆凸轮440以及支承管420的外周面限定出其间的空间，并且在该空间中收纳有滑动齿轮450，所述滑动齿轮450被支承成可相对于支承管420旋转并且还可轴向地滑动。滑动齿轮450可轴向滑动地设置在支承管420上。
[0065]滑动齿轮450在轴向中央部设置有右螺旋状的花键式螺旋齿轮452。滑动齿轮450在轴向相对两侧还分别设置有左螺旋状的花键式螺旋齿轮454，螺旋齿轮452设置在两者之间。
[0066]输入臂430和两个摇摆凸轮440的限定出其中收纳有滑动齿轮450的空间的内周面被螺旋地花键连接成对应于螺旋齿轮452和454。更具体地，输入臂430被右螺旋地花键连接成与螺旋齿轮452啮合。此外，摇摆凸轮440被左螺旋地花键连接成与螺旋齿轮454
口四合。
[0067]滑动齿轮450设置有位于一个螺旋齿轮454与螺旋齿轮452之间并在周向上延伸的长形孔456。此外，虽然未示出，但支承管420设置有在轴向上延伸并与长形孔456的一部分重叠的长形孔。插入支承管420中的驱动轴410 —体地设置有锁销412，所述锁销412穿过长形孔456和未示出的长形孔的彼此重叠的部分突出。
[0068]驱动轴410与致动器(未示出)连结，并且当致动器作动时，驱动轴410沿其轴向方向移动，因此，滑动齿轮450被锁销412推动，并且螺旋齿轮452和454同时在沿着驱动轴410的轴线的方向上移动。在螺旋齿轮452和454因而移动时，与其花键连接并因而接合的输入臂430和摇摆凸轮440不在轴向方向上移动。因此，螺旋地花键连接并因而啮合的输入臂430和摇摆凸轮440绕驱动轴410的轴向芯部枢转。
[0069]注意，输入臂430和摇摆凸轮440分别在相反的方向上形成螺旋状的花键。因此，输入臂430和摇摆凸轮440分别在相反的方向上枢转。这允许改变输入臂430和摇摆凸轮440的相对相位差，以允许改变进气门118的升程量和工作角，如前面已经描述的。注意，VVL装置并不限于如上所述的这种形式。例如，VVL装置可以是电气地驱动气门的VVL装置，液压地驱动气门的VVL装置，等等。
[0070]控制装置200控制使驱动轴410在直线运动中移动的致动器的操作量，以控制进气门118的升程量和进气门118的工作角。
[0071]图6说明了当进气门118的升程量和工作角大时提供的动作。图7说明了当进气门118的升程量和工作角小时提供的动作。参考图6和7，当进气门118的升程量和工作角大时，进气门118的关闭正时迟，因此，发动机100以阿特金森循环运转。更具体地，执行进气行程以允许吸入气缸106内的空气的一部分返回气缸106外，因此，在压缩空气的力降低、也就是压缩反作用力降低的情况下执行压缩行程。这允许降低发动机起动时的振动。然而，提供的压缩比减小，这引起可燃性恶化。
[0072]相比而言，当进气门118的升程量和工作角小时，进气门118的关闭正时早，因此，提供的压缩比上升。这能提高低温可燃性，并且还能提高发动机转矩响应。然而，提供了增加的压缩反作用力，从而引起发动机起动时的振动增加。此外，当进气门118的升程量和工作角小时，导致泵送损失增加且发动机制动相应增大，如下文将描述的。
[0073]图8是表不发动机100的动作的PV线图。在图8中，横轴表不气缸容积,而纵轴表示气缸内部压力。在图8中，实线对应于小的升程量和工作角，而虚线对应于大的升程量和工作角。此外，图8表示发动机100不提供燃烧、也就是发动机100产生发动机制动的状态。此时，为了说明起见，节气门104关闭并且不存在燃料喷射。
[0074]参考图8及图6和图7，对于大的升程量和工作角而言，在活塞114从上止点开始下降时的进气行程，气缸内部压力从压力P3逐渐降低。当动作点到达位置Ia时，进气门118开启并且气缸内部压力保持在压力P2。活塞114下降到下止点然后上升，并且一旦动作点已到达位置2a，进气门118便关闭。在进气门118关闭的情况下，气缸内部压力随着活塞114上升而上升(即压缩行程)。活塞114上升到上止点，并且一旦动作点已达到位置3a，气缸内部压力便达到压力P4。此后，活塞114下降并执行膨胀行程，随后执行排气行程。
[0075]相比而言，对于小的升程量和工作角的情况，进气门118的开启正时迟。因此，对于表示进气门118开启的点的位置Ib而言，气缸内部具有低于压力P2的压力P1。因此，升程量和工作角小的情况下进气行程需要更大的力来使活塞114下降并因而产生比在升程量和工作角大的情况下大的泵送损失。
[0076]此外，对于小的升程量和工作角的情况，进气门118的关闭正时早，并且压缩在位置2b开始。因此，在压缩行程期间当活塞114到达上止点、也就是位置3b时，气缸内部具有大于压力P4的压力P5。因此，升程量和工作角小的情况下压缩行程导致比在升程量和工作角大的情况下大的压缩反作用力且因此导致大的泵送损失。
[0077]因而，小的升程量和工作角引起比大的升程量和工作角大的泵送损失。泵送损失增加了多少在图8中用阴影区域表示。
[0078]在以上构型中，可通过再生制动的制动力来实现所要求的发动机制动力。这种情况下，确保实现所要求的发动机制动力很重要，因此，如果再生制动产生超过蓄电装置B能接受的电力且该再生制动必须执行，则可能难以防止蓄电装置B劣化。
[0079]在本实施例中，当再生控制被执行时，通过控制VVL装置400以将进气门118的升程量和进气门118的工作角中的至少一者的上限限制成比在再生控制未被执行时低来控制进气门。如何控制气门将在下文中更具体地描述。
[0080]图9是用于说明图1的控制装置200如何控制进气门的功能框图。图9所示的各功能框通过由控制装置200经由硬件或软件完成的处理来实现。
[0081]参考图9及图2，控制装置200包括限制单元201、再生控制单元202和气门控制单元203。
[0082]限制单元201基于蓄电装置B的状态量来限制从蓄电装置B放电的电力。更具体地，限制单元201比通常的动作范围更多地限制蓄电装置B的输入/输出，以最大限度地抑制电池的劣化。限制单元201向再生控制单元202和气门控制单元203输出指示从蓄电装置B放电的电力受限制的信号Blim。
[0083]再生控制单元202从加速器踏板传感器308接收信号Ac。再生控制单元202从限制单元201接收信号Blim。当再生控制单元202接收指示加速器踏板传感器308的操作量为零的信号Ac时，再生控制单元202执行再生控制，以控制发动机100和电动发电机MG2输出与发动机制动对应的制动力。当再生控制单元202接收指示从蓄电装置B放电的电力受限制的信号Blim时，再生控制单元202限制电动发电机MG2的再生制动力，以降低蓄电装置B的充电电力。再生控制单元202向气门控制单元203输出指示再生控制是否/如何执行的信号Br。
[0084]气门控制单元203从限制单元201接收信号Blim。气门控制单元203从再生控制单元202接收信号Br。当气门控制单元203接收指示再生控制正被执行的信号Br或指示从蓄电装置B放电的电力受限制的信号Blim时，气门控制单元203限制进气门118的升程量和进气门118的工作角中的至少一者的上限。举例而言，气门控制单元203可控制VVL装置400以最大限度地减小进气门118的升程量和进气门118的工作角。这允许发动机100产生增加的发动机制动力以确保足够的发动机制动力。
[0085]相比而言，当气门控制单元203未接收指示再生控制正被执行的信号Br ( S卩，当电动发电机MG2的动力行驶控制被执行时)并且气门控制单元203未接收指示从蓄电装置B放电的电力受限制的信号Blim时，气门控制单元203控制VVL装置400以根据发动机100的转速和负荷来确定升程量和工作角中的至少一者。当再生控制未被执行时，例如采用如下文将描述的方法来确定升程量和工作角。
[0086]图10示出发动机的动作线。在图10中，横轴表示发动机转速，而纵轴表示发动机转矩。注意，在图10中，长短交替的虚线表示与不同升程量和不同工作角(即，大、中、小)对应的转矩特性。此外，在图10中，用实线表示的圆表示等燃料效率线。等燃料效率线表示燃料消耗相等的点的连接线，且更接近圆心的点对应于更高的燃料效率。为了说明起见，发动机100基本上在图10中用实线表示的发动机动作线上运转。注意，图10表示当使用允许进气门118的操作特性在三个级别之间改变的VVL装置时呈现的发动机的动作线。
[0087]在此，范围Rl表示低转速范围，对于该低转速范围而言，降低发动机起动时产生的物理冲击很重要。此外，排气再循环(EGR)停止并且应用阿特金森循环以提高燃料效率。因此，进气门118的升程量和工作角增大。范围R2表示中转速范围，对于该中转速范围而言，应用EGR以增加排气导入量，从而提高燃料效率。因此，选择中等升程量和工作角。
[0088]换言之，当进气门118的升程量和工作角大时，优先经由阿特金森循环而不是经由EGR来提高燃料效率。相比而言，当选择中等升程量和工作角时，优先经由EGR而不是经由阿特金森循环来提高燃料效率。
[0089]范围R3表示高转速范围，对于该高转速范围而言，利用进气惯性来将大量空气导入气缸内，以提供上升的实际压缩比，从而提高输出性能。因此，进气门118的升程量和工作角增大。
[0090]此外，当发动机100在低转速范围内高负荷运转、发动机100以极低温度起动或催化剂被加温时，进气门118的升程量和工作角减小。因而，当再生控制未被执行时，根据发动机100的运转状态来确定升程量和工作角。
[0091]图11是用于说明由图1的控制装置200执行以控制进气门的处理的流程图。图11的流程图通过周期性地执行预先存储在控制装置200中的程序来实现。或者，一些步骤可经由构建的专用硬件(或电子电路)来执行。
[0092]参考图11，控制装置200在步骤(S) 100中判定再生控制是否正被执行。如果是这样(在SlOO中为“是”)，则控制装置200控制VVL装置400以限制进气门118的升程量和进气门118的工作角(S110)。举例而言，当再生控制正被执行时，控制装置200可控制VVL装置400以最大限度地减小进气门118的升程量和进气门118的工作角。
[0093]如果控制装置200判定为再生控制当前未被执行(在SlOO中为“否”)，则控制装置200判定从蓄电装置B放电的电力是否受限制(S120)。如果是这样(在S120中为“是”)，则控制进行到SI 10。
[0094]如果不是(在S120中为“否”)，则控制装置200控制VVL装置400以根据发动机100的转速和负荷来确定升程量和工作角中的至少一者(S130)。
[0095]图12是用于说明图1的控制装置200如何控制进气门的时间图。在图12和图15中，横轴表示时间，而纵轴表示发动机转速、升程量、工作角、发动机制动力、再生电力和加速器踏板操作量。注意，当升程量和工作角的上限受限制时，升程量、工作角、发动机制动力和再生电力用实线表示，而当升程量和工作角的上限不受限制时，升程量、工作角、发动机制动力和再生电力用虚线表示。此外，在用由长短交替的虚线表示作动上限和作动下限的情况下示出升程量和工作角。此外，在用由长短交替的虚线表示蓄电装置B的充电极限值的情况下示出再生电力。
[0096]参考图12，在时刻tl，加速器踏板的操作量下降到零，因此，停止给发动机100供给燃料并且开始再生控制。这样一来，当升程量和工作角的上限受限制时，升程量和工作角减小并且发动机100产生的发动机制动力增加。因而能降低电动发电机MG2的再生制动力并且因此能使由电动发电机MG2再生的电力下降成等于或小于蓄电装置B的充电极限值。
[0097]在时刻t2，加速器踏板再次被操作，因此，恢复给发动机100供给燃料并且产生驱动力。此时，再生控制停止并且对升程量和工作角的上限的限制解除。根据发动机100的转速和负荷来确定升程量和工作角。
[0098]因而，在本实施例中，当再生控制被执行时，VVL装置400被控制成将进气门118的升程量和进气门118的工作角中的至少一者的上限限制成比在再生控制未被执行时低。因此，当再生控制被执行时，升程量和工作角中的至少一者减小，并且发动机100的泵送损失增加。因而，能增大发动机100的制动力并且能使经由再生制动实现的制动力降低，使得能以被抑制为比可接受的电力小的量来对蓄电装置B充电。因而，在本实施例中，能在确保发动机制动力的同时抑制/防止蓄电装置B的劣化。
[0099]此外，在本实施例中，当再生控制被执行时，VVL装置400被控制成限制进气门118的升程量和进气门118的工作角中的至少一者的上限，而当再生控制未被执行时，VVL装置400被控制成根据发动机100的转速和负荷来确定进气门118的升程量和进气门118的工作角中的至少一者。因而，能根据再生控制是否被执行来酌情控制升程量和工作角中的至少一者。
[0100]此外，在本实施例中，当再生控制未被执行并且从蓄电装置B放电的电力受限制时，VVL装置400被控制成将进气门118的升程量和进气门118的工作角中的至少一者的上限限制为比在再生控制未被执行并且从蓄电装置B放电的电力不受限制时低。因而，能减小进气门118的升程量和进气门118的工作角中的至少一者，并且能实现发动机转矩响应的提高。因而，能通过发动机100的驱动力来补偿加速时电动发电机MG2的输出转矩的减小。
[0101]注意，进气门118的升程量和进气门118的工作角可无阶段地或分散地(或分阶段)改变。
[0102]图13表示通过能以三个级别改变进气门118的操作特性的VVL装置400A实现的气门位移量与曲柄角之间的关系。VVL装置400A构造成能够将操作特性改变为第一至第三特性中的任一者。第一特性用波形INla表示。第二特性用波形IN2a表示并且对应于比第一特性大的升程量和工作角。第三特性用波形IN3a表示并且对应于比第二特性大的升程量和工作角。
[0103]图14是用于说明由控制具有图13的操作特性的VVL装置400A以控制进气门的控制装置200A完成的处理的流程图。参考图14，控制装置200A在S200中判定再生控制是否正被执行。如果是这样(在S200中为“是”)，则控制装置200A控制VVL装置400A以将进气门118的操作特性设定为第一特性(INla) (S210)。
[0104]如果不是(在S200中为“否”)，则控制装置200A判定从蓄电装置B放电的电力是否受限制(S220)。如果是这样(在S220中为“是”)，则控制进行到S210。
[0105]如果不是(在S220中为“否”)，则控制装置200A控制VVL装置400A以根据发动机100的转速和负荷来选择第一至第三特性(INla-1N3a)中的一者(S230)。
[0106]更具体地,如已参考图10所述,对于低转速范围(范围Rl)和高转速范围(范围R3)而言，进气门118的升程量和进气门118的工作角增大，即，选择第三特性(IN3a)作为进气门118的操作特性。对于中转速范围(范围R2)而言，选择中等的进气门118的升程量和进气门118的工作角，即，选择第二特性(IN2a)作为进气门118的操作特性。当发动机100在低转速范围内高负荷运转时、发动机100以极低温度起动时或催化剂被加温时，进气门118的升程量和进气门118的工作角减小，即，选择第一特性(INla)作为进气门118的操作特性。
[0107]图15是用于说明控制具有图13的操作特性的VVL装置400A的控制装置200A如何控制进气门的时间图。参考图15，在时刻tl，加速器踏板操作量下降到零，因此，停止给发动机100供给燃料并且再生控制开始。这样一来，当进气门118a的操作特性被设定为第一特性(INla)时，升程量和工作角减小，并且发动机100产生的发动机制动力增加。因而能降低电动发电机MG2的再生制动力并且因此能使由电动发电机MG2再生的电力下降成等于或小于蓄电装置B的充电极限值。
[0108]在时刻t2，加速器踏板再次被操作，因此，恢复给发动机100供给燃料并且产生驱动力。此时，再生控制停止并且对升程量和工作角的上限的限制解除。进气门118的操作特性被设定为根据发动机100的转速和负荷选择的第一至第三特性(INla-1N3a)中的一者。
[0109]这允许将进气门118的升程量和工作角限制为三个操作特性，并且能在比在连续改变进气门118的升程量和工作角时所需的时间短的时间内经由适合的控制参数来控制发动机100的运转状态。此外，能减小致动器改变进气门118的升程量和进气门118的工作角所需的转矩，并且因而能实现致动器的小型化和轻量化。因而能以降低的成本来制造致动器。
[0110]图16表示通过能以两个级别改变进气门118的操作特性的VVL装置400B实现的气门位移量与曲柄角之间的关系。VVL装置400B构造成能够将操作特性改变为第一和第二特性中的任一者。第一特性用波形INlb表示。第二特性用波形IN2b表示并且对应于比第一特性大的升程量和工作角。
[0111]在此例中，当再生控制被执行时，VVL装置400B被控制成允许进气门118的操作特性为第一特性，而当再生控制未被执行时，VVL装置400B被控制成根据发动机100的转速和负荷来确定第一和第二特性中的一者。此外，当再生控制未被执行并且从蓄电装置B放电的电力受限制时，VVL装置400B被控制成允许进气门118的操作特性为第一特性。
[0112]这允许将进气门118的升程量和工作角限制为两个操作特性，并且能在更短的时间内经由适合的控制参数来控制发动机100的运转状态。此外，允许致动器的构型更简单。注意，进气门118的升程量和工作角可以不限于在两个或三个级别之间改变的操作特性，并且进气门118的升程量和工作角可在四个以上的级别之间改变。
[0113]尽管已针对改变进气门118的升程量和进气门118的工作角两者的情况描述了以上实施例，但本发明也适用于单独改变进气门118的升程量的情况和单独改变进气门118的工作角的情况。能改变进气门118的升程量或进气门118的工作角的构型与能改变进气门118的升程量和进气门118的工作角两者的构型同样有效。注意，能经由众所周知的技术来实现能改变进气门118的升程量或进气门118的工作角的构型。
[0114]尽管已结合能够通过动力分割装置4分割发动机100的动力并因而将经分割的动力传递到驱动轮6及电动发电机MGl和MG2的串置/并置型混合动力车辆描述了以上实施例，但本发明也适用于其它类型的混合动力车辆。更具体地，本发明例如也适用于仅回收由发动机100产生的动能的再生能量作为电能的混合动力车辆、使用发动机作为主动力源并根据需要由电动机辅助的电动机辅助型混合动力车辆等等。
[0115]注意，在上文中，发动机100在本发明中对应于内燃发动机的一个示例，而电动发电机MG2在本发明中对应于旋转电机的一个实施例。此外，VVL装置400在本发明中对应于可变气门操作装置的一个实施例。
[0116]尽管已详细说明和图示了本发明的实施例，但应清楚地理解的是，这些实施例仅作为图示和示例而不应看作对本发明的限制，本发明的范围由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种用于混合动力车辆的控制装置，所述混合动力车辆包括内燃发动机和旋转电机，所述内燃发动机具有用于改变进气门的操作特性的可变气门操作装置，所述旋转电机通过执行电力再生来产生用于所述混合动力车辆的制动力，所述控制装置包括: 再生控制单元，所述再生控制单元执行再生控制以执行所述电力再生；和 气门控制单元，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成将在所述再生控制被执行时应用的所述进气门的升程量和所述进气门的工作角中的至少一者的上限限制成低于在所述再生控制未被执行时应用的所述升程量和所述工作角中的至少一者的上限。
2.根据权利要求1所述的用于混合动力车辆的控制装置，其中，当所述再生控制被执行时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成限制所述升程量和所述工作角中的所述至少一者的所述上限，而当所述再生控制未被执行时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成根据所述内燃发动机的转速和负荷来确定所述升程量和所述工作角中的至少一者。
3.根据权利要求1或2所述的用于混合动力车辆的控制装置，其中 所述混合动力车辆还包括储存用于驱动所述旋转电机的电力的蓄电装置，并且 当所述再生控制未被执行并且从所述蓄电装置放电的电力受限制时，所述气门控制单元将所述升程量和所述工作角中的至少一者的上限限制成低于在所述再生控制未被执行并且从所述蓄电装置放电的电力不受限制时应用的所述升程量和所述工作角中的至少一者的上限。
4.根据权利要求1或2所述的用于混合动力车辆的控制装置，其中 所述可变气门操作装置构造成能够将所述进气门的所述操作特性切换到第一特性和第二特性中的任一者，所述第二特性允许所述升程量和所述工作角中的至少一者比在所述操作特性为所述第一特性时大，并且 当所述再生控制被执行时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成允许所述进气门的所述操作特性为所述第一特性，而当所述再生控制未被执行时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成根据所述内燃发动机的转速和负荷来允许所述进气门的所述操作特性为所述第一特性和所述第二特性中的一者。
5.根据权利要求4所述的用于混合动力车辆的控制装置，其中 所述混合动力车辆还包括储存用于驱动所述旋转电机的电力的蓄电装置，并且 当所述再生控制未被执行并且从所述蓄电装置放电的电力受限制时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成允许所述进气门的所述操作特性为所述第一特性。
6.根据权利要求1或2所述的用于混合动力车辆的控制装置，其中 所述可变气门操作装置构造成能够将所述进气门的所述操作特性切换到第一特性、第二特性和第三特性中的任一者，所述第二特性允许所述升程量和所述工作角中的至少一者比在所述操作特性为所述第一特性时大，所述第三特性允许所述升程量和所述工作角中的至少一者比在所述操作特性为所述第二特性时大，并且 当所述再生控制被执行时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成允许所述进气门的所述操作特性为所述第一特性，而当所述再生控制未被执行时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成根据所述内燃发动机的转速和负荷来允许所述进气门的所述操作特性为所述第一至第三特性中的一者。
7.根据权利要求6所述的用于混合动力车辆的控制装置，其中 所述混合动力车辆还包括储存用于驱动所述旋转电机的电力的蓄电装置，并且当所述再生控制未被执行并且从所述蓄电装置放电的电力受限制时，所述气门控制单元将所述可变气门操作装置控制成允许所述进气门的所述操作特性为所述第一特性。
8.一种用于控制混合动力车辆的方法，所述混合动力车辆包括内燃发动机和旋转电机，所述内燃发动机具有用于改变进气门的操作特性的可变气门操作装置，所述旋转电机通过执行电力再生来产生用于所述混合动力车辆的制动力，所述方法包括以下步骤: 执行再生控制以执行所述电力再生；以及 将所述可变气门操作装置控制成将在所述再生控制被执行时应用的所述进气门的升程量和所述进气门的工作角中的至少一者的上限限制成低于在所述再生控制未被执行时应用的所述升程量和所述工作角中的至少一者的上限。
【文档编号】B60W20/00GK104442804SQ201410473524
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2013年9月19日
【发明者】浅见良和, 加藤寿一, 寺谷龙太 申请人:丰田自动车株式会社