专利名称：内燃机用发动机失火判定装置及装有该装置的混合动力车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的发动机失火判定装置以及装有所述发动机失火判定装置的混合动力车辆。更具体地说，本发明涉及安装在装有内燃机和电机的混合动力车辆上的发动机失火判定装置，以及装有内燃机、电机和发动机失火判定装置的混合动力车辆。
背景技术：
一种已提出的发动机失火判定装置在发动机的负荷运转(loadoperation)期间断开预定时间段对发动机中所有多个气缸的燃料供应，并且顺序地允许对多个气缸中的一个的燃料供应以判定失火(misfire)的气缸(例如，见日本专利未审定公开专利公报No.2000-248989)。另一种已提出的发动机失火判定装置被安装在混合动力车辆上，并且控制电机的操作以使得在发动机的负荷运转期间发动机转速的变化最小化，从而增强发动机失火判定的精确度(例如，见日本专利未审定公开专利公报No.2001-271695)。另一种已提出的发动机失火判定装置控制电机的操作以在车辆停止期间在预定的固定转速下驱动发动机，从而减小发动机输出的波动因素并增强发动机失火判定的精确度(例如，见日本专利未审定公开专利公报No.2001-268711)。
发明内容
在普通混合动力车辆中，发动机被间歇地驱动或者在特定运转范围内被驱动以增强能效。因此难以在适当的频率下执行发动机失火判定。以上所述的任何一种现有技术都可用于发动机失火判定。不顾混合动力车辆的驾驶员操作要求，或者不顾混合动力车辆的状态(尤其是蓄电池充电状态)地执行发动机失火判定，会导致对于驾驶员操作要求的失败响应或者会恶化混合动力车辆的状态。
因此，用于判定内燃机中失火的本发明的发动机失火判定装置、装有发动机失火判定装置的混合动力车辆以及判定内燃机中失火的相应发动机失火判定方法的目的在于，提高安装在混合动力车辆上的内燃机的发动机失火判定的频率。用于判定内燃机中失火的本发明发动机失火判定装置、装有发动机失火判定装置的混合动力车辆以及判定内燃机中失火的相应发动机失火判定方法的目的还在于，根据混合动力车辆的状态执行适当的内燃机的发动机失火判定。用于判定内燃机中失火的本发明发动机失火判定装置、装有发动机失火判定装置的混合动力车辆以及判定内燃机中失火的相应发动机失火判定方法的目的还在于在内燃机的宽的运转范围内执行发动机失火判定。
为了实现上述和其他相关目的中的至少一部分，用于判定内燃机中失火的本发明发动机失火判定装置、装有发动机失火判定装置的混合动力车辆以及判定内燃机中失火的相应发动机失火判定方法具有以下所述的形式。
本发明涉及一种用于判定安装在混合动力车辆上的内燃机中的失火的发动机失火判定装置。所述混合动力车辆包括内燃机；用于拖动(motoring)所述内燃机并用于由所述内燃机的输出动力而发电的第一电机；具有输出驱动力的动力输出能力的第二电机；和从所述第一电机接收电力以及将电力传输给所述第二电机的蓄电单元。所述发动机失火判定装置包括检测所述混合动力车辆的状态的状态检测组件(模块，module)；发动机失火判定方式确定组件，用于当给出了发动机失火判定的指令时，基于该发动机失火判定的指令和所检测的所述混合动力车辆的状态来确定可执行的发动机失火判定方式；以及根据所确定的发动机失火判定方式执行所述内燃机的发动机失火判定的发动机失火判定组件当给出了发动机失火判定的指令时，本发明的发动机失火判定装置基于所给出的发动机失火判定的指令和所述混合动力车辆的状态确定可执行的发动机失火判定方式。之后，发动机失火判定装置根据所确定的发动机失火判定方式执行内燃机的发动机失火判定。因此依照基于车辆的状态以及基于所给出的发动机失火判定的指令所确定的发动机失火判定方式，来执行用于内燃机的发动机失火判定。这种布置能够在内燃机的宽广的运转范围内进行发动机失火判定，同时提高用于内燃机的发动机失火判定的频率。
在本发明发动机失火判定装置的一个优选应用中，所述发动机失火判定的指令包括由多种不同因素引起的发动机失火判定的多个不同指令。所述发动机失火判定方式确定组件，基于引起所述发动机失火判定的多个指令中一个指令的因素，来确定发动机失火判定方式。因此根据基于引起发动机失火判定的多个指令中之一的因素所确定的发动机失火判定方式，来执行用于内燃机的发动机失火判定。发动机失火判定的多个不同指令可包括自上一次发动机失火判定开始经过了至少预定时间段而引起的指令、自上一次发动机失火判定开始后驾驶了至少预定距离而引起的指令、混合动力车辆的系统起动(激活，activation)而引起的指令、内燃机的运转要求而引起的指令、以及操作者的预定发动机失火判定操作而引起的指令中的至少一种。
在本发明发动机失火判定装置的一个优选实施例中，所述状态检测组件检测一种要求对所述蓄电单元充电的充电要求状态。当所述状态检测组件检测到所述蓄电单元的充电要求状态时，所述发动机失火判定方式确定组件将发动机失火判定方式设定在优先对所述蓄电单元充电的特定范围内。这种设置给予蓄电单元的充电状态优先权，因此有效地避免了蓄电单元的过度充电或过度放电。
在本发明发动机失火判定装置的另一个优选实施例中，所述状态检测组件测量所述混合动力车辆的车速。所述发动机失火判定方式确定组件根据所测量的车速设定所述内燃机的运转范围，并在所设定的运转范围中确定发动机失火判定方式。这种设置确保了与车速相对应的内燃机的适当运转范围中的发动机失火判定，因此有效地防止了由于在相对于车速的内燃机的不适当运转范围中进行发动机失火判定而导致混合动力车辆上的驾驶员或任何乘客感觉到不舒服。
在本发明发动机失火判定装置的另一个优选实施例中，所述状态检测组件检测所述内燃机的运转状态。当所述状态检测组件检测到所述内燃机的负荷运转状态时，所述发动机失火判定方式确定组件通过停止对所述内燃机中多个气缸中的一个气缸的燃料供应而设定发动机失火判定方式。当在没有燃料供应的情况下检测到所述内燃机的拖动状态时，所述发动机失火判定方式确定组件通过对所述内燃机中多个气缸中的一个气缸的燃料供应和点火而设定发动机失火判定方式。这种设置有效地避免了内燃机的不必要操作。
本发明涉及一种混合动力车辆，所述混合动力车辆包括内燃机；用于拖动所述内燃机并用于由所述内燃机的输出动力而发电的第一电机；具有输出驱动力的动力输出能力的第二电机；从所述第一电机接收电力以及将电力传输给所述第二电机的蓄电单元；检测所述混合动力车辆的状态的状态检测组件；发动机失火判定方式确定组件，用于当给出了发动机失火判定的指令时，基于该发动机失火判定的指令和所检测的所述混合动力车辆的状态来确定可执行的发动机失火判定方式；以及根据所确定的发动机失火判定方式执行所述内燃机的发动机失火判定的发动机失火判定组件。
当给出了发动机失火判定的指令时，本发明的混合动力车辆基于所给出的发动机失火判定的指令和所述混合动力车辆的状态确定可执行的发动机失火判定方式。之后，发动机失火判定装置根据所确定的发动机失火判定方式执行内燃机的发动机失火判定。因此依照基于车辆的状态以及基于所给出的发动机失火判定的指令所确定的发动机失火判定方式，来执行用于内燃机的发动机失火判定。这种布置能够在内燃机的宽广的运转范围内进行发动机失火判定，同时提高用于内燃机的发动机失火判定的频率。
在本发明混合动力车辆的一个优选应用中，所述发动机失火判定的指令包括由多种不同因素引起的发动机失火判定的多个不同指令，并且所述发动机失火判定方式确定组件，基于引起所述发动机失火判定的多个指令中一个指令的因素，来确定发动机失火判定方式。所述发动机失火判定的多个不同指令包括由自上一次发动机失火判定开始后经过至少预定时间段而引起的指令、由自上一次发动机失火判定后驾驶至少预定距离而引起的指令、由所述混合动力车辆的系统起动而引起的指令、由所述内燃机的运转要求而引起的指令、以及由操作者的预定发动机失火判定操作而引起的指令中的至少一种。
在本发明混合动力车辆的一个优选应用中，所述状态检测组件检测一种要求对所述蓄电单元充电的充电要求状态；并且当所述状态检测组件检测到所述蓄电单元的充电要求状态时，所述发动机失火判定方式确定组件在优先对所述蓄电单元充电的特定范围内设定发动机失火判定方式。在本发明混合动力车辆的另一个优选应用中，所述状态检测组件测量所述混合动力车辆的车速，并且所述发动机失火判定方式确定组件根据所测量的车速设定所述内燃机的运转范围，并在所设定的运转范围中确定发动机失火判定方式。在本发明混合动力车辆的另一个优选应用中，所述状态检测组件检测所述内燃机的运转状态，并且当所述状态检测组件检测到所述内燃机的负荷运转状态时，所述发动机失火判定方式确定组件通过停止对所述内燃机中多个气缸中的一个气缸的燃料供应而设定发动机失火判定方式，当在没有燃料供应的情况下检测到所述内燃机的拖动状态时，所述发动机失火判定方式确定组件通过对所述内燃机中多个气缸中的一个气缸的燃料供应和点火而设定发动机失火判定方式。
在本发明混合动力车辆的一个优选应用中，所述混合动力车辆还包括三轴式动力输入输出组件，该组件与三个轴即所述内燃机的输出轴、与所述混合动力车辆的车桥连接的驱动轴以及所述第一电机的转动轴相连，并基于从所述三个轴中的任两个轴输入的动力和输出至所述两个轴的动力，从所述三个轴中剩余的一个剩余轴输入动力和将动力输出至该剩余轴。
本发明涉及用于判定安装在混合动力车辆上的内燃机中失火的发动机失火判定方法。所述混合动力车辆包括所述内燃机；用于拖动所述内燃机并用于由所述内燃机的输出动力而发电的第一电机；具有输出驱动力的动力输出能力的第二电机；和从所述第一电机接收电力以及将电力传输给所述第二电机的蓄电单元。所述发动机失火判定方法包括以下步骤当给出了发动机失火判定的指令时，基于该发动机失火判定的指令和所述混合动力车辆的状态来确定可执行的发动机失火判定方式；以及根据所确定的发动机失火判定方式执行所述内燃机的发动机失火判定。
本发明的判定内燃机中失火的发动机失火判定方法，当给出了发动机失火判定的指令时，本发明的发动机失火判定装置基于所给出的发动机失火判定的指令和所述混合动力车辆的状态确定可执行的发动机失火判定方式。之后，发动机失火判定装置根据所确定的发动机失火判定方式执行内燃机的发动机失火判定。因此依照基于车辆的状态以及基于所给出的发动机失火判定的指令所确定的发动机失火判定方式来执行用于内燃机的发动机失火判定。这种布置能够在内燃机的宽的运转范围内进行发动机失火判定，同时提高用于内燃机的发动机失火判定的频率。
图1示意性地示出了本发明一个实施例中装备的混合动力车辆的结构；图2示意性地示出了安装在本实施例混合动力车辆上的发动机的结构；图3是示出了由包含在本实施例混合动力车辆中的混合动力电子控制单元执行的发动机失火判定指令例程的流程图；图4是示出了由包含在本实施例混合动力车辆中的发动机ECU执行的发动机失火判定例程的流程图；图5是示出了由混合动力电子控制单元执行的发动机失火判定驱动控制例程的流程图；图6示出了扭矩要求设定图的一个示例；图7是示出了包含在本实施例混合动力车辆中的动力分配综合机构(集成机构)的各个转动元件的扭矩—转速动力学关系的列线图；
图8示意性地示出了一个变形示例中另一种混合动力车辆的结构；以及图9示意性地示出了另一个变形示例中另一种混合动力车辆的结构。
具体实施例方式
下面作为优选实施例描述了执行本发明的一个模式。图1示意性地示出了本发明一个实施例中在其上安装有动力输出设备的混合动力车辆20的结构。如图中所示的，本实施例的混合动力车辆20包括发动机22、通过减振器28与用作发动机22的输出轴的曲轴26相连接的三轴型动力分配综合机构30、与动力分配综合机构30相连接并能够发电的电机MG1、安装于用作与动力分配综合机构30相连接的驱动轴的齿圈轴32a的减速器35、与减速器35相连接的另一个电机MG2，以及控制整个动力输出设备的混合动力电子控制单元70。
发动机22是消耗诸如汽油或轻油等碳氢燃料以输出动力的内燃机。如图2中所示的，通过空气滤清器122净化并经由节气门124吸入的空气与通过燃料喷射阀126喷射的雾化燃料混合为空气燃料混合物。空气燃料混合物经由进气门128被引入到燃烧室中。所引入的空气燃料混合物由火花塞130产生的火花点燃以使其爆发性地燃烧。燃烧能所导致的活塞132的往复运动转换为曲轴23的转动。来自于发动机22的废气通过催化转换单元134(充满三元催化剂)以将包含在废气中的有毒成分即，一氧化碳(CO)、碳化氢(HC)、以及氮氧化物(NOx)转换为无害成分，并且被排放到外部空气中。
发动机22处于发动机电子控制单元24(在下文中称之为发动机ECU24)的控制之下。发动机ECU24被构成为包括CPU24a、储存处理程序的ROM24b、临时储存数据的RAM24c、输入和输出端口(未示出)、以及通信端口(未示出)的微处理器。发动机ECU24通过其输入端口从用于测量和检测发动机22的运转状态的各种传感器中接收各种信号。输入到发动机ECU24中的信号包括作为曲轴26的转动位置检测的来自于曲柄位置传感器140的曲柄位置、作为发动机22中冷却水温度测量的来自于水温传感器142的冷却水温度、来自于布置在燃烧室中的压力传感器143的缸内压力Pin、作为被驱动以打开和关闭(用于气体进入燃烧室和从燃烧室中排出的进气门128和排气门的)凸轮轴的转动位置而检测的来自于凸轮位置传感器144的凸轮位置、作为节气门124的开度或位置检测的来自于节气门位置传感器146的节气门位置、来自于布置在进气管道中的空气流量计148的空气流量计信号AF、以及来自于布置在进气管道中的温度传感器149的进气温度。发动机ECU24通过其输出端口输出各种控制信号和驱动信号以驱动和控制发动机22。从发动机ECU24中输出的信号包括输出到燃料喷射阀126的驱动信号、输出到节气门电机136用于调节节气门124位置的驱动信号、输出到与点火器整体形成的点火线圈138的控制信号、以及输出到可变气门正时机构150以改变进气门128的打开和关闭定时的控制信号。发动机ECU24建立与混合动力电子控制单元70的通信，以响应于从混合动力电子控制单元70接收的控制信号驱动和控制发动机22，并根据要求向混合动力电子控制单元70输出有关于发动机22的运转状态的数据。
动力分配综合机构30具有太阳齿轮31即外齿轮；齿圈32即内齿轮，其被布置得与太阳齿轮31同轴；与太阳齿轮31以及与齿圈32相啮合的多个小齿轮33；以及将多个小齿轮33保持在允许其自由旋转(自转)以及其在相应轴线上自由转动(公转)的这样一种方式下的行星架34。也就是说，动力分配综合机构30被构成为可允许作为转动元件的太阳齿轮31、齿圈32和行星架34的差速运动的行星齿轮机构。动力分配综合机构30中的行星架34、太阳齿轮31和齿圈32分别与发动机22的曲轴26、与电机MG1以及通过齿圈轴32a与减速器35相连接。当电机MG1用作发电机时，从发动机22中输出并通过行星架34输入的动力依照传动比被分配到太阳齿轮31和齿圈32中。另一方面，当电机MG1用作电动机时，从发动机22中输出并通过行星架34输入的动力与从电机MG1中输出并通过太阳齿轮31输入的动力相组合，并且所合成的动力被输出到齿圈32。因此输出到齿圈32的动力最终通过齿轮机构60和差速器62从齿圈轴32a传输到驱动轮63a、63b。
电机MG1和电机MG2两者都是作为发电机以及作为电机被驱动的已知的同步电动发电机。电机MG1和电机MG2经由逆变器41和逆变器42向蓄电池50以及从蓄电池50中传输电力。将逆变器41和逆变器42与蓄电池50相连接的电力线54被构成为由逆变器41和逆变器42共用的阳极母线和阴极母线。这种布置使得由电机MG1和电机MG2中的一个产生的电力能够由另一个电机消耗。蓄电池50由电机MG1或电机MG2产生的过剩电力充电并且放电以补充电力的不足。当在电机MG1和电机MG2之间达到了电力平衡时，蓄电池50就不再充电或放电了。电机MG1和电机MG2两者的操作都由电机电子控制单元(在下文中称之为电机ECU)40控制。电机ECU40接收控制电机MG1和电机MG2的操作所需要的各种信号，例如，来自于检测电机MG1和电机MG2中转子的转动位置的转动位置检测传感器43、44的信号，和施加到电机MG1和电机MG2并由电流传感器(未示出)测量的相电流。电机ECU40向逆变器41和逆变器42输出开关(切换)控制信号。电机ECU40与混合动力电子控制单元70通信，以响应于从混合动力电子控制单元70中传输的控制信号来控制电机MG1和电机MG2的操作，同时根据要求向混合动力电子控制单元70输出有关于电机MG1和电机MG2的运转状态的数据。
蓄电池50处于蓄电池电子控制单元(在下文中称之为蓄电池ECU)52的控制下。蓄电池ECU52接收蓄电池50的控制所需要的各种信号，例如，设置在蓄电池50的端子之间的电压传感器(未示出)所测量的端子间电压、安装于与蓄电池50的输出端子相连接的电力线54的电流传感器(未示出)所测量的充电-放电电流、以及安装于蓄电池50的温度传感器51所测量的蓄电池温度Tb。蓄电池ECU52根据要求通过通信向混合动力电子控制单元70输出有关于蓄电池50的状态的数据。蓄电池ECU52基于所累计的由电流传感器测量的充电-放电电流值计算蓄电池50的充电状态(SOC)，用于蓄电池50的控制。
混合动力电子控制单元70被构成为包括CPU72、储存处理程序的ROM74、临时储存数据的RAM76、计算时间的计时器78、未示出的输入-输出端口、以及未示出的通信端口的微处理器。混合动力电子控制单元70通过输入端口接收各种输入来自于点火开关80的点火信号、来自于检测变速杆81的当前位置的变速位置传感器82的变速位置SP、来自于测量加速器踏板83的踩踏量的加速器踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自于测量制动器踏板85的踩踏量的制动器踏板位置传感器86的制动器踏板位置BP、来自于车速传感器88的车速V、以及与用于维修目的而执行发动机失火判定的发动机失火判定开关89的驾驶员通-断(开-关)操作相对应的发动机失火判定开关SWj的通-断状态。混合动力电子控制单元70通过通信端口与发动机ECU24、电机ECU40、和蓄电池ECU52通信，以向发动机ECU24、电机ECU40和蓄电池ECU52以及从发动机ECU24、电机ECU40和蓄电池ECU52传输各种控制信号和数据，如前面所述。
如此构成的本实施例混合动力车辆20基于车速V和加速器开度Acc测量值计算要求输出到用作驱动轴的齿圈轴32a的扭矩，其中加速器开度Acc对应于加速器踏板83的驾驶员踩踏量。发动机22和电机MG1和电机MG2经受运转控制，以将与所计算的要求的扭矩相对应的所需动力值输出到齿圈轴32a。发动机22和电机MG1和电机MG2的运转控制选择性地实行扭矩转换驱动模式、充电-放电驱动模式、以及电机驱动模式中的一种。扭矩转换驱动模式控制发动机22的运转以输出与所需动力值相等量的动力，同时驱动并控制电机MG1和电机MG2以使得所有来自于发动机22的动力输出借助于动力分配综合机构30和电机MG1和电机MG2经历扭矩转换并被输出到齿圈轴32a。充电-放电驱动模式控制发动机22的运转，以输出与所需动力值和为蓄电池50充电所消耗或通过蓄电池50放电所供应的电力量的总和相等量的动力，同时与蓄电池50的充电或放电同步地驱动并控制电机MG1和电机MG2，以使得与所需动力值相等的所有或部分来自于发动机22的动力输出借助于动力分配综合机构30和电机MG1和电机MG2经历扭矩转换并被输出到齿圈轴32a。电机驱动模式停止发动机22的运转并驱动控制电机MG2以将与所需动力值相等的动力量输出到齿圈轴32a。
以下的描述是关于用于判定安装在混合动力车辆20上的发动机22中失火的发动机失火判定处理的。图3是示出了由混合动力电子控制单元70执行的发动机失火判定指令例程的流程图。该指令例程由混合动力车辆20的系统起动或者由驾驶员为了接通发动机失火判定开关SWj而进行的发动机失火判定开关89的操作触发，并且在预定的时间间隔下(例如，在每几个小时的时间间隔下)重复地执行。
在图3的发动机失火判定指令例程中，混合动力电子控制单元70的CPU72首先输入发动机失火判定的指令所需的各种数据，即，自上一次发动机失火判定后混合动力车辆20的系统起动频率Nj、自上一次发动机失火判定经过的时间Tj、与驾驶员对发动机失火判定开关89的通-断操作相对应的发动机失火判定开关SWj的通-断状态、发动机22的状态、来自于车速传感器88的车速V、以及蓄电池50的充电状态SOC(步骤S100)。例如，通过从RAM76的储存中读出系统起动频率Nj的上一次计数和计时器78上的经过的时间Tj的计数，输入自上一次发动机失火判定后的系统起动频率Nj和自上一次发动机失火判定经过的时间Tj。发动机22的状态通过发动机22的运转或非运转以及发动机22的加载状态的输入而限定。从累计的蓄电池50的充电-放电电流计算并通过通信从蓄电池ECU52接收蓄电池50的充电状态SOC。
在数据输入之后，CPU72确定发动机失火判定开关SWj是断开还是接通(步骤S110)。在发动机失火判定开关SWj的接通状态下(步骤S110否)，存在进行发动机失火判定的要求以用于维修。因此CPU72给予发动机ECU24在混合动力车辆20中的发动机22的整个可运转范围上的发动机失火判定指令(步骤S120)。然后CPU72从图3的该发动机失火判定指令例程中退出。在这种情况下，混合动力车辆20没有行驶而是停止。因此为了维修的目的而通过发动机22驱动点的连续改变在发动机22的整个可运转范围上执行彻底的发动机失火判定。在本实施例中，为了维修的目的而执行的发动机失火判定被称作基于维修的发动机失火判定方式。
另一方面，在发动机失火判定开关SWj的断开状态下(步骤S110是)，CPU72在自上一次发动机失火判定后的系统起动频率Nj与预定参考数Nref之间进行比较以及在自上一次发动机失火判定经过的时间Tj与预定参考时间Tref之间进行比较(步骤S130)。当系统起动频率Nj不大于预定参考数Nref以及当经过的时间Tj不长于预定参考时间Tref(步骤S130否)时，不存在进行发动机失火判定的要求。因此CPU72立刻终止图3的该发动机失火判定指令例程。另一方面，当系统起动频率Nj大于预定参考数Nref或者当经过的时间Tj长于预定参考时间Tref(步骤S130是)时，存在进行发动机失火判定的要求。因此CPU72判定发动机22的状态(步骤S140)。在发动机22的停止状态下(步骤S140)，CPU72确定不存在立刻重新起动发动机22以进行发动机失火判定的急迫需要，因此终止图3的该发动机失火判定指令例程。
在发动机22的负荷运转状态下(步骤S140)，将蓄电池50的充电状态SOC与预定充电上限值Shi相比较(步骤S150)。当蓄电池50的充电状态SOC不小于预定充电上限值Shi(步骤S150否)时，发动机失火判定可导致蓄电池50的过度充电。因此CPU72确定没有进行发动机失火判定的需要并从图3的该发动机失火判定指令例程中退出。另一方面，当蓄电池50的充电状态SOC小于预定充电上限值Shi(步骤S150是)时，CPU72确定需要进行发动机失火判定并且基于车速V设定发动机22的参考上限转速Nmax(步骤S160)。之后CPU72给予发动机ECU24在发动机22的负荷运转状态下在到参考上限转速Nmax的范围内进行发动机失火判定的指令(步骤S170)，并从图3的该发动机失火判定指令例程中退出。参考上限转速Nmax是指允许进行发动机失火判定的发动机22的最大转速并被设为随着车速V的增加而增大。这样的设定是由于在比与车速相对的正常转速更高的转速下的发动机22的运转中进行发动机失火判定，会使得驾驶员感觉到存在某些问题。在本实施例中，在发动机22的负荷运转状态下在到参考上限转速Nmax的范围内进行的发动机失火判定被称作负荷运转状态下发动机失火判定方式。
在发动机22的拖动(motoring)状态中(步骤S140)，将蓄电池50的充电状态SOC与预定下限充电值Slow相比较(步骤S180)。当蓄电池50的充电状态SOC小于预定下限充电值Slow(步骤S180否)时，发动机失火判定可导致蓄电池50的过度充电。因此CPU72确定没有进行发动机失火判定的需要并从图3的该发动机失火判定指令例程中退出。另一方面，当蓄电池50的充电状态SOC不小于预定下限充电值Slow(步骤S180是)时，CPU72确定需要进行发动机失火判定并且基于车速V设定发动机22的参考上限转速Nmax(步骤S190)。之后CPU72给予发动机ECU24在发动机22的拖动状态下在到参考上限转速Nmax的范围内进行发动机失火判定的指令(步骤S200)并从图3的该发动机失火判定指令例程中退出。发动机22的拖动状态下的参考上限转速Nmax被设定为比发动机的负荷运转状态下的参考上限转速Nmax小的数值。这样的设定是由于在发动机22的拖动状态下的高转速会使得驾驶员感觉到不舒服。在本实施例中，在发动机22的拖动状态下在到参考上限转速Nmax的范围内进行的发动机失火判定被称作拖动状态下发动机失火判定方式。
发动机ECU24，根据图3的发动机失火判定指令例程接收由混合动力电子控制单元70给出的发动机失火判定的指令，并且执行图4的流程图中所示的发动机失火判定例程。在图4的发动机失火判定例程中，发动机ECU24的CPU24a设定发动机22的目标转速Ne*并确定发动机22的负荷运转或非负荷运转(步骤S300)。在基于维修的发动机失火判定方式中，发动机22的目标转速Ne*被设定为从混合动力车辆20的发动机22的整个可运转范围中选择出的多个不同的转速。在负荷运转状态下发动机失火判定方式或拖动状态下发动机失火判定方式中，目标转速Ne*被设定为从到参考上限转速Nmax的范围中选择出的至少一个转速。
根据发动机22的负荷运转或非负荷运转的确定(步骤S310)，CPU24a在发动机22的负荷运转状态下进行发动机失火判定(步骤S320)或者在发动机22的拖动状态下进行发动机失火判定(步骤S330)。接着终止发动机失火判定例程。在发动机22的负荷运转状态下的发动机失火判定，是基于当在目标转速Ne*下的发动机22的运转中顺序地切断对于多个气缸中的一个的燃料供应时曲轴26的转速变化(转动变化)进行的，所述曲轴26的转速变化是从安装于曲轴60的曲柄位置传感器140检测的曲柄位置计算出来的。在发动机22的拖动状态下的发动机失火判定，是基于当针对目标转速Ne*下的发动机22的拖动状态中的多个气缸中的一个顺序地执行燃料喷射和点火时曲轴26的转动变化进行的。当存在多个不同的目标转速Ne*时，针对所有目标转速Ne*重复进行发动机22的负荷运转状态下的发动机失火判定或发动机22的拖动状态下的发动机失火判定。发动机失火判定处理不是本发明的特征，因此这里不再专门详细描述。
在负荷运转状态下发动机失火判定方式或拖动状态下发动机失火判定方式中的发动机失火判定期间，混合动力车辆20处于驱动控制下。图5是在发动机失火判定期间由混合动力电子控制单元70执行的发动机失火判定驱动控制例程。在预定的时间间隔下(例如，在每几个小时的时间间隔下)重复地执行该驱动控制例程。
在图5的发动机失火判定驱动控制例程中，混合动力电子控制单元70的CPU72首先输入控制所需的各种数据，即，来自于加速器踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自于车速传感器88的车速V、电机MG1和电机MG2的转速Nm1和转速Nm2、发动机22的目标转速Ne*、以及蓄电池50的输入极限Win和输出极限Wout(步骤S400)。发动机22的目标转速Ne*是在图4的发动机失火判定例程中在步骤S320中发动机22的负荷运转状态下发动机失火判定中或在步骤S330中发动机22的拖动状态下发动机失火判定中所使用的那个目标转速Ne*，并且是通过通信从发动机ECU24中接收的。电机MG1和电机MG2的转速Nm1和转速Nm2是从转动位置检测传感器43、44所检测的电机MG1和电机MG2的各个转子的转动位置计算出来，并通过通信从电机ECU40接收来的。蓄电池50的输入极限Win和输出极限Wout是基于温度传感器51测得的蓄电池50的蓄电池温度Tb和蓄电池50的充电状态SOC设定，并通过通信从蓄电池ECU52接收来的。
在数据输入之后，CPU72，基于输入的加速器开度Acc和输入的车速V，将待输出到齿圈轴32a或连接于驱动轮63a、63b的驱动轴的扭矩要求Tr*设定为混合动力车辆20所需的扭矩(步骤S410)。本实施例中设定扭矩要求Tr*的具体例程预先将扭矩要求Tr*相对加速器开度Acc和车速V的变化关系作为扭矩要求设定图储存在ROM74中，并且从该扭矩要求设定图中读出与所给定的加速器开度Acc和所给定的车速V相对应的扭矩要求Tr*。在图6中示出了扭矩要求设定图的一个示例。
CPU72根据下面给出的等式(1)从所输入的发动机22的目标转速Ne*、齿圈轴32a的转速Nr(＝Nm2/Gr)、以及动力分配综合机构30的传动比ρ计算电机MG1的目标转速Nm1*，同时根据下面给出的等式(2)从所计算出的目标转速Nm1*和电机MG1的当前转速Nm1计算电机MG1的扭矩指令Tm1*(步骤S420)Nm1*＝Ne*·(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr·ρ)(1)Tm1*＝上一次的Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt(2)等式(1)是包含在动力分配综合机构30中的各个转动元件的动态关系式。图7是示出了包含在动力分配综合机构30中的各个转动元件的扭矩—转速动力学关系的列线图。左轴线“S”表示等于电机MG1的转速Nm1的太阳齿轮31的转速。中间轴线“C”表示等于发动机22的转速Ne的行星架34的转速。右轴线“R”表示通过用减速器35的传动比Gr除电机MG2的转速Nm2获得的齿圈32(齿圈轴32a)的转速Nr。图7中轴线“R”上的两个向上的粗箭头分别表示当在目标转速Ne*和扭矩Te的特定驱动点稳定运转状态下扭矩Te从发动机22中被输出时直接传输到齿圈轴32a的扭矩，以及当扭矩Tm2*从电机MG2被输出时通过减速器35施加于齿圈轴32a的扭矩。在发动机22的拖动状态下在发动机失火判定期间发动机22未被驱动。因此扭矩Te是基于发动机22的摩擦的值并且沿相反方向被施加。可容易地从图7的列线图中导出等式(1)。等式(2)是用于在目标转速Nm1*下驱动电机MG2和使其转动的反馈控制的关系式。在以上给出的等式(2)中，右侧的第二项中的“k1”和第三项中的“k2”分别表示比例项的增益和积分项的增益。
在计算出电机MG1的目标转速Nm1*和扭矩指令Tm1*之后，CPU72依照下面给出的等式(3)、(4)计算出扭矩下限Tmin和扭矩上限Tmax作为从电机MG2输出的最小和最大扭矩(步骤S430)Tmin＝(Win-Tm1*·Nm1)/Nm2(3)Tmax＝(Wout-Tm1*·Nm1)/Nm2 (4)通过用电机MG2的输入的当前转速Nm2分别除两个差值，即，蓄电池50的输入极限Win和电机MG1的动力消耗(发电)(其为扭矩指令Tm1*与电机MG1的输入的当前转速Nm1的乘积)之间的差值、以及蓄电池50的输出极限Wout和电机MG1的动力消耗(发电)之间的差值，分别给出扭矩下限Tmin和扭矩上限Tmax。之后CPU72依照下面给出的等式(5)从扭矩要求Tr*、电机MG1的扭矩指令Tm1*、动力分配综合机构30的传动比ρ以及减速器35的传动比Gr计算将从电机MG2输出的暂定电机扭矩Tm2tmp(步骤S440)Tm2tmp＝(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (5)CPU72将暂定电机扭矩Tm2tmp限定于所计算的扭矩下限Tmin和扭矩上限Tmax之间的范围以设定电机MG2的扭矩指令Tm2*(步骤S450)。以这种方式设定电机MG2的扭矩指令Tm2*将待输出到齿圈轴32a或驱动轴的扭矩要求Tr*限制在蓄电池50的输入极限Win和输出极限Wout的范围内。可容易地从图7的列线图中导出等式(5)。
之后CPU72将电机MG1和电机MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*输送到电机ECU40(步骤S460)并从该发动机失火判定驱动控制例程中退出。电机ECU40接收扭矩指令Tm1*、Tm2*，并且执行包含在各个逆变器41和逆变器42中的开关元件的开关控制以用扭矩指令Tm1*驱动电机MG1以及用扭矩指令Tm2*驱动电机MG2。该驱动控制使得甚至在发动机失火判定期间混合动力车辆20也可由在蓄电池50的输入极限Win和输出极限Wout的范围内输出的扭矩要求Tr*驱动。
本实施例的混合动力车辆20基于发动机失火判定的指令或发动机22的状态确定发动机失火判定方式。因此依照发动机失火判定的指令或发动机22的状态以适当的发动机失火判定方式执行发动机22的发动机失火判定。本实施例的混合动力车辆20，响应于发动机失火判定开关SWj的接通状态在发动机22的整个可运转范围上给出了发动机失火判定的指令，并基于自上一次发动机失火判定后的系统起动频率Nj给出发动机失火判定的指令或基于自上一次发动机失火判定经过的时间Tj给出发动机失火判定的指令。依照发动机22的状态以适当的发动机失火判定方式执行发动机失火判定。这种布置使得可在发动机22的宽的可运转范围上进行发动机失火判定并且提高发动机22的失火判定的频率。本实施例的混合动力车辆20根据车速V将用于发动机失火判定的参考上限转速Nmax设定为发动机22的运转范围的上限，并且在到参考上限转速Nmax的范围内确定适当的发动机失火判定方式。这种布置确保了在与车速相对应的发动机22的适当可运转范围内的发动机失火判定，因此有效地避免混合动力车辆20上的驾驶员或任何乘客由于在发动机22的相对于车速的不适当的运转范围内的发动机失火判定而感觉到不舒服。
在本实施例的混合动力车辆20中，在发动机22的负荷运转状态下的发动机失火判定，是基于当在目标转速Ne*下的发动机22的运转中顺序地切断对于多个气缸中的一个的燃料供应时曲轴26的转动变化进行的。在发动机22的拖动状态下的发动机失火判定，是基于当针对目标转速Ne*下的发动机22的拖动状态下的多个气缸中的一个顺序地执行燃料喷射和点火时曲轴26的转动变化进行的。这种布置允许根据发动机22的状态进行发动机失火判定，因此可满意地避免发动机22的不必要运转。
本实施例的混合动力车辆20根据蓄电池50的充电状态SOC确定发动机失火判定方式，从而有效地避免蓄电池50的过度充电或过度放电。甚至在发动机失火判定期间，本实施例的混合动力车辆20也可由在蓄电池50的输入极限Win和输出极限Wout的范围内与驾驶员对加速器踏板83的下压量相对应地输出的扭矩要求Tr*驱动。
本实施例的混合动力车辆20根据蓄电池50的充电状态SOC设定发动机失火判定方式。当充电状态SOC表示蓄电池50需要立即充电时，混合动力车辆20可优先对蓄电池50充电并且可不执行发动机失火判定。例如，当蓄电池50的充电状态SOC低于预定参考充电值时禁止进行发动机失火判定。
在本实施例的混合动力车辆20中，在发动机22的负荷运转状态下的发动机失火判定是基于当在目标转速Ne*下的发动机22的运转中顺序地切断对于多个气缸中的一个的燃料供应时曲轴26的转动变化进行的。在发动机22的拖动状态下的发动机失火判定是基于当针对目标转速Ne*下的发动机22的拖动状态中多个气缸中的一个顺序地执行燃料喷射和点火时曲轴26的转动变化进行的。然而，发动机失火判定不局限于该技术而是可通过任何其他技术执行。
本实施例的混合动力车辆20响应于发动机失火判定开关SWj的接通状态在发动机22的整个可运转范围上给出了发动机失火判定的指令，同时基于自上一次发动机失火判定后的系统起动频率Nj给出发动机失火判定的指令或基于自上一次发动机失火判定经过的时间Tj给出发动机失火判定的指令。一项可行的变形可省略基于自上一次发动机失火判定后的系统起动频率Nj的发动机失火判定的指令或基于自上一次发动机失火判定经过的时间Tj的发动机失火判定的指令。另一项可行的变形可另外给出基于自上一次发动机失火判定后驱动的预定参考距离或超过预定参考距离的发动机失火判定的指令、响应于发动机22的运转要求的发动机失火判定的指令、或响应于以预定次数重复的发动机22自动停止和自动重起动的发动机失火判定的指令。
本实施例的混合动力车辆20基于车速V设定参考上限转速Nmax(即，用于进行发动机失火判定的发动机22的运转范围的上限)，并在到参考上限转速Nmax的范围内执行发动机失火判定。一项可行的变形可省略基于车速V的对用于进行发动机失火判定的发动机22的运转范围的确定。
在本实施例的混合动力车辆20中，电机MG2的动力由减速器35变速并被输出到齿圈轴32a。在如图8的混合动力车辆120所示的一个可行变形中，电机MG2的动力可被输出到另一个车桥(即，与车轮64a、64b相连接的车桥)，所述车桥不同于与齿圈轴32a相连接的车桥(即，与车轮63a、63b相连接的车桥)。
在本实施例的混合动力车辆20中，发动机22的动力通过动力分配综合机构30被输出到用作与车轮63a、63b相连接的驱动轴的齿圈轴32a。在图9的另一个可行变形中，混合动力车辆220可具有双转子电机230，双转子电机230具有与发动机22的曲轴26相连接的内转子232和与用于向驱动轮63a、63b输出动力的驱动轴相连接的外转子234，并且将从发动机22输出的部分动力传输到驱动轴，同时将剩余的部分动力转换成电力。
本发明的技术可用于判定被安装在不同于本实施例混合动力车辆20和变形示例20的混合动力车辆120、220中任意一种的任何其他结构的混合动力车辆上的发动机中的失火。
应考虑到上述实施例的所有方面都是说明性的而非限制性的。在不脱离本发明主要特征的范围或精神的前提下可存在许多变形、改变和变化。本发明的范围或精神由所附权利要求确定，而不是由前述说明确定。
权利要求
1.一种用于判定安装在混合动力车辆上的内燃机中的失火的发动机失火判定装置，所述混合动力车辆包括所述内燃机；用于拖动所述内燃机并用于由所述内燃机的输出动力而发电的第一电机；具有输出驱动力的动力输出能力的第二电机；和从所述第一电机接收电力以及将电力传输给所述第二电机的蓄电单元；所述发动机失火判定装置包括检测所述混合动力车辆的状态的状态检测组件；发动机失火判定方式确定组件，用于当给出了发动机失火判定的指令时，基于该发动机失火判定的指令和所检测的所述混合动力车辆的状态来确定可执行的发动机失火判定方式；以及根据所确定的发动机失火判定方式执行所述内燃机的发动机失火判定的发动机失火判定组件。
2.如权利要求1所述的发动机失火判定装置，其特征在于，所述发动机失火判定的指令包括由多种不同因素引起的发动机失火判定的多个不同指令；以及所述发动机失火判定方式确定组件，基于引起所述发动机失火判定的多个指令中一个指令的因素，来确定发动机失火判定方式。
3.如权利要求2所述的发动机失火判定装置，其特征在于，所述发动机失火判定的多个不同指令包括由自上一次发动机失火判定后经过至少预定时间段而引起的指令、由自上一次发动机失火判定后驾驶至少预定距离而引起的指令、由所述混合动力车辆的系统起动而引起的指令、由所述内燃机的运转要求而引起的指令、以及由操作者的预定发动机失火判定操作而引起的指令中的至少之一。
4.如权利要求1所述的发动机失火判定装置，其特征在于，所述状态检测组件检测一种要求对所述蓄电单元充电的充电要求状态；以及当所述状态检测组件检测到所述蓄电单元的充电要求状态时，所述发动机失火判定方式确定组件在优先对所述蓄电单元充电的特定范围内设定发动机失火判定方式。
5.如权利要求1所述的发动机失火判定装置，其特征在于，所述状态检测组件测量所述混合动力车辆的车速；以及所述发动机失火判定方式确定组件根据所测量的车速设定所述内燃机的运转范围，并在所设定的运转范围中确定发动机失火判定方式。
6.如权利要求1所述的发动机失火判定装置，其特征在于，所述状态检测组件检测所述内燃机的运转状态；以及当所述状态检测组件检测到所述内燃机的负荷运转状态时，所述发动机失火判定方式确定组件通过停止对所述内燃机中多个气缸中的一个气缸的燃料供应而设定发动机失火判定方式；当在没有燃料供应的情况下检测到所述内燃机的拖动状态时，所述发动机失火判定方式确定组件通过对所述内燃机中多个气缸中的一个气缸的燃料供应和点火而设定发动机失火判定方式。
7.一种混合动力车辆，包括内燃机；用于拖动所述内燃机并用于由所述内燃机的输出动力而发电的第一电机；具有输出驱动力的动力输出能力的第二电机；从所述第一电机接收电力以及将电力传输给所述第二电机的蓄电单元；检测所述混合动力车辆的状态的状态检测组件；发动机失火判定方式确定组件，用于当给出了发动机失火判定的指令时，基于该发动机失火判定的指令和所检测的所述混合动力车辆的状态来确定可执行的发动机失火判定方式；以及根据所确定的发动机失火判定方式执行所述内燃机的发动机失火判定的发动机失火判定组件。
8.如权利要求7所述的混合动力车辆，其特征在于，所述发动机失火判定的指令包括由多种不同因素引起的发动机失火判定的多个不同指令；以及所述发动机失火判定方式确定组件，基于引起所述发动机失火判定的多个指令中一个指令的因素，来确定发动机失火判定方式。
9.如权利要求8所述的混合动力车辆，其特征在于，所述发动机失火判定的多个不同指令包括由自上一次发动机失火判定后经过至少预定时间段而引起的指令、由自上一次发动机失火判定后驾驶至少预定距离而引起的指令、由所述混合动力车辆的系统起动而引起的指令、由所述内燃机的运转要求而引起的指令、以及由操作者的预定发动机失火判定操作而引起的指令中的至少一种。
10.如权利要求7所述的混合动力车辆，其特征在于，所述状态检测组件检测一种要求对所述蓄电单元充电的充电要求状态；以及当所述状态检测组件检测到所述蓄电单元的充电要求状态时，所述发动机失火判定方式确定组件在优先对所述蓄电单元充电的特定范围内设定发动机失火判定方式。
11.如权利要求7所述的混合动力车辆，其特征在于，所述状态检测组件测量所述混合动力车辆的车速；以及所述发动机失火判定方式确定组件根据所测量的车速设定所述内燃机的运转范围，并在所设定的运转范围中确定发动机失火判定方式。
12.如权利要求7所述的混合动力车辆，其特征在于，所述状态检测组件检测所述内燃机的运转状态；以及当所述状态检测组件检测到所述内燃机的负荷运转状态时，所述发动机失火判定方式确定组件通过停止对所述内燃机中多个气缸中的一个气缸的燃料供应而设定发动机失火判定方式；当在没有燃料供应的情况下检测到所述内燃机的拖动状态时，所述发动机失火判定方式确定组件通过对所述内燃机中多个气缸中的一个气缸的燃料供应和点火而设定发动机失火判定方式。
13.如权利要求7所述的混合动力车辆，其特征在于，所述混合动力车辆还包括三轴式动力输入输出组件，该组件与三个轴即所述内燃机的输出轴、与所述混合动力车辆的车桥连接的驱动轴以及所述第一电机的转动轴相连，并基于从所述三个轴中的任两个轴输入的动力和输出至所述两个轴的动力，从所述三个轴中剩余的一个剩余轴输入动力和将动力输出至该剩余轴。
14.一种用于判定安装在混合动力车辆上的内燃机中失火的发动机失火判定方法，所述混合动力车辆包括所述内燃机；用于拖动所述内燃机并用于由所述内燃机的输出动力而发电的第一电机；具有输出驱动力的动力输出能力的第二电机；和从所述第一电机接收电力以及将电力传输给所述第二电机的蓄电单元；所述发动机失火判定方法包括以下步骤当给出了发动机失火判定的指令时，基于该发动机失火判定的指令和所述混合动力车辆的状态来确定可执行的发动机失火判定方式；以及根据所确定的发动机失火判定方式执行所述内燃机的发动机失火判定。
全文摘要
在发动机失火判定开关(SWj)接通时(步骤S110否)，本发明的发动机失火判定装置设定基于维修的判定方式并在发动机整个运转范围上判定(步骤S120)。自上一次判定后的系统起动频率(Nj)大于预定参考数(Nref)或自上一次判定经过的时间(Tj)长于预定参考时间(Tref)时(步骤S130是)，该装置基于发动机运转状态和蓄电池充电状态确定适合的判定方式。混合动力车辆用负荷运转状态下判定方式以在到根据车速设定的参考上限转速(Nmax)的范围判定发动机负荷运转状态下的失火(步骤S170)，而用拖动状态下判定方式以在到根据车速设定的参考上限转速的范围判定拖动状态下的失火(步骤S200)。本发明的设置满意地提高判定频率并确保在发动机宽的可运转范围的判定。
文档编号F02D41/02GK1904337SQ200610107890
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月27日 优先权日2005年7月27日
发明者山口胜彦 申请人:丰田自动车株式会社