动力输出设备、装备动力输出设备的车辆和动力输出设备的控制方法

专利名称：动力输出设备、装备动力输出设备的车辆和动力输出设备的控制方法
技术领域：
本发明涉及动力输出设备、装备动力输出设备的车辆和动力输出设备 的控制方法。
背景技术：
己经提出了一种安装在车辆上的动力输出设备，其具有发动机和摩擦
环(toroidal)式无级变速器，该发动机具有用于将燃料喷入气缸的缸内燃 料喷射阀(例如，参见日本专利公开公报No. 2000-52817)。该动力输出 设备基于车辆的驱动状态和随驱动状态变化而变化的目标驱动力设定发动 机的目标扭矩和变速器目标输出轴转速。发动机的目标扭矩和变速器的目 标输出轴转速根据燃烧状态而变化，这种变化反映了供应到发动机的空气 燃料混合物的空燃比的变化。通过分配由发动机的目标扭矩和变速器的目 标输入轴转速所限定的驱动力来控制发动机和无级变速器。这样的控制目 的在于使发动机在最佳燃料消耗的工作状况下运转。
还提出了另一种动力输出设备，其具有发动机，该发动机具有用于将 燃料喷入气缸的缸内燃料喷射阀和用于将燃料喷入进气口的进气口喷射阀 (例如，参见日本专利公开公报No. 2001-20837)。该提出的动力输出设 备在分层(stratification)范围内将进气口燃料喷射阀的燃料喷射分担率设 定为0，并且在均质(homogeneous)范围内，随着发动机转速增大和发动 机负荷增大而增大进气口燃料喷射阀的燃料喷射分担率。这样的控制目的 是增强分层范围中的燃烧性能，并且在均质范围获得适合的燃烧性能。

发明内容
在具有缸内燃料阀和进气口燃料喷射阀的发动机中，缸内燃料喷射阀 与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的分担率根据发动机转速和发动机负荷变化。期望改变燃料喷射的分担率以增强发动机的效率和性能。然而，简单 改变燃料喷射的分担率对提高效率和性能是不够的。发动机在高效驱动点 高效工作，而该高效驱动点是输出相同动力的多个驱动点中一个。仅从缸 内燃料喷射阀喷射燃料的发动机运转的高效驱动点常常不同于仅从进气口 燃料喷射阀喷射燃料的发动机运转的高效驱动点。在缸内燃料喷射阀的燃 料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的分担率变化的情况下使发动机运 转时，发动机工作效率取决于发动机的驱动点。在驱动点在输出相同动力 的多个驱动点中变化的情况下驱动发动机。例如，在一些情况下，发动机 在高效驱动点处被驱动，而在其它情况下，发动机在高扭矩驱动点处被驱 动，以输出更高扭矩。在这样的情况下，希望通过考虑驱动点的变化来确 定发动机的最佳驱动点。
因此，本发明的动力输出设备、装备有该动力输出设备的车辆和该动 力输出设备的控制方法旨在使内燃机有效工作，且缸内燃料喷射阀和进气 口燃料喷射阀以特定的分担率分担燃料喷射。本发明的动力输出设备、装 备有动力输出设备的车辆和动力输出设备的控制方法还旨在使内燃机适合 工作，且缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以特定的分担率分担燃料喷 射。
为了实现以上和其它有关目的的至少一部分，本发明的动力输出设 备、装备有动力输出设备的车辆和动力输出设备的控制方法具有下述构 造。
本发明涉及一种动力输出设备，该动力输出设备将动力输出到驱动 轴，动力输出设备包括内燃机，该内燃机输出动力，并且具有用于将燃 料喷入气缸的缸内燃料喷射阀和用于将燃料喷入进气口的进气口燃料喷射 阀；扭矩转换单元，扭矩转换单元通过扭矩转换转换内燃机的输出动力， 然后将所转换的动力传递到驱动轴；目标驱动力设定模组，其设定将要输
出到驱动轴的目标驱动力；目标动力设定模组，其基于所设定的目标驱动 力设定将要从内燃机输出的目标动力；目标工作状态设定模组，其基于所 设定的目标动力、缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料 喷射的特定分担率、第一制约和第二制约设定内燃机的目标工作状态，其
中，第一制约制约缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第一分担 率分担燃料喷射的内燃机的工作状态，第二制约制约缸内燃料喷射阀和进 气口燃料喷射阀以预定的第二分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态， 第二分担率不同于第一分担率；和控制模组，其控制内燃机和扭矩转换单 元以驱动内燃机在目标工作状态下运转以所述特定的分担率喷射燃料，并 且确保目标驱动力输出到驱动轴。
本发明的动力输出设备基于将要输出到驱动轴的目标驱动力来设定将 要从内燃机输出的目标动力。动力输出设备随后基于所设定的目标动力、 缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担 率、第一制约和第二制约，来设定内燃机的目标工作状态。此处，第一制 约制约了缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第一分担率分担燃 料喷射的内燃机的工作状态。第二制约制约了缸内燃料喷射阀和进气口燃 料喷射阀以预定的第二分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态，第二分 担率不同于第一分担率。动力输出设备然后控制内燃机和扭矩转换单元以 驱动内燃机在目标工作状态下以特定的分担率喷射燃料而运转，并确保目 标驱动力输出到驱动轴。即，根据将要从内燃机输出的目标动力、缸内燃 料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率、以预 定的第一分担率制约内燃机工作状态的第一制约、和以预定的第二分担率 制约内燃机工作状态的第二制约，来设定内燃机的目标工作状态。控制内 燃机和扭矩转换单元使得内燃机能够在目标工作状态下运转，并确保目标 驱动力输出到驱动轴。驱动发动机在目标工作状态下运转，所述目标工作 状态是根据缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的 特定分担率设定的。这种布置使内燃机在缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷 射阀以特定的分担率分担燃料喷射的情况下有效和适当地工作。
在本发明的动力输出设备的一个优选实施例中，目标工作状态设定模 组通过按照所述特定分担率与预定第一分担率的比率和所述特定分担率与 预定第二分担率的比率分配内燃机的第一工作状态和第二工作状态来设定 内燃机的目标工作状态，其中，基于第一制约和目标动力设定内燃机的第 一工作状态，基于第二制约和目标动力设定内燃机的第二工作状态。在本
实施例中，根据特定分担率与预定第一分担率的比率和特定分担率与预定 第二分担率的比率分配第一工作状态和第二工作状态。这种布置将第一工 作状态和第二工作状态之间的最佳工作状态设定为目标工作状态，并且驱 动内燃机在目标工作状态下运转。这实现了内燃机有效和适合的运转。
在本发明的动力输出设备的另一个优选实施例中，第一制约和第二制 约中的每个包括多个与多个条件有关的限制。目标工作状态设定模组基于 与在多个条件中选定的条件有关的包括在第一制约中的限制和包括在第二 制约中的相应的限制设定内燃机的目标工作状态。在通过多个限制来驱动 内燃机时，本实施例的布置确保了发动机在选定条件的限制下适合地运 转。所述多个限制可以包括用于内燃机有效运转的有效运转限制和用于内 燃机输出高扭矩的高扭矩输出限制中至少一个。
在本发明的动力输出设备的另一个优选实施例中，第一制约是关于仅 仅缸内燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的制约，第二制约是关于仅仅 进气口燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的制约。因而，可以用制约仅 仅缸内燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的限制和制约仅仅进气口燃料 喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的限制，对内燃机的运转进行控制。
在本发明的动力输出设备的一个优选实施例中，扭矩转换单元是无级 变速器，控制模组改变扭矩转换单元的变速比，以驱动内燃机以由所设定 的目标工作状态所限定的转速旋转。
在本发明的动力输出设备的另一个优选实施例中，扭矩转换单元包 括电力机械动力输入输出机构，其连接到内燃机的输出轴和连接到驱动 轴，并且将内燃机的输出动力的至少一部分通过电力和机械动力的输入和 输出而输出到驱动轴；电动机，其将动力输出到驱动轴，和将动力从驱动
轴输入；和蓄电单元，其从电力机械动力输入输出机构和电动机接收电
力，和将电力传输到电力机械动力输入输出机构和电动机。控制模组控制 内燃机、电力机械动力输入输出机构和电动机，以驱动内燃机在目标工作 状态下运转，并且确保等于目标驱动力的驱动力输出到驱动轴。电力机械
动力输入输出机构可以包括三轴式动力输入输出模组，其连接到三个 轴，即内燃机的输出轴、驱动轴和旋转轴，并且基于从三个轴中的任何两
个轴输入并且输出到所述两个轴的动力而从其余一个轴输入动力和将动力 输出到其余一个轴；和发电机，其从旋转轴输入动力，并且将动力输出到 旋转轴。
本发明还涉及一种车辆，该车辆装备了具有上述布置中任一布置的动 力输出设备。车辆装备有用于将动力输出到驱动轴的动力输出设备，并且 具有连接到驱动轴的车轴。所述动力输出设备包括内燃机，该内燃机输 出动力，并且具有用于将燃料喷入气缸的缸内燃料喷射阀和用于将燃料喷 入进气口的进气口燃料喷射阀；扭矩转换单元，扭矩转换单元通过扭矩转 换来转换内燃机的输出动力，然后将所转换的动力传递到驱动轴；目标驱 动力设定模组，其设定将要输出到驱动轴的目标驱动力；目标动力设定模 组，其基于所设定的目标驱动力设定将要从内燃机输出的目标动力；目标 工作状态设定模组，其基于所设定的目标动力、缸内燃料喷射阀的燃料喷 射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率、第一制约和第二制约， 来设定内燃机的目标工作状态，其中，第一制约制约缸内燃料喷射阀和进 气口燃料喷射阀以预定的第一分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态， 第二制约制约缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第二分担率分 担燃料喷射的内燃机的工作状态，第二分担率不同于第一分担率；和控制 模组，其控制内燃机和扭矩转换单元以驱动内燃机在目标工作状态下运转 以所述特定的分担率喷射燃料，并且确保目标驱动力输出到驱动轴。
本发明的车辆装备具有上述布置中任何一布置的动力输出设备，因而 具有的效果类似于本发明的动力输出设备的效果。例如，使缸内燃料喷射 阀和进气口燃料喷射阀以特定的分担率分担燃料喷射的内燃机有效和适当 地工作。
本发明还涉及动力输出设备的控制方法。该动力输出设备包括内燃 机和扭矩转换单元，内燃机输出动力并且具有用于将燃料喷入气缸的缸内 燃料喷射阀和用于将燃料喷射进气口的进气口燃料喷射阀，扭矩转换单元 通过扭矩转换转换内燃机的输出动力，然后将所转换的动力传输到驱动 轴。该控制方法包括以下步骤(a)设定将要输出到驱动轴的目标驱动 力，并且基于所设定的目标驱动力设定将要从内燃机输出的目标动力；
(b)基于所设定的目标动力、缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料 喷射阀的燃料喷射的特定分担率、第一制约和第二制约，来设定内燃机的 目标工作状态，其中，第一制约制约缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀 以预定的第一分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态，第二制约制约缸 内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第二分担率分担燃料喷射的内 燃机的工作状态，第二分担率不同于第一分担率；和(C)控制内燃机和 扭矩转换单元以驱动内燃机在目标工作状态下运转以特定的分担率喷射燃 料，并且确保目标驱动力输出到驱动轴。
本发明的动力输出设备控制方法基于将要输出到驱动轴的目标驱动力 设定将要从内燃机输出的目标动力。动力输出设备随后基于所设定的目标 动力、缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定 分担率、第一制约和第二制约，来设定内燃机的目标工作状态。此处，第 一制约制约缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第一分担率分担 燃料喷射的内燃机的工作状态。第二制约制约缸内燃料喷射阀和进气口燃 料喷射阀以预定的第二分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态，第二分 担率不同于第一分担率。动力输出设备然后控制内燃机和扭矩转换单元以 驱动内燃机在目标工作状态下运转以特定的分担率喷射燃料，并且确保目 标驱动力输出到驱动轴。即，根据将要从内燃机输出的目标动力、缸内燃 料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率、以预 定的第一分担率制约内燃机工作状态的第一制约和以预定的第二分担率制 约内燃机工作状态的第二制约，来设定内燃机的目标工作状态。控制内燃 机和扭矩转换单元使得内燃机在目标工作状态下运转，并且确保目标驱动 力输出到驱动轴。驱动发动机在目标工作状态下运转，所述目标工作状态 是根据缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的所述 特定分担率设定的。这种布置使缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以特 定的分担率分担燃料喷射的内燃机有效和适当地工作。
本发明的动力输出设备的控制方法的一个优选实施例中，步骤(b) 通过按照特定分担率与预定第一分担率的比率和特定分担率与预定第二分 担率的比率分配内燃机的第一工作状态和第二工作状态来设定内燃机的目标工作状态，其中，基于第一制约和目标动力设定内燃机的第一工作状 态，基于第二制约和目标动力设定内燃机的第二工作状态。在本实施例 中，根据特定分担率与预定第一分担率的比率和特定分担率与预定第二分 担率的比率分配内燃机的第一工作状态和第二工作状态。这种布置将第一 工作状态和第二工作状态之间的最佳工作状态设定为目标工作状态，并且 驱动内燃机在目标工作状态下运转。这实现了内燃机有效和适当的运转。
在本发明的动力输出设备的控制方法的另一个优选实施例中，第一制 约和第二制约中的每个包括多个与多个条件有关的限制。步骤(b)基于 与在多个条件中选定的条件有关的包括在第一制约中的限制和包括在第二 制约中的相应的限制设定内燃机的目标工作状态。当以多个限制驱动内燃 机时，本实施例的布置确保了发动机在选定条件的限制下适合运转。
在本发明的动力输出设备的控制方法的另一个优选实施例中，第一制 约是关于仅仅缸内燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的制约。第二制约 是关于仅仅进气口燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的制约。因而可以 用制约仅仅缸内燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的限制和制约仅仅进 气口燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的限制，来对内燃机的运转进行 控制。


图1示意性图示了装备有根据本发明一个实施例的动力输出设备的混
合动力车辆的构造；
图2示意性示出安装在本实施例的混合动力车辆上的发动机构造；
图3是由包括在本实施例的混合动力车辆中的混合动力电子控制单元
执行的驱动控制例程；
图4示出扭矩需求设置图的一个示例；
图5示出缸内喷射设置用于缸内喷射的转速Ni和扭矩Ti所用的燃料 消耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线；
图6示出进气口喷射设置用于进气口喷射的转速Np和扭矩Tp所用的 燃料消耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线；
图7是共线图，示出包括在本实施例的混合动力车辆中的动力分配集
成机构的各个旋转元件的扭矩-转速动态关系；
图8示意性图示了在一个修改示例中另一个混合动力车辆的构造；
图9示意性图示了在另一个修改示例中另一个混合动力车辆的构造；
图10示意性图示了装备本发明第二实施例的动力输出设备的机动车
的构造；
图11是流程图，示出了由包括在第二实施例的机动车中的电子控制 单元执行的驱动控制例程。
具体实施例方式
以下将参照

实施本发明的一个方式，作为一种优选实施例。 图1示意性图示了装备有根据本发明一个实施例的动力输出设备的混合动
力车辆20的构造。如所示，本实施例的混合动力车辆20包括发动机22和 三轴式动力分配集成机构30，该三轴式动力分配集成机构30具有太阳轮
31、 齿圈32和连接多个小齿轮33的行星轮架34。动力分配集成机构30 的行星轮架34经由阻尼器28连接到曲轴26或者发动机22的输出轴。与 齿圈32连接的齿圈轴32a经由齿轮机构37和差动齿轮38连接到驱动轮 39a和39b。本实施例的混合车辆20还包括电动机MG1、电动机MG2和 控制整个动力输出设备工作的混合动力电子控制单元70，其中，电动机 MG1连接到动力分配集成机构30的太阳轮31，并且具有发电能力，电动 机MG2经由齿圈轴32a和减速齿轮35连接到动力分配集成机构30的齿圈
如图2所示，发动机22构造成具有多个缸内燃料喷射阀125 (在图1 中是125a至125d)和多个进气口燃料喷射阀126 (在图1中是126a至 126d)的内燃机，缸内燃料喷射阀125用于将诸如汽油或者轻油的烃类燃 料直接喷入气缸，进气口燃料喷射阀126用于将燃料喷入进气口。具有两 组燃料喷射阀125和126的发动机22在进气口喷射驱动模式、缸内喷射驱 动模式和分担喷射驱动模式中的一个模式中工作和受到控制。在进气口喷 射驱动模式中，由空气滤清器122滤清并且经由节气门124吸入的空气与
进气口燃料喷射阀126喷射的雾化燃料混合成空气燃料混合物。该空气燃 料混合物由进气阀128引入到每个气缸的燃烧室中，并且用点火火花塞
130的火花点燃而爆发性燃烧。燃烧能量引起的每个气缸中的活塞132的 往复运动转换成曲轴26的旋转运动。在缸内喷射驱动模式中，在由空气 滤清器122清洁并且经由节气门124吸入的空气由进气阀128引入到每个 气缸的燃烧室中的同时，在气缸的进气冲程过程中或者在压缩冲程中，缸 内燃料喷射阀125喷射燃料。所形成的空气燃料混合物用点火火花塞130 的火花点火以爆发性燃烧，并且使曲轴26旋转运动。在分担喷射驱动模 式中，空气与从进气口燃料喷射l询126喷射的燃料混合，然后作为空气混 合物引入到燃烧室中，同时燃烧室中的空气与缸内燃料喷射阀125在进气 冲程或者压縮冲程中喷射的燃料混合。所形成的空气燃料混合物的燃烧使 得曲轴26旋转运动。根据发动机22的实际工作状况和所需工作状况将发 动机22的工作模式在这三个驱动模式之间选择性切换。发动机22的排气 流经催化转化器(三元催化剂)134，并且排出到外部空气，其中催化转 化器(三元催化剂)134将包含在排气中的毒性成分(即， 一氧化碳 (CO)、烃(HC)和氮氧化物(NOx))转换成无害成分。
如图l所示，进气口喷射阀126a至126d接收从燃料箱60通过燃料泵 62供给的燃料供应。缸内燃料喷射阀125a至125d接收从燃料箱60通过 燃料泵62供给、由高压燃料泵64加压并且通过输送管66输送的高压燃料 供应。电动机62a和64a作为燃料泵62和高压燃料泵64的致动器，接收 从电池50经由DC-DC转换器90的电力供应。止回阀(未示出)设置在 高压燃料泵64的排出侧，以防止燃料回流，并且将输送管66中的燃料压 力保持在恒定的水平。输送管66与减压管68连接，减压管68使燃料经由 减压阀67循环流到燃料箱60中，以防止燃料压力水平过大。在发动机22 的停机状态下，供应到缸内燃料喷射阀125a至125d的燃料的燃料压力减 小到预设的水平，以防止燃料从缸内燃料喷射阀125a至125d泄漏。
发动机22在发动机电子控制单元24 (以下称为发动机ECU24)的控 制下。发动机ECU24经由输入端口 (未示出)接收来自各种传感器的各 种信号，所述传感器测量和检测发动机22的工作状况。输入到发动机ECU24的信号包括来自检测曲轴26的旋转位置的曲轴位置传感器140 的曲轴位置；来自测量发动机22中的冷却水温度的水温传感器142的冷 却水温度；来自检测凸轮轴的旋转位置的凸轮位置传感器144的凸轮位 置，其中凸轮轴受驱动开启和关闭进气阀128和排气阀，以将气体吸入和 排出燃烧室；来自检测节气门124的开度或者位置的节气门位置传感器 146的节气门位置；来自测量发动机22的负荷的真空传感器148的吸入空 气流；和来自燃料压力传感器69的燃料压力Pf,燃料压力传感器69安装 到输送管66以将燃料供应到缸内燃料喷射阀125a至125d。发动机ECU24 经由其输出端口 (未示出)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输出的信号包括到缸内燃料喷射阀125a至 125d和进气口燃料喷射阀126a至126d的驱动信号、到用于调节节气门 124位置的节气门电动机136的驱动信号、到与点火器集成的点火线圈 138的控制信号、到改变进气阀128的开启和关闭正时的可变阀正时机构 150的控制信号、以及到燃料泵62和高压燃料泵64的电动机62a和64a的 驱动信号。发动机ECU24与混合动力电子控制单元70建立通信，以响应 于从混合电子控制单元70接收的控制信号驱动和控制发动机22，并且根 据需要将关于发动机22的工作状况的数据输出到混合动力电子控制单元 70。
电动机MG1和MG2构造成公知的同步式电动发电机，既可以作为发 电机又可以作为电动机被致动。电动机MG1和MG2通过电线54与电池 50相连，并且经由逆变器41和42将电力传输进出电池50。两个电动机 MG1和MG2都由电动机电子控制单元40 (以下称为电动机ECU40)驱动 和控制。电动机ECU 40输入控制电动机MG1和MG2工作所需的信号， 例如从旋转位置检测传感器43和44输入表示电动机MG1和MG2中转子 旋转位置的信号，以及从电流传感器(未示出)输入表示要施加到电动机 MG1和MG2的相电流的信号。电动机ECU 40输出切换控制信号到逆变 器41和42。电动机ECU 40与混合动力电子控制单元70建立通信，以响 应于从混合动力电子控制单元70接收的控制信号而驱动和控制电动机 MG1和MG2，并且根据需要向混合动力电子控制单元70输出与电动机 MG1和MG2的工作状况相关的数据。
电池50由电池电子控制单元(以下称为电池ECU) 52控制。电池 ECU52接收控制电池50所需的各种信号，例如，由布置在电池50的端子 之间的电压传感器(未示出)所测量的端子间电压、由安装到与电池50 的输出端子相连的电线54的电流传感器(未示出)所测量的充电-放电电 流、和由安装到电池50的温度传感器51所测量的电池温度Tb。电池 ECU 52根据需要通过通信将与电池50的状态相关的数据输出到混合动力 电子控制单元70。电池ECU 52基于由电流传感器所测量的累积的充电-放 电电流，来计算电池50的荷电状态(SOC)，以控制电池50。
混合动力电子控制单元70构造成微处理器，该微处理器包括CPU 72、存储处理程序的ROM 74、暂时存储数据的RAM 76、未示出的输入 输出端口以及未示出的通信端口。混合动力电子控制单元70经由输入端 口接收各种输入来自点火开关80的点火信号、来自检测换档手柄81当 前位置的换档位置传感器82的换档位置SP、来自测量加速踏板83的踩压 量的加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自测量制动踏板85的 踩压量的制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP、和来自车速传感器 88的车速V。如上所述，混合动力电子控制单元70经由通信端口与发动 机ECU 24、电动机ECU 40和电池ECU 52通信，以向发动机ECU 24、 电动机ECU 40和电池ECU 52传输或从其接收各种控制信号和数据。
这样构造的本实施例的混合动力车辆20基于车速V和加速器开度 Acc (加速器开度Acc对应于驾驶员对加速踏板83的踩压量)的观测值， 来计算将被输出到用作驱动轴的齿圈轴32a的扭矩需求Tr*。发动机22以 及电动机MGl和MG2受到操作控制，以向齿圈轴32a输出与计算出的扭 矩需求T^相对应的所需动力水平。发动机22以及电动机MGl和MG2的 操作控制选择性地实施扭矩转换驱动模式、充电-放电驱动模式和电动机驱 动模式之一。扭矩转换驱动模式控制发动机22的操作以输出等于所需要 动力水平的动力量，同时驱动并控制电动机MGl和MG2以使得从发动机 22输出的全部动力由动力分配集成机构30以及电动机MGl和MG2进行 扭矩转换，并输出到齿圈轴32a。充电-放电驱动模式控制发动机22的操 作，以输出等于所需动力水平加上对电池50充电所消耗的电力量或者电
池50放电所供应的电力量之和的动力量，同时驱动并控制电动机MG1和 MG2，以使得从发动机22输出并等于所需动力水平的动力全部或部分地 由动力分配集成机构30以及电动机MG1和MG2进行扭矩转换，并输出 到齿圈轴32a，同时对电池50充电或者使电池50放电。电动机驱动模式 停止发动机22的操作，并驱动和控制电动机MG2将等于所需动力水平的 动力量输出到齿圈轴32a。扭矩转换驱动模式相当于电池50的充电放电电 力等于0的情况下的充电放电驱动模式。因而，不一定要将扭矩转换模式 与充电放电驱动模式专门区分开。因此，本实施例的混合动力车辆20在 电动机驱动模式和充电放电驱动模式之间切换驱动模式而行驶。
现在对具有如上构造的实施例的混合动力车辆20的操作进行说明。 图3是示出由本实施例的混合动力车辆20中的混合动力电子控制单元70 执行的驱动控制例程的流程图。此驱动控制例程以预设时间间隔(例如， 每隔数毫秒)反复执行。
在图3的驱动控制例程中，混合动力电子控制单元70的CPU 72首先 输入控制所需的各种数据，即来自加速踏板位置传感器84的加速器开度 Acc、来自车速传感器88的车速V、电动机MG1和MG2的转速Nml和 Nm2、电池50的荷电状态(SOC)、电池50的输入限制Win和输出限制 Wout、缸内燃料喷射阀125的燃料喷射与进气口燃料喷射阀126的燃料喷 射的分担率k、高扭矩优先于燃料消耗的高扭矩请求(步骤S100)。电动 机MG1和MG2的转速Nml和Nm2从由旋转位置检测传感器43和44所 检测到的电动机MG1和MG2的相应转子的旋转位置进行计算，并通过通 信从电动机ECU40接收到。电池50的荷电状态(SOC)从由电流传感器 (未示出)所测量的电池50的累积充电放电电流计算出，并且通过通信 从电池ECU52接收。电池50的输入限制Win和输出限制Wout基于电池 50的温度和电池50的荷电状态(SOC)来设置，并通过通信从电池ECU 52接收到。分担率k根据由混合动力电子控制单元70执行的分担率设定 例程(未示出)设定。对应于标记值输入高扭矩要求，所述标记值根据驾 驶员对加速踏板83的踩压量和踩压速度来选择性地表示燃料消耗优先或 者扭矩优先。
在数据输入之后，CPU 72基于输入的加速器开度Acc和输入的车速 V，设定将要输出到与驱动轮39a和39b连接的齿圈轴32a或驱动轴的扭 矩需求Ti^和整个混合动力车辆20所需的车辆动力需求Pe* (步骤 S110)。在本实施例中设置扭矩需求T"的具体过程是，预先将扭矩需求 1>*相对于加速器开度Acc和车速V的变化作为扭矩需求设置图存储在 ROM 74中，并从该扭矩需求设置图读取与给出的加速器开度Acc和给出 的车速V相对应的扭矩需求Tr*。图4示出了扭矩需求设置图的一个示 例。车辆动力需求PeH十算为下列项之和扭矩需求T一与齿圈轴32a的转 速Nr的乘积、将对电池50充电或者从电池50放电的充电-放电电力需求 Pb*、以及可能的损耗。通过将电动机MG2的转速Nm2除以减速齿轮35 的传动比Gr或者将车速V乘以预设的转换系数，来获得齿圈轴32的转速 Nr。基于电池50的荷电状态SOC和加速器开度Acc设定充电-放电电力需 求Pb承。
随后，CPU72判断是否存在高扭矩要求(步骤S120)。在不存在高 扭矩要求(步骤S120:"否")的情况下，将作为发动机22有效工作的 制约的燃料消耗优先工作曲线设定成用作设定发动机22驱动点的制约的 有效工作曲线(步骤S130)。另一方面，在存在高扭矩要求(步骤 S120:"是")的情况下，将作为在固定转速下从发动机22输出更高扭 矩的制约的高扭矩工作曲线设定成有效工作曲线(步骤S140)。图5示出 了在仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运转情况下，所用的 燃料消耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线的一个示例。图6示出了在仅从 进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动机22运转情况下，所用的燃料消 耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线的一个示例。图5中的点划线示出用在 仅从进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动机22运转中的燃料消耗优先 工作曲线。图6中的点划线示出用在仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的 发动机22运转中的高扭矩工作曲线。从图5和图6清楚可理解到，高扭矩 工作曲线处于扭矩比燃料消耗优先曲线更高的位置。缸内喷射使进入燃烧 室的吸入空气的充气率(filling rate)比进气口喷射要高。因而，在仅从缸
内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运转中所用的燃料消耗优先工作 曲线和高扭矩工作曲线都处于扭矩比在仅从进气口燃料喷射阀126喷射燃 料的发动机22运转中所用的燃料消耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线更 高的位置。在步骤S130中将燃料消耗优先工作曲线设定成有效工作曲线 分别将在仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运转中用于缸内 喷射的燃料消耗优先工作曲线和在仅从进气口燃料喷射阀126喷射燃料的 发动机22运转中用于进气口喷射的燃料消耗优先工作曲线设定成有效工 作曲线。在步骤S140中将高扭矩工作曲线设定成有效工作曲线分别将在 仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运转中用于缸内喷射的高 扭矩工作曲线和在仅从进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动机22运转 中用于进气口喷射的高扭矩工作曲线设定成有效工作曲线。
CPU72随后将用于缸内喷射的转速Ni和扭矩Ti设定为根据针对缸内 喷射设定的有效工作曲线用于输出车辆动力需求Pe+的驱动点(步骤 S150)，并且将用于进气口喷射的转速Np和扭矩Tp设定为根据针对进气 口喷射设定的有效工作曲线用于输出车辆动力需求Pel勺驱动点(步骤 S160)。图5和图6分别示出当燃料消耗优先工作曲线设定成用于缸内喷
射和用于进气口喷射的有效工作曲线时，设定用于缸内喷射的转速Ni和 扭矩Ti的程序和设定用于进气口喷射的转速Np和扭矩Tp的程序。如图5 所示，用于缸内喷射的转速Ni和扭矩Ti给定为燃料消耗优先工作曲线和 恒定车辆动力需求Pe* (二NiXTi)曲线的交点。如图6所示，用于进气 口喷射的转速Np和扭矩Tp给定为燃料消耗优先工作曲线和恒定车辆动力 需求Pe承(=NpXTp)曲线的交点。
CPU 72根据以下给出的方程式(1)将发动机22的目标转速N^设定 为按照分担率k进行分配的用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的 转速Np，并且将车辆动力需求Pe"余以目标转速Nef以设定发动机22的 目标扭矩Te^ (步骤S170)。
Ne*=k'Ni+ (l—k)Np (1)
在设定发动机22的目标转速Ne^^和目标扭矩了6*之后，CPU72根据以 下给出的方程式(2)从发动机22的目标转速Ne、齿圈轴32a的转速Nr
(=Nm2/Gr)和动力分配集成机构30的传动比p来计算电动机MGl的目 标转速Nml*，同时根据以下给出的方程式(3)从计算出的目标转速 NmP和电动机MGl的当前转速Nml来计算电动机MGl的扭矩指令 Tml* (步骤S180):
Nml*= (Ne* (1+/ )—Nm2/Gr) /p (2) Tml承二前次Tml承+KP(Nml求一Nml)+KI/ (Nml*-Nml)dt (3) 图7是示出动力分配集成机构30中所包括的各个旋转元件的扭矩-转 速动态特性的共线图。左轴'S'、中间轴'C，和右轴'R'分别表示太 阳轮31的转速、行星轮架34的转速和齿圈32 (齿圈轴32a)的转速Nr。 如之前提及，太阳轮31的转速等于电动机MGl的转速Nml，行星轮架 34的转速等于发动机22的转速Ne。因此，根据以上给出的方程式 (2)，从齿圈轴32a的转速Nr、发动机22的目标转速Ne"n动力分配集 成机构30的传动比p，可计算电动机MGl的目标转速Nml*。然后设定 扭矩指令Tm"来驱动电动机MGl使其以目标转速Nm"转动。设定扭矩 指令TmP和目标转速NmP来驱动控制电动机MGl使得发动机22能够 以目标转速Nel定转。方程式(3)是驱动电动机MGl并使电动机MGl 以目标转速Nm"旋转的反馈控制的关系式。在上面给出的方程式(3) 中，右侧的第二项中的'KP，和第三项中的'KI'分别指比例项增益和积 分项增益。图7中，轴线'R'上的两个向上的粗箭头分别表示当从在 目标转速Ne^^和目标扭矩Te^勺特定驱动点处稳态工作的发动机22输出扭 矩T一时被传递到齿圈轴32a的扭矩，以及当从电动机MG2输出扭矩 Tm2W寸经由减速齿轮35施加到齿圈轴32a的扭矩。
在计算出电动机MG1的目标转速Nm"和扭矩指令Tm"后，CPU 72 根据以下给出的方程式(4)，从扭矩需求Tr*、电动机MGl的扭矩指令 Tml*、动力分配集成机构30的传动比p和减速齿轮35的传动比Gr，来 计算试用电动机扭矩Tm2tmp，所述试用电动机扭矩是为给齿圈轴32a施 加扭矩需求T—而从电动机MG2输出的(步骤S190):
Tm2tmp二 (Tr* + Tml*/p) /Gr (4) 方程式(4)容易从图7的共线图中的扭矩平衡导出。然后，CPU 72根据
以下给出的方程式(5)和(6)，由电池50的输入限制Win和输出限制 Wout、扭矩指令Tml*、以及电动机MG1的当前转速Nml和电动机MG2 的当前转速Nm2，将扭矩下限Tm2min和扭矩上限Tm2max计算为从电动 机MG2输出的最小和最大扭矩(步骤S200):
<formula>complex formula see original document page 21</formula>
Tm2max二 (Wout—Tml* Nml) /Nm2 (6) CPU72将所计算的扭矩下限Tm2min与所计算的试用电动机扭矩Tm2tmp 和所计算的扭矩上限Tm2max中的较小者进行比较，然后将较大者设定为 电动机MG2的扭矩指令Tm2* (步骤S210)。这样的设定将电动机MG2 的扭矩指令Tm2^艮制在电池50的输入限制Win和输出限制Wout之间的 范围内。
在设定发动机22的目标转速Ne^^和目标扭矩Te申以及电动机MG1和 MG2的扭矩指令Tm"和Tm24之后，CPU72将发动机22的目标扭矩Te* 和分担率k发送到发动机ECU24，同时将电动机MG1和MG2的扭矩指令 Tm"和丁1112*发送到电动机ECU40 (步骤S220)。然后，ECU72从图3 的驱动控制例程中退出。发动机ECU24接收目标扭矩T^和分担率k，并 执行所需的控制和调节，包括燃料喷射控制、点火控制和节气门开度调 节。发动机ECU24根据分担率k控制从缸内燃料喷射阀125的燃料喷射和 从进气口燃料喷射阀126的燃料喷射，因而使发动机22能够以目标转速 Ne^定转，以输出目标扭矩Te*。电动机ECU40接收扭矩指令TmP和 Tm2*，并且执行对各个逆变器41和42所包括的开关元件的切换控制，以 用扭矩指令TmP驱动电动机MG1和用扭矩指令Tm2l区动电动机MG2。
如上所述，在本实施例的混合动力车辆20中，驱动控制通过按照从 缸内燃料喷射阀125的燃料喷射与从进气口燃料喷射阀126的燃料喷射的 分担率k分配用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的转速Np，来设 定发动机22的目标转速Ne"卩目标扭矩Te、此处，用于缸内喷射的转速 Ni根据仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运转中用于缸内喷 射的工作曲线设定。用于进气口喷射的转速Np根据仅从进气口燃料喷射 阀126喷射燃料的发动机22运转中用于进气口喷射的工作曲线设定。然
后，混合动力车辆20的驱动控制设定电动机MG1和MG2的扭矩指令 Tm"和Tm2*，并且控制发动机22和电动机MG1禾B MG2，以在由目标 转速Nes和目标扭矩Te吓万限定的具体驱动点驱动发动机22，并确保扭矩 需求T^输出到齿圈轴32a或者驱动轴。该布置使得即使在缸内燃料喷射 阀125和进气口燃料喷射阀126分担燃料喷射的状态中，发动机22也能够 在适合的工作状况下被驱动，并且确保扭矩需求Tr"俞出到齿圈轴32a。当 燃料消耗优先工作曲线被设定成有效工作曲线时，该布置使得即使在缸内 燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126分担燃料喷射的状态中，发动机 22也能够有效运转，并且确保扭矩需求T^输出到齿圈轴32a。
在不存在高扭矩要求的情况下，本实施例的混合动力车辆20将燃料 消耗优先工作曲线设定成用于缸内喷射的有效工作曲线和用于进气口喷射 的有效工作曲线，并且根据燃料消耗优先工作曲线设定发动机22的目标 转速Ne^^和目标扭矩Te、并且控制发动机22和电动机MG1和MG2。另 一方面，在存在高扭矩要求的情况下，本实施例的混合动力车辆20将高 扭矩工作曲线设定成用于缸内喷射的有效工作曲线和用于进气口喷射的有 效工作曲线，根据高扭矩工作曲线设定发动机22的目标转速N^和目标扭 矩TeS并且控制发动机22和电动机MG1和MG2。该布置通过改变制约 来响应于高扭矩请求设定发动机22的驱动点，使得即使在缸内燃料喷射 阀125和进气口燃料喷射阀126分担燃料喷射的状态中，发动机22也能 够在适合的工作状况下被驱动，并且确保扭矩需求Tr"俞出到齿圈轴32a。
在本实施例的混合动力车辆20中，以目标指令1^2*控制电动机 MG2的运转，目标指令Tm2f设定在电池50的输入限制Win和输出限制 Wout的范围内。该布置保护电池了 50不会被过量的电力过度充电或者过 度放电以输出过量的电力，因此防止了电池50过早地劣化。
在本实施例的混合动力车辆20中，发动机22的动力经由动力分配集 成机构30输出到与驱动轮39a和39b相连的齿圈轴32a或者驱动轴。然 而，本发明的技术不限于该构造，而是还可以应用到具有图8所示的一个 修改构造的另一混合动力车辆120中，或者应用到具有图9所示的另一修 改构造的另一混合动力车辆220中。在图8的混合动力车辆120中，电动机MG2的动力传递到与连接齿圈轴32a的车轴(连接到驱动轮39a和39b 的车轴)不同的车轴(连接到车轮39c和39d的车轴)。图9的混合动力 车辆220具有成对转子电动机(pair-rotor motor) 230，该成对转子电动机 230包括连接到发动机22的曲轴26的内转子232和连接到用于将动力输 出到驱动轮39a和39b的驱动轴的外转子234。成对转子电动机230将发 动机22的输出动力的一部分传递到驱动轴，同时将其余发动机输出动力 转换成电力。
本发明的技术还由作为本发明第二实施例的下述机动车320实现。图 10示意性图示了装备有本发明第二实施例的动力输出设备的机动车320的 构造。从图l和图IO的比较清楚可理解到，第二实施例的机动车320具有 扭矩转换器340和带式无级变速器(CVT) 350，来代替包括在第一实施 例的混合动力车辆20中的动力分配集成机构30和电动机MG1和MG2。 第二实施例的机动车320与第一实施例的混合动力车辆20中类似的部件 由类似数字和符号来表示，并且在此处不具体描述。在第二实施例的机动 车320中，电池330接收由交流发电机(未示出)产生的电力供应，其中 交流发电机经由设在发动机22的曲轴26上的带(未示出)致动，电池 330将电力供应到电动机62a和64a，其中电动机62a和64a用作燃料泵62 和高压燃料泵64的致动器。
如在图10中所示，第二实施例的机动车320包括具有缸内燃料喷射 阀125和进气口燃料喷射阀126的发动机22，该发动机22与包括在第一 实施例的混合动力车辆20中的发动机22相同。第二实施例的机动车还包 括经由阻尼器28与发动机22的曲轴26连接的传统液力变矩器340、带式 无级变速器(CVT) 350、和控制整个机动车320工作的电子控制单元 370，其中，带式CVT 350具有连接到变矩器340的输入轴351和连接到 齿轮机构37的输出轴352，输出轴352经由差动齿轮38与驱动轮39a和 39b连接。
CVT 350包括初级带轮353、次级带轮354、带355以及第一和第二 致动器356和357，其中，该初级带轮353具有可变槽宽，并且连接到输 入轴351;该次级带轮354具有可变槽宽，并且连接到输出轴352或驱动
轴；带355设置在初级带轮353和次级带轮354的槽中；第一和第二致动 器356和357分别改变初级带轮353和次级带轮354的槽宽度。通过第一 致动器356和第二致动器357改变初级带轮353和次级带轮354的槽宽度 获得连续可变的速度，以转换输入轴351的动力，并将转换后的动力输出 到输出轴352。第一致动器356构造成液压致动器，并且用来调节变速 比。第二致动器357也构造成液压致动器，并且用来调节带355的夹紧压 力，以调节CVT 350的扭矩传递能力。致动第一致动器356和第二致动器 357所需的液压压力由安装到发动机22的曲轴26的机械泵(未示出)产 生。CVT电子控制单元359 (以下称为CVTECU 359)负责CVT 350的变 速控制和带夹紧压力调节。CVTECU 359从安装到输入轴351的转速传感 器361接收输入轴351的转速Nin，从安装到输出轴352的转速传感器362 接收输出轴352的转速Nout。 CVTECU 359将驱动信号输出到第一致动器 356和第二致动器357。 CVTECU 359与电子控制单元370通信。CVTECU 359接收来自电子控制单元370的控制信号以调节CVT 350的变速比(传 动比Y)，并且根据需要将关于CVT 350的工作状况(例如，输入轴351 的转速Nin和输出轴352的转速Nout)的数据输出到电子控制单元370。
类似于第一实施例的混合动力电子控制单元70，第二实施例的电子控 制单元370构造成微处理器，该微处理器包括CPU 372、储存处理程序的 ROM 374、暂时存储数据的RAM376、输入和输出端口 (未示出)、通信 端口 (未示出)。电子控制单元370经由其输入端口接收来自点火开关80 的点火信号、来自换档位置传感器82的换档手柄81的换档位置SP或当 前设定位置、来自加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc或驾驶员对 加速踏板83的踩压量、来自制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP 或驾驶员对制动踏板85的踩压量、和来自车速传感器88的车速V。电子 控制单元370经由其通信端口与发动机ECU 24和CVTECU 359连接，以 向发动机ECU 24和CVTECU 359发送或从其接收各种数据和控制信号。
以下对具有上述构造的第二实施例的机动车30的工作进行描述。图 11是示出由第二实施例的机动车320中的电子控制单元370执行的驱动控 制例程的流程图。该驱动控制例程以预设时间间隔(例如，每隔数毫秒)
反复执行。
在图11的驱动控制例程中，电子控制单元370的CPU 72首先输入控 制所需的各种数据，即，来自加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc、 来自车速传感器88的车速V、输入轴351的转速Nin、输出轴352的转速 Nout、缸内燃料喷射阀125的燃料喷射与进气口燃料喷射阀126的燃料喷 射的分担率k、和高扭矩优先于燃料消耗的高扭矩请求(步骤S300)。输 入轴351的转速Nin和输出轴352的转速Nout分别由转速传感器361和 362测量，并且通过通信从CVTECU 359接收。分担率k和高扭矩请求已 经在第一实施例中定义过。
在数据输入之后，CPU 372基于输入的加速器开度Acc和输入的车速 V，设定将要输出到与驱动轮39a和39b连接的齿圈轴32a或驱动轴的扭 矩需求Tou^和整个机动车320所需的车辆动力需求Pe* (步骤S310)。 在本实施例中设置扭矩需求Tour^的具体过程是，预先将扭矩需求TouP相 对于加速器开度Acc和车速V的变化作为扭矩需求设置图存储在ROM 374中，并从该扭矩需求设置图读取与给出的加速器开度Acc和给出的车 速V相对应的扭矩需求Tout*。在第二实施例中所使用的扭矩需求设置图 类似于图4所示的图。车辆动力需求PeH十算为扭矩需求Toi^与输出轴 352的转速Nout的乘积。
CPU 372随后执行步骤S320至S370的处理，以设置发动机22的目标 转速Ne^^和目标扭矩Te*。步骤S320至S370的处理与图3中的驱动控制 例程中的步骤S120至S170的处理相同，因此在此处不具体地描述。CPU 72然后将发动机22的目标转速Ne+设定为输入轴351的目标转速Nin* (步骤S380)，并将发动机22的目标扭矩T^和分担率k发送到发动机 ECU 24，并且将输入轴351的目标转速N^发送到CVTECU 359 (步骤 S390) 。 CPU72然后退出图ll的驱动控制例程。与在第一实施例中所述 一样，发动机ECU24接收目标扭矩T^和分担率k，并且执行所需的控制 和调节，包括燃料喷射控制、点火控制和节气门调节。发动机ECU 24根 据分担率k控制从缸内燃料喷射阀125的燃料喷射和从进气口燃料喷射阀 126的燃料喷射，因此使得发动机22能够以目标转速N^旋转，以输出目 标扭矩Te^ CVTECU 359接收目标转速Nin、并且致动和控制第一致动 器356和第二致动器357以使输入轴351的转速Nin接近目标转速Ni* 。
如上所述，在第二实施例的机动车320中，驱动控制通过按照缸内燃 料喷射阀125与进气口燃料喷射阔126的燃料喷射分担率分配用于缸内喷 射的转速Ni和用于进气口喷射的转速Np，来设定发动机22的目标转速 N^和目标扭矩T^。此处，用于缸内喷射的转速Ni根据仅从缸内燃料喷 射阀125喷射燃料的发动机22运转中用于缸内喷射的工作曲线设定。用 于进气口喷射的转速Np根据仅从进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动 机22运转中用于进气口喷射的工作曲线设定。然后机动车320的驱动控 制设定输入轴351的目标转速Ni、并且控制发动机22和CVT 350，以在 由目标转速Nef和目标扭矩T^所限定的具体驱动点驱动发动机22，并且 确保扭矩需求Tout"俞出到输出轴352或驱动轴。这种布置使得即使在缸 内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126分担燃料喷射的状态中，发动 机22也能够在适合的工作状况下被驱动，并且确保扭矩需求Tm^输出到 齿圈轴352。当燃料消耗优先工作曲线被设定成有效工作曲线时，该布置 使得即使在缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126分担燃料喷射的 状态中，发动机22也能够有效运转，并且确保扭矩需求Tout"俞出到齿圈 轴352。
在不存在高扭矩要求的情况下，第二实施例的机动车320将燃料消耗 优先工作曲线设定成用于缸内喷射的有效工作曲线和用于进气口喷射的有 效工作曲线，并且根据燃料消耗优先工作曲线设定发动机22的目标转速 Ne承和目标扭矩Te、并控制发动机22和CVT 350。另一方面，在存在高 扭矩要求的情况下，第二实施例的机动车320将高扭矩工作曲线设定成用 于缸内喷射的有效工作曲线和用于进气口喷射的有效工作曲线，根据高扭 矩工作曲线设定发动机22的目标转速N^和目标扭矩Te*，并且控制发动 机22和CVT 350。通过改变制约来响应于高扭矩请求设定发动机22的驱 动点，该布置使得即使在缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126分 担燃料喷射的状态中，发动机22也能够在适合的工作状况下被驱动，并 且确保扭矩需求TouP输出到齿圈轴352。
在第二实施例的机动车320中，带式CVT 350用于无级变速装置。该 带式CVT 350可以由摩擦环式或者任何其它无级变速器代替。
在第二实施例的机动车320中，驱动控制将发动机22的目标转速Ne* 设定成输入轴351的目标转速Ni*，并且致动和控制第一致动器356和第 二致动器357以使输入轴351的转速Nin接近目标转速Ni*。 一种修改的 驱动控制流程可以将发动机22的目标转速NeH殳定成输入轴351的目标转 速Ni*、将目标转速Ni，余以输出轴352的转速Nout以设定目标传动比 7*，并致动和控制第一致动器356和第二致动器357以获得目标传动比 7*。
在第一实施例的混合动力车辆20和第二实施例的机动车320中，提 供了两个制约(即，燃料消耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线)作为用于 缸内喷射的可用工作曲线和用于进气口喷射的可用工作曲线。与是否存在 高扭矩要求相应，选择性使用燃料消耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线作 为有效工作曲线。 一种可行的修改方式可以提供三个或者多个工作曲线的 制约，并且在满足不同条件时选择性使用这些工作曲线制约作为有效工作 曲线。另一个可行的修改形式可以是仅仅提供一个工作曲线(例如，燃料 消耗优先工作曲线)的制约，并总是使用燃料消耗优先工作曲线作为用于 缸内喷射的有效工作曲线和用于进气口喷射的有效工作曲线。
在第一实施例的混合动力车辆20和第二实施例的机动车320中，驱 动控制通过按照缸内燃料喷射阀125的燃料喷射与进气口燃料喷射阀126 的燃料喷射的分担率k分配用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的 转速Np，来设定发动机22的目标转速N^和目标扭矩Te*。此处，用于 缸内喷射的转速Ni根据仅从缸内燃料喷射阔125喷射燃料的发动机22运 转中用于缸内喷射的工作曲线设定。用于进气口喷射的转速Np根据仅从 进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动机22运转中用于进气口喷射的工 作曲线设定。 一种修改的驱动控制流程可以通过按照缸内燃料喷射阀125 的燃料喷射与进气口燃料喷射阀126的燃料喷射的分担率k分配第一转速 Nl和第二转速N2，来设定发动机22的目标转速Ne+和目标扭矩Te*。此 处，第一转速Nl根据第一工作曲线设定，第一工作曲线用于缸内燃料喷
射阀125和进气口燃料喷射阀126以预设的第一分担率(例如，0.1)喷射
燃料的发动机22运转中。第二转速N2根据第二工作曲线设定，第二工作 曲线用于缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126以预设的第二分担 率(例如，0.9)喷射燃料的发动机22运转中。
在第一实施例的混合动力车辆20和第二实施例的机动车320中，驱 动控制通过按照缸内燃料喷射阀125的燃料喷射与进气口燃料喷射阀126 的燃料喷射的分担率k分配用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的 转速Np，来设定发动机22的目标转速Nea和目标扭矩Te*。此处，用于 缸内喷射的转速Ni根据仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运 转中用于缸内喷射的工作曲线设定。用于进气口喷射的转速Np根据仅从 进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动机22运转中用于进气口喷射的工 作曲线设定。可以应用任何其它技术来从用于缸内喷射的转速Ni、用于进 气口喷射的转速Np和分担率k计算发动机22的目标转速N^和目标扭矩 Te*。例如，可以通过以缸内喷射和进气口喷射为权重因子的分担率k分 配用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的转速Np，来设定发动机22 的目标转速N一和目标扭矩Te*。在另一个示例中，通过按照修改的分担 率k分配用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的转速Np来设定发动 机22的目标转速Ne^^和目标扭矩Te*，其中修改的分担率k通过对分担率 k进行缓慢平滑(slow grading)处理而获得。
在第一实施例的混合动力车辆20和第二实施例的机动车320中，电 动高压燃料泵64用来对通过输送管66的燃料供应施加压力。可选地，可 以使用由发动机22的曲轴26或者与曲轴26连接的凸轮轴以机械方式驱动 的高压燃料泵，以对通过输送管66的燃料供应施加压力。
如在第一实施例和第二实施例中所述，本发明的技术可以应用到任何 装备发动机22并且具有扭矩传递装置或者机构的车辆或者汽车，其中， 所述扭矩传递装置或者机构通过扭矩转换来转换在任意驱动点下受驱动的 发动机22的输出动力并将所转换的动力传递到车轴，所述发动机22具有 缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126。本发明不限于这样的车辆 或者汽车。装备发动机22 (该发动机22具有缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126)并且具有扭矩传递装置或者机构的动力输出设备可以 安装在包括火车机车、小船、轮船和飞行器的任何其他移动体上，并且可 以结合在静止的设备中。本发明不限于动力输出设备或者车辆，而是也可 以以动力输出设备的控制方法或者车辆的控制方法形式实现。
上述实施例在所有方面都被视为举例说明性和非限制性的。在不脱离 本发明的主要特征的范围和精神的情况下可以有许多修改、变化和替换。 本发明的范围和精神由所附权利要求表示，而非由以上述描述。
工业应用性
本发明的技术优选应用于动力输出设备和车辆的制造行业。
权利要求
1.一种动力输出设备，所述动力输出设备将动力输出到驱动轴，所述动力输出设备包括内燃机，所述内燃机输出动力，并且具有用于将燃料喷入气缸的缸内燃料喷射阀和用于将燃料喷入进气口的进气口燃料喷射阀；扭矩转换单元，所述扭矩转换单元通过扭矩转换转换所述内燃机的所述输出动力，然后将所转换的动力传递到所述驱动轴；目标驱动力设定模组，其设定将要输出到所述驱动轴的目标驱动力；目标动力设定模组，其基于所设定的目标驱动力设定要从所述内燃机输出的目标动力；目标工作状态设定模组，其基于所设定的目标动力、所述缸内燃料喷射阀的燃料喷射与所述进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率、第一制约和第二制约设定所述内燃机的目标工作状态，其中，所述第一制约制约其中所述缸内燃料喷射阀和所述进气口燃料喷射阀以预定的第一分担率分担燃料喷射的所述内燃机的工作状态，所述第二制约制约其中所述缸内燃料喷射阀和所述进气口燃料喷射阀以预定的第二分担率分担燃料喷射的所述内燃机的工作状态，所述第二分担率不同于所述第一分担率；和控制模组，其控制所述内燃机和所述扭矩转换单元以驱动所述内燃机在所述目标工作状态下运转以所述特定的分担率喷射燃料，并且确保所述目标驱动力输出到所述驱动轴。
2. 根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述目标工作状态设 定模组通过按照所述特定分担率与所述预定第一分担率的比率和所述特定 分担率与所述预定第二分担率的比率分配所述内燃机的第一工作状态和所 述第二工作状态来设定所述内燃机的目标工作状态，其中，基于所述第一 制约和所述目标动力设定所述内燃机的所述第一工作状态，基于所述第二 制约和所述目标动力设定所述内燃机的所述第二工作状态。
3. 根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述第一制约和所述 第二制约中的每个包括多个与多个条件有关的限制，所述目标工作状态设定模组基于与在所述多个条件中选定的条件有关 的包括在所述第一制约中的限制和包括在所述第二制约中的相应的限制设 定所述内燃机的所述目标工作状态。
4. 根据权利要求3所述的动力输出设备，其中，所述多个限制包括用 于所述内燃机有效运转的有效运转限制和用于所述内燃机输出高扭矩的高 扭矩输出限制中至少一个。
5. 根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述第一制约是关于仅仅所述缸内燃料喷射阀喷射燃料的所述内燃机的运转的制约，和所述第二制约是关于仅仅进气口燃料喷射阀喷射燃料的所述内燃机的 运转的制约。
6. 根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述扭矩转换单元是 无级变速器，和所述控制模组改变所述扭矩转换单元的变速比，以驱动所述内燃机以 由所设定的目标工作状态所限定的转速旋转。
7. 根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述扭矩转换单元包括电力机械动力输入输出机构，其连接到所述内燃机的输出轴和连接到 所述驱动轴，并且将所述内燃机的所述输出动力的至少一部分通过电力和 机械动力的输入和输出而输出到所述驱动轴；电动机，其将动力输出到所述驱动轴，和将动力从所述驱动轴输入；和蓄电单元，其从所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机接收电 力，和将所述电力传输到所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机，其中，所述控制模组控制所述内燃机、所述电力机械动力输入输出机 构和所述电动机，以驱动所述内燃机在所述目标工作状态下运转，并且确 保等于所述目标驱动力的驱动力输出到所述驱动轴。
8. 根据权利要求7所述的动力输出设备，其中，所述电力机械动力输入输出机构包括三轴式动力输入输出模组，其连接到三个轴，即所述内燃机的所述输出轴、所述驱动轴和旋转轴，并且基于从所述三个轴中的任何两个轴输入 或者输出到所述两个轴的动力而从其余一个轴输入动力或者将动力输出到 所述一个轴；和发电机，其从所述旋转轴输入动力，并且将动力输出到所述旋转轴。
9. 一种车辆，所述车辆装备有根据权利要求1至8中任一项所述的动 力输出设备，并且具有连接到所述驱动轴的车轴。
10. —种动力输出设备的控制方法，所述动力输出设备包括内燃机和扭矩转换单元，所述内燃机输出动力并且具有用于将燃料喷入气缸的缸 内燃料喷射阀和用于将燃料喷入进气口的进气口燃料喷射阀，所述扭矩转 换单元通过扭矩转换转换所述内燃机的所述输出动力，然后将所转换的动 力输出到驱动轴，所述控制方法包括以下歩骤(a) 设定要输出到所述驱动轴的目标驱动力，并且基于所设定的目 标驱动力设定将要从所述内燃机输出的目标动力；(b) 基于所设定目标动力、所述缸内燃料喷射阀的燃料喷射和所述 进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率、第一制约和第二制约设定所 述内燃机的目标工作状态，其中，所述第一制约制约其中所述缸内燃料喷 射阀和所述进气口燃料喷射阀以预定的第一分担率分担燃料喷射的所述内 燃机的工作状态，所述第二制约制约其中所述缸内燃料喷射阀和所述进气 口燃料喷射阀以预定的第二分担率分担燃料喷射的所述内燃机的工作状 态，所述第二分担率不同于所述第一分担率；和(c) 控制所述内燃机和所述扭矩转换单元以驱动所述内燃机在所述 目标工作状态下运转以所述特定的分担率喷射燃料，并且确保所述目标驱 动力输出到所述驱动轴。
11. 根据权利要求10所述的动力输出设备的控制方法，其中，所述步 骤(b)通过按照所述特定分担率与所述预定第一分担率的比率和所述特 定分担率与所述预定第二分担率的比率分配所述内燃机的第一工作状态和 第二工作状态来设定所述内燃机的目标工作状态，其中，基于所述第一制 约和所述目标动力设定所述内燃机的所述第一工作状态，基于所述第二制约和所述目标动力设定所述内燃机的所述第二工作状态。
12. 根据权利要求10所述的动力输出设备的控制方法，其中，所述第 一制约和所述第二制约中的每个包括多个与多个条件有关的限制，和所述步骤(b)基于与在所述多个条件中选定的条件有关的包括在所 述第一制约中的限制和包括在所述第二制约中的相应的限制设定所述内燃 机的所述目标工作状态。
13. 根据权利要求10所述的动力输出设备的控制方法，其中，所述第 一制约是关于仅仅所述缸内燃料喷射阀喷射燃料的所述内燃机的运转的制 约，禾口所述第二制约是关于仅仅进气口燃料喷射阀喷射燃料的所述内燃机的 运转的制约。
全文摘要
本发明的驱动控制根据用在仅仅缸内燃料喷射阀喷射燃料的发动机运转中的工作曲线设定用于缸内喷射的转速Ni，并且根据用在仅仅进气口燃料喷射阀喷射燃料的发动机运转中的工作曲线设定用于进气口喷射的转速Np(步骤S150和S160)。驱动控制随后通过按照缸内燃料喷射与进气口燃料喷射的分担率k分配用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的转速Np来设定发动机的目标转速Ne^*和目标扭矩Te^*(步骤S170)。驱动控制然后设定两个电动机的扭矩指令Tm1^*和Tm2^*，控制发动机和两个电动机以以由目标转速Ne^*和目标扭矩Te^*所限定的特定的驱动点驱动发动机运转，并且确保扭矩需求Tr^*输出到齿圈轴或者驱动轴(步骤S180至S220)。这种布置使发动机有效和适合地运转。
文档编号F02D41/02GK101198782SQ20068002190
公开日2008年6月11日 申请日期2006年6月26日 优先权日2005年6月27日
发明者益城善一郎 申请人:丰田自动车株式会社