混合动力系统控制设备和混合动力系统控制方法

专利名称：混合动力系统控制设备和混合动力系统控制方法
技术领域：
本发明涉及一种混合动力系统控制设备和混合动力系统控制方法。
背景技术：
已知一种设置有发动机和电动马达的混合动力系统，在该混合动力系统中，混合 动力车辆由发动机和电动马达中至少一个产生的动力来驱动。在该混合动力系统中，除了 发动机系统之外，还具有由例如电动马达、发电机、逆变器、变速器等形成的电动马达系统。 因此，在该混合动力系统中，系统中的每一个可设置有与外部进行热交换的冷却系统。
此外，如果混合动力系统中的发动机具有强制空气引入装置，则通常设置有使来 自强制空气引入装置的增压空气(进气)冷却的中冷器。强制空气引入装置通过使压力 (压縮)增加而将增压空气的温度增加到例如20(TC。如果发动机吸入高温增压空气，则降 低了填充效率(容积效率)。因此，通过散发来自中冷器的增压空气的热量来冷却增压空 气。 日本专利申请特开No. 2006-144703 (JP-A-2006-144703)公开了一种混合动力车 辆，该混合动力车辆由具有强制空气引入装置和中冷器的内燃机以及电动马达中的至少一 个驱动。该混合动力车辆设置有带内燃机散热器的内燃机冷却系统和带逆变器散热器的逆 变器冷却系统。在JP-A-2006-144703中所描述的混合动力车辆中，逆变器散热器、中冷器 和内燃机散热器按该顺序从车辆前部起设置。 形成电动马达的驱动元件(例如电动马达、发电机、变速器等)通过润滑剂来润 滑。在混合动力系统冷起动时，电动马达系统中的润滑剂粘性高。因此，当车辆由电动马达 输出的动力驱动时，摩擦损失增大。因为摩擦损失增大使燃料经济性恶化，所以在冷起动时 电动马达系统必须快速预热。 然而，在JP-A-2006-144703中所描述的混合动力车辆中，因为逆变器散热器和中
冷器按该顺序从车辆前部起设置，所以中冷器散发通过在强制空气引入装置中压縮而升高
温度的增压空气的热量，并且由于行驶风(车辆向前移动时从车辆前部流到后部的风)而
使通过热量散发加热的周围空气流向车辆的后侧，而不经过逆变器散热器。 因此，在混合动力系统冷起动时，有时难以使电动马达系统迅速预热。换句话说，
冷起动时难以快速减小电动马达系统的摩擦损失，并且可使燃料经济性变差。

发明内容
本发明提供了一种混合动力系统控制设备，该混合动力系统控制设备设置有电动
马达和带强制空气引入装置和中冷器的发动机，并且该混合动力系统控制设备通过电动马
达和发动机中的至少一个的动力来驱动混合动力车辆。该混合动力系统控制设备使电动马
达系统在冷起动时快速预热。本发明还提供了一种混合动力系统控制方法。 本发明的第一方面提供了一种驱动混合动力车辆的混合动力系统控制设备。该混
合动力系统控制设备包括马达系统，该马达系统包括电动马达；马达冷却散热器，该马达冷却散热器执行周围空气与使马达系统冷却的马达冷却介质之间的热交换；强制空气引入装置，该强制空气引入装置使供给到发动机的空气的压力增加；中冷器，该中冷器冷却增压空气。该中冷器以如下两种方式中的至少一种来设置，即该中冷器在流入发动机舱的周围空气的流动路径上设置在马达冷却散热器的上游；以及该中冷器设置成使得中冷器的至少一部分与马达冷却散热器的一部分相互接触。该混合动力系统控制设备还包括预热部分，该预热部分在混合动力系统冷起动中通过控制发动机的负荷来增加增压空气的温度，使得来自强制空气引入装置的增压压力等于或高于目标增压压力。 本发明的电动马达系统可包括电动马达和与电动马达有关的驱动元件，诸如发电机、逆变器或变速器。 如上所述，在混合动力系统的冷起动期间，润滑形成电动马达系统的驱动元件的润滑剂的粘性有时很高。因此，当车辆由电动马达输出的动力驱动时，冷起动中摩擦损失的增加可使燃料经济性恶化。 因此，在根据本发明的第一方面的混合动力系统控制设备中，通过控制发动机负荷来增加增压空气的温度，使得在冷起动中增压压力等于或高于预设的目标增压压力。然后，从中冷器散发的增压空气的热量有效地供给到通过电动马达冷却系统循环的冷却介质(下文有时称作"电动马达系统冷却介质")，由此有助于冷起动时使电动马达系统预热。
目标增压压力是认为能够充分增加增压空气(进气)的温度的增压压力。例如，目标增压压力可确定为使得流入中冷器中的增压空气的温度升高到通过将预定余量加到用于电动马达冷却系统的冷却介质的温度而获得的温度。 如上所述，通过将增压压力增大到目标增压压力而升高温度的增压空气与引入发动机舱的周围空气交换热量，以加热周围空气。 根据本发明的第一方面，如果中冷器和马达冷却散热器按该顺序从周围空气的流动路径的上游侧起设置，则由从中冷器散发的热量加热的周围空气经过马达冷却散热器，该马达冷却散热器在周围空气流动路径上设置在中冷器的下游。于是，在马达冷却散热器中，在用于马达冷却系统的冷却介质与周围空气之间进行热交换，并且因此增加了电动马达系统冷却介质的温度。例如，当引入车辆的周围空气从车辆的前侧流到后侧时，中冷器和电动马达冷却系统散热器按该顺序从车辆的前部起布置，使得中冷器和电动马达冷却系统散热器按该顺序从周围空气流动路径的上游侧起布置。 另一方面，当中冷器和电动马达冷却系统散热器设置成使得中冷器的至少一部分与马达冷却散热器的一部分相互接触时，增压空气的热量直接加热电动马达系统冷却介质。如上所述，根据本发明的此方面，在混合动力系统的冷起动期间，通过控制发动机使增压空气的温度快速升高，并且有效地从中冷器进行排气热量回收，由此快速增加了电动马达系统冷却介质的温度。因此，有助于冷起动时使电动马达系统预热。于是，能够快速减少冷起动时电动马达系统的摩擦损失，并且提高燃料经济性。 顺便提及，根据本发明的中冷器可以是空气冷却中冷器或水冷中冷器。如果使用空气冷却中冷器，则经过中冷器的周围空气由流入中冷器的增压空气加热。如果使用水冷中冷器，则通过中冷器循环的冷却水由增压空气加热，并且受热的冷却水加热经过中冷器的周围空气。此外，因为空气的热容量小于水的热容量，所以可优选使用空气冷却中冷器。通过采用空气冷却中冷器，增压空气的热量更有效地供给到电动马达系统冷却介质。
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此外，在混合动力系统的冷起动中，发动机通常是冷的。此外，如果排气净化催化
剂设置在发动机排气系统中，则催化剂的温度也低。所以，从废气排放的观点出发，当冷起
动中发动机输出功率被维持为相对低时，电动马达的输出功率弥补发动机输出功率相对于
所需输出功率的不足。根据本发明此方面的混合动力系统控制设备可以用在其中冷起动中
由电动马达输出大部分的车辆驱动功率的情形中。在这种情形中，与不采用本发明的此方
面的混合动力系统控制设备的情形相比较，更加显著地提高了燃料经济性。
同时，在混合动力系统的冷起动期间，当混合动力车辆的速度较高(较快)时，行
驶风变得较强(较快)，并且因此经过中冷器的空气的流量增大。在此，因为冷起动中引
入车辆的周围空气的温度低，所以当经过中冷器的周围空气的流量增大时，更加难以通过
中冷器散热来增加电动马达系统冷却介质的温度。因此，当混合动力车辆的车速变得较高
(较快)时，预热部分可将目标增压压力设定得较高。 此外，当冷起动中周围空气的温度低时，引入发动机的进气通道中的进气的温度也低，并且因此需要大量增加增压空气温度。此外，因为经过中冷器的周围空气的温度也低，所以也需要大量增加周围空气温度。因此，当冷起动中周围空气的温度较低时，预热部分可将所述目标增压压力设定得较高。 此外，当冷起动中电动马达系统冷却介质的温度低时，必须增加向电动马达系统冷却介质供给的由中冷器散发的热量。因此，当冷起动中通过马达冷却系统循环的冷却介质的温度较低时，预热部分可将所述目标增压压力设定得较高。 如上所述，根据混合动力车辆的车速、周围空气温度和电动马达系统冷却介质的温度更好地设定目标增压压力，并且因此，能够准确地控制发动机负荷。所以，能够有效地进行电动马达系统的预热。 本发明的第二方面提供了一种用于控制混合动力车辆的混合动力系统的方法。在该方法中，确定所述混合动力系统是否在冷起动中运行。如果确定为混合动力系统在冷起动中运行，则确定流入中冷器中的来自强制空气引入装置的增压空气的目标温度，使得目标温度根据车速、周围空气的温度和使混合动力系统中的马达冷却的马达冷却介质的温度中的一个进行变化。根据所确定的目标温度来确定冷起动中发动机的目标负荷。然后根据所确定的发动机的目标负荷来确定目标燃料喷射量。根据发动机的目标负荷来确定目标马达输出功率。调节燃料喷射量，以满足所确定的目标燃料喷射量；并且调节马达输出功率，以满足所确定的目标马达输出功率。


参考附图由以下对示例实施例的描述将更加清楚本发明的前述和其他目的、特征和优点，其中类似的附图标记用于表示类似的元件，并且其中 图1是示出根据本发明的第一实施例的混合动力系统的示意性构造的视图； 图2是示出根据第一实施例的预热促进控制例程的流程图； 图3是示出目标增压压力Cit与车速SP之间关系的视图； 图4是示出目标增压压力Cit与周围空气温度THao之间关系的视图； 图5是示出目标增压压力Cit与电动马达系统冷却剂温度THw之间关系的视图； 图6是示出根据本发明的第二实施例的混合动力系统的示意性构造的视图；以及
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图7是示出根据本发明的第三实施例的混合动力系统的示意性构造的视图。
具体实施例方式
参考附图通过示例详细描述本发明的实施例。本发明的范围不限于实施例中所描述的尺寸、材料、形状和相对布置等。 图1是示出根据本发明的第一实施例的混合动力系统1的示意性结构的视图。如图1中所示，混合动力系统1设置有发动机10、驱动桥30、逆变器40、电池50和控制整个混合动力系统l的混合动力控制单元60(下文称作"mLECU(电控单元)")。在附图中，由两点点划线示出混合动力车辆的外形(轮廓)的一部分。 发动机10由燃料燃烧能量作为能源来产生混合动力车辆的驱动力(发动机输出功率)。驱动桥30由互相集成在一起的变速器和轴形成。在驱动桥30的内部中容纳有动力分配装置(例如行星齿轮机构)31、减速装置32、电动马达33、发电机34、和控制电动马达33和发电机34的能量控制单元35 (下文称作"MG_ECU")。此外，润滑剂储存在驱动桥30中，并润滑电动马达33、发电机34、动力分配装置31、减速装置32等。根据本发明的第一实施例的电动马达系统包括驱动桥30和逆变器40。 发电机34通过由发动机10产生的发动机输出功率而发电。电动马达33通过由电池50或发电机34供给的电力而产生混合动力车辆的驱动力(马达输出功率)。利用该电力对电池50进行充电，以驱动电动马达33。发动机输出功率和马达输出功率通过动力分配装置31传递到减速装置32。然后，减速装置32将动力传递到车轮，以驱动混合动力车辆。 动力分配装置31在发动机10与发电机34之间、在发动机10与减速装置32之间、在电动马达33与减速装置32之间传递动力。逆变器40在来自电池50的直流电与来自发电机34的交流电之间进行转换，并且控制电流。在该实施例中，逆变器40包括提升电力电压的升压转换器(未示出)。 接下来，说明发动机10及其进气和排气系统的示意性构造。发动机10连接到进气歧管ll，并且进气歧管11的每个支管通过进气口与每个气缸的燃烧室连通。进气歧管11连接到进气通道13。进气通道13设置有涡轮增压器14的压縮机壳体14a，该涡轮增压器14以排气的能量作为驱动源而运行。此外，冷却流入进气通道13的气体的空气冷却中冷器15设置在压縮机壳体14a下游的进气通道13中。此外，进气温度传感器16在进气通道13中设置在压縮机壳体14a与中冷器15之间。进气温度传感器16输出与增压空气的温度相对应的电信号。 在上述构造的发动机10的进气系统中，通过设置在压縮机壳体14a中的压縮机叶轮(未示出)的旋转来压縮流入到压縮机壳体14a中的进气。然后，通过压縮空气而使其温度升高的增压空气(进气)在中冷器15中冷却，并且然后流入进气歧管11。然后，流入进气歧管11的进气通过进气口分配到每个气缸。然后，分配到每个气缸的进气与从燃料喷射阀(未示出)喷射的燃料形成空气/燃料混合物，并且被燃烧。 此外，发动机10连接到排气歧管18，并且排气歧管18的每个支管通过排气口 (未示出)与每个气缸的燃烧室连通。排气歧管18连接到排气通道19。涡轮增压器14的涡轮壳体14b设置在排气通道19中。此外，排气净化催化剂20 (例如三元催化剂)设置在涡轮壳体14b下游的排气通道19中。排气通道19在排气净化催化剂20下游处连接到消声器(未示出)。 在上述构造的发动机10的排气系统中，来自每个气缸的排气通过排气口排出到排气歧管18中，并且然后流入到涡轮壳体14b中。流入到涡轮壳体14b中的排气旋转可旋转支撑在涡轮壳体14b中的涡轮叶轮(未示出)。此时，涡轮叶轮(未示出)的转矩传递到压縮机壳体14a中的压縮机叶轮(未示出)。然后，从涡轮壳体14b排出的排气被净化，以去除有害物质(例如N0x、HC、C0等)，并且将经净化的排气气体通过消声器排出到大气中。
在该实施例中，HV—ECU 60控制发动机10的运行状态。另外，HV—ECU 60通过电线连接到传感器，诸如进气温度传感器16或检测发动机转速的曲轴位置传感器(未示出)，并且将来自传感器的输出信号输入到HV—ECU 60。此外，HV—ECU 60通过电线连接到燃料喷射阀(未示出)。HV_ECU 60控制供给到发动机10的燃料喷射量。 此外，HV_ECU 60通过电线连接到加速器位置传感器21、车速传感器22和周围空气温度传感器23。加速器位置传感器21输出与加速器踏板的压下量(加速器角度Acc)相对应的电信号。车速传感器22输出与混合动力车辆的行驶速度相对应的电信号。周围空气温度传感器23输出与周围温度相对应的电信号。将这些传感器的输出信号输入到HV_ECU60。周围温度是在执行周围空气与热交换器、例如中冷器15的热交换之前的周围空气的温度。因此，周围温度大致对应于空气被引入混合动力车辆的发动机舱中之前的空气温度。
在根据本实施例的混合动力系统1中，HV_ECU 60基于驾驶员所要求的输出功率或基于驾驶条件、更具体地例如加速器角度Acc或电池50的充电状态(SOC)来确定发动机10与电动马达33之间的驱动力分配，并控制发动机输出功率和马达输出功率。混合动力系统1设置有检测电池50的SOC的SOC传感器(未示出)。HV_ECU 60调整和控制电池50的S0C。 接下来，将描述根据本实施例的混合动力系统1的冷却系统。本实施例的中冷器15由中冷器芯15a和中冷器箱15b、15c形成。中冷器芯15a由多个中冷器管和附接到中冷器管的多个波浪形金属板(下文称作"中冷器翅片")形成，每个中冷器管具有中空内部。
与中冷器管相类似，中冷器箱15b、15c是中空的。来自涡轮增压器14的增压空气流入到中冷器箱15b，并且然后通过中冷器芯15a的中冷器管。然后，当增压空气通过中冷器管时，增压空气中的热量通过中冷器管传递到中冷器翅片。 当混合动力车辆行驶时，引入到发动机舱的周围空气经过多个中冷器翅片。由此，在中冷器翅片与周围空气之间交换热量。因此，冷却了增压空气。经冷却的空气流入到中冷器箱15c，通过进气通道13，并且供给到发动机10的每个气缸。因此，高温增压空气通过中冷器15而冷却，由此抑制或防止发动机10的燃烧室中的容积效率降低。
此外，混合动力系统1设置有冷却上述电动马达系统的电动马达冷却系统70。电动马达冷却系统70包括作为热交换器的电动马达冷却系统散热器71、电动马达系统冷却剂通道72和电动水泵73，用于电动马达冷却系统的冷却水(下文称作"电动马达系统冷却剂")通过所述电动马达系统冷却剂通道72循环。本实施例中的电动马达系统冷却剂可以被认作通过本发明的电动马达冷却系统循环的马达冷却介质。 本实施例的电动马达冷却系统散热器71由马达系统芯71a和马达系统箱71b、71c形成。此外，马达系统芯71a由多个马达系统管和附接到马达系统管的多个波浪状金属板
8(下文称作"马达系统翅片")形成，每个马达系统管具有中空内部。此外，电动马达冷却系 统散热器71设置有检测电动马达系统冷却剂的温度(下文称作"电动马达系统冷却剂温 度")的冷却剂温度传感器74。冷却剂温度传感器74通过电线连接到HV_ECU 60，并且将 来自冷却剂温度传感器74的输出值输入到HV_ECU 60。 电动马达系统冷却剂通道72与电动马达冷却系统散热器71的马达系统箱71b、 71c连通，并接触形成逆变器40和驱动桥30的部件。更加具体地，电动马达系统冷却剂通 道72接触逆变器40的壳体或逆变器40的壳体中的部件，并接触驱动桥30的壳体或容纳 在驱动桥30的壳体中的电动马达33、发电机34、动力分配装置31、减速装置32等。
驱动电动水泵73以通过电动马达系统冷却剂通道72循环电动马达系统冷却剂。 电动水泵73通过电线连接到HV_ECU 60，并且由来自HV_ECU 60的指令信号驱动。
根据如上所述的电动马达冷却系统70，通过运行电动水泵73而排出的电动马达 系统冷却剂依次流过逆变器40和驱动桥30。从驱动桥30流出的电动马达系统冷却剂流入 到电动马达冷却剂系统散热器71的马达系统箱71b中，并且然后通过马达系统芯71a的马 达系统管。然后，当电动马达系统冷却剂通过马达系统管时，电动马达系统冷却剂的热量被 传递到马达系统翅片。然后，在马达系统翅片与周围空气之间交换热量。
换句话说，如果经过马达系统翅片的周围空气的温度比马达系统翅片的温度低， 则电动马达系统冷却剂被冷却。另一方面，如果周围空气温度比马达系统翅片的温度高，则 电动马达系统被加热。 接下来，描述根据本实施例的使发动机系统10冷却的发动机冷却系统80。发动 机80由发动机冷却系统散热器81，水泵82，形成在发动机10的气缸盖、气缸体等中的水套 (未示出)，以及连接在它们之间的发动机系统冷却剂通道83形成，用于发动机冷却系统的 冷却水(下文称作"发动机系统冷却剂")通过所述发动机系统冷却剂通道83循环。
发动机冷却系统散热器81由发动机系统芯81和发动机系统箱81b、81c形成。此 外，发动机系统芯81a由多个发动机系统管和附接到所述发动机系统管的多个波浪状金属 板(下文称作"发动机系统翅片")形成，每个发动机系统管具有中空的内部。此外，水泵82 由来自发动机10的曲轴(未示出)的扭矩驱动。 在具有上述结构的发动机冷却系统80中，通过运行水泵82排出的发动机系统冷 却剂流入水套中，并接收由发动机10产生的热量。因此，在发动机10与发动机系统冷却剂 之间交换热量。然后，发动机系统冷却剂通过发动机系统冷却剂通道83，然后流入发动机冷 却系统散热器81。 发动机系统冷却剂流入发动机冷却系统散热器81的发动机系统箱81b，并且然后 通过发动机系统芯81a的发动机系统管。然后，当发动机系统冷却剂通过发动机系统管时， 发动机系统冷却剂的热量传递到发动机系统翅片。因此，在发动机系统翅片与周围空气之 间进行热量交换。换句话说，如果经过发动机系统翅片的周围空气的温度比发动机系统翅 片的温度低，则发动机系统冷却剂冷却。另一方面，如果周围空气温度比发动机系统翅片的 温度高，则发动机系统冷却剂被加热。 在本实施例中，中冷器15、电动马达冷却系统散热器71、发动机冷却系统散热器 81(下文可以将这些总体称作"热交换器")按该顺序从混合动力车辆的前部起布置。在此， 从混合动力车辆外部引入发动机舱的周围空气从车辆的前部流动到后部。换句话说，因此，中冷器15、电动马达冷却系统散热器71和发动机冷却系统散热器81按该顺序从周围空气 流动路径的上游侧向下游侧布置。 接下来，将描述本实施例的混合动力系统1在冷起动中的控制。在混合动力系统 1冷起动时，发动机10或排气净化催化剂20的温度低。因此，当冷起动时发动机输出功率 增大时，由于燃烧状态恶化且排气净化效率降低，所以排放可能恶化(即增加)。因此，在根 据本实施例的混合动力系统1中，冷起动中的车辆驱动力主要由电动马达33输出的马达功 率供给，并且相对低地保持发动机输出功率，直到发动机预热完成。因而，减少了冷起动时 的废气排放。 然而，在冷起动中，如上所述，润滑电动马达系统的润滑剂的粘性很高。因此，如果 冷起动时电动马达33主要输出车辆驱动力，则摩擦力损失显著增大且燃料经济性劣化。因 此，在本实施例中，执行预热促进控制以有助于马达系统在混合动力系统1冷起动时预热。
在根据本实施例的预热促进控制中，在混合动力系统1冷起动时将发动机负荷 TQe控制为较高值。更加具体地，在预热促进控制中，发动机负荷TQe被控制为冷起动目标 负荷TQet，在该目标负荷时将涡轮增压器14的增压压力保持为高于目标增压压力Cit。目 标增压压力Cit是将流入中冷器15中的增压空气的温度升高到目标温度THat的增压压 力。目标增压压力Cit预先以实验的方式获得。增压空气的目标温度THat是流入中冷器 15的增压空气的温度的目标值，并且设置成高于电动马达系统冷却剂温度THw。
在本实施例中，将发动机负荷TQe控制成如上所述的冷起动目标负荷TQet，以将 增压空气的温度升高到目标温度THat。于是，增压空气的热量从中冷器15散发。然后，增 压空气的热量优先供给到电动马达系统冷却剂，以促进电动马达系统的预热。
下面参考图2来描述由HV_ECU 60执行的预热促进控制。图2是示出根据本实施 例的预热促进控制例程的流程图。该例程是存储在HV_ECU 60的R0M中的程序，并且在混 合动力系统1的每一次起动时均执行该例程。执行本实施例中的该例程的HV—ECU 60可以 看作本发明的预热部分。 在该例程开始后，在步骤S101中，HV—ECU 60基于由冷却剂温度传感器74输出的 值来检测电动马达系统冷却剂温度THw，并确定所检测的电动马达系统冷却剂温度THw是 否等于或小于第一基准冷却剂温度THwl。因此，在该步骤中，确定在混合动力系统l的运 行开始时是否必须进行预热促进控制。换句话说，确定混合动力系统1是否处在冷起动中。 第一基准冷却剂温度THwl是用于确定因电动马达系统冷却剂的低温而使润滑剂粘性过高 的温度，并且预先以实验的方式设定。如果在该步骤中的确定是肯定的(THw《THwl)，则该 控制前进到步骤S102。如果在该步骤中的确定是否定的(THw > THwl)，则该例程结束。
在步骤S102中，设定用于升高增压空气温度的目标温度THat。通过将预定值加 到步骤S101中所检测的电动马达系统冷却剂温度THw来设定目标温度THat。在步骤S103 中，基于由进气温度传感器16输出的值检测增压空气的温度，并且基于所检测的增压空气 温度和目标温度THat计算目标增压压力Cit。 在步骤S104中，基于目标增压压力Cit计算冷起动目标负荷TQet。在本实施例 中，预先以实验的方式获得目标增压压力Cit与冷起动目标负荷TQet之间的关系，并且将 表示该关系的映射存储在HV—ECU 60的R0M中。然后，使用所计算的目标增压压力Cit和 映射(即通过将所计算的目标增压压力Cit分配给映射)来获得冷起动目标负荷TQet。
在步骤S105中，根据冷起动目标负荷Qet来计算供给到发动机10的目标燃料喷 射量Qft。 在步骤S106中，计算由电动马达33输出的马达输出功率Psm。换句话说，在该步 骤中，基于由加速器位置传感器21输出的值(加速器角度Acc)检测所需的输出功率Psa。 然后，计算目标马达输出功率Psmt。 Psmt是在发动机负荷TQe控制成冷起动目标负荷TQet 时马达输出功率的目标值并且表示发动机输出功率Pse相对于所需的输出功率Psa上的不 足。在本实施例中，发动机输出功率Pse控制为相对低的值，以减少冷起动中的废气排放。 因此，将发电机34的旋转速度和发动机负荷TQe调节成使得冷起动中的旋转速度被控制在 低速旋转的范围内。 在步骤S107中，将发动机10的燃料喷射量Qf调节成满足步骤S105中计算出的 目标燃料喷射量Qft。此外，将马达输出功率Psm调节成满足步骤S106中计算出的目标值 Psmt。 在步骤S108中，基于由冷却剂温度传感器74输出的值检测电动马达系统冷却剂 温度THw，并且确定所检测的电动马达系统冷却剂温度THw是否等于或高于第二基准冷却 剂温度THw2。因此，在该步骤中确定是否能够结束预热促进控制。第二基准冷却剂温度 THw2是用于确定电动马达系统冷却剂温度升高且润滑剂粘性变得足够低的温度。将第二基 准冷却剂温度THw2设定为高于第一基准冷却剂温度THwl。 如果该步骤中的确定是否定的(THw < THw2)，则该控制过程返回到步骤S102，并 且继续进行预热促进控制。在这种情形中，在步骤S102中再次设定增压空气的目标温度 THat。换句话说，通过将预定值加到步骤S108中所检测的电动马达系统冷却剂温度THw来 设定增压空气的目标温度THat。如果步骤S108中的确定是肯定的(THw > THw2)，则该例 程结束。 如上所述，根据本实施例，在混合动力系统1的冷起动中进行预热促进控制。因 此，温度升高到目标温度THat的增压空气流入中冷器15，并且增压空气的热量经由中冷器 管传递到中冷器翅片。下面将参考图l来描述引入到混合动力车辆的发动机舱的周围空气 的流动和热量的流动。因涡轮增压器14引起的压力增压(压縮)而升高温度的增压空气 的热量经由中冷器管传递到中冷器翅片。 中冷器15在热交换器中位于车辆的最前部。换句话说，中冷器15在引入到发动 机舱的周围空气的流动路径中处于最上游。因此，引入到发动机舱中的周围空气首先与中 冷器15中的增压空气进行热交换。于是，周围空气被加热。 此外，电动马达冷却系统散热器71靠近中冷器15设置，且在车辆的纵向方向上设 置在中冷器15的后侧。换句话说，电动马达冷却系统散热器71在周围空气的流动路径中 处于中冷器15的下游。因此，当经过中冷器15时受热的周围空气经过电动马达冷却散热 器71时，周围空气的热量被传递到马达系统芯71a的马达系统翅片。因此，马达系统管中 的马达系统冷却剂被加热。 在本实施例中，电动水泵73由来自HV_ECU 60的指令来驱动，并且受热的电动马 达系统冷却剂通过电动马达系统冷却剂通道72循环。于是，有助于电动马达系统例如逆变 器40、驱动桥30等的预热。 接下来，描述通过与电动马达冷却系统散热器71热交换而冷却的周围空气和发
11动机冷却系统散热器81之间的热交换。发动机冷却系统散热器81在热交换器中位于车辆的最后侧。换句话说，因为发动机冷却系统散热器81位于周围空气流动路径的最下游侧，所以已经由电动马达冷却系统散热器71冷却的周围空气经过发动机冷却系统散热器81。
在根据本实施例的预热促进控制中，发动机输出功率Pse控制在低输出功率侧。此外，发动机系统冷却剂的量大于电动马达系统冷却剂的量。因此，由电动马达冷却系统散热器71冷却且然后经过发动机冷却系统散热器81的周围空气的温度维持为高于发动机系统冷却剂的温度。 所以，当周围空气经过发动机冷却系统散热器81时，周围空气的热量被传递到发动机系统翅片。因此，发动机系统管中的发动机系统冷却剂被加热。因此，通过水泵82的运行使得如此受热的发动机系统冷却剂通过发动机系统冷却剂通道83循环，并且有助于发动机10的预热。 如上所述，根据本实施例，因为中冷器15和电动马达冷却系统散热器71按该顺序从周围空气流动路径的上游侧开始布置，所以确保向电动马达系统供给足够的热量。换句话说，因为电动马达系统优先预热，所以快速降低了电动马达系统中的摩擦损失，并且提高了燃料经济性。 此外，因为与电动马达系统冷却剂相比较，升高发动机系统冷却剂的温度所需要的周围空气温度较低，所以发动机冷却系统散热器81设置在电动马达冷却系统散热器71的后侧。由此，因为发动机10的预热与电动马达系统的预热同时进行，所以从中冷器15回收排气热量，而不会浪费。另外，因为在该控制中，发动机负荷TQe控制成满足高负荷侧中的冷起动目标负荷TQet，所以来自发动机10的排气的温度升高，并且排气净化催化剂20快速升温。 下面参考图3至5来描述用于设定目标增压压力Cit的方法，该目标增压压力在执行预热促进控制时更加适用于混合动力车辆的行驶状态或行驶条件。图3是示出目标增压压力Cit与车速SP之间关系的视图。当车速SP高时，行驶风变得较强或较快。因此，经过中冷器15的周围空气的流量增大。在冷起动中，引入发动机舱的周围空气的温度低。因此，当经过中冷器15的周围空气的流量较大时，更加难于通过从中冷器15散发的热量来升高电动马达系统冷却剂的温度。因此，在本实施例中，基于由车速传感器22输出的值来检测预热促进控制期间的车速SP，并且当车速SP变得较大时，目标增压压力Cit被设定得较高。 图4是示出目标增压压力Cit与周围空气温度THao之间关系的视图。该周围空气温度THao是周围空气在与中冷器15交换热量之前的温度。此外，图5是示出目标增压压力Cit与电动马达系统冷却剂温度THw之间关系的视图。 当周围空气温度THao低时，流过发动机10的进气通道13的进气的温度也低。因此，需要大量增加增压空气温度。此外，因为经过中冷器15的周围空气的温度也低，所以也需要大量增加周围空气温度。此外，当电动马达系统冷却剂温度THw低时，需要增加由中冷器15散发且向电动马达系统冷却剂供给的热量。 因此，在本实施例中，基于由周围空气温度传感器23和冷却剂温度传感器74输出的值来检测在执行预热促进控制时的周围空气温度THao和电动马达系统冷却剂温度THw。然后，当周围空气温度THao变得较低时，或当电动马达系统冷却剂温度THw变得较低时，将目标增压压力Cit设定得较高。于是，能够根据混合动力车辆的车速SP、周围空气温度THao、和电动马达系统冷却剂温度THw很好地设定目标增压压力Cit。 顺便提及，根据本实施例的混合动力系统1可以设置有将周围空气导向中冷器15、电动马达冷却系统散热器71和发动机冷却系统散热器81的电动风扇。然后，当预热促进控制期间车辆不移动或车速极低时，通过运行风扇使得周围空气有效率地经过中冷器15、电动马达冷却系统散热器71和发动机冷却系统散热器81。 根据本实施例，中冷器15、电动马达冷却系统散热器71、发动机冷却系统散热器81必须按该顺序从周围空气的流动路径的上游侧起布置，而中冷器15、电动马达冷却系统散热器71和发动机冷却系统散热器81不必总是按该顺序从车辆前侧起布置。于是，在引入中冷器15和各种类型散热器的周围空气的流动路径中适当地确保了设计灵活性。
接下来，将参考图6来描述不同于第一实施例的第二实施例。图6是示出根据第二实施例的混合动力系统2的示意性结构的视图。在以下描述中，由相同的附图标记表示与图1中所示混合动力系统l的部件相同或等同的部件，并且省略对相同部件的详细描述。混合动力系统2与图1中所示的混合动力系统1之间的区别在于中冷器15和电动马达冷却系统散热器71是一体形成的。换句话说，中冷器15和电动马达冷却系统散热器71设置成相互接触。此外，在第二实施例中，中冷器15和电动马达冷却系统散热器71具有能够在它们之间进行彼此直接热交换的热交换结构。 更详细地说，中冷器芯15a的中冷器管和马达系统芯71的马达系统管彼此连接，并且在中冷器管与马达系统管之间直接交换热量。此外，中冷器箱15b、15c和马达系统箱71b、71c相互连接，并且因此具有热交换结构。 根据上述结构，流过中冷器管的增压空气的热量经由马达系统管传递到电动马达系统冷却剂，而无需周围空气的协助。因此，即使混合动力车辆不移动或存在很小的行驶风，也能够升高电动马达系统冷却剂的温度。于是，适当地有助于电动马达系统的预热。
此外，因为中冷器15和电动马达冷却系统散热器71 —体形成，所以减小了占据发动机舱的空间。此外，引入发动机舱的周围空气顺畅地流动。因此，在热交换器，例如中冷器15、电动马达冷却系统散热器71或发动机冷却系统散热器81与周围空气之间有效率地交换热量。例如提高了用于使增压空气冷却的中冷器15的冷却效率，由此提高了发动机10中进气的填充效率(容积效率)。 此外，因为中冷器15和电动马达冷却系统散热器71 —体形成，所以用于形成它们的材料能够是相同或共用的，并且降低了成本。此外，因为减小了中冷器15的尺寸和电动马达冷却系统散热器71的尺寸，所以能够增大发动机冷却系统散热器81的尺寸。由此，因为发动机冷却系统散热器81的冷却能力增强，所以适于在发动机10的系统预热完成之后使发动机10冷却下来。 此外，在电动马达系统充分预热之后，电动马达系统冷却剂的目标温度与由中冷
器15冷却的增压空气的目标温度之间的差值在混合动力系统2的通常控制中是相对小的。
所以，来自中冷器管的热传递不会过度升高电动马达系统冷却剂温度。 接下来，将参考图7来描述不同于第一实施例和第二实施例的第三实施例。图7
是示出根据第三实施例的混合动力系统3的示意性结构的视图。在以下描述中，由相同的
附图标记表示与图1中所示混合动力系统1的部件相同或等同的部件，并且省略对相同部件的详细描述。混合动力系统3与图1中所示的混合动力系统l之间的区别在于电动马达冷却系统散热器71和发动机冷却系统散热器81是一体形成的。换句话说，电动马达冷却系统散热器71和发动机冷却系统散热器81设置成相互接触。此外，在第三实施例中，电动马达冷却系统散热器71和发动机冷却系统散热器81具有能够在它们之间进行彼此直接热交换的热交换结构。 更详细地说，马达系统芯71的马达系统管和发动机系统芯81的发动机系统管彼此连接，并且在马达系统管与发动机系统管之间直接交换热量。此外，马达系统箱71b、71c和发动机系统箱81c、81b相互连接，并且因此具有热交换结构。根据上述结构，在电动马达系统优先预热之后，电动马达系统冷却剂的热量能够直接升高发动机系统冷却剂的温度。
此外，与第二实施例的混合动力系统2相类似，根据混合动力系统3，引入发动机舱的周围空气顺畅地流动。因此，中冷器15、电动马达冷却系统散热器71和发动机冷却系统散热器81与周围空气有效率地交换热量。例如进一步提高了用于冷却增压空气的中冷器15的冷却效率。另外，因为电动马达冷却系统散热器71和发动机冷却系统散热器81 —体形成，所以用于形成它们的材料能够是相同或共用的，并且降低了成本。
在上述第一至第三实施例中，中冷器15设置在混合动力车辆的最前部；然而，本发明不限于此。例如控制混合动力车辆的乘员舱温度的空气调节器的空调冷凝器可以比中冷器15更靠前侧地设置。由此，能够在混合动力系统冷起动中重新利用由空调冷凝器散发的热量。 尽管以上阐述了本发明的一些实施例，但是应当理解的是，本发明不限于上述实施例的细节，而是在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以利用本领域技术人员想到的各种变化、修改或改进来实施。
权利要求
一种驱动混合动力车辆的混合动力系统控制设备，包括马达系统，所述马达系统包括电动马达；马达冷却散热器，所述马达冷却散热器执行周围空气与使所述马达系统冷却的马达冷却介质之间的热交换；强制空气引入装置，所述强制空气引入装置使供给到发动机的空气的压力增加；中冷器，所述中冷器冷却增压空气，其中，所述中冷器以如下两种方式中的至少一种来设置，即所述中冷器在流入发动机舱的所述周围空气的流动路径上设置在所述马达冷却散热器的上游；以及所述中冷器设置成使得所述中冷器的至少一部分与所述马达冷却散热器的一部分相互接触；以及预热部分，所述预热部分在混合动力系统的冷起动中通过控制所述发动机的负荷来增加所述增压空气的温度，使得来自所述强制空气引入装置的增压压力等于或高于目标增压压力。
2. 根据权利要求1所述的混合动力系统控制设备，其中，当在冷起动中所述混合动力 车辆的车速变得较高时，所述预热部分将所述目标增压压力设定得较高。
3. 根据权利要求1所述的混合动力系统控制设备，其中，当在冷起动中所述周围空气 的温度变得较低时，所述预热部分将所述目标增压压力设定得较高。
4. 根据权利要求1所述的混合动力系统控制设备，其中，当在冷起动中所述马达冷却 介质的温度变得较低时，所述预热部分将所述目标增压压力设定得较高。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的混合动力系统控制设备，其中，所述中冷器为空 气冷却式。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的混合动力系统控制设备，进一步包括发动机冷 却散热器，所述发动机冷却散热器执行所述周围空气与使所述发动机冷却的发动机冷却介 质之间的热交换，其中，所述发动机冷却散热器在流入所述发动机舱的所述周围空气的流 动路径上设置在所述马达冷却散热器的下游。
7. 根据权利要求1至5中任一项所述的混合动力系统控制设备，进一步包括发动机冷 却散热器，所述发动机冷却散热器执行所述周围空气与使所述发动机冷却的发动机冷却介 质之间的热交换，其中，所述发动机冷却散热器设置成使得所述马达冷却散热器的至少一 部分与所述马达冷却散热器的一部分相互接触。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的混合动力系统控制设备，进一步包括温度传感 器，所述温度传感器检测所述马达冷却介质的温度，其中，所述预热部分基于所检测的马达冷却介质的温度确定所述混合动力系统是否在 冷起动中运行。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的混合动力系统控制设备，其中，从所述车辆的前 部起按顺序设置所述中冷器和所述马达冷却散热器。
10. 根据权利要求6或7所述的混合动力系统控制设备，其中，从所述车辆的前部起按 顺序设置所述中冷器、所述马达冷却散热器和所述发动机冷却散热器。
11. 根据权利要求1所述的混合动力系统控制设备，进一步包括 车速传感器，所述车速传感器检测所述混合动力车辆的车速； 周围空气温度传感器，所述周围空气温度传感器检测所述周围空气的温度；以及冷却介质温度传感器，所述冷却介质温度传感器检测所述马达冷却介质的温度， 其中，所述预热部分根据所检测的车速、所检测的周围空气的温度和所检测的马达冷却介质的温度中的一个来确定所述目标增压压力，并且根据所确定的目标增压压力来确定所述发动机的目标负荷。
12. 根据权利要求11所述的混合动力系统控制设备，其中，所述预热部分根据所确定 的目标负荷来确定目标燃料喷射量，并且调节燃料喷射量以便满足所确定的目标燃料喷射
13. 根据权利要求12所述的混合动力系统控制设备，进一步包括检测加速器角度的加 速器位置传感器，其中，所述预热部分基于所检测的加速器角度确定所述混合动力车辆的所需功率，进 一步基于所确定的混合动力车辆的所需功率和所述目标负荷来确定目标马达输出功率，并且调节马达输出功率以便满足所确定的目标马达输出功率。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的混合动力系统控制设备，进一步包括电动风 扇，所述电动风扇将所述周围空气导向所述中冷器和所述马达冷却散热器。
15. —种用于控制混合动力车辆的混合动力系统的方法，包括 确定所述混合动力系统是否在冷起动中运行；如果确定所述混合动力系统在冷起动中运行，则确定流入中冷器中的来自强制空气引 入装置的增压空气的目标温度，使得所述目标温度根据车速、周围空气的温度和使所述混 合动力系统中的马达冷却的马达冷却介质的温度中的一个而变化；根据所确定的目标温度来确定冷起动中发动机的目标负荷；根据所确定的发动机的目标负荷来确定目标燃料喷射量；根据所述发动机的目标负荷来确定目标马达输出功率；调节燃料喷射量以便满足所确定的目标燃料喷射量；以及调节马达输出功率以便满足所确定的目标马达输出功率。
16. —种混合动力系统控制设备，包括马达系统，所述马达系统包括电动马达；发动 机，所述发动机包括强制空气引入装置，所述强制空气引入装置使供给到发动机和中冷器 的空气的压力增加；以及马达冷却散热器，所述马达冷却散热器执行周围空气与在马达冷 却系统中循环且使所述马达冷却系统冷却的马达冷却介质之间的热交换，并且，所述混合 动力系统控制设备通过由所述发动机和所述电动马达中的至少一个输出的动力来驱动混 合动力车辆，其特征在于所述中冷器和所述马达冷却散热器以如下两种方式中的至少一种来设置，即从引入 发动机舱的所述周围空气的流动路径的上游侧起按顺序设置所述中冷器和所述马达冷却 散热器；以及所述中冷器和所述马达冷却散热器设置成使得所述中冷器的至少一部分与所 述马达冷却散热器的一部分相互接触；并且所述混合动力系统控制设备进一步包括预热装置，所述预热装置用于在所述混合动力 系统的冷起动中通过控制所述发动机的负荷来增加增压空气的温度，使得来自所述强制空 气引入装置的增压压力等于或高于目标增压压力。
全文摘要
提供了一种混合动力系统控制设备，在该设备中，中冷器(15)在流入发动机舱的周围空气的流动路径上设置在马达冷却散热器(70)的上游，和/或中冷器(15)设置成使得中冷器的至少一部分与马达冷却散热器的一部分相互接触。该混合动力系统控制设备包括预热部分(60)，该预热部分在混合动力系统(1)冷起动中通过控制发动机的负荷来增加增压空气的温度，使得来自强制空气引入装置的增压压力等于或高于目标增压压力。
文档编号F02D23/00GK101795885SQ200880103805
公开日2010年8月4日 申请日期2008年10月2日 优先权日2007年10月31日
发明者山下晃, 曲田尚史, 村田宏树, 松本功, 竿田武则, 芳贺宏行 申请人:丰田自动车株式会社