车辆、内燃机的控制方法以及控制装置制造方法
【专利摘要】车辆具备在多个气缸的各气缸设置有进气门的发动机和控制发动机的ECU。对多个气缸中的至少任一个设置的进气门在发动机的输出轴停止时开启。在车辆行驶的期间，ECU改变在发动机的输出轴停止时开启的进气门。
【专利说明】车辆、内燃机的控制方法以及控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆、内燃机的控制方法以及控制装置，特别涉及控制以下内燃机的技术:进气门设置于多个气缸的各气缸，当输出轴停止时，对多个气缸中的至少任一个设置的进气门开启。
【背景技术】
[0002]销售有除了发动机之外还搭载有作为驱动源的电动马达的混合动力车。混合动力车有时也被分类为电动汽车的一种。混合动力车能够仅使用电动马达作为驱动源来行驶。因此，如日本特开2010-83232号公报所记载的那样，发动机可能间歇停止。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献1:日本特开2010-83232号公报
【发明内容】
[0005]发明要解决的问题
[0006]众所周知，在作为发动机来使用的多气缸内燃机中，按气缸设置进气门。一般来说，进气门通过凸轮轴旋转而开闭。凸轮轴连接于曲轴，伴随曲轴的旋转而旋转。因此，进气门伴随曲轴的旋转按每个气缸在不同的曲柄角开闭。由此，当曲轴停止时，对多个气缸中的至少任一个气缸设置的进气门可能开启。当在此状态下车辆行驶时，通过空气流，进气门开启的气缸被换气。由此，附着于气缸内及吸气口的燃料可能挥发。
[0007]若仅在一部分的气缸中附着燃料挥发，则在之后启动发动机时，仅进气门开启的气缸的空燃比比其他气缸的空燃比高。因此，气缸之间的燃料状态变得不平衡。因此，转矩可能会大幅变动。由此，发动机的启动性可能会恶化。
[0008]本发明的目的是使发动机的启动性良好。
[0009]用于解决问题的手段
[0010]在某实施例中，车辆具备在多个气缸的各气缸设置有进气门的内燃机和控制内燃机的控制单元。对多个气缸中的至少任一个设置的进气门，在内燃机的输出轴停止时开启。在车辆行驶的期间，控制单元改变在内燃机的输出轴停止时开启的进气门。
[0011 ] 根据此实施例，通过改变在内燃机的输出轴停止时开启的进气门，改变被换气的气缸。由此，可以在多个气缸中使附着于气缸内及吸气口的燃料挥发。由此，空燃比的不平衡变小，启动内燃机时的转矩变动降低。其结果，作为发动机而使用的内燃机能良好地启动。
[0012]在另一实施例中，当内燃机的输出轴持续停止的时间超过预定的时间时，控制单元改变开启的进气门。
[0013]根据此实施例，按每预定的时间改变开启的进气门。由此，可防止仅在一部分气缸中燃料挥发。
[0014]另外，在另一实施例中，通过内燃机的输出轴旋转，进气门按每个气缸在不同的曲柄角开闭。控制单元通过使内燃机的输出轴旋转预定的曲柄角来改变开启的进气门。
[0015]根据此实施例，通过使内燃机的输出轴旋转预定的曲柄角，能够开启任意的进气门。
[0016]发明的效果
[0017]通过改变在内燃机的输出轴停止时开启的进气门，改变被换气的气缸。由此，可以在多个气缸中使附着于气缸内及吸气口的燃料挥发。由此，空燃比的不平衡变小，启动内燃机时的转矩变动降低。其结果，作为发动机而使用的内燃机能良好地启动。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是示出混合动力车的动力系统的示意结构图。
[0019]图2是动力分配机构的列线图。
[0020]图3是发动机停止时的列线图。
[0021]图4是发动机电动回转或者曲轴转动时的列线图。
[0022]图5是变速器的列线图。
[0023]图6是示出混合动力车辆的发动机的示意结构图。
[0024]图7是示出在8气缸发动机中进气门开启的曲柄角的图。
[0025]图8是示出在6气缸发动机中进气门开启的曲柄角的图。
[0026]图9是示出在8气缸发动机中旋转曲轴的角度的图。
[0027]图10是示出在6气缸发动机中旋转曲轴的角度的图。
[0028]图11是示出E⑶所执行的处理的流程图。
[0029]附图标记说明
[0030]100ECU，102存储器，200第I电动发电机，210第I变换器，300动力分配机构，310第2变换器，400第2电动发电机，500变速器，600输出轴，700蓄电装置，1000发动机，1040气缸，1090曲轴，1100进气门，1120进气凸轮轴，1130排气凸轮轴，5000曲柄角传感器，5010
凸轮位置传感器。
【具体实施方式】
[0031]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的说明中，对相同的部件标注相同的附图标记。其名称以及功能也相同。因此不重复关于它们的详细的说明。
[0032]参照图1,对混合动力车的动力系统(powertrain)进行说明。动力系统包含发动机1000、第I电动发电机200、在该发动机1000和第I电动发电机200之间合成或者分配转矩的动力分配机构300、第2电动发电机400和变速器500。
[0033]发动机1000是使燃料燃烧而输出动力的公知的内燃机，且构成为能够对节气门开度(吸气量)、燃料供给量、点火时刻等运行状态进行电控制。发动机1000例如由包含微型计算机以及存储器102的EQJ (Electronic Control Unit:电力控制单元)100来控制。E⑶100也可以分为多个E⑶。
[0034]第I电动发电机200作为一例是三相交流旋转电机,具有作为电动机的功能和作为发电机的功能。第I电动发电机200经由变换器210连接于电池等蓄电装置700。通过控制变换器210，适当地设定第I电动发电机200的输出转矩或者再生转矩。该控制通过E⑶100来进行。此外，第I电动发电机200的定子(未图示)固定而不旋转。
[0035]动力分配机构300是以作为外齿轮的太阳齿轮(S) 310、配置于与该太阳齿轮(S)310同心圆上的作为内齿轮的齿圈(R) 320、将与该太阳齿轮(S) 310和齿圈(R) 320啮合的小齿轮支承为自由地自转且公转的行星架(C) 330作为三个旋转要素而产生差动作用的公知的齿轮机构。发动机1000的输出轴经由减震器连接于作为第I旋转要素的行星架(C)330。换言之，行星架(C) 330成为输入要素。
[0036]与此相对，第I电动发电机200的转子(未图示)连接于作为第2旋转要素的太阳齿轮(S)310。因此太阳齿轮(S)310成为所谓的反力要素，另外，作为第3旋转要素的齿圈(R)320成为输出要素。并且，该齿圈(R)320与连接于驱动轮(未图示)的输出轴600连接。
[0037]在图2中示出动力分配机构300的列线图。如图2所示，若相对于输入到行星架(C)330的发动机1000输出的转矩将由第I电动发电机200所产生的反力转矩输入到太阳齿轮(S) 310，则对这些转矩进行加减运算后的大小的转矩体现在成为输出要素的齿圈(R)320上。在该情况下，第I电动发电机200的转子因该转矩而旋转，第I电动发电机200作为发电机发挥功能。另外，在齿圈(R) 320的转速(输出转速)一定的情况下,通过使第I电动发电机200的转速变化大小，能够使发动机1000的转速连续地(无级地)变化。即，能够通过控制第I电动发电机200来进行将发动机1000的转速设定为例如燃料经济性最佳的转速的控制。该控制由E⑶100进行。
[0038]如图3所示，若在行驶中使发动机1000的输出轴即曲轴停止，则第I电动发电机200反转。若从该状态使第I电动发电机200作为电动机发挥功能而在正旋转方向上输出转矩，则在连接于行星架(C)330的发动机1000上作用使其正旋转的方向的转矩。其结果，如图4所示，能够通过第I电动发电机200旋转发动机1000的输出轴。即，能够通过第I电动发电机200使发动机1000电动回转(motoring)或者曲轴转动(cranking)。
[0039]回到图1,第2电动发电机400作为一例是三相交流旋转电机,具有作为电动机的功能和作为发电机的功能。第2电动发电机400经由变换器310连接于电池等蓄电装置700。构成为通过控制变换器310来控制在动力运行及再生以及各种情况下的转矩。此外，第2电动发电机400的定子(未图示)固定而不旋转。
[0040]变速器500由一组拉维娜(Ravigneaux)型行星齿轮机构构成。分别设置有作为外齿轮的第I太阳齿轮(SI) 510和第2太阳齿轮(S2) 520，第I小齿轮531啮合于该第I太阳齿轮(SI) 510，并且该第I小齿轮531啮合于第2小齿轮532，该第2小齿轮532与配置于与各太阳齿轮510、520的同心圆上的齿圈(R) 540啮合。
[0041 ] 此外，各小齿轮531、532通过行星架(C)550支承为自由自转且公转。另外，第2太阳齿轮(S2) 520啮合于第2小齿轮532。因此第I太阳齿轮(SI) 510和齿圈(R) 540与各小齿轮531、532 —起构成相当于双小齿轮型行星齿轮机构的机构，另外第2太阳齿轮(S2)520和齿圈(R) 540与第2小齿轮532 —起构成相当于单小齿轮型行星齿轮机构的机构。
[0042]并且，在变速器500设置有选择性地将第I太阳齿轮(SI) 510固定的BI制动器561和选择性地将齿圈(R) 540固定的B2制动器562。此制动器561、562是通过摩擦力产生接合力的所谓摩擦接合要素，能够采用多板形式的接合装置或者带形的接合装置。而且，此制动器561、562构成为其转矩容量根据由液压产生的接合力而连续地变化。并且，上述第2电动发电机400连接于第2太阳齿轮(S2) 520。行星架(C) 550连接于输出轴600。[0043]因此，对于上述变速器500，第2太阳齿轮(S2) 520是所谓的输入要素，另外行星架(C)550成为输出要素，通过使BI制动器561接合，设定变速比大于“I”的高速档。通过代替BI制动器561而使B2制动器562接合，设定与高速档相比变速比大的低速档。
[0044]该各变速档之间的变速，基于车速、要求驱动力(或者加速器开度)等行驶状态来执行。更具体而言，以如下的方式来控制:将变速档区域预先作为映射(变速线图)来确定，根据所检测出的运行状态来设定任一个变速档。
[0045]在图5中示出变速器500的列线图。如图5所示，若通过B2制动器562将齿圈(R)540固定，则低速档L被设定，第2电动发电机400输出的转矩根据变速比而增大并施加于输出轴600。与此相对，若通过BI制动器561将第I太阳齿轮(SI) 510固定，则与低速档L相比变速比小的高速档H被设定。因为该高速档H的变速比也大于“1”，所以第2电动发电机400输出的转矩根据该变速比而增大并施加于输出轴600。
[0046]此外，在各变速档L、H被稳态设定的状态下，施加于输出轴600的转矩成为使第2电动发电机400的输出转矩根据变速比而增大的转矩，但是在变速过渡状态下却成为受到伴随各制动器561、562的转矩容量和/或转速变化的惯性转矩等的影响的转矩。另外，施加于输出轴600的转矩，在第2电动发电机400的驱动状态下成为正转矩，在被驱动状态下成为负转矩。
[0047]在本实施方式中，混合动力车以在发动机1000停止的状态下仅使用第2电动发电机400的驱动力的EV模式、和使用发动机1000以及第2电动发电机400的双方或者任一方的驱动力的HV模式中的任一模式来行驶。基于加速器开度、蓄电装置700的剩余容量等各种参数，选择行驶模式。
[0048]此外，对于行驶模式的选择方法，只要利用在混合动力车的【技术领域】中周知的技术即可，所以此处不重复进一步详细的说明。另外，模式的数量不限定于3个。
[0049]参照图6，对发动机1000进一步进行说明。
[0050]发动机1000是在“A”组1010和“B”组1012分别设置有由4个气缸构成的气缸群的V型8气缸发动机。此外，也可以使用V型8气缸以外的形式的发动机。例如，也可以使用6气缸发动机，只要气缸的数量是多个则几个都行。除了 V型发动机之外，也可以使用直列发动机。
[0051]从空气滤清器1020向发动机1000吸入空气。吸入空气量通过节气门1030调整。节气门1030是由马达驱动的电子节气门。
[0052]空气经过进气通路1032导入到气缸1040。空气在气缸1040 (燃烧室)中与燃料混合。在气缸1040中，从喷射器1050直接喷射燃料。即，喷射器1050的喷射孔设置于气缸1040内。
[0053]燃料在进气行程中喷射。此外，喷射燃料的时刻不限定于进气行程。另外，在本实施方式中，对喷射器1050的喷射孔设置于气缸1040内的作为直喷发动机的发动机1000进行说明，但是也可以除了直喷用的喷射器1050之外还设置喷口喷射用的喷射器。进而，也可以仅设置喷口喷射用的喷射器。
[0054]气缸1040内的混合气通过火花塞1060点火而燃烧。燃烧后的混合气即废气通过三元触媒1070净化后排出到车外。通过混合气的燃烧，活塞1080被按下，曲轴1090旋转。
[0055]在气缸1040的顶部，设置有进气门1100及排气门1110。进气门1100及排气门1110分别设置于各个气缸1040。
[0056]进气门1100由进气凸轮轴1120驱动。排气门1110由排气凸轮轴1130驱动。进气凸轮轴1120和排气凸轮轴1130通过链、齿轮等连接，以相同转速而旋转。
[0057]进气凸轮轴1120及排气凸轮轴1130通过链或带等连接于曲轴1090。因此，进气凸轮轴1120及排气凸轮轴1130在曲轴1090旋转时旋转。因此，进气门1100及排气门1110通过曲轴1090旋转而开闭。进气门1100及排气门1110通过曲轴1090旋转而按每个气缸在不同的曲柄角开闭。由此，对多个气缸1040中的至少任一个设置的进气门1100在发动机1000具体而言曲轴1090停止时开启。
[0058]在图7中作为一例按气缸示出进气门1100开启的曲柄角。“TDC”表示上死点。图7是一例，进气门1100开启的曲柄角不限定于此。另外，在图7中，按第1、2、3、4、5、6、7以及8气缸的顺序进气门1100开启，但是进气门1100开启的气缸的顺序不限定于图7所示的情况。
[0059]在图8中作为一例按气缸示出在发动机1000是6气缸发动机的情况下进气门1100开启的曲柄角。图8是一例，进气门1100开启的曲柄角不限定于此。另外，在图8中，按第1、2、3、4、5以及6气缸的顺序进气门1100开启，但是进气门1100开启的气缸的顺序不限定于图8所示的情况。
[0060]回到图6，从曲柄角传感器5000向E⑶100输入表示曲轴1090的转速以及曲柄角的信号。另外，从凸轮位置传感器5010向ECU100输入表示进气凸轮轴1120及排气凸轮轴1130的相位(旋转方向上的凸轮轴的位置)的信号(表示进气门1100及排气门1110的相位的信号)。另外，从凸轮位置传感器5010输入表示进气凸轮轴1120及排气凸轮轴1130的转速的信号。
[0061]并且，从水温传感器5020向E⑶100输入表示发动机1000的水温(冷却水的温度)的信号，从空气流量计5030向E⑶100输入表示发动机1000的吸入空气量(吸入到发动机1000的空气量)的信号。
[0062]E⑶100基于从这些传感器输入的信号和存储于存储器(未图示)的映射及程序来控制节气门开度、点火正时、燃料喷射正时、燃料喷射量等，使得发动机1000达到所希望的运行状态。
[0063]另外，在本实施方式中，例如在EV模式下的车辆行驶中，当曲轴1090持续停止的时间超过预定的时间时，E⑶100改变在曲轴1090停止时开启的进气门1100。例如，通过使曲轴1090旋转预定的曲柄角来改变开启的进气门。例如，通过ECU100驱动第I电动发电机200，曲轴1090被旋转。即，发动机1000被电动回转。
[0064]如图9所示，在8气缸发动机中，例如曲轴1090每次旋转270°。在图9中，在曲柄角Al。，对第1、7以及8气缸设置的进气门1100开启。在曲柄角A2° (A2 = A1+270)，对第2、3以及4气缸设置的进气门1100开启。在曲柄角A3° (A3 = A2+270)，对第5、6以及7气缸设置的进气门1100开启。在曲柄角A4° (A4 = A+270)，对第1、2以及8气缸设置的进气门1100开启。图9是一例，使曲轴1090旋转的角度不限定于270°。
[0065]如图10所示，在6气缸发动机中，例如曲轴1090每次旋转240°。在图10中，在曲柄角Β1°，对第I及6气缸设置的进气门1100开启。在曲柄角B2° (B2 = B1+240)，对第2及3气缸设置的进气门1100开启。在曲柄角B3° (B3 = B2+240)，对第4及5气缸设置的进气门1100开启。图10是一例，使曲轴1090旋转的角度不限定于240°。
[0066]参照图11，对在本实施方式中E⑶100所执行的处理进行说明。E⑶100可以通过软件来执行处理，也可以通过硬件来执行处理，也可以通过软件和硬件的协作来执行处理。
[0067]在步骤(以下，将步骤简称为S) 100中，判定是否处于车辆行驶中且曲轴1090停止中。例如，当车速大于零且曲轴1090的转速为零时，判定为处于车辆行驶中且曲轴1090停止中。
[0068]当处于车辆行驶中且曲轴1090停止中时(在SlOO中“是”)，在S102中，判定曲轴1090持续停止的时间是否超过了预定的时间。
[0069]当曲轴1090持续停止的时间超过了预定的时间时(在S102中“是”)，在S104中，通过驱动第I电动发电机200，使曲轴1090旋转预定的曲柄角。
[0070]如上所示，在本实施方式中，在车辆行驶的期间，改变在发动机1000的曲轴1090停止时开启的进气门1100。由此，变更被换气的气缸1040，可以在多个气缸1040中使附着于气缸1040内及吸气口的燃料挥发。由此，空燃比的不平衡变小，之后再启动发动机1000时的转矩变动降低。其结果，发动机1000能良好地启动。
[0071]应该认为，本次所公开的实施方式在所有的方面都是例示而不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求表示，包括与权利要求等同的意思以及范围内的所有变更。
【权利要求】
1.一种车辆，具备: 在多个气缸的各气缸设置有进气门的内燃机；和 控制所述内燃机的控制单元， 对所述多个气缸中的至少任一个设置的进气门，在所述内燃机的输出轴停止时开启， 在车辆行驶的期间，所述控制单元改变在所述内燃机的输出轴停止时开启的进气门。
2.根据权利要求1所述的车辆， 当所述内燃机的输出轴持续停止的时间超过预定的时间时，所述控制单元改变开启的进气门。
3.根据权利要求1所述的车辆， 通过所述内燃机的输出轴旋转，所述进气门按每个所述气缸在不同的曲柄角开闭， 所述控制单元通过使所述内燃机的输出轴旋转预定的曲柄角来改变开启的进气门。
4.一种内燃机的控制方法，在多个气缸的各气缸设置有进气门，对所述多个气缸中的至少任一个设置的进气门在输出轴停止时开启，所述控制方法包括: 停止所述输出轴的步骤；和 在车辆行驶的期间，改变在所述内燃机的输出轴停止时开启的进气门的步骤。
5.一种内燃机的控制装置，在多个气缸的各气缸设置有进气门，对所述多个气缸中的至少任一个设置的进气门在输出轴停止时开启，所述控制装置具备: 用于停止所述输出轴的单元；和 用于在车辆行驶的期间，改变在所述内燃机的输出轴停止时开启的进气门的单元。
【文档编号】F02D13/08GK103459222SQ201180070062
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2011年4月13日 优先权日:2011年4月13日
【发明者】大久保重男, 安藤靖志, 八木大地 申请人:丰田自动车株式会社