具有与可变进气门正时相关的两级催化剂预热的混合动力车辆、混合动力车辆的控制器 ...的制作方法
【专利摘要】混合动力车辆包括电动机、内燃机、排气排放控制装置和控制器。控制器被构造成执行催化剂预热控制，用于预热排气排放控制装置的催化剂。催化剂预热控制包括第一控制和第二控制。第一控制是使内燃机以第一运转点运转的控制。第二控制是用于在执行第一控制之后与推进混合动力车辆所需的驱动力无关地使内燃机以第二运转点运转的控制。内燃机在第二运转点的输出大于内燃机在第一运转点的输出。控制器被构造成在执行第一控制时的内燃机的点火正时与执行第二控制时的内燃机的点火正时相比被设定到延迟侧的同时使内燃机运转。控制器被构造成当执行所述第一控制时，控制可变气门致动装置，使得工作特性变为第一特性。控制器被构造成当执行第二控制时，控制可变气门致动装置，使得工作特性变为第二特性。控制器被构造成在执行第二控制后，基于推进混合动力车辆所需的驱动力而使内燃机运转，并且基于内燃机的转速和扭矩而控制可变气门致动装置。
【专利说明】
具有与可变进气门正时相关的两级催化剂预热的混合动力车辆、混合动力车辆的控制器及混合动力车辆的控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种混合动力车辆、一种用于混合动力车辆的控制器以及一种用于混合动力车辆的控制方法，并且更具体地，涉及一种包括具有可变气门致动装置以改变进气门的工作特性的内燃机的混合动力车辆、一种用于该混合动力车辆的控制器以及一种用于该混合动力车辆的控制方法。
【背景技术】
[0002]为了净化来自内燃机的排气，使用包括催化剂的排气排放控制装置。为了使得催化剂充分地行使净化功能，需要提高催化剂的温度。
[0003]例如，日本专利申请公开号2012-40915(JP 2012-40915A)描述了一种其中执行催化剂预热控制的混合动力车辆。在催化剂预热控制中，排气排放控制装置的催化剂被预热。在这种混合动力车辆中，当需要预热催化剂时，最初，内燃机在其中内燃机的点火正时延迟的第一运转点运转，在催化剂的温度已经升高后恢复点火正时，并且然后内燃机在其中内燃机所需的输出固定的第二运转点运转。当对催化剂的预热已经完成时，则内燃机变为其中内燃机所需的输出基于车辆整体所需的输出而变化的通常运转(参见JP 2012-40915A)。
[0004]也已知一种包括能够改变进气门的工作特性的可变气门致动装置的内燃机。作为这种可变气门致动装置，也已知能够改变进气门的气门升程或者气门工作角至少其中之一的可变气门致动装置(参见日本专利申请公开号2009-108720(JP 2009-108720A)、日本专利申请公开号2004-183610(JP 2004-183610A)、日本专利申请公开号2013-53610(JP2013-53610A)、日本专利申请公开号2008-25550(JP 2008-25550A)、日本专利申请公开号2012-117376(JP2012-117376 A)、日本专利申请公开号9-242519( JP 9-242519 A)等)。
[0005]例如，JP 2009-108720A描述了一种包括能够改变每个进气门的气门升程的可变气门致动机构的内燃机。在这种可变气门致动机构中，当需要预热催化剂时，每个进气门的开启正时都延迟，并且每个进气门的气门升程都降低。因而，能够在催化剂预热期间稳定内燃机的燃烧(参见JP 2009-108720 A)。
【发明内容】
[0006]在JP2012-40915 A中所述的混合动力车辆中，在第一运转点以及在点火正时恢复后内燃机所需的输出(Pe)固定的第二运转点，Pe被与推进混合动力车辆所需的行驶功率无关地设定为小的数值，以便不超过预热期间的催化剂的净化能力。因此，与完成催化剂预热后的通常运转期间的燃料经济性和排气的排放相比，燃料经济性和排气的排放趋向于恶化。
[0007]JP 2009-108720 A中所述的内燃机通过在催化剂预热期间延迟每个进气门的开启正时并且降低每个进气门的气门升程而稳定催化剂预热期间的内燃机的燃烧，因而改善排放。然而，不特别考虑燃料经济性的改善。特别地，任务在于，在JP 2012-40915 A中所述的并且能够在混合动力车辆中执行的催化剂预热控制期间，改善燃料经济性和排气的排放。
[0008]本发明提供一种能够在催化剂预热期间改善燃料经济性和排放的混合动力车辆，一种用于该混合动力车辆的控制器以及一种用于该混合动力车辆的控制方法。
[0009]本发明的一方面提供一种混合动力车辆。该混合动力车辆包括电动机、内燃机、排气排放控制装置和控制器。电动机被构造成产生车辆驱动力。内燃机包括可变气门致动装置。可变气门致动装置被构造成改变进气门的工作特性。可变气门致动装置被构造成将进气门的工作特性变为第一特性和第二特性中的一个。工作特性为第二特性时的进气门的气门升程或者气门工作角中的至少一个大于工作特性为第一特性时的进气门的气门升程或者气门工作角中的对应的至少一个。排气排放控制装置被构造成通过使用催化剂而净化来自内燃机的排气。控制器被构造成执行催化剂预热控制，以预热排气排放控制装置的催化剂。催化剂预热控制包括第一控制和第二控制。第一控制是使内燃机以第一运转点运转的控制。第二控制是在执行第一控制之后，与推进混合动力车辆所需的驱动力无关地使内燃机以第二运转点运转的控制。内燃机在第二运转点的输出大于内燃机在第一运转点的输出。控制器被构造成在执行第一控制时的内燃机的点火正时与执行第二控制时的内燃机的点火正时相比被设定到延迟侧的同时使内燃机运转。控制器被构造成当执行第一控制时，控制可变气门致动装置，以便工作特性变为第一特性。控制器被构造成当执行第二控制时，控制可变气门致动装置，以便工作特性变为第二特性。控制器被构造成在执行第二控制后，基于推进混合动力车辆所需的驱动力而使内燃机运转，并且基于内燃机的转速和扭矩而控制可变气门致动装置。
[0010]当进气门的工作特性为第一特性时，进气门的气门升程或者气门工作角中的至少一个相对地小。因此，由于促进了对气缸内的进气空气的扰动而改善了燃烧，所以抑制了排气的排放。在这种混合动力车辆中，在执行第一控制期间，进气门的工作特性变为第一特性，所以改善了排气的排放。当进气门的工作特性为第二特性时，进气门的气门升程或者气门工作角中的至少一个相对地大。因此，由于内燃机以阿特金森循环运行的事实而提高了燃料经济性。在这种混合动力车辆中，通过在执行第二控制期间将工作特性变为第二特性，提高了燃料经济性。因而，通过这种混合动力车辆，能够改善催化剂预热控制期间的燃料经济性和排放。
[0011]在上述说明中的“内燃机的输出”可以是内燃机的功率或者可以是内燃机的扭矩。在上述说明中的“推进混合动力车辆所需的驱动力”可以是行驶功率或者可以是行驶扭矩。
[0012]在上述方面中，内燃机可以包括循环装置。循环装置可以被构造成使来自内燃机的排气循环至进气侧。控制器可以被构造成当执行第二控制时操作循环装置。
[0013]当操作循环装置时，燃烧变慢。在这种混合动力车辆中，当执行第二控制时，不需要响应于行驶功率地使内燃机运转，所以允许循环装置的操作导致的缓慢燃烧。因此，当执行第二控制时，则循环装置处于可操作状况下。因此，通过这种混合动力装置，循环装置在执行第二控制期间被操作，所以能够进一步提高燃料经济性。
[0014]在上述方面中，控制器可以被构造成当执行第二控制时，当循环装置被操作时并且当进气门的工作特性为第二特性时，控制可变气门致动装置，使得进气门的气门升程或者气门工作角中的至少一个降低。
[0015]当进气门的工作特性在循环装置的操作期间处于第二特性时，燃烧状态恶化，所以排放能够恶化。通过这种混合动力车辆，进气门的气门升程或者气门工作角中的至少一个在这种情况下降低。因此，能够在由于循环装置的操作而获得提高燃料经济性的效果的同时，抑制排放的恶化。
[0016]在上述方面中，可变气门致动装置可以被构造成将工作特性选择性变为第一特性、第二特性和第三特性中的任一特性。工作特性为第三特性时的气门升程或者气门工作角中的至少一个可以大于工作特性为第一特性时的气门升程或者气门工作角中的对应的至少一个，并且工作特性为第三特性时的气门升程或者气门工作角中的至少一个可以小于工作特性为第二特性时的气门升程或者气门工作角中的对应的至少一个。控制器可以被构造成当开始执行第二控制时控制可变气门致动装置，以便进气门的工作特性变为第三特性。控制器可以被构造成当执行第二控制时控制可变气门致动装置，以便进气门的工作特性变为第二特性。控制器可以被构造成当循环装置被操作并且进气门的工作特性为第二特性时，控制可变气门致动装置，以便进气门的工作特性变为第三特性，并且操作循环装置。
[0017]通过这种混合动力车辆，进气门的工作特性变为第三特性，并且操作循环装置。因此，能够在由于循环装置的操作的而获得提高燃料经济性的效果的同时抑制排放的恶化。
[0018]在上述方面中，可变气门致动装置可以被构造成将工作特性选择性变为第一特性、第二特性和第三特性中的任一特性。工作特性为第三特性时的气门升程或者气门工作角中的至少一个可以大于工作特性为第一特性时的气门升程或者气门工作角中的对应的至少一个，并且工作特性为第三特性时的气门升程或者气门工作角中的至少一个可以小于工作特性为第二特性时的气门升程或者气门工作角中的对应的至少一个。控制器可以被构造成当开始执行第二控制时控制可变气门致动装置，以便进气门的工作特性变为第三特性。控制器可以被构造成当执行第二控制时控制可变气门致动装置，以便进气门的工作特性变为第二特性。
[0019]通过这种混合动力车辆，能够将进气门的工作特性变为第一至第三特性中的任一特性。因此，与其中能够以两个步骤改变工作特性的情况相比，能够进一步划分工作特性的设定，所以能够进一步适当地改善燃料经济性和排放。
[0020]在上述方面中，可变气门致动装置可以被构造成将进气门的工作特性选择性变为第一特性和第二特性中的一种特性。控制器可以被构造成在第二控制的执行完成之前，控制可变气门致动装置，使得进气门的工作特性变为第二特性。
[0021 ]通过这种混合动力车辆，进气门的工作特性可以通过两个步骤变化。因此，能够缩短调整用于控制内燃机的运转状态的控制参数所需的时间。另外，能够减小致动器改变进气门的工作特性所需的扭矩，所以能够缩小致动器的尺寸和重量。也能够降低致动器的制造成本。
[0022]在上述方面中，第一控制可以是用于预热催化剂的排气上游侧的控制。第二控制可以是用于预热整个催化剂的控制。
[0023]在上述方面中，控制器可以被构造成当满足第一执行条件至第五执行条件中的任一执行条件时控制可变气门致动装置，使得进气门的工作特性变为第二特性。可以在开始执行第二控制之后满足第一执行条件。可以在由从第一控制变为第二控制引起的点火正时的恢复完成后满足第二执行条件。可以在从第一运转点到第二运转点的改变完成后满足第三执行条件。可以在排气排放控制装置的温度已经升高至预定温度时满足第四执行条件。可以在确定内燃机的燃烧状态变为稳定后满足第五执行条件。
[0024]在上述方面中，控制器可以被构造成当执行第一控制和第二控制时，控制电动机，使得电动机输出推进混合动力车辆所需的驱动力。
[0025]在这种混合动力车辆中，混合动力车辆通过在执行催化剂预热控制期间使用电动机而行驶。因此，通过第一控制和第二控制，不对行驶驱动力有任何响应地适当地执行排气排放控制装置的催化剂的预热。通过这种混合动力车辆，根据第一控制和第二控制调节进气门的工作特性。因而，能够在催化剂预热控制期间改善燃料经济性和排放。
[0026]本发明的另一方面提供一种用于混合动力车辆的控制器。该混合动力车辆包括电动机、内燃机和排气排放控制装置。电动机被构造成产生车辆驱动力。内燃机包括可变气门致动装置。可变气门致动装置被构造成将进气门的工作特性变为第一特性和第二特性中的一个。工作特性为第二特性时的进气门的气门升程或者气门工作角中的至少一个大于工作特性为第一特性时的进气门的气门升程或者气门工作角中的对应的至少一个。排气排放控制装置被构造成通过使用催化剂而净化来自内燃机的排气。控制器包括第一预热控制装置、第二预热控制装置和通常控制装置。第一预热控制装置使内燃机以第一运转点运转，并且在将内燃机以第一运转点运转时的内燃机点火正时与内燃机以第二运转点运转时的内燃机的点火正时相比控制到延迟侧的同时使内燃机运转。第一预热控制装置控制可变气门致动装置，以便进气门的工作特性变为第一特性。第二预热控制装置使内燃机以第二运转点运转，并且控制可变气门致动装置，以便工作特性变为第二特性。在第二预热控制装置执行控制之后，通常控制装置使内燃机基于推进混合动力车辆所需的驱动力运转，并且基于内燃机的转速和扭矩控制可变气门致动装置。内燃机在第二运转点的输出大于内燃机在第一运转点的输出。
[0027]本发明的进一步另一方面提供一种用于混合动力车辆的控制方法。该混合动力车辆包括电动机、内燃机、排气排放控制装置和控制器。电动机被构造成产生车辆驱动力。内燃机包括可变气门致动装置。可变气门致动装置被构造成将进气门的工作特性变为第一特性和第二特性中的一个。工作特性为第二特性时的进气门的气门升程或者气门工作角中的至少一个大于工作特性为第一特性时的进气门的气门升程或者气门工作角中的对应的至少一个。排气排放控制装置被构造成通过使用催化剂而净化来自内燃机的排气。该控制方法包括由控制器执行第一预热控制。第一预热控制是使内燃机以第一运转点运转并且在将内燃机以第一运转点运转时的内燃机点火正时与内燃机以第二运转点运转时的内燃机的点火正时相比控制到延迟侧的同时使内燃机运转的控制。该控制方法包括由控制器执行第二预热控制。第二预热控制是使内燃机以第二运转点运转并且控制可变气门致动装置以便工作特性变为第二特性的控制。该控制方法还包括由控制器执行通常控制。通常控制是在执行第二预热控制后基于推进混合动力车辆所需的驱动力而使内燃机运转并且基于内燃机的转速和扭矩而控制可变气门致动装置的控制。内燃机在第二运转点的输出大于内燃机在第一运转点的输出。
[0028]根据本发明，能够提供一种能够在催化剂预热控制期间改善燃料经济性和排放的混合动力车辆。
【附图说明】
[0029]下面将参考附图描述本发明的例证性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同标识符指示相同元件，并且其中:
[0030]图1是示出根据本发明第一实施例的混合动力车辆的总体构造的框图；
[0031]图2是图1中所示的发动机的构造图；
[0032]图3是示出由VVL装置实现的曲柄角和气门位移之间的关系的曲线图；
[0033]图4是VVL装置的前视图；
[0034]图5是部分地示出图4中所示的VVL装置的透视图；
[0035]图6是示出由能够以三个步骤改变每个进气门的工作特性的VVL装置实现的曲柄角和气门位移之间的关系的曲线图；
[0036]图7是示出当活塞在其中每个进气门的工作特性都为大凸轮特性的状态下向上移动时的操作的视图；
[0037]图8是示出当活塞在其中每个进气门的工作特性都为小凸轮特性的状态下向上移动时的操作的视图；
[0038]图9是示出当活塞在其中每个进气门的工作特性都为小凸轮特性的状态下向下移动时的操作的视图；
[0039]图10是示出发动机在催化剂预热控制和之后的通常控制中的受控状态的波形图；
[0040]图11是示出通常控制中的每个进气门的工作特性的设定示例的曲线图；
[0041]图12是示出根据第一实施例的混合动力车辆中的催化剂预热控制和进气门控制的控制结构的流程图；
[0042]图13是示出由能够以两个步骤改变每个进气门的工作特性的VVL装置实现的曲柄角和气门位移之间的关系的曲线图；
[0043]图14是示出根据第一可替选实施例的发动机的受控状态的波形图；
[0044]图15是示出根据第一可替选实施例的混合动力车辆中的催化剂预热控制和进气门控制的控制结构的流程图；
[0045]图16是根据第二实施例的发动机的构造图；
[0046]图17是示出根据第二实施例的发动机在催化剂预热控制和之后的通常控制中的受控状态的波形图；
[0047]图18是示出根据第二实施例的混合动力车辆中的催化剂预热控制和进气门控制的控制结构的流程图；
[0048]图19是示出根据第二可替选实施例的发动机的受控状态的波形图；
[0049]图20是示出根据第二可替选实施例的混合动力车辆中的催化剂预热控制和进气门控制的控制结构的流程图；并且
[0050]图21是发动机的另一构造图。
【具体实施方式】
[0051]下面，将参考附图详细地描述本发明的实施例。下面将描述多个实施例;然而，在提交时预期对实施例中所述的构造的适当组合。在附图中，相同标识符指示相同或者对应的部分，并且将不重复其说明。
[0052]图1是示出根据本发明的第一实施例的混合动力车辆的总体构造的框图。如图1中所示，混合动力车辆I包括发动机100、电动发电机MGl、MG2、动力分配装置4、减速齿轮5和驱动轮6。混合动力车辆I还包括蓄电装置10、电力控制单元(P⑶)20和控制器200。
[0053 ]混合动力车辆I能够通过使用从发动机100或者电动发电机MG2中的至少一个输出的驱动力行驶。发动机100例如为内燃机，诸如汽油发动机和柴油发动机。发动机100产生用于推进车辆的驱动力。发动机100也产生用于驱动能够作为发电机工作的电动发电机MGl的驱动力。
[0054]发动机100能够被电动发电机MGl转动曲柄从而启动。发动机100包括用于改变每个进气门的工作特性的可变气门致动装置。可变气门致动装置由控制器200基于车辆的行驶状况和发动机100的启动性而控制。在发动机100的排气通道中设置排气排放控制装置。排气排放控制装置通过使用催化剂而净化来自发动机100的排气。下面将详细地描述发动机100、可变气门致动装置和排气排放控制装置的构造。
[0055]动力分配装置4被构造成能够将发动机100产生的驱动力分为通过减速齿轮5而驱动该驱动轮6的驱动力以及用于驱动电动发电机MGl的驱动力。动力分配装置4例如由行星齿轮系形成。
[0056]电动发电机MGl、MG2每个都为交流旋转电机，并且例如为三相交流同步电动发电机。电动发电机MGl能够通过使用来自发动机100的驱动力而产生电力。通过动力分配装置4接收发动机100的驱动力。例如，当蓄电装置10的SOC达到预定下限时，则发动机100启动，并且由电动发电机MGl产生电力。电动发电机MGl产生的电力被PCU20电压转换。经转换的电力被临时地存储在蓄电装置10中，或者经转换的电力被直接供应给电动发电机MG2。
[0057]电动发电机MG2通过使用存储在蓄电装置10中的电力或者电动发电机MGl产生的电力中的至少一个产生驱动力。电动发电机MG2的驱动力通过减速齿轮5传递给驱动轮6。在图1中，驱动轮6为前轮。代替前轮或者除了前轮之外，可以由电动发电机MG2驱动后轮。
[0058]在车辆制动期间，电动发电机MG2由驱动轮6通过减速齿轮5驱动，并且电动发电机MG2作为发电机工作。因而，电动发电机MG2作为将制动能量转换为电力的再生制动器工作。电动发电机MG2产生的电力被存储在蓄电装置10中。
[0059]P⑶20为用于驱动电动发电机MGl、MG2的驱动单元。P⑶20包括用于驱动电动发电机MGl、MG2的逆变器并且还能够包括用于在逆变器和蓄电装置10之间转换电压的转换器。
[0060]蓄电装置10为可再充电直流电源，并且包括例如镍金属氢化物二次电池或者锂离子二次电池。蓄电装置10的电压例如约为200V。蓄电装置10存储电动发电机MG1、MG2产生的电力。大电容的电容器也可以被用作蓄电装置10。蓄电装置10可以为任何电力缓冲器，只要该电力缓冲器能够临时地存储电动发电机MGl、MG2产生的电力，并且将所存储的电力供应给电动发电机MG2。在蓄电装置10处设置传感器。传感器被用于检测蓄电装置10的温度Tb、电流Ib和电压Vb ο传感器所检测到的值被输出给控制器200。
[0061]控制器200包括电子控制单元(ECU)，电子控制单元(ECU)包括中央处理单元(CPU)、存储装置、输入/输出缓冲器等(未示出)。控制器200从各种传感器接收信号(加速器操作量ACC、车速VSS等等)，并且将控制信号输出至装置，并且执行对混合动力车辆I中的装置的控制。作为主要控制，控制器200执行对混合动力车辆I的行驶控制、用于预热排气排放控制装置的催化剂的催化剂预热控制、对适合行驶控制以及催化剂预热控制的可变气门致动装置的控制，等等。下面将描述控制器200的操作。
[0062]图2是图1中所示的发动机100的构造图。如图2中所示，通过空气滤清器102将空气引入发动机100。通过节气门104调节进气空气量。节气门104由节气门马达312驱动。
[0063]进气空气与每个气缸106(燃烧室)内的燃料混合。燃料被从每个喷射器108喷射至对应的气缸106。在该实施例中，发动机100将被描述为其中喷射器108的喷射孔被设置在进气端口中的端口喷射型。除了端口喷射型喷射器108之外，还可以设置将燃料直接喷射到对应的气缸106内的直接喷射型喷射器。此外，可以仅设置直接喷射型喷射器。
[0064]每个气缸106内的空气-燃料混合物被对应的火花塞110点燃从而燃烧。已燃烧的空气-燃料混合物，即排气被排入排气通道。排气排放控制装置被设置在排气通道中。排气排放控制装置通过使用催化剂而净化排气。排气排放控制装置包括催化剂112S(下面也称为“起动催化剂(S/C催化剂)”)和催化剂112U(下面也称为“底置式(U/F)催化剂”)。催化剂1121]被布置在3/(:催化剂1123下游。排气被3/(:催化剂1123和1]/^催化剂1121]净化，并且然后排放至车辆外部。活塞114被空气-燃料混合物的燃烧向下推动，并且曲轴116旋转。
[0065]进气门118和排气门120被设置在每个气缸106的顶部处。被引入每个气缸106的空气量以及引入的正时由对应的进气门118控制。从每个气缸106排出的排气量以及排放正时由对应的排气门120控制。每个进气门118都由凸轮122驱动。每个排气门120都由凸轮124驱动。
[0066]如下文将详细描述的，每个进气门118的气门升程和气门工作角都由可变气门升程(VVL)装置400控制。每个排气门120的气门升程和气门工作角也可以是可控的。控制每个气门的开启/闭合正时的可变气门升程(VVL)装置可以与VVL装置400组合。
[0067]控制器200控制节气门开度0th、点火正时、燃料喷射正时、燃料喷射量和每个进气门的工作状态(开启/闭合正时、气门升程、气门工作角等)，使得发动机100基于车辆的行驶状况以及排气排放控制装置的预热状况而以期望运转点运转。该运转点是确定发动机100的功率、扭矩和转速的发动机100的运转点。确定发动机100的运转点，使得发动机100输出期望功率或者扭矩。在第一实施例中，运转点被设定成使得发动机100的功率变为期望运转功率。除了指示加速器操作量ACC的信号和指示车速VSS的信号之外，还将来自各种传感器，即凸轮角传感器300、曲柄角传感器302、爆震传感器304和节气门开度传感器306的信号输入控制器200。
[0068]凸轮角传感器300输出指示凸轮位置的信号。曲柄角传感器302输出指示曲轴116的转速(发动机转速)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0th的信号。控制器200基于来自这些传感器的信号控制发动机100。
[0069]图3是示出由VVL装置400实现的曲柄角和气门位移之间的关系的曲线图。如图3中所示，每个排气门120(图2)都在排气冲程中开启和闭合，并且每个进气门118(图2)都在进气冲程中开启和闭合。波形EX指示每个排气门120的气门位移。波形IN1、IN2每个都指示每个进气门118的气门位移。气门位移是气门从气门闭合的状态的位移。在下文说明中，气门升程是当进气门118的开度已经达到峰值时的气门位移，并且气门工作角是从进气门118开启时至进气门118闭合时的时段的曲柄角。
[0070]每个进气门118的工作特性都被VVL装置400在波形IN1、IN2之间改变。波形INl指示其中气门升程和气门工作角最小的情况。波形IN2指示其中气门升程和气门工作角最大的情况。在VVL装置400中，气门工作角随着气门升程的增大而增大。在第一实施例中，VVL装置400被构造成能够以随后在图6中示出的三个步骤改变气门升程和气门工作角。
[0071]图4是VVL装置400的前视图。图4中所示的构造是一个示例。VVL装置400不限于这种构造。如图4中所示，VVL装置400包括驱动轴410、支撑管420、输入臂430和振荡凸轮440。驱动轴410在一个方向中延伸。支撑管420覆盖驱动轴410的外周。输入臂430和振荡凸轮440被布置在支撑管420的外周上在驱动轴410的轴向方向中。线性地致动驱动轴410的致动器(未示出)被连接至驱动轴410的远端。
[0072]VVL装置400包括相应于设置在每个气缸内的一个凸轮122的一个输入臂430。两个振荡臂440被相应于对每个气缸设置的一对进气门118地设置在每个输入臂430的两侧上。
[0073]支撑管420以中空圆柱形形成，并且被布置成平行于凸轮轴130。支撑管420被固定至缸盖，以便将不在轴向方向中移动或者旋转。
[0074]驱动轴410被插入支撑管420内部，以便可在轴向方向上滑动。输入轴430和两个振荡凸轮440被设置在支撑管420的外周上，以便可绕驱动轴410的轴线振荡，并且不在轴向方向中移动。
[0075]输入臂430包括臂部432和辊部434。臂部432在远离支撑管420的外周的方向中突出。辊部434可旋转地连接至臂部432的远端。输入臂430被设置成使得辊部434被布置在辊部434能够连接至凸轮122的位置处。
[0076]每个振荡凸轮440都具有基本三角形的前端部442，该前端部442在远离支撑管420的外周的方向中突出。凹凸轮面444在前端部442的一侧处形成。通过设置在进气门18中的气门弹簧的推压力而将可旋转地附接至摇臂128的滚子压在凸轮面444上。
[0077]输入臂430和振荡凸轮440可一体地绕驱动轴410的轴线振荡。因此，随着凸轮轴130旋转，接触凸轮122的输入臂430振荡，并且振荡凸轮440与输入臂430的运动联锁地振荡。振荡凸轮440的运动通过摇臂128传递给进气门118，并且进气门118开启或者闭合。
[0078]VVL装置400还包括改变输入臂430以及每个振荡凸轮440绕支撑管420的轴线之间的相对相位差的装置。视需要，由改变相对相位差的装置改变每个进气门118的气门升程和气门工作角。
[0079]也就是说，当输入臂430和每个振荡凸轮440之间的相对相位差增大时，则每个摇臂128的振荡角度关于每个输入臂430和振荡凸轮440的振荡角度增大，并且每个进气门118的气门升程和气门工作角都增大。
[0080]当输入臂430和每个振荡凸轮440之间的相对相位差减小时，则每个摇臂128的振荡角度关于每个输入臂430和振荡凸轮440的振荡角度减小，并且每个进气门118的气门升程和气门工作角都减小。
[0081 ]图5是部分地示出图4中所示的VVL装置40O的透视图。图5示出被部分切除的结构，以便理解内部结构。如图5中所示，滑块齿轮450被容纳在被限定在支撑管420的外周与输入臂430和两个振荡凸轮440的集合之间的空间内。滑块齿轮450被支撑在支撑管420上，以便可旋转和在轴向方向中滑动。滑块齿轮450被设置在支撑管420上，以便可在轴向方向中滑动。
[0082]滑块齿轮450包括螺旋齿轮452。螺旋齿轮452在轴向方向中位于滑块齿轮450的中心部处。右旋螺旋花键在螺旋齿轮452上形成。滑块齿轮450包括螺旋齿轮454。螺旋齿轮454分别位于螺旋齿轮452的两侧上。与螺旋齿轮452的那些右旋螺旋花键相反的左旋螺旋花键在每个螺旋齿轮454上形成。
[0083]另一方面，对应于螺旋齿轮452、454的螺旋花键分别在输入臂430的内周和两个振荡凸轮440的内周上形成。输入臂430的内周和两个振荡凸轮440的内周限定其中容纳滑块齿轮450的空间。也就是说，右旋螺旋花键在输入臂430上形成，并且螺旋花键啮合螺旋齿轮452。左旋螺旋花键在每个振荡凸轮440上形成，并且螺旋花键啮合对应的螺旋齿轮454。
[0084]长孔456在滑块齿轮450中形成。长孔456位于螺旋齿轮452和一个螺旋齿轮454之间，并且在圆周方向中延伸。虽然图中未示出，但是长孔在支撑管420中形成，并且该长孔在轴向方向中延伸，以便与长孔456部分重叠。锁定销412被一体地设置在被插入支撑管420内部的驱动轴410内。锁定销412穿过这些长孔456和细长孔(未示出)的重叠部分突出。
[0085]当驱动轴410被联接至驱动轴410的致动器(未示出)在轴向方向中移动时，滑块齿轮450被锁定销412挤压，并且螺旋齿轮452、454同时在驱动轴410的轴向方向中移动。当螺旋齿轮452、454以这种方式移动时，则花键接合这些螺旋齿轮452、454的输入臂430和振荡凸轮440不在轴向方向中移动。因此，输入臂430和振荡凸轮440通过与螺旋花键的啮合而绕驱动轴410的轴线枢转。
[0086]此时，分别在输入臂430和每个振荡凸轮440上形成的螺旋花键具有相反方向。因此，输入臂430的枢转方向和每个振荡凸轮440的枢转方向彼此相反。因而，输入臂430和每个振荡凸轮440之间的相对相位差改变，结果是每个进气门118的气门升程和气门工作角都如上所述地改变。
[0087]VVL装置400不限于这种类型。例如，可以使用电驱动每个气门的VVL装置，液压驱动每个气门的VVL装置等等。
[0088]控制器200(图2中所示)通过调节线性地移动驱动轴410的致动器的操作量而控制每个进气门118的气门升程和气门工作角。
[0089]图6是示出由能够以三个步骤改变每个进气门118的工作特性的VVL装置400实现的曲柄角和气门位移之间的关系的曲线图。如图6中所示，VVL装置400能够将每个进气门118的工作特性变为第一至第三特性中的任一特性。第一特性由波形INla指示。第二特性由波形IN2a指示。第二特性中的气门升程和气门工作角大于第一特性中的气门升程和气门工作角。第三特性由波形IN3a指示。第三特性中的气门升程和气门工作角大于第一特性中的气门升程和气门工作角，并且小于第二特性中的气门升程和气门工作角。
[0090]在下文说明中，其中气门升程和气门工作角在三个工作特性中相对地小的第一特性(波形INla)也被称为“小凸轮特性”，并且其中气门升程和气门工作角在三个工作特性中相对地大的第二特性(波形IN2a)也被称为“大凸轮特性”。其中气门升程和气门工作角大于小凸轮特性并且小于大凸轮特性的第三特性(波形IN3a)也被称为“中间凸轮特性”。
[0091]图7是示出当活塞在其中每个进气门118的工作特性都为大凸轮特性的状态下向上移动时的操作的视图。如图7中所示，当每个进气门118的工作特性都为大凸轮特性时，则每个进气门118的闭合正时都在对应的活塞114向上移动时延迟。因而，发动机100以阿特金森循环运行，并且燃料经济性提高。另一方面，被引入处于进气冲程的气缸106的空气-燃料混合物的一部分返回至气缸106外部，结果是气缸106中的空气-燃料混合物的压缩比降低，所以空气-燃料混合物的着火性恶化。因而，空气-燃料混合物的燃烧状态趋向于恶化，并且排气的排放恶化。
[0092]图8是示出当活塞在其中每个进气门118的工作特性都为小凸轮特性的状态下向上移动时的操作的视图。图9是示出当活塞在其中每个进气门118的工作特性都为小凸轮特性的状态下向下移动时的操作的视图。如图8和图9中所示，当每个进气门118的工作特性都为小凸轮特性时，由于每个进气门118的开启正时都在对应的活塞114向下移动时延迟，所以在气缸106中产生负压的状态下从对应的进气端口弓I入空气-燃料混合物，所以促进了气缸106中的燃料混合。另外，由于每个进气门118的闭合正时都在对应的活塞114向上移动时提前，所以气缸106中的空气-燃料混合物的压缩比增大，所以空气-燃料混合物的着火性提高。通过这些操作，空气-燃料混合物的燃烧状态变为良好状况，所以改善了排气的排放。另一方面，栗送损失提高，所以燃料经济性相对的恶化。
[0093]重新参考图1和图2，混合动力车辆I能够通过使用电动发电机MG2使发动机100停止和行驶(EV模式)。当在发动机停止状态下满足预定的发动机启动条件时，则执行发动机启动处理，以便车辆I从发动机停止状态变为发动机操作状态。当混合动力车辆I所需的输出(功率或者扭矩)超过预定阈值时，当确定需要预热设置在排气通道中的S/C催化剂112S(图2)时满足发动机启动条件。
[0094]当满足要求预热S/C催化剂112S的预定催化剂预热条件时，则控制器200通过启动发动机100而执行用于预热S/C催化剂112S的催化剂预热控制。控制器200通过将催化剂预热控制分为两个步骤，即第一预热控制和第二预热控制而执行催化剂预热控制。也就是说，刚好在发动机100启动之后执行第一预热控制。控制器200以第一运转功率(例如，约O至3kW的低功率)使发动机100运转，并且在发动机100的点火正时延迟的同时使发动机100运转。这是为了通过由抑制发动机100的功率导致的抑制排气量并且由于点火正时延迟而导致的排气温度升高而提早预热S/C催化剂112S。第一运转功率不响应于行驶功率。行驶功率是从电动发电机MG2输出的。
[0095]当通过第一预热控制而预热了S/C催化剂112S的排气上游侧，并且结果是确保了最小排气净化能力时，控制器200执行第二预热控制。也就是说，控制器200将已经被控制为延迟侧的发动机100的点火正时恢复为通常状态，并且使发动机100以大于第一运转功率的第二运转功率运转。第二运转功率不响应于行驶功率，并且被设定为不超过S/C催化剂112S的排气净化能力的预定值。预定值可以是恒定值，并且可以随着S/C催化剂112S的排气净化能力的提高(随着S/C催化剂112S的温度升高)而逐步地提高。在此期间，行驶功率是从电动发电机MG2输出的。
[0096]当整个S/C催化剂112S都被预热，并且S/C催化剂112S的排气净化能力达到100%时，则控制器200基于行驶功率使发动机100运转(下面称为与催化剂预热控制相反的“通常控制”)。在通常控制中，混合动力车辆I通过基于行驶功率驱动电动发电机MG2和发动机100而行驶(HV模式)。
[0097]在上述催化剂预热控制中，在正好在发动机启动后执行第一预热控制期间，发动机100的燃烧温度低，并且还未进行S/C催化剂112S的预热，所以强烈地需要抑制排气的排放。另一方面，在执行第二预热控制期间，排气的排放随着S/C催化剂112S的排气净化能力的增强而改善，所以存在提高燃料经济性的空间。在正好在第二预热控制开始之后恢复发动机100的点火正时的同时，发动机100的燃烧状态变得不稳定，所以排放抑制的优先级高。
[0098]因此，在混合动力车辆I中，每个进气门118的工作特性都根据上述第一预热控制或者第二预热控制而改变，在催化剂预热控制期间实现对排放的抑制和燃料经济性改善两者。特别地，如参考图7至图9所述的，当每个进气门118的工作特性都为大凸轮特性时，与工作特性为小凸轮特性时相比，燃料经济性提高。另一方面，当每个进气门118的工作特性都为小凸轮特性时，与工作特性为大凸轮特性时相比，抑制了排气的排放。因此，在第一阶段中执行第一预热控制期间，VVL装置400被控制成使得每个进气门118的工作特性都变为小凸轮特性。因而，抑制了排气的排放。另一方面，在执行第二预热控制期间，在其中执行恢复发动机100的点火正时的处理的初始阶段中，通过将每个进气门118的工作特性都设定为中间凸轮特性而实现对排放的抑制和燃料经济性改善两者，并且在恢复点火正时之后，通过将每个进气门118的工作特性都设定为大凸轮特性而实现燃料经济性改善。
[0099]图10是示出发动机100在催化剂预热控制和之后的通常控制中的受控状态的波形图。如图10中所示，横坐标轴代表事件，并且纵坐标轴从顶部开始分别代表发动机转速Ne、发动机功率Pe、发动机100的点火正时aop、S/C催化剂112S的排气上游端(例如，离端面1mm的位置)处的净化率、S/C催化剂112S中心处的净化率、发动机100的燃烧温度以及每个进气门118的设定工作特性的波形。
[0100]净化率是由排气输出的排放浓度关于排气输入的排放浓度(通常是HC浓度)的比例定义的，并且实际上是基于催化剂温度、通过使用预制映射、关系表达式等等估计的。通过使用预制映射、关系表达式等等，从进气空气量和发动机100的点火延迟量估计催化剂温度。
[0101]催化剂净化率(距离端面10mm)是S/C催化剂112S的排气上游端处的净化率。作为示例，催化剂净化率指示距离排气上游端面1mm位置处的净化率，并且下文也将其称为“端面净化率”。催化剂净化率(中心)指示整个S/C催化剂112S的净化率，并且下文也称为“中心净化率”。
[0102]假定在时间tl满足S/C催化剂112S的预热条件，并且发动机100启动以便预热S/C催化剂112S。在时间t2，直到S/C催化剂112S的端面净化率达到100 %，执行第一预热控制。也就是说，发动机转速Ne恒定，并且发动机功率Pe被设定为第一运转功率Pl (例如，约O至3kW的低功率)。从电动发电机MG2输出混合动力车辆I的行驶功率。发动机100的点火正时aop被控制为延迟侧，结果是燃烧气体(排气)的温度升高。
[0103]在执行第一预热控制期间，发动机100的温度仍低，并且点火正时aop也被控制为延迟侧，所以发动机100的燃烧状态不稳定。因此，每个进气门118的工作特性都被设定为小凸轮特性(图6中的INla)。因而，如参考图9所述的，空气-燃料混合物的燃烧状态处于良好状况，结果是实现了对排气排放的抑制。
[0104]在时间t2，当S/C催化剂112S的端面净化率达到100%时，则催化剂预热控制从第一预热控制变为第二预热控制。也就是说，发动机100的点火正时aop从延迟侧恢复为通常状态，并且发动机功率Pe被设定为大于第一运转功率Pl的第二运转功率P2。如上所述，第二运转功率P2不响应于行驶功率，并且被设定为不超过S/C催化剂112S的排气净化能力的预定值。第二运转功率P2可以为恒定值，或者可以随着S/C催化剂112S的排气净化能力的提高(S/C催化剂112S温度升高)而提高。从电动发电机MG2输出行驶功率。与行驶功率无关地稳定地控制发动机功率Pe，结果是S/C催化剂112S的预热在其中发动机100的运转稳定的状态下继续。
[0105]另外，当在时间t2时开始第二预热控制时，每个进气门118的工作特性都被设定为中间凸轮特性(图6中的IN3a)。这趋向于通过提高每个进气门118的气门升程和气门工作角而提高燃料经济性。然而，在其中执行恢复其中燃烧变得不稳定的发动机点火正时aop的控制以及燃烧温度仍不够高的初始阶段中，工作特性不被设定为大凸轮特性，而是被设定为中间凸轮特性。因而，与第一预热控制相比，燃料经济性提高，并且由于与其中工作特性被设定为大凸轮特性的情况相比燃烧改善而抑制了排放。
[0106]当燃烧温度达到预定温度并且发动机100的燃烧状态在时间t3变为稳定时，每个进气门118的工作特性都被设定为大凸轮特性(图6中所示的IN2a)。因而，发动机100以阿特金森循环运行，并且燃料经济性提高。
[0107]当S/C催化剂112S的中心净化率在时间t4达到100%时，则催化剂预热控制(第二预热控制)结束，并且执行通常控制。在这种通常控制中，发动机100基于行驶功率被操作，并且每个进气门118的工作特性都由VVL装置400基于发动机转速Ne和发动机扭矩(未示出)控制。
[0108]图11是示出通常控制中的每个进气门118的工作特性的设定示例的曲线图。如图11中所示，横坐标轴代表发动机转速，并且纵坐标轴代表发动机扭矩。交替长短划线指示的线指示分别对应于第一至第三特性(INla至IN3a)的扭矩特性。连续线指示的圆指示等燃料消耗线。燃料经济性随着接近于圆心而提高。发动机100基本沿连续线指示的发动机操作线被操作。
[0109]在区域Rl指示的低转速区域中，重要的是，抑制发动机的振动。在这种低转速区域中，停止引入排气再循环(EGR)气体，并且通过使用阿特金森循环提高燃料经济性。因而，在区域Rl中，第二特性(IN2a)被选为每个进气门118的工作特性，以便气门升程和气门工作角增大。在区域R2指示的中间转速区域中，通过提高EGR气体的引入量而提高燃料经济性。因而，在区域R2中，第三特性(IN3a)被选为每个进气门118的工作特性，以便气门升程和气门工作角处于中间。
[0110]也就是说，当每个进气门118的气门升程和气门工作角都大(第二特性)时，赋予通过使用阿特金森循环提高燃料经济性比通过引入EGR气体提高燃料经济性更高的优先级。另一方面，当选择中间的气门升程和气门工作角(第三特性)时，赋予通过引入EGR气体提高燃料经济性比通过使用阿特金森循环提高燃料经济性更高的优先级。
[0111]在区域R3指示的高转速区域中，通过进气空气的惯性，将大量的空气引入每个气缸中，并且由于实际压缩比提高，所以提高了输出性能。因而，在区域R3中，第二特性(IN2a)被选为每个进气门118的工作特性，以便气门升程和气门工作角增大。以这种方式，基于发动机100的运转状态确定气门升程和气门工作角。
[0112]图12是示出根据第一实施例的混合动力车辆I中的催化剂预热控制和进气门控制的控制结构的流程图。由以预定间隔执行预先存储的程序的控制器200实施该流程图。可替选地，可以通过构造单独的硬件(电子电路)而实施这些步骤中的一部分的处理。
[0113]如图12中所示，控制器200确定是否满足催化剂预热条件(步骤S10)。作为示例，当S/C催化剂112S的温度已经降低至S/C催化剂112S不能在发动机停止状态下行使净化能力的程度时，则确定满足催化剂预热条件。当不满足该条件(步骤SlO中为否)时，则控制器200在不执行下列一系列处理的情况下进行至步骤S120的处理。
[0114]当在步骤SlO中确定满足了催化剂预热条件(步骤SlO中为是)时，则控制器200开始第一预热控制。也就是说，控制器200启动发动机100，并且执行点火正时延迟控制(步骤S20)。在这种点火正时延迟控制中，发动机100的点火正时aop被控制为延迟侧，并且发动机100以其中发动机功率Pe被设定为第一运转功率Pl的第一运转点运转。作为示例，第一运转功率Pl被设定为约O至3kW的低功率。在第一运转点，发动机100的转速被设为怠速转速，并且发动机扭矩被设定为使得发动机功率Pe变为第一运转功率Pl。
[0115]另外，控制器200控制VVL装置400，使得每个进气门118的工作特性都被VVL装置400设定为第一特性(INla)，也就是说，小凸轮特性(步骤S30)。
[0116]之后，控制器200确定S/C催化剂112S的温度是否超过预定值A(步骤S40)。预定值A是用于确定S/C催化剂112S的端面净化率是否已经超过100%的S/C催化剂112S的温度，并且提前通过实验等等获得S/C催化剂112S的温度和端面净化率之间的关系。从进气量和发动机100的点火延迟量估计S/C催化剂112S的温度，并且也提前通过实验等等获得S/C催化剂112S的温度和进气量与点火延迟量每一个的关系。
[0117]当在步骤S40中确定S/C催化剂112S的温度超过了预定值A(步骤S40中为是)时，则控制器200开始第二预热控制。也就是说，控制器200控制发动机100，以便发动机100以其中发动机功率Pe被设定为高于第一运转功率Pl的第二运转功率P2的第二运转点运转(步骤S50)。第二运转功率不响应于行驶功率，并且在S/C催化剂112S的排气净化能力内确定。第二运转功率可以是恒定值，或者可以随着S/C催化剂112S的排气净化能力的提高(S/C催化剂112S的温度升高)而升高。作为示例，在第二运转点，发动机100的转速被设定为怠速转速，发动机扭矩被设定为使得在催化剂预热控制从第一预热控制变为第二预热控制之后，发动机功率Pe逐渐地从第一运转功率Pl增大为第二运转功率P2。
[0118]另外，控制器200控制VVL装置400，使得每个进气门118的工作特性都被VVL装置400设定为第三特性(IN3a)，也就是说，中间凸轮特性。
[0119]另外，控制器200执行用于将已经在步骤S20中被控制为延迟侧的发动机100的点火正时aop恢复为通常状态的点火正时延迟恢复控制(步骤S70)。对于点火正时aop的恢复速度，当点火正时aop在早期以高速度恢复时，燃料经济性提高，而排放由于不稳定燃烧而恶化，所以考虑到燃料经济性提高和排放恶化之间的平衡而确定恢复速度。
[0120]之后，控制器200确定发动机100的燃烧状态是否变为稳定(步骤S80)。作为示例，当发动机100的燃烧温度超过预定温度时，则确定燃烧状态变为稳定。基于发动机冷却剂温度、油温、积累空气量等等，通过使用预制映射、关系表达式等等估计燃烧温度。当确定发动机100的燃烧状态变为稳定(步骤S80中为是)时，则控制器200控制VVL装置400，使得每个进气门118的工作特性都被设定为第二特性(IN2a)，也就是说，大凸轮特性(步骤S90)。
[0121]之后，控制器200确定S/C催化剂112S的温度是否超过预定值CO预定值A)(步骤S100)。预定值C是用于确定S/C催化剂112S的中心净化率是否已经超过100%的S/C催化剂112S的温度。
[0122]当确定S/C催化剂112S的温度超过预定值C(步骤SlOO中为是)时，则控制器200终止催化剂预热控制(第二预热控制)，并且处理进行至通常控制。也就是说，控制器200基于行驶功率而控制发动机100，并且通过使用VVL装置400，根据图11中所示基于发动机转速Ne和发动机扭矩Te的操作线，控制每个进气门118的工作特性(步骤SI 10)。
[0123]如上所述，在第一实施例中，当需要预热S/C催化剂112S时，则在混合动力车辆I通过使用电动发电机MG2行驶的同时、执行由第一预热控制和第二预热控制组成的催化剂预热控制。在执行第一预热控制期间，每个进气门118的工作特性都被设定为小凸轮特性。当变为第二预热控制时，工作特性被变为中间凸轮特性。当发动机100的燃烧状态变为稳定时，则工作特性变为大凸轮特性。通过这种构造，能够在催化剂预热控制期间改善燃料经济性和排放。
[0124]在上述第一实施例中，VVL装置400能够以三个步骤改变每个进气门118的工作特性。在这种第一可替选实施例中，每个进气门118的工作特性都可以通过两个步骤变化。
[0125]图13是示出由能够以两个步骤改变每个进气门118的工作特性的VVL装置400A实现的曲柄角和气门位移之间的关系的曲线图。如图13中所示，VVL装置400A能够将每个进气门118的工作特性变为由波形INla指示的第一特性(小凸轮特性)和由波形IN2a指示的第二特性(大凸轮特性)其中之一。
[0126]图14是示出根据第一可替选实施例的发动机100的受控状态的波形图。对应于图10地示出图14。如图14中所示，在其中每个进气门118的工作特性都可以通过两个步骤改变的第一可替选实施例中，即使在时间t2开始第二预热控制，每个进气门118的工作特性也都保持为小凸轮特性。当发动机100的燃烧状态在时间t3变为稳定时，则每个进气门118的工作特性从小凸轮特性变为大凸轮特性。也就是说，直到燃烧状态变为稳定，都赋予抑制排放比燃料经济性提高更高的优先级，并且每个进气门118的工作特性都被设为小凸轮特性。
[0127]图15是示出根据第一可替选实施例的混合动力车辆I中的催化剂预热控制和进气门控制的控制结构的流程图。如图15中所示，流程图由不包括图12中所示的流程图中的步骤S60的构造形成。也就是说，当在步骤S40中S/C催化剂112S的温度超过预定值A时，则开始第二预热控制，并且即使在步骤S50中发动机100的运转点变为第二运转点，每个进气门118的工作特性也保持为第一特性(INla)，也就是小凸轮特性。
[0128]当在步骤S80中确定发动机100的燃烧状态变为稳定时，在步骤S90中，将每个进气门118的工作特性都设为第二特性(IN2a)。也就是说，每个进气门118的工作特性都从小凸轮特性变为大凸轮特性。其它处理与图12中所示的流程图的那些处理相同。
[0129]如上所述，根据第一可替选实施例，由于每个进气门118的工作特性可以通过两个步骤变化，所以能够缩短调整用于控制发动机100的运转状态的控制参数所需的时间。另夕卜，能够减小用于致动器改变每个进气门118的工作特性所需的扭矩，所以能够减小致动器的尺寸和重量。也能够降低致动器的制造成本。
[0130]图16是根据第二实施例的发动机的构造图。如图16中所示，发动机100A与图2中所示的发动机100的构造不同在于进一步包括了排气再循环(EGR)装置。
[0131]EGR装置包括EGR通道140和EGR阀142 JGR通道140是用于使排气从发动机100A循环至发动机100A的进气侧(例如，进气歧管)的管道。EGR阀142被设置在EGR通道140中，并且其开启/闭合状态受控制器200控制。当EGR阀142开启时，则排气通道和进气通道通过EGR通道140彼此连通。当EGR阀142闭合时，则EGR通道140被阻断。通过开启EGR阀142而使排气循环至进气通道而降低节气门损失，结果是降低栗送损失。因而，能够通过操作EGR装置(开启EGR阀142)提高燃料经济性。
[0132]发动机100A的其它构造与图2中所示的发动机100的相同。根据第二实施例的混合动力车辆的总体构造也与图1中所示的混合动力车辆I的相同。
[0133]在第二实施例中，为了在催化剂预热控制期间进一步提高燃料经济性，当S/C催化剂112S的净化率在第二预热控制期间升高至一定程度时，则操作EGR装置。在第二预热控制期间，发动机100A以第二运转点运转，并且不需要响应于行驶功率，所以允许EGR装置的操作引起的一些缓慢燃烧。在这方面，在第二预热控制期间，易于允许EGR装置的操作。然而，当EGR装置在其中发动机100A的燃烧温度不够高的状态下被操作时，则燃烧状态恶化并且排放恶化。因此，在第二实施例中，为了抑制由于EGR装置的操作而引起的排放恶化，当VVL装置400设定的每个进气门118的工作特性在EGR装置的操作期间为大凸轮特性时，则通过将工作特性变为中间凸轮特性而改善燃烧状态。因而，能够抑制EGR装置的操作导致的排放恶化，同时实现EGR装置的操作产生的燃料经济性提高。
[0134]图17是示出根据第二实施例的发动机100A的受控状态的波形图。对应于图10地示出图17。如图17中所示，直到时间13，波形都与图1O中所示的波形相同。此时，E G R装置处于停止状态(EGR阀142闭合)。
[0135]在每个进气门丨丨8的工作特性都在第二预热控制期间在时间t3被设为大凸轮特性之后，当在时间t5确定S/C催化剂112S的中心净化率已经由于催化剂温度达到预定温度的事实而升高至预定水平时，贝IjEGR装置(图16)处于操作状态(EGR阀142开启)。随着EGR装置的操作，每个进气门118的工作特性都从大凸轮特性变为中间凸轮特性。在S/C催化剂112S的中心净化率已经在时间t4时达到100%之后的通常控制与第一实施例的相同。
[0136]图18是示出根据第二实施例的混合动力车辆中的催化剂预热控制和进气门控制的控制结构的流程图。也由以预定间隔执行预先存储的程序的控制器200实施该流程图。可替选地，可以通过构造单独的硬件(电子电路)实施这些步骤中的一部分的处理。
[0137]如图18中所示，该流程图与图12中所示的流程图不同在于进一步包括步骤S92、步骤S94和步骤S96。也就是说，当每个进气门118的工作特性都被在步骤S90中设为第二特性(IN2a)，也就是大凸轮特性时，则控制器200确定S/C催化剂112S的温度是否超过预定值B(>预定值A)(步骤S92)。预定值B是用于确定S/C催化剂112S的中心净化率已经升高至即使EGR装置被操作也能净化排气的程度的S/C催化剂112S的温度，并且通过实验等等提前获得。
[0138]当确定S/C催化剂112S的温度超过预定值B(步骤S92中为是)时，则控制器200通过开启EGR阀142而操作EGR装置(步骤S94)。另外，控制器200将每个进气门118的工作特性都设为第三特性(IN3a)，也就是中间凸轮特性(步骤S96)。因而，能够抑制EGR装置的操作导致的排放恶化，同时实现EGR装置的操作引起的燃料经济性改善。其它处理与图12中所示的流程图的那些处理相同。
[0139]在上述说明中，当EGR装置被操作时，则每个进气门118的工作特性都从大凸轮特性变为中间凸轮特性。作为代替，每个进气门118的工作特性都可以响应于EGR率而变化。例如，当EGR率低时，工作特性可以被设定为上述中间凸轮特性，并且当EGR率由于燃烧能够变为不稳定而高时可以被设定为小凸轮特性。EGR率是排气量与流入气缸的气体量的比，并且实际上由发动机转速Ne、进气量、EGR阀142的开度等等计算。
[0140]EGR装置可以在每个进气门118的工作特性都从大凸轮特性变为中间凸轮特性之后被操作。也就是说在每个进气门118的工作特性都被设定为其中EGR装置可操作的状态之后操作EGR装置。
[0141]如上所述，根据第二实施例，EGR装置在执行第二预热控制期间被操作，所以能够在催化剂预热控制期间进一步提高燃料经济性。另外，当每个进气门118的工作特性在EGR装置被操作时都为大凸轮特性时，则发动机100的燃烧状态恶化，并且结果是排放能够恶化。然而，根据第二实施例，由于在这种情况下，每个进气门118的工作特性都变为中间凸轮特性(或者小凸轮特性)，所以在由于EGR装置的操作获得提高燃料经济性的效果的同时，能够抑制排放的恶化。
[0142]也在上述第二实施例中，以及在上述第一可替选实施例中，每个进气门118的工作特性都可以通过两个步骤改变。参考图13描述了由能够以两个步骤改变每个进气门118的工作特性的VVL装置400A实现的曲柄角和气门位移之间的关系。
[0143]图19是示出根据第二可替选实施例的发动机100的受控状态的波形图。对应于图17地示出图19。如图19中所示，在第二可替选实施例中，即使在时间t2时开始第二预热控制，每个进气门118的工作特性也保持为小凸轮特性(图6中的INla)。当发动机100的燃烧状态在时间t3变为稳定时，则每个进气门118的工作特性都从小凸轮特性变为大凸轮特性(图6中的 IN2a)。
[0144]当在时间t5确定S/C催化剂112S的中心净化率已经由于催化剂温度达到预定温度的事实而升高至预定水平时，贝IjEGR装置(图16)处于操作状态(EGR阀142开启)。随着EGR装置的操作，每个进气门118的工作特性都从大凸轮特性变为小凸轮特性。因而，在由于EGR装置的操作而实现燃料经济性提高的同时，能够抑制由于EGR装置的操作引起的排放的恶化。在S/C催化剂112S的中心净化率已经在时间t4达到100%之后的通常控制与第二实施例中的相同。
[0145]图20是示出根据第二可替选实施例的混合动力车辆I中的催化剂预热控制和进气门控制的控制结构的流程图。如图20中所示，该流程图由不包括图18中所示的流程图中的步骤S60的构造形成。其中不包括步骤S60的情况下的控制说明与图15中所示的第一可替选实施例的说明重复，所以将不重复其说明。
[0146]如上所述，根据第二可替选实施例，由于每个进气门118的工作特性都可以通过两个步骤改变，所以获得与第一可替选实施例类似的有利效果。
[0147]在上述实施例和可替选实施例中，在确定了发动机100的燃烧状态在第二预热控制期间变为稳定之后，每个进气门118的工作特性都设定为第二特性(IN2a)，也就是说，大凸轮特性。作为代替，每个进气门118的工作特性都可在第二预热控制期间设为大凸轮特性的条件能够采用代替发动机100的燃烧状态的各种条件。
[0148]例如，在S/C催化剂112S的温度已经升高至预定温度后，每个进气门118的工作特性都可以被设为大凸轮特性。可替选地，在发动机功率Pe从第一运转功率Pl变为第二运转功率P2，并且随着从第一预热控制变为第二预热控制变为恒定值之后，每个进气门118的工作特性都可以被设为大凸轮特性。可替选地，在随着从第一预热控制变为第二预热控制完成发动机100的点火正时aop的恢复之后，每个进气门118的工作特性都可以被设为大凸轮特性。可替选地，在从第一预热控制变为第二预热控制之后，每个进气门118的工作特性都可以被设为大凸轮特性。
[0149]在上述说明中，排气排放控制装置由上游S/C催化剂112S和下游U/F催化剂112U(图2、图16)形成，并且对于S/C催化剂112S，当S/C催化剂112S的端面净化率达到100 %时，则催化剂预热控制从第一预热控制变为第二预热控制，并且当S/C催化剂112S的中心净化率达到100%时，则控制模式从催化剂预热控制(第二预热控制)变为通常控制。
[0150]代替这种构造，当上游S/C催化剂112S的净化率(中心净化率)达到100%时，则催化剂预热控制可以从第一预热控制变为第二预热控制，并且当下游U/F催化剂112U的净化率(中心净化率)达到100%时，则控制模式可以从催化剂预热控制(第二预热控制)变为通常控制。
[0151]可替选地，如图21中所示，排气排放控制装置可以由不被分为S/C催化剂112S和U/F催化剂112U的单个催化剂112V形成，当催化剂112V的端面净化率达到100 %时，则催化剂预热控制可以从第一预热控制变为第二预热控制，并且当催化剂112V的中心净化率达到100%时，则控制模式可以从催化剂预热控制(第二预热控制)变为通常控制。
[0152]虽然图中未特别示出，但是每个进气门118的工作特性都可连续变化(无级地)，并且例如，每个进气门118在第二预热控制期间的工作特性都可以从小凸轮特性连续地变为大凸轮特性。
[0153]在上述说明中，每个进气门118的气门工作角都与每个进气门118的气门升程一起变化。然而，本发明也适用于包括如下发动机的混合动力车辆，该发动机包括能够改变每个进气门118的气门升程和每个进气门118的气门工作角其中之一的可变气门致动装置。通过能够改变每个进气门118的气门升程和气门工作角其中之一的该可变气门致动装置，也能够获得与其中能够改变每个进气门118的气门升程和气门工作角两者的情况类似的有利效果。可以通过采用各种已知技术实施能够改变每个进气门118的气门升程和气门工作角其中之一的该可变气门致动装置。
[0154]在上述实施例中，控制器200控制用于发动机100的输出的发动机100的功率(将功率控制为第一运转功率或者第二运转功率)。作为代替，控制器200可以控制发动机100的扭矩(扭矩需求控制)。也就是说，控制器200可以使发动机100在第一预热控制中运转，以便发动机100输出第一扭矩，并且可以使发动机100在第二预热控制中运转，以便发动机100输出第二扭矩(第二扭矩〉第一扭矩)。在这种情况下，在第一预热控制中，第一运转点被设定成使得发动机100的扭矩变为第一扭矩，并且在第二预热控制中，第二运转点被设定成使得发动机100的扭矩变为第二扭矩。
[0155]在上述说明中，串并联混合动力车辆能够通过由动力分配装置4将发动机100的动力分配给驱动轮6和电动发电机MG1、MG2而传递发动机100的动力。本发明也适用于另一类型的混合动力车辆。也就是说，本发明也适用于例如其中发动机100仅被用于驱动电动发电机MGl并且车辆的驱动力仅由电动发电机MG2产生的所谓串联混合动力车辆、其中仅发动机100产生的动能中的再生能量作为电能回收的混合动力车辆、其中发动机被用作主动力源，并且在需要时，电动机辅助的电动机辅助混合动力车辆等等。本发明也适用于仅使用发动机的动力行驶，而电动机分离的混合动力车辆。
[0156]在上述说明中，电动发电机MG2是根据本发明的“电动机”的一个示例，并且发动机100、10A对应于根据本发明的“内燃机”的一个示例。VVL装置400对应于根据本发明的“可变气门致动装置”的一个示例。EGR装置对应于根据本发明的“循环装置”的一个示例。
[0157]预期以适当的组合实施上述实施例。上述实施例应在每一方面都仅被视为例示性的而非限制性的。本发明的范围由附加权利要求而非上述实施例的说明限制。本发明的范围有意涵盖处于附加权利要求及其等效物的范围内的所有变型。
【主权项】
1.一种混合动力车辆，包括: 电动机，所述电动机被构造成产生车辆驱动力； 内燃机，所述内燃机包括可变气门致动装置，所述可变气门致动装置被构造成将进气门的工作特性变为第一特性和第二特性中的一个特性，在所述工作特性为所述第二特性时的所述进气门的气门升程或气门工作角中的至少一个大于在所述工作特性为所述第一特性时的所述进气门的气门升程或气门工作角中的对应的至少一个； 排气排放控制装置，所述排气排放控制装置被构造成通过使用催化剂净化来自所述内燃机的排气;和 控制器，所述控制器被构造成 (a)执行催化剂预热控制，所述催化剂预热控制是用于预热所述排气排放控制装置的催化剂的控制，所述催化剂预热控制包括第一控制和第二控制，所述第一控制是用于使所述内燃机以第一运转点运转的控制，所述第二控制是用于在执行所述第一控制之后与推进所述混合动力车辆所需的驱动力无关地使所述内燃机以第二运转点运转的控制，所述内燃机在所述第二运转点的输出大于所述内燃机在所述第一运转点的输出， (b)在执行所述第一控制时的所述内燃机的点火正时与在执行所述第二控制时的所述内燃机的点火正时相比被设定到延迟侧的同时使所述内燃机运转， (C)当执行所述第一控制时，控制所述可变气门致动装置，使得所述工作特性变为所述第一特性， (d)当执行所述第二控制时，控制所述可变气门致动装置，使得所述工作特性变为所述第二特性，并且 (e)在执行所述第二控制之后，基于推进所述混合动力车辆所需的驱动力使所述内燃机运转，并且基于所述内燃机的转速和扭矩控制所述可变气门致动装置。2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中: 所述内燃机包括循环装置，所述循环装置被构造成使来自所述内燃机的排气循环至进气侧，并且 所述控制器被构造成当执行所述第二控制时操作所述循环装置。3.根据权利要求2所述的混合动力车辆，其中: 所述控制器被构造成当执行所述第二控制时，当操作所述循环装置时并且当所述工作特性为所述第二特性时，控制所述可变气门致动装置，使得所述气门升程或所述气门工作角中的至少一个减小。4.根据权利要求3所述的混合动力车辆，其中: 所述可变气门致动装置被构造成将所述工作特性选择性地变为所述第一特性、所述第二特性和第三特性中的任一个特性，在所述工作特性为所述第三特性时的所述气门升程或所述气门工作角中的至少一个大于在所述工作特性为所述第一特性时的所述气门升程或所述气门工作角中的对应的至少一个，在所述工作特性为所述第三特性时的所述气门升程或所述气门工作角中的至少一个小于在所述工作特性为所述第二特性时的所述气门升程或所述气门工作角中的对应的至少一个， 所述控制器被构造成当开始执行所述第二控制时，控制所述可变气门致动装置，使得所述工作特性变为所述第三特性， 所述控制器被构造成当执行所述第二控制时，控制所述可变气门致动装置，使得所述工作特性变为所述第二特性，并且 所述控制器被构造成当操作所述循环装置并且所述工作特性为所述第二特性时，控制所述可变气门致动装置，使得所述工作特性变为所述第三特性，并且操作所述循环装置。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的混合动力车辆，其中: 所述可变气门致动装置被构造成将所述工作特性选择性地变为所述第一特性、所述第二特性和第三特性中的任一个特性，在所述工作特性为所述第三特性时的所述气门升程或所述气门工作角中的至少一个大于在所述工作特性为所述第一特性时的所述气门升程或所述气门工作角中的对应的至少一个，在所述工作特性为所述第三特性时的所述气门升程或所述气门工作角中的至少一个小于在所述工作特性为所述第二特性时的所述气门升程或所述气门工作角中的对应的至少一个， 所述控制器被构造成当开始执行所述第二控制时，控制所述可变气门致动装置，使得所述工作特性变为所述第三特性，并且 所述控制器被构造成当执行所述第二控制时，控制所述可变气门致动装置，使得所述工作特性变为所述第二特性。6.根据权利要求1至3中的任一项所述的混合动力车辆，其中: 所述可变气门致动装置被构造成将所述工作特性选择性地变为所述第一特性和所述第二特性中的一个特性，并且 所述控制器被构造成在所述第二控制的执行完成之前，控制所述可变气门致动装置，使得所述工作特性变为所述第二特性。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的混合动力车辆，其中: 所述第一控制是用于预热所述催化剂的排气上游侧的控制，并且所述第二控制是用于预热整个催化剂的控制。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的混合动力车辆，其中: 所述控制器被构造成当满足第一执行条件至第五执行条件中的任一个执行条件时，控制所述可变气门致动装置，使得所述工作特性变为所述第二特性， 在开始执行所述第二控制之后满足所述第一执行条件， 在由从所述第一控制变为所述第二控制引起的所述点火正时的恢复完成之后满足第二执行条件， 在从所述第一运转点到所述第二运转点的运转点的改变完成之后满足第三执行条件， 当所述排气排放控制装置的温度已经升高至预定温度时满足第四执行条件，并且 在判定所述内燃机的燃烧状态变得稳定之后满足所述第五执行条件。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的混合动力车辆，其中: 所述控制器被构造成当执行所述第一控制和所述第二控制时，控制所述电动机，使得所述电动机输出推进所述混合动力车辆所需的驱动力。10.—种用于混合动力车辆的控制器，所述混合动力车辆包括电动机、内燃机和排气排放控制装置，所述电动机被构造成产生车辆驱动力，所述内燃机包括可变气门致动装置，所述可变气门致动装置被构造成将进气门的工作特性变为第一特性和第二特性中的一个特性，在所述工作特性为所述第二特性时的所述进气门的气门升程或气门工作角中的至少一个大于在所述工作特性为所述第一特性时的所述进气门的气门升程或气门工作角中的对应的至少一个，所述排气排放控制装置被构造成通过使用催化剂净化来自所述内燃机的排气，所述控制器包括: 第一预热控制装置，所述第一预热控制装置用于 使所述内燃机以第一运转点运转， 在使所述内燃机以所述第一运转点运转时的所述内燃机的点火正时与在使所述内燃机以第二运转点运转时的所述内燃机的点火正时相比被控制到延迟侧的同时使所述内燃机运转，并且 控制所述可变气门致动装置，使得所述工作特性变为所述第一特性； 第二预热控制装置，所述第二预热控制装置用于 使所述内燃机以所述第二运转点运转，并且 控制所述可变气门致动装置，使得所述工作特性变为所述第二特性;和 通常控制装置，所述通常控制装置用于 在所述第二预热控制装置执行控制之后，基于推进所述混合动力车辆所需的驱动力使所述内燃机运转，并且基于所述内燃机的转速和扭矩控制所述可变气门致动装置， 所述内燃机在所述第二运转点的输出大于所述内燃机在所述第一运转点的输出。11.一种用于混合动力车辆的控制方法，所述混合动力车辆包括电动机、内燃机、排气排放控制装置和控制器，所述电动机被构造成产生车辆驱动力，所述内燃机包括可变气门致动装置，所述可变气门致动装置被构造成将进气门的工作特性变为第一特性和第二特性中的一个特性，在所述工作特性为所述第二特性时的所述进气门的气门升程或气门工作角中的至少一个大于在所述工作特性为所述第一特性时的所述进气门的气门升程或气门工作角中的对应的至少一个，所述排气排放控制装置被构造成通过使用催化剂净化来自所述内燃机的排气，所述控制方法包括: 由所述控制器执行第一预热控制，所述第一预热控制是用于使所述内燃机以第一运转点运转并且在使所述内燃机以所述第一运转点运转时的所述内燃机的点火正时与在使所述内燃机以第二运转点运转时的所述内燃机的点火正时相比被控制到延迟侧的同时使所述内燃机运转的控制； 由所述控制器执行第二预热控制，所述第二预热控制是用于使所述内燃机以所述第二运转点运转并且控制所述可变气门致动装置使得所述工作特性变为所述第二特性的控制；以及 由所述控制器执行通常控制，所述通常控制是用于在执行所述第二预热控制之后基于推进所述混合动力车辆所需的驱动力使所述内燃机运转并且基于所述内燃机的转速和扭矩控制所述可变气门致动装置的控制， 所述内燃机在所述第二运转点的输出大于所述内燃机在所述第一运转点的输出。
【文档编号】F02D41/02GK105829686SQ201480069144
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月10日
【发明人】寺谷龙太, 加藤寿, 加藤寿一, 浅见良和
【申请人】丰田自动车株式会社