CN100560965C - 动力输出装置和安装该装置的车辆以及该装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种动力输出装置和安装该装置的车辆以及该装置的控制方法，其中，在行星齿轮机构的太阳齿轮、行星架、齿圈上分别连接有第1电机、发动机、驱动轴，同时在驱动轴上连接有第2电机的车辆中，当发动机在燃料切断情况下旋转时通过安装在发动机的排气系统上的空燃比传感器检测空燃比，并判定检测出的空燃比是否在正常范围内，由此判定空燃比传感器的异常。当在判定空燃比传感器的异常期间使发动机的运行(旋转)停止的停止条件成立时(S300、S310)，持续发动机的燃料切断直到该判定结束，同时用第1电机拖动发动机(S330)，在异常的判定结束时停止发动机的运行(S320)。

Description

动力输出装置和安装该装置的车辆以及该装置的控制方法
技术领域
本发明涉及向驱动轴输出动力的动力输出装置以及安装该装置的车辆以及动力输出装置的控制方法。
背景技术
以往，作为这种动力输出装置，提出了在车载的发动机的排气管内设置了检测排气中的氧气浓度的氧气浓度传感器的装置(例如，参照专利文献1)。在该装置中，当在减速时发动机进行燃料切断时，预先使氧气浓度传感器的加热器的供给电力增加，同时使对传感器元件所施加的电压增加，在燃料切断开始后的排气流量的累计值变为规定值以上时，将氧气浓度传感器的输出信号设定为氧气浓度传感器的基准值。另外，根据传感器元件的温度和排气压力对氧气浓度传感器的输出信号进行校正，将校正后的输出信号与异常判定值相比较，由此判定氧气浓度传感器的异常。
专利文献1：特开平10-212999号公报
发明内容
但是，在安装于在行驶期间使发动机间歇运行的类型的汽车的动力输出装置中，与上述的动力输出装置相比，在燃料切断的状态下使发动机旋转的情况较少，所以无法以充分的频率判定氧气浓度传感器的状态。因此，在行驶期间使发动机间歇运行的类型的汽车中，为了充分确保判定氧气浓度传感器的状态的机会，必须进行特别的处理。另一方面，要求对驾驶者的加速操作迅速地进行响应。
本发明的动力输出装置以及安装该装置的车辆以及动力输出装置的控制方法，其目的之一在于确保判定氧气浓度检测器的状态的机会。另外，本发明的动力输出装置以及安装该装置的车辆以及动力输出装置的控制方法，其目的之一在于响应在判定氧气浓度检测器的状态期间的驾驶者的驱动要求。
本发明的动力输出装置以及安装该装置的车辆以及动力输出装置的控制方法，为了达成上述目的的至少一部分，采用以下的技术方案。
本发明的动力输出装置，是向驱动轴输出动力的动力输出装置，其特征在于，包括：内燃机，其能够相对于所述驱动轴的旋转状态独立地旋转；拖动单元，其能够拖动所述内燃机；氧气浓度检测单元，其安装在所述内燃机的排气系统上，检测排气中的氧气浓度；状态判定单元，当所述内燃机处于在停止燃料喷射的状态下旋转的燃料喷射停止旋转状态时规定的执行条件成立时，该状态判定单元基于由所述氧气浓度检测单元检测的结果来判定该氧气浓度检测单元的状态；和状态判定时控制单元，当在通过所述状态判定单元判定所述氧气浓度检测单元的状态期间解除所述燃料喷射停止旋转状态的规定的解除条件成立时，所述状态判定时控制单元控制所述内燃机和所述拖动单元以维持所述燃料喷射停止旋转状态，在所述判定结束后，控制所述内燃机和所述拖动单元以解除所述燃料喷射停止旋转状态。
在本发明的动力输出装置中，当在处于停止内燃机的燃料喷射的状态下内燃机旋转的燃料喷射停止旋转状态时规定的执行条件成立时，基于由氧气浓度检测单元检测的结果来判定氧气浓度检测单元的状态，当在判定氧气浓度检测单元的状态期间解除燃料喷射停止旋转状态的规定的解除条件成立时，以维持燃料喷射停止旋转状态直到该判定结束的方式控制内燃机和拖动单元，在判定结束后，以解除燃料喷射停止旋转状态的方式控制内燃机和拖动单元。由于避免在氧气浓度检测单元的状态的判定结束前解除燃料喷射停止旋转状态，所以可以确保判定氧气浓度检测单元的状态的机会。
在这样的本发明的动力输出装置中，也可以设为，所述状态判定单元，是在所述氧气浓度检测单元的状态的判定中需要时间的单元。这样一来，确保判定氧气浓度检测单元的状态的机会的本发明的效果变得更显著。此时，也可以设为，所述状态判定单元，是这样一种单元，作为所述氧气浓度检测单元的状态，通过由该氧气浓度检测单元所检测出的氧气浓度是否在规定的时间内持续偏离出正常范围，来判定该氧气浓度检测单元的异常。这样一来，可以更加正确地判定氧气浓度检测单元的异常。
另外，在本发明的动力输出装置中，也可以设为，所述状态判定时控制单元是这样一种单元，当在通过所述状态判定单元判定所述氧气浓度检测单元的状态期间、作为所述燃料喷射停止旋转状态的所述规定的解除条件而要求所述内燃机的运行停止时，控制所述内燃机和所述拖动单元以维持所述燃料喷射停止旋转状态直到由所述状态判定单元进行的判定结束，在所述判定结束后，控制该内燃机和所述拖动单元以使所述内燃机运行停止。
进而，在本发明的动力输出装置中，也可以设为，包括能够向所述驱动轴输出动力和从所述驱动轴输入动力的电动机；所述拖动单元，是能够使用所述驱动轴侧的反力来拖动所述内燃机的单元；所述状态判定时控制单元，是以向该驱动轴输出基于所述驱动轴所要求的要求动力的动力的方式驱动控制所述电动机的单元。这样一来，即使在判定氧气浓度检测单元的状态中也可以对应于要求动力。在本方式的本发明的动力输出装置中，也可以设为，所述拖动单元是作为连接在所述内燃机的输出轴和所述驱动轴上、伴随着电力和动力的输入输出、能够将来自该内燃机的动力的至少一部分向该驱动轴输出的电力动力输入输出单元而起作用的单元。进而，在本方式的本发明的动力输出装置中，也可以设为，所述燃料喷射停止旋转状态，是当在所述驱动轴所要求的要求动力小于规定动力时规定的燃料喷射停止条件成立时所执行的状态；所述状态判定时控制单元是以下述方式驱动控制所述内燃机、所述电力动力输入输出单元和所述电动机的单元，当在通过所述状态判定单元判定所述氧气浓度检测单元的状态期间所述要求动力变得大于等于规定动力时，无论是否在所述判定期间都解除所述燃料喷射停止旋转状态、向所述驱动轴输出基于该要求动力的动力。这样一来，可以迅速地响应规定动力或以上的要求动力。此时，也可以设为，所述电力动力输入输出单元是这样的单元，其包括：连接在所述内燃机的输出轴、所述驱动轴和第3轴这3根轴上，基于向该3根轴中任意2根轴输入和从该任意2根轴输出的动力向剩余的1根轴输入和从该剩余的1根轴输出动力的3轴式动力输入输出单元；和能够向所述第3轴输入和从所述第3轴输出动力的发电机。还可以设为，所述电力动力输入输出单元是，具有连接在所述内燃机的输出轴上的第1转子和连接在所述驱动轴上的第2转子，通过该第1转子和该第2转子的相对旋转而旋转的成对转子电动机。
本发明的车辆，其特征在于，包括：内燃机，其能够相对于连结在车轴(车桥)上的驱动轴的旋转状态独立地旋转；拖动单元，其能够拖动所述内燃机；氧气浓度检测单元，其安装在所述内燃机的排气系统上，检测排气中的氧气浓度；状态判定单元，当所述内燃机处于在停止燃料喷射的状态下旋转的燃料喷射停止旋转状态时规定的执行条件成立时，该状态判定单元基于由所述氧气浓度检测单元检测的结果来判定该氧气浓度检测单元的状态；和状态判定时控制单元，当在通过所述状态判定单元判定所述氧气浓度检测单元的状态期间解除所述燃料喷射停止旋转状态的规定的解除条件成立时，所述状态判定时控制单元控制所述内燃机和所述拖动单元以维持所述燃料喷射停止旋转状态，在所述判定结束后，控制所述内燃机和所述拖动单元以解除所述燃料喷射停止旋转状态。
在本发明的车辆中，当处于在停止内燃机的燃料喷射的状态下内燃机旋转的燃料喷射停止旋转状态时规定的执行条件成立时，基于由氧气浓度检测单元检测的结果来判定氧气浓度检测单元的状态；当在判定氧气浓度检测单元的状态中解除燃料喷射停止旋转状态的规定的解除条件成立时，以维持燃料喷射停止旋转状态直到该判定结束的方式控制内燃机和拖动单元，在判定结束后，以解除燃料喷射停止旋转状态的方式控制内燃机和拖动单元。由于避免在氧气浓度检测单元的状态的判定结束之前解除燃料喷射停止旋转状态，所以可以确保判定氧气浓度检测单元的状态的机会。
在这样的本发明的车辆中，也可以设为，所述状态判定单元，是这样一种单元，作为所述氧气浓度检测单元的状态，通过由该氧气浓度检测单元所检测出的氧气浓度是否在规定的时间内持续偏离出正常范围，来判定该氧气浓度检测单元的异常。这样一来，可以更加正确地判定氧气浓度检测单元的异常。
另外，在本发明的车辆中，也可以设为，所述状态判定时控制单元是这样一种单元，当在通过所述状态判定单元判定所述氧气浓度检测单元的状态期间、作为所述燃料喷射停止旋转状态的所述规定的解除条件而要求所述内燃机的运行停止时，控制所述内燃机和所述拖动单元以维持所述燃料喷射停止旋转状态直到由所述状态判定单元进行的判定结束，在所述判定结束后，控制该内燃机和所述拖动单元以使所述内燃机运行停止。
进而，在本发明的车辆中，也可以设为，包括能够向所述驱动轴输出动力和从所述驱动轴输入动力的电动机；所述拖动单元，是能够使用所述驱动轴侧的反力来拖动所述内燃机的单元；所述状态判定时控制单元，是以接受所述反力、同时向该驱动轴输出基于所述驱动轴所要求的要求动力的动力的方式驱动控制所述电动机的单元。
本发明的动力输出装置的控制方法，是包括能够相对于驱动轴的旋转状态独立地旋转的内燃机、能够拖动所述内燃机的拖动单元和安装在所述内燃机的排气系统上并检测排气中的氧气浓度的氧气浓度检测单元的动力输出装置的控制方法，其特征在于：(a)当所述内燃机处于在停止燃料喷射的状态下旋转的燃料喷射停止旋转状态时规定的执行条件成立时，基于由所述氧气浓度检测单元检测的结果来判定该氧气浓度检测单元的状态；(b)当在通过所述步骤(a)判定所述氧气浓度检测单元的状态期间解除所述燃料喷射停止旋转状态的规定的解除条件成立时，控制所述内燃机和所述拖动单元以维持所述燃料喷射停止旋转状态，在所述判定结束后，控制所述内燃机和所述拖动单元以解除所述燃料喷射停止旋转状态。
根据本发明的动力输出装置的控制方法，当在处于停止内燃机的燃料喷射的状态下内燃机旋转的燃料喷射停止旋转状态时规定的执行条件成立时，基于由氧气浓度检测单元检测的结果来判定氧气浓度检测单元的状态，当在判定氧气浓度检测单元的状态中解除燃料喷射停止旋转状态的规定的解除条件成立时，以维持燃料喷射停止旋转状态直到该判定结束的方式控制内燃机和拖动单元，在判定结束后，以解除燃料喷射停止旋转状态的方式控制内燃机和拖动单元。由于避免在氧气浓度检测单元的状态的判定结束前解除燃料喷射停止旋转状态，所以可以确保判定氧气浓度检测单元的状态的机会。
在这样的本发明的动力输出装置的控制方法中，也可以设为，所述步骤(a)是这样的步骤，作为所述氧气浓度检测单元的状态，通过由该氧气浓度检测单元所检测出的氧气浓度是否在规定的时间内持续偏离出正常范围，来判定该氧气浓度检测单元的异常。这样一来，可以更加正确地判定氧气浓度检测单元的异常。
另外，在本发明的动力输出装置的控制方法中，所述步骤(b)是这样的步骤，当在通过所述步骤(a)判定所述氧气浓度检测单元的状态期间、作为所述燃料喷射停止旋转状态的所述规定的解除条件而要求所述内燃机的运行停止时，控制所述内燃机和所述拖动单元以维持所述燃料喷射停止旋转状态直到由所述步骤(a)进行的判定结束，在所述判定结束后，控制该内燃机和所述拖动单元以使所述内燃机运行停止。
附图说明
图1是表示安装了本发明的一个实施例的动力输出装置的混合动力汽车20的结构的概略的结构图；
图2是表示发动机22的结构的概略的结构图；
图3是表示空燃比传感器异常判定处理的一例的流程图；
图4是表示外加电压、电流(空燃比AF)和氧气浓度的关系的说明图；
图5是表示由实施例的混合动力用电子控制单元70所执行的驱动控制例程的一例的流程图；
图6是表示要求扭矩设定用图的一例的说明图；
图7是表示发动机22的动作线(動作ライン)的一例和对目标转速Ne＊以及目标扭矩Te＊进行设定的情况的说明图；
图8是表示列线图的一例的说明图，用于力学性地说明动力分配综合机构30的旋转要素；
图9是表示列线图的一例的说明图，用于力学性地说明用电机MG1拖动发动机22时的动力分配综合机构30的旋转要素；
图10是表示变形例的混合动力汽车120的结构的概略的结构图；
图11是表示变形例的混合动力汽车220的结构的概略的结构图。
具体实施方式
接下来，用实施例对用于实施本发明的最佳方式进行说明。图1是表示安装了本发明的一个实施例的动力输出装置的混合动力汽车20的结构的概略的结构图，图2是表示发动机22的结构的概略的结构图。实施例的混合动力汽车20，如图所示，包括：发动机22；经由减震器28连接在作为发动机22的输出轴的曲轴26上的3轴式动力分配综合机构30；连接在动力分配综合机构30上的可以发电的电机MG1；安装在连接在动力分配综合机构30上的、作为驱动轴的齿圈轴32a上的减速器35；连接在该减速器35上的电机MG2；和控制动力输出装置整体的混合动力用电子控制单元70。
发动机22，构成为例如可以通过汽油或轻油等碳氢化合物类的燃料输出动力的内燃机，如图2所示，经由节气门124将由空气净化器122净化的空气吸入，同时从燃油喷射阀126喷射汽油，使吸入的空气与汽油混合，经由进气门128将该混合气体吸入燃料室，通过由火花塞130产生的电火花使其爆炸燃烧，将由该能量向下推动的活塞132的往复运动转换为曲轴26的旋转运动。来自发动机22的排气，经由对一氧化碳(CO)、碳化氢(HC)、氮的氧化物(NOx)等有害成分进行净化的净化装置(三元催化剂)134向大气排出。
发动机22，由发动机用电子控制单元(以下称为发动机ECU)24进行控制。发动机ECU24，构成为以CPU24a为中心的微处理器，除CPU24a外，还包括：储存处理程序的ROM24b，暂时储存数据的RAM24c，图未示的输入输出端口以及通信端口。在发动机ECU24中，经由输入端口输入来自检测发动机22的状态的各种传感器的信号，例如，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；来自检测发动机22的冷却水的温度的水温传感器142的冷却水温；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，所述凸轮轴使向燃烧室进行进气排气进气门128和排气门开闭；来自检测节气门124的位置的节气门位置传感器146的节气门位置；来自安装在进气管上的空气流量计148的空气流量信号；来自同样安装在进气管上的温度传感器149的进气温度；来自安装在排气管的净化装置134的上游侧的空燃比传感器135a的空燃比AF；来自安装在排气管的净化装置134的下游侧的氧气传感器135b的氧气信号等。这里，空燃比传感器135a，在图中未示出，其构成为众所周知的界限电流式的传感器，其中以一个面暴露于排气、另一个面暴露于大气的方式在固体电解质的两面上配置两个电极，并在该两个电极上外加规定的电压，根据到达排气侧的电极上的氧气量，将在固体电解质中通过并移动的氧离子作为电流检测出来，由此检测空燃比。另外，从发动机ECU24，经由输出端口输出用于驱动发动机22的各种信号，例如给燃油喷射阀126的驱动信号，给调节节气门124的位置的节气门电机136的驱动信号，给与点火器一体化的点火线圈138的控制信号，给可以改变进气门128的开闭定时的可变气门定时机构150的控制信号等。另外，发动机ECU24，与混合动力用电子控制单元70进行通信，通过来自混合动力用电子控制单元70的控制信号来运行控制发动机22，同时根据需要输出与发动机22的运行状态有关的数据。
动力分配综合机构30，包括，外齿轮的太阳齿轮31、配置在与该太阳齿轮31同心的圆上的内齿轮的齿圈32、与太阳齿轮31相啮合同时与齿圈32相啮合的多个小齿轮33、和将多个小齿轮33保持为自转并且公转自如的行星架34，构成为以太阳齿轮31、齿圈32、行星架34为旋转要素而进行差动作用的行星齿轮机构。动力分配综合机构30，在行星架34上连结有发动机22的曲轴26，在太阳齿轮31上连结有电机MG1，在齿圈32上经由齿圈轴32a连结有减速器35，在电机MG1作为发电机而起作用时，将从行星架34输入的来自发动机22的动力根据其传动比分配给太阳齿轮31侧和齿圈32侧，在电机MG1作为电动机而起作用时，将从行星架34输入的来自发动机22的动力和从太阳齿轮31输入的来自电机MG1的动力综合起来(合成)，向齿圈32侧输出。向齿圈32输出的动力，从齿圈轴32a经由齿轮机构60以及差速齿轮62，最终输出给车辆的驱动轮63a、63b。
电机MG1和电机MG2，都构成为可以作为发电机而驱动同时可以作为电动机而驱动的众所周知的同步发电电动机，经由逆变器41、42与电池50进行电力的交换。连接逆变器41、42与电池50的电力线54，构成为各逆变器41、42共用的正极母线以及负极母线，由电机MG1、MG2的任意一个发出的电力都可以由另外的电极消耗。从而，电池50，可以通过电机MG1、MG2的任意一个所产生的电力进行充电或对不足的电力进行放电。另外，如果由电机MG1、MG2获得电力收支的平衡，则不使电池50充放电。电机MG1、MG2，都由电机用电子控制单元(以下称为电机ECU)40进行控制。向电机ECU40中，输入用于驱动控制电机MG1、MG2所必需的信号，例如来自检测电机MG1、MG2的转子的旋转位置的旋转位置检测传感器43、44的信号，或者通过图未示的电流传感器检测出的外加在电机MG1、MG2上的相电流等；从电机ECU40输出对逆变器41、42的开关控制信号。电机ECU40，与混合动力用电子控制单元70进行通信，通过来自混合动力用电子控制单元70的控制信号来驱动控制电机MG1、MG2，同时根据需要向混合动力用电子控制单元70输出与电机MG1、MG2的运行状态有关的数据。
电池50，通过电池用电子控制单元(以下称为电池ECU)52进行管理。向电池ECU52中，输入用于管理电池50所必需的信号，例如来自设置在电池50的端子间的图未示的电压传感器的端子间电压，来自安装在连接在电池50的输出端子上的电力线54上的图未示的电流传感器的充放电电流，来自安装在电池50上的温度传感器51的电池温度Tb等，根据需要通过通信向混合动力用电子控制单元70输出与电池50的状态有关的数据。另外，在电池ECU52中，还基于用于管理电池50而由电流传感器检测出的充放电电流的累计值计算出残余容量(SOC)。
混合动力用电子控制单元70，构成为以CPU72为中心的微处理器，除CPU72外，还包括：储存处理程序的ROM74，暂时储存数据的RAM76，图未示的输入输出端口以及通信端口。向混合动力用电子控制单元70中，经由输入端口输入来自点火开关80的点火信号，来自检测换档杆81的操作位置的换档位置传感器82的换档位置SP，来自检测加速踏板83的蹬踏量的加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc，来自检测制动踏板85的蹬踏量的制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP，来自车速传感器88的车速V等。混合动力用电子控制单元70，如上所述，经由通信端口与发动机ECU24、电机ECU40、电池ECU52连接，与发动机ECU24、电机ECU40、电池ECU52进行各种控制信号、数据的交换。
这样构成的实施例的混合动力汽车20，以基于与驾驶者的蹬踏加速踏板83的量相对应的加速器开度Acc和车速V计算应该向作为驱动轴的齿圈轴32a输出的要求扭矩、并向齿圈轴32a输出与该要求扭矩相对应的要求动力的方式，运行控制发动机22、电机MG1和电机MG2。作为发动机22、电机MG1和电机MG2的运行控制，有扭矩转换模式：其中以从发动机22输出与要求动力相当的动力的方式对发动机22运行控制，同时以通过动力分配综合机构30、电机MG1和电机MG2对从发动机22输出的动力的全部进行扭矩转换后向齿圈轴32a输出的方式对电机MG1、电机MG2驱动控制；还有充放电运行模式：其中以从发动机22输出与要求动力和电池50的充放电所必需的电力的和相当的动力的方式对发动机22运行控制，同时伴随着电池50的充放电，以随着从发动机22输出的动力的全部或者一部分由动力分配综合机构30、电机MG1和电机MG2进行的扭矩转换，从而将要求动力向齿圈轴32a输出的方式，对电机MG1、电机MG2驱动控制；还有电机运行模式，其中以使发动机22的运行停止，向齿圈轴32a输出来自电机MG2的与要求动力相当的动力的方式进行运行控制。
接下来，对于这样构成的实施例的混合动力汽车20的动作，特别是判定空燃比传感器135a的异常的动作和伴随的驱动控制时的动作，进行说明。首先，对判定空燃比传感器135a的异常的动作进行说明，然后对驱动控制进行说明。图3是表示由发动机ECU24执行的空燃比传感器异常判定处理的一例的流程图。该例程每隔规定时间(例如每隔数msec)反复执行。
在执行空燃比传感器异常判定处理时，发动机ECU24的CPU24a，首先，判定发动机22是否处于在燃料切断的情况下旋转的状态，以及空燃比传感器135a的异常的判定是否结束(是否判定结束)(步骤S100、S110)。在实施例中，以从本次车辆的系统起动到停止为止为1次的频率进行判定空燃比传感器135a的异常。从而，如果使用在系统起动时初始化的标志，在空燃比传感器135a的异常结束时对该标志设定表示结束的值，则可以通过调查标志的值来判断是否判定结束。在判定为发动机22不处于在燃料切断的情况下旋转的状态或者判断为判定结束时，不执行任何程序，结束本例程。在判定为发动机22处于在燃料切断的情况下旋转的状态并且不是判定结束状态时，调查异常判定执行标志F的值(步骤S120)。异常判定执行标志F，在初次执行本例程时通过初始化例程而被设定为0。在判定为异常判定执行标志F的值为0时，将异常判定执行标志F的值设定为1(步骤S130)，等待经过规定时间T1(步骤S140)。这里，规定时间T1，为从发动机22进入在燃料切断的情况下旋转的状态开始到在大气气氛内由空燃比传感器135a进行的检测稳定进行为止所需要的时间，例如设定为1秒或2秒。在从发动机22进入在燃料切断的情况下旋转的状态开始经过规定时间T1时，输入来自空燃比传感器135a的空燃比AF(步骤S150)，判定所输入的空燃比AF是否为正常范围以外(步骤S160)。这里，正常范围，确定为在大气气氛内由空燃比传感器135a检测出的空燃比AF所通常取的范围的上限以及下限。图4中，表示来自空燃比传感器135a的电流(空燃比AF)、空燃比传感器135a的电极间的外加电压和氧气浓度的关系的一例。如图所示，当在空燃比传感器135a的电极间施加规定的电压时，会检测出与氧气浓度相对应的空燃比AF(电流)，所以通过将在大气气氛内由正常的空燃比传感器135a检测出的空燃比AF的上限值A1和下限值A2预先确定为正常范围，可以判定空燃比传感器135a的异常。在判定为空燃比AF不在正常范围外即在正常范围内时，判定为空燃比传感器135a正常(步骤S170)，将异常判定执行标志F的值重置为0(步骤S195)，结束本例程。另一方面，在判定为空燃比AF为正常范围外时，判定空燃比AF为正常范围外的状态是否持续了规定时间T2(步骤S180)。这里，规定时间T2，作为用于确定空燃比传感器135a的异常所必需的时间，例如被设定为3秒等。在判定为空燃比AF为正常范围外的状态尚未持续规定时间T2时，判断为不是判定异常的定时，直接结束本例程；在判定为空燃比AF为正常范围外的状态持续了规定时间T2时，判定为空燃比传感器135a异常(步骤S190)，将异常判定执行标志F的值设为0(步骤S195)，结束本例程。这样，在判定空燃比传感器135a的状态时，需要某种程度的时间(规定时间T1、规定时间T2)。
接下来，对驱动控制进行说明。图5是表示由混合动力用电子控制单元70所执行的驱动控制例程的一例的流程图。该例程每隔规定时间(例如每隔数msec)反复执行。
在执行驱动控制例程时，混合动力用电子控制单元70的CPU72，首先，执行输入来自加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc，来自制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP，来自车速传感器88的车速V，电机MG1、MG2的转速Nm1、Nm2，电池50的充放电要求功率Pb＊，电池50的输入输出限制Win、Wout，异常判定执行标志F等控制所必需的数据(步骤S200)。这里，电机MG1、MG2的转速Nm1、Nm2，将基于由旋转位置检测传感器43、44检测出的机MG1、MG2的转子的旋转位置而计算出的转速通过通信从电机ECU40输入。另外，电池50的充放电要求功率Pb＊，将基于电池50的残余容量(SOC)而设定的功率通过通信从电池ECU52输入。进而，电池50的输入输出限制Win、Wout，将基于温度传感器51检测出的电池50的电池温度Tb和电池50的残余容量(SOC)而设定的限制通过通信从电池ECU52输入。另外，异常判定执行标志F，如上所述，通过发动机ECU24，在空燃比传感器135a的异常判定开始时将值设定为1，在该判定结束时将值设定为0，通过通信从发动机ECU24输入。
在这样地输入数据后，基于输入的加速器开度Acc、制动踏板位置BP和车速V，来设定应该向连结在驱动轮63a、63b上的作为驱动轴的齿圈轴32a输出的要求扭矩Tr＊，作为车辆所要求的扭矩，并设定车辆所要求的要求功率P＊(步骤S210)。要求扭矩Tr＊，在实施例中如下述那样设定：预先确定加速器开度Acc、制动踏板位置BP、车速V和要求扭矩Tr＊的关系，并作为要求扭矩设定用图储存在ROM74中，在给出加速器开度Acc、制动踏板位置BP和车速V时，从所储存的图中导出对应的要求扭矩Tr＊。图6表示要求扭矩设定用图的一例图。要求功率P＊，可以通过设定的要求扭矩Tr＊乘以齿圈轴32a的转速Nr所得的值、电池50所要求的充放电要求功率Pb＊和损失Loss的和来计算。另外，齿圈轴32a的转速Nr，可以用车速V乘以换算系数k求出，也可以用电机MG2的转速Nm2除以减速器35的传动比Gr求出。
在设定要求功率P＊之后，比较设定的要求功率P＊与阈值Pref(步骤S220)。这里，阈值Pref，是用于判定是否停止发动机22的运行的阈值，被设定为可以使发动机22高效运行的功率的下限或其附近的值。
在判定为要求功率P＊为阈值Pref或以上时，基于所设定的要求功率P＊设定发动机22的目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊，同时向发动机ECU24发送通过设定的目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊使发动机22运行的控制信号(步骤S230)。该设定，通过基于可以使发动机22高效动作的动作线和要求功率P＊设定目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊来进行。在图7中表示发动机22的动作线的一例和设定目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊的情况。如图所示，目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊，可以通过动作线和要求功率P＊(Ne＊×Te＊)为一定值的曲线的交点来求出。
接下来，使用设定的目标转速Ne＊、齿圈轴32a的转速Nr(Nm2/Gr)和动力分配综合机构30的传动比ρ，通过下式(1)计算电机MG1的目标转速Nm1＊，同时基于计算出的目标转速Nm1＊和现在的转速Nm1，通过下式(2)计算电机MG1的扭矩指令Tm1＊(步骤S240)。这里，式(1)是相对于动力分配综合机构30的旋转要素的力学关系式。将表示动力分配综合机构30的旋转要素的转速和扭矩的力学性的关系的列线图表示在图8中。图中，左边的S轴表示电机MG1的转速Nm1即太阳齿轮31的转速，C轴表示发动机22的转速Ne即行星架34的转速，R轴表示电机MG2的转速Nm2除以减速器35的传动比Gr所得的齿圈32的转速Nr。式(1)使用该列线图可以很容易地导出。另外，R轴上的2个粗线箭头，表示：当在发动机22的目标转速Ne＊以及目标扭矩Te＊的运行点稳定运行时，从发动机22输出的扭矩Te＊传递到齿圈轴32a上的扭矩；和从电机MG2输出的扭矩Tm2＊经由减速器35作用在齿圈轴32a上的扭矩。另外，式(2)是用于以目标转速Nm1＊使电机MG1旋转的反馈控制的关系式，式(2)中，右边第2项的“k1”是比例项的增益，右边第3项的“k2”是积分项的增益。
Nm1＊＝Ne＊·(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr·ρ)                 (1)
Tm1＊＝前一次Tm1＊+k1(Nm1＊-Nm1)+k2∫(Nm1＊-Nm1)dt  (2)
在这样计算电机MG1的目标转速Nm1＊和扭矩指令Tm1＊之后，将电池50的输入输出限制Win、Wout和由计算出的电机MG1的扭矩指令Tm1＊乘以现在的电机MG1的转速Nm1所得的电机MG1的消耗功率(发电功率)的差，再除以电机MG2的转速Nm2，由此通过下式(3)以及式(4)计算出作为可以从电机MG2输出的扭矩的上下限的扭矩限制Tmin、Tmax(步骤S250)，同时使用要求扭矩Tr＊、扭矩指令Tm1＊和动力分配综合机构30的传动比ρ，通过式(5)计算作为应该从电机MG2输出的扭矩的暂时电机扭矩Tm2tmp(步骤S260)，并通过计算出的扭矩限制Tmin、Tmax设定电机MG2的扭矩指令Tm2＊作为限制了暂时电机扭矩Tm2tmp的值(步骤S270)。通过这样地设定电机MG2的扭矩指令Tm2＊，可以将向作为驱动轴的齿圈轴32a输出的要求扭矩Tr＊设定为被限制在电池50的输入输出限制Win、Wout的范围内的扭矩。另外，式(5)从上述的图8的列线图可以很容易地导出。
Tmin＝(Win-Tm1＊·Nm1)/Nm2    (3)
Tmax＝(Wout-Tm1＊·Nm1)/Nm2   (4)
Tm2tmp＝(Tr＊+Tm1＊/ρ)/Gr    (5)
在这样设定电机MG1、电机MG2的扭矩指令Tm1＊、Tm2＊之后，向电机ECU40发送所设定的电机MG1、电机MG2的扭矩指令Tm1＊、Tm2＊(步骤S280)，结束驱动控制例程。接受扭矩指令Tm1＊、Tm2＊的电机ECU40，以通过扭矩指令Tm1＊驱动电机MG1、通过扭矩指令Tm2＊驱动电机MG2的方式进行逆变器41、42的开关元件的开关控制。
当在步骤S220中判定为要求功率P＊小于阈值Pref时，向发动机ECU24发送进行发动机22的燃料切断的燃料切断指令(步骤S290)，并判定作为用于使发动机22的运行(旋转)停止的条件的停止条件是否成立(步骤S300)，在判定为停止条件不成立时，将由电机MG1拖动发动机22所必需的扭矩Tset设定为电机MG1的扭矩指令Tm1＊(步骤S330)，通过上述式(3)以及式(4)计算出电机MG2的扭矩限制Tmin、Tmax(步骤S250)，通过式(5)设定电机MG2的暂时电机扭矩Tm2tmp(步骤S260)，将通过扭矩限制Tmin、Tmax限制所设定的暂时电机扭矩Tm2tmp后的值设定为电机MG2的扭矩指令Tm2＊(步骤S270)，向电机ECU40发送所设定的扭矩指令Tm1＊、Tm2＊(步骤S280)，结束本例程。由此，执行上述的空燃比传感器异常判定处理。这里，作为发动机22的停止条件，可以列举要求功率P＊小于阈值Pref、并且车速V小于规定车速Vref(例如时速60km等)的时候，或者在燃料切断的状态下拖动发动机22时没有应该向齿圈轴32a侧输出基于摩擦阻力的制动力的要求的时候。另外，在车速V为规定车速Vref或以上时不使发动机22的旋转停止，这是由于如从图8的列线图可知，在车速V较高的状态(齿圈轴32a的转速Nr较高的状态)下，如果使发动机22的旋转停止，则会有电机MG1超转速的情况。在图9中表示列线图的一例的说明图，用于力学性地说明用电机MG1拖动发动机22时的动力分配综合机构30的旋转要素。图9的R轴上的2个粗线箭头表示：由电机MG1拖动发动机22时传递到齿圈轴32a上的扭矩，和从电机MG2输出的扭矩Tm2＊经由减速器35作用在齿圈轴32a上的扭矩。如图所示，用电机MG1拖动发动机22时的齿圈轴32a侧的反力由电机MG2接受并阻止(受け止ある)，所以可以向齿圈轴32a输出要求扭矩Tr＊。
在判定为发动机22的停止条件成立时，判定异常判定执行标志F的值是否为0(步骤S310)。在判定为异常判定执行标志F的值为0时，以发动机22的旋转变为停止的状态的方式将作为应该从电机MG1输出的扭矩的扭矩指令Tm1＊的值设为0(步骤S320)，进行步骤S250～S280的处理，然后结束本例程。由此，使发动机22的运行(旋转)停止，进行电机运行模式下的行驶。
另一方面，在判定为异常判定执行标志F的值为1时，以不论停止条件的成立与否而由电机MG1进行发动机22的拖动的方式，将拖动所必需的扭矩Tset设定为电机MG1的扭矩指令Tm1＊(步骤S330)，进行步骤S250～S280的处理，然后结束本例程。这样，在异常判定执行标志F的值为1时，即使在空燃比传感器135a的异常的判定进行期间发动机22的停止条件成立，也可以维持发动机22在燃料切断的情况下旋转的状态，直到异常的判定结束。由此，空燃比传感器135a的异常的判定不会中断，所以可以使判定空燃比传感器135a的状态的频率更适当。
当在空燃比传感器135a的异常的判定进行期间加速踏板83被大力蹬踏，从而在步骤S220中判定为要求功率P＊为阈值Pref或以上时，与空燃比传感器135a的异常的判定相比，优先向齿圈轴32a输出动力，通过与要求功率P＊相对应的目标转速Ne＊和目标扭矩Te＊使发动机22运行(步骤S230～S280)。从而，由于在空燃比传感器异常判定处理中，在步骤S110中判定为发动机22没有处于在燃料切断的情况下旋转的状态，所以使处理中断。
根据以上所说明的实施例的混合动力汽车20，当在发动机22进入在燃料切断的情况下旋转的状态、判定空燃比传感器135a的异常期间、停止发动机22的旋转的停止条件成立时，使燃料切断继续，直到异常判定结束，同时用电机MG1拖动发动机22，所以可以使空燃比传感器135a的异常判定继续。其结果，可以确保判定空燃比传感器135a的状态的机会。而且，当在空燃比传感器135a的异常的判定进行期间蹬踏加速踏板83，从而要求功率P＊变为阈值Pref或以上时，使向齿圈轴32a输出动力优先，所以可以迅速地对加速踏板83的操作响应。
在实施例的混合动力汽车20中，对于将驱动控制例程应用于判定空燃比传感器135a的异常的情况进行了说明，但也可以应用例如学习大气气氛中的空燃比传感器135a的空燃比AF(基准值)等判定其他的空燃比传感器135a的状态的情况。
在实施例的混合动力汽车20中，当在判定空燃比传感器135a的异常期间停止发动机22的运行(旋转)的停止条件成立时，使发动机22的燃料切断继续，同时用电机MG1拖动发动机22，从而使空燃比传感器135a的异常判定继续，但并不局限于停止条件的成立，例如也可以在使发动机22怠速运行的怠速运行条件成立时，使发动机22的燃料切断继续，同时用电机MG1拖动发动机22，从而使空燃比传感器135a的异常判定继续，在异常的判定结束时使发动机22怠速运行。
在实施例的混合动力汽车20中，用减速器35使电机MG2的动力变速然后输出给齿圈轴32a，但如图10的变形例的混合动力汽车120所例示，也可以将电机MG2的动力连接在与齿圈轴32a所连接的车轴(驱动轮63a、63b连接的车桥)不同的车轴(图10中的连接在车轮64a、64b上的车轴)上。
在实施例的混合动力汽车20中，将发动机22的动力经由动力分配综合机构30向连接在驱动轮63a、63b上的作为驱动轴的齿圈轴32a输出，但也可以如图11的变形例的混合动力汽车220所例示，包括成对转子电动机230，其具有：连接在发动机22的曲轴26上的内转子232，和连接在向驱动轮63a、63b输出动力的驱动轴上的外转子234，并向驱动轴传递发动机22的动力的一部分，同时将残余的动力转换成电力。
上面，使用实施例对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不局限于该实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然可以以各种方式实施。

Claims (16)

1.一种动力输出装置，是向驱动轴输出动力的动力输出装置，其特征在于，包括：
内燃机，其能够相对于所述驱动轴的旋转状态独立地旋转；
拖动单元，其能够拖动所述内燃机；
氧气浓度检测单元，其安装在所述内燃机的排气系统上，检测排气中的氧气浓度；
状态判定单元，当所述内燃机处于在停止燃料喷射的状态下旋转的燃料喷射停止旋转状态时规定的执行条件成立时，该状态判定单元基于由所述氧气浓度检测单元检测的结果来判定该氧气浓度检测单元的状态；和
状态判定时控制单元，当在通过所述状态判定单元判定所述氧气浓度检测单元的状态期间解除所述燃料喷射停止旋转状态的规定的解除条件成立时，所述状态判定时控制单元控制所述内燃机和所述拖动单元以维持所述燃料喷射停止旋转状态，在所述判定结束后，控制所述内燃机和所述拖动单元以解除所述燃料喷射停止旋转状态。
2.如权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述状态判定单元，是在所述氧气浓度检测单元的状态的判定中需要时间的单元。
3.如权利要求2所述的动力输出装置，其特征在于，所述状态判定单元是这样一种单元，通过由该氧气浓度检测单元所检测出的氧气浓度是否在规定的时间内持续偏离出正常范围，来判定该氧气浓度检测单元的异常，作为所述氧气浓度检测单元的状态。
4.如权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述状态判定时控制单元是这样一种单元，当在通过所述状态判定单元判定所述氧气浓度检测单元的状态期间、作为所述燃料喷射停止旋转状态的所述规定的解除条件而要求所述内燃机的运行停止时，控制所述内燃机和所述拖动单元以维持所述燃料喷射停止旋转状态直到由所述状态判定单元进行的判定结束，在所述判定结束后，控制该内燃机和所述拖动单元以使所述内燃机运行停止。
5.如权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于：
包括能够向所述驱动轴输出动力和从所述驱动轴输入动力的电动机；
所述拖动单元，是能够使用所述驱动轴侧的反力来拖动所述内燃机的单元；
所述状态判定时控制单元，是以接受所述反力、同时向该驱动轴输出基于所述驱动轴所要求的要求动力的动力的方式驱动控制所述电动机的单元。
6.如权利要求5所述的动力输出装置，其特征在于，所述拖动单元是作为电力动力输入输出单元而起作用的单元，该电力动力输入输出单元连接在所述内燃机的输出轴和所述驱动轴上，并且伴随着电力和动力的输入输出能够将来自该内燃机的动力的至少一部分向该驱动轴输出。
7.如权利要求6所述的动力输出装置，其特征在于：
所述燃料喷射停止旋转状态，是当在所述驱动轴所要求的要求动力小于规定动力时规定的燃料喷射停止条件成立时所执行的状态；
所述状态判定时控制单元是以下述方式驱动控制所述内燃机、所述电力动力输入输出单元和所述电动机的单元，当在通过所述状态判定单元判定所述氧气浓度检测单元的状态期间所述要求动力变得大于等于规定动力时，无论是否在所述判定期间都解除所述燃料喷射停止旋转状态、向所述驱动轴输出基于该要求动力的动力。
8.如权利要求6所述的动力输出装置，其特征在于，所述电力动力输入输出单元是这样的单元，其包括：连接在所述内燃机的输出轴、所述驱动轴和第3轴这3根轴上，基于向该3根轴中任意2根轴输入和从该任意2根轴输出的动力向剩余的1根轴输入和从该剩余的1根轴输出动力的3轴式动力输入输出单元；和能够向所述第3轴输入和从所述第3轴输出动力的发电机。
9.如权利要求6所述的动力输出装置，其特征在于，所述电力动力输入输出单元是，具有连接在所述内燃机的输出轴上的第1转子和连接在所述驱动轴上的第2转子，通过该第1转子和该第2转子的相对旋转而旋转的成对转子电动机。
10.一种车辆，其特征在于，包括：
内燃机，其能够相对于连结在车轴上的驱动轴的旋转状态独立地旋转；
拖动单元，其能够拖动所述内燃机；
氧气浓度检测单元，其安装在所述内燃机的排气系统上，检测排气中的氧气浓度；
状态判定单元，当所述内燃机处于在停止燃料喷射的状态下旋转的燃料喷射停止旋转状态时规定的执行条件成立时，该状态判定单元基于由所述氧气浓度检测单元检测的结果来判定该氧气浓度检测单元的状态；和
状态判定时控制单元，当在通过所述状态判定单元判定所述氧气浓度检测单元的状态期间解除所述燃料喷射停止旋转状态的规定的解除条件成立时，所述状态判定时控制单元控制所述内燃机和所述拖动单元以维持所述燃料喷射停止旋转状态，在所述判定结束后，控制所述内燃机和所述拖动单元以解除所述燃料喷射停止旋转状态。
11.如权利要求10所述的车辆，其特征在于，所述状态判定单元是这样一种单元，通过由该氧气浓度检测单元所检测出的氧气浓度是否在规定的时间内持续偏离出正常范围，来判定该氧气浓度检测单元的异常，作为所述氧气浓度检测单元的状态。
12.如权利要求10所述的车辆，其特征在于，所述状态判定时控制单元是这样一种单元，当在通过所述状态判定单元判定所述氧气浓度检测单元的状态期间、作为所述燃料喷射停止旋转状态的所述规定的解除条件而要求所述内燃机的运行停止时，控制所述内燃机和所述拖动单元以维持所述燃料喷射停止旋转状态直到由所述状态判定单元进行的判定结束，在所述判定结束后，控制该内燃机和所述拖动单元以使所述内燃机运行停止。
13.如权利要求10所述的车辆，其特征在于：
包括能够向所述驱动轴输出动力和从所述驱动轴输入动力的电动机；
所述拖动单元，是能够使用所述驱动轴侧的反力来拖动所述内燃机的单元；
所述状态判定时控制单元，是以接受所述反力、同时向该驱动轴输出基于所述驱动轴所要求的要求动力的动力的方式驱动控制所述电动机的单元。
14.一种动力输出装置的控制方法，是包括能够相对于驱动轴的旋转状态独立地旋转的内燃机、能够拖动所述内燃机的拖动单元和安装在所述内燃机的排气系统上并检测排气中的氧气浓度的氧气浓度检测单元的动力输出装置的控制方法，其特征在于：
(a)当所述内燃机处于在停止燃料喷射的状态下旋转的燃料喷射停止旋转状态时规定的执行条件成立时，基于由所述氧气浓度检测单元检测的结果来判定该氧气浓度检测单元的状态；
(b)当在通过所述步骤(a)判定所述氧气浓度检测单元的状态期间解除所述燃料喷射停止旋转状态的规定的解除条件成立时，控制所述内燃机和所述拖动单元以维持所述燃料喷射停止旋转状态，在所述判定结束后，控制所述内燃机和所述拖动单元以解除所述燃料喷射停止旋转状态。
15.如权利要求14所述的动力输出装置的控制方法，其特征在于，所述步骤(a)是这样的步骤，通过由该氧气浓度检测单元所检测出的氧气浓度是否在规定的时间内持续偏离出正常范围，来判定该氧气浓度检测单元的异常，作为所述氧气浓度检测单元的状态。
16.如权利要求14所述的动力输出装置的控制方法，其特征在于，所述步骤(b)是这样的步骤，当在通过所述步骤(a)判定所述氧气浓度检测单元的状态期间、作为所述燃料喷射停止旋转状态的所述规定的解除条件而要求所述内燃机的运行停止时，控制所述内燃机和所述拖动单元以维持所述燃料喷射停止旋转状态直到由所述步骤(a)进行的判定结束，在所述判定结束后，控制该内燃机和所述拖动单元以使所述内燃机运行停止。
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