CN103118917B

CN103118917B - 内燃发动机的输出控制装置

Info

Publication number: CN103118917B
Application number: CN201180045037.0A
Authority: CN
Inventors: 饭野隼人
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2031-08-17
Also published as: US9359970B2; DE112011103152T5; US20130191007A1; WO2012039215A1; JP5483019B2; DE112011103152B4; DE112011103152T8; CN103118917A; JP2012066623A

Abstract

设定与内燃发动机（3）的运转状态从理论配比的运转向富油运转转变的边界相对应的发动机输出判断值（β），并且根据由驱动电池（5）检测到的SOC值将内燃发动机（3）的输出限制为等于或低于所述发动机输出判断值（β）。因此，在用于当发电机（4）发电时控制内燃发动机（3）的输出的内燃发动机的输出控制装置中，能减少内燃发动机（3）在富油区域运转的机会，从而提高运转效率和燃料效率性能并且防止废气恶化。

Description

内燃发动机的输出控制装置

技术领域

本发明涉及内燃发动机的输出控制装置，该输出控制装置在由安装在车辆上的该内燃发动机驱动的发电机发电时控制该内燃发动机的输出。

背景技术

关于车辆，近年来，为了提高燃料效率，作为电动车辆的混合动力车辆被提出并投入实际使用。混合动力车辆分为作为用于通过内燃发动机产生电能以通过电力使发电机（电动机）驱动车辆的装置存在的串联式混合动力车辆以及通过内燃发动机和发电机使驱动轮转动的并联式混合动力车辆。

在串联式混合动力车辆中，由于内燃发动机不连结到驱动轮，所以可以在内燃发动机的燃烧效率高的区域行驶。

根据专利文献1的电动车辆发动机驱动的发电机的控制装置根据基于检测到的发电电力获得的发电电力波动来控制内燃发动机的空气-燃料比，以使平均发电电力在预定目标值附近时该平均发电电力靠近贫油极限。

根据专利文献2的检测扭矩波动并进行空气-燃料比控制的混合动力车辆基于在内燃发动机的运转条件的波动等于或低于预定量的准正常运转状态下发电机的发电电力的波动量，控制该内燃发动机的空气-燃料比。

现有技术文献

专利文献

[专利文献1]日本专利3289361号

[专利文献2]日本特开2004-156505号

发明内容

发明要解决的问题

然而，在串联式混合动力车辆中，在内燃发动机高强度运转时，在低效率的富油区域进行驱动，这导致燃料效率降低和废气恶化。

此外，串联式混合动力车辆被配置为使得内燃发动机运转以确保与发电机的发电输出相等的电力，从而防止作为电力存储状态的充电状态/电池剩余量（下文中称为“SOC（stateofcharge，充电状态）值”）恶化。此外，为了使SOC值达到任意SOC目标值，当SOC值低于该SOC目标值时，内燃发动机驱动，以确保等于或高于发电机的发电输出的电力，从而可以恢复该SOC值。

然而，当发电机的发电输出大于在内燃发动机的理论配比的区域运转所覆盖的值时，必须在富油区域进行运转，并且存在导致燃料效率降低和废气恶化的麻烦。

因此，本发明的目的是提供一种内燃发动机的输出控制装置，其减少内燃发动机在富油区域运转的机会，以提高运转效率和燃料效率性能，并且防止废气恶化。

用于解决问题的方案

根据本发明的内燃发动机的输出控制装置是安装在电动车辆上的内燃发动机的输出控制装置，所述电动车辆具有：发电机，其由所述内燃发动机驱动；驱动电池，其能够存储由所述发电机产生的电力并且能够检测电力存储状态的SOC值；以及驱动电动机，其能够通过使用由所述发电机产生的电力或者存储在所述驱动电池中的电力推动车辆，并且所述内燃发动机的输出控制装置在所述发电机发电时控制所述内燃发动机的输出，所述输出控制装置设定与所述内燃发动机的运转状态从理论配比的运转向富油运转转变的边界相对应的发动机输出判断值，并且根据所述驱动电池的检测到的SOC值将所述内燃发动机的输出限制为等于或低于所述发动机输出判断值。

此外，根据本发明的内燃发动机的输出控制装置的特征还在于：当所述检测到的SOC值等于或大于作为所述驱动电池的常用范围的下限值的预定值时，所述内燃发动机的输出被限制为等于或低于所述发动机输出判断值。根据本发明的内燃发动机的输出控制装置的特征还在于：当所述检测到的SOC值低于所述预定值时，解除使所述内燃发动机的输出等于或低于所述发动机输出判断值的限制。

此外，根据本发明的内燃发动机的输出控制装置的特征还在于：通过将根据驾驶者操作的加速器开度计算出的实际驱动电动机输出与根据所述驱动电池的检测到的SOC值计算出的电池要求电力相加，获得伴随发电的所述内燃发动机的输出，并且当所述内燃发动机的输出等于或低于所述发动机输出判断值时，不论检测到的SOC值和所述预定值之间的大小关系如何，都不进行使所述内燃发动机的输出等于或低于所述内燃发动机输出判断值的限制。

发明效果

根据本发明，可以降低内燃发动机在富油区域运转的机会，并且可以提高运转效率和燃料效率性能并且防止废气恶化。

附图说明

图1是示出根据第一实施方式的串联式混合动力车辆的系统配置的图；

图2是示出确定所产生的电力的输出控制装置的配置的框图；

图3是示出用于从车速获得驱动扭矩指令的曲线例子的图；

图4是示出用于从加速器开度获得实际驱动电动机输出的曲线例子的图；

图5是第一实施方式中内燃发动机的输出控制的时序图；

图6是第一实施方式中内燃发动机的输出控制的时序图；

图7是第二实施方式中内燃发动机的输出控制的时序图。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的优选实施方式。

（第一实施方式）

参照图1至图6描述本发明的第一实施方式。图1是示出根据本实施方式的串联式混合动力车辆的系统配置图。附图标记1表示作为电动车辆的串联式混合动力车辆（下文中称为“混合动力车辆”），附图标记2L表示左驱动轮，附图标记2R表示右驱动轮。

混合动力车辆1上安装有内燃发动机3、由内燃发动机3驱动的发电机4、可以存储由发电机4产生的电力并且可以检测电力存储状态的SOC值的驱动电池5、以及可以通过使用由发电机4产生的电力或者存储在驱动电池5中的电力推动车辆1的驱动电动机6。

内燃发动机3具有发动机控制装置7，发动机控制装置7控制燃料注入量、点火定时等，以将燃烧状态控制到理论配比的运转或者富油运转。发动机控制装置7通过使用废气传感器8对内燃发动机3的空气-燃料比进行反馈控制，还进行关于检测到的进气量提供适当的燃料量的燃料注入控制，并且根据发动机温度（冷却水温度）等进行已知的各种修正控制。

发电机4、驱动电动机6和发动机控制装置7与作为输出驱动控制装置的驱动控制器9通信。驱动控制器9与驱动电池5通信以输入SOC值，并且与用于检测加速器开度的加速度传感器10和用于检测车速的车速传感器11通信。然后，驱动控制器9输出内燃发动机控制指令（PWR3）以驱动控制内燃发动机3，输出发电扭矩指令以驱动控制发电机4，并且输出驱动扭矩指令以驱动控制驱动电动机6。

此外，另一个电负载12连接在发电机4和驱动电池5之间。

此外，如图2中所示，在混合动力车辆1上安装有输出控制装置13，输出控制装置13包括驱动控制器9并且在发电机4发电时控制内燃发动机的输出以确定所产生的电力。

如图2中所示，输出控制装置13具有驱动扭矩计算单元14、实际驱动电动机输出计算单元15、SOC值比较单元17、SOC偏差计算单元18、电池要求电力计算单元19、输出比较单元20、发电要求单元21和发电控制单元22。与加速度传感器10和车速传感器11通信的驱动扭矩计算单元14计算驱动扭矩指令并且将该驱动扭矩指令输出到驱动电动机6。与驱动扭矩计算单元14通信的实际驱动电动机输出计算单元15计算实际驱动电动机输出（PWR1）。与驱动电池5和SOC目标值设定单元16通信的SOC值比较单元17比较来自驱动电池5的SOC值和来自SOC目标值设定单元16的SOC目标值。与SOC值比较单元17通信的SOC偏差计算单元18计算SOC值和SOC目标值之间的偏差。与SOC偏差计算单元18通信的电池要求电力计算单元19计算电池要求电力（PWR2）。与电池要求电力计算单元19和实际驱动电动机输出计算单元15通信的输出比较单元20比较电池要求电力（PWR2）和实际驱动电动机输出（PWR1）。与输出比较单元20通信的发电要求单元21进行发电要求。与发电要求单元21通信的发电控制单元22控制并输出内燃发动机控制指令（PWR3）和发电扭矩指令。

在此，驱动控制器9向内燃发动机3发送内燃发动机控制指令（PWR3）以产生要由驱动电动机6和另一个电负载12消耗的电力，并且向发电机4发送发电扭矩指令并进行控制。在此情况下，驱动控制器9进行控制，使得：一般来说，电力消耗=产生的电力成立。此外，通过使用驱动电池5作为电力缓冲器，电力平衡的差被充电/放电，并且因此不必要求电力消耗的瞬间值和所产生的电力相互一致。

此外，在驱动扭矩计算单元14中，例如根据图3中所示的曲线图，从车速获得驱动扭矩指令。

此外，在实际驱动电动机输出计算单元15中，例如根据图4中所示的曲线图，从人为改变的加速器开度获得实际驱动电动机输出（PWR1）。

然后，如图5中所示，输出控制装置13的驱动控制器9设定与内燃发动机3的运转状态从理论配比的运转转变到富油运转的边界相对应的发电机输出判断值（β），并且根据驱动电池5的检测到的SOC值将内燃发动机3的输出限制为等于或低于发动机输出判断值（β）。

从而可以根据驱动电池5的检测到的SOC值抑制富油运转，并且可以确保燃料效率性能并确保废气净化性能（以减少有害成分）。

此外，如图5中所示，通过将根据由驾驶者操作的加速器开度计算出的实际驱动电动机输出（PWR1）和根据驱动电池5的检测到的SOC值计算出的电池要求电力（PWR2）相加，获得伴随发电的内燃发动机3的输出，并且当内燃发动机3的输出等于或低于发动机输出判断值（β）时，不论检测到的SOC值和预定值（α）之间的大小关系如何，都不进行限制。

从而可以当通过将实际驱动电动机输出（PWR1）和电池要求电力（PWR2）相加而获得的内燃发动机3的输出高于发动机输出判断值（β）并且驱动电池5的检测到的SOC值高时，进行限制，并且当通过将实际驱动电动机输出（PWR1）和电池要求电力（PWR2）相加而获得的内燃发动机3的输出高于发动机输出判断值（β）但是驱动电池5的检测到的SOC值低时，不进行使内燃发动机3的输出等于或低于发动机输出判断值（β）的限制，因此可以同时确保反映驾驶者的要求的用于推动车辆的驱动扭矩并保持驱动电池5的SOC。

此外，当通过将实际驱动电动机输出（PWR1）和电池要求电力（PWR2）相加而获得的内燃发动机3的输出低时，不进行使内燃发动机3的输出等于或低于发动机输出判断值（β）的限制，因此可以同时确保反映驾驶者的要求的用于推动车辆的驱动扭矩并保持驱动电池5的SOC。

接下来，基于图6的流程图描述根据第一实施方式的内燃发动机3的输出控制。驱动控制器9被配置为具有CPU和存储装置，如ROM和RAM，并且作为该CPU执行该存储装置上的程序的结果，进行以下处理。

如图6中所示，当该程序在驱动控制器9中开始时（步骤A01），进入预备状态（就绪状态），即，可移动状态（包括待机）（步骤A02）。

然后，计算实际驱动电动机输出（PWR1）并且计算SOC值（SOC1），并且进一步计算电池要求电力（PWR2）作为用于达到SOC目标值的要求电力（步骤A03）。

接下来，判断SOC1≥预定值（α）是否成立（步骤A04）。

当步骤A04表示“否”时，判断为SOC值不能再减少，并且必须恢复SOC值，并且使PWR1+PWR2等于内燃发动机控制指令（PWR3）（步骤A05）以恢复SOC值。在此情况下，通过一部分电池要求电力（PWR2）恢复SOC值。

另一方面，当步骤A04表示“是”时，判断为SOC值超过可允许的最低值（α），并且比较PWR1+PWR2与需要在富油区域驱动内燃发动机3的发动机输出判断值（β），也就是说，判断PWR1+PWR2≤β是否成立（步骤A06）。

当步骤A06表示“否”时，将内燃发动机控制指令（PWR3）设定为发动机输出判断值（β）（步骤A07），使得不在富油区域中驱动内燃发动机3，从而防止燃料效率下降和废气恶化。

另一方面，当步骤A06表示“是”时，进行控制使PWR1+PWR2等于内燃发动机控制指令（PWR3）（步骤A08）。

在步骤A05的处理之后，在步骤A07的处理之后，或者在步骤A08的处理之后，该程序返回（步骤A09）。

接下来，基于图5的时序图描述根据第一实施方式的内燃发动机3的输出控制。

在图5中所示的例子中，当进入预备状态（就绪状态）时（时间t1），实际驱动电动机输出（PWR1）不超过发动机输出判断值（β），因此内燃发动机3的输出为PWR1+PWR2。在时间t1至时间t2期间，由于电池要求电力（PWR2）为0（零），所以实际上由实际驱动电动机输出（PWR1）驱动内燃发动机控制指令（PWR3）。

尽管在时间t2实际驱动电动机输出（PWR1）超过发动机输出判断值（β），但是此时SOC值等于或大于预定值（α），因此内燃发动机控制指令（PWR3）被限制到发动机输出判断值（β）（时间t2至时间t3）。在时间t2至时间t3期间，由于内燃发动机3的输出被限制到发动机输出判断值（β），所以驱动电池5具有放电趋势。

在时间t3，实际驱动电动机输出（PWR1）等于或小于发动机输出判断值（β），以实际驱动电动机输出（PWR1）+电池要求电力（PWR2）驱动内燃发动机控制指令（PWR3）以达到SOC目标值，从而恢复SOC值（时间t3至时间t4）。注意，在时间t3至时间t4期间，由于内燃发动机3的输出为PWR1+PWR2，所以驱动电池5具有充电趋势。

在时间t4，实际驱动电动机输出（PWR1）再次超过发动机输出判断值（β），但是SOC值等于或大于预定值（α），因此内燃发动机控制指令（PWR3）被限制到发动机输出判断值（β）（时间t4至时间t5）。在时间t4至时间t5期间，由于内燃发动机3的输出被限制到发动机输出判断值（β），所以驱动电池5具有放电趋势。

从图5可知，发动机输出判断值（β）是作为内燃发动机的燃烧状态转变的边界的电力，并且还示出了切换向实际驱动电动机输出（PWR1）供应的电力的供应状态。内燃发动机控制指令（PWR3）与β的比较意味着考虑内燃发动机的燃烧状态并且该电力受到限制，实际驱动电动机输出（PWR1）和β的比较意味着不仅该电力受到限制，而且还考虑向驱动电动机的电力供应状态。

此外，由于PWR3=PWR1+PWR2并且PWR2≥0成立，所以如果PWR1＞β成立，则PWR3＞β也成立。基于上述，PWR1≤β是在PWR3≤β成立的情况下实现非限制状态的必要条件。

换句话说，如图2中所示，根据第一实施方式的用于在输出控制装置13中确定所产生的电力的方法包括根据车辆行驶所需的驱动电动机6的驱动扭矩计算实际驱动电动机输出（PWR1）。此外，如图3中所示，根据车速计算对驱动电动机6的驱动扭矩指令。

影响车辆行驶的发电量与内燃发动机3的运转状态密切相关。因此，为了不使驾驶者由于与作为操作结果的预期驱动状态的内燃发动机3的驱动状态的差异而有不协调感，如图4中所示，基于驱动状态，主要是根据驾驶者的人为操作的加速器开度（节气门开度），确定实际驱动电动机输出（PWR1）。

然后，如图2中所示，获得作为SOC值（充电状态、电池剩余量）和SOC目标值之间差异的SOC偏差，并且根据该SOC偏差，进行用于达到该SOC目标值的电池要求电力（PWR2）的计算。结果，SOC值被控制为基于该SOC偏差的正/负电池要求电力（PWR2），即，被控制为充电/放电的各状态，因此，SOC值落在以该SOC目标值为中心的范围内。这是反馈控制。

实际驱动电动机输出（PWR1）与用于达到该SOC目标值的电池要求电力（PWR2）相加，获得发电要求。根据该发电要求进行最终的发电控制。

此外，在内燃发动机3的燃烧控制中，根据该发电要求获得内燃发动机控制指令（PWR3）。

当只根据实际驱动电动机输出（PWR1）进行发电控制时，驱动电池5很大程度上趋向于具有电流流入状态或电流流出状态，并且存在导致过充电或过放电的担忧，但是通过上述控制，可以避免这种情况。

基本上，通过将电池要求电力（PWR2）与基于人为操作（加速器开度、节气门开度）和车速确定的实际驱动电动机输出（PWR1）相加而获得的是最终的实际发电量，即，作为内燃发动机3的目标输出的内燃发动机控制指令（PWR3）。

当对内燃发动机3进行输出限制以避免富油运转时，计算出的流入和流出不必在每一瞬间都一致。

即使当流入和流出被原样累积时，所产生的差异也不会累积，并且不会出现问题。这是因为该差异表现在在SOC偏差中出现的驱动电池5的充电/放电量上，因此该差异作为分别描述的反馈控制的结果被修正。

因此，流入和流出一致，并且一般来说，电力消耗=产生的电力成立。因此，电池要求电力（PWR2）成为发电修正量。

（第二实施方式）

参照图7描述本发明的第二实施方式。如图6的流程图中所示，在输出控制装置13中，当检测到的SOC值（SOC1）等于或大于作为驱动电池5的常用范围的下限值的预定值（α）时，内燃发动机3的输出被限制为等于或低于发动机输出判断值（β），并且当检测到的SOC值小于该预定值（α）时，解除使内燃发动机3的输出等于或小于该发动机输出判断值（β）的限制。在第二实施方式中，将描述检测到的SOC值小于该预定值（α）的情况（在图7中的时间t5及之后示出）。

如图7中所示，在进入预备状态（就绪状态）的时间（时间t1）到时间t4期间，状态类似于在第一实施方式中描述的图5的状态。在时间t4至时间t5期间，内燃发动机指令（PWR3）被限制到发动机输出判断值（β）并且驱动电池5具有放电趋势。

之后，在时间t5，当SOC值小于预定值（α）时，解除内燃发动机控制指令（PWR3）的限制，以防止SOC值进一步减小，并且由实际驱动电动机输出（PWR1）+用于达到SOC目标值的电池要求电力（PWR2）驱动内燃发动机控制指令（PWR3），以恢复SOC值。在时间t5及之后，由于内燃发动机3的输出为PWR1+PWR2，所以驱动电池5具有充电趋势。

从而通过降低进入富油区域的频率，富油运转被抑制，并且可以实现燃料效率性能的提高和废气净化性能（有害成分的减少）的提高，此外，可以使驱动电池5的检测到的SOC值更容易保持等于或大于预定值（α），并且可以防止SOC值显著减小。

当然，本发明不局限于上述实施方式，而是可以进行各种变化和修改。

例如，对于用于提供行驶所需的电力的实际驱动电动机输出（PWR1），可以通过计算获得基于驾驶者的人为操作、加速器开度（节气门开度）的驾驶者要求发电量。驾驶者要求发电量对应于作为输出的发电量的实际驱动电动机输出（PWR1），并且在通过计算的发电量计算结果的情况下，不必要求驾驶者要求发电量与驱动电动机消耗的电力一致。

如图4中所示，可以以加速器开度（节气门开度）大时的增加梯度小于加速器开度（节气门开度）小时的增加梯度（随着加速器开度增加，发电量的增量变小）的方式，将实际驱动电动机输出（PWR1）设置为非线性的。

工业上的可利用性

本发明的内燃发动机的输出控制装置可应用于各种车辆。

Claims

1.一种内燃发动机的输出控制装置，安装在电动车辆上，所述电动车辆具有：发电机，其由所述内燃发动机驱动；驱动电池，其能够存储由所述发电机产生的电力并且能够检测电力存储状态的SOC值；以及驱动电动机，其能够通过使用由所述发电机产生的电力或者存储在所述驱动电池中的电力推动车辆，并且所述内燃发动机的输出控制装置在所述发电机发电时控制所述内燃发动机的输出，

所述输出控制装置设定与所述内燃发动机的运转状态从理论配比的运转向富油运转转变的边界相对应的发动机输出判断值，并且根据所述驱动电池的检测到的SOC值将所述内燃发动机的输出限制为等于或低于所述发动机输出判断值。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机的输出控制装置，其中

当所述检测到的SOC值等于或大于作为所述驱动电池的常用范围的下限值的预定值时，所述内燃发动机的输出被限制为等于或低于所述发动机输出判断值。

3.根据权利要求2所述的内燃发动机的输出控制装置，其中

当所述检测到的SOC值低于所述预定值时，解除使所述内燃发动机的输出等于或低于所述发动机输出判断值的限制。

4.根据权利要求2所述的内燃发动机的输出控制装置，其中

通过将根据驾驶者操作的加速器开度计算出的实际驱动电动机输出与根据所述驱动电池的检测到的SOC值计算出的电池要求电力相加，获得伴随发电的所述内燃发动机的输出，并且当所述内燃发动机的输出等于或低于所述发动机输出判断值时，不论所述检测到的SOC值和所述预定值之间的大小关系如何，都不进行使所述内燃发动机的输出等于或低于所述发动机输出判断值的限制。