CN105102290B - 混合动力车辆及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种混合动力车辆(10)包括：发动机(18)；电动机(24、88)；催化剂(38)，其用于净化所述发动机的排气；ECU(32)，其被构造成：根据所述混合动力车辆的输出请求，控制所述发动机和所述电动机；执行用于控制发动机输出的目标发动机输出保持控制，使得在所述催化剂预热期间目标发动机输出保持预定值；当执行所述目标发动机输出保持控制时将发动机转速设定为第一发动机转速，所述第一发动机转速低于下限发动机转速，在没有执行所述目标发动机输出保持控制的情况下，所述发动机以所述下限发动机转速进行操作。

Description

混合动力车辆及其控制方法
技术领域
本发明涉及包括发动机和电动机并且使用发动机和电动机中的至少一个用作驱动源行驶的混合动力车辆和混合动力车辆的控制方法。本发明涉及对净化发动机的排气的催化剂的预热控制。
背景技术
日本专利申请公开No.2002-130030(JP 2002-130030A)描述了在从其冷状态起动在排气通道中设置有催化剂的发动机时，通过随着发动机的失火率变大，将发动机冷状态下的第一次怠速期间的目标旋转速度设定为较高值，发动机冷状态下的第一次怠速期间的燃烧状态被改进，催化剂的预热被加速，因发动机的失火造成的碳氢化合物(HC)的排放量减少。
日本专利申请公开No.2012-40915(JP 2012-40915A)描述了在混合动力车辆中，在预热催化剂期间，催化剂预热操作期间的发动机每分钟转速(RPM)被设定为正常行驶期间的最低RPM，此外，输出扭矩被设定为0或者略高于0的值。另外，JP.2012-40915A还描述了发动机点火正时相对于有效操作期间的发动机点火正时有所延迟，从而催化剂预热被加速。
发明内容
在JP 2002-130030A和JP 2012-40915A中的每个中，没有描述在催化剂预热期间的发动机RPM被特别设定为低值的思路。
本发明提供了在通过控制发动机输出使得发动机输出保持预定值来执行催化剂预热的情况下的改进燃料消耗性能的混合动力车辆和混合动力车辆的控制方法。
本发明的第一方面是一种混合动力车辆，所述混合动力车辆包括：发动机；电动机；催化剂，其用于净化所述发动机的排气；电子控制单元(ECU)，所述电子控制单元被配置为：根据所述混合动力车辆的输出请求，控制所述发动机和所述电动机；(b)执行用于控制发动机输出的目标发动机输出保持控制，使得在所述催化剂预热期间，目标发动机输出保持预定值；当执行所述目标发动机输出保持控制时，将发动机转速设定为第一发动机转速，所述第一发动机转速低于在没有执行所述目标发动机输出保持控制的情况下操作所述发动机的下限发动机转速。根据以上方面，可以在通过控制发动机输出使得目标发动机输出保持预定值来执行催化剂预热的情况下，致使发动机的操作点靠近具有优异燃料效率的操作区域，并且可以在催化剂预热期间改进燃料消耗性能。
另外，在以上方面，当所述发动机的冷却水的温度小于第一特定温度并且所述催化剂的温度小于第二特定温度时，可执行将所述发动机的点火正时延迟特定角度的点火延迟角控制，当所述催化剂的温度不小于所述第二特定温度并且不大于第三特定温度时，可执行所述目标发动机输出保持控制，所述第三特定温度大于所述第二特定温度。
另外，在以上方面，当所述发动机的所述冷却水的温度小于所述第一特定温度并且所述催化剂的温度大于所述第三特定温度时，所述ECU将操作所述发动机时的下限发动机转速设定为第二发动机转速，所述第二发动机转速高于所述第一发动机转速。此外，在以上方面，所述第二发动机转速可以是在所述发动机的冷状态期间的怠速转速。
本发明的第二方面是一种混合动力车辆的控制方法，所述混合动力车辆包括发动机、电动机、ECU和用于净化所述发动机的排气的催化剂，所述控制方法包括：(i)根据所述混合动力车辆的输出请求，由所述电子控制单元控制所述发动机和所述电动机；(ii)由所述电子控制单元执行用于控制发动机输出的目标发动机输出保持控制，使得在所述催化剂预热期间，目标发动机输出保持在预定值；(iii)当执行所述目标发动机输出保持控制时，由所述电子控制单元将发动机转速设定为第一发动机转速，所述第一发动机转速低于下限发动机转速，在没有执行所述目标发动机输出保持控制的情况下，所述发动机以所述下限发动机转速操作。在以上方面，当所述发动机的冷却水的温度小于第一特定温度并且所述催化剂的温度小于第二特定温度时，所述电子控制单元可执行将所述发动机的点火正时延迟特定角度的点火延迟角控制，当所述催化剂的温度不小于所述第二特定温度并且不大于第三特定温度时，可由所述电子控制单元执行所述目标发动机输出保持控制，所述第三特定温度大于所述第二特定温度。
附图说明
以下，将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点、技术和工业意义，在附图中，类似的标号代表类似的元件，其中：
图1是上面安装本发明的实施例的控制系统的混合动力车辆的构造图；
图2是示出在图1的控制系统中执行催化剂和发动机预热的预热控制方法的流程图；
图3是示出图1的控制系统中的目标发动机输出保持控制期间的发动机的操作点和高燃料效率区域之间的关系的视图；
图4是示出可应用本发明的实施例的混合动力车辆的第一示例的构造图；
图5是示出可应用本发明的实施例的混合动力车辆的第二示例的构造图；
图6是示出可应用本发明的实施例的混合动力车辆的第三示例的构造图；
图7是示出本发明的实施例的另一个示例的控制系统中执行催化剂和发动机的预热的预热控制方法的流程图；
图8A是示出本发明的实施例的其它示例的控制系统中的发动机PRM变化的曲线图，图8B是示出本发明的实施例的其它示例的控制系统中的发动机输出变化的曲线图，图8C是示出本发明的实施例的其它示例的控制系统中的催化剂温度变化的曲线图，图8D是示出本发明的实施例的其它示例的控制系统中的发动机冷却水温度变化的曲线图，图8E是示出本发明的实施例的其它示例的控制系统中的点火角度变化的曲线图。
具体实施方式
下文中，将使用附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，在所有附图中为相同的元件设定相同的参考标号。
图1示出上面安装本发明的实施例的控制系统12的混合动力车辆10的示意构造。控制系统12包括发动机18、作为由发动机18驱动的发电机的第一电动发电机22、作为电动机的第二电动发动机24、动力控制单元(PCU)26、作为蓄电单元的电池28、控制装置32。在下面的描述中，第一电动发电机22被称为“第一MG 22”，第二电动发电机24被称为“第二MG24”。
混合动力车辆10可应用作为前置发动机前驱动车辆的前置发动机/前驱动(FF)车辆、作为前置发动机后驱动车辆的前置发动机/后驱动(FR)车辆、或四轮驱动(4WD)车辆。
发动机18是汽油发动机或柴油发动机。由来自控制装置32的控制信号Si1控制发动机18。发动机18包括设置在排气通道34中的排气控制设备36。排气控制设备36具有被称为三元催化剂的催化剂38，催化剂38用于去除作为被释放到排气通道34中的排气中包含的污染物的一氧化碳(CO)、HC和氮氧化物(NOx)。催化剂温度传感器40被附接到排气控制设备36以检测催化剂温度Tc，指示检测到的催化剂温度Tc的值的信号被发送到控制装置32。注意的是，可以使用控制CO、HC、NOx中的任一种或两种的催化剂作为催化剂38。在这种情况下，具有控制剩余污染物的催化剂的排气控制设备附接到排气通道34的另一部分。
发动机18被在经过散热器42的同时在冷却剂流动路径44中循环的冷却水冷却。水温传感器46检测发动机冷却水温度Tw，作为发动机18的冷却水的温度，指示发动机冷却水温度Tw的检测值的信号被发送到控制装置32。发动机转速(例如，RPM)传感器48检测发动机18的曲轴的RPM Ne，指示RPM Ne的检测值的信号被发送到控制装置32。
第一MG 22是三相同步发电机，主要被发动机18驱动以产生电力。在这种情况下，源自发动机18的转矩的至少一部分经由随后描述的动力分割机构49被传输到第一MG 22的旋转轴。第一MG 22中产生的电力经由PCU 26被供应到电池28，电池28由此被充电。第一旋转传感器(未示出)检测第一MG 22的RPM Vm1，RPM Vm1的检测值被发送到控制装置32。第一MG 22也用作起动发动机18的电动机。
第二MG 24是三相同步电动机，通过主要由电池28供应的电力驱动，以产生车辆的驱动力。第二MG 24也用作发电机，即，用于电力再生。第二MG 24中产生的电力也经由PCU26供应到电池28，电池28由此被充电。第二旋转传感器(未示出)检测第二MG 24的RPM Vm2，RPM Vm2的检测值被发送到控制装置32。注意的是，还可使用感生电动机或其它电动机作为第一MG 22和第二MG 24。
动力传输机构14包括动力分割机构49、联接到动力分割机构49的输出轴50、联接到输出轴50的减速齿轮52，和车轴53。动力分割机构49由行星齿轮机构构成。行星齿轮机构包括太阳齿轮、行星齿轮、齿轮架和环形齿轮。例如，太阳齿轮连接到第一MG 22的中空旋转轴的端部部分。齿轮架连接到发动机18的传动轴。环形齿轮连接到输出轴50。输出轴50直接连接到第二MG 24的旋转轴或者经由齿轮减速器52连接到第二MG 24的旋转轴。输出轴50经由减速齿轮52连接到联接车轮16的车轴53。动力分割机构49将来自发动机18的动力分成针对通向输出轴50的路径的部分和针对通向对MG 22的路径的部分。
PCU 26连接在第一MG 22、第二MG 24和电池28之间。PCU 26包括直流-直流(DC/DC)转换器54、第一逆变器56和第二逆变器58，并且由来自控制装置32的控制信号Si2进行控制。DC/DC转换器54是包括串联连接的两个切换元件的电压转换单元、与切换元件并联连接并且使反向电流流过的两个二极管、一端连接在切换元件之间的电抗器。可使用绝缘栅型双极性晶体管(IGBT)或晶体管作为切换元件。DC/DC转换器54将从电池28供应的DC电压升压并且将升压后的DC电压供应到逆变器56和58中的每一个。DC/DC转换器54还具有降低从逆变器56和58中的至少一个供应的DC电压的功能，并且将DC电力供应到电池28，以为电池28充电。
在第一MG 22在发动机18的驱动下产生电力的情况下，第一逆变器56将通过产生电力而得到的交流(AC)电压转换成DC电压，并且将通过转换而得到的DC电压供应到DC/DC转换器54。另外，第一逆变器56还具有将从DC/DC转换器54供应的DC电压转换成AC电压的功能，并且将AC电压供应到第一MG 22，以驱动第一MG 22。
第二逆变器58将从DC/DC转换器54供应的DC电压转换成AC电压，并且将AC电压供应到第二MG 24，以驱动第二MG 24。第二逆变器58还具有在混合动力车辆10再生制动期间将第二MG 24产生的AC电压转换成DC电压并且将通过转换得到的DC电压供应到DC/DC转换器54的功能。
第一逆变器56和第二逆变器58中的每一个包括三相的切换元件，各切换元件的切换由来自控制装置32的控制信号Si2进行控制。还可以在PCU 26中省去DC/DC转换器54。
电池28是蓄电单元，并且由镍-金属氢化物电池或锂离子电池构成。蓄电单元还可由电容器构成。
加速器位置传感器62检测加速器踏板的加速器位置AP，指示加速器位置AP的信号被发送到控制装置32。车轮转速传感器64检测车轮16的RPM Vv，指示RPM Vv的信号被发送到控制装置32。控制装置32基于RPM Vv计算车速。控制装置32还可基于第二MG 24的RPMVm2计算出车速作为第二旋转传感器的检测值。
控制装置32是所谓的ECU，并且包括具有中央处理单元(CPU)和存储器的微计算机。在附图中示出的示例中，控制装置32被图示为一个控制装置32，但还可采用以下构造：控制装置32被适当分成多个元件，用信号线缆将这些元件彼此连接。控制装置32具有：发动机控制单元66，其控制发动机18；MG控制单元68，其经由PCU 26控制第一MG 22和第二MG24；车辆控制单元70，其控制发动机控制单元66和MG控制单元68。在下面的描述中使用“Pe”指示发动机输出的情况下，车辆控制单元70具有目标Pe保持条件确定部72，发动机控制单元66具有目标Pe保持控制部74，随后将详细描述这两个部分。
发动机控制单元66产生输出到发动机18的控制信号Si1，MG控制单元68产生输出到PCU 26的控制信号Si2。
控制装置32根据车辆的输出请求，控制发动机18、第一MG 22和第二MG 24中的每一个的驱动。在这种情况下，按以下方式执行发动机18的温度足够高的发动机暖状态期间的正常行驶控制。首先，车辆控制单元70计算目标行驶转矩Tr*作为对于与环形齿轮连接的输出轴的输出请求并且计算目标发动机输出Pe*。基于加速器位置AP计算目标行驶转矩Tr*。还可用车速和加速器位置AP计算目标行驶转矩Tr*。用车速或得自第二MG的RPM Vm2的输出轴50的RPM和目标行驶转矩Tr*来计算目标发动机输出Pe*。
车辆控制单元70基于来自预设发动机高效图的目标发动机输出Pe*，计算发动机18的目标RPM Ne*和目标转矩Te*。例如，如随后描述的图3中所示的，在使用燃料消耗速率图作为发动机高效图的情况下，用粗线A指示燃料消耗速率。车辆控制单元70可将发动机18的操作点在通过连接在同一RPM下增强燃料消耗性能的点而得到的燃料消耗最佳操作线上移动。图3中示出的曲线B1、B2、…B6代表发动机18的燃料效率的等值线，燃料效率在B1内最高，点Bm是在B1内燃料效率最高的点。
车辆控制单元70通过使用动力分割机构49的元件的动态关系表达式，用发动机18的目标RPM Ne*和第二MG 24的RPM Vm2的检测值计算第一MG 22的目标RPM Vm1*。随后，车辆控制单元70通过使用目标RPM Vm1*的反馈控制中的关系表达式，用目标RPM Vm1*和第一MG 22的Vm1的检测值计算第一MG 22的目标转矩Vr1*。另外，车辆控制单元70用第一MG 22的目标行驶转矩Tr*和目标转矩Tr1*，计算第二MG 24的目标转矩Tr2*。还可基于加速器位置AP或基于加速器位置AP和车速，用预先存储在存储单元(未示出)中的图计算发动机18的目标RPM Ne*和目标转矩Te*、第一MG 22的目标RPM Vm1*和目标转矩Tr1*、上述第二MG 24的目标转矩Tr2*。
车辆控制单元70将计算出的发动机18的目标RPM Ne*和目标转矩Te*输出到发动机控制单元66，发动机控制单元66用控制信号Si1控制发动机18的驱动，使得得到目标RPMNe*和目标转矩Te*。另外，车辆控制单元70将计算出的第一MG 22的目标RPM Vm1*和目标转矩Tr1*和计算出的第二MG 24的目标转矩Tr2*输出到MG控制单元68，MG控制单元68用控制信号Si2控制第一MG 22和第二MG 24中的每一个的驱动，使得得到目标RPM Vm1*和目标转矩Tr1*和Tr2*。注意的是，在上述的驱动控制中，MG控制单元68通过使用充电状态(SOC)的计算值作为用电池电流和电池电压中的一者或两者的检测值计算出的电池充电量，计算电池28的充电-放电要求。随后，MG控制单元68可确定第一MG 22和第二MG 24的目标RPM和目标转矩，使得充电-放电要求得以满足。
另外，控制装置32还具有控制发动机18的RPM使得在发动机起动之后立即预热催化剂38和发动机18的预热控制功能。在这种情况下，控制装置32执行用于将催化剂温度Tc设定为不小于特定催化剂温度的温度，使得催化剂38可实现所需性能的“催化剂预热控制”。此后，为了将发动机冷却水温度Tw设定为不小于特定温度TA的温度，使得发动机18可实现所需性能，控制装置32执行使用具有高温的催化剂的“发动机预热控制”。
关于催化剂预热控制，车辆控制单元70的目标Pe条件确定部72确定被预设用于执行目标Pe保持控制(例如，目标发动机输出保持控制)的“特定条件”是否得以满足。在实施例中，当发动机18的冷却水温度(发动机冷却水温度Tw)的检测值是需要预热发动机的温度(小于特定温度TA)并且催化剂38的温度的检测值在允许执行目标Pe保持控制的特定催化剂温度范围Trg内时，满足上述“特定条件”。例如，在催化剂温度Tc不小于第一特定温度T1且不大于第二特定温度T2(T1≤Tc≤T2)的情况下，满足“特定条件”。在这种情况下，特定催化剂温度范围Trg的下限值是T1，其上限值是T2。在满足这种特定条件的情况下，车辆控制单元70用目标Pe保持控制确定催化剂预热请求，发动机控制单元66的目标Pe保持控制部74控制发动机输出，使得目标发动机输出Pe*保持在预定值。目标发动机输出保持控制是控制发动机输出使得目标发动机输出Pe*保持在预定值的示例。注意的是，如随后将描述的，可将催化剂38的温度确定为估计值。在这种情况下，当水温的检测值小于特定温度并且催化剂温度的估计值在特定催化剂温度范围Trg内时，满足上述特定条件。
催化剂38的温度确定催化剂38的净化性能并且还确定可被净化的排气的量，因此执行目标Pe控制的第一个原因是，通过用车辆控制单元70设定与排气量上限附近对应的目标发动机输出Pe*，在抑制污染物排放的同时，快速升高催化剂38的温度。执行目标Pe控制的第二个原因是，通过用目标Pe保持控制部74控制发动机输出使得预定目标发动机输出保持在预定值，使空气-燃料比(A/F)稳定，从而在抑制来自排气通道34的污染物排放到外部的同时，改进燃料消耗。
注意的是，在进行目标Pe保持控制期间，在行驶期间请求的输出变得大于目标发动机输出Pe*的情况下，车辆控制单元70控制第一MG 22和第二MG 24，使得第二MG 24或者第一MG 22和第二MG 24产生输出的缺口。另外，在车辆停止期间，车辆控制单元70在调节第一MG 22中产生的电力的同时驱动第一MG 22，使得第一MG 22消耗目标发动机输出Pe*。
另外，在当执行催化剂预热控制时不满足上述“特定条件”的情况下，例如，在催化剂温度Tc小于第一特定温度T1的情况下，执行将发动机18的点火正时延迟的点火延迟角控制，作为在进行目标Pe保持控制之前的初始催化剂预热控制。在点火延迟角控制中，发动机18的点火正时相对于预设的正常设定正时延迟了特定角度。按照这个点火延迟角，发动机输出减少，排气温度升高，催化剂温度Tc也升高。因此，可以将催化剂温度Tc设定为不小于目标Pe保持控制中估计的特定催化剂温度范围Trg的下限，例如，不小于第一特定温度T1。在催化剂温度Tc的检测值小于特定催化剂温度范围Trg的下限的情况下，例如，在催化剂温度Tc小于第一特定温度T1的情况下，控制装置32执行点火延迟角控制。在执行点火延迟角控制并且满足上述特定条件的情况下，例如，在催化剂温度Tc的检测值变得不小于特定催化剂温度范围Trg的下限的情况下，执行目标Pe保持控制。注意的是，还可以在执行点火延迟角控制的情况下，执行目标Pe保持控制。
另外，控制装置32将进行目标Pe保持控制期间的发动机转速Ne保持在低于下限发动机RPM的第一发动机RPM J1，下限发动机RPM是发动机18在不执行目标Pe保持控制时进行操作的情况下的发动机RPM的下限值。据此，在使用目标Pe保持控制执行催化剂预热的情况下，可以改进燃料消耗性能。随后，将详细描述这样的原因。
另外，在水温的检测值小于需要预热发动机的特定温度并且催化剂38的温度检测值大于特定催化剂温度范围Trg的上限的情况下，例如，在催化剂38的温度的检测值大于第二特定温度T2的情况下，控制装置32将发动机18进行操作的情况下的下限发动机RPM设定为高于第一发动机RPM J1的第二发动机RPM J2(J2>J1)，并且执行发动机预热控制。也就是说，当催化剂温度大于T2时，即使在发动机RPM被设定为第二发动机RPM J2时，排气至少也可被充分净化，因此使用目标Pe保持控制的催化剂预热结束并且执行发动机预热。在这个发动机预热控制中，通过将第二发动机RPM J2设定为比在随后描述的正常发动机控制中的下限发动机RPM高的值，执行从催化剂预热结束之后的发动机18的预热控制。在这种情况下，第二发动机RPM J2对应于在无负载的发动机冷状态下的怠速期间的怠速RPM。
在通过执行发动机预热控制使发动机18的冷却水温度的检测值升至不小于特定温度的温度的情况下，在发动机18进行操作的情况下的下限发动机RPM被设定为第三发动机RPM J3，执行使用具有高温的发动机18的正常发动机控制。在这种情况下，第三发动机RPM J3被设定为高于第一发动机RPM J1且低于作为在发动机预热控制期间的下限发动机RPM的第二发动机RPM J2(J1<J3<J2)。在这种情况下，第三发动机RPM J3对应于在无负载的发动机的暖状态下的怠速期间的怠速RPM。发动机的暖状态期间的怠速RPM低于发动机冷状态期间的怠速RPM。这是因为，在发动机的暖状态期间，发动机18中的燃烧是稳定的，使得减小发动机RPM Ne，而在发动机冷状态期间，发动机18中的燃烧不稳定，并且在无负载时进气量减小，以致必须增加发动机RPM Ne来稳定发动机18中的燃烧。
接下来，通过使用图2的流程图，将描述紧接在发动机18起动之后执行的催化剂38和发动机18中的每一个的预热控制。如图2的步骤S10(下文中，步骤S被简称为S)中指示的，车辆控制单元70确定发动机18的冷却水温度Tw的检测值是否小于紧接在发动机18起动之后的特定温度TA。特定温度TA是发动机18中的燃烧稳定的温度，并且是发动机预热结束的温度。当发动机18起动并且S10中的确定是肯定时，车辆控制单元70将发动机18的RPM设定为作为发动机冷状态(第一次发动机起动)期间的怠速RPM的第二发动机RPM J2。接下来，车辆控制单元70确定是否满足催化剂预热执行条件(S12)。在S10中的确定是肯定的情况下，即，发动机冷却水温度Tw小于特定温度TA并且催化剂温度Tc小于预设的第一特定温度T1的情况下，满足催化剂预热执行条件。第一特定温度T1是作为催化剂38的排气上游侧的前端开始活化时的温度，并且是特定催化剂温度范围Trg的下限值。“第一次发动机起动”意指在通过用户接通起动开关或点火钥匙(未示出)激活车辆系统之后的第一次发动机起动(发动机冷起动)。因此，第一次发动机起动不包括怠速熄火。
在满足催化剂预热执行条件的情况下，当发动机PRM保持在起动时的第二发动机RPM J2时，车辆控制单元70借助发动机控制单元66执行初始催化剂预热控制，发动机控制单元66致使发动机18执行点火延迟角(S16)。排气温度因点火延迟角而升高，催化剂温度Tc也升高。随后，在S18中，确定催化剂温度Tc的检测值是否大于第一特定温度T1，在S18中的确定是肯定的情况下，点火延迟角结束(S20)，处理移动至S22。在S18中的确定是否定的情况下，处理返回到S16，继续进行点火延迟角控制。
在进行催化剂预热控制的初始状态下，尽管发动机18在发动机18的目标输出显著低于目标Pe保持控制期间的目标输出Pe的状态下进行操作，但相比于没有执行点火延迟角的情况，通过执行点火延迟角，排气温度升高，并且可以使催化剂温度升高。
在S22中，确定催化剂温度Tc是否不大于第二特定温度T2。第二特定温度T2是全体催化剂38被活化的温度，并且是特定催化剂温度范围Trg的上限值。在S22中的确定是肯定的情况下，确定还需要催化剂的预热，处理移动至S24，执行目标Pe保持控制。在目标Pe保持控制时，目标发动机输出Pe*保持在预定目标输出Pc(S24)，发动机RPM Ne从作为发动机开始起动时的发动机冷状态期间的怠速RPM的第二发动机RPM J2减小至第一发动机RPM J1(S26)，处理返回S22。此后，发动机RPM一直保持第一发动机RPM J1，直到催化剂温度升高至第二特定温度T2，控制发动机输出，使其保持预定目标输出Pc。据此，发动机18以低于作为发动机冷起动时的怠速RPM的第二发动机RPM 12的第一发动机RPM J1旋转，但控制其输出，使其保持在预定目标输出Pc，因此可以即使在低RPM下也保持稳定旋转。一直继续这种控制，直到在S22中催化剂温度超过T2。
如上所述，目标Pe保持控制中的发动机18的RPM被设定为低于作为发动机冷状态期间的怠速RPM的第二发动机RPM J2的第一发动机RPM J1。传统地，作为第一发动机RPMJ1，为了保证发动机稳定操作，已经采用作为发动机操作中的最低RPM的怠速RPM(在发动机冷起动的情况下的发动机冷状态期间的怠速RPM J2，在发动机暖起动的情况下的发动机暖状态期间的怠速RPM J3)或比怠速RPM高的RPM。另一方面，当考虑进行目标Pe保持控制时，输出负载处于一定水平并且目标Pe处于预定目标。在这种条件下，即使当发动机18的RPM小于正常怠速RPM(J2，J3)时，也允许进行稳定旋转。也就是说，目标Pe保持控制是使目标Pe是预定目标(预定目标输出Pc)的控制，并且不考虑输出波动，以致不必只考虑发动机18的稳定操作而不考虑发动机的负载波动，并且可以减小RPM。本文中，如随后将描述的，在得到特定输出转矩(输出能量)的情况下的发动机18的RPM具有最佳燃料消耗点。在目标Pe保持控制中，随着发动机18的RPM降低，燃料消耗进一步改进。因此，在实施例中，目标Pe保持控制中的发动机18的RPM被设定为允许燃烧稳定的范围内的最低RPM或者该范围内接近最低RPM的值。例如，通过将RPM设定为最佳燃料消耗点或者接近其最佳点的值，实现催化剂预热的目标Pe保持控制中的燃料消耗改进。注意的是，第一MG 22可被用作目标Pe保持控制中的负载并且第一MG 22可产生电力，因此，在执行有效电力产生的同时，可以通过使用进行电力产生时产生的热来执行催化剂预热。另外，在进行目标Pe保持控制时，执行对应于发动机输出Pe的燃料供应，因此可以使排气温度升高至比初始催化剂预热控制中的水平高的水平。
在图2的S12中的确定是否定的情况下，即，在发动机冷却水温度Tw小于特定温度TA并且催化剂温度大于第一特定温度T1的情况下，车辆控制单元70确定需要预热发动机18，但不必进行催化剂预热操作，处理移动至图2的S28，车辆控制单元70将发动机18的RPM设定为作为发动机冷状态期间的正常怠速RPM的第二发动机RPM J2并且执行发动机18的预热。另外，在图2中示出的S22中的确定是否定的情况下，即，在催化剂预热之后，催化剂的温度升高至第二特定温度T2的情况下，车辆控制单元70确定催化剂预热结束，处理移动至图2的S28，并且车辆控制单元70将发动机18的RPM从第一发动机RPM J1变回作为发动机冷状态期间的怠速RPM的第二发动机RPM J2并且继续正常发动机预热。另外，在S10中的确定是否定的情况下，即，在发动机冷却水温度Tw大于特定温度TA的情况下，车辆控制单元70确定不必进行发动机18的预热和催化剂的预热，将发动机18的下限RPM设定为作为发动机暖状态期间的怠速RPM的第三发动机RPM J3(高于在目标Pe保持控制的情况下的第一发动机RPMJ1且低于作为发动机冷状态期间的怠速RPM的第二发动机RPM J2的RPM)，并且执行正常发动机控制(S14)。
根据按上述方式构造的控制系统12，可以致使在使用目标Pe保持控制执行催化剂预热的情况下的发动机18的操作点靠近具有优异燃料效率的操作区域，并且改进催化剂预热期间的燃料消耗性能。另外，尽管在燃烧稳定性方面不利的条件是发动机RPM低于在冷却水温度Tw低的冷操作期间不执行Pe保持控制时的下限RPM，但由于操作是基于预定的目标发动机输出，因此A/F是稳定的并且发动机18中的燃烧也是稳定的。另外，由于输出特定目标输出Pe并且发动机RPM是预定目标RPM，因此可以减少因振动和噪声的特性造成的噪声/振动(NV)性能和失火检测性的劣化。另外，由于在Pe保持控制期间保持目标发动机输出，因此不执行无负载怠速运转，并且发动机18的RPM没有波动。因此，由于在目标Pe保持控制中，输出是预定目标输出(预定目标Pc)并且RPM是预定目标RPM(第一发动机RPM J1)，因此即使当RPM Ne被设定为比该操作期间的最低发动机RPM(在发动机冷状态期间是怠速RPM J2，在发动机暖状态期间是怠速RPM J3)低的值时，也允许进行稳定操作。在实施例中，在目标Pe保持控制中，通过在其它操作中将发动机RPM设定为比最低RPM低的值，变得可以致使目标Pe保持控制中的燃料功耗接近最佳燃料消耗。也就是说，通过将第一发动机RPM J1设定为比当不执行目标Pe保持控制时的下限RPM低的值，可以改进燃料消耗。
图3示出关于控制系统12，在目标Pe保持控制期间的发动机18的操作点和高燃料效率区域之间的关系。在图3中，用P1指示在该实施例的目标Pe保持控制期间的操作点。在这种情况下，目标Pe保持控制期间的发动机RPM被设定为第一发动机RPM J1，由此使其低于作为发动机预热控制期间的下限RPM的第二发动机RPM J2。据此，在估计的催化剂温度范围内可被净化的排气的量的上限附近设定的所需发动机输出Pe得以确保的状态下，可以将发动机18的目标转矩Te设定为高值。此操作点P1接近作为具有优异燃料效率的操作区域的图3的带阴影部分，在该点被设定为高值的发动机转矩可被第一MG 22的发电机吸收。
本文中，如在图3中清楚的，目标Pe保持控制期间的第一发动机RPM J1低于作为发动机暖状态期间的怠速RPM的第三发动机RPM J3。在发动机冷状态期间，没有使用第三发动机RPM J3，但通过将第一发动机RPM J1设定为比第三发动机RPM J3低的RPM，可以显著改进目标Pe保持控制期间的燃料消耗。
图3的P2示出以下比较例：目标Pe保持控制期间的发动机输出Pe被设定为与该实施例的发动机输出相同的发动机输出，并且发动机RPM Ne被设定为与作为发动机预热控制期间的下限RPM(发动机冷状态期间的怠速RPM)的第二发动机RPM J2匹配。也就是说，第二发动机RPM J2是保持发动机冷状态期间的稳定操作的最低发动机RPM，由于第二发动机RPMJ2被正常用作目标Pe保持控制期间的RPM，因此这被表示为比较例。在图3中，虚线E指示发动机输出预定目标曲线，第一和第二发动机RPM J1和J2都在虚线E上。因此，比较例中的操作点P2远离作为具有优异燃料效率的操作区域的图3的带阴影部分和燃料消耗最佳线A，使得燃料消耗性能有可能降低，但实施例可对此进行改进。假设以下情况：在图3中，目标Pe保持控制期间的操作点是虚线E上的点P3，点P3处的发动机RPM对应于第三发动机RPM J3，第三发动机RPM J3等于发动机暖状态期间的怠速RPM J3，虚线E上的发动机输出与图3的P1的发动机输出相同。同样，在这种情况下，相比于操作点P1，操作点P3远离作为具有优异燃料效率的操作区域的图3的带阴影部分和燃料消耗最佳线A。在实施例中，通过以低于正常怠速RPM J2和J3的RPM J1执行目标Pe保持控制，可以改进燃料消耗性能。注意的是，操作点P1处的操作在燃料消耗最佳线A上，并且不执行延迟角控制等。
在图2的流程图中，在预设优先辅助设备请求是在执行从S22至S26的处理期间的情况下，可通过取消执行催化剂预热目标Pe保持控制以增大发动机RPM并且增大用于驱动第一MG 22的发动机输出Pe来满足优先辅助设备请求。“优先辅助设备请求”可以是用户指令操作单元请求在空调中进行不小于预设的特定温度变化的温度变化。
在上述实施例中，尽管已经描述了电动机和发电机中的每个是同时具有电动机和发电机的功能的MG，但该情况是举例示出的并且可如下所述地使用混合动力车辆的各种模型中使用的电动机和发电机。
图4示出作为可应用本发明的实施例的混合动力车辆10的另一个示例的第一示例的构造。图4的混合动力车辆10被构造成，使得与动力分割机构49的环形齿轮联接的输出轴76的动力经由差动机构77被输出到与车轮16a联接的车轴78，第二MG 24的动力被输出到不同于车轴78的车轴80。车轴80与其它车轮16b联接。
图5示出作为可应用本发明的实施例的混合动力车辆的另一个示例的第二示例的构造。在图5的混合动力车辆10中，传动装置86的输出轴经由差动机构77连接到与车轮16a联接的车轴78，MG 88连接到传动装置86的输入轴。发动机18经由离合器90连接到MG 88的旋转轴。发电机92连接到发动机18，发动机18驱动发电机92产生电力。来自发动机18的动力经由MG 88的旋转轴和传动装置86被输出到传动轴84，来自MG 88的动力经由传动装置86被输出到传动轴84。MG 88经由逆变器94连接到电池28。
图6是示出作为可应用本发明的实施例的混合动力车辆10的另一个示例的第三示例的构造。图6的混合动力车辆10被构造成，使得来自发动机18的动力经由传动装置86被输出到与车轮16a联接的车轴78，来自MG 88的动力被输出到不同于车轴78的车轴80。车轴80与车轮16b联接。发动机92与发动机18连接，并且发动机18驱动发电机92产生电力。在图5和图6中的每个的构造中，可使用仅仅具有电动机功能的MG作为MG。在图1和图4中的每个的构造被称为双电动机型时，图5和图6中的每个的构造被称为单电动机型。在图4至图6的各构造中，其它构造和操作与图1至图3的各构造的构造和操作相同。
接下来，参照图7和图8A至图8E，将详细描述已经参照图2描述的预热操作的操作。注意的是，图7的流程图与图2的流程图基本上相同，图7的流程图清楚描述了发动机的RPM，并且还清楚描述了在催化剂温度Tc小于T1的情况下执行初始催化剂预热控制，在催化剂温度Tc不小于第一特定温度T1而小于第二特定温度T2的情况下执行目标Pe保持控制，在催化剂温度不小于第二特定温度T2的情况下一直执行发动机预热控制直到发动机冷却水温度Tw变得等于特定温度TA，并且在此后执行正常发动机控制。图8A至图8E示出当在执行根据图7的流程图的操作的情况下执行发动机起动和催化剂预热时发动机RPM Ne、发动机输出Pe、催化剂温度Tc、发动机冷却水温度Tw和点火角随时间的变化。
当用户接通起动开关或点火钥匙(未示出)时，车辆控制单元70输出起动发动机18的命令并且起动发动机18，如图7的S30中指示的(图8A至图8E中的每个的时间t1)。接下来，如图7的S31中指示的，车辆控制单元70确定发动机冷却水温度Tw是否小于特定温度TA。本文中，在发动机冷却水温度Tw小于特定温度的情况下，车辆控制单元70确定需要预热发动机18，并且将发动机18的RPM设定为作为发动机冷状态期间的怠速RPM的第二发动机RPMJ2。据此，在图8A中示出的时间t1，在发动机起动之后，发动机18的RPM升高至第二发动机RPM J2。另外，在图7的S31中的发动机冷却水温度Tw不小于特定温度TA的情况下，车辆控制单元70确定发动机18变热并且不必进行其预热，处理移动至图7的S42，并且车辆控制单元70将发动机18的下限RPM设定为作为发动机暖状态期间的怠速RPM的第三发动机RPM J3。本文中，第二发动机RPM J2高于第三发动机RPM J3。在发动机18在发动机冷状态期间在怠速RPM J2下进行操作或者在发动机暖状态下在怠速RPM J3下进行操作的情况下，发动机18的输出Pe的值Pa比目标Pe保持控制期间的输出Pc低得多，或者大致为零。
接下来，如图7的S33中指示的，车辆控制单元70确定催化剂温度Tc是否小于第一特定温度T1。随后，在催化剂温度Tc小于第一特定温度的情况下，车辆控制单元70确定需要预热催化剂，并且与图2的S16类似地，车辆控制单元70执行发动机18的点火延迟角，以执行如图8E的时间t1至时间t2所示的初始催化剂预热控制，同时将发动机RPM保持在起动时的第二发动机RPM J2并且将输出Pe保持在Pa，如图8A和图8B的时间t1至时间t2所示的(图7的S34)。通过进行这个初始催化剂预热控制，如从图8C的时间t1至时间t2所示的，催化剂温度Tc升高。如图7的S35中指示的，车辆控制单元70确定催化剂温度Tc是否已经达到第一特定温度T1，并且在催化剂温度Tc小于第一特定温度T1的情况下，处理返回图7的S34，并且车辆控制单元70继续点火延迟角控制，同时将发动机RPM保持在起动时的第二发动机RPM J2。
当催化剂温度Tc在图8C的时间t2升高至第一特定温度T1时，如图7的S36中指示并且图8E的时间t2至时间t3所示的，车辆控制单元70使用发动机18的点火延迟角控制来结束初始催化剂预热控制，并且将发动机18的点火角设定回正常角度。随后，如图7的S37中指示的，车辆控制单元70执行用于预热催化剂的目标Pe保持控制，与图2的S24和S26类似。如图8A和图8B的时间t2至时间t3所示的，车辆控制单元70将目标发动机输出Pe*从Pa增大至预定目标输出Pc，并且将发动机RPM Ne从作为在发动机起动时使用的发动机变冷期间的怠速RPM的第二发动机RPM J2减小至第一发动机RPM J1。据此，发动机18的操作点变成图3中示出的燃料消耗最佳线A上的点P1。
车辆控制单元70在执行其中发动机18的RPM是第一发动机RPM J1并且发动机输出是预定目标Pc的目标Pe保持控制的同时，监测催化剂温度Tc是否变成不小于第二特定温度T2，如图7的S38指示的。在这个时间段期间，第一MG 22使用发动机18的输出Pc产生电力，产生的电力被用于为电池28充电。随后，当催化剂温度Tc在图8D的时间t4变成不小于第二特定温度T2时，如图7的S39中指示的，车辆控制单元70确定催化剂预热已完成，并且结束用于预热催化剂的目标Pe保持控制。然后，如图7的S40中指示的并且图8A和图8B的时间t4至时间t5所示的，车辆控制单元70将发动机18的RPM升高至作为发动机冷状态期间的初始怠速RPM的第二发动机RPM J2，并且将发动机18的输出从Pc减小至大致零，以执行怠速运转并且继续预热发动机18。随后，如图7的S41中指示的，当发动机冷却水温度Tw变成不小于特定温度TA时，车辆控制单元70将发动机18的RPM减小至发动机暖状态期间的怠速RPM J3(J3是大于J1的RPM)，如图7的S42指示的并且图8A的时间t6至时间t7所示的，并且使发动机18在正常怠速状态下操作。在时间t7之后，根据基于加速器位置AP的检测值或车速和加速器位置AP的检测值计算出的目标发动机输出Pe，控制发动机输出。在这种情况下，发动机RPM不小于发动机暖状态期间的怠速RPM J3。注意的是，在催化剂预热控制结束之后，在从时间t5至时间t7执行的发动机预热控制中，可基于加速器位置AP的检测值或基于车速和加速器位置AP的检测值计算目标发动机输出Pe，发动机输出根据计算值从大致零起增大。在这种情况下，发动机RPM大于发动机冷状态期间的怠速RPM J2。
如直到现在所描述的，在实施例中，在图8A至图8E中示出的时间t3至时间t4的用于预热催化剂的目标Pe保持控制中，通过使用发动机的预定目标输出(预定目标Pc)和使用比发动机冷状态期间的怠速RPM J2和发动机暖状态期间的怠速RPM J3低的第一发动机RPMJ1作为发动机18的RPM Ne的预定目标，可以在保持稳定操作的同时改进燃料消耗。
在直到现在描述的实施例中，在以下假设下进行描述：在第一次起动时，发动机冷却水温度Tw低于特定温度TA并且发动机18以在发动机冷状态期间的怠速RPM J2起动。只要发动机冷却水温度Tw低于特定温度TA，就可应用本发明。
直到现在已经描述了本发明的实施例。本发明不限于以上实施例，可在不脱离本发明主旨的情况下以各种形式执行本发明。例如，本发明的混合动力车辆的控制系统可应用于不包括发电机的混合动力车辆。
另外，通过使用如上所述的催化剂温度传感器来检测催化剂温度。还可用以下方法估计催化剂温度的估计值。也就是说，“催化剂温度”可以被估计为“初始催化剂温度”和“发动机操作造成的催化剂预热部分”之和。在这种情况下，用发动机熄火时水温传感器检测到的发动机冷却水的检测温度估计“初始催化剂温度”。另外，用发动机的进气量和点火延迟角量的检测值或计算值估计“发动机操作造成的催化剂预热部分”。例如，在进气量大的情况下，催化剂温度升高，另外在点火延迟角量大的情况下，催化剂温度升高，因此，使用预设关系表达式用进气量和点火延迟角量来估计发动机操作造成的预热部分。

Claims (6)

1.一种混合动力车辆，包括：
发动机；
电动机；
催化剂，用于净化所述发动机的排气；以及
电子控制单元，
其中，所述混合动力车辆的特征在于所述电子控制单元被配置为：
(a)根据所述混合动力车辆的输出请求，控制所述发动机和所述电动机；
(b)执行用于控制发动机输出的目标发动机输出保持控制，使得在所述催化剂的预热期间，目标发动机输出保持在预定值；以及
(c)当执行所述目标发动机输出保持控制时，将发动机转速设定为第一发动机转速，所述第一发动机转速低于在没有执行所述目标发动机输出保持控制的情况下操作所述发动机的下限发动机转速。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中
当所述发动机的冷却水的温度小于第一特定温度并且所述催化剂的温度小于第二特定温度时，所述电子控制单元执行点火延迟角控制，在所述点火延迟角控制中，所述发动机的点火正时被延迟特定角度，并且
当所述催化剂的温度不小于所述第二特定温度并且不大于第三特定温度时，所述电子控制单元执行所述目标发动机输出保持控制，所述第三特定温度高于所述第二特定温度。
3.根据权利要求2所述的混合动力车辆，其中
当所述发动机的所述冷却水的温度小于所述第一特定温度并且所述催化剂的温度大于所述第三特定温度时，所述电子控制单元将操作所述发动机时的下限发动机转速设定为第二发动机转速，所述第二发动机转速高于所述第一发动机转速。
4.根据权利要求3所述的混合动力车辆，其中
所述第二发动机转速是在所述发动机的冷状态期间的怠速转速。
5.一种混合动力车辆的控制方法，所述混合动力车辆包括发动机、电动机、电子控制单元和用于净化所述发动机的排气的催化剂，
所述控制方法的特征在于包括：
根据所述混合动力车辆的输出请求，由所述电子控制单元控制所述发动机和所述电动机；
由所述电子控制单元执行用于控制发动机输出的目标发动机输出保持控制，使得在所述催化剂的预热期间，目标发动机输出保持在预定值；以及
当执行所述目标发动机输出保持控制时，由所述电子控制单元将发动机转速设定为第一发动机转速，所述第一发动机转速低于下限发动机转速，在没有执行所述目标发动机输出保持控制的情况下，所述发动机以所述下限发动机转速操作。
6.根据权利要求5所述的控制方法，进一步包括：
当所述发动机的冷却水的温度小于第一特定温度并且所述催化剂的温度小于第二特定温度时，由所述电子控制单元执行点火延迟角控制，在所述点火延迟角控制中，所述发动机的点火正时被延迟特定角度；并且
当所述催化剂的温度不小于所述第二特定温度并且不大于第三特定温度时，由所述电子控制单元执行所述目标发动机输出保持控制，所述第三特定温度高于所述第二特定温度。
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