CN105307890A - 用于混合动力车辆的控制系统、控制器以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

在一种混合动力车辆(100)中包括：发动机(10)；电动机发电机(MG1、MG2)；净化器(32)，该净化器(32)具有用于减少来自发动机(10)的废气中包含的有毒物质的净化催化剂，来自发动机(10)的输出根据来自发动机(10)的废气中包含的有毒物质的量得以控制，并且目标发动机输出基于发动机的预热状态和净化器的净化能力得以控制，使得从净化器(32)排出的废气中包含的有毒物质的量变得小于预定值。

Description

用于混合动力车辆的控制系统、控制器以及控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于具有废气净化器的混合动力车辆的控制系统、控制器以及控制方法。
背景技术
包括发动机和电动机的混合动力车辆的控制方法被公开在日本专利申请公开No.2012-158303(JP2012-158303A)中。根据这样的方法，当要求发动机的净化催化剂的预热时，设定第一预热控制的执行时间Tset1，其中发动机利用设定目标转速Ne*和目标转矩Te*来操作，用于基于电池的充电状态(SOC)来输出大致0功率，并且设定第二预热控制的执行时间Test2，其中发动机利用设定目标转速Ne*和目标转矩Te*来操作，用于基于第一预热控制的执行时间Test1来输出目标发动机功率Pe，并且在整个第一预热时间Test1期间执行第一预热控制，然后在整个第二预热时间Test2期间执行第二预热控制。
包括发动机和电动机的混合动力车辆的另一控制方法被公开在日本专利申请公开No.2002-130030(JP2002-130030A)中。根据这样的方法，发动机稳定地操作在用于预热的目标输出下直到净化催化剂在第一步骤达到预定的预热程度T1为止，同时将输出请求留给车辆而输出的改变请求主要留给电动机，并且一旦净化催化剂在第一步骤达到预定的预热程度，根据请求利用增加的发动机功率操作发动机，同时使增加速度限制为预定增量或预定增加率，直到净化催化剂在第二步骤达到预定预热程度T2为止，或直到通过其净化催化剂在第二步骤被估计达到预热程度T2的时间Co流逝为止。
在预热的发动机的状态下，在来自发动机的废气中的有毒物质诸如碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)变得更少。然而，在现有技术中，不考虑发动机的预热状态，并且即使使用净化催化剂的净化处理能力足够，燃料效率也不能通过在预热期间增加发动机的目标发动机功率Pe来加以提高。
发明内容
本发明的第一方面涉及用于混合动力车辆的控制系统。该控制系统包括发动机、电动机、二次电池、净化器以及电子控制单元(ECU)。发动机被配置为输出用于行驶的动力。电动机被配置为也输出用于行驶的动力。二次电池被配置为供给电力到电动机。净化器具有用于减少(净化)包含在来自发动机的废气中的有毒物质的净化催化剂。ECU被配置为执行在对于净化催化剂的预热操作期间保持目标发动机输出恒定的预热控制。ECU被配置为基于发动机的预热程度和净化器的净化能力来执行目标发动机输出的控制，使得包含在从净化器排出的废气中的有毒物质的量变得小于预定值。
在控制系统中，ECU可被配置为当开始对于净化催化剂的预热操作时确定目标发动机输出，并且在对于净化催化剂的预热操作期间执行预热控制。
在控制系统中，ECU可被配置为基于发动机的冷却介质的温度来执行预热控制，使得目标发动机输出随着冷却介质的温度降低而减少。ECU也可被配置为当冷却介质的温度是预定值或更少时执行预热控制。
在控制系统中，ECU可被配置为基于发动机的气缸的温度来执行预热控制，使得目标发动机输出随着气缸的温度降低而减少。ECU也可被配置为当气缸的温度是预定值或更少时执行预热控制。
在控制系统中，ECU可被配置为基于净化催化剂的温度来执行预热控制，使得目标发动机输出随着净化催化剂的温度降低而减少。ECU也可被配置为当净化催化剂的温度是预定值或更少时执行预热控制。
本发明的第二方面涉及用于混合动力车辆的控制器。混合动力车辆包括：发动机，该发动机被配置为输出用于行驶的动力；电动机，该电动机被配置为输出用于行驶的动力；二次电池，该二次电池被配置为将电力供给到电动机；以及净化器，该净化器具有用于净化包含在来自发动机的废气中的有毒物质的净化催化剂。控制器包括ECU。ECU被配置为执行在对于净化催化剂的预热操作期间保持目标发动机输出恒定的预热控制。ECU被配置为基于发动机的预热程度和净化器的净化能力来执行目标发动机输出的控制，使得包含在从净化器排出的废气中的有毒物质的量变得小于预定值。
本发明的第三方面涉及用于混合动力车辆的控制方法。混合动力车辆包括：发动机，该发动机被配置为输出用于行驶的动力；电动机，该电动机被配置为输出用于行驶的动力；二次电池，该二次电池被配置为输出电力到电动机；以及净化器，该净化器具有用于减少包含在来自发动机的废气中的有毒物质的量的净化催化剂。该控制方法包括：执行在对于净化催化剂的预热操作期间保持目标发动机输出恒定的预热控制；和基于发动机的预热程度和净化器的净化能力来执行目标发动机输出的控制，使得包含在从净化器排出的废气中的有毒物质的量变得小于预定值。
根据本发明的每个方面，发动机的目标发动机功率Pe能够取决于净化催化剂的处理能力和发动机的预热程度来设定，能够提高混合动力车辆的燃料效率。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是描绘根据实施例1的混合动力车辆的配置的图；
图2是根据实施例1的预热操作控制的流程图；
图3是根据实施例1的发动机功率映射的示例；
图4是对于发动机的燃料效率的操作线的示例；
图5是根据实施例2的预热操作控制的流程图；
图6是根据实施例2的发动机功率映射的示例。
具体实施方式
基本配置
如图1所示，根据本发明的实施例的混合动力车辆100包括发动机10和动力分配整合机构12。动力分配整合机构12是三轴动力分配整合单元，并且被构造为行星齿轮机构，太阳齿轮12a、环形齿轮12b、行星齿轮12c以及齿轮架12d连接到该行星齿轮机构。在动力分配整合机构12中，齿轮架12d经由阻尼器14连接到曲柄轴16，该曲柄轴16是发动机10的输出轴。
混合动力车辆100也包括电动机发电机(MG)1和MG2。MG1的转子连接到动力分配整合机构12的太阳齿轮12a。MG2的转子经由减速齿轮18连接到动力分配整合机构12的环形齿轮12b的环形齿轮轴12e，并且经由齿轮机构20和差动齿轮22连接到驱动轮24a和24b。
MG1可以是发电机并且MG2可以是电动机。如果能够输出用于行驶的功率，电动机不局限于同步发电机电动机，而是能够是任何电动机，例如感应电动机。
混合动力车辆100也包括：逆变器26和28，该逆变器26和28构成用于驱动MG1和MG2的驱动电路；和电池30，该电池30经由逆变器26和28与MG1和MG2交换电力。例如，电池30能够是二次电池，诸如锂离子二次电池、镍氢二次电池、镍镉二次电池或铅蓄电池。电池30能够是能够被充电和放电的任何存储单元。
例如，发动机是内燃机，其能够通过HC基燃料诸如汽油或柴油输出动力。发动机10将汽油和空气混合、在燃烧室中引爆和燃烧空气燃料混合物，并且通过将由旋转运动中的能量推下的活塞的往复运动转换来输出驱动力。
内燃机不局限于通过燃烧HC基燃料诸如汽油或柴油来输出动力的发动机，但是能够是能输出用于行驶的动力并且允许净化器安装在排气系统中的任何发动机(例如氢发动机)，该净化器具有用于净化废气的净化催化剂。
来自发动机10的废气经由净化器32排出到外部，该净化器32具有净化催化剂(三元催化剂)，该净化催化剂用于减少一氧化碳(CO)、HC以及NOx的有毒成分。
在这个实施例中，如下所述，基于发动机10的点火时间和到发动机10的吸入空气量Qa来计算净化催化剂的催化剂温度Tc，但是温度传感器可安装在净化器32的预定的区域中(例如近似中心区域)，因而可以通过温度传感器来测量催化剂温度Tc。
发动机10通过冷却单元34冷却，该冷却单元34包括散热器34a。冷却单元34通过泵使致冷剂诸如水循环，使得在发动机10和致冷剂之间交换热量，并且通过在由散热器34a预热的致冷剂和外部空气之间交换热量来冷却致冷剂。水温传感器34b安装在冷却单元34中，由此围绕水温传感器34b循环的水的冷却水温度Tw被测量。
在这个实施例中，使用冷却水温度Tw来间接地估计发动机10的预热状态。除冷却水温度Tw外，发动机10的气缸温度、废气温度等能够用来检测发动机10的预热状态，但是在这个实施例中，将描述使用冷却水温度Tw的示例。
发动机10受控于发动机ECU36。来自各种传感器的信号输入到发动机ECU36以检测发动机10的状态。信号数据的示例是用来指示曲柄轴16的旋转位置的曲柄位置、来自水温传感器34b的冷却水温度Tw、以及来自安装在进气管的空气流量计的吸入空气量Qa。如果必要的话，发动机ECU36可从压力传感器获取关于气缸压力的数据，该压力传感器安装在燃烧室中；可从凸轮位置传感器获取关于凸轮位置的数据，该凸轮位置传感器检测凸轮轴的旋转位置用于打开/关闭进气阀和排气阀以向燃烧室吸入空气或从至燃烧室排放空气；可从节气门位置传感器获取关于节气门位置的数据，该节气门位置传感器检测节气阀的位置；可从温度传感器获取关于吸入空气温度Tin的数据，该温度传感器安装在进气管中；可从空燃比传感器获取关于空气燃料比的数据；可从氧气传感器获取关于氧气信号的数据等。
用于驱动发动机10的各种控制信号也被从发动机ECU36输出。作为控制信号，用于燃料喷射阀的驱动信号、用于调整节气阀的位置的节气门电动机的驱动信号、用于与点火器集成的点火线圈的控制信号、用于能够改变进气阀的开/关定时的可变阀定时机构的控制信号等经由输出端口加以输出。
发动机ECU36与混合动力ECU46通信，使得基于来自混合动力ECU46的控制信号来控制发动机10的操作，并且当需要时输出关于发动机10的操作状态的数据。发动机ECU36也基于曲柄位置来计算曲柄轴16的转速，也就是，发动机10的转速Ne。
MG1和MG2两者都被电动机ECU(下文称为“电动机ECU”)38驱动和控制。用于驱动和控制MG1和MG2的所需信号被输入到电动机ECU38。输入信号的示例是来自检测MG1和MG2的转子的旋转位置的旋转位置检测传感器40和42的信号和由电流传感器检测的到MG1和MG2的相位电流。从电动机ECU38输出至逆变器26和28的开关控制信号。
电动机ECU38与混合动力ECU46通信，使得使用来自混合动力ECU46的控制信号来驱动和控制MG1和MG2。当需要时，电动机ECU38输出关于MG1和MG2的操作状态的数据至混合动力ECU46。电动机ECU38也基于来自旋转位置检测传感器40和42的信号来计算MG1和MG2的转速Nm1和Nm2。
电池30由电池ECU(下文称为“电池ECU”)44管理。用于管理电池30的所需信号输入到电池ECU44。输入信号数据的示例是来自安装在电池30的端子之间的电压传感器30a的端子间电压Vb，和来自安装在电池30的阴极侧的输出端子中的电流传感器30b的充电/放电电流Ib。当需要时，电池ECU44将关于电池30的状态的数据输出到混合动力ECU46。
为了管理电池30，电池ECU44基于由电流传感器30b检测的充电/放电电流Ib的积分值来计算SOC，该SOC是能够从电池30放出的蓄电量相对于总容量的比，或基于计算的SOC和电池温度Tb来计算输入/输出极限Win和Wout，该Win和Wout指示允许电池30的充电/放电的最大容许电力。输入/输出极限Win和Wout的基础值能够基于电池温度Tb设定，并且对于输出极限的修正系数和对于输入极限的修正系数能够基于电池30的SOC来设定。输入/输出极限Win和Wout通过将设定的输入/输出极限Win和Wout的基础值乘以各自的修正系数来设定。
混合动力车辆100也包括控制整个车辆的混合动力ECU46。混合动力ECU46是以中央处理单元(CPU)46a为中心的微处理器。除CPU46a外，混合动力ECU46也包括：存储处理程序的ECU型存储器(ROM)46b、暂时存储数据的随机存取存储器(RAM)46c、输入/输出端口以及通信端口。
来自点火开关48的点火信号IG、来自检测换挡杆的操作位置的换挡位置传感器50的换档位置SP、来自检测加速器踏板的下压量的加速器踏板位置传感器52的加速器下压量Acc，来自检测制动器踏板的下压量的制动器踏板位置传感器54的制动器踏板位置BP、来自车速传感器56的车速V等被输入混合动力ECU46。如上所述，混合动力ECU46经由通信端口连接到发动机ECU36、电动机ECU38和电池ECU44，使得与发动机ECU36、电动机ECU38和电池ECU44交换各种控制信号和数据。
在这个实施例中，发动机ECU36、电动机ECU38、电池ECU44以及混合动力ECU46是独立的控制单元，但是这些单元的所有或部分可以被组合为输出控制单元。
混合动力车辆100基于加速器下压量Acc和车速V来计算输出到作为驱动轴的环形齿轮轴12e的要求转矩，该Acc与通过驾驶员的加速器踏板的下压量对应。发动机10、MG1和MG2的操作受控使得与要求转矩对应的要求动力被输出到环形齿轮轴12e。为了在正常操作中控制发动机10、MG1和MG2，转矩转换操作模式、充电/放电操作模式和电动机操作模式是可用的。
在转矩转换操作模式下，发动机10的操作受控使得从发动机10输出与要求功率对应的动力，并且MG1和MG2的驱动受控使得从发动机10输出的所有动力(转矩)通过动力分配整合机构12、MG1和MG2转换为期望的转矩并且输出到环形齿轮轴12e。在充电/放电操作模式下，发动机10的操作受控使得从发动机10输出与要求功率和用于电池30的充电/放电的电力的总和对应的动力。MG1和MG2的驱动受控使得从发动机10输出的所有或部分动力，作为电池30的充电/放电的结果，通过动力分配整合机构12、MG1和MG2被转换为期望的转矩，由此要求动力被输出到环形齿轮轴12e。在电动机操作模式下，发动机10的操作被停止并且操作受控使得与要求功率对应的动力从电动机MG2输出到环形齿轮轴12e。
<在实施例1中的预热操作控制方法>
现在描述预热发动机10的净化器32的净化催化剂的操作。图2是根据实施例1的驱动控制例程的流程图。当点火信号通过点火开关48输入到混合动力ECU46时，开始驱动控制例程。这样的驱动控制例程在每预定的时间(例如，在每几毫秒)重复地执行。
当执行驱动控制例程时，执行初始设定过程。混合动力ECU46的CPU46a首先获取用于控制所需的数据，诸如来自加速器踏板位置传感器52的加速器下压量Acc、来自车速传感器56的车速V、MG1和MG2的转速Nm1和Nm2、电池30的输入/输出极限Win和Wout、以及用于指示对于净化催化剂的预热是否被请求的催化剂预热请求标志Fc(步骤S10)。
这里MG1和MG2的转速Nm1和Nm2通过电动机ECU38基于由旋转位置检测传感器40和42检测的MG1和MG2的转子的旋转位置来计算。转速Nm1和Nm2被从电动机ECU38输入到混合动力ECU46。基于电池30的电池温度Tb和电池30的SOC来设定电池30的输入/输出极限Win和Wout。输入/输出极限Win和Wout经由通信(通信端口)从电池ECU44输入到混合动力ECU46。
然后，净化器32的催化剂温度Tc和水温传感器34b的冷却水温度Tw从发动机ECU36输入到混合动力ECU46。这里对于催化剂温度Tc，发动机10的点火定时、到发动机10的吸入空气量Qa的积分值、以及催化剂温度Tc的关系通过试验加以检查，并且基于这个关系预先建立映射(数据库)，由此根据在给定时间设定到发动机10的发动机10的实际点火定时与吸入空气量Qa的积分值的组合来确定催化剂温度Tc。催化剂温度Tc可直接地由安装在净化器32中的温度传感器测量。
混合动力ECU46确定净化器32的催化剂温度Tc是否小于活化温度Tc1(例如，其被设定在400℃至450℃的温度范围)、或水温传感器34b的冷却水温度Tw是否小于发动机预热温度Tw1(步骤S12)。
如果净化器32的催化剂温度Tc小于活化温度Tc1，或如果水温传感器34b的冷却水温度Tw小于发动机预热温度Tw1，则混合动力ECU46将催化剂预热请求标志Fc值设定为1，并且使过程前进到步骤S14，否则混合动力ECU46将催化剂预热请求标志Fc值设定为0，并且使过程前进到步骤S18。
如果催化剂预热请求标志Fc的值是1，那么混合动力ECU46确定目标发动机功率Pe，该功率Pe是根据催化剂温度Tc和冷却水温度Tw的发动机10的输出(步骤S14)。在这个实施例中，如图3所示，相对于催化剂温度Tc和冷却水温度Tw，凭借其经过净化器32的废气中的有毒物质(例如HC、NOx)的浓度变得小于预定标准值的目标发动机功率Pe预先通过试验确定，并且结果被映射和存储在ROM46b中。参考该映射，混合动力ECU46选择与实际催化剂温度Tc和冷却水温度Tw的组合对应的目标发动机功率Pe。
当混合动力车辆100首次起动时，催化剂温度Tc不能由上述计算方法计算。因此，假定催化剂温度Tc是在映射上的最低值，目标发动机功率Pe单独从冷却水温度Tw来确定。
在这样的情况下，如图3所示，在预热操作控制中的目标发动机功率Pe被设定使得其随着催化剂温度Tc更高而为更大的值、并且随着冷却水温度Tw更高而为更大的值。随着催化剂温度Tc增加，改善移除在净化器32中的废气中的有毒物质的能力并且能够更加有效地移除废气中的有毒物质。因此，即使废气的总量通过增加目标发动机功率Pe而增加，在从净化器32排出的气体中的有毒物质的量也能够被维持小于标准值。而且，随着冷却水温度Tw增加，包含在来自发动机10的废气中的有毒物质的量减少，因此能够通过净化器32更加有效地移除废气中的有毒物质。因此即使废气的总量通过增加目标发动机功率Pe而增加，在从净化器32排出的气体中的有毒物质的量也能够被维持小于标准值。
凭借其经过净化器32的废气中的有毒物质(例如，HC、NOx)的浓度变得小于预定值(例如对于包含在从混合动力车辆100排出的废气中的有毒物质的环境标准值)的目标发动机功率Pe，可以预先确定为催化剂温度Tc和冷却水温度Tw的函数，使得目标发动机功率Pe通过替换在函数中的实际催化剂温度Tc和冷却水温度Tw来计算。
混合动力ECU46使用确定的目标发动机功率Pe来控制混合动力车辆100(步骤S16)。
混合动力ECU46将输出到环形齿轮轴12e的要求转矩Tr*设定为基于输入的加速器下压量Acc和车速V的对于车辆的要求的转矩，该环形齿轮轴12e是连接到驱动轮24a和24b的驱动轴。混合动力电控制单元也设定行驶所要求的行驶功率Pdrv*。对于要求转矩Tr*，加速器下压量Acc、车速V和要求转矩Tr*的关系是预定的并且预先存储在ROM46b中作为要求转矩设定映射，并且如果提供加速器下压量Acc和车速V，相应的要求转矩Tr*从存储的映射中选择并且被设定。行驶功率Pdrv*通过将设定的要求转矩Tr*乘以环形齿轮轴12e的转速Nr得出，并且将损耗Loss添加到乘积值。环形齿轮轴12e的转速Nr能够通过将车速V乘以转换系数来确定，或者通过将MG2的转速Nm2除以减速齿轮18的变速比Gr来确定。
混合动力ECU46将行驶功率Pdrv*与最大电池输出功率(k·Wout)和目标发动机功率Pe的总和也就是总功率(k·Wout+Pe)比较。通过这个过程，确定利用行驶功率Pdrv*行驶是否可能，同时从发动机10输出目标发动机功率Pe。如果行驶功率Pdrv*是总功率(k·Wout+Pe)或更少，混合动力ECU46将目标发动机功率Pe设定为从发动机10输出的要求功率Pe*，并且将使用用于有效地操作发动机10的操作线(下文称为“针对燃料效率的操作线”)和要求功率Pe*获取的转速和转矩设定为发动机10的目标转速Ne和目标转矩Te，如发动机10的转速Ne*和转矩Te*。
而且，混合动力ECU46使用设定的目标转速Ne*和目标转矩Te*来设定MG1和MG2的转矩指令Tm1*和Tm2*。使用发动机10的目标转速Ne*、MG2的转速Nm2、动力分配整合机构12的变速比ρ、以及减速齿轮18的变速比Gr，混合动力ECU46通过以下表达式(1)计算MG1的目标转速Nm1*。而且，基于计算的目标转速Nm1*、MG1的转速Nm1、发动机10的目标转矩Te*、以及动力分配整合机构12的变速比ρ，混合动力ECU46通过表达式(2)计算MG1的转矩指令Tm1*。
Nm1*＝Ne*·(1+ρ(/ρ-Mn2/(Gr·ρ)...(1)
Tm1tmp＝-ρ·Te*/(1+ρ)+k1·(Nm1*-Nm1)+k2·∫(Nm1*-Nm1)dt...(2)
表达式(1)是动力分配整合机构12的旋转元件的机械关系式。表达式(1)能够从共线图得出，该共线图指示动力分配整合机构12的旋转元件的转速和转矩之间的机构关系。表达式(2)是在反馈控制中用于在目标转速Nm1*下旋转MG1的关系式。在表达式(2)中，在右侧第二项中的“k1”是比例项的增益，并且在右侧第三项中的“k2”是积分项的增益。
暂时转矩Tm2tmp基于表达式(3)计算，该暂时转矩是待从MG2输出的转矩的暂时值。暂时转矩Tm2tmp是通过将转矩指令值Tm1*除以动力分配整合机构12的变速比ρ、将要求转矩Tr*相加、然后将结果除以减速齿轮18的变速比Gr而产生的值。
基于表达式(4)和表达式(5)计算转矩极限Tm2min和Tm2max。转矩极限Tm2min通过确定在通过将转矩指令Tm1*乘以MG1的当前转速Nm1来获取的MG1的消耗的功率(产生的功率)值和电池30的输入/输出极限Win之间的差值、并且将该差值除以MG2的转速Nm2来计算。转矩极限Tm2min是可从MG2输出的转矩的下限值。转矩极限Tm2max通过确定在通过将转矩指令Tm1*乘以MG1的当前转速Nm1来获取的MG1的消耗的功率(产生的功率)值和电池30的输入/输出极限Wout之间的差值、并且将该差值除以MG2的转速Nm2来计算。转矩极限Tm2max是可从MG2输出的转矩的上限值。暂时转矩Tm2tmp通过表达式(6)由转矩极限Tm2min和Tm2max限制，并且MG2的转矩指令Tm2*被设定。这里表达式(3)从共线图得到，就像表达式(1)。
Tm2tmp＝(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr(3)
Tm2min＝(Win-Tm1*·Nm1)/Nm2(4)
Tm2max＝(Wout-Tm1*·Nm1)/Nm2(5)
Tm2*＝max(min(Tm2tmp，Tm2max)，Tm2min)(6)
通过设定MG2的转矩指令Tm2*，输出到环形齿轮轴12e的要求转矩Tr*能够被设定为被限制在电池30的输入/输出极限Win和Wout的范围内的转矩，该环形齿轮轴12e是驱动轴。
这样，发动机10的目标转速Ne*和目标转矩Te*以及MG1和MG2的转矩指令Tm1*和Tm2*被设定。混合动力ECU46将目标转速Ne*传输作为发动机10的目标转矩Te*，该目标转矩Te*被设定到发动机ECU36，并且将MG1和MG2的转矩指令Tm1*和Tm2*传输到电动机ECU38。
当接收到目标转速Ne*和目标转矩Te*时，发动机ECU36将节气门位置驱动信号(吸入空气量控制信号)、燃料喷射阀驱动信号(燃料喷射控制信号)、点火线圈控制信号(点火控制信号)等输出到发动机10，使得发动机10在由目标转速Ne*和目标转矩Te*确定的操作点处被驱动。因此，执行发动机10的吸入空气量控制、燃料喷射控制、点火控制等，使得根据目标转速Ne*和目标转矩Te*来执行操作。在这样的情况下，优选的是，为了实施净化催化剂的预热，发动机10的点火定时是比对有效地操作发动机10的点火定时晚的定时(下文称为“针对燃料效率的点火定时”)，换句话说，点火定时是适于催化剂预热的点火定时(下文称为“针对催化剂预热的点火定时”)。当接收到转矩指令Tm1*和Tm2*时，电动机ECU38控制逆变器26和28的开关元件的开关，使得MG1由转矩指令Tm1*驱动，并且MG2由转矩指令Tm2*驱动。
在步骤S12中，如果催化剂预热请求标志Fc的值是0，也就是，如果催化剂温度Tc是活化温度Tc1或更高，并且冷却水温度Tw是发动机预热温度Tw1，混合动力ECU46将操作控制转换到正常操作控制。如上所述，在正常操作控制中，控制在转矩转换操作模式、充电/放电操作模式以及电动机操作模式中的一个中被执行。
如果催化剂温度Tc变成活化温度Tc1或更高，即使冷却水温度Tw还未达到发动机预热温度Tw1，混合动力ECU46也可将操作控制转换到正常操作控制。
在如上所述的这个实施例中，如果净化催化剂还未足够地预热，或者如果发动机还未足够地预热，来自发动机10的目标发动机功率Pe根据发动机10的冷却水温度Tw来确定。随着冷却水温度Tw升高，发动机10被预热并且包含在来自发动机10的废气中的有毒物质的量减少，因此即使增加目标发动机功率Pe，在从净化器32排出的气体中的有毒物质的量也能够被维持小于标准值。而且，催化剂的活化度随着催化剂温度Tc升高而增加，因此即使增加目标发动机功率Pe，从净化器32排出的气体中的有毒物质的量也能够被维持小于标准值。
在这样的情况下，如图4所示，目标转速Ne*以及目标转矩Te*通过在燃料效率操作线A和等功率曲线B(B1、B2……)之间相交来确定，其中目标发动机功率Pe是恒定的。如图4示出，随着目标发动机功率Pe增加，目标转速Ne*和目标转矩Te*增加，而且发动机10的燃料效率也增加。在这个实施例中，目标发动机功率Pe甚至在预热操作控制期间随着冷却水温度Tw的升高而增加，因此在从净化器32排出的气体中的有毒物质的量也能够被维持小于标准值的范围内，能够提高发动机10的燃料效率。
<在实施例2中的预热操作控制方法>
在实施例1的预热操作控制中，发动机10的目标发动机功率Pe根据催化剂温度Tc和冷却水温度Tw在预热操作期间的改变来设定，但是在实施例2中，目标发动机功率Pe在预热操作期间是恒定的。
图5是根据实施例2的驱动控制历程的流程图。当点火信号通过点火开关48输入到混合动力ECU46时，开始驱动控制历程。这个驱动控制历程在每预定时间(例如在每几毫秒)重复地被执行。
当执行驱动控制例程时，执行初始设定过程(步骤S20)。以与实施例1中的步骤S10相同的方式执行该过程。
然后混合动力ECU46确定净化器32的催化剂温度Tc是否小于活化温度Tc1，或水温传感器34b的冷却水温度是否小于发动机预热温度Tw1(步骤S22)。如果净化器32的催化剂温度Tc低于活化温度Tc1，或者如果水温传感器34b的冷却水温度Tw低于发动机预热温度Tw1，则混合动力ECU46将催化剂预热请求标志Fc值设定为1，并且使过程前进到步骤S24，否则混合动力ECU46将催化剂预热请求标志Fc值设定为0，并且使过程前进到步骤S30。
如果催化剂预热请求标志Fc的值是1，那么混合动力ECU46确定目标发动机功率Pe，该功率Pe是发动机10根据冷却水温度Tw的输出(步骤S24)。在这个实施例中，目标发动机功率Pe在预热操作控制期间被维持恒定。当混合动力车辆100首次起动时，不能够计算催化剂温度Tc，因此目标发动机功率Pe单独从冷却水温度TW确定。
在这个实施例中，相对于冷却水温度Tw，凭借其经过净化器32的废气中的有毒物质(例如HC、NOx)的浓度变得小于预定标准值的目标发动机功率Pe通过实验预先被确定，并且结果被映射。参考该映射，混合动力ECU46选择与实际冷却水温度Tw对应的目标发动机功率Pe。
图6是表示在预热操作控制下冷却水温度Tw和目标发动机功率Pe的关系的映射的示例。例如，当催化剂温度Tc是恒定值(例如期待为在使用混合动力车辆100的环境中的催化剂温度Tc的最低温度、或正常温度)时，相对于冷却水温度Tw，凭借其经过净化器32的废气中的有毒物质(例如HC、NOx)的浓度变得小于预定标准值的目标发动机功率Pe通过实验预先被确定，并且结果被映射和存储在ROM46b中。
设定目标发动机功率Pe使得为随着冷却水温度Tw升高的更大的值。换句话说，随着冷却水温度Tw升高，包含在来自发动机10的废气中的有毒物质的量减少，并且在废气中的有毒物质能够通过净化器32充分地去除，因此，即使增加目标发动机功率Pe并且增加废气的总量，从净化器32排出的气体中的有毒物质的量也能够被维持为小于标准值。
凭借其经过净化器32的废气中的有毒物质(例如HC、NOx)的浓度变得小于预定值(例如，对于包含在从混合动力车辆100排出的废气中的有毒物质的环境标准值)的目标发动机功率Pe可以预先确定为冷却水温度Tw的函数，使得目标发动机功率Pe通过替换在函数中的实际冷却水温度Tw来计算。
然后，使用确定的目标发动机功率Pe，混合动力ECU46控制混合动力车辆100(步骤S26)。以与实施例1中的步骤S16相同的方式执行这个过程。
然后，混合动力ECU46确定净化器32的催化剂温度Tc是否是活化温度Tc1或更高并且水温传感器34b的冷却水温度Tw是否是发动机预热温度Tw1或更高(步骤S28)。如果净化器32的催化剂温度Tc是活化温度Tc1或更高并且水温传感器34b的冷却水温度Tw是发动机预热温度Tw1或更高，则混合动力ECU46将催化剂预热标志Fc值设定为0，并且使过程前进到步骤S30，否则混合动力ECU46将催化剂预热请求标志Fc值维持在1，并且使过程返回到步骤S26。
如果在步骤S22或步骤S28中，催化剂预热请求标志Fc值的值被设定为0，混合动力ECU46将操作控制转换为正常控制操作。以与实施例1中的步骤S18相同的方式执行这个过程。
在这个实施例中，如上所述，如果净化催化剂还未足够地预热或如果发动机还未足够地预热，来自发动机10的目标发动机功率Pe根据发动机10的冷却水温度Tw来确定，并且为了预热，发动机10利用目标发动机功率Pe来操作。在这个实施例中，目标发动机功率Pe在预热操作期间维持恒定，但是目标发动机功率Pe在预热操作的开始根据冷却水温度Tw来设定，因此在其中从净化器32排出的气体中的有毒物质的量能够被维持为小于预定标准值的范围内，提高发动机10的燃料效率。
在实施例1和实施例2中，发动机10的预热状态通过发动机10的冷却水温度Tw来确定，但是该状态也能够通过包含在来自发动机10的废气中的有毒物质的量来确定。
换句话说，在这个实施例中，来自发动机10的目标发动机功率Pe根据发动机10的冷却水温度Tw来确定，但是如果能够直接地测量包含在来自发动机10的废气中的有毒物质的量，在预热操作期间的目标发动机功率Pe可以根据有毒物质的量而不是冷却水温度Tw来确定。这里，在预热操作期间，当必要时，如在实施例1的情况下，目标发动机功率Pe可以被改变，或者如在实施例2的情况下，目标发动机功率Pe可以被维持恒定。优选的是进行控制使得在预热操作期间的目标发动机功率Pe随着有毒物质的量减少而增加。
发动机10的预热状态也能够通过发动机10的气缸的温度来确定。
换句话说，如果能够测量发动机10的气缸的温度，在预热操作期间的目标发动机功率Pe可以根据气缸的温度而不是冷却水温度Tw来确定。在预热操作期间，当必要时，如在实施例1的情况下，目标发动机功率Pe可以被改变，或者如在实施例2的情况下，目标发动机功率Pe可以被维持恒定，这里，优选的是在预热操作期间的目标发动机功率Pe随着气缸的温度是更高的而增加。
本发明的可适用范围不局限于混合动力车辆，而是能够是将内燃机和电动机组合的任何混合动力系统，包括用于去除或减少包含在来自内燃机的废气中的有毒物质的净化催化剂。
在可适用范围中的混合动力车辆不局限于在实施例中描述的配置，并且本发明适用于具有各种配置的混合动力车辆。

Claims (10)

1.一种用于混合动力车辆(100)的控制系统，所述控制系统的特征在于包括：
发动机(10)，所述发动机(10)被配置为输出用于行驶的动力；
电动机(MG1；MG2)，所述电动机(MG1；MG2)被配置为输出用于行驶的动力；
二次电池(30)，所述二次电池(30)被配置为向所述电动机(MG1；MG2)提供电力；
净化器(32)，所述净化器(32)具有用于减少在来自所述发动机(10)的废气中包含的有毒物质的净化催化剂；以及
电子控制单元(36)，所述电子控制单元(36)被配置为：
(i)执行预热控制，所述预热控制在所述净化催化剂的预热操作期间将目标发动机输出保持恒定，以及
(ii)基于所述发动机(10)的预热程度和所述净化器的净化能力来执行所述目标发动机输出的控制，使得在从所述净化器(32)排出的所述废气中包含的所述有毒物质的量变得小于预定值。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，
所述电子控制单元(36)被配置为：当所述净化催化剂的所述预热操作开始时确定所述目标发动机输出，并且在所述净化催化剂的所述预热操作期间执行所述预热控制。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，
所述电子控制单元(36)被配置为：基于所述发动机(10)的冷却介质的温度来执行所述预热控制，使得所述目标发动机输出随着所述冷却介质的所述温度的降低而减小。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其中，
所述电子控制单元(36)被配置为：当所述冷却介质的所述温度为预定值或更低时，执行所述预热控制。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，
所述电子控制单元(36)被配置为：基于所述发动机(10)的气缸的温度来执行所述预热控制，使得所述目标发动机输出随着所述气缸的所述温度的降低而减小。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其中，
所述电子控制单元(36)被配置为：当所述气缸的所述温度为预定值或更低时，执行所述预热控制。
7.根据权利1到6的任何一项所述的控制系统，其中，
所述电子控制单元(36)被配置为：基于所述净化催化剂的温度来执行所述预热控制，使得所述目标发动机输出随着所述净化催化剂的温度的降低而减小。
8.根据权利要求7所述的控制系统，其中，
所述电子控制单元(36)被配置为：当所述净化催化剂的所述温度为预定值或更低时，执行所述预热控制。
9.一种用于混合动力车辆的控制器，所述混合动力车辆包括：
被配置为输出用于行驶的动力的发动机(10)，
被配置为输出用于行驶的动力的电动机(MG1；MG2)，
被配置为向所述电动机(MG1；MG2)提供电力的二次电池(30)，以及
具有用于净化在来自所述发动机(10)的废气中包含的有毒物质的净化催化剂的净化器(32)，
所述控制器的特征在于包括：
电子控制单元(36)，所述电子控制单元(36)被配置为：
(i)执行预热控制，所述预热控制在所述净化催化剂的预热操作期间将目标发动机输出保持恒定，以及
(ii)基于所述发动机(10)的预热程度和所述净化器(32)的净化能力来执行所述目标发动机输出的控制，使得在从所述净化器(32)排出的所述废气中包含的所述有毒物质的量变得小于预定值。
10.一种用于混合动力车辆(100)的控制方法，所述混合动力车辆(100)包括：
被配置为输出用于行驶的动力的发动机(10)，
被配置为输出用于行驶的动力的电动机(MG1；MG2)，
被配置为向所述电动机(10)提供电力的二次电池(30)，以及
具有用于减少在来自所述发动机(10)的废气中包含的有毒物质的净化催化剂的净化器，
所述控制方法的特征在于包括：
执行预热控制，所述预热控制在所述净化催化剂的预热操作期间将目标发动机输出保持恒定；以及
基于所述发动机(10)的预热程度和所述净化器(32)的净化能力来执行所述目标发动机输出的控制，使得在从所述净化器(32)排出的所述废气中包含的所述有毒物质的量变得小于预定值。
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