CN105555629B - 混合动力车辆、用于混合动力车辆的控制器和使用可变气门正时以根据车辆速度改变进气门升程和/或工作角的用于混合动力车辆的控制方法 - Google Patents

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Abstract

混合动力车辆包括内燃机和旋转电机。内燃机包括构造为改变进气门的工作特性的可变气门致动装置。旋转电机构造为产生用于推进混合动力车辆的驱动力。用于混合动力车辆的控制器包括行驶控制单元和气门致动控制单元。行驶控制单元执行用于在停止内燃机的同时通过使用旋转电机的驱动力而使得混合动力车辆行驶的行驶控制。行驶控制单元在执行行驶控制的同时起动内燃机。气门致动控制单元控制可变气门致动装置。当在执行行驶控制的同时内燃机起动时，气门致动控制单元设定进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项，使得当混合动力车辆以第一车辆速度行驶时进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项小于当混合动力车辆以第二车辆速度行驶时进气门的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项。第二车辆速度低于第一车辆速度。

Description

混合动力车辆、用于混合动力车辆的控制器和使用可变气门 正时以根据车辆速度改变进气门升程和/或工作角的用于混 合动力车辆的控制方法
技术领域
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和一种用于混合动力车辆的控制方法，并且更加具体地，涉及对于包括内燃机的混合动力车辆的控制。
背景技术
通常，已知一种用于改变内燃机的进气门的工作特性的可变气门致动装置。存在一种构造为能够改变进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项的可变气门致动装置(例如见日本专利申请公开No.2004-183610(JP 2004-183610 A)、日本专利申请公开No.2013-53610(JP 2013-53610 A)、日本专利申请公开No.2008-25550(JP 2008-25550A)、日本专利申请公开No.2012-117376(JP 2012-117376 A)和日本专利申请公开No.9-242519(JP 9-242519 A))。能够利用可变气门致动装置改变内燃机的工作特性。
例如，JP 2000-34913 A描述了在包括可变气门致动装置的车辆中，在车辆停止时，内燃机自动地起动和停止。通过在内燃机起动时利用可变气门致动装置将进气门的气门升程改变为最大气门升程，车辆引起减压发生。结果，能够抑制在内燃机起动时发生的振动。
发明内容
混合动力车辆可以在停止内燃机的同时通过仅仅使用驱动旋转电机的驱动力而行驶。在混合动力车辆在这种模式中行驶的同时，当基于行驶状况要求内燃机的驱动力时，内燃机在车辆行驶的同时起动。然而，如果进气门的气门升程增大从而抑制振动，则由内燃机产生的扭矩的响应降低，从而存在不能即刻地输出内燃机要求的扭矩的可能性。
本发明提供一种基于行驶状况实现了适当的发动机起动的混合动力车辆、一种用于混合动力车辆的控制器和一种用于混合动力车辆的控制方法。
本发明的第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内燃机和旋转电机。内燃机包括构造为改变进气门的工作特性的可变气门致动装置。旋转电机构造为产生用于推进混合动力车辆的驱动力。控制器包括行驶控制单元和气门致动控制单元。行驶控制单元构造为执行用于在停止内燃机的同时通过使用旋转电机的驱动力而使得混合动力车辆行驶的行驶控制。行驶控制单元构造为在执行行驶控制的同时起动内燃机。气门致动控制单元构造为控制可变气门致动装置。所述控制器的特征在于气门致动控制单元构造为当在执行行驶控制的同时内燃机起动时设定进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项，使得当混合动力车辆以第一车辆速度行驶时进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项小于当混合动力车辆以第二车辆速度行驶时进气门的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项。第二车辆速度低于第一车辆速度。
在以上方面，当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时，气门致动控制单元可以构造为设定进气门的气门升程和进气门的气门工作角中的至少一项，使得当混合动力车辆以第一车辆速度行驶时进气门的气门升程和进气门的气门工作角中的至少一项小于当混合动力车辆以第二车辆速度行驶时进气门的气门升程和进气门的气门工作角中的对应的至少一项，并且行驶控制单元可以构造为起动内燃机。
在以上方面，可变气门致动装置可以构造为将进气门的工作特性改变为第一特性和第二特性中的一个特性，第二特性的气门升程和气门工作角中的至少一项可以大于第一特性的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项。气门致动控制单元可以构造为当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时并且当在要求内燃机的起动时的混合动力车辆的速度高于或者等于预定值时，将进气门的工作特性设定为第一特性。气门致动控制单元可以构造为当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时并且当在要求内燃机的起动时的混合动力车辆的速度低于预定值时，将进气门的工作特性设定为第二特性。行驶控制单元可以构造为当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时起动内燃机。
在以上方面，可变气门致动装置可以构造为将进气门的工作特性改变为第一特性、第二特性和第三特性中的任何一个特性。第二特性的气门升程和气门工作角中的至少一项可以大于第一特性的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项。第三特性的气门升程和气门工作角中的至少一项可以大于第二特性的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项。气门致动控制单元可以构造为当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时并且当在要求内燃机的起动时的混合动力车辆的速度高于或者等于预定值时，将进气门的工作特性设定为第一特性。气门致动控制单元可以构造为当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时并且当在要求内燃机的起动时的混合动力车辆的速度低于预定值时，将进气门的工作特性设定为第三特性。行驶控制单元可以构造为当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时起动内燃机。
在以上方面，当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时，气门致动控制单元可以构造为随着混合动力车辆的速度增大而减小进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项。行驶控制单元可以构造为当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时起动内燃机。
本发明的另一个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内燃机、旋转电机和控制器。内燃机包括构造为改变进气门的工作特性的可变气门致动装置。旋转电机构造为产生用于推进混合动力车辆的驱动力。该控制方法包括：(a)利用控制器执行行驶控制，行驶控制是用于在停止内燃机的同时通过使用旋转电机的驱动力而使得混合动力车辆行驶的控制；和(b)当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时利用控制器起动内燃机。所述控制方法的特征在于还包括：(c)当在执行行驶控制的同时内燃机起动时，利用控制器设定进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项，使得当混合动力车辆以第一车辆速度行驶时进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项小于当混合动力车辆以第二车辆速度行驶时进气门的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项，第二车辆速度低于第一车辆速度。
本发明进一步的另一个方面提供一种混合动力车辆。该混合动力车辆包括内燃机、旋转电机和控制器。内燃机包括构造为改变进气门的工作特性的可变气门致动装置。旋转电机构造为产生用于推进混合动力车辆的驱动力。控制器构造为：(a)执行用于在停止内燃机的同时通过使用旋转电机的驱动力而使得混合动力车辆行驶的行驶控制，和(b)控制可变气门致动装置。所述混合动力车辆的特征在于所述控制器还被构造成：(c)当在执行行驶控制的同时内燃机起动时，设定进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项，使得当混合动力车辆以第一车辆速度行驶时进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项小于当混合动力车辆以第二车辆速度行驶时进气门的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项，第二车辆速度低于第一车辆速度，并且起动内燃机。
在以上方面，当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时，控制器可以构造为设定进气门的气门升程和进气门的气门工作角中的至少一项，使得当混合动力车辆以第一车辆速度行驶时进气门的气门升程和进气门的气门工作角中的至少一项小于当混合动力车辆以第二车辆速度行驶时进气门的气门升程和进气门的气门工作角中的对应的至少一项，并且起动内燃机。
在以上方面，可变气门致动装置可以构造为将进气门的工作特性改变为第一特性和第二特性中的一个特性。第二特性的气门升程和气门工作角中的至少一项可以大于第一特性的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项。控制器可以构造为当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时并且当在要求内燃机的起动时的混合动力车辆的速度高于或者等于预定值时，将进气门的工作特性设定为第一特性。控制器可以构造为当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时并且当在要求内燃机的起动时的混合动力车辆的速度低于预定值时，将进气门的工作特性设定为第二特性。控制器可以构造为当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时起动内燃机。
在以上方面，可变气门致动装置可以构造为将进气门的工作特性改变为第一特性、第二特性和第三特性中的任何一个特性。第二特性的气门升程和气门工作角中的至少一项可以大于第一特性的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项。第三特性的气门升程和气门工作角中的至少一项可以大于第二特性的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项。控制器可以构造为当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时并且当在要求内燃机的起动时的混合动力车辆的速度高于或者等于预定值时，将进气门的工作特性设定为第一特性。控制器可以构造为当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时并且当在要求内燃机的起动时的混合动力车辆的速度低于预定值时，将进气门的工作特性设定为第三特性。控制器可以构造为当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时起动内燃机。
在以上方面，当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时，控制器可以构造为随着混合动力车辆的速度增大而减小进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项。控制器可以构造为当在执行行驶控制的同时要求内燃机的起动时起动内燃机。
根据本发明，当混合动力车辆的速度是高的时，在气门升程和气门工作角中的至少一项减小的同时，发动机起动。因此，发动机扭矩的响应升高，使得能够即刻地输出发动机扭矩。在另一方面，当混合动力车辆的速度是低的时，在气门升程和气门工作角中的至少一项增大的同时，发动机起动。因此，减压发生，使得能够抑制由发动机起动引起的振动。因此，根据本发明，能够基于行驶状况实现适当的发动机起动。
附图说明
将在下面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，其中类似的数字表示类似的元件，并且其中：
图1是示出应用根据本发明的一个实施例的控制器的混合动力车辆的总体构造的框图；
图2是示出图1所示发动机的构造的视图；
图3是示出利用VVL(可变气门升程)装置实现的曲柄角和气门位移之间的关系的曲线图；
图4是VVL装置的前视图，VVL装置是控制每一个进气门的气门升程和气门工作角的装置的一个实例；
图5是部分地示出VVL装置的透视图；
图6是示意在当每一个进气门的气门升程和气门工作角是大的时的操作的视图；
图7是示意在当每一个进气门的气门升程和气门工作角是小的时的操作的视图；
图8是示意由于每一个进气门的特性引起的发动机扭矩响应的差异的时间图；
图9是示意由于每一个进气门的特性引起的发动机扭矩的差异的曲线图；
图10是与由图1所示控制器执行的进气门控制相关联的功能框图；
图11是示出由图1所示控制器执行的进气门控制的控制结构的流程图；
图12是示出利用能够在三个步骤中改变每一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；
图13是示出包括具有图12所示工作特性的VVL装置的发动机的工作线的曲线图；
图14是示出由控制具有图12所示工作特性的VVL装置的控制器执行的进气门控制的控制结构的流程图；并且
图15是示出利用能够在两个步骤中改变每一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。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。在绘图中类似的附图标记表示相同或者对应的部分，并且其说明将不予重复。
图1是示出应用根据本发明的一个实施例的控制器的混合动力车辆的总体构造的框图。如在图1中所示，混合动力车辆1包括发动机100、马达发电机MG1、MG2、动力分配装置4、减速装置5、驱动轮6、蓄电装置B、电力控制单元(PCU)20和控制器200。
混合动力车辆1通过使用从发动机100和马达发电机MG2中的至少一个输出的驱动力行驶。由发动机100产生的驱动力被动力分配装置4分配到两条路径中。路径之一是经由减速装置5将驱动力传递到驱动轮6的路径。另一条路径是将驱动力传递到马达发电机MG1的路径。
蓄电装置B是构造为可再充电和可放电的电力储存元件。蓄电装置B包括二次电池，诸如锂离子电池、镍金属氢化物电池和铅蓄电池，或者蓄电元件的单体电池，诸如双电层电容器。
蓄电装置B连接到PCU 20以驱动马达发电机MG1、MG2。蓄电装置B向PCU 20供应电力，用于产生混合动力车辆1的驱动力。蓄电装置B储存由马达发电机MG1、MG2产生的电力。蓄电装置B的输出例如是200V。
PCU 20将从蓄电装置B供应的直流电转换成交流电，并且通过使用交流电驱动马达发电机MG1、MG2。PCU 20将由马达发电机MG1、MG2产生的交流电转换成直流电，并且利用直流电对蓄电装置B充电。
控制器200基于油门操作量信号和车辆行驶状态计算行驶功率。油门操作量信号指示油门踏板的操作量。控制器200基于计算出的行驶功率控制发动机100的驱动力和马达发电机MG2的驱动力。控制器200基于行驶功率控制混合动力车辆1的驱动模式。驱动模式包括“EV模式”和“HV模式”。在“EV模式”中，混合动力车辆1在发动机100停止的状态下通过使用马达发电机MG2作为动力源而行驶。在“HV模式”中，混合动力车辆1在发动机100运转的状态下行驶。
图2是示出图1所示发动机100的构造的视图。如在图2中所示，空气通过空气净化器102被吸入发动机100中。进气量由节流阀104调节。节流阀104是由节流阀马达312驱动的电控制节流阀。
每一个喷射器108朝向对应的进气端口喷射燃料。在每一个进气端口中与燃料混合的空气被引入对应的气缸106中。
在本实施例中，发动机100将被描述成端口喷射型发动机，其中每一个喷射器108的喷射孔被设置在对应的进气端口中。除了每一个端口喷射喷射器108，可以设置直接地将燃料喷射到对应的气缸106中的直接喷射喷射器。进而，可以仅仅设置直接喷射喷射器。
每一个气缸106中的空气-燃料混合物被火花塞110点燃以燃烧。燃烧后的空气-燃料混合物，即，排气，被三元催化剂112净化，并且然后被排放到车辆外侧。通过空气-燃料混合物的燃烧，活塞114被向下推动，并且曲轴116旋转。
进气门118和排气门120设置在每一个气缸106的顶部处。引入每一个气缸106中的空气的量和引入正时由对应的进气门118控制。从每一个气缸106排放的排气的量和排放正时由对应的排气门120控制。每一个进气门118由凸轮122驱动。每一个排气门120由凸轮124驱动。
如将在以后详细描述地，每一个进气门118的气门升程和气门工作角由可变气门升程(VVL)装置400控制。每一个排气门120的气门升程和气门工作角也可以受到控制。控制打开/关闭正时的可变气门正时(VVT)装置可以与VVL装置400组合。
控制器200控制节流阀开度θth、点火正时、燃料喷射正时、燃料喷射量和每一个进气门的工作状态(打开/关闭正时、气门升程、气门工作角等)从而发动机100被置于期望的运转状态下。从各种传感器，即，凸轮角传感器300、曲柄角传感器302、爆振传感器304、节流阀开度传感器306和车辆速度传感器308向控制器200输入信号。
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的旋转速度(发动机旋转速度)和曲轴116的旋转角度的信号。爆振传感器304输出指示发动机100的振动强度的信号。节流阀开度传感器306输出指示节流阀开度θth的信号。车辆速度传感器308用于检测混合动力车辆1的行驶速度。作为一个实例，车辆速度传感器308通过测量混合动力车辆1的驱动轴的旋转速度而检测行驶速度。车辆速度传感器308向控制器200输出信号SPD。信号SPD指示行驶速度。控制器200可以基于车辆速度传感器308的检测值计算行驶速度。
图3是示出利用VVL装置400实现的曲柄角和气门位移之间的关系的曲线图。如在图3中所示，每一个排气门120在排气冲程中打开和关闭，并且每一个进气门118在进气冲程中打开和关闭。每一个排气门120的气门位移由波形EX指示。每一个进气门118的气门位移由波形IN1、IN2指示。
气门位移是从其中进气门118关闭的状态每一个进气门118的位移。气门升程是当每一个进气门118的开度已经达到峰值时的气门位移。气门工作角是从当每一个进气门118打开时到当进气门118关闭时的期间的曲柄角。
每一个进气门118的工作特性由VVL装置400在波形IN1、IN2之间改变。波形IN1指示其中气门升程和气门工作角最小的情形。波形IN2指示其中气门升程和气门工作角最大的情形。在VVL装置400中，气门工作角随着气门升程的增大而增大。
图4是VVL装置400的前视图，VVL装置400是控制每一个进气门118的气门升程和气门工作角的装置的一个实例。如在图4中所示，VVL装置400包括驱动轴410、支撑管道420、输入臂430和摇动凸轮440。驱动轴410在一个方向上延伸。支撑管道420覆盖驱动轴410的外周。输入臂430和摇动凸轮440在支撑管道420的外周上在驱动轴410的轴向方向上布置。线性地致动驱动轴410的致动器(未示出)连接到驱动轴410的远端。
VVL装置400包括与每一个气缸设置的单一凸轮122对应的单一输入臂430。该两个摇动凸轮440与为每一个气缸设置的该一对进气门118对应地设置在每一个输入臂430的两侧上。
支撑管道420以中空圆筒形状形成，并且平行于凸轮轴130布置。支撑管道420固定到气缸盖从而不在轴向方向上移动或者旋转。
驱动轴410插入支撑管道420内侧，从而能够在轴向方向上滑动。输入臂430和该两个摇动凸轮440设置在支撑管道420的外周上从而能够围绕驱动轴410的轴线摇动并且不在轴向方向上移动。
输入臂430包括臂部分432和辊部分434。臂部分432在远离支撑管道420的外周的方向上突出。辊部分434可旋转地连接到臂部分432的远端。输入臂430被设置成使得辊部分434被布置在辊部分434能够接触凸轮122的位置处。
每一个摇动凸轮440具有基本三角形鼻部442，该基本三角形鼻部442在远离支撑管道420的外周的方向上突出。凹形凸轮面444在鼻部442的一侧处形成。可旋转地附接到摇臂128的辊被在进气门118中中的气门弹簧的驱策力挤压抵靠凸轮面444。
输入臂430和摇动凸轮440围绕驱动轴410的轴线一体地摇动。因此，随着凸轮轴130旋转，与凸轮122接触的输入臂430摇动，并且摇动凸轮440与输入臂430的运动联锁地摇动。摇动凸轮440的运动经由摇臂128而被转移到进气门118，并且进气门118打开或者关闭。
VVL装置400进一步包括围绕支撑管道420的轴线改变在输入臂430和每一个摇动凸轮440之间的相对相差的装置。根据需要，利用改变相对相差的装置改变每一个进气门118的气门升程和气门工作角。
即，当在输入臂430和每一个摇动凸轮440之间的相对相差增大时，相对于输入臂430和摇动凸轮440中的每一个的摇动角度而言，每一个摇臂128的摇动角度增大，并且每一个进气门118的气门升程和气门工作角增大。
当在输入臂430和每一个摇动凸轮440之间的相对相差减小时，相对于输入臂430和摇动凸轮440中的每一个的摇动角度而言，每一个摇臂128的摇动角度减小，并且每一个进气门118的气门升程和气门工作角减小。
图5是部分地示出VVL装置400的透视图。图5示出一种被部分地切除从而清楚地理解内部结构的结构。
如在图5中所示，滑动器齿轮450被容纳于在支撑管道420的外周与该一组的输入臂430和两个摇动凸轮440之间限定的空间中。滑动器齿轮450被支撑在支撑管道420上从而能够旋转和在轴向方向上滑动。滑动器齿轮450设置在支撑管道420上从而能够在轴向方向上滑动。
滑动器齿轮450包括螺旋齿轮452。螺旋齿轮452位于滑动器齿轮450在轴向方向上的中心部分处。右手螺旋的螺旋形螺旋花键在螺旋齿轮452上形成。滑动器齿轮450包括螺旋齿轮454。螺旋齿轮454分别地位于螺旋齿轮452的两侧上。与螺旋齿轮452的那些相反的左手螺旋的螺旋形螺旋花键在这些螺旋齿轮454中的每一个上形成。
在另一方面，对应于螺旋齿轮452、454的螺旋花键分别地在输入臂430和两个摇动凸轮440的内周上形成。输入臂430和两个摇动凸轮440的内周限定在其中容纳滑动器齿轮450的空间。即，右手螺旋形螺旋花键在输入臂430上形成，并且螺旋花键与螺旋齿轮452啮合。左手螺旋形螺旋花键在这些摇动凸轮440中的每一个上形成，并且螺旋花键与对应的螺旋齿轮454啮合。
椭圆形孔456在滑动器齿轮450中形成。椭圆形孔456位于螺旋齿轮452和螺旋齿轮454中的一个螺旋齿轮454之间，并且在周向方向上延伸。虽然在绘图中没有示出，但是在支撑管道420中形成了椭圆形孔，并且该椭圆形孔在轴向方向上延伸从而部分地与椭圆形孔456重叠。锁定销412一体地设置在被插入支撑管道420内侧的驱动轴410中。锁定销412突出通过这些椭圆形孔456和椭圆形孔(未示出)的重叠部分。
当驱动轴410由被联接到驱动轴410的致动器(未示出)在轴向方向上移动时，滑动器齿轮450被锁定销412挤压，并且螺旋齿轮452、454同时在驱动轴410的轴向方向上移动。当螺旋齿轮452、454以此方式移动时，与这些螺旋齿轮452、454花键接合的输入臂430和摇动凸轮440并不在轴向方向上移动。因此，输入臂430和摇动凸轮440通过螺旋花键的啮合围绕驱动轴440的轴线枢转。
此时，分别地在输入臂430和每一个摇动凸轮440上形成的螺旋花键具有相反的定向。因此，输入臂430的枢转方向和每一个摇动凸轮440的枢转方向彼此相反。因此，在输入臂430和每一个摇动凸轮440之间的相对相差改变，结果如已经描述地那样，每一个进气门118的气门升程和气门工作角改变。VVL装置不限于这种类型。例如，可以使用电驱动每一个气门的VVL装置、液压驱动每一个气门的VVL装置，等。
控制器200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一个进气门118的气门升程和气门工作角。
图6是示意当每一个进气门118的气门升程和气门工作角是大的时的操作的视图。图7是示意当每一个进气门118的气门升程和气门工作角是小的时的操作的视图。如在图6和图7中所示，当每一个进气门118的气门升程和气门工作角是大的时，因为每一个进气门118的关闭正时延迟，所以发动机100以阿特金森循环运转。即，在进气冲程中吸入气缸106中的空气的一部分返回气缸106的外侧，从而在压缩冲程中是用于压缩空气的力的压缩反作用力降低。因此，能够减小在发动机起动时的振动。然而，因为压缩比降低，所以点火性劣化。
在另一方面，当每一个进气门118的气门升程和气门工作角是小的时，因为每一个进气门118的关闭正时提前，所以压缩比增大。因此，能够改进在低温下的点火性。然而，因为压缩反作用力增大，所以在发动机起动时的振动增大。因为泵送损失增大，所以发动机制动增大。当进气门118的气门升程和气门工作角是小的时，如将在下面描述地，发动机扭矩的响应改进。
图8是示意由于每一个进气门118的特性引起的发动机扭矩响应的差异的时间图。在图8中，横坐标轴线代表时间，并且纵坐标轴线代表发动机旋转速度。图9是示意由于每一个进气门118的特性引起的发动机扭矩的差异的曲线图。在图9中，横坐标轴线代表发动机旋转速度，并且纵坐标轴线代表发动机扭矩。在图8和图9中，连续线指示其中气门升程和气门工作角小的情形，并且短划线指示其中气门升程和气门工作角大的情形。
如在图8和图9中所示，在其中发动机旋转速度低的区域中，在其中气门升程和气门工作角小的情形中可输出的发动机扭矩大于在其中气门升程和气门工作角大的情形中可输出的发动机扭矩。当气门升程和气门工作角是大的时，吸入每一个气缸中的空气的一部分返回气缸的外侧。作为对照，当气门升程和气门工作角是小的时，每一个进气门118早早地关闭，从而能够引入更大量的空气，结果发动机100的可输出扭矩增大。
在另一方面，在其中发动机旋转速度高的区域中，在其中气门升程和气门工作角大的情形中可输出的发动机扭矩大于在其中气门升程和气门工作角小的情形中可输出的发动机扭矩。这是因为，在其中气门升程和气门工作角大的情形中，能够通过利用空气的惯性力引入更大量的空气。
因此，当发动机100的旋转速度增大到是在发动机起动时的目标旋转速度的预定值A时，在其中气门升程和气门工作角小的情形中在低旋转速度范围中可输出的发动机扭矩更大，从而能够快速地增大发动机旋转速度。
在上述构造中，当在混合动力车辆1在EV模式中行驶的同时要求发动机100的驱动力时，在混合车辆1行驶的同时，发动机100被起动。当在混合动力车辆1以低车辆速度行驶的同时发动机100被起动时，抑制由发动机起动引起的振动从而改进驾乘舒适度是重要的。因此，可设想在每一个进气门118的气门升程增大的同时起动发动机100。
在另一方面，当在混合动力车辆1以高车辆速度行驶的同时发动机100被起动时，可能要求即刻地输出发动机100的驱动力从而确保运转性能。然而，如果每一个进气门118的气门升程增大从而抑制振动，则由发动机100产生的扭矩的响应降低，结果存在不能即刻地输出发动机扭矩的可能性。
在本实施例中，当在混合动力车辆1在EV模式中行驶的同时要求发动机100的起动时，并且当混合动力车辆1的速度是高的时，执行进气门控制。在进气门控制中，VVL装置400被控制成使得在其中混合动力车辆1的速度高的情形中每一个进气门118的气门升程和气门工作角中的至少一项小于在其中混合动力车辆1的速度低的情形中每一个进气门118的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项。在下文中，将描述进气门控制的细节。
图10是与由图1所示控制器200执行的进气门控制相关联的功能框图。利用执行硬件处理或者软件处理的控制器200实施在图10的功能框图中示出的功能块。
与图10一起地，如在图2中所示，控制器200包括行驶控制单元201和气门致动控制单元202。
行驶控制单元201基于油门操作量和行驶状态计算行驶功率，并且基于在计算出的行驶功率和转换阈值之间的比较结果转换车辆的驱动模式。行驶控制单元201当计算出的行驶功率低于转换阈值时将驱动模式设定为EV模式，并且执行用于在停止发动机100的同时通过使用马达发电机MG2的驱动力行驶的行驶控制。在另一方面，行驶控制单元201当计算出的行驶功率高于或者等于转换阈值时将驱动模式设定为HV模式，并且执行用于在其中发动机100运转的状态下行驶的行驶控制。
当驱动模式从EV模式转换为HV模式时，行驶控制单元201要求发动机100起动。行驶控制单元201向气门致动控制单元202输出信号REQ。信号REQ指示要求发动机100的起动。
气门致动控制单元202从车辆速度传感器308接收信号SPD。气门致动控制单元202从行驶控制单元201接收信号REQ。当在混合动力车辆1在EV模式中行驶的同时要求发动机100的起动时，气门致动控制单元202控制VVL装置400，使得当混合动力车辆1的速度是高的时每一个进气门118的气门升程和气门工作角中的至少一项小于当混合动力车辆1的速度是低的时每一个进气门118的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项。
具体地，气门致动控制单元202以以下方式控制VVL装置400。当在当要求发动机100的起动时的车辆速度高于或者等于预定值X时，每一个进气门118的气门升程和气门工作角减小。当在当要求发动机100的起动时的车辆速度低于预定值X时，每一个进气门118的气门升程和气门工作角增大。作为一个实例，气门致动控制单元202可以以以下方式控制VVL装置400。当在当要求发动机100的起动时的车辆速度高于或者等于预定值X时，每一个进气门118的气门升程和气门工作角被最小化。当在当要求发动机100的起动时的车辆速度低于预定值X时，每一个进气门118的气门升程和气门工作角被最大化。
气门致动控制单元202产生用于控制VVL装置400的信号VLV，并且向VVL装置400输出所产生的信号VLV。预定值X是用于确定在发动机100起动时在抑制发动机振动或者扭矩响应中哪一个被赋予更高优先权的值。即，当车辆速度高于或者等于预定值X时，扭矩响应被赋予更高的优先权，而当车辆速度低于预定值X时，抑制发动机振动被赋予更高的优先权。
图11是示出由图1所示控制器200执行的进气门控制的控制结构的流程图。通过以预定间隔执行在控制器200中预存储的程序实施图11所示流程图。可替代地，可以通过构造专门硬件(电子电路)实施这些步骤的一部分的过程。
如在图11中所示，控制器200在步骤(在下文中，步骤简称为“S”)100中确定驱动模式是否为EV模式。当确定驱动模式不是EV模式时(在S100中否)，跳过以下过程，并且该过程返回主例程。
当确定驱动模式是EV模式时(在S100中是)，控制器200确定是否要求发动机100的起动(S105)。当确定不要求发动机100的起动时(在S105中否)，跳过以下过程，并且该过程返回主例程。
当确定要求发动机100的起动时(在S105中是)，控制器200确定混合动力车辆1的速度是否高于或者等于预定值X(S110)。当确定混合动力车辆1的速度高于或者等于预定值X时(在S110中是)，控制器200在每一个进气门118的气门升程和气门工作角减小的同时起动发动机100(S120)。作为一个实例，当混合动力车辆1的速度高于或者等于预定值X时，控制器200可以在每一个进气门118的气门升程和气门工作角被最小化的同时起动发动机100。
在另一方面，当确定混合动力车辆1的速度低于预定值X时(在S110中否)，控制器200在每一个进气门118的气门升程和气门工作角增大的同时起动发动机100(S130)。作为一个实例，当混合动力车辆1的速度低于预定值X时，控制器200可以在每一个进气门118的气门升程和气门工作角被最大化的同时起动发动机100。
如上所述，在该实施例中，VVL装置400以以下方式受到控制。当在混合动力车辆1在EV模式中行驶的同时要求发动机100的起动时，当混合动力车辆1以第一车辆速度行驶时每一个进气门118的气门升程和气门工作角中的至少一项被设定为小于当混合动力车辆1以低于第一车辆速度的第二车辆速度行驶时每一个进气门118的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项。当混合动力车辆1的速度是高的时，为了确保运转性能，要求发动机扭矩的响应而非抑制振动。因此，当混合动力车辆1的速度是高的时，由于气门升程和气门工作角中的至少一项的减小，发动机扭矩的响应升高，结果能即刻地输出发动机扭矩。在另一方面，当混合动力车辆1的速度是低的时，为了改进驾乘舒适度，要求抑制振动而非发动机扭矩的响应。因此，当混合动力车辆1的速度是低的时，由于气门升程和气门工作角中的至少一项的增大，减压发生，从而能够抑制发动机起动引起的振动。因此，根据这个实施例，能够基于行驶状况实现适当的发动机起动。
在该实施例中，当在混合动力车辆1在EV模式中行驶的同时要求发动机100的起动时，可以在其中VVL装置400被控制成使得基于混合动力车辆1的速度设定每一个进气门118的气门升程和气门工作角中的至少一项的状态下起动发动机100。同样在此情形中，如在以上情形中那样能够基于行驶状况实现适当的发动机起动。
在该实施例中，当在混合动力车辆1在EV模式中行驶的同时要求发动机100的起动时，VVL装置400可以被控制成使得每一个进气门118的气门升程和气门工作角中的至少一项随着混合动力车辆1的速度增大而降低。换言之，VVL装置400可以被控制成使得每一个进气门118的气门升程和气门工作角中的至少一项随着混合动力车辆1的速度增大而单调地降低。此时，能够随着车辆速度增大而确保扭矩的响应并且随着车辆速度降低而确保抑制发动机振动。
每一个进气门118的气门升程和气门工作角可以连续地(无级地)改变或者可以非连续地(逐级地)改变。
图12是示出利用能够在三个步骤中改变每一个进气门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。VVL装置400A构造为能够将工作特性改变为第一到第三特性中的任何一个。第一特性由波形IN1a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二特性中的气门升程和气门工作角。
图13是示出包括具有图12所示工作特性的VVL装置400A的发动机100A的工作线的曲线图。在图13中，横坐标轴线代表发动机旋转速度，并且纵坐标轴线代表发动机扭矩。图13中的交替长短短划线指示对应于第一到第三特性(IN1a到IN3a)的扭矩特性。由图13中的连续线指示的圆指示等燃料消耗线。每一条等燃料消耗线是连接燃料消耗量相等的点的线。随着接近圆的中心，燃料经济性改进。发动机100A基本上沿着由图13中的连续线指示的发动机工作线运转。
在由区域R1指示的低旋转速度区域中，减小在发动机起动时的冲击是重要的。另外，排气再循环(EGR)气体的引入被停止，并且通过使用阿特金森循环改进了燃料经济性。第三特性(IN3a)被选择作为每一个进气门118的工作特性使得气门升程和气门工作角增大。在由区域R2指示的中间旋转速度区域中，通过增大EGR气体的引入量改进了燃料经济性。因此，第二特性(IN2a)被选择作为进气门118的工作特性使得气门升程和气门工作角处于中间。
即，当每一个进气门118的气门升程和气门工作角是大的(第三特性)时，通过使用阿特金森循环改进燃料经济性被赋予比通过EGR气体的引入改进燃料经济性更高的优先权。在另一方面，当选择中间的气门升程和气门工作角(第二特性)时，通过EGR气体的引入改进燃料经济性被赋予比通过使用阿特金森循环改进燃料经济性更高的优先权。
在由区域R3指示的高旋转速度区域中，通过进气的惯性，大量的空气被引入每一个气缸中，并且通过增大实际压缩比改进了输出性能。因此，第三特性(IN3a)被选择作为每一个进气门118的工作特性使得气门升程和气门工作角增大。
当发动机100A在低旋转速度区域中在高负载下运转时，当发动机100A在极低温度下起动时或者当催化剂被加热时，选择第一特性(IN1a)作为每一个进气门118的工作特性使得气门升程和气门工作角减小。以此方式，基于发动机100A的运转状态确定了气门升程和气门工作角。
图14是示出由控制具有图12所示工作特性的VVL装置400A的控制器200A执行的进气门控制的控制结构的流程图。如在图14中所示，S100到S110类似于图11的流程图中的那些，从而将不重复说明。
当在S110中确定混合动力车辆1的速度高于或者等于预定值X时(在S110中是)，控制器200A控制VVL装置400A使得每一个进气门118的工作特性被设定为第一特性(In1a)(S125)。
在另一方面，当确定混合动力车辆1的速度低于预定值X时(在S110中否)，控制器200A控制VVL装置400A使得每一个进气门118的工作特性被设定为第三特性(IN3a)(S135)。
利用这种构造，因为每一个进气门118的工作特性，即，气门升程和气门工作角被限制为三个特性，所以与其中每一个进气门118的气门升程和气门工作角连续地改变的情形相比，能够减少使用于控制发动机100A的运转状态的控制参数适合所要求的时间。另外，能够减小致动器为了改变每一个进气门118的气门升程和气门工作角而要求的扭矩，从而能够减小致动器的尺寸和重量。因此，能够降低致动器的制造成本。
图15是示出利用能够在两个步骤中改变每一个进气门118的工作特性的VVL装置400B实现的曲柄角和气门位移之间的关系的曲线图。VVL装置400B构造为能够将工作特性改变为第一和第二特性中的一个特性。第一特性由波形IN1b指示。第二特性由波形IN2b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。
此时，当在要求发动机100的起动时的车辆速度高于或者等于预定值X时，VVL装置400B被控制成使得每一个进气门118的工作特性被设定为第一特性。当在要求发动机100的起动时的车辆速度低于预定值X时，VVL装置400B被控制成使得每一个进气门118的工作特性被设定为第二特性。
利用这种构造，因为每一个进气门118的工作特性，即，气门升程和气门工作角被限制为两个特性，所以能够进一步减少使用于控制发动机100的运转状态的控制参数适合所要求的时间。另外，能够进一步简化致动器的构造。每一个进气门118的工作特性，即，气门升程和气门工作角不限于其中工作特性在两个步骤中或者在三个步骤中改变的情形。可以在多于或者等于四个步骤的任何数目的步骤中改变工作特性。
在上述实施例中，每一个进气门118的气门工作角与每一个进气门118的气门升程一起地改变。然而，本发明还能够应用于能够仅仅改变每一个进气门118的气门升程的致动器或者能够仅仅改变每一个进气门118的气门工作角的致动器。利用能够改变每一个进气门118的气门升程和气门工作角中的一项的致动器，也能够获得与其中能够改变每一个进气门118的气门升程和气门工作角这两者的情形的那些类似的有利效果。可以通过利用已知技术实施能够改变每一个进气门118的气门升程和气门工作角中的一项的致动器。
在上述实施例中，串并联混合动力车辆能够通过利用动力分配装置4将发动机100的动力分配到驱动轮6和马达发电机MG1、MG2而传递发动机100的动力。本发明还能够应用于另一个类型的混合动力车辆。即，本发明还能够应用于例如其中发动机100仅仅用于驱动马达发电机MG1并且车辆的驱动力仅仅由马达发电机MG2产生的所谓的串联混合动力车辆、其中仅仅作为电能回收在由发动机100产生的动能内的再生能量的混合动力车辆、其中发动机被用作主动力源并且在必要时马达加以辅助的马达辅助混合动力车辆等。本发明还能够应用于在马达被分离的同时仅仅通过使用发动机的动力行驶的混合动力车辆。
在以上说明中，发动机100对应于根据本发明的“内燃机”的一个实例，并且马达发电机MG2对应于根据本发明的“旋转电机”的一个实例。VVL装置400对应于根据本发明的“可变气门致动装置”的一个实例。
上述实施例应该被视为在每一个方面仅仅是示意性的而非限制性的。本发明的范围是由所附权利要求而非以上实施例的说明限定的。本发明的范围旨在涵盖在所附权利要求的范围及其等价形式内的所有的修改。

Claims (11)

1.一种用于混合动力车辆的控制器，所述混合动力车辆包括内燃机和旋转电机，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改变进气门的工作特性，所述旋转电机被构造成产生用于推进所述混合动力车辆的驱动力，所述控制器包括：
行驶控制单元，所述行驶控制单元被构造成执行用于在停止所述内燃机的同时通过使用所述旋转电机的驱动力而使得所述混合动力车辆行驶的行驶控制，所述行驶控制单元被构造成在执行所述行驶控制的同时起动所述内燃机；和
气门致动控制单元，所述气门致动控制单元被构造成控制所述可变气门致动装置，
所述控制器的特征在于，所述气门致动控制单元被构造成当在执行所述行驶控制的同时所述内燃机被起动时，设定所述进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项，使得当所述混合动力车辆以第一车辆速度行驶时的所述进气门的气门升程和气门工作角中的所述至少一项小于当所述混合动力车辆以第二车辆速度行驶时的所述进气门的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项，所述第二车辆速度低于所述第一车辆速度。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于
当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时，所述气门致动控制单元被构造成设定所述进气门的气门升程和所述进气门的气门工作角中的至少一项，使得当所述混合动力车辆以所述第一车辆速度行驶时的所述进气门的气门升程和所述进气门的气门工作角中的所述至少一项小于当所述混合动力车辆以所述第二车辆速度行驶时的所述进气门的气门升程和所述进气门的气门工作角中的对应的至少一项，并且
所述行驶控制单元被构造成起动所述内燃机。
3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于
所述可变气门致动装置被构造成将所述进气门的工作特性改变为第一特性和第二特性中的一个特性，
所述气门致动控制单元被构造成当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时并且当在要求所述内燃机的起动时的所述混合动力车辆的速度高于或者等于预定值时，将所述进气门的工作特性设定为所述第一特性，
所述气门致动控制单元被构造成当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时并且当在要求所述内燃机的起动时的所述混合动力车辆的速度低于所述预定值时，将所述进气门的工作特性设定为所述第二特性，
所述行驶控制单元被构造成当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时起动所述内燃机，并且
所述第二特性的所述气门升程和所述气门工作角中的至少一项大于所述第一特性的所述气门升程和所述气门工作角中的对应的至少一项。
4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于
所述可变气门致动装置被构造成将所述进气门的工作特性改变为第一特性、第二特性和第三特性中的任何一个特性，
所述气门致动控制单元被构造成当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时并且当在要求所述内燃机的起动时的所述混合动力车辆的速度高于或者等于预定值时，将所述进气门的工作特性设定为所述第一特性，
所述气门致动控制单元被构造成当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时并且当在要求所述内燃机的起动时的所述混合动力车辆的速度低于所述预定值时，将所述进气门的工作特性设定为所述第三特性，
所述行驶控制单元被构造成当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时起动所述内燃机，
所述第二特性的所述气门升程和所述气门工作角中的至少一项大于所述第一特性的所述气门升程和所述气门工作角中的对应的至少一项，并且
所述第三特性的所述气门升程和所述气门工作角中的至少一项大于所述第二特性的所述气门升程和所述气门工作角中的对应的至少一项。
5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于
当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时，所述气门致动控制单元被构造成随着所述混合动力车辆的速度增大而减小所述进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项，并且
所述行驶控制单元被构造成当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时起动所述内燃机。
6.一种用于混合动力车辆的控制方法，所述混合动力车辆包括内燃机、旋转电机和控制器，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改变进气门的工作特性，所述旋转电机被构造成产生用于推进所述混合动力车辆的驱动力，所述控制方法包括：
(a)利用所述控制器执行行驶控制，所述行驶控制是用于在停止所述内燃机的同时通过使用所述旋转电机的驱动力而使得所述混合动力车辆行驶的控制；和
(b)当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时利用所述控制器起动所述内燃机；
所述控制方法的特征在于还包括：
(c)当在执行所述行驶控制的同时所述内燃机被起动时，利用所述控制器设定所述进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项，使得当所述混合动力车辆以第一车辆速度行驶时的所述进气门的气门升程和气门工作角中的所述至少一项小于当所述混合动力车辆以第二车辆速度行驶时的所述进气门的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项，所述第二车辆速度低于所述第一车辆速度。
7.一种混合动力车辆，包括：
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改变进气门的工作特性；
旋转电机，所述旋转电机被构造成产生用于推进所述混合动力车辆的驱动力；和
控制器，所述控制器被构造成：
(a)执行用于在停止所述内燃机的同时通过使用所述旋转电机的驱动力而使得所述混合动力车辆行驶的行驶控制，以及
(b)控制所述可变气门致动装置，
所述混合动力车辆的特征在于，所述控制器还被构造成：
(c)当在执行所述行驶控制的同时所述内燃机被起动时，设定所述进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项，使得当所述混合动力车辆以第一车辆速度行驶时的所述进气门的气门升程和气门工作角中的所述至少一项小于当所述混合动力车辆以第二车辆速度行驶时的所述进气门的气门升程和气门工作角中的对应的至少一项，所述第二车辆速度低于所述第一车辆速度，并且起动所述内燃机。
8.根据权利要求7所述的混合动力车辆，其特征在于，当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时，所述控制器被构造成设定所述进气门的气门升程和所述进气门的气门工作角中的至少一项，使得当所述混合动力车辆以所述第一车辆速度行驶时的所述进气门的气门升程和所述进气门的气门工作角中的所述至少一项小于当所述混合动力车辆以所述第二车辆速度行驶时的所述进气门的气门升程和所述进气门的气门工作角中的对应的至少一项，并且起动所述内燃机。
9.根据权利要求8所述的混合动力车辆，其特征在于
所述可变气门致动装置被构造成将所述进气门的工作特性改变为第一特性和第二特性中的一个特性，
所述控制器被构造成当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时并且当在要求所述内燃机的起动时的所述混合动力车辆的速度高于或者等于预定值时，将所述进气门的工作特性设定为所述第一特性，
所述控制器被构造成当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时并且当在要求所述内燃机的起动时的所述混合动力车辆的速度低于所述预定值时，将所述进气门的工作特性设定为所述第二特性，
所述控制器被构造成当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时起动所述内燃机，并且
所述第二特性的所述气门升程和所述气门工作角中的至少一项大于所述第一特性的所述气门升程和所述气门工作角中的对应的至少一项。
10.根据权利要求8所述的混合动力车辆，其特征在于
所述可变气门致动装置被构造成将所述进气门的工作特性改变为第一特性、第二特性和第三特性中的任何一个特性，
所述控制器被构造成当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时并且当在要求所述内燃机的起动时的所述混合动力车辆的速度高于或者等于预定值时，将所述进气门的工作特性设定为所述第一特性，
所述控制器被构造成当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时并且当在要求所述内燃机的起动时的所述混合动力车辆的速度低于所述预定值时，将所述进气门的工作特性设定为所述第三特性，
所述控制器被构造成当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时起动所述内燃机，
所述第二特性的所述气门升程和所述气门工作角中的至少一项大于所述第一特性的所述气门升程和所述气门工作角中的对应的至少一项，并且
所述第三特性的所述气门升程和所述气门工作角中的至少一项大于所述第二特性的所述气门升程和所述气门工作角中的对应的至少一项。
11.根据权利要求8所述的混合动力车辆，其特征在于
当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时，所述控制器被构造成随着所述混合动力车辆的速度增大而减小所述进气门的气门升程和气门工作角中的至少一项，并且
所述控制器被构造成当在执行所述行驶控制的同时要求所述内燃机的起动时起动所述内燃机。
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