CN106132798A - 混合动力车辆、用于混合动力车辆的控制器和用于混合动力车辆的控制方法 - Google Patents

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Abstract

混合动力车辆包括电动机、内燃机、排气排放控制装置和控制器。电动机被构造成产生用于车辆的驱动力。内燃机包括可变气门致动装置。可变气门致动装置被构造成控制作为进气门的操作特性的气门升程和气门工作角中的至少一个。排气排放控制装置被构造成通过使用催化剂来控制内燃机的排气排放。控制器被构造成执行催化剂预热控制。催化剂预热控制是用于执行排气排放控制装置的催化剂上的预热的控制。催化剂预热控制包括第一预热控制和第二预热控制。第一预热控制是用于在第一运行点运行内燃机的控制。第二预热控制是用于在执行第一预热控制之后与行驶所要求的驱动力无关地在第二运行点运行内燃机的控制。内燃机在第二运行点的输出超过内燃机在第一运行点的输出。控制器被构造成在执行第一预热控制期间的内燃机的点火正时比在执行第二预热控制期间的内燃机的点火正时进一步在延迟侧上的情况下运行内燃机。控制器被构造成在执行第二预热控制期间根据预定特性关系来设定内燃机的输出和进气门的操作特性。预定特性关系是内燃机的输出和进气门的操作特性彼此对应的关系。

Description

混合动力车辆、用于混合动力车辆的控制器和用于混合动力 车辆的控制方法
技术领域
本发明涉及混合动力车辆、用于混合动力车辆的控制器和用于混合动力车辆的控制方法，并且更具体地，涉及设有内燃机的混合动力车辆中的催化剂预热控制，所述内燃机包括用于改变进气门的操作特性的可变气门致动装置。
背景技术
使用包括催化剂的排气排放控制装置，以便控制内燃机的排气排放。为了使催化剂实现充分的净化功能，应升高催化剂的温度。
作为一个示例，日本专利申请公布No.2012-40915(JP 2012-40915A)公开了一种混合动力车辆，在该混合动力车辆中，执行催化剂预热控制用于在排气排放控制装置的催化剂上执行预热。当在该混合动力车辆中需要催化剂预热时，在第一运行点运行内燃机，在第一运行点，内燃机的点火正时在延迟侧，然后在第二运行点运行内燃机，在第二运行点，内燃机的输出需求是固定的，且点火正时在催化剂端部中的温度上升之后返回。在催化剂预热完成之后，过程进入正常操作以便基于整个车辆的输出需求来改变内燃机的输出需求(参考JP2012-40915A)。
此外，已经知道具有能够改变进气门的操作特性的可变气门致动装置的内燃机。作为这样可变气门致动装置，已经知道能够改变进气门的气门升程和气门工作角中的至少一个的可变气门致动装置(参考日本专利申请公布No.2009-108720、日本专利申请公布No.2004-183610、日本专利申请公布No.2013-53610，日本专利申请公布No.2008-25550、日本专利申请公布No.2012-117376、日本专利申请公布No.9-242519等)。
发明内容
在JP2012-40915A中所描述的混合动力车辆的第一运行点和第二运行点(第二运行点是在点火正时返回之后内燃机的输出(Pe)被固定的运行点)，Pe被设定为在预热期间不超过催化剂的净化能力，而无论行驶所要求的行驶功率如何。然而，在JP2012-40915A中，未提供关于在催化剂预热控制期间的进气门的操作特性的具体描述。
因此，在如JP2012-40915A中的混合动力车辆的催化剂预热控制的实施期间，当在内燃机的输出(Pe)与进气门的操作特性(气门升程和/或气门工作角)之间存在不一致时，排放或燃料经济性恶化可能发生。
本发明提供能够改进在催化剂预热控制期间的燃料经济性的排放的混合动力车辆、用于混合动力车辆的控制器和用于混合动力车辆的控制方法。
根据本发明的第一方面的混合动力车辆包括电动机、内燃机、排气排放控制装置和控制器。电动机被构造成产生用于车辆的驱动力。内燃机包括可变气门致动装置。可变气门致动装置被构造成控制作为进气门的操作特性的气门升程和气门工作角中的至少一个。排气排放控制装置被构造成通过使用催化剂来控制内燃机的排气排放。控制器被构造成执行催化剂预热控制。催化剂预热控制是用于执行排气排放控制装置上的催化剂的预热的控制。催化剂预热控制包括第一预热控制和第二预热控制。第一预热控制是用于在第一运行点运行内燃机的控制。第二预热控制是用于在实施第一预热控制之后与行驶所要求的驱动无关地在第二运行点运行内燃机的控制。内燃机在第二运行点的输出大于内燃机在第一运行点的输出。控制器被构造成在执行第一预热控制期间的内燃机的点火正时比在执行第二预热控制期间的内燃机的点火正时进一步在延迟侧上的情况下，运行内燃机。控制器被构造成在执行第二预热控制期间根据预定特性关系来设定内燃机的输出和进气门的操作特性。预定特性关系是内燃机的输出和进气门的操作特性彼此对应的关系。
在该混合动力车辆中，在具有返回的点火正时的第二预热控制期间的内燃机的输出能够取决于在具有延迟点火正时的第一预热控制之后的进气门的操作特性来适当地设定。以这种方式，在催化剂预热控制期间(具体地，在第二预热控制期间)，能够防止可归因于在内燃机的输出与进气门的操作特性之间的不一致的排放或燃料经济性恶化。因此，在催化剂预热控制期间，排放和燃料经济性能够得到改进。
在上文描述的方面中，可以确定特性关系，使得随着气门升程和气门工作角中的至少一个增大，内燃机的输出减小。
根据该构造，在第二预热控制期间，能够防止排气排放的增大以及燃料经济性恶化，所述排气排放的增大是当气门升程和/或气门工作角大时由内燃机的输出的过度增大引起的，所述燃料经济性恶化是当气门升程和/或气门工作角小时由内燃机的输出的过度减小引起的。
在上文描述的方面中，混合动力车辆可以进一步包括检测器。检测器被构造成检测进气门的操作特性。当执行第二预热控制时并且当进气门的操作特性改变时，取决于进气门的当前操作特性，可以根据进气门的操作特性来改变内燃机的输出。进气门的当前操作特性由检测器检测。
根据该构造，即使当在第二预热控制期间由于例如可变气门致动装置的控制延迟导致进气门的操作特性与控制指令无关地改变时，也能够防止可归因于内燃机的输出与进气门的操作特性之间的不一致的排放或燃料经济性恶化。
在上文描述的方面中，控制器可以被构造成：当执行第二预热控制时并且当可变气门致动装置对进气门的操作特性的改变受到限制时，取决于进气门的当前操作特性，根据特性关系来设定内燃机的输出。可变气门致动装置可以被构造成：当执行第二预热控制并且由可变气门致动装置对进气门的操作特性的改变未受到限制时，取决于为催化剂预热控制设定的内燃机的输出，根据特性关系来改变进气门的操作特性。
根据该构造，在进气门的操作特性的变化受到限制的状态下，取决于进气门的当前操作特性来设定内燃机的输出。因此，能够防止可归因于内燃机的输出与进气门的操作特性之间的不一致的排放或燃料经济性恶化。当进气门的操作特性的控制正常时，在第二预热控制期间的内燃机的输出能够被设定为适合于催化剂预热控制。因此，能够缩短催化剂预热控制所要求的时间。
在上文描述的方面中，控制器可以被构造成：当执行第二预热控制时并且当由可变气门致动装置对进气门的操作特性的改变未受到限制时，取决于催化剂的温度的升高而增大内燃机的输出。
根据该构造，内燃机的输出能够取决于在第二预热控制期间的催化剂的净化能力的升高而增大。因此，催化剂预热控制所要求的时间能够通过在不超过催化剂的净化能力的范围内增大内燃机的输出而缩短。
在上文描述的方面中，可变气门致动装置可以被构造成将进气门的操作特性改变为第一特性或第二特性。在进气门的操作特性是第二特性时的气门升程和气门工作角中的至少一个可以大于在进气门的操作特性是第一特性时的气门升程和气门工作角中的至少一个。特性关系可以被确定成使得在进气门的操作特性是第二特性时的内燃机的输出低于在进气门的操作特性是第一特性时的内燃机的输出。
根据该构造，在安装有在两个阶段中控制进气门的操作特性(气门升程和气门工作角中的至少一个)的可变气门致动装置的混合动力车辆中，在催化剂预热控制期间燃料经济性和排放能够得到改进。通过在两个阶段中切换进气门的操作特性，用于设定适当地控制内燃机的运行状态的控制参数所要求的时间能够缩短。此外，用于改变进气门的操作特性的致动器所要求的扭矩能够减小，并且致动器的尺寸能够变得紧凑且重量能够变轻。致动器制造成本也能够降低。
在上文描述的方面中，可变气门致动装置可以被构造成将进气门的操作特性改变为第一特性、第二特性或第三特性。在进气门的操作特性是第二特性时的气门升程和气门工作角中的至少一个可以大于在进气门的操作特性是第一特性时的气门升程和气门工作角中的至少一个。在进气门的操作特性是第三特性时的气门升程和气门工作角中的至少一个可以大于在进气门的操作特性是第二特性时的气门升程和气门工作角中的至少一个。特性关系被确定成使得在操作特性是第二特性时的内燃机的输出低于在操作特性是第一特性时内燃机的输出，并且在操作特性是第三特性时内燃机的输出低于在操作特性是第二特性时内燃机的输出。
根据该构造，利用在三个阶段中控制进气门的操作特性(气门升程和气门工作角中的至少一个)的可变气门致动装置，在催化剂预热控制期间燃料经济性和排放能够得到改进。通过在三个阶段中切换进气门的操作特性，在进气门的操作特性的两阶段切换的效果得到维持的同时，对操作特性的设定能够进一步被分段。结果，与在进气门的操作特性的两阶段切换中相比，燃料经济性和排放能够更适当地改进。
在上文描述的方面中，第一预热控制可以是用于预热催化剂的排气上游侧的控制，并且第二预热控制可以是用于预热整个催化剂的控制。
根据该构造，在通过伴随点火正时迟延的第一预热控制来是排气上游侧活化之后，内燃机的输出增大，并且执行第二预热控制。因此，能够通过催化剂预热控制来抑制排气排放。
在上文描述的方面中，控制器可以被构造成控制电动机，使得在执行第一预热控制期间以及在执行第二预热控制期间，电动机输出行驶所要求的驱动力。
在执行催化剂预热控制期间，该混合动力车辆通过使用电动机行驶。因此，对排气排放控制装置的催化剂的预热能够与行驶的驱动力无关地适当地通过第一预热控制和第二预热控制执行。此外，在催化剂预热控制期间燃料经济性和排放能够通过在第二预热控制期间将设定内燃机的输出和进气门的操作特性两者结合来得到改进。
本发明的第二方面涉及一种用于混合动力车辆的控制器。混合动力车辆包括电动机、内燃机和排气排放控制装置。电动机被构造成产生用于车辆的驱动力。内燃机包括可变气门致动装置。可变气门致动装置被构造成控制作为进气门的操作特性的气门升程和气门工作角中的至少一个。排气排放控制装置被构造成通过使用催化剂来控制内燃机的排气排放。控制器包括第一预热控制设备、第二预热控制设备、点火正时设定设备和操作特性设定设备。第一预热控制设备在第一运行点运行内燃机。第二预热控制设备在第二运行点运行内燃机。内燃机在第二运行点的输出大于内燃机在第一运行点的输出。点火正时设定设备将在通过第一预热控制设备进行的内燃机的运行期间的内燃机的点火正时设定成比在通过第二预热控制设备进行的内燃机的运行期间的内燃机的点火正时进一步在延迟侧上。操作特性设定设备根据预定特性关系来设定通过第二预热控制进行的内燃机的运行期间的内燃机的输出和进气门的操作特性。所述预定特性关系是内燃机的输出和进气门的操作特性彼此对应的关系。
本发明的第三方面涉及一种用于混合动力车辆的控制方法。混合动力车辆包括电动机、内燃机、排气排放控制装置和控制器。电动机被构造成产生用于车辆的驱动力。内燃机包括可变气门致动装置。可变气门致动装置被构造成控制作为进气门的操作特性的气门升程和气门工作角中的至少一个。排气排放控制装置被构造成通过使用催化剂来控制内燃机的排气排放。控制方法包括通过控制器执行第一预热控制。第一预热控制是用于在第一运行点运行内燃机的控制。控制方法包括通过控制器执行第二预热控制。第二预热控制是用于在第二运行点运行内燃机的控制。内燃机在第二运行点的输出大于内燃机在第一运行点的输出。控制方法包括：通过控制器，在执行第一预热控制期间的内燃机的点火正时比在执行第二预热控制期间的内燃机的点火正时进一步在延迟侧上的情况下，运行内燃机。控制方法包括：通过控制器，根据预定特性关系来设定在执行第二预热控制期间的内燃机的输出和进气门的操作特性。预定特性关系是内燃机的输出和进气门的操作特性彼此对应的关系。
附图说明
下面将参照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，其中相同的参考标记表示相同的元件，并且其中：
图1是用于示出根据本发明的第一实施例的混合动力车辆的整体构造的框图；
图2是图1中所示的发动机的构造图；
图3是示出通过VVL装置实现的气门移位量-曲柄角关系的图示；
图4是VVL装置的前视图；
图5是示出图4中所示的VVL装置的局部透视图；
图6是示出通过能够在三个阶段中切换进气门的操作特性的VVL装置实现的气门移位量-曲柄角关系的图示；
图7是用于示出在进气门的气门升程和气门工作角大时在活塞上升期间的操作的概念图；
图8是用于示出在进气门的气门升程和气门工作角小时在活塞上升期间的操作的概念图；
图9是用于示出在进气门的气门升程和气门工作角小时在活塞下降期间的操作的概念图；
图10是用于示出在进气门的操作特性(气门升程和气门工作角)改变时发动机输出特性的概念图；
图11是用于示出根据本发明的第一实施例的在混合动力车辆中的催化剂预热控制期间的发动机控制的操作波形图；
图12是用于示出与进气门的操作特性对应的排气排放量与积分HC排放量之间的特性关系的概念图；
图13是用于示出在第二预热控制期间在进气门的操作特性与发动机输出之间的特性关系的概念图；
图14是示出根据本发明的第一实施例的在混合动力车辆中的催化剂预热控制中的第二预热控制期间的发动机输出设定的流程图；
图15是在进气门的操作特性受到限制时催化剂预热控制的第一操作波形图；
图16是在进气门的操作特性受到限制时催化剂预热控制的第二操作波形图；
图17是示出通过能够在两个阶段中切换进气门的操作特性的VVL装置实现的气门移位量-曲柄角关系的图示；
图18是示出在根据第一实施例的催化剂预热控制通过应用具有在图17中所示的操作特性的VVL装置而执行的情况下在第二预热控制期间的发动机输出设定的流程图；
图19是示出用于根据本发明的第二实施例的在混合动力车辆中的催化剂预热控制中的用于第二预热控制的控制处理的流程图；
图20是示出在进气门的操作特性的控制是正常的时在催化剂预热控制中在第二预热控制期间的发动机输出设定的示例的概念图；并且
图21是图1中所示的发动机的另一构造图示。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本发明的实施例。下面将描述多个实施例，并且在各实施例中描述的构造的适当的组合从开始计划。原则上，相同的附图标记将用来表示附图中相同或对应的部分并且将不重复其描述。
图1是用于示出根据本发明的第一实施例的混合动力车辆的整体构造的框图。
参照图1，混合动力车辆1设有发动机100、电动发电机MG1、MG2、动力分配装置4、减速器5和驱动轮6。此外，混合动力车辆1进一步设有蓄电装置10、电力控制单元(PCU)20和控制器200。
混合动力车辆1能够通过使用从发动机100和电动发电机MG2中的至少一个输出的驱动力行驶。诸如汽油发动机和柴油发动机的内燃机构成发动机100，并且发动机100产生用于车辆的驱动力。此外，发动机100产生用于驱动电动发电机MG1的驱动力，电动发电机MG1能够作为电力发电机工作。
当发动机100通过电动发电机MG1启动时，发动机100能够被起动。发动机100具有用于改变进气门的操作特性的可变气门致动装置。控制器200根据车辆的行驶情形和发动机100的起动性来控制可变气门致动装置。通过使用催化剂来控制发动机100的排气排放的排气排放控制装置布置在发动机100的排气通路中。将在稍后详细地描述发动机100、可变气门致动装置和排气排放控制装置。
动力分配装置4被构造成能够经减速器5将由发动机100产生的驱动力分成用于驱动驱动轮6的驱动力和用于驱动电动发电机MG1的驱动力。行星齿轮例如构成动力分配装置4。
电动发电机MG1、MG2是交流旋转电机，并且例如是三相交流同步电动发电机。电动发电机MG1能够通过使用经动力分配装置4接收的用于发动机100的驱动力来发电。例如，当蓄电装置10的SOC达到预定下限时，发动机100被起动并且电动发电机MG1执行发电。由电动发电机MG1产生的电力通过PCU 20转换电压，并且临时存储在蓄电装置10中或直接供给至电动发电机MG2。
电动发电机MG2通过使用存储在蓄电装置10中的电力和由电动发电机MG1产生的电力中的至少一个来产生驱动力。电动发电机MG2的驱动力经减速器5传输至驱动轮6。在图1中，前轮被图示为驱动轮6。然而，电动发电机MG2可以驱动后轮而非前轮或驱动后轮连同前轮。
在车辆的制动期间，驱动轮6经减速器5驱动电动发电机MG2，并且电动发电机MG2作为发电机工作。以这种方式，电动发电机MG2作为将制动能转换成电力的再生制动器工作。由电动发电机MG2产生的电力被存储在蓄电装置10中。
PCU20是用于驱动电动发电机MG1、MG2的驱动装置。PCU20包括用于驱动电动发电机MG1、MG2的逆变器并且可以包括用于在逆变器与蓄电装置10之间的电压转换的转换器。
蓄电装置10是可再充电直流电源，并且被构造成包括例如二次电池，诸如镍氢二次电池和锂离子二次电池。蓄电装置10具有例如近似200V的电压。蓄电装置10存储由电动发电机MG1、MG2产生的电力。大容量电容器能够作为蓄电装置10被采用。蓄电装置10不特别地受到限制，只要蓄电装置10是能够临时存储由电动发电机MG1、MG2产生的电力并且能够将所存储的电力供应至电动发电机MG2的电力缓冲器。此外，用于检测蓄电装置10的温度、电压和电流的传感器布置在蓄电装置10中。由传感器检测到的值被输出至控制器200。
控制器200被构造成包括电子控制单元(ECU)、存储装置(未示出)、I/O缓冲器(未示出)等，所述电子控制单元(ECU)包括中央处理单元(CPU，未示出)。控制器200将信号(加速度器开度ACC、车辆速度VSS等)输入到各种传感器，将控制信号输出到每个器件，并且控制混合动力车辆1的每个器件。控制器200执行例如对混合动力车辆1的行驶控制、用于对排气排放控制装置的催化剂执行预热的催化剂预热控制和根据作为主控制的行驶控制以及催化剂预热控制的可变气门致动装置控制。稍后将描述控制器200的操作。
接着，将描述具有可变气门机构的发动机的构造。
图2是示出图1中所示的发动机100的构造的图示。参照图2，节气门104调节进入发动机100中的空气吸入量。节气门马达312驱动节气门104。喷射器108喷射燃料到进气口。在进气口处，燃料与空气混合。当打开进气门118时，空气燃料混合物被引入到气缸106中。喷射器108可以被布置为将燃料直接喷射到气缸106中的直接喷射器。可替代地，端口喷射器和直接喷射器两者都可以被布置为喷射器108。
气缸106中的空气燃料混合物通过火花塞110点燃并且燃烧。燃烧后的空气燃料混合(也就是，排气)被排放至排气通路。通过使用催化剂净化排气的排气排放控制装置布置在排气通路中。排气排放控制装置被构造成包括催化剂112S(在下文中，也被称为“起动催化(S/C)催化剂”)和布置在S/C催化剂112S的下游侧上的催化剂112U(在下文中，也被称为“底层(U/F)催化剂”)。排气通过S/C催化剂112S和U/F催化剂112U净化，然后从车辆排出。空气燃料混合物的燃烧使活塞114被向下推动并且使曲轴116旋转。
进气门118和排气门120布置在气缸106的顶部中。引入到气缸106的空气量和引入的正时受到进气门118的控制。从气缸106排放的排气量和排放正时受到排气门120的控制。进气门118由凸轮122驱动，并且排气门120由凸轮124驱动。
进气门118的操作特性受到如稍后详细地描述的可变气门升程(VVL)装置400的控制。在下文中，气门升程和气门工作角被控制为进气门118的操作特性的示例将被描述。排气门120的气门升程和/或气门工作角也可以受到控制。此外，控制打开和关闭正时的可变气门正时(VVT)装置可以与VVL装置400结合。
发动机100进一步包括排气再循环(EGR)装置。EGR装置包括EGR通路140和EGR阀142。EGR通路140是用于发动机100的排气排放回流到吸入侧的管线。EGR阀142被布置EGR通路140中，并且打开和关闭EGR阀受到控制器200的控制。
当打开EGR阀142时，EGR通路140允许排气路径和空气进气路径彼此连通。当关闭GER阀142时，EGR通路140被阻塞。当打开EGR阀142并且排气排放经历回流到空气进气路径时，能够通过减小节流损失而减小泵送损失。换言之，能够通过GER装置提高燃料经济性。
来自凸轮角传感器300、曲柄角传感器302、爆振传感器304、节气门开度传感器306、水温传感器309和VVL位置传感器311的信号以及示出加速器开度ACC和车辆速度VSS的信号被输入到控制器200。
凸轮角传感器300输出示出凸轮位置的信号。曲柄角传感器302输出示出曲轴116的速度(发动机速度)和曲轴116的旋转角度的信号。爆振传感器304输出示出发动机100的振动强度的信号。节气门开度传感器306输出示出节气门开度θth的信号。水温传感器309输出示出发动机100的冷却剂温度Tw的信号。
VVL位置传感器311被构造成检测示出受到VVL装置400控制的进气门118的当前操作特性的数据。由位置传感器311获得的检测值Lv被输入到控制器200中。换言之，控制器200能够基于VVL位置传感器311的检测值Lv检测当前气门升程和气门工作角。
此外，控制器200基于来自上述传感器的信号控制发动机100。具体地，控制器200控制节气门开度θth、点火正时、燃料喷射正时、燃料喷射量、EGR装置的操作(EGR阀142的开度)和进气门的操作状态(打开和关闭正时、气门升程、气门工作角等)，使得发动机100根据车辆的行驶情形和排气排放控制装置的预热情形在期望的运行点运行。运行点是发动机100的运行点，在该运行点下，发动机100的功率、扭矩和速度是确定的。确定发动机100的运行点使得发动机100输出期望的功率和扭矩。
在该实施例中，描述了基于功率控制发动机输出的示例。因此，控制器200将发动机功率需求设定为在混合动力车辆1的行驶控制期间发动机100的输出需求。此外，控制器200控制上述参数组，使得在根据发动机功率需求产生输出的运行点(发动机速度和发动机扭矩的组合)运行发动机100。
图3是示出通过VVL装置400实现的气门移位量-曲柄角关系的图示。参照图3，排气门120在排气冲程中打开并且关闭，并且进气门118在进气冲程中打开并且关闭。波形EX示出排气门120的气门移位量，并且波形IN1、IN2示出进气门118的气门移位量。
气门移位量是从进气门118被关闭的状态开始的进气门118的位移量。气门升程是在进气门118的开度到达峰值时的气门移位量。气门工作角在进气门118被打开然后被关闭期间的曲柄角。
VVL装置400使进气门118的操作特性在波形IN1、IN2之间变化。波形IN1示出气门升程和气门工作角最小化的情况。波形IN2示出气门升程和气门工作角最大化的情况。在VVL装置400中，气门工作角随着气门升程增大而增大。换言之，在图示为该实施例的示例的VVL装置400中，气门升程和气门工作角作为进气门118的操作特性被改变。
图4是作为控制进气门118的气门升程和气门工作角的装置的示例的VVL装置400的前视图。
参照图4，VVL装置400设有在一个方向上延伸的驱动轴410、覆盖驱动轴410的外周表面的支撑管420和在驱动轴410的轴向方向上平行地布置在支撑管420的外周表面上的输入臂430和振荡凸轮440。允许驱动轴410处于线性运动中的致动器(未示出)连接到驱动轴410的末端。
在VVL装置400中，一个输入臂430取决于布置在每个气缸中的一个凸轮122而布置。两个振荡凸轮440分别取决于布置在每个气缸中的一对进气门118布置在输入臂430的两个相应的侧上。
支撑管420形成为具有中空圆筒形状，并且布置成与凸轮轴130平行。支撑管420固定到气缸盖从而不在轴向方向上移动或旋转。
驱动轴410被插入到支撑管420中，以便能够在其轴向方向上滑动。输入臂430和两个振荡凸轮440布置在支撑管420的外周表面上，从而能够绕驱动轴410的轴向中心振荡并且在其轴向方向上无法移动。
输入臂430具有臂部432和辊部434，臂部432突出远离支撑管420的外周表面，辊部434可旋转地连接到臂部432的末端。输入臂430被布置成使得辊部434能够紧靠凸轮122。
振荡凸轮440具有突出远离支撑管420的外周表面的大致三角形鼻部442。凹弯曲凸轮表面444形成在鼻部442的一侧上。被布置在进气门118中的气门弹簧的偏压力使可旋转地安装在摇臂128上的辊压靠凸轮表面444。
输入臂430和振荡凸轮440彼此一体化，并且绕驱动轴410的轴向中心振荡。因此，当凸轮轴130旋转时，紧靠凸轮122的输入臂430振荡，并且振荡凸轮440也响应于输入臂430的移动而振荡。振荡凸轮440的移动通过摇臂128传输至进气门118，使得进气门118被打开和关闭。
VVL装置400进一步设有改变输入臂430和振荡凸轮440之间环绕支撑管420的轴向中心的相对相位差的装置。进气门118的气门升程和气门工作角通过改变相对相位差的装置适当地改变。
当输入臂430和振荡凸轮440之间的相对相位差增大时，摇臂128的振荡角度相对于输入臂430和振荡凸轮440的振荡角度增大。因此，进气门118的气门升程和气门工作角增大。
当输入臂430和振荡凸轮440之间的相对相位差减小时，摇臂128的振荡角度相对于输入臂430和振荡凸轮440的振荡角度减小。因此，进气门118的气门升程和气门工作角减小。
图5是示出VVL装置400的局部透视图。在图5中，VVL装置400的一部分以分解方式示出，使得内部结构能够变得明晰。
参照图5，相对于支撑管420可旋转且可滑动地支撑在轴向方向上的滑动器齿轮450被容纳在输入臂430和两个振荡凸轮440与支撑管420的外周表面之间限定的空间中。滑动器齿轮450被布置成能够在支撑管420上在轴向方向上滑动。
被定位在滑动器齿轮450的轴向方向中心部分中并且具有右旋螺旋形螺旋键槽的斜齿轮452布置在滑动器齿轮450中。此外，定位在斜齿轮452的两侧上并且在其中形成有与斜齿轮452相反的左旋螺旋形螺旋键槽的斜齿轮454布置在滑动器齿轮450中。
对应于斜齿轮452、454的螺旋键槽形成在输入臂430和限定滑动器齿轮450被容纳的空间的两个振荡凸轮440的相应的内周表面上。换言之，在输入臂430中形成有右旋螺旋形螺旋键槽，并且螺旋键槽与斜齿轮452相接合。此外，在振荡凸轮440中形成有左旋螺旋形花键，并且螺旋形花键与斜齿轮454相接合。
在滑动器齿轮450中形成有长孔456，长孔456定位在斜齿轮454中的一个与斜齿轮452之间并且在周向方向上延伸。此外，虽然未示出，但是在支撑管420中形成有在轴向方向延伸以与长孔456的一部分重叠的长孔。突出通过长孔456和(未示出的)长孔的重叠部分的锁定销412与插入到支撑管420中的驱动轴410一体地布置。
当连接到驱动轴410的致动器(未示出)使驱动轴410在其轴向方向上移动时，滑动器齿轮450被锁定销412推动，并且斜齿轮452、454同时在驱动轴410的轴向方向上移动。当斜齿452、454如上文所描述的那样移动时，与斜齿轮452、454通过键槽接合的输入臂430和振荡凸轮440不在轴向方向上移动。因此，输入臂430和振荡凸轮440通过螺旋键槽接合环绕驱动轴410的轴向中心枢转。
在这种情况下，形成在输入臂430和振荡凸轮440中的螺旋键槽具有相反的方向。因此，输入臂430和振荡凸轮440具有相反的枢转方向。以这种方式，输入臂430和振荡凸轮440之间的相对相位差改变，并且进气门118的气门升程和气门工作角如上文所描述的那样改变。
例如，图2所示的VVL位置传感器311被构造成具有能够检测输入臂430与振荡凸轮440之间机械相位差的机构。可替代地，VVL位置传感器311也能够被构造成具有能够检测通过致动器(未示出)移动的驱动轴410的轴向方向位置的机构。VVL位置传感器311的构造不特别地受到限制，只要作为进气门118的操作特性的气门升程和气门工作角能够从VVL位置传感器311的检测值被直接或间接地获得。
控制器200通过调节允许驱动轴410处于线性运动中的致动器的操作量来控制进气门118的气门升程和气门工作角。电动机例如能够构成致动器。一般而言，构成致动器的电动机从电池(辅助电池)接收电力供应，在这种情况下，所述电池与蓄电装置10分离。可替代地，致动器也能够被构造成通过由油泵产生的液压压力操作，所述油泵由发动机100驱动。
VVL装置并不限于图4和图5中所示的示例。例如，也可以使用电力地驱动气门或通过使用液压压力驱动气门的VVL装置。换言之，用于改变进气门118的操作特性(气门升程和气门工作角)的机构在该实施例中不特别地受到限制，并且在适当的情况下，能够应用已知的机构。
图6是示出通过能够在三个阶段中切换进气门118的操作特性的VVL装置400实现的气门移位量-曲柄角关系的图示。
参照图6，VVL装置400能够将进气门118的操作特性切换成第一特性至第三特性中的任一个特性。波形IN1a示出第一特性。波形IN2a示出第二特性，其中气门升程和气门工作角比当操作特性是第一特性时大。波形IN3a示出第三特性，其中气门升程和气门工作角比当操作特性是第二特性时大。
在下文中，气门升程和气门工作角与在另外两个特性中相比相对小的第一特性(波形IN1a)将被称为“小凸轮特性”，并且气门升程和气门工作角与在另外两个特性中相比相对大的第三特性(波形IN3a)将被称为“大凸轮特性”。此外，气门升程和气门工作角比小凸轮特性大并且比大凸轮特性小的第二特性(波形IN2a)将被称为“中间凸轮特性”。
图7是用于示出在进气门118的操作特性是大凸轮特性时在活塞上升期间的操作的图示。
参照图7，在进气门118的操作特性是大凸轮特性的情况下，在活塞114的上升期间进气门118关闭的正时延时。因此，发动机100通过阿特金森(Atkinson)循环运行，并且燃料经济性能够得到改进。在进气冲程中，进入到气缸106中的空气的一部分从气缸106返回，并且因此气缸106中的空气-燃料混合物的压缩比减小，并且空气-燃料混合物的可燃性恶化。因此，空气-燃料混合物的燃烧状态倾向于恶化，并且排气中的排放恶化。因为在压缩冲程中的压缩反作用力减小，所以当应用于发动机起动时，起因于发动机起动的振动能够减小。
图8是用于示出在进气门118的操作特性是小凸轮特性时在活塞上升期间的操作的图示。图9是用于示出在进气门118的操作特性是小凸轮特性时在活塞下降期间的操作的图示。
参照图8和图9，在进气门118的操作特性是小凸轮特性的情况下，在活塞114的下降期间打开进气门118的正时延时。因此，在气缸106中产生负压状态下从进气口吸入空气-燃料混合物，并且气缸106中的燃料的混合加速。此外，在活塞114的上升期间关闭进气门118的正时提前，并且因此在气缸106中空气-燃料混合物的压缩比上升，并且空气-燃料混合物的可燃性得到改进。因此，空气-燃料混合物的燃烧状态得到改进，并且排气的排放得到改进。然而，由于大的泵送损失，燃料经济性相对恶化。
如果小凸轮特性被应用于发动机起动，则与大凸轮特性的情况相比，振动增大，但是可燃性更佳并且因此在发动机冷却期间的起动性能够增大。如果大凸轮特性被应用于发动机起动，则与小凸轮特性的情况相比，在发动机起动期间的振动能够被抑制，而在发动机冷却期间起动性可能下降。
图10是用于示出在进气门118的操作特性(气门升程和气门工作角)改变时的发动机输出特性的概念图。
参照图10，水平轴线示出发动机速度，而竖直轴线示出发动机扭矩。由点链线示出的线代表与第一至第三特性(IN1a至IN3a)对应的扭矩特性。由实线所示的圆圈代表相等的燃料经济性线，并且燃料经济性朝圆圈的中心越来越高。
示意性地，在发动机100的低速度范围内，随着气门升程和气门工作角减小，能够输出越来越大的发动机扭矩。在发动机100的高速度范围内，随着气门升程和气门工作角增大，能够输出越来越大的发动机扭矩。此外，当在中速度范围内应用中间凸轮特性时，发动机100具有最佳燃料经济性。在完成催化剂预热控制之后的正常控制期间，主要在鉴于上文描述的特性事先确定的发动机运行线上运行发动机100。该发动机运行线通过图10中的实线示出。
根据发动机运行线，发动机振动抑制在图示为区域R1的低速度范围内是重要的。在该低速度范围内，关闭EGR阀142(图2)，使得停止EGR气体引入，并且燃料经济性能够通过阿特金森循环得到改进。因此，在区域R1中，第三特性(IN3a：大凸轮特性)被选择为进气门118的操作特性，使得气门升程和气门工作角增大。
在被图示为区域R2的中速度范围内，打开EGR阀142(图2)并且EGR气体引入量增大，并且因此燃料经济性能够得到改进。因此，在区域R2中，第二特性(中间凸轮特性)被选择为进气门118的操作特性，使得气门升程和气门工作角处在中间水平。
换言之，在进气门118的气门升程和气门工作角大(大凸轮特性)的情况下，通过阿特金森循环获得的燃料效率改进优先于通过EGR气体引入获得的燃料效率改进。在选择中间气门升程和中间气门工作角的情况下，通过EGR气体引入获得的燃料效率改进优先于通过阿特金森循环获得的燃料效率改进。
在被图示为区域R3的高速度范围内，大量空气通过进气惰性被引入到气缸中，并且输出性能能够通过实际压缩比的上升而得到改进。因此，在区域R3中，第三特性(大凸轮)被选择为进气门118的操作特性，使得气门升程和气门工作角增大。以这种方式，根据在行驶期间在正常控制期间发动机100的运行状态(运行点)来确定气门升程和气门工作角。
回头参照图1和图2，混合动力车辆1在发动机100停止的情况下能够通过使用电动发电机MG(EV行驶)行驶。换言之，发动机100在混合动力车辆1中间歇地运行。当例如在发动机停止状态下满足预定发动机起动条件时，发动机起动处理被执行。典型地，当混合动力车辆1所要求的输出超过预定阈值时，满足发动机起动条件。相反，如果在发动机100的运行期间，混合动力车辆1所要求的输出下降，则满足发动机停止条件，并且执行发动机停止处理。
在满足对布置在排气通路中的S/C催化剂112S(图2)进行预热所要求的预定催化剂预热执行条件的情况下，也满足发动机起动条件。当满足催化剂预热执行条件时，控制器200执行催化剂预热控制以便在不同于正常控制的状态下运行发动机100。基于例如S/C催化剂112S的温度(在下文中，催化剂温度)执行催化剂预热执行条件。能够基于如稍后描述的发动机100的运行来估算催化剂温度。
当发动机停止时，催化剂温度下降，并且因此在发动机停止状态下，满足催化剂预热执行条件。然而，当满足催化剂预热执行条件时，发动机100并不限于处于冷状态，并且视情况，当发动机100处于暖状态下时，也可以满足催化剂预热执行条件。这是因为S/C催化剂112S和发动机100的主体部分之间的布置位置和热容量差。通常，S/C催化剂112S布置在S/C催化剂112S暴露于外部空气并且具有相对小的热容量的情形下，并且因此在发动机停止期间催化剂温度下降超过发动机100的冷却剂温度Tw下降。结果，取决于外部空气条件，由于催化剂温度下降，即使发动机100的冷却剂温度Tw不下降到显著范围，也满足催化剂预热执行条件。
图11是用于示出在催化剂预热控制期间的发动机控制的操作波形图。
参照图11，水平轴线示出时间，并且从竖直轴的顶部依次示出示出了发动机100的发动机速度Ne、发动机功率Pe、点火正时aop、S/C催化剂112S的排气上游侧端部(例如，端面10mm位置)中的净化率、在S/C催化剂112S的中心的净化率、发动机100的燃烧温度和进气门118的操作特性的设定状态的波形。
净化率被定义为输出排气的排放浓度与输入排气的排放浓度(典型地，HC浓度)的比。实际上，通过使用先前准备的映射图、关系表达式等基于催化剂温度估算净化率。通过使用先前准备的映射图、关系表达式等根据进入到发动机100的空气吸入量和点火延迟量来估算催化剂温度。
催化剂净化率(端面10mm)是在S/C催化剂112S的排气上游侧端部中的净化率，作为示例示出在排气上游侧端面10mm处净化率并且在下文的描述中将被称为“端面净化率”。此外，催化剂净化率(中心)示出在整个S/C催化剂112S中的净化率并且在下文的描述中将被称为“中央净化率”。
当在时刻t1满足S/C催化剂112S的预热执行条件时，发动机100被起动以便预热S/C催化剂112S，并且催化剂预热控制开始。
在将催化剂预热控制分成两个阶段之后，控制器200执行催化剂预热控制，一个阶段是用于首先预热S/C催化剂112S的排气上游侧的第一预热控制，并且另一个阶段是第二预热控制。在起动发动机100之后立即执行第一预热控制。换言之，从时刻t1开始执行第一预热控制。
在第一预热控制期间，控制器200将发动机速度Ne设定为与空转速度对应的恒定值并且然后运行发动机100，使得发动机输出(发动机功率Pe)成为第一运行功率P1(例如，近似0kW至3kW的低功率)。第一运行功率P1不响应于行驶功率，并且混合动力车辆1的行驶功率从电动发电机MG2输出。
此外，控制器200在第一预热控制期间将发动机100的点火正时aop控制到延迟侧，以便增大燃烧气体(排气)的温度。这样做是为了在抑制发动机100的功率以抑制排气量的同时通过将点火正时控制到延迟侧而在早期增大排气的温度并且预热S/C催化剂112S。
第一预热控制使得催化剂温度上升。作为响应，S/C催化剂112S的端面净化率和中央净化率上升。第一预热控制继续，直至S/C催化剂112S的端面净化率达到100％为止。
在S/C催化剂112S的排气上游侧通过第一预热控制被预热之后，控制器200执行第二预热控制，并且确保最小排气净化能力。因此，当S/C催化剂112S的端面净化率在时刻t2达到100％时，第一预热控制终止，并且第二预热控制开始。
在第二预热控制期间，控制器200将被控制到延迟侧的发动机100的点火正时aop返回至正常状态，并且运行发动机100，使得发动机输出变得比在第一预热控制期间更大。例如，在第二预热控制期间，发动机功率Pe变成大于用于第一预热控制的第一运行功率P1的第二运行功率P2(Pe＝P2)。第二运行功率P2不响应于行驶功率，并且被设定为不超过S/C催化剂112S的排气净化能力。甚至在第二预热控制期间，混合动力车辆1的行驶功率从电动发电机MG2输出。因为发动机功率Pe稳定地受到控制而不论行驶功率如何，所以在发动机100的运行稳定的状态下，S/C催化剂112S的预热继续。
当S/C催化剂112S的排气净化能力在时刻t3达到100％时，第二预热控制终止。结果，催化剂预热控制也终止，并且用于运行发动机100使得产生基于行驶功率的输出的正常控制被应用于发动机100。在正常控制期间，执行用于基于行驶功率驱动电动发电机MG2和发动机100的行驶(HV行驶)，设定发动机100的功率需求，并且发动机输出被控制使得发动机功率Pe被根据发动机功率需求来控制。例如，包括进气门118的操作特性的发动机100的运行被根据图10中所示的发动机运行线来控制。
接着，将描述在催化剂预热控制期间进气门118的操作特性。如上所述，当催化剂预热控制开始时，发动机100能够处于冷状态和热状态中的任一状态下。一般而言，基于冷却剂温度Tw(图2)来判定发动机100是处于冷状态还是处于热状态。
图11中的实线表示在发动机冷状态下在催化剂预热控制期间的进气门118的控制，并且图11中的点线表示在发动机暖状态下在催化剂预热控制期间的进气门118的控制。
在发动机冷状态下，点火正时aop被控制到延迟侧，并且在紧接着发动机起动之后的第一预热控制期间发动机100的燃烧状态是不稳定的。因此，从时刻t1至t2，进气门118的操作特性被设定为小凸轮特性(在图6中的IN1a)，且优先考虑改进空气-燃料混合物的燃烧状态，如图9中所示。以这种方式，也能够抑制在第一预热控制期间排气中的排放。优选地，在发动机100中的燃烧状态稳定之后，将进气门118的操作特性设定为大凸轮特性(在图6中的IN3a)。这是因为当通过阿特金森循环运行发动机100时，燃料经济性能够得到改进。
因此，在第一预热控制期间(时刻t1至t2)，进气门118的操作特性被设定为小凸轮特性(图6中的IN1a)，并且在发动机冷状态下在催化剂预热控制中的第二预热控制期间(时刻t2至t3)，进气门118的操作特性被设定为大凸轮特性(图6中的IN3a)。在提供在第二预热控制期间将进气门118的操作特性设定为中间凸轮特性(图6中的IN2a)的时段之后，可以将进气门118的操作特性改变为大凸轮特性(图6中的IN3a)。
在发动机热状态下，即使点火正时被控制为在延迟侧上，发动机100的燃烧状态也相对良好。因此，如图7中所示，在第一预热控制期间，进气门118的操作特性被设定为大凸轮特性(IN3a)，且优先考虑抑制起因于发动机起动的振动。
当进气门118的操作特性是大凸轮特性(IN3a)时，排气中的排放恶化，如图7中所示。因此，在整个催化剂预热控制中，将进气门18的操作特性维持在大凸轮特性(IN3a)下不是优选的，并且因此，优选的是，在第二预热控制期间(时刻t2至t3)为了排放抑制而改变进气门118的操作特性。
作为结果，在第一预热控制期间(时刻t1至t2)，进气门118的操作特性被设定为大凸轮特性(图6中的IN3a)，并且在发动机温暖的状态下在催化剂预热控制中的第二预热控制期间(时刻t2至t3)，进气门118的操作特性被设定为小凸轮特性(图6中的IN1a)。在提供在第二预热控制期间将进气门118的操作特性设定为中间凸轮特性(图6中的IN2a)的时段之后，也能够将进气门118的操作特性改变为小凸轮特性(图6中的IN1a)。
如上所述，在第二预热控制期间发动机输出(发动机功率Pe)不响应于行驶功率，而是被设定为不超过S/C催化剂112S的排气净化能力的值。然而，在第二预热控制期间，发动机100的排放或燃料经济性可能恶化，除非第二运行功率P2与进气门118的操作特性协调。
回头参照图10，在催化剂预热控制期间的发动机速度对应于空转速度并且对应于区域R1。因此，在用于催化剂预热控制的速度范围(低速度范围)中，能够通过减小气门升程和气门工作角来增大发动机输出。因此，在气门升程和气门工作角小的区域中，能够通过设定高的第二运行功率P2来增大发动机100的燃料经济性。换言之，在进气门118的操作特性是小凸轮特性的情况下，如果第二运行功率P2过低，则燃料经济性可能恶化。
图12示出于进气门118的操作特性对应的排气排放量与积分HC排放量之间的特性关系。
参照图12，由水平轴线所示的来自发动机100的排气排放量与发动机功率Pe成比例。此外，竖直轴线示出积分HC排放量。在进气门118具有小凸轮特性(IN1a)时的排气排放量与积分HC排放量之间的关系由特性线510示出。同样地，特性线520示出在进气门118具有大凸轮特性(IN3a)时排气排放量与积分HC排放量之间的关系。
如从特性线510、520明显的，积分HC排放量与排气排放量成比例。比例系数随着进气门118的气门升程与气门工作角的增大而增大。
因此，如果在第二预热控制期间积分HC排放量在当进气门118的操作特性是大凸轮特性(IN3a)的时间与当进气门118的操作特性是小凸轮特性(IN1a)的时间之间变得相等，则在进气门118具有大凸轮特性(IN3a)时的排气排放量(G1)需要小于在进气门118具有小凸轮特性(IN1a)时的排气排放量(G2)。
换言之，如果在进气门118具有大凸轮特性(IN3a)的情况下发动机功率Pe(第二运行功率P2)过高，则在第二预热控制期间积分HC排放量增大。
因此，在根据该实施例的混合动力车辆中，在催化剂预热控制中的第二预热控制期间发动机输出(第二运行功率P2)结合如图13中所示的进气门118的操作特性被设定。
参照图13，对应关系被设定在第二预热控制期间的第二运行功率P2与进气门118的操作特性(气门升程和气门工作角)之间。例如，在能够在三个阶段中设定进气门118的操作特性的VVL装置400中，分别取决于小凸轮特性(IN1a)、中间凸轮特性(IN2a)和大凸轮特性(IN3a)来确定用于发动机输出(第二运行功率P2)对应的特性点501至503。
例如，根据特性点501，当进气门118的操作特性是小凸轮特性(IN1a)时，将P2设定为等于Pe1。根据特性点502，当进气门118的操作特性是中间凸轮特性(IN2a)时，将P2设定为等于Pe2。根据特性点503，当进气门118的操作特性是大凸轮特性(IN3a)时，将P2设定为等于Pe3。
关于Pe1至Pe3，满足Pe1>Pe2>Pe3的关系。换言之，在第二预热控制期间将第二运行功率P2设定成使得发动机输出(发动机功率Pe)随着在第二预热控制期间进气门118的气门升程和气门工作角的增大而减小。
在发动机100中，能够通过例如在进气门118的每一个操作特性下的实际实验来确定特性点501至503。此外，也能够通过特性点501至503的插值和外推来获得对应于进气门118的气门升程和气门工作角的连续改变的发动机输出(第二运行功率P2)的特性线500。
图14是示出根据本发明的第一实施例的在混合动力车辆中的催化剂预热控制中的第二预热控制期间的发动机输出设定的流程图。在催化剂预热控制的执行期间，对于每个预定控制周期，通过控制器200反复地执行在图14中所示的控制处理。
参照图14，控制器200在步骤S100中判定第二预热控制是否在进行中。在图11的示例中，在步骤S100中，对于时刻t1至t2做出肯定判定。
当正执行第二预热控制(在S100中肯定判定)时，在步骤S200中，控制器200取决于进气门的操作特性设定第二运行功率P2。步骤S200具有如下步骤S210、S220和S250至S270。
在步骤S210和S220中，控制器200辨别进气门118的当前操作特性是否为小凸轮特性(IN1a)、中间凸轮特性(IN2a)或大凸轮特性(IN3a)。具体地，在步骤S210中判定进气门118的操作特性是否为大凸轮特性(IN3a)，并且在步骤S220中判定进气门118的操作特性是否为中间凸轮特性(IN2a)。能够基于来自VVL位置传感器311(图2)的检测值Lv来执行步骤S210和220中的判定。
当进气门118的操作特性是大凸轮特性(IN3a)(在S210中肯定判定)时，控制器200允许处理转到步骤S270。此外，当进气门118的操作特性是中间凸轮特性(IN2a)(在S210中否定判定并且在S220中肯定判定)时，控制器200允许处理转到步骤S260。当进气门118的操作特性是小凸轮特性(IN1a)(在S210中否定判定，并且在S220中肯定判定)时，控制器200允许处理转到步骤S250。
在步骤S250中，控制器200根据图13中的特性点501将P2设定为等于Pe1。同样地，控制器200在步骤S260中根据图13中的特性点502将P2设定为等于Pe2。此外，控制器200在步骤S270中根据图13中的特性点503将P2设定为等于Pe3。
当不正在执行第二预热控制(在S100中否定判定值)时，控制器200不执行S200的处理。
回头参照图11，在第二预热控制(时刻t2至t3)期间，根据图13中所示的特性关系结合进气门118的当前操作特性来设定发动机输出(第二运行功率P2)。结果，在根据发动机100的情形适当地设定第二预热控制设定期间的进气门118的操作特性的情况下，能够取决于进气门118的操作特性适当地设定发动机输出(第二运行功率P2)。结果，在第二预热控制期间，能够防止因为发动机输出和进气门118的操作特性之间的不一致导致的燃料经济性的劣化。
根据图14中所示的控制处理，甚至在第二预热控制期间在VVL装置400对进气门118的操作特性的改变受到限制的情况下，也能够适当地设定发动机输出(第二运行功率P2)。当例如在VVL装置400对进气门的操作特性(气门升程和气门工作角)的改变期间的响应速度由于外来物的临时存在、在非常低的温下固定等或VVL装置400失灵而下降时，进气门118的操作特性的改变受到限制。
图15和图16是在进气门的操作特性受到限制时催化剂预热控制的操作波形图。图15示出在进气门的操作特性在由图11中的实线所示的对进气门118的操作特性的控制期间受到限制时的操作波形图。
参照图15，VVL装置400在第一预热控制期间(时刻t1至t2)将进气门118的操作特性控制为小凸轮特性(IN1a)并且在第二预热控制期间(时刻t2至t3)在如图11中所示发动机冷状态下将进气门118的操作特性控制为大凸轮特性(IN3a)。
当由VVL装置400进行的控制正常时，当第二预热控制开始时，如由图15中的点线所示，进气门118的操作特性在时刻t2被控制为大凸轮特性(IN3a)。作为响应，在第二预热控制期间发动机输出(第二运行功率P2)根据特性点503朝Pe3改变。
图15中的实线示出在由VVL装置400对进气门118的操作特性的控制受到限制的情况下的操作。由于VVL装置400中的固定等，进气门118的操作特性在从时刻t2延时的时刻tx从小凸轮特性(IN1a)改变至大凸轮特性(IN3a)。
在这种情况下，在第二预热控制期间的发动机输出(第二运行功率P2)基于VVL位置传感器311的输出取决于进气门118的操作特性的当前值而设定。因此，直至时刻tx为止的时段中的P2被设定为Pe1(Pe1>Pe3)而非Pe3。
以这种方式，P2取决于作为控制目标的大凸轮特性(IN3a)被设定为等于Pe3，但是进气门118的实际操作特性是小凸轮特性(IN1a)，并且因此能够防止图10中所示的低速度范围中的燃料经济性恶化。换言之，通过将P2设定为等于Pe1直至时刻tx，且发动机输出(第二运行功率P2)被允许取决于作为实际操作特性的小凸轮特性(IN1a)，能够改进燃料经济性。
图16示出在进气门的操作特性在由图11中的点线所示的对进气门118的操作特性的控制期间受到限制时的操作波形图。
参照图16，VVL装置400在第一预热控制期间(时刻t1至t2)将进气门118的操作特性控制为大凸轮特性(IN3a)并且在第二预热控制期间(时刻t2至t3)在如图11中所示发动机热状态下将进气门118的操作特性控制为小凸轮特性(IN1a)。
当由VVL装置400进行的控制正常时，当第二预热控制开始时，如由图16中的点线所示，进气门118的操作特性在时刻t2被控制为小凸轮特性(IN1a)。作为响应，在第二预热控制期间的发动机输出(第二运行功率P2)根据特性点501朝Pe1改变。
图16中的实线示出在由VVL装置400对进气门118的操作特性的控制受到限制的情况下的操作。由于VVL装置400中外来物的临时存在等，进气门118的操作特性在从时刻t2延时的时刻tx从大凸轮特性(IN3a)改变至小凸轮特性(IN1a)。
在这种情况下，在直至时刻tx的时段中，基于进气门118的操作特性的当前值，将第二预热控制期间的发动机输出(第二运行功率P2)设定为Pe3(Pe3<Pe1)而非Pe1。
在这种情况下，如图12中所示，如果取决于作为控制目标的小凸轮特性(IN1a)将发动机输出(第二运行功率P2)设定为等于Pe1，则即使进气门118的实际操作特性是大凸轮特性(IN3a)，积分HC排放量也增大，并且排放恶化。
换言之，通过将P2设定为等于Pe3直至时刻tx，且发动机输出(第二运行功率P2)被允许取决于作为实际操作特性的大凸轮特性(IN3a)，则能够防止排放的恶化。
如上所述，根据在根据该第一实施例的混合动力车辆中的催化剂预热控制，取决于在具有延迟点火正时的第一预热控制之后的进气门118的操作特性，能够适当地设定在具有返回的点火正时的第二预热控制期间的发动机输出。以这种方式，在催化剂预热控制期间(具体地，在第二预热控制期间)，能够防止可归因于发动机输出与进气门的操作特性之间的不一致的排放或燃料经济性恶化。因此，在催化剂预热控制期间，排放和燃料经济性能够得到改进。
此外，如图15和图16所示，通过取决于在第二预热控制(其取决于进气门118的操作特性的当前检测值)期间操作特性的改变来改变发动机输出(第二运行功率P2)，甚至在通过VVL装置400进行的对进气门118的操作特性的改变受到限制的情况下，也能够防止在第二预热控制期间排放或燃料经济性恶化。
[VVL装置的修改示例]
在上述第一实施例中，VVL装置400能够在三个阶段中切换进气门118的操作特性。然而，VVL装置400能够在两个阶段中切换进气门118的操作特性。
图17是示出通过能够在两个阶段中切换进气门118的操作特性的VVL装置400A实现的气门移位量-曲柄角关系的图示。
参照图17，VVL装置400A能够将进气门118的操作特性切换至第一特性(小凸轮特性)和第二特性(大凸轮特性)中的任一特性，第一特性由波形IN1b示出，第二特性由波形IN2b示出。
与第一实施例的催化剂预热控制类似的催化剂预热控制甚至能够应用于其中进气门118的操作特性在两个阶段中被改变的发动机。然而，在催化剂预热控制中的第二预热控制期间对发动机输出的设定根据图18中所示的流程图而不是图14中所示的流程图来执行。在催化剂预热控制的执行期间，对于每个预定控制周期，通过控制器200反复地执行在图18中所示的控制处理。
图18是示出在根据第一实施例的催化剂预热控制通过应用中VVL装置400A而执行的情况下在第二预热控制期间的发动机输出设定的流程图。
参照图18，控制器200在步骤S100中判定第二预热控制是否在进行中，这与图14中相同。如果正在执行第二预热控制(在S100中肯定判定)，则在步骤S200#中，控制器200依赖进气门的操作特性设定第二运行功率P2。步骤S200#具有如下步骤S230、S280和S290。
在步骤S230中，控制器200辨别进气门118的当前操作特性是否为小凸轮特性(IN1b)或大凸轮特性(IN2b)。在步骤S230中的判定能够基于来自VVL位置传感器311(图2)的检测值Lv而执行，这与步骤S210和S220的情况一样(图14)。
当进气门118的操作特性是小凸轮特性(IN1b)(在S230中肯定判定)时，控制器200允许处理转到步骤S280。当进气门118的操作特性是大凸轮特性(IN2b)(在S230中否定判定)时，控制器200允许处理转到步骤S290。
在步骤S280中，控制器200将P2设定为等于Pe1#。同样地，在步骤S290中，控制器200将P2设定为等于Pe2#。能够根据图13中所示的特性线500来设定Pe1#和Pe2#。换言之，针对小凸轮设定的Pe1#高于针对大凸轮设定的Pe2#(Pe1#>Pe2#)。
当不正在执行第二预热控制(在S100中否定判定值)时，控制器200不执行S200#的处理。
如上所述，甚至在能够在两个阶段中切换进气门118的操作特性的VVL装置被应用的情况下，在第二预热控制期间的发动机输出(第二运行功率P2)也能够通过步骤S200#的处理根据图13中所示的特性关系(特性线500)结合进气门118的当前操作特性来设定。
在该构造中，进气门118的操作特性限制为两个，也就是，气门升程和气门工作角，并且因此适当地设定用于控制发动机100的操作状态的控制参数所要求的时间能够进一步缩短。此外，致动器的构造也能够进一步被简化。
进气门118的操作特性(也就是，气门升程和气门工作角)不限于在两个阶段或在三个阶段中改变并且能够在超过三个的任意数目个阶段中改变。
可替代地，虽然未具体地示出，但是进气门118的操作特性也能够连续地(无级地)改变。例如，进气门118的操作特性在第二预热控制期间可以从小凸轮特性连续地改变到大凸轮特性。在这种情况下，在第二预热控制期间，能够根据图13中所示的特性线500取决于进气门118的操作特性的检测值(当前值)来设定发动机输出(第二运行功率P2)。
如上所述，能够应用根据该第一实施例的混合动力车辆中的催化剂预热控制，且不限制进气门118的操作特性(气门升程和气门工作角)如何改变(连续地/分阶段进行，以及在分阶段改变期间分为多少个阶段)。
在第一实施例中，将在第二预热控制期间发动机输出(第二运行功率P2)设定成根据进气门的操作特性而改变。在这种情况下，甚至在进气门118的操作特性在图15和图16中所示的第二预热控制期间改变的情况下，也能够防止排放和燃料经济性恶化。
在由VVL装置进行的控制是正常的情况下，即使发动机输出(第二运行功率P2)被设定为适合于催化剂预热控制的值，进气门118的操作特性也能够适当地改变。甚至在这种情况下，在第二预热控制期间，发动机输出(第二运行功率P2)和进气门118的操作特性能够结合设定。
在第二实施例中，将描述在第二预热控制期间分开地使用两者的混合动力车辆中的催化剂预热控制。
图19是示出用于根据本发明的第二实施例的在混合动力车辆中的催化剂预热控制中的第二预热控制的控制处理的流程图。在例如催化剂预热控制的执行期间，对于每个预定控制周期，通过控制器200反复地执行在图19中所示的控制处理。
参照图19，控制器200在步骤S100中判定第二预热控制是否在进行中，这与图14中相同。如果第二预热控制是在进行中(在S100中肯定判定)，则控制器200允许处理转到步骤S150并且判定进气门118的操作特性的改变是否受到限制。
在例如VVL位置传感器311的检测值Lv不符合进气门相对于VVL装置400(400A)的气门升程和气门工作角的指令值的情况下，在步骤S150中做出肯定判定。在步骤S150中，不仅在操作特性由于VVL装置400(400A)的失灵而完全固定的情况下，而且在操作特性由于在如上文所描述的低温下的固定、摩擦阻力的增大、外来物的临时存在等而临时固定的情形下，能够做出肯定判定。
在进气门118的操作特性的改变受到限制的情况下(在S150中肯定判定)，在如在第一实施例中所描述的步骤S200(图14)或步骤S200#(图17)中的第二预热控制期间，控制器200取决于进气门118的操作特性(当前值)确定发动机输出(第二运行功率P2)。
相反，在进气门118的操作特性的控制是正常的情况下(在S250中否定判定)，控制器200允许处理转到步骤S300。然后，控制器200根据催化剂预热状况设定在第二预热控制期间的发动机输出(第二运行功率P2)。
如在第一实施例中所描述的，在第二预热控制期间的发动机输出需要被设定在不超过S/C催化剂112S的排气净化能力的范围内。S/C催化剂112S的排气净化能力响应于催化剂温度的上升而增大。因此，如果发动机输出(第二运行功率P2)被允许响应于因催化剂温度的上升而引起的催化剂净化率的上升而上升，则催化剂预热控制所要求的时间能够预期缩短。
因此，在步骤S300中，第二运行功率P2能够被设定为响应于例如如图20中所示的催化剂温度而可变。
参照图20，在根据催化剂预热状况设定在第二预热控制期间的发动机输出的情况下，第二运行功率P2被设定为随着催化剂温度增大而增大。可替代地，第二运行功率P2可以取决于基于催化剂温度估算并且在图11等中所示的催化剂净化率(中央净化率)而设定，而不是直接使用催化剂温度。
回头参照图19，控制器200将对应于在步骤S300中设定的第二运行功率P2的进气门118的操作特性设定为在步骤S310中VVL装置400(400A)的指令值。例如，指令值能被设定用于根据图13中所示的特性线500通过逆运算选择的相对于第二运行功率P2的进气门118的操作特性。
以这种方式，因为根据指令值操作VVL装置400(400A)，所以相对于在步骤S300中设定的发动机输出(第二运行功率P2)，进气门的操作特性(气门升程和气门工作角)能够被控制为不会导致排放或燃料经济性下降的。
在根据第二实施例的混合动力车辆中，在如上文所描述的进气门的118操作特性的控制是正常的情况下，在第二预热控制期间的发动机输出(第二运行功率P2)能够根据催化剂预热条件来设定。因此，除了第一实施例的效果外，能够缩短催化剂预热控制所要求的时间。
与第一实施例的情况一样，能够应用根据该第二实施例的混合动力车辆中的催化剂预热控制，而不限制进气门118的操作特性(气门升程和气门工作角)如何改变(连续地/分阶段进行，以及在分阶段改变期间分为多少个阶段)。
[其它修改示例]
在上述第一和第二实施例中，先前阶段的S/C催化剂112S和随后阶段的U/F催化剂112U构成与S/C催化剂112S相关的排气排放控制装置(图2)，当S/C催化剂112S的端面净化率到达到100％时，执行从第一预热控制切换至第二预热控制，并且当S/C催化剂112S的中央净化率到达到100％时，执行从催化剂预热控制(第二预热控制)切换至正常控制。
代替该构造，当先前阶段的S/C催化剂112S的净化率(中央净化率)达到100％时，可以执行从第一预热控制切换至第二预热控制，并且当随后阶段的U/F催化剂112U的净化率(中央净化率)达到100％时，可以执行从催化剂预热控制(第二预热控制)切换至正常控制。
可替代地，单个催化剂112V可以构成如图21中所示的排气排放控制装置，无需将排气排放控制装置划分为S/C催化剂112S和U/F催化剂112U，当催化剂112V的端面净化率达到100％时，可以执行从第一预热控制切换至第二预热控制，并且当催化剂112V的中央净化率达到100％时，可以执行从催化剂预热控制(第二预热控制)切换至正常控制。
在上述第一和第二实施例中，已经描述了气门升程和气门工作角两者作为进气门118的操作特性受到控制的情况。然而，本发明也能够应用于仅气门升程能够作为进气门118的操作特性受到控制(能够被改变)的结构，并且也能够应用于其中仅气门工作角能够作为进气门118的操作特性受到控制(能够被改变)的结构。甚至在气门升程和气门工作角中的任一个能够作为进气门118的操作特性受到控制(能够被改变)的结构中，也能够获得类似于在进气门118的气门升程和气门工作角两者都能被改变的情况下的那些效果。进气门118的气门升程和气门工作角中的仅一个能够受到控制(能够被改变)的结构能够通过使用已知技术来实现。
在进气门118的气门升程和气门工作角中的仅一个能够受到控制(能够被改变)的结构中，VVL位置传感器311被布置成检测气门升程和气门工作角中的所述一个，并且能够对其应用类似的催化剂预热控制，使得根据上述实施例的对气门升程和气门工作角中的每一个的判定能够针对气门升程和气门工作角中的所述一个做出。以这种方式，本发明能够应用于设有可变气门机构的混合动力车辆，所述可变气门机构能够连续地(无级地)或离散地(分阶段地)改变作为进气门118的操作特性的气门升程和气门工作角中的至少一个。
此外，上述混合动力车辆是串联/并联型混合动力车辆，在通过使用动力分配装置4对发动机100的动力进行分配之后，上述混合动力车辆能够将发动机100的动力传输至驱动轮6和电动发电机MG1、MG2。然而，本发明也能够应用于其它类型的混合动力车辆。换言之，本发明也能够应用于：例如所谓的串联型混合动力车辆，其中发动机100被用来仅驱动电动发电机MG1并且车辆驱动力由电动发电机MG2单独产生；混合动力车辆，其中仅再生能量从由发动机100产生的动能被回收为电能；以及马达辅助型混合动力车辆，其中发动机被用作主动力，并且如果必要的话，马达提供辅助。此外，本发明也能够应用于在马达断开的情况下仅通过发动机的动力行驶的混合动力车辆。
在上述每一个实施例中，当涉及发动机100的输出时，控制器200控制发动机100的功率(至第一或第二运行功率)。然而，控制器200可以控制发动机100的扭矩(扭矩需求控制)。换言之，控制器200可以运行发动机100，使得发动机100在第一预热控制期间输出第一扭矩，并且控制器200可以运行发动机100，使得发动机100在第二预热控制期间输出第二扭矩(第二扭矩>第一扭矩)。在这种情况下，在催化剂预热控制期间的发动机输出被控制成使得在第一预热控制期间设定第一运行点用于使发动机100的扭矩成为第一扭矩，并且在第二预热控制期间设定第二运行点用于使发动机100的扭矩成为第二扭矩。
在上文的描述中，电动发电机MG2对应于根据本发明的“电动机”的示例，并且发动机100、100#中的每一个对应于根据本发明的“内燃机”的示例。此外，VVL装置400、400A中的每一个对应于根据本发明的“可变气门致动装置”的示例。图13中所示特性点501至503和特性线500对应于根据本发明的“预定特性关系”的示例。
本文公开的实施例预期适当地相互组合。应注意的是，本文公开的实施例在每一个方面中是示例性的并且不限制本发明。本发明的范围通过权利要求而非说明书来阐明，并且本发明包括在等同于权利要求的含义和范围内的任何改变。

Claims (11)

1.一种混合动力车辆，包括：
电动机，所述电动机被构造成产生用于所述车辆的驱动力；
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控制作为进气门的操作特性的气门升程和气门工作角中的至少一个；
排气排放控制装置，所述排气排放控制装置被构造成通过使用催化剂来控制所述内燃机的排气排放；和
控制器，所述控制器被构造成：
(a)执行催化剂预热控制，所述催化剂预热控制是用于执行所述排气排放控制装置的催化剂的预热的控制，并且所述催化剂预热控制包括第一预热控制和第二预热控制，
所述第一预热控制是用于在第一运行点运行所述内燃机的控制，并且
所述第二预热控制是用于在执行所述第一预热控制之后与行驶所要求的驱动力无关地在第二运行点运行所述内燃机的控制，并且所述内燃机在所述第二运行点的输出大于所述内燃机在所述第一运行点的输出，
(b)在执行所述第一预热控制期间的所述内燃机的点火正时比在执行所述第二预热控制期间的所述内燃机的点火正时进一步在延迟侧上的情况下，运行所述内燃机，并且
(c)在执行所述第二预热控制期间根据预定特性关系来设定所述内燃机的输出和所述进气门的操作特性，所述预定特性关系是所述内燃机的输出和所述进气门的操作特性彼此对应的关系。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中：
所述特性关系被确定为使得所述内燃机的输出随着所述气门升程和所述气门工作角中的至少一个增大而减小。
3.根据权利要求1或2所述的混合动力车辆，进一步包括：
检测器，所述检测器被构造成检测所述进气门的操作特性，其中
当执行所述第二预热控制时并且当所述进气门的操作特性被改变时，根据所述特性关系，所述内燃机的输出取决于所述进气门的当前操作特性而改变，所述进气门的当前操作特性由所述检测器检测。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的混合动力车辆，其中：
所述控制器被构造成：当执行所述第二预热控制时并且当所述可变气门致动装置对所述进气门的工作特性的改变受到限制时，取决于所述进气门的当前操作特性，根据所述特性关系来设定所述内燃机的输出，并且
所述可变气门致动装置被构造成：当执行所述第二预热控制并且所述可变气门致动装置对所述进气门的工作特性的改变未受到限制时，取决于为所述催化剂预热控制设定的所述内燃机的输出，根据所述特性关系来改变所述进气门的操作特性。
5.根据权利要求4所述的混合动力车辆，其中：
所述控制器被构造成：当执行所述第二预热控制时并且当所述可变气门致动装置对所述进气门的工作特性的改变未受到限制时，取决于所述催化剂的温度的升高而增大所述内燃机的输出。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的混合动力车辆，其中：
所述可变气门致动装置被构造成将所述进气门的操作特性改变成第一特性或第二特性，在所述进气门的操作特性是所述第二特性时的所述气门升程和所述气门工作角中的至少一个大于在所述进气门的操作特性是所述第一特性时的所述气门升程和所述气门工作角中的至少一个，并且
所述特性关系被确定为使得在所述进气门的操作特性是所述第二特性时的所述内燃机的输出低于在所述进气门的操作特性是所述第一特性时的所述内燃机的输出。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的混合动力车辆，其中：
所述可变气门致动装置被构造成将所述进气门的操作特性改变成第一特性、第二特性或第三特性，其中，在所述进气门的操作特性是所述第二特性时的所述气门升程和所述气门工作角中的至少一个大于在所述进气门的操作特性是所述第一特性时的所述气门升程和所述气门工作角中的至少一个，并且在所述进气门的操作特性是所述第三特性时的所述气门升程和所述气门工作角中的至少一个大于在所述进气门的操作特性是所述第二特性时的所述气门升程和所述气门工作角中的至少一个，并且
所述特性关系被确定为使得在所述操作特性是所述第二特性时的所述内燃机的输出低于在所述操作特性是所述第一特性时的所述内燃机的输出，并且在所述操作特性是所述第三特性时的所述内燃机的输出低于在所述操作特性是所述第二特性时的所述内燃机的输出。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的混合动力车辆，其中：
所述第一预热控制是用于预热所述催化剂的排气上游侧的控制，并且所述第二预热控制是用于预热整个催化剂的控制。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的混合动力车辆，其中：
所述控制器被构造成控制所述电动机，使得在执行所述第一预热控制期间和在执行所述第二预热控制期间，所述电动机输出所述行驶所要求的驱动力。
10.一种用于混合动力车辆的控制器，所述混合动力车辆包括电动机、内燃机和排气排放控制装置，所述电动机被构造成产生用于所述车辆的驱动力，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控制作为进气门的操作特性的气门升程和气门工作角中的至少一个，并且所述排气排放控制装置被构造成通过使用催化剂来控制所述内燃机的排气排放，所述控制器包括：
第一预热控制设备，所述第一预热控制设备用于在第一运行点运行所述内燃机；
第二预热控制设备，所述第二预热控制设备用于在第二运行点运行所述内燃机，所述内燃机在所述第二运行点的输出大于所述内燃机在所述第一运行点的输出；
点火正时设定设备，所述点火正时设定设备用于将在通过所述第一预热控制设备进行的所述内燃机的运行期间的所述内燃机的点火正时设定成比在通过所述第二预热控制设备进行的所述内燃机的运行期间的所述内燃机的点火正时进一步在延迟侧上；以及
操作特性设定设备，所述操作特性设定设备用于根据预定特性关系设定在通过所述第二预热控制设备进行的所述内燃机的运行期间的所述内燃机的输出和所述进气门的操作特性，所述预定特性关系是所述内燃机的输出和所述进气门的操作特性彼此对应的关系。
11.一种用于混合动力车辆的控制方法，所述混合动力车辆包括电动机、内燃机、排气排放控制装置和控制器，所述电动机被构造成产生用于所述车辆的驱动力，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控制作为进气门的操作特性的气门升程和气门工作角中的至少一个，并且所述排气排放控制装置被构造成通过使用催化剂来控制所述内燃机的排气排放，所述控制方法包括：
通过所述控制器执行第一预热控制，所述第一预热控制是用于在第一运行点运行所述内燃机的控制；
通过所述控制器执行第二预热控制，所述第二预热控制是用于在第二运行点运行所述内燃机的控制，并且所述内燃机在所述第二运行点的输出大于所述内燃机在所述第一运行点的输出；
通过所述控制器，在执行所述第一预热控制期间的所述内燃机的点火正时比在执行所述第二预热控制期间的所述内燃机的点火正时进一步在延迟侧上的情况下，运行所述内燃机；以及
在执行所述第二预热控制期间，通过所述控制器，根据预定特性关系设定所述内燃机的输出和所述进气门的操作特性，所述预定特性关系是所述内燃机的输出和所述进气门的操作特性彼此对应的关系。
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