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提供了一种混合动力车辆及其控制方法，所述混合动力车辆包括：发动机(20)，该发动机在排气通路中具有催化剂(27)；第一和第二电动发电机(MG1，MG2)；电池(63)；和动力传递机构(30，50)，该动力传递机构通过齿轮机构将驱动轴(53)、发动机(20)和电动发电机(MG1，MG2)连结成使得转矩能被传递。当冷却剂温度在阈值以下时，执行用于起动发动机(20)并且使点火正时延迟一延迟量的催化剂升温运转。当电池电量在阈值以下时，执行用于起动发动机(20)并且通过驱动第一电动发电机(MG1)来对电池(63)充电的强制充电运转。在强制充电运转期间，基于电池电量改变发动机负荷。当在强制充电运转期间执行催化剂升温运转时，随着发动机负荷增大而减小用于促进催化剂(27)的升温的延迟量。

权利要求书
1.  一种混合动力车辆，包括：
内燃发动机，所述内燃发动机在排气通路中包括排气净化催化剂；
电动机；
蓄电装置，所述蓄电装置为所述电动机供给电力以驱动所述电动机；
发电机，所述发电机利用所述内燃发动机的动力产生电力以对所述蓄电装置充电；
动力传递机构，所述动力传递机构将车辆的驱动轴与所述内燃发动机连结成使得转矩能被传递并且将所述驱动轴与所述电动机连结成使得转矩能被传递；和
控制装置，所述控制装置构造成通过控制至少由所述内燃发动机产生的转矩和由所述电动机产生的转矩来产生使所述驱动轴旋转所需的转矩，并且通过控制由所述内燃发动机产生的动力来改变由所述发电机产生的电力，其中
所述控制装置构造成，执行用于在作为与所述催化剂的温度相关的参数的催化剂温度参数低于或等于预定的温度相关阈值时起动所述内燃发动机并且使所述内燃发动机的点火正时相对于基准点火正时延迟预定的延迟量的催化剂升温运转，
执行用于通过在作为与所述蓄电装置的剩余电量相关的参数的剩余电量参数低于或等于预定的剩余电量相关阈值时起动所述内燃发动机并且通过在基于所述剩余电量参数改变所述内燃发动机所需的负荷的状态下运转所述内燃发动机而使所述发电机发电来对所述蓄电装置充电的强制充电运转，并且
在所述强制充电运转和所述催化剂升温运转两者被同时执行时随着所述内燃发动机的负荷增大而减小所述延迟量。

2.  根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中
所述控制装置构造成，在所述催化剂升温运转中，将所述强制充电运 转和所述催化剂升温运转两者都被执行时的所述预定的延迟量设定为小于或等于在所述强制充电运转未被执行且所述催化剂升温运转被执行时的所述预定的延迟量的最大值的值。

3.  根据权利要求1或2所述的混合动力车辆，其中
所述控制装置构造成，在所述催化剂升温运转中，基于所述内燃发动机的负荷和所述催化剂温度参数确定基准延迟量，以在所述强制充电运转未被执行且所述催化剂升温运转被执行时使用所确定的基准延迟量作为所述预定的延迟量并且在所述强制充电运转和所述催化剂升温运转两者都被执行时使用通过用随着所述内燃发动机的负荷增大而减小的延迟限制值限制所确定的基准延迟量而获得的限制延迟量作为所述预定的延迟量。

4.  根据权利要求1至3中任一项所述的混合动力车辆，其中
所述控制装置构造成，在所述催化剂升温运转中，在所述混合动力车辆的系统起动时当所述催化剂温度参数低于或等于所述预定的温度相关阈值时开始所述催化剂升温运转，并且
在所述强制充电运转中，在所述系统起动时当所述剩余电量参数低于或等于所述预定的剩余电量相关阈值时开始所述强制充电运转。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的混合动力车辆，其中
所述动力传递机构仅经由多个齿轮将所述内燃发动机与所述驱动轴连结。

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：
内燃发动机，所述内燃发动机在排气通路中包括排气净化催化剂；
电动机；
蓄电装置，所述蓄电装置为所述电动机供给电力以驱动所述电动机；
发电机，所述发电机利用所述内燃发动机的动力产生电力以对所述蓄电装置充电；和
动力传递机构，所述动力传递机构将车辆的驱动轴与所述内燃发动机连结成使得转矩能被传递并且将所述驱动轴与所述电动机连结成使得转矩能被传递，
所述控制方法包括：
执行用于在作为与所述催化剂的温度相关的参数的催化剂温度参数低于或等于预定的温度相关阈值时起动所述内燃发动机并且使所述内燃发动机的点火正时相对于基准点火正时延迟预定的延迟量的催化剂升温运转；
执行用于通过在作为与所述蓄电装置的剩余电量相关的参数的剩余电量参数低于或等于预定的剩余电量相关阈值时起动所述内燃发动机并且通过在基于所述剩余电量参数改变所述内燃发动机所需的负荷的状态下运转所述内燃发动机而使所述发电机发电来对所述蓄电装置充电的强制充电运转；以及
在所述强制充电运转和所述催化剂升温运转两者被同时执行时随着所述内燃发动机的负荷增大而减小所述延迟量。

说明书混合动力车辆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和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发动机、电动机、发电机和蓄电装置，所述内燃发动机在排气通路中具有排气净化催化剂。
背景技术
混合动力车辆包括内燃发动机(在下文中，简称为“发动机”)和电动机作为产生用于推进该车辆的驱动力的驱动源。亦即，混合动力车辆通过将由发动机和电动机中的至少一者产生的转矩传递到与车辆的驱动轮连接的驱动轴而行驶。
另一方面，在混合动力车辆中以及仅包括普通发动机作为驱动源的车辆中，还在发动机的排气通路中配置有排气净化催化剂。排气净化催化剂是例如三元催化剂，并且在下文中简称为“催化剂”。通常，当催化剂的温度(催化剂床温)高于或等于预定的活化温度时，该催化剂呈现高排气净化性能。因而，当在混合动力车辆的运转开始时(亦即，在系统起动时)等情况下催化剂的温度低时，起动发动机并且通过使点火正时相对于“通常点火正时”延迟来使排气温度上升。这样，进行用于使催化剂的温度在早期上升的“催化剂升温运转”。注意，“通常点火正时”是称为“基准点火正时、最佳点火正时、基本点火正时等”的点火正时，并且被设定为燃烧状态好且发动机的效率高的点火正时。
另一方面，在混合动力车辆的运转期间用再生能量和发动机的动力适当地对该混合动力车辆中包括的蓄电装置充电。因而，蓄电装置的剩余电量保持在适当的值。蓄电装置的剩余电量例如由指示充电状态(SOC)的 参数表示。
顺便说一下，例如，当混合动力车辆长时间未运转且因此蓄电装置已发生自行放电时，或者当在车辆的系统起动之后车辆长时间放置在空档状态时，等等，蓄电装置的剩余电量会显著下降。这种情况下，混合动力车辆起动发动机以驱动发电机。这样，蓄电装置被充电。进行这种充电的运转也称为“强制充电运转”(例如，参看日本专利申请公报No.2008-238965(JP2008-238965A))。
顺便说一下，在强制充电运转中，例如，需要随着蓄电装置的剩余电量减小而更快地对蓄电装置充电，因此希望通过随着剩余电量减小而增大发动机的动力来增大发电机的发电量。因此，在强制充电运转期间，发动机的负荷随着蓄电装置的剩余电量减小而增大。
另一方面，当系统在催化剂温度低且蓄电装置的剩余电量极低的情况下起动时，希望进行催化剂升温运转和强制充电运转这两者。然而，已发现，当简单地同时进行这两种运转时，发动机的转矩变动由于延迟的点火正时而增大，特别是在发动机的负荷通过强制充电运转而增大的情况下，动力传递系统内由于转矩变动而发生扭转共振，并且因此发生发动机转速的振荡，且由于动力传递机构中的齿轮碰撞而可能发生大的噪音(打齿音)。
发明内容
本发明提供了一种混合动力车辆和用于混合动力车辆的控制方法，在所述混合动力车辆中当在强制充电运转期间进行催化剂升温运转时不会发生大的打齿音。
本发明的第一方面提供了一种混合动力车辆，所述混合动力车辆包括：内燃发动机，所述内燃发动机在排气通路中包括排气净化催化剂；电动机；蓄电装置，所述蓄电装置为所述电动机供给电力以驱动所述电动机；发电机，所述发电机利用所述内燃发动机的动力产生电力以对所述蓄电装置充电；动力传递机构，所述动力传递机构将车辆的驱动轴与所述内燃发动机连结成使得转矩能被传递并且将所述驱动轴与所述电动机连结成使得转矩 能被传递；和控制装置，所述控制装置通过控制至少由所述内燃发动机产生的转矩和由所述电动机产生的转矩来产生使所述驱动轴旋转所需的转矩，并且通过控制由所述内燃发动机产生的动力来改变由所述发电机产生的电力。
所述动力传递机构可以是将车辆的驱动轴、内燃发动机、电动机和发电机互相连结成使得转矩能被传递的机构，并且所述控制装置可以是通过控制由内燃发动机产生的转矩、由电动机产生的转矩和由发电机产生的转矩来控制使驱动轴旋转所需的转矩和由发电机产生的电力的装置。
此外，在所述混合动力车辆中，所述控制执行催化剂升温运转和强制充电运转。
在所述催化剂升温运转中，当作为与所述催化剂的温度相关的参数的催化剂温度参数低于或等于预定的温度相关阈值时，起动所述内燃发动机并且使所述内燃发动机的点火正时相对于基准点火正时延迟预定的延迟量。例如，在所述催化剂升温运转中，当在混合动力车辆的系统起动时作为催化剂温度参数之一的发动机冷却剂温度低于或等于预定的温度相关阈值时开始催化剂升温运转。
在所述强制充电运转中，当作为与所述蓄电装置的剩余电量相关的参数的剩余电量参数低于或等于预定的剩余电量相关阈值时，通过借助起动所述内燃发动机而使所述发电机发电来对所述蓄电装置充电。例如，在所述强制充电运转中，当在所述系统起动时所述剩余电量参数低于或等于所述预定的剩余电量相关阈值时开始所述强制充电运转。
此外，在所述强制充电运转中，通过基于所述剩余电量参数改变所述内燃发动机所需的负荷而运转所述内燃发动机，并且在所述催化剂升温运转中，当所述强制充电运转和所述催化剂升温运转两者被同时执行时随着所述内燃发动机的负荷增大而减小所述预定的延迟量。
本发明的另一方面提供了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：内燃发动机，所述内燃发动机在排气通路中包括排气净化催化剂；电动机；蓄电装置，所述蓄电装置为所述电动机供给电力以驱 动所述电动机；发电机，所述发电机利用所述内燃发动机的动力产生电力以对所述蓄电装置充电；和动力传递机构，所述动力传递机构将车辆的驱动轴与所述内燃发动机连结成使得转矩能被传递并且将所述驱动轴与所述电动机连结成使得转矩能被传递。所述控制方法包括：执行用于在作为与所述催化剂的温度相关的参数的催化剂温度参数低于或等于预定的温度相关阈值时起动所述内燃发动机并且使所述内燃发动机的点火正时相对于基准点火正时延迟预定的延迟量的催化剂升温运转；执行用于通过在作为与所述蓄电装置的剩余电量相关的参数的剩余电量参数低于或等于预定的剩余电量相关阈值时起动所述内燃发动机并且通过在基于所述剩余电量参数改变所述内燃发动机所需的负荷的状态下运转所述内燃发动机而使所述发电机发电来对所述蓄电装置充电的强制充电运转；以及在所述强制充电运转和所述催化剂升温运转两者被同时执行时随着所述内燃发动机的负荷增大而减小所述延迟量。
对于上述混合动力车辆及其控制方法，当蓄电装置的剩余电量低时，发动机所需的负荷(实际上，发动机所需的动力)被改变成使得发电机产生的电力量基于剩余电量而改变。亦即，执行强制充电运转。此时，当需要催化剂的升温时，与在未执行强制充电运转的情况下一样，使点火正时相对于基准点火正时延迟。然而，此时的延迟量随着内燃发动机的负荷增大而减小。因而，即使内燃发动机的负荷通过强制充电运转而增大，也可以抑制发动机的输出转矩由于用于催化剂升温的点火正时延迟而变动。结果，在避免发生大的打齿音的同时，可以实现对蓄电装置充电和促进催化剂的升温两者。
此外，在所述混合动力车辆中，在催化剂升温运转中，所述预定的延迟量可在所述强制充电运转和所述催化剂升温运转两者被执行时被设定为小于或等于在所述强制充电运转未被执行且所述催化剂升温运转被执行时所述预定的延迟量的最大值的值。
对于上述混合动力车辆，在强制充电运转和催化剂升温运转两者被同时执行时的延迟量被设定为不引起发动机的大的转矩变动而导致打齿音的 值。结果，在避免发生大的打齿音的同时，可以实现对蓄电装置充电和促进催化剂的升温两者。
此外，在所述混合动力车辆中，在所述催化剂升温运转中，可基于所述内燃发动机的负荷和所述催化剂温度参数确定基准延迟量，在所述强制充电运转未被执行且所述催化剂升温运转被执行时可使用所确定的基准延迟量作为所述预定的延迟量，并且在所述强制充电运转和所述催化剂升温运转两者都被执行时可使用通过用随着所述内燃发动机的负荷增大而减小的延迟限制值限制所确定的基准延迟量而获得的限制延迟量作为所述预定的延迟量。
对于上述混合动力车辆，在执行其中强制充电运转未被执行且催化剂升温运转被执行的通常催化剂升温运转时，能有效地使催化剂升温。此外，当强制充电运转和催化剂升温运转两者被同时执行时，能在不引起打齿音的范围内增大延迟量，从此能促进催化剂的升温。
此外，在所述催化剂升温运转中，在所述混合动力车辆的系统起动时当所述催化剂温度参数低于或等于所述预定的温度相关阈值时可开始所述催化剂升温运转，并且在所述强制充电运转中，在所述系统起动时当所述剩余电量参数低于或等于所述预定的剩余电量相关阈值时可开始所述强制充电运转。
此外，所述动力传递机构可仅经由多个齿轮将所述内燃发动机与所述驱动轴连结。这样构成的动力传递机构不具有吸收从内燃发动机输出的转矩的变动的部分，从而非常容易发生打齿音。因此，本发明在包括这种动力传递机构的混合动力车辆中特别有效。
与本发明相关或关联的课题和优点易于从参考以下附图描述的本发明的实施例的说明变得明显。
附图说明
下面将参照附图说明本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
图1是根据本发明的实施例的混合动力车辆的示意图；
图2是示出根据该实施例的内燃发动机的催化剂升温运转期间发动机的输出转矩的变动状态的曲线图；
图3是示出由图1所示的发动机ECU的CPU在系统起动时执行的程序的流程图；
图4是示出由图1所示的功率管理ECU的CPU在系统起动时执行的程序的流程图；
图5A是在内燃发动机的催化剂升温运转期间行星齿轮单元的共线图；
图5B是在内燃发动机的强制充电运转期间行星齿轮单元的共线图；
图6是示出由图1所示的发动机ECU的CPU执行的点火正时控制程序的流程图；
图7是由图1所示的发动机ECU的CPU参照的延迟量限制值的查找表；
图8是示出图1所示的内燃发动机的最佳发动机操作线的曲线图；
图9是在车辆的通常行驶期间图1所示的行星齿轮单元的共线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图说明根据本发明的实施例的混合动力车辆。首先，将说明本实施例的构型。如图1所示，根据本实施例的混合动力车辆10包括电动发电机MG1、电动发电机MG2、内燃发动机20、动力分配机构30、驱动力传递机构50、第一逆变器(IN)61、第二逆变器(IN)62、电池(BAT)63、功率管理ECU70、电池ECU71、电机ECU72和发动机ECU73。注意，用词“ECU”是电子控制单元的缩写，并且是具有微计算机作为主要构件的电子控制回路。微计算机包括CPU、ROM、RAM、接口等。
电动发电机MG1是能够既用作发电机又用作电动机的同步电动发电机。为方便起见，电动发电机MG1也称为第一电动发电机MG1。在本实施例中，第一电动发电机MG1主要用作发电机。第一电动发电机MG1包 括输出轴(下文也称为“第一轴”)41。
电动发电机MG2与第一电动发电机MG1一样是能够既用作发电机又用作电动机的同步电动发电机。为方便起见，电动发电机MG2也称为第二电动发电机MG2。在本实施例中，第二电动发电机MG2主要用作电动机。第二电动发电机MG2包括输出轴(在下文中，也称为“第二轴”)42。
发动机20是四冲程、火花点火式、多气缸内燃发动机。发动机20包括进气通路单元21、节气门22、节气门致动器22a、多个燃料喷射阀23、多个点火装置24、曲轴25、排气通路单元26和三元催化剂27。进气通路单元21包括进气管和进气歧管。多个点火装置24均包括火花塞。曲轴25是发动机20的输出轴。排气通路单元26包括排气歧管和排气管。
节气门22被可旋转地支承在进气通路单元21中。节气门致动器22a能够通过响应于来自发动机ECU73的指令信号而使节气门22旋转来改变进气通路单元21的通路截面积。每个燃料喷射阀23都配置在对应的一个气缸的进气口中，并且能够响应于来自发动机ECU73的指令信号而改变燃料喷射量。
包括火花塞的各点火装置24响应于来自发动机ECU73的指令信号而在预定的正时在对应的一个气缸的燃烧室内产生点火用火花。三元催化剂(催化剂)27是排气净化催化剂，并且配置在排气歧管的排气收集部。亦即，催化剂27设置在发动机20的排气通路单元26中，并且净化从发动机20排出的未燃烧的物质(HC、CO等)和NOx。注意，发动机20可包括可变进气门正时控制装置(VVT)(未示出)。
发动机20能够通过例如改变燃料喷射量并且经由利用节气门致动器22a改变节气门22的开度而改变进气量来改变由发动机20产生的转矩和发动机转速(因而，改变发动机功率)。此外，发动机20能够通过使点火正时相对于基准点火正时延迟来使从发动机20排出的排气的温度上升。
动力分配机构30包括公知的行星齿轮单元31。行星齿轮单元31包括太阳齿轮32、多个小齿轮33和齿圈34。
太阳齿轮32连接到第一电动发电机MG1的第一轴41。因而，第一电动发电机MG1能够向太阳齿轮32输出转矩。此外，随着第一电动发电机MG1通过从太阳齿轮32输入到第一电动发电机MG1(第一轴41)的转矩而被驱动旋转，第一电动发电机MG1能够发电。
多个小齿轮33中的每个小齿轮都与太阳齿轮32啮合并且与齿圈34啮合。各小齿轮33的旋转轴(自转轴)设置在行星架35上。行星架35被保持成可与太阳齿轮32共轴地旋转。因而，各小齿轮33能够在围绕其轴线自转的同时围绕太阳齿轮32公转。行星架35连接到发动机20的曲轴25。因而，各小齿轮33能通过从曲轴25输入到行星架35的转矩而被驱动旋转。
齿圈34被保持成可与太阳齿轮32共轴地旋转。如上所述，各小齿轮33与太阳齿轮32和齿圈34啮合。因而，当转矩从小齿轮33输入到太阳齿轮32时，太阳齿轮32通过该转矩而被旋转驱动。当转矩从小齿轮33输入到齿圈34时，齿圈34通过该转矩而被旋转驱动。相反，当转矩从太阳齿轮32输入到小齿轮33时，小齿轮33通过该转矩而被驱动旋转。当转矩从齿圈34输入到小齿轮33时，小齿轮33通过该转矩而被驱动旋转。
齿圈34经由齿圈架36连接到第二电动发电机MG2的第二轴42。因而，第二电动发电机MG2能够向齿圈34输出转矩。此外，随着第二电动发电机MG2通过从齿圈34输入到第二电动发电机MG2(第二轴42)的转矩而被驱动旋转，第二电动发电机MG2能够发电。
此外，齿圈34经由齿圈架36连接到输出齿轮37。因而，输出齿轮37能够通过从齿圈34输入到输出齿轮37的转矩而被驱动旋转。齿圈34能通过从输出齿轮37输入到齿圈34的转矩而被驱动旋转。
驱动力传递机构50包括齿轮系51、差动齿轮52和驱动轴53。
齿轮系51通过齿轮机构将输出齿轮37与差动齿轮52连接成使得动力能被传递。差动齿轮52连接到驱动轴53。驱动轮54分别连接到驱动轴53的两端。因而，来自输出齿轮37的转矩经由齿轮系51、差动齿轮52和驱动轴53传递到驱动轮54。混合动力车辆10能够利用传递到驱动轮54的 转矩来行驶。
第一逆变器61与第一电动发电机MG1和电池63电连接。因而，当第一电动机MG1正在发电时，由第一电动发电机MG1产生的电力经由第一逆变器61供给到电池63。相反，第一电动发电机MG1通过从电池63经由第一逆变器61供给的电力而被驱动旋转。
第二逆变器62与第二电动发电机MG2和电池63电连接。因而，第二电动发电机MG2通过从电池63经由第二逆变器62供给的电力而被驱动旋转。相反，当第二电动发电机MG2正在发电时，由第二电动发电机MG2产生的电力经由第二逆变器62供给到电池63。
注意，可将由第一电动发电机MG1产生的电力直接供给到第二电动发电机MG2，并且可将由第二电动发电机MG2产生的电力直接供给到第一电动发电机MG1。
在本实施例中，电池63是镍金属氢化物电池。然而，电池63仅需是可充放电的蓄电装置，并且可以是锂离子电池或另一种二次电池。
功率管理ECU70(在下文中，称为“PMECU70”)连接到电池ECU71、电机ECU72和发动机ECU73，从而能够通过通信与它们交换信息。
PMECU70连接到功率开关81、变速位置传感器82、加速器操作量传感器83、制动开关84、车速传感器85等，并且接收由这些传感器产生的输出信号。
功率开关81是混合动力车辆10的系统起动开关。PMECU70构造成在车辆钥匙(未示出)插入钥匙槽(未示出)并且功率开关81在制动踏板(未示出)被压下的状态下被操作时起动系统(使系统进入就绪(ready-on)状态)。
变速位置传感器82产生指示由设置在混合动力车辆10的驾驶者座位附近以便可由驾驶者操作的变速杆(未示出)选择的变速位置的信号。变速位置包括P(驻车位置)、R(后退位置)、N(空档位置)和D(行驶位置)。
加速器操作量传感器83产生指示设置成可由驾驶者操作的加速器踏 板(未示出)的操作量(加速器操作量AP)的输出信号。制动踏板84在设置成可由驾驶者操作的制动踏板(未示出)被操作时产生指示制动踏板处于被操作状态的输出信号。车速传感器85产生指示车速SPD的输出信号。
PMECU70接收由电池ECU71计算出的电池63的剩余电量(充电状态)SOC。剩余电量SOC是与电池63的剩余电量相关的参数，因此剩余电量SOC也称为剩余电量参数。基于例如流入或流出电池63的电流的累积值通过公知的方法来计算剩余电量SOC。
PMECU70经由电机ECU72接收指示第一电动发动机MG1的转速(在下文中，称为“MG1转速Nm1”)的信号和指示第二电动发电机MG2的转速(在下文中，称为“MG2转速Nm2”)的信号。
注意，MG1转速Nm1由电机ECU72基于为第一电动发电机MG1设置并且输出与第一电动发电机MG1的转子的旋转角度对应的输出值的旋转变压器97的输出值计算。类似地，MG2转速Nm2由电机ECU72基于为第二电动发电机MG2设置并且输出与第二电动发电机MG2的转子的旋转角度对应的输出值的旋转变压器98的输出值计算。
PMECU70经由发动机ECU73接收指示发动机状态的各种输出信号。指示发动机状态的输出信号包括发动机转速Ne、节气门开度TA、发动机冷却剂温度THW等。
电机ECU72连接到第一逆变器61和第二逆变器62，并且基于来自PMECU70的命令将指令信号传输到逆变器。这样，电机ECU72利用第一逆变器61控制第一电动发电机MG1，并且利用第二逆变器62控制第二电动发电机MG2。
发动机ECU73连接到用作发动机致动器的节气门致动器22a、燃料喷射阀23、点火装置24等，并且将指令信号传输到这些致动器。此外，发动机ECU73连接到空气流量计91、节气门开度传感器92、冷却剂温度传感器93、发动机转速传感器94等，并且取得由这些传感器产生的输出信号。
空气流量计91测量每单位时间吸入发动机20内的空气量，并且输出指示空气量(进气流量)Ga的信号。节气门开度传感器92检测节气门22的开度(节气门开度)，并且输出指示检测出的节气门开度TA的信号。冷却剂温度传感器93检测发动机20的冷却剂的温度，并且输出指示检测出的冷却剂温度THW的信号。冷却剂温度THW是与催化剂27的温度强相关的参数，并且也称为催化剂温度参数。发动机转速传感器94每当发动机20的曲轴25旋转预定角度时产生脉冲信号。发动机ECU73基于该脉冲信号而取得发动机转速Ne。
发动机ECU73通过基于从上述传感器取得的信号等和来自PMECU70的命令将指令信号传输到节气门致动器22a、燃料喷射阀23和点火装置24(此外，可变进气门正时控制装置(未示出))来控制发动机20。注意，发动机20设置有凸轮位置传感器(未示出)。发动机ECU73基于来自发动机转速传感器94和凸轮位置传感器的信号取得以指定气缸的进气上止点为基准的发动机20的曲柄角(绝对曲柄角)。
接下来，将说明混合动力车辆10的运转的概要。在这样构成的混合动力车辆10中，当PMECU70通过功率开关81的操作进入系统起动状态时，PMECU70判定是否需要进行催化剂升温运转以及是否需要进行强制充电运转，并且然后基于判定结果进行催化剂升温运转和/或强制充电运转。
催化剂升温运转是用于在作为催化剂温度参数的冷却剂温度THW低于或等于预定的温度相关阈值THWth(例如，冷却剂温度为70℃)时使催化剂27的温度(催化剂床温)迅速上升以由此使催化剂27迅速活化的控制。更具体地，PMECU70起动发动机20以使发动机20在适合于催化剂27的升温的运转状态下运转，并且使点火正时相对于基准点火正时延迟预定的延迟量。“适合于催化剂27的升温的运转状态”是这样的运转状态：发动机20的目标发动机转速Ne*被设定为比怠速运转期间的转速略高的转速(例如，1200至1300rpm)，发动机20的目标发动机产生转矩Te*被设定为实质上接近“0”的Tset(例如，在Ne＝Ne*时的发动机最大转矩的百分之几)。
基准点火正时是基于发动机20的负荷和发动机转速Ne预先确定成使得发动机20有效地运转的点火正时(亦即，最佳点火正时)。在催化剂升温运转中点火正时相对于基准点火正时延迟，并且燃烧变慢。因此，具有高能量的排气(亦即高温排气)从发动机20排出。因而，催化剂27的温度迅速上升。
在催化剂升温运转期间点火正时的延迟量(催化剂升温延迟量，基准延迟量)基于发动机20的负荷(实际上，负荷系数(空气充填系数)KL)和发动机20的冷却剂温度THW来确定。催化剂升温延迟量在冷却剂温度THW为预定的温度时最大，并且随着冷却剂温度THW与该预定的温度相差更远(亦即，在低于该预定的温度的范围内降低或者在高于该预定的温度的范围内升高)而减小。此外，催化剂升温延迟量在负荷系数KL大于或等于预定负荷阈值时实质上为“0”。
强制充电运转是用于在电池63的剩余电量SOC低于或等于预定的剩余电量相关阈值SOCth(例如，约30％至35％)时使剩余电量SOC迅速上升的控制。更具体地，PMECU70起动发动机20，并且运转发动机20以使得发动机20随着剩余电量SOC减小而产生更大的动力(充电用要求动力)。
这种情况下，发动机20在效率最高的最佳发动机操作点运转，以产生充电用要求动力。换言之，发动机20的目标转速Ne*被设定为在最佳发动机操作点的发动机转速Ne，并且目标发动机产生转矩Te*被设定为在最佳发动机操作点的发动机产生转矩Te。注意，充电用要求功率最大为约5至6kW，并且这种情况下在最佳发动机运转点的发动机转速Ne是能维持发动机20的运转的大约最低发动机转速(例如，1000rpm)。结果，发动机20的负荷随着剩余电量SOC减小而增大。此外，目标发动机产生转矩Te*小但大于“0”，因此由发动机20产生的转矩也作用在齿圈34上。因而，第二电动发电机MG2被控制成产生抵消由发动机20产生的转矩的转矩。
此外，第一电动发电机MG1被旋转控制成使得发动机转速Ne保持在目标发动机转速Ne*。第一电动发电机MG1利用将发动机转速Ne限制为 目标发动机转速Ne*的力来发电。因而，随着剩余电量SOC减小，第一电动发电机MG1的发电量增大。结果，电池63被快速充电，因此剩余电量SOC朝适当值迅速增大。
顺便说一下，已发现，当混合动力车辆10进入系统起动状态时，在冷却剂温度THW低于或等于预定的温度相关阈值THWth(亦即，需要催化剂升温运转)并且剩余电量SOC低于或等于预定的剩余电量相关阈值SOCth(亦即，需要强制充电运转)的情况下，当发动机20根据强制充电运转而被控制并且使点火正时延迟以促进催化剂27的升温时，可能从由动力分配机构30和驱动轮传递机构50形成的动力传递机构发生噪音。
该噪音是由于动力传递机构的齿轮之间的碰撞而发生的“打齿音”。在下文中，将说明发生打齿音的原因。当使点火正时相对于基准点火正时延迟时，燃烧变慢，因此发动机产生转矩的变动增大。此外，例如，如图2中的曲线C1和曲线C2所示，即使延迟量相同，发动机产生转矩也随着发动机的负荷(亦即，发动机产生转矩)增大而以更大的量变动。此外，如曲线C3所示，发动机产生转矩随着发动机产生转矩增大且点火正时的延迟量增大而以非常大的量变动。发动机产生转矩的变动传递到动力传递机构的齿轮，因此互相啮合的齿轮中的一个齿轮朝向或远离另一个齿轮相对移动。结果，发生打齿音。如从以上说明可以理解的是，随着发动机的负荷增大并且随着点火正时的延迟量增大，更容易发生打齿音。
于是，在根据本实施例的混合动力车辆10中，当在发动机20的强制充电运转期间还并行地执行催化剂升温运转时，在催化剂升温运转期间点火正时的延迟量被限制为低于或等于在强制充电运转未被执行时的催化剂升温运转期间点火正时的延迟量，并且被设定或修正为随着发动机20的负荷增大而减小的值。更具体地，作为在通常的催化剂升温运转期间点火正时的延迟量的基准延迟量被限制为小于或等于随着发动机20的负荷增大而减小的延迟量限制值Amax。结果，在强制充电运转期间能在不发生大的打齿音的状态下促进催化剂27的升温。
接下来，将说明混合动力车辆10的实际运转。注意，下述处理由发动 机ECU73的CPU和PMECU70的CPU执行。然而，在以下说明中，为了简单的说明起见，将发动机ECU73的CPU称为“EG”，并且将PMECU70的CPU称为“PM”。
EG在系统起动时(就绪时)执行图3中的流程图所示的系统起动处理程序。因而，当功率开关81被操作并且系统起动时，EG从图3中的步骤300开始处理并且使处理转入步骤305，并且判定冷却剂温度THW是否低于或等于预定的温度相关阈值THWth。亦即，EG在步骤305中判定是否需要催化剂升温运转。
首先，将说明不需要强制充电运转的情况1。现在，假设由于冷却剂温度THW低于或等于预定的温度相关阈值THWth而需要催化剂升温运转，并且由于剩余电量SOC高于预定的剩余电量相关阈值SOCth而不需要强制充电运转。
这种情况下，EG在步骤305中作出肯定的判定并且然后使处理转入步骤310，并且将催化剂升温请求信号从发动机ECU73传输到PMECU70。随后，CPU使处理转入步骤315，并且将催化剂升温促进延迟标记Xdanki的值设定为“1”。催化剂升温促进延迟标记Xdanki的值由EG通过紧接在系统起动之后执行的初始程序(未示出)而设定为“0”。随后，EG使处理转入步骤320，并且判定从PMECU70传输的通常催化剂升温运转允许信号是否为“1”。
另一方面，PM在系统起动时(就绪时)执行图4中的流程图所示的系统起动处理程序。因而，当系统起动时，PM从图4的步骤400开始处理并且使处理转入步骤410，并且判定电池63的剩余电量SOC是否低于或等于预定的剩余电量相关阈值SOCth。亦即，PM在步骤410中判定是否需要强制充电运转。
根据上述假设，由于剩余电量SOC高于预定的剩余电量相关阈值SOCth，故不需要强制充电运转。因此，PM在步骤410中作出否定的判定并且然后使处理转入步骤420，将强制充电执行标记Xkyosei的值设定为“0”，并且将强制充电执行标记Xkyosei的值传输到发动机ECU73。 注意，强制充电执行标记Xkyosei的值由PM通过紧接在系统起动之后执行的初始程序(未示出)而设定为“0”。随后，PM在步骤430中将通常催化剂升温运转允许信号的值设定为“1”并且将通常催化剂升温运转允许信号传输到ECU73。此后，PM使处理转入步骤495，并且在本周期结束图4所示的程序。
当EG接收通常催化剂升温运转允许信号时，EG在图3的步骤320中判定通常催化剂升温运转允许信号的值是否为“1”。这种情况下，通常催化剂升温运转允许信号的值为“1”，因此EG在步骤320中作出肯定的判定并且然后使处理转入步骤325，并且将点火延迟量限制标记Xseigen的值设定为“0”。随后，EG使处理转入步骤330，起动发动机20以开始催化剂升温运转。此时，PM还根据催化剂升温运转而控制第一电动发电机MG1和第二电动发电机MG2。
亦即，EG将目标发动机转速Ne*设定为适合于催化剂升温运转的Nset(例如，1300rpm)，并且将目标发动机产生转矩Te*设定为发动机20自主运转情况下的发动机产生转矩Tset(亦即，实质上为“0”)。
顺便说一下，这种情况下行星齿轮单元31中的齿轮的转速之间的关系用图5A中的公知的共线图示出。该共线图中所示的线称为动作共线L。据此，能通过以下数学式(1)获得太阳齿轮32的转速Ns。在数学式(1)中，“ρ”是太阳齿轮32的齿数对齿圈34的齿数(ρ＝太阳齿轮32的齿数/齿圈34的齿数)。注意，如从动作共线L可以理解的，基于发动机转速Ne与齿圈34的转速Nr之差(Ne-Nr)对太阳齿轮32的转速Ns与齿圈34的转速Nr之差(Ns-Nr)等于ρ对值(1+ρ)的比率(＝ρ/(1+ρ))这一比例关系推导出数学式(1)。
Ns＝Nr-(Nr-Ne)×(l+ρ)/ρ    (1)
因而，通过将齿圈34的实际转速Nr——也就是“0”——和目标发动机转速Ne*代入上述数学式(1)，能计算出太阳齿轮32的目标转速Ns*。当太阳齿轮32以目标转速Ns*旋转时，发动机转速Ne与目标发动机转速Ne*一致。太阳齿轮32的转速Ns等于第一电动发电机MG1的转速Nm1。 于是，在步骤330中的催化剂升温运转期间，PM将作为第一电动发电机MG1的转速Nm1的目标值的MG1目标转速Nm1*设定为Ne*(1+ρ)/ρ，并且将第一电动发电机MG1控制成使得第一电动发电机MG1以MG1目标转速Nm1*＝Ne*(1+ρ)/ρ旋转。注意，目标发动机产生转矩Te*为实质上为“0”的Tset，因此即使第一电动发电机MG1和第二电动发电机MG2不产生转矩也保持动作共线L的力平衡。然后，EG将节气门致动器22a控制成使得发动机产生转矩Te变成值Tset，并且使燃料喷射阀23喷射与根据对节气门致动器22a的控制而变化的进气量Ga对应的燃料喷射量。
此外，EG在发动机20运转期间每当预定时间经过时执行图6中的流程图所示的点火正时控制程序。因而，在预定正时，EG从图6的步骤600开始处理并且使处理转入步骤605，并且通过将实际负荷KL和实际发动机转速Ne应用于规定发动机20的负荷KL、发动机转速Ne和基本点火正时(基准点火正时，最佳点火正时)Ab之间的关系的表MapAb(KL，Ne)来计算基本点火正时Ab。注意，由KL＝(Mc/ρair×L/4)×100％得出负荷KL。Mc表示进气流量Ga并且是基于节气门开度TA、发动机转速Ne等计算出的每气缸和每进气冲程的缸内进气量(单位：g)，ρair是空气密度(单位：g/l)，L是发动机20的排量(单位：l)，且“4”是发动机20的气缸数。此外，在本说明书中，将点火正时规定为正的并且其绝对值随着点火正时相对于压缩上止点提前而增大。
随后，EG使处理转入步骤610，并且判定催化剂升温促进延迟标记Xdanki的值是否为“1”。此时，催化剂升温促进延迟标记Xdanki的值在图3的步骤315中被设定为“1”，因此EG在步骤610中作出肯定的判定，使处理转入步骤615，并且基于负荷KL和冷却剂温度THW计算和确定催化剂升温延迟量Adanki。为方便起见，在步骤610中获得的催化剂升温延迟量Adanki也称为“基准延迟量”。
更具体地，EG通过将实际负荷KL和实际冷却剂温度THW应用于规定发动机20的负荷KL、冷却剂温度THW和催化剂升温延迟量Adanki之间的关系的表MapAdanki(KL，THW)来计算催化剂升温延迟量 Adanki。
根据表MapAdanki(KL，THW)，催化剂升温延迟量Adanki在冷却剂温度THW为预定的温度(例如，冷却剂温度为25℃)时最大，并且作为随着冷却剂温度THW与该预定的温度相差更远而减小的值取得。此外，根据表MapAdanki(KL，THW)，当在车辆10正在行驶的状态下需要发动机20的运转并且这种情况下发动机20的负荷大于或等于预定的负荷时将负荷KL设定为“0”。亦即，当在车辆10正在行驶的状态下发动机20的负荷大于或等于预定的负荷时，不进行用于促进催化剂的升温的点火正时的延迟。
随后，EG使处理转入步骤620，并且确定点火正时的附加迟量Ata。例如，附加延迟量Ata是随着进气量Ga增大或减小而变化的修正量。随后，EG使处理转入步骤625，并且通过将催化剂升温延迟量Adanki加上附加延迟量Ata而计算点火延迟量Artd。
随后，EG使处理转入步骤630，并且判定点火延迟量限制标记Xseigen的值是否为“1”。这种情况下，在图3的步骤325中，点火延迟量限制标记Xseigen的值被设定为“0”。因此，EG在步骤630作出否定的判定并且使处理直接转入步骤650，并且通过从在步骤605中计算出的基本点火正时Ab减去在步骤625中计算出的点火延迟量Artd来计算最终点火正时Aope。然后，EG在最终点火正时Aope执行点火。因而，在不限制点火正时的延迟量的情况下执行催化剂升温运转。这种情况下，发动机20的负荷KL小(换言之，发动机20的输出转矩小)，因此发动机20的转矩变动小。因而，不会发生大的打齿音。
接下来，将说明需要强制充电运转的情况2。接下来，将对这样的情况做出说明：在系统起动时，由于冷却剂温度THW低于或等于预定的温度相关阈值THWth而需要催化剂升温运转，并且由于剩余电量SOC低于预定的剩余电量相关阈值SOCth而还需要强制充电运转。
这种情况下，PM在图4的步骤410中作出肯定的判定并且使处理转入步骤440，将强制充电执行标记Xkyosei的值设定为“1”，并且将强制 充电执行标记Xkyosei的值传输到发动机ECU73。此外，在步骤450中，PM将通常催化剂升温运转允许信号的值设定为“0”，并且将通常催化剂升温运转允许信号的值传输到发动机ECU73。此后，PM使处理转入步骤495，并且在本周期结束图4所示的程序。
因而，当EG使处理经由图3的步骤305至步骤315转入步骤320时，EG在步骤320中作出否定的判定并且使处理转入步骤335。然后，在步骤335中，EG将点火延迟量限制标记Xseigen的值设定为“1”。随后，EG使处理转入步骤340，并且起动发动机20以用催化剂升温控制开始强制充电运转。
这种情况下，PM将发动机要求功率(充电要求功率)Pe*设定成使得发动机要求功率Pe*随着剩余电量SOC减小而增大。此外，PM确定满足发动机要求功率Pe*的最佳发动机操作点，并且分别对目标发动机产生转矩Te*和目标发动机转速Ne*设定在最佳发动机操作点的发动机产生转矩Te和发动机转速Ne。注意，这种情况下的发动机要求功率Pe*最大为约5至6kw，因此，通常，在最佳发动机操作点的发动机转速是发动机20能运转的最低转速附近的转速(例如，约1000rpm)。结果，内燃发动机20所需的负荷KL随着剩余电量SOC减小而增大。
这种情况下行星齿轮单元31中的齿轮的转速之间的关系通过图5B所示的共线图示出。这种情况下，目标发动机产生转矩Te*较大，因此发动机产生转矩Te作为通过以下数学式(2)表达的转矩Tes作用在太阳齿轮32的旋转轴上，并且作为通过以下数学式(3)表达的转矩Ter作用在齿圈34的旋转轴上。
Tes＝Te*×(ρ/(l+ρ))    (2)
Ter＝Te*×(1/(1+ρ))    (3)
因此，PM使大小与从上述数学式(2)获得的转矩Tes相同且方向与转矩Tes相反的转矩Tm1作用在太阳齿轮32的旋转轴上，并且使大小与从上述数学式(3)获得的转矩Ter相同且方向与转矩Ter相反的转矩Tm2作用在齿圈34的旋转轴上。这样，齿圈34的转速保持为“0”。此外，为 了使发动机转速Ne与目标发动机转速Ne*一致，PM将作为第一电动发电机MG1的转速Nm1的目标值的MG1目标转速Nm1*设定为从上述数学式(1)获得的Ne*(1+ρ)/ρ，获得通过将与MG1目标转速Nm1*和第一电动发电机MG1的转速Nm1之差对应的反馈量PID(Nm1*-Nm1)加上转矩Tm1而获得的转矩，并且然后使第一电动发电机MG1产生该转矩。结果，第一电动发电机MG1基于发动机要求功率(充电要求功率)Pe*(亦即，剩余电量SOC)发电，因此电池63被快速充电。
此外，EG从图6的步骤600开始处理，使处理转入步骤605，并且计算基本点火正时Ab。此时，催化剂升温促进延迟标记Xdanki的值在图3的步骤315中被设定为“1”，因此EG在步骤610中作出肯定的判定并且使处理转入步骤615，并且基于负荷KL和发动机转速Ne确定催化剂升温延迟量(基准延迟量)Adanki。
随后，EG在步骤620和步骤625中计算附加延迟量Ata和点火延迟量Artd。此时，在图3的步骤335中，点火延迟量限制标记Xseigen的值被设定为“1”。因而，EG在步骤630中作出肯定的判定，并且使处理转入步骤635。在步骤635中，EG基于负荷KL和冷却剂温度THW计算点火正时的延迟量限制值(延迟上限)Amax。
更具体地，EG将图7所示的规定负荷KL、冷却剂温度THW和延迟量限制值Amax之间的关系的表MapAmax(KL，THW)存储在ROM中。EG通过将实际负荷KL和实际冷却剂温度THW应用于表MapAmax(KL，THW)而取得延迟量限制值Amax。延迟量限制值Amax是小于或等于在上述步骤615中确定的作为基准延迟量的催化剂升温延迟量Adanki的最大值的值。换言之，在负荷KL和冷却剂温度THW相同的情况下，延迟量限制值Amax是小于或等于在上述步骤615中确定的作为基准延迟量的催化剂升温延迟量Adanki的值。
根据表MapAmax(KL，THW)，延迟量限制值Amax被取得为使得延迟量限制值Amax(延迟量限制值Amax的绝对值)随着负荷KL增大而减小。此外，根据表MapAmax(KL，THW)，延迟量限制值Amax 被取得为使得延迟量限制值Amax在冷却剂温度THW处在预定的范围(例如，20℃至35℃)内时最大并且延迟量限制值Amax随着冷却剂温度THW超过该预定的范围且增大而逐渐减小。此外，根据表MapAmax(KL，THW)，延迟量限制值Amax被取得为使得延迟量限制值Amax随着冷却剂温度THW在低于或等于该预定的范围的下限的范围内减小而急剧减小并且延迟量限制值Amax在冷却剂温度THW低于或等于预定的冷却剂温度THWLo时变成最小值(这种情况下，“0”)。
随后，EG使处理转入步骤640，并且判定在步骤625中获得的点火延迟量Artd是否大于或等于在步骤635中获得的延迟量限制值Amax。然后，当点火延迟量Artd大于或等于延迟量限制值Amax时，EG在步骤640中作出肯定的判定并且使处理转入步骤645，并且对点火延迟量Artd设定延迟量限制值Amax。此后，EG使处理转入步骤650。与此相反，当点火延迟量Artd小于延迟量限制值Amax时，EG在步骤640中作出否定的判定，并且使处理直接转入步骤650。
亦即，通过步骤640和步骤650的处理，用延迟量限制值Amax限制点火延迟量Artd。换言之，点火延迟量Artd被修正成小于或等于延迟量限制值Amax。如上所述，延迟量限制值Amax随着发动机20的负荷KL增大而减小。因而，可以理解的是，在催化剂升温运转期间点火正时的延迟量被修正(限制)成随着负荷KL增大而减小。这样，当在强制充电运转期间通过延迟点火正时而促进催化剂27的升温时，即使发动机要求功率(充电要求功率)增大也能减小发动机产生转矩的变动，且因此发动机20的负荷增大，从而能避免发生大的打齿音的状况。
接下来，将对情况3做出说明：在系统起动时，由于冷却剂温度THW高于预定的温度相关阈值THWth而不需要催化剂升温运转，并且由于剩余电量SOC低于预定的剩余电量相关阈值SOCth而需要强制充电运转。
这种情况下，在图4的步骤440中，强制充电执行标记Xkyosei的值被设定为“1”并且传输到发动机ECU73，而通常催化剂升温运转允许标记在步骤450中被设定为“0”并且传输到发动机ECU73。
另一方面，EG在图3的步骤305中作出否定的判定，在步骤345中将催化剂升温促进延迟标记Xdanki的值设定为“0”，在步骤350中取得强制充电执行标记Xkyosei，并且在步骤355中将点火延迟量限制标记Xseigen的值设定为“0”。随后，EG在步骤360中判定强制充电执行标记Xkyosei的值是否为“1”。这种情况下，强制充电执行标记Xkyosei的值为“1”。因此，EG在步骤360中作出肯定的判定并且使处理转入步骤365，并且起动发动机20以开始强制充电运转。除了未使用催化剂升温延迟量Adanki延迟点火正时之外，强制充电运转与步骤340中执行的运转基本上相似。此后，CPU使处理转入步骤395，并且在本周期结束程序。
同样，这种情况下，EG从图6的步骤600开始处理并且使处理转入步骤605，并且计算基本点火正时Ab。此时，催化剂升温促进延迟标记Xdanki的值在图3的步骤345中被设定为“0”，因此EG在步骤610中作出否定的判定并且使处理转入步骤660，并且将催化剂升温延迟量Adanki设定为“0”。
随后，EG在步骤620计算附加延迟量Ata且在步骤625中计算点火延迟量Artd。此时，点火延迟量限制标记Xseigen的值在步骤355中被设定为“0”。因而，EG在步骤630中作出否定的判定，并且使处理直接转入步骤650。结果，催化剂升温延迟量Adanki为“0”；然而，当附加延迟量Ata不为“0”时，点火正时相对于基本点火正时Ab延迟附加延迟量Ata。这种情况下，附加延迟量Ata没有催化剂升温延迟量Adanki那么大，因此不会发生大的打齿音。
最后，将对情况4做出说明：在系统起动时，由于冷却剂温度THW高于预定的温度相关阈值THWth而不需要催化剂升温运转，并且由于剩余电量SOC高于预定的剩余电量相关阈值SOCth而也不需要强制充电运转。
这种情况下，在图4的步骤420中，强制充电执行标记Xkyosei的值被设定为“0”并且传输到发动机ECU73，而通常催化剂升温运转允许标记在步骤430中被设定为“1”并且传输到发动机ECU73。
另一方面，EG在图3的步骤305中作出否定的判定，并且在步骤345至步骤355的处理之后使处理转入步骤360。这种情况下，强制充电执行标记Xkyosei的值被设定为“0”。因而，EG在步骤360中作出否定的判定，并且使处理直接转入步骤395。结果，发动机20未起动。
接下来，将参考图8和图9简单地说明在混合动力车辆10通常行驶期间对第一电动发电机MG1、第二电动发电机MG2和发动机20的驱动控制。注意，这些驱动控制的细节例如在日本专利申请公报No.2009-126450(JP2009-126450A)(US2010/0241297A)、日本专利申请公报No.9-308012(JP9-308012A)(1997年3月10日提交的美国专利No.6,131,680)等中被记载。这些申请通过引用并入本申请的说明书中。
当变速位置为行驶位置等时，PM基于加速器操作量AP和车速SPD确定要由齿圈34的旋转轴产生的转矩(在下文中，简称为“齿圈要求转矩Tr*”)，该转矩对应于作为使车辆10的驱动轴53旋转所需的转矩的使用者要求转矩Treq。齿圈要求转矩Tr*被设定成随着加速器操作量AP增大而增大并且随着车速SPD提高而减小。
驱动轴53所需的功率是与使用者要求转矩Treq和实际车速SPD的乘积(Treq·SPD)成正比的值，并且该值等于齿圈要求转矩Tr*和齿圈34的转速Nr的乘积(Tr*·Nr)。在下文中，将乘积Tr*·Nr称为“使用者要求功率(要求功率)Pr*”。注意，在本实施例中，齿圈34在减速机不介入的情况下连接到第二电动发电机MG2的第二轴42。因而，齿圈34的转速Nr等于MG2转速Nm2。如果齿圈34经由减速齿轮连接到第二轴42，则齿圈34的转速Nr等于通过将MG2转速Nm2除以减速齿轮的传动比Gr而获得的值(Nm2/Gr)。
如以下数学式(4)中所示，PM将使用者要求功率Pr*与对电池63充电所需的功率(电池充电功率)Pb*之和(此外，实际上为加上了损失Ploss的值)确定为发动机20所需的功率(发动机要求功率)Pe*。电池充电功率Pb*随着剩余电量SOC减小而增大，并且在剩余电量高于或等于预定的值(例如，60％)时变成“0”。
Pe*＝Pr*+Pb*+Ploss    (4)
然后，PM运转发动机20，使得从发动机20输出等于发动机要求功率Pe*的功率并且发动机20的运转效率最高。更具体地，通过实验等提前获得当从曲轴25输出功率时发动机的运转效率(燃料经济性)最高的发动机操作点作为用于各功率的最佳发动机操作点。获得通过连接在由发动机产生转矩Te和发动机转速Ne规定的曲线图上的标绘的这些最佳发动机操作点而形成的线作为最佳发动机操作线。这样获得的最佳发动机操作线用图8中的实线Lopt表示。注意，在图8中，通过虚线表示的多条线C1至C5中的每一条线都是连接能从曲轴25输出相同功率的发动机操作点的线(等功率线)。
PM搜索能获得等于发动机要求功率Pe*的功率的最佳发动机操作点，并且分别确定与搜索到的最佳操作点对应的发动机产生转矩Te和发动机转速Ne作为目标发动机产生转矩Te*和目标发动机转速Ne*。例如，当发动机要求功率Pe*等于与图8中的线C2对应的功率时，在线C2与实线Lopt的交点P1处的发动机产生转矩Te1被确定为目标发动机产生转矩Te*，并且在交点P1处的发动机转速Ne被确定为目标发动机转速Ne*。
然后，PM通过将等于齿圈34的实际转速Nr的MG2转速Nm2和目标发动机转速Ne*代入上述数学式(1)来确定太阳齿轮32的目标转速Ns*，亦即MG1目标转速Nm1*。当太阳齿轮32以目标转速Ns*＝Nm1*旋转时，发动机转速Ne与目标发动机转速Ne*一致。
此外，当在曲轴25产生等于目标发动机产生转矩Te*的转矩(亦即，发动机产生转矩为Te*)时，通过行星齿轮单元31将发动机产生转矩Te*变换成通过上述数学式(2)表达并且作用在太阳齿轮32的旋转轴上的转矩Tes和通过上述数学式(3)表达并且作用在齿圈34的旋转轴上的转矩Ter。
动作共线的力平衡仅需保持以使动作共线稳定，因此仅需使大小与从上述数学式(2)获得的转矩Tes相同且方向与转矩Tes的方向相反的转矩Tm1作用在太阳齿轮32的旋转轴上，并且仅需使与从上述数学式(3)获 得的转矩Ter的相对于齿圈要求转矩Tr*的不足量对应的转矩Tm2(通过以下数学式(5)表达的转矩Tm2)作用在齿圈34的旋转轴上。
Tm2＝Tr*-Ter    (5)
PM采用上述转矩Tm1作为第一电动发电机MG1的MG1指令转矩Tm1*，并且采用上述转矩Tm2作为MG2指令转矩Tm2*，该MG2指令转矩Tm2*是第二电动发电机MG2的指令转矩。此外，PM将与“MG1目标转速Nm1*＝太阳齿轮32的目标转速Ns*”和“太阳齿轮32的实际转速Ns＝第一电动发电机MG1的转速Nm1”之差对应的反馈量PID(Nm1*-Nm1)加到上述MG1指令转矩Tm1*，并且使用该值作为MG1指令转矩Tm1*——该MG1指令转矩Tm1*是第一电动发电机MG1的最终指令转矩。然后，PM基于这些指令值控制第一逆变器61和第二逆变器62以控制第一电动发电机MG1和第二电动发电机MG2，并且将发动机20控制成使得发动机20的发动机产生转矩与目标发动机产生转矩Te*一致。
注意，当电池充电功率Pb*为正值时，转矩Ter随电池充电功率Pb*相对地增大。因而，如从上述数学式(5)可以理解的是，转矩Tm2可以较小，因此MG2指令转矩Tm2*也较小。结果，由第一电动发电机MG1产生的电力之中需要供给到第二电动发电机MG2的电力量减小，因此可充分地对电池63充电。
注意，例如，当例如在车辆起动时在以较低速度稳定运转期间或者在从较低速度缓慢加速期间要求功率Pr*小于预定的功率Prth且因此不允许发动机20在最佳发动机操作点运转时，PM除在催化剂升温运转以外不运转发动机20并且将第二电动发电机MG2控制成使得从第二电动发电机MG2产生全部使用者要求功率Pr*。此外，即使允许发动机20在最佳发动机操作点运转，在目标发动机产生转矩Te*随着齿圈要求转矩Tr*改变而改变时，发动机20的运转状态也不会立即改变，因此发动机产生转矩可小于目标发动机产生转矩Te*。这种情况下，PMECU80将第二电动发电机MG2控制成使得在发动机20在最佳操作点运转之前补偿相对于齿圈要 求转矩Tr*的不足转矩量。
以此方式，混合动力车辆10通过控制由内燃发动机20产生的转矩、由用作电动机的第二电动发电机MG2产生的转矩和由用作发电机的第一电动发电机MG1产生的转矩来产生使驱动轴53旋转所需的转矩。此外，混合动力车辆10通过调节或控制由内燃发动机20产生的动力(发动机20的功率，参看上述转矩Tes)来控制由用作发电机的第一电动发电机MG1产生的电力。
注意，当发动机20在系统起动时开始催化剂升温运转时，发动机的运转同样在混合动力车辆10正在行驶的状态下继续，而当冷却剂温度THW已达到预定的温度相关阈值THWth或高于预定的温度相关阈值THWth的预定值时，用于催化剂升温运转的发动机20的运转停止。此外，当强制充电运转在系统起动时开始时，在混合动力车辆10正在行驶的状态下基于上述电池充电功率Pb*对电池63充电，并且此后，当剩余电量SOC在变速位置变更为驻车位置(和/或空档位置)时低于或等于剩余电量相关阈值SOCth时，继续上述强制充电控制。
如上所述，根据本发明的实施例的混合动力车辆10包括控制装置，该控制装置包括催化剂升温运转执行装置和强制充电运转执行装置(参看PMECU70、电池ECU71、电机ECU72和发动机ECU73)。
催化剂升温运转执行装置在作为与催化剂27的温度相关的参数的催化剂温度参数(冷却剂温度THW)低于或等于预定的温度相关阈值(THWth)时起动内燃发动机20，并且执行催化剂升温运转以使内燃发动机20的点火正时相对于基准点火正时(Ab)延迟预定的延迟量(Adanki或Artd)(参看图3中的步骤330和步骤340，以及图6中的步骤615至步骤625和步骤650，等等)。
强制充电运转执行装置通过在作为与蓄电装置(电池63)的剩余电量相关的参数的剩余电量参数(剩余电量SOC)低于或等于预定的剩余电量相关阈值(SOCth)时起动内燃发动机20以使发电机(第一电动发电机MG1)发电来执行用于对蓄电装置充电的强制充电运转(参看图3中的步 骤340和步骤365，等等)。
此外，强制充电运转执行装置构造成通过基于剩余电量参数(剩余电量SOC)改变内燃发动机20所需的负荷来运转内燃发动机(参看图3中的步骤340和步骤365)，催化剂升温运转执行装置构造成，当强制充电运转和催化剂升温运转两者同时被执行时(参看图3中步骤305中的肯定判定和步骤320中的否定判定，以及图4中的步骤410中的肯定判定和步骤450)，将点火正时的延迟量设定(限制)成使得延迟量小于或等于在催化剂升温运转被执行且强制充电运转未被执行的情况下的延迟量(Artd，在Ata＝0的情况下为Adanki)的最大值并且延迟量随着内燃发动机的负荷(KL)增大而减小(参看图3中的步骤335，图6和图7中的步骤630至步骤645)。
因而，即使在强制充电运转期间发动机20的负荷增大，点火正时的延迟量也被限制，因此能抑制由发动机20产生的转矩的变动。结果，能防止在动力传递机构中产生大的打齿音。
此外，可以理解的是，当在图6的步骤620中获得的附加延迟量Ata为“0”时，催化剂升温运转执行装置构造成基于内燃发动机的负荷(KL)和催化剂温度参数(冷却剂温度THW)确定基准延迟量(参看图6中的步骤615)，在强制充电运转未被执行且催化剂升温运转被执行时使用所确定的基准延迟量作为预定的延迟量(参看图6中的步骤625、步骤630中的否定判定和步骤650)，并且在强制充电运转和催化剂升温运转两者同时被执行的情况下使用通过用随着内燃发动机的负荷增大而减小的延迟限制值(Amax)限制所确定的基准延迟量获得的限制延迟量(受Amax限制的延迟量)作为预定的延迟量(参看图6中的步骤630至步骤650)。
本发明并不限于上述实施例；在本发明的范围内可采用各种替换实施例。例如，在上述实施例中，当在强制充电运转期间催化剂升温运转(控制)被执行时，附加延迟量Ata和催化剂升温延迟量Adanki之和Artd被限制成小于或等于延迟量限制值Amax；相反，仅催化剂升温延迟量可被限制成小于或等于延迟量限制值Amax。此外，附加延迟量Ata可恒定为 “0”。此外，可基于在系统起动时的冷却剂温度THW确定催化剂升温延迟量Adanki的初始值，并且此后，在一定时间经过时或者随着发动机20旋转可将催化剂升温延迟量Adanki削减预定的量。这种情况下，当催化剂升温延迟量Adanki由于削减而变成小于或等于延迟量限制值Amax时，可使用催化剂升温延迟量Adanki延迟点火正时。
此外，在上述实施例中，当在强制充电运转期间催化剂升温控制被执行时，点火正时的延迟量被限制成小于或等于延迟量限制值Amax。相反，也可适用的是，用于获得在强制充电运转未被执行的情况下的催化剂升温延迟量Adanki的表MapAdanki(KL，THW)(参看图6中的步骤615)和用于获得在强制充电运转正被执行的情况下的催化剂升温延迟量Adanki的表MapAdankiJ(KL，THW)作为单独的表存储在ROM中并且然后从表MapAdankiJ(KL，THW)获得在强制充电运转正被执行的情况下的催化剂升温延迟量Adanki。这种情况下，表MapAdankiJ(KL，THW)可将在强制充电运转正被执行的情况下的催化剂升温延迟量Adanki预先确定成使得催化剂升温延迟量Adanki变成小于或等于在强制充电运转未正被执行的情况下的催化剂升温延迟量Adanki并且随着负荷KL增大而减小的延迟量。
此外，用上述延迟量限制值Amax限制点火正时的延迟量可仅在车速低于或等于车辆停止判定临界车速(例如，3km/h)时执行，在所述车辆停止判定临界车速以下可判定混合动力车辆10实质上停止。这是因为，当混合动力车辆10正在行驶时，不论混合动力车辆10正在加速还是正在减速都有大的转矩沿一个方向作用在动力传递机构上，并且结果，难以发生打齿音。
在上述实施例中，冷却剂温度THW被用作催化剂温度参数；作为替代，当催化剂27包括催化剂床温传感器时，可使用通过该催化剂床温传感器检测到的温度作为催化剂温度参数。此外，在上述实施例中，剩余电量SOC被用作剩余电量参数；作为替代，可使用电池63的瞬时可输出电力作为剩余电量参数。
此外，在上述实施例中，催化剂升温运转和/或强制充电运转在系统起动时开始；作为替代，例如，这些运转可在变速位置为驻车位置或空档位置并且车速SPD低于或等于车辆停止判定临界车速时开始。
此外，只要混合动力车辆构造成能够通过强制充电运转在发动机20运转的情况下利用发动机20的动力驱动发电机，并且同时将发动机20的动力传递到驱动轴(特别地，经由齿轮机构传递发动机20的动力)，该混合动力车辆就不限于根据上述实施例的混合动力车辆10。亦即，本发明适用于这样的混合动力车辆，该混合动力车辆包括：内燃发动机；发电机，该发电机随着它被由内燃发动机产生的动力驱动而发电以便向蓄电装置供给电力；电动机；和动力传递机构，该动力传递机构将内燃发动机与车辆的驱动轴连结成使得转矩能被传递并且将电动机与车辆的驱动轴连结成使得转矩能被传递。