CN101198782A - 动力输出设备、装备动力输出设备的车辆和动力输出设备的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的驱动控制根据用在仅仅缸内燃料喷射阀喷射燃料的发动机运转中的工作曲线设定用于缸内喷射的转速Ni，并且根据用在仅仅进气口燃料喷射阀喷射燃料的发动机运转中的工作曲线设定用于进气口喷射的转速Np(步骤S150和S160)。驱动控制随后通过按照缸内燃料喷射与进气口燃料喷射的分担率k分配用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的转速Np来设定发动机的目标转速Ne*和目标扭矩Te*(步骤S170)。驱动控制然后设定两个电动机的扭矩指令Tm1*和Tm2*，控制发动机和两个电动机以以由目标转速Ne*和目标扭矩Te*所限定的特定的驱动点驱动发动机运转，并且确保扭矩需求Tr*输出到齿圈轴或者驱动轴(步骤S180至S220)。这种布置使发动机有效和适合地运转。

Description

动力输出设备、装备动力输出设备的车辆和动力输出设备的控制方法
技术领域
本发明涉及动力输出设备、装备动力输出设备的车辆和动力输出设备的控制方法。
背景技术
已经提出了一种安装在车辆上的动力输出设备，其具有发动机和摩擦环(toroidal)式无级变速器，该发动机具有用于将燃料喷入气缸的缸内燃料喷射阀(例如，参见日本专利公开公报No.2000-52817)。该动力输出设备基于车辆的驱动状态和随驱动状态变化而变化的目标驱动力设定发动机的目标扭矩和变速器目标输出轴转速。发动机的目标扭矩和变速器的目标输出轴转速根据燃烧状态而变化，这种变化反映了供应到发动机的空气燃料混合物的空燃比的变化。通过分配由发动机的目标扭矩和变速器的目标输入轴转速所限定的驱动力来控制发动机和无级变速器。这样的控制目的在于使发动机在最佳燃料消耗的工作状况下运转。
还提出了另一种动力输出设备，其具有发动机，该发动机具有用于将燃料喷入气缸的缸内燃料喷射阀和用于将燃料喷入进气口的进气口喷射阀(例如，参见日本专利公开公报No.2001-20837)。该提出的动力输出设备在分层(stratification)范围内将进气口燃料喷射阀的燃料喷射分担率设定为0，并且在均质(homogeneous)范围内，随着发动机转速增大和发动机负荷增大而增大进气口燃料喷射阀的燃料喷射分担率。这样的控制目的是增强分层范围中的燃烧性能，并且在均质范围获得适合的燃烧性能。
发明内容
在具有缸内燃料阀和进气口燃料喷射阀的发动机中，缸内燃料喷射阀与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的分担率根据发动机转速和发动机负荷变化。期望改变燃料喷射的分担率以增强发动机的效率和性能。然而，简单改变燃料喷射的分担率对提高效率和性能是不够的。发动机在高效驱动点高效工作，而该高效驱动点是输出相同动力的多个驱动点中一个。仅从缸内燃料喷射阀喷射燃料的发动机运转的高效驱动点常常不同于仅从进气口燃料喷射阀喷射燃料的发动机运转的高效驱动点。在缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的分担率变化的情况下使发动机运转时，发动机工作效率取决于发动机的驱动点。在驱动点在输出相同动力的多个驱动点中变化的情况下驱动发动机。例如，在一些情况下，发动机在高效驱动点处被驱动，而在其它情况下，发动机在高扭矩驱动点处被驱动，以输出更高扭矩。在这样的情况下，希望通过考虑驱动点的变化来确定发动机的最佳驱动点。
因此，本发明的动力输出设备、装备有该动力输出设备的车辆和该动力输出设备的控制方法旨在使内燃机有效工作，且缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以特定的分担率分担燃料喷射。本发明的动力输出设备、装备有动力输出设备的车辆和动力输出设备的控制方法还旨在使内燃机适合工作，且缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以特定的分担率分担燃料喷射。
为了实现以上和其它有关目的的至少一部分，本发明的动力输出设备、装备有动力输出设备的车辆和动力输出设备的控制方法具有下述构造。
本发明涉及一种动力输出设备，该动力输出设备将动力输出到驱动轴，动力输出设备包括：内燃机，该内燃机输出动力，并且具有用于将燃料喷入气缸的缸内燃料喷射阀和用于将燃料喷入进气口的进气口燃料喷射阀；扭矩转换单元，扭矩转换单元通过扭矩转换转换内燃机的输出动力，然后将所转换的动力传递到驱动轴；目标驱动力设定模组，其设定将要输出到驱动轴的目标驱动力；目标动力设定模组，其基于所设定的目标驱动力设定将要从内燃机输出的目标动力；目标工作状态设定模组，其基于所设定的目标动力、缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率、第一制约和第二制约设定内燃机的目标工作状态，其中，第一制约制约缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第一分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态，第二制约制约缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第二分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态，第二分担率不同于第一分担率；和控制模组，其控制内燃机和扭矩转换单元以驱动内燃机在目标工作状态下运转以所述特定的分担率喷射燃料，并且确保目标驱动力输出到驱动轴。
本发明的动力输出设备基于将要输出到驱动轴的目标驱动力来设定将要从内燃机输出的目标动力。动力输出设备随后基于所设定的目标动力、缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率、第一制约和第二制约，来设定内燃机的目标工作状态。此处，第一制约制约了缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第一分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态。第二制约制约了缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第二分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态，第二分担率不同于第一分担率。动力输出设备然后控制内燃机和扭矩转换单元以驱动内燃机在目标工作状态下以特定的分担率喷射燃料而运转，并确保目标驱动力输出到驱动轴。即，根据将要从内燃机输出的目标动力、缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率、以预定的第一分担率制约内燃机工作状态的第一制约、和以预定的第二分担率制约内燃机工作状态的第二制约，来设定内燃机的目标工作状态。控制内燃机和扭矩转换单元使得内燃机能够在目标工作状态下运转，并确保目标驱动力输出到驱动轴。驱动发动机在目标工作状态下运转，所述目标工作状态是根据缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率设定的。这种布置使内燃机在缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以特定的分担率分担燃料喷射的情况下有效和适当地工作。
在本发明的动力输出设备的一个优选实施例中，目标工作状态设定模组通过按照所述特定分担率与预定第一分担率的比率和所述特定分担率与预定第二分担率的比率分配内燃机的第一工作状态和第二工作状态来设定内燃机的目标工作状态，其中，基于第一制约和目标动力设定内燃机的第一工作状态，基于第二制约和目标动力设定内燃机的第二工作状态。在本实施例中，根据特定分担率与预定第一分担率的比率和特定分担率与预定第二分担率的比率分配第一工作状态和第二工作状态。这种布置将第一工作状态和第二工作状态之间的最佳工作状态设定为目标工作状态，并且驱动内燃机在目标工作状态下运转。这实现了内燃机有效和适合的运转。
在本发明的动力输出设备的另一个优选实施例中，第一制约和第二制约中的每个包括多个与多个条件有关的限制。目标工作状态设定模组基于与在多个条件中选定的条件有关的包括在第一制约中的限制和包括在第二制约中的相应的限制设定内燃机的目标工作状态。在通过多个限制来驱动内燃机时，本实施例的布置确保了发动机在选定条件的限制下适合地运转。所述多个限制可以包括用于内燃机有效运转的有效运转限制和用于内燃机输出高扭矩的高扭矩输出限制中至少一个。
在本发明的动力输出设备的另一个优选实施例中，第一制约是关于仅仅缸内燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的制约，第二制约是关于仅仅进气口燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的制约。因而，可以用制约仅仅缸内燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的限制和制约仅仅进气口燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的限制，对内燃机的运转进行控制。
在本发明的动力输出设备的一个优选实施例中，扭矩转换单元是无级变速器，控制模组改变扭矩转换单元的变速比，以驱动内燃机以由所设定的目标工作状态所限定的转速旋转。
在本发明的动力输出设备的另一个优选实施例中，扭矩转换单元包括：电力机械动力输入输出机构，其连接到内燃机的输出轴和连接到驱动轴，并且将内燃机的输出动力的至少一部分通过电力和机械动力的输入和输出而输出到驱动轴；电动机，其将动力输出到驱动轴，和将动力从驱动轴输入；和蓄电单元，其从电力机械动力输入输出机构和电动机接收电力，和将电力传输到电力机械动力输入输出机构和电动机。控制模组控制内燃机、电力机械动力输入输出机构和电动机，以驱动内燃机在目标工作状态下运转，并且确保等于目标驱动力的驱动力输出到驱动轴。电力机械动力输入输出机构可以包括：三轴式动力输入输出模组，其连接到三个轴，即内燃机的输出轴、驱动轴和旋转轴，并且基于从三个轴中的任何两个轴输入并且输出到所述两个轴的动力而从其余一个轴输入动力和将动力输出到其余一个轴；和发电机，其从旋转轴输入动力，并且将动力输出到旋转轴。
本发明还涉及一种车辆，该车辆装备了具有上述布置中任一布置的动力输出设备。车辆装备有用于将动力输出到驱动轴的动力输出设备，并且具有连接到驱动轴的车轴。所述动力输出设备包括：内燃机，该内燃机输出动力，并且具有用于将燃料喷入气缸的缸内燃料喷射阀和用于将燃料喷入进气口的进气口燃料喷射阀；扭矩转换单元，扭矩转换单元通过扭矩转换来转换内燃机的输出动力，然后将所转换的动力传递到驱动轴；目标驱动力设定模组，其设定将要输出到驱动轴的目标驱动力；目标动力设定模组，其基于所设定的目标驱动力设定将要从内燃机输出的目标动力；目标工作状态设定模组，其基于所设定的目标动力、缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率、第一制约和第二制约，来设定内燃机的目标工作状态，其中，第一制约制约缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第一分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态，第二制约制约缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第二分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态，第二分担率不同于第一分担率；和控制模组，其控制内燃机和扭矩转换单元以驱动内燃机在目标工作状态下运转以所述特定的分担率喷射燃料，并且确保目标驱动力输出到驱动轴。
本发明的车辆装备具有上述布置中任何一布置的动力输出设备，因而具有的效果类似于本发明的动力输出设备的效果。例如，使缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以特定的分担率分担燃料喷射的内燃机有效和适当地工作。
本发明还涉及动力输出设备的控制方法。该动力输出设备包括：内燃机和扭矩转换单元，内燃机输出动力并且具有用于将燃料喷入气缸的缸内燃料喷射阀和用于将燃料喷射进气口的进气口燃料喷射阀，扭矩转换单元通过扭矩转换转换内燃机的输出动力，然后将所转换的动力传输到驱动轴。该控制方法包括以下步骤：(a)设定将要输出到驱动轴的目标驱动力，并且基于所设定的目标驱动力设定将要从内燃机输出的目标动力；(b)基于所设定的目标动力、缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率、第一制约和第二制约，来设定内燃机的目标工作状态，其中，第一制约制约缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第一分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态，第二制约制约缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第二分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态，第二分担率不同于第一分担率；和(c)控制内燃机和扭矩转换单元以驱动内燃机在目标工作状态下运转以特定的分担率喷射燃料，并且确保目标驱动力输出到驱动轴。
本发明的动力输出设备控制方法基于将要输出到驱动轴的目标驱动力设定将要从内燃机输出的目标动力。动力输出设备随后基于所设定的目标动力、缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率、第一制约和第二制约，来设定内燃机的目标工作状态。此处，第一制约制约缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第一分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态。第二制约制约缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以预定的第二分担率分担燃料喷射的内燃机的工作状态，第二分担率不同于第一分担率。动力输出设备然后控制内燃机和扭矩转换单元以驱动内燃机在目标工作状态下运转以特定的分担率喷射燃料，并且确保目标驱动力输出到驱动轴。即，根据将要从内燃机输出的目标动力、缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率、以预定的第一分担率制约内燃机工作状态的第一制约和以预定的第二分担率制约内燃机工作状态的第二制约，来设定内燃机的目标工作状态。控制内燃机和扭矩转换单元使得内燃机在目标工作状态下运转，并且确保目标驱动力输出到驱动轴。驱动发动机在目标工作状态下运转，所述目标工作状态是根据缸内燃料喷射阀的燃料喷射与进气口燃料喷射阀的燃料喷射的所述特定分担率设定的。这种布置使缸内燃料喷射阀和进气口燃料喷射阀以特定的分担率分担燃料喷射的内燃机有效和适当地工作。
本发明的动力输出设备的控制方法的一个优选实施例中，步骤(b)通过按照特定分担率与预定第一分担率的比率和特定分担率与预定第二分担率的比率分配内燃机的第一工作状态和第二工作状态来设定内燃机的目标工作状态，其中，基于第一制约和目标动力设定内燃机的第一工作状态，基于第二制约和目标动力设定内燃机的第二工作状态。在本实施例中，根据特定分担率与预定第一分担率的比率和特定分担率与预定第二分担率的比率分配内燃机的第一工作状态和第二工作状态。这种布置将第一工作状态和第二工作状态之间的最佳工作状态设定为目标工作状态，并且驱动内燃机在目标工作状态下运转。这实现了内燃机有效和适当的运转。
在本发明的动力输出设备的控制方法的另一个优选实施例中，第一制约和第二制约中的每个包括多个与多个条件有关的限制。步骤(b)基于与在多个条件中选定的条件有关的包括在第一制约中的限制和包括在第二制约中的相应的限制设定内燃机的目标工作状态。当以多个限制驱动内燃机时，本实施例的布置确保了发动机在选定条件的限制下适合运转。
在本发明的动力输出设备的控制方法的另一个优选实施例中，第一制约是关于仅仅缸内燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的制约。第二制约是关于仅仅进气口燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的制约。因而可以用制约仅仅缸内燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的限制和制约仅仅进气口燃料喷射阀喷射燃料的内燃机的运转的限制，来对内燃机的运转进行控制。
附图说明
图1示意性图示了装备有根据本发明一个实施例的动力输出设备的混合动力车辆的构造；
图2示意性示出安装在本实施例的混合动力车辆上的发动机构造；
图3是由包括在本实施例的混合动力车辆中的混合动力电子控制单元执行的驱动控制例程；
图4示出扭矩需求设置图的一个示例；
图5示出缸内喷射设置用于缸内喷射的转速Ni和扭矩Ti所用的燃料消耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线；
图6示出进气口喷射设置用于进气口喷射的转速Np和扭矩Tp所用的燃料消耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线；
图7是共线图，示出包括在本实施例的混合动力车辆中的动力分配集成机构的各个旋转元件的扭矩-转速动态关系；
图8示意性图示了在一个修改示例中另一个混合动力车辆的构造；
图9示意性图示了在另一个修改示例中另一个混合动力车辆的构造；
图10示意性图示了装备本发明第二实施例的动力输出设备的机动车的构造；
图11是流程图，示出了由包括在第二实施例的机动车中的电子控制单元执行的驱动控制例程。
具体实施方式
以下将参照附图说明实施本发明的一个方式，作为一种优选实施例。图1示意性图示了装备有根据本发明一个实施例的动力输出设备的混合动力车辆20的构造。如所示，本实施例的混合动力车辆20包括发动机22和三轴式动力分配集成机构30，该三轴式动力分配集成机构30具有太阳轮31、齿圈32和连接多个小齿轮33的行星轮架34。动力分配集成机构30的行星轮架34经由阻尼器28连接到曲轴26或者发动机22的输出轴。与齿圈32连接的齿圈轴32a经由齿轮机构37和差动齿轮38连接到驱动轮39a和39b。本实施例的混合车辆20还包括电动机MG1、电动机MG2和控制整个动力输出设备工作的混合动力电子控制单元70，其中，电动机MG1连接到动力分配集成机构30的太阳轮31，并且具有发电能力，电动机MG2经由齿圈轴32a和减速齿轮35连接到动力分配集成机构30的齿圈32。
如图2所示，发动机22构造成具有多个缸内燃料喷射阀125(在图1中是125a至125d)和多个进气口燃料喷射阀126(在图1中是126a至126d)的内燃机，缸内燃料喷射阀125用于将诸如汽油或者轻油的烃类燃料直接喷入气缸，进气口燃料喷射阀126用于将燃料喷入进气口。具有两组燃料喷射阀125和126的发动机22在进气口喷射驱动模式、缸内喷射驱动模式和分担喷射驱动模式中的一个模式中工作和受到控制。在进气口喷射驱动模式中，由空气滤清器122滤清并且经由节气门124吸入的空气与进气口燃料喷射阀126喷射的雾化燃料混合成空气燃料混合物。该空气燃料混合物由进气阀128引入到每个气缸的燃烧室中，并且用点火火花塞130的火花点燃而爆发性燃烧。燃烧能量引起的每个气缸中的活塞132的往复运动转换成曲轴26的旋转运动。在缸内喷射驱动模式中，在由空气滤清器122清洁并且经由节气门124吸入的空气由进气阀128引入到每个气缸的燃烧室中的同时，在气缸的进气冲程过程中或者在压缩冲程中，缸内燃料喷射阀125喷射燃料。所形成的空气燃料混合物用点火火花塞130的火花点火以爆发性燃烧，并且使曲轴26旋转运动。在分担喷射驱动模式中，空气与从进气口燃料喷射阀126喷射的燃料混合，然后作为空气混合物引入到燃烧室中，同时燃烧室中的空气与缸内燃料喷射阀125在进气冲程或者压缩冲程中喷射的燃料混合。所形成的空气燃料混合物的燃烧使得曲轴26旋转运动。根据发动机22的实际工作状况和所需工作状况将发动机22的工作模式在这三个驱动模式之间选择性切换。发动机22的排气流经催化转化器(三元催化剂)134，并且排出到外部空气，其中催化转化器(三元催化剂)134将包含在排气中的毒性成分(即，一氧化碳(CO)、烃(HC)和氮氧化物(NOx))转换成无害成分。
如图1所示，进气口喷射阀126a至126d接收从燃料箱60通过燃料泵62供给的燃料供应。缸内燃料喷射阀125a至125d接收从燃料箱60通过燃料泵62供给、由高压燃料泵64加压并且通过输送管66输送的高压燃料供应。电动机62a和64a作为燃料泵62和高压燃料泵64的致动器，接收从电池50经由DC-DC转换器90的电力供应。止回阀(未示出)设置在高压燃料泵64的排出侧，以防止燃料回流，并且将输送管66中的燃料压力保持在恒定的水平。输送管66与减压管68连接，减压管68使燃料经由减压阀67循环流到燃料箱60中，以防止燃料压力水平过大。在发动机22的停机状态下，供应到缸内燃料喷射阀125a至125d的燃料的燃料压力减小到预设的水平，以防止燃料从缸内燃料喷射阀125a至125d泄漏。
发动机22在发动机电子控制单元24(以下称为发动机ECU24)的控制下。发动机ECU24经由输入端口(未示出)接收来自各种传感器的各种信号，所述传感器测量和检测发动机22的工作状况。输入到发动机ECU24的信号包括：来自检测曲轴26的旋转位置的曲轴位置传感器140的曲轴位置；来自测量发动机22中的冷却水温度的水温传感器142的冷却水温度；来自检测凸轮轴的旋转位置的凸轮位置传感器144的凸轮位置，其中凸轮轴受驱动开启和关闭进气阀128和排气阀，以将气体吸入和排出燃烧室；来自检测节气门124的开度或者位置的节气门位置传感器146的节气门位置；来自测量发动机22的负荷的真空传感器148的吸入空气流；和来自燃料压力传感器69的燃料压力Pf，燃料压力传感器69安装到输送管66以将燃料供应到缸内燃料喷射阀125a至125d。发动机ECU24经由其输出端口(未示出)输出各种控制信号和驱动信号，以驱动和控制发动机22。从发动机ECU24输出的信号包括：到缸内燃料喷射阀125a至125d和进气口燃料喷射阀126a至126d的驱动信号、到用于调节节气门124位置的节气门电动机136的驱动信号、到与点火器集成的点火线圈138的控制信号、到改变进气阀128的开启和关闭正时的可变阀正时机构150的控制信号、以及到燃料泵62和高压燃料泵64的电动机62a和64a的驱动信号。发动机ECU24与混合动力电子控制单元70建立通信，以响应于从混合电子控制单元70接收的控制信号驱动和控制发动机22，并且根据需要将关于发动机22的工作状况的数据输出到混合动力电子控制单元70。
电动机MG1和MG2构造成公知的同步式电动发电机，既可以作为发电机又可以作为电动机被致动。电动机MG1和MG2通过电线54与电池50相连，并且经由逆变器41和42将电力传输进出电池50。两个电动机MG1和MG2都由电动机电子控制单元40(以下称为电动机ECU40)驱动和控制。电动机ECU 40输入控制电动机MG1和MG2工作所需的信号，例如从旋转位置检测传感器43和44输入表示电动机MG1和MG2中转子旋转位置的信号，以及从电流传感器(未示出)输入表示要施加到电动机MG1和MG2的相电流的信号。电动机ECU 40输出切换控制信号到逆变器41和42。电动机ECU 40与混合动力电子控制单元70建立通信，以响应于从混合动力电子控制单元70接收的控制信号而驱动和控制电动机MG1和MG2，并且根据需要向混合动力电子控制单元70输出与电动机MG1和MG2的工作状况相关的数据。
电池50由电池电子控制单元(以下称为电池ECU)52控制。电池ECU 52接收控制电池50所需的各种信号，例如，由布置在电池50的端子之间的电压传感器(未示出)所测量的端子间电压、由安装到与电池50的输出端子相连的电线54的电流传感器(未示出)所测量的充电-放电电流、和由安装到电池50的温度传感器51所测量的电池温度Tb。电池ECU 52根据需要通过通信将与电池50的状态相关的数据输出到混合动力电子控制单元70。电池ECU 52基于由电流传感器所测量的累积的充电-放电电流，来计算电池50的荷电状态(SOC)，以控制电池50。
混合动力电子控制单元70构造成微处理器，该微处理器包括CPU72、存储处理程序的ROM 74、暂时存储数据的RAM 76、未示出的输入输出端口以及未示出的通信端口。混合动力电子控制单元70经由输入端口接收各种输入：来自点火开关80的点火信号、来自检测换档手柄81当前位置的换档位置传感器82的换档位置SP、来自测量加速踏板83的踩压量的加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自测量制动踏板85的踩压量的制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP、和来自车速传感器88的车速V。如上所述，混合动力电子控制单元70经由通信端口与发动机ECU 24、电动机ECU 40和电池ECU 52通信，以向发动机ECU 24、电动机ECU 40和电池ECU 52传输或从其接收各种控制信号和数据。
这样构造的本实施例的混合动力车辆20基于车速V和加速器开度Acc(加速器开度Acc对应于驾驶员对加速踏板83的踩压量)的观测值，来计算将被输出到用作驱动轴的齿圈轴32a的扭矩需求Tr*。发动机22以及电动机MG1和MG2受到操作控制，以向齿圈轴32a输出与计算出的扭矩需求Tr*相对应的所需动力水平。发动机22以及电动机MG1和MG2的操作控制选择性地实施扭矩转换驱动模式、充电-放电驱动模式和电动机驱动模式之一。扭矩转换驱动模式控制发动机22的操作以输出等于所需要动力水平的动力量，同时驱动并控制电动机MG1和MG2以使得从发动机22输出的全部动力由动力分配集成机构30以及电动机MG1和MG2进行扭矩转换，并输出到齿圈轴32a。充电-放电驱动模式控制发动机22的操作，以输出等于所需动力水平加上对电池50充电所消耗的电力量或者电池50放电所供应的电力量之和的动力量，同时驱动并控制电动机MG1和MG2，以使得从发动机22输出并等于所需动力水平的动力全部或部分地由动力分配集成机构30以及电动机MG1和MG2进行扭矩转换，并输出到齿圈轴32a，同时对电池50充电或者使电池50放电。电动机驱动模式停止发动机22的操作，并驱动和控制电动机MG2将等于所需动力水平的动力量输出到齿圈轴32a。扭矩转换驱动模式相当于电池50的充电放电电力等于0的情况下的充电放电驱动模式。因而，不一定要将扭矩转换模式与充电放电驱动模式专门区分开。因此，本实施例的混合动力车辆20在电动机驱动模式和充电放电驱动模式之间切换驱动模式而行驶。
现在对具有如上构造的实施例的混合动力车辆20的操作进行说明。图3是示出由本实施例的混合动力车辆20中的混合动力电子控制单元70执行的驱动控制例程的流程图。此驱动控制例程以预设时间间隔(例如，每隔数毫秒)反复执行。
在图3的驱动控制例程中，混合动力电子控制单元70的CPU 72首先输入控制所需的各种数据，即来自加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自车速传感器88的车速V、电动机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2、电池50的荷电状态(SOC)、电池50的输入限制Win和输出限制Wout、缸内燃料喷射阀125的燃料喷射与进气口燃料喷射阀126的燃料喷射的分担率k、高扭矩优先于燃料消耗的高扭矩请求(步骤S100)。电动机MG1和MG2的转速Nm1和Nm2从由旋转位置检测传感器43和44所检测到的电动机MG1和MG2的相应转子的旋转位置进行计算，并通过通信从电动机ECU 40接收到。电池50的荷电状态(SOC)从由电流传感器(未示出)所测量的电池50的累积充电放电电流计算出，并且通过通信从电池ECU52接收。电池50的输入限制Win和输出限制Wout基于电池50的温度和电池50的荷电状态(SOC)来设置，并通过通信从电池ECU52接收到。分担率k根据由混合动力电子控制单元70执行的分担率设定例程(未示出)设定。对应于标记值输入高扭矩要求，所述标记值根据驾驶员对加速踏板83的踩压量和踩压速度来选择性地表示燃料消耗优先或者扭矩优先。
在数据输入之后，CPU 72基于输入的加速器开度Acc和输入的车速V，设定将要输出到与驱动轮39a和39b连接的齿圈轴32a或驱动轴的扭矩需求Tr*和整个混合动力车辆20所需的车辆动力需求Pe*(步骤S110)。在本实施例中设置扭矩需求Tr*的具体过程是，预先将扭矩需求Tr*相对于加速器开度Acc和车速V的变化作为扭矩需求设置图存储在ROM 74中，并从该扭矩需求设置图读取与给出的加速器开度Acc和给出的车速V相对应的扭矩需求Tr*。图4示出了扭矩需求设置图的一个示例。车辆动力需求Pe*计算为下列项之和：扭矩需求Tr*与齿圈轴32a的转速Nr的乘积、将对电池50充电或者从电池50放电的充电-放电电力需求Pb*、以及可能的损耗。通过将电动机MG2的转速Nm2除以减速齿轮35的传动比Gr或者将车速V乘以预设的转换系数，来获得齿圈轴32的转速Nr。基于电池50的荷电状态SOC和加速器开度Acc设定充电-放电电力需求Pb*。
随后，CPU72判断是否存在高扭矩要求(步骤S120)。在不存在高扭矩要求(步骤S120：“否”)的情况下，将作为发动机22有效工作的制约的燃料消耗优先工作曲线设定成用作设定发动机22驱动点的制约的有效工作曲线(步骤S130)。另一方面，在存在高扭矩要求(步骤S120：“是”)的情况下，将作为在固定转速下从发动机22输出更高扭矩的制约的高扭矩工作曲线设定成有效工作曲线(步骤S140)。图5示出了在仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运转情况下，所用的燃料消耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线的一个示例。图6示出了在仅从进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动机22运转情况下，所用的燃料消耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线的一个示例。图5中的点划线示出用在仅从进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动机22运转中的燃料消耗优先工作曲线。图6中的点划线示出用在仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运转中的高扭矩工作曲线。从图5和图6清楚可理解到，高扭矩工作曲线处于扭矩比燃料消耗优先曲线更高的位置。缸内喷射使进入燃烧室的吸入空气的充气率(filling rate)比进气口喷射要高。因而，在仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运转中所用的燃料消耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线都处于扭矩比在仅从进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动机22运转中所用的燃料消耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线更高的位置。在步骤S130中将燃料消耗优先工作曲线设定成有效工作曲线分别将在仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运转中用于缸内喷射的燃料消耗优先工作曲线和在仅从进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动机22运转中用于进气口喷射的燃料消耗优先工作曲线设定成有效工作曲线。在步骤S140中将高扭矩工作曲线设定成有效工作曲线分别将在仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运转中用于缸内喷射的高扭矩工作曲线和在仅从进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动机22运转中用于进气口喷射的高扭矩工作曲线设定成有效工作曲线。
CPU72随后将用于缸内喷射的转速Ni和扭矩Ti设定为根据针对缸内喷射设定的有效工作曲线用于输出车辆动力需求Pe*的驱动点(步骤S150)，并且将用于进气口喷射的转速Np和扭矩Tp设定为根据针对进气口喷射设定的有效工作曲线用于输出车辆动力需求Pe*的驱动点(步骤S160)。图5和图6分别示出当燃料消耗优先工作曲线设定成用于缸内喷射和用于进气口喷射的有效工作曲线时，设定用于缸内喷射的转速Ni和扭矩Ti的程序和设定用于进气口喷射的转速Np和扭矩Tp的程序。如图5所示，用于缸内喷射的转速Ni和扭矩Ti给定为燃料消耗优先工作曲线和恒定车辆动力需求Pe*(＝Ni×Ti)曲线的交点。如图6所示，用于进气口喷射的转速Np和扭矩Tp给定为燃料消耗优先工作曲线和恒定车辆动力需求Pe*(＝Np×Tp)曲线的交点。
CPU 72根据以下给出的方程式(1)将发动机22的目标转速Ne*设定为按照分担率k进行分配的用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的转速Np，并且将车辆动力需求Pe*除以目标转速Ne*以设定发动机22的目标扭矩Te*(步骤S170)。
Ne*＝k·Ni+(1-k)·Np    (1)
在设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*之后，CPU72根据以下给出的方程式(2)从发动机22的目标转速Ne*、齿圈轴32a的转速Nr(＝Nm2/Gr)和动力分配集成机构30的传动比ρ来计算电动机MG1的目标转速Nm1*，同时根据以下给出的方程式(3)从计算出的目标转速Nm1*和电动机MG1的当前转速Nm1来计算电动机MG1的扭矩指令Tm1*(步骤S180)：
Nm1*＝(Ne*·(1+ρ)-Nm2/Gr)/ρ                    (2)
Tm1*＝前次Tm1*+KP(Nm1*-Nm1)+KI∫(Nm1*-Nm1)dt     (3)
图7是示出动力分配集成机构30中所包括的各个旋转元件的扭矩-转速动态特性的共线图。左轴‘S’、中间轴‘C’和右轴‘R’分别表示太阳轮31的转速、行星轮架34的转速和齿圈32(齿圈轴32a)的转速Nr。如之前提及，太阳轮31的转速等于电动机MG1的转速Nm1，行星轮架34的转速等于发动机22的转速Ne。因此，根据以上给出的方程式(2)，从齿圈轴32a的转速Nr、发动机22的目标转速Ne*和动力分配集成机构30的传动比ρ，可计算电动机MG1的目标转速Nm1*。然后设定扭矩指令Tm1*来驱动电动机MG1使其以目标转速Nm1*转动。设定扭矩指令Tm1*和目标转速Nm1*来驱动控制电动机MG1使得发动机22能够以目标转速Ne*旋转。方程式(3)是驱动电动机MG1并使电动机MG1以目标转速Nm1*旋转的反馈控制的关系式。在上面给出的方程式(3)中，右侧的第二项中的‘KP’和第三项中的‘KI’分别指比例项增益和积分项增益。图7中，轴线‘R’上的两个向上的粗箭头分别表示：当从在目标转速Ne*和目标扭矩Te*的特定驱动点处稳态工作的发动机22输出扭矩Te*时被传递到齿圈轴32a的扭矩，以及当从电动机MG2输出扭矩Tm2*时经由减速齿轮35施加到齿圈轴32a的扭矩。
在计算出电动机MG1的目标转速Nm1*和扭矩指令Tm1*后，CPU 72根据以下给出的方程式(4)，从扭矩需求Tr*、电动机MG1的扭矩指令Tm1*、动力分配集成机构30的传动比ρ和减速齿轮35的传动比Gr，来计算试用电动机扭矩Tm2tmp，所述试用电动机扭矩是为给齿圈轴32a施加扭矩需求Tr*而从电动机MG2输出的(步骤S190)：
Tm2tmp＝(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr    (4)
方程式(4)容易从图7的共线图中的扭矩平衡导出。然后，CPU 72根据以下给出的方程式(5)和(6)，由电池50的输入限制Win和输出限制Wout、扭矩指令Tm1*、以及电动机MG1的当前转速Nm1和电动机MG2的当前转速Nm2，将扭矩下限Tm2min和扭矩上限Tm2max计算为从电动机MG2输出的最小和最大扭矩(步骤S200)：
Tm2min＝(Win-Tm1*·Nm1)/Nm2     (5)
Tm2max＝(Wout-Tm1*·Nm1)/Nm2    (6)
CPU72将所计算的扭矩下限Tm2min与所计算的试用电动机扭矩Tm2tmp和所计算的扭矩上限Tm2max中的较小者进行比较，然后将较大者设定为电动机MG2的扭矩指令Tm2*(步骤S210)。这样的设定将电动机MG2的扭矩指令Tm2*限制在电池50的输入限制Win和输出限制Wout之间的范围内。
在设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*以及电动机MG1和MG2的扭矩指令Tm1*和Tm2*之后，CPU72将发动机22的目标扭矩Te*和分担率k发送到发动机ECU24，同时将电动机MG1和MG2的扭矩指令Tm1*和Tm2*发送到电动机ECU40(步骤S220)。然后，ECU72从图3的驱动控制例程中退出。发动机ECU24接收目标扭矩Te*和分担率k，并执行所需的控制和调节，包括燃料喷射控制、点火控制和节气门开度调节。发动机ECU24根据分担率k控制从缸内燃料喷射阀125的燃料喷射和从进气口燃料喷射阀126的燃料喷射，因而使发动机22能够以目标转速Ne*旋转，以输出目标扭矩Te*。电动机ECU40接收扭矩指令Tm1*和Tm2*，并且执行对各个逆变器41和42所包括的开关元件的切换控制，以用扭矩指令Tm1*驱动电动机MG1和用扭矩指令Tm2*驱动电动机MG2。
如上所述，在本实施例的混合动力车辆20中，驱动控制通过按照从缸内燃料喷射阀125的燃料喷射与从进气口燃料喷射阀126的燃料喷射的分担率k分配用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的转速Np，来设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*。此处，用于缸内喷射的转速Ni根据仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运转中用于缸内喷射的工作曲线设定。用于进气口喷射的转速Np根据仅从进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动机22运转中用于进气口喷射的工作曲线设定。然后，混合动力车辆20的驱动控制设定电动机MG1和MG2的扭矩指令Tm1*和Tm2*，并且控制发动机22和电动机MG1和MG2，以在由目标转速Ne*和目标扭矩Te*所限定的具体驱动点驱动发动机22，并确保扭矩需求Tr*输出到齿圈轴32a或者驱动轴。该布置使得即使在缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126分担燃料喷射的状态中，发动机22也能够在适合的工作状况下被驱动，并且确保扭矩需求Tr*输出到齿圈轴32a。当燃料消耗优先工作曲线被设定成有效工作曲线时，该布置使得即使在缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126分担燃料喷射的状态中，发动机22也能够有效运转，并且确保扭矩需求Tr*输出到齿圈轴32a。
在不存在高扭矩要求的情况下，本实施例的混合动力车辆20将燃料消耗优先工作曲线设定成用于缸内喷射的有效工作曲线和用于进气口喷射的有效工作曲线，并且根据燃料消耗优先工作曲线设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*，并且控制发动机22和电动机MG1和MG2。另一方面，在存在高扭矩要求的情况下，本实施例的混合动力车辆20将高扭矩工作曲线设定成用于缸内喷射的有效工作曲线和用于进气口喷射的有效工作曲线，根据高扭矩工作曲线设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*，并且控制发动机22和电动机MG1和MG2。该布置通过改变制约来响应于高扭矩请求设定发动机22的驱动点，使得即使在缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126分担燃料喷射的状态中，发动机22也能够在适合的工作状况下被驱动，并且确保扭矩需求Tr*输出到齿圈轴32a。
在本实施例的混合动力车辆20中，以目标指令Tm2*控制电动机MG2的运转，目标指令Tm2*设定在电池50的输入限制Win和输出限制Wout的范围内。该布置保护电池了50不会被过量的电力过度充电或者过度放电以输出过量的电力，因此防止了电池50过早地劣化。
在本实施例的混合动力车辆20中，发动机22的动力经由动力分配集成机构30输出到与驱动轮39a和39b相连的齿圈轴32a或者驱动轴。然而，本发明的技术不限于该构造，而是还可以应用到具有图8所示的一个修改构造的另一混合动力车辆120中，或者应用到具有图9所示的另一修改构造的另一混合动力车辆220中。在图8的混合动力车辆120中，电动机MG2的动力传递到与连接齿圈轴32a的车轴(连接到驱动轮39a和39b的车轴)不同的车轴(连接到车轮39c和39d的车轴)。图9的混合动力车辆220具有成对转子电动机(pair-rotor motor)230，该成对转子电动机230包括连接到发动机22的曲轴26的内转子232和连接到用于将动力输出到驱动轮39a和39b的驱动轴的外转子234。成对转子电动机230将发动机22的输出动力的一部分传递到驱动轴，同时将其余发动机输出动力转换成电力。
本发明的技术还由作为本发明第二实施例的下述机动车320实现。图10示意性图示了装备有本发明第二实施例的动力输出设备的机动车320的构造。从图1和图10的比较清楚可理解到，第二实施例的机动车320具有扭矩转换器340和带式无级变速器(CVT)350，来代替包括在第一实施例的混合动力车辆20中的动力分配集成机构30和电动机MG1和MG2。第二实施例的机动车320与第一实施例的混合动力车辆20中类似的部件由类似数字和符号来表示，并且在此处不具体描述。在第二实施例的机动车320中，电池330接收由交流发电机(未示出)产生的电力供应，其中交流发电机经由设在发动机22的曲轴26上的带(未示出)致动，电池330将电力供应到电动机62a和64a，其中电动机62a和64a用作燃料泵62和高压燃料泵64的致动器。
如在图10中所示，第二实施例的机动车320包括具有缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126的发动机22，该发动机22与包括在第一实施例的混合动力车辆20中的发动机22相同。第二实施例的机动车还包括经由阻尼器28与发动机22的曲轴26连接的传统液力变矩器340、带式无级变速器(CVT)350、和控制整个机动车320工作的电子控制单元370，其中，带式CVT 350具有连接到变矩器340的输入轴351和连接到齿轮机构37的输出轴352，输出轴352经由差动齿轮38与驱动轮39a和39b连接。
CVT 350包括初级带轮353、次级带轮354、带355以及第一和第二致动器356和357，其中，该初级带轮353具有可变槽宽，并且连接到输入轴351；该次级带轮354具有可变槽宽，并且连接到输出轴352或驱动轴；带355设置在初级带轮353和次级带轮354的槽中；第一和第二致动器356和357分别改变初级带轮353和次级带轮354的槽宽度。通过第一致动器356和第二致动器357改变初级带轮353和次级带轮354的槽宽度获得连续可变的速度，以转换输入轴351的动力，并将转换后的动力输出到输出轴352。第一致动器356构造成液压致动器，并且用来调节变速比。第二致动器357也构造成液压致动器，并且用来调节带355的夹紧压力，以调节CVT 350的扭矩传递能力。致动第一致动器356和第二致动器357所需的液压压力由安装到发动机22的曲轴26的机械泵(未示出)产生。CVT电子控制单元359(以下称为CVTECU 359)负责CVT 350的变速控制和带夹紧压力调节。CVTECU 359从安装到输入轴351的转速传感器361接收输入轴351的转速Nin，从安装到输出轴352的转速传感器362接收输出轴352的转速Nout。CVTECU 359将驱动信号输出到第一致动器356和第二致动器357。CVTECU 359与电子控制单元370通信。CVTECU359接收来自电子控制单元370的控制信号以调节CVT 350的变速比(传动比γ)，并且根据需要将关于CVT 350的工作状况(例如，输入轴351的转速Nin和输出轴352的转速Nout)的数据输出到电子控制单元370。
类似于第一实施例的混合动力电子控制单元70，第二实施例的电子控制单元370构造成微处理器，该微处理器包括CPU 372、储存处理程序的ROM 374、暂时存储数据的RAM 376、输入和输出端口(未示出)、通信端口(未示出)。电子控制单元370经由其输入端口接收来自点火开关80的点火信号、来自换档位置传感器82的换档手柄81的换档位置SP或当前设定位置、来自加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc或驾驶员对加速踏板83的踩压量、来自制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP或驾驶员对制动踏板85的踩压量、和来自车速传感器88的车速V。电子控制单元370经由其通信端口与发动机ECU 24和CVTECU 359连接，以向发动机ECU 24和CVTECU 359发送或从其接收各种数据和控制信号。
以下对具有上述构造的第二实施例的机动车30的工作进行描述。图11是示出由第二实施例的机动车320中的电子控制单元370执行的驱动控制例程的流程图。该驱动控制例程以预设时间间隔(例如，每隔数毫秒)反复执行。
在图11的驱动控制例程中，电子控制单元370的CPU 72首先输入控制所需的各种数据，即，来自加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自车速传感器88的车速V、输入轴351的转速Nin、输出轴352的转速Nout、缸内燃料喷射阀125的燃料喷射与进气口燃料喷射阀126的燃料喷射的分担率k、和高扭矩优先于燃料消耗的高扭矩请求(步骤S300)。输入轴351的转速Nin和输出轴352的转速Nout分别由转速传感器361和362测量，并且通过通信从CVTECU 359接收。分担率k和高扭矩请求已经在第一实施例中定义过。
在数据输入之后，CPU 372基于输入的加速器开度Acc和输入的车速V，设定将要输出到与驱动轮39a和39b连接的齿圈轴32a或驱动轴的扭矩需求Tout*和整个机动车320所需的车辆动力需求Pe*(步骤S310)。在本实施例中设置扭矩需求Tout*的具体过程是，预先将扭矩需求Tout*相对于加速器开度Acc和车速V的变化作为扭矩需求设置图存储在ROM374中，并从该扭矩需求设置图读取与给出的加速器开度Acc和给出的车速V相对应的扭矩需求Tout*。在第二实施例中所使用的扭矩需求设置图类似于图4所示的图。车辆动力需求Pe*计算为扭矩需求Tout*与输出轴352的转速Nout的乘积。
CPU 372随后执行步骤S320至S370的处理，以设置发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*。步骤S320至S370的处理与图3中的驱动控制例程中的步骤S120至S170的处理相同，因此在此处不具体地描述。CPU72然后将发动机22的目标转速Ne*设定为输入轴351的目标转速Nin*(步骤S380)，并将发动机22的目标扭矩Te*和分担率k发送到发动机ECU 24，并且将输入轴351的目标转速Ni*发送到CVTECU 359(步骤S390)。CPU 72然后退出图11的驱动控制例程。与在第一实施例中所述一样，发动机ECU 24接收目标扭矩Te*和分担率k，并且执行所需的控制和调节，包括燃料喷射控制、点火控制和节气门调节。发动机ECU 24根据分担率k控制从缸内燃料喷射阀125的燃料喷射和从进气口燃料喷射阀126的燃料喷射，因此使得发动机22能够以目标转速Ne*旋转，以输出目标扭矩Te*。CVTECU 359接收目标转速Nin*，并且致动和控制第一致动器356和第二致动器357以使输入轴351的转速Nin接近目标转速Ni*。
如上所述，在第二实施例的机动车320中，驱动控制通过按照缸内燃料喷射阀125与进气口燃料喷射阀126的燃料喷射分担率分配用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的转速Np，来设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*。此处，用于缸内喷射的转速Ni根据仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运转中用于缸内喷射的工作曲线设定。用于进气口喷射的转速Np根据仅从进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动机22运转中用于进气口喷射的工作曲线设定。然后机动车320的驱动控制设定输入轴351的目标转速Ni*，并且控制发动机22和CVT 350，以在由目标转速Ne*和目标扭矩Te*所限定的具体驱动点驱动发动机22，并且确保扭矩需求Tout*输出到输出轴352或驱动轴。这种布置使得即使在缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126分担燃料喷射的状态中，发动机22也能够在适合的工作状况下被驱动，并且确保扭矩需求Tout*输出到齿圈轴352。当燃料消耗优先工作曲线被设定成有效工作曲线时，该布置使得即使在缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126分担燃料喷射的状态中，发动机22也能够有效运转，并且确保扭矩需求Tout*输出到齿圈轴352。
在不存在高扭矩要求的情况下，第二实施例的机动车320将燃料消耗优先工作曲线设定成用于缸内喷射的有效工作曲线和用于进气口喷射的有效工作曲线，并且根据燃料消耗优先工作曲线设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*，并控制发动机22和CVT 350。另一方面，在存在高扭矩要求的情况下，第二实施例的机动车320将高扭矩工作曲线设定成用于缸内喷射的有效工作曲线和用于进气口喷射的有效工作曲线，根据高扭矩工作曲线设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*，并且控制发动机22和CVT 350。通过改变制约来响应于高扭矩请求设定发动机22的驱动点，该布置使得即使在缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126分担燃料喷射的状态中，发动机22也能够在适合的工作状况下被驱动，并且确保扭矩需求Tout*输出到齿圈轴352。
在第二实施例的机动车320中，带式CVT 350用于无级变速装置。该带式CVT 350可以由摩擦环式或者任何其它无级变速器代替。
在第二实施例的机动车320中，驱动控制将发动机22的目标转速Ne*设定成输入轴35 1的目标转速Ni*，并且致动和控制第一致动器356和第二致动器357以使输入轴351的转速Nin接近目标转速Ni*。一种修改的驱动控制流程可以将发动机22的目标转速Ne*设定成输入轴351的目标转速Ni*、将目标转速Ni*除以输出轴352的转速Nout以设定目标传动比γ*，并致动和控制第一致动器356和第二致动器357以获得目标传动比γ*。
在第一实施例的混合动力车辆20和第二实施例的机动车320中，提供了两个制约(即，燃料消耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线)作为用于缸内喷射的可用工作曲线和用于进气口喷射的可用工作曲线。与是否存在高扭矩要求相应，选择性使用燃料消耗优先工作曲线和高扭矩工作曲线作为有效工作曲线。一种可行的修改方式可以提供三个或者多个工作曲线的制约，并且在满足不同条件时选择性使用这些工作曲线制约作为有效工作曲线。另一个可行的修改形式可以是仅仅提供一个工作曲线(例如，燃料消耗优先工作曲线)的制约，并总是使用燃料消耗优先工作曲线作为用于缸内喷射的有效工作曲线和用于进气口喷射的有效工作曲线。
在第一实施例的混合动力车辆20和第二实施例的机动车320中，驱动控制通过按照缸内燃料喷射阀125的燃料喷射与进气口燃料喷射阀126的燃料喷射的分担率k分配用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的转速Np，来设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*。此处，用于缸内喷射的转速Ni根据仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运转中用于缸内喷射的工作曲线设定。用于进气口喷射的转速Np根据仅从进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动机22运转中用于进气口喷射的工作曲线设定。一种修改的驱动控制流程可以通过按照缸内燃料喷射阀125的燃料喷射与进气口燃料喷射阀126的燃料喷射的分担率k分配第一转速N1和第二转速N2，来设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*。此处，第一转速N1根据第一工作曲线设定，第一工作曲线用于缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126以预设的第一分担率(例如，0.1)喷射燃料的发动机22运转中。第二转速N2根据第二工作曲线设定，第二工作曲线用于缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126以预设的第二分担率(例如，0.9)喷射燃料的发动机22运转中。
在第一实施例的混合动力车辆20和第二实施例的机动车320中，驱动控制通过按照缸内燃料喷射阀125的燃料喷射与进气口燃料喷射阀126的燃料喷射的分担率k分配用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的转速Np，来设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*。此处，用于缸内喷射的转速Ni根据仅从缸内燃料喷射阀125喷射燃料的发动机22运转中用于缸内喷射的工作曲线设定。用于进气口喷射的转速Np根据仅从进气口燃料喷射阀126喷射燃料的发动机22运转中用于进气口喷射的工作曲线设定。可以应用任何其它技术来从用于缸内喷射的转速Ni、用于进气口喷射的转速Np和分担率k计算发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*。例如，可以通过以缸内喷射和进气口喷射为权重因子的分担率k分配用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的转速Np，来设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*。在另一个示例中，通过按照修改的分担率k分配用于缸内喷射的转速Ni和用于进气口喷射的转速Np来设定发动机22的目标转速Ne*和目标扭矩Te*，其中修改的分担率k通过对分担率k进行缓慢平滑(slow grading)处理而获得。
在第一实施例的混合动力车辆20和第二实施例的机动车320中，电动高压燃料泵64用来对通过输送管66的燃料供应施加压力。可选地，可以使用由发动机22的曲轴26或者与曲轴26连接的凸轮轴以机械方式驱动的高压燃料泵，以对通过输送管66的燃料供应施加压力。
如在第一实施例和第二实施例中所述，本发明的技术可以应用到任何装备发动机22并且具有扭矩传递装置或者机构的车辆或者汽车，其中，所述扭矩传递装置或者机构通过扭矩转换来转换在任意驱动点下受驱动的发动机22的输出动力并将所转换的动力传递到车轴，所述发动机22具有缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126。本发明不限于这样的车辆或者汽车。装备发动机22(该发动机22具有缸内燃料喷射阀125和进气口燃料喷射阀126)并且具有扭矩传递装置或者机构的动力输出设备可以安装在包括火车机车、小船、轮船和飞行器的任何其他移动体上，并且可以结合在静止的设备中。本发明不限于动力输出设备或者车辆，而是也可以以动力输出设备的控制方法或者车辆的控制方法形式实现。
上述实施例在所有方面都被视为举例说明性和非限制性的。在不脱离本发明的主要特征的范围和精神的情况下可以有许多修改、变化和替换。本发明的范围和精神由所附权利要求表示，而非由以上述描述。
工业应用性
本发明的技术优选应用于动力输出设备和车辆的制造行业。

Claims (13)

1.一种动力输出设备，所述动力输出设备将动力输出到驱动轴，所述动力输出设备包括：
内燃机，所述内燃机输出动力，并且具有用于将燃料喷入气缸的缸内燃料喷射阀和用于将燃料喷入进气口的进气口燃料喷射阀；
扭矩转换单元，所述扭矩转换单元通过扭矩转换转换所述内燃机的所述输出动力，然后将所转换的动力传递到所述驱动轴；
目标驱动力设定模组，其设定将要输出到所述驱动轴的目标驱动力；
目标动力设定模组，其基于所设定的目标驱动力设定要从所述内燃机输出的目标动力；
目标工作状态设定模组，其基于所设定的目标动力、所述缸内燃料喷射阀的燃料喷射与所述进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率、第一制约和第二制约设定所述内燃机的目标工作状态，其中，所述第一制约制约其中所述缸内燃料喷射阀和所述进气口燃料喷射阀以预定的第一分担率分担燃料喷射的所述内燃机的工作状态，所述第二制约制约其中所述缸内燃料喷射阀和所述进气口燃料喷射阀以预定的第二分担率分担燃料喷射的所述内燃机的工作状态，所述第二分担率不同于所述第一分担率；和
控制模组，其控制所述内燃机和所述扭矩转换单元以驱动所述内燃机在所述目标工作状态下运转以所述特定的分担率喷射燃料，并且确保所述目标驱动力输出到所述驱动轴。
2.根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述目标工作状态设定模组通过按照所述特定分担率与所述预定第一分担率的比率和所述特定分担率与所述预定第二分担率的比率分配所述内燃机的第一工作状态和所述第二工作状态来设定所述内燃机的目标工作状态，其中，基于所述第一制约和所述目标动力设定所述内燃机的所述第一工作状态，基于所述第二制约和所述目标动力设定所述内燃机的所述第二工作状态。
3.根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述第一制约和所述第二制约中的每个包括多个与多个条件有关的限制，
所述目标工作状态设定模组基于与在所述多个条件中选定的条件有关的包括在所述第一制约中的限制和包括在所述第二制约中的相应的限制设定所述内燃机的所述目标工作状态。
4.根据权利要求3所述的动力输出设备，其中，所述多个限制包括用于所述内燃机有效运转的有效运转限制和用于所述内燃机输出高扭矩的高扭矩输出限制中至少一个。
5.根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述第一制约是关于仅仅所述缸内燃料喷射阀喷射燃料的所述内燃机的运转的制约，和
所述第二制约是关于仅仅进气口燃料喷射阀喷射燃料的所述内燃机的运转的制约。
6.根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述扭矩转换单元是无级变速器，和
所述控制模组改变所述扭矩转换单元的变速比，以驱动所述内燃机以由所设定的目标工作状态所限定的转速旋转。
7.根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述扭矩转换单元包括：
电力机械动力输入输出机构，其连接到所述内燃机的输出轴和连接到所述驱动轴，并且将所述内燃机的所述输出动力的至少一部分通过电力和机械动力的输入和输出而输出到所述驱动轴；
电动机，其将动力输出到所述驱动轴，和将动力从所述驱动轴输入；和
蓄电单元，其从所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机接收电力，和将所述电力传输到所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机，
其中，所述控制模组控制所述内燃机、所述电力机械动力输入输出机构和所述电动机，以驱动所述内燃机在所述目标工作状态下运转，并且确保等于所述目标驱动力的驱动力输出到所述驱动轴。
8.根据权利要求7所述的动力输出设备，其中，所述电力机械动力输入输出机构包括：
三轴式动力输入输出模组，其连接到三个轴，即所述内燃机的所述输出轴、所述驱动轴和旋转轴，并且基于从所述三个轴中的任何两个轴输入或者输出到所述两个轴的动力而从其余一个轴输入动力或者将动力输出到所述一个轴；和
发电机，其从所述旋转轴输入动力，并且将动力输出到所述旋转轴。
9.一种车辆，所述车辆装备有根据权利要求1至8中任一项所述的动力输出设备，并且具有连接到所述驱动轴的车轴。
10.一种动力输出设备的控制方法，所述动力输出设备包括：内燃机和扭矩转换单元，所述内燃机输出动力并且具有用于将燃料喷入气缸的缸内燃料喷射阀和用于将燃料喷入进气口的进气口燃料喷射阀，所述扭矩转换单元通过扭矩转换转换所述内燃机的所述输出动力，然后将所转换的动力输出到驱动轴，
所述控制方法包括以下步骤：
(a)设定要输出到所述驱动轴的目标驱动力，并且基于所设定的目标驱动力设定将要从所述内燃机输出的目标动力；
(b)基于所设定目标动力、所述缸内燃料喷射阀的燃料喷射和所述进气口燃料喷射阀的燃料喷射的特定分担率、第一制约和第二制约设定所述内燃机的目标工作状态，其中，所述第一制约制约其中所述缸内燃料喷射阀和所述进气口燃料喷射阀以预定的第一分担率分担燃料喷射的所述内燃机的工作状态，所述第二制约制约其中所述缸内燃料喷射阀和所述进气口燃料喷射阀以预定的第二分担率分担燃料喷射的所述内燃机的工作状态，所述第二分担率不同于所述第一分担率；和
(c)控制所述内燃机和所述扭矩转换单元以驱动所述内燃机在所述目标工作状态下运转以所述特定的分担率喷射燃料，并且确保所述目标驱动力输出到所述驱动轴。
11.根据权利要求10所述的动力输出设备的控制方法，其中，所述步骤(b)通过按照所述特定分担率与所述预定第一分担率的比率和所述特定分担率与所述预定第二分担率的比率分配所述内燃机的第一工作状态和第二工作状态来设定所述内燃机的目标工作状态，其中，基于所述第一制约和所述目标动力设定所述内燃机的所述第一工作状态，基于所述第二制约和所述目标动力设定所述内燃机的所述第二工作状态。
12.根据权利要求10所述的动力输出设备的控制方法，其中，所述第一制约和所述第二制约中的每个包括多个与多个条件有关的限制，和
所述步骤(b)基于与在所述多个条件中选定的条件有关的包括在所述第一制约中的限制和包括在所述第二制约中的相应的限制设定所述内燃机的所述目标工作状态。
13.根据权利要求10所述的动力输出设备的控制方法，其中，所述第一制约是关于仅仅所述缸内燃料喷射阀喷射燃料的所述内燃机的运转的制约，和
所述第二制约是关于仅仅进气口燃料喷射阀喷射燃料的所述内燃机的运转的制约。
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