專利名稱：靈活燃料可變增壓混合動力系的制作方法
靈活燃料可變增壓混合動力系 火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)，尤其是用于載客車和輕型載貨汽車 中的那些結(jié)構(gòu)，已經(jīng)成為廣泛的研發(fā)努力的主題。多個(gè)近來的這種努 力的結(jié)果之一 包括混合動力系，所述混合動力系可以廣泛地定義為采 用內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)/發(fā)電機(jī)、蓄電池和控制器的動力系，所述控制器用 于控制動力源并將其輸出與自動變速器的操作結(jié)合。 另一相對較近的發(fā)展為靈活燃料火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)。這 樣的發(fā)動機(jī)基于常規(guī)汽油和汽油-乙醇(酒精)混合物(實(shí)踐中包含多 達(dá)85%的乙醇，通常稱為E85)操作。除了基于乙醇的燃料的較低成 本和外國石油依靠性的更大問題之外，當(dāng)在全開節(jié)氣門或全載荷條件 下時(shí)，基于E85和其它混合物操作的發(fā)動機(jī)比基于汽油操作的相同發(fā)
動機(jī)具有更好的耐爆震性。然而，由于要求發(fā)動機(jī)能夠操作在多種燃 料和燃料混合物上，這樣改進(jìn)的操作通常被折衷。 由于火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展歷史，顯然改進(jìn)將繼續(xù)且 本發(fā)明涉及這樣的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供具有增壓器或渦輪增壓器的靈活燃料火花點(diǎn)
火式可變增壓混合動力系。在第一實(shí)施例中，火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)包括增壓器，所述增壓器通過可變速度驅(qū)動件由發(fā)動機(jī)輸出驅(qū)動。具有內(nèi) 置電動機(jī)/發(fā)電機(jī)的混合動力變速器提供補(bǔ)充動力。包括燃料傳感器的 多個(gè)傳感器提供數(shù)據(jù)給主發(fā)動機(jī)控制器，所述主發(fā)動機(jī)控制器控制變 速器控制器、可變速度增壓器、燃料供應(yīng)和點(diǎn)火系統(tǒng)的操作。 進(jìn)一步的目的、優(yōu)勢和應(yīng)用范圍從在此提供的說明顯而 易見。應(yīng)當(dāng)理解，說明和具體示例僅為舉例說明的目的，且不限定本 公開的范圍。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的靈活燃料、可變增壓(boost)、帶 增壓器的混合動力系的第 一 實(shí)施例的示意0012] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的靈活燃料、可變增壓、帶增壓器的 混合動力系的第二實(shí)施例的示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的靈活燃料、可變增壓、帶渦輪增壓 器的混合動力系的第三實(shí)施例的示意圖；和圖4是將渦輪增壓、火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)與結(jié)合有電動機(jī)/
發(fā)電機(jī)設(shè)備的渦輪增壓、火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的典型燃料消耗相比較的 圖表。
具體實(shí)施例方式參見圖1,示出了根據(jù)本發(fā)明的靈活燃料、火花點(diǎn)火式、 可變增壓、帶增壓器的混合動力系的第 一 實(shí)施例且總體上以附圖標(biāo)記 IO表示。靈活燃料混合動力系10包括內(nèi)燃機(jī)l2,內(nèi)燃機(jī)U通常具有 4、 6或8個(gè)活塞和汽缸。活塞連接到曲軸或輸出軸14,曲軸或輸出軸 14直接驅(qū)動多速混合動力變速器16 (通常為自動式)。混合動力變速器16包括例如多個(gè)行星齒輪組、離合器和制動器，行星齒輪組、離合
器和制動器提供多個(gè)連續(xù)傳動比或速度比輸出給傳動軸18和最終傳動 裝置22,最終傳動裝置22包括至少一個(gè)差動軸和輪胎以及車輪組件(均 未示出)?；旌蟿恿ψ兯倨?6也包括電動機(jī)/發(fā)電機(jī)24，電動機(jī)/發(fā)電 機(jī)24通過混合動力變速器16連接到動力流動路徑，且用作電動機(jī)以 供應(yīng)額外的能量給動力系10，或在車輛減速期間用作發(fā)電機(jī)以回收能 量?；旌蟿恿ψ兯倨?6和電動機(jī)/發(fā)電機(jī)24通過變速器控制器26控 制且提供反饋信號給變速器控制器26,變速器控制器26控制混合動力 變速器16的操作，在需要額外的動力時(shí)從高容量電池28供應(yīng)電能給 電動機(jī)/發(fā)電機(jī)24;并在例如車輛減速期間可得到電能時(shí)，從電動機(jī)/ 發(fā)電機(jī)24將這樣的能量引導(dǎo)給電池28。 位于進(jìn)氣導(dǎo)管44中的空氣質(zhì)量流量傳感器(MAF) 42提 供關(guān)于當(dāng)前供應(yīng)給發(fā)動機(jī)12的空氣質(zhì)量流量的信號或數(shù)據(jù)給發(fā)動機(jī)控 制器30。歧管空氣壓力(MAP)傳感器46布置在進(jìn)氣歧管48中，且提 供關(guān)于進(jìn)氣歧管48中的當(dāng)前空氣壓力的信號或數(shù)據(jù)給發(fā)動機(jī)控制器 30。緊固到發(fā)動機(jī)12的排氣歧管52包括排氣(氧氣)傳感器54,排 氣傳感器54提供關(guān)于發(fā)動機(jī)12的排氣中的氧氣數(shù)量的信號或數(shù)據(jù)給 發(fā)動機(jī)控制器30。排氣歧管52引導(dǎo)排氣到排氣系統(tǒng)(未示出)。 主發(fā)動機(jī)控制器30提供信號給火花點(diǎn)火系統(tǒng)56和燃料 噴射系統(tǒng)58并控制火花點(diǎn)火系統(tǒng)56和燃料噴射系統(tǒng)58,燃料噴射系統(tǒng)58布置在進(jìn)氣歧管48和內(nèi)燃機(jī)12之間。燃料噴射系統(tǒng)58可以為
進(jìn)氣口噴射型或直噴(缸內(nèi))型。 增壓器60和更具體地可變速度驅(qū)動組件62通過增壓器 驅(qū)動控制器72控制，增壓器驅(qū)動控制器72繼而通過來自主發(fā)動機(jī)控 制器30的信號或數(shù)據(jù)控制。節(jié)氣門組件68通過電子節(jié)氣門控制組件 74控制，電子節(jié)氣門控制組件74也通過來自主發(fā)動機(jī)控制器30的信 號或數(shù)據(jù)控制。 操作中，靈活燃料混合動力系10的轉(zhuǎn)矩管理需要內(nèi)燃機(jī) 12和電動機(jī)/發(fā)電機(jī)24基于所采用的燃料、發(fā)動機(jī)12的狀態(tài)、變速器 16的狀態(tài)、電池28中存儲的電能的狀態(tài)和駕駛員的轉(zhuǎn)矩需求而協(xié)調(diào)。 當(dāng)使用乙醇時(shí)，借助于由可變增壓增壓器60提供的可變 增壓靈活性，轉(zhuǎn)矩需求將主要由內(nèi)燃機(jī)12單獨(dú)滿足。因此，混合動力 變速器16將主要用于允許啟動和停止，且實(shí)現(xiàn)減速燃料切斷和制動再 生，僅在差的發(fā)動機(jī)效率條件下有偶然的轉(zhuǎn)矩輔助，即電動機(jī)/發(fā)電機(jī) 24的起用。 當(dāng)內(nèi)燃機(jī)12的轉(zhuǎn)矩輸出足夠高時(shí)，增壓器60的速度由 燃料類型確定，且通過調(diào)節(jié)可變速度驅(qū)動組件62控制對乙醇和乙醇 混合物較高，對汽油較低。也調(diào)節(jié)燃料噴射系統(tǒng)58的燃料噴射脈沖持 續(xù)時(shí)間和點(diǎn)火系統(tǒng)56的點(diǎn)火正時(shí)，以補(bǔ)償額外的空氣流量和具體燃料 類型。
如果由內(nèi)燃機(jī)12單獨(dú)就可以提供希望的轉(zhuǎn)矩，混合動力 變速器16中的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)24可以保持停用。否則，變速器控制器 26和在某些應(yīng)用中主發(fā)動機(jī)控制器30可以編程為起用電動機(jī)/發(fā)電機(jī) 24,以補(bǔ)充內(nèi)燃機(jī)12,從而滿足希望的性能和駕駛性目標(biāo)同時(shí)最大化 燃料經(jīng)濟(jì)性。第二實(shí)施例的混合動力系IOO也包括變速器控制器26，、 主發(fā)動機(jī)控制器30、凸輪軸角度傳感器32、曲軸角度傳感器34、布置 在燃料管線38中的燃料傳感器36、布置在進(jìn)氣導(dǎo)管44中的空氣質(zhì)量 流量(MAF)傳感器"和布置在進(jìn)氣歧管48中的歧管空氣壓力(MAP) 傳感器46。 排氣歧管52包括排氣(氧氣)傳感器54。火花點(diǎn)火系統(tǒng) 56和燃料噴射系統(tǒng)58均從主發(fā)動機(jī)控制器30接收數(shù)據(jù)或信號并由主 發(fā)動機(jī)控制器30控制，燃料噴射系統(tǒng)58可以為進(jìn)氣口噴射型或直噴型。 現(xiàn)在參見圖3,示出了根據(jù)本發(fā)明的靈活燃料、可變增壓、 帶渦輪增壓器的混合動力系的第三實(shí)施例且總體上以附圖標(biāo)記200表 示。在第三實(shí)施例的混合動力系200中，電動機(jī)/發(fā)電機(jī)24，被驅(qū)動， 且通過帶64驅(qū)動內(nèi)燃機(jī)12的曲軸14,與第二實(shí)施例的混合動力系100 中構(gòu)造相同，而不是在第一實(shí)施例的動力系10中作為自動變速器16 的部件。此外，用于第一和第二實(shí)施例的混合動力系10和100中的增 壓器60由第二實(shí)施例的混合動力系200中的渦輪增壓器替代。 因而，第三實(shí)施例的混合動力系200包括內(nèi)燃機(jī)12,內(nèi) 燃機(jī)12具有曲軸14，曲軸14驅(qū)動自動多速變速器16，，根據(jù)常規(guī)實(shí)踐， 自動多速變速器16，通常包括多個(gè)行星齒輪組、離合器和制動器以及輸 出軸18,輸出軸18驅(qū)動最終驅(qū)動裝置22 (均在圖1中示出)。 排氣歧管52包括排氣(氧氣)傳感器54?；鸹c(diǎn)火系統(tǒng) 56和燃料噴射系統(tǒng)58均從主發(fā)動機(jī)控制器30接收數(shù)據(jù)或信號并由主 發(fā)動機(jī)控制器30控制，燃料噴射系統(tǒng)58可以為進(jìn)氣口噴射型或直噴 型。節(jié)氣門組件68位于進(jìn)氣導(dǎo)管44，的端部和進(jìn)氣歧管48之間，節(jié)氣 門組件68通過電子節(jié)氣門控制件74控制，電子節(jié)氣門控制件74繼而 由主發(fā)動機(jī)控制器30控制。 電動機(jī)/發(fā)電機(jī)24，通過帶64和一對帶輪66或類似動力 傳遞組件被內(nèi)燃機(jī)12的曲軸14驅(qū)動并驅(qū)動內(nèi)燃機(jī)12的曲軸14。電動 機(jī)/發(fā)電機(jī)24，通過電動機(jī)/發(fā)電機(jī)控制器76控制，當(dāng)需要額外的轉(zhuǎn)矩 時(shí)，電動機(jī)/發(fā)電機(jī)控制器76從高容量電池28，供應(yīng)電能給電動機(jī)/發(fā) 電機(jī)24，，并且當(dāng)在例如車輛減速期間可得到電能時(shí)，電動機(jī)/發(fā)電機(jī) 控制器76將這樣的能量從電動機(jī)/發(fā)電機(jī)24'引導(dǎo)給電池28'。 第三實(shí)施例的混合動力系200的操作與第二實(shí)施例的混 合動力系IOO的操作基本相同，尤其是關(guān)于電動機(jī)/發(fā)電機(jī)24'、電動 機(jī)/發(fā)電機(jī)控制器76和電池28，。由于增壓程度可通過廢氣旁通閥86 或其它增壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的操作由發(fā)動機(jī)控制器30控制，渦輪增壓器80 提供可變增壓，因而所述可變增壓可匹配或調(diào)節(jié)至燃料和操作條件， 從而根據(jù)上文關(guān)于第 一 實(shí)施例的混合動力系1 0所述的操作參數(shù)優(yōu)化性 能和燃料經(jīng)濟(jì)性。 現(xiàn)在參見圖4,圖表示出了對兩種火花點(diǎn)火式渦輪增壓內(nèi) 燃機(jī)的汽油燃料的預(yù)測燃料經(jīng)濟(jì)性。Y軸以百分比表示未調(diào)節(jié)的燃料經(jīng) 濟(jì)性改進(jìn)，其中基準(zhǔn)線是自然吸氣發(fā)動機(jī)。左邊的柱90表示渦輪增壓 發(fā)動機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性。右邊的柱92表示與電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元結(jié)合操 作的渦輪增壓發(fā)動機(jī)。應(yīng)當(dāng)理解，增加電動機(jī)/發(fā)電機(jī)單元將改進(jìn)燃料 經(jīng)濟(jì)性大約15%。
本發(fā)明的前述描述實(shí)質(zhì)上僅僅是示意性的，不脫離本發(fā) 明的要點(diǎn)的變型也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這種變型并不認(rèn)為是偏離了本 發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種靈活燃料混合動力系，結(jié)合地包括內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)具有進(jìn)氣歧管和第一輸出，用于增大所述進(jìn)氣歧管中的空氣壓力的機(jī)構(gòu)，可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動組件，所述可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動組件用于驅(qū)動所述空氣壓力增大機(jī)構(gòu)，多個(gè)傳感器，所述多個(gè)傳感器至少包括燃料傳感器、空氣質(zhì)量流量傳感器和進(jìn)氣歧管壓力傳感器，電動機(jī)/發(fā)電機(jī)，所述電動機(jī)/發(fā)電機(jī)具有第二輸出和控制器，變速器，所述變速器由所述第一和第二輸出及變速器控制器驅(qū)動，主發(fā)動機(jī)控制器，所述主發(fā)動機(jī)控制器具有用于從所述多個(gè)傳感器接收數(shù)據(jù)的多個(gè)輸入、用于控制所述可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動組件的輸出、和到所述控制器和所述變速器控制器的通信鏈路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，用于 增大空氣壓力的所述機(jī)構(gòu)是增壓器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，用于 增大空氣壓力的所述機(jī)構(gòu)是渦輪增壓器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，所述 可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動組件包括速度增大部分和控制部分，所述控制部分用 于從所述主發(fā)動機(jī)控制器接收所述輸出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，還包 括由所述主發(fā)動機(jī)控制器控制的電子節(jié)氣門控制件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，還包 括由所述主發(fā)動機(jī)控制器控制的廢氣旁通閥控制器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，還包 括由所述主發(fā)動機(jī)控制器控制的燃料噴射系統(tǒng)和火花點(diǎn)火系統(tǒng)。
8. —種靈活燃料混合動力系，結(jié)合地包括 內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)具有進(jìn)氣歧管和第一輸出，增壓器，所述增壓器具有與所述進(jìn)氣歧管流體連通的輸出，可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動組件，所述可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動組件用于驅(qū)動所述增壓器，多個(gè)傳感器，所述多個(gè)傳感器至少包括燃料傳感器、空氣質(zhì)量流量傳感器和進(jìn)氣歧管壓力傳感器，電動機(jī)/發(fā)電機(jī)，所述電動機(jī)/發(fā)電機(jī)具有第二輸出和控制器， 變速器，所述變速器由所述第一和第二輸出及變速器控制器驅(qū)動， 主發(fā)動機(jī)控制器，所述主發(fā)動機(jī)控制器具有用于從所述多個(gè)傳感器接收數(shù)據(jù)的多個(gè)輸入、用于控制所述可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動組件的輸出、和到所述控制器和所述變速器控制器的通信鏈路。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，還包括曲軸角度傳感器和氧氣傳感器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，還 包括由所述主發(fā)動機(jī)控制器控制的燃料噴射系統(tǒng)和火花點(diǎn)火系統(tǒng)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，還 包括由所述主發(fā)動機(jī)控制器控制的電子節(jié)氣門控制件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，所 述可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動組件包括速度增大部分和控制部分，所述控制部分 用于從所述主發(fā)動機(jī)控制器接收所述輸出。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，所 述可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動組件包括雙速和連續(xù)可變類型中的至少 一種。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，所 述可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動組件以大約1到2. 5至1到4. O之間的比增大速度。
15. —種靈活燃料混合動力系，結(jié)合地包括 內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)具有進(jìn)氣歧管和第一輸出，渦輪增壓器，所述渦輪增壓器具有與所述進(jìn)氣歧管流體連通的輸出，可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動組件，所述可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動組件用于驅(qū)動所述渦輪 增壓器，多個(gè)傳感器，所述多個(gè)傳感器至少包括燃料傳感器、空氣質(zhì)量流量傳感器和進(jìn)氣歧管壓力傳感器，電動機(jī)/發(fā)電機(jī)，所述電動機(jī)/發(fā)電機(jī)具有第二輸出和控制器， 變速器，所述變速器由所述第一和第二輸出及變速器控制器驅(qū)動， 主發(fā)動機(jī)控制器，所述主發(fā)動機(jī)控制器具有用于從所述多個(gè)傳感器接收數(shù)據(jù)的多個(gè)輸入、用于控制所述可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動組件的輸出、和到所述控制器和所述變速器控制器的通信鏈路。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，還 包括由所述主發(fā)動機(jī)控制器控制的廢氣旁通閥控制器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，還 包括由所述主發(fā)動機(jī)控制器控制的電子節(jié)氣門控制件。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，還 包括由所述主發(fā)動機(jī)控制器控制的燃料噴射系統(tǒng)和火花點(diǎn)火系統(tǒng)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的靈活燃料混合動力系，其特征在于，所 述可調(diào)節(jié)速度驅(qū)動組件包括速度增大部分和控制部分，所述控制部分 用于從所述主發(fā)動機(jī)控制器接收所述輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及靈活燃料可變增壓混合動力系，具體而言本發(fā)明提供具有增壓器或渦輪增壓器的靈活燃料火花點(diǎn)火式可變增壓混合動力系。在第一實(shí)施例中，火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)包括增壓器，所述增壓器通過可變速度驅(qū)動件由發(fā)動機(jī)輸出驅(qū)動。具有內(nèi)置電動機(jī)/發(fā)電機(jī)的混合動力變速器提供補(bǔ)充動力。包括燃料傳感器的多個(gè)傳感器提供數(shù)據(jù)給主發(fā)動機(jī)控制器，所述主發(fā)動機(jī)控制器控制變速器控制器、可變速度增壓器、燃料供應(yīng)和點(diǎn)火系統(tǒng)的操作。在第二實(shí)施例中，電動機(jī)/發(fā)電機(jī)與增壓器相關(guān)聯(lián)，且通過可變速度驅(qū)動件與增壓器連接并也連接到發(fā)動機(jī)輸出。在第三實(shí)施例中，增壓器用渦輪增壓器替代。
文檔編號B60K6/26GK101428554SQ20081014568
公開日2009年5月13日 申請日期2008年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月17日
發(fā)明者J·C·埃姆斯利, J·J·張, K·-J·吳 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司