發(fā)動機控制的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于控制混合動力車輛系統(tǒng)中的發(fā)動機起動的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機可以被配置成具有直接將燃料噴射到燃燒汽缸(直接噴射)的直接燃料噴射器和/或具有將燃料噴射到汽缸進氣道(進氣道燃料噴射)的進氣道燃料噴射器。除了更好地使噴射的燃料能夠具有增壓冷卻效果外，直接噴射允許更高的燃料效率和更高的功率輸出被實現(xiàn)。
[0003]然而，直接噴射發(fā)動機由于擴散火焰?zhèn)鞑a(chǎn)生更多微粒物(PM)排放(或碳煙)，其中燃料在燃燒前可能與空氣未充分混合。由于直接噴射本質(zhì)上是相對晚的燃料噴射，可能沒有足夠的時間將噴射的燃料與汽缸內(nèi)的空氣混合。在某些工況下，液滴可以直接撞擊在燃燒表面，諸如，活塞、蓋和套上。同樣，噴射的燃料當流過閥門時不會遇到湍流。因此，可能存在局部產(chǎn)生碳煙的小規(guī)模富燃，從而使排氣排放劣化。該排放在發(fā)動機冷啟動操作期間可能進一步加劇。特別地，由于由在低燃料導軌壓力下不良的燃料噴射器噴霧特性和/或撞擊燃燒室的冷金屬表面的燃料所引起的不良的燃料蒸發(fā)而產(chǎn)生碳煙，直到燃燒室完全變暖。
[0004]發(fā)動機測試數(shù)據(jù)表明，PM排放可以通過增加燃料導軌壓力來減少，這是因為燃料泵通常是凸輪軸驅(qū)動的，并且發(fā)動機必須旋轉(zhuǎn)以泵送燃料。用于在發(fā)動機啟動前增加燃料導軌壓力的一個示例方法由Birch等人在W02013076217中示出。其中，在電動模式下操作的混合動力電動車輛的制動期間，負扭矩的至少一部分被用于間歇地起動發(fā)動機，由此改善發(fā)動機潤滑和燃料導軌壓力。
[0005]然而，本發(fā)明人在此已經(jīng)認識到使用這種方法的潛在問題。作為一個示例，即使具有調(diào)整的燃料導軌壓力，燃燒室可能還是沒有充分加熱以在隨后的發(fā)動機重啟期間大幅度減少PM排放。例如，發(fā)動機可能無法旋轉(zhuǎn)到一個位置或者維持在一個位置處，在該位置處充分熱傳遞能夠發(fā)生。同樣，發(fā)動機測試數(shù)據(jù)進一步表明，PM排放可以通過發(fā)動機加熱來大大降低。因此，即使具有高燃料壓力，如果燃燒室沒有被充分加熱，在發(fā)動機重啟期間仍然可能有碳煙排放。此外，由于發(fā)動機啟動時間的要求，在第一燃料噴射到發(fā)動機之前允許的發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的次數(shù)可能是有限的，從而將燃料導軌壓力的增加限制到低于最佳水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個示例中，一些上述問題可以至少部分地通過用于操作混合動力車輛系統(tǒng)的方法來解決，該方法包括:當僅通過馬達扭矩推動混合動力車輛時，以低于閾值速度的速度不加燃料地旋轉(zhuǎn)發(fā)動機，直到活塞溫度高于閾值。以這種方式，緩慢的發(fā)動機旋轉(zhuǎn)可以被用于在重啟之前充分加熱發(fā)動機，從而改善在隨后的發(fā)動機重啟時的直接燃料噴射期間來自發(fā)動機的PM排放。
[0007]作為示例，當以電動模式操作混合動力車輛時，并且當汽缸活塞溫度低于閾值溫度時，發(fā)動機可以通過混合動力車輛的馬達/發(fā)電機而被不加燃料地緩慢起動，以便為即將的發(fā)動機啟動準備發(fā)動機。在一個示例中，緩慢的起動在發(fā)動機啟動之前可以至少被發(fā)起2-3分鐘。發(fā)動機緩慢地旋轉(zhuǎn)，從而使得所有汽缸隨著其經(jīng)過各自的壓縮和膨脹沖程變暖。由此，發(fā)動機的每個壓縮沖程使得壓縮的空氣變熱并且將熱量傳遞給汽缸蓋和活塞。即使傳遞到發(fā)動機的絕對熱量的量可能是低的，但是熱量被直接傳遞到加熱減少碳煙排放的位置。因此，在不加燃料緩慢旋轉(zhuǎn)發(fā)動機期間，每個發(fā)動機汽缸經(jīng)由壓縮沖程加熱而被加熱。因此，發(fā)動機可以通過混合動力車輛的馬達/發(fā)電機以低于閾值速度的速度旋轉(zhuǎn)以便預加熱。特別地，發(fā)動機可以比在重啟之前的發(fā)動機起動期間發(fā)動機應經(jīng)由啟動馬達旋轉(zhuǎn)的速度更慢地旋轉(zhuǎn)。例如，在典型的啟動馬達啟動期間，發(fā)動機可以以150rpm(每分轉(zhuǎn)速)起動，而在經(jīng)由混合動力車輛馬達的緩慢起動期間，發(fā)動機可以最初以1rpm起動(至第一位置)，并且接著以30rpm起動到后續(xù)位置。此外，在緩慢起動期間，進氣節(jié)氣門可以保持關(guān)閉，從而使得被壓縮的空氣充氣被牽引回到發(fā)動機，而沒有凈流量至排氣?？蛇x地，排氣再循環(huán)閥(EGR閥)也可以被打開，以便使流再循環(huán)回到發(fā)動機并且降低發(fā)動機真空。通過緩慢旋轉(zhuǎn)每個汽缸經(jīng)過壓縮沖程，發(fā)動機用作熱泵并且在排氣沖程的底部，汽缸的空氣充氣可能變得比周圍環(huán)境更冷。然而，在每個汽缸循環(huán)中，可能導致凈汽缸活塞的加熱。一旦發(fā)動機汽缸已經(jīng)被充分加溫，并且活塞溫度高于閾值，汽缸燃料噴射可以被恢復以重啟發(fā)動機。在某些示例中，在最初的發(fā)動機緩慢旋轉(zhuǎn)后，發(fā)動機可以進一步被旋轉(zhuǎn)以便為即將到來的發(fā)動機啟動預定位發(fā)動機。例如，該發(fā)動機可以被旋轉(zhuǎn)到在汽缸加燃料恢復之前提高發(fā)動機重啟性的位置。
[0008]以這種方式，發(fā)動機可以緩慢地旋轉(zhuǎn)，從而使得來自壓縮的熱量被給定時間來加熱汽缸室。通過在發(fā)動機啟動前緩慢轉(zhuǎn)動發(fā)動機一延長的時間段，在汽缸壓縮沖程期間所產(chǎn)生的熱量可以被傳遞到汽缸壁上，并且在預期到發(fā)動機啟動時用于加熱發(fā)動機。通過預加熱發(fā)動機，來自發(fā)動機的微粒排放可以被減少，尤其是在發(fā)動機冷啟動期間。此外，燃料壓力可以升高到用于啟動的最佳值，提高在重啟期間燃料噴射器噴霧特性?？傮w而言，冷啟動排放可以得到改善。
[0009]應當理解的是，提供上述
【發(fā)明內(nèi)容】
，以便以簡要形式引入一系列概念，這些概念在【具體實施方式】中被進一步描述。這不意味著確定要求保護的主題的關(guān)鍵或必要特征，該主題的范圍由隨附的權(quán)利要求書唯一限定。此外，要求保護的主題不限于解決以上所述的任何缺點或者本發(fā)明的任何部分中所述的缺點的實現(xiàn)方式。
【附圖說明】
[0010]圖1示出示例混合動力車輛系統(tǒng)設(shè)計。
[0011]圖2不出部分發(fā)動機視圖。
[0012]圖3-4圖示用于通過經(jīng)由馬達扭矩不加燃料地(unfueled)緩慢旋轉(zhuǎn)發(fā)動機而在發(fā)動機啟動之前加熱發(fā)動機的示例方法。
[0013]圖5圖示示例性發(fā)動機加熱操作以減小來自混合動力車輛系統(tǒng)的微粒物排放。
[0014]圖6圖示在壓縮沖程期間汽缸加熱的示例圖。
【具體實施方式】
[0015]以下描述涉及用于降低來自發(fā)動機的微粒物排放的系統(tǒng)和方法，諸如，圖2的發(fā)動機系統(tǒng)，該發(fā)動機系統(tǒng)耦合在混合動力車輛系統(tǒng)中，諸如，圖1的插電式混合動力電動車輛?？刂破骺梢员慌渲贸蓤?zhí)行方法，諸如圖3-4的示例方法，以在車輛操作期間使用馬達扭矩不加燃料(unfueled)地旋轉(zhuǎn)發(fā)動機，以便使用壓縮沖程熱傳遞(圖6)來加熱發(fā)動機燃燒室，同時也提高燃料壓力。發(fā)動機可以接著進一步被旋轉(zhuǎn)以便為發(fā)動機的重啟而預定位發(fā)動機。圖5示出示例發(fā)動機旋轉(zhuǎn)操作。以這種方式，尤其在冷啟動期間，排氣排放的品質(zhì)得到改善。
[0016]圖1描繪車輛的混合動力推進系統(tǒng)100。在描繪的實施例中，車輛是混合動力電動車輛(HEV)。推進系統(tǒng)100包括具有多個汽缸30的內(nèi)燃發(fā)動機10。燃料可以從燃料系統(tǒng)(未示出)提供給發(fā)動機10的每個汽缸，燃料系統(tǒng)包括一個或更多個燃料箱、一個或多個燃料泵以及噴射器66。
[0017]發(fā)動機10將動力經(jīng)由扭矩輸入軸18傳送給變速器44。在描繪的示例中，變速器44是功率分流變速器(或者驅(qū)動橋)，其包括行星齒輪組22和一個或多個旋轉(zhuǎn)齒輪元件。變速器44進一步包括發(fā)電機24和電動馬達26。發(fā)電機24和電動馬達26也可以被稱為電機，因為每個可以作為馬達或發(fā)電機來操作。扭矩從變速器44輸出，用于經(jīng)由動力傳遞傳動裝置34、扭矩輸出軸19以及差速器及軸總成(differential-and-axle assembly)36推進車輛牽引車輪52。
[0018]發(fā)電機24可驅(qū)動地連接到電動馬達26，以使發(fā)電機24和電動馬達26中的每個可以使用來自電能存儲裝置的電能操作，該電能存儲裝置在此描述為電池54。在某些實施例中，能量轉(zhuǎn)換裝置諸如逆變器可以耦合在電池和馬達之間，以將電池的DC輸出轉(zhuǎn)換成AC輸出，用于由馬達使用。然而，在替代實施例中，逆變器可以被配置在電動馬達中。
[0019]電動馬達26可以以再生模式操作，即，作為發(fā)電機，以便吸收來自車輛運動和/或發(fā)動機的能量并且將吸收的動能轉(zhuǎn)換成適合于存儲在電池54中的能量形式。此外，電動馬達26可以根據(jù)需要作為馬達或者發(fā)電機來操作，以增加或吸收由發(fā)動機提供的扭矩。
[0020]行星齒輪組22包括環(huán)形齒輪42、中心齒輪43和行星齒輪架組件46。環(huán)形齒輪和中心齒輪可以經(jīng)由齒輪架彼此連接。行星齒輪組22的第一輸入側(cè)被連接到發(fā)動機10，而行星齒輪組22的第二輸入側(cè)被連接到發(fā)電機24。行星齒輪組的輸出側(cè)經(jīng)由動力傳遞齒輪34連接到車輛牽引車輪52，該動力傳遞齒輪34包括一個或多個嚙合齒輪元件60-68。在一個示例中，嚙合齒輪元件60-68可以是階梯傳動比齒輪，其中齒輪架組件46可以將扭矩分配到階梯傳動比齒輪。齒輪元件62、64和66被安裝在中間軸17，其中齒輪元件64接合電動馬達驅(qū)動齒輪元件70。馬達26驅(qū)動齒輪元件70，該齒輪元件70作為中間軸齒輪的扭矩輸入。以這種方式，行星齒輪架46 (以及因此發(fā)動機和發(fā)電機)可以經(jīng)由一個或多個齒輪元件連接到車輛車輪?；旌蟿恿ν七M系統(tǒng)100可以在包括完整的混合動力系統(tǒng)的各種實施例中操作，其中車輛通過僅協(xié)同的發(fā)動機和發(fā)電機或者僅電動馬達或者其組合來驅(qū)動?？商娲?，輔助或輕度混合的實施例也可以被采用，其中發(fā)動機是扭矩的主要來源，并且電動馬達在特定狀況期間諸如踩加速器踏板事件期間選擇性地增加扭矩。
[0021]例如，車輛可以以發(fā)動機模式來驅(qū)動，其中發(fā)動機10作為向車輪52提供動力的扭矩的主要來源來操作。在發(fā)動機模式