СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ (ВАРИАНТЫ)
ENGINE CONTROL METHOD (VERSIONS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способам и системам для управления проворачиванием коленчатого вала двигателя в системе транспортного средства с гибридным приводом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатели могут быть выполнены с топливными форсунками непосредственного впрыска, которые впрыскивают топливо непосредственно в цилиндр сгорания (непосредственным впрыском), и/или топливными форсунками впрыска во впускной канал, которые впрыскивают топливо в отверстие цилиндра (впрыском топлива во впускной канал). Непосредственный впрыск обеспечивает достижение более высокой эффективности использования топлива и более высокой выходной мощности в дополнение к лучшему задействованию эффекта охлаждения заряда впрыскиваемого топлива.
Двигатели с непосредственным впрыском, однако, могут вырабатывать большее количество выбросов твердых частиц (PM или сажи) вследствие диффузного распространения пламени, при этом топливо может не смешиваться в достаточной мере с воздухом перед сгоранием. Поскольку непосредственный впрыск, по природе, является относительно поздним впрыском топлива, может быть недостаточно времени для смешивания впрыснутого топлива с воздухом в цилиндре. В некоторых условиях работы, капли жидкости могут сталкиваться непосредственно с поверхностями камеры сгорания, такими как поршень, головка или гильза Подобным образом, впрыснутое топливо не встречается с турбулентностью при втекании через клапаны. Следовательно, могут быть карманы обогащенного сгорания, которые могут вырабатывать сажу локально, ухудшая выделение продуктов сгорания с выхлопными газами. Выбросы могут дополнительно усиливаться при операции холодного запуска двигателя. В частности, до тех пор, пока камера сгорания не прогрета полностью, сажа вырабатывается вследствие плохого испарения топлива, вызванного плохими характеристиками факела распыла топливной форсунки при низком давлении в направляющей-распределителе для топлива и/или соударением топлива с холодными металлическими поверхностями камеры сгорания.
Данные испытаний двигателя показывают, что выбросы PM, могут уменьшаться посредством повышения давления в направляющей-распределителе для топлива, поскольку топливный насос типично приводится в действие распределительным валом, и двигатель должен вращаться, чтобы накачивать топливо. Один из примерных подходов для повышения давления в направляющей-распределителе для топлива перед запуском двигателя показан Бирчем и другими в WO 2013/076217 A2 (МПК B60K6/48, B60W10/02, опубл. 03.05.2013). В нем, при торможении транспортного средства с гибридным электрическим приводом, работающего в электрическом режиме, по меньшей мере часть отрицательного крутящего момента используется для периодического проворачивания коленчатого вала двигателя, тем самым, улучшая смазывание двигателя и давление в направляющей-распределителе для топлива.
Однако, авторы в материалах настоящего описания выявили потенциальные проблемы у такого подхода. В качестве примера, даже с настроенным давлением в направляющей-распределителе для топлива, может не быть достаточного нагревания камер сгорания для существенного понижения выбросов PM во время последующего перезапуска двигателя. Например, двигатель может не быть повернут в положение или не поддерживаться в положении, где может происходить достаточный перенос тепла. По существу, данные испытания двигателя дополнительно показывают, что выбросы PM могут сильно уменьшаться посредством нагревания двигателя. Таким образом, даже при высоком давлении топлива, если камера сгорания не прогрета в достаточной мере, по-прежнему могут быть выбросы сажи при перезапуске двигателя. В дополнение, вследствие требований к времени запуска двигателя, количество вращений двигателя до первого впрыска топлива в двигатель может быть ограничено, ограничивая повышение давления в направляющей-распределителе для топлива ниже оптимального уровня.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном из примеров, некоторые из вышеприведенных проблем могут быть по меньшей мере частично преодолены способом управления двигателем, включающий в себя этап, на котором:
вращают двигатель без снабжения топлива на более медленной, чем пороговая, скорости вращения до тех пор, пока температура поршня не будет выше, чем пороговое значение, при приведении в движение транспортного средства с гибридным приводом только посредством крутящего момента электродвигателя, при этом пороговая скорость вращения представляет собой скорость проворачивания коленчатого вала двигателя при вращении двигателя без топливоснабжения посредством стартерного электродвигателя.
В одном из вариантов предложен способ, в котором при вращении впускные и/или выпускные клапаны одного или более цилиндров двигателя выводят из работы, так что множество цилиндров может нагреваться посредством сжатия в определенное время.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором возобновляют впрыск топлива в цилиндр для перезапуска двигателя после того, как температура поршня будет выше, чем пороговое значение.
В одном из вариантов предложен способ, в котором возобновление впрыска топлива в цилиндре включает в себя этап, на котором выбирают цилиндр для возобновления впрыска топлива на основании близости положения поршня цилиндра относительно закрывания впускного клапана.
В одном из вариантов предложен способ, в котором вращение двигателя без топливоснабжения включает в себя этап, на котором вращают двигатель посредством электродвигателя транспортного средства с гибридным приводом перед предстоящим перезапуском двигателя.
В одном из вариантов предложен способ, в котором вращение двигателя без топливоснабжения включает в себя этап, на котором вращают двигатель посредством колес транспортного средства с гибридным приводом при одном из торможения транспортного средства и замедления транспортного средства.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором при одном из торможения транспортного средства и замедления транспортного средства временно повышают скорость вращения двигателя посредством вращения двигателя посредством колес транспортного средства с гибридным приводом.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором поддерживают вращение двигателя без топливоснабжения на более медленной, чем пороговая, скорости вращения до тех пор, пока давление в направляющей-распределителе для топлива не будет выше порогового давления.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором при вращении поддерживают впускной дроссельный клапан двигателя закрытым.
В одном из вариантов предложен способ, в котором вращение двигателя включает в себя этап, на котором вращают двигатель, так что каждый цилиндр нагревается на такте сжатия цилиндра и охлаждается на такте расширения цилиндра, причем цилиндр нагревается в большей степени на такте сжатия, чем цилиндр охлаждается на такте расширения.
В одном из дополнительных аспектов предложен способ управления двигателем, включающий в себя этапы, на которых:
вращают двигатель без топливоснабжения на более низкой, чем проворачивание коленчатого вала двигателя, скорости вращения до тех пор, пока температура поршня не будет выше, чем пороговое значение, при приведении в движение транспортного средства с гибридным приводом только посредством крутящего момента электродвигателя и в ожидании предстоящего перезапуска двигателя; и
после того, как температура поршня будет выше, чем пороговое значение,
перезапускают двигатель посредством возобновления топливоснабжения цилиндра.
В одном из вариантов предложен способ, в котором вращение двигателя без топливоснабжения на более низкой, чем проворачивание коленчатого вала двигателя, скорости вращения включает в себя этап, на котором вращают двигатель на скорости от 10 до 30 оборотов в минуту.
В одном из вариантов предложен способ, в котором пороговое значение основано на температуре заряда всасываемого воздуха.
В одном из вариантов предложен способ, в котором вращение двигателя включает в себя этап, на котором вращают двигатель посредством электродвигателя транспортного средства с гибридным приводом.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором поддерживают впускной дроссель двигателя закрытым при вращении двигателя на более низкой, чем проворачивание коленчатого вала, скорости вращения.
В одном из вариантов предложен способ, в котором двигатель содержит канал рециркуляции выхлопных газов (EGR) для рециркуляции заряда воздуха с выпуска двигателя на впуск двигателя, при этом способ дополнительно включает в себя этап, на котором поддерживают клапан EGR канала EGR открытым при вращении двигателя на более низкой, чем проворачивание коленчатого вала двигателя, скорости вращения.
В одном из дополнительных аспектов предложен способ управления двигателем, включающий в себя этапы, на которых:
задерживают перезапуск двигателя до тех пор, пока температура поршня не будет приведена выше порогового значения посредством вращения двигателя, причем двигатель вращается без топливоснабжения на более низкой, чем проворачивание коленчатого вала двигателя, скорости вращения.
В одном из вариантов предложен способ, в котором задержка до тех пор, пока температура поршня не будет приведена выше порогового значения, включает в себя этап, на котором осуществляют задержку до тех пор, пока разность между температурой поршня цилиндра и температурой заряда воздуха цилиндра не будет приведена ниже пороговой разности.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых при перезапуске двигателя вращают двигатель без топливоснабжения на скорости проворачивания коленчатого вала двигателя, а затем, возобновляют топливоснабжение двигателя.
В качестве примера, наряду с работой транспортного средства с гибридным приводом в электрическом режиме, и в то время как температура поршня цилиндра находится ниже пороговой температуры, двигатель может подвергаться медленному проворачиванию коленчатого вала, без топливоснабжения, посредством электродвигателя/генератора транспортного средства с гибридным приводом для подготовки двигателя к предстоящему запуску двигателя. В одном из примеров, медленное проворачивание коленчатого вала может инициироваться по меньшей мере за 2-3 минуты до запуска двигателя. Двигатель медленно вращается, так что все цилиндры разогреваются по мере того, как они проходят через соответствующие такты сжатия и расширения. По существу, каждый такт сжатия двигателя заставляет сжатый воздух разогреваться и переносить тепло на головку и поршень цилиндра. Даже если абсолютное количество тепла, перенесенного в двигатель, может быть низким, тепло переносится непосредственно в местоположение, где нагревание уменьшает выбросы сажи. Таким образом, при медленном вращении двигателя без снабжения топливом, каждый цилиндр двигателя нагревается посредством нагревания в такте сжатия. По существу, двигатель может вращаться на более низкой, чем пороговое, скорости вращения для предварительного нагревания посредством электродвигателя/генератора транспортного средства с гибридным приводом. В частности, двигатель может вращаться медленнее, чем двигатель вращался бы посредством стартерного электродвигателя во время проворачивания коленчатого вала двигателя до перезапуска. Например, во время типичного запуска стартерным электродвигателем, двигатель может подвергаться проворачиванию коленчатого вала на 150 оборотах в минуту, тогда как, во время медленного проворачивания коленчатого вала посредством электродвигателя транспортного средства с гибридным приводом, двигатель сначала может подвергаться проворачиванию коленчатого вала на 10 оборотах в минуту (в первое положение), а затем, подвергаться поворачиванию коленчатого вала на 30 оборотах в минуту в последующие положения. Дополнительно, во время медленного проворачивания коленчатого вала, впускной дроссель может поддерживаться закрытым, так что сжатый заряд воздуха втягиваться обратно в двигатель без результирующего потока на выпуск. По выбору, клапан EGR также может быть открытым, чтобы рециркулировать поток обратно в двигатель и уменьшать разрежение в двигателе. Посредством медленного вращения каждого цилиндра на протяжении такта сжатия, двигатель действует в качестве теплового насоса и, в нижней части такта выпуска, заряд воздуха цилиндра может становиться холоднее, чем внешняя среда. Однако, за каждый цикл цилиндра, может происходить в результате общее нагревание поршня цилиндра. Как только цилиндры двигателя были прогреты в достаточной мере, и температура поршня находится выше порогового значения, впрыск топлива в цилиндре может возобновляться для перезапуска двигателя. В некоторых примерах, после начального медленного вращения двигателя, двигатель может дополнительно вращаться, чтобы предварительно позиционировать двигатель для предстоящего запуска двигателя. Например, двигатель может поворачиваться в положение, которое улучшает способность к запуску двигателя перед тем, как возобновлено топливоснабжение цилиндра.
Таким образом, двигатель может медленно вращаться, так что тепло от сжатия выдается определенное время для нагревания камеры цилиндра. Посредством медленного вращения двигателя в течение продленного периода до запуска двигателя, тепло, вырабатываемое на такте сжатия цилиндра, может переноситься на стенки цилиндра и использоваться для нагревания двигателя в ожидании запуска двигателя. Посредством предварительного нагревания двигателя, выбросы твердых частиц из двигателя могут уменьшаться, в особенности, при холодном запуске двигателя. В дополнение, давление топлива может повышаться до оптимального значения для запуска, улучшая характеристики факела распыла топливной форсунки при перезапуске. В общем и целом, могут улучшаться выбросы при холодном запуске.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает примерную компоновку системы транспортного средства с гибридным приводом.
Фиг.2 - местный вид двигателя.
Фиг.3-4 иллюстрируют примерный способ нагревания двигателя перед запуском двигателя посредством медленного вращения двигателя, без топливоснабжения, посредством крутящего момента электродвигателя.
Фиг.5 иллюстрирует примерную операцию нагревания двигателя для уменьшения выбросов твердых частиц из системы транспортного средства с гибридным приводом.
Фиг.6 иллюстрирует примерную регулировочную характеристику нагревания цилиндра на такте сжатия.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Последующее описание относится к системам и способам работы топливной системы, такой как система по фиг.2, присоединенной к системе двигателя, такой как система двигателя по фиг.1. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнять процедуру, такую как примерные процедуры по фиг.3-4, для вращения двигателя, без топливоснабжения, при работе транспортного средства с использованием крутящего момента электродвигателя, чтобы использовать перенос тепла в такте сжатия (фиг.6) для нагревания камер сгорания двигателя, тем временем, к тому же, повышая давление топлива. Двигатель затем может дополнительно вращаться, чтобы предварительно позиционировать двигатель для перезапуска двигателя. Примерная операция вращения двигателя показана на фиг.5. Таким образом, качество выбросов с выхлопными газами, в особенности, при холодных запусках, улучшается.
Фиг.1 изображает систему 100 гибридной силовой установки для транспортного средства. В изображенном варианте осуществления, транспортное средство является транспортным средством с гибридным электрическим приводом (HEV). Силовая установка 100 включает в себя двигатель 10 внутреннего сгорания, имеющий множество цилиндров 30. Топливо может выдаваться каждый цилиндр двигателя 10 из топливной системы (не показана), включающей в себя один или более топливных баков, один или более топливных насосов и форсунки 66.
Двигатель 10 выдает мощность в трансмиссию 44 через вал 18 ввода крутящего момента. В изображенном примере, трансмиссия 44 является трансмиссией (или коробкой передач в блоке с трансмиссией) с разделением мощности, которая включает в себя планетарную зубчатую передачу 22 и один или более вращающихся элементов зубчатой передачи. Трансмиссия 44 дополнительно включает в себя электрический генератор 24 и электрический двигатель 26. Электрический генератор 24 и электрический двигатель 26 также могут указываться ссылкой как электрические машины, так как каждый может работать в качестве любого из электродвигателя или генератора. Крутящий момент выводится из трансмиссии 44 для приведения в движение ведущих колес 52 транспортного средства посредством зубчатого привода 34 передачи мощности, вала 19 вывода крутящего момента и узла 36 дифференциала и полуосей.
Генератор 24 с возможностью привода присоединен к электрическому двигателю 26, чтобы каждый из электрического генератора 24 и электродвигателя 26 мог работать с использованием электрической энергии из устройства накопления электрической энергии, в материалах настоящего описания изображенного в качестве аккумуляторной батареи 54. В некоторых вариантах осуществления, устройство преобразования энергии, такое как инвертер, может быть присоединено между аккумуляторной батареей и электродвигателем, чтобы преобразовывать отдаваемую мощность постоянного тока (DC) аккумуляторной батареи в отдаваемую мощность переменного тока (AC) для использования электродвигателем. Однако, в альтернативных вариантах осуществления, инвертер может быть сконфигурирован в электрическом двигателе.
Электрический двигатель 26 может работать в режиме рекуперации, то есть, в качестве генератора, чтобы поглощать энергию от движения транспортного средства и/или двигателя и преобразовывать поглощенную кинетическую энергию в форму энергии, пригодную для накопления в аккумуляторной батарее 54. Более того, электрический двигатель 26 может работать в качестве электродвигателя или генератора, по мере надобности, чтобы дополнять или поглощать крутящий момент, выдаваемый двигателем.
Планетарная зубчатая передача 22 содержит коронную шестерню 42, солнечную шестерню 43 и узел 46 водила планетарной передачи. Коронная шестерня и солнечная шестерня могут быть присоединены друг к другу посредством водила. Первая, входная сторона планетарной зубчатой передачи 22 присоединена к двигателю 10 наряду с тем, что вторая, выходная сторона планетарной зубчатой передачи 22 присоединена к генератору 24. Выходная сторона планетарной зубчатой передачи присоединена к ведущим колесам 52 транспортного средства посредством зубчатого привода 34 передачи мощности, включающего в себя один или более зацепляющихся элементов 60-68 зубчатой передачи. В одном из примеров, зацепляющиеся элементы 60-68 зубчатой передачи могут быть ступенчатыми сменными зубчатыми колесами, при этом узел 46 водила может распределять крутящий момент по ступенчатым сменным зубчатым колесам. Элементы 62, 64 и 66 зубчатой передачи установлены на промежуточном валу 17, причем, элемент 64 зубчатой передачи зацепляется с элементом 70 зубчатой передачи с приводом от электрического двигателя. Электрический двигатель 26 приводит в движение элемент 70 зубчатой передачи, который действует в качестве ввода крутящего момента для зубчатого привода промежуточного вала. Таким образом, водило 46 планетарной передачи (а следовательно, двигатель и генератор) может быть присоединено к колесам транспортного средства и электродвигателю через один или более элементов зубчатой передачи. Система 100 гибридной силовой установки может приводиться в действие в различных вариантах осуществления, включающих в себя полностью гибридную систему, в которой транспортное средство приводится в движение только двигателем и совместно генератором или только электрическим двигателем, или комбинацией. В качестве альтернативы, также могут применяться вспомогательно или умеренно гибридные варианты осуществления, в которых двигатель является основным источником крутящего момента, а электрический двигатель избирательно добавляет крутящий момент во время специфичных режимов, таких как во время события увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах.
Например, транспортное средство может приводиться в движение в режиме двигателя, в котором двигатель 10 эксплуатируется и используется в качестве основного источника крутящего момента для приведения в движение колес 52. Во время режима двигателя, топливо может подаваться в двигатель 10 из топливного бака через топливную форсунку 66, так чтобы двигатель мог вращаться со снабжением топливом, чтобы выдавать крутящий момент для приведения в движение транспортного средства. Более точно, мощность двигателя подается на коронную шестерню планетарной зубчатой передачи. Одновременно, генератор выдает крутящий момент на солнечную шестерню 43, создавая реактивный крутящий момент для двигателя. Следовательно, крутящий момент выводится водилом планетарной передачи на шестерни 62, 64, 66 на промежуточном валу 17, который, в свою очередь, выдает мощность на колеса 52. Дополнительно, двигатель может работать, чтобы выводить больший крутящий момент, чем необходимо для приведения в движение, в каком случае, дополнительная мощность поглощается генератором (в генерирующем режиме), чтобы заряжать аккумуляторную батарею 54 или поставлять электрическую мощность для других нагрузок транспортного средства.
В еще одном примере, транспортное средство может приводиться в движение в режиме содействия, в котором двигатель 10 эксплуатируется и используется в качестве основного источника крутящего момента для снабжения мощностью колес 52, а электрический двигатель используется в качестве дополнительного источника крутящего момента, чтобы действовать во взаимодействии с и дополнять крутящий момент, выдаваемый двигателем 10. Во время режима «содействия», как в режиме двигателя, топливо подается в двигатель 10, чтобы вращать двигатель со снабжением топливом и выдавать крутящий момент на колеса транспортного средства.
В кроме того еще одном примере, транспортное средство может приводиться в движение в режиме с выключенным двигателем или электрическом режиме, в котором электрический двигатель 26 с питанием от аккумуляторной батареи эксплуатируется и используется в качестве единственного источника крутящего момента для приведения в движение колес 52. По существу, во время электрического режима, топливо может не впрыскиваться в двигатель 10 независимо от того, является или нет вращающимся двигатель, и транспортное средство приводится в движение только крутящим моментом электродвигателя. Электрический режим, например, может применяться при торможении, низких скоростей, низких нагрузок, в то время как остановлено на светофоре, и т.д. Более точно, мощность электродвигателя подается на элемент 70 зубчатой передачи, который, в свою очередь, приводит в движение элементы зубчатой передачи на промежуточном валу 17 и, на этом основании, приводит в движение колеса 52.
Силовая установка 100 дополнительно может включать в себя систему управления, включающую в себя контроллер 12, выполненный с возможностью принимать информацию с множества датчиков 16 (различные примеры которых описаны в материалах настоящего описания) и отправляющей сигналы управления на множество исполнительных механизмов 81 (различные примеры которых описаны в материалах настоящего описания). В качестве одного из примеров, датчики 16 могут включать в себя различные датчики температуры и давления, датчик уровня топлива, различные датчики выхлопных газов, и т.д. Различные исполнительные механизмы, например, могут включать в себя зубчатую передачу, топливные форсунки (не показаны) цилиндра, воздушный впускной дроссель, присоединенный к впускному коллектору (не показан) двигателя, и т.д. Дополнительные датчики и исполнительные механизмы конкретизированы на фиг.2. Контроллер 12 может принимать входные данные с различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные, на основании команды или кода, запрограммированных в нем, соответствующих одной или более процедур. Примерные процедуры управления описаны в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг.3-4.
Фиг.2 изображает примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 (по фиг.1). Двигатель 10 может принимать параметры управления из системы управления, включающей в себя контроллер 12, и входные данные от водителя 130 транспортного средства через устройство 132 ввода. В этом примере, устройство 132 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали. Цилиндр 30 (в материалах настоящего описания также «камера сгорания») двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в них. Поршень 138 может быть присоединен к коленчатому валу 140, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 140 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10. Более точно, генератор 24 (по фиг.1) и привод на ведущие колеса, включающий в себя электродвигатель 26 (по фиг.1), могут быть присоединены к коленчатому валу и выдавать крутящий момент для проворачивания коленчатого вала двигателя.
Цилиндр 30 может принимать всасываемый воздух через последовательность впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 30. В некоторых вариантах осуществления, один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, фиг.2 показывает двигатель 10, выполненный с турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и турбину 176 в системе выпуска, расположенную вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 176 с приводом от выхлопных газов через вал 180, где устройство наддува выполнено в виде турбонагнетателя. Однако, в других примерах, таких как где двигатель 10 снабжен нагнетателем, турбина 176 с приводом от выхлопных газов, по выбору, может быть не включена в состав, где компрессор может приводиться в действие механической подводимой мощностью от электродвигателя или двигателя. Дроссель 20, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль впускного канала двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг.2, или, в качестве альтернативы, может быть предусмотрен выше по потоку от компрессора 174. В некоторых вариантах осуществления, как конкретизировано со ссылкой на фиг.3, охладитель наддувочного воздуха (CAC) может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174 и выше по потоку от дросселя 20 для охлаждения заряда наддувочного воздуха, подаваемого в двигатель. В качестве альтернативы, CAC может быть расположен ниже по потоку от дросселя, встроенного во впускном коллекторе 146.
Выпускной канал 148 может принимать выхлопные газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 30. Датчик 128 выхлопных газов показан присоединенным к выпускному каналу 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 128 может быть выбран из числа различных пригодных датчиков для выдачи указания отношения количества воздуха к количеству топлива в выхлопных газах, например, таких как линейный кислородный датчик или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик количества кислорода в выхлопных газах), двухрежимный кислородный датчик или датчик EGO (который изображен), HEGO (подогреваемый EGO), NOx, HC, или CO. Устройство 178 снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выхлопных газов или их комбинациями.
Температура выхлопных газов может оцениваться одним или более датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном канале 148. В качестве альтернативы, температура выхлопных газов может логически выводиться на основании условий работы двигателя, таких как скорость вращения, нагрузка, отношение количества воздуха к количеству топлива (AFR), запаздывание искрового зажигания, и т.д. Кроме того, температура выхлопных газов может вычисляться по одному или более датчиков 128 выхлопных газов. Может быть принято во внимание, что температура выхлопных газов, в качестве альтернативы, может оцениваться любой комбинацией способов оценки температуры, перечисленных в материалах настоящего описания.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 30 показан включающим в себя по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней области цилиндра 30. В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10, в том числе, цилиндр 30, может включать в себя по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней области цилиндра.
Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 посредством приведения в действие кулачков через систему 151 кулачкового привода. Подобным образом, выпускной клапан 156 может управляться контроллером 12 через систему 153 кулачкового привода. Каждая из систем 151 и 153 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться датчиками 155 и 157 положения клапана, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной и/или выпускной клапан могут управляться посредством клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT. В кроме того еще других вариантах осуществления, впускной и выпускной клапаны могут управляться системой золотникового привода или распределителя либо системой привода или распределителя с переменной установкой фаз клапанного распределения.
Цилиндр 30 может иметь степень сжатия, которая является отношением объемов того, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке, к тому, когда в верхней мертвой точке. Традиционно, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 13:1. Однако, в некоторых примерах, где используется другое топливо, степень сжатия может быть увеличена. Это, например, может происходить, когда используется более высокооктановое топливо или топливо с более высоким скрытым теплосодержанием испарения. Степень сжатия также может быть повышена, если используется непосредственный впрыск, вследствие его воздействия на работу двигателя с детонацией.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, в выбранных режимах работы. Однако, в некоторых вариантах осуществления, свеча 192 зажигания может быть не включена в состав, таких как где двигатель 10 может инициировать сгорание самовоспламенением или впрыском топлива, как может иметь место у некоторых дизельных двигателей.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может быть сконфигурирован одной или более форсунок для выдачи текучей среды подавления детонации или преждевременного воспламенения в него. В некоторых вариантах осуществления, текучая среда может быть топливом, при этом форсунка также указывается ссылкой как топливная форсунка. В качестве неограничивающего примера, показан цилиндр 30, включающий в себя одну топливную форсунку 166. Топливная форсунка 166 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 30 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально ширине импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно как непосредственный впрыск (в дальнейшем, также указываемый ссылкой как «DI») топлива в цилиндр 30 сгорания. Несмотря на то, что фиг.2 показывает форсунку 166 в качестве боковой форсунки, она также может быть расположена выше поршня, к примеру, возле положения свечи 192 зажигания. Такое положение может улучшать смешивание и сгорание при работе двигателя на спиртосодержащем топливе вследствие низкой летучести некоторых спиртосодержащих видов топлива. В качестве альтернативы, форсунка может быть расположена выше и возле впускного клапана для улучшения смешивания.
Топливо может подаваться в топливную форсунку 166 из топливной системы 8 высокого давления, включающей в себя топливные баки, топливные насосы и направляющую-распределитель для топлива. В качестве альтернативы, топливо может подаваться однокаскадным топливным насосом на низком давлении, в каком случае, установка момента непосредственного впрыска топлива могут ограничиваться в большей степени на такте сжатия, чем если используется топливная система высокого давления. Кроме того, несмотря на то, что не показано, топливные баки могут иметь преобразователь давления, выдающий сигнал в контроллер 12. Будет приниматься во внимание, что, в альтернативном варианте осуществления, форсунка 166 может быть форсункой впрыска во впускной кнаал, выдающей топливо во впускное отверстие выше по потоку от цилиндра 30.
Как описано выше, фиг.2 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. По существу, каждый цилиндр, подобным образом, может включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливной форсунки(ок), свечи зажигания, и т.д.
Топливные баки в топливной системе 8 могут хранить топливо с разными качествами, такими как разные составы. Эти отличия могут включать в себя разное содержание спирта, разное октановое число, разную теплоту парообразования, разные топливные смеси и/или их комбинации, и т.д. В одном из примеров, виды топлива с разными содержаниями спиртов могли бы включать в себя одно топливо, являющееся бензином, и другое, являющееся этиловым спиртом или метиловым спиртом. В еще одном примере, двигатель может использовать бензин в качестве первого вещества, и спиртосодержащую топливную смесь, такую как E85 (которая является приблизительно 85% этилового спирта и 15% бензина) или M85 (которая является приблизительно 85% метилового спирта и 15% бензина) в качестве второго вещества. Другие спиртосодержащие виды топлива могли бы быть смесью спирта и воды, смесью спирта, воды и бензина, и т.д.
Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления, система EGR может направлять требуемую порцию заряда воздуха или выхлопных газов из выпускного канала 148 в воздушный впускной канал 142. Фиг.2 показывает систему LP-EGR, в которой LP-EGR направляется через канал 240 LP-EGR из ниже по потоку от турбины 176 в выше по потоку от компрессора 174. Величина LP-EGR, выдаваемой во впускной канал 142, может регулироваться контроллером 12 посредством клапана 242 LP-EGR. Подобным образом, может быть система HP-EGR (не показана), в которой HP-EGR направляется через канал HP-EGR из выше по потоку от турбины 176 в ниже по потоку от компрессора 174. Величина HP-EGR, выдаваемой во впускной канал 146, может меняться контроллером 12 посредством специального клапана HP-EGR. Система HP-EGR может включать в себя охладитель HP-EGR, а система LP-EGR может включать в себя охладитель 246 LP-EGR для выделения тепла из газов EGR, например, в хладагент двигателя.
2
Датчики EGR могут быть расположены в пределах каналов EGR и могут давать показания одного или более из массового расхода, давления, температуры, концентрации O и концентрации выхлопных газов. В некоторых вариантах осуществления, один или более датчиков могут быть расположены в канале 240 LP-EGR, чтобы выдавать показание одного или более из давления, температуры и отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов, подвергаемых рециркуляции по каналу LP-EGR. Выхлопные газы, подаваемые по каналу 240 LP-EGR, могут разбавляться свежим воздухом в точке смешивания, расположенной в месте соединения канала 240 LP- EGR и впускного канала 142. Более точно, посредством регулировки клапана 242 LP-EGR в координации с дросселем 230 системы впуска воздуха низкого давления (LP-AIS), может регулироваться разбавление потока EGR. Процентное разбавление потока LP-EGR может выводиться по выходному сигналу датчика 245 в потоке газа EGR.
Контроллер 12 показан на фиг.2 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 106, порты 108 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 110 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимую оперативную память 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 122 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 116 температуры, присоединенного к патрубку 118 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 120 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 140; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) с датчика 124, AFR цилиндра с датчика 128 EGO, и аномальное сгорание с датчика детонации. Сигнал скорости вращения двигателя, RPM, может формироваться контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал давления в коллекторе, MAP, с датчика давления в коллекторе может использоваться для выдачи указания разряжения или давления во впускном коллекторе.
Постоянное запоминающее устройство 110 запоминающего носителя может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими команды, исполняемые процессором 106 для выполнения способов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены. Примерные процедуры описаны в материалах настоящего описания на фиг.3-4.
По существу, двигатели с непосредственным впрыском могут вырабатывать большое количеств твердых частиц (или сажи), особенно во время операций холодного запуска. Это частично обусловлено плохими характеристиками факела распыла топливной форсунки при низких давлениях топлива запуска двигателя. В дополнение, сажа вырабатывается вследствие соударения топлива с холодными металлическими поверхностями камеры сгорания во время запуска. Выработка сажи может существенно уменьшаться посредством нагревания двигателя и повышения давления топлива. Однако, этого может быть трудно достигать до запуска двигателя вследствие большой массы двигателя и ограниченных времени и мощности, имеющихся в распоряжении до запуска двигателя. Подобным образом, вращение двигателя требуется для повышения давления топлива, поскольку топливный насос типично приводится в действие распределительным валом. Однако, требования к времени запуска могут ограничивать количество вращений двигателя, допустимых до первого впрыска топлива, давая в результате меньшие, чем оптимальные, давления топлива при запуске двигателя.
В системах транспортного средства с гибридным приводом, двигатель остается выключенным до тех пор, пока не требуется мощность для разгона (в дополнение к мощности, выдаваемой электродвигателем транспортного средства). Авторы в материалах настоящего описания выявили, что задержка, претерпеваемая при переходе из режима с выключенным двигателем (например, электрического режима) в режим с включенным двигателем (например, режим содействия) в транспортном средстве с гибридным приводом, может быть достаточной, чтобы вовремя подготавливать двигатель к предстоящему перезапуску двигателя. В частности, в течение такой временной задержки, двигатель может медленно вращаться, к примеру, на скорости вращения, более низком, чем скорость вращения, на котором двигатель вращается во время проворачивания коленчатого вала (при перезапуске двигателя) посредством стартерного электродвигателя двигателя. Двигатель может медленно вращаться посредством электродвигателя (такого как электродвигатель 20) с использованием энергии из устройства накопления энергии системы (такого как устройство 50 накопления), включающего в себя аккумуляторные батареи системы. В качестве альтернативы, двигатель может вращаться во время событий уменьшения скорости или замедления транспортного средства, чтобы рекуперировать энергию, которая иначе терялась бы посредством торможения колес.
Медленное вращение может предоставлять каждому цилиндру двигателя возможность один за другим вращаться на протяжении такта сжатия цилиндра. Следовательно, тепло, вырабатываемое из воздуха, сжимаемого в каждом цилиндре во время соответствующего такта сжатия (как детализировано на фиг.6), может эффективно переноситься в стенки цилиндра. По существу, это предоставляет температуре стенки цилиндра и температуре заряда в цилиндре возможность быстро выравниваться, а поршню цилиндра возможность прогреваться. В альтернативном примере, двигатель может медленно качаться (то есть, направление вращения может часто чередоваться наряду с медленным вращением двигателя), так что каждый цилиндр может проходить через такт сжатия. Таким образом, двигатель может медленно вращаться, так что все цилиндры двигателя могут нагреваться перед перезапуском двигателя. Во время последующего перезапуска двигателя, когда возобновлен впрыск топлива, топливо, соударяющееся с более теплыми стенками цилиндра, может давать в результате пониженные выбросы сажи. В дополнение, многочисленные медленные вращения могут давать давлению в направляющей-распределителе для топлива возможность повышаться в достаточной мере, улучшая характеристики факела распыла топливной форсунки.
Далее, с обращением к фиг.3, показана примерная процедура 300 для медленного проворачивания коленчатого вала двигателя до перезапуска двигателя, чтобы давать возможность нагревания двигателя от сжатия. Таким образом, выбросы сажи при непосредственном впрыске топлива во время последующего перезапуска двигателя могут уменьшаться.
На этапе 302, могут оцениваться и/или измеряться условия работы транспортного средства и двигателя. Таковые, например, могут включать в себя положение тормозной педали, положение педали акселератора, требование крутящего момента водителя, состояние заряда (SOC) аккумуляторной батареи, температуру двигателя (Teng), температуру и влажность окружающей среды, барометрическое давление (BP), и т.д. В одном из примеров, система транспортного средства с гибридным приводом является системой транспортного средства с гибридным приводом и разделением мощности.
На этапе 304, режим работы транспортного средства может определяться на основании оцененных условий работы. Например, на основании по меньшей мере оцененного требования крутящего момента водителя и состояния заряда аккумуляторной батареи, может определяться, должно ли транспортное средство работать в режиме только двигателя (с двигателем, приводящим в движение колеса транспортного средства), режиме содействия (с аккумуляторной батареей, содействующей двигателю в приведении в движение транспортного средства) или только электрическом режиме (с исключительно аккумуляторной батареей, приводящей в движение транспортное средство). В одном из примеров, если требуемый крутящий момент может обеспечиваться только аккумуляторной батареей, транспортное средство может работать в только электрическом режиме, причем, транспортное средство приводится в движение с использованием только крутящего момента электродвигателя. В еще одном примере, если требуемый крутящий момент не может обеспечиваться аккумуляторной батареей, транспортное средство может работать в режиме двигателя или в режиме содействия, где транспортное средство приводится в движение по меньшей мере некоторым крутящим моментом двигателя. Транспортное средство может работать соответствующим образом в определенном режиме работы.
На этапе 306, может подтверждаться, что транспортное средство находится в электрическом режиме. Если электрический режим не подтвержден, на этапе 308, транспортное средство с гибридным приводом может приводиться в движение по меньшей мере некоторым крутящим моментом двигателя. Например, транспортное средство может приводиться в движение только крутящим моментом двигателя (например, в электрическом режиме) или комбинацией крутящего момента двигателя и крутящего момента электродвигателя (например, в режиме содействия). Если электрический режим подтвержден, на этапе 310, процедура включает в себя приведение в движение транспортного средства с гибридным приводом только посредством крутящего момента электродвигателя.
На этапе 312, температуры цилиндров двигателя могут оцениваться, логически выводиться или моделироваться, и может определяться, требуется ли нагревание двигателя для уменьшения выбросов при последующем перезапуске двигателя. В одном из примеров, могут оцениваться температуры поршней цилиндров, и может определяться, что нагревание требуется, если температура поршня находится ниже пороговой температуры. В еще одном примере, температуры стенок цилиндра могут сравниваться с температурой заряда цилиндра, и может определяться, что нагревание требуется, если разность температуры стенки цилиндра и температуры заряда цилиндра находится выше, чем пороговая величина. В кроме того дополнительных примерах, наряду с приведением в движение транспортного средства крутящим моментом электродвигателя, может определяться, является ли предстоящим запуск двигателя. Например, на основании условий работы, таких как положение педалей водителя, состояние заряда аккумуляторной батареи, и т.д., может определятся, будет ли двигателю нужно перезапускаться, чтобы удовлетворить требование крутящего момента водителя. Если температуры цилиндра двигателя указывают, что дополнительное нагревание не требуется, и/или если не подтвержден предстоящий перезапуск двигателя, процедура может заканчиваться.
Если требуется нагревание, на этапе 314, в ожидании предстоящего перезапуска двигателя, контроллер может вращать двигатель без топливоснабжения, чтобы повышать температуры поршней перед перезапуском. Как конкретизировано на фиг.4, контроллер может вращать двигатель без топливоснабжения посредством крутящего момента электродвигателя медленно (например, ниже, чем пороговая скорость вращения, такая как более низкая, чем скорость проворачивания коленчатого вала двигателя), так что каждый цилиндр нагревается посредством нагревания от сжатия на такте сжатия цилиндра. По существу, во время медленного вращения, каждый из цилиндров двигателя постепенно поворачивается в первое положение, где цилиндр находится в такте сжатия, и поддерживается в первом положении кратковременно, так чтобы температура стенок и заряда цилиндра могла быть уравновешена. Медленное вращение предоставляет каждому цилиндру возможность подобным образом поворачиваться в и кратковременно удерживаться в такте сжатия, где цилиндр нагревается. По существу, цилиндр затем может становиться охлажденным, так как цилиндр затем продолжает поворачиваться в последующий такт расширения. Однако цилиндр может нагреваться в большей степени в такте сжатия, чем цилиндр охлаждается на такте расширения, предоставляя возможность для результирующего нагревания цилиндра посредством медленного вращения. Таким образом, медленное вращение делает возможным эффект теплового насоса в цилиндре. Медленное вращение двигателя может преимущественно использовать тепло, вырабатываемое в такте сжатия выбранных цилиндров, для нагревания камеры сгорания и, тем самым, подогревать двигатель перед перезапуском двигателя. Посредством нагревания двигателя перед перезапуском, выбросы твердых частиц при холодном запуске, являющиеся результатом непосредственного впрыска топлива на холодные поверхности камеры сгорания, могут уменьшаться. В дополнение, может повышаться давление топлива, что улучшает характеристики факела распыла топлива и, тем самым, дополнительно уменьшает формирование сажи.
В еще одном примере, вращение двигателя может выполняться, так что первый цилиндр двигателя проходит через такт сжатия, первый цилиндр имеет положение, расположенное ближе всего к НМТ (BDC) такта сжатия. Например, первый цилиндр, являющийся нагреваемым от сжатия, может иметь поршень, расположенный до или непосредственно после НМТ такта сжатия цилиндра двигателя. Первый цилиндр затем может поворачиваться ближе к ВМТ (TDC) такта сжатия. Может быть желательно кратковременно задерживаться в ВМТ для уменьшения крутящего момента, требуемого для поддержания двигателя в постоянном положении.
На этапе 316, после достаточного подогрева двигателя, двигатель по выбору может предварительно позиционироваться посредством электродвигателя. Более того, двигатель может прокручиваться без топливоснабжения в положение, откуда улучшается способность к перезапуску двигателя. Например, двигатель может вращаться, так чтобы цилиндр двигателя находился на или около закрывания впускного клапана (IVC). Это предоставляет цилиндру возможность подвергаться сжатию во время проворачивания коленчатого вала двигателя, предшествующего перезапуску двигателя, и зажигание в цилиндре может происходить за менее чем 180 градусов. В альтернативном примере, цилиндр может поворачиваться, так чтобы поршень находился на или около ВМТ топливоснабжения и подвергался сжатию. Цилиндр затем может ожидать искрового зажигания. Однако, в последнем примере, может быть некоторая утечка. В еще одном другом примере, двигатель может вращаться, так чтобы цилиндр двигателя находился в начале такта сжатия, где цилиндр готов к приему топлива посредством непосредственного впрыска, или по ходу такта выпуска, где цилиндр готов к приему топлива посредством оконного впрыска. Как только двигатель предварительно позиционирован, двигатель может перезапускаться, если требуется. Например, двигатель может перезапускаться вследствие повышения требования крутящего момента водителя, которое не может быть удовлетворено посредством электродвигателя или аккумуляторной батареи системы транспортного средства с гибридным приводом. В качестве альтернативы, двигатель может перезапускаться вследствие падения состояния заряда аккумуляторной батареи. Кроме того еще, двигатель может перезапускаться, чтобы приводить в действие воздушный компрессор для удовлетворения потребностей HVAC. Как только удовлетворены условия перезапуска двигателя, двигатель может подвергаться проворачиванию коленчатого вала двигателя и снабжаться топливом, так чтобы могло быть возобновлено сгорание в двигателе.
Далее, с обращением к фиг.4, показана примерная процедура способа 400 медленного вращения двигателя, и без топливоснабжения, чтобы лучше подготавливать двигатель к предстоящему перезапуску двигателя посредством нагревания двигателя и повышения давления в направляющей-распределителе для топлива. Это предоставляет выбросам твердых частиц из двигателя возможность уменьшаться, когда двигатель перезапускается впоследствии.
На этапе 402, способ включает в себя медленное вращение двигателя посредством электродвигателя транспортного средства с гибридным приводом перед предстоящим перезапуском двигателя, и в то время как транспортное средство приводится в движение крутящим моментом электродвигателя. Здесь, электродвигатель может приводить в движение транспортное средство и вращать двигатель. Как конкретизировано ранее, двигатель может вращаться на более низкой, чем пороговая, скорости вращения. Пороговая скорость вращения, в одном из примеров, может быть скоростью проворачивания коленчатого вала двигателя. То есть, двигатель может вращаться на скорости вращения, более низкой, чем скорость вращения, на которой двигатель вращался бы стартерным электродвигателем во время проворачивания коленчатого вала и перезапуска двигателя. Например, во время проворачивания коленчатого вала двигателя, двигатель может вращаться без топливоснабжения посредством стартерного электродвигателя на 150 оборотах в минуту. В сравнение, во время медленного вращения для нагревания цилиндров, двигатель может вращаться на 10-30 оборотах в минуту посредством электрического двигателя/генератора транспортного средства с гибридным приводом. В альтернативных примерах, пороговая скорость вращения, на или ниже которого двигатель медленно вращается, может быть находиться выше или ниже на основании рабочих параметров, таких как температура масла, температура окружающей среды или NVH.
В одном из примеров, медленное вращение двигателя может быть инициировано в цилиндре (например, первом цилиндре), выбранном на основании близости положения поршня цилиндра относительно ВМТ такта сжатия. Например, контроллер может идентифицировать цилиндр, имеющий поршень, расположенный ближе всего к ВМТ такта сжатия или в положении, где испытывается по меньшей мере пороговый уровень сжатия. На этапе 404, процедура включает в себя вращение двигателя, так чтобы каждый цилиндр нагревался один за другим на такте сжатия цилиндра. По мере того, как вращение продолжается, каждый цилиндр может охлаждаться на такте расширения цилиндра, непосредственно сопровождающего такт сжатия. Однако, цилиндр может нагреваться в большей степени на такте сжатия, чем цилиндр охлаждается на такте расширения, предоставляя возможность для результирующего нагревания каждого цилиндра посредством эффекта теплового насоса. По существу, на такте сжатия каждого цилиндра, заряд воздуха сжимается, вырабатывая тепло. Посредством вращения двигателя, так что цилиндр удерживается в такте сжатия, тепло из сжатого воздуха может переноситься в стенки цилиндра, головку блока цилиндров и поршень, повышая температуру двигателя.
На этапе 406, процедура включает в себя поддержание впускного дроссельного клапана двигателя закрытым при вращении. Закрывание впускного дросселя предоставляет сжатому заряду воздуха возможность втягиваться обратно в двигатель без результирующего потока из выпуска. По существу, это уменьшает потенциальную возможность для выбросов, которые могли бы улавливаться в картере двигателя. В кроме того других примерах, во время медленного вращения двигателя, клапан EGR системы EGR двигателя (такой как клапан 242 LP-EGR по фиг.2) может быть по меньшей мере частично открыт. Посредством открывания клапана EGR, поток из цилиндра рециркулируется обратно в двигатель, уменьшая разрежение в двигателе. Здесь, воздух накачивается в замкнутом цикле. Посредством предоставления теплу от сжатия возможности отводиться в ВМТ, после расширению, заряд делается более холодным, чем, когда начинается сжатие. Заряд затем может выталкиваться из выхлопной трубы двигателя или рециркулироваться через систему EGR, так что один и тот же заряд используется снова и снова. Это ограничивает потенциальную возможность для углеводородов на выпуске. В безнаддувном двигателе, оборудованном традиционной системой EGR, клапан EGR мог бы удерживаться открытым во время цикла нагревания, чтобы уменьшать или даже устранять результирующий поток воздуха через двигатель.
В некоторых вариантах осуществления, при вращении, впускные и/или выпускные клапаны одного или более цилиндров двигателя могут выводиться из работы, так что многочисленные цилиндры могут нагреваться посредством сжатия в определенное время. По существу, в 4-цилиндровом рядном двигателе, такты сжатия работающих подряд цилиндров разнесены на 180 CAD (градусов угла поворота коленчатого вала). Таким образом, если двигатель оборудован механизмами вывода из работы, которые предоставляют одному или более цилиндров двигателя возможность избирательно выводиться из работы (например, посредством отключаемых клапанов цилиндра), более чем 1 цилиндр одновременно может быть установлен в такте «сжатия». Другими словами, в 4-цилиндровом двигателе, может быть возможным нагревать два цилиндра в одном и том же положении выдерживания. Например, в 4-цилиндровом рядном двигателе, где порядком работы является 1-3-4-2, цилиндры 1 и 4 могут нагреваться совместно наряду с тем, что вместе нагреваются цилиндры 2 и 3.
На этапе 408, может определяться, есть ли понижение скорости транспортного средства. Например, может определяться, есть ли событие торможения транспортного средства или замедления транспортного средства Если да, на этапе 410, двигатель может вращаться посредством колес при торможении транспортного средства или замедления транспортного средства. Здесь, крутящий момент колес, который, иначе, был бы рассеян в качестве тепла или использован для рекуперативного торможения, может преимущественно использоваться для вращения двигателя. В дополнение, при одном из событий торможения транспортного средства и замедления транспортного средства, процедура включает в себя кратковременное повышение скорости вращения двигателя (у вращения двигателя без топливоснабжения) посредством вращения двигателя посредством колес транспортного средства с гибридным приводом. Несмотря на то, что процедура предлагает вращение двигателя посредством крутящего момента электродвигателя и дальнейшее своевременное вращение двигателя посредством колес при торможении или замедления транспортного средства, в других примерах, двигатель может вращаться избирательно, без топливоснабжения, на более низкой, чем пороговое, скорости вращения только во время событий торможения или замедления транспортного средства, которые происходят, в то время как транспортное средство приводится в движение посредством крутящего момента электродвигателя. Процедура затем переходит на этап 412. Если падение скорости транспортного средства не подтверждено на этапе 408, процедура переходит прямо на этапе 412. На этапе 412, может определяться, были ли цилиндры двигателя прогреты в достаточной мере. Например, может определяться, является ли температура поршня более высокой, чем пороговое значение, или является ли разность температур между стенками цилиндра и зарядом цилиндра более низкой, чем пороговое значение. Разность температур может быть основана на температурах, которые оценены или логически выведены. Кроме того еще, разность температур может быть реализована посредством простого таймера. Например, может определяться, что достаточное нагревание цилиндра произошло, если каждый цилиндр провел большее, чем пороговое, время в такте сжатия. В альтернативном примере, температура двигателя или средняя температура поршня цилиндра могут оцениваться (например, сравниваться с пороговой температурой). Если температура поршня находится выше, чем пороговое значение (или если разность температур в цилиндре находится ниже, чем пороговое значение), на этапе 416, процедура включает в себя прекращение медленного вращения двигателя. Иначе, на этапе 414, процедура включает в себя продолжение вращать двигатель без топливоснабжения на более низкой, чем пороговое, скорости вращения до тех пор, пока разность температур между стенками цилиндра и зарядом цилиндра не находится ниже, чем пороговое значение (или до тех пор, пока температура двигателя или средняя температура поршня цилиндра не находится выше, чем пороговая температура).
В некоторых примерах, контроллер также может определять, находится ли давление в направляющей-распределителе для топлива двигателя выше, чем пороговое давление. Если нет, процедура может поддерживать вращение двигателя без топливоснабжения на более медленной, чем пороговая, скорости вращения до тех пор, пока давление в направляющей-распределителе для топлива не находится выше порогового давления. Однако, поскольку давление в направляющей-распределителе для топлива может нарастать в течение некоторого количества (например, от пяти до десяти) ходов насоса двигателя, и поскольку пороговое количество ходов насоса (например, два) достигается на каждом обороте двигателя, давление в направляющей-распределителе для топлива может достигать порогового давления к моменту, когда температура цилиндра повышена в достаточной мере.
После того, как все цилиндры двигателя были прогреты, если условия перезапуска удовлетворены, процедура включает в себя возобновление впрыска топлива в цилиндре для перезапуск двигателя. Например, на этапе 418, процедура включает в себя вращение двигателя без топливоснабжения на или выше пороговой скорости вращения. Например, двигатель может вращаться на скорости проворачивания коленчатого вала двигателя посредством стартерного электродвигателя двигателя. На этапе 420, процедура по выбору может включать в себя выбор цилиндра двигателя, в котором следует возобновлять топливоснабжение цилиндра. Цилиндр может выбираться на основании положения поршня. Например, может выбираться цилиндр, который находится на или близко к IVC. На этапе 422, топливо может впрыскиваться в выбранный цилиндр во время проворачивания коленчатого вала двигателя, чтобы перезапускать двигатель. Следует принимать во внимание, что, в альтернативном примере, двигатель может не выбирать цилиндр двигателя для возобновления топливоснабжения цилиндра, но может возобновлять топливоснабжение по мере и в случае необходимости.
Следует принимать во внимание, что, в кроме того других примерах, после медленного вращения двигателя для нагревания цилиндров, процедура может включать в себя дальнейшее поворачивание двигателя без топливоснабжения посредством электродвигателя транспортного средства в положение, которое является оптимальным для способности двигателя к перезапуску. Например, двигатель может поворачиваться в положение, откуда двигатель может быстро перезапускаться, если условия перезапуска двигателя не удовлетворены непосредственно после того, как цилиндр был прогрет. В одном из примеров, дальнейшее вращение может включать в себя поворачивание в положение, где цилиндр двигателя находится на или около IVC. Таким образом, предусмотрен способ для двигателя, содержащий: наряду с приведением в движение транспортного средства с гибридным приводом только посредством крутящего момента электродвигателя и в ожидании предстоящего перезапуска двигателя, вращение двигателя без топливоснабжения на более низкой, чем проворачивание коленчатого вала двигателя, скорости вращения до тех пор, пока температура поршня не находится выше, чем пороговое значение; и после того, как температура поршня находится выше, чем пороговое значение, перезапуск двигателя посредством возобновления топливоснабжения двигателя. В материалах настоящего описания, вращение двигателя без топливоснабжения на более низкой, чем проворачивание коленчатого вала двигателя, скорости вращения включает в себя вращение двигателя на между 10 и 30 оборотах в минуту. Пороговое значение основано на температуре заряда всасываемого воздуха. Вращение двигателя включает в себя вращение двигателя посредством электродвигателя транспортного средства с гибридным приводом. Способ дополнительно содержит поддержание впускного дросселя двигателя закрытым при вращении двигателя на более низкой, чем проворачивание коленчатого вала, скорости вращения. В вариантах осуществления, где двигатель включает в себя канал EGR для рециркуляции заряда воздуха с выпуска двигателя на впуск двигателя, способ дополнительно содержит поддержание клапана EGR канала EGR открытым, в то время как двигатель вращается на более низкой, чем проворачивание коленчатого вала двигателя, скорости вращения. Таким образом, посредством ускорения нагревания цилиндра, выбросы твердых частиц из двигателя уменьшаются при перезапуске двигателя по меньшей мере некоторым непосредственным впрыском топлива в цилиндр двигателя.
Фиг.6 графически изображает эффект нагревания в такте сжатия на регулировочной характеристике 600. В частности, показан первый набор графиков 602-604, изображающих изменение температуры в цилиндре по мере того, как цилиндр подвергается вращению на протяжении такта сжатия. Второй набор графиков 612-614 изображает изменение давления в цилиндре по мере того, как цилиндр подвергается вращению на протяжении такта сжатия. В изображенном примере, двигатель медленно вращается на 30 оборотах в минуту. В каждом наборе, графики 602 и 612 (сплошные линии) показывают рассчитанные данные наряду с тем, что графики 604 и 614 (пунктирные линии) показывают моделированные данные. Рассчитанные данные представляют сценарий, где тепло не течет, и тепло не переносится на стенки цилиндра и поршень. В сравнение, моделированные данные представляют сценарий, где тепло течет, и тепло переносится на стенки цилиндра и поршень. Графически нанесенные идеальные кривые начинаются с закрывания впускного клапана (IVC; приблизительно на 625 CAD), и заканчиваются на открывании выпускного клапана (EVO; приблизительно на 832 CAD). Рассчитанные кривые (графики 604, 614) были основаны на адиабатическом процессе и отношении объемов. Идеальные кривые (графики 602, 612) затем пересчитаны с P1 и V1 адиабатического процесса и отношения объемов при IVC. Как может быть видно, значительные количества тепла переносятся в стенки цилиндров и поршни на такте сжатия, даже если некоторое охлаждение происходит после такта сжатия. В частности, моделированные данные показывают, как тепло теряется из сжатого воздуха по мере того, как он натекает на стенки цилиндров и поршни, с последующим падением температуры в цилиндре. Более того, тепло переносится непосредственно в местоположение, где перенос тепла оказывает значительное воздействие на выбросы PM. Перенос тепла используется для преимущественного повышения температуры поршня. В частности, нагревание в такте сжатия повторяется в течение многочисленных циклов до тех пор, пока температура поршня не находится выше пороговой температуры. Поэтому, во время медленного вращения двигателя, каждому цилиндру предоставляется возможность нагреваться на такте сжатия цилиндра. Следовательно, когда двигатель перезапускается, и топливо подается в подогретый цилиндр, капли жидкого топлива могут ударяться непосредственно о горячие поверхности камеры сгорания, приводя к улучшенному испарению топлива.
Примерное вращение двигателя далее показано на многомерной характеристике 500 по фиг.5. Многомерная характеристика изображает скорость транспортного средства на графике 502, скорость вращения двигателя на графике 504, состояние заряда (SOC) аккумуляторной батареи на графике 506, температуру поршня цилиндра на графике 508 и давление в направляющей-распределителе для топлива на графике 510. Все графики показаны по времени вдоль оси x. Приведение в движение транспортного средства может начинаться в t1. В момент приведения в движение транспортного средства, условия запуска двигателя могут не быть удовлетворены, и транспортное средство может приводиться в движение только посредством крутящего момента электродвигателя. Например, транспортное средство может быть транспортным средством с гибридным приводом, эксплуатируемым в электрическом режиме. Между t1 и t2, по мере того, как требование водителя и скорость транспортного средства меняются соответствующим образом, SOC аккумуляторной батареи может меняться, причем, SOC аккумуляторной батареи понижается на более высокой скорости, когда скорость транспортного средства возрастает. По существу, в то время как транспортное средство приводится в движение с использованием крутящего момента электродвигателя между t1 и t2, температура поршня может находиться ниже пороговой температуры 509. Чтобы сделать возможным нагревание цилиндра, чтобы, тем самым, понижать выбросы PM и улучшать рабочие характеристики двигателя, когда двигатель эксплуатируется впоследствии, двигатель также может медленно вращаться, без топливоснабжения, посредством электродвигателя, начиная с t1. По мере того, как двигатель медленно вращается посредством электродвигателя, возникают два эффекта. Во-первых, постепенно возрастает температура поршня. Во-вторых, повышается давление в направляющей-распределителе для топлива.
После t2, вращение двигателя продолжается, но требование крутящего момента водителя и скорость транспортного средства уменьшаются. Как результат SOC аккумуляторной батареи может постепенно снижаться (с более медленной скоростью), так как продолжается вращение двигателя только посредством крутящего момента электродвигателя. Вскоре после t2, происходит событие замедления транспортного средства. Во время этого события, вместо рассеяния крутящего момента колес в качестве тепла, двигатель вращается посредством колес. На основании падения крутящего момента на колесах, происходящего во время события замедления транспортного средства, по меньшей мере некоторая величина крутящего момента на колесах применяется для вращения двигателя с кратковременным повышением скорости вращения двигателя.
В t3, скорость транспортного средства вновь возрастает, но условия перезапуска двигателя не удовлетворены. В дополнение, перезапуск двигателя не требуется, поскольку температура поршня, тем временем, более высокая, чем температура поршня в t1, все еще находится ниже, чем пороговое значение 509. Следовательно, большое количество выбросов PM может вырабатываться, когда топливо непосредственно впрыскивается в холодный цилиндр. Таким образом, перезапуск двигателя задерживается, и транспортное средство продолжает приводиться в движение только крутящим моментом электродвигателя. Между t3 и t4, крутящий момент электродвигателя используется для медленного вращения двигателя и приведения в движение транспортного средства.
Между t3 и t4, температура поршня поднимается выше пороговой температуры 509. В t4, скорость транспортного средства вновь возрастает, и условия перезапуска двигателя считаются удовлетворенными. В частности, поскольку поршень прогрет в достаточной мере, перезапуск двигателя сделан возможным. Соответственно, после t4, двигатель подвергается более быстрому проворачиванию коленчатого вала посредством стартерного электродвигателя, и возобновляется топливоснабжение цилиндра. Скорость вращения двигателя затем возрастает по мере того, как транспортное средство приводится в движение по меньшей мере крутящим моментом двигателя. В дополнение, крутящий момент двигателя может использоваться для зарядки аккумуляторной батареи.
Таким образом, пример по фиг.5 изображает способ двигателя, содержащий: задерживание перезапуска двигателя до тех пор, пока температура поршня не приведена выше порогового значения, или до тех пор, пока разность между температурой двигателя и температурой заряда воздуха двигателя (или температурой цилиндра и температурой заряда цилиндра) не приведена ниже пороговой величины посредством вращения двигателя, двигатель вращается без топливоснабжения на более низкой, чем проворачивание коленчатого вала двигателя, скорости вращения. Способ дополнительно может содержать, при перезапуске двигателя, вращение двигателя без топливоснабжения на скорости проворачивания коленчатого вала двигателя, а затем, возобновление топливоснабжения двигателя.
Таким образом, двигатель транспортного средства с гибридным приводом может подвергаться медленному проворачиванию коленчатого вала с использованием электродвигателя во время перехода с работы в электрическом режиме на режим двигателя, чтобы нагревать двигатель перед запуском двигателя. Посредством медленного вращения двигателя, без топливоснабжения, в течение некоторой продолжительности времени перед предстоящим перезапуском двигателя, тепло, вырабатываемое из воздуха, сжатого в цилиндре на такте сжатия, может переноситься на стенки и поршни цилиндров, и преимущественно использоваться для нагревания двигателя. Посредством прогрева двигателя перед запуском двигателя, выбросы твердых частиц двигателя, являющиеся результатом непосредственно впрыскиваемого топлива, могут уменьшаться, в особенности при холодном запуске двигателя. В дополнение, давление топлива может повышаться в достаточной мере. Результирующее улучшение характеристик факела распыла топливной форсунки при перезапуске дополнительно уменьшает выбросы твердых частиц двигателя. В общем и целом, выбросы с выхлопными газами при холодном запуске двигателя и рабочие характеристики двигателя могут улучшаться.
Следует отметить, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и процедуры управления, раскрытые в материалах настоящего описания, могут храниться в качестве исполняемых команд в постоянной памяти. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящего описания, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в постоянную память машиночитаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.