СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГИБРИДНОЙ СИЛОВОЙ ПЕРЕДАЧИ
METHOD OF HYBRID POWER TRANSMISSION OPERATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе и способам улучшения температурного контроля для устройства доочистки выхлопных газов в гибридном транспортном средстве во время и после его эксплуатации в условиях высокой нагрузки. Изобретение имеет особые преимущества при использовании с двигателями, соединяющимися выборочно с электрическим генератором и трансмиссией.
Уровень техники
Когда двигатель работает в условиях высокой нагрузки в течение продолжительного периода времени, температура выхлопных газов двигателя и температура устройства доочистки выхлопных газов могут возрастать до нежелательного уровня. Если допускать неограниченное увеличение температуры выхлопных газов и температуры устройства доочистки выхлопных газов, может произойти ухудшение показателей работы двигателя и устройства доочистки выхлопных газов. Один из способов ограничения температуры выхлопных газов двигателя и устройства доочистки выхлопных газов заключается в обогащении топливовоздушной смеси, подаваемой в двигатель. Дополнительное топливо переносит тепло от цилиндров двигателя и компонентов выпускной системы к выхлопной трубе так, что температура цилиндров и выпускной системы может быть уменьшена. Однако работа двигателя на обогащенной топливовоздушной смеси может уменьшить эффективность использования топлива и увеличить выбросы выхлопных газов.
Раскрытие изобретения
Для решения вышеуказанных проблем предлагается способ эксплуатации гибридной силовой передачи, в котором выключают расцепляющую муфту и ограничивают температуру устройства доочистки выхлопных газов, когда необходимый крутящий момент и меньше порогового значения, а температура устройства доочистки выхлопных газов больше порогового значения.
С помощью своевременного выключения расцепляющей муфты в условиях, когда желаемый крутящий момент находится на более низком уровне, можно быстрее охладить двигатель и устройство доочистки выхлопных газов без необходимости использования обогащенной топливно-воздушной смеси. Например, когда желаемый крутящий момент является низким, интегрированный в трансмиссию стартер-генератор (DISG) может обеспечить желаемый крутящий момент, при этом двигатель может работать с более высокой частотой и с меньшим зарядом воздуха в цилиндрах на каждый цикл цилиндра, чтобы охладить двигатель и компоненты выпускной системы. Затем, по меньшей мере в течение определенного промежутка времени, при таких условиях двигатель может работать на смеси со стехиометрическим воздушно-топливным соотношением так, что эффективность работы устройства доочистки выхлопных газов может быть повышена при одновременном охлаждении устройства доочистки выхлопных газов.
Предложенное решение имеет ряд преимуществ. В частности, данный подход может улучшить охлаждение устройства доочистки выхлопных газов при выбранных условиях. Кроме того, данный подход может уменьшить выбросы двигателя при уменьшении температуры устройства доочистки выхлопных газов.
Преимущества, указанные выше, и другие преимущества, а также отличительные признаки настоящего описания станут очевидны из приведенного ниже подробного описания, при рассмотрении по отдельности или со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое изложение сущности изобретения представлено для приведения в упрощенной форме ряда выбранных концепций, дальнейшее описание которых приведено ниже в подробном описании. Данное изложение сущности изобретения не направлено на определение основных или существенных отличительных особенностей заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен пунктами формулы изобретения, приведенной после подробного описания. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами воплощения, устраняющими какой-либо из недостатков, указанных выше или в любой части данного раскрытия изобретения.
Краткое описание чертежей
Преимущества, описанные в данном документе, станут понятнее при прочтении примера варианта воплощения изобретения, приведенного в подробном описании, при рассмотрении по отдельности или со ссылкой на следующие сопроводительные чертежи:
На Фиг.1 представлено схематичное изображение двигателя;
На Фиг.2 представлен пример транспортного средства и конфигурации трансмиссии транспортного средства;
На Фиг.3 представлена предполагаемая последовательность работы гибридной силовой передачи;
На Фиг.4 представлен примерный способ эксплуатации гибридной силовой передачи.
Осуществление изобретения
Настоящее описание относится к управлению температурой двигателя и системы выпуска для силовой передачи транспортного средства с гибридным приводом. Транспортное средство с гибридным приводом может включать в себя двигатель и электрический генератор, например, представленный на Фиг.1-2. Во время эксплуатации транспортного средства двигатель может работать с интегрированным в трансмиссию стартером-генератором (DISG) или без него. Интегрированный в трансмиссию стартер-генератор установлен в трансмиссии на той же оси, что и коленчатый вал двигателя, и вращается каждый раз, когда вращается насосное колесо гидротрансформатора. Также DISG может быть выборочно присоединен или отсоединен от трансмиссии. Предпочтительно, чтобы интегрированный в трансмиссию стартер-генератор был неотъемлемой частью трансмиссии. При этом DISG может быть задействован при использовании двигателя, или без него. Масса и инерция DISG связаны с трансмиссией, когда DISG не работает с созданием или поглощением крутящего момента от трансмиссии. Транспортное средство с гибридным приводом может работать так, как показано на Фиг.3 в соответствии со способом на Фиг.4.
На Фиг.1 показана схема двигателя 10 внутреннего сгорания, содержащего несколько цилиндров, один из которых представлен на Фиг.1, и который управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, размещенным в них и соединенным с коленчатым валом 40. Маховик 97 и коронная шестерня 99 соединены с коленчатым валом 40. Стартер 96 включает в себя шестеренный вал 98 и ведущую шестерню 95. Шестеренный вал 98 может выборочно продвигать ведущую шестерню 95 для зацепления с коронной шестерней 99. Стартер 96 может быть напрямую прикреплен к передней части двигателя или к задней части двигателя. В некоторых примерах стартер 96 может селективно передавать крутящий момент коленчатому валу 40 через ремень или цепь. В одном примере стартер 96 находится в исходном состоянии, когда он не зацеплен с коленчатым валом двигателя.
Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной и выпускной клапан может быть приведен в действие впускным кулачком 51 и выпускным кулачком 53. Положение впускного кулачка 51 может быть определено датчиком 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может быть определено датчиком 57 выпускного кулачка.
Топливная форсунка 66 показана расположенной таким образом, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в камеру сгорания 30, что известно специалистам в данной области как «прямой впрыск». Альтернативно, топливо может впрыскиваться во впускные каналы, что известно специалистам как «впрыск во впускные каналы». Топливная форсунка 66 поставляет топливо пропорционально ширине импульса сигнала (FPW) от контроллера 12. Топливо подается к топливной форсунке 66 топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не показаны). Питание топливной форсунки 66 обеспечивается за счет рабочего тока, поступающего от привода 68, который отвечает на сигналы контроллера 12. Кроме того, представленный впускной коллектор 44 с дополнительным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для управления потоком воздуха, поступающего от впуска 42 воздуха к впускному коллектору 44. В одном примере для создания более высокого давления топлива может быть использована двухступенчатая топливная система высокого давления. В некоторых примерах дроссель 62 и дроссельная заслонка 64 могут быть расположены между впускным клапаном 52 и впускным коллектором 44 так, что дроссель 62 представляет собой дроссель канала.
Бесконтактная система 88 зажигания обеспечивает искру зажигания в камере 30 сгорания с помощью свечи 92 зажигания под управлением контроллера 12. Универсальный кислородный датчик 126 (UEGO) показан соединенным с выхлопным коллектором 48 выше по потоку каталитического конвертера 70. Кроме того, бистабильный датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть заменен универсальным кислородным датчиком 126 (UEGO).
При нажатии на педаль 150 тормоза ногой 152 могут быть задействованы колесные тормоза транспортного средства или рекуперативные тормоза. Датчик 154 педали тормоза передает контроллеру 12 сигнал, указывающий на положение педали тормоза. При использовании тормозов транспортного средства усилитель 140 тормозов увеличивает усилие, передаваемое ногой 152.
Согласно одному из примеров, конвертер 70 может содержать ряд блоков катализаторов. В других примерах могут использоваться устройства для снижения токсичности выхлопа, каждое из которых содержит ряд блоков. Конвертер 70 может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором.
Контроллер 12 показан на Фиг.1 как традиционный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 102 (CPU), порты 104 ввода и вывода (I/O), постоянное запоминающее устройство 106 (ROM), оперативную память 108 (RAM), оперативную энергонезависимую память ПО (KAM) и обычную шину данных. Контроллер 12 показан получающим различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10. Помимо описанных выше сигналов, контроллер также получает следующие данные: о температуре охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика 112 температуры, соединенного с каналом 114 охлаждения; от датчика положения 134, соединенного с педалью газа 150, для измерения силы нажатия ногой 152; измерения давления в коллекторе двигателя (MAP) от датчика давления 122, соединенного с впускным коллектором 44; о фазе двигателя с датчика 118 на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала 40; показания датчика 120 воздушной массы, поступающей в двигатель; и показания положения дросселя от датчика 58. Также для обработки контроллером 12 может быть измерено барометрическое давление (датчик не показан). Датчик 118 на эффекте Холла производит заранее установленное количество равномерных импульсов в каждый цикл коленчатого вала, на основании которых может быть определена скорость вращения двигателя (RPM).
В некоторых примерах двигатель может быть соединен с электромотором/батареей, как например, в гибридных автомобилях, как показано на Фиг.2. Также в некоторых примерах могут быть использованы другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.
Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 обычно проходит 4 рабочих цикла: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Во время впуска обычно выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух поступает в камеру сгорания 30 через впускной коллектор 44, а поршень 36 двигается по направлению к дну цилиндра так, чтобы увеличить объем внутри камеры сгорания 30. Положение, в котором поршень 36 находится рядом с дном цилиндра и в конце своего хода (т.е. когда камера сгорания 30 имеет наибольший объем) обычно называется специалистами в данной области нижней мертвой точкой (НМТ). Во время хода сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 двигается по направлению к головке цилиндров, чтобы сжать воздух внутри камеры сгорания 30. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и наиболее близко к головке цилиндров (т.е. когда камера сгорания имеет наименьший объем) обычно называется специалистами в данной области верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, здесь и далее обозначаемом «впрыскивание», топливо поступает в камеру сгорания. В процессе, здесь и далее обозначаемом «зажигание», впрыснутое топливо воспламеняют с помощью известных способов зажигания, таких как свеча 92 зажигания, что приводит к сгоранию. Во время рабочего хода расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно к НМТ. Коленчатый вал 40 превращает движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время хода выпуска, выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпустить воспламененную смесь воздуха и топлива в выпускной коллектор 48, а поршень возвращается к ВМТ. Можно отметить, что вышеизложенное приведено только в качестве примера, и распределение по времени открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов может меняться так, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие варианты.
На Фиг.2 представлена схема транспортного средства 201 и трансмиссии 200 транспортного средства. Трансмиссию 200 может приводить в действие двигатель 10. Двигатель 10 может быть запущен вместе с системой запуска двигателя, представленной на Фиг.1, или с помощью DISG 240. Также двигатель 10 может создавать или регулировать крутящий момент с помощью механизма 204 передачи крутящего момента, например, топливной форсунки, дросселя и т.д.
Выходной крутящий момент двигателя может быть передан на входную сторону двухсекционного маховика 232. Частота вращения двигателя, а также скорость и положение входной стороны двухсекционного маховика, могут быть определены с помощью датчика 118 положения двигателя. Двухсекционный маховик 232 может включать в себя пружины 253 и отдельные массы 254 для компенсации колебаний крутящего момента трансмиссии. Выходная сторона двухсекционного маховика 232 показана механически соединенной с входной стороной расцепляющей муфты 236. Расцепляющая муфта 236 может иметь электрический или гидравлический привод. Позиционный датчик 234 расположен со стороны расцепляющей муфты двухсекционного маховика 232 и предназначен для определения выходного положения и скорости двухсекционного маховика 232. Сторона расцепляющей муфты 236, расположенная на выходе, механически соединена с входным валом 237 DISG.
DISC 240 может быть использован для передачи крутящего момента трансмиссии 200 или для преобразования крутящего момента трансмиссии в электрическую энергию, которая может быть сохранена в устройстве 275 накопления электроэнергии. DISG 240 имеет более высокую мощность, чем стартер 96, представленный на Фиг.1. Также DISG 240 напрямую приводит в действие трансмиссию 200 или напрямую приводится в действие трансмиссией 200. В соединении DISG 240 с трансмиссией 200 нет ремней, зубчатых передач, или цепей. Предпочтительно, чтобы DISG 240 вращался с той же скоростью, что и трансмиссия 200. Устройство 275 накопления электроэнергии может представлять собой аккумуляторную батарею, конденсатор или индуктор. Расположенная ниже по потоку сторона DISG 240 механически соединена с насосным колесом 285 гидротрансформатора (преобразователя крутящего момента) 206 через вал 241. Сторона DISG 240, расположенная на входе, механически соединена с расцепляющей муфтой 236. Гидротрансформатор 206 включает в себя турбину 286 для передачи крутящего момента на входной вал 270 трансмиссии. Входной вал 270 трансмиссии механически соединяет гидротрансформатор 206 с автоматической трансмиссией 208. Гидротрансформатор 206 также включает в себя обходную блокировочную муфту 212 гидротрансформатора (ТСС). Когда ТСС заблокирована, крутящий момент напрямую передается от насосного колеса 285 на турбину 286. ТСС электрически управляется контроллером 12. В качестве альтернативы блокировка ТСС может осуществляться гидравлически. В одном примере гидротрансформатор может быть рассмотрен как компонент трансмиссии. Скорость и положение турбины гидротрансформатора могут быть определены с помощью позиционного датчика 239. В некоторых примерах датчики 238 и/или 239 могут представлять собой датчики крутящего момента, или могут представлять собой сочетание позиционного датчика и датчика крутящего момента.
Когда блокировочная муфта 212 гидротрансформатора полностью разблокирована, гидротрансформатор 206 передает крутящий момент двигателя автоматической трансмиссии 208 за счет передачи жидкости между турбиной 286 гидротрансформатора и насосным колесом 285 гидротрансформатора, тем самым позволяя увеличить крутящий момент. В противоположность этому, когда блокировочная муфта 212 гидротрансформатора полностью заблокирована, выходной крутящий момент двигателя передается напрямую через муфту гидротрансформатора на входной вал (не показан) трансмиссии 208. В качестве альтернативы блокировочная муфта 212 гидротрансформатора может быть заблокирована частично, тем самым позволяя отрегулировать величину крутящего момента, напрямую передаваемого трансмиссии. Конфигурация контроллера 12 может предусматривать регулировку величины крутящего момента, передаваемого гидротрансформатором 212 за счет регулировки блокировочной муфты гидротрансформатора при различных рабочих режимах двигателя или на основании запросов водителя, направляемых двигателю.
Автоматическая трансмиссия 208 включает в себя зубчатые муфты (например, шестерни 1-6) 211 и муфту 210 переднего хода. Зубчатые муфты 211 и муфта 210 переднего хода могут быть выборочно включены для приведения транспортного средства в движение. Выходной крутящий момент от автоматической трансмиссии 208 может быть, в свою очередь, передан задним колесам 216 для приведения транспортного средства в движение посредством выходного вала 260. В частности, автоматическая трансмиссия 208 может до передачи выходного крутящего момента задним колесам 216 передавать входной крутящий момент на входном валу 270 в зависимости от условий движения транспортного средства.
Также к колесам 216 может быть приложена сила трения с помощью использования колесных тормозов 218. В одном примере колесные тормоза 218 могут быть включены, реагируя на нажатие водителем на педаль тормоза (не показана). В другом примере контроллер 12 или контроллер, соединенный с контроллером 12, может включить колесные тормоза. Таким же образом, воздействие силы трения, прикладываемой к колесам 216, может быть уменьшено за счет выключения колесных тормозов 218 при отпускании водителем педали тормоза. Затем сила трения от тормозов транспортного средства может быть приложена к колесам 216 контроллером 12 в рамках процедуры автоматической остановки двигателя.
Механический масляный насос 214 может быть гидравлически соединен с автоматической трансмиссией 208, чтобы создавать гидравлическое давление для включения различных муфт, например, муфты 210 переднего хода, зубчатых муфт 211 и/или блокировочной муфты 212 гидротрансформатора. Работа механического масляного насоса 214 может быть согласована с работой гидротрансформатора 206, а привод данного насоса может быть обеспечен вращением двигателя или DISG, например, посредством входного вала 241. Следовательно, гидравлическое давление, создаваемое в механическом масляном насосе 214, может быть увеличено по мере увеличения частоты вращения двигателя и/или скорости DISG, а также может быть уменьшено при уменьшении частоты вращения двигателя или скорости DISG.
Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью получать входные сигналы от двигателя 10, как подробно показано на Фиг.1, и соответственно контролировать выходной крутящий момент двигателя и/или работу гидротрансформатора, трансмиссии, DISG, муфт и/или тормозов. В качестве одного примера выходным крутящим моментом двигателя можно управлять с помощью регулирования моментов зажигания, ширины импульса подачи топлива и/или заряда воздуха, с помощью регулирования открытия дросселя и моментов открывания-закрывания клапана, подъема клапана и путем регулирования наддува для двигателей с нагнетателем и/или турбокомпрессором. В случае дизельного двигателя контроллер 12 может управлять выходным крутящим моментом двигателя путем изменения ширины импульса подачи топлива, синхронизации импульсов подачи топлива и заряда воздуха. Во всех случаях управление двигателем для контроля выходного крутящего момента двигателя может быть выполнено для каждого цилиндра. Контроллер 12 может также контролировать выходной крутящий момент и выработку электроэнергии DISG путем регулировки электрического тока, идущего к данной области и от нее, и/или путем управления обмотками якоря DISG, как известно из уровня техники. Контроллер 12 также получает входную информацию об угле наклона поверхности, по которой движется транспортное средство, от уклономера 281.
При выполнении условий остановки транспортного средства на холостых оборотах, контроллер 42 может запустить процедуру отключения двигателя путем отключения подачи топлива и отключения подачи искры зажигания в двигатель. При этом в некоторых примерах двигатель может продолжать вращаться. Также для поддержания величины крутящего момента в трансмиссии контроллер 12 может соединить вращающиеся элементы трансмиссии 208 с картером 259 трансмиссии, а, следовательно, с рамой транспортного средства. При выполнении условий для повторного запуска двигателя и/или при желании водителя транспортного средства запустить двигатель, контроллер 12 может повторно запустить двигатель путем возобновления процесса сгорания в цилиндрах двигателя.
Таким образом, система, показанная на Фиг.1 и 2, относится к гибридной системе силовой передачи, включающей в себя двигатель, DISG, расцепляющую муфту, расположенную в трансмиссии транспортного средства между двигателем и DISG, контроллер, содержащий команды для выключения расцепляющей муфты в зависимости от температуры устройства доочистки выхлопных газов. Такая гибридная система силовой передачи также содержит различные команды для регулирования массового расхода воздуха двигателя, когда расцепляющая муфта выключена, в зависимости от угла наклона дороги. Описываемая гибридная система силовой передачи также содержит дополнительные команды для регулирования массового расхода воздуха в двигателе при определенном крутящем моменте DISG, когда расцепляющая муфта выключена. Гибридная система силовой передачи также содержит дополнительные команды для регулирования массового расхода воздуха в двигателе при завершении определенного промежутка времени с того момента, когда величина желаемого крутящего момента становится ниже порогового крутящего момента.
На Фиг.3 показан пример предполагаемой последовательности эксплуатации транспортного средства. Данная последовательность на Фиг.3 представляет собой способ уменьшения температуры двигателя и системы выпуска, когда после низкого крутящего момента двигателя необходим высокий крутящий момент двигателя. Данная последовательность на Фиг.3 может быть реализована с помощью способа на Фиг.4 и системы на Фиг.1 и 2.
На первом графике на Фиг.3 представлена зависимость температуры каталитического нейтрализатора от времени. Температура каталитического нейтрализатора представляет собой температуру каталитического нейтрализатора 70, описанного со ссылкой на Фиг.1. Температура каталитического нейтрализатора увеличивается в направлении стрелки оси Y. Время увеличивается в направлении стрелки оси X. Горизонтальная линия 302 представляет собой желаемый верхний предел температуры нейтрализатора. Горизонтальная линия 304 представляет собой температуру нейтрализатора, при которой предпринимаются регулирующие действия для ограничения температуры каталитического нейтрализатора. Горизонтальная линия 306 представляет собой температуру каталитического нейтрализатора, при которой прекращаются регулирующие действий для ограничения температуры каталитического нейтрализатора, начатые после того, как температура каталитического нейтрализатора превысила температуру, представленную горизонтальной линией 304.
На втором графике Фиг.3 представлена зависимость желаемого крутящего момента от времени. Желаемый крутящий момент может быть основан на положении педали газа. Положение педали газа преобразуется в желаемый крутящий момент двигателя, крутящий момент насосного колеса гидротрансформатора, крутящий момент турбины гидротрансформатора или крутящий момент колес. Желаемый крутящий момент увеличивается в направлении стрелки оси Y. Время увеличивается в направлении стрелки оси X. Горизонтальная линия 308 представляет собой желаемый крутящий момент, при уменьшении значения которого ниже данного уровня могут быть предприняты регулирующие действия для уменьшения температуры каталитического нейтрализатора после того, как температура каталитического нейтрализатора превысит температуру, соответствующую горизонтальной линии 304.
На третьем графике Фиг.3 представлена зависимость скорости воздушного потока в двигателе от времени. Скорость воздушного потока в двигателе увеличивается в направлении стрелки оси Y. Время увеличивается в направлении стрелки оси X. Сплошная линия 310 представляет собой скорость воздушного потока в двигателе при работе не по способу с Фиг.4. Прерывистая линия 312 представляет собой скорость воздушного потока в двигателе, когда проводится регулировка температуры двигателя и температуры устройства доочистки выхлопных газов с помощью способа с Фиг.4. Когда видна только сплошная линия 310, данные скорости воздушного потока в двигателе равны.
На четвертом графике Фиг.3 представлена зависимость состояния заряда устройства накопления энергии от времени. Устройство накопления энергии может подавать энергию для DISG или хранить выработанную им энергию. Уровень заряда увеличивается в направлении стрелки оси Y. Время увеличивается в направлении стрелки оси X.
На пятом графике Фиг.3 представлена зависимость доступного крутящего момента DISG от времени. Доступный крутящий момент DISG увеличивается в направлении стрелки оси Y. Время увеличивается в направлении стрелки оси X.
На шестом графике Фиг.3 представлена зависимость состояния расцепляющей муфты от времени. Расцепляющая муфта выключена, когда линия состояния расцепляющей муфты на графике находится на более высоком уровне. Расцепляющая муфта включена, когда линия состояния расцепляющей муфты на графике находится на более низком уровне. Время увеличивается в направлении стрелки оси X.
На седьмом графике Фиг.3 представлена зависимость воздушно-топливного соотношения от времени. Воздушно-топливное соотношение увеличивается в направлении стрелки оси Y. Время увеличивается в направлении стрелки оси X. Горизонтальная линия 314 представляет собой стехиометрическое воздушно-топливное соотношение. Топливовоздушная смесь является обогащенной, когда линия топливовоздушной смеси двигателя находится ниже горизонтальной линии 314. Топливовоздушная смесь является обедненной, когда линия топливовоздушной смеси двигателя находится выше горизонтальной линии 314.
0
В момент времени Т двигатель работает при средней скорости потока воздуха в двигателе и среднем желаемом крутящем моменте. Температура каталитического нейтрализатора находится на среднем уровне ниже порогового значения температуры на линии 304. Уровень заряда устройства хранения энергии находится на относительно высоком уровне, а доступный крутящий момент DISG находится на относительно высоком уровне, так как уровень заряда устройства накопления энергии является высоким. Расцепляющая муфта включена, а воздушно-топливное соотношение близко к стехиометрическому значению.
0
1
Между моментом времени Т и моментом времени Т желаемый крутящий момент и скорость потока воздуха в двигателе увеличиваются в соответствии с увеличением запрашиваемого водителем крутящего момента. Температура каталитического нейтрализатора начинает увеличиваться по мере того, как увеличивается желаемый крутящий момент. Уровень заряда устройства накопления энергии находится на относительно высоком уровне, и доступный крутящий момент DISG также находится на относительно высоком уровне. Расцепляющая муфта остается включенной, двигатель работает на смеси, соотношение компонентов которой близко к стехиометрическому.
1
1
2
В момент времени T температура каталитического нейтрализатора достигает температуры 304, когда предпринимают регулирующие действия для уменьшения температуры двигателя и устройства доочистки выхлопных газов. Желаемый крутящий момент двигателя остается на относительно высоком уровне, как и скорость потока воздуха в двигателе. В некоторых примерах скорость потока воздуха в двигателе может быть уменьшена ниже максимального значения для регулирования температуры выхлопных газов двигателя. Уровень заряда устройства накопления энергии остается на относительно высоком уровне, как и доступный крутящий момент DISG. Расцепляющая муфта остается включенной, и мощность двигателя может быть направлена к колесам транспортного средства. Воздушно-топливная смесь двигателя является обогащенной, что помогает уменьшить температуру выхлопных газов двигателя. Следовательно, между моментом времени T и моментом времени Т температура каталитического нейтрализатора остается ниже желаемого верхнего предела 302.
2
В момент времени Т желаемый крутящий момент уменьшается, например, реагируя на отпускание водителем педали газа. В качестве альтернативы, желаемый крутящий момент может быть уменьшен по запросу контроллера. Скорость потока воздуха в двигателе уменьшается при уменьшении запрашиваемого водителем желаемого крутящего момента. Уровень заряда устройства накопления энергии остается на относительно высоком уровне, как и доступный крутящий момент DISG. Расцепляющая муфта остается включенной, а воздушно-топливная смесь двигателя - обогащенной.
3
В момент Т времени желаемый крутящий момент уменьшается до уровня ниже показанного горизонтальной линией 308, реагируя на запрос со стороны водителя. В результате скорость потока воздуха увеличивается и превышает базовую скорость потока воздуха в двигателе, что показано разницей между линией 312 и линией 310. Таким образом, от двигателя и от компонентов выпускной системы тепло может быть отведено на относительно высокой скорости за счет увеличения скорости массового расхода воздуха в двигателе и выпускной системе. Температура выхлопных газов двигателя уменьшается путем уменьшения нагрузки на двигатель. Скорость массового расхода воздуха в двигателе увеличивается и превышает базовую величину при уменьшении нагрузки на двигатель за счет увеличения частоты вращения двигателя выше желаемой базовой частоты. Частоту вращения двигателя регулируют, когда желаемый крутящий момент ниже уровня 308. Расцепляющая муфта в результате уменьшения желаемого крутящего момента ниже уровня 308 переходит в выключенное положение, и двигатель может работать на скорости, являющейся асинхронной скорости DISG. При этом воздушно-топливное соотношение изменяется в сторону стехиометрического, когда желаемый крутящий момент находится ниже уровня 308. В результате выбросы двигателя могут быть уменьшены, а эффективность работы каталитического нейтрализатора может быть увеличена.
Следует отметить, что скорость воздушного потока в двигателе может быть отрегулирована в зависимости от времени, прошедшего с момента уменьшения крутящего момента двигателя ниже порогового уровня, в зависимости от крутящего момента DISG, угла наклона дороги и значений других подобных параметров. Таким образом, скорость воздушного потока в двигателе может изменяться при уменьшении температуры каталитического нейтрализатора при увеличивающейся скорости.
3
4
Между моментом времени Т и моментов времени Т желаемый крутящий момент обеспечивает DISG. Следовательно, уровень заряда начинает уменьшаться, так как DISG потребляет электроэнергию из устройства накопления энергии. Расцепляющая муфта также остается выключенной, чтобы отсоединить двигатель от DISG.
4
В момент времени Т температура каталитического нейтрализатора уменьшилась до значения, находящегося ниже порогового уровня 306. Скорость потока воздуха в двигателе уменьшается так, что совпадает с базовой скоростью потока воздуха в двигателе, реагируя на температуру каталитического нейтрализатора, а желаемый крутящий момент начинает увеличиваться, реагируя на увеличение запрашиваемого водителем крутящего момента. Расцепляющая муфта включается при уменьшении температуры каталитического нейтрализатора ниже порогового уровня 306, двигатель повторно соединяется с DIGS. Двигатель работает на воздушно-топливной смеси со стехиометрическим соотношением.
4
5
Между моментом времени Т и моментом времени Т желаемый крутящий момент увеличивается, реагируя на запрос водителя. Скорость потока воздуха в двигателе увеличивается при увеличении желаемого крутящего момента. Температура каталитического нейтрализатора также начинает увеличиваться, реагируя на увеличение желаемого крутящего момента и увеличение воздушного потока в двигателе. Уровень заряда устройства накопления энергии начинает медленно расти, а доступный крутящий момент DISG находится на низком уровне, поскольку уровень заряда низкий. DISG начинает преобразовывать крутящий момент двигателя в электрическую энергию и заряжать устройство накопления энергии, реагируя на включение расцепляющей муфты.
5
В момент времени Т температура каталитического нейтрализатора достигает пороговой температуры 304, вызванной увеличением желаемого крутящего момента и запроса водителя. Следовательно, происходит обогащение воздушно-топливной смеси двигателя для регулирования температуры выхлопных газов двигателя. Расцепляющая муфта остается включенной, уровень заряда прекращает увеличиваться, реагируя на желаемый крутящий момент, таким образом, что по существу весь крутящий момент двигателя может быть передан колесам транспортного средства. В частности, DISG перестает вырабатывать электроэнергию.
6
В момент времени Т желаемый крутящий момент уменьшается из-за уменьшения запроса водителя. В качестве альтернативы, желаемый крутящий момент может быть уменьшен по команде контроллера. Скорость потока воздуха в двигателе также уменьшается из-за уменьшения желаемого крутящего момента. Уровень заряда остается на относительно низком уровне, как и доступный крутящий момент DISG. Двигатель также продолжает сжигать обогащенную воздушно-топливную смесь.
7
3
В момент времени Т желаемый крутящий момент уменьшается до уровня ниже порогового уровня 308 в соответствии с запросом водителя. Скорость потока воздуха в двигателе увеличивается и превышает базовый уровень, чтобы охлаждать выхлопные газы двигателя, и нагрузка на цилиндры уменьшается. Скорость потока воздуха в двигателе увеличивается за счет увеличения частоты вращения двигателя выше желаемого уровня. При этом расцепляющая муфта не выключена, что показано в момент времени Т, из-за низкого уровня заряда и доступного крутящего момента DISG. Таким образом, двигатель и DISG вращаются синхронно, когда DISG не имеет мощности для обеспечения желаемого крутящего момента. Более предпочтительно, чтобы частота вращения двигателя была в определенной степени обусловлена скоростью транспортного средства и выбранной передачей трансмиссии. Таким образом, при некоторых условиях расцепляющая муфта не может быть выключена для регулирования температуры каталитического нейтрализатора.
На Фиг.4 представлен пример способа управления температурой каталитического нейтрализатора. Способ 400 может быть сохранен в постоянной памяти контроллера, показанного на Фиг.1 и 2, в виде выполняемых команд. Также способ 400 может передавать сигналы, представленные на Фиг.3.
На этапе 402 способ определяет температуру каталитического нейтрализатора. Температура каталитического нейтрализатора может быть определена на основании частоты вращения двигателя, нагрузки на двигатель, воздушно-топливного соотношения, температуры всасываемого в двигатель воздуха, что известно из уровня техники. После того, как температура каталитического нейтрализатора определена, способ 400 переходит на этап 404.
На этапе 404 способ 400 определяет, превышает ли температура каталитического нейтрализатора пороговое значение температуры. Температура каталитического нейтрализатора может быть измерена или определена на основании массового расхода в двигателе, воздушно-топливного соотношения, температуры воздуха окружающей среды и частоты вращения двигателя. Если способ 400 определяет, что температура каталитического нейтрализатора превышает пороговое значение, то способ 400 переходит на этап 406. В противном случае способ 400 завершается.
На этапе 406 способ 400 определяет, меньше ли желаемый крутящий момент, чем пороговое значение крутящего момента. В одном примере вывод о желаемом крутящем моменте может быть сделан на основании положения педали газа. Если способ 400 делает вывод о том, что желаемый крутящий момент меньше порогового значения крутящего момента, то способ 400 переходит на этап 412. В противном случае способ 400 переходит на этап 408.
На этапе 408 способ 400 уменьшает скорость потока воздуха в двигателе ниже максимального значения воздушного потока в двигателе. Скорость потока воздуха в двигателе может быть уменьшена путем регулирования перепускного клапана турбокомпрессора, установки фаз клапанного распределения и/или положения дросселя. С помощью уменьшения скорости воздушного потока в двигателе давление в цилиндрах может быть уменьшено так, что температура выхлопных газов двигателя также будет уменьшена. После того, как скорость потока воздуха в двигателе уменьшен, способ 400 переходит на этап 410.
На этапе 410 способ 400 обогащает топливовоздушную смесь двигателя. В одном примере воздушно-топливная смесь двигателя может быть обогащена до соотношения, не превышающего 12:1. За счет обогащения воздушно-топливной смеси двигателя за счет топлива, которое не было полностью сожжено, от двигателя и выпускной системы к выхлопной трубе может быть передано большее количество тепла. После того, как отрегулировано соотношение компонентов топливовоздушной смеси, способ 400 завершается.
На этапе 412 способ 400 определяет, может ли DISG обеспечить желаемый уровень крутящего момента. Также способ 400 определяет, может ли DISG обеспечивать желаемый уровень крутящего момента в течение заранее заданного промежутка времени. В одном примере возможность DISG обеспечивать желаемый уровень крутящего момента определяется на основании электрического напряжения аккумуляторной батареи или другого устройства накопления энергии. Если способ 400 делает вывод о том, что DISG не может обеспечить желаемый уровень крутящего момента в течение заданного промежутка времени, то способ 400 переходит на этап 414. В противном случае способ 400 переходит на этап 420.
На этапе 414 способ 400 увеличивает желаемую скорость потока воздуха в двигателе выше базового уровня, и уменьшает величину воздуха в цилиндре во время цикла цилиндра. Другими словами, способ 400 увеличивает желаемую скорость потока воздуха в двигателе и уменьшает нагрузку двигателя. В одном примере скорость потока воздуха в двигателе увеличивают, а нагрузку цилиндров уменьшают с помощью увеличения частоты вращения двигателя. В частности скорость потока воздуха в двигателе увеличивается по мере того, как увеличивается количество циклов цилиндра и уменьшается нагрузка цилиндров. Уменьшение нагрузки цилиндров уменьшает давление и температуру в цилиндрах, а увеличение количества циклов цилиндров за единицу времени увеличивает массовый расход воздуха, проходящего через двигатель. Таким образом, происходит накачивание от двигателя большего количества выхлопных газов с низкой температурой для охлаждения выпускных клапанов, выпускного коллектора двигателя и устройств доочистки выхлопных газов. После увеличения воздушного потока в двигателе и уменьшения нагрузки цилиндров способ 400 переходит на этап 416.
Кроме того, если расцепляющая муфта трансмиссии на этапе 414 выключена, то происходит ее включение, чтобы двигатель мог обеспечивать желаемый крутящий момент. Таким образом, состояние трансмиссии может быть отрегулировано в зависимости от доступного крутящего момента, создаваемого DISG.
На этапе 416 способ 400 подает в цилиндры двигателя воздушно-топливную смесь с соотношением, практически равным стехиометрическому (например, воздушно-топливное соотношение колеблется вокруг стехиометрии в пределах ±0,5). В некоторых примерах воздушно-топливное соотношение можно снизить и приблизить к стехиометрическому на основании температуры каталитического нейтрализатора. Воздушно-топливное соотношение изменяется в сторону стехиометрического значения для повышения эффективности каталитического нейтрализатора. После того, как воздушно-топливное соотношение двигателя отрегулировано, способ 400 завершается.
На этапе 420 способ 400 выключает расцепляющую муфту трансмиссии. Расцепляющая муфта трансмиссии выключается для того, чтобы двигатель мог вращаться на скорости, отличной от скорости DISG и скорости трансмиссии. Также отсоединение двигателя от DISG позволяет DISG создавать желаемый крутящий момент без необходимости обеспечивать крутящий момент для вращения двигателя. После того, как расцепляющая муфта трансмиссии выключена, способ 400 переходит на этап 422.
На этапе 422 способ 400 создает желаемый крутящий момент с помощью DISG. В частности устройство накопления энергии подает электроэнергию на DISG, a DISG передает крутящий момент трансмиссии транспортного средства. Выходной крутящий момент DISG регулируется в зависимости от желаемого крутящего момента, или крутящего момента, запрашиваемого водителем. После того, как крутящий момент DISG отрегулирован, способ 400 переходит на этап 424.
На этапе 424 способ 400 регулирует желаемый массовый расход воздуха в двигателе в зависимости от промежутка времени, в течение которого желаемый крутящий момент меньше порогового значения. В одном примере желаемый массовый расход воздуха в двигателе увеличивают выше базового уровня для подобных рабочих условий в отсутствие повышенной температуры каталитического нейтрализатора. Например, через 0,2 секунды после того, как желаемый крутящий момент находится ниже желаемого значения, к базовому желаемому значению массового расхода воздуха в двигателе добавляют 0,05 г/с. Через 2 секунды после того, как желаемый крутящий момент будет находиться ниже желаемого значения, к желаемому значению массового расхода воздуха в двигателе добавляют 0,025 г/с. Таким образом, изначально желаемое значение массового расхода воздуха в двигателе увеличивается до большей величины, а затем, с течением времени, постепенно уменьшается. После того, как массовый расход воздуха в двигателе отрегулирован, способ 400 переходит на этап 426.
На этапе 426 способ 400 регулирует желаемую скорость массового расхода воздуха в двигателе в зависимости от уклона дороги. В одном примере массовый расход воздуха в двигателе увеличивают при увеличении положительного уклона дороги. Также массовый расход воздуха в двигателе уменьшают при увеличении отрицательного уклона дороги. С помощью увеличения или уменьшения массового расхода воздуха в двигателе в зависимости от уклона дороги, способ 400 увеличивает или уменьшает скорость охлаждения двигателя и устройств доочистки выхлопных газов. Например, если уклон дороги является положительным, способ 400 может сделать вывод о том, что DISG может быть не способен обеспечить желаемый крутящий момент в течение продолжительного периода времени. Следовательно, может быть желательно увеличить скорость охлаждения двигателя и устройства доочистки выхлопных газов двигателя для того, чтобы устройство доочистки выхлопных газов двигателя достигло желаемой температуры до того момента, когда возможно двигатель будет обеспечивать передачу крутящего момента трансмиссии. После того, как массовый расход воздуха в двигателе отрегулирован в зависимости от уклона дороги, способ 400 переходит на этап 428.
На этапе 428 способ 400 регулирует желаемое значение массового расхода воздуха в двигателе в зависимости от нагрузки DISG. В одном примере, если DISG работает с большей нагрузкой, желаемое значение массового расхода воздуха в двигателе может быть увеличено на первую величину так, что охлаждение устройства доочистки выхлопных газов может происходить с большей скоростью. Если DISG работает с меньшей нагрузкой, желаемое значение массового расхода воздуха в двигателе может быть увеличено на вторую величину, меньшую, чем первя величина, так, что охлаждение устройства доочистки выхлопных газов может происходить с меньшей скоростью. После того, как желаемое значение массового расхода воздуха отрегулировано относительно нагрузки DISG, способ 400 переходит на этап 430.
На этапе 430 способ 400 увеличивает количество рециркулирующих выхлопных газов (EGR) двигателя выше базового значения EGR для подобных условий работы двигателя, чтобы замедлить скорость сгорания топлива. За счет замедления скорости сгорания можно уменьшить температуру выхлопных газов еще больше. Количество EGR может быть увеличено путем регулирования положения клапана рециркуляции выхлопных газов или путем регулирования установки фаз клапанного распределения. Например, величину перекрытия открытого впускного клапана и открытого выпускного клапана можно увеличить для увеличения количества EGR. После того, как отрегулировано количество EGR, способ 400 переходит на этап 432.
На этапе 432 способ 400 обеспечивает эксплуатацию двигателя с уменьшенной нагрузкой, где стабильность сгорания превышает пороговый уровень. В одном примере нагрузка на двигатель или цилиндры (например, когда нагрузка соответствует числу между 0 и 1, где 1 это теоретический предел массы воздушного потока, который может быть закачан в цилиндр) уменьшается до минимального значения, когда стабильность сгорания находится на пороговом уровне. После того, как уменьшена нагрузка двигателя, способ 400 переходит к этапу 434.
Следует отметить, что скорость массового расхода воздуха в двигателе может быть увеличена при уменьшении нагрузки цилиндров путем увеличения частоты вращения двигателя. Таким образом, за цикл своей работы двигатель накачивает больше воздуха в меньшие объемы каждого цилиндра за счет увеличения числа операций накачивания воздуха.
На этапе 434 способ 400 определяет, меньше ли порогового значения температура устройства доочистки выхлопных газов (например, каталитического нейтрализатора, сажевого фильтра, ловушки обеденных оксидов азота (NOx)). Если да, то способ 400 переходит на этап 436. В противном случае способ 400 возвращается на этап 412.
На этапе 436 способ 400 предполагает увеличение массового расхода воздуха в двигателе для достижения желаемой температуры устройства доочистки выхлопных газов. Массовый расход воздуха в двигателе может быть увеличен с помощью открывания дросселя, регулирования установки фаз кулачкового распределения или путем регулирования давления наддува, подаваемого двигателю. Дополнительно, при необходимости передачи крутящего момента от двигателя к трансмиссии, способ 400 предусматривает включение расцепляющей муфты трансмиссии. После того, как массовый расход воздуха в двигателе увеличен для увеличения температуры устройства доочистки выхлопных газов до желаемой температуры, чтобы оно работало с желаемой эффективностью, способ 400 завершается.
Таким образом, способ на Фиг.4 предусматривает способ эксплуатации гибридной силовой передачи, в котором выключают расцепляющую муфту и ограничивают температуру, достигаемую в устройстве доочистки выхлопных газов, путем определенного действия, когда желаемый крутящий момент меньше порогового крутящего момента, и в ответ на температуру устройства доочистки выхлопных газов. Данный способ также предусматривает увеличение воздушного потока в двигателе и уменьшение заряда воздуха в цилиндрах на каждый цикл цилиндра. Данный способ также предусматривает увеличение массового расхода воздуха в двигателе за счет увеличения частоты вращения двигателя. Данный способ также предусматривает регулирование массового расхода воздуха после завершения определенного промежутка времени, в течение которого желаемый крутящий момент меньше порогового значения. Данный способ также предусматривает регулирование воздушного потока в двигателе в зависимости от уклона дороги. Данный способ также предусматривает увеличение количества EGR.
Способ, показанный на Фиг.4, также предусматривает эксплуатацию гибридной силовой передачи, в котором ограничивают температуру устройства доочистки выхлопных газов с помощью первого действия когда желаемый крутящий момент превышает пороговое значение; выключают расцепляющую муфту и ограничивают температуру устройства доочистки выхлопных газов с помощью второго действия, когда желаемый крутящий момент меньше порогового значения. Первое действие может представлять собой обогащение топливовоздушной смеси двигателя или уменьшение скорости воздушного потока в двигателе до величины, меньшей максимального воздушного потока в двигателе. Второе действие может представлять собой увеличение частоты вращения двигателя до значения, превышающего базовую частоту вращения двигателя при подобных условиях работы двигателя.
В другом варианте предлагаемый способ также предусматривает включение муфты расцепления и регулирование воздушного потока воздуха двигателя для увеличения температуры устройства доочистки выхлопных газов, когда температура устройства доочистки выхлопных газов ниже порогового значения. Второе действие может представлять собой увеличение воздушного потока в двигателе до значения, превышающего базовую скорость потока воздуха в двигателе при подобных рабочих условиях двигателя. Такие рабочие условия двигателя представляют собой работу при таком же желаемом крутящем моменте. Второе действие также может включать в себя уменьшение заряда воздуха в цилиндрах на каждый цикл цилиндра.
В еще одном примере способ, показанный на Фиг.4, предполагает эксплуатацию гибридной силовой передачи, при которой выключают расцепляющую муфту и ограничивают температуру, достигаемую устройством доочистки выхлопных газов, с помощью определенного действия, когда желаемый крутящий момент меньше порогового значения, и в зависимости от температуры устройства доочистки выхлопных газов; а также подают желаемый крутящий момент на трансмиссию транспортного средства с помощью DISG. Способ также предусматривает включение расцепляющей муфты в зависимости от способности DISG обеспечить желаемый крутящий момент. Данный способ также предусматривает эксплуатацию двигателя на стехиометрической смеси после включения расцепляющей муфты. Способ также предусматривает увеличение воздушного потока в двигателе. Способ также предусматривает уменьшение заряда воздуха в цилиндрах на каждый цикл цилиндра. Способ также предусматривает регулирование выходного крутящего момента, обеспечиваемого DISG, в зависимости от желаемого крутящего момента.
Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, описанные со ссылкой на Фиг.4 процедуры могут представлять собой один или несколько принципов обработки, такие как принцип событийного управления, управления прерываниями, многозадачный режим, многопоточный режим, и прочие. По существу, различные действия, операции или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно, или, в некоторых случаях, пропущены. Аналогично, порядок действий не является обязательным, чтобы достичь характеристик и эффекта описанных примерных вариантов выполнения, он представлен для объяснения иллюстраций и описания. Одно или более проиллюстрированных действий или функций может быть повторено в зависимости от конкретной используемой стратегии.
Специалистам в данной области понятно, что допускаются различные изменения и модификации изобретения без выхода за рамки его сущности. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям I3, I4, I5, V6, V8, V10 и V12, а также двигателям, работающим на природном газе, газолине, дизельном топливе или альтернативном топливе.