Система управления двигателем гибридного транспортного средства и гибридное транспортное средство
HYBRID VEHICLE ENGINE CONTROL SYSTEM AND HYBRID VEHICLE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в основном относится к способам и системам увеличения выходной мощности гибридного транспортного средства.
Уровень техники
Двигатели в гибридных транспортных средствах могут работать по циклу Аткинсона, что способствует более высокой экономии топлива по сравнению с работой по циклу Отто. При работе по циклу Аткинсона впускной клапан могут удерживать в открытом положении более длительное временя по сравнению с периодом открытого положения впускного клапана в течение цикла Отто. Ввиду более длительного открытия впускного клапана, эффективный коэффициент сжатия в цикле Аткинсона ниже, чем соответствующий коэффициент сжатия, достигаемый для цикла Отто. Для цикла Аткинсона, эффективный коэффициент расширения выше, чем коэффициент сжатия, что обеспечивает более высокую эффективность использования топлива. В связи с этим, мощность, переданная посредством работы двигателя по циклу Аткинсона, может быть меньше, чем мощность, переданная посредством работы двигателя по циклу Отто. В дополнение к этому, при работе двигателя по циклу Аткинсона может быть использовано топливо с пониженным октановым числом.
Были использованы различные подходы для работы двигателей транспортных средств по циклу Аткинсона. В одном из примеров подхода, представленного Кларком в патентном документе US 7765806, цикл Аткинсона использован в двигателе гибридного транспортного средства для увеличения эффективности использования топлива. В данном документе, для увеличения выходной мощности двигателя цикла Аткинсона во время повышения требования водителя, компрессор может быть использован для выборочного увеличения давления всасываемого воздуха и обеспечения желаемой мощности. Электромотор может быть использован для работы компрессора. Дополнительно, на основании желаемого требования мощности, электромотор в гибридном силовом агрегате может быть использован для приведения в движение транспортного средства и обеспечения желаемой мощности для эффективной работы транспортного средства.
Авторами настоящего изобретения определены потенциальные проблемы вышеупомянутого подхода. В качестве одного из примеров, посредством использования компрессора с электрическим приводом во время требований повышенной мощности, потребление энергии двигателя может увеличиться, что можно отнести к паразитным потерям мощности двигателя и/или к питанию аккумуляторной батареи, что снижает эффективность двигателя. Дополнительно, в условиях низкой степени заряженности аккумуляторной батареи, электромотор не может быть эффективно использован для вращения компрессора и/или приведения в движение транспортного средства. Авторами настоящего изобретения также определено, что даже с увеличением подачи всасываемого воздуха, выходной мощности двигателя, работающего по циклу Аткинсона, может быть недостаточно для удовлетворения требования водителя, что влияет на характеристики транспортного средства и увеличивает уровни шума, вибрации, жесткости (ШВЖ).
Сущность изобретения
В одном из примеров, проблемы, раскрытые выше, могут быть устранены посредством способа для гибридного транспортного средства, содержащего двигатель и электромотор, включающего в себя: в ответ на более низкий, чем пороговое значение, требуемый крутящий момент, и более низкую, чем пороговое значение, степень заряженности системной аккумуляторной батареи, работу двигателя с использованием цикла Аткинсона; и в ответ на более высокий, чем пороговое значение, требуемый крутящий момент, работу двигателя с использованием цикла Отто с добавлением во впрыскиваемое топливо присадки, повышающей октановое число. Таким образом, в ответ на увеличение требуемого водителем крутящего момента, посредством впрыска октановой добавки в топливо и посредством регулировки впускной фазы газораспределения для работы двигателя по циклу Отто, вместо цикла Аткинсона, может быть обеспечена желаемая мощность.
В качестве одного из примеров, в гибридном транспортном средстве, в условиях, когда мощность, желаемая для работы транспортного средства ниже, чем пороговое значение, и при невозможности использования электромотора для отбора желаемой мощности, например, когда заряд аккумуляторной батареи находится ниже, чем пороговое значение, двигатель транспортного средства может работать по циклу Аткинсона для обеспечения желаемой мощности. Во время работы по циклу Аткинсона, впускная фаза газораспределения может быть подходящим образом отрегулирована для обеспечения пониженного коэффициента сжатия компрессора. Топливо с более низким октановым числом может быть впрыснуто во время работы двигателя по циклу Аткинсона. Во время работы двигателя по циклу Аткинсона, аккумуляторная батарея электромотора может быть заряжена. Если желательна более высокая, чем пороговое значение, мощность, то впускная фаза газораспределения может быть отрегулирована для работы двигателя по циклу Отто. При работе по циклу Отто, двигатель может работать с повышенным коэффициентом сжатия компрессора для обеспечения более высокой выходной мощности. Для того, чтобы в дальнейшем облегчить работу двигателя по циклу Отто, присадка, повышающая октановое число, (добавка) может быть впрыснута в топливную систему для увеличения октанового числа в топливе, подводимом к цилиндрам для сгорания. Величина впрыскиваемой присадки, повышающей октановое число, может быть определена на основании текущего октанового числа относительно желаемого уровня мощности. Также, момент зажигания может быть отрегулирован для работы двигателя по циклу Отто, вместо цикла Аткинсона.
Таким образом, посредством своевременного впрыскивания присадки, повышающей октановое число, в топливную систему и регулировки впускной фазы газораспределения, двигатель может работать по циклу Отто для достижения требуемого повышенного крутящего момента во время работы гибридного транспортного средства. Посредством работы двигателя по циклу Аткинсона в условиях, когда желательна пониженная выходная мощность и/или при пониженной степени заряженности аккумуляторной батареи, эффективность использования топлива может быть улучшена и аккумуляторная батарея может быть заряжена. Технический эффект добавления присадки, повышающей октановое число, во впрыскиваемое топливо во время работы двигателя по циклу Отто заключается в том, что октановое число топлива может быть отрегулировано во время работы двигателя по циклу Отто, что способствует увеличению эффективной мощности двигателя с улучшением эффективности использования топлива. Таким образом, посредством рациональной работы двигателя транспортного средства по циклу Аткинсона и по циклу Отто, эффективность использования топлива может быть улучшена, и может быть обеспечена желаемая выходная мощность.
Следует понимать, что приведенная выше сущность изобретения предусмотрена для введения в упрощенном виде набора идей, которые подробно раскрыты в осуществлении изобретения. Это не означает, что данный раздел предназначен для определения ключевых или существенных признаков заявленного изобретения, объем которого однозначно определен пунктами формулы изобретения, которая следует за осуществлением изобретения. Более того, заявленное изобретение не ограничено реализациями, которые устраняют любые недостатки, отмеченные выше или в любой другой части данного раскрытия.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показан схематический чертеж примера системы обеспечения движения гибридного транспортного средства.
На Фиг. 2 показан схематический чертеж системы двигателя гибридного транспортного средства.
На Фиг. 3 показана схема работы, отображающая способ, который может быть реализован для увеличения выходной мощности и эффективности использования топлива гибридного транспортного средства.
На Фиг. 4 показан пример работы двигателя гибридного транспортного средства для обеспечения желаемой выходной мощности в соответствии с настоящим раскрытием.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам увеличения выходной мощности гибридного транспортного средства. Пример системы транспортного средства с двигателем и мотором показан на Фиг. 1, а подробное раскрытие системы двигателя, содержащей топливную систему и систему присадки, повышающей октановое число, показано на Фиг. 2. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения процедуры управления, например, примера процедуры, представленной на Фиг. 3, для регулирования работы двигателя для обеспечения желаемого выходного крутящего момента при повышении эффективности использования топлива. Пример работы двигателя для обеспечения желаемого выходного крутящего момента показан на Фиг. 4.
На Фиг. 1 представлен пример системы 100 обеспечения движения транспортного средства. Например, система 100 транспортного средства может быть гибридным электрическим транспортным средством или может быть встроена в гибридное электрическое транспортное средство. Однако, следует понимать, что, хотя на Фиг. 1 показана система гибридного транспортного средства, в других примерах, система 100 транспортного средства может не являться системой гибридного транспортного средства и может быть приведена в движение исключительно посредством двигателя 110.
Система 100 обеспечения движения транспортного средства содержит двигатель внутреннего сгорания 110 и мотор 120. В качестве неограничивающего примера, двигатель 110 содержит двигатель внутреннего сгорания, а мотор 120, содержит электромотор. Мотор 120 может быть выполнен с возможностью использования или потребления другого источника энергии, отличного от источника энергии двигателя 110. Например, двигатель 110 может быть выполнен с возможностью потребления жидкого топлива (например, бензина) для создания эффективной мощности двигателя, в то время как мотор 120 может быть выполнен с возможностью потребления электроэнергии для создания эффективной мощности мотора. В связи с этим, транспортное средство с системой 100 обеспечения движения может быть упомянуто в качестве гибридного электрического транспортного средства (ГЭТС). При том, что на Фиг. 1 представлено ГЭТС, данное раскрытие не является ограничивающим и следует понимать, что системы и способы, представленные в данном документе, могут быть применены к не ГЭТС, в пределах объема настоящего изобретения.
В некоторых примерах, система 100 обеспечения движения транспортного средства может использовать множество различных режимов работы в зависимости от условий работы, встречаемых в системе обеспечения движения транспортного средства. Некоторые из данных режимов могут позволить поддерживать двигатель 110 в отключенном состоянии (установить в отключенное состояние), в котором сгорание топлива в двигателе не происходит. Например, при выбранных условиях работы мотор 120 может приводить в движение транспортное средство через ведущее колесо 130, как показано указателем 122, в то время как двигатель 110 отключен.
В других условиях работы, двигатель 110 может быть установлен в отключенное состояние (как раскрыто выше) в то время, как мотор 120 может работать для подзарядки устройства 150 накопления энергии. Например, мотор 120 может получать крутящий момент на колесе от ведущего колеса 130, как показано указателем 122, причем мотор может быть выполнен с возможностью преобразования кинетической энергии транспортного средства в электрическую энергию для устройства 150 накопления энергии, как показано указателем 124. Данный режим работы может быть упомянут в качестве рекуперативного торможения транспортного средства. Так, в некоторых вариантах осуществления, мотор 120 может быть выполнен с возможностью обеспечения функции генератора. Однако, в других вариантах осуществления, генератор 160, наоборот, может быть выполнен с возможностью получения крутящего момента на колесе от ведущего колеса 130, причем генератор может быть выполнен с возможностью преобразования кинетической энергии транспортного средства в электрическую энергию для устройства 150 накопления энергии, как показано посредством указателя 162.
Также в других условиях работы, двигатель 110 может работать посредством сгорания топлива, полученного от топливной системы 140, как показано указателем 142. Например, двигатель 110 может работать для приведения в движение транспортного средства через ведущее колесо 130, как показано указателем 112, в то время, как мотор 120 отключен. В других условиях работы, двигатель 110 или мотор 120 могут работать для приведения в движение транспортного средства через ведущее колесо 130, как показано указателями 112 и 122, соответственно. Конфигурация, в которой двигатель и мотор могут выборочно приводить в движение транспортное средство, может быть упомянута как система обеспечения движения транспортного средства параллельного типа. Следует обратить внимание, что в некоторых вариантах осуществления, мотор 120 может быть выполнен с возможностью приведения в движение транспортного средства посредством первой установки ведущих колес, а двигатель 110 может быть выполнен с возможностью приведения в движение транспортного средства посредством второй установки ведущих колес.
В других вариантах осуществления, система 100 обеспечения движения транспортного средства может быть выполнена в качестве системы обеспечения движения транспортного средства последовательного типа, на основании чего двигатель не напрямую приводит в движение ведущие колеса. В некоторых случаях, двигатель 110 может быть выполнен с возможностью обеспечения энергией мотора 120, который, в свою очередь, приводит в движение транспортное средство через ведущее колесо 130, как показано указателем 122. Например, во время выбранных условий работы, двигатель 110 может приводить в движение генератор 160, который может, в свою очередь, снабжать электроэнергией мотор 120, как показано указателем 114, и/или устройство 150 накопления энергии, как показано посредством указателя 162. В качестве другого примера, двигатель 110 может работать для приведения в движение мотора 120, который может, в свою очередь, быть снабжен функцией генератора для преобразования мощности двигателя в электрическую энергию, причем электрическая энергия может быть запасена в устройстве 150 накопления энергии для использования ее позднее мотором.
Топливная система 140 может содержать один или более топливных баков 144 для хранения топлива, расположенного на борту транспортного средства. Например, топливный бак 144 может хранить один или более видов жидкого топлива, включающих в себя, но без ограничения: бензин, дизельное топливо, и спиртовое топливо. В некоторых примерах, топливо может храниться на борту транспортного средства как смесь из двух или более разных видов топлива. К примеру, топливный бак 144 может быть выполнен с возможностью хранения смеси из бензина и этанола (например, Е10, Е85, и т.д.) или смеси из бензина и метанола (например, М10, М85, и т.д.), таким образом эти виды топлива или виды смесей топлива могут быть доставлены к двигателю 110, как показано посредством указателя 142. Также другие подходящие виды топлива или виды смесей топлива могут быть доставлены к двигателю 110, причем они могут сгорать в двигателе для генерирования эффективной мощности двигателя. Система 146 присадки, повышающей октановое число, может быть соединена с топливной системой посредством трубопровода 147 присадки, повышающей октановое число. Система улавливания топливных паров (в данном документе также упомянута, как система улавливания топливных паров) может быть соединена с топливной системой 140.
Эффективная мощность двигателя может быть использована для приведения в движение транспортного средства, как показано указателем 112, или для перезарядки устройства 150 накопления энергии посредством мотора 120 или генератора 160. В случае более низкого, чем пороговое значение, требуемого крутящего момента, когда степень заряженности устройства 150 накопления энергии находится ниже пороговой величины, двигатель может работать, используя цикл Аткинсона, с пониженным коэффициентом сжатия, и при более высоком, чем пороговое значение, требуемом крутящем моменте, двигатель может работать с повышенным коэффициентом сжатия, используя цикл Отто. В качестве одного из примеров, система 146 присадки, повышающей октановое число, может содержать резервуар для хранения присадки, повышающей октановое число (жидкость), трубопровод 147 присадки, повышающей октановое число, насос, и инжектор для подачи желаемой величины присадки, повышающей октановое число, к топливопроводу, в ответ на сигнал от контроллера. Во время работы двигателя с использованием цикла Отто, октановое число топлива, впрыскиваемого в цилиндры для сгорания, может быть отрегулировано посредством выборочного впрыскивания необходимого количества присадки, повышающей октановое число, в топливную систему, например, в ответ на детонацию двигателя. Впрыскивание присадки, повышающей октановое число, может включать в себя впрыскивание присадки, повышающей октановое число, в топливопровод ниже по потоку от резервуара топлива и выше по потоку от топливного инжектора. Система может регулировать присадку, повышающую октановое число, со впрыском во время работы цикла Отто отличным по сравнению с двигателем цикла Аткинсона, в частности для различных уровней СЗ аккумуляторной батареи, температуры двигателя, температуры каталитического нейтрализатора, желаемого крутящего момента двигателя и других факторов. Дополнительно, особенности работы двигателя, использующего цикл Аткинсона и цикл Отто, раскрыты согласно Фиг. 3.
В некоторых вариантах осуществления, устройство 150 накопления энергии может быть выполнено с возможностью хранения электроэнергии, которая может быть подведена к другим электрическим нагрузкам, расположенным на борту транспортного средства (отличных от мотора), включающим в себя обогрев салона и кондиционирование воздуха, запуск двигателя, свет фар, аудио и видео системы салона и т.д. В качестве неограничивающего примера, устройство 150 накопления энергии может содержать одну или более аккумуляторных батарей и/или конденсаторов.
Система 190 управления может быть соединена с одним или более из следующего: двигателем 110, мотором 120, топливной системой 140, устройством 150 накопления энергии и генератором 160. Система 190 управления может получать данные посредством сигналов обратной связи от одного или более из следующих элементов: двигателя 110, мотора 120, топливной системы 140, системы 146 присадки, повышающей октановое число, устройства 150 накопления энергии, генератора 160, системы 193 глобального геопозиционирования (СГГ), расположенной на борту, и бортовых камер 195. Дополнительно к этому, система 190 управления может быть выполнена с возможностью отправки управляющих сигналов к одному или более из следующего: двигателю 110, мотору 120, топливной системе 140, системе 146 присадки, повышающей октановое число, устройству 150 накопления энергии, генератору 160, бортовым камерам 195, в ответ на данные сигналов обратной связи. Система 190 управления может быть выполнена с возможностью получения показаний оператора в ответ на выходной сигнал системы обеспечения движения транспортного средства от оператора 102 транспортного средства. Например, система 190 управления может быть выполнена с возможностью получения сигнала обратной связи от датчика 194 положения педали, который соединен с педалью 192. Педаль 192 может быть схематически отнесена к педали тормоза и/или педали акселератора.
Устройство 150 накопления энергии может быть выполнено с возможностью периодического получения электроэнергии от источника энергии 180, расположенного на внешней стороне транспортного средства (например, не являющегося частью транспортного средства), как показано указателем 184. В качестве неограничивающего примера, система 100 обеспечения движения транспортного средства может быть выполнена в качестве дополнительного элемента гибридного электрического транспортного средства (ГЭТС), тем самым электроэнергия может быть передана устройству 150 накопления энергии от источника 180 энергии посредством электрического кабеля 182 трансмиссии. Во время работы перезарядки устройства 150 накопления энергии от источника 180 энергии, кабель 182 трансмиссии может электрически соединять устройство 150 накопления энергии и источник 180 энергии. В то время, как система обеспечения движения работает для приведения в движение транспортного средства, электрический кабель 182 трансмиссии может быть отсоединен между источником 180 энергии и устройством 150 накопления энергии. Система 190 управления может определять и/или контролировать величину электроэнергии, хранимой на устройстве накопления энергии, которая может быть упомянута в качестве степени заряженности (СЗ).
В других вариантах осуществления, электрический кабель 182 трансмиссии может быть исключен, причем электрическая энергия может быть получена беспроводным способом на устройстве 150 накопления энергии от источника 180 электроэнергии. Например, устройство 150 накопления энергии может получать электрическую энергию от источника 180 электроэнергии посредством одного или более из следующего: электромагнитной индукции, радиоволн и электромагнитного резонанса. В связи с этим, следует понимать, что любой допустимый подход может быть использован для перезарядки устройства 150 накопления энергии от источника питания, который не является частью транспортного средства. Таким образом, электромотор 120 может приводить в движение транспортное средство, используя источник энергии, отличный от топлива, используемого двигателем 110.
Топливная система 140 выполнена с возможностью периодического получения топлива от источника топлива, находящегося вне транспортного средства. В качестве неограничивающего примера, система 100 обеспечения движения транспортного средства может быть заправлена топливом, посредством получения топлива через топливораздаточное устройство 170, как показано указателем 172. В некоторых вариантах осуществления, топливный бак 144 может быть выполнен с возможностью хранения топлива, полученного от топливораздаточного устройства 170, пока оно не будет подано в двигатель 110 для сгорания. В некоторых вариантах осуществления, система 190 управления выполнена с возможностью получения показаний уровня топлива, хранимого в топливном баке 144, посредством датчика уровня топлива. Уровень топлива, хранимого в топливном баке 144 (например, определенный посредством датчика уровня топлива), может быть передан оператору транспортного средства, например, с помощью указателя уровня топлива или отображения на приборной панели 196 транспортного средства.
Система 100 обеспечения движения транспортного средства может также содержать датчик 198 условий окружающей среды, например, для оценки температуры окружающей среды или влажности окружающей среды. Приборная панель 196 транспортного средства может содержать световой индикатор (индикаторы) и/или текстовый дисплей, на котором отображены сообщения оператору. Приборная панель 196 транспортного средства может также содержать различные входные блоки для получения входного сигнала оператора, например, кнопки, наборные диски, сенсорные экраны, голосовые входы/распознавание речи и т.д. В альтернативном варианте осуществления, приборная панель 196 транспортного средства может передавать аудиосообщения оператору без отображения. Данные устройства могут быть соединены с системой 190 управления.
На Фиг. 2 представлен пример варианта 200 осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Управление двигателем 10 по меньшей мере частично может быть осуществлено системой управления, содержащей контроллер 12, и посредством входного сигнала от оператора 230 транспортного средства через устройство 232 ввода. В данном примере, устройство 232 ввода содержит педаль акселератора и датчик 234 положения педали для формирования сигнала ПП, пропорционального положению педали. Требуемый крутящий момент (требуемый водителем) может быть определен из положения педали акселератора посредством входного сигнала от датчика 234 положения педали. На основании условий эксплуатации, двигатель может работать в соответствии с циклом Отто, либо циклом Аткинсона. Работа по циклу Отто включает в себя работу двигателя с повышенным коэффициентом сжатия, в то время, как работа по циклу Аткинсона включает в себя работу двигателя с пониженным коэффициентом сжатия. Например, в ответ на более низкое, чем пороговое значение, требование крутящего момента, и более низкое, чем пороговое значение, состояние заряда системной аккумуляторной батареи, двигатель может работать, используя цикл Аткинсона, и в ответ на более высокое, чем пороговое значение, требование крутящего момента, двигатель может работать, используя цикл Отто. Пороговое значение требуемого крутящего момента определяют на основании максимально допустимой мощности двигателя. Во время работы двигателя по циклу Аткинсона, аккумуляторная батарея электромотора может быть заряжена. Как только степень заряженности аккумуляторной батареи увеличена до степени, превышающей пороговое значение заряда, как электромотор, так и двигатель могут работать одновременно для обеспечения требования желаемого крутящего момента (например, как определено из положения педали и таблицы преобразования скорости транспортного средства для текущего передаточного коэффициента трансмиссии).
Цилиндр 14 (т.е. камера сгорания) двигателя 10 может содержать стенки 236 камеры сгорания с расположенным там поршнем 238. Поршень 238 может быть соединен с коленчатым валом 240 так, чтобы была возможность преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 240 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Также стартерный электромотор может быть соединен с коленчатым валом 240 посредством маховика для обеспечения запуска работы двигателя 10.
Цилиндр 14 может быть выполнен с возможностью получения всасываемого воздуха через ряд впускных воздушных каналов 242, 244 и 246. Впускной воздушный канал 246, в дополнение к цилиндру 14, может быть соединен и с другими цилиндрами двигателя 10. Впускной канал 244 может содержать дроссель 262, имеющий дроссельную заслонку 264. В данном конкретном примере, положение дроссельной заслонки 264 может быть изменено с помощью контроллера 12 посредством сигнала, подаваемого на электромотор или исполнительный механизм, входящий в состав дросселя 262, в конфигурации, которую обычно называют электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссель 262 может быть регулируемым для изменения всасываемого воздуха, поступающего в камеру сгорания, а также в другие цилиндры двигателя. Расположение дроссельной заслонки 264 может быть передано на контроллер 12 посредством сигнала положения дроссельной заслонки (ПДЗ). Впускной воздушный канал 242 может содержать датчик температуры всасываемого воздуха (ТВВ) и датчик барометрического давления (БД). Датчиком ТВВ оценивают температуру всасываемого воздуха для использования в работе двигателя и подают сигнал на контроллер 12. Подобным образом, датчиком БД оценивают давление окружающей среды для работы двигателя и подают сигнал на контроллер 12. Впускной канал 242 может дополнительно содержать датчик массового расхода воздуха и датчик 222 давления воздуха в коллекторе для подачи соответствующих сигналов МРВ и ДВК контроллеру 12.
Датчик 228 отработавших газов показан соединенным с выхлопным каналом 248, расположенным выше по потоку от устройства 278 снижения токсичности выбросов. Датчик 228 может быть любым подходящим датчиком для определения показаний воздушно-топливного отношения (ВТО) отработавших газов, например, линейным датчиком содержания кислорода или универсальным датчиком содержания кислорода в отработавших газах (УДКОГ), двухрежимным датчиком содержания кислорода или датчиком КОГ, датчиком НКОГ (нагреваемым КОГ), датчиком оксидов азота, датчиком углеводородов, или датчиком монооксида углерода. Датчик содержания кислорода может быть использован для оценки ВТО всасываемого и отработавшего газа. На основании оценки ВТО можно регулировать рабочие параметры двигателя, например, подачу топлива.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, показано, что цилиндр 14 содержит по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 250 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 256, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней области цилиндра.
Впускным клапаном 250 могут управлять посредством контроллера 12 через исполнительный механизм 252. Аналогичным образом, выпускным клапаном 256 могут управлять посредством контроллера 12 через исполнительный механизм 254. В некоторых условиях, контроллер 12 может изменять сигналы, подаваемые на исполнительные механизмы 252 и 254, для управления открытием и закрытием соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 250 и выпускного клапана 256 может быть определено посредством соответствующих датчиков положения клапана (не показаны). Исполнительные механизмы клапанов могут являться приводами клапанов электроприводного типа или кулачкового типа, или их комбинацией. Установка фаз газораспределения впускного и выпускного клапанов может управляться одновременно или может быть использована любая возможная установка фаз кулачкового распределения, изменения фаз кулачкового распределения выхлопного кулачка, двойного независимого изменения фаз кулачкового распределения или фиксированная установка фаз кулачкового распределения. Каждая система кулачкового привода может содержать один или более кулачков и может быть выполнена с возможностью использования одного или более переключателей профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), что может быть выполнено с возможностью управления посредством контроллера 12 для изменения работы клапана. Например, в качестве альтернативы, цилиндр 14 может содержать впускной клапан, управляемый посредством электропривода клапанов, и выхлопной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, содержащего системы ППК и/или ИФКР. В других вариантах осуществления, впускной и выхлопной клапаны могут управляться посредством общего привода клапанов или системы привода, или привода или приводной системы изменения фаз газораспределения. Работа двигателя с использованием цикла Аткинсона включает в себя работу двигателя с первым коэффициентом сжатия и первой впускной фазой газораспределения, а работа двигателя с использованием цикла Отто включает в себя работу двигателя со вторым коэффициентом сжатия и второй впускной фазой газораспределения, причем первый коэффициент сжатия меньше, чем второй коэффициент сжатия, причем первая впускная фаза газораспределения длительнее, чем вторая впускная фаза газораспределения. Более длительная впускная фаза газораспределения включает в себя задержку закрытия впускного клапана после такта впуска.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 292 зажигания для инициирования горения. Система 290 зажигания может обеспечивать формирование искры зажигания в камере 14 сгорания посредством свечи 292 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12 при определенных режимах работы. Работа двигателя с использованием цикла Аткинсона дополнительно включает в себя работу с первым моментом зажигания, а работа двигателя с использованием цикла Отто дополнительно включает в себя работу со вторым моментом зажигания, причем второй момент зажигания опережает первый момент зажигания. В качестве альтернативы, второй момент зажигания может отставать относительно первого момента зажигания. Однако, в некоторых вариантах осуществления, свеча 292 зажигания может быть исключена, например, в случаях, когда двигатель 10 может инициировать зажигание посредством самовоспламенения или посредством впрыска топлива, что может иметь место в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одним или более топливным инжектором для подачи топлива в цилиндр. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 14 показан содержащим два топливных инжектора 266 и 270. Топливный инжектор 266 показа соединенным непосредственно с цилиндром 14 для прямого впрыска топлива в цилиндр в количестве, пропорциональном сигналу ширины топливного импульса ШТИ-1, получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 268. Таким образом, топливный инжектор 266 обеспечивает так называемый прямой впрыск топлива в цилиндр 14 сгорания. Хотя инжектор 266 показан на Фиг. 1 в качестве бокового инжектора, он может также быть расположен и над поршнем, например, вблизи расположения свечи 292 зажигания. Такое расположение может улучшить процесс смешивания и сгорания, когда двигатель работает на спиртосодержащем топливе, поскольку некоторые разновидности спиртосодержащего топлива обладают пониженной летучестью. С другой стороны, инжектор может быть расположен над поршнем и вблизи впускного клапана для улучшения смешивания. Топливо может быть передано к топливному инжектору 266 от топливной системы 272 высокого давления, содержащей топливный бак, топливные насосы, топливную рампу и драйвер 268. В качестве альтернативы, доставка топлива может быть осуществлена посредством одноступенчатого топливного насоса при более низком давлении, в таком случае установка фаз прямого впрыска топлива может быть более ограниченной на такте сжатия, чем в случае использования топливной системы высокого давления. Кроме того, хотя это и не показано, топливный бак может содержать датчик давления, обеспечивающий сигнал для контроллера 12.
Топливный инжектор 270 показан расположенным во впускном канале 246, а не в цилиндре 14, в конфигурации, которая обеспечивает так называемый впрыск топлива во впускные каналы, расположенные выше по потоку от цилиндра 14. Топливный инжектор 270 может быть выполнен с возможностью впрыска топлива пропорционально сигналу ширины топливного импульса ШТИ-2, полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 271. Топливо может быть передано в топливный инжектор 270 посредством топливной системы 272.
В течение одного цикла цилиндра топливо может быть передано посредством двух инжекторов в цилиндр. Например, каждый инжектор может подавать часть от общего впрыска топлива, которая сжигается в цилиндре 14. Кроме того, распределенное и/или относительное количество топлива, подаваемого от каждого инжектора, может изменяться в зависимости от условий работы, например, нагрузки на двигатель и/или детонации, например, как раскрыто ниже в данном документе.
Топливные инжекторы 166 и 170 могут иметь различные характеристики. Они могут включать в себя различия в размере, например, один инжектор может иметь большее отверстие для впрыска, чем другой. Другие отличия включают в себя, но не ограничены этим, различные углы распыления, различные рабочие температуры, различные траектории, различные моменты впрыска, различные характеристики распыления, различные местоположения и т.д. Более того, в зависимости от коэффициента распределения впрыска топлива между инжекторами 270 и 266 могут быть достигнуты различные эффекты.
Топливный бак в топливной системе 272 может содержать разновидности топлива, обладающие различными свойствами, например, различным составом. Данные различия могут заключаться в различном содержании спирта, различном октановом числе, различной теплоте парообразования, различном сочетании компонентов и/или в комбинации указанных свойств. В одном из примеров, топливо из нескольких баков, каждый из которых содержит топливо с различным октановым числом, может одновременно быть подано к топливным инжекторам 270 и 266 для сгорания. В другом примере, топливный бак 272 может иметь отдельные отсеки с топливом с различным октановым числом, и один или более типов топлива могут одновременно быть впрыснуты для сгорания.
Система 280 присадки, повышающей октановое число, может быть соединена с топливной системой 272 для впрыска измеренных количеств присадки, повышающей октановое число, в топливную систему во время работы двигателя с использованием цикла Отто. Система добавления присадки, повышающей октановое число, может содержать резервуар 280 присадки, повышающей октановое число, один или более насосов 284 присадки, повышающей октановое число, трубопровод 287 присадки, повышающей октановое число, и инжектор 287 присадки, повышающей октановое число. При пониженном требуемом крутящем моменте двигателя, двигатель может работать с использованием цикла Аткинсона для увеличения эффективности использования топлива (ввиду меньшего коэффициента сжатия). Для работы двигателя с использованием цикла Аткинсона, топливо с пониженным октановым числом может быть использовано для сгорания. Вследствие этого, во время такой работы двигателя может быть нежелателен впрыск присадки, повышающей октановое число. Однако, при более высоком требуемом крутящем моменте двигателя, двигатель может работать с использованием цикла Отто для увеличения выходного крутящего момента двигателя (ввиду повышенного коэффициента сжатия). Для работы двигателя с использованием цикла Отто может быть необходимо топливо с повышенным октановым числом. Для увеличения октанового числа в сгораемом топливе в топливную систему может быть введена присадка, повышающая октановое число. В одном из примеров, дозированное количество присадки, повышающей октановое число, может быть впрыснуто в топливопровод посредством инжектора 287 присадки, повышающей октановое число. В одном из примеров, количество впрыскиваемой присадки, повышающей октановое число, может быть основано на октановом числе впрыскиваемого топлива, причем количество увеличивают при уменьшении октанового числа впрыскиваемого топлива. Количество впрыскиваемой присадки, повышающей октановое число, может быть дополнительно основано на разности между фактическим требуемым крутящим моментом и пороговым требуемым крутящим моментом, причем количество увеличивают при увеличении данной разности. Подробное раскрытие работы двигателя с использованием цикла Аткинсона и цикла Отто представлено на Фиг. 3. Таким образом, отдельный топливный бак может быть использован для хранения топлива, и топливо с различными октановыми числами может быть своевременно впрыснуто с использованием октановой добавки на основании работы двигателя.
x
Устройство 278 снижения токсичности отработавших газов показано расположенным вдоль выхлопного канала 248 ниже по потоку от датчика 228 отработавших газов. Устройство 278 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, уловитель NO, различные другие устройства снижения токсичности отработавших газов, или сочетание вышеупомянутых устройств.
Контроллер 12 показан на Фиг. 2 в качестве микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 206, порты 208 ввода/вывода, электронное устройство хранения данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанное в качестве микросхемы 210 постоянного запоминающего устройства в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 212, энергонезависимую память 214 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к сигналам, рассмотренным ранее, содержащие значение измерения требуемого водителем крутящего момента от датчика 234 положения педали, массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) от датчика 222 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя (ТХД) от датчика 216 температуры, соединенного с охлаждающей рубашкой 218; сигнал о положении двигателя (СПД) от датчика 220 на эффекте Холла (или датчика другого типа), положения дроссельной заслонки (ПДЗ) от датчика положения дроссельной заслонки, и сигнал абсолютного давления коллектора (АДК) от датчика 224. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД), может быть сгенерирован посредством контроллера 12 из сигнала СПД. Сигнал АДК давления в коллекторе от датчика давления в коллекторе может быть использован для обеспечения показаний вакуума, или давления во впускном коллекторе.
Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью получения сигналов от различных датчиков, представленных на Фиг. 1 и Фиг. 2, и использования различных исполнительных механизмов, представленных на Фиг. 1 и Фиг. 2, для регулировки работы двигателя на основании полученных сигналов и инструкций, хранимых в памяти контроллера 12. В одном из примеров, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью оценки требуемого крутящего момента на основании входного сигнала от датчика 234 положения педали и на основании более низкого, чем пороговое значение, крутящего момента, и более низкого, чем пороговое значение, уровня заряженности аккумуляторной батареи (электромотора в гибридном транспортном средстве), причем контроллер может быть выполнен с возможностью отправки сигнала к одному или более исполнительным механизмам двигателя для работы двигателя по циклу Аткинсона. В качестве примера, для работы двигателя по циклу Аткинсона, контроллер 12 может посылать сигнал к исполнительному механизму 252, соединенному с впускным клапаном, для увеличения периода открытия впускного клапана во время такта впуска. Если оценка крутящего момента выше порогового значения, то контроллер может послать сигнал к одному или более исполнительным механизмам двигателя для работы двигателя по циклу Отто. В качестве примера, для работы двигателя по циклу Отто, контроллер 12 может посылать сигнал к исполнительному механизму 252, соединенному с впускным клапаном, для уменьшения периода открытия впускного клапана во время такта впуска. Также, контроллер 12 может посылать сигнал ширины импульса к инжектору 287 присадки, повышающей октановое число, для впрыска желаемой величины присадки, повышающей октановое число, в топливопровод, передающий топливо к цилиндрам для сгорания.
Таким образом, в системах, представленных на Фиг. 1 и Фиг. 2, предусмотрена система для гибридного транспортного средства, содержащая: электромотор с аккумуляторной батареей, двигатель с множеством цилиндров, педаль акселератора с датчиком положения педали, впускной клапан, выхлопной клапан и свеча зажигания для каждого из цилиндров, топливную систему, содержащую топливный бак, топливный насос, топливопровод и топливный инжектор, систему добавления присадки, повышающей октановое число, содержащую трубопровод присадки, повышающей октановое число, и инжектор присадки, повышающей октановое число, соединенный с топливопроводом, и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти, для: определения более высокого, чем пороговое значение, требования крутящего момента на основании входного сигнала от датчика положения педали, и, в ответ на более высокое, чем пороговое значение, требование крутящего момента, приведения в действие инжектора присадки, повышающей октановое число, для впрыскивания некоторого количества присадки, повышающей октановое число, в топливопровод, и работу двигателя с повышенным коэффициентом сжатия, более короткой впускной фазой газораспределения и более поздним моментом зажигания.
На Фиг. 3 представлен пример способа 300, который может быть реализован для регулировки работы двигателя для обеспечения желаемого выходного крутящего момента, при одновременном увеличении эффективности использования топлива. Инструкции для осуществления способа 300 и остальных способов, включенных в настоящее раскрытие, могут быть выполнены при помощи контроллера на основании инструкций, хранимых в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше со ссылкой на Фиг. 1-2. Контроллер может быть выполнен с возможностью использования исполнительных механизмов двигателя системы двигателя для регулировки работы двигателя, в соответствии со способами, раскрытыми ниже.
На шаге 302, процедура включает в себя оценку и/или измерение текущих условий работы транспортного средства. Оцениваемые условия могут включать в себя, например, степень заряженности аккумуляторной батареи, соединенной с электромотором, требуемый крутящий момент водителя, температуру двигателя, нагрузку двигателя, частоту вращения двигателя, положение дроссельной заслонки, давление отработавших газов, воздушно-топливное отношение отработавших газов и т.д. Также, октановое число топлива, в данный момент доступного для сгорания, может быть определено посредством датчика топлива. В одном из примеров, датчик топлива может содержать датчик содержания спирта.
На шаге 304 процедура включает в себя определение того, превышает ли желаемый требуемый крутящий момент (мощность) пороговое значение крутящего момента. Оценка требуемого крутящего момента может быть основана на положении педали акселератора. При увеличении положения педали акселератора может соответственно увеличиваться требуемый крутящий момент. В одном из примеров, контроллер может определять положение педали акселератора на основании входного сигнала от датчика, связанного с педалью акселератора. Пороговое значение требуемого крутящего момента может быть основано на максимальной эффективной мощности двигателя. В качестве примера, пороговое значение крутящего момента может соответствовать 85% максимальной эффективной мощности двигателя.
Если определено, что требуемый крутящий момент ниже порогового значения, на шаге 306 процедура включает в себя определение того, превышает ли степень заряженности аккумуляторной батареи (СЗ) пороговый заряд. Пороговый заряд может соответствовать степени заряженности, требуемой для работы транспортного средства и обеспечения желаемого крутящего момента, посредством работы электромотора, соединенного с аккумуляторной батареей (то есть, посредством работы гибридного транспортного средства в электрическом режиме). Если определено, что степень заряженности аккумуляторной батареи достаточна для обеспечения желаемого крутящего момента, на шаге 308 двигатель может быть отключен, и транспортное средство может работать, используя электромотор.
Однако, если определено, что степень заряженности аккумуляторной батареи недостаточна для обеспечения желаемого крутящего момента, на шаге 310, двигатель транспортного средства может работать, используя цикла Аткинсона. Так, транспортное средство может быть переведено в режим двигателя и работать по циклу Аткинсона. В одном из примеров, транспортное средство может быть приведено в движение с использованием крутящего момента мотора, поступающего от электромотора во время меньшего, чем пороговое значение, требуемого крутящего момента, и в ответ на падение степени заряженности аккумуляторной батареи системы, работа транспортного средства переходит к приведению в движение транспортного средства с использованием крутящего момента двигателя с работой двигателя с пониженным коэффициентом сжатия. Коэффициент сжатия в цикле Аткинсона ниже, чем коэффициент расширения, что обеспечивает повышенную эффективность использования топлива. В одном из примеров, во время работы двигателя с использованием цикла Аткинсона коэффициент сжатия может составлять 10:1.
Работа двигателя с использованием цикла Аткинсона включает в себя, на шаге 311, впрыскивание топлива из топливного бака, в исходном состоянии, для сжигания. Таким образом, впрыскиваемое топливо может являться топливом с более низким октановым числом, которое по умолчанию доступно в топливном баке. В частности, работа двигателя с топливом с пониженным октановым числом не включает в себя добавление присадки, повышающей октановое число, в топливопровод. Поскольку добавление октановой добавки не требуется во время работы двигателя с использованием цикла Аткинсона, работа двигателя по циклу Аткинсона может быть экономически эффективной. Работа двигателя с использованием цикла Аткинсона дополнительно включает в себя, на шаге 312, смещение впускной фазы газораспределения текущего события сгорания до фазы газораспределения цикла Аткинсона. Контроллер может быть выполнен с возможностью отправки сигнала к исполнительному механизму, соединенному с впускным клапаном для удержания впускного клапана открытым в течение более длительного времени. В одном из примеров, во время цикла Аткинсона впускной клапан может быть удержан открытым в течение такта впуска и части такта сжатия. Также, для работы двигателя с использованием цикла Аткинсона, на шаге 313, момент зажигания текущего события сгорания может быть отрегулирован к моменту зажигания цикла Аткинсона. В одном из примеров, контроллер может быть выполнен с возможностью отправки сигнала к свече зажигания для замедления момента зажигания во время данной работы двигателя. В другом примере, контроллер может быть выполнен с возможностью отправки сигнала к свече зажигания для ускорения момента зажигания во время работы двигателя с использованием цикла Аткинсона.
На шаге 318, во время работы двигателя по циклу Аткинсона аккумуляторная батарея электромотора может быть заряжена. При более низком, чем пороговое значение, требуемом крутящем моменте двигателя, когда степень заряженности аккумуляторной батареи увеличена выше порогового заряда, как электромотор, так и двигатель могут работать (пока двигатель работает по циклу Аткинсона) одновременно для обеспечения требуемого крутящего момента.
Однако, если определено (на шаге 304), что требуемый крутящий момент выше, чем пороговое значение, может быть выявлено, что транспортное средство не может быть приведено в движение с использованием крутящего момента мотора от электромотора или крутящего момента двигателя от двигателя, работающего по циклу Аткинсона. В одном из примеров, транспортное средство может быть приведено в движение с использованием крутящего момента двигателя от электромотора при более низком, чем пороговое значение, требуемом крутящем моменте и в ответ на увеличение требуемого крутящего момента двигателя выше порогового значения требуемого крутящего момента, работа транспортного средства переходит к приведению в движение транспортного средства с использованием крутящего момента двигателя при работе двигателя с повышенным коэффициентом сжатия. Вследствие этого, для создания требуемого крутящего момента, на шаге 314, двигатель может работать с использованием цикла Отто. Коэффициент сжатия в цикле Отто выше, чем коэффициент расширения, что тем самым обеспечивает повышенный выходной крутящий момент. В одном из примеров, при работе двигателя с использованием цикла Отто коэффициент сжатия может составлять 12:1. Для достижения повышенного выходного крутящего момента посредством работы двигателя с использованием цикла Отто, топливо с повышенным октановым числом может быть впрыснуто для сгорания. Впрыск топлива с повышенным октановым числом включает в себя, на шаге 315, перед впрыском топлива, добавление некоторого количества присадки, повышающей октановое число из резервуара присадки, повышающей октановое число в топливопровод посредством инжектора присадки, повышающей октановое число. Количество впрыскиваемой присадки, повышающей октановое число, может быть основано на октановом числе топлива, доступного в топливном баке, и желаемом выходном крутящем моменте. В одном из примеров, текущий (увеличенный) требуемый крутящий момент может сравниваться с пороговым значением требуемого крутящего момента, причем может быть вычислена разность между повышенным требуемым крутящим моментом и пороговым значением крутящего момента, и количество впрыскиваемой присадки, повышающей октановое число, в топливопровод может быть отрегулировано на основании разности между повышенным требуемым крутящим моментом и пороговым значение требуемого крутящего момента. Регулировка может включать в себя увеличение количества присадки, повышающей октановое число, добавляемой в топливопровод по мере увеличения данной разности. Данная регулировка количества присадки, повышающей октановое число, впрыскиваемой в топливопровод, может быть дополнительно основана на октановом числе топлива, причем увеличение количества происходит по мере снижения октанового числа. Контроллер может быть выполнен с возможностью отправки сигнала, например, ширины импульса, к инжектору присадки, повышающей октановое число, для впрыска желаемой порции присадки, повышающей октановое число. Присадка, повышающая октановое число, может увеличить октановое число топлива, впрыскиваемого в цилиндры для сгорания, и увеличение октанового числа может в результате повысить выходной крутящий момент.
Работа двигателя с использованием цикла Отто дополнительно включает в себя, на шаге 316, смещение впускной фазы газораспределения для события сгорания к фазе газораспределения цикла Отто. Контроллер может быть выполнен с возможностью отправки сигнала к исполнительному механизму, соединенному с впускным клапаном для удержания впускного клапана открытым в течение более короткого периода, например, только в течение такта впуска. Работа двигателя с использованием цикла Отто дополнительно включает в себя, на шаге 317, регулировку момента зажигания для события сгорания для момента зажигания цикла Отто. В одном из примеров, контроллер может быть выполнен с возможностью отправки сигнала к свече зажигания для того, чтобы больше не применять позднее зажигание во время такой работы двигателя. В другом примере, может быть использован поздний момент зажигания во время работы двигателя с использованием цикла Отто.
Далее процедура переходит на шаг 318, и в течение работы двигателя по циклу Отто, аккумуляторная батарея электромотора может быть заряжена. После удовлетворения требования мощности двигателя для работы транспортного средства, любая избыточная мощность, производимая двигателем, может быть использована для зарядки системной аккумуляторной батареи. Таким образом, двигатель может в нужное время работать по циклу Аткинсона и циклу Отто для увеличения эффективности использования топлива и заряда аккумуляторной батареи электромотора.
Таким образом, способ для гибридного транспортного средства включает в себя: приведение в движение транспортного средства с использованием крутящего момента двигателя посредством впрыска топлива с пониженным октановым числом в двигатель, работающий с пониженным коэффициентом сжатия, более длительной впускной фазой газораспределения и первым моментом зажигания, и в ответ на увеличение в требуемом крутящем моменте до превышения порогового значения крутящего момента, переход к приведению в движение транспортного средства с использованием крутящего момента двигателя посредством впрыска топлива с повышенным октановым числом в двигатель, работающий с более высоким коэффициентом сжатия, более короткой впускной фазой газораспределения и вторым моментом зажигания повышенным, относительно первого момента зажигания. При этом топливо с пониженным октановым числом и топливо с повышенным октановым числом содержат одно и то же базовое топливо, причем топливо с повышенным октановым числом производят посредством добавления присадки, повышающей октановое число, в базовое топливо, тогда как топливо с пониженным октановым числом образуется посредством отсутствия добавления присадки, повышающей октановое число, в базовое топливо.
На Фиг. 4 показан пример последовательности 400 операций, представляющий регулирование рабочих параметров двигателя для обеспечения желаемого выходного крутящего момента при увеличении эффективности использования топлива. Горизонтальной осью (осью х) обозначено время, а вертикальными отметками t1-t6 обозначены основные моменты времени в работе транспортного средства.
На первом графике, кривой 402 показано изменение положения педали акселератора (требование водителя) со временем. На втором графике, кривой 404 показан желаемый выходной крутящий момент двигателя транспортного средства. Требуемый крутящий момент может быть оценен на основании положения педали. Пунктирной линией 405 показано пороговое значение крутящего момента двигателя. Когда желаемый крутящий момент двигателя ниже порогового крутящего момента, двигатель может работать с пониженным коэффициентом сжатия посредством цикла Аткинсона для увеличения экономии топлива, и, когда желаемый крутящий момент двигателя увеличен выше порогового крутящего момента, двигатель может работать с использованием повышенного коэффициента сжатия посредством цикла Отто для обеспечения желаемого крутящего момента. На третьем графике, кривой 406 показан коэффициент сжатия цилиндров во время работы двигателя транспортного средства в различных циклах. На четвертом графике, кривой 408 показано добавление присадки, повышающей октановое число, в топливную систему. Кривыми 409 и 410 обозначены количества присадки, повышающей октановое число, добавляемые в топливо между различными временными интервалами. На пятом графике, кривой 412 показана ширина импульса, представляющего продолжительность открытия впускного клапана во время работы двигателя. На шестом графике, кривой 414 показано степень заряженности аккумуляторной батареи (СЗ), питающей электромотор, используемый для приведения в движение транспортного средства. Пунктирной линией 415 показано пороговое значение СЗ аккумуляторной батареи, ниже которого транспортное средство больше не может быть приведено в движение только при использовании электромотора. На седьмом графике, кривой 416 показана работа двигателя с использованием цикла Аткинсона, и на седьмом графике, кривой 418, показана работа двигателя с использованием цикла Отто.
До момента времени t1 двигатель транспортного средства может не работать, и транспортное средство может быть приведено в движение с использованием крутящего момента электромотора. В течение данного времени, поскольку энергию от аккумуляторной батареи, подводящей питание к электромотору, используют для работы транспортного средства, степень заряженности аккумуляторной батареи (СЗ) может быть уменьшаться монотонно.
В момент времени t2 СЗ аккумуляторной батареи может быть уменьшена ниже порогового значения СЗ, и электромотор больше не может быть использован для приведения в движение транспортного средства. В ответ на уменьшение СЗ аккумуляторной батареи, пуск двигателя транспортного средства может происходить после периода бездействия. Между моментами времени t1 и t2 положение педали находится ниже порогового значения, и соответствующий требуемый крутящий момент двигателя может быть ниже порогового уровня. Вследствие этого, для работы двигателя при эффективном использовании топлива, в момент времени t2, двигатель работает с использованием цикла Аткинсона, посредством регулировки впускной фазы газораспределения для удержания впускных клапанов открытыми более продолжительное время (большая ширина импульса). Во время работы с использованием цикла Аткинсона коэффициент сжатия может быть ниже, что приводит к повышению эффективности использования топлива. Во время работы двигателя по циклу Аткинсона СЗ аккумуляторной батареи может оставаться неизменной, так как аккумуляторную батарею не используют для подачи питания для приведения в движение транспортного средства, и также аккумуляторная батарея не может быть существенно заряжена во время работы двигателя с использованием цикла Аткинсона. В качестве альтернативы, аккумуляторная батарея может быть своевременно заряжена во время работы двигателя с использованием цикла Аткинсона.
В момент времени t2 положение педали может быть увеличено выше порогового значения положения, и, соответственно, требуемый крутящий момент двигателя может также быть увеличен выше порогового значения. В ответ на увеличение желаемого выходного крутящего момента, двигатель может быть переключен на работу с использованием цикла Отто. Между моментами времени t2 и t3, для работы двигателя с использованием цикла Отто, впускная фаза газораспределения может быть отрегулирована для удержания впускного клапана открытым на более короткие промежутки времени (меньшая ширина импульса). Во время работы с использованием цикла Отто присадка, повышающая октановое число, может быть введена в топливопровод. Присадка, повышающая октановое число, может увеличить октановое число топлива, впрыскиваемого в цилиндры для сгорания, и увеличение октанового числа может в результате повысить выходной крутящий момент. Впрыск данного количества присадки, повышающей октановое число, в топливопровод включает в себя впрыск присадки, повышающей октановое число, из резервуара присадки, повышающей октановое число, в топливопровод посредством трубопровода присадки, повышающей октановое число, насоса присадки, повышающей октановое число и инжектора присадки, повышающей октановое число. Количество впрыскиваемой присадки, повышающей октановое число (как показано посредством кривой 409) увеличивают по мере увеличения разности между требуемым крутящим моментом и увеличением порогового значения крутящего момента, причем количество дополнительно увеличивают при уменьшении в топливном баке доступной присадки, повышающей октановое число. Во время работы двигателя по циклу Отто, мощность двигателя, доступная после обеспечения желаемого крутящего момента двигателя, может быть использована для зарядки аккумуляторной батареи, питающей электромотор, вследствие этого можно наблюдать увеличение СЗ аккумуляторной батареи.
В момент времени t3, положение педали может быть уменьшено ниже порогового положения, и, следовательно, требуемый крутящий момент двигателя может быть также уменьшен ниже порогового значения. Ввиду пониженного требуемого крутящего момента, между моментами времени t3 и t4, двигатель может работать с использованием цикла Аткинсона для повышения эффективности использования топлива. Для перехода от работы двигателя с использованием цикла Отто к работе двигателя с использованием цикла Аткинсона впускная фаза газораспределения может быть отрегулирована для увеличения периода времени открытия впускного клапана. Также, инжектор присадки, повышающей октановое число, может быть отключен для ожидания впрыска присадки, повышающей октановое число, и может быть возобновлена передача по умолчанию топлива с пониженным октановым числом. Во время работы двигателя с циклом Аткинсона СЗ аккумуляторной батареи может существенно не измениться.
В момент времени t4 происходит увеличение в положении педали; однако положение педали не увеличивают выше порогового значения положения. Соответственно, требуемый крутящий момент двигателя может быть увеличен, но по-прежнему быть ниже порогового крутящего момента. Между моментами времени t4 и t5 двигатель может продолжать работать с пониженным коэффициентом сжатия, используя цикл Аткинсона.
В момент времени t5 может происходить уменьшение в положении педали. Можно также сделать вывод, что в данный момент времени СЗ аккумуляторной батареи увеличено до уровня выше порогового значения СЗ. Вследствие этого между моментами времени t5 и t6 двигатель может быть отключен, и транспортное средство может быть приведено в движение исключительно с использованием мощности от электромотора.
В момент времени t6 положение педали может быть увеличено до уровня выше, чем пороговое значение, и, соответственно, требуемый крутящий момент может также быть увеличен выше порогового значения. Для обеспечения желаемой мощности, двигатель может быть запущен повторно и работа двигателя может быть инициирована с использованием цикла Отто, имеющего повышенный коэффициент сжатия. В топливную систему могут добавить присадку, повышающую октановое число, для увеличения октанового числа топлива, впрыскиваемого в цилиндры для сгорания. Поскольку требуемый крутящий момент двигателя в данным момент времени выше, чем требуемый крутящий момент двигателя между моментами времени t2 и t3, количество присадки, повышающей октановое число, впрыскиваемой после момента времени t6 (как показано посредством кривой 410) выше, чем количество присадки, повышающей октановое число, впрыскиваемой между моментами времени t2 и t3 (как показано посредством кривой 409). Повышенное октановое число топлива может способствовать достижению желаемого уровня мощности. Двигатель может продолжать работать по циклу Отто, пока желаемая мощность двигателя не будет уменьшена ниже порогового значения, а затем данный двигатель может работать по циклу Аткинсона для увеличения экономии топлива. Во время работы по циклу Отто, может генерироваться крутящий момент двигателя для удовлетворения требуемого крутящего момента, большего порогового значения, и одновременно может быть заряжена системная аккумуляторная батарея.
Таким образом, в ответ на увеличение требуемого крутящего момента двигателя октановая добавка может быть своевременно впрыснута в топливную систему, и один или более исполнительных механизмов двигателя могут быть отрегулированы для перехода от работы двигателя с использованием цикла Аткинсона к циклу Отто для обеспечения желаемой выходной мощности.
Таким образом, для системы гибридного транспортного средства, посредством своевременного переключения работы двигателя между циклом Аткинсона и циклом Отто на основании требуемого крутящего момента двигателя и степени заряженности системной аккумуляторной батареи может быть оптимизирована производительность транспортного средства и эффективность использования электроэнергии. При работе двигателя по циклу Аткинсона в условиях, когда требуется пониженная выходная мощность, и/или, когда понижена степень заряженности аккумуляторной батареи, эффективность использования топлива может быть улучшена. Также, во время работы двигателя с использованием цикла Отто, системная аккумуляторная батарея может быть одновременно заряжена. Технический эффект добавления присадки, повышающей октановое число, в топливо во время работы по циклу Отто заключается в том, что октановое число топлива может быть соответствующим образом отрегулировано без необходимости наличия нескольких видов топлива в топливной системе двигателя, и может быть обеспечен желаемый крутящий момент двигателя. Посредством регулировки впускной фазы газораспределения и момента зажигания во время работы по циклу Отто и циклу Аткинсона, может быть увеличена общая производительность двигателя.
Пример способа для гибридного транспортного средства, содержащего двигатель и мотор, включает в себя: в ответ на более низкий, чем пороговое значение, требуемый крутящий момент, и более низкую, чем пороговое значение, степень заряженности системной аккумуляторной батареи, обеспечивают работу двигателя с использованием цикла Аткинсона; и в ответ на более высокий, чем пороговое значение, требуемый крутящий момент, обеспечивают работу двигателя с использованием цикла Отто с добавлением во впрыскиваемое топливо присадки, повышающей октановое число. В любом предыдущем примере, дополнительно или опционально, работа двигателя с использованием цикла Аткинсона включает в себя работу двигателя с первым коэффициентом сжатия и первой впускной фазой газораспределения, а работа двигателя с использованием цикла Отто включает в себя работу двигателя со вторым коэффициентом сжатия и второй впускной фазой газораспределения, причем первый коэффициент сжатия меньше, чем второй коэффициент сжатия, причем первая впускная фаза газораспределения длительнее, чем вторая впускная фаза газораспределения. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, более длительная впускная фаза газораспределения включает в себя замедление закрытия впускного клапана после такта впуска. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, работа двигателя с использованием цикла Аткинсона дополнительно включает в себя работу с первым моментом зажигания, а работа двигателя с использованием цикла Отто дополнительно включает в себя работу со вторым моментом зажигания, причем второй момент зажигания является более ранним относительно первого момента зажигания. В любом или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, впрыскивание присадки, повышающей октановое число, включает в себя впрыскивание присадки, повышающей октановое число, в топливопровод ниже по потоку от резервуара топлива и выше по потоку от топливного инжектора. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, количество впрыскиваемой присадки, повышающей октановое число, основано на октановом числе впрыскиваемого топлива, причем данное количество увеличивают при снижении октанового числа впрыскиваемого топлива. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, количество впрыскиваемой присадки, повышающей октановое число, дополнительно основано на разности между фактическим требуемым крутящим моментом и пороговым значением требуемого крутящего момента, причем данное количество увеличивают при увеличении разности. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, пороговое значение требуемого крутящего момента зависит от максимально допустимой мощности двигателя. В любом или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, работа двигателя с использованием цикла Аткинсона или цикла Отто также включает в себя зарядку системной аккумуляторной батареи.
В качестве другого примера, способ для гибридного транспортного средства включает в себя приведение в движение транспортного средства с использованием крутящего момента двигателя посредством впрыска топлива с пониженным октановым числом в двигатель, работающий с пониженным коэффициентом сжатия, более длительной впускной фазой газораспределения и первым моментом зажигания; и, в ответ на увеличение в требуемом крутящем моменте выше порогового значения крутящего момента, переход к приведению в движение транспортного средства с использованием крутящего момента двигателя посредством впрыска топлива с повышенным октановым числом в двигатель, работающий с более высоким коэффициентом сжатия, более короткой впускной фазой газораспределения и вторым моментом зажигания, более ранним относительно первого момента зажигания. Любой предыдущий пример также включает в себя, дополнительно или опционально, приведение в движение транспортного средства с использованием крутящего момента мотора от электромотора во время меньшего, чем пороговое значение, требуемого крутящего момента, и, в ответ на падение степени заряженности системной аккумуляторной батареи, переход к приведению в движение транспортного средства с использованием крутящего момента двигателя с работой двигателя с пониженным коэффициентом сжатия. Любой или все предыдущие примеры также включают в себя, дополнительно или опционально, приведение в движение транспортного средства с использованием электромотора при более низком, чем пороговое значение, требуемом крутящем моменте и, в ответ на увеличение требуемого крутящего момента двигателя выше порогового значения требуемого крутящего момента, переход к приведению в движение транспортного средства с использованием крутящего момента двигателя при работе двигателя с повышенным коэффициентом сжатия. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, впрыскивание топлива с повышенным октановым числом включает в себя, перед впрыскиванием топлива из топливного бака, добавление некоторого количества присадки, повышающей октановое число, из резервуара присадки, повышающей октановое число, в топливопровод, соединяющий топливный бак с двигателем, посредством инжектора присадки, повышающей октановое число, и причем впрыскивание топлива с пониженным октановым числом, включает в себя впрыскивание топлива из топливного бака без добавления присадки, повышающей октановое число, в топливопровод. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, увеличение требуемого крутящего момента основано на положении педали, причем данный требуемый крутящий момент увеличивают при увеличении положения педали, и причем пороговое значение требуемого крутящего момента основано на максимальной выходной мощности двигателя. Любой или все предыдущие примеры, также содержат, дополнительно или опционально, сравнение увеличенного требуемого крутящего момента с пороговым значением требуемого крутящего момента, вычисление разности между увеличенным требуемым крутящим моментом и пороговым значением требуемого крутящего момента, и, в ответ на более высокий, чем пороговое значение, требуемый крутящий момент, регулирование количества впрыскиваемой в топливопровод присадки, повышающей октановое число, на основании разности между увеличенным требуемым крутящим моментом и пороговым значением требуемого крутящего момента. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, регулировка включает в себя увеличение количества присадки, повышающей октановое число, добавляемой в топливопровод при увеличении разности, причем регулировка дополнительно основана на октановом числе топлива, находящегося в топливном баке, причем количество впрыскиваемой присадки, повышающей октановое число, увеличивают при уменьшении октанового числа топлива, находящегося в топливном баке. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, более длительная впускная фаза газораспределения включает в себя поддержание впускного клапана в открытом положении в течение более длительного промежутка времени, а более короткая впускная фаза газораспределения включает в себя поддержание впускного клапана в открытом положении более короткий промежуток времени.
Также в другом примере, система для гибридного транспортного средства содержит: электромотор с аккумуляторной батареей, двигатель с множеством цилиндров, педаль акселератора с датчиком положения педали, впускной клапан, выхлопной клапан и свечу зажигания, соединенные с каждым из цилиндров, топливную систему, содержащую топливный бак, топливный насос, топливопровод и топливный инжектор, систему добавления присадки, повышающей октановое число, содержащую резервуар присадки, повышающей октановое число, насос присадки, повышающей октановое число, трубопровод присадки, повышающей октановое число, и инжектор присадки, повышающей октановое число, соединенный с топливопроводом, и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти, для: определения более высокого, чем пороговое значение, требуемого крутящего момента на основании входного сигнала от датчика положения педали, и, в ответ на более высокий, чем пороговое значение, требуемый крутящий момент, приведения в действие инжектора присадки, повышающей октановое число, для впрыскивания некоторого количества присадки, повышающей октановое число, в топливопровод, и работу двигателя с повышенным коэффициентом сжатия, более короткой впускной фазой газораспределения и более поздним моментом зажигания. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, контроллер содержит дополнительные инструкции для: в ответ на более низкий, чем пороговое значение, требуемый крутящий момент и более низкую, чем пороговое значение, степень заряженности аккумуляторной батареи, приведения в действие инжектора присадки, повышающей октановое число для приостановки впрыскивания присадки, повышающей октановое число, и работы двигателя с повышенным коэффициентом сжатия, более короткой впускной фазой газораспределения и более поздним моментом зажигания. В любом или всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, впрыскивание данного количества присадки, повышающей октановое число, в топливопровод включает в себя впрыскивание присадки, повышающей октановое число, из резервуара присадки, повышающей октановое число, в топливопровод посредством трубопровода присадки, повышающей октановое число, насоса присадки, повышающей октановое число, и инжектора присадки, повышающей октановое число, причем данное количество увеличивается при увеличении разности между требуемым крутящим моментом и пороговым значением требуемого крутящего момента, причем данное количество дополнительно увеличивается при уменьшении октанового числа топлива. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, предусмотрена возможность, при управлении работой двигателя с более высоким коэффициентом сжатия, создания крутящего момента двигателя для удовлетворения большего, чем пороговое значение, требуемого крутящего момента, и одновременной подзарядки аккумуляторной батареи.
В качестве альтернативы и/или в любом из предыдущих примеров, система может быть выполнена с возможностью различной регулировки впрыскивания присадки, повышающей октановое число, в течение работы двигателя по циклу Отто и работы двигателя по циклу Аткинсона. Впрыскивание присадки, повышающей октановое число, может быть более активным в ответ на детонацию во время работы цикла Отто, чем во время работы цикла Аткинсона (например, увеличение впрыскивания может быть обеспечено в ответ на индикацию детонации, и/или более длительное удержание впрыска присадки, повышающей октановое число, может быть обеспечено в ответ на детонацию), по сравнении с работой двигателя по циклу Аткинсона. Разница в повышении между режимами работы может быть дополнительно отрегулирована для различных СЗ аккумуляторной батареи, что включает в себя следующее: при повышении СЗ обеспечение повышенной степени разности между режимами в ответ на детонацию, по меньшей мере в одном из примеров, что обеспечивает возможность более активной работы по циклу Отто при повышенной СЗ и/или повышенной температуре окружающего воздуха.
Следует отметить, что примеры процедур измерения и управления, приведенные в настоящем раскрытии, могут быть использованы для различных двигателей и/или конфигураций системы транспортного средства. Раскрытые здесь способы и программы управления могут быть сохранены в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти, и могут быть реализованы системой управления, содержащей контроллер в комбинации с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими аппаратными средствами двигателя. Конкретные способы, раскрытые в данном документе, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, например, обработку событий, обработку прерываний, многозадачную обработку, много поточную обработку, и тому подобные. В связи с этим, различные действия, способы и/или представленные функции могут быть выполнены в отображенной последовательности, параллельно, или с пропуском некоторых способов. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для получения признаков и преимуществ вариантов осуществления, раскрытых в настоящем документе, но приведен в целях упрощения представления и раскрытия. Одно или несколько из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут наглядно представлять программный код, записанный в долговременную память машиночитаемого носителя в системе управления двигателем, в которой раскрытые действия осуществлены путем выполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и процедуры, раскрытые в настоящем документе, по сути являются примерами, и что данные конкретные варианты осуществления не следует рассматривать как ограничительные в отношении раскрытия изобретения, поскольку возможно существование их многочисленных модификаций. Например, вышеупомянутая технология может быть применена к типам двигателей V-6, I-4, I-6, V-12, двигателю с 4-мя оппозитными цилиндрами, и к двигателям других типов. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новые и не очевидные комбинации и частичные комбинации различных систем и конфигураций и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем документе.
Представленная ниже формула изобретения раскрывает определенные комбинации и частичные комбинации, рассмотренные в качестве новых и не очевидных, на которые следует обратить внимание. В данной формуле изобретения могут иметь ввиду «любой» элемент или «первый» элемент, или их эквиваленты. Следует понимать, что такие пункты формулы могут заключать в себе один или несколько таких элементов, ни требуя наличия, ни исключая два или несколько данных элементов. Другие комбинации и частичные комбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в объем настоящего изобретения, путем внесения изменений в данные пункты формулы или посредством добавления новых пунктов в данную формулу изобретения или в приложение к ней. Такие пункты формулы изобретения, будь они более полными, ограничивающими, эквивалентными или отличными по объему от изначальной формулы изобретения, также считаются входящими в объем настоящего изобретения.