СПОСОБ ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ГИБРИДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ)
HYBRID VEHICLE STARTING METHOD (EMBODIMENTS)

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие относится к способам и системам запуска двигателя гибридного транспортного средства. Указанные способы могут быть полезны, в частности, для гибридных транспортных средств с интегрированным в привод стартером/генератором.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
Гибридное исполнение транспортных средств может быть необходимым для выполнения требований по содержанию в выбросах в атмосферу углеводородов, окиси углерода и оксидов азота. Одним из методов приведения выбросов в соответствие с требованиями является подсоединение к двигателю трехкомпонентного каталитического нейтрализатора с целью окисления и восстановления отработавших газов в более приемлемые газы. Однако даже с трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором гибридное транспортное средство может не достичь требуемого качества выбросов, так как для того, чтобы обрабатывать отработавшие газы, трехкомпонентный нейтрализатор может нуждаться в прогреве до температуры активации (например, температуры, при которой достигается пороговая эффективность каталитического нейтрализатора). Сократить время прогрева каталитического нейтрализатора до температуры активации можно, установив момент зажигания с запаздыванием относительно минимального опережения зажигания, обеспечивающего наилучший крутящий момент, т.е. оптимального момента зажигания (ОМЗ). При более позднем зажигании отработавшие газы могут передать больше тепла в систему выпуска транспортного средства и ее компонентам. Тем не менее, установки момента зажигания с запаздыванием может быть недостаточно для прогрева каталитического катализатора до температуры активации так быстро, как это требуется для достижения требуемого качества выбросов. Следовательно, требуется поиск путей более быстрого прогрева каталитического нейтрализатора до температуры активации.
Авторами настоящего изобретения были выявлены вышеуказанные недостатки, и был разработан способ, включающий в себя следующее: эксплуатацию двигателя с существенно постоянными массой воздуха и моментом зажигания в ответ на то, что температура каталитического нейтрализатора меньше порогового значения; при работе двигателя с существенно постоянной массой воздуха, варьирование крутящего момента двигателя при изменении частоты вращения двигателя; и при работе двигателя с существенно постоянной массой воздуха, обеспечение запрошенного водителем крутящего момента совокупностью крутящих моментов двигателя и электромотора.
Техническим результатом эксплуатации двигателя с существенно постоянной массой протекающего через него воздуха и существенно постоянным моментом зажигания и варьирования крутящего момента двигателя при изменении частоты вращения двигателя может быть ускоренный прогрев каталитического нейтрализатора при обеспечении крутящего момента, соответствующего крутящему моменту, запрошенному водителем. В частности, масса воздуха двигателя может быть выбрана таким образом, чтобы обеспечить требуемую теплопередачу от двигателя к каталитическому нейтрализатору, который прогревался бы до температуры активации за необходимое время даже при изменяющихся скорости движения транспортного средства и запрашиваемом водителем крутящем моменте. Связанный с двигателем электромотор может дополнить или убавить крутящий момент двигателя для обеспечения запрошенного водителем крутящего момента на крыльчатке преобразователя крутящего момента при изменении частоты вращения двигателя при замедлении или ускорении транспортного средства. Тем самым можно выдерживать существенно постоянным поток воздуха через двигатель даже при изменении частоты его вращения, чтобы обеспечить повторяемость достижения катализатором температуры активации при ускорении или замедлении транспортного средства.
Настоящее раскрытие может обеспечить ряд преимуществ. В частности, предлагаемый подход может улучшить характеристики транспортного средства по выбросам в атмосферу. Кроме того, он может улучшить дорожные качества транспортного средства при запуске двигателя. Дополнительно, данный подход может создать условия для более точного управления воздушно-топливным отношением при прогреве до рабочей температуры компонентов системы снижения токсичности выбросов.
Приведенные выше преимущества, равно как иные преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения будут явным образом представлены в нижеследующем разделе «Осуществление изобретения», который может рассматриваться либо отдельно, либо совместно с сопроводительными чертежами.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут описаны подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
Раскрываемые здесь преимущества станут более понятными при прочтении описания примера осуществления в разделе «Осуществление изобретения» либо отдельно, либо совместно с сопроводительными чертежами, на которых:
На фиг. 1 схематически изображен двигатель;
На фиг. 2 показан пример конфигурации привода транспортного средства;
На фиг. 3 показан пример последовательности работы гибридного транспортного средства; и
На фиг. 4 показан пример способа управления приводом гибридного транспортного средства.
Осуществление изобретения
Настоящее раскрытие относится к улучшению качества выбросов гибридного транспортного средства после запуска двигателя. Гибридное транспортное средство может содержать двигатель, как показано на фиг. 1. Кроме того, двигатель может являться частью привода гибридного транспортного средства, как показано на фиг. 2. Выбросы двигателя в атмосферу могут быть уменьшены за счет прогрева каталитического нейтрализатора отработавших газов при работе двигателя и интегрированного в привод стартера/генератора (ИПСГ) по показанной на фиг. 3 последовательности. Двигатель и ИПСГ могут эксплуатироваться в показанной на фиг. 1 и фиг. 2 системе в соответствии с показанным на фиг. 4 способом для обеспечения работы по показанной на фиг. 3 последовательности.
Согласно иллюстрации на фиг. 1, двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий некоторое количество цилиндров, один из которых показан на фиг. 1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 содкржит камеру 30 сгорания, стенки 32 цилиндра и поршень 36, расположенный между указанными стенками и соединенный с коленчатым валом 40. С коленчатым валом 40 связаны маховик 97 и зубчатый венец 99. Стартер 96 (например, низковольтная (работающая с напряжением менее 30 вольт) электрическая машина) включает в себя вал 98 ведущей шестерни и ведущую шестерню 95. Вал 98 ведущей шестерни может выборочно продвигать ведущую шестерню 95 для ее вхождения в зацепление с зубчатым венцом 99. Стартер 96 может быть напрямую смонтирован на передней или задней стороне двигателя. В некоторых примерах стартер 96 может выборочно подавать крутящий момент на коленчатый вал 40 через ремень или цепь. В одном примере, исходным состоянием стартера 96 является его положение, в котором он расцеплен 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 клапаны могут независимо друг от друга приводиться в движение впускным кулачком 51 и выпускным кулачком 53. Положение впускного кулачка 51 может быть определено датчиком 55 положения впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может быть определено датчиком 57 положения выпускного кулачка.
Топливная форсунка 66 показана в положении для впрыска топлива непосредственно в камеру 30 сгорания, что специалистам известно как прямой впрыск. Альтернативно, топливо могут впрыскивать во впускной канал, что специалистам известно как впрыск во впускные каналы. Топливная форсунка 66 подает жидкое топливо пропорционально ширине импульса сигнала от контроллера 12. К топливной форсунке 66 топливо доставляется топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не показана).
Кроме того, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с компрессором 162 турбонагнетателя. Вал 161 механически связывает турбину 164 турбонагнетателя с компрессором 162 турбонагнетателя. Опциональная электронная дроссельная заслонка 62 регулирует положение дроссельной шайбы 64 для управления потоком воздуха из воздухозаборника 42 к компрессору 162 и во впускной коллектор 44. В одном примере для создания повышенных давлений топлива, могут использовать двухступенчатую топливную систему высокого давления. В некоторых примерах, дроссельная заслонка 62 и дроссельная шайба 64 могут быть размещены между впускным клапаном 52 и впускным коллектором 44 так, чтобы дроссельная заслонка являлась дроссельной заслонкой канала.
Система 88 зажигания без распределителя обеспечивает подачу искры в камеру 30 сгорания свечой 92 зажигания в ответ на команду контроллера 12. Универсальный датчик 126 содержания кислорода в отработавших газах (УСКОГ) показан связанным с выпускным коллектором 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 170. Альтернативно, вместо датчика 126 УСКОГ может применяться датчик содержания кислорода в отработавших газах с двумя состояниями.
В одном примере каталитический нейтрализатор 170 может включать в себя несколько блоков носителя. В другом варианте могут использоваться несколько устройств снижения токсичности выбросов, каждое с несколькими блоками носителя. В одном варианте каталитический нейтрализатор 170 может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором.
Контроллер 12 на фиг. 1 показан в виде обычного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (ЭЗУ) и обычную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал от датчика 134 положения, связанного с педалью 130 акселератора для измерения усилия, прилагаемого стопой 132 водителя; сигнал от датчика 154 положения, связанного с педалью 150 тормоза для измерения усилия, прилагаемого стопой 132 водителя; показания давления воздуха в коллекторе (ДВК) двигателя от датчика 122 давления, связанного с впускным коллектором 44; сигнал положения двигателя от датчика 118 на эффекте Холла, связанного с коленчатым валом 40; показания массы воздуха, входящего в двигатель от датчика 120; измеренное датчиком 58 положение дроссельной заслонки. Для обработки контроллером 12 могут измерять также барометрическое давление (датчик не показан). В предпочтительном аспекте настоящего изобретения датчик 118 положения коленчатого вала двигателя подает заданное количество равноотстоящих импульсов на каждый оборот коленчатого вала, по которому рассчитывается частота вращения двигателя (ЧВД) в оборотах в минуту (об/мин).
В некоторых примерах двигатель в гибридном транспортном средстве может быть связан с системой электромотора/аккумуляторной батареи, что показано на фиг. 2. Кроме того, в некоторых примерах могут использовать другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.
В процессе работы каждый цилиндр двигателя 10 типично проходит четырехтактный цикл, включающий: такт впуска, так сжатия, такт расширения и такт выпуска. На такте впуска обычно выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. По впускному коллектору 44 в камеру 30 сгорания поступает воздух, и поршень 36 перемещается в нижнюю часть цилиндра для увеличения внутреннего объема камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится внизу цилиндра в конце своего хода (то есть когда объем камеры 30 сгорания максимален), специалистами в данной области техники характерно называется нижней мертвой точкой (НМТ). На такте сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке цилиндра, сжимая при этом воздух внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится в конце своего хода вверху цилиндра (то есть когда объем камеры 30 сгорания минимален), специалистами в данной области техники характерно называется верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, который здесь и далее называется впрыском, в камеру сгорания вводится топливо. В процессе, который здесь и далее называется зажиганием, впрыснутое топливо воспламеняется известными способами и средствами, такими как свеча 92 зажигания, в результате чего происходит сжигание топливовоздушной смеси. На такте расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в момент вращения вала. Наконец, на такте выпуска открывается выпускной клапан 54, открывая сожженной топливовоздушной смеси путь в выпускной коллектор 48, а поршень возвращается в ВМТ. Следует отметить, что описание выше по тексту приведено только в качестве примера, и что моменты открытия или закрытия клапанов могут изменяться, например, для положительного или отрицательного перекрытия клапанов, позднего закрытия впускного клапана или по-другому.
На фиг. 2 показана блок-схема транспортного средства 225, включающего в себя привод 200. Показанный на фиг. 2 привод 200 включает в себя двигатель 10, показанный на фиг. 1. Привод 200 может получать мощность от двигателя 10. Двигатель может запускаться системой запуска двигателя, такой как показана на фиг. 2 или посредством интегрированного в привод стартера/генератора (ИПСГ) 240. ИПСГ 240 (например, высоковольтная (то есть работающая на напряжении свыше 30 вольт) электрическая машина) может также называться электрической машиной, электромотором и/или генератором. Кроме того, крутящий момент двигателя 10 может регулироваться посредством механизма 204 передачи крутящего момента, которым может быть топливная форсунка, дроссельная заслонка и т.д.
Выходной крутящий момент двигателя может передаваться через двухсекционный маховик 215 на входную сторону расцепляющей муфты 236 привода. Расцепляющая муфта 236 может приводиться в действие электрически или гидравлически. Выходная сторона расцепляющей муфты 236 показана механически связанной с входным валом 237 ИПСГ.
ИПСГ 240 может задействоваться для обеспечения крутящим моментом привода 200, или же для преобразования крутящего момента привода в электрическую энергию для сохранения последней в устройстве 275 хранения электрической энергии. ИПСГ 240, по сравнению с показанным на фиг. 1 стартером 96, имеет большую несущую способность по крутящему моменту. Кроме того, ИПСГ 240 напрямую приводит в движение привод 200 или напрямую приводится в движение приводом 200. Для связывания между собой ИПСГ 240 и привода 200 не используются какие-либо ремни, шестерни или цепи. Наоборот, ИПСГ 240 вращается с той же частотой, что и привод 200. Устройство 275 (например, высоковольтные аккумуляторная батарея или источник питания) хранения электрической энергии может быть аккумуляторной батареей, конденсатором или индуктором. Выходная сторона ИПСГ 240 механически связана с крыльчаткой 285 преобразователя 206 крутящего момента посредством вала 241. Входная сторона ИПСГ 240 механически связана с расцепляющей муфтой 236.
Преобразователь 206 крутящего момента содержит турбину 286 для выдачи крутящего момента на входной вал 270. Входной вал 270 механически связывает преобразователь 206 крутящего момента с автоматической трансмиссией 208. Преобразователь 206 крутящего момента также содержит байпасную блокирующую муфту 212 преобразователя крутящего момента (МПКМ). Когда МПКМ 212 заблокирована, крутящий момент от крыльчатки 285 передается напрямую турбине 286. МПКМ 212 управляется электрически контроллером 12. Альтернативно, МПКМ 212 может блокироваться гидравлически. В одном примере преобразователь 206 крутящего момента может считаться компонентом трансмиссии.
Когда МПКМ 212 полностью разблокирована, преобразователь 206 крутящего момента передает крутящий момент двигателя в автоматическую трансмиссию 208 посредством передачи текучей среды между турбиной 286 и крыльчаткой 285 преобразователя крутящего момента, что позволяет умножать крутящий момент. И наоборот, когда МПКМ 212 полностью заблокирована, выходной крутящий момент двигателя напрямую передается через МПКМ 212 на входной вал (не показан) трансмиссии 208. Альтернативно, МПКМ 212 может быть заблокирована частично, что позволяет регулировать количество крутящего момента, напрямую передаваемого трансмиссии. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью регулирования крутящего момента, передаваемого преобразователем 206 крутящего момента, регулируя МПКМ 212 в зависимости от различных условий работы двигателя или по запрашиваемым водителем различным режимам работы двигателя.
Автоматическая трансмиссия 208 содержит муфты 211 передач (например, для передач 1-6) и муфту 210 переднего хода. Муфты 211 передач и муфта 210 прямой передачи могут выборочно вводиться в зацепление для продвижения транспортного средства. Выходной крутящий момент от автоматической трансмиссии 208 в свою очередь через выходной вал 260 может быть передан на колеса 216 для продвижения транспортного средства. В частности, автоматическая трансмиссия 208 может передавать зависящий от условий движения транспортного средства входной движущий крутящий момент на входной вал 270 перед тем подавать выходной движущий крутящий момент на колеса 216.
Кроме того, за счет задействования колесных тормозов 218 к колесам 216 может прилагаться сила трения. В одном примере колесные тормоза 218 могут вводить в зацепление в ответ на нажатие водителем стопой на педаль (не показана) тормоза. В других примерах колесные тормоза могут быть введены в зацепление контроллером 12 или другим связанным с ним контроллером. Аналогичным образом, силу трения, прилагаемую к колесам 216, могут снижать, выводя из зацепления колесные тормоза 218 в ответ на отпускание педали тормоза стопой водителя. Кроме того, колесные тормоза могут прилагать силу трения к колесам 216 посредством контроллера 12, выполняя часть процедуры автоматической остановки двигателя.
Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью получения входных сигналов от двигателя 10, что показано более подробно на фиг. 1, чтобы соответственно управлять выходным крутящим моментом двигателя и/или работой преобразователя крутящего момента, трансмиссии, ИПСГ, муфт и/или тормозов. В одном примере управление выходным крутящим моментом двигателя может выполняться регулированием комбинации следующих параметров: момент зажигания, ширины импульса впрыска топлива, момента подачи импульса впрыска топлива и/или воздушного заряда, причем это регулирование выполняют, управляя открытием дроссельной заслонки и/или фазами газораспределения, высотой поднятия клапанов и наддувом для двигателей, оснащенных механическими нагнетателями или турбонагнетателями. В случае дизельного двигателя контроллер 12 может управлять выходным крутящим моментом двигателя, комбинированно управляя шириной импульса впрыска топлива, моментом подачи импульса впрыска топлива и воздушным зарядом. Во всех случаях управление двигателем для управления его выходным крутящим моментом может выполняться от цилиндра к цилиндру. Контроллер 12 также может управлять выходным крутящим моментом и выработкой электроэнергии от ИПСГ, регулируя ток, протекающий от обмоток статора и/или ротора ИПСГ и к ним, как это известно в уровне техники.
При удовлетворении условий холостого хода и остановки, контроллер 12 может инициировать отключение двигателя, прекратив подачу в двигатель топлива и искры. Тем не менее, в некоторых примерах коленчатый вал двигателя может продолжать вращаться. Кроме того, с целью сохранения крутящего момента в трансмиссии, контроллер может заземлить вращающиеся элементы трансмиссии 208 на кожух 259 трансмиссии, то есть на раму транспортного средства. При удовлетворении условий перезапуска двигателя, и/или когда оператор транспортного средства пожелает запустить транспортное средство, контроллер может снова активировать двигатель 10, прокрутив его и возобновив сжигание в цилиндрах.
На фиг. 3 показан пример последовательности работы гибридного транспортного средства. Показанная на фиг. 3 последовательность может быть обеспечена выполнением показанной на фиг. 1 и фиг. 2 системой показанного на фиг. 4 способа, хранящегося в виде инструкций в энергонезависимой памяти. Вертикальными линиями, отмеченными как Т1-Т5 на оси времени, показаны контрольные моменты последовательности.
Первый сверху график на фиг. 3 представляет собой график изменения по времени скорости движения транспортного средства. По оси Y отложена скорость движения транспортного средства, которая увеличивается в направлении, указанном стрелкой оси Y. По оси X отложено время, увеличивающееся слева направо.
На втором сверху графике на фиг. 3 показано переключение передач, происходящее с течением времени. По оси Y показана включенная передача, причем номера передач указаны на оси Y. По оси X отложено время, увеличивающееся слева направо.
Третий сверху график на фиг. 3 является графиком изменения по времени частоты вращения двигателя и ИПСГ. По оси Y отложена частота вращения двигателя и ИПСГ, которая увеличивается в направлении, указанном стрелкой оси Y. По оси X отложено время, увеличивающееся слева направо. В течение выполнения последовательности работы, двигатель и ИПСГ связаны друг с другом посредством расцепляющей муфты привода.
Четвертый сверху график на фиг. 3 является графиком изменения по времени запрошенного водителем крутящего момента. По оси Y отложен запрошенный водителем крутящий момент, увеличивающийся в направлении по стрелке оси Y. По оси X отложено время, увеличивающееся слева направо.
Пятый сверху график на фиг. 3 является графиком изменения по времени массы воздуха двигателя или массы воздуха, протекающего через двигатель. По оси Y отложена масса воздуха двигателя, увеличивающаяся в направлении по стрелке оси Y. По оси X отложено время, увеличивающееся слева направо.
Шестой сверху график на фиг. 3 является графиком изменения по времени крутящего момента ИПСГ. По оси Y отложен крутящий момент ИПСГ, увеличивающийся в направлении, указанном стрелкой оси Y. По оси X отложено время, увеличивающееся слева направо. Горизонтальной линией 302 показан максимальный крутящий момент ИПСГ при частотах вращения ИПСГ, меньших частоты вращения ИПСГ, при которой ИПСГ переходит от обеспечения постоянного максимального выходного крутящего момента на обеспечение постоянной максимальной выходной мощности.
Седьмой сверху график на фиг. 3 является графиком изменения по времени крутящего момента двигателя. По оси Y отложен крутящий момент двигателя, увеличивающийся в направлении, указанном стрелкой оси Y. По оси X отложено время, увеличивающееся слева направо.
В момент ТО времени, после холодного запуска двигателя, водитель выдает входной сигнал запрошенного крутящего момента, и скорость движения транспортного средства начинает нарастать. Масса воздуха двигателя или воздух, протекающий через двигатель, находится на заданном постоянном уровне. Крутящий момент ИПСГ начинает нарастать в ответ на увеличение водителем запрошенного крутящего момента, и крутящий момент двигателя начинает уменьшаться, чтобы сумма крутящих моментов ИПСГ и двигателя на крыльчатке находящегося ниже по потоку от ИПСГ преобразователя крутящего момента соответствовала запрошенному водителем крутящему моменту. Частота вращения двигателя возрастает, так как ИПСГ и двигатель связаны друг с другом, и так как суммарный крутящий момент ИПСГ и двигателя увеличивается до крутящего момента, запрошенного водителем. Трансмиссия находится на первой передаче, и скорость движения транспортного средства начинает возрастать вследствие запроса крутящего момента от водителя.
В момент Т1 трансмиссия переключается на вторую передачу. Это переключение определяется запрошенным водителем крутящим моментом и скоростью движения транспортного средства. Скорость движения транспортного средства продолжает расти, а частота вращения двигателя и частота вращения ИПСГ уменьшаются в результате перехода на более высокую передачу. Запрошенный водителем крутящий момент медленно уменьшается в ответ на действия водителя педалью акселератора, а масса воздуха двигателя остается неизменной, несмотря на снижение частоты вращения двигателя. Массу воздуха двигателя при снижении частоты вращения двигателя можно выдерживать постоянной, открывая дроссельную заслонку двигателя и/или устанавливая момент срабатывания впускного клапана с опережением. Открытие дроссельной заслонки двигателя и/или более раннее срабатывание впускного клапана повышают крутящий момент двигателя. В ответ на увеличение крутящего момента двигателя происходит снижение крутящего момента ИПСГ.
В промежутке между моментами Т1 и Т2 дроссельную заслонку двигателя закрывают (не показано) для сохранения неизменным потока воздуха через двигатель при увеличении частоты вращения двигателя и ИПСГ. Закрытие дроссельной заслонки двигателя снижает давление во впускном коллекторе, так что цилиндры двигателя на каждом событии сжигания топливовоздушной смеси начинают выдавать меньший крутящий момент. Следовательно, при повышении частоты вращения двигателя с сохранением постоянного потока воздуха через двигатель, крутящий момент двигателя снижается.
В момент Т2 времени трансмиссия со второй передачи переключается на третью, реагируя на скорость движения транспортного средства и запрошенный водителем крутящий момент. При переходе трансмиссии на третью передачу, частота вращения двигателя и ИПСГ снижается. Масса воздуха двигателя остается постоянной, а крутящий момент двигателя в ответ на снижение частоты вращения двигателя увеличивается для сохранения постоянной массы воздуха двигателя. Крутящий момент двигателя увеличивают, открывая дроссельную заслонку двигателя или устанавливая более раннее срабатывание впускного клапана. В результате увеличения крутящего момента двигателя снижается крутящий момент ИПСГ. Сумма крутящих моментов двигателя и ИПСГ обеспечивает на крыльчатке преобразователя крутящего момента транспортного средства крутящий момент, соответствующий запросу водителя.
В момент T3 времени скорость движения транспортного средства возрастает до более высокого уровня, и водитель уменьшает запрос крутящего момента, частично отпуская педаль акселератора. Для поддержания постоянного потока воздуха через двигатель крутящий момент двигателя возрастает, а крутящий момент ИПСГ снижается в ответ на снижение запрошенного водителем крутящего момента и повышение крутящего момента двигателя. В ответ на снижение водителем запроса крутящего момента, частота вращения двигателя и ИПСГ снижаются. Трансмиссия остается на третьей передаче, и скорость движения транспортного средства начинает снижаться.
В промежутке между моментами T3 и Т4 запрошенный водителем крутящий момент остается низким, а частота вращения двигателя и ИПСГ снижаются, так как запрошенный водителем крутящий момент невелик. Для поддержания количества воздуха двигателя его крутящий момент немного увеличивается, а крутящий момент ИПСГ снижается в ответ на увеличение крутящего момента двигателя. Скорость движения транспортного средства продолжает снижаться.
В момент Т4, водитель повышает запрос крутящего момента, нажимая на педаль акселератора. Трансмиссия остается на третьей передаче, а частота вращения двигателя и ИПСГ начинает увеличиваться для обеспечения суммарного крутящего момента двигателя и ИПСГ, который был бы равен крутящему моменту, запрошенному водителем. Когда частота вращения двигателя увеличивается, происходит уменьшение крутящего момента двигателя для сохранения постоянного потока воздуха через двигатель. Крутящий момент ИПСГ увеличивается при повышении запрошенного водителем крутящего момента и уменьшении крутящего момента двигателя.
В момент Т5 крутящий момент ИПСГ достигает предельного крутящего момента 302. Предельный крутящий момент 302 может быть максимальным крутящим моментом двигателя при данной частоте вращения ИПСГ. Максимальный крутящий момент ИПСГ является функцией частоты вращения ИПСГ. Крутящий момент ИПСГ выдерживают на уровне максимального крутящего момента ИПСГ, а крутящий момент двигателя повышают, чтобы сумма крутящих моментов ИПСГ и двигателя обеспечила бы на крыльчатке преобразователя крутящего момента запрошенный водителем крутящий момент. Для увеличения крутящего момента двигателя после достижения ИПСГ своего максимального крутящего момента, увеличивают поток воздуха через двигатель. Таким образом, массу воздуха двигателя придется увеличить, если ИПСГ выдает свой максимальный крутящий момент, но для удовлетворения запроса водителя его будет недостаточно. Таким образом, при эксплуатации двигателя с заданной постоянной массой воздуха, поток воздуха через двигатель можно сохранять постоянным до тех пор, пока запрошенный водителем крутящий момент не превысит сумму максимального крутящего момента ИПСГ и крутящего момента двигателя.
На фиг. 4 показан способ управления приводом гибридного транспортного средства. Показанный на фиг. 4 способ может быть включен в состав показанной на фиг. 1 и фиг. 2 системы в качестве исполняемых инструкций, хранящихся в энергонезависимой памяти. Кроме того, показанный на фиг. 4 способ может обеспечивать показанную на фиг. 3 последовательность работы.
На этапе 402 способа 400 оценивают, выполняется ли холодный запуск двигателя. Альтернативно или дополнительно, при выполнении способа 400 могут выяснить, работает ли двигатель в рамках предустановленных условий после холодного запуска, или работает ли двигатель в рамках предустановленных условий после теплого запуска. К предустановленным условиям после холодного и/или теплого запуска может быть отнесено следующее: температура каталитического нейтрализатора ниже первой пороговой температуры и/или температура двигателя меньше второй пороговой температуры. Двигатель может считаться находящимся в условиях холодного запуска, если температура двигателя и/или компонента системы выпуска отработавших газов меньше пороговой температуры (например, 20°C) и до тех пор, пока двигатель не проработает предустановленное количество времени или до тех пор, пока двигатель не достигнет пороговой температуры. Если способ 400 выясняет, что происходит холодный запуск двигателя, или если двигатель после запуска работает в рамках предустановленных условий, дается положительный ответ, и способ 400 переходит на этап 404. В противном случае, дается отрицательный ответ, и способ 400 переходит на этап 450.
На этапе 450 способа 400 регулируют массу воздуха двигателя по запрошенному водителем крутящему моменту, а момент зажигания выставляют на ограниченный детонацией момент зажигания или ОМЗ. Например, если запрошенный водителем крутящий момент увеличивается, то количество воздуха двигателя увеличивается. Если запрошенный водителем крутящий момент уменьшается, то уменьшается и количество воздуха двигателя. Кроме того, среднее воздушно-топливное отношение в двигателе становится близким к стехиометрическому воздушно-топливному отношению. После завершения регулировки воздушно-топливного отношения, выполнение способа 400 завершается.
На этапе 404 способа 400 определяют частоту вращения двигателя. В одном примере частоту вращения двигателя определяют, замеряя датчиком положения двигателя время поворота между различными положениями двигателя. Кроме того, на этапе 404 способа 400 определяют запрошенный водителем крутящий момент. В одном примере запрошенный водителем крутящий момент могут определять по положению педали акселератора и скорости движения транспортного средства. В частности, скорость движения транспортного средства и положение педали акселератора используют для индексирования таблицы, содержащей найденные эмпирически значения запрошенного водителем крутящего момента. Результатом анализа таблицы является запрошенный водителем крутящий момент для конкретного положения педали акселератора и конкретной скорости движения транспортного средства. После того, как будет найдена частота вращения двигателя, способ 400 переходит на этап 406.
На этапе 406 способа 400 определяют требуемую массу или требуемое количество воздуха, который должен протечь через двигатель. В одном примере требуемую массу воздуха для двигателя определяют эмпирически и сохраняют в таблице или функции, индексированной по температуре двигателя и/или температуре каталитического нейтрализатора. Кроме того, таблица или функция может быть индексирована по времени, прошедшему с момента остановки двигателя. Таблица может содержать требуемые величины массы воздуха для двигателя, которые позволяют каталитическому нейтрализатору в системе выпуска отработавших газов двигателя достичь требуемой температуры за пороговый промежуток времени. Требуемая для двигателя масса воздуха может быть существенно постоянной величиной (например, варьирующейся менее чем на 10%), начиная с момента времени, когда после остановки двигателя частота вращения двигателя достигла своего порогового значения, и до момента времени, когда каталитический нейтрализатор достигнет требуемой температуры, или до момента времени, когда запрошенный водителем крутящий момент превысит пороговое значение крутящего момента, включая все время между этими моментами. Кроме того, в некоторых примерах существенно постоянная масса воздуха может определяться температурой двигателя или температурой каталитического нейтрализатора в течение запуска двигателя. Например, масса воздуха для двигателя может быть большей величиной для меньших температур каталитического нейтрализатора и двигателя, при том, что масса воздуха для двигателя остается постоянной с момента времени, когда после остановки двигателя двигатель достиг пороговой частоты вращения и до момента удовлетворения предустановленных условий (например, разогрева каталитического нейтрализатора или двигателя до пороговой температуры). Например, если в течение первого запуска температура двигателя была 20°C, поток воздуха для двигателя может составить X кг/сек. Однако, если в течение второго запуска температура воздуха была 15°C, поток воздуха для двигателя может составить Y кг/сек, причем Y будет больше X. Соответствующие X и Y массы воздуха могут протекать через двигатель с момента времени, когда после остановки двигателя частота вращения двигателя достигла своего порогового значения и до момента времени, когда каталитический катализатор разогреется до требуемой температуры или когда запрошенный водителем крутящий момент превысит пороговое значение крутящего момента. Требуемую массу воздуха для двигателя определяют по таблице, и способ 400 переходит на этап 408.
На этапе 408 способа 400 определяют требуемое запаздывание зажигания относительно ОМЗ. В одном примере запаздывание зажигания относительно ОМЗ определяют эмпирически и хранят в таблице или функции, которая может быть индексирована по времени с момента остановки двигателя и/или по температуре двигателя или каталитического нейтрализатора. По таблице или функции находят запаздывание зажигания, и способ 400 переходит на этап 410. В одном примере запаздывание зажигания относительно ОМЗ может быть существенно постоянным (например, изменяющимся менее чем на 5 градусов угла поворота коленчатого вала) с момента остановки двигателя и до момента, когда каталитический нейтрализатор прогреется до требуемой температуры или до момента, когда запрошенный водителем крутящий момент превысит пороговое значение крутящего момента.
На этапе 410 способа 400 определяют крутящий момент двигателя, требуемый для обеспечения требуемой массы воздуха, найденной на этапе 406. В одном примере найденный на этапе 406 требуемый для двигателя поток воздуха умножают на воздушно-топливное отношение для того, чтобы найти расход топлива. Расход топлива может быть использован для индексирования таблицы или функции, по которым находят крутящий момент двигателя по расходу топлива и частоте вращения двигателя. По таблице или функции находят эмпирически найденные значения крутящего момента двигателя, соответствующие крутящему моменту, выдаваемому при текущей частоте вращения двигателя тогда, когда расход топлива в двигателе определяется требуемым потоком воздуха и воздушно-топливным отношением. После нахождения требуемого крутящего момента двигателя способ 400 переходит на этап 412.
На этапе 412 способа 400 определяют требуемый крутящий момент ИПСГ или электромотора. В одном примере требуемый крутящий момент электромотора определяют по следующему уравнению:
MOT
DD
DES_ENG
T=T-T
МОТ
DD
DES_ENG
где Т - требуемый крутящий момент электромотора, T - запрошенный водителем крутящий момент, a T - требуемый крутящий момент двигателя, найденный на этапе 410. После нахождения требуемого крутящего момента электромотора способ 400 переходит на этап 414.
МОТ
МОТ
МАХ
На этапе 414 способа 400 оценивают, не меньше ли крутящий момент электромотора (например, Т) максимального крутящего момента (например, Т_) электромотора. Если это так, то дается положительный ответ, и способ 400 переходит на этап 416. В противном случае дается отрицательный ответ, и способ 400 переходит на этап 418.
MOT_CMD
МОТ
ENG_CMD
DES_ENG
На этапе 416 способа 400 определяют командные крутящие моменты электромотора и двигателя. В частности, командный крутящий момент электромотора находят как T=Т, то есть командный крутящий момент электромотора является крутящим моментом электромотора, найденным на этапе 412. Командный крутящий момент двигателя находят как T=T, то есть командный крутящий момент двигателя является требуемым крутящим моментом двигателя, найденным на этапе 410. После нахождения командных крутящих моментов двигателя и электромотора выполнение способа 400 завершают.
Дополнительно, на этапе 416 способа 400 обеспечивают работу двигателя с существенно не изменяющейся при переключении передач трансмиссии массой воздуха (например, с массой воздуха, изменяющейся менее чем на 10%). Кроме того, при выполнении способа 400 могут выполнить переключение на повышенную передачу в ответ на то, что частота вращения электромотора находится в пределах пороговой частоты, при которой электромотор переходит от обеспечения постоянного максимального крутящего момента на обеспечение постоянной максимальной мощности. За счет переключения на повышающую передачу трансмиссии, максимальный крутящий момент ИПСГ можно выдерживать на более высоком уровне, чем он был бы, если бы частота вращения ИПСГ продолжала увеличиваться. Следовательно, можно сохранять условия, при которых через двигатель будет протекать одна и та же масса воздуха даже при увеличении скорости движения транспортного средства. Таким образом, для обеспечения большего максимального крутящего момента ИПСГ способ 400 может ограничить частоту вращения ИПСГ частотой, меньшей, чем та, при которой ИПСГ переходит от обеспечения постоянного максимального крутящего момента на обеспечение постоянной максимальной мощности.
В течение существования условий, в которых крутящий момент двигателя превышает запрошенный водителем крутящий момент, во время работы двигателя с существенно постоянной массой воздуха, ИПСГ можно перевести из режима электромотора (например, с подачей в привод положительного крутящего момента) в режим генератора (например, с подачей в привод отрицательного крутящего момента).
MOT_CMD
МОТ_МАХ
ENG_CMD
DD_ENG
МОТ_МАХ
На этапе 418 способа 400 определяют командные крутящие моменты электромотора и двигателя. В частности, командный крутящий момент электромотора находят как T=Т, то есть командный крутящий момент электромотора является максимальным крутящим моментом электромотора при текущей частоте вращения электромотора. Командный крутящий момент двигателя находят как T=T-Т, то есть командный крутящий момент двигателя является найденным на этапе 404 запрошенным водителем крутящим моментом двигателя за вычетом максимального крутящего момента электромотора при текущей частоте вращения электромотора. Крутящий момент двигателя регулируют, изменяя положение дроссельной заслонки, момент закрытия впускного клапана и/или подачу топлива. Крутящий момент электромотора регулируют, изменяя количество подаваемого на электромотор тока. Кроме того, если командный крутящий момент электромотора отрицательный, то электромотор эксплуатируют как генератор для поглощения крутящего момента двигателя. То есть, на этапе 418 при работе двигателя с существенно постоянным количеством воздуха и максимальным крутящим моментом ИПСГ при текущей частоте вращения ИПСГ, командный крутящий момент двигателя увеличивают в соответствии с запрошенным водителем крутящим моментом, чтобы поток воздуха двигателя стал больше существенно постоянного количества воздуха в ответ на то, что запрошенный водителем крутящий момент превысит максимальный крутящий момент двигателя. После нахождения командных крутящих моментов двигателя и электромотора выполнение способа 400 завершают.
Крутящий момент двигателя можно регулировать, изменяя количество впрыскиваемого топлива и положение дроссельной заслонки двигателя или изменяя момент закрытия впускного клапана. В одном примере в процессе регулирования требуемого крутящего момента двигателя для обеспечения требуемой массы воздуха в двигателе при изменении частоты вращения двигателя, можно отрегулировать дроссельную заслонку или моменты срабатывания впускного клапана для обеспечения во впускном коллекторе давления, соответствующего требуемому расходу воздуха в двигателе при текущей частоте вращения двигателя. В частности, давление во впускном коллекторе двигателя можно отрегулировать для обеспечения требуемой массы воздуха в двигателе путем регулирования дроссельной заслонки двигателя или момента закрытия впускного клапана с использованием следующего уравнения частоты/давления:
e
v
Где Me - требуемый поток воздуха через двигатель, R - газовая постоянная, Т - температура воздуха, N - частота вращения двигателя, Р - давление в коллекторе, и η - объемный к.п.д. двигателя. Регулирование давления во впускном коллекторе может выполняться в замкнутом контуре с обратной связью. Например, если по данным обратной связи от датчика давления давление во впускном коллекторе окажется больше требуемого, то дроссельную заслонку можно закрывать еще больше.
Таким образом, показанный на фиг. 4 способ является способом, включающим в себя следующее: эксплуатацию двигателя с существенно постоянными массой воздуха и моментом зажигания в ответ на то, что температура каталитического нейтрализатора меньше порогового значения; при работе двигателя с существенно постоянной массой воздуха, варьирование крутящего момента двигателя при изменении частоты вращения двигателя; и при работе двигателя с существенно постоянной массой воздуха, обеспечение запрошенного водителем крутящего момента совокупностью крутящих моментов двигателя и электромотора. Способ включает в себя запаздывание момента зажигания относительно оптимального момента зажигания. Способ включает в себя регулирование крутящего момента двигателя посредством регулировки положения дроссельной заслонки.
В некоторых примерах способ также включает в себя также регулирование крутящего момента двигателя посредством регулировки количества впрыскиваемого в двигатель топлива. Способ также включает в себя регулирование крутящего момента двигателя посредством регулировки положения кулачка или моментов срабатывания впускного клапана. Способ включает в себя эксплуатацию двигателя с существенно не изменяющейся при переключении передач трансмиссии массой воздуха. Способ также включает в себя варьирование в процессе запуска двигателя существенно постоянной массы воздуха в зависимости от температуры двигателя или каталитического нейтрализатора. Способ также включает в себя переход на повышенную передачу трансмиссии в ответ на то, что частота вращения электромотора находится в пределах пороговой частоты, при которой электромотор переходит от обеспечения постоянного максимального крутящего момента на обеспечение постоянной максимальной мощности.
Показанный на фиг. 4 способ также обеспечивает следующее: при эксплуатации двигателя при существенно постоянной массе воздуха, варьирование крутящего момента двигателя при изменении частоты вращения двигателя в ответ на то, что температура меньше своего порогового значения и запрошенный водителем крутящий момент меньше суммы максимальных крутящих моментов двигателя и интегрированного в привод стартера/генератора (ИПСГ), причем максимальный крутящий момент двигателя выдается при работе двигателя при существенно постоянной массе воздуха, а максимальный крутящий момент ИПСГ выдается при текущей частоте вращения ИПСГ; и при работе двигателя при существенно постоянной массе воздуха, обеспечение запрошенного водителем крутящего момента за счет крутящего момента двигателя и крутящего момента ИПСГ.
В некоторых примерах, когда двигатель работает с существенно постоянной массой воздуха, способ включает в себя эксплуатацию двигателя с существенно постоянной установкой момента зажигания. Способ также включает в себя то, что температурой является температура каталитического нейтрализатора или температура двигателя. Способ также включает в себя увеличение количества воздуха в двигателе относительно существенно постоянного количества воздуха в ответ на то, что запрошенный водителем крутящий момент превышает максимальный крутящий момент двигателя, когда двигатель работает с существенно постоянным количеством воздуха и максимальным крутящим моментом ИПСГ при текущей частоте вращения ИПСГ. Способ также включает в себя переход на повышенную передачу трансмиссии в ответ на то, что частота вращения ИПСГ находится в пределах пороговой частоты, при которой ИПСГ переходит с постоянного максимального крутящего момента на постоянную максимальную мощность. Способ включает в себя регулирование существенно постоянной массы воздуха в зависимости от температуры при запуске двигателя. Способ также включает в себя ограничение частоты вращения ИПСГ частотой, меньшей частоты, при которой ИПСГ переходит от обеспечения постоянного максимального крутящего момента на обеспечение постоянной максимальной мощности.
В некоторых примерах, показанный на фиг. 4 способ является способом, обеспечивающим следующее: при работе двигателя с существенно постоянной массой воздуха, варьирование крутящего момента двигателя при изменении частоты вращения двигателя; перевод интегрированного в привод стартера/генератора (ИПСГ) из режима электромотора в режим генератора в ответ на то, что при работе двигателя при существенно постоянной массе воздуха крутящий момент двигателя превышает крутящий момент, запрошенный водителем; и при работе двигателя с существенно постоянной массой воздуха, обеспечение запрошенного водителем крутящего момента за счет крутящего момента двигателя и крутящего момента ИПСГ. Способ также включает в себя увеличение количества воздуха в двигателе относительно существенно постоянного количества воздуха в ответ на то, что запрошенный водителем крутящий момент превышает максимальный крутящий момент двигателя, когда двигатель работает с существенно постоянным количеством воздуха и максимальным крутящим моментом ИПСГ при текущей частоте вращения ИПСГ. Способ также включает в себя переход на повышенную передачу трансмиссии в ответ на то, что частота вращения ИПСГ находится в пределах пороговой частоты, при которой ИПСГ переходит с постоянного максимального крутящего момента на постоянную максимальную мощность. Способ также включает в себя ограничение частоты вращения ИПСГ частотой, меньшей частоты, при которой ИПСГ переходит от обеспечения постоянного максимального крутящего момента на обеспечение постоянной максимальной мощности. Способ также включает в себя, при работе двигателя с существенно постоянной массой воздуха, эксплуатацию двигателя с существенно постоянным моментом зажигания.
Как будет понятно специалистам в данной области техники, описанные со ссылкой на фиг. 4 способы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Хотя это не показано явным образом, специалистам будет ясно, что один или несколько из иллюстрируемых этапов или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции, способы и/или функции могут графически изображать код, программируемый в энергонезависимом запоминающем устройстве машиночитаемой компьютерной среды хранения в системе управления двигателем.
На этом описательная часть завершена. Ее прочтение специалистами в данной области техники стимулирует внесение многих изменений и модификаций, не выходящих за рамки замысла и охвата настоящего описания. Например, настоящее описание может быть с пользой применено на двигателях конфигураций 13, 14, 15, V6, V8, V10 и V12, работающих на природном газе, бензине, дизельном или альтернативном топливе.