用于發(fā)動機(jī)控制的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本申請涉及用于控制混合動力車輛系統(tǒng)中的發(fā)動機(jī)起動轉(zhuǎn)動的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機(jī)可以被配置為具有將燃料直接噴射到燃燒汽缸中(直接噴射)的直接燃料噴射器，和/或具有將燃料噴射到汽缸進(jìn)氣道中(進(jìn)氣道燃料噴射)的進(jìn)氣道燃料噴射器。除了更好地實(shí)現(xiàn)所噴射的燃料的增壓中冷效果外，直接噴射允許更高的燃料效率和更高的功率輸出得以實(shí)現(xiàn)。
[0003]然而，由于燃料可能在燃燒之前未與空氣充分混合的彌散/擴(kuò)散性火焰?zhèn)鞑?，直接噴射式發(fā)動機(jī)會產(chǎn)生更多顆粒物質(zhì)(PM)排放(或碳煙)。由于直接噴射就其本質(zhì)而言是相對晚的燃料噴射，因此對于所噴射的燃料與汽缸中的空氣的混合來說可能存在不足的時間。在一些工況下，液體燃料滴可以直接沖擊在諸如活塞、汽缸蓋和汽缸套的燃燒表面上。類似地，當(dāng)流過氣門時，所噴射的燃料不會遭遇紊流。因此，可能存在可以局部地產(chǎn)生碳煙的富燃區(qū)域，從而使排氣排放劣化。在發(fā)動機(jī)冷啟動運(yùn)轉(zhuǎn)期間，排放可以被進(jìn)一步惡化。具體地，由于由低燃料軌道壓力下差的燃料噴射器噴霧特性引起的差的燃料汽化和/或燃料沖擊燃燒室的冷金屬表面，因而產(chǎn)生碳煙，直至燃燒室被完全升溫。
[0004]發(fā)動機(jī)測試數(shù)據(jù)表明PM排放能夠通過增加發(fā)動機(jī)溫度來減少。因此，電發(fā)動機(jī)加熱器可以被包括在一些發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中。例如，如Vigild等人在US20120291762中示出的，進(jìn)氣加熱器在當(dāng)發(fā)動機(jī)燃料供給(fueling)停用時的DFSO狀況期間被運(yùn)轉(zhuǎn)。通過加熱向發(fā)動機(jī)汽缸泵送的空氣，發(fā)動機(jī)能夠被充分地加熱以減少碳煙排放。
[0005]然而，發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到這種方法的潛在問題。作為一個示例，由于在發(fā)動機(jī)啟動之前可用的有限時間，充分的加熱不是可能的。同樣，由于車輛上的有限動力可用性以及大的發(fā)動機(jī)質(zhì)量，可用的加熱可以是不充分的。因此，充分的發(fā)動機(jī)加熱所需的動力可以更高，從而導(dǎo)致差的燃料經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]以上問題中的一些可以通過利用發(fā)動機(jī)壓縮加熱以及各個汽缸壓縮行程加熱的各種組合來解決。一種示例方法包括，當(dāng)經(jīng)由馬達(dá)扭矩來推進(jìn)混合動力車輛時，使電動致動的進(jìn)氣壓縮機(jī)在進(jìn)氣節(jié)氣門關(guān)閉并且EGR閥打開的情況下旋轉(zhuǎn)，直至活塞溫度在閾值之上。另一示例方法包括，當(dāng)僅經(jīng)由馬達(dá)扭矩推進(jìn)混合動力車輛時，經(jīng)由馬達(dá)扭矩以比發(fā)動機(jī)起動轉(zhuǎn)動速度更低的速度使發(fā)動機(jī)在未供給燃料的情況下旋轉(zhuǎn)，同時使被耦接至排氣催化劑的排氣加熱器運(yùn)轉(zhuǎn)，并且同時保持EGR閥打開且進(jìn)氣節(jié)氣門關(guān)閉，以使加熱的空氣充氣再循環(huán)通過發(fā)動機(jī)。另一些組合可以用于各種加熱模式中。以此方式，可以在發(fā)動機(jī)被重啟動之前加快汽缸加熱。
[0007]作為示例，當(dāng)使混合動力車輛以電動模式運(yùn)轉(zhuǎn)時，在即將發(fā)生的發(fā)動機(jī)啟動之前并且響應(yīng)于汽缸活塞溫度不充分熱，發(fā)動機(jī)可以經(jīng)由混合動力車輛的馬達(dá)/發(fā)電機(jī)在未供給燃料的情況下緩慢地起動轉(zhuǎn)動，以加熱發(fā)動機(jī)汽缸。在一個示例中，緩慢的起動轉(zhuǎn)動可以在發(fā)動機(jī)啟動之前至少2-3分鐘開始。發(fā)動機(jī)可以以比發(fā)動機(jī)起動轉(zhuǎn)動速度更低的速度(諸如以10-30rpm)緩慢地旋轉(zhuǎn)。在緩慢的發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)期間，每個汽缸可以隨后經(jīng)歷汽缸壓縮行程，其中熱從壓縮空氣傳遞到汽缸壁、汽缸蓋和活塞。即使被傳遞到發(fā)動機(jī)的絕對熱量可能低，熱也被直接傳遞到當(dāng)發(fā)動機(jī)燃料供給被恢復(fù)時加熱使碳煙排放能減少的位置。當(dāng)使發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，進(jìn)氣節(jié)氣門可以被保持關(guān)閉，同時EGR閥被保持打開，使得加熱的空氣充氣以循環(huán)的方式被泵送，從而進(jìn)一步改善汽缸熱傳遞?？蛇x地，電進(jìn)氣加熱器和電排氣催化劑加熱器中的一者或更多者可以同時被運(yùn)轉(zhuǎn)，以進(jìn)一步使正被循環(huán)通過發(fā)動機(jī)汽缸的充氣的溫度升高。除了使汽缸溫度升高外，緩慢的發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)使燃料軌道壓力能被升高。一旦汽缸溫度充分熱，諸如當(dāng)活塞溫度高于閾值時，并且如果發(fā)動機(jī)重啟動條件存在，發(fā)動機(jī)可以在起動轉(zhuǎn)動期間被更快地旋轉(zhuǎn)，并且發(fā)動機(jī)燃料供給可以被恢復(fù)。
[0008]在另一示例中，當(dāng)混合動力車輛以電動模式運(yùn)轉(zhuǎn)時，響應(yīng)于對汽缸活塞加熱的需要，被耦接至電動致動的壓縮機(jī)的電動馬達(dá)可以被運(yùn)轉(zhuǎn)。在壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)期間，熱在空氣的壓縮期間被產(chǎn)生。當(dāng)壓縮機(jī)被旋轉(zhuǎn)時，汽缸氣門正時可以被調(diào)整，以增加氣門重疊，并改善壓縮空氣通過發(fā)動機(jī)汽缸的吹掃(blow-through)。這使來自加熱的空氣充氣的熱能在吹過期間被傳遞到汽缸。當(dāng)使壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)時，進(jìn)氣節(jié)氣門可以被保持關(guān)閉，同時EGR閥被保持打開，使得加熱的空氣充氣以循環(huán)的方式被泵送，從而進(jìn)一步改善汽缸熱傳遞?？蛇x地，電進(jìn)氣加熱器和電排氣催化劑加熱器中的一者或更多者可以同時被運(yùn)轉(zhuǎn)，以進(jìn)一步使正被循環(huán)通過發(fā)動機(jī)汽缸的充氣的溫度升高。在一些示例中，當(dāng)壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)時，壓縮機(jī)再循環(huán)閥可以打開，使得壓縮機(jī)能量也能夠被用來使下游增壓空氣冷卻器升溫。此外，當(dāng)使壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)時，發(fā)動機(jī)也可以在未供給燃料的情況下緩慢地旋轉(zhuǎn)，使得加熱的空氣能夠被均勻地分配到所有發(fā)動機(jī)汽缸。一旦汽缸活塞溫度充分熱，如果發(fā)動機(jī)重啟動條件存在，壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)可以被停用，發(fā)動機(jī)可以被起動轉(zhuǎn)動，并且發(fā)動機(jī)燃料供給可以被恢復(fù)。
[0009]以此方式，通過在發(fā)動機(jī)重啟動之前使電動致動的進(jìn)氣壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)可以被用來壓縮空氣充氣，由此產(chǎn)生熱。通過使壓縮機(jī)在壓縮機(jī)再循環(huán)閥打開的情況下旋轉(zhuǎn)，熱可以在下游增壓空氣冷卻器處從壓縮空氣排放。通過同時打開EGR閥并關(guān)閉進(jìn)氣節(jié)氣門，加熱的空氣充氣能夠被循環(huán)穿過發(fā)動機(jī)。此外，空氣充氣加熱能夠通過進(jìn)氣或排氣加熱器的使用來增強(qiáng)。通過額外地或可選地經(jīng)由馬達(dá)扭矩使發(fā)動機(jī)在未供給燃料的情況下緩慢地旋轉(zhuǎn)，泵送的空氣也能夠流過一個或更多個汽缸，由此在發(fā)動機(jī)重啟動之前使汽缸升溫。此外，壓縮行程加熱可以被用來加熱汽缸。通過預(yù)加熱發(fā)動機(jī)，來自發(fā)動機(jī)的顆粒排放能夠被減少，特別在發(fā)動機(jī)冷啟動期間。此外，燃料壓力能夠被升高到用于啟動的最優(yōu)值，從而改善重啟動期間的燃料噴射器噴霧特性。總的來說，冷啟動排放能夠被改善。
[0010]應(yīng)當(dāng)理解，提供以上概述是為了以簡化的形式介紹一些概念，這些概念在【具體實(shí)施方式】中被進(jìn)一步描述。這并不意味著確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或基本特征，要求保護(hù)的主題的范圍被緊隨【具體實(shí)施方式】之后的權(quán)利要求唯一地限定。此外，要求保護(hù)的主題不限于解決在上面或在本公開的任何部分中提及的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【附圖說明】
[0011]圖1示出示例混合動力車輛系統(tǒng)布局。
[0012]圖2示出示例發(fā)動機(jī)系統(tǒng)布局。
[0013]圖3示出示例燃燒室。
[0014]圖4示出用于在發(fā)動機(jī)啟動之前壓縮加熱發(fā)動機(jī)汽缸的示例方法。
[0015]圖5示出用于使用在發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)和壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)的各種組合期間產(chǎn)生的熱對發(fā)動機(jī)汽缸進(jìn)行加熱的示例方法。
[0016]圖6示出列出發(fā)動機(jī)的加熱運(yùn)轉(zhuǎn)的各種模式的表。
[0017]圖7圖示說明在壓縮行程期間的汽缸加熱的示例映射圖。
[0018]圖8圖示說明減少來自混合動力車輛系統(tǒng)的顆粒物質(zhì)排放的示例發(fā)動機(jī)加熱運(yùn)轉(zhuǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下描述涉及用于減少來自被耦接在混合動力車輛系統(tǒng)(諸如圖1的插電式混合動力電動車輛)中的發(fā)動機(jī)(諸如圖2-3的發(fā)動機(jī)系統(tǒng))的顆粒排放的系統(tǒng)和方法?？刂破骺梢员慌渲脼閳?zhí)行在使用馬達(dá)扭矩的車輛運(yùn)轉(zhuǎn)期間使發(fā)動機(jī)在未供給燃料的情況下旋轉(zhuǎn)的程序(諸如圖4-5的示例程序)，以便傳遞由壓縮行程(圖7)中的壓縮空氣產(chǎn)生的熱來加熱發(fā)動機(jī)燃燒室，同時還使燃料壓力升高。此外，控制器可以使發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的電動致動的壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)，以經(jīng)由壓縮機(jī)能量來加熱發(fā)動機(jī)。控制器可以使用如在圖6的表中列出的壓縮加熱的各種組合。圖8示出示例發(fā)動機(jī)加熱運(yùn)轉(zhuǎn)。以此方式，特別在冷啟動期間，能夠減少發(fā)動機(jī)顆粒排放。
[0020]圖1描述了用于車輛的混合動力推進(jìn)系統(tǒng)100。在所描述的實(shí)施例中，車輛是混合動力電動車輛(HEV)。推進(jìn)系統(tǒng)100包括具有內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)5，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10具有多個汽缸30?？梢詮陌ㄒ粋€或更多個燃料箱、一個或更多個燃料泵和一個或更多個燃料噴射器66的燃料系統(tǒng)(未示出)向發(fā)動機(jī)10的每個汽缸提供燃料。燃料噴射器66可以被配置為用于直接噴射、進(jìn)氣道噴射或兩者的組合。圖2提供了被耦接在混合動力推進(jìn)系統(tǒng)100中的示例發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的詳細(xì)描述。
[0021]發(fā)動機(jī)10經(jīng)由扭矩輸入軸18向變速器44輸送動力。在所描述的示例中，變速器44是動力分離式變速器(或驅(qū)動橋)，其包括行星齒輪組22和一個或更多個旋轉(zhuǎn)齒輪元件。變速器44還包括發(fā)電機(jī)24和電動馬達(dá)26。發(fā)電機(jī)24和電動馬達(dá)26也可以被稱為電機(jī)，因?yàn)榫梢宰鳛轳R達(dá)或發(fā)電機(jī)來運(yùn)轉(zhuǎn)。扭矩經(jīng)由動力輸送齒輪裝置34、扭矩輸出軸19和差動軸組件36從變速器44輸出，用于推進(jìn)車輛牽引輪52。
[0022]發(fā)電機(jī)24被可驅(qū)動地連接到電動馬達(dá)26，使得發(fā)電機(jī)24和電動馬達(dá)26中的每一者可以使用來自電能存儲裝置(本文被描述為電池54)的電能來運(yùn)轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，能量轉(zhuǎn)換裝置(諸如逆變器)可以被耦接在電池與馬達(dá)之間，以將電池的DC輸出轉(zhuǎn)換為用于馬達(dá)使用的AC輸出。然而，在替代實(shí)施例中，逆變器可以被配置在電動馬達(dá)中。
[0023]電動馬達(dá)26可以以再生模式(即，作為發(fā)電機(jī))來運(yùn)轉(zhuǎn)，以從車輛運(yùn)動和/或發(fā)動機(jī)吸收能量，并將吸收的動能轉(zhuǎn)換為適合于在電池54中存儲的能量形式。此外，如果需要，電動馬達(dá)26可以作為馬達(dá)或發(fā)電機(jī)來運(yùn)轉(zhuǎn)，以增大或吸收由發(fā)動機(jī)提供的扭矩。
[0024]行星齒輪組22包含環(huán)形齒輪42、恒星齒輪43和行星承載組件46。環(huán)形齒輪和恒星齒輪可以經(jīng)由承載件相互耦接。行星齒輪組22的第一輸入側(cè)被耦接至發(fā)動機(jī)10，而行星齒輪組22的第二輸入側(cè)被耦接至發(fā)電機(jī)24。行星齒輪組的輸出側(cè)經(jīng)由包括一個或更多個嚙合齒輪元件60-68的動力輸送齒輪裝置34耦接至車輛牽引輪52。在一個示例中，嚙合齒輪元件60-68可以是逐步變速(st印rat1)齒輪，其中承載組件46可以將扭矩分配到逐步變速齒輪。齒輪元件62、64和66被安裝在中間軸17上，其中齒輪元件64接合電動馬達(dá)驅(qū)動的齒輪元件70。電動馬達(dá)26驅(qū)動齒輪元件70，齒輪元件70充當(dāng)用于中間軸齒輪裝置的扭矩輸入。以此方式，行星承載件46 (并且因此發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī))可以經(jīng)由一個或更多個齒輪元件耦接至車輛車輪和馬達(dá)?；旌蟿恿ν七M(jìn)系統(tǒng)100可以在包括全混合動力系統(tǒng)的各種實(shí)施例中運(yùn)轉(zhuǎn)，其中車輛通過僅發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)協(xié)作地、或僅電動馬達(dá)、或其組合來驅(qū)動?？商娲兀o助或輕度混合動力實(shí)施例也可以被采用，其中發(fā)動機(jī)是主要扭矩源，而電動馬達(dá)在特定狀況期間(諸如在踩加速器踏板期間)選擇性地增加扭矩。
[0025]例如，車輛可以以發(fā)動機(jī)模式來驅(qū)動，其中發(fā)動機(jī)10被運(yùn)轉(zhuǎn)為用于為車輪52提供動力的主要扭矩源。在發(fā)動機(jī)模式期間，可以經(jīng)由燃料噴射器66從燃料箱向發(fā)動機(jī)10供應(yīng)燃料，使得發(fā)動機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)地供給燃料，以為推進(jìn)車輛提供扭矩。具體地，向行星齒輪組的環(huán)形齒輪輸送發(fā)動機(jī)動力。同時，發(fā)電機(jī)為恒星齒輪43提供扭矩，從而產(chǎn)生對發(fā)動機(jī)的反作用扭矩。因此，通過行星承載件向中心軸17上的齒輪62、64、66輸出扭矩，這進(jìn)而向車輪52輸送動力。此外，發(fā)動機(jī)能夠被運(yùn)轉(zhuǎn)為輸出比用于推進(jìn)所需的扭矩更多的扭矩，在此情況下，額外的動力被發(fā)電機(jī)(以發(fā)電模式)吸收，以給電池54充電或?yàn)槠渌囕v負(fù)荷提供電力。
[0026]在另一示例中，車輛可以以輔助模式來驅(qū)動，其中發(fā)動機(jī)10被運(yùn)轉(zhuǎn)且被用作為用于為車輪52提供動力的主要扭矩源，而電動馬達(dá)被用作為與由發(fā)動機(jī)10提供的扭矩協(xié)作并補(bǔ)充由發(fā)動機(jī)10提供的扭矩的額外扭矩源。在輔助模式期間，如在發(fā)動機(jī)模式下，向發(fā)動機(jī)10供應(yīng)燃料，以便使發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)地供給燃料，并向車輛車輪提供扭矩。
[0027]在又一示例中，車輛可以以發(fā)動機(jī)關(guān)閉或電動模式來驅(qū)動，其中電池供電的電動馬達(dá)26被運(yùn)轉(zhuǎn)且被用作