以启动/停止特征实施跳过点火的制作方法

本申请要求于2014年6月19日提交的标题为“以启动/停止特征实施跳过点火(Implementing Skip Fire with Start/Stop Feature)”的美国临时专利申请号62/014,526的优先权，出于所有目的将该申请以其整体通过援引并入本文。

技术领域

本发明涉及用于内燃发动机的跳过点火式发动机控制系统。更具体地，本发明涉及用于跳过点火式发动机控制系统的启动/停止特征。

背景技术：

正在进行各种努力来改善内燃发动机的燃料效率。一种特征涉及启动/停止特征，在越来越多的车辆中实施了该启动/停止特征。在常规车辆中，当车辆即将停车(例如，在交通灯或停车标志处)时，内燃发动机继续以怠速运转，这消耗燃料。在装备有启动/停止特征的车辆中，当车辆即将停车并且满足其他选定条件时，内燃发动机自动关闭以节省燃料。当驾驶员释放制动踏板和/或激活加速踏板时，发动机重新启动。可能存在可以触发发动机重新启动的其他选定条件。

一些带有启动/停止特征的车辆利用了整合式起动机-发电机(ISG)。整合式起动机-发电机组合了启动电机的功能与发电机的功能。也就是，整合式起动机-发电机能够从发动机中扣减扭矩来通过将发动机的机械能转化为电能而对电池充电。ISG还能够将电池电能转化为机械能，该机械能可以用于帮助在启动/停止系统中重新启动发动机。ISG典型地与曲轴整合或者经由皮带、链条或齿轮驱动系统与曲轴的旋转机械地相联接。具有ISG的皮带交流发电机起动机系统是此类系统的一个实例。

技术实现要素：

描述了用于在跳过点火式发动机控制系统中实施启动/停止特征的多种不同方法和安排。在一方面，该启动/停止特征的实施涉及在选定情形下自动关掉内燃发动机。确定该发动机是否应被重新启动。在发动机起动期的过程中，发动机以跳过点火的方式运行，使得达到希望的发动机速度。

当发动机由于启动/停止特征的实施而被关掉时，歧管压力趋向于与大气压力相等。因此，如果发动机以所有汽缸模式重新启动(即，通过将所有汽缸点火，正如在常规的非跳过点火式发动机中的情况)，则可能存在不希望的发动机速度和扭矩“喘振”，这是车辆的乘客可注意到的。这一点的发生是由于，所有汽缸的点火是在进气歧管绝对压力(MAP)初始地处于或接近大气压力时开始。在本发明的多个不同实施例中，是将少于所有的工作室点火。也就是，对点火分数或点火数与点火时机之比进行调整以帮助防止发动机速度和扭矩喘振。在一些实施例中，该点火分数在发动机启动阶段过程中基于歧管绝对压力、发动机速度、油温度、冷却剂温度或任何其他适当的运行参数来动态调整。在其他实施例中，该点火分数是以预定方式来调整。

在一些实施例中，发动机的这些工作室被安排成使用油压来液压地解除激活。在发动机启动期的过程中在对任意工作室点火之前，油压被升高而使得被跳过的工作室能够被解除激活。

在多个不同的实现方式中，使用了整合式起动机-发电机来对动力传动系施加扭矩，使得达到特定发动机速度阈值。之后，该发动机以跳过点火的方式运行。在另外的其他实施例中，实施启动/停止特征，该启动/停止特征涉及在车辆驱动循环期间自动关掉该发动机。发动机的关掉允许歧管绝对压力增大并且与大气压力基本上平衡。在多种不同的途径中，以跳过点火的方式运行发动机直至达到希望的发动机速度，使得车辆在发动机关掉与发动机重新启动之间绝不停车。在一些途径中，发动机使用点火分数来重新启动和运行。基于歧管绝对压力来动态地调整该点火分数。多个不同的实现方式包括被安排成用于执行以上一些或所有操作的动力传动系控制器、软件或系统。

附图说明

通过参照以下结合附图给出的说明，可以最好地理解本发明及其优点，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的用于实施启动/停止特征的跳过点火式发动机控制器的框图。

图2是流程图，图解地展示了根据本发明的一个实施例的用于在跳过点火式发动机控制系统中实施启动/停止特征的方法。

图3是根据本发明的一个实施例的跳过点火式发动机控制系统和混合动力传动系的框图。

图4是用于实施启动/停止特征的具有整合式起动机-发电机的实例跳过点火式发动机控制器的框图。

图5是流程图，图解地展示了使用整合式起动机-发电机来实施启动/停止特征的实例方法。

图6是图解展示根据本发明的具体实施例的歧管绝对压力和点火分数随时间变化的图表。

图7是图解展示根据本发明的具体实施例的歧管绝对压力和点火分数随时间变化的图表。

图8是图解展示根据本发明的另一实施例的歧管绝对压力和点火分数随时间变化的图表。

图9是图解展示根据本发明的另一实施例的歧管绝对压力和点火分数随时间变化的图表。

在附图中，有时使用相同的参考号来表示相同的结构要素。还应当认识到，附图中的描绘是图解的而不是按比例的。

具体实施方式

启动/停止系统在汽车中已经变得越来越普遍。启动/停止系统涉及在驱动循环期间在满足了选定条件时自动关掉发动机。驱动循环是用钥匙的动作开始的并且用钥匙的动作终止。在驱动循环内，发动机可以自动停止和重新启动许多次。例如，在驱动循环的中期当车辆即将在红灯或停车标志处停下时，发动机可以自动关掉。接着典型地当驾驶员通过压下加速踏板、释放制动踏板、和/或改变变速器档位(即，从向前到向后，或反之亦然)而请求扭矩时，发动机重新启动。非驾驶员激活的触发器、不够充足的制动器真空助力或不充足的电池电量可以重新启动发动机。在不需要时关掉发动机相对于常规发动机提高了燃料效率，常规发动机甚至在不需要时也继续运转、例如在车辆停车的过程中怠速运行时。此外，在具有混合动力发动机的车辆的情况下，内燃发动机可以在车辆处于运动中时被停止和重新启动。

当发动机重新启动时，启动/停止系统中涉及的一项挑战出现。在发动机关掉期间，歧管绝对压力趋向于与大气压力相等。其结果是，当制动踏板被释放并且发动机重新启动时，大量的空气被递送至汽缸。在每个发动机循环期间将其所有工作室点火的常规发动机中，这可能导致可以被车辆中的乘客感觉到的、所不希望的发动机速度和/或扭矩“喘振”。在火花点火发动机中减小这种扭矩喘振的一种已知方法是延迟火花正时。虽然这维持了燃烧稳定性并减小了扭矩喘振，但浪费了燃料，因为燃烧能量低效地产生动力。在此，工作室总体上是指燃烧室，这可以是汽缸或围绕燃烧区域的某个其他的封闭体积。

本发明涉及使用跳过点火式发动机控制来帮助减小或消除这种发动机速度和扭矩喘振，因此允许更顺畅的启动/停止过渡期。总体上，跳过点火式发动机控制设想在选定的点火时机过程中选择性地跳过某些汽缸的点火。因此，例如，特定汽缸可以在一个点火时机过程中被点火并且然后可以在下一个点火时机过程中被跳过，并且然后在下一个点火时机过程中被选择性地跳过或点火。这与常规可变排量发动机操作形成对照，在常规可变排量发动机的运行中，在某些低负载运行条件的过程中固定的一组汽缸被解除激活。

在普遍被视为更具燃料效率的同时，跳过点火式发动机控制在汽车发动机启动/停止系统的背景下提供了另一个优点。在跳过点火式发动机控制系统中点火数与点火时机之比可以被调整成对在发动机重新启动期间或重新启动之后不久的发动机输出加以调节。例如，在歧管绝对压力高时点火分数可以较低、并且当发动机在重新启动并且速度在增加时而歧管绝对压力随时间减小时允许增大点火分数。以此方式，可以更好地控制发动机输出并且可以避免发动机速度和扭矩的不希望的喘振。在一些实施例中，火花正时可以被调整为处于或接近与最小制动燃料消耗率(bsfc)相对应的正时。这个条件优化了燃料效率。

首先参见图1，将描述实施了启动/停止特征的跳过点火式发动机控制器100。该跳过点火式发动机控制器包括点火分数计算器112、点火正时确定模块120、点火控制单元140、发动机启动/停止管理单元102、以及动力传动系参数调整模块116。所展示的发动机控制器100可以使用在任何能够进行跳过点火的发动机系统中。

该发动机启动/停止管理单元102被安排成用于对发动机实施该启动/停止特征。发动机启动/停止管理单元102根据该启动/停止系统来确定发动机是否应自动关掉或重新启动。这样的关掉一般仅在选定的条件下发生，例如当车辆即将完全停车时、当车辆处于低速(例如<5km/hr)且预期完全停车时、当环境的和发动机的温度条件适合时、当车辆操作者已经压下制动踏板并释放了加速踏板时等等。该发动机启动/停止管理单元接收为了作出上述关掉确定而必须的任何输入。这些输入是从多种来源获得的，这些来源包括但不限于：制动踏板行程(BPT)传感器165、制动踏板压力(BPP)传感器167、车辆速度传感器、加速踏板位置(APP)传感器163、温度传感器等等。

发动机启动/停止管理单元102还被安排成用于帮助控制在驱动循环期间发动机的停止和重新启动。在所展示的实施例中，发动机停止/启动管理单元102接收指示多个不同运行参数的额外输入，这些运行参数包括但不限于：歧管绝对压力(MAP)、发动机速度(RPM)、冷却剂温度和/或油温度。基于这些输入，发动机启动/停止管理单元确定在重新启动过程中发动机应如何运行。更具体地，发动机启动/停止管理单元102被安排成用于确定用于停止和重新启动发动机的适当条件。在一些实现方式中，重新启动协调器103被作为发动机停止/启动管理单元102的一部分而包括在内。该重新启动协调器103在适合于当前的发动机条件和环境条件的重新启动过程中确定发动机速度重新启动曲线或轨迹。

该发动机速度重新启动曲线可以采取多种形式。在一些实施例中，例如，每个发动机速度重新启动曲线指示或控制在重新启动期间如何管理发动机速度。举例而言，具体的曲线可能要求发动机速度随时间的预定增加。在一些实施例中，发动机速度重新启动曲线在发动机启动期的过程中的不同时刻指明了不同的发动机速度。不同的曲线可能要求：在发动机起动期的过程中发动机速度以不同速率增大。发动机速度重新启动曲线还可以在重新启动过程中确定其他相关发动机参数。例如，一些设计所涉及的曲线要求跳过点火式点火分数随时间具有不同的增大速率(例如，下文结合图6所讨论的)。在多个不同的实现方式中，该重新启动协调器基于各种各样运行参数(例如，加速踏板位置)来选择这些曲线中的一个曲线。在一些实施例中，发动机启动/停止管理单元102寻求按以下方式来运行发动机：使得在重新启动期间的发动机速度基本上符合该发动机速度重新启动曲线(例如，使得实际发动机速度匹配该曲线所指示/指明的发动机速度水平和/或发动机速度随时间的变化)。

重新启动协调器103发送关于重新启动的信息给该点火分数计算器112，该点火分数计算器确定用来运行发动机的适合的点火分数或点火序列。重新启动协调器103可以建立重新启动轨迹，该重新启动轨迹将帮助防止在发动机重新启动过程中或之后可能出现的发动机速度喘振。重新启动协调器103通过适当地发送控制信号给点火分数计算器112、点火正时确定单元120和/或动力传动系参数调整模块116来控制发动机。

除了来自发动机启动/停止管理单元102的输入之外，点火分数计算器112还接收基于当前的加速踏板位置、发动机速度和其他输入的扭矩请求信号111。该扭矩请求信号可以从APP 163被引导经过可选的预处理器105然后到达该点火分数计算器112。指示对所希望发动机输出的请求的该扭矩请求信号111可以是从加速踏板位置传感器或其他适合的来源例如巡航控制器、扭矩计算器、ECU等接收或得到的。可选的预处理器105可以在加速踏板信号被输送至点火分数计算器112之前修改该加速踏板信号。然而，应了解的是，在其他实现方式中，该加速踏板位置传感器可以直接与点火分数计算器112通信。

基于扭矩请求信号111，点火分数计算器112确定应适合于在选定的发动机运行中递送所希望的输出的跳过点火式点火分数。该点火分数112指示了在当前(或指定的)运行条件下为了递送所希望的输出而要求的点火分数或百分比。在一些优选的实施例中，点火分数可以基于为递送驾驶员所请求的发动机扭矩(例如，当这些汽缸在针对燃料效率进行实质性优化的运行点点火时)而要求的优化点火的百分比。然而，在其他情形中，可以使用不同水平的参考点火、针对非燃料效率的因素进行了优化的点火、当前发动机设置等来确定适当的点火分数。

在启动/停止特征的多个不同的实现方式中，该发动机重新启动协调器103帮助控制由点火分数计算器112生成的点火分数。如之前讨论的，当实施启动/停止特征时，发动机自动关掉，这允许歧管绝对压力升高。其结果是，当点火再次开始时，每次汽缸点火所产生的扭矩起初是高的。随着点火继续，歧管绝对压力和每次点火产生的扭矩趋向于减小，因为点火将空气从进气歧管中抽出。在多个不同的实施例中，为了帮助补偿初始增大扭矩的产生，重新启动协调器103指示该点火分数计算器112以低的点火分数开始并且在发动机启动阶段过程中稳定地增大该点火分数。

在发动机启动阶段过程中对点火分数的调整可以取决于具体应用的需要而以各种各样方式进行。在一些实施例中，例如，重新启动协调器103和/或点火分数计算器112从一组可能的发动机速度重新启动曲线中选择出适合的发动机速度重新启动曲线。每个曲线指示在发动机启动阶段过程中应实施的点火分数的部分或完全预定的变化或增大序列。在其他实施例中，该点火分数以闭环系统动态地调整。一些实现方式涉及被安排成用于在发动机启动阶段过程中基于一个或多个发动机参数来动态地调整点火分数的重新启动协调器103和/或点火分数计算器112，该发动机参数包括但不限于歧管绝对压力、发动机速度、冷却剂温度、以及油温度。

图6中展示了在实施启动/停止特征过程中发动机150和发动机控制器100的示例运行。图6展示了三个图表602/604/606，这些图表指示了发动机速度、歧管压力和点火分数随时间的变化。这些变化是在三个时间段上绘制曲线：曲轴启动阶段608、发动机启动阶段610和发动机怠速运行阶段612。曲轴启动阶段608表示重新启动中的在发动机关掉之后的初始时间段，其中使用常规起动机来曲轴启动发动机。发动机启动阶段610表示紧跟着曲轴启动阶段608的时间段，在此时间段期间工作室以跳过点火的方式被点火至达到发动机怠速。发动机怠速运行阶段612表示在启动阶段610之后的时间段，在此时间段期间发动机以怠速运转。

在每个图表内有三条曲线，用实线(630a，630b，和630c)、虚线(632a，632b，和632c)、以及点线(634a，634b，和634c)表示。实线指示在任意给定发动机循环期间将其所有汽缸点火的常规的非跳过点火式发动机。虚线和点线表示本发明的多个不同的实现方式，其中使用了跳过点火式发动机控制系统来重新启动发动机。

在曲轴启动阶段608期间，使用常规起动机来重新启动发动机并且这些工作室不点火。对于跳过点火和非跳过点火式发动机系统二者，如图表604指示的歧管绝对压力是大气压力，同时发动机由于进气歧管压力与大气压力平衡而关掉。也就是，由于发动机被关掉并且没有发生将空气从进气歧管中抽出的点火，进气歧管绝对压力与大气压力相等。在曲轴启动阶段过程中，歧管绝对压力减小到略微低于大气压力，同时发动机以曲轴启动速度旋转。

在启动阶段610期间，发动机重新启动并且这些工作室开始点火。在如图表606中的实线630a表示的常规的非跳过点火式发动机中，这导致所有工作室的立即点火(即，点火分数＝l)。这与高的歧管绝对压力相组合造成了发动机扭矩喘振并且致使发动机速度突然增大到超过希望的目标速度625，如发动机速度过冲614所示。在一些实施例中，该目标速度对应于发动机怠速。这种发动机速度喘振可能足够突然而能被车辆内的乘客注意到。

跳过点火控制有助于解决这个问题。如图表606中的点线632a和虚线634a所示，这些途径中的点火分数更逐步地增大。也就是，点火分数以低水平开始并逐步增大。总体上，随着点火继续，歧管压力趋向于下降，如图表604所示，并且所有跳过点火途径的点火分数都趋向于增大，如图表606所示。在多个不同的实现方式中，点火分数至少部分地基于歧管绝对压力动态地调整。初始较低的点火分数有助于弥补初始高歧管压力并且相对于非跳过点火的常规途径而言有助于减小在启动阶段610开始时的发动机输出。其结果是，对于这些跳过点火途径在启动阶段610期间没有或只有有限的发动机速度过冲，如图表602中的点线634a和虚线632a曲线所示。

图6还指示了两个不同的发动机速度重新启动曲线，它们在图表中用虚线(632a，632b，和632c)和点线(634a，634b，和634c)表示。每个发动机速度重新启动曲线指示可以用来在启动阶段610过程中增大点火分数的不同路径。如图表606中的虚线632c所示，在一种途径中点火分数比在虚线634c的另一种途径中增大得快得多。点火分数计算器112和/或重新启动协调器103可以基于多个不同的发动机参数来选择和实施这些发动机速度重新启动曲线之一。例如，如果操作者快速压下加速踏板，则可以猜想操作者偏爱发动机输出增大更胜过平滑性。因此，可以利用涉及点火分数突然增大的发动机速度重新启动曲线(例如，由图表606中的虚线632c指示的)。应了解的是，虽然只展示了两个发动机跳过点火重新启动运行曲线，但所展示的实施例旨在是示例性的，并且更多的发动机速度重新启动曲线可以是可获得的。这些发动机重新启动点火分数曲线可以不一定是线性的并且还可以取决于其他输入，例如发动机速度、发动机油温度等等。

返回图1，一旦生成了适合的点火分数，该点火分数计算器就将其传输至点火正时确定模块120。点火正时确定模块120被安排成用于发出点火命令序列(例如，驱动脉冲信号113)以致使发动机150递送由所命令的点火分数119指定的点火百分比。在一些实现方式中，例如，点火正时确定模块120生成比特流，其中每个0指示跳过而每个1指示针对当前汽缸点火时机点火。

点火正时确定模块120可以以多种多样的方式生成点火序列。举例而言，Σ-Δ转换器的作用与点火正时确定模块120一样好。在另外的其他实施例中，该点火正时确定模块基于所接收的点火分数来从点火序列库中选择适合的点火序列。由点火正时确定模块120输出的该序列点火命令(有时被称为驱动脉冲信号113)可以传递到点火控制单元，该点火控制单元致动并命令实际的汽缸点火。

在一些实现方式中，在发动机已经由于启动/停止特征的实施而关掉之后，点火正时确定模块120接收来自发动机启动/停止管理单元102的、指示发动机应重新启动的信号。作为响应，点火正时确定模块120从多个可能的曲线中选择特定的发动机速度重新启动曲线。每个曲线指示了用来在发动机启动阶段过程中运行发动机的点火序列。这样的点火序列可以涉及或者是基于不同的点火分数并且因此可以产生与图6中所示类似的结果。

在所展示的实施例中，提供了与点火分数计算器112合作的可选的动力传动系参数调整模块116。动力传动系参数调节模块116指导点火控制单元140来适当地设定选定的动力传动系参数以确保实际的发动机输出基本上等于在所命令的点火分数下请求的发动机输出。举例而言，动力传动系参数调整模块116可以负责确定为了帮助确保实际的发动机输出与请求的发动机输出相匹配而希望的所希望进气质量(MAC)和/或其他发动机设置。当然，在其他实施例中，该动力传动系参数调整模块可以被安排成用于直接控制多个不同的发动机设置。

发动机控制器100的点火分数计算器112、点火正时确定模块120、动力传动系参数调整模块116、发动机启动/停止管理单元102、以及其他所展示的部件可以采取多种多样的形式，并且其功能可以替代地被结合到ECU中、或者由其他更多集成部件、由多组子部件、或使用多种多样的替代性途径来提供。在多个不同的替代性实现方式中，可以使用微处理器、ECU或其他计算装置，使用模拟部件或数字部件，使用可编程逻辑，使用前述各项的组合和/或以任何其他适合的方式来在算法上实现这些功能块。

虽然不是在所有实现方式中都要求，但在一些实现方式中，适当点火分数的确定和单独的点火决定可以是逐个点火时机地进行的。也就是，在点火分数计算器112的背景下，可以在每个点火时机之前基于歧管绝对压力或其他运行参数来再次确定当前希望的点火分数。利用这种对所希望点火分数的动态跟踪就允许控制器100特别响应于变化的命令(例如，歧管绝对压力或其他发动机参数的变化)而同时维持跳过点火式运行的益处。

在所展示的实施例中，发动机控制器100和点火正时确定模块120被安排成用于生成点火序列或对该点火控制单元140的一序列的点火与跳过命令。该点火控制单元140将每个命令指派给特定工作室并且相应地操作这些工作室。当某个工作室被跳过时，在优选实施例中该工作室被解除激活。也就是，空气不经过该工作室(例如，在跳过的工作循环期间穿过进气阀和排气阀二者)。此外，在跳过的工作循环期间该工作室不被供送燃料。

工作室的解除激活可以以多种方式进行。例如，工作室可以被解除激活以形成低压弹簧。在此情况下，在工作循环期间空气不允许穿过进气阀并且不允许经排气阀逸出，这在该工作室内产生真空。工作室的解除激活还可以涉及高压弹簧。在此情况下，来自该汽缸的前一个发动机循环的工作室点火中的排气不从该室中释放，即在点火之后排气阀不打开。这些解除激活方案以及其他没有在此明确提及的解除激活方案中的任一种都可以在发动机控制器100的背景下使用。

接着参见图2，示出了根据本发明的具体实施例的用于实施启动/停止特征的方法200。发动机控制器100或任何适合的跳过点火式发动机控制系统可以执行图2所示的运行。

初始地，在步骤202，实施启动/停止特征。总体上，启动/停止特征涉及在车辆驱动循环期间在选定的条件下自动关掉发动机以节省燃料。在实施该启动/停止特征时可以使用任何已知的启动/停止相关的技术或技能。

在根据启动/停止特征确定了发动机应当关掉之后，发动机启动/停止管理单元接着确定发动机应被重新启动(步骤204)。可以使用任何已知的技术或条件来确定何时应当进行重新启动。在多个不同的实施例中，例如，重新启动至少部分地是对制动踏板释放和/或加速踏板压下的响应。

可选地，在准备重新启动发动机时，油压被升高(步骤206)。在多种不同的车辆设计中，每个工作室的进气阀和排气阀被电子-液压地控制和/或通过油压来控制。替代地，在一些应用中，这些进气和排气阀可以使用直接的机电致动来致动。工作循环的跳过要求控制这些阀使得工作室可以被解除激活。其结果是，在发动机重新启动之前，油压被升高以使得能够选择性解除激活这些阀。

液压压力/油压的升高可以以多种方式进行。例如，可以使用辅助泵来将油压增大到适当水平。替代地，如果整合式起动机-发电机可供使用，则可以在曲轴启动阶段过程中使用该ISG来将发动机速度增大到适当水平。液压压力/油压将随着发动机速度的增大而增大，因此允许这些工作室解除激活。可以使用用于将油压或液压压力充分升高到以使能阀控制和汽缸解除激活的任何其他适当的技术。如果使用进气和排气阀的直接机电致动，则可以跳过步骤206。

一旦实现工作室的解除激活，发动机就以跳过点火的方式运行，从而使得达到所希望的发动机速度(步骤208)。在一些实施例中，发动机以跳过点火的方式运行直至达到所希望的发动机速度和运行负载二者。发动机的跳过点火式运行可以以多种多样的方式进行。在多个不同的实施例中，例如，点火分数计算器112生成点火分数。所生成的点火分数可以在发动机起动阶段过程中基于歧管绝对压力、发动机速度、冷却剂温度、和油温度来动态地调整。在一些实施例中，重新启动协调器103选择的发动机速度重新启动曲线涉及一组预定的点火分数调整。选择适合的发动机速度重新启动曲线可以是基于操作者动作，例如制动踏板释放或加速踏板位置。该点火正时确定模块接着基于点火分数来生成点火序列。接着使用该点火序列来运行发动机。在其他实施例中，重新启动协调器103安排该点火正时确定模块120从一组预定点火序列中选择一个，接着在发动机启动阶段过程中使用该点火序列来以跳过点火的方式运行发动机。

以上技术可以用于任何适合的发动机系统中，只要该发动机系统能够进行跳过点火式运行即可。通过将以上技术中的一些应用于包括整合式起动机-发电机(ISG)的混合动力传动系统中可以获得额外的益处。更具体地，可以对ISG和发动机的运行进行协调以便促进对于启动/停止特征而言的发动机重新启动。

接着参见图3，将描述根据本发明的具体实施例的混合动力传动系统300。该混合动力传动系统300包括混合动力传动系控制器306、内燃发动机304、整合式起动机-发电机(ISG)302、逆变器307、高电压电池308、和变速器312。发动机304和/或ISG 302被安排成用于向曲轴310施加扭矩，该曲轴通过变速器312驱动车轮314。混合动力传动系控制器306(在图4中更详细描述)被安排成用于对发动机304和ISG 302的运行进行协调。图3中所示的所有这些不同要素可以可选地包括集成控制器(在图3中未示出)。

ISG 302取代了常规起动机并且能够快速地重新启动已经由于启动/停止系统的实施而被关闭的发动机。在所展示的实施例中，ISG 302是与曲轴整合的ISG。也就是，ISG 302连接至曲轴上并且定位在变速器312与IC发动机304之间。然而，还可以使用可能要求不同的动力传动系架构的任何适合的ISG，例如皮带交流发电机类型的ISG 302。

ISG 302经由逆变器307与电池308联接并且和动力传动系310相联。ISG 302被安排成用于在以马达模式运行时将该电池放电并使用电力来向该动力传动系施加扭矩。逆变器307将DC电池输出转化为适合于运行ISG 302的高电压AC输出。所施加的扭矩使发动机旋转并且能够在发动机启动阶段过程中将发动机速度增大到希望的水平。ISG 302在以发电模式运行时还被安排成用于从该动力传动系中扣减扭矩来对电池310充电，这是通过将发动机产生的机械能转化为用于对电池充电的电能实现的。同样，逆变器307利于将ISO 302产生的高电压AC电力转换成电池308所要求的DC供应。

应了解的是，上述部件和特征可以被集成到多种混合动力传动系架构中，包括串联式混合动力系统，其中发动机不能直接驱动车轮。所描述的这些技术也可以应用于轻度混合动力系统或全混合动力系统。(轻度混合动力系统涉及以下混合动力传动系统：其中的ISO 302不能独立地向车轮供应足够电力来推进车轮，但这样的系统能够向动力传动系以及发动机添加扭矩。在全混合动力系统中，可以仅使用ISG来直接对车轮提供动力。)

接着参见图4，将描述图3中展示的混合动力传动系控制器306。混合动力传动系控制器306包括点火分数计算器112、点火正时确定120、点火控制单元140、以及发动机启动/停止管理单元402。发动机启动/停止管理单元402可以含有类似于图1所示的(在图4中未示出的)重新启动协调器103。所展示的部件可以与其在图1中的对照物执行相似或相同的操作。混合动力传动系控制器306的区别性特征是，发动机启动/停止管理单元402还管理该整合式起动机-发电机302并且对ISG 302与内燃发动机304的运行进行协调。混合动力控制器306还可以包括在APP 163与点火分数计算器112之间的预处理器、以及作为该发动机停止/启动管理单元的一部分的重新启动协调器。这些部件在图4中未被示出。

更具体地，在发动机由于启动/停止系统的实施而关掉之后的重新启动过程中，发动机启动/停止管理单元402指示ISG 302向动力传动系施加扭矩。这个扭矩致使发动机速度增大。在一个实施例中，在这个时间段期间不发生点火，直至达到特定的发动机速度阈值。在一些实施例中，这个阈值是所希望的怠速。在其他实施例中，所希望的阈值是有助于使得液压压力/油压升高到足以实现工作室解除激活的水平的发动机速度。一旦达到该阈值，发动机启动/停止管理单元402、点火分数计算器112、点火正时确定模块120和/或点火控制单元140就如之前结合图1-2所描述的以跳过点火的方式运行发动机。发动机启动/停止管理单元402被安排成用于确保ISG 302的运行与跳过点火式发动机运行恰当地相协调。接着参见图7，将描述这种协调的实例。图7展示了将跳过点火和常规的非跳过点火式发动机系统的表现进行比较的多个图表。图表702、704、706和707指示了发动机速度、歧管绝对压力、点火分数以及整合式起动机-发电机扭矩随时间的变化。实线曲线(730a，730b，730c)涉及在每个发动机循环期间使得每个工作室点火的非跳过点火式常规发动机系统。点线曲线(734a，734b，734c)和虚线曲线(732a，732b，732c)涉及多种不同的跳过点火式发动机途径。这些不同参数的变化在三个时间段上绘图：发动机关掉阶段708、曲轴启动阶段710、和发动机怠速运行阶段712。

在发动机关掉阶段708期间，发动机已经由于启动/停止特征的实施而被关掉。相应地，在图表702中，发动机速度以零开始并且歧管绝对压力为大气压力，如图表704所示。在紧跟着发动机关掉阶段708的曲轴启动阶段710期间，整合式起动机-发电机302被激活并且向动力传动系施加扭矩，如图表707中所示的ISG扭矩升高以及图表702所示的发动机速度升高所指示的。在这个阶段710期间在发动机304处不发生点火。在这个具体实例中，ISG 302从电池308汲取能量以便产生扭矩，直至达到发动机怠速阈值725。一旦达到发动机怠速阈值725，工作室被点火并且内燃发动机开始向动力传动系施加扭矩以帮助维持该怠速。这个阶段被称为发动机怠速运行阶段712。对于发动机怠速运行阶段712中的某段时间，ISG 302产生残留扭矩。在发动机怠速运行阶段712开始时，该ISG仍对给动力传动系的扭矩量的下降有贡献，但在那时，ISG从动力传动系扣减扭矩来对电池308充电，如图表707中所示。

如实线曲线(730a，730b，730c)所示，该非跳过点火的常规途径具有与跳过点火途径非常不同的结果。对于该非跳过点火的常规途径，一旦在发动机怠速运行阶段712开始时再次开始点火，所有这些工作室必须都被点火，如图表706所示(即，点火分数＝1)。虽然使用ISG 302在曲轴启动阶段710期间略微降低了歧管压力，如图表704所示，但ISG仍在产生残留扭矩，直至发动机开始产生扭矩，如图表707所示。该ISG将继续施加扭矩并以马达模式运行，直至发动机运转。一旦发动机在发动机怠速运行阶段712开始时点火，ISG扭矩就开始减小直到在发动机维持怠速时的负的发电扭矩水平。随着发动机开始将所有汽缸点火，ISG从马达模式改变到发电模式运行。在这个过渡期间，略高的歧管压力、ISG残留扭矩以及所有汽缸运行的组合造成了不希望的发动机速度喘振718，这将超过所希望的发动机速度目标725，如图表702所示。

可以实施跳过点火式发动机控制来解决以上问题。如图表706中的点线734b和虚线732b曲线所示，发动机启动/停止管理单元402和/或点火分数计算器112可以更逐步地和/或动态地调整点火分数。如之前讨论的，在一些实现方式中，将点火分数基于歧管绝对压力、发动机速度、冷却剂压力、油压或其他运行参数的变化来增大或改变。另外，在多个不同的实施例中，发动机启动/停止管理单元402和/或点火分数计算器112在确定适合的点火分数时考虑了ISG 302产生的扭矩。其结果是，如图表702中的点线734a和虚线732a曲线所示，因为发动机汽缸点火与发动机和ISG运行相协调地动态增大而减小或基本上消除了发动机速度喘振。

类似于图6所示的途径，图7展示了使用两个不同的发动机速度重新启动曲线。即，在如图表706中的虚线曲线732b所示的一种途径中，点火分数比在由点线曲线734b所示的另一种途径中更快地增大。在一些情况下，例如，操作者可以例如通过快速压下加速踏板来表示他们希望突然的、更快速的发动机输出增大。在多个不同的实现方式中，点火分数计算器112在选择适合的发动机速度重新启动曲线时考虑了加速踏板位置/加速度和/或其他发动机参数。也就是，点火分数的增大或变化速率可以基于各种各样的发动机和/或车辆参数，包括但不限于加速踏板位置。在另一种实现方式中，可以对点火分数的增大速率进行调整以考虑如果车辆不是在平整道路上行驶时的道路梯度。

一旦跳过点火式发动机运行开始，点火分数就典型地增大，直至达到适合的目标点火分数。该目标点火分数可以取决于具体应用的需要而改变。例如，在图7展示的实施例中，如图表706所示，在发动机怠速运行阶段712期间，跳过点火式点火分数(即，如虚线732b和点线734b曲线所示)从0逐步增大到1(即，在每个发动机循环期间所有工作室被点火)。一旦实现点火分数为1，就在发动机304在怠速运行的同时维持这个分数。然而，可以以小于1的点火分数来维持怠速。在一个实现方式中，在发动机在运转中而不存在附件负载时，可以使用小于1的点火分数来进一步降低燃料消耗。在另一种实现方式中，可以增大怠速运行期间的点火分数以便补偿额外的附件负载，例如气候控制、交流发电机负载等等，同时与所有汽缸点火相比仍减小总燃料消耗。此外，怠速运行期间的点火分数可以小于一，以便在电池电量状态增加到接近满容量时减小用于对电池再充电的所发电的电能。混合动力传动系控制器306可以在怠速运行期间调整目标点火分数以便平衡燃料消耗与电池电量状态。例如图8展示了类似于图7的一组图表。然而，一个区别在于，跳过点火式点火分数(如图表806中的点线834b和虚线832b曲线所示)被增大到小于1的分数。也就是，在这两个具体实施例中，在发动机怠速运行阶段712期间，在发动机304在怠速运行时，少于所有的工作室被点火。在发动机怠速运行阶段712期间，可以使用足够支持所希望的发动机怠速的任何适合的点火分数。

发动机启动/停止管理单元402也可以改变从ISG 302到发动机304的过渡的正时。在图7和8所展示的实施例中，例如，在曲轴启动阶段710期间，ISG 302被用来向动力传动系施加扭矩，并且直至发动机304达到目标怠速都不发生点火。在达到该怠速之后并且在发动机怠速运行阶段712期间，点火开始，以便维持该发动机启动/停止管理单元402所命令的怠速。然而在其他实施例中，发动机启动/停止管理单元402可以较早地开始这些工作室的点火。在图9中展示了这种途径的实例。

图9包括图表902、904、906和907，这些图表指示了歧管绝对压力、发动机速度、ISG扭矩和点火分数随时间的变化。时间被分成四个阶段：发动机停止阶段908、曲轴启动阶段910、发动机启动阶段912和发动机怠速运行阶段914。在发动机停止阶段908期间，发动机速度为零，进气歧管压力是大气压力，不发生点火，并且ISG扭矩输出为零。在初始的曲轴启动阶段910期间，发动机启动/停止管理单元402命令ISG 302向动力传动系施加扭矩来帮助升高发动机速度，并且不发生点火。一旦发动机速度达到特定的发动机速度阈值918，该阈值低于发动机控制速度，点火就开始，这早于在图7和8中展示的实现方式。一旦达到这个阈值，发动机启动阶段912就开始，并且发动机启动/停止管理单元402命令发动机304开始将工作室点火并且点火分数增大，直至实现发动机怠速925。换言之，在图9中，在发动机启动阶段912期间，ISG 302和发动机304合作来帮助发动机达到怠速925。在多个不同的实现方式中，曲轴启动阶段910和发动机启动阶段912一起具有小于500毫秒或大致在250与500毫秒之间的持续时间。在一些实施例中，曲轴启动阶段910和发动机启动阶段912一起可能具有长达2.5秒的持续时间。相比之下，在图7和8中，ISG 302在没有发动机的辅助的情况下在具有大致相同持续时间的曲轴启动阶段710过程中将发动机速度升高到目标怠速925。图9中描述的控制方法的优点是，将发动机带到怠速运行只需要较少的电池电量，因为在发动机速度达到怠速运行之前就开始了发动机点火。

发动机速度阈值918可以在不同的实现方式之间改变。在一些实施例中，例如，发动机速度阈值旨在使发动机准备好进行跳过点火式运行。如之前讨论的，在一些设计中，这些工作室的阀是通过液压压力或油压来控制。液压压力/油压趋向于在发动机速度增大时增大。在多个不同的实现方式中，发动机速度阈值918是足以确保这些阀是可控的且这些工作室可以被解除激活的速度。

如同在以上实现方式中的一些实现方式中，图9中展示的跳过点火途径旨在减小发动机速度过冲。如图表902中的实线曲线930a所示，在常规的非跳过点火式发动机中，高的绝对歧管压力、所有汽缸运行以及ISG 302产生的残留扭矩的组合在发动机启动阶段912期间造成不希望的发动机速度喘振920。如图表902中的点线934a和虚线932a曲线所示，跳过点火式发动机控制被设计成减小或几乎消除这种喘振。如图表906中的虚线932b和点线934b曲线所示，这些跳过点火式点火分数逐步地而非突然增大，这更好地对应于绝对歧管压力和ISG扭矩的变化并且有助于减小发动机速度过冲。

应了解的是，对于混合动力车辆，发动机启动/停止不是仅可应用于停止的车辆。发动机停止和重新启动可以在车辆处于运动中时发生。在这样的情况下，重新启动的目标可以是在当前齿轮比和车辆速度下使发动机速度阈值与传动系统转速同步。这样的重新启动可以称为滚动式发动机重新启动并且在该重新启动期间可以使用跳过点火控制。在这些工作室之一开始点火时的发动机速度阈值是可调整的并且不需要是在发动机怠速。而且在一些情况下，可以在跳过至少一个工作室时实现所希望的发动机速度，即，在达到发动机速度阈值之后点火分数可以小于一。在从停止发动机到完成发动机重新启动的整个序列期间，车辆保持运动。

接着参见图5，将描述用于在具有整合式起动机-发电机302的混合动力传动系统300中实施启动/停止特征的实例方法500。在多个不同的实施例中，方法500是由图3所示的混合动力传动系统300和/或图4所示的混合动力传动系控制器306执行的。

在步骤502处，实施启动/停止特征(例如，与图2的步骤202相似或相同)。因此发动机根据该启动/停止特征被关掉。发动机启动/停止管理单元402后来确定应进行发动机重新启动(步骤504)。这种确定可以是基于任何适合的运行参数，例如指示制动踏板被释放的输入或如之前描述的其他触发条件。

之后，整合式起动机-发电机302向动力传动系施加扭矩，使得达到特定发动机速度阈值(步骤506)。这个发动机速度阈值可以取决于具体应用的需要而改变。在一些实施例中，例如，该发动机速度阈值是在发动机怠速运行时使用的速度。在其他实施例中，发动机速度阈值是帮助确保被跳过的工作室可以被解除激活的(最小)发动机速度。也就是，发动机速度阈值是将液压压力或油压充分升高而使得可以使用具有无效运动型阀挺杆(lost motion type valve lifter)的凸轮轴来将这些工作室的阀选择性关闭和打开的发动机速度。在使用电子的阀致动的其他实施例中，可能并不要求对于阀解除激活而言足够的油压。

一旦达到发动机速度阈值，在发动机启动阶段发动机就以跳过点火的方式运行(步骤508)。在一些实施例中，发动机的跳过点火式运行在发动机速度已经达到怠速之前开始，并且该跳过点火式运行被校准以帮助实现怠速。一旦达到发动机速度阈值，ISG可选地不再使用电力来主动向动力传动系施加扭矩，但该ISG仍可以向该动力传动系施加残留扭矩(例如，如图9所示)。在发动机启动阶段过程中，发动机向动力传动系施加扭矩来帮助增大发动机速度。

以上结合图1的发动机控制器100所讨论的这些跳过点火式发动机控制技术中的任一者都可以通过混合动力传动系控制器306以方法500来实现，从而产生图7-9中展示的结果。在多个不同的实施例中，例如，点火分数计算器112和/或发动机启动/停止管理单元402从一组发动机速度重新启动曲线中选择发动机速度重新启动曲线。每个曲线可以涉及不同的预定系列的点火分数调整(例如，是由点火分数计算器112选择的)或预定点火序列(例如，是由点火正时确定模块120选择的)。在一些实现方式中，点火分数计算器112和/或点火正时确定模块120基于多个不同的运行参数来动态地调整点火分数和/或点火序列，这些运行参数包括但不限于：歧管绝对压力、ISG扭矩、发动机速度、冷却剂温度、油温度和加速踏板位置。在多个不同的实施例中，这样的调整是逐个点火时机地进行的，但这不是要求。

主要是在控制适合用于机动车辆中的4-冲程活塞发动机的点火背景下描述了本发明。然而，应了解的是，所描述的跳过点火途径非常适合用于多种多样的内燃发动机中。这些内燃发动机包括用于几乎任何类型的车辆-包括汽车、卡车、轮船、建筑设备、航空器、摩托车、轻便摩托车等；并且适合于涉及工作室的点火和利用内燃发动机的几乎任何其他应用的发动机。所描述的这些不同途径用于以多种多样的不同热力学循环来运行的发动机，包括几乎任何类型的两冲程活塞发动机、柴油发动机、奥托循环发动机、双循环发动机、米勒循环发动机、艾金森(Atkinson)循环发动机、汪克尔(Wankel)发动机以及其他类型的旋转发动机、混合循环发动机(例如，双奥托发动机和柴油发动机)、星型发动机等。还认为所描述的方法将良好地适用于新开发的内燃发动机，无论它们是否利用当前已知的或以后开发的热力学循环来运行。

在一些优选实施例中，该点火正时确定模块利用了Σ-Δ转换。虽然认为Σ-Δ转换器非常适合用于此应用中，但应了解的是，这些转换器可以采用多种多样的调制方案。例如，可以使用脉宽调制、脉冲高度调制、CDMA定向调制、或其他调制方案来递送该驱动脉冲信号。所描述的实施例中的一些实施例利用了一阶转换器。然而，在其他实施例中可以使用高阶转换器或预定点火序列库。

应了解的是，在本申请中考虑到的这些发动机/混合动力传动系控制器不局限于图1和4中所示的具体安排。可以将所展示模块中的一个或多个整合在一起。替代地，具体模块的特征可以代替地分布到多个模块中。该控制器基于以下其他共同转让的专利申请还可以包括多个额外的特征、模块或操作：包括美国专利号7,954,474、7,886,715、7,849,835、7,577,511、8,099,224、8,131,445、和8,131,447；美国专利申请号13/774,134、13/963,686、13/953,615、13/886,107、13/963,759、13/963,819、13/961,701、13/963,744、13/843,567、13/794,157、13/842,234、13/004,839、13/654,244、13/004,844、14/207,109、和13/681,378；以及美国临时专利申请号61/952,737、和61/879,481，这些申请各自出于所有目的通过援引并入本文。在以上专利文献中描述的任何特征、模块和操作可以被添加至所示控制器100和306。在多个不同的替代性实现方式中，可以使用微处理器、ECU或其他计算装置，使用模拟部件或数字部件，使用可编程逻辑，使用前述各项的组合和/或以任何其他适合的方式来在算法上实现这些功能块。

本申请有时提及在其过程中使用了跳过点火式运行的曲轴启动阶段、发动机(重新)启动阶段或发动机起动期。可以改变曲轴启动阶段和/或发动机启动阶段中涉及的实际时间。在一些实现方式中，例如，曲轴启动阶段(例如，图6-8中的曲轴启动阶段608和710所示)具有小于500毫秒或大致在250-500毫秒之间的持续时间。在一些实施例中(例如，如图9所示)，曲轴启动阶段910和发动机启动阶段912一起具有小于500毫秒或大致在250-500毫秒之间的持续时间，但在这两种情况下较长和较短的持续时间也是可能的。曲轴启动和/或发动机启动阶段紧跟着发动机由于启动/停止系统的实施而被关掉的时间段。

应了解的是，跳过点火式发动机运行的使用不一定局限于发动机在重新启动的时候，而是也可以在发动机关掉过程中使用。在一些实施例中，例如，当发动机速度从非零速度下降到为零的速度时，发动机以跳过点火的方式运行。发动机以跳过点火的方式运行直至发动机速度接近零。换言之，在多个不同的实施例中，启动/停止特征涉及在发动机速度减小的发动机关掉期的过程中以跳过点火的方式运行发动机，并且该启动/停止特征在该发动机关掉期结束时停止发动机。

虽然已经详细描述了本发明的几个实施例，但应当理解，可以用许多其他形式来实施本发明而不背离本发明的精神或范围。例如，这些附图和实施例有时候描述了具体的安排、操作步骤和控制机构。应了解的是，可以适当地修改这些机构和步骤以适应不同应用的需要。例如，并不要求该发动机启动/停止管理单元的这些操作和特征中的一些或全部，而是可以将这些操作中的一些或全部适当地转移给其他模块，例如点火分数计算器和/或点火正时确定单元。此外，虽然图2和5中展示的方法隐含着具体顺序，但应了解的是，不要求这个顺序。在一些实施例中，所描述的操作中的一项或多项被重新排序、替换、修改或去除。图6-9展示了多个不同的发动机/ISG参数随时间的变化。应了解的是，这些图旨在是示例性的并且不应以任何方式限制本发明。轻微或实质性背离这些图中展示的图表的其他实现方式是可能的。因此，本发明实施例应当被认为是说明性的而非限制性的，并且本发明不限于在此给出的这些细节。