发动机控制的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于控制混合动力车辆系统中的发动机起动的方法和系统。
【背景技术】
[0002]发动机可以被配置成具有直接将燃料喷射到燃烧汽缸(直接喷射)的直接燃料喷射器和/或具有将燃料喷射到汽缸进气道(进气道燃料喷射)的进气道燃料喷射器。除了更好地使喷射的燃料能够具有增压冷却效果外，直接喷射允许更高的燃料效率和更高的功率输出被实现。
[0003]然而，直接喷射发动机由于扩散火焰传播会产生更多微粒物(PM)排放(或碳烟)，其中燃料在燃烧前可能与空气未充分混合。由于直接喷射本质上是相对晚的燃料喷射，可能没有足够的时间将喷射的燃料与汽缸内的空气混合。在某些工况下，液滴可以直接撞击在燃烧表面，诸如，活塞、盖和套上。同样，喷射的燃料当流过阀门时不会遇到湍流。因此，可能存在局部产生碳烟的小规模富燃，从而使排气排放劣化。该排放在发动机冷启动操作期间可能进一步加剧。特别地，由于由在低燃料导轨压力下不良的燃料喷射器喷雾特性和/或撞击燃烧室的冷金属表面的燃料所引起的不良的燃料蒸发而产生碳烟，直到燃烧室完全变暖。
[0004]发动机测试数据表明，PM排放可以通过增加燃料导轨压力来减少，这是因为燃料泵通常是凸轮轴驱动的，并且发动机必须旋转以泵送燃料。用于在发动机启动前增加燃料导轨压力的一个示例方法由Birch等人在W02013076217中示出。其中，在电动模式下操作的混合动力电动车辆的制动期间，负扭矩的至少一部分被用于间歇地起动发动机，由此改善发动机润滑和燃料导轨压力。
[0005]然而，本发明人在此已经认识到使用这种方法的潜在问题。作为一个示例，即使具有调整的燃料导轨压力，燃烧室可能还是没有充分加热以在随后的发动机重启期间大幅度减少PM排放。例如，发动机可能无法旋转到一个位置或者维持在一个位置处，在该位置处充分热传递能够发生。同样，发动机测试数据进一步表明，PM排放可以通过发动机加热来大大降低。因此，即使具有高燃料压力，如果燃烧室没有被充分加热，在发动机重启期间仍然可能有碳烟排放。此外，由于发动机启动时间的要求，在第一燃料喷射到发动机之前允许的发动机旋转的次数可能是有限的，从而将燃料导轨压力的增加限制到低于最佳水平。
【发明内容】
[0006]在一个示例中，一些上述问题可以至少部分地通过用于操作混合动力车辆系统的方法来解决，该方法包括:当仅通过马达扭矩推动混合动力车辆时，以低于阈值速度的速度不加燃料地旋转发动机，直到活塞温度高于阈值。以这种方式，缓慢的发动机旋转可以被用于在重启之前充分加热发动机，从而改善在随后的发动机重启时的直接燃料喷射期间来自发动机的PM排放。
[0007]作为示例，当以电动模式操作混合动力车辆时，并且当汽缸活塞温度低于阈值温度时，发动机可以通过混合动力车辆的马达/发电机而被不加燃料地缓慢起动，以便为即将的发动机启动准备发动机。在一个示例中，缓慢的起动在发动机启动之前可以至少被发起2-3分钟。发动机缓慢地旋转，从而使得所有汽缸随着其经过各自的压缩和膨胀冲程变暖。由此，发动机的每个压缩冲程使得压缩的空气变热并且将热量传递给汽缸盖和活塞。即使传递到发动机的绝对热量的量可能是低的，但是热量被直接传递到加热减少碳烟排放的位置。因此，在不加燃料缓慢旋转发动机期间，每个发动机汽缸经由压缩冲程加热而被加热。因此，发动机可以通过混合动力车辆的马达/发电机以低于阈值速度的速度旋转以便预加热。特别地，发动机可以比在重启之前的发动机起动期间发动机应经由启动马达旋转的速度更慢地旋转。例如，在典型的启动马达启动期间，发动机可以以150rpm(每分转速)起动，而在经由混合动力车辆马达的缓慢起动期间，发动机可以最初以1rpm起动(至第一位置)，并且接着以30rpm起动到后续位置。此外，在缓慢起动期间，进气节气门可以保持关闭，从而使得被压缩的空气充气被牵引回到发动机，而没有净流量至排气。可选地，排气再循环阀(EGR阀)也可以被打开，以便使流再循环回到发动机并且降低发动机真空。通过缓慢旋转每个汽缸经过压缩冲程，发动机用作热泵并且在排气冲程的底部，汽缸的空气充气可能变得比周围环境更冷。然而，在每个汽缸循环中，可能导致净汽缸活塞的加热。一旦发动机汽缸已经被充分加温，并且活塞温度高于阈值，汽缸燃料喷射可以被恢复以重启发动机。在某些示例中，在最初的发动机缓慢旋转后，发动机可以进一步被旋转以便为即将到来的发动机启动预定位发动机。例如，该发动机可以被旋转到在汽缸加燃料恢复之前提高发动机重启性的位置。
[0008]以这种方式，发动机可以缓慢地旋转，从而使得来自压缩的热量被给定时间来加热汽缸室。通过在发动机启动前缓慢转动发动机一延长的时间段，在汽缸压缩冲程期间所产生的热量可以被传递到汽缸壁上，并且在预期到发动机启动时用于加热发动机。通过预加热发动机，来自发动机的微粒排放可以被减少，尤其是在发动机冷启动期间。此外，燃料压力可以升高到用于启动的最佳值，提高在重启期间燃料喷射器喷雾特性。总体而言，冷启动排放可以得到改善。
[0009]应当理解的是，提供上述
【发明内容】
，以便以简要形式引入一系列概念，这些概念在【具体实施方式】中被进一步描述。这不意味着确定要求保护的主题的关键或必要特征，该主题的范围由随附的权利要求书唯一限定。此外，要求保护的主题不限于解决以上所述的任何缺点或者本发明的任何部分中所述的缺点的实现方式。
【附图说明】
[0010]图1示出示例混合动力车辆系统设计。
[0011]图2不出部分发动机视图。
[0012]图3-4图示用于通过经由马达扭矩不加燃料地(unfueled)缓慢旋转发动机而在发动机启动之前加热发动机的示例方法。
[0013]图5图示示例性发动机加热操作以减小来自混合动力车辆系统的微粒物排放。
[0014]图6图示在压缩冲程期间汽缸加热的示例图。
【具体实施方式】
[0015]以下描述涉及用于降低来自发动机的微粒物排放的系统和方法，诸如，图2的发动机系统，该发动机系统耦合在混合动力车辆系统中，诸如，图1的插电式混合动力电动车辆。控制器可以被配置成执行方法，诸如图3-4的示例方法，以在车辆操作期间使用马达扭矩不加燃料(unfueled)地旋转发动机，以便使用压缩冲程热传递(图6)来加热发动机燃烧室，同时也提高燃料压力。发动机可以接着进一步被旋转以便为发动机的重启而预定位发动机。图5示出示例发动机旋转操作。以这种方式，尤其在冷启动期间，排气排放的品质得到改善。
[0016]图1描绘车辆的混合动力推进系统100。在描绘的实施例中，车辆是混合动力电动车辆(HEV)。推进系统100包括具有多个汽缸30的内燃发动机10。燃料可以从燃料系统(未示出)提供给发动机10的每个汽缸，燃料系统包括一个或更多个燃料箱、一个或多个燃料泵以及喷射器66。
[0017]发动机10将动力经由扭矩输入轴18传送给变速器44。在描绘的示例中，变速器44是功率分流变速器(或者驱动桥)，其包括行星齿轮组22和一个或多个旋转齿轮元件。变速器44进一步包括发电机24和电动马达26。发电机24和电动马达26也可以被称为电机，因为每个可以作为马达或发电机来操作。扭矩从变速器44输出，用于经由动力传递传动装置34、扭矩输出轴19以及差速器及轴总成(differential-and-axle assembly)36推进车辆牵引车轮52。
[0018]发电机24可驱动地连接到电动马达26，以使发电机24和电动马达26中的每个可以使用来自电能存储装置的电能操作，该电能存储装置在此描述为电池54。在某些实施例中，能量转换装置诸如逆变器可以耦合在电池和马达之间，以将电池的DC输出转换成AC输出，用于由马达使用。然而，在替代实施例中，逆变器可以被配置在电动马达中。
[0019]电动马达26可以以再生模式操作，即，作为发电机，以便吸收来自车辆运动和/或发动机的能量并且将吸收的动能转换成适合于存储在电池54中的能量形式。此外，电动马达26可以根据需要作为马达或者发电机来操作，以增加或吸收由发动机提供的扭矩。
[0020]行星齿轮组22包括环形齿轮42、中心齿轮43和行星齿轮架组件46。环形齿轮和中心齿轮可以经由齿轮架彼此连接。行星齿轮组22的第一输入侧被连接到发动机10，而行星齿轮组22的第二输入侧被连接到发电机24。行星齿轮组的输出侧经由动力传递齿轮34连接到车辆牵引车轮52，该动力传递齿轮34包括一个或多个啮合齿轮元件60-68。在一个示例中，啮合齿轮元件60-68可以是阶梯传动比齿轮，其中齿轮架组件46可以将扭矩分配到阶梯传动比齿轮。齿轮元件62、64和66被安装在中间轴17，其中齿轮元件64接合电动马达驱动齿轮元件70。马达26驱动齿轮元件70，该齿轮元件70作为中间轴齿轮的扭矩输入。以这种方式，行星齿轮架46 (以及因此发动机和发电机)可以经由一个或多个齿轮元件连接到车辆车轮。混合动力推进系统100可以在包括完整的混合动力系统的各种实施例中操作，其中车辆通过仅协同的发动机和发电机或者仅电动马达或者其组合来驱动。可替代地，辅助或轻度混合的实施例也可以被采用，其中发动机是扭矩的主要来源，并且电动马达在特定状况期间诸如踩加速器踏板事件期间选择性地增加扭矩。
[0021]例如，车辆可以以发动机模式来驱动，其中发动机10作为向车轮52提供动力的扭矩的主要来源来操作。在发动机模式