用于发动机控制的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本申请涉及用于控制混合动力车辆系统中的发动机起动转动的方法和系统。
【背景技术】
[0002]发动机可以被配置为具有将燃料直接喷射到燃烧汽缸中(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中(进气道燃料喷射)的进气道燃料喷射器。除了更好地实现所喷射的燃料的增压中冷效果外，直接喷射允许更高的燃料效率和更高的功率输出得以实现。
[0003]然而，由于燃料可能在燃烧之前未与空气充分混合的弥散/扩散性火焰传播，直接喷射式发动机会产生更多颗粒物质(PM)排放(或碳烟)。由于直接喷射就其本质而言是相对晚的燃料喷射，因此对于所喷射的燃料与汽缸中的空气的混合来说可能存在不足的时间。在一些工况下，液体燃料滴可以直接冲击在诸如活塞、汽缸盖和汽缸套的燃烧表面上。类似地，当流过气门时，所喷射的燃料不会遭遇紊流。因此，可能存在可以局部地产生碳烟的富燃区域，从而使排气排放劣化。在发动机冷启动运转期间，排放可以被进一步恶化。具体地，由于由低燃料轨道压力下差的燃料喷射器喷雾特性引起的差的燃料汽化和/或燃料冲击燃烧室的冷金属表面，因而产生碳烟，直至燃烧室被完全升温。
[0004]发动机测试数据表明PM排放能够通过增加发动机温度来减少。因此，电发动机加热器可以被包括在一些发动机系统中。例如，如Vigild等人在US20120291762中示出的，进气加热器在当发动机燃料供给(fueling)停用时的DFSO状况期间被运转。通过加热向发动机汽缸泵送的空气，发动机能够被充分地加热以减少碳烟排放。
[0005]然而，发明人已经认识到这种方法的潜在问题。作为一个示例，由于在发动机启动之前可用的有限时间，充分的加热不是可能的。同样，由于车辆上的有限动力可用性以及大的发动机质量，可用的加热可以是不充分的。因此，充分的发动机加热所需的动力可以更高，从而导致差的燃料经济性。
【发明内容】
[0006]以上问题中的一些可以通过利用发动机压缩加热以及各个汽缸压缩行程加热的各种组合来解决。一种示例方法包括，当经由马达扭矩来推进混合动力车辆时，使电动致动的进气压缩机在进气节气门关闭并且EGR阀打开的情况下旋转，直至活塞温度在阈值之上。另一示例方法包括，当仅经由马达扭矩推进混合动力车辆时，经由马达扭矩以比发动机起动转动速度更低的速度使发动机在未供给燃料的情况下旋转，同时使被耦接至排气催化剂的排气加热器运转，并且同时保持EGR阀打开且进气节气门关闭，以使加热的空气充气再循环通过发动机。另一些组合可以用于各种加热模式中。以此方式，可以在发动机被重启动之前加快汽缸加热。
[0007]作为示例，当使混合动力车辆以电动模式运转时，在即将发生的发动机启动之前并且响应于汽缸活塞温度不充分热，发动机可以经由混合动力车辆的马达/发电机在未供给燃料的情况下缓慢地起动转动，以加热发动机汽缸。在一个示例中，缓慢的起动转动可以在发动机启动之前至少2-3分钟开始。发动机可以以比发动机起动转动速度更低的速度(诸如以10-30rpm)缓慢地旋转。在缓慢的发动机旋转期间，每个汽缸可以随后经历汽缸压缩行程，其中热从压缩空气传递到汽缸壁、汽缸盖和活塞。即使被传递到发动机的绝对热量可能低，热也被直接传递到当发动机燃料供给被恢复时加热使碳烟排放能减少的位置。当使发动机旋转时，进气节气门可以被保持关闭，同时EGR阀被保持打开，使得加热的空气充气以循环的方式被泵送，从而进一步改善汽缸热传递。可选地，电进气加热器和电排气催化剂加热器中的一者或更多者可以同时被运转，以进一步使正被循环通过发动机汽缸的充气的温度升高。除了使汽缸温度升高外，缓慢的发动机旋转使燃料轨道压力能被升高。一旦汽缸温度充分热，诸如当活塞温度高于阈值时，并且如果发动机重启动条件存在，发动机可以在起动转动期间被更快地旋转，并且发动机燃料供给可以被恢复。
[0008]在另一示例中，当混合动力车辆以电动模式运转时，响应于对汽缸活塞加热的需要，被耦接至电动致动的压缩机的电动马达可以被运转。在压缩机旋转期间，热在空气的压缩期间被产生。当压缩机被旋转时，汽缸气门正时可以被调整，以增加气门重叠，并改善压缩空气通过发动机汽缸的吹扫(blow-through)。这使来自加热的空气充气的热能在吹过期间被传递到汽缸。当使压缩机旋转时，进气节气门可以被保持关闭，同时EGR阀被保持打开，使得加热的空气充气以循环的方式被泵送，从而进一步改善汽缸热传递。可选地，电进气加热器和电排气催化剂加热器中的一者或更多者可以同时被运转，以进一步使正被循环通过发动机汽缸的充气的温度升高。在一些示例中，当压缩机旋转时，压缩机再循环阀可以打开，使得压缩机能量也能够被用来使下游增压空气冷却器升温。此外，当使压缩机旋转时，发动机也可以在未供给燃料的情况下缓慢地旋转，使得加热的空气能够被均匀地分配到所有发动机汽缸。一旦汽缸活塞温度充分热，如果发动机重启动条件存在，压缩机旋转可以被停用，发动机可以被起动转动，并且发动机燃料供给可以被恢复。
[0009]以此方式，通过在发动机重启动之前使电动致动的进气压缩机运转，压缩机旋转可以被用来压缩空气充气，由此产生热。通过使压缩机在压缩机再循环阀打开的情况下旋转，热可以在下游增压空气冷却器处从压缩空气排放。通过同时打开EGR阀并关闭进气节气门，加热的空气充气能够被循环穿过发动机。此外，空气充气加热能够通过进气或排气加热器的使用来增强。通过额外地或可选地经由马达扭矩使发动机在未供给燃料的情况下缓慢地旋转，泵送的空气也能够流过一个或更多个汽缸，由此在发动机重启动之前使汽缸升温。此外，压缩行程加热可以被用来加热汽缸。通过预加热发动机，来自发动机的颗粒排放能够被减少，特别在发动机冷启动期间。此外，燃料压力能够被升高到用于启动的最优值，从而改善重启动期间的燃料喷射器喷雾特性。总的来说，冷启动排放能够被改善。
[0010]应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在【具体实施方式】中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被紧随【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0011]图1示出示例混合动力车辆系统布局。
[0012]图2示出示例发动机系统布局。
[0013]图3示出示例燃烧室。
[0014]图4示出用于在发动机启动之前压缩加热发动机汽缸的示例方法。
[0015]图5示出用于使用在发动机旋转和压缩机旋转的各种组合期间产生的热对发动机汽缸进行加热的示例方法。
[0016]图6示出列出发动机的加热运转的各种模式的表。
[0017]图7图示说明在压缩行程期间的汽缸加热的示例映射图。
[0018]图8图示说明减少来自混合动力车辆系统的颗粒物质排放的示例发动机加热运转。
【具体实施方式】
[0019]以下描述涉及用于减少来自被耦接在混合动力车辆系统(诸如图1的插电式混合动力电动车辆)中的发动机(诸如图2-3的发动机系统)的颗粒排放的系统和方法。控制器可以被配置为执行在使用马达扭矩的车辆运转期间使发动机在未供给燃料的情况下旋转的程序(诸如图4-5的示例程序)，以便传递由压缩行程(图7)中的压缩空气产生的热来加热发动机燃烧室，同时还使燃料压力升高。此外，控制器可以使发动机系统的电动致动的压缩机旋转，以经由压缩机能量来加热发动机。控制器可以使用如在图6的表中列出的压缩加热的各种组合。图8示出示例发动机加热运转。以此方式，特别在冷启动期间，能够减少发动机颗粒排放。
[0020]图1描述了用于车辆的混合动力推进系统100。在所描述的实施例中，车辆是混合动力电动车辆(HEV)。推进系统100包括具有内燃发动机10的发动机系统5，内燃发动机10具有多个汽缸30。可以从包括一个或更多个燃料箱、一个或更多个燃料泵和一个或更多个燃料喷射器66的燃料系统(未示出)向发动机10的每个汽缸提供燃料。燃料喷射器66可以被配置为用于直接喷射、进气道喷射或两者的组合。图2提供了被耦接在混合动力推进系统100中的示例发动机系统的详细描述。
[0021]发动机10经由扭矩输入轴18向变速器44输送动力。在所描述的示例中，变速器44是动力分离式变速器(或驱动桥)，其包括行星齿轮组22和一个或更多个旋转齿轮元件。变速器44还包括发电机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，因为均可以作为马达或发电机来运转。扭矩经由动力输送齿轮装置34、扭矩输出轴19和差动轴组件36从变速器44输出，用于推进车辆牵引轮52。
[0022]发电机24被可驱动地连接到电动马达26，使得发电机24和电动马达26中的每一者可以使用来自电能存储装置(本文被描述为电池54)的电能来运转。在一些实施例中，能量转换装置(诸如逆变器)可以被耦接在电池与马达之间，以将电池的DC输出转换为用于马达使用的AC输出。然而，在替代实施例中，逆变器可以被配置在电动马达中。
[0023]电动马达26可以以再生模式(即，作为发电机)来运转，以从车辆运动和/或发动机吸收能量，并将吸收的动能转换为适合于在电池54中存储的能量形式。此外，如果需要，电动马达26可以作为马达或发电机来运转，以增大或吸收由发动机提供的扭矩。
[0024]行星齿轮组22包含环形齿轮42、恒星齿轮43和行星承载组件46。环形齿轮和恒星齿轮可以经由承载件相互耦接。行星齿轮组22的第一输入侧被耦接至发动机10，而行星齿轮组22的第二输入侧被耦接至发电机24。行星齿轮组的输出侧经由包括一个或更多个啮合齿轮元件60-68的动力输送齿轮装置34耦接至车辆牵引轮52。在一个示例中，啮合齿轮元件60-68可以是逐步变速(st印rat1)齿轮，其中承载组件46可以将扭矩分配到逐步变速齿轮。齿轮元件62、64和66被安装在中间轴17上，其中齿轮元件64接合电动马达驱动的齿轮元件70。电动马达26驱动齿轮元件70，齿轮元件70充当用于中间轴齿轮装置的扭矩输入。以此方式，行星承载件46 (并且因此发动机和发电机)可以经由一个或更多个齿轮元件耦接至车辆车轮和马达。混合动力推进系统100可以在包括全混合动力系统的各种实施例中运转，其中车辆通过仅发动机与发电机协作地、或仅电动马达、或其组合来驱动。可替代地，辅助或轻度混合动力实施例也可以被采用，其中发动机是主要扭矩源，而电动马达在特定状况期间(诸如在踩加速器踏板期间)选择性地增加扭矩。
[0025]例如，车辆可以以发动机模式来驱动，其中发动机10被运转为用于为车轮52提供动力的主要扭矩源。在发动机模式期间，可以经由燃料喷射器66从燃料箱向发动机10供应燃料，使得发动机能够旋转地供给燃料，以为推进车辆提供扭矩。具体地，向行星齿轮组的环形齿轮输送发动机动力。同时，发电机为恒星齿轮43提供扭矩，从而产生对发动机的反作用扭矩。因此，通过行星承载件向中心轴17上的齿轮62、64、66输出扭矩，这进而向车轮52输送动力。此外，发动机能够被运转为输出比用于推进所需的扭矩更多的扭矩，在此情况下，额外的动力被发电机(以发电模式)吸收，以给电池54充电或为其他车辆负荷提供电力。
[0026]在另一示例中，车辆可以以辅助模式来驱动，其中发动机10被运转且被用作为用于为车轮52提供动力的主要扭矩源，而电动马达被用作为与由发动机10提供的扭矩协作并补充由发动机10提供的扭矩的额外扭矩源。在辅助模式期间，如在发动机模式下，向发动机10供应燃料，以便使发动机旋转地供给燃料，并向车辆车轮提供扭矩。
[0027]在又一示例中，车辆可以以发动机关闭或电动模式来驱动，其中电池供电的电动马达26被运转且被用作