专利名称：灵活燃料可变增压混合动力系的制作方法
灵活燃料可变增压混合动力系 火花点火式内燃机，尤其是用于载客车和轻型载货汽车 中的那些结构，已经成为广泛的研发努力的主题。多个近来的这种努 力的结果之一 包括混合动力系，所述混合动力系可以广泛地定义为采 用内燃机和电动机/发电机、蓄电池和控制器的动力系，所述控制器用 于控制动力源并将其输出与自动变速器的操作结合。 另一相对较近的发展为灵活燃料火花点火式内燃机。这 样的发动机基于常规汽油和汽油-乙醇(酒精)混合物(实践中包含多 达85%的乙醇，通常称为E85)操作。除了基于乙醇的燃料的较低成 本和外国石油依靠性的更大问题之外，当在全开节气门或全载荷条件 下时，基于E85和其它混合物操作的发动机比基于汽油操作的相同发
动机具有更好的耐爆震性。然而，由于要求发动机能够操作在多种燃 料和燃料混合物上，这样改进的操作通常被折衷。 由于火花点火式内燃机的发展历史，显然改进将继续且 本发明涉及这样的改进。
发明内容
本发明提供具有增压器或涡轮增压器的灵活燃料火花点
火式可变增压混合动力系。在第一实施例中，火花点火式内燃机包括增压器，所述增压器通过可变速度驱动件由发动机输出驱动。具有内 置电动机/发电机的混合动力变速器提供补充动力。包括燃料传感器的 多个传感器提供数据给主发动机控制器，所述主发动机控制器控制变 速器控制器、可变速度增压器、燃料供应和点火系统的操作。 进一步的目的、优势和应用范围从在此提供的说明显而 易见。应当理解，说明和具体示例仅为举例说明的目的，且不限定本 公开的范围。
图1是根据本发明的灵活燃料、可变增压(boost)、带 增压器的混合动力系的第 一 实施例的示意0012] 图2是根据本发明的灵活燃料、可变增压、带增压器的 混合动力系的第二实施例的示意图； 图3是根据本发明的灵活燃料、可变增压、带涡轮增压 器的混合动力系的第三实施例的示意图；和图4是将涡轮增压、火花点火式内燃机与结合有电动机/
发电机设备的涡轮增压、火花点火式内燃机的典型燃料消耗相比较的 图表。
具体实施例方式参见图1,示出了根据本发明的灵活燃料、火花点火式、 可变增压、带增压器的混合动力系的第 一 实施例且总体上以附图标记 IO表示。灵活燃料混合动力系10包括内燃机l2,内燃机U通常具有 4、 6或8个活塞和汽缸。活塞连接到曲轴或输出轴14,曲轴或输出轴 14直接驱动多速混合动力变速器16 (通常为自动式)。混合动力变速器16包括例如多个行星齿轮组、离合器和制动器，行星齿轮组、离合
器和制动器提供多个连续传动比或速度比输出给传动轴18和最终传动 装置22,最终传动装置22包括至少一个差动轴和轮胎以及车轮组件(均 未示出)。混合动力变速器16也包括电动机/发电机24，电动机/发电 机24通过混合动力变速器16连接到动力流动路径，且用作电动机以 供应额外的能量给动力系10，或在车辆减速期间用作发电机以回收能 量。混合动力变速器16和电动机/发电机24通过变速器控制器26控 制且提供反馈信号给变速器控制器26,变速器控制器26控制混合动力 变速器16的操作，在需要额外的动力时从高容量电池28供应电能给 电动机/发电机24;并在例如车辆减速期间可得到电能时，从电动机/ 发电机24将这样的能量引导给电池28。 位于进气导管44中的空气质量流量传感器(MAF) 42提 供关于当前供应给发动机12的空气质量流量的信号或数据给发动机控 制器30。歧管空气压力(MAP)传感器46布置在进气歧管48中，且提 供关于进气歧管48中的当前空气压力的信号或数据给发动机控制器 30。紧固到发动机12的排气歧管52包括排气(氧气)传感器54,排 气传感器54提供关于发动机12的排气中的氧气数量的信号或数据给 发动机控制器30。排气歧管52引导排气到排气系统(未示出)。 主发动机控制器30提供信号给火花点火系统56和燃料 喷射系统58并控制火花点火系统56和燃料喷射系统58,燃料喷射系统58布置在进气歧管48和内燃机12之间。燃料喷射系统58可以为
进气口喷射型或直喷(缸内)型。 增压器60和更具体地可变速度驱动组件62通过增压器 驱动控制器72控制，增压器驱动控制器72继而通过来自主发动机控 制器30的信号或数据控制。节气门组件68通过电子节气门控制组件 74控制，电子节气门控制组件74也通过来自主发动机控制器30的信 号或数据控制。 操作中，灵活燃料混合动力系10的转矩管理需要内燃机 12和电动机/发电机24基于所采用的燃料、发动机12的状态、变速器 16的状态、电池28中存储的电能的状态和驾驶员的转矩需求而协调。 当使用乙醇时，借助于由可变增压增压器60提供的可变 增压灵活性，转矩需求将主要由内燃机12单独满足。因此，混合动力 变速器16将主要用于允许启动和停止，且实现减速燃料切断和制动再 生，仅在差的发动机效率条件下有偶然的转矩辅助，即电动机/发电机 24的起用。 当内燃机12的转矩输出足够高时，增压器60的速度由 燃料类型确定，且通过调节可变速度驱动组件62控制对乙醇和乙醇 混合物较高，对汽油较低。也调节燃料喷射系统58的燃料喷射脉沖持 续时间和点火系统56的点火正时，以补偿额外的空气流量和具体燃料 类型。
如果由内燃机12单独就可以提供希望的转矩，混合动力 变速器16中的电动机/发电机24可以保持停用。否则，变速器控制器 26和在某些应用中主发动机控制器30可以编程为起用电动机/发电机 24,以补充内燃机12,从而满足希望的性能和驾驶性目标同时最大化 燃料经济性。第二实施例的混合动力系IOO也包括变速器控制器26，、 主发动机控制器30、凸轮轴角度传感器32、曲轴角度传感器34、布置 在燃料管线38中的燃料传感器36、布置在进气导管44中的空气质量 流量(MAF)传感器"和布置在进气歧管48中的歧管空气压力(MAP) 传感器46。 排气歧管52包括排气(氧气)传感器54。火花点火系统 56和燃料喷射系统58均从主发动机控制器30接收数据或信号并由主 发动机控制器30控制，燃料喷射系统58可以为进气口喷射型或直喷型。 现在参见图3,示出了根据本发明的灵活燃料、可变增压、 带涡轮增压器的混合动力系的第三实施例且总体上以附图标记200表 示。在第三实施例的混合动力系200中，电动机/发电机24，被驱动， 且通过带64驱动内燃机12的曲轴14,与第二实施例的混合动力系100 中构造相同，而不是在第一实施例的动力系10中作为自动变速器16 的部件。此外，用于第一和第二实施例的混合动力系10和100中的增 压器60由第二实施例的混合动力系200中的涡轮增压器替代。 因而，第三实施例的混合动力系200包括内燃机12,内 燃机12具有曲轴14，曲轴14驱动自动多速变速器16，，根据常规实践， 自动多速变速器16，通常包括多个行星齿轮组、离合器和制动器以及输 出轴18,输出轴18驱动最终驱动装置22 (均在图1中示出)。 排气歧管52包括排气(氧气)传感器54。火花点火系统 56和燃料喷射系统58均从主发动机控制器30接收数据或信号并由主 发动机控制器30控制，燃料喷射系统58可以为进气口喷射型或直喷 型。节气门组件68位于进气导管44，的端部和进气歧管48之间，节气 门组件68通过电子节气门控制件74控制，电子节气门控制件74继而 由主发动机控制器30控制。 电动机/发电机24，通过带64和一对带轮66或类似动力 传递组件被内燃机12的曲轴14驱动并驱动内燃机12的曲轴14。电动 机/发电机24，通过电动机/发电机控制器76控制，当需要额外的转矩 时，电动机/发电机控制器76从高容量电池28，供应电能给电动机/发 电机24，，并且当在例如车辆减速期间可得到电能时，电动机/发电机 控制器76将这样的能量从电动机/发电机24'引导给电池28'。 第三实施例的混合动力系200的操作与第二实施例的混 合动力系IOO的操作基本相同，尤其是关于电动机/发电机24'、电动 机/发电机控制器76和电池28，。由于增压程度可通过废气旁通阀86 或其它增压调节机构的操作由发动机控制器30控制，涡轮增压器80 提供可变增压，因而所述可变增压可匹配或调节至燃料和操作条件， 从而根据上文关于第 一 实施例的混合动力系1 0所述的操作参数优化性 能和燃料经济性。 现在参见图4,图表示出了对两种火花点火式涡轮增压内 燃机的汽油燃料的预测燃料经济性。Y轴以百分比表示未调节的燃料经 济性改进，其中基准线是自然吸气发动机。左边的柱90表示涡轮增压 发动机的燃料经济性。右边的柱92表示与电动机/发电机单元结合操 作的涡轮增压发动机。应当理解，增加电动机/发电机单元将改进燃料 经济性大约15%。
本发明的前述描述实质上仅仅是示意性的，不脱离本发 明的要点的变型也在本发明的范围内。这种变型并不认为是偏离了本 发明的精神和范围。
权利要求
1. 一种灵活燃料混合动力系，结合地包括内燃机，所述内燃机具有进气歧管和第一输出，用于增大所述进气歧管中的空气压力的机构，可调节速度驱动组件，所述可调节速度驱动组件用于驱动所述空气压力增大机构，多个传感器，所述多个传感器至少包括燃料传感器、空气质量流量传感器和进气歧管压力传感器，电动机/发电机，所述电动机/发电机具有第二输出和控制器，变速器，所述变速器由所述第一和第二输出及变速器控制器驱动，主发动机控制器，所述主发动机控制器具有用于从所述多个传感器接收数据的多个输入、用于控制所述可调节速度驱动组件的输出、和到所述控制器和所述变速器控制器的通信链路。
2. 根据权利要求l所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，用于 增大空气压力的所述机构是增压器。
3. 根据权利要求l所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，用于 增大空气压力的所述机构是涡轮增压器。
4. 根据权利要求l所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，所述 可调节速度驱动组件包括速度增大部分和控制部分，所述控制部分用 于从所述主发动机控制器接收所述输出。
5. 根据权利要求l所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，还包 括由所述主发动机控制器控制的电子节气门控制件。
6. 根据权利要求l所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，还包 括由所述主发动机控制器控制的废气旁通阀控制器。
7. 根据权利要求l所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，还包 括由所述主发动机控制器控制的燃料喷射系统和火花点火系统。
8. —种灵活燃料混合动力系，结合地包括 内燃机，所述内燃机具有进气歧管和第一输出，增压器，所述增压器具有与所述进气歧管流体连通的输出，可调节速度驱动组件，所述可调节速度驱动组件用于驱动所述增压器，多个传感器，所述多个传感器至少包括燃料传感器、空气质量流量传感器和进气歧管压力传感器，电动机/发电机，所述电动机/发电机具有第二输出和控制器， 变速器，所述变速器由所述第一和第二输出及变速器控制器驱动， 主发动机控制器，所述主发动机控制器具有用于从所述多个传感器接收数据的多个输入、用于控制所述可调节速度驱动组件的输出、和到所述控制器和所述变速器控制器的通信链路。
9. 根据权利要求8所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，还包括曲轴角度传感器和氧气传感器。
10. 根据权利要求8所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，还 包括由所述主发动机控制器控制的燃料喷射系统和火花点火系统。
11. 根据权利要求8所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，还 包括由所述主发动机控制器控制的电子节气门控制件。
12. 根据权利要求8所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，所 述可调节速度驱动组件包括速度增大部分和控制部分，所述控制部分 用于从所述主发动机控制器接收所述输出。
13. 根据权利要求8所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，所 述可调节速度驱动组件包括双速和连续可变类型中的至少 一种。
14. 根据权利要求8所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，所 述可调节速度驱动组件以大约1到2. 5至1到4. O之间的比增大速度。
15. —种灵活燃料混合动力系，结合地包括 内燃机，所述内燃机具有进气歧管和第一输出，涡轮增压器，所述涡轮增压器具有与所述进气歧管流体连通的输出，可调节速度驱动组件，所述可调节速度驱动组件用于驱动所述涡轮 增压器，多个传感器，所述多个传感器至少包括燃料传感器、空气质量流量传感器和进气歧管压力传感器，电动机/发电机，所述电动机/发电机具有第二输出和控制器， 变速器，所述变速器由所述第一和第二输出及变速器控制器驱动， 主发动机控制器，所述主发动机控制器具有用于从所述多个传感器接收数据的多个输入、用于控制所述可调节速度驱动组件的输出、和到所述控制器和所述变速器控制器的通信链路。
16. 根据权利要求15所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，还 包括由所述主发动机控制器控制的废气旁通阀控制器。
17. 根据权利要求15所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，还 包括由所述主发动机控制器控制的电子节气门控制件。
18. 根据权利要求15所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，还 包括由所述主发动机控制器控制的燃料喷射系统和火花点火系统。
19. 根据权利要求15所述的灵活燃料混合动力系，其特征在于，所 述可调节速度驱动组件包括速度增大部分和控制部分，所述控制部分 用于从所述主发动机控制器接收所述输出。
全文摘要
本发明涉及灵活燃料可变增压混合动力系，具体而言本发明提供具有增压器或涡轮增压器的灵活燃料火花点火式可变增压混合动力系。在第一实施例中，火花点火式内燃机包括增压器，所述增压器通过可变速度驱动件由发动机输出驱动。具有内置电动机/发电机的混合动力变速器提供补充动力。包括燃料传感器的多个传感器提供数据给主发动机控制器，所述主发动机控制器控制变速器控制器、可变速度增压器、燃料供应和点火系统的操作。在第二实施例中，电动机/发电机与增压器相关联，且通过可变速度驱动件与增压器连接并也连接到发动机输出。在第三实施例中，增压器用涡轮增压器替代。
文档编号B60K6/26GK101428554SQ20081014568
公开日2009年5月13日 申请日期2008年8月15日 优先权日2007年8月17日
发明者J·C·埃姆斯利, J·J·张, K·-J·吴 申请人:通用汽车环球科技运作公司