专利名称：使用爆震抑制的混合动力车辆推进系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混合动力车辆推进系统。
背景技术：
已经描述了对于不同的燃料类型使用多个喷射器位置的发动机。在题目为 "Calculations of Knock Suppression in Highly Turbocharged Gasoline/Ethanol Engines Using Direct Ethanol Injection"("使用直接乙醇喷射的高涡轮增压的 汽油/乙醇发动机中的爆震抑制计算")和"Direct Injection Ethanol Boosted Gasoline Engine: Biofuel Leveraging for Cost Effective Reduction of Oil Dependence and C02 Emissions"("直接喷射乙醇增压的汽油发动机生物燃料用 于有成本效益地减少燃油依赖和C02排放")的Heywood (海伍德)等人的文章中描 述了一个示例。具体地，Heywood等人的文章描述了直接喷射乙醇以改进进气的冷却 效果，同时依赖进气道喷射汽油提供整个行驶循环中的大多数燃料。因此，已经验证 汽油发动机在增压搡作期间选择性使用如乙醇的爆震抑制物质可以减少爆震，具体地 若不采取此措施发动机是受爆震限制的。
本发明的发明人认识到上述方法的各种问题。在一个示例中，当车辆上的爆震抑 制物质的可用量较低时发动机的输出会明显地减少。例如，即使发动机具有足够的燃 料储备保留在车辆上时，爆震抑制物质的不足会再次促使发动机是爆震限制的，从而 减少了可以提供到发动机的增压水平。在一些工况下，发动机输出的减少会使车辆驾 驶员受惊或使车辆的性能不令人满意。
在另一个示例中，当爆震抑制物质在车辆上从燃料混合物中分离时，爆震抑制物 质的消耗率大于分离率同样会使爆震抑制物质最终耗尽。因此，车辆驾驶员可以尝试 或不能开始由于爆震抑制物质的可用量减少不再可实行的车辆控制搡作。或者，在上 述的每个示例中，若发动机允许在没有使用爆震抑制物质发生爆震的状态中操作时， 发动机会发生损坏，或由于发动机爆震导致的噪声、振动、不平稳性(NVH)再次使 车辆驾驶员不满意。
发明内容
至少针对上述问题，在一个示例中，本发明人提出一种混合动力车辆推进系统，
包括配置为通过至少一个驱动轮推进车辆的具有至少一个燃烧室的内燃发动机；配置
为通过至少一个驱动轮推进车辆的马达；配置为存储可由马达使用以推进车辆的能量
的储能装置；配置为以变化的相对量输送汽油和醇类到燃烧室的燃料系统；及配置为
操作马达以推进车辆及响应于马达的输出改变提供到燃烧室的汽油和醇类的相对量
的控制系统。
在另一个示例中，本发明人提出一种操作包括连接到车辆的至少一个驱动轮的发 动机和电动马达的混合动力电动车辆推进系统的方法，该方法包括通过从储能装置供 应电能到电动马达来操作电动马达以推进车辆；及响应于储能装置的工况以变化的相 对量输送燃料和爆震抑制物质到发动机。
以此方式，使用如醇类的爆震抑制物质与其他包括电动马达或其他适合的驱动马 达的车辆推进源协作，使驾驶员对于多种工况，如爆震抑制物质的可用量或马达的储 能装置存储的能量的量减少时，具有较一致的驾驶感。
图1示意性地示出车辆的示例混合动力推进系统；
图2示意性地示出如图l所示的推进系统的示例发动机汽缸；
图3示出描述混合动力推进系统的示例控制策略的流程图4示出描述混合动力推进系统的发动机的示例控制策略的流程图;
图5示出描述图3和图4的控制策略的示例实施例的图表；
图6示出描述预测爆震抑制物质的可用量的示例控制策略的流程图;
图7示出描述本文所述的示例控制策略的各种应用的几个图表。
具体实施例方式
图1示意性地示出车辆的示例混合动力推进系统100。混合动力推进系统IOO包 括发动机110和马达130,发动机110和马达130的每个配置为经变速器160选择性 地提供推进力到车辆的至少一个或多个驱动轮170,如190、 192、及194标示。此外， 发动机110和马达130每个还可以选择性地从驱动轮170接收能量以提供所称的车辆 再生制动。应理解发动机110和马达130可以串行或并行的配置设置以使发动机和马 达的一个或两者从驱动轮170供应或接收扭矩。因此，图l所示的示例不限于具体的 混合动力车辆配置。例如，混合动力推进系统ioo在其他的示例中可以包括两个或多 个马达，和/或可以包括定位在变速器160与发动机IIO相对的一端的马达130。在
另一个示例中，发动机IIO还可以与传动系分离，其中可以选择性地操作发动机以产 生可由马达130使用的推进车辆的能量。在一个非限制的示例中，马达130可以包括 供应能量以提供扭矩及响应于输入扭矩可以操作以产生电能的电动马达。
混合动力推进系统IOO还可以包括如196标示的与马达130连通的储能装置140。 在一个示例中，混合动力推进系统IOO可以配置为混合动力电动车辆(HEV)，其中 储能装置140包括存储电能的一个或多个电池或电容。因此，如图l所示，马达l30
如196标示可以从储能装置140接收能量或供应能量到储能装置140。此外，储能装 置140如142标示可以从车辆外部的能量源接收能量。例如，混合动力推进系统IOO 可以配置为插电式(plug-in)混合动力电动车辆，其中储能装置140可以通过合适 的电线或电缆连接到外部电源以使储能装置再充电。
发动机110如图1所示包括多个汽缸或燃烧室30。在选择的工况下，发动机110 如118标示经压缩机112从环境接收进气。在其他的工况下，进气的至少一部分可以 通过压缩机旁通阀117绕过压缩机。在图l所示的具体示例中，压缩机112通过设置 在发动机的排气通道中配置为涡轮增压器的涡轮114驱动。涡轮114如图所示经轴 116连接到压缩机112。在一些工况下发动机110可以经过包括涡轮114的排气通道 排出发动机产生的气体以驱动压缩机112。在其他的工况下，排气可以通过涡轮旁通 闽115绕过涡轮。然而，在其他的示例中，压缩机112可以由发动机或马达驱动而不 要求配置为机械增压器的涡轮。因此，压缩机112可以配置为具有或不具有排气涡轮 以提供增压进气到发动机。以此方式，发动机汽缸的每个如118标示可以从环境接收 进气，如120标示向环境排出燃烧的产物。
发动机110如174和176标示还可以选择地接收两种物质。在一个示例中，如 174标示，包括燃料或燃料混合物的第一物质可以输送到发动机汽缸。例如，第一物 质可以包括如汽油、柴油的燃料、或燃料的混合物及其他物质。如176标示，可以输 送不同于第一物质的第二物质到发动机汽缸。在一个非限制的示例中，第二物质可以 比第一物质包括更大浓度的爆震抑制物质。例如，如176标示，选择性地输送到发动 机的爆震抑制物质可以包括如乙醇或甲醇的醇类，或在另一个示例中可以包括水。然 而，如关于第一物质所示，如174标示输送到发动机的燃料还可以比第二物质包括更 低浓度的爆震抑制物质。因此，应理解第一物质和第二物质可以包括不同浓度的类似 成分。在一个具体的非限制的示例中，如174标示，选择性地提供到发动机的第一物 质包括液态汽油或液态汽油和乙醇的混合物，如176标示，选择性地提供到发动机的 第二物质至少包括液态乙醇。如本文详细描述，在一定的工况下可以选择性地使用爆 震抑制物质以减少发动机爆震的发生或可能性。
图l还示出第一物质如何可以从第一存储箱122单独地输送到发动机，第二物质 如何可以从第二存储箱124单独地输送到发动机。在该具体的示例中，如126标示， 例如，在加燃料操作期间，第一存储箱122可以接收燃料混合物。在第一存储箱122 接收的燃料混合物可以包括燃料和爆震抑制物质两者。例如，如126标示的在第一存 储箱122接收的燃料混合物可以包括如约85%乙醇和15%汽油的E85的汽油和乙醇的 混合物；约85%甲醇和15%汽油的M85的汽油和甲醇的混合物；汽油和水的混合物； 醇类、水、及汽油的混合物；柴油和水的混合物；柴油和醇类的混合物；或包括燃料
和比在燃料混合物中所含的燃料更大程度地抑制爆震的爆震抑制物质的其他合适的
混合物。此外，应理解经126接收的燃料混合物可以包括在不同的燃料供应站中不同
比例的燃料和爆震抑制物质。因此，本文描述的系统可以配置为对于一定范围的燃料
混合物和燃料混合物中所含的爆震抑制物质的可用量的特定的车辆驾驶员输入提供
改进和较一致的推进系统输出。
在一个非限制的示例中，在126接收的燃料混合物可以包括液态形式的乙醇和汽 油的混合物。爆震抑制物质(例如乙醇)中的至少一些可以经分离器173和通道172 从燃料混合物(例如汽油和乙醇)中分离。分离器173还可以包括使爆震抑制物质从 燃料混合物中分离和使爆震抑制物质经通道172从存储箱122运送到存储箱124的 泵。然而，在一些实施例中，存储箱124可以略去，从而经分离器173直接提供爆震 抑制物质到发动机110。在其他的实施例中，可以提供第三存储箱，从而燃料混合物 开始在第一存储箱接收，第一物质和第二物质可以分别分离到第二存储箱和第三存储 箱。在另外的实施例中，存储箱122和存储箱124可以分别单独地填充第一物质和第 二物质，进而不需要包括第一物质和第二物质的燃料混合物的分离。不管该具体的燃 料系统配置，应理解第一物质和第二物质可以响应于工况以改变的相对量提供到发动 机的至少一个汽缸。
混合动力推进系统100可以包括控制系统150。控制系统150可以可通信地连接 到混合动力推进系统100的各种构件以实现本文描述的控制例程。例如，如图1所示， 控制系统150如186标示可以从传感器接收在存储箱122中存储的第一物质的量的指 示，如188标示可以从传感器接收在存储箱124中存储的第二物质的量的指示。此外， 在一些示例中，控制系统150如125标示可以接收在存储箱122中存储的第一物质中 所含的第二物质(例如爆震抑制物质)的浓度的指示。
控制系统150还可以从如图2详细示出的用户输入装置181接收用户输入信号。 在一个示例中，用户输入装置181可以包括配置为使车辆驾驶员控制车辆的加速度和 速度的加速器踏板。除了图l所示的那些输入之外，控制系统150还可以接收如图2 所示的各种其他的输入。
响应于控制系统接收的各种输入，控制系统150如182标示可以控制变速器160 的搡作及从变速器160接收工况信息。例如，控制系统150可以改变变速器提供的传 动比和/或锁定或解锁变速器具有的扭矩变换器。控制系统150如184标示还可以控 制发动机110的操作及从发动机IIO接收工况信息，参考图2进一步描述。控制系统 150如180标示还可以控制马达130和/或储能装置140的操作，及从这些装置接收 工况信息。控制系统150如175标示可以控制分离器173提供的分离率。除了图1中 所示的各种控制路径之外，控制系统150还可以控制压缩机112、涡轮114的操作， 及旁通阀115和旁通阀117的位置。在一个示例中，涡轮114可以配置为可变几何涡 轮(VGT),从而通过控制系统150可以控制涡轮的几何特性以改变压縮机112提供
到发动机的增压的量。
图2示意性地示出图1所示的混合动力推进系统100的发动机110的示例汽缸
230。如图1所示发动机110可以由控制系统150控制。控制系统150可以包括配置 为响应于经输入装置181从车辆驾驶员232接收的输入控制发动机110的操作的电子 控制器212。在此示例中，输入装置181包括加速器踏板和产生成比例的踏板位置信 号PP的踏板位置传感器234。发动机110的燃烧室(即汽缸)230可以包括具有活塞 236定位在其中的燃烧室壁232。活塞236可以连接到曲轴240以便活塞的往复运动 转换成曲轴的旋转运动。曲轴240可以经中间变速器系统连接到车辆的至少一个驱动 轮，例如，如图1所示。此外，起动机马达可以经飞轮连接到曲轴240以使发动机 IIO进行起动操作。在一个非限制的示例中，如图1所示马达130可以运转地连接到 曲轴240以使扭矩在发动机和马达之间转换。
燃烧室230可以经进气通道242从进气歧管244接收进气，及可以经排气通道 248排出燃烧气体。如图l所示，燃烧室230可以通过如压缩机的增压装置从坏境接 收增压的进气，及可以经包括涡轮的排气通道248排出气体。或者，可以至少部分地 绕过压缩机和/或涡轮以使提供增压的量到汽缸的至少一个路径可以改变。进气歧管 244和排气通道248可以分别经进气门252和排气门254选择性地与燃烧室230连通。 在其他的实施例中，燃烧室230可以包括两个或多个进气门和/或两个或多个排气门。
在一个非限制的示例中，通过控制器212经电动或电磁气门执行器(EVA) 251 可以控制进气门252的位置。类似地，通过控制器212经EVA 253可以控制排气门 254的位置。在一些工况下，控制器212可以改变提供到EVA 251和EVA 253的信号 以分别控制进气门和排气门的开启和关闭。进气门252和排气门254的位置可以分别 通过气门位置传感器255和气门位置传感器257确定。在替代的实施例中，进气门和 排气门中的一个或多个可以通过一个或多个凸轮驱动，并可以使用所称的凸轮廓线变 换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVT) 系统中的一个或多个以改变气门操作。例如，汽缸230可以替代地包括经具有CPS、 VCT、 VVT和/或VVL中的一个或多个的凸轮驱动控制的至少一个进气门或排气门。因
此，应理解发动机iio不限于本文通过示例描述的各种气门系统配置。
此外，燃烧室2 30可以配置有第一喷射器266和第二喷射器268。第一喷射器可 以配置为响应于电子驱动器267供应的信号如图1的174示意性地标示提供第一物质 到燃烧室。第二喷射器可以配置为响应于电子驱动器269供应的信号如图1的l76示 意性地标示提供第二物质到燃烧室。在一个如图2所示的非限制的示例中，第一喷射 器266可以沿着进气歧管244设置配置为进气道喷射，第二喷射器26S可以直接连接 到燃烧室230配置为直接喷射。然而，应理解在其他的示例中，喷射器266还可以配 置为直接喷射器，或喷射器268还可以配置为进气道喷射器。或者，可以使用单个直 接喷射器以通过在喷射器的上游设置的混合阀直接提供变化的相对量的第一物质和 第二物质到燃烧室。因此，发动机110的一些或所有汽缸可以配置为取决于工况以变 化的比例接收燃料和/或其他的物质(例如爆震抑制物质)。
如图l所示，发动机iio的一些或所有汽缸可以单独地以不同的相对量接收第一 物质和第二物质。例如，第一物质可以包括燃料或具有汽油、柴油或其他合适的燃料 的燃料混合物，第二物质可以比第一物质包括更大浓度的爆震抑制物质。例如，第二 物质可以比第一物质包括更大浓度的醇类或水。因此，在至少一个实施例中，喷射器 266可以配置为经进气道喷射提供包括汽油的第一物质到燃烧室230,喷射器268可 以配置为经直接喷射提供比第一物质包括更大浓度的乙醇的第二物质到燃烧室230。 在另一个示例中，第一物质和第二物质经单个直接喷射器或进气道喷射器，例如，通 过使用在单个喷射器的上游设置的混合阀可以以变化的相对量选择性地提供到燃烧 室230。因此，应理解本文描述的控制系统可以配置为响应于如发动机载荷、发动机 转速、发动机输出、或爆震的指示等工况改变输送到燃烧室的如汽油的第一物质和如 乙醇的第二物质的绝对量和/或相对量。
进气通道242可以包括具有节流板264的节气门262。在该具体的示例中，经提 供到节气门262包括的电动马达或执行器的信号通过控制器212可以改变节流板264 的位置，该配置通常称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，可以搡作节气门262 以在其他发动机汽缸之间改变提供到燃烧室230的进气的流率和在进气歧管244之内 的压力。通过节气门位置信号TP,节流板264的位置可以提供到控制器212。应理解 节气门可以沿着压缩机的上游或下游的进气通道设置。进气通道242还包括分别提供 信号MAF和MAP到控制器212的质量空气流量传感器220和歧管空气压力传感器222 。
在一个示例中，歧管空气压力传感器222可以设置在压縮机的下游以使控制系统评估 增压装置提供的增压的水平。
在选择的工况下，可以操作点火系统288以响应于来自控制器212的火花提前信 号SA经火花塞292提供点火火花到燃烧室230。通过所示的火花点火构件，在一些 实施例中，发动机110的燃烧室230或一个或多个其他的燃烧室可以压缩点火的模式 操作> 使用或不使用点火火花。
排气传感器226如图所示连接到排放控制装置270的上游的排气通道248。传感 器226可以是提供排气空燃比的指示的任何适合的传感器，如线性氧传感器或UEGO (通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO、 HEGO (加热式EGO) 、 NOx、 HC、 或CO传感器。排放控制装置270如图所示沿着排气传感器226的下游的排气通道248 设置。排放控制装置270可以包括三元催化剂(TWC) 、 NOx捕集器、各种其他的排 放控制装置、或其组合。在一些实施例中，在发动机110的操作中，通过在特定的空 燃比范围之内搡作发动机的至少一个汽缸，排放控制装置270可以周期性地重新设定 或净化。
控制器212如图l所示为微计算机，包括微处理器单元202、输入/输出端口 204、可执行程序和校准值的电子存储媒体，在该具体示例中所示为只读存储器芯片 206、随机存取存储器2 08、保活存储器210、及数据总线。参考图l描述，包括控制
器212的控制系统150对推进系统的各种构件可以变换控制信号。除了上述那些信号 之外，控制器212可以发送和接收各种控制信号，包括来自质量空气流量传感器220 的引入的质量空气流量(MAF)的测量值；来自连接到发动机冷却套管214的温度传 感器213的发动机冷却剂温度(ECT);来自连接到曲轴240的霍尔效应传感器218 (或其他的类型的传感器)的齿面点火传感器信号(PIP);来自节气门位置传感器 的节气门位置(TP);及来自传感器222的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速信号 RPM可以由控制器212从信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可 以用来提供在进气歧管中真空、或压力的指示。注意可以使用上述传感器的各种组合， 如使用MAF传感器而不使用MAP传感器，或相反。在化学计量空燃比操作期间，MAP 传感器可以提供发动机扭矩的指示。此外，该传感器与检测到的发动机转速一起可以 估计引入到汽缸的进气(包括空气)。在一个示例中，也用作发动机转速传感器的传 感器218可以每曲轴旋转产生预定数目的等间隔脉冲。
如上所述，图1仅示出多汽缸发动机110的一个汽缸，每个汽缸可以类似地包括 其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
图3示出描述如参考图l和图2所述的推进系统的混合动力推进系统的示例控制 策略的流程图。参考图3描述的方法可以用来调节各种混合动力推进系统构件以满足 车辆驾驶员要求的推进力水平，同时还控制在车辆上存储的有限的资源如爆震抑制物 质、燃料、及储能装置存储的电能。
在310,控制系统例如可以经用户输入装置181接收用户输入。例如，车辆驾驶 员可以通过输入装置181要求增加或减少车辆推进系统提供的推进力水平。在320, 控制系统可以评估关联于车辆推进系统的过去、现在、和/或将来预测的工况。如本 文描述，工况可以包括以下工况的一个或多个的车辆推进系统的任何合适的工况发 动机载荷；发动机输出(包括转速、扭矩、功率等)；发动机温度；环境空气温度、 湿度、及压力；如186和188标示的可用于发动机的每种物质的量；如1"和176标
示的提供到发动机的每种物质的相对量；如125标示的在相应的存储箱中存储的每种 物质的浓度；连接到发动机的增压装置的工况如涡轮增压器或机械增压器轴转速、可 变几何涡轮执行器的位置、旁通阀117和旁通阔115的位置、提供到发动机的增压的 水平等；进气歧管压力；进气歧管温度；节气门位置；车辆速度；包括转速、扭矩、 功率等的马达130的输出；马达130的温度；马达130消耗的能量的水平；储能装置 140和/或马达130的温度；储能装置140存储的能量的水平；包括选择的传动比、 扭矩变换器状态、变速器温度的如182标示的变速器160的状态；用户输入(例如经 输入装置181);催化剂状况；排气传感器测量到的空燃比；连接到发动机的爆震传 感器提供的爆震的指示；本文描述的其他的控制信号、传感器、及工况。
在330,控制系统确定爆震抑制物质的可用量(例如在车辆上存储的爆震抑制物 质的量)和储能装置存储的能量水平。例如，控制系统如188标示可以评估存储箱
124中存储的爆震抑制物质的可用量和储能装置140的充电状态(SOC)。然而，参 考图6描述，控制系统可以区分当前可用于发动机的爆震抑制物质的量(例如已经通 过分离器从燃料混合物分离)与将来可用于发动机的爆震抑制物质的量(例如在经分 离器从燃料混合物分离之后)。
在340,控制系统可以响应于用户输入确定要求的推进系统提供的推进力水平。 例如控制系统可以考虑用户输入装置的位置和/或用户输入装置的位置的变化率以确 定要求的混合动力车辆推进系统提供的推进力水平。在一个非限制的示例中，控制系 统可以参考在存储器中存储的图表或査找表以响应于在用户输入装置接收的输入确 定整体要求提供的推进力水平。
在350,响应于在320评估的工况、爆震抑制物质的可用量、储能装置存储的能 量水平、和/或整体要求的推进系统提供的推进力水平的量，控制系统可以确定提供 整体要求的推进力水平的发动机和马达输出的相对水平。在一个示例中，控制系统可 以参考在存储器中存储的图表或查找表以确定马达和发动机输出的相对水平。图5提 供可以由控制系统使用以确定在一些示例工况下发动机和马达提供的推进力的相对 水平。
在一个非限制的示例中，控制系统可以试图保持当前可用于喷射的分离的爆震抑 制物质的水平和/或储能装置存储的能量水平在特定的设定点或特定的范围之内。例 如，当爆震抑制物质的水平少于规定的设定点或期望的操作范围时，相对于马达输出 部分可以减少通过推进系统提供的整体推进力的发动机输出部分。以此方式，当前可 用于在发动机喷射的爆震抑制物质的量可以经从燃料混合物中附加的分离而增加，同 时以附加的马达输出补充发动机输出的减少提供整体要求的推进力。在另一个示例 中，当储能装置存储的能量水平(例如电池SOC)低于设定点或规定的搡作范围时， 相对于发动机输出部分马达输出部分可以减少。以此方式，通过以相应增加输送到发 动机的爆震抑制物质提供附加的发动机增压可以增加发动机输出以补充马达输出的 减少。
在360,控制系统可以操作发动机和/马达以提供在350确定的相对输出水平以 实现在340确定的整体要求的推进力。最后，例程可以返回。以此方式，控制系统可 以协调驾驶员要求与能够传递推进力到驱动轮的各种构件以实现车辆驾驶员要求的 整体推进力，同时还控制爆震抑制物质和存储在车辆上可由马达使用的能量的水平。
虽然图3描述了响应于用户输入装置发动机和/或马达提供正扭矩到驱动轮时的
操作，应理解在其他的工况中，响应于第二用户输入装置如制动器踏板可以操作发动 机和/或马达以提供负扭矩到驱动轮。因此，发动机和/或马达产生的负扭矩可以用来 提供车辆制动，从而响应于工况通过控制系统可以改变发动机和马达提供的负扭矩的 相对水平。
图4示出描述混合动力推进系统100的发动机110的示例控制策略的流程图。在
410,控制系统可以确定要求的发动机输出，如图3所示。在420,控制系统可以操 作压縮机(即增压装置)以提供与要求的发动机输出相称的增压水平到发动机。换言 之，可以控制通过增压装置提供的增压水平以使发动机提供要求的发动机输出，例如， 如图5所示。注意当基于输送到燃烧室的第一物质和第二物质的相对量爆震抑制物质 不可用时，和/或具有发动机爆震的指示时，可以限制或减少通过压缩机提供的增压 的水平。
在430，控制系统可以改变输送到发动机的每个燃烧室的第一物质和第二物质的 相对量。例如，随着增压的水平、发动机载荷、和/或发动机输出的增加相对于第一 物质(例如燃料)可以增加输送到发动机的燃烧室的爆震抑制物质的量以减少发动机 爆震的发生和可能性。以此方式，发动机iio可以增压到在没有添加爆震抑制物质会 是爆震限制的水平以上。最后，例程可以返回。
图5示出描述了参考图3和图4在本文中描述的控制策略的示例实施例。如图5 所示，图表的横轴从左至右示出增加的爆震抑制物质的可用量，从右至左进一步示出 增加的储能装置存储的能量水平(例如S0C)。图表的纵轴示出马达输出、发动机输 出、增压装置提供的增压的水平、及输送到发动机的爆震抑制比的每个的量。如本文 描述，爆震抑制比包括相对于具有至少一种燃料的第一物质的量的输送到发动机的具 有爆震抑制物质的第二物质的量。因此，当爆震抑制比增加时，相对于燃料的量，提 供更大相对量的爆震抑制物质到发动机。应理解发动机输出、马达输出、爆震抑制比、 及增压的相对量不必按比例描述，图5的图表仅提供响应于改变的工况如何调节至少 这四个变量的一个示例。
在一个示例中，图5的图表示出对于固定的用户输入这些变量如何改变。例如， 对于特定的整体要求的推进力，随着爆震抑制物质的可用量的增加和/或储能装置存 储的能量水平(例如电池S0C)的减少，相对于马达输出部分可以增加推进系统提供 的整体推进力的发动机输出部分。相反，对于特定的整体要求的推进力，随着爆震抑 制物质的可用量的减少和/或储能装置存储的能量水平的增加，相对于发动机输出部 分可以增加马达输出部分。因此，如图5所示，基于在车辆上可用的各自的能量源可 以选择性地操作发动机和马达。
图5还示出随着发动机输出增加提供到发动机的增压的水平如何增加。例如，可 以操作增压装置(例如压缩机)以增加进气歧管压力，从而增加发动机载荷，以此能 被发动机有效利用来增加发动机输出。此外，随着发动机输出、发动机载荷、和/或 增压的增加还可以增加爆震抑制比以提供更大相对量的爆震抑制物质到发动机，从而 在较高的发动机输出、发动机载荷、及增压的水平提供更大的爆震抑制。在一个非限 制的示例中，输送绝对量的爆震抑制物质到燃烧室的比率(rate)可以限于爆震抑制 物质从燃料混合物的分离率。或者，输送绝对量的爆震抑制物质到燃烧室的比率可以 由爆震抑制物质从燃料混合物的分离率的因数限制。然而，在一些实施例中，绝对量
的爆震抑制物质可以不受分离率限制。
在一些示例中，控制系统可以配置为在增加马达提供的推进力的相对水平之前基 本上耗尽可用于发动机的爆震抑制物质。例如可以搡作发动机以提供车辆的推进力的 一些或所有，进而响应于爆震抑制物质的不可用增加马达输出的部分。在另一个替代 的示例中，控制系统可以配置为在增加发动机提供的推进力的相对水平之前经马达输 出部分基本上耗尽储能装置存储的能量(例如达到较低阈值SOC)。以此方式，可用
于马达和发动机的能量源可以以任何合适的方式使用以经济地使用和节省一个特定 能量源。这些示例和其他示例将参考图7更详细地描述。
应理解图5所示的图表可以用来以使电池充电的方式控制混合动力推进系统。在 一个示例中，在储能装置存储的能量水平低于储能装置规定的设定点的工况期间，通 过以更大的增压和爆震抑制比的相应增加搡作发动机可以增加发动机输出以使马达 作为发电机操作。以此方式，通过马达由发动机提供附加的做功可以使储能装置再充 电，同时还按照驾驶员要求提供足够的推进力。
图6示出描述用于预测在发动机上使用的爆震抑制物质的可用量的示例控制策 略的流程图。图6的控制策略通过控制系统可以用来预测混合动力车辆推进系统的将 来工况。例如，可以预测在某个将来时间或将来时间范围上可用于在发动机上喷射的 爆震抑制物质的量以改进可用于发动机和马达的资源的使用。
在610,例程可以判断是否预测分离的爆震抑制物质的将来可用量，进而预测的 将来可用量可以用来影响如通过控制系统确定的发动机和马达输出的相对水平。若在 610的回答为是，例程可以继续进行到620。或者，若在610的回答为否，例程可以返回。
在620，可以确定在燃料混合物中的爆震抑制物质的浓度。例如，控制系统可以 如125标示经乙醇浓度传感器确定如在存储箱122中存储的汽油和乙醇的混合物中的 如乙醇的爆震抑制物质的浓度。在630，可以确定燃料混合物的量。例如，控制系统 可以如186标示经燃料混合物水平传感器确定在存储箱122中的燃料混合物水平。
在640,基于在620确定的爆震抑制物质的浓度和在630确定的燃料混合物的量 可以确定在燃料混合物中所含的未分离的爆震抑制物质的量。注意在其他的示例中， 控制系统还可以测量燃料混合物的其他成分的浓度以推断在其中所含的爆震抑制物 质的浓度。例如，控制系统还可以接收汽油浓度的指示，进而从其中可以推断乙醇的 浓度。
在650,可以预测经分离器爆震抑制物质从燃料混合物的分离率。在一个示例中， 控制系统可以使用对应于在燃料混合物中所含的爆震抑制物质的特定浓度的爆震抑 制物质的分离率的存储器中存储的查找值。例如，随着在燃料混合物中的爆震抑制物 质的浓度降低，分离率可以成比例地降低。此外，控制系统还可以调节预测的分离率 以考虑其他的工况。在一个示例中，预测的分离率随着分离器的老化和/或在整个分 离器的寿命周期上分离的爆震抑制物质的总量减小，或随着分离器的温度或燃料混合 物的温度、及其他的工况可以改变预测的分离率。
在660，基于预测的分离率和在燃料混合物中所含的未分离的爆震抑制物质的量 可以预测对于当前未分离的爆震抑制物质的将来可用的分离的爆震抑制物质的量。注 意如图l所示的配置中，通过由发动机对包含至少一些未分离的爆震抑制物质的燃料 混合物的消耗率的评估，控制系统还可以减少将来的预测。然而，在其他的实施例中， 当燃料混合物分离进入到第一物质(例如燃料)和第二物质(爆震抑制物质)的两个 单独的存储箱时，此修正可以略去。
在670,可以确定分离的爆震抑制物质的当前可用量。在一个示例中，控制系统 可以如188标示经存储箱水平传感器确定在存储箱124中存储的爆震抑制物质的量。
在680,基于在670确定的当前可用量，当前和/或预测的使用率、及在660确 定的预测的未分离的爆震抑制物质的将来可用量的组合可以预测分离的爆震抑制物 质的将来可用量。例如，控制系统可以参考对于特定值的查找表或可以通过将当前的 可用量(例如当前的分离的爆震抑制物质的量)加上预测的当前未分离的爆震抑制物 质的将来可用量减去当前和/或预测的使用率可以计算将来的可用量。
在690,在680确定购预测的爆震抑制物质的将来可用量可以用来确定实现要求
的推进力水平的当前相对的发动机和马达输出。在一个示例中，控制系统可以使用在 690确定的值作为爆震抑制物质的当前可用量的替代或附加以开发有效扩展发动机增
压和/或使用各种能源的策略。换言之，当确定从发动机和马达结合的输出传输整体 要求的推进力的策略时通过控制系统可以考虑在后段时间可用于发动机的爆震抑制 物质的预测的量。最后，例程可以返回。
在一个示例的方案中，可以执行车辆推进的加燃料操作，其中在第一存储箱(例 如存储箱122)接收燃料混合物。燃料混合物例如可以包括汽油和乙醇的混合物。控 制系统在乙醇从汽油中分离之前可以确定包含在第一存储箱的燃料混合物中的爆震 抑制物质的量。基于已知的分离率和汽油与乙醇的各自的使用率可以预测在将来的时 间点和将来的时间范围可用于发动机的乙醇的量。当车辆驾驶员从离开加燃料的位置 开始驾驶车辆时，控制系统可以调节对应于车辆驾驶员要求的推进力的特定水平的发 动机和马达提供的输出的相对水平。因此，基于在分离时可用于发动机的乙醇的该预 测的量控制系统可以改变输送到发动机的爆震抑制比。例如基于该预测控制系统可以 增加或减少对于特定的工况下提供到发动机的乙醇的相对的比率。此外，在一个非限 制的示例中，控制系统可以将发动机的最大乙醇消耗率设定到乙醇分离率以扩展在车 辆上存储的乙醇的可用量。
总之，参考图6描述的方法使控制系统考虑包括分离的部分和未分离的部分的在 车辆上存储的爆震抑制物质的总量(例如可用量)；使控制系统考虑在车辆上存储的 总量、当前分离的总量、当前和预测的将来的爆震抑制物质的使用率、未分离的量、
和/或分离率以调节爆震抑制物质的使用率。
图7示出描述本文描述的示例控制策略的各种应用的图表。在每个示例中，对固 定的用户输入或固定的要求的推进力的整体水平提供发动机和马达输出。注意这些图 表不必按照比例绘制，马达和发动机输出的相对的比例也不必精确描述。
图7A示出在爆震抑制物质的可用量降低时对于特定的用户输入在时间Tl发动机 输出如何逐渐降低。因此，通过在爆震抑制物质完全耗尽(例如在T2)之前减少随 时间输送到发动机的爆震抑制物质的比率，车辆驾驶员可以具有相应地调节驾驶操作 的机会。相反> 若允许在相应地逐渐减少发动机输出之前基本上耗尽乙醇，推进系统 的输出中的突然改变会使驾驶员受惊。在另一个示例中，通过使发动机的爆震抑制物 质的消耗率受限于爆震抑制物质的分离率，从而减少在爆震抑制物质完全耗尽时可能 发生的发动机性能的突然改变。注意这些方法不必限于混合动力推进系统，也可以用 于使用非混合动力发动机系统的车辆。
图7B示出如何通过响应于发动机输出减少操作马达以维持推进系统开始的输出 (即要求的推进力水平)进一步改进图7A所示的操作。因此，通过响应于发动机输 出的逐渐减少增加马达输出，可以控制推进系统的结合的输出以便车辆驾驶员经历类 似的车辆推进系统的性能水平。例如，在爆震抑制物质的可用量减少到具体选择的阈 值，例如，如T1标示时，输送到发动机的爆震抑制物质的比率可以随着发动机增压 的相应减少而减少，同时马达辅助维持车辆驾驶员要求的开始的推进力。
图7C示出另一个示例，其中控制马达以响应于爆震抑制物质的相对突然的不可 用导致的发动机输出的相对突然的减少。因此，在该示例中，通过发动机和马达结合 的输出可以维持推进系统的开始的输出。以此方式，驾驶员可以以类似的方式操作车 辆并经历与爆震抑制物质还未耗尽时类似的车辆性能。
图7D示出另一个示例，响应于爆震抑制物质的可用量减少导致的发动机输出的 减少，在时间T1增加马达输出。注意图7的每个示例描述的可用量可以基于可用于 发动机的爆震抑制物质的当前的量和/或爆震抑制物质的将来预测的量，例如如图6 的方法确定。在时间Tla,马达输出可以随着可用于驱动马达的在储能装置中存储的 能量水平的降低逐渐减少。因此，当响应于爆震抑制物质的可用量减少发动机输出在 时间Tl快速减少，或在时间Tl和T2之间的时期逐渐减少时，可以控制马达以抵消 发动机输出的减少。以此方式，在爆震抑制物质的耗尽之后，推进系统的结合的输出 可以维持在更匹配推进系统的开始的输出的水平持续更长的时期。
注意在一些示例中，通过提供补充的扭矩马达可以用来部分抵消由于相比较于输 送到燃烧室的燃料(例如汽油)的爆震抑制物质(例如乙醇)的相对量的减少的增压 的减少导致的发动机扭矩的损耗。因此，应理解图7A、 7B、及？C所示的示例不必要 求马达提供足以提供类似的结合的输出到开始的输出的补充的扭矩，但还可以仅提供 发动机输出的整体减少的部分。
虽然图7示出马达可用来减少爆震抑制物质的可用量减少导致的发动机输出的 降低促使的车辆性能的改变，应理解发动机还可以用来减少在马达储能装置之内存储 的能量的可用量减少导致的马达输出的降低促使的车辆性能中的改变。以此方式，图 7的示例可用于这些方案中任意一个。
注意，本文中包括的示例控制和估值例程可用于各种发动机和/或汽车系统配置。 本文所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一种或多种，如事件驱动、中 断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种步骤、搡作或功能可以按所示的顺序 执行、并行执行，或在一些情况下略去。类似地，处理的顺序不是实现本文中所述的 示例实施例的特征和优点所必需，而是为便于演示和说明而提供。取决于所使用的具 体策略，可以重复执行所示步骤或功能中的一个或多个。此外，所述步骤可以在图形 上表示编程到发动机控制系统中的计算机可读存储媒体中的代码。
应理解，在本文中公开的配置和例程本质上是示例性的，且这些具体实施例不应 被视为具有限制意义，因为大量的变体是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、 1-4、 1-6、 V-12,对置4,及其他发动机类型。此外，应理解本文描述的一些示例可 以不限于特定的混合动力推进系统配置，也不必限于混合动力推进系统。例如，本文 描述的一些方法可以应用于以非混合动力推进系统配置的发动机。本发明的主题包括 在本文中公开的各种系统和配置，及其他特征、功能，和/或属性的所有新颖和非易 见的组合及子组合。
本发明的权利要求特别指出视为新颖和非显而易见的特定组合及子组合。这些权 利要求可能引用"一个"元素或"第一"元素或其等价。这样的权利要求应被理解为 包括对一个或一个以上这样的元素的结合，而不是要求或排除两个或两个以上这样的 元素。所公开的特征、功能、元素和/或属性的其他组合及子组合可以通过本发明权 利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来请求保护。这样的权 利要求，无论是在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等价或不同，都应被视为包括 在本发明的主题之内。
权利要求
1.一种混合动力车辆推进系统，包括配置为通过至少一个驱动轮推进车辆的具有至少一个燃烧室的内燃发动机；配置为通过至少一个驱动轮推进所述车辆的马达；配置为存储可由所述马达使用以推进所述车辆的能量的储能装置；配置为以变化的相对量输送汽油和醇类到所述燃烧室的燃料系统；及配置为操作所述马达以推进所述车辆和响应于所述马达的输出改变提供到所述燃烧室的所述汽油和醇类的相对量的控制系统。
2. 如权利要求i所述的系统，其特征在于，还包括配置为接收用户输入的用户 输入装置。
3. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，响应于对于在所述用户输入装置接 收的特定的用户输入的马达输出的降低相对于汽油的量通过所述控制系统增加提供 到所述燃烧室的醇类的量。
4. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，响应于对于在所述用户输入装置接收的特定的用户输入的马达输出的增加相对于汽油的量通过所述控制系统降低提供 到所述燃烧室的醇类的量。
5. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，还包括经进气通道与所述燃烧室连通的增压装置，所述控制系统配置为响应于提供到所述燃烧室的汽油和醇类的所述相 对量通过所述增压装置改变提供到所述燃烧室的增压水平。
6. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述增压装置包括涡轮增压器和机 械增压器中的至少一个，随着提供到所述燃烧室的所述增压水平的增加相对于汽油的 量增加提供到所述燃烧室的醇类的量。
7. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述马达是电动马达，所述储能装 置包括电池。
8. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述燃料系统包括配置为输送所述 汽油到与所述燃烧室连通的进气通道的第一喷射器，所述燃料系统包括配置为直接输 送所述醇类到所述燃烧室的第二喷射器。
9. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述控制系统还配置为响应于所述 储能装置存储的能量的量改变提供到所述燃烧室的所述汽油和醇类的相对量。
10. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述醇类包括乙醇。
11. 一种混合动力电动车辆推进系统，包括具有至少一个燃烧室的内燃发动机； 电动马达；燃料系统，所述燃料系统包括配置为输送包括汽油的第一物质到所述燃烧室的第 一喷射器和配置为输送比所述第一物质包括更大浓度的醇类的第二物质到所述燃烧 室的第二喷射器；配置为提供电能到所述电动马达的储能装置；及控制系统，所述控制系统配置为响应于所述储能装置存储的电能的水平改变所述 发动机和所述电动马达的每个提供的车辆推进的相对水平，所述控制系统配置为响应 于所述发动机提供的车辆推进水平改变输送到所述燃烧室的所述第一物质和第二物 质的相对量。
全文摘要
本发明涉及使用爆震抑制的混合动力车辆推进系统，提供一种混合动力车辆推进系统及操作的方法。在一个示例中，系统包括配置为通过至少一个驱动轮推进车辆的具有至少一个燃烧室的内燃发动机，配置为通过至少一个驱动轮推进车辆的马达，配置为存储可由马达使用以推进车辆的能量的储能装置，配置为以变化的相对量输送汽油和醇类到燃烧室的燃料系统，配置为操作马达以推进车辆和响应于马达的输出改变提供到燃烧室的汽油和醇类的相对量的控制系统。
文档编号B60K6/20GK101362430SQ20081014590
公开日2009年2月11日 申请日期2008年8月7日 优先权日2007年8月10日
发明者迈克尔·安德瑞 申请人:福特环球技术公司