用于选择性发动机启动的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于选择性发动机启动的方法和系统，其中描述了用于启动发动机的系统和方法。在一个示例中，响应于工况，调节混合动力交通工具的发动机的发动机起动转动速度。当供给功率以旋转发动机的电池容量小于以较高速度旋转发动机的功率量时，减小发动机起动转动速度。
【专利说明】用于选择性发动机启动的方法和系统
【技术领域】
[0001] 本说明书涉及用于启动混合动力交通工具发动机的系统和方法。该方法具体可用 于可经历各种工况的交通工具。
【背景技术】
[0002] 混合动力交通工具可包括可机械连通的发动机和马达。马达可在驾驶员高需求的 条件期间增大发动机扭矩。在某些工况下，马达还可用作唯一的推进力。马达还可将交通 工具的动能转化为电能以便稍后使用。进一步地，当发动机停止时，马达可用来启动发动 机。当发动机为热或为冷时，发动机可经由马达启动，并且发动机内的摩擦在较低发动机温 度和较高发动机温度之间可显著变化。因此，马达可需要供给附加扭矩以在较低温度下旋 转发动机。然而，将功率供给至马达的电池在较低温度下可能提供较少的电荷，并且如果在 一段时间内未对电池充电，那么其在某种程度上可放电。因而，在发动机启动期间，以可重 复的速度起动转动发动机是困难的，并且因此发动机排放可能恶化。
【发明内容】
[0003] 本发明人在此已认识到上述缺点并且已开发出用于启动发动机的方法，其包括： 响应于电池功率容量和以期望发动机速度起动转动发动机的功率量，调节发动机起动转动 的速度；以及以调节后的起动转动速度起动转动发动机。
[0004] 响应于电池功率容量和以期望发动机速度起动转动发动机的功率量，通过调节发 动机起动转动速度，有可能提供降低发动机排放和减小发动机控制器标定复杂性的技术结 果。进一步地，还可以减小未启动发动机的电位。例如，如果电池具有的以期望速度旋转发 动机的功率容量比以期望速度旋转发动机所需的功率量少，那么可将发动机曲柄速度减小 到可提供微调的发动机起动标定的较低速度。进一步地，可确立预定数量的发动机起动转 动速度，使得在发动机启动期间仅使用有限数量的发动机起动标定。这样，可根据更多受限 的起动工况启动发动机，在所述受限的起动工况中，发动机起动标定可以更优化。
[0005] 在另一个实施例中，用于启动发动机的方法包括：响应于在电池中的多个电池单 元之中具有最低电荷状态的电池单元的输出，调节电池功率容量；响应于电池功率容量和 以期望发动机速度起动转动发动机的功率，调节发动机起动转动速度；以及以调节后的起 动转动速度起动转动发动机。
[0006] 在另一个实施例中，该方法还包括，将电池功率容量乘以旋转发动机的马达效率 的结果与以期望发动机速度起动转动发动机的功率相比较。
[0007] 在另一个实施例中，根据发动机温度估计起动转动发动机的功率。
[0008] 在另一个实施例中，该方法还包括基于发动机起动转动速度调节起动转动发动机 的功率。
[0009] 在另一个实施例中，经由传动系集成启动器发电机起动转动发动机。
[0010] 在另一个实施例中，提供交通工具系统。该交通工具系统包括：电机；与电机机械 连通的发动机；和包括由处理器可执行的非暂时性指令的控制器，以经由电机起动转动发 动机，并且响应于电池的电荷状态和多个预定发动机起动转动速度调节发动机速度。
[0011] 在另一个实施例中，多个预定发动机起动转动速度包括发动机空转速度、冷启动 起动转动速度和较低的起动转动速度。
[0012] 在另一个实施例中，冷启动起动转动速度小于发动机空转速度，并且其中较低起 动转动速度小于冷启动起动转动速度。
[0013] 在另一个实施例中，交通工具系统还包括响应于电池功率容量大于以发动机空转 速度起动转动发动机的功率，用于将发动机速度调节到发动机空转速度的附加指令。
[0014] 在另一个实施例中，交通工具系统还包括响应电池功率容量小于以发动机空转速 度起动转动发动机的功率，用于将发动机速度调节到发动机冷启动起动转动速度的附加指 令。
[0015] 在另一个实施例中，交通工具系统还包括比较电池功率容量乘以在期望发动机速 度下的电机效率的结果的附加指令。
[0016] 本说明书可提供若干优点。具体地，该途径可减少发动机起动排放。进一步地，该 途径可降低标定用于发动机启动的控制器的复杂性。更进一步地，该途径可在广泛的发动 机操作工况范围内改善发动机起动。
[0017] 当单独地或结合附图使用时，本说明书的上述优点和其他优点以及特征从下列具 体实施方式中将显而易见。
[0018] 应该理解，提供上述
【发明内容】
是为以简化形式介绍所选概念，其将在具体实施方 式中进一步描述。这并不意味着确认所要求保护的主题的关键或基本特征，其范围由随附 权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上指出的或本公开的任何部分 中指出的任何缺点的实施。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 当单独地或参考附图使用时，通过阅读在此称为【具体实施方式】的实施例的示例， 将更全面地理解在此所述的优点：
[0020] 图1为发动机的示意图；
[0021] 图2示出交通工具传动系配置示例；
[0022] 图3示出各种发动机起动条件的发动机起动扭矩的曲线图；
[0023] 图4示出用于选择性发动机起动的方法流程图；以及
[0024] 图5示出根据图4方法的发动机启动程序示例。
【具体实施方式】
[0025] 本说明书涉及启动发动机。发动机可以是图1中所描述的发动机类型或柴油发动 机。发动机可以是如图2所示的混合动力交通工具的一部分。如图3所示，用于启动发动 机的扭矩可随发动机温度而变化。可根据图4的流程图所描述的方法来选择发动机起动转 动速度。如图5所示，可基于运行条件选择性地启动发动机。发动机起动转动速度可被定 义为燃烧在发动机内开始并且使发动机加速之前的发动机旋转的速度。
[0026] 参考图1，包括多个汽缸的内燃机10由电子发动机控制器12控制，其中在图1中 示出了多个汽缸中的一个。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32,其中活塞36放置在燃烧 室30内并且连接到曲轴40。飞轮97和齿环99联接到曲轴40。启动器96包括小齿轮轴 98和小齿轮95。小齿轮轴98可选择性地推进小齿轮95,以啮合齿环99。启动器96可直 接安装至发动机的前面或发动机的后面。在一些示例中，启动器96可经由传动带或链条将 扭矩选择性地供给至曲轴40。在一个示例中，启动器96在未被啮合到发动机曲轴时处于基 本状态。所示燃烧室30分别经由进气阀52和排气阀54与进气歧管44和排气歧管48连 通。每个进气阀和排气阀可由进气凸轮51和排气凸轮53操作。进气凸轮51的位置可由 进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可由排气凸轮传感器57确定。可相对于曲 轴40移动进气凸轮51和排气凸轮53。
[0027] 所示燃料喷射器66经放置将燃料直接喷射到汽缸30内，这是本领域的技术人员 已知的直接喷射。可替代地，燃料可被喷射到进气端口，这是本领域技术人员已知的端口喷 射。燃料喷射器66输送与来自控制器12的信号的脉冲宽度成比例的液体燃料。燃料由包 括燃料箱、燃料泵和燃料轨（未示出）的燃料系统（未示出）输送到燃料喷射器66。另外， 所示进气歧管44与可选的电子节流阀62连通，该电子节流阀调节节流板64的位置，以控 制从进气口 42到进气歧管44的气流。在一个示例中，高压双极燃料系统可被用于生成较 高的燃料压力。在一些示例中，节流阀62和节流板64可被放置在进气阀52和进气歧管44 之间，使得节流阀62是端口节流阀。
[0028] 无分电器点火系统88响应于控制器12经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。 所示宽域排气氧（UEG0)传感器126联接到在催化转换器70上游的排气歧管48。可替代 地，双态排气氧传感器可替代UEG0传感器126。
[0029] 在一个示例中，转换器70可包括多个催化剂块料。在另一个示例中，可使用多个 排放控制装置，每个装置均带有多个块料。在一个示例中，转换器70可是三元型催化器。
[0030] 控制器12在图1中被示为常规微型计算机，其包括：微处理器单元102、输入/输 出端口 104、只读存储器106、随机存取存储器108、保活存储器110和常规数据总线。所示 控制器12接收来自联接到发动机10的传感器的各种信号，这些信号除了先前讨论的那些 信号外，还包括：来自联接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却液温度（ECT); 联接到油门踏板130用于感测由脚132施加的力的位置传感器134 ;来自联接到进气歧管 44的压力传感器122的发动机歧管压力（MAP)的测量；来自感测曲轴40位置的霍尔效应 传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量；以及 来自传感器58的节流阀位置的测量。还可感测大气压力（传感器未示出）以便由控制器 12处理。在本说明书的优选方面，发动机位置传感器118在曲轴每次旋转产生预定数目的 等间隔脉冲，由此可确定发动机速度（RPM)。
[0031] 在一些示例中，如图2所示，发动机可联接到在混合动力交通工具中的电动机/电 池系统。进一步地，在一些示例中，可采用其他发动机配置，例如柴油发动机。
[0032] 在操作期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环：该循环包括进气冲 程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。通常，在进气冲程期间，排气阀54关闭且进气阀52打 开。空气经由进气歧管44引入燃烧室30,并且活塞36移动到汽缸底部，以便增加燃烧室30 内的容积。本领域的技术人员通常将活塞36靠近汽缸底部且处于其冲程结束处的位置（例 如，当燃烧室30处于其最大容积时）称为下止点（BDC)。在压缩冲程期间，进气阀52和排 气阀54关闭。活塞36朝向汽缸盖移动，以便压缩燃烧室30内的空气。本领域的技术人员 通常将活塞36在其冲程结束时且最靠近汽缸盖（例如当燃烧室30处于其最小容积时）处 的点称为上止点（TDC)。在下文称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。在下文称为点火的 过程中，喷射的燃料由诸如火花塞92的已知点火工具点燃，从而导致燃烧。在膨胀冲程期 间，膨胀气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活塞运动转化为旋转轴的旋转扭矩。最后， 在排气冲程期间，排气阀54打开以将燃烧过的空气燃料混合物释放到排气歧管48,并且活 塞返回到TDC。注意，以上仅示作示例，且进气阀和排气阀打开正时和/或关闭正时可变化， 例如以提供正或负阀门重叠、进气阀迟关闭或各种其他示例。
[0033] 图2为交通工具传动系200和交通工具290的方框图。传动系200可由发动机10 提供动力。发动机10可用图1所示的发动机启动系统启动或经由传动系集成启动器/发 电机（DISG) 240启动。进一步地，经由扭矩致动器204例如燃料喷射器、节流阀、凸轮轴、阀 门升程等，发动机10可生成扭矩或调节扭矩。
[0034] 发动机输出扭矩可被传递至双质量飞轮232的输入侧。经由发动机位置传感器 118可确定发动机速度以及双质量飞轮输入侧位置和速度。双质量飞轮232可包括弹簧和 分开的质量（未示出），用于抑制传动系扭矩扰动。所示双质量飞轮232的输出侧机械联接 到分离离合器236的输入侧。分离离合器236可被电气致动或液压致动。位置传感器234 可放置在双质量飞轮232的分离离合器侧，以感测双质量飞轮232的输出位置和速度。所 示分离离合器236的下游侧机械地联接到DISG输入轴237。
[0035] DISG240可经操作将扭矩提供到传动系200或将传动系扭矩转化成待储存在电 能存储装置275中的电能。DISG240具有比图1所示的启动器96更高的输出扭矩容量。 进一步地，DISG240直接驱动传动系200或由传动系200直接驱动。电能存储装置275可 以是电池、电容器或感应器。DISG240的下游侧经由轴241机械联接到变矩器206的叶轮 285。DISG240的上游侧机械联接到分离离合器236。变矩器206包括向输入轴270输出 扭矩的涡轮286。输入轴270将变矩器206机械联接到自动变速器208。变矩器206还包 括变矩器旁路锁止离合器212 (TCC)。当锁定TCC时，扭矩从叶轮285直接转移至涡轮286。 TCC经由调节控制阀位置的控制器12液压操作。在一个示例中，变矩器可被称为变速器的 部件。变矩器涡轮速度和位置可经由位置传感器239确定。在一些示例中，238和/或239 可以是扭矩传感器或可以是组合的位置和扭矩传感器。
[0036] 当完全松开变矩器锁止离合器212时，变矩器206经由在变矩器涡轮286和变矩 器叶轮285之间的流体转移（例如，液压扭矩路径）将发动机扭矩传递至自动变速器208， 从而能够使扭矩倍增。相反，当变矩器锁止离合器212完全啮合时，发动机输出扭矩经由变 矩器离合器直接转移至变速器208的输入轴（未示出）（例如，摩擦扭矩路径）。可替代地， 变矩器锁止离合器212可部分啮合，从而能够调节直接转送至变速器的扭矩量。响应于各 种发送机工况，或基于以驾驶员为基础的发动机操作请求，通过调节变矩器锁止离合器，控 制器12可经配置调节由变矩器212传递的扭矩量。
[0037] 自动变速器208包括齿式离合器（例如，齿轮1-N，其中N为在4-10之间的整 数）211和前进离合器210。齿式离合器211和前进离合器210可选择性地啮合以推进交通 工具。来自自动变速器208的扭矩输出进而可经由输出轴260转送至车轮216以推进交通 工具。具体地，在将输出驱动扭矩传递至车轮216之前，响应于交通工具行驶状况，自动变 速器208可转移在输入轴270处的输入驱动扭矩。
[0038] 进一步地，通过啮合车轮制动器218,可将摩擦力施加到车轮216。在一个示例中， 车轮制动器218响应于驾驶员将其脚踩在制动踏板（未示出）上可被啮合。在其他示例中， 控制器12或连接到控制器12的控制器可控制车轮制动器的啮合。同样，响应于驾驶员将 其脚从制动踏板释放，通过松开车轮制动器218,车轮216的摩擦力可减小。进一步地，作为 自动发动机停止过程的一部分，交通工具制动器可经由控制器12向车轮216施加摩擦力。
[0039] 机械泵214可将加压的变速器液体供给至自动变速器208,从而提供液压以啮合 各种离合器，如前进离合器210、齿式离合器211、发动机分离离合器236和/或变矩器锁止 离合器212。例如，机械泵214可根据变矩器206操作，并且可经由输入轴241通过发动机 或DISG的旋转驱动。因此，机械泵214中生成的液压可随着发动机速度和/或DISG速度 的增加而增加，并且可随着发动机速度和/或DISG速度的减小而减小。
[0040] 例如，当DISG以小于300RPM的速度旋转时，还可提供电动泵215以增加变速器管 路压力。响应于DISG速度，可经由控制器12选择性地操作电动泵215。因此，当DISG速 度大于阈值速度的同时未致动电动泵215时，机械泵214可供给变速器管路压力。然而，当 DISG速度小于阈值速度时，可致动电动泵215以供给变速器管路压力。
[0041] 如在图1中更详细所示，控制器12可经配置接收来自发动机10的输入，并且相应 地控制发动机的扭矩输出和/或变矩器、变速器、DISG、离合器和/或制动器的操作。作为 一个示例，通过控制节流阀开口和/或阀门正时、阀门升程和涡轮增压发动机或机械增压 发动机的增压而调节火花正时、燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和/或充气的组合，可控制发 动机扭矩输出。在柴油发动机的情况下，控制器12通过控制燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时 和充气的组合可控制发动机扭矩输出。在所有情况下，在逐个汽缸基础上可执行发动机控 制以控制发动机扭矩输出。如本领域已知的，控制器12还可通过调节往返流动于DISG的 场和/或电枢绕组的电流来控制扭矩输出和来自DISG的电能生产。
[0042] 当满足发动机停止条件时，控制器12可通过切断至发动机的燃料和火花引发发 动机停机。然而，在一些示例中，发动机可继续旋转。进一步地，为维持变速器中的扭转量， 控制器12可将变速器208的旋转元件接地到变速箱259,并且从而接地到交通工具的框架。 具体地，控制器12可啮合诸如前进离合器210的一个或多个变速器离合器，并且将啮合的 (多个）变速器离合器锁定至变速箱259和交通工具。可变化（例如，增加）变速器离合器 压力以调节变速器离合器的啮合状态，并且提供期望的变速器扭转量。当满足重启条件并 且/或者交通工具操作员想要发动交通工具时，控制器12可通过恢复汽缸燃烧重新运转发 动机。
[0043] 基于变速器离合器压力，还可在发动机停机期间调节车轮制动器压力，以帮助停 顿变速器同时减少通过车轮传递的扭矩。具体地，通过应用车轮制动器218,同时锁定一个 或多个啮合的变速器离合器，可将反作用力施加到变速器上，并且因此施加在传动系上，从 而在不移动车轮的情况下，保持变速器齿轮有效啮合，并且保持变速器齿轮系中的扭转势 能。在一个示例中，在发动机停机期间，可调节车轮制动器压力以使车轮制动器的应用与啮 合的变速器离合器的锁定相协作。这样，通过调节车轮制动器压力和离合器压力，保留在变 速器中的扭转量在发动机停机时可被调节。
[0044] 因此，图1和图2的系统提供一种交通工具系统，其包括：电机；与电机机械连通 的发动机；和包括可执行的非暂时性指令的控制器，以经由电机起动转动发动机，并且响应 于电池组和电池单元电荷状态、电池组和电池单元温度和获得的电池参数映射以及多个预 定发动机起动转动速度，调节发动机速度，其中电池参数映射描述用于投影电池功率容量 的电池模型中的参数。交通工具系统包括包含发动机空转速度、冷启动起动转动速度和较 低起动转动速度的多个预定发动机起动转动速度的情况。交通工具系统包括冷启动起动转 动速度小于发动机空转速度的情况，以及较低起动转动速度小于冷启动起动转动速度的情 况。
[0045] 在一些示例中，交通工具系统还包括响应于电池功率容量大于以发动机空转速度 起动转动发动机的功率，用于将发动机速度调节到发动机空转速度的附加指令。交通工具 系统还包括响应电池功率容量小于以发动机空转速度起动转动发动机的功率，用于将发动 机速度调节到发动机冷启动起动转动速度的附加指令。交通工具系统还包括比较电池功率 容量乘以在期望发动机速度下的电机效率的结果的附加指令。
[0046] 现在参考图3,其示出各种温度下的发动机起动扭矩的预示曲线图。曲线图300具 有以摄氏度表示发动机温度的X轴和以Nm表示发动机起动转动扭矩的Y轴。发动机起动 扭矩曲线302指示在发动机起动转动期间，以恒定RMP(例如，200RPM)旋转发动机的发动机 起动转动扭矩。曲线302指示发动机起动转动扭矩在较低发动机温度下最大。较高发动机 起动转动扭矩指示在较低发动机温度下的较高发动机摩擦和较高滑油粘度。此外，可观察 到发动机起动转动扭矩在-5摄氏度和-20摄氏度之间显著增加。
[0047] 现在参考图4,其示出用于选择性地启动发动机的示例方法的流程图。图4的方法 可被储存为图1和图2所示系统中的非暂时性存储器中的可执行指令。图4的方法可提供 图5所示的发动机启动程序示例。
[0048] 在402处，方法400判断是否存在发动机启动请求。响应于交通工具操作工况，经 由停止和启动发动机的驾驶员或控制器，可启动发动机起动请求。如果方法400判断存在 启动发动机的请求，则答案为是，并且方法400前进至404。否则，答案为否并且方法400前 进至退出。
[0049] 在404处，方法400确定电池单元的温度和电压。交通工具电池可包括多个电池 单元，并且可确定每个电池单元的温度和电压。在一个示例中，经由模拟数字转换器可确定 电池电压。经由热敏电阻或热电偶的输出可确定电池单元温度。在确定电池单元温度和电 压后，方法400前进至406。
[0050] 在406处，方法400确定最小电池单元电荷状态（S0C)。在一个示例中，电池单元 输出电压和电池单兀温度用于指不基于电池电压和电池温度输出电池S0C的函数。确定每 个电池单元的S0C，并且还确定相应的开路电压f(SOC)。函数f单调地递增，并且该函数在
【权利要求】
1. 一种用于启动发动机的方法，其包括： 响应于电池功率容量和以期望的发动机速度起动转动发动机的功率量，调节发动机起 动转动速度；以及 以所述调节的起动转动速度起动转动所述发动机。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中发动机起动转动速度为发动机空转速度。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中发动机起动转动速度为冷启动起动转动速度。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中发动机起动转动速度小于冷启动起动转动速度。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中响应于电池功率容量大于以所述期望的发动机速 度起动转动所述发动机的功率，将所述发动机起动转动速度调节到发动机空转速度，并且 其中所述期望的发动机速度为所述发动机空转速度。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中响应于电池功率容量大于以所述冷启动起动转动 速度起动转动所述发动机的所述功率，以及所述电池功率容量小于以所述发动机空转速度 起动转动所述发动机的功率，将所述发动机起动转动速度调节到小于发动机空转速度的冷 启动起动转动速度。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中响应于电池功率容量小于以所述冷启动起动转动 速度起动转动所述发动机的功率，将所述发动机起动转动速度调节到小于冷启动起动转动 速度的速度。
8. -种用于启动发动机的方法，其包括： 响应于在电池中的多个电池单元之中具有最低电荷状态的电池单元的输出，调节电池 功率容量； 响应于所述电池功率容量和以期望发动机速度起动转动发动机的功率，调节发动机起 动转动速度；以及 以所述调节的起动转动速度起动转动所述发动机。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述电池功率容量基于电池中的多个电池单元的 功率容量。
10. 根据权利要求8所述的方法，其中所述电池功率容量基于所述电池单元的电荷状 态、所述电池单元的温度读数、和作为电池单元温度和SOC的函数的预定电池内电阻，以及 电池单元曲柄电位和所述电池内电阻的比率。
【文档编号】F02N11/00GK104514660SQ201410500254
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】李勇华, S·哈希米 申请人:福特环球技术公司