CN101424200A - 加热发动机机油的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及加热发动机机油的方法和系统，公开一种加热具有通过液体冷却回路冷却的电驱动系统(60)的混合动力电动车辆(5)的柴油发动机(20)的发动机机油的方法，该方法包括当需要再生排气后处理装置(50)时，使用需要从电驱动系统(60)的冷却回路排出的热量并通过使用让冷却剂和发动机机油选择性地流过的热交换器(70)去加热发动机(20)的发动机机油。

Description

加热发动机机油的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种具有内燃发动机和电驱动系统的混合动力电动车辆。
背景技术
减少汽车和其它由内燃发动机(ICE)驱动的车辆的化石燃料消耗和排放的需求已为众所周知。电动马达驱动的车辆试图满足这些需求。然而，电动车辆具有受到限制的行驶范围和受到限制的能量容量且需要充足的时间以对其电池充电。一种可选解决方案为将ICE和电动牵引马达两者结合在一辆车辆中。这种车辆典型地被称为混合动力电动车辆(HEV)。HEV可设置为多种配置，其中一些配置需要操作者在电动运转和内燃运转间选择，而在其他一些配置中内燃发动机驱动与电驱动之间的转换自动执行。
最常见的配置为：
a.串联混合动力电动车辆(SHEV)，其中内燃发动机连接至称为发电机的电动马达。发电机依次地向电池和另一个称为牵引马达的电动马达提供电能。在SHEV中，牵引马达是唯一的车轮扭矩源。在发动机与驱动轮之间没有机械连接；
b.并联混合动力电动车辆(PHEV)配置具有一起提供需要的车轮扭矩以驱动车辆的内燃发动机和电动马达。在PHEV配置中，电动马达可用作通过ICE产生的能量对电池充电的发电机；以及
c.并联/串联混合动力电动车辆(PSHEV)，由于其兼有PHEV和SHEV配置的特性并典型地被称为“动力分配”配置。在PSHEV中，内燃发动机通过行星齿轮组驱动桥机械连接至两个电动马达。第一电动马达即发电机连接至中心齿轮，内燃发动机连接至行星齿轮架，牵引马达形式的第二电动马达通过驱动桥中的附加传动装置连接至环形(输出)齿轮。来自内燃发动机的扭矩驱动发电机以对电池充电。发电机还对需要的车轮(输出轴)扭矩做出贡献。牵引马达用于贡献车轮扭矩，并且如果使用再生制动系统则用于重新获得制动能量以对电池充电。
将内燃发动机与电动马达结合起来的需求很清楚，减低内燃发动机燃料消耗与排放而不会感觉到车辆性能或行驶范围损失。
所有的混合动力电动车辆的一个共同特征在于随时可能停用时停止内燃发动机以减少排放和燃料消耗，这样的缺点在于内燃发动机经常在其最佳运行温度以下运行并且特别地发动机机油温度经常低于所期望的温度，这样会在发动机内增加摩擦，因此导致了较低的总体功效。
在为柴油发动机的情况下，发动机的冷运转会引起特殊的问题，因为对于柴油发动机，以被称为后喷射的方法在燃烧循环后期喷射燃料以再生排气后处理装置例如柴油微粒捕集器、NOx捕集器或催化转化器是常规做法。这种燃料后喷射的不利之处在于其导致燃料转移到发动机机油内，并且随着机油温度降低转移到发动机机油内的燃料量有增加的趋势。
因此，在需要排气后处理装置再生时需要以最高可能安全机油温度运行。
发明内容
本发明的目的在于提供以有效方式加热混合动力电动车辆的内燃发动机的发动机机油的方法与装置。
依照本发明的第一方面，提供一种加热具有电驱动系统的混合动力电动车辆的柴油发动机的发动机机油的方法，所述电驱动系统具有包括设置去从用于冷却电驱动系统的冷却剂传输热量至发动机机油的热交换器的冷却回路，且柴油发动机具有排气后处理装置，该方法包括确定冷却剂的温度是否高于发动机机油的温度，确定是否需要排气后处理装置再生，如果需要排气后处理装置再生且冷却剂的温度高于发动机机油的温度，则在开始排气后处理装置再生之前通过从冷却剂传输热量至发动机机油而加热发动机机油。
使用冷却剂加热发动机机油可以包括使冷却剂和发动机机油流过共同的热交换器。
依照本发明的第二方面，提供一种混合动力电动车辆，其具有提供排气至排气后处理装置的用发动机机油润滑的柴油发动机和带有冷却回路的电驱动系统，该冷却回路具有用于冷却电驱动系统的冷却剂可选择性穿过的热交换器及由控制器控制的用于控制冷却剂流过热交换器的阀，其中热交换器被设置为在冷却剂与发动机机油之间传输热量，当冷却剂的温度高于发动机机油的温度时并且将发生排气后处理装置再生时，控制器可操作以开启阀从而允许冷却剂流过热交换器以加热发动机机油。
控制器可操作以允许冷却剂流过热交换器以在排气后处理装置再生开始之前加热发动机机油。
热交换器可以是共同的热交换器，且当将发生排气后处理装置再生时，冷却剂和发动机机油两者皆可流过该热交换器。
其具有的一个优点在于冷却剂和发动机机油流过热交换器的单独控制可用于控制发动机机油的加热。这在例如热交换器位于油底壳内及只有冷却剂流过热交换器时是不可能实现的。
本发明的第二优点在于在连接至柴油发动机的排气后处理装置再生的情况下能够减少转移进发动机机油内的燃料。
现在将参考附图以举例的方式对本发明进行描述。
附图说明
图1为依照本发明的柴油混合动力电动车辆的图示。
图2A为与所述混合动力电动车辆的内燃发动机和电驱动系统相关的冷却回路的图示。
图2B为用于电驱动系统的又一冷却回路的实施例。
图3为显示使用来自电驱动系统的冷却剂加热发动机机油的方法的流程图。
图4为显示根据本发明使用机油加热再生排气后处理装置的方法的流程图。
具体实施方式
参考图1与图2，显示了柴油混合动力电动车辆5，其在本实施例中为并联/串联混合动力电动车辆(动力分配)配置。
车辆5具有柴油发动机20，来自所述柴油发动机20的排气流穿过排气后处理装置，所述排气后处理装置在本实施例中为柴油微粒捕集器50。
机油泵54(未显示在图1中)用来使机油从油底壳21流经柴油发动机20的润滑油回路与发动机机油冷却器回路并返回到油底壳21循环。
机油泵54可由发动机20直接驱动，或为电动机油泵，在为电动机油泵的例子中机油由控制器36可控地流过柴油发动机20。
发动机机油冷却器回路包括机油泵54、散热器56和旁通阀55，当发动机机油的温度低于预定温度时，所述旁通阀55可被温度控制或电子控制去绕过散热器56以加速加热发动机机油。
发动机20也具有用于冷却发动机20的汽缸体与汽缸盖的冷却剂回路，其包括冷却剂泵52、散热器51和旁通阀53，当发动机冷却剂的温度低于预定温度时，所述旁通阀53可被温度控制或电子控制去绕过散热器51以加速加热发动机20。
电驱动系统60包括牵引马达30并也可以包括用于提供电传动给混合动力车辆5的该系统的其他组件，例如发电机/马达24、电池控制模块38和传动控制单元40。所述电驱动系统60具有包括散热器61、泵62、旁通阀63、液体-液体热交换器70和电子控制阀64的冷却回路。
流过电驱动冷却回路的液体冷却剂可以为水或机油或任何其他合适的液体。
控制器36可操作以接收多个来自传感器71、72及73的温度输入信号。所述传感器71、72及73提供指示发动机机油温度的信号、指示分别来自热交换器70上游和下游的冷却剂温度的信号。
行星齿轮组26将齿轮架通过单向离合器44机械连接至柴油发动机20，并将中心齿轮机械连接至发电机/马达24，将环形(输出)齿轮连接至牵引马达30。
发电机/马达24也机械连接至制动器22并电连接至电池28。
牵引马达30通过第二齿轮组32机械连接至行星齿轮组26的环形齿轮，并电连接至电池28。行星齿轮组26的环形齿轮通过输出轴33机械连接至车辆5的驱动轮34。
牵引马达30可用于通过第二齿轮组32增加在并联路径上从柴油发动机20传递给驱动轮34的动力。
总体的系统控制由常被称作车辆系统控制器的控制器36执行。
控制器36通过连接至每个部件控制器操作所有的车辆主要部件，且在本例中含有动力系统控制模块(PCM)，尽管PCM可以封装于独立的单元中。
控制器36通过硬连线接口连接至柴油发动机20，且也通过通信网络连接至电池控制单元(BCU)38和传动管理单元(TMU)40。
电池控制单元38通过硬连线接口连接至电池28，而传动管理单元40通过硬连线接口控制发电机/马达24和牵引马达30。
控制器36确定何时运转柴油发动机20以便为车辆5提供牵引力，或以便驱动发电机/马达24以对电池28充电。
混合动力电动车辆5的运转现将具体结合参照图2A来描述。
当控制器36要求时，起动和停止发动机20以便最小化污染和最大化燃料经济性。本领域技术人员应该明白的是，需要使用于润滑发动机20的发动机机油处于或接近优选的运转温度(在100°C附近)以便最小化发动机20内的摩擦。
因此，依照本发明的一个实施例，只要发动机20在运转，控制器36就可操作以通过使用来自温度传感器71的信号确定发动机机油是否低于其优选的运转温度，并且如果通过控制器36确定发动机机油温度低于其优选的运转温度，则控制器36可操作以确定用于冷却电驱动系统的冷却剂是否能被用于加热发动机机油。也就是说，如果电驱动系统冷却剂温度高于发动机机油温度，热交换器70能够用于加速加热或辅助加热发动机机油。
在这种通常存在于发动机20刚刚冷起动后或当混合动力车辆行驶在发动机20有一段时间没有使用的城市环境中的情况下，控制器36可操作以使阀64打开以便冷却剂能够流过热交换器70并加热发动机机油。
在上面描述的实施例的修改例中，当需要加热发动机机油时，旁通阀63也可被控制器36控制并被设置为防止冷却剂流过散热器61，除非从接收来自位于热交换器下游侧的温度传感器73的信号确定冷却剂的温度超过预定最高安全运转温度。最高安全运转温度为冷却剂在该温度之上会发生沸腾，或如果冷却剂为油基的，将会发生油的退化或快速老化的温度。
在上述两个例子中的任一个中，在当发生发动机机油通过热交换器70加热的时期内，旁通阀55也为打开，因此基本上没有发动机机油通过散热器56。旁通阀55能为温度调节类型或被控制器36控制。
在本发明的第二实施例中，机油泵54为电动机油泵，且因此发动机20不必运转以使机油循环流过散热器56或热交换器70。在这例子中，倘若混合动力车辆5在使用，则可能使用热交换器70作为用于电驱动系统60的主要冷却器并使电驱动系统冷却剂循环流过热交换器70。当混合动力电动车辆5处于使用中时，即使发动机20没有运转，发动机机油也持续地循环流过热交换器70。
这种具有的优点是循环发动机机油会使发动机20比其本来更热，因此减少在起动时的排放并保证当发动机20起动时发动机机油温度已经处于在正常环境温度之上，例如举例并且不限于：75°C，因此减小了在开始运转发动机20时的摩擦。在这个例子中，倘若电驱动系统冷却剂的温度高于发动机机油的温度时，阀64允许电驱动系统冷却剂流过热交换器70。如果热交换器70的冷却效果不足以维持电驱动系统冷却剂的温度低于其优选的运转温度，则控制器36可操作以关闭旁通阀63以使冷却剂流过散热器61，或者如果旁通阀63为温度调节阀，当冷却剂的温度超过优选的运转温度时，冷却剂的温度将自动关闭旁通阀63。
在上面描述的两个实施例中，热交换器70用于加热发动机机油以便减小发动机20内的摩擦和/或减少发动机起动时的排放。
图2B显示了电驱动系统的冷却回路，其有意作为显示在图2A中的电驱动系统的冷却回路的直接置换。
根据本发明，当排气后处理装置50再生需要时，使用热交换器70去加热发动机机油以便减少在再生时传输至机油内的燃料量。
本领域技术人员应该明白的是，为了再生连接至柴油发动机的排气后处理装置，常规做法是使用燃料延迟喷射或后喷射以便增加排气后处理装置的温度，而且这种燃料后喷射常导致燃料传输进发动机机油内。燃料传输进机油内是不利的，因为高度的燃料稀释会导致严重的发动机磨损。为了避免这种机油稀释引起的磨损，通常的做法是缩短发动机维修间隔，发动机的维修对于发动机用户是不便的且会增加车辆运转成本。
为了排气后处理装置再生的目的辅助机油加热，需要电驱动系统冷却剂的运转温度高于发动机机油的正常运转温度。在发动机20的正常运转时和电驱动系统60的正常运转时，发动机机油在需要时被散热器56冷却且电驱动冷却剂穿过散热器61被冷却。
然而，在开始排气后处理装置50的再生之前，倘若从热交换器70返回的冷却剂的温度低于冷却剂的最高运转温度，控制器36可操作以切换穿过电驱动系统60的冷却剂流以使其流过热交换器70和绕过散热器61。
如果该温度在最高运转温度之上，则旁通阀63关闭且冷却剂在返回电驱动系统60之前也流过散热器61。这使从电驱动系统冷却剂传输至发动机机油的热量最大化，同时确保电驱动系统60没有过热。
在排气后处理装置再生之前加热发动机机油是期望的，因为在排气后处理装置50再生时，发动机机油温度越高，传输进发动机机油内的燃料量越少。
参阅图3，其显示了使用上述系统加热发动机机油的方法。
该方法从步骤100开始，其为当发动机20起动时。该步骤可被称为“接通”步骤。
然后，该方法进入步骤110，此处确定是否需要加热发动机机油。需要加热发动机机油有几个理由，但最主要的理由是如果发动机机油的温度为低则期望加热发动机机油。
如果不需要加热发动机机油，因为其已经位于正常工作温度，则该方法循环步骤110直至需要加热，在需要加热的点上该方法进入步骤120。
在步骤120处，确定流过电驱动系统的冷却剂的温度是否高于循环过柴油发动机20的发动机机油的温度。如果冷却剂的温度没有高于发动机机油的温度，其不能用于加热发动机机油并且该方法终止于步骤160处。
如果冷却剂的温度高于发动机机油的温度，则该方法然后进入至步骤130。
在步骤130，控制器36可操作以允许来自电驱动系统60的冷却剂流过热交换器70以使其加热发动机机油，并且有利地，当混合动力电动车辆5在使用时，发动机机油通过电动机油泵持续地循环流过发动机20。可选地，如果使用发动机驱动机油泵，尽管冷却剂循环过热交换器，其将对发动机机油仅有很小的加热效应，直到发动机20起动，机油流过发动机20和热交换器70。
然后在步骤140处，其确定是否仍需要加热发动机机油。例如，如果发动机机油的温度接近从电驱动系统60流向热交换器70的冷却剂的温度，则进一步通过来自电驱动系统60的冷却剂加热发动机机油是不可能的，并且控制器36可操作以停止来自电驱动系统60的冷却剂流过热交换器70，如步骤150所示。作为当加热不再需要时的可选例，如果发动机机油的运转温度接近其正常运转温度，则不再需要加热，且控制器36可操作以停止来自电驱动系统60的冷却剂流过热交换器70，如步骤150所示。在另一例子中，如果在步骤140处需要继续加热，则该方法返回至步骤120。
在步骤150后，该方法结束于步骤160，然而在实践中其可返回至步骤110以使其在混合动力车辆5在使用时能持续运转。
具体参阅图2B和图4，这里显示了柴油发动机的排气后处理装置的再生方法的一部分，其在开始排气后处理装置的再生之前使用电驱动系统冷却剂加热发动机机油。因此步骤220总体上相对应于显示在图3中的步骤130，步骤250对应于显示在图3中的步骤150。
当发动机20起动时，该方法开始于步骤200。该步骤可被称为“接通”步骤。
然后，该方法进入至步骤210，此处确定排气后处理装置50的再生是否需要。如果不需要再生，该方法循环于步骤210直到需要再生，在需要再生的点上该方法进入至步骤220。
在步骤220处，循环流过发动机20的机油温度通过使用参照图3如前所描述的热交换器70去加热发动机机油从其正常运转温度范围90-100°C增加至提高的温度范围120-150°C。也就是说，显示在图3中的步骤110在这个例子中为关于排气后处理装置50是否需要再生的判断。应注意到发动机机油的温度在再生开始前增加以确保当再生开始时，其处于提高的温度。
在步骤230处，其使用机油温度传感器71确定机油温度是否已经达到预定的较低温度限值，在这个例子中为120°C，如果预定温度已经达到，控制器36可操作以直接开始燃料后喷射或发送信号至其他控制单元以开始该处理，如步骤230所指示。如果温度没有达到预定温度，则延迟再生直到发动机机油温度已有足够的上升。
在排气后处理装置50的再生发生的时期内，机油温度被维持在提高的温度，其不仅减少了被机油吸收的燃料量，也导致燃料从循环流过系统或储存在如油底壳的存储器内的任何机油中蒸发。
当确定排气后处理装置已经再生时，燃料后喷射终止，如步骤240中所指示。
机油温度在再生停止后的预定时期内仍然维持在其提高的水平以进一步从机油中蒸发燃料。考虑到再生的预测时间或预期时间，这段预定时期可从后喷射结束时间或再生开始时间起运行。
一旦预定时期过去，该方法就从步骤240进入步骤250。在步骤250中机油的温度减小到其正常运转范围，在本例中通过在控制器36的控制下关闭阀64以使来自电驱动系统60的冷却剂不再流过热交换器70。
该方法然后进入至步骤260，在步骤260处确定发动机20是否仍在运转。如果发动机20仍在运转(接通＝是)，则方法返回步骤210，但是如果确定发动机20未在运转(接通＝否)，则方法结束。
应该明白的是描述的方法只是依照本发明方法的一个例子，并且本发明不限于描述的步骤或执行这些步骤的顺序。
还应理解，可设计各种冷却系统配置以有助于从电驱动系统冷却剂传递热量至发动机机油，且本发明的方法不限于图2A和图2B所示的系统。
对于本领域技术人员应该明白的是，尽管本发明已经通过参照一个或多个实施例举例描述，但是并不限制于所公开的实施例，在不脱离本发明范围下，可对所公开的实施例或可选实施例进行一个或多个修改。

Claims (5)

1.一种加热具有电驱动系统的混合动力电动车辆的柴油发动机的发动机机油的方法，所述电驱动系统具有包括设置去从用于冷却所述电驱动系统的冷却剂传输热量至所述发动机机油的热交换器的冷却回路，且所述柴油发动机具有排气后处理装置，该方法包括确定所述冷却剂的温度是否高于所述发动机机油的温度，确定是否需要所述排气后处理装置的再生，如果需要所述排气后处理装置的再生且所述冷却剂的温度高于所述发动机机油的温度，则在开始所述排气后处理装置的再生之前通过从所述冷却剂传输热量至所述发动机机油而加热所述发动机机油。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述冷却剂加热所述发动机机油包括使所述冷却剂和所述发动机机油流过共同的热交换器。
3.一种混合动力电动车辆，其具有提供排气至排气后处理装置的用发动机机油润滑的柴油发动机和带有冷却回路的电驱动系统，所述冷却回路具有用于冷却所述电驱动系统的冷却剂可选择性穿过的热交换器及由控制器控制的用于控制冷却剂流过所述热交换器的阀，其中所述热交换器被设置为在所述冷却剂与所述发动机机油之间传输热量，当所述冷却剂的温度高于所述发动机机油的温度时并且将发生所述排气后处理装置的再生时，所述控制器可操作以开启所述阀从而允许冷却剂流过所述热交换器以加热所述发动机机油。
4.如权利要求3所述的混合动力电动车辆，其特征在于，所述控制器可操作以允许冷却剂流过所述热交换器以在开始所述排气后处理装置的再生之前加热所述发动机机油。
5.如权利要求3或4所述的混合动力电动车辆，其特征在于，所述热交换器是共同的热交换器，且当将发生所述排气后处理装置的再生时，可致使所述冷却剂和所述发动机机油两者皆可流过所述热交换器。
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