CN102463983A - 利用发动机停止/启动技术改善车辆中气候控制功能的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

利用发动机停止/启动技术改善车辆中气候控制功能的方法和设备。内燃机具有当车辆运行指示不需要来自发动机的扭矩时自动中断发动机运行的发动机停机系统。空调器压缩机运转以使车辆的乘客舱变凉，并且空调器压缩机在第一阶段时间内被驱动在第二阶段时间内没有被驱动。超弛控制系统比较压缩机在启用的第一阶段时间内的时间与压缩机在禁用的第二阶段时间内的时间。超弛控制系统禁用发动机停机系统，除非其判定出：禁用的第二阶段时间比启用的第一阶段时间的比例具有低的变化率，该比例大于预设值，以及压缩机在禁用的第二阶段内的时间大于预设值。

Description

利用发动机停止/启动技术改善车辆中气候控制功能的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种车辆中的发动机系统，根据车辆的空调器压缩机的运行而超弛控制发动机停机系统。
背景技术
全混合动力车是配备有可以无需从内燃机获得助力而推进车辆的电池动力电动机的车辆。轻度混合动力和其他“停止/启动”车辆系统配置可以在当车辆滑行、制动、和/或停止时关闭发动机而当需要时又可以快速重新启动发动机的车辆。当驾驶员踩下油门踏板以使车辆加速时，要求发动机快速地重新启动以使车辆加速。与全混合动力相比较，轻度混合动力不具有专用的纯电动模式推进，因此依赖于内燃机的快速重启以便根据需求使车辆加速。
在轻度混合动力车中，传统的空调器由发动机驱动。在发动机处于停机模式的时间段内，空调器的压缩机无法再由发动机提供动力，因此压缩机不能工作以压缩空调器系统中的流体。因此，在轻度混合动力车中当发动机暂时停机时，空调器系统失去效用。
当轻度混合动力的发动机处于停机模式时，有必要保持乘客的舒适。保持乘客舒适的一种途径包括，使用一种系统使得当车辆舱内的空气变得太热时重新启动发动机。这种方法存在的一个问题是，为了达到并且保持最佳的舱温度，发动机可能频繁地停止和重新启动。发动机频繁的停止和启动可称为“开/关事件”，这是令驾乘人员反感的。保持乘客舒适的另一种途径包括，当停机模式不合要求时，使用温度传感器、湿度传感器、以及日照传感器作出预告。这些传感器通常昂贵，因此在一些车辆中不合需求。通常将算法与这些传感器结合起来以保持乘客舒适。
目前需要通过不使用或者最少程度使用传感器而获得有成本效益的系统，同时确保驾乘人员的舒适并且没有不期望的发动机停机和重新启动。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用于车辆的发动机系统。该发动机系统包括具有发动机自动停机系统的内燃机。当车辆运行指示不需要来自发动机的扭矩时，该发动机停机系统自动中断发动机运行。例如，如果车辆滑行、制动、或停止，该发动机停机系统可节约能源并且关闭发动机。空调器压缩机运转以使车辆的乘客舱变凉。压缩机在第一阶段时间内被驱动，在第二阶段时间内没有被驱动。超弛控制系统(override system)比较压缩机在启用的第一阶段时间内的时间与压缩机在禁用的第二阶段时间内的时间。超弛控制系统禁用发动机停机系统，除非其判定出：禁用的第二阶段时间比启用的第一阶段时间的比例具有低的变化率，该比例大于预设值，以及压缩机在禁用的第二阶段内的时间大于预设值。
在本发明的另一方面，发动机系统包括发动机和使车辆的乘客舱变凉的空调器。空调器包括在工作周期(duty cycle)中接合和脱离压缩机的离合器。当车辆运行指示不需要来自发动机的扭矩时，或者当所需的发动机扭矩小于预设的值时，发动机停机系统自动中断发动机运行。超弛控制系统监控离合器的工作周期，并且决定是否禁用发动机停机系统。超弛控制系统禁用发动机停机系统，除非占空比具有接近于零(或小于预设阈值)的变化率、占空比小于预设比例、以及压缩机被脱离至少预设时间。
优选地，超弛控制系统阻止发动机停机系统自动中断发动机运行，除非超弛控制系统判定出：占空比具有小于预设阈值的变化率，并且压缩机被脱离至少预设时间。
优选地，超弛控制系统阻止发动机停机系统自动中断发动机运行，除非超弛控制系统判定出：占空比具有小于预设阈值的变化率，并且占空比小于预设比例。
优选地，超弛控制系统阻止发动机停机系统自动中断发动机运行，除非超弛控制系统判定出：占空比具有小于预设阈值的变化率。
优选地，超弛控制系统阻止发动机停机系统自动中断发动机运行，除非超弛控制系统判定出：压缩机被脱离至少预设时间。
优选地，超弛控制系统阻止发动机停机系统自动中断发动机运行，除非超弛控制系统判定出：占空比小于预设比例。
根据本发明的另一方面，提供一种空调系统，用于具有发动机和自动停止发动机的发动机停机系统的车辆。空调系统包括压缩机，以及分别在驱动阶段中接合压缩机和在停用阶段中脱离压缩机的离合器。离合器状态信号发生器产生离合器状态信号，指示离合器或者处于驱动阶段或者处于停用阶段。控制模块监控离合器状态信号，并且根据该信号或者启用或者禁用发动机停机系统。控制模块可确定离合器处于停用时间中的时间比离合器处于驱动时间中的时间的比例。如果该比例具有接近于零的变化率，如果该比例大于预设比例，以及如果停用时间大于预设时间，则控制模块启用发动机停机系统。
附图说明
图1是示出了根据本发明的至少一个实施例的用于车辆的发动机系统的结构的框图；
图2是示出了根据本发明的一个实施例的超弛控制发动机停机系统的超弛控制系统的流程图；
图3是示出了根据本发明的可替代实施例的超弛控制发动机停机系统的超弛控制系统的流程图；
图4是示出了根据本发明的另一个可替代实施例的超弛控制发动机停机系统的超弛控制系统的流程图；
图5是示出了当舱温度被降低并且稳定时压缩机状态、舱温度、和蒸发器温度的示例的图表；以及
图6是示出了当舱温度被稳定时压缩机状态、舱温度、和蒸发器温度的示例的图表。
具体实施方式
以下公开本发明的详细的实施例，但是应该理解，所公开的实施例可以以各种变化的方式实施。附图无需按比例绘制，并且一些特征可以被放大或者缩小以示出特定组件的细节。本发明公开的具体的结构和功能细节不应被解释为限定性的，而是仅作为代表性的要素用于教导本领域技术人员如何实施本发明。
参考图1，示出具有发动机12和发动机停机系统14的车辆系统10。当车辆运转方式显示不需要发动机扭矩时(例如当车辆在滑行、制动、和/或停止时)，发电机停机系统关闭发动机12以节省燃料。为了触发发动机停机系统14以关闭发动机12，发动机负荷必须在预设值以下。空调压缩机16由离合器18驱动，并且动力自发动机12经由皮带20传递至离合器18从而驱动压缩机16。当离合器18驱动压缩机16时，空调系统向车辆驾乘人员提供冷气。在本领域中空调系统为公知技术，可包括：用于冷凝制冷流体的冷凝器21，用于使制冷流体膨胀的膨胀阀22或者膨胀装置，通过从环境空气中吸收热量从而冷却空气的蒸发器23。该系统也可包括将较冷空气吹入车舱内的风扇24。压力开关25(或者热敏电阻)指示何时提供给压缩机16的制冷剂压力对于压缩机运行而言太低。离合器18也可以处于停用阶段，在该阶段中离合器18不驱动压缩机16。在停用阶段，压缩机16不压缩空调系统中的流体。
控制模块26包括离合器状态传感器28，可感知离合器18在驱动阶段中与压缩机16接合，以及离合器18在停用阶段中与压缩机16脱离。应该理解，离合器的状态可以由离合器状态信号发生器测定，并且传感器或者信号发生器可位于能够测定离合器的接合或者脱离的任何位置。控制模块26将压缩机处于驱动阶段的时间和压缩机处于停用阶段的时间进行比较，以超弛控制和禁用发动机停机系统14，防止发动机停机。
在自动气候控制系统中，控制模块26还可以包括：感知进入车辆中的日照量的日照传感器30，感知车辆中湿度的湿度传感器32，以及感知车辆的舱内空气的温度的舱温度传感器34。蒸发器低温传感器或者低压循环开关25指示，何时进入压缩机16的制冷剂压力对于压缩机运行而言太低时。根据由传感器30、32、34和为控制模块26的输入36设置的开关25提供的数据，控制模块26决定压缩机16是否驱动空调系统以将冷空气提供给车辆的舱。
在手动气候控制系统中，通过降低车辆用户界面上的理想温度值，或者通过增加风扇24的速度而增加掠过蒸发器的空气量，车辆驾乘人员能够延长驱动压缩机16的时间。在手动气候控制系统中，可能不存在传感器30、32、34，这种情况下压缩机控制可由低压循环开关输入的状态严格决定。应该理解，控制模块26也可以是车辆的动力总成控制模块的一部分。应进一步理解，传感器30、32、34和离合器状态传感器28可以与同一个控制模块26通讯，或者传感器30、32、34也可以与独立空调控制模块通讯。还应理解，离合器状态传感器可以是物理设备，或者也可以不是物理设备。它可能只是控制模块中产生的用于决定离合器驱动的计算结果。
参考图1和图2，公开了超弛控制系统40的一个实施例。超弛控制系统40包括来自离合器状态传感器28的输入，其中该离合器状态传感器测量离合器驱动压缩机的时间(ton)和离合器不驱动压缩机的时间(toff)。空调系统可使用制冷剂压力、蒸发器温度、或者空气温度来调整空调离合器18开启或者关闭，以防止蒸发器结冰。离合器状态传感器28感知离合器18开启或者关闭的时间，并且将该时间反馈给控制模块26和超弛控制系统40。
超弛控制系统40开始于点火钥匙打开发动机运转(KOER)42，其中车辆驾乘人员已经转动钥匙启动发动机或者以其它方式启动发动机。在44处对toff比ton的比例以及这个比例的变化率是否接近于零进行比例判定。可在任何预设的范围内计算变化率44，或者可将该变化率计算为瞬时变化率，但优选的，在之前的5到10个离合器周期内计算该变化率。变化率判定44可推知舱的空气温度是否稳定。值得注意的是，变化率“接近于零”的含义为：toff比ton的比例的变化率在足以保证乘客舒适的预设的微量范围或者阈值内。
如果在44处变化率判定不接近于零(“No”)，则禁用发动机停机系统14。但是，如果在44处变化率判定接近于零(“Yes”)，则在46处计算比例判定。根据离合器18的toff比ton的比例是否大于预设比例而作出判定。再一次，可在任何预设的范围内计算该判定，但优选的，在之前的5到10个离合器周期内计算该比例。预设的比例“X”可设定为任何值，但优选的，预设的比例“X”介于0.2到2.0之间，更优选的，预设的比例“X”是0.9。比例判定46可推知舱的空气温度是否处于如车辆驾乘人员设定的舒适的水平。如果在46处比例判定不是大于预设的值(“No”)，则禁用发动机停机系统14。但是，如果在46处比例判定大于预设的值(“Yes”)，则在48处评估压缩机关闭时间。离合器状态传感器感知压缩机关闭的时间(toff)，并且控制模块比较toff与预设时间“C”。预设时间“C”可以是任何预设的时间，但优选为大于10秒。如果压缩机关闭时间未超过阈值时间(“No”)，则禁用发动机停机系统14。但是，如果压缩机关闭时间超过阈值时间(“Yes”)，则发动机停机系统14在50处启动。
如果变化率判定44、比例判定46、或者toff判定48中的任何一个产生“No”的输出，意味着要么是舱的温度不稳定，要么不舒适，要么未达到阈值toff。在任何一个“No”的结果中，控制模块26禁用发动机停机系统14。如此，在为了维持空调系统有效冷却车辆舱的空气而很快需要重新启动发动机12的情形中，可防止发动机12关闭。如此提供的车辆系统10可确保车辆驾乘人员的舒适程度，而没有不希望的发动机熄火和重新启动。参考图3，公开了超弛控制系统40的另一个实施例。一旦KOER 42被确定，按照类似于图2中实施例进行变化率判定44和比例判定46。如果变化率判定44和比例判定46的计算输出的结果都是“Yes”，发动机停机系统14起动，但如果判定46、48中任何一个输出“No”，则禁用发动机停机系统14。
参考图4，公开了超弛控制系统40的又一实施例。一旦KOER 42被确定，在44处判定变化率，并且在48处评估压缩机关闭时间。如图3和图4中所示，优选的，在超弛控制系统40中存在变化率判定44。该判定44是重要的，因为它表示空调器已经将车辆的舱温度降低至稳定的温度。在确定发动机12停机后无需为了将舱内空气保持在期望的温度而很快重新启动发动机的方面，这是很重要的因素。
应该理解，可以在超弛控制系统40中使用变化率判定44、比例判定46、以及离合器关闭时间判定48中的任何一个或者全部，并且可以任何顺序使用。图2-4仅为三个判定44、46、和48的组合的示例。
参考图1和图5，示出驱动阶段和非驱动阶段的压缩机状态54。工作周期包括：离合器状态传感器28指示压缩机16被驱动时的ton，以及离合器状态传感器28指示压缩机16未被驱动时的toff。ton和toff中的变化对应舱温度60的变化。压缩机被驱动56远远超过压缩机未被驱动58，以将舱温度降低至车辆驾乘人员期望的稳定的温度。一旦温度已经稳定，就无需像降低初期舱温度时那样频繁地驱动压缩机16。图5中还示出蒸发器温度62。控制模块26调整离合器18打开或者关闭以防止蒸发器结冰。由于在toff期间离合器18未驱动压缩机16，蒸发器温度62中显示出温度峰值，该温度峰值表明温度升高防止结冰。接着，时间ton和toff的值被输入图2-4示出的超弛控制系统40中。
参考图6，示出了舱温度60稳定时的一个时段内的压缩机状态54。压缩机状态54大部分保持运行，但间歇地停运以防止蒸发器温度62处于低温而可能造成的蒸发器结冰。
参考图1-5，当舱温度60被降低时，toff比ton的比例的变化率不是接近于零。因此，根据超弛控制系统40，发动机停机系统14会被禁用以使得发动机通过离合器18和皮带20继续向压缩机16提供动力。不过，一旦温度达到如图6中示例的稳定温度，toff比ton的比例的变化率就接近于零。于是，当满足在46处比例大于预设的比例以及在48处压缩机关闭时间大于预设的时间的条件时，超弛控制系统40不再禁用发动机停机系统。
参考图1-6，应该理解，可在车辆系统10中使用容量可变的空调器压缩机。可使用传感器进行检测容量可变的压缩机何时在最大容量运行，何时在最小容量运行以及压缩机何时停机。接着，控制模块可比较压缩机以最大容量运行的时间和压缩机以最小容量运行的时间。该比较可用于如图2-4中所描述的超弛控制系统，并且可禁用发动机停机系统14。
尽管以上描述了示例性实施例，并不表示这些实施例描述了本发明所有可能的形式。更确切地说，说明书中使用的词用于描述而非用于限定，并且应该理解，可以做出未脱离本发明的宗旨和范围的各种变化。此外，各种实施方式的特征可以结合起来形成本发明的更多的实施例。

Claims (8)

1.一种用于车辆的发动机系统，包括：
具有当车辆运行指示不需要来自发动机的扭矩时自动中断发动机运行的发动机停机系统的内燃机；
运转以使所述车辆的乘客舱变凉的空调器压缩机，其中，所述空调器压缩机在第一阶段时间内被启用而在第二阶段时间内被禁用；以及
将所述空调器压缩机在所述第一阶段时间内的时间与所述空调器压缩机在所述第二阶段时间内的时间进行比较以禁用所述发动机停机系统的超弛控制系统。
2.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述超弛控制系统禁用所述发动机停机系统，除非所述超弛控制系统判定出：
所述第二阶段时间大于预设的时间。
3.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述超弛控制系统禁用所述发动机停机系统，除非所述超弛控制系统判定出：
所述第二阶段时间比所述第一阶段时间的比例具有小于预设阈值的变化率。
4.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述超弛控制系统禁用所述发动机停机系统，除非所述超弛控制系统判定出：
所述第二阶段时间比所述第一阶段时间的所述比例大于预设的比例。
5.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述超弛控制系统禁用所述发动机停机系统，除非所述超弛控制系统判定出：
所述第二阶段时间比所述第一阶段时间的比例具有小于预设阈值的变化率，并且
所述第二阶段时间大于预设的时间。
6.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述超弛控制系统禁用所述发动机停机系统，除非所述超弛控制系统判定出：
所述第二阶段时间比所述第一阶段时间的比例具有小于预设阈值的变化率，并且
所述第二阶段时间比所述第一阶段时间的所述比例大于预设的比例。
7.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述超弛控制系统禁用所述发动机停机系统，除非所述超弛控制系统判定出：
所述第二阶段时间大于预设的时间，并且
所述第二阶段时间比所述第一阶段时间的所述比例大于预设的比例。
8.根据权利要求1所述的发动机系统，其中，所述超弛控制系统禁用所述发动机停机系统，除非所述超弛控制系统判定出：
所述第二阶段时间比所述第一阶段时间的比例具有小于预设阈值的变化率，
所述第二阶段时间大于预设的时间，并且
所述第二阶段时间比所述第一阶段时间的所述比例大于预设的比例。
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