CN102785663B - 用于启动-停止机动车的内燃发动机的运行的方法 - Google Patents

用于启动-停止机动车的内燃发动机的运行的方法 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例提供一种方法，用于操作机动车（10）的内燃发动机（10），其包括的步骤有：监视用于接合/脱开机动车（10）的离合器（16）的控制装置（17）的动作；监视内燃发动机（110）的转速；如果下列调节被满足，则触发内燃发动机的关闭：内燃发动机（110）接通；机动车减速度的监视值在其预先确定的值的范围内；发动机速度的监视值低于其阈值；且离合器控制装置（17）朝向离合器（16）的脱开位置移动。

Description

用于启动-停止机动车的内燃发动机的运行的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作机动车的内燃发动机的方法，诸如柴油发动机或火花点火发动机。
更具体地，本发明涉及一种在驾驶周期中自动启动和停止内燃发动机的方法。
背景技术
为了降低燃料消耗和污染排放，现代内燃发动机通常由发动机控制单元（ECU）根据启动-停止策略所操作，其在每次机动车停止（例如靠近交通灯或停止标记）时规定发动机自动关闭，且随后当驾驶者希望再次移动时自动接通发动机。
如果机动车装备有手动变速器，则启动-停止策略基本基于下列参数：机动车的减速、内燃发动机的速度（即其曲轴的转速）、变速箱换挡的档位杆的位置、以及用于接合/脱开将发动机曲轴连接至变速箱的离合器的离合器踏板的位置。
通过监视这些参数，传统的启动-停止策略在驾驶者完成停止操作时规定对内燃发动机的自动关闭的触发，该停止操作包括的步骤有：
-将机动车减速至车辆减速度在预设的值的范围内，且发动机速度低于其预定的阈值，
-按压离合器踏板以脱开离合器，
-将档位杆移动至对应于变速箱的空档/空转档位的空档位置中，且最后
-松开离合器踏板以重新接合离合器。
一旦触发，关闭大致规定ECU终止对发动机的燃料供应，从而内燃发动机此时终止运行。
此后，传统的启动-停止策略规定在驾驶者再次按压离合器踏板以脱开离合器从而能够接合变速箱的第一档位时自动触发内燃发动机的接通。
接通大致规定通过外力（通常通过启动马达）将内燃发动机设置为运动，直至发动机曲轴达到了足以触发燃料燃烧的转速，该转速取决于ECU何时实际开始供应燃料。
该传统的启动-停止策略的缺点是存在有一时间阶段，其中即使发动机曲轴从车轮脱开，内燃发动机也实际接通的。
更具体地，这发生在当驾驶者在停止操作以及启动操作过程中保持离合器踏板按压以移动档位杆时。
作为结果，其中内燃发动机实际关闭的非激活时间确定地小于其中内燃发动机从车轮脱开的空转时间。
通过示例的方式，在新欧洲驾驶循环（NEDC）中，传统的启动-停止策略将对于总280秒的空转时间获得200秒的非激活时间。
出于该原因，传统的启动-停止策略不能获得燃料消耗和污染排放降低的最大利益。
本发明的实施例的目标是通过提供能够实现燃料消耗和污染排放的更大降低来解决或至少积极地降低上述缺点。
另一个目标是使用简单、合理以及较不昂贵的解决方案实现上述目标。
发明内容
通过如在本发明主要方面报告的本发明的实施例的特征来实现所述以及其他目标。本发明其它方面指向本发明的实施例的优选和/或特别有优势的方面。
更具体地，本发明的实施例提供一种用于操作机动车的内燃发动机的方法，其包括下列步骤：
-监视机动车的减速度，
-监视用于接合/脱开机动车的离合器的控制装置的动作，该控制装置通常是离合器踏板，
-监视内燃发动机的速度，通常是发动机曲轴的转速，
-当下列条件被满足时，触发内燃发动机的关闭：
-内燃发动机接通，
-机动车减速度的监视值在其预定的值的范围内，
-发动机速度的监视值低于其阈值，和
-离合器控制装置朝向离合器的脱开位置移动。
通过这样的方式，内燃发动机在其从车轮脱开时立刻自动关闭，由此优势地增加了非激活时间，并继而降低了燃料消耗和污染排放。
根据本发明的方面，该方法还包括下列步骤：
-监视用移动机动车的变速箱的档位的控制装置的位置，该控制装置通常是换挡杆，
-当下列条件被满足时，触发内燃发动机的接通：
-内燃发动机关闭，
-变速箱控制装置处在对应于第一档位接合的位置中，
-离合器控制装置朝向离合器的接合位置移动。
本发明的该方面具有的优势是内燃发动机的接通被延后至驾驶者实际需要将机动车驶离时，从而进一步增加了非激活时间并继而降低了燃料消耗和污染排放。
根据本发明的另一方面，该方法还包括的步骤有，在内燃发动机的接通被触发时，通过电机将扭矩传输至车轮，例如通过皮带驱动交流发电机起动机（BAS）。
本发明的该方面具有的优势是提供车辆的立刻驶离，即使内燃发动机的接通被延后。
事实上，在驾驶者总体地需要在他松开离合器踏板时立刻驶离时，内燃发动机可能不能在第一发动机循环中及时地产生足够的扭矩。
此处关注的本发明的方面因此在若干种关键情形中特别具有优势，其中发动机接通伴随有车辆立刻驶离的请求时，例如当驾驶者“改变决定”，即当驾驶者刚将发动机关闭并突然决定驶离时，例如由于初始时是红色的交通灯突然变成绿色。
根据本发明的方法可在计算机程序的帮助下被实施，所述计算机程序包括用于实施所述方法的全部步骤的程序编码，且表现为包括所述计算机程序的计算机程序产品。
该方法也可被实现为电磁信号，所述信号被调制以承载代表用于实施所述方法的全部步骤的计算机程序的数据位序列。
本发明的另一实施例提供一种用于操作机动车的内燃发动机的设备，其中该设备包括：
-监视机动车的减速度的装置，
-用于监视用于接合/脱开机动车的离合器的控制装置的运动的装置，
-用于监视内燃发动机的速度的装置，
-当下列条件被满足时，配置为触发内燃发动机的关闭的装置：
-内燃发动机接通，
-机动车减速度的监视值在其预定的值的范围内，
-发动机速度的监视值低于其阈值，和
-离合器控制装置朝向离合器的脱开位置移动。
该设备还可包括：
-用于监视用于移动机动车的变速箱的档位的控制装置的位置的装置，
-当下列条件被满足时，配置为触发内燃发动机的接通的装置：
-内燃发动机关闭，
-变速箱控制装置处在对应于第一档位接合的位置中，
-离合器控制装置朝向离合器的接合位置移动。
本发明的该实施例实现了上述的方法的利益，即增加内燃发动机的非激活时间，以降低燃料消耗和污染排放。
本发明的又一实施例提供了一种机动车，其包括：
内燃发动机（ICE）、将内燃发动机连接至一个或多个车轮的离合器、用于接合/脱开离合器的离合器控制装置、用于监视机动车减速的第一速度传感器、用于监视离合器控制装置的运动的位置传感器、用于监视内燃发动机速度的第二速度传感器、以及和第一速度传感器、位置传感器和第二速度传感器连通的电子控制单元（ECU），其中ECU被配置为：
通过第一速度传感器监视机动车的减速度的值，
通过第二速度传感器监视发动机的速度的值，
通过位置传感器监视离合器控制装置的移动，和
-当下列条件被满足时，触发内燃发动机的关闭：
-内燃发动机接通，
-机动车减速度的监视值在其预定的值的范围内，
-发动机速度的监视值低于其阈值，和
-离合器控制装置朝向离合器的脱开位置移动。
机动车系统还可包括连接内燃发动机和车轮的变速箱、用于移动变速箱的档位的变速箱控制装置、用于监视变速箱控制装置的位置的其他位置传感器，其中ECU还被配置为：
通过其他位置传感器监视变速箱控制装置的位置，和
-当下列条件被满足时，触发内燃发动机的接通：
-内燃发动机关闭，
-变速箱控制装置处在对应于第一档位接合的位置中，
-离合器控制装置朝向离合器的接合位置移动。
本发明的该实施例实现了增加内燃发动机的非激活时间的利益，以降低燃料消耗和污染排放。
附图说明
将通过示例的方式参照附图对本发明进行描述。
图1示出了汽车系统。
图2是属于图1中的汽车系统的内燃发动机的部分。
图3示意地示出了图1中的汽车系统，其安装于装备有手动变速器的机动车上，
图4是驾驶者进行用于停止图3中的车辆的操作的示意图。
图5是驾驶者进行用于驶离图3中的车辆的操作的示意图。
图6是示出了自动启动和停止图3中的机动车的内燃发动机的方法的流程图。
附图标记
10机动车
13车轮
14手动变速器
15变速箱
16离合器
17离合器踏板
18换挡杆
20电机
100汽车系统
101数据载体
102速度传感器
103宽范围位置传感器
104速度传感器
105位置传感器
110内燃发动机
120发动机缸体
125汽缸
130汽缸盖
135凸轮轴
140活塞
145曲轴
150燃烧室
155凸轮移相器
160燃料喷射器
170燃料轨道
180燃料泵
190燃料源
200进气歧管
205空气进气管道
210进气口
215阀门
220口
225排气歧管
230涡轮增压器
240压缩机
260涡轮
260中冷器
270排气系统
275排气管
280后处理装置
290VGT促动器
300排气再循环系统
310EGR冷却器
320EGR阀
330节流阀本体
340质量空气流量和温度传感器
350歧管压力和温度传感器
360燃烧压力传感器
380冷却剂和机油温度和水平传感器
400燃料轨道压力传感器
410凸轮位置传感器
420曲轴位置传感器
430排气压力和温度传感器
440EGR温度传感器
445加速器踏板位置传感器
450ECU
具体实施方式
一些实施例可包括汽车系统100，如图1和2所示，其包括内燃发动机（ICE），诸如柴油发动机或火花点火发动机，其包括限定了至少一个具有联接以旋转曲轴145的活塞的汽缸125的发动机缸体120。汽缸盖130和活塞140协作以限定燃烧室150。燃料和空气混合物（未示出）被布置在燃烧时150中且点燃，导致热的膨胀的排气，其导致活塞140的往复运动。燃料由至少一个燃料喷射器160提供，而空气通过至少一个进气口210提供。燃料以高压从燃料轨道170提供至燃料喷射器160，燃料轨道170和高压燃料泵180流体连通，该高压燃料泵180增加从燃料源190处接收的燃料的压力。每一个汽缸125都包括至少两个阀门215，其由与曲轴145正时旋转的凸轮轴135促动。阀门215选择地允许空气从口210进入燃烧室150，并替换地允许排气通过口220离开。在一些示例中，凸轮移相器155可选择地变动凸轮轴135和曲轴145之间的正时。
空气可通过进气歧管200配送至空气进气口（一个或多个）210。空气进气管道205可从周围环境提供空气至进气歧管200。在其他实施例中，可提供节流阀本体330以调节进入歧管200中的空气流动。在此外的其他实施例中，可提供诸如涡轮增压器230的强制进气系统，其包括旋转地联接至涡轮250的压缩机240。压缩机240的旋转增加了管道205和歧管200中的空气的压力和温度。布置在管道205中的中冷器260可降低空气的温度。涡轮250通过从排气歧管225接收排气而旋转，其将排气从排气口220引导通过一系列叶片，继而通过涡轮250膨胀。排气离开涡轮250并被引导进入排气系统270中。该示例示出了可变形状涡轮（VGT），其具有布置为移动叶片以改变通过涡轮250的排气的流动的VGT促动器290。在其他实施例中，涡轮增压器230可为固定形状的和/或包括废气门。
排放系统270可包括排气管275，其具有一个或多个排气后处理装置280。后处理装置可为配置为改变排气成分的任意装置。后处理装置280的一些示例包括但不限于，催化转换器（双路或三路的）、氧化催化器、稀NOx采集器、碳氢化合物吸收器、选择催化还原（SCR）系统和颗粒过滤器。其他实施例可包括排气在循环（EGR）系统300，其联接在排气歧管225和进气歧管200之间。EGR系统300可包括EGR冷却器310，以降低EGR系统300中的排气的温度。EGR阀门320调节EGR系统300中的排气的流动。
汽车系统100还可包括电子控制单元（ECU）450，其和一个或多个与ICE110相关的装置和/或传感器连通。ECU450可从多个传感器处接收信号，传感器被配置为产生信号，该信号和与ICE110相关的各个物理参数成比例。传感器包括但不限于质量空气流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却剂和机油温度和水平传感器380、燃料轨道压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴位置传感器420、排气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440、和加速器踏板位置传感器445。此外，ECU450可产生至各个控制装置的输出信号，该控制装置被配置为控制ICE110的运行，其包括但不限于，燃料喷射器160、节流阀本体330、EGR阀320、VGT促动器290、和凸轮移相器155。注意，虚线用于指示ECU450和各个传感器和装置之间的连通，但一些出于清楚的目的被忽略。
现在转向ECU450，该装置可包括和存储器系统以及接口总线连通的数字中央处理器（CPU）。CPU被配置为执行作为程序存储在存储器系统中的指令，并发送信号至接口总线以及从接口总线接收信号。存储器系统可包括多种存储器类型，包括光存储器、磁存储器、固态存储器、以及其他非易失性存储器。接口总线可被配置为发送、接收、和调制模拟和/或数字信号至/从各个传感器和控制装置。程序可实现此处公开的方法，允许CPU执行该方法步骤并控制ICE110。
参见图3，汽车系统100可安装在混合动力机动车10上，其中提供内燃发动机110的曲轴145以通过手动变速器14驱动一对车轮13。
手动变速器14包括连接至车轮13的变速箱15和用于将曲轴145选择地连接至变速箱15的离合器16。
离合器16由离合器踏板17操控，可在其中离合器将曲轴145运动学地连接至变速箱15的接合位置和其中离合器16将曲轴145从变速箱15运动学地脱开的脱开位置间移动。
在该示例中，离合器踏板17在其被驾驶者按压时朝向脱开位置移动，且当被松开时，其由弹簧等推送返回到接合位置。
变速箱15被接合，以允许曲轴145和车轮之间多个齿轮比（或简单地，“档位"），包括其中变速箱145不将任何扭矩从曲轴145传输至车轮13的空档或空转档位、具有变速箱15内的最低前进齿轮比的第一档位、以及齿轮比渐进地增加的若干个其他档位。
在本示例中，变速箱15的档位之间的移动通过手动杆18操作，该手动杆常被称作档位杆或变速器杆。
机动车10还包括电机20（诸如皮带驱动交流发电机起动机（BAS）），其总体地提供用于启动内燃发动机110，但其也能在加速期间直接提供一定量的扭矩至车轮13，并在减速运行期间作为再生制动器产生一定量的电能。
电机20和内燃发动机110受控于发动机控制单元（ECU）450，其特别地提供，基于由驾驶者按压的加速器踏板的位置和传感器445的测量调节内燃发动机110的汽缸125内喷射的燃料的量。
根据本发明的该实施例，ECU450还实施启动-停止策略，其总体地提供用于在每次机动车10停止时（例如靠近交通灯或停止标志时）自动关闭内燃发动机110，且随后当驾驶者希望将机动车10驶离时自动接通。
为了停止机动车10，驾驶者大致执行图4中示出的操作。
更具体地，由于内燃发动机110仍然接通，驾驶者首先通过松开上述加速器踏板降低燃料喷出的量，且随后使得机动车10减速，例如通过按压制动踏板（未示出）。
通过这样的方式，机动车10的速度和内燃发动机10的曲轴145的旋转速度一起渐进地降低。
当曲轴旋转速度位于一定水平以下时，驾驶者按压离合器踏板17以脱开离合器16，随后他移动换挡杆18，以接合变速箱15的空档，且最终他松开离合器踏板17以重新接合离合器16。
本发明的该实施例的启动-停止策略规定ECU450在图4中以A示出的时刻（即在驾驶者按压离合器踏板17以接合空档时）触发内燃发动机110的关闭。
关闭总体地规定ECU450终止对发动机的燃料供应，从而内燃发动机110此时终止运行。
此后，为了将机动车10驶离，驾驶者总体地执行图5中示出的操作。
更具体地，由于内燃发动机仍关闭，驾驶者首先按压离合器踏板17以脱开离合器16，随后他移动换挡杆18，以接合变速箱15的第一档位，且随后他松开离合器踏板17以重新接合离合器16并驶离。
本发明的该实施例的启动-停止策略规定ECU450在图5中以B示出的时刻（即在驾驶者在第一档位接合后松开离合器踏板17时）触发内燃发动机110的接通。
由于内燃发动机110仍然关闭，启动阶段规定ECU450激活电机20，其使得内燃发动机110运动，直至发动机曲轴145达到足以触发燃料燃烧的旋转速度，此时ECU450开始实际地使用燃料供应内燃发动机110。
由于电机20能够直接提供扭矩给车轮13，该方法确保即时的驶离，即使发动机110不在启动后的第一发动机循环中提供大的扭矩。
为了执行上述的启动-停止策略，ECU450可实施图6中流程图示出的操作方法。
该方法规定ECU450监视下列参数：机动车减速、发动机速度（即曲轴145的转速）、离合器踏板17的移动和档位杆18的位置。
机动车的减速度可通过和车轮13相关联的速度传感器102和计算模块监视，传感器测量机动车10的速度而计算模块计算机动车速度在时间上的导数。
可通过和曲轴145相关联的速度传感器104测量发动机速度。
离合器踏板17的移动可由位置传感器103监视，该传感器能够感知宽的范围上的离合器踏板17的位置。
档位杆18的位置可由和其相关的另一位置传感器监视。
该方法还规定ECU450检查内燃发动机110当前是接通或是关闭，以确定是否需要发动机的关闭或接通。
在发动机110当前接通的情形中，该方法跟随图4中的示意图，并相应地规定当下列条件被满足时触发内燃发动机110的关闭：
-机动车减速度的监视值VD在其预定的值的范围内，
-发动机速度的监视值ES低于其阈值ESth，和
-离合器踏板17朝向离合器16的脱开位置移动。
以上提及的机动车减速度的值的范围通常在0和可校准的上限阈值之间，其可示例性地为0.5m/sec2。
发动机速度的阈值通常基于涉及的内燃发动机的特定种类而被校准。
在发动机110当前关闭的情形中，该方法跟随图5中的示意图，并相应地规定当下列条件被满足时触发内燃发动机110的接通：
-档位杆18处在其中变速箱15的第一档位被接合的位置中，
-离合器踏板17朝向离合器16的接合位置移动。
根据本发明的方面，上述方法由ECU450在存储在连接至ECU450的数据载体101中的计算机程序的辅助下实施，从而当ECU450执行该程序时，该方法的全部步骤被实施。
尽管在前述的概述以及详细描述中示出了至少一个示例性实施例，应理解存在很多数量的变动之处。应理解所述一个或多个示例性实施例仅为实力，而不意图以任何方式限定范围、用途或配置。而是，上述概述和详细描述将为本领域技术人员提供用于实施至少一个示例性实施例的方便的说明，被理解的是可对示例性实施例中描述的元件的功能和布置进行各种变动，而不背离如在所附的权利要求书以及其法律意义上的等价物中阐明的范围。

Claims (7)

1.一种用于操作机动车(10)的内燃发动机(110)的方法，其包括步骤：
-监视机动车(10)的减速度，
-监视用于接合/脱开机动车(10)的离合器(16)的控制装置(17)的运动的装置，
-监视内燃发动机(110)的速度，
-当下列条件被满足时，触发内燃发动机的关闭：
-内燃发动机(110)接通，
-机动车减速度的监视值在其预定的值的范围内，
-发动机速度的监视值低于其阈值，和
-离合器控制装置(17)朝向离合器(16)的脱开位置移动。
2.如权利要求1所述的方法，还包括步骤：
-监视用于移动机动车(10)的变速箱(15)的档位的控制装置(18)的位置，
-当下列条件被满足时，触发内燃发动机(110)的接通：
-内燃发动机(110)关闭，
-变速箱控制装置(18)处在对应于第一档位接合的位置中，
-离合器控制装置(17)朝向离合器(16)的接合位置移动。
3.如权利要求2所述的方法，还包括步骤：在内燃发动机(110)的接通被触发时通过电机(20)传输扭矩至车轮(13)。
4.一种用于操作机动车(10)的内燃发动机(110)的设备，其中该设备包括:
-监视机动车(10)的减速度的装置(102)，
-用于监视用于接合/脱开机动车的离合器(16)的控制装置(17)的运动的装置(103)，
-用于监视内燃发动机(110)的速度的装置(104)，
-当下列条件被满足时，配置为触发内燃发动机的关闭的装置(450)：
-内燃发动机(110)接通，
-机动车减速度的监视值在其预定的值的范围内，
-发动机速度的监视值低于其阈值，和
-离合器控制装置(17)朝向离合器(16)的脱开位置移动。
5.如权利要求4所述的设备，其还包括
-用于监视用于移动机动车(10)的变速箱(15)的档位的控制装置(18)的位置的装置(105)，
-当下列条件被满足时，配置为触发内燃发动机(110)的接通的装置(450)：
-内燃发动机(110)关闭，
-变速箱控制装置(18)处在对应于第一档位接合的位置中，
-离合器控制装置(17)朝向离合器(16)的接合位置移动。
6.一种机动车(10)，其包括:内燃发动机(110)和将内燃发动机(110)连接至一个或多个车轮(13)的离合器(16)、用于接合/脱开离合器(16)的离合器控制装置(17)、用于监视机动车(10)减速度的第一速度传感器(102)、用于监视离合器控制装置(17)的运动的位置传感器(103)、用于监视内燃发动机(110)速度的第二速度传感器(104)、以及和第一速度传感器(102)、位置传感器(103)和第二速度传感器(104)连通的电子控制单元(ECU)，其中ECU(450)被配置为：
通过第一速度传感器(102)监视机动车的减速度的值，
通过第二速度传感器(104)监视发动机的速度的值，
通过位置传感器(103)监视离合器控制装置(17)的运动，和
-当下列条件被满足时，触发内燃发动机(110)的关闭：
-内燃发动机(110)接通，
-机动车减速度的监视值在其预定的值的范围内，
-发动机速度的监视值低于其阈值，和
-离合器控制装置(17)朝向离合器(16)的脱开位置移动。
7.如权利要求6所述的机动车(10)，其还包括机连接内燃发动机(110)和车轮(13)的变速箱(15)、用于移动变速箱(15)的档位的变速箱控制装置(18)、用于监视变速箱控制装置(18)的位置的其他位置传感器(105)，其中ECU(450)还被配置为：
通过该其他位置传感器(105)监视变速箱控制装置(18)的位置，和
-当下列条件被满足时，触发内燃发动机(110)的接通：
-内燃发动机(110)关闭，
-变速箱控制装置(18)处在对应于第一档位接合的位置中，
-离合器控制装置(17)朝向离合器(16)的接合位置移动。
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