CN102862567B - 用于增加混合动力车辆的运行效率的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于控制包括内燃发动机的混合动力电动车辆的方法，该内燃发动机具有设置有进气阀、排气阀和活塞的汽缸，所述活塞配置为让发动机的曲轴旋转。该方法包括确定是否需要车辆的减速且还包括在满足这样的条件时停止对汽缸的燃料供应。方法另外包括经由一机构选择用于进气阀的燃料-关闭促动布置，该机构配置为提供可变阀门正时和升程，从而在减速期间汽缸中的压缩脉冲的大小被限制。还提供了一种用于控制混合动力车辆的系统和采用这样的系统的车辆。
Description
技术领域
本发明涉及用于增加混合动力车辆的运行效率的系统和方法。
背景技术
在内燃发动机的许多使用中，这种发动机经常用于对各种车辆提供动力，作为主要动力源或作为混合动力传动系的一部分。在内燃发动机用在混合动力传动系中时，这种发动机与一个或多个电动机结合以为车辆提供动力。
为了使得混合动力车辆的燃料效率最大化，通常需要在车辆经历减速时使发动机关闭和使之与从动车轮脱开联接。但是，如果动力传动系配置为使得发动机可能不能完全地与驱动车轮脱开，至少需要将发动机的燃料供应关闭，同时允许发动机被车辆的惯性带动或驱动。在这种永久地联接的发动机燃料供给在车辆减速期间被关闭时，发动机继续运行为空气泵，其引起旋转和泵送损失且还增加发动机制动。通常，这种损失的减少增加燃料效率，其会因发动机关闭而引起。另外，这种损失可能减少可用于被动力传动系的电动机重获以对车辆电池充电的能量。
发明内容
提供了一种用于控制包括内燃发动机的混合动力电动车辆的方法，该内燃发动机具有设置有进气阀、排气阀和活塞的汽缸，所述活塞配置为让发动机曲轴旋转。该方法包括确定是否需要车辆的减速且还包括在满足这样的条件时停止对汽缸的燃料供应。方法另外包括经由一机构选择用于进气阀的燃料-关闭促动布置，该机构配置为提供可变阀门正时和升程，从而在减速期间汽缸中压缩脉冲的大小被限制。
排气阀可以与包括三元催化器的排气系统流体连通。因而，选择用于进气阀的燃料-关闭促动布置的动作可以限制经由排气系统被迫进入三元催化器的进入空气量。
该方法还包括在需要车辆的加速时恢复对汽缸的燃料供应。恢复对汽缸的燃料供应的动作可以包括供应足够量的燃料以消耗被迫进入三元催化器的进入空气量。
车辆可以包括控制器。因此，确定是否需要车辆的减速、停止燃料供应、选择用于进气阀的燃料-关闭促动布置和恢复燃料供应可以经由控制器实现。
选择用于进气阀的燃料-关闭促动布置的动作使得在车辆减速期间通过电动-发电机恢复的用于为能量存储系统再充电的能量的量最大化。
该机构可以包括凸轮轴，所述凸轮轴具有第一凸轮凸角和第二凸轮凸角。机构可以还包括摇臂，所述摇臂具有第一表面和第二表面，该第一表面配置为经由第一凸轮凸角促动进气阀并产生第一阀门升程分布线，该第二表面配置为经由第二凸轮凸角促动进气阀并产生第二阀门升程分布线。该机构可以另外包括一装置，该装置配置为选择摇臂的第一和第二表面中的一个以促动进气阀。进而，该机构可以包括移相器，所述移相器配置为在到发动机的燃料供应已经停止时选择凸轮轴的预定燃料-关闭位置。在这样的机构中，第一升程分布线可以低于第二升程分布线且第一凸轮轴位置可以配置为早于第二凸轮轴位置打开进气阀。另外，在这种情况下，用于进气阀的燃料-关闭促动布置可以通过将凸轮轴旋转到燃料-关闭位置且选择第一凸轮凸角而选择。
还提供一种用于控制上述混合动力电动车辆的系统和采用这样的系统的车辆。该系统和车辆每一个均包括控制器，所述控制器配置为执行上述的方法。
车辆可以包括制动踏板，从而控制器可以另外配置为监视制动踏板的位置，以确定是否需要车辆的减速。另外，控制器可以配置为操作所述机构，以在制动踏板释放时选择用于进气阀的燃料-供应促动布置。
在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
附图说明
图1是包括内燃发动机的混合动力电动车辆的示意图，该内燃发动机具有配置为为发动机进气阀提供可变阀门正时和升程的机构；
图2是图1中示意性地描绘的机构的具体实施例的示意性侧视图；和
图3是控制图1的混合动力电动车辆的方法流程图。
具体实施方式
参见附图，其中相同的附图标记指示相同的部件，图1显示了混合动力电动车辆(HEV)10的示意图。HEV 10并入了动力传动系，该动力传动系包括内燃发动机12，例如火花或压缩点火类型的，适于驱动车轮14和/或车轮16以推进车辆。发动机12也可以用于发动机制动，即使用HEV 10的惯性让发动机旋转，由此在HEV从高速度惯性滑行时使车辆减慢。
混合动力车辆10也可以通过包括制动构件18的摩擦制动系统减慢或减速。在需要车辆减速时，制动构件18由HEV 10的操作者经由制动踏板19促动，例如在城市交通中停止和前进期间或当HEV在下坡滑行中以其他方式获得速度时。制动构件18通常包括例如制动器转子、制动钳和制动垫这样的部件，这些部件通常被液压地促动，如本领域技术人员所已知的，且不详细示出。制动构件18配置为将摩擦力施加到车轮14和16，用于通过将车辆的动能作为热来散耗而减少HEV的速度。
发动机12通过变速器20并经由驱动轴或推进轴22而将发动机12的扭矩施加到从动车轮14和/或16。如图2所示，发动机12包括曲轴24和汽缸26。每一个汽缸26设置有第一进气阀28、第二进气阀30、第一排气阀32和第二排气阀34。每一个进气阀28、30被配置为在发动机12推进HEV 10时控制进入相应汽缸26的空气或空气和燃料的供给。每一个排气阀32、34配置为控制从相应汽缸26除去燃烧后排气。每一个汽缸26还包括活塞36和未示出的连接杆，但是它们的存在是本领域技术人员所能理解的。
如图2另外所示，每一个活塞36配置为在相应汽缸26内部的燃烧力下往复运动，且由此经由连接杆让曲轴24旋转。如本领域技术人员所理解的，发动机12的废气排放、燃料效率和动力输出每一个可以受到进气阀28、30和排气阀32、34的打开和关闭的持续时间和升程影响。另外，相同发动机性能参数也受到进气阀28、30和排气阀32、34相对于相应活塞36的上死点和下死点位置的打开和关闭的正时影响。
为了HEV的改进的燃料效率，发动机12配置为在HEV 10的减速期间被关闭和被车辆惯性带动，并随后在再次需要HEV的加速时自动地重新起动。为了关闭发动机12，燃料供应被停止输送到每一个汽缸26，且随后在发动机要被重新起动时恢复输送。通常，在对内燃发动机的燃料供给被关闭且发动机被带动时，内部旋转部件，例如主体发动机的曲轴、阀和活塞，保持运动。因此，运转的发动机的汽缸继续产生真空，并随后吸入空气、压缩空气和将空气泵出。因而，虽然主体发动机不燃烧燃料或产生燃烧力，但是发动机确实继续经历旋转和泵送损失。这种旋转和泵送损失通常转换为主体车辆的降低的运行效率且抵消了从在减速期间关闭发动机的燃料供应时可以看到的燃料经济方面的改善。
为了在发动机被带动时减少发动机12中旋转和泵送损失且为了在发动机重新起动时有助于改进的燃料效率，发动机另外包括机构38。机构38操作性地连接到汽缸26。进而，机构38配置为，当到汽缸26的燃料供应已经在HEV10的减速期间被停止时，提供可变的阀门正时和升程并选择用于进气阀28、30的燃料-关闭促动布置。
如图2所示，机构38包括凸轮轴40，该凸轮轴40具有一组第一凸轮凸角42和一组第二凸轮凸角44。机构38还包括一组摇臂46。每一个摇臂46具有第一表面48和第二表面50，该第一表面48配置为经由第一凸轮凸角42促动单独的进气阀28并产生第一阀门升程分布线（valve lift profile），该第二表面50配置为经由第二凸轮凸角44促动进气阀28并产生第二阀门升程分布线。为了产生进气阀28的可变升程，第一表面48相对于凸轮轴40固定，而第二表面50是相对于凸轮轴可动的或可调整的。通过第一表面48产生的第一升程分布线低于通过第二表面50产生的第二升程分布线。机构38还包括装置52，该装置52配置为选择摇臂46的第一和第二表面48、50中的一个以促动进气阀28。
装置52可以配置为由油压促动的销。这样的油压可以通过油控制阀54调节，如图2所示。因此，装置52在第一凸轮凸角42和第二凸轮凸角44之间选择性地切换以获得用于进气阀28期望的升程分布线。因为，如所示的，发动机12中每一个汽缸26包括两个进气阀28和30，所以凸轮轴40还包括重复组的第一和第二凸轮凸角42、44，以经由重复组的摇臂46促动进气阀30。因而，进气阀28和30被基本上同步地促动，但是是经由单独的摇臂46由单独的第一和第二凸轮凸角42、44促动，以控制进入相应汽缸26的空气或空气和燃料的供应。进而，装置52还配置为选择摇臂46的第一和第二表面48、50中的一个，以对进气阀28和30两者基本上同步地产生期望的升程分布线。
继续参考图2，机构38还包括移相器56。移相器56通过改变凸轮轴40相对于曲轴24的位置而为发动机12提供对发动机进气阀28、30的打开和关闭正时的控制，即可变阀门正时。移相器56可以例如通过油压操作，从而油的液力用于变动凸轮轴40相对于曲轴24的位置，由此改变发动机的阀的打开和关闭的正时。移相器56可以通常配置为在到发动机12的燃料供应已经停止时选择用于凸轮轴40的预定燃料-关闭位置。因而，移相器56的燃料-关闭位置使凸轮轴40相对于曲轴24、且相对于活塞36的位置变动，使得进气阀28、30与它们会在移相器的燃料-供应位置期间相比在压缩冲程期间保持打开得更久。移相器56的燃料-供应位置通常是在进气阀28、30被充分地操作以为发动机12提供HEV10的操作者所请求的性能的情况下的那些位置。
移相器56的燃料-关闭位置的有效结果是，与在发动机12被提供燃料时相比，在燃料供应已经停止时，发动机压缩脉冲的大小被减小或被限制且歧管绝对压力增加。因而，经由机构38通过共同地让凸轮轴40旋转到燃料-关闭位置和选择第一凸轮凸角42来选择用于进气阀28、30的燃料-关闭促动布置。这样，与进气阀的燃料-供应位置比较，用于进气阀28、30的燃料-关闭促动布置使得进气阀的关闭相对于曲轴24的位置提前。
如图2所示，发动机12还包括排气凸轮轴58。排气凸轮轴58包括一组第三凸轮轴凸角60，其配置为调节第一排气阀32的运行。另外，排气凸轮轴58包括一组第四凸轮轴凸角62，其配置为调节第二排气阀34的运行。因而，排气凸轮轴58操作第一和第二排气阀32、34，以有助于从相应汽缸26消除燃烧后排气。
再次参考图1，在供以燃料期间，发动机12通过第一和第二排气阀32、34将作为燃烧过程产品的气体排出到排气系统64中，并排出到大气。排气系统64包括三元催化转化器66，该三元催化转化器66用于在气体进入大气之前减少排出的排气的毒性，即废气排放。三元催化转化器66具有三个同时的任务：1)将氮氧化物或NOx还原为氮和氧气，2)将一氧化碳氧化为二氧化碳，和3)将未燃烧的碳氢化合物氧化为二氧化碳和水。
在进入汽缸的空气燃料混合物处在围绕化学计量关系的窄的燃料/空气比带（band）内时，三元催化转化器66中的所有三种污染物的转变几乎是完全的。然而，在该带之外，三元催化转化器66的转变效率则快速地下降。在空气燃料混合物中存在比所需更多的氧气时，且随后在排气中存在更多氧气时，会导致NOx的不完全的还原。当燃料供应在HEV 10的减速下停止时，发动机12被操作为空气泵，其导致三元催化转化器66充满氧气。在发动机12重新起动时，成比例的量的燃料需要被供应到排气系统64，以补偿并消耗已经被迫进入三元催化转化器66中的空气的量。
在机构38将凸轮轴40旋转到燃料-关闭位置且选择第一凸轮凸角42时产生的用于进气阀28、30的燃料-关闭促动布置限制了在HEV 10的不供应燃料减速下被迫进入三元催化器66的进入空气的量。与如果进气阀28、30的关闭经由选择第二凸轮凸角44且使移相器56位于燃料-供应位置而相对于曲轴24被推迟或延迟时被迫进入催化器的空气量相比，由此被迫进入三元催化器66中的进入空气的量减少。因而，通过减少被迫进入三元催化转化器66的氧气量，机构38允许在发动机12重新起动时成比例减小的量的燃料供应到汽缸26，由此有助于发动机的改进的燃料效率。
如图1所示，HEV 10的动力传动系额外并入电动-发电机68。如所示的，电动-发电机68定位在变速器20中，但是也可以被定位在HEV 10的任何地方，取决于车辆的架构和动力流的控制。HEV 10能由电动-发电机68单独地、或与发动机12组合地推进。电动-发电机68配置为从能量存储系统70接收能量和供应能量给该能量存储系统70，所述能量存储系统70例如为一个或多个可充电电池模块。能量存储系统70供应用于让发动机12曲轴运动和起动、用于电动-发电机68和各种车辆附件的电能，例如车辆加热和通风系统，和外部和内部照明。能量存储系统70配置为选择性地存储能量直到最大可容许充电状态(state of charge,SOC)，并释放存储的能量到设定的最小SOC。
除了经由制动构件18进行摩擦制动外，对减速来说，HEV 10可以使用上述再生制动。再生制动是通常被包括在混合动力车辆中以通过将车辆的一些动能转换成可储存能量形式（而不是将其作为热量散耗）来使车辆减速的机制。在再生制动中，HEV 10的惯性用于驱动电动-发电机68，由此使得被驱动的电动-发电机产生电流。同时，电动-发电机的这种驱动另外产生来自变速器20的负输出扭矩，所述负输出扭矩作用以在HEV 10从高速度惯性滑行时让车辆减慢。再生制动通常比经由制动构件18实现的更常见的摩擦制动提供主体车辆的更低的减速率。因此可能需要当发动机12在再生制动期间关闭时保持发动机制动，以帮助HEV10的减速。
来自再生制动的可储存能量通常经由电动-发电机68导通到能量存储系统70以恢复其枯竭的SOC。因为再生制动另外地重新获得失去的能量，它可以比经由摩擦制动系统的构件18实现的制动提供更高效率的车辆减速模式。因为发动机12不需要在再生制动期间为HEV10提供动力，所以到发动机12的燃料输送可以断开，由此额外地改善车辆效率。通过经由机构38选择用于进气阀28、30的燃料-关闭促动布置，其让进气阀的关闭相对于曲轴24提前，发动机12的泵送损失减小。这种减小的泵送损失减少了在HEV10的减速期间让发动机12旋转而吸收的惯性能量的量。因而，机构38的运行允许车辆惯性更高效地驱动电动-发电机68，以增加在车辆减速期间通过电动-发电机68恢复的用于为能量存储系统70再充电的能量的量。
继续参考图1，HEV10还包括控制器72，所述控制器72配置为调节发动机12、电动-发电机68、变速器20、和摩擦制动系统的构件18的运行。控制器72还配置为监视能量存储系统70的SOC。控制器72另外配置为确定是否希望HEV10减速并在满足这样的条件时停止对汽缸26的燃料供应。进而，控制器72配置为，在到汽缸26的燃料供应被断开时，操作机构38以选择用于进气阀28、30的燃料-关闭促动布置。因而，控制器72配置为当燃料供给在减速期间停止时（与当汽缸被供应燃料时相比）限制汽缸26中压缩脉冲的大小并增加歧管绝对压力。
控制器72包括有形的/非瞬时的存储器。存储器可以是参与提供计算机可读数据或过程指令的任何可记录介质。这样的介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失介质和易失介质。非易失介质可以包括例如光盘或磁盘和其他永久存储器。易失介质可以包括例如动态随机存储器（DRAM)，其可以构成主存储器。这样的指令可以由一个或多个传输介质传输，包括同轴线缆、铜导线和光学纤维，包括含有联接到计算机的处理器的系统总线的导线。控制器72的存储器也可以包括软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质等。
控制器72可配置或配备有其他所需计算机硬件，例如高速时钟、必需的模拟数字(A/D)和/或数字模拟（D/A）电路、任何必要的输入/输出电路和装置(I/O)，以及适当的信号调节和/或缓冲电路。服务器72所需的或可获取的任何算法由此可以存储在存储器中且自动地执行以提供所需的功能。
控制器72也可以被配置为经由监视制动踏板19的位置而确定车辆操作者是否期望HEV 10的减速。在确定需要HEV 10的减速时，到发动机12的燃料供应被控制器72调节和停止。在不再需要HEV 10的减速时，例如在制动踏板19被释放时，控制器72可以调节机构38回到燃料-供应位置，在该位置进气阀28、30根据HEV操作者所需的发动机性能被控制。进而，在将机构38调节回到燃料-供应位置之后，控制器72可以还恢复对发动机12的燃料供应。因此通过控制器72恢复，输送到汽缸26的燃料供应将足以消耗实际上在HEV 10的减速期间被迫进入三元催化器66中的进入空气的量。
图3显示了用于控制针对图1和2在上面描述的HEV 10的方法80。方法在图框82开始，HEV 10以可测量的速度沿道路行进。方法随后从图框82前进到图框84，图框84用于通过控制器72确定是否需要HEV 10减速。在图框84之后，在图框86中方法包括在需要这样的减速时通过控制器72停止对发动机12的燃料供应。在图框86中停止对发动机12的燃料供应之后，方法前进到图框88。
在图框88，方法包括经由机构38选择用于进气阀28、30的燃料-关闭促动布置，从而在减速期间在汽缸的燃料供给已经停止时汽缸26中的压缩脉冲的大小被限制。如针对图1-2所述的，机构38配置为提供可变阀门正时和升程。因而，机构38可以包括摇臂46，所述摇臂46配置为与移相器56结合可变地控制进气阀28、30的升程分布线，所述移相器56配置为控制进气阀的打开和关闭的正时。
结果，与通常在进气阀28、30的燃料-供应操作期间引起的损失相比，通过机构38选择燃料-关闭促动布置减少了发动机12中的泵送损失。另外，通过机构38选择燃料-关闭促动布置允许车辆惯性更高效地驱动电动-发电机68，以增加在车辆减速期间通过电动-发电机68恢复的用于为能量存储系统70再充电的能量的量。进而，通过机构38选择燃料-关闭促动布置减少被迫进入三元催化转化器66中的氧气量。泵入三元催化转化器66中氧气量的这种减少允许在发动机12的重新起动时成比例减小的量的燃料要被供应到汽缸26且有助于发动机的改进的燃料效率。
根据该方法，控制器72也可以监视制动踏板19的位置，该位置作为车辆操作者是否需要减少HEV 10的速度的指示。进而，在制动踏板19被释放时，控制器72可以将机构38调节到预定的燃料-供应位置。另外，在制动踏板19已经释放且由此指示不再需要车辆减速时，对发动机12的燃料供应可以经由控制器72恢复（在图框90）。在电动-发电机68以发电机模式被驱动以为能量存储系统70再充电时，也可以在HEV 10的再生制动期间应用方法80。
尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
Claims (10)
1.一种控制具有内燃发动机的混合动力电动车辆的方法，所述内燃发动机包括曲轴、设置有进气阀的汽缸和活塞，所述活塞配置为在汽缸内部往复运动并让曲轴旋转，所述方法包括：
确定是否需要车辆的减速；
在需要减速时让对汽缸的燃料供应停止；和
经由一机构选择用于进气阀的燃料关闭促动布置，所述机构配置为提供可变阀门正时和升程，使得相比于燃料的供应已经被停止之前，当燃料供应已经被停止时进气阀的关闭相对于曲轴的位置被提前，且由此在减速期间汽缸中压缩脉冲的大小被限制。
2.如权利要求1所述的方法，其中发动机还包括与排气系统流体连通的排气阀，所述排气系统包括三元催化器，且其中所述选择用于进气阀的燃料关闭促动布置限制了经由排气系统被迫进入三元催化器的进入空气的量。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括在需要车辆加速时恢复对汽缸的燃料供应。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述恢复对汽缸燃料的供应包括供应充分的量的燃料以消耗被迫进入三元催化器中的进入空气的量。
5.如权利要求3所述的方法，其中车辆包括控制器，且其中所述确定是否需要车辆的减速、停止燃料供应、选择用于进气阀的燃料关闭促动布置和恢复燃料供应中的每一个经由该控制器实现。
6.如权利要求1所述的方法，车辆还具有电动-发电机以及操作性地连接到发动机和电动-发电机的能量存储系统，其中所述选择用于进气阀的燃料关闭促动布置使得在车辆减速期间通过电动-发电机恢复的用于为能量存储系统再充电的能量最大化。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述机构包括：
凸轮轴，具有第一凸轮凸角和第二凸轮凸角；
摇臂，具有第一表面和第二表面，所述第一表面配置为经由第一凸轮凸角促动进气阀并产生第一阀门升程分布线，所述第二表面配置为经由第二凸轮凸角促动进气阀且产生第二阀门升程分布线；
一装置，配置为选择摇臂的第一和第二表面中的一个以促动进气阀；和
移相器，配置为在到发动机的燃料供应已经停止时选择凸轮轴的预定燃料关闭位置；
其中：
第一阀门升程分布线比第二阀门升程分布线低；和
所述选择用于进气阀的燃料关闭促动布置通过让凸轮轴旋转到燃料关闭位置并选择第一凸轮凸角而实现。
8.一种用于控制混合动力电动车辆的系统，该系统包括：
进气阀，配置为控制进入车辆内燃发动机的汽缸中的空气供应；
一机构，操作性地连接到汽缸且配置为提供可变阀门正时和升程且在汽缸的燃料供应已经停止时选择用于进气阀的燃料关闭促动布置，其中燃料关闭促动布置包括，相比于燃料的供应已经被停止之前，当燃料供应已经被停止时进气阀的关闭相对于曲轴的位置被提前；和
控制器，配置为：
确定是否需要车辆的减速；
在需要减速时让对汽缸的燃料供应停止；和
操作所述机构以选择用于进气阀的燃料关闭促动布置，使得减速期间汽缸中压缩脉冲的大小被限制。
9.如权利要求8所述的系统，其中发动机还包括与排气系统流体连通的排气阀，所述排气系统包括三元催化器，且其中经由排气系统被迫进入三元催化器的进入空气的量在选择用于进气阀的燃料关闭促动布置时被限制。
10.如权利要求8所述的系统，其中控制器还配置为在需要车辆加速时恢复对汽缸的燃料供应。
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