CN103511153A - 混合动力应用中冷起动内燃发动机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混合动力应用中冷起动内燃发动机的方法。混合动力系的内燃发动机的起动操作的方法包括：响应于冷起动条件期间的发动机起动事件，根据第一斜坡形状，使用所述至少一个电机开始所述发动机的曲轴的旋转，直到达到第一预定速度。在使用所述至少一个电机控制发动机速度以维持第一预定速度时，发动机速度被监控并且发动机被点火。第一斜坡形状以对应于估计速率的速率被调整，在发动机点火期间发动机速度以所述估计速率增加。当得到至少一个预定燃烧质量参数时，基于控制发动机的燃烧参数，发动机速度根据第二斜坡形状被控制，直到得到第二预定速度。

Description

混合动力应用中冷起动内燃发动机的方法
技术领域
本公开涉及混合动力系中的内燃发动机的起动操作。
背景技术
这一部分的内容仅仅提供有关本公开的背景信息。因此，该内容不意欲构成现有技术的确认。
电可变变速器通常具有连接至发动机的输入构件及连接至行星齿轮组的不同构件的能够作为电动机/发电机操作的一个或两个电机，以允许操作、固定速比和纯电动电池驱动模式的一种或多种电可变模式。
已知的是利用一个或两个电机向发动机提供扭矩，用于转动发动机以起动该发动机。还已知的是在发动机点火期间通过一个或两个电机控制发动机的曲轴的旋转速度。在发动机起动期间用于给一个或两个电机供电的已知电池会经历电池性能要求的增加，例如充电和放电峰值，其会超过电池性能限制并可能会引起电池的损坏。
发明内容
一种混合动力系，包括内燃发动机、电能存储装置、机电变速器，该机电变速器包括可旋转地联接至所述发动机的至少一个电机。所述机电变速器可有选择地控制操作成在所述发动机与所述至少一个电机中传递扭矩。所述发动机的起动操作的方法包括：响应于冷起动条件期间的发动机起动事件，根据第一斜坡形状，使用所述至少一个电机开始所述发动机的曲轴的旋转，直到达到第一预定速度。在使用所述至少一个电机控制发动机速度以维持第一预定速度时，发动机速度被监控并且发动机被点火。第一斜坡形状以对应于估计速率的速率被调整，在发动机点火期间发动机速度以所述估计速率增加。当得到至少一个预定燃烧质量参数时，基于控制发动机的燃烧参数，发动机速度根据第二斜坡形状被控制，直到得到第二预定速度。
本发明还提供以下方案：
1. 一种起动混合动力系的内燃发动机的操作的方法，混合动力系包括发动机、电能存储装置、机电变速器，所述机电变速器包括可旋转地联接至所述发动机的至少一个电机，所述机电变速器可有选择地控制操作成在所述发动机与所述至少一个电机中间传递扭矩，所述方法包括：
响应于发动机起动事件，根据第一斜坡形状，使用所述至少一个电机启动所述发动机的曲轴的旋转，直到实现第一预定发动机速度；
监控发动机速度；
在使用所述至少一个电机控制发动机速度以维持第一预定发动机速度时，点火发动机；
调整第一斜坡形状到对应于估计速率的速率，在发动机点火期间发动机速度以所述估计速率增加；和
当实现至少一个预定燃烧质量参数时，根据第二斜坡形状控制发动机速度，直到基于控制发动机的燃烧参数实现第二预定发动机速度。
2. 根据方案1所述的方法，其特征在于，当发动机冷却剂温度低于预定发动机冷却剂温度，电能存储装置温度低于预定电能存储装置温度，电能存储装置荷电状态低于预定电能存储装置荷电状态的至少一个时，在冷起动条件期间发生发动机起动事件。
3. 根据方案1所述的方法，其特征在于，其还包括：
紧邻之前的利用至少一个电机启动发动机的曲轴的旋转，选择性地将可旋转地联接到发动机的曲轴的行星齿轮组的元件接地。
4. 根据方案1所述的方法，其特征在于，调整第一斜坡形状到对应于估计速率的速率，在发动机点火期间发动机速度以所述估计速率增加，其仅响应于在发动机点火期间发动机速度突变到第一预定发动机速度以上而发生。
5. 根据方案1所述的方法，其特征在于，调整第一斜坡形状到对应于估计速率的速率，在发动机点火期间发动机速度以所述估计速率增加，其仅响应于在发动机点火期间发动机扭矩突变到发动机扭矩突变阈值以上而发生。
6. 根据方案1所述的方法，其特征在于，第一和第二斜坡形状均基于电能存储装置的操作范围，电能存储装置的操作范围由下荷电状态限制和上荷电状态限制限定。
7. 根据方案1所述的方法，其特征在于，根据第二斜坡形状控制发动机速度，直到基于控制发动机的燃烧参数实现第二预定发动机速度还包括基于电能存储装置的荷电状态减小从至少一个电机到发动机的曲轴的相互作用。
8. 根据方案1所述的方法，其特征在于，根据第二斜坡形状控制发动机速度，直到基于控制发动机的燃烧参数实现第二预定发动机速度还包括基于电能存储装置的荷电状态维持从至少一个电机到发动机的曲轴的相互作用。
9. 根据方案1所述的方法，其特征在于，预定燃烧质量参数包括实现燃烧质量速度阈值的发动机速度，燃烧质量速度阈值大于第一预定发动机速度并小于第二预定发动机速度。
10. 根据方案1所述的方法，其特征在于，预定燃烧质量参数包括实现燃烧质量扭矩阈值的发动机扭矩。
11. 根据方案1所述的方法，其特征在于，预定燃烧质量参数包括实现功率流阈值的流入和流出电能存储装置的功率流。
12. 根据方案1所述的方法，其特征在于，其还包括：
当第二预定发动机速度实现时，选择性地将可旋转地联接到发动机的曲轴的行星齿轮组的元件不接地。
13. 根据方案1所述的方法，其特征在于，其还包括：
在所述利用至少一个电机起动发动机的曲轴的旋转期间同时为发动机加燃料。
14. 一种起动混合动力系的内燃发动机的操作的方法，混合动力系包括发动机、电能存储装置、机电变速器，所述机电变速器包括可旋转地联接至所述发动机的至少一个电机，所述机电变速器可有选择地控制操作成在所述发动机与所述至少一个电机中间传递扭矩，所述方法包括：
响应于冷起动条件期间的发动机起动事件，根据第一斜坡形状，使用所述至少一个电机启动所述发动机的曲轴的旋转，直到实现预期曲轴速度；
监控发动机速度；
监控流经电能存储装置的功率；
在使用所述至少一个电机控制发动机速度以维持预期曲轴速度时，点火发动机；
监控发动机扭矩；
响应于发动机突变条件，以对应于一定速率的速率递增增加预期曲轴速度，发动机速度以该一定速率被估计以在发动机点火期间由于发动机燃烧而增加；和
当实现至少一个预定燃烧质量参数时，根据第二斜坡形状控制发动机速度，直到基于控制发动机的燃烧参数实现预期怠速。
15. 根据方案14所述的方法，其特征在于，至少一个电机包括第一电机和第二电机，第一电机和第二电机的每个可旋转地联接到发动机。
16. 根据方案14所述的方法，其特征在于，第一和第二斜坡形状均由电能存储装置的上荷电状态限制和下荷电状态限制约束。
17. 根据方案14所述的方法，其特征在于，其还包括：
当变速器构造用于前轮驱动操作时，可旋转地联接到发动机的曲轴的行星齿轮组的元件的旋转利用至少一个电机紧邻之前的发动机的曲轴的起动旋转被禁止，直到根据第二斜坡形状的受控发动机速度实现预期怠速；和
当变速器构造用于后轮驱动操作时，可旋转地联接到发动机的曲轴的行星齿轮组的元件的接地利用至少一个电机紧邻之前的发动机的曲轴的起动旋转被禁止，直到根据第二斜坡形状的受控发动机速度实现预期怠速。
18. 根据方案14所述的方法，其特征在于，发动机突变条件包括以下的至少一个：
发动机速度在发动机点火期间增加到预期曲轴速度以上；和
发动机扭矩增加到发动机扭矩突变阈值以上。
19. 根据方案14所述的方法，其特征在于，至少一个预定燃烧质量参数选自以下构成的组：实现燃烧质量速度阈值的发动机速度；实现燃烧质量扭矩阈值的发动机扭矩；实现功率流阈值的流经电能存储装置的功率。
20. 一种起动内燃发动机的操作的装置，包括：
混合动力系，其包括发动机、电能存储装置、机电变速器，所述机电变速器包括可旋转地联接至所述发动机的至少一个电机，所述机电变速器可有选择地控制操作成在所述发动机与所述至少一个电机中间传递扭矩；和
控制模块，其配置成：
根据第一斜坡形状，使用所述至少一个电机启动所述发动机的曲轴的旋转，直到实现第一预定速度；
监控发动机速度；
在使用所述至少一个电机控制发动机速度以维持第一预定速度时，点火发动机；
调整第一斜坡形状到对应于估计速率的速率，在发动机点火期间发动机速度以所述估计速率增加；和
当实现至少一个预定燃烧质量参数时，根据第二斜坡形状控制发动机速度，直到基于控制发动机的燃烧参数实现第二预定发动机速度。
附图说明
现在参考附图，将借助实例描述一个或多个实施例，其中：
图1示出了根据本公开的示例性混合动力驱动动力系，包括发动机、变速器、能量存储装置和控制系统；
图2示出了根据本公开的内燃发动机和配套发动机控制模块；
图3示出了根据本公开的执行发动机起动事件的流程图；
图4示出了根据本公开的第一电机扭矩406，第二电机扭矩404，内燃发动机扭矩402，内燃发动机速度408，发动机速度斜坡410和响应于冷起动条件期间的发动机起动事件流进和流出能量存储装置的电功率流412；
图5示出了根据本公开的替代混合动力系，其具有驱动地与机电变速器连接的内燃发动机。
具体实施方式
现在参考附图，其中图示仅用于示出特定示例性实施例的目的，而不是用于限制为该实施例的目的，参考图1，示出了动力系110，提供了变速器113的具体实施例。动力系110包括发动机12、主减速机构17、和具有输入构件116和输出构件118的电可变变速器113，其中输入构件116连接为与发动机12一起旋转，输出构件118连接为与主减速机构17一起旋转。变速器113包括三个行星齿轮组120、130和140。变速器113设计成在其一些操作模式中从发动机12接收其驱动动力的至少一部分，如下所述。电可变变速器113包括两个电动机/发动机（下称电机）180和182。正如所清楚的，电机180、182可有选择地可旋转联接至发动机12，其中机电变速器113可有选择地控制成操作为在发动机12与电机180、182中传递扭矩。
行星齿轮组120包括中心齿轮构件122、齿圈构件124和行星架构件126。行星架构件126可旋转地支撑多个小齿轮127，该多个小齿轮127布置成与中心齿轮构件122和齿圈构件124都为啮合关系。行星齿轮组130包括中心齿轮构件132、齿圈构件134和可旋转地支撑多个小齿轮137的行星架构件136，该多个小齿轮137布置成与中心齿轮构件132和齿圈构件134都为啮合关系。行星齿轮组140包括中心齿轮构件142、齿圈构件144和行星架构件146。行星架构件146可旋转地支撑第一组小齿轮147以及第二组小齿轮148。第一组小齿轮147布置成与中心齿轮构件142和第二组小齿轮148都为啮合关系。第二组小齿轮148布置成与第一组小齿轮147和齿圈构件144都为啮合关系。因此，行星齿轮组140为复合齿轮组，这里称为S-P-P-R齿轮组。
互连构件170持续地连接行星架构件126、行星架构件136和中心齿轮构件142。互连构件170也可替换地为两个分开的构件，一个连接行星架构件126和136，另一个将行星架构件136与中心齿轮构件142连接。
电机180（也称为M/G A）与中心齿轮构件122持续地连接。输入构件116连接为与齿圈构件124共同旋转。另一电机182（也称为M/G B）连接为与中心齿轮构件132共同旋转。齿圈构件144连接为与输出构件118共同旋转。电机180、182每个都具有可旋转的转子和持续地接地至固定构件（例如，变速器113的壳体）的定子。如下面进一步所述的，变速器113构造成使得在四个前进电可变模式期间电机180、182经受基本上相同的最大扭矩需求，该最大扭矩需求为各相应电机在某一点所需的最大扭矩。这允许电机具有基本上相同的最小尺寸。电机180、182可从能量存储装置186（例如电池）接收电力或向其提供电力。混合动力控制模块（HCP）188与电池186和功率逆变器190信号通信，功率逆变器190还与电机180、182的定子部分电通信。HCP 188响应于多种输入信号，包括车速，操作员需求，电池186被充电的水平，发动机12为通过逆变器190调整电机180、182与电池186之间的功率流提供的动力，逆变器190在由电池186所提供或利用的直流电与由电机180、182的定子部分所提供或利用的交流电之间转换。HCP 188具有对发动机控制模块（ECM）123的管理控制，该ECM 123构造成监控来自传感器的输入以确定发动机参数的状态。在这样配备的发动机上，ECM 123可进一步构造成控制发动机12的致动器以控制燃烧参数，包括控制进气质量流量、火花点燃正时、喷射燃料量、燃料喷射正时、控制再循环排气的流动的EGR阀位置、以及进气门和/或排气门正时和相位。因此，基于控制包括空气流扭矩和火花引起扭矩的燃烧参数可在冷起动期间以减小的马达相互作用控制发动机速度。
控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器及类似的术语意味着下列中的一个或多个的一种或多种组合：专用集成电路（ASIC），电子电路，执行一个或多个软件或固件程序或例程的中央处理单元（优选为微处理器）及相关的内存和存储器（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等），组合逻辑电路、输入/输出电路和装置，恰当的信号处理和缓存电路，以及提供所述功能的其它构件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法及类似术语意味着任意控制器可执行指令组，包括标定值和查寻表。控制模块具有为提供预期功能而执行的一组控制例程。例程被例如中央处理单元执行，并可操作成监控感测装置及其它联网的控制模块的输入，并执行控制和诊断例程，以控制致动器的操作。程序可以规则的间隔执行，例如正在运行的发动机和车辆操作期间每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。
电可变变速器113还包括多个扭矩传递机构C1 150、C2 152、C3 154、C4 156和C5 158。扭矩传递机构150（固定离合器，也称为制动器）可有选择地接合，以将行星架构件146接地至固定构件184。扭矩传递机构152（旋转离合器）可有选择地接合，以连接中心齿轮构件132和电机182，使得与行星架构件146共同旋转。扭矩传递机构154（固定离合器）可有选择地接合，以将齿圈构件134接地至固定构件184。扭矩传递机构156（旋转离合器）可有选择地接合，以连接电机180和齿圈构件134使得共同旋转。扭矩传递机构158（固定离合器）可有选择地接合，以将齿圈构件124连接和接地至固定构件184。当机电变速器113被配置用于后轮驱动操作时，扭矩传递机构158能够被可选地包括。
如果扭矩传递机构150接合，那么行星架构件146为行星齿轮组140内的反作用构件，通过互连构件170传递的动力会通过中心齿轮构件142传递至齿圈构件144，从而传递至输出构件118。当扭矩传递机构152接合时，电机182从行星架构件146以及中心齿轮构件132接收动力或向其输送动力。当扭矩传递机构154接合时，齿圈构件134保持固定，变成行星齿轮组130内的反作用构件。当扭矩传递机构156接合时，电机180连接为随齿圈构件134旋转，以及或者通过齿圈构件134以及中心齿轮构件122接收或接受动力。当扭矩传递机构158接合时，齿圈构件124保持固定，变成行星齿轮组120内的反作用构件，使得输入构件116的速度被锁死。
示例的混合动力系110可操作于几种操作模式，包括参考下面表格1描述的四种前进电可变模式。
表格1
Figure 651516DEST_PATH_IMAGE002
图1中的示例性混合动力驱动动力系可利用发动机12与马达180和182的多种组合来向动力系110提供扭矩。示例的混合动力系110可描述为四模式混合，其中可能有四个电可变档位模式或状态（EVT模式1，EVT模式2，EVT模式3和EVT模式4）。即，扭矩传递机构150和154的接合建立第一前进电可变模式（EVT模式1），扭矩传递机构150和156的接合建立第二前进电可变模式（EVT模式2），扭矩传递机构152和156的接合建立第三前进电可变模式（EVT模式3），扭矩传递机构152和154的接合建立第四前进电可变模式（EVT模式4）。除了建立上述电可变模式的各组扭矩传递机构之外，扭矩传递机构158的接合用于锁止输入轴116和接地发动机12。因此，当在各电可变模式（EVT模式1-4）中额外接合扭矩传递机构158时，形成电动车（EV）模式。变速器113还提供三个固定速比操作模式。第一固定速比模式通过接合扭矩传递机构150、154和156来提供，优选在第一与第二前进电可变模式之间的机械点。第二固定速比模式通过接合扭矩传递机构150、152和156来建立，优选在第二与第三电可变模式之间建立的机械点。第三固定速比模式通过接合扭矩传递机构152、154和156来建立。
电子扭矩转换器模式（ETC模式1，ETC模式2，ETC模式12）允许电机180和/或电机182的电输出被适配以控制扭矩从发动机12通过变速器差速器传动机构到输出构件118的传递。ETC模式1通过接合扭矩传递机构150建立。在ETC模式1中，电机180将发动机12分别与第一和第三行星齿轮组120和140反应，并且电动182自由转动。ETC模式2通过扭矩传递机构C2 152的接合和其余扭矩传递机构的脱离提供。在ETC模式2中，电动180将发动机12分别与第一和第三行星齿轮组120和140反应，同时电机182将发动机12和电动180反应到输出构件118。ETC模式12通过扭矩传递机构C1 150和C2 152的接合提供。当机电变速器构造用于前轮驱动操作时，除了相应的扭矩传递机构C1 150或C2 152的接合之外，车辆能够通过有选择地接合扭矩传递机构C5 158在ETC模式1和2中在冷起动条件期间起动。在示例性实施例中，在下面更为详细地讨论，在ETC模式1（扭矩传递机构C1 150和C5 158的接合)中在冷起动条件期间的发动机起动事件在图4的曲线400中示出。
空档操作模式通过所有扭矩传递机构的脱离（即，空档1），扭矩传递机构C3 154单独的接合（即，空档2），扭矩传递机构C4 156单独的接合（即，空档3），扭矩传递机构C3 154和C4 156的接合（即，空档4）而提供。
如将明显的，发动机12可以起动，包括在冷起动条件期间，同时在发动机曲轴转动期间利用可调的斜坡形状使进入ESD 190的功率量和从ESD 190输出的功率量最小化。当变速器构造用于后轮驱动操作时，发动机12能够以空档模式1和2，ETC模式1和2，EVT模式1和4的任意，利用扭矩传递机构C5 158的额外选择性接合起动，包括在冷起动条件期间。在冷起动条件期间扭矩传递机构C5 158的接合在表1中由X*表示。扭矩传递机构C5 158的接合阻止通过输入轴116的联接到发动机12的曲轴的第一行星齿轮组120的齿圈124的旋转。
当变速器构造用于后轮驱动操作时，发动机12能够以空档模式2和4的任一个在冷起动条件期间起动。将认识到的是，当变速器13构造用于后轮驱动操作时在冷起动条件期间，在任何起动事件过程中扭矩传递机构C5 158都不接合，并且因此，齿圈124的接地总是被禁止。当扭矩传递机构C3 154和C4 156接合时，电机182可向发动机提供扭矩，用以在电机180接地时的发动机点火期间起动发动机的曲轴的旋转，并控制发动机速度。当仅扭矩传递机构C3 154接合时，电动机180和182可都向发动机提供扭矩，用以在发动机点火期间起动发动机的曲轴的旋转，并控制发动机速度。
根据本公开的示例性实施例，图2示意性示出了根据本公开实施例构造的示例性内燃发动机12和ECM 23。本公开仅仅是示例性的，可应用于各种内燃发动机系统和燃烧循环，包括传统的汽油发动机、压燃发动机、柴油发动机以及选择性地操作于受控自燃（HCCI）燃烧模式和均质火花点燃（SI）燃烧模式的发动机。
示例的发动机12包括多缸内燃发动机，其具有在限定可变容积燃烧室216的气缸215中可滑动地移动的往复式活塞214。各活塞214连接至旋转的曲轴212，线性往复运动通过该旋转曲轴212转换为旋转运动。进气系统向进气歧管229提供进气，该进气歧管229将空气引导和分配至燃烧室216的进气操动轮231。进气系统包括气流管道和以及用于监控和控制气流的装置。进气装置优选包括用于监控质量气流量和进气温度的质量气流量传感器232。主节气门234优选包括用于响应于ECM 23的控制信号3可控制地限制进入进气歧管229的气流的电子控制蝶阀。从进气歧管229，进气流通过位于各单独气缸最近处的各自流量控制装置被可控地限制到单独的气缸。进气歧管229中的压力传感器236构造成监控歧管绝对压力和大气压力。外部流动通道将排气从发动机排气再循环回进气歧管229，该流动通道具有流量控制阀，称为排气再循环（EGR）阀238。ECM 23可操作以通过控制EGR阀238的打开来控制到进气歧管229的排气的质量流量。
从进气歧管229进入燃烧室216的气流由一个或多个进气门220控制。从燃烧室216排出至排气歧管239的排气流由一个或多个排气门218控制。发动机12配备有分别控制和调整进气门220和排气门218的打开和关闭的系统。在一个实施例中，可通过分别控制进排气可变凸轮相位/可变升程控制（VCP/VLC）装置222和224来控制和调整进排气门220和218的打开和关闭。进排气VCP/VLC装置222和224构造成分别控制和操作进气凸轮轴221和排气凸轮轴223。进排气凸轮轴221和223的旋转被关联和标引至曲轴212的旋转，从而将进排气门220和218的打开和关闭关联至曲轴212和活塞214的位置。
进气VCP/VLC装置222优选包括机构，该机构可操作以响应于ECM 23的控制信号5来转换和控制进气门220的气门升程、并可变地调整和控制用于各气缸215的进气凸轮轴221的相位。排气VCP/VLC装置224优选包括可控机构，该机构可操作以响应于ECM 23的控制信号7来可变地转换和控制排气门218的气门升程、并可变地调整和控制用于各气缸215的排气凸轮轴223的相位。
进排气VCP/VLC装置222和224每个都可包括可控双级可变升程控制（VLC）机构，该机构可操作以分别将进排气门220和218的气门升程或打开的大小控制为两个不连续阶段之一。这两个不连续阶段优选包括优选用于低速、低负载操作的低升程气门打开位置（在一个实施例中约4-6 mm）、和优选用于高速和高负载操作的高升程气门打开位置（在一个实施例中约8-13 mm）。进排气VCP/VLC装置222和224每个都优选包括可变凸轮相位（VCP）机构，以分别控制和调整进气门220和排气门218的打开和关闭的相位（即，相对正时）。调整相位指的是改变进排气门220和218相对于曲轴212和各自气缸215中活塞214的位置的打开时间。进排气VCP/VLC装置222和224的VCP机构每个都优选具有约60°-90°曲轴旋转的相位授权范围，从而允许ECM 23为各气缸215提前或延迟进排气门220和218之一相对于活塞214的位置的打开和关闭。相位授权范围由进排气VCP/VLC装置222和224定义和限制。进排气VCP/VLC装置222和224包括凸轮轴位置传感器，以确定进排气凸轮轴221和223的旋转位置。VCP/VLC装置222和224使用由ECM 23控制的电液、液压和电控力之一来致动。
发动机12包括燃料喷射系统，其包括多个高压燃料喷射器228，每个喷射器228都构造成响应于ECM 23的信号将一定质量的燃料直接喷入燃烧室216之一。增压燃料从燃料分配系统供给至燃料喷射器228。
发动机12包括火花点燃系统，火花能量可通过该系统提供给火花塞225，用来响应于ECM 23的信号9点燃或辅助点燃各燃烧室216中的气缸充量。
发动机12配备有用于监控发动机操作的多个感测装置，包括曲柄传感器242，该传感器具有输出RPM并可操作以监控曲轴旋转位置，即曲柄角度和发动机速度，其中发动机速度有效地等于输入轴116的输入速度NI。为简便起见，由曲柄传感器242测量的发动机速度和曲轴212的旋转速度称为NI。在一个实施例中，燃烧传感器230构造成监控燃烧，排气传感器240构造成监控排气，通常为空气/燃料比传感器。燃烧传感器230包括传感器装置，该传感器装置可操作以监控燃烧参数的状态，其被表述为气缸压力传感器，其可操作以监控缸内燃烧压力。燃烧传感器230和曲柄传感器242的输出由ECM 23监控，其确定各燃烧循环的各气缸215的燃烧相位，即燃烧压力相对于曲轴212的曲柄角度的燃烧压力正时。燃烧传感器30也可由ECM 23监控，以确定各燃烧循环的各气缸215的平均有效压力（IMEP）。优选地，发动机12和ECM 23机械化成在各气缸点火事件期间监控和确定各发动机气缸215的IMEP的状态。可选地，在本公开的范围内，可使用其它感测系统监控其它燃烧参数的状态，例如，离子感测点火系统、和非介入式气缸压力传感器。
操作中，ECM 23监控来自前述传感器的输入以确定发动机参数的状态。ECM 23构造成从操作员接收输入信号（例如，通过油门踏板和制动踏板），以确定操作员扭矩需求。ECM 23监控指示NI和进气温度、冷却剂温度及其它环境条件的传感器。
ECM 23执行存储在其中的算法代码，以控制前述致动器从而形成气缸充量，包括控制燃烧参数，在这样配备的发动机上，所述参数包括可用于控制气流扭矩的质量进气量、可用于控制火花引起扭矩的火花点燃正时、喷射燃料量、燃料喷射正时、控制再循环排气的流量的EGR阀位置、以及进气和/或排气门正时和相位。在一个实施例中，气门正时和相位可包括排气门再打开的NVO和升程（在排气再呼吸策略中）。在正运行的车辆操作中，ECM 23可操作以接通或关闭发动机12，并可操作以通过燃料和火花及气门停用的控制来有选择地停用一部分燃烧室216或一部分进排气门220和218。ECM 23可基于排气传感器240的反馈控制空气/燃料比。
如将明显的，图1中所示ECM 123（即，ECM 23）和HCP 188可彼此联合使用，从而在发动机点火期间利用至少一个电机180和/或182通过控制发动机速度最小化流入ESD 190和流出 ESD 190的功率流，并且在得到至少一个预定燃烧质量参数之后，基于控制发动机的燃烧参数控制发动机速度以得到预期怠速。当得到燃烧质量参数，有很强的指示发动机12已经开始强健地燃烧。燃烧质量参数可以包括监控的发动机转速、监控的发动机扭矩和得到相应阈值的流进和流出ESD 190的监控的功率流的至少一个。
在本公开的示例性实施例中，继续参考图1和图2，图3示出了用于起动混合动力系的内燃发动机的示例性流程图。在示例性实施例中，起动混合动力系统的内燃发动机可以在冷起动条件期间发生。发动机的冷起动条件包括发动机冷却剂温度低于预定发动机冷却剂温度和能量存储装置温度低于预定能量存储装置温度的至少一个时的发动机起动事件。冷起动条件还可以包括能量存储装置（ESD）的荷电状态（SOC）小于预定SOC时的发动机起动事件。发动机起动事件可以是响应于操作者的发动机起动请求或发动机自动起动事件。在示例性实施例中，ESD是锂离子电池，其具有窄的操作范围。在冷起动条件期间降低起动内燃发动机所需的电池功率能够改进在电池具有低SOC时起动内燃发动机的能力。最小化电池性能要求，例如在冷起动条件期间流入和流出ESD的功率流，会减小与电池操作相关的电池消耗的损害。
发动机突变，包括速度和/或扭矩突变，可以在一旦发动机开始点火时由于发动机扭矩模型中的不准确性而发生。发动机速度突变可以导致一旦发动机点火开始，在发动机起动事件期间，发动机速度超过混合动力系统所需的预定斜坡形状和/或预定曲轴速度。减速发动机以维持或保持发动机速度在预定的斜坡形状会导致混合动力系统的不预期的噪声、振动和不平顺（NVH）值。另外，在使所述发动机减速以维持发动机速度在预定斜坡形状和/或预定曲轴速度时可发生发动机失火，因为发动机内的燃烧仍可能不稳定。而且，要求增加流入能量存储装置的功率流(即，充电)来维持或保持发动机速度在发动机点火期间混合动力系统所需的预定斜坡形状和预定曲轴速度。为了最小化与维持或保持发动机速度在发动机点火期间混合动力系统所需的预定斜坡形状和预定曲轴速度相关的负影响，本发明调整预定斜坡形状到与估计速率相对应的速率，由于在发动机点火期间的燃烧发动机速度以估计速率增加。
表2为图3的关键词，其中数字标记框和对应的功能如下所述。
表2
框 框内容
302 检测发动机起动事件。
304 选择性地接地可旋转地联接到发动机的曲轴的行星齿轮组的元件。
306 根据第一斜坡形状，以至少一个电机起动发动机的曲轴的旋转，直到得到第一预定速度。
308 使发动机点火，同时以至少一个电机控制发动机速度以维持第一预定速度。
310 调整第一斜坡形状到与估计速率相对应的速率，在发动机点火期间的发动机速度以估计速率增加。
312 确定燃烧质量参数已经得到。
314 基于控制发动机的燃烧参数，根据第二斜坡形状控制发动机速度，直至达到第二预定速度。
316 基于动力系的构造选择性地使可旋转地联接到发动机的曲轴的元件不接地。
318 结束发动机起动事件。
参照框302，在冷起动条件期间发动机起动事件可以在发动机冷却剂温度低于预定的发动机冷却剂温度和能量存储装置温度低于预定能量存储装置温度至少一个时被检测。冷起动条件也可以在能量存储装置SOC低于预定能量存储装置SOC时被检测。发动机起动事件可包括操作者发动机起动请求，诸如钥匙打开以点火。进一步，发动机起动事件可以包括在混合动力系的进行的操作期间的发动机起动事件。将认识到，示例性起动事件可以发生在任何发动机起动事件期间，因此不仅限于冷起动事件。术语“能量存储设备”和“电池”可以互换地使用。
参照框304，可旋转地联接到发动机的曲轴的行星齿轮组的元件当变速器构造用于前轮驱动操作时选择性接地。框304参照图5中示出的示例性变速器614更详细地讨论。
不过，在动力系构造用于后轮驱动操作的实施例中，扭矩传递机构C5 158从不接地，并且因此有选择地在紧邻前面的框306中不接地。因此，当动力系构造用于后轮驱动操作的时候，可旋转地联接到发动机的曲轴的行星齿轮组的元件的接地(即，齿圈构件124)被禁止，直到根据第二斜坡形状的受控发动机速度实现预期怠速。一旦受控的发动机速度实现预期怠速，起动事件结束，并且行星齿轮组的元件相应地可以被接地(C5 158的接合)或不接地(C5 158的脱离)接地，基于变速器的换档执行。因此将认识到当图1的动力系110被利用的时候，框304不被应用。
参照框306，发动机的曲轴的旋转根据第一斜坡形状以至少一个电机180和/或182起动，直到第一预定速度实现。在示例性实施例中，第一预定速度可以对应于预期的曲轴速度。第一预定速度可以被选择为具有足够低的发动机速度(例如，180RPM)，表示利用常规的电起动系统的非混合动力应用，以最小化用于旋转发动机（例如，起动曲轴的旋转）的能量存储装置流出的功率流。相应地，第一斜坡形状基于ESD的工作范围，其由下SOC限制和上SOC限制限定。在发动机的曲轴以至少一个电机180和/或182起动直到第一预定速度实现的旋转期间，第一斜坡形状受到下SOC限制的约束，使得流出能量存储装置的功率流（例如放电）不导致能量存储装置放电的SOC低于下SOC限制。在以至少一个电机180和/或182的发动机的曲轴的起动旋转期间发动机可以被同时加燃料。
参照框308，发动机被点火同时以至少一个电机180和/或182控制发动机速度，以维持第一预定速度(即，预期曲轴速度)。一旦确定发动机速度在第一预定速度已经稳定，发动机的点火可以被使能。如上所述，一旦发动机开始点火，由于发动机扭矩模型中的不准确，会发生发动机突变条件。发动机突变条件可以包括在发动机的点火期间发动机速度增加到第一预定速度(即，预期曲轴转速)以上。发动机突变条件可以进一步包括发动机扭矩增加到发动机扭矩突变阈值以上。在示例性实施例中，第一斜坡形状被调整到对应于估计速率的速率，发动机速度在发动机点火期间响应于发动机突变条件以估计速率增加。相应地，第一预定速度(即，预期的曲轴速度)以对应于一定速率的相同速率递增增加，发动机速度以该一定速率被估计以在发动机点火期间由于燃烧而增加。
参照框310，第一斜坡形状被调整到对应于估计速率的速率，发动机速度在发动机点火期间以估计速率增加。同样，第一预定速度(即，预期的曲轴速度)以对应于一定速率的相同速率递增增加，发动机速度以该一定速率被估计以在发动机点火期间由于燃烧而增加。在示例性实施例中，第一斜坡形状仅响应于发动机突变条件被调整，例如发动机速度突变到第一预定速度以上和/或发动机扭矩突变到发动机扭矩突变阈值以上。第一斜坡形状的调整和第一预定发动机速度的递增增加使得发动机速度能够在发动机点火期间由于内燃事件增加而没有限制。没有第一斜坡形状的调整，发动机速度会被约束到第一斜坡形状，并且相应地，发动机会被迫使减速以维持和保持第一预定速度。减速发动机速度还导致不需要的功率流进入ESD 190，以维持和保持发动机速度在第一预定速度。进一步，减速发动机是不希望的，因为其在发动机加速中由于翻转会导致噪声、振动和不平顺性的不希望的值。相应地，调整的第一斜坡形状受到能量存储装置的上SOC限制的约束，使得流入ESD 190的功率流(例如，充电)最小化，并且不导致ESD 190充电的SOC在下SOC限制以上。
直到至少一个预定燃烧质量参数实现，第一斜坡形状可以对应于估计速率的速率连续地被调整，发动机速度以估计速率增加。不过，如果进一步发动机突变条件不再发生，例如发动机速度在预定发动机速度以下，第一斜坡形状将不被进一步调整，因为希望的是当超过SOC上限和下限的流进和流出能量存储装置的功率流不是一个因素的时候，发动机尽可能快地加速。
框312确定是否至少一个预定燃烧质量参数已经实现。当至少一个预定燃烧质量参数已经实现时，指示燃烧现在是稳定的。预定燃烧质量参数可以包括发动机速度，其实现燃烧质量速度阈值。燃烧质量速度阈值大于第一预定速度(即，预期曲轴转速)并且小于第二预定速度(即，预期怠速)。预定燃烧质量参数可以包括发动机扭矩，其实现燃烧质量扭矩阈值。预定燃烧质量参数可以进一步包括流入和流出ESD 190的功率流，其实现功率流阈值。因此，预定燃烧质量参数选自以下构成的组：实现燃烧质量速度阈值的发动机速度；实现燃烧质量扭矩阈值的发动机扭矩；实现功率流阈值的流入和流出能量存储装置的功率流。
参照框314，当在框312中至少一个预定燃烧质量参数实现的时候，发动机速度根据第二斜坡形状被控制直到第二预定速度(即，预期怠速)基于控制发动机的燃烧参数实现。在一个实施例中，受控的燃烧参数可以包括气流扭矩和/或火花引起的扭矩。不过，本公开不限于仅气流扭矩和火花引起的扭矩的受控的燃烧参数。控制发动机的燃烧参数以根据第二斜坡形状控制发动机速度可以最小化流出ESD 190的功率流要求以根据第二斜坡形状控制发动机速度。相应地，第二斜坡形状可以受到能量存储装置的上SOC限制和下SOC电荷限制的约束。在示例性实施例中，如果能量存储装置的SOC在下SOC限制附近，从至少一个电机到发动机的曲轴的相互作用可以被减少。在这种情况下，第二斜坡形状可以是浅的，由于最小的或没有来自至少一个电机在增加发动机速度到第二预定速度(即，预期怠速)的贡献。在另一示例性实施例中，如果能量存储装置的SOC在上SOC限制附近或没有违反下SOC限制的风险，从至少一个电机到发动机的曲轴的相互作用可以被维持。在这种情况下，第二斜坡形状可以是陡的，由于从至少一个电机的维持或增加的相互作用，以增加发动机速度到第二预定速度(即，预期怠速)。
参照框316，当动力系构造用于前轮驱动操作的时候，可旋转地联接到发动机的曲轴的行星齿轮组的元件可以有选择地不接地，并且因此允许当第二预定速度(即，预期怠速)实现时旋转。框306将关于图5所示的示例的变速器614进一步详细讨论。
在当动力系110构造用于后轮驱动操作的实施例中，可旋转地联接到发动机的曲轴的行星齿轮组的元件可以有选择地接地。换句话说，一旦第二预定速度(即，预期怠速)实现，禁止行星齿轮组的元件的接地不再需要，并且因此，行星齿轮组的元件可以接地。因此，一旦受控的发动机速度实现预期怠速，启动事件结束(即，框318)并且行星齿轮组的元件相应地可以被接地(C5 158的接合)或不接地(脱离C5 158)，其基于变速器的换档执行。
参照框318，发动机起动事件结束，因为发动机速度已经达到第二预定速度(即，预期怠速)。相应地，发动机的换档执行可以根据用表1所示的变速器工作范围状态中的一个被使能。
图4示出了根据示例性实施例的用于第一电机扭矩406、第二电机扭矩404、内燃发动机扭矩402、内燃发动机速度408、预定发动机速度斜坡410和在冷起动条件期间响应于示例性车辆的发动机起动事件流进和流出能量存储装置的电功率流412的曲线。水平x轴表示时间(秒)，垂直y轴表示扭矩(Nm)、电功率(kW)和速度(RPM)。在示例性实施例中，车辆通过接合扭矩传递机构C1 150并另外有选择地接合扭矩传递机构C5 158在ETC模式1(见表1)中启动。在垂直虚线1分别交叉发动机速度和发动机速度斜坡形状线408，410的点，根据预定发动机速度斜坡形状410的第一斜坡形状的以至少一个电机的发动机的曲轴的旋转被起动，直到预期的曲柄速度实现。行星齿轮组的元件(即，齿圈构件124)通过有选择地接合扭矩传递机构C5 158而有选择地接地。
在垂直线2，发动机速度408在预期的曲轴速度在完成第一斜坡形状后已经达到稳定，如发动机速度斜坡形状410表示的。因此，发动机被点火同时控制发动机速度408，以维持预期的曲柄速度。在发动机点火之后，如发动机速度408的增加表示的，发动机突变条件被检测。响应于发动机突变条件，发动机速度斜坡形状410被调整到对应于估计速率的速率，发动机速度在发动机点火期间以估计速率增加。如垂直线2和3之间的发动机速度斜坡形状410所展示的，预期的曲柄速度以对应于一定速率的速率递增地增加，发动机速度408以该一定速率被估计以增加以在发动机点火期间燃烧。
在垂直线3，至少一个预定燃烧质量参数实现。这里发动机速度408根据发动机速度斜坡形状410的第二斜坡形状被控制直到基于控制发动机的燃烧参数实现预期怠速。当其接近垂直线4时，在发动机速度斜坡形状线410变平的时候，预期怠速被表示。
在垂直线4，行星齿轮组的元件(即，齿圈构件124)通过有选择地脱离扭矩传递装置C5 158而有选择地不接地。发动机起动事件结束，并且变速器现在可以利用表1所示的操作范围状态之一在正常换档执行下操作。
在替代的实施例中，图5示出了混合动力系610，其具有内燃发动机12，其驱动地与机电变速器614连接。发动机12的输出构件连接用于驱动变速器614的输入构件616。图3的示例的流程图可以用于启动图5的混合动力系610的内燃发动机12。
第一电机20和第二电机22在外壳/壳体24内封装，并且可选地连接在输入构件616和与传动系统700反应的变速器输出构件626之间。第一电机20包括环形定子30，其接地到变速箱24，和环形转子32，其支撑在可旋转的转子轮毂634上并与可旋转的转子轮毂634一起旋转。电池36、功率逆变器38和电子控制器39通过传递导体41操作地与定子30连接，以作为电动机和发电机控制第一电机20的功能，在电动机中存储的电功率由电池36提供到定子30，在发电机中旋转转子32的扭矩转变为存储在电池36中的电功率。
类似地，第二电机22包括环形定子31，其接地到变速箱24，在可旋转的转子轮毂635上支撑的环形转子33。电池36、功率逆变器38和电子控制器39通过导体43操作地与定子31连接，以作为电动机和发电机控制第二电机22的功能。
变速器614进一步分别包括第一及第二行星齿轮组40，50。行星齿轮组40具有第一构件，其为中心齿轮42；第二构件，其为行星架构件44，其可旋转地支撑与中心齿轮42啮合的多个小齿轮46，和第三构件，其为齿圈48，其与小齿轮46啮合。
行星齿轮组50具有第一构件，其为中心齿轮52；第二构件，其为行星架构件54，其可旋转地支撑与中心齿轮52啮合的多个小齿轮56，和第三构件，其为齿圈58，其与小齿轮56啮合。转子轮毂635通过中间套筒轴664被连接用于与中心齿轮52一起旋转。
变速器614包括第一离合器154和第二离合器152。第一离合器154，也称为接地离合器或制动器，有选择地被激活，以将齿圈构件58接地到变速箱24。输入构件616与轴660轴向地隔开并不同轴，其联接第一行星齿轮组40的行星架构件44和第二行星齿轮组50的行星架构件54。轴662与输入构件616同轴。输入构件616联接到轮毂构件670和轴向延伸部分672以联接输入构件616用于与齿圈48共同旋转。轴662通过轮毂构件637和轴向延伸部分639将转子轮毂634与中心齿轮42联接。第二离合器152在轴向延伸部分639、轮毂637和轴之间嵌套。轮毂构件674与第二离合器152连接。与轴662同轴的分离的套筒轴660联接行星架构件54和轮毂构件668和669到行星架构件44。套筒轴664联接转子轮毂635与中心齿轮52。轴向延伸构件678、轮毂677和轴向延伸构件679，其是环形轴，联接第二离合器152与第一离合器154和齿圈58。轴向延伸构件678围绕行星齿轮组50。应意识到当第二离合器152停用的时候，齿圈构件58从中心齿轮构件42脱离。
如前面所述，图3的示例性流程图可以用于起动混合动力系610的发动机12，包括在发动机起动事件期间。在框304期间，可旋转地联接到发动机12的曲轴的行星齿轮组(例如，第二行星齿轮组50)的元件(例如，齿圈58)选择性地接地。在框306期间，发动机12的曲轴的旋转以至少一个电机20和/或22根据第一斜坡形状起动，直到得到第一预定速度。第一离合器154被激活，并且第二离合器156在发动机12的曲轴的起动旋转期间被停用，其在框306执行。换句话说，在示例性实施例中，当变速器614构造用于前轮驱动操作时，可旋转地联接到发动机的曲轴的行星齿轮组的元件的旋转利用至少一个电机紧邻之前发动机的曲轴的起动旋转被禁止，直到根据第二斜坡形状的受控发动机速度实现预期怠速。第一离合器154用作旁通离合器以旁通发动机和变速器之间的元件和构件，以给出发动机和至少一个电机20和/或22之间的更直接联接。在框316期间，第一离合器154选择性地脱离至使齿圈构件58(即，行星齿轮组的元件)不接地，使得可旋转地与齿圈58联接的输入构件不再被锁死并且被允许当实现第二预定速度(即，预期怠速)时旋转。
发动机控制模块(ECM)23操作地连接到发动机12，并用于从传感器获取数据并在多个离散线上控制发动机12的致动器。ECM 23基于监控的发动机速度和载荷监控该时间点上提供给变速器10的实际发动机输入扭矩TI，其被传送到混合动力控制模块(HCP) 5。电子控制器39监控第一电机20的第一马达扭矩和第二电机22的第二马达扭矩。HCP 5提供ECM 23和电子控制器39和档位选择器杆6上的管理控制，其操作地连接成接收来自车辆操作者的输入。HCP 5还可以分别控制第一和第二离合器154、152的起动和停用。
本公开已经描述了特定优选实施例及其修改。通过阅读和理解说明书可产生其它修改和变形。因此，本公开不意欲限制为作为执行本公开最佳模式所公开的特定实施例，相反，本公开包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (10)

1.一种起动混合动力系的内燃发动机的操作的方法，混合动力系包括发动机、电能存储装置、机电变速器，所述机电变速器包括可旋转地联接至所述发动机的至少一个电机，所述机电变速器可有选择地控制操作成在所述发动机与所述至少一个电机中间传递扭矩，所述方法包括：
响应于发动机起动事件，根据第一斜坡形状，使用所述至少一个电机启动所述发动机的曲轴的旋转，直到实现第一预定发动机速度；
监控发动机速度；
在使用所述至少一个电机控制发动机速度以维持第一预定发动机速度时，点火发动机；
调整第一斜坡形状到对应于估计速率的速率，在发动机点火期间发动机速度以所述估计速率增加；和
当实现至少一个预定燃烧质量参数时，根据第二斜坡形状控制发动机速度，直到基于控制发动机的燃烧参数实现第二预定发动机速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当发动机冷却剂温度低于预定发动机冷却剂温度，电能存储装置温度低于预定电能存储装置温度，电能存储装置荷电状态低于预定电能存储装置荷电状态的至少一个时，在冷起动条件期间发生发动机起动事件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括：
紧邻之前的利用至少一个电机启动发动机的曲轴的旋转，选择性地将可旋转地联接到发动机的曲轴的行星齿轮组的元件接地。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调整第一斜坡形状到对应于估计速率的速率，在发动机点火期间发动机速度以所述估计速率增加，其仅响应于在发动机点火期间发动机速度突变到第一预定发动机速度以上而发生。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调整第一斜坡形状到对应于估计速率的速率，在发动机点火期间发动机速度以所述估计速率增加，其仅响应于在发动机点火期间发动机扭矩突变到发动机扭矩突变阈值以上而发生。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一和第二斜坡形状均基于电能存储装置的操作范围，电能存储装置的操作范围由下荷电状态限制和上荷电状态限制限定。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据第二斜坡形状控制发动机速度，直到基于控制发动机的燃烧参数实现第二预定发动机速度还包括基于电能存储装置的荷电状态减小从至少一个电机到发动机的曲轴的相互作用。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据第二斜坡形状控制发动机速度，直到基于控制发动机的燃烧参数实现第二预定发动机速度还包括基于电能存储装置的荷电状态维持从至少一个电机到发动机的曲轴的相互作用。
9.一种起动混合动力系的内燃发动机的操作的方法，混合动力系包括发动机、电能存储装置、机电变速器，所述机电变速器包括可旋转地联接至所述发动机的至少一个电机，所述机电变速器可有选择地控制操作成在所述发动机与所述至少一个电机中间传递扭矩，所述方法包括：
响应于冷起动条件期间的发动机起动事件，根据第一斜坡形状，使用所述至少一个电机启动所述发动机的曲轴的旋转，直到实现预期曲轴速度；
监控发动机速度；
监控流经电能存储装置的功率；
在使用所述至少一个电机控制发动机速度以维持预期曲轴速度时，点火发动机；
监控发动机扭矩；
响应于发动机突变条件，以对应于一定速率的速率递增增加预期曲轴速度，发动机速度以该一定速率被估计以在发动机点火期间由于发动机燃烧而增加；和
当实现至少一个预定燃烧质量参数时，根据第二斜坡形状控制发动机速度，直到基于控制发动机的燃烧参数实现预期怠速。
10.一种起动内燃发动机的操作的装置，包括：
混合动力系，其包括发动机、电能存储装置、机电变速器，所述机电变速器包括可旋转地联接至所述发动机的至少一个电机，所述机电变速器可有选择地控制操作成在所述发动机与所述至少一个电机中间传递扭矩；和
控制模块，其配置成：
根据第一斜坡形状，使用所述至少一个电机启动所述发动机的曲轴的旋转，直到实现第一预定速度；
监控发动机速度；
在使用所述至少一个电机控制发动机速度以维持第一预定速度时，点火发动机；
调整第一斜坡形状到对应于估计速率的速率，在发动机点火期间发动机速度以所述估计速率增加；和
当实现至少一个预定燃烧质量参数时，根据第二斜坡形状控制发动机速度，直到基于控制发动机的燃烧参数实现第二预定发动机速度。
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