CN103569120B - 操作多模式动力系统以实现催化装置激活的方法和设备 - Google Patents

操作多模式动力系统以实现催化装置激活的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及操作多模式动力系统以实现催化装置激活的方法和设备，具体提出一种采用功率分流配置来向传动系统传递扭矩的多模式动力系统，该系统包括与具有催化装置的废气后处理系统流体联接的内燃机。控制多模式动力系统的方法包括识别多个发动机状态之间的允许的过渡路径。所述多个发动机状态包括默认状态、预激活状态、激活状态和后激活状态。响应于输出扭矩请求和催化装置的操作温度选择多个发动机状态中优选的一个状态。经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到多个发动机状态中所述优选的一个状态，并且发动机在多个发动机状态中的所述优选的一个状态中操作。

Description

操作多模式动力系统以实现催化装置激活的方法和设备
技术领域
本发明涉及多模式动力系统和操作多模式动力系统以实现催化装置激活的方法。
背景技术
本部分的叙述仅提供涉及本发明的背景信息。因此，这类叙述并非意在构成对现有技术的确认。
考虑到燃料消耗、功率消耗、扭矩管理、辅助功率需求、排放物、驾驶性能和其它因素，多模式动力系统采用内燃机和非燃烧扭矩机器以响应来自操作者的输出扭矩命令而产生传动系统扭矩。
在内燃机中采用废气后处理系统以处理包括HC、CO、NOx、颗粒物或其它气体成分的发动机废气排放物。该系统包括被配置为在存在催化剂和其它成分的情况下氧化、还原、重整、过滤和以其他方式将废气成分转化为单一的氮、碳、CO2、H2O和其它分子的装置。
废气后处理装置包括被配置为对废气馈给流中的成分执行上述过程中的一个或多个的催化剂。已知的催化剂的特征在于相对于催化剂操作温度的气体转化率。催化剂激活温度指的是催化剂具有50%的转化率时的温度。催化剂激活温度与催化剂的操作互相关联，该催化剂本身放热，并且因此自给自足，不需要利用额外的发动机控制操作来将热量引入催化剂中。
发明内容
一种采用功率分流配置来向传动系统传递扭矩的多模式动力系统，该系统包括与具有催化装置的废气后处理系统流体联接的内燃机。控制多模式动力系统的方法包括在多个发动机状态之间识别允许的过渡路径。所述多个发动机状态包括默认状态、预激活状态、激活状态和后激活状态。响应于输出扭矩请求和催化装置的操作温度选择多个发动机状态中优选的一个状态。经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到多个发动机状态中所述优选的一个状态，并且发动机在多个发动机状态中的所述优选的一个状态中操作。
方案1. 一种控制多模式动力系统的操作的方法，该系统包括与废气后处理系统流体联通的内燃机，该废气后处理系统包括催化装置，该多模式动力系统采用功率分流配置来向传动系统传递扭矩，所述方法包括：
识别多个发动机状态之间的允许的过渡路径，所述多个发动机状态包括默认状态、预激活状态、激活状态和后激活状态；
响应于输出扭矩请求和催化装置的操作温度选择所述多个发动机状态中优选的一个状态；
经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到所述多个发动机状态中所述优选的一个状态；以及
在所述多个发动机状态中的所述优选的一个状态中操作发动机。
方案2. 根据方案1所述的方法，其中，在多个发动机状态中的所述优选的一个状态中操作发动机进一步包括当在预激活状态中操作发动机时允许执行包括燃料停给模式的多个发动机模式中的一个。
方案3. 根据方案2所述的方法，进一步包括：
监控在燃料停给模式中操作发动机的经过时间；以及
当所述经过时间超过阈值时停止发动机在燃料停给模式的操作。
方案4. 根据方案1所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到多个发动机状态中优选的一个状态包括当能进行催化剂升温操作时使发动机操作从默认状态过渡到预激活状态。
方案5. 根据方案1所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到多个发动机状态中优选的一个状态包括当能够进行催化剂升温操作并且接收到发动机开启燃料请求时使发动机操作从预激活状态过渡到催化剂激活状态。
方案6. 根据方案1所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到多个发动机状态中优选的一个状态包括当不能进行催化剂升温操作时使发动机操作从预激活状态过渡到后催化剂激活状态。
方案7. 根据方案1所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到多个发动机状态中优选的一个状态包括当催化装置已经达到激活温度时使发动机操作从催化激活状态过渡到后催化剂激活状态。
方案8. 根据方案7所述的方法，其中，通过以下方式确定催化装置已经达到激活温度：
基于发动机冷却剂温度和气压选择优选的发动机运行时间和相应优选的发动机操作点；以及
在控制发动机操作处于优选的发动机操作点时，在已经经过优选的发动机运行时间之后，确定催化装置已经达到激活温度。
方案9. 根据方案1所述的方法，进一步包括识别所述多个发动机状态之间的禁止的过渡路径，并且禁止发动机操作经由禁止的过渡路径过渡到多个发动机状态中优选的一个状态。
方案10. 根据方案9所述的方法，其中，识别禁止的过渡路径包括识别从催化剂激活状态到预激活状态的禁止过渡。
方案11. 一种操作多模式动力系统的发动机的方法，该发动机与包括催化装置的废气后处理系统液体联通，所述方法包括：
识别与催化装置的激活相关的多个发动机状态之间的允许的过渡路径；
响应于输出扭矩请求和催化装置的操作温度选择发动机状态中优选的一个状态；
经由一个允许的过渡路径使发动机操作过渡到优选的发动机状态；以及
在所述优选的发动机状态中操作发动机并且响应于输出扭矩请求控制动力系统。
方案12. 根据方案11所述的方法，其中，在所述优选的发动机状态中操作发动机进一步包括当在预激活状态操作发动机时允许执行包括燃料停给模式的多个发动机模式中的一个。
方案13. 根据方案12所述的方法，进一步包括：
监控在燃料停给模式中操作发动机的经过时间；以及
当所述经过时间超过阈值时停止发动机在燃料停给模式的操作。
方案14. 根据方案11所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到优选的发动机状态包括当能进行催化剂升温操作时使发动机操作从默认状态过渡到预激活状态。
方案15. 根据方案11所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到优选的发动机状态包括当能够进行催化剂升温操作并且接收到发动机开启燃料请求时使发动机操作从预激活状态过渡到催化剂激活状态。
方案16. 根据方案11所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到优选的发动机状态包括当不能进行催化剂升温操作时使发动机操作从预激活状态过渡到后催化剂激活状态。
方案17. 根据方案11所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到优选的发动机状态包括当与催化剂温度相关的操作条件指示催化装置已经达到激活温度时使发动机操作从催化激活状态过渡到后催化剂激活状态。
方案18. 根据方案17所述的方法，其中，确定与催化剂温度相关的操作条件指示催化装置已经达到激活温度包括：
基于发动机冷却剂温度和气压选择优选的发动机运行时间和相应优选的发动机操作点；以及
在控制发动机操作处于优选的发动机操作点时，在已经经过优选的发动机运行时间之后，确定催化装置已经达到激活温度。
方案19. 根据方案11所述的方法，进一步包括识别所述多个发动机状态之间的禁止的过渡路径，并且禁止发动机操作经由禁止的过渡路径过渡到优选的发动机状态。
方案20. 根据方案19所述的方法，其中，识别所述多个发动机状态之间的禁止的过渡路径包括识别从催化剂激活状态到预激活状态的禁止的过渡。
附图说明
现在将参照附图通过举例方式描述一个或多个实施例，在附图中：
图1图示根据本发明的包括内燃机、非燃烧扭矩机器、变速器、非燃烧功率系统、传动系统和控制器的采用功率分流配置的多模式动力系统；
图2示意性示出根据本发明的可用于管理发动机操作以实现和管理催化装置的激活的状态机；
图3-1示意性示出根据本发明的与预激活状态中的发动机操作相关的控制方案；
图3-2示意性示出根据本发明的与催化剂激活状态中的发动机操作相关的控制方案；
图4示意性图示根据本发明的用于确定动力系统的操作成本的示例性功率成本函数的分析框图，参照图1的多模式动力系统的实施例对其进行描述。
具体实施方式
现在参照附图，其中，附图仅是为了图示某些示例性实施例而不是为了限制所述实施例，图1描绘示例性多模式动力系统100。多模式动力系统是被配置和控制为将多个扭矩致动器产生的牵引扭矩传递到传动系统从而实现推进的动力系统。扭矩致动器优选包括内燃机和一个或多个非燃烧扭矩机器。在一个实施例中，动力系统100采用包括内燃机10、非燃烧扭矩机器40、变速器20、非燃烧功率系统50、传动系统90和包括控制器60的控制系统的功率分流配置。在一个实施例中，扭矩机器40是电动机/发电机，而非燃烧功率系统50是高压电气系统。可选择的非燃烧功率系统可以采用类似的作用，采用包括例如气动功率系统、液压功率系统和机械功率系统的非燃烧功率系统。
图1示出动力系统100的替代布置，其采用内燃机10和扭矩机器40作为推进装置，内燃机10和扭矩机器40被配置为将扭矩传递到与输出构件88联接的变速器20，以向传动系统90提供牵引扭矩。非燃烧扭矩机器40包括从扭矩机器41、43、45、47和49中选择的一个或多个。传动系统90包括经由差动齿轮96或驱动桥或另一合适装置机械联接到变速器20的输出构件88以产生牵引扭矩的主驱动轮92。在一个实施例中，传动系统90包括可以联接到扭矩机器40之一（例如图示的扭矩机器49）以产生牵引扭矩的辅助驱动轮94。
发动机10可以是火花点火或压缩点火发动机，或者是另一合适的燃烧装置，并且包括可以在若干状态中操作产生扭矩并经由输入构件12将扭矩传递到变速器20的多缸内燃机。输入构件12优选经由接口装置25（其可以是变矩器或离合器装置）机械联接到变速器20。发动机控制模块（ECM）62被配置为监控和控制发动机10的操作。发动机10被配置为在动力系统进行操作期间在多个发动机操作模式之一中操作。操作模式包括正常操作模式和其它操作模式，所述其它操作模式包括燃料停给（FCO）、减速泵送损失减小（DPLR）、自动停止和自动起动模式。在动力系统进行操作期间，响应操作条件而采用操作模式中的选定模式。FCO模式包括发动机曲轴与未被供应以燃料的发动机10一起旋转并且节流阀关闭的发动机操作。DPLR模式是FCO模式的子集，并且包括发动机曲轴旋转并且发动机10未被供应以燃料以及节流阀稍微打开以减少泵送损失和发动机拖拽的发动机操作。因此，在FCO模式中操作可以包括在DPLR模式中操作。发动机自动停止模式包括在动力系统进行操作期间发动机从发动机开启状态过渡到发动机关闭状态的过程。发动机自动起动模式包括在动力系统进行操作期间发动机10从发动机关闭状态转变到发动机开启状态的过程。发动机关闭操作是发动机曲轴不旋转并且发动机10未被供应以燃料的发动机状态。发动机开启操作是发动机曲轴旋转并且发动机10被供应以燃料且点火因此产生扭矩的发动机状态。通过控制致动器来控制包括进入空气流量（包括在如此安装的发动机上的进入空气压力）、燃料质量和喷射正时、火花点火正时（在如此安装的发动机上）EGR和进气和/或排气阀正时和相位（在如此安装的发动机上）的燃烧参数，可以控制包括速度和扭矩的发动机输出。
包括一个或多个催化装置15的废气后处理系统可流体联接到发动机10的输出端，以处理从发动机10流过来的废气。催化装置15可以不受限制地包括氧化催化剂、氧化还原催化剂（通常称作三元催化剂）、NOx还原催化剂、微粒过滤器、选择性催化还原装置或其它合适的废气后处理元件。前述催化装置15用于在高温条件下在存在催化剂和其它成分的情况下还原包括HC、CO、NOx、颗粒物、醛类或其它成分，使其变为单一的氮、碳、CO2、H2O和其它分子。废气后处理系统安装有传感器16，而ECM 62包括可执行的监控方案，该方案监控和确定废气和催化装置15的操作参数，包括空气/燃料比、温度和废气成分，以便控制和诊断发动机。一种监控方案被配置为监控催化装置15的升温以确定催化装置15何时达到激活温度。
变速器20机械联接到发动机10和扭矩机器40并且被配置为在发动机10、扭矩机器40和传动系统90之间传递扭矩。变速器20包括差动齿轮、轴、皮带、离合器和其它元件中的一个或多个，以在输入构件12和输出构件18之间传递扭矩。在一个实施例中，变速器20是具有单个输入构件12和单个输出构件18及差动齿轮22和24的固定比率机械装置，并且被配置为在多个固定档位状态之一中在发动机10、扭矩机器40和传动系统90之间传递扭矩。因此，一个或多个扭矩机器40可旋转地联接到输入构件或输出构件以便传递扭矩。每个固定档位状态包括变速器输入速度与变速器输出速度之比。固定传动比具有随着固定档位状态（包括变速器输出速度大于变速器输入速度的超速传动状态）从低档位增加到高档位而从相对小值增大到较大值的逐步阶跃增量（graduated step increases）。变速器20可以被配置为利用预定控制方案在固定传动比状态之间自动转换的自动变速器。可选择地，变速器20可以被配置为响应操作者发起的转换请求（可以包括操纵变速杆和离合器踏板）在固定传动比状态之间手动转换的手动变速器。可选择地，变速器20可以被配置为在固定档位模式和连续可变模式之一中操作，在连续可变模式中操作包括在发动机10、扭矩机器40和传动系统90之间以可控的连续可变比率传递扭矩，传递的扭矩用于牵引作用和发电。变速器控制模块（TCM）64被配置为控制变速器20的操作。
动力系统100可以采用扭矩机器41、43、45、47和49中的一个或多个。扭矩机器41、43、45、47和49各自优选地包括多相交流电动机/发电机，所述多相交流电动机/发电机包括利用电能产生和反应扭矩的定子和转子。在采用第一扭矩机器41的实施例中，第一扭矩机器41机械联接到发动机10的曲轴并与其一起转动。机械联接可以包括皮带传动联接（BAS）或直接传动联接（FAS）。在采用第二扭矩机器43的实施例中，第二扭矩机器43机械联接到变速器20的输入构件12并与其一起转动，包括联接到变速器的差动齿轮组的齿轮构件。在采用第三扭矩机器45的实施例中，第三扭矩机器45经由差动齿轮组22机械联接到输入构件12并与其一起转动，并且经由差动齿轮组24机械联接到输出构件88并与其一起转动。在采用第四扭矩机器47的实施例中，第四扭矩机器47机械联接到变速器20的输出构件88并与其一起转动，包括联接到差动齿轮组24的齿轮构件。在采用第五扭矩机器49的实施例中，第五扭矩机器49机械联接到辅助驱动轮94并与其一起转动。动力系统100可以采用扭矩机器40中的单独一个，即扭矩机器41、43、45、47和49之一。在一个实施例中，采用第一扭矩机器41。动力系统100可以采用扭矩机器40的组合，即扭矩机器41、43、45、47和49的组合。在一个实施例中，采用第一扭矩机器41与第二扭矩机器43的组合。在一个实施例中，采用第一扭矩机器41与第五扭矩机器49的组合。也可以不受限制地采用其它合适的组合。
高压电气系统50包括经由高压总线电联接到逆变器54的高压电能存储装置（电池）52。一种已知的高压电池是锂离子电池，并且可以采用任何合适的高压能量存储装置。电池组控制模块可发送信号地联接到电池52以监控其操作。在这里高压电能存储装置52被称作电池，但是可以是任意合适的高压电能存储装置。逆变器模块66可操作地连接到逆变器54以控制其操作，并且由此控制扭矩机器41、43、45、47和49中的选定机器的操作。逆变器54响应于来自与控制器60可发送信号地连接的逆变器模块66的命令在电池52和扭矩机器40之间传输电力。高压电气系统50包括用于监控电功率流的合适装置，包括电流和电压监控系统。电池52可以是任意合适的高压电能存储装置，例如高压电池，并且优选包括测量供应到高压总线的电功率（包括电压和电流）的监控系统。
电池52经由高压总线联接到逆变器54，高压总线优选包括允许或禁止电流在电池52和逆变器54之间的流动的触头开关。逆变器54优选包括多个电功率逆变器，每个逆变器包括互补的多相功率电子装置，其包括通过高频切换将来自电池52的直流功率转化为向扭矩机器40之一供电的交流功率的多个绝缘栅双极晶体管。绝缘栅双极晶体管形成开关模式电源，其被配置为接收控制命令。逆变器模块66包括被配置为接收扭矩命令的相应电动机控制模块，并且绝缘栅双极晶体管的控制状态被控制以提供电动机驱动机械功率产生或电功率再生功能。三相逆变器经由直流传输导体接收或供应直流电功率并且将直流功率转化为三相交流功率或将三相交流功率转化为直流功率，该三相交流功率经由传输导体传导到或传导自扭矩机器40，以便作为电动机或发动机操作。逆变器54响应于电动机扭矩命令将电功率传输到扭矩机器40或从扭矩机器40传输电功率。经由高压总线传送电流以对电池52进行充电和放电。
用户界面13优选可发送信号地连接到多个装置，车辆操作者通过所述装置指挥和命令动力系统的操作。当变速器20被配置为手动变速器时，所述命令优选包括加速器踏板命令112、制动器踏板命令113、变速器范围命令114、车速巡航控制命令115和离合器踏板命令116。变速器范围命令114可以具有离散数量的操作者可选择位置（PRNDL）。可选择地，变速器范围命令114可以包括换档图案，该图案包括多个操作者可选择的向前或向后档位。用户界面13可以包括如图所示的单个装置，或者替代地可以包括与各个控制模块直接连接的多个用户接口装置。操作者输入优选包括经由加速器踏板命令112、制动器踏板命令113和车速巡航控制命令115确定的输出扭矩请求以及经由变速器范围命令114确定的选定变速器范围。
控制器60经由通信链路65以可发送信号的方式可操作地链接到动力系统中的各个致动器和传感器，以监控和控制动力系统的操作，包括合成信息和输入以及执行程序从而控制致动器以满足与燃料经济性、排放物、性能、驾驶性能和硬件（包括电池52的电池以及扭矩机器40）保护相关的控制目标。控制器60是整体车辆控制架构的子集，并且提供对动力系统的协调的系统控制，包括对ECM 62、TCM 64和逆变器模块66的监督控制。
前述控制模块经由通信链路65与其它控制模块、传感器和致动器通信，从而实现不同控制模块之间的结构通信。具体的通信协议是专用的。通信链路65和合适的协议提供前述控制模块和其它控制模块之间的可靠的信息发送和多控制模块交互，从而提供包括例如防抱死制动、牵引力控制和车辆稳定等功能。可以使用多种通信总线，以提高通信速度和提供一定程度的信号冗余和完整性，包括直接链路和串行外围接口（SPI）总线。还可以利用无线链路，例如短程无线电通信总线，来实现各个控制模块之间的通信。也可以直接连接各个装置。
控制模块、模块、控制系统、控制器、控制单元、处理器和类似术语意指下列各项中的一种或多种中的任一个或多个组合：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的中央处理单元（优选是微处理器）以及相关存储器和存储设备（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、合适的信号调节和缓冲电路和提供所述功能的其它部件。软件、固件、程序、指令、例程、编码、算法和类似用语意指包括校准值和查询表的任意控制器可执行指令组。控制模块具有被执行以提供所描述的功能的一组控制例程。例程被执行（诸如被中央处理单元执行）并且能够监控来自感测装置和其它联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。可以在发动机和车辆正在操作期间按固定间隔执行例程，例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。或者，可以响应于事件的发生来执行例程。
图2示意性示出状态机200，在混合动力系统操作期间采用该状态机200来管理发动机操作，以实现和管理与内燃机联接的催化装置的激活。参照图1的混合动力系统100描述混合动力系统的实施例，该混合动力系统100的实施例包括与一个或多个催化装置15及其它废气后处理元件流体联接的发动机10。状态机200包括多个发动机状态和所述发动机状态之间的多个允许和禁止的过渡路径。发动机状态包括默认状态210、预激活状态220、催化剂激活状态230和后催化剂激活状态240。在操作中，响应于输出扭矩请求和催化装置15的操作温度选择默认状态210、预激活状态220、催化剂激活状态230和后催化剂激活状态240之一。在发动机状态的选定状态之间确定允许的过渡路径，包括过渡路径212、214、222、224、232和242。响应于输出扭矩请求和催化装置15的操作温度选择优选的一个发动机状态。发动机操作经由允许的过渡路径过渡到选定的发动机状态。表1描述了发动机状态的一个实施例和对应的可允许发动机操作模式。发动机操作模式包括正常模式、FCO模式、DPLR模式、自动停止/发动机关闭模式和自动起动/发动机开启模式，参照图1描述所有模式。
表1
符号（+）表示在该具体状态中允许该操作模式，符号（-）表示在该具体状态中不允许该操作模式，符号（o）表示在一定条件下可允许该操作模式，以及符号（o/-）表示最初允许该操作模式但是随后变得禁止该操作模式。
与催化装置的激活相关的发动机状态包括默认状态（默认）210、预激活状态（预激活）220、催化剂激活状态（催化剂激活）230和后催化剂激活状态（后激活）240。前述状态中的每个都涉及控制发动机操作，以在催化激活状态230中操作时提供稳定一致的发动机速度和载荷操作，从而满足包括控制发动机燃料供应的排放物需求。
在发动机和动力系统进行操作期间，发动机10可以被控制在默认状态210。在默认状态210中进行操作期间，发动机10被允许在发动机自动起动、发动机自动停止、DPLR、FCO和正常操作模式中的任意模式中操作，这种操作响应于输出扭矩请求和其它动力系统操作条件（包括电池荷电状态和操作温度）而发生。在一些实施例中，可以校准FCO和DPLR状态中的操作。
在发动机和动力系统进行操作期间，发动机10可以被控制在预激活状态220。表2作为控制方案310的键值被提供，与预激活状态320中的执行操作相关的该控制方案310在图3-1中示意性地示出，其中标有数字的方块和相应功能表述如下。
表2
在预激活状态220中操作期间，允许发动机10被允许在发动机自动起动、发动机自动停止、DPLR、FCO和正常操作模式中的任意模式中操作，这种操作响应于输出扭矩请求和其它动力系统操作条件（诸如电池52的荷电状态）而发生（312）。此外，监控在预激活状态220中在FCO模式操作的总经过时间（314）。最初允许在FCO模式中操作（316）（0），并且当在FCO模式中操作的总经过时间超过阈值时间时暂停操作（316）（1）。因此，当发动机在未被供应以燃料的条件下旋转时发动机操作的经过时间受到限制，即，在FCO模式中进行操作存在时间限制。因此，最小化通过发动机10流到催化装置15的非燃烧空气流，以最小化由此导致的废气冷却效果。随后，在预激活状态220期间，允许发动机10在发动机自动起动、发动机自动停止和正常操作模式中的任意模式中操作，但是禁止在FCO模式中操作，同样禁止在DPLR模式中操作（318）。在一些实施例中，也可以禁止在变速器范围之间进行转换。因此，如果被命令（诸如在停车操纵期间），则发动机10可以执行发动机自动停止操作。
在发动机和动力系统进行操作期间，发动机10可以被控制在催化激活状态230，以将废气馈给流引入催化装置15，致使操作温度升高并激活催化剂。表3作为控制方案330的键值被提供，与催化剂激活状态230中的执行操作相关的该控制方案330在图3-2中示意性地示出，其中标有数字的方块和相应功能表述如下。
表3
发动机在催化剂激活状态230中操作以实现催化装置15的激活（330）。在催化剂激活状态230中操作期间，允许发动机10执行发动机自动起动和正常操作模式，这类执行响应于输出扭矩请求和其它动力系统操作条件而发生。禁止发动机10在发动机自动停止、FCO和DPLR操作模式中操作（332）。通过ECM 62监控发动机10的操作状态，包括发动机冷却剂温度（Tcool）和气压（Pbaro）（334）。ECM 62基于发动机冷却剂温度（Tcool）和气压（Pbaro）选择包括优选发动机运行时间（t_run）的催化剂升温操作和包括发动机速度（Ne）和扭矩输出（Te）的相应优选发动机操作点（336）。命令发动机10以优选发动机操作点操作优选的运行时间，以实现催化装置15的激活（338）。优选的发动机操作点可以在可允许的速度范围内且在可允许的扭矩输出范围内，从而当在催化剂激活状态230中操作时允许灵活地进行控制并且在催化剂激活状态230中允许延长操作。在发动机10的这种操作期间，在考虑到发动机10的扭矩和速度输出与输出扭矩请求之间的任何差异的情况下，控制非燃烧扭矩机器40的操作以响应于输出扭矩请求将扭矩传送到动力系统100（340）。这包括利用合适的动力系控制系统当输出扭矩请求超过发动机10的扭矩输出时操作非燃烧扭矩机器40以产生牵引扭矩，并且当输出扭矩请求小于发动机10的扭矩输出时操作非燃烧扭矩机器40以产生电力。监控与电池52和非燃烧扭矩机器40相关的操作参数并且将所述操作参数与相应的电池功率约束和扭矩机器约束进行比较（342）。与电池52相关的操作参数可以包括荷电状态、电池温度和其它合适的参数。与电池52相关的电池功率约束包括对操作参数大小的可允许限制，该可允许限制被设置用于防止会导致电池服务寿命缩短的电池52过度充电或过度放电。与非燃烧扭矩机器40相关的操作参数包括转速、扭矩、温度和其它合适的参数。与非燃烧扭矩机器40相关的扭矩机器约束包括对操作参数大小的可允许或可实现限制。对扭矩机器约束的限制被设置为速度或扭矩的大小，所述速度或扭矩的大小能够被非燃烧扭矩机器40实现并且防止会导致其服务寿命缩短的速度过大或扭矩过大情况。
只要在优选的发动机运行时间（t_run）期间与电池52及非燃烧扭矩机器40相关的操作参数在相应的电池功率约束和扭矩机器约束内，发动机10就在催化剂激活状态230中操作（342）（1）。在不违反电池功率约束或电动机扭矩约束的情况下，只要能够达到输出扭矩请求，发动机10就可以在催化剂激活状态230中操作。当在相应的优选发动机操作点处优选发动机运行时间期满时，动力系统停止进行催化剂升温操作并且过渡到后催化剂激活状态240。在不违反电池功率约束和/或电动机扭矩约束的情况下，当不能达到输出扭矩请求时，也可以停止在催化剂激活状态230的发动机操作（342）（0），使发动机状态过渡到后催化剂激活状态240（344）。
在催化剂激活状态230中操作之后，在发动机和动力系统进行操作期间，发动机10可以被控制在后催化剂激活状态240中。在后催化剂激活状态240中操作期间，可以允许发动机10在发动机自动起动、发动机自动停止、DPLR、FCO和正常操作模式中的任意模式中操作，这种操作响应于输出扭矩请求和其它动力系统操作条件而发生。后催化剂激活状态240中的操作关注使催化装置15的温度保持在可允许的温度区内。因此，可以根据与激活温度相关的催化装置15的温度来允许和禁止不同发动机操作模式中的操作。
参照图2描述在前述发动机操作状态中的选定状态之间的允许过渡路径212、214、222、224、232和242，并且所述路径包括如下内容。响应于动力系统100最初操作时的操作者钥匙打开事件，状态机200遵循过渡路径202到达默认状态210。根据操作条件，状态机200可以经由过渡路径212从默认状态210过渡到预激活状态220或经由过渡路径214从默认状态210过渡到后催化剂激活状态240。状态机200禁止从默认状态210直接过渡到催化剂激活状态230。当能够进行催化剂升温操作时，动力系统经由过渡路径212从默认状态210过渡到预激活状态220。使得催化剂升温操作能够进行，以响应于初始发动机操作或响应于来自传感器和/或催化剂监控方案的反馈（其指示催化装置15的温度是否小于预定阈值）实现催化装置15的激活。当不能进行催化剂升温操作时，动力系统经由过渡路径214从默认状态210过渡到后催化剂激活状态220。
根据操作条件，状态机200允许从预激活状态220经由过渡路径222直接过渡到催化剂激活状态230或经由过渡路径224直接过渡到后催化剂激活状态240。状态机200禁止从预激活状态230直接过渡到默认状态210。当能够进行催化剂升温操作并且接收到发动机开启燃料请求时，动力系统经由过渡路径222从预激活状态220过渡到催化剂激活状态230。当在进入催化剂激活状态230之前能够进行催化剂升温操作时，动力系统经由过渡通道224从预激活状态220过渡到后催化剂激活状态240。
状态机200允许经由过渡路径232从催化剂激活状态230直接过渡到后催化剂激活状态240。状态机200禁止从催化剂激活状态230直接过渡到默认状态210或预激活状态230。当不能进行催化剂激活操作时，状态机200允许从催化剂激活状态230直接过渡到后催化剂激活状态240。当操作条件尤其是与催化剂温度相关的那些操作条件指示催化装置15已经达到激活温度时，停止催化剂激活操作。参照图3-2描述用于确定催化装置15已经达到激活温度的一个示例性过程，且该过程包括基于发动机冷却剂温度（Tcool）和气压（Pbaro）选择优选的发动机运行时间（t_run）和包括发动机速度（N）和扭矩输出（L）的相应优选的发动机操作点。可选择地，当发动机或动力系的操作条件不需要继续催化剂升温操作时，可以停止催化剂升温操作。
状态机200允许经由过渡路径242从后催化剂激活状态240直接过渡到默认状态210，但是禁止直接过渡到预激活状态220或催化剂激活状态230。因此，从默认状态210过渡到催化剂激活状态230需要在预激活状态220中的中间操作。因此，从后催化剂激活状态240过渡到催化剂激活状态230需要在默认状态210和预激活状态220中的中间操作。这类中间操作允许发动机和动力系统核查是否已经能够进行催化剂升温操作，因此提高操作稳定性。
图4示意性地图示了用于确定候选操作点的动力系统操作成本的示例性功率成本函数500，并且参照结合图1描述的多模式动力系统100描述该函数。动力系统元件包括发动机10、变速器20、非燃烧扭矩机器40、电池52、逆变器54、车轮制动器98、传动系统90和燃料存储系统8。虚拟元素包括惯性载荷17（其是被配置为考虑系统惯性的元素）以及高压电气载荷56（其是被配置为考虑在车辆中在用于经由非燃烧扭矩机器40进行推进的载荷之外的高压电气载荷的元素）。功率流动路径包括将燃料功率从燃料存储系统8传递到发动机10的第一功率流动路径9、在发动机10和变速器20之间的第二功率流动路径19、在电池52和逆变器54之间的第三功率流动路径53、在逆变器54和高压电气载荷56之间的第四功率流动路径57、在逆变器54和非燃烧扭矩机器40之间的第五功率流动路径59、在非燃烧扭矩机器40和变速器20之间的第六功率流动路径23、在惯性载荷17和变速器20之间的第七功率流动路径25、在变速器和车轮制动器98之间的第八功率流动路径88以及在车轮制动器和传动系统90之间的第九功率流动路径99。功率损失包括发动机功率损失11、电池功率损失55、机械功率损失87、电动机损失89和制动器功率损失97。基于与车辆驾驶性能、燃料经济性、排放物和电池使用确定输入到功率成本函数500中的功率成本。功率成本被分配给燃料和电功率消耗并且与燃料和电功率消耗相关，并且与多模式动力系统的特定操作点相关。对于每一发动机速度/载荷操作点，较低的操作成本与高转化效率下的较低燃料消耗、较低的电池功率使用和较低的排放相关。功率成本可以包括与在发动机10和非燃烧扭矩机器40的具体操作点下操作多模式动力系统相关的发动机功率损失11、电动机功率损失89、电池功率损失55、制动器功率损失97和机械功率损失87。可以采用功率成本函数500来确定在选定的发动机操作点操作动力系统的总功率成本。
本发明已经描述了某些优选实施例及其改型。通过阅读和理解说明书读者可以想到其它改型和改变。因此，本发明不限于作为执行本发明而构想出的最佳实施方式而公开的特定实施例，相反本发明将包括落在所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (18)

1.一种控制多模式动力系统的操作的方法，该系统包括与废气后处理系统流体联通的内燃机，该废气后处理系统包括催化装置，该多模式动力系统采用功率分流配置来向传动系统传递扭矩，所述方法包括：
识别多个发动机状态之间的允许的过渡路径，所述多个发动机状态包括默认状态、预激活状态、激活状态和后激活状态；
响应于输出扭矩请求和催化装置的操作温度选择所述多个发动机状态中优选的一个状态；
经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到所述多个发动机状态中所述优选的一个状态；以及
在所述多个发动机状态中的所述优选的一个状态中操作发动机，
其中，在多个发动机状态中的所述优选的一个状态中操作发动机进一步包括当在预激活状态中操作发动机时执行燃料停给模式。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
监控在燃料停给模式中操作发动机的经过时间；以及
当所述经过时间超过阈值时停止发动机在燃料停给模式的操作。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到多个发动机状态中优选的一个状态包括当能进行催化剂升温操作时使发动机操作从默认状态过渡到预激活状态。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到多个发动机状态中优选的一个状态包括当能够进行催化剂升温操作并且接收到发动机开启燃料请求时使发动机操作从预激活状态过渡到激活状态。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到多个发动机状态中优选的一个状态包括当不能进行催化剂升温操作时使发动机操作从预激活状态过渡到后激活状态。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到多个发动机状态中优选的一个状态包括当催化装置已经达到激活温度时使发动机操作从激活状态过渡到后激活状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过以下方式确定催化装置已经达到激活温度：
基于发动机冷却剂温度和气压选择优选的发动机运行时间和相应优选的发动机操作点；以及
在控制发动机操作处于优选的发动机操作点时，在已经经过优选的发动机运行时间之后，确定催化装置已经达到激活温度。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括识别所述多个发动机状态之间的禁止的过渡路径，并且禁止发动机操作经由禁止的过渡路径过渡到多个发动机状态中优选的一个状态。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，识别禁止的过渡路径包括识别从激活状态到预激活状态的禁止过渡。
10.一种操作多模式动力系统的发动机的方法，该发动机与包括催化装置的废气后处理系统液体联通，所述方法包括：
识别与催化装置的激活相关的多个发动机状态之间的允许的过渡路径；
响应于输出扭矩请求和催化装置的操作温度选择发动机状态中优选的一个状态；
经由一个允许的过渡路径使发动机操作过渡到优选的发动机状态；以及
在所述优选的发动机状态中操作发动机并且响应于输出扭矩请求控制动力系统，
其中，在所述优选的发动机状态中操作发动机进一步包括当在预激活状态操作发动机时执行燃料停给模式。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
监控在燃料停给模式中操作发动机的经过时间；以及
当所述经过时间超过阈值时停止发动机在燃料停给模式的操作。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到优选的发动机状态包括当能进行催化剂升温操作时使发动机操作从默认状态过渡到预激活状态。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到优选的发动机状态包括当能够进行催化剂升温操作并且接收到发动机开启燃料请求时使发动机操作从预激活状态过渡到激活状态。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到优选的发动机状态包括当不能进行催化剂升温操作时使发动机操作从预激活状态过渡到后激活状态。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，经由允许的过渡路径使发动机操作过渡到优选的发动机状态包括当与催化剂温度相关的操作条件指示催化装置已经达到激活温度时使发动机操作从激活状态过渡到后激活状态。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，确定与催化剂温度相关的操作条件指示催化装置已经达到激活温度，包括：
基于发动机冷却剂温度和气压选择优选的发动机运行时间和相应优选的发动机操作点；以及
在控制发动机操作处于优选的发动机操作点时，在已经经过优选的发动机运行时间之后，确定催化装置已经达到激活温度。
17.根据权利要求10所述的方法，进一步包括识别所述多个发动机状态之间的禁止的过渡路径，并且禁止发动机操作经由禁止的过渡路径过渡到优选的发动机状态。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，识别所述多个发动机状态之间的禁止的过渡路径包括识别从激活状态到预激活状态的禁止的过渡。
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