CN104234850B - 用于连接至混合动力车辆的发动机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善混合动力车辆发动机再起动的方法和系统。响应于将加速器踏板踩到全开，通过转动起动发动机同时提前进气凸轮并且同时将压缩空气从蓄压器排放进发动机进气来迅速提供最大扭矩。由于能更早提供最大发动机扭矩输出，可以更快地退出马达扭矩。

Description

用于连接至混合动力车辆的发动机的方法

技术领域

本发明涉及改善混合动力车辆在高扭矩需求期间的发动机再起动。

背景技术

减少混合动力车辆中发动机的运行时间能实现燃料经济性和燃料排放的益处。然而，当以电动模式驱动车辆时将内燃发动机关闭并且随后执行平顺的发动机再起动可能会延迟从发动机传输扭矩。在米勒循环(Miller cycle)上运转的发动机中该延迟可能会加剧，其中增压装置(比如涡轮增压器或机械增压器)在将较高压力的空气传输至进气系统之前需要加速(spool up)。

US7,314,043显示了一种用于减小涡轮增压器加速延迟(也称为涡轮迟滞) 的示例方法。其中，当涡轮增压器还没有达到足够的转速以提供希望的增压时在选择的状况期间将压缩空气从专用源传输至发动机进气歧管而提供汽缸充气的增加。这样，执行流量放大直到涡轮增压器达到转速。

然而，发明人已经认识到该方法的潜在问题。在一个示例中，混合动力车辆可能通常使用尺寸较小(under-sized)的发动机系统。由于这种发动机系统中的涡轮增压器通过排气压力加速，达到最大扭矩可能会有很大延迟。虽然上述方法中向进气添加的压缩空气可以减少涡轮增压器加速需要的时间，在涡轮增压器已经加速之后由于起动和转动起动发动机产生的延迟使得发动机再起动可能仍然会延迟。例如，如果压缩空气添加得太早或太迟，可能会浪费。在需要发动机扭矩来满足升高的驾驶员需求的混合动力车辆中，发动机起动的组合延迟可能导致最大扭矩输出的很大延迟以及较差的车辆扭矩响应。此外，由于在起动发动机之前使用马达扭矩来满足扭矩需求，系统电池可能放电更快。总之，使用涡轮增压动力的较小尺寸的发动机可能不能传输高达数秒的可观加速。

发明内容

在一个示例中，通过一种用于混合动力车辆的方法可以处理上述问题中的一些，该方法包含：在使用马达扭矩驱动车轮的车辆运转期间，响应于将加速器踏板踩到踏板全开而再起动发动机，并且在发动机再起动的转动起动期间将压缩空气从蓄压器排放至发动机同时通过提前的进气门正时运转。这样，可以协调凸轮轴正时调节和压缩空气喷射以减少涡轮增压器加速和发动机再起动两者的延迟。

在一个示例中，混合动力车辆系统可以包括发动机和马达。发动机可以米勒发动机循环运转。在驾驶员扭矩需求较低的状况期间，发动机可以关闭并且可以通过系统马达满足扭矩需求。高压空气蓄压器可以经由阀门连接至发动机进气歧管。可以在之前的发动机工况期间略微打开阀门来填充高压空气蓄压器使得传输至发动机的一部分压缩空气充气可以存储在蓄压器中。一旦填充，可以关闭阀门。响应于升高的驾驶员扭矩需求(比如驾驶员将加速器踏板踩到请求最大扭矩的踏板全开位置)，可以再起动发动机来满足最大扭矩需求。特别地，当发动机转动起动时并且当发动机变速器处于挡位上(例如前进挡)时可以打开(例如完全打开)蓄压器阀门并且可以将压缩空气从蓄压器排放进发动机进气歧管。可以基于自静止起的第一发动机燃烧事件调节阀门的打开正时使得在第一点火汽缸的初始燃料添加期间将压缩空气排放进第一点火汽缸(或者在发动机的初始燃料添加期间排放进第一数量的点火汽缸)。当协调排放与第一点火汽缸的燃料添加时，添加的压缩空气能实现较高的发动机扭矩输出同时还加速完成涡轮加速。当打开蓄压器阀门时，还可以将进气凸轮轴正时提前(例如完全提前)至允许最大气流以及最大功率输出的位置。通过调节进气凸轮正时，基本上所有喷射的压缩空气能用于改善发动机再起动的响应并且没有浪费喷射的空气。这样，在其它的驾驶员踩加速器踏板(其中踏板没有踩到全开位置)期间，蓄压器阀门可以保持关闭并且进气凸轮轴正时可以遵循标称计划。例如，当发动机转动起动时，可以延迟进气凸轮轴以提供平顺的发动机再起动。

这样，在发动机转动起动期间通过提前进气凸轮轴正时同时将压缩空气从蓄压器输送至发动机进气，开始最大发动机扭矩输出的延迟可以减小(例如数秒，比如约3秒)。计划添加的压缩空气减小了涡轮加速和发动机转动起动的组合延迟，从而在混合动力车辆中能提供平顺且加速的发动机再起动。通过加速完成最大发动机扭矩的传输，可以减少对马达扭矩的临时的依赖，改善了电池寿命。此外，可以减少噪声、振动和粗糙性(NVH)问题以及与改进车轮的损失相关的问题。总之，改善了混合动力车辆性能。

根据本发明的一个方面，提供一种用于混合动力车辆的方法，包含：在第一发动机热机起动期间，通过提前的进气门正时转动起动发动机同时将压缩空气从蓄压器排放至进气歧管；以及在第二发动机热机起动期间，通过延迟的进气门正时转动起动发动机而不需要将压缩空气从蓄压器排放至进气歧管。

根据本发明的一个实施例，进一步包含，在自第一发动机热机起动起的较短时间段之后从通过马达扭矩驱动车轮转变为通过发动机扭矩驱动车轮，而在自第二发动机热机起动起的较长时间段之后从通过马达扭矩驱动车轮转变为通过发动机扭矩驱动车轮。

根据本发明的一个实施例，第一发动机热机起动响应于驾驶员将加速器踏板踩至踏板全开，并且其中第二发动机热机起动响应于驾驶员踩下的加速器踏板小于踏板全开。

根据本发明的一个实施例，在第一发动机热机起动期间，将蓄压器连接至进气歧管的阀门保持部分打开并且进气节气门节流较少，并且其中在第二热机起动期间，将蓄压器连接至进气歧管的阀门保持关闭并且进气节气门节流较多。

根据本发明的一个实施例，在第一发动机热机起动期间，通过提前的进气门正时转动起动发动机包括通过完全提前进气凸轮轴正时转动起动发动机；并且其中在第二发动机热机起动期间，通过延迟的进气门正时转动起动发动机包括通过以基于车速和驾驶员扭矩需求中的一者或多者的延迟量来延迟进气凸轮轴正时转动起动发动机。

根据本发明的一个实施例，进一步包含，分别在第一和第二热机起动之后发动机以米勒循环运转，并且当发动机以米勒循环运转时至少部分打开连接至蓄压器的阀门以通过进气歧管从涡轮增压器压缩器接收的压缩空气向蓄压器充气直到达到阈值蓄压器压力并且随后关闭阀门。

根据本发明的另一方面，提供一种用于混合动力车辆的方法，包含：使用马达扭矩驱动车轮；响应于驾驶员扭矩需求高于阈值而转动起动发动机同时提前进气门正时；在转动起动之后发动机再起动的第一点火汽缸的燃料添加期间将压缩空气从蓄压器排放至发动机；在达到阈值发动机转速或阈值扭矩之后转变为使用发动机扭矩驱动车轮。

根据本发明的一个实施例，蓄压器经由蓄压器冷在涡轮增压器压缩器下游连接至发动机进气歧管并且其中排放包括完全打开蓄压器阀门，该方法进一步包括在阈值发动机转速之后至少部分地打开蓄压器阀门以通过来自发动机歧管的压缩空气填充蓄压器。

应理解，提供上文的概述用于以简化形式引入一系列原理，其将在具体实施方式中进一步进行描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保护的主题的范围唯一地由权利要求书确定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上文或本说明书中任意部分所提到的缺点的实施方式。

附图说明

图1说明了示例混合动力车辆系统；

图2说明了连接在图1中的混合动力车辆系统中的示例内燃发动机；

图3显示了连接至图1-2中的发动机的蓄压器的示例实施例；

图4显示了说明使用来自蓄压器的压力执行发动机再起动的程序的高级流程图；

图5说明了根据本发明的示例发动机再起动。

具体实施方式

下文的描述涉及运转混合动力电动车辆(比如图1中的插电式混合动力电动车辆)的系统和方法。在选择的状况(比如加速器踏板踩到踏板全开(WOP，wide-open pedal))期间，车轮可能从使用马达扭矩推进过渡为使用发动机(比如图2中的发动机)扭矩推进。控制器可以配置用于执行控制程序(比如图4中的程序)以通过转动起动再起动发动机同时通过提前进气门正时运转发动机。控制器还可以从高压空气蓄压器(比如图3中的蓄压器)将压缩空气排放至发动机进气歧管同时提前进气门正时以加速完成涡轮加速并最大化发动机扭矩输出。发动机再起动期间可以协调打开蓄压器阀门排放压缩空气的正时与第一点火汽缸的燃料添加。参考图5显示了示例发动机再起动。这样，在混合动力车辆系统中提供了平顺的发动机再起动。

图1说明了示例车辆推进系统100。车辆推进系统100包括燃烧燃料的发动机10以及马达20。在一个非限制性示例中，发动机10包含内燃发动机以及包含电动马达的马达20。马达20可以配置用于利用或消耗与发动机10不同的能量源。例如，发动机10可以消耗流体燃料(例如汽油)来产生发动机输出而马达 20可以消耗电能来产生马达输出。这样，具有推进系统100的车辆可以称为混合动力电动车辆(HEV)。特别地，推进系统100在本说明书中描述为插电式混合动力电动车辆(PHEV)。

取决于车辆工况可以多种不同的模式运转车辆推进系统100。这些模式中的一些可以实现保持发动机10处于发动机中燃料停止燃烧的关闭状态(或停用状态)。例如，在选择的工况下，当发动机10停用时马达20可以经由驱动轮30 推进车辆。其中，通过马达扭矩驱动车轮。

在其它工况期间，当运转马达20经由再生制动向能量存储装置50充电时可以停用发动机10。其中，马达20可以从驱动轮30接收车轮扭矩并将车辆的动能转换为存储在能量存储装置50中的电能。从而，在一些实施例中马达20可以提供发电机功能。然而，在其它实施例中，可替代地，专用的能量转换装置(此处为发电机60)可以从驱动轮30接收车轮扭矩并且将车辆的动能转换为存储在能量存储装置50中的电能。

在又一些其它工况期间，可以通过燃烧从燃料系统40接收的燃料运转发动机10。例如，当马达20停用时可以运转发动机10经由驱动轮30推进车辆。在其它工况期间，发动机10和马达20两者都分别运转经由驱动轮30推进车辆。发动机和马达都可以选择性推进车辆的配置可以称为并联式的车辆推进系统。注意在一些实施例中，马达20可以经由第一组驱动轮推进车辆而发动机10可以经由第二组驱动轮推进车辆。

在其它实施例中，车辆推进系统100可以配置为串联式车辆推进系统，从而发动机不直接推进驱动轮。而是，可以运转发动机10以驱动马达20，马达20 进而经由驱动轮30推进车辆。例如，在选择的工况期间，发动机10可以驱动发电机60，该发电机60进而向一个或多个马达20或者能量存储装置50提供电能。在另一个示例中，可以运转发动机10以驱动马达20，该马达20进而提供发电机功能将发动机输出转换为电能，其中电能可以存储在能量存储装置50以便马达以后使用。车辆推进系统可以配置用于根据工况在上述的两个或更多个运转模式之间转变。

高压空气蓄压器90可以连接至发动机10。特别地，该蓄压器可以经由蓄压器阀门连接至发动机10的进气歧管。如参考图3详细说明的，在发动机工况期间可以选择性地并略微地打开该阀门以通过来自进气歧管的压缩空气向蓄压器充气，传输至进气歧管的压缩空气来自与发动机连接的涡轮增压器压缩器。一旦充气，可以关闭阀门以保持蓄压器中的压力。如图4详细说明的，在选择的发动机再起动状态期间(比如当响应于驾驶员将加速器踏板踩到踏板全开的位置而再起动混合动力车辆的发动机以从马达扭矩转变为发动机扭矩时)，可以打开(例如全开)蓄压器阀门以将压缩空气排放至进气歧管以提供流量放大和更平顺的发动机再起动。同时，可以通过提前进气门正时而运转发动机使得实现汽缸的最大气流。通过在发动机再起动期间基于发动机汽缸的初始燃料添加来调节打开阀门的正时和压缩空气的排放，添加的压缩空气加速完成涡轮加速以及最大发动机动力输出的传输。这样，这不仅提供了更平顺的发动机再起动还允许更早从马达扭矩转变为发动机扭矩。

返回至图1，燃料系统40可以包括一个或多个存储车载燃料并向发动机10 提供燃料的燃料存储箱44。例如，燃料箱44可以存储一种或多种流体燃料，包括但不限于：汽油、柴油和醇燃料。在一些示例中，存储在车辆上的燃料可以是两种或更多种不同燃料的混合物。例如，燃料箱44可以配置用于存储汽油和乙醇(例如E10、E85等)的混合物或汽油和甲醇(例如M10、M85等)的混合物，从而这些燃料或燃料混合物可以传输至发动机10。可向发动机10提供其它合适的燃料或燃料混合物，其中它们可以在发动机中燃烧以产生发动机输出。可以利用发动机输出推进车辆和/或经由马达20或发电机60向能量存储装置50再充电。

燃料箱44可以包括用于向控制系统(或控制器)12发送燃料箱中燃料水平的信号的燃料水平传感器46。如图所示，燃料水平传感器46可以包括连接至可变电阻的浮头。可替代地，可以使用其它类型的燃料水平传感器。例如经由52 处指示的燃料仪表或指示灯将燃料箱44中存储的燃料水平(例如通过燃料水平传感器识别的)传递给车辆驾驶员。燃料系统40可以从外部的燃料源定期接收燃料。例如，响应于燃料箱中的燃料水平低于阈值，可以作出燃料箱燃料再添加的请求并且车辆驾驶员可以停车进行燃料再添加。可以经由从位于车身外部的燃料加注口62形成通道的燃料加注管路将燃料从燃料分配装置70泵送进燃料箱。辅助系统64与控制系统12相连。

控制系统12可以与发动机10、马达20、燃料系统40、能量存储装置50和发电机60中的一者或多者通信。特别地，控制系统12可以接收来自发动机10、马达20、燃料系统40、能量存储装置50和发电机中一者或多者的反馈并且作为响应将控制信号发送至它们中的一者或多者。控制系统12还可以接收来自车辆驾驶员130的驾驶员请求的车辆推进系统的输出的指示。例如，控制系统12可以接收来自与踏板132通信的踏板位置传感器134的反馈。踏板132可以示意性地指加速器踏板(如显示的)或者制动器踏板。

能量存储装置50可以包括一个或多个电池和/或电容器。电能存储装置50 可以配置用于存储可以提供至车载的其它电力负荷(马达除外)的电能，这些电力负荷包括车厢加热和空调系统(例如空调暖通(HVAC)系统)、发动机起动系统(例如起动机马达)、大灯、车厢音频和视频系统等。

能量存储装置50可以从没有安装在车辆上的外部电源80定期接收电能。在一个非限制性示例中，车辆推进系统100可以配置为插电式混合动力电动车辆 (HEV)，从而可以经由输电电缆82将电能从电源80提供至电能存储装置50。在能量存储装置50从电源80再充电的操作期间，输电电缆82可以电连接电能存储装置50和电源80。当运转车辆推进系统来推进车辆时，可以在电源80和能量存储装置50之间断开输电电缆82。控制系统12可以估算和/或控制存储在能量存储装置中电能的量，本说明中称为荷电状态(SOC)。

在其它实施例中，可以省去输电电缆82，此时电能存储装置50可以从电源 80无线接收电能。例如，能量存储装置50可以经由电磁感应、无线电波和电磁共振中的一者或多者从电源80接收电能。从而，应理解任何适当的方法可以用于从外部电源80向能量存储装置50再充电。这样，马达20可以利用与发动机10 利用的燃料不同的能量源推进车辆。

如图2详细说明的，控制器12可以接收来自多个传感器的输入数据、处理输入数据并响应于处理的输入数据基于编程在其中的对应于一个或多个程序的指令或代码而触发多个驱动器。本说明书中关于图4描述了示例控制程序。

图2描述了内燃机10的燃烧室或汽缸的实施例。发动机10可接收来自包含控制器12的控制系统的控制参数和车辆驾驶员130通过输入装置132的输入。在这个实施例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生比例踏板位置信号PP 的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸(本说明书中也称为“燃烧室”)14 可包括带有位于其中的活塞138的燃烧室壁136。活塞138可和曲轴140相连使得活塞的往返运动转化为曲轴的转动运动。曲轴140可通过传动系统和乘用车的至少一个驱动轮相连。此外，起动马达可通过飞轮和曲轴140相连以实现发动机10的起动运转。

汽缸14能通过一系列进气通道142、144和146接收进气。进气通道146和发动机10的除汽缸14之外的其它汽缸连通。

在一些实施例中，一个或多个进气通道可包括增压装置，比如涡轮增压器或机械增压器。例如，图2显示了发动机10配置有涡轮增压器，涡轮增压器包含设置在进气通道142和144之间的压缩机174和沿排气通道148设置的排气涡轮176。压缩机174可至少通过排气涡轮176经由轴180驱动，其中增压装置配置为涡轮增压器。然而，在其它实施例中，比如在发动机10配备有机械增压器的情况下，排气涡轮176可选择性地省略，在这种情况下压缩器174可通过来自马达或发动机的机械输入驱动。包括节流板164的节气门162可以沿发动机的进气通道设置，用于改变提供给发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，如图2 所示节气门162可设置在压缩机174的下游，或者可替代地设置在压缩机174的上游。

图3详细说明的蓄压器90可以经由阀门(未显示)连接至压缩器174下游的进气通道146。在排放状况期间，可以打开蓄压器阀门将高压压缩空气从蓄压器释放至进气歧管以改善发动机再起动响应时间。在充气状况期间，可以打开蓄压器阀门以通过来自进气歧管的压缩空气向蓄压器充气。

排气通道148可以接收来自发动机10除了汽缸14的其它汽缸的排气。排气传感器128如图所示和排放控制装置178上游的排气通道148相连。传感器128 可以选自各种用于提供排气空燃比指示的合适的传感器，比如线性氧传感器或者UEGO(通用或宽域排气氧传感器)，双态氧传感器或EGO(如图所示)，HEGO (加热型EGO)，氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)或碳氧化物(CO)传感器。排气控制装置178可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其它排放控制装置或它们的组合。

排气温度可通过一个或多个位于排气通道148中的温度传感器(未示出) 来估算。可替代地，可基于发动机工况(比如转速、负荷、空燃比(AFR)、点火延迟等)推断排气温度。

发动机10的每个汽缸可包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，汽缸14如图所示包括位于汽缸14上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸(包括汽缸14) 可包括位于汽缸上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气阀。

进气门150可由控制器12经由凸轮驱动系统151通过凸轮驱动进行控制。相似的，排气门156可由控制器经由凸轮驱动系统153控制。凸轮驱动系统151和 153分别可包括一个或多个凸轮，并且可利用可由控制器12操作以改变气门运转的凸轮轮廓线变换系统(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT) 和/或可变气门升程(VVL)系统中的一者或多者。可分别通过气门位置传感器 155和157确定进气门150和排气门156的位置。在替代实施例中，进气和/或排气门可通过电动气门驱动进行控制。例如，汽缸14可替代地包括通过电动气门驱动进行控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮驱动进行控制的排气门。在其它实施例中，进气和排气门可通过共用气门驱动器或驱动系统、或者可变气门正时驱动器或驱动系统来控制。

汽缸14可以具有压缩比，其为当活塞138处于底部中央时的容积与活塞138 处于顶部中央时的容积的比例。通常，压缩比的范围是9:1到10:1。但是，在一些使用了不同燃料的示例中，可以增加压缩比。例如，当使用高辛烷燃料或较高潜在汽化焓的燃料时可能发生这种情况。如果由于直接喷射对发动机爆震的影响而使用直接喷射，也可以增加压缩比。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可包括用于发起燃烧的火花塞192。在选择的运转模式下，点火系统190可以响应于来自控制器12的火花提前信号 SA通过火花塞192向燃烧室14提供点火火花。但是，在一些实施例中，可以省略火花塞192，比如当发动机10可通过自动点火或者通过燃料喷射(如可能在一些柴油发动机的情况下)发起燃烧。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以配置有一个或多个燃料喷射器用于向其提供燃料。在一个非限制性示例中，汽缸14显示为包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166显示为直接和汽缸14相连用于与通过电子驱动器168从控制器12接收的FPW信号的脉冲宽度成比例地直接向其中喷射燃料。这样，燃料喷射器166提供已知的称为直接喷射(下文也称为“DI”)将燃料喷入燃烧汽缸14。尽管图2显示了喷射器166作为侧喷射器，它也可以位于活塞的上方，比如火花塞192的位置的附近。当采用醇燃料操作发动机时，由于某些醇燃料的低挥发性，这样的位置可改善混合和燃烧。可替代地，喷射器可位于进气门上方并与之靠近以改善混合。燃料可以从包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的高压燃料系统8输送至燃料喷射器166。可替代地，可通过单级燃料泵以较低的压力输送燃料，与使用高压燃料系统相比，这种情况下压缩冲程期间直接燃料喷射的正时受到更多限制。此外，虽然未示出，燃料箱可具有向控制器12提供信号的压力传感器。应理解，在替代实施例中，喷射器166可以是向汽缸14上游的进气道提供燃料的进气道喷射器。

如上文所述，图2仅显示了多缸发动机的一个汽缸。这样，每个气缸可以相似地包括它自己的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。

燃料系统8中的燃料箱可以容纳具有不同燃料品质(例如不同燃料组分) 的燃料。这些不同可以包括不同的醇含量、不同的辛烷、不同的汽化热、不同的混合燃料、不同的燃料挥发性和/或它们的组合等。

如图2所示，控制器12作为微电脑，包括微处理器单元(CPU)106、输入/ 输出(I/O)端口108、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在这个特别的实施例中显示为只读存储芯片(ROM)110)、随机存取存储器(RAM)112、保活存储器(KAM)114和数据总线。存储介质只读存储器110可编程有计算机可读数据，其代表通过处理器106执行用于执行下文描述的方法和程序以及所预期的但没有明确列举的其它变型的指令。控制器12可以从和发动机10相连的传感器接收各种信号，除上文讨论过的信号之外，还包括来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量(MAF)、来自和冷却套筒118相连的温度传感器 116的发动机冷却剂温度(ECT)、来自和曲轴140相连的霍耳效应传感器120 (或其它类型传感器)的表面点火感测信号(PIP)、来自节气门位置感应器的节气门位置(TP)、来自传感器124的歧管绝对压力(MAP)、来自EGO传感器128的汽缸空燃比(AFR)和来自爆震传感器和曲轴加速传感器的不正常燃烧。可以通过控制器12从PIP信号产生发动机转速信号(RPM)。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用于提供进气歧管中真空或压力的指示。

基于来自一个或多个上述传感器的输入，控制器12可以调节一个或多个驱动器，比如燃料喷射器166、节气门162、火花塞192、进气/排气门和凸轮等。控制器可以接收来自多个传感器的输入数据、处理输入数据并响应于处理的输入数据基于编程在其中的对应于一个或多个程序的指令或代码而触发多个驱动器。本说明书中关于图4描述了示例控制程序。

这样，图1-2中的发动机可以米勒发动机循环运转。虽然传统的奥托循环 (Ottocycle)发动机使用四个行程(进气、压缩、做功和排放行程)，米勒发动机循环包括第五行程。这样，奥托循环的四个循环中，两个可以认为是高功率：压缩行程(消耗高功率)和做功行程(产生高功率)。然而，发动机的很多内部功率损失是压缩行程期间压缩充气需要的能量造成的，从而减小这种功率消耗的系统可以产生更高的效率。在米勒循环中，保持打开进气门比奥托循环发动机中的长。事实上，压缩行程是两个分离的循环：当进气门打开时的初始部分以及当进气门关闭时的最终部分。该两阶(two-stage)进气行程产生米勒循环引入的所谓“第五”行程。在压缩行程中随着活塞向上移动，将充气部分地排出仍然打开的进气门。通常，这种充气空气的损失将导致功率的损失。然而，在米勒循环中，这通过使用增压装置(比如机械增压器或涡轮增压器)补偿。增压装置可以是正排量类型，因为它能在相对较低的发动机转速时产生增压。这样，在米勒循环中，实际上压缩行程在活塞已经排出额外的充气并且进气门关闭之后才开始。这大概发生在压缩行程的20％至30％处。换句话讲，实际的压缩出现在压缩行程中靠后的70％至80％中。

现在转向图3，显示了图1中蓄压器的示例实施例300。在发动机运转期间可以通过压缩空气填充或充气蓄压器。然后在混合动力车辆运转从电动模式转变发动机模式的期间压缩空气可以从蓄压器排放以改善发动机再起动的质量。

发动机进气歧管304经由进气节气门302沿进气通道接收来自进气增压装置(比如涡轮增压器压缩器)的压缩气流。发动机汽缸306可以从那里接收高压空气。

这样，当压缩器运转时进气歧管空气压力较高，但是从发动机停止缓慢形成高压。从而，在发动机再起动期间，为了加速完成涡轮加速并实现最大发动机扭矩输出，进气歧管可以从高压空气蓄压器308接收高压空气。蓄压器可以经由蓄压器阀门314连接至进气歧管304。在发动机工况(比如当发动机处于或高于怠速发动机转速增压运转时)期间，可以打开(例如略微打开)蓄压器阀门314以在蓄压器中存储压缩空气。特别地，高压空气可以存储在蓄压器308 的气囊310中。设置在压缩空气气囊310和蓄压器308的壁之间的弹簧312和盘311允许气囊的所有气体排出并且从进气歧管填充压缩空气。

在发动机再起动期间，可以打开(例如完全打开)蓄压器阀门314以将压缩空气从蓄压器释放到进气歧管中。这可以在发动机转动起动期间执行，与汽缸的燃料添加协调，使得排放的空气在点火汽缸中燃烧。当发动机变速器处于挡位上(例如当变速器处于前进挡上)时可以执行排气并且同时提前进气门正时。这样的话，如果在发动机处于泊车挡上时执行排气，发动加速(spin-up) 压缩的空气可能传输较大扭矩而没有地方释放，在处于泊车挡时产生不希望的车辆反应。通过在进气歧管通过涡轮增压器建立高压之前，在发动机再起动期间将高压空气从蓄压器排放到进气歧管中并且进气门提前至最大流量位置，可以改善发动机扭矩输出。特别地，在发动机再起动期间可以响应于驾驶员将加速器踏板踩到全开位置而提供最大扭矩输出。

应理解，虽然图3中的实施例中蓄压器充气和排气都使用相同的蓄压器阀门，在替代实施例中，蓄压器可以包括与蓄压器阀门314并联设置用于充气的较小的止回阀。其中，可以打开较小的止回阀以向蓄压器充气而可以仅在踏板全开的发动机再起动期间打开蓄压器阀门314。

这样，图1-3中的部件能实现一种用于混合动力车辆的方法，该方法包含使用马达扭矩驱动车轮。随后，响应于驾驶员扭矩需求高于阈值，方法包括转动起动发动机同时提前进气正时、在转动起动之后发动机再起动的第一点火汽缸的燃料添加期间将压缩空气从蓄压器排放至发动机，并且在达到阈值发动机转速之后转变为使用发动机扭矩驱动车轮。蓄压器经由蓄压器阀门在涡轮增压器压缩器下游连接至发动机进气歧管使得排气包括部分打开蓄压器阀门。达到阈值发动机转速之后，方法包括略微打开蓄压器阀门以通过来自发动机歧管的压缩空气填充蓄压器。

现在转向图4，显示了使用从蓄压器排放至进气歧管的压缩空气改善混合动力车辆中发动机再起动的示例方法400。该方法实现更早更平顺的从通过马达扭矩运转车辆向通过发动机扭矩运转车辆的过渡。

在402处，可以估算和/或推断车辆工况。例如，如上文所述，控制系统可以从与车辆推进系统部件关联的一个或多个传感器接收传感器反馈。例如，估算的工况可以包括(例如基于踏板位置的)车辆驾驶员请求输出或扭矩的指示、燃料箱中的燃料水平、发动机燃料使用速率、发动机温度、车载能量存储装置的荷电状态(SOC)、包括湿度和温度的环境状况、发动机冷却剂温度、气候控制请求(例如空调或加热请求)等。

在404处，基于估算的车辆工况，可以选择车辆运转模式。例如，可以确定是通过电动模式(使用来自车载系统能量存储装置(比如电池或电动马达) 的能量推进车辆)还是通过发动机模式(使用来自发动机的能量推进车辆)运转车辆。此外，可以确定车辆运转是否处于辅助模式(使用来自电池的至少一些能量和来自发动机的至少一些能量来推进车辆)。

在406处，可以确定是否选择电动模式。如果为否，那么在408处可以确定是否选择发动机模式。如果选择了发动机模式，那么在410处可以基于估算的车辆工况运转发动机并且可以使用发动机扭矩驱动车轮。本发明中，如上文讨论的，发动机可以米勒循环运转。此外，可以通过标称的进气门正时运转发动机。例如，可以基于工况将进气凸轮轴调节至标称正时。这可以包括例如通过延迟进气门正时来转动起动发动机。此外，在发动机运转期间，可以打开(例如略微打开)将高压空气蓄压器连接至发动机进气歧管的蓄压器阀门以通过进气歧管从涡轮增压器压缩器上游接收的压缩空气向蓄压器充气。蓄压器阀门的开度可以基于进气充气系统完全提供发动机需要的压力且没有扰动的能力。这样，蓄压器可以保持预充气并且可以在选择的发动机再起动状况期间排放压缩空气以提供平顺的再起动。从而，在蓄压器的充气期间，可以正常计划进气门正时。例如，进气凸轮正时可以保持处基准位置。

返回至406，如果选择了车辆运转的电动模式，那么在412处使用马达扭矩驱动车轮来运转车辆。额外地，发动机可以保持停机并且蓄压器阀门可以保持关闭。这样，在较低的驾驶员扭矩需求的状况期间，可以仅使用来自车辆系统马达或电池的扭矩驱动车辆。

这样，可以继续使用马达扭矩的车辆运转直到扭矩需求存在瞬时增加(比如驾驶员踩加速器踏板导致的)，此时马达扭矩可能不足以满足扭矩需求。从而，在414处，可以确定是否存在驾驶员踩加速器踏板并且进一步确定是否将加速器踏板踩到踏板全开(WOP)的位置。这样，将加速器踏板踩到踏板全开的位置指示驾驶员突然请求最大车辆扭矩。那么，仅通过马达扭矩可能不满足最大车辆扭矩需求并且从而需要发动机再起动以提供最大发动机扭矩来满足扭矩需求的瞬时增加。

相应地，响应于在使用马达扭矩的车辆运转期间接收到将加速器踏板踩至踏板全开的请求，在422处程序包括再起动发动机。特别地，可以使用来自起动机马达的能量转动起动发动机。可以通过提前进气门正时来转动起动发动机。提前进气门正时的运转包括完全提前进气凸轮轴正时，经由电动驱动或凸轮扭矩驱动将进气凸轮轴提前。完全提前进气正时允许最大气流至发动机汽缸，并从而在随后的发动机再起动期间允许汽缸的最大功率输出。此外，可以接合发动机变速器。例如，变速器可以(通过接合前进离合器)切换至前进挡。

在424处，在发动机再起动的转动起动期间，程序包括将压缩空气从高压空气蓄压器排放至发动机进气歧管同时通过提前的进气门正时运转。如图3讨论的，蓄压器可以经由蓄压器阀门连接至发动机进气歧管，并且将压缩空气从蓄压器排放包括打开蓄压器阀门。特别地，可以完全打开蓄压器阀门。这允许排放所有压缩空气向汽缸提供最大气流。

在替代示例中，可以部分打开蓄压器阀门，蓄压器的打开程度基于进气充气系统完全提供发动机需要的压力来满足扭矩需求且不使用蓄压器可用的全部增压的能力。例如，随着驾驶员需求的增加或可用的电池功率减小，可以增加蓄压器阀门的开度。

这样，当发动机变速器处于挡位时(例如当变速器处于前进挡位时)可以执行排气。这是因为如果在发动机处于泊车挡上时执行排气，发动加速压缩的空气可能传输较大扭矩而没有地方释放，在处于泊车挡时产生不希望的车辆反应。

可以基于发动机再起动的初始燃料添加调节排气的正时。例如，可以基于发动机再起动中从静止起的第一燃烧事件期间第一个汽缸的燃料添加来调节蓄压器阀门的打开正时。通过协调蓄压器阀门的打开与第一点火汽缸中的燃料喷射，排放的空气可以在自起动起的第一燃烧事件期间的第一点火汽缸中燃烧，在发动机再起动期间增加了发动机扭矩输出。除了实现最大发动机扭矩输出之外，排放的空气的燃烧还增加排气压力和温度，加速完成排气涡轮的加速。

在替代示例中，可以调节排气的正时以与发动机再起动中从静止起的第一数量的燃烧事件期间第一数量的汽缸的燃料添加相重叠。其中，可以协调排放压缩空气的正时与汽缸的点火顺序使得排放的空气在汽缸中对应的燃烧事件中燃烧。

可以进一步基于发动机运转参数(比如发动机冷却剂温度(该温度用于指示发动机冷机起动))来调节蓄压器的打开正时。在替代示例中，正时可以基于缸内温度(例如基于最近发生的多个燃烧事件建模的缸内温度)并进一步基于发动机负荷。此处，缸内温度可以用作发动机冷机起动的替代指示。例如，可以随着发动机冷却剂温度的减小而延迟正时以在冷起动期间提供更好的燃料汽化。

如下文讨论的，发动机起动之后(比如踩加速器踏板后松加速器踏板之后以及发动机转动起动之后)，发动机可以转变为通过延迟的进气门正时运转。特别地，凸轮轴正时可以基于发动机工况而延迟至标称正时。

在414处如果驾驶员没有将加速器踏板踩到踏板全开位置，那么在416处可以确定踩下的加速器踏板是否小于踏板全开位置。这样，将加速器踏板踩至小于踏板位置全开的位置指示驾驶员突然请求小于最大车辆扭矩的扭矩。相应地，在418处在使用马达扭矩的车辆运转期间响应于将加速器踏板踩至小于踏板全开的请求而通过延迟的进气门正时转动起动发动机。在420处，程序包括再起动发动机。特别地，可以使用来自起动机马达的能量转动起动发动机。可以通过将进气门正时延迟至标称位置来转动起动发动机。通过延迟的进气门正时运转包括延迟进气凸轮轴正时，经由电动驱动器或凸轮扭矩驱动器延迟进气凸轮轴。应用的进气延迟量可以基于工况，比如车速和驾驶员需求的扭矩量。这样，车速越低，驾驶员越容易感觉到加速(spin-up)期间的发动机压缩振动。所以，如果发动机不需要高于没有蓄压器时能够提供的扭矩，可以将增压器保持关闭。可替代地，在420处，蓄压器阀门可以打开得小于将加速器踏板踩到踏板全开(WOP)使用的阀门开度。在更进一步的示例中，(相对于将加速器踏板踩到WOP期间的蓄压器阀门打开)可以延迟和/或分阶段打开蓄压器阀门。这样，由于不需要最大功率输出，不需要完全提前进气正时。

在424处，在发动机再起动的转动起动期间，程序包括保持高压空气蓄压器阀门关闭并且不将压缩空气从蓄压器排放至进气歧管。这样，这样，仅在需要最大发动机扭矩输出的状况期间排放并有利地使用压缩空气。从而，踩下的加速器踏板至小于踏板全开时，控制器可以再起动发动机而不从蓄压器排放压缩空气并且同时通过延迟的进气门正时运转。

程序从420和424前进至426，在426处可以确定发动机转速是否高于阈值转速。例如，可以确定是否完成发动机转动起动并且已经达到发动机怠速。在428 处，程序包括响应于发动机转速高于阈值转速(或者“测量的”发动机扭矩高于阈值扭矩)而减小马达扭矩。车辆运转随后可以退出马达运转转变为纯发动机运转。这可以包括通过延迟的进气门正时运转。特别地，可以基于当前的发动机工况将进气凸轮轴正时延迟至标称正时。

此外，在428处，在发动机起动之后的发动机运转期间，程序包括略微地打开蓄压器阀门以通过进气歧管从涡轮增压器压缩器接收的压缩空气向蓄压器充气。蓄压器阀门的开度可以基于进气充气系统完全提供发动机需要的压力来满足扭矩需求且没有扰动的能力。例如，随着歧管压力的增压，可以逐渐增加蓄压器阀门的开度以向蓄压器再充气。

应理解，发动机起动之后，可以通过延迟的进气门正时运转发动机。例如，转动起动之后以及踩加速器踏板后松加速器踏板之后(比如发动机转速处于或高于怠速之后)，进气凸轮轴可以转变为延迟的(延迟量基于发动机工况)进气正时以改善发动机再起动和停机的平顺度。

这样，在发动机再起动期间在涡轮增压器能提供高压之前可以将高压空气从蓄压器传输至发动机进气歧管。这允许在涡轮增压器加速之前响应于高扭矩需求而提供最大的发动机扭矩输出。

在一个示例中，一种用于混合动力车辆的方法包含使用马达扭矩驱动车轮。响应于驾驶员扭矩需求高于阈值，转动起动发动机同时提前进气门正时、在转动起动之后发动机再起动的第一点火汽缸的燃料添加期间将压缩空气从蓄压器排放至发动机，并且在达到阈值发动机转速(或发动机扭矩)之后转变为使用发动机扭矩驱动车轮。本发明中，蓄压器可以经由蓄压器阀门在涡轮增压器压缩器下游连接至发动机进气歧管。蓄压器排气可以包括完全打开蓄压器阀门。此外，达到阈值发动机转速之后，该方法可以包括部分打开蓄压器阀门以通过来自发动机歧管的压缩空气填充蓄压器。

现在转向图5，显示了示例发动机再起动以及从通过马达扭矩运转混合动力车辆向通过发动机扭矩运转车辆的转变。特别地，图5的500描述了图5的502 处的(代表扭矩需求的)踏板位置(PP)、图5的504处的马达扭矩、图5的506 处的发动机扭矩、图5的508处的蓄压器阀门位置、图5的510处的蓄压器压力、图5的512处的发动机转速以及图5的514处的进气凸轮正时。

t1之前，驾驶员扭矩需求(图5的502)可能较低并且可以通过来自系统马达和/或电池的马达扭矩(图5的504)推进混合动力车辆。换句话讲，发动机可以停机。在t1处，发生驾驶员可能将加速器踏板踩至指示最大功率输出需求的踏板全开(WOP)位置。响应于升高的扭矩需求，可以再起动发动机。特别地，可以通过起动机马达转动起动发动机而发动机转速相应地增加(图5的 512)。在转动起动期间，当涡轮增压器加速时为了改善发动机再起动的响应时间，将高压空气蓄压器连接至发动机进气歧管的蓄压器阀门可以完全打开一段时间(图5的508)以将压缩空气排放到进气中。随着蓄压器阀门打开以释放压缩空气，蓄压器压力可能下降(图5的510)。协调该阀门的打开与第一点火汽缸的初始燃料添加使得释放的空气在发动机汽缸中燃烧。这允许输送较大的发动机扭矩输出(图5的506)以满足升高的扭矩需求。随着发动机扭矩输出增加，可以减小马达扭矩，允许从通过马达扭矩运转车辆更快且更平顺地转变为通过发动机扭矩运转车辆。

这样，在t1之前，发动机可以停机且进气凸轮正时(图5的514)从基本位置515延迟。这是因为在发动机运转之前使用延迟的气门正时。在t1处，当响应于将加速器踏板踩至踏板全开而再起动发动机时，以及在将压缩空气排放至发动机进气期间，通过从基本位置提前的进气凸轮正时(以及进气门正时)可以使发动机以米勒循环运转。通过提前进气门正时，实现进入发动机汽缸的最大气流，这允许发动机汽缸接收从蓄压器接收的所有或较大部分的压缩空气。仅邻t2之前，发动机转动起动之后以及随后的松加速器踏板之后，发动机转速可能达到怠速并且进气凸轮正时可以转变为延迟的正时以改善发动机响应。

在t2处，响应于扭矩需求下降，提供的发动机扭矩可以减小。在t3和t4 之间，涡轮可能已经加速并且可以增压运转发动机。在发动机增压运转期间，蓄压器阀门可以略微打开一段时间(图5的508)以通过来自涡轮增压器的压缩空气向蓄压器充气而蓄压器压力相应地增加。阀门可以保持略微打开直到蓄压器充了气并且达到阈值压力。

在t4处，响应于扭矩需求较大的下降，发动机可以停机而发动机转速和扭矩逐渐减小并且可以仅通过马达扭矩推进车辆以提供燃料经济性益处。这样，发动机可以停机而进气凸轮延迟。通过马达扭矩运转车辆可以继续直到t5当接收到另一个驾驶员踩加速器踏板时。然而，t5处踩下的加速器踏板小于踏板全开(WOP)。响应于踩加速器踏板的请求，可以再起动发动机。然而，由于踩下的加速器踏板小于WOP位置，可以再起动发动机而不需要从蓄压器输送压缩空气。换句话讲，蓄压器保持关闭。此外，可以通过延迟的进气凸轮和进气门正时运转发动机以提供平顺的发动机再起动。

从而，在第一发动机热机起动(如t1处描述的)期间，控制器可以通过提前的进气门正时转动起动发动机同时将压缩空气从蓄压器排放至进气歧管，而在第二发动机热机起动(如t5处描述的)期间，控制器可以通过延迟的进气门正时转动起动发动机并且不将压缩空气从蓄压器排放至进气歧管。控制器可以自第一发动机热机起动起的较短时间段之后将通过马达扭矩驱动车轮转变为通过发动机扭矩驱动车轮而在自第二发动机热机起动起的较长时间段之后将通过马达扭矩驱动车轮转变为通过发动机扭矩驱动车轮。此处，第一发动机热机起动响应于驾驶员将加速器踏板踩至踏板全开，而第二发动机热机起动响应于驾驶员踩下的加速器踏板踩小于踏板全开。在第一发动机热机起动期间将蓄压器连接至进气歧管的阀门保持部分打开并且进气节气门节流较少，而在第二热机起动期间将蓄压器连接至进气歧管的阀门保持关闭并且进气节气门节流更多。此外，在第一发动机热机起动期间通过提前的进气门正时转动起动发动机包括通过完全提前进气凸轮轴正时转动起动发动机，而在第二发动机热机起动期间通过延迟的进气门正时转动起动发动机包括通过延迟(延迟量基于车速和驾驶员需求的扭矩量)的进气凸轮轴正时转动起动发动机。车速越低，驾驶员越容易感觉到加速(spin-up)期间的发动机压缩振动。所以，如果发动机的需求不需要高于没有蓄压器时提供的扭矩，可以将增压器保持关闭。此外，分别在第一和第二热机起动之后发动机以米勒循环运转，并且当发动机以米勒循环运转时控制器可以完全或部分打开连接蓄压器的阀门以通过从涡轮增压器压缩器接收的进气歧管压缩空气向蓄压器充气直到达到阈值蓄压器压力并且随后关闭该阀门。

这样，可以通过提前进气门正时以实现最大流量同时使额外的压缩空气从蓄压器流向发动机进气歧管来再起动发动机。这种组合方法允许在涡轮还没有加速的状况期间响应于驾驶员的扭矩需求而传输相对较高(例如最大)扭矩输出。这样，开始最大发动机扭矩输出的延迟可以减小数秒，改善了车辆响应。通过在再起动期间计划压缩空气添加与发动机的初始燃料添加，实现混合动力车辆中平顺迅速的发动机再起动并且马达扭矩可以更早地退出。再起动的平顺性还减少NVH问题。

注意本说明书中包括的示例控制和估算程序可以用于各种发动机和/或车辆系统配置。本说明书中描述的具体程序代表任意数量处理策略中的一者或多者，比如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所描述的多个动作、操作和/或功能可以描述的序列、并行执行，或在某些情况下有所省略。同样，由于便于说明和描述，处理顺序并非达到本发明中示例实施例所描述的特征和优点所必需的，而提供用于说明和描述的方便。取决于使用的特定策略可以反复执行一个或多个描述的步骤动作、操作和/或功能。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形化地代表编程进发动机控制系统中计算机可读存储器媒介的非瞬态存储器中的代码。

应理解本说明书公开的配置和程序实际是示例性的，并且那些具体的实施例不应当认为是限制，因为可以有多种变型。例如，上述技术可以应用到V6、直4、直6、V12、对置4缸或其它类型的发动机。本公开的主题包括本说明书中公开的多种系统和配置以及其它特征、功能和/或属性的新颖的和非显而易见的所有组合和子组合。

权利要求特别指出了某些认为是新颖的非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可提及“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这样的权利要求应该理解为包括一个或多个这样的要素的合并，既不要求也不排除两个或更多这样的要素。公开的特征、功能、要素和/或属性的其它组合和子组合可通过修改当前的权利要求或在本申请或相关申请里通过正式提交的新权利要求来要求保护。这样的权利要求，不管在保护范围上和原始权利要求相比是宽、窄、同样的或不同的，也认为包括在本发明所公开的主题中。

Claims (8)

1.一种用于连接至混合动力车辆的发动机的方法，包含：

在使用马达扭矩来驱动车轮的车辆运转期间，响应于将加速器踏板踩至踏板全开而再起动所述发动机；以及

在所述再起动的发动机转动起动期间，将压缩空气从蓄压器排放至所述发动机，同时通过相对于基准正时提前的进气门正时运转，其中所述蓄压器经由蓄压器阀门连接至所述发动机的进气歧管，并且其中所述排放包括当发动机变速器处于挡位上时完全打开所述蓄压器阀门；

基于所述发动机再起动的初始燃料添加，调节所述排放的正时，其中所述调节包括基于所述发动机再起动从静止起的第一燃烧事件期间第一汽缸的燃料添加来调节所述蓄压器阀门的打开正时；以及

其中基于发动机冷却剂温度和缸内温度中的一者或多者进一步调节所述打开正时，所述正时随着所述发动机冷却剂温度的减小而延迟。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过提前的进气门正时运转包括完全提前进气凸轮轴正时，经由电动驱动或凸轮扭矩驱动提前所述进气凸轮轴。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包含在发动机起动之后，通过延迟的进气门正时运转。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包含，在所述发动机起动之后的发动机运转期间，打开所述蓄压器阀门以通过在发动机进气歧管中接收的来自涡轮增压器压缩器的压缩空气向蓄压器充气。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，打开所述蓄压器阀门包括部分打开所述蓄压器阀门，为向所述蓄压器充气打开所述阀门的程度基于进气充气系统完全提供所述发动机需要的压力来满足扭矩需求并且没有扰动的能力。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包含，响应于发动机转速高于阈值转速或发动机扭矩高于阈值扭矩而减小马达扭矩。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机以米勒循环运转。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包含，响应于踩下的加速器踏板小于踏板全开，再起动所述发动机且不需要从所述蓄压器排放压缩空气并且同时通过延迟的进气门正时运转。