CN104340207B - 柴油发动机稳态和瞬变混合动力优化 - Google Patents

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    • Y10S903/93Conjoint control of different elements

Abstract

一种用于在多模式动力总成系统中选择发动机操作点的方法包括基于操作者扭矩请求和交通工具速度监测所需轮轴扭矩。对于柴油发动机的每个可获得燃烧模式,接收发动机扭矩和速度范围,并且读取多个燃料损失和多个排放损失,每个燃料和排放损失对应于发动机扭矩和速度范围内的多个发动机操作点中的相应一个。在可获得燃烧模式的发动机扭矩和速度范围内的多个潜在发动机操作点中的每个处比较相应的燃料和排放损失。选择所述可获得燃烧模式之一内的所需发动机操作点,其对应于基于所比较的相应燃料和排放损失具有最低动力损失的潜在发动机操作点之一。

Description

柴油发动机稳态和瞬变混合动力优化
技术领域
本公开涉及被采用在混合动力总成系统中的柴油发动机。
背景技术
在该部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息。因此,这种陈述并不旨在构成对现有技术的承认。
动力总成包括向旋转构件提供扭矩的扭矩生成装置。混合动力总成利用至少两个扭矩生成装置,例如内燃发动机和一个或多个电机。混合变速器被采用和构造来通过各个齿轮构件选择性地接收和传输扭矩,并改变齿轮状态,以在对变速器的旋转输入与变速器的旋转输出之间建立关系。
已经知道采用柴油燃烧发动机,因为它们能利用稀于理想配比的空气燃料比来产生所需的扭矩。虽然与汽油发动机相比稀空气燃料比提供增加的燃料经济性,但是排放效率被降低,因为来自柴油发动机的NOx和碳氢化合物输出水平增加。相应地,如果柴油发动机被最佳化以获得最大的燃料效率,则可能导致排放水平增加。此外,如果后处理系统需要频繁的清洗和再生,则燃料经济性可被间接地降低。
已经知道通过维持最佳或所需空气燃料比来使柴油发动机中的排放的影响最佳化。因为注射燃料质量被建立来满足由交通工具的操作者请求的所需轮轴扭矩,所以必须调节进气质量来为特定发动机操作点维持所需空气燃料比。维持所需空气燃料比来满足排放标准的一个缺点是:驾驶性可能被牺牲,因为通过调节排气再循环、涡轮增压和/或节气门开度的水平时的延迟而导致与调节进气质量相关联的时间延迟。
发明内容
一种用于在多模式动力总成系统中选择发动机操作点的方法包括基于操作者扭矩请求和交通工具速度监测所需轮轴扭矩。对于柴油发动机的每个可获得燃烧模式,接收发动机扭矩和速度范围,并且读取多个燃料损失和多个排放损失,每个燃料和排放损失对应于发动机扭矩和速度范围内的多个发动机操作点中的相应一个。在可获得燃烧模式的发动机扭矩和速度范围内的多个潜在发动机操作点中的每个处比较相应的燃料和排放损失。选择所述可获得燃烧模式之一内的所需发动机操作点,其对应于基于所比较的相应燃料和排放损失具有最低动力损失的潜在发动机操作点之一。
本公开还提供以下技术方案。
1. 用于在多模式动力总成系统中选择发动机操作点的方法,所述多模式动力总成系统采用柴油发动机和一个或多个非燃烧扭矩机,其配置成经由变速装置将扭矩传递到传动系,所述方法包括:
基于操作者扭矩请求和交通工具速度监测所需轮轴扭矩;
监测所述柴油发动机的多个燃烧模式的可获得性;
对于每个可获得燃烧模式:
接收从最小发动机扭矩到最大发动机扭矩的发动机扭矩范围,
接收从最小发动机速度到最大发动机速度的发动机速度范围,
读取多个燃料损失,每个燃料损失对应于发动机扭矩和速度范围内的多个发动机操作点中的相应一个,
读取多个排放损失,每个排放损失对应于发动机扭矩和速度范围内的多个发动机操作点中的相应一个,以及
在所述可获得燃烧模式的发动机扭矩和速度范围内的多个潜在发动机操作点中的每个处,比较相应的燃料和排放损失;以及
在所述可获得燃烧模式之一内选择所需发动机操作点,所述所需发动机操作点对应于基于所比较的相应的燃料和排放损失具有最低动力损失的潜在发动机操作点之一。
2. 如技术方案1所述的方法,其中,所述可获得燃烧模式的发动机扭矩和速度范围内的所述多个潜在发动机操作点中的每个被利用来实现所需轮轴扭矩。
3. 如技术方案2所述的方法,进一步包括:
对于不实现所需轮轴扭矩的每个相应的潜在发动机操作点,分配来自所述一个或多个电机的相应电动机扭矩,以在与相应的潜在发动机操作点组合时实现所需轮轴扭矩。
4. 如技术方案2所述的方法,其中,所述多个潜在发动机操作点中的每个对应于所述变速装置的多个齿轮比中的相应一个,当乘以所述变速装置的多个齿轮比之一时,每个潜在发动机操作点被利用来实现所需轮轴扭矩。
5. 如技术方案1所述的方法,其中,比较相应的燃料和排放损失包括:
合计相应的燃料和排放损失;以及
基于所述合计来确定相应的动力损失。
6. 如技术方案5所述的方法,进一步包括:
在所述多个潜在发动机操作点中的每个处:
基于用以供应提供电动机扭矩的一个或多个扭矩机所需的电力来确定相应的能量损失,其中所述相应的动力损失进一步基于所述相应的能量损失。
7. 如技术方案5所述的方法,进一步包括:
在所述多个潜在发动机操作点中的每个处:
基于所述变速器的所选齿轮比来确定相应的变速器回转损失,其中所述相应的动力损失进一步基于所述相应的变速器回转损失。
8. 如技术方案1所述的方法,进一步包括:
确定用以实现所需发动机操作点的注射燃料质量;以及
基于所确定的注射燃料质量在所需发动机操作点处调节用以实现所需空气燃料比的进气质量。
9. 如技术方案8所述的方法,其中,调节用以实现所需空气燃料比的进气质量包括:
基于所确定的注射燃料质量调节进入所述柴油发动机的排气再循环、进气压力和节气门开度中的至少一个,来实现处于所述可获得燃烧模式中的一个内的所需发动机操作点处的所需空气燃料。
10. 如技术方案8所述的方法,其中,处于所需发动机操作点处的所需空气燃料比基于排放效率、燃料效率、噪声、振动和声振粗糙度的所需平衡。
11. 如技术方案1所述的方法,进一步包括:
如果确定了所需发动机操作点中的瞬变,则监测对应于所需发动机操作点的所需瞬时空气燃料比;
估计瞬时进气质量;
基于所估计的瞬时进气质量来确定用以实现所需瞬时空气燃料比的所需瞬时注射燃料质量;以及
将所需瞬时注射燃料质量转换为所需扭矩请求。
12. 如技术方案11所述的方法,进一步包括:
监测电动机扭矩容量;
基于所监测的电动机扭矩容量和所需扭矩请求来确定用以实现所需轮轴扭矩的即时扭矩请求,其中所述即时扭矩请求对应于所述电动机扭矩容量足以在与所需扭矩请求组合时实现所需轮轴扭矩时的所需扭矩请求。
13. 如技术方案11所述的方法,其中,所需瞬时空气燃料比总是保持低于所述柴油发动机的烟尘极限。
14. 如技术方案1所述的方法,其中,所述多个燃烧模式包括:
第一燃烧模式,其总是可获得的;和
第二燃烧模式,其包括从所述第一燃烧模式中的操作起的降低的发动机扭矩和速度范围、降低的排放损失、增加的燃料损失和降低的驾驶性。
15. 如技术方案14所述的方法,其中,当存在故障条件时,所述第二燃烧模式不可获得,所述故障条件包括以下中的至少一个:
气缸内压力中的故障;
对发动机的空气控制中的故障;和
环境条件,其表示所述第二燃烧模式中的操作不是所需的。
16. 如技术方案12所述的方法,进一步包括:
第三燃烧模式,其包括
从所述第一燃烧模式中的操作降低并且从所述第二燃烧模式中的操作增加的发动机扭矩和速度范围,
从所述第一燃烧模式中的操作降低并且从所述第二燃烧模式中的操作增加的排放损失,
从所述第一燃烧模式中的操作增加并且从所述第二燃烧模式中的操作降低的燃料损失,和
从所述第一燃烧模式中的操作降低并且从所述第二燃烧模式中的操作增加的驾驶性。
17. 如技术方案1所述的方法,其中,所读取的多个排放损失对应于氮氧化物和碳氢化合物中至少一个的量值,其中排放损失越高表示氮氧化物和碳氢化合物的量值越高。
18. 用于在多模式动力总成系统中选择所需发动机扭矩的方法,所述多模式动力总成系统采用柴油发动机和一个或多个电机,其配置成经由变速装置将扭矩传递到传动系,所述方法包括:
基于操作者扭矩请求和当前交通工具速度监测所需轮轴扭矩;
监测所述柴油发动机的至少两个燃烧模式的可获得性,燃烧模式之一比其它的一个或多个燃烧模式具有更高的排放效率;
对于每个可获得燃烧模式:
接收发动机扭矩和速度范围;
读取多个燃料消耗值,每个燃料消耗值对应于发动机扭矩和速度范围内的多个发动机操作点中的相应一个;
读取多个氮氧化物值,每个氮氧化物值对应于发动机扭矩和速度范围内的多个发动机操作点中的相应一个,以及
在所述可获得燃烧模式的发动机扭矩和速度范围内的多个潜在发动机操作点中的每个处,合计相应的燃料消耗值和相应的氮氧化物值;以及
在所述可获得燃烧模式之一内选择所需发动机扭矩,所述所需发动机扭矩对应于基于合计相应的燃料消耗值和相应的氮氧化物值具有最低合计值的潜在发动机操作点之一。
19. 如技术方案18所述的方法,进一步包括:
如果确定了所需发动机扭矩中的瞬变,则监测对应于所需瞬变发动机操作点的所需瞬时空气燃料比;
估计瞬时进气质量;
基于所估计的瞬时进气质量来确定用以实现所需瞬时空气燃料比的所需瞬时注射燃料质量;
将所需瞬时注射燃料质量转换为所需扭矩请求;
监测电动机扭矩容量;以及
基于所监测的电动机扭矩容量和所需扭矩请求来确定用以实现所需轮轴扭矩的即时扭矩请求,其中所述即时扭矩请求对应于所述电动机扭矩容量足以在与所需扭矩请求组合时实现所需轮轴扭矩时的所需扭矩请求。
附图说明
现在将参考附图通过示例方式来描述一个或多个实施例,附图中:
图1示出了依据本公开的一种多模式动力总成系统,其采用动力分配构造,包括柴油发动机、一个或多个非燃烧扭矩机、变速装置、能量存储装置、传动系和控制器;
图2示出了依据本公开的在柴油发动机中的燃料效率对空气燃料比的示例性坐标图;
图3示出了依据本公开的在示例性第一和第二燃烧模式中进行操作的柴油发动机的最佳λ值的示例性坐标图;
图4示出了依据本公开的坐标图,其绘出了λ值从最佳λ值发生增减时的折衷;
图5示出了依据本公开的在示例性第一和第二燃烧模式中进行操作的柴油发动机的制动器单位燃料消耗值的示例性坐标图;
图6示出了依据本公开的在图5的示例性第一和第二燃烧模式中进行操作的柴油发动机的燃烧之后的NOx排放值的示例性坐标图;
图7示出了依据本公开的在图5和6的示例性第一和第二燃烧模式中进行操作的柴油发动机的燃烧之后的碳氢化合物(HC)排放值的示例性坐标图;
图8示出了依据本公开的示例性第一、第二和第三柴油燃烧模式的坐标图;
图9示出了依据本公开的图1的控制器,其包括在发动机控制模块与监控混合控制模块之间通信,来在稳态条件期间选择所需发动机操作点,并在瞬变条件期间确定即时扭矩请求;
图10示出了依据本公开的在操作者踩油门以请求即时发动机扭矩并使柴油发动机最佳化使得用于实现即时发动机扭矩的注射燃料质量被控制在所需空气燃料比期间的坐标图的非限制性示例;并且
图11示出了依据本公开在稳态条件期间选择所需发动机操作点并在瞬变条件期间确定即时扭矩请求的流程图。
具体实施方式
现在参考附图,其中所示内容只是为了示出某些示例性实施例的目的而不是为了限制它们的目的,图1绘出了多模式动力总成系统100,其采用动力分配构造,其包括柴油发动机10、一个或多个非燃烧扭矩机40、变速装置20、非燃烧动力系统80、传动系90和控制器5。变速器20机械地联接至柴油发动机10、扭矩机40和传动系90。在一个实施例中,扭矩机是电机,其能够用作电动机和发电机,并且非燃烧动力系统80是高电压电气系统。替代的非燃烧动力系统可以被采用而具有相似效果,这类非燃烧动力系统包括例如气动动力系统、液压动力系统和机械动力系统。图1示出了用于动力总成系统100的替代配置,所述动力总成系统采用柴油发动机10和扭矩机40作为推进装置,且柴油发动机10和扭矩机40被构造成将扭矩传递至单个输出构件18,以将牵引扭矩提供至传动系90,其包括联接至主驱动轮92和/或副驱动轮94的轮轴。非燃烧扭矩机包括一个或多个电机41、43、47和49。传动系90包括主驱动轮92,其经由差动齿轮装置或驱动桥机械地联接至另一适当装置至变速器20的输出构件,以生成牵引扭矩。传动系包括副驱动轮94,其可以联接至扭矩机40之一,以生成牵引扭矩。
柴油发动机10,压缩点火发动机,包括多个气缸,其在数个燃烧模式中进行操作,以将扭矩经由单个输入构件16传递至变速装置20。来自燃烧事件的排气气体流进入排气后处理系统11。排气后处理系统11可包括以下装置的任意组合:柴油氧化催化器(DOC)、稀燃NOx捕集(LNT)装置、柴油微粒过滤器(DPF)装置和选择性催化还原(SCR)装置。柴油发动机10的速度-载荷操作点可由致动器控制,以控制多个燃烧模式中的燃烧参数,包括进气质量空气流量(即,进气质量),包括涡轮增压、节气门开度、燃料质量和注射正时、火花协助、排气再循环(EGR)、和进气和/或排气门正时和定相。扭矩机40,其包括一个或多个电机41、43、47和49,优选包括多相交流电流电机,各自包括定子和转子,它们采用电能来生成和反作用于扭矩。柴油发动机10机械地联接至变速装置20,优选是经由界面装置25,其可为扭矩变换器或离合装置。
变速装置20包括一个或多个差动齿轮、轴、传动带、离合器和其它元件,以在单个输入构件16与单个输出构件18之间传递扭矩。变速装置20在本文中被称为被动变速器,因为它不包括生成推进扭矩的任何内部装置,例如电机。在一个实施例中,变速装置20是固定比机械装置,其分别输入和输出构件16、18,以及差动齿轮22和25,其被构造成在多个固定齿轮状态之一中在柴油发动机10、扭矩机40和传动系90间传递扭矩。因此,扭矩中的一个或多个可旋转地联接至输入构件或输出构件来用于扭矩传递。每个固定齿轮状态包括变速器输入速度与变速器输出速度的比值。固定齿轮比具有从相对较小的值向大值的逐步增加,将固定齿轮状态从低速档位增加至较高速档位,包括超速档状态,其中变速器输出速度大于变速器输入速度。变速装置20可以被构造为自动变速器,以使用预定控制方案在固定齿轮比状态之间自动地换档。替代地,被动变速器20可以被构造为手动变速器,以响应于可以包括操控换档杆和离合器踏板的操作者发起换档请求在固定齿轮比状态之间手动地换档。替代地,变速装置20可以被构造为具有单个输入构件和单个输出构件的无级变速变速器,其以可控的无级变速比在发动机10、扭矩机40和传动系90间传递扭矩。
当动力总成系统100采用第一电机P1 41时,它机械地联接至柴油发动机10的曲柄轴并与之一起转动。机械联接可以包括带式驱动联接(BAS)或直接驱动联接(FAS)。当动力总成系统100采用第二电机P2 43时,它机械地联接至变速器20的输入构件并与之一起转动,包括联接至其差动齿轮组的齿轮构件。当动力总成系统100采用第三电机P3 47时,它机械地联接至变速器20的输出构件并与之一起转动,包括联接至其差动齿轮组的齿轮构件。当变速装置采用第四电机P4 49时,它机械地联接至副驱动轮94并与之一起转动。
动力总成系统100可以采用电机41、43、47和49之一。在一个实施例中,采用第一电机P1 41。动力总成系统100可以采用扭矩机40的组合,即电机41、43、47和49的组合。在一个实施例中,第一电机P1 41被采用为与第二电机P2 43结合。在另一实施例中,第一电机P141被采用为与第三电机P4 49结合。可以采用其它适当的组合。
高电压电气系统80包括经由高电压总线电联接至逆变器模块的电能存储装置(ESD)。逆变器模块响应于来自控制器5的命令在ESD与扭矩机40之间传递电力。ESD包括用于监测电力流的适当装置,包括电流和电压监测系统。ESD可为任何适当的高电压电能存储装置,例如高电压电池,并且优选包括监测系统,其提供对包括电压和电流的被供给至高电压总线的电力的测量。
ESD经由高电压总线联接至逆变器模块,所述高电压总线优选包括接触器开关,其容许或阻止电流在ESD与逆变器模块之间的流动。逆变器模块优选包括电力逆变器(powerinverter)和相应的电动机控制模块,其被构造成接收扭矩命令并由此控制逆变器状态,用于提供电动机驱动或再生功能来满足电动机扭矩命令。电力逆变器包括互补的多相动力电子装置,并且各自包括多个绝缘栅双极晶体管,用于将来自ESD的DC电力转换成AC电力,以通过在高频率的切换来为扭矩机40之一供电。绝缘栅双极晶体管形成被构造成接收控制命令的开关模式电源。每个多相电机的每个相包括一对绝缘栅双极晶体管。三相逆变器经由DC传输导体接收或供应直流(DC)电力,并将它变换为或变换自三相交流(AC)电力,其响应于电动机扭矩命令通过电力逆变器和相应的电动机控制模块被传导去往或来自扭矩机40。电流被传输穿过高电压总线,以对ESD充电和放电。
控制器5经由通信链路12信号地和操作地链接至动力总成系统中的各个致动器和传感器,以监测和控制动力总成系统100的操作,包括综合信息和输入、并执行例程来控制致动器以满足与排放、燃料经济性、性能、驾驶性和硬件的保护有关的控制目的,所述硬件包括ESD的电池以及扭矩机40。控制器5是整个交通工具控制构造的子组,并且提供对动力总成系统100的协调的系统控制。用户界面13优选被信号地连接至多个装置,通过所述多个装置,交通工具操作者指挥和命令动力总成系统100的操作。命令优选包括加速器踏板命令112、制动踏板命令113、变速范围命令114、交通工具速度巡航控制命令115、和变速装置20被构造为手动变速器时的离合器踏板命令116。变速范围命令114可以具有离散数量的操作者可选择位置(PRNDL)。用户界面13可以包括如所示的单个界面装置,或者替代地可以包括直接连接至个体控制模块的多个用户界面装置。操作者输入优选包括经由加速器踏板命令112、制动踏板命令113和交通工具速度巡航控制命令115确定的输出扭矩请求、以及经由变速范围命令114确定的所选变速范围。
控制器5优选包括分布式控制模块系统,其包括个体控制模块,包括监控混合控制模块(HCP)、变速器控制模块(TCM)和发动机控制模块(ECM)。高电压电气系统80包括联接至ESD和逆变器模块的电池组控制模块。前述控制模块经由通信链路12与其它控制模块、传感器和致动器通信,其实现各个控制模块之间的结构化通信。特定通信协议是特定于应用的。通信链路12和适当的协议提供前述控制模块与提供包括例如防抱死制动、牵引控制和交通工具稳定性在内的功能的其它控制模块之间的牢靠信息传送和多控制模块交接(interfacing)。多个通信总线可以被使用来改善通信速度并提供一定水平的信号冗余度和完整性,包括直接链路和串行外围接口(SPI)总线。个体控制模块之间的通信也可以使用无线链路例如短程无线电通信总线来实现。个体装置也可以被直接地连接。
控制模块、模块、控制装置、控制器、控制单元、处理器和类似术语意指以下中的任一个或一个或多个的各种组合: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器(优选为微处理器)和相关联的内存和存储器(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、适当的信号调节和缓冲电路、以及用以提供所描述功能的其它部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语意指包括校准和查询表的任何指令组。控制模块具有被执行用以提供所需功能的一组控制例程。例程比如通过中央处理器被执行,并且是可操作的,用以监测来自传感装置和其它网络控制模块的输入,并执行控制和诊断例程,用以控制致动器的操作。可以以一定间隔来执行例程,例如在正进行的发动机和交通工具操作期间每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。替代地,可以响应于事件的发生来执行例程。
图2示出了依据本公开的燃料效率对λ(lambda)的示例性坐标图200。如本文中所使用的,术语“λ”描述用于柴油发动机中的燃烧的空气燃料比。大于1.0的λ值为稀于理想配比,而小于1.0的λ值为浓于理想配比。坐标图200包括沿着竖直y轴的燃料效率和沿着水平x轴的λ。燃料效率是能量/扭矩输出的比值。在所示示例中,燃料效率轮廓(profile)202相对较扁平,直到达到大约1.6的λ值时。对于小于1.6的λ值,燃料效率轮廓202开始降低。换言之,对于小于大约1.6的λ值,随着空气燃料比变得越浓,燃料效率降低。随着燃料效率降低,生成非所需的颗粒。沿着降低的燃料效率轮廓202还包括烟尘极限。在一非限制性示例中,烟尘极限可包括大约1.1的λ值。应理解的是:注射的燃料质量由来自发动机的所需扭矩和速度输出(例如,所需发动机操作点)和柴油发动机在其中进行操作的燃烧模式来确定。基于所选的注射燃料质量来调节进气质量,以实现最佳λ值,以实现来自柴油发动机的所需扭矩输出。在所示示例中,大于1.6的λ值可被选择为用于实现最佳燃料经济性的最佳λ。
图3示出了依据本公开的在示例性第一和第二燃烧模式中进行操作的柴油发动机的最佳λ值的示例性坐标图。术语“最佳λ”可被可互换地称为“所需λ”。坐标图301示出了当柴油发动机在第一燃烧模式中进行操作时在多个速度-载荷点处的最佳λ值,并且坐标图302示出了当柴油发动机在第二燃烧模式中进行操作时在多个速度-载荷点处的最佳λ值。在坐标图301和302的每个中,水平x轴表示发动机速度(RPM),而竖直y轴表示发动机载荷(巴)。如本文中所使用的,术语“发动机载荷(巴)”表示来自发动机的发动机扭矩输出。在所示示例中,每个坐标图301和302示出:在较高载荷时λ降低例如变得更浓,并在最大载荷时接近1.1的λ值。在一示例性非限制性实施例中,1.1的λ值可包括在坐标图301和302中用于第一和第二燃烧模式中的每个的烟尘极限。烟尘极限的λ值基于发动机设计,并且可包括从不小于1.0的任何值。应该明白的是:在瞬变操作期间,比如在操作者轻踩加速器踏板而请求即时发动机扭矩从而增加注射燃料质量时,在空气控制中发生时间延迟,以基于增加的注射燃料质量实现最佳λ值。因此,在瞬变操作期间,用于可接受的驾驶性所需的扭矩将推动形成快于空气系统将反应的即时扭矩。相应地,瞬变操作期间的实际λ值可能下降为低于最佳λ值,从而非所需地影响排放和燃料经济性。坐标图301和302的较亮区域表示比较暗区域更理想的最佳λ值。例如,小于2.0的最佳λ值比至少为2.0的最佳λ值更理想,其中坐标图301和302的较亮区域表示小于2.0的最佳λ值,而坐标图301和302的较暗区域表示最佳λ值至少为2.0。在一些实施例中,从排放和燃料效率观点来说,最佳λ值越高,越不理想。
图4示出了依据本公开的坐标图400,其绘出了λ值从最佳λ值发生增减时的折衷。一般而言,从最佳λ值降低注射燃料质量会导致增加NOx排放,例如降低排放效率,而从最佳λ值增加注射燃料质量会导致增加燃料消耗,例如降低燃料效率,以及微粒。水平x轴包括处于原点处的最佳λ值,其中从最佳λ值向原点的右侧λ值增加(例如,变稀),而从最佳λ值向原点的左侧λ值降低(例如,变浓)。将理解的是:当λ增加时,由柴油发动机提供更少的扭矩容量;而当λ降低时,由柴油发动机提供更多的扭矩容量。竖直y轴总体上表示用于微粒、燃料经济性和NOx排放的值的相应量值。NOx排放轮廓402随着λ增加而逐渐增加。微粒轮廓406和CO2轮廓404随着λ增加而逐渐降低。CO2轮廓404可表示燃料经济性。因此,随着λ增加,NOx排放增加,燃料经济性增加,而扭矩容量降低。类似地,随着λ降低,NOx排放降低,燃料经济性降低,而扭矩容量增加。因此,随着λ降低,微粒和CO2增加,从而变得不太理想。应理解的是:柴油发动机必须被最佳化为使得降低排放的影响常常优先于降低燃料消耗的影响。另一方面,汽油发动机比起柴油发动机产生较低量值的有害排放,例如NOx和碳氢化合物,因此汽油发动机一般被最佳化为降低燃料消耗的影响。
在稳态条件期间,重要的是:柴油发动机被最佳化为考虑对所设定发动机操作点的排放影响,而不仅是对所设定发动机操作点的燃料消耗影响。在瞬变操作例如操作者踩油门以请求即时发动机扭矩期间,至关重要的是:柴油发动机被最佳化为使得用于实现即时发动机扭矩的注射燃料质量被控制为最佳λ值,如果可能的话。
图5示出了依据本公开的在示例性第一和第二燃烧模式中进行操作的柴油发动机的制动器单位燃料消耗(BSFC)值的示例性坐标图。如本文中所使用的,术语BSFC值是所消耗的燃料量,并且可被称为“燃料损失”。坐标图501示出了当柴油发动机在第一燃烧模式中进行操作时在多个速度-载荷点处的BSFC值例如燃料损失,并且坐标图502示出了当柴油发动机在第二燃烧模式中进行操作时在多个速度-载荷点处的BSFC例如燃料损失。在坐标图501和502的每个中,水平x轴表示发动机速度(RPM),而竖直y轴表示发动机载荷(巴)。如本文中所使用的,术语“发动机载荷(巴)”表示来自发动机的发动机扭矩输出。在所示示例中,较低BSFC值表示较好的燃料效率,例如较低的燃料损失,而较高BSFC值表示较差的燃料效率,例如较高的燃料损失。如图所示,柴油发动机具有大区域(例如,最亮阴影)的最佳燃料效率,例如BSFC值小于240。将理解的是:具有较暗阴影的区域具有较差的燃料效率,例如较高的BSFC值。例如,最暗阴影区域包括大于300并在最低载荷时接近900的BSFC值。第二暗阴影区域包括在240~300之间的BSFC值。参考坐标图501和502的每个中处于6巴在1750RPM处的速度-载荷点,坐标图501的第一燃烧模式具有225的BSFC值,并且坐标图502的第二燃烧模式具有230的BSFC值。因此,第一和第二燃烧模式之间的燃料损失折衷只偏向第一燃烧模式达大约2.00%。如以下参考图6将变得显而易见的,第二燃烧模式具有远好于第一燃烧模式的排放效率的排放效率。
图6示出了依据本公开的在图5的示例性第一和第二燃烧模式中进行操作的柴油发动机的燃烧之后的NOx排放值的示例性坐标图。如本文中所使用的,术语“NOx排放值”可指“排放损失”。 坐标图601示出了当柴油发动机在第一燃烧模式中进行操作时在多个速度-载荷点处的NOx排放值例如排放损失,并且坐标图602示出了当柴油发动机在第二燃烧模式中进行操作时在多个速度-载荷点处的NOx排放值例如排放损失。在坐标图601和602的每个中,水平x轴表示发动机速度(RPM),而竖直y轴表示发动机载荷(巴)。如本文中所使用的,术语“发动机载荷(巴)”表示来自发动机的发动机扭矩输出。在所示示例中,较低NOx排放值表示较好的NOx排放效率,而较高NOx排放值表示较差的NOx排放效率。如图所示,在坐标图602的第二燃烧模式中,比起坐标图601的第一燃烧模式的NOx排放效率,柴油发动机具有较大区域(例如,较亮阴影)的最佳NOx排放效率,例如NOx排放值小于2.00。在非限制性所示实施例中,坐标图601的第一燃烧模式不包含最佳NOx排放效率值,其中每个NOx排放效率值为至少5.0。参考1750RPM和6巴处的速度-载荷点,坐标图601的第一燃烧模式具有6.5的NOx排放值,而坐标图602的第二燃烧模式具有0.4的NOx排放值。因此,第一和第二燃烧模式之间的NOx排放损失折衷偏向第二燃烧模式达大约1,625%。相应地,对于燃料效率的2.00%损失,当在1,750RPM和6巴处的速度-载荷点处利用第二燃烧模式而不是第一燃烧模式时,NOx排放效率可改善达1,625%。在一个实施例中,1,750RPM和6巴处的速度-载荷点将被选择为所需发动机操作点,并且第二燃烧模式将被选择来用于操作柴油发动机。如将在以下以更详细的细节论述的,图1的混合动力总成100可利用变速器20和/或扭矩机40中的一个或多个,来影响所需发动机操作点,使得柴油发动机的操作可在可获得时的燃烧模式中执行。
图7示出了依据本公开的在图5和6的示例性第一和第二燃烧模式中进行操作的柴油发动机的燃烧之后的碳氢化合物(HC)排放值的示例性坐标图。如本文中所使用的,术语“HC排放值”可指“排放损失”。 坐标图701示出了当柴油发动机在第一燃烧模式中进行操作时在多个速度-载荷点处的HC排放值例如排放损失,并且坐标图702示出了当柴油发动机在第二燃烧模式中进行操作时在多个速度-载荷点处的HC排放值例如排放损失。在坐标图701和702的每个中,水平x轴表示发动机速度(RPM),而竖直y轴表示发动机载荷(巴)。如本文中所使用的,术语“发动机载荷(巴)”表示来自发动机的发动机扭矩输出。在所示示例中,较低HC排放值表示较好的HC排放效率,而较高HC排放值表示较差的HC排放效率。如图所示,在坐标图701和702的第一和第二燃烧模式之间,不存在如在图6的非限制性实施例中描述的用于NOx排放效率值的折衷那样大的用于HC排放效率值的折衷。相应地,燃料效率和NOx排放效率是在稳态条件下使柴油发动机最佳化与利用一个或多个扭矩机40相比来说的最大影响。在所示非限制性实施例中,较暗区域比起较亮区域表示较差的HC排放效率。例如,最暗区域对应于至少1.4的HC排放效率值,第二暗区域对应于范围为0.4-1.4的HC排放效率值,而最亮区域对应于小于0.4的HC排放效率值。
图8示出了依据本公开的柴油发动机的示例性第一、第二和第三燃烧模式的坐标图800。水平x轴表示发动机速度(RPM),而竖直y轴表示燃料请求(mm3)。应理解的是:虽然燃料请求在坐标图800中被描述为体积单位,但是当被注射燃料的密度已知时,燃料请求可相关于注射燃料质量(mg)。在柴油发动机中,所请求燃料的量值直接对应于该点处的扭矩/载荷。相应地,基于燃料请求来调节进气质量,以实现最佳λ。参考图3的非限制性实施例描述的最佳λ例如所需λ是基于排放效率、燃料效率、噪声、振动和声振粗糙度的所需平衡。调节进气质量来实现所需空气燃料比可包括调节进入柴油发动机的排气再循环、进气压力和节气门开度中的至少一个,以基于燃料请求实现所需操作点处的最佳λ。
第一燃烧模式801包含坐标图800的从750RPM~5,500RPM的整个速度范围。第二燃烧模式802只包括从750RPM~大约2,300RPM的速度范围。第三燃烧模式803包括从750RPM~3,250RPM的速度范围。在所示实施例中,第一燃烧模式801对应于参考图5-7的非限制性实施例描述的第一燃烧模式并且第二燃烧模式802对应于参考图5-7的非限制性实施例描述的第二燃烧模式。
第一燃烧模式801在极端环境条件期间以及在高发动机速度和高扭矩载荷期间是所需的。第一燃烧模式801还在柴油发动机内的故障条件期间被选择为默认模式,所述故障条件可能分别导致第二和第三燃烧模式802、803不可获得。一般来说,第一燃烧模式801在交通工具发动条件期间具有最佳性能,因为第一柴油燃烧模式801具有最高的烟尘极限。
第二燃烧模式802包括最低载荷/扭矩范围,其对应于在1,750RPM~2,300RPM之间的发动机速度处的45mm3的最大燃料请求。一般来说,第二燃烧模式包括从第一燃烧模式801中的操作起的降低的发动机扭矩和速度范围、降低的排放损失、增加的燃料损失和降低的驾驶性。根据所选的速度-载荷点,第二燃烧模式802包括分别比起第一和第三燃烧模式801、803的略微降级的燃料效率,例如更大的燃料损失。如前面提到的,并且与汽油发动机形成对比,柴油发动机必须被最佳化为使得降低排放的影响优先于降低燃料消耗的影响。因此,如果第二柴油燃烧模式是可获得的,则一般希望是在第二柴油燃烧模式802中选择柴油发动机操作。
在第二燃烧模式802中,根据所需燃烧燃料质量分数来控制燃烧,所述所需燃烧燃料质量分数根据曲柄角度是可测量的。在一示例性实施例中,所需燃烧燃料质量分数为50%。根据所需燃烧燃料质量分数控制燃烧需要大量值的排气再循环(EGR),导致火花协助对于控制燃烧无效。通过利用气缸内压力传感器监测气缸内压力来确定所需燃烧燃料质量分数。在一示例性实施例中,当检测到包括气缸内压力故障的故障条件时,可认为第二燃烧模式802不可获得。气缸内压力中的故障可包括检测到失效气缸内压力的检测。此外,第二燃烧模式802需要气缸内温度至少为实现用于在第二燃烧模式802中进行操作的EGR的所需量值所必需的阈值温度。在一示例性实施例中,故障条件可包括检测到对发动机的空气控制中的故障。例如,当所监测的气缸内温度小于阈值温度时,可检测到空气控制中的故障,从而导致第二燃烧模式802不可获得。此外,不利于第二燃烧模式中的操作的环境条件可包括检测到认为第二燃烧模式不可获得的故障条件。例如,发动机冷起动和交通工具发动条件可包括认为第二燃烧模式不可获得的环境条件。
第三燃烧模式803包括中间载荷扭矩范围,其对应于在1,500RPM~3,250RPM之间的发动机速度处的45mm3的最大燃料请求。第三燃烧模式803包括从第一燃烧模式801中的操作降低并从第二燃烧模式802中的操作增加的排放损失。第三燃烧模式803包括从第一燃烧模式801中的操作增加并从第二燃烧模式802中的操作降低的燃料损失。此外,驾驶性从第一燃烧模式801中的操作降低,但从第二燃烧模式802中的操作增加。因此,第三燃烧模式803具有比第二燃烧模式802的烟尘极限更高的烟尘极限。
应理解的是:如果实现所需轮轴扭矩所必需的速度-载荷点不在第二燃烧模式802的相应速度-载荷范围或第三燃烧模式803的相应速度-载荷范围内,则第二和第三燃烧模式802、803分别将不被认为是不可获得的。例如,可选择非实现(non-achieving)发动机操作点,其处于第二燃烧模式802内,以获得与第二燃烧模式802中的操作相关联的较低排放损失,其中非实现发动机操作点不实现所需轮轴扭矩,而是被利用来实现所需轮轴扭矩。在一个实施例中,当与第二燃烧模式的非实现发动机操作点组合时,来自图1的一个或多个电机40的相应电动机扭矩可被分配为实现所需轮轴扭矩。应该明白的是:图1的高电压电力系统80的ESD的充电状态(SOC)必须大于SOC阈值,使得相应的电动机扭矩可被分配。附加地或替代地,当图1的变速装置20包括自动变速器时,图1的变速装置20的齿轮比状态可被改变成使得在乘以变速装置20的改变齿轮比状态时,实现所需轮轴扭矩。
示例性实施例涉及在可获得燃烧模式之一内选择所需发动机操作点,其中所需发动机操作点对应于具有最低动力损失的多个潜在操作点之一。如本文中所使用的,术语“潜在操作点”是指处于被利用来实现所需轮轴扭矩的可获得燃烧模式之一的发动机速度和扭矩范围内的速度-扭矩点。如本文中所使用的,术语“被利用来实现”可指潜在发动机操作点仅以由发动机提供的扭矩来实现所需轮轴扭矩,或者潜在发动机操作点可对应于非实现发动机操作点,其中发动机扭矩与所分配电动机扭矩的组合实现所需轮轴扭矩。相应地,每个潜在操作点处的相应燃料损失和相应排放损失可以被加起来确定相应的动力损失。潜在发动机操作点中的一个或多个可以在燃烧模式之一内,而其它潜在发动机操作点可以在其它燃烧模式中的一个或多个内。此外,潜在发动机操作点中的一个或多个可以实现所需轮轴扭矩,而其它潜在发动机操作点可以包括相应的电动机扭矩,用以在与不实现所需轮轴扭矩的相应潜在发动机操作点组合时实现所需轮轴扭矩。相应地,相应动力损失可进一步基于相应能量损失,其中相应能量损失基于用以供应施加相应电动机扭矩的一个或多个扭矩机所需的电力。可通过确定一个或多个扭矩机40的扭矩容量来获得相应能量损失。此外,当变速器包括自动变速器时,每个潜在发动机操作点对应于变速装置的多个齿轮比中相应一个,其中每个潜在发动机操作点被利用来在乘以变速装置的多个齿轮比之一时实现所需轮轴扭矩。相应地,相应动力损失可以进一步基于相应变速器回转损失,其中相应变速器回转损失对应于被利用来实现所需轮轴扭矩的变速装置的多个齿轮比中的所选一个。
图9示出了依据本公开的图1的控制器5,其包括在发动机控制模块与监控混合控制模块之间通信,来在稳态条件期间选择所需发动机操作点,并在瞬变条件期间确定即时扭矩请求。ECM 210包括界面模块902、燃烧模式特性模块904、燃烧模式确定模块906和柴油发动机扭矩模块908。HCP 230包括映射模块(map module)910、策略选择模块918和电动机扭矩模块920。
ECM 210的界面模块902接收输出扭矩请求901。输出扭矩请求901可响应于对图1的用户界面13的用户输入。界面模块902基于输出扭矩请求901确定所需轮轴扭矩903。策略选择模块918监测所需轮轴扭矩903。
燃烧模式可获得性模块904确定多个燃烧模式中每个的可获得性。在一示例性实施例中,多个燃烧模式包括参考图8的示例性坐标图800描述的第一、第二和第三燃烧模式。例如,第一燃烧模式总是可获得的,而第二和第三燃烧模式是可获得的,除非检测到控制或故障条件,其认为第二和第三燃烧模式中的任一个是不可获得的。燃烧模式可获得性模块904进一步为每个可获得燃烧模式确定从最小发动机扭矩到最大发动机扭矩的发动机扭矩范围以及从最小发动机速度到最大发动机速度的发动机速度范围。相应地,可获得燃烧模式输出905由策略选择模块918接收。可获得燃烧模式输出905包括每个可获得燃烧模式以及用于每个可获得燃烧模式的发动机扭矩和速度范围。
映射模块910包括燃料映射模块912、排放映射模块914、和电机映射模块916。燃料映射模块912对于每个燃烧模式在多个速度-载荷点处存储多个燃料损失例如BSFC值。例如,燃料映射模块912存储BSFC值,用于如参考图5中示出的示例性坐标图501和502所描述那样在每个燃烧模式中操作柴油发动机。排放映射模块914对于每个燃烧模式在多个速度-载荷点处存储多个排放损失,例如NOx排放值和/或HC排放值。例如,排放映射模块914存储NOx排放值,用于如参考图6中示出的示例性坐标图601和602所描述那样在每个燃烧模式中操作柴油发动机。附加地或替代地,排放映射模块914对于每个燃烧模式存储HC排放值,用于如参考图7中示出的示例性坐标图701和701所描述那样操作柴油发动机。电机映射模块916基于扭矩容量存储能量损失,所述扭矩容量用于操作提供电动机扭矩的一个或多个扭矩机40例如电机。
基于包括每个可获得燃烧模式的可获得燃烧模式输出905和用于每个可获得燃烧模式的发动机扭矩和速度范围,策略选择模块918对于每个可获得燃烧模式读取来自燃料映射模块912的多个燃料损失和来自排放映射模块914的多个排放损失。每个燃料损失对应于可获得燃烧模式的发动机扭矩和速度范围内的多个发动机操作点中的相应一个。每个排放损失对应于可获得燃烧模式的发动机扭矩和速度范围内的多个发动机操作点中的相应一个。在电动机扭矩被分配来协助实现所需轮轴扭矩时或者电动机扭矩被分配来协助实现瞬变所需轮轴扭矩时以便可维持发动机的所需空气燃料比的情形中,策略选择模块读取来自电机映射模块916的能量损失。
策略选择控制模块918比较在可获得燃烧模式的发动机扭矩和速度范围内的多个潜在发动机操作点中每个处的相应燃料和排放损失。如前面提到的,每个潜在操作点对应于被利用来实现所需轮轴扭矩903的发动机操作点。比较包括在每个潜在发动机操作点处合计相应燃料和排放损失并基于所述合计来确定相应动力损失。在一些实施例中,相应动力损失可以进一步基于在多个潜在发动机操作点中每个处的相应能量损失,其基于供应一个或多个扭矩机所需的电力。例如,对于仅以由发动机提供的发动机扭矩实现所需轮轴扭矩的潜在发动机操作点,每个相应能量损失将为零。然而,对于与非实现发动机操作点相对应的潜在发动机操作点,每个相应能量损失将包括非零整数,其对应于源自供应一个或多个扭矩机所需的电力的能量损失,所述一个或多个扭矩机输出每个相应的分配电动机扭矩。附加实施例可包括相应动力损失进一步基于相应变速器回转损失,其基于在多个潜在发动机操作点中每个处的变速器的所选齿轮比。
示例性实施例涉及策略选择控制模块918,其执行至少一个优化,来在可获得燃烧模式之一内选择所需发动机操作点919。所需发动机操作点919对应于基于所比较的相应燃料和排放损失具有最低动力损失的潜在发动机操作点之一。至少一个优化可包括仅基于变速器的当前所选齿轮比的快速优化。可在变速器包括混合变速器、自动变速器和手动变速器中的任一个时执行快速优化。快速优化分析每个潜在发动机操作点处的相应动力损失,并将所需发动机操作点选择为在具有最低动力损失的可获得燃烧模式之一内的潜在发动机操作点。至少一个优化可进一步包括基于变速器的不同齿轮比的若干组合的慢速优化。只能在变速器包括混合变速器和自动变速器中的任一个时执行慢速优化。慢速优化分析处于变速器的每个不同齿轮比处的每个潜在发动机操作点处的相应动力损失,并将所需发动机操作点选择为在处于具有最低动力损失的变速器的齿轮比之一处的可获得燃烧模式之一内的潜在发动机操作点。
在一示例性实施例中,所需发动机操作点对应于处于被利用来实现所需轮轴扭矩的发动机速度处的所需发动机扭矩。相应地,策略选择模块918将所需发动机操作点919输出到ECM 210的柴油发动机扭矩模块908和燃烧模式确定模块906中的每个。策略选择模块918进一步将与所需发动机操作点919的可获得燃烧模式921相对应的所选燃烧模式921输出到燃烧模式确定模块906。此外,当所需发动机操作点919包括非实现发动机操作点即所需发动机操作点不仅以发动机扭矩实现所需轮轴扭矩时,策略选择模块918将所分配电动机扭矩923输出到电动机扭矩模块920。应理解的是:所需发动机操作点919和所分配电动机扭矩923之和实现所需轮轴扭矩903。
燃烧模式确定模块906接收所选燃烧模式921和所需发动机操作点919,并将所命令的所选燃烧模式925输出到柴油发动机扭矩模块908。基于所需发动机操作点919,柴油发动机扭矩模块908确定注射燃料质量927,以实现所需发动机操作点。柴油发动机扭矩模块908基于所确定的注射燃料质量进一步调节进气质量,以在所需发动机操作点处实现所需空气燃料比。例如,可使用参考图3的示例性实施例描述的所需发动机操作点从所需λ/最佳λ值的坐标图获得所需空气燃料比例如所需λ。发动机扭矩模块908通过调节进入柴油发动机的排气再循环929、进气压力931和节气门开度933中的至少一个来调节进气质量,以基于所确定的注射燃料质量927在可获得燃烧模式中的一个内的所需发动机操作点处实现所需空气燃料比。可通过涡轮增压和/或超增压来调节进气压力。
电动机扭矩模块920将所命令的分配电动机扭矩935输出到一个或多个扭矩机(40),来提供分配电动机扭矩923。
图9示出了稳态条件期间的所需发动机操作点的选择,使得所需发动机操作点对应于用于在操作期间获得最低动力损失的柴油发动机的设定点。然而,还希望的是:在瞬变操作条件期间维持所需空气燃料比,以便在排放效率、燃料效率、噪声、振动和声振粗糙度之间实现所需平衡。图10示出了依据本公开的在操作者踩油门以请求即时发动机扭矩并使柴油发动机最佳化使得用于实现即时发动机扭矩的注射燃料质量被控制在所需空气燃料比期间的非限制性坐标图1000。水平x轴表示时间(秒),而竖直y轴表示注射燃料质量(mg)。应理解的是:注射燃料质量对应于发动机扭矩。该坐标图包括所需轮轴扭矩请求1002、扭矩成形轮廓1004、烟尘极限轮廓1006、注射燃料质量轮廓1008和所需注射燃料质量轮廓1010,其用于维持所需空气燃料比。相应地,所需注射燃料质量轮廓1010对应于被利用来维持所需瞬时空气燃料比的注射燃料质量。
在点1050处,发生超过瞬变阈值的瞬变操作者扭矩请求。应理解的是:柴油发动机在所需发动机操作点处在稳态条件下进行操作,直到点1050。所需轮轴扭矩请求1002响应于瞬变操作者扭矩请求增加到点1052,其中基于交通工具速度和瞬变操作者扭矩请求的所需瞬变轮轴扭矩被确定。扭矩成形轮廓1004示出了轮轴扭矩应该被增加以实现所需瞬变轮轴扭矩同时维持可接受的驾驶性的所需路径。扭矩成形轮廓1004可为预定的,并基于交通工具的动力总成的系统约束。烟尘极限轮廓1006表示对应于空气燃料比(例如,λ)值的注射燃料质量,其中高于烟尘极限轮廓1006的注射燃料质量通过在燃烧时产生烟尘而违犯烟尘极限。然而,应该理解的是:注射燃料质量越接近烟尘极限,驾驶性越好,以实现所需瞬变轮轴扭矩。所需注射燃料质量轮廓1010,其对应于所需瞬时空气燃料比,表示用于维持所需空气燃料比以在排放效率、燃料效率、噪声、振动和谐波之间实现所需平衡所必需的所需注射燃料质量。当注射燃料质量增加时,必须调节进气质量,以便维持所需空气燃料比。然而,依据注射燃料质量的增加来调节进气质量以实现所需空气燃料比会导致时间延迟。相应地,依据扭矩成形轮廓1004增加注射燃料质量将导致实际空气燃料比下降为低于所需空气燃料比,原因是与调节进气质量相关联的时间延迟。
本文的实施例进一步涉及使柴油发动机最佳化,以便用于实现所需瞬变轮轴扭矩的注射燃料质量被控制为所需空气燃料比,而不是被控制为扭矩成形轮廓1004。具体地,柴油发动机被最佳化为将第一优先级放在成形轮廓上并将第二优先级放在所需注射燃料质量轮廓1010上,其中注射燃料质量轮廓1008被控制为接近所需注射燃料质量轮廓1010,以最终在所需瞬变轮轴扭矩周围实现扭矩成形轮廓1004。虽然注射燃料质量轮廓1008总是低于烟尘极限轮廓1006,从而不违犯烟尘极限,但是可接受的驾驶性未被实现,如注射燃料质量轮廓1008与扭矩成形轮廓1004之间的偏差所指示的。在该情况下,由一个或多个扭矩机40提供的电动机扭矩可被分配来抵消注射燃料质量轮廓1008与扭矩成形轮廓1004之间的差别,例如偏差,以便能在不违犯烟尘极限的情况下获得可接受的驾驶性。
再次参考图9,当所需发动机操作点919中的瞬变被确定时,希望使柴油发动机最佳化,以便用于实现所需瞬变发动机操作点的注射燃料质量被控制为所需空气燃料比,以便实际空气燃料比不会由于与调节进气质量相关联的时间延迟而下降为低于所需空气燃料比。在一个实施例中,可在操作者踩油门条件期间确定所需发动机操作点919中的瞬变,这时所需轮轴扭矩903包括基于超过瞬变阈值的瞬变操作者扭矩请求的所需瞬变轮轴扭矩。在另一实施例中,可在所需发动机操作点919为非实现发动机操作点并且电动机扭矩被利用来实现所需轮轴扭矩时确定所需发动机操作点919中的瞬变,其中高电压电气系统80的充电状态变得不足以提供被利用来实现所需轮轴扭矩的电动机扭矩。相应地,必须调节所需发动机操作点,以实现所需轮轴扭矩,来补偿可能不再可获得的电动机扭矩。因此,在后一实施例中,所需轮轴扭矩保持稳定,即使所需发动机操作点处于瞬变中。控制注射燃料质量以实现所需空气燃料比要求估计进入柴油发动机的瞬时进气质量。如本文中所使用的,术语“瞬时进气质量”是指进入柴油发动机的当前出现的进气质量。估计进气质量模块950将估计的瞬时进气质量952输出到所需注射燃料质量模块960。
所需注射燃料质量模块960监测对应于所需瞬变发动机操作点的所需瞬时空气燃料比。所需注射燃料质量模块960基于估计的瞬时进气质量952来确定用以实现所需瞬时空气燃料比的所需瞬时注射燃料质量。所需注射燃料质量模块960将所需瞬时注射燃料质量转换为所需扭矩请求962,其被传输到HCP 230的策略执行模块970。
策略执行模块970将即时扭矩请求972输出到柴油发动机扭矩模块908。即时扭矩请求972基于所需扭矩请求962和电动机扭矩容量。希望的是:即时扭矩请求972对应于所需扭矩请求,以便电动机扭矩可被施加以满足所需轮轴扭矩。然而,可发生电动机扭矩容量不足以施加用于满足所需轮轴扭矩的所需电动机扭矩的状况。在这些状况下,即时扭矩请求972可根据需要被控制为离开所需扭矩请求,使得所需轮轴扭矩可得到满足。然后,柴油发动机扭矩模块908将接收到的即时扭矩请求972转换为注射燃料质量927。当即时扭矩请求972小于用于实现所需轮轴扭矩903的扭矩成形轮廓,例如未实现可接受的驾驶性时,策略执行模块970将即时电动机扭矩974输出到电动机扭矩模块920,以补偿即时扭矩请求972与扭矩成形轮廓之间的差别,以便实现可接受的驾驶性。
基于即时扭矩请求972,柴油发动机扭矩模块908确定注射燃料质量927,用以实现所需轮轴扭矩,同时维持所需空气燃料比。如前面提到的,柴油发动机扭矩模块908通过空气流致动器比如排气再循环929、进气压力931和节气门开度933来调节进气质量,以实现进气质量(和空气流的含量比如来自排气再循环的排气残留),以使发动机能以最佳排放效率在所需操作点919处在稳态中进行操作。基于所需操作点919处的进气质量,如果即时扭矩请求972被控制为所选燃烧模式921,则注射燃料质量应该实现处于稳态的在所需操作点919处的扭矩以及处于稳态和瞬变操作的最佳排放效率。基于即时扭矩请求972控制注射燃料质量927允许所需空气燃料比在估计瞬时进气质量时总是得到维持,其中任何牺牲的驾驶性都可由即时电动机扭矩974来补偿。
电动机扭矩模块920将所命令的分配电动机扭矩935输出到一个或多个扭矩机(40),来提供即时电动机扭矩974。
图11示出了依据本公开用于在稳态条件期间选择所需发动机操作点并在瞬变条件期间确定即时扭矩请求的流程图1100。流程图1100可以被实施在图1的控制器5内,其包括图9的发动机控制模块(ECM 210)和监控混合控制模块(HCP 230)。
表1被提供为图11的关键,其中数字标记的框和对应的功能按如下方式给出。
表1
流程图在框1102处开始并前进到框1104。在框1104处,基于操作者扭矩请求和交通工具速度监测所需轮轴扭矩。操作者扭矩请求可响应于对加速器踏板或制动踏板的操作者输入。策略选择模块918可监测由界面模块902确定的所需轮轴扭矩903。
在框1106处,对于多个可获得燃烧模式中的每个接收从最小发动机扭矩到最大发动机扭矩的发动机扭矩范围。燃烧模式可包括图8的第一、第二和第三燃烧模式,其中第一燃烧模式总是可获得的,而第二和第三燃烧模式是可获得的,除非存在故障条件。在框1106处对于每个可获得燃烧模式进一步接收从最小发动机扭矩到最大发动机扭矩的发动机速度范围。图9的策略选择模块918接收来自燃烧可获得性模块904的发动机扭矩和速度范围。
在框1108处,对于每个可获得燃烧模式读取多个燃料损失,每个燃料损失对应于发动机扭矩和速度范围内的多个发动机操作点中的相应一个。可从图9的燃料映射模块912通过策略选择模块918读取燃料损失,所述燃料映射模块912存储用于每个可获得燃烧模式的速度-载荷点的多个燃料损失。燃料损失可表示从图5获得的BSFC值。
参考框1110,对于每个可获得燃烧模式读取多个排放损失,每个排放损失对应于发动机扭矩和速度范围内的多个发动机操作点中的相应一个。应理解的是:框1108和1110可同时执行。可从图9的排放映射模块914通过策略选择模块918读取排放损失,排放映射模块914存储用于每个可获得燃烧模式的速度-载荷点的多个排放损失。排放损失可表示从图6获得的NOx排放值和/或表示从图7获得的碳氢化合物排放值。
参考框1112,在可获得燃烧模式的发动机扭矩和速度范围内的多个潜在发动机操作点中的每个处比较相应的燃料和排放损失。潜在操作点中的一个或多个可仅从发动机扭矩实现所需轮轴扭矩。附加地或替代地,潜在操作点中的一个或多个可包括非实现发动机操作点,其只在与由图1的一个或多个扭矩机40提供的分配电动机扭矩组合时被利用来实现所需轮轴扭矩。
参考框1114,选择可获得燃烧模式之一内的所需发动机操作点。可通过图9的策略选择模块918来选择所需发动机操作点。所需发动机操作点对应于基于所比较的相应燃料和排放损失具有最低动力损失的潜在发动机操作点之一。在一些实施例中,动力损失可进一步基于源自用以供应一个或多个扭矩机所需的电力的相应能量损失,所述一个或多个扭矩机用于在所需发动机操作点对应于非实现发动机操作点时提供分配电动机扭矩。在另一些实施例中,动力损失可进一步基于相应的变速器回转损失,其基于图1的变速器20的所选齿轮比。
参考框1116,当在所需发动机操作点(例如,所需瞬变发动机操作点)中确定了瞬变时,通过图9的策略选择模块918来确定对应于所需发动机操作点的所需瞬时空气燃料比。
参考框1118,估计瞬时进气质量。估计进气质量模块950可估计瞬时进气质量。在框1120处,基于估计的瞬时进气质量来确定用以实现所需瞬时空气燃料比的所需瞬时注射燃料质量。然后,将所需瞬时注射燃料质量转换为所需扭矩请求。
参考框1122,基于电动机扭矩容量和所需扭矩请求来确定即时扭矩请求。可在图9的策略执行模块970中确定即时扭矩请求。如果可由以所需扭矩请求进行操作时的一个或多个扭矩机40提供的所需电动机扭矩来满足所需轮轴扭矩,则即时扭矩请求将对应于所需扭矩请求。因此,电动机扭矩容量是足够的。如果电动机扭矩容量不足以提供所需电动机扭矩,则可以根据需要将即时扭矩请求控制为离开所需扭矩请求,以满足所需轮轴扭矩。如前面提到的,当高电压电气系统80的充电状态过低,即低于充电状态阈值时,电动机扭矩容量可能是不足的。然后,框1122将即时扭矩请求转换为注射燃料质量。因此,可依据维持所需空气燃料比来控制注射燃料质量例如发动机扭矩,其中可通过由一个或多个扭矩机提供的即时电动机扭矩来补偿任何牺牲的驾驶性。
本公开已描述了某些优选的实施例及其变型。本领域的技术人员在阅读和理解说明书时可想到另外的变型和变更。因此,所意图的是本公开不局限于作为用于实施本公开所设想的最佳模式而公开的特定实施例,而是本公开应包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (19)

1.用于在多模式动力总成系统中选择发动机操作点的方法,所述多模式动力总成系统采用柴油发动机和一个或多个电动机,其配置成经由变速装置将扭矩传递到传动系,所述方法包括:
基于操作者扭矩请求和交通工具速度监测所需轮轴扭矩;
监测所述柴油发动机的多个燃烧模式的可获得性;
对于每个可获得燃烧模式:
接收从最小发动机扭矩到最大发动机扭矩的发动机扭矩范围,
接收从最小发动机速度到最大发动机速度的发动机速度范围,
读取多个燃料损失,每个燃料损失对应于发动机扭矩和速度范围内的多个发动机操作点中的相应一个,
读取多个排放损失,每个排放损失对应于发动机扭矩和速度范围内的多个发动机操作点中的相应一个,以及
在所述可获得燃烧模式的发动机扭矩和速度范围内的多个潜在发动机操作点中的每个处,比较相应的燃料和排放损失;以及
在所述可获得燃烧模式之一内选择所需发动机操作点,所述所需发动机操作点对应于基于所比较的相应的燃料和排放损失具有最低动力损失的潜在发动机操作点之一。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述可获得燃烧模式的发动机扭矩和速度范围内的所述多个潜在发动机操作点中的每个被利用来实现所需轮轴扭矩。
3.如权利要求2所述的方法,进一步包括:
对于不实现所需轮轴扭矩的每个相应的潜在发动机操作点,分配来自所述一个或多个电动机的相应电动机扭矩,以在与相应的潜在发动机操作点组合时实现所需轮轴扭矩。
4.如权利要求2所述的方法,其中,所述多个潜在发动机操作点中的每个对应于所述变速装置的多个齿轮比中的相应一个,当乘以所述变速装置的多个齿轮比之一时,每个潜在发动机操作点被利用来实现所需轮轴扭矩。
5.如权利要求1所述的方法,其中,比较相应的燃料和排放损失包括:
合计相应的燃料和排放损失;以及
基于所述合计来确定相应的动力损失。
6.如权利要求5所述的方法,进一步包括:
在所述多个潜在发动机操作点中的每个处:
基于用以供应提供电动机扭矩的一个或多个电动机所需的电力来确定相应的能量损失,其中所述相应的动力损失进一步基于所述相应的能量损失。
7.如权利要求5所述的方法,进一步包括:
在所述多个潜在发动机操作点中的每个处:
基于所述变速装置的所选齿轮比来确定相应的变速器回转损失,其中所述相应的动力损失进一步基于所述相应的变速器回转损失。
8.如权利要求1所述的方法,进一步包括:
确定用以实现所需发动机操作点的注射燃料质量;以及
基于所确定的注射燃料质量在所需发动机操作点处调节用以实现所需空气燃料比的进气质量。
9.如权利要求8所述的方法,其中,调节用以实现所需空气燃料比的进气质量包括:
基于所确定的注射燃料质量调节进入所述柴油发动机的排气再循环、进气压力和节气门开度中的至少一个,来实现处于所述可获得燃烧模式中的一个内的所需发动机操作点处的所需空气燃料。
10.如权利要求8所述的方法,其中,处于所需发动机操作点处的所需空气燃料比基于排放效率、燃料效率、噪声、振动和声振粗糙度的所需平衡。
11.如权利要求1所述的方法,进一步包括:
如果确定了所需发动机操作点中的瞬变,则监测对应于所需发动机操作点的所需瞬时空气燃料比;
估计瞬时进气质量;
基于所估计的瞬时进气质量来确定用以实现所需瞬时空气燃料比的所需瞬时注射燃料质量;以及
将所需瞬时注射燃料质量转换为所需扭矩请求。
12.如权利要求11所述的方法,进一步包括:
监测电动机扭矩容量;
基于所监测的电动机扭矩容量和所需扭矩请求来确定用以实现所需轮轴扭矩的即时扭矩请求,其中所述即时扭矩请求对应于所述电动机扭矩容量足以在与所需扭矩请求组合时实现所需轮轴扭矩时的所需扭矩请求。
13.如权利要求11所述的方法,其中,所需瞬时空气燃料比总是保持低于所述柴油发动机的烟尘极限。
14.如权利要求1所述的方法,其中,所述多个燃烧模式包括:
第一燃烧模式,其总是可获得的;和
第二燃烧模式,其包括从所述第一燃烧模式中的操作起的降低的发动机扭矩和速度范围、降低的排放损失、增加的燃料损失和降低的驾驶性。
15.如权利要求14所述的方法,其中,当存在故障条件时,所述第二燃烧模式不可获得,所述故障条件包括以下中的至少一个:
气缸内压力中的故障;
对发动机的空气控制中的故障;和
环境条件,其表示所述第二燃烧模式中的操作不是所需的。
16.如权利要求14所述的方法,进一步包括:
第三燃烧模式,其包括
从所述第一燃烧模式中的操作降低并且从所述第二燃烧模式中的操作增加的发动机扭矩和速度范围,
从所述第一燃烧模式中的操作降低并且从所述第二燃烧模式中的操作增加的排放损失,
从所述第一燃烧模式中的操作增加并且从所述第二燃烧模式中的操作降低的燃料损失,和
从所述第一燃烧模式中的操作降低并且从所述第二燃烧模式中的操作增加的驾驶性。
17.如权利要求1所述的方法,其中,所读取的多个排放损失对应于氮氧化物和碳氢化合物中至少一个的量值,其中排放损失越高表示氮氧化物和碳氢化合物的量值越高。
18.用于在多模式动力总成系统中选择所需发动机扭矩的方法,所述多模式动力总成系统采用柴油发动机和一个或多个电动机,其配置成经由变速装置将扭矩传递到传动系,所述方法包括:
基于操作者扭矩请求和当前交通工具速度监测所需轮轴扭矩;
监测所述柴油发动机的至少两个燃烧模式的可获得性,燃烧模式之一比其它的一个或多个燃烧模式具有更高的排放效率;
对于每个可获得燃烧模式:
接收发动机扭矩和速度范围;
读取多个燃料消耗值,每个燃料消耗值对应于发动机扭矩和速度范围内的多个发动机操作点中的相应一个;
读取多个氮氧化物值,每个氮氧化物值对应于发动机扭矩和速度范围内的多个发动机操作点中的相应一个,以及
在所述可获得燃烧模式的发动机扭矩和速度范围内的多个潜在发动机操作点中的每个处,合计相应的燃料消耗值和相应的氮氧化物值;以及
在所述可获得燃烧模式之一内选择所需发动机扭矩,所述所需发动机扭矩对应于基于合计相应的燃料消耗值和相应的氮氧化物值具有最低合计值的潜在发动机操作点之一。
19.如权利要求18所述的方法,进一步包括:
如果确定了所需发动机扭矩中的瞬变,则监测对应于所需瞬变发动机操作点的所需瞬时空气燃料比;
估计瞬时进气质量;
基于所估计的瞬时进气质量来确定用以实现所需瞬时空气燃料比的所需瞬时注射燃料质量;
将所需瞬时注射燃料质量转换为所需扭矩请求;
监测电动机扭矩容量;以及
基于所监测的电动机扭矩容量和所需扭矩请求来确定用以实现所需轮轴扭矩的即时扭矩请求,其中所述即时扭矩请求对应于所述电动机扭矩容量足以在与所需扭矩请求组合时实现所需轮轴扭矩时的所需扭矩请求。
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