CN106246434B - 用于预加热轻度混合动力车辆的发动机的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于预加热轻度混合动力车辆的发动机的装置和方法，并且所述装置包括：预加热塞，其预加热所述发动机；预加热控制器，其基于车辆驱动信息识别所述轻度混合动力车辆，基于所述车辆驱动信息确定所述轻度混合动力车辆是否进入滑行驱动模式，并且当所述轻度混合动力车辆在所述滑行驱动模式下被驱动时，根据滑行驱动时间生成占空控制信号；以及驱动器，其根据所述生成的占空控制信号，将所述低电压电池的电能供应到所述预加热塞。

Description

用于预加热轻度混合动力车辆的发动机的装置和方法
相关专利的交叉引用
本专利申请要求2015年6月15日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2015-0084253的优先权权益，所述专利的全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及用于预加热轻度混合动力车辆的发动机的装置和方法，并且更具体地，涉及根据滑行驱动周期来有差别地控制预加热周期的用于预加热轻度混合动力车辆的发动机的装置和方法。
背景技术
一般来讲，存在各种类型的发动机，包括汽油发动机和柴油发动机。汽油发动机是使用汽油作为燃料的内燃机，其将空气和汽油吸入到气缸中，并且然后点燃并燃烧被压缩的混合气体。柴油发动机是使用柴油作为燃料的内燃机，其将空气吸入到气缸中，用活塞以高压力压缩所吸入的空气，在高温高压力下喷射燃料，并且然后通过自动点火来燃烧所喷射的燃料。
由于柴油发动机相比于汽油发动机具有更高的热效率，燃料消耗低，因此柴油发动机更为经济。因此在一些情况下，柴油发动机已经取代汽油发动机而被应用于混合动力车辆。预加热塞(即，电热塞)可安装在柴油机上，其中预加热塞通过在冷启动时预加热发动机燃烧室中的空气来提升燃烧性能。
在典型的柴油发动机车辆中，由于发动机在启动后驱动时不停止，因此只在初始启动期间使用预加热塞。另外，即便在应用怠速停止和启动(ISG：idle stop and go)的柴油发动机车辆的情况下，由于仅当发动机的温度等于或高于预定温度时发动机才怠速停止，因此只在初始启动期间使用预加热塞。
相反，在具有柴油发动机的混合动力车辆中，发动机与电动机的驱动一起被频繁地启动/关闭。因此，当启动发动机时，只要燃烧室温度低，都需要使用预加热塞。
同时，混合动力车辆使用发动机和电动机作为动力源。混合动力车辆包括重度型和轻度型。重度型是单独地包括用于驱动车辆的驱动电动机和产生用于致动驱动电动机的电力的发电机的类型；轻度型是以一个电动机同时用作驱动电动机和发电机两者的方式配置的类型。
图1是示出用于描述轻度混合动力车辆的滑行驱动的图。如图1所示，当驾驶员未踩在减速和加速踏板上时，轻度混合动力车通常进入滑行驱动模式，其中轻度混合动力车通过车辆的惯性驱动以节省燃料。例如，当车速减小时，车辆在间隔A、B和C期间进入滑行驱动模式。在滑行驱动模式期间，连接发动机和驱动电动机的离合器被控制处于释放状态，并且发动机切换至熄火状态。另外，车辆进入燃料中断状态，其中燃料喷射到发动机中被中断。
因此，在滑行驱动模式期间随着发动机的燃烧室的温度降低，并且滑行驱动模式结束，当发动机再次切换到开启状态时，发动机的燃烧稳定性恶化。因此，在轻度混合动力车辆中，只要滑行驱动模式结束，便通过预加热塞来预加热发动机。但是，即使当滑行驱动间隔(A)短于驱动间隔(B)和(C)时，预加热周期也是彼此相同的，并且因此，燃烧室中的温度高于目标温度，用于加热预加热塞的电池电压被不必要的消耗。
上述在背景部分公开的信息仅用于对本公开的背景做进一步的理解，因此它可以包含对于该国本领域普通技术人员已知的不构成现有技术的信息。
发明内容
本公开已经致力于提供用于预加热轻度混合动力车辆的装置和方法，所述装置和方法根据滑行驱动周期来有差别地控制预加热周期。
本公开实施例提供了一种用于预加热轻度混合动力车辆的发动机的装置，该轻度混合动力车辆包括：发动机、用于启动发动机的操作为启动电动机和发电机的电动机-发电机、高电压电池、低电压电池和部署在该发动机与该电动机-发电机之间的离合器，该装置包括：预加热塞，其预加热发动机；预加热控制器，其基于车辆驱动信息识别轻度混合动力车辆，基于车辆驱动信息确定轻度混合动力车辆是否进入滑行驱动模式，以及当轻度混合动力车辆在滑行驱动模式下驱动时，根据滑行驱动时间生成占空控制信号；以及驱动器，其根据所生成的占空控制信号将低电压电池的电能供应到预加热塞。
该车辆驱动信息可包括：表示是否安装高电压电池的电池信息，表示电动机-发电机的规格的电动机信息，轻度混合动力车辆的加速和减速踏板的致动信息，离合器的结合和分离状态信息，以及发动机的启动状态信息。
该轻度混合动力车辆可包括由转换器控制器控制的DC/DC转换器，其转换高电压电池的电能并且将转换后的电能供应到低电压电池，并且预加热控制器可通过网络接收来自转换器控制器的电池信息，通过网络接收来自电动机-发电机的电动机信息，并且基于电池信息和电动机信息识别轻度混合动力车辆。
当该加速和减速踏板未被操作、离合器处于分离状态并且发动机熄火时，该预加热控制器可确定轻度混合动力车辆进入滑行驱动模式。
该预加热控制器控制查找表，其中该查找表存储用于每个滑行驱动时间的预加热时间信息。
该预加热控制器可从查找表中提取对应于滑行驱动时间的预加热时间信息，并且生成预加热时间信息作为占空控制信号。
该驱动器可包括脉冲控制单元和开关单元，其中该脉冲控制单元根据占空控制信号生成脉宽调制信号，开关单元根据脉宽调制信号被接通/关断以将低电压电池的电能传送到预加热塞。
该脉冲控制单元以对应于预加热时间信息的占空比生成脉宽调制信号。
另外，根据本公开实施例，提供了一种用于预加热轻度混合动力车辆的发动机的方法，该轻度混合动力车辆包括：发动机、用于启动发动机的操作为启动电动机和发电机的电动机-发电机、高电压电池、低电压电池和部署在发动机与电动机-发电机之间的离合器，该方法包括：收集车辆驱动信息；基于车辆驱动信息识别轻度混合动力车辆；基于车辆驱动信息确定轻度混合动力车辆是否进入滑行驱动模式；检测轻度混合动力车辆进入滑行驱动模式时的滑行驱动时间；根据滑行驱动时间生成用于控制预加热时间的占空控制信号；以及根据所生成的占空控制信号将低电压电池的电能供应到预加热塞。
该车辆驱动信息可包括：表示是否安装高电压电池的电池信息，表示电动机-发电机的规格的电动机信息，轻度混合动力车辆的加速和减速踏板的致动信息，离合器的结合和分离状态信息，以及发动机的启动状态信息。
确定轻度混合动力车辆是否进入滑行驱动模式的步骤可包括：当加速和减速踏板未被操作、离合器处于分离状态并且发动机熄火时，确定轻度混合动力车辆进入滑行驱动模式。
检测滑行驱动时间的步骤可包括：当离合器分离并且发动机熄火时，检测滑行驱动模式的开始时间，以及当离合器结合并且发动机开启时，检测滑行驱动模式的结束时间。
将低电压电池的电能供应到预加热塞的步骤可包括：根据占空控制信号以对应于预加热时间的占空比生成脉宽调制信号；以及通过根据脉冲官渡调制信号被接通/关断的开关元件，将低电压电池的电能传送到预加热塞。
因此，根据本文所公开的实施例，可根据滑行驱动周期来有差别地控制加热周期，从而稳定地预加热发动机而不用不必要的电池消耗。
附图说明
图1是示出用于描述轻度混合动力车辆的滑行驱动的图。
图2是示出根据本公开实施例的轻度混合动力车辆的图。
图3是示出根据本公开实施例的查找表的图。
图4是图2所示驱动器200的详细的框图。
图5是示出根据本公开实施例的用于预加热轻度混合动力车辆的方法的流程图。
<符号描述>
100 预加热控制器
200 驱动器
300 预加热塞
具体实施方式
在下面的具体描述中，本公开的某些实施例仅以例证的方式示出并进行描述。如本领域技术人员应当意识的，所述实施例能以各种不同方式进行修改，所有修改不脱离本公开的实质和范围。因此，附图和说明书应视为本质上是说明性的而非限制性的。在整个说明书中，相似的附图标记指代相似的参考元件。
本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。例如，贯穿整个说明书和所附的权利要求，当描述一个元件“耦合”到另一个元件时，该元件可“直接耦合”到其它元件或者通过第三元件“电耦合”到其它元件。另外，除非明确描述为与之相反，否则词“包括”和变型形式诸如“具有”或“包含”将被理解为暗示包括所述元件但不排除任何其他元件。
本文使用的术语仅出于说明具体实施方式的目的，而不意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”、“该”也意在包括复数形式，除非上下文中另外明确指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有结合。
应该理解的是，本文中使用的术语“车辆”、“车辆的”或其他类似术语包括一般的机动车辆，比如包含多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商业车辆的客运汽车、包括各种轮船和舰船的船只、飞机等，还包括混合动力车、电动车、插电式混合动力电动车、氢动力车和其它替代燃料车辆(例如，燃料是从非石油资源中提炼出来的)。如本文所述，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如同时具有汽油动力和电动力的车辆。
此外，应当理解一个或多个以下方法或其方面可以通过至少一个控制器执行。术语“控制器”可以指代包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置成存储程序指令，而处理器具体配置成执行程序指令以执行将在以下进一步描述的一个或更多进程。而且，应当理解，正如本领域普通技术人员将意识到的，以下方法可以通过包括控制单元的装置并结合一个或多个其他部件来执行。
下文中，本公开的实施例将参考附图进行描述，以便由本领域技术人员容易地实施。
图2是示出根据本公开实施例的轻度混合动力车辆的图，图3是示出根据本公开实施例的查找表的图，以及图4是图2所示驱动器200的具体框图。
如图2所示，根据本公开实施例的轻度混合动力车辆包括高电压电池1、DC/DC转换器3、低电压电池5、转换器控制器7、逆变器9、电动机-发电机11、离合器13、发动机15、加速器位置传感器(APS)17、制动器位置传感器(BPS)19、预加热控制器100、驱动器200和预加热塞300。
高电压电池1通过逆变器9向电动机-发电机11供应电能，并且利用由电动机-发电机11生成的电能进行充电。约42V的高电压被存储在高电压电池1中，并且高电压电池1是安装在一般柴油车辆上的电池。DC/DC转换器3转换高电压电池1的电压电平，以将所转换的电压电平供应到低电压电池5。低电压电池5通过驱动器200将电能供应到预加热塞300。约24V的电能被存储在低电压电池5中。
转换器控制器7控制DC/DC转换器3，并且在接收来自预加热控制器100的电池信息请求时，通过网络与预加热控制器100通信，以传输是否安装高电压电池1作为电池信息。在这里，网络包括控制器区域网络(CAN)、本地互联网络(LIN)等。
逆变器9转换高电压电池1的电能并将所转换的电能供应到电动机-发电机11，以及转换由电动机-发电机11生成的电能并且将所转换的电能供应到高电压电池1。
电动机-发电机11操作为启动电动机和发电机。电动机-发电机11在操作为启动电动机时，通过逆变器9接收来自高电压电池1的电能以开启发动机15的启动，并且通过车辆的再生制动而生成电能以对高电压电池1充电。电动机-发电机11在接收来自预加热控制器100的电动机信息请求时，通过网络与预加热控制器100通信，以传输电动机规格作为电动机信息。在这里，电动机规格是用于确定电动机是否为安装在轻度型混合动力车辆上的电动机的预存储信息。
离合器13被部署在电动机-发电机11与发动机15之间，以根据驱动模式使得电动机-发电机11与发动机15结合和分离。作为柴油机的电动机15在启动时通过预加热塞300被预加热，其中柴油机使用柴油作为燃料。
APS 17感测加速踏板的位置，并且BPS 19感测减速踏板是否被致动以及减速踏板的踩踏力。在本公开中，作为示例描述了通过BPS 19感测减速踏板是否被致动的情况，但本公开并不限于此，并且可通过制动器灯开关(其在操作减速踏板时被打开/关闭)感测减速踏板是否被致动。
预加热控制器100通过使用车辆驱动信息来识别轻度混合动力车辆和滑行驱动模式，并且根据滑行驱动时间生成占空控制信号(CPWM)。在这里，车辆驱动信息包括电池信息、电动机信息、关于加速和减速踏板的致动的信息、离合器13的结合/分离状态信息和发动机15的启动开启/关闭状态信息。
为此，预加热控制器100请求来自转换器控制器7的电池信息，并请求来自电动机-发电机11的电动机信息。预加热控制器100根据电池信息和电动机信息检测是否为轻度混合动力车辆。例如，当高电压电池1被安装在车辆上并且电动机-发电机11被安装在轻度混合动力车辆上时，预加热控制器100识别当前车辆为轻度混合动力车辆。
此外，预加热控制器100通过APS 17和BPS 19检测加速和减速踏板是否被致动，并且检测离合器13的结合/分离状态和发动机15的启动开启/关闭状态以检测是否为滑行驱动。当加速和减速踏板未被操作、离合器13处于分离状态并且发动机15的启动为关闭时，预加热控制器100确定轻度混合动力车辆进入滑行驱动模式。
预加热控制器100控制查找表(LUT)，该查找表用于存储每个滑行驱动时间的预加热时间信息，并且从查找表(LUT)中提取对应于滑行驱动时间的预加热时间信息以生成占空控制信号(CPWM)。在这里，如图3所示(在这里，a<b<c<d)，在查找表(LUT)中，当预加热塞300可被加热时，根据在占空比间隔内的滑行驱动时间来设置占空比a％、b％、c％和d％(预加热时间)。同时，预加热控制器100接收来自驱动器200的诊断信号(SDI)以确定预加热塞300是否发生故障。
驱动器200根据点火开关打开信号(IGon)被致动，并且低电压电池5的电能根据占空控制信号(CPWM)被供应到预加热塞300。具体地，如图4所示，驱动器200包括电源单元210、脉冲控制单元220和开关单元230。电源单元210接收点火开关打开信号(IGon)以将低电压电池5的电能转换成操作脉冲控制单元220所需的电压电平并供应电能。
脉冲控制单元220根据占空控制信号(CPWM)生成脉宽调制信号(SPWM)，并且将所生成的脉宽调制信号(SPWM)传输到开关单元230。开关单元230根据脉宽调制信号(SPWM)将低电压电池5的电能供应到预加热塞300。在这里，开关单元230包括电源开关元件，例如，场效应晶体管(FET)。
图5是示出根据本公开实施例的用于预加热轻度混合动力车辆的发动机的方法的流程图。
如图5所示，首先，预加热控制器100通过向转换器控制器7请求电池信息来接收该电池信息，并且通过向电动发动机11请求电动机信息来接收该电动机信息。预加热控制器100根据电池信息和电动机信息确定是否为轻度混合动力车辆(步骤S1)。
根据确定结果，对于轻度混合动力车辆的情况，预加热控制器100识别车辆的驱动状态(步骤S2)。例如，预加热控制器100可识别发动机15的燃料供应状态、发动机15的启动开启/关闭状态、发动机15的RPM、车速等。
接着，预加热控制器100确定车辆是否进入滑行驱动模式(步骤S3)。当加速和减速踏板未被操作、离合器13处于分离状态并且发动机15的启动为关闭时，预加热控制器100可确定车辆切换至滑行驱动模式。
根据确定结果，当车辆进入滑行驱动模式时，预加热控制器100检测滑行驱动时间Tc(步骤S4)。例如，预加热控制器100可检测当离合器13分离且发动机15的启动为关闭时的时间作为滑行驱动开始时间，并且检测离合器13结合且发动机15的启动为开启时的时间作为滑行驱动完成时间。另外，预加热控制器100可计算从滑行驱动开始时间到滑行驱动完成时间的周期作为滑行驱动时间Tc。
接着，当滑行驱动时间Tc小于第一设置时间T1时(步骤S5)，预加热控制器100从查找表(LUT)中提取对应于占空比a％的预加热时间信息以生成占空控制信号(CPWM)(步骤S6)。
然后，驱动器200以占空比a％生成脉宽调制信号(SPWM)，并且低电压电池5的电能根据脉宽调制信号(SPWM)而被供应到预加热塞300以预加热发动机15(步骤S7)。
另外，当滑行驱动时间Tc等于或大于第一设置时间T1并且小于第二设置时间T2时(步骤S8)，预加热控制器100从查找表(LUT)中提取对应于占空比b％的预加热时间信息以生成占空控制信号(CPWM)(步骤S9)。
然后，驱动器200以占空比b％生成脉宽调制信号(SPWM)，并且低电压电池5的电能根据脉宽调制信号(SPWM)而被供应到预加热塞300以预加热发动机15(步骤S10)。
此外，当滑行驱动时间Tc等于或大于第二设置时间T2并且小于第三设置时间T3时(步骤S11)，预加热控制器100从查找表(LUT)中提取对应于占空比c％的预加热时间信息以生成占空控制信号(CPWM)(步骤S12)。
然后，驱动器200以占空比c％生成脉宽调制信号(SPWM)，并且低电压电池5的电能根据脉宽调制信号(SPWM)而被供应到预加热塞300以预加热发动机15(步骤S13)。
此外，当滑行驱动时间Tc等于或大于第三设置时间T3时(步骤S14)，预加热控制器100从查找表(LUT)中提取对应于占空比d％的预加热时间信息以生成占空控制信号(CPWM)(步骤S15)。
然后，驱动器200以占空比d％生成脉宽调制信号(SPWM)，并且低电压电池5的电能根据脉宽调制信号(SPWM)而被供应到预加热塞300以预加热发动机15(步骤S16)。即，当预加热塞300可被加热时，预加热控制器100根据在占空比间隔内的滑行驱动时间Tc来有差别的控制预加热塞的预加热时间。例如，当滑行驱动时间Tc增加时，预加热控制器100以占空比a％、b％、c％和d％的顺序来控制预加热时间使加热时间更长。相反，当滑行驱动时间Tc减小时，预加热控制器100控制预加热时间使加热时间更短。因此，发动机15的燃烧室未过热，并且可阻止浪费由预加热塞300消耗的电能。
虽然已通过结合目前认为可实施的实施例描述了本公开，但应当理解，本公开不限于所公开的实施例，相反，而是旨在覆盖包括在所附权利要求的实质和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (13)

1.一种用于预加热轻度混合动力车辆的发动机的装置，其中所述轻度混合动力车辆包括：发动机、用于启动所述发动机的操作为启动电动机和发电机的电动机-发电机、高电压电池、低电压电池和部署在所述发动机与所述电动机-发电机之间的离合器，所述装置包括：
预加热塞，其预加热所述发动机；
预加热控制器，其基于车辆驱动信息来识别所述轻度混合动力车辆，基于所述车辆驱动信息来确定所述轻度混合动力车辆是否进入滑行驱动模式，以及当所述轻度混合动力车辆在所述滑行驱动模式下被驱动时，根据滑行驱动时间生成占空控制信号；以及
驱动器，其根据所述生成的占空控制信号将所述低电压电池的电能供应到所述预加热塞，
其中，当滑行驱动时间增加时，所述预加热控制器控制所述预加热塞的预加热时间使加热时间更长，并且当滑行驱动时间减小时，所述预加热控制器控制预加热时间使加热时间更短。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述车辆驱动信息包括：表示是否安装所述高电压电池的电池信息、表示所述电动机-发电机的规格的电动机信息、所述轻度混合动力车辆的加速和减速踏板的致动信息、所述离合器的结合和分离状态信息以及所述发动机的启动状态信息。
3.根据权利要求2所述的装置，其中：
所述轻度混合动力车辆包括由转换器控制器控制的DC/DC转换器，所述DC/DC转换器转换所述高电压电池的电能，并且将所述转换后的电能供应到所述低电压电池，以及
所述预加热控制器通过网络接收来自所述转换器控制器的电池信息，通过网络接收来自所述电动机-发电机的电动机信息，并且基于所述电池信息和电动机信息来识别所述轻度混合动力车辆。
4.根据权利要求2所述的装置，其中当所述加速和减速踏板未被操作、所述离合器处于分离状态并且所述发动机熄火时，所述预加热控制器确定所述轻度混合动力车辆进入所述滑行驱动模式。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述预加热控制器控制查找表，所述查找表存储用于每个滑行驱动时间的预加热时间信息。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述预加热控制器从所述查找表中提取对应于所述滑行驱动时间的预加热时间信息，并且生成所述预加热时间信息作为所述占空控制信号。
7.根据权利要求5所述的装置，其中所述驱动器包括脉冲控制单元和开关单元，所述脉冲控制单元根据所述占空控制信号生成脉宽调制信号，所述开关单元根据所述脉宽调制信号被接通/关断以将所述低电压电池的电能传送到所述预加热塞。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述脉冲控制单元以对应于所述预加热时间信息的占空比生成所述脉宽调制信号。
9.一种用于加热轻度混合动力车辆的发动机的方法，其中所述轻度混合动力车辆包括：发动机、用于启动所述发动机的操作为启动电动机和发电机的电动机-发电机、高电压电池、低电压电池和部署在所述发动机与所述电动机-发电机之间的离合器，所述方法包括以下步骤：
收集车辆驱动信息；
基于所述车辆驱动信息来识别所述轻度混合动力车辆；
基于所述车辆驱动信息来确定所述轻度混合动力车辆是否进入滑行驱动模式；
检测当所述轻度混合动力车辆进入所述滑行驱动模式时的滑行驱动时间；
根据所述滑行驱动时间生成用于控制预加热时间的占空控制信号；以及
根据所述生成的占空控制信号将所述低电压电池的电能供应到预加热塞，
其中，当滑行驱动时间增加时，控制预加热时间使加热时间更长，并且当滑行驱动时间减小时，控制预加热时间使加热时间更短。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述车辆驱动信息包括：表示是否安装所述高电压电池的电池信息、表示所述电动机-发电机的规格的电动机信息、所述轻度混合动力车辆的加速和减速踏板的致动信息、所述离合器的结合和分离状态信息以及所述发动机的启动状态信息。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述确定轻度混合动力车辆是否进入滑行驱动模式的步骤包括：
当所述加速和减速踏板未被操作、所述离合器处于分离状态并且所述发动机熄火时，确定所述轻度混合动力车辆进入所述滑行驱动模式。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述检测滑行驱动时间的步骤包括：
当所述离合器分离并且所述发动机熄火时，检测所述滑行驱动模式的开始时间，以及
当所述离合器结合并且所述发动机启动时，检测所述滑行驱动模式的结束时间。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述将低电压电池的电能供应到所述预加热塞的步骤包括：
根据所述占空控制信号以对应于所述预加热时间的占空比生成脉宽调制信号；以及
通过根据所述脉宽调制信号被接通/关断的开关元件，将所述低电压电池的电能传送到所述预加热塞。
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