CN107345500A - 用于发动机控制的方法与系统 - Google Patents

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CN107345500A CN201710269516.XA CN201710269516A CN107345500A CN 107345500 A CN107345500 A CN 107345500A CN 201710269516 A CN201710269516 A CN 201710269516A CN 107345500 A CN107345500 A CN 107345500A
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Abstract

本发明涉及用于发动机控制的方法与系统。提供用于增强在混合动力车辆系统中的可变压缩比发动机的益处的方法和系统。在发动机上拉和下拉期间，车辆控制器可以将所述发动机保持在较低压缩比，特别是当穿过其中能够发生压缩跳动的低速区域时。在发动机操作期间，响应于驱动器需求的改变，所述控制器可以选择切换所述压缩比或维持当前压缩比，同时使用马达扭矩来平稳扭矩不足，所述选择基于燃料经济性。

Description

用于发动机控制的方法与系统
技术领域
本说明书总体涉及用于控制混合动力车辆系统中的发动机压缩比的方法和系统。
背景技术
内燃发动机的压缩比被定义为当活塞处于下死点(BDC)时的汽缸容积与活塞处于上死点(TDC)时的汽缸容积的比率。通常，压缩比越高，内燃发动机的热效率越高。这进而导致改善的燃料经济性以及发动机的输出能量与输入能量的较高比率。在常规发动机中，压缩比是固定的，并且因此在工况下不可优化发动机效率以便改善燃料经济性和发动机功率性能。
已经开发各种技术，以便使得发动机的压缩比能够随着发动机工况而变化。Yoshida等人在US 7,258,099中示出了一种示例方法。其中，使用凸轮正时调整来改变有效压缩比。例如，使用进气门延迟关闭来减小有效压缩比。另外其他方法(诸如Kamada等人在US20130055990中所示的方法)依赖于活塞位移改变机构，其更靠近或进一步远离汽缸盖移动活塞，由此改变燃烧室的尺寸。
然而，本文的发明人已经认识到有关此类方法的潜在问题。作为一个示例，可能存在与Yoshida的凸轮正时调整相关联的约束和折衷，诸如在期望低压缩比时的减小的容积效率、扭矩和功率。另一个问题在于操作者踏板需求的频繁变化可致使发动机负载来回移动，从而导致压缩比之间的频繁切换。过多的压缩比切换能够由于转换期间发生的损失而使燃料经济性下降。在发动机遇到多个发动机上拉(pull-up)和下拉(pull-down)(诸如在频繁的起动/停止事件期间)的情况下，在混合动力车辆中这个问题可被加剧。上拉和下拉期间的燃料损失可与发动机的泵送和摩擦功成比例。与频繁的发动机上拉和下拉相关联的另一个问题在于当发动机穿过低速度范围(例如，在300rpm-500rpm之间)时能够发生跳动(bobble)。这种快速和重复的临时速度波动(相对于穿过窗口的平均速度改变)是由于来自在该速度范围内激励车辆的发动机压缩-膨胀循环的扭矩脉动，特别是在具有发动机与车轮之间的直接机械连接的公共混合动力动力系设计(诸如动力分配)中。
发明内容
本文的发明人已经认识到，能够在混合动力车辆系统中利用可变压缩比(VCR)发动机(诸如配置有机械地改变燃烧室活塞位置的机构的发动机)，以便减少发动机上拉和下拉事件期间的压缩比而不受相关联的约束和折衷的阻碍。同时，能够利用电池电力来减小压缩比切换的频率。在一个示例中，可以通过用于混合动力车辆系统的方法来改善燃料经济性，所述方法包括：响应于驱动器/驾驶员(driver)需求，在经由马达扭矩推进车辆和经由发动机扭矩推进车辆之间转变；以及在转变期间，当发动机转速等于或低于阈值转速时，经由机械调整将发动机转换到较低压缩比。另外，控制器可以至少基于系统电池荷电状态，在维持给定压缩比或转换到另一个压缩比之间进行选择。因此，能够减少频繁的压缩比切换。
作为示例，混合动力车辆系统可以配置有用于经由马达扭矩推进车轮的电池供电的电动马达、以及用于经由发动机扭矩推进车轮的VCR发动机。VCR发动机可以包括用于机械地改变发动机的压缩比(诸如通过改变活塞在汽缸内的位置、或改变汽缸盖容积(作为非限制性示例))的VCR机构。在发动机被上拉(诸如在从电气模式转换到发动机模式期间)的情况以及发动机被下拉(诸如在从发动机模式转换到电气模式期间)的情况期间，可能通过较低压缩比来操作发动机。特别地，可以在发动机上拉期间选择和保持较低压缩比设置，直到发动机转速超过跳动区域(例如，在300rpm-500rpm之间)。类似地，在发动机下拉期间，发动机可以刚好在发动机进入跳动区域之前转换到较低压缩比设置。一旦在跳动区域之外，车辆控制器就可以选择为给定扭矩需求提供最高燃料经济性的压缩比。例如，这可以包括响应于扭矩需求改变，提供发动机扭矩同时维持当前压缩比设置，并且同时附加地施加一定量的马达扭矩以便满足驱动器扭矩需求。
以此方式，能够减小车辆系统中的燃料经济性损失。在混合动力车辆中使用VCR技术的技术效果之一在于在频繁的发动机上拉和下拉期间，能够在较少的约束和折衷下减小压缩比。在开始/停止事件期间的较低压缩比导致较低汽缸压力，这减少了泵唧功(用于使汽缸空气压缩和膨胀的功)、活塞环摩擦和活塞侧负载，由此提高了燃料经济性。另外，减少发动机上拉/下拉期间的热传递损失和漏气，从而降低压缩/膨胀环路中的负缸内平均有效压力(IMEP)。这样使得能够减小摩擦损失和泵送损失，并且可以改善噪音、振动和不舒适性(NVH)。此外，通过在较低发动机转速区域中施加较低压缩比，减小了扭矩脉动(诸如当发动机穿过跳动区域时发生的那些)。在所选择的发动机工况期间，使用电池电力以满足驱动器需求同时维持发动机压缩比的技术效果在于能够减小压缩比切换。另外，尽管驱动器或车轮扭矩需求变化，也能够延长以更加燃料有效的压缩比进行的发动机操作。
应理解，以上简述被提供用于以简化形式引入在详细描述中进一步描述的概念的选择。这并不意味着识别要求保护的主题的关键或本质特征，所述要求保护的主题的范围由随附的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决以上或在本公开中的任何部分提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出用于混合动力电动车辆的示例推进系统。
图2示出局部发动机视图。
图3示出用于在混合动力电动车辆中的发动机上拉和下拉事件期间机械地调整发动机压缩比的高级流程图。
图4示出用于通过使用马达扭矩来协调发动机压缩比调整以用于提高混合动力电动车辆中的燃料经济性的高级流程图。
图5示出压缩比使用的示例映射图。
图6示出可用于决定在扭矩转换期间是否切换发动机压缩比的示例图。
图7示出在混合动力车辆系统的操作期间的示例压缩比调整。
具体实施方式
以下描述涉及用于改善混合动力车辆系统(诸如图1的车辆系统)中的燃料经济性的系统和方法。如参照图2的发动机系统所描述的，车辆系统可以包括配置有可变压缩比(VCR)机构的发动机，所述可变压缩比(VCR)机构能够经由机械调整而使发动机的压缩比变化。控制器可以被配置为执行控制例程(诸如图3的示例例程)，以便在发动机上拉和下拉事件期间降低发动机的压缩比，从而减少相关联的泵送损失和NVH。控制器还可以响应于驱动器需求改变来执行例程(诸如图4的示例例程)，以便在转换到另选压缩比与维持当前压缩比之间进行选择，同时使用马达扭矩来满足需求不足。参照图5-图6示出示例映射图，控制器可以使用所述示例映射图来选择压缩比。图7中示出通过压缩比调整进行的示例混合动力车辆操作。以此方式，VCT技术能够与混合动力车辆技术相结合以便实现显着的燃料经济性改善。
图1描绘用于车辆的混合动力推进系统100。在所描绘的实施例中，车辆是混合动力电动车辆(HEV)，但另选实施例可以包括使用液压、气动、飞轮或其他能量储存系统和马达的混合动力车辆。推进系统100包括具有多个汽缸30的内燃发动机10。可以从燃料系统(未示出)向发动机10的每个汽缸提供燃料，所述燃料系统包括一个或多个燃料箱、一个或多个燃料泵和喷射器66。参考图2提供发动机的详细实施例。
发动机10经由扭矩输入轴18向变速器44递送动力。在所描绘的示例中，变速器44是包括行星齿轮组22和一个或多个旋转齿轮元件的动力分配变速器(或驱动桥)。变速器44还包括发电机24和电动马达26。由于其各自可以作为马达或发电机操作，发电机24和电动马达26也可以称为电动机器。扭矩从变速器44输出，以用于经由动力传输传动装置34、扭矩输出轴19、以及差速器和车轴组件36推进车辆牵引轮52。
发电机24可驱动地连接到电动马达26，以使得发电机24和电动马达26中的每一个可以使用来自电能储存装置(在本文被描述为电池54)的电能来操作。在一些实施例中，诸如逆变器的能量变换装置可以联接在电池与马达之间，以便将电池的DC输出变换成AC输出以供电动马达使用。然而，在另选实施例中，逆变器可以被配置在电动马达中。由于行星齿轮组的机械性能，发电机24可以由行星齿轮组22的动力输出元件(在输出侧)经由机械连接32驱动，如以下进一步阐述的。
电动马达26可以以再生模式操作，即作为发电机操作，以便吸收来自车辆运动和/或发动机的能量，并且将所吸收的动能变换成适于储存在电池54中的能量形式。此外，根据需要，电动马达26可以作为马达或发电机操作，以便增加或吸收由发动机提供的扭矩，诸如在发动机10在不同燃烧模式之间的转换期间(诸如，在火花点火模式与压缩点火模式之间的转换期间)。例如，在发动机扭矩输出高于驱动器需求的情况期间，扭矩差可以在马达处被吸收并且用于给电池充电，从而使扭矩瞬变平稳(smoothing)。
行星齿轮组22包括环齿轮42、太阳齿轮43和行星齿轮架组件46。环齿轮和太阳齿轮可以经由齿轮架彼此联接。行星齿轮组22的第一输入侧联接到发动机10，而行星齿轮组22的第二输入侧联接到发电机24。经由包括一个或多个啮合齿轮元件60-68的动力传输传动装置34，行星齿轮组的输出侧联接到车辆牵引轮52。在一个示例中，啮合齿轮元件60-68可以是步进变速齿轮，其中齿轮架组件46可将扭矩分配到步进变速齿轮。齿轮元件62、64和66安装在中间轴17上，其中齿轮元件64接合电动马达驱动的齿轮元件70。电动马达26驱动齿轮元件70，其作为用于中间轴传动装置的扭矩输入。以此方式，行星齿轮架46(以及因此发动机和发电机)可经由一个或多个齿轮元件联接到车轮和电动机。
混合动力推进系统100可以在包括全混合动力系统的各种实施例中操作，其中车辆仅由发动机和发电机协调地驱动、或仅由电动马达驱动、或由二者组合驱动。另选地，也可以采用辅助或轻度混合动力实施例，其中发动机是主要扭矩源，并且电动马达在特定情况期间(诸如在踩加速踏板事件期间)选择性地增加扭矩。因此，混合动力推进系统100可以以各种操作模式操作。
例如，车辆可以以第一发动机起动模式驱动，所述第一发动机起动模式在本文中也称为“发动机”模式，其中发动机10与发电机(其向行星齿轮组提供反作用扭矩并且允许用于推进的净行星输出扭矩)结合操作，并且用作给车轮52供电的主要扭矩源(如果在马达驱动模式下，则发电机也可以向车轮提供扭矩)。在“发动机”模式期间，燃料可以经由燃料喷射器66从燃料箱被供应到发动机10，以使得发动机能够在加燃料的情况下旋转以便提供用于推进车辆的扭矩。具体地说，发动机动力被递送到行星齿轮组的环齿轮。巧合的是，发电机向太阳齿轮43提供扭矩，从而产生对发动机的反作用扭矩。因此，扭矩通过行星齿轮架被输出到中间轴17上的齿轮62、64、66，这进而将动力递送到车轮52。任选地，发动机能够被操作用于输出比推进所需的更大的扭矩，在这种情况下，附加功率由发电机吸收(在发电模式下)以便给电池54充电或为其他车辆负载供应电力。在这种模式下，仅使用发动机扭矩来推进车轮。
在另一个示例中，可以以第二发动机起动模式(本文中也称为“辅助”模式)驱动车辆。在辅助模式期间，发动机10被操作并且用作给车轮52供电的主要扭矩源，以及电动马达用作附加扭矩源，以便与发动机10协作地起作用并且补充由发动机10提供的扭矩。在“辅助”模式期间，如在仅发动机模式下，将燃料供应到发动机10，以便在加燃料的情况下使发动机旋转并且向车轮提供扭矩。在这种模式下，发动机扭矩和马达扭矩中的每一个用于推进车轮。
在另一个示例中，可以以发动机关闭模式(在本文中也称为电气模式)驱动车辆，其中电池供电的电动马达26被操作并且被用作驱动车轮52的唯一扭矩源。这样，在发动机关闭模式期间，不管发动机是否旋转都没有燃料被喷射到发动机10中。例如，当以稳定车辆速度巡游、制动期间、低速下的灯加速、在交通灯处停止时等，可以采用“发动机关闭”模式。具体地说，将马达动力递送到齿轮元件70，所述齿轮元件70进而驱动中间轴17上的齿轮元件并且在其上驱动车轮52。在这种模式下，仅使用马达扭矩来推进车轮。
推进系统100还可以包括控制系统，所述控制系统包括控制器12，控制器被配置为从多个传感器16(其各种示例在本文中描述)接收信息，并且将控制信号发送到多个致动器81(其各种示例在本文中描述)。作为一个示例，传感器16可以包括各种压力传感器和温度传感器、燃料水平传感器、各种排气传感器以及诸如参考图2描述的那些传感器的其他传感器。各种致动器可以包括：例如，变速器齿轮组、汽缸燃料喷射器、联接到发动机进气歧管的进气节气门以及诸如参照图2所描述的那些致动器的其他致动器。控制器12可以从各种传感器接收输入数据、处理输入数据，并且响应于处理的输入数据，基于对应于一个或多个例程的在其中编程的指令或代码来触发致动器。在本文中关于图3-图4描述了示例性控制例程。
图2描绘内燃发动机10(诸如图1的发动机10)的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可以从包括控制器12的控制系统接收控制参数，并且经由输入装置132从车辆操作者130接收输入。在此示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸(在本文也是“燃烧室”)14可包括燃烧室壁136，活塞138定位在燃烧室壁中。活塞138可联接到曲轴140，以使得活塞的往复运动转化成曲轴的旋转运动。曲轴140可经由变速器系统联接到载客车辆的至少一个驱动轮。另外，起动器马达可经由飞轮联接到曲轴140以便启用发动机10的起动操作。
发动机10可以被配置为可变压缩比(VCR)发动机，其中每个汽缸的压缩比(CR)(即当活塞处于下死点(BDC)时的汽缸容积与活塞处于上死点(TDC)时的汽缸容积的比率)可以被机械地改变。可以经由使VCR机构204致动的VCR致动器202来改变发动机的CR。在一些示例实施例中，CR可以在第一较低CR(其中当活塞处于BDC时的汽缸容积与当活塞处于TDC时的汽缸容积的比率是较小的)与第二较高CR(其中所述比率较高)之间变化。在其他的示例、实施例中，可存在预定数量的分级(stepped)压缩比。更进一步地，CR可以在第一较低CR与第二较高CR之间连续可变(到之间的任何CR)。
在一个示例中，VCR机构204联接到活塞138。其中，可以经由改变活塞TDC位置的VCR机构来改变发动机的CR。例如，活塞138可经由活塞位置改变VCR机构联接到曲轴140，所述机构更靠近或进一步远离汽缸盖移动活塞，从而改变燃烧室14的尺寸。在一个示例中，改变活塞在燃烧室内的位置也改变了活塞在汽缸内的相对位移。活塞位置改变VCR机构可以联接到常规的曲柄系统或非常规的曲柄系统。VCR机构可联接到的非常规曲柄系统的非限制性示例包括：可变距离盖曲轴、可变高度活塞顶、可变长度连杆和可变运动长度曲轴。在一个示例中，曲轴140可以被配置为偏心轴。在另一个示例中，偏心件可以联接到活塞销或在活塞销区域中，偏心件改变活塞在燃烧室内的位置。偏心件的移动可以通过活塞杆中的油道来控制。
应当理解，可以使用机械地改变压缩比的另外其他VCR机构。例如，可以经由改变汽缸盖容积(即汽缸盖中的间隙容积)的VCR机构来改变发动机的CR。应当理解，如本文所使用的，VCR发动机可以被配置为经由改变活塞位置或汽缸盖容积的机械调整来调整发动机的CR。这样，VCR机构不包括经由对气门或凸轮正时的调整而实现的CR调整。
通过调整活塞在汽缸内的位置，能够改变发动机的有效(静态)压缩比(即TDC时的汽缸容积与BDC时的汽缸容积之间的差异)。在一个示例中，减少压缩比包括通过增加活塞顶部与汽缸盖之间的距离来减小活塞在燃烧室内的位移。例如，通过控制器发送信号以便将VCR机构致动到其中活塞在燃烧室内具有较小有效位移的第一位置，发动机可以以第一较低压缩比操作。作为另一个示例，通过控制器发送信号以便将VCR机构致动到其中活塞在燃烧室内具有较大有效位移的第二位置，发动机可以以第二较高压缩比操作。如本文所阐述的，可以有利地使用发动机压缩比的改变，以便在图1的混合动力车辆系统中减少泵送损失并且改善燃料经济性。此外，可以使用压缩比调整来减小扭矩脉动、解决爆震、并且改善燃料效率。
汽缸14能够经由一系列进气通道142、144和146接收进气。除了汽缸14之外，进气通道146还能够与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，进气通道中的一个或多个可以包括增压装置(诸如涡轮增压器或机械增压器)。例如，图2示出配置有涡轮增压器的发动机10，所述涡轮增压器包括布置在进气通道142与144之间的压缩机174和沿排气通道148布置的排气涡轮机176。可以通过排气涡轮机176经由轴180至少部分地给压缩机174提供动力，其中增压装置被配置为涡轮增压器。然而，在其他示例中，诸如其中发动机10设置有机械增压器的示例，可以任选地省略排气涡轮机176，其中可通过来自发动机的马达的机械输入给压缩机174提供动力。可以沿着发动机的进气通道设置包括节流板164的节气门20，以用于改变向发动机汽缸提供的进气的流速和/或压力。例如，如图2所示，节气门20可以设置在压缩机174的下游，或另选地可以设置在压缩机174的上游。
除了汽缸14之外，排气通道148还能够从发动机10的其他汽缸接收排气。排气传感器128被示出为联接到排放控制装置178上游的排气通道148。例如，传感器128可以从用于提供排气空气/燃料比指示的各种合适传感器中选择，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽范围排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO(如所描绘的)、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三效催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
可以通过位于排气通道148中的一个或多个温度传感器(未示出)来估计排气温度。另选地，可以基于诸如速度、负载、空气-燃料比(AFR)、火花延迟等的发动机工况来推断排气温度。此外，可以通过一个或多个排气传感器128来计算排气温度。可以理解，可以另选地通过本文列出的温度估计方法的任何组合来估计排气温度。
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，示出了汽缸14包括位于汽缸14的上部区域处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)可以包括位于汽缸的上部区域处的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
可通过控制器12经由凸轮致动系统151经凸轮致动来控制进气门150。类似地，可通过控制器12经由凸轮致动系统153来控制排气门156。凸轮致动系统151和153可各自包括一个或多个凸轮，并且可利用以下中的一个或多个：凸轮廓线变换系统(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，其可以被控制器12操作以便改变气门操作。气门位置传感器155和157可分别确定进气门150和排气门156的位置。在另选实施例中，进气门和/或排气门可以被电动气门致动控制。例如，汽缸14可以另选地包括经由电动气门致动控制的进气门，以及经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。在另外的其他实施例中，进气门和排气门可以由公共气门致动器或致动系统、或可变气门正时致动器或致动系统被控制。
汽缸14可以具有压缩比，该压缩比是活塞138处于底部中心时的容积与活塞138处于顶部中心时的容积的比率。通常，压缩比在9:1至10:1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，可以增加压缩比。例如，这可在使用较高辛烷值的燃料或具有较高潜在蒸发焓的燃料时发生。如果由于其对发动机爆震的影响而使用直接喷射，则压缩比也可增加。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于启动燃烧的火花塞192。在选择操作模式下，点火系统190能够响应于来自控制器12的火花提前信号SA，经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。然而，在一些实施例中，可以省略火花塞192，诸如在发动机10可以通过自动点火或通过喷射燃料来启动燃烧的情况下(如同一些柴油发动机中的情况)。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置有用于向其提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性示例，汽缸14被示出包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166被示出为直接联接到汽缸14，以用于将燃料与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例直接喷射在汽缸14中。以此方式，燃料喷射器166提供所谓的燃料到燃烧汽缸14中的直接喷射(以下也被称为“DI”)。尽管图2示出了作为侧喷射器的喷射器166，但其也可以位于活塞的顶部，诸如靠近火花塞192的位置。由于一些醇基燃料的挥发性较低，这种位置可以在通过醇基燃料操作发动机时改善混合和燃烧。另选地，喷射器可以位于进气门的顶部和附近以便改善混合。可以将燃料从包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的高压燃料系统8递送到燃料喷射器166。另选地，可通过单级燃料泵在较低压力下递送燃料，在这种情况下，与如果使用高压燃料系统相比，直接燃料喷射的正时在压缩冲程期间可更受限制。此外，尽管未示出，燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力传感器。将理解，在另选实施例中，喷射器166可以是将燃料提供到汽缸14上游的进气道中的进气道喷射器。
还将理解的是，虽然所描绘的实施例示出了通过经由单个直接喷射器喷射燃料来操作发动机，但是在另选实施例中，可以通过使用两个或更多个喷射器(例如，每个汽缸一个直接喷射器和一个进气道喷射器，或每个汽缸两个直接喷射器/两个进气道喷射器等)并且改变从每个喷射器进入汽缸的相对喷射量来操作发动机。
燃料可以在汽缸的单个循环期间由喷射器递送到汽缸。此外，从喷射器递送的燃料的分布和/或相对量可随工况而变化。此外，对于单次燃烧事件，每个循环可以对所递送的燃料执行多次喷射。可以在压缩冲程、进气冲程或其任何适当的组合期间执行多次喷射。另外，在循环期间可以喷射燃料以便调整燃烧的空气与喷射的燃料的比(AFR)。例如，可以喷射燃料以便提供化学计量的AFR。可以包括AFR传感器以便提供对缸内AFR的估计。在一个示例中，AFR传感器可以是排气传感器，诸如EGO传感器128。通过测量排气中的残留氧气(针对贫混合物)或未燃碳氢化合物(针对富混合物)的量，传感器可以确定AFR。这样，AFR可以被提供作为兰姆达(λ)值，即作为给定混合物的实际AFR与化学计量比的比率。因此，1.0的λ指示化学计量混合物，比化学计量混合物富的(混合物)可以具有小于1.0的λ值，并且比化学计量混合物贫的(混合物)可以具有大于1的λ值。
如上所述，图2仅示出了多缸发动机的一个汽缸。这样，每个汽缸可以类似地包括其自身的一组进气/排气门、(一个或多个)燃料喷射器、火花塞等。
燃料系统8中的燃料箱可保持具有不同燃料品质的燃料，诸如不同燃料组分。这些差异可包括不同醇含量、不同辛烷、不同蒸发热、不同燃料共混物和/或其组合等。
发动机10还可以包括联接到每个汽缸14的爆震传感器90，以用于识别异常的汽缸燃烧事件。在另选实施例中，一个或多个爆震传感器90可以联接到发动机缸体的选定位置。爆震传感器可以是汽缸体上的加速计，或者是被配置在每个汽缸的火花塞中的电离传感器。爆震传感器的输出可以与曲轴加速传感器的输出组合，以便指示汽缸中的异常燃烧事件。在一个示例中，基于爆震传感器90在一个或多个限定窗口(例如，曲柄角正时窗口)中的输出，可以识别和区分由于爆震和预点火中的一个或多个引起的异常燃烧。此外，可以相应地解决异常燃烧。例如，可以通过减小压缩比和/或延迟火花正时来解决爆震，同时通过富集发动机或限制发动机负载来解决预点火。在一个示例中，可以通过减小压缩比同时维持火花正时直到达到阈值压缩比来解决爆震，并且此后，可以通过在维持或增大压缩比的同时延迟火花正时来解决进一步的爆震。
参考图2，控制器12被示出为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU)106、输入/输出端口(I/O)108、在此特定示例中示为只读存储器芯片(ROM)110的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机访问存储器(RAM)112、保活存储器114(KAM)以及数据总线。控制器12可以从联接到发动机10的传感器接收各种信号，除先前讨论的那些信号之外，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)的测量值；来自联接到冷却套管118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自联接到曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型的传感器)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；来自传感器124的绝对歧管压力信号(MAP)、来自EGO传感器128的汽缸AFR，以及来自爆震传感器90和曲轴加速传感器的异常燃烧。可通过控制器12从信号PIP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可用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。控制器12从图1-2的各种传感器接收信号并且采用图1-2的各种致动器，以便基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调整发动机操作。例如，调整发动机的压缩比可以包括调整联接到VCR机构的VCR致动器，所述VCR致动器机械地改变活塞的位置以便更靠近或进一步远离汽缸盖移动活塞，由此改变燃烧室的容积。
非瞬态存储介质只读存储器110能够通过表示可由处理器106执行的指令的计算机可读数据来编程，以用于执行以下所描述的方法以及预期但未具体列出的其他变体。
以此方式，图1-图2的系统提供了一种混合动力车辆系统，其包括：经由电池供电的电动马达；包括多个汽缸的发动机；用于机械地改变汽缸内的活塞位置的VCR机构；经由马达扭矩和发动机扭矩中的一个或多个推进的车轮；用于接收操作者扭矩需求的踏板位置传感器；以及控制器。控制器可以被配置有存储在非瞬态存储器上的计算机可读指令，以用于：响应于在经由马达扭矩推进车轮时接收的操作者扭矩需求的增加，在加燃料的情况下使发动机从静止起旋，同时将发动机保持在较低压缩比直到达到阈值发动机转速，并且然后将发动机转换到较高压缩比；以及响应于在经由发动机扭矩推进车轮时接收的操作者扭矩需求的增加，将发动机维持在较高的压缩比直到电池荷电状态低于阈值，并且然后转换到较低压缩比。控制器可以包括另外的指令以用于：通过将VCR机构致动到其中发动机具有较小压缩比的第一位置，以第一压缩比操作发动机；以及通过将VCR机构致动到其中发动机具有较大压缩比的第二不同位置，以第二压缩比操作发动机。控制器还可以包括另外的指令以用于：响应于在经由发动机扭矩以较低压缩比推进车轮时接收的操作者扭矩需求的减少，将发动机维持在较低压缩比直到电池荷电状态低于阈值，并且然后转换到较高的压缩比。混合动力车辆系统还可以包括联接到发动机缸体的爆震传感器，并且控制器可以包括另外的指令以用于：基于爆震传感器的输出指示发动机爆震；以及响应于爆震的指示，以较低压缩比操作发动机，同时将火花正时维持在峰值扭矩正时。控制器可以包括另外的指令以用于响应于爆震的进一步指示，延迟火花正时，同时维持较低压缩比。
将理解的是，虽然相对于具有电致动马达的混合动力电动车辆讨论了本文公开的示例，但这并不意味着是限制性的，并且相同的方法可以应用于其他混合动力车辆系统，诸如包括飞轮、液压和/或气动马达的混合动力车辆系统。类似地，任何能量储存系统可用于提供马达扭矩，包括但不限于系统电池。
现在转到图3，描述了示例例程300，其用于在混合动力车辆系统中通过马达操作来协调对配置有活塞调整机构的发动机的压缩比的调整。所述方法能够在混合动力车辆中的发动机上拉和下拉事件期间减少NVH和泵送损失。另外，尽管驱动器扭矩需求改变，但也可以利用马达扭矩调整以便以燃料有效压缩比来延长发动机操作。基于存储在控制器的存储器上的指令并且结合从发动机系统的传感器(诸如以上参考图1-图2描述的传感器)接收的信号，控制器可以执行用于执行方法300以及本文包括的其他方法的指令。根据下述方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。
在302处，例程包括估计和/或测量车辆工况。例如，这些工况可以包括驱动器扭矩需求(诸如基于联接到操作者踏板的踏板位置传感器的输出)、环境温度、压力和湿度、发动机温度、电池荷电状态、燃料箱中的燃料水平、(一种或多种)可用燃料的燃料辛烷值等。另外，可以估计发动机工况，诸如歧管压力(MAP)、歧管空气流(MAF)、发动机温度、催化剂温度、进气温度、爆震极限等。
在304处，方法包括基于所估计的车辆工况来确定车辆操作模式。这包括响应于发动机工况(包括驱动器需求)在推进车辆马达扭矩与发动机扭矩之间转变。例如，当扭矩需求较低时、当燃料箱中的燃料水平较低时和/或当电池荷电状态较高时，可以选择电气操作模式。在电气模式下，可以仅经由来自由系统电池供电的电动马达的马达扭矩来推进车轮。作为另一个示例，当扭矩需求较高时、当燃料箱中的燃料水平较高时和/或当电池荷电状态较低时，可以选择发动机操作模式。在发动机模式下，可以仅经由来自发动机的发动机扭矩来推进车轮。此外，如果扭矩高于仅经由发动机扭矩能够提供的水平，则可以选择辅助模式。其中，可以经由马达扭矩和发动机扭矩中的每一个来推进车轮。
在306处，可以确认是否选择了电气模式。如果是，则在310处，方法包括经由马达扭矩推进车辆。在312处，在以电气模式操作时，可以确定是否存在准许向发动机模式转换的工况变化。例如，如果电池荷电状态下降到低于阈值并且电池必须被再充电，则可需要转换。如果不需要转换到发动机模式，则可以继续经由马达扭矩推进车辆。否则，例程可以移动到314，以便重新起动发动机并且以发动机模式操作，如下所述。
如果没有确认电气模式，则在308处，可以确认是否选择了发动机模式。如果是，则在314处，方法包括上拉发动机。换言之，从静止重新起动发动机。这包括起动转动发动机并且将燃料递送到发动机汽缸。特别地，在发动机上拉/重新起动事件期间，可以在较低压缩比下起动转动和操作发动机，至少直到达到阈值发动机转速。以较低压缩比操作发动机包括：控制器向联接到VCR机构的VCR致动器发送信号，以便将活塞位置机械地改变到其中活塞在汽缸内的有效位移较小的第一位置。例如，可以经由椭圆曲轴旋转和联接到活塞销的偏心件中的一个来减小压缩比。
在316处，可以确定发动机转速是否高于阈值转速。在本示例中，阈值转速是跳动速度。这可以是在低发动机转速范围内的速度，其中汽缸的压缩-膨胀循环能够激励车辆，从而导致NVH问题。例如，跳动可在300rpm-500rpm的范围内发生。这样，在318处，将发动机维持在较低压缩比直到达到跳动速度。较低压缩比降低了压缩-膨胀环路中的负IMEP，从而减少了以其他方式在发动机达到阈值转速时，由于汽缸的压缩-膨胀循环而将经历的扭矩脉动。另外，能够以较低的摩擦力、较少的传热损失和较低的泵送损失重新起动发动机。此外，在发动机重新起动时的较低压缩比导致较低汽缸压力，这降低了活塞环摩擦和活塞侧负载。
如果发动机转速高于跳动速度，则在320处，方法包括将发动机转换到较高压缩比。以较高压缩比操作发动机包括：控制器向联接到VCR机构的VCR致动器发送信号，以便将活塞位置机械地改变到其中活塞在汽缸内的有效位移较大的第二位置。例如，可以经由椭圆曲轴旋转和联接到活塞销的偏心件中的一个来增大压缩比。
将理解的是，尽管本示例提出了用于发动机的两个不同压缩比(第一较低压缩比和第二较高压缩比)，在另选示例中，能够致动VCR机构以便将活塞移动到第一位置与第二位置之间的任何位置，从而使得发动机能够以第一压缩比与第二压缩比之间的任何压缩比(并且包括第一压缩比和第二压缩比)操作。
同样在320处，当从第一压缩比转换到第二压缩比时，可以使用马达扭矩来使得扭矩瞬变平稳。以此方式，通过填充通过改变压缩比所引起的扭矩孔，使用电池电力使扭矩瞬变平稳。通过减少对火花延迟的需要，这导致附加的燃料经济性改善，所述火花延迟以其他方式被要求用于使扭矩瞬变平稳。
在322处，在通过发动机扭矩操作车辆时，可以确定发动机是否是爆震限制的(或有可能变成爆震限制的)。在一个示例中，如果爆震传感器(在爆震窗口中估计)的输出高于爆震阈值，则可以确定爆震指示。如果发动机是爆震限制的，则在326处，响应于爆震指示，方法包括减小压缩比并且以较低压缩比来操作发动机。例如，发动机可以从第二较高压缩比转换到第一较低压缩比，同时将火花正时维持在诸如峰值扭矩正时(诸如，在MBT)的目标正时、或对应于最佳效率正时的另选正时。如果爆震在已经减小压缩比之后持续，则响应于进一步的爆震指示，可延迟火花正时，同时将发动机维持在第一较低压缩比。在另选示例中，响应于原始的爆震指示，控制器可以减小压缩比，同时也延迟火花正时。这样，将理解的是，如果在接收到爆震指示时发动机已经处于第一压缩比，则控制器可以仅经由火花延迟来解决爆震。通过减小压缩比来解决爆震，可以减小所需火花延迟量，从而改善燃料经济性。
在另选示例中，响应于爆震指示，可以减小压缩比。在压缩比转换期间可以应用火花延迟以用于直接爆震解决。然后，一旦已经完成压缩比转换，则火花正时可以返回到原始正时(例如，返回到MBT)。在此，与如果仅使用火花延迟来解决爆震所需的火花延迟量相比，需要更小的火花延迟量来在压缩比转换时解决爆震。在其他的另外示例中，响应于爆震指示，可以在增加马达扭矩的同时减小发动机负载(例如，立即减小但减小较少量)，以使马达扭矩(即电池电力)用于解决所产生的扭矩瞬变并且维持驱动器需求。
应当理解，在压缩比能够变化到第一压缩比与第二压缩比之间的任何压缩比的发动机实施例中，响应于爆震指示，可以将压缩比减小到较低压缩比，同时维持火花正时。
在压缩比转换期间(包括从第一压缩比向第二压缩比的转变以及从第二压缩比向第一压缩比的转变)，电池电力或马达扭矩可用于通过填充变化的压缩比所引起的扭矩孔使扭矩瞬变平稳。可以从不限于电池的能量储存系统抽取马达扭矩。在其他示例中，马达扭矩可以包括电动、液压、飞轮和气动马达扭矩中的一个或多个。通过减少对火花延迟的需要，这导致附加的燃料经济性改善，所述火花延迟以其他方式被要求用于使得扭矩瞬变平稳)。
如果发动机不是爆震限制的，则在324处，方法包括选择用于操作发动机的压缩比，所述选择基于发动机工况(诸如基于操作者扭矩需求或需求改变)，并且进一步基于电池荷电状态。例如，如果调度负载(基于驱动器需求)低于较高压缩比的最佳效率负载极限(与较低压缩比下的发动机操作相比，在较高压缩比下的发动机操作具有更好的燃料效率)，则发动机可以转换到较高压缩比。作为另一个示例，如果驱动器需求需要高发动机负载并且调度负载高于较高压缩比的最佳效率负载极限(此时，在较低压缩比下的发动机操作具有更好的燃料效率)，则发动机可以转换到较低压缩比。如本文参考图4-图6所阐述的，响应于驱动器需求的改变，控制器可以在将转换压缩比(从现有压缩比转换到可能更高或更低的其他压缩比)的燃料经济性益处与维持压缩比的燃料经济性益处进行比较之后选择压缩比，同时经由来自系统电池的电力(即经由马达扭矩)来解决扭矩需求中的任何不足。选择可以基于驱动器需求以及电池荷电状态。此外，当接收到驱动器需求的改变时，选择可以基于发动机的原始压缩比。以此方式，可以以更高的燃料经济性和减少的压缩比切换频率来操作车辆。
方法从324和326中的每一个进行到328，在328处，可以确定是否存在需要转换到电气模式的工况改变。在一个示例中，如果驱动器扭矩需求低于阈值以及/或者如果电池荷电状态足够高以便支持电气操作模式，则可需要转换到电气模式。如果没有请求转换到电气模式，则在330处，方法包括当可能时(如果发动机在爆震减轻之后处于较低压缩比)将发动机转换到更高压缩比。此外，如果延迟火花正时以用于爆震减轻，则在可能时，火花正时可能返回MBT或朝向MBT返回。在压缩比转换期间，可以使用马达扭矩(即使用电池电力)使任何扭矩瞬变平稳。
如果请求转换到电气模式，则在332处，方法包括下拉发动机。换言之，在不加燃料的情况下，使发动机旋转到静止。这包括停止向发动机汽缸递送燃料，同时使用从电动马达抽取的马达扭矩来推进车辆，使用来自系统电池的电力来驱动所述电动马达。特别地，在发动机下拉期间，可以将发动机维持在当前的压缩比(例如，较高压缩比)至少直到接近阈值发动机转速。
在334处，可以确定发动机转速是否已经减小到或正接近阈值转速(即压缩跳动速度)。例如，可以确定发动机转速是否接近300rpm-500rpm的范围。如果没有，则在336处，使发动机继续减速旋转，同时将发动机维持在较高压缩比。当达到跳动速度时，在338处，发动机转换到较低压缩比，以使得发动机在发动机下拉期间以较低压缩比越过跳动区。如前所阐述的，在较低发动机转速范围内的较低压缩比降低了压缩/膨胀环路中的负IMEP，从而减少在发动机达到跳动速度时，由于汽缸的压缩/膨胀循环而将以其他方式经历的扭矩脉动。此外，减小了活塞环摩擦和活塞侧负载。
以此方式，控制器可以基于驱动器需求的改变，在经由马达扭矩推进车辆与经由发动机扭矩推进车辆之间转变，并且在转变期间，当发动机转速处于或低于阈值转速时，发动机可经由机械调整而转换到较低压缩比。因此，在发动机下拉事件以及发动机重新起动事件期间，发动机可以在穿过跳动区时保持在较低压缩比。
在一个示例中，控制器可以参考映射图(诸如图5的示例映射图500)以便为操作发动机选择压缩比。根据所述图，在发动机转速和负载为低的情况期间，诸如当发动机在映射图的区域504中操作时，可以选择较低压缩比。操作区域504可以对应于其中由于来自发动机活塞在低速下的压缩/膨胀循环的噪音可发生压缩跳动的区域。在一个示例中，操作区域504对应于0rpm-500rpm的速度范围。发动机在区域504中操作的工况(以较低压缩比)可包括：发动机从静止重新起动(在本文中也称为发动机上拉)以及发动机减速旋转到静止(在本文中也称为发动机下拉)。
一旦在区域504之外，控制器可以确定对应于驱动器需求的发动机负载高于还是低于最佳效率负载极限502。在一个示例中，可以基于针对各种CR设置的预定测力计燃料经济性映射数据来确定极限502，其中将数据输入到控制算法中的表中。如果用于给定驱动器需求的发动机负载高于最佳效率负载极限502，则这意味着较低压缩比能够为给定驱动器需求提供更高的燃料效率。在这种条件下，控制器可以将发动机转换到较低压缩比。如果用于给定驱动器需求的发动机负载低于最佳效率负载极限502，则这意味着较高压缩比能够为给定驱动器需求提供更高的燃料效率。在这种条件下，控制器可以将发动机转换到较高压缩比。
这样，VCR技术在混合动力车辆系统中的使用被利用和优化，以便改善燃料经济性和NVH，并且减少在起动/停止事件期间经历的扭矩脉动，并且减少CR状态之间的转换量以用于改善可驾驶性和发动机耐久性。
现在转到图4，其示出了用于选择操作发动机的压缩比的示例方法400，所述选择基于操作者需求和系统电池的荷电状态。方法使得在使用电池电力来填充扭矩孔的情况下，能够在所选择的情况期间维持发动机的压缩比。因此，减少了响应于驱动器需求改变的频繁压缩比切换，同时以更燃料有效的方式操作发动机。
在402处，方法包括估计驱动器需求。在一个示例中，可以从操作者踏板位置(诸如加速器踏板位置)推断驱动器扭矩需求。在404处，对于给定的驱动器需求，方法包括针对较高压缩比设置(诸如，针对第二较高压缩比)确定燃料效率随功率(发动机转速和负载)的变化。在406处，对于相同的驱动器需求，方法包括针对较低压缩比设置(诸如，针对第一较低压缩比)确定燃料效率随功率(发动机转速和负载)的变化。
在408处，方法包括选择具有较高燃料效率的压缩比。例如，对于给定的驱动器需求，可以确定哪个压缩比导致更少的绝对燃料使用(更大程度的燃料经济性)。
在一个示例中，控制器可以比较发动机在每个压缩比下的制动比燃料消耗率(BSFC)。这样，BSFC可以被定义为r/P，其中r是以克/秒(g/s)为单位的燃料消耗率，并且P是以瓦特为单位的产生的功率，其是以弧度/秒为单位的发动机转速(rad/s)乘以牛顿米为单位的发动机扭矩(Nm)。为了获得BSFC，控制器可以针对给定发动机转速-负载点来查找指示扭矩的表。接下来，指示扭矩可以乘以火花延迟所需的扭矩比(TR)，在边界线火花表中查找的火花延迟被保存为发动机转速和负载的函数。然后，控制器可以减去推断的摩擦损失和泵送损失。然后，将所得的制动扭矩乘以发动机转速以便确定发动机功率。然后，将发动机维持在实现操作点所需的空气质量流的化学计量所需的燃料量除以用于产生BSFC的所确定的功率。然后，控制器可以选择提供较低BFSC的压缩比作为更加燃料有效的压缩比。
在另一个示例中，控制器可参考映射图(诸如图5-图6的映射图)以便识别更加燃料有效的压缩比。参考图5-图6，如果驱动器需求对应于高于最佳效率负载极限502(图5)或602(图6)的发动机负载，则这意味着较低压缩比对于给定的需求是燃料有效的。如果用于给定驱动器需求的发动机负载低于最佳效率负载极限502(图5)或602(图6)，则这意味着较高的压缩对于给定的需求是更加燃料有效的。
在410处，可以确定所选择的压缩比是否与发动机当前正在操作的压缩比不同。例如，在当前压缩比是较低压缩比的情况下，可以确定所选择的压缩比是否是较高压缩比。另选地，在当前压缩比是较高压缩比的情况下，可以确定所选择的压缩比是否是较低压缩比。如果当前压缩比与对于给定驱动器需求更加燃料有效的所选压缩比相同，那么在412处，方法包括在维持当前压缩比的同时使用发动机扭矩来满足驱动器需求。
如果所选择的压缩比与发动机的当前压缩比不同，则在414处，可以确定是否在保持在当前压缩比的同时能够使用电池电力来满足扭矩需求不足。这包括确定由维持当前压缩比导致的扭矩不足/过量，并且进一步确定使用马达扭矩来满足任何扭矩不足所需的电池荷电状态。如果不存在足够的电池电力(诸如当电池荷电状态低于阈值电荷或当扭矩不足过高时)，则在418处，方法包括转换到所选择的压缩比并且使用发动机扭矩来满足驱动器需求。然后例程退出。
如果存在足够的电池电力，则在416处，方法包括使用发动机扭矩来推进车辆，同时将发动机维持在当前的压缩比。同时，使用马达扭矩(使用电池电力)来补偿由于维持压缩比所导致的扭矩瞬变。
作为一个示例，响应于在发动机处于较低压缩比时接收的驱动器需求的减少，当电池荷电状态高于阈值时，控制器可以维持较低压缩比，同时经由系统电池减小扭矩瞬变。在此，扭矩瞬变可以是由马达吸收并且用于给电池充电的扭矩过量。相比之下，当电池荷电状态低于阈值时，控制器可以将发动机转换到较高压缩比。作为另一个示例，响应于在发动机处于较高压缩比时接收的驱动器需求的增加，当电池荷电状态高于阈值时，控制器可以维持较高压缩比，同时经由系统电池减小扭矩瞬变。在此，扭矩瞬变可以是在电池放电期间由马达提供的扭矩不足。相比之下，当电池荷电状态低于阈值时，控制器可以将发动机转换到较低压缩比。以此方式，通过减少压缩比切换，同时供应少量的电池电力(充电或放电)以满足驱动器需求，改善了燃料经济性、可驾驶性和发动机耐久性。
在420处，可以确定是否存在需要转换(例如，转换回)压缩比的条件。作为一个示例，这包括超过了电池电力阈值(诸如当电池荷电状态下降到低于需要电池再充电的下阈值时)。作为另一个示例，当启动马达扭矩的使用(在416处)时可以设置定时器，并且如果在定时器上超过时间阈值(或阈值持续时间)，则可以认为满足压缩比转换条件。作为又一个示例，如果当前驱动器需求的当前压缩比的燃料效率下降低于当前驱动器需求的另一个压缩比的燃料效率超过阈值量，则可以认为满足压缩比转换条件。如果满足这些条件中的任一个或全部，则在424处，将发动机从当前压缩比(其可以是较低或较高压缩比)转换到其他压缩比(其分别是较高或较低压缩比)。否则，在422处，维持当前的压缩比。
参考图6示出了这种调整的示例。映射图600描绘了可被参考用于选择燃料有效压缩比的发动机转速-负载映射图。其中，基于当前驱动器需求，发动机可以位于映射图上的操作点606处。特别地，基于对应于最佳效率负载极限602上(或恰好在下方)的位置的发动机负载，发动机可以以较高压缩比在位置606处操作(即，VCR机构被致动到其中压缩比较高的位置)。响应于驱动器需求的增加(诸如由于在发动机处于较高压缩比时操作者踩加速器踏板而引起的)，发动机可转换到操作点604。这样，车辆可以在给定的车速和给定的变速器齿轮(transmission gear)下操作，其中液力变矩器离合器被锁定。因此，发动机转速可保持固定。由此，响应于增加的踏板输入，驱动器需求车轮动力可以从操作点606移动到操作点604，同时停留在发动机转速620。这样，如果发动机用于在操作点604处递送车轮动力，则发动机移动到最佳效率负载极限602之上，否则这将以其他方式触发发动机转换到较低压缩比(即，活塞位置调整机构被致动到其中活塞位移较低的位置)。然而，代替切换压缩比，通过命令发动机到操作点606来将发动机维持在较高压缩比、同时经由对应于驱动器需求差异(如本文在608处描绘的)的马达扭矩/电池电力来供应附加扭矩，可以改善燃料经济性。
在另选示例(未示出)中，基于当前驱动器需求，发动机可以以对应于高于最优效率负载极限的位置的发动机负载进行操作，并且因此处于较低压缩比下。响应于驱动器需求的减少(诸如由于在发动机处于较低压缩比时操作者踏板松开而引起的)，发动机可转换到低于最佳效率负载极限的操作点。这样，车辆可在给定的车速和给定的变速器齿轮下操作，其中液力变矩器离合器被锁定。因此，发动机转速可保持固定。响应于减少的踏板输入，发动机可以移动到低于最佳效率负载极限的操作点，这将以其他方式触发发动机转换到较高压缩比。然而，代替切换压缩比，通过将发动机维持在较低压缩比、同时在马达处吸收对应于驱动器需求差异的扭矩(即生成电池充电电力)，可以改善燃料经济性。
以此方式，混合动力电动车辆可以在基于驱动器需求选择的第一压缩比处经由发动机推进，并且响应于驱动器需求的改变，发动机控制器可以基于驱动器需求的改变和电池荷电状态中的每一个，在维持第一压缩比与转换到第二不同(较高或较低)压缩比之间进行选择。选择可以进一步基于发动机转速，在发动机减速旋转到静止以及发动机从静止起旋期间，当发动机转速低于阈值转速时选择的第一压缩比和第二压缩比的较低者。
现在转向图7，在映射图700处示出了混合动力电动车辆的操作期间的示例发动机压缩比调整。映射图700在曲线702处描绘了到操作者踏板位置(PP)的改变，在曲线704处描绘了爆震传感器输出，在曲线706处描绘了发动机转速，在曲线708处描绘了压缩比改变，在曲线710处描绘了电池荷电状态(SOC)以及在曲线712处描绘了发动机加燃料(打开或关闭)。随着时间推移(沿x轴线)示出了所有曲线。车辆操作期间的重要时间点如t1-t9所示。
在t1之前，混合动力车辆以电气模式操作，其中使用马达扭矩来推进车轮。在一个示例中，响应于较低的驱动器需求以电气模式进行车辆操作(曲线702)。由于使用马达扭矩来推进车辆，因此禁用发动机加燃料(曲线712)，并且电池SOC可逐渐减小(由于吸取电池电力以便提供马达扭矩)。
在t1处，响应于驱动器需求的增加(诸如由于踩加速器踏板)，车辆可以转变到发动机模式，以使得发动机扭矩能够用于推进车辆并且满足驱动器需求。由于使用发动机扭矩来推进车辆，因此启用发动机加燃料并且电池SOC可以保持稳定。特别地，在t1处，重新起动或上拉发动机。为了减少重新起动期间的泵送损失，可以经由机械调整以较低压缩比重新起动发动机(曲线708)。在t1与t2之间，当发动机在加燃料的情况下起旋以及移动通过跳动速度区域时，维持较低压缩比。在t2处，一旦达到跳动速度707，发动机可以经由机械调整转换到较高压缩比以便改善燃料效率。
在t2与t3之间，基于驱动器需求，发动机负载可处于其中较高压缩比是更加燃料有效的区域中(例如，发动机负载高于最佳效率负载极限，未示出)。因此，维持较高压缩比。
刚好在t3之前，驱动器需求可进一步增加，并且因此发动机可移动到较高的发动机转速-负载区域。在t3处，响应于驱动器需求的进一步增加，如(在爆震窗口中估计的)爆震传感器信号超过爆震阈值(knk_Thr)所指示的，可发生发动机爆震。响应于爆震指示，发动机压缩比可以立即移动到较低压缩比以便降低进一步的爆震发生率。然后保持较低压缩一段时间，直到爆震指示消退(例如，直到发动机爆震信号保持低于爆震阈值达一段时间)，在此之后由于发动机继续在其中较高压缩比是更加燃料有效的区域中操作，可以恢复较高压缩比。
在t4处，响应于驱动器需求的减少(诸如由于操作者松开加速器踏板事件)，发动机可被关闭(或下拉)，并且可以使用马达扭矩来推进车辆。因此，禁用发动机加燃料，并且发动机可在不加燃料的情况下开始旋转直到静止。另外，由于马达扭矩用于推进车辆，电池SOC可以在t4与t5之间开始下降。为了在下拉期间减少泵送损失，发动机可以刚好在发动机转速达到跳动速度707之前转换到较低压缩比。在t4与t5之间，当发动机在不加燃料的情况下减速旋转以及移动通过跳动速度区域时，维持较低压缩比。
在t5处，如在t1处，响应于驱动器需求的上升，可以重新起动发动机，可以恢复发动机加燃料，并且可以通过马达扭矩来推进车辆。如在前述重新起动期间，可以将发动机保持在较低压缩比，直到超过跳动速度707，在此之后，发动机转换到更加燃料有效(针对给定驱动器需求)的较高压缩比。
在t6处，在以较高压缩比操作发动机的情况下，由于操作者踩加速器踏板，操作者驱动器需求可增加。特别地，驱动器需求的增加可以将发动机负载(未示出)推到高于最佳效率负载极限。因此，这将触发发动机转变到较低压缩比。然而，在本示例中，通过响应于驱动器需求的增加将发动机维持在较高压缩比，同时如由所导致的电池SOC减少(即电池放电)所示，使用马达扭矩来满足(由于维持较高压缩比所导致的)瞬时扭矩不足，实现了较高的燃料效率。将发动机保持在较高压缩比，同时使用马达扭矩来使得t6与t7之间的瞬变平稳。在t7处，电池SOC可达到下阈值，并且可无法使用电池电力来满足扭矩不足。因此，在t7处，发动机移动到较低压缩比。
在t8处，在以较低压缩比操作发动机的情况下，由于操作者松开加速器踏板，操作者驱动器需求可减少。特别地，驱动器需求的减少可以将发动机负载(未示出)推到低于最佳效率负载极限。因此，这将触发发动机转变到较高压缩比。然而，在本示例中，通过响应于驱动器需求的减少将发动机维持在较低压缩比，同时如所导致的电池SOC增加(即电池充电)所示，使用马达扭矩来使得瞬时扭矩差异(在此由于维持在较低压缩比所导致的过大扭矩)平稳，实现了较高的燃料效率。当电池处于t8与t9之间时，将发动机保持在较低压缩比。在t9处，可以确定自从响应于驱动器需求减小(在t8处)而维持压缩比已经过去了阈值时间。因此，在t9处，发动机返回较高压缩比。
在t9之后，由于与低于最佳效率负载极限的发动机负载相对应的驱动器需求，发动机可以被保持在较高压缩比，其中较高压缩比是更加燃料有效的选择。
以此方式，能够减少由于频繁的发动机上拉和下拉(诸如在城市带)而导致的混合动力车辆系统中的燃料经济性损失。通过使用对活塞在汽缸内的位置进行的机械调整以便在发动机上拉和下拉期间选择性地降低压缩比，减少了摩擦、泵送损失和相关的NVH问题。另外，减小了由于压缩-膨胀循环而在低速区域中经历的扭矩脉动。通过使用马达扭矩来提供驱动器需求同时维持压缩比，即使在操作者踏板位置频繁改变或振荡或过冲时，也减少了压缩比设置之间的频繁切换。因此，即使发动机负载在不同压缩比的最佳区域之间过度地往复移动，通过保持更加有效的VCR设置、同时应用少量的电池充电或放电来满足驱动器需求，也能够改善燃料经济性。总体而言，通过将VCR技术整合到混合动力车辆系统中，实现了协同燃料经济性益处。
用于混合动力车辆的一个示例方法包括：响应于驱动器需求，在经由马达扭矩推进车辆与经由发动机扭矩推进车辆之间转变；以及在转变期间，当发动机转速等于或低于阈值转速时，将发动机转换到较低压缩比。在前述示例方法中，另选地或任选地，转变包括：响应于驱动器需求的减少，在发动机下拉事件期间从经由发动机扭矩(来自内燃发动机)推进车辆转变到经由马达扭矩推进车辆；以及响应于驱动器需求的增加，在发动机重新起动事件期间从经由马达扭矩推进车辆转变到经由发动机扭矩推进车辆，马达扭矩包括从能量储存系统抽取的电动、液压、气动和飞轮马达扭矩中的一个或多个。在前述示例的任一个或全部中，另选地或任选地，阈值转速对应于其中来自发动机压缩-膨胀循环的扭矩脉动导致高于阈值NVH(即，形成压缩跳动的情况)的发动机转速。在前述示例的任一个或全部中，另选地或任选地，方法还包括在转变期间使用来自能量储存系统的马达扭矩减小扭矩瞬变。在一个示例实施例中，能量储存系统包括系统电池。在前述示例的任一个或全部中，另选地或任选地，所述方法还包括，当经由发动机扭矩推进车辆时，在发动机转速高于阈值转速之后将发动机转换到较高压缩比。在前述示例的任一个或全部中，另选地或任选地，转换到较低压缩比包括将可变压缩比(VCR)机构致动到第一位置，并且其中转换到较高压缩比包括将VCR机构致动到第二位置，所述可变压缩比机构包括活塞位置改变机构和汽缸盖容积改变机构中的一个，活塞位置改变机构包括椭圆曲轴旋转、联接到活塞销的偏心件、可变高度活塞顶、可变长度连接杆和非常规曲柄系统连杆中的一个。在前述示例的任一个或全部中，另选地或任选地，方法还包括：响应于爆震指示，以较低压缩比操作，同时将火花正时维持在峰值扭矩正时；以及响应于进一步的爆震指示，延迟火花正时，同时维持较低压缩比，或在增加马达扭矩的同时减小发动机负载/扭矩。在前述示例的任一个或全部中，另选地或任选地，方法还包括：在处于较低压缩比的情况下，响应于驱动器需求的减少，当能量储存系统的荷电状态高于阈值时，在经由能量储存系统(诸如电池)减小扭矩瞬变的同时维持较低压缩比；以及当荷电状态低于阈值时，转换到较高压缩比。在前述示例的任一个或全部中，另选地或任选地，所述方法还包括：在处于较高压缩比的情况下，响应于驱动器需求的增加，当荷电状态高于阈值时，在经由能量储存系统(诸如系统电池)减小扭矩瞬变的同时维持较高压缩比；以及当荷电状态低于阈值时，转换到较低压缩比。
用于混合动力车辆的另一个示例方法包括：在基于驱动器需求选择的第一压缩比处经由发动机推进车辆，以及响应于驱动器需求的改变，基于驱动器需求的改变和电池的荷电状态中的每一个，在维持第一压缩比与转换到第二不同压缩比之间进行选择。在前述示例方法中，另选地或任选地，方法还包括当维持第一压缩比时，经由来自联接到电池的电动马达的马达扭矩来补偿驱动器需求中的不足。在前述示例的任一个或全部中，另选地或任选地，第一压缩比低于第二压缩比，驱动器需求的改变是驱动器需求下降，并且其中所述选择包括：当电池荷电状态低于阈值时，转换到第二压缩比，并且当电池荷电状态高于阈值时，维持第一压缩比。在前述示例的任一个或全部中，另选地或任选地，选择进一步基于发动机转速，在发动机减速旋转到静止以及发动机从静止起旋期间，当发动机转速低于阈值转速时选择第一压缩比和第二压缩比中的较低者，并且其中所述阈值转速是发动机经历与发动机的压缩-膨胀循环相关的共振的跳动速度。在前述示例的任一个或全部中，另选地或任选地，第一压缩比高于第二压缩比，驱动器需求的改变是驱动器需求上升，并且其中所述选择包括：当电池荷电状态低于阈值时，转换到第二压缩比，并且当电池荷电状态高于阈值时，维持第一压缩比。在前述示例的任一个或全部中，另选地或任选地，方法还包括响应于爆震指示，使发动机转换到较低压缩比。在前述示例的任一个或全部中，另选地或任选地，在第一压缩比和第二压缩比的较低者中，每个发动机汽缸中的活塞处于其中活塞与汽缸盖之间的容积较高的(第一)位置，并且其中在第一压缩比和第二压缩比中的较高者中，活塞处于其中活塞与汽缸盖之间的容积较小的(第二)位置，并且其中转变包括致动活塞位置改变机构。
另一个示例混合动力车辆系统包括：电动马达，其经由电池供电；发动机，其包括汽缸；活塞可变压缩比机构，其用于经由机械地改变活塞在汽缸内的位置来改变发动机的压缩比；车轮，其经由马达扭矩和发动机扭矩中的一个或多个被推进；踏板位置传感器，其用于接收操作者扭矩需求；以及控制器。控制器可以被配置有存储在非瞬态存储器上的计算机可读指令，以用于：响应于在经由马达扭矩推进车轮时接收的操作者扭矩需求的增加，在加燃料的情况下使发动机从静止起旋，同时将发动机保持在较低压缩比直到达到阈值发动机转速，并且然后将发动机转换到较高压缩比；以及响应于在经由发动机扭矩推进车轮时接收的操作者扭矩需求的增加，将发动机维持在较高压缩比直到电池荷电状态低于阈值，并且然后转换到较低压缩比。在上述示例系统中，另选地或任选地，控制器包括另外的指令以用于：通过将VCR机构致动到其中活塞具有较小有效位移的第一位置，以第一压缩比操作发动机；以及通过将VCR机构致动到其中活塞具有较大有效位移的第二不同位置，以第二压缩比操作发动机。在前述示例的任一个或全部中，另选地或任选地，控制器包括另外的指令以用于：响应于在经由发动机扭矩以较低压缩比推进车轮时接收的操作者扭矩需求的减少，将发动机维持在较低压缩比直到电池荷电状态低于阈值，并且然后转换到较高压缩比。在前述示例的任一个或全部中，另选地或任选地，系统还包括：联接到发动机缸体的爆震传感器，其中控制器包括另外的指令以用于：基于爆震传感器的输出指示发动机爆震；以及响应于爆震的指示，以较低压缩比操作发动机，同时将火花正时维持在目标正时(诸如峰值扭矩正时)，目标正时对应于最佳效率正时。在前述示例的任一个或全部中，另外地或任选地，控制器包括另外的指令以用于：响应于爆震的进一步指示，延迟火花正时，同时维持较低压缩比。
注意，本文包括的示例控制和估计例程能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非瞬态存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统与各种传感器、致动器和其他发动机硬件组合执行。本文描述的特定例程可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所示的各种动作、操作和/或功能可以按所示的顺序并行地执行，或在一些情况下被省略。同样地，所述处理顺序对于实现本文所述的示例实施例的特征和优点不是必需要求的，而是为了便于说明和描述而提供。根据所使用的特定策略，重复地执行所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非瞬态存储器中的代码，其中通过结合电子控制器执行在包括各种发动机硬件部件的系统中的指令来执行所描述的动作。
应当理解，本文所公开的配置和例行程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或属性的全部新颖且非显而易见的组合和子组合。
随附权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以指“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这样权利要求应当被理解为包括一个或多个此类元件的合并，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。可以通过修改本权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合。此类权利要求，无论范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相等还是不同，也被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于混合动力车辆的方法，其包括：
响应于驱动器需求，在经由马达扭矩推进所述车辆和经由发动机扭矩推进所述车辆之间转变；以及
在所述转变期间，并且响应于处于或低于阈值转速的发动机转速，将发动机转换到较低压缩比。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述转变包括：响应于驱动器需求的减少，在发动机下拉事件期间从经由发动机扭矩推进所述车辆转变到经由马达扭矩推进所述车辆；以及响应于驱动器需求的增加，在发动机重新起动事件期间从经由马达扭矩推进所述车辆转变到经由发动机扭矩推进所述车辆，所述马达扭矩包括从能量储存系统抽取的电动、液压、气动和飞轮马达扭矩中的一个或多个。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值转速对应于其中来自发动机压缩-膨胀循环的扭矩脉动导致高于阈值NVH的发动机转速。
4.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括，当经由发动机扭矩推进所述车辆时，在所述发动机转速高于所述阈值转速之后将所述发动机转换到较高压缩比。
5.根据权利要求4所述的方法，其中转换到所述较低压缩比包括将可变压缩比机构致动到第一位置，并且其中转换到所述较高压缩比包括将所述可变压缩比机构致动到第二位置，所述可变压缩比机构包括活塞位置改变机构和汽缸盖容积改变机构中的一个，所述活塞位置改变机构包括椭圆曲轴、联接到活塞销的偏心件、可变高度活塞顶、可变长度连接杆和非常规曲柄系统连杆中的一个。
6.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括在所述转变期间，使用来自所述能量储存系统的马达扭矩减小扭矩瞬变。
7.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：在处于所述较低压缩比时，响应于所述驱动器需求的减少：
当荷电状态高于阈值时，维持所述较低压缩比，同时经由所述能量储存系统减小扭矩瞬变；以及
当所述荷电状态低于所述阈值时，转换到所述较高压缩比。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括：在处于所述较高压缩比时，响应于所述驱动器需求的增加：
当所述荷电状态高于所述阈值时，维持所述较高压缩比，同时经由所述系统电池减小扭矩瞬变；以及
当所述荷电状态低于所述阈值时，转换到所述较低压缩比。
9.一种用于混合动力电动车辆的方法，其包括：
在基于驱动器需求选择的第一压缩比处，经由发动机推进所述车辆；以及
响应于驱动器需求的改变，基于所述驱动器需求的改变和电池荷电状态中的每一个，在维持所述第一压缩比与转换到第二不同压缩比之间进行选择。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括，当维持所述第一压缩比时，经由来自联接到所述电池的电动马达的马达扭矩补偿所述驱动器需求中的不足。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一压缩比低于所述第二压缩比，所述驱动器需求的改变是驱动器需求下降，并且其中所述选择包括：当所述电池荷电状态低于阈值时，转换到所述第二压缩比，并且当所述电池荷电状态高于所述阈值时，维持所述第一压缩比。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述选择进一步基于发动机转速，在发动机减速旋转到静止以及发动机从静止起旋期间，当所述发动机转速低于阈值转速时选择所述第一压缩比和所述第二压缩比中的较低者，并且其中所述阈值转速是其中所述车辆经历与所述发动机的压缩-膨胀循环相关的共振的跳动速度。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一压缩比高于所述第二压缩比，所述驱动器需求的改变是驱动器需求上升，并且其中所述选择包括：当所述电池荷电状态低于阈值时，转换到所述第二压缩比，并且当所述电池荷电状态高于所述阈值时，维持所述第一压缩比。
14.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括响应于爆震的指示，将所述发动机转换到所述第一压缩比和所述第二压缩比中的较低者。
15.根据权利要求9所述的方法，其中在所述第一压缩比和所述第二压缩比中的较低者中，每个发动机汽缸中的活塞处于其中所述活塞与汽缸盖之间的容积较高的位置，并且其中在所述第一压缩比和所述第二压缩比中的较高者中，所述活塞处于其中所述活塞与所述汽缸盖之间的容积较小的位置，并且其中所述转变包括致动活塞位置改变机构。
16.一种混合动力车辆系统，其包括：
马达，其经由能量储存系统供电；
内燃发动机，其包括汽缸；
可变压缩比机构，即VCR机构，其用于经由机械地改变所述汽缸内的活塞位置来改变所述发动机的压缩比；
车轮，其经由马达扭矩和发动机扭矩中的一个或多个被推进；
踏板位置传感器，其用于接收操作者扭矩需求；以及
控制器，其具有存储在非瞬态存储器上的计算机可读指令以用于：
响应于在经由马达扭矩推进车轮时接收的操作者扭矩需求的增加，
使所述发动机从静止起旋，同时将所述发动机保持在较低压缩比直到达到阈值发动机转速，并且然后将所述发动机转换到较高压缩比；以及
响应于在经由发动机扭矩推进所述车轮时接收的操作者扭矩需求的增加，
将所述发动机维持在所述较高压缩比，直到能量储存系统的荷电状态低于阈值，并且然后转换到所述较低压缩比。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包括另外的指令以用于：
通过将所述VCR机构致动到其中所述汽缸具有较小的间隙容积的位置，以所述较高压缩比操作所述发动机；以及
通过将所述VCR机构致动到其中所述汽缸具有较大间隙容积的第二不同位置，以所述较低压缩比操作所述发动机。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包括另外的指令以用于：
响应于在经由发动机扭矩以所述较低压缩比推进所述车轮时接收的操作者扭矩需求的减少，将所述发动机维持在所述较低压缩比直到所述电池荷电状态低于所述阈值，并且然后转换到所述较高压缩比。
19.根据权利要求16所述的系统，所述系统还包括联接到发动机缸体的爆震传感器，其中所述控制器还包括另外的指令以用于：
基于所述爆震传感器的输出指示发动机爆震；以及
响应于爆震的所述指示，以所述较低压缩比操作所述发动机，同时将火花正时维持在目标正时。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述控制器包括另外的指令以用于：
响应于爆震的进一步指示，延迟火花正时，同时维持所述较低压缩比。
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