CN111284473B - 用于混合动力扭矩传递的基于温度的排放稳定性标志 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于在机动车辆中的电机与内燃发动机之间执行扭矩传递的系统和方法。为了在没有不适当延迟的情况下执行扭矩传递，考虑排气的温度以判定是否符合排放稳定性标准以便进行传递扭矩，并且如果符合排放稳定性标准该系统和方法配置为将扭矩从电机传递到内燃发动机。当排气足够热时，可判定根据排放法规发动机正在用足够低水平的烃化合物而工作，因而可在确保继续符合排放标准的情况下完成扭矩传递。

Description

用于混合动力扭矩传递的基于温度的排放稳定性标志

技术领域

本公开涉及在混合动力机动车辆中从电机到内燃发动机的符合排放标准的扭矩传递。

背景技术

车辆冷启动减排策略通常是在稳定的发动机转速和负载状态期间实施。通常，混合动力系统将内燃发动机遮蔽达预定的时间从而允许催化转化器的催化剂预热，以便催化转化器足够地热，从而有效地将烃转化为危害较低的化合物。在冷启动减排策略期间执行提升的发动机怠速和点火延迟，通常达预定的时间段，例如大约10到20秒。在该预定的时间段后，已发生催化转化器起燃并且催化转化器氧化和还原过程正在发生。在催化变换器起燃已发生后，可以以符合排放标准的方式将扭矩从电机传递到内燃发动机。这被称为受保护启动(sheltered start)。

较新的推进技术在完成正常的冷启动减排策略前必须执行向内燃发动机的扭矩传递(handoff)。例如，具有用以使车辆移动的小电池容量的混合动力系统会需要非常短的受保护启动。然后，预计车辆在冷启动减排策略的正常等待时段之前将利用内燃发动机实现期望的扭矩水平。

因此，虽然当前的车辆冷启动减排策略实现了它们的预期目的，但对于用于实现更快的扭矩传递同时满足排放标准的新型改进系统和方法仍存在着需求。

发明内容

本公开提供了一种基于物理学的方法，该方法是用于确定何时可以以符合排放标准的方式发生从电机到发动机的扭矩传递。已发现排气温度的升高量与燃烧室中的燃料增浓量相关。温度升高是由发动机所产生的原状烃类化合物量的指示物标。随着发动机升温，烃产生会降低。通过在利用发动机扭矩给车辆提供动力之前等待直到发动机足够热，通过将经过发动机的质量空气流量保持在低于空气流量阈值直到烃产生低于某个阈值可以将烃水平保持在排放标准内。因此，本公开提供了一种系统和方法，在此测量排气温度，并且确定是否传递扭矩是基于所测量的排气温度。当发动机足够热时，烃水平低于可接受的阈值，并且可以在不违反排放标准的情况下增加经过发动机的质量空气流量。因此，可以以符合排放的方式将扭矩传递到发动机。

在一个可以与本文中所公开的其它形态组合或者独立的形态中，提供一种混合动力汽车系统，该混合动力汽车系统配置为在机动车辆中执行扭矩传递。该系统包括：内燃发动机，配置为在燃烧模式中为机动车辆提供动力；和电机，配置为在电动机模式中为机动车辆提供动力。温度测量装置配置为测量来自内燃发动机的排气输出的工作排气温度。控制器配置为：接收工作排气温度；基于工作排气温度而判定是否符合排放稳定性标准；及如果符合排放稳定性标准则输出排放稳定性标志。该系统还包括致动器，配置为基于控制器的排放稳定性标志的输出而执行从电机到内燃发动机的扭矩传递。

在可与本文中所公开其它形态组合或者独立的另一个形态中，提供一种执行在机动车辆中的扭矩传递的方法。该方法包括：确定内燃发动机的排气的工作排气温度；基于该工作排气温度判定是否符合排放稳定性标准；及基于符合排放稳定性标准而执行从电机到内燃发动机的扭矩传递。

在可以与本文中所公开其它形态组合或者独立的又一个形态中，控制系统配置为在机动车辆中执行扭矩传递。该控制系统配置为：确定内燃发动机的排气的工作排气温度；基于该工作排气温度判定是否符合排放稳定性标准；及基于符合排放稳定性标准而启动从电机到内燃发动机的扭矩传递。

可以提供另外的特征，这些另外的特征包括但不限于控制器、控制系统或、方法，它们还配置为：基于工作排气温度确定所实现扭矩传递准备的量；判定所实现的扭矩传递准备的量是否超过预定阈值；基于所实现扭矩传递准备的量是否超过预定阈值而判定是否符合排放稳定性标准；并且/或者确定启动排气温度和符合排放标准的排气温度。所实现的扭矩传递准备可进一步基于启动排气温度和符合排放标准的排气温度。该系统可包括催化剂，配置为将排气中的烃类化合物转化为其它化合物。

可以提供进一步的另外特征，这些特征包括但不限于：符合排放标准的排气温度，该温度是发动机产生不多于上限阈限量的烃化合物的烃类化合物的温度；控制器、控制系统、或方法还配置为判定机动车辆是否处于冷启动排放控制模式中；控制器、控制系统、或方法还配置为当机动车辆处于冷启动排放控制模式中时判定是否符合排放稳定性标准；其中当内燃发动机正在预定的冷却剂温度范围内工作时，机动车辆处于冷启动排放控制模式中；及响应于排放稳定性标志启动扭矩传递。

基于本文中所提供的描述，其它的应用范围将变得显而易见。应该理解的是，本描述和具体实例意图只是用于说明的目的，而并非意图限制本公开的范围。

附图说明

本文所描述的附图只是用于说明目的，而并非意图以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据本公开的原理的混合动力车辆系统的示意图。

图2是说明根据本公开的原理的执行机动车辆中的扭矩传递的方法的变型的方框图；

图3是说明根据本公开的原理的执行机动车辆中的扭矩传递的方法的另一变型的方框图。

具体实施方式

以下对一个方面的描述本质上仅是示例性的，而决不是意图限制本发明、其应用或使用。为了清楚的目的，将在附图中使用相同的附图标记来标示类似的元件。如本文中所使用的“启用”指代使用所有发动机气缸的运行。“停用”指代用少于全部发动机气缸(一个或多个气缸不工作)的运行。如本文中所使用的术语“处理器”指代专用集成电路(ASIC)、电子电路、共同地执行一个或多个软件或固件程序的模块(共享的、专用的、或成组的)与存储器、组合逻辑电路、或者提供所描述功能的其它合适部件。

现在参考图1，提供了混合动力车辆系统10，该混合动力车辆系统10包括内燃发动机12和电动机24，各自可驱动变速器14。变速器14可以具有任何期望的构造，例如自动或手动变速器或无级变速器。在燃烧模式中，由发动机12经过相应的扭矩变换器或离合器16驱动变速器14。空气经过节气门18流入发动机12中。发动机12包括N个气缸20。在一些实例中，在发动机工作期间，可以选择性地停用一个或多个气缸20。虽然图1中描绘了八个气缸(N＝8)，但应该理解的是发动机12可以包括额外的或更少的气缸20。例如，可想到具有4、5、6、8、10、12和16个气缸的发动机。空气经过进气歧管22流入发动机12，并与气缸20中的燃料一起燃烧。

电机24可在电动机模式和发电机模式中的每一个模式中操作。在电动机模式中，电机24由电池26供电，并驱动变速器14。在发电机模式中，电机24由变速器14驱动，并产生用于给电池26充电的电能。电池26也可用于给除电机24外的其它车辆附件供电。

控制器28与发动机12和电机24通信，并且可接收来自排气参数测量装置(如本文中所描述的传感器)的各种输入。车辆操作者操纵加速器踏板30以调节节气门18。更具体地，踏板位置传感器32生成踏板位置信号，该踏板位置信号被传送至控制器28。控制器28基于踏板位置信号生成节气门控制信号。节气门致动器(未示出)基于节气门控制信号调节节气门18，以调节进入发动机12的空气流量。

车辆操作者还操纵制动踏板34以调节车辆制动。当制动踏板34被启动时，制动位置传感器36生成制动踏板位置信号，该制动踏板位置信号被传递至控制器28。控制器28基于制动踏板位置信号生成制动控制信号。制动系统(未示出)基于制动控制信号来调节车辆制动，以调节车辆速度。除了踏板位置传感器32和制动位置传感器36外，发动机转速传感器38还基于发动机转速而生成信号。进气歧管绝对压力(MAP)传感器40基于进气歧管22的压力而生成信号。节气门位置传感器(TPS)42基于节气门位置而生成信号。质量空气流量传感器(MAF)44基于进入节气门18的空气流量而生成信号。还可以提供质量燃料流传感器58。

当使用由少于全部的气缸20所产生的扭矩可以满足车辆载荷要求时，控制器28将发动机12转变到停用模式。在一个示例性实施方案中，尽管可停用一个或多个气缸20'，但有N/2个气缸20'被停用。在停用所选择的气缸20'时，控制器28通过调节节气门18的位置而增加剩余气缸20的功率输出。基于MAP、MAF、RPM和其它输入而确定发动机负荷。例如，如果发动机真空超过给定RPM的阈值水平，则发动机负荷可以由少于所有的气缸提供，并且发动机12在停用模式中工作。如果在给定的RPM下真空低于第二阈值水平，则发动机负荷不能由少于全部的气缸提供，并且发动机12在启用模式中工作。

控制器28提供发动机转速控制，以便通过进气/燃料和火花正时控制而适应发动机输出扭矩，从而维持发动机目标转速。控制器28经由线路46向点火控制器48提供电子火花正时(EST)信号输出。点火控制器48响应于EST信号而向火花塞50提供驱动信号的定时输出，用以使发动机气缸中的燃料装载燃烧。EST信号也可在大范围的正时中提供火花正时信号。通常，理想的是火花正时发生在活塞上死点之前，并且随着发动机转速的增加，通常进一步提前火花正时。

在一些情况下，火花正时可发生在上止点之后。可延迟火花正时，例如以便迅速地限制发动机输出扭矩或者在发动机冷启动期间提高排气温度，实质上是交换发动机输出扭矩用于加热。

来自发动机12的排气经过至少一个催化转化器52被排出，该催化转化器52具有催化剂54，该催化剂54在最佳地执行其氧化反应和还原反应之前需达到预定温度(限定“催化剂起燃”)。在发动机冷启动期间可延迟火花正时以便更迅速地提高排气温度，并因此尽可能迅速地提升催化剂54的温度，由此更迅速地达到燃料排放标准。可将限定催化剂起燃的预定温度保存在控制器28的存储器59中。

作为在发动机冷启动期间提升催化剂54的温度的另一种方法，可执行“提升的怠速”，其中控制器28发出信号通知暂时地增加发动机怠速高于正常发动机怠速速度。在发动机启动后，提升的怠速可延续达大约10秒至40秒的时段。设定目标是用于在提升的怠速操作期间控制发动机转速和火花正时或延迟。

在某些工作时间期间，执行提升怠速的全部时段会不可获得。例如，如果车辆利用由电池26提供电力的电机24而加速以驱动变速器14，但没有足够的扭矩来满足扭矩需求，则在催化剂54可以到达用于催化剂起燃的最低所需温度之前可能需要发动机启动和扭矩输出。在这种条件下，理想的是继续达到排放标准同时发动机转速提高以满足扭矩需求。

然而，如果可能的话，理想的是一旦最终排出的烃化合物的量低于足以符合排放标准的阈值水平，则快速地将扭矩从电机24传递到发动机12。为了确定何时可以在符合排放标准的同时发生从电机24到发动机12的这种扭矩传递，可使用一个或多个排气温度传感器56，该排气温度传感器56可以定位在催化变换器52的上游或下游或者上游和下游两者。

参考图2并继续参考图1，示出了执行从电机24到发动机12的混合动力扭矩传递的方法的高级形式，并且通常用100标示。方法100可由控制器28或者另一个控制器或控制器的组合而执行，以便在混合动力车辆系统10内执行扭矩传递。方法100包括确定发动机12的排气的工作排气温度的步骤102。例如，温度传感器56可用于测量从发动机12延伸经过催化转化器52的排气管60内的排气温度。在其它的变型中，可以利用其它参数来估计排气温度，而不是直接地测量排气温度。

方法100进一步包括基于工作排气温度来判定是否符合排放稳定性标准的步骤104。通常，当排气处在相对较高的温度和/或以较低的速率增加时，发动机排出较少的烃混合物和少于阈值水平的烃化合物，以符合排放标准。排气的温度取决于多种因素，例如环境温度及车辆已运行或在启动前停车的时间长度。因此，可以基于排气温度来预测所产生烃化合物的量，但充分地预热排气所用的时间将变化。通过举例，可将作为工作排气温度的函数的烃产生的模型包括在控制器28中。因此，基于操作排气温度来确定用于扭矩传递的排气系统的准备。

然后，方法100包括基于符合排放稳定性标准(基于温度的标准)而执行从电机24到内燃发动机12的扭矩传递的步骤106。

现在参考图3并继续参考图1，示出了用于执行从电机24到发动机12的混合动力扭矩传递的方法的更详细形式，并且通常用200标示。如同方法100，方法200可由控制器28、另一个控制器或控制器的组合执行，以便在混合动力车辆系统10内执行扭矩传递。

该方法包括采集参数数据的步骤210，该参数数据是用于判定机动车辆的混合动力汽车系统10是否处于冷启动排放控制(CSEC)模式中。例如，所采集的数据可包括发动机转速和火花正时。在步骤212中，方法200包括判定机动车辆是否处于CSEC模式中。在一些实例中，当内燃发动机12在预定的冷却剂温度范围内工作时，可判定机动车辆或混合动力系统10处于CSEC模式中。在一些情况下，也可在某些范围的所确定催化剂温度内(例如，基于利用其它测量参数估计催化剂温度)，或者当发动机12正在预定的发动机转速(例如1500rpm)下工作和/或在预定的点火角度范围内(例如小于-10度)时，执行CSEC模式。点火角度范围是燃烧室中的点火相对于上死点而发生的点。CSEC模式是其中催化转化器52处在低于催化剂起燃所需温度的温度(例如，当催化转化器52处在环境温度时)的状态。

如果机动车辆的混合动力系统10不处于CSEC模式中，则发动机12已经是热的并且方法200沿着路径214返回到方框210，以继续采集数据并再次判定车辆是否处于CSEC模式中。然而，如果车辆处于CSEC模式中，则方法200沿着路径216前进到步骤218。

在步骤218中，方法200包括例如用温度传感器56确定工作排气温度。然后方法200或控制系统前进到步骤224，该步骤224包括计算所实现扭矩传递准备的百分比；换句话说，扭矩传递准备的量表示混合动力系统基于从发动机12中排出的烃排放量将扭矩传递到发动机12的准备程度，其中烃排放量是基于所确定的工作排气温度而近似地获知。

在一个实施例中，为了计算所实现扭矩传递准备的百分比，使用若干输入。例如，在步骤218中所确定的工作排气温度是用于计算所实现扭矩传递准备的百分比。另外，如步骤或方框220中所示，方法200包括确定初始排气温度，其中可在启动发动机12时确定初始排气温度。因此，步骤220提供了在较早时间点所测量、但是向步骤或模块224的输入的温度信息的数据点。针对所实现扭矩传递准备的百分比的另一个输入是符合排放标准的排气温度，该符合排放标准的排气温度可在方框或步骤223中确定并且提供给方框或步骤224。符合排放标准的排气温度是发动机12所产生的烃化合物不多于上阈限量的烃化合物的温度。通过举例，可将符合排放标准的排气温度预编程或校准到控制器28中。因此，在此实例中，方框或步骤224可用以下方程式来确定所实现扭矩传递准备的百分比：

其中T_C是工作(或当前)排气温度，T₀是初始排气温度，T_H是符合排放标准的排气温度。因此，方法200包括基于工作排气温度T_C确定所实现扭矩传递准备的量，并且确定所实现扭矩传递准备的量或百分比可进一步基于初始排气温度T₀和符合排放标准的排气温度T_H。

然后，方法200前进到判定所实现扭矩传递准备的量是否超过预定阈值的步骤226。利用方程式(1)，扭矩传递准备的预定阈值可以是例如100％。步骤226也可包括基于所实现扭矩传递准备的量是否超过预定阈值来判定是否符合排放稳定性标准。

如果所实现扭矩传递准备的量不超过预定阈值，则方法200沿着路径228返回到步骤210。然而，如果所实现扭矩传递准备的量确实达到或超过预定阈值，则该方法200沿着路径230前进到步骤234。在图3的实例中，是否符合排放稳定性标准的判定只是在机动车辆处于冷启动排放控制(CSEC)模式中(如在步骤212中所确定)时执行。方法200还可包括当符合排放稳定性标准时输出排放稳定性标志，然后前进到步骤234。

在步骤234中，方法200包括基于符合排放稳定性标准而启动从电机24到内燃发动机12的扭矩传递。当使用排放稳定性标志时，响应于排放稳定性标志而开始执行扭矩传递的步骤234。

本文中所公开的用于执行混合动力扭矩传递的系统和方法提供若干优点。这些优点包括根据状态传递扭矩的能力，而不是使用在某些状态下加快扭矩传递的预定等待时段。本公开的系统和方法是基于物理的，并且可利用模型来预计作为工作排气温度的函数的烃排放性能，从而允许基于工作排气温度适当地将扭矩传递到内燃发动机12。

控制器28是包括一个或多个控制器的控制系统，并且可包括计算机可读介质(也称为处理器可读介质)，该计算机可读介质包括任何非暂时性(例如，有形的)介质，该非暂时性介质参与提供可由计算机(例如，计算机的处理器)读取的数据(例如，指令)。这种介质可采用许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可包括例如光盘或磁盘以及其它永久存储器。易失性介质可包括例如动态随机存取存储器(DRAM)，该动态随机存取存储器(DRAM)可构成主存储器。上述指令可由一个或多个传输介质传输，该传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括具有连接到计算机处理器的系统总线的电线。某些形式的计算机可读介质包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁带、和任何其它磁介质、CD-ROM、DVD、和任何其它光学介质、穿孔卡、纸带、和具有孔图案的任何其它物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EEPROM、和任何其它存储芯片或盒式磁带，或者计算机可以读取的任何其它介质。

本文中所描述的查找表、数据库、数据储存库、或其它数据存储可包括用于存储、访问和检索各种类型数据的各种机构，包括层次数据库、文件系统中的一组文件、采用专用格式的应用程序数据库、和关系型数据库管理系统(RDBMS)等。可将每个这种数据存储包括在采用例如上面所提到中的一个的计算机操作系统的计算装置中，并且可经由网络以任何一种或多种方式进行访问。文件系统可从计算机操作系统进行访问，并且可包括以各种格式存储的文件。除了用于创建、存储、编辑、和执行存储程序的语言外，RDBMS还可使用结构化查询语言(SQL)，如上面提到的PL/SQL语言。

本公开的描述在本质上只是示例性的，并且不脱离本公开的主旨的变型意图是在本公开的范围内。在不超出本公开的精神和范围的前提下，可以以多种方式将所给出的各种实例加以组合。

Claims (7)

1.一种混合动力汽车系统，所述混合动力汽车系统配置为在机动车辆中执行扭矩切换，所述系统包括：

内燃发动机，配置为在燃烧模式中给所述机动车辆提供动力；

电机，配置为在电动机模式中给所述机动车辆提供动力；

温度测量装置，配置为测量来自所述内燃发动机的排气输出的工作排气温度；

控制器，配置为：

确定启动排气温度和符合排放标准的排气温度；

接收所述工作排气温度；

基于所述工作排气温度、所述启动排气温度和所述符合排放标准的排气温度而确定扭矩切换准备的百分比；

判定扭矩切换准备的百分比是否超过预定阈值；

基于扭矩切换准备的百分比是否超过所述预定阈值而判定是否符合排放稳定性标准；及

如果符合所述排放稳定性标准，则输出排放稳定性标志；及

致动器，配置为基于所述控制器的排放稳定性标志的输出而执行从所述电机输出扭矩给所述机动车辆提供动力切换到所述内燃发动机输出扭矩给所述机动车辆提供动力；

所述控制器进一步配置为：判定所述机动车辆是否处于冷启动排放控制模式中，所述控制器配置为当所述机动车辆处于所述冷启动排放控制模式中时判定是否符合所述排放稳定性标准。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车系统，其中所述符合排放标准的排气温度是所述内燃发动机所产生的烃化合物不多于上阈限量的烃化合物的预定温度。

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车系统，其中当所述内燃发动机正在预定的冷却剂温度范围内工作时，所述机动车辆处于所述冷启动排放控制模式中。

4.一种在机动车辆中执行扭矩切换的方法，所述方法包括：

确定内燃发动机的排气的工作排气温度，并确定启动排气温度和符合排放标准的排气温度；

基于所述工作排气温度、所述启动排气温度和所述符合排放标准的排气温度而确定扭矩切换准备的百分比；

判定扭矩切换准备的百分比是否超过预定阈值；

基于扭矩切换准备的百分比是否超过所述预定阈值而判定是否符合排放稳定性标准；及

当符合所述排放稳定性标准时输出排放稳定性标志，响应于所述排放稳定性标志而开始执行从电机输出扭矩给所述机动车辆提供动力切换到内燃发动机输出扭矩给所述机动车辆提供动力；

所述方法进一步包括：判定所述机动车辆是否处于冷启动排放控制模式中，当所述机动车辆处于所述冷启动排放控制模式中时，执行判定是否符合所述排放稳定性标准的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：

所述符合排放标准的排气温度是所述内燃发动机所产生的烃化合物不多于上阈限量的烃化合物的预定温度；

当所述内燃发动机正在预定的冷却剂温度范围内工作时，确定所述机动车辆处于所述冷启动排放控制模式中。

6.一种控制系统，配置为在机动车辆中执行扭矩切换，所述控制系统配置为：

确定内燃发动机的排气的工作排气温度，并确定启动排气温度和符合排放标准的排气温度；

基于所述工作排气温度、所述启动排气温度和所述符合排放标准的排气温度而确定扭矩切换准备的百分比；

判定扭矩切换准备的百分比是否超过预定阈值；

基于扭矩切换准备的百分比是否超过所述预定阈值而判定是否符合排放稳定性标准；及

当符合所述排放稳定性标准时输出排放稳定性标志，并且响应于所述排放稳定性标志而启动从电机输出扭矩给所述机动车辆提供动力切换到内燃发动机输出扭矩给所述机动车辆提供动力；

所述控制系统进一步配置为：判定所述机动车辆是否处于冷启动排放控制模式中；当所述机动车辆处于所述冷启动排放控制模式中时，判定是否符合所述排放稳定性标准。

7.根据权利要求6所述的控制系统，所述控制系统进一步配置为：

所述符合排放标准的排气温度是所述内燃发动机所产生的烃化合物不多于上阈限量的烃化合物的预定温度；

当所述内燃发动机正在预定的冷却剂温度范围内工作时判定所述机动车辆处于所述冷启动排放控制模式中。