CN114060198A - 用于控制发动机停止位置的方法和系统 - Google Patents

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CN114060198A
CN114060198A CN202110884568.4A CN202110884568A CN114060198A CN 114060198 A CN114060198 A CN 114060198A CN 202110884568 A CN202110884568 A CN 202110884568A CN 114060198 A CN114060198 A CN 114060198A
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cylinder
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internal combustion
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蒂莫西·巴克森代尔
托马斯·西科恩
科里·布卢
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

本公开提供了“用于控制发动机停止位置的方法和系统”。描述了一种用于控制发动机的停止旋转位置的方法和系统。在一个示例中，所述系统包括可以选择性地联接到所述发动机的集成式起动机/发电机。所述集成式起动机/发电机可以响应于所述发动机在所述发动机中的燃烧停止之后停止旋转时所处的位置而使所述发动机沿第一方向(例如，反方向)或第二方向(例如，正方向)旋转。

Description

用于控制发动机停止位置的方法和系统
技术领域
本说明书涉及用于控制发动机停止旋转时所处的位置的方法和系统。所述方法和系统可适合于可以经由电机起动的发动机。
背景技术
车辆的发动机可以包括用于在起动发动机之前使发动机旋转的电机。电机可以是传统的起动机、带集成式起动发电机(BISG)或位于发动机和变速器之间的集成式起动发电机(ISG)。如果发动机停止旋转并且发动机的活塞接近活塞往复运动的气缸的上止点压缩冲程，则当请求随后的发动机起动时电机可能难以使发动机旋转。另外，当难以使在活塞接近上止点压缩冲程的情况下停止的发动机旋转时，电机的涌入电流量可能更高。因此，可能会增加电机的劣化。因此，可能需要提供一种起动发动机的方式，使得可以减少电机上的负载。
发明内容
发明人在本文中已经认识到上述问题并且已经开发了一种用于发动机的方法，包括：响应于发动机在其中内燃发动机的气缸的活塞处于所述气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内的位置中停止旋转，经由电机使所述发动机沿第一方向旋转；响应于所述发动机在其中所述气缸的所述活塞不处于所述气缸的上止点压缩冲程的所述预定曲轴角度内的位置中停止旋转，经由所述电机使所述发动机沿第二方向旋转而不使所述发动机沿所述第一方向旋转。
通过响应于发动机在活塞处于所述活塞的气缸的上止点压缩冲程的阈值曲轴角度内的情况下停止旋转而使发动机反方向旋转，可以提供减少用于起动发动机的峰值扭矩的技术结果。另一方面，如果发动机不处于所述活塞的气缸的上止点压缩冲程的阈值曲轴角度内，则在下一次发动机重新起动之前发动机可能不会旋转，使得可以节约电能。另外，由于在发动机旋转离开气缸的上止点压缩冲程之后可以更不费力地旋转发动机，因此可以减少电机的电流涌入，使得可以降低电机劣化的可能性。
本说明书可以提供若干优点。具体地，所述方法可以减少用于在发动机起动期间旋转发动机所付出努力的量。此外，所述方法可以通过减少电机的电流涌入来减少电机的劣化。另外，由于带集成式起动机/发电机可以在没有来自集成式起动机/发电机帮助的情况下起动发动机，因此所述方法可以减少发动机起动时间。
当单独地或结合附图来理解时，根据以下具体实施方式，将容易明白本说明书的以上优点和其他优点以及特征。
应理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这不意味着识别所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由随附于具体实施方式的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实现方式。
附图说明
图1示出了内燃发动机的示意图；
图2示出了包括图1中所示的内燃发动机的示例性车辆传动系或动力传动系统的示意图；
图3示出了根据图4和图5的方法的两个示例性发动机停止序列；以及
图4和图5示出了用于在期望或请求的曲轴位置处起动发动机和停止发动机的示例性方法。
具体实施方式
本说明书涉及在发动机停止之后调整发动机的曲轴位置。当发动机的活塞处于容纳活塞的气缸的上止点压缩冲程的阈值曲轴角度内时，发动机的曲轴位置可以通过经由电机旋转曲轴来调整。如果发动机的曲轴位置处于气缸的上止点压缩冲程的阈值曲轴角度内，则电机可能因为压缩困在气缸中的空气所需的能量的量而难以正方向(例如，逆时针)旋转发动机通过上止点压缩冲程。然而，如果使发动机反方向(例如，顺时针)旋转使得发动机在预定的曲轴角窗口内，则在下次请求发动机重新起动时可能需要更少的能量来使发动机正方向旋转。如果发动机通过利用发动机的惯性高速旋转，则发动机可以较不费力地旋转通过上止点压缩冲程。本文所述的方法可以应用于图1所示类型的发动机。所述发动机可以被包括在如图2所示的传动系中。所述传动系可以包括一个以上的发动机起动装置。在一个示例中，传统的起动机、带集成式起动机/发电机(BISG)和集成式起动机/发电机(ISG)被包括在用于起动发动机的传动系中。图3示出了根据图4和图5的方法的两个示例性发动机停止序列。图4和图5示出了用于在发动机响应于发动机中的燃烧停止而停止旋转之后重新定位发动机的示例性方法。
参考图1，内燃发动机10(包括多个气缸，图1中示出了其中一个气缸)由电子发动机控制器12控制。发动机10由气缸盖35和缸体33组成，所述缸体包括燃烧室30和气缸壁32。活塞36定位在其中并且经由与曲轴40的连接进行往复运动。飞轮97和环形齿轮99联接到曲轴40。起动机96(例如，低压(以小于20伏操作)电机)包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可以选择性地推进小齿轮95以接合环形齿轮99。起动机96可以直接安装到发动机的前部或发动机的后部。在一些示例中，起动机96可以通过带或链条选择性地向曲轴40供应扭矩。在一个示例中，起动机96在未接合到发动机曲轴时处于基本状态。
燃烧室30被示出为经由相应的进气提升阀52和排气提升阀54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可以通过进气凸轮51和排气凸轮53来操作。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。进气门52的升程量和/或相位或位置可以经由气门调整装置59相对于曲轴40的位置进行调整。排气门54的升程量和/或相位或位置可以经由气门调整装置58相对于曲轴40的位置进行调整。气门调整装置58和59可以是机电装置、液压装置或机械装置。
燃料喷射器66被示出为定位成将燃料直接喷射到气缸30中，这被本领域技术人员称为直接喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的脉冲宽度成比例地输送液体燃料。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨(未示出)的燃料系统(未示出)输送到燃料喷射器66。在一个示例中，高压双级燃料系统可以用于产生较高的燃料压力。
另外，进气歧管44被示出为与涡轮增压器压缩机162和发动机进气口42连通。在其他示例中，压缩机162可以是机械增压器压缩机。轴161将涡轮增压器涡轮164机械地联接到涡轮增压器压缩机162。任选的电子节气门62调整节流板64的位置以控制从压缩机162到进气歧管44的气流。由于节气门62的入口在增压室45内，因此增压室45中的压力可以称为节气门入口压力。节气门出口在进气歧管44中。在一些示例中，节气门62和节流板64可以定位在进气门52与进气歧管44之间，使得节气门62是进气道节气门。压缩机再循环阀47可以选择性地调整到介于完全打开与完全关闭之间的多个位置。排气门163可以经由控制器12进行调整以允许排气选择性地绕开涡轮164，从而控制压缩机162的转速。空气滤清器43清洁进入发动机进气口42的空气。
无分电器点火系统88响应于控制器12而经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。通用排气氧(UEGO)传感器126被示出为联接到催化转化器70上游的排气歧管48。替代地，双态排气氧传感器可以取代UEGO传感器126。
在一个示例中，转化器70可以包括多个催化剂砖。在另一个示例中，可以使用多个排放控制装置，每个排放控制装置具有多个砖。在一个示例中，转化器70可以是三元型催化器。
控制器12在图1中被示出为常规微计算机，其包括：微处理器单元102、输入/输出端口104(例如包括模数转换器、数字输入、数字输出、脉冲宽度输出、射频输入、射频输出等)、只读存储器106(例如非暂时性存储器)、随机存取存储器108、保活存储器110和常规数据总线。控制器12被示出为除了先前讨论的那些信号之外还接收来自联接到发动机10的传感器的各种信号，包括：来自联接到气缸盖35的温度传感器112的气缸盖温度；联接到推进踏板130的位置传感器134，用于感测由人类的脚132施加的力；联接到制动踏板150的位置传感器154，用于感测由脚132施加的力；来自联接到进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自霍尔效应传感器118的发动机位置传感器，用于感测曲轴40的位置；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量值；以及来自传感器68的节气门位置的测量值。还可以感测(传感器未示出)大气压力以供控制器12处理。在本说明书的优选方面，曲轴每旋转一圈，发动机位置传感器118产生预定数量的等距脉冲，据此可以确定发动机转速(RPM)。
在操作期间，发动机10内的每个气缸通常经历四冲程循环：所述循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，通常，排气门54关闭并且进气门52打开。空气经由进气歧管44被引入到燃烧室30中，并且活塞36移动到气缸的底部以便增加燃烧室30内的体积。活塞36靠近气缸的底部并且处于其冲程末端(例如，当燃烧室30处于其最大体积时)的位置通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。
在压缩冲程期间，进气门52和排气门54关闭。活塞36朝向气缸盖移动，以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36处于其冲程的结束并最靠近气缸盖时(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)的点典型地被本领域的技术人员称为上止点(TDC)。在下文被称为喷射的过程中，燃料被引入到燃烧室中。在下文称为点火的过程中，由诸如火花塞92的已知点火装置点燃所喷射的燃料，从而导致燃烧。
在膨胀冲程期间，膨胀气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活塞移动转换成旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开以将燃烧的空气燃料混合物释放到排气歧管48，并且活塞返回到TDC。应注意，以上仅作为示例示出，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以变化，诸如以提供正或负气门重叠、迟进气门关闭或各种其他示例。
图2是可以在道路226上行驶的包括动力传动系统或传动系200的车辆225的框图。图2的动力传动系统包括图1所示的发动机10。动力传动系统200被示出为包括车辆系统控制器255、发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254、BISG控制器258、能量存储装置控制器253和制动器控制器250。控制器可以通过控制器局域网(CAN)299进行通信。控制器中的每一者都可以向其他控制器提供信息，诸如功率输出限制(例如，经控制不得被超过的装置或部件的功率输出)、功率输入限制(例如，经控制不得被超过的装置或部件的功率输入)、被控制的装置的功率输出、传感器和致动器数据、诊断信息(例如，关于劣化的变速器的信息、关于劣化的发动机的信息、关于劣化的电机的信息、关于劣化的制动器的信息)。此外，车辆系统控制器255可以将命令提供给发动机控制器12、电机控制器252、BISG控制器258、变速器控制器254和制动器控制器250以实现驾驶员输入请求和基于车辆工况的其他请求。
例如，响应于驾驶员释放推进踏板和车辆速度，车辆系统控制器255可以请求期望的车轮功率或车轮功率水平以提供期望的车辆速度变化率。所请求的所需车轮功率可以通过车辆系统控制器255向电机控制器252请求第一制动功率和向发动机控制器12请求第二制动功率来提供，所述第一功率和第二功率提供车轮216处的所需传动系制动功率。车辆系统控制器255还可以经由制动器控制器250请求摩擦制动功率。制动功率可以称为负功率，因为它们减慢传动系和车轮旋转。正功率可以维持或增加传动系和车轮旋转的速度。
响应于发动机起动请求，BISG控制器258可以命令BISG 219旋转并起动发动机10。同样地，在分离离合器236闭合的同时，电机控制器252可以使ISG 240旋转以旋转并起动发动机10。另外，BISG控制器258和电机控制器252可以向CAN 299输出BISG 219和ISG240的扭矩和速度，以在发动机起动期间被其他前述控制器中的一个或多个接收，以提供关于这些发动机起动系统的工作状态的反馈。
车辆控制器255和/或发动机控制器12还可以从人/机界面256接收输入以及从传感器257(例如，相机、激光雷达(LIDAR)、雷达(RADAR)等)接收交通状况(例如，交通信号状态、到物体的距离等)。在一个示例中，人/机界面256可以是触摸输入显示面板。替代地，人/机界面256可以是按键开关或其他已知类型的人/机界面。人/机界面256可以接收来自用户的请求。例如，用户可以经由人/机界面256请求发动机停止或起动。另外，人/机界面256可以显示可以从控制器255接收的状态消息和发动机数据。
在其他示例中，对控制动力传动系统装置的划分可以与图2所示不同的方式进行划分。例如，单个控制器可以取代车辆系统控制器255、发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250。替代地，车辆系统控制器255和发动机控制器12可以是单个单元，而电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250是独立的控制器。
在该示例中，动力传动系统200可以由发动机10和电机240(例如ISG)提供动力。在其他示例中，可以省略发动机10。发动机10可以用图1所示的发动机起动系统经由带集成式起动机/发电机BISG219或者经由也称为集成式起动机/发电机的传动系集成式起动机/发电机(ISG)240来起动。可以经由BISG绕组温度传感器203确定BISG绕组的温度。传动系ISG240(例如，高压(以大于30伏的电压操作的)电机)也可以称为电机、马达和/或发电机。此外，发动机10的功率可以经由诸如燃料喷射器、节气门等扭矩致动器204来调整。
BISG 219经由带231机械地联接到发动机10，并且BISG 219可以被称为电机、马达或发电机。BISG 219可以联接到曲轴40或凸轮轴(例如，图1的51或53)。当经由逆变器217通过高压总线274供应电力时，BISG 219可以充当马达。逆变器217将来自高压总线274的直流电(DC)功率转换为交流电(AC)，反之亦然，使得可以在BISG219与电能存储装置275之间交换功率。因此，BISG 219可以充当发电机，从而向高压电能存储装置(例如电池)275和/或低压总线273供应电力。双向DC/DC转换器281可以将电能从高压总线274传递到低压总线273，反之亦然。低压电池280直接电联接到低压总线273。低压总线273可以由一个或多个电导体组成。电能存储装置275电联接到高压总线274。低压电池280可以选择性地向起动机马达96供应电能。
发动机输出功率可以通过双质量飞轮215传输到动力传动系统分离离合器的第一侧或上游侧235。分离离合器236可以以液压方式致动，并且传动系分离离合器236内的液压压力(传动系分离离合器压力)可以经由电动阀233来调整。分离离合器236的下游侧或第二侧234被示出为机械地联接到ISG输入轴237。在一些示例中，可以省略传动系分离离合器236。
ISG 240可以操作以向动力传动系统200提供功率，或者在再生模式中将动力传动系统功率转换成电能以便存储在电能存储装置275中。ISG 240经由逆变器279与能量存储装置275电通信。逆变器279可以将来自电能存储装置275的直流(DC)电力转换成交流(AC)电力以操作ISG 240。替代地，逆变器279可以将来自ISG 240的AC电力转换成DC电力以存储在电能存储装置275中。逆变器279可以经由电机控制器252来控制。ISG 240具有比图1所示的起动机马达96或BISG 219更高的输出功率容量。此外，ISG 240直接驱动动力传动系统200或由动力传动系统200直接驱动。不存在将ISG 240联接到动力传动系统200的带、齿轮或链条。相反，ISG 240以与动力传动系统200相同的速率旋转。电能存储装置275(例如，高压电池或电源)可以是电池、电容器或电感器。ISG 240的下游侧经由轴241机械地联接到变矩器206的泵轮285。ISG 240的上游侧机械地联接到分离离合器236。ISG 240可以经由如电机控制器252所指示充当马达或发电机来向动力传动系统200提供正动力或负动力。
变矩器206包括涡轮286以将动力输出到输入轴270。输入轴270将变矩器206机械地联接到自动变速器208。变矩器206还包括变矩器旁路锁止离合器212(TCC)。当TCC 212被锁定时，动力从泵轮285直接传递到涡轮286。TCC 212由控制器254电操作。替代地，TCC可以是液压锁定的。在一个示例中，变矩器206可以被称为变速器的部件。
当变矩器锁止离合器212完全脱离时，变矩器206经由变矩器涡轮286和变矩器泵轮285之间的流体传递将发动机动力传输到自动变速器208，从而实现扭矩倍增。相比之下，当变矩器锁止离合器212完全接合时，经由变矩器离合器将发动机输出功率直接传递到变速器208的输入轴270。替代地，变矩器锁止离合器212可以部分地接合，由此使得能够调整直接输送到变速器的功率量。变速器控制器254可以被配置为通过响应于各种发动机工况或者根据基于驾驶员的发动机操作请求调整变矩器锁止离合器来调整由变矩器212传输的功率量。
变矩器206还包括泵283，所述泵对流体加压以操作分离离合器236、前进离合器210和挡位离合器211。泵283经由泵轮285驱动，所述泵轮以与ISG 240相同的转速旋转。
自动变速器208包括挡位离合器211和前进离合器210以用于选择性地接合和脱离接合前进挡213(例如，挡位1-10)和倒挡214。自动变速器208是固定传动比变速器。替代地，变速器208可以是能够模拟固定齿轮比变速器和固定齿轮比的无级变速器。挡位离合器211和前进离合器210可以选择性地接合，以改变输入轴270的实际总转数与车轮216的实际总转数的比率。通过经由换挡控制电磁阀209调整被供应到离合器的流体，可以使挡位离合器211接合或脱离接合。来自自动变速器208的功率输出也可以经由输出轴260传递到车轮216以推进车辆。具体地，自动变速器208可以在将输出驱动功率传递到车轮216之前，响应于车辆行驶状况而在输入轴270处传递输入驱动功率。变速器控制器254选择性地激活或接合TCC 212、挡位离合器211和前进离合器210。变速器控制器还选择性地停用或脱开TCC 212、挡位离合器211和前进离合器210。
此外，可以通过接合摩擦车轮制动器218将摩擦力施加到车轮216。在一个示例中，摩擦车轮制动器218可以响应于人类驾驶员将他们的脚压在制动踏板(未示出)上和/或响应于制动器控制器250内的指令而接合。此外，制动器控制器250可以响应于由车辆系统控制器255发出的信息和/或请求而施加制动器218。通过相同的方式，通过响应于人类驾驶员从制动踏板释放他们的脚、制动器控制器指令和/或车辆系统控制器指令和/或信息而使车轮制动器218脱离接合，可以减小对车轮216的摩擦力。
响应于增加车辆225的速度的请求，车辆系统控制器可以从推进踏板或其他装置获得驾驶员需求功率或功率请求。然后，车辆系统控制器255将所请求的驾驶员需求功率的一部分分配给发动机，并将其余部分分配给ISG或BISG。车辆系统控制器255向发动机控制器12请求发动机功率并向电机控制器252请求ISG功率。如果ISG功率加上发动机功率小于变速器输入功率极限(例如，不得被超过的阈值)，则将功率输送到变矩器206，然后变矩器将所请求的功率的至少一部分中继到变速器输入轴270。变速器控制器254响应于可以基于输入轴功率和车辆速度的换挡计划和TCC锁止计划而选择性地锁定变矩器离合器212并经由挡位离合器211接合挡位。在一些状况下，当可能期望对电能存储装置275充电时，可以在存在非零驾驶员需求功率时请求充电功率(例如，负ISG功率)。车辆系统控制器255可以请求增加发动机功率来克服充电功率以满足驾驶员需求功率。
因此，对各种动力传动系统部件的功率控制可以由车辆系统控制器255来监测，其中经由发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250来提供对发动机10、变速器208、电机240和制动器218的局部功率控制。
作为一个示例，可以通过控制涡轮增压发动机或机械增压发动机的节气门开度和/或气门正时、气门升程和增压调整火花正时、燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和/或空气充气的组合来控制发动机功率输出。在柴油发动机的情况下，控制器12可以通过控制燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和空气充气的组合来控制发动机功率输出。可以通过在发动机产生的功率不足以使发动机旋转的情况下使发动机旋转来提供发动机制动功率或负发动机功率。因此，发动机可以经由在燃烧燃料时以低功率操作(其中一个或多个气缸停用(例如，不燃烧燃料)或其中所有气缸都停用并且在使发动机旋转时)来产生制动功率。可以经由调整发动机气门正时来调整发动机制动功率量。可以调整发动机气门正时以增加或减少发动机压缩功。此外，可以调整发动机气门正时以增加或减少发动机膨胀功。在所有情况下，可以逐缸地执行发动机控制以控制发动机功率输出。
电机控制器252可以通过调整流入和流出ISG 240的磁场绕组和/或电枢绕组的电流来控制来自ISG 240的功率输出和电能产生，如本领域中已知的。
变速器控制器254经由位置传感器271接收变速器输入轴位置。变速器控制器254可以经由对来自位置传感器271的信号求导或者在预定时间间隔内对若干已知的角距离脉冲进行计数而将变速器输入轴位置转换成输入轴转速。变速器控制器254可以从扭矩传感器272接收变速器输出轴扭矩。替代地，传感器272可以是位置传感器或扭矩和位置传感器。如果传感器272是位置传感器，则控制器254可以对预定时间间隔内的轴位置脉冲进行计数以确定变速器输出轴转速。变速器控制器254还可以对变速器输出轴速度求导以确定变速器输出轴速度变化。变速器控制器254、发动机控制器12和车辆系统控制器255还可以从传感器277接收另外的变速器信息，所述传感器可以包括但不限于泵输出管线压力传感器、变速器液压传感器(例如，挡位离合器流体压力传感器)、ISG温度传感器和BISG温度、换挡杆传感器和环境温度传感器。变速器控制器254还可以从换挡选择器290(例如，人/机界面装置)接收所请求的挡位输入。换挡选择器290可以包括用于挡位1-X(其中X是高挡位数)、D(行驶挡)、空挡(N)和P(驻车挡)的位置。可以经由螺线管致动器291阻止换挡选择器290的换挡杆293移动，所述螺线管致动器选择性地阻止换挡杆293从驻车挡或空挡移动到倒挡或前进挡位置(例如，行驶挡)。
制动器控制器250经由车轮转速传感器221接收车轮转速信息并且从车辆系统控制器255接收制动请求。制动器控制器250还可以直接地或通过CAN 299从图1中所示的制动踏板传感器154接收制动踏板位置信息。制动器控制器250可以响应于来自车辆系统控制器255的车轮功率命令而提供制动。制动器控制器250还可以提供防抱死和车辆稳定性制动以提高车辆制动和稳定性。因此，制动器控制器250可以向车辆系统控制器255提供车轮功率极限(例如，不得超过的阈值负车轮功率)，使得负ISG功率不会导致超过车轮功率极限。例如，如果控制器250发出50N-m的负车轮扭矩极限，则调整ISG功率以在车轮处提供小于50N-m(例如，49N-m)的负扭矩，包括补偿变速器齿轮传动。
现在参考图3，示出了示例性车辆操作序列。图3的序列可以经由图1和图2的系统与图4和图5的方法配合来产生。时间t0至t8处的竖直线表示所述序列期间的感兴趣时间。图3中的曲线图是时间对齐的并且同时发生。沿着水平轴线中的每一者的SS标记表示持续时间可以短或长的时间间隔。
从图3的顶部开始的第一曲线图是车辆速度相对于时间的曲线图。竖直轴线表示车辆速度，并且车辆速度在竖直轴线箭头的方向上增加。水平轴线表示时间并且时间量从曲线图的左侧到曲线图的右侧增加。轨迹302表示车辆速度。
从图3的顶部开始的第二曲线图是驾驶员需求扭矩相对于时间的曲线图。竖直轴线表示驾驶员需求扭矩，并且驾驶员需求扭矩量沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间并且时间量从曲线图的左侧到曲线图的右侧增加。轨迹304表示驾驶员需求扭矩。
从图3的顶部开始的第三曲线图是车辆摩擦制动器状态相对于时间的曲线图。竖直轴线表示车辆摩擦制动器状态，并且当轨迹306处于竖直轴线箭头附近的较高水平时施加车辆摩擦制动器。当轨迹306处于水平轴线附近的较低水平时，不施加车辆摩擦制动器。水平轴线表示时间并且时间量从曲线图的左侧到曲线图的右侧增加。轨迹306表示车辆摩擦制动器状态。
从图3的顶部开始的第四曲线图是示出当前接合的变速器挡位相对于时间的曲线图。竖直轴线表示接合的变速器挡位，并且沿着竖直轴线指示前进挡位1至4。当轨迹308接近水平轴线时，变速器处于空挡。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。轨迹308表示接合的变速器挡位。
从图3的顶部开始的第五曲线图是指示ISG旋转方向的曲线图。竖直轴线表示ISG旋转的方向，并且当提供正扭矩以推进车辆时，ISG沿正方向(例如，逆时针)旋转。当轨迹310处于竖直轴线箭头附近的较高水平时，ISG沿正方向旋转。当轨迹310处于水平轴线附近的较低水平时，ISG沿反方向旋转。轨迹310指示ISG旋转的方向。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。
从图3的顶部开始的第六曲线图是发动机停止偏离位置状态相对于时间的曲线图。竖直轴线表示发动机停止偏离位置状态，并且当轨迹312处于竖直轴线箭头附近的较高水平时，发动机在气缸的活塞处于气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内的情况下停止。换句话说，发动机偏离或远离期望或请求的发动机停止位置(例如，曲轴角度)而停止。当轨迹312处于水平轴线附近的较低水平时，发动机不是在气缸的活塞处于气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内的情况下停止。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。轨迹312表示发动机停止偏离位置状态。
从图3的顶部开始的第七曲线图是分离离合器状态相对于时间的曲线图。竖直轴线表示分离离合器状态，并且当轨迹314处于竖直轴线箭头附近的较高水平时，分离离合器完全闭合。当轨迹314处于水平轴线附近的较低水平时，分离离合器打开。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。轨迹314表示分离离合器状态。
从图3的顶部开始的第八曲线图是发动机状态相对于时间的曲线图。竖直轴线表示发动机状态，并且当轨迹316处于竖直轴线箭头附近的较高水平时，发动机正在运转(例如，旋转并燃烧燃料)。当轨迹316处于水平轴线附近的较低水平时，发动机停止(例如，不旋转或被命令停止)。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。轨迹316表示发动机状态。
在时间t0处，发动机正在运转并且车辆以中等速度移动。驾驶员需求扭矩处于中等水平并且未施加摩擦制动器。变速器接合在四挡，并且ISG沿正方向旋转。发动机没有停止并且分离离合器完全闭合。
在时间t1处，驾驶员需求扭矩减小，同时发动机继续运转。响应于驾驶员需求扭矩降低，车辆速度开始下降。未施加制动器，并且变速器保持接合在四挡。ISG继续沿正方向旋转，并且发动机未停止。传动系分离离合器完全闭合。
在时间t2处，分离离合器完全打开，并且发动机响应于低驾驶员需求扭矩而在其后不久停止旋转。车辆速度继续下降，并且驾驶员需求扭矩保持为低。未施加制动器，并且变速器保持接合在四挡。ISG继续沿正方向旋转。在时间t2之后不久，发动机停止在偏离位置处(例如，发动机停止偏离或远离期望或请求的发动机停止位置)。
在时间t3处，变速器换挡到空挡，并且ISG停止旋转。ISG在时间t3之后不久沿反方向旋转，并且分离离合器在时间t3之后不久至少部分闭合，或者替代地，完全闭合。这导致发动机经由ISG来反方向旋转，而不会因发动机和ISG旋转而使车辆减速。随着发动机旋转，发动机停止偏离位置状态不再被断言。驾驶员需求扭矩保持为低，并且未施加制动器。发动机不运转。
在时间t4处，发动机曲轴角度在期望或请求的范围内，这导致ISG停止旋转。另外，分离离合器完全打开。在分离离合器完全打开之后不久，ISG开始沿正方向旋转，并且ISG转速与变速器输入轴速度匹配。在ISG旋转速度等于变速器输入轴的旋转速度之后不久，变速器换挡到四挡。
在时间t4与时间t5之间，变速器降挡到三挡，并且车辆速度平稳。在时间t4与时间t5之间发生发动机操作序列的中断。
因此，当车辆经由ISG来移动时，发动机可以反方向旋转，使得它可以处于在随后的发动机重新起动期间减少电能消耗的位置。将变速器换挡到空挡允许ISG沿反方向旋转发动机并重新定位发动机的曲轴，由于带的张紧问题，这对于BISG来说可能是不可能或不可取的。通过这种方式，ISG可以沿反方向旋转而不会干扰车轮旋转。
在时间t5处，发动机正在运转并且车辆以低速移动。驾驶员需求扭矩处于较低水平并且未施加摩擦制动器。变速器接合在一挡，并且ISG沿正方向旋转。发动机没有停止并且分离离合器完全闭合。
在时间t6处，驾驶员需求扭矩减小，同时发动机继续运转。响应于驾驶员需求扭矩降低，车辆速度开始下降。此后不久，车辆操作者施加摩擦制动器，而变速器保持接合在一挡。ISG继续沿正方向旋转，并且发动机未停止。传动系分离离合器完全闭合。
在时间t7处，分离离合器完全打开，并且发动机曲轴响应于低驾驶员需求扭矩而在其后不久停止旋转。车辆速度继续下降，并且驾驶员需求扭矩保持为低。摩擦制动器保持由操作者施加，并且车辆控制器还请求摩擦制动器(未示出)以防操作者释放制动器。然而，如果驾驶员需求扭矩增加，则车辆控制器可以释放摩擦制动器。变速器换挡到空挡。ISG继续沿正方向旋转。在时间t7之后不久，发动机曲轴停止在偏离位置处(例如，发动机停止偏离或远离期望或请求的发动机停止位置)。
在时间t8处，变速器换挡到空挡，并且ISG停止旋转。ISG在时间t8之后不久沿反方向旋转，并且分离离合器在时间t8之后不久至少部分闭合，或者替代地，完全闭合。这导致发动机经由ISG反方向旋转。随着发动机旋转，发动机停止偏离位置状态不再被断言。驾驶员需求扭矩保持为低，并且未施加制动器。发动机不运转。
在时间t9处，发动机曲轴角度在期望或请求的范围内，这导致ISG停止旋转。另外，分离离合器完全打开。在分离离合器完全打开之后不久，ISG被配置为沿正方向旋转。在一些示例中，ISG可以旋转变速器输入轴以操作变速器的泵。变速器换挡到一挡。
因此，当车辆经由ISG而停止时，发动机曲轴可以反方向旋转，使得它可以处于在随后的发动机重新起动期间减少电能消耗的位置。由于带的滑动和张紧，因此可能希望经由ISG使发动机沿反方向旋转而不是经由BISG使发动机沿反方向旋转。
现在参考图4，示出了用于操作包括发动机的车辆的示例性方法。图4的方法可以并入图1和图2的系统中并且可以与所述系统配合。此外，图4的方法的至少部分可以作为存储在非暂时性存储器中的可执行指令并入，而所述方法的其他部分可以经由变换物理世界中的装置和致动器的操作状态的控制器来执行。
在402处，方法400确定车辆工况。车辆工况可以包括但不限于车辆速度、推进踏板位置、制动踏板位置、电池荷电状态、发动机温度和驾驶员需求扭矩。方法400前进到404。
在404处，方法400判断发动机曲轴旋转是否已经停止。方法400可以基于发动机位置传感器的输出判断发动机曲轴旋转已经停止。如果方法400判断发动机旋转已经停止，则答案为是，并且方法400前进到406。否则，答案为否并且方法400前进到430。
在430处，方法400以发动机当前状态并根据发动机和车辆工况来继续操作发动机。例如，如果驾驶员需求扭矩增加，则发动机扭矩可以增加。方法400前进到退出。
在406处，方法400判断发动机气缸中的一个活塞是否处于气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴(例如，45度)角度内。方法400可以根据发动机的曲轴位置传感器的输出来判断这种状况。如果方法400判断发动机气缸中的至少一个活塞处于气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内，则答案为是，并且方法400前进到408。否则，答案为否，并且方法400前进到440。在一些示例中，当发动机处于上止点压缩冲程的预定曲轴角距离内时，可以暂时停用BISG发动机起动系统，使得可以降低BISG劣化的可能性。如果需要，可以允许ISG发动机起动系统在这种情况下激活并起动发动机。
在440处，方法400判断是否请求发动机起动。可以经由车辆操作者和人机界面、车辆控制器或远程起动装置请求发动机起动。如果方法400判断请求了发动机起动，则答案为是，并且方法400前进到442。否则，答案为否，并且方法400前进到444。
在442处，方法经由电机(例如，BISG 219或ISG 240)起动发动机。经由电机使发动机曲轴沿正方向(例如，逆时针)旋转，并且将火花和燃料供应到发动机。方法400前进到444。
在444处，方法400以发动机当前状态并根据发动机和车辆工况来继续操作发动机。方法400前进到退出。
在408处，方法400判断包括发动机的车辆是否停止(例如，不在车辆行驶的道路上移动)。在一个示例中，方法400可以基于车辆速度传感器判断车辆停止。如果方法400判断车辆是停止的，则答案为是，并且方法400前进到410。否则，答案为否，并且方法400前进到450。
在410处，方法400判断车辆是否包括用于将牵引马达与发动机(例如，ISG 240)分离的传动系分离离合器。在一个示例中，控制器存储器中的位、字节或字的值可以指示车辆的传动系配置。如果方法400判断车辆包括传动系分离离合器，则答案为是，并且方法400前进到420。否则，答案为否并且方法400前进到412。
在412处，方法400施加车辆的摩擦制动器，使得可以保持车辆停止。另外，方法400将车辆的变速器换挡到空挡，使得ISG扭矩可能不会传递到车辆的车轮。与发动机在推进车辆时旋转的方向相比，方法400还沿相反方向(例如，顺时针)旋转发动机的曲轴。发动机的曲轴可以经由ISG 240沿反方向旋转到期望或请求的发动机停止位置。当发动机沿反方向旋转时，发动机不被供应燃料。发动机可以沿反方向旋转直到发动机曲轴处于预定的曲轴角范围内。在一个示例中，发动机的曲轴反方向旋转，使得活塞处于上止点压缩冲程的阈值曲轴角度内的气缸反方向旋转，从而使气缸处于阈值角度之外和下止点压缩冲程之前(例如，在气缸的上止点压缩冲程之前的179到46曲轴度范围内)。方法400前进到414。
在414处，方法400判断发动机的曲轴是否处于所请求的发动机停止位置。如果是这样，则答案为是，并且方法400前进到416。否则，答案为否，并且方法400保持在412处。
在416处，方法400将变速器换挡到选定的挡位(例如，前进挡)并释放车辆的摩擦制动器。然而，如果变速器换挡器接合在驻车挡，则车辆保持在驻车挡。方法400前进到440。
在420处，方法400施加车辆的摩擦制动器，使得可以保持车辆停止。另外，方法400将车辆的变速器换挡到空挡，使得ISG扭矩可能不会传递到车辆的车轮。与发动机在推进车辆时旋转的方向(例如，逆时针)相比，方法400还闭合传动系分离离合器并沿相反方向(例如，顺时针)旋转发动机。发动机可以经由ISG 240沿反方向旋转到期望或请求的发动机停止位置。当发动机沿反方向旋转时，发动机不被供应燃料。发动机的曲轴可以沿反方向旋转直到发动机曲轴处于预定的曲轴角范围内。在一个示例中，发动机的曲轴反方向旋转，使得活塞处于上止点压缩冲程的阈值曲轴角度内的气缸反方向旋转，从而使气缸处于阈值角度之外和下止点压缩冲程之前(例如，在气缸的上止点压缩冲程之前的179到46曲轴度范围内)。方法400前进到422。
在422处，方法400判断发动机是否处于所请求的发动机停止位置。如果是这样，则答案为是，并且方法400前进到424。否则，答案为否，并且方法400保持在422处。
在424处，方法400打开传动系分离离合器，将变速器换挡到选定的挡位(例如，前进挡)，并且释放车辆的摩擦制动器。然而，如果变速器换挡器接合在驻车挡，则车辆保持在驻车挡。方法400还可以打开传动系分离离合器。方法400前进到440。
在450处，方法400判断驾驶员需求扭矩或功率是否小于阈值。如果是这样，则答案为是，并且方法400前进到452。否则，答案为否，并且方法400前进到470。
在470处，方法400判断是否请求发动机起动。可以经由车辆操作者和人机界面、车辆控制器或远程起动装置请求发动机起动。如果方法400判断请求了发动机起动，则答案为是，并且方法400前进到472。否则，答案为否，并且方法400前进到474。
在472处，方法经由电机(例如，BISG 219或ISG 240)起动发动机。经由电机使发动机曲轴沿正方向(例如，逆时针)旋转，并且将火花和燃料供应到发动机。方法400前进到474。
在474处，方法400以发动机当前状态并根据发动机和车辆工况来继续操作发动机。方法400前进到退出。
在452处，方法400判断车辆是否包括用于将牵引马达与发动机分离的传动系分离离合器。在一个示例中，控制器存储器中的位、字节或字的值可以指示车辆的传动系配置。如果方法400判断车辆包括传动系分离离合器，则答案为是，并且方法400前进到460。否则，答案为否，并且方法400前进到454。
在454处，方法400将车辆的变速器换挡到空挡，使得ISG扭矩可能不会传递到车辆的车轮。与发动机在推进车辆时旋转的方向相比，方法400还沿相反方向(例如，顺时针)旋转发动机。发动机可以经由ISG 240沿反方向旋转到期望或请求的发动机停止位置。当发动机沿反方向旋转时，发动机不被供应燃料。发动机可以沿反方向旋转直到发动机曲轴处于预定的曲轴角范围内。在一个示例中，发动机的曲轴反方向旋转，使得活塞处于上止点压缩冲程的阈值曲轴角度内的气缸反方向旋转，从而使气缸处于阈值角度之外和下止点压缩冲程之前(例如，在气缸的上止点压缩冲程之前的179到46曲轴度范围内)。方法400前进到456。
在456处，方法400判断发动机的曲轴是否处于所请求的发动机停止位置。如果是这样，则答案为是，并且方法400前进到458。否则，答案为否，并且方法400保持在456处。
在458处，方法400将变速器换挡到选定的挡位。选定的挡位可以基于驾驶员需求扭矩或功率和车辆速度。方法400前进到470。
在460处，方法400将车辆的变速器换挡到空挡，使得在发动机反方向旋转时，ISG扭矩可能不会传递到车辆的车轮。与发动机在推进车辆时旋转的方向(例如，逆时针)相比，方法400还闭合传动系分离离合器并沿相反方向(例如，顺时针)旋转发动机。发动机可以经由ISG 240沿反方向旋转到期望或请求的发动机停止位置。当发动机沿反方向旋转时，发动机不被供应燃料。发动机可以沿反方向旋转直到发动机曲轴处于预定的曲轴角范围内。在一个示例中，发动机的曲轴反方向旋转，使得活塞处于上止点压缩冲程的阈值曲轴角度内的气缸反方向旋转，从而使气缸处于阈值角度之外和下止点压缩冲程之前(例如，在气缸的上止点压缩冲程之前的179到46曲轴度范围内)。方法400前进到462。
在462处，方法400判断发动机是否处于所请求的发动机停止位置。如果是这样，则答案为是，并且方法400前进到464。否则，答案为否，并且方法400保持在462处。
在464处，方法400打开传动系分离离合器并且将变速器换挡到选定的挡位(例如，前进挡)。方法400前进到470。在一个示例中，方法400将变速器换挡到基于当前车辆速度和驾驶员需求扭矩或功率的前进挡。
以这种方式，发动机可以被预先定位以用于发动机起动。发动机曲轴可以反方向旋转到其中用于转动曲轴的扭矩较低的位置，使得发动机可以在活塞到达上止点压缩冲程之前达到转动起动速度，从而发动机可以使用发动机的旋转惯性旋转通过上止点压缩旋转冲程。
因此，图4和图5的方法提供了一种用于发动机的方法，包括：响应于发动机在其中内燃发动机的气缸的活塞处于所述气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内的位置中停止旋转，经由电机使所述发动机沿第一方向旋转；响应于所述发动机在其中所述气缸的所述活塞不处于所述气缸的上止点压缩冲程的所述预定曲轴角度内的位置中停止旋转，经由所述电机使所述发动机沿第二方向旋转而不使所述发动机沿所述第一方向旋转。所述方法包括：其中所述发动机沿所述第二方向的所述旋转进一步响应于起动所述发动机的请求。所述方法包括：其中所述发动机沿所述第一方向的所述旋转不响应于起动所述发动机的请求。所述方法包括：其中将所述电机定位在所述发动机与变速器之间。
在一些示例中，所述方法还包括当所述发动机所在的车辆以大于阈值速度在道路上行驶时经由所述电机使所述发动机沿所述第一方向旋转。所述方法还包括：进一步响应于驾驶员需求小于阈值而使所述发动机沿所述第一方向旋转。所述方法还包括：进一步响应于变速器处于空挡而使所述发动机沿所述第一方向旋转。所述方法还包括：在经由所述电机使所述发动机旋转之前闭合分离离合器。所述方法还包括：经由所述电机将所述发动机旋转到预定曲轴角度。
图4和图5的方法还提供了一种用于操作发动机的方法，包括：响应于停用第一发动机起动系统，经由控制器施加车辆制动器、将变速器换挡到空挡并且使发动机沿第一方向旋转，并且响应于所述发动机在其中内燃发动机的气缸的活塞处于所述气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内的位置中停止旋转并且所述发动机驻留的车辆在零速度，允许激活第二发动机起动系统。所述方法还包括：响应于起动所述发动机的请求而使所述发动机沿第二方向旋转，所述第二方向不同于所述第一方向。所述方法还包括：响应于将所述发动机沿所述第一方向旋转到预定位置而将所述变速器换挡到前进挡。所述方法还包括：响应于将所述发动机沿所述第一方向旋转到所述预定位置而释放所述制动器。所述方法包括：其中所述变速器从前进挡换挡到空挡。
应注意，本文所包括的示例性控制和估计程序可以与各种发动机和/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暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。本文描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略(诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等)中的一种或多种。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样地，处理次序不一定是实现本文中所述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可根据所使用的特定策略来反复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能中的至少一部分可以图形地表示要被编程到控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码。当通过结合一个或多个控制器在包括各种发动机硬件部件的系统中执行指令来执行所描述的动作时，控制动作还可以变换物理世界中的一个或多个传感器或致动器的操作状态。
说明书到此结束。在不脱离本说明书的精神和范围的情况下，本领域技术人员在阅读本说明书之后，将想到许多变化形式和修改。例如，以天然气、汽油、柴油或替代燃料配置操作的I3、I4、I5、V6、V8、V10和V12发动机可以使用本说明书来获益。

Claims (15)

1.一种用于发动机的方法，其包括：
响应于所述发动机在其中内燃发动机的气缸的活塞处于所述气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内的位置中停止旋转，经由电机使所述发动机沿第一方向旋转；以及
响应于所述发动机在其中所述气缸的所述活塞不处于所述气缸的上止点压缩冲程的所述预定曲轴角度内的位置中停止旋转，经由所述电机使所述发动机沿第二方向旋转而不使所述发动机沿所述第一方向旋转。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述发动机沿所述第二方向的所述旋转进一步响应于起动所述发动机的请求。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述发动机沿所述第一方向的所述旋转不响应于起动所述发动机的请求。
4.如权利要求1所述的方法，其中将所述电机定位在所述发动机与变速器之间。
5.如权利要求1所述的方法，其还包括当所述发动机所在的车辆以大于阈值速度在道路上行驶时经由所述电机使所述发动机沿所述第一方向旋转。
6.如权利要求1所述的方法，其还包括进一步响应于驾驶员需求小于阈值而使所述发动机沿所述第一方向旋转。
7.如权利要求6所述的方法，其还包括进一步响应于变速器处于空挡而使所述发动机沿所述第一方向旋转。
8.如权利要求7所述的方法，其还包括在经由所述电机使所述发动机旋转之前闭合分离离合器。
9.如权利要求8所述的方法，其还包括经由所述电机将所述发动机旋转到预定曲轴角度。
10.一种车辆系统，其包括：
内燃发动机；
集成式起动机/发电机，所述集成式起动机/发电机经由传动系分离离合器选择性地联接到所述内燃发动机；
带集成式起动机/发电机，所述带集成式起动机/发电机联接到所述内燃发动机；和
控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，所述可执行指令使所述控制器：响应于所述内燃发动机在其中所述内燃发动机的气缸的活塞处于所述气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内的位置中停止旋转，使所述发动机沿第一方向旋转；当所述内燃发动机驻留的车辆以高于阈值速度在道路上行驶时，响应于所述内燃发动机在其中所述气缸的所述活塞不处于所述气缸的上止点压缩冲程的所述预定曲轴角度内的位置中停止旋转，使所述发动机沿第二方向旋转而不使所述内燃发动机沿所述第一方向旋转。
11.如权利要求10所述的车辆系统，其还包括用于进行以下操作的附加指令：响应于所述内燃发动机在其中所述内燃发动机的气缸的活塞处于所述气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内的位置中停止旋转而将变速器换挡到空挡。
12.如权利要求11所述的车辆系统，其中进一步响应于驾驶员需求扭矩或功率小于阈值而将变速器换挡到空挡。
13.如权利要求10所述的车辆系统，其还包括用于进行以下操作的附加指令：响应于所述内燃发动机在其中所述内燃发动机的气缸的活塞处于所述气缸的上止点压缩冲程的预定曲轴角度内的位置中停止旋转而闭合传动系分离离合器。
14.如权利要求13所述的车辆系统，其还包括响应于所述发动机经由所述集成式起动机/发电机旋转到预定曲轴位置而打开所述传动系分离离合器。
15.如权利要求14所述的车辆系统，其还包括用于经由所述带集成式起动机/发电机起动所述内燃发动机的附加指令。
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