CN115342018A - 用于起动发动机的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于起动发动机的方法和系统”。描述了用于起动混合动力车辆的发动机的系统和方法。在一个示例中，所述方法在发动机在电机的动力下旋转时，使用发动机来生成较大量的热能。本文描述的系统和方法可以应用于串联和并联混合动力车辆。

Description

用于起动发动机的方法和系统
技术领域
本说明书涉及用于起动混合动力车辆的发动机的方法和系统。
背景技术
可以在车辆操作期间起动发动机以提供推进力并且通过向电机提供扭矩来对电能存储装置进行充电。发动机可以包括排气系统和催化剂。在发动机起动之后，可以经由催化剂处理来自发动机的排气。然而，如果催化剂在低于阈值温度下操作，则发动机排气可以流过催化剂，其中非常少的排气被转化为CO2和H2O。通过催化剂的排气可能包括受管制的排放物并且当催化剂在低于阈值温度下操作时通过催化剂的受管制的排放物可以表示在车辆驾驶期间由发动机产生的大部分排气尾管排放物。因此，可能期望提供一种在催化剂温度低于阈值温度时减少流过催化剂的发动机排气排放物的方法。
发明内容
本文的发明人已经认识到上述问题并且已经开发了一种用于起动发动机的方法，所述方法包括：响应于发动机起动请求，在不加燃料的情况下使发动机以一定转速旋转并且生成发动机的小于阈值的进气歧管绝对压力，发动机经由电机旋转；并且在不加燃料的情况下使发动机以所述转速旋转之后，在使发动机以所述转速旋转时，在发动机的进气歧管压力小于阈值时，并且在控制发动机的扭矩使得发动机的扭矩不足以将发动机维持在所述转速时，向发动机供应一定量的燃料并且燃烧所述量的燃料。
通过在不加燃料的情况下使发动机旋转使得发动机的进气歧管绝对压力(MAP)可以在发动机加燃料之前降低，可以提供在减少排气尾管排放的情况下起动发动机的技术结果。具体地，与发动机进气歧管处于大气压力的情况相比，减小发动机的MAP可以允许发动机最初燃烧更少的燃料。此外，可以操作发动机，使得发动机可以从发动机的曲轴产生即使有也很少的扭矩输出。因此，可以施加供应到发动机的更大量的燃料来加热发动机的催化剂，而不是生成扭矩。因此，发动机的增加的热输出可以施加到排气系统的催化剂，使得催化剂可以更快地达到操作温度。因此，催化剂可以更快地开始转换发动机输出排放物，使得可以减少排气尾管排放物。
本说明书可以提供若干优点。具体地，所述方法可以减少排气尾管排放物。此外，所述方法可以减少用于将催化剂加热到操作温度的燃料量。另外，所述方法可以减少催化剂达到起燃温度所花费的时间量。
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。
应当理解，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。其并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，主题的范围由具体实施方式之后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
当单独地或参考附图来理解时，通过阅读在本文中称作具体实施方式的实施例的示例，将更全面地理解本文描述的优点，在附图中：
图1是发动机的示意图；
图2是车辆传动系的示意图；
图3示出了根据图4的方法的示例性发动机起动顺序；以及
图4示出了用于起动图1中所示的类型的发动机的示例性方法。
具体实施方式
本说明书涉及起动发动机。可以通过首先在不加燃料的情况下使发动机旋转来起动发动机，使得可以在将燃料喷射到发动机之前减小MAP。一旦MAP小于阈值，就可以将燃料喷射到发动机，并且发动机可以在发动机气缸中存在少量发动机空气-燃料混合物的情况下经由调整火花正时来生成净零扭矩。此外，排气门正时可以提前，使得排气产生扭矩的机会更少，而加热排气系统的部件的机会更多。发动机可以是图1中所示的类型。发动机可以包括在如图2所示的传动系中或呈另一种已知的混合动力传动系配置(例如，串联或并联)。如图所示，发动机可以根据图4的方法以图3的顺序起动。
参考图1，包括多个气缸的内燃发动机10由电子发动机控制器12控制，图1中示出了其中一个气缸。控制器12从图1和图2所示的各种传感器接收信号。控制器基于所接收的信号和存储在控制器12的存储器中的指令采用图1和图2所示的致动器以调整发动机和传动系或动力传动系统的操作。
发动机10由气缸盖35和缸体33组成，所述气缸盖和缸体包括燃烧室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。任选的起动机96(例如，低压(以小于30伏操作的)电机)包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可以选择性地使小齿轮95前进以接合环形齿轮99。可将任选的起动机96直接安装到发动机的前方或发动机的后方。在一些示例中，起动机96可经由皮带或链条将动力选择性地供应给曲轴40。此外，当起动机96未接合到发动机曲轴40和飞轮环形齿轮99时，所述起动机处于基本状态。
燃烧室30被示出为经由相应的进气门52和排气门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可以由气门启用装置59选择性启用和停用。排气门54可由气门启用装置58选择性地启用和停用。气门启用装置58和59可以是机电装置。
直接燃料喷射器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。进气道燃料喷射器67被示出为定位成将燃料喷射到气缸30的进气道中，这被本领域技术人员称为进气道喷射。燃料喷射器66和67与由控制器12提供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和67。
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中的压力可以被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可定位在进气门52与进气歧管44之间，以使得节气门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。废气门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被示出为在三元催化器70上游联接到排气歧管48。替代地，双态排气氧传感器可以代替UEGO传感器126。
在一个示例中，催化器70可以包括多块砖和三元催化剂涂层。在另一个示例中，可以使用各自具有多块砖的多个排放控制装置。
控制器12在图1中被示出为常规的微计算机，所述常规的微计算机包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、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和常规的数据总线。控制器12被示出为除了接收先前论述的那些信号之外还从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括：来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；联接到驾驶员需求踏板130(例如，人/机界面)以用于感测由人类驾驶员132施加的力的位置传感器134；联接到制动踏板150(例如，人/机界面)以用于感测由人类驾驶员132施加的力的位置传感器154；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；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；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。也可以感测大气压力(传感器未示出)以供控制器12处理。在本描述的优选方面，曲轴每旋转一转，发动机位置传感器118产生预定数目的等距脉冲，据此可确定发动机转速(RPM)。
控制器12还可接收来自人/机界面11的输入。起动或停止发动机或车辆的请求可经由人类和到人/机界面11的输入来生成。人/机界面11可以是触摸屏显示器、按钮、按键开关或其他已知的装置。
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，一般来说，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，以便增大燃烧室30内的容积。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处于其最大容积时)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处于其冲程末端并且最靠近气缸盖时(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)的点通常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。在下文被称为点火的过程中，由诸如火花塞92的已知点火装置点燃所喷射燃料，从而导致燃烧。
在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活塞移动转换成旋转轴的旋转动力。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。应当注意，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、第一电机控制器252、第二电机控制器257、变速器控制器254、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，诸如功率输出极限(例如，经控制不得被超过的装置或部件的功率输出)、功率输入极限(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、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，响应于驾驶员释放驾驶员需求踏板和车辆速度，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减小率。所请求的期望的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处的所期望的传动系制动功率。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。
在其他示例中，对控制动力传动系统装置的划分可以以与图2中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、第一电机控制器252、第二电机控制器257、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传动起动机/发电机(BISG)219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。可以经由任选的BISG温度传感器203确定BISG 219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、节气门等功率致动器204来调整。
传动系200被示出为包括带传动起动机/发电机(ISG)219。ISG219可以经由皮带231联接到发动机10的曲轴40。替代地，ISG 219可以直接联接到曲轴40。当对较高电压电能存储装置262(例如，牵引电池)充电时，ISG 219可以向传动系200提供负扭矩。ISG 219还可以提供正扭矩，以经由由较低电压电能存储装置(例如，电池或电容器)263所供应的能量来使传动系200旋转。在一个示例中，电能存储装置262可以输出比电能存储装置263(例如，12伏)更高的电压(例如，48伏)。DC/DC转换器245可以允许在高压总线291与低压总线292之间交换电能。高压总线291电联接到逆变器246和较高电压电能存储装置262。低压总线292电联接到较低电压电能存储装置263和传感器/致动器/附件279。电气附件279可以包括但不限于前挡风玻璃电阻加热器和后挡风玻璃电阻加热器、真空泵、气候控制风扇以及灯。逆变器246将DC电力转换为AC电力，反之亦然，以使得电力能够在ISG 219与电能存储装置262之间传递。同样，逆变器247将DC电力转换为AC电力，反之亦然，以使得电力能够在ISG 240与电能存储装置262之间传递。
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输入侧或第一侧235。分离离合器236可以是电致动或液压致动的。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。
ISG 240可以操作以向动力传动系统200提供动力，或者在再生模式中将动力传动系统动力转换成电能以便存储在电能存储装置262中。ISG 240与能量存储装置262电通信。ISG 240具有比图1所示的起动机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的皮带、齿轮或链条。代而，ISG 240以与动力传动系统200相同的速率旋转。电能存储装置262(例如，高压电池或电源)可为电池、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。ISG240可以经由如电机控制器252所指示充当马达或发电机而向动力传动系统200提供正功率或负功率。
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被锁定时，动力从泵轮285直接传递到涡轮286。TCC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动力直接传递到变速器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，由此能够调整直接传递到变速器的动力的量。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传输的动力量。
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(例如，挡位1-10)211和前进离合器210。自动变速器208是固定比变速器。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。来自自动变速器208的动力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选择性地启用或接合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。
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。另外，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，可以减小对车轮216的摩擦力。例如，作为自动化发动机停止程序的一部分，车辆制动器可以经由控制器250向车轮216施加摩擦力。可以根据制动踏板位置来确定制动扭矩。
响应于增加车辆225的速度的请求，车辆系统控制器可以从驾驶员需求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262充电时，可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。
响应于降低车辆225的速度并且提供再生制动的请求，车辆系统控制器可以基于车辆速度和制动踏板位置来提供负的期望车轮功率(例如，期望的或请求的动力传动系统车轮功率)。然后，车辆系统控制器255将负的期望车轮功率的一部分分配给ISG 240和发动机10。车辆系统控制器还可将请求的制动功率的一部分分配给摩擦制动器218(例如，期望的摩擦制动车轮功率)。此外，车辆系统控制器可以向变速器控制器254通知车辆处于再生制动模式，使得变速器控制器254基于唯一换挡计划来变换挡位211，以提高再生效率。发动机10和ISG 240可以向变速器输入轴270供应负功率，但是由ISG 240和发动机10提供的负功率可以受变速器控制器254限制，所述变速器控制器输出变速器输入轴负功率极限(例如，不得被超过的阈值)。此外，车辆系统控制器255或电机控制器252可以基于电能存储装置262的工况来限制ISG 240的负功率(例如，被约束到小于阈值负阈值功率)。由于变速器或ISG限制而可能不由ISG 240提供的期望的负车轮功率的任何部分可以被分配给发动机10和/或摩擦制动器218，使得期望的车轮功率通过经由摩擦制动器218、发动机10和ISG240的负功率(例如，吸收的功率)的组合来提供。
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，可在逐缸的基础上执行发动机控制以控制发动机功率输出。
电机控制器252可通过调整流入和流出ISG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可以通过对来自位置传感器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，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转速求导以确定变速器输出轴转速变化率。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可包括用于挡位1-N(其中N是高挡位数)、D(行驶挡)和P(驻车挡)的位置。
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，不得被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的负车轮功率极限，则调整ISG功率以在车轮处提供小于50N-m(例如，49N-m)的负功率，这包括考虑变速器齿轮传动。
因此，图1和图2的系统提供了一种系统，其包括：发动机；电机；以及控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，所述可执行指令使控制器在发动机的进气歧管压力小于阈值时经由电机在不加燃料的情况下使发动机旋转；以及用于在进气歧管压力小于阈值时响应于发动机起动请求、在电机使发动机以所述转速旋转时并且在发动机生成的扭矩不足以将发动机维持在所述转速时向发动机供应燃料并且在发动机中燃烧燃料的可执行指令。所述系统还包括用于在向发动机供应燃料时经由调整发动机气门正时来调整发动机扭矩的附加指令。所述系统还包括用于在向发动机供应燃料时经由调整发动机点火正时来调整发动机扭矩的附加指令。所述系统还包括用于在温度低于阈值温度时在发动机生成的扭矩不足以维持发动机转速时使发动机旋转的附加指令。所述系统包括其中所述温度为排气温度或催化剂温度。所述系统还包括用于响应于所述温度超过阈值温度而增加发动机扭矩的附加指令。所述系统还包括用于经由电机推进车辆的附加指令。
现在参考图3，示出了根据图4的方法的示例性预示性发动机起动顺序。所述示例性顺序可以由图1至图2的系统协同图4的方法来提供。所述曲线图在时间上对齐并且在同一时间发生。在时间t0至t4处的竖直线指示特别感兴趣的时间。
从图3顶部开始的第一曲线图是发动机旋转状态与时间的曲线图。竖直轴线表示发动机旋转状态，并且当发动机旋转状态迹线302处于水平轴线附近的较低水平时，发动机不旋转。当迹线302在竖直轴线箭头附近处于较高水平时，发动机旋转。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线302表示发动机旋转状态。
从图3顶部开始的第二曲线图是催化剂温度与时间的曲线图。竖直轴线表示催化剂温度，并且催化剂温度沿竖直轴线箭头的方向升高。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线304表示催化剂温度。水平线350表示催化剂起燃温度。
从图3顶部开始的第三曲线图是发动机火花正时与时间的曲线图。竖直轴线表示发动机火花正时，并且当迹线306处于水平轴线的水平时，发动机火花正时处于接收火花的气缸的上止点压缩冲程。当迹线306高于水平轴线时，接收火花的气缸的火花正时在接收火花的气缸的上止点压缩冲程之前。当迹线306低于水平轴线时，接收火花的气缸的火花正时在接收火花的气缸的上止点压缩冲程之后。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线306表示发动机的每个气缸的火花正时。
从图3顶部开始的第四曲线图是排气门打开正时与时间的曲线图。竖直轴线表示发动机的排气门打开正时，并且排气门打开正时沿竖直轴线箭头的方向提前。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线308表示发动机的排气门打开时间。
从图3顶部开始的第五曲线是发动机扭矩与时间的曲线。竖直轴线表示发动机扭矩输出(例如，发动机的曲轴处的发动机扭矩)，并且发动机扭矩沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。轨迹310表示发动机扭矩输出。水平线352表示使发动机以发动机怠速旋转所需的发动机扭矩量。因此，如果发动机扭矩低于线352的水平，则发动机扭矩不足以使发动机在发动机生成的扭矩下以发动机怠速旋转。
从图3的顶部开始的第六曲线是电机扭矩与时间的曲线。竖直轴线表示电机扭矩输出，并且电机扭矩输出沿竖直轴线箭头方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线312表示发动机扭矩输出。
在时间t0处，发动机不旋转并且催化剂温度低。发动机未操作，因此未指示发动机火花正时。排气门打开正时相对延迟并且发动机扭矩为零。电机扭矩也为零。
在时间t1处，请求发动机起动(未示出)并且电机开始使发动机旋转。催化剂温度保持较低，并且不向发动机提供火花。此外，燃料不喷射到发动机(未示出)。排气门打开正时提前，使得一旦燃料被喷射到发动机，排气就可以做更少的功来使发动机旋转并且加速催化剂的预热。发动机输出扭矩为零，并且电机扭矩增加，使得电机可以使发动机旋转。
在时间t1与时间t2之间，在不加燃料的情况下使发动机旋转超过一转。火花不被输送到发动机，并且排气门正时提前。在一些示例中，进气门正时也可以提前(未示出)以减少进入气缸的空气充气。发动机扭矩为零，并且电机提供扭矩以使发动机以预定转速(例如，发动机怠速转速，其可以高于暖发动机怠速转速)旋转。
在时间t2处，作为发动机起动顺序的一部分，发动机开始旋转。使用BISG的扭矩输出和ISG的扭矩输出来使发动机旋转。ISG的扭矩输出经由至少部分地闭合传动系分离离合器来提供给发动机，以增加传动系分离离合器扭矩容量。发动机状态从停止变为旋转。
在时间t3处，向发动机供应火花和燃料。燃烧在发动机中开始，但是发动机生成的输出扭矩小于使发动机以发动机怠速旋转所需的扭矩。因此，电机继续提供扭矩以使发动机以发动机怠速旋转。发动机火花正时被延迟以降低发动机输出扭矩，并且排气门正时被提前以增加从发动机传递到催化剂的热量。催化剂温度开始升高。
在时间t3与时间t4之间，电机继续提供扭矩以使发动机旋转，并且发动机继续将燃烧产生的热能供应给催化剂。气缸(未示出)的空气充气保持在低水平，使得喷射的燃料量可以是低的，从而减少发动机排放物。
在时间t4处，催化剂温度超过阈值350，因此发动机火花正时被提前并且发动机排气门打开时间被延迟以增加发动机扭矩输出并且减少输送到催化剂的热能的量。在时间t4之后不久，发动机开始产生足以将发动机转速维持在发动机怠速的扭矩。因此，电机扭矩减小到零。发动机在依靠自身动力旋转时继续燃烧空气和燃料。
因此，喷射到发动机的大部分燃料可以用于加热催化剂，而发动机不会生成足够的扭矩以使发动机以发动机怠速或另一预定速度旋转。因此，可以减少发动机排气尾管排放物，并且发动机可以以怠速平稳地旋转。
现在转到图4，示出了用于操作发动机的方法的流程图。具体地，图4的方法可以应用于起动和操作发动机。图4的方法可以结合到图1至图2的系统中并且与之协作。此外，图4的方法的至少部分可并入作为存储在非暂时性存储器中的可执行指令，而方法的其他部分可经由控制器变换物理世界中的装置和致动器的操作状态来执行。
在402处，方法400确定车辆工况。可以通过车辆的各种传感器和致动器来确定车辆工况。车辆工况可以包括但不限于发动机转速、车辆速度、驾驶员需求扭矩、环境空气温度、大气压力和发动机负载。方法400前进到404。
在404处，方法400判断是否已经请求发动机起动。方法400可以根据车辆乘员的输入(例如，施加按钮或钥匙开关)或基于车辆工况(例如，驾驶员需求扭矩、电池荷电状态、车辆速度等)来判断请求发动机起动。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406。否则，答案为否，并且方法400前进到440。
在440处，方法400根据驾驶员需求和电池荷电状态(SOC)操作车辆的发动机和电机，所述发动机和电机可以向车辆提供推进力。方法400还可以响应于其他车辆工况来操作发动机和电机。例如，如果请求发动机起动，则经由向发动机供应火花和燃料来起动发动机。如果发动机已经起动，则发动机扭矩和转速可以基于驾驶员需求扭矩、车辆速度和电池荷电状态。此外，电机扭矩和转速可以基于驾驶员需求扭矩、车辆速度和电池荷电状态。例如，在高驾驶员需求扭矩水平下，发动机和电机可以在电池SOC大于阈值时向车辆传动系提供扭矩。如果驾驶员需求扭矩低并且SOC高，则电机可以在发动机停止时推进车辆。如果SOC低，则发动机可以向电机提供扭矩，并且电机可以将扭矩转换成电荷。电荷可以存储在电池中。方法400前进到退出。
在406处，方法400判断催化剂温度是否大于阈值温度。在一个示例中，阈值温度可以是催化剂的起燃温度。如果是这样，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408处，方法400经由电机(例如，240或219)使发动机以预定转速旋转而不向发动机供应燃料。在一个示例中，方法400可以使发动机以发动机怠速(例如，800转/分钟(RPM))旋转。在另一个示例中，方法400可以使发动机以发动机转动起动转速(例如，250RPM)旋转。方法400前进到410。
在410处，方法400将排气门打开正时提前，使得发动机可以准备好在动力冲程期间相对较早地将燃烧气体释放到排气歧管中，使得可以更快地加热催化剂并且使得可以对发动机的曲轴执行更少的功。例如，方法440可以将释放其排气的气缸的排气门打开正时提前到释放其排气的气缸的上止点压缩冲程之后的110曲轴度。另外，方法400可以将发动机的进气门正时提前，使得当发动机中开始燃烧时，可以在发动机气缸中保持较小的空气充气。方法400前进到412。
在412处，方法400判断MAP是否小于阈值压力。如果是这样，则答案为是并且方法400前进到414。否则，答案为否，并且方法400保持在412处。可以调整发动机节气门位置以实现期望的MAP。例如，节气门可以关闭以减小MAP或打开以增加MAP。
在414处，方法400将火花和燃料输送到发动机气缸。另外，如果发动机以小于发动机怠速的转速旋转，则可以在火花和燃料被输送到发动机之前将发动机转速增加到发动机怠速。火花在从用于发动机当前转速和负载的基本火花正时延迟的正时输送。例如，如果发动机以800RPM和0.1负载旋转，则对于发动机气缸中的每一者，基本火花正时可以是在上止点压缩冲程之前的10曲轴度。然而，在414处的火花正时可以在发动机气缸中的每一者的上止点压缩冲程之后输送，以减少由燃烧对发动机的曲轴执行的功并且增加输送到催化剂的热量。
方法400还可以使用分流喷射来输送燃料。换句话说，对于气缸的每个循环，方法400可以将燃料两次喷射到气缸中。例如，对于气缸的每个循环，方法400可以在气缸的进气冲程期间向气缸喷射一次燃料，并且在气缸的压缩冲程期间向气缸喷射一次燃料。替代地，方法400可以在气缸的压缩冲程期间第一次喷射燃料，并且在气缸的压缩冲程期间第二次喷射燃料。
另外，可以调整发动机的操作，使得发动机不能仅在由发动机气缸中的燃烧产生的扭矩下以其当前转速旋转。换句话说，电机继续向传动系提供扭矩以使发动机以其当前转速旋转。例如，如果需要X牛顿米的扭矩来使发动机以当前发动机转速旋转，则由发动机生成的扭矩小于X。在一些示例中，由发动机的曲轴生成的净扭矩可以为零或小于零。可以经由调整气门正时、喷射的燃料量和火花正时来控制发动机扭矩。方法400前进到416。
在416处，方法400判断催化剂温度是否大于阈值。替代地，方法400可以判断排气的温度是否大于阈值。在又其他实施例中，方法400可以判断另一个排气系统部件的温度是否大于阈值温度。如果方法400判断出存在前述条件中的一者，则答案为是，并且方法400前进到418。否则，答案为否并且方法400返回至414。
在418处，方法400将发动机的火花正时提前。另外，方法400可以延迟发动机的气门正时。对火花正时和气门正时的调整可以使发动机生成附加扭矩。附加扭矩可以允许发动机在其自身的动力下旋转。方法400前进到420。
在420处，方法400响应于驾驶员需求扭矩而调整经由电机和发动机生成的扭矩。特别地，发动机扭矩和电机扭矩和转速可以基于驾驶员需求扭矩、车辆速度和电池荷电状态。例如，在高驾驶员需求扭矩水平下，发动机和电机可以在电池SOC大于阈值时向车辆传动系各自提供驾驶员需求扭矩的一部分。因此，如果驾驶员需求扭矩为400牛顿米(Nm)，则发动机可以输出350Nm并且电机可以输出50Nm以满足所请求的400Nm。如果驾驶员需求扭矩低并且SOC高，则电机可以在发动机停止时单独推进车辆。如果SOC低，则发动机可以向电机提供扭矩，并且电机可以将扭矩转换成电荷。电荷可以存储在电池中。方法400前进到退出。
以这种方式，可以起动混合动力车辆的发动机以加热催化剂并且减少排气尾管排放物。发动机气缸可以在少量空气充气和减少的燃料充气以匹配减少的空气充气的情况下操作，使得可以生成更少量的排气排放物。另外，发动机气缸中的排气可以更早地释放到发动机的排气歧管中，使得由于燃烧产生的更多热能可以传递到催化剂。
因此，图4的方法提供了一种用于起动发动机的方法，所述方法包括：响应于发动机起动请求，在不加燃料的情况下使发动机以一定转速旋转并且生成发动机的小于阈值的进气歧管绝对压力，发动机经由电机旋转；并且在不加燃料的情况下使发动机以所述转速旋转之后，在使发动机以所述转速旋转时、在进气歧管压力小于阈值时并且在控制发动机扭矩使得发动机扭矩不足以将发动机维持在所述转速时向发动机供应一定量的燃料并且燃烧所述量的燃料。所述方法还包括在从发动机的气缸的上止点压缩冲程延迟的正时处向气缸供应火花。所述方法包括其中电机是车辆的推进力源，并且其中在不加燃料的情况下使发动机旋转包括使发动机的曲轴旋转。所述方法包括其中所述转速是大于每分钟250转的发动机怠速转速。所述方法包括其中供应到发动机的所述量的燃料在发动机的气缸中产生稀的空气-燃料混合物。所述方法包括其中以分流燃料喷射将所述量的燃料输送到发动机。所述方法还包括响应于催化剂的温度超过阈值温度而增加喷射到发动机的燃料量。所述方法包括其中经由调整发动机气门正时来控制发动机扭矩。
图4的方法还提供了一种用于起动发动机的方法，所述方法包括：响应于发动机起动请求，在不加燃料的情况下使发动机以一定转速旋转并且生成发动机的小于阈值的进气歧管绝对压力，发动机经由电机旋转；并且在不加燃料的情况下使发动机以所述转速旋转之后，在使发动机以所述转速旋转时、在进气歧管压力小于阈值时并且在一个发动机循环中将发动机输出扭矩控制到基本为零(例如，小于额定发动机扭矩的2％)时，向发动机供应一定量的燃料并且燃烧所述量的燃料。所述方法包括其中在温度低于阈值温度时发动机在不加燃料的情况下旋转，并且其中生成进气歧管绝对压力包括调整节气门的位置。所述方法包括其中所述温度为排气温度或催化剂温度。所述方法包括其中经由调整发动机气门正时来控制发动机输出扭矩。所述方法还包括响应于所述温度超过阈值温度而增加发动机的扭矩输出。
应当注意，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程序可作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可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实施。本文所述的具体程序可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)中的一者或多者。因而，示出的各种动作、操作和/或功能可按示出的顺序执行、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所描述的示例性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。可以依据所使用的特定策略而反复地执行示出的动作、操作和/或功能中的一者或多者。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实施所描述的动作时，控制动作还可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。
本描述到此结束。在不脱离本描述的精神和范围的情况下，本领域技术人员在阅读本描述之后，将想到许多变化形式和修改。例如，以天然气、汽油、柴油或替代性燃料配置操作的单气缸、I3、I4、I5、V6、V8、V10和V12发动机可有利地使用本描述。

Claims (15)

1.一种用于起动发动机的方法，所述方法包括：
响应于发动机起动请求，在不加燃料的情况下使所述发动机旋转并且生成所述发动机的小于阈值的进气歧管绝对压力，所述发动机经由电机旋转；并且
在不加燃料的情况下使所述发动机以所述转速旋转之后，在使所述发动机以所述转速旋转时、在所述发动机的所述进气歧管压力小于所述阈值时并且在控制所述发动机的扭矩使得所述发动机的扭矩不足以将所述发动机维持在所述转速时，向所述发动机供应一定量的燃料并且燃烧所述量的燃料。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括在从所述发动机的气缸的上止点压缩冲程延迟的正时处向所述气缸供应火花。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述电机是车辆的推进力源，并且其中在不加燃料的情况下使所述发动机旋转包括使所述发动机的曲轴旋转。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述转速是大于每分钟250转的发动机怠速转速。
5.如权利要求1所述的方法，其中生成所述进气歧管绝对压力包括调整节气门的位置。
6.如权利要求1所述的方法，其中以分流燃料喷射将所述量的燃料输送到所述发动机。
7.如权利要求1所述的方法，其还包括响应于催化剂的温度超过阈值温度而增加所述发动机的扭矩输出。
8.如权利要求1所述的方法，其中经由调整发动机气门正时来控制所述发动机扭矩。
9.一种系统，其包括：
发动机；
电机；以及
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经由所述电机在不加燃料的情况下使所述发动机旋转并且生成所述发动机的小于阈值的进气歧管压力；以及用于在所述进气歧管压力小于所述阈值时响应于发动机起动请求，在所述电机使所述发动机以所述转速旋转时并且在所述发动机生成的扭矩不足以将所述发动机维持在所述转速时向所述发动机供应燃料并且在所述发动机中燃烧所述燃料的可执行指令。
10.如权利要求9所述的系统，其还包括用于在向所述发动机供应燃料时经由调整发动机气门正时来调整发动机扭矩的附加指令。
11.如权利要求10所述的系统，其还包括用于在向所述发动机供应燃料时经由调整发动机点火正时来调整发动机扭矩的附加指令。
12.如权利要求9所述的系统，其还包括用于在温度低于阈值温度时在所述发动机生成的扭矩不足以维持所述发动机转速时使所述发动机旋转的附加指令。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述温度为排气温度或催化剂温度。
14.如权利要求12所述的系统，其还包括用于响应于所述温度超过所述阈值温度而增加发动机扭矩的附加指令。
15.如权利要求9所述的系统，其还包括用于经由所述电机推进车辆的附加指令。
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