带混合启动－停止的可变主动燃料管理延迟

摘要

本发明涉及带混合启动－停止的可变主动燃料管理延迟，具体而言，一种用于包括具有气缸停止的发动机的混合动力车辆的控制系统，其包括确定发动机停机时间值的发动机停机时间模块。重清除确定模块估算在开始气缸停止前清除发动机的液压控制系统的空气所需的重清除时间。重清除时间基于发动机停机时间值和发动机温度估算。

说明书

相关申请的交叉引用

[0001]本申请要求于2007年12月5日提交的美国临时申请 No.60/992,386的权益。上述申请的公开通过引用而整体地结合在本文 中。

技术领域

[0002]本公开涉及发动机控制系统，而更具体地涉及具有气缸停 止(cylinder deactivation)的混合动力车辆的发动机控制系统。

背景技术

[0003]本部分的陈述仅提供涉及本公开的背景信息，且可以不必 构成现有技术。

[0004]主动燃料管理(AFM)或气缸停止与混合推进系统均可用 于改善车辆的燃料经济性。气缸停止涉及在低负载条件时停止发动机 的一个或多个气缸以降低泵动损失。

[0005]混合推进系统典型地包括第一扭矩发生装置，例如内燃机 (ICE)，及第二扭矩发生装置，例如电机(EM)。每个扭矩发生装置均可 向传动系统提供扭矩来推动车辆。可使用不同的混合传动系配置，包 括强混合传动系、适度混合传动系和/或其它混合动力类型。在强混合 传动系中，电机能够直接驱动传动系统，无须通过内燃机的部件传递 扭矩。

[0006]在适度混合传动系中，电机比如通过前端附属驱动部件和 内燃机联接。由电机产生的扭矩通过内燃机传递给传动系统。示范性 的适度混合传动系包括皮带交流电机启动器(BAS)(belt alternator starter)系统。在皮带交流电机启动器系统中，电机通过传统的皮带和 皮带轮结构联接到内燃机上，内燃机驱动包括但不限于泵和压缩机的 其它附件。

[0007]当联接在一起时，这些技术能够提供更多的燃料节省。混 合推进效率的一个改进为发动机的启动-停止特征。在常规发动机将会 怠速(idling)的时间间隔，混合动力系统停止发动机以增加燃料节省。 当系统检测到驾驶者将要求车辆加速时，混合动力系统重新启动发动 机并在随后的车辆加速过程中可协助发动机。

[0008]在结合气缸停止和混合推进的系统里，存在有利于在重新 启动混合启动-停止序列后立即停止发动机气缸的多个时间。某些具备 气缸停止的系统要求在能够发生气缸停止之前完全清除液控系统的 空气的时间间隔。例如，挺杆油歧管组件(LOMA)(lifter oil manifold assembly)和其在气缸体中的相关通路可能需要清除。当前的方法使用 预定的固定时间间隔来允许发生该清除。

[0009]预定的固定时间间隔假设最坏情况的条件，此时发动机停 机时间完全排出了发动机油道里的油。在非混合动力的车辆上，该延 迟不损害燃料经济性。但是在具有气缸停止的混合动力车辆上，这种 停止气缸的延迟可能会是燃料节省机会的重要损失。

发明内容

[0010]本发明涉及一种用于混合动力车辆的控制系统，该混合动 力车辆包括具有气缸停止的发动机，该控制系统包括确定发动机停机 时间值的发动机停机时间模块。重清除确定模块估算在开始气缸停止 前清除发动机液控系统的空气所需的重清除时间。重清除时间基于发 动机的停机时间值和发动机温度进行估算。

[0011]本发明提供了一种操作混合动力车辆的方法，该混合动力 车辆包括具有气缸停止的发动机，该方法包括确定发动机的停机时间 值；以及估算在开始气缸停止前清除发动机液控系统的空气所需的重 清除时间，其中该重清除时间基于发动机的停机时间值和发动机温度 进行估算。

[0012]根据本文提供的说明书，其它的可应用范围将变得显而易 见。应理解说明书和具体的实例仅意在用于说明目的，而非意在限制 本公开的范围。

[0013]本文描述的附图仅用于解说目的，而非意在以任何方式限 制本公开的范围。

[0014]图1为图解示范性可变排量和混合动力发动机系统的可 变排量部件的功能框图；

[0015]图2为图解图1的发动机的混合动力部件的功能框图；

[0016]图3更详细地图解了图1的示范性可变排量部件；

[0017]图4更详细地图解了示范性控制模块；和

[0018]图5为图解了用于运行图1的发动机系统的一种示范性方 法的流程图。

具体实施方式

[0019]以下描述本质上仅仅是示范性的，而非意在限制本公开、 应用或用途。为清晰起见，在附图中将使用同样的标号来表示同样的 元件。如本文所用，“激活”指使用所有的发动机气缸的操作。“停 止”指使用少于发动机的所有气缸(一个或多个气缸未激活)。如本文 所用，用语“模块”和/或“装置”指专用集成电路(ASIC)、电子电路、 处理器(共用、专用或集群)及执行一个或多个软件或固件程序的存储 器、组合逻辑电路或其它提供所述功能性的合适的部件。

[0020]根据本公开，挺杆油歧管组件的回流(drain-back)和重清除 时间特征在于不同的发动机温度。部分回流可能导致更短的重清除时 间。此信息然后可用于具有气缸停止的混合动力车辆以允许更早的气 缸停止。例如，常规的固定时间间隔可设置等于重启动后的30秒。

附图说明

本公开使用物理的挺杆油歧管组件/或油道回流和清除特性、发动机停 机时间及发动机温度来确定延迟时间间隔，缩短了该时间间隔。

[0021]在某些实施方式中，在发动机重启动时，曲轴被停止的时 间间隔及曲轴旋转的时间间隔被用于索引挺杆油歧管组件重清除时 间表以确定合适的气缸停止延迟。出于系统保护的目的，在启动混合 启动-停止时可使能此控制方法。换句话说，此减少的延迟在初始冷启 动期间可用或可不用。

[022]现在参见图1，车辆10包括驱动变速器14的发动机12。 变速器14可以包括但不限于手动变速器、自动变速器、持续可变变 速器(CVT)和自动化手动变速器(AMT)。变速器14由发动机12通过 相应的变矩器或离合器16驱动。变速器14由控制模块24电气地控 制。

[0023]空气通过节气门13流入发动机12。发动机12包括N个 气缸18。在发动机运行期间，可选择性地停止一个或多个选择的气缸 18′。尽管图1描绘了八个气缸(N＝8)，但发动机12可以包括更多或更 少的气缸18。例如，预期发动机可具有4，5，6，8，10，12和16个 气缸。空气经过进气歧管20流入发动机并在气缸18中与燃料一起燃 烧。如下面更详尽地描述，发动机还包括停止选择的气缸18′的挺杆油 歧管组件(LOMA)22。

[0024]控制模块24和发动机12以及如本文讨论的不同的输入和 传感器相通。车辆操作人员操纵加速器踏板26来控制节气门13。更 具体地说，踏板位置传感器28生成传递到控制模块24的踏板位置信 号。该控制模块24基于踏板位置信号生成节气门控制信号。节气门 促动器(未示出)基于节气门控制信号调节节气门来控制流入发动机12 的空气。

[0025]车辆操作人员操纵制动踏板30来控制车辆制动。更具体 地说，制动位置传感器32生成传递到控制模块24的制动踏板位置信 号。该控制模块24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)基于制动控制信号调节车辆制动来控制车辆速度。

[0026]发动机速度传感器34基于发动机速度生成信号。进气歧 管绝对压力(MAP)传感器36基于进气歧管20的压力生成信号。节气 门位置传感器(TPS)38基于节气门位置生成信号。

[0027]在低发动机负载期间，控制模块24可将发动机12转换至 气缸停止状态。在一个示范性实施例中，N/2个气缸18′(即气缸数N 的一半)被停止，尽管任意数目的气缸均可被停止。在停止选择的气缸 18′的基础上，控制模块24增大剩余或激活的气缸18的输出功率。停 止气缸18′的进气口和排气口(未示出)被关闭以降低泵动损失。

[0028]发动机负载可基于进气歧管绝对压力、气缸模式和发动机 转速确定。更具体地，对给定的发动机每分钟转数(RPM)而言，如果 歧管绝对压力低于某个阈值，发动机负载可以被视为轻载且发动机12 可被转换成气缸停止状态。对给定的发动机转速而言，如果歧管绝对 压力高于该阈值，发动机的负载可被视为重载且发动机12以激活状 态运行。如以下更详尽的讨论，控制模块24控制挺杆油歧管组件22。

[0029]现在参见图2，发动机12和电机64通过皮带交流电机启 动器(BAS)系统68联接。更具体地，电机14充当启动器(即马达)和交 流发电机(即发电机)，并通过皮带和皮带轮系统联接到发动机12上。 发动机12和电机64分别包括皮带轮70，72，它们被皮带74联接以 旋转。皮带轮70和发动机12的曲轴76联接以旋转。尽管示出了适 度混合动力配置，但也可使用强混合动力。

[0030]在一种模式下，发动机12驱动电机64来产生用于给储能 装置(ESD)78再充电的电能。在另一种模式下，电机64使用来自储能 装置78的能量驱动发动机12。在储能装置和电机64之间可使用直流 /交流转换器79。储能装置78可以包括，但不限于电池和超级电容器。 备选地，皮带交流电机启动器系统68可以被飞轮交流电机启动器系 统(FAS)(未示出)取代，该飞轮交流电机启动器系统包括可操作地布置 在发动机和置于电机64和曲轴76之间的变速箱或链或齿轮系统之间 的电机。

[0031]在需要低扭矩驱动车辆的时间间隔(即，混合动力发动机 停机状态)，驱动扭矩可由电机64提供。当处于混合动力发动机停机 状态时，发动机气缸的燃料和点火装置被切断。此外，可以阻止进气 阀和排气阀的开闭循环以禁止气缸内的气流处理。

[0033]现在参见图3，发动机12的进气配气机构(intake valvetrain)140包括进气阀142、摇臂144及和各个气缸18相联的推杆 146。发动机12包括旋转地从动凸轮轴148，其具有沿其布置的多个 气门凸轮150。气门凸轮150的凸轮面152与挺杆154接合，以循环 地开启和闭合其内安置有进气阀142的进气口153。进气阀142通过 回位元件(未示出)例如弹簧偏向关闭位置。由此，偏置力通过摇臂144 被传递到推杆146，并从推杆146传递到挺杆154，使得挺杆154压 靠凸轮面152。

[0033]随着凸轮轴148旋转，气门凸轮150引发相应挺杆154的 线性运动。挺杆154引发相应推杆146的线性运动。当推杆146朝外 运动时，摇臂144绕轴线(A)枢转。摇臂144的枢转引发进气阀142 朝着开启位置的运动，由此开启进气口153。随着凸轮轴148继续旋 转，偏置力使得进气阀142进入关闭位置。用这种方式，进气口153 被循环地开启以使得能够进气。

[0034]尽管发动机12的进气配气机构140如图3所示，但发动 机12也可包括以同样方式运行的排气配气机构(未示出)。更具体地说， 排气配气机构包括排气阀、摇臂及和各个气缸18相关联的推杆。凸 轮轴148的旋转导致排气阀的往复运动以开启和闭合相关的排气口， 如以上关于进气配气机构的类似描述。

[0035]挺杆油歧管组件22将加压流体供给到多个挺杆154，并 包括如图1所示的选择气缸18′相关联的螺线管156(示意性地示出)。 选择的气缸18′为当发动机12以气缸停止模式运行时被停止的气缸。 挺杆154布置在进气配气机构和排气配气机构中以在凸轮150和推杆 146之间提供接口。一般而言，每个选择的气缸18′均设有两个挺杆 154(一个挺杆用于进气阀142，而一个挺杆用于排气阀)。然而，可以 预期的是，各选择的气缸18′可关联更多的挺杆154(即每个气缸18′多 个进气或排气阀)。挺杆油歧管组件22可包括压力传感器158，该压 力传感器158生成指示供给挺杆油歧管组件22的液压流体的压力的 压力信号。可以使用一个或多个压力传感器158。

[0036]与选择气缸18′相关的各挺杆154在第一和第二模式之间 被液压地促动。第一和第二模式分别对应于激活和停止状态。在第一 种模式中，挺杆154提供凸轮150和推杆146之间的机械连接。通过 这种方式，凸轮150引起被传递给推杆146的挺杆154的线性运动。 在第二种模式中，挺杆154充当缓冲器，以在凸轮150和推杆146之 间提供机械脱离。尽管凸轮150引起挺杆154的线性运动，但该线性 运动并未被传递给推杆146。

[00037]螺线管156选择性地使得液压流体能够流向挺杆154以 使挺杆154在第一和第二模式之间切换。尽管一般来说有一个螺线管 156与各选择的气缸18′相关联(即一个螺线管对应两个挺杆)，但预期 可以使用更多或更少的螺线管156。各螺线管156促动处于开启和关 闭位置之间的相关阀160(示意性地示出)。在关闭位置，阀160阻止加 压液压流体流向对应的挺杆154。在开启位置，阀160使得加压流体 能够经过流体通道162流向对应的挺杆154。加压液压流体流从加压 液压流体源被供给至挺杆油歧管组件22。

[0038]现在参见图4，更详细地图示了控制模块24的一个示范 性实施方式。控制模块24包括确定发动机停机时间的发动机停机时 间模块180。发动机温度182和发动机停机时间被输进重清除确定模 块186。重清除确定模块186基于发动机停机时间和发动机温度估算 重清除时间。重清除确定模块186可使用数学关系或者查找表格。气 缸停止使得模块188能够从曲轴旋转时间模块184接收重清除时间及 曲轴旋转时间，并选择性地激活气缸停止控制模块190。气缸停止控 制模块190控制气缸的停止。

[0039]现在参见图5，示出了一种用于运行图1-3的发动机系统 的方法的示范性步骤。在步骤200中，控制可选地确定冷启动计时器 延迟是否已经超时。在步骤204中，控制确定推进系统是否处于启动 -停止状态。如果步骤204为真，控制继续步骤208并确定发动机是否 处于重启动状态。如果步骤208为假，控制返回步骤204。如果步骤 208为真，控制在步骤212中读取发动机温度。在步骤216中，控制 读取发动机停机时间。在步骤220中，控制从查找表格读取期望的重 清除时间或使用基于发动机停机时间和发动机温度的数学关系计算 预期的清除时间。

[0040]在步骤228中，控制确定曲轴旋转时间是否长于期望的挺 杆油歧管组件重清除时间。如果步骤228为真，控制继续步骤232并 允许气缸停止功能。如果步骤228为假，控制返回步骤224。当步骤 204为假时，控制仍继续从步骤204至步骤232。