CN101769207A - 控制车辆的发动机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于控制具有多个汽缸的车辆发动机和配置用于旋转发动机的电动马达的方法。该方法包含：在发动机怠速期间，将至少一个汽缸的火花正时提前至充分早于峰值扭矩正时，并且调节所述电动马达的马达输出扭矩以维持发动机怠速。该方法能够为快速作用的扭矩储备提供将发动机废热分别引导至排气或发动机冷却剂的选择。

Description

控制车辆的发动机的方法
【技术领域】
本发明涉及一种用于在混合动力车辆中冷启动之后的控制发动机怠速控制的方法。
【背景技术】
车辆的发动机能够在静止或其它相关车辆状况期间运转在怠速状态。在冷起动发动机怠速状态，多种***可利用发动机废热以加速发动机暖机，从而改善排放性能、发动机效率等。作为一个示例，可调节废排气热以更快速地增加催化剂温度，从而减少排放。同样，发动机冷却***和/或润滑***中的废热可被引导至驾驶舱用于驾驶舱加热或被引导至润滑***，这样减小润滑剂的粘性从而减少摩擦。例如，在开始起动期间可将火花正时从峰值扭矩正时(MBT)延迟以首先加热排气催化剂，并且随后一旦催化剂被加热则可将火花正时提前至MBT之前以更快速地加热发动机冷却剂和/或润滑剂从而提供增加的发动机效率。
美国专利6,334,431中描述了一个用于在冷起动状况期间调节发动机运转的措施，其描述了用于当发动机处于冷起动之下并且在催化剂起燃之后利用在MBT正时之前的火花正时提前以加热发动机冷却剂的方法。该提前值基于发动机冷却剂温度、进气温度、发动机转速和歧管绝对压力。具体地，在2000-2500RPM之间的发动机转速下，火花正时提前随着发动机转速增加而减小，反之亦然。此外，在低于2000RPM时，火花正时与发动机转速无关。
本文的发明人已经认识到上面措施带来的一些问题。作为一个例子，在怠速状况下当经由在MBT之前的提前正时加热发动机冷却剂时，怠速控制会劣化。特别地，如果响应速度降低进一步从相对于MBT的提前正时提前火花正时，会增加发动机失速(stall)的可能。此外，如果需要相当大地提前的火花正时以提供增加的废热，可降低燃烧稳定性，并且此外气流增加可能不足以维持足够的发动机扭矩以使发动机继续在所需的怠速下旋转。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种克服上述问题的控制车辆的发动机的方法。
根据本发明一个方面，提供一种可通过用于控制具有多汽缸和配置用于旋转发动机的电动马达的车辆发动机的方法，该方法包含：在发动机怠速期间，将至少一个汽缸的火花正时提前至充分早于峰值扭矩正时，并调节电动马达的马达输出扭矩以维持发动机怠速。
通过利用由提前的火花正时产生的扭矩储备用于增加提供给发动机冷却剂和/或润滑剂的热量，在这些状况下可能改善怠速控制。例如，通过响应发动机转速下降延迟火花正时(同时维持相对于MBT提前)，能够提供发动机扭矩的快速增加，仅较小和可能地临时影响输送至发动机冷却剂和/或润滑剂的热量。同样，能够实现改善的怠速发动机转速控制，降低失速同时发动机暖机。例如，上面的方法能够为快速作用的扭矩储备提供将发动机废热分别引导至排气或发动机冷却剂的选择。在这个示例中，能够实现废热输送的方向性选择而不影响扭矩的水平并且同时维持扭矩储备。
根据本发明另一方面，提供一种用于控制车辆的发动机的方法，所述车辆具有配置用于驱动至少所述发动机的马达，所述方法包含：
冷启动发动机；
在催化剂温度低于第一预定阈值时的第一怠速控制模式期间，设定火花正时至从峰值扭矩正时延迟的第一标称值，并且将火花正时调节在大约第一标称正时同时维持火花正时从所述峰值扭矩正时延迟，所述调节包括响应发动机怠速的降低从所述第一标称正时提前火花正时；及
在催化剂温度高于所述第一预定阈值并且发动机冷却剂温度低于第二预定阈值时的第二怠速控制模式期间，将所述火花正时设定为从所述峰值扭矩正时充分提前的第二标称值以使得所述发动机汽缸产生不足以将发动机旋转维持在怠速的输出扭矩，并且响应发动机转速调节所述马达的输出以维持怠速同时维持从所述峰值扭矩正时提前的火花正时。
根据本发明再一方面，提供一种用于控制具有带有多个汽缸的发动机的车辆的混合动力推进***的方法，包含：
在发动机怠速期间，在第一模式中，将至少一个汽缸的火花正时提前至峰值扭矩正时之前，并且启动所述混合动力***的马达以维持怠速；以及
在发动机怠速期间，在第二模式中，将至少一个汽缸的火花正时提前至峰值扭矩正时之前，但是提前得少于所述第一模式，并且响应发动机转速的降低将火花正时从所述提前正时向着所述峰值扭矩正时延迟以维持怠速；以及
在发动机怠速期间，在第三模式中，将至少一个汽缸的火花正时延迟至峰值扭矩正时之后，并且响应发动机转速的降低将火花正时从所述延迟正时向着所述峰值扭矩正时提前以维持怠速；以及
响应电池荷电状态、催化剂温度和车厢加热需求在至少第一模式、第二模式和第三模式之间选择。
根据本发明又一方面，提供一种用于控制具有多个汽缸的车辆发动机和配置用于旋转所述发动机的电动马达的方法，包含：
在发动机怠速期间，将至少一个汽缸的火花正时提前至充分早于峰值扭矩正时，将至少一个另一个汽缸的正时延迟至充分晚于所述峰值扭矩正时，并且调节所述电动马达的马达输出扭矩以维持发动机怠速。
应理解上面的概述提供用于以简化的形式引入将在详细描述中进一步描述的选择的概念。不意味着确认所保护的本发明主题的关键的或实质的特征，本发明的范围将由本申请的权利要求唯一地界定。此外，所保护的主题不限于克服上文或本公开的任何部分中所述的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
图1A显示了混合动力推进***。
图1B显示了带有凸轮驱动***的直喷发动机的示例。
图2A和2B显示根据发动机负荷的函数的爆震抑制区域的移动。
图3为用于选择怠速控制模式的流程图。
图4为用于控制在不同怠速控制模式之间的转换的流程图。
图5-7为多种怠速控制模式的发动机怠速控制流程图。
图
Figure G200910220854XD00031
为说明依照一个示例实施例在不同状况下的示例运转的流程图。
【具体实施方式】
参考图1A，该图示意性地描绘了带有混合动力推进***140的车辆。混合动力推进***140包括连接至变速器142的内燃发动机10，本文中特别参考图1B进一步描述该内燃发动机10。变速器142可为手动变速器、自动变速器或它们的组合。此外，可包括多种额外的部件，例如液力变矩器和/或其它齿轮例如主减速器单元等。变速器142显示为连接至驱动轮144，其相应与路面146接触。
在该示例实施例中，混合动力推进***140还包括能量转换装置148，其可包括马达、发电机等和它们的组合。能量转换装置148进一步显示为连接至能量存储装置150，其可包括电池、电容器、飞轮、压力容器等。能量转换装置148能够运转用于吸收来自车辆运动和/或发动机的能量并且将吸收的能量转换为适合通过能量存储装置存储的能量形式(例如提供发电机运转)。能量转换装置也能够运转用于为驱动轮144和/或发动机10(即提供马达运转)供应输出(功率、功、扭矩、转速等)。应该明白的是在一些实施例中能量转换装置148可包括仅一个马达、仅一个发电机或马达和发电机二者、以及其它用于在能量存储装置150和车辆驱动轮144和/或发动机10之间合适的能量转换的多种部件。
发动机10、能量转换装置148、变速器142和驱动轮144之间的描绘的连接指示了机械能量从一个部件至另一个的传送，因而能量转换装置148和能量存储装置150之间的连接可指示多种能量形式的转换，例如电的、机械的等。例如，可经由变速器142从发动机10传输扭矩以驱动车辆驱动轮144。如上所述，能量存储装置150可配置用于运转在发电机模式和/或马达模式。在发电机模式下，能量转换装置148吸收一些或全部的来自发动机10和/或变速器142的输出，其减小了输送至驱动轮144的驱动输出的量，或至驱动轮144的制动扭矩的量。可采用这种操作以例如通过再生制动实现效率增加、改进发动机效率等。此外，由能量转换装置接受的输出可用于为能量存储装置150充电。在其它示例中，能量转换装置可将机械输出供应至发动机10和/或变速器142，例如通过使用存储在电池内的电能。
混合动力推进实施例可包括完全混合动力(full hybrid)***，其中车辆能够仅运转在发动机、能量转换装置(例如马达)或二者的组合上。也可以采用辅助或轻度混合动力(Assist or mild hybrid)配置，其中发动机为主要的扭矩源，混合动力推进***作用为选择性地输送额外的扭矩，例如在踩加速踏板或其它情况下。另外，也可使用起动机/发电机和/或智能交流发电机***。可通过如下文参考图1B所述的车辆控制器控制参考图1上述的多种部件。
从上述所知，应理解示例性的混合动力推进***能够运转于多种模式。例如在完全混合动力实施例中，推进***可运转使用能量转换装置148(例如电动马达)作为推进车辆的唯一扭矩源而运转。在制动、低速、在交通灯处停止等期间可采用“仅电动”(“electric only”)运转模式。在其它模式下，发动机启动并且作用为唯一的扭矩源驱动驱动轮144。在另一个模式(其可称为辅助模式)下，能量转换装置148或交流扭矩源可补充发动机10提供的扭矩并与之配合作用。如上指示，能量转换装置148也可运转在发电机模式，其中从发动机10和/或变速器142吸收扭矩142。而且，能量转换装置148可作用以将扭矩输送至发动机或在发动机10怠速控制期间从发动机吸收扭矩。
图1B为显示多缸发动机10的一个汽缸的示意图，其可包括于车辆的推进***中。发动机10可至少部分由包括控制器12的控制***和由车辆操作者132经过输入装置130的输入控制。在这个例子中，输入装置130包括加速踏板和用于成比例地产生踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室或汽缸30可包括带有定位于其内的活塞36的燃烧室壁32。活塞36可连接至曲轴40以便使活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间传动***连接至车辆的至少一个驱动轮。而且，起动马达可经由飞轮连接至曲轴40以开启发动机10的起动运转。
燃烧室30可经由进气道42从进气歧管44接收进气并且可经由排气歧管48排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管48可经由各自的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或更多的进气门和/或两个或更多的排气门。
在这个例子中，可经由各自的凸轮驱动***51和53通过凸轮驱动控制进气门52和排气门54。凸轮驱动***51和53均可包括一个或更多的凸轮并且可利用可由控制器12运转以改变阀运转的一个或多个凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)***。进气门52和排气门54的位置可分别由位置传感器55和57确定。在一个替代实施例中，进气门52和/或排气门可由电动阀驱动。例如，汽缸30可替代地包括经由电动阀驱动控制的进气门和由包括CPS和/或VCT***的凸轮驱动控制的排气门。
燃料喷射器66显示为直接连接至燃烧室30用于将燃料与经由电子驱动器68从控制器12接收的FPW信号的脉冲宽度成比例地直接喷射其内。燃料喷射器66将燃料以称为燃料直接喷射的方式提供至燃烧室30。燃料喷射器可安装在例如燃烧室的侧面或者燃烧室顶部。燃料可通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料***(未显示)输送至燃料喷射器66。在一些实施例中，燃烧室30可替代地或附加地包括设置在进气歧管44内的燃料喷射器将燃料以称为进气道喷射的方式喷射至燃烧室30上游的的进气歧管。
进气道42可包括具有节流板64的节气门62。在这个具体例子中，控制器12经由提供信号至包括在节气门的电动马达或电动驱动器改变节流板64的位置(一种通常称之为电子节气门控制(ETC)的配置)。以这种方法，可运转节气门62以改变提供至燃烧室30内和其他发动机汽缸中的进气。通过节气门位置信号TP可将节流板64的位置提供至控制器12。进气道42可包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122用于提供各自的MAF和MAP信号至控制器12。
在选定运转模式下，点火***88可响应来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞92将点火火花提供至燃烧室30。尽管显示了火花点火部件，在一些实施例中，无论有无点火火花，燃烧室30或发动机10的一个或多个其他燃烧室可以压缩点火模式运转。
排气传感器126显示为连接至排放控制装置70上游的排气道48。传感器126可为用于提供排气空燃比指示的任何适合的传感器，例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO(排气氧传感器)、HEGO(加热型EGO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)或一氧化碳(CO)传感器。排气***可包括起燃催化剂和底部催化剂，以及排气歧管、上游和/或下游空燃比传感器。在一个示例中，转化器70能够包括多个催化剂砖。在其它示例中，可使用多个排放控制装置，每一个带有多个催化剂砖。在一个示例中，转化器70可为三元催化剂。
图1中控制器(或控制***)12显示为微型计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行的程序和校准值的电子存储介质(在本具体例子中显示为只读存储器芯片106)、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。控制器12可从连接至发动机10的传感器接收多种信号，除了之前论述的那些信号，还包括：引入质量空气流量(MAF)测量值、来自连接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)、来自连接至曲轴40霍尔效应传感器118(或其他类型)的脉冲点火感测信号(PIP)、来自节气门位置传感器的节气门位置TP和来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。存储介质只读存储器106可被编程有表示可由处理器102执行用于执行下面描述的方法以及可以预期的但没有具体列出的其它变量的指令的计算机可读数据。发动机冷却套筒114连接至驾驶室加热***9。
如上所述，图1仅显示了多缸发动机中一个汽缸，并且每个汽缸可类似地包括其自有组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
现参考图2A和2B，这些图表说明分别在低发动机负荷和高发动机负荷下示例爆震抑制。每个图表总体上显示了对于给定的汽缸内燃料和空气量，火花正时是如何影响成比例的发动机输出扭矩(发动机扭矩相对于峰值发动机扭矩)的。具体的，其显示了示例峰值扭矩正时(MBT)，左侧为相对于MBT的延迟正时，MBT右侧为相对于MBT的提前正时。此外，图表说明了一定范围的峰值扭矩正时(MinBT至MaxBT)。
如所说明的，发动机爆震可随着发动机负荷增加可较大程度地抑制可用的火花正时，特别是相对于MBT之前的提前正时。例如，图2A仅显示了在大约10度的MBT之前的提前正时之前的火花正时的爆震抑制，而图2B甚至显示了从MBT延迟10度处的爆震抑制。
图2A说明了至少在一些情况下，在轻负荷期间爆震抑制能够在MBT之前的提前正时进行运转。轻负荷可包含大部分怠速运转，至少在初始催化剂暖机运转之后，并且从而可以提前至MBT之前的火花正时运转。同样，在本文描述的多个示例中，这样的运转可用于增加发动机冷却剂和/或发动机润滑剂的热量以改善性能。
现参考图3-7，多个流程图描述怠速控制的示例运转。具体地，在怠速状况期间，调节发动机以维持最低的发动机转速，即使操作者未要求发动机输出。例如，发动机控制***可调节发动机气流和/或火花正时以维持怠速运转并且补偿例如转向***的驱动、温度控制空调(A/C)压缩机的启动等的干扰。在发动机怠速控制中，该控制***可保持扭矩储备，其中可能经由火花正时快速地增加发动机输出以维持发动机怠速并且调节补偿例如上述的那些干扰。此外，控制***可调节能量转换装置148的马达扭矩输出以维持发动机怠速并且补偿干扰。
用于在火花点火发动机的怠速状况期间维持足够的扭矩储备的一种模式包括标称地运转在相对于MBT正时延迟的火花正时。这种方法也能够与冷起动状况配合，其中提供延迟的火花正时用于增加提供至排放控制装置(例如催化剂70)的排气热量以改善其起燃性能。在这个示例中，可响应发动机转速反馈调节火花正时以使得发动机扭矩快速增加或减小以维持精确的怠速控制，同时也实质上维持增加的排气热量至催化剂70。具体地，可相对于标称的火花正时提前火花正时以使得能够快速增加发动机扭矩。
然而，例如一旦催化剂已经达到起燃温度，可使用第二模式，其中发动机标称地运转在相对于MBT的提前正时以增加排出至发动机冷却剂和/或润滑剂的热量，并且相较于相对于MBT的延迟的火花正时在燃烧室热量损失更快的减小。在本说明书中，提出了所述第二模式的两个示例(即子模式2.1和2.2)。例如，在辅助子模式2.1下，火花正时可充分地过度提前在峰值扭矩正时之前以使得具有所述正时的汽缸基本上不产生输出扭矩。在这个示例中，可通过连接至发动机的马达提供维持怠速所述的剩余扭矩。在其它示例(例如子模式2.2)中，火花正时可提前在峰值扭矩正时之前以使得带有所述正时的汽缸可产生一些扭矩。在子模式2.1的示例中，带有未过度提前的火花正时(例如处于MBT、或从MBT提前或延迟，但产生充分的扭矩)的发动机的其它汽缸可进行补偿以维持发动机怠速。
此外，在带有标称的提前火花正时的第二模式中，也可响应发动机转速反馈调节带有过度提前的火花正时的汽缸的火花正时以使得发动机扭矩能够快速增加以维持精确的发动机怠速控制，同时以零燃料消耗向车厢提供额外的热量。例如，当运转在该模式时，火花正时可相对于标称火花正时延迟以达到发动机转速的快速增加。即，如果存在降低发动机转速的扭矩干扰，可延迟火花正时以增加发动机扭矩并且抵消降低的转速。此外，在辅助模式下，可增加马达扭矩输出以抵消降低的转速。通过上面提供的示例，充分减小失速的可能性。
通过在第二模式下过度提前运转峰值扭矩正时，可提供大量的热量(例如用于车厢加热)，同时可经由马达和/或通过调节过度提前的火花正时和/或未过度提前的汽缸的火花正时仍然维持怠速控制。
在输送足够的热量至发动机冷却剂和/或润滑剂之后(例如一旦达到所需发动机冷却剂温度)，发动机可运转在第三怠速模式。在这个第三模式下，可相对于峰值扭矩正时延迟火花正时以便维持足够的扭矩储备，但相较于第一模式从MBT总体火花延迟较少。例如，相对于峰值扭矩正时延迟的大小可充分少于第一模式以便实现更高的效率的发动机(即扭矩输出相对于最大扭矩输出)。
在怠速控制期间，上述模式之间的转换包括在转换期间维持发动机扭矩；此后，可通过同时调节选择用于调节的汽缸的火花正时和总体气流(例如经由节气门62的调节)逐渐地实现与每个模式相关的所需的火花正时(例如通过所需催化剂温度、所需发动机冷却剂温度、以充分的扭矩储备维持发动机冷却剂温度等确定)。而且，通过调节火花正时和马达扭矩输出可实现转换，其中可经由马达扭矩输出补偿通过调节火花正时产生的发动机扭矩干扰。
此外，取决于工况，以相对于MBT提前的或延迟的火花正时运转的汽缸的数目可调节为发动机汽缸中的一个、一些或全部。例如，在第一和第三模式期间，可以标称的延迟的火花正时运转发动机的所有汽缸，响应怠速控制偏离调节所有汽缸的正时。然而，在模式2.2期间，仅一些发动机汽缸可以标称提前的火花正时运转(并且响应怠速控制偏离进行调节)，其余汽缸以处于MBT的火花正时运转(并且不响应怠速进行调节)。可替代地，在辅助子模式2.1下，可以过度提前的火花正时运转所有的汽缸，而马达扭矩输出响应于怠速控制偏离。
图3示出了怠速控制模式的确定。如果在310处确定发动机10处于冷起动状况下(即发动机冷却剂温度大约等于环境温度)并且312处发动机处于怠速，程序前进至314，在该处催化剂温度与可与催化剂起燃温度相关的预定阈值TCAT相比较。例如可基于车速低于阈值和/或基于车辆操作者释放踏板72来识别车辆怠速状况。
如果催化剂的温度低于TCAT，在316处选择怠速模式1。模式1可以从峰值扭矩正时延迟的标称的火花正时运转以增加排气温度和更快速地加热排放组件。
此外，在模式1，可将火花正时调节为大约标称正时以将怠速控制至所需的怠速左右。例如，可相对于标称正时提前火花正时(同时仍然从峰值扭矩正时延迟)以增加发动机输出扭矩并且从而抵消怠速下降或者抵消置于发动机上的外部负荷。如另一个示例，可相对于标称正时进一步地延迟火花正时(同时仍然从峰值扭矩正时延迟)以减小发动机输出扭矩并且从而抵消怠速增加或者抵消从发动机上移除的外部负荷。另外，通过节气门进行的气流调节可与火花正时延迟和调节协作以将火花正时维持在平均标称正时的左右，同时还维持所需怠速的平均值。图5中描述了模式1的其它细节。
如果314处催化剂温度至少等于TCAT，其在320处确定额外的燃烧热量是否将被转移至发动机冷却剂和/或发动机润滑剂(例如，经由提前峰值扭矩正时之后的火花正时)。在一个示例中，在320处程序确定环境温度是否低于确定的阈值TTH或者乘客或自动温度控制***要求的车辆车厢加热，并且也确定发动机冷却剂温度是否低于预定阈值TECT。
如果这样，程序继续至321以确定发动机是否处于较低的发动机怠速负荷区域。例如，程序可确定发动机负荷(例如基于歧管压力、发动机扭矩等所确定)是否低于阈值。此外，该阈值可基于发动机爆震极限，这样在轻负荷状况下火花正时也响应于爆震探测。另外，可限制在峰值扭矩正时之前的火花正时提前的大小以避免出现的爆震抑制。在替代的示例中，程序可探测爆震阈值。
在这个示例中，如果对321处的回答为是，则在322处确定电池荷电状态(SOC)是否大于预定阈值TB。如果电池SOC足够的高，则在323处进入模式2并且以辅助子模式2.1实现怠速控制。如果电池SOC不是足够的高，则在324处进入怠速子模式2.2。在子模式2.1和子模式2.2下，火花正时将相对于峰值扭矩正时提前，在图6-7中将进一步描述这些模式。
具体的，在一个示例中，模式2可包括以从峰值扭矩正时提前的标称火花正时充分运转以增加排出至发动机冷却剂和/或润滑油热量以更快速地减小发动机磨损，提供车厢加热，减小排气热流等。此外，将火花正时调节为大约标称正时以将怠速控制至所需的怠速。例如，可相对于标称正时延迟火花正时(同时仍然从峰值扭矩正时提前)以增加发动机输出扭矩并且从而抵消怠速下降或者抵消置于发动机上的外部负荷。如另一个示例，可相对于标称正时进一步地提前火花正时(同时仍然从峰值扭矩正时提前)以增加发动机输出扭矩并且从而抵消怠速增加或者抵消从发动机上移除的外部负荷。另外，节气门调节可与火花正时延迟和调节协作以将火花正时维持在平均标称正时的左右，同时也维持所需怠速的平均值。
如另一个示例，在322处如果电池SOC不是足够的高，则在326处进入怠速模式3以避免进入爆震区域。参考图5进一步描述怠速模式3。
再次参考图3，如果321处的发动机负荷大于预定阈值，或者对320处的回答为否，在326处程序将怠速控制设置为怠速模式3。在一个示例中，甚至当发动机的热量增加可为有利的(例如增加车厢加热)，如果这种运转可导致发动机爆震或劣化的怠速控制(由于爆震限制导致不足的扭矩储备)，程序选择模式3以维持足够的怠速控制。这样，可考虑并减小爆震抑制。此外，当发动机加热完成时，程序也可选择模式3以提供更多燃料效率以及减少的排气或发动机加热。
如果312处发动机未处于怠速，则在318处确定并设定标称火花延迟。
这样，如图3所示的程序能够在多种怠速模式之间选择以在多种状况下提供改善的性能。
上述示例模式也可具有多种可替代实施方式。在一个示例中，发动机的所有汽缸可大约在由多种模式设置的标称正时运转。例如，在模式2中，每个汽缸可大约在相同的标称的提前火花正时运转，根据控制程序，例如下面所述的PID控制器，响应当前所需发动机转速和实际发动机转速调节每个汽缸火花正时。然而，在模式2的其它运转示例中，一些汽缸可具有第一标称火花提前，并且其它汽缸可具有比第一标称火花提前更多(即更加提前)的第二标称火花提前。在这种情况下，可响应所需速度和实际速度之间的差别仅对于带有第二标称火花提前的汽缸的调节火花正时，这样带有第一标称火花提前的汽缸可独立于怠速控制反馈。可替代地，甚至在汽缸具有不同标称火花提前的情况下，可响应怠速控制反馈调节所有的汽缸。在一个具体示例中，第二标称火花提前可设置为充分提前的火花正时这样燃烧扭矩充分减小以使得相当多的热量能够从那些汽缸输送至发动机冷却剂和/或润滑***。因此，在其它示例中，一些汽缸可具有不同标称的提前火花正时以调整发动机扭矩，一些汽缸可相对于该标称火花正时进一步提前从而减小发动机扭矩，并且其它汽缸可相对于该标称火花正时延迟从而增加发动机扭矩(同时所有汽缸仍然相对于MBT提前)。此外，当运转在辅助子模式2.1时，所有汽缸均可过度提前以使得基本上不产生扭矩并且接合混合马达以维持发动机旋转并且因而维持发动机怠速。可替代地，在辅助子模式2.1下，带有标称的提前火花正时的一些汽缸可提供由马达扭矩输出补充的发动机输出扭矩。
同样，类似的修改可用于模式1和/或模式3中。例如，对于模式1或3中的火花正时调节，所有汽缸可经历相同的标称火花正时延迟。可替代地，可相对于峰值扭矩正时延迟所有汽缸，但是所有汽缸不具有相同火花正时。同样，能够独立地提前或延迟每个或一些的汽缸的火花正时以维持怠速。在一个示例中，所有汽缸可具有相同的标称延迟火花正时并且每个汽缸的火花正时能够被延迟或提前以调整发动机扭矩。例如，可类似地延迟或提前所有汽缸(即具有相同大小的改变)。在其它示例中，一些汽缸可具有不同的标称延迟火花正时以调整发动机扭矩，一些汽缸可相对于该标称火花正时进一步延迟从而减小发动机扭矩，并且其它汽缸可相对于该标称火花正时提前从而增加发动机扭矩(同时所有汽缸仍然相对于MBT提前)。另外，所有汽缸可具有过度延迟的火花正时以增加催化剂加热的速度这样发动机基本上不产生扭矩。在这种情况下，可提供马达扭矩输出以维持发动机怠速。可替代地，带有标称的延迟火花正时的一些汽缸可提供由马达扭矩输出增加的发动机输出扭矩。
在可替代的实施例中，从冷起动开始，一部分(例如一半)汽缸可相对于MBT延迟并且另外部分(例如一半)汽缸可相对于MBT提前或过度提前以同时增加排气热量和发动机冷却剂温度以提供更快速的热量至车厢同时仍然增加催化剂温度。在这个例子中，例如为了维持怠速发动机转速，标称的延迟的汽缸可进一步延迟以减小发动机扭矩并且提前以增加发动机扭矩。此外，标称的提前汽缸可进一步延迟(同时保持相对于MBT提前)以增加发动机扭矩并且可提前以减小发动机扭矩。在这个一半汽缸相对于MBT延迟并且一半汽缸相对于MBT提前的例子中，为了例如响应怠速时发动机转速的下降保持怠速发动机转速，标称的延迟的汽缸可提前(同时保持相对于MBT延迟)以增加发动机转速并且标称的提前发动机可延迟(同时保持相对于MBT提前)以增加发动机转速。在其它示例中，对于怠速控制可不调节火花正时并且可调节马达扭矩输出以维持怠速。另外，可在转换期间在本文所述的多种模式(例如第一、第二和/或第三模式)之间以一些汽缸提前并且一些延迟地运转发动机。
此外，可选择少于所有汽缸用于火花正时调节以调整发动机扭矩，同时其它汽缸可不调整发动机扭矩。在一个示例中，一半汽缸可具有在MBT处的火花正时并且一半汽缸可为标称地延迟。因此，怠速发动机转速响应汽缸能够提前以增加发动机扭矩或延迟以减小发动机扭矩(同时保持相对于MBT延迟)。
应该明白的是如果需要可仍然使用进一步怠速控制模式。
在程序选择不同于当前运转模式的模式的情况下，发动机可在怠速控制模式之间转换。图4示出了用于多种怠速模式控制间转换的示例控制，一旦已经识别模式转换。
具体的，在410处，程序确定相关于图3所述的所需模式。随后，在411处，程序确定例如模式1是否为所需模式。如果411处的回答为是，则程序继续以在412处基于运转参数(包括由当前火花正时产生的发动机扭矩)确定标称的火花正时提前或延迟。
接下来，在414处基于例如催化剂起燃或阈值所需时间和TC、发动机转速、发动机负荷、发动机温度等确定汽缸在新模式下接收标称火花正时提前或延迟。如上所述，可以不同的相对火花正时运转多个汽缸。
在415处在确定的汽缸中设定标称的火花正时并且在416处执行转换至新模式。
同样，如果411处的模式1不是所需的模式，则在416处执行转换至新模式。在单发动机循环下汽缸可从例如相对于峰值扭矩正时的延迟正时转换至相对于峰值扭矩正时的提前正时。例如，如果发动机处于模式2并且产生扭矩TQ并且所需模式为模式1，产生TQ的相对于MBT的延迟火花正时被确定为新的火花正时。因此，通过将该火花正时选择在产生与提前正时之前产生相同扭矩的水平，可实现平滑转换。可替代地，通过增加或减小马达扭矩输出可作出平滑转换。随后，如果所需标称火花提前不同于产生恒定扭矩或所需扭矩的火花提前，则程序可进一步逐渐将火花正时调节至所需标称值，调节马达扭矩输出、和/或经由节气门开口调节空气流以抵消任何扭矩干扰。参考图5-8描述了这些逐渐的调节。
现参考图5，其示出了用于怠速模式1和3的示例控制。首先，如果模式1确定为所需的模式，在510处基于催化剂温度确定标称火花调节。例如，如果在412处基于所需扭矩的标称火花延迟大于510处基于催化温度的标称火花延迟，则火花正时调节可包括相对于在412处选择的正时的提前以获得510处的标称火花正时。如果在512处确定的标称火花正时提供足够的扭矩储备，随后在514处程序确定将经历火花正时调节的汽缸。在一个示例中，一个汽缸可在另一个汽缸经历火花正时调节之前经历火花正时调节以平滑扭矩输出中的转换。此外，在一个示例中，经由节气门开启的气流减少一起逐渐地实现标称的火花提前，这样在516处不会发生发动机扭矩的突然变化。参考图8进一步拱描述这种运转的一个示例。在又一个示例中，可实现标称火花提前同时降低马达扭矩输出以防止发动机怠速的偏离。
在516处一旦实现标称火花正时，在518、520处确定所需发动机怠速NO和实际发动机怠速NE并且在522处基于这些值确定下一个火花正时调节以实现所需发动机怠速NO。在一个示例中，所需的怠速可在大约500-1300RPM的范围。如在步骤532处描述地具体确定火花调节。即在模式1中，火花正时相对于MBT标称地延迟；因此，如果532处确定的NE大于NO(例如如果从发动机移除负荷则可能发生)，则在534处确定进一步相对于峰值扭矩正时延迟的火花正时调节。可替代地，如果在532处确定发动机转速低于所需转速(例如如果动力转向作用则可能发生)，则在536处确定相对于标称火花正时的火花正时提前。
在524处，确定响应于转速误差的汽缸。汽缸的选择可基于例如火花正时调节的大小、发动机负荷、汽缸压力等。一个或多个汽缸可经历火花正时调节，例如上述关于怠速控制模式的多种不同实施方式。在一个所有汽缸的火花正时均标称地延迟的示例中，根据所确定的调节每个汽缸的正时以维持所需的怠速。最后，在526处在选择的汽缸中实施火花正时修正并且气流经由节气门开启而改变以维持怠速同时也维持所需的标称火花正时。可替代地，执行马达扭矩输出调节，同时在516和526处调节火花正时以维持发动机怠速。此外，在一个示例中，比例积分控制器可响应所需怠速和实际发动机转速之间的差值调节火花正时。另外，当更少的汽缸具有调节以维持所需怠速的火花正时时，可根据经历调节的汽缸的数目以选择的更高的增益(用于更大的调节)调节火花正时调节的反馈增益。然而，也可使用多种其它的控制结构。
如果在512处基于催化剂温度的标称火花延迟没有提供足够的扭矩储备，则在530处基于所需扭矩储备确定进一步从峰值扭矩正时延迟的新标称火花延迟并且随后程序继续至514处。
如果确定模式3为所需模式(即已经实现催化剂加热)，在528处基于所需扭矩储备确定标称火花延迟并且该程序继续至514处。
因而，通过上述方法，能够提供所需催化剂加热或足够的扭矩储备，同时也精确地将怠速控制至所需值。
现参考图6，其说明了用于怠速模式2的示例控制，其中可要求或正在进行车厢加热。在610处基于发动机冷却剂温度(ECT)确定标称火花提前并且在612处确定汽缸经历所述提前。接着，其通过在613处确定火花正时提前是否低于阈值确定新的标称火花正时(例如在基于610处的调节之后)是否将留下用于发动机怠速控制的足够的扭矩储备。如果标称火花提前高于阈值使得其会导致不充分的发动机扭矩输出，可启用例如混合动力马达以维持发动机怠速，同时在620处设定所选择的汽缸的标称火花正时这样在整个火花正时转换期间和整个此第二模式下的运转期间维持发动机扭矩输出。如果标称火花正时低于预定的阈值使得在火花正时调节之后会存在足够的扭矩储备，该程序前进至614处，在614处火花正时被提前(不需要启用混合动力马达)并且通过调节节气门开启维持发动机怠速。在另一实施例中，在设定火花正时提前之后可检查低于给定阈值的发动机扭矩储备。在其它模式下(未显示)，在发动机怠速期间能量转换装置、火花正时和节气门开启均可被调节以维持发动机怠速。
如这里所提到的，可使用怠速控制模式的多种实施方式。在当前示例中，逐渐地达到标称火花延迟并启用马达以驱动发动机，并且经由节气门开启减小气流，这样不会发生发动机扭矩上的突然改变。此外，一个汽缸可在另一个汽缸经历火花正时调节之前经历火花正时调节以平滑扭矩输出中的转换。
在613处所确定的标称的火花提前高于阈值的情况下，可显著地过度提前标称火花提前，这样发动机实质上没有产生正扭矩，并且混合动力马达用于维持发动机旋转在所需转速。在其它示例中，可交替地过度提前所有汽缸这样仍然将正扭矩提供至车辆并且混合动力马达可以或不用补充扭矩。在又一个示例中，一些汽缸可过度提前同时其它汽缸可不这样过度提前，这样这些汽缸实质上不产生正扭矩并且通过没有过度提前的汽缸(具有在MBT处、从MBT处延迟或MBT处提前的正时)维持发动机输出和发动机怠速。在其它示例中，所有的汽缸可交替地过度提前这样仍然将正扭矩提供至车辆。在又一个示例中，一些汽缸可过度提前同时其它汽缸提前但没有如此过度地提前，这样经由提前但不过度提前的汽缸将正扭矩提到至发动机。
此外，在另一个一些汽缸具有标称的MBT之前的提前并且一些汽缸具有自MBT标称延迟的示例中，也能够以两组汽缸实现怠速控制，其中响应发动机转速下降提前的汽缸延迟火花正时，并且延迟的汽缸提前火花正时。此外，在这个示例中，提前的汽缸可过度提前以便当怠速处于所需值时它们实质上不产生扭矩，但是当它们响应转速下降朝向MBT延迟时它们产生实质的正扭矩以将发动机返回至其所需怠速。在一些汽缸相对于MBT提前并且一些汽缸相对于MBT延迟的示例中，可选择用于这种运转的标称值以平衡在提前汽缸和延迟汽缸之间的汽缸扭矩。最后，可使用上述模式的多种组合。例如，至少一些汽缸的过度提前正时结合运转在标称火花延迟的一些汽缸以及MBT附近的一些汽缸，延迟汽缸朝向MBT的提前和过度提前汽缸向MBT的延迟均可用于在怠速状况期间响应转速下降增加扭矩。
以这些方法，在增加发动机冷却剂温度的同时可维持发动机怠速。
当在614或620处设置标称的火花正时时，在616处确定所需发动机怠速NO并且在618处确定实际的发动机怠速NE。在一个示例中，如果在619处启用马达，则该程序通过进入在7B处的子模式2.1继续。否则，程序通过进入7C处的子模式2.2继续。
现参考图7，在7B处的辅助子模式2.1中，如果721处的NE大于NO，则在722处减小马达扭矩输出以将发动机怠速减小至NO；相应地，如果721处的NE小于NO，则在724处增大马达扭矩输出以增大发动机怠速。
在7C处，其中马达输出扭矩补充发动机扭矩，基于726处的所需发动机转速和实际发动机转速确定火花正时调节。在用于怠速子模式2.2的示例控制程序中，火花正时标称地相对于MBT提前；因此，如果726处的NE大于NO(例如如果负荷从发动机移除则有可能发生)，则在728处确定进一步相对于MBT提前的火花正时调节。可替代地，如果在726处确定NE小于NO(例如如果动力转向作用则有可能发生)，则在730处确定相对于标称火花正时的火花正时延迟。因此，经由在模式2中的火花正时调节的发动机扭矩输出的控制与模式1和3方向上相反。
在723处，确定响应于转速误差的汽缸。汽缸的选择可基于例如火花正时调节的大小、发动机负荷、汽缸压力等。一个或多个汽缸可经历火花正时调节，例如上文关于图6所述。最后，在734处在选择的汽缸中执行火花正时修正并且经由节气门开启调节气流改变以维持怠速。这样，能够提供所需车厢加热，同时也精确地将怠速控制至所需值。
在一个示例中，比例积分控制器可响应所需怠速和实际发动机转速之间的差调节火花正时。此外，也可协调节气门调节以进一步控制发动机怠速，同时也将平均火花正时维持在所需标称值。另外，当更多的汽缸具有调节以维持所需怠速的火花正时时，可根据经历调节的汽缸的数目以选择的更低的增益(对于较少调节)调节火花正时调节的反馈增益。此外，可基于火花正时调节和经历调节的汽缸调节混合动力马达扭矩输出的反馈增益。然而，也可使用多种其它的控制结构。
接下来，在736处确定汽缸压力是否超过一些阈值或是否存在爆震，例如通过加速计、离子传感器或汽缸内的燃烧压力传感器。如果回答为是，则在737处确定节气门是否在最小阈值THEON之上。如果回答为是，则在738处限制提前同时减小节气门开启以在维持发动机怠速的同时避免爆震。此外，例如如果运转在辅助子模式2.1下，则在738处减小马达扭矩输出。如果在737处的回答为否，则在740处限制火花正时提前(并且如果在辅助子模式2.1下减小混合马达扭矩输出)以在维持发动机怠速的同时避免爆震。可替代地，可在741处选择模式的改变。例如，在741处控制可从模式2转换至模式3(或一些未描述的其它模式)，其中可相对于MBT延迟火花正时以避免爆震。在736处如果没有发动机爆震，则程序结束。
图8中描述了在怠速运转期间的预测示例。具有共同时间基础的五个时间图说明了根据发动机转速、发动机冷却剂温度和催化剂温度等参数的函数的火花正时、节气门开启和马达扭矩输出。在最底部的图表中，虚线代表ECT并且实线代表催化剂温度。
在t1处执行冷起动，发动机起动转动并且火花正时保持在MBT直至发动机高速转动并且满足怠速状况。在模式1，火花正时相对于MBT标称地延迟直至在t3处满足催化剂起燃温度TCAT。例如通过使用动力转向可导致t2处所显示的模式1中发动机怠速的扰动，并且通过如图5中所述的标称地提前火花正时进行控制。随后将火花正时延迟至标称火花正时同时在t2’处协调节气门开启调节。另外，除了在模式1下的火花调节，马达辅助也可用于维持怠速。在其它模式(例如子模式2.2)下，如上文关于图7中所述，可通过方向上相反的火花正时和节气门开启响应控制对类似扰动的响应。
在t3处，在这个示例中存在转换至辅助子模式2.1以使得将火花正时相对于标称火花正时标称地提前ΔTM的大小。ΔTM的大小可实现过度提前火花正时这样发动机实质上不产生扭矩。因此，调节节气门开启以调节加热量，同时在t3’处维持空气-燃料混合物的燃烧并且马达扭矩输出增加以维持发动机怠速。在其它示例中，火花正时可提前但仍然产生较多扭矩并且马达扭矩输出可补充发动机扭矩输出以维持发动机怠速。可通过在t4’处瞬时地增加马达扭矩输出控制在t4处的对发动机怠速的干扰。
当已经达到所需发动机冷却剂温度TECT时，在t5处发生至模式3的转换，这样火花正时相对于MBT延迟ΔTT大小至标称值(其无需等于模式1的标称值)这样能够将较少的剩余发动机热量传送至排气管道并且可实现改善的燃料消耗。此外，在t5处增大节气门开启并且减小马达扭矩输出以便不干扰发动机怠速。车辆可保持在模式3同时处于怠速控制。然而，在一些示例中，甚至在发动机或车辆运转较长一段时间之后，如果车辆在比较冷的环境温度下怠速一段延长的时间，可请求增加车厢加热，特别是在具有多个加热区域的大车厢内。在这样的示例中，该***可运转在模式2以提供所需的车厢加热。
注意的是本发明包括的示例控制和估值程序可与多种发动机和/或车辆***配置一同使用。本发明描述的具体例程可代表任意数量处理策略(例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一个或多个。同样，可以以所说明的顺序执行、并行执行所说明的各种行为或功能，或在一些情况下有所省略。同样地，处理的顺序也并非实现此处所描述的实施例的特征和优点所必需的，而只是为了说明和描述的方便。可根据使用的具体策略，可重复执行一个或多个说明的步骤或功能。此外，所述的步骤用图形表示了编程入发动机控制***中的计算机可读存储介质的代码。
应了解，此处公开的配置与例程实际上为示例性，且这些具体实施例不应认定为是限制性，因为可能存在多种变形。例如，上述技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸、和其他发动机类型。本发明的主题包括多种***与配置以及其它特征、功能和/或此处公开的性质的所有新颖和非显而易见的组合与子组合。
本申请的权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和次组合。这些权利要求可引用“一个”元素或“第一”元素或其等同物。这些权利要求应该理解为包括一个或多个这种元素的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元素。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和次组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求得到主张。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，也被认为包括在本发明主题内。

Claims (11)

1.一种用于控制具有多个汽缸的车辆发动机和配置用于旋转所述发动机的电动马达的方法，包含：
在发动机怠速期间，将至少一个汽缸的火花正时提前至充分早于峰值扭矩正时，并且调节所述电动马达的马达输出扭矩以维持发动机怠速。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，充分提前所述火花正时以使得所述汽缸产生不足以将发动机旋转维持在所需怠速的扭矩，并且其中响应发动机转速调节所述马达输出扭矩，所述电动马达连接至所述发动机的曲轴。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包含响应降低的发动机转速从所述提前正时向着所述峰值扭矩正时延迟火花正时和响应发动机冷却剂温度调节所述火花正时的提前程度。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包含响应所需怠速和测量的发动机转速之差调节从所述提前正时的火花正时和马达扭矩输出，其中从所述提前正时延迟火花正时以增加发动机输出扭矩，并且响应电池荷电状态进一步调节所述火花提前和马达扭矩输出。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包含在所述怠速运转期间从至少一个汽缸的峰值扭矩正时延迟火花正时，其中响应在所述怠速状况期间的发动机转速下降增加马达输出扭矩、延迟提前正时、并且提前延迟正时。
6.一种用于控制车辆的发动机的方法，所述车辆具有配置用于驱动至少所述发动机的马达，所述方法包含：
冷启动发动机；
在催化剂温度低于第一预定阈值时的第一怠速控制模式期间，设定火花正时至从峰值扭矩正时延迟的第一标称值，并且从第一标称正时调节火花正时同时维持火花正时从所述峰值扭矩正时延迟，所述调节包括响应发动机怠速的降低从所述第一标称正时提前火花正时；及
在催化剂温度高于所述第一预定阈值并且发动机冷却剂温度低于第二预定阈值时的第二怠速控制模式期间，将所述火花正时设定为从所述峰值扭矩正时充分提前的第二标称值以使得所述发动机汽缸产生不足以将发动机旋转维持在怠速的输出扭矩，并且响应发动机转速调节所述马达的输出以维持怠速同时维持从所述峰值扭矩正时提前的火花正时。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述第二怠速控制模式期间，将火花正时调节在大约所述第二标称正时同时维持从所述峰值扭矩正时提前的火花正时，所述调节包括响应发动机怠速减小从所述第二标称正时延迟火花正时并且响应发动机怠速降低增加所述马达的扭矩输出，催化剂温度低于所述第一预定阈值包括在达到催化剂起燃温度之前。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述调节在所述第一模式期间包括响应发动机怠速增加进一步从所述第一标称正时延迟火花正时，在所述第二模式期间，随着电池荷电状态减小标称地延迟所述第二标称正时并且减小马达扭矩输出，同时维持发动机怠速和在所述车辆的气候控制***运转期间所述第二模式运转，其中所述气候控制***请求车厢加热运转。
9.如权利要求6所述的方法，进一步包含从所述第一模式转换至所述第二模式，所述转换包括将火花正时从所述第一标称延迟值调节至所述提前值同时增加马达扭矩输出扭矩。
10.一种用于控制具有带有多个汽缸的发动机的车辆的混合动力推进***的方法，包含：
在发动机怠速期间，在第一模式中，将至少一个汽缸的火花正时提前至峰值扭矩正时之前，并且启动所述混合动力***的马达以维持怠速；以及
在发动机怠速期间，在第二模式中，将至少一个汽缸的火花正时提前至峰值扭矩正时之前，但是提前得少于所述第一模式，并且响应发动机转速的降低将火花正时从所述提前正时向着所述峰值扭矩正时延迟以维持怠速；以及
在发动机怠速期间，在第三模式中，将至少一个汽缸的火花正时延迟至峰值扭矩正时之后，并且响应发动机转速的降低将火花正时从所述延迟正时向着所述峰值扭矩正时提前以维持怠速；以及
响应电池荷电状态、催化剂温度和车厢加热需求在至少第一模式、第二模式和第三模式之间选择，
所述第二模式进一步包括启动所述马达以维持所述发动机旋转，其中响应降低的发动机转速进一步调节马达扭矩输出。
11.一种用于控制具有多个汽缸的车辆发动机和配置用于旋转所述发动机的电动马达的方法，包含：
在发动机怠速期间，将至少一个汽缸的火花正时提前至充分早于峰值扭矩正时，将至少一个另一个汽缸的正时延迟至充分晚于所述峰值扭矩正时，并且调节所述电动马达的马达输出扭矩以维持发动机怠速。
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