CN102953843A - 用于提高混合动力车辆工作效率的***和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于控制混合电动车辆的方法，混合电动车辆包括内燃机，内燃机具有带第一和第二进气阀的汽缸和被配置来使发动机的曲轴旋转的活塞。该方法包括确定车辆是否想要减速并且当这种情况满足时停止给汽缸供应燃料。该方法还包括当燃料供给停止时通过特殊配置的装置在第一种预定情况下关闭第一进气阀，在第二种预定情况下关闭第二进气阀。相对于曲轴旋转位置第二种预定情况在第一种预定情况之后，并且在减速过程中的汽缸内压缩脉冲值相对于汽缸加燃料时减少。还提供一种用于控制混合车辆的***和使用这种***的车辆。

Description

用于提高混合动力车辆工作效率的***和方法
技术领域
本发明涉及用于提高混合动力车辆工作效率的***和方法。
背景技术
在对于内燃机的多种应用中，这种发动机经常被用来给各种车辆提供动力，或者作为主要动力源，或者作为混合动力的部分。当内燃机被用在混合动力***中，这种发动机与一个或更多的电机联合给车辆提供动力。
为了使混合动力车辆燃料效率最大化，当车辆应该减速时，经常希望关闭发动机并将其从驱动车轮脱离。然而，如果动力***被配置为使得发动机可不完全从驱动轮脱离，至少需要关闭发动机燃料供应，同时允许发动机被车辆惯性发动或驱动。在车辆减速的过程中，当这种持久耦合的发动机的燃料供应被关闭，发动机继续作为空气泵工作，其导致旋转和抽吸损失并且还增加发动机制动。通常，这种损失减少了另外由被关闭的发动机获得的在燃料效率上的收益。额外地，这种损失很可能减少能由动力***的电机收回的用于给车辆电池再充电的能量。
发明内容
提供一种用于控制混合电动车辆的方法。车辆具有内燃机，该内燃机包括曲轴，设置有第一进气阀、第二进气阀和排气阀的汽缸，以及被配置来在汽缸内往复运动并使曲轴转动的活塞。车辆额外地具有马达-发电机以及操作地连接到发动机和马达-发电机的能量储存***。该方法包括确定车辆的减速是否是期望的并且当这种情况满足时停止给汽缸供应燃料。该方法还包括当给汽缸的燃料供应已经被停止时，在第一种预定情况下通过操作地连接到汽缸的装置关闭第一进气阀。
该方法额外地包括当给汽缸的燃料供应已经被停止时，在第二种预定情况下通过所述装置关闭第二进气阀。根据该方法，相对于曲轴转动的位置，第二种预定情况在第一种预定情况之后。作为在各自情况下关闭第一和第二进气阀的结果，在减速过程中汽缸内的压缩脉冲值相对于汽缸加燃料时减少。相应地，在减速过程中发动机内的抽吸和旋转损耗也被减少。
排气阀可与包括三元催化剂（three-way catalyst）的排气***进行流体连通。相应地，在第二种预定情况下关闭第二进气阀的动作可强制预定量的引入空气通过排气***进入三元催化剂。额外地，与如果第二进气阀在第一种预定情况下被关闭将被强制进入三元催化剂的引入空气量相比，由此强制进入三元催化剂的预定量的引入空气可被减少。
该方法可还包括当车辆想要加速时恢复给汽缸的燃料供应。恢复给汽缸的燃料供应的动作可包括供应充足量的燃料来消耗被强制进入三元催化剂的预定量的引入空气。
车辆可包括控制器。因此，确定车辆的减速是否是期望的，停止燃料供应，操作装置来在第一种预定情况下关闭第一进气阀并在第二种预定情况下关闭第二进气阀，以及恢复燃料供应的动作，可通过控制器完成。
与如果在第一种预定情况下第二进气阀被关闭所要回收的能量数量相比，在车辆减速过程中在第二种预定情况下关闭第二进气阀的动作可增加由马达-发电机回收的给能量储存***充电的能量数量。
装置可为同心凸轮轴机构，该同心凸轮轴机构具有被配置用于调节第一进气阀工作的第一凸轮轴凸缘（camshaft lobe）以及被配置用于调节第二进气阀工作的第二凸轮轴凸缘。在这个例子中，同心凸轮轴机构被配置为改变第一凸缘的相对于第二凸缘的位置的位置。
还提供一种用于控制以上混合电动车辆的***和使用这种***的车辆。该***和车辆各自包括被配置来执行上述方法的控制器。
车辆可包括制动踏板，这样控制器可被额外地配置为监视制动踏板的位置以确定车辆的减速是否是期望的。额外地，当制动踏板松开时，控制器可被配置为操作装置以在第一种预定情况下关闭第二进气阀。
结合附图，从以下实施本发明的优选方式的详细描述中，以上特点和优点以及本发明的其他特点和优点是显而易见的。
附图说明
图1是混合电动车辆示意图，混合电动车辆包括内燃机，内燃机具有被配置为调节发动机进气阀的工作的装置。
图2是图1所示意说明装置的具体实施例的图示。
图3是控制图1的混合电动车辆的方法的流程图。
具体实施方式
参考附图，其中相似的参考标记代表相似的部件，图1示出混合电动车辆（HEV）10的示意图。HEV10合并有动力***，动力***包括例如火花或者压缩点火类型，适合于驱动车轮14和/或车轮16来推进车辆的内燃发动机12。当HEV从高速向下滑行时，发动机12可还被用于发动机制动，即利用HEV10的惯性来使发动机转动，从而使车辆减速。
混合动力车辆10可还被包括制动件18的摩擦制动***减慢或减速。当需要车辆减速时，例如在城市交通中停车和启动工作过程中或者当HEV在滑行下坡而另外得到速度时，制动件18通过制动踏板19被HEV10的工作促动。正如本领域技术人员所知，制动件18典型地包括一些部件，例如制动转子，制动夹制器和制动垫，它们普遍是液压促动的且未明确示出。制动件18被配置为将摩擦力应用于车轮14和16从而通过将车辆的动能消耗为热来降低HEV的速度。
发动机12经过变速器20并通过驱动或传动轴22将其扭矩应用于被驱动的车轮14和/或16。如图1所示，发动机12包括曲轴24和汽缸26。每个汽缸26都装备有第一进气阀28，第二进气阀30，第一排气阀32，以及第二排气阀34。当发动机12正在推进HEV10时，每个进气阀28、30都被配置为控制进入各个汽缸26的空气或者空气和燃料的供应。每个排气阀32,34被配置为控制来将燃烧后的废气从各个汽缸26排除。如图2所示，每个汽缸26还包括活塞36和连杆37。正如图2另外示出那样，每个活塞36被配置为在各个汽缸26内的燃烧的力的作用下往复运动，从而通过连杆37使曲轴24转动。正如本领域技术人员应认识地那样，废气排放，燃料效率，发动机12的动力输出可各自受进气阀28、30以及排气阀32、34相对于各个活塞36的上、下死点位置打开和关闭的正时的影响。
在HEV10减速过程中，为了提高HEV的燃料效率，发动机12被配置为被关闭和由车辆惯性开动，然后当HEV想要再次加速时自动重启。为了关闭发动机12，燃料供应被停止输送给各个汽缸26，然后在发动机被重启时被恢复。典型地，当给内燃机的燃料供应被切断并且发动机被开动，该发动机的内部转动部件，例如曲轴、阀和活塞保持运转。因此，开动的发动机的汽缸继续产生真空，然后吸入，压缩，排出空气。于是，即使该发动机没有燃烧燃料或产生压缩力，发动机继续经历旋转和抽吸的损耗。这种旋转和抽吸损耗典型地转化为该车辆降低的工作效率并抵消在减速过程中从切断发动机燃料供应燃料的方面看燃料经济性的提高。
为了在发动机正在被开动时减少发动机12内的旋转和抽吸损耗，并且为了在发动机被重启时促进提高的燃料效率，发动机额外地包括***作地连接到汽缸26上的装置38。在HEV10减速过程中，当给汽缸26的燃料供应已经被停止时，装置38被配置为在第一种预定情况下关闭第一进气阀28，并在第二种预定情况下关闭第二进气阀30。在发动机12工作过程中，相对于曲轴24的转动位置，第二种预定情况发生在第一种预定情况之后。第一种预定情况是为了在加燃料运行的过程中使发动机效率最大化的目的，在发动机12测试和开发过程中典型地建立的。相应地，当发动机12被加燃料时，第一和第二组进气阀28、30在第一种预定情况下都可被调节到关闭状态。第二种预定情况可也被在发动机12测试和开发过程中建立，但是目的是为了在发动机被开动并且燃料供应被切断时减少阻隔在汽缸26内的引入空气量。
如图2中具体实施例所示，装置38被配置作为具有外轴40和内轴42的同心凸轮轴机构。一组第一凸轮轴凸缘44被固定至外轴40，一组第二凸轮轴凸缘46被固定至内轴42。可选择地，第一凸轮轴凸缘44可被固定至内轴42，而该组第二凸轮轴凸缘46可被固定至外轴40。第一凸轮轴凸缘44被配置为调节各个第一进气阀28的工作，而第二凸轮轴凸缘46被配置为调节各个第二进气阀30的工作。装置38可由曲轴24通过链或者带（未示出）驱动，这样同心凸轮机构的转动依赖于发动机12中活塞36的位置和曲轴的转动。
继续参考图2，内轴42被配置为相对外轴40关于轴线48转动，正如箭头50所示，以由此改变第一凸轮凸缘44的相对于第二凸轮轴凸缘46的位置的位置。当第一凸轮轴凸缘44的位置关于第二凸轮凸缘46的位置如此改变时，第一进气阀28在第一种预定情况下被关闭，而第二进气阀30在第二种预定情况下被关闭。因此，在HEV10的减速过程中当给汽缸26的燃料供应已经被停止时，相对于曲轴24的转动位置，第一进气阀28可早于第二进气阀30被关闭。如图2所示，发动机12还包括排气凸轮轴52。排气凸轮轴52包括一组被配置为调节第一排气阀32工作的第三凸轮轴凸缘54和被配置为调节第二排气阀34工作的一组第四凸轮轴凸缘56。
重新参考图1，在加燃料工作的过程中，发动机12排放出气体，该气体是燃烧过程的产品，通过第一和第二排气阀32、34进入排气***57，并排出到大气中。排气***57包括三元催化转化器58，其被用来在气体进入大气之前减少排出废气即废气排放的毒性。三元催化转化器58具有3个同时发生的任务：1）还原氮氧化物或者NOx为氮和氧，2）氧化一氧化碳为二氧化碳，3）氧化未燃烧的烃为二氧化碳和水。
当进入汽缸的空气-燃料混合物是在围绕化学计量的窄的燃料/空气比率带内时，在三元催化转化器58中的所有三种污染物的转化几乎完成。然而，在该带之外三元催化转化器58的转化效率迅速下降。当在空气-燃料混合物和随后的废气中有比所需要更多的氧，可导致NOx的不完全还原。当燃料供应在HEV的减速过程中被停止，发动机12作为空气泵工作，这导致三元催化转化器58氧饱和。紧接着发动机12重启，成比例数量的燃料需要被提供进入排气***57，以补偿并消耗已经被强制进入三元催化转化器58的空气的量。
在未加燃料的HEV10的减速过程中，通过在第二种预定情况下关闭第二进气阀30，预定减少量的引入空气被强制进入三元催化剂58。假如第二进气阀30在第一种预定情况下被关闭，由此被强制进入三元催化剂58的预定减少量的引入空气少于将被强制进入催化剂的空气的量。相应地，通过减少被强制进入三元催化转化器58的氧的量，装置38允许成比例的较小量的燃料在发动机重启过程中被提供给汽缸26，从而促进发动机提高的燃料效率。
如图1所示，HEV10的动力***又合并有马达-发电机60。正如所示的那样，马达-发电机60被置于变速器20内，但是可也根据车辆结构和能量流动的控制被置于HEV10内的任何地方。HEV10能够被马达-发电机60单独或者与发动机12联合推进。马达-发电机60被配置来接收来自能量储存***62的能源和提供能源给能量储存***62，例如一个或更多的可再充电电池模块。能量储存***62提供电能用于摇动和开动发动机12、马达-发电机60和例如车辆加热和通风***以及外部和内部的照明的各种车辆附件。能量储存***62被配置来选择性地将能量储存达到最大允许荷电状态(SOC)和将储存的能量释放至规定的最低的SOC。
除了通过制动件18摩擦制动之外，为了减速，HEV10可采用以上提到的再生制动。再生制动是一种典型的被包括在混合动力车辆中以通过将车辆动能的一部分转化为可储存形式的能量而不是作为热耗散从而使车辆减速的机制。在再生制动中，HEV10的惯性被用来驱动马达-发电机60从而促使被驱动的马达-发电机产生电流。同时，这种马达-发电机的驱动从变速器20另外产生负的输出扭矩，这样当HEV10正从高速滑行下降时使车辆减慢。再生制动典型地提供比更普遍的通过制动件18所完成的摩擦制动更低的所述车辆减速速率。由此在再生制动过程中期望在发动机12被关闭的同时保持发动机制动以辅助HEV的减速。
来自再生制动的可储存能量被典型地通过马达-发电机60引导到能量储存***62来恢复其耗尽的SOC。因为再生制动收回另外的损失能量，其可提供与通过摩擦制动***的件18制动相比更有效率的车辆阻滞模式。因为在再生制动过程中发动机12不需要提供动力给HEV10，给发动机12的燃料传送可被切断，从而额外地提高车辆效率。对比假如第二进气阀在第一种预定情况下被关闭的抽吸损失，通过在第二种预定情况下关闭第二进气阀30，发动机12的抽吸损失被减少。这种减少的抽吸损失降低在HEV减速过程中通过摇动发动机12所吸收的惯性能量数量。相应地，为了在车辆减速过程中给能量储存***62再充电，装置38的工作允许车辆惯性更有效地驱动马达-发电机60以增加通过马达-发电机60重新获得的能量数量。
继续参考图1，HEV10还包括控制器64，该控制器被配置为调节发动机12马达-发电机60、变速器20以及摩擦制动***的件18的工作。控制器64还被配置为监视能量储存***62的SOC。控制器64额外地被配置来确定HEV10的减速是否是期望的并在这种情况满足时停止给汽缸26的燃料供应。此外，当给汽缸26的燃料供应被切断时，控制器64被配置来操作装置38以在第一种预定情况下关闭第一进气阀28，并且在第二种预定情况下关闭第二进气阀30。相应地，与汽缸正在被加燃料时相比，控制器64被配置为在减速过程中当燃料供应被停止时减少汽缸26内压缩脉冲的值和增加歧管绝对压力。
控制器可还被配置来通过监视制动踏板19的位置确定HEV10的减速是否是车辆的操作者想要的。当确定HEV10的减速是想要的，给发动机12的燃料供应被通过控制器64来调节和停止。当HEV10的减速不再是想要的，这样当制动踏板19被松开时，控制器64可调节装置38回到在第一种预定情况下第一和第二组进气阀28、30都被调节到关闭状态的加燃料位置。此外，调节装置38回到加燃料位置之后，控制器64可额外地恢复给发动机12的燃料供应。因此在HEV10的减速过程中，由控制器64恢复的被传送给汽缸26的燃料供应将充分消耗实际强制进入三元催化剂58的引入空气的量。
图3表示了以上关于图1和2所描述的用于控制HEV10的方法70。该方法随着HEV10以可测量的速度前进在路上在框72内开始。该方法随后从框72进行到框74，以通过控制器64确定HEV10的减速是否是期望的。当这种减速是期望的时，接着框4之后，在框76里方法包括通过控制器64停止给发动机12的燃料供给。接着在框76内停止给发动机12供应燃料后，该方法进行到框78。在框78内，该方法包括当给汽缸26的燃料供应已经被停止时，在第一种预定情况下通过装置38关闭第一进气阀28。
该方法从框78进行到框80。在框80内，该方法包括当给汽缸的燃料供应已经被停止时，在第二种预定情况下通过装置38关闭第二进气阀30。正如以上关于图1和2所描述的那样，在第二种预定情况下通过装置38这样关闭第二进气阀30帮助减少在未加燃料的减速过程中相对于当汽缸正在加燃料时的汽缸26内压缩脉冲值。
对比第二进气阀30在第一种预定情况下被关闭所遭受的损失，通过在第二种预定情况下关闭第二进气阀30，发动机12的抽吸损失被减少。额外地，为了在车辆减速过程中给能量储存***62再充电，装置38的工作允许车辆惯性更有效地驱动马达-发电机60来增加通过马达-发电机60重新获得的能量数量。此外，在第二种预定情况下关闭第二进气阀30减少被强制进入三元催化转化器58的氧气量。这样减少被强制进入三元催化转化器58的氧的量允许比例较小量的燃料在发动机12重启过程中被提供给汽缸26，并促进发动机提高燃料效率。
根据该方法，控制器64可还监视制动踏板19的位置，制动踏板作为车辆操作者是否期望降低HEV10速度的指示。此外，当制动踏板19被松开时，控制器64可将装置38调节到预定的给燃料位置。额外地，当制动踏板19已经被松开,以此指示车辆的减速不再是期望的时，给发动机12的燃料供应可通过控制器64在框82内恢复。当马达-发电机60被以发电机模式驱动来给能量储存***62充电时，方法70可还被用在HEV10的再生制动过程中。
虽然用于实施本发明公开内容的最优方式已被详细描述，与本发明相关的所属技术领域技术人员应理解实现本发明的各种可选设计和实施例均在所附权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种用于控制混合电动车辆的方法，该混合电动车辆具有内燃发动机，内燃发动机包括曲轴，设置有第一进气阀、第二进气阀和排气阀的汽缸，以及被配置为在汽缸内往复运动并使曲轴转动的活塞，该方法包括：
确定车辆的减速是否是期望的；
当该减速是期望的时停止给汽缸的燃料供应；
当给汽缸的燃料供应已经被停止时，在第一种预定情况下通过操作地连接到汽缸的装置关闭第一进气阀；
当给汽缸的燃料供应已经被停止时，在第二种预定情况下通过所述装置关闭第二进气阀，这样在减速过程中汽缸内的压缩脉冲值相对汽缸被加燃料时降低。
其中，相对于曲轴的转动位置，所述第二种预定情况在所述第一种预定情况之后。
2.如权利要求1所述的方法，其中，发动机额外地包括排气阀，该排气阀与包括三元催化剂的排气***流体连通，其中：
所述在第二种预定情况下关闭第二进气阀强制预定量的引入空气通过排气***进入三元催化剂；
与如果第二进气阀在第一种预定情况下被关闭时被强制进入三元催化剂的引入空气的量相比，被强制进入三元催化剂的预定量的引入空气减少。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括当车辆的加速是期望的时恢复给汽缸的燃料供应。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述恢复给汽缸的燃料供应包括供应充足量的燃料来消耗被强制进入三元催化剂的预定量的引入空气。
5.如权利要求3所述的方法，其中，车辆包括控制器，且其中所述确定车辆的减速是否是期望的、停止燃料供应、操作所述装置一在第一种预定情况下关闭第一进气阀并在第二种预定情况下关闭第二进气阀、以及恢复燃料供应中的每一项都是通过控制器来完成。
6.如权利要求1所述的方法，车辆额外地具有马达-发电机和与发动机及马达-发电机操作地连接的能量储存***，其中，在车辆减速过程中，与如果在第一种预定情况下第二进气阀被关闭所要回收的能量数量相比，所述在第二种预定情况下关闭第二进气阀增加由马达-发电机回收的用于给能量储存***充电的能量数量。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述装置是同心凸轮轴机构，该同心凸轮轴机构具有被配置为调节第一进气阀动作的第一凸轮轴凸缘和被配置为调节第二进气阀动作的第二凸轮轴凸缘，其中，该同心凸轮轴机构被配置为改变第一凸缘的相对于第二凸缘的位置的位置。
8.一种用于控制混合电动车辆的***，该***包括：
第一进气阀，第二进气阀，以及排气阀，其中，各进气阀被配置来控制进入车辆的内燃发动机的汽缸的空气供给；
装置，其与汽缸操作地连接并被配置为当给汽缸的燃料供给已经被停止时，在第一种预定情况下关闭第一进气阀和在第二种预定情况下关闭第二进气阀，其中，相对于发动机的曲轴的旋转位置，第二种预定情况在第一种预定情况之后。
该控制器被配置为：
确定车辆的减速是否是期望的；
当该减速是期望的时停止给汽缸的燃料供应；
操作该装置以在第一种预定情况下关闭第一进气阀并在第二种预定情况下关闭第二进气阀，这样在减速过程中汽缸内的压缩脉冲值相对汽缸被加燃料时降低。
9.如权利要求8所述的***，其中，发动机额外地包括与包括三元催化剂的排气***流体连通的排气阀，其中：
当第二进气阀在第二种预定情况下被关闭时，预定量的引入空气被强制通过排气***进入三元催化剂；
与如果第二进气阀在第一种预定情况下被关闭时被强制进入三元催化剂的引入空气的量相比，被强制进入三元催化剂的预定量的引入空气减少。
10.如权利要求9所述的***，控制器被额外地配置来在车辆的加速是期望的时恢复给汽缸的燃料供应。
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