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CN101898552A - 再起动车辆发动机的系统 - Google Patents

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CN101898552A
CN101898552A CN2010101511330A CN201010151133A CN101898552A CN 101898552 A CN101898552 A CN 101898552A CN 2010101511330 A CN2010101511330 A CN 2010101511330A CN 201010151133 A CN201010151133 A CN 201010151133A CN 101898552 A CN101898552 A CN 101898552A
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瑞安·A·麦基
伊哈布·S·苏里曼
厄斯·克里森
赖纳·布什
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

本发明公开一种用于车辆发动机再起动的系统。该系统包含发动机；可运转地接合所述发动机用于再起动并且另外从所述发动机分离的起动马达；制动踏板；控制器，所述控制器配置用于响应踩下制动踏板停止所述车辆并且保持所述车辆静止，停止所述发动机以减小发动机转速，当指示需要再起动所述发动机，如果发动机转速低于参考转速，增加发动机转速的减小速度，并且当发动机转速实质上为零时，使用所述起动马达开始自动的发动机再起动。本发明的优点在于其消除了完成“改变主意”再起动的潜在的长延迟。

Description

再起动车辆发动机的系统
技术领域
本发明总体上涉及机动车辆(例如混合动力电动车辆(HEV))的动力传动系，尤其涉及再起动车辆发动机的系统。
背景技术
HEV结合了具有内燃发动机的常规驱动系统和带有包括电动马达和蓄电池的可充电能量存储系统的变速器以相对于常规车辆改善燃料经济性。
机动车辆能够被设计以采用混合动力电动技术的某些方面以降低燃料消耗，而无需使用混合动力传动系。在这种所谓的微混合动力电动车辆(micro-HEV)中，在发动机运转于怠速的状况期间关闭发动机用于降低燃料消耗并且减少常规动力传动系(其包括内燃发动机和变速器，没有用于驱动车轮的电机)的排放。micro-HEV动力传动系控制系统在停止发动机之前检查的主要状况为驾驶员已经应用制动并且车辆停止，因为在常规车辆中这些状况期间发动机会通常处于怠速。一旦驾驶员释放制动踏板指示驱动车辆的要求，动力传动系控制系统将自动再起动发动机。
因为micro-HEV动力传动系的发动机产生所有的驱动扭矩，重要的是发动机起动-停止功能无缝接合并且对驾驶员来说是透明的。当驾驶员通过压下加速踏板或释放制动踏板要求车轮处的扭矩时，必须最小化起动发动机的任何延迟，并且起动马达不能够接合直到发动机转速处于或非常接近零时。
基于例如车辆速度、制动踏板位置和离合器踏板位置(在手动变速器的情况下)等多种数据确定何时停止发动机。一旦确定需要停止发动机，控制系统将发动机从怠速状态转换至减速状态。在减速状态期间，发动机子系统控制其驱动器(火花、燃料、空气等)以将发动机转速平滑地减速至零。此外，存在高于其则发动机能够支持“主意改变(COM，change of mind)”发动机再起动的发动机转速。如果驾驶员在减速状态期间要求发动机再起动并且发动机转速高于该“主意改变”发动机转速则随后通过使用发动机子系统驱动器(火花、燃料、空气等)使发动机加速至怠速转速。如果发动机转速低于主意改变的发动机转速，随后发动机必须减速至零(或非常接近零)并且起动马达必须用于再起动发动机。该主意改变的情况能够导致在再起动发动机的长延迟。
因此问题在于“主意改变”再起动的潜在长延迟，因为发动机子系统不能够在没有起动马达的支持下再起动。需要当发生“主意改变”而发动机转速低于“主意改变”发动机转速时最小化再起动发动机的延迟。
发明内容
根据本发明一方面，提供一种用于车辆发动机再起动的系统，包含发动机；可运转地接合所述发动机用于再起动并且另外从所述发动机分离的起动马达；制动踏板；控制器，所述控制器配置用于响应踩下制动踏板停止所述车辆并且保持所述车辆静止，停止所述发动机以减小发动机转速，当指示需要再起动所述发动机，如果发动机转速低于参考转速，增加发动机转速的减小速度，并且当发动机转速实质上为零时，使用所述起动马达开始自动的发动机再起动。
根据本发明另一方面，提供一种用于再起动车辆发动机的方法包括停止车辆并且保持车辆静止，当指示需要再起动发动机时，如果发动机转速低于参考转速，增加发动机转速的减小速度，并且当发动机转速实质上为零时，开始发动机再起动。该方法包括当指示需要再起动发动机时，如果发动机转速大于参考转速则开始发动机再起动。
发动机起动-停止功能的方法是无缝的并且对驾驶员来说是透明的。当驾驶员通过踩下加速踏板或释放制动踏板要求车辆处的扭矩时，起动发动机的延迟被最小化，同时起动马达为直至发动机转速为零或非常接近零时才能与发动机接合的类型。
该方法消除了完成“改变主意”再起动的潜在的长延迟，尽管其依赖于除非当发动机转速实质上为零时否则与发动机分离的起动马达。
结合下面详细描述、权利要求及附图，优选实施例的适用性的范围将变得显而易见。应了解地是，尽管描述与具体例子指示了本发明较佳实施例，但其仅为了说明。对描述的实施例和例子的各种改变和修改对于本领域技术人员是显然的。
附图说明
结合附图参考下面的描述，将更易于理解本发明。
图1为微混合动力电动车辆动力传动系的示意图。
图2为显示了“主意改变”发动机再起动事件期间的发动机转速变化的示图。
图3为显示了“主意改变”发动机再起动事件期间的发动机转速变化的示图，其中使用了起动机。
图4为显示了“主意改变”发动机再起动事件期间的发动机转速变化的示图，其中发动机转速迅速降低。
图5为显示双输入离合器动力换档变速器细节的示意图。
具体实施方式
现在参考附图，图1中的微混合动力电动车辆动力传动系10包括动力源12(例如内燃发动机)、增强的发动机起动马达14、自动变速器16、发动机曲轴18、通过轴18驱动地连接至发动机的叶轮20、由叶轮20液压驱动的涡轮22、变速器输出轴24、连接至输出轴的主减速器机构26、电动辅助液压泵(EAUX)28(其输出使变速器16的液压系统增压)、蓄电池30(其供应电能至泵28、起动机14和基于微处理器的控制器55)和通过输出轴以及主减速器机构驱动地连接至从动轮34、35的半轴32、33。
当离合器36接合时，变矩器旁通离合器36机械地将发动机曲轴18连接至涡轮轴，即变速器输入轴。
空调压缩机37由离合器46和辅助驱动皮带可驱动地连接至发动机12的曲轴。优选地，当发动机速度基本上为零时，发动机起动马达14与发动机12接合。与起动马达14分离设置用于产生电能为电池充电的整体式起动机发电机(ISG，integrated starter generator)或交流发电机44可驱动地连接至发动机12的曲轴。
换档器在自动模式槽42内由车辆驾驶员手动地在P、R、N、D和L位置间移动并且在手动模式槽48内在加档(+)和减档(-)之间移动。
由车辆驾驶员手动控制的加速踏板50和制动踏板52提供输入要求至控制系统分别用于改变发动机车轮扭矩和制动力。
摩擦控制元件(例如离合器和制动器)位于变速器16内，其调整后的接合和分离状态产生了前进档和倒档。当至少一个，但优选地控制元件54、56中两个同时接合时，产生第一前进档(低档)。变速器控制元件(其接合产生车辆发动所需的档)被称为发动元件54、56。当发动机12关闭时由电动辅助泵28产生的液压管路压力用于填充并压紧发动元件54、56，从而一旦在发动机再起动完成将变速器16准备为响应的扭矩变速器。发动控制元件54、56的行程消除了伺服活塞和控制元件内的摩擦片组之间的间隙以及摩擦片之间的间隙。当伺服活塞内出现驱动发动元件的压紧压力时，发动元件54、56实质上没有扭矩传输能力。
变速器16也包含液压泵53(例如转子泵)，其输出用于在变速器液压回路中产生压力，通过该压力与发动机再起动方法配合控制元件54、56被加压至完全接合的状态。
可访问再起动控制算法的微处理器控制器55通过在通讯总线上传输的电信号与发动机12、起动机14、变速器16、换档杆40、电池30、辅助泵28和加速踏板50以及制动踏板52通讯。
图5中所示类型的双输入离合器动力换档变速器38能够代替图1的微混合动力电动车辆动力传动系10内的变速器16。
发动机12响应于踩下制动踏板52而停止。在开始停止发动机之后，通过释放制动踏板52，或通过将换档杆40从D位置移动至在自动模式槽42下的任何其它位置或手动模式槽48，或通过踩下加速踏板50指示“主意改变”。
现参考图2，当确定将自动执行发动机停止时，控制系统(通过其发动机子系统驱动器的控制，例如火花正时、燃料、空气等)在58处开始将发动机转速沿着斜线62从怠速60减小至零发动机转速。但是如果在发动机转速减小期间情况改变(例如驾驶员释放制动踏板52或改变换档器40的位置)，控制系统在64处开始发动机再起动。如果随后发动机转速在“改变主意”发动机参考转速66之上，则通过控制发动机子系统驱动器，发动机转速沿着斜线68增加至怠速60。
参考图3，当在69处指示所需发动机再起动(即改变主意事件)时如果发动机转速低于“改变主意”参考转速66，发动机转速必须继续沿斜线62减小至零或接近零。随后在70处使用起动马达14以开始发动机12的再起动。
图4说明了在发动机再起动事件期间的发动机转速的变化，在该变化期间加速了发动机转速的减小。使用变速器16、38或辅助组件(包括AC压缩机37、ISG或交流发电机44或这些组件的组合)将发动机转速快速地带至零。如果在69处指示改变主意再起动，同时发动机转速低于改变主意参考发动机转速66，控制系统增加发动机转速沿斜线72(其负斜率大于原始斜线62的斜率)的减小速度，从而导致发动机转速更快地达到零。在70处使用起动马达14开始发动机12的再起动，其在74处完成，从而缩短了再起动发动机的时间76。
通过增加发动机泵损失能够产生斜线72的负斜率的增加，其在“改变主意”69的指示处开始并且持续直至发动机转速基本上在斜线72底部处为零。通过发动机节气门、气门正时和EGR设定的组合修改发动机气道，实现增加发动机泵损失。为了增加泵损失，EGR必须被切断(关闭EGR阀门)并且关闭节气门。改变阀门正时以最大化空气弹簧力(延迟打开进气阀、以正常正时关闭进气阀，延迟打开排气阀，以正常正时关闭排气阀)。对于柴油发动机，为了避免在关闭期间过高的空气弹簧力通常不这样做。
通过增加发动机的负荷(例如在不允许车辆移动时通过使用变速器16、38以驱动地将发动机曲轴18连接至从动轮34、36)也可产生斜线的负斜率增加。
变速器16为具有由离合器54和制动器56控制的行星齿轮的常规的多速-多级步进自动变速器。当动力传动系10包括变速器16时，车辆静止并且发动机停止，通过接合变速器控制元件54、56从而将驱动轴24连接至发动机曲轴18来产生斜线72的负斜率的增加。这样，发动机的旋转动能作为热量消散至控制元件54、56内。
实现其的较佳方式是完全锁止变矩器旁通离合器，并且锁紧变速器齿轮以使得变速器输出轴24和车辆车轮34、35不能旋转。一旦使用变速器控制元件锁紧齿轮传动系，通过增加最大扭矩并且接合旁通离合器36来调节变矩器的滑动能够将变速器的滑动控制至零。锁紧变速器齿轮传动系实质上锁止了车辆车轮34、35。锁止变矩器将发动机转速拉降至零。变速器辅助泵28提供液压力，从而维持变速器回路内的管路压力，因为发动机停止。
当动力传动系10包括动力换挡变速器38，车辆静止并且发动机停止时，通过接合变速器以将驱动轴24连接至发动机曲轴18产生斜线72的负斜率的增加。这样，发动机的旋转动能作为热量消散至输入离合器247、248的至少一个内。当任一个副轴244、249完全处于档位时，相应的输入离合器248、247能够接合以将发动机转速减速至零。其可通过在发动机转速减小至零的接合期间调节输入离合器的最大扭矩以受控方式实现。通过增加输入离合器247、248的最大扭矩，可增加发动机上的负荷从而降低发动机转速。
可替代地，通过增加发动机负荷(例如通过将空调压缩机37、交流发电机或一体式起动发电机44或其组合驱动地连接至发动机12)能够产生斜线72的负斜率的增加。辅助装置的具体组合将取决动力传动系组合变化。
图5说明了双输入离合器的细节，动力换档变速器38包括第一输入离合器248，其选择性地将变速器的输入轴18交替地连接至偶数目的前进档和与第一副轴244联系的倒档；第二输入离合器247，其选择性地将输入轴148交替地连接至与第二副轴249相联系的奇数目的档。
副轴244支撑小齿轮260、262、264(其均轴颈连接在轴244上)和联轴器266、268(其固定至轴244)。小齿轮260、262、264分别与第二、第四和第六档位相联系。联轴器266包括套筒270，其可向左移动以接合小齿轮260并且可驱动地将小齿轮260连接至轴244。联轴器268包括套筒272，其能够向左移动以接合小齿轮262并且可驱动地将小齿轮262连接至轴244以及能够向右移动以接合小齿轮264并且可驱动地将小齿轮264连接至轴244。
副轴249支撑小齿轮274、276、278(其均轴颈连接在轴249上)和联轴器280、282(其固定至轴249)。小齿轮274、276、278分别与第一、第三和第五档位相联系。联轴器280包括套筒284，其可向左移动以接合小齿轮274并且可驱动地将小齿轮274连接至轴249。联轴器282包括套筒286，其能够向左移动以接合小齿轮276并且可驱动地将小齿轮276连接至轴249以及能够向右移动以接合小齿轮278并且可驱动地将小齿轮278连接至轴249。
变速器输出轴24支撑齿轮288、290、292，其均固定至输出轴24。齿轮288与小齿轮260和274啮合。齿轮290与小齿轮262和276啮合。齿轮292与小齿轮264和278啮合。
轴颈连接在副轴244上的倒档齿轮296与中间齿轮298(其与固定至输出轴24的倒档齿轮300啮合)啮合。联轴器302选择性地将倒档齿轮296连接至副轴224。
联轴器266、268、280、282和302可为同步装置、或牙嵌式离合器或其组合。
通过同时将副轴249和244连接至变速器输出轴24能够锁止变速器38。能够通过接合联轴器280与小齿轮274或者接合联轴器282与小齿轮276或278的任一个来将副轴249可驱动地连接至变速器输出轴24。类似地，能够通过接合联轴器266与小齿轮260或者接合联轴器268与小齿轮262或264的任一个来将副轴244可驱动地连接至变速器输出轴24。由于副轴244、249这样连接至输出轴24，通过至少部分同时接合输入离合器247、248能够限制发动机曲轴18。
根据专利法的规定，揭示了优选实施例。然而，应注意的是可以用本发明具体说明和描述之外的其他实施例。

Claims (4)

1.一种再起动车辆发动机的系统，包含：
发动机；
可运转地接合所述发动机用于再起动并且在其它情况下从所述发动机分离的起动马达；
制动踏板；
控制器，所述控制器配置用于响应于踩下制动踏板停止所述车辆并且保持所述车辆静止，停止所述发动机以减小发动机转速，当指示需要再起动所述发动机时如果发动机转速低于参考转速则增加发动机转速的减小速度，并且当发动机转速实质上为零时，使用所述起动马达开始自动的发动机再起动。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包含：
可驱动地连接至所述发动机和所述车辆的车轮的变速器；及
其中所述控制器还配置用于控制所述变速器在所述发动机和所述车辆车轮之间产生驱动连接。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包含：
压缩机、交流发电机和整体式起动机发电机中至少一个；及
其中所述控制器还配置用于使用压缩机、交流发电机和整体式起动机发电机中至少一个以增加所述发动机的负荷并且停止所述发动机。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
通过节气门、流入所述发动机内的燃料和空气流、和排气再循环(EGR)设置中至少一个控制所述发动机的运转；及
所述控制器还配置用于使用节气门、流入所述发动机内的燃料和空气流、进气门和排气门正时、和排气再循环(EGR)设置中至少一个控制发动机转速。
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