专利名称：在混合动力系系统中实现催化转换器的起燃的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及混合动力系系统，并控制该混合动力系系统以实现催化转换器的起燃。
背景技术：
该部分中的陈述仅提供与本发明有关的背景技术信息，并且可能不构成现有技术。已知的混合动力系系统使用内燃发动机和扭矩机来产生可以经由变速器装置传递到驱动系的牵引扭矩。已知的扭矩机包括电马达/发电机装置、液压机械装置和将储存的能量转换为机械扭矩的其它机器。关于能量储存装置，已知的混合动力系系统可以在电荷维持构造或电荷耗尽构造中操作。已知的混合动力系系统包括使用自动起动和自动停止控制方案来控制内燃发动机。已知的扭矩机具有受限的输出扭矩能力。当指令的输出扭矩小于扭矩机的输出扭矩能力并且能量储存装置的荷电状态大于阈值时，已知的混合动力系系统优先使用扭矩机来产生牵引扭矩。这样，只要指令的扭矩输出不超过阈值，并且能量储存装置的荷电状态大于最小阈值，那么混合动力系系统可以在这样的条件下操作，在所述条件下，车辆操作可以在整个接通(key-on )循环期间不包括发动机启动状况。
发明内容
一种动力系系统包括混合变速器和结合到排气后处理装置的内燃发动机。一种用于操作所述动力系系统的方法包括只要牵引扭矩小于阈值，那么在所述内燃发动机处于发动机关闭状态下响应于操作者扭矩请求操作所述混合变速器以产生所述牵引扭矩。当所述操作者扭矩请求超过所述阈值时，在优选的操作条件下在发动机ON状态下操作所述内燃发动机以实现所述排气后处理装置的起燃，并同时地操作所述混合变速器以响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩。然后，在所述发动机ON状态下操作所述内燃发动机，以响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩。本发明还提供如下方案
I. 一种用于操作动力系系统的方法，所述动力系系统包括混合变速器和结合到排气后处理装置的内燃发动机，所述方法包括
只要牵引扭矩小于阈值，那么在所述内燃发动机处于发动机关闭状态下响应于操作者扭矩请求操作所述混合变速器以产生牵引扭矩；
当所述操作者扭矩请求超过所述阈值时，在优选的操作条件下在发动机启动状态下操作所述内燃发动机以实现所述排气后处理装置的起燃，并同时地操作所述混合变速器以响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩；且然后
响应于所述操作者扭矩请求在所述发动机启动状态下操作所述内燃发动机以产生牵引扭矩。2.如方案I所述的方法，其中，所述内燃发动机在优选的操作条件下在发动机启动状态下操作，从而在足以实现所述排气后处理装置的起燃的预定持续时间内实现所述排气后处理装置的起燃。3.如方案I所述的方法，其中，所述优选的操作条件包括优选的发动机操作点。4.如方案I所述的方法，其中，所述优选的操作条件包括优选的发动机操作点和优选的燃烧正时。 5.如方案4所述的方法，其中，所述内燃发动机在优选的操作条件下在发动机启动状态下操作，从而在足以实现所述排气后处理装置的起燃的预定持续时间内实现所述排气后处理装置的起燃。6.如方案I所述的方法，其中，操作所述混合变速器以产生牵引扭矩包括在第一模式下操作所述混合变速器，所述方法还包括
当在优选的操作条件下在发动机启动状态下操作所述内燃发动机以实现所述排气后处理装置的起燃之前所述牵引扭矩超过所述阈值时，在第二模式下操作所述混合变速器，从而在所述内燃发动机处于燃料切断状态下响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩。7.如方案I所述的方法，所述方法还包括当在所述发动机启动状态下操作所述内燃发动机以响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩时，同时地在第一模式和第二模式中的一个模式下操作所述混合变速器。8.如方案I所述的方法，其中，所述阈值对应于在所述内燃发动机处于发动机关闭状态下混合变速器产生牵引扭矩的预定限值。9. 一种用于操作混合动力系系统的方法，所述混合动力系系统包括内燃发动机和被构造为将扭矩传递到变速器的多个扭矩机，所述变速器结合到驱动系，所述方法包括
当操作者扭矩请求超过在所述内燃发动机处于发动机关闭状态下扭矩机产生牵引扭矩的预定限值时，在优选的操作条件下在发动机启动状态下操作所述内燃发动机，以实现所述排气后处理装置的起燃，并同时地操作所述扭矩机以响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩；以及
在实现所述排气后处理装置的起燃之后，在所述发动机启动状态下操作所述内燃发动机以响应于所述操作者扭矩请求产生牵弓I扭矩。10.如方案9所述的方法，所述方法还包括只要所述牵引扭矩小于所述预定限值，那么在所述内燃发动机处于所述发动机关闭状态下操作所述扭矩机以响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩。11.如方案9所述的方法，其中，所述内燃发动机在优选的操作条件下在所述发动机启动状态下操作，从而在足以实现所述排气后处理装置的起燃的预定持续时间内实现所述排气后处理装置的起燃。12.如方案9所述的方法，其中，所述优选的操作条件包括优选的发动机操作点。
13.如方案9所述的方法，其中，所述优选的操作条件包括优选的发动机操作点和优选的燃烧正时。14.如方案13所述的方法，其中，所述内燃发动机在优选的操作条件下在所述发动机启动状态下操作，从而在足以实现所述排气后处理装置的起燃的预定持续时间内实现所述排气后处理装置的起燃。15.如方案9所述的方法，其中，操作所述混合变速器以产生牵引扭矩包括在第一模式下操作所述混合变速器，所述方法还包括
当在优选的操作条件下在所述发动机启动状态下操作所述内燃发动机以实现所述排气后处理装置的起燃之前所述牵引扭矩超过所述阈值时，在第二模式下 操作所述混合变速器，从而在所述内燃发动机处于燃料切断状态下响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩。16.如方案9所述的方法,所述方法还包括当在所述发动机启动状态下操作所述内燃发动机以响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩时，同时地在第一模式和第二模式中的一个模式下操作所述混合变速器。
现在将参照附图通过举例方式描述一个或多个实施例，附图中
图I示出了根据本发明的包括结合到驱动系并由控制系统控制的混合动力系系统的车辆的实施例；
图2示出了根据本发明的用于响应于操作者扭矩请求来控制混合动力系的操作以实现排气后处理装置的起燃的控制方案；以及
图3-1、图3-2和图3-3示出了根据本发明的在参照图2描述的控制方案的执行期间包括混合动力系系统的车辆实施例的数据相关操作。
具体实施例方式现在参照附图，其中，示图仅是为了对特定示例性实施例进行举例说明的目的，并且不用于限制特定示例性实施例的目的，图I示出了包括结合到驱动系60并由控制系统10控制的混合动力系系统20的实施例的车辆5。相同的附图标记贯穿描述指示相同的元件。混合动力系系统20采用适当的通信路径55、适当的机械动力路径57和适当的高电压电功率路径59。机械动力路径57机械地结合分别产生、使用和/或传递扭矩的元件，其包括内燃发动机40、第一电动扭矩机35和第二电动扭矩机36、混合变速器50以及驱动系60。高电压电功率路径59电连接产生、使用和/或传递高电压电功率的元件，其包括能量储存装置25、逆变器模块30以及第一电动扭矩机35和第二电动扭矩机36。高电压电功率路径59包括高压总线29。通信路径55包括高速数据传递线路以实现车辆5的各个元件之间的通信，并可以包括直接连接、局域网总线和串行外围接口总线中的一种或多种，并且包括高速通信总线18。包括混合动力系系统20的车辆5的实施例是示例性的。能量储存装置25可以是任何适当的能量储存装置，例如高电压电池。一个示例性的能量储存装置25是由多个锂离子电池制成的高电压电池。应当明白，能量储存装置25可以包括多个电池、超电容器和被构造为在车上储存电能的任何适当的装置。
发动机40优选地是通过燃烧过程将燃料转换为机械动力的多气缸直接燃料喷射内燃发动机。发动机40流体地结合到排气后处理系统45。发动机40配备有多个感测装置和致动器，其被构造为监测操作并传递燃料以形成燃烧充气，从而产生扭矩。在一个实施例中，发动机40被构造为操作为火花点火发动机，其中，燃烧的正时和相关联的发动机扭矩通过提前或延迟火花点火正时来控制。在一个实施例中，发动机40被构造为在火花点火燃烧模式或可控自动点火(HCCI)燃烧模式下操作的火花点火直接喷射(SIDI)发动机。可选地，发动机40被构造为操作为压缩点火发动机，其中，燃烧的正时和相关联的发动机扭矩通过提前或延迟燃料喷射事件的正时来控制。发动机40被构造为执行发动机供料方案和/或点火正时方案，从而产生适当的废气供给流，从而有助于排气后处理系统45的催化元件的起燃。适当的发动机供料方案可以包括多个燃料喷射事件，具有后燃烧燃料喷射事件和前燃烧燃料喷射事件的分割燃料喷射。适当的火花正时方案可以包括延迟火花正时。发动机40被构造为在车辆系统5的正在进行的操作期间执行自动起动和自动停止控 制方案以及燃料切断(FCO)控制方案。通过定义的方式，当发动机40未被供料且不旋转时，发动机40被视为处于发动机关闭(OFF)状态。当发动机40正在旋转但是未被供料和点火时，发动机40被视为处于燃料切断(FCO)状态。当发动机40被供料和点火且优选地正在产生扭矩时，发动机40被视为处于发动机启动(ON)状态。排气后处理系统45包括用于将废气供给流的组成氧化、还原和以其它方式转换为排出到大气中的优选气体形式的适当的装置。在一个实施例中，排气后处理系统45包括优选地位于第二转换器元件49的上游的电加热催化元件(EHC) 48。EHC 48优选地包括具有电阻加热元件的基板，其可电连接到能量储存装置25并可操作地连接到控制系统10。控制系统10控制到EHC 48的电功率流的激活和去激活。在一个实施例中，具有电阻加热元件的基板涂覆有在基板元件被加热时将废气供给流的一部分氧化、还原和以其它方式转换为无害气体的涂层和催化材料。在一个实施例中，第二转换器元件49包括三效催化转换器元件。在一个实施例中，第二转换器元件49包括烃吸附器。在一个实施例中，第二转换器元件49包括NOx吸附器。在一个实施例中，第二转换器元件49包括微粒过滤器。第一扭矩机35和第二扭矩机36优选地包括电连接到逆变器模块30的多相电马达/发电机，其被构造为将储存的电能转换为机械动力和将机械动力转换为可在能量储存装置25中储存的电能。第一扭矩机35和第二扭矩机36具有以扭矩和转速形式的功率输出的限制。逆变器模块30包括分别电连接到第一扭矩机35和第二扭矩机36的第一逆变器32和第二逆变器33。第一扭矩机35和第二扭矩机36与相应的第一逆变器32和第二逆变器33互相作用，以将储存的电能转换为机械动力，和将机械动力转换为可在能量储存装置25中储存的电能。第一电功率逆变器32和第二电功率逆变器33可操作以将高电压DC电功率转变为高电压AC电功率，并且还可操作以将高电压AC电功率转换为高电压DC电功率。源自第一扭矩机35的电功率可以经由逆变器模块30和高压总线29电传递到能量储存装置25，和经由逆变器模块30电传递到第二扭矩机36。源自第二扭矩机36的电功率可以经由逆变器模块30和高压总线29电传递到能量储存装置25，和经由逆变器模块30和高压总线29电传递到第一扭矩机35。混合变速器50优选地包括一个或多个差动齿轮组和可激活的离合器组件，以在发动机40、第一扭矩机35和第二扭矩机36以及输出构件62之间传递扭矩。输出构件62结合到驱动系60，以向其传递牵引扭矩。混合变速器50优选地是双模式传动装置，其被构造为在固定齿轮模式下或者在称为模式I和模式2的两个不同齿轮系中的一个中产生并传递扭矩。模式I包括采用扭矩机中的单个例如第二扭矩机36来产生牵引扭矩。模式2包括采用第一扭矩机35和第二扭矩机36两者来产生牵引扭矩。操作动力系系统10以产生牵引扭矩包括在固定齿轮模式、模式I和模式2中的一个中操作混合变速器50并在ON状态、OFF状态和FCO状态中的一个中控制发动机40。在一个实施例中，驱动系60可以包括机械地结合到车轴64的差动齿轮装置65或机械地结合到车轮66的半轴。差动齿轮装置65结合到混合动力系系统20的输出构件62，并在它们之间传递输出功率。驱动系60在混合变速器50和路面之间传递牵引 动力。源自发动机40的机械动力可以经由输入构件42传递到第一扭矩机35，并经由混合变速器50传递到输出构件62。源自第一扭矩机35的机械动力可以经由混合变速器50和输入构件42传递到发动机40，并可以经由混合变速器50传递到输出构件62。源自第二扭矩机36的机械动力可以经由混合变速器50传递到输出构件62。机械动力可以经由输出构件62在混合变速器50和驱动系60之间传递。与机械动力传递相关联的操作参数包括在发动机40和混合变速器50之间的由输入扭矩Ti和输入速度Ni指示的动力以及在混合变速器50和驱动系60之间的由牵引扭矩To和输出速度No指示的动力。当能量储存装置25为高电压电池时，其储存电势电能，并经由高压总线29电连接到连接至第一扭矩机35和第二扭矩机36的逆变器模块30，从而在它们之间传递电功率。在一个实施例中，外部连接器26电连接到高电压电池25，并可连接到外部AC电源，从而提供用于为高电压电池25充电的电功率。与能量储存装置25相关联的参数包括均由控制系统10监测的荷电状态、温度、可用电压和可用电池功率。可用电池功率描述了电池功率限值，其包括分别描述为最大荷电状态和最小荷电状态的最小可允许电池功率和最大可允许电池功率之间的可允许范围。应当明白，在可规则地监测的参数例如荷电状态(后面称为S0C)或其它适当参数方面测量电池功率。可允许的电池功率限值优选地以阈值水平建立，以防止会导致缩短其使用寿命的损坏的能量储存装置25的过充电或过放电。电功率管理系统可以是电荷耗尽系统或电荷维持系统。术语电荷耗尽系统和电荷维持系统限定并指示用于在接通循环期间使用并管理混合动力车辆中的储存的电功率的操作策略。在接通循环期间，电荷耗尽系统优先唯一地使用扭矩机来产生牵引扭矩，直到能量储存装置25的SOC小于预定阈值为止，此时，内燃发动机被激活，从而产生用于牵引扭矩和电功率产生中的任一个或两者的扭矩。在接通循环期间，电荷维持系统使用发动机和扭矩机两者来产生牵引扭矩，目的是为了在整个接通循环期间将能量储存装置25的SOC维持在预定的范围内，并且目的是使在接通循环结束时的SOC与在接通循环开始时的SOC基本相同。这里描述的阈值状态幅值被确定且对应于电功率管理系统是电荷耗尽系统还是电荷维持系统。控制系统10包括以信号方式连接到操作者界面14的控制模块12。控制模块12包括低电压电源，从而向其提供调节的电功率。应当明白，存在多个人/机接口装置，车辆操作者通过其来指令车辆5的操作，包括例如能够使操作者使发动机40、加速器踏板、制动踏板和变速器范围选择器即PRNDL转动并起动的点火开关。车辆操作者指令包括操作者扭矩请求，其指示操作者对传递到驱动系60的牵引扭矩幅值的请求，以实现车辆加速。应当明白，车辆加速包括正加速事件和负加速事件。虽然控制模块12和操作者界面14被示为单独的分立元件，但是这样的图示是为了便于描述。应当明白，描述为由控制模块12执行的功能可以组合到一个或多个装置中，例如在软件、硬件和/或专用集成电路(ASIC)和与控制模块12分开且不同的辅助电路中执行。应当明白，可以使用包括例如通信总线18的通信路径55来实现传递到控制模块12和从控制模块12传递的信息。控制模块12优选地经由通信总线18以信号方式且可操作地连接到混合动力系系统20的各个元件。控制模块12以信号方式连接到能量储存装置25、逆变器模块30、第一扭矩机35和第二扭矩机36、发动机40以及混合变速器50中每个的感测装 置，以监测操作并确定它们的参数。控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器和类似的术语是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(优选地，微处理器)和执行一项或多项软件或固件程序的相关联的存储器和贮存器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输A /输出电路和装置、合适的信号调整和缓冲电路以及用于提供所描述功能的其它适当部件中的一个或多个的一种或各种组合。控制模块具有一组控制算法，其包括贮存的软件程序指令和存储在存储器中且被执行以提供期望功能的校准。算法优选地在预设的环循环期间执行。算法例如通过中央处理单元来执行，并可操作以监测来自感测装置和其它网络化的控制模块的监测器输入，并且执行控制和诊断例程来控制致动器的操作。环循环可以在正在进行的发动机和车辆操作期间以规则的间隔例如每隔3. 125晕秒、6. 25晕秒、12. 5晕秒、25毫秒和100毫秒来执行。可选地，算法可以响应于事件的发生来执行。发动机40的监测参数优选地包括发动机速度、发动机扭矩或负荷以及温度，其包括输入扭矩Ti和输入速度Ni。混合变速器50的监测参数优选地包括旋转速度，其包括牵引扭矩To和输出速度No，以及多个位置处的液压，可以由此确定包括特定扭矩传递离合器的应用的参数。第一扭矩机35和第二扭矩机36的监测参数优选地包括旋转速度和功率流量，例如电流流量，可以由此确定马达扭矩。在一个实施例中，能量储存装置25的监测参数可以包括电池功率、荷电状态和电池温度。控制模块12可操作地连接到包括第一逆变器32和第二逆变器33的逆变器模块30的致动器、发动机40和混合变速器50，从而根据以算法和校准的形式储存的所执行的控制方案来控制其操作。应当明白，第一逆变器32和第二逆变器33中的每个以适合于利用第一扭矩机35和第二扭矩机36中的一者或两者产生扭矩的方式转变电功率，并根据扭矩输入和操作条件以适合于利用第一扭矩机35和第二扭矩机36中的一者或两者产生电功率的方式转变机械动力。控制模块12根据第一扭矩机35和第二扭矩机36来执行控制方案以控制发动机40的操作，从而与控制逆变器模块30的操作以管理电功率流量同时地响应于操作者扭矩请求来管理机械动力到驱动系60的传递。这样的控制方案包括将发动机40的操作与和能量储存装置25相关联的可允许功率限值平衡。这包括控制发动机40的操作，以实现优选的发动机速度/负荷操作点，这实现了峰值或以其它方式优选的效率。
图2示出了用于使用适当的高电压电池作为能量储存装置25来控制混合动力系比如参照图I描述的混合动力系20的操作的控制方案100。控制方案100响应于操作者扭矩请求来控制混合动力系20的操作。这包括当条件需要发动机40的操作来产生用于牵引扭矩和/或用于电功率产生的扭矩时，操作混合动力系系统20，以实现排气后处理装置45的起燃。现在将参照图2和表I对此加以详细描述。指令的扭矩输出包括从扭矩产生装置例如内燃发动机40以及第一扭矩机35和第二扭矩机36输出的组合扭矩，其响应于操作者扭矩请求和其它动力系系统动力要求，后者包括例如对电功率和液压流量的动力需求。牵引扭矩是传递到驱动系的由扭矩产生装置例如内燃发动机40以及第一扭矩机35和第二扭矩机36产生的输出扭矩的组合。牵引扭矩响应于操作者扭矩请求。表I被提供为一种手段，其中，如下阐述了参照图2示出的用数字标记的框和控制方案100的相应功能。表I
权利要求
1.一种用于操作动力系系统的方法，所述动力系系统包括混合变速器和结合到排气后处理装置的内燃发动机，所述方法包括 只要牵引扭矩小于阈值，那么在所述内燃发动机处于发动机关闭状态下响应于操作者扭矩请求操作所述混合变速器以产生牵引扭矩； 当所述操作者扭矩请求超过所述阈值时，在优选的操作条件下在发动机启动状态下操作所述内燃发动机以实现所述排气后处理装置的起燃，并同时地操作所述混合变速器以响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩；且然后 响应于所述操作者扭矩请求在所述发动机启动状态下操作所述内燃发动机以产生牵引扭矩。
2.如权利要求I所述的方法，其中，所述内燃发动机在优选的操作条件下在发动机启动状态下操作，从而在足以实现所述排气后处理装置的起燃的预定持续时间内实现所述排气后处理装置的起燃。
3.如权利要求I所述的方法，其中，所述优选的操作条件包括优选的发动机操作点。
4.如权利要求I所述的方法，其中，所述优选的操作条件包括优选的发动机操作点和优选的燃烧正时。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述内燃发动机在优选的操作条件下在发动机启动状态下操作，从而在足以实现所述排气后处理装置的起燃的预定持续时间内实现所述排气后处理装置的起燃。
6.如权利要求I所述的方法，其中，操作所述混合变速器以产生牵引扭矩包括在第一模式下操作所述混合变速器，所述方法还包括 当在优选的操作条件下在发动机启动状态下操作所述内燃发动机以实现所述排气后处理装置的起燃之前所述牵引扭矩超过所述阈值时，在第二模式下操作所述混合变速器，从而在所述内燃发动机处于燃料切断状态下响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩。
7.如权利要求I所述的方法，所述方法还包括当在所述发动机启动状态下操作所述内燃发动机以响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩时，同时地在第一模式和第二模式中的一个模式下操作所述混合变速器。
8.如权利要求I所述的方法，其中，所述阈值对应于在所述内燃发动机处于发动机关闭状态下混合变速器产生牵引扭矩的预定限值。
9.一种用于操作混合动力系系统的方法，所述混合动力系系统包括内燃发动机和被构造为将扭矩传递到变速器的多个扭矩机，所述变速器结合到驱动系，所述方法包括 当操作者扭矩请求超过在所述内燃发动机处于发动机关闭状态下扭矩机产生牵引扭矩的预定限值时，在优选的操作条件下在发动机启动状态下操作所述内燃发动机，以实现所述排气后处理装置的起燃，并同时地操作所述扭矩机以响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩；以及 在实现所述排气后处理装置的起燃之后，在所述发动机启动状态下操作所述内燃发动机以响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩。
10.如权利要求9所述的方法，所述方法还包括只要所述牵引扭矩小于所述预定限值，那么在所述内燃发动机处于所述发动机关闭状态下操作所述扭矩机以响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩。
全文摘要
本发明涉及在混合动力系系统中实现催化转换器的起燃的方法和装置。一种动力系系统包括混合变速器和结合到排气后处理装置的内燃发动机。一种用于操作所述动力系系统的方法包括只要牵引扭矩小于阈值，那么在所述内燃发动机处于发动机关闭状态下响应于操作者扭矩请求操作所述混合变速器以产生所述牵引扭矩。当所述操作者扭矩请求超过所述阈值时，在优选的操作条件下在发动机ON状态下操作所述内燃发动机以实现所述排气后处理装置的起燃，并同时地操作所述混合变速器以响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩。然后，在所述发动机ON状态下操作所述内燃发动机，以响应于所述操作者扭矩请求产生牵引扭矩。
文档编号B60W10/10GK102765379SQ201210138909
公开日2012年11月7日 申请日期2012年5月4日 优先权日2011年5月5日
发明者B.L.斯波恩, B.N.鲁斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司