混合式动力传动系控制制造技术

在此说明了用于控制混合式动力传动系的方法和安排。一方面，发动机是以多个不同的有效排量交替运行的。一个排量传送的输出小于所要求的动力传动系输出而另一个排量传送的输出大于该所要求的动力传动系输出。使用一个电动机/发电机系统来对该动力传动系添加转矩/从其抽取转矩从而引起净值传送出该所要求的动力传动系输出。在一些实施例中，在多个有效排量之间进行交替时对该动力传动系添加的能量主要是从一个电容器(例如，一个超大电容器或超级电容器)中吸取的并且从该动力传动系中抽取的能量被储存在该电容器中。另一方面，一种混合式动力传动系安排包括一台发动机、一台电动机/发电机、以及一个储能系统，该储能系统包括电池和电容器。在发动机以一种可变排量或跳过点火模式运行的过程中，该电容器将电能储存和传送给该电动机/发电机单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合式动力传动系控制
技术介绍
本专利技术涉及用于改善混合动力车辆以及静态应用中使用的内燃发动机燃料经济性的一种装置和一种方法。当进行发电或者用内燃发动机来提供转矩以用于推进车辆或者对静态应用提供动力目的时，令人希望的是使能量效率最大化并且使燃料使用净值最小。众所周知，内燃发动机的能量效率取决于发动机特性与预期应用的匹配。不幸的是，只能获得有限数量的发动机大小，这使之难以选择具有最优特性的发动机，即使在稳定的动力需求的情况下也是如此。此外，许多发动机是使用在有变化负载的应用中的，出于此原因理想的发动机特性也发生改变。因此，情况通常是没有哪一个单一的常规发动机是对于会遇到的整组运行条件的最佳选择。本领域用于改善燃料经济性目的已知大量“可变排量发动机”设计以及使用“汽缸失活”(即如果情况允许的话，以减少数量的激活汽缸来运行)的策略。长期以来，汽车中可商购的失活策略是仅使能够失活的一个子组的汽缸以某种改善的燃料经济性运行而并不是在要经历的多数运行条件下以基本上最大的燃料经济性运行。这是因为在多数时间所使用的汽缸数量超过了在峰值燃料效率下实现希望的输出所必须的汽缸最小份额，并且因此，这些激活汽缸还必须被有目的地降低额定值或被节流以确保所希望的输出。另一个已知方法经常是指“跳过点火(skip fire)”发动机控制。跳过点火发动机控制考虑了在选择点火时机过程中选择性地跳过某些汽缸的点火。因此，例如，一个特定汽缸可以在一个点火时机被点火而在下一个点火时机可以被跳过并且在接下来的点火时机被选择性地跳过或者被点火。这与在某些低负荷运行情况下使固定组的汽缸失活的常规可变排量发动机运行形成对照。一般地，跳过点火发动机控制应理解是要提供大量潜在优点，包括在许多应用中明显改善燃料经济性的可能性。这种跳过点火控制例如由Fdrster(US4, 509, 488)并且在如Tripathi (US7，954，474)的多个共同受让专利中进行了说明。在跳过点火运行中，一个汽缸可以在多个跳过循环中失活从而使得空气不被泵送过该汽缸，这样有助于减少泵送损失。另一种用来改进车辆燃料经济性的方法是使用一台发动机作为混合动力式或混合液压式推进系统的一部分，由此可以使用一个另外的带有改善燃料经济性的较小排量发动机并且通过多个自动控制系统而允许这个较小排量的发动机在较窄的发动机转速和输出范围上运行。Hanada(US6，886，524)披露了一种与混合式动力传动系配置相结合的可变排量发动机。尽管Hanada系统可以提供改善的燃料经济性，但还需要继续努力以进一步改善混合式动力传动系的效率。
技术实现思路
说明了用于控制混合式动力传动系的多种不同方法和安排。一方面，混合式动力传动系中的发动机是交替以多个不同的有效排量来运行的。这些排量之一传送的输出小于所要求的动力传动系输出并且从储能装置中吸取的能量被用来对动力传动系添加转矩从而引起净值传送出所要求的动力传动系输出。一个第二排量传送的输出大于所要求的动力传动系输出并且从该动力传动系中抽取转矩从而引起传送出所希望的输出，从该动力传动系中抽取的过量能量被储存在该储能装置中。可以使用一个电动机/发电机单元或其他适合装置来对该动力传动系添加转矩以及从中抽取转矩。该电动机/发电机单元可以采用一个或多个集成电动机/发电机或者多个单独的电动机和发电机单元或者其组合的形式。这些发动机工作室优选以一种在第一排量与第二排量之间进行交替时基本上提供可获得的最大能量效率并且优选使多个未点火的工作室失活以减少泵送损失的方式运行。在一些实施例中，在该第一有效排量与该第二有效排量之间进行交替时，对该动力传动系添加的能量主要是从一个电容器(例如，一个超大电容器或一个超级电容器)中吸取的并且从该动力传动系中抽取的能量被储存在该电容器中。在其他实施例中，针对此目的可以使用电池或其他适合的储能装置。这些不同的有效排量可以通过使用传统的可变排量策略(例如，可变排量发动机中的不同排量)、通过在跳过点火控制策略中使用不同的点火分数、或者通过任一种其他适合方式来提供。在一些实施例中，电动机/发电机单元可以被安排成用于协助再生制动并且被配置成使得在再生制动过程中，由电动机/发电机单元产生的电力被至少部分地储存在电容器和电池二者中。另一方面，一种混合式动力传动系安排包括一台发动机和一个电动机/发电机单元。发动机能够以可变排量模式运行或者能够以一种跳过点火模式运行。一个电池和一个电容器(例如，一个超大电容器或超级电容器)被安排成使得在发动机以可变排量或跳过点火模式运行的过程中，电池和电容器可以通过该电动机/发电机单元来充电和放电，其中至少该电容器被安排成用于储存和传送电能给该电动机/发电机单兀。一个控制器被安排成用于指导该发动机和电动机/发电机单元合作地传送出所要求的输出。在不同的实施例中，该控制器被进一步安排成用于以一种在以可变排量模式或跳过点火模式运行的过程中基本上提供可获得的最大能量效率的方式运行发动机，并且优选的是该控制器被进一步安排成用于在可变排量模式或跳过点火模式中使未点火的工作室失活，以便由此减少泵送损失。在一些实施例中，如以上所述，该控制器可以被安排成用于使发动机交替地以多个不同的有效排量来运行并且控制该电动机/发电机合作地传送出一个所希望的动力传动系输出。在又另一方面，说明了一种混合式动力传动系控制器。该混合式动力传动系控制器包括一个发动机控制器以及一个电动机控制器，该发动机控制器被安排成用于以一种产生多个不同有效排量的方式来运行发动机，并且该电动机控制器指导电动机/发电机单元运行。该控制系统被安排成用于指导该电动机/发电机以一种考虑发动机所传送的转矩的短暂变化的方式对电容器充电和使其放电。【附图说明】图1是展示一个代表性内燃发动机的制动燃油消耗率(brake specific fuelconsumption)的图形。图2A是以如下方式运行的一个代表性混合式动力传动系的图解图示，在该方式中一台发电机从动力传动系中抽取转矩并产生电能，该电能被储存在一个包括电容器的储能系统中。图2B是图2A的混合式动力传动系以如下方式运行的图解图示，在该方式中一台电动机使该动力传动系转矩增加并且通过从该电容器中吸取电力来对该电动机供以动力。图3是展示了确定可变排量发动机中使用(即，其运行状态)的汽缸的数量的一种方法的流程图。图4是展示了一个4缸乘用车辆内燃发动机的制动燃油消耗率与发动机转速和转矩的图形，圆括号中是每个汽缸的近似转矩。图5是展示了当一个动力传动系产生一个78.0N-m的恒定输出转矩时，所选可变排量发动机量值以及储能系统参数根据时间的图形。图6是展示了当一个混合动力车辆驶过一个不同运行条件的行程时，所选可变排量发动机量值以及储能系统参数根据时间的图形。图7是适合于具体应用中使用的超级电容器的示意性图形。【具体实施方式】本专利技术涉及用于改善固定或可移动式动力传送系统的整体能量效率的系统和方法，该固定或可移动式动力传送系统使用一台拥有一个或多个工作室(例如，汽缸)的内燃发动机作为一个混合式动力传动系的一部分。在一些优选的实施例中，一个单一或多个汽缸可变排量发动机是结合另一个动力源和动力消耗装置(例如，电动机/发电机以及对应的用于传送所希望动力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制混合式动力传动系传送出所要求的动力传动系输出的方法，该方法包括交替地：以一种对该动力传动系传送的转矩小于该所要求的动力传动系输出的第一有效排量模式运行一台发动机并且可控制地使用从一个储能装置中吸取的能量来对该动力传动系添加转矩从而引起净值传送出该所要求的动力传动系输出；以及以一种具有与该第一有效排量模式不同的排量的并且传送的输出大于该所要求的动力传动系输出的第二有效排量模式运行该发动机并且可控制地从该动力传动系中抽取转矩以便引起传送出该所要求的动力传动系输出，其中从该动力传动系中抽取的过量能量是被储存在该储能装置中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.17 US 61/560,803;2011.12.13 US 61/570,2771.一种控制混合式动力传动系传送出所要求的动力传动系输出的方法，该方法包括交替地: 以一种对该动力传动系传送的转矩小于该所要求的动力传动系输出的第一有效排量模式运行一台发动机并且可控制地使用从一个储能装置中吸取的能量来对该动力传动系添加转矩从而引起净值传送出该所要求的动力传动系输出；以及 以一种具有与该第一有效排量模式不同的排量的并且传送的输出大于该所要求的动力传动系输出的第二有效排量模式运行该发动机并且可控制地从该动力传动系中抽取转矩以便引起传送出该所要求的动力传动系输出，其中从该动力传动系中抽取的过量能量是被储存在该储能装置中。2.—种控制混合式动力传动系传送出所要求的动力传动系输出的方法，该方法包括交替地: 以一种对该动力传动系传送的转矩小于该所要求的动力传动系输出的第一有效排量模式运行一台内燃发动机并且对至少一台电动机进行控制来对该动力传动系添加转矩从而引起传送出该所要求的动力传动系输出，其中在对该动力传动系添加转矩的过程中用来驱动该至少一台电动机的电能是从一个电能储存装置中吸取的；以及 以一种具有的有效排量大于该第一有效排量模式并且传送出的输出大于该所要求的动力传动系输出的第二有效排量模式运行该发动机并且控制至少一台发电机以便从该动力传动系中抽取转矩从而引起传送出该所要求的动力传动系输出，其中在从该动力传动系中抽取转矩的过程中由该至少一台发电机产生的电能被储存在该电能储存装置中；并且 其中，该电动机和发电机采用选自下组的至少一项的形式，该组包括一个集成电动机/发电机以及多个分离单元。3.如权利要求1或2所述的方法，其中这些以该第一有效排量模式和第二有效排量模式点火的发动机工作室是以一种基本上提供了可获得的最大能量效率的方式运行的。4.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中该发动机是一台可变排量发动机并且该第一有效排量模式和第二有效排量模式使用了不同数量的激活汽缸并且在该第一有效排量模式和第二有效排量模式中使用的激活汽缸的具体数量可以随时间改变。5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中该发动机是以一种跳过点火模式运行的并且这些不同的第一有效排量模式和第二有效排量模式使用了不同的点火分数并且在这些第一有效排量模式和第二有效排量模式中使用的这些具体点火分数可以随时间改变。6.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中使多个未点火的工作室失活以便由此减少泵送损失。7.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中在这些第一有效排量模式与第二有效排量模式之间进行交替时对该动力传动系添加的能量主要是从一个电容器中吸取的并且从该动力传动系中抽取的能量被储存在该电各器中。8.如权利要求7所述的方法，其中使用了一个电动机/发电机单元来对该动力传动系添加和抽取能量，该电动机/发电机被安排成用于协助再生制动，其中在再生制动过程中由该电动机/发电机单兀产生的电力被至少部分地储存在该电容器和一个电池中。9.一种安排，包括: 能够将转矩应用到一个动力传动系上的一台发动机，其中该发动机被安排成用于以一种可变排量模式和一种跳过点火模式中的至少一种模式来运行； 一个电动机/发电机单兀，该电动机/发电机单兀被安排成用于在以该可变排量模式或该跳过点火模式运行该发动机的过程中对该动力传动系添加转矩和从该动力传动系中抽取转矩； 一个被安排成用于储存电能的电池，该电池被连接到该电动机/发电机单元从而可以通过该电动机/发电机单元来对该电池充电和放电；以及 一个被安排成用于储存电能的电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：里恩·G·伯瑞顿，罗纳德·D·由里，马克·A·舒斯特，路易斯·J·塞拉诺，
申请(专利权)人：图拉技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US