專利名稱：用于運行混合動力汽車的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述的用于運行混合動力汽車的方法，這種混合動力汽車具有一個內(nèi)燃機以及至少一個電機，其中，所述電機中的至少一個電機以變化的扭矩給怠速運轉(zhuǎn)中的內(nèi)燃機加載，從而降低內(nèi)燃機在怠速運轉(zhuǎn)中的旋轉(zhuǎn)不均勻性。
在具有內(nèi)燃機的汽車運行期間，內(nèi)燃機在汽車的停車狀態(tài)下通常并沒有關(guān)閉，而是在怠速運轉(zhuǎn)中繼續(xù)運轉(zhuǎn)。在此由發(fā)動機輸出的能量的一部分被用于汽車車載電源的供給或舒適性功能，例如空調(diào)。但是因為在怠速運轉(zhuǎn)期間，發(fā)動機需要加入的燃料量中所含能量的最大部分用于維持發(fā)動機的運轉(zhuǎn)，或者用于補償熱損失和摩擦損失，并且另外發(fā)動機是在一個熱力效率很低的區(qū)域內(nèi)運行，所以，在汽車停車狀態(tài)下讓發(fā)動機繼續(xù)運轉(zhuǎn)在能量方面是不利的。出于這種原因，現(xiàn)已出現(xiàn)具有啟動-停止功能的汽車，其在汽車停車狀態(tài)時關(guān)閉內(nèi)燃機以降低燃料消耗。
在混合動力汽車中，一般也通過啟動-停止功能在汽車停車狀態(tài)時關(guān)閉內(nèi)燃機。在此優(yōu)點在于混合動力汽車具有比傳統(tǒng)啟動器功率明顯更強的電動機，這能實現(xiàn)更高的舒適性，特別在發(fā)動機啟動時。電機與發(fā)動機曲軸的連接可以通過多種方式實現(xiàn)。例如電機可以通過一個離合器或者說直接與發(fā)動機的曲軸連接，或者也可以通過皮帶傳動機構(gòu)或者說傳動機構(gòu)耦聯(lián)。在停車狀態(tài)下，用電器的供給通過電池或其它電能存儲器實現(xiàn)，在接下來的行駛過程中，它們在內(nèi)燃機效率較高的工作點重新充電。通過這種方式可以顯著降低燃料消耗。
但是還有出于其它原因不允許關(guān)閉內(nèi)燃機的運行狀態(tài)。例如在打開空調(diào)時，空調(diào)壓縮機的由內(nèi)燃機的皮帶傳動機構(gòu)實現(xiàn)的機械驅(qū)動要求內(nèi)燃機繼續(xù)運轉(zhuǎn)。在電池充電狀態(tài)較低時，尤其又需要長時間停車的情況下，也需要使內(nèi)燃機在怠速運轉(zhuǎn)中繼續(xù)運轉(zhuǎn)或重新啟動。另外，例如廢氣凈化設(shè)備必須已經(jīng)達到它的運轉(zhuǎn)溫度，從而在重新啟動內(nèi)燃機時不出現(xiàn)不允許的高廢氣有害物質(zhì)排放。出于上述原因，在混合動力系統(tǒng)中也要求使內(nèi)燃機在停車狀態(tài)下以怠速運轉(zhuǎn)。但對于這種設(shè)計方案要求，使怠速燃料消耗保持盡可能地低。
一種減少怠速運轉(zhuǎn)中燃料消耗的方案在于，盡可能地降低內(nèi)燃機的怠速轉(zhuǎn)速。然而對于內(nèi)燃機，其怠速轉(zhuǎn)速只能降低到一個確定的值，否則在各氣缸扭矩輸出時的不均勻性會大大增加，以至運轉(zhuǎn)質(zhì)量變差或者發(fā)動機熄火。在各氣缸之間噴入的燃料質(zhì)量分散、氣缸充氣太少、燃燒室氣流強度不夠以及燃燒室內(nèi)殘余氣體含量升高都會使發(fā)動機運轉(zhuǎn)困難。這些因素導(dǎo)致，降低怠速轉(zhuǎn)速的同時越來越多地隨機產(chǎn)生有缺陷的燃燒，這樣會對怠速轉(zhuǎn)速造成短期的妨礙舒適性的干擾。
三缸和四缸發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速一般在750-900轉(zhuǎn)/分鐘的范圍內(nèi)。直接噴射的汽油發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速相對于進氣管噴射的發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)得更低，因為直接將燃料加入燃燒室中，可以為各個氣缸十分精確地定量分配噴射量。對于多缸發(fā)動機，由于曲軸每旋轉(zhuǎn)一圈所進行的燃燒次數(shù)較多，其怠速轉(zhuǎn)速還可以調(diào)節(jié)到更低。
另一個問題在于與怠速運轉(zhuǎn)階段相關(guān)的載荷要求或者說扭矩要求。例如，在啟動過程時需要一個突然的明顯更高的扭矩。但是因為進氣管充氣需要一段有限的時間(大約幾百毫秒)，如果發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速在無負荷狀態(tài)下被降低到盡可能小的值，這就會對扭矩形成干擾，聯(lián)系到接合過程則會不期望地干擾轉(zhuǎn)速，這些都意味著巨大的舒適性受損。在怠速運轉(zhuǎn)中例如接通一個用電器、如空調(diào)壓縮機時，也會產(chǎn)生一種類似的不期望的影響。
因此，串聯(lián)發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速應(yīng)調(diào)節(jié)到與預(yù)先設(shè)定的下部的或者說最低的怠速轉(zhuǎn)速保持一定距離。另外還通常使用所謂的扭矩儲備。在此對于汽油發(fā)動機，點火角調(diào)節(jié)到比扭矩最優(yōu)或者燃料消耗最優(yōu)地運行所必要的點火角遲。同時，為了保持額定怠速轉(zhuǎn)速，必須同時增加氣缸充氣。在快速的負荷要求的情況下，可以首先將點火角提前，以增加扭矩，這樣實際上在沒有時間延遲的情況下就引起了更高扭矩，因為點火角非?？?，也就是說，可以在緊接著的工作間隙進行調(diào)整。然而，不僅怠速轉(zhuǎn)速與最低怠速極限轉(zhuǎn)速的安全距離，而且扭矩儲備都會以不利的方式增加燃料消耗。
由DE 197 09 134 A1公開了一種用于混合動力汽車的傳動系統(tǒng)，該混合動力汽車具有一個內(nèi)燃機以及一個電機，其中，電機通過變化的扭矩給內(nèi)燃機加載，從而降低了內(nèi)燃機的旋轉(zhuǎn)不均勻性。在此這樣控制與內(nèi)燃機耦聯(lián)的電機，使得其施加一個抵抗內(nèi)燃機的扭矩波動地變化的扭矩。
本發(fā)明的任務(wù)是在混合動力汽車運行中降低混合動力系統(tǒng)的怠速燃料消耗，改善內(nèi)燃機和電機的相互作用，同時保持所期望的行駛舒適性。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過一種上述類型的具有權(quán)利要求1所述特征的方法解決。在其它權(quán)利要求中描述了本發(fā)明的優(yōu)選的改進方案。
為此，在上述類型的方法中根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，在怠速運轉(zhuǎn)中，內(nèi)燃機無調(diào)節(jié)點火滯后地同時以對于這種運行狀態(tài)最佳的點火角以及充氣系數(shù)運行，以建立扭矩儲備。
這樣做的優(yōu)點在于，通過放棄慣常的點火角的調(diào)節(jié)點火滯后以及與此相聯(lián)系的提高充氣系數(shù)，可以選擇非常低的怠速轉(zhuǎn)速。從而在同時保持所期望的運行舒適性和行駛舒適性的情況下降低了燃料消耗。
在怠速運轉(zhuǎn)時，點火角最好調(diào)節(jié)到內(nèi)燃機燃料消耗最佳地運轉(zhuǎn)。
內(nèi)燃機在怠速運行時優(yōu)選以等于1的空氣系數(shù)運行。
從怠速運轉(zhuǎn)中啟動時，為了平衡不存在的扭矩儲備，由至少其中一個電機提供相應(yīng)高的啟動扭矩，最好在內(nèi)燃機充氣所需的時間段內(nèi)施加這一扭矩。
在一種優(yōu)選的實施方式中，在怠速運轉(zhuǎn)時，將通過對點火線路、燃料線路和/或充氣線路的干涉進行的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與借助于至少其中一個電機進行的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)相組合。
在另一種優(yōu)選的實施方式中，將借助于至少其中一個電機進行的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與傳統(tǒng)的通過點火線路、燃料線路和/或充氣線路進行的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)相疊加，其中借助于至少其中一個電機進行的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)最好僅僅對隨機的、較強的轉(zhuǎn)速干擾作出反應(yīng)。
內(nèi)燃機的怠速轉(zhuǎn)速最好從一個為內(nèi)燃機預(yù)先確定的怠速極限轉(zhuǎn)速-在該怠速極限轉(zhuǎn)速下，內(nèi)燃機平穩(wěn)地怠速運轉(zhuǎn)，并且對于沒有轉(zhuǎn)速干擾的啟動過程具有足夠的儲備-降低至少50轉(zhuǎn)/分鐘、尤其降低至少100轉(zhuǎn)/分鐘、特別降低至少200轉(zhuǎn)/分鐘。
下面更詳細說明本發(fā)明。
對于具有附加的至少一個電機和一個內(nèi)燃機的混合動力汽車，根據(jù)本發(fā)明要改善怠速燃料消耗以及怠速運行舒適性。因為電機恰恰在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能提供高的扭矩(正和負)，由此可以有利地支持內(nèi)燃機的怠速運轉(zhuǎn)。另外，因為電動機的扭矩可以十分迅速-也就是在幾十毫秒內(nèi)-地升高或降低，由此平衡了怠速運轉(zhuǎn)中內(nèi)燃機的扭矩波動，確切地說是由此引起的內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速波動。
因此根據(jù)本發(fā)明提出，將內(nèi)燃機的怠速轉(zhuǎn)速相對于初始設(shè)計參數(shù)降低至少50轉(zhuǎn)/分鐘，優(yōu)選降低至少100轉(zhuǎn)/分鐘，尤其優(yōu)選降低至少200轉(zhuǎn)/分鐘。在這種情況下，通過內(nèi)燃機和電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的組合來平衡扭矩不均勻性或者說由此引起的轉(zhuǎn)速波動。作為替代方案，可以考慮將傳統(tǒng)的內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與電機的疊加的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)相組合，電機對由隨機的有缺陷的燃燒引起的轉(zhuǎn)速干擾作出反應(yīng)，并由此避免不允許的轉(zhuǎn)速干擾。在本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的改進方案中提出，不再另外使用傳統(tǒng)的扭矩儲備(點火角提前)。另外，從具有很小的扭矩儲備或沒有扭矩儲備的最低速怠速運轉(zhuǎn)中開始的啟動過程可以由電機的高的驅(qū)動扭矩得到支持，從而在此也不會因轉(zhuǎn)速干擾產(chǎn)生任何舒適性損害。
由此以上提出的方法實現(xiàn)了混合動力汽車或者說使用內(nèi)燃機和電機的組合驅(qū)動方案的燃料消耗的進一步降低。
權(quán)利要求
1.用于運行混合動力汽車的方法，這種混合動力汽車具有一個內(nèi)燃機以及至少一個電機，其中，至少其中一個電機用變化的扭矩給怠速運轉(zhuǎn)中的內(nèi)燃機加載，從而降低怠速運轉(zhuǎn)中的內(nèi)燃機的旋轉(zhuǎn)不均勻性，其特征在于在怠速運轉(zhuǎn)中，使內(nèi)燃機沒有點火角調(diào)節(jié)點火滯后地同時以對于該運行狀態(tài)最佳的點火角和充氣系數(shù)運行，以便建立扭矩儲備。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在怠速運轉(zhuǎn)中，將所述點火角和充氣系數(shù)調(diào)節(jié)到使內(nèi)燃機燃料消耗最佳地運行。
3.按權(quán)利要求1或者2所述的方法，其特征在于所述內(nèi)燃機在怠速運轉(zhuǎn)時以等于1的空氣系數(shù)運轉(zhuǎn)。
4.按前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于在從怠速運轉(zhuǎn)開始的啟動過程中，由至少其中一個電機提供啟動扭矩。
5.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述啟動扭矩在內(nèi)燃機充氣期間施加。
6.按前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于在怠速運轉(zhuǎn)中，將通過對點火線路、燃料線路和/或充氣線路的干涉進行的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與借助于至少其中一個電機進行的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)相組合。
7.按前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于將借助于至少其中一個電機進行的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與傳統(tǒng)的、通過點火線路、燃料線路和/或充氣線路進行的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)進行疊加。
8.按權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述借助于至少其中一個電機進行的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)僅僅對隨機的、較強的轉(zhuǎn)速干擾作出反應(yīng)。
9.按前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于將所述內(nèi)燃機的怠速轉(zhuǎn)速從為內(nèi)燃機預(yù)先規(guī)定的怠速極限轉(zhuǎn)速-在該怠速極限轉(zhuǎn)速下，內(nèi)燃機平穩(wěn)地進行怠速運轉(zhuǎn)，并且對于沒有轉(zhuǎn)速干擾的啟動過程具有足夠的儲備-出發(fā)降低至少50轉(zhuǎn)/分鐘，尤其降低至少100轉(zhuǎn)/分鐘，特別降低至少200轉(zhuǎn)/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運行混合動力汽車的方法，這種混合動力汽車具有一個內(nèi)燃機以及至少一個電機，其中，至少其中一個電機以變化的扭矩給怠速運轉(zhuǎn)中的內(nèi)燃機加載，從而降低內(nèi)燃機在怠速運轉(zhuǎn)中的旋轉(zhuǎn)不均勻性。在此，在怠速運轉(zhuǎn)中，使內(nèi)燃機在沒有調(diào)節(jié)點火滯后的情況下同時以對于這種運行狀態(tài)最佳的點火角和充氣系數(shù)運行，以便建立扭矩儲備。
文檔編號F02B75/06GK1925999SQ200480042678
公開日2007年3月7日 申請日期2004年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月3日
發(fā)明者M·茲爾默, M·霍爾茨, E·波特, D·普羅查茲卡 申請人:大眾汽車有限公司, 斯柯達汽車股份公司