Способ улучшенной эксплуатации двигателя для мягкогибридного транспортного средства
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к способу и устройству для улучшенной эксплуатации такого двигателя. Техническим результатом является усовершенствование работы двигателя. Предложен способ запуска и работы двигателя 11 мягкогибридного транспортного средства 5 после запуска для двигателя, включающего в себя низковольтное и высоковольтное стартерные устройства 13 и 14, управляемые электронным контроллером 10. Способ предусматривает использование высоковольтного стартерного устройства 14 в качестве мотора для проворачивания двигателя 11 каждый раз, когда это возможно, что позволяет частично разрядить высоковольтный аккумулятор 18. Также предусматривается использование высоковольтного стартерного устройства 14 в качестве генератора после запуска двигателя 11, если требуется повысить температуру выхлопных газов для ускорения прогрева одного или нескольких устройств 6 обработки выхлопных газов. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности, к способу и устройству для улучшенной эксплуатации такого двигателя.
Уровень техники
Широко известно использование низковольтного (12 В) стартерного мотора для запуска двигателя внутреннего сгорания, даже если двигатель находится при очень низкой температуре, например, около минус 30°C. Также известно, что двигатель может быть снабжен высоковольтным (например, 48 В) встроенным стартер-генератором с ременным приводом (BISG), который соединяется с коленчатым валом двигателя с возможностью передачи привода при помощи приводного ремня и может либо приводиться двигателем для выработки электрической энергии, либо приводить двигатель для увеличения его выходной мощности или для запуска.
Обычно стартер-генератор с ременным приводом используется только в том случае, когда температура двигателя выше достаточно высокой температуры, соответствующей нижней границе нормального диапазона температур работы двигателя, например, 60°C, поскольку при меньших температурах стандартный стартер-генератор с ременным приводом обычно имеет недостаточный крутящий момент для запуска двигателя.
Также известно, что необходимость предварительного прогрева устройств обработки выхлопных газов заметно снижает или ограничивает экономичность расхода топлива транспортного средства. В связи с этим предпочтительно, особенно при низкой температуре двигателя, подавать нагрузку на двигатель после его запуска, что позволит увеличить температуру выхлопных газов и за счет этого снизить время, необходимое для прогрева установленных устройств обработки выхлопных газов.
Для создания такой тепловой нагрузки можно эффективно использовать стартер-генератор с ременным приводом, однако зачастую данный вариант недопустим из-за того, что текущий уровень заряда (SOC) соответствующего высоковольтного аккумулятора не позволяет использовать стартер-генератор с ременным приводом в качестве генератора.
Неожиданно было обнаружено, что если стартер-генератор с ременным приводом используется в большем диапазоне температур для пуска двигателя, то эффект разрядки от использования стартера-генератора с ременным приводом для запуска двигателя может быть использован для снижения уровня заряда высоковольтного аккумулятора, позволяя стартеру-генератору с ременным приводом перейти после пуска двигателя в режим работы в качестве генератора, чтобы создать нагрузку для двигателя и ускорить прогрев устройств обработки выхлопных газов.
Кроме того, в случае мягкогибридных транспортных средств, не нужно ограничивать старт-стопный режим до тех пор, пока температура двигателя не достигнет нижней границы диапазона температур нормальной работы двигателя (от 60°C до 120°C), а его можно использовать в каждом случае, когда возможно применять стартер-генератор с ременным приводом, что расширяет возможности работы в старт-стопном режиме.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка способа усовершенствования работы двигателя.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложен способ улучшенной эксплуатации двигателя автомобильного транспортного средства, имеющего высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом и низковольтный стартерный мотор, в котором выполняют запуск двигателя с использованием высоковольтного стартера-генератора с ременным приводом каждый раз, когда он способен эффективно выполнить проворачивание двигателя, а если после запуска двигателя необходим прогрев одного или нескольких устройств обработки выхлопных газов, высоковольтный стартер-генератор с ременным приводом используют в качестве генератора, чтобы обеспечить нагрузку для двигателя для увеличения температуры выхлопных газов от двигателя.
Способ также может предусматривать использование высоковольтного стартера-генератора с ременным приводом в качестве генератора для увеличения температуры выхлопных газов из двигателя до тех пор, пока не исчезнет необходимость в увеличении температуры выхлопных газов.
Способ также может предусматривать использование высоковольтного стартера-генератора с ременным приводом в качестве генератора только в том случае, если уровень заряда аккумулятора, заряжаемого от высоковольтного стартера-генератора с ременным приводом, ниже заранее заданного верхнего предела уровня заряда.
Если после запуска двигателя и при условии, что прогревать одно или несколько устройств обработки выхлопных газов не нужно, способ также может предусматривать определение, нужен ли двигателю дополнительный крутящий момент, и если он требуется, использование высоковольтного стартера-генератора с ременным приводом в качестве мотора для обеспечения дополнительного крутящего момента двигателю.
Способ также может предусматривать использование высоковольтного стартера-генератора с ременным приводом для обеспечения дополнительного крутящего момента только в том случае, если уровень заряда аккумулятора, подающего напряжение на высоковольтный стартер-генератор с ременным приводом, чтобы использовать его в качестве мотора, выше минимально допустимого уровня заряда.
Высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом может быть способен эффективно выполнить проворачивание двигателя при условии, если температура двигателя не ниже заранее заданного нижнего предела, ниже которого запуск двигателя выполняется при помощи стартера-генератора с ременным приводом.
Нижний предел температуры может представлять собой температуру, значительно ниже нормального рабочего диапазона для двигателя.
Нижний предел температуры может представлять собой температуру ниже 0°C.
Нижний предел температуры может представлять собой температуру в диапазоне от минус 40°C до плюс 5°C.
Высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом может быть способен эффективно выполнить проворачивание двигателя, если он способен провернуть двигатель со скоростью вращения, превышающей заданное значение.
Высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом может быть способен эффективно выполнить проворачивание двигателя, если он способен создать ускорение двигателя, превышающее заданное значение.
Высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом может быть способен эффективно выполнить проворачивание двигателя, если до начала проворачивания уровень заряда аккумулятора, используемого для подачи напряжения на высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом, выше заранее заданного значения.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложено мягкогибридное автомобильное транспортное средство, содержащее устройство для улучшенной эксплуатации двигателя, включающее в себя высоковольтный стартер-генератор с ременным приводом, низковольтный стартерный мотор и электронный контроллер для управления работой, по крайней мере, высоковольтного встроенного стартера-генератора с ременным приводом и низковольтного стартерного мотора. При этом для проворачивания двигателя электронный контроллер может использовать высоковольтный стартер-генератор с ременным приводом каждый раз, когда он способен эффективно выполнить проворачивание двигателя, а если после запуска двигателя требуется прогреть одно или несколько устройств обработки выхлопных газов транспортного средства, высоковольтный стартер-генератор с ременным приводом используется в качестве генератора, который создает нагрузку для двигателя, чтобы увеличить температуру выхлопных газов от двигателя.
Высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом может быть способен эффективно выполнить проворачивание двигателя, если температура двигателя не ниже заранее заданного нижнего предела температуры, ниже которой запуск двигателя выполняется при помощи стартера-генератора с ременным приводом.
Нижний предел температуры может представлять собой температуру значительно ниже нормального рабочего диапазона для двигателя.
Нижний предел температуры может представлять собой температуру ниже 0°C.
Нижний предел температуры может представлять собой температуру в диапазоне от минус 40°C до плюс 5°C.
Высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом может быть способен эффективно выполнить проворачивание двигателя, если он способен провернуть двигатель со скоростью, превышающей заданное значение скорости вращения.
Высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом может быть способен эффективно выполнить проворачивание двигателя, если он способен создать ускорение двигателя, превышающее заданное значение.
Высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом может быть способен эффективно выполнить проворачивание двигателя, если до начала проворачивания уровень заряда аккумулятора, используемого для подачи напряжения на высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом, выше заранее заданного значения.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано на примере со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На Фиг. 1 представлена блок-схема мягкогибридного транспортного средства, содержащего устройство для запуска и эксплуатации двигателя в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения.
На Фиг. 2 представлена диаграмма способа запуска двигателя, формирующая первую часть способа улучшения эксплуатации двигателя в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения.
На Фиг. 3 представлена диаграмма способа, формирующая вторую часть способа улучшения эксплуатации двигателя в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На Фиг. 1 представлено мягкогибридное транспортное средство 5 с системой двигателя, которая включает в себя двигатель 11, соединенный с коробкой передач 12 с возможностью передачи привода, и устройство для пуска двигателя 11. Выхлопные газы от двигателя 11 поступают в одно или несколько устройств 6 обработки выхлопных газов.
Устройство для запуска двигателя 11 включает в себя электронный контроллер в форме блока управления 10, низковольтную стартерную систему, включающую в себя стартерный мотор 13, низковольтный аккумулятор 17 и систему управления 15 низковольтным аккумулятором, а также высоковольтную стартерную систему, включающую в себя стартер-генератор 14 с ременным приводом, высоковольтный аккумулятор 18 и систему управления 16 высоковольтным аккумулятором.
Устройство для запуска двигателя 11 также включает в себя преобразователь напряжения DC/DC для селективного подключения высоковольтного аккумулятора 18 к низковольтному аккумулятору 17 для целей перезарядки низковольтного аккумулятора 17, а также несколько входов 20 для предоставления информации электронному контроллеру 10.
Термин «мягкогибридное транспортное средство» относится к транспортному средству с электрическим мотором/генератором (стартером-генератором), который соединен с двигателем транспортного средства с возможностью передачи привода, чтобы:
а/ содействовать работе двигателя транспортного средства путем создания механического крутящего момента с помощью электричества, накопленного в высоковольтном аккумуляторе (помощь по крутящему моменту);
b/ получать энергию от транспортного средства без увеличения потребления топлива;
с/ хранить накопленную энергию в виде электроэнергии в высоковольтном аккумуляторе;
d/ запускать двигатель внутреннего сгорания транспортного средства;
е/ обеспечивать подачу электрической энергии потребителям в транспортном средстве.
Такие транспортные средства также иногда называют «микрогибридными транспортными средствами».
В мягкогибридном транспортном средстве сам по себе электрический двигатель не используют для привода транспортного средства в движение, он нужен только для запуска двигателя или в качестве содействия двигателю в обеспечении движения транспортного средства, чтобы снизить мгновенное потребление топлива двигателем.
Таким образом, стартер-генератор 14 с ременным приводом может работать в двух режимах: в первом режиме он приводится в движение с помощью двигателя 11 для выработки электрической энергии, которая будет храниться в высоковольтном аккумуляторе 18 (ВВ аккумулятор), а во втором режиме он создает крутящий момент, который используется либо для увеличения крутящего момента, создаваемого двигателем 11, либо для запуска двигателя 11.
Рассматриваемый в настоящем документе электронный контроллер представляет собой единый блок управления 10, выполненный с возможностью управлять не только общей работой двигателя 11, но и работой низковольтной и высоковольтной стартерных систем. Однако следует понимать, что электронный контроллер может представлять собой несколько взаимосвязанных электронных контроллеров, в комбинации выполняющих те же функции.
В соответствии с примером с Фиг. 1 входы электронного контроллера 10 включают в себя по крайней мере один вход, с помощью которого можно вывести температуру двигателя 11, и в данном случае представляет собой сенсорные входы, дающие информацию о температуре окружающей среды, температуре впускного воздуха, температуре хладагента, температуре головки цилиндров и температуре блока цилиндров двигателя, а также по крайней мере один вход, дающий информацию о скорости вращения двигателя и/или скорости вращения стартер-генератора с ременным приводом.
Высоковольтный аккумулятор 18 высоковольтной стартерной системы функционально соединен через DC/DC преобразователь 19 с аккумулятором 17 низковольтной стартерной системы таким образом, чтобы при необходимости низковольтный аккумулятор мог быть подзаряжен стартер-генератором 14 с ременным приводом.
Электронный контроллер 10 функционально соединен с DC/DC преобразователем 19, с системами 16 и 15 управления высоковольтным и низковольтным аккумуляторами, стартерным мотором 13, стартером-генератором 14 с ременным приводом, а также другими устройствами и датчиками, взаимодействующими с двигателем 11.
Электронный контроллер 10 также может включать в себя контроллер старт-стопного режима двигателя для автомобильного транспортного средства 5, а входы 20 также в этом случае включают в себя входы, используемые для определения, когда двигатель 11 должен быть автоматически остановлен, чтобы обеспечить экономию топлива. Такая остановка называется «электронной остановкой» («Е-stop»), поскольку она предназначена для увеличения экономии топлива двигателя 11. Из уровня техники хорошо известно, что для инициирования электронной остановки могут быть использованы различные триггерные (провоцирующие) факторы, основанные на различных действиях водителя, а для инициирования автоматического повторного запуска после электронной остановки могут быть использованы другие основанные на действиях водителя триггерные факторы. В соответствии с настоящим изобретением для инициирования запуска и остановки может быть использовано любое приемлемое сочетание триггерных факторов. При автоматической остановке двигателя (электронной остановке) электронный двигатель 11 может быть временно остановлен контроллером 10 для экономии топлива и снижения выбросов, если наблюдаются одно или несколько условий или состояний, основанных на действиях водителя.
В данном случае под термином «низкое напряжение» подразумевается напряжение около 12 В, а под термином «высокое напряжение» подразумевается напряжение около 48 В. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается данными значениями напряжения, хотя они являются предпочтительными с точки зрения известного из уровня техники оборудования.
Ниже будет рассмотрен принцип работы устройства для запуска двигателя 11.
При получении контроллером 10 входного сигнала, указывающего на необходимость запуска двигателя 11, контроллер должен решить, что нужно использовать для запуска - стартерный мотор 13 или стартер-генератор 14 с ременным приводом. Входной сигнал, указывающий на необходимость запуска двигателя, может быть выдан либо в ручном режиме активацией водителем устройства для начала запуска, такого как кнопка пуска или ключ зажигания, либо выдан автоматически от системы электронной остановки.
По умолчанию электронный контроллер 10 использует для запуска двигателя 11 стартер-генератор 14 с ременным приводом, поскольку данный вариант дает более высокое качество запуска и обеспечивает эффект практически мгновенного снижения уровня заряда (SOC) высоковольтного аккумулятора 18 за счет высокого потребления тока, необходимого для запуска двигателя 11. Снижение уровня заряда высоковольтного аккумулятора 18 имеет особенные преимущества в том случае, когда двигатель 11 не достиг нужной температуры, поскольку в этом случае желательно максимально быстро прогреть все устройства обработки выхлопных газов, чтобы снизить выбросы и обеспечить управление двигателем, более сфокусированное на снижении содержания CO2.
Использование стартера-генератора 14 для запуска двигателя 11 гарантирует, что сразу после пуска двигателя 11 стартер-генератор 14 может быть переключен в первый режим (режим зарядки), в котором выполняется подзарядка высоковольтного аккумулятора 18, тем самым подавая дополнительную нагрузку на двигатель 11, что ускоряет прогрев устройств обработки выхлопных газов за счет увеличения температуры выхлопных газов, выходящих из двигателя 11 (нагрев выхлопных газов).
Существует несколько ситуаций, в которых вместо стартера-генератора 14 для запуска двигателя 11 используется стартерный мотор 13.
В первом из таких примеров это происходит, когда обнаружена очень низкая температура двигателя 11, гораздо меньше нижней границы диапазона для нормальных рабочих условий двигателя. При низких температурах крутящий момент, требуемый для запуска двигателя 11, существенно возрастает, особенно при образовании кристаллов льда в двигателе 11. Следовательно, если температура двигателя ниже минимального значения (Тмин) для пуска двигателя 11 используется стартерный мотор 13. Следует понимать, что стартерный мотор 13 предназначен для создания большого выходного крутящего момента, однако он может вращать двигатель только с относительно низкой скоростью. Обычно максимальная скорость проворачивания, достигаемая двигателем за счет стартерного мотора, составляет около 400 об./мин.
Минимальная температура Тмин может быть получена на основании экспериментальных данных для каждого сочетания «двигатель/стартер-генератор», однако во всех случаях это температура, ниже которой крутящий момент, доступный от стартер-генератора14, скорее всего, будет недостаточным для выполнения чистого или высококачественного запуска. Следует понимать, что должен соблюдаться компромисс между увеличением производительности стартера-генератора 14 по выходному крутящему моменту и его общей эффективностью работы, и что при низких температурах необходимо учитывать другие факторы, такие как эффективность и срок службы ремня привода. Однако значение минимальной температуры Тмин зависит от размеров и типа двигателя и производительности стартера-генератора с ременным приводом по крутящему моменту. Например, в случае небольшого бензинового двигателя может быть возможным использовать стартер-генератор с ременным приводом для чистого и аккуратного запуска двигателя при температурах до минус 40°C (Тмин=-40°C), при этом в случае использования большого дизельного двигателя или большого бензинового двигателя стартер-генератор с ременным приводом может не быть способен аккуратно и четко запустить двигатель при температуре ниже плюс 5°C (Тмии=+5°C). Таким образом, Тмин обычно находится в диапазоне от -40°C до +5°C, однако в большинстве случаев это будет температура ниже нуля в зависимости от указанных выше факторов и в любом случае находится гораздо ниже диапазона нормальных рабочих температур двигателя 11.
В качестве второго примера ситуации, в которой вместо стартера-генератора 14 с ременным приводом используется стартерный мотор 13, можно рассмотреть случай, когда скорость проворачивания или ускорение двигателя 11, создаваемое стартером-генератором 14 с ременным приводом, является неприемлемо низким.
Наиболее простым образом скорость вращения двигателя может быть проверена с использованием сравнения текущей скорости проворачивания Nп с заданным предельным значением скорости Nпмин, и если текущее значение скорости проворачивания Nп будет ниже значения, установленного для Nпмин, для пуска двигателя 11 будет использован стартерный мотор 13. Например, путем сравнения скорости вращения двигателя 11, в течение заданного периода времени после начала проворачивания, с ожидаемым значением скорости вращения двигателя, можно определить, способен ли стартер-генератор 14 с ременным приводом эффективно провернуть двигатель 11. Значение Nпмин может представлять собой переменную, зависящую от температуры и/или времени после начала проворачивания, при этом для проверки предполагаемой возможности запуска двигателя 11 при помощи стартера-генератора 14 с ременным приводом можно использовать справочную таблицу или таблицу, содержащую информацию о соотношении между временем/температурой и скоростью вращения двигателя.
Аналогичный подход может быть использован в том случае, если проверка основана на значении ускорения двигателя. Значение скорости вращения двигателя используется в данном случае для создания определенного ускорения двигателя, которое сравнивают с заранее заданным или ожидаемым значением ускорения, если стартер-генератор с ременным приводом функционирует нормально и можно ожидать, что он обеспечит успешный и качественный запуск. Как и ранее, ожидаемая величина ускорения может изменяться на основании температуры двигателя, при этом для проверки потенциальной возможности запуска двигателя 11 при помощи стартера-генератора 14 с ременным приводом можно использовать справочную таблицу или таблицу, содержащую информацию о соотношении между температурой и ускорением двигателя.
Существует несколько причин, по которым скорость проворачивания или ускорение двигателя могут быть неприемлемо низкими, в качестве неограничивающего примера к таким причинам можно отнести большее, чем ожидалось, сопротивление двигателя 11 проворачиванию, слишком низкий уровень заряда высоковольтного аккумулятора 18, неисправность стартера-генератора 14 с ременным приводом, недостаточная эффективность передачи крутящего момента из-за проскальзывания ремня привода, или блокировка подачи тока от высоковольтного аккумулятора системой 16 управления высоковольтным аккумулятором из-за того, что уровень заряда высоковольтного аккумулятора находится на нижнем предельном значении или ниже его.
В качестве третьего примера использования стартерного мотора 13 вместо стартера-генератора 14 с ременным приводом, можно рассмотреть ситуацию, когда до начала проворачивания уровень заряда аккумулятора, предназначенного для подачи питания на высоковольтный стартер-генератор 14 с ременным приводом, находится ниже заранее заданного уровня. Следует понимать, что должен быть некоторый уровень заряда высоковольтного аккумулятора 18, при котором он может быть способен подать достаточно энергии на стартер-генератор 14 с ременным приводом во время запуска двигателя. Кроме того, данный заранее заданный уровень заряда будет меняться в зависимости от ожидаемого крутящего момента, требуемого для пуска двигателя 11. Следовательно, если уровень заряда высоковольтного аккумулятора 18 ниже заранее заданного уровня для текущей температуры, это может свидетельствовать о том, что стартер-генератор 14 с ременным приводом не сможет эффективно выполнить проворачивание двигателя 11, в связи с чем для запуска двигателя 11 следует использовать стартерный мотор 13. Однако в большинстве случаев состояние заряда высоковольтного аккумулятора 18 будет достаточным, и эта ситуация маловероятно будет происходить очень часто.
Таким образом, независимо от того, было ли использование стартера-генератора 14 с ременным приводом для проворачивания двигателя определено как невозможное или как неэффективное, электронный контроллер 10 может использовать для запуска двигателя 11 стартерный мотор 13 даже в том случае, когда температура выше нижнего предела температуры.
Следует понимать, что функцией систем 16 и 15 управления высоковольтным и низковольтным аккумуляторами является контроль и управление уровнем заряда соответствующих аккумуляторов 18 и 17, к которым они подключены, а также для предотвращения глубокой разрядки или чрезмерной зарядки этих аккумуляторов 18, 17.
На Фиг. 2 представлена высокоуровневая диаграмма для способа 100 запуска двигателя 11, который может быть воплощен с помощью программного или аппаратного обеспечения, являющегося частью электронного контроллера 10, и формирует первую часть способа улучшения эксплуатации двигателя по изобретению.
Способ начинается на этапе 110, на котором при неработающем двигателе 11 включается зажигание, затем способ переходит на этап 115 для проверки, получен ли запрос на запуск двигателя 11 либо в виде ручной подачи сигнала пуска пользователем, либо от автоматической системы в связи с выполнением электронной остановки.
При отсутствии запроса на запуск способ начинает циклически выполнять этап 115 либо до выключения зажигания, либо до поступления запроса на запуск двигателя.
При выключении зажигания способ завершается без запуска двигателя 11, а при получении запроса на запуск двигателя способ переходит на этап 118.
На этапе 118 выполняется проверка, достаточен ли заряд высоковольтного аккумулятора 18 для эффективного запуска двигателя при помощи стартера-генератора 14 с ременным приводом, и, если нет, способ переходит на этап 160, где пуск двигателя 11 выполняется с помощью стартерного мотора 13. При наличии достаточного заряда высоковольтного аккумулятора 18 способ переходит на этап 120.
На этапе 120 выполняется проверка, превышает ли текущая температура двигателя (Т) минимальный предел температуры (Тмин). Как было сказано выше, этот предел температуры представляет собой положительную температуру в районе нескольких градусов выше 0°С или отрицательную температуру до минус 20°С. В зависимости от конкретного расположения системы и датчиков двигателя, температура, используемая при данной проверке, может представлять собой температуру какой-либо части двигателя 11, например, блока цилиндров или головки цилиндров, или температуру хладагента двигателя. В соответствии с одним примером предел температуры устанавливается равным 0°С, а измеряют температуру блока цилиндров.
Следовательно, в зависимости от производительности стартера-генератора 14 с ременным приводом и соотношения межу крутящим моментом, требуемым для запуска двигателя 11, и температурой, предел температуры (Тмин) представляет собой значение в диапазоне от -40°С до +5°С.
Если текущая температура выше минимального предела Тмин, то способ переходит на этап 130, в противном случае он переходит на этап 160.
На этапе 130 происходит проворачивание двигателя 11 с помощью стартера-генератора 14 с ременным приводом и измерение итоговой скорости проворачивания (Nп) датчиком скорости вращения. Затем на этапе 140 выполняется проверка, превышает ли скорость проворачивания предельное значение Nппред, соответствующее скорости, при которой может быть гарантировано хорошее качество пуска двигателя, если стартер-генератор 14 с ременным приводом работает корректно. Скорость необязательно должна представлять собой итоговую скорость, которая будет достигнута двигателем 11 при проворачивании стартером-генератором 14 с ременным приводом, она может быть скоростью двигателя, которая ожидается по истечении заранее заданного периода времени после начала проворачивания. Данное испытание используется для подтверждения, что стартер-генератор 14 с ременным приводом работает правильно и способен обеспечить высококачественный запуск двигателя. Как было сказано выше, вместо данного испытания может быть выполнено испытание, основанное на ускорении двигателя. В этом случае испытание на этапе 140 может быть изменено на следующую проверку: - измеренное ускорение двигателя превышает требуемое значение ускорения двигателя?
Следует понимать, что используемая логика может быть обращена в противоположном направлении таким образом, чтобы проверять является ли скорость или ускорение двигателя меньше заданного значения, при этом значения «да» и «нет» в схеме нужно поменять местами.
Однако если Nп больше Nппред, способ переходит на этап 150, в противном случае он переходит на этап 160.
На этапе 150 проверяется, был ли запущен двигатель 11. Данная проверка может быть выполнена путем измерения скорости вращения двигателя или иными способами, например, путем измерения расхода топлива или контроля состава выхлопных газов.
Если двигатель 11 был запущен на момент проверки на этапе 150, способ пуска двигателя переходит на этап 190 с работающим двигателем, в противном случае способ возвращается с этапа 150 на этап 130, на котором продолжается выполнение процедуры проворачивания двигателя 11 с помощью стартера-генератора 14 с ременным приводом, после чего циклически выполняются этапы 130-150 до успешного выполнения запуска двигателя 11.
Еще одним этапом, который может быть добавлен в последовательность между этапом 150 и этапом 130, является этап проверки, превышает ли текущий уровень заряда высоковольтного аккумулятора 18 заранее заданное нижнее предельное значение. При получении отрицательного ответа запуск при помощи стартера-генератора 14 с ременным приводом следует прекратить.
Если по результатам испытаний, выполняемых на этапах 120 и 140, будут получены отрицательные ответы, способ переходит на этап 160, на котором двигатель 11 проворачивается при помощи стартерного мотора 13, после чего выполняется переход на этап 170, на котором проверяется, запущен ли двигатель 11. При получении отрицательного ответа способ циклически выполняет этапы 160 и 170 до запуска двигателя, при этом после успешного выполнения пуска способ переходит на этап 190, на котором двигатель 11 продолжает работу, а способ пуска двигателя завершается.
Следует понимать, что при выключении зажигания способ 100 завершается на любом этапе. Также следует понимать, что если двигатель не был запущен в течение заранее заданного периода времени после начала проворачивания, то для прекращения попыток проворачивания двигателя могут быть предусмотрены дополнительные этапы (не показаны), которые позволят предотвратить повреждение стартерного мотора 13 или стартера-генератора 14 с ременным приводом в зависимости от того, какое устройство пуска используется в конкретном случае.
На Фиг. 3 представлена блок-схема способа 200, являющегося второй частью способа усовершенствования работы двигателя в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения.
Данный способ использует способ 100 запуска двигателя, показанный на Фиг. 2, и начинается после этапа 190 при работающем двигателе.
На этапе 210 выполняется проверка, необходимо ли повысить температуру выхлопных газов от двигателя 11 (нагреть выхлопные газы), чтобы ускорить прогрев устройств обработки выхлопных газов. Данный этап может быть выполнен путем сравнения текущего измеренного значения температуры выхлопных газов с использованием температурного датчика, расположенного внутри или рядом с каждым устройством 6 обработки выхлопных газов, с заранее заданным пределом температуры, или с помощью любых других стандартных способов, включая моделирование температуры выхлопных газов.
В соответствии с одним примером на этапе 210 выполняется следующая проверка:
Твыхлоп<Твыхлоппред? Если да, то переход на этап 220, если нет, то переход на этап 260,
где:
Твыхлоп - текущая измеренная температура выхлопных газов;
Твыхлоппред - температура выхлопных газов, выше которой следует выполнить прогрев соответствующего устройства 6 обработки выхлопных газов.
Таким образом, предполагая, что требуется нагрев выхлопных газов, способ переходит с этапа 210 на этап 220.
На этапе 220 проверяется, можно ли выполнить зарядку высоковольтного аккумулятора 18. Обычно после использования стартера-генератора 14 с ременным приводом для перезапуска или запуска двигателя 11 в высоковольтном аккумуляторе 18 (ВВ аккумуляторе 18) остается достаточный запас (разница между текущим уровнем заряда и максимально допустимым уровнем заряда), за счет чего можно выполнить его перезарядку. Однако после использования стартерного мотора 13 для запуска двигателя 11 уровень заряда высоковольтного аккумулятора 18 может стать слишком большим для того, чтобы разрешить его зарядку.
Другими словами, уровень заряда высоковольтного аккумулятора 18 может достичь или почти достичь максимального предела (уровня полной зарядки) или так близко к нему, что выполнение зарядки никак не повлияет на нагрев выхлопных газов.
При невозможности выполнения зарядки способ переходит на этап 290 и завершается. После достижения этапа 290 стартер-генератор 14 с ременным приводом возвращается в нормальный режим управления, в котором он обеспечивает потребности высоковольтного аккумулятора 18 и низковольтного аккумулятора 17 на основании показаний систем 16 и 15 управления низковольтного и высоковольтного аккумуляторов и/или увеличивает крутящий момент двигателя 11 при наличии такой возможности и необходимости.
Помощь по крутящему моменту подразумевает предоставление использование стартера-генератора 14 с ременным приводом для предоставления крутящего момента для помощи двигателю 11. Другими словами, для определенной потребности в крутящем моменте часть его может предоставляться стартером-генератором 14 с ременным приводом, что позволит снизить крутящий момент, требуемый от двигателя 11, и повысить экономичность расхода топлива.
Следует понимать, что стартер-генератор 14 с ременным приводом в качестве альтернативы или дополнения можно использовать для усиления крутящего момента. Под усилением крутящего момента подразумевается использование стартера-генератора 14 с ременным приводом для увеличения крутящего момента, подаваемого на транспортное средство, до уровня, превышающего крутящий момент, создаваемый только двигателем И. Данный подход не позволяет снизить расход топлива двигателя 11, зато благодаря этому повышается производительность транспортного средства.
Если на этапе 220 будет подтверждено, что в высоковольтном аккумуляторе 18 есть достаточный запас для зарядки, то способ переходит с этапа 220 на этап 230, а стартер-генератор 14 с ременным приводом будет работать в первом режиме в качестве генератора и создавать нагрузку для двигателя 11, увеличивая температуру выхлопных газов, выходящих из двигателя 11. В данной ситуации работа стартера-генератора 14 с ременным приводом при максимальной или почти максимальной выходной мощности позволяет создавать максимальную нагрузку для двигателя 11.
С этапа 230 способ переходит на этап 240, который на практике выполняется одновременно с этапом 230. Другими словами, во избежание чрезмерной зарядки высоковольтного аккумулятора 18 выполняется непрерывный контроль уровня заряда высоковольтного аккумулятора 18. Если уровень заряда высоковольтного аккумулятора 18 ниже максимального предела, то зарядка может быть продолжена, но сначала нужно проверить, требуется ли еще нагрев выхлопных газов, таким образом, способ вернется на этап 210. Затем способ проходит через этапы 220 и 230, возвращается на этап 240 при условии, что нагрев еще требуется, а затем циклически выполняет этапы 210-240 до тех пор, пока не будет достигнут максимальный предел уровня заряда высоковольтного аккумулятора 18 или пока не пропадет необходимость нагрева выхлопных газов.
При достижении максимального предела уровня заряда способ переходит от этапа 240 к этапу 250, на котором прекращается зарядка высоковольтного аккумулятора с помощью стартера-генератора 14 с ременным приводом, после чего способ переходит на этап 290 и завершается, а затем, как было сказано выше, стартер-генератор 14 с ременным приводом возвращается в нормальный режим управления, в котором он обеспечивает потребности высоковольтного аккумулятора 18.
Если нагрев выхлопных газов больше не требуется, способ переходит с этапа 210 на этап 260.
Если помощь в обеспечении крутящего момента или усиление крутящего момента не доступны в транспортном средстве 5, то способ вместо этого сразу переходит с этапа 210 на этап 290, при этом этапы 260-280 отсутствуют.
На этапе 260 выполняется проверка необходимости помощи в обеспечении крутящего момента, и если нет, то способ переходит с этапа 260 на этап 290 и завершается. Следует понимать, что помощь в обеспечении крутящего момента не допускается, если текущая температура выхлопных газов ниже предела Твыхлоппред, ниже которого предполагается, что прогрева соответствующих устройств обработки не было. Это связано с тем, что помощь в обеспечении крутящего момента приводит к снижению, а не к повышению температуры выхлопных газов, в результате чего прогрев устройств 6 обработки выхлопных газов задерживается.
Если помощь в обеспечении крутящего момента требуется и разрешена, способ переходит с этапа 260 на этап 270, на котором проверяется текущий уровень заряда высоковольтного аккумулятора 18. Уровень заряда высоковольтного аккумулятора 18 не должен опускаться ниже нижнего предельного значения, в связи с чем перед разрешением помощи в обеспечении крутящего момента проверяется достаточность уровня заряда в высоковольтном аккумуляторе 18 для получения необходимого эффекта помощи в обеспечении крутящего момента.
При уровне заряда в высоковольтном аккумуляторе 18, недостаточном для увеличения крутящего момента, способ переходит с этапа 270 на этап 290 и завершается. Однако если на этапе 270 будет подтверждено, что уровень заряда достаточен, чтобы разрешить помощь в обеспечении крутящего момента, способ переходит с этапа 270 на этап 280, где стартер-генератор 14 с ременным приводом используется в качестве мотора и обеспечивает помощь в работе двигателя 11.
С этапа 280 способ возвращается на этап 260, после чего он начинает циклически выполнять этапы 260, 270 и 280 до тех пор, пока уровень заряда высоковольтного аккумулятора 18 не достигнет уровня, ниже которого помощь в обеспечении крутящего момента не допускается (при получении отрицательного ответа на этапе 270), или до тех пор, пока не исчезнет необходимость в помощи в обеспечении крутящего момента (при получении отрицательного ответа на этапе 260). В любом случае способ переходит с соответствующего этапа на этап 290 и завершается, после чего, как было сказано выше, стартер-генератор 14 с ременным приводом возвращается в нормальный режим управления, в котором он обеспечивает потребности высоковольтного аккумулятора 18.
Таким образом, обобщая вышесказанное, для запуска двигателя предпочтительным является использование встроенного стартера с ременным приводом, поскольку это позволяет разрядить соответствующий высоковольтный аккумулятор, который может быть быстро перезаряжен после запуска двигателя для ускорения нагрева выхлопных газов и снижения времени, необходимого устройству обработки выхлопных газов для достижения соответствующих температур прогрева. Стартерный мотор используется только в том случае, когда стартер-генератор с ременным приводом не может гарантировать эффективный запуск, или в том случае, когда температура является настолько низкой, что использование стартера-генератора с ременным приводом невозможно.
Отдавая предпочтение запуску двигателя с помощью стартера-генератора с ременным приводом каждый раз, когда это возможно, гарантируется, что он может быть использован, если требуется, незамедлительно после запуска в качестве генераторной нагрузки для двигателя, чтобы помочь в нагреве выхлопных газов.
Ниже приведено несколько преимуществ настоящего изобретения:
а/ при выполнении запуска двигателя при помощи стартера-генератора 48 В с ременным приводом энергия поступает от аккумулятора 48 В сразу после завершения проворачивания, при этом стартер-генератор 48 В с ременным приводом может быть использован для перезарядки аккумулятора 48 В, что позволит создать нагрузку для двигателя. Создание нагрузки для двигателя позволит получить большее количество тепла после холодного старта и приведет к более быстрому прогреву устройств обработки выхлопных газов по сравнению с другими вариантами;
b/ ускорение прогрева позволит снизить выбросы двигателя, а также обеспечить эффективное управление двигателем в режиме мягкого гибрида с точки зрения снижения содержания CO2 без нарушения ограничений, касающихся выбросов двигателя;
с/ по сравнению с характеристиками проворачивания стартера 12 В благодаря использованию стартера-генератора 48 В с ременным приводом в большинстве случаев достигается более качественный первый запуск двигателя. Таким образом, стартер 12 В используется только при низкой температуре окружающей среды, например, ниже 4°C, или при невозможности эффективного проворачивания при помощи системы стартера-генератора 48 В с ременным приводом;
d/ использование стартера-генератора с ременным приводом для запуска двигателя позволяет обеспечить лучшее качество запуска с точки зрения шума и вибраций по сравнению с показателями при использовании стартерного мотора и меньший механический износ компонентов, необходимых для эффективного пуска;
е/ увеличение рабочего диапазона стартера-генератора с ременным приводом расширяет возможности для работы в старт-стопном режиме. Другими словами, электронная остановка может быть выполнена даже в том случае, когда температура двигателя находится за пределами диапазона нормальных рабочих значений.
Специалисты в данной области техники должны понимать, что, хотя изобретение было описано на примере со ссылкой на один или несколько вариантов осуществления, оно не ограничивается раскрытыми вариантами и что могут быть предусмотрены другие варианты без отступления от сущности изобретения, описанной в формуле изобретения.
1. Способ улучшенной эксплуатации двигателя автомобильного транспортного средства с электронным контроллером, высоковольтным встроенным стартером-генератором с ременным приводом и низковольтным стартерным мотором, в котором запускают двигатель, причем высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом используется электронным контроллером каждый раз, когда он способен эффективно выполнить проворачивание двигателя, а если после запуска двигателя требуется прогревание одного или нескольких устройств обработки выхлопных газов, высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом используется электронным контроллером в качестве генератора, чтобы обеспечить нагрузку на двигатель для увеличения температуры выхлопных газов из двигателя, при этом высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом способен эффективно выполнить проворачивание двигателя, если до начала проворачивания уровень заряда аккумулятора, используемого для подачи напряжения на высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом, выше заранее заданного значения, а температура двигателя не ниже заранее заданного нижнего предела, ниже которого запуск двигателя выполняется при помощи низковольтного стартерного мотора.
2. Способ по п. 1, в котором высоковольтный стартер-генератор с ременным приводом используют в качестве генератора для увеличения температуры выхлопных газов из двигателя до тех пор, пока требуется увеличение температуры выхлопных газов.
3. Способ по п. 1, в котором высоковольтный стартер-генератор с ременным приводом используют в качестве генератора, только если уровень заряда аккумулятора, заряжаемого от высоковольтного стартера-генератора с ременным приводом, ниже заранее заданного верхнего предела.
4. Способ по п. 1, в котором нижний предел температуры может представлять собой температуру, значительно ниже нормального рабочего диапазона для двигателя.
5. Способ по п. 4, в котором нижний предел температуры представляет собой температуры ниже 0°С.
6. Способ по п. 4, в котором нижний предел температуры представляет собой температуру в диапазоне от минус 40°С до плюс 5°С.
7. Мягкогибридное автомобильное транспортное средство, содержащее устройство для улучшенной эксплуатации двигателя, включающее в себя высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом, низковольтный стартерный мотор и электронный контроллер для управления работой, по крайней мере, высоковольтного встроенного стартера-генератора с ременным приводом и низковольтного стартерного мотора, причем электронный контроллер выполнен с возможностью использовать для проворачивания двигателя высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом каждый раз, когда он способен эффективно выполнить проворачивание двигателя, а если после запуска двигателя требуется прогревание одного или нескольких устройств обработки выхлопных газов автомобильного транспортного средства, использовать высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом в качестве генератора, чтобы создать нагрузку на двигатель для увеличения температуры выхлопных газов из двигателя, при этом высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом способен эффективно выполнить проворачивание двигателя, если до начала проворачивания уровень заряда аккумулятора, используемого для подачи напряжения на высоковольтный встроенный стартер-генератор с ременным приводом, выше заранее заданного значения, а температура двигателя не ниже заранее заданного нижнего предела, ниже которого запуск двигателя выполняется при помощи низковольтного стартерного мотора.
