灵活燃料可变增压混合动

申请号 CN200810145683.4 申请日 2008-08-15 公开(公告)号 CN101428554A 公开(公告)日 2009-05-13
申请人 通用汽车环球科技运作公司; 发明人 K·-J·吴; J·C·埃姆斯利; J·J·张;
摘要 本 发明 涉及灵活 燃料 可变 增压 混合动 力 系,具体而言本发明提供具有 增压器 或 涡轮 增压器的灵活燃料火花点火式可变增压混合动力系。在第一 实施例 中,火花点火式 内燃机 包括增压器,所述增压器通过可变速度驱动件由 发动机 输出驱动。具有内置 电动机 /发 电机 的混合动力 变速器 提供补充动力。包括燃料 传感器 的多个传感器提供数据给主发动机 控制器 ,所述主发动机控制器控制变速器控制器、可变速度增压器、燃料供应和 点火系统 的操作。在第二实施例中,电动机/发电机与增压器相关联,且通过可变速度驱动件与增压器连接并也连接到发动机输出。在第三实施例中,增压器用 涡轮增压器 替代。
权利要求

1.一种灵活燃料混合动系,结合地包括:
内燃机,所述内燃机具有进气歧管和第一输出,
用于增大所述进气歧管中的空气压力的机构,
可调节速度驱动组件,所述可调节速度驱动组件用于驱动所述空气 压力增大机构,
多个传感器,所述多个传感器至少包括燃料传感器、空气质量流量 传感器和进气歧管压力传感器
电动机/发电机,所述电动机/发电机具有第二输出和控制器
变速器,所述变速器由所述第一和第二输出及变速器控制器驱动,
发动机控制器,所述主发动机控制器具有用于从所述多个传感器 接收数据的多个输入、用于控制所述可调节速度驱动组件的输出、和 到所述控制器和所述变速器控制器的通信链路。
2.根据权利要求1所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,用于 增大空气压力的所述机构是增压器。
3.根据权利要求1所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,用于 增大空气压力的所述机构是涡轮增压器
4.根据权利要求1所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,所述 可调节速度驱动组件包括速度增大部分和控制部分,所述控制部分用 于从所述主发动机控制器接收所述输出。
5.根据权利要求1所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,还包 括由所述主发动机控制器控制的电子节气控制件。
6.根据权利要求1所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,还包 括由所述主发动机控制器控制的废气旁通控制器。
7.根据权利要求1所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,还包 括由所述主发动机控制器控制的燃料喷射系统和火花点火系统
8.一种灵活燃料混合动力系,结合地包括:
内燃机,所述内燃机具有进气歧管和第一输出,
增压器,所述增压器具有与所述进气歧管流体连通的输出,
可调节速度驱动组件,所述可调节速度驱动组件用于驱动所述增压 器,
多个传感器,所述多个传感器至少包括燃料传感器、空气质量流量 传感器和进气歧管压力传感器,
电动机/发电机,所述电动机/发电机具有第二输出和控制器,
变速器,所述变速器由所述第一和第二输出及变速器控制器驱动,
主发动机控制器,所述主发动机控制器具有用于从所述多个传感器 接收数据的多个输入、用于控制所述可调节速度驱动组件的输出、和 到所述控制器和所述变速器控制器的通信链路。
9.根据权利要求8所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,还包 括曲轴度传感器和气传感器。
10.根据权利要求8所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,还 包括由所述主发动机控制器控制的燃料喷射系统和火花点火系统。
11.根据权利要求8所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,还 包括由所述主发动机控制器控制的电子节气门控制件。
12.根据权利要求8所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,所 述可调节速度驱动组件包括速度增大部分和控制部分,所述控制部分 用于从所述主发动机控制器接收所述输出。
13.根据权利要求8所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,所 述可调节速度驱动组件包括双速和连续可变类型中的至少一种。
14.根据权利要求8所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,所 述可调节速度驱动组件以大约1到2.5至1到4.0之间的比增大速度。
15.一种灵活燃料混合动力系,结合地包括:
内燃机,所述内燃机具有进气歧管和第一输出,
涡轮增压器,所述涡轮增压器具有与所述进气歧管流体连通的输 出,
可调节速度驱动组件,所述可调节速度驱动组件用于驱动所述涡轮 增压器,
多个传感器,所述多个传感器至少包括燃料传感器、空气质量流量 传感器和进气歧管压力传感器,
电动机/发电机,所述电动机/发电机具有第二输出和控制器,
变速器,所述变速器由所述第一和第二输出及变速器控制器驱动,
主发动机控制器,所述主发动机控制器具有用于从所述多个传感器 接收数据的多个输入、用于控制所述可调节速度驱动组件的输出、和 到所述控制器和所述变速器控制器的通信链路。
16.根据权利要求15所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,还 包括由所述主发动机控制器控制的废气旁通阀控制器。
17.根据权利要求15所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,还 包括由所述主发动机控制器控制的电子节气门控制件。
18.根据权利要求15所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,还 包括由所述主发动机控制器控制的燃料喷射系统和火花点火系统。
19.根据权利要求15所述的灵活燃料混合动力系,其特征在于,所 述可调节速度驱动组件包括速度增大部分和控制部分,所述控制部分 用于从所述主发动机控制器接收所述输出。

说明书全文

技术领域

[0002]本发明涉及灵活燃料可变增压混合动系,且更具体地 涉及具有包括增压器涡轮增压器的内燃机的灵活燃料可变增压混合 动力系。

背景技术

[0003]本部分的陈述仅提供与本公开有关的背景信息,且可能 构成或不构成现有技术
[0004]火花点火式内燃机,尤其是用于载客车和轻型载货汽车 中的那些结构,已经成为广泛的研发努力的主题。多个近来的这种努 力的结果之一包括混合动力系,所述混合动力系可以广泛地定义为采 用内燃机和电动机/发电机电池控制器的动力系,所述控制器用 于控制动力源并将其输出与自动变速器的操作结合。
[0005]另一相对较近的发展为灵活燃料火花点火式内燃机。这 样的发动机基于常规汽油和汽油-乙醇(酒精)混合物(实践中包含多 达85%的乙醇,通常称为E85)操作。除了基于乙醇的燃料的较低成 本和外国石油依靠性的更大问题之外,当在全开节气或全载荷条件 下时,基于E85和其它混合物操作的发动机比基于汽油操作的相同发 动机具有更好的耐爆震性。然而,由于要求发动机能够操作在多种燃 料和燃料混合物上,这样改进的操作通常被折衷。
[0006]由于火花点火式内燃机的发展历史,显然改进将继续且 本发明涉及这样的改进。

发明内容

[0007]本发明提供具有增压器或涡轮增压器的灵活燃料火花点 火式可变增压混合动力系。在第一实施例中,火花点火式内燃机包括 增压器,所述增压器通过可变速度驱动件由发动机输出驱动。具有内 置电动机/发电机的混合动力变速器提供补充动力。包括燃料传感器的 多个传感器提供数据给主发动机控制器,所述主发动机控制器控制变 速器控制器、可变速度增压器、燃料供应和点火系统的操作。
[0008]在大多数方面类似于第一实施例的第二实施例中,电动 机/发电机与增压器相关联,且通过可变速度驱动件与增压器连接并也 连接到发动机输出。在第三实施例中,增压器用涡轮增压器替代。
[0009]进一步的目的、优势和应用范围从在此提供的说明显而 易见。应当理解,说明和具体示例仅为举例说明的目的,且不限定本 公开的范围。附图说明
[0010]本文所述的附图仅仅是举例说明的目的,而不是以任何 方式限制本公开的范围。
[0011]图1是根据本发明的灵活燃料、可变增压(boost)、带 增压器的混合动力系的第一实施例的示意图;
[0012]图2是根据本发明的灵活燃料、可变增压、带增压器的 混合动力系的第二实施例的示意图;
[0013]图3是根据本发明的灵活燃料、可变增压、带涡轮增压 器的混合动力系的第三实施例的示意图;和
[0014]图4是将涡轮增压、火花点火式内燃机与结合有电动机/ 发电机设备的涡轮增压、火花点火式内燃机的典型燃料消耗相比较的 图表。

具体实施方式

[0015]下面的描述实质上仅仅是示意性的,而不是限制本公开、 应用或使用。
[0016]参见图1,示出了根据本发明的灵活燃料、火花点火式、 可变增压、带增压器的混合动力系的第一实施例且总体上以附图标记 10表示。灵活燃料混合动力系10包括内燃机12,内燃机12通常具有 4、6或8个活塞和汽缸。活塞连接到曲轴输出轴14,曲轴或输出轴 14直接驱动多速混合动力变速器16(通常为自动式)。混合动力变速 器16包括例如多个行星齿轮组、离合器和制动器,行星齿轮组、离合 器和制动器提供多个连续传动比或速度比输出给传动轴18和最终传动 装置22,最终传动装置22包括至少一个差动轴和轮胎以及车轮组件(均 未示出)。混合动力变速器16也包括电动机/发电机24,电动机/发电 机24通过混合动力变速器16连接到动力流动路径,且用作电动机以 供应额外的能量给动力系10,或在车辆减速期间用作发电机以回收能 量。混合动力变速器16和电动机/发电机24通过变速器控制器26控 制且提供反馈信号给变速器控制器26,变速器控制器26控制混合动力 变速器16的操作,在需要额外的动力时从高容量电池28供应电能给 电动机/发电机24;并在例如车辆减速期间可得到电能时,从电动机/ 发电机24将这样的能量引导给电池28。
[0017]继而,变速器控制器26在主发动机控制器30的控制之 下。主发动机控制器30从各个传感器和控制器(包括处理器、存储器、 查询表和软件)接收多个信号或数据,且提供多个信号和数据给各个 操作器和控制器,从而控制发动机12的总体操作。凸轮度传感器 32提供关于凸轮轴的旋转(角度)位置的信号或数据给发动机控制器 30。曲轴角度传感器34提供关于曲轴14的旋转(角度)位置的信号 或数据给发动机控制器30。燃料传感器36提供关于当前在燃料管线 38中供应给内燃机12的燃料类型(即,汽油、E85或汽油和乙醇的其 它混合物)的信号或数据给发动机控制器30。可替换地,主发动机控 制器30可以包括基于所感测的发动机和操作条件确定燃料类型或燃料 混合物的算法
[0018]位于进气导管44中的空气质量流量传感器(MAF)42提 供关于当前供应给发动机12的空气质量流量的信号或数据给发动机控 制器30。歧管空气压力(MAP)传感器46布置在进气歧管48中,且提 供关于进气歧管48中的当前空气压力的信号或数据给发动机控制器 30。紧固到发动机12的排气歧管52包括排气(气)传感器54,排 气传感器54提供关于发动机12的排气中的氧气数量的信号或数据给 发动机控制器30。排气歧管52引导排气到排气系统(未示出)。
[0019]主发动机控制器30提供信号给火花点火系统56和燃料 喷射系统58并控制火花点火系统56和燃料喷射系统58,燃料喷射系 统58布置在进气歧管48和内燃机12之间。燃料喷射系统58可以为 进气口喷射型或直喷(缸内)型。
[0020]增压器60提供处于或高于大气压力的空气给进气歧管 48,并由带64通过可变速度驱动组件62(或其它动力传递组件)驱动, 带64围绕可变速度驱动组件62和内燃机12的曲轴14上的带轮66布 置。可变速度驱动组件62可以是连续可变类型或有级式或提供直接驱 动和固定速度增大的双速配置。因而,可变速度驱动组件62可以包括 电动或液压控制的CVT或行星齿轮类型驱动组件。在任一情况下,典 型的最大速度比增大将处于1到2.5至1到4的量级,但是较低的最 小(速度增大)比和/或较高的最大(速度增大)比可能是合适的或某 些应用规定的。增压器60的进口(吸入)侧连接到节气门组件68下 游的进气导管44,增压器60的出口(压力)侧连接到进气歧管48, 歧管空气压力传感器46位于进气歧管48中。
[0021]增压器60和更具体地可变速度驱动组件62通过增压器 驱动控制器72控制,增压器驱动控制器72继而通过来自主发动机控 制器30的信号或数据控制。节气门组件68通过电子节气门控制组件 74控制,电子节气门控制组件74也通过来自主发动机控制器30的信 号或数据控制。
[0022]操作中,灵活燃料混合动力系10的转矩管理需要内燃机 12和电动机/发电机24基于所采用的燃料、发动机12的状态、变速器 16的状态、电池28中存储的电能的状态和驾驶员的转矩需求而协调。
[0023]当使用乙醇时,借助于由可变增压增压器60提供的可变 增压灵活性,转矩需求将主要由内燃机12单独满足。因此,混合动力 变速器16将主要用于允许启动和停止,且实现减速燃料切断和制动再 生,仅在差的发动机效率条件下有偶然的转矩辅助,即电动机/发电机 24的起用。
[0024]当内燃机12的转矩输出足够高时,增压器60的速度由 燃料类型确定,且通过调节可变速度驱动组件62控制:对乙醇和乙醇 混合物较高,对汽油较低。也调节燃料喷射系统58的燃料喷射脉冲持 续时间和点火系统56的点火正时,以补偿额外的空气流量和具体燃料 类型。
[0025]如果由内燃机12单独就可以提供希望的转矩,混合动力 变速器16中的电动机/发电机24可以保持停用。否则,变速器控制器 26和在某些应用中主发动机控制器30可以编程为起用电动机/发电机 24,以补充内燃机12,从而满足希望的性能和驾驶性目标同时最大化 燃料经济性。
[0026]最终,主发动机控制器30将通常产生信号或指令给变速 器控制器26,以调节混合动力变速器16的换档点排定表和变矩器(未 示出)的定排定表,从而优化动力系和车辆性能、驾驶性和燃料经 济性。
[0027]现在参见图2,示出了根据本发明的灵活燃料、可变增压、 带增压器的混合动力系的第二实施例且总体上以附图标记100表示。 除了电动机/发电机24的位置从混合动力变速器16移开且与增压器60 及其可变速度驱动组件62相关联之外,第二实施例的混合动力系100 与第一实施例的混合动力系10基本相同。
[0028]因而,第二实施例的混合动力系100包括内燃机12,内 燃机12具有曲轴14,曲轴14驱动自动多速变速器16’,根据常规实践, 自动多速变速器16’通常包括多个行星齿轮组、离合器和制动器以及输 出轴18,输出轴18驱动最终驱动装置22(均在图1中示出)。
[0029]第二实施例的混合动力系100也包括变速器控制器26’、 主发动机控制器30、凸轮轴角度传感器32、曲轴角度传感器34、布置 在燃料管线38中的燃料传感器36、布置在进气导管44中的空气质量 流量(MAF)传感器42和布置在进气歧管48中的歧管空气压力(MAP) 传感器46。
[0030]排气歧管52包括排气(氧气)传感器54。火花点火系统 56和燃料喷射系统58均从主发动机控制器30接收数据或信号并由主 发动机控制器30控制,燃料喷射系统58可以为进气口喷射型或直喷 型。
[0031]增压器60在其进口(吸入)侧上连接到节气门组件68 下游的进口空气导管44,且在其出口(压力)侧上连接到进气歧管48, 增压器60包括可变速度驱动组件62,可变速度驱动组件62通过带64 和一对带轮66或其它动力传递组件从内燃机12的曲轴14与电动机/ 发电机24’串连地被驱动。如上所述,可变速度驱动组件62是连续可 变类型或有级式、或取决于应用提供直接驱动以及高达大约2.5到4.0 比1的速度增大的双速设备。可变速度驱动组件62的传动比的选择和 控制通过增压器驱动控制器72实现,增压器驱动控制器72继而处于 主发动机控制器30的控制之下。
[0032]当需要额外的转矩时,电动机/发电机控制器76从高容 量电池28’供应电能给电动机/发电机24’,并且当在例如车辆减速期间 可得到电能时,电动机/发电机控制器76将这样的能量从电动机/发电 机24’引导给电池28’。
[0033]应当理解,灵活燃料、可变增压、带增压器的混合动力 系100的第二实施例的操作与混合动力系10的第一实施例的操作基本 相同。这两个实施例之间的显著区别不是操作上的而是结构上的,结 构上的区别在于:在第二实施例100中,电动机/发电机24’与增压器 60的可变速度驱动组件62相关联,且通过带64从内燃机12的曲轴 14上的带轮66驱动;而在第一实施例的动力系10中,电动机/发电机 24是自动变速器16的组成部件。
[0034]现在参见图3,示出了根据本发明的灵活燃料、可变增压、 带涡轮增压器的混合动力系的第三实施例且总体上以附图标记200表 示。在第三实施例的混合动力系200中,电动机/发电机24’被驱动, 且通过带64驱动内燃机12的曲轴14,与第二实施例的混合动力系100 中构造相同,而不是在第一实施例的动力系10中作为自动变速器16 的部件。此外,用于第一和第二实施例的混合动力系10和100中的增 压器60由第二实施例的混合动力系200中的涡轮增压器替代。
[0035]因而,第三实施例的混合动力系200包括内燃机12,内 燃机12具有曲轴14,曲轴14驱动自动多速变速器16’,根据常规实践, 自动多速变速器16’通常包括多个行星齿轮组、离合器和制动器以及输 出轴18,输出轴18驱动最终驱动装置22(均在图1中示出)。
[0036]第三实施例的混合动力系200也包括变速器控制器26’、 主发动机控制器30、凸轮轴角度传感器32、曲轴角度传感器34、布置 在燃料管线38中的燃料传感器36、布置在进气导管44’口部附近的空 气质量流量(MAF)传感器42和布置在进气歧管48中的歧管空气压力 (MAP)传感器46。
[0037]排气歧管52包括排气(氧气)传感器54。火花点火系统 56和燃料喷射系统58均从主发动机控制器30接收数据或信号并由主 发动机控制器30控制,燃料喷射系统58可以为进气口喷射型或直喷 型。节气门组件68位于进气导管44’的端部和进气歧管48之间,节气 门组件68通过电子节气门控制件74控制,电子节气门控制件74继而 由主发动机控制器30控制。
[0038]涡轮增压器80的驱动或排气涡轮78位于排气歧管52中 的排气气流中。驱动涡轮78吸收排气的动能的一部分且旋转轴82,轴 82连接到位于进口空气导管44’中的从动或进口空气压缩机84。涡轮 增压器80的操作,即它是起用还是不起用、和由内燃机12的排气旋 转的程度,可以由常规的废气旁通86或通过调节可变几何形状或流 量设备而控制,废气旁通阀(废气门)86或可变几何形状或流量设备 均通过主发动机控制器30控制。
[0039]电动机/发电机24’通过带64和一对带轮66或类似动力 传递组件被内燃机12的曲轴14驱动并驱动内燃机12的曲轴14。电动 机/发电机24’通过电动机/发电机控制器76控制,当需要额外的转矩 时,电动机/发电机控制器76从高容量电池28’供应电能给电动机/发 电机24’,并且当在例如车辆减速期间可得到电能时,电动机/发电机 控制器76将这样的能量从电动机/发电机24’引导给电池28’。
[0040]第三实施例的混合动力系200的操作与第二实施例的混 合动力系100的操作基本相同,尤其是关于电动机/发电机24’、电动 机/发电机控制器76和电池28’。由于增压程度可通过废气旁通阀86 或其它增压调节机构的操作由发动机控制器30控制,涡轮增压器80 提供可变增压,因而所述可变增压可匹配或调节至燃料和操作条件, 从而根据上文关于第一实施例的混合动力系10所述的操作参数优化性 能和燃料经济性。
[0041]现在参见图4,图表示出了对两种火花点火式涡轮增压内 燃机的汽油燃料的预测燃料经济性。Y轴以百分比表示未调节的燃料经 济性改进,其中基准线是自然吸气发动机。左边的柱90表示涡轮增压 发动机的燃料经济性。右边的柱92表示与电动机/发电机单元结合操 作的涡轮增压发动机。应当理解,增加电动机/发电机单元将改进燃料 经济性大约15%。
[0042]本发明的前述描述实质上仅仅是示意性的,不脱离本发 明的要点的变型也在本发明的范围内。这种变型并不认为是偏离了本 发明的精神和范围。
[0001]本申请要求于2007年8月17日提交的美国临时申请No. 60/956,537的优先权。上述申请的内容通过参考并入本文。
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