CN1800614B - 在配有内燃机的机动车内管理“停止和启动”模式的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在装备有一个内燃机(1)的机动车(27)内管理“停止和启动”模式的方法；该方法使得根据机动车(27)电池(20)的充电状态(SOC)、内燃机(1)曲轴(15)的运动状态、以及由机动车(27)的耗电装置总共消耗的电力而启动或停止“停止和启动”模式。

Description

在配有内燃机的机动车内管理“停止和启动”模式的方法
技术领域
本发明涉及一种方法，其用于在装备有一个内燃机的机动车内对“停止和启动”模式进行管理。
背景技术
一个内燃机包括多个设置有对应活塞的气缸(气缸通常为四个，成列设置)，活塞借助于连杆连接到一个曲柄曲轴上；由机动车电池供电的电启动马达的轴杆也机械连接到该内燃机的曲轴上。为了启动内燃机，电动马达使得曲轴从一个初始位置旋转，该曲轴静止于所述初始位置上；一旦曲轴开始旋转，燃料就(直接或间接地)喷入气缸内，以试图在尽可能短的时间内获得第一次爆燃，从而使得内燃机自我维持。
当车辆停止或接近停止时(通常由于与交通相关的原因，例如红灯或没有优先通过权的交叉路口)，“停止和启动”模式使得内燃机关闭，而一旦司机压下加速器时使得内燃机重新启动。
在启动阶段，相当多的电能被电启动马达消耗，从而在机动车的电池上施加了很大的负荷并且使电荷的损失相当多。很明显，当起动“启动和停止”模式时，尤其是当机动车在市内行驶时，由于频繁启动内燃机，机动车的电池频繁地使用。
US2003224902A1揭示了一种自动操纵一个车辆的方法，该车辆包括一个发动机、一个启动马达、一个发动机离合器和多个车辆系统。在探测出发动机正在运行之后，检查车辆系统以确定一个可关闭发动机的状态。一个负扭矩施加到发动机上以将其关闭。监控车辆系统，直到它们指示发动机应当重新启动。重新启动发动机，然后确认发动机的成功启动。类似地，提供了一个如上的冷启动车辆的方法。通过一个初始扭矩给启动马达供电，并且监控车辆系统以确定发动机是否应启动。发动机由于启动马达的扭矩而启动，然后确认发动机成功启动。
US6358180B1揭示了一种发动机控制系统，它在惰速调整以减少废气排放的车辆的驾驶操作中减少了司机的不舒适感，从而改善了驾驶的可操作性。该方法包括这些步骤：探测到车辆的驱动模式从第一正常驱动范围转换到不同于第一正常驱动范围的第二正常驱动范围；探测发动机目前是否由于一个自动停止操作而处于停止状态；探测用于停止车辆的刹车目前是否正在操作；以及如果确定发动机由于自动停止操作目前正处于停止状态、且驱动模式已经转换到第二正常驱动范围、以及刹车目前没有操作，那么自动地启动发动机。
JP10325346A1揭示了一种车辆内燃机的自动停止/启动设备，它通过控制发动机使之自动停止来防止发动机由于充电不足而导致的不能重新启动，这种对发动机的控制基于探测到的用于向一个启动电动发电机和其他辅助设备供电的电池的充电值、以及使该辅助设备运行预定时间所需的电能估计值。
JP06257482A1揭示了一种用于内燃机的自动启动/停止设备，它借助于一个简单和廉价的构造，通过探测一个位于车辆内的电流消耗装置、并且在发动机停止过程中形成电流消耗装置时——其对应于程序的一个更换——控制发动机的启动，从而可靠地阻止了电池的耗尽。一个控制部件控制发动机，从而当发动机停止而电流消耗装置形成时它启动；如此，借助于简单和廉价的构造可以可靠地防止电池的耗尽。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法，用于在装备有一个内燃机的机动车内管理“停止和启动”模式，该方法能够使汽车电池尽可能地发挥其能力，同时实施起来简单和经济。
本发明提供了一种在装备有一个内燃机的机动车内管理“停止和启动”模式的方法；该方法包括这些阶段：
确定机动车的一个电池的充电状态(SOC)；
确定内燃机的曲轴的运动状态；以及
确定由机动车的耗电装置总共消耗的电力；
该方法的特征在于它还包括这些阶段：
根据电池的充电状态(SOC)、发动机曲轴的运动状态、以及由机动车的耗电装置总共消耗的电力而启动或停止“停止和启动”模式；以及
通过选择下列可选对象中的一个而确定曲轴的运动状态：曲轴静止，曲轴处于启动阶段，曲轴正在旋转但是不能自我维持，曲轴正在旋转并且能够自我维持，以及曲轴处于减速阶段。
附图说明
现在将参考附图描述本发明，附图示出了本发明的非限制性实施例，其中：
图1是一个内燃机的示意图；以及
图2是一个机动车的示意图，该机动车配备有图1中的发动机并且设置有一个，该电子控制单元实施了作为本发明的主题的管理方法。
具体实施方式
在图1中，1表示整个内燃机，该内燃机1包括四个成列设置的气缸2(图1中仅示出一个气缸)。每个气缸2通过一个专用进气通道4连接到一个进气歧管3上，并且通过一个专用排气通道7连接到一个排气歧管6上，所述进气通道4由至少一个进气阀5控制，所述排气通道7由至少一个排气阀8控制。进气歧管3通过一个节流阀9吸入新鲜空气(即来源于外部环境的空气)，可在一个关闭位置和一个最大打开位置之间调节该节流阀9。排气歧管6通往一个装有一个或多个催化转化器(未显示细节)的排气系统10以便向大气中排放在气缸2内燃烧产生的气体；至少一个混合气浓度量表11设置在排气系统10中(特别地为一个λ探针11)。
四个喷油嘴12(每个气缸2一个)联接到对应的进气通道4上以便向所述的进气通道4循环地喷射汽油；根据另外一个实施例(未示)，喷油嘴12直接向气缸2内喷射汽油。四个火花塞13(每个气缸一个)联接到对应的气缸2上以便对处于所述气缸2内的混合气体循环点火；很明显，在柴油内燃机1中没有火花塞13。
每个气缸2与一个相应的活塞14相连接，活塞14能够沿着气缸2线性地滑移并且借助于一个连杆16机械连接到一个曲柄曲轴15上；然后，曲轴15借助于一个内置的离合器18而机械连接到一个变速箱17上以便向机动车的驱动轮(未示)传递驱动扭矩。曲轴15机械连接到一个电机19上，该电机19导电连接到一个电池20上并且既可以作为电启动马达以使曲轴15开始旋转、也可以作为一个发电机以便为所述的电池20重新充电。
内燃机1包括一个内燃机控制单元21，该控制单元能够监控内燃机的运行。尤其是，该内燃机控制单元21能够管理内燃机1的启动，其中电动马达19使曲轴15从一个初始位置P开始旋转，在该初始位置中，所述曲轴15是静止的；一旦曲轴15开始旋转，燃料就喷射到气缸2内以试图在尽可能短的时间内获得首次爆燃，从而使得内燃机1自我维持。
此外，内燃机控制单元21采用了“停止和启动”模式，当车辆停止或接近停止时——通常由于与交通相关的原因，例如红灯或没有优先通过权利的交叉路口——“停止和启动”模式使得内燃机1关掉，而一旦司机压下加速器时它使得内燃机1重新启动。更一般地，即使当车辆在驾驶人员不需牵引的情况下——即，在他/她释放了加速踏板的情况下——低速移动时，“停止和启动”模式使内燃机1关闭。换言之，当认为在一个足够长的时间段内无需产生任何驱动扭矩时，“停止和启动”模式使内燃机1关闭，并且当需要产生驱动扭矩时启动内燃机1。
内燃机控制单元21控制一个电动马达(未显示细节)，该电动马达致动一个燃油泵22，该燃油泵22从油箱23中吸取燃油并且在压力下把燃油供应到喷油嘴12中。在直接向内燃机1喷射燃油的情况下，通常设置有一个另外的高压燃油泵，该高压燃油泵机械连接到曲轴15上并且直接地由所述曲轴15的转动而致动。内燃机控制单元21还控制一个用于λ探针11的电加热器24和一个电扇25，电扇25联接到一个散热器26上，该散热器26具有用于内燃机1的液体冷却剂。
图2示出了一个机动车27，它包括一个设置在前部并且容置图1所示内燃机1的内燃机罩28。机动车27还包括一个车厢29，它在前部由一个前窗或挡风玻璃30划界并且在后部由一个后窗31划界。在车厢29内设置有多个耗电装置(没有显示细节)，其功能对于机动车27的安全或运行而言不是必需的，并且大致上与确保驾驶员和/或乘客的高舒适度相关；例如，这种耗电装置可包括空调系统、汽车无线电、照明灯、电动座位调节装置、电动窗、电动观后镜调节装置、点烟器或卫星导航系统。
根据一个优选实施例，车厢29内的耗电装置由一个车厢控制单元32控制，该控制单元32与内燃机控制单元21相联系并且，如果需要的话，能够停止向车厢29内的耗电装置供电和/或以降低的功率(例如使照明灯变暗或使汽车无线电静默)向车厢29内的耗电装置供电。通常，降低功率地为由于存在复杂的电子部件而需要连续供电的耗电装置(例如汽车无线电和卫星导航系统)供电。可选地，需要连续供电的耗电装置还可以由一个另外的备用电池(未示)供电，该备用电池独立于电池20。
除了上述耗电装置，机动车27装备有其他耗电装置(未显示细节)，它们能够由内燃机控制单元21或其他控制单元(未示)控制；这些另外的耗电装置一般具有对机动车27的安全或运行而言是有用的或必需的功能。例如，这些另外的耗电装置可包括前后灯、指示灯、喇叭、电控动力转向装置、电控助力制动装置、电子驱动辅助设备(ABS、ASR等)。
如上所述，内燃机控制单元21采用“停止和启动”模式，因此内燃机控制单元21必须决定何时启动和何时终止“停止和启动”模式。为此，确定电池20的充电状态(SOC)、确定曲轴15的运动状态并且确定由机动车27的耗电装置消耗的所有电力；然后取决于电池20的充电状态SOC、曲轴15的运动状态以及由机动车27的耗电装置消耗的所有电力的而决定启动或终止“停止和启动”模式。
一般通过相对于所述电池20的最大可能充电量的百分比来描述电池20的充电状态SOC；此外，电池20的充电状态SOC借助于合适的传感器或者通过估计来确定，其通常基于电池20的接线端的电压、由电池20传递的电流、以及如果合适时电池20的内部温度和电池20的内部pH值。曲轴15的运动状态提供了下列待确定的选择项中的一个：曲轴15静止，曲轴15处于启动阶段，曲轴15正在旋转但是不能自我维持，曲轴15正在旋转并且能够自我维持，曲轴15处于减速阶段。
如果曲轴15静止或处于减速阶段，则周期地检测燃料喷射回路中的压力值，并且基于燃料喷射回路内的压力值，给出信号以启动或关闭燃油泵22；特别地，如果在喷射回路内的压力值大于第一预定阈值，那么燃油泵22关闭，如果在喷射回路内的压力值低于第二预定阈值，那么燃油泵22打开。此外，如果曲轴15静止或处于减速阶段，那么在排气系统10内用于混合气浓度量表11的加热器24在低功率下以能保证预定最小温度的方式运行。最后，如果曲轴15静止或处于减速阶段，那么联接到液体冷却剂散热器26的电扇25在低功率下以能保证预定最大温度的方式运行。
如果曲轴15处于启动阶段，那么给出一个信号以启动燃油泵22，联接到液体冷却剂散热器26的电扇25在低功率下以能保证预定最大温度的方式运行，并且在排气系统10内用于混合气浓度量表11的加热器24在额定功率下运行。根据一个优选实施例，如果曲轴15处于启动阶段，那么任何对于机动车27的安全或运行而言不是必需的耗电装置在降低的功率下运行或关闭。
如果曲轴15正在旋转并且能够自我维持，那么燃油泵22在额定功率下运行，联接到液体冷却剂散热器26的电扇25在额定功率下运行，并且在排气系统10内用于混合气浓度量表11的加热器24在额定功率下运行。此外，如果曲轴15正在旋转并且能够自我维持，那么估计电池20的充电状态SOC以便决定启动或终止“停止和启动”模式。
当曲轴15正在旋转并且能够自我维持时，如果电池20的充电状态SOC处于一个较低的电池阈值和一个较高的电池阈值之间，那么启动“停止和启动”模式，电机19受到控制以便对电池20的进行正常的重新充电，并且在设有再生制动模式的情况下启动该再生制动模式。
当曲轴15正在旋转并且能够自我维持时，如果电池20的充电状态SOC大于较高的电池阈值，那么启动“停止和启动”模式，发电机19受到控制以便中止对电池20的重新充电，并且在设有再生制动模式的情况下终止该模式。
当曲轴15正在旋转并且能够自我维持时，如果电池20的充电状态SOC小于较低的电池阈值，那么终止“停止和启动”模式，发电机19受到控制以便对电池20的进行最大可能的重新充电，在设有再生制动模式的情况下启动该再生制动模式，并且任何对于机动车27的安全或运行而言不是必需的耗电装置在降低的功率下运行或关闭。
换言之，当曲轴15正在旋转并且能够自我维持时，目的是保持电池20的充电状态SOC，使之处于较低的电池阈值和较高的电池阈值之间的范围内。
优选地，与较低电池阈值相应的电池20的充电状态SOC大于电池20完全放电的状态，并且例如等于最大充电量的20％；作出这种选择是为了使电池20总是具有一定的储备能量，以保证总是可以和具有足够的安全余量地至少启动内燃机1一次。
优选地，相应于较高的电池阈值的电池20的充电状态SOC小于与电池20完全充电相对应的最大可能值，并且例如等于最大充电量的80％；作出这种选择是为了使电池20总是能吸收一定数量的电能。换言之，电池20总是能吸收可在制动过程中恢复的充电量。此外，对于某些类型的电池(通常是镍-镉电池)而言，如果其充电状态介于最大充电量的60至90％之间，它们的效率可以更高。
此外还存在一些状态，它们受到周期检查并且可能导致“停止和启动”模式的终止，而不管其他因素的状态如何。
特别地，周期地检查电池20的性能状态SOH，这种状态以百分比的形式表示并且通过估计而确定。如果电池20的性能状态SOH低于一个预定的警告阈值，“停止和启动”模式没有例外地终止，而不管其他因素的状态如何。换言之，如果电池20不是处于良好的状况，“停止和启动”模式总是终止，从而减少了启动的总次数，并且从而降低了电池20的负荷。此外，如果电池20的性能状态SOH低于一个预定的报警阈值，那么就停止向对于机动车的安全或运行而言非必需的耗电装置供电。
优选地，在每次启动时，确定指示启动质量的参数值；如果指示启动质量的参数值的最近平均值低于一个预定的阈值，那么“停止和启动”模式没有例外地终止。换言之，如果内燃机1已经出现启动问题，则“停止和启动”模式没有例外地终止，以这种方式来减少启动的总次数，直到这种启动问题已得以解决。
根据一个可能实施例，如果起动了机动车27挡风玻璃30的最大除霜功能或者起动了机动车27后窗31的除雾功能，优选地，“停止和启动”模式终止；其原因与以下的事实相联：所述最大除霜功能和除雾功能消耗大量的电能，因此当所述功能起作用时，避免因为重复启动内然机1而对电池20施加额外的负荷是有利的。
最后，如果在内燃机1的部件(传感器或致动器)上指示了故障，这些故障可能在启动阶段损害内燃机1的启动或损害对从内燃机1排出污染物的控制，那么“停止和启动”模式没有例外地终止，而不管其他因素如何。尤其是，如果指示了在排气系统10内的混合气浓度量表11的故障、如果指示了混合物浓度没有得到完全的调整、如果指示了内燃机1的相位传感器的故障、如果指示了内燃机1的喷油器12的故障、如果指示了内燃机1的点火线圈的故障，那么“停止和启动”模式没有例外地终止，而不管其他因素如何。
上述用于管理“停止和启动”模式的方法具有许多优点，这些优点在于：它能够避免向电池20施加过度的负荷，从而延长了电池20的寿命，并且能够避免电池20过度地放电，这种过度放电会妨碍内燃机1的重新启动。因优化地使用由电池20所产生的电力而实现了所述目的，从而避免了必须在众多同时工作的耗电装置之间分配所述的电力。

Claims (22)

1.一种在装备有一个内燃机(1)的一个机动车(27)内对“停止和启动”模式进行管理的方法，该方法包括这些步骤：
确定机动车(27)的一个电池(20)的充电状态(SOC)；
确定内燃机(1)的曲轴(15)的运动状态；以及
确定由机动车(27)耗电装置所总共消耗的电力；
该方法的特征在于它还包括以下步骤：
根据电池(20)的充电状态(SOC)、内燃机(1)曲轴(15)的运动状态、以及由机动车(27)耗电装置所总共消耗的电力而启动或停止“停止和启动”模式；其中
所述确定内燃机(1)的曲轴(15)的运动状态通过选择下列可选对象中的一个来进行：曲轴(15)静止，曲轴(15)处于启动阶段，曲轴(15)正在旋转但是不能自我维持，曲轴(15)正在旋转并且能够自我维持，以及曲轴(15)处于减速阶段。
2.如权利要求1所述的方法，其中，如果所述曲轴(15)静止或处于减速阶段，那么定时地检测燃料喷射回路内的压力值，并且基于在燃料喷射回路内的压力值，给出信号而启动或关闭一个燃油泵(22)。
3.如权利要求2所述的方法，其中如果在喷射回路内的压力值大于一个第一预定阈值，那么燃油泵(22)关闭，并且如果在喷射回路内的压力值低于一个第二预定阈值，那么燃油泵(22)打开。
4.如权利要求1所述的方法，其中如果所述曲轴(15)静止或处于减速阶段，那么在一个排气系统(10)内用于混合气浓度量表(11)的一个加热器(24)在低功率下以能保证预定最小温度的方式运行。
5.如权利要求1所述的方法，其中如果所述曲轴(15)静止或处于减速阶段，那么联接到一个液体冷却剂散热器(26)的一个电扇(25)在低功率下以能保证预定最大温度的方式运行。
6.如权利要求1所述的方法，其中如果所述曲轴(15)处于启动阶段，那么给出一个信号而启动一个燃油泵(22)，一个联接到一个液体冷却剂散热器(26)的电扇(25)在低功率下以能保证预定最大温度的方式运行，并且在一个排气系统(10)内用于混合气浓度量表(11)的一个加热器(24)在额定功率下运行。
7.如权利要求6所述的方法，其中如果所述曲轴(15)处于启动阶段，那么任何对于机动车(27)的安全或运行而言不是必需的耗电装置都降低功率地运行或关闭。
8.如权利要求1所述的方法，其中如果所述曲轴(15)正在旋转并且能够自我维持，那么一个燃油泵(22)在额定功率下运行，一个联接到一个液体冷却剂散热器(26)的电扇(25)在额定功率下运行，并且在一个排气系统(10)内用于混合气浓度量表(11)的一个加热器(24)在额定功率下运行。
9.如权利要求1所述的方法，其中如果所述曲轴(15)正在旋转并能够自我维持，并且所述机动车(27)电池(20)的充电状态(SOC)处于一个较低的电池阈值和一个较高的电池阈值之间，那么启动“停止和启动”模式，一个发电机(19)受到控制而对该电池(20)进行正常的重新充电，并且在设有再生制动模式时启动该再生制动模式。
10.如权利要求9所述的方法，其中对应于较高电池阈值的所述机动车(27)电池(20)的充电状态(SOC)小于与完全充电的电池(20)相对应的最大可能值。
11.如权利要求1所述的方法，其中如果所述曲轴(15)正在旋转且能够自我维持，并且所述机动车(27)电池(20)的充电状态(SOC)大于一个较高的电池阈值，那么启动“停止和启动”模式，一个发电机(19)受到控制而中止对该电池(20)的重新充电，并且在设有再生制动模式时终止该再生制动模式。
12.如权利要求11所述的方法，对应于较高电池阈值的所述机动车(27)电池(20)的充电状态(SOC)小于与完全充电的电池(20)相对应的最大可能值。
13.如权利要求1所述的方法，其中如果所述曲轴(15)正在旋转且能够自我维持，并且所述机动车(27)电池(20)的充电状态(SOC)小于一个较低的电池阈值，那么终止“停止和启动”模式，一个发电机(19)受到控制而对该电池(20)进行最大可能的重新充电，并且在设有再生制动模式时启动该再生制动模式。
14.如权利要求13所述的方法，其中如果所述曲轴(15)正在旋转且能够自我维持，并且所述机动车(27)电池(20)的充电状态(SOC)小于一个较低的电池阈值，那么任何对于机动车(27)的安全或运行而言不是必需的耗电装置降低功率地运行或关闭。
15.如权利要求1所述的方法，其中如果起动了所述机动车(27)挡风玻璃(30)的最大除霜功能，则不管其他因素如何都终止“停止和启动”模式。
16.如权利要求1所述的方法，其中如果起动了所述机动车(27)后窗(31)的除雾功能，则不管其他因素如何都终止“停止和启动”模式。
17.如权利要求1所述的方法，其中如果指示了在一个排气系统(10)内的混合气浓度量表(11)的故障，那么不管其他因素如何都终止“停止和启动”模式。
18.如权利要求1所述的方法，其中如果指示了一个混合气浓度的不完全调整状况，那么不管其他因素如何都终止“停止和启动”模式。
19.如权利要求1所述的方法，其中如果指示了在所述内燃机(1)的传感器和/或触发器上的故障，这些故障可能在内燃机(1)启动阶段对污染物排出的控制造成不利影响，那么不管其他因素如何都终止“停止和启动”模式。
20.如权利要求19所述的方法，其中如果指示了在所述内燃机(1)的一个相位传感器上的一个故障，那么不管其他因素如何都终止“停止和启动”模式。
21.如权利要求19所述的方法，其中如果指示了在所述内燃机(1)喷油器(12)中的一个故障，那么不管其他因素如何都终止“停止和启动”模式。
22.如权利要求19所述的方法，其中如果指示了在所述内燃机(1)点火线圈中的故障，那么不管其他因素如何都终止“停止和启动”模式。
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