Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к области способов и систем для управления расходом топлива в двигателе системы гибридного транспортного средства.
Уровень техники
Двигатели могут работать с использованием нескольких разных видов топлива, причем может быть предусмотрена отдельная подача разных видов топлива или их подача в разных соотношениях в зависимости от условий работы. В одних и тех же условиях работы разные виды топлива могут обладать разным к.п.д. Например, двигатель может использовать первое топливо (например, этанол) и второе топливо (например, бензин), каждое из которых обладает разной способностью подавления детонации, для уменьшения ограничений двигателя по детонации при повышении суммарного уровня экономии топлива. Таким образом, могут существовать различные причины, по которым разные виды топлива, которые могут быть использованы в двигателе, могут обладать разной эффективностью в различных условиях работы двигателя. Например, разные виды топлива, которые могут быть использованы в двигателе, могут иметь разные октановые числа, что влияет на применение запаздывания зажигания и на к.п.д. двигателя при высоких нагрузках (например, когда такие разные виды топлива представляют собой сжатый природный газ и бензин или топливо Е85 и бензин или топливо стандартного качества и топливо повышенного качества). В соответствии с другим примером разные виды топлива могут обладать разными величинами расходов энергии на насосную подачу (например, когда такие разные виды топлива представляют собой газообразное топливо и жидкое топливо или топливо, впрыскиваемое по схеме распределенного впрыска, и топливо, впрыскиваемое по схеме прямого впрыска). В соответствии с другим примером использование разных видов топлива может вызывать разные паразитные потери (например, когда такие разные виды топлива представляют собой топливо, подаваемое под высоким давлением по схеме прямого впрыска, и топливо, подаваемое под низким давлением по схеме распределенного впрыска).
Системы управления двигателем могут выбирать топливо, впрыскиваемое в цилиндры из нескольких имеющихся видов топлива в зависимости от условий работы двигателя, наличия того или иного вида топлива, а также цены того или иного вида топлива. Один из примеров известных решений описан авторами Surnilla et al. в патентном документе США №7703435. В соответствии с этим решением выбор топлива осуществляют в зависимости от наличия топлива, температуры двигателя и пределов детонации. Другой из примеров известных решений описан авторами Williams et al. в патентном документе США №20140067540. В соответствии с этим решением выбор топлива осуществляют в зависимости от цен на топливо в данной географической зоне.
Однако авторы настоящего изобретения обнаружили некоторые потенциальные недостатки таких решений. Например, выбор топлива может быть связан с определенными ограничениями и компромиссами, например, снижением к.п.д., крутящего момента или мощности в случае выбора определенного вида топлива в связи с его ценой. Другой недостаток состоит в том, что частые изменения передаваемых педалью запросов оператора, а также частые чрезмерные запросы оператора, передаваемые педалью, могут вызывать увеличения и уменьшения нагрузки на двигатель, приводящие к частым переключениям между разными видами топлива. Чрезмерно частые переключения между разными видами топлива могут привести к снижению топливной экономичности, вызванному потерями, возникающими при таких переходах. Кроме того, частое переключение может привести к возмущениям величин отношения частоты вращения двигателя к нагрузке и воздушно-топливного отношения. Этот недостаток может быть еще более усилен в гибридных транспортных средствах, в которых двигатель работает с многочисленными периодами разгона и замедления (например, при частых событиях выключения и запуска).
Раскрытие изобретения
Авторы настоящего изобретения установили, что стоимость эксплуатации гибридного силового агрегата, содержащего многотопливный двигатель, может быть уменьшена (например, минимизирована) путем определения минимальной стоимости эксплуатации транспортного средства при оптимальном соотношении частоты вращения двигателя и нагрузки на него для требуемой водителем мощности при компенсации за счет энергии аккумуляторной батареи и сглаживании бросков крутящего момента с использованием крутящего момента электромотора. В частности, энергия батареи может быть использована для уменьшения частоты переключений между разными видами топлива при одновременном снижении стоимости эксплуатации с использованием каждого конкретного вида топлива без соответствующих ограничений и компромиссов. В соответствии с одним из примеров осуществления для повышения топливной экономичности может быть использован способ эксплуатации системы гибридного транспортного средства, включающий в себя: приведение в движение транспортного средства при помощи двигателя, обеспечивающего сгорание первого вида топлива и второго вида топлива, выбранных в зависимости от мощности, требуемой водителем; и корректировку соотношения использования первого вида топлива и второго вида топлива в случае изменения требуемой водителем мощности в зависимости от изменения требуемой водителем мощности и уровня зарядки системы накопления энергии. Например, контроллер может производить выбор между продолжением использования того же топлива и переходом на использование другого топлива. Это позволяет сократить частоту переходов на использование другого топлива и связанные с ними потери.
Например, система гибридного транспортного средства может быть оборудована электрическим мотором, получающим питание от аккумуляторной батареи, для перемещения транспортного средства с использованием крутящего момента электромотора, а также двухтопливным двигателем, использующим один из двух видов топлива перемещения транспортного средства с использованием крутящего момента двигателя. Два вида топлива могут иметь разные октановые числа и могут поступать в двигатель через разные системы подачи топлива. В соответствии с одним из примеров осуществления два вида топлива могут представлять собой высокооктановое топливо на основе этанола, подаваемое в цилиндр двигателя по схеме прямого впрыска, и низкооктановое топливо на основе бензина, подаваемое в цилиндр двигателя по схеме распределенного впрыска. Контроллер может быть выполнен с возможностью сравнения соотношения к.п.д. топлива с мощностью при каждом значении требуемой пользователем мощности для каждого из имеющихся видов топлива, в том числе топлива, на котором в данный момент работает двигатель, и имеющегося альтернативного топлива. После получения цены каждого вида топлива (например, с облачного сервера) может быть произведено деление к.п.д. на цену для определения величины «работы на доллар» для каждого вида топлива. Затем контроллер может произвести повторный расчет к.п.д. каждого вида топлива для нескольких значений изменения запаса мощности батареи. Величины изменения запаса мощности батареи могут быть определены в зависимости от уровня зарядки батареи системы и могут представлять собой положительные величины (в случае разрядки батареи для усиления выходной мощности двигателя) и отрицательные величины (в случае использования зарядки батареи для корректировки выходной мощности двигателя). Контроллер может вычислить величины «работы с батареей на доллар» для каждого вида топлива в предположении среднего по циклу к.п.д. мощности батареи, выработанной двигателем. Затем контроллер может произвести выбор между продолжением использования того же топлива (с изменением запаса мощности батареи или без него) и переходом на использование другого топлива (с изменением запаса мощности батареи или без него) путем сравнения величин стоимости. В частности, если переход на использование другого вида топлива обеспечивает превышающее пороговое значение преимущество в к.п.д. и стоимости, такой переход может быть произведен, а в противном случае продолжают использование топлива, используемого в данный момент. Любые броски, возникающие во время перехода, могут быть сглажены при помощи крутящего момента электромотора. Кроме того, после выбора топлива контроллер может использовать дополнительный крутящий момент электромотора для эксплуатации двигателя в узком рабочем диапазоне соотношений частоты вращения двигателя и нагрузки на него, соответствующем оптимальному к.п.д. выбранного вида топлива, в то же время обеспечивая поддержание мощности транспортного средства на требуемом уровне. Это обеспечивает возможность сокращения потерь топливной экономичности в системе гибридного транспортного средства. Один из технических эффектов использования мощности батареи для расширения эксплуатации многотопливного двигателя гибридного транспортного средства с использованием данного вида топлива состоит в уменьшении потерь, связанных с частыми переходами между разными видами топлива. В частности, мощность батареи может быть использована для продолжения работы двигателя с использованием того же топлива и более высоким к.п.д. При работе двигателя с использованием более эффективного и экономически целесообразного топлива мощность батареи может быть использована для компенсации изменений выходной мощности до некоторого порогового уровня, причем величина такого порогового уровня зависит от соответствующего увеличения стоимости. Технический эффект использования мощности батареи для обеспечения требуемой водителем мощности с поддержанием экономически целесообразного и эффективного использования топлива в многотопливном двигателе при определенных условиях работы двигателя состоит в обеспечении возможности сокращения переходов на использование другого топлива. Кроме того, может быть обеспечена работа двигателя в более эффективном и экономически целесообразном топливном режиме, несмотря на изменения мощности, требуемой водителем или соответствующей крутящему моменту колес.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен пример приводной системы гибридного электромобиля.
На фиг. 2 представлен местный вид двигателя.
На фиг. 3 представлена блок-схема верхнего уровня способа корректировки выбора топлива в зависимости от требований водителя в гибридном электромобиле с использованием энергии батареи.
На фиг. 4 представлен пример схемы выбора используемого топлива.
На фиг. 5 представлен пример корректировки использования топлива во время работы системы гибридного транспортного средства.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание раскрывает системы и способы повышения топливной экономичности в системе гибридного транспортного средства, например, в системе транспортного средства по фиг. 1. Система транспортного средства может содержать многотопливный двигатель, выполненный с возможностью работы на по меньшей мере одном из двух имеющихся видов топлива, как описано в применении к двигательной системе по фиг. 2. Контроллер может быть выполнен с возможностью исполнения процедуры управления, например, процедуры, представленной в качестве примера на фиг. 3, для осуществления выбора между переходом на альтернативный вид топлива и продолжением работы на используемом в данный момент виде топлива с восполнением мощности до требуемой за счет энергии батареи и крутящего момента электромотора. Такой выбор может обеспечить возможность использования более производительного и экономичного топлива при заданном уровне мощности. Пример схемы, которая может быть использована контроллером для выбора топлива, представлен на фиг. 4. Пример последовательности работы гибридного транспортного средства с корректировкой использования топлива представлен на фиг. 5. Таким образом, использование двухтопливной (или многотопливной) технологии в сочетании с технологией гибридного транспортного средства может обеспечить получение значительного повышения топливной экономичности.
На фиг. 1 представлена гибридная приводная система 100 транспортного средства. В представленном варианте осуществления транспортное средство представляет собой гибридный электромобиль (ГЭМ), но в альтернативных вариантах осуществления могут быть предусмотрены гибридные транспортные средства, использующие, в частности, гидравлические, пневматические, маховиковые или другие накопители энергии и двигатели. Приводная система 100 содержит двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий несколько цилиндров 30. Топливо может поступать в каждый из цилиндров двигателя 10 из топливной системы (не представлена), содержащей один или несколько топливных баков, один или несколько топливных насосов и инжекторы 66. Более подробное описание двигателя приведено со ссылками на фиг. 2.
Двигатель 10 передает крутящий момент на трансмиссию 44 через ведущий вал 18. В представленном примере трансмиссия 44 представляет собой трансмиссию с разделением потока (моноблочную трансмиссию, объединенную с коробкой передач, трансэксл), содержащую планетарный механизм 22 и одну или несколько вращающихся зубчатых шестерней. Кроме того, трансмиссия 44 содержит электрический генератор 24 и электрический мотор 26. Электрический генератор 24 и электрический мотор 26 также могут быть названы электрическими машинами, и каждый из них может работать как в режиме электромотора, так и в режиме генератора. Крутящий момент выводят с трансмиссии 44 для вращения ведущих колес 52 транспортного средства через силовую передачу 34, ведомый вал 19 и блок 36 дифференциала с полуосями.
Генератор 24 установлен в приводном соединении с электромотором 26 так, что и генератор 24, и электромотор 26 могут работать с использованием энергии, поступающей из накопителя электроэнергии, представленного в настоящем описании в виде аккумуляторной батареи 54. В некоторых вариантах осуществления между батареей и электромотором могут быть подсоединены средства преобразования энергии, например, инвертор, для преобразования постоянного тока, поступающего с выхода батареи, в переменный ток, используемый электромотором. Однако в других вариантах осуществления инвертор может быть предусмотрен в составе электромотора. В связи с механическими характеристиками планетарного механизма приведение генератора 24 в действие может быть обеспечено элементом вывода энергии (на ведомой стороне) планетарного механизма 22 через механическое соединение 32, как более подробно описано ниже.
Электромотор 26 может работать в режиме регенерации, то есть в качестве генератора, принимая энергию от движения транспортного средства и/или двигателя внутреннего сгорания и преобразуя принятую кинетическую энергию в форму, пригодную для сохранения в батарее 54. Кроме того, электромотор 26 может работать в качестве электромотора или генератора по мере необходимости для увеличения или поглощения крутящего момента, вырабатываемого двигателем, например, во время переходов двигателя 10 между разными режимами сгорания топлива (например, во время переходов между режимом искрового зажигания и режимом зажигания от сжатия). Например, в случае превышения выходным крутящим моментом двигателя крутящего момента, требуемого водителем, избыточный крутящий момент может быть поглощен электромотором и использован для зарядки батареи, что обеспечивает сглаживание бросков крутящего момента.
Планетарный механизм 22 содержит кольцевую шестерню (эпицикл) 42, солнечную шестерню 43 и блок 46 водила планетарных шестерней. Эпицикл и солнечная шестерня могут быть связаны друг с другом через водило. Первый вход планетарного механизма 22 соединен с двигателем 10, а второй вход планетарного механизма 22 соединен с генератором 24. Выход планетарного механизма соединен с ведущими колесами 52 транспортного средства через передаточный механизм 34, содержащий одну или несколько зацепленных шестерней 60-68. В соответствии с одним из примеров осуществления зацепленные шестерни 60-68 могут представлять собой шестерни ступенчатых передач, причем блок 46 водила планетарных шестерней может передавать крутящий момент на шестерни ступенчатых передач. Шестерни 62, 64 и 66 установлены на промежуточном вале 17, причем шестерня 64 зацеплена с шестерней 70, приводимой в движение электрическим мотором. Электрический мотор 26 приводит в движение шестерню 70, которая подает крутящий момент на шестерни промежуточного вала. Таким образом, водило 46 планетарного механизма (и, следовательно, двигатель и генератор) могут быть связаны с колесами транспортного средства и с электромотором через одну или несколько шестерней.
Гибридная приводная система 100 может быть осуществлена в соответствии с несколькими разными вариантами конструкции, в том числе в виде полной гибридной системы, в которой приведение в движение транспортного средства обеспечивает только сочетание двигателя и генератора, только электрический мотор или их сочетание. В альтернативных вариантах осуществления также могут быть использованы средние или умеренные гибридные системы, в которых основным источником крутящего момента является двигатель, а электрический мотор избирательно обеспечивает подачу дополнительного крутящего момента в определенных условиях, например, при резком увеличении требуемой мощности. В связи с этим гибридная приводная система 100 может работать в нескольких разных режимах.
Например, транспортное средство может работать в первом режиме с включенным двигателем, также называемом в настоящем описании «двигательным» режимом, в котором двигатель 10 работает в сочетании с электрическим генератором (который подает на механизм реактивный крутящий момент, обеспечивающий возможность вывода с планетарного механизма суммарного крутящего момента для перемещения транспортного средства) в качестве основного источника крутящего момента для приведения в движение колес 52 (генератор также может обеспечивать подачу крутящего момента на колеса при работе в электромоторном режиме). Во время работы в «двигательном» режиме может быть предусмотрена подача топлива в двигатель 10 из топливного бака через топливный инжектор 66, чтобы обеспечить вращение двигателя в результате сгорания топлива для выработки крутящего момента, используемого для перемещения транспортного средства. Затем крутящий момент поступает с водила планетарного механизма на шестерни 62, 64, 66, установленные на промежуточном вале 17, который, в свою очередь, передает энергию на колеса 52. Двигатель дополнительно может работать с выводом крутящего момента, превышающего необходимый для перемещения транспортного средства, причем генератор (работающий в режиме генератора) поглощает использует энергию для зарядки батареи 54 или обеспечения электропитания других нагрузок, предусмотренных в составе транспортного средства. В этом режиме для вращения колес транспортного средства используют только крутящий момент двигателя.
В соответствии с другим примером транспортное средством может работать во втором режиме с включенным двигателем, также называемом в настоящем описании «комбинированным» режимом. При работе в комбинированном режиме двигатель 10 работает и действует в качестве основного источника крутящего момента для вращения колес 52, а электрический мотор используют в качестве дополнительного источника крутящего момента, действующего совместно с крутящим моментом, получаемым от двигателя 10, и дополняющим его. При работе в «комбинированном» режиме, как и в режиме с использованием только двигателя, в двигатель 10 поступает топливо для обеспечения вращения двигателя в результате сгорания топлива и подачи крутящего момента для вращения колес транспортного средства. В этом режиме для вращения колес транспортного средства используют как крутящий момент двигателя, так и крутящий момент электромотора.
В соответствии с другим примером транспортное средством может работать в режиме с выключенным двигателем, также называемом в настоящем описании электрическим режимом, в котором получающий питание от батареи электрический мотор 26 работает и действует в качестве единственного источника крутящего момента для вращения колес 52. Таким образом, при работе в режиме с выключенным двигателем впрыск топлива в двигатель 10 не производится независимо от того, происходит ли вращение двигателя. Режим работы «с выключенным двигателем» может быть использован, например, при движении транспортного средства с постоянной скоростью, во время торможения, при небольшом ускорении на малых скоростях, во время остановок на светофорах и т.д. В частности, энергия поступает от электромотора на шестерню 70, которая, в свою очередь, приводит в движение шестерни, установленные на промежуточном вале 17, тем самым вращая колеса 52. В этом режиме для вращения колес транспортного средства используют только крутящий момент электромотора.
Приводная система 100 может дополнительно содержать систему управления, содержащую контроллер 12, выполненный с возможностью приема информации от нескольких датчиков 16 (различные примеры которых раскрыты в настоящем описании) и передачи сигналов управления нескольким исполнительным механизмам 81 (различные примеры которых раскрыты в настоящем описании). В соответствии с одним из примеров осуществления в число датчиков 16 могут входить различные датчики давления и температуры, датчик уровня топлива, различные датчики отработавших газов и другие датчики, например, описанные со ссылками на фиг. 2. В число различных исполнительных механизмов могут входить, например, передачи трансмиссии, топливные инжекторы цилиндров, дроссельная заслонка впуска воздуха, связанная со впускным коллектором двигателя, и другие исполнительные механизмы, например, описанные со ссылками на фиг. 2. Контроллер 12 может от различных датчиков получать входящие данные, обрабатывать входящие данные и приводить в действие исполнительные механизмы в зависимости от обработанных входящих данных и в соответствии с инструкциями или кодом, запрограммированным в нем и соответствующим одной или нескольким процедурам. Примеры процедур управления раскрыты в настоящем описании со ссылками на фиг. 3.
На фиг. 2 представлен пример осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. В соответствии с одним из примеров осуществления двигатель 10 может быть связан с приводной системой (например, дорожного транспортного средства), например, с гибридной приводной системой по фиг. 1.
По меньшей мере частичное управление двигателем 10 может быть обеспечено системой управления, содержащей контроллер 10, и входящими сигналами от оператора 130 транспортного средства, поступающими через средства 132 ввода. В данном примере средства 132 ввода содержат педаль акселератора и датчик 134 положения педали, вырабатывающий пропорциональный сигнал положения педали ПП. Цилиндр (т.е. камера сгорания) 30 двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания, между которыми расположен поршень 138. Поршень 138 может быть связан с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, с коленчатым валом 140 может быть соединен через маховик электромотор стартера для обеспечения возможности запуска двигателя 10 в работу.
Цилиндр 30 может принимать впускаемый воздух через последовательность впускных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может иметь сообщение с другими цилиндрами двигателя 10 помимо цилиндра 14. В соответствии с некоторыми из вариантов осуществления один или несколько из впускных каналов могут содержать средства наддува, например, систему турбонаддува или турбонагнетатель. Например, на фиг. 2 представлен двигатель 10, содержащий систему турбонаддува, содержащую компрессор 174, установленный между впускными каналами 142 и 144, и выхлопную турбину 176, установленную в выхлопном канале 148. Если средства наддува выполнены в конфигурации системы турбонаддува, выхлопная турбина 176 может по меньшей мере частично обеспечивать приведение компрессора 174 при помощи вала 180. Однако в соответствии с другими примерами осуществления, например, в которых двигатель 10 оборудован турбонагнетателем, выхлопная турбина также может отсутствовать, а для приведения компрессора 174 в действие может быть использована механическая энергия, получаемая от электромотора или двигателя. Во впускном канале двигателя может быть предусмотрена дроссельная заслонка 162, содержащая дроссельную пластину 164, для изменения расхода и/или давления впускаемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссельная заслонка 162 может быть расположена ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 2, или, в альтернативных вариантах осуществления, выше по потоку от компрессора 174.
Выхлопной канал 148 может принимать отработавшие газы и из других цилиндров двигателя 10 помимо цилиндра 14. Датчик 128 отработавших газов представлен на схеме подсоединенным к выхлопному каналу 148 выше по потоку от средств 178 снижения токсичности выбросов. Датчик 128 может представлять собой любой соответствующий датчик для определения величины воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, линейный кислородный датчик или УДКОГ (универсальный или широкополосный датчик содержания кислорода в отработавших газах), двухпозиционный кислородный датчик или ДКОГ (как показано на схеме), НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), или датчик содержания NOx, НС или СО. Средства 178 снижения токсичности выбросов могут представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель NOx, а также различные другие средства снижения токсичности выбросов или их сочетания.
Каждый из цилиндров двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выхлопных клапанов. Например, цилиндр 30 представлен содержащим по меньшей мере один впускной подъемный клапан 150 и по меньшей мере один выхлопной подъемный клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 30. В соответствии с некоторыми из вариантов осуществления каждый из цилиндров двигателя 10, включая и цилиндр 30, может содержать по меньшей мере два впускных подъемных клапана и по меньшей мере два выхлопных подъемных клапана, расположенных в верхней части цилиндра.
Контроллер 12 может осуществлять управление впускным клапаном 150 через привод 152. Аналогичным образом контроллер 12 может осуществлять управление выхлопным клапаном 156 через привод 154. В некоторых условиях контроллер 12 может изменять сигналы, подаваемые на приводы 152 и 154 для управления открытием и закрытием, соответственно, впускного и выхлопного клапанов. Положение впускного клапана 150 и выхлопного клапана 156 может быть определено соответствующими датчиками положения клапанов (не представлены). Приводы клапанов могут представлять собой приводы клапанов электромеханического типа, приводы клапанов кулачкового типа или их сочетания. Управление впускными и выхлопными клапанами может производиться параллельно или с использованием любых из функций изменения фаз газораспределения впускных клапанов, изменения фаз газораспределения выхлопных клапанов, двойного независимого изменения фаз газораспределения или фиксированных фаз газораспределения. Каждая из кулачковых приводных систем клапанов может содержать один или несколько кулачков и использовать для управления работой клапанов одну или несколько из функций переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), работой которых может управлять контроллер 12. Например, в альтернативном варианте осуществления цилиндр 30 может содержать впускной клапан, управляемый электромеханическим клапанным приводом, и выхлопной клапан, управляемый кулачковым приводом, содержащим системы ППК и/или ИФКР. В соответствии с другими вариантами осуществления впускными и выхлопными клапанами может управлять общий клапанный привод или приводная система или клапанный привод или приводная система с изменением фаз газораспределения.
Цилиндр 30 может иметь некоторую степень сжатия, равную отношению объема цилиндра при нахождении поршня 138 в верхней мертвой точке к объему цилиндра при нахождении поршня в нижней мертвой точке. Степень сжатия обычно составляет от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах осуществления, в которых используют разные виды топлива, степень сжатия может быть увеличена. Например, это может происходить в случае использования высокооктановых видов топлива или видов топлива с высокой скрытой энтальпией парообразования. Степень сжатия также может быть увеличена в случае применения прямого впрыска в связи с ее влиянием на детонацию в двигателе.
В соответствии с некоторыми из вариантов осуществления каждый из цилиндров двигателя 10 может содержать искровую свечу 192 зажигания для инициации сгорания. В некоторых из режимов работы система 190 зажигания может вырабатывать искру в камере 14 сгорания при помощи свечи 192 зажигания при поступлении от контроллера 12 сигнала опережения зажигания ОЗ. Однако в некоторых вариантах осуществления свеча 192 зажигания может отсутствовать, например, если для инициации сгорания в двигателе 10 применяют самопроизвольное зажигание или впрыск топлива, что возможно для некоторых дизельных двигателей.
В соответствии с некоторыми из вариантов осуществления каждый из цилиндров двигателя 10 может быть оборудован одним или несколькими топливными инжекторами для подачи в него топлива. В представленном примере, не налагающем каких-либо ограничений, цилиндр 30 представлен содержащим два топливных инжектора 166 и 170. Топливный инжектор представлен подсоединенным непосредственно к цилиндру 30 для впрыска в него топлива, количество которого пропорционально ширине топливного импульса ШТИ-1, получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 168. Таким образом, топливный инжектор 166 осуществляет так называемый прямой впрыск (обозначаемый в настоящем описании сокращением «ПВ») топлива в цилиндр 30 сгорания. Хотя на фиг. 2 инжектор 166 представлен установленным в боковом положении, он также может быть расположен над поршнем, например, вблизи места расположения свечи 192 зажигания. Такое положение может способствовать улучшению смешивания и сгорания при работе двигателя на топливе на основе спирта в связи с низкой летучестью некоторых видов топлива на основе спирта. В альтернативном варианте осуществления инжектор может быть расположен вверху и вблизи впускного клапана для усиления смешивания. Топливо может поступать в топливный инжектор 166 из первой топливной системы 172 высокого давления, содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления подачу топлива под более низким давлением может обеспечивать одноступенчатый топливный насос, причем диапазон времени впрыска на такте сжатия может быть более ограниченным, чем в случае использования топливной системы высокого давления. Кроме того, хотя он и не представлен на схеме, топливный бак может содержать датчик давления, передающий сигналы контроллеру 12.
Топливный инжектор 170 представлен установленным не в цилиндре 30, а во впускном канале 146, в соответствии с конфигурацией, известной под названием распределенного впрыска топлива (обозначаемого в настоящем описании «РВТ») во впускной порт, расположенный выше по потоку от цилиндра 30. Топливный инжектор 170 может производить впрыск топлива, количество которого пропорционально ширине топливного импульса ШТИ-2, получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 171. Топливо может поступать в топливный инжектор 170 из второй топливной системы 173, содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. Следует отметить, что в обеих топливных системах может быть использован один и тот же драйвер 168 или 171 или несколько разных драйверов, например, драйвер 168 для топливного инжектора 166 и драйвер 171 для топливного инжектора 170, как показано на схеме.
Топливные инжекторы 166 и 170 могут иметь разные характеристики. В их число входят разные размеры; например, размер отверстия для впрыска одного инжектора может быть больше, чем у другого инжектора. В число других различий в частности, но не исключительно, могут входить разные углы впрыска, разные рабочие температуры, разные траектории впрыска, разные моменты впрыска, разные характеристики струи, разные расположения и т.д. Кроме того, разные эффекты могут быть получены в зависимости от соотношения количества топлива, впрыскиваемого инжекторами 170 и 166.
Двигатель 10 может быть выполнен в конфигурации многотопливного двигателя (в проиллюстрированном примере - двухтопливного двигателя), причем двигатель может работать с использованием одного или нескольких из имеющихся видов топлива. Топливные баки топливных систем 172 и 173 могут содержать топливо с разными топливными характеристиками, например, топливо разного состава. В число таких различий могут входить разные уровни содержания спирта, разные октановые числа, разные составы топливной смеси, разные значения теплоты парообразования, разные значения летучести топлива и/или комбинации этих характеристик и т.д. В одном из примеров видов топлива с разным содержанием спирта первое топливо представляет собой бензин с более низким содержанием спирта, а второе топливо представляет собой топливную смесь на основе этанола (например, топливо Е85) с более высоким содержанием спирта. В соответствии с другим примером двигатель может использовать в качестве первого и второго видов топлива топливные смеси на основе этанола с разным содержанием спирта, например, топливо Е10 (представляющее собой смесь приблизительно 10% этанола и 90% бензина) в качестве первого топлива, впрыскиваемого по схеме распределенного впрыска, и топливо Е85 (представляющее собой смесь приблизительно 85% этанола и 15% бензина) в качестве первого топлива, впрыскиваемого по схеме прямого впрыска. В число других возможных веществ входят вода, смесь спирта с водой, смесь разных спиртов и т.д. В соответствии с альтернативными примерами осуществления имеющиеся виды топлива могут иметь разные октановые числа, составы и т.д. В соответствии с другим примером виды топлива с разной летучестью могут представлять собой виды топлива с разным содержанием спирта или виды топлива разных сезонных или региональных категорий (например, топливо зимнего применения и топливо летнего применения или топливо для северных районов и топливо для южных районов). Кроме того, первый и второй виды топлива могут различаться и другими характеристиками, например, температурой, вязкостью, октановым числом и т.д. В соответствии с другими примерами осуществления разные виды топлива могут представлять собой газообразное топливо (например, сжатый природный газ, хранимый в виде жидкого топлива но поступающий в цилиндр в виде газообразного топлива) и жидкое топливо (например, бензин, хранимый и поступающий в цилиндр в виде жидкого топлива).
В проиллюстрированном варианте осуществления двигатель 10 представляет собой многотопливную двигательную систему, в которой топливо, хранимое в первой топливной системе 172 и подаваемое топливным инжектором 166, отлично от топлива, хранимого во второй топливной системе 173 и подаваемого топливным инжектором 170. В соответствии с не налагающим каких-либо ограничений примером осуществления первое топливо, подаваемое по схеме распределенного впрыска, может представлять собой топливо с более низким содержанием спирта, а второе топливо, подаваемое по схеме прямого впрыска, может представлять собой топливо с более высоким содержанием спирта. Как более подробно описано ниже, контроллер двигателя может регулировать профили впрыска топлива во время запуска двигателя, его проворачивания и работы на холостом ходу для оптимизации использования свойств разных видов топлива, имеющихся в топливной системе, а также преимуществ распределенного и прямого впрыска для уменьшения выбросов газов и твердых частиц (ТЧ).
Топливо может поступать в оба инжектора цилиндра в течение одного и того же рабочего цикла цилиндра. Например, каждый из инжекторов может впрыскивать часть суммарной порции топлива, сжигаемого в цилиндре 30. Кроме того, распределение и/или доля топлива, подаваемого каждым из инжекторов, могут изменяться в зависимости от условий работы, например, частоты вращения двигателя, нагрузки, температуры отработавших газов, уровня выбросов ТЧ и т.д. Отношение суммарного количества первого вида топлива, впрыскиваемого по схеме распределенного впрыска инжектором 170, к суммарному количеству второго вида топлива, впрыскиваемого по схеме прямого впрыска инжектором 166, (в виде одного или нескольких впрысков) инжектором 166, может быть названо первым отношением впрыска. Например, впрыск большего количества первого вида топлива через инжектор 170 (распределенного впрыска) на одно событие сгорания может служить примером более высокого первого отношения распределенного впрыска к прямому впрыску, а впрыск большего количества второго вида топлива через инжектор 166 (прямого впрыска) на одно событие сгорания может соответствовать более низкому первому отношению распределенного впрыска к прямому впрыску. Следует отметить, что здесь описаны лишь примеры разных отношений впрыска, и могут быть использованы различные другие отношения впрыска.
Кроме того, следует понимать, что впрыск топлива по схеме распределенного впрыска может быть произведен при открытом впускном клапане, при закрытом впускном клапане (например, по существу до такта впуска, например, во время такта выхлопа), а также как при открытом, так и при закрытом впускном клапане. Аналогичным образом впрыск топлива по схеме прямого впрыска может быть произведен, например, на такте впуска, а также частично на предшествующем такте выхлопа на такте впуска и частично на такте сжатия. Кроме того, топливо, впрыскиваемое по схеме прямого впрыска, может быть подано одним впрыском или несколькими впрысками. В частности, может быть произведено несколько впрысков на такте впуска, несколько впрысков на такте сжатия или сочетание части впрысков на такте впуска и части впрысков на такте сжатия. В случае произведения нескольких впрысков по схеме прямого впрыска отношение суммарного количества второго вида топлива, впрыснутого (по схеме прямого впрыска) на такте впуска, к суммарному количеству топлива, впрыснутого (по схеме прямого впрыска) на такте сжатия, может быть названо вторым отношением впрыска. Например, прямой впрыск большего количества второго вида топлива для сжигания на такте впуска может служить примером большего второго отношения прямого впрыска на такте впуска, а впрыск большего количества второго вида топлива для сжигания на такте сжатия может служить примером меньшего второго отношения прямого впрыска на такте впуска. Следует отметить, что здесь описаны лишь примеры разных отношений впрыска, и могут быть использованы различные другие отношения впрыска.
Таким образом, даже для одного и того же события сгорания впрыск топлива из инжекторов распределенного и прямого впрыска может быть произведен в разные моменты. Кроме того, для одного и того же события сгорания в течение рабочего цикла может быть произведено несколько впрысков топлива. Несколько впрысков топлива могут быть произведены на такте впуска, такте сжатия или любом пригодном их сочетании.
Как более подробно описано со ссылками на фиг. 3, контроллер может выбирать топливо, предназначенное для сгорания в цилиндре, в соответствии с требованиями водителя и в зависимости от к.п.д. топлива на требуемом уровне мощности, а также экономической целесообразности использования данного топлива. Кроме того, при выборе может быть учтен тот факт, что энергия, поступающая из накопителя энергии гибридного транспортного средства, например, аккумуляторной батареи, может быть использована для обеспечения возможности эксплуатации двигателя в области рабочих параметров, оптимизированной для использования данного топлива, с поддержкой требуемого уровня мощности за счет энергии батареи. Сравнение затрат и соответствующий выбор топлива обеспечивают возможность продления использования топлива в области высокой эффективности несмотря на частые изменения требований водителя. Уменьшение частоты смены топлива без снижения топливной экономичности и увеличения стоимости использования топлива позволяет сократить потери и недостатки, связанные с переходами с одного вида топлива на другой.
Как было указано выше, на фиг. 1 представлен лишь один из цилиндров многоцилиндрового двигателя. Таким образом, каждый из цилиндров может аналогичным образом содержать свой собственный комплект, состоящий из впускных и выхлопных клапанов, одного или нескольких топливных инжекторов, свечи зажигания и т.д.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 106, порты 108 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанную в виде постоянного запоминающего устройства 110, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимое запоминающее устройство 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 116 температуры, связанного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 140; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика ДВК можно использовать для индикации разряжения или давления во впускном коллекторе.
Средства хранения данных, выполненные в виде постоянного запоминающего устройства 110, могут быть запрограммированы машиночитаемыми данными, соответствующими постоянным инструкциям, выполняемым процессором 106 для осуществления способов, раскрытых ниже, а также любых их вариантов, подразумеваемых, но конкретно не перечисленных. Контроллер 12 получает сигналы от различных датчиков, представленных на фиг. 1-2, и использует различные исполнительные механизмы, представленные на фиг. 1-2, для регулирования работы двигателя в соответствии с полученными сигналами и инструкциями, сохраненными в памяти контроллера. Например, регулирование использования топлива может включать в себя приведение в действие топливного инжектора, связанного с топливным баком, содержащим оставшееся топливо. Пример процедуры, которая может быть выполнена контроллером, описан со ссылками на фиг. 3.
Таким образом, система по фиг. 1-2 представляет собой систему гибридного транспортного средства, содержащую: электромотор, выполненный с возможностью питания посредством системы накопления энергии; двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр; первый топливный инжектор для впрыска в цилиндр первого вида топлива; второй топливный инжектор для впрыска в цилиндр второго вида топлива; колеса транспортного средства, вращаемые за счет одного или нескольких из крутящего момента электромотора и крутящего момента двигателя; датчик положения педали для приема требуемого оператором значения крутящего момента; и контроллер. Контроллер может быть запрограммирован машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в постоянной памяти, для: продолжения впрыска первого вида топлива с изменением уровня зарядки системы накопления энергии на первую величину для обеспечения требуемого крутящего момента в случае первого изменения требуемого оператором крутящего момента; и переключения на впрыск второго вида топлива с изменением уровня зарядки системы накопления энергии на вторую, отличную от первой величину для обеспечения требуемого крутящего момента в случае второго, отличного от первого изменения требуемого оператором крутящего момента. Так, первое изменение требуемого оператором крутящего момента может представлять собой уменьшение требуемого крутящего момента, и изменение уровня зарядки системы накопления энергии на первую величину включает в себя зарядку системы накопления энергии. Второе изменение требуемого оператором крутящего момента может представлять собой увеличение требуемого крутящего момента, и изменение уровня зарядки системы накопления энергии на вторую величину включает в себя разрядку системы накопления энергии. Контроллер может дополнительно содержать инструкции для: эксплуатации двигателя с первой рабочей характеристикой (зависимостью частоты вращения двигателя от нагрузки) с сохранением постоянного уровня мощности при продолжении впрыска первого вида топлива; и эксплуатации двигателя со второй рабочей характеристикой с сохранением постоянного уровня мощности при переключении на впрыск второго вида топлива.
Следует понимать, что хотя раскрытые в настоящем описании примеры осуществления приведены для случая гибридного электромобиля, содержащего электрический мотор, они не налагают каких-либо ограничений, и тот же подход может быть применен к другим системам гибридных транспортных средств, например, содержащих маховиковые, гидравлические и/или пневматические моторы. Также для обеспечения получения крутящего момента мотора может быть использована любая система накопления энергии, в том числе, но не исключительно, аккумуляторная батарея системы.
На фиг. 3 представлен пример процедуры 300 координации регулирования выбора топлива в двухтопливном двигателе в составе системы гибридного транспортного средства с электромотором. Данный способ обеспечивает возможность использования корректировки крутящего момента электромотора для расширения эксплуатации двигателя с использованием экономически целесообразного и эффективного топлива несмотря на изменения требуемого водителем крутящего момента. Инструкции для выполнения способа 300, а также других способов по настоящему изобретению, могут быть выполнены контроллером в соответствии с инструкциями, сохраненными в памяти контроллера, и в зависимости от сигналов, получаемых от датчиков двигательной системы, например, датчиков, описанных выше со ссылками на фиг. 1-2. Контроллер может использовать для регулирования работы двигателя в соответствии со способами, описанными ниже, исполнительные механизмы двигателя. Например, контроллер может регулировать включение и ширину импульса топливного инжектора, обеспечивающего подачу выбранного топлива.
Этап 302 процедуры включает в себя оценку и/или измерение параметров работы транспортного средства. В их число могут входить, например, величина требуемого водителем крутящего момента (например, определенная по выходному сигналу датчика положения педали, связанного с педалью оператора), температура, давление и влажность окружающей среды, температура двигателя, уровень зарядки батареи, уровень топлива в каждом из топливных баков, октановое число имеющихся видов топлива и т.д. Кроме того, могут быть оценены параметры работы двигателя, например, давление воздуха в коллекторе (ДВК), массовый расход воздуха (МРВ) в коллекторе, температура двигателя, температура катализатора, температура впускаемого воздуха, пределы детонации и т.д.
Этап 304 данного способа включает в себя определение режима работы транспортного средства в соответствии с результатами оценки параметров работы транспортного средства. Эта операция включает в себя переключение между режимами перемещения транспортного средства за счет крутящего момента электромоторов и крутящего момента двигателя в зависимости от параметров работы двигателя, в том числе требуемого водителем крутящего момента. Например, при низком требуемом крутящем моменте, при низком уровне топлива в одном или нескольких топливных баках и/или при высоком уровне зарядки батареи может быть выбран электрический режим работы. В электрическом режиме работы приведение в движение транспортного средства может быть обеспечено только за счет крутящего момента электрического мотора, получающего питание от батареи системы. В соответствии с другим примером при высоком требуемом крутящем моменте, при высоком уровне топлива в одном или нескольких топливных баках и/или при низком уровне зарядки батареи может быть выбран двигательный режим работы. В двигательном режиме работы приведение в движение транспортного средства может быть обеспечено только за счет крутящего момента двигателя. Кроме того, в случае превышения крутящим моментом уровня, который может быть обеспечен только за счет крутящего момента двигателя, может быть выбран комбинированный режим работы. В комбинированном режиме работы приведение в движение транспортного средства может быть обеспечено за счет крутящего момента двигателя и крутящего момента электромотора.
На этапе 306 может быть произведена проверка выбора электрического режима работы. В случае подтверждения («ДА») способ переходит к этапу 310, который включает в себя приведение в движение транспортного средства за счет крутящего момента электромотора. В случае отссутствия подтверждения выбора электрического режима работы («НЕТ») способ переходит к этапу 308, на котором может быть произведена проверка выбора двигательного режима работы. В случае подтверждения («ДА») способ переходит к этапу 310, который включает в себя оценку величины требуемого водителем крутящего момента. В соответствии с одним из примеров осуществления величина требуемого водителем крутящего момента может быть выведена из положения педали оператора, например, из положения педали акселератора. Как указано в настоящем описании, перемещение гибридного транспортного средства может быть обеспечено за счет сгорания в двигателе первого вида топлива в соответсвии с требованиями водителя, причем в случае изменений требований водителя контроллер может выбрать продолжение использование первого вида топлива или переход на использование топлива второго, отличного от первого, вида в зависимости от величины изменения требований водителя и уровня зарядки батареи. Выбор также может зависеть от результатов сравнения стоимости использования первого вида топлива со стоимостью использования второго вида топлива.
В частности, этап 312 данного способа включает в себя определение соотношения к.п.д. топлива и мощности (частоты вращения двигателя и нагрузки) для каждого из имеющихся видов топлива, например, первого вида топлива и второго вида топлива двухтопливного двигателя, для данной величины требуемого крутящего момента. Эта оценка включает в себя учет различий октанового числа, расходов энергии на насосную подачу и паразитных потерь. Например, контроллер может сравнивать к.п.д. двигателя для каждого вида топлива по различиям октанового числа, например, с учетом того, что высокооктановое топливо обладает более высоким к.п.д. при высоких крутящих моментах, при которых высокооктановое топливо обеспечивает возможность уменьшения запаздывания зажигания, но при низких крутящих моментах, при которых запаздывание зажигания для предотвращения детонации не требуется, к.п.д. обоих видов топлива может быть одинаковым. Аналогичным образом контроллер может сравнивать к.п.д. двигателя для каждого вида топлива по различиям расходов энергии на насосную подачу, например, с учетом того, что газообразное топливо обеспечивает значительное повышение к.п.д. при низких крутящих моментах, при которых расходы энергии на насосную подачу оказывают значительное влияние на к.п.д., но при высоких крутящих моментах, при которых расходы энергии на насосную подачу невелики, к.п.д. обоих видов топлива может быть практически одинаковым. Кроме того, контроллер может сравнивать к.п.д. двигателя для каждого вида топлива по различиям паразитных потерь в каждой из систем подачи топлива, например, с учетом того, что при низких крутящих моментах, при которых паразитные потери оказывают значительное влияние на к.п.д., газообразное топливо или топливо, подаваемое под низким давлением по схеме распределенного впрыска, обеспечивает значительное повышение к.п.д., но при высоких крутящих моментах, при которых влияние паразитных потерь в топливной системе на к.п.д. чрезвычайно мало, к.п.д. обоих видов топлива может быть практически одинаковым. Сочетание октанового числа топлива, расходов энергии на насосную подачу и паразитных потерь по-разному влияет на е.п.д. каждого вида топлива при разных соотношениях частоты вращения двигателя и нагрузки на него. Для каждого конкретного вида топлива могут быть рассмотрены разные комбинации частоты вращения двигателя и нагрузки на него для получения требуемой выходной мощности и определено оптимальное соотношение частоты вращения двигателя и нагрузки на него для данной выходной мощности. Итерационное повторение этой процедуры для разных требуемых уровней мощности позволяет определить оптимальнее соотношение к.п.д. двигателя и мощности для данного топлива, после чего такая информация для каждого вида топлива может быть сохранена в контроллере. На практике может быть сохранена такая информация для разных рабочих соотношений двух видов топлива, что позволяет получить оптимальную работу с использованием смеси двух видов топлива вместо полного переключения между разными видами топлива. Например, при чрезвычайно высоких нагрузках оптимальный к.п.д. может быть получен только с использованием 100% высокооктанового топлива, а при чрезвычайно низких нагрузках оптимальный к.п.д. может быть получен только с использованием 100% низкооктанового топлива, но при промежуточных значениях нагрузки оптимальный к.п.д. может быть получен путем варьирования соотношения долей двух видов топлива, как описано в патентных документах US 7730872 и US 8127745.
Этап 314 способа включает в себя определение цены каждого из видов топлива. В соответствии с одним из примеров осуществления в случае наличия в контроллере транспортного средства оборудования для беспроводной связи цена топлива может быть получена с облачного сервера или внешнего сервера или от заправочной станции. В соответствии с другим примером осуществления цена топлива может быть сохранена в зависимости от географического местоположения или введена водителем транспортного средства. Кроме того, также на этапе 314, после определения цены каждого вида топлива контроллер может разделить к.п.д. на цену топлива для получения оценки удельной мощности на 1 доллар для каждого вида топлива. В соответствии с одним из примеров осуществления контроллер может использовать следующее уравнение:
Удельная мощность на 1 доллар = к.п.д. топлива (в кВт/г/ч) ⋅ константа преобразования / цена топлива (в долл./галлон).
В соответствии с одним из примеров осуществления цена первого вида топлива может быть выше, чем цена второго вида топлива. Кроме того, к.п.д. первого вида топлива может быть выше, в результате чего для получения одинаковой мощности может быть необходимо меньшее количество первого вида топлива, чем второго вида топлива. В таком случае, если эффективная (результирующая) стоимость использования меньшего количества более дорогого топлива меньше, чем эффективная стоимость использования большего количества менее дорогого топлива, значение удельной мощности для первого вида топлива может быть выше, чем для второго вида топлива. Если же эффективная (результирующая) стоимость использования меньшего количества более дорогого топлива больше, чем эффективная стоимость использования большего количества менее дорогого топлива, значение удельной мощности для второго вида топлива может быть выше, чем для первого вида топлива.
Этап 316 данного способа включает в себя определение соотношения к.п.д. топлива и мощности для каждого вида топлива при данном значении требуемого водителем крутящего момента с учетом изменения запаса мощности батареи. Таким образом могут быть оценены разные изменения запаса мощности батареи, причем диапазон изменения запаса мощности батареи выбирают в зависимости от текущего уровня зарядки батареи (который определяет величину мощности, которая может быть получена от батареи, а также величину заряда, который может быть направлен в батарею). В число изменений запас мощности батареи могут входить увеличение уровня зарядки батареи при зарядке батареи за счет мощности двигателя или уменьшение уровня зарядки батареи при разрядке батареи на подачу мощности, дополнительной к мощности двигателя. Например, контроллер может повторять вычисления к.п.д. в предположении передачи 5, 10, -5 и -10 кВт от батари двигателю. Значения 5 и 10 кВт (положительные) соответствуют использованию энергии батареи в дополнение к мощности двигателя, при котором происходит разрядка батареи для беспечения работы двигателя в области более высокого к.п.д. Напротив, значения -5 и -10 кВт (отрицательные) соответствуют подаче мощности двигателя на батарею, при которой происходит зарядка батареи за счет мощности двигателя для беспечения работы двигателя в области более высокого к.п.д. В соответствии с одним из примеров осуществления изменение запаса мощности батареи при использовании первого вида топлива может быть отличным от изменения запаса мощности батареи при использовании второго вида топлива. В соответствии с другими примерами осуществления эти изменения могут быть равными.
Контроллер может произвести выбор между продолжением использования того же топлива и переходам на имеющееся альтернативное топливо в зависимости от стоимости получения требуемой суммарной мощности при использовании каждого из видов топлива с учетом изменения запаса мощности батареи, причем это изменение зависит от уровня зарядки батареи. Этап 318 данного способа включает в себя получение оценки стоимости мощности батареи (связанной с изменением запаса мощности батареи) в предположении среднего за цикл к.п.д. мощности батареи, получаемой от двигателя. Контроллер можетполучить оценку удельной мощности батареи на 1 доллар, разделив к.п.д. получения мощности от батареи на сумму цены топлива и стоимости мощности зарядки батареи. В соответствии с одним из примеров осуществления контроллер может использовать следующее уравнение:
Удельная мощность батареи = к.п.д. (в кВт выходной мощности на кВт входной мощности) / стоимость мощности батареи (в долл./кВт входной мощности) ⋅ константа преобразования
В соответствии с одним из примеров осуществления цена первого вида топлива может быть более высокой, а цена второго вида топлива может быть более низкой. Кроме того, требуемая мощность может быть получена с использованием первого количества первого топлива или второго, меньшего, количества первого топлива вместе с первым количеством мощности батареи. Аналогичным образом требуемая мощность может быть получена с использованием третьего количества второго топлива или четвертого, меньшего, количества первого топлива вместе со вторым количеством мощности батареи. Есди эффективная (суммарная) стоимость использования второго количества первого топлива вместе с первым количеством мощности батареи меньше, чем эффективная стоимость использования четвертого количества второго топлива вместе со вторым количеством мощности батареи, стоимость использования первого топлива может быть выше, чем стоимость использования второго топлива. В противном случае стоимость использования второго топлива может быть выше, чем стоимость использования первого топлива.
Этап 320 данного способа включает в себя определение того, выше ли стоимость работы двигателя на используемом в данный момент топливе с изменением запаса мощности батареи (или без него), чем стоимость работы двигателя на другом топливе с изменением запаса мощности батареи (или без него). Кроме того, может быть определено, превышает ли разница стоимости пороговое значение. В описанном выше примере контроллер может определить, меньше ли стоимость обеспечения требуемой мощности с использованием первого количества первого топлива или второго, меньшего, количества первого топлива в сочетании с первым количество мощности батареи. Аналогичным образом контроллер может определить, меньше ли стоимость обеспечения требуемой мощности с использованием третьего количества второго топлива или четвертого, меньшего, количества первого топлива в сочетании со вторым количество мощности батареи. Затем контроллер может сравнить наиболее выгодные сочетания использования топлива и батареи для каждого вида топлива. В соответствии с одним из примеров осуществления такое сравнение может включать в себя сравнение стоимости использования первого топлива без изменения запаса мощности батареи (наиболее выгодного для первого вида топлива на данном уровне мощности) со стоимостью использования второго топлива с изменением запаса мощности батареи (наиболее выгодного для второго вида топлива на данном уровне мощности). При этом один из первого и второго видов топлива может быть топливом, используемым в данный момент двигателем, а другой из первого и второго видов топлива может быть имеющимся альтернативным топливом.
Затем контроллер может произвести выбор между продолжением использования того же топлива (например, первого вида топлива) и переключением на использование другого топлива (например, второго, альтернативного топлива) в соответствии с результатами такого сравнения. В частности, если стоимость эксплуатации двигателя с использованием того же топлива с изменением запаса мощности батареи (или без него) выше, чем стоимость работы двигателя с использованием альтернативного топлива с изменением запаса мощности батареи (или без него), и разница стоимости превышает пороговое значение, способ переходит к этапу 324, который включает в себя переключение на использование альтернативного топлива с соответствующим изменением запаса мощности батареи. Кроме того, мощность батареи может быть скорректирована для обеспечения положительного или отрицательного изменения, определенного ранее. Кроме того, после перехода на использование альтернативного топлива контроллер может изменить зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки для получения зависимости, оптимизированного для данного сочетания альтернативного топлива и мощности батареи. Например, если используемое в данный момент топливо представляет собой первое топливо, а альтернативное топливо представляет собйо второе топливо, контроллер может произвести переход на использование второго топлива, если стоимость использования второго топлива с изменением запаса мощности батареи ниже, чем стоимость использования второго топлива с изменением запаса мощности батареи более, чем на пороговую величину. Тогда, в случае выбора второго топлива контроллер может обеспечивать работу двигателя со (вторым) скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на него, поддерживая уровень мощности транспортного средства за счет крутящего момента электромотора. Второе скорректированное соотношение частоты вращения двигателя и нагрузки на него может быть определено для второго топлива и может соответствовать области, в которой к.п.д. второго топлива оптимизирован.
Также на этапе 324, в процессе перехода от используемого в данный момент топлива к другому топливу, может быть произведено сглаживание бросков крутящего момента с использованием крутящего момента электромотора. Таким образом, мощность батареи используют для сглаживания бросков крутящего момента путем восполнения провалов крутящего момента, вызванных сменой топлива. Это обеспечивает дополнительное повышение топливной экономичности за счет уменьшения потребности в запаздывании зажигания, которое в противном случае требовалось бы для сглаживания бросков крутящего момента. Крутящий момент мотора может быть получен за счет использования системы накопления энергии, не ограниченной аккумуляторной батареей. В соответствии с другими примерами осуществления крутящий момент мотора может быть получен от одной или нескольких из систем электрического, гидравлического, маховикового и пневматического моторов.
Если на этапе 320 определено, что стоимость эксплуатации двигателя с использованием того же топлива с изменением запаса мощности батареи (или без него) ниже, чем стоимость работы двигателя с использованием альтернативного топлива с изменением запаса мощности батареи (или без него), или стоимость эксплуатации двигателя с использованием того же топлива выше, но разница стоимости не превышает порогового значения, способ переходит к этапу 322, который включает в себя обеспечение требуемой водителем мощности с использованием крутящего момента двигателя, работающего на используемом в данный момент топливе. В частности, контроллер продолжает использовать первое топливо, если стоимость использования второго топлива с изменением запаса мощности батареи ниже, чем стоимость использования второго топлива с изменением запаса мощности батареи менее, чем на пороговую величину. При продолжении использования первого топлива контроллер может возместить недостаток мощности по сравнению с величиной, требуемой водителем, (при наличии такового) за счет крутящего момента электрического мотора, связанного с батареей. Кроме того, в случае выбора первого топлива контроллер может обеспечивать работу двигателя с (первым) скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на него, поддерживая уровень мощности транспортного средства за счет крутящего момента электромотора. Первое скорректированное соотношение частоты вращения двигателя и нагрузки на него может быть определено для первого топлива и может соответствовать области, в которой к.п.д. первого топлива оптимизирован.
В соответствии с одним из примеров осуществления первое топливо представляет собой высокооктановое топливо, содержащее этанол, а второе топливо представляет собой низокооктановое топливо, содержащее бензин. В таком случае использование первого топлива включает в себя прямой впрыск первого топлива, а использование второго топлива включает в себя распределенный впрыск второго топлива. В случае выбора первого топлива контроллер может обеспечивать работу двигателя со скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на него, соответствующим более низкой частоте вращения двигателя и более высокой нагрузке на двигатель. В случае выбора второго топлива контроллер может обеспечивать работу двигателя со скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на него, соответствующим более высокой частоте вращения двигателя и более низкой нагрузке на двигатель.
В соответствии с другим примером осуществления контроллер может использовать схему, например, соответствующую примеру схемы, представленному на фиг. 4, для определения на этапе 312, описанном со ссылкой на фиг. 3, наиболее целесообразного с экономической и энергетической точек зрения топлива для использования в двигателе. На фиг. 4 пресдтавлена схема 400, отражающая профиль экономической целесообразности в некотором диапазоне требуемой водителем мощности для первого и второго видов топлива в двухтопливном двигателе. По аси абсцисс схемы 400 отложена мощность, а по оси ординат - удельная мощность каждого вида топлива на 1 доллар. Кривая 402 (штриховая линия) соответствует профилю стоимости для первого вида топлива, а кривая 404 (сплошная линия) соответствует профилю стоимости для второго вида топлива. Как видно из схемы, по мере увеличения мощности удельная мощность для каждого вида топлива возрастает вместе с увеличением к.п.д, затем удельная мощность выходит на плато, а затем удельная мощность начинает падать в всязи с уменьшением к.п.д. при высоких значениях выходной мощности. Два разных вида топлива обладают разными к.п.д. на разных уровнях мощности в связи с различиями в октановом числе, величинами расходах энергии на насосную подачу и паразитными потерями в системах подачи топлива, как описано выше.
Две кривые 402 и 404 персекаются в рабочей точке 406, которая соответствует уровню мощности 430. В этой рабочей точке к.п.д. и стоимость эксплуатации с использованием обоих видов топлива одинаковы. В соответствии с одним из примеров осуществления в рабочей точке 406 двигатель может использовать первый вид топлива. В случае уменьшения тербуемой водителем мощности, например, при изменении мощности с уровня 430 до уровня 420, может быть более экономически целесообразным использование изменения запаса мощности батареи для продолжения использования первого вида топлива во время перевода режима работы двигателя в рабочую точку 408. В данном случае изменение запаса мощности батареи 412 может включать в себя зарядку батареи двигателем. Таким образом, в рабочей точке 408 с учетом изменения запаса мощности батареи 412 к.п.д. и экономическая эффективность работы двигателя на уровне мощности 420 могут быть более высокими при использовании первого вида топлива.
В соответствии с другим примером осуществления двигатель может использовать в рабочей точке 406 второй вид топлива. В случае увеличения требуемой водителем мощности, например, в случае изменения с уровня мощности 430 до уровня мощности 440, может быть более экономически целесообразным использование изменения запаса мощности батареи для продолжения использования второго вида топлива во время перевода режима работы двигателя в рабочую точку 410. В данном случае изменение запаса мощности батареи 414 может включать в себя разрядку батареи для поддержки работы двигателя батареей. Таким образом, в рабочей точке 410 с учетом изменения запаса мощности батареи 414 к.п.д. и экономическая эффективность работы двигателя на уровне мощности 440 могут быть более высокими при использовании второго вида топлива.
Следует понимать, что хотя настоящий пример предполагает использование двигателем двух разных возможных видов топлива, в соответствии с альтернативными примерами осуществления двигатель может работать на нескольких видах топлива, и контроллер может аналогичным образом сравнивать стоимость использования каждого вида топлива с изменением запаса мощности батареи и без него перед выбором топлива, предназначенного для сгорания в цилиндре двигателя. Кроме того, контроллер может выбрать для сгорания в цилиндре двигателя комбинацию разных видов топлива.
Таким образом, контроллер гибридного транспортного средства может обеспечивать приведение в движение транспортного средства при помощи двигателя с использованием первого топлива, выбранного в соответствии с требуемой водителем мощностью; а в случае изменения требуемой водителем мощности контроллер может производить сравнение первого значения отношения стоимости топлива к к.п.д. при работе с использованием первого вида топлива при первой величине изменения запаса мощности батареи со вторым значением отношения стоимости топлива к к.п.д. при работе с использованием второго, отличного от первого, вида топлива при второй, отличной от первой, величине изменения запаса мощности батареи для данного изменения требуемой водителем мощности. После проведения такого сравнения контроллер может продолжить использование первого вида топлива, если первое значение меньше второго значения; и произвести переход на использование второго вида топлива, если первое значение больше второго значения. Кроме того, контроллер может выбрать первую и вторую величины изменения запаса мощности батареи в зависимости от каждой из величин уровня зарядки батареи, октановых чисел первого и второго видов топлива и изменения требуемой водителем мощности. В соответствии с одним из примеров осуществления изменение требуемой водителем мощности может представлять собой уменьшение требуемой водителем мощности, причем во время уменьшения требуемой водителем мощности первая величина изменения запаса мощности батареи больше, чем вторая величина изменения запаса мощности батареи, а использование первого вида топлива продолжают, если первое значение меньше второго значения. В соответствии с другим примером осуществления изменение требуемой водителем мощности может представлять собой увеличение требуемой водителем мощности, причем во время увеличения требуемой водителем мощности вторая величина изменения запаса мощности батареи больше, чем первая величина изменения запаса мощности батареи, а переход на использование второго вида топлива продолжают, если второе значение меньше первого значения. Кроме того, при продолжении использования первого вида топлива контроллер может обеспечивать работу двигателя в соответствии с первым скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на него при помощи дополнительного крутящего момента электромотора. Напротив, при переходе на использование второго вида топлива контроллер может обеспечивать работу двигателя в соответствии со вторым скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на него при помощи дополнительного крутящего момента электромотора. В соответствии с одним из примеров осуществления октановое число первого вида топлива может быть выше, чем октановое число второго вида топлива, и первое скорректированное соотношение частоты вращения двигателя и нагрузки на него может соответствовать более низкой частоте вращения двигателя и более высокой нагрузке, а второе скорректированное соотношение частоты вращения двигателя и нагрузки на него может соответствовать более высокой частоте вращения двигателя и более низкой нагрузке. Кроме того, контроллер может уменьшать изменения крутящего момента во время перехода с использованием крутящего момента электромотора, получающего питание от батареи.
На фиг. 5 представлена схема 500 примера корректировки использования топлива во время работы гибридного электромобиля. Схема 500 содержит график 502 изменений положения педали (ПП) оператора, график 504 изменений частоты вращения двигателя, график 506 выбора топлива (между первым видом топлива (Топливо №1) и вторым видом топлива (Топливо №2)), графики 508 и 509 изменений количества используемого топлива, соответственно, для первого и второго видов топлива, график 510 изменений выходного крутящего момента двигателя, график 512 изменений выходного крутящего момента электромотора и график 514 изменений уровня зарядки батареи (УЗБ). Все графики представлены в зависимости от времени (отложенного по оси абсцисс). Существенные моменты работы транспортного средства отмечены линиями t1-t5.
До момента t1 гибридное транспортное средство работает в электрическом режиме, причем колеса транспортного средства приводят в движение при помощи крутящего момента электромотора (график 512). В соответствии с одним из примеров осуществления работа транспортного средства в электрическом режиме происходит в связи с низким уровнем требуемой водителем мощности (график 502). Поскольку перемещение транспортного средств аобеспечивает крутящий момент электромотора, подача топлива в двигатель отключена (графиеи 506-509), а УЗБ может постепенно спадать (график 514) в связи с расходом мощности батареи на проивзодство крутящего момента электромотора. В момент t1 в связи с увеличением требуемой водителем мощности (например, при резком нажатии на педаль) транспортное стердство может быть переключено в двигательный режим работы для обеспечения возможности использования крутящего момента двигателя для перемещения транспортного средства и обеспечения требуемой водителем мощности. В частности, с учетом требуемой водителем мощности, цены топлива и уровня зарядки батареи на момент t1 наиболее экономически целесообразным может быть использование первого вида топлива. Соответственно, между моментами t1 и t2 двигатель работает с подачей в цилиндры топлива №1. Количество подаваемого топлива может быть скорректировано в соответствии с требуемой водителем мощностью. Крутящий момент двигателя в это время не используют, в связи с чем УЗБ остается постоянным.
В момент t2 происходит небольшое уменьшение требуемой водителем мощности, но транспортное средство продолжает работать в двигательном режиме. В отсутствие корректировки с использованием электромотора и изменений запаса мощности батареи в случае изменения требуемой водителем мощности может быть необходимо переключение двигателя на использование топлива №2, как показывает штриховая линия 507, и его работу с другим соотношением частоты работы двигателя и нагрузки на него. В частности, двигатель может работать с использованием меньшего количества топлива №2, как показывает штриховая линия 509. Однако переключение на другой вид топлива может быть связано с потерями мощности и снижением к.п.д. Вместо этого контроллер устанавливает, что более эффективно и экономически целесообразно продолжение использования топлива №1 при работе двигателя с изменением запаса мощности батареи, в результате чего между моментами t2 и t3 происходит зарядка батареи. В частности, хотя требуемое количество топлива №2 меньше, продолжение работы с использованием топлива №1 более эффективно. Кроме того, для увеличения к.п.д. использования топлива №1 двигатель работает со скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на него, оптимизированным для топлива №1, устанавливаемым путем корректировки крутящего момента электромотора (в связи с чем между моментами t2 и t3 прилагают отрицательный крутящий момент электромотора, причем электромотор работает в режиме генератора) и скорости зарядки батареи. Скорректированное соотношениее частоты вращения двигателя и нагрузки на него, оптимизированное для топлива №1, может соответствовать большей, чем исходная, нагрузке на двигатель и меньшей, чем исходная, частоте вращения двигателя (по сравнению с нескорретивованным профилем частоты вращения двигателя, представленным штриховой лининей 505). Таким образом, между моментами t2 и t3 обеспечивают повышение топливной экономичности и устранение потребности в переходе на другой вид топлива.
В момент t3 происходит дальнейшее изменение требуемой водителем мощности. В этот момент определяют, что к.п.д. топлива №2 наиболее высок, вследствие чего выполняют переключение на использование другого топлива. Между моментами t3 и t4 двигатель работает с подачей в цилиндры двигателя топлива №2. Во время переключения на использование другого топлива броски крутящего момента сглаживают при помощи крутящего момента электромотора, что отражает небольшое падение УЗБ во время перехода, за которым следует плато величины УЗБ. Кроме того, для увеличения к.п.д. использования топлива №2 двигатель работает со скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на него, оптимизированным для топлива №2, которое соответствует меньшей, чем исходная, нагрузке на двигатель и большей, чем исходная, частоте вращения двигателя (по сравнению с нескорретивованным профилем частоты вращения двигателя, представленным штриховой лининей 505).
В момент t4 происходит увеличение требуемой водителем мощности, но транспортное средство продолжает работать в двигательном режиме. В отсутствие корректировки с использованием электромотора и изменений запаса мощности батареи в случае изменения требуемой водителем мощности может быть необходимо переключение двигателя на использование топлива №1, как показывает штриховая линия 507, и его работу с другим соотношением частоты работы двигателя и нагрузки на него. В частности, двигатель может работать с использованием меньшего количества топлива №1, как показывает сплошная линия 508. Однако переключение на другой вид топлива может быть связано с потерями мощности и снижением к.п.д. Вместо этого контроллер устанавливает, что более эффективно и экономически целесообразно продолжение использования топлива №2 при работе двигателя с изменением запаса мощности батареи, в результате чего между моментами t4 и t5 происходит разрядка батареи. В частности, хотя требуемое количество топлива №1 меньше, продолжение работы с использованием топлива №2 более эффективно. Кроме того, для увеличения к.п.д. использования топлива №2 двигатель работает со скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на него, оптимизированным для топлива №2, устанавливаемым путем корректировки крутящего момента электромотора (в связи с чем между моментами t4 и t5 прилагают положительный крутящий момент электромотора) и скорости разрядки батареи. Скорректированное соотношениее частоты вращения двигателя и нагрузки на него, оптимизированное для топлива №2, может соответствовать меньшей, чем исходная, нагрузке на двигатель и большей, чем исходная, частоте вращения двигателя (по сравнению с нескорретивованным профилем частоты вращения двигателя, представленным штриховой лининей 505). Таким образом, между моментами t4 и t5 обеспечивают повышение топливной экономичности и устранение потребности в переходе на другой вид топлива.
В момент t5 происходит резкое уменьшение требуемой водителем мощности (например, в результате отпускания педали). В связи с уменьшением требуемой мощности транспортное средство может быть переведено в электрический режим работы для обеспечения возможности использования крутящего момента электромотора для перемещения транспортного средства и обеспечения требуемой водителем мощности. Происходит самопроизвольное замедление двигателя до остановки и прекращение подачи топлива в него. В результате работы в электрическом режиме УЗБ начинает падать.
Таким образом, может быть обеспечено сокращение потерь топливной экономичности в системе гибридного транспортного средства, вызванных частыми ускорениями и замедлениями, (например, в городском цикле). Использование крутящего момента электромотора и мощности батареи для обеспечения требуемой водителем мощности при продолжении использования наиболее экономически целесообразного топлива в рабочей области наибольшего к.п.д. позволяет уменьшить частоту переключений многотопливного двигателя между разными видами топлива даже при частых изменениях положения, колебаниях или чрезмерных перемещениях педали оператора. Соответственно, даже в случае чрезмерных колебаний величины нагрузки на двигатель между областями оптимального использования разных видов топлива топливная экономичность может быть повышена путем продолжения работы в более эффективном и экономически целесообразном топливном режиме с использованием незначительной зарядки или разрядки батареи для удовлетворения требований водителя. В целом, использование электрических компонентов системы гибридного транспортного средства при выборе топлива для многотопливного двигателя обеспечивает взаимоусиливающее повышение топливной экономичности.
Способ для гибридного транспортного средства в соответствии с одним из примеров осуществления включает в себя: приведение в движение транспортного средства при помощи двигателя, обеспечивающего сгорание первого вида топлива и второго вида топлива, выбранных в зависимости от мощности, требуемой водителем; и корректировку соотношения использования первого вида топлива и второго вида топлива в случае изменения требуемой водителем мощности в зависимости от изменения требуемой водителем мощности и уровня зарядки системы накопления энергии транспортного средства. В соответствии с предшествующим примером осуществления, дополнительно или не обязательно, корректировка включает в себя выбор между продолжением использования первого вида топлива и переходом на использование второго вида топлива, причем выбор выполняют с учетом результатов сравнения стоимости использования первого вида топлива и стоимости использования второго вида топлива. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, выбор в зависимости от уровня зарядки включает в себя выбор в зависимости от стоимости использования первого и второго видов топлива с учетом изменения запаса мощности, определенного в соответствии с уровнем зарядки. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, изменение запаса мощности, связанное с использованием первого вида топлива, отлично от изменения запаса мощности, связанного с использованием второго вида топлива. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, изменение запаса мощности включает в себя увеличение уровня зарядки путем зарядки системы накопления энергии с использованием крутящего момента двигателя или уменьшение уровня зарядки путем разрядки накопленной энергии для дополнения крутящего момента двигателя. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, выбор включает в себя переход на использование второго вида топлива в случае более низкой стоимости использования второго вида топлива с изменением запаса мощности, по сравнению с использованием первого вида топлива с изменением запаса мощности, на величину, большую порогового значения. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, выбор дополнительно включает в себя продолжение использования первого вида топлива в случае более низкой стоимости использования второго вида топлива с изменением запаса мощности, по сравнению с использованием первого вида топлива с изменением запаса мощности, на величину, меньшую порогового значения. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, способ дополнительно включает в себя компенсацию мощности, недостающей до требуемой водителем при продолжении использования первого вида топлива, за счет крутящего момента электромотора, соединенного с системой накопления энергии. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, способ дополнительно включает в себя работу двигателя с первым скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на двигатель при поддержании уровня мощности транспортного средства с использованием крутящего момента электромотора в случае выбора первого вида топлива, а также работу двигателя со вторым скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на двигатель при поддержании уровня мощности транспортного средства с использованием крутящего момента электромотора в случае выбора второго вида топлива. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, первый вид топлива представляет собой высокооктановое топливо, содержащее этанол, а второй вид топлива представляет собой низкооктановое топливо, содержащее бензин. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, первый вид топлива представляет собой газообразное топливо, в том числе сжатый природный газ, а второй вид топлива представляет собой жидкое топливо, в том числе по меньшей мере бензин. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, использование первого вида топлива в двигателе включает в себя прямой впрыск первого вида топлива, а использование второго вида топлива в двигателе включает в себя распределенный впрыск второго вида топлива.
В соответствии с другим примером осуществления способ для гибридного транспортного средства включает в себя: приведение в движение транспортного средства при помощи двигателя, использующего первый вид топлива, выбранный в соответствии с требуемой водителем мощностью; в случае изменения требуемой водителем мощности: для данного изменения требуемой водителем мощности сравнение первого значения цены топлива, для использования первого вида топлива с первой величиной изменения накопленного запаса мощности, со вторым значением цены топлива, для использования второго, отличного от первого, вида топлива со второй, отличной от первой, величиной изменения накопленного запаса мощности; и продолжение использование первого вида топлива в случае первого значения, меньшего, чем второе значение; и переход на использование второго вида топлива в случае первого значения, большего, чем второе значение для обеспечения измененной требуемой водителем мощности. В соответствии с предшествующим примером осуществления, дополнительно или не обязательно, способ дополнительно включает в себя выбор первой и второй величин изменения накопленного запаса мощностии в зависимости от уровня зарядки системы накопления энергии, октановых чисел первого и второго видов топлива, цены первого и второго видов топлива и величины изменения требуемой водителем мощности. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, изменение требуемой водителем мощности представляет собой уменьшение требуемой водителем мощности, причем в случае уменьшения требуемой водителем мощности первая величина изменения накопленного запаса мощности больше, чем вторая величина изменения накопленного запаса мощности, а использование первого вида топлива продолжают, если первое значение меньше, чем второе значение. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, изменение требуемой водителем мощности представляет собой увеличение требуемой водителем мощности, причем в случае увеличения требуемой водителем мощности вторая величина изменения накопленного запаса мощности больше, чем первая величина изменения накопленного запаса мощности, а переход на использование второго вида топлива выполняют, если второе значение меньше, чем первое значение. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, способ дополнительно включает в себя при продолжении использования первого вида топлива, эксплуатацию двигателя с первым скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на него при помощи корректировок крутящего момента электромотора, и при переходе на использование второго вида топлива, эксплуатацию двигателя со вторым скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на него при помощи корректировок крутящего момента электромотора, причем октановое число первого вида топлива выше, чем октановое число второго вида топлива, причем первое скорректированное соотношение частоты вращения двигателя и нагрузки на него соответствует более низкой частоте вращения и более высокой нагрузке, а второе скорректированное соотношение частоты вращения двигателя и нагрузки на него соответствует более высокой частоте вращения и более низкой нагрузке. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, способ дополнительно включает в себя уменьшение изменений крутящего момента с использованием крутящего момента электромотора, получающего питание от системы накопления энергии, причем система накопления энергии содержит аккумуляторную батарею.
В соответствии с другим примером осуществления система гибридного транспортного средства содержит: электромотор, выполненный с возможностью питания посредством системы накопления энергии; двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр; первый топливный инжектор для впрыска в цилиндр первого вида топлива; второй топливный инжектор для впрыска в цилиндр второго вида топлива; колеса транспортного средства, приводимые в движение посредством крутящего момента электромотора и/или крутящего момента двигателя; датчик положения педали для определения требуемого оператором крутящего момента; и контроллер. Контроллер может быть запрограммирован машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в постоянной памяти, для: продолжения впрыска первого вида топлива с изменением уровня зарядки системы накопления энергии на первую величину для обеспечения требуемого крутящего момента в случае первого изменения требуемого оператором крутящего момента; и переключения на впрыск второго вида топлива с изменением уровня зарядки системы накопления энергии на вторую, отличную от первой величину для обеспечения требуемого крутящего момента в случае второго, отличного от первого изменения требуемого оператором крутящего момента. В соответствии с предшествующим примером осуществления, дополнительно или не обязательно, первое изменение требуемого оператором крутящего момента представляет собой уменьшение требуемого крутящего момента, и изменение уровня зарядки системы накопления энергии на первую величину включает в себя зарядку системы накопления энергии, а второе изменение требуемого оператором крутящего момента представляет собой увеличение требуемого крутящего момента, и изменение уровня зарядки системы накопления энергии на вторую величину включает в себя разрядку системы накопления энергии. В соответствии с любыми или всеми из предшествующих примеров осуществления, дополнительно или не обязательно, контроллер дополнительно содержит инструкции для: эксплуатации двигателя с первым соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на двигатель с сохранением постоянного уровня мощности при продолжении впрыска первого вида топлива; и эксплуатации двигателя со вторым соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на двигатель с сохранением постоянного уровня мощности при переключении на впрыск второго вида топлива.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут исполняться системой управления, содержащей контроллеры в сочетании с различными датчиками, исполнительными устройствами и другими компонентами двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
Изобретение относится к управлению расходом топлива в двигателе системы гибридного транспортного средства. Техническим результатом является повышение топливной экономичности в системе гибридного транспортного средства. Результат достигается тем, что в случае изменения требуемой водителем мощности во время работы двигателя контроллер может принять решение о переходе на использование другого топлива или о продолжении использования того же топлива с использованием накопленной мощности. Выбор может быть произведен с учетом сочетания вида топлива и изменения запаса мощности, обеспечивающего наибольший кпд двигателя при наименьшей стоимости использования топлива. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.
1. Способ для гибридного транспортного средства, включающий в себя следующие этапы:
приводят в движение транспортное средство при помощи двигателя, обеспечивающего сгорание первого вида топлива и второго, отличного от первого, вида топлива, выбранных в зависимости от требуемой водителем мощности; и
корректируют соотношение использования первого вида топлива и второго вида топлива в случае изменения требуемой водителем мощности в зависимости от изменения требуемой водителем мощности и уровня зарядки системы накопления энергии посредством выбора между продолжением использования первого вида топлива и переходом на использование второго вида топлива,с учетом результатов сравнения стоимости использования первого вида топлива и стоимости использования второго вида топлива, причем корректировка также зависит от стоимости использования первого и второго видов топлива с учетом изменения запаса мощности, определенного в соответствии с уровнем зарядки.
2. Способ по п. 1, в котором изменение запаса мощности, связанное с использованием первого вида топлива, отлично от изменения запаса мощности, связанного с использованием второго вида топлива.
3. Способ по п. 1, в котором изменение запаса мощности включает в себя увеличение уровня зарядки путем зарядки системы накопления энергии с использованием крутящего момента двигателя или уменьшение уровня зарядки путем разрядки накопленной энергии для дополнения крутящего момента двигателя.
4. Способ по п. 1, в котором выбор дополнительно включает в себя переход на использование второго вида топлива в случае более низкой стоимости использования второго вида топлива с изменением запаса мощности, по сравнению с использованием первого вида топлива с изменением запаса мощности, на величину, большую порогового значения.
5. Способ по п. 4, в котором выбор дополнительно включает в себя продолжение использования первого вида топлива в случае более низкой стоимости использования второго вида топлива с изменением запаса мощности, по сравнению с использованием первого вида топлива с изменением запаса мощности, на величину, меньшую порогового значения.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно компенсируют мощность, недостающую до требуемой водителем при продолжении использования первого вида топлива, за счет крутящего момента электромотора, соединенного с системой накопления энергии.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно обеспечивают работу двигателя с первым скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на двигатель при поддержании уровня мощности транспортного средства с использованием крутящего момента электромотора в случае выбора первого вида топлива, и обеспечивают работу двигателя со вторым скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на двигатель при поддержании уровня мощности транспортного средства с использованием крутящего момента электромотора в случае выбора второго вида топлива.
8. Способ по п. 1, в котором первый вид топлива представляет собой высокооктановое топливо, содержащее этанол, а второй вид топлива представляет собой низкооктановое топливо, содержащее бензин.
9. Способ по п. 1, в котором первый вид топлива представляет собой газообразное топливо, в том числе сжатый природный газ, а второй вид топлива представляет собой жидкое топливо, в том числе по меньшей мере бензин.
10. Способ по п. 9, в котором использование первого вида топлива в двигателе включает в себя прямой впрыск первого вида топлива, а использование второго вида топлива в двигателе включает в себя распределенный впрыск второго вида топлива.
11. Способ для гибридного транспортного средства, включающий в себя следующие этапы:
приводят в движение транспортное средство при помощи двигателя, использующего первый вид топлива, выбранный в соответствии с требуемой водителем мощностью; и
в случае изменения требуемой водителем мощности:
для данного изменения требуемой водителем мощности сравнивают первое значение цены топлива, для использования первого вида топлива с первой величиной изменения накопленного запаса мощности, со вторым значением цены топлива, для использования второго, отличного от первого, вида топлива со второй, отличной от первой, величиной изменения накопленного запаса мощности; и
продолжают использование первого вида топлива в случае первого значения, меньшего, чем второе значение; и
переходят на использование второго вида топлива в случае первого значения, большего, чем второе значение для обеспечения измененной требуемой водителем мощности.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что дополнительно выбирают первую и вторую величины изменения накопленного запаса мощности в зависимости от уровня зарядки системы накопления энергии, октановых чисел первого и второго видов топлива, цен первого и второго видов топлива и величины изменения требуемой водителем мощности.
13. Способ по п. 11, в котором изменение требуемой водителем мощности представляет собой уменьшение требуемой водителем мощности, причем в случае уменьшения требуемой водителем мощности первая величина изменения накопленного запаса мощности больше, чем вторая величина изменения накопленного запаса мощности, и использование первого вида топлива продолжают, если первое значение меньше, чем второе значение.
14. Способ по п. 11, в котором изменение требуемой водителем мощности представляет собой увеличение требуемой водителем мощности, причем в случае увеличения требуемой водителем мощности вторая величина изменения накопленного запаса мощности больше, чем первая величина изменения накопленного запаса мощности, а переход на использование второго вида топлива выполняют, если второе значение меньше, чем первое значение.
15. Способ по п. 11, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя при продолжении использования первого вида топлива эксплуатацию двигателя с первым скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на него при помощи корректировок крутящего момента электромотора, и при переходе на использование второго вида топлива - эксплуатацию двигателя со вторым скорректированным соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на него при помощи корректировок крутящего момента электромотора, причем октановое число первого вида топлива выше, чем октановое число второго вида топлива, причем первое скорректированное соотношение частоты вращения двигателя и нагрузки на него соответствует более низкой частоте вращения и более высокой нагрузке, а второе скорректированное соотношение частоты вращения двигателя и нагрузки на него соответствует более высокой частоте вращения и более низкой нагрузке.
16. Система гибридного транспортного средства, содержащая:
электромотор, выполненный с возможностью питания посредством системы накопления энергии;
двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр;
первый топливный инжектор для впрыска в цилиндр первого вида топлива;
второй топливный инжектор для впрыска в цилиндр второго вида топлива;
колеса транспортного средства, выполненные с возможностью приведения в движение посредством крутящего момента электромотора и/или крутящего момента двигателя;
датчик положения педали для определения требуемого оператором крутящего момента; и
контроллер, содержащий машиночитаемые инструкции, сохраненные в долговременной памяти, для:
в случае первого изменения требуемого оператором крутящего момента, сравнения первого значения цены топлива, для использования первого вида топлива с первой величиной изменения накопленного запаса мощности, со вторым значением цены топлива, для использования второго вида топлива со второй величиной изменения накопленного запаса мощности, и продолжения впрыска первого вида топлива с изменением уровня зарядки системы накопления энергии на первую величину для обеспечения первого изменения требуемого оператором крутящего момента, причем первое значение меньше второго значения; и
в случае второго, отличного от первого, изменения требуемого оператором крутящего момента, сравнения третьего значения цены топлива, для использования первого вида топлива с третьей величиной изменения накопленного запаса мощности, с четвертым значением цены топлива, для использования второго вида топлива с четвертой величиной изменения накопленного запаса мощности, и переключения на впрыск второго вида топлива с изменением уровня зарядки системы накопления энергии на вторую, отличную от первой, величину для обеспечения второго изменения требуемого оператором крутящего момента, причем третье значение больше четвертого значения.
17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что первое изменение требуемого оператором крутящего момента представляет собой уменьшение требуемого крутящего момента, и изменение уровня зарядки системы накопления энергии на первую величину включает в себя зарядку системы накопления энергии, а второе изменение требуемого оператором крутящего момента представляет собой увеличение требуемого крутящего момента, и изменение уровня зарядки системы накопления энергии на вторую величину включает в себя разрядку системы накопления энергии.
18. Система по п. 16, отличающаяся тем, что контроллер дополнительно содержит инструкции для:
эксплуатации двигателя с первым соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на двигатель с сохранением постоянного уровня мощности при продолжении впрыска первого вида топлива; и
эксплуатации двигателя со вторым соотношением частоты вращения двигателя и нагрузки на двигатель с сохранением постоянного уровня мощности при переключении на впрыск второго вида топлива.
| US 2009271090 A1, 2009.10.29 | |||
| US 2015006000 A1, 2015.01.01 | |||
| US 8165780 B2, 2012.04.24 | |||
| US 2014261345 A1, 2014.09.18 | |||
| US 5806617 A, 1998.09.15 | |||
| US 6442455 B1, 2002.08.27 | |||
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИС[β-(2-ОКСИФЕНОКСИЭТИЛ)]ОКСИДА | 2011 |
|
RU2479567C2 |
| Ручная тележка, например, для отделочного текстильного производства | 1959 |
|
SU124317A1 |
