加熱發動機機油的方法和系統的制作方法

專利名稱：加熱發動機機油的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有內燃發動機和電驅動系統的混合動力電動車輛。
背景技術：
減少汽車和其它由內燃發動機(ICE)驅動的車輛的化石燃料消耗和排放的需求 已為眾所周知。電動馬達驅動的車輛試圖滿足這些需求。然而，電動車輛具有受剖限 制的行駛范圍和受到限制的能量容量且需要充足的時間以對其電池充電。 一種可選解 決方案為將ICE和電動牽引馬達兩者結合在一輛車輛中。這種車輛典型地被稱為混合 動力電動車輛(HEV)。 HEV可設置為多種配置，其中一些配置需要操作者在電動運轉 和內燃運轉間選擇，而在其他一些配置中內燃發動機驅動與電驅動之間的轉換自動執 行。
最常見的配置為
a. 串聯混合動力電動車輛(SHEV)，其中內燃發動機連接至稱為發電機的電動 馬達。發電機依次地向電池和另一個稱為牽引馬達的電動馬達提供電能。在SHEV中， 牽引馬達是唯一的車輪扭矩源。在發動機與驅動輪之間沒有機械連接；
b. 并聯混合動力電動車輛(PHEV)配置具有一起提供需要的車輪扭矩以驅動車 輛的內燃發動機和電動馬達。在PHEV配置中，電動馬達可用作通過ICE產生的能量對 電池充電的發電機；以及
c. 并聯/串聯混合動力電動車輛(PSHEV),由于其兼有PHEV和SHEV配置的特性 并典型地被稱為"動力分配"配置。在PSHEV中，內燃發動機通過行星齒輪組驅動橋 機械連接至兩個電動馬達。第一電動馬達即發電機連接至中心齒輪，內燃發動機連接 至行星齒輪架，牽引馬達形式的第二電動馬達通過驅動橋中的附加傳動裝置連接至環 形(輸出)齒輪。來自內燃發動機的扭矩驅動發電機以對電池充電。發電機還對需要 的車輪(輸出軸)扭矩做出貢獻。牽引馬達用于貢獻車輪扭矩，并且如果使用再生制 動系統則用于重新獲得制動能量以對電池充電。
將內燃發動機與電動馬達結合起來的需求很清楚，減低內燃發動機燃料消耗與排 放而不會感覺到車輛性能或行駛范圍損失。
所有的混合動力電動車輛的一個共同特征在于隨時可能停用時停止內燃發動機 以減少排放和燃料消耗，這樣的缺點在于內燃發動機經常在其最佳運行溫度以下運行 并且特別地發動機機油溫度經常低于所期望的溫度，這樣會在發動機內增加摩擦，因 此導致了較低的總體功效。在為柴油發動機的情況下，發動機的冷運轉會引起特殊的問題，因為對于柴油發 動機，以被稱為后噴射的方法在燃燒循環后期噴射燃料以再生排氣后處理裝置例如柴 油微粒捕集器、NOx捕集器或催化轉化器是常規做法。這種燃料后噴射的不利之處在 于其導致燃料轉移到發動機機油內，并且隨著機油溫度降低轉移到發動機機油內的燃 料量有增加的趨勢。
因此，在需要排氣后處理裝置再生時需要以最高可能安全機油溫度運行。

發明內容
本發明的目的在于提供以有效方式加熱混合動力電動車輛的內燃發動機的發動 機機油的方法與裝置。
依照本發明的第一方面，提供一種加熱具有電驅動系統的混合動力電動車輛的柴 油發動機的發動機機油的方法，所述電驅動系統具有包括設置去從用于冷卻電驅動系 統的冷卻劑傳輸熱量至發動機機油的熱交換器的冷卻回路，且柴油發動機具有排氣后 處理裝置，該方法包括確定冷卻劑的溫度是否高于發動機機油的溫度，確定是否需要 排氣后處理裝置再生，如果需要排氣后處理裝置再生且冷卻劑的溫度高于發動機機油 的溫度，則在開始排氣后處理裝置再生之前通過從冷卻劑傳輸熱量至發動機機油而加 熱發動機機油。
使用冷卻劑加熱發動機機油可以包括使冷卻劑和發動機機油流過共同的熱交換
器o
依照本發明的第二方面，提供一種混合動力電動車輛，其具有提供排氣至排氣后 處理裝置的用發動機機油潤滑的柴油發動機和帶有冷卻回路的電驅動系統，該冷卻回 路具有用于冷卻電驅動系統的冷卻劑可選擇性穿過的熱交換器及由控制器控制的用 于控制冷卻劑流過熱交換器的閥，其中熱交換器被設置為在冷卻劑與發動機機油之間 傳輸熱量，當冷卻劑的溫度高于發動機機油的溫度時并且將發生排氣后處理裝置再生 時，控制器可搡作以開啟閥從而允許冷卻劑流過熱交換器以加熱發動機機油。
控制器可搡作以允許冷卻劑流過熱交換器以在排氣后處理裝置再生開始之前加 熱發動機機油。
熱交換器可以是共同的熱交換器，且當將發生排氣后處理裝置再生時，冷卻劑和
發動機機油兩者皆可流過該熱交換器。
其具有的一個優點在于冷卻劑和發動機機油流過熱交換器的單獨控制可用于控
制發動機機油的加熱。這在例如熱交換器位于油底殼內及只有冷卻劑流過熱交換器時 是不可能實現的。
本發明的第二優點在于在連接至柴油發動機的排氣后處理裝置再生的情況下能 夠減少轉移進發動機機油內的燃料。
現在將參考附圖以舉例的方式對本發明進行描述。


圖l為依照本發明的柴油混合動力電動車輛的圖示。
圖2A為與所述混合動力電動車輛的內燃發動機和電驅動系統相關的冷卻回路的 圖示。
圖2B為用于電驅動系統的又一冷卻回路的實施例。
圖3為顯示使用來自電驅動系統的冷卻劑加熱發動機機油的方法的流程圖。 圖4為顯示根據本發明使用機油加熱再生排氣后處理裝置的方法的流程圖。
具體實施例方式
參考圖1與圖2,顯示了柴油混合動力電動車輛5，其在本實施例中為并聯/串聯 混合動力電動車輛(動力分配)配置。
車輛5具有柴油發動機20,來自所述柴油發動機20的排氣流穿過排氣后處理裝 置，所述排氣后處理裝置在本實施例中為柴油微粒捕集器50。
機油泵54 (未顯示在圖1中)用來使機油從油底殼21流經柴油發動機20的潤 滑油回路與發動機機油冷卻器回路并返回到油底売21循環。
機油泵54可由發動機20直接驅動，或為電動機油泵，在為電動機油泵的例子中 機油由控制器36可控地流過柴油發動機20。
發動機機油冷卻器回路包括機油泵54、散熱器56和旁通閥55,當發動機機油的 溫度低于預定溫度時，所述旁通閥55可被溫度控制或電子控制去繞過散熱器56以加 速加熱發動機機油。
發動機20也具有用于冷卻發動機20的汽缸體與汽缸蓋的冷卻劑回路，其包括冷 卻劑泵52、散熱器51和旁通閥53,當發動機冷卻劑的溫度低于預定溫度時，所述旁 通閥53可被溫度控制或電子控制去繞過散熱器51以加速加熱發動機20。
電驅動系統60包括牽引馬達30并也可以包括用于提供電傳動給混合動力車輛5 的該系統的其他組件，例如發電機/馬達24、電池控制模塊38和傳動控制單元40。 所述電驅動系統60具有包括散熱器61、泵62、旁通閥63、液體-液體熱交換器70 和電子控制閥64的冷卻回路。
流過電驅動冷卻回路的液體冷卻劑可以為水或機油或任何其他合適的液體。
控制器36可操作以接收多個來自傳感器71、 72及73的溫度輸入信號。所述傳 感器71、 72及73提供指示發動機機油溫度的信號、指示分別來自熱交換器70上游 和下游的冷卻劑溫度的信號。
行星齒輪組26將齒輪架通過單向離合器44機械連接至柴油發動機20，并將中 心齒輪機械連接至發電機/馬達24，將環形(輸出)齒輪連接至牽引馬達30。
發電機/馬達24也機械連接至制動器22并電連接至電池28。牽引馬達30通過第二齒輪組32機械連接至行星齒輪組26的環形齒輪，并電連 接至電池28。行星齒輪組26的環形齒輪通過輸出軸33機械連接至車輛5的驅動輪 34。
牽引馬達30可用于通過第二齒輪組32增加在并聯路徑上從柴油發動機20傳遞 給驅動輪34的動力。
總體的系統控制由常被稱作車輛系統控制器的控制器36執行。
控制器36通過連接至每個部件控制器操作所有的車輛主要部件，且在本例中含 有動力系統控制模塊(PCM),盡管PCM可以封裝于獨立的單元中。
控制器36通過硬連線接口連接至柴油發動機20,且也通過通信網絡連接至電池 控制單元(BCU) 38和傳動管理單元(TMU) 40。
電池控制單元38通過硬連線接口連接至電池28,而傳動管理單元40通過硬連 線接口控制發電機/馬達24和牽引馬達30。
控制器36確定何時運轉柴油發動機20以便為車輛5提供牽引力，或以便驅動發 電機/馬達24以對電池28充電。
混合動力電動車輛5的運轉現將具體結合參照圖2A來描述。
當控制器36要求時，起動和停止發動機20以便最小化污染和最大化燃料經濟性。 本領域技術人員應該明白的是，需要使用于潤滑發動機20的發動機機油處于或接近 優選的運轉溫度(在100° C附近)以便最小化發動機20內的摩擦。
因此，依照本發明的一個實施例，只要發動機20在運轉，控制器36就可操作以 通過使用來自溫度傳感器71的信號確定發動機機油是否低于其優選的運轉溫度，并 且如果通過控制器36確定發動機機油溫度低于其優選的運轉溫度，則控制器36可操 作以確定用于冷卻電驅動系統的冷卻劑是否能被用于加熱發動機機油。也就是說，如 果電驅動系統冷卻劑溫度高于發動機機油溫度，熱交換器70能夠用于加速加熱或輔 助加熱發動機機油。
在這種通常存在于發動機20剛剛冷起動后或當混合動力車輛行駛在發動機20有 一段時間沒有使用的城巿環境中的情況下，控制器36可搡作以使閥64打開以便冷卻 劑能夠流過熱交換器70并加熱發動機機油。
在上面描述的實施例的修改例中，當需要加熱發動機機油時，旁通閥63也可被 控制器36控制并被設置為防止冷卻劑流過散熱器61,除非從接收來自位于熱交換器 下游側的溫度傳感器73的信號確定冷卻劑的溫度超過預定最高安全運轉溫度。最高 安全運轉溫度為冷卻劑在該溫度之上會發生沸騰，或如果冷卻劑為油基的，將會發生 油的退化或快速老化的溫度。
在上述兩個例子中的任一個中，在當發生發動機機油通過熱交換器70加熱的時 期內，旁通閥55也為打開，因此基本上沒有發動機機油通過散熱器56。旁通閥" 能為溫度調節類型或被控制器36控制。在本發明的第二實施例中，機油泵54為電動機油泵，且因此發動機20不必運轉 以使機油循環流過散熱器56或熱交換器70。在這例子中，倘若混合動力車輛5在使 用，則可能使用熱交換器70作為用于電驅動系統60的主要冷卻器并使電驅動系統冷 卻劑循環流過熱交換器70。當混合動力電動車輛5處于使用中時，即使發動機20沒 有運轉，發動機機油也持續地循環流過熱交換器70。
這種具有的優點是循環發動機機油會使發動機20比其本來更熱，因此減少在起 動時的排放并保證當發動機20起動時發動機機油溫度已經處于在正常環境溫度之 上，例如舉例并且不限于75° C,因此減小了在開始運轉發動機20時的摩擦。在這 個例子中，倘若電驅動系統冷卻劑的溫度高于發動機機油的溫度時，閥64允許電驅 動系統冷卻劑流過熱交換器70。如果熱交換器70的冷卻效果不足以維持電驅動系統 冷卻劑的溫度低于其優選的運轉溫度，則控制器36可操作以關閉旁通閥63以使冷卻 劑流過散熱器61,或者如果旁通閥63為溫度調節閥，當冷卻劑的溫度超過優選的運 轉溫度時，冷卻劑的溫度將自動關閉旁通閥63。
在上面描述的兩個實施例中，熱交換器70用于加熱發動機機油以便減小發動機 20內的摩擦和/或減少發動機起動時的排放。
圖2B顯示了電驅動系統的冷卻回路，其有意作為顯示在圖2A中的電驅動系統的 冷卻回路的直接置換。
根據本發明，當排氣后處理裝置50再生需要時，使用熱交換器70去加熱發動機 機油以便減少在再生時傳輸至機油內的燃料量。
本領域技術人員應該明白的是，為了再生連接至柴油發動機的排氣后處理裝置， 常規做法是使用燃料延遲噴射或后噴射以便增加排氣后處理裝置的溫度，而且這種燃 料后噴射常導致燃料傳輸進發動機機油內。燃料傳輸進機油內是不利的，因為高度的 燃料稀釋會導致嚴重的發動機磨損。為了避免這種機油稀釋引起的磨損，通常的做法 是縮短發動機維修間隔，發動機的維修對于發動機用戶是不便的且會增加車輛運轉成 本。
為了排氣后處理裝置再生的目的輔助機油加熱，需要電驅動系統冷卻劑的運轉溫 度高于發動機機油的正常運轉溫度。在發動機20的正常運轉時和電驅動系統60的正 常運轉時，發動機機油在需要時被散熱器56冷卻且電驅動冷卻劑穿過散熱器61被冷 卻。
然而，在開始排氣后處理裝置50的再生之前，倘若從熱交換器70返回的冷卻劑 的溫度低于冷卻劑的最高運轉溫度，控制器36可操作以切換穿過電驅動系統60的冷 卻劑流以使其流過熱交換器70和繞過散熱器61。
如果該溫度在最高運轉溫度之上，則旁通閥63關閉且冷卻劑在返回電驅動系統 60之前也流過散熱器61。這使從電驅動系統冷卻劑傳輸至發動機機油的熱量最大化， 同時確保電驅動系統60沒有過熱。在排氣后處理裝置再生之前加熱發動機機油是期望的，因為在排氣后處理裝置 50再生時，發動機機油溫度越高，傳輸進發動機機油內的燃料量越少。 參閱圖3,其顯示了使用上述系統加熱發動機機油的方法。
該方法從步驟100開始，其為當發動機20起動時。該步驟可被稱為"接通"步驟。
然后，該方法進入步驟IIO,此處確定是否需要加熱發動機機油。需要加熱發動 機機油有幾個理由，但最主要的理由是如果發動機機油的溫度為低則期望加熱發動機 機油。
如果不需要加熱發動機機油，因為其已經位于正常工作溫度，則該方法循環步驟 IIO直至需要加熱，在需要加熱的點上該方法進入步驟120。
在步驟120處，確定流過電驅動.系統的冷卻劑的溫度是否高于循環過柴油發動機 20的發動機機油的溫度。如果冷卻劑的溫度沒有高于發動機機油的溫度，其不能用 于加熱發動機機油并且該方法終止于步驟160處。
如果冷卻劑的溫度高于發動機機油的溫度，則該方法然后進入至步驟130。
在步驟130，控制器36可搡作以允許來自電驅動系統60的冷卻劑流過熱交換器 70以使其加熱發動機機油，并且有利地，當混合動力電動車輛5在使用時，發動機 機油通過電動機油泵持續地循環流過發動機20。可選地，如果使用發動機驅動機油 泵，盡管冷卻劑循環過熱交換器，其將對發動機機油僅有很小的加熱效應，直到發動 機20起動，機油流過發動機20和熱交換器70。
然后在步驟140處，其確定是否仍需要加熱發動機機油。例如，如果發動機機油 的溫度接近從電驅動系統60流向熱交換器70的冷卻劑的溫度，則進一步通過來自電 驅動系統60的冷卻劑加熱發動機機油是不可能的，并且控制器36可操作以停止來自 電驅動系統60的冷卻劑流過熱交換器70,如步驟150所示。作為當加熱不再需要時 的可選例，如果發動機機油的運轉溫度接近其正常運轉溫度，則不再需要加熱，且控 制器36可操作以停止來自電驅動系統60的冷卻劑流過熱交換器70,如步驟150所 示。在另一例子中，如果在步驟140處需要繼續加熱，則該方法返回至步驟120。
在步驟150后，該方法結東于步驟160,然而在實踐中其可返回至步驟110以使 其在混合動力車輛5在使用時能持續運轉。
具體參閱圖2B和圖4,這里顯示了柴油發動機的排氣后處理裝置的再生方法的 一部分，其在開始排氣后處理裝置的再生之前使用電驅動系統冷卻劑加熱發動機機 油。因此步驟220總體上相對應于顯示在圖3中的步驟130,步驟250對應于顯示在 圖3中的步驟150。
當發動機20起動時，該方法開始于步驟200。該步驟可被稱為"接通"步驟。 然后，該方法進入至步驟210，此處確定排氣后處理裝置50的再生是否需要。 如果不需要再生，該方法循環于步驟210直到需要再生，在需要再生的點上該方法進入至步驟220。
在步驟220處，循環流過發動機20的機油溫度通過使用參照圖3如前所描述的 熱交換器70去加熱發動機機油從其正常運轉溫度范圍90-100° C增加至提高的溫度 范圍120-150° C。也就是說，顯示在圖3中的步驟IIO在這個例子中為關于排氣后 處理裝置50是否需要再生的判斷。應注意到發動機機油的溫度在再生開始前增加以 確保當再生開始時，其處于提高的溫度。
在步驟處，其使用機油溫度傳感器71確定機油溫度是否已經達到預定的較 低溫度限值，在這個例子中為120。 C,如果預定溫度已經達到，控制器36可操作以 直接開始燃料后噴射或發送信號至其他控制單元以開始該處理，如步驟230所指示。 如果溫度沒有達到預定溫度，則延遲再生直到發動機機油溫度已有足夠的上升。
在排氣后處理裝置50的再生發生的時期內，機油溫度被維持在提高的溫度，其 不僅減少了被機油吸收的燃料量，也導致燃料從循環流過系統或儲存在如油底殼的存 儲器內的任何機油中蒸發。
當確定排氣后處理裝置已經再生時，燃料后噴射終止，如步驟240中所指示。
機油溫度在再生停止后的預定時期內仍然維持在其提高的水平以進一步從機油 中蒸發燃料。考慮到再生的預測時間或預期時間，這段預定時期可從后噴射結東時間 或再生開始時間起運行。
一旦預定時期過去，該方法就從步驟240進入步驟250。在步驟250中機油的溫 度減小到其正常運轉范圍，在本例中通過在控制器36的控制下關閉閻64以使來自電 驅動系統60的冷卻劑不再流過熱交換器70。
該方法然后進入至步驟260,在步驟260處確定發動機20是否仍在運轉。如果 發動機20仍在運轉(接通=是)，則方法返回步驟210,但是如果確定發動機20未在 運轉(接通=否)，則方法結東。
應該明白的是描述的方法只是依照本發明方法的一個例子，并且本發明不限于描 述的步驟或執行這些步驟的順序。
還應理解，可設計各種冷卻系統配置以有助于從電驅動系統冷卻劑傳遞熱量至發 動機機油，且本發明的方法不限于圖2A和圖2B所示的系統。
對于本領域技術人員應該明白的是，盡管本發明已經通過參照一個或多個實施例 舉例描述，但是并不限制于所公開的實施例，在不脫離本發明范圍下，可對所公開的 實施例或可選實施例進行一個或多個修改。
權利要求
1. 一種加熱具有電驅動系統的混合動力電動車輛的柴油發動機的發動機機油的方法，所述電驅動系統具有包括設置去從用于冷卻所述電驅動系統的冷卻劑傳輸熱量至所述發動機機油的熱交換器的冷卻回路，且所述柴油發動機具有排氣后處理裝置，該方法包括確定所述冷卻劑的溫度是否高于所述發動機機油的溫度，確定是否需要所述排氣后處理裝置的再生，如果需要所述排氣后處理裝置的再生且所述冷卻劑的溫度高于所述發動機機油的溫度，則在開始所述排氣后處理裝置的再生之前通過從所述冷卻劑傳輸熱量至所述發動機機油而加熱所述發動機機油。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，使用所述冷卻劑加熱所述發動機機油 包括使所述冷卻劑和所述發動機機油流過共同的熱交換器。
3. —種混合動力電動車輛，其具有提供排氣至排氣后處理裝置的用發動機機油 潤滑的柴油發動機和帶有冷卻回路的電驅動系統，所述冷卻回路具有用于冷卻所述電 驅動系統的冷卻劑可選擇性穿過的熱交換器及由控制器控制的用于控制冷卻劑流過 所述熱交換器的閥，其中所述熱交換器被設置為在所述冷卻劑與所述發動機機油之間 傳輸熱量，當所述冷卻劑的溫度高于所述發動機機油的溫度時并且將發生所述排氣后 處理裝置的再生時，所述控制器可操作以開啟所述閥從而允許冷卻劑流過所述熱交換 器以加熱所述發動機機油。
4. 如權利要求3所述的混合動力電動車輛，其特征在于，所述控制器可操作以允 許冷卻劑流過所述熱交換器以在開始所述排氣后處理裝置的再生之前加熱所述發動 機機油。
5. 如權利要求3或4所述的混合動力電動車輛，其特征在于，所述熱交換器是 共同的熱交換器，且當將發生所述排氣后處理裝置的再生時，可致使所述冷卻劑和所 述發動機機油兩者皆可流過所述熱交換器。
全文摘要
本發明涉及加熱發動機機油的方法和系統，公開一種加熱具有通過液體冷卻回路冷卻的電驅動系統(60)的混合動力電動車輛(5)的柴油發動機(20)的發動機機油的方法，該方法包括當需要再生排氣后處理裝置(50)時，使用需要從電驅動系統(60)的冷卻回路排出的熱量并通過使用讓冷卻劑和發動機機油選擇性地流過的熱交換器(70)去加熱發動機(20)的發動機機油。
文檔編號B60K6/20GK101424200SQ20081017519
公開日2009年5月6日 申請日期2008年10月28日 優先權日2007年10月30日
發明者伊恩·佩格, 邁克·瓦茨 申請人:福特環球技術公司