CN103287251A - 一种混合动力发动机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力发动机系统，包括电机/发电机单元、初级发动机模块、次级发动机模块、储能装置、动力输出装置、第一可控联轴器、第二可控联轴器、第三可控联轴器、第四可控联轴器和控制器；动力输出装置与储能装置结合以将旋转扭力传递给负载，第一可控联轴器连接电机/发电机单元和储能装置，第二可控联轴器连接初级发动机模块和储能装置，第三可控联轴器连接次级发动机模块和储能装置，第四可控联轴器通过动力输出装置连接储能装置和负载，控制器连接发动机各离合器。本发明的有益效果是：制造了一种更优的混合动力发动机系统，可提供相对更高的动力传输效率，同时其机械结构和控制也更简单。

Description

一种混合动力发动机系统

技术领域

本发明涉及内燃机领域，具体涉及一种混合动力发动机系统。 

背景技术

传统混合动力系统的车辆采用一个单独的发动机与电机/发电机连接的布置形式。虽然这样的组合大幅提高了燃油效率，但是在提高车辆里程效率和减少排放方面还有可提升的空间。 

最近在混合动力系统的配置中也包含了多个功率不同的内燃机，这些内燃机与电机/发电机和变速器配合来驱动车辆。例如，在美国专利号6,722,458中，多台有不同功率的内燃机以可切换的并联连接方式来驱动变速器，而电机/发电机与另一单独的驱动轴连接，来实现辅助驱动车辆或者产生电流。 

含有单个曲轴和对置缸体、对置活塞的二冲程内燃机（OPOC发动机），无论用作车辆的原动机还是用作固定式装置的原动力，都展示出了对进一步提高燃油效率和降低排放的巨大优势。 

中国专利CN201808437U公开了一种基于超级电容的混合动力系统，所述的混合动力系统包括发动机、电动机，驱动桥、发电机、发电控制器、驱动控制器，及电池，其中的发动机与电动机相连接，电动机又与驱动桥相连接，所述的发动机还与发电机相连接，发电机通过发电控制器与电池连接，电动机又通过驱动控制器与电池连接，所述的电池为超级电容电池。本发明的优点在于：本发明将超级电容电池引入混合动力系统，克服了电动汽车长久以来一直无法解决的电池问题，使得电动汽车实现大规模的商业应用成为现实。 

中国专利CN102282030A公开了一种用于车辆或其它负载的混合发动机和耦合系统，其采用了以程序化的方式将电动机/发电机单元通过可控耦合器连接到动能存储装置和一个或多个内燃机模块。几个具体实施例提供了满足不同动力和组装设计要求的各种配置。 

发明内容

针对现有内燃机动力系统使用上的局限性，本发明提供一种使用更高动力传输效率的混合动力发动机系统。 

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是： 

一种混合动力发动机系统，其特征在于，包括电机/发电机单元、初级发动机模块、次级发动机模块、储能装置、动力输出装置、第一可控联轴器、第二可控联轴器、第三可控联轴器、第四可控联轴器和控制器；所述动力输出装置与所述储能装置结合以将旋转扭力传递给负载，所述第一可控联轴器连接所述电机/发电机单元和所述储能装置，所述第二可控联轴器连接所述初级发动机模块和所述储能装置，所述第三可控联轴器连接所述次级发动机模块和所述储能装置，所述第四可控联轴器通过所述动力输出装置连接所述储能装置和所述负载，所述控制器连接发动机各离合器，所述控制器在车辆运行中依据预定的输入参数控制各所述离合器结合或分离，所述控制器通过所述输入参数由控制程序对各可控联轴器做出反应，来实现在车辆操作期间的激活或关闭。 

上述混合动力发动机系统，其中，所述输入参数可以包括外部空气温度、含氧量、空气质量、海拔高度、车辆负载重量、车辆速度、发动机模块温度、发动机模块速度、道路条件、燃料能量特性、高燃油效率、性能选项和电池充电状态等，所述输入参数用于确定发动机运行状态。 

上述混合动力发动机系统，其中，所述控制程序通过预设条件对车辆操作期间的调整，第一级预设条件为对所述储能装置进行充电，且处于预设低充电状态时，所述电机/发电机单元和所述储能装置脱开，处于预设高充电状态，所述电机/发电机单元和所述储能装置结合；所述控制程序循环地管控所述储能装置的电量状态。 

上述混合动力发动机系统，其中，还包括速度控制接口装置和制动控制接口装置，所述速度控制接口装置具有一个在预设范围中一系列由高速到低速需求设置并与速度需求并列的子区间，所述制动控制接口装置具有一个在预设范围中一系列由高制动到低制动需求设置并与制动需求并列的子区间。 

上述混合动力发动机系统，其中，所述控制器通过编程来决定所述速度 控制接口装置优先于所述制动控制接口装置；所述控制器可通过编程降序排列，来决定所述速度控制接口装置和所述制动控制接口装置可查找设置子区间中最高速度请求优先于较低速度执行请求；当所述制动控制接口装置处在其最低要求时，所述控制器通过程序来判定所述制动控制接口装置。 

上述混合动力发动机系统，其中，所述控制器的程序按照设置中优先级循环，对所述速度控制接口装置和所述制动控制接口装置进行比较，来决定各可控联轴器是否激活与脱开。 

上述混合动力发动机系统，其中，所述储能装置为一个可旋转的飞轮，在所述速度控制接口装置和所述制动控制接口装置都在其最低要求范围时，所述控制器程序控制各可控联轴器脱开，以允许所述飞轮自由旋转。 

上述混合动力发动机系统，其中，所述速度控制接口装置在子区间的最高要求来为所述储能装置和所述动力输出装置提供最大动能要求时，所述控制器能通过程序激活各可控联轴器。 

上述混合动力发动机系统，其中，所述控制器的程序对所述储能装置电量状态进行判定，当所述电量状态处于各预设值子区间内时，具有最高优先级的需求，使得所述第一可控联轴器脱离。 

本发明的有益效果是：制造了一种更优的混合动力发动机系统，可提供相对更高的动力传输效率，同时其机械结构和控制也更简单。 

附图说明

图1是本发明一种混合动力发动机系统的第一实施例的原理图； 

图2是本发明一种混合动力发动机系统的第一实施例的横断面视图； 

图3是本发明一种混合动力发动机系统的第一实施例的透视图； 

图4是图3中本发明一种混合动力发动机系统的第一实施例的前视图； 

图5是本发明一种混合动力发动机系统的第一实施例中一组对置活塞对置汽缸发动机模块OPOC内部零件的剖视图； 

图6是本发明一种混合动力发动机系统的第二实施例的横断面视图； 

图7是本发明一种混合动力发动机系统的第三实施例的横断面视图； 

图8是本发明一种混合动力发动机系统的第四实施例的横断面视图； 

图9是本发明一种混合动力发动机系统的第五实施例的横断面视图； 

图10是本发明一种混合动力发动机系统的第六实施例的部分模块的横断面视图； 

图11是本发明一种混合动力发动机系统的第六实施例的部分模块的透视图； 

图12是本发明一种混合动力发动机系统的概念示意图； 

图13是本发明一种混合动力发动机系统的基于滑行和加速情况下油门踏板动作控制的曲线图； 

图14是本发明一种混合动力发动机系统的基于减速和刹车情况下油门踏板动作控制的曲线图； 

图15是本发明一种混合动力发动机系统的电池电量处于75%或更高时的各种操作图表； 

图16是本发明一种混合动力发动机系统的电池电量处于30%或更低时的各种操作图表； 

图17是本发明一种混合动力发动机系统的控制操作的简化流程图； 

图18A-18Q是本发明一种混合动力发动机系统的控制操作的详细流程图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。 

如图1所示本发明一种混合动力发动机系统的第一实施例，包括一个初级发动机模块11（OPOC1）、一个次级发动机模块12（OPOC2），一个电机/发电机13（E-M/G），几个可控联轴器14、15和16，通过储能装置（飞轮）17给车辆变速器18提供各种不同组合扭矩的接收器。电机/发电机13（E-M/G）和储能装置17被分别作为功能元件。两个元件相互作用的共同点是：控制器20根据需求激活电机/发电机13（E-M/G），作为电机或发电机与储能装置（飞轮）17共同作用。当电机/发电机13（E-M/G）不被激活使用，即无电机或发电机功能时，永磁体的质量也是储能装置（飞轮）17的一部分。如果工程要求更小空间，更高效设计时，这部分可分开。 

进一步的，储能装置（飞轮）17通过电子离合器ECC-GA与变速器驱动 轴连接，而ECC-GA在这里可被控制器20切换开关激活。 

进一步的，联轴器ECC1被看成是一个电控离合器15，控制器20激活连接后，来为储能装置（飞轮）17和曲轴CS1提供扭矩。联轴器ECC2被看成是一个电控离合器14，控制器20激活连接后，来为连接曲轴CS1和从次级发动机模块12延伸出来的曲轴CS2提供扭矩。在这两个选择中，ECC2是一个能通过液压控制关闭的混合离合器。 

进一步的，OPOC发动机对置汽缸中的活塞异相运转180°，次级发动机模块12（OPOC2）则运转到与初级发动机模块11（OPOC）异相的90°位置来对初级发动机模块11（OPOC）作为响应。这样安排可以为串联模块提供平稳操作，当初级发动机模块11和次级发动机模块12都希望操作时，离合器ECC2被激活，ECC1，ECC2滑动直到两个发动机模块的相位角是90°。在那个相位角，离合器ECC2关闭并和曲轴CS1和CS2结合，初级发动机模块11和次级发动机模块12通过串联工作，按照相位关系维持平稳运转。 

进一步的，电机/发电机13（E-M/G）包含固定的电磁体以及作为定子功能的通电线圈21。与其他公开的实施例一样，电机/发电机13（E-M/G）的永磁体22是一个被飞轮17带动的旋转体。电机/发电机13（E-M/G）通过电力驱动与在控制器22的方向上飞轮17上永磁体（旋转体）22连接。用这种方式，控制器20的开关电流通过车载电源（电池，电容器，燃料电池或者其他可接受的电力储存装置）E-M/G的定子（起动机）线圈21来提供旋转驱动感应力驱动在飞轮17上的永磁体22。在发电机模式，控制器20控制定子（起动机）线圈21开关电流反向，通过与飞轮17一起旋转的永磁体22（旋转体）回流到车载电源提供充电，实现制动能量回收。 

进一步的，电机/发电机13（E-M/G）与飞轮17作用，控制器20控制来自电源的电流，使定子线圈21驱动飞轮17，当飞轮17被其他能源驱动时，为电源提供再充电。 

进一步的，控制器20接通电子离合器ECC-GA，使飞轮17和离合器16在驱动轴上与变速器18结合。 

如图2-4所示本发明一种混合动力发动机系统的第一实施例，初级发动机模块11和次级发动机模块12物理上与电机/发电机单元13（E-M/G）装配 在一起。附图2显示的是附图3沿剖面线2-2的横截面，曲轴CS1和CS2沿着中心线X轴旋转，作为电机/发电机E-M/G。在曲轴CS2末端，提供一个可拆卸的附件传动装置。在CS2的另外一端，ECC2离合器和发动机模块OPOC2曲轴CS1连接。第一实施例图样，可被看成是本发明简单完整的思路。 

如图5所示本发明一种混合动力发动机系统的第一实施例中一组对置活塞对置汽缸发动机模块OPOC内部零件的剖视图，用来展示初级发动机模块11和次级发动机模块12的内部关键件，和ECC2离合器的实际位置一样。 

进一步的，初级发动机模块OPOC1的左缸体CYL-1L和右缸体CYL-1R中，均含有一对内活塞及外活塞。初级发动机模块OPOC1，左缸体CYL-1包含和左侧内活塞PLI-1-相对的左侧外活塞PLO-1。同样地，在相对位置180°，初级发动机模块OPOC1右缸体CYL-1R，右侧外活塞PRO-1和右侧内活塞PRL-1相反。在这个图样中，初级发动机模块OPOC1活塞显示的是上止点（TDC）和下止点（BDC）的中间位置。直线并相对运动的活塞通过内活塞的推力连杆和外活塞的拉力连杆，为曲轴CS1旋转提供能量。 

进一步的，次级发动机模块OPOC2，左缸体CYL-2L包含与左侧内活塞相对的左侧外活塞PLO-2，同样地，在相反位置180°，次级发动机模块OPOC2右缸体CYL-2R，右侧外活塞PRO-2与右侧内活塞PRL-2相对。在这个图样中，OPOC2活塞显示的是在TDC（右）和BDC（左）位置。该图是90°相位而不同于在上面讨论的初级发动机模块OPOC1和次级发动机模块OPOC2。 

如图6所示本发明一种混合动力发动机系统的第二实施例，离合器100位于初级发动机模块OPOC1和次级发动机模块OPOC2之间来传递动力。电机/发电机E-M/G也配备有电磁离合器，固定线圈105安装在定子104上，永磁体113安装在可旋转的飞轮110上。离合器100在多个动力模块之间提供能量传输。用这种方法，电机/发电机E-M/G的运动元件如飞轮110上的永磁体113，初级发动机模块OPOC1和次级发动机模块OPOC2都是动力模块。曲轴CS1和曲轴CS2是独立的。每个运动元件都围绕设置的公共轴X旋转。曲轴CS1和曲轴CS2通过一个在CS2末端孔135中的延长圆柱139共同作用。提供适当的轴承和轴套来确保两个轴向排列的曲轴有最小的摩擦。 

进一步的，飞轮110以可旋转方式安装在X轴上，作为一个集成的动能储能设备，将输入的总功率传递出去。电机/发电机E-M/G包含第一带有固定线圈105的接收器，通过电磁力和与安装在飞轮110上的可旋转的永磁体113连接。初级发动机模块OPOC1的曲轴CS1和第二接收器可移动的离合器元件125，通过花键131安装与曲轴CS1一起旋转并能在曲轴CS1花键上轴向滑动。离合器元件125包含一个啮合面127，相应面108在飞轮110上来响应ECC1的信号。第三接收器连接可移动元件115，次级发动机模块OPOC2的曲轴CS2通过花键121和它安装并一起旋转，并能沿着花键121在曲轴CS2的轴向滑动。离合器元件115包含一个啮合面117，这个面和飞轮110上的啮合面107能结合来响应ECC2的信号。传递的功率被飞轮110通过来自ECC-GA的离合器130输出，飞轮110与变速器160通过齿轮，皮带，链条或其他扭矩传输装置133连接。离合器130通过无摩擦旋转的轴承134安装在曲轴CS1上。离合器130带有径向的平面离合面136，平面离合面136和飞轮110上的相应径向的平面离合面106啮合。可编程的控制器101提供一个开关控制信号，该信号根据预设的动力模块特性使ECC-GA与一个或多个集成飞轮结合。控制器101也是适当的程序控制装置，按照预设参数提供电信号或液压来使联轴器响应或执行。 

进一步的，附图6显示的是具有中心开放圆盘并绕中心轴旋转的飞轮110复杂横截面。圆柱轴109有一个用来支持安装的外圆面119，能在位于电机/发电机E-M/G的定子104的内环表面之间的轴承112上自由旋转。飞轮110包含一个有结合面107和108的圆锥结构，飞轮110的外轮缘114通过径向部分116和圆柱轴109连接，永磁体113附加在外轮缘114的内表面。 

如图7所示本发明一种混合动力发动机系统的第三实施例，在这个实施例中，离合器系统200位于初级发动机模块OPOC1和次级发动机模块OPOC2之间。电机/发电机E-M/G电磁离合器和固定线圈205之间配置有电磁离合器，安装在定子204上，旋转的永磁体213位于飞轮210上。离合器系统200在多个动力模块间提供动力传递。电机/发电机E-M/G，初级发动机模块OPOC1和次级发动机模块OPOC2都是动力模块，运动部件以永磁体213形式展示。曲轴（CS1）240和曲轴（CS2）242相互独立。每个运动部件被设置在公共轴X上。 

进一步的，飞轮210安装后能在公共轴X上旋转，作为动能储存集成装置，这个装置用来管理能量输入以及输出。起动电机/发电机E-M/G包含像固定线圈205一样的接收器，通过电磁力和旋转的永磁体213结合。移动离合器元件225与安装在初级发动机模块OPOC1曲轴240花键219的第一个接收器一起旋转，也可以沿着花键219在曲轴（CS1）240轴向滑动。移动离合器元件225的离合面227与飞轮210上的对应面208结合来响应ECC1的信号。次级发动机模块OPOC2的曲轴（CS2）242与安装在花键221的离合器一起旋转结合，移动离合器元件215能在花键221轴向滑动。离合器元件215的离合面217通过与飞轮210上相应面207结合来响应ECC2的信号。通过可执行的连接器元件即ECC-GA形式的执行离合器230和飞轮210连接来转换的能量，飞轮210和变速器260连接方式有：齿轮，传动带，链条或者其他扭矩传递装置233。执行离合器230通过支撑和曲轴240无旋转摩擦的轴承234被安装在曲轴（CS1）240上。执行离合器230包含一个可与飞轮210上对应的面206结合的离合面236。一种由可编程的控制器201提供的转换装置ECC-GA的具有开关信号使一个或者多个按照定义的能量模块和接收器结合的功能。 

进一步的，附图7展示的是带有中心轴圆盘的飞轮210，它有一个沿旋转轴的复杂径向横截面。中心轴从它的平衡中心延伸出对称的圆柱轴214和216。圆柱轴214和216以自由旋转方式分别安装在曲轴（CS1）240和曲轴（CS2）242的轴承244和212的孔241和243里。飞轮210包含轴上径向的结构209连接向外拉伸出圆锥面207和208圆柱面。永磁体213固定在外轮缘214的下面，飞轮210的外轮缘214和结构209通过径向部分连接。第二和第三实施例关键区别是飞轮的结构以及初级和次级发动机模块的曲轴轴向固定方式。 

如图8所示本发明一种混合动力发动机系统的第四实施例，在发动机外壳上提供了环形轴承支座座圈的布置使联轴器系统300更加紧凑。初级发动机模块OPOC1带有环形轴承支座320。环形轴承支座320作为一个轴来支持飞轮310上的轴承312和环形毂314。考虑到较大质量朝向飞轮310的外轮缘315，飞轮310上的环形毂314被加工成相对较大的直径固定在环形轴承支座320。次级发动机模块OPOC2提供了第二环形轴承支座318，以允许动 力输出滚筒334通过轴承322旋转并安装在其上。动力输出滚筒334包含多个花键335，从而允许离合接收器330在花键335轴向移动。动力输出滚筒334和离合接收器330相关，当与飞轮310结合时，两个元件则一起旋转。第三环形支座321加工在初级发动机模块OPOC1上，支座固定线圈305作为电机/发电机E-M/G的定子304。这个实施例中初级发动机模块OPOC1外壳上集成了电机/发电机的定子的部分功能。曲轴340和342和第二个实施例一样被嵌套，但是集成了起动电机在发动机模块的外壳上，因此发动机之间的距离减少，同样每个曲轴的长度也减少。 

如图9所示本发明一种混合动力发动机系统的第五实施例，提供了另一个紧凑配置离合器系统400。在第五个实施例中，飞轮410被分别安装在从初级发动机模块OPOC1和次级发动机模块OPOC2外壳伸出的两个环形轴承支座418和420上单向转动。和第四个实施例相似，电机/发电机404（E-M/G）的定子408被整合到发动机外壳中以允许一个更加紧凑的封装。此外，ECC-GA信号离合器430位于变速器远端，这种布置在发动机机舱空间和尺寸在其他实施例难布置时，能达到满意的效果。 

如图10和11所示本发明一种混合动力发动机系统的第六实施例，飞轮被安装在X轴上和一个大的圆盘朝外轮缘拉伸的加工面上。ECC1和ECC2相应离合器面也是较大的面，激活后能与飞轮安全结合。离合器上的液压分601和602离轴承被分别安装，确保离合器失效时不对发动机造成拖拽。 

如图12所示本发明一种混合动力发动机系统的第七实施例的关键元件，初级发动机模块OPOC1的曲轴505，与次级发动机模块OPOC2的输出轴507轴向对齐。离合器元件508/509和通过输出轴511与初级发动机模块OPOC1连接的从动盘510啮合，输出轴511通过驱动皮带512与变速器504啮合的飞轮506。次级发动机模块OPOC2的曲轴包含输出轴527。第二离合器元件528/529能与从动盘510结合来使次级发动机模块OPOC2和初级发动机模块OPOC1串联。电机/发电机503位于发动机联轴器远端，通过驱动带513与飞轮506结合，飞轮506中含有可啮合的第三离合器。 

如图13所示本发明一种混合动力发动机系统的基于滑行和加速情况下油门踏板动作控制的曲线图，底部台阶状图表通过断点“A”和“B”分成3个工况。（当然，在实际运行过程中，程序控制中会有更多或更少的断点， 这个描述是一个规则应用中的例子）。在这种情况下，油门踏板作为一个速度需求控制装置，在油门踏板被压下时，通过测量油门踏板角度来产生一个速度需求信号。在油门踏板没有被踩下时（GP0），OPOC发动机模块没有结合或者运转。并且，电机/发电机E-M/G没有提供拖拽，也没有电力结合。飞轮通过ECC-GA信号控制联轴器和变速器结合。当油门踏板放开时位置（GP0），剩余的飞轮以及车辆惯性的动能通过ECC-GA信号控制的联轴器传递给变速器。（为提高燃油效率，在GP0时，可以采用一个“滑动”变速器，这个变速器可以与驱动轮脱开，来让车辆靠惯性滑行。） 

进一步的，当油门踏板在GP1的小角度和低踩踏力范围内，电机/发电机E-M/G作为电力驱动电机使用，通过信号控制联轴器使飞轮加速来达到预定的速度。当油门踏板进一步达到中等角度和踩踏力在GP2范围内时，初级发动机模块OPOC1通过ECC1离合器的结合而启动。转动的飞轮把扭矩传递给曲轴CS1来启动初级发动机模块OPOC1。而后初级发动机模块OPOC1带动飞轮并把能量传递给负载。 

进一步的，进入GP2阶段后的每个时间，ECC1信号控制联轴器被关闭。电机/发电机E-M/G和初级发动机模块OPOC1被一前一后的一起使用，通过结合给飞轮和变速器负载提供驱动力，初级发动机模块OPOC1也可以单独使用。如果初级发动机模块OPOC1以比较低的功率使用，或者按冷启动要求进行过渡阶段，电机/发电机E-M/G通过结合来和初级发动机模块OPOC1模块串联，在一个有限的时间内来补充提供功率。另一方面，如果初级发动机模块OPOC1以相当高的功率使用时，或者使用后的热机状态，电机/发电机E-M/G没有必要提供补充能量时，则可以被控制器转换作为发电机或者脱机使用，这时初级发动机模块OPOC1就使车辆驱动的唯一动力源。这里可能还有其他的设计要素，比如串联电动机，通过在控制器中进行编程来协助充电。 

进一步的，当驾驶员想要加快车速时，会通过给油门踏板一个较大的踩踏力并使踏板角度增加从而进入GP3阶段，ECC2信号控制联轴器也会结合，也与ECC1信号控制离合器结合，次级发动机模块OPOC2被曲轴CS2的扭矩起动并运行。次级发动机模块OPOC2将功率输入已经激活的初级发动机模块OPOC1中。在实例中，需要最大功率时，电机/发电机E-M/G以串联 的方式连接，来为系统增加功率。另外，在GP3阶段，初级发动机模块OPOC1和次级发动机模块OPOC2作为单机一起运作，电机/发电机作为一个发电机给电池充电。这种状态持续到油门踏板力被调整时ECC2信号控制联轴器脱开，次级发动机模块OPOC2被闲置而停机。 

如图14所示本发明一种混合动力发动机系统的基于减速和刹车情况下油门踏板动作控制的曲线图，实施例中描述的参考“制动踏板”作为刹车，或者减速输入装置，也可以理解为其他的刹车或者减速输入装置，例如操作杆，轨迹球，手柄，把手，巡航控制系统，触摸屏和自动刹车系统也可以提供类似功能。在这个例子中，制动力被分成两个阶段。当车辆滑行和无制动力施加在制动踏板时(BP0)，初级发动机模块OPOC1和次级发动机模块OPOC2都处于脱开和停机状态，车辆质量惯性和飞轮惯性使其滑行，或者运用一种滑动类型变速器来单向转动。当较低的力施加在制动踏板时，处于第一个低速阶段（BP1），只有电气再生制动起作用，E-M/G作为一个发电机为电池充电。制动再生被运用，通过变速器传动来使车辆减速。需要立即制动，当作用在制动踏板的力增加到更高的时（BP2）。直接和车轮连接的机械和液压制动器和制动能量回收被用在传动系统中。当然，可以采用其他类型的制动系统来替代，例如：电控制动器，机械/液压制动系统，只要它们是可用，也在可接受的范围内，其他方案中，在BP2范围内的各种变化，也可以单独使用机械制动和再生制动来对电池进行充电。 

进一步的，在附图13和14中图表显示的制动点“A”，“B”和“C”用双端引线箭头描述的是编程中依靠的多种参数。比如，但不限于，外部空气温度，空气质量测量，氧水平，高度，车辆载荷重量，车辆速度，发动机温度，发动机转速，飞轮转速，飞轮温度，道路条件（上坡，下坡，平整，粗糙，光滑等），燃料性能，高燃油经济性或驱动器性能的选择，蓄电池电量状态。 

如图15和16所示本发明一种混合动力发动机系统的不同电池状态下各操作图表，系统在特定条件下多种控制元件在结合和脱开时，即当电池充电状态最大和最小临界水平。附图15模型提供了当电池电量接近全部容量的75%时的控制方案。附图16模型提供了当电池电量大约在30%或者更低时的控制方案。这两个方案最主要的差别是，电池电荷较低时，在发动机启动前， E-M/G以大约1000转每分钟的速度驱动飞轮加速旋转，在初级发动机模块OPOC1启动和持续保持直到比如增加电池充电，较低的加速要求，才允许被关闭。这个有一个与之前附图13和14描述断点“A”“B”和“C”有关的设计变化空间，当电池电量这个方案的选择临界值30%和75%之间。 

如图17所示本发明一种混合动力发动机系统的控制操作的简化流程图。这个图表显示的是经济模式的控制逻辑，这用于低到中等程度的范围时油门踏板加速。如果油门踏板角度增加大于预设临界水平，控制系统将进入降档加速模式。当有最大功率要求时，“运动”模式可能被提供。 

进一步的，为更好的理解附图17中的流程图，对使用的符号作如下定义： 

表A 

表B 

表C 

表D 

进一步的，当点火开关打开时，启动程序基于电池电量状态“SOC”按照附图17的流程来决定哪个应该结合。其他因素，例如发动机冷却液和环境空气温度，可以作为附加因素。在这个例子中，只考虑了电量状态。这是一个循环程序，在系统的整个运行阶段并且不受启动初期的限制，始终以预设循环反复执行。 

进一步的，启动时测量电量状态来决定它是否处在临界水平。在这个例子中，四个临界水平范围被用于决定联轴器是否激活与断开，与E-M/G结合作为一个电机使用，当电池状态减少时，来提供动能，当电池状态处于恒量时，与E-M/G脱离，或者通过配置E-M/G来使其成为发电机来使电池电量状态增加。在最苛刻的条件下，当电量状态处于15%或以下时，系统进入“小心充电”模式即电池缓慢充电。小心充电模式通常是一个恒定电流和恒定电压，但电流的速度为电池的容量1倍安培/小时。 

进一步的，电量状态决定初步流程，其次，基于油门踏板（GP）和制动踏板（BP）位置明确的功率需求（在这个流程图中，设定的油门踏板和制动踏板位置和附图13中的例子不同。），在这里GP3，GOP2b，GOP2a，GP1和GP0是整个油门踏板设置的需求功率的子区间。同样地，BP0，BP1and BP2是设置制动踏板功率的子区间。当模块如表B所述一起结合时被实现。从附图17的流程图可以看出，在确定电量较高大于90%时，各种转换点定义的范围比电量状态在30%-90%的中间范围更广。这是因为当电量状态高时，不需要对电池充电。然而，在中间区域，可能需要充电，除了系统需求较高（GP3和GP2b）时。在不同情况下，过滤程序先按照需求的高低来工作。在第二个过滤器后，才决定联轴器是否结合来使动力模块给车辆提供动力。 

如图18A-18Q所示本发明一种混合动力发动机系统的控制操作的详细流程图，加强了系统的控制，不仅是通过电量状态，而且基于程序的最近的迭代判定。为在单独的页面连续描述，附图中18A-18Q的流程图与附图17 正交布置。从附图18可以看出，第一次筛选是沿着上面的水平线电量状态，就像附图17一样。给出了如何检测设置的单个图标，每个电量状态筛选决定，比如，附图18A电量状态是等于或者大于90%，附图18B-18E是第二个筛选决定，因此电量状态90%筛选覆盖了18A-18E。30%-SOC-90%筛选覆盖了附图18F-18L，15%-SOC-30%筛选覆盖了附图18M-18Q。 

进一步的，在附图18A-18Q中，每个SOC筛选决定有第二个筛选步骤，即根据油门踏板和制动踏板来决定当前动力需求设置。与附图17不同的是，在第二个筛选后还有第三个筛选（标签“步骤1-3”），程序通过回顾循环来判定什么是需要立即执行。基于“步骤1”的决定，另一个条件“步骤2”判定是否改变任何联轴器和初级发动机，次级发动机以及电机/发电机系统的结合。 

进一步的，例如，附图18第一筛选器采用的指示是电量状态为≥90%，这种情况下，油门踏板被确定在设置的最大子区间GP3内，将其与以前设置的油门踏板进行对比，来决定各种联轴器是否被激活或断开。如果前一个周期确定油门踏板在设置需求的GP3范围内，就不会用变化，联轴器处于激活状态。所有联轴器和飞轮以及变速器都处于激活状态来满足最大需求。然而，需求油门踏板处于预设的GP2范围，而次级发动机处于离线状态（ECC2=0），所以次级发动机需要在步骤3中被启动(ECC2=1)，来为飞轮和车辆提供附件的动能。如果需求油门踏板处于预设的GP1、GP0或刹车踏板BP0范围，这就是说，电机在线和联轴器连接（E-M=1），如果在之前设置，GP0或制动踏板BP0，这就是说，之前的循环的车辆处于滑行，飞轮和变速器断开，只有电机（E-M=1）在线和联轴器激活来保持飞轮旋转。如果制动踏板的预设在BP2或BP1的子区间内，这就是说只有发电机在线和联轴器结合（E-G=1）。在这个最大需求状态的子区间内，优先需求比GP2设置的小，这就有一个过渡。电动机立即和初级或次级发动机之一结合来尽可能的提供动力而产生不舒适感。然而，如步骤2所示，初级发动机（ECC1=1）会比步骤3先结合，第三步次级发动机也会结合来提供可控的步骤转换。 

进一步的，以下的“步骤2”，“步骤3”是一个在表D中设置的最终程序迭代代码。使用这个“回溯”功能，控制器能避免循环中突然激活个别联轴器，在速度需求和刹车时提供光滑的过渡。附图18B-18Q同样显示了各 种油门踏板和制动踏板子区间设置需求，以及控制的筛选条件。 

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的申请专利范围，所以凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。 

Claims (9)

1.一种混合动力发动机系统，其特征在于，包括电机/发电机单元、初级发动机模块、次级发动机模块、储能装置、动力输出装置、第一可控联轴器、第二可控联轴器、第三可控联轴器、第四可控联轴器和控制器；所述动力输出装置与所述储能装置结合以将旋转扭力传递给负载，所述第一可控联轴器连接所述电机/发电机单元和所述储能装置，所述第二可控联轴器连接所述初级发动机模块和所述储能装置，所述第三可控联轴器连接所述次级发动机模块和所述储能装置，所述第四可控联轴器通过所述动力输出装置连接所述储能装置和所述负载，所述控制器连接发动机各离合器，所述控制器在车辆运行中依据预定的输入参数控制各所述离合器结合或分离，所述控制器通过所述输入参数由控制程序对各可控联轴器做出反应，来实现在车辆操作期间的激活或关闭。

2.如权利要求1所述混合动力发动机系统，其特征在于，所述输入参数可以包括外部空气温度、含氧量、空气质量、海拔高度、车辆负载重量、车辆速度、发动机模块温度、发动机模块速度、道路条件、燃料能量特性、高燃油效率、性能选项和电池充电状态等，所述输入参数用于确定发动机运行状态。

3.如权利要求1所述混合动力发动机系统，其特征在于，所述控制程序通过预设条件对车辆操作期间的调整，第一级预设条件为对所述储能装置进行充电，且处于预设低充电状态时，所述电机/发电机单元和所述储能装置脱开，处于预设高充电状态，所述电机/发电机单元和所述储能装置结合；所述控制程序循环地管控所述储能装置的电量状态。

4.如权利要求1所述混合动力发动机系统，其特征在于，还包括速度控制接口装置和制动控制接口装置，所述速度控制接口装置具有一个在预设范围中一系列由高速到低速需求设置并与速度需求并列的子区间，所述制动控制接口装置具有一个在预设范围中一系列由高制动到低制动需求设置并与制动需求并列的子区间。

5.如权利要求4所述混合动力发动机系统，其特征在于，所述控制器通过编程来决定所述速度控制接口装置优先于所述制动控制接口装置；所述控制器可通过编程降序排列，来决定所述速度控制接口装置和所述制动控制接口装置可查找设置子区间中最高速度请求优先于较低速度执行请求；当所述制动控制接口装置处在其最低要求时，所述控制器通过程序来判定所述制动控制接口装置。

6.如权利要求4所述混合动力发动机系统，其特征在于，所述控制器的程序按照设置中优先级循环，对所述速度控制接口装置和所述制动控制接口装置进行比较，来决定各可控联轴器是否激活与脱开。

7.如权利要求4所述混合动力发动机系统，其特征在于，所述储能装置为一个可旋转的飞轮，在所述速度控制接口装置和所述制动控制接口装置都在其最低要求范围时，所述控制器程序控制各可控联轴器脱开，以允许所述飞轮自由旋转。

8.如权利要求4所述混合动力发动机系统，其特征在于，所述速度控制接口装置在子区间的最高要求来为所述储能装置和所述动力输出装置提供最大动能要求时，所述控制器能通过程序激活各可控联轴器。

9.如权利要求4所述混合动力发动机系统，其特征在于，所述控制器的程序对所述储能装置电量状态进行判定，当所述电量状态处于各预设值子区间内时，具有最高优先级的需求，使得所述第一可控联轴器脱离。

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