CN103930327A - 用于混合动力车辆的颗粒过滤器的再生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种颗粒过滤器的再生方法，混合动力车辆配备的内燃机相关的排气回路包括所述颗粒过滤器，根据所述再生方法，当再生正在进行时，连续探测颗粒过滤器的入口温度，管理车辆驱动模式的动力总成协调器至少在当探测到的温度小于第一指定温度(Tpremier arrêt)时禁止内燃机的第一停机，如果第一停机没有被禁止，在当颗粒过滤器的上游温度大于第二指定温度(Tamont FAP)时，所述动力总成协调器授权热机停机，所述第二指定温度取决于发动机停机请求时刻颗粒过滤器的负载。

Description

用于混合动力车辆的颗粒过滤器的再生方法
技术领域
本发明涉及与包括颗粒过滤器的排气循环相关的配有内燃机的混合动力车辆领域。特别是，本发明涉及这种机动车辆的去污方法，所述机动车辆的内燃机在某些行驶阶段期间能够停机。
背景技术
混合动力车辆配有使用能源的多个机动源，所述能源可可替换使用。这些可替换能源尤其是碳氢燃料、汽油或柴油以及电能。
利用碳氢燃料的内燃机排出固体颗粒，因此经常通过排气循环中的颗粒过滤器来消除这些固体颗粒。颗粒过滤器通常与催化剂装置相关联，所述催化剂装置沿气体循环的方向位于颗粒过滤器的上游。催化剂装置用于在来自发动机的排放气体通过过滤器之前对其进行清洁，在所述过滤器中颗粒被捕获。被捕获的颗粒通过在大约450℃至750℃之间的温度下进行燃烧而被消除。仅当过滤器为添加剂过滤器时(即二氧化铈或铁被加入碳氢燃料容器中时)允许小于550℃的低温度范围。
即使颗粒过滤器是添加剂过滤器，为了获得该温度，该温度通常大于柴油型内燃机的排放气体的温度，因此使用设备，例如通过根据运行的特殊性质(例如由喷射校准(sous-calage))校准发动机，和/或通过调整进气压力和/或使用后喷射，以增加发动机的热度。同样可以通过利用根据需要进行调整的电消费来增加发动机的负荷。
对于混合动力车辆所带来的具体问题在于在当混合动力车辆将可替换能源用于辅助发动机，尤其是电机，运行时所配备的内燃机的停机问题。内燃机停机时，排气回路中的温度下降的很快并且排气线路中不再有气体流量。在颗粒过滤器寻求再生时，这是非常不利的，因为这延迟了颗粒开始燃烧的时刻，这将减弱燃烧(在热机停机之前已经开始)，或者将彻底停止燃烧。由此，如果已经由颗粒过滤器的监控员申请了再生则保持颗粒过滤器再生的最简单的解决方案是防止热机停机。
然而该解决方案会给驾驶员带来“负面”的影响，驾驶员并不必然理解为何他的车辆不再以“混合动力”模式运行，尤其是如果他按压了“纯电动模式”按钮的话。为了允许授权使用电模式的运行，需要建立策略使热机中断的负面影响最小化。
为了避免发动机停机时打断颗粒过滤器的再生，专利申请FR2925938中提出向排气回路中吹入热空气，与该操作相关的是注入碳氢燃料以维持催化剂中放热。
文件EP0987139中也提出根据探测到的催化剂温度管理辅助发动机的运行。更具体地，辅助发动机获得供电，所述供电根据该温度探测进行修正，催化剂的温度降低促使所供应的辅助电流量减小，带给发动机的帮助最小化。
从专利申请文件FR2956878中还已知一种与混合动力车辆配备的内燃机相关的排气回路包括的颗粒过滤器的再生方法，根据该方法，如果正在进行再生而随着车辆的可替换激动设备激活而发出内燃机停机的请求，连续探测颗粒过滤器入口处的温度；将探测到的温度与第一指定温度进行比较；至少在探测到的温度小于第一指定温度时禁止内燃机停机，直到至少探测到的温度大于第二指定时，在这种情况下允许内燃机停机。
这样，如果颗粒过滤器处于大于第一指定温度的温度下，换句话说当正在进行再生并且颗粒过滤器的热度令人满意时，将允许热机停机。相反当由于颗粒过滤器入口处的温度太小而停机产生的危害非常大时，将迫使热机重新启动或者禁止其停机。
发明内容
本发明的目的在于优化专利申请FR2956878中已知的方法，以便优化颗粒过滤器再生的机遇同时使得对客户的影响最小化，并且最大化地保持混合动力运行模式。本发明尤其涉及根据炭黑的质量调适再生策略：当颗粒过滤器载有的炭黑较少时，可以进行较长的再生，而过滤器填充的颗粒越多则需要再生越短并且效率提高。
本发明的目的还在于一种与混合动力车辆配备的内燃机相关的排气回路包括的颗粒过滤器的再生方法，根据所述再生方法，当再生正在进行时，连续探测颗粒过滤器的入口温度，管理车辆驱动模式的GMP协调器至少在当探测到的温度小于第一指定温度(Tpremier arrêt)时禁止内燃机的第一停机，如果第一停机没有被禁止，在当颗粒过滤器的上游温度大于第二指定温度(Tamont FAP)时，所述GMP协调器授权热机停机，所述第二指定温度取决于再生请求时刻颗粒过滤器的负载。
有利地，通过将第一指定温度分配给在车辆的两个重启阶段之间的内燃机停机的初始禁止，将第二指定温度分配给当测量到的颗粒过滤器的温度相对其再生令人满意时授权发动机停机，从而区分第一指定温度和第二指定温度。
在本发明的一个优选变型中，还考虑炭黑负载以具体授权驱动仅通过电设备获得的区域(对于纯电驱动是TEP区域)，对于较多的炭黑负载例如在TEP区域完全禁止切换。换句话说，混合动力模式的控制规范一般仅仅不取决于驾驶员请求的转速和扭矩以及电池的充电还有炭黑负载。
在一个变型中，取决于第一指定温度的禁止发动机停机还取决于探测车辆的外界温度以及所述所探测到的外界温度与指定外界温度之间的比较。由此，由或多或少地考虑到了要冷却排气线路的外界空气的容量。
本发明的目的还在于提供一种热机重启策略，其也考虑炭黑负载并且同样使对客户的影响最小化同时允许在良好条件下形成再生。
由此，根据本发明的一个变型，颗粒过滤器的再生阶段期间授权的热机停机之后，当特定重启条件得到满足时迫使热机重启，所述重启条件考虑了再生开始时的炭黑负载。作为变型，考虑重启时刻的炭黑负载。
在一个变型中，重启条件是颗粒过滤器的上游温度小于第三温度阈值，即重启温度阈值，所述重启温度阈值根据再生开始时的炭黑负载或者根据一个变型，根据重启时刻的炭黑负载进行调适。
在一个变型中，选定的再生条件也可以是热机的授权停机最大化时间段，热机的停机最大化时间段根据再生开始时或者重启时刻的颗粒过滤器的炭黑负载进行修正。
有利地，针对该最大化时间段的输入数据考虑了热机已经停机时刻的车辆速度和外界温度，炭黑负载作为乘数(小于1)以减小该最大化时间段。
在一个变型中，重启条件是对于再生阶段授权的最大化时间段，所述对于再生阶段的最大化时间段根据再生开始时或重启时刻的炭黑负载进行调适。
当在以上列举的重启条件生效之后控制热机重启时，有利地选取帮助再生的2水平策略，换句话说，安排两个帮助再生水平，第二水平消耗更多，将无延时地直接选取最耗能的水平(然而是最有效的)。对于这些不同水平的策略，尤其参考专利EP1281852，该专利描述了对于颗粒过滤器的再生阶段的具体喷射策略，水平1和水平2(这些水平1和2的策略与再生阶段以外工作的策略显然不同)。
此外，随着发动机重启，有利地进行耗电装置的激活请求(这将导致发动机负载的增加，并且因此导致排气温度增加)，当颗粒过滤器上游的温度达到用于激活耗电装置的临界温度极值(plafond)时，可以停止所述激活请求。同样，还可以选取车辆电池的充电策略，在当颗粒过滤器上游的温度达到电池充电策略的临界温度极值时，该策略将停止，所述临界温度极值根据在再生开始时或者重启时刻的炭黑负载进行调节。
根据本发明所提出的方法的详细说明，当颗粒过滤器的再生开始时，该再生的监控器(FAP监控器)向GMP协调器进行报告，所述GMP协调器的第一作用是根据例如驾驶员表达的转速和扭矩请求(例如是油门踏板的踩踏状态的函数)以及可用的电负载的请求选取“全热机”、“全电”或者混合运行。
该信息将禁止在某些条件下切换到纯电模式。
因而，连续探测颗粒过滤器的入口温度(优选为沿排气回路中气体的流通方向的上游温度)，将探测到的温度与第一指定温度进行比较；至少在当探测到的温度小于第一指定温度Tpremier arrêt(称为Tamont FAP的第一停机禁止阈值)时，禁止内燃机停机。
在当发动机停机不被禁止时，则在当颗粒过滤器的上游温度不下降到Tamont FAP再生可行性极限值(第二指定温度)以下时，可满足发动机停机的下次请求。应当注意，GMP监控器致力于寻求提供所请求的转速和扭矩同时优化车辆的消耗，因此，即使第一停机得到授权，在当例如该时刻所请求的扭矩太大时，将不是必须由GMP监控器控制。
在下降到该第二指定温度以下之后，FAP上游温度重新回到该极限值上方，则再次对发动机停机进行授权。
根据颗粒过滤器中的炭黑质量调节该第二指定温度：炭黑负载越高，则阈值越大。例如在当颗粒过滤器的负载小于其额定负载(应当理解额定负载指的是低于该负载再生不正常地受到控制的负载)时，该阈值可以被固定至400℃，当具有额定炭黑负载时固指定430℃，并且一旦炭黑质量超过该额指定的1.5倍时固定至460℃。
当维持辅助发动机激活并且获得相对于颗粒过滤器令人满意的条件时，授权内燃机停机。所述令人满意的条件尤其对应于颗粒过滤器相对于第二指定温度的适当温度，优选考虑到当颗粒过滤器的再生操作初始化时测量到的外界温度和/或车辆速度。更特别是，当颗粒过滤器的温度相对于第二指定温度(对应于再生可行性的极限值)足够时，授权车辆仅通过辅助发动机行驶。然而，仅使用辅助发动机由协调器调适，其开发出具有特定支撑点的相对于颗粒过滤器的再生阶段预先限定并且特定的纯电驱动区域(TEP)。该TEP区域的调适不仅考虑到颗粒过滤器的再生正在进行，还考虑到颗粒过滤器的炭黑负载：过滤器中的炭黑越多，TEP区域将越小。例如，当炭黑负载超过额指定的1.5倍时，TEP区域可以为零。
优选地，取决于第一指定温度的禁止发动机停机还取决于探测车辆的外界温度以及该所探测到的外界温度与指定外界温度之间的比较。由此，或多或少地考虑到了要冷却排气线路的外界空气的容量。
已经授权发动机停机的情况下，设置多条在由协调器控制停机之后内燃机受迫启动的特定法则。这些特定法则本身取决于炭黑负载并且对应于例如以下图中的三种情况：
-在当颗粒过滤器上游测量到的温度小于第三指定阈值(称为启动温度阈值，阈值Tamont redémarrage)时，阈值Tamont redémarrage，内燃机受迫启动。启动颗粒过滤器Tamont阈值的值适配于颗粒过滤器的炭黑负载：没有被过滤掉的颗粒越多，阈值将越高。例如，当FAP中没有颗粒时，该阈值可被固定至390℃，当具有额定炭黑负载时该阈值可被固定至420℃，当炭黑的质量超过额指定的1.5倍时该阈值可被固定至450℃。
-当在被认为太长的第一指定时间段期间维持热机停机时，认为TEP运行于该第一时间段相比太长，为了不浪费有效再生颗粒过滤器的机会，需要重启内燃机。图中的这种情况基本上对应于除非传感器本身不会错误地探测否则温度传感器所提供的颗粒过滤器上游的信息不正确的情况下的安全性。该指定时间段优选从图线读取，所述图线一方面是车辆速度(发动机已经停机时刻的速度)的函数，另一方面是外界气温的函数，这是因为这两个参数影响排气线路的冷却速度。该图线最优选根据颗粒过滤器中具有的炭黑质量进行修正：过滤器中的颗粒越多，停机的最大化时间段越短。例如，当FAP中没有颗粒时，该阈值可以被固定至1分钟，当具有额定炭黑负载时，该阈值可以被固定至45秒，并且当炭黑质量超过额定值的1.5倍时，该阈值可以被固定至20秒。
-当再生请求持续了太长时间时，当再生没有完成或者驾驶员切断接触时，热机立即重启并且内燃机无中止运行。该再生的最大化时间段来自已经再生的炭黑百分比的函数曲线，已经再生的炭黑百分比依据FAP监控器的数据以连续的方式进行计算并且根据颗粒过滤器中存在的炭黑质量进行调适：颗粒过滤器负载的颗粒越多，时间段越短。例如，当颗粒负载小于额定负载时，该阈值可以被固定至10分钟，当具有额定炭黑负载时，该阈值可以被固定至8分钟，当炭黑质量超过额定值的1.5倍时，该阈值可以被固定至5分钟。
应当注意，当行驶条件相对于驾驶员的“正常”行驶条件(考虑驾驶员的行驶历史)非常有利时，可以开始额定质量下再生。
当发出发动机重启请求时，GMP协调器重启热机。因此将选取最适合的控制策略。
期望在重启条件生效之后请求重启，根据高水平的再生策略操作热机，以便立即无延时地辅助再生。
颗粒过滤器再生初始化，车辆配备的对应耗电装置也被激活。应当理解，耗电装置例如是直接参与再生的电设备(例如加热设备)但尤其是不被驾驶员控制的可用设备，其激活将产生扭矩需求的增加，因此间接地增加排气温度。这些可用设备例如是电阻(如加热挡风玻璃或者加热后视镜)。
当达到颗粒过滤器的温度要求条件时，耗电装置被停用以使车辆的电消耗最小化。当这些条件降低(dégrader)时，可再次请求激活耗电装置。
耗电装置的停用优选在当颗粒过滤器的上游温度超过用于激活耗电装置的临界温度极值时执行。
用于激活耗电装置的该临界温度极值(超过该值禁止请求激活耗电装置)本身有利地取决于颗粒过滤器的炭黑负载。例如，当负载小于额定负载时，该阈值可以被固定至500℃，当具有炭黑的额定负载时，该阈值可以被固定至520℃，当炭黑质量超过额定值的1.5倍时，该阈值可以被固定至550℃。
相反如果颗粒过滤器的上游温度下降到最低阈值(seuil plancher)以下时可以再次请求激活，所述最低阈值同样可以取决于颗粒过滤器的炭黑负载选择，例如，当FAP中没有颗粒时，该最低阈值可以被固定至460℃，当具有炭黑的额定负载时，该最低阈值可以被固定至480℃，当炭黑质量超过额定值的1.5倍时，该最低阈值可以被固定至500℃。
作为耗电装置的激活策略的补充或者替换，还可以设想电池的充电策略。
附图说明
借助图1介绍电池充电策略的一个示例，图1示出根据专利申请FR2952974的方法的原理图。
具体实施方式
在第一步骤A中，确定储电器中的可储存电量Estock。其涉及要确保完整充电而需要带给储电器的能量。该可储存电量1取决于在确定的时刻储电器的充电水平，但也可以取决于环境因素，例如外界温度或者储电器内部温度。
在第二步骤B中，确定为了在预先确定的参考时间段Tmini向储电器提供可储存电量Estock而向储电器提供的功率P1。
在第三步骤C中，将提供的功率P1与预先限定的最小化功率Pmini进行比较。
Pmini和Tmini是可以在发动机检验装置中限定的值，并且可以根据应用(颗粒过滤器相对于发动机的位置，排气线路的长度等)进行调适。在传统的汽车应用中，由于排气的热惯性而对颗粒过滤器入口处的气体温度有显著影响的增加发动机负载所需的时间段Tmini大约为120至180秒。
在增加热机负载的步骤D中，当所提供的功率P1大于或者等于最小化功率Pmini时，在参考时间段Tmini期间向储电器提供功率P1。
在最小化增加热机负载的步骤E中，当所提供的功率P1小于最小化功率时，在能够确保储电器完整充电的时间段期间向储电器提供最小化功率Pmini。
在本发明的范围中，当颗粒过滤器的上游温度达到用于电池充电策略的临界温度极值时，该策略被禁止。该温度极值有利地取决于颗粒过滤器的炭黑负载。
例如，对于炭黑负载小于额定负载的情况，该极值可以被固定至480℃，当具有额定炭黑负载时，该极值可以被固定至500℃，当炭黑质量超过额定值的1.5倍时，该极值可以被固定至550℃。
反之，当颗粒过滤器的上游温度重新下降到用于电池充电策略的最低值以下时，可以控制激活该策略。该最低值可以同样取决于颗粒过滤器的炭黑负载。
例如，对于炭黑负载小于额定负载的情况，该最低值可以被固定至450℃，当具有额定炭黑负载时，该最低值可以被固定至460℃，当炭黑质量超过额定值的1.5倍时，该最低值可以被固定至500℃。
应该注意，在测量颗粒过滤器的上游温度或者外界温度时故障的情况下还有利地设想降级模式。在这种情况下，不再能够应用发动机停机策略。因而，当出现再生请求而其中一个传感器故障时，热机需要在该故障存在时保持正常运行。任何热机停机都将被禁止，纯电运行是不可能的。
本发明所提出的方法可以针对最小化的工作总时间段优化颗粒过滤器的再生操作。在车辆的控制设备(尤其是计算机和/或协调器)要求的情况下，尤其在连续且实时地执行颗粒过滤器温度测量的基础上，内燃机与仅利用辅助发动机同步工作，获得更优的能量效率。发动机在重启阶段中充电使得油中碳氢燃料的流量比瞬时减小。驾驶员由单一的辅助发动机感知车辆的行驶阶段，一旦获得颗粒过滤器的再生，就安排授权内燃机停机。根据测量颗粒过滤器的温度禁用耗电装置，能够获得车辆电消耗的收益。无论颗粒过滤器的状态如何，使用车辆能源选择性激活，所述选择性激活调适以减小能量损失，颗粒过滤器的再生性能得到优化。

Claims (10)

1.一种颗粒过滤器的再生方法，与混合动力车辆配备的内燃机相关的排气回路包括所述颗粒过滤器，根据所述再生方法，当再生正在进行时，连续探测颗粒过滤器的入口温度，管理车辆驱动模式的GMP协调器至少在当探测到的温度小于第一指定温度(Tpremier arrêt)时禁止内燃机的第一停机，如果第一停机没有被禁止，在当颗粒过滤器的上游温度大于第二指定温度(Tamont FAP)时，所述GMP协调器授权热机停机，所述第二指定温度取决于再生请求时刻颗粒过滤器的负载。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将第一指定温度分配给在车辆的两个重启阶段之间内燃机停机的初始禁止，将第二指定温度分配给当测量到的颗粒过滤器的温度相对其再生令人满意时授权发动机停机，从而区分第一指定温度和第二指定温度。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，取决于第一指定温度的禁止发动机停机还取决于探测车辆的外界温度以及所述所探测到的外界温度与指定外界温度之间的比较。
4.一种根据上述权利要求中任一项所述的颗粒过滤器的再生方法，其特征在于，颗粒过滤器的再生阶段期间授权的热机停机之后，当特定重启条件得到满足时迫使热机重启，所述重启条件考虑了再生开始时或者重启时刻的炭黑负载。
5.根据权利要求4所述的颗粒过滤器的再生方法，其特征在于，重启条件是颗粒过滤器的上游温度小于第三温度阈值，即重启温度阈值，所述重启温度阈值根据再生开始时或者重启时刻的炭黑负载进行调适。
6.根据权利要求4或5中任一项所述的再生方法，其特征在于，再生条件是热机的停机最大化时间段，所述最大化时间段根据再生开始时或者重启时刻的颗粒过滤器的炭黑负载进行修正。
7.根据权利要求6所述的颗粒过滤器的再生方法，其特征在于，修正前的所述最大化时间段是热机已经停机时刻的车辆速度和外界温度的函数。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的颗粒过滤器的再生方法，其特征在于，重启条件是对于再生阶段授权的最大化时间段，所述对于再生阶段的最大化时间段根据再生开始时或重启时刻的炭黑负载进行调适。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的颗粒过滤器的再生方法，其特征在于，当在重启条件生效之后请求重启时，根据高水平的再生策略操作热机。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的颗粒过滤器的再生方法，其特征在于，当在重启条件生效之后请求重启时，激活耗电装置和/或电池充电策略，当颗粒过滤器的上游温度达到用于激活耗电装置的临界温度极值或者用于电池充电策略的临界温度极值时，停止所述激活，所述临界温度极值根据在再生开始时或者重启时刻的炭黑负载进行调节。
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