CN105452079B - 用于车辆的混合驱动器 - Google Patents

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Abstract

用于车辆的具有内燃机且具有至少一个附加驱动装置的混合驱动器、以及用于操作混合驱动器的方法，其中提供废气系统用于排放内燃机的废气，该废气系统具有废气后处理设备和废气涡轮增压器的涡轮，并且其中该废气后处理设备安排在废气系统中的废气流动方向上并在涡轮之前。

Description

用于车辆的混合驱动器
技术领域
本发明涉及用于车辆的具有内燃机且具有至少一个附加驱动装置的混合驱动器以及用于操作此类混合驱动器的方法。混合驱动器将被理解为混合驱动系统，其包括彼此联接的至少一个内燃机和至少一个附加驱动装置，比如电动马达或飞轮质量。
背景技术
此类混合驱动器的最优工作点例如是关于驱动器的排放行为或燃料消耗来确定和调节的。公开文献DE 10 2010 008 695 A1描述了一种方法，其中在任何时间点，混合驱动系统的最优工作点可取决于驱动器所要求的扭矩来确定和提供。内燃机(尤其是柴油发动机)的废气温度由于此类优化而降低，此类优化一般提高了效率程度。尤其是在混合驱动器中，消耗减少措施导致废气温度的降低。由于更高效的内燃机而导致的更低废气温度的关键缺点是废气后处理设备较慢的冷启动加热。此外，不利的是，较低的无源过滤器再生与之相关，从而过滤器再生间隔缩短，其中再生操作中用于煤烟烧除的过滤器的加热再次与增加的燃料消耗相关联。
发明内容
本发明的目的是提供具有改进的用于废气后处理设备的再生操作的条件的混合驱动器。
该目的由本发明的技术特征来达成。以下陈述了优选实施例和有利改进。
根据本发明的用于车辆的具有内燃机且具有至少一个附加驱动装置的混合驱动器具有废气系统，该废气系统具有废气后处理设备和废气涡轮增压器的涡轮，以用于排放内燃机的废气。附加驱动装置优选不是内燃机。它尤其优选为电动马达，在本发明的意义上，其不排除使用其他变型，比如液压马达或飞轮质量作为能量存储。根据本发明，废气后处理设备安排在废气系统中的废气流动方向上并在涡轮之前。
在本发明的一个实施例中，用于调节驱动器的工作点的控制设备连接至内燃机和附加驱动装置，其中执行对工作点的调节以使得扭矩需求由内燃机的第一扭矩和附加驱动装置的第二扭矩来满足。
废气后处理设备的温度影响控制设备对工作点的调节。在废气后处理设备的温度低于期望温度时，由控制设备执行对工作点的调节以使得在扭矩需求增大时，增大的扭矩需求与内燃机的第一扭矩之间的差值能藉由附加驱动装置的第二扭矩来补偿。优选地，在废气后处理设备的温度低于期望温度时，由控制设备执行对工作点的调节以使得用于馈给附加驱动装置的能量存储被充电。
根据此安排得到以下优点：废气后处理设备由废气加载，该废气比通过涡轮之后的废气具有更高的压力和更高的温度。由此，以有利方式促成了用于开始废气后处理设备的再生操作的废气温度上升。由于废气后处理设备安排在涡轮之前，因此在冷启动期间和在预热期间，在废气后处理设备的入口处得到增大的废气温度。这对于废气排放而言是尤其重要的，因为冷启动排放对所谓的驱动循环中的总体测得排放具有极大的影响，并且在美国应用的循环中甚至更为重要。借助于废气后处理设备的更快预热，对所排放的污染物的转化由此在预热阶段中的更早时间点开始，由此驱动循环中测得的污染物排放显著减少。
由于安排在涡轮之前的废气后处理设备，涡轮入口温度的增加在负载步进期间减慢，由此充气压力增加也减慢。通过根据本发明的混合驱动器，以有利的方式存在补偿延迟的充气压力增加的可能性，以使得内燃机不能足够快地提供的缺失扭矩由附加驱动装置来提供。
根据优选实施例，用于调节驱动器的工作点的控制设备被连接至内燃机和附加驱动装置，其中执行对工作点的调节以使得扭矩需求由内燃机的第一扭矩和附加驱动装置的第二扭矩来实现。这意味着工作点包括第一扭矩与第二扭矩的关系。关于内燃机，工作点还可确定不同的燃烧过程，这一点在公开文献DE 10 2010 008 695 A1中描述，由此对其内容作出引用。
此外，优选地，废气后处理设备的温度影响借助于控制设备对工作点的调节。尤其优选地，在废气后处理设备的温度低于期望温度时，由控制设备执行对工作点的调节以使得在扭矩需求增大期间，增大的扭矩需求与内燃机的第一扭矩之间的差值能由附加驱动装置的第二扭矩来补偿。在废气后处理设备的温度高于期望温度时，由此可有利地执行对工作点的已知优化，因为扭矩补偿不是必要的。
在驱动器的较长瞬态操作期间，预期废气后处理设备的温度降至指定温度以下，从而在扭矩需求增加期间，将常常或持久地使用附加驱动装置来进行支持，由此能量存储常常可能被过度耗尽。由此，根据进一步优选实施例，在废气后处理设备的温度低于指定温度时，由控制设备执行对工作点的调节以使得用于馈给附加驱动装置的能量存储被充电，尤其是例如用于馈给电动马达的电池由发电机或由处于发电操作中的电动马达来充电。由此，达成了以下优点，在驱动器的较长瞬态操作期间防止了能量存储的放电。此外，废气后处理设备的温度以有利的方式增大。
本发明的另一目的是用于操作如上所述的混合驱动器的方法。在废气后处理设备处于废气流动方向上且在涡轮之前的安排中，导致已描述的延迟响应涡轮增压器的问题。
此问题由根据本发明的方法来解决，以使得由于废气后处理设备的预热而造成的废气涡轮增压器对增大的扭矩需求的延迟响应被补偿，从而扭矩需求与内燃机的第一扭矩之间的差值由附加驱动装置的第二扭矩来提供。由此，可使用废气后处理设备在涡轮之前的安排的优点，而不必承受其缺点。
优选地，测量废气后处理设备的温度，其中取决于测得的温度来调节驱动器的工作点。优选地，在废气后处理设备的温度低于期望温度时，对用于馈给附加驱动装置的能量存储进行充电。这至少对于以下情形是有效的：扭矩需求由或者可以由内燃机的第一扭矩来提供。在废气后处理设备的温度高于期望温度时，优选地以消耗优化方式来调节驱动器的工作点。
以下通过使用附图和示图来详细描述本发明。这些解释还涉及根据本发明的方法、以及根据本发明的混合驱动器。对实施例的示例性描述并不限制通用发明概念。
附图说明
图1A以示意表示示出了用于车辆的根据本发明的混合驱动器的实施例，
图1B以示意表示示出了用于车辆的根据本发明的混合驱动器的实施例，其具有相对于图1A改变了的混合驱动器的拓扑结构，
图2示出了图1A的实施例的细节、以及此细节的三种衍生实施例变型，
图3、4和5分别为用于解释根据本发明的混合驱动器和根据本发明的方法的操作的示意图，
图6示出了使用控制设备的示意表示的具有控制设备的混合驱动器的优选实施例，
图7以示意表示示出了方法的优选实施例。
具体实施方式
在图1A中，仅用轮廓示出了用于车辆9的根据本发明的混合驱动器10的示意表示。除了混合驱动器10以外，仅示意性地示出了车辆9的驱动轴。混合驱动器10包括内燃机1和附加驱动装置2。驱动系包括离合器11、12，由此其旨在表示车辆9可选择性地由内燃机1或由附加驱动装置2驱动，或者由内燃机1和附加驱动装置2联合地驱动。如果车辆9由内燃机1和附加驱动装置2一起驱动，则驱动该车辆的扭矩是由内燃机1的第一扭矩与附加驱动装置2的第二扭矩之和产生的。在图1A中所示的混合驱动器10处，还规定了内燃机1的第一扭矩可对车辆9的驱动轴A起作用，车辆9被标示为并联混合。
在图1B中，用于车辆9的根据本发明的混合驱动器10的实施例被示意性地示为具有相对于图1A改变了的混合驱动器10的拓扑结构，其可更清楚地被识别为并联混合，因为内燃机1和附加驱动装置2的第一和第二扭矩在变速箱G中加总在一起。否则，图1A和1B的表示是相同的并且在下文一起描述。
废气系统3设有废气后处理设备4和废气涡轮增压器6的涡轮5，以用于排放内燃机1的废气。根据本发明，废气后处理设备4安排在废气系统3中的废气流动方向(由箭头32指示)上，并在涡轮5之前。涡轮5按已知方式经由机械连接61连接至增压器62，其压缩进气63。经压缩的增压气体被馈入内燃机1，由箭头64所示。
将废气后处理设备4安排在涡轮5之前以有利的方式实现了废气后处理设备4的较高温度，这例如促成了再生操作中的温度上升。在涡轮5之前占优势的压力进一步导致废气体积减小，且由此在较低压力损耗的结果下，废气后处理设备4中的流通速度减小。由于在上游安排的废气后处理设备4，在负载步进期间涡轮进气温度的升温减慢，由此充气压力增加也减慢。通过根据本发明的混合驱动器10，以有利的方式存在补偿延迟的充气压力增加的可能性，因为内燃机1不能足够快地提供的缺失扭矩由附加驱动装置2来提供。
废气后处理设备4优选地具有安排在废气流动方向中的下游的催化转化器41和颗粒过滤器42。以下结合图2描述更多废气后处理设备4。
附加驱动装置2优选不是内燃机。它尤其优选为电动马达2，其在本发明的意义上不排除使用不同的变型，比如液压马达。提供能量存储8以馈给附加驱动装置2，即例如电池8，其馈给电动马达2并且可在发电机操作状态中由发电机(未示出)或由电动马达2再充电，其中发电机或电动马达2在用于此目的的发电机操作状态中由内燃机1驱动。
在图2中，示意性地示出了图1的废气系统3的四种变型，其用字母(a)到(d)来标示。变型(a)在此情形中对应于图1中所示的废气系统3的实施例，其具有在流动方向上前后地安排的组件，比如催化转化器41和颗粒过滤器42。变型(b)示出简化实施例，其中废气后处理设备仅包括颗粒过滤器42。根据变型(c)，废气后处理设备是由第一催化转化器41、颗粒过滤器42和第二催化转化器41构造的，它们按此顺序前后地安排在废气流动方向上。在变型(d)中，催化转化器41在废气流动方向上被安排在颗粒过滤器42之后。在所有所描述的实施例中，颗粒过滤器42也可覆盖有催化涂层。催化转化器41或催化颗粒过滤器涂层可被形成为氧化催化转化器、三路催化转化器、或氮氧化物存储催化转化器。此外，存在将另一催化转化器42放置在废气流动方向上的涡轮5之后的可能性。颗粒过滤器42和催化转化器41可以按已知方式基于陶瓷或金属基板。
在图3、4和5中，使用图形分别结合本发明示出了负载改变过程。在图3中，在横轴100的时间上方、在纵轴101上示出了涡轮进气温度，其中用T标示的时间点是负载步进的时间点。曲线104示出了在涡轮5之前没有废气后处理设备4的情况下(参见图1)废气系统3中的涡轮进气温度的发展。在从开始水平到增大水平108的负载步进之后，涡轮进气温度非常快速地增大。如果废气后处理设备4被安排在废气系统3中的涡轮5之前，如图1中所示，则得到如曲线105中所示的涡轮进气温度轨迹。与没有废气后处理设备4相比，涡轮进气温度在时间点T处的负载步进之后相对缓慢地增大，并显著更晚地到达较高水平108。
在图4中，在横轴100的时间上方、在纵轴102上示出了充气压力，其中再次用T来标示负载步进的时间点。在这种情形中，虚曲线106标示在没有废气后处理设备4的废气系统3中在负载步进之后的充气压力增加，而连续曲线107示出了在涡轮5之前安排了废气后处理设备4时达成的延迟的充气压力增加。此处同样明显的是，充气压力从初始水平增加到增大水平109，其中在连续曲线107的情形中比在虚曲线106中明显更晚达到增大水平109。
在图5中，以示图在横轴100的时间上方、在纵轴103上标注了扭矩曲线。虚线90在此情形中表示期望扭矩，其对应于扭矩需求90并且也被标示为驱动器要求扭矩。在时间点T，发生期望扭矩90至较高水平的改变，即负载步进。用91标示的曲线表示内燃机1的第一扭矩91的发展，其只能以明显延迟来跟随扭矩需求90，因为初始必须在涡轮增压器6中发生充气压力增大，如以上使用图3和4所示。曲线92描述期望扭矩90与内燃机1的第一扭矩91之间的差值，其根据本发明由附加驱动装置2的第二扭矩94来补偿。图3、4和5的示图示出了缺少的瞬态行为可如何由附加驱动装置2的第二扭矩94来补偿。在涡轮5之前的废气后处理设备4阻碍了涡轮5的入口处的温度增加，由此仅缓慢地达成充气压力增大。藉由缓慢的充气压力增大，注入量的增加也减慢。结果，内燃机1的第一扭矩91仅缓慢地增加且滞后于期望扭矩90。扭矩需求90与内燃机1的第一扭矩91之间的扭矩差值92可被用作对附加驱动装置2的需求。附加驱动装置2的第二扭矩94可非常快速地提供，尤其是在电动马达2作为附加驱动装置2时。
在图6中，示意性地示出了用于调节根据图1的驱动器10的工作点的控制设备7，其中控制设备7连接至内燃机1和附加驱动装置2。根据具体算法，其验证了驱动器要求扭矩90可如何由内燃机1的第一扭矩和附加驱动装置2的第二扭矩组合而成，从而借助于第一扭矩和第二扭矩的特定期望值93、94来实现特定优化准则。这可例如通过成本函数来进行，成本函数支配性地评估最小消耗但也评估排放和燃烧及驱动噪声，并且在这种情形中还考虑特定边界条件，比如当前电池电荷条件和驱动速度。如有必要，在内燃机1与附加驱动装置2之间的扭矩分配的总体控制中还可以考虑个人驾驶简档，比如运动型或慢速驾驶方式或路线的路线数据，个人驾驶简档早先被输入或者通常借助于GPS或其他系统来确定为驾驶简档。这些参数和边界条件由用P标示的箭头来象征性地表示。根据本发明的优选实施例，控制设备7的此功能可通过颗粒过滤器温度80扩展为另一参数。定性地，用于分配扭矩93、94的期望值的该功能受到影响，从而在废气后处理设备4的低温80处，偏向于电池充电。在一方面，借助于此，内燃机1上的负载增大，从而废气后处理设备4的温度80增大。另一方面，用于馈给附加驱动装置2的能量存储8的充电条件增加。这是有利的，因为在冷废气后处理设备4处的突然负载需求期间，必需要附加驱动装置2的高第二扭矩94来补偿实际扭矩91，该实际扭矩91没有达到内燃机1的期望值(参见图5)。当废气后处理设备4的温度80超过期望温度时，确保了涡轮增压器6的快速响应，从而控制设备7如目前技术那样可实施例如对期望扭矩93、94的燃料消耗优化分配。
在图7中，示出了根据本发明的方法的一实施例的示意表示，其对应于根据图6的控制设备的功能。除了扭矩需求90以外，还在控制设备7中处理众多参数，它们组合成P。借助于用P标示的成本函数，可确定最优工作点B，其随后尤其通过控制设备7被转换成扭矩93、94的分配(比较图6)。虚线所示函数曲线和箭头81在这种情形中指示废气后处理设备4的温度80对成本函数F的影响以及由此对最优工作点B的影响，最优工作点B可用相应函数来确定。
在车辆9的强瞬态驱动操作中，附加驱动装置2对扭矩的补偿可导致对存储设备8的快速汲取。对此的补救是附加功能，该附加功能依赖于在废气后处理设备4的温度80降至期望温度以下时增大存储设备8的指定充电条件。
附图标记列表
1 内燃机
2 附加驱动装置，尤其是电动马达或飞轮质量
3 废气系统
4 废气后处理设备
5 涡轮
6 废气涡轮增压器
7 控制设备
8 能量存储
9 车辆
10 混合驱动器
11,12 离合器
32 箭头，废气流动方向
41 催化转化器
42 颗粒过滤器
61 机械连接
62 增压器
63 进气馈送
64 箭头，增压空气馈送
80 废气后处理设备的温度
81 箭头
90 扭矩需求
91 第一实际扭矩，曲线
92 扭矩差值，曲线
93 第一扭矩的期望值
94 第二扭矩
100 横轴
101,102,103 纵轴
104,105,106 曲线
107,108,109 曲线
A 车辆的驱动轴
G 变速箱
B 驱动器的工作点
P 参数
F 成本函数
T 时间点

Claims (6)

1.用于车辆(9)的具有内燃机(1)且具有至少一个附加驱动装置(2)的混合驱动器(10)，
其中提供废气系统(3)以用于排放所述内燃机的废气，所述废气系统(3)具有废气后处理设备(4)和废气涡轮增压器(6)的涡轮(5)，
并且其中所述废气后处理设备安排在所述废气系统中的废气流动方向上并且在所述涡轮之前，
其特征在于，
用于调节所述驱动器的工作点(B)的控制设备(7)连接至所述内燃机(1)和所述附加驱动装置(2)，
其中执行对所述工作点的调节以使得扭矩需求(90)由所述内燃机的第一扭矩(91)和所述附加驱动装置的第二扭矩(94)来满足，
其中所述废气后处理设备(4)的温度(80)影响所述控制设备(7)对所述工作点(B)的调节，
其中在所述废气后处理设备(4)的温度(80)低于期望温度时，由所述控制设备(7)执行对所述工作点(B)的调节以使得在所述扭矩需求(90)增大时，所述增大的扭矩需求与所述内燃机(1)的第一扭矩(91)之间的差值(92)能藉由所述附加驱动装置(2)的第二扭矩(94)来补偿。
2.如权利要求1所述的混合驱动器，其特征在于，在所述废气后处理设备(4)的温度(80)低于期望温度时，由所述控制设备(7)执行对所述工作点(B)的调节以使得用于馈给所述附加驱动装置(2)的能量存储(8)被充电。
3.用于操作如以上权利要求之一所述的混合驱动器(10)的方法，
其特征在于，
由于所述废气后处理设备(4)的加热所造成的所述废气涡轮增压器(6)对增大的扭矩需求(90)的延迟响应被补偿，以使得所述扭矩需求与所述内燃机(1)的第一扭矩(91)之间的差值(92)由所述附加驱动装置(2)的第二扭矩(94)来提供。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述废气后处理设备(4)的温度(80)被测量，其中依赖于所测得的温度来调节所述混合驱动器(10)的工作点(B)。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述废气后处理设备(4)的温度(80)低于期望温度时，只要所述扭矩需求(90)由所述内燃机(1)的第一扭矩(91)提供，就对用于馈给所述附加驱动装置(2)的能量存储(8)进行充电。
6.如权利要求4或5之一所述的方法，其特征在于，在所述废气后处理设备(4)的温度(80)高于期望温度时，以消耗优化方式来调节所述混合驱动器(10)的工作点。
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