CN107339138B - 带混合驱动部的机动车中的微粒过滤器再生的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在带有混合驱动部的机动车的情形中使微粒过滤器再生的方法。在机动车的正常运行中，在其中内燃机被激活的阶段中炭黑颗粒被从内燃机的废气存入在微粒过滤器中。为了使微粒过滤器再生，微粒过滤器被带到再生温度上，其中，电动机和内燃机为了再生被如此地联接，即，电动机拖动内燃机且内燃机将用于氧化被保留在微粒过滤器中的炭黑的空气输送到废气通道中。

Description

带混合驱动部的机动车中的微粒过滤器再生的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于使在带有混合驱动部的机动车的废气通道中的微粒过滤器再生的方法和装置。
背景技术
排放立法的不断收紧对车辆生产商提出了高的要求，其通过用于降低发动机原始排放的相应措施和通过相应的废气后处理来实现。随着EU6立法阶段的引入，对于带有混合驱动部的汽油发动机或车辆而言规定了颗粒数量的极限值，其在许多情况中使得微粒过滤器的使用变得必要。在行驶运行中，这样的微粒过滤器被加载以炭黑。为了使得排气背压不太强地上升，该微粒过滤器须被连续地或周期性地再生。为了执行被保留在微粒过滤器中的炭黑利用氧气的热氧化，与在内燃机的废气设施中的同时存在的氧气相联系的足够高的温度水平是必要的。因为现代汽油发动机通常不带有氧气过量地以化学计量的燃烧空气比例(λ=1)来运行，所以为此需要额外的措施。一种用于使微粒过滤器再生的可行性方案是在内燃机的滑行阶段中到废气通道中的氧气带入，即在其中燃料不被喷射且因此在废气中存在氧气过量的阶段中。然而，这样的滑行阶段在内燃机的情形中不总是按计划出现，而更容易是随机的且不可控制的，从而使得再生阶段相比实际必要的更频繁地被触发，以便于避免微粒过滤器的太高负载的危险和微粒过滤器由于不受控制的炭黑燃烧(Russabbrand)的热损伤的与此伴随的危险。这样的不受控制的炭黑燃烧在最不利的情况中可能导致微粒过滤器的烧穿且因此导致微粒过滤器的损坏。
由文件WO2011/104459 A1已知一种用于在混合动力车辆的情形中使内燃机的微粒过滤器再生的方法。在此，到微粒过滤器中的输入温度被连续测量且与第一阈值相比较。在此，当在微粒过滤器的入口处的温度处在该第一阈值以下时，内燃机的停止被中断。在此，内燃机的停止被一直中断，直至在微粒过滤器的入口处的温度处在第二阈限温度(Schwellentemperatur)以上，在其以上允许内燃机的停止。
由文件EP 1 197 642 A2已知一种用于使在混合动力车辆中的微粒过滤器再生的方法。在此，废气的温度由此被提高，即，内燃机的负荷以如下方式被提高，即，内燃机除了驱动机动车之外给混合动力车辆的电动机的电池充电。
然而这些解决方案的缺点是，此外须等待内燃机的滑行阶段，以便于执行微粒过滤器的再生且此外微粒过滤器相比实际所必要的被更频繁地再生。
发明内容
本发明此时所基于的目的是，执行微粒过滤器的适宜的且符合需要的再生且滑行阶段总是当要求微粒过滤器的负载时被引入。
该目的通过一种用于使在带有由电动机和内燃机构成的混合驱动部的机动车的废气通道中的微粒过滤器再生的方法，其包括如下步骤；
- 以混合运行方式运行机动车，其中，在内燃机运行的情形中内燃机的废气被导引通过微粒过滤器，
- 测定微粒过滤器的负载状态，
- 当微粒过滤器的负载状态达到定义的最大负载状态时，引入微粒过滤器的再生，
- 执行微粒过滤器的再生过程，其中，内燃机和电动机在再生期间被联接，其中，
- 电动机拖动内燃机，且其中，
- 内燃机将空气输送到废气通道中，以便于氧化被保留在微粒过滤器中的炭黑颗粒。
由此可实现内燃机的有效的滑行阶段，其可通过电动机的转矩设计成主动式的。因此不必要的是，等待行驶情况受限制的滑行阶段，以便于引入再生，从而微粒过滤器的更少的再生过程是必要的。当微粒过滤器达到定义的最大负载状态时，在带有混合驱动部的机动车中于是可引入微粒过滤器的一再生阶段。就此而言，滑行阶段被理解为在其中燃料不被喷射到内燃机燃烧室的其中一个中且内燃机不将驱动力矩发出到曲轴处的运行状态。就此而言，内燃机的拖动被理解为在其处电动机须施加用于使内燃机转动的转矩的运行状态。在此，内燃机以大于100转/分钟、优选地至少600转/分钟的转速被转动且优选地燃料到内燃机燃烧室中的喷射完全消失。
在本发明的优选的设计方案中设置成，再生过程前置有加热过程，在其中微粒过滤器被加热到对于炭黑的氧化所必要的温度范围上。因为滑行运行一般与在废气通道中的温度下降相联系，所以可为必要的是，在引入再生之前将废气通道且因此将微粒过滤器加热到再生温度上。因为为了使微粒过滤器再生，不仅在废气通道中的足够高的温度水平而且氧气过量是必要的，所以这样的加热阶段是一种简单且被测试过的用于达到温度水平的方式。氧气过量如示出的那样通过内燃机的拖动运行来实现，其中，内燃机将空气输送到废气通道中。
根据方法的一种有利的实施形式设置成，废气温度的温度范围通过上阈值和下阈值来限制，其中，加热过程被一直执行，直至达到上阈值。为了使微粒过滤器再生，足够的温度水平是必要的。另一方面，在微粒过滤器中的废气温度同样不可太强地上升，因为太高的温度、尤其在800ºC以上的温度可能导致热损伤直至导致微粒过滤器的损坏，因为通过炭黑燃烧的放热而出现温度提高。因为滑行运行一般与在废气通道中的温度下降相联系，所以微粒过滤器在加热阶段中被加热直至最大允许的温度(上阈值)，以便于使得尽可能长的再生阶段成为可能，直至在微粒过滤器处的温度被下降到下阈值以下且因此不可实现微粒过滤器的进一步再生。
根据一种有利的改进方案设置成，微粒过滤器的再生被一直执行，直至下阈值被达到。虽然在理论上可能的是，以如下方式提前结束再生，即，内燃机再次在不带有氧气过量的情形中被运行，然而直至达到下阈限温度的再生是有意义的，因为否则不必要地需要许多再生步骤，直至微粒过滤器被完全再生。
在此特别优选的是，微粒过滤器的再生在多个步骤中实现，其中，交替地在加热阶段与再生阶段之间转换。如果微粒过滤器在滑行阶段中的完全再生应是不可能的，尤其因为废气温度低于下阈值，则设置有微粒过滤器的多阶段再生，在其中交替地在微粒过滤器的加热阶段与再生阶段之间转换。在此，内燃机不仅在加热阶段中而且在再生阶段中与机动车的传动系相连接。在加热阶段中，内燃机由自己的驱动部来转动，在再生阶段中内燃机通过电动机被拖动且因此被转动。因此，发动机停止且内燃机与电动机的脱开联接在整个再生阶段中被中断。通过多个再生步骤可实现微粒过滤器的完整的再生。
优选地，上阈限温度处在720ºC至780ºC之间。在该温度范围中可实现被保留在微粒过滤器中的炭黑的有效氧化，而不产生微粒过滤器的热损伤。在此，特别优选的是750ºC的上阈限温度，因为该温度是在炭黑的有效氧化与微粒过滤器的尽可能长的耐久性之间的优选的折衷。
优选地，下阈限温度处在580ºC与650ºC之间。在该温度范围以上可实现被保留在微粒过滤器中的炭黑的有效转化。特别优选的是600ºC的下阈限温度，因为其适合作为炭黑颗粒的氧化反应的下极限。
根据该方法的一种有利的改进方案设置成，内燃机在加热阶段期间以化学计量的燃烧空气比例来运行。在化学计量燃烧空气比例的情形中可实现有害物质在前置于微粒过滤器的三元催化器上的特别良好的转化。此外，内燃机的化学计量燃烧空气比例特别良好地适合用于加热废气，因为稀的燃烧空气比例一般伴随有内燃机的降低的功率而浓的燃烧空气比例一般引起废气由于未燃烧的燃料的冷却。
在该方法的一种优选的实施形式中设置成，内燃机的负荷点在加热阶段期间被如此地转移，即，内燃机须额外地通过电动机的电池的充电过程施加负荷。因此，负荷可在加热阶段中被提高，而不形成额外的驱动力矩。由此，废气且因此微粒过滤器在此外相同的条件的情形中相比在仅具有内燃机且通过该内燃机被驱动的机动车的情形中被更快地加热。
根据该方法的另一有利的改进方案设置成，当对混合驱动的负荷要求超出确定的阈值、尤其电动机的额定功率时，微粒过滤器的再生被中断。如果在再生期间要求处在电动机的额定负载之上的负载，则微粒过滤器的再生过程可被中断，以便于提供由内燃机和电动机构成的最大的系统功率。在此，微粒过滤器的再生被如此长地中断，直至系统功率再次处在阈值以下，且内燃机的必要的驱动力矩和拖动力矩可通过电动机来产生。通过微粒过滤器的多阶段再生可实现短期提供总的系统功率，而不担心微粒过滤器由于过载和之后不受控制的炭黑燃烧的损伤。
在一种优选的实施形式中设置成，电动机的负荷点在微粒过滤器的再生期间被如此地转移，即，电动机施加驾驶员期望力矩且额外地拖动内燃机。由此，在微粒过滤器的再生期间可通过电动机提供额外的功率，从而使得再生过程可由驾驶员不受驾驶经验的限制地实现。
在此特别优选的是，微粒过滤器的再生对于机动车的驱动力矩而言力矩平衡地实现，这也就是说，电动机在微粒过滤器的再生期间提供恰如对于拖动内燃机必要的一样多的额外的转动力矩。由此，再生阶段可特别舒适地且对于机动车的驾驶员而言几乎不受注意地实施。
在本发明的另外的优选的设计方案中设置成，内燃机被外部点火。所建议的方法原则上可在带有自点火的内燃机的混合动力车辆的情形中以及在外部点火的内燃机的情形中被执行。因为根据柴油方法的自点火的内燃机然而一般利用相应的氧气过量来运行，所以用于在柴油混合动力的情形中再生微粒过滤器的氧气的提供然而是较小的挑战。在一般以化学计量的燃烧空气比例来运行的汽油混合动力的情形中，然而用于将氧气引入到废气通道中的额外措施是必要的，以便于再生微粒过滤器。因为外部点火的内燃机不可不限制功率、废气特性和/或舒适性地以稀的燃烧空气比例来运行，所建议的方法提供了如下优点，即，再生尤其地也在中间的和较低的部分负荷的情形中(如其例如在城市交通中运行的情形中出现的那样)是可行的。
根据本发明，此外建议了一种用于带有混合驱动部的机动车的控制器，以其可执行这样的方法。经由这样的控制器可以简单的方式控制在电动机与内燃机之间的功率分布且因此创造用于执行这样的方法的前提条件。
此外，根据本发明建议了一种包括电动机和内燃机的混合动力车辆，其中，在内燃机的废气通道中布置有微粒过滤器，且其具有用于控制内燃机和电动机的控制器，其中，电动机在微粒过滤器的再生期间拖动内燃机且内燃机将用于氧化被保留在微粒过滤器中的炭黑颗粒的空气输送到废气通道中。
本发明的另外的优选的设计方案由其余的、在从属权利要求中所提及的特征得出。
本发明的不同的在该申请中所提及的实施形式只要在个别情况中不另外地实施可有利地彼此组合。
附图说明
下面在实施例中借助附图阐述本发明。其中：
图1显示了用于执行用于使微粒过滤器再生的根据本发明的方法的带有混合驱动部的机动车；
图2 显示了包括电动机和内燃机的用于机动车的另外的根据本发明的混合驱动部，
图3 显示了用于执行根据本发明的方法、用于使在带有混合驱动部的机动车中的微粒过滤器再生的流程图，以及
图4 显示了用于执行用于使微粒过滤器再生的根据本发明的方法的示意图。附图 标记清单
1 混合运行
2 加热阶段
3 滑行阶段
10 内燃机
12 废气通道
14 催化器
16 微粒过滤器
18 传动系
20 电动机
22 离合器
24 控制器
26 信号线
28 信号线
30 第一驱动轴
32 第二驱动轴
34 电池
I 混合运行
II 再生阶段
III 重新的混合运行。
具体实施方式
图1显示了带有混合驱动部的机动车的示意性图示。该混合驱动部包括内燃机10和电动机20，其均可与共同的传动装置38处在有效连接中。在此，内燃机10和电动机20优选横向于机动车的行驶方向布置在机动车的前车中的发动机舱中。备选地，内燃机10和电动机20同样可纵向于行驶方向布置。在内燃机10与传动装置38之间布置有第一离合器22，内燃机10可经由其与传动装置38机械连接。该第一离合器22不仅可构造成简单的换档离合器而且可构造成优选自动化的双离合器。在传动装置38与电动机20之间设置有另一离合器36，其使得电动机20的联接或者脱开联接成为可能。在车辆尾部中布置有用于内燃机10的油箱40和用于电动机20的电池34，以便于获得在第一驱动轴30、优选前轴30与第二轴32、优选后轴之间的均匀的重量分布。备选地，油箱42和/或电池34同样可布置在机动车的其它位置处。
电动机20和内燃机10可经由共同的传动系18彼此相连接，其中，该连接可通过离合器22和36被建立或者中断。通过闭合离合器22或36中仅一个，机动车可选择性地仅电气地通过电动机20或仅利用内燃机10来运行。如果两个离合器22和36被闭合，则利用两个驱动动力装置10,20的加速运行、回收(即电动机20的电池34的充电)或电气制动运行可被执行。传动装置38与差速器40相连接，其经由驱动轴驱动第一驱动轴30、尤其前轴的车轮。
内燃机10具有废气通道12，在其中布置有三元催化器14和微粒过滤器16。为了控制内燃机10和电动机20设置有控制器24，其经由第一信号线26与内燃机10且经由第二信号线28与电动机20相连接。
在正常运行中，车辆以混合模式运行，在其中驾驶员期望力矩在确定的驱动马达之后通过控制器24被传递到内燃机10、电动机20或两个马达10,20处。混合驱动部的被存储在控制器24中的运行策略预先给定以哪种方式满足驾驶员期望。在此，驱动力矩可完全通过电动机20来提供，通过在电动机20与内燃机10之间的分布实现或完全通过内燃机10实现。在混合运行中此外可行的是，内燃机10产生多于对于驱动机动车必要的转矩，其中，额外的转矩通过电动机20经由离合器36的联接被用于给电动机20的电池34充电。
在内燃机10激活期间，内燃机的废气被导引通过在废气通道12中的微粒过滤器16。在混合运行期间，微粒过滤器16被负载以炭黑颗粒，直至达到微粒过滤器16的最大允许的负载状态。
图2显示了一种带有混合驱动部的机动车的传动系的另外的示意性图示。该混合驱动部具有内燃机10和电动机20。内燃机10与第一驱动轴30、尤其机动车的前轴相联接。电动机20与第二驱动轴32、尤其机动车的后轴相联接。电动机20和内燃机10可经由共同的传动系18彼此相连接，其中，该连接通过离合器22被建立或者中断。内燃机10优选是外部点火的内燃机，其优选以化学计量燃烧空气比例来运行。内燃机10具有废气通道12，在其中布置有三元催化器14和微粒过滤器16。为了控制内燃机10和电动机20设置有控制器24，其经由第一信号线26与内燃机10且经由第二信号线28与电动机20相连接。
在图3中示出了用于使微粒过滤器16再生的流程图。在第一阶段I中，机动车以混合运行I来运行，直至微粒过滤器16达到最大允许的负载状态。最大允许的负载状态可通过在微粒过滤器16上的压差测量或通过由微粒过滤器16的炭黑输入和炭黑输出借助于被存储在控制器24中的计算模型的建模来测定。微粒过滤器16的再生阶段II优选在多个再生步骤中被执行，其中，再生步骤中的每个包括微粒过滤器16的加热2和内燃机10的滑行运行3。在图2中示出了带有三个再生步骤的再生，然而带有更多或更少再生步骤的再生也是可行的。此外，加热阶段2至少可在第一再生步骤之前取消，当微粒过滤器在引入再生阶段II的情形中已具有对于氧化被保留在微粒过滤器中的炭黑必要的温度时。在加热阶段2中，内燃机10被一直以负荷运行，直至达到上阈限温度TSO。该上阈限温度例如处在750ºC，由此实现用于氧化被保留在微粒过滤器16中的炭黑的理想的条件。加热阶段2可例如包括点火时刻在延迟方向上的调节和/或内燃机10通过电动机20的发电机式运行的额外的负荷。在此，内燃机10优选以化学计量的燃烧空气比例来运行。如果达到上阈限温度TSO，则到内燃机10的燃烧室中的燃料喷射被停止且内燃机10被电动机20拖动。在该滑行阶段3中内燃机10通过电动机20被带动转动，其中，内燃机10将空气输送到废气通道12中。在滑行阶段3期间，炭黑在微粒过滤器16中被氧化，其中，通过消失的燃烧降低废气温度。在此，备选地可去除燃料到内燃机10的单个或所有气缸中的喷射。在滑行阶段3期间，内燃机10不提供驱动力拒，从而使得整个驱动力矩须由电动机20来产生。滑行阶段3被一直维持，直至在微粒过滤器16处的温度达到大约600ºC的下阈限值TSU。在该温度以下不再可实现炭黑的进一步氧化，从而使得加热阶段2被重新引入。在再生阶段II中，交替地在加热阶段2与滑行阶段3之间被变换。该交替的在加热阶段2与滑行阶段3之间的变换被一直重复，直至微粒过滤器16可被视作已再生，这可通过在微粒过滤器16上的压差测量或经由负载状态经由计算模型的建模实现。在微粒过滤器16的成功再生之后，机动车重新以混合运行III来运行且微粒过滤器16重新被负载以炭黑颗粒。
在图4中示出了用于使微粒过滤器16再生的另外的示意图。在第一阶段<100>中，机动车以混合运行来被运行，其中，微粒过滤器16在内燃机10运行的情形中被负载以炭黑颗粒。在方法步骤<110>中检查微粒过滤器16的炭黑负载是否达到临界的负载状态，这如所描述的那样可经由压差测量或计算模型实现。如果微粒过滤器16达到临界的负载状态，在方法步骤<120>中引入微粒过滤器16的再生。为了使微粒过滤器16再生，在方法步骤<130>中如此地转移内燃机10的负荷点，即，废气温度被提高。这可尤其地通过额外的阻力以如下方式实现，即，电动机20作为发电机来运行且因此电动机20的电池34被充电。在方法步骤<140>中测定是否微粒过滤器16是否达到上阈限温度TSO。如果微粒过滤器16达到该上阈限温度TSO，则在方法步骤<150>中内燃机10被电动机20拖动，其中，内燃机10将空气泵入到废气通道12中且因此提供用于氧化被保留在微粒过滤器16中的炭黑的必要的氧气。在方法步骤<160>中检查，在微粒过滤器16处的温度在被拖动的内燃机10的情形中是否处在下阈限温度TSU以上。如果达到该下阈限温度TSU，则加热阶段根据方法步骤<130>被重新引入。并行地在方法步骤<170>中实现的是，检查微粒过滤器16的炭黑负载是否达到下阈限值且微粒过滤器16是否因此可被看作完全被再生。如果达到了该下阈限值，再生<120>结束且机动车再次以混合运行来运行。
通过该方法实现一种用于燃烧在微粒过滤器16上的炭黑颗粒的特别有效的机械装置。通过内燃机10由电动机20引起的拖动运行，氧气到废气通道12中的输入可尽可能与混合系统的负荷点无关地来控制。对于拖动内燃机10而言必要的力矩通过电动机20来产生，从而使得微粒过滤器16的再生对于机动车的驾驶员而言不可感知且特别舒适。
为了优化再生，可如所描述的那样不仅内燃机10的负荷点(尤其在加热阶段2中)而且在滑行阶段中的电动机20的负荷点被转移。在此，内燃机10在再生期间不与带有混合驱动部的机动车的传动系脱开联接。由此得出一种用于微粒过滤器16的明显简单的再生可行性方案。

Claims (11)

1.一种用于使在带有由电动机(20)和内燃机(10)构成的混合驱动部的机动车的废气通道(12)中的微粒过滤器(16)再生的方法，包括如下步骤：
- 以混合运行来运行所述机动车，其中，在所述内燃机(10)的运行的情形中所述内燃机(10)的废气被导引穿过所述微粒过滤器(16)；
- 确定所述微粒过滤器(16)的负载状态；
- 当所述微粒过滤器(16)的负载状态达到定义的最大负载状态时，引入所述微粒过滤器(16)的再生；
- 执行所述微粒过滤器(16)的再生过程，其中，所述内燃机(10)和所述电动机(20)在所述再生期间被联接，其中，
- 所述电动机(20)拖动所述内燃机(10)，且其中，
- 所述内燃机(10)将空气输送到所述废气通道(12)中，以便于氧化被保留在所述微粒过滤器(16)中的炭黑颗粒，
其特征在于，
对于所述再生过程而言前置有加热过程，在其中一直以负荷运行所述内燃机(10)，直至所述微粒过滤器(16)被加热到用于所述炭黑的氧化所必要的温度范围上，
所述废气温度的温度范围通过上阈值(TSO)和下阈值(TSU)来限制，其中，所述加热过程被一直执行，直至达到所述上阈值(TSO)，
所述微粒过滤器(16)的再生被一直执行，直至达到所述下阈值(TSU)，且
所述微粒过滤器(16)的再生在多个步骤中实现，其中，交替地在加热阶段与再生阶段之间转换。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上阈值(TSO)处在720ºC与780ºC之间的范围中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下阈值(TSU)处在580ºC与650ºC之间的范围中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机(10)在所述加热阶段期间以某一化学计量燃烧空气比例来运行。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机(10)的负荷点在所述加热阶段中被如此地转移，即，所述内燃机(10)由于所述电动机(20)的电池的充电过程须额外地施加负荷。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，当所述混合驱动部的负荷要求超出确定的阈值时，所述微粒过滤器(16)的再生被中断。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述电动机(20)的负荷点在所述微粒过滤器(16)的再生期间被如此地转移，即，所述电动机(20)施加用于所述机动车的驾驶员期望力矩并且额外地拖动所述内燃机(10)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述微粒过滤器的再生对于所述机动车的驱动力矩而言力矩平衡地实现。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述内燃机(10)被外部点火。
10.用于带有混合驱动部的机动车的控制器，其被设定用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
11.带有包括电动机(20)和内燃机(10)的混合驱动部的可执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的机动车，其中，在所述内燃机(10)的废气通道(12)中布置有微粒过滤器(16)，以及带有至少一个用于控制所述内燃机(10)和所述电动机(20)的控制器，其中，所述电动机(20)在所述微粒过滤器(16)的再生期间拖动所述内燃机(10)且所述内燃机(10)将用于氧化被保留在所述微粒过滤器(16)中的炭黑颗粒的空气输送到所述废气通道(12)中。
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