CN111479989B - 用于控制车辆的排气管路的催化器的温度的系统和方法以及包括该系统和方法的机动车辆 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制混合动力车辆的排气管路的催化器的温度的系统，其包括催化器，该催化器具有起燃温度(Ta)，从该起燃温度开始该催化器处于进行废气处理的活性模式，确定催化器的可变化的阈值温度(Ts)，一旦达到阈值温度，该阈值温度就允许在时间段(t)内停止催化器的加热，同时使该催化器保持在活性模式，并且当确定的催化器的瞬时温度(41)低于该阈值温度(Ts)时，控制催化器的加热直至达到阈值温度(Ts)。本发明还涉及相应的方法以及包括该系统的混合动力机动车辆。

Description

用于控制车辆的排气管路的催化器的温度的系统和方法以及 包括该系统和方法的机动车辆
技术领域
本发明涉及一种用于控制混合动力车辆的排气管路的催化器的温度的系统。更具体地，本发明旨在提出一种用于优化地管理配备至车辆的催化器的温度的解决方案，该催化器目前设置在车辆的热机中所排放的燃烧气体的排气管路中。
背景技术
在下文中，结合该应用中的一个描述本发明，更确切地，结合对电动混合动力式机动车辆，即包括热机和至少一个关联至储能装置的电动机的机动车辆的应用。
然而，应注意的是，本发明不限于电机在混合动力车辆中的使用，该车辆可以例如包括传动链，该传动链包括至少一个热机和至少一个液压或气压机(或者液压或气压发动机)。
在减少与机动车辆的热机的运行有关的污染排放物的背景下，法律标准已要求制造商将多种用于使发动机的燃烧气体去污染的催化装置集成到该发动机的排气管路中。
排气催化器或催化转化器在汽车的排气系统中起着重要作用。因此，该排气系统用于通过减少废气中所含的污染物将污染降至最低，以更好地保护环境。催化转化器用于通过催化作用减少污染气体，特别是排气管路中的未燃烧气体。
更具体地已知一种(以汽油运行的)火花点火式发动机的三元催化器，该三元催化器允许氧化未燃烧的碳氢化合物(HC)和一氧化氮，并且允许减少由发动机排放的氮氧化物(NOx)。还已知一种(柴油类型的)压燃式发动机的氧化催化器，该氧化催化器允许氧化以贫油混合物运行的发动机所排放的未燃烧的碳氢化合物和一氧化氮。已知地，这样的催化器以已知的方式持续工作。针对每种污染物类型(HC、CO或NOx)被限定为进入催化器的污染物量的转化率的催化器的处理效率首先取决于催化器的瞬时温度。
已知当催化器的温度例如在大约250℃至300℃之间时，转化率开始达到介于50％至90％之间的可接受的值。通常在热机连续工作时达到和超出该温度。
在启动时，催化器的起燃时间通常在20秒至40秒之间变化。对于混合动力车辆，并且尤其是可充电的混合动力车辆(电机可以在“发动机”模式或“发电机”模式下工作，在“发电机”模式下，电机变成提供用于存储在蓄电池中的电流的交流发电机)，由于电气系统通常可以实施牵引，对运行的启动不是所期望的。
另外，对于混合动力车辆，当发动机变热时，电动行驶可能足够长到使排气管路冷却，从而出现催化器的解除起燃，其具有对相关污染物不利的影响。
目前还不存在一种允许同时优化地管理催化器的温度(针对催化器的起燃且尤其是该状态的保持)以及热机和电机扭矩的管理的系统，热机和电动机扭矩的管理一方面根据驾驶员方面瞬时动力请求(始终优先)且另一方面根据电动扭矩相对于(热力)发动力扭矩的优化使用，以最大程度地减少化石燃料的使用并/或使电力行驶最大化。
在这一点上，已知专利US 20060156710，其提出了一种不理想的解决方案。该专利描述了一种用于加热混合动力车辆催化器以达到催化器温度阈值的策略：如果温度值低于阈值，则由电动机产生的扭矩增加且由内燃机产生的扭矩减少。
发明内容
本发明尤其旨在避免现有技术的该缺点，并且旨在提出一种混合动力车辆排气管路的催化器的温度的控制系统，该控制系统允许在混合动力车辆的所有使用状态下尽可能高效地管理动力总成，而无需进行结构性更改，以便最大程度地减少热机的力量的使用以管理催化器(以使该催化器保持在“活性”模式，在该模式下催化器减少有害气体)。
为此，本发明提出了一种用于控制混合动力车辆的排气管路的催化器的温度的系统，包括：
-热机；
-至少一个另一动力源；
-用于为另一动力源(10、18)供电的至少一个储能装置(12)；
-用于处理(特别是通过减少)来自热机的污染排放物的催化器，该催化器在热机的使用期间被加热，并且具有起燃温度Ta，从该起燃温度Ta开始，该催化器处于进行该处理的活性模式；以及
-适于确定催化器的瞬时温度的分析和控制装置，
根据增加以可变温度值的、存储在分析和控制装置中的预定阈值温度，该分析和控制装置确定催化器的阈值温度Ts，该可变温度值是由分析和控制装置根据储能装置的至少一个参数来确定的，所达到的阈值温度通过分析和控制装置的命令允许在一定时间段内停止催化器的加热，同时使该催化器保持在活性模式，并且当由分析和控制装置确定的催化器的瞬时温度低于阈值温度时，分析和控制装置控制催化器的加热直至达到阈值温度。
通过本发明，现在可以通过管理扭矩产生构件中的每一个的工作点来优化混合动力车辆的动力总成的控制，从而在考虑到在热机关闭的情况下长距离行驶时，允许保持热的催化器(保持在至少等于其起燃温度Ta的温度)，同时在储能器的状态不允许以电力行驶时避免不必要地加热催化器。
另外，在遵守污染气体排放标准的同时，根据本发明的系统允许最大程度地减小化石燃料的消耗。
最后，通过根据本发明的系统，由于该系统的优化的用于管理催化器的瞬时温度的方法，该催化器的较大尺寸或使用高性能但昂贵的催化器不再是必须的，换句话说，完全可考虑/可使用用于混合动力车辆的常规催化器。
表述“分析和控制装置”是指一种当前配备至车辆、特别是混合动力类型的车辆的车载系统，并且该系统的功能是分析、记录/存储信息/数据、特别通过传感器检查、并且控制车辆的各种功能部件。这样的装置是本领域技术人员所熟知的。应注意到，通常，分析和控制装置连接至车辆的所有传感器或类似部件，这允许分析和控制装置测量或计算诸如外部温度、海拔高度、坡度(通过地理位置)的外部参数，或者诸如催化器的温度或电池模块(另一动力源的储能装置)的电量的车辆自身的特性。因此，这些传感器或类似部件被认为是根据本发明的系统的分析和控制装置的组成部分。
相对于催化器而言的表述“活性模式”是指，当催化器处于该状态时，该催化器根据其用途通过还原或其他化学方法有效地处理废气。
优选地，可变温度值还取决于以下一个或多个参数：与催化器的瞬时温度、另一动力源的可用功率、驾驶员所选择的或由分析和控制装置确定的驾驶模式、延时界限相关的，以及/或者与车辆的外部参数有关的一个或多个特性。
表述“延时界限”是指通常存在于电子/电气系统中且本领域技术人员所熟知的响应延迟(滞后)。实际上，该延时界限，或者更简单地“延时”，允许确认电气/电子作用确实已经有效地执行或将要执行。
表述“驾驶模式”是指车轮和/或动力源(热机和其他动力源)的使用模式，例如，车辆在有电动机或没有电动机辅助的情况下使用四轮驱动，或者车辆在热机的低转速下行驶。
有利地，阈值温度至多等于催化器的最大容许温度。高于该最大容许温度，可能出现催化器的物理劣化。
根据本发明提供的可能性，该时间段是可变的。
优选地，时间段的可变性取决于外部温度和/或海拔高度。
根据本发明的特征，时间段在3分钟至60分钟之间。
优选地，另一动力源包括至少一个电动机。
出于相同的目的，本发明还提出了一种混合动力机动车辆，其包括至少一个如上所述的控制系统。
仍然出于相同的目的，本发明提出了一种用于控制混合动力车辆的排气管路的催化器的温度的方法，用于处理(特别是通过减少)来自热机的污染排放物的催化器在热机的使用期间被加热，该催化器具有起燃温度，从该起燃温度开始，催化器处于进行该处理的活性模式，催化器的阈值温度是根据增加以可变温度值的预定阈值温度来确定的，该可变温度值取决于另一动力源的储能装置的至少一个参数，所达到的温度阈值允许在一定的时间段内停止催化器的加热，同时使该催化器保持在活性模式，并且当由分析和控制装置确定的催化器的瞬时温度低于该温度阈值时，控制催化器的加热直至达到阈值温度。
根据本发明的方法和混合动力机动车辆的优点类似于上面列出的混合动力车辆的催化器的温度的控制系统的优点，在此不再重复该优点。
附图说明
通过阅读以下作为非限制性示例给出并参照附图的特定实施例的描述，本发明的其他方面和优点将显现，在附图中：
-图1是根据本发明的系统的实施例的混合动力车辆的示图；
-图2是具有多个输入的示图，该示图根据时间(在横坐标)一方面示出根据阈值温度Ts的催化器的瞬时温度，该阈值温度Ts取决于催化器的分量Ts1和T2以及可能针对催化器的每个状态(温度水平)实施的策略A、B和C，并且另一方面，在该曲线图的下方，示出催化器在状态2下的计时时长(Timer)(时间段或时间间隔)以及根据催化器在状态2下的计时时长的温度差异Ts；
-图3是示出根据催化器的状态的分量T2的变化的流程图。
具体实施方式
再次应注意的是，在此以电动混合动力车辆为例描述本发明，然而可以例如以气动或液压技术、优选地以液压技术代替电机。
此外，应注意的是，本发明并不旨在修改通常用于混合动力车辆甚至常规车辆的催化器。另外，本发明不提供在车辆的结构或架构层面，更具体地在排气管路中的任何修改、增加或删除。
图1示出可以用于描述本发明的机动车辆，其包括例如以下设备和部件。
该图示出混合动力车辆，其包括通过自动控制的离合器4驱动的热机2以及具有不同速比的传动装置6，该传动装置6连接至该车辆的前驱动轮8。
排气管路50具有适于处理来自热机2的燃烧室的废气、特别是未燃烧废体的装置。在本发明的范围内，该装置更具体地由排气路管50的催化器40组成。
接收离合器4的运动的传动装置6的输入轴包括由低压牵引电池12供电的前部牵引电机10。以这种方式，前部电机10可以通过使用由传动装置6提供的不同变速比将扭矩输出给驱动轮8，而无需通过离合器4。
车载充电器14可以通过外部插座16连接至配电网络，以在车辆停止时为牵引电池12充电。牵引电池12具有例如可以是220伏或300伏(V)的低电压。
牵引电池12还向后部牵引电机18供电，后部牵引电机18依次通过减速器20和爪形离合器系统22连接至后差速器24，后差速器24将运动分配给车辆的后车轮26。
通过传送带32持续地连接至热机2的、也称为交流发电机-起动器的交流发电机30为包括超低压电池的车载网络34供电。此外，车载网络34的电池可以通过DC/DC直流电压转换器36充电，DC/DC直流电压转换器36从牵引电池12接收电能，或者在该牵引电池的能量不足时从前部电机10或后部电机18接收电能。
当车辆制动或释放加速器踏板时，电机10、18通过输出制动扭矩而作为发电机工作，以对牵引电池12充电并回收能量。
未在附图中示出的分析和控制装置控制该动力总成的运行以满足驾驶员的请求，同时根据常规策略优化能耗和污染气体排放。
在该实施示例中，牵引电池12构成根据本发明的储能装置，而由前部牵引电机10和后部牵引电机18形成的组件构成根据本发明的另一(混合)动力源。
如附图2中可见的，根据本发明的系统和方法限定了催化器40的标记为0至3的四个状态，该四个状态各自对应该催化器40的一个温度。每个状态之间的转换根据在催化器40中估计(通过基于限定的数据的计算)和/或测量的温度，或者根据要达到的目标温度Ts来限定。
因此，在该图中，上述四个状态是可见的：
-状态0：催化器40是冷却的，并且不处理或少量处理来自化石燃料的燃烧的污染气体排放物；
-状态1：催化器40已达到其起燃温度Ta，从该阈值开始催化器40开始有效处理(，取决于对车辆所限定的规定，根据至少等于污染气体排放物的50％的处理百分比和最高可达95％的处理百分比)，尤其是氮氧化物NOx，然而催化器40仍接近解除起燃温度(催化器40的温度1刚好大于或等于Ta)；
-状态2：催化器40达到其中间温度Ti并有效处理污染物(处理百分比至少等于60％)，但催化器40尚未处于目标温度Ts以实现“电动无吸气(apnéeélectrique)”，也就是说在时间段t内，仅电动机参与对车辆的驱动，而没有使用热机2。
-状态3：催化器40达到其目标温度或阈值温度Ts，并且因此可以在相对长的时间段t内实现电动无吸气。
在本发明的范围内，将把催化器40的每种状态与使期望达到的阈值温度Ts变化的偏差量(也称为目标温度差异)或可变温度T2关联。
因此，温度Ts变为可变的，以便能够适应动力总成的不同配置并/或适应不同的外部条件。例如，如果电池模块(也统称为存储装置)中没有足够的能量或功率以能够在时间t期间使关闭的发动机转动，则没有必要使催化剂40过热(这有时会导致燃料过度消耗)。
另外，为了确保趋于相同并中止过热，加入使T2值逐渐减小的时间维度，换句话说，该温度T2可以根据车辆的行驶时间而变化，当该行驶时间是仅通过热机2或主要通过热机2的行驶时间时，该变化通常以递减的方式进行。当然，影响T2值的该行驶时间的参数还取决于所采用的行驶类型(即“驾驶模式”)，例如在有电动机或没有电动机辅助的情况下的四轮驱动，或者在热机2的低转速下的行驶。
因此，该温度T2根据以下多个参数而变化：
-与备用存储装置(例如在电动汽车的情况下，电池或电池组)相关的参数，特别地但非限制地，诸如电池/(能量)存储装置的电量、存储装置和/或该一个或多个电机的可用功率、存储装置的温度；
-驾驶模式，尤其是诸如AWD(“All Wheel Drive”或“全轮驱动”)模式或运动模式(通常通过热机2的解除限制(débridage))；
-车辆的外部参数，尤其是诸如海拔高度、道路坡度或外部温度。
在为描述本发明而选择的示例中，还限定了与催化器40的上述不同的状态关联的三个策略A、B和C。策略A在催化器40的瞬时温度41低于起燃温度Ta时开始，策略B在催化器40的瞬时温度41等于或大于起燃温度Ta但低于阈值温度Ts(＝Ts1+T2)时开始，而策略C在催化器40的瞬时温度41达到阈值温度Ts时开始。
根据第一可能性，将催化器40从策略A转换到策略B。这允许通过混合动力的方式继续加热催化器40直至更高的温度阈值。这允许优化下一阶段的混合动力可用性，同时最大程度地减少燃料消耗：通过在温度上更高地提升，催化器40将花费更长的时间以冷却至状态1的阈值(对应温度Ta)，并且因此可以更长时间地保持在消耗方面优化的混合动力调整。
根据另一可能性，将催化器40从策略A直接转换到策略C。该选择在于直接应用在消耗方面优化的混合动力总成的调整。
在策略A的范围内，为了更好地控制污染气体的排放，尝试使热机2保持在转速尽可能稳定的状态，换句话说，尝试向热机2施加确定的固定扭矩。
根据第一变型，热机2被联接(至车辆的车轮)，并且从热机2开始运行就被置于最优的固定负荷点以通过电力系统达到消耗/去污染的折衷。所产生的热机2的扭矩用于牵引(在这种情况下，电动机/电机可能会提供补充部分)，或者在产生的(热力)发动机扭矩大于牵引需求时用于为电池(电池模块)充电。
根据第二变型，通过消耗/排放方面的最佳调整尽可能地将热机2保持成允许加热催化器40以处理排放物的空转(与车轮分离)。在此时间间隔期间，车辆的牵引由电机/电动机实施。
在该第二变型中，在催化器40未起燃时，如果电机/电动机不能满足驾驶员方面瞬时动力请求，则将由该电机来最大程度地实现该瞬时动力请求，并且热机2将实现驾驶员方面瞬时动力请求(称为IVC)的解释所要求的补充部分。
表述“驾驶员方面瞬时动力请求”是指驾驶员加速或制动车辆移动的愿望。这种驾驶员方面瞬时动力请求以功率(瓦特，缩写地标记为W)表示，但在车辆的给定速度和质量的情况下等效地以扭矩(牛顿米，缩写地标记为Nm)、加速度(以米每平方秒为单位，即m·s-2)表示，并且主要取决于例如加速踏板和制动踏板的位置、变速箱的变速杆的状态、所选的驾驶模式、车辆的速度和驾驶辅助。在此，尤其与在储能装置中形成的功率储备一样，该驾驶员方面瞬时动力请求以功率而不是以扭矩来表示，
在策略B的范围内，催化器40起燃，然而需要加热催化器40以使达到催化器40的目标温度Ts。
为了实施该加热，将最小扭矩施加至热机2。如前所述，热机2所产生的扭矩用于牵引，并且如果驾驶员请求的扭矩低于该最小扭矩，则补充部分用于给电池充电。与策略A相比，此处催化器40已经起燃，使得(污染气体的)消耗/排放折衷可能不同。
在策略C的范围内，已经达到目标温度Ts，并且催化器40当然已经起燃并充分地运行(较高的气体转化率)，策略C使用通过最大程度地使用混合动力可用性、即通过在时间段t内保持关闭热机2的行驶阶段来优化燃料消耗的调整。
为了通过构造物理地保护催化器40，补充Ts1以形成Ts的值T2不能超过催化器40可容许的最大温度阈值Tmax。
如上所述，催化器40的计时时长是该催化器40处于状态2，即此时处于至少等于Ts1的温度的时间段或时间间隔。从该状态2开始，将通过可变的补充温度或补偿温度T2达到阈值温度Ts。
示出根据催化器40的计时时长的目标ΔT°的图示允许表示在附图中标记为42的、T2值相对于该变量T2的最大值根据催化器40处于状态2期间所经过的时间的变化。注意到，当催化器40处于状态2时，温度T2的值相对于其最大值2减小。
如上所述，一旦达到阈值温度Ts，可能不需要热机2来加热排气管路特别是催化器40的时间段t是可变的，但也可以持续至少几分钟至一小时，如果环境条件(尤其是外部温度和海拔高度)允许，甚至可以更长一些。当然，即使有可能使热机2保持关闭，如果唯一的电机不能满足驾驶员方面瞬时动力请求，则将再次使用该热机2。
图3是示出阈值温度Ts的分量T2根据催化器40的状态的变化的流程图。
因此，当催化器40处于状态3时，T2是不变的或固定的，而当催化器40处于状态2时，T2减小。最后，当催化器40处于其状态0或1时，T2根据对应于初始化温度的最大值或最高值而保持不变。
在此，T2的值似乎仅与催化器40的状态有关，然而，如前所见，可以考虑与车辆本身的特性或车辆外部的特性相关的其他参数，以确定阈值温度Ts的可变分量T2的值。

Claims (9)

1.一种用于控制混合动力车辆的排气管路的催化器的温度的系统，包括：
-热机(2)；
-至少一个另一动力源(10、18)；
-用于为所述另一动力源(10、18)供电的至少一个储能装置(12)；
-用于处理来自所述热机(2)的污染排放物的催化器(40)，所述催化器(40)在所述热机(2)的使用期间被加热，并且具有起燃温度(Ta)，从所述起燃温度开始，所述催化器(40)处于进行处理的活性模式；以及
-适于确定所述催化器(40)的瞬时温度(41)的分析和控制装置，
其特征在于，所述分析和控制装置根据增加以可变温度值(T2)的、存储在所述分析和控制装置中的预定阈值温度(Ts1)来确定所述催化器(40)的阈值温度(Ts)，所述可变温度值是由所述分析和控制装置根据所述储能装置(12)的至少一个参数来确定的，所达到的所述阈值温度(Ts)通过所述分析和控制装置的命令允许在时间段(t)内停止所述催化器(40)的加热，同时使所述催化器保持在活性模式，并且，当由所述分析和控制装置确定的所述催化器(40)的瞬时温度(41)低于所述阈值温度(Ts)时，所述分析和控制装置控制所述催化器(40)的加热直至达到所述阈值温度(Ts)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可变温度值(T2)还取决于以下一个或多个参数：与所述催化器(40)的瞬时温度(41)、所述另一动力源(10、18)的可用功率、驾驶员所选择的或由所述分析和控制装置确定的驾驶模式、延时界限相关的，以及/或者与所述车辆的外部参数有关的一个或多个特性。
3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述阈值温度(Ts)至多等于所述催化器(40)的最大容许温度(Tmax)。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述时间段(t)是可变的。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述时间段(t)的可变性取决于外部温度和/或海拔高度。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述时间段(t)在3分钟至60分钟之间。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述另一动力源(10、18)包括至少一个电动机。
8.一种混合动力机动车辆，其特征在于，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的系统。
9.一种用于控制混合动力车辆的排气管路的催化器的温度的方法，用于处理来自热机(2)的污染排放物的所述催化器(40)在所述热机(2)的使用期间被加热，所述催化器具有起燃温度(Ta)，从所述起燃温度开始，所述催化器(40)处于进行处理的活性模式，其特征在于，根据增加以可变温度值(T2)的预定阈值温度(Ts1)来确定所述催化器(40)的阈值温度(Ts)，所述可变温度值取决于另一动力源(10、18)的储能装置(12)的至少一个参数，所达到的所述阈值温度(Ts)允许在时间段(t)内停止所述催化器(40)的加热，同时使所述催化器保持在活性模式，并且，当所述催化器(40)的瞬时温度(41)低于所述阈值温度(Ts)时，控制所述催化器(40)的加热直至达到所述阈值温度(Ts)。
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