CN1989323A - 混合驱动机构运行的方法以及实施该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于运行混合驱动机构的方法和一种用于实施该方法的装置。所述混合驱动机构包括至少一个内燃机(10)和至少一个电动机(11)，它们共同为汽车提供驱动力矩或者说驱动功率。对于至少相应于下功率界限(P0)的混合驱动机构功率要求，内燃机(10)稳定地至少近似以全负荷(60、61、62)运行。

Description

混合驱动机构运行的方法以及实施该方法的装置
技术领域
本发明涉及一种按独立权利要求前序部分所述的用于运行汽车混合驱动机构的方法，该混合驱动机构包括至少一个内燃机和至少一个电动机，它们共同为汽车提供驱动力矩或者说驱动功率。此外，本发明还涉及一种按独立权利要求前序部分所述的用于实施该方法的装置。
背景技术
由DE 195 39 571 A1公开了一种混合驱动机构，其中一个内燃机和一个电动机用一个电动转换器相互耦合。可以通过电动机来提高或降低内燃机的转速。由此内燃机可以在一定的转速范围内以最高的效率稳定地运行。
由DE 101 60 018 A1公开了一种混合驱动机构，其中根据混合驱动机构的当前功率要求并且根据混合驱动机构当前可提供的功率通过内燃机和电动机的相互协调的致动在维持当前功率要求的情况下来规定最佳的内燃机转速。
由DE 101 48 345 A1公开了一种混合驱动机构，其中将至少一个电动机根据混合驱动机构的功率要求从一种效率最佳的工作范围置于一种工作状态，在该工作状态下可以快速地改变电动机的扭矩。
由DE 101 60 480 A1公开了一种混合驱动机构，其中为了使能量消耗、舒适性、排放以及行驶性能达到最优化，协调控制整个汽车中的机械、电和热功率影响。根据运行特征值，特别是相应于单个机组的实际运行状态的特征值，并根据司机愿望计算出机组连接最佳的工作状态。
由DE 102 03 064 A1公开了一种混合驱动机构，其中在预设的汽车扭矩额定值和给定的实际速度的情况下，选择至少一个电动机的工作点，使得电动机的机械功率和电损失之和基本上等于零，从而电储能器不需要参与工作。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于运行汽车混合驱动机构的方法，该混合驱动机构包括至少一个内燃机和至少一个电动机，它们共同为汽车提供驱动力矩或驱动功率；本发明的任务还在于提供一种实施该方法的装置，该装置实现了该混合驱动机构的低能耗，尤其是实现了低排放。
该任务分别通过独立权利要求中给定的特征解决。
按本发明的用于运行汽车混合驱动机构的方法的基础是，所述混合驱动机构包括至少一个内燃机和至少一个电动机，它们共同为汽车提供驱动力矩或者说驱动功率。根据本发明，内燃机在对混合驱动机构的某种功率要求下稳定地至少近似地以全负荷运行，其中所述功率要求至少相应于一个下功率界限。
按本发明的方法一方面可以使内燃机以高效率运行，从而实现低燃耗。另一方面，通过使内燃机以全负荷运行，提高了废气温度，这有助于将必要时设置在排气区域中的废气净化装置加热，由此用于必要时要求的额外的加热措施的能量消耗会降低，甚至完全取消这种能量消耗。由于内燃机以全负荷运行引起的废气原始排放的增加、特别是例如碳黑颗粒这样的颗粒的排放的增加可以有效地排除，从而总体上获得了混合驱动机构的低能量需求。
按本发明的方法的优选改进方案和设计方案可以由从属权利要求中获得。
按本发明的用于实施该方法的装置涉及到一种控制仪器。该控制仪器设置用于实施这种方法。特别是该控制仪器在对混合驱动机构的某种功率要求下使内燃机始终至少近似地以全负荷运行，其中该功率要求至少相应于一个下功率界限。
作为混合驱动机构设置一种功率分支的混合驱动机构，它包括至少一个内燃机和至少两个电动机，其中所述内燃机和所述两个电动机通过无极变速器相互连接。
作为混合驱动机构也可以设置一种具有无极变速器的并行混合驱动机构，该混合驱动机构包括至少一个内燃机和至少一个电动机。
按本发明方法的其它优选设计方案和改进方案可以由其它从属权利要求和下面的说明中获得。
附图说明
图1是按本发明的方法在其中运行的技术环境，
图2-4是关于转速的特征曲线。
具体实施方式
图1示出的是未详细示出的汽车的混合驱动机构，该混合驱动机构包括一个内燃机10和一个电动机11。在内燃机10的进气区域12中布置了空气传感器13、节气门14和压缩机15。
在内燃机10的排气区域20中布置了废气涡轮机21、Lambda传感器22、反应物添加机构23、催化器24、二次空气添加机构25以及微尘滤清器26。从图1中示出的废气涡轮机21和压缩机15之间的连接可以看出，这两个部件是通过机械方式相互连接的。它们共同构成了废气涡轮增压器。
为内燃机10配设了燃料计量机构30，并且为电池31配设了充电状态检测器32。
空气传感器13向控制器40发送空气信号ml，内燃机10发送内燃机转速NBkm，Lambda传感器22发送Lambda信号lam，电动机11发送电动机转速Nmot，充电状态检测器32发送充电状态信号SOC。此外，向控制器40输入扭矩额定值MFa。
控制器40向节气门14发送节气门信号dr，向燃料计量机构30发送内燃机扭矩信号MBkm，向废气涡轮机21发送控制信号S，向反应物添加机构23发送反应物剂量信号mRea，向二次空气添加机构25发送二次空气剂量信号mSL，以及向电动机11发送电动机扭矩信号MEmot。
图2示出了关于内燃机转速NBkm的第一功率双曲线P1，该功率双曲线可以在增加一个升高量50后提升到上边界双曲线51，或者在下降一个降低量52后下降到下边界双曲线53。在第一功率双曲线P1上绘出了第一功率预设点54，该第一功率预设点54可以朝第二功率预设点55移动。
然后继续绘出了内燃机10的全负荷区域60与内燃机转速NBkm的关系，该全负荷区域由下全负荷边界61和上全负荷边界62限界。全负荷区域60中止于内燃机转速NBkm的下转速边界63。
用阴影示出的第一选择区域64由上全负荷边界62、上边界双曲线51、下全负荷边界61、下边界双曲线53以及必要时也通过下转速边界63所限界。
内燃机10的负荷状态至少近似相应于内燃机扭矩MBkm，因此除了功率P之外，该内燃机扭矩MBkm也被用作纵坐标标记。
图3示出了关于内燃机转速NBkm的第二功率双曲线P2。图3中示出的各个部分相应于图2中示出的部分，因此分别用相同的附图标记表示。基于第二功率双曲线P2的功率小于基于第一功率双曲线P1的功率。由于下降获得了第二选择区域70，该第二选择区域70小于第一选择区域64。
图4示出了关于内燃机转速NBkm的与下功率界限P0相应的第三功率双曲线。在图4中示出的部分与在图2中示出的部分相一致，因此分别用相同的附图标记表示。位于下功率界限P0上的第二功率预设点55是与下全负荷边界61的交点，该交点位于内燃机转速NBkm的下转速边界63处。在图4中没有出现选择区域。所绘出的第三功率预设点80位于下功率界限P0的下方。
按本发明的方法如下：
图1示出的混合驱动机构包括至少一个内燃机10和至少一个电动机11，它们共同为这里未详细示出的汽车提供驱动力矩或者说驱动功率。在一种优选的设计方案中，设置了一种功率分支的混合驱动机构，该混合驱动机构包括至少一个内燃机10和至少两个电动机11，其中所有的驱动机构通过无极变速器相互连接。对于这样一种功率分支的混合驱动机构，一个电动机可以输出扭矩来驱动汽车，另一个电动机可以提供用于电池充电的能量。各个驱动机构的转速贡献可以通过无极变速器来无极确定。在开头的现有技术中公开了另一种用于实现各个驱动机构自由选择的转速贡献的方案，其中电动机11的转子与一个定子相互作用，该定子设置在内燃机10的输出轴上。
混合驱动机构必须总共提供一个汽车司机所期望的扭矩额定值MFa，该扭矩额定值至少近似相应于油门踏板位置。在预定的内燃机转速NBkm的情况下，扭矩额定值MFa相应于功率。相应的恒定功率点获得了图2-3中示出的功率双曲线P1、P2或者说图4中示出的下功率界限P0。
根据本发明，在混合驱动机构上的某种功率要求下，内燃机10稳定地至少近似地以全负荷运行，其中该功率要求至少相应于图4中示出的下功率界限P0。内燃机10的全负荷通过与转速相关的特征曲线给出最大扭矩。代替最大扭矩可以规定每个活塞冲程输入内燃机10的最大允许燃料量或者混合驱动机构或内燃机10的其它运行参数。
按本发明方法的一种优选的设计方案，内燃机10的全负荷可以改变。根据基于图2-4的实施例，内燃机10的全负荷可以在下全负荷边界和上全负荷边界61、62之间变化，因此全负荷展开成全负荷区域60。
根据一种特别适合柴油内燃机的改变全负荷60、61、62的第一方案，对由柴油内燃机10吸入的空气进行节流。节流利用设置在进气区域12中的节气门14实现，该节气门14借助于节气门信号dr由控制器40控制。
根据一种同样特别适合柴油内燃机的改变全负荷60、61、62的附加方案或者替代方案，利用控制信号S来触发废气涡轮机21。废气涡轮机21优选具有可变叶片几何形状，它与压缩机15一起构成了可变压缩功率的废气涡轮增压器。
原则上作为附加方案或者替代方案可以通过燃料量的改变来影响内燃机10的全负荷60、61、62。因为燃料量至少近似地与期望的内燃机扭矩MBkm成比例，根据图1利用内燃机扭矩MBkm来触发燃料计量机构30。
根据一种优选的设计方案，这样确定空气量：将由Lambda传感器22在废气中测量的空气系数Lambda设置为至少近似于0.9至1.3的数值。这样设置的空气系数与内燃机10燃烧室中近似全负荷的燃烧状态相应。
在Lambda值低于1.0时，废气中出现的未燃烧的燃料份额会增加，这可以通过不同的措施加以解决。第一种措施是加热设置在排气区域20中的至少一个催化器24和/或至少一个微尘滤清器26。加热可以通过如下方式实现：使燃料份额与在废气中存在的剩余氧气尤其在催化表面上发生放热反应。在催化器24中总归有这种催化表面。微尘滤清器26可以涂上相应的催化表面。一旦在排气区域20中满足热反应的条件，未燃烧的燃料份额就有助于加热废气，废气就会间接地对催化器24和/或微尘滤清器26进行加热。
将空气系数Lambda预设为一个小于1的数值的另一个目的是：废气中未燃烧的燃料份额可以使作为存储式催化器(Speicherkatalysator)构造的催化器24再生。这种情况下，燃料份额作为反应物起作用。
在确定空气系数Lambda时必须考虑到，尤其柴油内燃机要以大的空气过量运行。在将空气系数Lambda设置在至少近似1.0时，必须要考虑到固体颗粒排放、尤其是碳黑颗粒排放可能显著增加。因此有利的是将空气系数Lambda设置在一个大于1到最大例如1.3的数值上。
按本发明方法的一种尤其有利的设计方案，将空气系数Lambda设置在一个至少近似于0.97到1.05的数值。空气系数Lambda的这种比较窄的范围的意义在于：由内燃机10排放的原始废气排放在常规的三元催化器中可以被转化为无害的化合物。一种这样的三元催化器是一种批量产品，因此可以比较便宜地获得。将空气系数Lambda设定在0.97到1.05的范围上并不是意味着要严格设定在这个范围上。更确切地说该范围要与当前使用的三元催化器的转换窗(Konvertierungsfenster)相协调，因此在必要时必须向上或向下进行略微的扩展。
一旦将空气系数Lambda设置为至少近似于0.97到1.05在内燃机10的废气-原始废气排放方面、尤其在颗粒排放方面没有意义，并且因此设定更高的Lambda，那么就可以回归到常规的三元催化器。所规定的Lambda值的极限1.3同样也不能看成是一成不变的，而是可以在具体条件下改变。内燃机废气中用于达到三元催化器的最佳转换窗的空气系数Lambda必须或者通过在发动机内部、或者通过在实施例中所示的在发动机后添加反应物来达到所要求的量。在所示的实施例中，为了附加地添加反应物设置了反应物添加机构23。对于反应物优选是燃料。控制器40借助于反应物剂量信号mRea进行定量供给，该反应物剂量信号例如确定了未详细示出的计量阀的开口横截面或者剂量压力。
通过使内燃机10至少近似地以全负荷60、61、62运行使废气温度升高，该升高的废气温度优选用于将微尘滤清器26加热。为消除颗粒排放，将微尘滤清器26尤其布置在柴油内燃机10的排气区域20中。在微尘滤清器26的颗粒填充阶段，没有必要采取特别的措施。微尘滤清器26的再生是通过将微尘滤清器中的温度升高到例如550℃至650℃的数值来实现的。在这种温度下开始放热反应，在放热反应中颗粒燃烧。只要将内燃机10的废气中的空气系数Lambda合适地设定在至少近似于1.0或者更高的数值，从而有足够的氧气供使用，那么在达到下温度极限时该反应就会自动开始。必要时要求输入氧气。为此设置了二次空气添加机构25，该二次空气添加机构由控制器40借助于二次空气剂量信号mSL来触发。
在图2所示的条件下，可以容易的将第一功率预设点54移动到第一功率双曲线P1上，从而使第二功率预设点55位于全负荷区域60内部。优选将第二功率预设点55至少近似设置在全负荷区域60的中间。借助于这种措施，内燃机10的全负荷60、61、62可以通过与下全负荷边界61和上全负荷边界62的最大可能间距进行简单的调节。
功率要求的变化并不意味着必须重新确定内燃机10的全负荷60、61、62。利用至少一个电动机11可以在保持第二功率预设点55固定的情况下实现功率改变。
将功率增加一个升高量50，其中这个最大的升高量50取决于电动机11的最大可能功率。
优选至少一个电动机11以发电机模式运行，用于例如给电池31充电。在这种模式下，电动机11会消耗功率，从而功率会相对于第一功率双曲线P1下降降低量51。最大的降低量51取决于电动机11的最大可能消耗功率。
在保持第二功率预设点55不变的情况下，可以通过所述至少一个电动机11的功率的改变来使整个混合驱动机构的工作点位于第一选择区域64内，该第一选择区域由内燃机10的上全负荷边界62、上边界双曲线51、内燃机10的下全负荷边界61以及下边界双曲线53限界。如果附加地允许改变内燃机10的全负荷60、61、62，第一选择区域64也可以相应的扩大或缩小。
在第一选择区域64内，可以在内燃机10以及电动机11的总功率需求方面和/或在内燃机10的燃料消耗方面和/或在内燃机10的原始废气排放方面和/或在电池31的充电状态方面和/或在电池31所追求的循环次数或者说循环深度方面进行优化。
电池31的充电状态可以通过充电状态检测器34持续检测，并向控制器40提供充电状态信号SOC。
在基于图3的实施例中，混合驱动机构上的功率要求低于基于图2的实施例的功率要求。因此第二功率双曲线P2远离内燃机10的可选择的全负荷区域60。由此第二选择区域70总体上相对于第一选择区域64受到了限制。在这种工作状态下，整个混合驱动机构的工作点确定在第二选择区域70内。优选内燃机10的全负荷60、61、62也至少近似设置在上全负荷边界和下全负荷边界61、62之间的中心。
图4中示出的下功率界限P0对应于第三功率双曲线，它与内燃机10的下全负荷边界61只有一个交点，这个交点位于下转速边界63上。在这种运行状态下，第一功率预设点54可以精确地移动到这个交点处，其相应于第二功率预设点55。取消了选择区域64、70。在这种运行状态下，内燃机10的全负荷60、61、62不再能改变。
在图4所示的实施例中，还绘出了第三功率预设点80，该第三功率预设点位于下功率界限P0的下方。对于与第三功率预设点80一样位于下功率界限P0下方的混合驱动机构功率要求，内燃机10不再能够以全负荷60、61、62运行。在这种情况下，所有的驱动功率将由至少一个电动机11提供。如果放弃利用按本发明的方法可以实现的优点通过使内燃机10在下全负荷边界61下方运行，则在这种运行状态下，内燃机10也提供功率。

Claims (17)

1.用于运行汽车混合驱动机构的方法，该混合驱动机构包括至少一个内燃机(10)和至少一个电动机(11)，它们共同为汽车提供驱动力矩，其特征在于：所述内燃机(10)在对混合驱动机构的至少相应于下功率界限(P0)的功率要求下稳定地至少近似以全负荷(60、61、62)运行。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：改变所述内燃机(10)的全负荷(60、61、62)。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于：所述全负荷(60、61、62)通过吸入空气的节流确定。
4.按权利要求2所述的方法，其特征在于：所述全负荷(60、61、62)通过致动废气涡轮增压器(15、21)确定。
5.按权利要求2所述的方法，其特征在于：将内燃机(10)废气中的空气系数Lambda设置为一个至少近似于0.9到1.3的数值。
6.按权利要求2所述的方法，其特征在于：将内燃机(10)废气中的空气系数Lambda设置为一个至少近似于0.97到1.05的数值。
7.按权利要求2所述的方法，其特征在于：所述全负荷(60、61、62)设置为至少近似位于下全负荷边界和上全负荷边界(61、62)之间的中间。
8.按权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述内燃机(10)的排气区域(20)中设置至少一个催化器(24)和/或微尘滤清器(26)。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于：将所述内燃机(10)废气中的空气系数Lambda设置为一个至少近似地与催化器(24)的最佳转换区域相协调的数值。
10.按权利要求8所述的方法，其特征在于：所述催化器(24)是存储式催化器，并且将内燃机(10)的废气中的空气系数Lambda设置为一个用于使催化器(24)再生必要的数值。
11.按权利要求8所述的方法，其特征在于：在上游催化器(24)前面加入一种反应物或者一种反应物的原材料，优选加入燃料。
12.按权利要求所述8的方法，其特征在于：在上游微尘滤清器(26)的前面吹入二次空气。
13.按权利要求1所述的方法，其特征在于：对于位于下功率界限(P0)下方的混合驱动机构功率要求，所要求的功率只由至少一个电动机(11)提供。
14.用于实施按前述权利要求中任一项所述的方法的装置，其特征在于：设置至少一个用于实施该方法的控制仪器(40)。
15.按权利要求14所述的装置，其特征在于：对于至少相应于下功率界限(P0)的混合驱动机构功率要求，所述控制仪器(40)使内燃机(10)稳定地至少近似以全负荷(60、61、62)运行。
16.按权利要求14所述的装置，其特征在于：作为混合驱动机构设置了一种功率分支的混合驱动机构，该混合驱动机构包括至少一个内燃机(10)和至少两个电动机(11)，其中所述内燃机(10)以及这两个电动机(11)通过无极变速器相互连接。
17.按权利要求14所述的装置，其特征在于：作为混合驱动机构设置一种并行混合驱动机构，并且作为变速器设置一种连续变速器，所述混合驱动机构包括至少一个内燃机(10)和至少一个电动机(11)。
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