JP2006207589A - 電気機械を有しているドライブトレーンの作動方法及び該方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス浄化装置の再生フェーズの間もエンジン効率を下げることなく十分な再生処理がなされるように改善を行うこと。
【解決手段】エンジン制御装置から要求されたエンジントルクに、電気機械によって出力されるか若しくは取り出されるトルクが排ガス浄化装置の作動状態に依存して印加されるようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の上位概念による、電気機械を有しているドライブトレーンの作動方法及び該方法を実施するための請求項９の上位概念による装置に関している。

ディーゼル微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）やＮＯｘ蓄積型触媒コンバータ（ＮＳＣ）などの排ガス後処理システムは、排ガス規制値の維持のために用いられている。ディーゼル微粒子除去フィルタの場合には、燃焼の際に生じた粒子状物質が捕捉され、この集められた粒子状物質が、高温の排気ガスのもとで熱焼却され、当該微粒子除去フィルタが再び浄化される。しかしながらこのことは、付加的な介入制御なしで比較的負荷の高い時しか行われない。さらに比較的広い作動範囲においては、温度を高めるための手段、例えば主噴射、二次噴射の遅延制御、給気温度の予備加熱、ディーゼル微粒子除去フィルタの再生などにより所定のエンジン作動効率の低下が生じ得る。これによれば、ガソリンエンジンに対するディーゼルエンジンの利点が低減する。さらに負荷及び回転数が低い場合には、排ガス温度が低いためにディーゼル微粒子除去フィルタの再生が不可能になるケースも生じ得る。これらの範囲では、ディーゼル微粒子除去フィルタの確実な作動性に対する問題が提起される。

ＮＯｘ蓄積型触媒の作動は、ＮＯｘ吸着フェーズと再生フェーズに分けられる。ＮＯｘ蓄積型触媒の限られた蓄積容量のために、これらのフェーズは短い時間間隔で入れ替われる。このＮＯｘ蓄積型触媒コンバータでは、排気温度が低い時にＮＯｘの吸着効率が悪化する。このことは、特にいわゆる新ヨーロッパ排ガス規制基準の走行サイクル（ＮＥＦＺ）における第１区分における比較的多いＮＯｘ排出量に結び付く。ＮＯｘ蓄積型触媒の再生は、空気過剰率λが１よりも小さい濃厚燃焼モードにおいて行われる。なぜなら吸着されたＮＯｘ分子の還元には未燃の炭化水素が必要とされるからである。この濃厚燃焼モードの達成のためにはエンジンが負荷され、同じエンジントルクのもとで、より多くの燃料が噴射されるように噴射調整がなされる。しかしながらこのこともガソリンエンジンとの比較において、再生の間は著しく低い効率に伴って燃費の利点が損なわれてしまうことを意味する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１６００１８号明細書（DE 101 60 018 A1）からは、内燃機関と電気機械を備えたドライブトレーンが公知である。このドライブトレーンでは、目下のドライブトレーンにおける出力要求と目下のドライブトレーンの使用可能な出力に依存して、内燃機関と電気機械のコーディネートされた駆動制御によって目下の出力要求を維持したまま内燃機関の最適な回転数が設定されている。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１６００１８号明細書

本発明の課題は、前述した従来技法における欠点に鑑みこれを解消すべく改善を行うことである。

前記課題は本発明により、エンジン制御装置から要求されたエンジントルクに、電気機械によって出力されるか若しくは取り出されるトルクが排ガス浄化装置の作動状態に依存して印加されるようにして解決される。

本発明によれば、エンジン制御装置から要求されたエンジントルクに、電気機械によって出力されるか若しくは取り出されるトルクが排ガス浄化装置の作動状態に依存して印加される。この電気機械は選択的にモータとしても発電機としても作動され得る。有利には、エンジン制御装置から要求されたエンジントルクに、電気機械から供給若しくは出力された付加的トルクが次のように印加される。すなわち、このことが所定の作動状況、特に微粒子除去フィルタ及び／又はＮＯｘ蓄積型触媒の再生状況において有害物質の排出に良い影響を与えるように印加される。あるいはこのことが再生に必要な作動状況を最初に可能にするように印加される。ここでのエンジンは、有利にはディーゼルエンジンである。もちろん本発明は直噴型の燃料噴射系を備えたガソリンエンジン等にも好適である。有利には前記電気機械はスタータージェネレーターである。しかしながら本発明は、他の電気的な駆動系、例えばハイブリッドシステム等にも用いられ、そこでの実現が可能である。特に有利には、エンジン負荷のシフトにより、微粒子除去フィルタ及び／又はＮＯｘ蓄積型触媒における排ガス浄化装置の再生を容易に行うことのできる条件がつくりだせる。それにより例えば本発明による方法を用いれば、負荷が非常に小さな時でも従来は不可能であった再生処理を実施することができるようになる。

本発明の有利な実施例によれば、ドライバーによって要求された所望トルクから、排ガス浄化装置における窒素酸化物の吸着期間中に、最適なエンジントルクが導出され、該導出にあたって当該の所望トルクに関し、電気機械、例えばスタータージェネレーターが取り出し若しくは出力できるトルク範囲内の帯域幅に依存して、少なくともエンジン効率と未燃焼ＮＯｘ排出量とＮＯｘ吸着率に依存する目的関数が、エンジントルクのプリセッティングによって最適化される。エンジントルクは有利には、この帯域幅の範囲内で自由に選択が可能なため、エンジン制御ストラテジが目的関数の最適化を可能にする。前記パラメータの他にもさらなる別のパラメータを目的関数に利用することが可能である。このことは、様々な周辺条件へのエンジン制御ストラテジの柔軟な適応化を可能にする。有利には、本発明による方法は、スタータージェネレーターと組み合わされる。ただし電気的な駆動機械とは異なってスタータージェネレーターは確かに始動には適しているが、車両の駆動に対しては限られた範囲内でしか使えない。そのためこのスタータージェネレーターは有利には、所定の限界内で、排ガス後処理ストラテジに対する付加的な調整量として組み込むことができる。このことは、既にわかっている調整量に対して付加的に若しくは代替的に行われ得る。本発明のストラテジによれば、所定の作動フェーズにおいて、排ガス温度の上昇とそれに伴う蓄積型触媒の吸着率向上が達成される。

有利には最適化されたエンジントルクは、エンジンのエンジン制御装置の１つのトルクパスに入力される。電子制御式ディーゼル制御ユニット（ＥＤＣ）の通常のトルクパスは、そのまま用いられてもよい。

付加的に前記電気機械からは、最適化されたエンジントルクと共にドライブトレーンのためにドライバーに提供するトルクを生み出すトルクが出力若しくは取り出され得る。

有利には、排ガス浄化装置の再生フェーズにおいて、電気機械から高められたトルクが取り出され、エンジンにはこのトルク分だけ高められた負荷が供給される。有利には、前記電気機械からその最大トルクが取り出される。さらに有利には、再生フェーズにおいて蓄積型触媒による再生が実施される。印加された電気機械のトルクによってエンジンの負荷が有利には次のようにシフトされる。すなわち排ガス浄化装置の再生が基本的に容易となるようにシフトされる。それによりエンジンの負荷が非常に小さい時でも再生が可能となる。さらに再生の際には有利には、エンジンが窒素酸化物の吸着効率が特に高くなるところで作動可能である。その上さらにリッチバーンモードは、僅かな効率ロスのもとで実現可能である。それにより少ない空気過剰率達成のためのエンジン効率の悪化は有利に低減される。エンジンにおける負荷の上昇によってその空気過剰率は電気機械なしの作動モードに比べて低くなる。なぜなら空気過剰率を１よりも小さい値まで低減するための目下公知のさらなる手段、例えば燃料噴射をアクセルワークで調整する手段は、このような低い空気過剰率に基づいて効率の悪化も低減させる。１よりも小さい空気過剰率は、蓄積型触媒の再生の際には有利となる。同時に電気機械から取り出されるトルクも特に電気エネルギーの形態で蓄積され、車両内のその他の目的に用いられる。

有利には、排ガス浄化装置の再生フェーズにおいて、ドライバーに提供するトルクを維持したまま、電気機械からトルクが取り出される。この再生フェーズは、微粒子除去フィルタ、特にディーゼル微粒子除去フィルタの再生である。所要の高い排ガス温度は、より簡単に達成でき、再生の際の燃費の問題は、軽減されるようになる。微粒子除去フィルタの再生は、アイドリングにおいても可能である。エンジンから供給されるトルクに電気機械からのトルクが取り込まれることにより、排ガス温度が高められ、このことは微粒子除去フィルタの再生処理にとって有利となる。排ガス温度をさらに高めたい時には、現時点で公知のさらなる排ガス温度上昇手段を付加的に用いてもよい。

効率低下による排ガス温度上昇に対しては、付加的に噴射された燃料のエネルギーが当該の電気機械を介して電気的エネルギーに変換され、この電気エネルギーは蓄積されてその他の目的のために用いられる。このことは、今日の車両の搭載電源網が通常は高い負荷にさらされているので非常に有利となる。

本発明による方法は総体的にみて、窒素酸化物の置換効率の向上の他に、微粒子除去フィルタ及び蓄積型触媒の再生フェーズ中の効率改善を拡大された作動範囲で可能にする。すなわちエンジンの“調整”なしで微粒子除去フィルタが再生処理できる作動範囲が拡大される。さらに微粒子除去フィルタの再生自体も全ての運転モード領域で可能となる。

この方法は、スタータージェネレーターを備えたディーゼルエンジンにおいて特に有利に用いられる。

また本発明によれば、この方法を実施するための装置が提案されており、この装置は本発明の実施に適している少なくとも１つのエンジン制御装置を備えている。

次に本発明の実施例を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。

図には示されていない有利なドライブトレーン系には、エンジン、特にディーゼルエンジンと、電気機械、例えば統合型スタータージェネレーターを備えたドライブトレーンが含まれており、さらに蓄積型触媒、特にＮＯｘ蓄積型触媒と、微粒子除去フィルタ、特にディーゼル微粒子除去フィルタ（有利には黒煙フィルタ）を備えた排ガス浄化装置が含まれている。

図１には、図示されていない蓄積型触媒の通常作動モードにおけるエンジン１０と電気機械１１に対する最適な回転トルクを求めるための構成がブロック回路図で示されている。この通常作動モードでは、窒素酸化物ＮＯｘが蓄積型触媒内に吸着される。この図には詳細には示されていない相応に適するように構成された有利なエンジン制御装置１６内には、ＥＤＣトルクパスと燃料噴射のための関数ブロック１２と電気機械１１の駆動制御のための関数ブロック１３、並びにこれらに前置接続されている目的関数χ＝ｆ（η，ＮＯｘ＿ｒｏｈ，ν）の最適化機能を備えた関数ブロック１４が設けられている。

希薄燃焼モードにおけるエンジン効率ηは、所定の希薄燃焼モード用アプリケーションのもとで、回転数ｎと、エンジントルクｍｄ＿ｍｏｔｏｒと、場合によって用いられるさらなる入力パラメータの関数として表される（例えばＫＦ）。また完成されたアプリケーションに対してはエンジン１０の未燃焼排出ＮＯｘ（ＮＯｘ＿ｒｏｈ）が特性マップで表されてもよい。蓄積型触媒の吸着率νは、とりわけ排ガス温度に依存しており、それに伴って所定の希薄燃焼モード用アプリケーションのもとでもｎとｍｄ＿ｍｏｔｏｒの関数として表され得る（例えばＫＦ）。目的関数χは、エンジントルクｍｄ＿ｍｏｔｏｒのプリセッティングによって最適化される。

それに対して電気機械１１なしのエンジン作動モードのもとでは、エンジン１０の作動点がドライバーから要求されるトルクｍｄ＿ｆａｈｒｅｒによって設定されるので、電気機械１１は、所定の帯域幅の範囲内でトルクｍｄ＿ＳＧを出力もしくは取り出し可能である。それにより、エンジントルクｍｄ＿ｍｏｔｏｒは、この帯域幅の範囲内でドライバーによって要求されるトルクｍｄ＿ｆａｈｒｅｒ分だけ自由に選択可能である。このことは、エンジン効率ηと未燃焼排出Ｎｏｘ量ＮＯｘ＿ｒｏｈとＮＯｘ吸着率νに依存した目的関数χがエンジントルクｍｄ＿ｍｏｔｏｒのプリセッティングによって最適化される（関数ブロック１４）、エンジン制御ストラテジを可能にする。この場合前述した以外のさらなるパラメータが目的関数χ内に用いられてもよい。

この結果は、最適化されたエンジントルクｍｄ＿ｍｏｔｏｒ＿ｏｐｔである。このエンジントルクｍｄ＿ｍｏｔｏｒ＿ｏｐｔは、ＥＤＣの通常のトルクパスにおいて、目標値ｍｄ＿ｏｐｔ＿ｓｏｌｌとして関与する（関数ブロック１２）。

付加的に電気機械１１は、関数ブロック１３内の電気機械の駆動制御によって、トルクΔｍｄを取り出し若しくは出力するように駆動制御される。それにより、ドライブトレーンに対して所望のトルクｍｄ＿ｆａｈｒｅｒが残され続ける。このストラテジによれば、所定の作動フェーズにおいて、排ガス温度の上昇とそれに伴う蓄積型触媒吸着率νの向上が達成される。

図２にブロック回路図で示されているように、蓄積型触媒の再生のもとでは、ＮＯｘ吸着率νの代わりに、空気過剰率λが着目される。ここでの目的は、λ＜１の濃厚燃焼モード達成のためのエンジン効率ηの悪化を低減させることである。これは負荷を高めるための電気機械１１による再生フラグである（関数ブロック１５）。それに対して電気機械１１は有利にはその最大トルクｍｄ＿ＳＧ，ｍａｘを引き出されるべきである。それに伴ってエンジン１０に対する負荷は、ｍｄ＿ｆａｈｒｅｒからｍｄ＿ｆａｈｒｅｒ＋ｍｄ＿ＳＧ，ｍａｘまで高められる。それにより、空気過剰率λは、電気機械１１なしの作動モードに比べて低減される。今日の既知のさらなる手段、例えば燃料噴射のアクセルワーク及び／又は調整等が、空気過剰率をλ＜１まで低減させるために用いられるならば、ここからはこれらの低い空気過剰率λから出発する。その際ドライバーに提供されるトルクは不変のまま、エンジン効率ηの悪化が低減される。

微粒子除去フィルタの再生処理の要求のもとでは、さらなる手段なしでは頻繁に不十分な結果となる。このようなケースでは、電気機械１１からトルクが取り出されなければならない。それによって排ガス温度は、ドライバーに提供されるトルクｍｄ＿ｆａｈｒｅｒを変動させることなく高められる。
排ガス温度が未だ不十分である場合には、現時点で既知のさらなる温度上昇手段が実施され得る。

通常運転モードにおけるエンジンと電気機械に対する最適な回転トルクを求めるための装置構成を表したブロック回路図 蓄積型触媒の再生フェーズにおけるエンジンと電気機械に対する最適な回転トルクを求めるための装置構成を表したブロック回路図

符号の説明

１０ エンジン
１１ 電気機械
１２ 関数ブロック
１３ 関数ブロック
１４ 関数ブロック
１５ 関数ブロック
１６ エンジン制御装置

Claims (10)

1. スイッチング可能な電気機械（１１）を備えたドライブトレーンの作動のための方法であって、
   前記電気機械（１１）は、エンジン（１０）と共に駆動力を伝達するように接続され得るものであり、当該エンジンの排気経路には排ガス浄化装置が配設されている形式の方法において、
   エンジン制御装置（１６）によって要求されたエンジントルク（ｍｄ＿ｍｏｔｏｒ）に、排ガス浄化装置の作動状態に依存して、前記電気機械（１１）から出力若しくは取り出されるトルク（ｍｄ＿ＳＧ）が印加されるようにしたことを特徴とする方法。
2. ドライバーによって要求された所望トルク（ｍｄ＿ｆａｈｒｅｒ）から、排ガス浄化装置における窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸着期間中に、最適なエンジントルク（ｍｄ＿ｍｏｔｏｒ＿ｏｐｔ）が導出され、該導出にあたって、当該の所望トルク（ｍｄ＿ｆａｈｒｅｒ）に関し、電気機械（１１）が取り出し若しくは出力できるトルク（ｍｄ＿ＳＧ）範囲内の帯域幅に依存して、少なくともエンジン効率（η）と未燃焼ＮＯｘ排出量（ＮＯｘ＿ｒｏｈ）とＮＯｘ吸着率（ν）に依存する目的関数（χ）が、エンジントルク（ｍｄ＿ｍｏｔｏｒ）のプリセッティングによって最適化される、請求項１記載の方法。
3. 最適化されたエンジントルク（ｍｄ＿ｍｏｔｏｒ＿ｏｐｔ）は、エンジン（１０）のエンジン制御装置（１６）の１つのトルクパスに入力される、請求項１または２記載の方法。
4. 前記電気機械（１１）から、前記エンジントルク（ｍｄ＿ｍｏｔｏｒ＿ｏｐｔ）と共にドライブトレーンのためにドライバーに提供するトルク（ｍｄ＿ｆａｈｒｅｒ＿ｉｓｔ）を生み出すトルク（Δｍｄ）が出力若しくは取り出される、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. 排ガス浄化装置の再生フェーズにおいて、電気機械（１１）から高められたトルク（ｍｄ＿ＳＧ，ｍａｘ）が取り出され、エンジン（１０）にはこのトルク（ｍｄ＿ＳＧ，ｍａｘ）分だけ高められた負荷（ｍｄ＿ｆａｈｒｅｒ＋ｍｄ＿ＳＧ，ｍａｘ）が供給される、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
6. 前記電気機械（１１）からその最大トルク（ｍｄ＿ＳＧ，ｍａｘ）が取り出される、請求項５記載の方法。
7. 蓄積型触媒による再生が実施される、請求項５又は６記載の方法。
8. 排ガス浄化装置の再生フェーズにおいて、ドライバーに提供するトルク（ｍｄ＿ｆａｈｒｅｒ＿ｉｓｔ）を維持したまま、電気機械（１１）からトルク（ｍｄ＿ＳＧ）が取り出される、請求項４から６いずれか１項記載の方法。
9. ディーゼル微粒子除去フィルタによる再生が実施される、請求項８記載の方法。
10. 請求項１から９いずれか１項記載の方法を実施するための装置において、
    当該方法の実施に適した少なくとも１つのエンジン制御装置（１６）が設けられていることを特徴とする装置。

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