JP2009512816A - 内燃機関を運転するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関を運転するための方法であって、要求された駆動出力を有する標準の走行運転において少なくとも所定の時間毎に少なくとも１つの電気機械を駆動アシストのために接続する形式の方法に関する。本発明によれば、選択された燃焼方法に関連して内燃機関を選択的に定常に、準定常にまたは動的に運転することが提案される。

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、内燃機関を運転するための方法、すなわち要求された駆動出力を有する標準の走行運転において少なくとも所定の時間毎に少なくとも１つの電気機械を駆動アシストのために接続する形式の、内燃機関を運転するための方法に関する。

内燃機関と電気機械とがパワートレーンにおいて協働し合うハイブリッド車両が知られている。種々のアッセンブリが知られており、たとえばシリーズ型ハイブリッド、つまり内燃機関が機械的に駆動輪に結合されていないタイプのハイブリッド、パラレル型ハイブリッド、つまり内燃機関と電気機械（あるいはまた複数の電気機械）とが機械的に駆動輪に結合されているタイプのハイブリッドならびに混合型、たとえば出力分岐型ハイブリッド、つまり内燃機関が機械的に駆動輪に結合されていると同時に電気機械をも駆動するタイプのハイブリッドが知られている。

国際公開第２００５／０１２０２２号パンフレットには、ディーゼルエンジンを備えたハイブリッド車両を運転するための方法が開示されている。この方法の場合、シフトチェンジが行われる際にクラッチが解放されているときに電気機械がディーゼルエンジンをアシストする。この公知の方法は、駆動装置の効率を改善しかつディーゼルエンジンの小さな回転数におけるエミッションを低減するために役立つ。

発明の利点
要求された駆動出力を有する標準の走行運転において少なくとも所定の時間毎に少なくとも１つの電気機械を駆動アシストのために接続し、選択された燃焼方法に関連して内燃機関を選択的に定常に運転するか、または動的に運転することを特徴とする、内燃機関を運転するための本発明による方法が提案される。特にエミッションの少ない燃焼方法を選択することができると、内燃機関の有利にエミッションの少ない運転が可能となる。このような特にエミッションの少ない燃焼方法は、たとえばエンジン負荷交番時に不都合な動的特性（Dyanmik）を有しているが、しかし電気機械により、高い動的特性を有する駆動装置の動的な出力成分を提供することができる、このことは、種々異なる燃焼方法が種々異なるエミッション量を生ぜしめるような負荷領域において有利になり得る。電気機械により、その都度の負荷領域のための最適となる燃焼方法を選択することができる。１つの電気機械が使用され得るか、あるいはまた２つまたは２つ以上の電気機械も使用され得る。別の負荷領域では、内燃機関の燃焼方法を変えることができる。内燃機関は有利には２つの電気機械を用いて選択的にシリーズモードまたはパラレルモードあるいはパラレル・シリーズモードまたは出力分岐モードで運転される。内燃機関はこの場合、所要出力に応じて好都合な燃焼方法を用いて運転される。

好都合な方法ステップでは、内燃機関の定常運転において、要求された駆動出力の動的な出力成分を電気モータにより提供することができる。内燃機関はその出力をエネルギ蓄え器、たとえばバッテリに供給し、このエネルギ蓄え器から電気機械はその駆動エネルギを、必要とされる駆動出力および動的特性に関連して取り出す。内燃機関は望ましくないエミッション、たとえばディーゼルエンジンにおける煤および窒素酸化物を減少させるための最適化された運転パラメータを有する好都合な領域で運転される。

別の好都合な方法ステップでは、内燃機関が動的な運転において、動的な出力成分の少なくとも一部を施与する。この場合にも、電気機械および内燃機関の出力成分の導入を、内燃機関のエミッションに関して最適化することができる。

内燃機関が運転される燃焼方法が、内燃機関のエミッションに関連して選択されると有利である。

別の好都合な方法ステップでは、定常運転において、その都度のエンジンサイクルのために必要とされる全燃料量が内燃機関の燃焼室内に直接に噴射され、その後に着火される。特に有利には、ディーゼルエンジンの場合に、特に部分負荷領域において均質ディーゼル燃焼、つまりいわゆる「予混合圧縮着火燃焼」（ＨＣＣＩ＝Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）が使用される。このＨＣＣＩ燃焼は極端に煤や窒素酸化物の少ない燃焼をもたらす。ＨＣＣＩ運転モードでは、ディーゼル燃料が直接にディーゼルエンジンの燃焼室内に噴射され、この燃焼室内に形成される燃料・空気混合物は、当該エンジンサイクルのために必要とされる全燃料量が各燃焼室内に噴射された後でしか着火されない。中間段は、有利な「（ｐ）ＨＣＣＩ燃焼法」である（Ｐａｒｔｌｙ Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ；部分予混合圧縮着火燃焼）である。この（ｐ）ＨＣＣＩ燃焼法では、極めて少量の燃料だけが着火後に燃焼室内に噴射される。この場合にも、コンベンショナルな燃焼法の場合と同様にエミッションの低減が生じる。ＨＣＣＩ燃焼法の場合、燃焼室内の燃料が着火前に均質化されることを前提としており、それに対して（ｐ）ＨＣＣＩ燃焼法の場合には、燃料が着火前に部分的に噴射されかつ均質化され、そして部分的に着火の後に初めて燃焼室内に噴射される。有利には、両燃焼方法共に、エンジンアプリケーションにおいて種々の運転点で行われる。有利には、両燃焼方法の間の移行がなだらかに行われるので、両燃焼方法は実質的に同一視される。

ＨＣＣＩ燃焼運転モードもしくは（ｐ）ＨＣＣＩ燃焼運転モードでは、内燃機関がそれぞれ定常に、または準定常（quasistationaer）に運転されると有利である。準定常運転では、内燃機関が、緩慢な、つまりゆっくりとした運転点交番しか実施しない。駆動装置の動的な出力成分はこの場合、電気機械によって提供される。ディーゼルエンジンのコンベンショナルな燃焼法では、動的な運転において燃料が燃焼室内に、着火開始の後でも噴射される。このような燃焼法は別の負荷領域において使用され得る。

別の好都合な方法ステップでは、内燃機関の定常運転において高められた出力を調節するために、内燃機関に短時間、燃料が供給されず、内燃機関が電気機械によって新しい運転点へ引きずられる。有利には、内燃機関の引きずり時に、内燃機関の燃焼空気の空気側の装入交番が新しい運転点に合わせて最適化される。ディーゼルエンジンの場合、新しい運転点においても、ＨＣＣＩ運転もしくは（ｐ）ＨＣＣＩ運転のために好都合なパラメータを持ってディーゼルエンジンを運転することができる。

別の好都合な方法ステップでは、高められた出力を調節するために、内燃機関が準定常に運転される。この場合、ＨＣＣＩ運転モ―ドまたは（ｐ）ＨＣＣＩ運転モードにおいて電気機械によって高動的な走行成分だけが補償される。有利には、内燃機関の定常または準定常な運転が内燃機関の部分負荷領域において調節され、それに対して内燃機関の動的な運転は内燃機関の高負荷領域および／または全負荷領域および／または高い回転数において調節される。

少なくとも１つの内燃機関を備えた本発明によるハイブリッド車両では、要求された駆動出力を有する標準の走行運転において少なくとも所定の時間毎に少なくとも１つの電気機械が駆動アシストのために接続可能となる。このようなハイブリッド車両においては、内燃機関の動的な運転が、内燃機関の高負荷領域および／または全負荷領域および／または高い回転数において調節される。

図面
本発明のさらに別の実施態様、観点および利点は、実施例の説明および特許請求の範囲に記載されている。ただし本発明は、以下に図面につき説明する本発明の実施例に限定されるものではない。

以下において、図面は、ディーゼルエンジンの場合の内燃機関のトルクと回転数との関係を表す内燃機関の特性線マップを示している。

実施例の説明
図１には、内燃機関のトルク経過Ｍと回転数ｎとの関係を示す特性線マップが、有利なハイブリッド車両のディーゼルエンジンにつき示されている。このハイブリッド車両の全パワートレーンは、内燃機関ができるだけ最小のエミッション、たとえばＣＯ_２、窒素酸化物および煤しか放出しないように形成されかつ運転される。

有利には、ディーゼルエンジンが２つの電気機械を用いて選択的に、シリーズモードまたはパラレルモードまたはパラレル・シリーズモードまたは出力分岐モードで運転される。このためには、２つの電気機械と１つのロックアップクラッチとを備えたパラレル型のハイブリッドを有する自体公知の構造が好都合である。

ディーゼルエンジンはこの場合、所要出力に応じてＨＣＣＩ運転モ―ドもしくは（ｐ）ＨＣＣＩ運転モードまたはコンベンショナルなモ―ドで運転される。それと同時に、高い動的特性を有する少なくとも１つの電気機械が、車両をブーストするための駆動エネルギを提供する。（ｐ）ＨＣＣＩ運転モードでは、駆動装置がパラレル型のハイブリッドに相当する。

（ｐ）ＨＣＣＩ燃焼法では、ディーゼル燃料が直接にディーゼルエンジンの燃焼室内に噴射され、燃焼室内に形成された燃料・空気混合物は、実質的に、当該エンジンサイクルのために必要とされる全燃料量が各燃焼室内に噴射された後でしか着火されない。着火後には、極めて少量の燃料量が噴射される。

斜線で示した領域は、ディーゼルエンジンが定常運転においてＨＣＣＩ運転モードで運転していて、パワートレーンが電気モータによるアシストによって改善された動的特性を有している領域を表している。ＨＣＣＩ燃焼法は燃焼空気側で案内されるので、特にエンジン負荷交番時の燃料の燃焼に関する動的特性は制限されている。さらに、特に部分負荷領域における特殊な混合物形成は十分な信頼性を持って形成されなければならない。

高負荷領域、全負荷領域および／または高い回転数においては、ディーゼルエンジンが、コンベンショナルな燃焼法によって運転され、この場合、燃焼室内での燃料の燃焼の開始後になお燃料が噴射される。

さらに、ディーゼルエンジンが電気機械によって相応する運転点へ引きずられることにより、（ｐ）ＨＣＣＩ燃焼法を有する運転モードと、コンベンショナルな燃焼法を有する運転モードとの間の迅速な移行を達成することができる。有利には、乗用車の場合、２０〜５０ｋＷを有する電気機械が使用される。

図１の領域１は、パラレル型のハイブリッド駆動装置によってディーゼルエンジンの準定常な（ｐ）ＨＣＣＩ運転モードにおいて、低い排ガス温度で、ディーゼルエンジンの低い回転数における小さなトルクに基づいて、ＨＣエミッションおよびＣＯエミッションを回避することができることを表している。領域２は、ディーゼルエンジンのＨＣＣＩ運転モ―ドにおいて電気機械の使用によって動的特性を改善することができることを表している。図１の領域３は、電気機械がディーゼルエンジンを引きずることにより、もしくは（ｐ）ＨＣＣＩ運転モードにおいて内燃機関が緩慢な運転点交番を実施することにより、ＨＣＣＩ運転モ―ドにおけるディーゼルエンジンの運転点を切り換えることができることを表している。領域４は、ディーゼルエンジンが、エミッションに好都合な（ｐ）ＨＣＣＩ運転モードで運転する間、電気機械がパワートレーンの出力送出を改善し得ることを表している。領域５は、（ｐ）ＨＣＣＩ燃焼法を有する運転と、コンベンショナルな燃焼法を有する運転との間の移行が改善されることを表している。この場合、（ｐ）ＨＣＣＩ運転モードによってそれぞれ最小のエミッションを有するディーゼルエンジンの運転を達成することができる。

領域６では、ディーゼルエンジンがコンベンショナルな燃焼法によって運転され、この場合、電気機械は、ディーゼルエンジンが、最適化されたパラメータを持って運転し得るようにディーゼルエンジンをアシストする。有利にはこの場合、エネルギ蓄え器が小さいことが得られる。なぜならば、ブースト機能だけが電気モータによりアシストされるからである。バッテリは、２０〜５０ｋＷを有する電気機械のためには０．５〜１ｋＷｈで十分になり得る。

ディーゼルエンジンの場合の内燃機関のトルクと回転数との関係を表す内燃機関の特性線マップである。

Claims (11)

1. 内燃機関を運転するための方法であって、要求された駆動出力を有する標準の走行運転において少なくとも所定の時間毎に少なくとも１つの電気機械を駆動アシストのために接続する形式の方法において、選択された燃焼方法に関連して内燃機関を選択的に定常に、準定常にまたは動的に運転することを特徴とする、内燃機関を運転するための方法。
2. 内燃機関の定常運転の場合に、要求された駆動出力の動的な出力成分を電気モータにより供給する、請求項１記載の方法。
3. 内燃機関が、動的な運転において、動的な出力成分の少なくとも一部を供給する、請求項１または２記載の方法。
4. 内燃機関のエミッションに関連して燃焼方法を選択する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 定常運転において、その都度のエンジンサイクルのために必要となる全燃料量を直接に内燃機関の燃焼室内に噴射し、その後に着火させる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 動的な運転において、燃料を燃焼室内に着火開始後でも噴射する、請求項５記載の方法。
7. 定常運転における高められた出力を調節するために、内燃機関に短時間、燃料を供給せず、内燃機関を電気機械によって新しい運転点へ引きずる、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 内燃機関の引きずりの間、内燃機関の燃焼空気の空気側の装入交番を、新しい運転点に合わせて最適化する、請求項７記載の方法。
9. 内燃機関の定常運転を、内燃機関の部分負荷領域において調節する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 内燃機関の動的な運転を、内燃機関の高負荷領域および／または全負荷領域および／または高い回転数において調節する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 少なくとも１つの内燃機関を備えたハイブリッド車両であって、要求された駆動出力を有する標準の走行運転において少なくとも所定の時間毎に少なくとも１つの電気機械が駆動アシストのために接続可能である形式において、内燃機関の動的な運転が、内燃機関の高負荷領域および／または全負荷領域および／または高い回転数において調節されることを特徴とするハイブリッド車両。

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