JP2013151280A - 車両の排気ガス浄化装置の加熱または保熱方法および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】通常運転との差異を感知することなくハイブリッド駆動トレインを備えた車両の排気ガス浄化装置の急速な加熱または保熱方法を提供する。
【解決手段】内燃機関１２および少なくとも１つの駆動ユニット１３により駆動され且つ変速機１５を有する駆動トレイン１１を備えた車両の排気ガス浄化装置の加熱または保熱方法に関するものである。アイドリングよりも高い回転数の運転状態においてもまた、内燃機関１２の回転速度またはトルクが、排気ガス浄化装置の加熱または保熱のない同じ走行状態において存在するであろう回転速度またはトルクに対する値とは異なって設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の車両の排気ガス浄化装置の加熱または保熱方法および請求項１５の上位概念に記載の車両に関するものである。

内燃機関を備えた車両内における触媒を有する排気ガス浄化装置の急速加熱方法がドイツ特許公開第４４００２６０号から既知である。この場合、触媒加熱過程においては内燃機関に空気が絞られることなく供給され、しかも加速ペダルが操作されたかどうかとは無関係に供給される。内燃機関の回転速度およびトルクは点火角を介してのみ設定され、これにより内燃機関の特性は通常のエンジン制御のように設定される。したがって、アイドリング内においては、所定の経過後に変化可能な所定の回転速度が設定され、一方、加速ペダルの操作時には、加速ペダル位置に対応するトルクが設定される。急速加熱は点火角への適切な係合により行われ、これにより、高い空気流量においてもエンジンは加熱回転速度を超えることはない。

ドイツ特許公開第１０１６００１８号から、内燃機関および電気機械装置（例えば、発電機や電動モータ）を備えたハイブリッド駆動装置が既知であり、このハイブリッド駆動装置においては、駆動装置への瞬間出力要求の関数として、および駆動装置の利用可能な瞬間出力の関数として、内燃機関および電気機械装置の調整された操作により、瞬間出力要求を保持しながら内燃機関の最適回転速度が設定される。
ドイツ特許公開第４４００２６０号 ドイツ特許公開第１０１６００１８号

通常運転との差異を感知することなくハイブリッド駆動トレインを備えた車両の排気ガス浄化装置の急速な加熱または保熱方法を提供することが本発明の課題である。

この課題は、請求項１に記載の方法および請求項１５に記載の車両により解決される。
冒頭記載のタイプの車両に対する本発明による方法であって、内燃機関（１２）および少なくとも１つの第２の駆動ユニット（１３）により駆動され且つ変速機（１５）を有する駆動トレイン（１１）を備えた車両の排気ガス浄化装置の加熱または保熱方法において、アイドリング以外の運転状態においてもまた、内燃機関の回転速度またはトルクが、排気ガス浄化装置の加熱または保熱のない同じ走行状態において存在するであろう回転速度またはトルクの値とは異なって設定されることが提案される。

これにより、少なくとも１つの触媒を有する排気ガス浄化装置は最適且つ急速に加熱される。駆動トレインを駆動する内燃機関は、内燃機関から発生された排気ガスが触媒を加熱または保熱するために最適な廃熱を触媒に与えるように運転する。これにより、触媒は、触媒が排気ガスを転化する作動状態、即ち排気ガスを最適に浄化する作動状態に急速にもたらされる。内燃機関は、低い排気ガス・エミッションが達成される、排気ガス最適化運転状態において運転する。このために、内燃機関はより高い回転速度、遅れ点火角およびできるだけ低い負荷で運転される。このことから、最適且つ低い排気ガス・エミッションが達成されるように、内燃機関は妥協なしに運転可能であることが得られることは有利である。

本方法の第１の形態において、内燃機関が駆動トレインから切り離され且つ特に回転速度またはトルクが第２の駆動ユニットにより変速機に提供される。触媒の加熱過程内において、即ち触媒がまだその最適な作動温度に到達していないとき、内燃機関はドライバの希望から完全に切り離されている。ドライバの希望は、駆動トレイン内に配置されている第２の駆動ユニットにより提供され、この第２の駆動ユニットは、車両のドライバが加速ペダルを操作することにより、即ち「アクセルの踏込み」により要求する出力を変速機上に形成する。第２の駆動ユニットの対応制御に基づき、車両のドライバは、この出力が内燃機関からは発生されていないことには気づかない。この場合、２つの駆動ユニットを備えた車両は１つの駆動ユニットのみを備えた車両よりも多くの自由度を有することが十分に利用されることが有利である。

内燃機関の駆動トレインからの切離しは、周囲条件の関数として、および／または排気ガス浄化装置の既に行われた加熱過程特に排気ガス浄化装置の加熱状態の関数として行われる。これにより、例えば低温始動において、触媒がまだ最適な作動温度に達していないときにのみ第２の駆動ユニットが投入されることが達成される。

本方法の他の好ましい形態において、排気ガス浄化装置の加熱または保熱のために必要な最適回転速度または排気ガス浄化装置の加熱または保熱のために必要な最適トルクが計算される。

好ましい形態において、それぞれ排気ガス浄化装置の加熱のための下限値を示す最小回転速度または最小トルクが計算される。好ましい形態において、それぞれ排気ガス浄化装置の加熱のための上限値を示す最大回転速度または最大トルクが計算される。

回転速度またはトルクに対する計算値は、例えば内燃機関を駆動トレインから切り離したりまたは再び変速機と結合したりするために、車両制御装置内において使用可能である。さらに、車両の運転過程の間に計算値が決定測定値と比較され且つ対応制御が実行されてもよい。この場合、最適回転速度および最適トルクはそれぞれ、排気ガス浄化装置の急速且つ最適な加熱のための最適値に対応する。

本方法の好ましい形態において、最適回転速度および／または最小回転速度および／または最大回転速度に１つの優先順位または複数の優先順位が割り当てられている。
優先順位の割当は、最適回転速度、最小回転速度および最大回転速度に対する計算値が階層をなし、即ち順序に配列されるものと理解される。最も高い優先順位を有する回転速度例えば最適回転速度は比較の目的で常に最初に考慮され、および比較されるべき値例えば測定値と比較される。比較されるべき値が許容された回転速度である場合、これが設定される。これに対して比較されるべき値が許容されない値である場合、この回転速度は比較値として次に低い優先順位で考慮され、以下同様である。

本方法の好ましい形態において、最適トルクおよび／または最小トルクおよび／または最大トルクに１つの優先順位または複数の優先順位が割り当てられている。
この場合、計算トルクは、トルクの各々に優先順位が割り当てられることにより階層順序に配列される。

本方法の好ましい形態において、回転速度に関して、排気ガス浄化装置とは異なる、車両制御装置内の種々の機能ユニットから要求が供給され、この場合、種々の機能ユニットの要求にそれぞれ優先順位が割り当てられる。

この場合、車両の運転に対して、車両制御内において、重要な機能ユニットおよびそれほど重要でない機能ユニットが異なって処理されてもよい。本方法の好ましい形態において、排気ガス浄化装置それ自身の加熱または保熱と関連がない要求は、その優先順位がより高いか、または要求回転速度が最小回転速度を超えおよび／または最大回転速度を下回っているときにのみ考慮される。

本方法の好ましい形態において、排気ガス浄化装置それ自身の加熱または保熱と関連がない要求は、その優先順位がより高いか、または要求トルクが最小トルクを超えおよび／または最大トルクを下回っているときにのみ考慮される。

触媒の加熱過程の間においては、トルクまたは回転速度に関する要求はきわめて高い優先順位に割り当てられている。この要求は、決定されたより高い優先順位を有する機能によってのみ無効とされる。これは、例えば、第２の駆動ユニットが故障し且つ走行運転がもはや可能ではない場合であろう。

本方法の好ましい形態において、最適回転速度にできるだけ近い回転速度が得られるか、または回転速度が少なくとも最小回転速度に等しいかまたは多くとも最大回転速度に等しいように、自動変速機の制御が変速比の選択を適合させることにより回転速度が設定される。

内燃機関および第２の駆動ユニットの回転速度が加算されるパラレル・ハイブリッド車においては必ず自動変速機が設けられ、およびこれは例えば有段変速機、ＣＶＴ（無段変速機）またはダブル・クラッチにより形成されている。パワー・スプリット原理（動力分割方式）を有するシリーズ・ハイブリッド車は原理的に常に自動機能を有している。この場合、内燃機関および第２の駆動ユニットは同じ回転速度に対して設計され且つ第２の駆動ユニットはピークに対してのみ投入される。

本方法の好ましい形態において、内燃機関および第２の駆動ユニットのトルクの協働により要求トルクが設定されるように第２の駆動ユニットが設定され、この場合、内燃機関から出力されたトルクが、加熱のために計算された最適トルクに対応するか、および／または最小トルクより大きいか、および／または最大トルクより小さいように内燃機関が運転される。

本方法の好ましい形態において、パワー・スプリット・システムにおいては、内燃機関の回転速度が最適回転速度にできるだけ近いか、または最小回転速度を下回らないか、または最大回転速度を超えないように、両方の駆動ユニットの回転速度が設定されることにより回転速度が設定される。

内燃機関および第２の駆動ユニットのトルクが加算されるパラレル・ハイブリッド車においては必ず自動変速機が設けられ、およびこれは例えば有段変速機、ＣＶＴ（無段変速機）またはダブル・クラッチにより形成されている。

本方法の好ましい形態において、最適回転速度、最小回転速度または最大回転速度が、または最適トルク、最小トルクまたは最大トルクが、周囲条件の関数として、および／または既に行われた排気ガス浄化装置の加熱過程の関数として可変である。

周囲条件として例えば外気温度が挙げられる。さらに、触媒が理想的な作動温度を有しているので最適回転速度の保持がもはや必要ではない場合、内燃機関は最適回転速度以外で運転されてもよい。

本発明により、冒頭記載のタイプの車両において、排気ガス浄化装置の加熱または保熱のために必要な駆動トレインの回転速度またはトルクの関数として、内燃機関が駆動トレインから切り離し可能であり、この場合、アイドリング以外の運転状態において、内燃機関の回転速度またはトルクが、排気ガス浄化装置の加熱または保熱のない同じ走行状態において設定されるであろう回転速度またはトルクに対する値とは異なって設定可能であるように設計されている。

これにより、アイドリング運転とは異なる運転状態において排気ガス浄化装置の急速な加熱が行われる。要求走行出力を形成するための、回転速度またはトルクに対する要求は、少なくとも２つの駆動ユニットから駆動トレインの変速機に提供される。これにより、排気ガス浄化装置をできるだけ急速に加熱し、およびこのようにして、車両のドライバが車両特性の低下を感知することなく、排気ガス浄化装置を最適作動温度にもたらすことが可能である。２つの駆動ユニット好ましくは内燃機関および電動機を備えた車両の追加自由度が排気ガス・エミッションの最適化のために使用可能であることが有利である。この場合、最適回転速度、最大回転速度および最小回転速度並びに最適トルク、最大トルクおよび最小トルクは、車両制御装置の計算ユニット内において計算可能である。

車両の一形態において、第２の駆動ユニットが電気機械装置であるように設計されている。ハイブリッド車は、内燃機関と、および典型的には電動機としておよび発電機として運転可能な電気機械装置とを有している。

車両の好ましい形態において、内燃機関は分離クラッチにより駆動トレインから切り離し可能であるように設計されている。さらに、車両制御装置が、最適回転速度、最適トルク、最小回転速度、最小トルク、最大回転速度および／または最大トルクを計算するための計算ユニットが設けられているように設計されていることは有利である。
本発明のその他の実施形態、観点および利点が、特許請求の範囲内のその要約とは無関係に、一般性を制限することなく、ただ１つの図面により以下に示された本発明の実施例から得られる。

パラレル・ハイブリッドとして形成されている車両の駆動トレインの略断面図である。

図１において、車両１０は駆動トレイン１１を含み、駆動トレイン１１は、内燃機関１２と、バッテリ１４に結合されている電気機械装置１３と結合可能であり、駆動トレイン１１は、変速機１５、分離クラッチ１６、クラッチ（図示せず）、および駆動装置好ましくはディファレンシャル駆動装置（図示せず）を含む。

図１には排気ガス浄化装置は示されていないが、排気ガス浄化装置は少なくとも１つの触媒を含み、および排気ガス浄化装置は、最適な作動機能のために、即ち排気ガス浄化装置内を導かれた排気ガスの最適浄化のために、所定の作動温度を有していなければならない。

内燃機関１２が、排気ガスが最適化される回転速度の最適回転速度で、または排気ガスが最適化されるトルクの最適トルクで運転されるとき、最適作動温度はきわめて急速に設定される。排気ガス浄化装置がまだ低温である低温始動時においては、排気ガス浄化装置内において不十分な転化即ち排気ガスの不十分な浄化が行われるにすぎないので、排気ガスのエミッションは高くなっている。

触媒の急速加熱または保熱のために、排気ガスを介してできるだけ多量の熱が排気ガス浄化装置に与えられなければならない。これは、最適回転速度と呼ばれる最適な回転速度で、または最適トルクと呼ばれる最適なトルクで運転されることにより形成される。

例えば希望の車両速度を意味する走行出力への要求に対応するために、２つの駆動ユニットを備えた車両において、排気ガス浄化装置を加熱するために一方の駆動ユニット好ましくは内燃機関１２が使用され、およびドライバの要求即ち車両速度を形成するために他方の駆動ユニット好ましくは電気機械装置１３が使用される。

ハイブリッド車に対して、特に、２つの方式、即ち動力分割ハイブリッドとしても知られるいわゆるパワー・スプリット方式およびパラレル・ハイブリッド方式が既知である。両方の方式において、触媒の加熱過程の間に、内燃機関１２を完全にドライバの希望から切り離し、および内燃機関１２のトルクまたは回転速度をほとんど妥協なしに最適エミッション側に投入することが可能である。それにもかかわらず、電気機械装置１３の対応制御により、ドライバが車両の特性において加熱過程と通常運転との間の差異を感知することなく、ドライバの希望は広範囲に変換可能である。

さらに、追加の説明をする。従来のハイブリッド車において、通常の走行状態において、触媒を加熱したいとき、走行状態が変化したり、排気ガスエミッションが増加したりする。

これを回避するために、アイドリング以外においてもまた、加熱過程と通常運転との間の差異を感知することなく、車両の排気ガス浄化装置の急速な加熱または保熱を提供するように、加熱または保熱のない走行状態の回転速度又はトルクとは異なって、内燃機関の回転速度又はトルクが設定される。

例えば、パラレルハイブリット車において、内燃機関１２が駆動トレイン１１から切り離され、ドライバの希望に対する出力は、第２の駆動装置としての電気機械装置（例えば、電動モーター）１３により提供され、内燃機関１２は触媒の加熱に使用される。そして、触媒の加熱又は保熱のために必要な最適回転速度又は最適トルクが計算される。

以下に参考発明と記載致します。
［参考発明１］
内燃機関（１２）および少なくとも１つの第２の駆動ユニット（１３）により駆動され且つ変速機（１５）を有する駆動トレイン（１１）を備えた車両の排気ガス浄化装置の加熱または保熱方法において、
アイドリング以外の運転状態においてもまた、内燃機関（１２）の回転速度またはトルクが、排気ガス浄化装置の加熱または保熱のない同じ走行状態において存在するであろう、回転速度またはトルクに対する値とは異なって設定され、
前記内燃機関（１２）が駆動トレイン（１１）から切り離され且つ特に回転速度またはトルクが第２の駆動ユニット（１３）により提供されることを特徴とする車両の排気ガス浄化装置の加熱または保熱方法。
［参考発明２］
参考発明１に記載の方法において、
内燃機関（１２）が駆動トレイン（１１）から切り離され且つ特に回転速度またはトルクが第２の駆動ユニット（１３）により提供されることを特徴とする方法。
［参考発明３］
参考発明１または２に記載の方法において、
排気ガス浄化装置の加熱または保熱のために必要な最適回転速度または排気ガス浄化装置の加熱または保熱のために必要な最適トルクが計算されることを特徴とする方法。
［参考発明４］
参考発明１ないし３のいずれか１項に記載の方法において、
それぞれ排気ガス浄化装置の加熱のための下限値を示す最小回転速度または最小トルクが計算されることを特徴とする方法。
［参考発明５］
参考発明１ないし４のいずれか１項に記載の方法において、
それぞれ排気ガス浄化装置の加熱のための上限値を示す最大回転速度または最大トルクが計算されることを特徴とする方法。
［参考発明６］
参考発明１ないし５のいずれか１項に記載の方法において、
最適回転速度および／または最小回転速度および／または最大回転速度に、１つの優先順位または複数の優先順位が割り当てられていることを特徴とする方法。
［参考発明７］
参考発明１ないし５のいずれか１項に記載の方法において、
最適トルクおよび／または最小トルクおよび／または最大トルクに、１つの優先順位または複数の優先順位が割り当てられていることを特徴とする方法。
［参考発明８］
参考発明１ないし７のいずれか１項に記載の方法において、
回転速度に関して、排気ガス浄化装置とは異なる、車両制御装置内の種々の機能ユニットから要求が供給され、この場合、種々の機能ユニットの要求にそれぞれ優先順位が割り当てられることを特徴とする方法。
［参考発明９］
参考発明８に記載の方法において、
排気ガス浄化装置それ自身の加熱または保熱と関連がない要求は、その優先順位がより高いか、または要求回転速度が最小回転速度を超えおよび／または最大回転速度を下回っているときにのみ考慮されることを特徴とする方法。
［参考発明１０］
参考発明８または９に記載の方法において、
排気ガス浄化装置それ自身の加熱または保熱と関連がない要求は、その優先順位がより高いか、または要求トルクが最小トルクを超えおよび／または最大トルクを下回っているときにのみ考慮されることを特徴とする方法。
［参考発明１１］
参考発明１ないし１０のいずれか１項に記載の方法において、
最適回転速度にできるだけ近い回転速度が得られるか、または最小回転速度を下回らないか、または最大回転速度を超えないように、自動変速機（１５）の制御が変速比の選択を適合させることにより回転速度が設定されることを特徴とする方法。
［参考発明１２］
参考発明１ないし１１のいずれか１項に記載の方法において、
パワー・スプリット・システムにおいては、内燃機関（１２）の回転速度が最適回転速度にできるだけ近いか、または最小回転速度を下回らないか、または最大回転速度を超えないように、両方の駆動ユニット（１２、１３）の回転速度が設定されることにより回転速度が設定されることを特徴とする方法。
［参考発明１３］
参考発明１ないし１２のいずれか１項に記載の方法において、
内燃機関（１２）および第２の駆動ユニット（１３）のトルクが協働して要求トルクが設定されるように第２の駆動ユニットが設定され、この場合、内燃機関（１２）から出力されたトルクが、加熱のために計算された最適トルクに対応するか、および／または最小トルクより大きいか、および／または最大トルクより小さいように内燃機関（１２）が運転されることを特徴とする方法。
［参考発明１４］
参考発明１ないし１３のいずれか１項に記載の方法において、
最適回転速度、最小回転速度または最大回転速度が、または最適トルク、最小トルクまたは最大トルクが、周囲条件の関数として、および／または既に行われた排気ガス浄化装置の加熱過程の関数として可変であることを特徴とする方法。
［参考発明１５］
排気ガス浄化装置と、駆動トレイン（１１）とを備えた車両であって、
前記駆動トレイン（１１）に、内燃機関（１２）および少なくとも１つの第２の駆動ユニット（１３）が結合されており、前記駆動トレイン（１１）は変速機（１５）を有しており、
排気ガス浄化装置の加熱または保熱のために、駆動トレイン（１１）の回転速度またはトルクの関数として、内燃機関（１２）が駆動トレイン（１１）から切り離し可能であり、この場合、アイドリング以外の運転状態において、内燃機関（１２）の回転速度またはトルクが、排気ガス浄化装置の加熱または保熱のない同じ走行状態において設定されるであろう回転速度またはトルクに対する値とは異なって設定可能であることを特徴とする車両。
［参考発明１６］
参考発明１５に記載の車両において、
第２の駆動ユニット（１３）が電気機械装置（１３）であることを特徴とする車両。
［参考発明１７］
参考発明１５または１６に記載の車両において、
内燃機関（１２）は、分離クラッチ（１６）により駆動トレイン（１１）から切り離し可能であることを特徴とする車両。

１０ 車両
１１ 駆動トレイン
１２ 内燃機関
１３ 第２の駆動ユニット（電気機械装置）
１４ バッテリ
１５ 変速機
１６ 分離クラッチ

Claims (1)

1. 内燃機関（１２）および少なくとも１つの第２の駆動ユニット（１３）により駆動され且つ変速機（１５）を有する駆動トレイン（１１）を備えた車両の排気ガス浄化装置の加熱または保熱方法において、
   アイドリングよりも高い回転数の運転状態においてもまた、内燃機関（１２）の回転速度またはトルクが、排気ガス浄化装置の加熱または保熱のない同じ走行状態において存在するであろう、回転速度またはトルクに対する値とは異なって設定され、
   前記内燃機関（１２）が駆動トレイン（１１）から切り離され且つ特に回転速度またはトルクが第２の駆動ユニット（１３）により提供されることを特徴とする車両の排気ガス浄化装置の加熱または保熱方法。

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