帶混合驅動部的機動車中的微粒過濾器再生的方法和裝置與流程

本發明涉及一種用于使在帶有混合驅動部的機動車的廢氣通道中的微粒過濾器再生的方法和裝置。

背景技術：

排放立法的不斷收緊對車輛生產商提出了高的要求，其通過用于降低發動機原始排放的相應措施和通過相應的廢氣后處理來實現。隨著eu6立法階段的引入，對于帶有混合驅動部的汽油發動機或車輛而言規定了顆粒數量的極限值，其在許多情況中使得微粒過濾器的使用變得必要。在行駛運行中，這樣的微粒過濾器被加載以炭黑。為了使得排氣背壓不太強地上升，該微粒過濾器須被連續地或周期性地再生。為了執行被保留在微粒過濾器中的炭黑利用氧氣的熱氧化，與在內燃機的廢氣設施中的同時存在的氧氣相聯系的足夠高的溫度水平是必要的。因為現代汽油發動機通常不帶有氧氣過量地以化學計量的燃燒空氣比例(λ=1)來運行，所以為此需要額外的措施。一種用于使微粒過濾器再生的可行性方案是在內燃機的滑行階段中到廢氣通道中的氧氣帶入，即在其中燃料不被噴射且因此在廢氣中存在氧氣過量的階段中。然而，這樣的滑行階段在內燃機的情形中不總是按計劃出現，而更容易是隨機的且不可控制的，從而使得再生階段相比實際必要的更頻繁地被觸發，以便于避免微粒過濾器的太高負載的危險和微粒過濾器由于不受控制的炭黑燃燒(russabbrand)的熱損傷的與此伴隨的危險。這樣的不受控制的炭黑燃燒在最不利的情況中可能導致微粒過濾器的燒穿且因此導致微粒過濾器的損壞。

由文件wo2011/104459a1已知一種用于在混合動力車輛的情形中使內燃機的微粒過濾器再生的方法。在此，到微粒過濾器中的輸入溫度被連續測量且與第一閾值相比較。在此，當在微粒過濾器的入口處的溫度處在該第一閾值以下時，內燃機的停止被中斷。在此，內燃機的停止被一直中斷，直至在微粒過濾器的入口處的溫度處在第二閾限溫度(schwellentemperatur)以上，在其以上允許內燃機的停止。

由文件ep1197642a2已知一種用于使在混合動力車輛中的微粒過濾器再生的方法。在此，廢氣的溫度由此被提高，即，內燃機的負荷以如下方式被提高，即，內燃機除了驅動機動車之外給混合動力車輛的電動機的電池充電。

然而這些解決方案的缺點是，此外須等待內燃機的滑行階段，以便于執行微粒過濾器的再生且此外微粒過濾器相比實際所必要的被更頻繁地再生。

技術實現要素：

本發明此時所基于的目的是，執行微粒過濾器的適宜的且符合需要的再生且滑行階段總是當要求微粒過濾器的負載時被引入。

該目的通過一種用于使在帶有由電動機和內燃機構成的混合驅動部的機動車的廢氣通道中的微粒過濾器再生的方法，其包括如下步驟；

-以混合運行方式運行機動車，其中，在內燃機運行的情形中內燃機的廢氣被導引通過微粒過濾器，

-測定微粒過濾器的負載狀態，

-當微粒過濾器的負載狀態達到定義的最大負載狀態時，引入微粒過濾器的再生，

-執行微粒過濾器的再生過程，其中，內燃機和電動機在再生期間被聯接，其中，

-電動機拖動內燃機，且其中，

-內燃機將空氣輸送到廢氣通道中，以便于氧化被保留在微粒過濾器中的炭黑顆粒。

由此可實現內燃機的有效的滑行階段，其可通過電動機的轉矩設計成主動式的。因此不必要的是，等待行駛情況受限制的滑行階段，以便于引入再生，從而微粒過濾器的更少的再生過程是必要的。當微粒過濾器達到定義的最大負載狀態時，在帶有混合驅動部的機動車中于是可引入微粒過濾器的一再生階段。就此而言，滑行階段被理解為在其中燃料不被噴射到內燃機燃燒室的其中一個中且內燃機不將驅動力矩發出到曲軸處的運行狀態。就此而言，內燃機的拖動被理解為在其處電動機須施加用于使內燃機轉動的轉矩的運行狀態。在此，內燃機以大于100轉/分鐘、優選地至少600轉/分鐘的轉速被轉動且優選地燃料到內燃機燃燒室中的噴射完全消失。

在本發明的優選的設計方案中設置成，再生過程前置有加熱過程，在其中微粒過濾器被加熱到對于炭黑的氧化所必要的溫度范圍上。因為滑行運行一般與在廢氣通道中的溫度下降相聯系，所以可為必要的是，在引入再生之前將廢氣通道且因此將微粒過濾器加熱到再生溫度上。因為為了使微粒過濾器再生，不僅在廢氣通道中的足夠高的溫度水平而且氧氣過量是必要的，所以這樣的加熱階段是一種簡單且被測試過的用于達到溫度水平的方式。氧氣過量如示出的那樣通過內燃機的拖動運行來實現，其中，內燃機將空氣輸送到廢氣通道中。

根據方法的一種有利的實施形式設置成，廢氣溫度的溫度范圍通過上閾值和下閾值來限制，其中，加熱過程被一直執行，直至達到上閾值。為了使微粒過濾器再生，足夠的溫度水平是必要的。另一方面，在微粒過濾器中的廢氣溫度同樣不可太強地上升，因為太高的溫度、尤其在800oc以上的溫度可能導致熱損傷直至導致微粒過濾器的損壞，因為通過炭黑燃燒的放熱而出現溫度提高。因為滑行運行一般與在廢氣通道中的溫度下降相聯系，所以微粒過濾器在加熱階段中被加熱直至最大允許的溫度(上閾值)，以便于使得盡可能長的再生階段成為可能，直至在微粒過濾器處的溫度被下降到下閾值以下且因此不可實現微粒過濾器的進一步再生。

根據一種有利的改進方案設置成，微粒過濾器的再生被一直執行，直至下閾值被達到。雖然在理論上可能的是，以如下方式提前結束再生，即，內燃機再次在不帶有氧氣過量的情形中被運行，然而直至達到下閾限溫度的再生是有意義的，因為否則不必要地需要許多再生步驟，直至微粒過濾器被完全再生。

在此特別優選的是，微粒過濾器的再生在多個步驟中實現，其中，交替地在加熱階段與再生階段之間轉換。如果微粒過濾器在滑行階段中的完全再生應是不可能的，尤其因為廢氣溫度低于下閾值，則設置有微粒過濾器的多階段再生，在其中交替地在微粒過濾器的加熱階段與再生階段之間轉換。在此，內燃機不僅在加熱階段中而且在再生階段中與機動車的傳動系相連接。在加熱階段中，內燃機由自己的驅動部來轉動，在再生階段中內燃機通過電動機被拖動且因此被轉動。因此，發動機停止且內燃機與電動機的脫開聯接在整個再生階段中被中斷。通過多個再生步驟可實現微粒過濾器的完整的再生。

優選地，上閾限溫度處在720oc至780oc之間。在該溫度范圍中可實現被保留在微粒過濾器中的炭黑的有效氧化，而不產生微粒過濾器的熱損傷。在此，特別優選的是750oc的上閾限溫度，因為該溫度是在炭黑的有效氧化與微粒過濾器的盡可能長的耐久性之間的優選的折衷。

優選地，下閾限溫度處在580oc與650oc之間。在該溫度范圍以上可實現被保留在微粒過濾器中的炭黑的有效轉化。特別優選的是600oc的下閾限溫度，因為其適合作為炭黑顆粒的氧化反應的下極限。

根據該方法的一種有利的改進方案設置成，內燃機在加熱階段期間以化學計量的燃燒空氣比例來運行。在化學計量燃燒空氣比例的情形中可實現有害物質在前置于微粒過濾器的三元催化器上的特別良好的轉化。此外，內燃機的化學計量燃燒空氣比例特別良好地適合用于加熱廢氣，因為稀的燃燒空氣比例一般伴隨有內燃機的降低的功率而濃的燃燒空氣比例一般引起廢氣由于未燃燒的燃料的冷卻。

在該方法的一種優選的實施形式中設置成，內燃機的負荷點在加熱階段期間被如此地轉移，即，內燃機須額外地通過電動機的電池的充電過程施加負荷。因此，負荷可在加熱階段中被提高，而不形成額外的驅動力矩。由此，廢氣且因此微粒過濾器在此外相同的條件的情形中相比在僅具有內燃機且通過該內燃機被驅動的機動車的情形中被更快地加熱。

根據該方法的另一有利的改進方案設置成，當對混合驅動的負荷要求超出確定的閾值、尤其電動機的額定功率時，微粒過濾器的再生被中斷。如果在再生期間要求處在電動機的額定負載之上的負載，則微粒過濾器的再生過程可被中斷，以便于提供由內燃機和電動機構成的最大的系統功率。在此，微粒過濾器的再生被如此長地中斷，直至系統功率再次處在閾值以下，且內燃機的必要的驅動力矩和拖動力矩可通過電動機來產生。通過微粒過濾器的多階段再生可實現短期提供總的系統功率，而不擔心微粒過濾器由于過載和之后不受控制的炭黑燃燒的損傷。

在一種優選的實施形式中設置成，電動機的負荷點在微粒過濾器的再生期間被如此地轉移，即，電動機施加駕駛員期望力矩且額外地拖動內燃機。由此，在微粒過濾器的再生期間可通過電動機提供額外的功率，從而使得再生過程可由駕駛員不受駕駛經驗的限制地實現。

在此特別優選的是，微粒過濾器的再生對于機動車的驅動力矩而言力矩平衡地實現，這也就是說，電動機在微粒過濾器的再生期間提供恰如對于拖動內燃機必要的一樣多的額外的轉動力矩。由此，再生階段可特別舒適地且對于機動車的駕駛員而言幾乎不受注意地實施。

在本發明的另外的優選的設計方案中設置成，內燃機被外部點火。所建議的方法原則上可在帶有自點火的內燃機的混合動力車輛的情形中以及在外部點火的內燃機的情形中被執行。因為根據柴油方法的自點火的內燃機然而一般利用相應的氧氣過量來運行，所以用于在柴油混合動力的情形中再生微粒過濾器的氧氣的提供然而是較小的挑戰。在一般以化學計量的燃燒空氣比例來運行的汽油混合動力的情形中，然而用于將氧氣引入到廢氣通道中的額外措施是必要的，以便于再生微粒過濾器。因為外部點火的內燃機不可不限制功率、廢氣特性和/或舒適性地以稀的燃燒空氣比例來運行，所建議的方法提供了如下優點，即，再生尤其地也在中間的和較低的部分負荷的情形中(如其例如在城市交通中運行的情形中出現的那樣)是可行的。

根據本發明，此外建議了一種用于帶有混合驅動部的機動車的控制器，以其可執行這樣的方法。經由這樣的控制器可以簡單的方式控制在電動機與內燃機之間的功率分布且因此創造用于執行這樣的方法的前提條件。

此外，根據本發明建議了一種包括電動機和內燃機的混合動力車輛，其中，在內燃機的廢氣通道中布置有微粒過濾器，且其具有用于控制內燃機和電動機的控制器，其中，電動機在微粒過濾器的再生期間拖動內燃機且內燃機將用于氧化被保留在微粒過濾器中的炭黑顆粒的空氣輸送到廢氣通道中。

本發明的另外的優選的設計方案由其余的、在從屬權利要求中所提及的特征得出。

本發明的不同的在該申請中所提及的實施形式只要在個別情況中不另外地實施可有利地彼此組合。

附圖說明

下面在實施例中借助附圖闡述本發明。其中：

圖1顯示了用于執行用于使微粒過濾器再生的根據本發明的方法的帶有混合驅動部的機動車；

圖2顯示了包括電動機和內燃機的用于機動車的另外的根據本發明的混合驅動部，

圖3顯示了用于執行根據本發明的方法、用于使在帶有混合驅動部的機動車中的微粒過濾器再生的流程圖，以及

圖4顯示了用于執行用于使微粒過濾器再生的根據本發明的方法的示意圖。附圖標記清單

1混合運行

2加熱階段

3滑行階段

10內燃機

12廢氣通道

14催化器

16微粒過濾器

18傳動系

20電動機

22離合器

24控制器

26信號線

28信號線

30第一驅動軸

32第二驅動軸

34電池

i混合運行

ii再生階段

iii重新的混合運行。

具體實施方式

圖1顯示了帶有混合驅動部的機動車的示意性圖示。該混合驅動部包括內燃機10和電動機20，其均可與共同的傳動裝置38處在有效連接中。在此，內燃機10和電動機20優選橫向于機動車的行駛方向布置在機動車的前車中的發動機艙中。備選地，內燃機10和電動機20同樣可縱向于行駛方向布置。在內燃機10與傳動裝置38之間布置有第一離合器22，內燃機10可經由其與傳動裝置38機械連接。該第一離合器22不僅可構造成簡單的換檔離合器而且可構造成優選自動化的雙離合器。在傳動裝置38與電動機20之間設置有另一離合器36，其使得電動機20的聯接或者脫開聯接成為可能。在車輛尾部中布置有用于內燃機10的油箱40和用于電動機20的電池34，以便于獲得在第一驅動軸30、優選前軸30與第二軸32、優選后軸之間的均勻的重量分布。備選地，油箱42和/或電池34同樣可布置在機動車的其它位置處。

電動機20和內燃機10可經由共同的傳動系18彼此相連接，其中，該連接可通過離合器22和36被建立或者中斷。通過閉合離合器22或36中僅一個，機動車可選擇性地僅電氣地通過電動機20或僅利用內燃機10來運行。如果兩個離合器22和36被閉合，則利用兩個驅動動力裝置10,20的加速運行、回收(即電動機20的電池34的充電)或電氣制動運行可被執行。傳動裝置38與差速器40相連接，其經由驅動軸驅動第一驅動軸30、尤其前軸的車輪。

內燃機10具有廢氣通道12，在其中布置有三元催化器14和微粒過濾器16。為了控制內燃機10和電動機20設置有控制器24，其經由第一信號線26與內燃機10且經由第二信號線28與電動機20相連接。

在正常運行中，車輛以混合模式運行，在其中駕駛員期望力矩在確定的驅動馬達之后通過控制器24被傳遞到內燃機10、電動機20或兩個馬達10,20處。混合驅動部的被存儲在控制器24中的運行策略預先給定以哪種方式滿足駕駛員期望。在此，驅動力矩可完全通過電動機20來提供，通過在電動機20與內燃機10之間的分布實現或完全通過內燃機10實現。在混合運行中此外可行的是，內燃機10產生多于對于驅動機動車必要的轉矩，其中，額外的轉矩通過電動機20經由離合器36的聯接被用于給電動機20的電池34充電。

在內燃機10激活期間，內燃機的廢氣被導引通過在廢氣通道12中的微粒過濾器16。在混合運行期間，微粒過濾器16被負載以炭黑顆粒，直至達到微粒過濾器16的最大允許的負載狀態。

圖2顯示了一種帶有混合驅動部的機動車的傳動系的另外的示意性圖示。該混合驅動部具有內燃機10和電動機20。內燃機10與第一驅動軸30、尤其機動車的前軸相聯接。電動機20與第二驅動軸32、尤其機動車的后軸相聯接。電動機20和內燃機10可經由共同的傳動系18彼此相連接，其中，該連接通過離合器22被建立或者中斷。內燃機10優選是外部點火的內燃機，其優選以化學計量燃燒空氣比例來運行。內燃機10具有廢氣通道12，在其中布置有三元催化器14和微粒過濾器16。為了控制內燃機10和電動機20設置有控制器24，其經由第一信號線26與內燃機10且經由第二信號線28與電動機20相連接。

在圖3中示出了用于使微粒過濾器16再生的流程圖。在第一階段i中，機動車以混合運行i來運行，直至微粒過濾器16達到最大允許的負載狀態。最大允許的負載狀態可通過在微粒過濾器16上的壓差測量或通過由微粒過濾器16的炭黑輸入和炭黑輸出借助于被存儲在控制器24中的計算模型的建模來測定。微粒過濾器16的再生階段ii優選在多個再生步驟中被執行，其中，再生步驟中的每個包括微粒過濾器16的加熱2和內燃機10的滑行運行3。在圖2中示出了帶有三個再生步驟的再生，然而帶有更多或更少再生步驟的再生也是可行的。此外，加熱階段2至少可在第一再生步驟之前取消，當微粒過濾器在引入再生階段ii的情形中已具有對于氧化被保留在微粒過濾器中的炭黑必要的溫度時。在加熱階段2中，內燃機10被一直以負荷運行，直至達到上閾限溫度tso。該上閾限溫度例如處在750oc，由此實現用于氧化被保留在微粒過濾器16中的炭黑的理想的條件。加熱階段2可例如包括點火時刻在延遲方向上的調節和/或內燃機10通過電動機20的發電機式運行的額外的負荷。在此，內燃機10優選以化學計量的燃燒空氣比例來運行。如果達到上閾限溫度tso，則到內燃機10的燃燒室中的燃料噴射被停止且內燃機10被電動機20拖動。在該滑行階段3中內燃機10通過電動機20被帶動轉動，其中，內燃機10將空氣輸送到廢氣通道12中。在滑行階段3期間，炭黑在微粒過濾器16中被氧化，其中，通過消失的燃燒降低廢氣溫度。在此，備選地可去除燃料到內燃機10的單個或所有氣缸中的噴射。在滑行階段3期間，內燃機10不提供驅動力拒，從而使得整個驅動力矩須由電動機20來產生。滑行階段3被一直維持，直至在微粒過濾器16處的溫度達到大約600oc的下閾限值tsu。在該溫度以下不再可實現炭黑的進一步氧化，從而使得加熱階段2被重新引入。在再生階段ii中，交替地在加熱階段2與滑行階段3之間被變換。該交替的在加熱階段2與滑行階段3之間的變換被一直重復，直至微粒過濾器16可被視作已再生，這可通過在微粒過濾器16上的壓差測量或經由負載狀態經由計算模型的建模實現。在微粒過濾器16的成功再生之后，機動車重新以混合運行iii來運行且微粒過濾器16重新被負載以炭黑顆粒。

在圖4中示出了用于使微粒過濾器16再生的另外的示意圖。在第一階段<100>中，機動車以混合運行來被運行，其中，微粒過濾器16在內燃機10運行的情形中被負載以炭黑顆粒。在方法步驟<110>中檢查微粒過濾器16的炭黑負載是否達到臨界的負載狀態，這如所描述的那樣可經由壓差測量或計算模型實現。如果微粒過濾器16達到臨界的負載狀態，在方法步驟<120>中引入微粒過濾器16的再生。為了使微粒過濾器16再生，在方法步驟<130>中如此地轉移內燃機10的負荷點，即，廢氣溫度被提高。這可尤其地通過額外的阻力以如下方式實現，即，電動機20作為發電機來運行且因此電動機20的電池34被充電。在方法步驟<140>中測定是否微粒過濾器16是否達到上閾限溫度tso。如果微粒過濾器16達到該上閾限溫度tso，則在方法步驟<150>中內燃機10被電動機20拖動，其中，內燃機10將空氣泵入到廢氣通道12中且因此提供用于氧化被保留在微粒過濾器16中的炭黑的必要的氧氣。在方法步驟<160>中檢查，在微粒過濾器16處的溫度在被拖動的內燃機10的情形中是否處在下閾限溫度tsu以上。如果達到該下閾限溫度tsu，則加熱階段根據方法步驟<130>被重新引入。并行地在方法步驟<170>中實現的是，檢查微粒過濾器16的炭黑負載是否達到下閾限值且微粒過濾器16是否因此可被看作完全被再生。如果達到了該下閾限值，再生<120>結束且機動車再次以混合運行來運行。

通過該方法實現一種用于燃燒在微粒過濾器16上的炭黑顆粒的特別有效的機械裝置。通過內燃機10由電動機20引起的拖動運行，氧氣到廢氣通道12中的輸入可盡可能與混合系統的負荷點無關地來控制。對于拖動內燃機10而言必要的力矩通過電動機20來產生，從而使得微粒過濾器16的再生對于機動車的駕駛員而言不可感知且特別舒適。

為了優化再生，可如所描述的那樣不僅內燃機10的負荷點(尤其在加熱階段2中)而且在滑行階段中的電動機20的負荷點被轉移。在此，內燃機10在再生期間不與帶有混合驅動部的機動車的傳動系脫開聯接。由此得出一種用于微粒過濾器16的明顯簡單的再生可行性方案。