СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФИЛЬТРА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В АВТОМОБИЛЕ, ИМЕЮЩЕМ ГИБРИДНЫЙ ПРИВОД Российский патент 2021 года по МПК F01N3/23 F02D41/02 

Изобретение касается способа восстановления фильтра твердых частиц в газоотводном канале автомобиля, имеющего гибридный привод.

Непрерывное ужесточение законодательства в отношении выхлопных газов ставит к производителям транспортных средств высокие требования, которые решаются путем соответствующих мер по уменьшению неочищенных выбросов двигателей и путем соответствующей нейтрализации выхлопных газов. С введением законодательного уровня EU6 для двигателей Отто или транспортных средств, имеющих гибридный привод, предписывается предельное значение количества твердых частиц, которое во многих случаях приводит к необходимости применения фильтра твердых частиц. При движении такой фильтр твердых частиц загрязняется сажей. Чтобы противодавление выхлопных газов не возрастало слишком сильно, этот фильтр твердых частиц должен непрерывно или периодически восстанавливаться. Для выполнения термического окисления задержанной в фильтре твердых частиц сажи кислородом необходим достаточно высокий уровень температуры в сочетании с одновременно имеющимся кислородом в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания. Так как современные двигатели Отто обычно эксплуатируются без избытка кислорода со стехиометрическим коэффициентом избытка воздуха (λ=1), для этого требуются дополнительные меры. Одной из возможностей восстановления фильтра твердых частиц является ввод кислорода в газоотводный канал на фазах принудительного холостого хода двигателя внутреннего сгорания, то есть на фазах, на которых не впрыскивается топливо и при этом в выхлопном газе имеется избыток кислорода. Однако такие фазы принудительного холостого хода возникают у двигателя внутреннего сгорания не всегда планомерно, а скорее случайно и не управляемым образом, так что фаза восстановления инициируется чаще, чем это, собственно, необходимо, чтобы избежать опасности слишком высокого загрязнения фильтра твердых частиц и связанной с ней опасности термического повреждения фильтра твердых частиц вследствие неконтролируемого выгорания сажи. Такое неконтролируемое выгорания сажи в самом неблагоприятном случае могло бы приводить к прожиганию фильтра твердых частиц и вместе с тем к разрушению фильтра твердых частиц.

Из DE 103 40 934 B4 известен способ управления двигателем внутреннего сгорания, при этом различается нормальный режим и режим восстановления двигателя внутреннего сгорания, при этом в нормальном режиме управление подаваемой к двигателю внутреннего сгорания воздушной массой осуществляется с помощью клапана рециркуляции выхлопного газа и дроссельной заслонки, а при восстановлении клапан рециркуляции выхлопного газа закрывается, и управление подаваемой к двигателю внутреннего сгорания воздушной массой осуществляется исключительно с помощью дроссельной заслонки.

Из DE 10 2016 101 105 A1 известен способ восстановления фильтра твердых частиц в режиме принудительного холостого хода двигателя внутреннего сгорания, при этом управление продолжительностью фазы принудительного холостого хода, на которой топливо не впрыскивается в камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, осуществляется в зависимости от температуры фильтра твердых частиц.

Из WO2011/104459 A1 известен способ восстановления фильтра твердых частиц двигателя внутреннего сгорания у гибридного транспортного средства. При этом непрерывно измеряется входная температура в фильтрах твердых частиц и сравнивается с первым пороговым значением. При этом останов двигателя внутреннего сгорания прекращается, когда температура на входе фильтра твердых частиц лежит ниже этого первого порогового значения. При этом останов двигателя внутреннего сгорания прекращается до тех пор, пока температура на входе фильтра твердых частиц не будет лежать выше второй пороговой температуры, выше которой разрешен останов двигателя внутреннего сгорания.

Из EP 1 197 642 A2 известен способ восстановления фильтра твердых частиц двигателя внутреннего сгорания в гибридном транспортном средстве. При этом температура выхлопного газа поднимается за счет того, что нагрузка двигателя внутреннего сгорания поднимается, когда двигатель внутреннего сгорания дополнительно к приводу автомобиля заряжает батарею электродвигателя гибридного транспортного средства.

Из FR 2 982 317 А1 известен способ регенерации фильтра твердых частиц в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, причем двигатель внутреннего сгорания для регенерации фильтра твердых частиц раскручивается электродвигателем и нагнетает воздух в выхлопную систему.

DE 10 2015 015 794 А1 раскрывает способ для нагрева компонентов последующей обработки выхлопных газов в случае гибридного транспортного средства, причем сгорание в камерах сгорания отключается посредством запирания впрыска топлива. При этом двигатель внутреннего сгорания нагнетает воздушный поток в выхлопную систему, который нагревается посредством электрического нагревательного элемента, чтобы снабжать упомянутый компонент последующей обработки выхлопных газов этим нагретым воздушным потоком.

Из DE 10 2013 202 142 А1 известен способ регенерации фильтра твердых частиц в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, причем для запуска регенерации повышают температуру до температуры воспламенения. При этом предусмотрено, что регенерация по меньшей мере частично осуществляется при выключенном двигателе внутреннего сгорания за счет регулируемого подвода свежего воздуха без дополнительных нагревательных мероприятий. Способ предусматривает, что для начала регенерации достигается температура примерно 600 градусов Цельсия. Предусмотрено, что при протекающей регенерации и остановленном двигателе внутреннего сгорания далее подводится свежий воздух, чтобы продолжить регенерацию за счет контролированного подвода свежего воздуха в фильтр твердых частиц.

Однако недостатком этих решения является, что для выполнения восстановления фильтра твердых частиц также необходимо ждать фаз принудительного холостого хода, и фильтр твердых частиц восстанавливается также чаще, чем это, собственно, необходимо.

Итак, в основе изобретения лежит задача, у гибридного транспортного средства, имеющего гибридный привод из двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя, обеспечить возможность как можно более быстрого восстановления фильтра твердых частиц и после успешного восстановления фильтра твердых частиц обеспечить возможность плавного возобновления сгорания в двигателе внутреннего сгорания.

В соответствии с изобретением задача решается с помощью способа восстановления фильтра твердых частиц в газоотводном канале автомобиля, имеющего гибридный привод из электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания, который включает в себя следующие шаги:

- эксплуатация автомобиля в гибридном режиме, при этом при эксплуатации двигателя внутреннего сгорания выхлопной газ двигателя внутреннего сгорания направляется через фильтр твердых частиц;

- определение состояния нагрузки фильтра твердых частиц;

- запуск восстановления фильтра твердых частиц, когда состояние нагрузки фильтра твердых частиц достигло определенного состояния максимальной нагрузки;

- выполнение процесса восстановления фильтра твердых частиц, при этом двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель во время восстановления связаны, и электродвигатель раскручивает двигатель внутреннего сгорания, при этом

- двигатель внутреннего сгорания нагнетает воздух в газоотводный канал для окисления частиц сажи, задержанных в фильтре твердых частиц, и при этом

- управление дроссельной заслонкой воздухоснабжения двигателя внутреннего сгорания во время восстановления фильтра твердых частиц осуществляется независимо от требования водителя к моменту гибридного привода.

Благодаря этому возможны эффективные фазы принудительного холостого хода, которые могут активно выполняться за счет вращающего момента электродвигателя. При этом нет необходимости ждать обусловленной ситуацией движения фазы принудительного холостого хода, чтобы запускать восстановление, так что необходимы более редкие процессы восстановления. То есть в автомобиле, имеющем гибридный привод, фаза восстановления фильтра твердых частиц может запускаться, когда фильтр твердых частиц достиг определенного состояния максимального загрязнения. Под фазой принудительного холостого хода в этой связи следует понимать рабочее состояние, в котором в камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания не впрыскивается топливо, и двигатель внутреннего сгорания не отдает коленчатому валу приводной момент. Под раскручиванием двигателя внутреннего сгорания в этой связи следует понимать рабочее состояние, в котором электродвигатель должен развивать вращающий момент для вращения двигателя внутреннего сгорания. При этом двигатель внутреннего сгорания вращается с частотой вращения больше 100 об/мин, предпочтительно по меньшей мере 600 об/мин, и предпочтительно впрыск топлив в камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания полностью прекращен. Так как двигатель внутреннего сгорания во время восстановления фильтра твердых частиц раскручивается электродвигателем, двигатель внутреннего сгорания во время восстановления служит для того, чтобы нагнетать в газоотводный канал кислород, необходимый для восстановления фильтра твердых частиц. При этом путем управления дроссельной заслонкой независимо от требования нагрузки через дроссельную заслонку к фильтру твердых частиц может подаваться необходимое для оптимального восстановления количество кислорода. При широком открытии дроссельной заслонки может достигаться быстрое восстановление фильтра твердых частиц, причем при закрытии дроссельной заслонки подача воздуха уменьшается, и предотвращается неконтролируемое выгорание сажи на фильтре твердых частиц, которое может приводить к разрушению фильтра твердых частиц. При этом по сравнению с неуправляемым восстановлением при закрытой дроссельной заслонке может достигаться очевидно более быстрое и более эффективное восстановление фильтра твердых частиц, благодаря чему фаза принудительного холостого хода электродвигателя может сокращаться, и автомобиль может быстрее снова эксплуатироваться в нормальном режиме.

Согласно изобретению предусмотрено, что дроссельная заслонка в конце восстановления фильтра твердых частиц закрывается. При закрытии дроссельной заслонки в конце восстановления во всасывающем тракте двигателя внутреннего сгорания создается пониженное давление для обеспечения возможности нового пуска двигателя внутреннего сгорания при низкой отдаче мощности. При этом возможно более плавное сцепление с двигателем внутреннего сгорания, благодаря чему повышается комфорт движения автомобиля.

С помощью мер, указанных в зависимых пунктах формулы изобретения, возможны предпочтительные улучшения и усовершенствования способа восстановления фильтра твердых частиц, указанного в независимом пункте формулы изобретения.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что дроссельная заслонка в начале восстановления приводится в определенное положение. Для пуска определенного процесса восстановления фильтра твердых частиц предпочтительно, когда дроссельная заслонка в начале восстановления приводится в определенное положение, то есть, когда в начале восстановления жестко задается угол открытия дроссельной заслонки.

При этом особенно предпочтительно, когда угол открытия дроссельной заслонки в начале восстановления фильтра твердых частиц составляет от 30° до 70°. Чтобы обеспечить возможность быстрого восстановления фильтра твердых частиц без опасности неконтролируемого выгорания сажи и термического разрушения фильтра твердых частиц, предпочтительно начинать процесс восстановления при частично открытой дроссельной заслонке. При этом особенно целесообразными оказались углы открытия от 30° до 70°, так как они представляют собой хороший компромисс между достаточно быстрым восстановлением и ограничением подачи кислорода к фильтру твердых частиц.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления способа предусмотрено, что дроссельная заслонка закрывается дискретными шагами. Одна из возможностей выполнения предлагаемого изобретением способа заключается в том, чтобы переводить дроссельную заслонку дискретными шагами из по меньшей мере частично закрытого исходного состояния в по существу закрытое конечное состояние. При этом шаги могут выбираться в зависимости от продвижения восстановления фильтра твердых частиц или в зависимости от действующей на фильтре твердых частиц температуры.

В другом предпочтительном варианте осуществления способа предусмотрено, что угол открытия дроссельной заслонки от начала восстановления к концу восстановления фильтра твердых частиц непрерывно и постоянно сокращается. Путем постоянного закрытия дроссельной заслонки к фильтру твердых частиц в начале восстановления сначала подается сравнительно большое количество кислорода, так что происходит быстрое выгорание сажи на фильтре твердых частиц. При этом неконтролируемое возрастание температуры выше критической температуры может предотвращаться путем закрытия дроссельной заслонки. Кроме того, при закрытии дроссельной заслонки перед новым пуском двигателя внутреннего сгорания во всасывающем тракте двигателя внутреннего сгорания создается пониженное давление, благодаря чему возможны плавный повторный ввод в действие двигателя внутреннего сгорания и соответствующая передача приводной мощности двигателя внутреннего сгорания в трансмиссию гибридного транспортного средства. При этом пресекается резкое возобновление работы двигателя внутреннего сгорания, благодаря чему повышаются комфорт движения и долговечность трансмиссии.

При этом особенно предпочтительно, если закрытие дроссельной заслонки во время восстановления фильтра твердых частиц осуществляется в зависимости от температуры и/или сажевой нагрузки фильтра твердых частиц. Путем изменения угла открытия дроссельной заслонки в зависимости от температуры и/или нагрузки фильтра твердых частиц может выполняться особенно быстрое восстановление фильтра твердых частиц без опасности термического повреждения фильтра твердых частиц.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что процессу восстановления предшествует процесс нагрева, при котором фильтр твердых частиц нагревается до пределов температуры, необходимой для окисления сажи. Так как режим принудительного холостого хода, как правило, связан с опусканием температуры в газоотводном канале, может быть необходимо, перед запуском восстановления нагревать газоотводный канал и вместе с тем фильтр твердых частиц до температуры восстановления. Так как для восстановления фильтра твердых частиц необходимы как достаточно высокий уровень температуры, так и избыток кислорода в газоотводном канале, такая фаза нагрева является простым и испытанным средством достижения уровня температуры. Избыток кислорода, как изложено, достигается за счет режима принудительного холостого хода двигателя внутреннего сгорания, при этом двигатель внутреннего сгорания нагнетает воздух в газоотводный канал.

При этом особенно предпочтительно, если восстановление фильтра твердых частиц осуществляется за несколько шагов, при этом поочередно осуществляется переключение между фазой нагрева и фазой восстановления. Если полное восстановление фильтра твердых частиц на фазе принудительного холостого хода невозможно, в частности, потому что температура выхлопного газа не достигает нижнего порогового значения, то предусмотрено многоступенчатое восстановление фильтра твердых частиц, при котором поочередно осуществляется переключение между фазой нагрева и фазой восстановления фильтра твердых частиц. При этом двигатель внутреннего сгорания как на фазе нагрева, так и на фазе восстановления соединен с трансмиссией автомобиля. На фазах нагрева двигатель внутреннего сгорания вращается самостоятельно, на фазах восстановления двигатель внутреннего сгорания раскручивается электродвигателем и при этом вращается. При этом пресекается останов двигателя и расцепление двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя на всей фазе восстановления. С помощью нескольких шагов восстановления может достигаться полное восстановление фильтра твердых частиц.

По одному из предпочтительных усовершенствований способа предусмотрено, что двигатель внутреннего сгорания во время фазы нагрева эксплуатируется со стехиометрическим коэффициентом избытка воздуха. При стехиометрическом коэффициенте избытка воздуха возможно особенно хорошее преобразование вредных веществ на предшествующем фильтру твердых частиц трехходовом катализаторе. Кроме того, стехиометрический коэффициент избытка воздуха двигателя внутреннего сгорания особенно хорошо подходит для нагрева выхлопного газа, так как более бедный коэффициент избытка воздуха связан, как правило, с уменьшающейся мощностью двигателя внутреннего сгорания, а богатый коэффициент избытка воздуха приводит, как правило, к охлаждению выхлопного газа вследствие несгоревшего топлива.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления способа предусмотрено, что точка нагрузки двигателя внутреннего сгорания во время фазы нагрева смещается таким образом, что двигатель внутреннего сгорания дополнительно должен развивать больше нагрузки в связи с процессом заряда батареи. При этом нагрузка на фазе нагрева повышается без возникновения тягового эффекта приводного момента. Благодаря этому выхлопной газ и вместе с тем фильтр твердых частиц при остальных одинаковых условиях (таких как, например, скорость транспортного средства, частота вращения двигателя) нагревается быстрее, чем у автомобиля, который располагает исключительно двигателем внутреннего сгорания и приводится им в движение.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что с помощью дроссельной заслонки осуществляется дросселирование, и двигатель внутреннего сгорания также при текущем протекающем, но еще не завершенном восстановлении фильтра твердых частиц переводится из режима совместного раскручивания в режим привода, когда требование нагрузки к гибридному приводу превышает определенное пороговое значение, в частности номинальную мощность электродвигателя. Если во время восстановления требуется нагрузка, которая лежит выше номинальной нагрузки электродвигателя, то процесс восстановления фильтра твердых частиц может прерываться для предоставления максимальной системной мощности от двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. При этом восстановление фильтра твердых частиц прекращается до тех пор, пока системная мощность не будет снова лежать ниже порогового значения, и необходимый приводной момент и момент раскручивания двигателя внутреннего сгорания смогут создаваться электродвигателем. При многоступенчатом восстановлении фильтра твердых частиц можно кратковременно предоставлять полную системную мощность, не опасаясь повреждений фильтра твердых частиц вследствие перегрузки и вместе с тем позднейшего неконтролируемого выгорания сажи.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления предусмотрено, что точка нагрузки электродвигателя во время восстановления фильтра твердых частиц смещается таким образом, что электродвигатель развивает желаемый водителем момент и дополнительно раскручивает двигатель внутреннего сгорания. Благодаря этому во время восстановления фильтра твердых частиц электродвигателем может предоставляться дополнительная мощность, так что процесс восстановления может осуществляться без ограничений ситуации движения.

При этом особенно предпочтительно, когда восстановление фильтра твердых частиц осуществляется нейтрально в отношении приводного вращающего момента автомобиля, создающего тяговый эффект, то есть если электродвигатель во время восстановления фильтра твердых частиц предоставляет точно такой дополнительный вращающий момент, который необходим для раскручивания двигателя внутреннего сгорания. Благодаря этому фазы восстановления могут осуществляться особенно комфортно и как бы незаметно для водителя автомобиля. Происходит полная компенсация того момента раскручивания, который передается в трансмиссию машины внутреннего сгорания без сжигания топлива за счет мощности, затрачиваемой на трение.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что способ выполняется у двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием. Предложенный способ выполним, в принципе, у гибридных транспортных средств, имеющих двигатель внутреннего сгорания с самозажиганием, а также у двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием. Однако так как двигатели внутреннего сгорания с самозажиганием по методу Дизеля, как правило, эксплуатируются при соответствующем избытке кислорода, предоставление кислорода для восстановления фильтра твердых частиц у дизельного гибрида является, во всяком случае, небольшой проблемой. Однако у бензинового гибрида, который, как правило, эксплуатируется с стехиометрическим коэффициентом избытка воздуха, для восстановления фильтра твердых частиц необходимы дополнительно меры по вводу кислорода в газоотводный канал. Так как двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием при бедном коэффициенте избытка воздуха не может эксплуатироваться без ограничений мощности, токсичности выхлопов и/или комфорта, предложенный способ дает то преимущество, что восстановление возможно, в частности, также при средних и низких частичных нагрузках, которые возникают, например, при эксплуатации в городском движении.

В соответствии с изобретением предлагается также устройство управления для автомобиля, имеющего гибридный привод, с помощью которого может выполняться такой способ. С помощью такого устройства управления может простым образом осуществляться управление распределением мощности между электродвигателем и двигателем внутреннего сгорания, и таким образом создаваться предпосылки для выполнения такого способа.

В соответствии с изобретением предлагается также автомобиль, имеющий гибридный привод, включающий в себя электродвигатель и двигатель внутреннего сгорания, при этом в газоотводном канале двигателя внутреннего сгорания расположен фильтр твердых частиц, и этот автомобиль имеет устройство управления для управления двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем, при этом электродвигатель раскручивает двигатель внутреннего сгорания во время восстановления фильтра твердых частиц, а двигатель внутреннего сгорания нагнетает в газоотводный канал воздух для окисления частиц сажи, задержанных в фильтре твердых частиц. У такого автомобиля возможно особенно быстрое и эффективное восстановление фильтра твердых частиц без ощутимой для водителя связи этого восстановления с потерей комфорта или мощности.

Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения вытекают из прочих признаков, названных в зависимых пунктах формулы изобретения.

Разные, названные в этой заявке варианты осуществления изобретения, если в отдельном случае не указано иное, могут предпочтительно комбинироваться друг с другом.

Ниже изобретение поясняется на примерах осуществления с помощью соответствующих чертежей. Показано:

фиг.1: первый пример осуществления предлагаемого изобретением автомобиля, имеющего гибридный привод из двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя;

фиг.2: другой пример осуществления предлагаемого изобретением автомобиля, имеющего гибридный привод;

фиг.3: первый график выполнения предлагаемого изобретением способа восстановления фильтра твердых частиц у автомобиля, имеющего гибридный привод, и

фиг.4: другой график выполнения предлагаемого изобретением способа восстановления фильтра твердых частиц у автомобиля, имеющего гибридный привод.

На фиг.1 показано схематичное изображение автомобиля 1, имеющего гибридный привод 2. Гибридный привод 2 включает в себя двигатель 10 внутреннего сгорания и электродвигатель 20, которые посредством трансмиссии 26 оба могут вступать во взаимодействие с одной общей коробкой 46 передач. Двигатель 10 внутреннего сгорания на впускной стороне соединен с воздухоснабжением 30. При этом воздухоснабжение 30 в направлении течения свежего воздуха имеет воздушный фильтр 32, ниже по потоку от воздушного фильтра 32 расходомер 38 массы воздуха, еще ниже по потоку компрессор 36 турбонагнетателя 40 и дроссельную заслонку 34. Двигатель 10 внутреннего сгорания на выпускной стороне соединен с газоотводным каналом 12, в котором в направлении течения выхлопного газа установлена турбина 18, соединенная валом с компрессором 36 турбонагнетателя 40. Ниже по потоку от турбины 18 установлен катализатор 14, и еще ниже по потоку фильтр 16 твердых частиц. Коробка 46 передач через первое сцепление 48 может соединяться с двигателем 10 внутреннего сгорания, а через второе сцепление 50 с электродвигателем 20. При этом двигатель 10 внутреннего сгорания и электродвигатель 20 могут либо каждый отдельно, либо вместе осуществлять привод автомобиля 1. Для этого двигатель 10 внутреннего сгорания через коробку 46 передач соединен с первым ведущим мостом автомобиля 1, а электродвигатель 2 со вторым ведущим мостом 44 автомобиля 1. Электродвигатель 20 соединен с батареей 22, которая снабжает электродвигатель 20 током. Электродвигатель 20 и двигатель внутреннего сгорания соединены сигнальными проводами 28 с устройством 10 управления гибридного привода 2, который передает требования мощности водителя двум приводным двигателям 10, 20. Альтернативно гибридный привод 2 может быть также выполнен с безнаддувочным двигателем, причем в этом случае турбонагнетатель 40 с компрессором 36 и турбиной 18 отсутствует.

На фиг.2 изображен другой пример осуществления предлагаемого изобретением автомобиля 1, имеющего гибридный привод 2. При этом двигатель 10 внутреннего сгорания и электродвигатель 2 предпочтительно расположены поперек направления движения автомобиля 1 в моторном отсеке в передней части автомобиля. Альтернативно двигатель 10 внутреннего сгорания и электродвигатель 20 могут быть также расположены вдоль направления движения. Между двигателем 10 внутреннего сгорания и коробкой 46 передач расположено первое сцепление 48, с помощью которого двигатель 10 внутреннего сгорания может механически соединяться с коробкой 46 передач. Это первое сцепление 48 может быть выполнено как в виде простой муфты включения, так и в виде предпочтительно автоматизированной двойной муфты. Между коробкой 46 передач и электродвигателем 20 предусмотрено другое сцепление 50, которое делает возможным сцепление, соответственно, расцепление электродвигателя 20.

В задней части транспортного средства расположен бак для двигателя 10 внутреннего сгорания и батарея 22 для электродвигателя 20, для достижения равномерного распределения веса между первым ведущим мостом 42, предпочтительно передним мостом автомобиля 1, и вторым мостом, предпочтительно задним мостом. Альтернативно бак и/или батарея 22 могут быть также расположены в других положениях автомобиля 1.

Двигатель 10 внутреннего сгорания имеет воздухоснабжение 30, в котором в направлении течения свежего воздуха расположены воздушный фильтр 32 и ниже по потоку от воздушного фильтра 32 расходомер 38 массы воздуха. Альтернативно расходомер 38 массы воздуха, в частности термоанемометрический пленочный расходомер массы воздуха, может быть также интегрирован в воздушный фильтр 32. Ниже по потоку от расходомера 38 массы воздуха расположена дроссельная заслонка 34, с помощью которой возможно управление подачей воздуха к камерам сгорания двигателя 10 внутреннего сгорания.

Электродвигатель 20 и двигатель 10 внутреннего сгорания могут соединяться друг с другом через общую трансмиссию 26, причем это соединение может создаваться, соответственно, прекращаться сцеплениями 48 и 50. При включении только одного из сцеплений 48 или 50 автомобиль 1 может выборочно эксплуатироваться исключительно на электричестве, от электродвигателя 20, или исключительно от двигателя 10 внутреннего сгорания. Если включены оба сцепления 48 и 50, то двумя приводными агрегатами 10, 20 может выполняться бустерный режим, рекуперация, то есть зарядка батареи 22 электродвигателя 20, или режим электрического торможения. Коробка 46 передач соединена с дифференциалом, который через ведущие валы осуществляет привод колес первого ведущего моста 42, в частности переднего моста.

Двигатель 10 внутреннего сгорания имеет газоотводный канал 12, в котором расположены трехходовой катализатор 14 и фильтр 16 твердых частиц. Для управления двигателем 10 внутреннего сгорания и электродвигателем 20 предусмотрено устройство 24 управления, которое соединено первыми сигнальными проводами 28 с двигателем 10 внутреннего сгорания, а вторыми сигнальными проводами 28 с электродвигателем 20.

При нормальной эксплуатации автомобиль 1 эксплуатируется в гибридном режиме, в котором желаемый водителем момент от определенного приводного двигателя 10, 20 передается устройством 24 управления двигателю 10 внутреннего сгорания, электродвигателю 20 или обоим двигателям 10, 20. Заложенная в устройстве 24 управления стратегия эксплуатации гибридного привода 2 задает, каким образом выполняется пожелание водителя. При этом приводной момент может либо полностью предоставляться электродвигателем 20, создаваться путем распределения между электродвигателем 20 и двигателем 10 внутреннего сгорания, или полностью создаваться двигателем 10 внутреннего сгорания. При гибридном режиме к тому же возможно, чтобы двигатель 10 внутреннего сгорания создавал больше вращающего момента, чем необходимо для привода автомобиля, при этом дополнительный вращающий момент при сцеплении электродвигателя 20 через сцепление 50 используется для зарядки батареи 22 электродвигателя 20.

Когда двигатель 10 внутреннего сгорания активен, выхлопной газ двигателя 10 внутреннего сгорания направляется через фильтр 16 твердых частиц в газоотводном канале 12. Во время гибридного режима фильтр 16 твердых частиц нагружается частицами сажи, пока не будет достигнуто состояние максимально допустимой нагрузки фильтра 16 твердых частиц.

На фиг.3 изображена схема выполнения восстановления фильтра 16 твердых частиц. На первой фазе I автомобиль эксплуатируется в гибридном режиме I, пока фильтр 16 твердых частиц не достигнет состояния максимально допустимого загрязнения. При этом угол α открытия дроссельной заслонки 34 может изменяться от 0% до 100% и ориентируется на требование мощности к двигателю 10 внутреннего сгорания. Состояние максимально допустимой нагрузки может определяться путем измерения разности давлений на фильтре 16 твердых частиц или путем моделирования поступления сажи и выхода сажи из фильтра 16 твердых частиц посредством заложенной в устройстве 24 управления расчетной модели. При констатации необходимости восстановления фильтра 16 твердых частиц на второй фазе II фильтр 16 твердых частиц нагревается до необходимой для восстановления температуры. За фазой II нагрева фильтра 16 твердых частиц следует фаза III восстановления фильтра 16 твердых частиц. Фаза III восстановления фильтра 16 твердых частиц, как изображено на фиг.3, может проходить непрерывно. На фиг.4 изображено восстановление, включающее в себя пять шагов восстановления, однако возможны также восстановления, включающие в себя большее или меньшее количество шагов восстановления. Кроме того, фаза II нагрева может отсутствовать, когда фильтр 16 твердых частиц уже при запуске фазы III восстановления имеет температуру, необходимую для окисления сажи, задержанной в фильтре 16 твердых частиц. На фазе II нагрева двигатель 10 внутреннего сгорания эксплуатируется под нагрузкой до тех пор, пока не будет достигнута верхняя пороговая температура T_SO. Эта верхняя пороговая температура T_SO составляет, например, 750°C, благодаря чему создаются идеальные условия для окисления сажи, задержанной в фильтре 16 твердых частиц. Фаза II нагрева может, например, включать в себя перестановку момента времени воспламенения в направлении позднего и/или дополнительную нагрузку двигателя 10 внутреннего сгорания при эксплуатации двигателя 10 внутреннего сгорания в режиме генератора. При этом двигатель 10 внутреннего сгорания эксплуатируется предпочтительно со стехиометрическим коэффициентом избытка воздуха. Когда верхняя пороговая температура T_SO достигнута, то впрыск топлива в камеры сгорания двигателя 10 внутреннего сгорания останавливается, и двигатель 10 внутреннего сгорания раскручивается электродвигателем 20. На этой фазе III восстановления двигатель 10 внутреннего сгорания вращается совместно с электродвигателем 20, при этом двигатель 10 внутреннего сгорания нагнетает воздух в газоотводный канал 12. Во время фазы III восстановления, которая представляет собой фазу принудительного холостого хода для двигателя 10 внутреннего сгорания, сажа в фильтре 16 твердых частиц окисляется, при этом вследствие не наступившего сгорания в камерах сгорания двигателя 10 внутреннего сгорания температура выхлопного газа опускается. При этом альтернативно может прекращаться впрыск топлива в отдельные или все цилиндры двигателя 10 внутреннего сгорания. Во время фазы III восстановления двигатель 10 внутреннего сгорания не вырабатывает приводной момент, так что весь приводной момент должен создаваться электродвигателем 20. При этом угол α открытия дроссельной заслонки 34 в начале восстановления фильтра 16 твердых частиц устанавливается на постоянное значение, например, 50%, и во время восстановления фильтра 16 твердых частиц осуществляется непрерывное закрытие дроссельной заслонки 34, пока к окончанию восстановления не будет достигнут угол α открытия дроссельной заслонки 34 0%, то есть максимальное дросселирование количества свежего воздуха. Фаза 3 восстановления поддерживается до тех пор, пока температура на фильтре 16 твердых частиц не достигнет нижнего порогового значения T_SU прибл. 600°C. Ниже этой температуры дальнейшее окисление сажи уже невозможно, так что снова должна запускаться фаза II нагрева. Для восстановления фильтра 16 твердых частиц может поочередно происходить смена фазы II нагрева и фазы III восстановления. Эта чередующаяся смена фазы II нагрева и фазы III восстановления повторяется до тех пор, пока фильтр 16 твердых частиц не сможет считаться восстановленным, что может осуществляться путем измерения разности давлений на фильтре 16 твердых частиц или путем моделирования состояния загрязнения с помощью расчетной модели. При закрытии дроссельной заслонки 34 в конце восстановления III во всасывающем канале двигателя 10 внутреннего сгорания имеется пониженное давление, которое позволяет особенно плавно возобновлять сгорание в камерах сгорания двигателя 10 внутреннего сгорания.

После успешного восстановления фильтра 16 твердых частиц автомобиль снова эксплуатируется в гибридной режиме I, и фильтр 16 твердых частиц снова нагружается частицами сажи.

На фиг.4 изображена другая схема восстановления фильтра 16 твердых частиц. Выполняясь по существу так же, как описано на фиг.3, закрытие дроссельной заслонки 34 осуществляется здесь дискретными шагами, например, по 10% за каждый шаг. При этом дроссельная заслонка 34 в начале восстановления III₁ фильтра 16 твердых частиц открыта на определенный, жестко заданный угол α открытия, например, 60%, при этом с каждым следующим шагом III₂-III₅ дроссельная заслонка 34 продолжает закрываться на определенную долю, пока она к окончанию восстановления фильтра 16 твердых частиц не будет по меньшей мере по существу закрыта и иметь максимальное остаточное открытие 10%.

Если во время восстановления фильтра 16 твердых частиц к гибридному приводу 2 осуществляется требование нагрузки, которое превышает мощность электродвигателя 20, то дроссельная заслонка 34 закрывается, чтобы облегчить ввод в действие двигателя 10 внутреннего сгорания. При этом фаза III восстановления фильтра 16 твердых частиц прерывается, пока снова не будут иметься подходящие условия для восстановления фильтра 16 твердых частиц.

С помощью предлагаемого изобретением способа создается особенно эффективный механизм выгорания частиц сажи на фильтре 16 твердых частиц. Благодаря режиму раскручивания двигателя 10 внутреннего сгорания электродвигателем 20 возможно управление поступлением кислорода в газоотводный канал 12 практически независимо от точки нагрузки гибридного привода 2. Необходимый для раскручивания двигателя 10 внутреннего сгорания момент создается электродвигателем 20, так что восстановление фильтра 16 твердых частиц не ощутимо и особенно комфортабельно для водителя автомобиля 1.

Для оптимизации восстановления, как описано, могут смещаться как точка нагрузки двигателя 10 внутреннего сгорания (в частности, на фазе II нагрева), так и точка нагрузки электродвигателя 20 на фазе раскручивания. При этом двигатель 10 внутреннего сгорания во время восстановления не расцепляется с трансмиссией автомобиля 1, имеющего гибридный привод 2. Благодаря этому получается очевидно простая возможность восстановления фильтра 15 твердых частиц.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 Автомобиль

2 Гибридный привод

10 Двигатель внутреннего сгорания

12 Газоотводный канал

14 Катализатор

16 Фильтр твердых частиц

18 Турбина

20 Электродвигатель

22 Батарея

24 Устройство управления

26 Трансмиссия

28 Сигнальный провод

30 Воздухоснабжение

32 Воздушный фильтр

34 Дроссельная заслонка

36 Компрессор

38 Расходомер массы воздуха

40 Турбонагнетатель

42 Первый ведущий мост

44 Второй ведущий мост

46 Коробка передач

48 Первое сцепление

50 Второе сцепление

S Сажевая нагрузка фильтра твердых частиц

P Продвижение восстановления фильтра твердых частиц

t Время

α Угол открытия дроссельной заслонки

α_FIX Угол открытия во время восстановления, заданный способом

I Гибридный режим

II Фаза нагрева фильтра твердых частиц

III Фаза восстановления фильтра твердых частиц

III₁ Первый шаг восстановления

III₂ Второй шаг восстановления

III₃ Третий шаг восстановления

III₄ Четвертый шаг восстановления

III₅ Пятый шаг восстановления.

Изобретение относится к способу восстановления фильтра твердых частиц в газоотводном канале автомобиля, имеющего гибридный привод из электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение скорости и эффективности восстановление фильтра твердых частиц, благодаря чему сокращается фаза принудительного холостого хода электродвигателя. Результат достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания для восстановления фильтра твердых частиц раскручивается электродвигателем. Двигатель внутреннего сгорания нагнетает богатый кислородом воздух в газоотводный канал, при этом задержанная в фильтре твердых частиц сажа может окисляться кислородом, и фильтр твердых частиц при этом восстанавливаться. При этом управление количеством воздуха во время восстановления фильтра твердых частиц осуществляется с помощью дроссельной заслонки на подаче воздуха двигателя внутреннего сгорания, чтобы сделать возможным как можно более быстрое и эффективное восстановление фильтра твердых частиц. Изобретение касается также автомобиля, имеющего гибридный привод из двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя, при этом гибридный привод имеет устройство управления для выполнения такого способа восстановления фильтра твердых частиц. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ восстановления фильтра (16) твердых частиц в газоотводном канале (12) автомобиля, имеющего гибридный привод из электродвигателя (20) и двигателя (10) внутреннего сгорания, включающий в себя следующие шаги:

- эксплуатация автомобиля в гибридном режиме, при этом при эксплуатации двигателя (10) внутреннего сгорания выхлопной газ двигателя (10) внутреннего сгорания направляют через фильтр (16) твердых частиц;

- определение состояния нагрузки фильтра (16) твердых частиц;

- запуск восстановления фильтра (16) твердых частиц, когда состояние нагрузки фильтра (16) твердых частиц достигло определенного состояния максимальной нагрузки;

- выполнение процесса восстановления фильтра (16) твердых частиц, при этом двигатель (10) внутреннего сгорания и электродвигатель (20) во время восстановления связаны, и электродвигатель (20) раскручивает двигатель (10) внутреннего сгорания, при этом

- двигатель (10) внутреннего сгорания нагнетает воздух в газоотводный канал (12), чтобы окислить частицы сажи, задержанные в фильтре (16) твердых частиц, причем

- управление дроссельной заслонкой воздухоснабжения двигателя (10) внутреннего сгорания во время восстановления фильтра (16) твердых частиц осуществляют независимо от требования водителя к моменту гибридного привода, и причем

– дроссельную заслонку в конце восстановления фильтра (16) твердых частиц закрывают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дроссельную заслонку в начале восстановления фильтра (16) твердых частиц приводят в заданное положение.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что угол открытия дроссельной заслонки в начале восстановления представляет собой очевидно раздросселированную рабочую точку.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что угол открытия дроссельной заслонки в начале восстановления находится в диапазоне между 30° и 70°.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что угол открытия дроссельной заслонки от начала восстановления к концу восстановления фильтра твердых частиц непрерывно и постоянно сокращают.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что сокращение угла открытия дроссельной заслонки во время восстановления фильтра (16) твердых частиц осуществляют в зависимости от температуры и/или состояния нагрузки фильтра (16) твердых частиц.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что процессу восстановления предшествует процесс нагрева, при котором фильтр (16) твердых частиц нагревают до пределов температуры, необходимой для окисления сажи.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что двигатель (10) внутреннего сгорания во время фазы нагрева эксплуатируют со стехиометрическим коэффициентом избытка воздуха.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что точка нагрузки двигателя (10) внутреннего сгорания на фазе нагрева смещают таким образом, что двигатель (10) внутреннего сгорания в связи с процессом заряда батареи (22) должен развивать дополнительную нагрузку к работе электродвигателя (20).

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что дроссельную заслонку закрывают и двигатель (10) внутреннего сгорания запускают даже при неполном восстановлении фильтра (16) твердых частиц, когда требование нагрузки к гибридному приводу превышает определенное пороговое значение.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что точку нагрузки электродвигателя во время восстановления фильтра твердых частиц смещают таким образом, что исключительно электродвигатель развивает желаемый водителем момент для автомобиля и дополнительно раскручивает двигатель (10) внутреннего сгорания.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что восстановление фильтра (16) твердых частиц осуществляют нейтрально в отношении приводного момента автомобиля, создающего тяговый эффект.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ выполняют на двигателе внутреннего сгорания с принудительным зажиганием.

14. Устройство управления для автомобиля, имеющего гибридный привод из двигателя (10) внутреннего сгорания и электродвигателя (20), которое предназначено для выполнения способа по п.1.

15. Автомобиль, имеющий гибридный привод, включающий в себя двигатель (10) внутреннего сгорания и электродвигатель (20), при этом в газоотводном канале (12) двигателя (10) внутреннего сгорания расположен фильтр (16) твердых частиц, а также имеющий по меньшей мере одно устройство управления для управления двигателем (10) внутреннего сгорания и электродвигателем (20), при этом электродвигатель (20) раскручивает двигатель (10) внутреннего сгорания во время восстановления фильтра (10) твердых частиц, а двигатель (10) внутреннего сгорания нагнетает в газоотводный канал (12) воздух для окисления частиц сажи, задержанных в фильтре (16) твердых частиц, при этом двигатель (10) внутреннего сгорания имеет систему воздухоснабжения, в которой расположена дроссельная заслонка для управления количеством воздуха, подаваемым к двигателю (10) внутреннего сгорания.