СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ФИЛЬТРА ЧАСТИЦ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD OF REGENERATING PARTICLES FILTER FOR MOTOR VEHICLE

Изобретение относится к области гибридных автомобильных транспортных средств, снабженных двигателем внутреннего сгорания с выхлопной газовой системой, содержащей фильтр частиц. В частности, изобретение относится к области способов удаления вредных веществ таких транспортных средств таких автомобилей, двигатель внутреннего сгорания которых способен останавливаться при некоторых фазах езды.
Гибридные автомобили снабжены несколькими приводными устройствами, которые запускаются альтернативными источниками энергии. Эти альтернативные источники энергии являются топливными, бензиновыми или дизельными и электроэнергетическими.
Двигатели внутреннего сгорания, использующие топливо, испускают твердые частицы, удаление которых постоянно обеспечивается с помощью фильтра частиц, который включен в цепь выхлопной системы. Фильтр частиц объединен с каталитическим устройством, которое размещено на входе фильтра частиц в направлении циркуляции газов. Такое каталитическое устройство предназначено для очистки выхлопных газов, выходящих из двигателя, предварительно перед их поступлением в фильтр, в котором оседают эти частицы. Удаление осевших частиц осуществляется сжиганием при температуре порядка, составляющего от 450°С до 750°С, при этом нижний диапазон, меньший 550°С, возможен, если только фильтр является так называемым аддитивным, то есть если в топливный резервуар добавлена такая присадка, как церин или железо.
Даже если фильтр частиц является аддитивным для получения таких температур, а эти температуры обычно выше температуры выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания дизельного типа, прибегают к средствам для повышения термодинамики двигателя, например, путем калибровки двигателя в соответствии с особыми режимами работы двигателя, такими как вначале запаздывание впрыска и/или регулировка впускного давления и/или осуществление после впрыска. Нагрузка двигателя также может быть увеличена при использовании потребителей электроэнергии, использование которых регулируется в зависимости от необходимости.
Специфической проблемой, стоящей перед гибридными автомобилями, является остановка двигателя внутреннего сгорания, которым они снабжены, когда гибридный автомобиль использует альтернативный источник энергии для работы дополнительного двигателя, в частности электрического двигателя. При остановке двигателя внутреннего сгорания температура в выхлопной системе быстро снижается, и в выхлопной системе отсутствует газ. В случае попытки регенерации фильтра частиц она является вредной, так как она задерживает момент, когда начнется сжигание частиц, или это будет замедлять такое сжигание (когда оно уже началось перед остановкой теплового двигателя) или это просто его остановит. Вследствие этого наиболее простым решением для сохранения регенерации фильтра частиц является недопущение остановки теплового двигателя, если контрольный блок фильтра частиц требует его регенерации.
Однако такое решение может вызвать «негативную» реакцию водителя, который не поймет, почему его автомобиль не работает больше как «гибридный», в частности, если он нажмет на кнопку «чистый электрический режим». Для обеспечения работы в электрическом режиме необходимо установить стратегию, которая позволяет минимизировать негативные воздействия отключения теплового двигателя.
Для исключения прерывания регенерации фильтра частиц при остановке двигателя в заявке на патент FR 2925938 было предложено вдувать горячий воздух в выхлопную систему, совмещая с этой операцией инжекцию топлива для поддержания экзотермической реакции в катализаторе.
В документе ЕР 0987139 было предложено адаптировать управление работой дополнительного двигателя в зависимости от температуры, определенной в катализаторе. Точнее говоря, дополнительный двигатель обеспечивает электропитание, которое корректируется в зависимости от такого определения температуры, при этом снижение температуры катализатора вызывает уменьшение количества дополнительного тока, необходимого для минимизации помощи, подаваемой на двигатель.
Из заявки на патент FR 2956878 известен способ регенерации фильтра частиц, который содержит выхлопную газовую систему, связанную с двигателем внутреннего сгорания, которым снабжен гибридный автомобиль, в соответствии с которым, если регенерация находится в процессе, хотя запрос на остановку двигателя внутреннего сгорания направляется после активации альтернативного привода автомобиля, непрерывно определяют температуру на входе фильтра частиц, сравнивают определенную температуру с заданной температурой и запрещают остановку двигателя внутреннего сгорания, по меньшей мере, если определенная температура ниже первой заданной температуры, до тех пор, пока, по меньшей мере, определенная температура будет выше второго заданного значения температуры, при котором остановка двигателя внутреннего сгорания разрешена.
Таким образом, если фильтр частиц находится при температуре, превышающей первую заданную температуру, другими словами, если регенерация находится в процессе осуществления, и термодинамика фильтра частиц является удовлетворительной, то остановка теплового двигателя разрешается. Напротив, когда неприятности, вызываемые этими остановками, становятся весьма значительными, когда температура на входе фильтра частиц является весьма низкой, следует включить тепловой двигатель или запретить его остановку.
Задачей настоящего изобретения является усовершенствование известного из заявки на патент FR 2956878 способа таким образом, чтобы оптимизировать возможности регенерации фильтра частиц при минимизации воздействия на клиента и максимально сохранить режим гибридной работы. Он, в частности, состоит в адаптации стратегии регенерации в зависимости от массы следующим образом: когда фильтр частиц мало нагружен сажей, можно позволить себе иметь более длительную регенерацию, но, чем больше фильтр заполняется частицами, тем более требуется осуществление короткой и эффективной регенерации.
Эта задача решается способом регенерации фильтра частиц, который содержит выхлопную газовую систему, связанную с двигателем внутреннего сгорания, которым оборудован гибридный автомобиль, в соответствии с которым в процессе осуществления регенерации непрерывно определяют температуру на входе фильтра частиц и координатор ГМФ, управляющий способами тяги автомобиля, будет сдерживать первую остановку двигателя внутреннего сгорания, по меньшей мере, если измеренная температура ниже первой заданной температуры (T первой остановки), и если первая остановка была запрещена, будет осуществлять остановку теплового двигателя, пока температура на входе фильтра частиц будет выше второй заданной температуры (Tamont FAP), зависящей от загрузки фильтра частиц в момент запроса регенерации.
Предпочтительно различают первую заданную температуру и вторую заданную температуру, предназначая первую заданную температуру для первоначального запрета остановки двигателя между двумя фазами запуска автомобиля, и вторую заданную температуру для разрешения остановки двигателя, когда измеренная температура фильтра частиц является достаточной для его регенерации.
В предпочтительном варианте изобретения учитывается также загрузка сажами для специфического определения зоны, когда тяга обеспечивается только электрическими средствами (зона ТЕР для Traction Electrique Pure), например, при значительных нагрузках сажами и полном запрете хода в зоне ТЕР. Другими словами, законы управления в гибридном режиме обычно не зависят только от режима и вращающего момента, запрашиваемого водителем, и зарядки батарей, но также и от загрузки сажей.
В варианте изобретения запрет остановки двигателя в зависимости от первой заданной температуры зависит, кроме того, от определения температуры снаружи автомобиля и сравнения между этой определенной наружной температурой и заданной наружной температурой. Так, учитывают более или менее большой объем наружного воздуха для охлаждения выхлопной системы.
Объектом изобретения является также способ повторного запуска теплового двигателя, который учитывает также загрузку сажей и, кроме того, минимизирует влияние водителя на обеспечение регенерации в хороших условиях.
Так, за остановкой теплового двигателя, разрешенной в процессе фазы регенерации фильтра частиц в соответствии с вариантом изобретения, осуществляют повторный запуск теплового двигателя, когда создаются условия для повторного запуска, учитывающие загрузку сажей при начале регенерации. Как вариант, учитывают загрузку сажами на момент повторного запуска.
В варианте условием повторного запуска является температура на входе фильтра частиц, меньшая третьего температурного порога, называемого порогом температуры повторного запуска, при этом упомянутый повторный порог упомянутого запуска адаптирован к загрузке сажей при начале регенерации или, в соответствии с вариантом, в зависимости от загрузки сажами на момент повторного запуска.
В варианте, выбранном условием повторного запуска, может также являться максимальная разрешенная продолжительность остановки теплового двигателя, причем эта максимальная продолжительность остановки теплового двигателя корректируется в зависимости от загрузки сажами фильтра частиц в начале регенерации или в момент повторного запуска.
Предпочтительно входные данные для этой максимальной продолжительности учитывают скорость автомобиля на момент, когда тепловой двигатель был остановлен, и наружную температуру, при этом загрузка сажей берется в качестве умножающего коэффициента (меньшего 1) для уменьшения этой максимальной продолжительности.
В варианте условием повторного запуска является максимальная разрешенная продолжительность для фазы регенерации, при этом упомянутая максимальная продолжительность для регенерации зависит от загрузки сажей при начале регенерации или на момент повторного запуска.
Когда повторный запуск теплового двигателя вызывается для проверки достоверности одного из условий повторного запуска, указанного выше, предпочтительно выбрать для способа второй уровень поддержания регенерации, другими словами, если располагают двумя уровнями поддержания регенерации, то при втором уровне, создающем большие затруднения для потребления, сразу выбирают уровень, создающий большие затруднения (но также и более эффективный). Для этих различных уровней способа использован порог, в частности, в патенте ЕР 1281852, который описывает специфические способы впрыска для фаз регенерации фильтра частиц уровня 1 и уровня 2 (эти способы уровня 1 и 2 являются, разумеется, отличными от способов, осуществляемых вне фаз регенерации).
Однако при повторном запуске двигателя предпочтительно прибегать к запросу активации электрических потребителей (которые вызывают увеличение тяги двигателя и, таким образом, температуры выхлопных газов), при этом упомянутый запрос активации может быть остановлен, когда температура на входе фильтра частиц достигнет верхнего значения критической температуры для активации электрических потребителей. Кроме того, можно также использовать для нагрузки автомобильной батареи способ, который будет остановлен, когда температура на входе фильтра частиц достигнет верхнего критического значения температуры для способа перезарядки батареи, при этом упомянутые верхние критические значения температуры уточняют в зависимости от загрузки сажей при начале регенерации или в момент повторного запуска.
В соответствии с детальным описанием способа, предложенного в настоящем изобретении, как только включается регенерация фильтра частиц, то контролер этой регенерации (называемый супервизором FAP) информирует координатора ГМФ, первой ролью которого является выбор режима работы «только тепловой двигатель», «только электрический двигатель» или смешанный режим в зависимости от запроса режима водителем (в зависимости, например, от степени нажатия на педаль акселератора) и требуемой электрической нагрузки.
Эта информация задерживает переход в электрический режим при определенных условиях.
Так, непрерывно определяют температуру на входе фильтра частиц (называемую входной температурой по отношению к направлению циркуляции газов в выхлопной системе), сравнивают определенную температуру с первой пороговой температурой и запрещают остановку двигателя внутреннего сгорания, по меньшей мере, если определенная температура меньше первой пороговой температуры T первой остановки, называемой порогом Tamont FAP задержки первой остановки.
Если остановка двигателя не была задержана, то ближайшие запросы об остановке двигателя могут быть выполнены, как только температура на входе фильтра частиц не опустится ниже граничной величины осуществимости регенерации (вторая пороговая температура) Tamont FAP. Следует напомнить, что супервизор ГМФ будет постоянно осуществлять поиск режима запрошенного момента при оптимизации потребления автомобилем, и, что, следовательно, даже если первая остановка была разрешена, она необязательно будет выполняться супервизором ГМФ, если, например, запрошенный вращающий момент в данный момент времени слишком велик.
Если после снижения температуры ниже этого второго порогового значения температура на входе FAP поднимается выше этого граничного значения, то остановка двигателя вновь разрешается.
Эта вторая пороговая температура уточняется в зависимости от массы сажи, имеющейся в фильтре частиц. Чем выше загрузка сажей, тем выше порог. Например, этот порог мог бы составлять 400°С, когда загрузка фильтра частиц ниже его номинальной загрузки (под номинальной загрузкой понимают загрузку, ниже которой регенерация не включается), 430°С, когда загрузка сажей является номинальной, и 460°С, как только масса сажи в 1,5 превысит эту номинальную величину.
Дополнительный двигатель остается включенным, и условия регенерации фильтра частиц выполняются, при этом остановка двигателя внутреннего сгорания разрешена. Такие удовлетворительные условия соответствуют, в частности, подходящей температуре фильтра частиц по отношению ко второй пороговой температуре, предпочтительно при принятии во внимание наружной температуры и/или скорости, измеренной в процессе инициализации операции регенерации фильтра частиц. Точнее говоря, температура фильтра частиц является достаточной при сравнении со второй пороговой температурой, которая соответствует граничной величине осуществимости регенерации, при этом автомобиль движется только с помощью дополнительного двигателя. Использование только дополнительного двигателя является, тем не менее, приспособленным от координатора, который использует заранее заданную и специфическую зону чисто электрической тяги (ТЕР), к фазам регенерации фильтра частиц со специфическими точками удержания. Эта адаптация зоны ТЕР учитывает не только то, что происходит регенерация фильтра частиц, но также загрузку сажей фильтра частиц: чем больше сажи в фильтре, тем более зона ТЕР будет уменьшена. Например, эта зона ТЕР могла бы быть нулевой, как только загрузка сажей превысит в 1,5 раза номинальную величину.
Предпочтительно запрещение остановки двигателя, зависящее от первой пороговой температуры, кроме того, находится в зависимости от определения наружной, окружающей автомобиль среды и от сравнения этой внешней определенной температурой и внешней заданной температурой. Таким образом, учитывают более или менее большие объемы наружного воздуха для охлаждения выхлопной системы.
При разрешении остановки двигателя предусматривают несколько специфических критериев повторного форсированного пуска двигателя внутреннего сгорания после команды координатора на его остановку. Эти специфические критерии сами зависят от загрузки сажами и соответствуют, например, трем следующим возможным вариантам:
- если измеренная температура на входе фильтра частиц ниже третьего порога повторного запуска, называемого температурным порогом запуска, порог Т входного запуска, то есть повторный пуск двигателя внутреннего сгорания, является форсированным. Величина порога Tamont FAP повторного запуска адаптирована к загрузке сажей FAP: чем больше частиц имеется в фильтре, тем выше порог. Например, этот порог мог бы быть зафиксирован при 390°С, когда отсутствуют частицы в FAP, при 420°С, когда отсутствует номинальная загрузка сажей, и 450°С, как только масса сажи превысит в 1,5 раза номинальную величину;
- если остановка двигателя внутреннего сгорания осуществляется в процессе первой заданной продолжительности, которая является весьма длительной, то работа ТЕР рассматривается, как весьма продолжительная за счет сравнения с указанной первой продолжительностью, и для того, чтобы не затруднять случаи эффективной регенерации фильтра частиц, необходимо запустить вновь двигатель внутреннего сгорания. Этот возможный вариант соответствует, в основном, обеспечению безопасности в случае, когда информация, выдаваемая датчиком температуры на входе фильтра частиц, была бы неверной без того, чтобы собственно датчик не оказался неисправным. Эта заданная продолжительность предпочтительно считывается из картографии в зависимости от скорости автомобиля, с одной стороны (скорость в момент, когда двигатель остановлен), и температуры окружающего воздуха, с другой стороны, так как эти два параметра влияют на скорость охлаждения выхлопной системы. Кроме того, эта картография является предпочтительно скорректированной в зависимости от массы сажи, находящейся в фильтре частиц: чем больше частиц в фильтре, тем меньше максимальная продолжительность остановки. Например, этот порог мог бы составлять 1 минуту, когда отсутствуют частицы в FAP, 45 секунд, когда имеется номинальная загрузка сажей, и 20 секунд, когда масса сажи превышает минимальную величину в 1,5 раза;
- если запрос на регенерацию длится слишком долго, тепловой двигатель повторно запускается, и двигатель внутреннего сгорания работает непрерывно, пока регенерация не закончится или когда водитель не разорвет контакт. Эта максимальная продолжительность регенерации вытекает из кривой процентного отношения, уже регенерированной сажи, при этом процентное отношение уже регенерированной сажи рассчитывается непрерывно по данным супервизора FAP и адаптируется в зависимости от массы сажи, имеющейся в фильтре частиц: чем больше частиц сажи находится в фильтре, тем короче продолжительность. Например, этот порог мог бы составлять 10 минут, когда загрузка сажей меньше номинальной величины, 8 минут, когда имеется номинальная загрузка сажей, и 5 минут, как только загрузка сажей в 1,5 раза превысит номинальную величину.
Следует отметить, что регенерация при номинальной массе может начать осуществляться, когда условия движения являются благоприятными по отношению к условиям «нормального» движения водителя с учетом его водительской истории.
Когда запрос на повторный запуск двигателя осуществлен, координатор ГМФ вновь запускает тепловой двигатель. Таким образом, следует выбрать наиболее адаптированный контрольный способ управления.
Желательно, чтобы, когда повторный запуск запрошен после оценки условий для повторного запуска, тепловой двигатель перевести в повышенный режим регенерации для немедленного перевода в процесс регенерации без промедления.
Когда регенерация фильтра частиц началась, соответствующие электрические потребители, которыми оборудован автомобиль, также активируются. Под соответствующими электрическими потребителями понимают электрические средства, которые непосредственно участвуют в регенерации (например, нагревательные средства), но особенно имеющиеся в распоряжении средства, неуправляемые водителем, включение которых будет создавать увеличение крутящего момента и, таким образом, опосредованно, температуры выхлопных газов. Этими имеющимися в распоряжении средствами являются, например, электрические сопротивления (такие как нагреваемое переднее стекло или нагреваемое заднее стекло).
Когда требуемые температурные условия фильтра частиц достигнуты, электрические потребители отключаются для минимизации потребления автомобиля. Когда условия ухудшаются, электрические потребители могут быть вновь включены.
Отключение электрических потребителей предпочтительно осуществляется, как только температура на входе фильтра частиц перейдет верхний критический уровень для включения электрических потребителей.
Этот критический уровень температуры для включения электрических потребителей, после достижения которого задерживают включение электрических потребителей, предпочтительно зависит от загрузки сажей фильтра частиц. Например, этот порог мог бы быть установлен в 500°С, когда загрузка меньше номинальной загрузки, в 520°С, когда загрузка сажей является номинальной, и в 550°С, как только масса сажи превысит в 1,5 раза номинальную величину.
Включение, напротив, может быть вновь запрошено, если температура на входе фильтра частиц упадет ниже нижнего порога, который может быть выбран в зависимости от загрузки сажей фильтра частиц, например, установленным в 460°С, когда нет частиц в FAP, в 480°С, когда загрузка сажей является номинальной, и в 500°С, как только масса сажи превысит в 1,5 раза номинальную величину.
Дополняя или замещая способ включения электрических потребителей, можно также предусмотреть способ зарядки батареи.
Пример способа зарядки батареи представлен на фиг. 1, которая изображает синоптику способа в соответствии с описанием в заявке на патент FR 2952974.
На первом этапе А определяют количество накопленной энергии Estock в электрическом накопителе. Речь идет о количестве энергии, передаваемой электрическому накопителю для обеспечения полной зарядки. Это количество накопленной энергии 1 зависит от уровня зарядки накопителя на момент определения, но может также зависеть от факторов окружающей среды, таких как наружная температура или внутренняя температура накопителя.
На втором этапе В определяют мощность Р1, подаваемую накопителю для снабжения его накопленной энергией Estok в течение заданного времени Tmini.
На этапе сравнения С сравнивают подаваемую мощность Р1 и минимальную заданную мощность Pmini.
Pmini и Tmini являются величинами, которые могут быть определены в устройстве контроля двигателя и могут быть адаптированы в зависимости от рассматриваемого использования (расположение фильтра частиц относительно двигателя, длина выхлопной системы и т.д.). При классическом использовании в автомобиле продолжительность Tmini, необходимая для того, чтобы нагрузка двигателя оказывала значительное влияние на температуру газов на входе фильтра частиц вследствие тепловой инерции выхлопа, составляла от 120 до 180 секунд.
Если предназначенная для подачи мощность Р1 превышает или равна минимальной мощности Pmini, в накопитель подают мощность Р1 в течение заданной продолжительности Tmini на этапе повышения нагрузки теплового двигателя D.
Если предназначенная для подачи мощность Р1 ниже минимальной мощности, в накопитель подают минимальную мощность Pmini в течение продолжительности, позволяющей обеспечить полную зарядку накопителя на этапе минимального повышения нагрузки теплового двигателя Е.
В рамках настоящего изобретения, когда температура на входе фильтра частиц достигает верхней критической температуры для способа зарядки батареи, способ замедляется. Этот потолок температуры зависит предпочтительно от загрузки сажей фильтра частиц.
Например, этот потолок может быть установлен в 480°С для загрузки сажей, меньшей номинальной загрузки, в 500°С при номинальной загрузке сажей и в 550°С при количестве сажи, превышающем в 1,5 раза номинальную величину.
Напротив, активация способа будет начинаться, если температура на входе фильтра частиц опустится ниже нижнего предела для способа зарядки батареи. Эта нижняя пороговая величина также может зависеть от загрузки сажей фильтра частиц.
Например, этот нижний предел может быть установлен в 450°С для загрузки сажей, меньшей номинальной загрузки, в 460°С при номинальной загрузке сажей и в 500°С, как только масса сажи в 1,5 раза превысит номинальную величину.
Следует отметить, что, кроме того, предпочтительно предусмотреть приглушенный вариант в случае неисправности измерения температуры на входе фильтра частиц или наружной температуры. В этом случае способы остановки двигателя не могут больше использоваться. Так, если запрос на регенерацию поступает, хотя один из датчиков неисправен, тепловой двигатель будет продолжать нормально работать, несмотря на наличие неисправностей. Любая остановка теплового двигателя будет запрещена, а работа в чисто электрическом режиме будет невозможна.
Способ, предложенный в настоящем изобретении, позволяет оптимизировать операцию регенерации фильтра частиц при общей минимизированной продолжительности работы. Получают лучшую энергетическую эффективность, когда двигатель внутреннего сгорания работает одновременно с работой дополнительного двигателя только в случае запроса средствами управления автомобиля, в частности, компьютера или координатора на основе измерения температуры фильтра частиц, осуществляемого непрерывно в реальном времени. Нагрузка двигателя в фазах повторного пуска вызывает мгновенное уменьшенное разбавление топлива в масле. Водитель получает фазы движения автомобиля только от дополнительного двигателя, при этом разрешается остановка двигателя внутреннего сгорания при осуществлении регенерации фильтра частиц. Электрические потребители отключаются в зависимости от измерения температуры фильтра частиц, как только обеспечивается увеличение потребления автомобиля. Регенерация фильтра частиц является эффективной независимо от состояния загрузки последнего при селективной активации энергетических ресурсов автомобиля, которая адаптирована к уменьшению потерь энергии.