1.本发明涉及一种减少串联模式混合动力电动车辆中冷启动排放的方法，混合动力电动车辆包括具有排气管的内燃发动机，所述排气管具有催化器和位于催化器下游的氧传感器，所述内燃发动机的输出端连接到发电机，所述发电机连接到电动机，所述电动机耦接到两个或更多个车轮的驱动轴，所述方法包括检测冷启动工况和运行发动机以使催化器快速加热的步骤。
2.本发明还涉及一种电子控制单元和一种具有电子控制单元的混合动力电动车辆，所述电子控制单元被配置用于执行所述方法。
背景技术：3.已知在冷启动工况期间通过利用车辆的电动机/发电机将负转矩传递给内燃发动机，可以减少具有三元催化器的混合动力电动车辆的尾气排放。内燃发动机上增加的负载导致催化器快速加热并减少其起燃时间(light-off time)，即催化器达到其效率50％的时刻。除了减少催化器的起燃时间外，改变空气燃料比和迟延点火正时也被用于减少氮氧化物(nox)、一氧化碳(co)和未燃烧碳氢化合物(hc)的排放。由发电机施加在内燃发动机上的转矩缓慢降低，以维持空气-燃料比接近化学计量比，即λ值大约等于1。
技术实现要素：4.本发明的一个目的是提供一种使具有处于串联模式的内燃发动机(ice)和具有相对大的功率输出的发电机的混合动力电动车辆在冷启动工况下以相对低的排放运行的方法。
5.本发明的另一个目的是提供一种用于在冷启动工况下运行混合动力电动车辆的控制策略，其中催化器相对快速地达到其完全起燃温度并维持稳定运行。
6.在此，根据本发明的方法包括以下步骤：
[0007]-检测冷启动工况，
[0008]-将燃料喷射到内燃发动机中，使得实现λ》1，优选地1《λ《2，更优选地λ约为1.4的λ值的燃烧，
[0009]-以1000rpm或更高的速度，优选地1500《rpm《4000，更优选地大约2500rpm的速度运转所述内燃发动机，
[0010]-确定催化器的效率是否达到预定的第一水平，
[0011]-在已经达到所述催化器的预定效率水平后，将λ设定为约1，和
[0012]-当所述催化器效率达到预定的第二水平时，将发动机速度降低到工作状态。
[0013]
通过以串联模式运转混合动力电动车辆(hev)并利用大功率发电机，例如具有至少10kw功率输出的集成式起动机发电机(integrated starter generator,isg)，在启动时占用内燃发动机的相对高功率输出，能够获得非常快速的催化器起燃。催化器的快速起燃与非常稀薄(very lean)的λ相结合，导致nox的排放减少。这与在较浓富(richer)的λ值时
在轻度混合动力车辆中利用低速和低负载状态的已知方法形成对比。
[0014]
在根据本发明的方法的一个实施例中，当达到催化器的预定的第一效率水平时，例如在开始起燃时，λ值逐步减小到值λ《1，优选约0.8，并且在10s内，优选在5s内，更优选在2s内设定为λ＝1。
[0015]
在催化器起燃开始后，空气/燃料混合物的λ值由稀薄(lean)逐步减小到浓富值(rich value)，以将催化器中的氧缓冲器快速设定为工作状态。紧接着，λ被设定为正常的化学计量(也称理想配比)条件，λ＝1。这避免了在λ瞬态期间nox泄漏(slip)。hc和co因催化器中满氧缓冲器(full oxygen buffer)而被转化。
[0016]
紧接在检测到冷启动工况之后，根据本发明的发电机可以在小于1秒、优选小于0.1秒的时间期间提供内燃发动机以1500至4000rpm或更高的速度旋转。集成式起动机发电机的快速加速允许仅1个气缸泵出内部残余气体。
[0017]
根据本发明的方法的一个实施例，可以包括以下步骤：
[0018]-设定延迟排气门正时evt和延迟进气门正时ivt，以及
[0019]-在相对高的喷射压力下将燃料喷射到第一可能气缸点火中。
[0020]
将延迟排气可变气门正时(vvt)设定为排气门开度(evo)，实现hc/co的后燃。延迟排气门关闭(evc)，例如在上止点后(atdc)10
0-300，维持气缸中包含的富含hc的残余油。
[0021]
在根据本发明的方法中，在上止点前(btdc)180
0-00，优选地在上止点前大约900，将燃料提前喷射到气缸中。
[0022]
燃料喷射的时间提前用于进行充足的空气/燃料准备，但避免了燃料撞击气缸/活塞壁。
[0023]
在λ》1的稀薄燃烧(lean combustion，也称稀燃)期间，点火可以被迟延，优选在-300《mbt《-100的最大制动转矩值，优选约-200的mbt。这维持稳定的燃烧，同时避免产生nox的高峰值温度。
[0024]
在检测到冷启动工况时，内燃发动机的节气门可以被打开，从而发生在目标速度下的小的节流，节气门压力小于-5kpa。
[0025]
在发动机停止时，内燃发动机停止而不对歧管压力进行节流。这避免了在气缸吸气冲程期间燃油进入。由于启动期间持续的旋转导致高压缩力并引起相对强烈的振动，因此集成式起动机发电机运行以降低噪音、振动和声振粗糙度(nvh)。
[0026]
内燃发动机的启停功能将在内燃发动机充分加热且催化器完全激活时启动，这可能是在冷启动后几分钟。
附图说明
[0027]
将参考附图以非限制性示例的方式详细说明用于在冷启动工况下减少废气排放的方法的实施例。在附图中：
[0028]
图1示出了根据本发明的串联模式混合动力车辆的示意性布局；
[0029]
图2示出了根据本发明的电控单元的控制步骤的流程图；
[0030]
图3和图4示出了内燃发动机和集成式起动机(starter)/发电机的λ值和速度，以及
[0031]
图5示出了冷启动后催化器的温度。
具体实施方式
[0032]
图1示出了串联模式混合动力电动车辆(hev)1的示意性布局，该混合动力电动车辆具有内燃发动机(ice)2，内燃发动机2利用其输出轴耦接到集成式起动机/发电机(isg)10。起动机发电机10具有连接到电能存储装置8的输出端并连接到逆变器7，其中电能存储装置8可以是电池(battery)或燃料电池元(fuel cell)。逆变器7将来自发电机10的电压或电池8的输出端处的高直流(dc)电压转换成适于驱动电动机3的所需的三相交流电压。电动机3的输出端耦接到传动系4，传动系4可以包括差速齿轮，并且驱动车轮5和6。
[0033]
内燃发动机2、发电机10、逆变器7和电动机3的运行由电子控制单元(ecu)20控制，电子控制单元20通过控制线18、22、23和24连接到各个单元，其中控制线18、22、23和24例如是can总线网络。电子控制单元20包括用于执行车辆控制算法的微处理器和存储单元，并从驾驶员控制单元21接收用户命令，驾驶员控制单元21可以包括加速踏板和制动踏板。电子控制单元20基于从控制单元21接收到的用户命令，向发动机2、发电机10、逆变器7和电动机3提供控制信号，以向车轮5、6提供所需的电动机转矩输出。
[0034]
内燃发动机2通过节气门11接收空气并通过排气管13排放废气。催化转化器14，例如三元催化器(twc)，包括在排气管13中，用于减少废气中的nox以及未燃烧的碳氢化合物(hc)和一氧化碳(co)的氧化。上游和下游废气氧传感器(ego)15、16确定在通过催化转化器14之前和之后废气中的氧的量，并沿信号线18向电子控制单元20发送传感器信号。氧传感器15、16允许电子控制单元计量经由节气门11供应给发动机2的空气和喷射到发动机的气缸中的燃料以使发动机10以或接近于化学计量(也称理想配比)的燃料混合物运转，即以λ值λ＝1的空气-燃料比运转。
[0035]
催化转化器14需要加热以达到其最佳效率并在所谓的“起燃”处达到其全效率的50％。在内燃发动机中，起燃时间可以在从10秒到25秒的范围。在具有低isg制动电位的轻度混合动力电动车辆中，起燃时间可以是8-20s，在根据本发明的具有高功率isg的完全混合动力车辆中，起燃时间可以在2s和5s之间。
[0036]
控制单元20沿信号线23接收发动机状态信号，例如发动机2的速度和温度。当由控制单元20检测到冷启动状态时，其可以例如通过发动机2的低温和/或发动机2已经怠速的时间来确定，控制单元将启动冷启动一系列命令，其尽可能快地起燃催化器14，同时使起燃期间的排放最小。
[0037]
首先，控制单元20打开节气门11，使得在目标速度下发生小的节流。节气门处的压力保持在低水平，一般低于-5kpa。
[0038]
在第二步中，使用从电池8输入的电能，使起动机/发电机10快速达到高转速，这使得发动机2的气缸避免发动机2的气缸中的内部残余废气。通常，在时间间隔t小于0.1s速度为1000rpm。这允许发动机2中的仅单个气缸泵出内部残余废气。
[0039]
第三，可以应用废气门开度(waste gate opening)以避免涡轮波动。由集成式起动机发电机(isg)提供的高制动功率在存在涡轮的情况下可能引起流向涡轮机的高焓流(high flow of enthalpy)，涡轮机因此开始升压，其由废气门开度控制。
[0040]
作为第四步，将发动机2的气缸的气门正时设定为用于排气门打开(evo)和排气门关闭(evc)的延迟可变气门正时(vvt)，为例如上止点后(after top dead center，简称atdc)10
0-300。这延长了气缸中hc和co的后燃(afterburning)。延迟排气门关闭在气缸中含
有富含hc的残余油。
[0041]
第五，进气门正时调整为延迟进气可变气门正时(vvt)，并且进气门开度ivo被设为上止点后(atdc)10
0-300。
[0042]
步骤六涉及控制单元20以最大喷射压力将燃料喷射到准备点火的第一气缸中，以避免残余油。
[0043]
接下来，步骤七包括将燃料喷射到发动机2的气缸中的提前定时设在上止点前(btdc)180
0-00，例如上止点前大约900。这提供了足够量的空气/燃料混合物，但防止燃料撞击气缸/活塞壁。
[0044]
在步骤8中，燃料以稀空气/燃料比喷射到气缸中。这导致碳氢化合物hc和颗粒物质pn在足够低的燃烧温度下燃烧，以避免形成nox。空气/燃料比设定为1.0《λ《2.0，例如约1.4的λ。
[0045]
在步骤9中，控制单元20延迟发动机2的气缸的点火，以保持稳定的燃烧，同时避免产生nox的高峰值温度。点火可以从最大制动转矩(mbt)延迟-300/-100，例如在mbt-200。
[0046]
在下一步骤10中，依据热流和噪声、振动和声振粗糙度(nvh)条件，控制单元20增加内燃发动机2的速度以便在1500-4000rpm，例如约2500rpm的速度，经由与热废气进行热交换来加热催化器14。
[0047]
在步骤11中，当氧传感器15、16的传感器信号达到预定阈值时，由控制单元20进行检测。这表明催化器14开始起燃。控制单元20将喷射到内燃发动机2的气缸中的空气/燃料混合物的λ值减小到λ＜1的浓富值(rich value)，例如减小到大约0.8的λ值。这迅速地设定催化器14中的氧缓冲器处于工作状态。紧接着，λ恢复到λ＝1的正常状态。λ值的这种短暂下降可能持续小于2秒，例如十分之几秒，使催化器从在稀薄燃烧期间的富氧状态恢复到其活跃的工作状态。在λ瞬态期间减少了nox排放。hc和co在催化器中被转化,因为填充了其氧缓冲器。
[0048]
在步骤12中，当氧传感器15、16的传感器信号达到第二阈值时终止催化器加热，这表明催化器14在达到其接近全效率时起燃。这可以是在步骤1开始后5s-20s，例如10s，其中催化器达到温度250℃。
[0049]
在步骤13中，在发动机停止的情况下，歧管11中的歧管压力不被节流，以确保在气缸的吸气或进气冲程中没有油进入。控制单元20可以激活集成式起动机发电机10以避免噪音、振动或声振粗糙度(nvh)。
[0050]
图2示意性地示出了由控制单元20执行的冷启动流程。在30处检测冷启动工况后，冷启动流程的框31执行上述步骤1至7。节气门11打开，内部起动机/发电机10运行，并且内燃发动机2中气缸的可变气门正时vvt被调整用于准备下一步骤32中稀薄空气燃料混合物的喷射，而催化器14相对冷且低于其起燃温度。由此减少残余气体的排放。
[0051]
在32(步骤8)的稀薄空气燃料混合物喷射之后，在框33(步骤9和10)中，点火被迟延并且内燃发动机2被加速。
[0052]
在34(步骤11)中，当催化器的温度升高时，控制单元20基于氧传感器15、16的信号确定催化器14是否已经开始起燃。在催化器14起燃后，控制单元20将浓富空气/燃料混合物喷射到发动机2的气缸中，持续时间小于2秒，其将催化器的氧缓冲器返回到其有效运行窗口(active operating window)，并且接下来返回到具有λ值λ＝1的空气燃料混合物。
[0053]
在框35(步骤12)中，控制单元20确定催化器14是否已经达到其以高效率运行的接近完全起燃温度，然后降低发动机的速度以匹配常规驾驶条件。
[0054]
新的冷启动循环的开始将例如由催化器冷却温度确定，并且依据环境温度，可能需要在内燃发动机已经停止例如10分钟或更长时间之后。
[0055]
图3和图4示意性地示出了喷射到内燃发动机的气缸中的空气-燃料混合物的λ值、内燃发动机的速度和集成式起动机发电机的速度的正时。图5示意性地示出了在根据本发明开始冷启动程序之后由控制单元20控制发动机导致的催化器温度。在该示例中，图2的流程的控制步骤32的燃料喷射在t＝2s时开始，空气-燃料混合物的λ值从值1.4逐步减少到0.8(流程图的第34部分)发生在7s时，并且λ恢复到化学计量(也称理想配比)值λ＝1发生在9秒时。在10秒时，内燃发动机的速度恢复到常规驾驶状态，而集成式起动机发电机继续以速度2500rpm运转。
技术特征：1.一种减少串联模式混合动力电动车辆中冷启动排放的方法，所述混合动力电动车辆包括内燃发动机，所述内燃发动机具有排气管，所述排气管具有催化器和位于所述催化器下游的氧传感器，所述内燃发动机的输出端连接到发电机，所述发电机具有至少10kw的功率输出并且连接到电动机，所述电动机耦接到两个或更多个车轮的驱动轴，所述方法包括以下步骤：-检测冷启动工况，-将燃料喷射到内燃发动机中，从而实现λ值为λ>1，优选1<λ<2，更优选λ约为1.4的燃烧，-以1000rpm或更高的速度，优选1500<rpm<4000，更优选大约2500rpm的速度运转所述内燃发动机，-确定所述催化器的效率是否达到预定的第一水平，-在已经达到所述催化器的预定效率水平后，将λ设定为约1，以及-当所述催化器效率达到预定的第二水平时，将发动机速度降低到工作状态。2.根据权利要求1所述的方法，其中，当达到所述催化器的预定效率时，将λ值逐步降低至λ＜1的值，优选约0.8，并且在10s内，优选5s内，更优选2s内设定为λ＝1。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在检测到冷启动工况之后，所述发电机在小于1秒、优选小于0.1秒的时间期间使所述内燃发动机以1500rpm或更高的速度旋转。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：-设定延迟排气门正时evt和延迟进气门正时，-在相对高的喷射压力下，将燃料喷射到第一可能气缸点火中。5.根据权利要求4所述的方法，在上止点前180
0-00，优选在上止点前约900，提前将燃料喷射到气缸中。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在λ>1的燃烧期间，点火被迟延，优选在-300<mbt<-100的最大制动转矩值处，优选大约-200的mbt处。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在检测到冷启动工况时，所述内燃发动机的节气门被打开，使得发生所述目标速度下小的节流，节气门压力小于-5kpa。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在发动机停止时，所述内燃发动机停止而不对所述歧管压力进行节流。9.混合动力电动车辆中使用的电子控制单元，包括一个或多个电子存储单元和处理单元，它们被配置用于实施根据权利要求1-8中任一项所述的方法。10.具有内燃发动机的混合动力电动车辆，所述内燃发动机具有排气管，所述排气管具有催化器和位于所述催化器下游的氧传感器，所述内燃发动机的输出端连接到发电机，所述发电机连接到电动机和电动机控制单元，所述电动机耦接到两个或更多个车轮的驱动轴，所述电动机控制单元连接到内燃发动机且连接到所述电动机，用于控制向所述内燃发动机的气缸中的燃料喷射并用于所述电动机的运行，所述控制单元被配置用于实施根据权利要求1-8中任一项所述的方法。
技术总结减少串联模式混合动力电动车辆中冷启动排放的方法，所述车辆包括内燃发动机，发动机具有排气管，排气管具有催化器和在催化器下游的氧传感器，发动机的输出端连接到发电机，发电机具有至少10kW的功率输出且连接到电动机，电动机耦接到两个或更多个车轮的驱动轴，该方法包括步骤：-检测冷启动工况，-将燃料喷射到内燃发动机中，从而实现λ值为λ>1，优选1<λ<2，更优选λ约为1.4的燃烧，-以1000rpm或更高的速度，优选1500<rpm<4000，更优选大约2500rpm的速度运转内燃发动机，-确定催化器的效率是否达到预定的第一水平，-在已经达到催化器的预定效率水平后，将λ设定为约1，和-当催化器效率达到预定的第二水平时，将发动机速度降低到工作状态。度降低到工作状态。度降低到工作状态。
技术研发人员：G
受保护的技术使用者：沃尔沃汽车公司
技术研发日：2022.04.29
技术公布日：2022/11/1
