专利名称：再生混合动力电动车辆中的发动机排气微粒过滤器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及后处理系统，该后处理系统具有用于处理来自混合动力电动车 辆中的发动机的排气的微粒过滤器。
背景技术：
关于机动车辆的混合动力电动车辆(HEV)包括从多个动力源传递旋转动力至车 辆驱动轮处的车轮负荷的动力传动系统。 一个动力源是内燃发动机，如具有装备有柴 油微粒过滤器(DPF)的发动机排气后处理系统的柴油发动机。适当的"混合动力电 动"配置是其中具有电机(具有驱动和发电能力)的任何配置，该电机的扭矩输出直 接或间接地连接到内燃(IC)发动机的扭矩输出。
柴油微粒过滤器(DPF)通过物理过滤从柴油发动机排气中除去不需要的微粒物 质。柴油发动机排气中的柴油微粒物质被归为污染物质，因为已知其增加了导致哮喘、 肺癌和心血管问题的风险。DPF通常由一些陶瓷蜂窝载体构成。载体的通道通常在交 替的端部封闭，以致排气必须通过在通道之间的壁流动以改善微粒物质的沉积。
其他材料有时用作过滤介质，例如烧结金属板、泡沫金属结构、纤维毡等等。
DPF具有有限的容量；因此，其必须通过再生间歇地清洁以除去微粒物质的堆积。 否则，满溢的DPF会导致额外的排气背压、较差的发动机效率和性能，或导致DPF自 身的损坏。
发明内容
在包括具有从发动机排气中除去微粒物质的微粒过滤器的发动机和传动连接到 发动机的电机的动力传动系统中， 一种控制微粒过滤器的温度的方法包括操作发动 机产生用以驱动车辆的正曲轴动力的量，通过操作电机增加发动机上的负荷以增加发 动机排气的温度，并通过在增加的温度下使发动机排气通过微粒过滤器来再生微粒过 滤器。在一个实施例中，增加所述发动机排气的温度使其高于参考温度。
在一个实施例中，在包括具有从发动机排气中除去微粒物质的微粒过滤器的发动 机和传动连接到所述发动机的电机的动力传动系统中，提供一种控制所述微粒过滤器 的温度的方法。该方法包括如下步骤操作所述发动机产生用以驱动车辆的正曲轴动 力的量；搡作所述电机以使所述发动机产生的曲轴动力增加而所述发动机排气的温度 高于参考温度；及通过在增加的温度下使发动机排气通过所述微粒过滤器来再生所述 微粒过滤器。
根据另一方面，在包括具有从柴油发动机排气中除去微粒物质的微粒过滤器的柴 油发动机和传动连接到所述发动机的电机的动力传动系统中，提供一种控制所述微粒 过滤器的温度的方法。该方法包括如下步骤(a)操作所述发动机产生用以驱动车 辆的正曲轴动力的量；(b)搡作所述电机以使所述发动机上的负荷增加从而增加所 述发动机排气的温度；及(c)通过在所述微粒过滤器内的碳粒与发动机排气中包含 的氧发生燃烧的温度下使发动机排气通过所述微粒过滤器来再生所述微粒过滤器。
根据又一方面，在包括具有从柴油发动机排气中除去微粒物质的微粒过滤器的柴 油发动机和传动连接到所述发动机的电机的动力传动系统中，提供一种控制所述微粒 过滤器的温度的方法。该方法包括如下步骤(a)操作所述发动机产生用以驱动车 辆的正曲轴动力的量；(b)搡作所述电机以使所述发动机上的负荷增加从而增加所 述发动机排气的温度；及(c)通过在所述微粒过滤器内的碳粒与发动机排气中包含 的二氧化氮发生燃烧的温度下使发动机排气通过所述微粒过滤器来再生所述微粒过
滤器o
除了传递动力至车轮所需的装置，该方法不要求再生DPF特有的装置。因为具有 双向能量存储装置，即蓄电池，该方法不需要限制发动机工作点以准确跟随驾驶员需 求。通过偏移发动机扭矩需求使其高于产生额定车轮扭矩所需的发动机扭矩，排气的 温度会增加。
该方法不影响排放，因为不包括后喷射；因此，大部分燃料燃烧在燃烧行程期间 发生。此外，系统效率基本上不受影响，因为喷射到发动机中的附加的燃料完全燃烧， 且一部分该附加的能量由电机吸收并用于对混合动力电动车辆上的蓄电池充电。
通过本文的详细描述、权利要求和附图，优选实施例的应用范围将变得显而易见。 应理解，虽然示出了本发明的优选实施例，但是描述和具体的示例仅用于说明而提供。 对所述实施例和示例的各种改变和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。
结合附图参考下文的描述将更易于理解本发明。
图1是HEV动力传动系统的实施例的示意图； 图2是第二 HEV动力传动系统的实施例的示意图； 图3是第三HEV动力传动系统的实施例的示意图；和 图4是第四HEV动力传动系统的实施例的示意图。
具体实施例方式
图l示出HEV动力传动系统IO,其包括诸如柴油发动机的内燃发动机12和电机 14,电机14优选地为起动机-发电机，且能够在发动机起动过程中转动发动机并能够 产生电能。电连接到电机M的蓄电池16存储电机产生的能量，及将能量传递至电机
以转动发动机。
微粒过滤器18包括入口 20,该入口 20连接到发动無12的排气歧管22,以及出 口 24,来自发动机的排气通过该出口 24离开微粒过滤器18并流入大气中。当动力 传动系统IO包括柴油发动机时，微粒过滤器18指的是柴油微粒过滤器(DPF)。
电机14的输入28通过连接器30传动连接到发动机曲轴26。电机14的输出32 通过传动轴34和轮轴36、 38传动连接到由传递至支撑车辆的车轮40、 42的扭矩表 示的道路负荷。附加的电机44,如电动马达，传动连接到电机的输出32并连接到传 动轴34。
电机14、 44中的至少一个用于相对于发动机产生的驱动车轮40、 42的输出扭矩 在发动机12上产生负扭矩。由于电机14、 44产生的负扭矩负荷，为了满足车辆驾驶 员关于车轮扭矩的需求，发动机12必须产生比产生所要求的车轮扭矩所需的扭矩更 大的扭矩量。除了道路负荷，电机14、 44在发动机12上产生的负荷导致流过排气歧 管22和DPF 18的排气的温度增加。当操作动力传动系统以加热和再生DPF 18，并 搡作电机14作为发电机以增加发动机12上的负荷时， 一些用于以较热的排气增加 DPF18的温度的能量被回收并以电机14的发电机产生的电能的形式存储在蓄电池16 中，从而增加电池充电状态(SOC)。
再生DPF 18之后，电机14加在发动机12上的负荷被消除或降低到名义上所要 求的扭矩或产生所要求的车轮扭矩所需的扭矩之下。发动机上的负荷的降低使排气的 温度降低，从而允许DPF 18冷却。
电机14和附加的电机44产生的负扭矩通过连接器30传递至发动机12。发动机 l2、电机14和附加的电机44产生的正扭矩通过传动轴34传递至车轮40、 42。
图2示出的动力传动系统的实施例中，电机14的输入28传动连接到发动机曲轴 26,而输出32传动连接到动力变速器50,该动力变速器50的输出52连接到附加的 电机44。
电机l4产生的负扭矩直接传递至发动机12,而附加的电机44产生的负扭矩通 过变速器50传递至发动机12。发动机12、电机14和附加的电机44产生的正扭矩通 过传动轴34传递至车轮40、 42。
图3示出的第三动力传动系统的实施例中，电机14的输入28传动连接到变速器 50的输出52,电机14的输出32传动连接到附加的电机44,而发动机曲轴26传动 连接到变速器50的输入。传动轴34连接附加的电机44的输出到车轮40、 42。
电机14和附加的电机44产生的负扭矩通过变速器50传递至发动机12。发动机 12产生的正扭矩通过变速器50传递至电机14，其正输出扭矩结合了发动机和附加的 电机44的正输出扭矩并通过传动轴34传递至车轮40、 42。
图4示出的动力传动系统的实施例中，发动机曲轴26传动连接到变速器50的输 入，变速器的输出52传动连接到诸如差速器机构的装置54,该装置传递动力至车轮
40、 42,而电机14的输出32通过装置54传动连接到车轮40、 42。
电机H产生的负扭矩通过变速器50传递至发动机12_发动机12产生的正扭矩 通过变速器50传递至车轮40、 42,而.电机14产生的正扭矩通过装置54传递至车轮 40、 42。
正扭矩是在从发动机12至车轮40、 42的方向中传递的扭矩。负扭矩是在从车轮 40、 42或电机14、 44中的一个至发动机的方向中传递的扭矩。
在每个实施例中，发动机12产生的扭矩由变速器50放大。优选地，变速器50 产生多级传动比，并是在工作传动比中产生级变的自动变速器、产生无级传动比的无 级变速器、在工作传动比中产生级变的无变矩器动力换挡变速器和手动变速器中的一 个。
除了从动力源，即发动机12、电机14和任何附加的电机44传递动力至车轮所 需的装置，动力传动系统IO不要求再生DPF 18特有的装置。
在DPF 18中捕集的微粒物质主要为具有一些吸收的碳氢化合物的碳粒。DPF 18 的再生在微粒过滤器内以两次化学反应发生。DPF 18内的碳粒参与第一反应与发 动机排气内包含的氧在约550匸(或者在具有燃料载运催化剂时在约360'C )下燃烧， 从而产生二氧化碳作为燃烧产物。为此，合适的燃料载运催化剂是掺有少量铁或锶， 或铁和锶两者，具有约200wt.ppm浓度的燃料。DPF 18内的碳粒可以参与第二反应 与发动机排气内包含的二氧化氣和氧在约230'C下燃烧，从而产生二氧化碳和一氧化 氮作为燃烧产物。
第一反应的反应物在柴油发动机排气中充足，因此是执行DPF再生的优选手段。 必须将第一反应的再生过程的温度小心地控制在约550 'C或当具有燃料载运催化剂 时，36(TC的目标温度附近。如果DPF的温度降得太低，则再生过程会过早地结東， 由于柴油发动机排气通常较低的温度，需要将大量的热能增加至DPF以重新起动再生 过程。如果DPF的温度太高，则在DPF中会不可控制地燃烧柴油微粒物质，从而快速 增加DPF的温度，并加快损坏或破坏DPF。因此，DPF的小心的热控对于有效、高效、 非破坏性的再生是关键。
根据专利法的规定，描述了优选实施例。然而，应注意，除了具体示出和描述的 实施例，可以实施替代的实施例。
权利要求
1.在包括具有从发动机排气中除去微粒物质的微粒过滤器的发动机和传动连接到所述发动机的电机的动力传动系统中，一种控制所述微粒过滤器的温度的方法包括如下步骤(a)操作所述发动机产生用以驱动车辆的正曲轴动力的量；(b)操作所述电机以使所述发动机产生的曲轴动力增加而所述发动机排气的温度高于参考温度；及(c)通过在增加的温度下使发动机排气通过所述微粒过滤器来再生所述微粒过滤器。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，步骤(b)还包括如下步骤 搡作所述电机作为发电机；及 在蓄电池中存储所述电机产生的电能。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤 通过搡作所述电机以使发动机负荷降低而降低所述发动机排气的温度；及 在降低的温度下使发动机排气通过所述微粒过滤器。
4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤 操作所述电机以产生正扭矩； 将所述电机产生的正扭矩传递至负荷；及减少所述发动机产生的所述正曲轴动力的量。
5. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤搡作所述电机作为电动马达； 使用来自蓄电池的电能以驱动所述电机；及 将所述电机产生的正扭矩传递至负荷。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括减少所述发动机产生的所述正曲轴动力的量的步骤。
全文摘要
本发明涉及再生混合动力电动车辆中的发动机排气微粒过滤器。在包括具有从发动机排气中除去微粒物质的微粒过滤器的发动机和传动连接到发动机的电机的动力传动系统中，一种控制微粒过滤器的温度的方法包括操作发动机产生用以驱动车辆的正曲轴动力的量，通过操作电机增加发动机上的负荷以增加发动机排气的温度，并通过在增加的温度下使发动机排气通过微粒过滤器来再生微粒过滤器。
文档编号F01N3/021GK101357584SQ20081014558
公开日2009年2月4日 申请日期2008年7月30日 优先权日2007年8月1日
发明者伊哈勃·S·索里曼, 安德鲁·J·西尔韦里, 法扎尔·U·塞德, 迪帕克·阿丝瓦尼, 马休·A·博伊斯奇, 马克·S·山崎 申请人:福特环球技术公司