CN105189181A - 包括电力收集器的车辆推进系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种车辆推进系统，该车辆推进系统包括：燃烧发动机(11)、连接到燃烧发动机(11)的排气后处理系统(10)和用于在车辆驾驶期间间歇地从外部供电轨道(2)收集电力的电力收集器(3)。车辆推进系统包括加热系统，该加热系统被布置为加热排气后处理系统(10)的至少一个组件(12、13、14)和/或燃烧发动机(11)。电力收集器(3)被布置用于当从外部供电轨道(2)收集电力时将电力供给加热系统。

Description

包括电力收集器的车辆推进系统
技术领域
本公开涉及一种非有轨车辆推进系统，该系统包括燃烧发动机、连接到燃烧发动机的排气后处理系统和用于在车辆驾驶期间从外部供电轨道间歇地收集电力的电力收集器。本公开还涉及一种用于借助电加热系统来加热车辆排气后处理系统的至少一个组件和/或车辆推进系统的燃烧发动机的方法。车辆推进系统和相应的方法可以在许多类型的公路车和越野车中实施，诸如货车、公共汽车、轿车、工程车辆等。
背景技术
公知的是，混合式电动车辆设置有电力收集器，电力收集器被布置为在车辆驾驶期间连接到外部供电轨道，用于从所述外部供电轨道提取电力。这种装置诸如从US5582262知悉。这种类型的车辆推进系统具有如下优点：当沿着具有供电轨道的行驶路径驾驶时能够从外部源获得相对低成本的电能，但不束缚于供电轨道的有限的可利用性。由于在车辆驾驶期间与供电轨道的滑动连接性，也降低了复杂的和昂贵的电池组的需求。
然而，带有电力收集器的现有技术车辆推进系统尚未被充分开发并且能够进一步提高性能。
发明内容
本公开的目的是提供包括电力收集器的非有轨车辆推进系统，该电力收集器用于从具有改进的性能的供电轨道收集电力。此目的由独立权利要求的特征实现。
本公开涉及车辆推进系统，该车辆推进系统包括：燃烧发动机、连接到燃烧发动机的排气后处理系统和用于在车辆驾驶期间从外部供电轨道间歇地收集电力的电力收集器。
本公开的特征在于，车辆推进系统包括加热系统，该加热系统被布置为加热排气后处理系统的至少一个组件和/或燃烧发动机；并且电力收集器被布置用于当从外部供电轨道收集电力时，将电力供给加热系统。
当车辆推进系统由来自供电轨道的电能提供动力时，为了提高燃料效率，可停止车辆推进系统的燃烧发动机的操作。然而，由于燃烧发动机的停止操作，燃烧发动机和排气后处理系统冷却。当车辆推进系统在达到供电轨道的末端而随后必须再次切换到燃烧发动机推进时，排气后处理系统可呈现低于其正常工作温度的温度，使得降低性能。相似地，为了获得更具成本效益的整体推进系统的目的，可只有达到一定的道路倾斜度时选择车辆推进系统的电牵引机的最大动力输出足够作为唯一动力源，但是在爬更大的道路倾斜度期间需要来自燃烧发动机的额外的推进动力。而且这种系统在发动机起动时将因而潜在地经受排气后处理系统的组件和/或燃烧发动机的低温。
从停止的冷发动机至带有显著负荷的运行的发动机的突然切换就服役需求而言对发动机可能具有有害影响。具有冷润滑油的冷发动机未呈现和热润滑油一样的良好的润滑性能，由此缩短轴承、活塞、气缸等的寿命。如果在高负荷下操作发动机并且带有冷润滑油，可能损坏的发动机的其它组件是油泵和油过滤器，该油泵和油过滤器可能未被定尺寸为经受由冷润滑油的高粘度引起的提高的压力。
现代的基于催化的排气后处理系统常常高度依赖于具有一定的操作温度以实现足够的催化过程。例如，用于减少NOx排放物的选择性催化还原(SCR)的使用在汽车工业内是普遍的，最常见的技术是使用尿素(NH2CONH2)作为氨(NH3)的先质，通过将NOx和氨(NH3)的混合物转换成氮气(N2)和水(H2O)，用于NOx排放物的催化除去。然而，SCR催化器的NOx减少效率具有双重温度依赖性，限制在低温排气状况期间的效率。用于NOx除去的催化反应的反应速率依赖于温度，活性温度窗口一般开始于诸如150℃的催化温度，还依赖于原料气NOx排放物的NO：NO2的比率。而且，在使用尿素作为用于SCR的还原剂的情况下，分解反应即尿素的热解和水解以产生气态氨和二氧化碳高度地依赖于温度。如果在SCR催化器上游的排气温度低于一定水平诸如200℃，存在不完全的尿素分解的风险，因而限制NOx除去效率。还存在通过聚合反应形成不需要的固体副产物的风险，引起SCR催化器阻塞和排气后处理系统的增加的背压。显然，从停止的发动机和冷的排气后处理系统到运行的发动机的突然切换将暂时导致高NOx排放水平，直到排气后处理系统的工作温度已经达到足够高的温度，诸如约150-200℃。
可以以如下方式有效地解决冷发动机和/或冷排气后处理系统的问题：车辆推进系统包括加热系统，该加热系统被布置为加热排气后处理系统的至少一个组件和/或燃烧发动机。车辆推进系统的电力收集器被布置用于当从外部供电轨道收集电力时将电力供给加热系统用于具有成本效益的加热。
在加热系统不由来自外部供电轨道的电能提供动力的情况下，因为排气后处理系统的工作温度会低于阈值，在一定初始时间段期间，排气减排性能可能低。可替代地，为了加热发动机和排气后处理系统的目的，在达到外部供电轨道的末端之前，燃烧发动机必须在燃烧模式下操作一定的时间段，由此导致降低的燃料经济性能。因此，提供由来自外部供电轨道的电能提供动力的电加热系统引起车辆推进系统的改进的性能。
本公开还涉及用于借助加热系统加热车辆排气后处理系统的至少一个组件和/或车辆推进系统的燃烧发动机的方法，其中，车辆推进系统包括电力收集器，该电力收集器用于在车辆驾驶期间从外部供电轨道间歇地收集电力。方法包括当从外部供电轨道收集电力时将来自电力收集器的电力供给加热系统的步骤，由此使改进的性能成为可能。
进一步的优点由实施从属权利要求的一个或数个特征来实现。
车辆推进系统可包括用于推进混合动力电动车辆的电牵引机，并且燃烧发动机的操作可被配置用于在车辆驾驶期间当从外部供电轨道收集电力时，在该时间的至少一部分期间停止。通过在从供电轨道收集电能期间主要使用电牵引机作为推进装置并且保持燃烧发动机在停止、静止模式，可实现显著的燃料节约和减排。
车辆推进系统可包括车辆相对位置确定装置，该车辆相对位置确定装置被布置为确定相对于供电轨道可用性的车辆位置。车辆相对位置确定装置可主要地布置为将当前的地理的车辆推进系统位置与关于地理的供电轨道装置的存储的数据比较，并且根据其确定相对于当前选择的行驶路径的供电轨道可用性的当前和未来的车辆位置。可能地，车辆相对位置确定装置还可或可替代地包括一些类型的专用短距离通信装置，该通信装置位于车辆推进系统上并且至少部分地沿着供电轨道，用于在不了解当前地理位置的情况下局部地实时确定外部供电轨道在当前车辆位置处是否可用。
电力收集器可被布置为在与供电轨道的电导体滑动接触的同时或通过在电力收集器和供电轨道之间的电感非接触耦合来收集电力。滑动接触可由使供电轨道定位成嵌入地面中、或在地面上方但是邻接地面、或在用于驾驶的道路或行驶路径上方的提高的位置来实现。电感耦合可由将电导体设置在地面中或地面上、或在车辆的任何一侧来实现。滑动接触一般地呈现比电感耦合更高的电力传输效率因子，但是也呈现对电力收集器性能更高的需求、更高的磨损和更高的维护要求。
加热系统可被布置为借助至少一个电加热器来加热排气后处理系统的至少一个组件和/或燃烧发动机，该电加热器包括至少一个电阻部件，该电阻部件被布置为将电能转换成热。使用电阻部件的电加热器是具有成本效益并且是用于加热的可靠的解决方案。电阻部件一般地也相对小，使紧凑的安装成为可能。
电阻部件可被固定到排气后处理系统的至少一个组件和/或燃烧发动机，并且被布置为直接将热传导至排气后处理系统的至少一个组件和/或燃烧发动机。这样的设计解决方案使具有当前排气后处理系统布置的少量修改的紧凑的安装成为可能。排气后处理系统的服役和维修也未被负面影响到显著的程度。电阻部件可包括金属丝或金属带或陶瓷材料。线、带或陶瓷材料可被附接到组件的外表面以进行加热，或被嵌入在组件内。陶瓷材料可像这样形成该组件的组件以进行加热，或可被层压到该组件的材料部分。
至少一个电阻部件可被布置为加热流体传热介质诸如空气，并且流体传热介质可被布置为加热排气后处理系统的至少一个组件和/或燃烧发动机。电阻部件因此可从组件间隔开，并且热载体诸如空气，将热从电加热器携带到发动机和/或排气后处理系统的组件。这实际上可以以许多方式解决。例如，排气后处理系统的至少一个组件和/或燃烧发动机可由限定壳体和排气后处理系统的至少一个组件和/或燃烧发动机之间的至少一个腔的共用的或单独的壳体大体上包围，该至少一个腔可由流体传热介质填充。典型地，在腔内的或供给到腔的加热的空气可从而加热排气后处理系统的组件和/或燃烧发动机。可替代地，排气后处理系统可包括至少一个流动汇接件，用于允许加热的流体传输介质进入排气后处理系统的至少一个组件内部。更加可替代地，加热的流体传输介质的流动可被简单的引导朝向排气后处理系统的至少一个组件和/或燃烧发动机的外表面。
控制单元可被布置为根据确定的车辆相对位置来控制加热系统的操作。这样使排气后处理系统的至少一个组件和/或燃烧发动机的许多替代智能加热策略成为可能，由此使改进的能量效率、性能和减少的排放成为可能。例如，控制单元可被布置为，通过在车辆推进系统将达到外部供电轨道的末端和关联组件或燃烧发动机的当前温度之前的估计的时间段，或者仅仅在将重新起动燃烧发动机之前的估计的时间段来协调加热系统的操作。加热系统的该协调操作使组件或燃烧发动机能够在达到外部供电轨道末端时呈现预定的目标温度。因此根据在燃烧发动机被认为重新起动之前的剩下的估计的时间以及当前温度和目标温度之间的温度差异来计算电加热系统的开始时间和功率输出。可使用存储的查找表或类似物用于计算所需的加热时间。
根据另一个示例，如果在车辆推进系统将达到外部供电轨道的起始之前的估计的时间段在预定的时间窗内，电加热系统根据确定的车辆相对位置的控制可使排气后处理系统的排气颗粒过滤器PF的计划的基于燃料的再生的延迟成为可能，并且随后，当电力收集器从供电轨道收集电力时，执行排气颗粒过滤器的基于电的再生。基于电的再生可由单独使用电加热系统或结合传统的加热来实现，诸如通过将未燃烧的碳氢化合物供给到排气系统实现的增加的废气温度。通过延迟排气颗粒过滤器的计划的基于燃料的再生并随后使用电加热系统用于再生，引起提高的燃料经济性和降低的成本。
车辆推进系统可包括控制单元，该控制单元被布置为根据关联组件或燃烧发动机的当前温度来控制加热系统的操作。加热策略容易被实施并且不需要关于在达到供电轨道的末端之前剩下的时间间隔或在燃烧发动机重新起动之前的估计的时间段的信息。相反，加热系统可被控制以恒定地保持组件或燃烧发动机在预定的水平以上，这使在达到供电轨道末端时有效的排气后处理系统功能和发动机操作成为可能。借助定位在关联组件或燃烧发动机上、其内和/或邻接其的至少一个温度传感器，控制单元可诸如确定关联组件或燃烧发动机的当前温度。
加热系统可被布置为当从电力收集器供给电力时在预定的功率水平上恒定地操作。这样的加热策略容易被实施并且不需要关于在燃烧发动机重新起动前剩下的时间间隔的信息，并且也不需要关于关联组件或燃烧发动机的当前温度的信息。
本公开还涉及用于借助电加热系统加热车辆排气后处理系统的至少一个组件和/或车辆推进系统的燃烧发动机的相应的方法。
附图说明
在下面给出的本公开的详细的描述中，参照了下列附图，其中：
图1A示出电连接到高架的供电轨道的车辆；
图1B示出电连接到嵌入的供电轨道的车辆；
图2-图5示出用于借助来自供电轨道的电力的排气后处理系统和发动机的组件的电加热的替代解决方案；
图6示出带有具有供电轨道装置的区段的示例性的行驶线路；
图7示意地示出加热策略；
图8示意地示出用于在离开供电轨道时获得目标组件和/或发动机温度的加热策略；
图9示意地示出用于延迟计划的微粒过滤器PF和执行基于电的微粒过滤器的策略。
具体实施方式
在下文中将结合附图描述本公开的各个方面以示出并且不限制本公开，其中，相同的附图标记指示相同的元件，并且发明方面的变型不受限于具体示出的实施例，但是可适用在本公开的其它变型上。
图1A示出能够有利地实现本公开的典型示例。具有混合动力电动推进系统的非有轨车辆1诸如货车被示出借助固定到车辆1的电力收集器3，滑动连接到外部供电轨道2。供电轨道2在车辆1的全部行驶路径上通常是不可用的，并且车辆1的电力收集器因此必须被配置用于在其中供电轨道2是可用的行驶路径的那些分段上从供电轨道2间歇地收集电力。电力收集器3被配置用于在车辆的驾驶和静止期间从外部供电轨道收集电力。电力收集器3被进一步优选地布置成在车辆1的驾驶和静止两者期间从外部供电轨道2开始和结束电力收集。供电轨道包括至少两个分开的导体用于将直流电(DC)或交流电(AC)供给车辆。如在图1A中，当供电轨道2位于车辆上方时，可将电力收集器3设计为导电架。并排布置的两个分开的导电架可以被布置成单独接触两个分开的导体中的一个。
在图1B中示出了供电轨道2的替代布置，其中供电轨道2设置为嵌入在公路中，并且其中在安装在车辆1下方的电力收集器3和供电轨道2之间可建立滑动电接触。这种解决方案具有相对低廉的安装成本，是稳固的并且使得所有类型的车辆不论车辆的高度能够连接到供电轨道。然而，本公开还包括其它供电轨道解决方案，诸如供电轨道位于车辆1的侧向。相似地，电力收集器3可以可替代地布置成通过在电力收集器和位于例如嵌入地面的供电轨道之间的电感耦合来收集电力。电感耦合是基于电磁场来在两个物体之间传输能量。能量通过电感耦合被发送到电气装置，电气装置能够继而使用该能量来推进车辆推进系统。一个或更多个补充的电气负载诸如一个或更多个电动压缩机、空调系统、充电电池等可另外用来自供电轨道的电力供电。
车辆1的混合动力电动推进系统包括燃烧发动机，该燃烧发动机具有连接至其的排气后处理系统以及具有至少一个电牵引机。车辆推进系统被配置为，当推进系统在非收集模式下即当车辆1不从供电轨道2收集电力时操作燃烧发动机，并且在收集模式下即当车辆的电力收集器从供电轨道2收集电力时操作至少一个电牵引机。
如图2所示，将更详细地描述当应用于用于柴油发动机11的排气后处理系统10的典型示例的本公开。示例性的排气后处理系统10包括柴油氧化催化器(DOC)12、柴油微粒过滤器(DPF)13和选择性催化还原(SCR)催化器14。在具有多种类型的催化器的组合组合排气后处理系统中，常常有利的是将柴油氧化催化器12和柴油微粒过滤器13定位在SCR催化器14上游，因为柴油氧化催化器12的温度需要在一般称为点火温度的一定阈值水平之上，以实现对于CO和HC的转化以及NO到NO2的氧化的激活。而且，柴油微粒过滤器13常常定位在SCR催化器14上游，因为相比于使用氧气作为氧化剂的再生，使用废气中的二氧化氮NO2作为氧化剂使柴油颗粒过滤器13的再生能够在相对低的温度水平(例如250-450℃)，由此引起更少的催化器组件的热降解和更低的燃料经济性损失。另外，更低的排气温度使对于在SCR催化器14中的NOx排放的下游减少的更大的效率成为可能。然而，本公开还包括其它排气后处理系统布置，诸如选择另一个内部次序，或具有额外的或更少组件的排气后处理系统。
排气后处理系统10的组件12、13、14和发动机11通过排气管的分段15来互连，但是一些组件可以相同地以组合单元制造，例如柴油机柴油氧化催化器12和柴油微粒过滤器13。用于SCR催化器14的试剂注入系统23可用在SCR催化器14上游。然而，排气后处理系统10的许多其它布置被包括在本公开的范围内，诸如具有用于汽油动力车辆或由替代燃料诸如天然气或沼气提供动力的车辆的传统的三元催化器的布置。
车辆推进系统包括加热系统，该加热系统被布置为加热排气后处理系统的至少一个组件12、13、14和/或燃烧发动机11。本公开包括许多替代加热系统解决方案，用于使组件和/或燃烧发动机的期望的加热成为可能。图2中所示的加热系统解决方案包括一个电加热器16，该电加热器16被应用于排气后处理系统10的每个组件12、13、14上，以及发动机11上。电加热器16在图2中被描绘为布置为将电能转换为热的电阻丝或电阻带。电阻丝或电阻带可被固定到组件12、13、14或发动机11的外表面，或嵌入其中。发动机的电阻丝或电阻带可被布置为加热形成发动机的气缸的金属缸体和/或更具体地发动机11的润滑油储存器。根据替代，电加热器16可由陶瓷加热器形成。陶瓷电加热器可以各种形式成形并且可例如形成排气后处理系统10的组件12、13、14的一部分，例如组件12、13、14和/或发动机的外壳部件，或嵌入其中的部件。
可经由共用的电接线盒18从电力收集器3将电力供给到每个电加热器16，共用的电接线盒18可由控制单元17控制。而且，推进系统的电牵引机(未示出)可经由包括高功率电子组件的接线盒18供电。控制单元17被配置为控制每个电加热器16的定时和功率水平。此外，控制单元17可从GPS接收器20接收车辆的当前地理定位信息。控制单元17还能使用存储的关于地理的供电轨道装置的数据，使得其考虑当前地理位置能够计算与供电轨道可用性相关的当前车辆位置。存储的数据可存储在车辆上的存储装置21中。可替代地或组合地，存储的数据被存储在固定服务器等上，并且使得通过通信装置诸如远程信息处理是可用的。关于地理的供电轨道装置的位置的存储的数据可从供应商提供，或由在记录供电轨道的第一次期间记录到供电轨道可用性的自学习系统简单地收集。多个车辆随后还可内部地分享所记录的供电轨道的地理位置。而且，在了解未来行驶路径的情况下，控制单元17也能够计算关于供电轨道可用性的未来的车辆位置。系统可进一步包括专用短距离通信装置22，用于与供电轨道装置通信，用于确定外部供电轨道2在当前车辆位置处是否可用。
控制单元17可根据发动机和排气后处理系统的若干不同的温度传感器的输出信号来控制电加热系统的操作。在位于燃烧发动机11和柴油氧化催化器12之间的排气管分段15内的气体温度可由第一温度传感器T1测量。在位于柴油氧化催化器12和柴油颗粒过滤器13之间的排气管分段15内的气体温度可由第二温度传感器T2测量。在位于柴油颗粒过滤器13和SCR催化器14之间的排气管分段15内的气体温度可由第三温度传感器T3测量。在位于SCR催化器14下游的排气管分段15内的气体温度可由第四温度传感器T4测量，并且发动机缸体、设有油储存器的发动机润滑油或冷却液的温度可由第五温度传感器T5测量。
排气后处理系统的组件的温度可例如被计算为进入组件和离开组件的废气的测量温度的平均值。可替代地，进入或离开组件的废气的测量温度可代表组件其自身的温度。更或者，单个的温度传感器可直接地定位接触于组件的外部或内部用于直接地测量其温度(未示出)。甚至更或者，可使用排气后处理系统10的数学模型以及定位在发动机或排气后处理系统的至少一个温度传感器的测量温度来计算每个组件和发动机的温度。第五温度传感器T5的温度输出可代表发动机温度。
图3对应于图2的推进系统的简化示例，其中，未示出像温度传感器信号电缆、控制单元17、电力收集器3、试剂注入系统23等细节。然而，图3的推进系统在除了用于排气后处理系统10的组件12、13、14的电加热器类型之外的所有方面对应于图2的推进系统。在图3中，陶瓷加热器16用于加热组件12、13、14。组件的外壳可以是例如陶瓷加热器材料的形式，或者陶瓷加热器的层被放置在组件12、13、14的外部或内部上。
在图2和图3中示出的发动机和排气后处理系统的加热系统在不偏离本公开的情况下可在很大程度上变化。例如，排气后处理系统的每个组件或至少子组的组件可呈现单个的控制单元和/或单个的接线盒用于控制所述组件的温度。而且，不是排气后处理系统10的所有组件12、13、14或发动机可由电加热器16加热。而是可加热仅仅最关键的组件例如SCR催化器14，由于其强温度依赖的NOx还原性能。而且，可实现陶瓷加热组件和/或发动机与电阻丝加热组件和/或发动机的组合。
在图4中示出加热系统的进一步变型，其中排气后处理系统10的组件12、13、14大体由限定在壳体40和排气后处理系统10之间的腔41的共用的壳体40包围。在腔41内的空气可由电加热器16例如电阻丝加热，并且加热的空气然后可将热供给到排气后处理系统的组件12、13、14的外部。可根据由被布置为测量在腔41内的流体传热介质的温度的温度传感器T6提供的测量温度来计算排气后处理系统的组件的温度。控制单元17(未示出)被布置为根据组件12、13、14的计算温度来控制加热器16连同接线盒一起的操作。而且，这里有许多可能的替代设计解决方案诸如将仅仅单个组件或组件的子组包围在壳体内、提供多个壳体每个保持不同的组件、加热在腔或多个腔内的流体传热介质、或将加热的流体传热介质供给到腔或多个腔。相似地，排气后处理系统的组件的温度可以可替代地借助前述的第一至第五温度传感器T1-T5来计算。更加可替代地，在有/没有来自温度传感器的输入数据的情况下，排气后处理系统的单个组件和/或发动机的温度可使用系统和发动机的数学模型来估计。
在图5中示出加热系统的更进一步变型，其中，排气后处理系统包括流动汇接件50，该流动汇接件50在排气后处理系统的每个组件的上游。电加热装置51包括用于产生流动的风扇52，和连接到接线盒18用于加热流体传热剂的电加热器16。因此，空气可由风扇52吸入进口53，由电加热器16加热，并且随后被供给到在每个组件12、13、14上游的排气管分段15。流动汇接件50使流体传热介质能够进入排气后处理系统的组件内部，由此从内部加热组件。流动控制装置(未示出)可被设置在每个流动汇接件处用于防止废气进入流体传热剂的供给管54。排气后处理系统10的组件12、13、14的温度可基于前述的第一至第四温度传感器T1-T4的测量温度而受控制流体传热剂从电加热装置51的供给的控制单元控制。而且，这里有许多可能的替代设计解决方案，诸如经由单个流动汇接件50加热一个或更多个组件，根据在供给管54中的流体传热剂的测量温度来计算组件12、13、14的温度、提供多个电加热装置51每个经由单独的供给管连接到排气后处理系统10、使用车速代替风扇52作为流动发生器。更多的是，可提供闭环加热系统，其中离开一个组件例如最远的下游组件的流体传热剂(诸如空气/废气混合物)在第一流动汇接件处被重新引导朝向电加热装置并随后被加热和引导至在第一流动汇接件上游的第二流动汇接件处，使得基本上相同的流体传热装剂在其加热期间通过排气后处理系统循坏并且不需要进口53。这里注意，图4和图5两者都示出图2的简化的排气后处理系统型式。图2-图5的不同加热设计的许多替代组合是可能的，使得例如排气后处理系统的至少一个组件由电线或陶瓷加热器加热，并且至少一个组件由壳体包围等。
在下文将参照图6并结合示例性的加热策略描述车辆推进系统的功能和用于加热车辆排气后处理系统的至少一个组件和/或车辆推进系统的燃烧发动机的方法的示例。图6示出对于具有根据箭头64的行驶方向的车辆的典型行驶路径60。行驶路径60包括指示供电轨道区段63的起始的第一地理点61，和指示供电轨道区段63的末端的第二地理点62。可按照维度和经度或用于确定绝对地理位置的相似系统来限定第一地理点61和第二地理点62。供电轨道区段63的长度可在很大程度上变化，但是为使系统带来任何显著改进的性能，可能将不短于约500米。具有数公里至数十公里的长度的供电轨道区段63被认为是合适的。
更不复杂的车辆相对位置确定装置可仅确定在当前车辆位置处的供电轨道可用性，即，不必考虑车辆的当前地理位置。因此，在不了解未来供电轨道可用性的情况下，这种类型的车辆相对位置确定装置能够检测何时供电轨道是可用的和不可用的。车辆相对位置确定装置可例如包括至少一个传感器装置，该传感器装置能够检测供电轨道的存在。传感器装置可例如包括用于视觉地识别供电轨道的一个或更多个摄像头、对磁场敏感的传感器装置和雷达单元。传感器装置可替代地可以是与供电轨道装置交互的专用短距离通信装置。在图6中，具有这种类型的车辆相对位置确定装置并在箭头64的方向上行驶的车辆推进系统将首先当达到第一地理点61时确定供电轨道的可用性。响应于该检测，车辆推进系统将使用电力收集器3开始从供电轨道收集电力。此后，燃烧发动机将被停止并且车辆推进系统主要由电牵引机推进。此后，当经过第二地理点62时，车辆相对位置确定装置将确定缺少供电轨道，并且响应于此，燃烧发动机将被起动并且车辆推进系统由燃烧发动机推进。如果车辆推进系统包括蓄电系统，车辆推进系统可在达到供电轨道末端后在一定时间段内同样由电牵引机推进，以至少允许燃烧发动机起动并且准备重新开始用作主要推进源。
在图7中示意地示出了使用上述车辆相对位置确定装置的加热策略，并且可包括当电力收集器从外部供电轨道收集电力时加热系统在预定的功率水平上的恒定操作，该加热策略可被称为升温保持(warmholding)。该加热策略不依赖于任何温度传感器或供电轨道可用性的了解。预定的功率水平可被合适地选择以确保加热组件和/或发动机将不会在发动机起动时降低到引起性能不足的温度水平之下。在加热策略的第一步骤71中，确定是否从外部供电轨道收集电力。如果是，在第二步骤72开始升温保持功能，该功能包括组件12、13、14和/或发动机11的电加热。当在第三步骤73中确定电力收集停止时，在第四步骤74中停止升温保持功能。
加热策略可以被布置为当控制组件12、13、14和/或发动机11的加热时，额外考虑排气后处理系统的组件和燃烧发动机的当前温度。该加热策略不会加热组件/发动机超过所需，由此引起更具成本效益和环境友好的加热策略，其例如不加热足够热的组件/发动机，并因此考虑组件和/或发动机的依赖环境的冷却速率。
在更先进而且更有效的加热策略中，车辆相对位置确定装置能够对于未来一定时间段确定相对于供电轨道可用性的车辆位置。例如，车辆的专用短距离通信系统(DSRC)可与电力轨道装置通信用于提供关于距电力轨道的起始和/或末端的距离的预测信息。在沿着在供电轨道区段63之前的行驶路径60的至少一个通信点65可提供关于距供电轨道的起始点61和/或末端点62的长度的信息。可替代地，车辆相对位置确定装置能够对于全部计划的行驶路径确定相对于供电轨道可用性的车辆位置。这可以通过如下方式实现：例如根据驾驶员输入，确定车辆的全部计划的行驶路径，根据全球定位系统(GPS)或相似的系统确定当前的车辆地理位置，并且使用关于供电轨道装置的地理位置的存储的数据。利用对于未来一定时间段的关于相对于供电轨道可用性的车辆位置的信息，控制单元可被布置为根据该信息来控制加热系统的操作。作为GPS和DSRC的替代，可实施基于行驶路径特征的行驶路径识别，或使用射频识别(RFID)技术或相似的发射机/应答机技术。
在图8中示意地示出这样的加热策略。在电力收集模式，控制单元可被布置为，为了使关联组件或燃烧发动机在达到外部供电轨道的末端时能够达到预定目标温度，用车辆推进系统将达到外部供电轨道的末端之前剩下的估计时间段协调起始点和加热系统的功率水平。加热策略包括第一步骤81，该第一步骤81估计执行发动机的重新起动之前的时间段；并且将此估计的时间段与加热组件12、13、14和/或发动机11至少达到预定的最小温度水平所需的预定的时间窗比较。优选地，在估计期间还考虑关联组件或燃烧发动机的当前测量温度，使得相对热的组件12、13、14和/或发动机11的加热被相对较晚地开始。如果估计的时间段短于预定的时间窗，或短于加热组件12、13、14和/或发动机11达到预定的温度水平所必要的估计的时间段，那么在第二步骤82开始加热。与图7的加热策略相似，在步骤83中确定不再收集电力，由此在第四步骤84中停止加热功能。参照图6，车辆可能已经经过供电轨道部分63的起始点61，并且在与燃烧发动机在停止模式下有关的模式下操作。在了解距末端点62的长度、当前车速和组件12、13、14和/或发动机11的测量温度数据的情况下，控制系统可决定在中间的地理点66处开始组件和/或发动机的加热，使得当车辆达到末端点62时组件12、13、14和/或发动机将呈现预定的目标温度。
相似地，在电牵引机不能单独提供足够推进动力的情况下，例如由于电牵引机的不足够的最大输出动力或从外部供电轨道到电牵引机的不足够的电力传输能力，燃烧发动机可能需要重新起动并且暂时用作补充的推动源，例如在行驶路径的某些上坡分段期间。控制单元然后可被布置为协调起始点和加热系统的功率水平，用于使排气后处理系统的组件或燃烧发动机在重新起动燃烧发动机时能够达到预定的目标温度。因此可能需要行驶路径高程数据以确定可能需要燃烧发动机的重新起动的地理点。可有利地提供额外的数据诸如当前的车辆总重量以改进起始点和加热系统的功率水平的计算。
排气颗粒过滤器的基于电的再生也是本公开的有利的方面。在图9中结合图6示意地示出再生策略。在车辆达到供电轨道区段63的起始点61之前，其在非收集模式下操作，并且燃烧发动机在工作状态下。在了解距起始点61的长度的情况下，控制单元可被布置为延迟排气后处理系统的排气颗粒过滤器的计划的基于燃料的再生。在策略的第一步骤91中，延迟可由确定车辆推进系统将达到外部供电轨道的起始处之前的估计的时间段是否在预定的时间窗内来实现。如果此调查是肯定的，将作为第二步骤92延迟再生。在第三步骤93中，当确定收集了来自供电轨道的电力时，推进系统将执行排气颗粒过滤器的基于电的再生作为第四步骤94，由此节省燃料。
在权利要求书中提及的参考标记不应该认为是限制由本权利要求书保护的事项的范围，并且它们的唯一功能是使权利要求书更容易理解。如将认识到，本公开能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都不脱离所附权利要求的范围。因此，附图和其描述被认为在本质上是示例性的，而不是限制性的。

Claims (33)

1.一种车辆推进系统，包括：燃烧发动机(11)；连接到所述燃烧发动机(11)的排气后处理系统(10)；以及，电力收集器(3)，所述电力收集器(3)用于在所述车辆的驾驶期间从外部供电轨道(2)间歇地收集电力；其特征在于，所述车辆推进系统包括加热系统，所述加热系统被布置为加热所述排气后处理系统(10)的至少一个组件(12、13、14)和/或所述燃烧发动机(11)，并且所述电力收集器(3)被布置用于当从所述外部供电轨道(2)收集电力时，将电力供给所述加热系统。
2.根据权利要求1所述的车辆推进系统，其特征在于，所述车辆推进系统包括电牵引机，所述电牵引机用于混合动力电动车辆的推进，并且所述燃烧发动机(11)的操作被配置用于在所述车辆的驾驶期间，在从所述外部供电轨道(2)收集电力时的至少一部分时间期间停止。
3.根据权利要求1或2所述的车辆推进系统，其特征在于，所述车辆推进系统包括车辆相对位置确定装置，所述车辆相对位置确定装置被布置为确定相对于供电轨道(2)的车辆位置。
4.根据任何前述权利要求所述的车辆推进系统，其特征在于，所述电力收集器(3)被布置为，在与所述供电轨道(2)的电导体滑动接触的同时或通过在所述电力收集器(3)和所述供电轨道(2)之间的电感耦合，来收集电力。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆推进系统，其特征在于，所述加热系统被布置为借助至少一个电加热器(16)来加热所述排气后处理系统(10)的所述至少一个组件(12、13、14)和/或所述燃烧发动机(11)，所述至少一个电加热器(16)包括至少一个电阻部件，所述至少一个电阻部件被布置为将电能转换成热。
6.根据权利要求5所述的车辆推进系统，其特征在于，所述至少一个电阻部件被固定到所述排气后处理系统(10)的所述至少一个组件(12、13、14)和/或所述燃烧发动机(11)，并且被布置为将热直接传导至所述排气后处理系统(10)的所述至少一个组件(12、13、14)和/或所述燃烧发动机(11)。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的车辆推进系统，其特征在于，所述至少一个电阻部件包括金属丝或金属带、或陶瓷材料。
8.根据权利要求1或权利要求4所述的车辆推进系统，其特征在于，所述加热系统被布置为加热诸如空气的流体传热介质，并且所述流体传热介质被布置为加热所述排气后处理系统(10)的所述至少一个组件(12、13、14)和/或所述燃烧发动机(11)。
9.根据权利要求8所述的车辆推进系统，其特征在于，所述排气后处理系统(10)的所述至少一个组件(12、13、14)和/或所述燃烧发动机(11)由共用的或单独的壳体(40)大体上包围，所述壳体(40)限定了至少一个腔(41)，所述至少一个腔(41)位于所述壳体(40)与所述排气后处理系统(10)的所述至少一个组件(12、13、14)和/或所述燃烧发动机(11)之间，所述至少一个腔(41)由所述流体传热介质填充。
10.根据权利要求8或9中的任一项所述的车辆推进系统，其特征在于，所述排气后处理系统(10)包括至少一个流动汇接件(50)，所述流动汇接件(50)用于允许流体传热介质进入所述排气后处理系统(10)的所述至少一个组件(12、13、14)内部。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆推进系统，其特征在于，控制单元(17)被布置为基于所确定的车辆相对位置来控制所述加热系统的操作。
12.根据权利要求11所述的车辆推进系统，其特征在于，所述控制单元(17)被布置为，一旦在所述车辆的驾驶期间已经停止所述燃烧发动机(11)的操作，为了使得所述关联组件(12、13、14)或燃烧发动机(11)在重新起动所述燃烧发动机的操作时能够达到预定目标温度，用直到所述燃烧发动机被估计重新起动操作为止的估计时间段，来协调所述加热系统的操作。
13.根据权利要求12所述的车辆推进系统，其特征在于，所述控制单元(17)被布置为，还用所述排气后处理系统(10)的所述关联组件(12、13、14)或燃烧发动机(11)的当前温度，来协调所述加热系统的操作。
14.根据权利要求11-13中的任一项所述的车辆推进系统，其特征在于，所述控制单元(17)被布置为，如果直到所述车辆推进系统将开始从所述外部供电轨道(2)收集电力为止的估计时间段是在预定时间窗内，就延迟所述排气后处理系统(10)的排气颗粒过滤器(13)的计划的基于燃料的再生，并且随后当所述电力收集器(3)从所述供电轨道(2)收集电力时，执行所述排气颗粒过滤器(13)的基于电的再生。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆推进系统，其特征在于，所述车辆推进系统包括控制单元(17)，所述控制单元(17)被布置为，基于所述排气后处理系统(10)的所述关联组件(12、13、14)或燃烧发动机(11)的当前温度，来控制所述加热系统的操作。
16.根据权利要求15所述的车辆推进系统，其特征在于，所述控制单元(17)被布置为，借助至少一个温度传感器(T1、T2、T3、T4、T5、T6)来确定所述排气后处理系统(10)的所述关联组件(12、13、14)或燃烧发动机(11)的所述当前温度，所述至少一个温度传感器(T1、T2、T3、T4、T5、T6)被定位在所述排气后处理系统(10)的所述关联组件(12、13、14)或燃烧发动机(11)上、在所述排气后处理系统(10)的所述关联组件(12、13、14)或燃烧发动机(11)内、和/或邻接所述排气后处理系统(10)的所述关联组件(12、13、14)或燃烧发动机(11)。
17.根据前述权利要求1-10中的任一项所述的车辆推进系统，其特征在于，所述加热系统被布置为，当从所述电力收集器(3)供给电力时，以预定的功率水平恒定地操作。
18.一种用于借助加热系统来加热车辆排气后处理系统(10)的至少一个组件(12、13、14)和/或车辆推进系统的燃烧发动机(11)的方法，其中，所述车辆推进系统包括电力收集器(3)，所述电力收集器(3)用于在所述车辆的驾驶期间从外部供电轨道(2)间歇地收集电力，所述方法包括下述步骤：当从所述外部供电轨道(2)收集电力时，以来自所述电力收集器(3)的电力供给所述加热系统。
19.根据权利要求18所述的方法，包括：在借助电牵引机来驾驶所述车辆期间，在从所述外部供电轨道(2)收集电力时的至少一部分时间期间，停止所述燃烧发动机(11)的操作。
20.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，包括：确定相对于供电轨道可用性的所述车辆位置。
21.根据前述权利要求18-20中的任一项所述的方法，包括：借助电力收集器(3)，在与所述供电轨道(2)的导电体滑动接触的同时或通过在所述电力收集器(3)与所述供电轨道(2)之间的电感耦合，从所述外部供电轨道(2)收集电力。
22.根据前述权利要求18-21中的任一项所述的方法，包括：借助使用电加热器(16)的至少一个电阻部件将电能转换成热，来加热所述排气后处理系统(10)的所述至少一个组件(12、13、14)和/或所述燃烧发动机(11)。
23.根据权利要求22所述的方法，包括：借助固定到所述至少一个组件(12、13、14)和/或所述燃烧发动机(11)的所述至少一个电阻部件，来将热直接传导至所述排气后处理系统(10)的所述至少一个组件(12、13、14)和/或所述燃烧发动机(11)。
24.根据前述权利要求18-21中任一项所述的方法，包括：借助所述至少一个电阻部件来加热诸如空气的流体传热介质，并经由所述流体传热介质来加热所述排气后处理系统(10)的所述至少一个组件(12、13、14)和/或所述燃烧发动机(11)。
25.根据权利要求24所述的方法，包括：由至少一个共用的或单独的壳体(40)大体包围所述排气后处理系统(10)的所述至少一个组件(12、13、14)和/或所述燃烧发动机，所述壳体(40)限定了腔(41)，所述腔(41)位于所述壳体(40)与所述排气后处理系统(10)的所述至少一个组件(12、13、14)和/或所述燃烧发动机(11)之间，所述腔(41)由所述流体传热介质填充。
26.根据前述权利要求24或25中的任一项所述的方法，包括：借助所述排气后处理系统(10)的至少一个流动汇接件(50)，允许加热的流体传热介质进入所述排气后处理系统(10)的所述至少一个组件(12、13、14)内部。
27.根据前述权利要求18-26中的任一项所述的方法，包括：基于所述确定的车辆相对位置，来控制所述加热系统的操作。
28.根据权利要求27所述的方法，包括：一旦在所述车辆的驾驶期间已经停止所述燃烧发动机(11)的操作，为了使得所述排气后处理系统(10)的所述关联组件(12、13、14)或燃烧发动机(11)在重新起动所述燃烧发动机(11)的操作时能够达到预定目标温度，用直到所述燃烧发动机(11)被估计重新起动操作为止的估计时间段和所述排气后处理系统(10)的所述关联组件(12、13、14)或燃烧发动机(11)的所述当前温度，来协调所述加热系统的操作。
29.根据权利要求28所述的方法，包括：还用所述排气后处理系统(10)的所述关联组件(12、13、14)或燃烧发动机(11)的所述当前温度，来协调所述加热系统的操作。
30.根据前述权利要求28或29所述的方法，包括：如果直到所述车辆推进系统将开始从所述外部供电轨道(2)收集电力为止的估计时间段是在预定的时间窗内，就延迟所述排气后处理系统(10)的排气颗粒过滤器(13)的计划的基于燃料的再生，并且执行所述排气颗粒过滤器(13)的基于电的再生。
31.根据前述权利要求18-30中的任一项所述的方法，包括：基于所述关联组件或燃烧发动机的当前温度，来控制所述加热系统的操作。
32.根据权利要求31所述的方法，包括：借助至少一个温度传感器来确定所述关联组件或燃烧发动机的所述当前温度，所述至少一个温度传感器被定位在所述排气后处理系统(10)的所述关联组件(12、13、14)或燃烧发动机(11)上、在所述排气后处理系统(10)的所述关联组件(12、13、14)或燃烧发动机(11)内、和/或邻接所述排气后处理系统(10)的所述关联组件(12、13、14)或燃烧发动机(11)。
33.根据权利要求18-25中的任一项所述的方法，包括：当从所述电力收集器(2)供给电力时，以预定的功率水平恒定地操作所述加热系统。
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