DE112012002971B4

DE112012002971B4 - Diesel-Elektro-Hybrid-Antriebsstränge und Emissionstest dafür

Info

Publication number: DE112012002971B4
Application number: DE112012002971.2T
Authority: DE
Inventors: Morgan MacKenzie Andreae
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2011-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2024-02-29
Anticipated expiration: 2032-08-07
Also published as: US9389145B2; DE112012002971T5; WO2013022816A1; US20140102187A1

Abstract

Verfahren zum Testen von Emissionen eines Diesel-Elektro-Hybrid-Antriebsstrangs, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Antriebsstrangs mit einem Diesel-Verbrennungsmotor, einem mit dem Verbrennungsmotor integrierten Motor/Generator zum Bereitstellen eines Bremsdrehmoments an einer gemeinsamen Ausgangswelle und einem Energiespeichersystem, das dafür konfiguriert ist, selektiv elektrische Energie vom Motor/Generator zu empfangen und dem Motor/Generator elektrische Energie zuzuführen;
direktes Verbinden der Ausgangswelle mit einem Dynamometer;
Betreiben des Antriebsstrangs gemäß einem vorgegebenen Programm von Betriebskriterien zum Bereitstellen eines Bremsdrehmoments an der Ausgangswelle unter Verwendung einer Kombination aus dem Verbrennungsmotorbetrieb alleine,
einem Motor/Generatorbetrieb alleine und einem Verbrennungsmotorbetrieb zusammen mit einem Motor/Generatorbetrieb; und
Bestimmen von NO_x -, Feinstaub-, Kohlenwasserstoff-, CO- und CO₂ -Emissionen über das vorgegebene Programm von Betriebskriterien, wobei während des Betriebs für den Betrieb des Antriebsstrangs ein vorgegebener oberer Grenzwert zum Gewinnen von Energie aus dem Motor/Generatorbetrieb alleine festgelegt wird.

Description

Priorität
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und die Wirkung der am 6. August 2011 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/515907 , die hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Hintergrund
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein einen Emissionstest von Antriebsstrangsystemen mit einem Dieselmotor und einem Motor/Generator und spezielle Konfigurationen und Betriebsweisen derartiger Systeme, die die gemäß dem Stand der Technik erzielbare Leistungsfähigkeit und erzielbaren Emissionskriterien erreichen oder diesen überlegen sind.
Dieselmotoren stellen hinsichtlich Emissionen spezielle Herausforderungen, beispielsweise wird gefordert, den Ausstoß sogenannter Bewertungsemissionen, wie NO_x, Feinstaub, Kohlenwasserstoffe und CO, in die Umgebung sowie anderer Emissionen, wie CO₂, zu begrenzen, während gleichzeitig Leistungsanforderungen erfüllt werden. Emissionsstandards fordern typischerweise, dass ein Verbrennungsmotor ein festgelegtes Programm von Wellenausgangsdrehmoment- und Drehzahlanforderungen erfüllt, die einen breiten Bereich von im Realbetrieb auftretenden Betriebsbedingungen simulieren.
Die Vereinigten Staaten fordern gegenwärtig einen Betrieb von Schwerlastdieselmotoren gemäß dem Transient FTP-Arbeitszyklus oder dem Steady State SET-Arbeitszyklus mit Emissionen von nicht mehr als 0,20 Gramm NO_x pro Brems-PS-Stunde, 0,01 Gramm Feinstaub pro Brems-PS-Stunde, 0,14 Gramm Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe (NMHC) pro Brems-PS-Stunde und 15,5 Gramm CO pro Brems-PS-Stunde. Details des FTP- und des SET-Arbeitszyklus sind Fachleuten bekannt und in 40 CFR 86.007-11, 40 CFR 1065 und 40 CFR 86.1360-2007 beschrieben. In ähnlicher Weise fordert Europa gegenwärtig einen Betrieb schwerer Dieselmotoren gemäß den Euro-VI-Standards, die Emissionen von nicht mehr als 0,40 Gramm NO_x pro Brems-Kilowattstunde, 0,01 Gramm Feinstaub pro Brems-Kilowattstunde, 0,13 Gramm Kohlenwasserstoffe pro Brems-Kilowattstunde und 1,5 Gramm CO pro Brems-Kilowattstunde verlangen. Außerdem werden gerade CO₂-Emissionskriterien für Schwerlastdieselmotoren festgelegt. Derzeitige Vorschläge wollen CO₂-Emissionen über einen Testzyklus mit Übergangsphasen auf weniger als 500 Gramm pro Brems-Kilowattstunde begrenzen.
Um miteinander konkurrierende aktuelle Emissionsvorschriften und Leistungsanforderungen zu erfüllen, sind herkömmliche Systeme auf Kombinationen aus Abgasrückführung („AGR“), Turboladern mit variabler Geometrie („VGT“), selektiver katalytischer Reduktion („SCR“) und Dieselpartikelfilterung („DPF“) angewiesen. Die Abhängigkeit von diesen Komponenten ist auf breiter Front akzeptiert und angenommen worden, so dass die einzigen Verbrennungsmotoren, die gegenwärtig dafür zertifiziert sind, die vorstehend erwähnten Emissionsvorschriften zu erfüllen, auf AGR, VGT, SCR und DPF angewiesen sind. Obgleich diese Komponenten erfolgreich sind, sind sie doch komplex, teuer und führen zu Nachteilen hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz zugunsten der Emissionsregelung. Einige vorgeschlagene Dieselsysteme basieren auf homogenen Verbrennungsmodi, wie beispielsweise einer homogenen Kompressionszündung (homogenous charge compression ignition „HCCI“), einer homogenen späten Selbstzündung (homogenous charge late injection „HCLI“) oder anderen homogenen Verbrennungsmodi zum Reduzieren von Emissionen, typischerweise in Kombination mit AGR-, SCR-, DPF-, VGT- oder anderen Techniken. Zwar haben Dieselmotoren mit homogener Verbrennung bestimmte Emissionsvorteile gegenüber Dieselmotoren mit nicht-homogener Verbrennung, allerdings treten bei Dieselmotoren mit homogener Verbrennung bekanntermaßen schwierige Steuerungsprobleme auf und sie sind teuer und komplex.
Die DE 199 44 691 A1 beschreibt ein Testverfahren sowie ein entsprechendes Testsystem zum Testen eines Antriebssystems und eines Steuersystems eines Hybrid-Elektrofahrzeugs, das unter einer integrierten Steuerung des Verbrennungstriebwerks und des Elektromotors gefahren wird.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen zum Testen und Zertifizieren von Diesel-Verbrennungsmotoremissionen werden durch die vorliegende Anmeldung Prüf- und Zertifizierungsverfahren und -systeme bereitgestellt, durch die ein Diesel-Verbrennungsmotor für sich, ein integrierter Motor/Generator für sich oder sowohl der Verbrennungsmotor und der Motor/Generator gemäß vorgegebenen Arbeitszykluskriterien selektiv gesteuert werden, um ein Bremsdrehmoment an einer gemeinsamen Ausgangswelle bereitzustellen. Emissionen können basierend auf Kriterien gemessen werden, die die Wirkungen eines regenerativen Bremsvorgangs, eines abgeschalteten Verbrennungsmotors und anderer Betriebsmodi berücksichtigen, die für Hybrid-Antriebsstränge spezifisch sind. Im weiteren Gegensatz zu herkömmlichen Systeme werden durch die vorliegende Anmeldung ferner Systeme, Vorrichtungen und Verfahren bereitgestellt, gemäß denen ein Diesel-Verbrennungsmotor mit nicht-homogener Verbrennung mit einem integrierten Motor/Generator herkömmliche Emissionsvorschriften und Leistungsanforderungen erfüllt, ohne von den vorstehend erwähnten Komponenten und den damit verbundenen hohen Kosten und der Komplexität abhängig zu sein, indem beispielsweise eine oder mehrere AGR-, SCR-, DPF-, VGT-Komponenten oder andere herkömmliche Techniken eliminiert werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die hierin dargestellten Figuren zeigen Ansichten und Darstellungen verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, jedoch sind diese Ausführungsformen lediglich exemplarisch und schränken die Beschreibung oder die vorliegend beanspruchte Erfindung in keiner Weise ein.

1 zeigt eine schematische Teilansicht eines Fahrzeugs mit einem Hybridantriebssystem;
2 zeigt eine schematische Teilansicht zum Darstellen von Details des Hybridantriebssystems aus 1;
3 zeigt eine schematische Teilansicht zum Darstellen weiterer Details ausgewählter elektromechanischer Aspekte des Hybridantriebssystems aus 1;
4 zeigt eine schematische Teilansicht zum Darstellen weiterer Details von Lufthandhabungsaspekten des Hybridantriebssystems aus 1;
5 zeigt eine schematische Teilansicht zum Darstellen weiterer Details von Nachbehandlungsaspekten des Hybridantriebssystems aus 1;
6 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Technik zum Bewerten der Konformität des Hybridantriebssystems aus 1 mit Emissionsvorschriften;
7 zeigt einen grafischen Vergleich zwischen einem Verbrennungsmotordrehmoment für ein herkömmliches Fahrzeug und einem Verbrennungsmotordrehmoment für das Hybridantriebssystem aus 1 als Funktion der Zeit;
8 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen Kohlendioxid-(CO₂) und anderen Emissionskriterien (wie beispielsweise NO_x) bezüglich eines herkömmlichen Zertifizierungsansatzes und des hierin dargestellten Ansatzes;
9 zeigt ein Flussdiagramm zum Darstellen bestimmter Eigenschaften des Fahrzeugs und des Hybridantriebssystems aus 1;
10 zeigt einen grafischen Vergleich zwischen einer herkömmlichen Verbrennungsmotordrehmomentkurve als Funktion der Verbrennungsmotordrehzahl und der Drehmomentkurve als Funktion der Verbrennungsmotordrehzahl für das Hybridantriebssystem aus 1;
11 zeigt einen grafischen Vergleich zwischen dem Drehmoment eines Hybridantriebssystems und einem modifizierten FTP-Prozess als Funktion der Zeit; und
12 zeigt einen grafischen Vergleich zwischen der modifizierten FTP-Verbrennungsmotordrehzahl und dem Drehmoment als Funktion der Zeit für einen Leerlaufzustand, einen Beschleunigungszustand, einen Konstantfahrtzustand (cruising) und einen Verzögerungszustand durch hervorgehobene Bereiche.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Zum besseren Verständnis der Grundlagen der Erfindung wird nun Bezug genommen werden auf die in den Figuren wiedergegebenen Ausführungsbeispiele und es werden Fachbegriffe zum Beschreiben derselben verwendet werden. Es versteht sich jedoch, dass dadurch keine Einschränkung des Bereichs der Erfindung beabsichtigt ist, sondern dass alle Änderungen und weitere Abwandlungen der dargestellten Ausführungsbeispiele und jegliche weiteren Anwendungen der Grundlagen der vorliegend dargestellten Erfindung, die einem Fachmann auf dem die Erfindung betreffenden Gebiet normalerweise einfallen würden, mit umfasst sein sollen.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine teils schematische Ansicht eines Fahrzeugs 20 gezeigt. Das Fahrzeug 20 hat einen Hybrid-Antriebsstrang 22, der ein motorseitiges (vor einem Getriebe angeordnetes) Hybridsystem 24, ein Getriebe 26 und mit dem Boden in Kontakt stehende Räder 28 aufweist. Es wird darauf hingewiesen, dass in dieser Ausführungsform der Antrieb des Fahrzeugs durch die Hinterräder 28 erfolgt, in anderen Anwendungen sind jedoch auch Vorderrad-/Allradantriebstechniken vorstellbar. In einer Ausgestaltung ist das Fahrzeug ein Straßenbus, ein Lastwagen, ein Service-Lkw oder dergleichen. In anderen Ausgestaltungen kann das Fahrzeug 20 ein andersartiges Fahrzeug sein, beispielsweise ein andersartiges Straßenfahrzeug oder ein Geländefahrzeug. In noch anderen Ausführungsformen kann es ein Wasserfahrzeug (Boot/Schiff) oder ein anderer Fahrzeugtyp sein. In noch anderen Ausführungsformen wird der Hybrid-Antriebsstrang 22 mit dem motorseitigen Hybridantriebssystem 24 statt in einem Fahrzeug für stationäre Anwendungen eingesetzt, wie beispielsweise für einen Verbrennungsmotor getriebenen Generator (ein Genset), eine durch ein Hybridsystem angetriebene Pumpe oder dergleichen, um nur einige wenige Anwendungsmöglichkeiten zu nennen.
Das motorseitige Hybridsystem 24 umfasst ein Hybridantriebssystem 30. Das System 30 weist einen Verbrennungsmotor 32, eine Kupplung 34, einen Motor/Generator 36, eine Steuereinrichtung 40, ein Lufthandhabungs-Untersystem 50, eine Nachbehandlungsvorrichtung 60, eine elektrische Energiespeichereinrichtung 70, eine elektrische Leistungselektronikeinrichtung 80 und ein mechanisches Zusatzgeräteantriebs-Untersystem 90 auf. Das System 30 hat die Form einer Parallel-Hybrid-Antriebsquelle 31 derart, dass in Abhängigkeit davon, ob die Kupplung 34 eingerückt ist oder nicht, der Verbrennungsmotor 32 und/oder der Motor/Generator 36 ein Drehmoment für den Antriebsstrang 22 bereitstellen kann. Es sei darauf hingewiesen, dass der Motor/Generator 36 als ein durch elektrische Energie von der Energiespeichereinrichtung 70 betriebener Elektromotor 36a oder als ein elektrischer Stromgenerator 36b dienen kann, der elektrische Energie erzeugt. Im Betrieb kann der Motor/Generator passiv sein, so dass er der Antriebswelle kein Drehmoment zuführt. In der dargestellten Ausgestaltung weist der Motor/Generator 36 einen gemeinsamen Rotor 37a und einen gemeinsamen Stator 37b auf und wird als eine integrierte einzelne Einheit bereitgestellt, in anderen Ausführungsformen können jedoch ein Motor, ein Generator, ein Rotor, ein Stator oder dergleichen, die vollständig oder teilweise getrennt sind, mit einem Diesel-Verbrennungsmotor integriert sein. Der dargestellte Motor/Generator 36 soll derartige Variationen einschließen. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass in alternativen Ausführungsformen des Systems 30 einige dieser Komponenten, wie beispielsweise die Kupplung 34, das Lufthandhabungs-Untersystem 50, die Nachbehandlungsvorrichtung 60 und/oder der mechanische Zusatzgeräteantrieb 90, weggelassen und/oder andere optionale Einrichtungen/Untersysteme (nicht dargestellt) vorgesehen sein können.
In den dargestellten Ausführungsformen ist der Verbrennungsmotor 32 ein mit Dieselkraftstoff betriebener Viertaktmotor mit Kompressionszündung (CI) mit mehreren Zylindern und entsprechenden sich hin- und herbewegenden Kolben, die mit einer Kurbelwelle 33 verbunden sind, die mit einem Schwungrad verbunden ist, das mit einer steuerbaren Kupplung verbunden ist. Der Verbrennungsmotor 32 kann ein herkömmlicher Motor mit einer Konfiguration und einer Betriebsweise sein, die so modifiziert sind, dass der Betrieb des Systems 30 ergänzt wird. In anderen Ausführungsformen kann der Verbrennungsmotor 32 ein andersartiger Motor beispielsweise mit einer anderen Kraftstoffversorgung, einem anderen Betriebszyklus oder -zyklen, einer anderen Zündung oder dergleichen sein.
2 ist eine schematische Teilansicht, die weitere Details des Hybridantriebssystems 30 und des Fahrzeugs 20 zeigt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten bezeichnen, wie sie in Verbindung mit 1 beschrieben wurden. 2 zeigt verschiedene Steuermodule der Steuereinrichtung 40, wie beispielsweise ein Motorsteuerungsmodul (ECM) 40a, ein Erstausrüster(OEM)modul 40b, ein Hybridsteuerungsmodul (HCM) 40c, ein Leistungselektronikmodul (PEM) 40d, ein Heizeinrichtungssteuerungsmodul 40e und ein Batteriesteuerungsmodul (BCM) 40f.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Steuereinrichtung 40 auf eine beliebige von mehreren Weisen implementierbar ist, die die Steuerfunktion auf verschiedene Weisen kombinieren oder über eine oder mehrere Steuereinheiten verteilen. Die Steuereinrichtung 40 führt eine Betriebslogik aus, die verschiedene Steuer-, Management- und/oder Regelfunktionen definiert. Die Betriebslogik kann in der Form dedizierter Hardware, wie beispielsweise einer festverdrahteten Zustandsmaschine, einer analogen Rechenmaschine, Programmanweisungen und/oder in einer anderen Form vorliegen, wie Fachleuten geläufig ist. Die Steuereinrichtung 40 kann als eine einzelne Komponente oder als eine Kombination betrieblich gekoppelter Komponenten bereitgestellt werden und kann aus einer digitalen Schaltung, einer analogen Schaltung oder einer Hybridkombination aus diesen beiden Schaltungstypen bestehen. Im Fall einer Mehrkomponentenform kann die Einrichtung 40 eine oder mehrere Komponenten aufweisen, die in einer verteilten Anordnung entfernt voneinander angeordnet sind. Die Einrichtung 40 kann mehrere Verarbeitungseinheiten aufweisen, die derart angeordnet sind, dass sie unabhängig arbeiten, oder in einer Pipeline-Verarbeitungsanordnung, einer Parallelverarbeitungsanordnung oder dergleichen angeordnet sind. In einer Ausführungsform weist die Steuereinrichtung 40 mehrere programmierbare Mikroprozessoreinheiten eines Halbleitertyps oder eines integrierten Schaltungstyps auf, die über das System 30 verteilt sind und jeweils eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten und Speicher aufweisen. Für diese Ausführungsform weist die Steuereinrichtung 40 eine Computernetzwerkschnittstelle zum Ermöglichen von Kommunikationen unter Verwendung von CAN- (Controller Area Network) Kommunikationen oder dergleichen über verschiedene Systemsteuereinheiten auf.
Die Steuereinrichtung 40 und/oder irgendeine ihrer Prozessor-/Controller-Komponenten kann eine oder mehrere Signalaufbereitungseinrichtungen, Modulatoren, Demodulatoren, arithmetisch-logische Einheiten (ALUs), Zentraleinheiten (CPUs), Begrenzer, Oszillatoren, Steuertakte, Verstärker, Filter, Formatwandler, Kommunikationsports, Klemmen, Verzögerungseinrichtungen, Speichereinrichtungen, Analog-Digital- (A/D) Wandler, Digital-Analog- (D/A) Wandler und/oder andere Schaltungen oder Funktionskomponenten aufweisen, die Fachleuten offensichtlich sind, um gewünschte Kommunikationen auszuführen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten Module der Steuereinrichtung 40 sich auf eine bestimmte Betriebslogik beziehen, die dafür spezifiziert ist, dargestellte Verarbeitungen auszuführen, die jeweils in einem physisch separaten Controller der Einrichtung 40 und/oder virtuell im gleichen Controller implementierbar sind. In der dargestellten Ausführungsform sind das ECM 40a, das HCM 40c, das PEM 40d und das BCM 40f jeweils physisch verschiedene digitale Steuereinheiten, die die entsprechende Betriebslogik in der Form von Programmanweisungen und/oder einer festverdrahteten digitalen Logik ausführen. Für diese Ausführungsform wird die Betriebslogik des OEM-Moduls 40b und des Heizeinrichtungssteuerungsmoduls 40e in der Verarbeitungshardware des HCM 40c in Form von Programmanweisungen und/oder festverdrahteter Logik implementiert. Das OEM-Modul 40b stellt die gewünschte Schnittstellen-Betriebslogik für die vorgegebene Anwendung bzw. ein vorgegebenes Fahrzeug, das das Hybridantriebssystem 30 verwendet, bereit. Weitere Betriebs-/Funktionsaspekte der Module 40 werden nachstehend in Verbindung mit den 3 - 5 beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass andere Ausführungsformen ein oder mehrere Steuermodule aufweisen, die die Funktionalitäten zweier oder mehrerer der vorstehend erwähnten Module kombinieren.
2 zeigt ferner, dass die Speichereinrichtung 70 die Form einer Batterie 73 hat, die mehrere elektrochemische Zellen 73a aufweist, von denen zur Verdeutlichung nur einige wenige speziell dargestellt und durch ein Bezugszeichen bezeichnet sind. Getrennt vom System 30 zeigt 2 außerdem mechanisch angetriebene Zusatzgeräte 92 für das Fahrzeug 20, die durch eine mechanische Verbindung mit der Zusatzgeräteantriebseinrichtung 90 selektiv angetrieben werden, wenn der Verbrennungsmotor 32 nicht in Betrieb ist. Die Zusatzgeräteantriebseinrichtung 90 wird durch ein durch den Elektromotor des Motor/Generators 36 bereitgestelltes Drehmoment angetrieben. Wenn der Verbrennungsmotor 32 in Betrieb ist, führt er die zum Antreiben der Zusatzgeräte 92 erforderliche mechanische Leistung über eine mechanische Standardverbindung (nicht dargestellt) zu. Außerdem sind getrennt vom System 30 Gleichstrom(DC)zusatzgeräte 120 dargestellt, die durch in der Einrichtung 70 gespeicherte und über die Leistungselektronik 80 bereitgestellte Gleichstromenergie versorgt werden, wie in Verbindung mit 3 beschrieben wird. Die Zusatzgeräte 92, 120 können beliebiger Art sein, wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, Luftverdichtungspumpen, Klimaanlagen, Wechselstromgeneratoren, die zum Aufrechterhalten der Ladung einer Standardbatterie verwendet werden, die zum Starten des Verbrennungsmotors und/oder zur Stromversorgung verschiedener Kabinenkomponenten verwendet wird, und Hydraulikpumpen - um nur einige wenige Beispiele zu nennen. Es ist denkbar, dass die dargestellte Ausführungsform einen Wechselstromgenerator und eine Starterbatterieeinheit aufweist, die getrennt vom Motor/Generator 32 und von der Einrichtung 70 (nicht dargestellt) angeordnet sind, in anderen Ausführungsformen können sie jedoch weggelassen sein. Alternativ oder zusätzlich sind die Zusatzgeräte 92 und/oder 120 und die zugeordnete Zusatzgeräteantriebseinrichtung weggelassen.
3 zeigt eine schematische Teilansicht zum Darstellen weiterer Details ausgewählter elektromechanischer Aspekte des Hybridantriebssystems 30, wobei ähnliche Bezugszeichen ähnliche Komponenten bezeichnen. Die Energiespeichereinrichtung 70 ist als eine Hochspannungsbatterieeinheit dargestellt. In einer Ausgestaltung beträgt die Nennspannung etwa 300 Volt. Außerdem weist das BCM 40f (vergl. 2) in einer Ausführungsform unter anderem eine Betriebslogik zum Regeln des Temperaturzustands, des Ladungszustands, der Spannung, des Stroms und des Fehlerstatus der Batterie 73 auf. Diese Ausführungsform weist ferner verschiedene zugeordnete Sensoren und eine Temperatursteuerungseinrichtung (nicht dargestellt) zum Erwärmen oder Abkühlen der Batterie 73 auf, die gemäß der Betriebslogik des BCM 40f erforderlich sind. Außerdem kann das BCM 40f in einer hierarchischen Anordnung von in der Einrichtung 70 angeordneten Prozessoren implementiert werden, von denen einige zellenebenenspezifisch sind und Information an einen oder mehrere Prozessoren einer höheren Ebene ausgeben, die schließlich Information an einen Batteriesystemmanagementprozessor ausgeben, der über einen CAN-Bus oder dergleichen mit anderen Verarbeitungseinheiten der Einrichtung 40 verbunden ist.
3 zeigt ferner, dass die Leistungselektronik 80 einen DC-DC-Wandler 82 aufweist, der das Hochspannungsausgangssignal der Einrichtung 70 auf einem Hochspannungs-DC-Bus 76 ändert - typischerweise auf eine niedrigere Spannung wie beispielsweise 24 oder 48 Volt oder dergleichen herunterstuft, um die Zusatzgeräte 120 über eine Niederspannung auf einem Niederspannungsbus 76a mit Strom zu versorgen. Die Leistungselektronik 80 weist außerdem einen Inverter 84 auf, der das auf dem Bus 72 ausgegebene Hochspannungs-DC-Ausgangssignal in ein Wechselstrom- (AC) Ausgangssignal umwandelt, um dem Elektromotor 36a auf einem AC-Bus 76b Spannung zuzuführen. Typischerweise ist diese AC-Ausgangsspannung dreiphasig und hat einen Spannungswert und eine Frequenz, die innerhalb zulässiger Toleranzen auf konstante Werte geregelt werden. Ähnlicherweise wandelt der Inverter 84 eine ungeregelte, sich ändernde Wechselspannung vom Generator 36b in eine hohe Gleichspannung auf dem Hochspannungs-DC-Bus 76 um. Das PEM 40d (vergl. 2) weist eine Betriebslogik zum Implementieren von Operationen des Inverters 84 und des Wandlers 82 auf. In einer Ausgestaltung ist das PEM 40d ein dedizierter Controller, der innerhalb einer dedizierten Leistungselektronikeinheit angeordnet ist, die den Wandler 82 und den Inverter 84 separat von anderen Elektronikkomponenten/Controllern aufweist.
4 zeigt eine schematische Teilansicht zum Darstellen weiterer Details der Lufthandhabungsaspekte des Hybridantriebssystems 30, wobei ähnliche vorstehend beschriebene Bezugszeichen ähnliche Komponente bezeichnen. Das Lufthandhabungs-Untersystem 50 weist Einrichtungen auf, die mit dem Lufteinlass und mit einer speziellen Abgasbehandlung stromaufwärts von einer Nachbehandlungsvorrichtung 60 in Beziehung stehen. Das Untersystem 50 weist einen Turbolader 54 mit einem Verdichter 56 auf, der Umgebungsluft empfängt und verdichtet, um sie einem Ladeluftkühler (CAC) 59 zuzuführen. Die verdichtete Ladeluft vom CAC 59 wird dem Einlass des Verbrennungsmotors 32 zugeführt. Der Turbolader 54 weist ferner eine durch Abgas vom Verbrennungsmotor 32 angetriebene Turbine 58 auf. In einer Ausgestaltung weist der Turbolader 54 ein steuerbares Wastegate 59 auf. In einer bestimmten Ausgestaltung ist der Turbolader 54 ein Turbolader mit fester Geometrie mit einer großen Baugröße, wodurch eine hohe Effizienz und ein langsames Übergangsverhalten erzielt werden. Stromabwärts des Abgasstroms aus dem Turbolader 54 befindet sich eine steuerbare Motorbremse 52. In einer Ausgestaltung wird der Betrieb des Lufthandhabungs-Untersystems 50 (einschließlich der steuerbaren Motorbremse 52 und des Wastegate 59) durch die Betriebslogik des ECM 40a (vergl. 2) gesteuert, es können jedoch andere Module und/oder Verarbeitungseinrichtungen verschiedene Aspekte des Untersystems 30 teilweise oder vollständig steuern. Es wird darauf hingewiesen, dass das System 30 keinerlei Form einer Abgasrückführung (AGR) aufweist. In noch anderen Ausführungsformen kann eine AGR vorgesehen sein, kann der Turbolader 54 einen Turbinentyp mit variabler Geometrie (VGT) aufweisen oder ein anderer Turboladertyp sein, kann der Turbolader 54 weggelassen werden und/oder kann die Motorbremse 52 weggelassen werden.
5 zeigt eine schematische Teilansicht zum Darstellen weiterer Details der Nachbehandlungsaspekte des Hybridantriebssystems 30, wobei ähnliche vorstehend beschriebene Bezugszeichen ähnliche Komponenten bezeichnen. Die Nachbehandlungsvorrichtung 60 weist einen stromaufwärtigen NO_x-Sensor 60a, einen Temperatursensor 60b, einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) 62, einen Temperatursensor 61b, einen Differenzdrucksensor 62a, einen Dieselpartikelfilter (DPF) 64, einen Temperatursensor 61b, ein Zersetzungsrohr 63, eine Widerstandsheizung 65, einen Dosierauslass 114 und eine SCR- (selektive katalytische Reduktion) Einrichtung 65 auf. Die SCR-Einrichtung 65 weist ein SCR-Katalysatorbett 66, einen Mittelbett-Ammoniak(NH₃)sensor 60b, einen Mittelbett-Temperatursensor 61c, ein SCR-Katalysatorbett 66, das außerdem eine Ammoniakregelungs(AMOX)fähigkeit aufweist, und einen Temperatursensor 61d auf. Die Nachbehandlungsvorrichtung 60 weist ferner einen NO_x-Sensor 60c und einen Feinstaub(PM)sensor 69 an dem am weitesten stromabwärtigen Ende bevor die Abgasströmung aus dem Abgasauslass 68 austritt, auf. Die Vorrichtung 60 weist ferner einen Dieselabgasfluid(DEF)tank 110, einen Pegelsensor 110a, eine DEF-Zufuhrleitung 111 und ein steuerbares DEF-Dosierventil 112 auf. In bestimmten Ausführungsformen ist der DPF 64 weggelassen oder ist der DPF 64 durch einen Nebenstrompartikelfilter ersetzt. In bestimmten Ausführungsformen ist die SCR-Einrichtung 65 weggelassen. In bestimmten Ausführungsformen sind sowohl eine SCR-Einrichtung 65 als auch der DPF 64 weggelassen oder ist ersatzweise eine andere Partikelbehandlungseinrichtung vorgesehen, die eine geringere Effizienz hat als ein DPF.
Der Betrieb der Vorrichtung 60 wird durch die Einrichtung 40 gesteuert. In einer Ausgestaltung wird die Betriebslogik der Vorrichtung 60 in einer Verarbeitungseinrichtung für das ECM 40a (vergl. 2) mit Ausnahme der Heizeinrichtung 65 implementiert, die gemäß der Betriebslogik des Moduls 40e steuerbar ist, die in einer Verarbeitungseinrichtung für das HCM 40c (vergl. 2) implementiert wird. Allgemein stellen die Sensoren der Vorrichtung 60 Eingangssignale bezüglich der Funktion der Vorrichtung 60 bereit, wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, zum Aufrechterhalten gewünschter Temperaturbereiche des Abgases für jede Einrichtung, die durch die Temperatursensoren überwacht werden. Der DOC 62 empfängt den Abgasstrom vom Verbrennungsmotor 32 stromabwärts der Motorbremse 52. Der DOC 62 ist ein Standard-Katalysator, der bestimmte Verbindungen in weniger schädliche und/oder eher erwünschte Komponenten oxidiert, wie beispielsweise durch eine Reduktion von rußerzeugenden Kohlenwasserstoffen (HC), Entfernen von Kohlenmonoxid (CO), Umwandeln von NO₂ in NO₃ und dergleichen, und für eine bessere Aufbereitung des Abgases für eine Behandlung durch stromabwärtige Komponenten der Vorrichtung 60 sorgt. Der DPF 64 empfängt den durch den DOC 62 ausgegebenen Abgasstrom, um Partikel, wie Ruß, zu entfernen. Der DPF 64 ist von einem Standardtyp. Der Differenzdrucksensor 62a überwacht die Funktion des DPF 64 in Verbindung mit der Temperatur und anderen Betriebsaspekten des Verbrennungsmotors 32 und der Vorrichtung 60. Der DPF 64 wird periodisch regeneriert, um absorbierten Feinstaub in eher erwünschte Verbindungen für einen Ausstoß durch den Auslass 68 umzuwandeln. Stromabwärtig überwacht der PM-Sensor 69, ob der DPF korrekt arbeitet und gibt geeignete Signale an eine Steuereinrichtung 40 aus, um nach Erfordernis geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Der Abgasstrom tritt aus dem DPF 64 aus und wird im Zersetzungsrohr 63 aufgenommen.
Für die dargestellte Anordnung ist die DEF-Zusammensetzung ein Harnstoff-Dosiermittel, das im Zersetzungsrohr 63 nach Durchgang durch eine durch das Ventil 112 gesteuerte Düse 114 in Ammoniak umgewandelt wird, vorausgesetzt, der Temperaturbereich des Abgases im Rohr 63 ist geeignet. In einer Ausgestaltung wird das Dosiermittel mit Luftunterstützung über einen Auslass 114 bereitgestellt. Der Abgasstrom durch das Rohr 63, der nun das eingeleitete Harnstoff-/Ammoniak-Dosiermittel enthält, wird durch die SCR-Einrichtung 65 empfangen. Allgemein soll Ammoniak mit NO_x in der SCR-Einrichtung 65 reagieren, um es in eher erwünschte Substanzen umzuwandeln, wie beispielsweise in molekularen Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O), während jeglicher Ammoniakschlupf durch den Abgasauslass 68 minimiert oder eliminiert wird. Die SCR-Einrichtung 65 ist eine geteilte Doppelbetteinrichtung, die durch die Steuereinrichtung 40 über ein Eingangssignal von einigen oder allen Sensoren unter den Temperatursensoren, den NO_x-Sensoren 60a und 60c und dem Ammoniaksensor 60b überwacht/geregelt wird. Außerdem wird die Temperatur innerhalb des Abgasrohrs 63 optional durch die Heizeinrichtung 65, die durch elektrische Energie von der Einrichtung 70 mit Energie versorgt wird, gemäß der Betriebslogik des Heizmoduls 40e (vergl. 2) aufrechterhalten. In einer Ausgestaltung ist das Heizmodul 40e mit der (den) gleichen Verarbeitungseinrichtung(en) wie das HCM 40c (vergl. 2) und/oder das ECM 40a implementiert. In anderen Ausführungsformen kann ein anderes Dosiermittel und/oder eine aktive Substanz verwendet werden und/oder kann eine andere Nachbehandlungsanordnung mit einigen oder keiner der Komponenten der Vorrichtung 60 verwendet werden oder anderweitig verschieden oder auch nicht vorhanden sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die SCR-Einrichtung 65 weggelassen sein und kann NO_x durch einen Lean-NO_x-Adsorber oder eine andere Einrichtung behandelt werden, durch die ein geringerer NO_x-Umwandlungsgrad erzielt wird als durch die SCR-Einrichtung 65, oder können dedizierte NO_x-Nachbehandlungseinrichtungen allesamt weggelassen werden.
Ein Hybrid-Antriebsstrang ist dazu geeignet, Fahrzeugrad- und Zusatzleistungsanforderungen von mehreren Quellen zu erfüllen. Das Hybridsystem 30 weist einen Verbrennungsmotor 32 und ein elektrisches Energiesystem (Batterie 73, Leistungselektronik 80 und Elektromotor 32a) oder ein hydraulisches Energiesystem (hydraulischer Energiespeicher und Pumpe) (nicht dargestellt) auf. Hybridfahrzeuge können den Kraftstoffverbrauch reduzieren durch Zurückgewinnen und Speichern von Fahrzeugbremsenergie, die dann später genutzt wird, um Fahrzeugleistungsanforderungen zu erfüllen, wodurch nicht nur ermöglicht wird, dass der Verbrennungsmotor weniger in Betrieb genommen wird, sondern auch anders als herkömmliche Anordnungen betrieben wird. Regeneratives Bremsen bezeichnet einen Prozess, gemäß dem der Generator zum Abbremsen oder Stoppen des Fahrzeugs verwendet wird. Wenn der Generator das Fahrzeug abbremst, wird elektrische Energie erzeugt und für eine spätere Nutzung durch das System gespeichert.
Hybridfahrzeuge können eine Absenkung des Kraftstoffverbrauchs durch Modifizieren des Verbrennungsmotorbetriebs erzielen. Hybrid-Antriebsstränge ermöglichen, dass der Verbrennungsmotorbetrieb von den Fahrzeugleistungsanforderungen entkoppelt ist, wodurch die herkömmliche Beziehung zwischen der Verbrennungsmotorausgangsleistung und der durch das Fahrzeug verrichteten Arbeit beeinflusst wird. Die Nutzung gespeicherter Bremsenergie ermöglicht eine Verminderung der Verbrennungsmotorarbeit, während die gleichen Fahrzeugleistungsanforderungen erfüllt werden. Alternativ oder zusätzlich bieten Hybridfahrzeuge die Möglichkeit, den Verbrennungsmotorbetrieb so zu modifizieren, dass Leistungsanforderungen auf eine effizientere Weise erfüllt werden. Daher kann der Verbrennungsmotor-Arbeitszyklus eines Hybridfahrzeugs sich von dem herkömmlichen Verbrennungsmotor-Arbeitszyklus wesentlich unterscheiden. Die Änderungen des Verbrennungsmotor-Arbeitszyklus beeinflussen sowohl CO₂- als auch Bewertungsemissionen (wie beispielsweise NO_x). Der Verbrennungsmotor-Arbeitszyklus eines Hybridfahrzeugs kann eine verminderte Zyklusarbeit, die Fähigkeit zum Ein- und Ausschalten des Verbrennungsmotors unabhängig von den Fahrzeugleistungsanforderungen, eine erhöhte mittlere Last und die Fähigkeit zum Managen von Übergangslasten und Abgastemperaturen beinhalten. Allgemein werden diese für ein Hybridfahrzeug spezifischen Operationen im Fall des Systems 30 durch die Betriebslogik des HCM 40e und des BCM 40f gesteuert.
Eine Optimierung des Dieselmotordesigns hinsichtlich niedrigster Kosten und minimalem Kraftstoffverbrauch kann durch Drehmomentanforderungen, Emissionsvorschriften und Anforderungen an das Übergangsverhalten beschränkt sein. Die vorstehend in Verbindung mit den 1 - 5 dargestellten und beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen können in mehreren speziellen Konfigurationen bereitgestellt werden und sind in mehreren speziellen Betriebsmodi betreibbar, um diese Einschränkungen zu überwinden.
Herkömmliche Einschränkungen für den Verbrennungsmotor können in verschiedenen Konfigurationen und Betriebsmodi überwunden werden unter Verwendung eines mit einem Dieselmotor mit Turboladung integrierten Motor/Generators, um ein Bremsdrehmoment an einer gemeinsamen Ausgangswelle bereitzustellen. Diese Konfigurationen und Betriebsmodi ermöglichen es Ausgangsleistungen und ein Emissionsverhalten zu erzielen, die durch einen Betrieb und Emissionszertifizierungen des Verbrennungsmotors alleine nicht erzielbar sind.
Die Leistungsfähigkleit und die Emissionsminderung des Dieselmotors plus des integrierten Elektromotor/Generators können herkömmliche Verbrennungsmotorleistungsfähigkeitsanforderungen erfüllen oder überschreiten. Der Elektromotor erzeugt ein Drehmoment und ein Übergangsverhalten, wodurch mehrere spezifische Änderungen der Verbrennungsmotoranforderungen ermöglicht werden, wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Verminderung des Spitzendrehmoments des Verbrennungsmotors, wobei das Verbrennungsmotordrehmoment durch ein Elektromotordrehmoment ergänzt wird, um zu gewährleisten, dass das Systemdrehmoment Anforderungen erfüllt, und/oder eine Verminderung des Übergangsverhaltens des Verbrennungsmotors, wobei das Übergangsverhalten des Verbrennungsmotors durch ein Übergangsverhalten des Elektromotors ergänzt wird, so dass das System Emissionsvorschriften, Drehmoment- und Kraftstoffeffizienzanforderungen erfüllt.
Integrierte Steuerungen für den Verbrennungsmotor und den Elektromotor können auf spezielle Weisen eine Steuerung des kombinierten Systems und/oder eine Optimierung des Verbrennungsmotordrehmoments und des Elektromotordrehmoments zum Erfüllen von Emissionsvorschriften ermöglichen. Diese Ansätze können das Erhöhen oder Vermindern des Verbrennungsmotordrehmoments (und das Ausgleichen durch weniger oder mehr Elektromotordrehmoment) zum Erhöhen oder Vermindern von Abgastemperaturen für eine verbesserte Funktion der AT-Komponente beinhalten. In bestimmten Ausführungsformen weist der Dieselhybrid-Verbrennungsmotor das Ersetzen der Schwungscheibe durch einen Elektromotor und/oder eine Kupplung und einen in einem erweiterten Schwungscheibengehäuse integrierten Elektromotor auf. Es wird darauf hingewiesen, dass ein integrierter Dieselhybrid-Verbrennungsmotor eine verbesserte Verbrennungsmotoroptimierung mit einem verminderten Spitzendrehmoment des Verbrennungsmotors (Drehmoment bei niedriger Drehzahl) und einem verminderten Übergangsverhalten des Verbrennungsmotors, einer integrierten Steuerung des Elektromotors, des Verbrennungsmotors und einer Nachbehandlungsvorrichtung und/oder eines Elektromotors mit einer hohen Drehmomentfähigkeit in einer sehr kurzen axialen Länge ermöglichen kann.
Außerdem oder alternativ sind eine breite Vielfalt von Steuerungen und eine Integration möglich. Die hierin beschriebenen Steuerungen und Konfigurationen ermöglichen eine wesentliche Senkung des Kraftstoffverbrauchs gegenüber herkömmlichen Antriebssträngen teilweise deswegen, weil der Verbrennungsmotor in geringem Maße in Betrieb genommen wird, und auch deswegen, weil der Verbrennungsmotor auf eine andere Weise als Verbrennungsmotoren herkömmlicher Fahrzeugantriebsstränge konfiguriert und betrieben wird. Die Möglichkeit der selteneren Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors und der anderen Betriebsweise des Verbrennungsmotors ergibt sich aufgrund der Wechselwirkungen zwischen dem Verbrennungsmotor und Hybridkomponenten und der Fähigkeit der Entkopplung des Verbrennungsmotorbetriebs von den Fahrzeuggeschwindigkeits- und Drehmomentanforderungen. Diese Wechselwirkungen zwischen dem Verbrennungsmotor und Hybridkomponenten führen nicht nur zu einer Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der CO₂-Emissionen, sondern beeinflussen auch den Ausstoß von Bewertungsemissionen. Aufgrund dieser Wechselwirkungen können der Verbrennungsmotor und die Hybridkomponenten als ein Satz sowohl für Kraftstoffverbrauchskriterien als auch für CO₂-Emissionen sowie für Emissionen wie Feinstaub, NO_x, CO und Kohlenwasserstoffe zertifiziert werden. Es ist erkannt worden, dass das Zertifizierungsverfahren mehrere Systemkonfigurationen ermöglicht, die keine Komponenten aufweisen, die allgemein zum Erfüllen herkömmlicher Emissionsvorschriften akzeptiert sind.
Bestimmte Ausführungsformen beinhalten Testsysteme für Diesel-Elektro-Hybrid-Antriebsstränge wie sie vorstehend beschrieben wurden. Ein exemplarischer Antriebsstrang für einen Test weist einen Dieselmotor, der nur für einen Betrieb mit einer nicht-homogenen Verbrennung konfiguriert ist, einen mit dem Verbrennungsmotor betrieblich verbundenen Turbolader, einen mit dem Verbrennungsmotor integrierten Motor/Generator zum Bereitstellen eines Bremsdrehmoments an einer gemeinsamen Ausgangswelle, ein Energiespeichersystem, das dafür konfiguriert ist, dem Motor/Generator elektrische Energie zuzuführen und elektrische Energie vom Motor/Generator zu empfangen, und ein Abgasnachbehandlungssystem, das dafür konfiguriert ist, eine oder mehrere Emissionen zu vermindern, wie beispielsweise Feinstaub, NO_x, Kohlenwasserstoff und/oder CO. Der Antriebsstrang weist ferner ein Antriebsstrangsteuerungssystem mit einem oder mehreren Steuermodulen auf, die dafür konfiguriert sind, den Betrieb des Verbrennungsmotors, des Motor/Generators, des Energiespeichersystems und des Nachbehandlungssystems zu steuern. Das Testsystem weist ferner ein Dynamometer auf, das mit der gemeinsamen Ausgangswelle des Antriebsstrangs direkt verbunden ist, die eine motorseitige Ausgangswelle oder eine getriebeseitige Ausgangswelle sein kann, falls ein Getriebe im getesteten Antriebsstrang vorhanden ist.
Die vorstehenden Systeme sind dafür konfiguriert, den Verbrennungsmotor und den Motor/Generator selektiv zu steuern, um ein Bremsdrehmoment und eine Ausgangswellendrehzahl bereitzustellen, die ein festgelegtes Programm von Betriebskriterien und vorgegebenen Emissionskriterien erfüllen, wie beispielsweise jeweilige Grenzwerte für Feinstaub-, NO_x-, Kohlenwasserstoff-, CO- und CO₂-Emissionen, wobei der Verbrennungsmotor und das Abgasnachbehandlungssystem alleine nicht in der Lage sind, ein Bremsdrehmoment bereitzustellen, das das festgelegte Programm und die vorgegebenen Emissionskriterien erfüllt. In einigen Ausführungsformen sind die vorgegebenen Emissionskriterien festgelegt durch eine Feinstaubmenge von 0,01 Gramm oder weniger pro Brems-PS-Stunde, NO_x von 0,20 Gramm oder weniger pro Brems-PS-Stunde, Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe von 0,14 Gramm oder weniger pro Brems-PS-Stunde, CO von 15,5 Gramm oder weniger pro Brems-PS-Stunde und/oder CO₂ von 500 Gramm oder weniger pro Brems-PS-Stunde über einen Testzyklus, der Übergangsphasen beinhaltet.
Der Verbrennungsmotor und das Abgasnachbehandlungssystem sind alleine möglicherweise aus verschiedenen Gründen nicht in der Lage, ein Bremsdrehmoment bereitzustellen, das das festgelegte Programm und die vorgegebenen Emissionskriterien erfüllt. In einigen Ausführungsformen kann dieses Unvermögen des Verbrennungsmotors und des Abgasnachbehandlungssystems einer Verzögerung im Übergangsdrehmomentverhalten des Verbrennungsmotors zugeschrieben werden und der Controller ist dafür konfiguriert, dieses Unvermögen durch Steuern des Motor/Generators zu kompensieren, um während der Verzögerungsphase unter Verwendung von elektrischer Energie vom Energiespeichersystem ein positives Bremsdrehmoment bereitzustellen.
In bestimmten Ausführungsformen ist der Verbrennungsmotor mit einem Turbolader mit fester Geometrie mit einer großen Baugröße ausgestattet, der das Übergangsverhalten des Verbrennungsmotors einschränkt, aber die Verbrennungsmotoreffizienz erhöht. Der integrierte Motor/Generator wird dahingehend gesteuert, während Übergangsphasen Energie vom Energiespeichersystem zu nutzen und ein positives Bremsdrehmoment an der gemeinsamen Ausgangswelle bereitzustellen, wodurch das Netto-Bremsdrehmoment auf ein Niveau angehoben wird, das erforderlich ist, um vorgegebene Leistungsanforderungen zu erfüllen.
Bestimmte Ausführungsformen umfassen einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader mit fester Geometrie und einer großen Baugröße, der sein Übergangsverhalten einschränkt, aber die Effizienz erhöht. Der integrierte Motor/Generator wird gesteuert, um Energie vom Energiespeichersystem zu nutzen und die Drehzahl des Turboladers zu erhöhen. Dies kann durch ein mechanisches Drehmoment oder durch elektrische Energie erzielt werden, die einem mit dem Turbolader verbundenen Elektromotor zugeführt wird. Die erhöhte Drehzahl des Turboladers kann zum Verbessern seines Übergangsverhaltens genutzt werden.
Bestimmte Ausführungsformen umfassen einen Dieselmotor mit einem Turbolader mit fester Geometrie, der nicht in der Lage ist, Emissionsvorschriften oder Leistungsanforderungen zu erfüllen, weil der Turbolader nicht dazu in der Lage ist, seine Geometrie zu ändern, um die Abgastemperatur auf einen Temperaturschwellenwert zu erhöhen, der für die Funktion eines Nachbehandlungssystems erforderlich ist. Diese Einschränkung wird durch Steuern des Verbrennungsmotors zum Antreiben des Motor/Generators zum Bereitstellen elektrischer Energie überwunden. Die Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems kann erhöht werden, indem elektrische Energie vom Motor/Generator oder von einem Energiespeichersystem zum Betreiben einer elektrischen Heizeinrichtung zum Erwärmen des Nachbehandlungssystems abgezogen wird. Außerdem kann die Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems durch Erhöhen der Last des Verbrennungsmotors zum direkten Erhöhen der Abgastemperatur erhöht werden. In einigen Ausgestaltungen werden beide Verfahren in Kombination verwendet.
Bestimmte Ausführungsformen begrenzen aktiv das Übergangsverhalten des Verbrennungsmotors, um Emissionen zu vermindern. In einigen Ausgestaltungen wird das Übergangsverhalten eines Dieselmotors mit nicht-homogener Verbrennung begrenzt, um die Erzeugung von Feinstaub und/oder NO_x zu vermindern. Durch das begrenzte Übergangsverhalten ist der Verbrennungsmotor alleine nicht in der Lage, die vorgegebenen Leistungsanforderungen zu erfüllen. Der Motor/Generator wird dahingehend gesteuert, während der Übergangsphase ein positives Bremsdrehmoment bereitzustellen, um die vorgegebenen Leistungsanforderungen zu erfüllen.
Bestimmte Ausführungsformen begrenzen die maximale Leistung des Dieselmotors, um Emissionen zu vermindern und die Kraftstoffeffizienz zu erhöhen, wobei der Verbrennungsmotor in diesem Fall aber nicht in der Lage ist, vorgegebene Leistungsanforderungen, wie beispielsweise ein maximales erforderliches Bremsdrehmoment, zu erfüllen. Der Motor/Generator wird dahingehend gesteuert, ein positives Bremsdrehmoment bereitzustellen, um die maximale Bremsdrehmomentanforderung zu erfüllen.
In bestimmten Ausführungsformen bestimmt eine erste Steuerroutine das vom Verbrennungsmotor innerhalb eines Emissionsgrenzwertes verfügbare maximale Drehmoment und bestimmt eine zweite Steuerroutine ein durch den Motor/Generator bereitgestelltes Drehmoment basierend auf einer Netto-Drehmomentanforderung und dem maximalen Drehmoment. Die Bestimmung kann auf Sensoren oder virtuellen Sensoren basieren, die NO_x-, Feinstaub-, Kraftstoffversorgungs- und andere Parameter erfassen oder schätzen. Die Leistungsgrenzen des Verbrennungsmotors sind nicht fest, sondern werden dynamisch festgelegt.
Bestimmte Ausführungsformen arbeiten ohne AGR, wodurch die Erzeugung von NO_x bei bestimmten Verbrennungsmotorleistungen, z.B. in einem Hochlastzustand, erhöht wird. Der Motor/Generator wird gesteuert, um ein positives Bremsdrehmoment zu erzeugen, um die Drehmomentanforderungen der Hochlastzustände zu erfüllen. In einigen Ausführungsformen arbeitet der Verbrennungsmotor mit einem Verhältnis zwischen dem Einlasskrümmerdruck und dem Auslasskrümmerdruck von mehr als 1 und das Unvermögen des Verbrennungsmotors und des Abgasnachbehandlungssystems ist einem Unvermögen des Nachbehandlungssystems zuzuschreiben, die Emissionen des Verbrennungsmotors bei einer vorgegebenen Verbrennungsmotorleistung zu erfüllen.
Bestimmte Ausführungsformen weisen ein Nachbehandlungssystem auf, das ohne einen Dieselpartikelfilter konfiguriert ist und dafür konfiguriert ist, Partikelemissionen durch einen Nebenstromfilter mit einer niedrigeren Partikelreduktionskapazität als ein Dieselpartikelfilter zu behandeln. Die verminderte Partikelbehandlungskapazität wird überwunden durch Vermindern der Verbrennungsmotorleistung bei hohen Partikelemissionen und Steuern des Motor/Generators, um ein positives Bremsdrehmoment zu erzeugen, um die Leistungsanforderungen zu erfüllen. Bestimmte Ausführungsformen weisen ein Nachbehandlungssystem auf, das ohne speziellen Partikelfilter konfiguriert ist. Die verminderte Partikelbehandlungskapazität wird überwunden durch Vermindern der Verbrennungsmotorleistung bei hohen Partikelemissionen und Steuern des Motor/Generators, um ein positives Bremsdrehmoment zu erzeugen, um die Leistungsanforderungen zu erfüllen.
In bestimmten Ausführungsformen wird durch einen Betrieb des Verbrennungsmotors ohne den Motor/Generator zum Erfüllen des festgelegten Programms von Betriebskriterien eine Nachbehandlungssystemtemperatur bereitgestellt, die unzureichend ist, um die vorgegebenen Emissionskriterien zu erfüllen, und dient der Motor/Generator als Last für den Verbrennungsmotor, um die Temperatur des Nachbehandlungssystems zu erhöhen und zu ermöglichen, dass das Nachbehandlungssystem die vorgegebenen Emissionskriterien erfüllt.
In einigen Ausführungsformen ist das Unvermögen des Verbrennungsmotors und des Abgasnachbehandlungssystems dem Umstand zuzuschreiben, dass der Verbrennungsmotor eine unzureichende maximale Leistung zum Erfüllen des festgelegten Programms von Betriebskriterien aufweist, und der Controller ist dafür konfiguriert ist, die vorgegebenen Kriterien unter Verwendung eines Drehmoments vom Motor/Generator zu erfüllen.
In bestimmten Ausführungsformen ist das Unvermögen des Verbrennungsmotors und des Abgasnachbehandlungssystems dem Umstand zuzuschreiben, dass der Controller die Verbrennungsmotorleistung auf einen Wert begrenzt, der zum Erfüllen des festgelegten Programms von Betriebskriterien unzulänglich ist, und der Controller ist dafür konfiguriert, die vorgegebenen Kriterien durch Steuern des Motor/Generators zum Bereitstellen eines Drehmoments zu erfüllen.
In einigen Ausführungsformen wird durch den Betrieb des Verbrennungsmotors ohne den Motor/Generator zum Erfüllen des festgelegten Programms von Betriebskriterien eine Nachbehandlungssystemtemperatur bereitgestellt, die unzulänglich ist, um die vorgegebenen Emissionskriterien zu erfüllen, und belastet der Motor/Generator den Verbrennungsmotor, um die Temperatur des Nachbehandlungssystems zu erhöhen und es dem Nachbehandlungssystem zu ermöglichen, die vorgegebenen Emissionskriterien zu erfüllen.
In bestimmten Ausführungsformen wird durch den Betrieb des Verbrennungsmotors zum Erfüllen von Niedriglast-Leistungsanforderungen des festgelegten Programms von Betriebskriterien eine Nachbehandlungstemperatur bereitgestellt, die unzureichend ist, um die vorgegebenen Emissionskriterien zu erfüllen, und betreibt das System den Verbrennungsmotor nur bei Lasten, die eine Nachbehandlungssystemtemperatur bereitstellen, die ausreichend ist, um die vorgegebenen Emissionskriterien zu erfüllen, und betreibt den Motor/Generator alleine, um Niedriglast-Leistungsanforderungen zu erfüllen.
Das festgelegte Programm von Betriebskriterien kann mehrere Formen annehmen. In einigen Formen weist das festgelegte Programm von Betriebskriterien ein Programm auf, das das Ausgangswellendrehmoment und die Ausgangswellendrehzahl als Funktion der Zeit spezifiziert. In einigen Formen beinhalten die vorgegebenen Kriterien ein Programm, das die Fahrzeuggeschwindigkeit als Funktion der Zeit spezifiziert. Es wird darauf hingewiesen, dass durch die Merkmale der vorstehenden Ausführungsformen und die an anderen Stellen beschriebenen Merkmale einzeln oder in Kombination verschiedene Antriebsstrangsysteme erhalten werden können, einschließlich die hierin beschriebenen.
Nachdem die Strukturen und bestimmte Funktionsaspekte des Fahrzeugs 20 und des Systems 30 beschrieben wurden, werden nun verschiedene andere Betriebs-, Test- und Leistungsfähigkeitsbewertungstechniken für das Fahrzeug 20/das System 30 beschrieben. Die hierin dargestellten Techniken ermöglichen eine Optimierung von Dieselmotoren auf neuartige Weisen, die zu einer verbesserten Kraftstoffeffizienz, einer verbesserten Zuverlässigkeit und zu einer Kostensenkung führen. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die hierin dargestellten Ansätze eine Möglichkeit bieten, die größte CO₂-Reduzierung zu erzielen, während eine strenge Kontrolle der Bewertungsemissionen aufrechterhalten wird. Für Vor-Getriebe- oder Nach-Getriebe-Parallel-Hybridarchitekturen kann das Hybrid-Powerpack (Verbrennungsmotor, Motor/Generator, Batterie, Leistungselektronik und Hybrid-Steuerungen) unter Verwendung eines Verbrennungsmotordynamometers basierend auf einer Testprozedur in Verbindung mit einem speziellen Testzyklus zertifiziert werden. Diese Methodik kann außerdem erweitert werden, um einen modifizierten Testzyklus zu erzeugen, der dann für andere Hybridkonfigurationen (z.B. getriebeintegriert, Nach-Getriebe- oder Serien-Hybrid, um nur einige zu nennen) verwendet werden könnte.
6 zeigt eine schematische Teilansicht zum Darstellen einer Technik 220 zum Beurteilen der Konformität des Hybridantriebssystems 30 aus 1 mit Emissionsvorschriften. Das Hybridsystem 30 wird als Powerpack für einen Test mit der Dynamometertestvorrichtung 222 gemäß einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Bewertungsverfahren bereitgestellt. Die Dynamometertestvorrichtung 222 kann ein oder mehrere Rechensysteme zum Modellieren von Fahrzeugcharakteristiken, Modellieren des Fahrerverhaltens, Erzeugen von Befehlen für das Hybridantriebssystem 30 und die Dynamometertestvorrichtung 222 aufweisen. Die Testergebnisse werden dokumentiert, um Aufzeichnungen 224 über das Hybridsystemverhalten bereitzustellen. Die Testergebnisse können weiter analysiert werden hinsichtlich vorgegebener Emissionskriterien wie sie beispielsweise hierin beschrieben sind. Das in 6 dargestellte Testsystem kann in einer Vielzahl spezieller Konfigurationen bereitgestellt und zum Ausführen mehrerer exemplarischer Testverfahren verwendet werden.
Einige exemplarische Verfahren zum Testen von Emissionen eines Diesel-Elektro-Hybrid-Antriebsstrangs sind auf einen Antriebsstrang mit einem Dieselmotor, einem mit dem Dieselmotor integrierten Motor/Generator zum Bereitstellen eines Bremsdrehmoments an einer gemeinsamen Ausgangswelle und einem Energiespeichersystem anwendbar, das dafür konfiguriert ist, selektiv elektrische Energie vom Motor/Generator zu empfangen und dem Motor/Generator elektrische Energie zuzuführen. Die Ausgangswelle ist direkt mit einem Dynamometer verbunden. Der Antriebsstrang wird gemäß einem festgelegten Programm von Betriebskriterien betrieben, um unter Verwendung einer Kombination aus dem Verbrennungsmotorbetrieb alleine, dem Motor/Generator-Betrieb alleine und dem kombinierten Betrieb des Verbrennungsmotors und des Motor/Generators ein Bremsdrehmoment an der Ausgangswelle bereitzustellen. NO_x-, Feinstaub-, Kohlenwasserstoff-, CO- und CO₂-Emissionen während des festgelegten Programms von Betriebskriterien werden unter Verwendung einer geeigneten Testvorrichtung bestimmt.
In den vorstehenden Verfahren kann ein festgelegtes Programm von Betriebskriterien in mehreren Ausgestaltungen bereitgestellt werden. In einigen Ausgestaltungen weist das festgelegte Programm ein Programm von Soll-Bremsdrehmomenten als Funktion der Zeit auf. In einigen Ausgestaltungen spezifiziert das Programm von Soll-Bremsdrehmomenten einen Prozentanteil eines maximalen Bremsdrehmoments als Funktion der Zeit. In einigen Ausgestaltungen spezifiziert das festgelegte Programm ein Ausgangswellendrehmoment als einen Prozentanteil eines maximalen Ausgangswellendrehmoments des Systems als Funktion der Zeit. In einigen Ausgestaltungen spezifiziert das vorgegebene Programm ein Programm von Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten als eine Funktion der Zeit. In einigen Ausgestaltungen bestimmt eine Fahrzeugsimulation eine simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf einem Dynamometerdrehmoment, einer Dynamometerdrehzahl und Fahrzeugmodellcharakteristiken. Die Simulation gibt einen Befehl zum Steuern der Ausgangleistung des Antriebsstrangs basierend auf der simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit und der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit aus und gibt einen Befehl zum Steuern des Dynamometers basierend auf den Fahrzeugmodellcharakteristiken aus. In einigen Ausgestaltungen weisen die Fahrzeugmodellcharakteristiken eine Fahrzeugmasse, einen Rollwiderstand und einen Fahrzeugluftwiderstand auf. In einigen Formen weisen die Fahrzeugmodellcharakteristiken eine Straßenkategorie und eine Zusatzgerätelast auf. In einigen Ausgestaltungen wird die Ausgangsleistung des Antriebsstrangs unter Verwendung einer Fahrzeugmodellsimulation gesteuert, um das Programm der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeiten zu erfüllen.
In den vorstehend beschriebenen Verfahren wird während des Betriebs des Antriebsstrangs für den Betrieb des Antriebsstrangs eine vorgegebene Grenze festgelegt, um Energie vom Motor/Generator-Betrieb alleine zu gewinnen. In einigen Ausgestaltungen basiert die vorgegebene Grenze auf einem Modell, das ein Differentialübersetzungsverhältnis, eine Differentialeffizienz, eine Radgröße, eine Reifencharakteristik und eine Straßenkategorie berücksichtigt. In einigen Ausgestaltungen basiert die vorgegebene Grenze auf einem Anteil positiver Arbeit an der gemeinsamen Ausgangswelle während des vorgegebenen Programms. In einigen Ausgestaltungen basiert die Grenze auf einer Simulation kinetischer Energie eines Fahrzeugs, die während des vorgegebenen Programms variiert.
In einigen exemplarischen Verfahren müssen die Feinstaub-, NO_x-, Kohlenwasserstoff- und CO-Emissionen des Antriebsstrangs innerhalb jeweiliger Grenzen liegen. In einigen Ausgestaltungen weisen die jeweiligen Grenzen Feinstaub von 0,01 Gramm pro Brems-PS-Stunde, 0,20 Gramm NO_x pro Brems-PS-Stunde, 0,14 Gramm Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffen pro Brems-PS-Stunde und 1,5 Gramm CO pro Brems-PS-Stunde. In einigen Ausgestaltungen betragen die CO₂-Emissionen des Antriebsstrangs weniger als 500 Gramm pro Brems-PS-Stunde über einen Testzyklus, der Übergangszustände beinhaltet.
7 zeigt das Verbrennungsmotordrehmoment für einen Verbrennungsmotor in einem herkömmlichen Antriebsstrang (Kurve A) über einen Teil eines Fahrzeug-Arbeitszyklus und das Verbrennungsmotordrehmoment für einen vorgegebenen Hybrid-Antriebsstrang (Kurve B) über den gleichen Fahrzeug-Arbeitszyklus. Im Hybridfall ist das Verbrennungsmotordrehmoment gesteuert durch entsprechende Betriebslogik gemanagt worden, um Übergangszustände zu reduzieren, Spitzenwerte zu reduzieren und einen Niedriglast- und einen Leerlaufbetrieb zu eliminieren. Die Fähigkeit des Hybridsystems, Bremsenergie zurückzugewinnen und den Verbrennungsmotorbetrieb zu modifizieren, kann die Senkung des Kraftstoffverbrauchs und Bewertungsemissionen beeinflussen.
Bewertungsemissionsstandards erfordern eine Begrenzung der Emissionen über einen breiten Bereich von Fahrzeuganwendungen, Arbeitszyklen und Verbrennungsmotortechnologien. Beispielsweise ist ein Verbrennungsmotortestzyklus, der von tatsächlichen Betriebsdaten synthetisiert wurde, die über viele repräsentative Arbeitszyklen, Fahrzeuge und Verbrennungsmotoren erhalten wurden, die Federal Test Procedure (FTP). Obgleich der FTP-Prozess nicht irgendwelche individuellen Arbeitszyklen repräsentiert, repräsentiert er doch geeignet alle solche Arbeitszyklen. Dieser als „Engine-in-the-Loop-Simulation“ bezeichnete Ansatz ist verwendet worden, um Emissionen von Bewertungsschadstoffen erfolgreich zu begrenzen. Elemente des FTP-Prozesses können zum Regulieren von CO₂- und Bewertungsemissionen von Hybrid-Antriebssträngen unter Verwendung eines Verbrennungsmotordynamometers basierend auf einer Zertifizierung der aktiven Komponenten des Hybridsystems verwendet werden, die auch als Powerpack bekannt sind.
Wie vorstehend erwähnt wurde, repräsentiert der FTP-Bewertungsschadstoff-Zertifizierungszyklus einen Verbrennungsmotorbetrieb in herkömmlichen Antriebssträngen über verschiedenartige Arbeitszyklen. Aufgrund der Wechselwirkungen zwischen dem Verbrennungsmotor und anderen aktiven Leistungsversorgungskomponenten des Hybridsystems (z.B. des Systems 30), können der erhaltene Verbrennungsmotorbetrieb und die erhaltene Ausgangsleistung in einer Hybridanwendung von den Netto-Ausgangsleistungsanforderungen eines Zertifizierungszyklus abweichen. Außerdem kann die Verwendung eines Verbrennungsmotors, der für einen herkömmlichen Antriebsstrang basierend auf einem Dynamometer zertifiziert worden ist, in einem Hybrid-Antriebsstrang zu unvorhergesehenen CO₂- und Bewertungsemissionsausstößen führen. In einem Fall quantifiziert eine NREL-Studie diesen Aspekt und kommt zu einer Senkung der CO₂-Emissionen von 25% und einer damit verbundenen Erhöhung der NO_x-Emissionen von 29%. Wird ein Verbrennungsmotor betrachtet, der dafür zertifiziert ist, dass er die Emissionsvorschriften über einen Verbrennungsmotor-Arbeitszyklus erfüllt, kann dies zu einem Verbrennungsmotor führen, der die Emissionsvorschriften in einem Hybridsystembetrieb im Realbetrieb nicht erfüllt. In 8 stellt der Punkt A1 den CO₂- und den Bewertungsemissionswert eines herkömmlichen Verbrennungsmotors dar, der zur Verwendung in einem herkömmlichen Antriebsstrang basierend auf einem Dynamometer zertifiziert ist und dann in einem herkömmlichen Antriebsstrang verwendet wird. In diesem Fall stimmen die zertifizierten Emissionswerte mit den Emissionswerten im Realbetrieb überein. Der Punkt A2 stellt den Fall dar, in dem der gleiche herkömmliche Verbrennungsmotor in einem Hybrid-Antriebsstrang verwendet wird. Weil ein Zertifizierungs-Arbeitszyklus für einen Verbrennungsmotor nicht darstellt, wie der Verbrennungsmotor sich im Hybrid-Antriebsstrang verhält, stimmen die Kriterienwerte (A2) für einen Realbetrieb wahrscheinlich nicht mit den zertifizierten Werten (A1) überein. Steuerungen für Hybridsysteme, in denen sowohl ein Verbrennungsmotor als auch ein Motor/Generator betrieben werden, um Emissionsvorschriften zu erfüllen, führen zu Bewertungsemissionen für einen Realbetrieb, die die Standards erfüllen. Für die Emissionsteuerung von Hybridsystemen sind zwei Elemente von Interesse: (a) der Abgleich zwischen dem Zertifizierungszyklus und dem Realbetrieb (d.h. ein repräsentativer Arbeitszyklus), und (b) der Abgleich zwischen CO₂- und Bewertungsemissionen (d.h. CO₂- und Bewertungsemissionen, die im gleichen Arbeitszyklus bestimmt werden). Für Hybrid-Antriebsstränge, wie beispielsweise das System 30, gewährleistet ein repräsentativer Zertifizierungs-Arbeitszyklus sowohl für CO₂- als auch für Bewertungsemissionen nicht nur niedrige Bewertungsemissionen, sondern ermöglicht außerdem weitere Senkungen der CO₂-Emissionen über das gegenwärtig mögliche Maß hinausgehend (Bezugspunkt B_1,2 in 8). Für 8 werden die angegebenen Punkte erneut folgendermaßen zusammengefasst: A1 - Zertifizierungsergebnis für herkömmlichen Verbrennungsmotor, A2 Ergebnis für Realbetrieb, wenn der zertifizierte herkömmliche Verbrennungsmotor auf ein Hybridfahrzeug angewendet wird, B1 - Hybrid-Zertifizierungsergebnis und B2 Hybridergebnis für Realbetrieb mit geeigneter Zertifizierung.
Weitere CO₂-Senkungen werden durch Optimieren der Verbrennungsmotor-Hardwarekomponenten und Kalibrieren der Verbrennungsmotor-Arbeitszyklen des Hybridfahrzeugs erzielt. Schätzungen für diese Vorteile ergeben typischerweise eine weitere Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und eine Senkung der Hardwarekosten im Bereich von 5 - 10%, was beides zu einer größeren Akzeptanz der Hybridtechnologie beiträgt. Ein Beispiel einer möglichen Verbrennungsmotoroptimierung in einem Hybridfahrzeug ist die Auswahl des Turboladers. In einem herkömmlichen Antriebsstrang wird der Verbrennungsmotor-Arbeitszyklus ein schnelles Übergangsdrehmomentverhalten erfordern. In einem Hybrid-Antriebsstrang kann die Drehmomentfähigkeit eines Elektromotors die Übergangsdrehmomentanforderungen des Verbrennungsmotors vermindern. Eine Verminderung der Übergangsdrehmomentanforderungen des Verbrennungsmotors könnte die Auswahl einer größeren Baugröße des Turboladers und/oder eines Turboladers mit fester Geometrie für eine verbesserte Effizienz bei einem langsameren Verbrennungsmotoransprechverhalten, aber äquivalentem Ansprechverhalten des Antriebssystems ermöglichen. Eine Bewertung und Steuerung von CO₂- und Bewertungsemissionen auf eine Weise, die repräsentiert, wie das System im Realbetrieb arbeitet, erfordert die Berücksichtigung nicht nur der Verbrennungsmotor-, sondern auch der Hybridkomponenten, wie beispielsweise des Energiespeichers (Batterien) und der Energieumwandlungseinrichtungen (Elektromotor, Pumpen, Wandler).
Unter den in der vorliegenden Anmeldung dargestellten Ausführungsformen ist eine Technik zum Beurteilen einer Konformität mit einer oder mehreren Emissionsvorschriften für das Hybridsystem 30 vorgesehen. Die vorliegende Anmeldung stellt eine Hybrid-Zertifizierungsprozedur dar - eine Hybrid-Powerpack-Zertifizierung, die eine repräsentative Beurteilung von CO₂- und Bewertungsemissionen für Hybrid-Antriebsstränge bereitstellen kann. Dieses Konzept kann für motorseitige Hybridsysteme, wie beispielsweise das System 30, erwünscht sein. Eine Hybrid-Powerpack-Zertifizierung für Vor-Getriebe-Hybridfahrzeuge würden das Verhalten geeignet beurteilen und würden die Anwendung von Hybridsystemen auf einen breiten Bereich von Anmeldungen basierend auf einer einzigen Zertifizierung ermöglichen, wie dies bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren der Fall ist. Ähnliche Zertifizierungstests können für Nach-Getriebe-Hybridsysteme verwendet werden.
In einem herkömmlichen Antriebsstrang ist die Fahrzeugleistung eine Funktion des Fahrzeugs und des Fahrzeugfahrzyklus. Die Motordrehzahl und das Ausgangsdrehmoment sind die gleichen wie die Drehzahl und das Eingangsdrehmoment des Getriebes. Für herkömmliche Leistungsanforderungen ist der Verbrennungsmotor die einzige Komponente, die Fahrzeugleistungsanforderungen erfüllen kann. Herkömmliche Verbrennungsmotoren sind unter Verwendung von FTP- und SET-Protokollen für Bewertungsemissionen basierend auf einem Dynamometer zertifiziert. Der zertifizierte Verbrennungsmotor kann in vielen verschiedenen Fahrzeugen installiert werden. Der zertifizierte Verbrennungsmotorbetrieb wird die Bewertungsemissionsstandards über einen Bereich von Anwendungen erfüllen, weil, wie vorstehend erwähnt, die Zertifizierungszyklen einen repräsentativen Bereich von Fahrzeugcharakteristiken und Fahrzyklen berücksichtigen. Die Zertifizierungszyklen definieren ein normiertes Drehmoment, das mit jeder spezifischen Verbrennungsmotordrehmomentkurve skaliert, wodurch sichergestellt wird, dass der Zyklus für einen vorgegebenen Verbrennungsmotor geeignet ist. Dieser Ansatz funktioniert gut für den Handelsmarkt, weil er eine repräsentative Beurteilung bereitstellt und der Zunahme von Zertifizierungen entgegenwirkt.
Als nächstes werden das gleiche Fahrzeug und der gleiche Fahrzyklus betrachtet, diesmal jedoch mit einem Hybridsystem mit einem Verbrennungsmotor, z.B. dem in den 1 - 5 dargestellten System 30. Der Verbrennungsmotor 32 und der Rest des Hybridsystems 30 haben jeweils die Fähigkeit, Kraft an die Räder 28 zu übertragen oder Leistung bereitzustellen, um Zusatzleistungsanforderungen (z.B. der Zusatzgeräte 92, 120, der Heizeinrichtung 65 oder dergleichen) zu erfüllen. Beide sprechen auf Betriebsbedarfe an und haben komplexe und aktive Steuersysteme, die während des Betriebs viele Parameter dynamisch einstellen. Sie werden außerdem beide durch ein Hybrid-Steuermodul (HCM) 40e gesteuert, das den vom Verbrennungsmotor und vom Elektromotor des Hybridantriebs zuzuführenden momentanen Leistungsanteil bestimmt, der vom Verbrennungsmotor und vom Elektromotor des Hybridsystems bereitgestellt werden soll, um die momentane Leistungsanforderung des Fahrzeugs zu erfüllen. Im Hybridsystem 30 verbrennt der Verbrennungsmotor 32 weniger Kraftstoff und erzeugt weniger CO₂ nicht nur weil er weniger in Betrieb ist, sondern auch weil er anders arbeitet. Die Verbrennungsmotordrehzahl und das Verbrennungsmotordrehmoment sind der Drehzahl und dem Drehmoment, die dem Getriebe zugeführt werden, aufgrund der anderen aktiven Komponenten im System nicht mehr gleich.
9 zeigt ein Flussdiagramm zum Darstellen, wie der Standard-FTP-Prozess die Fahrzeugleistungsanforderungen exakt beschreibt, die Drehzahl und das Drehmoment des Verbrennungsmotors alleine jedoch nicht mehr länger beschreibt, wie durch die verschiedenen Zeitdiagramme 230 und 240 dargestellt ist. D.h., die Fahrzeugleistungsanforderungen sind für herkömmliche und Hybridfahrzeuge gleich: beide beschleunigen und verzögern mit den gleichen Raten, und in beiden Fällen müssen Zusatzleistungsanforderungen erfüllt werden. Für ein Hybridsystem wie das System 30, würde der FTP-Prozess die positiven Leistungsanforderungen am Getriebeeingang exakt beschreiben.
Eine auf dem Hybrid-Powerpack-Konzept basierende Dynamometerzertifizierung ermöglicht eine Zertifizierung des Hybridsystems mit dem Verbrennungsmotordynamometer unter Verwendung einer speziellen modifizierten Version des FTP-Testprotokolls. Die Powerpack-Ausgangswelle wird die gleichen positiven Drehmoment- und Drehzahlanforderungen erfahren wie sie die Ausgangswelle des Verbrennungsmotors in herkömmlichen Fahrzeugen erfährt (Graph 230). Die Fahrzeuge, Emissionen und Fahrzyklen haben sich nicht geändert. Dieses Zertifizierungsprotokoll testet die physikalischen Hardwarekomponenten des Powerpack in einer Prüfzelle sowohl für Kriterien- als auch für CO₂-Emissionen unter Verwendung eines modifizierten FTP-Prozesses. Auf einem hohen Niveau betrachtet fallen die Änderungen des modifizierten FTP-Prozesses in vier Bereiche: (a) die Powerpack-Systemdrehmomentkurve definiert den Zyklus, nicht nur die Verbrennungsmotordrehmomentkurve; (b) eine Verbrennungsmotordrehzahl von null ist während Leerlaufabschnitten des FTP-Prozesses zulässig; (c) bei der Berechnung der Zyklusarbeit wird nur die positive Ausgangsarbeit verwendet (wie im Fall herkömmlicher Verbrennungsmotoren); und (d) während der „Motorbrems" abschnitte des FTP-Prozesses ist Energierückgewinnung als akzeptable Annäherung des regenerativen Bremsvorgangs zulässig, der im Realbetrieb auftreten wird.
Hybridfahrzeuge haben die gleichen Arbeitszyklen wie Fahrzeuge mit herkömmlichen Antriebssträngen (Hybridbusse fahren die gleichen Strecken wie Busse mit herkömmlichem Antrieb). Für ein vorgegebenes Fahrzeug wird das dem Getriebe zugeführte positive Drehmoment durch die Fahranforderungen definiert und das gleiche sein wie für herkömmliche Antriebsstränge und für Vor-Getriebe-Hybridfahrzeuge. Ein Unterschied besteht darin, dass im Fall eines Vor-Getriebe-Hybridfahrzeugs die Drehzahl- und die Drehmomentanforderung anstatt durch den Verbrennungsmotor alleine durch das Hybridsystem (System 30) erfüllt werden. Das Powerpack-Zertifizierungskonzept schlägt die Verwendung des Hybridsystems zum Erfüllen der FTP-Drehmoment- und Drehzahlanforderungen vor, woraus folgt, dass die Systemdrehmomentkurve und nicht diejenige des Verbrennungsmotors alleine den Zyklus definieren sollte. 10 zeigt einen grafischen Vergleich zwischen einer Drehmomentkurve eines herkömmlichen Verbrennungsmotors und der Drehmomentkurve eines Verbrennungsmotors für das Hybridsystem 30.
Der FTP-Prozess beinhaltet Betriebsbedingungen, die simulieren, wann das Fahrzeug sich im Ruhezustand befindet und der Verbrennungsmotor auf den Leerlaufzustand eingestellt ist (z.B. bei aktiviertem Stopplicht). Im herkömmlichen FTP-Prozess geht der Verbrennungsmotor für diesen Teil des Tests in den Leerlaufzustand. Hybridfahrzeug-Arbeitszyklen enthalten auch Abschnitte, in denen sich das Fahrzeug im Ruhezustand befindet. Einige Hybridfahrzeuge nutzen diesen verminderten Fahrzeugleistungsbedarf vorteilhaft aus, um den Verbrennungsmotor auszuschalten und den Kraftstoffverbrauch zu senken. Während dieser Nulldrehzahlzustände des Fahrzeugs beträgt, wenn der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, die Eingangsdrehzahl des Getriebes null. Die alternative Leistungsquelle (am häufigsten eine Batterie) kann in diesen Fällen, wenn der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, Zusatzleistungsbedarfe decken. Für den Hybrid-FTP-Prozess ist es geeignet, eine Option bereitzustellen, gemäß der die Systemausgangsdrehzahl während „Leerlauf“ abschnitten auf null gehen kann, wie dies im Realbetrieb der Fall wäre.
Bei einem herkömmlichen FTP-Test wird die Arbeit durch Integrieren der positiven Arbeit über den Zyklus berechnet und ist keine Motorbremsarbeit (negative Arbeit) enthalten. Emissionswerte werden durch Dividieren der Gesamtemissionen durch die positive Arbeit in Einheiten von Gramm pro Brems-PS-Stunde (g/bhp-hour) berechnet. Im Powerpack-FTP-Prozess sollte die Emissionsberechnung auf die gleiche Weise wie für einen herkömmlichen Verbrennungsmotor ausgeführt werden. D.h., der Emissionsausstoß sollte durch die verrichtete positive Arbeit dividiert werden. Motorbremsarbeit ist in der herkömmlichen FTP-Berechnung nicht enthalten, und ähnlicherweise sollte negative Arbeit in dieser Berechnung nicht enthalten sein, wie nachstehend näher diskutiert wird.
Die FTP-Drehzahl und das FTP-Drehmoment definieren die positive Arbeit des Testzyklus, wobei diese Arbeit die zum Erfüllen der Fahrzeugleistungsanforderungen erforderliche Energie darstellt. Diese Arbeit bleibt für eine vorgegebene Systemdrehmomentkurve unabhängig davon gleich, ob das System ein herkömmliches System (ein Verbrennungsmotor) oder ein Hybridsystem (Verbrennungsmotor + Elektromotor + Batterie) ist. Wenn die Emissionswerte für einen herkömmlichen Verbrennungsmotor berechnet werden, werden die über den Zyklus erzeugten Gesamtemissionen durch die gesamte positive Arbeit des Zyklus dividiert - die die zum Antreiben des Fahrzeugs erforderliche Arbeit darstellt. Um den Realbetrieb darzustellen, muss die Emissionsberechnung für einen für ein Hybridsystem modifizierten FTP-Prozess diese Energierückgewinnung berücksichtigen, anstatt sie als verlorene Energie zu behandeln. Dies wird durch Ausschließen negativer Arbeit von der Berechnung der Zyklusarbeit in dem Maß implementiert, dass ein regenerativer Bremsvorgang den Energieverlust vermindern würde.
Energierückgewinnung während Motorbremsabschnitten des FTP-Prozesses ist eine Näherung des regenerativen Bremsvorgangs, der im laufenden Betrieb auftreten wird. Weil der FTP-Zyklus von einem realen laufenden Betrieb realer Fahrzeuge hergeleitet wurde, enthält der FTP-Prozess einen Verbrennungsmotorbetrieb, der mit einem Bereich von Fahrzeugbetriebzuständen konsistent ist, wie beispielsweise mit einer Verzögerung (Abbremsen/Motorbremse). Obwohl der FTP-Prozess eine vollständige Beschreibung der durch ein Fahrzeug für den Antrieb erforderlichen positiven Arbeit enthält, enthält er keine mit Reibungsbremsanforderungen in Beziehung stehende Information. Die Motorbremsabschnitte des FTP-Prozesses beschreiben das negative Drehmoment korrekt, das ein Verbrennungsmotor einem Getriebe zuführen würde, der FTP-Prozess enthält aber keinerlei zusätzliches negatives Drehmoment, das den Rädern durch die Bremsen zugeführt wird.
In einem Vor-Getriebe-Hybridfahrzeug, wie beispielsweise das Hybridsystem 30, kann in vielen Fällen den Rädern 28 ein negatives Drehmoment zugeführt werden, das das negative Drehmoment der Motorbremse des Verbrennungsmotors überschreitet. In einem Hybrid-Antriebsstrang wird Bremsenergie zurückgewonnen, gespeichert und wieder genutzt, um den Verbrennungsmotorbetrieb zu ersetzen und den Kraftstoffverbrauch zu senken. Während Motorbremsabschnitten des FTP-Prozesses könnte das Powerpack auf die gleiche Weise Energie zurückgewinnen und speichern wie regenerative Energie während eines Fahrzeugbremsvorgangs zurückgewonnen wird. Ausgewählte Komponenten würden in der Prüfzelle auf die gleiche Weise wie bei einem Realbetrieb funktionieren (Motor/Generator, Verbrennungsmotor, Leistungselektronik, Batterie und Controller). 11 zeigt ein Beispiel eines Hybrid-Powerpack-Drehmoments über den FTP-Zyklus. Negatives Drehmoment während Motorbremsabschnitten des FTP-Zyklus ist durch die Fähigkeiten des Elektromotors und der Batterie definiert.
Um zu gewährleisten, dass die tatsächliche regenerative Energiemenge repräsentativ ist, sind der Generator, die Batterien und die Steuerungen vorzugsweise Teil des zu testenden Systems und muss der Ladungszustand der Batterie am Ende des Tests der gleiche sein wie zu Beginn des Tests. Die während des Motorbremsabschnitts des FTP-Prozesses zurückzugewinnende Energiemenge kann durch eine der folgenden Techniken begrenzt werden: (a) Zulassen einer Energierückgewinnung bis zur Leistungsfähigkeit des Systems, (b) Setzen eines oberen Grenzwertes für die über einen Zyklus zurückgewonnene Energie basierend auf der in Realbetriebszyklen verfügbaren Bremsenergie, und (c) sekundenweises Berechnen des verfügbaren Regenerationsdrehmoments basierend auf dem FTP-Prozess. Die sekundenweise Berechnung des verfügbaren Regenerationsdrehmoments basierend auf dem FTP-Prozess kann auch zum Entwickeln eines Post-Transmission-Testzyklus verwendet werden, der ebenfalls auf dem FTP-Prozess basiert. Dieser Testzyklus könnte zum Zertifizieren anderer Hybridarchitekturen (Parallelsysteme mit integriertem Getriebe, Vor-Getriebe-Systeme und Serien-Hybrid-Systeme, um nur einige zu nennen) verwendet werden.
Diese drei Techniken zum Zurückgewinnen von Energie während eines Motorbremsabschnitts des FTP-Prozesses werden nachstehend näher diskutiert. Die Zurückgewinnung von Bremsenergie stellt die beste Möglichkeit für eine Kraftstoffverbrauchssenkung von Hybridfahrzeugen dar. Für das Powerpack-Zertifizierungskonzept kann ein regenerativer Bremsvorgang eines Hybridfahrzeugs näherungsweise durch die Energierückgewinnung während Motorbremsabschnitten des FTP-Zyklus beschrieben werden. Während der Motorbremsabschnitte des Zyklus würde der Elektromotor/Generator des Hybridfahrzeugs als ein Generator dienen und der Energiespeichereinheit Energie zuführen. Für ein Vor-Getriebe-Hybridfahrzeug (Powerpack) würden die Komponenten während des FTP-Prozesses auf die gleiche Weise funktionieren wie im Realbetrieb. Die während des FTP-Prozesses zurückgewonnene Energiemenge ist auf eine Menge begrenzt, die im Fahrzeugbetrieb verfügbar wäre.
In einem herkömmlichen HD-Transient-FTP-Dynamometerzyklus ist ein positives Drehmoment durch die Drehmomentkurve definiert, während ein negatives Drehmoment durch das Motorbremsdrehmoment des Verbrennungsmotors definiert ist. Während der FTP-Prozess die positiven Leistungsanforderungen des Fahrzeugs korrekt beschreibt, bietet er keine vollständige Beschreibung des negativen Drehmoments des Fahrzeugs: der FTP-Prozess beinhaltet keine Beschreibung des Reibungsbremsvorgangs des Fahrzeugs. Wenn ein negatives Drehmoment auf ein Motorbremsdrehmoment eines herkömmlichen Verbrennungsmotors begrenzt ist, kann die gesamte verfügbare Bremsenergie möglicherweise als zu gering eingeschätzt werden. Wenn das negative Drehmoment nicht begrenzt wird, könnte es möglich sein, dass zu viel Energie zurückgewonnen wird. Drei mögliche Optionen zum Gewährleisten, dass die Powerpack-Energierückgewinnung während des FTP-Prozesses mit dem regenerativen Bremsvorgang im Realbetrieb konsistent ist, sind: (a) die Energierückgewinnung wird durch Systemfähigkeiten begrenzt, und die Effizienz wird zu einer geeigneten Übereinstimmung zwischen Systemanwendungen und Anwendungen im Realbetrieb führen, (b) ein oberer Grenzwert für die Energierückgewinnung kann als Anteil der positiven Traktionsarbeit definiert werden - eine Auswertung eines Bereichs von Fahrzeuganwendungen und Fahrzyklen könnte zu einem geeigneten Grenzwert führen, und (c) das verfügbare Regenerationsdrehmoment kann auf einer sekundenweisen Basis im FTP-Prozess definiert werden.
Allgemein begrenzen Systemfähigkeiten die Energierückgewinnung. Die einfachste Strategie wäre, eine Energierückgewinnung während Motorbremsabschnitten des FTP-Prozesses bis zur Leistungsfähigkeit des Hybridsystems zuzulassen. Ein Hybridsystem mit einem kleineren Elektromotor oder einer kleineren Batterie wäre in der Lage, weniger Energie zurückzugewinnen als ein System mit einem größeren Elektromotor und einer größeren Batterie. Ein bequemer Weg, die verfügbare Energie in Motorbremsabschnitten des FTP-Prozesses zu beschreiben, besteht in einem Vergleich der zurückgewonnenen Energie mit positiver Traktionsenergie als eine Funktion der positiven und der negativen Leistungen. Ein Vergleich der verfügbaren FTP-Energie mit der regenerativen Bremsenergie im Realbetrieb (PSAT-Simulation) zeigt eine vernünftige Übereinstimmung. Wenn die Größe des Motor/Generators + Batterie bezüglich der positiven Systemleistung zunimmt, würde die zurückgewonnene Regenerationsenergie ebenfalls zunehmen. Für ein System, das in der Lage ist, 100 kW Traktionsleistung (Verbrennungsmotor + Elektromotor) auszugeben, und in der Lage ist, 25 kW aus einem regenerativen Bremsvorgang zurückzugewinnen (25 kW Batterie), würde die im FTP-Prozess zurückgewonnene Regenerationsenergiemenge etwa 17% der positiven Traktionsarbeit betragen. Für ein System mit 100 kW Traktionsleistung mit einer Regenerationsleistung von 50 kW würde die Energierückgewinnung im FTP-Prozess etwa 35% der positiven Arbeit betragen. Für Simulationsergebnisse werden zwei Fälle betrachtet: ein Hybridbus mit einem 100-kW-Vor-Getriebe-Parallel-Hybrid-System über den Manhattan-Zyklus und ein Getränke-Lieferfahrzeug mit einem 50-kW-Vor-Getriebe-Parallel-Hybrid-System über den HD-UDDS-Fahrzyklus. In beiden Fällen stimmt die im FTP-Prozess zurückgewonnene Energie mit den Simulationsergebnissen für den Realbetrieb ziemlich gut überein. Obwohl es scheint, als ob dieser Ansatz vernünftige Ergebnisse für die beiden betrachteten Fälle liefert, kann man sich vorzustellen, dass ein Hybridsystem mit einem sehr großen Elektromotor und einer sehr großen Batterie eine unrealistische Energiemenge über die Motorbremsabschnitte des FTP-Zyklus zurückgewinnen würden. Genau wie im Fall herkömmlicher Antriebsstränge wird jedoch die Effizienz zu einer geeigneten Übereinstimmung der Hybridsystemleistungsfähigkeit (und Größe) mit Anwendungen führen.
Die Definition der maximalen verfügbaren regenerativen Energie ist ein anderer Ansatz. Gemäß dieser Alternative wird ein oberer Grenzwert für die verfügbare regenerative Energie über den FTP-Zyklus definiert. Jedes System würde die Energierückgewinnung über den FTP-Zyklus bis zum Grenzwert maximieren. Der Grenzwert ist basierend auf einer Bewertung der verfügbaren Bremsenergie im Realbetrieb definiert. Die Menge der verfügbaren Bremsenergie wird vom Fahrzeug und vom Fahrzyklus abhängen. Bezüglich der verfügbaren Bremsenergie für einen Stadtbus über den Manhattan-Zyklus und ein Lieferfahrzeug über den HTUF P&D-Zyklus gewinnt ein Hybridsystem Energie während der Motorbremsabschnitte des FTP-Zyklus bis zur Leistungsfähigkeit des Systems oder bis zum Grenzwert zurück. Durch Setzen eines oberen Grenzwertes für die verfügbare Regenerationsenergie wird sichergestellt, dass die Energierückgewinnung niemals die in Realbetriebanwendungen verfügbare Energiemenge überschreitet.
Die Verwendung des FTP-Prozesses zum Definieren des verfügbaren Regenerationsdrehmoments ist eine weitere Option. Diese dritte Technik definiert das verfügbare Regenerationsdrehmoment auf einer Sekundenbasis für den FTP-Prozess. Dieser Ansatz würde den FTP-Prozess mit der kinetischen Energie des Fahrzeugs verknüpfen und gewährleisten, dass die verfügbare Regenerationsenergie geeignet begrenzt wird. Obwohl der herkömmliche HD-FTP-Dynamometertest ein Verbrennungsmotortest ist, basiert er auf Fahrzeugdaten. Der FTP-Prozess definiert eine Verbrennungsmotordrehzahl und ein Verbrennungsmotordrehmoment, die einen Anwendungsbereich für herkömmliche Antriebsstränge repräsentieren. Die Verbrennungsmotorleistung erfüllt Fahrzeugleistungsbedarfe, so dass es mit einigen wenigen Annahmen möglich ist, das Fahrzeugverhalten basierend auf dem FTP-Prozess zu berechnen. Diese Berechnung des Fahrzeugverhaltens kann dann zum Berechnen der verfügbaren Regenerationsenergie verwendet werden.
Bei der Berechnung wird vorausgesetzt, dass die durch den FTP-Prozess definierte Leistung genutzt wird, um den Fahrzeugleistungsbedarf zu decken. Durch Auswählen von Fahrzeugcharakteristiken ist es möglich, den Anteil der Verbrennungsmotorleistung zu berechnen, der erforderlich ist, um den Rollwiderstand, den Luftwiderstand, Antriebswellenverluste und Nebengerätelasten zu überwinden. Durch die restliche Leistung wird das Fahrzeug beschleunigt, so dass die Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf der Leistung berechnet werden kann: $K r a f t_{V e r b r e n n u n g s m o t o r} - K r a f t_{L a s t} = M a s s e_{F a h r z e u g} \cdot B e s c h l e u n i g u n g$
$B e s c h l e u n i g u n g = \frac{P_{V e r b r e n n u n g s m o t o r}}{M V} = \frac{\frac{1}{2} C_{d} * F l \ddot{a} c h e * p_{L u f t} * V^{2} + M G f_{R o l l} + \frac{P_{N e b e n g e r \ddot{a} t e}}{V}}{M}$
Außer Annahmen bezüglich des Fahrzeugs sind auch mehrere Annahmen bezüglich des Zyklus erforderlich. Der FTP-Prozess gibt eine vernünftige Voraussage für positive Leistungsanforderungen für Fahrzeuge, beinhaltet aber, wie vorstehend erwähnt, keine Reibungsbremsung. Daher sind für die Berechnung von Verzögerungsraten einige Annahmen erforderlich. Insbesondere: (a) es wird vorausgesetzt, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit während Abschnitten des FTP-Zyklus, die einen längeren Leerlaufzustand beinhalten, null beträgt, (b) Es wird angenommen, dass das Fahrzeug Reibungsbremsung zum Verzögern auf eine Geschwindigkeit von null verwendet - wobei eine mittlere Verzögerungsrate von 1,5 m/s² angenommen wird, und (c) während Motorbremsabschnitten, die nicht zu einer Fahrzeuggeschwindigkeit von null führen, wird angenommen, dass das Fahrzeug durch Motorbremsung (keine Reibungsbremsung, ausschließlich Verbrennungsmotorreibung zum Abbremsen des Fahrzeugs) abbremst.
12 zeigt die FTP-Drehzahl und das FTP-Drehmoment für einen Verbrennungsmotor, wobei die Annahmen hervorgehoben dargestellt sind. Während Beschleunigungs- und Motorbrems(Coast Down)abschnitten des Zyklus wird die Fahrzeugbeschleunigung basierend auf der Leistung und Fahrzeugcharakteristiken berechnet. Während eines Leerlaufzustands beträgt die Fahrzeuggeschwindigkeit null, und während einer Verzögerung auf eine Geschwindigkeit von null wird eine konstante Verzögerungsrate angenommen.
Unter Verwendung von Annahmen bezüglich des Luftwiderstandkoeffizienten, der Masse, des Rollwiderstands usw. für ein Klasse-8-Lieferfahrzeug kann die berechnete Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt werden. Dieser basierend auf einer Verbrennungsmotordrehmomentkurve und einigen Annahmen über das Fahrzeug berechnete Fahrzyklus scheint viele Charakteristiken aufzuweisen, die denjenigen eines HD-Fahrzeugs in innerstädtischen Fahrzyklen gemeinsam sind, wie beispielsweise einen ähnlichen Geschwindigkeitsbereich und ähnliche Beschleunigungs- und Verzögerungsraten. Der berechnete Fahrzeugzyklus wird natürlich von der anfangs ausgewählten Drehmomentkurve (die die FTP-Drehzahl und das FTP-Drehmoment definiert) und von den Annahmen über das Fahrzeug abhängen. Die Berechnung von Fahrzeugzyklen über einen Bereich verschiedener Verbrennungsmotoren und Fahrzeuge zeigt, dass sie ziemlich gut übereinstimmen, weil die Verbrennungsmotorleistung mit der Fahrzeugmasse und -größe skaliert. Die Verwendung dieses Ansatzes zum Definieren der Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf der Drehmomentkurve ermöglicht auch die Berechnung der erforderlichen Verzögerungsleistung, die das Fahrzeug benötigt, um die Zyklusanforderungen zu erfüllen. Während Motorbrems(Coast Down)perioden ist die Verzögerungsleistung wesentlich niedriger als während eines Fahrzeugbremsvorgangs. Diese Verzögerungsleistung wird die verfügbare Regenerationsenergie auf eine realistische Weise definieren. Ein Vergleich zwischen der basierend auf dem vorstehenden Verfahren berechneten verfügbaren Regenerationsenergie mit der verfügbaren Bremsenergie im HD-UDDS-Fahrzyklus zeigt eine gute Übereinstimmung.
Obwohl die berechnete verfügbare Regenerationsenergie von den Annahmen abhängen wird, zeigt eine Analyse, dass dieser Ansatz einen vernünftigen Weg bereitstellt, um zu gewährleisten, dass die Rückgewinnung von Regenerationsenergie während des FTP-Zyklus mit dem Fahrzeugverhalten geeignet verknüpft ist. Dieser Ansatz stellt auch einen Weg bereit, einen Post-Transmission-Zyklus basierend auf dem FTP-Prozess zu entwickeln. Die Annahme einer mittleren Reifengröße und eines Enddifferentials würde die Berechnung der Post-Transmission-Drehzahl basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglichen. Durch Kombinieren der Fahrzeugleistungsanforderungen mit der Post-Transmission-Drehzahl wäre es möglich, ein Post-Transmission-Drehmoment zu berechnen. Die Post-Transmission-Drehzahl und das Post-Transmission-Drehmoment können zum Bewerten eines Hybridsystems mit integriertem Getriebe oder eines Serien-Hybrid-Systems mit einer einzelnen Ausgangswelle verwendet werden. Dieser auf dem FTP-Prozess basierende Post-Transmission-Zyklus ermöglicht einen Vergleich des Systemleistungsfähigkeit zwischen einem herkömmlichen Verbrennungsmotor, einem Powerpack und anderen Hybridarchitekturen basierend auf der gemeinsamen Grundlage des FTP-Prozesses. Dieser Ansatz definiert außerdem einen Fahrzeugzyklus basierend auf dem FTP-Prozess, der für eine Fahrgestellzertifizierung verwendet werden könnte, und würde außerdem einen Vergleich basierend auf einem gemeinsamen Zyklus ermöglichen.
Nachstehend wird das Verhalten gemäß der Powerpack-Zertifizierung als Funktion des Verhaltens im Realbetrieb betrachtet. Die Powerpack-Zertifizierung wird eine repräsentative Bewertung des Systems gewährleisten, die die Wechselwirkung zwischen Hybridkomponenten und dem Verbrennungsmotor berücksichtigt. Der Komponentenbetrieb über den Hybrid-FTP-Zyklus wird mit einem Realbetrieb konsistent sein, so lange der System-Arbeitszyklus im Realbetrieb mit dem FTP-Zyklus konsistent ist. Der FTP-Übergangszyklus wurde als ein repräsentativer Arbeitszyklus für einen Bereich von Anwendungen für Verbrennungsmotoren in herkömmlichen Antriebssträngen entwickelt, so dass er auch ein repräsentativer Arbeitszyklus für Vor-Getriebe-Hybridsysteme ist. Die zusätzliche Komplexität von Hybrid-Antriebssträngen kann jedoch zu dem Problem führen, dass der Hybridbetrieb im laufenden Betrieb sich vom Zertifizierungsbetrieb unterscheiden kann. Es gibt einige Wege, dieses Problem zu berücksichtigen. Zunächst würden alle Hybridkomponenten im Zertifizierungstest in Hardware getestet und könnten so On-Board-Diagnose(OBD)anforderungen unterzogen werden. OBD-Anforderungen würden sicherstellen, dass alle Hybridkomponenten (Verbrennungsmotor, Batterie, Leistungselektronik, Elektromotor, usw.) im laufenden Betrieb geeignet funktionieren. Zweitens werden alle herkömmlichen Verbrennungsmotoren Anforderungen für den laufenden Betrieb unterzogen, um sicherzustellen, dass das Verhalten im Realbetrieb mit den Zertifizierungsergebnissen konsistent ist. Ähnliche Anforderungen für den laufenden Betrieb könnten auf das Powerpack-Betriebsverhalten angewendet werden. Die zusätzlichen Anforderungen würden sicherstellen, dass der Powerpack-Betrieb über einen breiten Bereich von Bedingungen ausgewertet würde und ein Realbetrieb über einen Bereich von Arbeitszyklen abgedeckt wird. Die gleichen Prozesse sind für die Zertifizierung eines herkömmlichen Verbrennungsmotors geeignet und wären daher auch für eine Powerpack-Zertifizierung geeignet.
Die hierin beschriebene Powerpack-Zertifizierung gewährleistet durch Testen aller Komponenten in der Prüfzelle, dass alle Wechselwirkungen zwischen Hybridkomponenten und dem Verbrennungsmotor sowohl hinsichtlich CO₂ als auch hinsichtlich Bewertungsemissionen geeignet bewertet werden. Zur Verfügung stehende Prozesse zum Gewährleisten der Leistungsfähigkeit eines herkömmlichen Verbrennungsmotors (OBD, im laufenden Betrieb, usw.) könnten auf eine Powerpack-Zertifizierung angewendet werden. Eine Powerpack-Zertifizierung ermöglicht eine weitere CO₂-Senkung gegenüber derjenigen, die heute möglich ist, eine Senkung der Hardwarekosten und damit eine Beschleunigung der Akzeptanz der Hybridtechnik zum Senken des Kraftstoffverbrauchs und der CO₂-Emissionen.
Nachstehend werden mehrere weitere exemplarische Ausführungsformen beschrieben. Bestimmte exemplarische Ausführungsformen sind Verfahren umfassend das Bereitstellen eines Hybrid-Antriebsystems, eines Verbrennungsmotors, eines Generators und einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, das Erzeugen mechanischer Leistung durch den Verbrennungsmotor während eines ersten Betriebsmodus des Hybridantriebssystems, das Umwandeln mechanischer Energie in elektrische Energie durch den Generator und das Speichern der elektrischen Energie in der elektrischen Energiespeichereinrichtung während eines zweiten Betriebsmodus des Hybridantriebssystems, das Bereitstellen elektrischer Leistung durch die elektrische Energiespeichereinrichtung während eines dritten Betriebsmodus des Hybridantriebssystems, das Sammeln von Verbrennungsmotoremissionsinformation während des ersten Betriebsmodus, des zweiten Betriebsmodus und des dritten Betriebsmodus und das Bewerten der Konformität eines Emissionsbestandteils des Verbrennungsmotors mit mindestens einer Vorschrift als eine Funktion der Information beinhalten. Diese exemplarischen Ausführungsformen haben mehrere Ausgestaltungen.
In einigen Ausgestaltungen umfasst das Verfahren das Betreiben eines Elektromotors mit elektrischer Leistung zum Erzeugen eines Drehmoments. In einigen Ausgestaltungen sind der Generator und der Elektromotor mit einem gemeinsamen Stator und einem gemeinsamen Rotor strukturiert. Einige Ausgestaltungen umfassen das Beschleunigen eines Turboladers durch Leistung vom Elektromotor. Einige Ausgestaltungen beinhalten eine Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors mit Dieselkraftstoff, wobei die Erzeugung der mechanischen Leistung durch den Verbrennungsmotor ohne Abgasrückführung erfolgt. Einige Ausgestaltungen beinhalten eine Turboaufladung des Verbrennungsmotors und das selektive Einrücken und Ausrücken einer zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Generator angeordneten Kupplung zum Bereitstellen eines Parallel-Hybridbetriebs des Hybridantriebssystems auf. Einige Ausgestaltungen umfassen das Betreiben einer Heizeinrichtung durch elektrische Leistung von der elektrischen Energiespeichereinrichtung. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Betreiben des Verbrennungsmotors ohne Abgasrückführung. In einigen Ausgestaltungen umfasst der zweite Betriebsmodus das Verzögern des Verbrennungsmotors. Einige Ausgestaltungen beinhalten das selektive Einrücken und Ausrücken einer zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Generator angeordneten Kupplung.
Bestimmte exemplarische Ausführungsformen sind Verfahren, die das Bereitstellen eines Hybridantriebssystems mit einem Verbrennungsmotor, einem Stromgenerator und einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, das Bewerten eines oder mehrerer Abgasbestandteile des Verbrennungsmotors hinsichtlich einer oder mehrerer Emissionsvorschriften, umfassend ein Betreiben des Verbrennungsmotors zum Erzeugen mechanischer Leistung während eines ersten Abschnitts der Bewertung, und das Bereitstellen elektrischer Energie von der elektrischen Energiespeichereinrichtung, während der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, während eines zweiten Abschnitts der Bewertung beinhalten. Diese exemplarischen Verfahren haben mehrere Ausgestaltungen.
Einige Ausgestaltungen beinhalten das Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie durch den Generator zum Verzögern des Verbrennungsmotors und das Speichern der elektrischen Energie in der elektrischen Energiespeichereinheit. Einige Ausgestaltungen umfassen das Reduzieren von Abgasemissionen des Verbrennungsmotors durch eine Nachbehandlungsvorrichtung und das Betreiben einer elektrischen Heizeinrichtung in der Nachbehandlungsvorrichtung durch elektrische Energie. Einige Ausgestaltungen umfassen das Betreiben eines Elektromotors durch elektrische Energie zum Erzeugen eines Drehmoments. In einigen Ausgestaltungen weist die Nachbehandlungsvorrichtung einen Dieseloxidationskatalysator, einen stromabwärts vom Dieseloxidationskatalysator angeordneten Dieselpartikelfilter und eine stromabwärts vom Dieselpartikelfilter angeordnete Mehrbett-SCR- (selektive katalytische Reduktion) Einrichtung auf. Einige Ausgestaltungen umfassen das Betreiben eines Elektromotors durch elektrische Energie zum Erzeugen eines Drehmoments. In [RS1] einigen Ausgestaltungen sind der Generator und der Elektromotor mit einem gemeinsamen Stator und einem gemeinsamen Rotor strukturiert. Einige Ausgestaltungen umfassen eine Turboaufladung des Verbrennungsmotors, eine Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors mit Dieselkraftstoff und das selektive Einrücken und Ausrücken einer zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Generator angeordneten Kupplung. Einige Ausgestaltungen umfassen das Betreiben des Verbrennungsmotors ohne Abgasrückführung. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Zulassen, dass der Verbrennungsmotor während des ersten Abschnitts Abgasemissionen erzeugt, die einen Emissionswert überschreiten, das Umwandeln von kinetischer Energie in elektrische Energie durch den Generator und das Ausgleichen der den Emissionswert überschreitenden Emissionen durch Erzeugen von mechanischer Leistung durch einen durch elektrische Energie angetriebenen Elektromotor während des zweiten Abschnitts.
Bestimmte exemplarische Ausführungsformen sind Verfahren, die das Betreiben eines Hybridantriebssystems, das einen mit Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor, einen Stromgenerator, einen Elektromotor und eine elektrische Energiespeichereinrichtung aufweist, das Erzeugen von eine Abgasvorschrift überscheitenden Abgasemissionen durch den Verbrennungsmotor während eines ersten Betriebsmodus des Hybridantriebssystems, das Umwandeln von kinetischer Energie in elektrische Energie durch den Generator, das Betreiben des Elektromotors durch elektrische Energie von der elektrischen Energiespeichereinrichtung während eines zweiten Betriebsmodus des Hybridantriebssystems und das Ausgleichen der den Emissionswert überschreitenden Emissionen durch Erzeugen von mechanischer Leistung durch den Elektromotor beinhalten. Diese exemplarischen Ausführungsformen haben mehrere Ausgestaltungen.
Einige Ausgestaltungen beinhalten das Antreiben eines Fahrzeugs durch das Hybridantriebssystem und das Verzögern des Fahrzeugs, während die kinetische Energie umgewandelt wird. Einige Ausgestaltungen umfassen das Senken von Abgasemissionen des Verbrennungsmotors durch eine Nachbehandlungsvorrichtung und das Betreiben einer elektrischen Heizeinrichtung der Nachbehandlungsvorrichtung mit elektrischer Energie. Einige Ausgestaltungen umfassen das Betreiben einer oder mehrerer Fahrzeugzusatzgeräte durch elektrische Energie. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Erzeugen mechanischer Leistung durch den Elektromotor zum Antreiben der Zusatzgeräte. Einige Ausgestaltungen umfassen das Betreiben eines Elektromotors durch elektrische Energie zum Erzeugen eines Fahrzeugantriebsdrehmoments. In einigen Ausgestaltungen sind der Generator und der Elektromotor mit einem gemeinsamen Stator und einem gemeinsamen Rotor strukturiert. Einige Ausgestaltungen umfassen eine Turboaufladung des Verbrennungsmotors und das selektive Einrücken und Ausrücken einer zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Generator angeordneten Kupplung zum Bereitstellen eines Parallel-Hybridbetriebs des Hybridantriebssystems zum Antreiben des Fahrzeugs durch das Hybridantriebssystem. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Betreiben des Verbrennungsmotors ohne Abgasrückführung. Einige Ausgestaltungen umfassen das Aktivieren einer Motorbremse.
Bestimmte exemplarische Ausführungsformen sind Verfahren, die das Bereitstellen eines Hybridantriebssystems, das einen mit Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor, einen Stromgenerator, einen Elektromotor und eine Energiespeichereinrichtung aufweist, das Betreiben des Verbrennungsmotors zum Erzeugen von mechanischer Leistung ohne Abgasrückführung während eines ersten Betriebsmodus des Hybridantriebssystems, das Umwandeln von kinetischer Energie in elektrische Energie durch den Generator und das Speichern der elektrischen Energie in der elektrischen Energiespeichereinrichtung während eines zweiten Betriebsmodus des Hybridantriebssystems und das Bereitstellen von elektrischer Leistung von der elektrischen Energiespeichereinrichtung während eines dritten Betriebsmodus des Hybridantriebssystems mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotor beinhalten. Diese exemplarischen Verfahren haben mehrere Ausgestaltungen auf.
Einige Ausgestaltungen umfassen das Antreiben eines Fahrzeugs durch das Hybridantriebssystem und das Verzögern des Fahrzeugs, während die kinetische Energie umgewandelt wird. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Senken von Abgasemissionen des Verbrennungsmotors durch eine Nachbehandlungsvorrichtung und das Betreiben einer elektrischen Heizeinrichtung der Nachbehandlungsvorrichtung mit elektrischer Energie. Einige Ausgestaltungen umfassen das Betreiben einer oder mehrerer Fahrzeugzusatzgeräte durch elektrische Energie. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Erzeugen mechanischer Leistung durch den Elektromotor zum Antreiben der Zusatzgeräte. Einige Ausgestaltungen umfassen das Betreiben eines Elektromotors durch elektrische Energie zum Erzeugen eines Fahrzeugantriebsdrehmoments. In einigen Ausgestaltungen sind der Generator und der Elektromotor mit einem gemeinsamen Stator und einem gemeinsamen Rotor strukturiert. Einige Ausgestaltungen beinhalten eine Turboaufladung des Verbrennungsmotors, das selektive Einrücken und Ausrücken einer zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Generator angeordneten Kupplung zum Bereitstellen eines Parallel-Hybridbetriebs des Hybridantriebssystems und das Antreiben des Fahrzeugs durch das Hybridantriebssystem. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Zulassen, dass der Verbrennungsmotor während des ersten Abschnitts Abgasemissionen erzeugt, die einen Emissionswert überschreiten, und das Ausgleichen der den Emissionswert überschreitenden Emissionen durch Erzeugen von mechanischer Leistung durch einen durch elektrische Energie angetriebenen Elektromotor während des zweiten Abschnitts. Einige Ausgestaltungen umfassen das Modulieren einer Turbine mit variabler Geometrie und/oder eines Wastegate eines Turboladers.
Bestimmte exemplarische Ausführungsformen sind Verfahren, die das Bereitstellen eines Hybridantriebssystems, das einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader, ein Getriebe, einen Elektromotor und einen mit dem Verbrennungsmotor zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe betrieblich verbundenen Generator, eine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor und dem Generator betrieblich verbundene Kupplung und eine mit dem Elektromotor betrieblich verbundene elektrische Energiespeichereinrichtung aufweist, das selektive Einrücken und Ausrücken der Kupplung zum mechanischen Koppeln und Entkoppeln des Verbrennungsmotors mit/von dem Elektromotor, das Bereitstellen von Leistung für einen Antriebsstrang vom Verbrennungsmotor und vom Elektromotor, das Zurückgewinnen von kinetischer Energie durch den Generator zum Speichern der Energie in der elektrischen Energiespeichereinrichtung während eines Bremsvorgangs und das Bereitstellen von Leistung für den Turbolader vom Elektromotor während einer Beschleunigungsphase des Verbrennungsmotors beinhalten. Diese exemplarischen Verfahren haben mehrere Ausgestaltungen.
Einige Ausgestaltungen umfassen das Antreiben eines Fahrzeugs durch das Hybridantriebssystem. Einige Ausgestaltungen beinhalten das gleichzeitige Erzeugen eines Drehmoments durch den Verbrennungsmotor und den Elektromotor. In einigen Ausgestaltungen haben der Elektromotor und der Generator einen gemeinsamen Rotor und einen gemeinsamen Stator. Einige Ausgestaltungen umfassen das Senken von Abgasemissionen des Verbrennungsmotors durch eine Nachbehandlungsvorrichtung und das Betreiben einer elektrischen Heizeinrichtung der Nachbehandlungsvorrichtung durch elektrische Energie von der Energiespeichereinrichtung. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Betreiben eines oder mehrerer Fahrzeugzusatzgeräte durch elektrische Energie von der Energiespeichereinrichtung. Einige Ausgestaltungen umfassen das Erzeugen von mechanischer Leistung durch den Elektromotor zum Antreiben der Zusatzgeräte. Einige Ausgestaltungen umfassen das Betreiben eines Elektromotors durch elektrische Energie von der Energiespeichereinrichtung zum Erzeugen eines Fahrzeugantriebsdrehmoments. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Zulassen, dass der Verbrennungsmotor während eines ersten Betriebsmodus Abgasemissionen erzeugt, die einen Emissionswert überschreiten, und das Ausgleichen der den Emissionswert überschreitenden Emissionen durch Erzeugen von mechanischer Leistung durch einen durch elektrische Energie angetriebenen Elektromotor während eines zweiten Betriebsmodus. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Modulieren eines Wastegate des Turboladers.
Bestimmte exemplarische Ausführungsformen sind Verfahren, die das Bereitstellen eines Hybridantriebssystems, das einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor, einen Generator, eine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor und dem Generator betrieblich verbundene Kupplung und eine mit dem Elektromotor und dem Generator betrieblich verbundene elektrische Energiespeichereinrichtung aufweist, das Verarbeiten von Abgas vom Verbrennungsmotor durch eine Nachbehandlungsvorrichtung, die eine SCR- (selektive katalytische Reduktion) Einrichtung mit zwei oder mehr Betten aufweist, das Erfassen einer Kenngröße des Abgasstroms zwischen zwei der Betten der SCR-Einrichtung, das selektive Einrücken und Ausrücken der Kupplung zum mechanischen Koppeln und Entkoppeln des Verbrennungsmotors mit/von dem Elektromotor und dem Generator und das Zurückgewinnen von kinetischer Energie durch den Generator zum Speichern der Energie in der elektrischen Energiespeichereinrichtung während eines Bremsvorgangs beinhalten. Diese exemplarischen Verfahren haben mehrere Ausgestaltungen.
Einige Ausgestaltungen umfassen das Antreiben eines Fahrzeugs durch das Hybridantriebssystem und das Verzögern des Fahrzeugs, während kinetische Energie zurückgewonnen wird. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Reduzieren geregelter Emissionen vom Verbrennungsmotor durch die Nachbehandlungsvorrichtung und das Betreiben einer elektrischen Heizeinrichtung der Nachbehandlungsvorrichtung durch elektrische Energie von der Energiespeichereinrichtung. Einige Ausgestaltungen umfassen das Betreiben eines oder mehrerer Fahrzeugzusatzgeräte durch elektrische Energie von der Energiespeichereinrichtung. Einige Ausgestaltungen weisen das Erzeugen von mechanischer Leistung durch den Elektromotor zum Antreiben der Zusatzgeräte auf. Einige Ausgestaltungen umfassen das Betreiben eines Elektromotors durch elektrische Energie von der Energiespeichereinrichtung zum Erzeugen eines Fahrzeugantriebsdrehmoments. In einigen Ausgestaltungen sind der Generator und der Elektromotor mit einem gemeinsamen Stator und einem gemeinsamen Rotor strukturiert und weisen die zwei oder mehr Betten ein erstes Bett mit einer ersten katalytischen Zusammensetzung und ein zweites Bett mit einer von der ersten katalytischen Zusammensetzung verschiedenen zweiten katalytischen Zusammensetzung auf, wobei die Kenngröße zwischen dem ersten Bett und dem zweiten Bett erfasst wird, und wobei die Kenngröße einer Temperatur des Abgasstroms und/oder einem Ammoniakgehalt des Abgasstroms entspricht.
Einige weitere Ausgestaltungen beinhalten das Zuführen eines Dosiermittels in den Abgasstrom stromaufwärts von der SCR-Einrichtung, das Zersetzen des Dosiermittels zum Bereitstellen von Ammoniak im Abgasstrom in der SCR-Einrichtung und das Verarbeiten des Abgasstroms durch die zweite katalytische Zusammensetzung des zweiten Betts zum Reduzieren des Ammoniakschlupfes aus dem ausgestoßenen Abgas des Hybridsystems. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Erfassen eines NO_x entsprechenden anderen Bestandteils des Abgasstroms stromabwärts der SCR-Einrichtung. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Erfassen eines Feinstaub entsprechenden anderen Bestandteils des Abgasstroms stromabwärts der SCR-Einrichtung. In einigen Ausgestaltungen ist der Verbrennungsmotor ein mit Dieselkraftstoff betriebener Motor und die Abgasnachbehandlungsvorrichtung weist einen Dieselpartikelfilter auf. In einigen Ausgestaltungen beinhaltet die Abgasnachbehandlungsvorrichtung einen Dieseloxidationskatalysator stromaufwärts vom Dieselpartikelfilter. In einigen Ausgestaltungen weist der Verbrennungsmotor einen Turbolader mit einem Wastegate auf und der Verbrennungsmotor ist ein mit Dieselkraftstoff betriebener Motor und es ist eine Modellierung des Wastegaste vorgesehen. In einigen Ausgestaltungen entspricht die Kenngröße des Abgasstroms einem Ammoniakgehalt des Abgasstroms in der SCR-Einrichtung. In einigen Ausführungsformen entspricht die Kenngröße des Abgasstroms der Temperatur des Abgasstroms in der SCR-Einrichtung.
Einige exemplarische Ausführungsformen sind Verfahren, die das Bereitstellen eines Hybridantriebssystems, das einen Verbrennungsmotor des Kompressionszündungstyps, einen Elektromotor, einen Generator, eine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor und dem Generator betrieblich verbundene Kupplung und eine mit dem Elektromotor und dem Generator betrieblich verbundene elektrische Energiespeichereinrichtung aufweist, und das Präsentieren einer mit einer Abgasemissionsvorschrift konformen Darstellung des Hybridantriebssystems beinhalten, wobei die Darstellung auf einer Bewertung einer oder mehrerer Exemplare des Hybridantriebssystems über einen Testzyklus basiert, die einen Betrieb des gesamten Hybridantriebssystems über den Testzyklus berücksichtigen anstatt den Betrieb des Verbrennungsmotors alleine. Diese exemplarischen Verfahren haben mehrere Ausgestaltungen.
Einige Ausgestaltungen umfassen das Antreiben eines Fahrzeugs durch das Hybridantriebssystem. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Betreiben des Verbrennungsmotors zum Erzeugen von mechanischer Leistung in einem ersten Betriebsmodus, in dem Abgasemissionen einen vorgegebenen Wert überschreiten, und das Ausgleichen dieser überschüssigen Emissionen während eines zweiten Betriebsmodus, in dem elektrische Energie von der elektrischen Energiespeichereinrichtung bereitgestellt wird, während der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Zulassen einer Nulldrehzahl des Verbrennungsmotors entsprechend einem Leerlaufzustand während des Testzyklus und das Berücksichtigen der Zurückgewinnung kinetischer Energie während des Motorbremsvorgangs des Verbrennungsmotors während des Testzyklus. Einige Ausgestaltungen umfassen das Betreiben des Verbrennungsmotors ohne Abgasrückführung. Einige Ausgestaltungen weisen einen Turbolader und das Modulieren eines Wastegate des Turboladers auf. In einigen Ausgestaltungen ist der Verbrennungsmotor ein mit Dieselkraftstoff betriebener Motor und weist einen Dieseloxidationskatalysator, einen Dieselpartikelfilter und eine SCR-Einrichtung auf. Einige Ausgestaltungen weisen die Verwendung einer Motorbremse auf.
Einige exemplarische Ausführungsformen sind ein Hybridantriebssystem mit einem Verbrennungsmotor des Kompressionsionszündungstyps, einem Elektromotor und einem Generator, einer Kupplung zum selektiven Koppeln und Entkoppeln des Verbrennungsmotors mit/von dem Elektromotor und dem Generator, einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, einer Nachbehandlungsvorrichtung zum Senken von Abgasemissionen des Verbrennungsmotors, wobei die Nachbehandlungsvorrichtung eine SCR- (selektive katalytische Reduktion) Einrichtung aufweist, wobei die SCR-Einrichtung zwei oder mehr Betten, einen ersten Sensor zum Bereitstellen eines einem Abgasstrombestandteil zwischen den beiden Betten der SCR-Einrichtung entsprechenden ersten Sensorsignals und einen auf das erste Signal ansprechenden Controller zum Regeln des Betriebs der Nachbehandlungsvorrichtung umfasst. Diese exemplarischen Systeme haben mehrere Ausgestaltungen.
In einigen Ausgestaltungen weist der Verbrennungsmotor einen Turbolader mit einem Wastegate auf. Einige Ausgestaltungen beinhalten einen zweiten Sensor zum Bereitstellen eines einer Temperatur des Abgasstroms entsprechenden zweiten Signals, wobei das erste Signal Ammoniak im Abgasstrom darstellt. In einigen Ausgestaltungen umfasst die Nachbehandlungsvorrichtung eine mit der Energiespeichereinrichtung betrieblich verbundene elektrisch betriebene Heizeinrichtung zum selektiven Erhöhen der Temperatur des in die SCR-Einrichtung strömenden Abgasstroms. In einigen Ausgestaltungen umfasst die Nachbehandlungsvorrichtung einen stromaufwärts von der Heizeinrichtung angeordneten Dieselpartikelfilter und einen stromaufwärts vom Dieselpartikelfilter angeordneten Dieseloxidationskatalysator. In einigen Ausgestaltungen ist der Controller ferner dafür strukturiert, eine Betriebslogik zum Einrücken der Kupplung, Aktivieren des Elektromotors Betreiben des Verbrennungsmotors auszuführen, um Drehmoment vom Elektromotor und vom Verbrennungsmotor gleichzeitig bereitzustellen. In einigen Ausgestaltungen ist der Controller ferner dafür strukturiert, die Betriebslogik zum Ausrücken der Kupplung und zum Aktivieren des Elektromotors zum Bereitstellen eines Elektromotordrehmoments auszuführen. In einigen Ausgestaltungen haben der Elektromotor und der Generator die Form einer integralen Einheit mit einem gemeinsamen Stator und einem gemeinsamen Rotor.
Einige exemplarische Ausführungsformen sind Hybridantriebssysteme mit einem Verbrennungsmotor, einem Generator und einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, einer Einrichtung zum Ausführen eines ersten Betriebsmodus des Hybridantriebssystems durch Betreiben des Verbrennungsmotors zum Erzeugen mechanischer Leistung, einer Einrichtung zum Ausführen eines zweiten Betriebsmodus des Hybridantriebssystems zum Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie durch den Generator und Speichern der elektrischen Energie in der elektrischen Energiespeichereinrichtung, einer Einrichtung zum Ausführen eines dritten Betriebsmodus des Hybridantriebssystems zum Bereitstellen von elektrischer Leistung von der elektrischen Energiespeichereinrichtung, einer Einrichtung zum Sammeln von Verbrennungsmotoremissionsinformation während des ersten Betriebsmodus, des zweiten Betriebsmodus und des dritten Betriebsmodus und zum Bewerten der Konformität eines Emissionsbestandteils des Verbrennungsmotors mit mindestens einer Vorschrift als eine Funktion der Information. Diese exemplarischen Systeme haben mehrere Ausgestaltungen, wie beispielsweise die hierin beschriebenen Ausgestaltungen.
Einige exemplarische Ausführungsformen sind Hybridantriebssysteme mit einem mit Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor des Kompressionszündungstyps mit einem Turbolader, wobei der Turbolader ein Wastegate aufweist, einem Elektromotor und einem Generator, einer Kupplung zum selektiven Koppeln des Verbrennungsmotors und Entkoppeln des Verbrennungsmotors mit/von dem Elektromotor und dem Generator, einer mit dem Elektromotor elektrisch verbundenen elektrischen Energiespeichereinrichtung zum selektiven Bereitstellen von elektrischer Leistung zum Antreiben des Elektromotors und des Generators und zum selektiven Empfangen von elektrischer Energie davon, einer Nachbehandlungsvorrichtung zum Senken von Abgasemissionen vom Verbrennungsmotor, wobei die Nachbehandlungsvorrichtung eine SCR- (selektive katalytische Reduktion) Einrichtung, eine mit der Energiespeichereinrichtung verbundene, elektrisch betriebene Heizeinrichtung zum selektiven Empfangen von elektrischer Energie davon, einen ersten Sensor zum Bereitstellen eines einer Temperatur des Abgasstroms in der SCR-Einrichtung entsprechenden ersten Signals und einen auf das erste Signal ansprechenden Controller zum Regeln des Betriebs der Nachbehandlungsvorrichtung und zum selektiven Erhöhen der Temperatur eines Abgasstroms vom Verbrennungsmotor in die SCR-Einrichtung aufweist, wobei der Controller ferner dafür strukturiert ist, eine Betriebslogik zum Betätigen der Kupplung zum Koppeln des Verbrennungsmotors mit dem Elektromotor zum gleichzeitigen Bereitstellen eines Drehmoments vom Verbrennungsmotor und vom Elektromotor auszuführen und den Betrieb des Wastegate zum Regeln des Betriebs der Nachbehandlungsvorrichtung zu modulieren. Diese exemplarischen Systeme haben mehrere Ausgestaltungen.
Einige Ausgestaltungen umfassen eine Einrichtung zum Filtern von Ruß im Abgasstrom. In einigen Ausgestaltungen sind der Elektromotor und der Generator mit einem gemeinsamen Rotor und einem gemeinsamen Stator strukturiert. In einigen Ausgestaltungen beinhaltet die Nachbehandlungsvorrichtung einen stromaufwärts der SCR-Einrichtung angeordneten Dieseloxidationskatalysator zum Empfangen von Abgas vom Verbrennungsmotor und einen stromabwärts vom Dieseloxidationskatalysator und stromaufwärts von der SCR-Einrichtung angeordneten Dieselpartikelfilter. In einigen Ausgestaltungen weist die Nachbehandlungsvorrichtung eine Zersetzungsrohr, das einen Abgasstrom vom Dieselpartikelfilter empfängt und mit der SCR-Einrichtung und mit einer Dosiermittelquelle in Fluidkommunikation steht, die ein Dosiermittel in das Zersetzungsrohr zuführt, in dem eine Zersetzung stattfindet, um Ammoniak für den durch die SCR-Einrichtung empfangenen Abgasstrom bereitzustellen. In einigen Ausgestaltungen umfasst der Controller eine Einrichtung zum Begrenzen des Betriebs des Verbrennungsmotors auf einen optimierten Verbrennungsmotordrehzahlbereich und eine Einrichtung zum Ergänzen des Verbrennungsmotordrehmoments durch ein durch den Elektromotor erzeugtes Drehmoment. Einige Ausgestaltungen umfassen eine durch den Controller geregelte Motorbremse. Einige Ausgestaltungen umfassen ein durch das Drehmoment vom Verbrennungsmotor und vom Elektromotor angetriebenes Fahrzeug. Einige Ausgestaltungen beinhalten eine Einrichtung zum Antreiben von Zusatzgeräten durch den Elektromotor, während der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb ist. In einigen Ausgestaltungen hat der Verbrennungsmotor keine Abgasrückführungsvorrichtung.
Einige exemplarische Ausführungsformen sind Verfahren, die das Bereitstellen eines Hybridantriebssystems, das einen Verbrennungsmotor des Kompressionszündungstyps, einen Elektromotor, einen Generator, eine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor und dem Generator betrieblich verbundene Kupplung und eine mit dem Elektromotor und dem Generator betrieblich verbundene elektrische Energiespeichereinrichtung aufweist, und das Testen des Hybridantriebssystems hinsichtlich einer Konformität mit einem oder mehreren hybridspezifischen Abgasemissionsvorschriften beinhalten, wobei die hybridspezifischen Vorschriften auf der Leistungsfähigkeit des Hybridantriebssystems als Energiequelle insgesamt anstatt des Verbrennungsmotors alleine basieren, und wobei die Vorschriften einen Emissionswert des Verbrennungsmotors zulassen, der durch eine oder mehrere für einen Verbrennungsmotor spezifische Emissionsvorschriften unzulässig ist, die für die Konformität des Verbrennungsmotors alleine anwendbar sind. Diese exemplarischen Verfahren haben mehrere Ausgestaltungen.
In einigen Ausgestaltungen umfasst das Testen des Hybridantriebssystems das Betreiben des Verbrennungsmotors zum Erzeugen eines mechanischen Drehmoments und von Verbrennungsmotorabgasemissionen während eines ersten Teils eines festgelegten Testzyklus und das Ausgleichen der Verbrennungsmotorabgasemissionen durch Einstellen einer Verbrennungsmotordrehzahl von null, während der Verbrennungsmotor sich im Leerlaufzustand befindet, während eines zweiten Teils des festgelegten Testzyklus. In einigen Ausgestaltungen umfasst das Testen des Hybridsystems ferner das Ausgleichen der Verbrennungsmotorabgasemissionen durch Bereitstellen eines weiteren Drehmoments durch den Elektromotor, der durch elektrische Energie betrieben wird, die durch Umwandeln von kinetischer Energie durch den Generator während eines Motorbremsbetriebs des Verbrennungsmotors zurückgewonnen wird. Einige Ausgestaltungen beinhalten das Konfigurieren des Hybridantriebssystems derart, dass NO_x-Emissionen des Verbrennungsmotors durch eine Nachbehandlungsvorrichtung reduziert werden, und das Betreiben einer elektrischen Heizeinrichtung in der Nachbehandlungsvorrichtung durch elektrische Energie von der Energiespeichereinrichtung, die durch Umwandeln von kinetischer Energie in elektrische Energie durch den Generator bereitgestellt wurde. In einigen Ausführungsformen weist das Hybridantriebssystem eine Nachbehandlungsvorrichtung auf, wobei die Nachbehandlungsvorrichtung einen Dieseloxidationskatalysator, einen stromabwärts vom Dieseloxidationskatalysator angeordneten Dieselpartikelfilter und eine stromabwärts vom Dieselpartikelfilter angeordnete Mehrbett-SCR-Einrichtung aufweist. In einigen Ausgestaltungen weist der Verbrennungsmotor einen Turbolader mit einem Wastegate auf. In einigen Ausgestaltungen beinhaltet das Hybridantriebssystem einen Controller, der dafür konfiguriert ist, das Wastegate zu modulieren. In einigen Ausgestaltungen weist das Hybridantriebssystem eine Motorbremse auf. In einigen Ausgestaltungen sind der Elektromotor und der Generator jeweils mit einem gemeinsamen Stator und einem gemeinsamen Rotor strukturiert. Einige Ausgestaltungen umfassen das Konfigurieren des Verbrennungsmotors derart, dass er unter hybridspezifischen Emissionsvorschriften kraftstoffeffizienter arbeitet als unter verbrennungsmotorspezifischen Emissionsvorschriften. Einige Ausgestaltungen umfassen das Konfigurieren des Verbrennungsmotors derart, dass er für hybridspezifische Emissionsvorschriften über einen engeren Drehzahlbereich betrieben wird als es zum Erfüllen der verbrennungsmotorspezifischen Emissionsvorschriften erforderlich wäre. Einige Ausgestaltungen umfassen das Konfigurieren des Hybridantriebssystems derart, dass gleichzeitig ein Drehmoment vom Verbrennungsmotor und vom Elektromotor bereitgestellt wird. In einigen Ausgestaltungen beinhaltet das Testen das Anwenden eines Dynamometers.
Obwohl verschiedene Erfindungen in den Figuren und der vorstehenden Beschreibung und/oder irgendeinem der folgenden Patentansprüchen genau dargestellt und beschrieben worden sind, ist selbige als erläuternd und nicht einschränkend anzusehen, und es versteht sich, dass nur bestimmte exemplarische Ausführungsformen erläutert worden sind und dass alle Änderungen, Abwandlungen und/oder Äquivalente mit umfasst sein sollen. Es sollte ferner klar sein, dass obschon die Verwendung von Worten wie bevorzugt, vorzugsweise, vorteilhaft oder vorteilhafter in der Beschreibung angeben kann, dass das so bezeichnete Merkmal wünschenswerter sein mag, es dennoch nicht notwendig sein muss und Ausführungsformen ohne dieses Merkmal als im Schutzbereich der vorliegend definierten Erfindungen liegend angesehen werden können. Beim Lesen jeglicher in der vorliegenden Anmeldung enthaltener Ansprüche ist, wenn Wörter wie „ein“, „eine“, „mindestens ein“ oder „mindestens ein Abschnitt“ verwendet werden, nicht beabsichtigt, den Anspruch auf nur ein Element zu begrenzen, sofern dies im jeweiligen Anspruch nicht ausdrücklich anders angegeben ist. Wenn die Wendung „mindestens ein Abschnitt“ und/oder „ein Abschnitt“ verwendet wird, kann der Gegenstand einen Teil und/oder den gesamten Gegenstand umfassen, sofern dies nicht ausdrücklich anders angegeben ist.

Claims

Verfahren zum Testen von Emissionen eines Diesel-Elektro-Hybrid-Antriebsstrangs, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen eines Antriebsstrangs mit einem Diesel-Verbrennungsmotor, einem mit dem Verbrennungsmotor integrierten Motor/Generator zum Bereitstellen eines Bremsdrehmoments an einer gemeinsamen Ausgangswelle und einem Energiespeichersystem, das dafür konfiguriert ist, selektiv elektrische Energie vom Motor/Generator zu empfangen und dem Motor/Generator elektrische Energie zuzuführen; direktes Verbinden der Ausgangswelle mit einem Dynamometer; Betreiben des Antriebsstrangs gemäß einem vorgegebenen Programm von Betriebskriterien zum Bereitstellen eines Bremsdrehmoments an der Ausgangswelle unter Verwendung einer Kombination aus dem Verbrennungsmotorbetrieb alleine, einem Motor/Generatorbetrieb alleine und einem Verbrennungsmotorbetrieb zusammen mit einem Motor/Generatorbetrieb; und Bestimmen von NO_x -, Feinstaub-, Kohlenwasserstoff-, CO- und CO₂ -Emissionen über das vorgegebene Programm von Betriebskriterien, wobei während des Betriebs für den Betrieb des Antriebsstrangs ein vorgegebener oberer Grenzwert zum Gewinnen von Energie aus dem Motor/Generatorbetrieb alleine festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der vorgegebene obere Grenzwert auf einem Modell basiert, das verschiedene Differentialübersetzungen, eine Differentialeffizienz, eine Radgröße, eine Reifeneigenschaft und eine Straßensteigung berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der vorgegebene obere Grenzwert auf einem Anteil positiver Arbeit an der gemeinsamen Ausgangswelle während des vorgegebenen Programms basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der vorgegebene obere Grenzwert auf einer Simulation kinetischer Energie eines Fahrzeugs basiert, die über das vorgegebene Programm variiert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Emissionen vom Antriebsstrang innerhalb jeweiliger Grenzwerte für Feinstaub, NO_x, Kohlenwasserstoff und CO liegen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die jeweiligen Grenzwerte 0,01 Gramm oder weniger Feinstaub pro Brems-PS-Stunde, 0,20 Gramm oder weniger NO_X pro Brems-PS-Stunde, 0,14 Gramm oder weniger Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe pro Brems-PS-Stunde und 15,5 Gramm oder weniger CO pro Brems-PS-Stunde beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die CO -Emissionen vom Antriebsstrang 500 Gramm oder weniger pro Brems-PS-Stunde über einen Testzyklus betragen, der Übergangsphasen enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das vorgegebene Programm das Ausgangswellendrehmoment als einen Prozentanteil eines maximalen Ausgangswellendrehmoments des Systems als Funktion der Zeit spezifiziert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die gemeinsame Ausgangswelle eine Vor-Getriebe-Ausgangswelle ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die gemeinsame Ausgangswelle eine Nach-Getriebe-Ausgangswelle ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das vorgegebene Programm ein Programm für ein Soll-Bremsdrehmoment als Funktion der Zeit aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Programm für das Soll-Bremsdrehmoment einen Prozentanteil eines maximalen Bremsdrehmoments als eine Funktion der Zeit spezifiziert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das vorgegebene Programm ein Programm für die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit als eine Funktion der Zeit aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem eine Fahrzeugsimulation eine simulierte Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf einem Dynamometerdrehmoment, einer Dynamometerdrehzahl und Fahrzeugmodellcharakteristiken bestimmt, einen Befehl zum Steuern der Ausgangsleistung des Antriebsstrangs basierend auf der simulierten Fahrzeuggeschwindigkeit und der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit ausgibt und einen Befehl zum Steuern des Dynamometers basierend auf den Fahrzeugmodellcharakteristiken ausgibt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Fahrzeugmodellcharakteristiken eine Fahrzeugmasse, einen Rollwiderstand und einen Fahrzeugluftwiderstand beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Fahrzeugmodellcharakteristiken eine Straßensteigung und eine Zusatzgerätelast beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Ausgangsleistung des Antriebsstrangs unter Verwendung einer Fahrzeugmodellsimulation gesteuert wird, um das Programm für die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit zu erfüllen.
Fahrzeugantriebsstrangtestsystem mit: einem Diesel-Verbrennungsmotor, der dafür konfiguriert ist, nur mit einer nicht-homogenen Verbrennung betrieben zu werden; einem mit dem Verbrennungsmotor betrieblich verbundenen Turbolader; einem mit dem Verbrennungsmotor integrierten Motor/Generator zum Bereitstellen eines Bremsdrehmoments an einer gemeinsamen Ausgangswelle; einem mit der Ausgangswelle direkt verbundenen Dynamometer; einem Energiespeichersystem, das dafür konfiguriert ist, dem Motor/Generator wahlweise elektrische Energie zuzuführen und elektrische Energie vom Motor/Generator zu empfangen; einem Abgasnachbehandlungssystem, das dafür konfiguriert ist, Emissionen einer oder mehrerer Komponenten unter Feinstaub, NO_x, Kohlenwasserstoffen und CO zu senken; und einem Controller, der dafür konfiguriert ist, den Verbrennungsmotor und den Motor/Generator selektiv zu steuern, um ein Bremsdrehmoment und eine Ausgangswellendrehzahl bereitzustellen, die ein vorgegebenes Programm von Betriebskriterien erfüllen, während vorgegebene Emissionskriterien erfüllt sind, die jeweilige Grenzwerte für Feinstaub-, NO_X -, Kohlenwasserstoff-, CO- und CO₂ - Emissionen erfüllen, wobei der Verbrennungsmotor und das Abgasnachbehandlungssystem alleine nicht in der Lage sind, ein Bremsdrehmoment bereitzustellen, das das vorgegebene Programm erfüllt und die vorgegebenen Emissionskriterien erfüllt.
System nach Anspruch 18, bei dem das Unvermögen des Verbrennungsmotors und des Abgasnachbehandlungssystems einer Verzögerung im Drehmomentübergangsverhalten des Verbrennungsmotors zuschreibbar ist, und wobei der Controller dafür konfiguriert ist, das Unvermögen durch Steuern des Motors/Generators zum Bereitstellen eines positiven Bremsdrehmoments während der Verzögerung unter Verwendung von elektrischer Energie vom Energiespeichersystem auszugleichen.
System nach Anspruch 19, bei dem die Verzögerung im Drehmomentübergangsverhalten des Verbrennungsmotors einer festen Geometrie und Größe des Turboladers zuschreibbar ist.
System nach Anspruch 19, bei dem die Verzögerung im Drehmomentübergangsverhalten des Verbrennungsmotors einem Befehl vom Controller zum Begrenzen des Drehmomentübergangsverhaltens des Verbrennungsmotors zuschreibbar ist, der eine Begrenzung von durch den Verbrennungsmotor erzeugten Emissionen bewirkt.
System nach Anspruch 21, bei dem der Befehl bewirkt, dass durch den Verbrennungsmotor erzeugte Partikel begrenzt werden.
System nach Anspruch 21, bei dem der Befehl bewirkt, dass durch den Verbrennungsmotor erzeugtes NO_X begrenzt wird.
System nach Anspruch 21, bei dem der Befehl bewirkt, dass durch den Verbrennungsmotor erzeugte Partikel und durch den Verbrennungsmotor erzeugtes NO_X begrenzt werden.
System nach Anspruch 19, bei dem der Controller mit einer ersten Steuerroutine, die das vom Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellte maximale Drehmoment innerhalb eines Emissionsgrenzwertes bestimmt, und mit einer zweiten Steuerroutine konfiguriert ist, die das durch den Motor/Generator bereitgestellte Drehmoment basierend auf einem Netto-Drehmomentbedarf und dem maximalen Drehmoment bestimmt.
System nach Anspruch 18, bei dem der Verbrennungsmotor mit einem Verhältnis zwischen dem Einlasskrümmerdruck und dem Auslasskrümmerdruck von mehr als 1 betrieben wird und das Unvermögen des Verbrennungsmotors und des Nachbehandlungssystems einem Unvermögen des Nachbehandlungssystems zum Reduzieren von Emissionen des Verbrennungsmotors zuschreibbar ist, wenn der Verbrennungsmotor alleine betrieben wird, um die durch das vorgegebene Programm von Betriebskriterien erforderliche Ausgangsleistung bereitzustellen.
System nach Anspruch 18, bei dem der Verbrennungsmotor ohne AGR konfiguriert ist.
System nach Anspruch 18, bei dem der Betrieb des Verbrennungsmotors ohne den Motor/Generator zum Erfüllen des vorgegebenen Programms von Betriebskriterien eine Nachbehandlungssystemtemperatur bereitstellt, die unzureichend ist, um die vorgegebenen Emissionskriterien zu erfüllen, und wobei der Motor/Generator den Verbrennungsmotor belastet, um die Temperatur des Nachbehandlungssystems zu erhöhen und zu ermöglichen, dass das Nachbehandlungssystem die vorgegebenen Emissionskriterien erfüllt.
System nach Anspruch 18, bei dem das Unvermögen des Verbrennungsmotors und des Abgasnachbehandlungssystems darauf beruht, dass der Verbrennungsmotor ein unzureichendes maximales Ausgangsdrehmoment erzeugt, um das vorgegebene Programm von Betriebskriterien zu erfüllen, und wobei der Controller dafür konfiguriert ist, die vorgegebenen Kriterien unter Verwendung eines Drehmoments vom Motor/Generator zu erfüllen.
System nach Anspruch 18, bei dem das Unvermögen des Verbrennungsmotors und des Abgasnachbehandlungssystems dem Umstand zuschreibbar ist, dass der Controller das Verbrennungsmotorausgangdrehmoment auf einen Wert begrenzt, der unzureichend ist, um das vorgegebene Programm von Betriebskriterien zu erfüllen, und wobei der Controller dafür konfiguriert ist, die vorgegebenen Kriterien durch Steuern des Motors/Generators zum Bereitstellen eines Drehmoments zu erfüllen.
System nach Anspruch 18, bei dem die vorgegebenen Emissionskriterien aufweisen: 0,01 Gramm oder weniger Feinstaub pro Brems-PS-Stunde, 0,20 Gramm oder weniger NO_x pro Brems-PS-Stunde, 0,14 Gramm oder weniger Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe pro Brems-PS-Stunde, 15,5 Gramm oder weniger CO pro Brems-PS-Stunde und 500 Gramm oder weniger CO₂ pro Brems-PS-Stunde.
System nach Anspruch 18, bei dem das Nachbehandlungssystem ohne einen Dieselpartikelfilter konfiguriert ist und dafür konfiguriert ist, Partikelemissionen durch einen Nebenstrompartikelfilter zu reduzieren, der eine niedrigere Partikelreduktionskapazität hat als ein Dieselpartikelfilter.
System nach Anspruch 18, bei dem das Nachbehandlungssystem ohne einen Partikelfilter konfiguriert ist.
System nach Anspruch 18, bei dem das vorgegebene Programm von Betriebskriterien ein Programm aufweist, das ein Ausgangswellendrehmoment und eine Ausgangswellendrehzahl als eine Funktion der Zeit spezifiziert.
System nach Anspruch 18, bei dem die vorgegebenen Kriterien ein Programm zum Spezifizieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit als eine Funktion der Zeit aufweisen.
System nach Anspruch 18, bei dem das Betreiben des Verbrennungsmotors ohne den Motor/Generator zum Erfüllen des vorgegebenen Programms von Betriebskriterien eine Nachbehandlungssystemtemperatur bereitstellt, die unzureichend ist, um die vorgegebenen Emissionskriterien zu erfüllen, und wobei der Motor/Generator den Verbrennungsmotor belastet, um die Temperatur des dem Nachbehandlungssystem zugeführten Abgases zu erhöhen und zu ermöglichen, dass das Nachbehandlungssystem die vorgegebenen Emissionskriterien erfüllt.
System nach Anspruch 18, bei dem das Betreiben des Verbrennungsmotors zum Erfüllen von Niedriglast-Ausgangsdrehmomentanforderungen des vorgegebenen Programms von Betriebskriterien eine Nachbehandlungssystemtemperatur bereitstellt, die unzureichend ist, um die vorgegebenen Emissionskriterien zu erfüllen, und wobei das System den Verbrennungsmotor nur bei Lasten betreibt, die eine Nachbehandlungssystemtemperatur bereitstellen, die ausreichend ist, um die vorgegebenen Emissionskriterien zu erfüllen, und den Motor/Generator alleine betreibt, um die Niedriglast-Ausgangsdrehmomentanforderungen zu erfüllen.