為車艙供暖的系統和方法
2023-04-24 23:47:31 1
專利名稱：為車艙供暖的系統和方法
技術領域：
本公開涉及用於為機動車輛的艙室供暖的系統和方法。
背景技術：
大部分現代車輛採用內燃發動機用於推進。此外，為了尋求減少廢氣排放，以及為了改進的燃料效率，內燃發動機可以與電動機-發電機組合以形成混合動力傳動系。類似地，為了減少的廢氣排放和改進的燃料效率，主題內燃發動機可以配備有起動-停止能力。起動-停止能力允許當不需要發動機功率來驅動車輛時發動機自動關閉並隨後當再次需要發動機功率時發動機自動地重新起動。通常，起動-停止能力減少發動機的廢氣並改進車輛的總燃料效率，這是由於當發動機關閉時發動機不消耗燃料或產生燃燒後廢氣。但是，當發動機因此關閉時，它不產生可以以另外方式用於為主題車輛的乘客艙供暖的能量。
發明內容
提供了一種方法，用於加熱機動車輛的艙室或乘客艙，所述機動車輛包括內燃發動機和供暖、通風和空調(HVAC)系統，所述內燃發動機操作性地連接到具有催化器的排放系統。方法包括檢測增加艙室內部的溫度的請求，供應燃料和空氣至發動機，並帶動發動機以泵送燃料和空氣進入排放系統。方法還包括加熱催化器以燃燒催化器內部的燃料和空氣，使得產生燃燒後廢氣流。方法還包括將產生的燃燒後廢氣流引導至HVAC系統，使得通過HVAC系統循環的冷卻劑的溫度增加，以加熱艙室。HVAC系統可以包括液體對空氣交換器，且引導產生的燃燒後廢氣流的動作可以針對熱交換器實現。車輛可以還包括電動機-發電機，方法可以還包括經由電動機-發電機為車輛提供動力。在這樣的情況下，帶動發動機的動作可以經由電動機-發電機實現。車輛可以還包括電加熱元件，加熱催化器的動作可以經由加熱元件實現。通過HVAC系統循環的冷卻劑可以是發動機冷卻劑。發動機可以包括自動起動-停止能力。在這樣的情況下，方法還包括，在加熱催化器和燃燒催化器內部的燃料和空氣之後，起動發動機以燃燒發電機內部的燃料和空氣，用於為車輛提供動力。車輛還還包括控制器。因此，檢測增加艙室內部的溫度的請求、供應燃料和空氣至發動機、帶動發動機、加熱催化器、將產生的燃燒後廢氣引導至HVAC系統、和起動發動機的動作中的每一個可以經由控制器實現。車輛還可包括能量存儲裝置。因此，方法還可以包括經由控制器確定能量存儲裝置的充電狀態(S0C)。此外，當SOC處於預定值之下時，供應燃料和空氣至發動機、帶動發動機、加熱催化器、將產生的燃燒後廢氣引導至HVAC系統、和起動發動機的動作中的每一個可以被實現。
車輛還可以包括電加熱器，所述電加熱器配置為供應熱量至艙室。在這樣的情況下，方法還可以包括，當能量存儲裝置的SOC處於預定值之上時經由電加熱器供應熱量至艙室，並當能量存儲裝置的SOC處於預定值之下時停止經由電加熱器供應熱量至艙室。還披露了一種系統，所述系統配置為執行上述方法。本發明的上述特徵和優勢及其他特徵和優勢將從用於實施本發明的最佳模式的以下詳細描述連同附圖是明顯的。
圖1是使用用於為車艙供暖的內燃發動機的混合動力車輛的示意性平面圖；和圖2是示出為圖1中描繪的車輛中的艙室供暖的方法的流程圖。
具體實施例方式參考附圖，其中相同的附圖標記在若干幅視圖中表示相同的部件。圖1示出混合動力電動車輛(HEV)IO的示意圖。HEV 10包括內燃發動機12，諸如火花或壓縮點火型發動機，配置為產生動力並適於驅動車輪14和/或16以推進車輛。儘管示出的是混合動力電動車輛，但可以設想採用內燃發動機的任何車輛。HEV 10還包括乘客艙或艙室18。此外，HEV 10包括系統19，所述系統19配置為對艙室18供暖。發動機12是系統19的一部分，其中系統採用發動機用於為艙室18供暖。系統19還包括供暖、通風、和空調(HVAC)系統20，用於調節以被選擇的溫度進入和穿過乘客艙的空氣流，以在艙室18內部建立期望的溫度。發動機12特徵在於起動-停止能力，其包括自動的發動機關閉和自動的燃料切斷。在起動-停止操作期間，當不需要發動機功率驅動HEV 10時，發動機12自動地關閉。發動機起動-停止可以用於在當HEV 10短暫停止的情況下關閉發動機12，並隨後在車裡操作者釋放制動器(未示出)時自動地重新啟動發動機。另外，起動-停止能力允許發動機12在HEV 10的減速期間關閉和被車輛慣性帶動，用於HEV的改進的燃料效率，並隨後當再次期望HEV的加速時自動地重新起動。通常，當發動機運行時，空氣和燃料的供應被輸送至發動機12的汽缸26。發動機12的起動-停止能力包括，當發動機沒有運行時，自動切斷至汽缸26的燃料22。當至發動機的燃料供應關閉和汽缸26中沒有燃燒發生時，發動機12還可以經由分開的源或外部源帶動(motored)或旋轉。通常，當發動機因此被帶動時,主題發動機的內部旋轉部件，諸如曲軸、閥和活塞(它們均未示出，但本領域技術人員會意識到它們的存在)，保持運動。因此，被帶動的發動機的汽缸繼續產生真空，且隨後吸氣、壓縮、並泵出空氣。相應地，由於主題發動機不燃燒燃料或產生燃燒力，改進了主車輛的總效率。當發動機12要被重新起動時，燃料22對汽缸26的供應恢復。如圖1所示，發動機12包括流體泵28,所示流體泵28配置為供應加壓冷卻流體或冷卻劑，並在發動機中循環這樣的冷卻劑，以當發動機運行時除去熱量。增加溫度的發動機冷卻劑隨後循環通過HVAC系統20。HAVC系統20繼而使用增加溫度的發動機冷卻劑通過使冷卻劑穿過液體對空氣熱交換器30並將因此被加熱的空氣導向至艙室中而為艙室供暖。還如圖1中所示，HVAC系統20可以包括電加熱器32。加熱器32配置為供應熱能至從環境進入艙室18的空氣，以便更快速地獲得艙室內部期望的溫度，特別是當發動機12還未達到運行溫度。發動機12通過變速器34經由驅動或傳動軸36將功率傳輸至被驅動車輪14和/或16，用於驅動HEV 10。在運轉期間，發動機12經由排放系統排放燃燒後氣體至環境。排放系統38包括催化轉化器40，所述催化轉化器40用於在氣體進入大氣前減少被排放的廢氣的毒物，如本領域技術人員所理解的。因此，發動機12的起動-停止能力還允許，當不需要發動機功率驅動HEV 10時，減少進入大氣中的廢氣。儘管示出了兩個催化器40，但是HEVlO採用的催化器的實際數量大致取決於發動機12的配置，如本領域技術人員所理解的。系統19還包括電加熱元件41。每一個電加熱元件41操作性地連接到一個催化轉化器40，並配置為加熱相應的催化轉化器。加熱元件41能夠產生300攝氏度以上的溫度，這足以點燃催化器40內部的空氣和燃料混合物。仍參考圖1，系統19還包括電動機-發電機42，所述電動機-發電機42配置為產生用於驅動HEV 10的電功率，並還將這樣的功率供應到HEV的各個電裝置。電動機-發電機42還配置為，在發動機在起動-停止操縱期間已經被短暫關閉之後，帶動發動機12或迅速並自動地重新起動發電機12。儘管示出了三個電動機-發電機42，但取決於HEV 10的實際配置，可以採用大數量的電動機-發電機。電動機-發電機42配置為當發動機12運轉時供應能量至能量存儲裝置44，諸如一個或多個電池。能量存儲裝置44通常還供應電能以為HVAC系統20和其他各種車輛輔助設備供電，諸如車輛外部和內部照明(未示出)。能量存儲裝置44配置為選擇性地存儲能量，並在HEVlO的運行期間按照需要釋放被存儲的能量。系統19還包括控制器46，所述控制器46具有有形的非瞬時的存儲器。控制器46適於調節發動機12、變速器34、電動機-發電機42和能量存儲裝置44的運轉。控制器46配置為通過檢測來自HEV 10的操作者的請求來調節艙室18的供暖，以增加艙室內部的溫度。當實際艙室溫度低於期望艙室溫度時，獲得艙室18內部的預定溫度的請求發生。控制器46還配置為供應燃料和空氣至汽缸，並引導電動機-發電機42以帶動發動機，而不燃燒汽缸26內部的混合物。發動機12的這樣的帶動用於泵送燃料和空氣，經由汽缸進入排放系統38。控制器46還配置為通過激活加熱元件41加熱催化器40，以由此在每一個相應催化器內燃燒被泵送到排放系統38中的燃料和空氣的混合物，並由此加熱催化器。因此，力口熱元件41將催化器轉變為「催化燃燒器」，並用於灼燒或燃燒催化器內部的燃料和空氣，並產生燃燒後廢氣流。此外，控制器46配置為引導產生的燃燒後廢氣流經由導管47到熱交換器30，並增加通過熱交換器循環的發動機冷卻劑的溫度。發動機冷卻劑的增加的溫度繼而增加在熱交換器30上經過並穿過熱交換器30的空氣的溫度，且增加溫度的空氣隨後用於為艙室18供暖。因為發動機冷卻劑僅在熱交換器30內部被加熱，發動機12整體不需要連同冷卻劑一起被燃燒後廢氣帶到被請求的溫度。因此，與如果冷卻劑在發動機12內部被直接加熱相比，發動機冷卻劑的溫度更迅速地增加。控制器46可以還配置為，在加熱元件41已經導致燃料和空氣的混合物在催化器40內部燃燒之後，起動發動機12並燃燒汽缸26內部的燃料和空氣的額外供應，用於為HEV10提供動力。因此，在催化器40已經經由其中的燃料和空氣混合物的燃燒而被預加熱之後發動機12的這樣的起動減少了在冷起動時來自發動機的廢氣排放。控制器46還可以配置為確定能量存儲裝置44的充電狀態(S0C)、調節至汽缸26的燃料和空氣的供應、帶動發動機、加熱催化器40、和當SOC處於預定值48之下時將產生的燃燒後廢氣流引導到HVAC系統20。因此，預定值48存儲在在控制器46的存儲器內。能量存儲裝置44的SOC的預定值48可以表示最小S0C，在該最小SOV之下，能量存儲裝置不能在不受到損壞的情況下供應足夠的電能至加熱器32。因此，電加熱器32可以當能量存儲裝置44的SOC處於預定值48之上時供應熱量至艙室18，並當能量存儲裝置的SOC處於預定值之下時停止供應熱量至艙室。圖2描述了為HEV 10中的艙室18供暖的方法50，如相對於圖1所描述的。方法開始於框52，其中HEV 10被車輛操作者激活。從框52開始，方法行進至框54，在框54，該方法包括檢測增加艙室18內部的溫度的請求。在框54之後，該方法前進至框56，在框56，該方法包括供應燃料和空氣至汽缸26。在框56之後，該方法行進至框58。在框58中，該方法包括帶動發動機12以泵送燃料和空氣進入排放系統38。在框58之後，該方法行進至框60，在框60處，該方法包括經由加熱元件41加熱催化器40，以燃燒催化器內部的燃料和空氣，使得產生燃燒後廢氣流。從框60，該方法行進至框62，在框62，該方法包括將產生的燃燒後廢氣流弓I導至HVAC系統20，使得通過HVAC系統循環的冷卻劑的溫度增加，以為艙室18供暖。從框62，該方法前進至框64，在框64，該方法包括，在催化器經由加熱元件41加熱以及燃料和空氣在催化器內部燃燒之後，起動發動機12以燃燒汽缸26內部的燃料和空氣，用於為HEV提供動力。儘管已經對執行本發明的較佳模式進行了詳盡的描述，但是本領域技術人員可得知在所附的權利要求的範圍內的用來實施本發明的許多替換設計和實施例。
權利要求
1.一種加熱機動車輛的艙室的方法，所述機動車輛具有內燃發動機和供暖、通風和空調(HVAC)系統，所述內燃發動機操作性地連接到具有催化器的排放系統，該方法包括: 檢測增加艙室內部的溫度的請求； 供應燃料和空氣至發動機； 帶動發動機以泵送燃料和空氣進入排放系統； 加熱催化器以燃燒催化器內部的燃料和空氣，使得產生燃燒後廢氣流；和 將產生的燃燒後廢氣流引導至HVAC系統，使得通過HVAC系統循環的冷卻劑的溫度增力口，以加熱艙室。
2.如權利要求1所述的方法，其中，HVAC系統包括液體對空氣交換器，且所述引導產生的燃燒後廢氣流是針對熱交換器實現。
3.如權利要求1所述的方法，其中，車輛還包括電動機-發電機，所述方法進一步包括經由電動機-發電機為車輛提供動力。
4.如權利要求3所述的方法，其中，所述帶動發動機是經由電動機-發電機實現。
5.如權利要求1所述的方法，其中，車輛還包括電加熱元件，且其中，所述加熱催化器是經由加熱元件實現。
6.如權利要求1所述的方法，其中，通過HVAC系統循環的冷卻劑是發動機冷卻劑。
7.如權利要求1所述的方法，其中，發電機包括自動起動-停止能力，所述方法進一步包括，在所述加熱催化器和燃燒催化器內部的燃料和空氣之後，起動發動機以燃燒發電機內部的燃料和空氣，用於為車輛提供動力。
8.如權利要求7所述的方法，其中，車輛還包括控制器，且其中，所述檢測增加艙室內部的溫度的請求、供應燃料和空氣至發動機、帶動發動機、加熱催化器、將產生的燃燒後廢氣引導至HVAC系統、和起動發動機中的每一項是經由控制器實現。
9.如權利要求8所述的方法，其中，車輛還包括能量存儲裝置，所述方法進一步包括: 經由控制器確定能量存儲裝置的充電狀態(SOC);和 當SOC處於預定值之下時，實現供應燃料和空氣至發動機、帶動發動機、加熱催化器、將產生的燃燒後廢氣引導至HVAC系統、和起動發動機中的每一項。
10.如權利要求9所述的方法，其中，車輛還包括電加熱器，所述電加熱器配置為供應熱量至艙室，所述方法包括: 當能量存儲裝置的SOC處於預定值之上時經由電加熱器供應熱量至艙室；和 當能量存儲裝置的SOC處於預定值之下時停止經由電加熱器供應熱量至艙室。
全文摘要
本發明提供了一種為機動車輛的艙室供暖的方法，所述機動車輛包括內燃發動機和供暖、通風和空調(HVAC)系統，所述內燃發動機操作性地連接到具有催化器的排放系統。方法包括檢測增加艙室內部的溫度的請求，供應燃料和空氣至發動機，並帶動發動機以泵送燃料和空氣進入排放系統。方法還包括加熱催化器以燃燒催化器內部的燃料和空氣，使得產生燃燒後廢氣流。方法還包括將產生的燃燒後廢氣流引導至HVAC系統，使得通過HVAC系統循環的冷卻劑的溫度增加，以為艙室供暖。還披露了一種系統，所述系統配置為執行上述方法。
文檔編號B60H1/00GK103072444SQ20121041315
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月25日 優先權日2011年10月25日
發明者B.N.魯斯, E.V.岡澤, H.G.桑託索, B.L.斯龐 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司