Система транспортного средства
Предложена система транспортного средства, состоящая из двигателя внутреннего сгорания и трансмиссии, расположенной в картере трансмиссии, соединенном с источником газообразного топлива таким образом, что внутри картера трансмиссии содержится некоторое количество газообразного топлива. Расположение механизмов трансмиссии в картере, содержащем газообразное топливо низкой плотности, уменьшает потери мощности на сопротивление воздуха и увеличивает экономичность топлива.
Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к системам транспортных средств для снижения воздушного сопротивления трансмиссии.
Уровень техники
Сопротивление и трение воздуха в одном или нескольких движущихся компонентах движительной системы транспортного средства влияет на расход топлива и износ системы. Эти потери сильнее всего влияют на трансмиссию транспортного средства, в которой потери на воздушное сопротивление усугубляются высокой скоростью вращения компонентов системы. В гибридных транспортных средствах, в которых для передачи крутящего момента двигателю и получения энергии от рекуперативного торможения применяются электродвигатель и генератор, эти потери могут дополнительно усугубляться высокой скоростью вращения проводника.
В движительной системе транспортных средств работа трансмиссии основана на высокоскоростном вращении механизмов и зубчатых передач. Обычно трансмиссия располагается внутри картера коробки передач, который позволяет обеспечить подачу окружающего воздуха к вращающимся механизмам. Однако при быстром вращении механизмы испытывают противодействующую силу, возникающую из-за сопротивления воздуха, находящегося внутри коробки передач. Это сопротивление сказывается на потерях топливной эффективности и доступного крутящего момента.
Потери эффективности и крутящего момента в гибридных транспортных средствах усугубляются наличием дополнительных вращающихся деталей внутри электродвигателя и системы генератора. В электрических и гибридных транспортных средствах большее напряжение питания обеспечивает больший крутящий момент при меньших скоростях вращения, что приводит к меньшим потерям на сопротивление воздуха. Однако аккумуляторы с большим напряжением обычно имеют большие размеры и меньшую эффективность по сравнению с низковольтными аккумуляторами. Кроме того, аккумуляторы с большим напряжением питания имеют меньший срок службы и требуют более частой зарядки, что приводит к увеличению мощности тяги в гибридных транспортных средствах с подзарядкой от электросети или к уменьшению доступности электропитания в гибридных транспортных средствах, питаемых от генератора.
В качестве ближайшего аналога полезной модели может быть выбрана система транспортного средства, раскрытая в патентной заявке Японии JPH 03130523, опубл. 04.06.1991. В данной системе для снижения сопротивления охлаждающего воздуха в картере трансмиссии отверстие для доступа воздуха располагают на периферийной стенке, и снабжают удаляемым трубопроводом для поступления воздуха, в котором содержится фильтрующий элемент.
Потеря мощности из-за сопротивления воздуха прямо пропорциональна плотности газа или жидкости, в которой происходит вращение компонентов. Следовательно, потери мощности на сопротивление воздуха могут быть снижены путем уменьшения плотности газа внутри картера трансмиссии, двигателя или генератора.
При вращении некоторое количество тепла выделяется из-за трения компонентов. Для предотвращения перегрева двигателя это тепло необходимо отводить от компонентов в другое место. Этого можно достичь за счет контакта компонента с охлаждающими газами, которые поглощают тепло системы и передают его атмосфере или кабине с помощью системы охлаждения или движения транспортного средства в процессе его эксплуатации. Таким образом, несмотря на значительное снижение потерь мощности в картерах с низким давлением газов или вакуума, также уменьшается или полностью прекращается охлаждение, что приводит к износу двигателя. Следовательно, уменьшение сопротивления воздуха может компенсировать потери мощности на сопротивление воздуха с требуемым охлаждением при определении давления внутри картеров трансмиссии, двигателя и генератора.
Воздушное сопротивление пропорционально плотности воздуха, окружающего вращающиеся компоненты, таким образом, потери могут быть снижены за счет уменьшения плотности воздуха. Плотность может быть уменьшена за счет уменьшения количества воздуха в картере или пространстве, в котором содержится вращающаяся система, путем создания вакуума внутри этой системы. Однако воздух, проходящий через вращающиеся компоненты, обеспечивает их охлаждение, уменьшая износ в результате перегрева. Путем удаления или уменьшения объема воздуха, контактирующего с вращающимися компонентами, также значительно уменьшается количество тепла, используемое для охлаждения.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является уменьшение сопротивления воздуха вокруг вращающихся компонентов при сохранении эффективности их охлаждения. Кроме того, обеспечивается снижение стоимости и сложности системы, а также увеличивается экономичность потребления топлива.
Было обнаружено, что данный эффект достигается при использовании внутри компонентов вместо воздуха газа с меньшей плотностью. Также было обнаружено, что в транспортных средствах, работающих на природном газе, таком как метан, для охлаждения вращающихся компонентов системы можно использовать этот природный газ, который после этого может сгорать в двигателе с минимальными потерями или добавлением дополнительных компонентов.
Плотность и сопротивление среды в картере компонента зависят от массы газа в картере и от молекулярных свойств содержащегося в нем газа. При нормальных условиях (STP) атмосферный воздух имеет плотность около 1,2 кг/м3, при этом метан имеет плотность около 0,66 кг/м3. Таким образом, плотность газа и потери мощности на сопротивление могут быть уменьшены путем замены воздуха в картере с вращающимися деталями на метан или смесь метан-воздух.
Таким образом, предложена система транспортного средства, которая включает в себя двигатель внутреннего сгорания и трансмиссию, расположенную в картере трансмиссии, который соединен с источником газообразного топлива таким образом, чтобы внутри картера трансмиссии содержалось некоторое количество газообразного топлива.
Система также может включать в себя электродвигатель, создающий крутящий момент приводу ведущих колес, при этом электродвигатель расположен в картере, который соединен с источником газообразного топлива таким образом, чтобы внутри картера электродвигателя содержалось некоторое количество газового топлива.
Система также может включать в себя генератор, вырабатывающий энергию от рекуперативного торможения, при этом генератор расположен в картере, внутри которого содержится некоторое количество газового топлива.
Источник газообразного топлива может быть соединен с топливопроводом двигателя.
Картер трансмиссии может быть соединен по текучей среде с картером электродвигателя и/или картером генератора.
Система также может включать в себя продувочную емкость, соединенную по текучей среде с картером трансмиссии и/или с топливопроводом через трехходовой клапан.
Газообразное топливо может представлять собой метан.
В одном варианте реализации гибридное транспортное средство с двигателем, работающем на метане, может поставлять некоторое количество метана из топливного бака в трансмиссию, генератор и/или картер двигателя. Затем метан может начать циркулировать по системе, поглощая тепло от вращения, а также может быть откачан из системы, после чего его можно использовать в качестве топлива или же сохранить для последующего использования. В данном случае вращающиеся компоненты трансмиссии, генератора и/или двигателя могут обеспечить меньшее трение, основанное на сопротивлении потоку, сохранив при этом эффективное охлаждение. В это же время газ можно использовать в качестве топлива двигателя.
Кроме того, может быть осуществлен впрыск или подача такого количества метана, которое обеспечит охлаждение системы так, чтобы минимальная плотность могла быть получена без ухудшения требуемой скорости охлаждения.
Можно осуществлять впрыск такого количества метана, которое обеспечит требуемое сопротивление или минимизацию потерь на сопротивление. Метан также может быть подан или удален из компонентов для достижения требуемого уровня сопротивления.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое изложение сущности полезной модели представлено для описания в упрощенной форме ряда выбранных концепций, дальнейшее изложение которых приводится ниже в подробном описании. Краткое раскрытие сущности предложенного решения не направлено на определение основных или существенных характеристик заявленного предмета, объем которого однозначно определяется формулой полезной модели. Кроме того, заявленная полезная модель не ограничивается вариантами реализации, устраняющими какой-либо из недостатков, указанных выше или в любой части данного описания.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлена схема варианта выполнения системы гибридного транспортного средства.
На Фиг. 2 представлена схема варианта выполнения системы двигателя.
На Фиг. 3-7 представлены примеры способов работы системы двигателя.
Осуществление полезной модели
Двигатели, работающие на сжиженном природном газе (далее «двигатели CNG»), могут использовать топливо, содержащее некоторое количество метана. Следовательно, в двигателях CNG источник метана может быть доступен для картера трансмиссии, двигателя или генератора без добавления дополнительного источника метана. Также в двигателях CNG метан, откачанный из картера после поглощения им некоторого количества тепла, может быть использован двигателем в качестве топлива, сводя к минимуму потери топлива.
В одном варианте осуществления описанная система может быть применена в движительной системе гибридного транспортного средства с электрогенератором/двигателем и двигателем, работающем на сжиженном природном газе (CNG). Другие варианты движительной системы могут включать в себя только двигатель· и/или могут не работать на сжиженном природном газе. В вариантах выполнения движительной системы, не работающей на сжиженном природном газе, газ может быть подан к картеру трансмиссии, двигателя или генератора от отдельного источника сжиженного природного газа (CNG). В этих вариантах CNG может поставляться во впускную воздушную систему или систему рециркуляции выхлопных газов (EGR) в качестве топлива или может откачиваться из транспортного средства. Также варианты выполнения движительной системы, с двигателями, работающими не на CNG, могут иметь замкнутые системы CNG для циркуляции газа через картера трансмиссии, двигателя и генератора, а также через систему охлаждения. В движительных системах, имеющих только двигатель, CNG могут подаваться в картер трансмиссии и/или двигателя.
На Фиг. 1 изображен схематический пример гибридного транспортного средства, включающего в себя двигатель CNG, генератор и электродвигатель, которые электрически соединены с подключаемым аккумулятором энергии. Некоторые варианты выполнения транспортного средства могут иметь генератор или подключаемый аккумулятор. Варианты с аккумулятором могут сохранять энергию, полученную генератором в процессе рекуперативного торможения, и могут в качестве дополнения или альтернативы сохранять энергию, полученную от внешнего источника напряжения/тока. На Фиг. 2 схематически изображен вариант выполнения двигателя с турбонагнетателем, который может работать на сжиженном природном газе и/или бензине. На Фиг. 3 представлен пример способа работы гибридного транспортного средства. На Фиг. 4-7 изображены примеры процедур управления впрыском CNG в систему трансмиссии. Следует понимать, что в вариантах гибридных транспортных средств ссылочные позиции для трансмиссии в способах 400-700 могут в качестве дополнения или альтернативы относиться к электродвигателю и/или генератору. Также следует понимать, что ссылочные позиции для трансмиссии, а также электродвигатель и/или генератор, могут относиться к картеру, заключающему в себе трансмиссию, электродвигатель и/или генератор.
На Фиг. 1 приведен схематический вид сверху системы 100 транспортного средства. Система 100 включает в себя кузов 101 транспортного средства с передней частью, помеченной как «перед», и задней частью, помеченной как «зад». Система 100 может иметь несколько колес 130. Например, как показано на Фиг. 1, система 100 может включать в себя первую пару колес, расположенную рядом с передней частью и вторую пару колес, расположенную рядом с задней частью.
Система 100 включает в себя двигатель ПО, работающий на топливе, и электродвигатель 120. Двигатель ПО может представлять собой как двигатель ПО внутреннего сгорания, так и электродвигатель 120. Электродвигатель 120 может быть выполнен с возможностью использовать другой источник энергии по сравнению с двигателем 110. Например, двигатель 110 может использовать жидкое топливо (например, бензин) или газ (например, природный газ) для создания выходного крутящего момента, а электродвигатель 120 может использовать для этого электроэнергию. Таким образом, транспортное средство с движительной системой, например как показано на Фиг. 1, можно рассматривать как гибридный электромобиль (HEV).
Система 100 может работать во множестве различных режимов в соответствии с входными сигналами от водителя и условиями эксплуатации. Эти режимы могут выборочно включать, выключать или подключать движительную систему к электродвигателю 120, генератору 160, двигателю ПО или их совокупности. Например, при выбранных условиях эксплуатации электродвигатель 120 может приводить в движение транспортное средство посредством ведущего колеса 130, как показано линией 122, при выключенном двигателе 110.
При изменении условий эксплуатации двигатель ПО может быть установлен в выключенное состояние (как было сказано выше), при этом электродвигатель 120 может работать для зарядки аккумулятора 150. Например, электродвигателю 120 может передаваться крутящий момент от ведущего колеса 130 (линия 122). При этом генератор может преобразовывать кинетическую энергию транспортного средства в электрическую энергию для ее последующего сохранения в аккумуляторе 150 (стрелка 124). Такой способ называется рекуперативным торможением транспортного средства. В некоторых вариантах осуществления электродвигатель 120 и генератор 160 могут быть единым целым, например, электродвигателем, обладающим свойствами генератора. Однако в других вариантах крутящий момент от ведущего колеса 130 может передаваться генератору 160. При этом генератор может преобразовывать кинетическую энергию транспортного средства в электрическую энергию для ее последующего сохранения в аккумуляторе 150, как указано стрелкой 162.
Электродвигатель 120, генератор 160 и трансмиссия 148 имеют вращающиеся компоненты, которые вращаются в соответствующих картерах или кожухах. Обычно вращающиеся компоненты расположены в заполненных воздухом картерах и имеют пониженную эффективность из-за сопротивления воздуха. Атмосферный воздух имеет плотность около 1,22 кг/м 3, при этом метан имеет плотность 0,66 кг/м3 , следовательно, потери из-за сопротивления будут меньше в картерах, заполненных метаном. Таким образом, в данном варианте в электродвигатель 120, генератор 160 или трансмиссию 148 из топливного бака может быть подан метан. Подача метана может производиться по газопроводу 124 из топливного бака 144. Также топливо для работы двигателя 110 может поступать из топливного бака 144. В некоторых вариантах выполнения картер трансмиссии, электродвигателя и генератора может быть герметизирован для предотвращения выхода метана, и может создавать вакуум. Электродвигатель 120, генератор 160 и трансмиссия 148 могут сообщаться друг с другом, позволяя потоку метана проходить между компонентами. Газопровод 124 может быть соединен непосредственно с электродвигателем (не показан), генератором или трансмиссией. В некоторых вариантах к трансмиссии 148, электродвигателю 120 и генератору 160 отдельно или в совокупности метан может поставляться по отдельным газопроводам. В одном примере электродвигатель 120, генератор 160 и трансмиссия 148 могут соединяться, а могут и не соединяться по потоку, позволяя осуществлять обмен метаном между компонентами. В других вариантах метан может поступать к одному из вышеперечисленных компонентов.
Потоком метана к электродвигателю 120 может управлять клапан 151. Массовый расход метана может контролироваться системой 190 управления согласно показаниям одного или нескольких датчиков 119. Эти датчики могут отслеживать значения температуры, давления и/или концентрации кислорода в электродвигателе, генераторе или трансмиссии. Дополнительный датчик, расположенный ниже по потоку от клапана 151 может контролировать массовый расход метана в газопроводе 124. Клапан 151 также может реагировать на давление в газопроводе 124, сохраняя давление с целью минимизации попадания атмосферного воздуха в электродвигатель, генератор или трансмиссию.
В других условиях эксплуатации двигатель ПО может работать путем сжигания топлива, поступающего из топливной системы 140, как показано линией 142. Например, двигатель 110 может приводить в движение транспортное средство посредством ведущего колеса 130, как показано линией 112, при выключенном электродвигателе 120. В других условиях эксплуатации двигатель 110 и электродвигатель 120 могут совместно приводить в движение транспортное средство с помощью ведущего колеса 130, как показано линиями 112 и 122 соответственно. Конфигурацию, в которой оба двигателя могут избирательно приводить в движение транспортное средство, можно рассматривать как движительную систему транспортного средства параллельного типа. Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления электродвигатель 120 может приводить в движение транспортное средство с помощью первого комплекта ведущих колес, а двигатель ПО может приводить в движение транспортное средство с помощью второго комплекта ведущих колес.
В других вариантах осуществления движительная система системы 100 транспортного средства может быть сконфигурирована как движительная система последовательного типа, в которой двигатель приводит в движение ведущие колеса не напрямую. Вместо этого двигатель ПО может работать, подавая питание на электродвигатель 120, который, в свою очередь, может приводить в движение транспортное средство с помощью ведущего колеса 130, как указано линией 122. Например, в некоторых выбранных условиях эксплуатации двигатель ПО может приводить в движение генератор 160, который, в свою очередь, может подавать электропитание на один или несколько электродвигателей 120, как показано линией 114, либо аккумулятор 150, как показано линией 162.
В качестве другого примера двигатель ПО может приводить в движение электродвигатель 120, который может, в свою очередь, выполнять функцию генератора для преобразования выходной мощности двигателя в электрическую энергию, при этом электрическая энергия может сохраняться в аккумуляторе 150 для последующего использования электродвигателем. Варианты выполнения аккумулятора 150, например, могут включать в себя один или несколько заряжаемых аккумуляторов, топливные элементы и/или конденсаторы. В этих примерах электроэнергия может быть временно преобразована в химическую или потенциальную энергию для хранения. Движительная система транспортного средства может быть выполнена таким образом, чтобы можно было выполнить переход между двумя или более режимами эксплуатации, описанными выше в зависимости от условий эксплуатации.
В некоторых вариантах осуществления аккумулятор 150 может быть выполнен с возможностью хранить электрическую энергию, которая может подаваться на другие электрические нагрузки, установленные в транспортном средстве (кроме электродвигателя), к которым относятся системы обогрева и кондиционирования воздуха, запуска двигателя, фары, аудио- и видеосистемы салона и т.д.
Топливная система 140 может включать в себя один или несколько топливных баков 144 для хранения топлива в транспортном средстве. Например, в топливном баке 144 может храниться сжиженный природный газ (CNG), например, метан. Другие варианты могут иметь первый источник газа, который находится в топливном баке 144, и второй источник жидкого топлива, который находится в дополнительном баке. В этих вариантах источник газа может быть соединен с двигателем 110, а также электродвигатель 120 и источник жидкого топлива могут быть соединены с двигателем ПО. Другие варианты могут объединять источник газа с электродвигателем 120, а не с двигателем 110. При этом двигатель ПО может быть соединен с источником жидкого топлива. В некоторых примерах топливо может храниться в транспортном средстве в качестве смеси двух или более различных видов топлива. Источник жидкого топлива может быть выполнен с возможностью хранить смесь газа и этанола (например, Е10, Е85 и т.д.), либо смесь газа и метанола (например, M10, М85 и т.д.). Источник газа может содержать смесь метана, водорода, кислорода или монооксида углерода. Топливо или топливные смеси могут подаваться в двигатель 110, как показано линией 142. Другое подходящее топливо и топливные смеси могут подаваться в двигатель ПО, в котором они могут сгорать для создания выходной мощности. Выходную мощность двигателя можно использовать для обеспечения движения транспортного средства, как показано линией 112, либо для зарядки аккумулятора 150 через электродвигатель 120 или генератор 160. Следует отметить, что в некоторых примерах первый источник газа может быть соединен с трансмиссией или генератором напрямую или через электродвигатель 120.
Дополнительное топливо может подаваться в двигатель ПО из выпускного трубопровода 157 трансмиссии. Топливо может поставляться для сгорания в качестве дополнения или альтернативы топливу, поставляемому из топливного бака 144 через топливную линию 142. Выпускной трубопровод 157 может включать в себя трехходовые клапаны 154. Клапан 154 может соединять выпускной трубопровод 157 с продувочной емкостью 158 (адсорбером), когда электродвигатель работает. Трехходовые клапаны 154 могут реагировать на условия эксплуатации и могут соединять продувочную емкость 158 с топливной линией 142, когда двигатель работает в режиме сгорания топлива. Линия 159 клапана может подавать топливо для последующего цикла сгорания, когда существует достаточное давление. Когда двигатель не работает в режиме сгорания, линия 159 клапана может быть закрыта, а продувочная емкость 158 будет соединена с выпускным трубопроводом 157 с помощью клапана 154. Таким образом, когда двигатель не работает, топливо может храниться в продувочной емкости 158 для последующего цикла сгорания при запуске двигателя. Продувочная емкость 158 может обеспечить разность давлений для ускорения скорости топлива в топливной линии через линию 159 клапана. Трехходовой клапан 154 может реагировать на давление в продувочной емкости 158, при этом при отсутствии достаточного давления, может увеличиваться скорость потока топлива из емкости 158 в топливной линии 142 в режиме сгорания. При этом клапан 154 может закрываться таким образом, чтобы метан оставался в емкости до накопления в ней достаточного давления.
В продувочной емкости 158 может быть некоторое количество метана. Продувочная емкость 158 может создавать разность давлений, чтобы выпускать метан в топливную линию через клапан 154. В некоторых вариантах метан может циркулировать из продувочной емкости в электродвигатель 120, генератор 160 или трансмиссию 148.
Система 190 управления может быть соединена с двигателем ПО, электродвигателем 120, топливной системой 140, аккумулятором 150 и/или генератором 160. Система 190 управления может принимать данные датчиков обратной связи от двигателя ПО, электродвигателя 120, топливной системы 140, аккумулятора 150, трансмиссии 148 и/или генератора 160. Также система 190 управления может посылать управляющие сигналы двигателю ПО, электродвигателю 120, топливной системе 140, аккумулятору 150 и/или генератору 160 в ответ на данные обратной связи. Система 190 управления может принимать информацию о запрашиваемом водителем 102 управляющем воздействии на движительную систему. Например, система 190 управления может принимать данные обратной связи от датчика 194 положения педали, который соединен с педалью 192. Педаль 192 на схеме может представлять собой педаль тормоза и/или газа.
На аккумулятор 150 может периодически поступать электроэнергия от источника 180 питания, расположенного вне транспортного средства (например, не являющегося частью транспортного средства), как показано линией 184. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, можно привести движительную систему системы 100 транспортного средства, которая может быть сконфигурирована в качестве гибридного транспортного средства с подзарядкой от электросети (HEV), в котором электроэнергия может подаваться на аккумулятор 150 от источника 180 питания через электрический кабель 182. В процессе зарядки аккумулятора 150 от источника 180 питания электрический кабель 182 может создавать электрическое соединение между аккумулятором 150 и источником 180 питания. Во время движения транспортного средства электрический кабель 182 может быть отключен от источника 180 питания и аккумулятора 150. Система 190 управления может определять и/или контролировать количество электроэнергии, хранящейся в аккумуляторе, что будет соответствовать «состоянию зарядки» (SOC).
В других вариантах осуществления электрический кабель 182 может не использоваться, а электроэнергия может передаваться аккумулятору 150 от источника 180 питания беспроводным способом. Например, аккумулятор 150 может принимать электроэнергию от источника 180 питания с помощью электромагнитной индукции, радиоволн и/или электромагнитного резонанса. Таким образом, следует понимать, что для зарядки аккумулятора 150 от источника питания, который не является частью транспортного средства, можно использовать любые подходящие способы. В данном случае электродвигатель 120 может приводить в движение транспортное средство с использованием источника энергии, который отличается от источника топлива для двигателя 110.
В топливную систему 140 может периодически поступать топливо от источника топлива, расположенного вне транспортного средства. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, можно привести движительную систему системы 100 транспортного средства, которая можно заправляться путем подачи топлива из топливозаправочного устройства 170, обозначенного линией 172. В некоторых вариантах топливный бак 144 может быть выполнен с возможностью хранить топливо, полученное от топливозаправочного устройства 170, пока топливо поставляется двигателю ПО для сгорания. В некоторых вариантах система 190 управления может принимать указания об уровне топлива, хранящегося в топливном баке 144, с помощью датчика уровня топлива. Уровень топлива в топливном баке 144 (например, измеряемый датчиком уровня топлива) может отображаться водителю транспортного средства, например, с помощью индикатора топлива или индикаторной лампы 196.
Данное гибридное транспортное средство с подзарядкой от электросети, как было сказано со ссылкой на движительную систему системы 100 транспортного средства, может быть выполнено с возможностью использовать вспомогательный вид энергии (например, электроэнергию), которая периодически поступает от источника энергии, который не является частью транспортного средства.
Следует понимать, что, хотя на Фиг. 1 представлено гибридное транспортное средство с подзарядкой от электросети, в других примерах система 100 может быть системой гибридного транспортного средства без подключаемых компонентов. Также в других примерах система 100 может не являться гибридным транспортным средством, а может быть транспортным средством другого типа с другими механизмами движительной системы, например, транспортным средством с бензиновым или газовым двигателем, который может или не может включать в себя другие движительные системы.
На Фиг. 2 изображен пример цилиндра 200 двигателя ПО. Следует отметить, что цилиндр 200 может являться одним из нескольких цилиндров двигателя. Цилиндр 200, по крайней мере частично, задается стенками 232 камеры сгорания и поршнем 236. Поршень 236, как и другие поршни двигателя, может быть соединен с коленчатым валом 240 с помощью шатуна. Коленчатый вал 240 может быть функционально соединен с ведущим колесом 130, электродвигателем 120 или генератором 160 через трансмиссию.
В цилиндр 200 может поступать всасываемый воздух через впускной канал 242. Помимо цилиндра 200, впускной канал 242 также может быть соединен с другими цилиндрами двигателя ПО. В некоторых вариантах в одном или нескольких впускных каналах может быть предусмотрено устройство наддува, такое как нагнетатель или турбонагнетатель. Например, на Фиг. 2 изображен двигатель ПО, оснащенный турбонагнетателем, в который входит компрессор 174, расположенный между впускными каналами 242 и 244, а также газовая турбина 176, расположенная вдоль выхлопного канала 248. Компрессор 274 может иметь, по крайней мере, частичный привод от турбины 276 посредством вала 280, при этом устройство наддува имеет конфигурацию турбонагнетателя. Однако в других примерах, в которых двигатель ПО оборудован турбонагнетателем, газовой турбины 276 может и не быть, а компрессор 274 может иметь механический привод от электродвигателя или двигателя. Впускной канал 242 может включать в себя дроссель 262 с дроссельной заслонкой 264, регулируемой системой 190 управления для изменения потока воздуха к цилиндру двигателя. Например, регулятор 262 подачи топлива может быть расположен ниже по потоку от компрессора 274, как показано на Фиг. 2, а в другом варианте может находиться выше по потоку от компрессора 274.
Цилиндр 200 может быть соединен с впускным каналом 252 посредством одного или нескольких впускных клапанов 252. Цилиндр 200 может выпускать продукты сгорания через выпускной канал 248. Цилиндр 200 может быть соединен с выпускным каналом 248 посредством одного или нескольких выпускных клапанов 254. Помимо цилиндра 200, в выхлопной канал 248 могут поступать выхлопные газы от других цилиндров двигателя ПО. Датчик 226 выхлопных газов соединен с выпускным каналом 248 выше по потоку от устройства 270 снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 226 может быть выбран из различных подходящих датчиков для обеспечения индикации воздушно-топливного соотношения (AFR) выхлопных газов, например, линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный датчик содержания кислорода или датчик содержания кислорода в выхлопных газах широкого диапазона), бистабильный датчик содержания кислорода или EGO, HEGO (EGO с нагревом), датчик NOx, НС или СО. Устройство 270 снижения токсичности выхлопных газов может представлять собой трехкомпонентный катализатор (TWC), уловитель NOx, другое устройство снижения токсичности выхлопных газов или их комбинацию.
В некоторых вариантах осуществления цилиндр 200 может дополнительно включать в себя свечу 292 зажигания, которая может активироваться системой 288 зажигания. В цилиндре может находиться топливная форсунка 266 для прямого впрыска топлива. Однако в других примерах топливная форсунка может быть расположена внутри впускного канала 242 выше по потоку от впускного клапана 252. Топливная форсунка 266 может приводиться в движение приводом 268.
Топливная форсунка 266, изображенная на Фиг. 2, соединена непосредственно с цилиндром 200 для прямого впрыска в него топлива в соответствии с шириной импульса FPW, полученного от системы 190 управления через электронный привод 268. Таким образом, топливная форсунка 266 обеспечивает так называемый прямой впрыск (DI) топлива в камеру сгорания цилиндра 200. Топливная форсунка 166 может представлять собой боковую форсунку, которая может быть расположена над поршнем, например, рядом со свечой 292 зажигания. Такое положение может улучшить смешивание и воспламенение при работе двигателя на спиртовом топливе благодаря низкой летучести некоторых видов спиртового топлива. В ином случае, форсунку можно расположить сверху рядом с впускным клапаном для улучшения смешивания. Топливо может подаваться в форсунку 266 из топливной системы 272 высокого давления, в которую входят топливный бак, топливные насосы и топливная рампа и привод 268. В ином случае, топливо можно доставить посредством одноступенчатого топливного насоса при более низком давлении. В этом случае время прямого впрыска топлива может быть ограничено в ходе такта сжатия, чего не происходит при использовании топливной системы высокого давления. Также топливный бак (не показан) может иметь датчик давления, передающий сигнал системе 190 управления.
Вместо расположения в цилиндре 200, топливная форсунка 266 может быть расположена во впускном коллекторе 246 в конфигурации, которая обеспечивает впрыск топлива во впускные каналы (PFI) выше по потоку от цилиндра 200.
Цилиндр 200 может иметь коэффициент сжатия, который характеризуется отношением объема, когда поршень 236 находится в верхней мертвой точке (НМТ), к объему, когда поршень находится в нижней мертвой точке (ВМТ). Следовательно, коэффициент сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых случаях при использовании различных видов топлива коэффициент сжатия может быть увеличен. Это может произойти, например, при использовании высокооктанового топлива или топлива с более высокой скрытой теплотой парообразования. Также коэффициент сжатия можно увеличить при использовании прямого впрыска из-за его влияния на работу двигателя с детонацией.
На Фиг. 2 изображен неограничивающий пример системы 190 управления. Система управления 190 может иметь подсистему обработки (CPU) 202, которая может включать в себя один или несколько процессоров. CPU 202 может быть соединен с запоминающими устройствами, которые могут представлять собой одно или несколько постоянных запоминающих устройств (ROM) 206, оперативных запоминающих устройств (RAM) 208 и энергонезависимых запоминающих устройств (КАМ) 210. В качестве неограничивающего примера на запоминающем устройстве могут храниться инструкции, выполняемые подсистемой обработки. Процессы, функции и способы, описанные здесь, могут быть представлены в виде инструкций, хранящихся на запоминающем устройстве системы управления и выполняемых подсистемой процессора.
CPU 202 может быть соединен с различными датчиками и исполнительными механизмами двигателя ПО с помощью устройства 204 ввода/вывода. Например, эти датчики могут обеспечивать обратную связь в форме информации об условиях эксплуатации для системы управления, которая может включать в себя: значение расхода воздуха (MAF) во впускном канале 242 с помощью датчика 220 расхода воздуха; значение абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP) датчиком 222; определение положения дросселя (TP) от датчика 262; значение температуры охлаждающей жидкости в двигателе (ЕСТ) датчиком 212, который может быть соединен с каналом 214 хладагента; значение профиля зажигания (PIP) датчиком 218; значение концентрации кислорода в выхлопных газах (EGO) датчиком 226 состава выхлопных газов; значение влажности и содержания углеводородов в системе вентиляции картера (PCV) датчиком 233; значение положения впускного клапана датчиком 255; а также значение положения выпускного клапана датчиком 257. Например, датчик 233 может быть датчиком влажности, датчиком кислорода, датчиком водорода и/или их совокупностью.
Система 190 управления может управлять впускным клапаном 252 посредством исполнительного механизма 251. Аналогичным образом система 190 управления может управлять выпускным клапаном 254 посредством исполнительного механизма 253. При некоторых условиях система 190 управления может менять сигналы, передаваемые исполнительным механизмам 251 и 253, для управления открытием и закрытием соответствующих впускного и выпускного клапанов. Положение впускного клапана 252 и выпускного клапана 254 можно определить с помощью соответствующих датчиков положения клапанов (не изображено). Исполнительные механизмы клапанов могут быть исполнительными механизмами электрического типа или кулачкового типа, либо их комбинацией. Синхронизация впускного и выпускного клапанов может осуществляться одновременно или с помощью любой из возможных систем изменения фазы газораспределения впускного и выпускного клапанов, системы двойной независимой синхронизации распределительных кулачковых валов, либо системы фиксированной фазы газораспределения. В каждой кулачковой системе исполнительного механизма может применяться один или несколько механизмов переключения профиля кулачка (CPS), изменяемой синхронизации кулачка (VCT), изменяемой фазы газораспределения (VVT) и/или регулирования высоты подъема клапанов (VVL), которыми может управлять система 190 управления для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 200 также может иметь впускной клапан, управляемый посредством электропривода клапана и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, имеющего механизм CPS и/или механизм VCT. В других вариантах впускным и выпускным клапанами можно управлять посредством общего привода клапанов или системы приводов, либо посредством исполнительного механизма с регулируемой фазой газораспределения или системы на его основе.
На Фиг. 3 приведена высокоуровневая блок-схема для процедуры 300 работы движительной системы гибридного транспортного средства, например, движительной системы в системе 100 с Фиг. 1. Процедура 300 может быть выполнена при включенном зажигании и циклически выполняться для определения режима работы движительной системы.
Процедура 300 может начинаться на этапе 302, где система 190 управления оценивает состояние заряда (SOC) аккумулятора 158, либо другого устройства хранения энергии, которое способно подавать энергию на электродвигатель 120. Контроллер может также считывать другие рабочие параметры вышеупомянутого аккумулятора, например, его напряжение или емкость. Далее на этапе 304 система управления может считывать скорость транспортного средства с датчика скорости. Далее на этапе 306 система 190 управления может определять требуемый водителю крутящий момент. Требуемый водителю крутящий момент может соответствовать положению педали газа, определяемого датчиком положения педали, может соответствовать скорости транспортного средства, определяемой на этапе 304, а также может использовать другие измерения дополнительными датчиками 119. На этапе 307 система 190 управления может считывать другие эксплуатационные условия. Сюда могут входить уровень топлива; условия окружающей среды, такие как температура и влажность; расход топлива; положение транспортного средства, определяемое с помощью GPS; или другие условия, либо измерения, выполняемые дополнительными датчиками 119.
Далее на этапе 308 система 190 управления может определить режим работы на основании значений эксплуатационных параметров, определенных на этапах 302-307. Для простоты представлены три режима эксплуатации, но могут быть доступны и дополнительные режимы, в зависимости от транспортного средства, движительной системы, топливной системы, системы двигателя и других конструкционных параметров, которые могут включать в себя альтернативные или дополнительные источники топлива, несколько аккумуляторов или другие устройства хранения энергии, либо наличие или отсутствие турбонагнетателя. Процедура 300 может перейти на этап 310, если обнаружено, что электродвигатель выключен, а двигатель включен. Процедура 300 может перейти на этап 312, если обнаружено, что электродвигатель и двигатель работают. Процедура 300 может перейти на этап 314, если обнаружено, что электродвигатель включен, а двигатель выключен. В одном варианте воплощения транспортного средства система 190 управления может быть способна выборочно активировать некоторые или все цилиндры 30. В этих системах при включенном двигателе 10 на этапе 310 или 312, один или несколько цилиндров могут быть задействованы, и один или несколько цилиндров могут быть не задействованы согласно определенным на этапе 308 параметрам эксплуатации.
Если на этапе 310 работает только электродвигатель или на этапе 312 электродвигатель работает с двигателем, процедура может начать определять, превышает ли давление в электродвигателе пороговое значение. Давление может быть определено одним или несколькими датчиками в электродвигателе, генераторе или трансмиссии. Пороговое значение может соответствовать концентрации СН4 в компоненте электродвигателя или трансмиссии для достижения некоторого сопротивления воздуха или требуемого воздушно-топливного соотношения (AFR) в одном или нескольких компонентах. Пороговое значение может быть определено одним из описанных способов.
Если давление ниже порогового уровня, топливо может быть впрыснуто в электродвигатель, генератор, трансмиссию или их компоненты. Метан внутри картера с вращающимися компонентами может уменьшить концентрацию воздуха и вытеснить его, обеспечивая меньшую плотность газа. Меньшая плотность метана может привести к снижению трения и сопротивления подвижных компонентов, хорошему охлаждению и повышению эффективности.
Если на этапе 314 электродвигатель выключен и в двигателе происходит сгорание, то на этапе 320 можно определить, превышает ли давление в продувочной емкости пороговое значение. Это пороговое значение может соответствовать давлению, способному добиться впрыска топлива в топливную линию из продувочной емкости, генератора, электродвигателя или трансмиссии. В примерах со сжиженным природным газом или турбонагнетателем давление в топливной линии может быть большим, таким образом, в продувочной емкости может быть более высокое давление, чтобы обеспечить впрыск метана в топливную линию и предотвратить обратный поток. Это намного большее давление может быть пропорционально концентрации метана в емкости, таким образом, если давление не превышает пороговый уровень на этапе 320, процесс может завершиться на этапе 326, позволяя осуществить дополнительное наполнение топлива в емкости при последующей работе электродвигателя. В других примерах подача топлива из топливного бака может быть временно приостановлена, позволяя вакууму образоваться в топливной линии. Это низкое давление может уменьшить пороговый уровень для впрыска топлива из продувочной емкости на этапе 320. В других вариантах воплощения изобретения процесс на этапе 320 метан может быть инициирован при завершении работы двигателя. Завершение работы двигателя может приостановить подачу сжиженного природного газа двигателю, и тем самым может уменьшить давление в топливной линии, что, в свою очередь, приведет к уменьшению порогового уровня давления, способного обеспечить впрыск топлива, как указано на этапе 320.
Если в емкости присутствует достаточное давление, то процедура может перейти на этап 324. На этапе 324 топливо, которое хранится в продувочной емкости, может быть впрыснуто в топливную линию с помощью одноходового клапана. Впрыск может продолжаться до опустошения емкости или же может завершиться, когда давление в емкости упадет ниже порогового уровня. Топливо, введенное в топливную линию, далее может быть передано двигателю для сгорания. Процесс может завершиться на этапе 326. Данный процесс может повторяться непрерывно или с заданной периодичностью времени. Также он может быть запущен согласно режиму двигателя, либо когда давление в продувочной емкости, электродвигателе, генераторе или трансмиссии опустится ниже порогового уровня.
На Фиг. 4 изображена блок-схема способа 400 согласно предложенному решению. Способ 400 может быть выполнен системой 190 управления. Способ 400 может представлять собой часть другого процесса, например, способа 300. В частности, способ 400 может быть выполнен в газовых или многотопливных гибридных транспортных средствах с электродвигателем, например, система с Фиг. 1. Способ 400 может быть выполнен в составе процедуры по уменьшению воздушного сопротивления в электродвигателе, генераторе, трансмиссии или их совокупности.
На этапе 404 можно произвести определение условий эксплуатации. Условия эксплуатации могут включать в себя частоту двигателя, нагрузку, а также давление в электродвигателе, генераторе, трансмиссии или их совокупности. На этапе 406 выполняется определение требуемого значения сопротивления воздуха в электродвигателе. Требуемое сопротивление воздуха может зависеть от условий эксплуатации, определенных на этапе 406. Минимальное давление метана можно определить для получения значения сопротивления воздуха, определяемое на этапе 408. Минимальное требуемое давление может зависеть от одного или нескольких условий эксплуатации, определяемых на этапе 402, а также от воздушно-топливного соотношения в электродвигателе, генераторе и/или трансмиссии.
На этапе 410 может быть определена степень охлаждения трансмиссии. Требуемая степень охлаждения трансмиссии может зависеть от температуры внутри трансмиссии. В других вариантах воплощения изобретения требуемая степень охлаждения может быть определена в электродвигателе и/или генераторе, и может быть использована в качестве дополнения или альтернативы для расчета требуемой степени охлаждения трансмиссии. Несмотря на то, что уменьшение сопротивления воздуха в одном из вышеупомянутых компонентов может быть обеспечено путем уменьшения давления и концентрации метана, некоторая концентрация газа или воздуха может потребоваться для охлаждения путем циркуляции газа или воздуха в одной или нескольких системах с движущимися компонентами. Воздух или газ могут поглощать тепло и отводить его от нагретых компонентов, тем самым обеспечивая их охлаждение.
На этапе 412 программа определяет, превышает ли требуемая мощность электродвигателя пороговое значение. Пороговый уровень может зависеть от требуемого крутящего момента, а также от эксплуатационного состояния транспортного средства, например, текущая выходная мощность двигателя или оставшийся заряд системы накопления энергии, которая может применяться для питания электродвигателя. Система накопления энергии может включать в себя аккумулятор, который может принимать энергию от внешних устройств, двигателя и/или регенеративного тормоза.
Если требуемая мощность выше порогового значения, то может быть определено, превышает ли требуемая степень охлаждения трансмиссии пороговое значение. В одном варианте на этапе 410 может быть определено требуемое охлаждение внутри электродвигателя или генератора, и сопоставлено с пороговым уровнем на этапе 416. Если требуемое охлаждение превышает пороговый уровень, то требуемое давление в трансмиссии может быть определено как минимальное давление, необходимое для достижения требуемого сопротивления воздуха, определенного на этапе 408, плюс максимальное дополнительное давление.
Максимальное дополнительное давление может зависеть от воздушно-топливного соотношения внутри трансмиссии, электродвигателя, генератора или некой их комбинации. Максимальное дополнительное давление может также зависеть от концентрации метана, которое может быть добавлено в систему для получения воздушно-топливного соотношения ниже порога воспламенения. Это может быть определено для предотвращения воспламенения внутри любого из вышеуказанных компонентов.
Поскольку метан воспламеняется в ограниченном диапазоне воздушно-топливных соотношений, метан обеспечивает увеличенный диапазон доступных воздушно-топливных соотношений, чем другие топлива низкой плотности, такие как водород. Воспламенение внутри одного из вышеупомянутых компонентов может привести к неисправности. Порог воспламеняемости также может зависеть от давления, например, требуемое давление может зависеть от воздушно-топливного соотношения из-за ввода метана, а также от давления внутри системы, которое обеспечивается увеличением ввода метана.
Если требуемое охлаждение трансмиссии ниже порогового уровня на этапе 416, то требуемое давление может зависеть от минимального давления, необходимого для достижения требуемого сопротивления воздуха, определенного на этапе 408, плюс минимальное дополнительное давление. Минимальное дополнительное давление также может зависеть от порога воспламеняемости метана по одному из способов, описанных в отношении блока 420.
Если на этапе 414 требуемая мощность ниже порогового значения, то может быть определено, превышает ли требуемая степень охлаждения трансмиссии пороговое значение. В одном варианте на этапе 410 может быть определено требуемое охлаждение внутри трансмиссии, и сопоставлено с пороговым уровнем на этапе 416. Если требуемое охлаждение превышает пороговый уровень, то требуемое давление в трансмиссии может быть определено как минимальное давление, необходимое для достижения требуемого сопротивления воздуха, определенного на этапе 408, плюс минимальное дополнительное давление на этапе 422. На этапе 416 минимальное дополнительное давление может совпадать или отличаться от определенного минимального дополнительного давления, если требуемая степень охлаждения трансмиссии ниже порогового уровня.
Если на этапе 414 требуемая мощность ниже порогового уровня, и степень охлаждения трансмиссии ниже порогового уровня на этапе 418, то на этапе 424 требуемое давление в электродвигателе, генераторе и/или трансмиссии может быть определено как минимальное давление, которое способно обеспечить сопротивление воздуха согласно определенному на этапе 408 значению.
В некоторых вариантах требуемая степень охлаждения может зависеть от требуемой мощности, и в качестве дополнения или альтернативы от температуры в одном из вышеуказанных компонентов, в которые вводится метан из топливного бака. Также она может зависеть от воздушно-топливного соотношения и давления ниже предела воспламеняемости метана.
Требуемое давление также может быть связано с системой управления, и некоторое количество метана может быть введено в электродвигатель, генератор или трансмиссию с помощью клапана. Некоторое количество метана также может быть выведено из одного из вышеуказанных компонентов с помощью клапана, после чего оно может быть доставлено в продувочную емкость. В некоторых вариантах воплощения изобретения количество выводимого метана может зависеть от требуемого охлаждения. Количество вводимого метана может также зависеть от количества выводимого метана и/или от текущего давления внутри вышеуказанных компонентов, а также от требуемого давления. Например, требуемую степень охлаждения и текущую температуру метана можно использовать для определения количества метана, выводимого из системы. Количество вводимого метана также может быть определено в зависимости от давления в системе после вывода некоторого количества метана и определения требуемого давления на этапах 420, 422 или 424. Способ может завершиться на этапе 426. Данный способ может повторяться непрерывно или с заданной периодичностью, либо в зависимости от условий эксплуатации.
На Фиг. 5 изображена процедура способа 500 согласно предложенному решению. Способ 500 может быть выполнен системой 190 управления. Способ 500 может представлять собой часть другого процесса, например, способа 300. В частности, способ 500 может быть выполнен в газовых или многотопливных гибридных транспортных средствах с электродвигателем, например, система с Фиг. 1. Способ 500 может быть выполнен в составе процедуры по уменьшению воздушного сопротивления в электродвигателе, генераторе, трансмиссии или их совокупности.
На этапе 504 можно произвести определение условий эксплуатации. Условия эксплуатации могут включать в себя частоту двигателя, нагрузку, а также давление в электродвигателе, генераторе, трансмиссии или их совокупности. На этапе 506 выполняется определение требуемого значения сопротивления воздуха в электродвигателе. Требуемое сопротивление воздуха может зависеть от условий эксплуатации, определенных на этапе 506. Минимальное давление метана можно определить для получения значения сопротивления воздуха, определяемого на этапе 508. Минимальное требуемое давление может зависеть от одного или нескольких условий эксплуатации, определяемых на этапе 502, а также от воздушно-топливного соотношения в электродвигателе, генераторе и/или трансмиссии.
На этапе 510 может быть определено минимальное давление метана внутри продувочной емкости, способное освободить емкость полностью или частично. Минимальное давление продувки может зависеть от давления во впускной топливной системе, а также от давления в продувочной емкости или линии. Минимальное давление может соответствовать давлению, способному частично освободить емкость от метана, и может быть названо минимальным давлением в емкости, превышающее давление в топливной линии и способное вывести из емкости заданное количество метана.
На этапе 512 может быть определена минимальная концентрация метана внутри продувочной емкости, необходимая для получения минимального давления продувки. Данная концентрация может зависеть от давления внутри емкости, топливной линии, либо может быть заранее определенной взаимосвязью между продувочным давлением и массой метана внутри емкости, определенной системой управления.
Далее может быть определено, работает ли двигатель в условиях контроля низкого давления. Условия контроля низкого давления могут быть условиями, при которых требуется минимальное давление метана внутри трансмиссии, генератора, электродвигателя или движительной системы. Это пороговое значение может быть определено одним из описанных способов, либо альтернативным способом без дополнительных уточнений. Условия контроля низкого давления могут зависеть только от работы двигателя, только от работы электродвигателя, их совместной работы и/или требований к охлаждению компонентов электродвигателя или трансмиссии. Если требуемое давление в одном или нескольких вышеуказанных компонентах меньше порогового уровня, соответствующему условию низкого давления на этапе 514, то способ 500 может перейти на этап 516. Если требуемое давление больше порогового уровня на этапе 514, то способ 500 может перейти на этап 518.
На этапе 516 минимальная концентрация может быть передана из топливного бака в трансмиссию, электродвигатель или генератор. Дополнительно некоторое количество может быть передано одному или нескольким компонентам из топливной линии напрямую. Эти компоненты также могут быть связаны гидравлически для получения метана из топливной линии через один или несколько вышеотмеченных компонентов. Например, как было сказано в отношении процедуры 500, минимальная концентрация метана может быть введена в трансмиссию в соответствии с условием контроля низкого давления. Данное количество метана может быть подано к трансмиссии посредством конфигурации, например, с Фиг. 1, так, что минимальная концентрация метана поставляется электродвигателю, а затем трансмиссии через генератор, соединенный с ними гидравлически. В других вариантах воплощения изобретения каждый из вышеуказанных компонентов может иметь минимальное количество введенного в него метана и может независимо соединяться с продувочной емкостью. В других вариантах топливный бак может быть соединен с одним компонентом, который имеет связь с одним или несколькими дополнительными компонентами в любой подходящей конфигурации.
Если транспортное средство работает не в режиме контроля низкого давления, как указано на этапе 514, то для получения минимального давления продувки, как указано на этапе 512, может быть введено некоторое количество метана, а также дополнительное количество метана. Дополнительное количество метана может зависеть от одного или нескольких условий эксплуатации, и может быть определено одним из описанных способов, или другим способом без дополнительных уточнений. Например, вводимое дополнительное количество метана может зависеть от требуемой степени охлаждения или сопротивления воздуха в электродвигателе, генераторе, трансмиссии и/или силовой установке. Способ может завершиться на этапе 520. Данный способ может повторяться непрерывно или с заданной периодичностью, либо в зависимости от условий эксплуатации.
На Фиг. 6 изображена блок-схема способа 600 согласно предложенному решению. Способ 600 может быть выполнен системой 190 управления. Способ 600 может представлять собой часть другого процесса, например, способа 300. В частности, способ 600 может быть выполнен в газовых или многотопливных гибридных транспортных средствах с электродвигателем, например, система с Фиг. 1. Способ 600 может быть выполнен в составе процедуры по уменьшению воздушного сопротивления в электродвигателе, генераторе, трансмиссии или их совокупности.
Способ может начаться на этапе 602. На этапе 604 можно произвести определение условий эксплуатации. Условия эксплуатации могут включать в себя частоту двигателя, нагрузку, а также давление в электродвигателе, генераторе, трансмиссии или их совокупности. Условия эксплуатации также могут включать в себя давление внутри топливной линии, линии продувки и продувочной емкости. Также к условиям эксплуатации могут относиться требуемое воздушно-топливное соотношение в двигателе для сгорания, либо в электродвигателе, генераторе, трансмиссии или силовой установке в зависимости от порога воспламеняемости, который можно определить одним или несколькими описанными способами, либо другими методами без дополнительных уточнений.
На этапе 606 может быть определено, превышает ли давление в продувочной системе пороговый уровень. Пороговым уровнем может быть давление в продувочной емкости, способное полностью или частично удалить метан из емкости. Давление также может зависеть от максимально допустимого давления для продувочной емкости, которое может зависеть от свойств емкости и может быть заданным значением. Данное значение соответствует давлению в емкости, превышение которого может привести к неисправности емкости или системы в целом. Порог давления продувки может зависеть от давления во впускной топливной системе, а также от давления в продувочной емкости или линии. Пороговое давление может соответствовать давлению, способному частично освободить емкость от метана, и может быть названо минимальным давлением в емкости, превышающее давление в топливной линии и способное вывести из емкости заданное количество метана.
Если на этапе 606 давление не превышает пороговый уровень, то ввод метана в продувочную емкость может быть продолжен для поддержки охлаждения систем движительной системы, трансмиссии, электродвигателя и/или генератора. Это может быть определено одним из описанных способов, либо другим способом без дополнительных уточнений. Данную операцию может проводить клапан, управляемый системой управления, как показано на Фиг. 1 и описано более подробно далее.
Если на этапе 606 давление превышает пороговый уровень, то на этапе 608 процедура может определить, работает двигатель или нет. Работа двигателя может заключаться в процессе сгорания в двигателе и/или передаче крутящего момента от двигателя трансмиссии.
На этапе 610, когда двигатель работает, может сработать клапан, который связывает продувочную емкость с топливной линией. В некоторых вариантах клапан может быть трехходовым клапаном, который может открываться выборочно, позволяя потоку метана проходить из трансмиссии в продувочную емкость, из трансмиссии во впускную топливную линию, либо из емкости во впускную топливную линию. Метан, поставляемый в емкость, также может соответствовать требуемому воздушно-топливному соотношению в двигателе для сгорания, а также текущему массовому расходу метана, протекающему в двигатель через впускную топливную линию. Метан может быть передан впускной топливной линии от продувочной емкости и/или клапана через трубопровод клапана, который также может включать в себя один или несколько клапанов для регулировки потока метана в топливную линию. Топливо, подаваемое в топливную линию, может быть смешано с некоторым количеством топлива, попадающим из топливного бака по топливной линии. Топливная смесь может постепенно поставляться в двигатель для сгорания.
Если двигатель не работает, что определяется на этапе 608, то вышеупомянутый клапан может продолжить соединять продувочную линию с емкостью. Емкость может быть отключена от топливной линии, через которую метан поставляется двигателю. На этапе 612 может сработать второй клапан, который подает метан выпускной системе.
Далее метан может быть откачан из продувочной емкости в атмосферу, в дополнительный топливный бак низкого давления, топливный бак для метана, либо в устройство снижения токсичности выхлопных газов. Способ может завершиться на этапе 616. Данный способ может повторяться непрерывно или с заданной периодичностью, либо в зависимости от условий эксплуатации.
На Фиг. 7 изображена процедура способа 700 согласно предложенному решению. Способ 400 может быть выполнен системой 190 управления. Способ 700 может представлять собой часть другого процесса, например, способа 300. В частности, способ 700 может быть выполнен в газовых или многотопливных гибридных транспортных средствах с электродвигателем, например, система с Фиг. 1. Способ 700 может быть выполнен в составе процедуры по уменьшению воздушного сопротивления в электродвигателе, генераторе, трансмиссии или их совокупности.
На этапе 704 можно произвести определение условий эксплуатации. Условия эксплуатации могут включать в себя частоту двигателя, нагрузку, и/или воздушно-топливное соотношение в электродвигателе, генераторе, трансмиссии или их совокупности. На этапе 706 может быть определено давление в электродвигателе, генераторе, трансмиссии или их совокупности. Давление может быть определено одним или несколькими датчиками внутри одной или нескольких вышеупомянутых систем.
На этапе 706 давление в трансмиссии может быть определено с помощью одного или нескольких датчиков, связанных с системой управления. В других вариантах в качестве дополнения или альтернативы давление может быть определено в электродвигателе или генераторе. На этапе 708 может быть определен приток воздуха и/или интенсивность притока воздуха, как функция от давления в трансмиссии. Приток воздуха может также зависеть от скорости ввода или концентрации метана, поступающего в трансмиссию, от концентрации метана, выходящего из трансмиссии, а также от концентрации метана внутри трансмиссии, что может быть определено одним или несколькими датчиками и/или системой управления. На этапе 710 может быть определена температура в трансмиссии или температура метана в трансмиссии с помощью одного или нескольких датчиков, связанных с системой управления. В других вариантах температуру трансмиссии можно использовать для определения давления в трансмиссии и/или интенсивности притока воздуха.
На этапе 712 может быть определено максимальное воздушно-топливное соотношение как функция от давления в трансмиссии и температуры трансмиссии. Максимальное воздушно-топливное соотношение (AFR) может соответствовать значению AFR, которое значительно ниже предельного значения воспламеняемости метана в заданных условиях. Метан может быть предпочтительнее другого топлива низкой плотности, которое может применяться в других вариантах, благодаря высокому пределу воспламеняемости (воздушно-топливного соотношения) метана.
На этапе 714 может быть определено воздушно-топливное соотношение как функция от концентрации метана в трансмиссии, а также от концентрации воздуха или интенсивности притока воздуха в трансмиссию. В некоторых вариантах это можно определить вышеуказанными способами и/или с помощью датчика кислорода внутри трансмиссии.
Текущее значение AFR может быть сопоставлено с максимальным AFR, определенным на этапах 712, 716. Если было обнаружено, что текущее значение AFR меньше максимального AFR, то способ может завершиться на этапе 720. Если же на этапе 716 текущее значение AFR выше максимального AFR, то концентрация метана, поставляемого трансмиссии может быть увеличена на этапе 718. Способ 700 далее может вернуться на этап 716, на котором он снова сопоставляет уже уменьшенное значение AFR с максимальным AFR. Если значение AFR опять выше порогового уровня, то скорость ввода метана в трансмиссию продолжит расти, пока значение AFR не станет меньше максимального AFR. Способ может завершиться на этапе 720. Данный способ может повторяться непрерывно или с заданной периодичностью, либо в зависимости от условий эксплуатации.
Следует отметить, что в контексте настоящего описания и в частности в отношении способов 300-700 все ссылочные позиции для трансмиссии могут также относиться к движительной системе, генератору, электродвигателю и другим компонентам, получающим метан напрямую или не напрямую, либо комбинации вышеуказанных компонентов или систем. Например, любой способ, относящийся к трансмиссии, может быть рассмотрен в отношении одного или нескольких компонентов, таких как движительная система, электродвигатель или генератор, без отступления от сущности данного изобретения.
Следует отметить, что примеры процедур управления и оценки, приведенные в настоящем документе, могут быть использованы для различных двигателей и/или конфигураций систем транспортных средств. Конкретные процедуры, приведенные в настоящем документе, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, например, управление по событиям, управление по прерываниям, многозадачность, многопоточность и т.д. Также различные действия, операции или функции могут быть выполнены в указанной последовательности или параллельно, а некоторые из них могут быть опущены. Аналогичным образом порядок управления необязательно должен сохраняться для достижения отличительных признаков и преимуществ иллюстративного варианта воплощения, описанного в данном документе, поскольку он был приведен для наглядности и упрощения описания. Одно или более представленных действий или функций может быть выполнено несколько раз в зависимости от конкретной используемой стратегии. Также описанные действия могут графически представлять собой программный код на машиночитаемом носителе в системе управления двигателем.
Следует понимать, что конфигурации и способы, раскрытые в настоящем документе, являются иллюстративными по своей природе и что конкретные варианты воплощения не должны рассматриваться как ограничения, поскольку возможны различные изменения. Например, описанная выше технология может быть использована в двигателях V-6, 1-4, 1-6, V-12, оппозитных 4-хцилиндровых двигателях и т.д. Полезная модель включает в себя все новые и неочевидные комбинации или подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные особенности, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем документе.
Все термины, применяемые в данном описании, следует понимать в их наиболее широких разумных толкованиях и их обычных значениях, как это понимают специалисты в данной области техники, если иное специально не указано. В частности, использование слов «какой-либо», «данный», «вышеуказанный» и т.д. надо понимать как один или несколько указанных элементов, если в формуле не указано иное.
1. Система транспортного средства, которая включает в себя двигатель внутреннего сгорания и трансмиссию, расположенную в картере трансмиссии, который соединен с источником газообразного топлива таким образом, чтобы внутри картера трансмиссии содержалось некоторое количество газообразного топлива.
2. Система по п. 1, которая также включает в себя электродвигатель, создающий крутящий момент приводу ведущих колес, при этом электродвигатель расположен в картере, который соединен с источником газообразного топлива таким образом, чтобы внутри картера электродвигателя содержалось некоторое количество газового топлива.
3. Система по п. 2, которая также включает в себя генератор, вырабатывающий энергию от рекуперативного торможения, при этом генератор расположен в картере, внутри которого содержится некоторое количество газового топлива.
4. Система по п. 1, в которой источник газообразного топлива соединен с топливопроводом двигателя.
5. Система по п. 1, в которой картер трансмиссии соединен по текучей среде с картером электродвигателя и/или картером генератора.
6. Система по п. 1, которая также включает в себя продувочную емкость, соединенную по текучей среде с картером трансмиссии.
7. Система по п. 6, в которой продувочная емкость соединена по текучей среде с топливопроводом через трехходовой клапан.
8. Система по п. 1, в которой газообразное топливо включает в себя метан.
РИСУНКИ
