CN102211537A - 座舱加热的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及座舱加热的方法和系统。本发明提供了选择性增加怠速发动机产生的余热量的方法和系统。增加发动机输出同时锁定变速器输出，以产生用于加热停止车辆的座舱的余热。

Description

座舱加热的方法和系统

技术领域

本说明一般涉及怠速期间迅速加热座舱的方法和系统。

背景技术

联接至发动机的加热系统利用发动机驱动的泵来循环冷却剂，并且将发动机热量传递至加热器核心以用来加热车辆的乘客车厢。在一些车辆中，例如混合电动车辆和柴油发动机车辆，发动机产生的余热不足以迅速加热车辆座舱。

选择性增加发动机加热的一个示例方法由Tanaka等人在美国专利6,695,743中说明。其中，基于车辆转速和热需求调整扭矩转换器锁定离合器的接合。具体地，当车辆移动并且需要较高热量时，锁定离合器的接合被限制(或被限制较多)，而当需要较低热量时，锁定离合器的接合不被限制(或被限制较少)。以此方式，发动机经由断开连接的扭矩转换器产生的低效率可产生增大的余热。

然而，本发明人在此已经认识到这种方法的潜在问题。例如，如果车辆正处于怠速，根据本发明则没有额外的发动机余热产生。因此，如果车辆具有延长的怠速，那么在较长的持续时间段内不能向座舱乘客提供期望的热量，这将降低乘客的满意度。

发明内容

因此，在一个示例中，一些以上提到的问题可通过运行一种运行联接至变速器的车辆发动机的方法而被解决，其包括在车辆停止状况期间将变速器固定至车辆的框架。该方法还包括在变速器固定的情况下增大发动机输出以产生增大的发动机余热/废热。然后，所产生的余热可用于加热车辆的座舱。

在一个示例中，在车辆停止状况期间，例如当换挡指示器处于车辆的停车或空挡而发动机处于怠速时，发动机控制器被配置为在扭矩转换器处于解锁状态(例如，至少部分解锁)下，通过将变速器固定至车辆的框架而锁定变速器输出。此外，可通过增加燃料喷射和/或进气充气而暂时增大发动机输出，从而增大发动机怠速转速。响应于座舱温度降低至低于阈值或响应于车辆乘客请求座舱加热，变速器可被固定并且发动机输入可被增大。变速器可通过将一个或多于一个变速器输出轴接合至变速箱离合器而被固定。通过接合这种离合器同时扭矩转换器被解锁，变速器的输出可被固定至车辆框架，从而几乎没有扭矩传递通过变速器。同时，通过增大发动机输出来增大发动机怠速转速，扭矩转换器可与更高发动机怠速转速旋转配合，从而产生额外的余热。因此，在这种运行期间，穿过扭矩转换器所产生的余热量可直接与发动机怠速转速的立方成比例。因此，可通过增大到扭矩转换器的发动机转速输入同时基本无扭矩从变速器传递而迅速产生大量热量。

然后，以此方式产生的大量余热可用于迅速加热座舱。例如，在变速器固定并且具有增大发动机输入运行期间，冷却剂可穿过发动机循环。然后，被加热的冷却剂可循环穿过车辆座舱加热系统以加热车辆乘客车厢。在可替代示例中，在运行期间变速器液体可循环穿过发动机并且被加热的变速器液体可循环穿过车辆座舱加热系统的热交换器。额外地或可选地，所产生的余热可用于冷起动排放控制装置催化剂的加热、冷起动变速器的加热或冷起动减少排放(CSER)期间的燃烧稳定性。因此，如果没有加热请求，变速器和扭矩转换器锁定离合器直到请求车辆的再次发动可以断开。

以此方式，在车辆怠速状况期间，变速器输出可被锁定同时发动机输入可被增大以产生额外的发动机余热。通过增大发动机怠速转速并且变速器固定同时发动机和变速器之间的扭矩转换器被解锁，可迅速产生大量余热。通过与车辆座舱的加热系统的冷却剂交换余热，即使在车辆停止和发动机怠速状况期间座舱加热也可用。通过使用已经存在的车辆部件来提供请求的加热，可减少辅助产生热量的装置的运行。

根据另一方面，提供了运行通过扭矩转换器被联接至变速器的车辆发动机的方法。该方法包括在发动机怠速状况期间，锁定变速器输出同时增大发动机输出以产生余热；并且使用所产生的余热加热车辆座舱。

在一个实施例中，锁定变速器输出包括将变速器固定至车辆的框架，同时扭矩转换器解锁。

在另一实施例中，锁定变速器输出包括将变速器固定至车辆的框架，同时扭矩转换器解锁并且将变速器固定包括将至少一个扭矩转换器输出轴接合至箱离合器并且将变速器输出轴接合器接合至箱离合器。

在另一实施例中，锁定变速器输出包括将变速器固定至车辆的框架，同时扭矩转换器解锁并且增大发动机输出包括增大燃料喷射和/或增大进气充气以增大发动机怠速转速。

在另一实施例中，变速器输出被锁定并且发动机输出响应于座舱温度低于阈值而被增大。

根据另一方面，一种车辆系统，其包括发动机；变速器，变速器包括一个或多于一个变速器离合器；将发动机连接至变速器的扭矩转换器；以及控制器，其具有计算机可读指令，在车辆停止状况期间，用于将变速器输出固定同时增大发动机输出以产生热量并且扭矩转换器至少部分解锁；并且在增大的发动机输出和固定变速器运行期间，将冷却剂循环穿过发动机，冷却剂还循环穿过座舱加热系统。

在一个实施例中，车辆停止状况包括发动机怠速和车辆座舱加热的请求。

在另一实施例中，将变速器输出固定包括将变速器离合器输出轴和扭矩转换器输出轴中的至少一个固定至车辆的框架。

在另一实施例中，将变速器输出固定包括将变速器离合器输出轴和扭矩转换器输出轴中的至少一个固定至车辆的框架并且增大发动机输出包括增加发动机燃料喷射量和/或进气充气量以增大怠速转速。

在另一实施例中，还包括在增大的发动机输出和固定的变速器运行期间将变速器液体循环穿过发动机，冷却剂还循环穿过座舱加热系统。

应该理解的是，提供上述概要以便以简化的形式介绍在详细说明书中进一步描述的选择性概念。它不是意味着指出要求保护的主题的关键特征或重要特征，要求保护的主题的范围仅由随附于详细说明书的权利要求限定。此外，要求保护的主题不限于解决以上提到的或者在本公开的任何部分中指出的任何缺点。

附图说明

图1示意性显示机动车辆中车辆HVAC系统的示例实施例。

图2显示联接至图1的加热系统的车辆传动系统的示例实施例。

图3显示根据本公开响应于座舱加热请求调整变速器接合的高级流程图。

具体实施方式

下面说明涉及当车辆处于怠速时产生热量的系统和方法。产生的热量可以用于如在图1中显示的车辆HVAC系统中使能加热座舱。通过接合一个或多于一个离合器(如在图2中显示的)，变速器和/或扭矩转换器的输出轴被锁定至变速箱同时保持扭矩转换器未被锁定。通过增加发动机的输出同时固定变速器，可以产生了大量发动机怠速热量。发动机控制可被配置为实施例如在图3中描绘的程序来执行控制程序，以锁定变速器输出同时通过增加燃料喷射和/或进气空气流来增大发动机怠速转速，以选择性增加怠速余热的量。通过在变速器固定运行期间将冷却剂循环穿过发动机，余热可以被传递至冷却剂。然后，被加热的冷却剂循环穿过座舱加热系统来使能在怠速车辆中座舱加热。可替代地，变速器液体被用为工作液体来与车辆HVAC系统交换热量。

现转向图1，机动车辆102中车辆加热、通风和空调(HVAC)系统100(在此还被称为座舱加热系统)的示例实施例被示意性图示说明。车辆102具有驱动车轮106、乘客车厢104(在此也被称为座舱)和包括内燃发动机10的发动机箱。内燃发动机10具有经由进气通道44接收进气并且经由排气通道48排放燃烧气体的燃烧室。除其他车辆类型外，在此说明和描述的发动机10可以被包括在例如道路汽车的车辆中。虽然将参考车辆描述发动机10的应用示例，但是应该理解可使用各种类型的发动机和车辆推进系统，包括客车、卡车等等。

HVAC系统100将冷却剂循环穿过内燃发动机10，以吸收发动机余热并且分别经由冷却剂管路82和84将被加热的冷却剂分配到散热器80和/或加热器核心90。如所示的，HVAC系统100被联接至发动机10并且将发动机冷却剂从发动机10经由发动机驱动的水泵86循环到散热器80，并且经由冷却剂管路82返回至发动机10。发动机驱动的水泵86可经由前端附件驱动(FEAD)36被联接至发动机，并且经由带、链等等与发动机的转速成比例地旋转。具体地，发动机驱动的泵86将冷却剂循环穿过发动机缸体、缸盖等等内部的通道以吸收发动机热量，然后其经由散热器80被传递至环境空气中。在一个示例中，其中泵86是离心泵，所产生的压力(和产生的流)可与曲轴转速成比例，在图1的示例中，其直接与发动机的转速成比例。冷却剂的温度可通过位于冷却管路82中的恒温阀38调整，冷却管路82保持闭合直到冷却剂达到阈值温度。

此外，风扇92被联接至散热器80以便在车辆102缓慢移动或停止但发动机保持运行时保持空气流穿过散热器80。在一些示例中，风扇转速被控制器12控制。可替代地，风扇92可被联接至发动机驱动的水泵86。

如以上描述的，热冷却剂可流动穿过冷却剂管路82和/或穿过冷却剂管路84至加热器核心90，在此热量被传递至乘客车厢104，并且冷却剂流回发动机10。因此，加热器核心90可用作冷却剂和乘客车厢104之间的热交换器。散热片可被附接至加热器核心来增加热传递的表面面积。例如运行风扇来强迫空气穿过散热片，以迅速加热乘客车厢。

在一些示例中，发动机驱动的泵86可运行使得冷却剂循环穿过冷却剂管路82和84。在其他示例中，其中车辆102具有混合动力电动推进系统，除发动机驱动泵以外，电辅助泵(未示出)也可被包括在HVAC系统中加热器核心的上游。在其中，辅助泵可以被用于当发动机10关闭(例如，仅电动运行)时将冷却剂循环穿过加热器核心90和/或当发动机正在运行时协助发动机驱动泵86。和发动机驱动泵86一样，辅助泵可以是离心泵；然而，由辅助泵产生的压力(和产生的流)可与由系统能量存储装置(未示出)供给至泵的能量成比例。

图1还显示了控制系统14。控制系统14可被通信地联接至发动机10的多个部件上，以执行在此描述的控制程序和动作。例如，如在图1中显示的，控制系统14可包括电子数字控制器12。控制器12可以是微计算机，包括微处理器单元、输入/输出端口、用于可执行程序和校准值的电子存储媒介、随机存取存储器、保活存储器和数据总线。如所描述的，控制器12可从多个传感器16接收输入，这可包括用户输入和/或传感器(例如变速器挡位位置、变速器离合器位置、气体踏板输入、制动器输入、变速器选择器位置、车辆速度、发动机转速、穿过发动机的质量空气流量、环境温度、进气温度等等)，HVAC系统传感器(例如冷却剂温度、风扇转速、乘客车厢温度、环境湿度等等)和其他输入。

此外，控制器12可与多种致动器18通信，这可包括发动机致动器(例如燃料喷射器、电子控制进气节流板、火花塞、变速器离合器等等)，HVAC系统致动器(例如乘客车厢气候控制系统中的空气操纵口和/或偏向阀等)和其他致动器。在一些示例中，存储媒介可使用代表指令的计算机可读数据被编程，这些指令通过处理器是可执行的以用于实施下述方法以及可预见但未具体列出的其他变型。

控制器12还可接收来自挡位选择器108的输入。车辆驾驶员可通过调整挡位选择器108的位置来调整变速器的挡位(图2)。在一个实施例中，如所描述的挡位选择器108可具有5个位置(PRNDL挡位选择器)，但其他实施例也是可能的。

如在此注意到的，由发动机产生并且被传递至冷却剂的余热量可影响被传递至乘客车厢以向座舱提供加热的热量。例如，在发动机怠速状况下，所产生的余热量被成比例地降低，由此降低可使用的座舱加热量。此外，在这种状况期间，座舱加热可能是非常缓慢的。如在此参考图2-3详细说明的，在车辆的怠速状况期间，通过挡位选择器108处于P位置或N位置，响应于座舱加热请求和/或响应于乘客车厢温度下降至低于阈值，控制器可被配置为执行变速器固定程序。具体地，控制器被配置为锁定变速器输出同时增加发动机输入，从而选择性增加所产生的怠速余热的量，并且将余热经由冷却剂循环穿过座舱加热系统。以此方式，通过在车辆怠速期间产生的余热，HVAC系统液体加热可被加速，从而使能迅速加热座舱。

现转向图2，车辆传动系统200的示例实施例被显示。传动系统200被发动机10驱动。在一个示例中，发动机10可以是汽油发动机。在可替代实施例中，也可使用其他发动机配置。发动机10可由发动机起动系统(未示出)起动并且可通过扭矩产生器(例如燃料喷射器、节气门等)产生扭矩。

发动机输出扭矩可经由扭矩转换器126传递，以通过接合一个或多于一个变速器离合器(例如前向离合器130)来驱动自动变速器128。因此，多个这种离合器可按需要被接合。变速器挡位可基于接合的变速器前向离合器自动地从齿轮组138中选择。可替代地，车辆驾驶员可通过调整被联接的车辆挡位选择器(例如挡位选择器108)来选择变速器挡位。扭矩可在具有或者不具有扭矩加倍的情况下从发动机10通过扭矩转换器126被传递至变速器128。例如，当扭矩转换器锁定离合器132被完全断开时，扭矩转换器126可被解锁并且发动机输出扭矩可被具有扭矩加倍地输送至变速器128的输入轴140。相比较，当扭矩转换器锁定离合器132被完全接合时，扭矩转换器126可被锁定，并且整个发动机输出扭矩可不具有扭矩加倍地输送至变速器128的输入轴140。可替代地，扭矩转换器锁定离合器132可被部分接合，从而使能通过扭矩转换器被中继的扭矩量被调整。在一个示例中，控制器12可通过接合锁定离合器132和控制离合器滑动量来调整传递通过扭矩转换器126的扭矩量。滑动率可响应于多种发动机工况，或者例如基于车辆座舱加热所需要的热量被调整。例如，响应于更低的座舱温度和/或座舱加热的请求，控制器可增加离合器的滑动从而增加产生的余热量。

自动变速器128的扭矩输出可进一步被传递至车轮134以推进车辆。具体地，自动变速器128可在将输出驱动力传递至车轮之前，响应于车辆行驶状况调整沿输入轴140的输入驱动力。因此，车轮134可通过接合车轮制动器136被锁定。在一个示例中，车轮制动器136可响应于驾驶员将他的脚踩下制动踏板(未示出)而被接合。以相同的方式，车轮134可响应于驾驶员将他的脚从制动踏板处释放通过断开车轮制动器136而被解锁。

控制器12可被配置为接收发动机10的输入并且相应地控制发动机的扭矩输出。例如，可通过调整点火正时、燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和/或进气的组合控制扭矩输出，调整以上组合是通过控制节气门开放和/或阀门正时、阀门升程和对被涡轮增压或机械增压的发动机的增压来实现。在柴油发动机的情况下，控制器12可通过控制燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和进气的组合来控制发动机扭矩输出。在所有情况中，发动机控制可在逐个气缸(cylinder-by-cylinder)的基础上被执行以控制发动机扭矩输出。

在发动机怠速状况期间，例如当车辆停止并且挡位选择器108处于停车或者空挡时，不能产生足够的发动机热量来充分加热车辆乘客车厢。在这种状况下，响应于座舱加热请求，发动机控制器12可被配置为锁定变速器输出(其中扭矩转换器未锁定)，同时同步增大发动机输出，从而经由液体的切力使得热量通过扭矩转换器。在一个示例中，变速器输出可通过接合一个或多于一个变速器来将变速器输出轴固定至车辆的框架(例如变速箱)而被锁定。例如，前向离合器130可通过将前向离合器输出接合至变速箱离合器150而被固定到变速箱。可替代地，变速器输出可通过接合变速器前向离合器30和在扭矩转换器锁定离合器132处于解锁状态下将扭矩转换器输出固定至变速箱离合器152而被锁定。在另一示例中，离合器150和152均被接合。

当扭矩转换器锁定离合器断开并且扭矩转换器输出被固定至变速箱时，扭矩转换器滑动速度可与发动机的转速基本一致并且产生的热量可对应于发动机转速的立方。因此，通过迅速增大发动机怠速转速同时保持变速器输出锁定，可迅速产生大量的怠速热量。

如在此参考图3详细说明的，其中扭矩转换器输出和/或变速器输出被锁定，控制器可增大发动机输出(例如，通过增加燃料和/或进气)来增加产生的余热量。产生的热量可用于加热变速器液体管路142中的变速器液体。然后被加热的变速器液体可经由热交换器144与HVAC系统100交换热量。具体地，被加热的变速器液体可将热量传递至冷却剂管路84中的冷却剂。然后，被加热的冷却剂被循环穿过加热器核心90，以迅速加热车辆乘客车厢。此外或可选地，可包括流至座舱空气热量交换器的变速器液体以使用被加热的变速器流体直接加热座舱，而不加热冷却剂。

现转向图3，描绘了用于在车辆怠速状况期间选择性增加余热以快速加热座舱的示例程序300。通过使用已经存在的变速器部件，例如变速器离合器和扭矩转换器来产生额外的热量，在这种车辆怠速状况期间可以使能座舱加热而不运行专门的加热装置。

在302处，可确定发动机是否正在运转。如果发动机不是正在运转，则程序结束。在304处，可估计和/或测量发动机工况。这些可包括例如发动机转速、发动机冷却剂温度、催化剂温度、歧管绝对压力(MAP)、制动器位置(BP)、车辆速度等等。在306处，可确定车辆是否停止。如果车辆未停止，则在308处可确定车辆正在移动。如果车辆正在移动，则在310处变速器可被接合并且发动机扭矩可被传递至变速器以保持车辆移动。

相比较地，如果车辆停止状况已经出现，则在312处可确定是否请求座舱加热。在一个示例中，车辆停止状况可包括挡位选择器处于停车或者空挡位置的发动机运转(即，怠速)。当例如车辆驾驶员主动请求座舱加热时，在312处可请求加热座舱。在另一示例中，当座舱温度降低至低于阈值时可请求加热座舱。在另一示例中，当变速器液体温度降低至低于阈值时，可请求加热座舱。如果没有请求加热座舱，则在314，可断开变速器。

在316处，如果在车辆停止状况期间请求加热座舱以选择性增加由发动机产生的余热量，则控制器可接合变速器并且将变速器固定至车辆的框架，例如变速箱。此外，控制器可解锁扭矩转换器，例如至少部分解锁扭矩转换器。在一个示例中，将变速器固定可包括将变速器离合器输出轴锁定至变速箱。例如，控制器可将至少一个扭矩转换器输出轴接合至箱式离合器并且将变速器输出轴接合至箱式离合器。在318处，控制器可增大发动机的输出，其中变速器被固定以产生增加的发动机余热。在一个示例中，增大发动机输出包括增大燃料喷射或进气充气量中的至少一个。因此，增大发动机输出包括增大发动机怠速转速。因为所产生的热量与发动机的怠速转速的立方成比例，所以通过增大发动机的怠速转速，所产生的余热量可被迅速增大。例如，随着请求产生更高的热量，可调整燃料喷射和/或进气来进一步增大发动机的怠速转速，从而提供请求的热量。

在320处，在增大的发动机输出和固定的变速器运行期间，冷却剂可被循环穿过发动机。以此方式，所产生的热量可与冷却剂交换。在322处，被加热的冷却剂可被进一步循环穿过座舱加热系统。以此方式，车辆座舱可以使用所产生的余热被加热。应该理解虽然所描绘的示例建议加热冷却剂以加热车辆座舱，但在可替代的实施例中，所产生的热量可被传递至变速器液体以加热座舱。具体地，在增大的发动机输出和固定的变速器运行期间，变速器液体可循环穿过发动机，并且被加热的变速器液体可被进一步循环穿过座舱加热系统。例如，热交换器被配置为在被加热的变速器液体和HVAC系统冷却剂之间交换热量。

还应该理解虽然所描绘的示例建议响应于座舱温度固定变速器，但是在替代的示例中，变速器还可响应于变速器液体温度低于阈值被选择性或额外地固定。在此，变速器液体加热在CSER期间可有利地用于冷起动排放控制装置催化剂的加热、冷起动变速器的加热或者燃烧稳定性。

以此方式，在车辆的怠速状况期间，其中发动机怠速并且车辆停止，响应于座舱温度的下降和/或加热座舱的请求，发动机控制器可被配置为经由断开的扭矩转换器和固定的变速器产生的低效率产生增加的余热。通过增大发动机的输出同时锁定变速器输出并且解锁扭矩转换器，基本无扭矩可以被传递穿过变速器。因此，发动机怠速转速可被迅速增大并且余热与增大的发动机怠速转速成比例地在扭矩转换器处被迅速地产生。通过在车辆怠速状况期间选择性产生热量，可在未运行专门的加热装置情况下使能座舱加热。

注意到在此包括的示例控制和估计程序可与各种发动机和/或车辆系统配置使用。在此描述的具体的程序可代表任何数目的处理策略中的一个或者多于一个，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。就此而言，所示的各种动作、操作或功能可以以所示的顺序实施、并行实施或者在一些情况下被省略地实施。类似地，该处理的顺序并不是实现在此所述的示例性实施例的特征和优点所必需的，只不过被提供以便于展示以及说明。根据所使用的具体策略可以重复实施一个或多于一个所示的动作或者功能。此外，所述动作可以图表性地代表将要被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储媒介内的代码。

应该理解的是，在此公开的这些配置以及程序本质上是示例性的，并且这些具体的实施方案不应从限定的角度进行解释，因为可能存在多种变体。例如，上述技术可以应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4以及其他发动机类型。本公开的主题包括多种系统和配置以及在此公开的其他特征、功能和/或特性的所有新颖的且非显而易见的组合。

随附的权利要求特别指出了被认为是新颖的和非显而易见的某些组合以及子组合。这些权利要求可能提到“一个”元件或“第一”元件或者其等价物。这种权利要求应该被理解为包括一个或多于一个这种元件的结合，既不必需也不排除两个或多于两个这种元件。所公开的这些特征、功能、元件和/或特性的其他组合以及子组合可能通过当前权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而要求保护。

不管是否比原始权利要求的范围更宽、更窄、等同或者不同，这种权利要求均被视为包括在本公开的主题内。

Claims (10)

1.一种运行联接至变速器的车辆发动机的方法，其包括：

在车辆停止状况期间，将所述变速器固定至所述车辆的框架；并且

在所述变速器固定的情况下增大发动机输出以产生增加的发动机余热。

2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括在增大发动机输出和变速器固定的运行期间将冷却剂循环穿过发动机，所述冷却剂进一步循环穿过座舱加热系统。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述变速器响应于座舱温度而被固定。

4.如权利要求2所述的方法，其中增大发动机输出包括增大燃料喷射量和进气充气量中的至少一个。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述车辆停止状况包括所述发动机正在运转，其中挡位选择器处于停车或空挡位置处。

6.如权利要求1所述的方法，其中将所述变速器固定包括将变速器的离合器输出轴锁定至变速箱。

7.如权利要求1所述的方法，其进一步包括将所产生的热量传递至变速器液体，所述变速器液体被进一步循环穿过座舱加热系统。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述变速器响应于变速器液体温度低于阈值而被固定。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述发动机输出被增大并且所述变速器被固定至所述车辆的框架，同时联接在所述发动机和所述变速器之间的扭矩转换器被解锁。

10.如权利要求1所述的方法，其中增大发动机输出包括增大怠速转速。

Images