CN102294952A - 低排放混合式交通工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低排放混合式交通工具。本发明的一个实施方案涉及用于交通工具的功率系统。功率系统包括被配置为向交通工具的轮提供功率的第一功率源。功率系统还包括第二功率源、由第二功率源供给功率的电气系统以及由第二功率源供给功率的附件。第一功率源不向电气系统或向附件提供功率。

Description

低排放混合式交通工具

背景技术

本申请大体上涉及交通工具功率系统(vehicle power system)的领域。更具体地，本申请涉及用于中型交通工具和重型交通工具的功率系统。

参照图1，示出了常规的交通工具功率系统10。系统10包括单一的主功率设备或功率源12。对于中型和重型卡车来说，功率源12典型地是柴油发动机，但是在其他实施方案中还可以是汽油发动机或另一种合适的便携式功率源。功率源12驱动轮14以推进交通工具。典型地，功率源12的输出轴被耦合于传动轴16(例如通过传动装置或其他中间装置)。传动轴16进而将动力传递至两个或更多个轮14。

对于消防车来说，功率源12还可以被配置为驱动用于交通工具的主水泵40。主泵40用于从源(例如消防栓、水池、湖泊等等)泵送水，使得水或泡沫可以通过软管或固定喷口或车载消防炮(deck gun)被输出。

如图示的，除了轮14和主水泵40之外，功率源12还向其他装置提供动力。这典型地通过经过带和带轮的转动传递能量或通过经过动力轴的直接驱动来进行。内燃机(例如汽油发动机、柴油发动机)供给动力的交通工具经常包括蛇形带。蛇形带被引导为与被内燃机驱动的输入带轮和耦合于外围装置的一个或多个输出带轮接合。内燃机供给动力的外围装置代表了寄生负载(parasitic load)。这些寄生负载包括底盘主交流发电机18、主空气调节(HVAC)压缩机20以及第二交流发电机和压缩机、液压马达和气动马达、用于火灾抑制的第二水泵等等。

主交流发电机和第二交流发电机将内燃机的动力输出的一部分转换为电功率(electrical power)。交流发电机18被耦合于一个或多个电池22。该电功率被用于运行各种装置，例如传感器、泵、机载计算机、风扇等等。压缩机20可以是用于蒸气压缩制冷系统24的压缩机。制冷系统24还包括蒸发器26、冷凝器28和膨胀阀29。额外的装置，例如风扇、泵和电子设备，也可以直接地或经过交流发电机18从功率源12抽取功率。内燃机必须被控制尺寸以向寄生负载以及向交通工具的传动系二者提供功率，以驱动轮。因此，内燃机通常被设计为是较大的并且具有比简单地推进交通工具所需要的功率输出大的功率输出。

此外，当交通工具是静止的时，内燃机可以被空转以向寄生负载提供功率。在空转时，大内燃机可以产生过量的噪音和燃烧污染，以及消耗大量的燃料。这样的空转时期对于中型和重型救援和多用途运交通工具，例如消防车、运载交通工具、救护车、起重机等等，可以是特别显著的。

这些非高能量系统的使用典型地具有比驱动轮和诸如主消防泵的高功率装置的高能量负载需求的负载循环时间更高的负载循环时间，并且因此不需要在典型的主功率设备上消耗的较大的功率和燃料消耗。

消防车经常包括以柴油发电机的形式的辅助功率单元。发电机可以被用于向液压设备、泵和其他装置提供功率。如图2中所示，已知的是系统30包括被附加于交通工具12以补充第一功率源12的次级功率源32。当交通工具需要额外的电流或额外的加热和/或冷却时，次级功率源32在主功率源12正在操作的同时被激活，因此提供为了保持这样描述的系统操作所必需的额外的能量或机械力。

这种类型的配置可以包括转换开关(transfer switch)34，转换开关提供主功率设备交流发电机18和次级功率源32之间的功率平衡以防止由两个独立的电源导致的过电流过电压差异。

机械功率平衡必须还在如图示的螺线管36的使用期间被提供，以保护主功率设备空气调节压缩机20不受由第二功率设备空气调节压缩机38导致的气动浪涌(pneumaticsurge)。

将是期望的是，提供用于交通工具的改进的功率系统，该改进的功率系统通过去除寄生负载而减少了施加在主功率源上的负载。

发明内容

本发明的一个实施方案涉及用于交通工具的功率系统。功率系统包括被配置为向交通工具的轮提供动力的第一功率源(first power source)。功率系统还包括第二功率源、被第二功率源供给功率的电气系统以及被第二功率源供给功率的附件。第一功率源不向电气系统或向附件提供功率。

将理解，上文的大体描述和下文的详细描述二者都仅是示例性的和解释性的，并且不限制被要求保护的本发明。

附图说明

从下文的说明书、所附的权利要求以及在附图中示出的所附的示例性的实施方案，本发明的这些以及其他的特征、方面和优点将变得明显，以下简要描述附图。

图1是常规的交通工具驱动系统的简图。

图2是现有技术的混合式交通工具驱动系统的简图。

图3是根据示例性的实施方案的混合式交通工具驱动系统的简图。

图4是根据另一个示例性的实施方案的混合式交通工具驱动系统的简图。

具体实施方式

下文的描述涉及用于中型或重型交通工具的改进的功率系统。更具体地，改进的功率系统被描述成安装在消防车，例如泵浦消防车(pumper truck)、云梯车、机场事故抢救车(airport crash tender)等等中。然而，应当理解，新颖性特征适用于其他重型和中型交通工具，例如救护车、安装在可移动卡车上的起重机、多用途交通工具、运载交通工具、油罐卡车、冷藏车等等。改进的功率系统还可以用于轻型交通工具，例如客车、轿车、卡车、SUV等等。

第二功率源被附加于交通工具底盘。第二功率源被配置为向交通工具的所有寄生负载供给功率，允许首要的功率源被设计和优化以向交通工具传动系统(drive train)提供功率。这些寄生负载包括底盘主交流发电机和第二交流发电机、主空气调节和第二空气调节(HVAC)压缩机、液压马达和气动马达、以及用于火灾抑制的第二水泵。

因此，主功率源仅在交通工具需要向传动系统轮或在底盘上的需要较大高功率的装置提供功率时被使用。这些寄生负载的除去允许交通工具的操作者在不需要高功率要求时关闭主功率源的能力，但是允许交通工具以所有其他方式起作用。第二功率源允许其他交通工具功能性继续，包括为非高能量负载例如加热、空气调节、内部和外部照明、通讯以及信息娱乐，底盘和主体控制功能例如窗锁、门锁，以及其他曾经由主功率设备提供的有关的安全性和便利性特征提供功率。

通过提供次级功率源，主功率源可以被减小尺寸，导致成比例地更小的发动机以及减少的燃料和排放消耗。通过将次级功率源加入交通工具中，所有的寄生负载都可以被从主功率源除去。

参照图3，示出了根据示例性的实施方案的具有改进的功率系统的交通工具110的示意性的简图。交通工具110包括主功率设备或功率源112。根据示例性的实施方案，主功率源112是柴油发动机，但是在其他实施方案中还可以是汽油发动机或任何其他合适的便携式功率源。主功率源112被耦合于传动轴116(例如通过传动装置或其他中间装置)。传动轴116进而将动力传递至两个或更多个轮114。交通工具110可以具有一对耦合于传动系统的从动轮114，或可以具有多对从动轮114(例如一对或多对后轮也可以通过传动轴116被供给动力)。

主功率源112还可以被配置为向交通工具110的主泵118供给动力。泵118可以被配置为从源(例如消防栓、水池、湖泊等等)泵送水，使得水或泡沫可以通过软管或固定喷口或车载消防炮被输出。

交通工具110还包括次级功率源120。根据示例性的实施方案，次级功率源120是柴油发动机，但是在其他实施方案中还可以是汽油发动机或任何其他合适的便携式功率源(例如燃料电池等等)。次级功率源120可以被安装于交通工具上的任何合适的地点，例如在交通工具110的驾驶室后方。

次级功率源120通过向一个或多个附件供给功率来向交通工具的所有寄生负载供给功率。在交通工具被停止且不运行主功率源112时，次级功率源120允许其他交通工具功能性继续。额外的功能性通常是非高能量负载，该非高能量负载可以由比推进交通工具所需要的功率源小的功率源供给功率。根据一个示例性的实施方案，次级功率源120用于向电气系统130和HVAC系统140供给功率。

电气系统130可以是例如典型地用于消防车的12伏特或24伏特DC系统，或可以是较高电压系统，例如48伏特或60伏特DC系统。交流发电机132被耦合于次级功率源120。交流发电机132被次级功率源120驱动以产生交流电，交流电可以被诸如整流器的装置转换为直流电。来自交流发电机132的电功率被用于将一个或多个电池134充电。取决于交通工具110的尺寸和功能，电池134可以在类型和数目上变化。例如，电池134可以是铅酸电池或其他合适的电化学电池(例如镍金属氢化物(NiMH)、锂离子、锂离子聚合物等等)。根据一个示例性的实施方案，交通工具112包括六个铅酸电池。电气系统130被用于向交通工具上的多种装置供给功率，包括旅馆负载(hotel load)(例如风扇和交通工具照明)、通讯和信息娱乐装置(例如无线电、GPS单元、膝上型计算机等等)、内部和外部交通工具照明、底盘和本体控制功能(例如电动窗、电动门锁、座椅调整马达等等)以及安全装置(例如座椅乘员传感器、安全气囊展开传感器等等)。电气系统130还向与交通工具的内燃机(例如功率源112和120)相关联的装置提供功率，包括流体泵、传感器、马达和机载计算机。电气系统130还可以被用于向消防车的其他装置，例如汽笛、水泵、液压泵、梯控制器等等供给功率。

HVAC系统140可以是例如在交通工具中典型地使用的蒸气压缩制冷系统。HVAC系统包括压缩机142、冷凝器144、膨胀阀146和蒸发器148。压缩机142可以是例如在机动应用中普遍地使用并且被耦合于交通工具的主功率源的压缩机。

根据示例性的实施方案，次级功率源120还可以被耦合于AC发电机(AC generator)150以提供AC电功率。AC发电机150能够输出以110、220和440伏特的以单相或多相的AC功率，这取决于应用。AC功率可以用于多种紧急事件工具，例如锤子、电钻、水力救援工具、排气扇等等。在一个示例性的实施方案中，交通工具110可以被配置为作为可移动的发电厂。例如，在紧急事件的区域中，交通工具110可以能够向帐篷或其他伤检分类区域提供电功率(例如向医学仪器供给功率、提供加热和冷却、向灯供给功率等等)或甚至向一个或多个家庭提供电功率。

与现有的交通工具功率系统相似，来自次级功率源120的转动能可以通过带和带轮(例如蛇形带)、通过经过动力轴的直接驱动、或经过另一种装置(例如动力输出装置、齿轮箱、链和链轮系统等等)被传递至附件和外围装置。根据示例性的实施方案，交流发电机132和压缩机142被次级功率源120通过带和带轮系统驱动。AC发电机150被耦合于第二功率源120的输出轴。

电气系统130可以被配置为与电网接口。消防车在它们在紧急呼叫之后返回至站(station)时通常被接入电网(例如岸电(shore power))中。当使用次级功率源120时，交通工具110可以在驾驶返回站的途中将电气系统130的电池134再充电。

次级功率源120可以被容易地改装至现有的交通工具，例如图1中所示的。消防车通常以被安装在交通工具的驾驶室后方的现有空间中的柴油发电机为特征。次级功率源120可以被安装在该位置中并且被用于从主功率源112除去寄生负载。底盘电交流发电机可以被从主功率源112除去并且被集成在次级功率源120中，或可以被除去并且由耦合于次级功率源120的另一个交流发电机代替。相似地，底盘空气调节压缩机可以被从主功率源112除去并且被集成在次级功率源120中，或可以被除去并且由耦合于次级功率源120的另一个压缩机代替。

许多可以召唤诸如消防车的交通工具110的紧急情况不涉及需要被抑制的火。消防车经常被召唤至交通碰撞、医疗紧急事件以及其他紧急情况的现场。因此，交通工具110的主泵118可以不需要用于所有这些召唤。使用次级功率源120向寄生负载供给功率以及从主功率源112除去这些负载可以在主功率源112被关掉时允许几乎全部的底盘功能。

寄生负载的除去增加了经过传动系统向轮114的可用动力以及从主功率源112向主泵118的可用动力。因为主功率源112和次级功率源120二者可以被控制尺寸和被配置以用于不同的功率需要和负载循环(duty cycle)，所以燃料消耗可以被减少。取决于交通工具的用途，与如图1中所示的常规配置的交通工具相比，燃料消耗70％。减少的燃料消耗还导致交通工具产生的废气排放的减少。此外，主功率源112的空转时间的量的减少大大地减少了对主功率源112的磨损，这减少了维护成本并且延长了主功率源112的寿命。

与如图2中所示的和现有系统并行运行的系统不同，包括专门向寄生负载供给功率的次级功率源120的交通工具110不需要额外的转换开关(transfer switching)或额外的机械式离合或用于平衡电气系统和空气调节系统的电磁激活(solenoid activation)。

包括次级功率源120的交通工具110在设计上是模块化的并且允许寄生负载的今后的额外的适应。此外，如果寄生负载抽取的功率超过次级功率源120的功率能力，那么次级功率源120可以被较大的单元代替，同时主功率源112保持不变。

次级功率源120的使用增加了超出用于常规的交通工具的典型的底盘交流发电机配置的电DC容量。此外，耦合于次级功率源120的AC发电机150的使用提供用于供应以120VAC、240VAC或甚至440VAC的交流功率的方法。

主泵118在图3中被示出为由主功率源112供给动力，但是在其他实施方案中，主泵118可以由次级功率源120供给动力。在又其他的实施方案中，如图4中所示，主泵118可以由第三功率源160例如柴油发动机供给功率。以这种方式，主功率源112可以被优化以驱动轮114并且第三功率源160可以被优化以操作高动力泵。

虽然交通工具被描述为具有包括内燃机或其他功率源与轮之间的机械连接的常规传动系统，但是在其他实施方案中，可以没有功率源和轮之间的直接的机械连接。相反地，交流发电机可以用于向电池提供功率，并且然后轮可以被从电池抽取功率的电动机驱动。

如在各种示例性的实施方案中示出的交通工具功率系统的构造和布置仅是例证性的。虽然在本公开内容中已经详细描述了仅少量的实施方案，但是许多修改是可能的(例如各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等等的变化)，而实质上不偏离本文描述的主题内容的新颖的教导内容和优点。某些被示出为一体形成的元件可以由多个零件或元件构建，元件的位置可以被反转或以其他方式改变，并且位置或分离元件的类型或数目可以被改变或变化。任何过程、逻辑算法或方法步骤的顺序或次序可以根据可选择的实施方案而被改变或重新排序。还可以在各种示例性的实施方案的设计、操作条件和布置中作出其他代替、修改、变化和省略，而不偏离本公开内容的范围。

Claims (10)

1.一种用于交通工具的功率系统，包括：

第一功率源，所述第一功率源被配置为提供功率以驱动所述交通工具的轮；

第二功率源；

电气系统，其由所述第二功率源供给功率；以及

附件，其由所述第二功率源供给功率，

其中所述电气系统和所述附件不从所述第一功率源抽取功率。

2.根据权利要求1所述的功率系统，其中所述第一功率源和所述第二功率源是柴油发动机。

3.根据权利要求2所述的功率系统，其中所述第二功率源借助于交流发电机向所述电气系统提供功率。

4.根据权利要求3所述的功率系统，其中所述附件是泵、压缩机或发电机中的一种。

5.根据权利要求4所述的功率系统，其中所述附件是用于制冷系统的压缩机。

6.根据权利要求3所述的功率系统，其中所述交流发电机和所述附件由所述第二功率源借助于带来供给功率。

7.根据权利要求4所述的功率系统，其中所述附件被耦合于所述柴油发动机的输出轴。

8.根据权利要求7所述的功率系统，其中所述附件是AC发电机。

9.一种交通工具，包括：

第一功率源；

传动系统，其包括一个或多个从动轮；

第二功率源；

电气系统，其由所述第二功率源供给功率；以及

附件，其由所述第二功率源供给功率，

其中所述第一功率源向所述传动系统供给功率，并且所述电气系统和所述附件不从所述第一功率源抽取功率。

10.根据权利要求9所述的交通工具，其中所述交通工具是消防车、运载交通工具、救护车或多用途交通工具中的一种。

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