CN103072444A - 为车舱供暖的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种为机动车辆的舱室供暖的方法，所述机动车辆包括内燃发动机和供暖、通风和空调（HVAC）系统，所述内燃发动机操作性地连接到具有催化器的排放系统。方法包括检测增加舱室内部的温度的请求，供应燃料和空气至发动机，并带动发动机以泵送燃料和空气进入排放系统。方法还包括加热催化器以燃烧催化器内部的燃料和空气，使得产生燃烧后废气流。方法还包括将产生的燃烧后废气流引导至HVAC系统，使得通过HVAC系统循环的冷却剂的温度增加，以为舱室供暖。还披露了一种系统，所述系统配置为执行上述方法。

Description

为车舱供暖的系统和方法
技术领域
本公开涉及用于为机动车辆的舱室供暖的系统和方法。
背景技术
大部分现代车辆采用内燃发动机用于推进。此外，为了寻求减少废气排放，以及为了改进的燃料效率，内燃发动机可以与电动机-发电机组合以形成混合动力传动系。类似地，为了减少的废气排放和改进的燃料效率，主题内燃发动机可以配备有起动-停止能力。
起动-停止能力允许当不需要发动机功率来驱动车辆时发动机自动关闭并随后当再次需要发动机功率时发动机自动地重新起动。通常，起动-停止能力减少发动机的废气并改进车辆的总燃料效率，这是由于当发动机关闭时发动机不消耗燃料或产生燃烧后废气。但是，当发动机因此关闭时，它不产生可以以另外方式用于为主题车辆的乘客舱供暖的能量。
发明内容
提供了一种方法，用于加热机动车辆的舱室或乘客舱，所述机动车辆包括内燃发动机和供暖、通风和空调（HVAC）系统，所述内燃发动机操作性地连接到具有催化器的排放系统。方法包括检测增加舱室内部的温度的请求，供应燃料和空气至发动机，并带动发动机以泵送燃料和空气进入排放系统。方法还包括加热催化器以燃烧催化器内部的燃料和空气，使得产生燃烧后废气流。方法还包括将产生的燃烧后废气流引导至HVAC系统，使得通过HVAC系统循环的冷却剂的温度增加，以加热舱室。
HVAC系统可以包括液体对空气交换器，且引导产生的燃烧后废气流的动作可以针对热交换器实现。
车辆可以还包括电动机-发电机，方法可以还包括经由电动机-发电机为车辆提供动力。在这样的情况下，带动发动机的动作可以经由电动机-发电机实现。
车辆可以还包括电加热元件，加热催化器的动作可以经由加热元件实现。
通过HVAC系统循环的冷却剂可以是发动机冷却剂。
发动机可以包括自动起动-停止能力。在这样的情况下，方法还包括，在加热催化器和燃烧催化器内部的燃料和空气之后，起动发动机以燃烧发电机内部的燃料和空气，用于为车辆提供动力。
车辆还还包括控制器。因此，检测增加舱室内部的温度的请求、供应燃料和空气至发动机、带动发动机、加热催化器、将产生的燃烧后废气引导至HVAC系统、和起动发动机的动作中的每一个可以经由控制器实现。
车辆还可包括能量存储装置。因此，方法还可以包括经由控制器确定能量存储装置的充电状态（SOC）。此外，当SOC处于预定值之下时，供应燃料和空气至发动机、带动发动机、加热催化器、将产生的燃烧后废气引导至HVAC系统、和起动发动机的动作中的每一个可以被实现。
车辆还可以包括电加热器，所述电加热器配置为供应热量至舱室。在这样的情况下，方法还可以包括，当能量存储装置的SOC处于预定值之上时经由电加热器供应热量至舱室，并当能量存储装置的SOC处于预定值之下时停止经由电加热器供应热量至舱室。
还披露了一种系统，所述系统配置为执行上述方法。
本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图是明显的。
附图说明
图1是使用用于为车舱供暖的内燃发动机的混合动力车辆的示意性平面图；和
图2是示出为图1中描绘的车辆中的舱室供暖的方法的流程图。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记在若干幅视图中表示相同的部件。图1示出混合动力电动车辆（HEV）10的示意图。HEV 10包括内燃发动机12，诸如火花或压缩点火型发动机，配置为产生动力并适于驱动车轮14和/或16以推进车辆。尽管示出的是混合动力电动车辆，但可以设想采用内燃发动机的任何车辆。
HEV 10还包括乘客舱或舱室18。此外，HEV 10包括系统19，所述系统19配置为对舱室18供暖。发动机12是系统19的一部分，其中系统采用发动机用于为舱室18供暖。系统19还包括供暖、通风、和空调（HVAC）系统20，用于调节以被选择的温度进入和穿过乘客舱的空气流，以在舱室18内部建立期望的温度。
发动机12特征在于起动-停止能力，其包括自动的发动机关闭和自动的燃料切断。在起动-停止操作期间，当不需要发动机功率驱动HEV 10时，发动机12自动地关闭。发动机起动-停止可以用于在当HEV 10短暂停止的情况下关闭发动机12，并随后在车里操作者释放制动器（未示出）时自动地重新启动发动机。另外，起动-停止能力允许发动机12在HEV 10的减速期间关闭和被车辆惯性带动，用于HEV的改进的燃料效率，并随后当再次期望HEV的加速时自动地重新起动。通常，当发动机运行时，空气和燃料的供应被输送至发动机12的汽缸26。
发动机12的起动-停止能力包括，当发动机没有运行时，自动切断至汽缸26的燃料22。当至发动机的燃料供应关闭和汽缸26中没有燃烧发生时，发动机12还可以经由分开的源或外部源带动（motored）或旋转。通常，当发动机因此被带动时，主题发动机的内部旋转部件，诸如曲轴、阀和活塞（它们均未示出，但本领域技术人员会意识到它们的存在），保持运动。因此，被带动的发动机的汽缸继续产生真空，且随后吸气、压缩、并泵出空气。相应地，由于主题发动机不燃烧燃料或产生燃烧力，改进了主车辆的总效率。当发动机12要被重新起动时，燃料22对汽缸26的供应恢复。
如图1所示，发动机12包括流体泵28，所示流体泵28配置为供应加压冷却流体或冷却剂，并在发动机中循环这样的冷却剂，以当发动机运行时除去热量。增加温度的发动机冷却剂随后循环通过HVAC系统20。HAVC系统20继而使用增加温度的发动机冷却剂通过使冷却剂穿过液体对空气热交换器30并将因此被加热的空气导向至舱室中而为舱室供暖。还如图1中所示，HVAC系统20可以包括电加热器32。加热器32配置为供应热能至从环境进入舱室18的空气，以便更快速地获得舱室内部期望的温度，特别是当发动机12还未达到运行温度。
发动机12通过变速器34经由驱动或传动轴36将功率传输至被驱动车轮14和/或16，用于驱动HEV 10。在运转期间，发动机12经由排放系统排放燃烧后气体至环境。排放系统38包括催化转化器40，所述催化转化器40用于在气体进入大气前减少被排放的废气的毒物，如本领域技术人员所理解的。因此，发动机12的起动-停止能力还允许，当不需要发动机功率驱动HEV 10时，减少进入大气中的废气。尽管示出了两个催化器40，但是HEV10采用的催化器的实际数量大致取决于发动机12的配置，如本领域技术人员所理解的。系统19还包括电加热元件41。每一个电加热元件41操作性地连接到一个催化转化器40，并配置为加热相应的催化转化器。加热元件41能够产生300摄氏度以上的温度，这足以点燃催化器40内部的空气和燃料混合物。
仍参考图1，系统19还包括电动机-发电机42，所述电动机-发电机42配置为产生用于驱动HEV 10的电功率，并还将这样的功率供应到HEV的各个电装置。电动机-发电机42还配置为，在发动机在起动-停止操纵期间已经被短暂关闭之后，带动发动机12或迅速并自动地重新起动发电机12。尽管示出了三个电动机-发电机42，但取决于HEV 10的实际配置，可以采用大数量的电动机-发电机。电动机-发电机42配置为当发动机12运转时供应能量至能量存储装置44，诸如一个或多个电池。能量存储装置44通常还供应电能以为HVAC系统20和其他各种车辆辅助设备供电，诸如车辆外部和内部照明（未示出）。能量存储装置44配置为选择性地存储能量，并在HEV10的运行期间按照需要释放被存储的能量。
系统19还包括控制器46，所述控制器46具有有形的非瞬时的存储器。控制器46适于调节发动机12、变速器34、电动机-发电机42和能量存储装置44的运转。控制器46配置为通过检测来自HEV 10的操作者的请求来调节舱室18的供暖，以增加舱室内部的温度。当实际舱室温度低于期望舱室温度时，获得舱室18内部的预定温度的请求发生。控制器46还配置为供应燃料和空气至汽缸，并引导电动机-发电机42以带动发动机，而不燃烧汽缸26内部的混合物。发动机12的这样的带动用于泵送燃料和空气，经由汽缸进入排放系统38。
控制器46还配置为通过激活加热元件41加热催化器40，以由此在每一个相应催化器内燃烧被泵送到排放系统38中的燃料和空气的混合物，并由此加热催化器。因此，加热元件41将催化器转变为“催化燃烧器”，并用于灼烧或燃烧催化器内部的燃料和空气，并产生燃烧后废气流。此外，控制器46配置为引导产生的燃烧后废气流经由导管47到热交换器30，并增加通过热交换器循环的发动机冷却剂的温度。发动机冷却剂的增加的温度继而增加在热交换器30上经过并穿过热交换器30的空气的温度，且增加温度的空气随后用于为舱室18供暖。因为发动机冷却剂仅在热交换器30内部被加热，发动机12整体不需要连同冷却剂一起被燃烧后废气带到被请求的温度。因此，与如果冷却剂在发动机12内部被直接加热相比，发动机冷却剂的温度更迅速地增加。
控制器46可以还配置为，在加热元件41已经导致燃料和空气的混合物在催化器40内部燃烧之后，起动发动机12并燃烧汽缸26内部的燃料和空气的额外供应，用于为HEV 10提供动力。因此，在催化器40已经经由其中的燃料和空气混合物的燃烧而被预加热之后发动机12的这样的起动减少了在冷起动时来自发动机的废气排放。
控制器46还可以配置为确定能量存储装置44的充电状态（SOC）、调节至汽缸26的燃料和空气的供应、带动发动机、加热催化器40、和当SOC处于预定值48之下时将产生的燃烧后废气流引导到HVAC系统20。因此，预定值48存储在在控制器46的存储器内。能量存储装置44的SOC的预定值48可以表示最小SOC，在该最小SOV之下，能量存储装置不能在不受到损坏的情况下供应足够的电能至加热器32。因此，电加热器32可以当能量存储装置44的SOC处于预定值48之上时供应热量至舱室18，并当能量存储装置的SOC处于预定值之下时停止供应热量至舱室。
图2描述了为HEV 10中的舱室18供暖的方法50，如相对于图1所描述的。方法开始于框52，其中HEV 10被车辆操作者激活。从框52开始，方法行进至框54，在框54，该方法包括检测增加舱室18内部的温度的请求。在框54之后，该方法前进至框56，在框56，该方法包括供应燃料和空气至汽缸26。在框56之后，该方法行进至框58。在框58中，该方法包括带动发动机12以泵送燃料和空气进入排放系统38。
在框58之后，该方法行进至框60，在框60处，该方法包括经由加热元件41加热催化器40，以燃烧催化器内部的燃料和空气，使得产生燃烧后废气流。从框60，该方法行进至框62，在框62，该方法包括将产生的燃烧后废气流引导至HVAC系统20，使得通过HVAC系统循环的冷却剂的温度增加，以为舱室18供暖。从框62，该方法前进至框64，在框64，该方法包括，在催化器经由加热元件41加热以及燃料和空气在催化器内部燃烧之后，起动发动机12以燃烧汽缸26内部的燃料和空气，用于为HEV提供动力。
尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种加热机动车辆的舱室的方法，所述机动车辆具有内燃发动机和供暖、通风和空调（HVAC）系统，所述内燃发动机操作性地连接到具有催化器的排放系统，该方法包括：
检测增加舱室内部的温度的请求；
供应燃料和空气至发动机；
带动发动机以泵送燃料和空气进入排放系统；
加热催化器以燃烧催化器内部的燃料和空气，使得产生燃烧后废气流；和
将产生的燃烧后废气流引导至HVAC系统，使得通过HVAC系统循环的冷却剂的温度增加，以加热舱室。
2.如权利要求1所述的方法，其中，HVAC系统包括液体对空气交换器，且所述引导产生的燃烧后废气流是针对热交换器实现。
3.如权利要求1所述的方法，其中，车辆还包括电动机-发电机，所述方法进一步包括经由电动机-发电机为车辆提供动力。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述带动发动机是经由电动机-发电机实现。
5.如权利要求1所述的方法，其中，车辆还包括电加热元件，且其中，所述加热催化器是经由加热元件实现。
6.如权利要求1所述的方法，其中，通过HVAC系统循环的冷却剂是发动机冷却剂。
7.如权利要求1所述的方法，其中，发电机包括自动起动-停止能力，所述方法进一步包括，在所述加热催化器和燃烧催化器内部的燃料和空气之后，起动发动机以燃烧发电机内部的燃料和空气，用于为车辆提供动力。
8.如权利要求7所述的方法，其中，车辆还包括控制器，且其中，所述检测增加舱室内部的温度的请求、供应燃料和空气至发动机、带动发动机、加热催化器、将产生的燃烧后废气引导至HVAC系统、和起动发动机中的每一项是经由控制器实现。
9.如权利要求8所述的方法，其中，车辆还包括能量存储装置，所述方法进一步包括：
经由控制器确定能量存储装置的充电状态（SOC）；和
当SOC处于预定值之下时，实现供应燃料和空气至发动机、带动发动机、加热催化器、将产生的燃烧后废气引导至HVAC系统、和起动发动机中的每一项。
10.如权利要求9所述的方法，其中，车辆还包括电加热器，所述电加热器配置为供应热量至舱室，所述方法包括：
当能量存储装置的SOC处于预定值之上时经由电加热器供应热量至舱室；和
当能量存储装置的SOC处于预定值之下时停止经由电加热器供应热量至舱室。
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