CN203920398U - 用于减少动力传动系统的空气阻力的系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及用于减少动力传动系统的空气阻力的系统。公开了一种车辆系统，其包括内燃机，封闭在联接到气体燃料源的变速箱内的变速器，该变速箱具有位于其中的一定量的气体燃料。将变速器安放在包含低密度气体燃料的壳体中减少来自空气阻力的功率损失并且提高燃料效率。

Description

用于减少动力传动系统的空气阻力的系统
技术领域
本实用新型涉及用于减少动力传动系统的空气阻力的系统。
背景技术
来自车辆推进系统的一个或多个运动部件内的空气的阻力和摩擦影响燃料效率损失和系统劣化。这些损失在车辆的变速器内最明显，其中空气阻力损失由于系统部件的高速旋转而加剧。在利用电动马达和发电机向发动机提供转矩并且收集来自再生制动的能量的混合动力车辆中，由于导体旋转的高速率这些损失甚至会更加明显。
空气阻力与旋转部件周围的空气的密度是成比例的，因此损失可以通过降低这种密度来减少。通过在系统内形成真空来减少包含旋转系统的机壳或外壳内的空气的量可以减小空气的密度。但是，从旋转部件上面经过的空气对该部件提供冷却以减少由于过热引起的劣化。通过消除或减少与旋转部件接触的空气的量，同样也减少吸收用于冷却的热量。
实用新型内容
发明人已经认识到通过用较低密度的气体替换部件内的空气，可以减少空气阻力同时仍然提供足够的冷却。他们还认识到，在用天然气，例如甲烷运行的车辆中，天然气燃料可以用来提供旋转部件系统内的冷却并且然后可以在发动机内燃烧，有最少的废物或附加的成分。
在一个实施例中，一种具有燃烧甲烷气体的发动机的混合动力车辆可以从燃料箱向变速器、发电机、和/或马达壳体提供一定量的甲烷。于是，甲烷可以循环通过该系统，吸收来自旋转的热并且可以从该系统排空并且或者燃烧或者储存用于以后的燃烧。以这种方式，变速器、发电机、和/或马达的旋转部件可以经受较少的基于摩擦的流动阻力，同时还被有效地冷却。同时，该气体还可以再利用用于发动机中的燃烧。
另外的实施例可以响应系统内希望的冷却量喷射或传送一定量的甲烷以便可以实现最小的密度而不损害希望的冷却速率。
还有另外的实施例可以响应希望的阻力的量或阻力损失最小化喷射一定量的甲烷。然后可以从部件传送或排空甲烷以实现希望的阻力水平。
在另一个实施例中，一种用于车辆的方法包括向车辆的变速箱传送气体燃料。
在另一个实施例中，该方法还包括向电动马达壳体传送气体燃料。
在另一个实施例中，该方法还包括向发电机壳体传送气体燃料。
在另一个实施例中，该方法还包括按照规定的路线从变速箱的里面向车辆的发动机提供气体燃料。
在另一个实施例中，该方法还包括，用来自发动机的动力，通过设置在变速箱内的齿轮，并且然后到车辆的车轮，驱动该车辆。
在另一个实施例中，该方法还包括通过响应净化滤罐内压力经由净化滤罐通过将燃料喷射到燃料管道来调节传送给变速箱的气体燃料。
在另一个实施例中，该方法还包括响应变速箱内的空气燃料比(AFR)高于阈值来调节该变速箱内的气体燃料的量。
在另一个实施例中，该方法还包括响应变速箱内的温度调节该变速箱内的气体燃料的量。
在另一个实施例中，一种用于运行混合动力车辆的方法包括：喷射第一量的CNG到电动马达壳体中；响应希望的发动机转矩喷射第二量的CNG到发动机的燃烧汽缸中；从电动马达壳体中的马达和发动机向传动系统提供转矩；从变速箱抽取第三量的CNG到净化滤罐中；以及响应一个或多个工况从净化滤罐喷射第四量的CNG到汽缸中。
在另一个实施例中，该方法还包括响应该电动马达壳体内的希望的空气阻力的量确定喷射到电动马达壳体中的第一量的CNG。
在另一个实施例中，该方法还包括通过变速箱中的变速器从发动机和马达传递转矩。
在另一个实施例中，该方法还包括用变速器的输出驱动车辆车轮。
应当明白，提供上面的概述是为了以简单的形式引进选择的构思，这种构思在具体实施方式中进一步描述。这并不意味着视为所要求保护主题的关键的或基本的特征，所要求保护主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。而且，所要求保护的主题不限于解决上面指出的任何缺点或本实用新型的任何部分的实施方式。
附图说明
图1示意地示出混合动力-电动车辆系统的示范性实施例。
图2示意地示出发动机系统的示范性实施例。
图3-图7举例说明用于发动机系统的示范性运行方法。
具体实施方式
在汽车的推进系统中，变速器依靠机器和齿轮的高速旋转。通常变速器封闭在允许齿轮和机器在周围空气中旋转的变速箱内。但是，快速旋转的机器经受来自变速器内的空气阻力的相反力。这种阻力转变成燃料效率和可用的转矩的损失。
混合动力车辆中的效率和转矩损失由于电动马达和发电机系统内的附加的旋转零件而加剧。在电动的和混合电动的机器中，较高电压的电源能够以较低的旋转速度实现较高的转矩，产生较低的空气阻力损失。但是，较高电压的蓄电池通常比较低电压的蓄电池大并且比其效率低。此外，较高电压的蓄电池具有较短的寿面并且依靠更频繁的充电，导致在插电式混合动力车辆中的较高的电功率抽出(pull)，或导致在车载发电机提供动力的混合动力车辆中可得到的电功率减少。
来自空气阻力的功率损失与部件在其中旋转的气体或流体的密度成正比。因此，来自空气阻力的功率损失可以通过减小围绕变速器、电动马达或发电机的壳体内的气体的密度来减少。
在旋转期间，通过部件之间的相互摩擦产生热量。为了防止发动机过热，这种热可以从部件除去并且移动到另一个部位。在运行期间，当部件与吸收来自该系统的热的较冷的气体接触并且经由冷却系统或车辆的运动将它传输到大气或车厢中时这能够被实现。因此，在无空气真空或低压壳体中虽然功率损失大大减少，但是冷却也被减少或消除，导致发动机劣化。因此，当确定变速器、马达或发电机的壳体内的压力时，空气阻力的减小可以平衡来自空气阻力的功率损失和希望的冷却。
刚性壳体内的密度并且因此刚性壳体内的阻力是壳体内的气体质量以及所包含的气体的分子性质两者的函数。在STP，周围空气具有大约1.2kg/m3的密度，而甲烷具有大约0.66kg/m3的密度。因此，气体的密度并且因此来自气体阻力的功率损失可以通过用一定量的甲烷气体或周围空气-甲烷气体混合物取代包含旋转部件的壳体内的周围空气而减小。
压缩天然气(CNG)发动机可以用包含一定量的用于燃烧的甲烷的燃料源运行。因此，在CNG发动机中，甲烷的供给可以用于变速箱、马达壳体、或发电机壳体填充而不增加另外的甲烷源。而且，在CNG发动机中，在吸收热量之后从壳体排出的甲烷可以循环到发动机燃料管道中，用于燃烧，使燃料损失最小化。
在一个实施例中，本文所公开的系统可以用在具有发电机/马达和CNG发动机的混合动力车辆推进系统中。其他的实施例可以具有仅有发动机的推进系统和/或可以不用CNG运行。在非CNG发动机实施例中，CNG可以经由单独的CNG源箱提供给变速箱、马达壳体或发电机壳体。在这些实施例中，CNG可以提供给空气进气或排气再循环(EGR)系统，用于燃烧或可以从车辆排空。非CNG发动机的另外的实施例可以具有封闭的CNG回路，用于循环CNG通过变速箱、马达壳体或发电机壳体和冷却系统。在仅有发动机的推进系统中，CNG可以被提供给变速箱和/或发动机。
图1示意地示出混合动力车辆的示例，该混合动力车辆包括以CNG为燃料的发动机、电联接到插电式能量储存装置的电动马达。一些实施例可以具有发电机或者插电式电储存装置。电储存装置的实施例可以储存在再生制动期间在发电机内产生的能量并且可以附加地或替代地储存从外部电压/电流源接收的电力。图2示意地示出可以用CNG和/或汽油运行的涡轮增压发动机的实施例。图3示出用于混合动力电动车辆的示范性运行方法。图4-图7示出用于将CNG喷射到传动系统中的示范性控制例程。应当理解，在混合动力电动车辆实施例中，在例程400-700中提及变速器可以附加地或替代地是指电动马达和/或发电机。还应当理解，提及变速器，并且因此提及电动机马达和/或发电机可以是指包含变速器、马达和/发电机的壳体。
图1示意地示出从顶视图示出的示范性车辆系统100。车辆系统100包括车身101，该车身具有用“前(FRONT)”标识的前端，和用“后(BACK)”标识的后端。车辆系统100可以包括多个车轮130。例如，如图1所示，车辆系统100可以包括靠近车辆前端的第一对车轮和靠近车辆后端的第二对车轮。
车辆系统100包括燃烧燃料的发动机110和马达120。发动机110可以包括内燃机110和电动马达120两者。马达120可以构造成利用或消耗与发动机110不同的能源。例如，发动机110可以消耗液体燃料(例如，汽油)或气体燃料(例如，天然气)以产生发动机输出，而马达120可以消耗电能以产生马达输出。因此，具有诸如图1所示的推进系统的车辆可以叫做混合动力电动车辆(HEV)。
车辆系统100可以响应操作者输入和工况用各种不同的模式运行。这些模式可以被选择地激活或停用，或将推进系统联接到马达120、发电机160、发动机110或其一些组合。例如，在选择的工况下，当发动机110被停用时，马达120可以经由驱动轮130推进车辆，如直线122所示。
在代替的工况期间，在马达120可以被运行以充电能量储存装置150时，发动机110可以设置成停用状态(如上所述)。例如，如线122所示，马达120可以接收来自驱动轮130的车轮转矩，其中发电机可以将车辆的动能转变成用于储存在能量储存装置150的电能，如直线124所示。这种运行可以叫做车辆的再生制动。马达120和发电机160可以是单一的整体，例如在一些实施例中是具有发电性能的马达。但是，在其他实施例中，如直线162所示，在发电机可以将车辆的动能转变成用于储存在能量储存装置150的电能的情况下，发电机160可以改为接收来自驱动轮130的车轮转矩。
马达120、发电机160和变速器148具有在其各自的壳体或外壳内旋转的旋转部件。传统上，旋转部件在空气填充的外壳内并且因此经受来自空气阻力的效率损失。大气空气具有大约1.22kg/m3的密度，而甲烷具有0.66kg/m3的密度，因此在甲烷填充的外壳内来自阻力的能量损失较低。因此，在一个实施例中，甲烷可以从燃料箱提供到马达120、发电机160或变速器148。甲烷可以经由甲烷输送管道124从燃料箱144提供。燃料箱144也可以提供用于在发动机110中燃烧的燃料。在一些实施例中，可以密封变速箱、马达壳体和发电机壳体，以防止甲烷的逸出并且可以形成压力真空。马达120、发电机160和变速器148可以流体地相互联接以允许甲烷在部件之间流动。甲烷输送管道124可以直接联接到马达(如图所示)、发电机或变速器。在一些实施例中，单独的甲烷输送管道可以将甲烷提供给变速器148、马达120和发电机160中的一个或多个。在一个示例中，马达120、发电机160和变速器148可以或可以不流体地联接以允许在部件之间甲烷的交换。在又一些实施例中，甲烷可以提供给前面提到的各种部件之一。
阀151可以控制到马达120的甲烷的流量。甲烷的质量流率可以响应来自一个或多个传感器119的输入由控制系统190控制。这些传感器可以监控马达、发电机或变速器内的温度、压力和/或氧含量。设置在阀151下游的其他的传感器可以监控进入甲烷输送管道124的甲烷的质量流率。阀151也可以响应管道124内的压力以便保持压力用于到马达、发电机或变速器里的最小大气空气泄漏。
在另一些工况期间，发动机110可以通过燃烧从燃料系统140接收的燃料来运行，如直线142所示。例如，在马达120被停用时，发动机110可以运行以经由驱动轮130推进车辆，如直线112所示。在其他的工况期间，发动机110和马达120两者每个可以运行，以经由驱动轮130推进车辆，分别如直线112和122所示。发动机和马达两者可以选择地推进车辆的结构可以叫做并联式车辆推进系统。注意，在一些实施例中，马达120可以经由第一组驱动轮推进车辆，而发动机110可以经由第二组驱动轮推进车辆。
在其他实施例中，车辆系统100的推进系统可以构造成串联式车辆推进系统，因而发动机不直接推进驱动轮。而是，发动机110可以运行以向马达120提供动力，马达依次经由驱动轮130推进车辆，如直线122所示。例如，在选择的工况期间，发动机110可以驱动发电机160，发电机160可以依次供给电能给一个或多个马达120，如直线114所示，或将电能提供给能量储存装置150，如直线162所示。
作为另一个示例，发动机110可以运行以驱动马达120，马达120依次可以提供将发动机输出转变成电能的发电机功能，其中该电能可以储存在能量储存装置150中，用于由马达以后应用。例如，能量储存装置150的实施例可以包括一个或多个可再充电的蓄电池、燃料电池、和/或电容器。在一些示例中，电能可以临时转变成化学能或势能用于储存。响应于工况，车辆推进系统可以构造成在上面描述的两种或两种以上的运行模式之间的转换。
在一些实施例中，能量储存装置150可以构造成储存被提供给存在于(residing)车辆车载的其他电载荷(而不是马达)——包括车厢加热和空调、发动机启动、前照灯、车厢声频和视频系统等——的电能。
燃料系统140可以包括用于储存车辆车载燃料的一个或多个燃料箱144。例如，燃料箱144可以储存诸如甲烷气体的冷凝的天然气(CNG)燃料源。其他的实施例可以具有储存在燃料箱144中的第一气体燃料源和储存在另外的燃料箱中的第二液体燃料源。在这些实施例中，气体燃料源可以联接到发动机110以及马达120，而液体燃料源可以联接到发动机110。其他的实施例可以将气体燃料源联接到马达120而不是发动机110，发动机110可以联接到液体燃料源。在一些示例中，燃料可以作为两种或两种以上的不同燃料的混合物车载储存在车辆上。液体燃料源可以构造成储存汽油和乙醇的混合物(例如，E10、E85等)或汽油和甲烷的混合物(例如，M10、M85等)。气体燃料源可以是甲烷、氢气、氧气或一氧化碳的混合物。燃料或燃料混合物可以提供给发动机110，如直线142所示。其他合适的燃料或燃料混合物可以提供给发动机110，其中它们可以在发动机中燃烧以产生发动机输出。可以利用发动机输出推进车辆，如直线112所示，或经由马达120或发电机160对能量储存装置150再充电。注意，在一些示例中，第一气体燃料源可以直接或经由马达120联接到变速器或发电机。
其他的燃料可以从变速器净化管道157提供给发动机110。除了经由燃料管道142从燃料箱144提供的燃料之外，燃料可以附加地或替代地被提供用于燃烧。净化管道157可以包括三通阀154。当马达运行时阀154可以将净化管道157联接到净化滤罐158。当发动机以燃烧模式运行时，三通阀159可以响应于工况并且可以将净化滤罐158联接到燃料管道142。当能够得到足够的压力时，阀管道159可以提供燃料用于随后的燃烧。当发动机不以燃烧模式运行时，阀管道159可以分离并且净化滤罐158可以经由阀154联接到净化管道157。因此，当发动机不运行时，燃料可以储存在净化滤罐158中，用于当发动机运行时随后的燃烧。净化滤罐158可以提供压力差以加速燃料经由阀管道159到燃料管道中。因此三通阀154可以响应于在净化滤罐158中可用的压力，在燃烧期间如果不能得到足够的压力以加速燃料从滤罐158到燃料管道142，那么阀154可以关闭，以便可以储存甲烷，直到在滤罐中积累足够的压力。
净化滤罐158可以具有位于其中的一定量的甲烷。净化滤罐158可以提供压力差以便甲烷能够经由阀154从净化滤罐被加速到燃料管道。在一些实施例中，甲烷可以从净化滤罐循环到马达120、发电机160或变速器148。
控制系统190可以与发动机110、马达120、燃料系统140、能量储存装置150和发电机160中的一个或多个连通。控制系统190可以接收来自发动机110、马达120、燃料系统140、能量储存装置150、变速器148和发电机160中的一个或多个的感应反馈信息。而且，控制系统190可以响应于这种感应反馈发送控制信号给发动机110、马达120、燃料系统140、能量储存装置150、和发电机160中的一个或多个。控制系统190可以接收来自车辆操作者102的操作者要求的车辆推进系统的输出的指示。例如，控制系统190可以接收来自与踏板192连通的踏板位置传感器194的感应反馈。踏板192可以示意地指制动踏板和/或加速器踏板。
能量储存装置150可以周期性地接收来自存在于车辆外部(例如，不是车辆的部件)的电源180的电能，如直线184所示。作为一个非限制性的示例，车辆系统100的推进系统可以构造成插电式混合动力电动车辆(HEV)，因而，电能可以经由电力传输电缆182从电源180提供给能量储存装置150。在能量储存装置150从电源180再充电操作期间，电力传输电缆182可以电联接能量储存装置150和电源180。在运行车辆推进系统以推进车辆时，电力传输电缆182可以在电源180和能量储存装置150之间断开。控制系统190可以识别和/或控制储存在能量储存装置处的电能的量，这可以被称为荷电状态(SOC)。
在其他实施例中，电力传输电缆182可以被省去，其中可以在能量储存装置150处从电源180无线接收电能。例如，能量储存装置150可以经由电磁感应、无线电波和电子谐振中的一个或多个从电源180接收电能。因此，应当明白，任何合适的方法可以用来从不包括在车辆部件的电源再充电能量储存装置150。以这种方式，通过利用不同于发动机110所利用的燃料的能源，马达120可以推进车辆。
燃料系统140可以周期性地接收来自存在于车辆外部的燃料源的燃料。作为一个非限制性的示例，车辆系统100的推进系统可以通过经由燃料分配装置170接收燃料而被加燃料，如直线172所示。在一些实施例中，燃料箱144可以构造成储存从燃料分配装置170接收的燃料，直到它被供给发动机110用于燃烧。在一些实施例中，控制系统190可以接收经由燃料水平传感器的储存在燃料箱的144的燃料水平的指示。储存在燃料箱的144的燃料的水平(例如，由燃料水平传感器确定的)可以通讯给车辆操作者，例如，经由燃料计或在196处表示的指示灯。
如参考车辆系统100的推进系统所描述的，这种插电式混合动力电动车辆可以构造成利用周期性地从不是车辆部件的能源接收的辅助形式的能量(例如，电能)。
应当理解，虽然图1示出插电式混合动力电动车辆，但是在其他示例中，车辆系统100可以是混合动力车辆系统而没有插电式部件。而且，在其他示例中，车辆系统100可以不是混合动力车辆，而可以是具有其他推进机构的其他类型的车辆，例如，可以包括或可以不包括其他推进系统的具有汽油发动机或CNG发动机的车辆。
图2示出发动机110的汽缸200的示范性实施例。注意，汽缸200可以对应于多个发动机汽缸中的一个。汽缸200由燃烧室壁232和活塞236至少部分地限定。活塞236可以经由连杆与发动机的其他活塞一起联接到曲轴240。曲轴240可以经由变速器被运转地联接到驱动轮130、马达120或者发电机160。
汽缸200可以经由进气通道242接收进气空气。除了汽缸200之外，进气通道242还与发动机110的其他汽缸连通。在一些实施例中，一个或多个进气通道可以包括诸如涡轮增压器或机械增压器的升压装置。例如，图2示出构造成具有涡轮增压器的发动机110，该涡轮增压器包括设置在进气通道242和244之间的压缩机274，和沿着排气通道248设置的排气涡轮276。在升压装置构造成涡轮增压器的情况下，压缩机274可以经由轴280至少部分地由排气涡轮276驱动。但是，在其他示例中，例如发动机110具有机械增压器的情况下，排气涡轮276可以选择地被省去，其中压缩机274可以由来自马达或发动机的机械输入驱动。进气通道242可以包括具有节流板264的节气门262，该节气门可以由控制系统190调节以改变提供给发动机汽缸的进气空气的流量。例如，节气门262可以如图2所示设置在压缩机274的下游，或可替代地设置在压缩机274的上游。
汽缸200可以经由一个或多个进气门252与进气通道242连通。汽缸200可以经由排气通道248排出燃烧的产物。汽缸200可经由一个或多个排气门254与排气通道248连通。除了汽缸200之外，排气通道248还可以接收来自发动机110的其他汽缸的排气。排气传感器226被示出在排放控制装置270的上游联接到排气通道248。传感器226可以是用于提供排气AFR指示的任何合适的传感器，例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO(如图所示)、HEGO(加热的EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置270可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他的排放控制装置、或其组合。
在一些实施例中，汽缸200可以可选地包括可以由点火系统288致动的火花塞292。燃料喷射器266可以设置在汽缸中以向其直接提供燃料。但是，在其他实施例中，燃料喷射器可以设置在进气门252上游的进气通道242内。燃料喷射器266可以由驱动器268致动。
在图2中，燃料喷射器266被示出直接联接到汽缸200，用于经由电驱动器268与从控制系统190接收的信号的脉冲宽度FPW成比例的将燃料直接喷射到其中。以这种方式，燃料喷射器266提供称之为到燃烧汽缸200中的燃料的直接喷射(在下文中叫做“DI”)。如图所示，喷射器266可以是侧面喷射器，它也可以设置在活塞的顶上，例如靠近火花塞292的位置。当用乙醇基燃料运行发动机时，由于一些乙醇基燃料的较低的挥发性，这种位置可以增加混合和燃烧。可替代地，喷射器可以设置在顶上并且靠近进气门以增加混合。可以从包括燃料箱、燃料泵、燃料轨的高压燃料系统272和驱动器268提供燃料到燃料喷射器266。可替代地，燃料可以通过单级燃料泵以较低的压力提供，在这种情况下，与如果使用高压燃料系统相比，在压缩冲程期间直接燃料喷射的正时可以被更多地限制。而且，虽然没有示出，但是燃料箱可以具有向控制系统190提供信号的压力传感器。
在提供称之为进入到汽缸200上游的进气道中的燃料的进气道喷射(下文叫做“PFI”)的结构中，燃料喷射器266可以设置在进气通道246中，而不是汽缸200中。
汽缸200可以具有压缩比，压缩比是当活塞236在下止点和上止点时的容积比。通常，压缩比在9:1到10:1的范围内。但是，在使用不同燃料的一些示例中，可以提高压缩比。例如这可以在使用较高辛烷值的燃料或具有较高的蒸发潜焓的燃料时发生。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的影响，也可以提高压缩比。
在图2中示意地示出控制系统190的一个非限制性的示例。控制系统190可以包括处理子系统(CPU)202，其可以包括一个或多个处理器。CPU202可以与包括只读存储器(ROM)206、随机存取存储器(RAM)208、和保活存储器210中的一个或多个的存储器通信。作为一个非限制性的示例，这种存储器可以存储由处理子系统可执行的指令。本文所描述的流程、功能性和方法可以表示为可以由处理子系统执行的储存在控制系统的存储器的指令。
CPU202可以经由输入/输出装置204与发动机110的各种传感器和致动器通信。作为一个非限制性的示例，这些传感器可以以工况信息的形式向控制系统提供感应反馈，并且可以包括：经由传感器220通过进气通道242的质量空气流(MAF)的指示、经由传感器222的歧管空气压力(MAP)的指示、经由节气门的节气门位置(TP)的指示、经由可以与冷却液通道214通信的传感器212的发动机冷却液温度(ECT)的指示、经由传感器218的发动机速度(PIP)的指示、经由排气成分传感器226的排气氧含量(EGO)的指示、经由PCV排气管道气体传感器233的PCV排气水分和碳氢化合物含量的指示、经由传感器255的进气门位置的指示、以及经由传感器257的排气门位置的指示等。例如，传感器233可以是湿度传感器、氧传感器、碳氢化合物传感器、和/或其组合。
进气门252可以经由致动器251由控制系统190控制。同样排气门254可以经由致动器253由控制系统190控制。在一些状况期间，控制系统190可以改变提供给致动器251和253的信号，以控制相应的进气门和排气门的打开和关闭。进气门252和排气门254的位置可以由相应的气门位置传感器(未示出)来确定。气门致动器可以是电子气门致动型或凸轮致动型，或其组合。进气门和排气门正时可以被同时控制，或可以利用任何可能的可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定的凸轮正时。每个凸轮致动系统可以包括一个或多个凸轮并且可以利用由控制系统190操作的凸轮廓线转换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、和可变气门正时(VVT)和/或可变气门提升(VVL)系统中的一个或多个，以改变气门运行。例如，汽缸200可以可替代地包括经由电子气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气门。在其他的实施例中，进气门和排气门可以由共同的气门致动器或致动系统、或可变气门正时致动器或致动系统来控制。
图3示出用于运行混合动力电动车辆的推进系统(例如图1所示的车辆系统100的推进系统)的高级例程300。例程300可以在发动机运行时执行并且可以随后重复地执行以提供推进系统的运行模式的确定。
例程300可以在302处开始，其中控制系统190评估蓄电池或能够为马达120提供功率的另一种能量储存装置的荷电状态(SOC)。控制器也可以读取所述蓄电池的其他运行参数，例如，可以读取蓄电池电压或蓄电池容量。然后，在304处，控制系统190可以读取由车辆速度传感器确定的车辆速度。然后，在306处，控制系统190可以读取驾驶员转矩要求。该驾驶员转矩要求可以是由踏板位置传感器确定加速器踏板位置的函数，并且也可以是在304中确定的车辆速度的函数，并且也可以利用由另外的车载传感器119确定的其他测量值。在307处，控制系统190可以读取其他工况。这些其他工况可以包括燃料水平、诸如温度和湿度的环境条件、燃料利用率、通过全球定位系统确定的车辆位置，或由另外的车载传感器199确定的其他状况或测量值。
然后，在308处，控制系统190可以基于在302-307中所确定的运行参数的值来确定主导的(presiding)运行模式。为了简明起见，示出三个示例性的运行模式，但是取决于车辆推进系统、燃料系统、发动机系统和可以包括可替代的或附加的燃料源、多个蓄电池或其他能量储存装置、或存在或缺少涡轮增压器的其他设计参数，另外的运行模式是可以得到的。如果确定运行模式是发动机运行并且马达关闭的运行模式，则例程300可以移动到310。如果确定是发动机运行和马达运行的运行模式，则例程300可以移动到312。如果确定是马达运行并且发动机关闭的运行模式，则例程300可以移动到314。在车辆的一个示范性实施例中，控制系统190可以能够任选地激活一些或全部汽缸200。在这些示范性系统中，当发动机110处在步骤310或312处运行时，一个或多个汽缸可以被激活，并且根据在308处确定的运行参数一个或多个汽缸可以被停用。
如果在310处马达单独运行，或在312处马达和发动机运行，方法可以继续前进以判断马达中的压力是否高于阈值。该压力可以由设置在马达、发电机或变速器内的一个或多个传感器确定。该阈值可以对应于马达或变速器部件内的CH4的量，以实现一个或多个前面提到的部件内的空气阻力的量或希望的AFR。该阈值可以通过本文所描述的方法之一来确定。
如果该压力低于阈值，燃料可以喷射到马达、发电机、变速器或其一些部件中。包含旋转部件的壳体内的甲烷可以减少壳体内的空气的量并且用较低密度的甲烷替换它。甲烷的较低密度可以导致减少由运动部件经受的摩擦和阻力、冷却器运行、并且导致较高的效率。
如果在314处马达关闭并且在发动机内正发生燃烧，在320处可以确定净化滤罐内的压力高于阈值。这个阈值可以对应于能够实现燃料从净化滤罐、发电机、马达或变速器喷射到燃料管道中的压力。在利用冷凝的天然气或涡轮增压器的实施例中，燃料管道中的压力可以很高，因此足够更高的压力可以存在于净化滤罐内，以能够实现进入到燃料管道的甲烷的喷射并防止回流。足够升高的压力可以与净化滤罐内的甲烷的量成比例，因此，在320处如果压力不高于阈值，在326处该过程可以结束，以在随后的马达运行期间允许滤罐内的附加的燃料积累。在其他的实施例中，来自燃料箱的燃料可以暂时中止以允许在燃料管道内形成压力真空。这种较低的压力可以低于在320处用于从净化滤罐喷射燃料的阈值。在另外的实施例中，320可以通过发动机运行事件的终止而启动。发动机运行事件的终止可以是暂停向发动机提供CNG并且可以因此降低燃料管道中的压力，因此降低在320处确定的能够实现燃料喷射的压力阈值。
如果足够的压力存在于滤罐内，则例程可以继续到324。在324处，通过致动单向阀，储存在净化滤罐内的燃料可以被喷射到燃料管道中。该喷射可以继续，直到滤罐被清空或当滤罐内的压力下降到阈值之下时可以终止。然后喷射到燃料管道的燃料可以提供到发动机用于随后的燃烧。该过程可以在326处结束。该过程可以连续地重复或以给定的时间间隔重复，也可以在发动机运行事件或当净化滤罐、马达、发电机或变速器内的压力高于阈值时开始。
图4示出描述根据本公开的方法400的流程图。方法400可以由控制系统190执行。方法400可以被实施为另一种方法(例如方法300)的子例程。具体地，方法400可以在包括电动马达的气体燃料、双燃料或多燃料的混合动力车辆(例如图1所示的系统)中实施。方法400可以作为例程的一部分来执行以减轻马达、发电机、变速器或其一些组合内的空气阻力。
在404处可以测量工况。工况可以包括发动机速度、负荷和马达、发电机或变速器或其一些组合内的压力。在406处可以确定在马达中的希望的空气阻力的量。该希望的空气阻力的量可以响应于在406处测量的工况。可以确定来自甲烷的最小的压力量以实现在408处确定的空气阻力的量。希望的最小的压力量可以响应在402处测量的一个或多个工况以及马达、发电机和/或变速器内的主导的空气-燃料配给。
在410处可以确定变速器冷却的量。希望的变速器冷却的量可以响应于变速器内的主导温度。在其他的实施例中，希望的冷却的量可以在马达和/或发电机中被确定并且除了变速器中期望的冷却的量之外或代替变速器中期望的冷却的量可以用该希望的冷却的量。虽然在前面提到的部件之一中的减少的空气阻力可以通过上述部件之一内的减少的压力并且因此上述部件之一内的减少量的甲烷来提供，但是，通过借助于运动部件将气体或空气循环通过一个或多个系统来实现冷却的气体或空气的量是希望的。空气或气体可以吸收来自受热部件的热并且然后被带走以实现冷却。
在412处，可以判断来自马达的希望的功率是否高于阈值。该阈值可以响应于要求的转矩的量以及车辆的运行状态，包括发动机的当前功率输出或保持在能量储存系统内的能量，该能量在一些部件中可以用来驱动马达。能量储存系统可以包括蓄电池，其可以接收来自外部装置、发动机、和/或再生制动的能量。
如果希望的功率高于阈值，于是方法400判断希望的变速器冷却的量是否高于阈值。在其他实施例中，在410处可以确定在马达或发电机内的希望的冷却并且在416处与阈值进行比较。如果希望的冷却高于阈值，可以确定变速器内的希望的压力是实现在408处确定的希望的空气阻力所希望的最小的压力量加最大的附加压力的量。
最大的附加压力的量可以响应于在变速器、马达、发电机、或其一些组合内的主导AFR。最大的附加压力的量也可以是可以添加到该系统内的以获得低于易燃性阈值的AFR的甲烷的量的函数。这可以被确定以防止在任何前面提到的部件内的点火。
由于甲烷在限制的AFR窗口内是易燃的，甲烷提供比诸如氢气的其他较低密度燃料升高的可实现的AFR的范围。在前面提到的部件之一内的点火可以引起劣化。易燃性阈值也可以响应于该压力使得希望的压力可以是来自甲烷喷射的AFR以及通过增加的甲烷喷射的量实现的系统内的压力的函数。
如果在416处希望的变速器冷却低于阈值，则希望的压力的量可以是实现在408处确定的希望的空气阻力的最小压力加最小的附加压力量的函数。该最小的附加的压力量也可以响应于参考420描述的方法之一确定的甲烷的易燃性阈值。
如果在414处希望的功率低于阈值，于是判断希望的变速器冷却的量是否高于阈值。在其他的实施例中，在410处可以确定变速器内的希望的冷却并且在416处与阈值进行比较。如果希望的冷却高于阈值，则可以确定变速器内的希望的压力是实现在408处确定的希望的空气阻力所希望的最小压力量加在422处最小的附加的压力量。如果在416处希望的变速器冷却的量低于阈值，那么最小的附加压力量可以与确定的最小的附加压力量相同或不同。
如果在414处希望的功率低于阈值，并且在418处变速器冷却的量低于阈值，于是在424处，可以确定马达、发电机和/或变速器内的希望的压力是能够实现在408处确定的空气阻力的量的最小的压力量。
在一些实施例中，除了上面提到的接收来自燃料箱的甲烷的部件之一内的温度之外，或代替该温度，希望的变速器冷却还可以是希望的功率的函数。它同样还是该AFR和低于甲烷的易燃性极限的压力的函数。
然后该希望的压力可以被传递控制系统，并且甲烷的量可以经由阀喷射或提供给马达、发电机或变速器。甲烷的量也可以经由阀从前面提到的部件之一释放并且提供给净化滤罐。在一些实施例中，释放的甲烷的量可以是希望的冷却的函数。然后喷射或提供的甲烷的量可以是释放的甲烷的量和/或前面提到的部件内的当前的压力以及希望的压力的函数。例如，希望的冷却的量和当前的甲烷的温度可以用来确定从系统释放的甲烷的量。然后响应一定量的甲烷被释放之后系统内的压力和在420、422或424处确定的希望的压力来确定提供的甲烷的量。该方法可以在426处结束。该方法可以以给定的时间间隔立即重复，或响应工况立即重复。
图5示出描述根据本实用新型的方法500的流程图。方法500可以由控制系统190执行。方法500可以被实施为另一种方法(例如方法300)的子例程。具体地，方法500可以在包括电动马达的气体燃料、双燃料或多燃料的混合动力车辆(例如图1所示的系统)中实施。方法500可以作为例程的一部分来执行以减轻马达、发电机、变速器或其一些组合中的空气阻力。
在504处可以测量工况。工况可以包括发动机速度、负荷和马达、发电机、变速器或其一些组合内的压力。在506处，可以确定在马达中的希望的空气阻力的量。该希望的空气阻力的量可以响应于在506处测量的工况。可以确定实现在508处确定的空气阻力的量的来自甲烷的最小的压力量。该最小的希望的压力的量可以响应在502处测量的一个或多个工况以及在该马达、发电机和/或变速器内的主导空气-燃料配给。
在510处可以确定能够完全地或者部分地抽取滤罐的甲烷的净化滤罐内最小的压力的量。该最小的抽取压力可以响应于燃料进气管道内的存在的压力，以及净化滤罐或净化管道内的存在的压力。最小压力可以对应于能够部分地抽取滤罐的甲烷的压力，它也可以指高于能够然后抽取滤罐的预定量的甲烷的燃料管道内的压力的该滤罐内的最小压力。
在512处，可以确定实现最小抽取压力的该净化滤罐内的最少的甲烷量。这个量可以响应于该滤罐、燃料管道内的压力，或可以是由控制系统确定的该滤罐内的吹扫压力和甲烷的质量之间的预先确定的关系。
然后它可以判断是否在低压控制状况下运行发动机。低压控制状况可以是这样的状况，其中在变速器、发电机、马达或动力传动系统内来自甲烷的最小压力是希望的。这个阈值可以通过本文所描述的方法之一或不另外规定的其他方法来确定。低压控制工况可以响应于仅发动机运行、仅马达运行或双动力运行和/或马达或变速器部件内的冷却要求。在514处如果在前面提到一个或多个部件中的希望的压力低于对应于低压状况的阈值，例程500可以继续到516。如果在514处希望的压力高于阈值，例程500可以继续到518。
在516处，最小的甲烷量可以从燃料箱提供到变速器、马达或发电机。此外，一定量的甲烷可以从燃料管道直接提供给一个或多个部件；这些部件然后流体地联接以经由一个或多个前面提到的部件接收来自燃料管道的甲烷。例如，正如在例程500中所描述的，最小的甲烷量可以响应低压控制状况被喷射或提供给变速器。这种甲烷可以经由诸如图1示意地所示的结构提供给变速器，以便最小的甲烷量被喷射到或提供给马达并且然后经由流体地联接的发电机提供给变速器。在又一些实施例中，前面提到的每个部件可以具有喷射到它们中的最小的甲烷量并且可以每个单独地联接到净化滤罐。其他的实施例可以以任何合适的设置将燃料箱联接到可以联接到一个或多个附加部件的一个部件。
如果车辆不以在514处确定的低压控制模式运行，则可以喷射或提供一定量的甲烷以实现在512处确定的最小吹扫压力以及附加的甲烷量。该附加的甲烷量可以响应于一个或多个工况并且可以由本文所描述的一种方法或不另外规定的其他方法确定。例如，喷射或提供的附加的甲烷量可以是马达、发电机、变速器、和/或动力传动系统内的希望的冷却或空气阻力的量的函数。方法可以在520处结束。该方法可以以给定的时间间隔或响应工况立即重复。
图6示出描述根据本公开的方法600的流程图。方法600可以由控制系统190执行。方法600可以被实施为另一种方法(例如方法300)的子例程。具体地，方法600可以在包括电动马达的气体燃料、双燃料或多燃料的混合动力车辆(例如图1所示的系统)中实施。方法600可以作为例程的一部分来执行以减轻马达、发电机或变速器或其一些组合中的空气阻力。
方法可以在602处开始。在604处可以测量工况。工况可以包括发动机速度、负荷和马达、发电机、变速器或其一些组合内的压力。工况还可以包括在燃料管道、净化管道和净化滤罐内的压力，以及发动机内用于燃烧的希望的AFR，或响应可以通过本文所描述的一种或多种方法或不另外规定的其他方法所确定的易燃性阈值，马达、发电机、变速器或动力传动系统内的希望的AFR。
在606处，可以判断净化系统压力是否高于阈值。该阈值可以指能够完全地或部分地吹扫滤罐的甲烷的净化滤罐内的压力。该压力也可以响应于可以预先确定的并且是滤罐特定的净化滤罐的最大压力等级。这个等级可以对应滤罐内的压力，高于这个压力可以导致滤罐或系统劣化。这个吹扫压力阈值可以响应于燃料进气管道内存在的压力以及该净化滤罐或净化管道内存在的压力。阈值压力可以对应于能够部分地吹扫滤罐的甲烷的压力，它也可以指高于然后能够吹扫滤罐的预定量的甲烷的燃料管道内的压力的滤罐内的最小压力。
在606处，如果压力不高于阈值，甲烷可以继续提供给净化滤罐，以便能够支持动力传动系统、变速器、马达和/或发电机系统的冷却。这可以通过本文所公开的方法之一或不另外规定的其他方法来确定。这可以由可以通过诸如图1所示的控制系统致动的并且在下面进一步描述的阀来执行。
在606处，如果压力高于阈值，在608处可以判断发动机是否正运行。运行可以指经由燃烧的运行和/或提供转矩给变速器的运行。
如果发动机正运行，在610处可以致动可以将净化滤罐联接到燃料管道的阀。在一些实施例中，该阀可以是三通阀，其可以被致动以选择性地允许甲烷从变速器流向净化滤罐，从变速器流向燃料进气管道，或从滤罐流向燃料进气管道。提供给滤罐的甲烷也可以对应于发动机内用于燃烧的希望的AFR，以及经由燃料进气管道到发动机里的甲烷的当前的质量流率。甲烷可以经由也可以包括一个或多个阀以在如果甲烷进入燃料管道时控制流量的阀管道从净化滤罐和/或阀联接到燃料进气管道。提供给燃料管道的燃料可以与经由燃料管道从燃料箱提供的燃料的量结合。该燃料混合物可以随后提供给发动机用于燃烧。
如果如在608处确定的，发动机没有正运行，则前面提到的阀可以继续将净化管道联接到滤罐。该滤罐可以与用于将甲烷提供给发动机的燃料管道分离或保持分离。在612处，可以致动可以将甲烷联接到排气系统的第二阀。然后甲烷可以从净化滤罐释放到周围空气、附加的低压燃料箱、甲烷燃料箱、或排放控制装置中。在616处该方法可以结束。该方法可以以给定的时间间隔，或响应工况立即重复。
图7示出描述根据本公开的方法700的流程图。方法700可以由控制系统190执行。方法700可以被实施为另一种方法(例如方法300)的子例程。具体地，方法700可以在包括电动马达的气体燃料、双燃料或多燃料的混合动力车辆(例如图1所示的系统)中实施。方法700可以作为例程的一部分来执行以减轻马达、发电机或变速器或其一些组合中的空气阻力。
在704处可以测量工况。工况可以包括发动机速度、负荷和/或马达、发电机、变速器或其一些组合内的AFR。在706处，可以确定马达、发电机、变速器或其一些组合内的压力。压力可以响应在一个或多个前面提到的系统内的一个或多个传感器来确定。
在706处可以经由与控制系统通信的一个或多个传感器确定变速器内的压力。在其他的实施例中，除了变速器内之外，或代替变速器，这个压力可以在马达或发电机中确定。在708处空气泄漏的量和/或空气泄漏的速率可以确定为变速器内的这个压力的函数。泄漏的量也可以响应于提供给变速器的甲烷的速率或量和已经离开该变速器的甲烷的量以及由一个或多个传感器和/或控制系统确定的变速器内的甲烷的量。在710处可以通过与控制系统通信的一个或多个传感器确定变速器内的温度或该变速器内的甲烷的温度。在其他实施例中，变速器内的温度可以用来确定该变速器内的压力和/或空气泄漏的量或速率。
在712处最大的AFR可以确定为该变速器内的压力以及该变速器内的温度的函数。最大的AFR可以对应于在主导状况下充分地低于甲烷的易燃性AFR极限的最大AFR。由于甲烷易燃性的高AFR极限，与可以用在其他实施例中其他的低密度燃料源相比甲烷会提供优点。
在714处，主导AFR可以确定为变速器内的甲烷的量以及泄漏到该变速器中的空气的量或空气泄漏速率的函数。在一些实施例中，这可以通过前面提到的方法和/或可以利用该变速器内的氧传感器来确定。
在716处，可以比较当前的AFR与在712处确定的最大的AFR。如果确定当前的AFR低于最大的AFR，方法可以在720处结束。如果在716处确定当前的AFR高于最大的AFR，于是在718处可以增加提供给变速器的甲烷的量。然后方法700可以返回到716，在716处方法再一次判断该主导的、减少的AFR是否低于最大的AFR。如果再一次确定该主导的AFR高于阈值，则提供给变速器的甲烷的速率可以继续提高直到确定AFR低于最大的AFR。然后方法可以在720处结束。该方法可以以给定的时间间隔，或响应工况立即重复。
应当指出，为了本实用新型的目的，并且特别是方法300-700，所有的对变速器的提及也可以理解为是指动力传动系统、发电机、马达以及直接或间接接收甲烷的其他部件，或前面提到部件或系统的组合。例如，任何方法，其响应于在变速器内的状况或是个该状况的效果也可以理解为响应于动力传动系统、马达、或发动机中的一个或多个或其效果，而不脱离本实用新型的范围。
注意，本文包括的示范性控制和估测例程可以与各种发动机和/或车辆系统结构一起使用。本文描述的具体的例程可以表示任何数目处理策略中的一个或多个，例如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种动作、操作或功能可以以所示的顺序进行，并行进行，或在一些情况下可以被省略。同样，为了实现这里所述的示例性实施例的特征和优点，处理的次序不是必需要求的，而是为了容易示出和描述而提供。一个或多个所示的动作、操作和/或功能根据所用的特定策略可以重复地进行。而且，所述的动作、操作和/或功能可以图示地表示被编程在发动机控制系统中的计算机可读的储存介质的非瞬变的存储器中的编码。
应当明白，本文所公开的结构和例程在本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，以上技术可以用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸、以及其他发动机类型。本实用新型的主题包括本文所公开的各种系统和结构、以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
下面的权利要求具体指出认为新颖的和非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一种”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合或子组合可以通过修改本权利要求或在本申请和相关申请中提出新权利要求来主张。这些权利要求，比原权利要求在范围上无论是更宽、更窄、相等或不同都被认为包含在本实用新型的主题内。

Claims (8)

1.一种车辆系统，其特征在于，包括：
内燃机；
变速器，其封闭在联接到气体燃料源的变速箱内，所述变速箱具有位于其中的一定量的气体燃料。
2.根据权利要求1所述的车辆系统，其特征在于，还包括向传动系统提供一定量的转矩的电动马达，所述电动马达设置在联接到所述气体燃料源的马达壳体内，所述马达壳体具有位于其中的一定量的气体燃料。
3.根据权利要求2所述的车辆系统，其特征在于，还包括从再生制动产生一定量的能量的发电机，所述发电机设置在发电机壳体内，所述发电机壳体具有位于其中的一定量的气体燃料。
4.根据权利要求1所述的车辆系统，其特征在于，所述气体燃料源联接到发动机燃料管道。
5.根据权利要求1所述的车辆系统，其特征在于，所述变速箱流体地联接到马达壳体、发电机壳体或其组合。
6.根据权利要求1所述的车辆系统，其特征在于，还包括流体地联接到所述变速箱的净化滤罐。
7.根据权利要求6所述的车辆系统，其特征在于，所述净化滤罐经由三通阀流体地联接到燃料管道。
8.根据权利要求1所述的车辆系统，其特征在于，所述气体燃料源包括甲烷气体。
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