TWI583576B - 具有無段變速箱的輔助動力單元及其控制方法 - Google Patents

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布萊德Ｐ 波爾
查理斯Ｂ 洛
珍佛爾 索黎斯
泰瑞 尼艾倫森
史考特Ｔ 麥克布倫
尼康 穆古安
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Description

具有無段變速箱的輔助動力單元及其控制方法 【相關申請案】
本申請案主張2011年4月4日申請之美國臨時申請案第61/471,585號的權利，此案之全部內容特此以引用的方式併入。
本揭露內容大體上是關於機械及/或機電動力調變裝置以及方法，且更特定言之是關於用於向載具提供輔助空氣調節、加熱以及動力的無段變速及/或無級變速行星齒輪動力調變裝置以及方法。
輔助動力單元常常用於配備有位於卡車駕駛室後方以使得駕駛員在路程中有便利地方睡覺之臥鋪室(sleeper compartment)的越野卡車中。輔助動力單元(Auxiliary Power Unit；APU)允許駕駛員在不運轉引擎的情況下使用其卡車設施(amenity)，如熱、空氣調節、微波、電視等，此減少排放。見(例如)頒予Mellum之美國專利第5,333,678號。APU亦廣泛地用於冷凍拖車中以用於在運輸以及遞送期間維持貨物溫度。
APU已在重負載貨運產業中變得顯著更重要，此是因為環境保護署(Environmental Protection Agency；EPA)與加州空氣資源局(California Air Resource Board；CARB) 已形成並通過影響空轉(idling)之法規以試圖減少排放以及污染。此等不同法規之通過已影響貨運產業。詳言之，其已影響通常每天使其載具空轉許多小時的重負載(8級)臥鋪牽引車駕駛員。據估計，駕駛員每週有五天在路上。聯邦法規定僅允許駕駛員一天在路上最多14個小時，其中需要10個小時之停歇時間。因此，臥鋪駕駛室產業對於APU具有大的潛力以減少在所需停歇時間期間的空轉。美國一半以上的州當地具有抗空轉法規，且隨著更多州採納CARB法規，此數目預計會增加。除了抵制空轉之眾多聯邦法規與州法規之外，此產業亦面對地區級以及市鎮級的空轉法規。儘管其法規因位置而變化，但其均禁止卡車空轉三至五分鐘以上。一些產業專家相信，環境署積極致力於向聯邦政府以及州施加更大壓力以使空轉法規在未來幾年更加嚴格。若環境署獲得成功，則某一形式之抗空轉技術(不僅APU)對於超過8級臥鋪牽引車之卡車駕駛員而言將變成必需品。
柴油燃料價格之上升與下降繼續在空轉減少技術的採納方面起作用，此是因為使用者(特別是車隊)設法降低其燃料消耗，尤其當柴油價格高時。當柴油燃料價格在2008年達到最高記錄時，對於空轉減少技術的需求增加，此是因為其提供大約8%之燃料節省。從長遠來看，大多數產業專家預期柴油燃料價格將上升，此將再次激發對APU之興趣，此是因為APU幫助減少燃料消耗以及減少引擎之耗損。
在大多數市售APU系統中，單一動力源驅動多個裝置。動力源通常具有窄的操作速度範圍，動力源之效能在此操作速度範圍下最佳。在效能最佳化操作速度範圍內操作動力源為較佳的。從動裝置通常亦具有窄的操作速度範圍，從動裝置之效能在此操作速度範圍下最佳。在效能最佳化操作速度範圍內操作從動裝置亦為較佳的。耦合件通常用以將動力自動力源傳遞至從動裝置。在直接非調變耦合件將動力源耦合至從動裝置的情況下，從動裝置以與動力源之速度成比例的速度操作。然而，常常發生以下狀況：從動裝置之最佳操作速度不與動力源之最佳操作速度成正比。因此，將用以在動力源之速度與從動裝置之速度之間進行調變的耦合件併入至系統中為較佳的。
可選擇動力源與從動裝置之間的耦合件，以使得來自動力源之輸入速度在給定耦合件之輸出處減小或增加。然而，在頻繁實施之系統中，典型已知動力系組態及/或耦合件配置充其量實現來自動力源之輸入速度與傳遞至從動裝置之動力的速度之間的恆定比率。此系統組態之結果為任何給定附件常常不在其最大效率速度範圍內操作。因此，低效率由操作期間之浪費能量以及處置速度及/或扭矩範圍之附件的過大而引起。
因此，存在對調變原動機(prime mover)與從動裝置之間的動力傳遞之裝置以及方法的持續需要。在一些APU系統中，調節自內燃機至以變化之效率最佳化速度操作的一或多個從動裝置之速度及/或扭矩傳遞將為有益的。下文 所描述之動力調變裝置及/或傳動系的發明性實施例解決此等需要中之一或多者。
本文中所描述之系統以及方法具有若干特徵，其中無單一者獨自負責其所要屬性。在不限制如藉由隨後之申請專利範圍表達之範疇的情況下，現將簡短地論述其較顯著特徵。在考慮此論述之後，且特定言之在閱讀標題為“實施方式”之章節之後，將理解系統以及方法之特徵提供優於傳統系統以及方法之若干優點的方式。
本揭露內容之一態樣是關於一種控制具有引擎、發電機以及耦合至引擎與發電機之無段變速箱(continuously variable transmission；CVT)之輔助動力單元的方法。在一實施例中，方法包含感測發電機上之負載的改變。方法亦包含調整引擎以對應於負載之此改變以及與引擎之調整實質上同時地調整CVT之速度比率。
本揭露內容之另一態樣是關於具有燃機的輔助動力單元(APU)，燃機具有用以在請求條件下操作引擎之引擎控制系統。APU可具有無段變速箱(CVT)。CVT具有一組可傾斜球。CVT可操作地耦合至引擎。CVT具有與引擎控制系統通信之CVT控制系統。在一實施例中，APU具有可操作地耦合至CVT之發電機。發電機經組態以按實質上恆定速度操作。在一實施例中，CVT控制系統用以感測發電機之速度的改變且至少部分基於速度之此改變調整 CVT。
本揭露內容之又一態樣是關於一種控制具有引擎、發電機以及耦合至引擎與發電機之無段變速箱(CVT)之輔助動力單元(APU)的方法。在一實施例中，方法包含至少部分基於來自附件之信號判定負載之改變。方法亦可包含調整引擎以對應於負載之此改變以及與引擎之調整實質上同時地調整CVT之速度比率。
本揭露內容之另一態樣是關於一種用於具有引擎、發電機以及球型無段變速箱之輔助動力單元(APU)的控制系統。在一實施例中，控制系統包含經調適以作為至APU之使用者介面的房艙控制單元(Cabin Control Unit；CCU)。控制系統具有經組態以促進與CCU之通信的引擎控制模組(engine control module；ECM)以及變速控制單元(transmission control unit；NCU)。在一實施例中，ECM可控制所有HVAC負載、引擎泵、感測器等。在一些實施例中，變速控制單元(NCU)用以與ECM以及AC功率模組通信。NCU可控制用於CVT之引擎可變電磁閥以及偏移致動器。在又其他實施例中，控制系統可包含經組態以讀取AC電流與電壓且計算“真實”功率的AC功率模組。所計算功率資訊遞送至NCU以計算最佳引擎速度。
本揭露內容之又一態樣是關於一種具有引擎以及發電機之輔助動力單元。在一實施例中，球型(ball-type)無段變速箱耦合至發電機。滑輪總成可提供引擎與變速箱之間的耦合件。在一些實施例中，球型無段變速箱具備基 於偏斜之控制系統(skew-based control system)。基於偏斜之控制系統可具有與APU控制系統通信之致動器。APU控制系統可包含數個感測器。在一些實施例中，感測器包含用以提供引擎速度、發電機速度、變速箱速度之指示的速度感測器。在其他實施例中，感測器可包含用以提供引擎溫度與變速箱溫度之指示的溫度感測器。在一實施例中，APU控制系統協調變速箱以及引擎之操作以維持恆定發電機速度。
本揭露內容之再一態樣是關於一種用於最小化具有無段變速箱(CVT)之輔助動力單元之燃料消耗的方法。在一實施例中，方法包含提供計算模型(諸如，此文件中方程式1至9中所呈現之模型)的步驟。方法具有判定隨發電機速度以及電而變之引擎扭矩以及速度的步驟。方法包含執行回歸以判定燃料消耗速率之步驟。在一些實施例中，CVT之速度比率在計算上自最小比率至最大比率而拂掠以藉此計算多個燃料消耗值。對於給定的發電機功率需求，可選擇CVT速度比率以藉此得出最小燃料消耗值。可針對增加之電功率需求而重複此程序以藉此產生燃料消耗與電功率需求之關係。
現將參看隨附圖式描述較佳實施例，在圖式中相似數字遍及全文指代相似元件。下文描述中所使用之術語不會簡單地以任何受限或限制性方式解譯，此是因為術語結合 某些特定實施例之詳細描述而使用。此外，本揭露內容之實施例可包含若干新穎特徵，其中無單一者獨自負責其合乎需要的屬性或其對實踐所描述之實施例為必需的。此處所描述之某些CVT實施例大體上是關於美國專利第6,241,636號；第6,419,608號；第6,689,012號；第7,011,600號；第7,166,052號；美國專利申請案第11/243,484號；第11/543,311號；第12/198,402號；第12/251,325號以及專利合作條約專利申請案PCT/US2007/023315、PCT/IB2006/054911、PCT/US2008/068929以及PCT/US2007/023315、PCT/US2008/074496中所揭露的類型。此等專利以及專利申請案中之每一者的全部揭露內容特此以引用的方式併入本文中。
如此處所使用，術語“操作地連接”、“操作地耦合”、“操作地連結”、“可操作地連接”、“可操作地耦合”、“可操作地連結”以及類似術語指代一元件之操作藉以導致第二元件之對應、隨後或同時操作或致動的在元件之間的關係(機械、連結、耦合等)。注意，在使用此等術語描述發明性實施例時，通常描述連結或耦合元件之特定結構或機構。然而，除非另外特定規定，否則當使用此等術語中之一者時，術語指示實際連結或耦合可採用多種形式，此在某些情況下對於一般熟習相關技術者將易於顯而易見。
出於描述目的，如此處所使用之術語“軸向”指代沿著與變速箱或變速器之主軸線或縱向軸線平行之軸線的方 向或位置。術語“徑向”此處用以指示相對於變速箱或變速器之縱向軸線垂直的方向或位置。出於清晰以及簡明起見，時常，類似地標記之類似組件將共同地由單一標籤指代。
此處所揭露之一些實施例是關於使用大體上球形行星齒輪之CVT，此等行星齒輪各自具有可經調整以達成操作期間之輸入速度對輸出速度之所要比率的可傾斜旋轉軸線。在一實施例中，此旋轉軸線之調整涉及行星齒輪軸線在第一平面中之角位移以便達成行星齒輪軸線在第二平面中的角調整，其中第二平面實質上垂直於第一平面。第一平面中之角位移在此處稱作“偏斜”(skew)、“偏斜角”(skew angle)及/或“偏斜情況”(skew condition)。出於論述目的，第一平面大體上平行於變速器及/或CVT之縱向軸線。第二平面可大體上垂直於縱向軸線。在一實施例中，控制系統協調偏斜角之使用以在變速器中之某些接觸組件之間產生力，此等力將使行星齒輪旋轉軸線實質上在第二平面中傾斜。行星齒輪旋轉軸線之傾斜調整變速器之速度比率。
此處所揭露之其他實施例是關於具有球形行星齒輪之無段變速箱，諸如在頒予Milner之美國專利第7,125,359號、頒予Jacobson之美國專利第4,744,261號、頒予Schievelbusch之美國專利第5,236,403號，或頒予Kopp之美國專利第2,469,653號中大體上描述的無段變速箱。此處所揭露之一些實施例是關於具有皮帶或鏈條之無段變速 箱，見(例如)頒予Gates之美國專利第7,396,311號。此處所揭露之又其他實施例是關於具有用於傳輸動力之環形盤的變速箱。見(例如)頒予Greenwood之美國專利第7,530,916號以及頒予Yoshikawa等人之美國專利第6,443,870號。此等專利以及專利申請案中之每一者的全部揭露內容特此以引用的方式併入本文中。
此處所揭露之一態樣是關於輔助動力單元，其中原動機驅動各種從動裝置。此處所揭露之輔助動力單元可用於各種貨運以及運輸載具中，包含(但不限於)冷凍卡車、露營車、公共汽車、機車、服務車、垃圾卡車、船舶、3級與8級卡車，以及其他者。原動機可為(例如)電動馬達及/或燃機。此處出於描述之目的，附件包含可藉由原動機提供動力之任何機器或裝置。出於說明之目的且非限制，此機器或裝置可為動力外送裝置(power takeoff device；PTO)、泵、壓縮器、發電機、輔助電動馬達等。經組態以藉由原動機驅動之附件裝置亦可包含冷凍系統、交流發電機、水泵、動力轉向泵、燃料泵、油泵、空氣調節壓縮器、冷卻風扇、增壓器、渦輪增壓器以及通常藉由原動機提供動力之任何其他裝置。此處所揭露之實施例可用以控制遞送至藉由原動機提供動力之附件的動力。
現參看圖1至圖5，在一實施例中，APU 10可包含可操作地耦合至CVT 14之引擎12。CVT 14可能操作地連結至發電機16。在一些實施例中，APU 20可包含可操作地耦合至CVT 24之引擎22。CVT 24可可操作地連接至壓縮 器26。壓縮器26可用於(例如)空氣調節系統中。在其他實施例中，APU 30可包含可操作地耦合至CVT 34之電動馬達32。CVT 34可能操作地耦合至壓縮器36。在又其他實施例中，APU 40可包含可操作地耦合至CVT 44之引擎42。引擎42可可操作地耦合至(例如)壓縮器46。在一實施例中，APU 50可包含操作地耦合至CVT 54之內燃機52。CVT 54可可操作地連接至(例如)交流發電機56。交流發電機56電耦合至電池58。電池58可用以對(例如)電動壓縮器59供電。應注意，所描述之元件之間的耦合件可經由可包含齒輪或滑輪之連結件達成，其中比率適當以達成用於組件之所要操作速度。
現轉至圖6至圖9，在一實施例中，APU 60包含耦合至CVT 64之內燃機62。CVT 64可為(例如)具有輸入環65以及輸出環66之球型CVT。引擎62可可操作地耦合至輸入環65。輸出環66可可操作地連接至(例如)發電機68。在一些實施例中，APU 70可包含耦合至CVT 74之內燃機72。CVT 74可為(例如)具有輸入環75以及可旋轉支撐構件76之球型CVT。在一實施例中，可旋轉支撐構件76可經組態以將動力遞送至(例如)發電機78。在其他實施例中，APU80可包含耦合至CVT 84之內燃機82。CVT 84可為(例如)具有輸入環85、輸出環86以及可旋轉支撐構件87之球型CVT。輸入環85可經組態以自引擎82接收旋轉動力。輸出環86可耦合至(例如)壓縮器88。可旋轉支撐構件87可可操作地連接至(例如)發電機89。 在又其他實施例中，APU 90可包含耦合至CVT 94之內燃機92。CVT 94可為(例如)具有輸入環95、輸出環96以及可旋轉支撐構件97之球型CVT。輸出環96可可操作地耦合至(例如)發電機98。可旋轉支撐構件97可可操作地耦合至發電機98。
現參看圖10，在一實施例中，APU 100可包含可操作地耦合至CVT 104之內燃機102。CVT 104可為(例如)具有輸入環105、輸出環106以及可旋轉支撐構件108之球型CVT。引擎102可耦合至輸入環105。輸出環106可能操作地耦合至(例如)空氣調節壓縮器110。空氣調節壓縮器110可可操作地連結至(例如)熱交換器112。在一實施例中，支撐構件108可耦合至風扇114。在其他實施例中，第二風扇115可耦合至CVT 104之其他旋轉組件。
現轉到圖11，在一實施例中，APU 120可包含可操作地耦合至CVT 124之內燃機122。CVT 124可為(例如)具有輸入環125以及輸出環126之球型CVT。輸入環125可經組態以自引擎122接收旋轉動力。輸出環126可耦合至發電機128。發電機128可經組態以用電方式抑或機械方式驅動空氣調節壓縮器130。在一些實施例中，發電機128可耦合至風扇132之集合。風扇132可經組態以與(例如)熱交換器134合作。
現參看圖12以及圖13，在一實施例中，APU 130具備經組態以安裝於(例如)卡車或拖車上之包殼132。包殼132可具有散佈於周邊周圍之數個通風開口134。通風 開口134提供通風至APU 130之內部組件。包殼132可經組態以用於移除一或多個部分以促進對內部組件之近接。在一些實施例中，APU 130具有安裝於包殼132之外部上的冷卻系統138。冷卻系統138可與(例如)引擎140流體連通。引擎140可安裝於包殼132之內部上。在一實施例中，APU 140包含可包含耦合至交流發電機/發電機144之CVT 143的無段變速箱附件驅動機(continuously variable accessory drive；CVAD)142。CVAD 142自耦合至輸入滑輪148之引擎驅動滑輪146接收旋轉動力。在一些實施例中，冷卻系統138可用以與CVAD 142合作。在一些實施例中，可提供張力器滑輪150以維持驅動皮帶152上之張力。
在APU 130之操作期間，可藉由適當地調整引擎140之操作條件而更有效地適應系統上之電負載的改變。由於發電機144在固定速度條件下最有效地執行，因此CVT 143可經調整以在引擎140之速度的變化存在時維持發電機144之操作速度。現將論述APU 130之協調以及控制以作為說明性實例。
圖14說明可供(例如)APU 130使用之控制系統150的一實施例。出於描述目的，引擎140、CVT 143以及發電機144在圖14中描繪為區塊。在一實施例中，控制系統150包含與感測器154、資料顯示及使用者介面156、CVT致動器158以及引擎致動器160通信的控制器152。CVT致動器158可可操作地耦合至CVT 143以藉此促進CVT 143之操作條件的調整。引擎致動器160可可操作地耦合至引擎140以藉此促進引擎140之操作條件的改變。在一實施例中，控制器152包含與控制邏輯164通信之電子硬體162。在一些實施例中，感測器154用以感測引擎140、CVT 143及/或發電機144之情況。舉例而言，感測器154可感測引擎速度、CVT輸入速度、CVT輸出速度、發電機速度、發電機電壓、發電機電流、引擎溫度、CVT溫度，以及操作引擎、CVT及/或發電機所共有之許多其他變數。在一些實施例中，資料顯示及使用者介面156可安裝於(例如)包殼132上。在其他實施例中，資料顯示及使用者介面156可(例如)遠端地安裝。
轉至圖15，在一實施例中，控制程序170可在(例如)控制系統150中實施。控制程序170可在區塊171處開始且進行至接收所要發電機速度之區塊172。程序170移至接收對於發電機144之負載需求的區塊173。在一實施例中，可自所量測參數(諸如，RMS電壓以及RMS電流)判定對於發電機144之負載需求。在其他實施例中，可自其他參數推斷對於發電機144之負載需求。控制程序170進行至進行對於引擎140之設定點之判定的區塊174。在一實施例中，引擎之速度用作設定點。在一些實施例中，節流閥位置可用作設定點。在其他實施例中，燃料耗用率可用作設定點。控制程序170進行至量測發電機144之速度的區塊175。控制程序170進行至判定用於CVT 143之設定點的區塊176。在一實施例中，用於CVT 143之設定 點可為速度比率。在一些實施例中，用於CVT 143之設定點可為輸出速度。在其他實施例中，用於CVT 143之設定點可為扭矩比率。在又其他實施例中，用於CVT 143之設定點可為CVT 143之效率的指示。程序170進行至將發電機144之量測速度與發電機144之所要速度比較的決策區塊178。若量測速度與所要速度不相等，則控制程序170返回至區塊175。若量測速度與所要速度相等，則控制程序進行至結束狀態180。在一實施例中，控制程序170包含執行用於引擎140之致動器控制程序的區塊177。致動器控制程序可為基於所判定引擎設定點之開放迴圈。在一些實施例中，致動器控制程序可為基於與所量測引擎設定點比較之所要引擎設定點的閉合迴圈程序。應注意，控制程序170經組態以使得在引擎140之操作條件的改變期間調整CVT 143以維持發電機144之穩定操作。
現參看圖16至圖18，在一實施例中，在區塊173中接收發電機負載需求可包含程序190、195以及200中之一或多者。在一實施例中，程序190在區塊191處開始且進行至接收來自鼓風機之信號的區塊192。程序190進行至判定來自鼓風機之負載的區塊193。在一些實施例中，查找表可用以判定來自鼓風機之負載。程序190在區塊194處結束。在一實施例中，程序195在區塊196處開始且進行至接收來自空氣調節器(air conditioner；AC)之信號的區塊197。程序195進行至判定來自AC之負載的區塊198。在一些實施例中，可在區塊198中使用查找表。程序 195在區塊199處結束。在一實施例中，程序200在區塊201處開始且進行至接收來自加熱器之信號的區塊202。程序200進行至判定來自加熱器之負載的區塊203。在一些實施例中，在區塊203中使用查找表。程序200在區塊204處結束。
熟習此項技術者將認識到，結合本文中所揭露之實施例，包含參考(例如)控制系統150所描述之各種說明性邏輯區塊、模組、電路以及演算法步驟可實施為電子硬體、儲存於電腦可讀媒體上且可藉由處理器執行之軟體，或兩者之組合。為了清楚說明硬體與軟體之此可互換性，上文已大體上在功能性方面描述了各種說明性組件、區塊、模組、電路以及步驟。此功能性是實施為硬體抑或軟體取決於特定應用以及施加於整個系統的設計約束。對於每一特定應用而言，熟習此項技術者可以不同方式實施所描述之功能性，但不應將此等實施決策解譯為引起脫離本揭露內容之範疇。舉例而言，可藉由通用處理器、數位信號處理器(digital signal processor；DSP)、特殊應用積體電路(application specific integrated circuit；ASIC)、場可程式化閘陣列(field programmable gate array；FPGA)或其他可程式化邏輯裝置、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件，或其經設計以執行本文中所描述之功能的任何組合來實施或執行結合本文中所揭露之實施例所描述的各種說明性邏輯區塊、模組以及電路。通用處理器可為微處理器，但在替代例中，處理器可為任何習知處理器、控制器、微控制 器或狀態機。處理器亦可實施為計算裝置之組合，例如，DSP與微處理器之組合、多個微處理器、一或多個微處理器結合DSP核心，或任何其他此組態。與此等模組相關聯之軟體可駐留於RAM記憶體、快閃記憶體、ROM記憶體、EPROM記憶體、EEPROM記憶體、暫存器、硬碟、抽取式碟片、CD-ROM，或此項技術中已知之任何其他合適形式的儲存媒體中。例示性儲存媒體耦合至處理器，以使得處理器可自儲存媒體讀取資訊以及將資訊寫入至儲存媒體。在替代例中，儲存媒體可與處理器成一體式。處理器以及儲存媒體可駐留於ASIC中。舉例而言，在一實施例中，控制器152包括處理器(未圖示)。
本文中所揭露之實施例可減少藉由輔助動力單元(APU)所消耗之燃料。舉例而言，可將用於標準APU對用於各種動力層級之組合式APU-CVAD系統的燃料耗用率進行比較。此是藉由導出滑輪之輸出扭矩與引擎扭矩之間的逆關係而達成。如下導出此逆關係：ηp=(Tp*ωp)/(TE*ωE) (方程式1)
ωp=p*ωE (方程式2)
將方程式(2)代入至(1)中得到：ηp=(Tp*p*ωE)/(TE*ωE)=(p*Tp)/TE (方程式3)
變數ηp表示滑輪效率，ωp表示備用滑輪之輸出軸速度，Tp表示滑輪之輸出扭矩，TE表示引擎之輸出扭矩，且p為滑輪比率。ηp以及p皆被量測為輸入扭矩TE之函數，因此可如下重新配置方程式(3)： Tp=(ηp(TE)*TE)/(p(TE)) (方程式4)
在方程式(4)中，右手側僅為引擎之輸出扭矩的函數。因此，方程式4可如下表示：Tp=f(TE) (方程式5)
因此，TE可自方程式5如下反轉函數f計算：TE=f -1(Tp) (方程式6)
使用反函數f -1減輕對於解法之迭代方法的需要。在備用APU之狀況下，自發電機之輸入機械扭矩判定滑輪的輸出扭矩，發電機之輸入機械扭矩又如下藉由發電機功率以及發電機效率判定：Tp=PGEN/(ηGEN*ωGEN) (方程式7)
在APU-CVAD系統之狀況下，如下計算滑輪之輸出扭矩：Tp=(PGEN/(ηGEN*ωGEN))*(ωGEN/(ηCVT*ωp)) (方程式8)
變數PGEN表示來自發電機之電功率需求，ηCVT表示CVT之效率，ηGEN表示發電機效率，且ωGEN表示發電機操作速度。在一些實施例中，發電機操作速度為約3600轉/分鐘。方程式8可簡化為以下方程式：Tp=PGEN/(ηGEN*ηCVT*ωp) (方程式9)
一旦藉由使用方程式8抑或方程式9已知輸出滑輪扭矩，方程式6便可用以判定引擎之輸出扭矩，且藉此判定引擎用以維持發電機之功率位準所需要的燃料供應速率。最小化供應至引擎之燃料的耗用率為較佳的。
方程式1至9可用以產生圖19中所描繪之曲線圖 205，圖19說明用於無CVT之標準APU與配備有CVT之APU系統(APU-CVT系統)(諸如，配備有CVAD 142之APU 130)的燃料耗用率對穩定狀態發電機電功率之比較。方程式1至9表示用於APU-CVT系統之計算模型。曲線圖205具有表示來自發電機之功率需求的x軸線。曲線圖205具有表示引擎之燃料消耗速率的y軸線。曲線206可表示標準APU之效能。曲線208可表示具備CVT功能之APU系統的效能。在一實施例中，曲線206與曲線208交叉。因此，對於來自發電機之一些電功率需求，標準APU可更有效。對於其他功率需求，APU 130之燃料效率顯著更高。在一些實施例中，交叉點可經調整以使得系統在頻繁使用之操作條件下最有效地執行。應瞭解，設計者可藉由設計選擇來調整APU-CVT系統之操作效率，此等設計選擇諸如為引擎大小以及類型、CVT大小以及類型、發電機大小以及類型、滑輪大小以及組態，以及其他。舉例而言，設計者可選擇滑輪大小，以使得CVT在其用於系統之大部分工作循環的最有效條件下操作。在一些狀況下，APU系統之工作循環可包含相對低的發電機功率之條件。在此等條件下，APU-CVT系統可經組態以使得CVT在低功率條件下最有效地操作。同樣地，APU-CVT系統可經組態，以使得在認為高功率條件適用於應用時，CVT在高功率條件下最有效地操作。取決於循環，就燃料效率而言，APU-CVT系統(諸如，APU 130)可相比於無CVT之標準APU高約24%。
應注意，方程式1至9中所呈現之計算模型可針對APU系統實行。當給定發電機速度(有時固定為3600)以及電功率需求時，可計算引擎扭矩以及速度。可接著經由回歸(regression)(例如，FC=f(Engine_Speed,Engine_Torque))判定引擎之燃料消耗速率(fuel consumption rate；FC)。可針對增加之電功率需求而重複此程序以獲得燃料消耗與電功率需求之間的關係。在其他實施例中，方程式1至9中所呈現之計算模型可針對APU-CVT系統實行。當給定發電機速度以及電功率需求時，可判定引擎扭矩以及速度。可經由回歸判定燃料消耗速率(FC)。對於APU-CVT系統，CVT速度比率在計算上自最小比率至最大比率而拂掠以藉此計算多個燃料消耗值。對於給定的發電機功率需求，可選擇CVT速度比率以藉此得出最小燃料消耗值。可針對增加之電功率需求而重複此程序以藉此產生燃料消耗與電功率需求之關係。
現參看圖20，在一實施例中，輔助動力單元(APU)300可包含整合式無段行星齒輪(continuously variable planetary；CVP)變速箱302以及變速控制單元(NCU)304。NCU 304可維持發電機306之近恆定速度。舉例而言，NCU 304可將發電機306維持於3600轉/分鐘+/-120轉/分鐘(60赫茲+/-2赫茲)。NCU 304亦可經組態以最小化引擎308之燃料消耗。引擎308可可操作地耦合至CVP 302。在一些實施例中，引擎308耦合至(例如)具有滑輪 系統309之CVP 302。在一實施例中，引擎308為Yanmer之2汽缸0.5升13馬力柴油引擎。引擎308可具備經設計以基於燃料電磁閥310之位置維持引擎速度的機械飛球調速器系統。在一些實施例中，電磁閥310設定引擎“參考”速度且機械調速器關於參考而調節引擎速度。
仍參看圖20，在一實施例中，CVP 302使引擎308能夠在有界但連續的速度範圍內操作以促進燃料最佳化。可使用基於DC馬達之致動器312調整CVP 302之速度比率。致動器312可藉由NCU 304控制。在一些實施例中，CVP 302之功率輸出端直接耦合至發電機306之軸。速度感測器314安裝於CVP 302之輸出端處。發電機306之轉子速度直接由感測器314量測。在一實施例中，發電機為在3600轉/分鐘下用於110伏至120伏之Markon 6.0千伏安單相交流發電機設置。
仍參看圖20，在一實施例中，房艙控制單元(CCU)316為使用者與之互動以接通/斷開APU且鍵入各種控制設定(例如，房艙設定溫度)的介面。引擎控制模組(ECM)318可為控制各種繼電器/開關(例如，起動器繼電器、預熱塞繼電器、風扇繼電器、HVAC組件繼電器)之邏輯板。ECM 318可經組態以經由CAN通信介面與NCU 304通信。ECM 318可傳送關於各種負載之狀態的資訊，而NCU 304將傳送回關於引擎速度之狀態以及各種CVP 302操作條件的資訊。
在一實施例中，NCU 304可調節引擎速度以及CVP 302輸出速度兩者(或可能系統之有效速度比率ω Gen /ω Eng )。為了控制引擎速度，NCU 304將監視引擎速度且調整至燃料電磁閥310之信號，從而有效地改變對引擎308之參考速度。CVP 302輸出速度(或系統之有效速度比率)的控制將藉由控制用以使CVP偏移之DC致動器312來達成。兩個速度皆可使用霍爾效應感測器量測。如之前所提及，NCU 304可與ECM 318通信以交換關於負載狀態與任何診斷之資訊。
在一些實施例中，NCU 304可與AC功率模組320通信。AC功率模組320可量測藉由發電機306所產生之功率。模組320使用需要電流以及電壓波形以恰當地計算AC功率之分量的IC晶片。在一些實施例中，AC功率之“真實”分量為所關注的。為了量測電流，可使用霍爾效應變壓器，而一系列分壓器可用以量測AC電壓。
在APU 300之操作期間，控制系統304可將發電機306之速度調節為3600轉/分鐘+/-120轉/分鐘同時最小化燃料消耗。在一實施例中，前饋或‘預測性’組件可添加至控制系統304。ECM 318可經組態以控制APU 300上之大AC負載中之大多數的開/關狀態。大部分此等‘預測性’負載可被給予二進位ID，二進位ID可與與每一預測性負載相關聯之功率需求的基線值有關。在一些實施例中，與每一預測性負載相關聯之前饋功率值將增加某一倍數以考慮歸因於突入電流之高暫態負載。在ECM 318接通給定預測性負載之前，其可將資料封包發送至NCU 304。 NCU 304將接著處理資料且調整引擎速度以考慮功率需求之增加。一旦引擎308以及發電機306之速度已穩定化，NCU 304便可將通知負載準備好接通之資料封包發送回至ECM 318。
在一些實施例中，最小化燃料經濟為合乎需要的。可使用電壓以及電流波形兩者之量測結果計算發電機306之功率；由此，從而考慮較高階諧波以及相移或功率因數。基於關於最佳引擎速度對功率需求之曲線，“校正”組件可添加至控制方案。NCU 304可基於所量測功率以及最佳引擎曲線調整引擎速度。對於非預測性負載(例如，區塊加熱器、微波以及冷凍機)，APU 300之回應可經組態為足夠快的以在+/-120轉/分鐘之容限內維持發電機306的速度。大部分非預測性負載為小負載。
現轉至圖21，在一實施例中，APU 350可具備藉由2汽缸柴油引擎354提供動力之發電機352。APU 350可具有包含房艙控制單元(CCU)356、引擎控制模組(ECM)358以及變速控制單元(NCU)360之控制系統。CCU 356可為主使用者介面。ECM 358監視並指導APU 350之操作。ECM 358包含至CCU 356、APU 350、NCU 360以及HVAC系統(未圖示)之連接。ECM 358基於各種感測器以及來自CCU 356與NCU 360之指導而控制APU 350以及HVAC系統的態樣。
仍參看圖21，在一實施例中，NCU 360基於各種感測器以及來自ECM 358之指導而控制引擎354之速度與無段 變速箱(CVP)362的操作兩者。在一些實施例中，可使用CAN介面。可經由載具DC電池經由兩個連接對NCU 360供電。第一連接364可經熔斷且硬連線至電池，第一連接364經由NCU 360內部之內部開關而閉合。第二連接365可經熔斷且連接至外部機械繼電器363，外部機械繼電器363藉由ECM 358控制以接通/斷開NCU 360。在系統起動期間，ECM 358可經由機械繼電器363來接通NCU 360，從而起始NCU 360進入等待模式。當NCU 360經接通時，第一連接364將經由內部開關而閉合。在系統關機時，ECM 358將斷開繼電器363，從而移除至第二連接365之電力，此將NCU 360送至關機模式。當NCU 360關機程序已結束時，內部開關將斷開第一連接364，從而完全消除至NCU 360之電力。
在一實施例中，NCU 360可控制燃料泵電磁閥366與偏移致動器368兩者以分別調節引擎速度與CVP 362輸出速度。CVP 362之速度比率是藉由控制其偏移致動器368而改變。在一實施例中，偏移致動器368包含基於DC馬達之致動器，此基於DC馬達之致動器具有18：1齒輪減速且原始經設計以操作電動馬達驅動之廢氣再循環閥(未圖示)。偏移致動器368可包含具有3/8"-16單紋導程(single-start lead)之愛克姆螺釘總成(未圖示)。DC致動器之輸出耦合至愛克姆螺釘，此輸出用以按平移運動移動愛克姆螺帽。愛克姆螺帽經由栓槽配置與(例如)設置於CVP 362上之偏移U形鉤相互作用。隨著愛克姆螺釘轉 動，螺帽按平移運動移動，從而使得CVP 352改變比率。
在APU 350之操作期間，CVP 362之速度比率直接與設置於CVP 362上之定子的偏移角有關。在一些實施例中，CVP 362可為美國專利申請案第12/251,325號中所描述之類型。在某些操作條件期間，CVP 362經加載且速度比率可歸因於諸如滑動以及順應性之因素而改變。NCU 360用以補償負載下之比率改變。機械偏移檔止件可安裝至CVP 362之定子上以促進CVP 362之偏移範圍的限制。在一些實施例中，CVP 362在額定負載下具有在0.5至1.75之範圍中的比率。此範圍可對應於愛克姆螺帽之約6毫米之總線性行程或愛克姆螺釘的約4個旋轉。在操作期間，NCU 360可使機械偏移檔止件之間的定子偏移而不卡住(jam against)機械偏移檔止件。
在APU 350之關機期間，NCU 360可使CVP 362重歸零。重歸零事件由快速移動致動器368至低速驅動(例如，0.5之速度比率)同時CVP 362正停下來但仍在旋轉組成。在一實施例中，此操作條件是藉由朝向低速驅動偏移檔止件移動致動器368以及監視DC致動器位置感測器以查看低速驅動偏移檔止件何時被接觸而達成。一旦偵測到接觸，愛克姆螺釘便在相反方向上移動約1/8轉以離開偏移檔止件。在其他實施例中，操作條件是藉由使用DC致動器位置感測器以量測愛克姆螺釘之絕對位置而達成。在關機期間，NCU 360將致動器368置於對應於低速驅動之位置。
仍參看圖21，在一實施例中，藉由控制可變燃料泵電磁閥366來設定引擎354之速度。NCU 360藉由(例如)速度感測器370監視引擎速度。NCU 360可使用閉合迴圈回饋控制以將電磁閥366調節至所要設定點。在一些實施例中，NCU 360自引擎速度感測器370與CVP速度感測器372接收信號。CVP速度感測器372用以指示CVP 362之輸出速度。在一些實施例中，CVP 362之輸出速度對應於發電機352之速度。速度感測器370、372可為具有下沉輸出之開路集極且需要外部上拉電阻器。在一些實施例中，DC致動器368具有整合式旋轉器三軸線霍爾感測器。此感測器之輸出為比率量度(ratiometric)的且可程式化。
在APU 359之操作期間，NCU 360可使用NTC引擎冷卻劑溫度(engine coolant temperature；ETC)感測器374監視CVP 362之油出口溫度。若溫度在指定時間量內超過某一範圍極限，則NCU 360可向ECM 358發出關機命令。NCU 360可使用壓力感測器376監視CVP 362之油入口壓力。若壓力在指定時間量內超過某一範圍極限，則NCU 360可向ECM 358發出關機命令。
在一些實施例中，NCU 360可經由熟知的CAN通信介面與ECM 358以及AC功率量測模組378兩者通信。菊鏈組態可用以在此三個裝置當中廣播資訊。ECM 358可向NCU 360發送通知將接通某些負載之訊息。NCU 360將使引擎速度偏移且相應地使CVP 362速度比率偏移且接著將向ECM 358回應回負載可接通。NCU 360將週期性地向 ECM發送引擎速度。在NCU 360偵測到故障的情況下，其將向ECM 358發送錯誤訊息以中斷操作並關機。NCU 360亦可自監視發電機之有效功率的AC功率模組378接收訊息。AC功率模組378具有使用變壓器380讀入AC電流波形且經由分壓器讀入AC電壓波形的積體電路(integrated circuit；IC)。IC計算發電機352之有效功率且經由CAN以週期性速率將值發送至NCU 360。
現轉至圖22，在一實施例中，可在(例如)APU 300之操作中實施起動控制程序400。控制程序400在狀態402處開始且接著進行至接通點火之狀態404。程序400接著移至執行引擎速度之偵測的狀態406。在一實施例中，引擎速度之偵測涉及來自速度感測器之脈衝的偵測。程序400接著進行至將命令發送至燃料電磁閥之狀態408。在一些實施例中，發送至燃料電磁閥之命令為對於最大或最小燃料命令完全拉入電磁閥之指示。程序400接著進行至進行所偵測引擎速度與預設速度之比較的狀態410。在一些實施例中，狀態410在肯定或否定結果被遞送之前具有預定等待時間。若狀態410提供否定結果，則程序400重複狀態410。若狀態410提供肯定結果，則程序400實質上同時進行至狀態412與狀態414。在狀態412處執行閉合迴圈CVP控制程序。在狀態414處發送將引擎速度減小至預定設定點之命令。程序400自狀態414進行至執行閉合迴圈引擎速度控制程序之狀態416。程序400自狀態412與狀態416進行至結束狀態418。
現參看圖23，在一實施例中，閉合迴圈引擎速度控制程序416可在狀態420處開始且進行至狀態422。在狀態422處讀取引擎速度設定點。程序416進行至計算誤差之狀態424。作為說明性實例，圖23中展示用於可在狀態424處計算之某些誤差的方程式，其中ω EngRef =引擎設定點或參考
ω Eng =所量測引擎速度
e Kp =比例誤差
e Ki =積分誤差(累積)
e Ki =先前積分誤差
e min=最小允許累積誤差
程序416進行至針對待發送至燃料電磁閥之脈寬調變(pulse-width-modulated；PWM)信號計算命令的狀態426。作為說明性實例，圖23中提供可用於狀態426處之計算的方程式，其中“DPWMcycle”呈現命令至電磁閥之工作循環，“D'PWMcycle”表示中心或樞軸工作循環，“Dmin”表示最小允許工作循環，且“Dmax”表示最大允許工作循環。程序416接著進行至結束狀態428。
應注意，NCU 304可針對電磁閥PWM使用15位元解析度，且在一些實施例中，最大電壓對應於值32000。用於電磁閥控制器之PWM頻率為600赫茲，而控制迴圈時間為10毫秒。需要56%之工作循環或(18000暫存器值) 以完全拉入電磁閥。測試APU 300已指示31.9%之中心PWM值或(10200暫存器值)已展示穩定結果。
現轉至圖24，在一實施例中，可藉由(例如)APU 350實施控制程序450。控制程序450在狀態452處開始且進行至確認點火“開”狀態之狀態454。舉例而言，程序450進行至起始引擎354之起動的狀態456。狀態456可稱作搖動(crank)狀態，其中燃料電磁閥366被命令完全接通且CVP 362以低速驅動操作。控制程序450進行至將引擎354之速度與預定速度臨限值比較以指示引擎已自搖動情況轉變為運轉情況的狀態458。控制程序450進行至運轉狀態460。在一實施例中，可在狀態462處接收來自ECM 358之信號。在運轉狀態460中，控制程序450執行燃料致動器程序464與CVP致動器程序466。燃料致動器程序464可為用於基於預定引擎參考速度調節引擎354之速度的PID控制程序。CVP致動器程序466可為(例如)用於調節CVP輸出速度以維持發電機352之恆定速度的PID控制程序。在一實施例中，在狀態462處所接收之信號可發送至執行所請求負載之評估的狀態468。在一些實施例中，藉由CAN訊息發送指示負載請求之信號。狀態468(例如)在負載之增加被偵測到時產生肯定結果。狀態468(例如)在無負載增加被偵測到時產生否定結果。程序450進行至確認至CVP 362之訊息之接收的狀態470。換言之，狀態470為經由CAN自NCU發送至ECM之確認“信號交換”，其指示CVP 362準備好用於來自HVAC單元之額 外負載。CVP 362將接著在讀取AC功率模組之前等待負載接通。在一實施例中，狀態468評估與負載請求相關聯之功率。對於說明性實例，圖24中提供可在狀態468中實施之方程式，其中Pcmd表示對所有AC負載供電之命令功率，Pmod表示由發電機產生藉由功率模組所量測之有效功率，Preq表示由ECM 358請求以接通預測性負載(例如，ECM 358接通/斷開(例如)冷凝器之負載)的額外功率。此為加至來自AC功率模組之當前功率讀數的預定義值。出於參考，術語ω*Eng展示於圖24中且表示基於最佳引擎速度曲線與Pcmd之參考引擎速度設定點。最佳是關於最小化燃料消耗速率。程序450進行至評估點火信號之評估狀態474。來自狀態474之肯定結果指示點火之“關”狀態。程序450進行至CVP 362偏移至低速驅動之關機狀態476。程序450在狀態478處結束。
應注意，上文描述已提供用於某些組件或子總成之尺寸。提供所提及之尺寸或尺寸範圍以便儘可能好地遵守某些合法要求(諸如，最好的模式)。然而，本文中所描述之實施例的範疇僅藉由申請專利範圍之語言判定，且因此，所提及尺寸中無一者應視為限制發明性實施例，除了就任一技術方案使指定尺寸或其範圍為此技術方案之特徵而言。
前述描述詳述本揭露內容之某些實施例。然而，應瞭解，無論前述內容在文章中出現得多詳細，本揭露內容可以許多方式實踐。如上文亦規定，應注意，在描述本揭露 內容之某些特徵或態樣時特定術語的使用不應被認為暗示術語在本文中經重新定義以限於包含與彼術語相關聯之揭露內容的特徵或態樣之任何特定特性。
10‧‧‧輔助動力單元(APU)
12‧‧‧引擎
14‧‧‧無段變速箱(CVT)
16‧‧‧發電機
20‧‧‧輔助動力單元(APU)
22‧‧‧引擎
24‧‧‧無段變速箱(CVT)
26‧‧‧壓縮器
30‧‧‧輔助動力單元(APU)
32‧‧‧電動馬達
34‧‧‧無段變速箱(CVT)
36‧‧‧壓縮器
40‧‧‧輔助動力單元(APU)
42‧‧‧引擎
44‧‧‧無段變速箱(CVT)
46‧‧‧壓縮器
50‧‧‧輔助動力單元(APU)
52‧‧‧內燃機
54‧‧‧無段變速箱(CVT)
56‧‧‧交流發電機
58‧‧‧電池
59‧‧‧電動壓縮器
60‧‧‧輔助動力單元(APU)
62‧‧‧內燃機/引擎
64‧‧‧無段變速箱(CVT)
65‧‧‧輸入環
66‧‧‧輸出環
68‧‧‧發電機
70‧‧‧輔助動力單元(APU)
72‧‧‧內燃機
74‧‧‧無段變速箱(CVT)
75‧‧‧輸入環
76‧‧‧可旋轉支撐構件
78‧‧‧發電機
80‧‧‧輔助動力單元(APU)
82‧‧‧內燃機/引擎
84‧‧‧無段變速箱(CVT)
85‧‧‧輸入環
86‧‧‧輸出環
87‧‧‧可旋轉支撐構件
88‧‧‧壓縮器
89‧‧‧發電機
90‧‧‧輔助動力單元(APU)
92‧‧‧內燃機
94‧‧‧無段變速箱(CVT)
95‧‧‧輸入環
96‧‧‧輸出環
97‧‧‧可旋轉支撐構件
98‧‧‧發電機
100‧‧‧輔助動力單元(APU)
102‧‧‧內燃機/引擎
104‧‧‧無段變速箱(CVT)
105‧‧‧輸入環
106‧‧‧輸出環
108‧‧‧可旋轉支撐構件
110‧‧‧空氣調節壓縮器
112‧‧‧熱交換器
114‧‧‧風扇
115‧‧‧第二風扇
120‧‧‧輔助動力單元(APU)
122‧‧‧內燃機/引擎
124‧‧‧無段變速箱(CVT)
125‧‧‧輸入環
126‧‧‧輸出環
128‧‧‧發電機
130‧‧‧空氣調節壓縮器/輔助動力單元(APU)
132‧‧‧風扇/包殼
134‧‧‧熱交換器/通風開口
138‧‧‧冷卻系統
140‧‧‧引擎/輔助動力單元(APU)
142‧‧‧無段變速箱附件驅動機(CVAD)
143‧‧‧無段變速箱(CVT)
144‧‧‧交流發電機/發電機
146‧‧‧引擎驅動滑輪
148‧‧‧輸入滑輪
150‧‧‧張力器滑輪/控制系統
152‧‧‧驅動皮帶/控制器
154‧‧‧感測器
156‧‧‧資料顯示及使用者介面
158‧‧‧無段變速箱(CVT)致動器
160‧‧‧引擎致動器
162‧‧‧電子硬體
164‧‧‧控制邏輯
205‧‧‧曲線圖
206‧‧‧曲線
208A‧‧‧曲線
208B‧‧‧曲線
208C‧‧‧曲線
208D‧‧‧曲線
300‧‧‧輔助動力單元(APU)
302‧‧‧無段行星齒輪(CVP)變速箱
304‧‧‧變速控制單元(NCU)
306‧‧‧發電機
308‧‧‧引擎
309‧‧‧滑輪系統
310‧‧‧燃料電磁閥
312‧‧‧基於DC馬達之致動器
314‧‧‧速度感測器
316‧‧‧房艙控制單元(CCU)
318‧‧‧引擎控制模組(ECM)
320‧‧‧AC功率模組
350‧‧‧輔助動力單元(APU)
352‧‧‧發電機
354‧‧‧2汽缸柴油引擎
356‧‧‧房艙控制單元(CCU)
358‧‧‧引擎控制模組(ECM)
360‧‧‧變速控制單元(NCU)
362‧‧‧無段變速箱(CVP)
363‧‧‧外部機械繼電器
364‧‧‧第一連接
365‧‧‧第二連接
366‧‧‧燃料泵電磁閥
368‧‧‧偏移致動器
370‧‧‧引擎速度感測器
372‧‧‧無段變速箱(CVP)速度感測器
374‧‧‧NTC引擎冷卻劑溫度(ETC)感測器
376‧‧‧壓力感測器
378‧‧‧AC功率量測模組
380‧‧‧變壓器
圖1是輔助動力單元(APU)之一實施例之示意性說明。
圖2是APU之實施例之示意性說明。
圖3是APU之實施例之示意性說明。
圖4是APU之實施例之示意性說明。
圖5是APU之實施例之示意性說明。
圖6是具有球型CVT之APU的示意性說明。
圖7是具有球型CVT之APU的示意性說明。
圖8是具有球型CVT之APU的示意性說明。
圖9是具有球型CVT之APU的示意性說明。
圖10是具有球型CVT之APU的示意性說明。
圖11是具有球型CVT之APU的示意性說明。
圖12是APU之一實施例之透視圖。
圖13是圖12之APU的剖視透視圖。
圖14是具有控制系統之APU的方塊圖。
圖15是可供圖14之APU使用之控制程序的流程圖。
圖16是可供圖14之控制程序使用之控制程序的流程圖。
圖17是可供圖14之控制程序使用之控制程序的流程 圖。
圖18是可供圖14之控制程序使用之控制程序的流程圖。
圖19是描繪圖14之APU之效能特性的曲線圖。
圖20是具有CVT之APU的示意性說明。
圖21是具有CVT之APU的另一示意性說明。
圖22是可供至少圖21之APU使用之控制程序的流程圖。
圖23是可供圖22之控制程序使用之控制程序的流程圖。
圖24是可供至少圖21之APU使用之控制程序的流程圖。
130‧‧‧空氣調節壓縮器/輔助動力單元(APU)
140‧‧‧引擎/輔助動力單元(APU)
142‧‧‧無段變速箱附件驅動機(CVAD)
143‧‧‧無段變速箱(CVT)
144‧‧‧交流發電機/發電機
146‧‧‧引擎驅動滑輪
148‧‧‧輸入滑輪
150‧‧‧張力器滑輪/控制系統
152‧‧‧驅動皮帶/控制器

Claims (15)

  1. 一種控制具有引擎、發電機以及耦合至所述引擎與所述發電機之球型無段變速箱(CVT)之輔助動力單元的方法，所述無段變速箱具有多個可傾斜的球，各球具有一軸線其定義一可傾斜的旋轉軸線，所述方法包括：感測所述發電機上之負載的改變；判定該些球的旋轉軸線的一傾斜角；以及調整所述引擎的速度與該些球的軸線的傾斜角的其中一個或一個以上以調整所述無段變速箱之速度比率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中調整所述無段變速箱之所述速度比率包括調整該些球的軸線的傾斜角以維持所述發電機之實質上恆定速度的步驟。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中調整該些球的軸線的傾斜角包括將在第一平面中之角位移應用於所述軸線以便達成在第二平面中的所述軸線的角調整。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之控制方法，更包括調整引擎速度以對應於負載之所述改變，其中調整所述引擎速度包括判定引擎速度設定點與引擎燃料耗用率設定點之一。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之控制方法，其中調整所述速度比率是至少部分基於所述發電機之速度與所述引擎速度之間的差。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之控制方法，所述無段變速箱經組態為了所述輔助動力單元之工作循環之一部分 而根據所要情況操作。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之控制方法，所述無段變速箱經組態在其最有效條件下操作。
  8. 一種輔助動力單元(APU)，包括：燃機，其具有用以在固定速度條件下操作引擎之引擎控制系統；無段變速箱(CVT)，其具有多個可傾斜球，各球具有一軸線其定義一可傾斜的旋轉軸線，所述無段變速箱可操作地耦合至所述引擎，所述無段變速箱具有與所述引擎控制系統通信之無段變速箱控制系統；以及發電機，其可操作地耦合至所述無段變速箱，其中所述無段變速箱控制系統用以感測所述發電機之速度的改變；判定該些球的旋轉軸線的一傾斜角；至少部分基於所述發電機之速度之所述改變調整該些球的旋轉軸線的傾斜角以調整所述無段變速箱之速度比率；以及接收來自所述引擎控制系統之通信，其指示所述引擎之速度之改變，且基於所述引擎之所述速度之所述改變調整該些球的旋轉軸線的傾斜角。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之輔助動力單元，更包括耦合至所述引擎之引擎致動器，所述引擎致動器與所述引擎控制系統通信，其中所述引擎致動器經組態以自所述無段變速箱控制系統接收設定點，且其中所述設定點包括 所述引擎之所要引擎速度與所要燃料耗用率之一。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之輔助動力單元，其中所述無段變速箱控制系統包括無段變速箱致動器，所述無段變速箱致動器可操作地耦合至所述無段變速箱，所述無段變速箱致動器經組態以調整所述無段變速箱之速度比率。
  11. 一種控制具有引擎、發電機以及耦合至所述引擎與所述發電機之無段變速箱(CVT)之輔助動力單元(APU)的方法，所述無段變速箱具有多個可傾斜的球，各球具有一軸線其定義一可傾斜的旋轉軸線，所述方法包括：至少部分基於來自附件之信號判定負載之改變；調整引擎速度以對應於負載之所述改變；判定該些球的旋轉軸線的一傾斜角；以及調整該些球的軸線的傾斜角，以與所述引擎速度之所述調整實質上同時地調整所述無段變速箱之速度比率。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之控制方法，其中判定負載之改變包括接收來自鼓風機之信號。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之控制方法，其中判定負載之改變包括接收來自空氣調節系統之信號。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之控制方法，其中判定負載之改變包括接收來自加熱器之信號。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之控制方法，其中判定負載之改變包括使用查找表之步驟。
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