Способ обогрева транспортного средства, грузовик с приводом от дизельного двигателя с кабиной для экипажа и способ управления теплопередающей системой грузовика с приводом от дизельного двигателя
Изобретение относится к теплопередающим системам для транспортного средства. Для переноса тепла для двигателя используют тепловой аккумулятор, выполненный с возможностью накопления потерянного тепла выхлопных газов в материалах с фазовым переходом для использования во время последующего запуска двигателя. Когда температура выхлопных газов превышает пороговое значение, доставляют тепло из теплового аккумулятора в кабину транспортного средства, а также доставляют тепло из теплообменника для зарядки теплового аккумулятора. Достигается снижение выброса выхлопа и уменьшение задержки отапливания кабины транспортного средства и других систем транспортного средства после запуска двигателя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к способам использования теплопередающей системы, чтобы преимущественно повторно использовать потерянное тепло выхлопных газов для ускорения розжига каталитического нейтрализатора выхлопных газов, прогрева пассажирской кабины и доставки тепла в другие системы транспортного средства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Моторные транспортные средства с приводом от двигателей внутреннего сгорания могут расходовать свыше 30% энергии топлива вследствие выпускания тепла выхлопных газов в окружающую среду.
Для снижения потерянной энергии топлива, транспортные средства могут регенерировать тепло выхлопных газов двигателя для переноса в различные другие системы транспортного средства. Например, в US2009/0241863 описывается накопление охлаждающей воды высокой температуры в тепловом аккумуляторе, который используется для прогрева двигателя транспортного средства при запуске двигателя. После запуска двигателя, тепло выхлопных газов регенерируется и переносится в охлаждающую жидкость. Эта нагретая охлаждающая жидкость затем подвергается циркуляции в двигатель, чтобы обеспечивать дополнительный прогрев двигателя, и в контур отопителя, чтобы нагревать воздух, подаваемый в пассажирский отсек. Таким образом, как двигатель, так и пассажирский отсек могут прогреваться вскоре после запуска двигателя.
Однако, авторы в материалах настоящего описания выявили, что такой подход, при котором тепло выхлопных газов переносится из системы выпуска вскоре после запуска двигателя, может увеличивать нежелательные выбросы выхлопных газов. Например, перенос тепла выхлопных газов в охлаждающую воду, а таким образом, прочь из системы выпуска, может задерживать «розжиг» каталитического нейтрализатора, который является зависящим от температуры. Как результат, может занимать дольше, чтобы каталитический нейтрализатор достигал температуры, при которой он может эффективно выполнять каталитическое восстановление, таким образом, повышая нежелательные выбросы выхлопных газов. Эта задержка и связанное воздействие на выбросы могут быть особенно резко выраженными в транспортных средствах с дизельными двигателями, которые могут выводить меньшее тепло выхлопных газов, чем другие типы двигателей.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для преодоления вышеприведенных проблем авторы в материалах настоящего описания обозначили различные подходы для регенерации тепла выхлопных газов двигателя для переноса в различные другие системы транспортного средства, не повышая нежелательные выбросы выхлопных газов из-за задержки розжига каталитического нейтрализатора.
В одном из вариантов осуществления предложен способ обогрева
транспортного средства, включающий в себя этапы, на которых:
при запуске двигателя, доставляют тепло, накопленное в материалах с фазовым переходом в тепловом аккумуляторе, в теплообменник посредством перепускного канала, соединенного с системой выпуска;
после того, как температура выхлопных газов превышает первое пороговое значение, доставляют тепло из теплового аккумулятора в кабину транспортного средства; и
после того, как температура выхлопных газов превышает второе, более высокое пороговое значение, доставляют тепло из теплообменника для зарядки теплового аккумулятора.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором после того, как температура выхлопных газов превышает первое пороговое значение, доставляют тепло из теплового аккумулятора в одну или более систем транспортного средства.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором доставка тепла из теплового аккумулятора в одну или более систем транспортного средства включает в себя этап, на котором доставляют тепло из теплового аккумулятора в одно или более из трансмиссии, дифференциала привода на ведущие колеса, системы кондиционирования воздуха с приводимым в действие теплом поверхностным поглощением и электрической аккумуляторной батареи.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором доставка тепла содержит этап, на котором осуществляют циркуляцию теплопередающей текучей среды через трубки в теплопередающем контуре, причем тепловой аккумулятор и теплообменник соединены по текучей среде в первом теплопередающем контуре, при этом тепловой аккумулятор и кабина транспортного средства соединены по текучей среде во втором теплопередающем контуре и при этом тепловой аккумулятор и одна или более систем транспортного средства соединены по текучей среде в третьем теплопередающем контуре.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, дополнительно включающий этапы, на которых:
открывают первый теплопередающий контур, в то время как второй и третий теплопередающие контуры остаются закрытыми; и
открывают второй и третий теплопередающие контуры после того, как температура выхлопных газов превышает первое пороговое значение.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором доставка тепла, накопленного в тепловом аккумуляторе, в теплообменник при запуске двигателя включает в себя этап, на котором доставляют тепло, которое было накоплено в тепловом аккумуляторе во время предыдущего периода работы двигателя.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором доставка тепла, накопленного в тепловом аккумуляторе, в теплообменник включает в себя этап, на котором осуществляют циркуляцию теплопередающей текучей среды из теплового аккумулятора в теплопередающую секцию теплообменника через соединение подачи теплопередающей текучей среды, соединенное с верхней поверхностью теплопередающей секции, и при этом выхлопные газы, протекающие через теплопередающую секцию, принимают тепло от теплопередающей текучей среды.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором доставка тепла из теплообменника в тепловой аккумулятор для зарядки теплового аккумулятора включает в себя этап, на котором осуществляют циркуляцию теплопередающей текучей среды из теплопередающей секции теплообменника в тепловой аккумулятор через соединение возврата теплопередающей текучей среды, соединенное с верхней поверхностью теплопередающей секции.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором во время условий обхода теплообмена, приводят в действие перепускной механизм для направления по меньшей мере части потока выхлопных газов через перепускную секцию теплообменника вместо теплопередающей секции.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором направляют весь поток выхлопных газов через перепускную секцию во время условий обхода теплообмена.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором соединение подачи теплопередающей текучей среды соединено с верхней поверхностью теплопередающей секции на конце, ближайшем к перепускному механизму, и при этом, соединение возврата теплопередающей текучей среды соединено с верхней поверхностью теплопередающей секции на противоположном конце.
В одном из вариантов осуществления предложен грузовик с приводом от дизельного двигателя с кабиной для экипажа, содержащий:
тепловой аккумулятор, содержащий материалы с фазовым переходом, установленный под задним многоместным неразделенным сиденьем кабины для экипажа.
теплообменник, соединенный с выпуском двигателя в переднем моторном отсеке, содержащий теплопередающую секцию, перепускную секцию и перепускной механизм с вакуумным приводом;
насос, осуществляющий циркуляцию теплопередающей текучей среды между тепловым аккумулятором и теплообменником; и
устройства контроля выбросов, соединенные в нижней части кузова грузовика ниже по потоку от теплообменника.
В одном из вариантов осуществления предложен грузовик, дополнительно содержащий перепускной механизм, направляющий поток выхлопных газов в одну или обе из теплопередающей секции или перепускной секции в зависимости от того, присутствуют ли условия обхода теплообмена.
В одном из вариантов осуществления предложен грузовик, в котором теплопередающая секция соединена с соединениями подачи и возврата теплопередающей текучей среды, причем одно из соединений соединено с верхней поверхностью теплопередающей секции на конце, ближайшем к перепускному механизму, и при этом другое соединение соединено с верхней поверхностью теплопередающей секции на противоположном конце.
В одном из вариантов осуществления предложен грузовик, в котором тепловой аккумулятор термически соединен с кабиной грузовика и одной или более систем грузовика.
В одном из вариантов осуществления предложен грузовик, в котором тепловой аккумулятор содержит термос с двойной стенкой, термически изолирующий внутренний резервуар, при этом, внутренний резервуар отделен от наружного резервуара вакуумной рубашкой, причем пакет материалов с фазовым переходом расположен радиально вокруг центрального питающего канала в пределах внутреннего резервуара, и при этом, теплопередающая текучая среда циркулирует в и из теплового аккумулятора через центральный питающий канал.
В одном из вариантов осуществления предложен грузовик, в котором одна или более систем грузовика содержит трансмиссию, дифференциал привода на ведущие колеса, систему кондиционирования воздуха с приводимым в действие теплом поверхностным поглощением и электрическую аккумуляторную батарею.
В одном из вариантов осуществления предложен способ управления теплопередающей системой грузовика с приводом от дизельного двигателя, включающий в себя этапы, на которых:
при запуске двигателя при температуре выхлопных газов ниже первого порогового значения, открывают первый теплопередающий контур, направляющий теплопередающую текучую среду из теплового аккумулятора, содержащего материал с фазовым переходом, расположенного под задним многоместным неразделенным сиденьем кабины для экипажа, в теплообменник, соединенный с выпускным каналом двигателя в переднем моторном отсеке;
когда температура выхлопных газов превышает первое пороговое значение, открывают второй теплопередающий контур, осуществляющий циркуляцию теплопередающей текучей среды из теплового аккумулятора в кабину грузовика, и открывают теплопередающий третий контур, осуществляющий циркуляцию теплопередающей текучей среды из теплового аккумулятора в одну или более систем грузовика, требующих тепла.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, в котором доставка тепла из теплового аккумулятора в одну или более систем грузовика включает в себя этап, на котором доставляют тепло из теплового аккумулятора в одно или более из трансмиссии, дифференциала привода на ведущие колеса, системы кондиционирования воздуха с приводимым в действие теплом поверхностным поглощением и электрической аккумуляторной батареи.
В одном из вариантов осуществления предложен способ, дополнительно включающий в себя этап, на котором когда температура выхлопных газов превышает второе, более высокое пороговое значение, осуществляют циркуляцию теплопередающей текучей среды из теплообменника в тепловой аккумулятор в первом теплопередающем контуре для зарядки теплового аккумулятора.
Таким образом, тепло, накопленное в тепловом аккумуляторе, может использоваться для ускорения розжига каталитического нейтрализатора после запуска двигателя, тем самым, уменьшая нежелательные выбросы выхлопных газов, к тому же, доступное для улучшения отопления кабины и для предоставления тепла в другие системы транспортного средства, требующие тепла. Например, теплопередающая текучая среда может осуществлять циркуляцию тепла, накопленного в материале с фазовым переходом в тепловом аккумуляторе, в теплообменник для переноса тепла в выхлопные газы двигателя выше по потоку от каталитического нейтрализатора. По мере того, как двигатель прогревается, температура выхлопных газов возрастает, и каталитический нейтрализатор достигает розжига. После того, как произошел розжиг каталитического нейтрализатора, тепло выхлопных газов может переноситься в теплопередающую текучую среду в теплообменнике, и теплопередающая текучая среда может подвергаться циркуляции в систему отопления транспортного средства, чтобы отапливать кабину транспортного средства. На этой стадии, тепло выхлопных газов также может переноситься посредством циркуляции теплопередающей текучей среды в одну или более других систем транспортного средства, требующих тепла, таких как трансмиссия, для нагрева трансмиссионного масла. По мере того, как двигатель дополнительно прогревается, что заставляет температуру выхлопных газов возрастать дальше, теплопередающая текучая среда может подвергаться циркуляции из теплообменника в материал с фазовым переходом в тепловом аккумуляторе, чтобы заряжать тепловой аккумулятор. Зарядка теплового аккумулятора таким образом дает теплу возможность накапливаться для подачи в теплообменник при последующем запуске двигателя и может снижать нагрузку охлаждения в течение по меньшей мере некоторой длительности. Таким образом, в соответствии с этим примерным способом, нежелательные выбросы выхлопных газов, которые происходят до розжига каталитического нейтрализатора, могут быть снижены. Кроме того, избыточное тепло выхлопных газов преимущественно может использоваться вместо того, чтобы выбрасываться в окружающую среду в качестве потерянной энергии топлива.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании изобретения. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Предмет настоящего изобретения будет лучше понятен по прочтению последующего подробного описания неограничивающих вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - вид сбоку, изображающий положения различных компонентов теплопередающей системы по фиг. 2 в грузовике с приводом от дизельного двигателя с кабиной для экипажа.
Фиг. 2 схематично показывает примерную теплопередающую систему, которая может быть включена в грузовик с приводом от дизельного двигателя по фиг. 1.
Фиг. 3A,3B показывают примерный вариант осуществления теплового аккумулятора, который может быть включен в теплопередающую систему по фиг. 2.
Фиг. 4 схематично показывает примерный вариант осуществления теплообменника, который может быть включен в теплопередающую систему по фиг. 2.
Фиг. 5 показывает примерный способ приведения в действие теплопередающей системы, изображенной на фиг. 2.
Фиг. 6 показывает примерный способ приведения в действие теплопередающей системы, которая должна использоваться вместе со способом по фиг. 5.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Последующее описание относится к способам использования теплопередающей системы, чтобы преимущественно повторно использовать потерянное тепло выхлопных газов для ускорения розжига каталитического нейтрализатора, прогрева пассажирской кабины и доставки тепла в другие системы транспортного средства. Последующее описание, кроме того, относится к грузовику с приводом от дизельного двигателя, такому как показанный на фиг. 1, который выполнен с возможностью использования теплопередающей системы для выполнения таких способов.
Фиг. 1 изображает вид сбоку грузовика 100 с приводом от дизельного двигателя с кабиной 102 в стиле «кабины для экипажа». Несмотря на то, что этот пример использует дизельный двигатель с воспламенением от сжатия, двигатель также может быть бензиновым двигателем с искровым зажиганием, или другим. К тому же, несмотря на то, что проиллюстрирован грузовик, транспортное средство также может быть пассажирским транспортным средством или другим типом транспортного средства.
Кабина 102 включает в себя задний пассажирский отсек 104, включающий в себя заднее многоместное неразделенное сиденье 106. Грузовик 100 включает в себя двигатель 108, расположенный в переднем моторном отсеке 110 грузовика 100. Двигатель 108 может включать в себя компрессионное устройство, такое как турбонагнетатель, включающий в себя, по меньшей мере, компрессор, скомпонованный вдоль впускного канала двигателя. Компрессор по меньшей мере частично может приводиться в движение турбиной 120 (например, через вал), скомпонованной вдоль выпускного канала 122 двигателя.
Контроллер 138 грузовика 100 управляет одной или более функций двигателя и других систем транспортного средства, таких как установка момента и/или величины впрыска топлива, установка опережения зажигания, открывание/закрывания клапанов и различные другие. Контроллер 138 может быть расположен в различных положениях в транспортном средстве. В примере, показанном на фиг. 1, контроллер расположен ближайшим к кабине 102. Однако, контроллер, например, также может быть расположен ближайшим к или смежным с двигателем 108 или передним моторным отсеком 110.
Грузовик 100 включает в себя теплопередающую систему 200, которая более подробно описана со ссылкой на фиг. 2, в том числе тепловой аккумулятор 300, который подробнее описан со ссылкой на фиг. 3A, 3B. Тепловой аккумулятор 300 расположен под задним многоместным неразделенным сиденьем 106. Тепловой аккумулятор 300 может накапливать тепло, регенерированное из системы выпуска. Например, тепловой аккумулятор может накапливать тепло в материале с фазовым переходом (PCM), который поглощает тепло при изменении состояния из твердого в жидкое и выделяет тепло при изменении состояния из жидкого в твердое. Кроме того, тепловой аккумулятор может быть изолирован для снижения рассеяния тепла, накопленного в нем. Например, тепловой аккумулятор может быть изолирован посредством вакуумной рубашки.
Теплопередающая система 200 дополнительно включает в себя теплообменник 400, который более подробно описан со ссылкой на фиг. 4. Теплообменник 400 скомпонован вдоль выпускного канала 122 в переднем моторном отсеке 118 ниже по потоку от турбины 120. Теплообменник включает в себя систему теплопередающих труб, и теплопередающая текучая среда (HTF) течет в системе труб. Как детализировано со ссылкой на фиг. 4, выхлопные газы текут внутри теплопередающей секции в теплообменник, чтобы принимать тепло из или доставлять тепло в HTF в системе труб. Кроме того, теплообменник 400 включает в себя перепускную секцию, через которую выхлопные газы могут течь в трубопроводах, где не требуется теплообмен. Перепускной механизм в теплообменнике может управляться, чтобы направлять поток выхлопных газов через любую или обе из теплопередающей секции и перепускной секции. В одном из примеров, теплопередающий участок может быть прямоугольным, а перепускная секция может быть цилиндрической.
Следует понимать, что теплопередающая система 200 включает в себя различные трубки для циркуляции HTF. Эти трубки схематично показаны на фиг. 2, как детализировано ниже. В одном из примеров, тепло накапливается в тепловом аккумуляторе от предыдущей работы двигателя. Накопленное тепло может доставляться из теплового аккумулятора в теплообменник посредством циркуляции HTF из теплового аккумулятора в теплообменник через трубки. Так как тепло может доставляться посредством циркуляции HTF в трубках таким образом, тепловой аккумулятор преимущественно может быть расположен под задним многоместным неразделенным сиденьем 106, где есть просторное пространство для большого теплового аккумулятора с соответственно большой емкостью накопления. Дополнительные преимущества могут достигаться посредством расположения теплообменника в переднем моторном отсеке 110, ближайшим к выпускному коллектору двигателя (не показан), чтобы тепло выхлопных газов могло переноситься в HTF, циркулирующую в теплообменнике очень скоро после выхода из выпускного коллектора (и, таким образом, до того, как произошла существенная потеря тепла).
Дополнительно, грузовик 100 включает в себя систему 124 очистки выхлопных газов, включающую в себя один или более каталитических нейтрализаторов, скомпонованных вдоль выпускного канала 122 ниже по потоку от теплообменника 400 в пределах низа кузова грузовика. Например, система 124 очистки выхлопных газов может включать в себя дизельный окислительный каталитический нейтрализатор 126 (DOC). Ниже по потоку от DOC 126, система 124 очистки выхлопных газов может включать в себя устройство 128 очистки выхлопных газов. Устройство 128 очистки выхлопных газов, например, может быть системой избирательного каталитического восстановления (SCR). В других примерах, система очистки выхлопных газов дополнительно или в качестве альтернативы может включать в себя трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC), уловитель NOx, различные другие устройства контроля выбросов или их комбинации. Кроме того, как изображено, форсунка 130 выпускной текучей среды расположена выше по потоку от устройства 128 очистки выхлопных газов. Форсунка 130 выпускной текучей среды может впрыскивать выпускную текучую среду в поток выхлопных газов для реакции с NOx в устройстве 128 очистки выхлопных газов в ответ на сигналы, принятые из контроллера (не показан). Выпускная текучая среда может быть восстановителем, например, таким как карбамид или аммиак, который хранится в баке 132. Как показано, бак 132 может быть расположен под станиной 134 грузовика 100. Кроме того, дизельный сажевый фильтр 136 (DPF) может быть скомпонован в выпускном канале 122 ниже по потоку от устройства 128 очистки выхлопных газов.
Фиг. 2 схематично показывает примерную конфигурацию теплопередающей системы 200, включающую в себя теплообменник 400 и тепловой аккумулятор 300. Фиг. 2 включает в себя аналогичные признаки, как фиг. 1, и одинаковые признаки указаны общими ссылочными позициями.
Как показано, HTF может циркулировать между различными компонентами теплопередающей системы 200. Кроме того, HTF может термически переносить тепло в текучую среду системы 202 отопления кабины. Система 202 отопления кабины может выдавать тепло в кабину 102, чтобы водитель транспортного средства и любые пассажиры могли занимать кабину при комфортной температуре. Например, чтобы выпускать тепло в кабину 102, система 202 отопления кабины может включать в себя различные компоненты, которые не показаны. Например, система 202 отопления кабины может включать в себя вентилятор, активную зону отопителя (которая может накапливать тепло, перенесенное из HTF теплопередающей системы 200) и другие компоненты, которые уместны для отапливания кабины (например, вентиляционные отверстия, трубопровод отопления, соединяющий активную зону отопителя с вентиляционными отверстиями, и т.д.). Вентилятор может быть направлен на активную зону отопителя в любой подходящей ориентации, чтобы переносить тепло в пассажирскую кабину посредством конвекции. Более конкретно, вентилятор может прогонять воздух (свежий воздух или воздух, подвергнутый рециркуляции из кабины) через активную зону отопителя, чтобы переносить тепло в воздух, перед нагнетанием воздуха в кабину.
Кроме того, HTF может термически переносить тепло в текучую среду(ы) одной или более других систем 204 транспортного средства, которые требуют тепла.
Стрелки 206 по существу указывают направление потока HTF, а стрелки 208 по существу указывают направление потока текучей среды для каждой системы транспортного средства. Как детализировано ниже, насос 210 может приводить в движение поток HTF в первом теплопередающем контуре между тепловым аккумулятором 300 и теплообменником 400. Кроме того, Следует понимать, что другие приводные механизмы могут приводить в движение поток HTF через теплопередающую систему и поток текучей среды через различные системы транспортного средства. Например, каждая система транспортного средства может иметь насос, соединенный по текучей среде с потоком текучей среды.
Как показано, теплопередающая система 200 включает в себя теплообменник 400 для регенерации тепла из выхлопных газов, протекающих в выпускном канале 122. Теплообменник 400 термически соединен с выпускным каналом 122 в положении между двигателем 108 и системой 124 очистки выхлопных газов. Теплообменник 400 соединен с тепловым аккумулятором 300 через соединение 212 возврата HTF и соединение 214 подачи HTF. Совместно, соединение 212 возврата HTF и соединение 214 подачи HTF составляют первый теплопередающий контур. Таким образом, HTF может циркулировать между теплообменником 400 и тепловым аккумулятором 300, чтобы осуществлять обмен теплом между PCM в тепловом аккумуляторе 300 и выхлопными газами, протекающими через теплообменник 400. Более конкретно, теплообменник 400 термически соединен с выходом теплового аккумулятора 300 через соединение 212 возврата HTF и с входом теплового аккумулятора 300 через соединение 214 подачи HTF. Например, тепловой аккумулятор 300 может доставлять тепло, накопленное в PCM, в теплообменник 400 посредством циркуляции HTF в теплообменник 400 через соединение 212 возврата HTF. Таким образом, тепло, накопленное в тепловом аккумуляторе 300, может использоваться для повышения температуры потока выхлопных газов выше по потоку от системы 124 очистки выхлопных газов, чтобы сокращалось время для достижения розжига каталитического нейтрализатора. Подобным образом, теплообменник 400 может доставлять тепло выхлопных газов в тепловой аккумулятор 300 посредством циркуляции HTF в PCM в тепловом аккумуляторе 300 через соединение 214 подачи HTF. Таким образом, HTF может нагреваться потоком выхлопных газов для подзарядки теплоемкости теплового аккумулятора 300. Тепло может использоваться для подзарядки теплового аккумулятора, чтобы он накапливал тепло для использования при последующем запуске двигателя, чтобы снижать задержку розжига каталитического нейтрализатора и уменьшать задержку доступности тепла для использования в системе отопления кабины или других системах транспортного средства, требующих тепла. Может быть полезным подзаряжать тепловой аккумулятор 300 таким образом, когда температура устройства накопления тепла находится ниже порогового значения - например, после того, как тепловой аккумулятор разрядил свою теплоемкость, и/или после того, как различные системы транспортного средства достаточно разогреты.
Как показано на фиг. 2, соединение 214 подачи HTF включает в себя насос 210, чтобы вызывать поток HTF из теплового аккумулятора 300 в теплообменник 400. Подобный насос (не показан) может быть включен в соединение 212 возврата HTF, чтобы вызывать поток HTF из теплообменника в тепловой аккумулятор. HTF в системе труб может быть тем же самым HTF, который течет в соединениях 214 и 212 подачи и возврата текучей среды HTF. В качестве еще одного примера, HTF в системе труб может быть иной текучей средой.
Управление теплопередающей системой 200 может зависеть от температуры выхлопных газов, протекающих в выпускном канале 122, среди других факторов. Температура выхлопных газов может измеряться одним или более датчиков температуры, расположенных в выпускном канале 122. Например, датчик 216 температуры может измерять температуру выхлопных газов выше по потоку от теплообменника 400, как изображено на фиг. 2. В качестве альтернативы, температура выхлопных газов может выводиться на основании условий эксплуатации двигателя, таких как число оборотов, нагрузка, топливно-воздушное отношение (AFR), временные характеристики запаздывания впрыска, и т.д. Кроме того, температура выхлопных газов может вычисляться посредством одного или более датчиков выхлопных газов. Следует понимать, что температура выхлопных газов, в качестве альтернативы, может оцениваться любой комбинацией способов оценки температуры, перечисленных в материалах настоящего описания.
Как показано на фиг. 2, первый клапан 218 расположен в системе теплопередающих труб на расположенном ниже по потоку конце теплового аккумулятора 300. Положение первого клапана 218 может управляться посредством контроллера (не показан), чтобы направлять поток HTF в любой или оба из соединения 214 подачи HTF и системы 220 трубопроводов HTF. Система 220 трубопроводов HTF соединяет тепловой аккумулятор 300 с системой 202 отопления кабины во втором теплопередающем контуре и, по выбору, с одной или более других систем 204 транспортного средства в третьем теплопередающем контуре в зависимости от положения второго клапана 222, скомпонованного в системе 220 трубопроводов HTF ниже по потоку от первого клапана 218. Положение второго клапана 222, например, может управляться посредством контроллера (не показан) на основании температуры выхлопных газов в выпускном канале 122 выше по потоку от теплообменника 400. Например, когда температура выхлопных газов превышает пороговое значение, первый клапан 218 может управляться, чтобы закрывать первый теплопередающий контур, чтобы HTF из теплового аккумулятора втекала только в систему 220 трубопроводов HTF. В этом случае, второй клапан 222 может управляться, чтобы предоставлять HTF возможность протекать из теплового аккумулятора только во втором теплопередающем контуре, чтобы подавать тепло в систему 202 отопления кабины. Например, HTF в системе 220 трубопроводов HTF может быть термически связана (например, находиться в тепловом контакте) с текучей средой системы 202 отопления салона, чтобы переносить тепло в систему. В качестве альтернативы, второй клапан 222 может управляться, чтобы предоставлять HTF возможность вытекать из теплового аккумулятора во втором теплопередающем контуре и третьем теплопередающем контуре, чтобы тепло также могло подаваться в одну или более других систем транспортного средства. Например, тепло может подаваться в одно или более из трансмиссии, дифференциала привода на ведущие колеса, системы кондиционирования воздуха с приводимым в действие теплом поверхностным поглощением и электрической аккумуляторной батареи через третий теплопередающий контур. То есть, HTF в системе 220 трубопроводов HTF может быть термически связана (например, находиться в тепловом контакте) с текучей средой одного или более из трансмиссии, дифференциала привода на ведущие колеса, системы кондиционирования воздуха с приводимым в действие теплом поверхностным поглощением и электрической аккумуляторной батареи, чтобы переносить тепло в каждую соответствующую систему.
Как показано на фиг. 2, второй и третий теплопередающие контуры могут соединяться ниже по потоку от системы отопления кабины и одной или более других систем транспортного средства. Как показано, после соединения, второй и третий теплопередающие контуры могут заканчиваться непосредственно выше по потоку от насоса 210 в соединении 214 подачи HTF. Таким образом, HTF может циклически возвращаться в первый теплопередающий контур, чтобы она могла пополняться теплом выхлопных газов в теплообменнике 400, а затем, подвергаться циркуляции обратно в тепловой аккумулятор 300 через соединение 212 возврата HTF.
Следует понимать, что для системы 202 отопления кабины и для каждой из одной или более других систем транспортного средства, только третий трубопровод (например, канал хладагента) находится в тепловом контакте с трубопроводом HTF. Таким образом, перенос тепла происходит в теплообменнике и тепловом аккумуляторе, но не в системе отопления кабины или других системах транспортного средства, в которые может подаваться тепло.
Теплопередающая система, изображенная на фиг. 2, может достигать различных преимуществ в зависимости от расположения своих компонентов. Например, как показано на фиг. 1, тепловой аккумулятор 300 может быть расположен под задним многоместным неразделенным сиденьем 106. Так как может быть просторное пространство под задним многоместным неразделенным сиденьем 106, тепловой аккумулятор может иметь большой размер и, таким образом, может иметь относительно большую емкость накопления. Другие преимущества могут достигаться расположением теплообменника 400 в переднем моторном отсеке 110, ближайшим к выпускному коллектору двигателя (не показан), чтобы тепло выхлопных газов могло переноситься из выхлопных газов двигателя в HTF, циркулирующую в теплообменнике, очень скоро после того, как выхлопные газы выходят из выпускного коллектора (и, таким образом, до того, как произошли существенные потери тепла).
Следует понимать, что теплопередающая система 200 предоставлена в качестве примера и, таким образом, не подразумевается ограничивающей. Поэтому, следует понимать, что теплопередающая система 200 может включать в себя дополнительные и/или альтернативные признаки, нежели проиллюстрированные на фиг. 2, не выходя из объема этого раскрытия.
Фиг. 3A, 3B показывают тепловой аккумулятор 300 согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. Фиг. 3A показывает общий вид, а фиг. 3B показывает вид в поперечном разрезе теплового аккумулятора 300, взятом вдоль плоскости B.
Со ссылкой на фиг. 3A, тепловой аккумулятор 300 может иметь цилиндрическую форму. Другими словами, тепловой аккумулятор 300 может иметь круглое поперечное сечение. Кроме того, тепловой аккумулятор 300 может быть наклонено под углом 301 от горизонтали. Такой угол может содействовать эффективному переносу тепла через устройство. В качестве используемого в материалах настоящего описания, горизонталь указывает ссылкой на землю, по которой передвигается транспортное средство. Например, фиг. 3A показывает горизонтальную ось 302 и вертикальную ось 304. Вертикальная ось может быть перпендикулярной горизонтальной оси. Поэтому, вертикальная ось может быть перпендикулярной земле, по которой передвигается транспортное средство. Как показано, тепловой аккумулятор 300 может быть наклонен под углом 301 от горизонтальной оси 302. В некоторых вариантах осуществления, тепловой аккумулятор 300 может быть наклонен на 5° от горизонтали; однако, Следует понимать, что возможны другие углы, не выходящие из объема этого раскрытия. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, тепловой аккумулятор 300 может не быть наклонным. Например, тепловой аккумулятор 300 может находиться в уровне по горизонтали. Другими словами, угол 301 может иметь значение ноль градусов.
Как показано, тепловой аккумулятор 300 включает в себя впускной канал 306 и выпускной канал 308. Впускной и выпускной каналы могут нести HTF. Кроме того, тепловой аккумулятор может вмещать PCM.
Впускной канал 306 может быть соединен с тепловым аккумулятором 300 в центральном положении. Например, впускной канал 306 может быть соединен с первым концом 310 теплового аккумулятора 300 в центральном положении. Другими словами, впускной канал 306 может иметь центральную ось 312, которая является общей с центральной осью конца 310, а кроме того, общей с центральной осью теплового аккумулятора 300. Впускной канал 306 может быть выполнен с возможностью снабжения теплового аккумулятора 300 теплом, например, регенерированным из системы выпуска. В некоторых вариантах осуществления, впускной канал 306 может быть соединен с насосом (не показан), чтобы вызывать перемещение HTF в нем. Кроме того, впускной канал 306 может включать в себя участок, который продолжается во внутреннюю часть 314 теплового аккумулятора 300. Теплообменник 400, который подробно описан со ссылкой на фиг. 4, расположен выше по потоку от впускного канала 306.
Выпускной канал 308 может быть соединен с тепловым аккумулятором 300 в верхнем положении. Например, выпускной канал 308 может быть соединен со вторым концом 316 теплового аккумулятора 300 в верхнем положении. Другими словами, выпускной канал 308 может иметь центральную ось 318, которая находится на расстоянии 320 от общей центральной оси 312 в вертикальном направлении (например, по вертикальной оси 304). Таким образом, выпускной канала 308 скорее расположен по направлению к периферии конца 316, нежели расположен по центру, чтобы преимущественно снижать накапливание пузырьков в HTF. Однако, в некоторых вариантах осуществления, выпускной канал 308 может быть расположен по центру на конце 316, если требуется. Выпускной канал 308 может включать в себя участок, который продолжается во внутреннюю часть 314 теплового аккумулятора 300. Кроме того, выпускной канал 308 может быть выполнен с возможностью переноса тепла из теплового аккумулятора 300 в теплообменник 400, систему 202 отопления кабины и одну или более других систем 204 транспортного средства, требующих тепла.
Как показано, тепловой аккумулятор 300 содержит вакуумный канал 322. Например, вакуумный канал 322 может быть соединен с тепловым аккумулятором 300 на конце 316. Вакуумный канал 322 может быть соединен как с тепловым аккумулятором 300, так и вакуумным насосом (не показан). Например, в некоторых вариантах осуществления, тепловой аккумулятор 300 может содержать вакуумную рубашку, а вакуумный канал 322 может представлять собой трубопровод для разрежения воздушного пространства внутри вакуумной рубашки. Таким образом, давление внутри по меньшей мере участка внутренней части 314 может быть пониженным. В некоторых вариантах осуществления, давление в пределах внутренней части 314 может быть понижено до 1 микробар или менее.
Фиг. 3B показывает вид в разрезе внутренней части теплового аккумулятора 300. Как показано, тепловой аккумулятор 300 может быть снабжен двойной стенкой. Другими словами, тепловой аккумулятор 300 может включать в себя наружный резервуар 324 и внутренний резервуар 326. Например, тепловой аккумулятор может включать в себя наружные стенки 328 и внутренние стенки 330. Кроме того, тепловой аккумулятор 300 может включать в себя вакуумную рубашку 332, расположенную между наружными стенками 328 и внутренними стенками 330. Как описано выше, вакуумный канал 322, наряду с вакуумным насосом, может высасывать воздух из вакуумной рубашки 332, чтобы давление внутри вакуумной рубашки 332 снижалось.
Вакуумная рубашка 332 может удерживать пониженное давление вокруг наружной стороны внутреннего резервуара 326, когда приложен вакуум. Посредством приложения вакуума, водяной пар и другие газообразные соединения могут эвакуироваться с поверхностей изолирующих слоев, в то время как горячая текучая среда прокачивается через каналы HTF. Кроме того, вакуумная рубашка 332 может включать в себя одну или более противолучевых пленок 334, которые снижают потерю тепла в окружающую среду посредством излучения.
Следует понимать, что вид в разрезе по фиг. 3B показывает продольный разрез теплового аккумулятора 300, таким образом, Следует понимать, что наружные стенки 328, внутренние стенки 330 и вакуумная рубашка 332 тянутся по периферии вокруг периметра теплового аккумулятора 300 и, например, в продольном направлении вдоль оси 312.
Кроме того, по меньшей мере часть впускного канала 306 и выпускного канала 308 может быть снабжена двойной стенкой и включать в себя вакуумное пространство. Например, участки 336 наружной стороны теплового аккумулятора 300 могут быть снабжены двойной стенкой подобно внутреннему и наружному резервуарам. Кроме того, вакуумные пространства 338 впускного и выпускного каналов могут сливаться с вакуумной рубашкой 332 теплового аккумулятора.
Тепловой аккумулятор 300 может включать в себя одну или более осевых опор 340. Осевые опоры 340 могут соединять внутренний резервуар 326 с наружным резервуаром 324, чтобы внутренние резервуары были подвешены и поддерживались внутри наружного резервуара. Как показано, осевые опоры 340 могут быть соединены с наружными стенками 328 и внутренними стенками 330, и таким образом, могут быть расположены внутри вакуумной рубашки 332. Осевые опоры могут состоять из материала с низкими теплопроводными свойствами. Например, осевые опоры 340 могут состоять из титана или композита, включающего в себя титан или другой материал с низкими теплопроводными свойствами. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, осевые опоры могут быть перфорированными, чтобы дополнительно снижать потери тепла в окружающую среду.
Кроме того, внутренний резервуар дополнительно и/или в качестве альтернативы может поддерживаться радиальными опорами 342. Такие радиальные опоры могут быть расположены по кругу в различных положениях. Как показано, радиальные опоры 342 могут быть соединены с наружными стенками 328 и внутренними стенками 330, и таким образом, могут быть расположены внутри вакуумной рубашки 332. Подобно осевым опорам, радиальные опоры 342 могут состоять из титана или композита, включающего в себя титан или другой материал с низкими теплопроводными свойствами. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, радиальные опоры могут быть перфорированными, чтобы дополнительно снижать потери тепла в окружающую среду.
Как показано, тепловой аккумулятор 300 включает в себя осевые опоры на конце 310, одну осевую опору на конце 316 и четыре радиальных опоры 342. Следует понимать, что показанное количество осевых и радиальных опор является неограничивающим примером, и другое количество опор и/или другая конфигурация опор возможны, не выходя из объема этого раскрытия. Опоры предусмотрены, чтобы проиллюстрировать общую концепцию конфигурации, дающей тепловому аккумулятору 300 возможность выдерживать силы гравитационного ускорения, которые могут возникать, когда тепловой аккумулятор 300 жестко соединен с кузовом транспортного средства.
Тепловой аккумулятор 300 дополнительно может включать в себя пакет 344 PCM, поддерживаемый между удерживающими пластинами 346 посредством одной или более пружин 348. Пакет 344 PCM может включать в себя множество элементов 350 PCM, скомпонованных радиально вокруг центрального питающего канала 352. В некоторых вариантах осуществления, конфигурация пакета PCM является такой, чтобы пакет PCM удерживал 80% аккумулированного тепла в течение по меньшей мере 16 часов, которое может использоваться в качестве источника тепла при запуске двигателя, чтобы ускорять розжиг каталитического нейтрализатора и отапливание пассажирской кабины, или чтобы выдавать тепло в другие системы транспортного средства, требующие тепла, как описано выше. Кроме того, тепло, накопленное в пакете 344 PCM, может выпускаться без запуска двигателя. Например, опорожнение пакета PCM может инициироваться удаленно, и не обязательно должно совпадать с запуском двигателя. Однако, опорожнение пакета PCM может инициироваться удаленно наряду с запуском двигателя, например, с использованием дистанционного пускателя для запуска двигателя 108.
Множество элементов 350 PCM могут включать в себя PCM, способный к накоплению большого количества тепла в виде скрытой теплоты плавления. Поскольку множество элементов 350 PCM окружены конфигурацией с двойной стенкой, способности аккумулирования тепла усиливаются. Другими словами, конфигурация с двойной стенкой действует подобно термосу для удерживания тепла в пределах множества элементов 350 PCM. В некоторых вариантах осуществления, каждый элемент PCM может включать в себя один и тот же PCM и, таким образом, пакет PCM может иметь одну температуру фазового перехода. В других вариантах осуществления, пакет PCM может включать в себя элементы PCM с разными PCM, при этом, каждый другой PCM имеет разную температуру фазового перехода. В таком примере, время для зарядки пакета PCM может быть уменьшено. Другими словами, может быть сокращено время, чтобы пакет PCM достигал максимального потенциала аккумулирования тепла.
Как показано, теплопередающая текучая среда может подаваться в пакет 344 PCM через впускной канал 306 с центральным расположением, а кроме того, через центральный питающий канал 352. Таким образом, Следует понимать, что впускной канал 306 находится в сообщении по текучей среде с центральным питающим каналом 352. Таким образом, HTF течет радиально от центра питающего канала 352 во множество элементов 350 PCM. HTF выходит из теплового аккумулятора через выпускной канал 308, скомпонованный в верхнем положении, как описано выше.
По мере того как HTF протекает через пакет PCM, происходит падение давления. Для снижения падения давления, впускной канал 306 и выпускной канал 308 являются прямыми. Другими словами, впускной канал 306 и выпускной канал 308 не включают в себя изгибов. Кроме того, впускной канал 306 и выпускной канал 308 не включают в себя рифлений. Вследствие отсутствия рифлений, скорость потери тепла может потенциально возрастать. Однако, поскольку впускной и выпускной каналы включают в себя вакуумное пространство вокруг периферии этих каналов, такая потенциальная возможность для потери тепла снижается.
Как показано, удерживающие пластины 346 могут быть расположены на обеих сторонах пакета 344 PCM. Например, удерживающая пластина 346 может быть расположена ближайшей к концу 310, а другая удерживающая пластина 346 может быть расположена ближайшей к концу 316. Удерживающие пластины 346 могут быть круглой формы и могут иметь диаметр, который приблизительно равен диаметру пакета 344 PCM. В качестве еще одного примера, удерживающие пластины 346 могут иметь больший диаметр или меньший диаметр, чем пакет 344 PCM. Удерживающие пластины могут быть соединены с внутренним резервуаром через одно или более расширений пластины с окнами 354 для предоставления HTF возможности достигать выпускного канала 308. Шесть осевых стержней (не показаны) предоставляют возможность удерживания пакета PCM в радиальном направлении и направлении по окружности. Стержни приварены к удерживающим пластинам. По существу, пакет PCM удерживается внутри внутреннего резервуара 326, чтобы снижать потенциальную возможность для скольжения и/или поворачивания элемента пакета во время работы транспортного средства.
Кроме того, одна или более пружин 348 дополнительно могут поддерживать положение пакета PCM. Как показано, одна или более пружин 348 могут быть расположены ближайшими к концу 316 между удерживающей пластиной 346 и внутренними стенками 330. Пружины 348 могут быть выполнены с возможностью гарантирования надлежащего контакта между элементами PCM во время теплового расширения и теплового сжатия, которые являются следствием нагревания и охлаждения HTF. В некоторых вариантах осуществления, пружины 348 могут иметь объединенную силу в 100 Ньютон или выше, чтобы поддерживать надлежащий контакт между элементами PCM. Как показано на фиг. 3B, тепловой аккумулятор 300 может включать в себя пять пружин; однако, тепловой аккумулятор может включать в себя больше, чем пять пружин, или меньше, чем пять пружин, если требуется.
Фиг. 4 схематично показывает примерный вариант осуществления теплообменника 400. Теплообменник 400 включает в себя теплопередающую секцию 402, перепускную секцию 404 и перепускной механизм 406, которые могут управляться, чтобы направлять поток выхлопных газов через одну или обе из теплопередающей секции и перепускной секции. В одном из вариантов осуществления, перепускной механизм 406 может быть поворотной заслонкой. Несмотря на то, что теплообменник, проиллюстрированный на фиг. 4, включает в себя вакуумный исполнительный механизм 408, соединенный с перепускным механизмом 406, который управляет положением перепускного механизма, перепускной механизм 406, в качестве альтернативы, может быть пассивным механизмом.
Теплопередающая секция 402 включает в себя систему теплопередающих труб (не показана), и HTF течет в системе труб. Система теплопередающих труб может нести HTF, подаваемый насосом с приводом от двигателя для протекания внутри системы труб. В качестве еще одного примера, система теплопередающих труб может нести HTF, подаваемый насосом с электрическим приводом для протекания внутри системы труб.
Теплообменник 400 дополнительно включает в себя впускной конец 410 в сообщении с расположенным выше по потоку участком выпускного канала 122 и выпускной конец 412 в сообщении с расположенным ниже по потоку участком выпускного канала 122. Впускной конец 410 может быть вертикальным по отношению к выпускному концу 412 (например, впускной конец 410 может находиться ближе к капоту транспортного средства, тогда как выпускной конец 412 может быть ближе к земле, по которой перемещается транспортное средство, чтобы теплообменник был ориентирован вертикально относительно поверхности, по которой перемещается транспортное средство). Как описано выше со ссылкой на фиг. 2, теплообменник 400 включает в себя соединение 212 возврата HTF и соединение 214 подачи HTF. В изображенном варианте осуществления, соединение 212 возврата HTF и соединение 214 подачи HTF соединены с верхней поверхностью 414 теплопередающей секции. Более конкретно, соединение 214 подачи HTF может быть соединено с верхней поверхностью 414 теплопередающей секции в местоположении, ближайшем к впускному концу 410, а соединение 212 возврата HTF может быть соединено с верхней поверхностью теплопередающей секции в местоположении, ближайшему к выпускному концу 412. Таким образом, при запуске двигателя, тепло может подаваться в выхлопные газы, как только они поступают в теплопередающую секцию 402. Кроме того, после того, как температура выхлопных газов повысилась, тепло, переносимое из выхлопных газов в HTF в теплопередающей секции, может подвергаться циркуляции в тепловой аккумулятор 300. В качестве альтернативы, ожидается, что соединения подачи и возврата HTF могут быть соединены с теплопередающей секцией 402 в других местоположениях.
В некоторых вариантах осуществления, теплообменник 400 является теплообменником из жидкости в газ. Кроме того, фиг. 4 схематично показывает поток выхлопных газов через теплообменник 400. Теплообменник 400 может быть термически соединен с выпускным каналом 122 в положении между двигателем 108 и системой 124 очистки выхлопных газов. Например, теплообменник 400 может быть термически соединен с выпускным каналом 122 выше по потоку от одного или более каталитических нейтрализаторов выхлопных газов, таких как дизельный окислительный нейтрализатор (DOC).
Теплообменник 400 осуществляет перенос тепла в и из выхлопных газов, протекающих через него, следующим образом. Сначала, выхлопные газы выходят из двигателя 108 через выпускной канал 122 и поступают во впускной конец 410 теплообменника 400. Затем, в зависимости от положения перепускного механизма, выхлопные газы протекают через одну или обе из теплопередающей секции и перепускной секции. Когда перепускной механизм 406 находится в полностью закрытом положении, механизм направляет поток газов через теплопередающую секцию 402 теплообменника 400, чтобы тепло выхлопных газов могло переноситься в HTF, протекающий в системе труб в пределах теплопередающей секции 402, и не направляет никакого потока выхлопных газов через перепускную секцию 404. Когда перепускной механизм 406 находится в полностью открытом положении, механизм направляет поток газов через перепускную секцию 404 теплообменника 400, чтобы тепло выхлопных не переносилось в HTF теплопередающей системы 404. Например, перепускной механизм 406 может открываться при высоких расходах выхлопных газов и/или высоких температурах выхлопных газов, так как противодавление выхлопных газов может достигать избыточных значений в этих условиях. Посредством направления потока выхлопных газов через перепускную секцию 404 вместо или в дополнение к теплопередающей секции 402, перепускной механизм 406 может уменьшать избыточное противодавление выхлопных газов и, при действии таким образом, преимущественно снижать потери выходной мощности и расход топлива двигателя. Фиг. 4 показывает перепускной механизм в полностью открытом положении. Следует понимать, что, когда перепускной механизм находится в положении, ином чем полностью закрытое или полностью открытое, некоторое количество выхлопных газов будет протекать как через теплопередающую секцию, так и перепускную секцию, в зависимости от положения перепускного механизма. Соответственно, положение перепускного механизма может управляться, чтобы направлять требуемую долю потока выхлопных газов через теплопередающую секцию или перепускную секцию, например, на основании режима двигателя.
Следует понимать, что фиг. 3A, 3B показаны в упрощенной форме, и что многочисленные варианты возможны, не выходя из объема этого раскрытия. Кроме того, тепловой аккумулятор 300 может включать в себя дополнительные и/или альтернативные компоненты, нежели проиллюстрированные на фиг. 3A и 3B. Кроме того еще следует понимать, что тепловой аккумулятор 300 предоставлен для иллюстрации общей концепции и, соответственно, многочисленные геометрические конфигурации возможны, не выходя из объема этого раскрытия.
Фиг. 5 схематично показывает примерный способ 500, который может использоваться для приведения в действие теплопередающей системы 200.
На этапе 502, способ 500 включает в себя то, что определяют, произошел ли холодный запуск двигателя, при котором двигатель запускается из состояния, в котором он остыл до температур окружающей среды, в противоположность горячему запуску двигателя. Если ответом на этапе 502 является «Нет», по способу 500 переходят на этап 514.
На этапе 514, способ 500 включает в себя то, что определяют, произошел ли горячий запуск двигателя. Если ответом на этапе 514 является «Да», по способу 500 переходят на этап 512, чтобы заряжать тепловой аккумулятор 300, как детализировано ниже. Иначе, если ответом на этапе 514 является «Нет», выполнение способа 500 заканчивают. Например, если ответом на этапе 514 является «Нет», запуск двигателя может не произойти.
Однако если ответом на этапе 502 является «Да», указывая, что произошел холодный запуск двигателя, по способу 500 переходят на этап 504. На этапе 504, способ 500 включает в себя то, что доставляют тепло, накопленное в тепловом аккумуляторе 300, в теплообменник 400. Например, тепло, накопленное в PCM во время предыдущего периода работы двигателя, может доставляться посредством осуществления циркуляции HTF из теплового аккумулятора в теплообменник через соединение 214 подачи HTF. Насос 210 может управляться, чтобы осуществлять циркуляцию HTF в соединении подачи HTF.
На этапе 506, способ включает в себя то, что определяют, находится ли температура выхлопных газов выше первого порогового значения. Например, температура выхлопных газов может быть температурой выхлопных газов выше по потоку от теплообменника 400, и первое пороговое значение может быть значением большим чем или равным температуре розжига одного или более каталитических нейтрализаторов системы 124 очистки выхлопных газов. В качестве альтернативы, первое пороговое значение может быть значением, при котором тепло потока выхлопных газов может накапливаться в теплопередающей текучей среде для подачи в кабину 102 через систему 202 отопления кабины, наряду с уменьшением задержек или других неблагоприятных воздействий на розжиг расположенных ниже по потоку каталитических нейтрализаторов выхлопных газов. Если ответом на этапе 506 является «Да», по способу 500 переходят на этап 508. Если ответом на этапе 506 является «Нет», по способу 500 возвращаются на этапе 504, чтобы на котором продолжают доставку тепла из теплового аккумулятора в теплообменник.
На этапе 508, способ 500 включает в себя то, что доставляют тепло, накопленное в тепловом аккумуляторе, в систему 202 отопления кабины и, по выбору, в одну или более других систем 204 транспортного средства. Например, тепло, накопленное в PCM в течение предыдущего периода работы двигателя, может доставляться посредством осуществления циркуляции HTF из теплового аккумулятора в систему 202 отопления кабины во втором теплопередающем контуре и, по выбору, в одну или более других систем 204 транспортного средства в третьем теплопередающем контуре через систему 220 трубопроводов HTF. В дополнение, тепло, накопленное в PCM в течение предыдущего периода работы двигателя, может доставляться посредством циркуляции HTF и теплового аккумулятора в одну или более других систем транспортного средства через систему 220 трубопроводов HTF. Один или более клапанов могут управляться для распределения циркулирующего HTF. В одном из вариантов осуществления, первый клапан 218 может управляться, чтобы направлять HTF из теплового аккумулятора 300 в систему 220 трубопроводов HTF, а второй клапан 222 может управляться, чтобы направлять HTF в системе 220 трубопроводов HTF исключительно в систему 202 отопления кабины. В другом варианте осуществления, первый клапан 218 может управляться, чтобы направлять HTF из теплового аккумулятора 300 в систему 220 трубопроводов HTF, а второй клапан 222 может управляться, чтобы направлять HTF в системе 220 трубопроводов HTF в систему 202 отопления кабины и в одну или более других систем 204 транспортного средства. Другие системы 204 транспортного средства, например, могут включать в себя трансмиссию, дифференциал привода на ведущие колеса, систему кондиционирования воздуха с приводимым в действие теплом поверхностным поглощением и электрическую аккумуляторную батарею. Кроме того, один или более насосов (не показаны) могут быть включены в систему 220 трубопроводов HTF, чтобы осуществлять циркуляцию HTF.
На этапе 510, способ 500 включает в себя то, что определяют, находится ли температура выхлопных газов выше второго порогового значения. Второе пороговое значение может быть большим, чем первое пороговое значение. Например, второе пороговое значение может быть значением, при котором количество имеющегося в распоряжении тепла выхлопных газов превышает количество, требуемое системой 202 отопления кабины и любыми другими системами транспортного средства, требующими тепла. Если ответом на этапе 510 является «Да», по способу 500 переходят на этап 512. Если ответом на этапе 510 является «Нет», по способу 500 возвращаются на этапе 508, на котором продолжают доставку тепла из теплового аккумулятора в систему 202 отопления кабины во втором теплопередающем контуре и, по выбору, в одну или более других систем 204 транспортного средства в третьем теплопередающем контуре.
На этапе 512, способ 500 включает в себя то, что подзаряжают тепловой аккумулятор. Например, HTF может подвергаться циркуляции из теплообменника в тепловой аккумулятор через соединение 212 возврата HTF. В тепловом аккумуляторе, HTF может поступать во впускной канал 306 для подачи в пакет 344 PCM через центральный питающий канал 352. Элементы 350 PCM пакета 344 PCM, в таком случае, поглощают тепло из HTF, которое может побуждать их изменять состояние с твердого на жидкое. Таким образом, теплоемкость теплового аккумулятора может повышаться, чтобы тепло могло быть в распоряжении для доставки в теплообменник при последующем запуске двигателя.
Фиг. 6 схематично показывает примерный способ 600, который может использоваться вместе со способом 500 для приведения в действие теплопередающей системы 200.
На этапе 602, способ 600 включает в себя то, что определяют, присутствуют ли условия обхода теплообмена. Условия обхода теплообмена могут включать в себя больше не требующийся теплообмен. Например, теплообмен может больше не требоваться, если циркуляция HTF в теплопередающей системе 200 становится слишком горячей, что может происходить, когда транспортное средство находится в действии в течение длительного периода времени. В качестве альтернативы или дополнительно, условия обхода теплообмена могут включать в себя условия эксплуатации тяжелой нагрузки и/или высокого расхода выхлопных газов. Если ответом на этапе 602 является «Нет», способ 600 заканчивают. Если ответом на этапе 602 является «Да», по способу 600 переходят на этап 604.
На этапе 604, перепускной механизм 406 теплообменника 400 открывают, чтобы направлять выхлопные газы, поступающие в теплообменник 400, через перепускную секцию 404. Во время определенных условий, перепускной механизм 406 может частично открываться, чтобы некоторая часть выхлопных газов, поступающих в теплообменник 400, протекала через перепускную секцию 404, а оставшаяся часть выхлопных газов, поступающих в теплообменник, протекала через теплопередающую секцию 402. Например, условия эксплуатации тяжелой нагрузки и/или высокого расхода выхлопных газов могут присутствовать до того, как HTF, циркулирующая в теплопередающей системе, является достаточно горячей, чтобы подзаряжать тепловой аккумулятор. В этом сценарии, посредством частичного открывания перепускного механизма, противодавление выхлопных газов может снижаться посредством осуществления потока некоторой части выхлопных газов через перепускную секцию наряду с тем, что теплообмен продолжает происходить посредством оставшейся части выхлопных газов, которые протекают через теплопередающую секцию, чтобы тепловой аккумулятор мог перезаряжаться. В противоположность, во время других условий, перепускной механизм может полностью открываться, чтобы все из выхлопных газов, поступающих в теплообменник, протекали через перепускную секцию, и нисколько не протекало через теплопередающую секцию. Например, HTF, циркулирующая в теплопередающей системе 200, может становиться слишком горячей, когда транспортное средство находится в действии в течение длительного периода времени. В этом сценарии, посредством отвода выхлопных газов через перепускную секцию и избежания теплопередающей секции, нежелательный дальнейший нагрев HTF может избегаться.
Следует понимать, что способы 500 и 600 предоставлены в качестве примера и, таким образом, не подразумеваются ограничивающими. Поэтому следует понимать, что способы 500 и 600 могут включать в себя дополнительные и/или альтернативные этапы, нежели проиллюстрированные на фиг. 5 и 6, соответственно, не выходя из объема этого раскрытия. Кроме того, Следует понимать, что способы 500 и 600 не ограничены проиллюстрированным порядком; скорее, один или более этапов могут быть перекомпонованы или не включены в состав, не выходя из объема этого раскрытия.
Следует отметить, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящего описания, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные этапы, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Один или более из проиллюстрированных этапов или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, примерные процедуры могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована на машинно-читаемый носитель в контроллере.
Различные трубопроводы, системы труб и сети трубопроводов, указываемые ссылкой в материалах настоящего описания, могут охватывать различные формы трубопроводов, каналов, соединений и т.д, и не ограничены никакими специфичными геометриями поперечного сечения, материалом, длиной, и т.д.
Следует понимать, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по сути, и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.
1. Способ обогрева транспортного средства, включающий в себя этапы, на которых:
при запуске двигателя доставляют тепло, накопленное в материалах с фазовым переходом в тепловом аккумуляторе, в теплообменник посредством байпаса, соединенного с системой выпуска;
после того как температура выхлопных газов превышает первое пороговое значение, доставляют тепло из теплового аккумулятора в кабину транспортного средства; и
после того как температура выхлопных газов превышает второе, более высокое, пороговое значение, доставляют тепло из теплообменника для зарядки теплового аккумулятора.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя этап, на котором, после того как температура выхлопных газов превышает первое пороговое значение, доставляют тепло из теплового аккумулятора в одну или более систем транспортного средства.
3. Способ по п.2, в котором доставка тепла из теплового аккумулятора в одну или более систем транспортного средства включает в себя этап, на котором доставляют тепло из теплового аккумулятора в одно или более из трансмиссии, дифференциала привода на ведущие колеса, системы кондиционирования воздуха с приводимым в действие теплом поверхностным поглощением и электрической аккумуляторной батареи.
4. Способ по п.1, в котором доставка тепла включает этап, на котором осуществляют циркуляцию теплопередающей текучей среды через трубки в теплопередающем контуре, причем тепловой аккумулятор и теплообменник соединены по текучей среде в первом теплопередающем контуре, а тепловой аккумулятор и кабина транспортного средства соединены по текучей среде во втором теплопередающем контуре, при этом тепловой аккумулятор и одна или более систем транспортного средства соединены по текучей среде в третьем теплопередающем контуре.
5. Способ по п.2, дополнительно включающий этапы, на которых:
открывают первый теплопередающий контур, в то время как второй и третий теплопередающие контуры остаются закрытыми; и
открывают второй и третий теплопередающие контуры после того, как температура выхлопных газов превышает первое пороговое значение.
6. Способ по п.1, в котором доставка тепла, накопленного в тепловом аккумуляторе, в теплообменник при запуске двигателя включает в себя этап, на котором доставляют тепло, которое было накоплено в тепловом аккумуляторе во время предыдущего периода работы двигателя.
7. Способ по п.1, в котором доставка тепла, накопленного в тепловом аккумуляторе, в теплообменник включает в себя этап, на котором осуществляют циркуляцию теплопередающей текучей среды из теплового аккумулятора в теплопередающую секцию теплообменника через соединение подачи теплопередающей текучей среды, соединенное с верхней поверхностью теплопередающей секции, при этом выхлопные газы, протекающие через теплопередающую секцию, принимают тепло от теплопередающей текучей среды.
8. Способ по п.7, в котором доставка тепла из теплообменника в тепловой аккумулятор для зарядки теплового аккумулятора включает в себя этап, на котором осуществляют циркуляцию теплопередающей текучей среды из теплопередающей секции теплообменника в тепловой аккумулятор через соединение возврата теплопередающей текучей среды, соединенное с верхней поверхностью теплопередающей секции.
9. Способ по п.7, дополнительно включающий в себя этап, на котором во время условий обхода теплообмена приводят в действие перепускной механизм для направления по меньшей мере части потока выхлопных газов через перепускную секцию теплообменника вместо теплопередающей секции.
10. Способ по п.9, дополнительно включающий в себя этап, на котором направляют весь поток выхлопных газов через перепускную секцию во время условий обхода теплообмена.
11. Способ по п.7, в котором соединение подачи теплопередающей текучей среды соединено с верхней поверхностью теплопередающей секции на конце, ближайшем к перепускному механизму, при этом соединение возврата теплопередающей текучей среды соединено с верхней поверхностью теплопередающей секции на противоположном конце.
12. Грузовик с приводом от дизельного двигателя с кабиной для экипажа, содержащий:
тепловой аккумулятор, содержащий материалы с фазовым переходом, установленный под задним многоместным неразделенным сиденьем кабины для экипажа;
теплообменник, соединенный с выпуском двигателя в переднем моторном отсеке, содержащий теплопередающую секцию, перепускную секцию и перепускной механизм с вакуумным приводом;
насос, осуществляющий циркуляцию теплопередающей текучей среды между тепловым аккумулятором и теплообменником; и
устройства контроля выбросов, соединенные в нижней части кузова грузовика ниже по потоку от теплообменника.
13. Грузовик по п.12, дополнительно содержащий перепускной механизм, направляющий поток выхлопных газов в одну или обе из теплопередающих секции или перепускной секции в зависимости от того, присутствуют ли условия обхода теплообмена.
14. Грузовик по п.13, в котором теплопередающая секция соединена с соединениями подачи и возврата теплопередающей текучей среды, причем одно из соединений соединено с верхней поверхностью теплопередающей секции на конце, ближайшем к перепускному механизму, а другое соединение соединено с верхней поверхностью теплопередающей секции на противоположном конце.
15. Грузовик по п.12, в котором тепловой аккумулятор термически соединен с кабиной грузовика и одной или более систем грузовика.
16. Грузовик по п.12, в котором тепловой аккумулятор содержит термос с двойной стенкой, термически изолирующий внутренний резервуар, при этом внутренний резервуар отделен от наружного резервуара вакуумной рубашкой, причем пакет материалов с фазовым переходом расположен радиально вокруг центрального питающего канала во внутреннем резервуаре, при этом теплопередающая текучая среда циркулирует в и из теплового аккумулятора через центральный питающий канал.
17. Грузовик по п.15, в котором одна или более систем грузовика содержит трансмиссию, дифференциал привода на ведущие колеса, систему кондиционирования воздуха с приводимым в действие теплом поверхностным поглощением и электрическую аккумуляторную батарею.
18. Способ управления теплопередающей системой грузовика с приводом от дизельного двигателя, включающий в себя этапы, на которых:
при запуске двигателя при температуре выхлопных газов ниже первого порогового значения открывают первый теплопередающий контур, направляющий теплопередающую текучую среду из теплового аккумулятора, содержащего материал с фазовым переходом, расположенного под задним многоместным неразделенным сиденьем кабины для экипажа, в теплообменник, соединенный с выпускным каналом двигателя в переднем моторном отсеке;
когда температура выхлопных газов превышает первое пороговое значение, открывают второй теплопередающий контур, осуществляющий циркуляцию теплопередающей текучей среды из теплового аккумулятора в кабину грузовика, и открывают третий теплопередающий контур, осуществляющий циркуляцию теплопередающей текучей среды из теплового аккумулятора в одну или более систем грузовика, требующих тепла.
19. Способ по п.18, в котором доставка тепла из теплового аккумулятора в одну или более систем грузовика включает в себя этап, на котором доставляют тепло из теплового аккумулятора в одно или более из трансмиссии, дифференциала привода на ведущие колеса, системы кондиционирования воздуха с приводимым в действие теплом поверхностным поглощением и электрической аккумуляторной батареи.
20. Способ по п.18, дополнительно включающий в себя этап, на котором, когда температура выхлопных газов превышает второе, более высокое, пороговое значение, осуществляют циркуляцию теплопередающей текучей среды из теплообменника в тепловой аккумулятор в первом теплопередающем контуре для зарядки теплового аккумулятора.
