使用动态热发生器的混合动力商用车辆热管理制造技术

提供一种用于混合动力电动内燃引擎应用的系统和方法，其中，在诸如商用车辆、非公路车辆和静止式引擎安装的应用中，电动发电机、窄小可切换联接部和二者之间的转矩传送单元被布置且定位在引擎前部的受约束的环境中。优选地，电动发电机被定位成与可切换联接部横向上偏离，可切换联接部与引擎曲轴的前端同轴地布置。可切换联接部是曲轴震动阻尼器、引擎附件驱动部带轮和可脱离离合器重叠部的集成单元，从而离合器‑带轮‑阻尼器单元的轴向深度与常规的带驱动带轮和引擎阻尼器近乎相同。前端电动发电机系统包括接收当联接部被接合时电动发电机所产生的电能的电能存储部。当联接部脱离时，电动发电机可以使用从能量存储部返回的能量来驱动离合器‑带轮‑阻尼器的带轮部分以驱动引擎附件，而不依赖于引擎曲轴。

Thermal management of hybrid commercial vehicle using dynamic thermal generator

A system and method for application of hybrid electric internal combustion engines in which, in applications such as commercial vehicles, off-road vehicles, and stationary engine installation, an electric generator, a narrow switchable connection, and a torque transfer unit between the two are arranged and positioned in a constrained environment in the front of the engine are provided. . Preferably, the electric generator is positioned to deviate horizontally from the switchable coupling, which is coaxially arranged with the front end of the engine crankshaft. The switchable joint is an integrated unit of the crankshaft vibration damper, the drive pulley of the engine accessory and the overlap part of the detachable clutch, so that the axial depth of the clutch pulley damper unit is nearly the same as that of the conventional belt drive pulley and engine damper. The front-end electric generator system includes an electric storage unit which receives the electric energy generated by the electric generator when the connection part is connected. When the coupling is disconnected, the electric generator can use the energy returned from the energy storage to drive the pulley portion of the clutch pulley damper to drive the engine accessory, independent of the engine crankshaft.

【技术实现步骤摘要】
使用动态热发生器的混合动力商用车辆热管理本申请是2016年12月14日提交的US申请序列号No.15/378,139的部分继续申请，该申请的全部公开内容通过引用的方式而被明确地并入本文。
本专利技术涉及一种混合动力电动车辆，特别地，涉及一种用于混合动力发电和存储系统与内燃引擎选择性联接的系统。本专利技术进一步涉及一种操作该系统的方法。
技术介绍
具有与电动发电机和电能存储系统结合的内燃引擎的混合动力电动车辆已经成为汽车领域中相当关注的焦点，特别是在乘用车领域中。混合动力电动车辆系统的发展最近才开始引起人们对例如车辆类别2-8中的卡车和公共汽车的商用及非公路车辆、土方设备及铁路应用、以及固定式内燃引擎动力装置的显著兴趣。混合动力电动技术给出诸多优势，包括燃料效率的改进、有助于满足政府规章要求的内燃引擎排放和车辆噪声的减少、改进的车辆性能以及更低的车队运营成本。这些优势很大程度上通过混合动力电动系统重新获取否则会被浪费的能量(诸如由制动引起的否则会被耗散为到外界的热能的机械能)且在需要时的另一时间返回获取能量，诸如代替使用内燃引擎作为电源给车辆部件供电或者协助车辆推进，的能力而获得。典型地，混合动力电动车辆电动发电机被布置为独立于内燃引擎(例如，在引擎向后轮提供推进动力的同时使用分离的电动马达给前轮供以动力且从前轮回收能量)，或者被联接到引擎，例如，被集成到引擎的“后部”(即，引擎的飞轮所定位的一端)或者引擎与至车轮的传动系(driveline)之间。该“在引擎后面”的位置容许电动发电机设备将转矩直接输送到车辆的传动系和车轮，并且例如在再生制动事件期间直接通过传动系驱动。后者的示例包括飞轮式电动发电机和分离的电动马达，在飞轮式电动发电机中，常规引擎的飞轮被修改为用作电动发电机转子并且同心安装的定子位于飞轮周围，分离的电动马达被布置在引擎和驱动轮之间，诸如在2009GMCSilverado轻型皮卡中通用汽车公司所给出的所谓的“双模式混合动力”变速器，在该变速器中，变速器容纳两个用于车辆推进和电能产生的电动马达。将电动发电机添加到内燃引擎的另一形式是使用所谓的起动器发电机。该方法将电动马达直接联接到引擎以作用为发电机(传统上通过常规的带驱动交流发电机施行的功能)和引擎起动器两者，从而减少重复的交流发电机和起动器电动马达的重量和成本。这种起动器发电机装置特别在所谓的引擎停止起动系统中有用，在车辆被停止时的时段引擎停止起动系统关闭引擎以节省燃料并且减少怠速排放(idlingemission)。起动器发电机被定位在引擎后面(例如，适当工程化的飞轮电动发电机也可以被用作起动器)，而且被安装在引擎的前端，其中，起动器发电机可以驱动被直接联接到引擎曲轴的带。后一系统的示例“带交流发电机起动器”系统被通用汽车公司提供作为2007SaturnVue运动型多用途车辆中的选项。这些系统非常难以适于大引擎，诸如商用车辆柴油引擎，因为电动马达必须更大以处理诸如起动和操作的各种部件的这些重型引擎的高得多的转矩需求(例如，引擎冷却风扇可能需求50KW以上的功率，需求大量转矩以驱动风扇带的负载)。进一步，这种扩大化系统中的带驱动会需要具有传送高水平转矩的能力，这是不可能的或者至少是不实际的，因为足够应付转矩需求的更厚且更宽的传动带和带轮可能比其它们的汽车对应物更大且更重，以至于其重量、尺寸和/或成本受到限制。另一种电气化方法是使用多个单独的电动马达单独地驱动耗能的引擎和诸如空调压缩机、动力转向泵、气体压缩机、引擎冷却风扇和冷却剂泵的车辆附件，以通过从引擎移除附件负载而减少燃料消耗。该方法显著增加车辆重量、成本以及线束和控制系统线路长度和复杂度，潜在性地抵销了通过从引擎移除引擎附件负载而提供的燃料经济性或者排放减少增益。现有技术的混合动力电动车辆系统具有阻碍了在诸如商用车辆种的应用中采用其的许多缺点。这些缺点包括：与试图扩大混合动力电动传动系部件以处理大引擎的非常高的转矩输出(典型地，高转矩输出柴油引擎)相关联的工程难题；由于这些部件被集成到引擎的后部或者直接在传动系中而导致的引擎和电动发电机操作的相互依赖性(即，即使当引擎和电动发电机中的一个或另一个的旋转不被需要或者甚至对总体车辆操作效率不利时，两者也必须一起旋转)；以及在没有操作车辆的引擎或操作分离的车载辅助动力装置(“APU”)，诸如专用自包含内燃引擎包装或者包含多个常规电池及关联支持设备的专用电池，的情况下，不能独立地满足“酒店”负载(例如，商用车辆牵引车睡眠车厢的夜间气候控制和120伏电力需求)。这些辅助动力装置非常昂贵(典型地，几千美元)、非常重，并且在空间已经受拘束的车辆上需求大量空间。它们也进一步具有以下缺点：在燃料燃烧的APU的情况下，与明火关联的潜在危险以及产生在驾驶者休息时段期间会进入睡眠车厢的一氧化碳；以及在全电动APU的情况下，可能无法返回足够的能量以在车辆引擎关闭的情况下长时间提供车辆的所有附件需求。
技术实现思路
主要前端电动发电机系统部件的概述。本专利技术通过提供一种混合动力电动车辆系统而解决这些及其他问题，该混合动力电动车辆系统定位在引擎前端，而电动发电机以对车辆前部长度延长要求较少或者不要求的方式布置。如在该描述中所使用的，引擎的“前端”是与引擎产生的转矩输出从其传送到主要的转矩消耗件的该端相对的一端，转矩消耗件诸如车辆的变速器和驱动轮轴或者诸如泵驱动部的静止式引擎安装负载。典型地，引擎的后端是引擎飞轮所在的位置，前端是诸如引擎驱动的附件(如，空调和压缩气体压缩机、引擎冷却风扇、冷却剂泵、动力转向泵)的部件所在的位置。虽然随后的讨论主要着重于在引擎曲轴与车辆的纵向轴线对齐的商用车辆实施例，但是，本专利技术并不局限于前置引擎、纵向排列的引擎应用，而且可以被用于横向安装的引擎(包括定位在车辆前部或者后部的横向安装的引擎)，其在邻近于引擎的与飞轮端相对的一端的区域也可以具有空间高度受约束的环境。优选地，本专利技术的前端电动发电机系统具有定位在引擎的前部区域的电动发电机，其与引擎曲轴的旋转轴线侧横向偏离。优选地，电动发电机支撑在转矩传送段(也称之为“驱动单元”)上，例如，以其输入旋转轴线与引擎曲轴同轴地布置的深度窄小的单个减速并行轴齿轮箱。优选地，电动发电机定位在引擎和邻近的纵向车辆底盘框架构件之间的空间中的转矩传送段后面，或者在车辆的冷却剂散热器下面的空间中的转矩传送段的前部。本专利技术并不局限于对电动发电机的这些定位，而是其可以定位在引擎前部附近的区域里的任何位置，只要其安装的转矩传送段可以与引擎曲轴旋转轴线对齐。优选地，转矩传送段也提供其输入和输出之间的合适的速度比(如，2：1的比率)，以更好地使引擎和电动发电机速度彼此适应，即，提供从引擎到电动发电机的速度增加以及从电动发电机输出的速度减小。转矩传送段可以是带有齿轮的齿轮箱或者另一驱动布置，诸如链带，其在引擎曲轴和转矩传送段之间的可脱离联接部(下面进一步讨论)的电动发电机侧，转矩传送段在电动发电机端和转矩传送段的引擎之间传送转矩。转矩传送段具有轴向上窄小的外形，以容许其被容纳在引擎曲轴前部和引擎前部的诸如引擎的冷却剂散热器的任何部件之间。本专利技术的重要特征是电动发电机经由在转矩传送段和曲轴前端之间的可切换联接部(即，可脱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合动力电动前端电动发电机系统，其特征在于，包含：内燃引擎，所述内燃引擎包括引擎曲轴，所述引擎曲轴具有与引擎飞轮所在的后端相对的前端，所述引擎被构造成将转矩从所述曲轴的所述后端传送到转矩消耗件；电动发电机；转矩传送段，所述转矩传送段具有电动发电机端，所述电动发电机端被构造成接收所述电动发电机并且在所述电动发电机端和所述转矩传送段的联接端之间传送转矩；以及集成可切换联接部，所述集成可切换联接部具有与曲轴旋转轴线同轴地布置的联接旋转轴线，所述集成可切换联接部在邻近于所述引擎的前端的区域中，被定位在所述转矩传送段的所述联接端和所述引擎曲轴的所述前端之间，所述集成可切换联接部包括：引擎侧部分，所述引擎侧部分被联接到所述引擎曲轴，驱动侧部分，所述驱动侧部分被联接到所述转矩传送段联接端，和接合致动器，所述接合致动器被构造成选择性地将所述引擎侧部分与所述驱动侧部分接合，所述接合致动器的至少一部分被所述驱动部分沿着所述联接旋转轴线同心地围绕；引擎附件驱动部，所述引擎附件驱动部被布置成被所述集成可切换联接部的所述驱动侧部分驱动，并且驱动至少一个引擎附件；能量存储系统，所述能量存储系统包括：能量存储部，所述能量存储器被构造成存储由所述电动发电机产生的电能，并且将存储的电能输送到所述电动发电机，以产生从所述电动发电机到所述集成可切换联接部的转矩输出，以及电能转换和分配网络，所述电能转换和分配网络被构造成，当电能从所述电动发电机传送到所述能量存储部时，在交变电流和直流电流之间转换在所述电动发电机和所述能量存储部之间传送的所述电能的电流种类，并且当电能从所述能量存储部传送到所述电动发电机时，在直流电流和交变电流之间转换在所述电动发电机和所述能量存储部之间传送的所述电能的电流种类；以及前端电动发电机系统控制器，所述前端电动发电机系统控制器被构造成在接合状态和脱离状态之间切换所述集成可切换联接部致动器，并且在所述电动发电机和所述能量存储部之间的电能传送期间，控制所述电能转换和分配网络的操作其中，所述至少一个引擎附件包括动态热发生器，所述动态热发生器被布置成被所述引擎附件驱动部驱动，以在所述动态热发生器的入口和出口之间传递的流体中产生热量，所述动态热发送器与所述动态热发生器出口下游的至少一个车辆部件流体连通，所述动态热发生器出口被构造成施行从所述流体接收热量和将热量排出到所述流体中的至少一个。...

【技术特征摘要】
2017.04.11 US 15/484,7521.一种混合动力电动前端电动发电机系统，其特征在于，包含：内燃引擎，所述内燃引擎包括引擎曲轴，所述引擎曲轴具有与引擎飞轮所在的后端相对的前端，所述引擎被构造成将转矩从所述曲轴的所述后端传送到转矩消耗件；电动发电机；转矩传送段，所述转矩传送段具有电动发电机端，所述电动发电机端被构造成接收所述电动发电机并且在所述电动发电机端和所述转矩传送段的联接端之间传送转矩；以及集成可切换联接部，所述集成可切换联接部具有与曲轴旋转轴线同轴地布置的联接旋转轴线，所述集成可切换联接部在邻近于所述引擎的前端的区域中，被定位在所述转矩传送段的所述联接端和所述引擎曲轴的所述前端之间，所述集成可切换联接部包括：引擎侧部分，所述引擎侧部分被联接到所述引擎曲轴，驱动侧部分，所述驱动侧部分被联接到所述转矩传送段联接端，和接合致动器，所述接合致动器被构造成选择性地将所述引擎侧部分与所述驱动侧部分接合，所述接合致动器的至少一部分被所述驱动部分沿着所述联接旋转轴线同心地围绕；引擎附件驱动部，所述引擎附件驱动部被布置成被所述集成可切换联接部的所述驱动侧部分驱动，并且驱动至少一个引擎附件；能量存储系统，所述能量存储系统包括：能量存储部，所述能量存储器被构造成存储由所述电动发电机产生的电能，并且将存储的电能输送到所述电动发电机，以产生从所述电动发电机到所述集成可切换联接部的转矩输出，以及电能转换和分配网络，所述电能转换和分配网络被构造成，当电能从所述电动发电机传送到所述能量存储部时，在交变电流和直流电流之间转换在所述电动发电机和所述能量存储部之间传送的所述电能的电流种类，并且当电能从所述能量存储部传送到所述电动发电机时，在直流电流和交变电流之间转换在所述电动发电机和所述能量存储部之间传送的所述电能的电流种类；以及前端电动发电机系统控制器，所述前端电动发电机系统控制器被构造成在接合状态和脱离状态之间切换所述集成可切换联接部致动器，并且在所述电动发电机和所述能量存储部之间的电能传送期间，控制所述电能转换和分配网络的操作其中，所述至少一个引擎附件包括动态热发生器，所述动态热发生器被布置成被所述引擎附件驱动部驱动，以在所述动态热发生器的入口和出口之间传递的流体中产生热量，所述动态热发送器与所述动态热发生器出口下游的至少一个车辆部件流体连通，所述动态热发生器出口被构造成施行从所述流体接收热量和将热量排出到所述流体中的至少一个。2.如权利要求1所述的混合动力电动前端电动发电机系统，其特征在于，其中所述动态热发生器出口与歧管流体连通，所述歧管被布置成从所述动态热发生器出口接收所述流体，并且将接收到的所述流体分配到所述至少一个车辆部件。3.如权利要求2所述的混合动力电动前端电动发电机系统，其特征在于，其中所述至少一个车辆部件包括所述内燃引擎、所述能量存储部、所述电动发电机和至少一个热交换器中的至少一个。4.如权利要求3所述的混合动力电动前端电动发电机系统，其特征在于，其中所述至少一个热交换器包括睡眠车厢/舱室热交换器和冷却器中的至少一个，所述冷却器被构造成通过与制冷剂和环境空气中的至少一个热交换而将热量从所述流体中去除。5.如权利要求3所述的混合动力电动前端电动发电机系统，其特征在于，其中所述歧管被构造成经过所述至少一个车辆部件上游的至少一个分支线路而将所述流体分配到所述至少一个车辆部件，并且每个分支线路包括所述至少一个车辆部件上游的流量控制阀。6.如权利要求5所述混合动力电动前端电动发电机系统的，其特征在于，其中所述至少一个分支线路被布置成将所述流体引导到所述至少一个车辆部件下游的流体贮器，并且所述动态热发生器被布置成在所述动态热发生器入口处从所述流体贮器接收所述流体。7.如权利要求6所述的混合动力电动前端电动发电机系统，其特征在于，其中所述流体是引擎冷却剂。8.如权利要求7所述的混合动力电动前端电动发电机系统，其特征在于，其中所述至少一个分支线路是多个分支线路，所述至少一个车辆部件是多个车辆部件，所述多个分支线路中的每一个分支线路包括所述多个车辆部件中的至少一个车辆部件，并且所述前端电动发电机系统控制器被构造成，控制所述集成可切换联接部在所述曲轴和所述引擎附件驱动部之间的接合，以及所述电动发电机的操作，以利用从所述曲轴和所述电动发电机中的至少一个供给的转矩而选择性地驱动所述动态热交换器，并且控制所述多个分支线路中的每一个分支线路中的每个流量控制阀的操作，以根据所述多个车辆部件的加热需求和冷却需求中的至少一个，而选择性地将所述流体供给到所述多个车辆部件。9.如权利要求8所述的混合动力电动前端电动发电机系统，其特征在于，其中当所述动态热发生器被供给有来自所述电动发电机的驱动转矩时，所述前端电动发电机系统控制器进一步被构造成控制所述动态热交换器的操作速度，以控制在经过所述动态热发生器传递的所述流体中产生的热量的量。10.如权利要求9所述的混合动力电动前端电动发电机系统，其特征在于，其中被布置在所述流体贮器和所述动态热发生器入口之间的旁通阀被构造成选择性地将所述流体从所述贮器传递到所述歧管，而不经过所述动态热发生器传递。11.一种操作混合动力电动前端电动发电机系统的方法，其特征在于，所述前端电动发电机系统包括车辆的内燃引擎，所述内燃引擎在所述引擎的前部具有集成可切换联接部，所述集成可切换联接部被布置成选择性地将所述联接部的引擎侧的引擎曲轴的前端接合到所述集成可切换联接部的驱动侧的引擎附件驱动部，所述集成可切换联接部的所述驱动侧被布置成将转矩从与所述曲轴的旋转轴线横向上偏离的电动发电机传送到所述引擎附件驱动部，并且，当所述集成可切换联接部被接合时，将转矩传送到所述曲轴和从所述曲轴传送转矩，所述方法包含以下动作：基于从所述车辆的车辆传感器和另一控制器中的至少一个接收到的操作状态信息，利用前端电动发电机控制器，判定所述车辆的操作状态；利用所述前端电动发电机控制器，从判定的所述操作状态中判定当前操作优先级，其中，所述当前操作优先级是以下中的一个：满足安全要求，所述安全要求至少包括将车辆系统维持在系统操作极限内的要求，满足能量存储要求，所述能量存储要求至少包括将能量存储部的充电状态维持在充电水平的第一状态以上的要求，满足引擎操作要求，所述引擎操作要求至少包括将引擎操作参数维持在操作极限内的要求，所述引擎操作参数至少包括引擎冷却剂温度，以及满足驾驶者舒适度要求，所述驾驶者舒适度要求至少包括将所述车辆的乘客室的气候条件维持在期望温度范围内的要求；基于判定的所述当前操作优先级，利用所述前端电动发电机控制器选择所述混合动力电动布置的操作模式，其中判定的所述操作模式是多个电动发电机操作模式中的一个，所述多个电动发电机操作模式包括电能产生模式、引擎附件驱动部转矩产生模式、补充引擎转矩产生模式和空闲模式中的至少一个；以及响应于来自所述前端电动发电机控制器的实施选择的所述操作模式的指令，控制所述电动发电机和所述集成可切换联接部的操作，其中控制所述电动发电机和所述集成可切换联接部的操作的动作包括：将所述集成可切换联接部放置到接合状态和脱离状态中的一个，在所述接合状态下，转矩能够在所述电动发电机和所述曲轴之间传送，在所述脱离状态下，所述电动发电机与所述曲轴脱离，并且来自所述电动发电机的转矩能够...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·科拉纹森佐，
申请(专利权)人：邦迪克斯商用车系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US