НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ
HEATING DEVICE AND METHOD FOR OPERATION THEREOF

Данное изобретение относится к нагревательной системе и способу ее эксплуатации, а более конкретно, но не исключительно, к способу эксплуатации нагревательной системы в экстремальных холодных условиях. Аспекты данного изобретения относятся к нагревательной системе, к системе управления, к автотранспортному средству и к способу эксплуатации.
В холодных условиях вязкость жидкостей, таких как охлаждающая жидкость двигателя внутреннего сгорания, возрастает. В таких условиях может быть необходимо увеличить температуру двигателя внутреннего сгорания, например, автотранспортного средства, перед запуском двигателя, для того чтобы эффективно запускать двигатель, и/или может быть желательно предварительно прогреть кабину для пассажиров автотранспортного средства. Предварительный нагрев кабины для пассажиров может быть обеспечен с помощью системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ); предварительный нагрев двигателя может быть обеспечен посредством нагрева охлаждающей текучей среды двигателя, нормально используемой для охлаждения двигателя, и перекачивания этой «подогретой» или «нагретой» охлаждающей среды через контур охлаждающей среды в системе охлаждающей среды транспортного средства таким образом, чтобы тепло передавалось к компонентам двигателя. Работающее на топливе нагревательное устройство может быть обеспечено для нагрева охлаждающей среды; топливо, нормально используемое для приведения в действие двигателя внутреннего сгорания автотранспортного средства, поджигают для генерации тепла, которое передается к охлаждающей текучей среде. Как правило, вспомогательный насос для охлаждающей среды используется для перекачивания охлаждающей текучей среды по контуру текучей среды двигателя и системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Когда двигатель не работает, такие вспомогательные насосы для охлаждающей среды, как правило, являются менее мощными, чем обычный насос для охлаждающей среды, используемый, когда двигатель работает. Это объясняется ограниченным запасом электрической мощности, имеющимся в наличии, когда двигатель выключен, например, может быть доступна только мощность от аккумуляторной батареи автотранспортного средства.
В экстремальных холодных условиях, например, ниже -30°C, увеличение вязкости охлаждающей жидкости может уменьшить величину расхода охлаждающей жидкости, когда охлаждающая среда перекачивается по контуру охлаждающей текучей среды вспомогательным насосом для охлаждающей среды. Расход текучей среды может быть уменьшен до величины, при которой система не способна рассеивать тепло, генерируемое нагревательным устройством, работающим на топливе, это может привести к локализованному «кипению» или перегреву охлаждающей среды в зоне теплопередачи. Такой перегрев может быть обнаружен и может привести к генерации кода неисправности и/или выключить нагревательное устройство и/или автотранспортное средство либо для предотвращения повреждения теплообменника или насоса, либо как следствие возникшей неисправности. Такие проблемы могут усугубляться, когда температура охлаждающей среды приближается к величине приблизительно -40°C или превышает ее.
Следовательно, цель данного изобретения - предотвратить или, по меньшей мере, ослабить вышеупомянутую проблему. Другие цели и преимущества станут очевидны из последующего технического описания и чертежей.
Данное изобретение направлено на обеспечение усовершенствования в области работающих на топливе нагревательных устройств, которые имеют конкретное применение в автотранспортных средствах. Данное изобретение может быть использовано в применениях, отличающихся от применений для автотранспортных средств, например, предусматривается, что данное изобретение может иметь применение в генераторах, в частности портативных генераторах, или другие применения, требующие двигателя внутреннего сгорания.
Аспекты данного изобретения относятся к нагревательной системе, системе управления, нагревательному устройству, контроллеру, транспортному средству и способу эксплуатации, заявленным в прилагаемой формуле изобретения.
Согласно одному аспекту данного изобретения, для которого испрашивается патентная защита, предложен способ эксплуатации нагревательного устройства, предназначенного для предварительного нагрева компонентов автотранспортного средства с помощью текучей среды в теплообменнике, причем этот способ содержит прием инициирующего сигнала для начала нагрева, определение величины параметра, указывающего на текучесть текучей среды, подлежащей нагреву, определение последовательности запуска нагревательного устройства на основании определенной величины параметра и инициирование выбранной последовательности запуска для начала нагрева текучей среды.
Это имеет преимущество предотвращения или, по меньшей мере, снижения возможности перегрева охлаждающей среды в зоне теплопередачи в нагревательном устройстве, когда его эксплуатируют при низких температурах.
Опционально способ содержит выбор последовательности запуска из по меньшей мере двух последовательностей запуска, причем эти по меньшей мере две последовательности запуска содержат первую последовательность запуска, предназначенную для использования, когда определенная величина параметра указывает на то, что текучесть текучей среды, подлежащей нагреву, находится ниже заранее заданного порогового значения, и вторую последовательность запуска, предназначенную для использования, когда определенная величина параметра указывает на то, что текучесть текучей среды, подлежащей нагреву, находится выше заранее заданного порогового значения.
Опционально первая последовательность позволяет управлять нагревательным устройством таким образом, что тепло передается к текучей среде с более низкой средней скоростью, чем когда им управляют во второй последовательности.
Опционально первая последовательность позволяет управлять нагревательным устройством таким образом, что тепло передается к текучей среде так, что текучесть текучей среды увеличивается, без перегрева жидкости.
Опционально первая последовательность позволяет увеличивать текучесть текучей среды в течение первоначального периода, так чтобы затем скорость теплопередачи могла быть увеличена без перегрева текучей среды.
Опционально пороговое значение указывает на величину текучести текучей среды, при которой вполне вероятно, что перегрев текучей среды произойдет, если текучую среду нагревают, используя вторую последовательность для нагревательного устройства.
Опционально как в первой последовательности, так и во второй последовательности нагревательное устройство генерирует более низкую выходную тепловую мощность в течение предварительного периода, после чего выходная тепловая мощность увеличивается, причем предварительный период является более длительным в первой последовательности запуска, чем предварительный период, обеспечиваемый во второй последовательности.
Опционально нагревательное устройство представляет собой работающее на топливе нагревательное устройство, содержащее топливный насос, причем способ содержит: перекачивание топлива к работающему на топливе нагревательному устройству при различных величинах расхода в каждой из по меньшей мере двух последовательностей.
В некоторых вариантах осуществления данного изобретения измерение параметра, указывающего на текучесть текучей среды, подлежащей нагреву, включает в себя по меньшей мере одно из следующих:
- измерение температуры текучей среды, подлежащей нагреву; и/или
- измерение температуры окружающего воздуха; и/или
- измерение вязкости текучей среды.
Опционально в первой или второй последовательности запуска нагревательное устройство генерирует и/или передает тепло с интенсивностью (скоростью), которая является достаточно низкой для предотвращения перегрева текучей среды в зоне нагревательного устройства, в которой тепло передается к текучей среде.
В некоторых вариантах осуществления данного изобретения способ содержит прием кода ошибки и выбор другой последовательности из по меньшей мере двух последовательностей запуска.
Способ может содержать перекачивание текучей среды по контуру текучей среды и передачу тепла, содержащегося в текучей среде, к компоненту, образующему часть контура текучей среды.
Опционально способ содержит изменение состояния клапана в контуре текучей среды, тем самым регулируя путь, по которому протекает текучая среда.
Это имеет преимущество изменения компонентов автотранспортного средства, к которым передается тепло, опционально направляя тепло, генерируемое нагревательным устройством, к тем компонентам автотранспортного средства, где оно наиболее необходимо или желательно.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения, предложена нагревательная система для автотранспортного средства, причем эта система содержит:
- нагревательное устройство;
- контур текучей среды для присоединения нагревательного устройства к двигателю внутреннего сгорания;
- текучую среду внутри контура текучей среды;
- насос для перекачивания текучей среды по контуру текучей среды;
- датчик для измерения параметра, указывающего на текучесть текучей среды в контуре текучей среды;
- причем нагревательное устройство может быть предназначено для эксплуатации в одном из по меньшей мере двух режимов работы, в зависимости от величины измеренного параметра текучей среды.
В некоторых вариантах осуществления данного изобретения нагревательное устройство содержит топливный насос, находящийся в соединении по текучей среде с топливным баком, причем топливный насос способен подавать топливо к нагревательному устройству при двух или большем числе различных величин расхода.
Это имеет преимущество того, что позволяет вырабатывать тепло с различными интенсивностями (величинами мощности), так чтобы охлаждающую жидкость можно было нагревать быстро или медленно.
Опционально система дополнительно содержит систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) для автотранспортного средства, находящуюся в соединении по текучей среде с нагревательным устройством для предварительного нагрева пассажирской кабины автотранспортного средства.
Опционально система дополнительно содержит по меньшей мере один клапан для регулирования пути протекания текучей среды в контуре текучей среды, тем самым позволяя текучей среде протекать в обход либо системы ОВКВ, либо двигателя внутреннего сгорания, для того чтобы обеспечить подачу тепла к другой из системы ОВКВ или двигателя внутреннего сгорания, причем состояние этого клапана зависит от измеренной температуры текучей среды.
Опционально этот по меньшей один клапан используется для регулирования пути потока текучей среды, так чтобы выше пороговой температуры текучая среда протекала в обход двигателя, но протекала через систему ОВКВ, а ниже пороговой температуры путь потока текучей среды включает в себя двигатель вдобавок к системе ОВКВ.
Опционально датчик представляет собой температурный датчик для определения температуры текучей среды в контуре текучей среды.
В некоторых вариантах осуществления данного изобретения температурный датчик посылает сигнал, указывающий на перегрев текучей среды.
Система может содержать блок управления, предназначенный для приема инициирующего сигнала от пользователя и выдачи команды системе для начала нагрева текучей среды.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения, предложены: нагревательное устройство; контур текучей среды для присоединения нагревательного устройства к двигателю внутреннего сгорания; текучая среда внутри контура текучей среды; насос для перекачивания текучей среды по контуру текучей среды; датчик для измерения параметра, указывающего на текучесть текучей среды в контуре текучей среды; причем нагревательное устройство предназначено для возможности его эксплуатации в одном из по меньшей мере двух режимов работы, в зависимости от величины измеренного параметра текучей среды.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения, предложено нагревательное устройство для нагрева текучей среды, содержащее: теплообменник для передачи тепла к текучей среде; устройство управления для выбора последовательности профиля нагрева нагревательного устройства, основанного на сигнале, полученном устройством управления, причем этот сигнал указывает на текучесть текучей среды, причем устройство управления реализует последовательность профиля нагрева, причем эта последовательность профиля нагрева зависит от текучести нагреваемой текучей среды.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения предложено нагревательное устройство, содержащее;
- источник топлива;
- источник воздуха;
- камеру сгорания для смешивания топлива и воздуха;
- источник тепла для вызывания сгорания топливовоздушной смеси;
- теплообменник для передачи тепла к текучей среде;
- устройство управления для управления топливным насосом,
причем устройство управления содержит процессор для выполнения компьютерной программы, хранящейся в запоминающем устройстве, причем компьютерная программа содержит по меньшей мере два алгоритма для управления последовательностью запуска нагревательного устройства, причем первый из вышеупомянутых по меньшей мере двух алгоритмов выполняется, когда устройство управления примет первый сигнал, указывающий на то, что вязкость текучей среды находится выше порогового значения, второй из вышеупомянутых по меньшей мере двух алгоритмов выполняется, когда устройство управления примет второй сигнал, указывающий на то, что вязкость текучей среды находится ниже порогового значения, или при отсутствии получения первого сигнала.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения, предложено устройство управления для управления топливным насосом, содержащее процессор для выполнения компьютерной программы, хранящейся в запоминающем устройстве, причем компьютерная программа содержит по меньшей мере два алгоритма для управления последовательностью запуска нагревательного устройства, причем первый из вышеупомянутых по меньшей мере двух алгоритмов выполняется, когда устройство управления получит первый сигнал, указывающий на то, что вязкость текучей среды находится выше порогового значения, второй из вышеупомянутых по меньшей мере двух алгоритмов выполняется, когда устройство управления получит второй сигнал, указывающий на то, что вязкость текучей среды находится ниже порогового значения, или при отсутствии получения первого сигнала.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения, предложена система управления для нагревательной системы, содержащая компьютерную программу для осуществления способа, описанного в настоящем документе выше.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения, предложен способ эксплуатации нагревательного устройства, содержащий:
- прием инициирующего сигнала для начала нагрева;
- выбор первой последовательности профиля нагрева нагревательного устройства из одной из множества последовательностей профилей нагрева;
- инициирование первой последовательности профиля нагрева для начала нагрева текучей среды;
- прием сигнала, указывающего, что температура текучей среды находится выше заранее заданного порогового значения, так что текучая среда перегревается или будет перегрета;
- выбор второй, отличающейся последовательности профиля нагрева нагревательного устройства и инициирование второй последовательности профиля нагрева для нагрева текучей среды.
Опционально во второй последовательности нагревательным устройством управляют таким образом, что тепло передается к текучей среде так, чтобы текучесть текучей среды возрастала, без перегрева текучей среды.
Предпочтительно, когда управляют второй последовательностью нагревательного устройства таким образом, чтобы текучесть текучей среды увеличивалась во время первоначального периода, так чтобы после этого скорость теплопередачи могла быть увеличена без перегрева текучей среды.
Опционально во второй последовательности нагревательным устройством управляют таким образом, чтобы тепло передавалось к текучей среде со скоростью, которая является достаточно низкой для предотвращения перегрева текучей среды в зоне нагревательного устройства, в которой тепло передается к текучей среде.
Во второй последовательности нагревательное устройство может генерировать меньшую выходную тепловую мощность в течение предварительного периода, причем этот период является более длительным, чем период, обеспеченный в первой последовательности.
Опционально способ, выполненный согласно любому предыдущему абзацу, в котором нагревательное устройство представляет собой нагревательное устройство, работающее на топливе, содержащее топливный насос, содержит перекачивание топлива к работающему на топливе нагревательному устройству с меньшей средней величиной расхода во второй последовательности, чем в первой последовательности.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения, предложен способ эксплуатации нагревательного устройства, содержащий:
- прием инициирующего сигнала для начала нагрева;
- измерение температуры текучей среды, подлежащей нагреву;
- определение последовательности запуска для нагревательного устройства, основанной на измеренной температуре, и
- инициацию выбранной последовательности для начала нагрева текучей среды.
Альтернативно измерению температуры текучей среды, подлежащей нагреву, или в добавление к нему, способ включает в себя измерение температуры окружающего воздуха и/или измерение вязкости текучей среды, подлежащей нагреву, и/или прием кода ошибки, указывающего на перегрев текучей среды.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения, предложено запоминающее устройство для хранения информации, содержащее компьютерную программу для осуществления способов эксплуатации нагревательного устройства, описанных выше.
В объеме настоящего изобретения явным образом предполагается, что различные аспекты, варианты осуществления данного изобретения, примеры и альтернативы, описанные в предыдущих параграфах, в формуле изобретения и/или в последующем описании и на чертежах, и в частности его отдельные характерные особенности, могут рассматриваться независимо или в любом сочетании. К примеру, характерные особенности, описанные в связи с вариантами осуществления данного изобретения, применимы ко всем вариантам осуществления данного изобретения, если только такие характерные особенности не являются несовместимыми друг с другом.
Варианты осуществления данного изобретения описаны только путем примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - схематично нагревательная система, работающая на топливе, для транспортного средства, выполненная согласно варианту осуществления данного изобретения;
фиг. 2 - диаграмма, иллюстрирующая типичные диапазоны температур, в которых эксплуатируется каждый из рабочих режимов работающей на топливе нагревательной системы, изображенной на фиг. 1, в отношении температуры охлаждающей текучей среды;
фиг. 3 - график, иллюстрирующий различные рабочие режимы топливного насоса нагревательной системы, работающей на топливе, изображенной на фиг. 1.
Подробные описания конкретных вариантов реализации работающей на топливе нагревательной системы данного изобретения раскрыты в настоящем документе. Описанные варианты осуществления данного изобретения являются только примерами того, каким образом определенные аспекты данного изобретения могут быть реализованы, и не представляют собой всеобъемлющий перечень всех способов, с помощью которых данное изобретение может осуществляться. В действительности, будет понятно, что работающая на топливе нагревательная система, описанная здесь, может быть реализована в различных и альтернативных формах. Чертежи необязательно выполнены в реальном масштабе, и некоторые элементы могут быть увеличены или минимизированы, чтобы показать подробности конкретных компонентов. Хорошо известные компоненты, материалы или способы необязательно описаны очень подробно, чтобы избежать затруднения понимания раскрытия сущности данного изобретения. Любые конкретные конструктивные и функциональные детали, описанные здесь, не должны интерпретироваться как ограничивающие, но просто как основание для формулы изобретения и как представительную основу для обучения специалиста в данной области техники тому, как разнообразным образом применять данное изобретение.
Ссылаясь на фиг. 1, показан схематический вид работающей на топливе нагревательной системы 10 для автотранспортного средства. Работающее на топливе нагревательное устройство по текучей среде присоединено к двигателю внутреннего сгорания 8 и к системе 12 отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) автотранспортного средства с помощью контура С текучей среды. Двигатель 8 содержит систему охлаждающей среды, содержащую охлаждающую текучую среду. Система ОВКВ 12 содержит теплообменник ОВКВ (не показан), предназначенный для передачи тепла от системы охлаждающей среды двигателя к пассажирской кабине (не показана). Тепло, извлеченное из охлаждающей текучей среды в системе охлаждающей текучей среды, используется для нагрева окружающего воздуха, причем этот нагретый воздух вдувается в пассажирскую кабину автотранспортного средства с помощью нагнетателя воздуха или вентилятора.
Клапан 14 выполнен таким образом, чтобы охлаждающую текучую среду можно было направлять через двигатель 8 и систему ОВКВ 12, или можно было направлять только через систему ОВКВ 12. Состояние клапана 14 зависит от температуры охлаждающей текучей среды. Работающее на топливе нагревательное устройство 18 по текучей среде присоединено к топливному баку 16 топливным насосом 20. Топливный бак 16 представляет собой топливный бак, используемый для хранения топлива для двигателя внутреннего сгорания 8. В альтернативных вариантах осуществления данного изобретения система содержит отдельный топливный бак, специально выделенный для работающего на топливе нагревательного устройства 18; в некоторых из этих вариантов осуществления данного изобретения топливо, сжигаемое работающим на топливе нагревательным устройством 18, является отличным от топлива, сжигаемого двигателем внутреннего сгорания 8.
Вспомогательный насос 15 для охлаждающей текучей среды выполнен как часть модуля, включающего в себя работающее на топливе нагревательное устройство 18 или систему ОВКВ 12, или как автономный блок. Вспомогательный насос 15 для охлаждающей текучей среды работает, когда двигатель внутреннего сгорания не работает.
Работающее на топливе нагревательное устройство 18 может также содержать двигатель, например, электродвигатель, для привода вентилятора или лопастного колеса (крыльчатки), предназначенного для подачи воздуха для горения в камеру сгорания; причем этот воздух для горения смешивается с топливом в камере сгорания. Работающее на топливе нагревательное устройство 18 также содержит источник тепла, такой как запальная свеча для вызывания горения. Тепло, обеспеченное запальной свечой, испаряет топливо, поданное внутрь камеры сгорания. Как только топливовоздушная смесь в камере сгорания достигнет требуемой температуры, топливовоздушная смесь воспламенится. Теплообменник 19 обеспечен в работающем на топливе нагревательном устройстве для передачи тепла от камеры сгорания к охлаждающей текучей среде в системе охлаждающей среды. «Нагретая» охлаждающая текучая среда передается или перекачивается по системе 10 вспомогательным насосом 15 для охлаждающей среды.
Система 10 содержит блок управления 13, присоединенный к модулю 24 человеко-машинного интерфейса (интерфейса пользователя), причем модуль 24 интерфейса пользователя может образовывать часть информационной системы. Модуль 24 интерфейса пользователя может быть присоединен к работающему на топливе нагревательному устройству 18 проводным соединением или беспроводным соединением через блок управления 13 или непосредственно к нему. Блок управления 13 управляет работающим на топливе нагревательным устройством 18 и может быть встроен в единый объединяющий модуль, включающий в себя работающее на топливе нагревательное устройство 18, или может представлять собой автономный блок, присоединенный к работающему на топливе нагревательному устройству 18. Система 10 может также содержать кнопочный брелок 22, который может быть выполнен в виде электронного брелка с кнопками или в виде запрограммированных клавиш, имеющих функцию предварительного нагрева. Кнопочный брелок 22 может сообщаться беспроводным образом с блоком управления 13 или модулем 24 интерфейса пользователя, или непосредственно с работающим на топливе нагревательным устройством 18.
Пользователь может вводить или посылать команды в систему 10 через модуль 24 интерфейса пользователя или кнопочный брелок 22. Такие команды могут быть заранее запрограммированы или установлены пользователем для предварительного нагрева автотранспортного средства в конкретное время или по требованию.
Когда система 10 находится в использовании, «пробуждающий», инициирующий сигнал или сигнал предварительного нагрева высылается из модуля 24 интерфейса пользователя или кнопочного брелка 22 в систему ОВКВ 12 или блок управления 13, требующий, чтобы система начала предварительный нагрев автотранспортного средства. На фиг. 4 показана блок-схема способа 110 эксплуатации нагревательного устройства согласно варианту осуществления данного изобретения. Этап 112 представляет собой этап приема инициирующего сигнала/сигнала предварительного нагрева.
После приема сигнала предварительного нагрева от модуля 24 интерфейса пользователя или кнопочного брелка 22 или блока управления 13, система ОВКВ 12 передаст сигнал предварительного нагрева в работающее на топливе нагревательное устройство 18. В некоторых вариантах осуществления данного изобретения предусмотрено, что сигнал предварительного нагрева может передаваться непосредственно в работающее на топливе нагревательное устройство от модуля 24 интерфейса пользователя или кнопочного брелка 22 или блока управления 13. Следовательно, в некоторых вариантах осуществления данного изобретения нагревательная система начнет нагрев на этапе 114.
Температурный датчик 21 измеряет или оценивает температуру охлаждающей текучей среды. Система 10 может дополнительно выполнять другие измерения, например, температуры окружающего воздуха, температуры масла, температуры в кабине. В некоторых вариантах осуществления данного изобретения температурный датчик 21 может измерять температуру охлаждающей среды непосредственно, или он может вычислять или оценивать температуру охлаждающей среды на основании альтернативного измерения, например, измерения температуры окружающего воздуха. В других вариантах осуществления данного изобретения система может измерять вязкость охлаждающей текучей среды вдобавок к или альтернативно измерению температуры охлаждающей текучей среды. Все вышеупомянутые измерения температуры или вязкости могут рассматриваться как измерения свойств (параметров), указывающих на вязкость или текучесть охлаждающей текучей среды. В других альтернативных вариантах осуществления данного изобретения может выполняться измерение рабочей нагрузки, прикладываемой к вспомогательному насосу для охлаждающей среды, когда он перекачивает текучую среду, например, система 10 может измерять электрический ток, потребляемый вспомогательным насосом 15 для охлаждающей среды. Следовательно, один или несколько датчиков могут использоваться для определения величины параметра, указывающего на текучесть текучей среды, подлежащей нагреву. Этап 116 определения величины параметра может выполняться перед 116а, после 116b или одновременно 116с с этапом 114 начала нагрева.
Во всех случаях, в которых требуется предварительный нагрев кабины и/или двигателя, применяется следующая процедура. После того, как работающее на топливе нагревательное устройство 18 будет включено, электрический ток протекает через запальную свечу для того, чтобы она генерировала тепло. Топливный насос 20 подает топливо из топливного бака 16 в камеру сгорания работающего на топливе нагревательного устройства 18, и окружающий воздух засасывается или закачивается в камеру сгорания с помощью вентилятора или лопастного колеса. Топливо, подаваемое в камеру сгорания, испаряется из-за тепла, обеспеченного запальной свечой, для образования горючей топливовоздушной смеси с окружающим воздухом, засасываемым в камеру сгорания.
Топливовоздушная смесь воспламеняется, когда будет достигнута требуемая температура. Горячие газообразные продукты горения (газы сгорания) протекают через теплообменник 19 и в систему выброса отработанных газов. Тепло от газов сгорания передается в теплообменнике 19 к охлаждающей текучей среде.
с
с
е
е
с
с
Процедура предварительного нагрева, выполняемая системой 10, опционально будет зависеть от результата измерения температуры Т охлаждающей текучей среды, измеряемой температурным датчиком 21. Если Т находится внутри зоны 30 на фиг. 2, т.е. выше приблизительно первой пороговой температуры Т1 (в варианте осуществления данного изобретения, изображенном на фиг. 2, Т1 составляет -20°С), то выполняется первая процедура. Если Т находится в зоне 40, т.е. между приблизительно -20°С и приблизительно -30°С, то будет применена вторая процедура. Если Т находится в зоне 50, т.е. ниже приблизительно -30°С, то будет применена третья процедура.
В первой процедуре блок управления 13 закрывает клапан 14, для того чтобы создать короткий контур SC текучей среды, проходящий в обход двигателя 8. После протекания через теплообменник 19 работающего на топливе нагревательного устройства 18 охлаждающая текучая среда перекачивается по короткому контуру SC текучей среды системы 10, для того чтобы она проходила через систему ОВКВ 12, где тепло передается в кабину теплообменником системы ОВКВ и нагнетателем воздуха в системе ОВКВ 12. Следовательно, в этой конфигурации только кабина предварительно нагревается, компоненты двигателя не нагреваются предварительно, поскольку нагретая охлаждающая среда не проходит через двигатель 8.
Будет отмечено, что выше верхней пороговой температуры, составляющей приблизительно 15°C, предварительный нагрев кабины автотранспортного средства может не быть необходимым или желательным. Верхняя пороговая температура может быть определяемой пользователем. Следовательно, первая процедура будет по существу применяться только до верхней пороговой температуры, и не будет совсем никакого нагрева, требуемого выше верхней пороговой температуры.
Во второй и третьей процедурах система ОВКВ 12 открывает клапан 14, для того чтобы создать длинный контур LC текучей среды, включающий в себя как двигатель 8, так и систему ОВКВ 12. Это обеспечивает, что система 10 передает тепло по контуру текучей среды как к двигателю 8, так и к системе ОВКВ 12, обеспечивая эффективный запуск двигателя и предварительный нагрев пассажирской кабины для улучшения комфорта пассажиров.
Вдобавок к различиям в контуре текучей среды в различных процедурах, имеются также различия в операции запуска работающего на топливе нагревательного устройства, заключающиеся в следующем.
В первой и второй процедурах, когда включают работающее на топливе нагревательное устройство 18, оно запускается в первом режиме, последовательность запуска или профиль нагрева которого представляет собой высокую выходную тепловую мощность или режим быстрого нагрева. В третьей процедуре, когда включают работающее на топливе нагревательное устройство 18, оно запускается во втором режиме, последовательность запуска или профиль нагрева которого представляет собой низкую выходную тепловую мощность или режим медленного нагрева.
e
c
Пороговая величина T2 пороговой температуры T между зоной 40 и зоной 50 на фиг. 2 и, следовательно, между использованием первого режима и использованием второго режима представляет собой температуру, при которой температура охлаждающей текучей среды является достаточно низкой, так что она указывает, что соответствующая вязкость охлаждающей текучей среды может привести к перегреву, если нагрев осуществлялся бы в первом режиме после включения работающего на топливе нагревательного устройства 18. Перегрев происходит, потому что поток текучей среды является настолько медленным, что текучая среда проводит длительный период времени в зоне, в которой тепло передается от нагревательного устройства.
e
e
В этом варианте осуществления данного изобретения T2 составляет -30°C. Специалист в данной области техники поймет, что температура, при которой вязкость текучей среды является такой, что поток текучей среды является достаточно низким для того, чтобы возник местный перегрев, может зависеть от ряда факторов, таких как тип охлаждающей текучей среды, геометрия теплообменника, область контура охлаждающей текучей среды, которая находится в непосредственном контакте с источником тепла, и профиль нагрева первого режима. Специалист в данной области техники поймет, что величину T2 необходимо было бы установить соответственно.
В режиме низкой тепловой мощности или медленного нагрева скорость теплопередачи к текучей среде является уменьшенной. При низких температурах, при которых выполняется режим низкой тепловой мощности или медленного нагрева, вспомогательный насос для охлаждающей среды является менее эффективным, с меньшей величиной расхода текучей среды, чем когда он работает при более высоких температурах. Вспомогательный насос для охлаждающей среды является менее эффективным из-за увеличения вязкости текучей среды, и, следовательно, текучая среда, которую перекачивает вспомогательный насос для текучей среды, остается в теплообменнике в течение более длительного периода времени, чем когда он работает при более высоких температурах. Поскольку текучая среда остается в теплообменнике в течение более длительного периода времени, во время которого тепло передается к текучей среде, необходимо уменьшить скорость теплопередачи к текучей среде для предотвращения перегрева текучей среды.
e
При температурах ниже температуры T2 вязкость текучей среды увеличивается достаточно, чтобы текучая среда могла оставаться внутри теплообменника в течение достаточно долгого периода времени, так что, если ее нагревать со скоростью, используемой в первом режиме, текучая среда может перегреваться или «кипеть». Следовательно, путем уменьшения выходной тепловой мощности во втором режиме работы работающего на топливе нагревательного устройства риск перегрева текучей среды уменьшается, поскольку текучая среда может перекачиваться через теплообменник до того, как она будет перегрета. Дополнительно, тепло, передаваемое к текучей среде, может передаваться в сторону (на удаление) от теплообменника, например, за счет теплопроводности или конвекции, и, следовательно, на удаление от части охлаждающей текучей среды, которую нагревают, по всему объему охлаждающей текучей среды.
Это предотвращает локальный перегрев охлаждающей текучей среды в непосредственно примыкающей части охлаждающей текучей среды, подвергаемой нагреву. Следовательно, состояние ошибки системы предотвращается, и охлаждающая среда может быть нагрета достаточно, так что вязкость уменьшается до такого уровня, чтобы позволить протекать охлаждающей текучей среде по охлаждающему контуру, обеспечивая эффективный предварительный нагрев для автотранспортного средства.
Способ, в котором различные тепловые выходные мощности достигаются в первом и втором режиме, будут теперь объяснены более подробно.
На фиг. 3 показан график частоты накачки топливного насоса 20 в зависимости от времени в течение первоначального периода, начинающегося с приема инициирующего сигнала.
Когда система 10 получает «инициирующий» или «пробуждающий» сигнал как в первом режиме, так и во втором режиме, частота насоса возрастает от OHz (выключен) после короткой задержки D1 до первой частоты накачки F1. Топливный насос 20 работает в течение некоторого периода времени при частоте F1, и после этого частота насоса возрастает до и поддерживается при частоте накачки F3. Большая частота накачки при F3 приводит в результате к более высокой генерации газов сгорания, и, следовательно, выходная тепловая мощность будет больше при частоте накачки F3, чем при частоте накачки F1.
В первом режиме высокой выходной мощности топливный насос 20 работает при профиле частоты накачки, указанном сплошной линией 1. Топливный насос 20 достигает частоты F3 в момент времени T1 в первом режиме.
В этом варианте осуществления данного изобретения как в первом режиме, так и во втором режиме скорость, с которой частота насоса увеличивается от частоты F1 до частоты F3, содержит две стадии. На первой стадии S1 частота увеличивается с первой скоростью, имеющей первый градиент, до частоты F2. На второй стадии S2 частота увеличивается до F3 со второй скоростью, причем эта вторая скорость является более быстрой, чем первая скорость, и, следовательно, имеет более крутой градиент, чем первая скорость на фиг. 3.
Специалист в данной области техники поймет, что в альтернативных вариантах осуществления данного изобретения частота насоса может увеличиваться с постоянной скоростью от частоты F1 до частоты F3 для любого из первого режима и второго режима или обоих первого режима и второго режима. В таком случае не было бы изменения градиента между частотой F1 и частотой F3.
Кроме того, в еще одном варианте осуществления данного изобретения в первом режиме работы частота насоса может быстро линейно увеличиваться непосредственно до высокой частоты F3, как указано пунктирной линией 5. Топливный насос 20 достигает частоты F3 до момента времени T1 в этом альтернативном варианте осуществления данного изобретения.
Во втором режиме более низкая выходная тепловая мощность достигается путем выработки более низкого среднего расхода газов сгорания через теплообменник в течение первоначального периода ti, так что имеется меньше тепла, которое должно передаваться к охлаждающей текучей среде в единицу времени. Более низкая скорость потока газов сгорания достигается в этом варианте осуществления данного изобретения за счет двух различий в профиле частоты накачки по сравнению с профилем частоты накачки первого режима (профиль частоты накачки во втором режиме указан штриховой линией 2 на фиг. 3). Топливный насос 20 достигает частоты F3 в момент времени T2 во втором режиме, указанном штриховой линией 2.
Во-первых, предварительный период времени t1, в течение которого частота накачки удерживается при F1 в первом режиме, является более коротким, чем предварительный период времени t2, в течение которого частота накачки удерживается при F1 во втором режиме. Поскольку выходная тепловая мощность будет увеличиваться при увеличении частоты накачки, то суммарная выходная тепловая мощность и, следовательно, средняя выходная тепловая мощность в течение периода ti будет ниже во втором режиме, чем в первом режиме.
Во-вторых, скорость увеличения частоты накачки между F1 и F2, указанная градиентами линий между F1 и F2 на фиг. 3, меньше во втором режиме, чем в первом режиме. Время, затраченное во втором режиме для того, чтобы частота накачки достигла F3, следовательно, больше, чем в первом режиме. Следовательно, общее время t3 для того, чтобы частота накачки увеличилась от F1 до F3, короче в первом режиме, чем общее время t4 во втором режиме. Вдобавок к тому, что t2 является большим, чем t1, для второго режима, тот факт, что t4 больше, чем t3, также способствует увеличению суммарной тепловой выходной энергии, и, следовательно, средняя выходная тепловая мощность для периода ti является более низкой во втором режиме, чем в первом режиме.
Штрихпунктирные линии 3 и 4 на фиг. 3 указывают второй режим работы в альтернативных вариантах осуществления данного изобретения. Топливный насос 20 достигает частоты F2 в момент времени T3 в альтернативном варианте осуществления данного изобретения, указанном штрихпунктирной линией 3, и в момент времени T4 в альтернативном варианте осуществления данного изобретения, указанном штрихпунктирной линией 4.
В этих альтернативных вариантах осуществления данного изобретения предварительный период времени t5, в течение которого частота накачки удерживается при F1, является еще более длительным, чем предварительный период времени t2 в варианте осуществления данного изобретения, изображенном штриховой линией 2.
Вдобавок, в обоих из этих альтернативных вариантов осуществления данного изобретения затраченное время t6 и t7 для штрихпунктирных линий 3 и 4 соответственно, для того, чтобы частота накачки увеличилась от F1 до F3, является более длительным, чем время t4 в варианте осуществления данного изобретения, показанном штриховой линией 2. Кроме того, t7 является более длительным, чем t6, в результате того, что время, затраченное для достижения F2, является большим для варианта осуществления данного изобретения, показанного штрихпунктирной линией 4.
Следовательно, штрихпунктирные линии 3 и 4 показывают профили частоты накачки второго режима, которые приводят в результате к более низкой средней выходной тепловой мощности в течение ti, чем профиль, показанный штриховой линией 2. Кроме того, линия 4 показывает профиль частоты накачки второго режима, который приводит в результате к более низкой средней выходной тепловой мощности в течение ti, чем профиль линии 3.
Профили частоты насосов могут быть сохранены в запоминающем устройстве в блоке управления 13.
При использовании работающая на топливе нагревательная система 10 может работать в одном из двух или большего числа режимов работы, причем в по меньшей мере одном режиме работающая на топливе нагревательная система 10 первоначально запускается в режиме низкой тепловой мощности или медленного нагрева, поскольку вязкость охлаждающей текучей среды при запуске работающего на топливе нагревательного устройства 18 может быть достаточно высокой. Так что вспомогательный насос 15 для охлаждающей среды не может обеспечить достаточно низкого расхода для предотвращения локализованного перегрева охлаждающей текучей среды в зоне теплообменника 19 работающего на топливе нагревательного устройства 18.
В некоторых вариантах осуществления данного изобретения, как только профиль нагрева или последовательность запуска была начата, система 10 способна генерировать и/или принимать сигнал ошибки на этапе 118 (см. фиг. 4), причем этот сигнал ошибки принимается в блоке управления 13. Сигнал ошибки указывает на то, что текучая среда перегревается или по всей вероятности будет перегрета работающим на топливе нагревательным устройством 18 в зоне теплопередачи в теплообменнике 19. Следовательно, сигнал ошибки может быть сгенерирован как следствие определения текучести текучей среды согласно этапу 116b (фиг. 4). После приема сигнала ошибки блок управления 13 инициирует на этапе 120 (фиг. 4) новый профиль нагрева или последовательность запуска работающего на топливе нагревательного устройства 18, который отличается от последовательности запуска, используемой в данный момент. Новая последовательность запуска будет такой, что тепло передается к охлаждающей текучей среде при более низком расходе для уменьшения риска перегрева, и для того, чтобы позволить передавать тепло к текучей среде, так чтобы вязкость уменьшалась. В некоторых вариантах осуществления данного изобретения изменение режима запуска в ответ на сигнал ошибки может происходить вдобавок к выбору или определению режима запуска согласно параметру, указывающему на вязкость охлаждающей среды. В таких вариантах осуществления данного изобретения блок управления 13 либо выберет другой отличный из вторых режимов работы с медленным нагревом, либо перейдет от первого режима с медленным нагревом ко второму режиму с медленным нагревом, в зависимости от режима, используемого, когда сигнал ошибки принят. В других вариантах осуществления данного изобретения сигнал ошибки может использоваться вместо контроля параметра, указывающего на вязкость, чтобы определить, когда требуется вторая последовательность запуска с более медленным нагревом.
Ссылаясь на фиг. 4, в еще одном варианте осуществления данного изобретения после заранее заданного времени нагревательная система может переключиться от одного профиля нагрева, первоначально выбранного на этапе 114, к новому профилю нагрева на этапе 120 через траекторию 118b, тем самым изменяя последовательность без сигнала ошибки на этапе 118. К примеру, нагревательное устройство может запускаться на этапе 114 в режиме с низкой выходной тепловой мощностью и переключаться после некоторого времени в режим с высокой выходной тепловой мощностью на этапе 120.
Ссылаясь на фиг. 5, после определения кода ошибки на этапе 118 нагревательная система может также войти в состояние ожидания управления на этапе 122, в котором нагревательное устройство остановлено. В состоянии ожидания управления насос 15 для охлаждающей среды может перекачивать охлаждающую среду по системе. От этапа 122 параметр текучести текучей среды измеряется на этапе 124. Результат измерения параметра оценивается на этапе 126, где: если параметр находится ниже заранее заданного порогового значения, указывая, что запуск нагрева привел бы к перегреву текучей среды снова, то нагревательная система возвращается в состояние ожидания управления на этапе 122; а если параметр находится выше заранее заданного порогового значения, то попытка повторного запуска нагревательного устройства будет выполнена на этапе 128. В том случае, если попытка повторного запуска нагревательного устройства не получится, нагревательная система вернется в состояние ожидания управления на этапе 122.
Следует учесть, что различные изменения могут быть сделаны в рамках объема данного изобретения. К примеру, охлаждающая текучая среда может протекать в противоположном направлении, против часовой стрелки, относительно направления, описанного и показанного, иными словами, охлаждающая текучая среда может проходить через систему ОВКВ 12 до двигателя 8, в таких вариантах осуществления данного изобретения расположение клапана 14 может быть отрегулировано соответственно, например, в положение, указанное условным обозначением P1. В других вариантах осуществления данного изобретения дополнительный клапан может быть установлен в положении P1.
e
e
e
e
Следует учесть, что пороговая температура T1, которая определяет, когда насос работает в первом или втором режиме, и пороговая температура T2, которая определяет состояние клапана 14, может зависеть от: типа, концентрации или химического состава используемой охлаждающей среды; типа или конструкции вспомогательного насоса; типа или конструкции теплообменника в работающем на топливе нагревательном устройстве и типа топлива, сжигаемого работающим на топливе нагревательным устройством и/или двигателем внутреннего сгорания 8. Следует отметить, что пороговая температура T1, которая определяет, когда насос работает в первом или втором режиме, и пороговая температура T2, которая определяет состояние клапана 14, могут представлять собой одинаковую величину температуры или могут быть различными величинами температуры.
Кроме того, в этом варианте осуществления данного изобретения температура текучей среды используется в качестве параметра, который указывает на текучесть текучей среды, но будет понятно, что могут быть использованы другие параметры, например, окружающая температура, вязкость текучей среды или потребляемый электрический ток насоса, требуемый для перекачивания текучей среды при конкретной величине расхода.
Приведенные варианты осуществления данного изобретения являются примерами множества способов, с помощью которых средняя выходная тепловая мощность может быть уменьшена во втором режиме по сравнению с первым режимом в течение первоначального периода, и специалист в данной области техники способен предложить другие подходящие профили частоты накачки второго режима, которые также обеспечивают эффект уменьшения выходной тепловой мощности, так чтобы тепло, которое передается к охлаждающей текучей среде, могло обеспечить уменьшение вязкости текучей среды и полученный в результате поток охлаждающей среды по охлаждающему контуру, без происходящего перегрева или принятого сигнала ошибки.
В вышеупомянутых вариантах осуществления данного изобретения выходная тепловая мощность во втором режиме была отличной от выходной тепловой мощности в первом режиме путем изменения скорости, с которой топливо подается с камеру сгорания, путем изменения частоты накачки топливного насоса. Следует учесть, что скорость, с которой топливо подается в камеру сгорания, может быть достигнута другими средствами, или что изменение выходной тепловой мощности к охлаждающей текучей среде может также быть изменено с помощью других средств.
В альтернативном варианте осуществления данного изобретения работающая на топливе нагревательная система содержит контур текучей среды, который проходит в обход системы ОВКВ, так чтобы работающей на топливе нагревательной системой можно было управлять для подачи тепла только к двигателю. Это может потребовать дополнительных трубопроводов или каналов для образования байпасного контура, не включающего в себя систему ОВКВ, дополнительные клапаны могут также потребоваться для направления текучей среды по байпасному контуру. Альтернативно система ОВКВ может быть выборочно исключена из пути текучей среды путем изменения местоположения клапана 14 и/или работающего на топливе нагревательного устройства 18 внутри работающей на топливе нагревательной системы. В таких вариантах осуществления данного изобретения работающее на топливе нагревательное устройство используется для нагрева только двигателя, чтобы обеспечить пуски двигателей, это может быть особенно полезно, когда запасы энергии, например, в аккумуляторной батарее, являются ограниченными или уменьшенной емкости.
Используемые в настоящем документе термины направления, такие как «верх», «низ», «передний», «задний», «концевой», «боковой», «внутренний», «наружный», «верхний» и «нижний» не ограничивают соответствующих элементов такой ориентацией.