СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ПРОГРЕВА ДВИГАТЕЛЯ И АВТОМОБИЛЬНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
METHOD OF ENGINE WARM-UP IMPROVING AND AUTOMOTIVE VEHICLE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к способу улучшения прогрева двигателя внутреннего сгорания автомобильного транспортного средства.
Уровень техники
Коэффициент полезного действия по топливу двигателя внутреннего сгорания максимален, когда двигатель прогрет, то есть когда его масло и хладагент достигли нормальной рабочей температуры. До достижения этих условий двигатель работает с субоптимальным кпд. Соответственно характеристики использования топлива автомобильного транспортного средства улучшаются мерами улучшения прогрева, прежде всего, моторного масла, но также и хладагента.
Также известно, что при первом запуске двигателя из холодного состояния выбрасывается много отработавших газов. Иначе говоря, когда двигатель холодный, для конкретного расхода топлива производится более выбросов по сравнению с ситуацией, когда двигатель работает или находится по существу при своей нормальной рабочей температуре.
2
Снижение расхода топлива двигателя желательно для снижения эксплуатационных расходов двигателя и сокращения выбросов от двигателя. Специалистам в данной области техники понятно, что выбросы двигателя тесно связаны с объемом топлива, потребляемым двигателем, что особенно верно для случая выбросов CO.
Двумя основными факторами, влияющими на экономию топлива, являются:
1. Прокручивание в холодном состоянии (CSC) и
2. Прогрев двигателя (EWU).
Что касается CSC, то для того, чтобы прокрутить двигатель с холодным густым вязким моторным маслом и с плохо смазанными и соответственно создающими сильное трение внутренними деталями и узлами, обычно требуется стартер. Оба вышеуказанных фактора требуют повышенной мощности от стартера, что дополнительно напрямую разряжает аккумуляторную батарею транспортного средства. Заряд аккумуляторной батареи восстанавливается посредством генератора после того, как двигатель запустился, но в ущерб экономии топлива.
Что касается EWU, то после того как двигатель запустился, от двигателя опять требуются дополнительные усилия для преодоления сопротивления холодного и вязкого моторного масла до тех пор, пока не будет достигнута оптимальная рабочая температура двигателя, при которой вязкость масла становится низкой. В течение EWU потребляется дополнительное топливо, идущее на более высокие потери на трение, что еще более ухудшает топливную экономичность.
Соответственно установлен факт, что снижение вязкости обычного смазочного вещества, используемого для смазки двигателя, является желательным для того, чтобы снизить расход топлива путем уменьшения потерь на трение, уменьшения потерь на прокачивание и снижения мощности, требуемой для прокачивания смазочного вещества через двигатель.
Во многих современных двигателях для смазки используются масляные насосы переменной производительности. В этих насосах подача смазочного вещества, проходящего через двигатель, регулируется с целью минимизации паразитных потерь масляного насоса и соответственно повышения кпд по топливу. Например, в условиях работы с малой нагрузкой масляный насос настраивается на малую подачу на выходе. Напротив, в условиях работы с высокой нагрузкой, например на пиковой мощности, масляный насос настраивается на подачу, близкую к максимальной. Другими словами, подача регулируется так, чтобы соответствовать потребности двигателя, и нежелательным последствием этого является то, что масло не успевает прогреться достаточно быстро, что приводит к ухудшению показателей расхода топлива и выбросов.
Следует также понимать, что убыстрение прогрева хладагента, циркулирующего в двигателе, также является благоприятным, так как оно также влияет на показатели топливной экономичности и объема выбросов.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является предложение экономичного по топливу способа улучшения прогрева двигателя.
В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается способ улучшения прогрева двигателя автомобильного транспортного средства, оснащенного насосом, создающим циркуляцию жидкости через двигатель и выполненным с возможностью работы по меньшей мере в нормальном режиме и в режиме подогрева, причем способ включает в себя использование режима подогрева для нагрева проходящей через насос жидкости только в случае замедления движения автомобильного транспортного средства.
Автомобильное транспортное средство может включать в себя рабочие тормоза для торможения автомобильного транспортного средства в ответ на действия водителя, причем способ включает использование режима подогрева для нагрева проходящей через насос жидкости только в случае задействования рабочего тормоза автомобильного транспортного средства.
Способ также может включать использование режима подогрева для нагрева проходящей через насос жидкости только в случае, если рабочий тормоз автомобильного транспортного средства задействован в мере, достаточной для замедления движения транспортного средства свыше предопределенного уровня.
Способ также может включать использование режима подогрева только в случае, если температура жидкости ниже предопределенной температуры.
Способ может также включать определение величины температуры жидкости и использование насоса в режиме подогрева, если таковая определенная величина температуры будет ниже предопределенной температуры.
При работе в режиме подогрева, с тем чтобы производить тепло в проходящей через насос жидкости, насос может использоваться в неэффективном режиме.
При работе в режиме подогрева, с тем чтобы производить тепло в проходящей через насос жидкости, подача жидкости через насос может быть ограничена.
Способ также может включать в себя использование на выходной стороне насоса клапана-регулятора потока и закрытие заслонки клапана-регулятора потока в положение ограничения потока при работе насоса в режиме подогрева.
Насос может приводиться в действие двигателем.
Жидкостью может быть по меньшей мере смазочное масло двигателя и хладагент двигателя.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предлагается автомобильное транспортное средство с двигателем, имеющее насос, выполненный с возможностью работы по меньшей мере в нормальном режиме и в режиме подогрева, создающий циркуляцию жидкости через двигатель, а также имеющее электронный контроллер, причем электронный контроллер выполнен с возможностью управления работой насоса в режиме подогрева для нагрева проходящей через насос жидкости только в случае замедления движения автомобильного транспортного средства.
Автомобильное транспортное средство может включать в себя рабочие тормоза, предназначенные для торможения автомобильного транспортного средства в ответ на действия водителя, и контроллер, выполненный с возможностью управления работой насоса в режиме подогрева для нагрева проходящей через насос жидкости только в случае задействования рабочих тормозов автомобильного транспортного средства.
Предпочтительно электронный контроллер выполнен с возможностью управления работой насоса в режиме подогрева для нагрева проходящей через насос жидкости только в случае задействования рабочих тормозов автомобильного транспортного средства в мере, достаточной для замедления движения транспортного средства свыше предопределенного уровня.
Предпочтительно электронный контроллер выполнен с возможностью управления работой насоса в режиме подогрева только в случае, если температура жидкости, проходящей через насос, ниже предопределенной температуры.
На выходной стороне насоса может располагаться клапан-регулятор потока, а электронный контроллер может использоваться для управления открытием и закрытием заслонки клапана-регулятора потока, причем электронный контроллер выполнен с возможностью в режиме подогрева закрывать заслонку клапана-регулятора потока в положение ограничения потока с целью ограничения подачи жидкости от насоса и производства тепла в проходящей через насос жидкости.
Насос может приводиться в действие двигателем.
Жидкостью может быть либо смазочное масло двигателя, либо хладагент двигателя.
Автомобильное транспортное средство может иметь масляный насос и насос хладагента, каждый из которых выполнен с возможностью работы по меньшей мере в нормальном режиме и в режиме подогрева, для создания циркуляции соответствующей жидкости через двигатель, а электронный контроллер может быть выполнен с возможностью управления работой обоих насосов в режиме подогрева для нагрева проходящей через соответствующий насос жидкости только в случае замедления движения автомобильного транспортного средства.
Масляный насос может создавать циркуляцию смазочного масла в двигателе, и на выходной стороне масляного насоса может располагаться клапан-регулятор потока масла, насос хладагента может создавать циркуляцию хладагента в двигателе, и на выходной стороне насоса хладагента может быть расположен клапан-регулятор потока хладагента, а электронный контроллер может управлять открытием и закрытием клапанов-регуляторов масла и хладагента для обеспечения упомянутых нормального режима и режима прогрева соответственно.
При работе масляного насоса в режиме подогрева подача масла от масляного насоса может ограничиваться с целью производства тепла в проходящем через масляный насос масле, а электронный контроллер может быть выполнен с возможностью закрытия заслонки клапана-регулятора потока масла в положение ограничения потока с целью ограничения подачи масла от насоса, а при работе насоса хладагента в режиме подогрева подача хладагента от насоса может ограничиваться с целью производства тепла в проходящем через насос хладагенте, а электронный контроллер может быть выполнен с возможностью закрытия заслонки клапана-регулятора потока хладагента в положение ограничения потока с целью ограничения подачи хладагента от насоса.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет описано далее на примерах со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1а схематически изображает автомобильное транспортное средство в соответствии со вторым аспектом изобретения;
Фиг.1b схематически изображает альтернативное средство ограничения потока от насоса, составляющее часть автомобильного транспортного средства, показанного на Фиг. 1а; и
Фиг.2 изображает высокоуровневую блок-схему алгоритма способа в соответствии со вторым аспектом изобретения.
Осуществление изобретения
Конкретно на Фиг.1а показано автомобильное транспортное средство, имеющее систему двигателя, включающую в себя двигатель 5, насос 10, клапан-регулятор 12 потока и электронный контроллер 20. Автомобильное транспортное средство также имеет некоторое число рабочих тормозов 50, один из которых схематически изображен на Фиг.1а. Рабочие тормоза 50 управляются действиями водителя посредством тормозной педали 51, воздействующей на главный тормозной цилиндр 52 так, как это хорошо известно специалистам в данной области техники. Для определения задействования рабочих тормозов 50 имеется датчик тормоза 53. Датчик 53 тормоза может быть выполнен в виде некоторого переключателя, например, такого как датчик, используемый для включения задних стоп-сигналов, или же в виде датчика, измеряющего давление, прилагаемое к тормозной педали 51, или давление гидравлической жидкости, прилагаемое к рабочим тормозам 50. В случае датчика давления величину замедления движения автомобильного транспортного средства можно оценить по известным характеристикам рабочих тормозов 50 и автомобильного транспортного средства 1. Во всех случаях сигнал с выхода тормозного датчика 52 подается в электронный контроллер 20.
В данном случае насосом является масляный насос 10, создающий циркуляцию смазочного масла через двигатель 5, но следует понимать, что в ином случае насосом может быть насос хладагента, создающий циркуляцию хладагента через двигатель 5.
Масло на вход масляного насоса 10 подается из масляного резервуара, например масляного поддона или картера 6, по подводящей масляной магистрали 13 и возвращается в двигатель 5 с выходной стороны масляного насоса 10 по возвратной масляной магистрали 14.
Следует понимать, что клапан-регулятор потока может быть выполнен в виде отдельной детали, как показано на Фиг.1, или, наоборот, может составлять единое целое с масляным насосом 10.
Также следует понимать, что подводящая и возвратная масляные магистрали 13 и 14 могут частично составлять часть конструкции двигателя 5.
В предпочтительном варианте масляный насос 10 приводится в действие непосредственно двигателем 5 через механический привод 7, например, валом, цепью или ремнем. Тем не менее, в других вариантах осуществления масляный насос 10 может приводиться в действие не двигателем, а, например, электромотором или гидромотором (не показаны).
Масляный насос 10 может быть насосом любого известного типа постоянной или переменной производительности.
Электронный контроллер 20 выполнен с возможностью управления открытием и закрытием заслонки клапана-регулятора 12 потока в ответ на поступающий температурный сигнал, содержащий информацию о температуре масла, в данном случае от датчика 21 температуры, установленного в подводящей масляной магистрали 13, в совокупности с входным сигналом, содержащим информацию о том, замедляется ли движение автомобильного транспортного средства 1. Следует понимать, что температура масла может измеряться и в других местах, например в картере 6.
Электронный контроллер 20 выполнен с возможностью использовать насос 10 в двух рабочих режимах, - в нормальном режиме, в котором насос 10 работает так, как того требует работа двигателя 5, и в режиме подогрева, в котором основной задачей является нагрев масла.
В нормальном режиме работы, если используется насос переменной производительности, то клапан-регулятор 12 потока нормально открыт полностью, но если подачу масла также регулируют и клапаном-регулятором 12 потока, то для обеспечения требуемой подачи масла в двигатель 5 упомянутый клапан открывают и закрывают.
В режиме подогрева заслонку клапана-регулятора 12 потока закрывают в положение, в котором она создает значительное ограничение подачи масла от масляного насоса 10. В одном варианте осуществления изобретения поток регулируют дисковой заслонкой, которую полностью открывают, когда требуется работа насоса 10 в нормальном режиме, и полностью закрывают, когда требуется работа в режиме подогрева. В открытом положении по существу не создается ограничения потока, а когда дисковую заслонку полностью закрывают, то ограничение потока становится значительным, так как за заслонку клапана масло может только протечь. Необходимо отметить, что дисковая заслонка клапана должна иметь немного меньший диаметр, чем отверстие маслопровода, в котором она установлена, чтобы даже при полном закрытии дисковой заслонки клапана по ее периметру имелся небольшой зазор в свету несущего маслопровода. Могут использоваться и другие типы заслонок, и дисковая заслонка является только одним из примеров.
При ограничении потока масла из масляного насоса в режиме подогрева насос 10 требует подачи большей энергии для прокачивания масла, и потери на прокачивание увеличиваются. Повышенные потери на прокачивание приводят к выделению тепла в насосе, что имеет результатом нагрев масла, протекающего через насос 10.
Хотя дополнительные энергетические затраты, требуемые для работы насоса 10 в режиме подогрева, обычно приведут к снижению кпд по топливу, так как двигатель 5 должен выполнять больше работы по приведению в действие насоса 10, согласно настоящему изобретению повышения расхода топлива не происходит, так как режим подогрева применяется только при замедлении движения автомобильного транспортного средства 1.
В процессе замедления движения автомобильного транспортного средства 1 нормально выполнение торможения двигателем 5, когда в двигатель существенно не подается топлива, а дополнительное топливо не подается даже в режиме подогрева. Следовательно, в одном варианте осуществления изобретения при наличии торможения двигателем, что может быть определено по нулевому открытию дроссельной заслонки или с помощью акселерометра, в случае наличия других условий для подогрева, электронный контроллер 20 будет использовать насос 10 в режиме подогрева, но в противном случае будет использовать нормальный режим работы. Тем не менее, в предпочтительном варианте осуществления изобретения требуемое замедление движения автомобильного транспортного средства определяется по задействованию рабочих тормозов 50. Другими словами, режим подогрева применяется только при задействовании рабочих тормозов 50. В некоторых вариантах осуществления это может также ограничиваться условием создания рабочими тормозами уровня замедления не выше предопределенного предела с целью снижения риска такого торможения двигателем, создаваемого режимом прогрева, которое может привести к потере устойчивости автомобиля на поверхностях с низким коэффициентом трения, например на льду. Предопределенный уровень торможения будет зависеть от характеристик автомобильного транспортного средства 1 и может быть фактическим уровнем замедления по показаниям акселерометра или уровнем давления, прилагаемого либо к педали, либо к рабочим тормозам гидравлической жидкостью.
На Фиг.1b, на котором позиционные номера имеют то же значение, что и для Фиг.1а, показано альтернативное устройство ограничения потока, подаваемого от насоса. В данном случае клапан-регулятор 12 потока переключает поток между неограничивающей возвратной магистралью 14а и ограничивающей возвратной магистралью 14b. В данном случае ограничивающая возвратная магистраль 14b включает в себя сужающее устройство 16, но следует понимать, что ограничение потока может осуществляться путем использования возвратной магистрали, имеющей меньшую площадь поперечного сечения.
В нормальном режиме работы насоса клапаном-регулятором 12 потока выбирается неограничивающая возвратная магистраль 14а, а в режиме подогрева клапаном-регулятором 12 потока выбирается ограничивающая возвратная магистраль 14b.
Как и ранее, клапан-регулятор 12 потока управляется электронным контроллером, не показанным на Фиг.1b, использующим данные замедления движения автомобильного транспортного средства и температуры жидкости.
Конкретно на Фиг.2 показан высокоуровневый алгоритм способа улучшения прогрева двигателя 5.
Выполнение алгоритма способ начинает с этапа 100, на котором определяет наступление события включения зажигания, а затем переходит к этапу 105.
На этапе 105 способ определяет, замедляется ли движение автомобильного транспортного средства 1. Как указывалось ранее, это может быть измерение фактического замедления движения автомобиля или наличие информации о том, что происходит торможение двигателем 5 (открытие дроссельной заслонки равно нулю), но в предпочтительном варианте - проверка того, были ли задействованы рабочие тормоза 50. Если рабочие тормоза 50 не были задействованы, то результатом проверки является «No», и способ возвращается на этап 105 для повторного определения наличия замедления движения автомобиля. Таким образом, способ может пройти этап 105 только в случае задействования рабочих тормозов 50.
Этап 105 может также включать в себя проверку наличия торможения предопределенного уровня. При отсутствии торможения предопределенного уровня результатом проверки на этапе 105 является «No», и способ возвращается на этап 105 для повторного определения наличия замедления движения автомобиля. Таким образом, в данном случае способ может пройти этап 105 только в случае наличия торможения предопределенного уровня.
Если проверка этапа 105 пройдена, то по результату «Yes» способ переходит к этапу 110.
oil
oil min
oil min
oil min
На этапе 110 температуру масла (T) сравнивают с предопределенной предельной температурой масла (T). Это сравнение выполняется посредством электронного контроллера 20 на основе показаний температуры масла от датчика температуры 21, и хранящегося в памяти значения параметра T. Параметр Tявляется температурой, при которой вязкость масла должна будет упасть до приемлемого уровня, что минимизирует недостатки, описанные выше.
oil min
Если на этапе 110 определяют, что температура масла превышает T, то способ переходит к этапу 115, где заканчивает выполнение алгоритма, так как необходимость в нагреве масла отсутствует. Это происходит в случае перезапуска двигателя 5 через небольшой промежуток времени или когда двигатель 5 находится в условиях с высокой окружающей температурой, например при 40°С.
oil min
oil min
Если на этапе 110 определяют, что температура масла ниже предопределенной предельной температуры T, то способ переходит к этапу 120, на котором начинается нагрев масла, то есть насос 10 используется в режиме подогрева. Таким образом, для нагрева масла необходимо, чтобы температура масла была ниже предопределенного предельного значения T и чтобы движение автомобильного транспортное средства 1 замедлялось.
Хотя вышеописанный режим подогрева осуществляется ограничением потока масла, выходящего из насоса 10, следует понимать, что для насосов некоторых конструкций может использоваться альтернативный механизм подогрева. К примеру, можно изменить компоновку или настройку насоса 10 для работы в неэффективном режиме путем создания в насосе срыва потока или избыточной турбулентности, за счет которых в масле будет производиться тепло.
oil
oil min
oil min
После этапа 120 способ переходит к этапу 130, на котором температуру масла (T) сравнивают с предельной температурой масла (T). Как и ранее, это сравнение выполняется посредством электронного контроллера 20 на основе показаний температуры масла от датчика температуры 21 и хранящегося в памяти значения параметра T.
oil min
Если на этапе 130 определяют, что температура масла превышает T, то способ переходит к этапу 165, где заканчивает выполнение алгоритма, так как дополнительного нагрева масла не требуется.
oil min
Если на этапе 130 определяют, что температура масла ниже предустановленного предельного значения T, то способ переходит к этапу 150, на котором определяется наступление события выключения зажигания. Если наступило событие выключения зажигания, то способ завершает выполнение алгоритма на этапе 160, а если события выключения зажигания не наступило, то способ возвращается на этап 130. Затем этапы 130, 140 и 150 повторяются в цикле, либо пока не будет пройдена проверка этапа 130, после чего способ переходит к ветви этапов 135 и 165, как было указано ранее, либо пока не будет пройдена проверка этапа 160, после чего способ завершает выполнение алгоритма на этапе 160.
В одном из вариантов осуществления изобретения (не показан) двигатель 5 оснащен и масляным насосом и насосом хладагента, причем масляный насос создает циркуляцию смазочного масла через двигатель, и на выходной стороне масляного насоса имеется клапан-регулятор потока масла, а насос хладагента создает циркуляцию хладагента через двигатель, и на выходной стороне насоса хладагента имеется клапан-регулятор потока хладагента, а электронный контроллер, аналогичный электронному контроллеру 20, используется для управления открыванием и закрыванием заслонок клапанов-регуляторов потока масла и хладагента. В таком варианте осуществления масляный насос работает в нормальном режиме для обеспечения подачи масла в двигатель и в режиме подогрева, в котором нагревается масло, проходящее через масляный насос, когда требуется подогрев масла, а насос хладагента работает в нормальном режиме для обеспечения подачи хладагента в двигатель и в режиме подогрева, в котором нагревается хладагент, проходящий через насос хладагента, когда требуется подогрев хладагента. Как и в вариантах осуществления изобретения с одним только масляным насосом, показанных на Фиг.1а и Фиг.1b, нагрев масла и хладагента соответствующим насосом разрешается только в том случае, если замедляется движение автомобильного транспортного средства 1, что предпочтительно определяется по задействованию рабочих тормозов 50.
Кроме того, когда масляный насос работает в режиме подогрева, подача масла от масляного насоса ограничивается с целью производства тепла в проходящем через насос масле, а электронный контроллер выполнен с возможностью закрывать заслонку клапана-регулятора потока в положение ограничения потока с целью ограничения подачи масла от насоса.
Когда насос хладагента работает в режиме подогрева, подача хладагента от насоса хладагента ограничивается с целью производства тепла в проходящем через насос хладагенте, а электронный контроллер выполнен с возможностью закрывать заслонку клапана-регулятора потока в положение ограничения потока с целью создания ограничения подачи хладагента от насоса.
Таким образом, подводя итог вышесказанному, аналогично тому, как водяной тормоз Фруда используется в динамометре двигателя, масляный насос или насос хладагента могут использоваться для преобразования подаваемой на них энергии в тепло, и это тепло может передаваться жидкости, протекающей через них, например смазывающему веществу. Соответственно при работе насоса в таком режиме подогрева температура смазочного вещества двигателя может быть быстро повышена.
Хотя использование масляного насоса в режиме подогрева обычно ухудшает расход топлива, этот недостаток компенсируется тем, что подогрев осуществляется только в случае замедления движения автомобильного транспортного средства 1, например при задействовании рабочих тормозов в режиме торможения двигателем. Хотя прямой привод насоса от двигателя особенно полезен для торможения, следует понимать, что даже в случае электрического привода насоса на двигатель 5 будет оказываться дополнительная нагрузка за счет повышенного потребления электроэнергии, что приведет к усиленному торможению двигателя.
В силу вышесказанного, ограничивая использование режима прогрева периодом, когда происходит торможение автомобиля за счет задействования рабочих тормозов 50, некоторую часть энергии, которая была бы иначе потрачена в рабочих тормозах двигателя, можно использовать для нагрева масла или хладагента. Следовательно, вместо того, чтобы терять энергию в нагреве тормозов, можно перевести масляный насос 10 в режим подогрева, чтобы он работал совместно с рабочими тормозами 50, уменьшая потери энергии на работу рабочих тормозов 50. Так как при таком торможении происходит торможение двигателем 5, то устраняется любой проигрыш в расходе топлива, который бы проявился иначе.
Как было указано выше, данное изобретение может быть применено к насосу хладагента с целью более быстрого прогрева хладагента двигателя.
Хотя выше описано, что для ограничения потока от насоса используется клапан-регулятор, который заставляет насос работать неэффективно и производить тепло, следует понимать, что в случае некоторых типов насосов с переменной производительностью можно сам насос перевести в чрезвычайно неэффективное рабочее состояние с тем, чтобы обеспечить необходимый нагрев без необходимости применения клапана-регулятора потока.
Специалистам в данной области технике будет понятно, что хотя изобретение было описано на примере со ссылкой на один или несколько вариантов осуществления, оно не ограничивается раскрытыми осуществлениями, и что может быть создан один или несколько альтернативных вариантов осуществления без выхода за объем изобретения, определенный нижеследующей формулой.