СПОСОБ И СИСТЕМА ОБОГРЕВА КАБИНЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD AND SYSTEM OF HEATING VEHICLE CABIN

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу и системе обогрева кабины транспортного средства и, в частности, но не ограничиваясь, кабины транспортного средства, в котором изменяют положение дросселя для снижения массового расхода наружного воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания.
Уровень техники
Повышение полноты сгорания и снижение трения в дизельных двигателях для снижения выбросов и расхода топлива привело к уменьшению количества тепла, передаваемого охлаждающей жидкости двигателя. Одним из нежелательных последствий данного процесса является снижение количества тепла, используемого для обогрева кабины при низкой температуре наружного воздуха. Частичным решением данной проблемы является использование вспомогательных электрических обогревателей, однако в современных транспортных средствах они уже достигли практического предела своей эффективности.
В настоящее время главными вспомогательными системами обогрева, используемыми в пассажирских транспортных средствах, являются: добавление электрического нагревательного элемента в обогреватель (обычно это резистивный электрический нагревательный элемент, потребляющий 2 кВт электроэнергии, для чего необходимо устанавливать генератор большой мощности), бензиновый обогреватель (использующий нагретый элемент для воспламенения топлива в теплообменнике контура охлаждения) или обогреватель блока цилиндров (требующий подключения транспортного средства к внешнему источнику питания).
Кроме того, известно, что компания «Citroen» использует вторичный впрыск и тепло выхлопных газов для улучшения работы обогревателя (см. например ЕР 2055515). Однако подобный способ связан с необходимостью установки дополнительного оборудования и дополнительными расходами, связанными с увеличением потребления топлива. Использование вторичного впрыска также приводит к попаданию большего количества топлива в масло, а при низких температурах наружного воздуха к тому, что восстановление разжиженного масла путем испарения не происходит, что сокращает периодичность замены масла.
Настоящее изобретение направлено на решение указанных выше проблем.
Раскрытие изобретения
В соответствии с изобретением раскрыт способ обогрева кабины транспортного средства, в котором транспортное средство содержит двигатель внутреннего сгорания; дроссель, выполненный с возможностью регулировки массового расхода наружного воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания, и обогреватель кабины, выполненный с возможностью передачи тепла от двигателя внутреннего сгорания в кабину транспортного средства и в соответствии со способом:
определяют потребность в дополнительном обогреве кабины; и
изменяют положение дросселя для снижения массового расхода воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания, таким образом, чтобы увеличить температуру двигателя внутреннего сгорания и, соответственно, увеличить количество тепла, передаваемого в кабину от обогревателя кабины.
Определение потребности дополнительного обогрева кабины может предусматривать измерение температуры наружного воздуха и/или температуры воздуха в кабине. На основании измеренных значений температуры наружного воздуха и/или температуры воздуха в кабине определяют, нужно ли выполнять дополнительный обогрев кабины.
Транспортное средство может дополнительно содержать контур охлаждения, выполненный с возможностью охлаждения двигателя внутреннего сгорания. От контура охлаждения тепло может поступать в кабину транспортного средства. Способ дополнительно предусматривает увеличение температуры двигателя внутреннего сгорания и увеличение количества тепла, передаваемого контуру охлаждения и, соответственно, поступающего в кабину транспортного средства. Также может быть измерена температура охлаждающей жидкости в контуре охлаждения. Измеренное значение температуры охлаждающей жидкости может быть использовано для определения необходимости выполнения дополнительного обогрева кабины транспортного средства.
В соответствии со способом дополнительно определяют требуемый массовый расход воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания. Требуемый массовый расход воздуха может быть снижен, если определено, что нужно выполнить дополнительный обогрев кабины.
Может быть измерен массовый расход воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания. Положение дросселя может быть отрегулировано таким образом, чтобы обеспечить требуемый массовый расход воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания, например, на основании разницы между измеренным массовым расходом воздуха и требуемым массовым расходом воздуха.
Транспортное средство дополнительно может содержать контур рециркуляции выхлопных газов, выполненный с возможностью выборочной рециркуляции выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания на впуск двигателя внутреннего сгорания.
В соответствии со способом перекрывают поток выхлопных газов через контур рециркуляции выхлопных газов, например, путем регулировки положения дросселя для увеличения количества тепла, поступающего в кабину. Двигатель внутреннего сгорания может иметь несколько режимов работы, и способ может быть использован в одном из данных режимов работы. Например, способ может быть выполнен в режиме работы, в котором скорость рециркуляции выхлопных газов равна нулю.
Способ может также предусматривать направление потока выхлопных газов через контур рециркуляции выхлопных газов, например, путем регулировки положения дросселя для увеличения объема тепла, поступающего в кабину.
В случае определения необходимости выполнить рециркуляцию выхлопных газов, завершают регулировку положения дросселя для увеличения объема тепла, поступающего в кабину.
Также в соответствии со способом определяют отсутствие необходимости в дополнительном обогреве кабины и завершают регулировку положения дросселя. Определение отсутствия необходимости в дополнительном обогреве кабины предусматривает измерение температуры наружного воздуха и/или температуры в кабине. Дополнительный обогрев кабины может быть завершен, когда температура наружного воздуха и/или температура в кабине достигнет определенного порогового значения.
В соответствии с изобретением раскрыта система обогрева кабины транспортного средства, которое содержит: двигатель внутреннего сгорания; дроссель, выполненный с возможностью регулировки массового расхода воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания, и обогреватель кабины, выполненный с возможностью передачи тепла от двигателя внутреннего сгорания в кабину транспортного средства, причем система содержит один или более контроллеров, например блоков, выполненных с возможностью:
определения необходимости выполнения дополнительного обогрева кабины; и
регулировки положения дросселя для снижения массового расхода воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания таким образом, чтобы обеспечить увеличение температуры двигателя внутреннего сгорания, и, соответственно, увеличение количества тепла, поступающего в кабину от обогревателя кабины.
Контроллеры могут быть дополнительно выполнены с возможностью реализации любого из вышеуказанных способов. Блок управления двигателем может содержать по меньшей мере часть указанных контроллеров.
Двигатель внутреннего сгорания может представлять собой дизельный двигатель.
Также в соответствии с изобретением раскрыто программное обеспечение, например, компьютерная программа или программный продукт, для реализации любого из описанных в настоящем документе способов, и машиночитаемый носитель, на котором сохранена программа для реализации любого из описанных в настоящем документе способов. Компьютерная программа, позволяющая реализовать изобретение, может быть сохранена на машиночитаемом носителе или, например, представлять собой сигнал как загружаемый сигнал передачи данных, получаемый с сайта.
Транспортное средство или двигатель могут содержать указанную систему для обогрева кабины транспортного средства.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показано схематическое изображение пути движения воздуха через двигатель внутреннего сгорания.
на фиг. 2 показан способ обогрева кабины транспортного средства в соответствии с изобретением.
на фиг. 3 показана система обогрева кабины транспортного средства в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан известный путь движения воздуха в двигателе 10 внутреннего сгорания транспортного средства. Вдоль пути движения воздуха могут быть установлены один или несколько датчиков 12, например датчик 12а массового расхода воздуха и/или датчик 12b температуры. Воздух проходит через компрессор 14а турбонагнетателя 14. Турбонагнетатель 14 увеличивает полезную мощность двигателя и снижает количество выбросов. Обычно турбонагнетатель 14 содержит турбину 14b, приводимую в движение за счет выхлопных газов, которая, в свою очередь, приводит в действие компрессор 14а, установленный с ней на одном валу. Ниже по потоку от компрессора 14а турбонагнетателя может быть установлен дополнительный промежуточный охладитель 16, например, для дополнительного повышения степени сжатия воздуха, поступающего в двигатель 10 внутреннего сгорания. Воздух поступает в двигатель 10 внутреннего сгорания через дроссель 18, выполненный с возможностью регулировки массового расхода воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания. В конкретном варианте реализации изобретения двигатель 10 внутреннего сгорания представляет собой дизельный двигатель.
Выхлопные газы, выходящие из двигателя 10 внутреннего сгорания, проходят через турбину 14b турбонагнетателя. Транспортное средство может содержать один или несколько блоков 20 нейтрализации выхлопных газов, снижающих токсичность выхлопов. Блоки 20 нейтрализации выхлопных газов содержат каталитический нейтрализатор 20а, например, каталитический нейтрализатор для дизельного двигателя, и/или сажевый фильтр 20b, например, сажевый фильтр для дизельного двигателя.
Транспортное средство также может содержать контур 22 рециркуляции выхлопных газов для выборочного направления выхлопных газов из двигателя 10 внутреннего сгорания обратно на впуск двигателя 10 внутреннего сгорания. Контур 22 рециркуляции выхлопных газов может содержать рециркуляционный клапан 24, управляющий количеством рециркулирующих газов. Кроме того, в контуре 22 рециркуляции выхлопных газов может быть установлен охладитель 26 выхлопных газов. Параллельно охладителю 26 выхлопных газов может проходить перепускной канал 28 охладителя с перепускным клапаном 30 для выборочного обхода охладителя 26.
В транспортном средстве может быть также установлен обогреватель кабины (не показан на Фиг. 1). Обогреватель кабины выполнен с возможностью передачи тепла от двигателя внутреннего сгорания в кабину транспортного средства. В транспортном средстве также может быть установлен контур охлаждения (не показан), выполненный с возможностью охлаждения двигателя 10 внутреннего сгорания. По контуру охлаждения тепло попадает в кабину транспортного средства, например, через обогреватель кабины.
На Фиг. 2 и 3 показаны способ 100 и система 200 для обогрева кабины транспортного средства в соответствии с изобретением. Во время работы транспортного средства в кабине могут находиться пассажиры. Как показано на Фиг. 2, способ 100 содержит первый этап 110, на котором определяют необходимость выполнения дополнительного обогрева кабины. Способ 100 также содержит второй этап 120 снижения массового расхода воздуха, поступающего в двигатель 10 внутреннего сгорания. Снижение массового расхода воздуха может быть достигнуто путем регулировки положения дросселя 18, что позволит снизить массовый расход воздуха, поступающего в двигатель 10 внутреннего сгорания. В результате температура двигателя внутреннего сгорания повысится, а в кабину от обогревателя кабины поступит большее количество тепла. Если на первом этапе 110 будет определено, что необходимо выполнить дополнительный обогрев кабины, то будет выполнен переход на второй этап 120, на котором получают необходимое дополнительное тепло.
Первый этап 110 определения потребности в дополнительном обогреве кабины предусматривает измерение температуры наружного воздуха, например, с помощью датчика 12b. Первый этап 110 может предусматривать измерение температуры воздуха в кабине транспортного средства, например, с помощью датчика температуры, установленного в кабине транспортного средства. Необходимость выполнения обогрева и/или дополнительного обогрева кабины транспортного средства может быть также определена на основании настроек системы управления обогревом, выбранных пассажирами транспортного средства. Кроме того, необходимость выполнения дополнительного обогрева может быть определена на основании измеренной температуры наружного воздуха, температуры воздуха в кабине и/или настроек системы управления обогревом.
В соответствии со способом 100 дополнительно определяют необходимый массового расхода воздуха, поступающего в двигатель 10 внутреннего сгорания. Массовый расход воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания, может быть измерен, например, с помощью датчика 12а. Положение дросселя 18 может быть отрегулировано таким образом, чтобы получить требуемый массовый расход воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания, например, на основании разницы между измеренным массовым расходом воздуха и требуемым массовым расходом воздуха. Таким образом, массовый расход воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания, может быть отрегулирован в системе с обратной связью, например, с помощью контроллера с обратной связью. Таким образом, может быть получен массовый расход воздуха, соответствующий требованиям к работе двигателя, в том числе крутящий момент, управляемость и границы помпажа турбонагнетателя.
Однако при определении необходимости выполнения дополнительного обогрева кабины может быть снижен требуемый массовый расход воздуха, например, на заранее установленную величину. Требуемый массовый расход воздуха может быть снижен на абсолютную величину или значение, соответствующее части предыдущего необходимого массового расхода воздуха. Степень снижения необходимого массового расхода воздуха может зависеть от температуры наружного воздуха и/или температуры воздуха в кабине. При этом требуемый массовый расход воздуха не может быть ниже минимального значения. Снижение массового расхода воздуха достигают путем регулировки положения, то есть частичного закрытия дросселя 18.
Частичное закрытие дросселя 18 (который открыт на 100% при нормальном режиме работы дизельного двигателя) при низкой температуре наружного воздуха и охлаждающей жидкости приводит к уменьшению потока холодного воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания. В результате увеличивается температура двигателя внутреннего сгорания и количество тепла, передаваемого контуру охлаждения и, соответственно, поступающего в кабину транспортного средства. В конкретном примере настоящий способ позволил достичь увеличения теплоотдачи в охлаждающую жидкость двигателя и повышение ее температуры на 10-20°C на скорости 50-100 км/ч при температуре наружного воздуха -18°C. Итоговое увеличение температуры охлаждающей жидкости двигателя обеспечивают с помощью обогревателя кабины для дополнительного обогрева кабины.
В соответствии со способом 100 дополнительно перекрывают поток выхлопных газов через контур 22 рециркуляции выхлопных газов, например, во время регулировки положения дросселя 18 с целью увеличения количества тепла, поступающего в кабину. Однако при обнаружении необходимости рециркуляции выхлопных газов завершают регулировку положения дросселя с целью увеличения количества тепла, поступающего в кабину. Рециркуляция выхлопных газов приводит к повышению температуры двигателя внутреннего сгорания и, соответственно, охлаждающей жидкости, что может исключить необходимость в использовании вышеуказанного способа 100.
В соответствии со способом 100 дополнительно направляют поток выхлопных газов через контур 22 рециркуляции выхлопных газов, например, во время регулировки положения дросселя 18 с целью увеличения количества тепла, поступающего в кабину.
Двигатель внутреннего сгорания может иметь несколько режимов работы, при этом способ может быть использован в одном из данных режимов работы. Например, способ может быть выполнен в режиме работы, в котором скорость рециркуляции выхлопных газов равна нулю.
Способ 100 также может предусматривать определение отсутствия необходимости в продолжении выполнения дополнительного обогрева кабины и завершение регулировки положения дросселя. Отсутствие необходимости в продолжении выполнения дополнительного обогрева определяют путем измерения температуры наружного воздуха и/или температуры в кабине и/или контроля настроек системы управления обогревом. Дополнительный обогрев кабины может быть приостановлен при достижении определенного порогового значения температуры наружного воздуха и/или температуры в кабине или при выключении системы управления обогревом.
На Фиг. 3 показана система 200 обогрева кабины транспортного средства, содержащая один или несколько контроллеров с первым блоком 210, выполненным с возможностью определения необходимости выполнения дополнительного обогрева кабины. Контроллеры содержат второй блок 220, выполненный с возможностью регулировки положения дросселя с целью снижения массового расхода воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания, и, соответственно, увеличения количества тепла, поступающего в кабину от обогревателя кабины. Один или несколько контроллеров могут содержать дополнительные блоки, выполненные с возможностью реализации любого из указанных выше способов. Контроллеры, например, могут определять текущий режим работы двигателя внутреннего сгорания. Контроллеры могут представлять собой заранее установленные контроллеры, перепрограммированные на выполнение любого из вышеуказанных способов.
Описанные в настоящем документе способ и система не требуют дополнительного оборудования и могут быть реализованы с небольшими дополнительными затратами. Указанные способ и система могут быть модифицированы для установки в современное транспортное средство. Изобретение позволяет обеспечить дополнительный обогрев кабины без недостатков, связанных с использованием вторичного впрыска, включая установку дополнительного оборудования, повышенный расход топлива и разжижение масла.