用于将废热转化为热量和电能的控制器的制造方法
【专利摘要】提供了一种用于将废热转化为热量和电能的控制器。一种用于车辆的排气热回收系统配置为将由发动机排气加热的流体选择性地分配至第一路径用于产生电能和第二路径用于加热车辆的一个或更多个动力传动系统部件。控制器基于使发动机的燃料消耗最小化来选择将流体分配至第一路径和第二路径。控制器进一步选择将流体分配至动力传动系统部件以使燃料消耗最小化。控制器根据选择的分配来分配流体。
【专利说明】
用于将废热转化为热量和电能的控制器
技术领域
[0001]本申请总体上涉及将车辆中的发动机排气加热的流体的流分配到发动机热交换器和热-电(heat-to-electricity)发电机。【背景技术】
[0002]混合动力电动车辆(HEV)包括内燃发动机(ICE)和由牵引电池提供电力的电机。在冷启动情况期间，可强制发动机运行以使发动机达到预定温度。在冷气候条件期间，可存在车厢加热的需求，其延长了发动机运行的时间段。这种运转模式可能不是最具燃料经济性的运转模式。该时间段期间可能存在失去的可以以纯电动模式运转车辆的机会。
【发明内容】
[0003]—种车辆包括排气热回收系统，该排气热回收系统配置为将发动机排气加热的流体选择性地分配至第一路径用于产生电能和第二路径用于加热一个或更多个动力传动系统部件。
[0004]在一些配置中，车辆进一步包括控制器，该控制器进一步配置用于:响应于指示与分配流体通过第二路径相比分配流体通过第一路径相关联的燃料消耗更少的参数，将流体分配到第一路径。控制器可进一步配置用于:响应于指示与分配流体通过第二路径相比分配流体通过第一路径相关联的燃料消耗更大的参数，将流体分配至第二路径。控制器可进一步配置用于:响应于指示与第二路径和第一路径之间的流体的分配相关联的最小燃料消耗的参数，根据该分配在第二路径与第一路径之间分配流体。控制器可进一步配置用于:响应于在存在车厢加热的需求的情况下发动机的温度小于预定温度，将流体分配至第二路径并且请求发动机处于运行状态。
[0005]在一些配置中，排气热回收系统可进一步配置为将流动通过第二路径的流体选择性地分配至第一热交换器用于加热发动机和至第二热交换器用于加热变速器。控制器可进一步配置用于:根据导致最小燃料消耗的第一热交换器与第二热交换器之间的分配，分配流动通过第二路径的流体。
[0006]在一些配置中，车辆进一步包括控制器，该控制器进一步配置用于:响应于指示最小燃料消耗与第一路径和第二路径的多个可能的分配组合中的选择的一个相关联的参数， 根据该选择的一个分配流体。[〇〇〇7]控制器可进一步配置用于:响应于在存在车厢加热的需求的情况下发动机温度低于预定温度，将流体分配至第二路径并且请求发动机处于运行状态。控制器可进一步配置用于:响应于发动机温度小于预定温度，将流体分配至第二路径。控制器可进一步配置用于:响应于发动机温度小于预定温度，请求发动机起动。
[0008]车辆可进一步包括电池并且参数可包括电池的荷电状态和电池的容量中的一个或更多个。车辆可进一步包括至少一个电负载，并且参数可包括该至少一个电负载的电力需求。参数可包括发动机温度。参数可包括发动机的速度-负载曲线(profile)。参数可包括环境温度。
[0009]在一些配置中，动力传动系统包括发动机和变速器并且排气热回收系统可进一步配置用于:将流动通过第二路径的流体选择性地分配至第一热交换器用于加热发动机和至第二热交换器用于加热变速器。控制器可进一步配置用于:根据导致最小燃料消耗的第一热交换器与第二热交换器之间的分配来分配流体。
[0010]—种车辆，包括:排气热回收系统，所述排气热回收系统配置为将发动机排气加热的流体选择性地分配至第一路径用于产生电能和第二路径用于加热动力传动系统;和控制器，所述控制器配置用于:响应于指示与所述第一路径和第二路径的多个可能的分配组合中的选择的一个相关联的最小燃料消耗的参数，根据所述选择的一个分配所述流体。
[0011]根据本发明的一个实施例，所述车辆进一步包括电池，并且其中所述参数包括所述电池的荷电状态和所述电池的容量中的一个或更多个。
[0012]根据本发明的一个实施例，所述车辆进一步包括至少一个电负载，并且其中所述参数包括所述至少一个电负载的电力需求。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述参数包括所述发动机的速度-负载曲线。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述动力传动系统包括发动机和变速器，并且其中所述排气热回收系统进一步配置用于:将流动通过所述第二路径的所述流体选择性地分配至第一热交换器用于加热所述发动机和第二热交换器用于加热所述变速器，并且所述控制器进一步配置用于:根据导致最小燃料消耗的所述第一热交换器与所述第二热交换器之间的分配来分配所述流体。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述控制器进一步配置用于:响应于发动机温度小于预定温度，将所述流体分配至所述第二路径。
[0016]根据本发明的一个实施例，所述控制器进一步配置用于:响应于所述发动机温度小于所述预定温度，请求发动机起动。
[0017]—种方法包括:用来自发动机的排气加热流体，和通过控制器在用于产生电能的第一路径和用于加热动力传动系统的第二路径之间分配流体以减少发动机的燃料消耗。分配流体可基于发动机温度和环境温度中的一个或更多个。该方法可进一步包括:响应于发动机温度小于预定温度，通过控制器将流体分配至第二路径用于加热发动机。动力传动系统可包括发动机和变速器，并且该方法可进一步包括:将流动至第二路径的流体分配至与变速器相关联的第一热交换器和与发动机相关联的第二热交换器。【附图说明】
[0018]图1为混合动力车辆的示意图，其示出了典型的动力传动系统和能量存储部件；
[0019]图2为包括热-热(heat-to-heat)装置和热-电装置的车辆配置的示意图；和
[0020]图3为燃料消耗作为用于将加热的流体分配至热-热装置和热-电发电机的工况的函数的示意性曲线图。【具体实施方式】
[0021]本说明书中描述了本申请的多个实施例。然而，应当理解，公开的实施例仅仅为示例并且其它实施例可采取各种和可替代的形式。附图不需要按比例绘制；一些特征可被放大或缩小以显示特定部件的细节。因此，本说明书中公开的具体结构和功能细节不应被认为是限制，而仅仅认为是用于教导本领域技术人员以多种形式利用这些实施例的代表性基础。如本领域技术人员将理解的，参考任一【附图说明】和描述的各种特征可与一幅或更多其它附图中说明的特征结合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的特征的组合提供了用于典型应用的代表性实施例。然而，可能需要与本申请的教导一致的特征的各种组合和变型以用于特定应用或实施。
[0022]图1示出了典型的插电式混合动力电动车辆(PHEV)，尽管对本说明书公开的原理， 常规的混合动力电动车辆也是同样相关的。典型地插电式混合动力电动车辆12可包括机械连接至混合动力变速器16的一个或多个电机14。电机14可能能够运转为马达或发电机。此夕卜，混合动力变速器16机械连接至发动机18。混合动力变速器16还机械连接至驱动轴20,驱动轴20机械连接至车轮22。当将发动机18打开或关闭时，电机14可提供推进和减速能力。电机14还用作发电机并且通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热而被损失掉的能量来提供燃料经济性收益。电机14还可通过允许发动机18在更有效的速度下运转和在一些情况下允许混合动力电动车辆12以电动模式运转而发动机18关闭来减少车辆排放。动力传动系统可包括产生扭矩并且将该扭矩传递至道路的表面以推进车辆的部件。动力传动系统可包括发动机18、混合动力变速器16、驱动轴20和电机14。[〇〇23]牵引电池或电池组24存储可被电机14使用的能量。车辆电池组24典型地提供高压 DC输出。牵引电池24电连接至一个或多个电力电子模块。一个或多个接触器42可当被断开时将牵引电池24与其它部件隔离，并且当被闭合时将牵引电池24与其它部件连接。电力电子模块26还电连接至电机14并且提供在牵引电池24与电机14之间双向传输能量的能力。例如，典型的牵引电池24可提供DC电压，而电机14可用三相AC电流运转以起作用。电力电子模块26可将DC电压转化为三相AC电流以运转电机14。在再生模式下，电力电子模块26可将来自用作发电机的电机14的三相AC电流转化为牵引电池24需要的DC电压。本说明书中的描述同样适用于纯电动车辆。
[0024]除了提供能量用于推进之外，牵引电池24可提供能量用于其它车辆电力系统。车辆12可包括将牵引电池24的高压DC输出转化为与低压车辆负载兼容的低压DC供应的DC/DC 转化模块28。可将DC/DC转化模块28的输出电连接至辅助电池30 (例如，12V电池)。可将低压系统电连接至辅助电池。可将其它高压负载46(比如压缩机和电加热器)连接至牵引电池24 的高压输出。[〇〇25]车辆12可为插电式混合动力车辆，其中可通过外部电源36对牵引电池24再次充电。外部电源36可为与电源插座的连接。外部电源36可为如电力公司提供的电力分配网络或网格。可将外部电源36电连接至充电器或电动车辆供应设备(EVSEUSiVSE 38可提供电路和控制以调节和管理电源36与车辆12之间的能量传输。外部电源36可将DC或AC电力提供至EVSE 38AVSE 38可具有充电连接器40用于插入车辆12的充电接口34。充电接口34可为配置为将来自EVSE 38的电力传输至车辆12的任何类型的接口。可将充电接口34电连接至充电器或车载功率变换模块32。功率变换模块32可调节供应自EVSE 38的电力以将适当的电压和电流水平提供至牵引电池24。功率变换模块32可与EVSE 38接合以协调到车辆12的电力传递。EVSE连接器40可具有与充电接口 34的对应凹槽配合的管脚。可替代地，描述为被电连接的各种部件可使用无线电感耦合来传输电力。
[0026] 可设置一个或多个车轮制动器44用于使车辆12减速和防止车辆12移动。可液压驱动、电驱动或其组合地驱动车轮制动器44。车轮制动器44可为制动系统50的一部分。制动系统50可包括其它部件以运转车轮制动器44。为了简要，附图示出了制动系统50与车轮制动器44中的一个的单一连接。隐含了制动系统50与其它车轮制动器44之间的连接。制动系统 50可包括控制器以监控和协调制动系统50。制动系统50可监控制动部件并且控制车轮制动器44用于车辆减速。制动系统50还可响应驾驶员指令并且还可自行运转以实施特征，比如稳定性控制。当另一控制器或子功能请求时制动系统50的控制器可实施应用请求的制动力的方法。[〇〇27]可将一个或多个电负载46连接至高压总线。电负载46可具有当合适时运转和控制电负载46的相关联的控制器。电负载46的示例可为加热模块或空调模块。
[0028]说明的各种部件可具有一个或多个相关联的控制器以控制和监控部件的运转。控制器可通过串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或通过离散导体通信。可存在系统控制器 48以协调各种部件的运转。[〇〇29]混合动力电动车辆(HEV)可配置为使燃料经济性最大化。在一些工况下，燃料经济性可被降低。一种这样的工况为当初始启动车辆12时，特别是在冷的气候条件下。在冷启动期间，混合动力运转策略可使发动机18保持运行直到达到预定的发动机温度。可能没有利用全HEV功能性直到达到该预定的发动机温度。即，车辆12可能没有以纯电动运转模式运转直到发动机18变热。这段时间期间可能满足以纯电动模式运转的其它条件，但是纯电动模式运转可能由于发动机温度而被抑制。这些条件可导致加热发动机18的时间期间燃料消耗增加。
[0030]除了加热发动机18之外，可能存在车厢加热的需求。车厢加热需求可消耗一些来自发动机18的热量而导致用于加热发动机18时间增加。其可增加允许全HEV运转之前冷启动情况状况期间发动机18运行的时间的量。为了向车厢提供热量，可使发动机18在比不存在车厢加热需求的情况下的最小温度更高的最小温度下运转。如果发动机温度降低至最小温度阈值之下，可打开发动机18而将该温度保持在最低温度阈值之上。将发动机18尽可能快地加热到预定温度可提高HEV燃料经济性。进一步地，在冷启动情况期间，尽可能快地加热动力传动系统部件140 (比如变速器16)可提高HEV燃料经济性。
[0031]通常没有利用的一个热源为排气废热。图2示出了包括排气热回收系统的车辆12 的示例。由于发动机18中的燃烧过程，排气102变热并且通过排气系统被导引到发动机18外部。可将排气102导引通过配置用于减少排放和噪声的各种部件。可将加热的排气102最终排放到环境中。因为排气102流动通过排气系统，加热的排气102可穿过各种排气部件并且将热量传输给排气部件。
[0032]利用排气废热的一种方法可为在排气流102中连接排气热交换器100以将来自排气102的热量传输给工作流体104。随着时间的流逝，工作流体输出114的温度可升高。可将加热的工作流体114分配至其它装置以利用该热量。
[0033]可将排气热交换器100连接至排气系统。在一些配置中，排气热交换器100可加热工作流体104。工作流体104可为气体或液体并且可被容纳在管路或管道中以形成闭环或闭路。在排气热交换器1〇〇内，用于工作流体104的通道可配置为圈状、平行的列，或配置为增加排气热交换器100内通道的表面积的量。排气热交换器100可包括流体入口用于使工作流体104流入排气热交换器100。排气热交换器100可包括流体出口用于使工作流体104流出排气热交换器100。排气热交换器100可包括用于排气102的气体入口和气体出口。排气102可穿过排气热交换器100内的排气通道。排气通道可配置为增加可将热量传输给排气热交换器100内的工作流体通道的排气的量。因为排气102穿过排气通道，热量被传输给流动通过排气热交换器100的工作流体104。输出可为加热的工作流体114。通道可由具有高导热性的材料构成。排气热交换器100可配置为包括在排气通道和工作流体通道之间的高导热性的材料。在一些配置中，栗可使工作流体104流通通过该系统。
[0034]典型的具有内燃发动机18的车辆可利用发动机冷却剂回路116以控制发动机18的温度。在运转期间，由于燃烧过程和运动部件的摩擦导致发动机18的温度升高。可包括栗以使冷却剂106流动通过发动机冷却剂回路116。流动通过发动机冷却剂回路116的冷却剂106 流动通过发动机18。由于冷却剂10 6流动通过发动机18，热量从发动机18被传输到冷却剂 106。冷却剂106可流动通过车厢热交换器108以将来自冷却剂106的热量传输给乘客车厢。 然后冷却剂106可流动通过将来自冷却剂106的热量传输到环境中的散热器110。冷却剂106 循环通过发动机18和散热器110有助于将发动机18的温度保持在一定的最大温度之下以防止发动机18过热。
[0035]除了除去来自发动机18的热量之外，冷却剂回路116还可用于将热量传输至发动机18。如果流动至发动机18的冷却剂106的温度大于发动机温度，热量可从冷却剂106被传输至发动机18。[〇〇36]车辆12可包括动力传动系统冷却剂回路142以控制一个或多个动力传动系统部件 140的温度。动力传动系统冷却剂回路142可配置为从动力传动系统部件140(比如变速器 16)去除热量。除了除去该热量之外，动力传动系统冷却剂回路142可用于将热量传输至动力传动系统部件140。动力传动系统冷却剂回路142可包括栗以使动力传动系统冷却剂144 流通。车辆12可配置为具有多个动力传动系统冷却剂回路142。动力传动系统冷却剂回路 142还可用于将热量传输至动力传动系统部件140。
[0037]发动机热交换器112可配置为接收加热的工作流体114和将热量传输至发动机冷却剂回路116。加热的工作流体114和发动机冷却剂106可流动通过发动机热交换器112内的不同通道或管网。管网可配置为增加发动机热交换器112内的表面积的量。该不同管网之间的区域可包含具有高导热性的材料以增加管道之间的热量的流动。由于加热的工作流体 114流动通过发动机热交换器112，热量可被传输至发动机冷却剂回路116中的冷却剂106。 其可被称为热_热传输，这是因为来自排气102的热量最终被传输以加热发动机18。在冷启动情况期间，加热的工作流体114的温度比发动机冷却剂106的温度升高得更快。通过用排气废热加热发动机冷却剂106,可比在不存在热-热传输的情况下更快地加热发动机18。
[0038]动力传动系统热交换器138可配置为接收加热的工作流体114和将热量传输给动力传动系统冷却剂回路142。加热的工作流体114和动力传动系统冷却剂144可流动通过动力传动系统热交换器138内的不同通道或管网。该管网可配置为增加动力传动系统热交换器138内的表面积的量。该不同管网之间的区域可包含具有高导热性的材料以增加管道之间的热量的流动。由于加热的工作流体114流动通过动力传动系统热交换器138，热量可被传输至动力传动系统冷却剂回路142中的动力传动系统冷却剂144。其可被称为热-热传输， 这是因为来自排气102的热量最终被传输以加热动力传动系统部件140。在冷启动情况期间，加热的工作流体114比动力传动系统冷却剂144可更快地变热。通过用排气废热加热动力传动系统冷却剂144,可比不存在热-热传输的情况下更快地加热动力传动系统部件140。 动力传动系统部件140可为变速器或驱动桥、差速器、齿轮箱、分动箱或动力传动系统中的任何部件。[〇〇39]在一些配置中，动力传动系统部件140可为变速器16。动力传动系统冷却剂144可为变速器液。在一些配置中，可将动力传动系统冷却剂144导引通过散热器110或独立的动力传动系统散热器(未不出)以将来自动力传动系统冷却剂144的热量传输至环境中。可通过包括类似配置的额外热交换器来加热额外的动力传动系统部件。例如，热交换器回路可配置为将来自加热的工作流体114的热量传输至流动通过分动箱的冷却剂。尽管示出了两个热-热传输装置，一些配置可包括额外的热-热传输装置。
[0040]另一种利用排气废热的方法可为包括热-电装置118以将来自排气102的热量转化为电能。例如，可在涡轮中将工作流体104加热至蒸发并膨胀以驱动发电机。还可将使热量转化为电能的固态热电装置置于排气流中。热量到电能的转化可被称为热-电传输化—卜 to-electricity transfer)，这是因为来自排气102的热量被转化为电能。产生的电能可被存储在电池24中并且被车辆内的电负载使用。该能量还可用于推进车辆12。
[0041]车辆12可包括一个或多个热-热传输装置112、138和热-电传输装置118。可将加热的工作流体114分配至第一路径128用于产生电能。可将加热的工作流体114分配至第二路径130用于加热车辆12的动力传动系统。热系统控制器126可管理加热的工作流体114在各个热交换器112、118、138中的分配以使车辆12的燃料经济性最大化。控制器126可选择热-热运转模式、热-电运转模式、或其使燃料经济性最大化的组合。进一步地，控制器126可选择加热的工作流体114的分配用于加热各种动力传动系统部件(例如，发动机、变速器)以使燃料经济性最大化。
[0042]在冷启动情况期间，发动机热交换器112可通过升高发动机18的温度来减少燃料消耗。在冷启动情况期间，动力传动系统热交换器138可通过升高相关联的动力传动系统部件140的温度来减少燃料消耗。例如，升高发动机18和动力传动系统部件140(例如，变速器 16)的温度可减少动力传动系统内的摩擦。排气热量可帮助将动力传动系统部件的温度在短时间内升高至预定的最小温度。更快的动力传动系统加热时间可允许车辆12在启动驾驶循环之后在减少量的时间内以全HEV模式运转并且导致提高的燃料经济性。
[0043]热-电传输装置118可通过减少来源于发动机18通过电机14的电能需求来减少燃料消耗。此外，电机14可以在降低的功率水平下运转，其可减少发动机18上的负载。额外的电能可导致更少的发动机18运转或在降低的发动机功率水平下运转，其可减少发动机18的燃料消耗。[〇〇44]热系统控制器126可配置为在车辆12的运转期间控制加热的工作流体114到各个热传输装置112、118、138的分配。排气热回收系统可包括一个或多个连接至加热的工作流体114的阀120、122、146、152、154以控制加热的工作流体114在该系统内的流动。在一些配置中，阀120、122、146、152、154可为开/关型阀。在一些配置中，阀120、122、146、152、154可为定量型阀，其中通过阀的流体的流量取决于施加给阀的电流或电压。用于运转阀120、 122、146、152、154的控制信号132、134、136、148、150可配置为运转继电器或电磁阀。热系统控制器126可包括电路以对控制信号132、134、136、148、150提供适当的电压和电流水平以运转阀 120、122、146、152、154。控制信号 132、134、136、148、150 取决于使用的阀 120、122、 146、152、154的类型可为脉宽调制的或可为模拟电压和电流信号。[〇〇45]也被称为热-电((H2E)分配阀的第一阀122可将加热的工作流体114的流分配至第一路径128用于产生电能。热系统控制器126可输出第一控制信号134以控制H2E分配阀122。 可通过H2E分配阀122的运转控制加热的工作流体114到第一路径128的流动。[〇〇46]也被称为热-动力传动系统(H2P)分配阀的第二阀120可将加热的工作流体114的流分配至第二路径130用于加热车辆12的动力传动系统。热系统控制器126可输出第二控制信号132以控制H2P分配阀120。热系统控制器126可通过H2E分配阀122和H2P分配阀120的运转来控制分配至动力传动系统和热_电发电机的加热的工作流体114的量。[〇〇47]也被称为动力传动系统热交换器(PHE)分配阀的第三阀146可将加热的工作流体 114的流分配至动力传动系统热交换器138用于加热动力传动系统部件140。热系统控制器 126可输出第三控制信号136以控制PHE分配阀146。也被称为发动机热交换器(EHE)分配阀的第四阀152可将加热的工作流体114的流分配至发动机热交换器112用于加热发动机18。 热系统控制器126可输出第四控制信号148以控制EHE分配阀152。其它配置可包括不同的阀配置以实现该系统内加热的工作流体114的类似分配。
[0048]可使用动力传动系统旁通阀154以将加热的工作流体114的流分配回排气热交换器100。热系统控制器126可输出旁通阀控制信号150以控制动力传动系统旁通阀154。在加热工作流体104的时间段期间可驱动动力传动系统旁通阀154。在升温阶段期间，热系统控制器126可分配加热的工作流体114通过第二阀120并且通过动力传动系统旁通阀154。在升温阶段期间，加热的工作流体114的温度可小于预定温度。在升温阶段期间，加热的工作流体114的温度可升高。当加热的工作流体114的温度小于预定温度时，在被分配至动力传动系统热交换器138或发动机热交换器112时实际上可减少加热的工作流体114。在一些配置中，预定温度可为发动机冷却剂106或动力传动系统冷却剂144的温度。[〇〇49]在一些配置中，H2P分配阀120可控制加热的工作流体114到发动机热交换器112和动力传动系统热交换器138的流动，并且H2E分配阀122可控制加热的工作流体114到热-电转化装置118的流动。热系统控制器126可选择性地控制H2E分配阀122和H2P分配阀120以将加热的工作流体114分配通过相关联的路径。该系统可配置为通过相关联的阀120、122的运转将发动机排气加热的流体114选择性地分配通过第一路径128用于产生电能和通过第二路径130用于加热发动机18和动力传动系统部件140。
[0050]在一些配置中，可将热-电转化装置118的工作流体输出导引通过发动机热交换器 112或动力传动系统热交换器138。在该配置中，可将加热的工作流体114中剩下的剩余热量传输至发动机热交换器112或动力传动系统热交换器138。热系统控制器126还可通过激活动力传动系统旁通阀154而抑制动力传动系统的加热。[〇〇51 ]热系统控制器126可运转阀120、122、146、152、154以将加热的工作流体114导引至相关联的热传输装置。例如，在冷启动情况期间，可驱动H2P分配阀120和EHE分配阀152以允许加热的工作流体114通过第二路径130流动至发动机热交换器112。可停用H2E分配阀122， 使得没有加热的工作流体114流动至热-电装置118。该模式下，加热的工作流体114可用于加热发动机冷却剂回路116中的冷却剂106。以这种方式，可在短时间内使发动机温度升高至期望的运转温度。
[0052]当发动机温度已达到预定温度或如从与热系统控制器126关联的其它信号124推断出的，可停用H2P分配阀120和EHE分配阀152以防止加热的工作流体114流动至发动机热交换器112。可激活H2E分配阀122以允许加热的工作流体114流动至热-电传输装置118。在该运转模式下，可将加热的工作流体114的热量转为电能。[〇〇53] 在一些配置中，可驱动H2P分配阀120和PHE分配阀146以允许加热的工作流体114 通过第二路径130流动至动力传动系统热交换器138。可停用H2E分配阀122,使得没有加热的工作流体114流动至热-电装置118。该模式下，加热的工作流体114可用于加热动力传动系统冷却剂回路142中的动力传动系统冷却剂144。以这种方式，可在短时间内将动力传动系统部件温度升高至期望的运转温度。[〇〇54]通过选择阀组合可形成多种运转模式。热系统控制器126可确定期望的阀组合以实现最大的燃料经济性。通过激活H2E分配阀122和动力传动系统旁通阀154可形成H2E发电模式。在H2E发电模式下，可产生电能并且不加热发动机18和动力传动系统部件140。[〇〇55] 通过激活H2E分配阀122以及PHE分配阀146与EHE分配阀152的任何组合可形成组合电能产生和动力传动系统加热模式。在该运转模式下，可产生电能并且可加热发动机18 和动力传动系统部件140中的一个或更多个。在一些配置中，可驱动H2P分配阀120以增加用于动力传动系统加热的、加热的工作流体114的分配。[〇〇56]通过激活H2P分配阀120和EHE分配阀152可形成发动机加热模式。在该运转模式下，加热发动机冷却剂106。[〇〇57]通过激活H2P分配阀120和PHE分配阀146可形成动力传动系统部件加热模式。在该运转模式下，加热动力传动系统冷却剂144。[〇〇58] 通过激活H2P分配阀120、PHE分配阀146和EHE分配阀152可形成动力传动系统加热模式。在该运转模式下，可加热发动机18和动力传动系统部件140(例如，变速器)。在一些配置中，可改变被引导通过PHE分配阀146和EHE分配阀152的流体的比例，使得以不同速率加热发动机冷却剂106和动力传动系统冷却剂144。热系统控制器126可基于最小燃料消耗来分配加热的工作流体114。热系统控制器126可确定导致最低燃料消耗的、用于加热的工作流体114的路径。[〇〇59]通过激活H2P分配阀120和动力传动系统旁通阀154可形成升温模式。在该运转模式下，使工作流体104流通通过排气热交换器100以加热工作流体104。该模式下，没有产生电能并且没有加热动力传动系统部件。还可以在存在不能将加热的工作流体114分配至其它路径的情况下使用该模式。该情况可包括可请求抑制加热的工作流体114流动通过该路径的诊断特征。
[0060]热系统控制器126可包括逻辑以确定使发动机18的燃料消耗最小化的分配。热系统控制器126可如所描述地选择使燃料消耗最小化的运转模式。[〇〇61]热系统控制器126可包括与燃料经济性增益(或燃料消耗减少)有关的存储的信息，该燃料经济性增益由在各种工况下至发动机18、变速器16和其它动力传动系统部件的给定量的额外热量产生。此外，热系统控制器126可包括与额外热量产生的电能的量和该电能对燃料经济性的作用有关的、存储的信息。热系统控制器126可处理各种运转参数124以确定哪种运转模式导致了燃料经济性的最大增益。对于给定组的运转参数124,热系统控制器126可计算与至发动机18的额外量的热量、至动力传动系统部件140的额外量的热量相关联的燃料消耗的变化，并且可计算产生的额外量的电能。
[0062]图3示出了燃料消耗作为工况或运转参数的函数的示例性曲线图。显示的曲线仅仅为可能的一组曲线。特定曲线可取决于选择的工况和特定车辆的燃料消耗的特点。热-电曲线200示出了随着工况的改变与分配加热的工作流体114至热-电发电机118相关联的燃料消耗的响应。热-热曲线202示出了与分配加热的流体114至热-热传输装置112、138相关联的燃料消耗的响应。工况可表示运转参数中的一个或多个。在一些配置中，可使用一系列类似的曲线图或表格。在点A 204处，两个曲线相交。当工况小于点A 204处的值时，热-电曲线200产生较低的燃料消耗。为了提高的燃料经济性，可通过第一路径128将加热的流体114 分配至热-电发电机118。在点A 204与点B 206之间，热-热曲线202的燃料经济性小于热-电曲线200的燃料经济性。对于在点A 204与点B 206之间的工况，可通过第二路径130将加热的工作流体114分配至热-热传输装置112、138中的一个或多个以得到最佳燃料经济性。当工况大于点B 206处的值时，热-电曲线200产生较低的燃料消耗。对大于点B 206处的值的工况，可将加热的工作流体114分配至热-电发电机118。
[0063]当选择加热的工作流体114的分配时可考虑的参数可包括发动机温度、环境温度、 取决于温度的发动机摩擦损失、辅助电负载、电池荷电状态(S0C)、电池容量和速度-负载曲线。额外的参数可包括与动力传动系统部件140(例如，变速器16)相关联的温度和摩擦曲线。这些因素可为动态的并且随着时间而改变。因此，优化的分配可基于这些参数随着时间而改变。
[0064]再次参考图2,热系统控制器126在确定工作流体104的分配时可考虑各种运转参数124。一些选择标准可基于多个运转参数124中的一个或多个。可将发动机温度传感器与发动机18相关联并且可通过对发动机温度传感器取样来获得发动机温度值。例如，当发动机温度低于预定阈值时，热系统控制器126可选择热-热传输装置112以升高发动机温度。热系统控制器126可包括燃料消耗作为发动机温度的函数的表。
[0065]在一些配置中，可利用环境温度。车辆可包括环境温度传感器，可对环境温度传感器取样以获得环境温度值。例如，如果环境温度在指示热气候的预定范围内，热系统控制器 126可使电能产生优先于发动机加热。其特别适用于具有延长的电里程的PHEV。在热气候条件下，不需要车厢加热。仅靠电能可完成驾驶循环是可能的。
[0066]—些配置可考虑车厢加热或需要发动机18运行一段时间的其它活动的需求。车厢加热的需求可改变模式选择策略。可基于车厢加热控制选择和环境温度来确定车厢加热的需求。在存在车厢加热的需求的情况下，当发动机温度低于预定温度时，热系统控制器126 可选择热-热传输路径130。进一步地，热系统控制器126可请求发动机处于运行状态。例如， 热系统控制器126可配置为将发动机起动请求通信至发动机控制器以将发动机置于运行状〇
[0067]其它运转参数可与车辆12的电需求有关。例如，可监控辅助电负载46使用的电力的量。在一些条件下，热系统控制器126可使电能产生优先于发动机加热。例如，当来自辅助电负载46的电需求高时，控制器可选择电能产生路径128。
[0068]加热的流体114的分配还可基于车辆加速请求。例如，在快速车辆加速的请求期间，可能需要将最大发动机动力传输给驱动车轮。使用连接至发动机18的电机14产生电能可减少传输至驱动车轮的扭矩的量。在这些条件下，热系统控制器126可选择热-电路径128以产生电能，使得可减少发动机18上的负载。[〇〇69]在分配过程中可考虑电池S0C。例如，当电池S0C高于预定阈值时，热系统控制器 126可选择热-热传输路径130。在一些配置中，可能不需要使电池24在高S0C水平下运转。热系统控制器126可试图防止将电池S0C升高至这么高的水平。
[0070]运转参数(比如发动机摩擦损失和速度-负载曲线)可与燃料消耗有关。发动机摩擦损失可取决于温度并且热系统控制器126可分配加热的工作流体114以使发动机18保持在使发动机摩擦损失最小化的温度。热系统控制器126可选择分配模式以调节发动机18上的负载以优化燃料消耗。由于电机14当运转为发电机时消耗来自发动机18的动力，热系统控制器126可选择热-电路径128以减少发动机18上的动力需求。
[0071]可存在向热系统控制器126输出指示工作流体温度的信号的工作流体温度传感器。可使用工作流体温度来控制加热的工作流体114的分配。可包括向热系统控制器126输出信号的发动机冷却剂温度传感器和动力传动系统冷却剂温度传感器。[〇〇72]动力传动系统部件140可包括配置为提供指示动力传动系统部件温度的信号的温度传感器。可将摩擦损失表存储为动力传动系统部件温度的函数。还可将总动力传动系统部件效率存储在热系统控制器126的存储器中。[〇〇73]在运转期间，热系统控制器126可监控和估算运转参数124以确定最具燃料经济性的运转模式。可单独处理运转参数124并且对运转参数124划分优先级。可将与运转参数124 或参数124的组合相关联的燃料消耗存储在一个或多个查找表中。运转参数124可用于编入查找表的索引用于选择具有最小燃料消耗的分配模式。可离线生成查找表并且将查找表存储在控制器存储器中用于在车辆运转期间使用。热系统控制器126可根据选择的运转模式来运转阀。[〇〇74]热系统控制器126可执行指示以接收、测量和计算多个运转参数。控制器126可使用运转参数以确定与最小燃料消耗相关联的、加热的工作流体114的分配。热系统控制器 126可配置用于根据选择的分配来运转阀以将加热的工作流体114分配至热-热传输装置 112、138和热-电装置118。在一些配置中，热系统控制器126可从多个分配组合中选择。 [〇〇75]热系统控制器126可基于最小燃料消耗选择将加热的工作流体114分配至第一路径128用于产生电能和至第二路径130用于加热发动机18和动力传动系统部件140。当运转参数124指示比与第一路径128相比分配加热的工作流体114通过第二路径130相关联的燃料消耗更大时，可将加热的工作流体114分配至第一路径128。当运转参数124指示比第二路径130相比分配流体通过第一路径128相关联的燃料消耗更大，可将加热的工作流体114分配至第二路径130。分配至第一路径128和第二路径130的加热的工作流体114的比例可基于最小燃料消耗。可识别出将占第一比例的加热的工作流体114分配用于产生电能并且将占第二比例的加热的工作流体114分配用于加热发动机18和动力传动系统部件140的分配组合。可根据具有最小燃料消耗的分配组合来分配加热的工作流体114。可基于最小燃料消耗在动力传动系统热交换器138与发动机热交换器112之间进一步分配通过第二路径130的加热的工作流体114。[〇〇76]本说明书中公开的过程、方法或算法可传输到处理装置、控制器或计算机/由处理装置、控制器或计算机实现，处理装置、控制器或计算机可包括任何现存的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可被存储为可能以多种形式由控制器或计算机执行的数据和指令，这些数据或指令包括但是不限于永久地存储在不可写入存储介质(比如ROM装置)上的信息和可变地存储在可写入存储介质(比如软盘、磁带、CD、 RAM装置、和其它磁性介质和光学介质)上的信息。所述过程、方法或算法还可在软件可执行对象中实现。可替代地，所述过程、方法或算法可利用合适的硬件组件(比如特定用途集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或者硬件、 软件和固件组件的组合而整体或部分地实现。
[0077]虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性而非限定的词语，并且应理解，在不脱离本申请的精神和范围的情况下可作出各种改变。如之前描述的，可组合多个实施例的特征以形成可能没有明确描述或说明的本发明的进一步的实施例。虽然关于一个或多个期望特性，多个实施例可被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员认识到，可以折中一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，其取决于具体应用和实施方式。这些属性可包括但不限于:成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、装配的便利性等等。这样，关于一个或多个特性被描述为比其它实施例或现有技术实施方式更不令人期望的实施例并不在本申请的范围之外并并且可能期望用于特定应用。
【主权项】
1.一种车辆，包括:排气热回收系统，所述排气热回收系统配置为将由发动机排气加热的流体选择性地分 配通过第一路径用于产生电能和第二路径用于加热一个或更多个动力传动系统部件;和控制器，所述控制器配置用于:响应于指示与所述第二路径相比将所述流体分配至所 述第一路径相关联的燃料消耗更少的参数，将所述流体分配至所述第一路径。2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述一个或更多个动力传动系统部件包括发动机 和变速器。3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器进一步配置用于:响应于指示与所述 第二路径相比将所述流体分配至所述第一路径相关联的燃料消耗更多的参数，将所述流体 分配至所述第二路径。4.根据权利要求3所述的车辆，其中，所述排气热回收系统进一步配置用于:将流动通 过所述第二路径的所述流体选择性地分配至第一热交换器用于加热发动机和第二热交换 器用于加热变速器，并且所述控制器进一步配置用于:根据导致最小燃料消耗的所述第一 热交换器与所述第二热交换器之间的分配，分配流动通过所述第二路径的所述流体。5.根据权利要求1所述的车辆，进一步包括电池，并且其中所述参数包括所述电池的荷 电状态和所述电池的容量中的一个或更多个。6.根据权利要求1所述的车辆，进一步包括至少一个电负载，并且其中所述参数包括所 述至少一个电负载的电力需求。7.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述参数包括发动机的速度-负载曲线、环境温度 和发动机温度中的一个或更多个。8.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器进一步配置用于:响应于指示与所述 第二路径和所述第一路径之间的所述流体的分配相关联的最小燃料消耗的参数，根据所述 分配在所述第二路径与所述第一路径之间分配所述流体。9.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器进一步配置用于:响应于在存在车厢 加热的需求的情况下发动机的温度小于预定温度，将所述流体分配至所述第二路径并且请 求所述发动机处于运行状态。
【文档编号】F02G5/02GK105986927SQ201610157957
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】夸梓·侯赛因, 威廉·塞缪尔·施瓦茨, 查德·艾伦·贝克尔, 大卫·瑞奇斯·伯瑞翰, 马克·约翰·詹宁斯
【申请人】福特全球技术公司