專利名稱：控制汽車中的交流發電機和/或發動機的溫度的系統和方法
技術領域：
本發明涉及控制汽車的交流發電機和/或發動機的溫度的系統和方法。
技術背景汽車中的旋轉電機，如交流發電機、發電機或電動馬達(發電機)，會產生熱量。 過去，使用各種空氣冷卻系統來防止電機過熱。然而，這樣的系統的冷卻能力不足以 產生理想的冷卻效果。這種局限性會約束來自交流發電機的輸出電流。為了提高冷卻效率，已提出使用水作為冷卻劑的冷卻系統。例如，5, 655, 485號 美國專利公開了一種旋轉電機，該旋轉電機具有與其集成地組合的發動機冷卻水泵， 且該水泵鄰近于發動機的定子。所公開的水泵和交流發電機具有相同的傳動軸，該傳 動軸由發動機曲軸驅動。水泵的葉輪以與轉子相同的轉速旋轉，并驅動水通過水通路 以冷卻定子。發明人在此認識到上述方法的若干缺點。例如，不能基于發動機工況，獨立地調 節冷卻劑流速以控制發動機和交流發電機的溫度。此外，水泵的位置增加了交流發電 機總成的長度，這從裝配角度來說是不理想的。發明內容為了解決上述問題，提供一種用于汽車的集成的交流發電機和水泵。該集成的交流發電機和水泵包括，安裝在第一傳動軸上的交流發電機轉子；和安裝在第二傳動軸 上的水泵葉輪，其中，水泵葉輪配置為響應于第二傳動軸的旋轉泵送冷卻劑，且第一 和第二傳動軸可操作地相連，以使第一傳動軸的旋轉傳遞旋轉到第二傳動軸。在一個 實施例中，水泵葉輪的轉速可以不同于交流發電機轉子的轉速。從而，可以響應于諸 如發動機溫度這樣的發動機工況，調節冷卻劑流速。根據另一方面，提供一種用于汽車的集成的交流發電機和水泵。該集成的交流發 電機和水泵包括，安裝在第一傳動軸上的交流發電機轉子；和安裝在第二傳動軸上的 水泵葉輪，其中，水泵葉輪配置為響應于第二傳動軸的旋轉泵送冷卻劑，且第一和第 二傳動軸可搡作地相連，以使第一傳動軸的旋轉傳遞旋轉到第二傳動軸。在一個實施 例中，交流發電機和水泵的傳動軸不同軸。從而，水泵可以位于交流發電機的頂部、 底部，和側部。這些配置可以減少交流發電機的裝配局限性。根據又一方面，提供一種控制汽車的交流發電機溫度和發動機溫度的方法。該方 法包括，在發動機工作期間，旋轉第一傳動軸以產生電能；旋轉第二傳動軸以泵送冷卻劑使交流發電機和發動機的至少一部分冷卻，其中，第一和第二傳動軸可操作地相 連，以使第一傳動軸的旋轉傳遞旋轉到第二傳動軸；并響應于發動機工況選擇性地使 冷卻劑流過多個不同的流體通路。在一個實施例中，在發動機溫度較低時，冷卻劑流過交流發電機和發動機，而不 流過熱交換設備。這樣，交流發電機產生的熱量可用于在冷起動期間加熱發動機冷卻 劑，因為交流發電機的線圈和電子器件比發動機更快地加熱。從而，發動機達到有效 工作溫度的時間減少。因此，可以改進燃料經濟性和減少排放。
圖1是顯示集成的交流發電機和水泵的第一示例實施例的示意圖。圖2是顯示集成的交流發電機和水泵的第二示例實施例的示意圖。圖3是顯示集成的交流發電機和水泵的第三示例實施例的示意圖。圖4是顯示集成的交流發電機和水泵的第四示例實施例的示意圖。圖5是顯示集成的交流發電機和水泵的第五示例實施例的示意圖。圖6是顯示集成的交流發電機和水泵的第六示例實施例的示意圖。圖7示出顯示汽車冷卻系統中的流體通路的第一實施例的示意圖。圖8示出顯示汽車冷卻系統中的流體通路的第二實施例的示意圖。圖9示出顯示汽車冷卻系統中的流體通路的第三實施例的示意圖。圖10示出控制汽車中交流發電機溫度和發動機溫度的第一示例例程。圖11示出控制汽車中交流發電機溫度和發動機溫度的第二示例例程。圖12示出控制汽車中交流發電機溫度和發動機溫度的第三示例例程。圖13示出控制汽車中交流發電機溫度和發動機溫度的第四示例例程。圖14示出顯示用于汽車中汽車發動機的具有高壓冷卻劑儲存器和低壓冷卻劑儲存器的冷卻系統的實施例的示意圖。圖15示出在具有集成的交流發電機和水泵的發動機冷卻系統的高壓冷卻劑儲存器中存儲能量的示例例程。圖16示出在具有集成的交流發電機和水泵的發動機冷卻系統中，使用高壓冷卻劑以改進發動機冷卻的示例例程。圖17示出釋放存儲在具有集成的交流發電機和水泵的發動機冷卻系統的高壓冷卻劑儲存器中的能量的示例例程。
具體實施方式
圖1是顯示集成的交流發電機和水泵的第一示例實施例的示意圖。在一些實施例 中，交流發電機110包括永磁轉子或電磁轉子112、轉子軸或傳動軸114、定子116和驅動帶輪118。傳遞到驅動帶輪118上的驅動力可以旋轉交流發電機110的傳動軸ll4。傳動軸ll4的旋轉接著通過連接器130使水泵葉輪122旋轉。交流發電機IIO 中的電力電子器件119可包括整流器(未示出)以對電動勢進行整流，和電壓調節器 (未示出)以保持定子線圈(未示出)中恒定的感應電動勢。整流器可包括功率二極 管或功率晶體管，和電壓調節器。連接器130可以是可將旋轉從一根傳動軸傳遞到另一根傳動軸的任何合適的連 接裝置。在一些實施例中，連接器130可以是齒輪聯軸器。該齒輪聯軸器可以使交流 發電機和水泵以相同的轉速工作。或者，傳動軸124可連接到與傳動軸114上不同尺 寸的齒輪嚙合的齒輪上。從而，水泵葉輪122可以用與交流發電機轉子112的轉速不 同的轉速運轉。在一些實施例中，葉輪和交流發電機轉子可由帶輪連接。在一個實施 例中，葉輪和交流發電機轉子可由一組帶輪連接以用相同的轉速運轉。可選地，葉輪 和交流發電機轉子可以用第二組帶輪在內部連接，以改變水泵葉輪的轉速使其不同于 交流發電機的轉速，或相反。在一些實施例中，連接器130可以是變速傳動裝置，以 改變交流發電機轉子和水泵葉輪的轉速。在一些實施例中，連接器130可以是磁力聯 軸器、磁流變聯軸器(即，使用可在電場或磁場中凝固的磁性粒子或流體的聯軸器)、 粘性聯軸器，或電動離合器，如果交流發電機或水泵不需要工作，則可關閉該電動離 合器以斷開交流發電機或水泵。在一些實施例中，交流發電機110和水泵120可以至少部分集成在共用的殼體內。 密封件140可用于隔間中使水泵120密封于交流發電機110的組件，以防止冷卻劑泄 漏到交流發電機110中。應理解，在一些實施例中可以不使用密封件。例如，交流發 電機可以使用可抵御冷卻劑損害的材料。在另外的例子中，水泵可以使用不損害交流 發電機組件的冷卻劑。從而，可以改進在冷卻劑和交流發電機之間的熱傳遞。水泵120可以在不同的位置上鄰近于交流發電機。在所示實施例中，水泵120可 位于交流發電機IIO背部，以使水泵120鄰近于電子器件119或與其有一側重疊。圖2是顯示集成的交流發電機和水泵的第二示例實施例的示意圖。該集成的交流 發電機和水泵200可包括交流發電機部分210和水泵部分220。在一些實施例中，交 流發電機210可包括永磁轉子212、轉子軸或傳動軸214、定子216和電力電子器件 219。該集成的交流發電機和水泵可由驅動帶輪228驅動。通過連接轉子軸214與水泵葉輪222的傳動軸224,水泵220可操作地連接到交 流發電機210上。在工作期間，帶輪228可由發動機的皮帶(未示出)驅動，以使轉 子軸224旋轉，從而將冷卻劑泵送到發動機冷卻系統中。轉子軸224的旋轉可以通過 連接器230傳遞到交流發電機的傳動軸214以產生電能。如上參考圖1詳述，連接器230可以是可將旋轉從一根傳動軸傳遞到另一根傳動 軸或用一根傳動軸傳遞旋轉到另一根傳動軸的任何合適的連接裝置。在一些實施例 中，連接器230可以改變水泵的傳動軸的轉速以使其不同于交流發電機轉子的轉速， 或改變交流發電機轉子的轉速。圖3是顯示集成的交流發電機和水泵的第三示例實施例的示意圖。在所示實施例 中，水泵320可位于交流發電機310中部，在交流發電機定子316和交流發電機的電 力電子器件319之間。交流發電機310的電線(未示出)可越過水泵320，連接定子 316中的電流產生組件與電子器件3"。在一些實施例中，傳遞到帶輪318上的驅動 力可以旋轉交流發電機310的傳動軸314。傳動軸314的旋轉通過連接器330使水泵 葉輪322旋轉。如上參考圖1詳述，連接器330可以是可將旋轉從一根傳動軸傳遞到 另一根傳動軸的任何合適的連接裝置。在一些實施例中，連接器330可以使水泵320 的傳動軸324的轉速不同于交流發電機轉子312的轉速。在一些實施例中，交流發電機310和水泵320可以至少部分集成在共用的殼體內。 密封件340可用于防止冷卻劑泄漏到交流發電機310中。上述實施例可以提高交流發電機的冷卻效率，因為水泵和關聯的流體通路與交流 發電機中的定子和電子器件有一側重疊。圖4是顯示集成的交流發電機和水泵的第四示例實施例的示意圖。在一些實施例 中，交流發電機410和水泵420的傳動軸不同軸。在一些實施例中，交流發電機410 和水泵"0的傳動軸基本上平行。傳動裝置可以傳遞驅動力至傳動軸424,該傳動軸 424與帶輪機構不同軸。在所示實施例中，傳動裝置可包括連接器430、 436和連接 在這兩個連接器之間的軸42 3。如上參考圖l詳述，傳動裝置可以是可用一根傳動軸 傳遞旋轉到另一根傳動軸的任何合適的連接裝置。在一個實施例中，傳動裝置可以使 水泵42t)的傳動軸424以與交流發電機轉子412的傳動軸414相同的轉速旋轉。或者， 傳動裝置可以使傳動軸424以與傳動軸414不同的轉速旋轉。傳動軸414的旋轉可以 使交流發電機轉子412旋轉以產生電能。傳動軸414的驅動力也帶動水泵420的傳動 軸424的旋轉以通過水泵葉輪422,將冷卻劑泵送到發動機冷卻系統的流體通路中。在一些實施例中，交流發電機410和水泵420可以至少部分集成在共用的殼體內。 在所示實施例中，水泵420相對于交流發電機的橫截面，位于交流發電機410頂部。 或者，水泵可相對于交流發電機的橫截面，位于交流發電機底部。此外，水泵可位于 交流發電機周圍任何位置。例如，水泵可相對于交流發電機的橫截面，位于交流發電 機側部。如上所述，密封件可用于防止冷卻劑泄漏到交流發電機410中。圖4還示出，交 流發電機410可包括永磁轉子412、定子416和電力電子器件419。水泵420可包括 水泵葉輪422。上述實施例與圖1到圖3所示實施例相比，可減少集成的交流發電機/水泵在傳 動軸方向的長度。從而，可減少汽車中的交流發電機的裝配局限性。圖5是顯示集成的交流發電機和水泵的第五示例實施例的示意圖。在所示實施例 中，交流發電機510的傳動軸514可基本上垂直于水泵520的傳動軸524。傳遞到帶 輪518上的驅動力可以用與帶輪518相同的轉速旋轉交流發電機510的傳動軸514,以產生電能。傳動裝置可以傳遞傳動軸514的旋轉到傳動軸524。在所示實施例中， 傳動裝置可包括連接器530、 536、和538，以及軸523和525。如上參考圖l詳述， 傳動裝置可以是可用一根傳動軸傳遞旋轉到另一根傳動軸的任何合適的連接裝置。在 一些實施例中，傳動裝置可以使水泵520的傳動軸524以與交流發電機的傳動軸514 相同的或不同的轉速旋轉。水泵520的傳動軸524的旋轉可以通過水泵葉輪522,將 冷卻劑泵送到發動機的發動機冷卻系統的流體通路中。圖5還示出，交流發電機510可包括永磁轉子512、定子516和電力電子器件519。 在一些實施例中，交流發電機510和水泵520可以至少部分集成在共用的殼體內。 在所示實施例中，水泵520相對于汽車底板，位于交流發電機510頂部。或者，水泵 可位于交流發電機周圍任何位置。例如，水泵可相對于汽車底板，位于交流發電機底 部，或相對于傳動軸514,位于交流發電機側部。可選地，水泵可鄰近于定子部分、 電子器件部分，或可至少部分鄰近于交流發電機的定子部分和電子器件部分兩者。 如上所述，密封件可用于防止冷卻劑泄漏到交流發電機510中。 上述實施例與圖1到圖3所示實施例相比，可減少集成的交流發電機/水泵的長 度。此外，與圖4所示實施例相比，可減小該集成的交流發電機/水泵的高度，因為 較小尺寸的水泵增加到集成的交流發電機/水泵的高度上。從而，提供了汽車中更靈 活的交流發電機的裝配。此外，水泵和關聯的流體通路可位于比其他位置能產生更多 熱量的交流發電機的任何周圍位置。從而，可以提高冷卻效率，因為交流發電機的發 熱部分和冷卻劑通路之間的接觸面積增加。圖6是顯示集成的旋轉電機和水泵的第六示例實施例的示意圖。在所示實施例 中，旋轉電機610(例如，電動馬達)如圖所示，與水泵620集成。水泵葉輪622可 由馬達轉子612傳遞的動力驅動。圖6示出，該集成的旋轉電機和水泵可包括定子 616、電力電子器件619、旋轉電機610的傳動軸614、水泵葉輪622、傳動軸624、 連接器(630、 636、 638 )和軸(623、 625 )。圖6所示實施例與圖5所示實施例相似，除了用旋轉電機替代交流發電機之外。 在一個實施例中，旋轉電機可以是發電機。在另一個實施例中，發電機可改進為包括 較大的電線和電力電子器件，以通過將發電機作為馬達運轉來允許發電機起動發動 機。該應用的冷卻系統允許使用較便宜的電子器件，并增加起動發電機的起動功率。 應理解，水泵可根據類似于圖1到圖4中所述實施例的配置集成到電動機中。 此外，應理解，集成的旋轉電機和水泵系統或集成的交流發電機和水泵中可包括 不止一個水泵。包括不止一個水泵可提供理想的冷卻系統總體功率，同時減小單個水 泵的尺寸。從而，可為集成的系統提供更靈活的裝配。此外，水泵可響應于發動機工 況選擇性地搡作，以提高冷卻效率和燃料經濟性。應注意，圖1到圖6中的連接傳動軸的連接器的位置是示意性的。連接器可以在 適應汽車中集成的交流發電機/水泵的裝配要求的任何適合的位置。圖7到圖9示出汽車的發動機冷卻系統中的示例流體通路的示意圖。圖7示出顯 示流體通路的第一實施例700的示意圖。冷卻劑可基于發動機工況選擇性地通過不同 的流體通路流動或循環。流體通路710如圖所示包括通過集成的交流發電機/水泵發動機汽缸體714,并回到交流發動機/水泵712的路徑。流體通路720可包括 通過集成的交流發電機/水泵712,發動機汽缸體714,恒溫器或閥722,加熱器芯724, 并回到交流發動機/水泵712的路徑。流體通路730可包括通過集成的交流發電機/ 水泵712,發動機汽缸體714,恒溫器或閥722,加熱器芯724，恒溫器或閥732,散 熱器734,并回到交流發動機/水泵712的路徑。基于發動機工況，發動機控制單元740可以通過控制閥722和732來控制流體通 路中的冷卻循環。閥的工作狀態確定冷卻劑所循環的流體通路。例如，在閥722和 732都關閉時，冷卻劑可以通過流體通路710循環。在閥722開啟且閥732關閉時， 冷卻劑可以通過流體通路720循環。閥722和732都開啟允許冷卻劑在流體通路730 中循環。發動機控制單元在一些實施例中也控制水泵的操作，例如控制水泵葉輪的轉速 等。在集成的交流發電機/水泵系統具有不止一個水泵時，發動機控制單元可基于發 動機工況選擇性地操作一個或多個水泵。控制策略將在下文中詳述。圖8示出顯示汽車發動機冷卻系統中的流體通路的第二實施例的示意圖。在所示 實施例中，冷卻劑可以流過三個流體通路。通路810可使冷卻劑流過第一交流發電機 /水泵812，發動機汽缸體814,并回到第一交流發電機/水泵812。通路820可使冷 卻劑流過第一交流發電機/水泵812,發動機汽缸體814,恒溫器或閥822,加熱器芯 824,并回到第一交流發電機/水泵812。通路830可使冷卻劑流過第二交流發電機/ 水泵836,發動機汽缸體814,恒溫器或閥822,加熱器芯824,恒溫器或閥832,散 熱器834,并回到第二交流發電機/水泵836。如上參考圖7所述，發動機控制單元840可通過控制閥822和832來控制通過不 同流體通路的冷卻劑路徑。發動機控制單元840可基于發動機工況控制第一和第二交 流發電機/水泵的搡作。控制策略將在下文中詳述。圖9示出顯示汽車冷卻系統中的流體通路的第三實施例的示意圖。在所示實施例 中，冷卻劑可由兩個水泵驅動以分別通過兩個流體通路。如上參考圖1到圖6所述， 兩個水泵可操作地相連或集成到一個交流發電機中。通路910中的冷卻劑可由第一水 泵913驅動。通路910可使冷卻劑流過交流發電機912,發動機汽缸體914,加熱器 芯916,并回到交流發電機912。通路920中的冷卻劑可由第二水泵926驅動。通路 920可使冷卻劑流過交流發電機912，發動機汽缸體9",加熱器芯916,恒溫器或閩 922,散熱器924,并回到交流發電機912。如上參考圖7所述，發動機控制單元940可通過控制閥922來控制通過不同流體 通路的冷卻劑路徑。發動機控制單元940可基于發動機工況控制交流發電機，第一和第二水泵的操作。控制策略將在下文中詳述。應理解，上述實施例只是示例，且可能有許多變體。例如，在一種變體中，發動 機冷卻系統可包括閉合的冷卻劑回路，該閉合的冷卻劑回路包括交流發電機/水泵和 發動機汽缸體。在起動工況下，交流發電機的初始冷卻由密封的一定量的冷卻劑提供。 一旦冷卻劑達到預定的交流發電機的工作溫度，交流發電機的風扇和散熱片就可用于 冷卻交流發電機。圖10到圖13是控制汽車中交流發電機溫度和發動機溫度的示例例程。圖10示 出控制汽車中交流發電機溫度和發動機溫度的第一示例例程。在一些實施例中，如圖 7所示的發動機冷卻系統700可用于執行例程1000。在此，參考圖7描述該控制例程。 開始于1010,例程判斷發動機是否處于低溫工況。低溫工況可以是發動機冷起動。 如果答案為是，則例程進入1 020，使冷卻劑通過集成的交流發電機/水泵，發動機， 并回到交流發電機/水泵循環，或使冷卻劑通過流體通路710循環。在冷起動期間， 交流發電機線圈的溫度比發動機中的溫度更快地升高。交流發電機中的電線和電子器 件可快速加熱冷卻劑。通過使冷卻劑流過交流發電機和發動機，而不經過其他熱交換 設備，例如加熱器芯和散熱器，由交流發電機產生的熱量可用于升高冷卻劑的溫度以 使發動機暖機。從而，可以減少發動機有效操作所需的時間。接下來，例程在1030,判斷發動機是否達到第一預定工作溫度。第一預定工作 溫度可以是發動機工作在正常負荷下所希望的溫度。例如，該第一預定工作溫度可以 是用于減少發動機磨損，減少排放，提高燃料經濟性，產生用于外部使用的熱量，或 增加發動機功率的理想溫度。如果答案為否，則例程回到1020。如果答案為是，則 例程進入1040，以使冷卻劑通過交流發電機/水泵，發動機，加熱器芯，并回到交流 發電機/水泵循環，即該例程使冷卻劑流過如圖7所示的流體通路720。加熱器芯可 以是用于加熱汽車乘客室或提供熱量至比發動機溫度低的汽車其他區域的熱交換器。接下來，例程在1050,判斷發動機是否達到第二預定工作溫度。如果答案為否， 則例程回到1040。第二預定工作溫度可以是發動機工作的最高溫度。最高溫度可以 是發動機可工作，而發動機組件不劣化的最高溫度。在此工況下，熱交換設備，例如 散熱器，可用于有效地散熱，并使冷卻劑降溫。這樣，如果答案為是，則例程進入 1 060，使冷卻劑通過交流發電機/水泵，發動機，加熱器芯，散熱器，并回到交流發 電機/水泵循環，即該例程使冷卻劑通過如圖7所示的流體通路730循環。應注意，冷卻劑通過不同流體通路的路徑的選擇可通過位于流體通路中的恒溫器 或閥的控制執行。例如，如上參考圖7所述，恒溫器或閥的關閉和開啟可選擇性地使 冷卻劑通過不同的流體通路。應理解，在上述實施例中，冷卻劑可由水、水-乙二醇混合物、液壓液、機油、 燃料、壓縮空氣、空氣或任何其他耐熱固體、氣體或液體組成。圖11示出控制汽車中交流發電機溫度和發動機溫度的第二示例例程2000。例程2000類似于例程1000,除了可基于發動機工況調節交流發電機工作以產生所希望的 熱量之外。在一些實施例中，如圖7所示的發動機冷卻系統700可用于執行例程2000。 在此，參考圖7描述該控制例程。開始于2010,例程保持汽車中電池的充電狀態低于100%充電狀態。由于電池低充電狀態而增加的交流發電機上的負荷，增加了交流發電機的電流。從而，在交流發電機中的電線和電子器件中產生更多熱量。接下來，例程在2012,判斷發動機是否處于低溫工況。低溫工況可以是發動機冷起動時期。 如果答案為是，則例程進入2014,使冷卻劑通過集成的交流發電機/水泵，發動機， 并回到交流發電機/水泵循環，或使冷卻劑通過流體通路710循環。如上所述，使冷 卻劑流過交流發電機和發動機，而不經過其他熱交換設備，可以使發動機更快地暖機。 因為在低電池充電狀態下增加的交流發電機中的電流，可以在冷起動期間在交流發電 機中產生更多熱量。從而，受熱的冷卻劑可以快速升高發動機溫度至有效工作溫度。接下來，例程在2016,判斷發動機是否達到第一預定工作溫度。如果答案為否， 則例程回到2014。如果答案為是，則例程進入2018,以使冷卻劑通過交流發電機/ 水泵，發動機，加熱器芯，并回到交流發電機/水泵循環，即該例程使冷卻劑流過如 圖7所示的流體通路720。接下來，例程在2020判斷發動機是否達到第二預定工作溫度。如果答案為否， 則例程回到2018。如果答案為是，則例程進入2022，使冷卻劑通過交流發電機/水泵， 發動機，加熱器芯，散熱器，并回到交流發電機/水泵循環，即該例程使冷卻劑通過 如圖7所示的流體通路730循環。在一些實施例中，例程在2024可保持電池充電狀態低于100%充電狀態。這樣，電池可以具有在更有效的發動機或交流發電機運轉速度下接受更多充電的能力。然 后，例程在2026可在制動事件期間和更有效的運轉速度下改變充電電壓，以接受更 多充電。可以改變工作電壓，以通過限制交流發電機和電子器件中的電阻損耗來提高 汽車電效率，并提高電池充電接受能力。可以降低系統電壓以降低電效率，及增加熱 量產生以升高發動機空調系統的溫度。此外，在發動機冷卻系統中不同流體通路間的路徑的選擇，可通過如上參考圖7 所述的控制系統執行。圖12示出控制汽車中交流發電機溫度和發動機溫度的第三示例例程3000。在所 示實施例中，使用兩個集成的交流發電機/水泵。第一交流發電機可配置為有效地加 熱冷卻劑。例如，可以改進第一交流發電機的繞組和電子器件，以產生更多熱量。可 選地，可使用產生更多熱量的低效、低成本交流發電機作為第一交流發電機。在一些 實施例中，第一交流發電機可用于對電池再充電，并在冷溫工況下搡作發動機。第二 交流發電機可以是在具有與提供給低效交流發電機相同的機械功率下，產生更多電力 和較少熱量的高效交流發電機。第二交流發電機可在正常發動機工作期間使用。在一 些實施例中，如圖8所示的發動機冷卻系統800可用于執行例程3000。在此'參考圖8描述該控制例程。開始于3010,例程3000保持汽車中電池的充電狀態低于10oy。充電狀態。接下來， 例程在3012,判斷發動機是否處于低溫工況。低溫工況可以是發動機冷起動時期。 如果答案為是，則例程進入3014，使冷卻劑通過第一交流發電機/水泵，發動機，并 回到第一交流發電機/水泵循環，或使冷卻劑通過如圖8所示的流體通路810循環。 如上所述，第一交流發電機可以有效地產生熱量。從而，可更快地加熱冷卻劑以升高 發動機的溫度至正常工作所希望的水平。接下來，例程在3016,判斷發動機是否達到第一預定工作溫度。如果答案為否， 則例程回到3014。如果答案為是，則例程進入3018,以使冷卻劑通過第一交流發電 機/水泵，發動機，加熱器芯，并回到第一交流發電機/水泵循環，即該例程使冷卻劑 通過如圖8所示的流體通路820循環。接下來，例程在3020，關閉第一交流發電機/水泵，并運行第二交流發電機/水 泵。然后，例程在3022,判斷發動機是否達到第二預定工作溫度。如果答案為否， 則例程回到3020。如果答案為是，則例程進入3024,使冷卻劑通過第二交流發電機/ 水泵，發動機，加熱器芯，散熱器，并回到第二交流發電機/水泵循環，即該例程使 冷卻劑通過如圖8所示的流體通路830循環。在發動機冷卻系統中不同流體通路間的路徑的選擇，可通過如上參考圖7所述的 控制系統執行。該控制系統還可基于發動機工況，選擇性地控制交流發電機和水泵的 工作。圖13示出控制汽車中交流發電機溫度和發動機溫度的第四示例例程。在所示實 施例中，可以使用可以用不同流速提供冷卻劑的兩個水泵。可選地，可以使用具有可 變流速的一個水泵。在一些實施例中，如圖9所示的發動機冷卻系統900可用于執行 例程4000。在此，參考圖9描述該控制例程。開始于4010,例程判斷發動機是否處于低溫工況。低溫工況可以是發動機冷起動 時期。如果答案為是，則例程進入4012，斷開水泵。在此工況下，沒有冷卻劑通過 冷卻系統循環，因為在一些工況下不需要冷卻。接下來，例程在4014,判斷發動機 是否達到第一預定工作溫度。如果答案為否，則例程回到4012。如果答案為是，則 例程進入4016,以接合水泵并使水泵與交流發電機一起旋轉。在冷卻系統具有兩個 水泵的一些實施例中，例程可以接合具有低轉速或低流速的第一水泵。接下來，例程 在4018，使冷卻劑通過交流發電機/水泵，發動機，加熱器芯，并回到交流發電機/ 水泵循環，即該例程使冷卻劑通過如圖9所示的流體通路910循環。接下來，例程在4020，判斷發動機是否達到第二預定工作溫度。如果答案為否， 則例程回到4016。如果答案為是，則例程進入4022,增加冷卻劑流速。在一些實施 例中，冷卻劑可由具有較高冷卻劑流速的第二水泵泵送。第二水泵可以如上參考圖l 到圖6所述，與交流發電機集成并可操作地相連。可選地，在發動機冷卻系統中，可使用具有變速控制的一個水泵。在一些實施例中，可以通過傳動裝置改變水泵和交流 發電機之間的傳動比來增加水泵的轉速。然后，例程在4024,使冷卻劑通過交流發 電機/水泵，發動機，加熱器芯，和散熱器，并回到交流發電機/水泵循環，即該例程 使冷卻劑通過如圖9所示的流體通路920循環。在冷卻劑流速增加時，可以有效地降 低發動機和交流發電機的溫度。圖14示出顯示用于汽車發動機的具有高壓冷卻劑儲存器和低壓冷卻劑儲存器的 冷卻系統的實施例的示意圖。可以集成交流發電機和水泵或壓縮機，以提高發動機效 率。用于水泵或壓縮機中的冷卻劑可包括水、空氣、乙二醇混合物、燃料、液壓液、 氮、機油或任何合適的可壓縮物質。可壓縮物質可通過集成的交流發電機和水泵/壓 縮機循環，并通過壓力閥或壓力開關在高壓儲存器中存儲能量。在一個示例中，可以 通過使高壓冷卻劑循環以釋放能量來降低發動機溫度。在另一個示例中，可以通過交 流發電機傳遞能量以起動發動機或增加運行發動機的功率。現參考如圖14所示的控制系統1400,可基于發動機工況，使冷卻劑通過或不通 過高壓冷卻劑儲存器1436循環。在具有正常壓力的冷卻劑可使發動機系統充分冷卻 的標準操作下，冷卻劑可通過選擇的流體通路循環，而不經過高壓冷卻劑儲存器1436。 例如，在所述實施例中，壓力閥1438開啟，而壓力閩1442、 1444、 l"6和l"8關 閉。從而，具有正常壓力的冷卻劑可基于發動機工況，選擇性地流過不同的流體通路， 或通過不同的流體通路循環。例如，流體通路1410如圖所示，包括通過集成的交流 發電機/水泵1412,發動機汽缸體1414,加熱器芯1424,并回到交流發電機/水泵l"2 的路徑。恒溫器或閥1422阻止冷卻劑流到散熱器1434。當發動機達到預定溫度時， 冷卻劑可以通過流體通路1420循環。在此工況下，恒溫器1422開啟，且冷卻劑通過 交流發電機/水泵1412，發動機汽缸體1414,加熱器芯1424,散熱器1434,并回到 交流發電機/水泵1412循環。在所述實施例中，流體通路1420和流體通路1410具有 部分共用的通路。應理解，任何合適的流體通路可配置為基于發動機工況，選擇性地 使冷卻劑循環。例如，可使用參考圖7到圖9所述的實施例。可以通過調節壓力閥來達到高壓冷卻劑儲存器1436中的理想壓力。例如，可以 開啟閥1438和1442,同時關閉閥1444、 1446和l"8。從而， 一部分冷卻劑被送入 高壓冷卻劑儲存器1436,以增加壓力。高壓減壓閥l"2和低壓減壓闊l"4可與低 壓冷卻劑儲存器1456 —起使用，以將壓力保持在冷卻系統的最大設置和最小設置之 間。繼續參考圖14,在一些實施例中，可使高壓冷卻劑儲存器中的冷卻劑循環以使 發動機冷卻。例如，當需要高壓冷卻劑以降低發動機溫度時，可以開啟閥l438、 l442、 1444和1446,并關閉閥1448。從而，高壓冷卻劑可以通過發動機汽缸體1"4,加熱 器芯1424,散熱器1434,交流發電機/水泵1"2,并回到高壓冷卻劑儲存器l436循 環。可使用發動機控制單元(未示出)來控制如圖14所示的交流發電機/水泵的工作。 圖15示出在具有集成的交流發電機和水泵的發動機冷卻系統的高壓冷卻劑儲存 器中存儲能量的示例例程。在一些實施例中，如圖14所示的發動機冷卻系統可用于 執行例程5000。在此，參考圖14描述該控制例程。首先，在5010，例程起動發動機。 然后，在5012，判斷發動機是否達到預定工作范圍。在一些實施例中，工作范圍可 以是標準壓力冷卻系統不能有效降低發動機溫度的范圍。如果答案為是，則例程進入 5014,將一定百分比的冷卻劑送入高壓冷卻劑儲存器并以標準壓力使剩余冷卻劑流到 發動機汽缸體。在一些實施例中，通過與交流發電機集成的水泵使冷卻劑循環。該水 泵使用來自發動機機械連接的機械能。在圖14所述的實施例中，閥1442和1438開 啟，而閥1444和1446關閉。接下來，在5016,例程使用高壓減壓閥、低壓減壓閥和低壓冷卻劑儲存器來調 節高壓冷卻劑儲存器中的壓力。在一些實施例中，當壓力超過系統最大壓力時，高壓 減壓閥開啟。結果，冷卻劑離開高壓冷卻劑儲存器，并進入低壓冷卻劑儲存器。在例 如使用壓縮空氣作為冷卻劑的一些實施例中，冷卻劑可被排放到大氣中。在一些實施 例中，冷卻劑可被送至使用高壓冷卻劑的任何合適的組件。此外，在其他實施例中， 可開啟連接到低壓冷卻劑儲存器的低壓減壓閥來供給冷卻劑，以保持冷卻系統中的低 壓設置。繼續參考圖15,在5018，例程判斷高壓冷卻劑儲存器中的壓力是否大于預定值。 如果答案為是，則例程進入5020,通過閥阻止冷卻劑流入高壓冷卻劑儲存器。在5022, 例程使用減壓閥(高壓減壓閥和/或低壓減壓閩)將冷卻系統中的壓力保持在預定范 圍中。應理解，上述例程可在交流發電機與發動機接合的搡作中執行。該例程還在交流 發電機帶輪中到發動機的機械連接與停止的發動機或運轉的發動機斷開的操作中執 行。在此工況下，使用來自電池的功率將交流發電機作為馬達運轉。圖16示出在具有集成的交流發電機和水泵的發動機冷卻系統中，使用高壓冷卻 劑以改進發動機冷卻的示例例程。在一些實施例中，如圖14所示的發動機冷卻系統 可用于執行例程6000。在6010，例程首先以標準壓力搡作發動機冷卻系統。然后， 在6012，例程判斷發動機溫度是否高于預定溫度。在一些實施例中，該預定溫度可 以是發動機可工作，而發動機組件不劣化的最高溫度。在一些實施例中，該預定溫度 可以是標準壓力的冷卻系統不能有效地降低溫度的溫度。如果答案為是，在6014,例程使冷卻劑從高壓冷卻劑儲存器通過冷卻劑通路循 環，以降低發動機溫度。該高壓冷卻劑的冷卻劑通路可以是包括如上參考圖14所述 的其他閥和組件外的閥1444、 1446和1442的通路。可以降低發動機溫度，是因為高 壓冷卻劑提高的冷卻能力。接下來，在6016，例程調節冷卻系統中的閥，以改變冷 卻劑壓力。在601S,保持壓力以實現期望的溫度降低。圖l7示出釋放存儲在具有集成的交流發電機和水泵的發動機冷卻系統的高壓冷 卻劑儲存器中的能量的示例例程。存儲在高壓冷卻劑儲存器中的能量可用在發動機工 作中。在一些實施例中，如圖14所示的發動機冷卻系統可用于執行例程7000。在此， 參考困"描述該控制例程。在7010,例程首先使用接合的或斷開的交流發電機，將 冷卻劑增壓至預定的壓力。在7020，例程將高壓冷卻劑送入交流發電機。然后，在 7030,例程使交流發電機/水泵轉動。在圖14所述的實施例中，可以關閉閥1444, 同時開啟閥1438、 1442、 1446和1448。這樣，從高壓冷卻劑儲存器中釋放的能量可 用于使交流發電機轉動。從而，從高壓冷卻劑儲存器中釋放的能量可用于發動機工作。 例如，當離合器與交流發電機斷開時，來自高壓冷卻劑儲存器中的能量可使交流發電 機轉動，以產生起動發動機所需的電力。此外，可增加發動機轉速以提高加速度。應理解，存儲在高壓冷卻劑儲存器中的能量可以用各種方式用于改進汽車的性 能。例如，高壓冷卻劑儲存器可用于對發動機提供功率增強(power boost),以改 進汽車性能。在一些實施例中，壓縮空氣可用作冷卻劑。交流發電機可對壓縮空氣密 封，且可以最優化交流發電機中的風扇以壓縮空氣。此外，交流發電機的熱量可以傳 遞到壓縮空氣。存儲在壓縮空氣中的能量之后可用于使交流發電機作為馬達運轉或對 發動機或汽車中的其他設備提供動力。在一些實施例中，壓縮空氣可通過閩進入發動 機進氣，添加壓縮空氣或增壓空氣，以增加發動機輸出功率。與集成的交流發電機/水泵結合的高壓冷卻劑儲存器允許發動機冷卻劑壓力和溫 度的改變，以最小化發動機有效工作范圍外的操作所消耗的能量。此外，在一些實施例中，通過在連接到交流發電機的交流發電機電流配線或直流 電輸出的冷卻室中增加電極或電子電路，可以提高發動機效率。這樣的配置可用于通 過分解水蒸汽、氧、燃料、氮或其他由連接到交流發電機的電極導入的化合物，改變 空氣或其他液體以增加氫、氧、二氧化碳、臭氧或其他分子的濃度。在一些實施例中， 經改變的冷卻劑可與剩余的冷卻劑結合使用。在其他實施例中，可包括第二冷卻劑導 管，以將冷卻劑傳遞到使用經改變的冷卻劑的組件。例如，經改變的冷卻劑中的氧可 被送到進氣管，而經改變的冷卻劑中的氫可被送到燃料導管。濃度的改變可以改變發 動機中的燃燒，以改進排放或提高發動機的效率和功率。應理解，上述系統和方法可用于固定式發動機中。應注意，本文中包括的示例控制和估計例程可用于各種發動機和/或汽車系統配 置。本文中所述的具體例程可代表所有處理策略，例如事件驅動，中斷驅動，多任務， 多線程等等中的一種或多種。此外，所述各種步驟或功能可按所述順序執行，平行執行，或在某些情況下省略。同樣，處理的順序不是實現本文中所述示例實施例的特征 和優點所必需的，而是為了便于說明和描述。取決于所使用的具體策略，可重復執行 所述步驟或功能中的一個或多個。此外，所述步驟可以用圖形表示編程到發動機控制 系統中的計算機可讀存儲媒體中的代碼。應理解，在本文中公開的配置和例程本質上是示例性的，且這些具體實施例不應 被視為具有限制意義，因為大量的變體是可能的。本發明的主題包括在本文中公開的 各種系統和配置，及其他特征、功能，和/或屬性的所有新穎和非易見的組合及子組 合。本發明的權利要求特別指出視為新穎和非顯而易見的特定組合及子組合。這些權 利要求可能引用"一個"元素或"第一"元素或其等價。這樣的權利要求應被理解為 包括對一個或一個以上這樣的元素的結合，而不是要求或排除兩個或兩個以上這樣的 元素。所公開的特征、功能、元素和/或屬性的其他組合及子組合可以通過本發明權 利要求的修改或通過在本申請或相關申請中提供新的權利要求來請求保護。這樣的權 利要求，無論是在范圍上比原始權利要求更寬、更窄、等價或不同，都應被視為包括 在本發明的主題之內。
權利要求
1.一種用于汽車發動機的集成的交流發電機和水泵，包括安裝到第一傳動軸上的交流發電機轉子；和安裝到第二傳動軸上的水泵葉輪；其中，所述水泵葉輪配置為響應于所述第二傳動軸的旋轉泵送冷卻劑，且所述第一和第二傳動軸可操作地相連，以使所述第一傳動軸的旋轉傳遞旋轉到所述第二傳動軸。
2. 如權利要求l所述的集成的交流發電機和水泵，其特征在于，所述交流發電 機和水泵至少部分位于共用的殼體中，其中，所述殼體中的隔間包括使所述水泵與所 述交流發電機分離，并阻止冷卻劑從所述水泵泄漏的密封件。
3. 如權利要求2所述的集成的交流發電機和水泵，其特征在于，所述第一和第二傳動軸是同軸的。
4. 如權利要求3所述的集成的交流發電機和水泵，其特征在于，所述水泵基本 上位于交流發電機定子的端部和所述交流發電機的電力電子器件之間。
5. 如權利要求3所述的集成的交流發電機和水泵，其特征在于，所述水泵鄰近 于所述交流發電機中的電力電子器件。
6. 如權利要求2所述的集成的交流發電機和水泵，其特征在于，所述第一和第 二傳動軸圍繞不同的旋轉軸旋轉。
7. 如權利要求6所述的集成的交流發電機和水泵，其特征在于，所述水泵基本 上相對于所述交流發電機的橫截面，位于所述交流發電機的頂部、底部、左側和右側。
8. —種控制汽車的交流發電機溫度和發動機溫度的方法，包括 在發動機工作期間，旋轉第一傳動軸以產生電能；旋轉第二傳動軸，以泵送冷卻劑使所述交流發電機和所述發動機的至少一部分冷 卻，其中，所述第一和第二傳動軸可操作地相連，以使所述第一傳動軸的旋轉傳遞旋轉到所述第二傳動軸；并響應于發動機工況，選擇性地使冷卻劑流過多個不同的流體通路。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述發動機工況是發動機工作溫度。
10. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，當所述發動機工作溫度低于第一預 定工作溫度時，所述冷卻劑流過第一流體通路，所述第一流體通路包括所述交流發電 機和所述發動機。
全文摘要
本發明提供控制汽車的交流發電機溫度和發動機溫度的系統和方法，該系統包括安裝到第一傳動軸上的交流發電機轉子；和安裝到第二傳動軸上的水泵葉輪；其中，水泵葉輪配置為響應于第二傳動軸的旋轉泵送冷卻劑，且第一和第二傳動軸可操作地相連，以使第一傳動軸的旋轉傳遞旋轉到第二傳動軸。本發明的系統使交流發電機和水泵集成，且可以基于發動機工況，獨立地調節冷卻劑流速以控制發動機和交流發電機的溫度。
文檔編號H02K5/20GK101240735SQ20081007402
公開日2008年8月13日 申請日期2008年2月5日 優先權日2007年2月5日
發明者亞歷山大·C·庫爾普勒 申請人:福特環球技術公司