用于运输制冷单元气体发动机的冷却回路管理
技术领域
以下描述涉及运输制冷单元(TRU)，并且更具体地涉及一种用于使用压缩气体发动机或液化气体发动机的TRU的冷却回路管理系统的系统。
背景技术
由压缩天然气(CNG)提供动力的卡车典型地配备有悬挂于车架下的气体罐以及初级压力调节器。这导致在初级压力调节器与次级压力调节器之间存在一定的距离，这继而增加在气体管道内部提供液化气体而非蒸发的气体的风险。在气体管道内部提供液化气体的风险的存在需要在寒冷的天气状况下或甚至在正常的天气状况下强制地执行次级调节器变暖过程。初级调节器和次级调节器设计成使得直接发动机流体加热源(诸如，发动机冷却剂)可为必要的。
发明内容
根据本公开的方面，提供一种发动机冷却剂控制系统的管控(govern)系统，在发动机冷却剂控制系统中，冷却剂的第一部分和第二部分分别从发动机被泵送到调节器并且泵送回到发动机和从发动机被泵送到散热器并且泵送回到发动机。管控系统包括：发动机的温度传感器，其用以感测冷却剂温度；散热器的环境温度传感器，其用以感测环境温度；加热元件，其设置成在调节器的上游的位置和调节器中的一个处对冷却剂的第一部分进行加热；阀，其沿着冷却剂的第一部分从发动机流到调节器所通过的管道的区段可操作地设置；以及控制器，其根据发动机的温度传感器的读数和环境温度传感器的读数而控制加热元件和阀的操作。
根据额外或备选的实施例，加热元件包括电热塞(glow plug)或加热器电阻器。
根据额外或备选的实施例，阀包括节流阀。
根据额外或备选的实施例，从控制器发送到节流阀以控制节流阀的操作的信号包括脉冲宽度调制(PWM)信号。
根据本公开的另一方面，提供一种发动机冷却剂控制系统。发动机冷却剂系统包括发动机、散热器、气体在流向发动机之前所流过的调节器、管道系统以及管控系统。发动机冷却剂系统进一步包括用以感测冷却剂温度的发动机的温度传感器。散热器包括用以感测环境温度的环境温度传感器。提供管道系统，使得冷却剂的第一部分和第二部分分别从发动机被泵送到调节器并且泵送回到发动机和从发动机被泵送到散热器并且泵送回到发动机。管控系统根据发动机的温度传感器的读数和环境温度传感器的读数而管控冷却剂的第一部分的温度和被容许从发动机流到调节器的冷却剂的第一部分的量。
根据额外或备选的实施例，发动机包括压缩天然气(CNG)发动机。
根据额外或备选的实施例，散热器包括热交换器，在热交换器中，冷却剂的第二部分与环境空气流进行热相互作用。
根据额外或备选的实施例，调节器包括次级调节器，并且流通地置于气体罐的初级调节器与发动机的混合器之间。
根据额外或备选的实施例，次级调节器沿着在长度上处于1-10米的数量级的气体管道从初级调节器接收气体。
根据额外或备选的实施例，管道系统包括：冷却剂泵，其构造成分别将冷却剂的第一部分和第二部分朝向调节器和散热器泵送；以及冷却剂恒温器，其使第一部分和第二部分的相对量适中。
根据额外或备选的实施例，管控系统包括：加热元件，其设置成在调节器的上游的位置和调节器中的一个处对冷却剂进行加热；阀，其沿着置于发动机与调节器之间的管道可操作地设置；以及控制器，其根据温度传感器和环境温度传感器的读数而控制加热元件和阀的操作。
根据额外或备选的实施例，加热元件包括电热塞或加热器电阻器。
根据额外或备选的实施例，阀包括节流阀。
根据额外或备选的实施例，从控制器发送到节流阀以控制节流阀的操作的信号包括脉冲宽度调制(PWM)信号。
根据本公开的另一方面，提供一种操作发动机冷却剂控制系统的方法。方法包括：分别将冷却剂的第一部分和第二部分从发动机泵送到调节器并且泵送回到发动机和从发动机泵送到散热器并且泵送回到发动机；在发动机处感测冷却剂的温度；在散热器处感测环境空气的温度；以及根据冷却剂和环境空气的相应的温度而管控冷却剂的第一部分的温度和被容许从发动机流到调节器的冷却剂的第一部分的量。
根据额外或备选的实施例，对温度的管控包括启动位于调节器的上游的位置和调节器中的一个处的加热元件。
根据额外或备选的实施例，对被容许从发动机流到调节器的冷却剂的第一部分的量的管控包括成比例地打开或关闭设置于发动机与调节器之间的阀。
根据额外或备选的实施例，管控包括根据环境空气的温度与预限定的温度相比而相对高来将被容许从发动机流到调节器的冷却剂的第一部分的量相对于冷却剂的第二部分的量而减少。
根据额外或备选的实施例，管控包括根据环境空气的温度与预限定的温度相比而相对低来对被容许从发动机流到调节器的冷却剂的第一部分进行加热。
根据额外或备选的实施例，对冷却剂的第一部分的温度和被容许从发动机流到调节器的冷却剂的第一部分的量的管控根据冷却剂和环境空气的相应的温度以及调节器的最佳操作温度范围。
根据结合附图得到的以下描述，这些优点和特征以及其它优点和特征将变得更明显。
附图说明
被视为本公开的本主题在说明书结尾处的权利要求书中被特别地指出并且清楚地要求保护。根据结合附图得到的以下详细描述，本公开的前面的特征和优点以及其它特征和优点是明显的，在附图中：
图1是根据实施例的具有运输制冷单元(TRU)的车辆的示意图；
图2是根据实施例的发动机冷却剂控制系统的示意性图示；
图3是根据备选的实施例的发动机冷却剂控制系统的示意性图示；
图4是图示图2和图3的发动机冷却剂控制系统的控制器的构件的示意图；以及
图5是图示根据实施例的操作发动机冷却剂控制系统的方法的流程图。
根据结合附图得到的以下描述，这些优点和特征以及其它优点和特征将变得更明显。
具体实施方式
如将在下文中描述的，提供用于在寒冷的天气或炎热的天气中使用的对由压缩天然气(CNG)提供动力的卡车中的气体系统的可变管理。可变管理通过运输制冷单元(TRU)来提供，运输制冷单元(TRU)装配有环境空气温度传感器和发动机冷却剂温度传感器，以便允许通过电子控制器而监测环境空气温度和发动机冷却剂温度。另外，气体调节器冷却剂软管装配有电加热器以及电动节流阀(作为变体，加热器还可集成于调节器的主体内部)。加热器允许冷却剂独立于发动机冷却剂温度而横跨调节器变暖。阀允许管理横跨调节器移动的冷却剂流。电子控制器设定成监测温度。在低环境状况下，电子控制器接通加热器并且关闭阀。在正常运行状况下，电子控制器切断加热器并且打开阀。在高环境状况下，控制器切断加热器并且管理阀，以便切断横跨调节器的冷却剂流。
参考图1，提供用于运输并且递送在装运期间需要环境控制的某些物品的车辆10。车辆10可构造为卡车11，卡车11具有发动机12、乘客室13、底盘和卡车底座(bed)14、车轮15以及容器16，在装运期间，需要环境控制的物品容纳于容器16中。车辆10可进一步包括运输制冷单元(TRU) 20。TRU 20联接到容器16，并且构造成在装运期间在容器16的内部内提供物品所需的环境控制。
继续参考图1，并且另外参考图2和图3，TRU 20包括发动机系统和排气系统。发动机系统包括发动机21、混合器22、空气供应部分以及燃料供应部分，发动机21可包括压缩天然气(CNG)发动机或构造为CNG发动机，CNG发动机由蒸发的天然气提供动力，并且是液体冷却式的。在发动机21的操作期间，空气和燃料分别通过空气供应部分和燃料供应部分而被吸入到混合器22中。在混合器22内，空气和燃料混合，以用于在发动机21内燃烧，于是，发动机21通过高温且高压的排出气体的产生而驱动TRU 20的操作。排出气体流过排气系统，并且排出到TRU 20的外部。
如图2和图3(其中发动机21是CNG发动机)中所示出的，燃料供应部分包括气体罐40，气体罐40装配有初级调节器41。初级调节器41流通地联接到气体管道43，并且，气体管道43流通地联接到次级调节器44。在一些实例(诸如，车辆10是卡车11并且发动机21是CNG发动机(在下文中，将理解，发动机21是由蒸发的天然气提供动力并且为液体冷却式的CNG发动机)的那些情况)中，初级调节器41和次级调节器44隔开一定的距离，并且，气体管道43具有处于大约1-10米的数量级的长度L。该长度L造成如下的可能性：即使初级调节器41操作成降低从气体罐40供应到气体管道43的气体的压力(例如，从1 Mpa到0或负压)，流过气体管道43的气体也可由于气体管道43暴露于低环境温度而在到达次级调节器44之前液化。照此，次级调节器44典型地设有用以使液体或液化气体蒸发的热源，诸如，来自发动机21的被加热的发动机冷却剂。
在上文中所提供的构造的情况下，提供发动机冷却剂控制系统50以可变地管理发动机21的被次级调节器44使用的发动机冷却剂。
发动机冷却剂控制系统50包括：发动机21和发动机21的温度传感器51或设置于发动机21处的温度传感器51；充当用于发动机21的热交换器的散热器52和散热器52的环境温度传感器53或设置于散热器52处的环境温度传感器53；以及气体在流向发动机21之前所流过的调节器44。发动机冷却剂控制系统50进一步包括管道系统60和管控系统70，冷却剂的第一部分和第二部分分别通过管道系统60而从发动机21被泵送到次级调节器44并且泵送回到发动机21和从发动机21被泵送到散热器52并且泵送回到发动机21。管控系统70根据温度传感器51的读数并且根据环境温度传感器53的读数而管控冷却剂的第一部分的温度和被容许从发动机21流到次级调节器44的冷却剂的第一部分的量。
散热器52可包括热交换器或作为热交换器而提供，冷却剂的第二部分流过热交换器，以与环境空气流进行热相互作用。而且，如上文中所描述的，次级调节器44流通地置于气体罐40的初级调节器41与发动机21的混合器22之间，使得次级调节器44沿着在长度L上处于1-10米的数量级的气体管道43从初级调节器41接收气体。
管道系统60包括：冷却剂泵61，其构造成分别将冷却剂的第一部分和第二部分朝向次级调节器44和散热器52泵送；以及冷却剂恒温器62，其基于冷却剂的被加热的状况而使第一部分和第二部分的相对量适中。管道系统60进一步包括第一管线63、第二管线64、第三管线65以及第四管线66。第一管线63从冷却剂恒温器62延伸到次级调节器44，由此，冷却剂的第一部分通过第一管线63而从冷却剂恒温器62流到次级调节器44。第二管线64从次级调节器44延伸到发动机21(在冷却剂泵61的上游)，由此，冷却剂的第一部分通过第二管线64而从次级调节器44流到发动机21。第三管线65从冷却剂恒温器62延伸到散热器52，由此，冷却剂的第二部分通过第三管线65而从冷却剂恒温器62流到散热器52。第四管线66从散热器52延伸到发动机21(在冷却剂泵61的上游)，由此，冷却剂的第二部分通过第四管线66而从散热器52流到发动机21。
管控系统70包括加热元件71、阀72以及控制器73。加热元件71可包括电热塞或加热器电阻器或作为电热塞或加热器电阻器而提供，并且设置成在沿着第一管线63在次级调节器44的上游的位置(参见图2)和位于次级调节器44处的位置(参见图3)中的一个处对冷却剂进行加热。阀72可包括节流阀或作为节流阀而提供，并且沿着第一管线63可操作地设置于发动机21与次级调节器44之间。控制器73根据温度传感器51的读数并且根据环境温度传感器53的读数而控制加热元件71和阀72的操作。
根据实施例，从控制器73发送到加热元件71和阀72以由此控制加热元件71和阀72的操作的信号可包括脉冲宽度调制(PWM)信号PWM1和PWM2或作为PWM信号PWM1和PWM2而提供。PWM信号PWM1可配置成使加热元件71逐渐地成比例地变热或冷却下来，而PWM信号PWM2可配置成使阀72逐渐地成比例地打开或关闭。可如为了满足发动机冷却剂控制系统50的需求而由控制器73根据温度传感器51的读数并且根据环境温度传感器53的读数来确定的那样将PWM信号PWM1和PWM2彼此按顺序或单独地发送。
在环境温度传感器53的读数指示环境空气的温度与预限定的温度相比而相对高的示例性情况下(例如，在蒸气气体在气体管道43中转变成液体的风险相对低的相对炎热的日子期间)，控制器73可确定需要相对少量的在发动机21中加热的冷却剂来使次级调节器44中的气体蒸发。因而，控制器44可将PWM信号PWM2发送到阀72，使得阀72成比例地关闭，以便将被容许沿着第一管线63从发动机21流到次级调节器44的冷却剂的第一部分的量相对于冷却剂的第二部分的量而减少。
相比之下，在环境温度传感器53的读数指示环境空气的温度与预限定的温度相比而相对低的示例性情况下(例如，在蒸气气体在气体管道43中转变成液体的风险相对高的相对寒冷的日子期间)，控制器73可确定在发动机21中加热的冷却剂的正常量将不足以使次级调节器44中的气体蒸发。因而，控制器44可将PWM信号PWM1发送到加热元件71，使得加热元件71成比例地变热，以便对已经由发动机21加热的冷却剂的第一部分进行加热。
在再一些另外的情况下，对冷却剂的第一部分的温度和被容许从发动机21流到次级调节器44的冷却剂的第一部分的量的管控根据或可根据如分别由温度传感器51和环境温度传感器53感测的冷却剂和环境空气的相应的温度以及次级调节器44的最佳操作温度范围而进行。
参考图4，控制器73可作为安全控制器而提供或配置，并且可包括处理元件401、存储器单元402以及联网单元403。处理元件401通过联网单元403来与温度传感器51和环境温度传感器53通信并且与加热元件71和阀72通信。存储器单元402具有存储于其上的可执行指令，可执行指令在被执行时使处理元件401作为控制器73的中央处理单元(CPU)而有效地操作，使得控制器73基本上如本文中所描述的那样操作。存储器单元402还可具有存储于其上的操作温度范围信息，以用于根据例如次级调节器44的最佳操作温度范围而进行管控。
参考图5，提供如本文中所描述的操作发动机冷却剂控制系统50的方法。如图5中所示出的，方法包括：分别将冷却剂的第一部分和第二部分从发动机21泵送到次级调节器44并且泵送回到发动机21和从发动机21泵送到散热器52并且泵送回到发动机21(框501)；在发动机21处感测冷却剂的温度(框502)；在散热器52处感测环境空气的温度(框503)；以及根据冷却剂和环境空气的相应的温度而管控冷却剂的第一部分的温度和被容许从发动机21流到次级调节器44的冷却剂的第一部分的量(框504)。
根据实施例，框504的对温度的管控可包括启动位于沿着第一管线63在次级调节器44的上游的位置和次级调节器44处的位置中的一个处的加热元件71，并且，框504的对被容许从发动机21流到次级调节器44的冷却剂的第一部分的量的管控可包括成比例地打开或关闭设置于发动机21与次级调节器44之间的阀72。
根据另外的实施例，框504的管控可包括根据环境空气的温度与预限定的温度相比而相对高来将被容许从发动机21流到次级调节器44的冷却剂的第一部分的量相对于冷却剂的第二部分的量而减少。备选地，框504的管控可包括根据环境空气的温度与预限定的温度相比而相对低来对被容许从发动机21流到次级调节器44的冷却剂的第一部分进行加热。更进一步，框504的管控可根据如分别由温度传感器51和环境温度传感器53感测的冷却剂和环境空气的相应的温度以及次级调节器44的最佳操作温度范围而进行。
本文中所描述的系统和方法允许取决于环境运行状况而优化调节器的冷却和变暖，确保按照环境状况而适当地使用冷却剂流(例如，在高环境状况下的优化的散热器冷却剂流造成优化的发动机冷却)，确保调节器在正确的温度范围(最小值和最大值)中运行，确保无论环境状况如何，气体都适当地供应到发动机，并且提供调节器的快速变暖(例如，在非常寒冷的环境运行状况下)。
虽然仅结合有限数量的实施例而详细地提供本公开，但应当容易理解，本公开不限于这样的所公开的实施例。而是，可修改本公开，以将迄今为止尚未描述但与本公开的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替代或等同布置并入。另外，虽然已描述本公开的多种实施例，但将理解，(一个或多个)示例性实施例可仅包括所描述的示例性方面中的一些。因此，本公开将不被视为由前面的描述限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。
