CN1735522A - 氢燃料混合动力系以及车辆 - Google Patents

Abstract

一种氢动力混合动力系***(100，200，300，500，1000)，包括氢燃料内燃机(114，202，302，400，902)，操作在贫空气/燃料混合物上，以及增压器(436)，用于助推通过主要在高操作速度范围之上的引擎所产生的主驱动扭矩。电机/发电机(232、314，905)产生用于车辆的辅助驱动扭矩，这样辅助驱动扭矩在至少动力系的较低的操作速度范围上补充被助推的主驱动扭矩。设置在引擎和电机/发电机之间的分离离合器(312，510)将引擎从电机/发电机配合和脱离配合，并用于通过电机/发电机传送被助推的主驱动器扭矩并至动力传动***(116，316，550)。动力传动装置上的输入这样是被助推的主驱动扭矩和在至少低操作速度范围之上具有改良的扭矩特征的辅助驱动扭矩的组合。

Description

氢燃料混合动力系以及车辆

技术领域

本发明总体通常涉及混合电动车，具体而言涉及混合电动动力系以及通过氢燃料内燃机所提供动力的车辆。

背景技术

近年来汽车制造商进行了集中的研究和开发以实施和商业化更快的车辆燃料电池和汽油混合电动车辆(HEV)技术。燃料电池技术利用电化学转换装置，诸如PEM和固态氧化物燃料电池来产生没有尾管发射物的驱动力。没有完全消除尾管发射物的汽油混合物可以用当前燃料电池技术成本的一部分来显著地改良燃料的经济性。

可选地，组合氢动力内燃机以及混合电学功能的优点的动力系已经被提出。在诸如美国专利申请2002/0098414中，公开了一种具有非常低排放的混合电动车，具有氢动力内燃机，金属氢化物氢存储单元、电动机以及镍金属氢化物电池。但是，由于在使用在内燃机中时氢气的较低的功率密度所导致的问题是动力系在较宽范围的操作速度上传送汽油引擎状性能的能力问题。之所以如此的原因是氢内燃机通常与贫燃料空气/燃料比例(fuel-lean air/fuel ratio)来进行操作以保持燃烧的稳定性。

这样，发明人意识到需要将传统的内燃机和HEV技术相适应以利用氢燃料并且这样实现尾管排放的相当的减小，同时与传统的汽油动力引擎相比，保持混合功能和性能。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种动力系，包括：主动力产生***，用于产生主驱动扭矩；辅助动力***，具有与贫(lean)氢气燃料混合一起操作的氢燃料内燃机；内燃机，具有至少一个充气助推装置，用于在动力系的操作速度的范围上增加主驱动扭矩；以及辅助动力产生***，具有至少一个电动扭矩产生装置，用于产生辅助驱动扭矩，辅助动力产生***被构造和安置这样辅助驱动扭矩在至少动力系的较低的操作速度范围上补偿被助推的主驱动扭矩。

优选地，分离离合器被设置在主产生动力***(引擎)以及辅助动力产生***(电动机)之间用于将主动力产生***从辅助动力产生***脱离以及配合，以及用于通过辅助动力产生***传送助推主驱动扭矩。动力传输***连接到辅助动力产生***的输出用于接收助推主驱动扭矩和辅助驱动扭矩的组合，助推主驱动扭矩和辅助驱动扭矩的组合在至少动力系的较低的操作速度范围上具有改良的扭矩特性。

由于内燃烧使用低功率密度氢而在贫空气/燃料比率上操作，提供了增压(supercharging)以助推引擎的输出扭矩。增压改良了在更高的引擎速度上的性能，但是没有改良在较低的引擎速度上的性能。有利地，电动机的输出扭矩补充了较低引擎速度上的引擎输出扭矩，这样组合的ICE/混合动力系执行更为与传统的汽油动力动力系相似，但是具有基本减小的碳氢和CO₂排放，并且具有混合功能的优点，即，开始/结束、电动模式、启动协助和动能恢复。

通过利用氢动力HEV动力系，可以实现排放和燃料节省的限制改良，但是比可比较的燃料电池动力车辆具有更低的成本。由于成本优点的结果，所要求的氢动力HEV车辆可以产生更大的需求并且这样加速了最终需要用于氢燃料电池车辆的氢基础结构的发展。

附图说明

本发明将通过示例并参照附图进行详细的说明，其中：

图1是通常的混合动力系***的表示的示意方框图；

图2a-2c是说明可应用到图1的通常的混合动力系***表示的不同的动力传动单元的示例的示意方框图；

图3是根据本发明的典型混合动力系的方框示意图；

图4是使用在图3的混合动力系中的氢燃料内燃烧的实施例的示意图；

图5是使用在图3的混合动力系中的模块混合动力传动***的实施例的示意图；

图6包括用于非混合动力系***的扭矩对速度特征的曲线图；

图7是根据本发明的混合动力系***的扭矩对速度特征的视图；

图8是根据本发明的用于混合动力系***的动力对速度特征的曲线图；

图9是根据本发明的具有氢燃料内燃机和模块混合传动***的示例的示意图；

图10是根据本发明的具有氢混合动力系的等矩(isometric)视图；

图11是根据本发明具有氢混合动力系的车辆的等矩视图；

图12是利用氢燃料注射器来改变燃料流动的方法的流程图，所述氢燃料注射器具有不同的最大流动速率；以及

图13是用于传感根据本发明的氢动力内燃机中的吸入集管逆火(backfire)的方法的流程图。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的混合车辆***100用的通常结构。所述***100包括主动力源112、诸如汽油、柴油或者气体燃料供给装置，所述主动力源112连接到主动力产生***114，诸如内燃机。主动力产生***114产生通过动力传动组件116被传送到车辆的动力传动***(driveline)128的驱动扭矩。

动力传动组件116可以是传统的手工、自动或者连续变化的自动传动装置，或者其它等同的齿轮机构，用于将产生的机械动力传送到主动力产生***114。所述***110还包括辅助动力源118，诸如电池、超电容，水力蓄力器或者其它能量存储装置，以及辅助动力产生***120，诸如一个或者多个电动机械或者其它扭矩产生装置，用于补充通过主动力产生***114所传输的驱动扭矩。所述***还可以包括连接到辅助动力产生***126的辅助动力源124，诸如燃料电池***或者辅助动力单元(APU)，用于提供额外的驱动扭矩。

根据本发明的实施例，主动力产生***114是氢燃烧内燃机。氢动力源112可以包括压缩氢气存储***，或者诸如金属氢化物存储***的低压***。动力传动组件116将内燃机114和辅助动力产生***120的输出传送到车辆动力传动***128。动力传动组件116优选地是被构造和安置具有辅助动力产生***120的无转换器自动传动装置，优选地是集成高压电机/发电机。有利地，动力传动组件116和辅助动力产生***120可以被封装为单个模块混合传动单元122。

图2a-2c显示了能够应用到本发明的典型混合动力系***的结构。图2a显示了具有连接到模块混合传动单元204的氢燃料内燃机202的所谓“串联”混合结构200。模块混合传动单元204包括发电机208，所述发电机208产生电能，用于通过电动机210和齿轮组212来对车辆驱动轮218提供动力。电力存储装置206在内燃机产生比需要更多的动力时通过发电机208存储电能，并在功率要求超过引擎功率输出时通过电机210补充引擎功率。图2b显示了所谓的“并联”混合结构220，其中模块混合传动单元224通过具有氢燃料内燃机202、联结装置228以及齿轮组230的第一动力路径和具有电机/发电机232、联结装置234和齿轮组230的第二动力路径传输动力传动***扭矩。在一个实施例中，联结装置228、234可以是相同的装置。图2c显示了所谓的“并联-串联”结构30，其中模块混合传动单元244包括通过诸如行星齿轮组电动和/或者机械联结的电机/发电机252、253以将动力传送到齿轮组250和动力传动***218。

图3显示了根据本发明的典型混合动力系***300的方框示意图。所述***300包括氢燃料内燃机302，此实施例参照图4在下面进行说明，以及模块混合动力***310，其实施例将参照图5在下面进行说明。模块混合传动***310包括可以可选地配合和脱离配合以将动力系300作为并联混合***来操作的离合器机构。当离合器机构312被配合时，引擎302的扭矩输出被传送以补充电机/发电机314的扭矩输出，其连接到电池320。当操作作为电机时，电机/发电机314使用存储在电池320中的电能，并且当操作作为发电机时，电机/发电机314提供电荷给电池320。

图4显示了用作图3的混合动力系***一部分的氢燃料内燃机400的示意图。通过示例但不是限制的引擎400是氢气燃烧、四冲程、端口燃料喷射内燃机，所述内燃机具有多个气缸402(只有一个被显示)，每个气缸具有燃烧室410和对应的与连接杆414和曲柄轴416协作的往复活塞412。根据一个实施例，活塞412被优化用于大约12.2∶1的压缩比并从锻造铝活塞所构造。活塞412的特征在于基本扁平的活塞头和被优化用于120巴峰值气缸压力的环形衬垫411。完全浮动、衬套类型活塞销413将活塞412连接到连接杆414，与相似的汽油引擎连接杆相比，所述连接杆414从4340钢车加工并缩短以容纳环形衬垫411。

多个凸轮轴组件418、420被分别机械地联结到吸入和排放阀422、424，其***作以与各吸入和排放集管相连通。优选地，所述阀422、424包括钨铬合金(Stellite)保护面和硬化阀座以改良由于氢燃料的减小的润滑而导致的耐磨性。

被显示一起由参考数字454、456所示的双轨燃料喷射器***包括高燃料流速喷射器454(只显示了一个)以及低燃料流动喷射器456(再次只显示了一个)。优选地是盘形汽油燃料喷射器的喷射器454、456通过引擎控制模块(ECM)914来控制(参看图9)，其调节从压缩气体、金属氢化物或者其它氢存储介质的氢燃料的供给。由于氢具有非常宽的燃烧范围，ECM914名义上操作燃料喷射器454、456以在各燃烧室410中提供贫空气/燃料混合物。通过示例而不是限制，与具有相似传统汽油动力引擎的大约14.7∶1相比，引擎400可以在高速路巡航的过程中以大约86∶1的空气/燃料比例进行操作。

在贫瘠状态(lean regime)中的引擎400的操作允许燃料效率改良，而没有预燃或者所谓的引擎“撞击”。在一个实施例中，低流速喷射器456在较低的引擎速度上***作，高流速喷射器454在较高的引擎速度上操作。燃料只在吸入阀422被打开并且排放阀424被关闭时被喷射到各燃烧室410中。此“后燃料喷射时序”允许在重叠的过程中引入冷却排气阀424的空气，以最小化逆流而着火/逆火的发生。有利地，“喷射时序的结束”被固定在180度(吸入冲程的BDC)上，周期20-170度，这样燃料不会在排放阀被关闭之前被喷射。

燃料喷射器454、456具有部分重叠的流动速率。换言之，用于较高流动速率喷射器454的最小的可实施的流动速率与较低流动喷射器456的最大流动速率相等同。这允许燃料传送速率中的较宽的尺寸改变用于在不利的不连续的情况下被容纳。这通过使用电动控制的喷射器来实现，所述喷射器被打开可变的时间周期，这样的周期被称为脉冲宽度。此方法被显示在图12中。相应地，当氢流被增加，如当在方框1214中所设置的问题的回答是“是”的话，低流动喷射器456的脉冲宽度通过控制器914来增加到方框1126上的重叠流速值，此时高流动喷射器454将用对应方框1218上的重叠值的脉冲宽度来操作。同时在方框1218上，低流动喷射器456的脉冲宽度将被减小，这样来自喷射器组的整个流动将与原先来自低流动喷射器456的重叠流动速率相同。此后，高流动喷射器454的流动速率可以通过控制器914来进一步增加，并且低流动速率喷射器的流动速率可以被进一步减小，直到低流速喷射器456被关闭。在燃料传输从较高燃料速率减小时，高燃料流速喷射器454的脉冲宽度将在方框1222上减小到重叠值，并且在方框1224上，低流速喷射器456将在重叠值上操作，同时高流速喷射器456被同时关闭。

迅速控制氢燃料流动的能力对于具有本发明的动力系***的至少一个额外的理由而言是重要的。因为端口喷射氢燃料往复内燃机的吸入集管中的可能的逆火问题在于特定的操作状态中，引擎400具有安装在吸入压力通风***449中的温度和绝对压力(TMAP)传感器447(图4)。

TMAP传感器被使用在用于控制逆火的方法中，如通过图13中的流程图来说明。逆火典型地导致吸入集管温度的立即增加并且有时也导致压力迅速增加。在方框1312上，TMAP传感器447连续地传感这些吸入压力通风***温度和压力。然后，在方框1314上，引擎控制器914比较用于温度的测量值(如果需要，压力)和预定的阈值。如果在方框1314上的回答是“否”，程序只是继续。如果回答是“是”，程序继续到方框1316，其中控制器914通过将喷射器脉冲宽度设置为0而切断燃料。然后在方框1318上，控制器914检查来观察传感器和经过的时间是否指示逆火被停止。如果是这样，提供燃料将在方框1320上继续。在非提供燃料的周期的过程中，电动***可以在方框1322上被使用以补偿否则将发生的扭矩不足。当然，电动驱动协助将只在如果遇到诸如适当的电池充电状态，适当的路速以及其它条件的不同的条件时可以获得。

火花塞460(只有一个被显示)被电学地联结到点火***462，优选地所谓的“coil-on-plug”点火***，这也通过ECM 914来进行控制。

引擎400还包括至少一个充气助推装置436，诸如离心类型的增压器，用于增加引擎的动力输出。在本发明的实施例中，离心增压器从引擎的前端辅助驱动器(FEAD)皮带驱动并名义上在5000rpm的引擎速度上提供90kpa(gage)助推。但是增压具有加热吸入空气的不利效果并且这样使得引擎更为易于预燃。这最终限制了引擎的动力输出。由此，为了最小化空气加热，双阶段(dual stage)互冷***被提供，如在美国专利申请No.09/683,072中所描述，这由本转让人所有并由此并入以供参考。双阶段互冷***包括空气对空气(air-to-air)中间冷却器438，其与增压器436相连通，以及设置在空气对空气中间冷却器438的下游上的空调对空气中间冷却器442用于进一步减小空气的温度。名义上，空调对空气中间冷却器442使用R-134作为冷却介质在较高的助推条件之下操作。

油消耗控制措施被设置以防止自动点火并基本减小碳基和有毒氧化物排放。相应地，气缸402被车加工，使用波纹钢板气缸钻头珩磨，以优化气缸壁的几何形状。环形衬垫411中的活塞环的端部间隙被优化用于增加的压力和可靠性，阀杆密封件最小化所拉动的油并改良抗磨损。

并入分离器452和止回阀446、448以及文氏管434的曲轴箱正压通风(PCV)***也被包括以将油蒸汽从曲柄箱气体中移除。这样的***在美国专利No.6,606,982中进行了说明，其由本发明的受让人所拥有并由此并入以供参考。PCV***是发射控制***，其设计用于从曲柄箱和提取被燃烧和部分燃烧的气体并重新燃烧它们，并且特别地可以与加压/真空引入***来使用以提供改良的油/空气分离。

由于贫空气/氢气燃料混合物、增压和中间冷却的结果，图4的引擎400被优化用于最大的效率，动力和范围。此外，如上所述的油控制措施用于基本最小化引擎400中的碳氢化合物、NO_x、和CO2排放物。

图5显示了根据本发明的典型混合动力系500***的横截面视图。动力系500允许“完全”的混合功能，包括引擎开始/停止，引擎助推、再生制动(动能恢复)以及电动驱动。动力系***500从左到右包括氢燃料内燃机400、一体电机发电机(M-G)/分离离合器组件510以及动力传动组件550。优选地，组件510、550被一起作为“模块混合传动***”而封装在一起，这通过图1中诸如参考数字122来识别。模块混合传动***现在将在下面进行说明，并且进一步地在美国专利No.6,585,066中进行了说明，美国专利No.6,585,066由本受让人所拥有并且此处并入以供参考。可选的实施例在美国专利No.6,176,080中进行了说明，其也通过本受让人所拥有并且此处并入以供参考。

参照图5，集成M-G/分离离合器组件510包括设置在氢内燃机400和动力传动组件512之间的壳体514。通过螺栓或者其它适当的连接装置将壳体连接至一端上的发动机组499以及至另外一个上的传动壳体552上的壳体。壳体514用作电动机-发电机的封闭物，“浸油离合器”组件和阻尼组件。名义上，电动机-发电机是感应型电动机械，具有定子518和转子520和至少25kW的最大动力输出。但是，电机-发电机的实际尺寸可能依赖于动力系的功率输出要求和对应的电存储装置的电动功率能力。

替换传统的液压动力扭矩转换器的浸油离合器组件被轴向地安置在连接到传动壳体的支撑轴承轴522上的转子520之内。离合器组件包括浸油离合器气缸524用于容纳环形活塞526，所述环形活塞526与气缸524协作以形成压力腔。压力腔通过多个液压通道(未示出)所供给并用于使得多个安置在离合器支撑部件530上的离合器板528动作。当离合器板被释放时，混合动力系500可以在电动模式中操作，因为电机-发电机扭矩只是传输到传送输入轴542的扭矩。离合器释放时，动力系也可以在动能恢复和再生制动模式中操作。当离合器板528被配合时，引擎被机械地联结到传送输入轴542，由此补充在传输输入上的电机-发电机扭矩，如果有的话。当离合器被配合时，动力系500可以只在引擎模式中操作，或者组合引擎/电机模式(例如，启动协助)，并且用于开始/停止操作所述引擎的电机-发电机。

尽管浸油离合器组件是优选的，此处所要求权利的发明也利用干摩擦元件。但是，浸油离合器组件是优选的，因为其与美国专利No.6,176,080中所描述的干元件相比，显示了更为稳定的摩擦特征。此外，通过浸油离合器设计，具有传动流体的电机518、520的喷洒可以冷却电机的端部绕组，这反过来改良了电机的恒定动力操作。同样，封装成本通过使用衬套而被减小以安装转子520而不是轴承。

阻尼器组件被提供以最小化来自氢燃料内燃机的扭转振动。所述组件包括轮轴532、阻尼器驱动板534、阻尼器弹簧536、阻尼器壳体538，以及曲柄轴驱动板540。如图5中所示，轮轴532与离合器支撑元件530以及阻尼器驱动板534相连通。反过来阻尼器驱动板534与阻尼器弹簧536相连通，这被选择或者反过来进一步最小化氢燃料内燃机的扭转振动。反过来阻尼器弹簧538与阻尼器壳体538相协作，其机械地固定到曲柄轴驱动板540。曲柄轴驱动板540反过来固定到曲柄轴416。

图5的模块混合传动***还包括动力传动组件550。通过***的模块设计，传动组件550可以是任何人工、自动或者连续的可变传送机构，适于混合和非混合应用。只是通过示例而不是限制，此处参照图5所描述的传动组件(通过示例而不是限制)是ZF-Batavia的CD4E 4速自动传动机构的修改版。其它的传送机构和齿轮布置可以在不影响权利要求的情况下使用。

动力传动组件550包括液压控制组件554，其设置在传动壳体552的一侧上。液压控制组件554包括阀室556和电动模块558用于容纳电动开关元件。与设有传动机构550的不同的离合器装置一起，液压控制组件554被用于配合和脱离上述的分离离合器组件。在引擎关闭的过程中，集成到阀室552中的较小的电动泵(未示出)保持所需量的液压至传动组件550。

相对本发明的实施例，传动机构550包括五个独立的离合器/摩擦元件用于提供至少四个前向驱动齿轮比和一个反向齿轮比：反向齿轮558、直接离合器560、前向离合器562、低和反向制动器564和断带(break band)566。每个离合器/摩擦元件558、560、562、564和566通过行星齿轮组568、570、572和链574来构造以产生如上述美国专利No.6,585,066中详细描述的前向和反向齿轮比值。所获得的扭矩通过行星齿轮组572被传送到差分齿轮576，并最终传动到半轴578和580。可选地，额外的或者修改的齿轮装置被设置在行星齿轮组572的输出部上以提供四轮驱动能力。

这样，非常低排放“并联”混合动力系***通过将图5的模块混合传动***与图4的氢内燃机相组合来实现。动力系用并联混合***可以只操作氢引擎或者电动机之一作为动力产生源，或者在提供额外的动力时操作引擎和电机。混合动力系使得能够实现再生制动功能，所述功能恢复动能作为电动能量，所述能量否则在制动的过程中将作为热能丧失。在后续的启动、加速、通过或者爬山操作过程中，诸如被恢复的电能可以被用于(至少部分地)对车辆提供动力。动力系也使得能够电动车辆模式操作以及引擎开始/停止。对于引擎启动/停止，例如，引擎可以自动关闭以节省燃料和低排放。当制动踏板被释放、进行加速、车辆***控制器无缝地控制电机以重新启动引擎并重新配合分离的离合器。

现在参照图6-8，其显示了参照图4-5所描述的氢燃料混合动力系***的优点。曲线610-650每个显示了在引擎操作速度的较宽范围之上最大的引擎输出扭矩(Nm)，即在传动输入驱动轴上可获得的曲柄轴扭矩。曲线610显示了用于传统的2.3L汽油燃料内燃机的扭矩/速度特性。在1000-5000rpm的操作范围之上，用于汽油燃料内燃机的最大引擎扭矩大约从160Nm(在1000rpm上)变化到大约210Nm(在4000rpm上)。这表示了从峰值最大值变化了大约23.8％。通过比较，用于相同的用氢作为燃料的并如图4所构造的曲线620-650实现了较大的功率输出性能减小。对于没有增压的氢燃料引擎的曲线650显示了大于120Nm的最大输出扭矩，这与汽油引擎的210Nm形成对比。尽管增压改良了性能，即，曲线620、630和640分别增压了100％、40％和20％，增压的优点在2500rpm之下不是很明显。“％增压(或者助推)”此处指的是％上述大气压，助推装置对入口充气加压，即，25％助推是1.25∶1的压力比率或者助推是14.7psi*1.25＝18.3psi。在2500rpm之上，只有100％的增压情况(曲线620)最靠近汽油引擎性能。对于100％增压，在1000-5000rpm范围之上的峰值最大值的变化百分比是大约57.4％((202-85.66)/(202*100))。特别地，对于较低的操作速度范围，即，在2500rpm之下，引擎的最大扭矩输出与在更高的速度之上，即5000rpm，的输出相比显著减小。

尽管贫空气/燃料操作的组合，增压和中间冷却优化了氢引擎的性能，功率输出与传统的汽油燃烧内燃机相比显著地减小。减小的性能特别在引擎的较低的操作速度上特别明显，此处增压的益处并没有完全实现。此性能的缺陷，特别在动力系操作速度在2500rpm之下时基本被通过使用参照图3-5所描述的氢混合动力系所克服。

图7显示了参照图3-5所描述的氢混合动力系的最大的输出扭矩特征。曲线720-750显示了在动力系操作速度的较宽范围之上在传动输入驱动上可获得的最大的扭矩。最显著的是，部分由于电动机发电机的较低速度性能特征，扭矩性能对于操作速度在2500rpm之下极大地改良。并且，当在超过40％的水平上增压时，对于操作速度大于2500rpm时性能极大改良。对于100％增压，在1000-5000rpm之上从峰值最大值的百分比变化是大约21％，这可与传统的汽油燃料引擎相比。此外，平均最大输出与汽油的情况相比增加。

图8显示了就最大动力输出而言的氢混合***的优点。再次地，随着增压的增加，即曲线820(100％增压)、830(40％增压)、840(20％增压)和850(0％增压)，动力系的功率输出超过了汽油燃料引擎曲线810。当增压超过40％，氢引擎和模块混合传动的功率产生特征在动力系的操作速度范围之上彼此互补。

这样模块混合传动机构和氢燃料内燃机引擎的组合允许了功率性能与传统的汽油动力引擎相比得到改良，但是具有相当减小的CO2排放和只有一部分碳氢化合物和氮氧化物排放。此外，所述组合允许“完全”的混合性能，即，引擎启动/停止、引擎助推、再生制动(动能恢复)以及电力驱动，这进一步减小了释放并改良燃料经济性。

图9显示了根据本发明的典型氢燃料内燃机的方框示意图。所述车辆包括氢燃料、具有电动节流阀的增压2.3L内燃机902，具有25kW电机/发电机的电动无转换模块混合传动***904以及对应的动力电子器件905，280V的锂离子电池906，压缩氢气存储***908以及对应的氢检测传感器910。车辆包括几个控制模块，这可以单独或者一起在一个或者多个高速板上通信网络上实施，包括但是不限于车辆***控制器(VSC)912，引擎控制和燃料注射模块(ECM/FIM)914，电功率协助引导(EPAS)模块916，传动控制模块(TCM)918，电池控制模块(BCM)920以及氢管理模块922。TCM918从车辆读取输入，诸如踏板位置，PRNDL位置，速度(例如，传动输入、传动输出、传动齿轮速度、引擎等)，引擎和电机扭矩和压力(例如，fwd/rev离合器和线)以控制不同的衬垫螺线管(VFS)和小电动泵。优选地，TCM918也控制车辆启动、引擎-轮分离、配合、引擎启动、在***/拔出(tip-in/out)和传动齿轮变速的过程中的动力传动***振荡。对于额定操作压力5000-10,000psi，一个实施例中的燃料箱可以是铝压力障碍物(barrier)，其具有碳纤维结构壳体。

图10、11显示了氢混合车辆1100中的氢混合动力系1000和安置的立体图。氢混合车辆1100包括内燃机902和在引擎和车辆1100的前向室之内安置和构造的模块混合传动***904。包括高压电池906和氢存储箱1112、1114和1116的能量存储装置被容纳在车辆1100的存储或者后室中。可选地，存储箱或者电池之一或者多个可以被容纳在车辆的中间部分内，例如在车辆1100的底板的乘客座之下。

参照图10，氢混合动力系的关键部件包括前端辅助组件1010、离心助推器组件1028、双燃料轨1030和1032、以及电动拖动电机1040、液压阀组件1042、以及动力电子和控制模块1044。电动拖动电机1040名义上是25kW峰值/10kW连续动力感应电机，但是可以根据车辆的重量、应用或者其它本领域所公知或者可以理解的设计准则相应地调整尺寸。其它主要部件和布置被显示在图11中并包括空气对空气中间冷却器1102、空气对空调中间冷却器1104、高压电池906、电池冷却入口和出口组件1108、1110，氢存储箱1112、1114和1116，以及氢燃料容器1118。一个实施例中的氢箱存储被压缩的氢气，例如在5000或者10,000psi上。可选的存储***包括超绝缘液体和金属氢化物存储***。

所述车辆还包括通风***(未示出)用于主动和被动氢气通风，这在美国专利No.6,446,616中进行了说明，其也通过本受让人所拥有并且此处并入以供参考。

由于氢混合动力系1000具有更高的压缩比、更快的燃料燃烧率的属性，与传统的非混合汽油动力车辆相比，增压器、电机、以及主动和被动通风、车辆1110和元件趋于产生增高水平的噪音，振动和刺耳性(NVH)。包括曲柄轴滑轮1012、水泵滑轮1014、增压器滑轮1016、带张紧器1018、第一惰轮1020、空调滑轮1022、第二惰轮1024和带1026的FEAD组件1100例如被优化以最小化NVH。增压器滑轮1016包括允许增压器1028自由在一个方向滚动的单向离合器以防止带打滑并最小化带“振动”。此离合器***与在美国专利No.5,669,336中描述的离合器相似，所述专利也是本受让人所有并且此处并入以供参考。具有较低(或者更高)的摩擦系数的带1026也减小带振动。也优化以减小NVH的曲柄轴滑轮1012包括软和硬橡胶材料的双阻尼器布置以阻尼不同的噪音频率。带张紧器1018名义上是具有更高阻尼的“松散侧”张紧器并被安置以减小张紧器运动和FEAD“敲击”噪音。

为了进一步减小NVH，引擎902和传动***904通过噪音吸收材料包围或者封装。有一个或者多个吸音材料所制造的第一障碍物诸如Thinsulate或者其它泡沫材料，例如可以被用于引擎和乘客室之间。泡沫罩衬垫形式的第二障碍物也可以被用于抑制噪音。另外，被安置作为增压器“腹部盘”的第三层可以被用于减小通过增压器所产生的噪音。在一个实施例中，腹部盘从板金属材料所构造并与雕刻泡沫对齐以减小从增压器组件1028所发出的噪音泄漏。

可选地，内燃机的吸入和排放***可以被设计以进一步减小噪音。例如，封装在车辆的下体管道区域中被调到87Hz的管状***1120可以减小2dB噪音。安装在空气和盒增压器之间被调到133Hz的亥姆霍兹共振器(参考图4中的491)可以被用于最小化吸入噪音。本领域的这些和其它方法可以被用于最小化从氢混合动力系的吸入和排放***所发出的噪音。

Claims (35)

1.一种动力系，包括：

主动力产生***，用于产生主驱动扭矩，主动力***具有氢燃料内燃机，所述内燃机与贫氢气燃料混合物操作，内燃机具有至少一个空气排放助推装置，用于在动力系的操作速度的范围上增加主驱动扭矩；以及

辅助动力产生***，具有至少一个电动扭矩产生装置，用于产生辅助驱动扭矩，辅助动力产生***被构造和安置，这样辅助驱动扭矩在至少动力系的较低操作速度范围上补充被助推的主驱动扭矩。

2.根据权利要求1所述的动力系，其特征在于，主动力产生***包括至少一个中间冷却装置。

3.根据权利要求1所述的动力系，其特征在于，主动力产生***包括双阶段中间冷却器。

4.根据权利要求1所述的动力系，其特征在于，主动力产生***包括前端辅助组件，所述前端辅助组件被优化用于减小与动力系相关联的噪音、振动和刺耳性(NVH)。

5.根据权利要求1所述的动力系，其特征在于，主动力产生***用吸音障碍物来屏蔽以减小从充气装置所发出的NVH。

6.根据权利要求1所述的动力系，其特征在于，辅助动力产生***包括电机/发电机。

7.根据权利要求1所述的动力系，其特征在于，还包括设置在主动力产生***和辅助动力产生***之间的分离离合器，用于将主动力产生***从辅助动力产生***分离和配合并用于通过辅助动力产生***传输被助推的主驱动扭矩。

8.根据权利要求7所述的动力系，其特征在于，分离离合器包括浸油离合器组件。

9.根据权利要求7所述的动力系，其特征在于，分离离合器包括干离合器组件。

10.根据权利要求1所述的动力系，其特征在于，还包括联结到辅助动力产生***的输出的动力传动***，用于接收被助推的主驱动扭矩和辅助驱动扭矩的组合，被助推的主驱动扭矩和辅助驱动扭矩的组合在动力系的至少较低操作速度范围之上具有改良的扭矩特征。

11.根据权利要求10所述的动力系，其特征在于，动力传动***是手动传动机构。

12.根据权利要求10所述的动力系，其特征在于，动力传动***是自动传动机构。

13.根据权利要求10所述的动力系，其特征在于，动力传动***是连续可变传动机构。

14.根据权利要求1所述的动力系，其特征在于，还包括：

设置在主动力产生***和辅助动力产生***之间的分离离合器，用于将主动力产生***从辅助动力产生***分离和配合，并用于通过辅助动力产生***传输被助推的主驱动扭矩；以及

联结到辅助动力产生***的输出的动力传动***，用于接收被助推的主驱动扭矩和辅助驱动扭矩的组合，被助推的主驱动扭矩和辅助驱动扭矩的组合至少在动力系的较低操作速度范围之上具有改良的扭矩特征，辅助动力产生***、分离离合器和动力传动***作为一个模块混合传动***被封装。

15.一种车辆，包括：

用于存储氢燃料的氢存储***；

联结到氢存储***的氢燃料内燃机，内燃机用贫氢气燃料混合物操作，氢燃料内燃具有至少一个充气助推装置，用于主要在较宽的操作速度范围之上增加所述主驱动扭矩；

电动存储装置；以及

电机/发电机，联结到电能存储装置，用于产生用于车辆的辅助驱动扭矩和用于回收在电动存储装置中的存储用的电能，电机/发电机被构造和安置，这样辅助驱动扭矩在至少较低的操作速度范围之上补充被助推的主驱动扭矩。

16.根据权利要求15所述的车辆，其特征在于，氢存储***包括压缩氢气存储***。

17.根据权利要求15所述的车辆，其特征在于，氢存储***包括液体存储***。

18.根据权利要求15所述的车辆，其特征在于，氢存储***包括固体金属存储***。

19.根据权利要求15所述的车辆，其特征在于，氢存储***被安置在车辆的后部或者中间部分。

20.根据权利要求15所述的车辆，其特征在于，电动存储装置包括电池。

21.根据权利要求15所述的车辆，其特征在于，电动存储装置包括超电容器。

22.根据权利要求15所述的车辆，其特征在于，电动存储装置被安置在车辆的后部或者中部。

23.根据权利要求15所述的车辆，其特征在于，还包括：

设置在内燃机和电机/发电机之间的分离离合器，用于将内燃机与电机/发电机配合和分离并用于通过电机/发电机传输被助推的主驱动扭矩；以及

联结到电机/发电机的输出的动力传动***，用于接收被助推的主驱动扭矩和辅助驱动扭矩的组合，被助推的主驱动扭矩和辅助驱动扭矩的组合至少在动力系的较低操作速度范围之上具有改良的扭矩特征。

24.根据权利要求23所述的车辆，其特征在于，内燃机、电机/发电机、分离离合器和动力传动***被安置在车辆的前部部分上。

25.根据权利要求23所述的车辆，其特征在于，电机/发电机、分离离合器和动力传动***作为一个模块混合传动***被封装。

26.根据权利要求25所述的车辆，其特征在于，内燃机和模块混合传动***被安置在车辆的前部部分上。

27.根据权利要求15所述的车辆，其特征在于，还包括至少一个在引擎和模块混合传动***的附近中的吸音障碍物。

28.根据权利要求15所述的车辆，其特征在于，还包括氢通风***。

29.一种操作具有氢燃料内燃机的混合车辆的方法，包括：

使用贫氢气燃料混合物产生用于车辆的主驱动扭矩；

主要在较高的操作速度范围上增加辅助驱动扭矩；

产生辅助驱动扭矩，这样辅助驱动扭矩在至少较低的操作速度范围上补充被助推的主驱动扭矩；

可选地传输被助推的主驱动扭矩和辅助驱动扭矩的组合，被助推的主驱动扭矩和辅助驱动扭矩的组合至少在较低操作速度范围之上具有改良的扭矩特征。

30.一种用于改变具有脉冲燃料喷射器的氢燃料内燃机用的燃料传输率的方法，每个所述喷射器对于各气缸具有低流动燃料喷射器和高流动燃料喷射器，包括步骤：

通过增加低流动喷射器的脉冲宽度来增加燃料传输率，直到流动速率达到重叠的值；

在靠近重叠值的速率上操作高流动喷射器；以及

立即减小低流量喷射器的脉冲宽度，这样来自高和低流动喷射器的总流量等于来自低流动喷射器的最大流量。

31.根据权利30所述的方法，还包括步骤：

通过减小高流动喷射器的脉冲宽度而减小来自更高燃料供给速率的燃料率直到流动速率达到重叠值；以及

在重叠值上同时操作所述低流动喷射器，同时关闭所述高流动喷射器。

32.一种用于传感和响应在氢燃料往复内燃机的吸入***中所引起的逆火的方法，包括步骤：

通过传感吸入***内的温度而传感逆火；以及

当逆火被传感时，关闭至引擎的氢燃料。

33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，还包括步骤：在氢燃料被关闭的情况下增加与引擎相关的电动驱动***的输出扭矩。

34.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，还包括步骤：通过传感引擎的吸入***内的压力而传感逆火。

35.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，还包括步骤：一旦逆火事件停止继续用氢所进行的引擎的供给燃料。

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