專利名稱：車輛空調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝在諸如汽車一類的車輛上的車輛空調(diào)器，尤其是涉及一種配備有供暖熱交換器的使用熱泵的車輛空調(diào)器，其中是以發(fā)動機冷卻水作為熱源的。
近來，隨著要求改善空氣環(huán)境與環(huán)境問題的需要，對于引入低污染和代用能量的車輛的需求越來越高。當用天然氣來作為代替能源時，這基本上只是燃料的改變，并不需要改變空調(diào)單元(下稱空調(diào)器)的基本結(jié)構(gòu)，因為其中仍然具有內(nèi)燃機(下稱發(fā)動機)。
然而，如果在電動車輛或混合動力車輛(同時使用電動馬達和發(fā)動機作為動力源)內(nèi)使用傳統(tǒng)的空調(diào)器時，則需要重新考慮在供暖運行過程中的熱源，以及在制冷運行過程中的壓縮機動力源，其中混合動力車輛是代用能量車輛中的一種主要的候選車。
也就是說，在供暖運行過程中會產(chǎn)生一問題，因為電動車輛沒有如傳統(tǒng)的車輛中那樣用發(fā)動機制冷水作為熱源，而在混合動力車輛中具有一種馬達行駛模式，在該模式下發(fā)動機停止，車輛僅由電動馬達驅(qū)動，從而不能獲得足夠的熱水。
此外，在制冷運行過程中，壓縮機的動力源不能如傳統(tǒng)的車輛那樣僅依靠發(fā)動機，而是必須提供另一動力源。例如，在混合動力車輛中，具有一種馬達行駛模式，在該模式下車輛僅由電動馬達驅(qū)動，或者即使車輛由發(fā)動機驅(qū)動，則在停車時，發(fā)動機也是停止的而不進行怠速運轉(zhuǎn)。因此，當僅將發(fā)動機用作壓縮機的動力源時，空調(diào)器不可能穩(wěn)定運行。
基于此，家用制冷/供暖空調(diào)器中所使用的熱泵型空調(diào)器已經(jīng)被用作安裝在諸如電動車輛與混合動力車輛一類車輛的空調(diào)器中。
圖4表示的是一種使用熱泵的傳統(tǒng)車輛空調(diào)器的結(jié)構(gòu)示意圖。在該圖中，標記1表示一車內(nèi)熱交換器，2表示一壓縮機單元，3表示一車外熱交換器，4表示一吸入外部空氣的風(fēng)扇。在該情況下，車外熱交換器3與壓縮機單元2等一起被安裝在發(fā)動機室的內(nèi)部。通過啟動用于吸入外部空氣的風(fēng)扇4，外部空氣可以被吸入發(fā)動機室內(nèi)。
對于上述傳統(tǒng)的構(gòu)造，制冷劑如下所述進行循環(huán)，以對車廂進行制冷和供暖。
在供暖運行過程中，制冷劑沿順時針方向循環(huán)，如圖中的實線箭頭所示。制冷劑通過壓縮機單元2內(nèi)的壓縮機被轉(zhuǎn)換成高溫高壓氣體，然后被輸送到車內(nèi)熱交換器1，以與車輛外的空氣(外部空氣)或與車輛內(nèi)的空氣(內(nèi)部空氣)進行熱交換。其結(jié)果是，外部空氣或內(nèi)部空氣(下稱吸入空氣)通過從高溫高壓氣態(tài)制冷劑中吸收熱量而變成熱空氣，并且與此同時，高溫高壓氣態(tài)制冷劑損失熱量而變成冷凝液，并且變成高溫高壓液態(tài)制冷劑。
接著，高溫高壓液態(tài)制冷劑通過壓縮機單元2，在此膨脹變成低溫低壓液態(tài)制冷劑，并且被輸送給車外熱交換器3。在車外熱交換器3中，低溫低壓液態(tài)制冷劑從外部空氣吸收熱量，并且蒸發(fā)和氣化，變成低溫低壓氣態(tài)制冷劑。該低溫低壓氣態(tài)制冷劑被再次輸送給壓縮機單元2并且被壓縮，變成高溫高壓氣體。此后，重復(fù)上述過程。
也就是說，在供暖運行過程中，車外熱交換器3用作蒸發(fā)器，而車內(nèi)熱交換器1則用作冷凝器。
在制冷/除濕運行過程中，制冷劑沿逆時針方向循環(huán)，如圖中的虛線箭頭所示。通過壓縮機單元2中的壓縮機而轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏簹鈶B(tài)制冷劑被輸送給車外熱交換器3，以與外部空氣進行熱交換。其結(jié)果是，制冷劑向外部空氣釋放熱量，并且被轉(zhuǎn)變?yōu)槔淠?，變成高溫高壓液態(tài)制冷劑。如上所述變成高溫高壓液態(tài)制冷劑的制冷劑通過在壓縮機單元2內(nèi)的節(jié)流阻力閥變成低溫低壓液態(tài)制冷劑，并且然后被輸送給車內(nèi)熱交換器1。
接著，低溫低壓液態(tài)制冷劑從車內(nèi)熱交換器1的吸入空氣中吸收熱量，以冷卻空氣。因此，可以向車廂輸送冷卻空氣，并且與此同時，制冷劑本身被蒸發(fā)和氣化，變成低溫低壓氣態(tài)制冷劑，再次被輸送給壓縮機單元2內(nèi)的壓縮機。此后，重復(fù)上述過程?？傊?，在制冷運行過程中，車內(nèi)熱交換器1用作蒸發(fā)器，而車外熱交換器3則用作冷凝器。
對于將上述傳統(tǒng)的使用熱泵的車輛空調(diào)器安裝在一個有內(nèi)燃機的車輛，如傳統(tǒng)車輛或混合動力車輛內(nèi)的情況下，在供暖運行過程中，最好能有效地利用發(fā)動機的廢熱。
也就是說，當發(fā)動機作為動力源的運行狀況下，可以充分地利用高溫冷卻水作為熱源，那么，如果配置一個稱作加熱器芯的供暖熱交換器，并向其中引入高溫發(fā)動機冷卻水，就可以使流經(jīng)加熱器芯的吸入空氣被加熱來進行供暖。
作為一個這樣的車輛空調(diào)器的傳統(tǒng)技術(shù)的例子，在首次公開的日本專利申請昭61-94811中描述了這種裝置。圖4所示的運種傳統(tǒng)技術(shù)是利用空氣混合來實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)的。其中使用發(fā)動機冷卻水作為熱源的加熱器芯被設(shè)置成傾斜的，并且布置有一個控制加熱器芯熱交換能力的氣流調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器根據(jù)其開口情況調(diào)節(jié)流過的空氣量。
首次公開的日本專利申請昭61-94811中的裝置是可行的，但所需性能較高。
考慮到上述情形，本發(fā)明的目的提供一種車輛空調(diào)器，該空調(diào)器可以在供暖運行時縮短供暖起動時間，并能改善供暖能力，減少空氣分配風(fēng)扇上的負載。
首次公開的日本專利申請昭61-94811中的裝置最先考慮的是使制冷時沒有流過加熱器芯的通路盡可能地大，并且最先考慮空氣混合性能。因此吸入空氣流變得很復(fù)雜。例如，如果加熱器芯傾斜安裝，那么通流長度增加，這樣一來流經(jīng)加熱器芯的吸入空氣壓力損失就增加了。其結(jié)果是，分配到風(fēng)扇上的負載就增加了。此外，當氣流調(diào)節(jié)器使加熱器芯進口全關(guān)時，吸入空氣流過的面積減少，加熱器芯本身的壓力損失的流阻增加。由此分配到風(fēng)扇上的負載也增加了。
如果分配到風(fēng)扇上的負載以這種方式增加，那么作為風(fēng)扇動力源的電動馬達的能量消耗就存在增加的問題，并且空調(diào)單元的運行噪聲也會增加。此外，空氣混合的復(fù)雜氣流是分配風(fēng)扇上負載和空調(diào)噪音增加的成因，尤其是在具有馬達驅(qū)動模式的混合動力車輛中，由于沒有發(fā)動機噪聲，空調(diào)噪聲變得易于聽見，并且由于能量消耗增加，可行駛的距離也就縮短了。
針對上述問題，在本發(fā)明中采用了下述措施。
根據(jù)本發(fā)明的第一種情況的車輛空調(diào)器是一種具有使用熱泵的空調(diào)器的車輛空調(diào)器，該熱泵具有一套包括一個壓縮機、一個節(jié)流阻力閥和一個四通閥的壓縮機單元，該單元通過一個制冷劑通路連接到一個用于在制冷劑和吸入空氣之間進行熱交換的車內(nèi)熱交換器，以及一個用于在制冷劑和外部空氣之間進行熱交換的車外熱交換器，并且通過轉(zhuǎn)換所述制冷劑流動方向來進行制冷和供暖；該車輛空調(diào)器配置了一個空氣分配風(fēng)扇和一個與發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)相連的供暖熱交換器，其中，還有一個空調(diào)單元，所述車內(nèi)熱交換器和所述供暖熱交換器從在用作吸入空氣通路的殼體內(nèi)的上流側(cè)依次布置，并且在所述供暖熱交換器的上部形成一個空氣通路，而且設(shè)置了一個在全關(guān)和全開狀況之間轉(zhuǎn)換該空氣通路的開/關(guān)裝置。
在這種情況下，最好將供暖熱交換器豎直安裝在殼體中，并且壓縮機最好是可變?nèi)萘啃汀?br> 對于這種車輛空調(diào)器，由于其結(jié)構(gòu)是采用開/關(guān)裝置對由供暖熱交換器形成的氣流通路在全關(guān)和全開之間進行轉(zhuǎn)換，這樣就可以通過開/關(guān)裝置使其截面為零從而關(guān)閉吸入空氣通路。其結(jié)果是，氣流通路壓力損失減少，分配風(fēng)扇上的負載減少。此外，由于吸入空氣流動均勻，排氣溫度易于通過控制來自分配風(fēng)扇的空氣量來進行調(diào)節(jié)。
此外，如果供暖熱交換器豎直安裝，那么通過供暖熱交換器的通路的長度減少，因此供暖熱交換器本身的壓力損失可以降低。
另外，通過使用可變?nèi)萘啃蛪嚎s機，就不需使用空氣混合方法進行溫度控制。
根據(jù)本發(fā)明的第四種情況的車輛空調(diào)器是一種具有使用熱泵的空調(diào)器的車輛空調(diào)器，該熱泵具有一套包括一個壓縮機、一個節(jié)流阻力閥和一個四通閥的壓縮機單元，該單元通過一個制冷劑通路連接到一個用于在制冷劑和吸入空氣之間進行熱交換的車內(nèi)熱交換器，以及一個用于在制冷劑和外部空氣之間進行熱交換的車外熱交換器，并且通過轉(zhuǎn)換所述制冷劑流動方向來進行制冷和供暖；該車輛空調(diào)器配置了一個空氣分配風(fēng)扇和一個與發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)相連的供暖熱交換器，其中，為了形成繞過供暖熱交換器的發(fā)動機冷卻水的旁流通路，在發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)上設(shè)置了一個旁通閥。
在這種情況下，旁能閥最好是一個流量控制閥。
對于這種車輛空調(diào)器，在不需供暖時，就將發(fā)動機冷卻水全部引入到旁流通路，這樣發(fā)動機冷卻水就不會輸送到供暖熱交換器。其結(jié)果是，流過車內(nèi)熱交換器后變冷了的吸入空氣由供暖熱交換器加熱、從而使得溫度升高的狀況就可以被避免了。
此外，通過將旁通閥用作流量控制閥，送到供暖熱交換器以及引入到旁流通路中的發(fā)動機冷卻水的流量就能被控制，使得能夠調(diào)節(jié)排氣溫度。
根據(jù)本發(fā)明的第六種情況的車輛空調(diào)器是一種具有使用熱泵的空調(diào)器的車輛空調(diào)器，該熱泵具有一套包括一個壓縮機、一個節(jié)流阻力閥和一個四通閥的壓縮機單元，該單元通過一個制冷劑通路連接到一個用于在制冷劑和吸入空氣之間進行熱交換的車內(nèi)熱交換器，以及一個用于在制冷劑和外部空氣之間進行熱交換的車外熱交換器，并且通過轉(zhuǎn)換所述制冷劑流動方向來進行制冷和供暖；該車輛空調(diào)器配置了一個空氣分配風(fēng)扇和一個與發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)相連的供暖熱交換器，其中，在發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)中設(shè)置了一個冷卻水泵，用于在發(fā)動機停止時運行。
對于這種車輛空調(diào)器，當發(fā)動機停止時，借助該冷卻水泵的運行，甚至可以在發(fā)動機停止時，還能將發(fā)動機冷卻水輸送到供暖熱交換器中。因此甚至當發(fā)動機停止時，發(fā)動機冷卻水的熱量也能被有效利用。發(fā)動機中的冷卻水廢熱的利用對于發(fā)動機頻繁關(guān)閉的混合動力車輛是特別有用的。
下面參照附圖對本發(fā)明的一個實施例的裝有車輛空調(diào)器的混合動力車輛進行說明。附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的車輛空調(diào)器的結(jié)構(gòu)的示意流向圖。
圖2是安裝有圖1所示的使用熱泵的車輛空調(diào)器的混合動力車輛的布局平面圖。
圖3是作為一個常規(guī)例子的使用熱泵的車輛空調(diào)器的回路結(jié)構(gòu)的示意流向圖。
圖4是車輛空調(diào)器的常規(guī)技術(shù)圖。
在圖2中，標記10表示一個混合動力車輛，在該車輛車體的前部裝備有一個驅(qū)動裝置12，在車體后部的發(fā)動機室內(nèi)配備有一個用于驅(qū)動后輪的發(fā)動機13，在該驅(qū)動裝置12內(nèi)有一驅(qū)動前輪的馬達。該混合動力車輛10在低速行駛時，作為一個使用馬達11為動力源的前輪驅(qū)動的車輛，而當行駛速度超過某一速度時，轉(zhuǎn)換動力源到發(fā)動機13，作為一個后輪驅(qū)動的車輛行駛。既然在車體前部配置了馬達11，那么考慮到安裝空間的間隙和空氣阻力(Cd值)的降低，在車體后部布置發(fā)動機13。
而且，在發(fā)動機13和馬達11同時作為動力源起作用時，這樣車輛作為一個四輪驅(qū)動的車輛行駛。
在圖2中，標記14表示蓄電池，它是馬達11的電源，標記15表示轉(zhuǎn)換發(fā)動機13的驅(qū)動力為電能并貯存在蓄電池14中的馬達發(fā)電裝置。在馬達的發(fā)電裝置15中裝有一個發(fā)電馬達(無圖示)，并且電能是通過將發(fā)動機13驅(qū)動力傳遞到電能產(chǎn)生馬達而產(chǎn)生的。而且，馬達發(fā)電裝置15具有通過用電能驅(qū)動電能產(chǎn)生馬達而將貯存在蓄電池14中的電能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動力的功能。
標記50表示一個設(shè)置在發(fā)動機13內(nèi)的I/C EGR系統(tǒng)。
標記16表示一個使發(fā)動機13冷卻的散熱器，標記17表示動力部件的散熱器，它與散熱器16一起用于使發(fā)動機13冷卻。動力部件的散熱器16是用于使驅(qū)動馬達11和馬達發(fā)電裝置15冷卻的。使發(fā)動機冷卻的散熱器16和動力部件的散熱器17配備了一個散熱器冷卻風(fēng)扇18，該風(fēng)扇18使從車體外表面抽入的外部空氣流過制冷散熱器，由此釋放熱量到發(fā)動機室的內(nèi)周空氣中。
而且，設(shè)置了一個將熱量從發(fā)動機13傳遞到蓄電池14的蓄電池?zé)峤粨Q器19。
下面描述在混合動力車輛10中安裝的空調(diào)器。
對于圖1和圖2中所示的第一實施例，標記20表示一個具有可變制冷劑供應(yīng)能力的壓縮機單元，21表示一個車外熱交換器，22表示一個用于吸入外部空氣的風(fēng)扇，23表示一個叫做HPVM(熱泵通風(fēng)組件)的空調(diào)單元，其安裝的設(shè)備如一個作為分配風(fēng)扇的風(fēng)機24，一個車內(nèi)熱交換器25和一個用作供暖熱交換器的加熱器芯26，它們在用作吸入空氣通路的殼體23a內(nèi)沿流動方向依次排列。
為了強迫從車體側(cè)面上的開口抽入的外部空氣和在熱交換器內(nèi)流動的制冷劑之間交換熱量，車外熱交換器21布置在發(fā)動機室內(nèi)的右側(cè)面上，其中，外部空氣是通過吸入外部空氣的風(fēng)扇22的運轉(zhuǎn)而吸入的。該空調(diào)單元23布置在車體后部的中央，車外熱交換器21的前側(cè)與沿車體的下部中心向車體的前部延伸的管道27相連接。該管道27作成管形，并且對應(yīng)地在管道27的前端和中間段中設(shè)置了出氣口28和29。在這種情況下，出氣口28用于后座，而出氣口29用于前座，但是可根據(jù)需要增加或減少。
空調(diào)單元23是一個執(zhí)行制冷、供暖和除濕以實現(xiàn)空氣調(diào)節(jié)的組件，其方式是使由風(fēng)機24從車體外部吸入的外部空氣或從車廂吸入的內(nèi)部空氣流過車內(nèi)熱交換器25和加熱器芯26。
為了構(gòu)成這個使用熱泵的空調(diào)器，車內(nèi)熱交換器25通過一個制冷劑通路30與壓縮機單元20和車外熱交換器21相連接。該壓縮機單元20包括一個可變?nèi)萘康膲嚎s機31、一個蓄液器32、一個四通閥33和一個節(jié)流阻力閥34(如一個膨脹閥)，并且該壓縮機單元20使可變?nèi)萘繅嚎s機31運轉(zhuǎn)以便使根據(jù)空調(diào)負載而控制數(shù)量的制冷劑循環(huán)，從而執(zhí)行熱泵運行。在這種情況下，通過控制可變?nèi)萘繅嚎s機31的制冷劑的供應(yīng)量就能達到對排出氣體溫度的調(diào)節(jié)。
此外，在上述的空調(diào)單元23中，設(shè)置了一個在豎直地安裝在殼體23a內(nèi)部的加熱器芯26之上的一個部件內(nèi)形成的氣流通路35，和一個用作在全關(guān)和全開之間可選擇地轉(zhuǎn)換氣流通路35的開/關(guān)裝置的氣流調(diào)節(jié)器36。該氣流調(diào)節(jié)器36用一個鉸鏈36a固定在殼體23a的上壁的內(nèi)部，這樣使它能在那里相對擺動。
因此，當氣流調(diào)節(jié)器36全關(guān)時，為了對空氣進行調(diào)節(jié)，抽入風(fēng)機24的吸入空氣全部流經(jīng)車內(nèi)熱交換器25和加熱器芯26。在這種情況下，由于加熱器芯26是豎直的，吸入空氣流通路的通流長度要比其是傾斜時的要小，因此流經(jīng)加熱器芯26的壓力損失在數(shù)量上能被減少。
此外，氣流調(diào)節(jié)器36全開時，抽入氣流調(diào)節(jié)器36的吸入空氣分成兩股，并流過氣流通路35和經(jīng)過加熱器芯26的通路。此時，與氣流通路35的一側(cè)的相比，在加熱器芯26側(cè)的氣流通路具有相當大的壓力損失，因此流經(jīng)加熱器芯26的吸入空氣流量實際上被減少了。因此，與加熱器芯26由一個氣流調(diào)節(jié)或類似物遮蓋時相比，整個氣流通路面積更大，并且壓力損失了該減少了的量。
加熱器芯26與發(fā)動機13的發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)37相連接，并且給它供應(yīng)高溫的發(fā)動機冷卻水，因此它具有對經(jīng)過的吸入空氣進行加熱的加熱功能。發(fā)動機13的發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)37是一個回路，其中發(fā)動機冷卻水借助于一個泵(圖中未示出)在發(fā)動機內(nèi)部循環(huán)，于是發(fā)動機冷卻水變成高溫，然后被送到散熱器16并且通過向外部空氣散熱而冷卻，該泵是由將發(fā)動機的部分輸出作為驅(qū)動力進行運轉(zhuǎn)的。
在此，將一個恒溫閥(圖中未示出)配置給一個標準的發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)37。該恒溫閥保持關(guān)閉狀態(tài)，直到發(fā)動機的冷卻水溫度變成高于預(yù)定值，這樣阻止至散熱器16的循環(huán)，而使發(fā)動機冷卻水不會在短時間內(nèi)熱起來。
如下是用上述空調(diào)器的空氣調(diào)節(jié)的運行過程的說明，其中分別考慮制冷/除濕和供暖的運行過程。
首先描述供暖運行過程。這個標準的供暖運行過程采用一種氣流調(diào)節(jié)器36全開并且發(fā)動機冷卻水流入加熱器芯26的模式。在這種情況中，通過風(fēng)機24的運轉(zhuǎn)抽入到殼體23a的內(nèi)部空氣或外部空氣(下面稱作吸入空氣)流經(jīng)車內(nèi)熱交換器25，然后流經(jīng)加熱器芯26，由發(fā)動機冷卻水的熱量加熱。其結(jié)果是，變熱的吸入空氣被引進管道27并從相應(yīng)的出氣口28、29排出。因此車廂的供暖使用這種吸入空氣就能實現(xiàn)。在由發(fā)動機13驅(qū)動而行駛時，如果是正常供暖負載，那么這是足以滿足這樣的供暖運行的。
在此根據(jù)需要，如果如后面所述的制冷/除濕運行是用熱泵空調(diào)裝置來實現(xiàn)的，那么為了放熱，流經(jīng)室內(nèi)熱交換器25的除濕了的吸入空氣也被加熱。
附帶說明，對于采用上述加熱器芯26的供暖運行過程，當外部空氣不是相當冷時或當發(fā)動機正在運行、從而有充足的高溫發(fā)動機冷卻水供應(yīng)時，沒有特別的問題。但是在不滿足這些條件時，如當發(fā)動機冷卻水的溫度低，或當加熱負載高時，那么出現(xiàn)供暖能力不足，例如花時間起動供暖運行。當以這種方式供暖需求高于某一程度時，在壓縮機單元20內(nèi)的可變?nèi)萘繅嚎s機31起動，從而在加熱器芯供暖運行的同時，執(zhí)行使用熱泵的空調(diào)的供暖運行。
供暖需求的程度能通過例如檢測排氣溫度進行判定。
以下是使用熱泵的空調(diào)器的供暖運行的描述。此時，制冷劑的流動方向是圖1所示的順時針方向(由實線箭頭表示)。
可變?nèi)萘繅嚎s機31吸入并壓縮低溫低壓氣態(tài)制冷劑，并以高溫高壓氣態(tài)制冷劑的形式輸出適量的與冷卻負載相應(yīng)的制冷劑到四通閥33。此時，由于四通閥33設(shè)置成輸送制冷劑到車內(nèi)熱交換器25，因此高溫高壓氣態(tài)制冷劑經(jīng)制冷劑通路30被輸送到車內(nèi)熱交換器25，并且熱量和由風(fēng)機24抽入的吸入空氣相交換以使空氣變暖。那就是說，吸入空氣吸收高溫高壓氣態(tài)制冷劑的熱量，并且高溫高壓氣態(tài)制冷劑變?yōu)槟Y(jié)液，成為高溫高壓的液態(tài)制冷劑。同時，流經(jīng)車內(nèi)熱交換器25的吸入空氣由這個熱量加熱，并且它作為暖氣供應(yīng)給車廂。在這種情況下車內(nèi)熱交換器25作為一個冷凝器起作用。
以高溫高壓液態(tài)制冷劑的形式從車內(nèi)熱交換器25出來的制冷劑被減壓并且在壓縮機單元20的節(jié)流阻力閥34中膨脹為低溫低壓液態(tài)制冷劑，然后輸送到沿車體的側(cè)面安裝的車外熱交換器21。由抽入外部空氣的風(fēng)扇22抽入的外部空氣流經(jīng)車外熱交換器21，并且該車外熱交換器21與外部空氣交換熱量以吸收熱量。因此，低溫低壓液態(tài)制冷劑由具有相對較高的溫度的外部空氣變暖，并且蒸發(fā)和氣化為低溫低壓氣態(tài)制冷劑。在這種情形下，該車外熱交換器21起蒸發(fā)器的作用。
已經(jīng)變成低溫低壓氣體的制冷劑然后輸送到四通閥33，并且導(dǎo)向去除液態(tài)成份的蓄液器33，此后氣體又一次抽入壓縮機21并且進行壓縮。以后重復(fù)進行同一制冷劑的循環(huán)以實現(xiàn)車廂的供暖。
另一方面，由于氣流調(diào)節(jié)器36全關(guān)，流經(jīng)車內(nèi)熱交換器25成為熱空氣的吸入空氣的全部流過加熱器芯26并且被重加熱。其結(jié)果是，與只有加熱器芯26的供暖相比，空氣分兩個階段由車內(nèi)熱交換器25和加熱器芯26加熱。因此對吸入空氣加熱的熱量增加了。此外，由于加熱器芯26的加熱在高溫吸入空氣上實現(xiàn)，因此供暖性能提高了，這樣當啟動供暖運行時，溫度能速度地提高。此外甚至在吸入空氣溫度低的情況下，能排出變暖的暖氣，直到所需的溫度達到能夠供暖。
此時，如果由風(fēng)機24實施空氣量的控制，那么能容易地控制排氣溫度。即，氣流調(diào)節(jié)器36全關(guān)時，不改變氣流通路上的狀況。因此如果車內(nèi)熱交換器25和加熱器芯26的供暖狀況是不變的，那么通過提高吸入空氣量，排氣溫度降低，而相反地通過減少空氣量，排氣溫度提高。
在此，由于加熱器芯26是豎直的，那么流經(jīng)加熱器芯26的壓力損失最小，因此風(fēng)機24上的負載減少了。
在另一方面，在發(fā)動機冷卻水的溫度低的情況下，那么供暖運行基本上只由使用熱泵的空調(diào)器來實現(xiàn)。因此首先是氣流調(diào)節(jié)器36全開，這樣供暖主要由流經(jīng)氣流通路35的暖氣來實現(xiàn)。使用熱泵的空調(diào)器的供暖運行過程連續(xù)進行，直至供應(yīng)到加熱器芯26的發(fā)動機冷卻水的溫度超過預(yù)定值。既然對于氣流調(diào)節(jié)器36全開的運行過程，暖氣流流過氣流通路35和加熱器芯26，那么氣流通路的面積是大的，這樣阻力低。其結(jié)果是，壓力損失減少，并且風(fēng)機24上的負載也減少了。而且吸入空氣流(暖氣)成為大約豎直流動的均勻氣流。因此從這點上看，在風(fēng)機24上的負載也減少了，并且伴隨空氣調(diào)節(jié)運行的噪聲也能減小。
在只用上述使用熱泵的空調(diào)器的供暖運行時，通過全部關(guān)閉氣流調(diào)節(jié)器36，加熱器芯26內(nèi)的發(fā)動機冷卻水能被加熱。因此降低排氣溫度的發(fā)動機冷卻水的溫度能迅速地提高到預(yù)定值，這樣具有上述兩階段加熱的供暖運行能在短時間內(nèi)進行。
下面是制冷運行的描述。此時氣流調(diào)節(jié)器36處全開位置，并且制冷劑的流動是沿圖1所示的逆時針方向(由虛線箭頭表示)。
可變?nèi)萘繅嚎s機31抽入并壓縮低溫低壓氣態(tài)制冷劑，并以高溫高壓氣態(tài)制冷劑的形式輸出供應(yīng)量與冷卻負載相應(yīng)的制冷劑到四通閥33。此時，因為四通閥33設(shè)置為輸送制冷劑到車外熱交換器21，那么高溫高壓氣態(tài)制冷劑經(jīng)制冷劑通路被輸送到車外熱交換器21，并且熱量與抽入外部空氣的風(fēng)扇22抽入的外部空氣交換。其結(jié)果是，相對較低溫度的外部空氣吸收高溫高壓氣態(tài)制冷劑的熱量，并且該高溫高壓氣態(tài)制冷劑變成冷凝液和高溫高壓液態(tài)制冷劑。在這種情況下車外熱交換器21起冷凝器的作用。
此后，輸送高溫高壓液態(tài)制冷劑到節(jié)流阻力閥34，并在流經(jīng)節(jié)流阻力閥34時減壓、膨脹成低溫低壓液態(tài)制冷劑。然后低溫低壓液態(tài)制冷劑送到車內(nèi)熱交換器25，并且與風(fēng)機24抽入的吸入空氣交換熱量，并從吸入空氣吸收熱量以實現(xiàn)制冷。其結(jié)果是，低溫低壓液態(tài)制冷劑蒸發(fā)并氣化為低溫低壓氣態(tài)制冷劑。同時，吸入空氣變成冷氣并且流過氣流通路35和加熱器芯26以將它供應(yīng)給車廂。此時，冷氣流過的氣流通路的面積在能流過加熱器芯26的部分增加了。因此壓力損失減少，這樣風(fēng)機24上的負載減少。而且伴隨空氣調(diào)節(jié)運行的噪聲也減少了。在這種情況下車內(nèi)熱交換器25起蒸發(fā)器的作用。
而且從車內(nèi)熱交換器25出來的低溫低壓氣態(tài)制冷劑經(jīng)四通閥33輸送到蓄液器32，并且在制冷劑中的液態(tài)成份被除去。然后該低溫低壓氣態(tài)制冷劑再一次從蓄液器32抽入壓縮機31，并且被壓縮，之后重復(fù)同一制冷劑循環(huán)以實現(xiàn)車廂的制冷。
下面是參照圖1對據(jù)本發(fā)明的車輛空調(diào)器的第二實施例的說明。在這個實施例中，旁通閥38設(shè)置在發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)37中，這樣能形成繞過加熱器芯26的旁流通路。該旁通閥38連接在主側(cè)通路37a(將發(fā)動機冷卻水從發(fā)動機13引入到加熱器芯26)和次側(cè)通路37b(將發(fā)動機冷卻水從加熱器芯26返送到發(fā)動機13)之間，從而能夠選擇性地形成一個返回到發(fā)動機13而不經(jīng)過加熱器芯26的旁流通路。那就是說，通過打開和關(guān)閉該旁通閥38，能選擇正常發(fā)動機冷卻水通路的這一個或另一個，即從發(fā)動機13流經(jīng)加熱器芯26并返回到發(fā)動機13的通路，或者發(fā)動機冷卻水從發(fā)動機13經(jīng)旁通閥38返回到發(fā)動機13的發(fā)動機冷卻水的旁流通路。
對于旁通閥38，例如可以是一個全關(guān)/全開型的，例如電磁閥。例如最好是一個能控制發(fā)動機冷卻水的流量的流量控制閥，例如蝶形閥。
通過設(shè)置這樣一個旁通閥38，那么在制冷運行時，全部發(fā)動機冷卻水能被換向以便流向旁流通路。因此能夠避免由供應(yīng)給加熱器芯26的發(fā)動機冷卻水對流經(jīng)車內(nèi)熱交換器25的已變冷的吸入空氣進行加熱的情形。即，已經(jīng)由室內(nèi)熱量交換器25冷卻的吸入空氣由供暖的加熱器芯26加熱的情形被避免，因此制冷能力沒有損失。
此外，如果旁通閥38采用流量控制閥，那么繞過加熱器芯26的發(fā)動機冷卻水的流量在0～100％的范圍內(nèi)適當調(diào)整。因此，由車內(nèi)熱交換器25冷卻的吸入空氣或僅流過車內(nèi)熱交換器25的吸入空氣能由加熱器芯26適當?shù)丶訜?，使排氣溫度被調(diào)節(jié)。也就是說，這能設(shè)定，因此如果流到加熱器芯26的發(fā)動機冷卻水的流量增加，供暖量隨之增加，從而排氣溫度增加。相反地，如果流到加熱器芯26的發(fā)動機冷卻水的流量減少，那么排氣溫度降低。
除了單個應(yīng)用外，在此描述的第二實施例可以上述的第一實施例相結(jié)合應(yīng)用。尤其是，在制冷運行過程中，因為為了減少壓力損失，除了氣流通路35，加熱器芯26形成一個吸入空氣通路，因此這個實施例能防止由于對特意通過車內(nèi)熱交換器25冷卻的冷氣進行加熱而引起的制冷能力的下降。
除了通過控制可變?nèi)萘繅嚎s機31的制冷劑的供應(yīng)量來對流過室內(nèi)熱交器25的吸入空氣進行溫度調(diào)節(jié)外，如果采用一個流量控制閥作為旁通閥38來調(diào)節(jié)流經(jīng)加熱器芯26的吸入空氣的溫度，那么可用均勻的吸入空氣流來精細地調(diào)節(jié)排出空氣的溫度。
下面是參照圖1對根據(jù)本發(fā)明的車輛空調(diào)器的第三實施例的說明。
對于這個實施例，在發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)37中設(shè)置一個冷卻水泵39。該冷卻水泵39有一個例如由蓄電池14操縱的電動馬達(未示出)作為動力源。當發(fā)動機13運行時，該電動馬達的電能供應(yīng)停止。此外，當發(fā)動機停止時，那么尤其是供暖運行時，該電動馬達的電能供應(yīng)按照要求起動，以便控制冷卻水泵39，這樣發(fā)動機冷卻水由冷卻水泵39循環(huán)到加熱器芯26。
當發(fā)動機13運行時，發(fā)動機內(nèi)的一個常規(guī)泵(未示出)運行以使發(fā)動機冷卻水循環(huán)。
當設(shè)置了這樣的冷卻水泵39時，甚至在發(fā)動機13停止后，高溫發(fā)動機冷卻水能輸送到加熱器芯26，并且在供暖運行中使用。即，就上述混合動力車輛來說，由于用這個發(fā)動機13進行正常地高速行駛，那么在發(fā)動機連續(xù)行駛超過了一定時間后，發(fā)動機冷卻水甚至在轉(zhuǎn)換成馬達行駛模式后相當?shù)匾欢螘r間內(nèi)保持高溫。
其結(jié)果是，如果發(fā)動機冷卻水的熱量供給加熱器芯26并有效地利用，那么無需運行所述使用熱泵的空調(diào)器，就能實現(xiàn)供暖，并且因此蓄電池14的電能消耗能受到限制。
此外如第一實施例所述，如果加熱器芯26和所述使用熱泵的空調(diào)器一起使用，車輛空調(diào)器的供暖能力能延長受到發(fā)動機冷卻水處于低溫運一因素限制的供暖時間。
不用說，第三實施例也適合于與上述的第一實施例和第二實施例相結(jié)合，并且一起運行。
此外，對于上述車輛空調(diào)器，在使用熱泵的空調(diào)器中采用了一個可變?nèi)萘康膲嚎s機。但是，也可采用一個恒定容量的壓縮機，并且也能通過離合器的開/關(guān)控制實現(xiàn)控制。
在上述說明中，安裝有所述車輛空調(diào)器的車輛是混合動力車輛。但是不用說，所述車輛空調(diào)器可以用于包括內(nèi)燃機的傳統(tǒng)車輛。
對于如上所述的本發(fā)明的車輛空調(diào)器，可獲得下述效果(1)因為空調(diào)單元配備了車內(nèi)熱交換器、供暖熱交換器，和全關(guān)和全開狀況之間轉(zhuǎn)換空氣通路的開/關(guān)裝置，其中車內(nèi)熱交換器和供暖熱交換器從作為吸入空氣通路的殼體內(nèi)的上流側(cè)依次排列，并且空氣通路在供暖熱交換器上面的部件內(nèi)形成，那么在供暖過程中，在供暖熱交換器上面的部件內(nèi)的空氣通路能被關(guān)閉和設(shè)定，因此全部吸入空氣流經(jīng)供暖熱交換器。其結(jié)果是，對于所述使用熱泵的空調(diào)器在供暖運行條件下具有大的加熱負載的情況時，吸入空氣能通過車內(nèi)熱交換器和供暖熱交換器在兩個階段中連續(xù)地加熱。因此，供暖能力提高，并且供暖起動時間縮短。此時，如果由分配風(fēng)扇控制空氣量，那么能容易地調(diào)節(jié)排氣溫度。
(2)當開/關(guān)裝置全關(guān)時，由于供暖熱交換器豎直安裝，所述通路長度比傾斜安裝時小，因此吸入空氣流通流時的壓力損失可以被減少。此外，當開/關(guān)裝置全開時，氣流通路和供暖熱交換器成為了吸入空氣的通流通路，因此通流面積增加了，這樣壓力損失減少了。其結(jié)果是，分配風(fēng)扇上的負載減少，使在空氣調(diào)節(jié)運行過程中的動力源的能量消耗和噪聲減少。
(3)分配風(fēng)扇的能量消耗和空調(diào)噪聲的減少是混合動力車輛特別想達到的。也就是說，能量消耗的減少使蓄電池的消耗降低，這樣使用馬達的行駛距離增加。此外，空調(diào)運行噪聲的減少提高了馬達行駛時的舒適性。
(4)由于在發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)中設(shè)置了一個旁通閥，和形成繞過供暖熱交換器的流過的發(fā)動機冷卻水的旁流通路，那么在不需供暖時，全部發(fā)動機冷卻水可以引入旁流通路，從而阻止發(fā)動機冷卻水向供暖熱交換器(加熱器芯)的供應(yīng)。其結(jié)果是，由流經(jīng)車內(nèi)熱交換器后已經(jīng)冷卻的吸入空氣不會被供暖熱交換器加熱，這樣溫度沒有提高，因此制冷能力沒有下降。
(5)由于該旁通閥采用一個流量控制閥，當輸送給供暖熱交換器和引入旁流通路的發(fā)動機冷卻水的流量能被控制，使供暖過程中能調(diào)節(jié)溫度。
(6)由于在發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了當發(fā)動機停止時能運行的冷卻水泵，因此即便當發(fā)動機停止時，發(fā)動機冷卻水也能輸送到供暖熱交換器。其結(jié)果是，甚至當發(fā)動機停止時，發(fā)動機冷卻水的熱量也能有效地利用，使車輛空調(diào)器的供暖能力提高。
權(quán)利要求
1．一種車輛空調(diào)器，它具有一個使用熱泵的空調(diào)器，該熱泵具有一套包括一個壓縮機、一個節(jié)流阻力閥和一個四通閥的壓縮機單元，該單元通過一個制冷劑通路連接到一個用于在制冷劑和吸入空氣之間進行熱交換的車內(nèi)熱交換器，以及一個用于在制冷劑和外部空氣之間進行熱交換的車外熱交換器，并且通過轉(zhuǎn)換所述制冷劑流動方向來進行制冷和供暖；該車輛空調(diào)器配置了一個空氣分配風(fēng)扇和一個與發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)相連的供暖熱交換器，其中，還有一個空調(diào)單元，所述車內(nèi)熱交換器和所述供暖熱交換器從在用作吸入空氣通路的殼體內(nèi)的上流側(cè)依次布置，并且在所述供暖熱交換器的上部形成一個空氣通路，而且設(shè)置了一個在全關(guān)和全開狀況之間轉(zhuǎn)換該空氣通路的開/關(guān)裝置。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛空調(diào)器，其中，所述供暖熱交換器豎直安裝在所述殼體中。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車輛空調(diào)器，其中，所述壓縮機是一種可變?nèi)萘繅嚎s機。
4．一種車輛空調(diào)器，它具有一個使用熱泵的空調(diào)器，該熱泵具有一套包括一個壓縮機、一個節(jié)流阻力閥和一個四通閥的壓縮機單元，該單元通過一個制冷劑通路連接到一個用于在制冷劑和吸入空氣之間進行熱交換的車內(nèi)熱交換器，以及一個用于在制冷劑和外部空氣之間進行熱交換的車外熱交換器，并且通過轉(zhuǎn)換所述制冷劑流動方向來進行制冷和供暖；該車輛空調(diào)器配置了一個空氣分配風(fēng)扇和一個與發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)相連的供暖熱交換器，其中，為了形成繞過所述供暖熱交換器的發(fā)動機冷卻水的旁流通路，在所述發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)中設(shè)置了一個旁通閥。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的車輛空調(diào)器，其中，所述旁通閥是一種流量控制閥。
6．一種車輛空調(diào)器，它具有一個使用熱泵的空調(diào)器，該熱泵具有一套包括一個壓縮機、一個節(jié)流阻力閥和一個四通閥的壓縮機單元，該單元通過一個制冷劑通路連接到一個用于在制冷劑和吸入空氣之間進行熱交換的車內(nèi)熱交換器，以及一個用于在制冷劑和外部空氣之間進行熱交換的車外熱交換器，并且通過轉(zhuǎn)換所述制冷劑流動方向來進行制冷和供暖；該車輛空調(diào)器配置了一個空氣分配風(fēng)扇和一個與發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)相連的供暖熱交換器，其中，在所述發(fā)動機冷卻水系統(tǒng)中設(shè)置了一個冷卻水泵，用于在發(fā)動機停止時運行。
全文摘要
一種車輛空調(diào)器,它具有一個使用熱泵的空調(diào)器,該熱泵具有一套與一個車內(nèi)熱交換器(25)和一個車外熱交換器(21)連接的壓縮機單元(20)以進行制冷和供暖,該車輛空調(diào)器還包括一個風(fēng)機(24)和一個加熱器芯(26),還有一個空調(diào)單元(23),車內(nèi)熱交換器(25)和加熱器芯(26)在殼體(23a)內(nèi)的上流側(cè)依次布置,并且在加熱器芯(26)交換器的上部形成一個空氣通路(35),而且設(shè)置了一個轉(zhuǎn)換空氣通路(35)的氣流調(diào)節(jié)器(36)。
文檔編號B60H1/08GK1288828SQ0012030
公開日2001年3月28日 申請日期2000年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月7日
發(fā)明者平尾豐隆, 丹羽和喜, 秋元良作, 格雷戈里·A·梅杰, 曾欣 申請人:三菱重工業(yè)株式會社, 通用汽車公司