CN102101426A - 汽车空调及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车空调及其控制方法，该汽车空调包括发动机、对发动机进行降温的发动机散热器、利用发动机产生的热量向需要被供暖的空间提供热量的空调供暖器以及加热器，加热器可选择性地对发动机和空调供暖器提供热量。当发动机供暖能力足够时，由传统的发动机防冻液加热供暖；当发动机供暖能力不足时，可同时用发动机和加热器加热，两种效果综合在一起，其供暖能力将提高数倍；当在不需要启动发动机的情况下，还可以通过加热器单独加热来供暖，没有汽油消耗，更加环保，而且提高了能源利用率。
Description
【技术领域】
本发明涉及汽车空调系统，尤其涉及具有传统发动机及动力蓄电池的汽车空调。
【背景技术】
乘客舱传统的供暖方式是通过发动机加热防冻液来供热的，或理解为发动机工作的余热。所以，一方面乘客舱供暖时需要启动发动机，另一方面，供暖的能力也受制于发动机的状态。在寒冷的季节，当冷车启动发动机后，若立即开空调暖风，因为发动机防冻液的水温基本和环境温度相当，你就会感觉吹的是冷风。正确方法，需要让发动机运转一段时间后再打开空调，因此导致制暖太慢。
根据一项统计数字显示，引擎机件部份的磨损，有超过百分之九十的比例是在冷车发动后三分钟内造成的。其原因包括，引擎在未达工作温度之前(大约在摄氏90-110度之间)，其供油系统因温度尚低，均无法有效地将汽油完全气化(相信大家都知道，液体温度上升到沸点就气化了)。在汽油尚未气化而呈液状时，不容易燃烧而发动引擎。此时就要靠阻风门的作用，阻止部份空气进入汽缸，以提升汽油/空气的混合比，并提高引擎转速使引擎不致熄火。当达到正常工作温度后，自动阻风门自然会因机械的动作而恢复正常状态；而手动阻风门的车子务必记得将阻风门放回，否则因油/气混合比过高，不但浪费汽油，马力不足，而且汽油燃烧不完全会冒黑烟。一具冷引擎要达到正常工作温度约需七八分到十几分钟不等，依车种不同而定，而在这段时间中，需要进行所谓的暖车，不宜高速行驶。
传统汽车空调制冷的压缩机通常通过皮带与发动机连接起来的，压缩机的转速与发动机的转速有一个固定的传动比，压缩机的性能也直接受到发动机状态的影响，怠速时，发动机的转速最低，压缩机的转速也处于最低状态，所以空调制冷效果在怠速时最差，怠速时的空调性能成为整个空调性能的瓶颈。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题包括对汽车有效供暖的问题以及缩短动力系统的暖车时间的问题。
本发明针对现有技术中存在的以上问题而提供一种汽车空调，其包括发动机、对发动机进行降温的发动机散热器、利用所述发动机产生的热量向需要被供暖的空间提供热量的空调供暖器以及加热器，所述加热器可选择地对发动机和空调供暖器提供热量。
根据本发明的一方面，根据本发明的汽车空调包括发动机热管理系统，所述发动机热管理系统包括用导管连通的发动机散热器、发动机、泵、空调供暖器及在其中流动的冷却液，冷却液可在泵的驱动下流动，并可通过空调供暖器与需要被供暖的空间进行热交换而供暖，在泵的驱动下，冷却液至少可以选择性地按照两种循环流动：第一循环，冷却液通过所述导管在所述发动机散热器和发动机之中流动；第二循环，冷却液通过所述导管在所述发动机、加热器及空调供暖器之中流动，其中所述加热器可以对流过其中的冷却液加热。
根据本发明的另一方面，所述加热器是电加热器，优选地是正温度系数电加热器。一般地，在动力蓄电池电荷充足时，所述电加热器是被动力蓄电池提供能量。可选地，所述电加热器是利用发动机的机械能转化产生的电能加热，可充分利用发动机多余的机械能。可选地，还可设置风扇，将空调供暖器散发的热量吹向需要被供暖的乘客舱。
可选地，所述发动机热管理系统包括换向阀，通过所述换向阀使冷却液在第一循环和第二循环之间切换。
根据本发明的又一方面，根据本发明的汽车空调，还包括与所述发动机热管理系统相对独立的空调制冷系统，所述空调制冷系统包括用导管连通的压缩机、空调冷凝器、膨胀阀、蒸发器及在其中流动的制冷剂。优选地，所述压缩机由所述发动机以外的动力源驱动，并且优选由蓄电池供电的电动压缩机。
本发明还提供一种汽车空调控制方法，其包括提供对发动机进行降温的发动机散热器并提供利用所述发动机产生的热量向需要被供暖的空间提供热量的空调供暖器，还包括提供加热器，可选择地控制所述加热器对发动机和空调供暖器提供热量。
优选地，该控制方法提供包括发动机热管理系统，所述发动机热管理系统包括用导管连通的发动机散热器、发动机、泵、空调供暖器及在其中流动的冷却液，冷却液可在泵的驱动下流动，并可通过空调供暖器与需要被供暖的空间进行热交换而供暖，通过控制泵的驱动及控制路径的选择，可以选择性地使冷却液至少按照两种循环流动：第一循环，冷却液通过所述导管在所述发动机散热器和发动机之中流动；第二循环，冷却液通过所述导管在所述发动机、加热器及空调供暖器之中流动，其中所述加热器可以对流过其中的冷却液加热。
优选地，发动机热管理系统包括换向阀，通过控制所述换向阀使冷却液在第一循环和第二循环之间切换，更优选地，换向阀可以被智能地控制。所述加热器是电加热器，可以利用不受发动机影响的动力蓄电池驱动。
根据本发明控制方法的一方面，还包括提供与所述发动机热管理系统相对独立的空调制冷系统，所述空调制冷系统包括用导管连通的压缩机、空调冷凝器、膨胀阀、蒸发器及在其中流动的制冷剂，所述压缩机是由蓄电池供电的电动压缩机，其在不受发动机运行情况的影响下，控制压缩机的运行。
根据本发明的汽车空调及其控制方法，在发动机供暖能力足够时，由传统的发动机防冻液加热器供暖，节约能源。在特殊的情况下，可同时用发动机和加热器加热，两种效果综合在一起，其供暖能力将提高数倍，迅速满足使用者的供暖要求。在不需要启动发动机的情况下，还可以通过加热器单独加热来供暖，没有汽油消耗，更加环保，而且提高了能源利用率。对长时间未启动的冷车，不宜高负载地行驶，可以利用加热器加热来进行暖车，使汽车动力系统很快进入较佳运行状态，减少不必要的磨损。
以下通过参考附图详细说明优选的具体实施方式，更明显地揭露本发明的其他方面和特征。但是应当知道，该附图仅仅为解释目的而设计，不作为本发明的范围的限定，因为范围的限定应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非特别指出，附图仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程，不必要依比例绘制。
【附图说明】
图1是本发明的汽车空调的系统结构示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
请参阅图1所示，本发明汽车空调包括空调制冷系统1及发动机热管理系统2。
空调制冷系统1包括电动压缩机11、空调冷凝器12、膨胀阀(ThermalExpansion Valve，TXV)13、位于乘客舱的蒸发器14、导管15及制冷剂(未图示)。在本实施方式中，制冷剂为一种R134a制冷剂。其中电动压缩机11、空调冷凝器12、膨胀阀13以及蒸发器14通过导管15依次连通。本发明优选采用由蓄电池供电的电动压缩机11，可以用清洁的电能驱动，不污染环境，但本发明并不限于此，本发明也可以采用发动机驱动，甚至可采用其他发动机以外的动力源驱动的压缩机。膨胀阀13起到节流降压的作用，经空调冷凝器12冷凝后的高压制冷剂液体经过膨胀阀13时，因受阻而使压力下降，导致部分制冷剂液体气化，同时吸收气化潜热，其本身温度也相应降低，成为低温低压的湿蒸汽，然后进入蒸发器14，从而对乘客舱进行制冷。
发动机热管理系统2包括发动机21、换向阀22、对发动机21进行降温的发动机散热器23、泵24、PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)加热器25、通常位于乘客舱的空调供暖器26、导管27及发动机冷却液(未图示)。其中，发动机21、换向阀22、发动机散热器23以及泵24通过导管27依次连通形成第一循环通路，PTC加热器25、换向阀22、发动机21、泵24以及空调供暖器26通过导管27依次连通形成第二循环通路。空调供暖器26利用发动机21产生的热量向需要被供暖的空间提供热量，或者利用PTC加热器25产生的热量向需要被供暖的空间提供热量。在本实施方式中，PTC加热器25是液体PTC电加热器，但本发明并不限于此，本发明亦可采用其他电加热器或非电驱动其他加热器，例如，太阳能加热器等。PTC加热器25可选择性地对发动机21和空调供暖器26提供热量。本发明的PTC加热器25可以是利用发动机的机械能转化产生的电能加热。其中冷却液，优选为防冻液，以便在寒冷的环境中仍然可能正常工作。
在本实施方案中，泵24是电动水泵，冷却液可在泵24的驱动下流动，并可通过空调供暖器26与需要被供暖的空间进行热交换而供暖，在泵24的驱动下，冷却液至少可以选择性地按照两种循环流动：第一循环，冷却液通过导管27在发动机散热器23和发动机21之中流动；第二循环，冷却液通过导管27在发动机21、PTC加热器25及空调供暖器26之中流动，其中PTC加热器可以对流过其中的冷却液加热。换向阀22，可以是节温器或电子换向阀。通过换向阀22使冷却液在第一循环和第二循环之间切换。
一般地，在动力蓄电池电荷充足时，PTC加热器25是由动力蓄电池提供能量。可选地，PTC加热器25是利用发动机21的机械能转化产生的电能加热，可充分利用发动机21多余的机械能。
在本发明的其他实施方式中，在靠近空调供暖器26处可设置风扇28，将空调供暖器26散发的热量吹向需要被供暖的乘客舱。
在本发明的其他实施方式中，在靠近发动机散热器23处可设置风扇29，风扇29用于促进发动机散热器23周围环境空气的流通，促进发动机散热器23与环境空气的热交换，增加散热效果。
相比传统汽车空调制冷及供暖系统，该混合动力的空调制冷及供暖系统设计，能根据乘员的需要来提供冷或热，而且能高能效比地快速供冷或供热。
传统皮带压缩机在发动机转速高而空调制冷需求小的时候，可能会提供过多的冷量，此时需通过冷热混合风来调节，这种冷热混风将导致能量浪费。电动压缩机的动力源是使用高压电，避免了直接使用发动机燃烧汽油来供能，这没有废气排放，而且能源利用效率更高。
根据本发明的汽车空调，在发动机供暖能力足够时，由发动机冷却液加热供暖，可充分利用余热，提高能源利用率。在本实施方案中，PTC加热器25可选择地在至少三种工况下工作：第一种工况，在车辆冷启动时，乘客希望车内尽快暖起来，这时通过HCU(Hybrid Control Unit，混合动力整车控制器)和EMS(Engine Management System，发动机控制系统)控制，加大发动机21的喷油量，控制发动机21在较大的负荷下工作；这样，一方面冷却液从发动机21带来更多的热，另一方面发动机多余的机械功可以发电，并利用这些电能给PTC加热器25加热，以上两种效果综合在一起，其供暖能力将提高数倍。第二种工况，可以通过BCU(BatteryControl Unit，电池控制系统)判断蓄电池电荷的电量，如果判断蓄电池电荷足够多时，可以通过蓄电池驱动PTC加热器25单独来给乘客舱加热，而不需要启动发动机来供暖，所以节省了汽油，不仅提高了效率，而且更环保。第三种工况，对长时间未启动的冷车，不宜高速行驶，在蓄电池电荷充分的情况下，可以利用PTC加热器25加热来进行暖车，使汽车动力系统很快进入较佳运行状态，减少不必要的磨损。这情况下，可根据乘客的需要选择性地控制风扇28的启动，从而实现是否对乘客舱输送暖气。
以上对本发明所提供的汽车空调进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变的空间。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围以所附权利要求的限定为准。
Claims (15)
1.一种汽车空调，其包括发动机、对发动机进行降温的发动机散热器及利用所述发动机产生的热量向需要被供暖的空间提供热量的空调供暖器，其特征在于：其还包括加热器，所述加热器可选择地对发动机和空调供暖器提供热量。
2.根据权利要求1所述的汽车空调，其包括发动机热管理系统，所述发动机热管理系统包括用导管连通的发动机散热器、发动机、泵、空调供暖器及在其中流动的冷却液，冷却液可在泵的驱动下流动，并可通过空调供暖器与需要被供暖的空间进行热交换而供暖，在泵的驱动下，冷却液至少可以选择性地按照两种循环流动：
第一循环，冷却液通过所述导管在所述发动机散热器和发动机之中流动；
第二循环，冷却液通过所述导管在所述发动机、加热器及空调供暖器之中流动，其中所述加热器可以对流过其中的冷却液加热。
3.根据权利要求2所述的汽车空调，其中，所述发动机热管理系统包括换向阀，通过所述换向阀使冷却液在第一循环和第二循环之间切换。
4.根据权利要求1所述的汽车空调，其中，所述加热器是电加热器。
5.根据权利要求4所述的汽车空调，其中，所述加热器是正温度系数电加热器。
6.根据权利要求1所述的汽车空调，其还包括与所述发动机热管理系统相对独立的空调制冷系统，所述空调制冷系统包括用导管连通的压缩机、空调冷凝器、膨胀阀、蒸发器及在其中流动的制冷剂。
7.根据权利要求6所述的汽车空调，其中，所述压缩机由所述发动机以外的动力源驱动。
8.根据权利要求6所述的汽车空调，其中，所述压缩机是由蓄电池供电的电动压缩机。
9.根据权利要求2所述的汽车空调，其还包括风扇，将空调供暖器散发的热量吹向需要被供暖的乘客舱。
10.根据权利要求4所述的汽车空调，其中，所述电加热器是利用发动机的机械能转化产生的电能加热。
11.一种汽车空调控制方法，其包括提供对发动机进行降温的发动机散热器并提供利用所述发动机产生的热量向需要被供暖的空间提供热量的空调供暖器，其特征在于：还包括提供加热器，可选择地控制所述加热器对发动机和空调供暖器提供热量。
12.根据权利要求11所述的方法，其提供包括发动机热管理系统，所述发动机热管理系统包括用导管连通的发动机散热器、发动机、泵、空调供暖器及在其中流动的冷却液，冷却液可在泵的驱动下流动，并可通过空调供暖器与需要被供暖的空间进行热交换而供暖，通过控制泵的驱动及控制路径的选择，可以选择性地使冷却液至少按照两种循环流动：
第一循环，冷却液通过所述导管在所述发动机散热器和发动机之中流动；
第二循环，冷却液通过所述导管在所述发动机、加热器及空调供暖器之中流动，其中所述加热器可以对流过其中的冷却液加热。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述发动机热管理系统包括换向阀，通过控制所述换向阀使冷却液在第一循环和第二循环之间切换。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述加热器是电加热器。
15.根据权利要求11所述的方法，其还包括提供与所述发动机热管理系统相对独立的空调制冷系统，所述空调制冷系统包括用导管连通的压缩机、空调冷凝器、膨胀阀、蒸发器及在其中流动的制冷剂，所述压缩机是由蓄电池供电的电动压缩机，其在不受发动机运行情况的影响下，控制压缩机的运行。
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