CN1074363C - 使用发热元件的车用加热装置 - Google Patents

Abstract

一种加热装置，有使用粘性流体的粘滞加热器，加热冷却水。当发动机转速低于与粘性流体温度有关的设定转速时，粘滞离合器接通，将发动机转动力传给加热器的转子。用此方法对发热腔中粘性流体施加剪切力，使循环冷却水由粘性流体产生的热量加热，提高了加热能力。当发动机转速高于设定转速时，离合器断开，不将发动机的转动力传给加热器转子，因此不会对粘性流体施加剪切力，由此防止粘性流体的油温过分升高至超过200℃。

Description

使用发热元件的车用加热装置

本发明涉及车用加热装置，该装置具有使用剪切力的发热元件，用于提高水冷发动机的冷却水温度。

通常所知的车用加热装置为热水型加热装置，用于加热客舱，其中将冷却水冷发动机的冷却水供给位于导管中的加热器芯，流过加热器芯的加热后的空气由风机吹至客舱，使客舱变暖。

此外，对于发动机发热量较小的车辆来说，例如具有柴油或贫油燃烧发动机的车辆，由于发动机的发热量太小，不能使其冷却水足够地加热，冷却水回路中的水温不能保持在预定值(例如80℃)，这样就出现客舱加热量不够的问题。

为克服这一缺陷，JP-A-2-246823中提出一种车用加热装置，其中将一种使用剪切力的发热元件布置在冷却水回路中，用于加热供给加热器中心的冷却水。

通过传输带机构和电磁离合器，发热元件将发动机的转动力传给一个轴，在一个壳体内形成一发热腔，在发热腔的外周形成冷却水通道。另外，一个与轴一起旋转的转子布置在发热腔内，转子旋转产生的剪切力施加给封装在发热腔内的粘性流体(例如硅油)使其发热，冷却水就被所产生的热量而加热。

然而，当一个调节发热器芯散热量的水阀布置在连接发热元件和加热器芯的冷却水管的中途时，如果水阀关闭，冷却水就不再循环到发热元件的冷却水回路，结果就出现发热腔中的冷却水被非正常加热的问题。

特别是当使用高粘性的硅油作为粘性流体时，如果高粘性硅油材料本身的油温被非正常加热至250℃或更高时，由于转子产生的剪切力，会出现机械恶化和热力恶化。一旦产生上述的机械恶化和热力恶化，粘性流体的粘度就会降低。这样，即使转子向粘性流体施加剪切力，其发热效率降低，出现的问题是，当容仓需要加热运行时，不能获得足够的加热量。

针对上述问题，本发明的目的就是提供一种车用加热装置，它能防止粘性流体被非正常加热。

还有，本发明的另一目的是提供一种车用加热装置，它通过优化发热元件的使用条件，使当客舱需要加热运行时就能够获得足够的加热量。

根据本发明，一种车用加热装置包括：加热用热交换器，它通过在水冷发动机的冷却水和吹进客舱的空气之间进行热交换而使车辆的客舱加热；具有转子和封存粘性流体的发热腔的发热元件，当发动机的转动力施加给转子时，转子转动，当转子的转动力所产生的剪切力施加给粘性流体时，它产生热量；剪切状态开关装置，通过从发动机传给转子的转动力来变换粘性流体的剪切状态；和物理量探测装置，用于测定与转子转速有关的物理量。当由物理量探测装置测出的物理量小于预定值时，一加热控制元件控制剪切状态开关装置，以减少发动机负荷。因此不会给发热腔中的粘性流体施加大的剪切力。这样，由于防止了粘性流体温度的过度升高，也就防止了粘性流体的机械恶化或热力恶化。采用这种方法，因为粘性流体的粘度和发热效率不会降低，因此从发动机供给加热用热交换器的冷却水可得到足够的加热并且加热能力不会降低。

当由物理量探测装置测出的物理量超过预定值时，加热控制元件可控制剪切状态开关装置，使发动机的负荷最小。

另外，剪切状态开关装置可以是一驱动力传输元件，用于将发动机的转动力传给转子。

再者，驱动力传输元件可包括一皮带传输机构，它利用所述转子将发动机的转动力传给发动机辅助设备的旋转体。在这种情况下，物理量探测装置是一转速传感器，用于测定旋转体的转速。

还有，物理量探测装置可以是运行状态探测装置，用于测定发动机的运行状态。

更具体地说，驱动力传输元件可包括一离合器，用于间断将所述转动力从发动机传输至发热元件的转子。在这种情况下，物理量探测装置是一转速传感器，用于测定离合器的转速。

另外，加热装置可进一步包括一冷却水温度传感器，用于测定冷却水的温度，加热控制元件根据冷却水温度传感器测出的冷却水温度控制所述的剪切状态开头装置。

除了测定与转子转速有关的物理量的物理量探测装置外，还可使用测定与所述发热腔中的粘性流体温度有关的物理量的物理量探测装置。

下面通过参考附图对最佳实施例进行详细描述，本发明的其它目的和优点将会一目了然。

图1是显示本发明第一实施例的车用空调装置完整结构的简图；

图2是显示第一个实施例中的发动机和传输带机构的简图；

图3是显示第一个实施例中的粘滞离合器和粘滞加热器的横断面图；

图4是显示第一个实施例中的粘滞加热器的横断面图；

图5是第一个实施例中的车用空调装置的电路方框图；

图6是第一个实施例中的空调电路元件(ECU)的控制程序流程图；

图7是显示在第一个实施例中由空调ECU执行的、与冷却水温度有关的粘滞加热器的控制特性曲线；

图8是第一个实施例中的发动机ECU的控制程序流程图；

图9是显示在第一个实施例中由发动机ECU执行的、与发动机转速有关的粘滞加热器的控制特性曲线；

图10是第二个实施例中的车用空调装置的电路方框图；

图11是显示第二个实施例中的粘滞离合器的衔铁和采集传感器的简图：即第二个实施例中的控制盘和温度控制杆的简图；

图12是第三个实施例中的车用空调装置的电路方框图；

图13是第三个实施例中的发动机和传输带机构的简图；

图14是第四个实施例中的车用空调装置的电路方框图；

图15是本发明第五个实施例的车用空调装置完整结构的简图；

图16是第五个实施例中的车用空调装置的电路方框图；

图17是第五个实施例中发动机ECU的控制程序流程图；

图18是第五个实施例中粘滞ECU的控制程序流程图；

图19是显示在第五个实施例中由粘滞ECU执行的、与粘性流体油温有关的粘滞加热器的控制特性曲线；

图20是第六个实施例中的车用空调装置的电路方框图；

图21是不同冷却水温度下转子转速和发热腔中粘性流体油温之间的关系曲线。

图1至9显示本发明的第一个实施例。图1显示车用空调装置的整体结构，图2显示发动机和传输带机构。

车用空调装置1配备有水冷柴油发动机EC以后称之为发动机)，它布置在车辆的发动机室中；空调元件(以后称之为A/C元件)2，用于客舱的空气调节；后部加热元件3，用来加热客舱后部；利用剪切力的发热元件4，该元件用来加热水冷发动机E的冷却水；空调ECU100(以后称之为A/VECU)，用于控制空调元件2和后部加热元件3；发动机ECU200(以后称之为E/G ECU)用于控制发动机E；以及其它元件。

发动机E具有环绕气缸体和气缸头的水套。在发动机E的输出轴(曲轴)11上装有曲轴皮带轮12，它与V型带6(以后叙述)相连。水套13布置在冷却水回路W中，冷却水在此循环。

在冷却水回路W中布置有水泵14，它使冷却水强制流动；散热器(未示出)，它通过使冷却水和空气进行热交换而使冷却水冷却；前部加热器芯15，它通过使冷却水和空气进行热交换而使空气加热；后部加热器芯16，它通过使冷却水和空气进行热交换而使空气加热；水阀，用于控制冷却水供给后部加热器芯16和切断供给；和其它元件。水泵14布置在发动机E水套13的上游侧并由发动机E的输出轴11驱动旋转。

A/C元件2由前部导管21、前部吹风机22、制冷循环、前部加热器芯和其它构件构成，在前部导管21的上风侧有一个可旋转的内部空气/外部空气转换风门24，用于选择性地打开和关闭外部空气进口24a和内部空气进口24b，以切换空气进口模式。在前部导管21的下风侧有一个可旋转的模式转换风门25，用于选择性地打开和关闭除霜器空气出口25a、除霜器空气出品25b和下部空气出口25c，以切换空气出口模式。

前部吹风机22由吹风机马达23驱动旋转，从而在前部导管21中产生吹向客舱的空气流。

制冷循环由后缩机(发动机的辅助设备，制冷剂压缩机)、冷凝器(制冷剂冷凝器)、接收器(气液分离器)、膨胀阀(减压设备)、蒸发器(制冷剂蒸发器)、将这些设备连接成环路的制冷剂管以及其它物件构成。

压缩机具有电磁离合器(以后称之后A/C离合器)27，压缩机压缩从蒸发器26吸入的制冷剂并将压缩后的制冷剂排向冷凝器。A/C离合器27与曲轴皮带轮12相连(见图1和图2)，曲轴皮带轮12通过V形带6装在发动机E的输出轴11上。当电流供至离合器27的电磁线圈上时，输出部分(衔铁、内轴套)被吸至输入部分(转子)，使旋转力传至压缩机。蒸发器26布置在前导管21中，以冷却流过此处的空气。

前加热器芯15布置在前导管21内，它位于蒸发器26的下游(上风侧)(相对气流方向)，在发热元件4的下游(相对冷却水流向)与冷却水回路W相连。前部加热器芯15通过使流过蒸发器26的空气与冷却水进行热交换而将空气加热。

在前部加热器芯15的上风侧具有一可旋转的空气混合风门28。空气混合风门28调整流过前加热器芯15的热风量和绕过前加热器芯15的冷风量之间的比率，使得吹进容仓的风温可被调节。空气混合风门28由致动器(风门动作装置)例如伺服电机29通过一个或多个连接板使其动作。

后部加热元件3由后部导管31、后部风机32、后部加热器芯16和其它物件构成。在后部导管31的下风侧开有一个下部空气出口(未示出)。

后部风机32由风机马达33驱动旋转，在后部导管31内产生吹向客舱的空气流。

后部加热器芯16布置在后部导管31内，在发热元件4的下游(相对于通过水阀17的冷却水流向)与冷却水回路W相连。后部加热器芯16通过使流过后部导管31的空气与冷却水进行热交换而将空气加热。

下面将参考图1-4简要描述发热元件4。图3和图4显示发热元件4。

发热元件4由与发动机E的输出轴11相连接并被其驱动的传输带机构5和具有轴8的发热装置9(以后称之为粘滞加热器)构成。

如图1和图2所示，传输带机构5包括挂在曲轴皮带轮上的多级型带和一个电磁离合器(以后称之为粘滞离合器)。曲轴皮带与输出轴11相连，电磁离合器与输出轴11(曲轴皮带轮12)相连并被其驱动。

V形带6通过粘滞离合器7将发动机E的转动力(驱动力)传给粘滞加热器9的轴8。在这一实施例中，V形带挂在A/C离合器27和粘滞离合器7上。

如图3所示，粘滞离合器7由通电时可产生磁力的电磁线圈41、由电动机E驱动的转子42、通过磁力被吸向转子42的衔铁43、通过片簧44与衔铁43连接并将转动力供给粘滞加热器9的轴8的内轴套45和其它物件构成。

电磁线圈41是将包覆绝缘材料的可导电铅线缠绕而成。电磁线圈41布置在定子46中并由环氧树脂固定模压在定子46中。定子46固定在粘滞加热器9的壳体10的前表面上。

周沿上挂有V形带6的V形皮带轮47通过连接手段例如焊接与转子42相连，该皮带轮47是一个旋转体(粘滞离合器7的输入部分)，它由发动机E的转动力驱动旋转，而转动力是通过V形带6传至此处的。转子42由U形断面的磁性材料形成，它通过轴承48可旋转地支撑在粘滞加热器9的壳体10的外周面上，轴承48则布置在壳体周面上。

衔铁43有一个由环形板形成的摩擦表面，它与转子42的环形板摩擦表面相对，它们之间有一空气间隙(例如0.5mm间隙)。衔铁43由磁性材料形成。当衔铁43受电磁线圈41的电磁力作用被吸至转子42的摩擦表面时，发动机E的旋转力从转子42传给衔铁43。

片簧44由固定件例如铆钉固定在衔铁43的外周面侧并通过固定件例如铆钉固定在内轴套45的内周面侧。片簧44是一弹性件，当停止向电磁线圈41供电时，片簧使衔铁43朝与转子42的摩擦表面分离(释放)的方向位移(在图中是朝左)，使衔铁43回到其初始位置。

内轴套45是粘滞离合器7的输出部分，其输入侧通过片簧44与衔铁43相连并被其驱动，输出侧通过键配合与粘滞加热器9的轴8相连并被轴所驱动。

粘滞加热器9是作为主热源的发动机E的辅助热源，它包括由发动机E通过V形带6和粘滞离合器7所驱动旋转的轴8，用于可旋转支承轴8的壳体10，将壳体10的内空间分隔成发热腔50和冷却水通道51的分离器52，可旋转地布置在壳体10中的转子53和其它物件。

轴8是一个输入轴，由紧固件例如螺栓54将其固定在粘滞离合器7的内轴套45上，它与衔失43一起旋转。通过轴承55和密封件56，轴8可旋转地布置在壳体10的内周面上。密封件56使用油封，以防止粘性流体的泄漏。

壳体10由例如铝合金的金属材料制成，将制成环形板的盖52通过紧固件，例如螺栓58紧固到壳体10的后端。在连接壳体10和盖7的表面上，设置有分离器52和密封件59。密封件59用油封，以防止粘性流体泄漏。

分离器52是一个由高热导率的金属例如铝合金制成的分隔部件。分离器52的外周部分夹在壳体10的筒形部分和盖57的筒形部分之间。在分离器52的前端表面和壳体10的后端表面之间形成一用于封存粘性流体(例如硅油)的发热腔，当在其中施加剪切力时，会产生热量。

在分离器52的后端表面和盖57之间形成冷却水通道51，它与外界液密封地分隔开来，冷却发动机E的冷却水在其中循环。另外，在分离器52下侧的后端表面上有若干整体成形的肋52a，它们基本上呈拱形，用于有效地将粘性流体的热量传给冷却水。

如果不用肋52a，则分离器52的后端面可制成凸形或凹形，或者在盖57的外壁表面上制出波纹肋和细针肋。另外，在分离器52和转子53之间，可形成迷宫式密封作为发热腔50。

从分离器52的后端面伸出一隔板52b，用于将上游水通道51a和下游水通道51b分隔开。在盖57靠近隔板52b处的外壁部分连接着进口冷却水管57a和出口冷却水管57b，冷却水从进口冷却水管57a流进并通过出口冷却水管57b流出。

转子53可旋转地布置在发热腔50中，并固定在轴后端部的外周面上。在转子53的外周面或两侧壁表面上，形成若干沟槽(未示出)。在相邻的沟槽之间形成突起。当发动机E的旋转动力供给轴8时，转子53与轴8一起旋转，对封装在发热腔50中的粘性流体产生剪切力。

下面将参照图1和图5-7对A/C ECU100进行简要描述。图5是车用空调装置的电路。

A/C ECU100是对A/C元件2的压缩机、粘滞加热器9和其它物件的冷却和加热设备进行计算机控制的电路。A/C ECU100是一个微处理机，其中装有CPU、ROM和RAM。

A/C ECU100根据输入信号通过控制冷却和加热设备执行客舱的空调控制，输入信号来自粘滞开关70、点火开关71、温度设定元件72、内部空气温度传感器73、外部空气温度传感器74、日光传感器75、冷却水温度传感器76后蒸发器的温度传感器77、E/G ECU200、予先存贮的控制程序(见图6)和其它物件。这些冷却和加热设备包括粘滞离合器7的电磁线圈41、前部风机22、内/外部空气转换门24、模式转换门25、空气混合风门28的伺股电机29、空调离合器继电器79和后部风机32以及其它物件。

粘滞开关70通过利用粘滞加热器9进行客舱的加热操作。当粘滞开关70接通时，加热运行信号输出给A/C ECU100。粘滞开关70是一个节约燃耗运行开关，用于优先地提高燃耗率(燃料经济)。当粘滞开关70接通时，燃耗运行信号输出给A/C ECU100。

点火开关71包括OFF、ACC、ST和IG各接头。OFF接头是定子运行开关，用于向A/C ECU100输送信号以给启动器供电。

温度设置元件72根据需要设置客舱温度，并将设置温度信号输给A/CECU100。

内部空气温度传感器73使用例如热敏电阻，探测客舱内的气温(内部空气温度)，将内部气隔探测信号输送给A/C ECU100。

外部空气温度传感器74使用例如热敏电阻，探测客舱外的气温(外部空气温度)，将外部气温探测信号输送给A/C ECU100。

日光传感器75使用例如光电二极管，探测进入客舱的日光量，并将日光探测信号输送给A/C ECU100。

冷却水温度传感器76使用例如热敏电阻，探测冷却水回路中的冷却水温度(在该实施例中，为粘滞加热器9的冷却水通道51的出口侧冷却水管51b处的水温)。冷却水温度传感器76将冷却水温探测信号输送给A/C ECU100。

后蒸发器的温度传感器77使用例如热敏电阻，探测从蒸发器28出来的空气温度，并将后蒸发器的温度探测信号输送给A/C ECU100。另外作为探测环境状况的装置，还可再使用一个布置在前部导管21的任一个空气出口处的出口空气温度传感器，用于探测吹进客舱的空气温度。

空调离合器继电器79由继电器线圈79a和继电器开关79b组成。当电流供给继电器线圈79a时，继电器开关79b关闭。这样电流就供给A/C离合器28。

下面将参照图1-7，描述A/C ECU100的粘滞加热器9的控制。图6是A/C ECU100的控制程序流程图。

首先输入各种传感器信号和开关信号(物理量探测装置，环境工况探测装置，冷却水温度探测装置：步骤S1)。

接下来确定粘滞开关70是否接通，也就是加热运行信号或节约燃耗运行开关是否输入(粘滞开关确定装置：步骤S2)。如果确定为“否”，就没必要对客舱进行加热，优先考虑的是提高发动机E的燃料消耗率。因此，粘滞离合器7的电磁线圈41断开，也就是说，停止向电磁线圈41供电，粘滞加热器9的转子53停转(步骤S3)。接着进行S1步骤。

另一方面，当确定为“是”时，根据予先贮存在贮存电路(例如ROM)中的、与冷却水温度有关的粘滞加热器的控制特性曲线(图7)，确定粘滞离合器7的电磁线圈是通还是断。即确定由冷却水温度传感器26探测到的冷却水温度是高于还是低于设定的冷却水温度(设定值)(冷却水温度确定装置：步骤S7)。

更准确地说，如图7的特性曲线所示，在设定冷却水温度(A：例如80℃)和设定冷却水温度(B：例如70℃)之间有一个滞后。当冷却水温度等于或高于设定冷却水温度时，电磁线圈41断路，而当冷却水温度等于或低于设定冷却水温度时，电磁线圈41接通。图7的特性曲线中有一个滞后环线；然而也可以没有滞后。

另外，当冷却水温度低于设定冷却水温度时，即与E/G ECU200相联系(S5)(向该处输送信号或从该处接收信号。接下来确定是否从E/G ECU200接收到了允许粘滞离合器7的电磁线圈被接通的允许信号(允许信号确定装置：步骤S6)。当确定为“否”时，进行S3步骤，粘滞离合器7的电磁线圈41断路。

当在S6步骤中确定为“是”时，粘滞离合器7的电磁线圈41接通，即电流供给粘滞离合器7的电磁线圈41使粘滞加热器9的转子53旋转(粘滞加热器执行装置：步骤S7)。接下来进行S1步骤。

下面将参照图1、5、8、9简要叙述E/G ECU200。

发动机控制系统的E/G ECU200是发动机E进行计算机控制的电路，发动机ECU200是一个装有CPU、ROM和RAM的微型计算机。

E/G ECU200根据来自发动机转速传感器81、车速传感器82、风门开度传感器83、A/C ECU100的输入信号和予先贮存的控制程序，对发动机E进行控制，其中有发动机E的空转速度控制、燃料注入量、燃料注入周期、进气风门、热线点火塞的电流供应和其它物量的控制。E/G ECU200也将A/C ECU100程序中所需的信号传输给A/C ECU100。

发动机转速传感器81对应着物理量探测装置或运行状态探测装置及发动机转速探测装置，该发动机转速探测装置探测发动机E的输出轴11的转速并将发动机转速信号输送给E/G ECU200。如果未用发动机转速传感器81、则可使用物理量探测装置测定粘滞加热器9的轴8或转子53的转速。

车速传感器82可使用例如簧片开关型速度传感器、光电开关型速度传感器或MRE(磁阻元件)型车辆传感器，它对应着车速探测装置，用来测定车辆的速度并将车速信号输送给E/G ECU200。

风门开度传感器83对应风门开度探测装置，用于测定布置在发动机E进气管中的节流阀开度并将风门开度信号输送给E/G ECU200。

下面将参照图1、5、8、9简要叙述E/G ECU200的粘滞加热器控制，图8是E/G ECU200的控制程序流程图。

首先将各种传器信号和开关信号输入(车速探测装置、风门开度探测装置、发动机转速探测装置：步骤S21)。

根据予先贮存在存储电路(例如ROM)中的与发动机转速有关的粘滞加热器的控制特性曲线(见图9)，确定粘滞离合器7的电磁线圈41是接通还是断开。即确定由发动机转速传感器81测定的发动机转速高于还是低于设定的发动机转速(设定值)(发动机转速确定装置、运行状态确定装置：步骤S22)。

更准确地说，如图9的特性曲线所示，在发动机转速1500(r.p.m)和发动机转速2500(r.p.m)之间有一个滞后。当发动机转速等于或高于设定发动机转速(高转速)时，电磁线圈41断开，而当发动机转速等于或低于设定发动机转速(低转速)时，电磁线圈41接通。图9的特性曲线中有一个滞后双线；然而也可以没有滞后。

由于发动机E的旋转驱动力通过V形带传给了粘滞加热器9的轴8，根据发动机转速由粘滞加热器9产生的热量增加，在发热腔50中的粘性流体由于受到非正常加热，使该粘性流体热恶化、机械恶化。因此如上所述，当发动机转速传感器81测定的发动机转速高于设定的发动机转速时，不允许粘滞离合器7的电磁离合器41接通的不允许信号就被传输给A/CECU100。

当在步骤S22中确定为“高转速”时，不允许粘滞离合器7的电磁离合器41接通的不允许信号输送给A/C ECU100(不允许信号输送装置：步骤S23)。接下来进入步骤S21，步骤S23中的程序可省略。

如果在S22步骤中确定为“低转速”，当在发动机以空载速度旋转的同时(空转状态)，给A/C元件2的压缩机和其它物件施加电载荷或给发动机的辅助设备施加驱动载荷时，进气量就增加，以逐步控制增加空转速度，称之为提高空转控制(步骤S24)。

当在S24步骤中提高空转控制的运行超过预定时间(例如0.5-1.5秒)后，允许粘滞离合器7的电磁离合器41接通的允许信号被传输给A/CECU100(允许信号输送装置：步骤S25)。接下来进入S21步骤中的运行。

下面将参照图1-9简要叙述该实施例空调装置1的运行。

当发动机E启动时，曲轴11旋转，发动机E的旋转驱动力通过皮带传输机构5的V形带6传给转子42。当粘滞开关70接通后，在冷却水温度低于设定的冷却水温度(设定值)且从E/G ECU200接收到了允许信号的情况下，粘滞离合器7的电磁线圈41接通。也就是说，当发动机转速低于设定的发动机转速时，电磁线圈41接通，衔铁43由电磁线圈41的磁动力吸至转子42的摩擦表面，将发动机E的旋转驱动力传给内轴套45和轴8。

这样，由于转子53与轴8一起旋转，就给发热腔50中的粘性流体施加了剪切力使其发热，因此，当已在发动机E的水套13中加热了的冷却水流过冷却水通道51时，冷却水通过肋52a吸收粘性流体的热而被加热。由粘滞加热器9加热了的冷却水供给前部加热器芯15，这样客舱就实现具有较大加热量的加热运行。

这里当发动机E启动时，曲轴11旋转，发动机E的旋转驱动力通过皮带传输机构5的V形带6传给转子42；然而即使满足粘滞加热器9使用的其它条件，当发动机转速高于设定的发动机转速时，粘滞离合器7的电磁线圈41也断开。因此，衔铁43不会被吸至转子42的摩擦表面，发动机E的旋转驱动力不传送给内轴套45和轴8。这时，转子42简单地空转，轴8和转子53不会旋转。这样就没有剪切力施加给发热腔50中的粘性流体，粘性流体的温度不会过量增加。

粘性加热器9的加热能力可根据封装在发热腔50中的粘性流体的粘性系数事先自由设定。即粘性流体的粘性系数越大，由转子53的旋转所施加的剪切力就越大。因此转子的发热能力增加，发动机E的载荷和燃耗率增加。另一方面，粘性流体的粘性系数越小，由转子53的旋转所施加的剪切力就变得越小，因此转子的发热能力减少，发动机E的载荷和燃耗率就降低。

如上所述，根据这一实施例，当不满足粘滞加热器9使用的任何一个条件时，粘滞离合器7的电磁线圈41断开，这样，发动机E的旋转驱动力就不会通过皮带传输机构5和粘滞离合器7传给粘滞加热器9，轴8和转子42不转。这时，没有向发热腔50中的粘性流体施加剪切力，粘性流体的温度不会过度上升。

这里如图21的曲线所示，发热腔50中的粘性流体非正常地产生热量，由剪切力造成粘性流体的热力恶化和机械恶化，结果就出现粘性流体发热效率降低的问题。然而在该实施例中，当发动机转速高于设置的发动机转速时，粘滞离合器7的电磁线圈41断开，这样就防止了这一问题。另外，通过使粘滞离合器7的电磁线圈41断开，驱动扭短不再施加给V形带6、V形皮带轮47、轴8和转子53，驱动载荷极大减少。这样可降低发动机E的燃耗率，燃料经济性能(运行费用)也可得以改善。

在该实施例中，当满足粘滞加热器9使用的所有条件时，粘滞离合器7的磁线圈41接通，发动机E的旋转驱动力通过皮带传输机构5和粘滞离合器7传给粘滞加热器9。这样，通过运行粘滞加热器9，使循环流过粘滞加热器9的冷却水通道51的冷却水吸收了粘性流体所产生的热，并将其供至前部加热器芯15和后部加热器芯16。

用这种方法，流进前部加热器芯15和后部加热器芯16的冷却水的温度增加，使冷却水回路W中的冷却水温度能基本保持在预定的冷却水温度(例如80℃)。这样增加了前部加热器芯15或后部加热器芯16的散热量，使流过前部加热器芯15或后部加热器芯16后的充分加热了的空气能吹进客舱，可防止客舱的加热能力降低。

在该实施例的空调装置1中，当E/C ECU100没有从E/G ECU200接收到允许信号时，粘滞离合器7的电磁线圈41断开，使驱动发动机E和皮带传输机构5的驱动载荷(驱动扭矩)极大减少，这样可降低发动机E的燃耗率，燃料经济性能(运行费用)可得的改善。另外可防止产生噪音，例如由V形带6的滑动式粘滞离合器7而产生的卡搭噪音，车辆的运行性能和驱动性能(可驱动的能力)也得到改善。

下面将叙述本发明的第二个实施例。

图10、11显示了本发明的第二个实施例。图10是车用空调装置1的电路，图11显示粘滞离合器的衔铁和采集传感器。

在该实施例中，使用自动空调系统作为车用空调装置。在这一实施例中，在粘滞离合器7的衔铁43的外周上具有一个或几个突起84，用于在面对突起84时传输电信号(脉冲信号)的采集传感器85(物理量探测装置，转速探测装置)布置在衔铁43的周侧。

E/G ECU200根据来自采集传感器85的每单位时间的电信号数计算衔铁43的转速。当计算转数高于设定转数(当粘性流体温度高于例如180-200℃时的转速)时，粘滞离合器7的电磁线圈41断开，使轴8和转子53停转，以防止发热腔50中的粘性流体温度过量升高。用这种方法，可获得与第一个实施例相似的效果。

下面叙述本发明的第三个实施例。图12、13是本发明的第三个实施例。图12是车用空调装置1的电路，图13显示发动机和传输带机构。

在这一实施例中，使用自动空调系统作为车用空调装置。在该实施例中，挂在发动机E曲轴11上的曲轴皮带轮12和粘滞离合器7转子42的V形皮带轮47之间的皮带传输机构5的V形带6还挂在压缩机61(发动机辅助设备)的A/C离合器的V形皮带轮62上、水泵14(发动机辅助设备)的转子的V形皮带轮63上、交流发电机64(发动机辅助设备，AC发电机)的转子V形皮带轮65上。

在该实施例中，具有一采集传感器86(物理量探测装置、转速探测装置)，用于探测下列任一转速：压缩机61的A/C离合器(旋转体)的转速、水泵14的转子(旋转体)的转速、或交流发电机64的转子(旋转体)的转速。

E/G ECU200根据来自采集传感器85的每单位时间的电信号数计算辅助设备的转速。为计算转数高于设定转数(当粘性流体温度高于例如180-200℃时的转速)时，粘滞离合器7的电磁线圈41断开，使轴8和转子53停转，以防止发热腔50中的粘性流体温度过量升高。用这种方法，可获得与第一个实施例相似的效果。

下面将叙述本发明的第四个实施例。

图14是车用空调装置的电路。

在该实施例中，使用手动空调系统作为空调装置。在车用空调装置1的电路中，取代A/C ECU100的是空调模拟电路101(以后称之为A/C模拟电路)和粘滞模拟电路(加执控制元件)102，电路101实现对A/C元件2的模拟控制，电路102实现对粘滞离合器7的模拟控制。

A/C摸拟电路101的输入部分与E/G ECU200、各种传感器等相连。A/C模拟电路101的输出部分与前部风机22、空气混合风门28的伺服电机29、后部风机32、空调离合器继电器在79的继电器线圈79a和E/G ECU200相连。

粘滞模拟电路102的输入部分与点火开关71的ST接头和IG接头、粘滞开关70、冷却水湿度开关91、转速探测开关92和E/G ECU200相连。粘滞摸拟电路102的输出部分与E/G EC200和粘滞离合器7的电磁线圈41相连。

当冷却水回路3中循环的冷却水温度(在该实施例中为粘滞加热器9的冷却水通道51的出口侧冷却水管57b处的冷却水温度)高于预定温度A(例如80℃)时，冷却水温度开关91打开，当外部空气温度低于预定温度A或其它预定温度B(例如70-75℃)时，开关91关闭。

当曲轴11(V形带6，粘滞离合器的衔铁43，粘滞加热器9的转子53)的转速高于设定转速A(例如2500r.p.m)时，对应着物理量探测装置或运行状态探测装置的转速探测开关92关闭，当曲轴11(V形带6，粘滞离合器的衔铁43，粘滞加热器9的转子53)的转速低于另一设定转速B(例如1500r.p.m)时，开关92打开。

另外，当接到粘滞摸拟电路102确定粘滞离合器接通而传来的接通(ON)信号时，E/G ECU200根据发动机E的转速、车速、风门开度或冷却水温度进行计算或判断，并向粘滞模拟电路102输送一允许信号或不允许信号，以允许或不允许A/C元件2或粘滞加热器9接通。

在该实施例中，即使粘滞开关70或冷却水温度开关91接通(关闭)，当转速探测开关92接通(关闭)时，粘滞离合器7的电磁线圈41仍由粘滞摸拟电路102将其断开，使粘滞加热器9的轴8和转子53停转，以防止在发热腔50中的粘滞流体的温度过分升高。用这种方法，可获得与第一个实施例相似的效果。

下面将叙述本发明的第五个实施例。

图15至图19显示第五个实施例，图15显示车用空调装置的整体结构，图16是车用空调装置的电路。

在该实施例中，车用空调装置1包括A/C元件2，与发动机E的曲轴11连接并被其驱动的皮带传输机构5、粘滞加热器9、控制A/C元件2的A/C离合器27的电磁线圈的A/C ECU100、控制发动机E的E/G ECU200、控制粘滞离合器7的电磁线圈41的粘滞ECN300带。

A/C元件工具有与第一实施例中相同的结构。当A/C离合器7接通，将旋转驱动力通过V形带6传给压缩机时，蒸发器将流过导管21的空气冷却并干燥。传输带机构5具有与第一实施例中相同的结构，它包括挂在发动机E曲轴皮带轮12上的V形带6和通过V形带与曲轴11连接并被其驱动的粘滞离合器7。

E/G ECU200与A/C ECU100的输入部分相连，空调离合器继电器79的继电器在线圈79a与A/C ECU100的输出部分相连。E/G ECU200的输入部分与发动机转速传感器81、车速传感器82，风门开度传感器83、冷却水温度传感器87、A/C ECU100、和粘滞ECU300相连。E/G ECU200的输出部分也与A/C ECU100和粘滞ECU300相连。

粘滞ECU300的输入部分与粘滞开关70、点火开头71、油温传感器78和E/G ECU200相连。还有，粘滞ECU300的输出部分与粘滞加热器9的粘滞离合器7的电磁线圈41和E/GECU200相连。

冷却水温度传感器81使用例如热敏电阻，它对应着冷却水温度探测装置，用于测定冷却水回路W中的冷却水温度(在该实施例中，为流出发动机E的冷却水温度)，并将冷却水温度探测信号输送给E/G ECU200。

油温传感器78使用例如热敏电阻，它对应着油温探测装置，用于测定发热腔50(图3)中粘性流体(高粘性硅油)的温度并输出油温探测信号。

下面将参照图15-17，简要叙述E/G ECU200粘滞加热器控制。图17是E/G ECU200的控制程序流程图。

首先输入各种传感器信号和开关信号(步骤S31)。

接着根据予先贮存在存储电路(例如ROM)中的与冷却水温度有关的、粘滞加热器的控制特性曲线(见图7)确定粘滞离合器7的电磁线圈41是通还是断。即确定由冷却水温度传感器76测定的冷却水温度是高于还是低于设定的冷却水温度(设定值例如为70-80℃)。(冷却水温度确定装置：步骤S32)。

当在步骤S32中确定为“高温”时，将不允许粘滞离合器7的电磁线圈41接通的不允许信号、传给粘滞ECU300(不允许信号传送装置：步骤S33)。接着进入步骤S31，步骤S33的程序也可以省略。

当在步骤S32中确定为“低温”时，根据予先贮存在存储电路(例如ROM)中的、与发动机转速有关的粘滞加热器的控制特性曲线(见图9)确定粘滞离合器7的电磁线圈41是通还是断。即确定由发动机转速传感器81探测的发动机转速是高于还是低于设定的发动机转速(设定值例如为2500-5000r.p.m)(步骤S34)。当确定为“高转速”时，进入步骤S33将不允许信号输送给粘滞ECU300。

当在步骤S34中确定为“低转速”时，进行提高空转速度的控制，称之为提高空转控制(步骤S35)。当在S24步骤中进行提高空转控制超过一预定时间时(例如0.5-1.5秒)，允许粘滞离合器7的电磁线圈41接通的允许信号传给粘滞ECU300(允许信号传输装置：步骤S36)。然后进入步骤S31。

如上所述，粘滞加热器9的运行或停运是根据与粘性流体油温有关的发动机转速(转子转速)来控制的。因此，在发热腔50中的粘滞流体油温过分升高超过200℃时所对应的发动机转速下，粘滞离合器7的电磁线圈41断开。在该实施例中，由于粘滞流体油温直接由粘滞ECU300测得，因此不需要通过发动机转速来控制粘滞加热器。

下面将参照图15至19简要叙述该实施例中粘滞ECU300的粘滞加热器控制。图18是粘滞ECU300的控制程序流程图。

首先输入各种传感器信号和开关信号(物理量探测装置，油温探测装置：步骤S41)。

接着确定粘滞开关是通还是断(步骤S42)。当确定为“否”时，电磁线圈41断开(步骤S43)。接着进入步骤S41。

当在步骤S42中确定为“是”时，根据予先贮存在存储电路(例如ROM)中的、与粘性流体油温有关的粘滞加热器的控制特性曲线(见图19)确定粘滞离合器7的电磁线圈41是通还是断。即确定由油温传器78测出的粘性流体的油温是高于还是低于设定油温(设定值)(物理量确定装置、油温确定装置：步骤S44)。当确定为“高温”时，进入步骤S43，粘滞离合器7的电磁线圈41断开。

更准确地说，对于设定油温，如图19的特性曲线所示，在设定油温(A：例如200℃)和设定油温(B：例如180℃)之间给出一滞后。当油温等于或大于设定油温时，电磁线圈41断开，而当油温等于或低于设定油温时，电磁线圈41接通。图19的特性曲线给出一滞后环线，然而也可以不给滞后。

由于发动机E的旋转驱动力通过V形带传给粘滞加热器9的轴8，因此随发动机转速粘滞加热器9产生的热量增加，发热腔50中的粘性流体由于受到非正常加热而造成粘性流体的热力恶化和机械恶化。因此如上所述，当发动机转速传感器81测出的发动机转速高于设定的发动机转速时，不允许粘滞离合器F的电磁线圈41接通的不允许信号就被传给A/C ECU100。

另外，当在S44步骤中确定为“低温”时，与E/GECU200进行互通(传给信号或从那里接收信号)(步骤S45)。接着确定是否从E/G ECU200处接收到允许粘滞离合器7的电磁线圈41接通的允许信号(允许信号确定装置：步骤S46)。

当确定为“否”时，进入步骤S43，粘滞离合器7的电磁线圈41断开。当确定为“是”时，粘滞离合器7的电磁线圈41接通。接着进入步骤S41。

通常，如果使用高粘性的硅油作为粘性流体，当高粘性硅油材料本身的温度如果被过度加热至超过例如200℃时，会因剪切力造成粘性流体的热力恶化和机械恶化。然而在该实施例中，当发热腔50中的粘性流体油温超过设置油温例如180-200℃)时，粘滞离合器7的电磁线圈41断开，转子53停转。这样剪切力就不再施加给发热腔50中的粘性流体。

因此，防止粘性流体的油温过量升高至超过200℃，就不会因剪切力发生粘性流体的热力恶化和机械恶化。这样，由于发热腔中粘性流体的发热效率不会降低，因此当粘滞加热器9运行时，从发动机E供至前部加热器芯15的冷却水可得到充分加热，因此能获得足够的加热量。

下面将叙述本发明第六个实施例。图20是第六个实施例中车用空调装置的电路。

粘滞模拟电路102的输入部分与点火开关71的ST接头和IG接头、粘滞开关70、转速探测开关92、油温开关93、和E/G ECU200相连。

当发热腔中粘滞流体的温度(油温)超过预定温度A(例如200℃)时，油温开关93闭合，当粘滞流体油温低于预定温度A或另外的预定温度B(例如180-200℃)时，油温开头93打开。

在该实施例中，即使粘滞开关接通(闭合)，当转速探测开头92或油温开头93接通(闭合)时，粘滞模拟电路102仍将粘滞离合器7的电磁线圈41断开，使粘滞加热器9的轴8和转子53停转，以防止发热腔50中的粘滞流体油温过分升高。用这种方法可获得与第一实施例相似的效果。在该实施例中，可省略转速探测开关92。

在上述的各实施例中，传输带机构5的粘滞离合器7都与发动机E的曲轴11相连并被其驱动，以驱动粘滞加热器9的轴8；然而，粘滞离合器7可直接与发动机E的曲轴11相连，以驱动粘滞加热器9的轴8。另外，在发动机E的输出轴11和粘滞离合器7之间或在粘滞离合器7和粘滞加热器9的轴8之间，可连接驱动力传输部件(驱动力传输装置)，例如具有至少一极齿轮的齿轮传动和V形带型无级传动。

还有，省略粘滞离合器7,V形无级式传动带可与发动机E的曲轴11相连并被其驱动，以驱动粘滞加热器9的轴8。在这种情况下，可优化V形无级式传动带的输入皮带轮和输出皮带轮之间的速比，使得粘滞加热器9运行时，发动机E的驱动载荷和传输装置例如V形无级式传动带的驱动力可被控制为最小值。

在上述各实施例中，皮带传输机构5的V形带6都挂在粘滞离合器7和空调离合器27上，然而，皮带传输机构5的V形带6可挂在粘滞离合器7和发动机的辅助设备上，例如将冷气吹向散热器的吹风机、用于动力转向的液压泵、将流体供至自动传输机构的液压泵、将润滑油供给发动机E或传输机构的液压泵、或给装在车上的电池充电的交流发电机。

在上述的各实施例中，都使用水冷柴油机作为发动机E；然而也可使用其它水冷发动机例如汽油发动机。

在上述各实施例中，本发明都应用于能对客舱进行加热运行和冷却运行的车用空调装置；然而本发明也可应用于仅能对客舱进行加热运行的车用空调装置。

在上述各实施例中，使用冷却水温度传感器76探测粘滞加热器9的冷却水通道51的出口侧冷却水管57b处的水温；然而也可使用冷却水温度传感器或冷却水温度开关探测前部加热器芯15或后部加热器芯16的进口侧的冷却水温度。另外也可使用冷却水温度传感器或冷却水开头探测发动机E进口侧的冷却水温度。

尽管参照附图结合最佳实施例对本发明进行了全面描述，然而应当注意，对本领域技术人员来说，各种修改和变形将是显而易见的。这种变形和修改包括在本发明的权利要求限定的范围内。

Claims (11)

1．一种用于加热具有水冷内燃发动机的车辆客舱的加热装置，所述的加热装置包括：

加热用热交换器，它通过在所述水冷发动机的冷却水和吹进所述客舱的空气之间进行热交换而使所述客舱加热；

利用剪切力的发热元件，所述的发热元件具有转子，当所述发动机的转动力施加其上时，转子转动；封装粘性流体的发热腔，当所述转子的转动力所产生的剪切力施加给粘性流体时，它产生热量；和冷却水通道，其中的冷却水在所述发动机和所述加热用热交换器之间循环，所述的发热元件通过在所述发热腔中的粘性流体的发热而使供给所述加热用热交换器的冷却水加热；

剪切状态开关装置，通过从所述发动机传给所述转子的转动力来变换粘性流体的剪切状态；

物理量探测装置，用于测定与所述转子的转速有关的物理量；

加热控制元件，当由所述物理量探测装置测出的物理量超过预定值时，控制所述剪切状态开头装置以减少所述发动机的负荷。

2．根据权利要求1所述的加热装置，其中当由所述物理量探测装置测出的物理量超过预定值时，所述加热控制元件控制所述的剪切状态开关装置，使所述发动机的负荷最小。

3．根据权利要求1所述的加热装置，其中所述的剪切状态开关装置是一种驱动力传输元件，用于将所述发动机的转动力传给所述转子。

4．根据权利要求3所述的加热装置，其中所述的驱动力传输元件包括一种皮带传输机构，它利用所述转子将所述发动机的转动力传给所述发动机辅助设备的旋转体，

所述的物理量探测装置是一种转速传感器，用于测定所述旋转体的转速。

5．根据权利要求1所述的加热装置，其中所述的物理量探测装置是运行状态探测装置，用于测定所述发动机的运行状态。

6．根据权利要求3和4中之一所述的加热装置，其中

所述的驱动力传输元件包括离合器，用于间断从所述发动机向所述发热元件的所述转子传送转动力，

所述的物理量探测装置是一转速传感器，用于测定所述离合器的转速。

7．根据权利要求1所述的加热装置，还包括：

测定冷却水温度的冷却水温度传感器；

其中所述的加热控制元件根据所述冷却水温度传感器测出的冷却水温度控制所述的剪切状态开关装置。

8．一种用于加热具有水冷内燃发动机的车辆客舱的加热装置，所述的加热装置包括：

加热用热交换器，它通过在所述水冷发动机的冷却水和吹进所述客舱的空气之间进行热交换而使所述客舱加热；

利用剪切力的发热元件，所述的发热元件具有转子，当所述发动机的转动力施加其上时，转子转动；封装粘性流体的发热腔，当所述转子的转动力所产生的剪切力施加给粘性流体时，它产生热量；和冷却水通道，其中的冷却水在所述发动机和所述加热用热交换器之间循环，所述的发热元件通过在所述发热腔中的粘性流体的发热而使供给所述加热用热交换器的冷却水加热；

剪切状态开关装置，通过从所述发动机传给所述转子的转动力来变换粘性流体的剪切状态；

物理量探测装置，用于测定与所述发热腔中粘性流体的温度有关的物理量；

加热控制元件，当由所述物理量探测装置测出的物理量超过预定值时，控制所述剪切状态开关装置以减少所述发动机的负荷。

9．根据权利要求8所述的加热装置，其中当由所述物理量探测装置测出的物理量超过预定值时，所述加热控制元件控制所述的剪切状态开关装置，使所述发动机的负荷最小。

10．根据权利要求8所述的加热装置，其中所述的剪切状态开关装置是一驱动力传输元件，用于将所述发动机的转动力传给所述的转子。

11．根据权利要求10所述的加热装置，其中所述的驱动力传输元件包括离合器，用于间歇地从所述发动机向所述发热元件的所述转子传送转动力。

Images