CN108001152A - 操作车辆空调系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法，该方法用于根据进入加热热交换器入口处的发动机冷却剂的温度和离开加热热交换器出口处的空气的温度之间的差值来操作车辆空调系统。根据本发明，检查进入加热热交换器入口处的冷却剂的和离开加热热交换器出口处的空气的测量或估计的温度，以确定它们的值是否表示空调系统的部件的故障状态。

Description

操作车辆空调系统的方法

技术领域

本发明涉及一种方法，该方法根据进入加热热交换器入口处的发动机冷却剂的温度和离开加热热交换器出口处的空气的温度之间的差值来操作车辆空调系统，并且本发明还涉及根据独立专利权利要求的前序部分的车辆空调系统。

背景技术

车辆空调系统的调节使用某些车辆参数以便调节风扇转速和空气分配。用于设定加热功率，并且因此设定风扇转速和空气分配的一个相关参数是发动机冷却剂温度。

现代高效率的内燃机具有用于发动机冷却剂的控制阀，这些控制阀以复杂的方式设置和调节。上述阀以这样的方式调节冷却剂流动，即在许多情况下，只要发动机冷却剂温度低于特定值，则不能向加热热交换器供应足够的热量。

如果使用发动机冷却剂温度作为风扇转速和空气分配的控制信号，则在许多情况下，结果是强烈的风扇转速和空气分配，而没有加热热交换器提供相应的热量，因此流入乘客舱的空气被乘客感觉为不愉快的冷和强烈。

US 2006/0157576 A1以通用方法的形式提供了这个问题的解决方案，其中通过车辆空调系统的加热热交换器的冷却剂质量流量根据进入加热热交换器入口处的冷却剂的温度和离开加热热交换器出口处的空气温度之间的差值来调节。

通过测量进入加热热交换器的入口处的冷却剂质量流量的温度和离开加热热交换器出口处的空气温度可以调节车辆内部的温度。或者，进入加热热交换器的入口处的冷却剂的温度和离开加热热交换器出口处的空气的温度之间的差值可以依赖于其他测量值通过加热热交换器的热交换特性的存储值来确定。

发明内容

本发明的目的是使已知类型的车辆空调系统更可靠和更有效。

上述目的通过具有独立专利权利要求的特征的方法和空调系统来实现。

从属专利权利要求指出了本发明的有利改进。

根据本发明，检查进入加热热交换器的入口处的冷却剂的和离开加热热交换器出口处的空气的测量或估计的温度，以确定它们的值是否表示空调系统的部件故障状态。

如果检测到任何故障状态，则可以提示驾驶员或早或晚地寻找车间，并且到那时空调系统的运行可以被修改为使得空调系统仍然足够程度的有效，而没有任何进一步损害的风险。

特别地，可以检查测量或估计的温度以确定它们的值是否表示加热热交换器的节制阀的故障、空调系统的混合阀的故障、在加热热交换器中低冷却剂水平或气泡的存在和/或冷却剂中防冻剂的不适当的浓度。

离开加热热交换器出口处的空气的温度可以通过直接测量来确定，或者基于在加热热交换器的出口处的散热片的测量温度来估计。

在本发明的进一步改进中，在要求最大加热功率或除霜运行的情况下，并非如与上述US 2006/0157576A1中的冷却剂质量流量，而是流过加热热交换器的空气量是根据在进入加热热交换器的入口处的发动机冷却剂的温度和离开加热热交换器出口处的空气的温度之间的差值来调节，特别地以这样的方式来调节，即促进车厢的加热，并且适用的情况下促进一些车辆驱动部件(例如内燃机和/或牵引电流电池)的加热。

虽然对于乘客室的舒适加热的有限的空气量调节本身已经是已知的，但是当要求最大加热功率或在除霜运行期间，迄今为止还没有实现加热的情况。然而，空气量的限制约为最大空气量的70至80％是已知的，前者是恒定的，并且与冷却剂温度无关。发明人已经确定，可变空气量对于最大加热功率和除霜器运行具有积极的影响，特别是根据发动机冷却剂温度和吹出空气温度之间的差值的空气量调节允许甚至比最大空气量的限制为80％的情况更快的加热。

在空气流量相对低的情况下，首先，进入车辆内部的空气的吹出温度升高，其次，在车辆内部的空气停留时间较长，并且因此更多的热量在空气离开内部之前被再次排出到该内部。

因此，即使没有检查其对空调系统的部件的故障状态的值，以温度依赖方式限制的空气量调节方式也是有用的。

流经加热热交换器的空气量可以通过风扇马达的旋转速度，特别是通过提供给风扇马达的电压以简单的方式进行调节。

在优选实施例中，空气量根据流入加热热交换器的空气量对发动机冷却剂的当前温度的预设依赖性来调节。

优选地，空气量被调节为使得在大约0℃的区域内的发动机冷却剂温度下，其是最大空气量的大约40至60％，并且随着发动机冷却剂温度的升高而大致线性增加，直到在50或60℃的发动机冷却剂温度下，其在最大空气量的大约80％的范围内，并且在更高的发动机冷却剂温度下仍保持在该值。

或者，可以调节空气量，使得在进入加热热交换器入口处的发动机冷却剂的温度和离开加热热交换器出口处的空气的温度之间的差值不大于可能为例如2°K的预设值。

附图说明

下面将基于附图描述示例性实施例。在附图中：

图1示出了根据当前发动机冷却剂温度的空气体积流量的曲线的示例；和

图2示出了根据当前发动机冷却剂温度(ECT)和其它变量的风扇电压曲线的示例。

具体实施方式

流经加热热交换器的空气量(以下也称为空气体积流量)大体上与施加到风扇的电压成比例，该风扇的电压至多略小于车辆中的最大可用电压。例如，在12.8伏特的车载电源系统中，提供给风扇的电压最大可以达到12伏特。

在要求最大加热功率或除霜运行模式的情况下，空气体积流量以如下温度依赖的方式进行控制。

如图1的曲线图所示，在发动机冷却剂温度大约为0℃时，空气体积流量被限制在大约50％，并且随着发动机冷却剂温度的升高而大致线性增加，直到在发动机冷却剂温度为50℃并且更高时，其大约为最大值的80％。

通过相应地设定风扇电压，可以方便地调节空气体积流量，如图2的曲线图所示，特别是在横坐标上所表明的依赖于当前发动机冷却剂温度(ECT)、环境温度(T_ambient)和恒温器的开启温度(T_{thermostat,opening})。这里，最小风扇电压是固定的预定义值，在这个例子中为车载电力系统电压的50％，该值允许仍然可感知的风扇噪声水平作为正确功能的声音确认。这里的最大风扇电压应该是车载电力系统电压的约80％。如果发动机冷却剂温度的和因此空调系统的吹出温度达到或超过限制值，则空气体积流量被限制在相应的最大值。

如图2中所示，空气体积流量对冷却剂温度的依赖性可以通过空调系统的软件存储，例如以查找表的形式。

如下所示的表1示出了具有空调系统的某种机动车辆类型的乘客室的加热计算值，该空调系统的风扇电压如图2中所示是当前冷却剂温度的函数。

表1

表1中规定的时间与申请人的标准测试程序有关。在这种情况下，首先将车辆冷却至-18℃。发动机起动后，车辆首先在怠速状态下运行10分钟，然后以50公里/小时的恒速运行30分钟，然后以100公里/小时的恒速运行10分钟，然后再次处于怠速状态10分钟。

从表1可以看出，在风扇电压的温度依赖性调节的情况下，可以比在恒定的风扇电压下显著更快地加热车厢。

或者，空气体积流量被调节使得进入加热热交换器的冷却剂的温度和从加热热交换器流出的空气的温度之间的差值不大于预定值，该预定值可以是例如2°K。以这种方式，车厢可以显著更快地加热。

因此，仅调节空气体积流量，而不是流过空调系统的加热热交换器并且依赖于除了空气体积流量以外的参数的冷却剂质量流量。在内燃机中，空气体积流量大体上由发动机的旋转速度和恒温器的功能获得。

在电池电动车辆和混合动力电动车辆中，其中所描述的方法同样可以应用，加热热交换器被热连接到牵引电流电池和电力电子设备，空气体积流量大体上由牵引电流电池的当前温度和电力电子设备的当前温度确定。

所描述的方法还可以有利地在加热热交换器的上游或下游包含PTC(正温度系数(Positive Temperature Coefficient))补充加热元件的情况下进行。这种PTC补充加热元件通常可用于电池电动车辆和混合动力电动车辆中，但是也可以在纯内燃机运行的车辆中使用。

特别是由于以下原因，以温度依赖的方式限制的所描述的空气量调节是有利的。在进入加热热交换器入口处的冷却剂温度低的情况下，在大的空气量的情况下，加热热交换器只有非常小的部分用于热传递，因为冷却剂在进入加热热交换器之后已经大体上冷却了。如果正好在离开加热热交换器之前冷却剂的温度达到环境温度，则将实现理想的热交换。换句话说，当加热热交换器入口空气温度和入口冷却剂温度之间存在小的差值时，空气量可以非常小(小至零)并且随着冷却剂温度的升高而增加。然而，太小的空气量可能导致车辆中的冷凝，并且因此在任何时候都需要最小的空气量来防止或消除冷凝，对于这个量，在这里假设为最大空气量的50％的值，然而，这取决于车辆、空气引导通道和空调系统的设计。

在没有所描述的空气量限制的情况下或本身已知限制为最大空气量的80％的情况下，当空气流量相对高时，空气的吹出温度将下降，并且空气将更快地流动通过内部，并且也会再次快速离开。

相反，在空气流量相对低的情况下，进入车辆内部的空气的吹出温度升高。结果是，空气在车辆内部的停留时间也更长，并且因此在空气再次通过抽出器离开内部之前，可以将更多的热量释放到内部。

由于进入加热热交换器入口空气温度和入口冷却剂温度的测量和调节，可以进行以下诊断：

·加热热交换器的节制阀正确运行或故障

·与入口空气温度相关的空调系统的混合阀正确运行或故障

·识别加热热交换器中的低冷却剂水平或气泡

·识别冷却剂中防冻剂的浓度

异常温度或温度差值表示空调系统部件的故障状态，并且不同的故障状态也可以相互区分，具体如下：

·加热热交换器节制阀的故障：

·冷却剂的温度上升，用于离开空调系统的空气的吹出温度传感器显示上升，然而，进入加热热交换器的入口处的温度传感器显示没有上升。

与吹出温度传感器相关的混合阀的故障：

·冷却剂的温度上升，用于离开空调系统的空气的吹出温度传感器显示没有上升，然而，加热热交换器入口处的温度传感器显示上升。

识别低冷却剂水平或气泡

或者

识别冷却剂中防冻剂的浓度：

在空调系统的加热热交换器中，冷却剂加热流入车辆内部的空气。热量的交换可以通过只能包含能够通过特征图的方式被电子测量、计算或存储的参数的方程来描述。可以从各个值计算理想地等于冷却剂的限定的热容量c_pc,ref(参考热容量)的值c_pc。在这种情况下公式关系如下：

这里：

c_pA是空气的热容，为T、p的函数

M_a是空气质量流量，为风扇级、车辆速度、空调系统的运行模式等的函数

T_Ai是进入加热热交换器入口处的空气的温度-->测量值(蒸发器温度传感器)

T_A0是离开加热热交换器出口处的空气温度-->通过新的传感器的测量值(或者：吹出温度传感器的测量值)

c_pc,ref是冷却剂的参考热容量

M_c是冷却剂质量流量，已知为发动机旋转速度、恒温控制、电压等的函数

T_ci是进入加热热交换器的冷却剂的温度-->等于发动机中的冷却剂温度，该温度可用作测量值

T_co是离开加热热交换器出口处的冷却剂温度-->从部件测试已知(取决于空气质量流量、T_ci、T_Ai、...)

是热交换器的交换程度。在部件测试中确定。也可以与T_co一起被确定(在这种情况下)

此处分配故障值，例如以下故障代码：

故障值故障代码

1...0.9无故障

0.9...0.7冷却剂防冻剂不足

0.7...0.2空气进入冷却剂回路中

0.2...0临界冷却剂损失

Claims (8)

1.一种方法，所述方法用于根据在进入加热热交换器入口处的发动机冷却剂的温度和离开所述加热热交换器出口处的空气的温度之间的差值来操作车辆空调系统，

其特征在于，

检查进入所述加热热交换器所述入口处的所述冷却剂的和离开所述加热热交换器所述出口处的所述空气的测量或估计的温度，以确定它们的值是否表示所述空调系统的部件的故障状态。

2.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，

检查所述测量或估计的温度以确定它们的值是否表示所述加热热交换器的节制阀的故障、所述空调系统的混合阀的故障、所述加热热交换器中的低冷却剂水平或低冷却剂水平或气泡的存在和/或所述冷却剂中防冻剂的不适当的浓度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

所述加热热交换器所述出口处的所述空气的所述温度是通过直接测量来确定的或基于所述加热热交换器的散热片的测量温度来估计的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在要求最大加热功率或在除霜运行模式的情况下，流经所述加热热交换器的空气量根据进入所述加热热交换器所述入口处的所述发动机冷却剂的温度和离开所述加热热交换器所述出口处的所述空气的温度之间的差值调节，具体地，以这种方式调节，即，促进车厢的加热并且在适用时促进车辆驱动部件的加热。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述空气量根据流入所述加热热交换器的空气量对所述发动机冷却剂的当前温度的预设依赖性来调节。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述空气量以这样的方式被调节，即，在0℃附近的区域中的发动机冷却剂温度下，所述空气量是最大空气量的大约40至60％，并且随着所述发动机冷却剂温度的升高而大致线性增加，直到所述发动机冷却剂温度为50或60℃，所述空气量在所述最大空气量的大约80％的范围内。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，

其特征在于，

评估结果用于计算关于燃料消耗或关于以给定燃料量可实现的续航里程的改进的潜力并且向驾驶员指示所述改进的潜力。

8.一种车辆空调系统，所述车辆空调系统具有用于在进入加热热交换器入口处的发动机冷却剂的温度的传感器，并且还具有用于在离开所述加热热交换器出口处的空气的温度的或者用于所述加热热交换器的出风区域的温度的传感器，

其特征在于，

所述空调系统配置为执行如前述权利要求中任一项所述的方法。