CN109094330A - 一种汽车空调暖风系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车空调暖风系统及控制方法，包括：暖风加热器；发动机冷却机构；暖风加热器进水管，用于将冷却液由发动机冷却机构传送到暖风加热器中；暖风加热器出水管，用于将冷却液由暖风加热器传送到发动机冷却机构内；控制阀，用于控制暖风加热器进水管的开启或关闭；第一水泵，用于控制暖风加热器内的冷却液的流量；暖风加热器温度传感器；发动机冷却机构温度传感器；空调控制机构，用于接收暖风加热器温度传感器和发动机冷却机构温度传感器采集到的温度，并根据温度控制控制阀和第一水泵的开启或关闭。本发明通过设置水泵用以调控进入到暖风加热器内的水的流量，从而有效的控制暖风加热器的出风口的温度。

Description

一种汽车空调暖风系统及控制方法
技术领域
本发明涉及汽车空调技术领域，特别是一种汽车空调暖风系统及控制方法。
背景技术
汽车的空调暖风系统可以将车内的空气或车外吸入车内的空气加热以提高车内的温度。汽车的空调暖风系统有许多类型，按照热源可以分为热水取暖型、废气取暖型和燃气取暖型。目前热水取暖型应用较为广泛。
热水取暖型多数使用发动机冷却液作为热源。当发动机冷却液温度较高时，冷却液流过暖风系统中的热交换器(一般称为暖风小水箱)，将鼓风机送来的空气与发动机冷却液进行热交换，空气加热后被鼓风机通过各出风口送入车内。
采用热水取暖型空调暖风系统存在如下缺陷：热水取暖型的空调暖风系统的水流量受发动机水泵影响，而发动机水泵的工作功率受发动机转速的影响。若发动机转速高，则发动机水泵的工作功率大，空调暖风系统的水流量大；发动机转速低，则发动机水泵的工作效率小，空调暖风系统的水流量小。因此，这种热水取暖型的空调暖风系统的发热量无法和空调的供热需求相匹配。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车空调暖风系统，以解决现有技术中的不足，它能够有效的控制暖风加热器的出风口的温度。
本发明提供了一种汽车空调暖风系统，包括：
暖风加热器，用于提供冷却液与鼓风机吹进的冷空气的换热场所；
发动机冷却机构，用于为冷却液提供热量；
暖风加热器进水管，用于将冷却液由所述发动机冷却机构传送到所述暖风加热器中；
暖风加热器出水管，用于将冷却液由所述暖风加热器传送到所述发动机冷却机构内；
控制阀，设置在所述暖风加热器进水管上，用于控制所述暖风加热器进水管的开启或关闭；
第一水泵，设置在所述暖风加热器出水管上，用于控制所述暖风加热器内的冷却液的流量；
暖风加热器温度传感器，设置在所述暖风加热器的出口位置，用于测量换热后的冷却液的温度；
发动机冷却机构温度传感器，用于测量所述发动机冷却机构流入到所述暖风加热器内的冷却液的温度；
空调控制机构，用于接收所述暖风加热器温度传感器和所述发动机冷却机构温度传感器采集到的温度，并根据温度控制所述控制阀和所述第一水泵的开启或关闭。
如上所述的一种汽车空调暖风系统，其中，可选的是，还包括节温器，所述发动机冷却机构温度传感器设置在所述节温器内；所述发动机冷却机构包括冷却液出口和冷却液入口，冷却液出口通过三通阀分别连接至节温器和暖风加热器进水管；所述暖风加热器出水管通过节温器连接至所述冷却液入口。
如上所述的一种汽车空调暖风系统，其中，可选的是，所述节温器和所述冷却液入口之间还设置有第二水泵，所述第二水泵连接至电机控制机构。
一种采用上述的汽车空调暖风系统的控制方法，主要步骤如下：
S101：获取暖风加热器进水管内的冷却液温度Te，比较冷却液温度Te与控制阀的低温阈值T0以判断是否开启控制阀，仅当Te>T0时空调控制机构开启控制阀；
S102：获取供热温差ΔT：获取暖风加热器出水管内的冷却液温度Th，并根据S101中获取的Te得到供热温差ΔT，其中ΔT＝Te-Th；
S103：根据供热温差ΔT判断暖风加热器温度传感器或发动机冷却机构温度传感器的故障与否；判断供热温差ΔT是否在最小极限温差ΔT1和最大极限温差ΔT3之间，若是则执行步骤S104，否则发出暖风加热器温度传感器或发动机冷却机构温度传感器处于故障状态的信号；
S104：判断是否开启第一水泵：比较平衡极限温差ΔT2与供热温差ΔT以判断是否需要开启第一水泵，当ΔT大于ΔT2时开启第一水泵，否则关闭第一水泵。
如上所述的汽车空调暖风系统的控制方法，其中，可选的是，其中冷却液温度Te由发动机温度传感器测量；控制阀的低温阈值T0为发动机正常运转状态下发动机冷却机构内冷却液的温度值。
如上所述的一种汽车空调暖风系统的控制方法，其中，可选的是，暖风加热器出水管内的冷却液温度Th由所述暖风加热温度传感器测得，冷却液温度Th表示流经暖风加热器的冷却液和鼓风机吹进的冷空气换热后的温度值，供热温差ΔT表示冷却液和鼓风机吹进的冷空气换热后温度的损失量。
如上所述的一种汽车空调暖风系统的控制方法，其中，可选的是，所述最小极限温差ΔT1为0℃，所述最大极限温差ΔT3为100℃。
如上所述的一种汽车空调暖风系统的控制方法，其中，可选的是，
所述供热温差ΔT满足以下两个公式：
式一：当需求暖风加热器出风温度达到Cn时，则单位时间内通过暖风加热器的空气获得的热量Q1＝(Cn-Cw)×M1×C1；
其中Cn表示空调暖风系统出风口的目标出风温度；
Cw表示鼓风机吹进的冷空气的温度；
M1表示通过暖风加热器的空气流量；
C1表示空气比热容；
式二：冷却液在通过暖风加热器前后损失的热量Q2＝ΔT×M2×C2；
其中M2表示通过暖风加热器的冷却液流量；
C1表示空气比热容；
C2表示冷却液的比热容；
当暖风加热器换热平衡时，Q1＝Q2，可以得到：
ΔT＝[(Cn-Cw)×M1×C1]/(M2×C2)＝K/M2
其中K＝[(Cn-Cw)×M1×C1]/C2；
如上所述的一种汽车空调暖风系统的控制方法，其中，可选的是，所述平衡极限温差ΔT2＝K/M，其中M为流经暖风加热器的目标冷却液流量。
与现有技术相比，本发明通过设置水泵用以调控进入到暖风加热器内的水的流量，从而有效的控制暖风加热器的出风口的温度。并且设置了暖风加热器温度传感器用以测量冷却液温度的损失，从而通过空调调控机构进行自动的调节。
附图说明
图1是本发明实施例提供的汽车空调暖风系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的汽车空调暖风系统的控制方法的步骤；
图3是本发明实施例提供的汽车空调暖风系统的控制方法的流程示意图；
附图标记说明：1-暖风加热器，2-发动机冷却机构，21-冷却液出口，22-冷却液入口，3-暖风加热器进水管，4-暖风加热器出水管，5-控制阀，6-第一水泵，7-暖风加热温度传感器，8-节温器，9-第二水泵。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明的实施例：如图1所示，公开了一种汽车空调暖风系统，包括：暖风加热器1、发动机冷却机构2、暖风加热器进水管3、暖风加热器出水管4、控制阀5、第一水泵6、暖风加热器温度传感器7、发动机冷却机构温度传感器和空调控制机构。
所述暖风加热器1用于提供冷却液与鼓风机吹进的冷空气的换热场所；暖风加热器1内流动有高温的冷却液，冷却液是流经发动机的冷却液，冷却液在流经发动机过程中为发动机降温，所以将发动机的热量吸收从而形成高温的冷却液。同时在鼓风机的作用下低温的空气从暖风加热器1的外侧流动，低温的空气与暖风加热器1内流动的高温的冷却液发生热传递从而实现低温的空气的加热。
所述发动机冷却机构2用于为冷却液提供热量，发动机冷却机构2其实质为发动机的冷却装置，其内流动有冷却液，用于为发动机降温，发动机冷却机构2内流动的冷却液在为发动机降温后形成高温的冷却液；发动机冷却机构2的冷却液出口连接至暖风加热器1，将发动机冷却机构2内对发动机冷却后的高温冷却液传送到暖风加热器1内。
所述暖风加热器进水管3一端与所述发动机冷却机构2的冷却液出口连接，另一端连接至所述暖风加热器1，所述暖风加热器进水管3用于将冷却液由所述发动机冷却机构2传送到所述暖风加热器1中；
所述暖风加热器出水管4一端与所述暖风加热器1连接，另一端与所述发动机冷却机构2连接，用于将与冷空气热交换后的低温的冷却液由所述暖风加热器1传送到所述发动机冷却机构2内进行循环再加热；所述暖风加热器进水管3和所述暖风加热器出水管4均可以为市面上常见的管道，其目的是传送冷却液，只要能达到上述目的的管道都满足要求。
所述控制阀5设置在所述暖风加热器进水管3上，用于控制所述暖风加热器进水管3的开启或关闭，从而实现控制是否采用暖风加热器进水管3进行传送冷却液；相比于现有技术中发动机冷却机构2直接连接至暖风加热器1本公开的技术方案在两者之间添加了控制阀5以控制冷却液是否进入到所述暖风加热器1内，从而得以控制暖风加热器1的换热效率。
所述第一水泵6设置在所述暖风加热器出水管4上，用于控制所述暖风加热器1内的冷却液的流量；相比于现有技术来说本公开的技术方案新增加了第一水泵6用于控制流经暖风加热器1内的冷却液的流动速度，从而得以控制所述暖风加热器1的换热效率。现有技术中通过发动机水泵控制进入暖风加热器1内的冷却液的流量，发动机水泵的开启受发动机状态的影响，所以不对暖风加热器1进行有效的控制，因此本申请在原有技术的基础上增加了第一水泵6以单独的控制进入暖风加热器1内的冷却液的水量，从而能够对暖风加热器1的加热效率进行调整。
所述暖风加热器温度传感器7设置在所述暖风加热器1出口位置，用于测量换热后的冷却液的温度；所述发动机冷却机构温度传感器，用于测量所述发动机冷却机构2流入到所述暖风加热器1内的冷却液。所述暖风加热器传感器7和所述发动机冷却机构温度传感器均连接至空调控制机构，空调控制机构连接至控制阀5和第一水泵6，空调控制机构接所述暖风加热器温度传感器7和所述发动机冷却机构温度传感器采集到的温度，并根据两者的温度情况以控制所述控制阀5和所述第一水泵6的开启或关闭，从而起到调节暖风加热器1的作用。
所述汽车空调暖风系统还包括节温器8，所述发动机冷却机构温度传感器设置在所述节温器8内；所述发动机冷却机构2包括冷却液出口21和冷却液入口22，冷却液出口21通过三通阀分别连接至节温器8和暖风加热器进水管3；所述暖风加热器出水管4通过节温器8连接至所述冷却液入口22。冷却液从发动机冷却机构2内流出一部分冷却液通过三通阀进入到节温器8内，节温器8内的发动机冷却机构传感器对冷却液的温度进行测量，并将测量数据传递到空调控制系统。同时从发动机冷却机构2流出的另一部分冷却液通过三通阀连接至暖风加热器进水管3，用于将冷却液传递到暖风加热器1内。
所述节温器8和所述冷却液入口22之间还设置有第二水泵9，所述第二水泵9连接至电机控制机构。第二水泵9就是发动机控制水泵其目的是控制发动机内的冷却液的流动速度，第二水泵9由单独的电机控制机构进行控制，该水泵的主要作用是循环发动机冷却机构2内冷却液的流量，其虽然也能加速暖风加热器1内冷却液的流量但是对其起到的作用有限不能进行有效的对暖风加热器1内冷却液的流量进行控制。所以本申请在此基础上增加了第一水泵6和控制阀5以对暖风加热器1内冷却液的流量进行控制。
如图2和图3所示，本发明还公开了如上述所述的汽车空调暖风系统的控制方法，其包括如下步骤：
首先打开汽车空调，设定室内温度，空调控制机构进行判断以决定是否需要空调进行加热，上述过程现有技术中常见的判断方式，例如可以通过在汽车室内设置温度传感器，然后将温度传感器测量的温度传送到空调控制机构，空调控制机构根据车内温度和预设定的室内温度的阈值判断是否需要开启暖风系统。只有当室内温度低于暖风系统开启阈值的时候才需要开启暖风系统，具体的暖风系统开启步骤如下：
S101：获取暖风加热器进水管3内的冷却液温度Te，比较冷却液温度Te与控制阀的低温阈值T0的关系以判断是否开启控制阀5：仅当Te>T0时空调控制机构开启控制阀5；而如果Te＜T0，控制阀5不开启，第一水泵6也不开启。其中冷却液温度Te由发动机温度传感器测量；控制阀的低温阈值T0为发动机正常运转状态下发动机冷却机构2内冷却液的温度值。因为冬季气温偏低，发动机工作过程前需要预热，此时发动机发热效率有限，其不能为冷却液提供足够的热量，因此为使发动机发热效率正常使冷却液温度足够高，所以在冷却液温度较低时先切断暖风系统。因为即使此时接通暖风系统，空调出风口也因为冷却液温度过低而吹出冷风，起不到采暖的作用。同时也会造成发动机升温缓慢，无法达到发动机理想的工作温度，所以在这里设置了一个低温阈值T0，该低温阈值表示发动机正常运转产热时对冷却液加热的温度，该值可由具体试验获得。
S102：获取供热温差ΔT：获取暖风加热器出水管4内的冷却液温度Th，并根据S101中获取的Te得到供热温差ΔT，其中ΔT＝Te-Th；暖风加热器出水管4内的冷却液温度Th由所述暖风加热温度传感器7测得，冷却液温度Th表示流经暖风加热器的冷却液和鼓风机吹进的冷空气换热后的温度值，供热温差ΔT表示冷却液和鼓风机吹进的冷空气换热后温度的损失量。供热温差ΔT其表示冷却液在流经暖风加热器1后与冷空气热交换后造成的热量的损失，其能很好的表示冷却液是否能够为冷空气提供足够的热量。当供热温差ΔT较大时表示热量损失较为严重，说明此时暖风系统供热不足，流经暖风加热器的冷却液的热量不足，此时可以通过增加冷却液的流量来解决。而当供热温差ΔT较小时表示热量损失较为小，表示此时暖风系统供热充足，其冷却液的热量足够可以降低流经暖风加热器1内冷却液的流量，以达到节能的效果。
S103：根据供热温差ΔT判断暖风加热器温度传感器7或发动机冷却机构温度传感器的故障与否；判断供热温差ΔT是否在最小极限温差ΔT1和最大极限温差ΔT3之间，若是则执行步骤S104，否则发出暖风加热器温度传感器7或发动机冷却机构温度传感器处于故障状态的信号。由于ΔT＝Te-Th，而一般情况下暖风加热器进水管3内的冷却液温度Te大于暖风加热器出水管4内的冷却液温度Th，因此供热温差ΔT的数值不会出现负数，所以可以将最小极限温差ΔT1设计成0℃，如果实际测得的供热温差ΔT小于最小极限温差ΔT1也就是出现了负数，则表示了暖风加热器温度传感器7或发动机冷却机构温度传感器的出现了故障。同样的也需要设定一个最大极限温差ΔT3，在这里将最大极限温差ΔT3设计成100℃，因为发动机的热能产生有限不会超过100℃，所以一旦最大极限温差ΔT3超出这个数值，则表示暖风加热器温度传感器7或发动机冷却机构温度传感器出现了故障。
S104：判断是否开启第一水泵：比较平衡极限温差ΔT2与供热温差ΔT以判断是否需要开启水泵当ΔT大于ΔT2小于ΔT3时开启第一水泵，此时控制阀也是开启的，而当ΔT大于ΔT1小于ΔT2的时候需要关闭第一水泵，此时控制阀处于开启状态。平衡极限温差ΔT2为暖风系统平衡状态时供热温差ΔT值，该状态时冷却液的流量不多也不少，正好满足车内采暖的需求。该数值通过试验测得。在T3＞ΔT＞T2时，第一水泵6打开，以增加暖风加热器1内冷却液的流量。第一水泵的功率根据需要增加的流量大小调整，由空调控制机构进行控制。通过第一水泵单独的控制进入到暖风加热器内的冷却液的流量从而控制暖风加热器的加热效率。
其中具体的所述供热温差ΔT满足以下条件：
暖风系统开启时，鼓风机风量恒定，通过暖风加热器1的空气流量M1恒定。暖风系统开启时，由于空调模式为外循环，空调进风温度为车外空气温度，也就是鼓风机吹进的冷空气的温度为Cw。假设空调暖风系统出风口的目标出风温度为Cn，则暖风系统单位时间内需求的热量Q1满足如下公式：
Q1＝(Cn-Cw)×M1×C1
Q1：单位时间内通过暖风加热器的空气获得的热量；
M1：通过暖风加热器的空气流量
C1：空气比热容
由于暖风系统需求的热量全部来自暖风加热器内流动的发动机冷却液，如文中所述，进暖风加热器的冷却液的温度为Te，经过暖风加热器的冷却液的温度为Th，供热温差ΔT满足以下条件：
ΔT＝Te-Th，
设通过暖风加热器的冷却液流量M2，冷却液的比热容是C2，则冷却液在通过暖风加热器前后损失的热量Q2为：
Q2＝ΔT×M2×C2
在暖风加热器换热平衡时，冷却液损失的热量Q2基本等于通过暖风加热器的空气获得的热量Q1，即：
Q1＝Q2，因此有：
(Cn-Cw)×M1×C1＝ΔT×M2×C2
换算该等式：
ΔT＝((Cn-Cw)×M1×C1)/(M2×C2)
因为(Cn-Cw)，M1，C1，C2均为常数，该式可写成：
ΔT＝K/M2，
其中K＝[(Cn-Cw)×M1×C1]/C2；
即供热温差ΔT是关于冷却液流量M2的反比例函数。供热温差ΔT越大则冷却液流量M2越小。
所述平衡极限温差ΔT2＝K/M，其中M为流经暖风加热器的目标冷却液流量。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种汽车空调暖风系统，其特征在于，包括：
暖风加热器，用于提供冷却液与鼓风机吹进的冷空气的换热场所；
发动机冷却机构，用于为冷却液提供热量；
暖风加热器进水管，用于将冷却液由所述发动机冷却机构传送到所述暖风加热器中；
暖风加热器出水管，用于将冷却液由所述暖风加热器传送到所述发动机冷却机构内；
控制阀，设置在所述暖风加热器进水管上，用于控制所述暖风加热器进水管的开启或关闭；
第一水泵，设置在所述暖风加热器出水管上，用于控制所述暖风加热器内的冷却液的流量；
暖风加热器温度传感器，设置在所述暖风加热器的出口位置，用于测量换热后的冷却液的温度；
发动机冷却机构温度传感器，用于测量所述发动机冷却机构流入到所述暖风加热器内的冷却液的温度；
空调控制机构，用于接收所述暖风加热器温度传感器和所述发动机冷却机构温度传感器采集到的温度，并根据温度控制所述控制阀和所述第一水泵的开启或关闭。
2.根据权利要求1所述的汽车空调暖风系统，其特征在于：还包括节温器，所述发动机冷却机构温度传感器设置在所述节温器内；所述发动机冷却机构包括冷却液出口和冷却液入口，冷却液出口通过三通阀分别连接至节温器和暖风加热器进水管；所述暖风加热器出水管通过节温器连接至所述冷却液入口。
3.根据权利要求2所述的汽车空调暖风系统，其特征在于：所述节温器和所述冷却液入口之间还设置有第二水泵，所述第二水泵连接至电机控制机构。
4.一种如权利要求1-3任一所述的汽车空调暖风系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101：获取暖风加热器进水管内的冷却液温度Te，比较冷却液温度Te与控制阀的低温阈值T0以判断是否开启控制阀，仅当Te>T0时空调控制机构开启控制阀；
S102：获取供热温差ΔT：获取暖风加热器出水管内的冷却液温度Th，并根据S101中获取的Te得到供热温差ΔT，其中ΔT＝Te-Th；
S103：根据供热温差ΔT判断暖风加热器温度传感器或发动机冷却机构温度传感器的故障与否；判断供热温差ΔT是否在最小极限温差ΔT1和最大极限温差ΔT3之间，若是则执行步骤S104，否则发出暖风加热器温度传感器或发动机冷却机构温度传感器处于故障状态的信号；
S104：判断是否开启第一水泵：比较平衡极限温差ΔT2与供热温差ΔT以判断是否需要开启水泵，仅当ΔT大于ΔT2时开启第一水泵，否则关闭第一水泵。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于,其中冷却液温度Te由发动机温度传感器测量；控制阀的低温阈值T0为发动机正常运转状态下发动机冷却机构内冷却液的温度值。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于,暖风加热器出水管内的冷却液温度Th由所述暖风加热温度传感器测得，冷却液温度Th表示流经暖风加热器的冷却液和鼓风机吹进的冷空气换热后的温度值，供热温差ΔT表示冷却液和鼓风机吹进的冷空气换热后温度的损失量。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述最小极限温差ΔT1为0℃，所述最大极限温差ΔT3为100℃。
8.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于,所述供热温差ΔT满足以下两个公式：
式一：当需求暖风加热器出风温度达到Cn时，则单位时间内通过暖风加热器的空气获得的热量Q1＝(Cn-Cw)×M1×C1；
其中Cn表示空调暖风系统出风口的目标出风温度；
Cw表示鼓风机吹进的冷空气的温度；
M1表示通过暖风加热器的空气流量；
C1表示空气比热容；
式二：冷却液在通过暖风加热器前后损失的热量Q2＝ΔT×M2×C2；
其中M2表示通过暖风加热器的冷却液流量；
C1表示空气比热容；
C2表示冷却液的比热容；
当暖风加热器换热平衡时，Q1＝Q2，可以得到：
ΔT＝[(Cn-Cw)×M1×C1]/(M2×C2)＝K/M2
其中K＝[(Cn-Cw)×M1×C1]/C2。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述平衡极限温差ΔT2＝K/M，其中M为流经暖风加热器的目标冷却液流量。
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