CN111942100A - 一种汽车空调系统及其控制方法 - Google Patents

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CN111942100A CN202010649185.4A CN202010649185A CN111942100A CN 111942100 A CN111942100 A CN 111942100A CN 202010649185 A CN202010649185 A CN 202010649185A CN 111942100 A CN111942100 A CN 111942100A
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高彩辰
康宁
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    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
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    • B60H1/06—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant from cooling liquid of the plant directly from main radiator

Abstract

本发明提供一种汽车空调系统及其控制方法。汽车空调系统包括：热泵系统与发动机热回收系统；其中所述热泵系统设有车外换热器、压缩机、节流装置、车内换热器，所述车内换热器包括车内冷凝器和车内蒸发器；所述发动机热回收系统设有发动机换热箱与辅热换热器，其中所述发动机换热箱用于吸收发动机的余热，辅热换热器用于释放发动机的余热；所述车内冷凝器、车内蒸发器、辅热换热器设置在HVAC箱体中，HVAC箱体设有出风口；所述空调系统设有行车制冷模式、驻车制热模式、行车辅热模式、驻车除霜模式。本发明能够降低空调系统的能耗，节约车内空间，提高空调系统使用的便利性、操作便捷性，能够减少零部件数量、节省成本。

Description

一种汽车空调系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及车载空调相关技术领域，尤其涉及一种汽车空调系统及其控制方法。
背景技术
随着能源和环境问题的日益突出，混合动力车逐渐在汽车领域占有越来越重要的地位，而空调系统作为汽车的重要组成部分在混合动力车中也是必不可少的，但是传统燃油车辆的空调系统一般是由发动机驱动压缩机运行，不适用新兴的混合动力车型。
目前大多混合动力车空调系统分为：驻车空调系统(停车时使用24V电运行，蓄电池供电，一般只有制冷模式)、行车时空调系统(皮带轮压缩机由发动机运行时带动运行，且只有制冷模式，耗油)、发动机余热利用系统(载冷剂吸收发动机内部燃烧后的余热，通过水泵驱动载冷剂流入车内换热器与车内空气进行换热)，个别有PTC辅助制热系统，使用不够便利，油耗大，压缩车内空间，成本高。而上述几种空调系统不能很好的整合到一起，限制了空调系统的性能，对于节能减排也不能起到积极作用。
特别是对于动力要求较高，耗能较高的牵引车，空调系统的性能不仅决定了车辆的经济性能，还对车辆的舒适性、便捷性起到了重要作用。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种汽车空调系统及其控制方法，至少用于解决现有技术中汽车空调能耗高的技术问题，具体地：
第一方面，本发明提供一种汽车空调系统，包括：
热泵系统与发动机热回收系统；其中
所述热泵系统设有车外换热器、压缩机、节流装置、车内换热器，所述车内换热器包括车内冷凝器和车内蒸发器；
所述发动机热回收系统设有发动机换热箱与辅热换热器，其中所述发动机换热箱用于吸收发动机的余热，辅热换热器用于释放发动机的余热；
所述车内冷凝器、车内蒸发器、辅热换热器设置在HVAC箱体中，HVAC箱体设有出风口；
所述空调系统设有行车制冷模式、驻车制热模式、行车辅热模式、驻车除霜模式；
所述车内冷凝器用于热泵系统在驻车制热模式运行时与所述车外换热器、压缩机、节流装置连接形成制热循环向HVAC箱体释放热量；
所述车内蒸发器用于热泵系统在行车制冷模式运行、驻车除霜模式运行时与所述车外换热器、压缩机、节流装置连接形成制热循环向HVAC箱体释放冷量；
所述辅热换热器用于热泵系统在行车辅热模式运行时释放热量。
进一步可选地，所述压缩机的排气口与排气总管连通，所述排气总管与三通阀连通并通过所述三通阀分成第一支管和第二支管，
所述车内冷凝器的第一端口与所述第一支管连通，所述车内冷凝器的第二端口与第三支管连通；
所述第二支管上设置第一三通管，吸气总管上设置第二三通管，所述第一三通管和所述第二三通管通过管路连通，并在所述第一三通管和第二三通管之间的管路上设置第一电磁阀；
所述车内蒸发器的第一端口通过第三三通管与所述第三支管连通，并在所述第三支管与所述车内蒸发器之间设置第二电磁阀，所述车内蒸发器的第二端口与所述第二三通管连通；
所述节流装置包括设置在所述第三支管上的第一节流阀。
进一步可选地，所述吸气总管上设置气液分离器。
进一步可选地，所述第三支管上设置有闪发器，所述闪发器通过补气管与所述压缩机的补气口连通，所述补气管上设置第三电磁阀。
进一步可选地，所述第一节流阀位于所述闪发器与所述车内换热器之间的管路上，
在所述闪发器与所述车外换热器之间的管路上设置有第二节流阀。
进一步可选地，所述HVAC箱体上设置回风口，所述回风口包括与所述车内冷凝器对应的第一回风口和与所述车内蒸发器对应的第二回风口，并且所述HVAC箱体内设置车内风机，所述车内风机使气流从所述回风口流入所述HVAC箱体，再通过所述HVAC箱体的出风口流出。
进一步可选地，所述HVAC箱体出风口包括吹面吹出口、吹脚吹出口、吹窗吹出口，当空调系统处于不同的运行模式时，所述HVAC箱体可被控制通过吹面吹出口和/或吹脚吹出口和/或吹窗吹出口吹风。
进一步可选地，所述HVAC箱体内设置有风门，所述风门设置在所述车内冷凝器和所述车内蒸发器之间，
所述风门用于使所述车内冷凝器与所述辅热换热器位于换热流路内，或者，
所述风门使所述车内蒸发器与所述辅热换热器位于换热流路内。
进一步可选地，还包括控制系统，所述控制系统包括温度检测装置和控制器，所述温度检测装置与所述控制器相连，所述控制器根据所述温度检测装置的检测温度控制所述热泵系统和所述发动机热回收系统的运行，
所述温度检测装置设置多个，多个所述温度检测装置分别设置在所述车内换热器、车外换热器、辅热换热器和发动机换热箱上。
第二方面，本发明提供一种上述汽车空调系统的控制方法，
所述行车制冷模式包括如下控制：所述热泵系统开启，所述三通阀与所述第一支管连通，所述第一电磁阀关闭，所述第二电磁阀开启，所述车内蒸发器接入冷媒回路，所述发动机热回收系统关闭；
所述驻车制热模式包括如下控制：所述热泵系统开启，所述三通阀与所述第二支管连通，所述第一电磁阀开启，所述第二电磁阀关闭，所述车内冷凝器接入冷媒回路，所述发动机辅热回收系统关闭；
所述行车辅热模式包括如下控制：所述热泵系统关闭，所述发动机热回收系统开启，使所述发动机换热箱内的水在所述辅热换热器和所述发动机换热箱之间循环；
所述驻车除霜模式包括如下控制：所述热泵系统开启，所述三通阀与所述第一支管连通，所述第一电磁阀关闭，所述第二电磁阀开启，所述车内蒸发器接入冷媒回路，所述发动机换热箱内的水在所述辅热换热器和所述发动机换热箱之间循环。
进一步可选地，当所述热泵系统运行时，需要进行补气时，开启所述第三电磁阀，不需要补气时，关闭所所述第三电磁阀。
本发明将热泵系统和发动机热回收系统进行整合统一控制，节省空间及使用主要零部件的数量，降低成本，减少油耗，满足不论是驻车或是行车、制冷或制热。本发明能够降低空调系统的能耗，节约车内空间，提高空调系统使用的便利性、操作便捷性，能够减少零部件数量、节省成本。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明实施例汽车空调系统结构示意图；
图2示出本发明实施例行车制冷模式原理图；
图3示出本发明实施例驻车制热模式原理图；
图4示出本发明实施例行车辅热模式原理图；
图5示出本发明实施例驻车除霜模式原理图。
图中：
1、压缩机；2、三通阀；310、车内冷凝器；320、车内蒸发器；410、第一电磁阀；420、第三电磁阀；430、第二电磁阀；510、第二节流阀；520、第一节流阀；6、闪发器；7、车外换热器；8、车外风机；910、外环感温包；920、第一内环感温包；930、第二内环感温包；940、发动机换热箱感温包；10、气液分离器；11、HVAC箱体；1210、第一回风口；1220、第二回风口；13、风门；14、车内风机；1510、吹面出风口；1520、吹脚出风口；1530、吹窗出风口；16、辅热换热器；17、水泵；18、发动机换热箱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
本发明将热泵系统和发动机热回收系统进行整合统一控制，节省空间及使用主要零部件的数量，降低成本，减少油耗，满足不论是驻车或是行车、制冷或制热。以下结合具体实施例对本发明进行详细介绍。
本发明提供一种汽车空调系统，适用于油电混合动力车型，例如混动式牵引车，空调系统包括：热泵系统，包括压缩机1、三通阀2、车外换热器7、与车外换热器7对应设置的车外风机8、车内换热器，压缩机1的排气口与排气总管连通，排气总管与三通阀2连通并通过三通阀2分成与车内换热器连通的第一支管和与车外换热器7连通的第二支管，具体地，三通阀2的a3端口与排气总总管连通，第一支管与三通阀2的b3端口连通，第二支管与三通阀2的第三端口c3连通，车外换热器7通过第三支管与车内换热器连通，第三支管上设置有第一节流阀520，车内换热器通过吸气总管与压缩机1的吸气口连通；
发动机热回收系统，包括辅热换热器16，辅热换热器16通过循环管与发动机换热箱18连通，循环管上设置有水泵17，循坏管将发动机换热箱18的冷媒进口和出口分别对应辅热换热器16的冷媒出口和进口连通，水泵17提供驱动力，使载冷剂在辅热换热器16和发动机换热箱18之间进行循环，吸收发动机换热箱18的热量，并能在辅热换热器16换热降温；
控制系统，包括温度检测装置和控制器，温度检测装置与控制器相连，控制器根据温度检测装置的检测温度控制热泵系统和发动机热回收系统的运行。
具体地，车内换热器包括车内冷凝器310和车内蒸发器320，车内冷凝器310的第一端口与第一支管连通，车内冷凝器310的第二端口与第三支管连通。第二支管上设置第一三通管，吸气总管上设置第二三通管，第一三通管和第二三通管通过管路连通，并在第一三通管和第二三通管之间的管路上设置第一电磁阀410。
车内蒸发器320的第一端口通过第三三通管与第三支管连通，并在第三支管与车内蒸发器320之间设置第二电磁阀430，车内蒸发器320的第二端口与第二三通管连通。
吸气总管上设置气液分离器10，以便将液体冷媒分离出来，避免液体冷媒进入压缩机1内。
优选地，第三支管上设置有闪发器6，闪发器6通过补气管与压缩机1的补气口连通，补气管上设置第三电磁阀420，用于控制补气管的通断。第一节流阀520位于闪发器6与车内换热器之间的管路上，优选地，在闪发器6与车外换热器7之间的管路上设置有第二节流阀510。
进一步地，还包括HVAC箱体11，车内冷凝器310、车内蒸发器320和辅热换热器16设置在HVAC箱体11内，优选地，车内冷凝器310和车内蒸发器320并排设置，辅热换热器16设置在车内冷凝器310和车内蒸发器320的下游侧，使经过车内冷凝器310或车内蒸发器320的气流都会流经辅热换热器16。
并且HVAC箱体11上设置出风口和回风口，优选地，出风口包括吹面出风口1510、吹脚出风口1520和吹窗出风口1530，并且多个出风口可以单独开启或同时开启多个，以使出风方式更加多样化，提高舒适度；回风口包括与车内冷凝器310对应的第一回风口1210和与车内蒸发器320对应的第二回风口1220；HVAC箱体11内设置车内风机14，车内风机14使HVAC箱体11内形成气体流路，并使气流从回风口流入HVAC箱体11，再通过出风口流出。
HVAC箱体11内设置有风门13，风门13设置在车内冷凝器310和车内蒸发器320之间，风门13用于使车内冷凝器310与辅热换热器16位于换热流路内，或者，风门13使车内蒸发器320与辅热换热器16位于换热流路内。优选地，风门13构造为挡板结构，当挡板结构遮挡车内冷凝器310时，气流由第二回风口1220流入，流经车内蒸发器320和辅热换热器16之后由出风口流出；当挡板结构遮挡车内蒸发器320时，气流由第一回风口1210流出，流经车内冷凝器310和辅热换热器16后由出风口流出。
优选地，温度检测装置包括设置在车内换热器、车外换热器7、辅热换热器16和发动机换热箱18上的温度检测装置，优选地，温度检测装置为感温包，具体包括：设置在车内换热器上的外环感温包910、设置在车内冷凝器310上的第一内环感温包920、设置在车内蒸发器320上的第二内环感温包930和设置在发动机换热箱18上的发动机换热箱感温包940，分别用于检测不同位置的温度情况，为控制器提供控制参数。
本发明还提供一种汽车空调系统的控制方法，汽车空调系统根据车辆的运行状态其运行模式包括：
行车制冷模式，在车辆行驶过程中，通过热泵系统进行制冷；
驻车制热模式，在车辆停车过程中，通过热泵系统进行制热；
行车辅热模式，在车辆行驶过程中，通过发动机热回收系统进行制热；
驻车除霜模式，在车辆停车过程中，热泵系统进行化霜运行，同时发动机热回收系统运行，避免车内吹冷风。
具体地，
行车制冷模式，如图2所示，热泵系统开启，三通阀2与第一支管连通，第一电磁阀410关闭，第二电磁阀430开启，车内蒸发器320接入冷媒回路，发动机热回收系统关闭。
压缩机1排出的高温高压冷媒经过三通阀22的a3端与c3端进入车外换热器7，冷却放热后经过第一电子膨胀阀510，节流降压后进入闪发器6，如需使用补气系统，则中温中压冷媒一部分通过第二电磁阀430及压缩机1补气口进入压缩机1中压腔，另一部分冷媒经过第二电子膨胀阀520，如不需要补气系统，则第二电磁阀430关闭，冷媒经过闪发器6、第二电子膨胀阀520，节流降压后通过第三电磁阀420进入车内蒸发器320，蒸发吸热后进入汽液分离器10，最后低温低压的冷媒进入压缩机1吸气。
驻车制热模式，如图3所示，热泵系统开启，三通阀2与第二支管连通，第一电磁阀410开启，第二电磁阀430关闭，车内冷凝器310接入冷媒回路，发动机辅热回收系统关闭。
压缩机1排出的高温高压冷媒经过三通阀2的a3端与b3端进入车内冷凝器310，冷凝放热后通过第三电磁阀420流经第二电子膨胀阀420，节流降压后进入闪发器6，如需使用补气系统，则中温中压冷媒一部分通过第二电磁阀430及压缩机1补气口进入压缩机1中压腔，另一部分冷媒经过第一电子膨胀阀510，如不需要补气系统，则第二电磁阀430关闭，冷媒经过闪发器6、第一电子膨胀阀510，节流降压后进入车外换热器7，蒸发吸热后流经第一电磁阀410进入汽液分离器10，最后低温低压的冷媒进入压缩机1吸气。
行车辅热模式，如图4所示，热泵系统关闭，发动机热回收系统开启，水泵17运行，使辅热换热器16内的载冷剂在辅热换热器16和发动机换热箱18之间循环。
常温的载冷剂通过水泵17的压力作用进入发动机换热箱18，吸热后进入辅热换热器16，放热后回到水泵17。
驻车除霜模式，热泵系统开启，三通阀2与第一支管连通，第一电磁阀410关闭，第二电磁阀430开启，车内蒸发器320接入冷媒回路，水泵17运行，使辅热换热器16内的载冷剂在辅热换热器16和发动机换热箱18之间循环。
压缩机1排出的高温高压冷媒经过三通阀2的a3端与c3端进入车外换热器7，冷却放热后经过第一电子膨胀阀510，节流降压后进入闪发器6，如需使用补气系统，则中温中压冷媒一部分通过第二电磁阀430及压缩机1补气口进入压缩机1中压腔，另一部分冷媒经过第二电子膨胀阀520，如不需要补气系统，则第二电磁阀430关闭，冷媒经过闪发器6、第二电子膨胀阀520，节流降压后通过第三电磁阀420进入车内蒸发器320，蒸发吸热后进入汽液分离器10，最后低温低压的冷媒进入压缩机1吸气。
同时，常温的载冷剂通过水泵17的压力作用进入发动机换热箱18，吸热后进入辅热换热器16，放热后回到水泵17，为车内提供热风，避免冷风吹入车内。
优选地，控制系统可以采的集控制参数包括遥控及手操器量传感信号、车载电池电量传感信号、车内温度传感信号、车外温度传感信号、发动机热回收系统温度传感信号来控制汽车空调系统动作，实现对空调系统中热泵空调制冷系统、热泵空调制热系统、发动机热回收系统进行控制，使其运行不同的工作模式，以达到节能减排和保证较高舒适度的效果。
以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (11)

1.一种汽车空调系统，其特征在于，包括：
热泵系统与发动机热回收系统；其中
所述热泵系统设有车外换热器、压缩机、节流装置、车内换热器，所述车内换热器包括车内冷凝器和车内蒸发器；
所述发动机热回收系统设有发动机换热箱与辅热换热器，其中所述发动机换热箱用于吸收发动机的余热，辅热换热器用于释放发动机的余热；
所述车内冷凝器、车内蒸发器、辅热换热器设置在HVAC箱体中，HVAC箱体设有出风口；
所述空调系统设有行车制冷模式、驻车制热模式、行车辅热模式、驻车除霜模式；
所述车内冷凝器用于热泵系统在驻车制热模式运行时与所述车外换热器、压缩机、节流装置连接形成制热循环向HVAC箱体释放热量；
所述车内蒸发器用于热泵系统在行车制冷模式运行、驻车除霜模式运行时与所述车外换热器、压缩机、节流装置连接形成制热循环向HVAC箱体释放冷量；
所述辅热换热器用于热泵系统在行车辅热模式运行时释放热量。
2.根据权利要求1所述的汽车空调系统，其特征在于，所述压缩机的排气口与排气总管连通，所述排气总管与三通阀连通并通过所述三通阀分成第一支管和第二支管，
所述车内冷凝器的第一端口与所述第一支管连通，所述车内冷凝器的第二端口与第三支管连通；
所述第二支管上设置第一三通管，吸气总管上设置第二三通管，所述第一三通管和所述第二三通管通过管路连通，并在所述第一三通管和第二三通管之间的管路上设置第一电磁阀；
所述车内蒸发器的第一端口通过第三三通管与所述第三支管连通，并在所述第三支管与所述车内蒸发器之间设置第二电磁阀，所述车内蒸发器的第二端口与所述第二三通管连通；
所述节流装置包括设置在所述第三支管上的第一节流阀。
3.根据权利要求2所述的汽车空调系统，其特征在于，所述吸气总管上设置气液分离器。
4.根据权利要求2所述的汽车空调系统，其特征在于，所述第三支管上设置有闪发器，所述闪发器通过补气管与所述压缩机的补气口连通，所述补气管上设置第三电磁阀。
5.根据权利要求4所述的汽车空调系统，其特征在于，所述第一节流阀位于所述闪发器与所述车内换热器之间的管路上，
在所述闪发器与所述车外换热器之间的管路上设置有第二节流阀。
6.根据权利要求5所述的汽车空调系统，其特征在于，所述HVAC箱体上设置回风口，所述回风口包括与所述车内冷凝器对应的第一回风口和与所述车内蒸发器对应的第二回风口，并且所述HVAC箱体内设置车内风机，所述车内风机使气流从所述回风口流入所述HVAC箱体，再通过所述HVAC箱体的出风口流出。
7.根据权利要求6所述的汽车空调系统，其特征在于，所述HVAC箱体的出风口包括吹面吹出口、吹脚吹出口、吹窗吹出口，当空调系统处于不同的运行模式时，所述HVAC箱体可被控制通过吹面吹出口和/或吹脚吹出口和/或吹窗吹出口吹风。
8.根据权利要求6所述的汽车空调系统，其特征在于，所述HVAC箱体内设置有风门，所述风门设置在所述车内冷凝器和所述车内蒸发器之间，
所述风门用于使所述车内冷凝器与所述辅热换热器位于换热流路内，或者，
所述风门使所述车内蒸发器与所述辅热换热器位于换热流路内。
9.根据权利要求2-8任一项所述的汽车空调系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括温度检测装置和控制器，所述温度检测装置与所述控制器相连，所述控制器根据所述温度检测装置的检测温度控制所述热泵系统和所述发动机热回收系统的运行，
所述温度检测装置设置多个，多个所述温度检测装置分别设置在所述车内换热器、车外换热器、辅热换热器和发动机换热箱上。
10.一种权利要求2-9任一项所述的汽车空调系统的控制方法，其特征在于：
所述行车制冷模式包括如下控制：所述热泵系统开启，所述三通阀与所述第一支管连通，所述第一电磁阀关闭，所述第二电磁阀开启，所述车内蒸发器接入冷媒回路，所述发动机热回收系统关闭；
所述驻车制热模式包括如下控制：所述热泵系统开启，所述三通阀与所述第二支管连通，所述第一电磁阀开启，所述第二电磁阀关闭，所述车内冷凝器接入冷媒回路，所述发动机辅热回收系统关闭；
所述行车辅热模式包括如下控制：所述热泵系统关闭，所述发动机热回收系统开启，使所述发动机换热箱内的水在所述辅热换热器和所述发动机换热箱之间循环；
所述驻车除霜模式包括如下控制：所述热泵系统开启，所述三通阀与所述第一支管连通，所述第一电磁阀关闭，所述第二电磁阀开启，所述车内蒸发器接入冷媒回路，所述发动机换热箱内的水在所述辅热换热器和所述发动机换热箱之间循环。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，当所述热泵系统运行时，需要进行补气时，开启所述第三电磁阀，不需要补气时，关闭所所述第三电磁阀。
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