CN1178741A - 用于车辆的供暖设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于对水冷发动机的冷却水加热的粘性发热器设置在一个冷却水循环系统中,而一个前加热器芯设置在冷却水循环系统中粘性发热器相对于冷却水流动方向的下游侧。只有当供暖运作处于最大供暖运作或最大供暖运作希望有时,粘性离合器才被开启将发动机驱动力传递给粘性发热器。当不希望有最大供暖运作时,粘性离合器就关闭掉因而发动机驱动力就不传递给粘性发热器。因此,发动机的负荷减小了,而行驶车辆的成本费用也可以降低了。
Description
本发明涉及一种用于车辆的供暖设备，其中在一个冷却水循环系统中设置有一个用以使却冷却一个水冷发动机的冷却水的温度增加的使用剪切力的发热单元。
通常，作为车辆的供暖设备一般都知道一种用于对一个乘客车厢供暖的热水型供暖设备。在热水型的供暖设备中，用于冷却一个水冷发动机的冷却水被供应给置于一条管道内的加热器芯中，而流过加热芯时被加热的空气由一个鼓风机吹入至乘客车厢中从而对车辆的乘客车厢供暖。
然而，在因冷却水循环系统中的冷却水的温度不能保持预定的温度(例如80℃)而使得发动机内产生的热太小而不足以用发动机来对冷却水加热的车辆，例如在用柴油发动机或稀混合气发动机的车辆中，则会发生乘客车厢的热容量不足的问题。
为克服这个问题，如日本专利JP-A-6-92134，所公开的，提出了一种如下所述的用于车辆的供暖设备。在用于车辆的该供暖设备中，在一个冷却水循环系统中设置有一个用以对来自发动机的将供应给一个加热器芯的冷却水予以加热的使用剪切力的发热单元。
发热单元通过一个皮带传递机构和电磁离合器将发动机的驱动力传递给一根轴。一个发热室在发热单元的外壳内形成，而一条冷却水通道在发热室的一个外周边上形成。与轴整体地转动的转子设置在发热室内，而通过转子转动所产生的剪切力被施加在密封在发热室内的象硅油那样的粘性油上以便产生热。在冷却水通道内循环的冷却水由产生的热所加热。
然而，根据上述用于车辆的传统供热设备，由于在发热单元的轴中作用的驱动力(即驱动转矩)被转换成一个辅助加热源，由驱动转矩产生的大负荷(即驱动负荷)被施加给发动机。因此就产生了发动机燃料消耗率下降而车辆的行驶成本上升的问题。
另外，由于只有冷却水的温度才能确定发热单元是否可以操作，因此当夏日里冷却水的温度低于预热操作设定的温度时，可以开动一个电磁离合器和驱动发热单元。这样，在发热室内的粘性流体就产生一个异常的热，而粘性流体的加热劣化和因剪切力导致的机械劣化也可能发生。
为了避免发热单元不致工作过度，冷却水的设定温度可以降低因而燃料消耗率的恶化也能被遏止。然而，在这种情况，由于供应给加热器芯的冷却水的温度不能保持设定的温度，加热器芯的辐射量就减小。因此，就发生这样的问题，当乘客车厢内的乘客希望有最大的供暖运作时往往达不到足够的热容量。
鉴于上述的现有技术问题，本发明的一个目的在于提供一种用于车辆的供暖设备，它能够通过使用一个剪切力使一个发热单元的使用的情况达到最佳化来避免发动机的燃料消耗率降低，以及避免在粘性流体中产生异常热。
另外，本发明的另一个目的是提供一种用于车辆的供暖设备，它能够在供暖运作处在最大的供暖运作或要求有最大的供暖运作时得到足够的热容量。
根据本发明，一个用于具有水冷却发动机的车辆的供暖设备，它包括一个供暖热交换器和一个使用剪切力的发热单元，供暖热交换器设置在一条管道内通过在冷却发动机的冷却水和准备吹入乘客车厢内的空气之间进行热交换的方式对乘客车厢内供暖。发热单元具有一个当一个驱动力施加于其上时可以转动的转子和一个在其内密封有一种粘性流体的发热室，当由转子的旋转力产生的剪切力施加到粘性流体上时，粘性流体就产生热用以对准备供应给供暖热交换器的冷却水进行加热。发热单元只有在乘客车厢的供暖运作处于最大供暖运作时或乘客车厢要求有最大供暖运作时才开始运作。
在这种方式下，只有在乘客车厢的供暖运作处于最大供暖运作时或乘客车厢要求有最大供暖运作时，一个供暖控制单元控制着一个驱动力传递单元使发热单元的转子转动。因此，来自发动机的准备供应给供暖热交换器的冷却水得到充分地加热，本发明就能获得一个相当于最大供暖运作的足够的热容量。
在另一方面，当不要求最大供暖运作时，供暖控制单元就控制驱动力传递单元使发热单元的转子停止转动。因此，发动机的负荷，驱动力传递单元的负荷就会减小，发动机的燃料消耗率就得以降低，而行驶车辆的成本费用也就降低。因此，当冷却水的温度例如低于夏日预热操作设定温度时，发热单元的转子就停止转动，因而在发热室内的粘性流体就不会产生异常热。
通过以下的结合附图对较佳实施例的详细描述，本发明的另外的目的和优点就可以一目了然，附图中，
图1是一幅示意图显示出根据本发明第一较佳实施例的用于车辆的一个空调设备的整体结构；
图2是一幅示意图显示出一个发动机和一个根据第一实施例的皮带传递机构；
图3是一幅横截面图显示出根据第一实施例的一个粘性离合和一个粘性发热器；
图4是一幅横截面图显示出根据第一实施例的粘性发热器；
图5是一幅方块图显示出根据第一实施例的用于车辆的空调设备的电路；
图6是一幅根据第一实施例的一个空调ECU的控制程序的流程图；
图7是一幅空调电转换装置(ECU)控制方法的图表，显示出冷却水温度和根据第一实施例的粘性离合器的操作状态之间的关系；
图8是一幅方块图显示出根据本发明第二较佳实施例的用于车辆的空调设备的电路；
图9是一幅透视图显示出根据第二实施例的一块控制板和一根温度控制杆；和
图10是一幅方块图显示出根据本发明第三较佳实施例的用于车辆的空调设备的电路。
下面将对本发明的较佳实施例参照附图予以描述。
本发明的一个第一较佳实施例将参照图1-7予以描述。
如图1中所示，用于车辆的整个系统1配置有一个安置在车辆发动机舱内的水冷柴油发动机E(下文中称作“发动机”)，一个用于调节乘客车厢空气的空调单元2，一个用于为乘客车厢后侧供暖的后部供暖单元3，一个使用剪切力对冷却发动机E的冷动水加热的发热单元4，一个用以控制空调单元2和后部供暖单元3的空调ECU 100，和一个用于控制发动机E的发动机ECU 200。
发动机E配置有一个汽缸座和一个围绕着汽缸盖的水套13。一个连接在三角皮带6上的曲轴皮带轮12(以后将描述)附接在发动机E的一根输出轴(即曲轴)11上。水套13部署在一个其内循环流动着冷却水的冷却水循环系统W。
在冷却水循环系统W中部署有一个用于强制泵吸冷却水的水泵14，一个用于通过冷却水和空气热交换冷却该冷却水的散热器(未显示)，一个用于通过使冷却水和空气热交换对空气加热的前加热器芯15，一个用于通过使冷却水和空气热交换对空气加热的后加热器芯16，一个用于控制冷却水进入和阻断其进入后加热器芯16的水阀17等。水泵14部署在发动机E的水套13的上游侧并由发动机E的输出轴11所转动。
空调单元2包括一个前管道21，一个前鼓风机22，一个制冷循环器，和一个前加热器芯15。在前管道21的上游通风侧，可转动设置有一个内侧/外侧通风转换挡板24用以有选择地开启和关闭一个外侧通风入口24a和一个内侧通风入口24b以便转换通风入口模式。在前管道21的下游通风侧，可转动地设置有一个通风模式转换挡板25用以有选择地开启和关闭一个除霜器通风出口25a，一个工作面通风出口25b和一个底部通风出口25c以便转换通风出口模式。
前鼓风机22由一个鼓风机电动机23转动以便朝着前管道21内的乘客车厢产生一个空气流。
致冷剂循环器包括一个压缩器(即致冷剂压缩器)，一个凝结器(致冷剂凝结器)，一个接受器(即气-液分离器)，一个膨胀阀(即减压装置)和蒸发器(即致冷剂蒸发器)26。
压缩器配置有一个电磁离合器(下文中称“离合器”)27，并压缩吸自蒸发器26的致冷剂并将经压缩致冷剂朝着凝结管排出。离合器27连接在一个曲轴皮带轮12(参看图2)上，曲轴皮带轮通过三角皮带6附接在发动机E的输出轴11上。当离合器27的一个电磁感应圈通电时，一个输出部分(即电枢，内插座)被吸至转子的输入部分上因而一个驱动力被传至压缩器。蒸发器26被安置在前管道21内以冷却从中流过的空气。
前加热器芯15安置在前管道21内处在(蒸发器26的)下游通风侧(即下风侧)并在发热单元4相对于冷却水流向的下游侧连接到冷却水循环系统W上。前加热器芯15通过使经过蒸发器26的空气和冷却水热交换将空气加热。
在前加热器芯15的上游通风侧，可转动地设置有一个空气混合挡板28。空气混合挡板28调节流过前加热器芯15的空气量(即热空气)和绕过前加热器芯15的空气量(即冷空气)之间的比率因而吹入乘客车厢内空气的温度可以予以调节。空气混合挡板28由一个致动器(即挡板驱动装置)例如一个伺服电动机29通过一块钢领板或多块钢领板来驱动。
后供暖单元3包括一个后管道31，一个后鼓风机32，和一个后加热器芯16。一个底部通风出口(未显示)开设在后管道31的下游通风侧。
后鼓风机32由一个鼓风机电机33驱动从而朝着后管道31内的乘客车厢产生一个空气流。
后加热器芯16安置在后管道31内并在发热单元4相对于冷却水流过一个水阀17的流动方向的下游侧连接在冷却水循环系统W上。后加热器芯16通过使流经后管道31的空气和冷却水热交换将空气加热。
下一步将对发热单元4参照图1至4予以描述。
发热单元4包括一个连接在发动机E的输出轴11上并由其驱动的皮带传递机构5和一个具有一根轴8的粘性发热器9。
皮带传递机构5包括一根悬挂在连于发动机E的输出轴11上的曲轴皮带轮12上的多级式三角皮带6和一个通过三角皮带6连接到发动机E的输出轴11并由其驱动的电磁离合器7(下文中称作“粘性离合器”)。
三角皮带6通过粘性离合器7将发动机E的驱动力(即驱动功率)传递给粘性发热器9的轴8上。在第一实施例中，三角皮带6悬挂在离合器27和粘性离合器7上。
如图3中所示，粘性离合器7包括一个用于在通电时产生一个磁动势的电磁感应圈41，一个由发动机E转动的转子42，一个被吸向由电磁感应圈41的磁动势所转动的转子42的电枢43，和一个用一块板簧44连接在电枢43上并向粘性发热器9的轴8提供旋转力的内插座45。
电磁感应圈41是通过卷绕一个覆盖有一层绝缘材料的导电引线而形成的。电磁感应圈41设置在定子46中并用一种环氧树脂固定地模铸在定子46内。定子46被固定在粘性发热器9的外壳10的一个前表面上。
在其周边上具有三角皮带6的三角皮带轮47通过诸如焊接的连接手段被连接到转子42上。转子42是一个旋转体，它总是通过发动机E由三角皮带6传递过来的驱动力而转动。转子42是用磁性材料制成具有一个U形的横截面并且通过一个设置在粘性发热器9的外壳10的内周边上的轴承48可转动地支承在其外周边上。
电枢43具有一个形成在一块环形板上的摩擦表面，该摩擦表面对向于转子42的形成在一块环形板上的摩擦表面，两个表面之间有一层空气间隔。例如，两块摩擦表面之间的间隙是0.5mm。电枢是用磁性材料制成。当电枢43由电磁感应圈41的电动势吸引至转子42的摩擦面时，发动机E的驱动力即从转子42传递至电枢43。
板簧44用如铆钉的固定装置固定在电枢43的外周边侧并用如铆钉的固定装置固定在内插座45的内周边侧。板簧44是一个弹性件。当供应给电磁感应圈41的电流中断时，板簧就使电枢43在一个方向上(即图3中向左的方向)移开，从而使电枢43与转子42的摩擦表面分开(释放)又回到其原始的位置。
内插座45用作粘性离合器7的输出部分。内插座45的输入侧通过板簧44连接在电枢43上并由其驱动，而内插座45的输出侧用一个花键座连接器连接粘性发热器9的轴8上。
粘性发热器9是发动机E的一个辅助发热源，而发动机本身是主要发热源。粘性发热器9包括由发动机E通过三角皮带6和粘性离合器7转动的轴8。一个用于可转动地支承该轴8的外壳10，一个用以将外壳10的内部空间分成一个发热室50和一个冷却水通道51的分离器52，和一个可转动地设置在外壳10内的转子53。
轴8是一根输入轴，它通过如螺栓的紧固装置固定地紧固在粘性离合器7的内插座45上并与电枢43整体地转动。轴8通过一个轴承55和一个密封件56可转动地设置在外壳10的一个内周边内。密封件56使用了一种油封以防止粘性流体泄漏。
外壳10是用如铝合金的金属件制成。一个形成一块环状板的盖57用如螺栓和螺母的紧固件固定地紧固在外壳10的后端上。分离器52和一个密封件59连接在外壳10和盖57相连接的表面上。密封件59使用了一个O形环以防止冷却水泄漏。
分离器52是一个分隔件由铝合金的金属件制成，它在导热性上有优越性。分离器52的外周边部分被夹在外壳10的圆筒形部分和盖57的圆筒形部分之间。用于密封粘性流体(例如硅油)的发热室50，在一个剪切力施于其上时会产生热，它形成在分离器52的前端表面和外壳10的后端表面之间。
冷却水通道51形成在分离器52的后端表面和盖57的内表面之间，并且液密地与外界隔开。用于冷却发动机E的冷却水流经冷却水通道51。另外，用以有效地将粘性流体的热传递给冷却水的基本上是弧形的多个翼片部分52a整体地形成在分离器52下侧的后端表面上。
也可以在分离器52的后端表面上形成一个凹凸形状以代替翼片部分52a，或者一个传递热促进件例如波纹状翼片和细针翼片可以形成在盖57的外壁表面上。另外，一个迷宫式密封可以形成在分离器52和转子53之间，并且可以用作发热室50。
如图4中所示，一个用以将冷却水通道51分隔成一个上游侧水通道51a和一个下游侧水通道51b的分隔壁52b从分离器52的后端表面突出而形成。一根冷却水从中流过进入冷却水通道51的进口侧冷却水管57a和一根冷却水从冷却水通道51经过其流出的出口却侧冷却水管57b都连接在靠近分离隔壁52b的盖57的外壁部分上。
转子53能转动地设置在发热室50内并固定在轴8的后端部分的外周边上。多个凹槽部分(未显示)形成在转子53的外周边表面上或两个侧壁表面上，一个突出体部分形成在每个相邻凹槽部分之间。当发动机E的驱动力提供给轴8时，转子53与轴8整体地转动以便对密封在发热室50内的粘性流体产生一个剪切力。
下面将参照图1和5-7，对空调ECU 100予以简要的描述。图5显示出系统1的一个电路图。
空调ECU 100是一个电路用以对空调单元2的诸如压缩器和粘性发热器9的冷却和发热设备进行电脑控制。空调ECU 100是一个微电脑其中结合有一个中央处理器(CPU)，一个只读记忆器(ROM)和一个随机存取记忆器(RAM)。
空调ECU 100是通过控制一个冷却和加热设备进行对乘客车厢的空调控制，该设备包括有粘性离合器7的电磁感应圈41，空气混合挡板28的伺服电动机29，空调离合器27的一个电磁感应圈，以及后鼓风机32等等，它控制上述设备是基于来自下述部件的输入信号，即一个粘性开关70，一个点火开关71，一个温度调整单元72，一个内部空气温度传感器73，一个外部空气温度传感器74，一个太阳光传感器75，一个冷却水温度传感器76，一个油温度传感器77，一个后-蒸发器温度传感器78，一个空调离合器继电器79和发动机ECU200，以及一个预存贮控制程序(参看图6)等等。
粘性开关70是一个用于通过使用粘性发热器9为乘客车厢选用取暖操作的开关。当粘性开关70接通时，一个供暖选择信号被输出至空调ECU 100。另外，粘性开关70是一个经济燃料消耗选择开关用以对燃料消耗率(即燃料经济)重点给以改进。当粘性开关70关闭时，一个燃料消耗信号输出给空调ECU 100。
点火开关71包括OFF，ACC，ST和IG的每一个终端。ST的终端是一个定子操作开关用以输出一个信号为空调ECU 100的定子提供电流。
温度调整单元72将乘客车厢内的温度调整到所要求的温度并输出一调整温度信号给空调ECU 100。
内部空气温度传感器73使用一个，例如，热敏电阻。内部空气温度传感器73探测乘客车厢内空气的温度(即乘客车厢内部空气温度)，并输出一个内部空气温度探测信号给空调ECU 100。
外部空气温度传感器74使用一个，例如，热敏电阻。外部空气温度传感器74探测车辆的乘客车厢外面的空气的温度(即外部空气温度)，并输出一个外部空气温度探测信号给空调ECU 100。
一个光电二极管例如被用作太阳光传感器75。太阳光传感器75探测进入乘客车厢的太阳光的数量，并输出一个太阳光探测信号给空调ECU 100。
冷却水温度传感器76使用一个，例如，热敏电阻，以探测在冷却水循环系统W内的冷却水的温度(在本实施例中为粘性发热器9的冷却水通道51的出口却侧冷却水管57b内的水温度)。冷却水温度传感器76输出一个冷却水温度探测信号给空调ECU 100。
油温度传感器77使用一个，例如，热敏电阻。油温度传感器77探测在发热室50内粘性流体的温度(即油温度)，并输出一个油温度探测信号给空调ECU 100。作为与发热室50内粘性流体的温度有关的物理量，由油温度传感器77探测出的粘性流体的温度是可以应用的。在这种情况下，油温度传感器77被用作本发明的物理量探测装置。
后-蒸发器温度传感器78使用，例如，一个热敏电阻。后-蒸发器温度传感器78在经过蒸发器26之后，立即探测空气的温度，并输出一个后-蒸发器温度探测信号给空调ECU 100。另外，作为探测环境情况的装置，设置在前管道21的任一个通风出口处的出口空气温度传感器可以被用来探测被吹入乘客车厢内的空气的温度。
空调离合器继电器79包括一个继电器线圈79a和一个继电器开关79b。当电流供应给继电器线圈79a时，继电器开关79b就关上了，借此电流就供应给空调离合器27。
下一步将参照图1-7对空调ECU 100的粘性发热器9的控制予以描述。图6是一幅空调ECU 100的控制程序的流程图。
首先，在步骤S1输入各种传感器信号和开关信号。
其次，在步骤S2需要决定是否要开启粘性开关70，也就是，供暖选择信号或者经济燃料消耗选择信号是否要输入。当决定为“否”时，就不需要对乘客车厢供暖，而重点就在于对发动机E的燃料消耗率加以改进。因此，粘性离合器7的电磁感应圈41就被关掉，也就是，供应给粘性离合器7的电磁感应圈41的电流被切断，而粘性发热器9的操作在这步骤S3被停止。下一步，再回到步骤S1。
在步骤S2时，如果决定为“是”时，吹入乘客车厢内空气的目标空气温度TAO在步骤S4根据下列公式(I)计算出。
TAO＝Kset×Tset-Kr×Tr-Kam×Tam-Ks×Ts+C (1)
其中，Kset是温度调节增益，Tset是由温度调节单元72调整的温度，Kr是内部空气温度增益，Tr是内部空气温度传感器73探测到的内部空气温度，Kam是外部空气温度增益，Tam是由外部空气温度传感器74探测到的外部空气温度，Fs是太阳光增益，Ts是由太阳光传感器75探测到的太阳光光量，而C是一个校正常数。
下一步在步骤S5要决定目标空气温度TAO是否需要高于预定温度(例如，40℃)。如果决定为“否”，则回到步骤S3的程序，而粘性离合器7的电磁感应圈41被关闭。
反之，如果在步骤S5的决定为“是”时，目标挡板开启度SW是在步骤S6根据下列公式(2)计算的。
SW＝[(TAO-TE)/(TW-TE)]×100％ (2)
其中TAO是在步骤S4计算出的目标空气温度，TE是由后-蒸发器温度传感器78探测到的温度，而TW是由冷却水温度传感器76探测到的冷却水温度。
下一步在步骤S7，需要决定在步骤S6计算出的目标挡板开启度SW是否大于空气混合挡板28预定的挡板开启度(例如90％)。也就是在步骤S7要确定发热操作是否处于最大的发热操作。如果确定为“否”，就回到步骤S3的程序，而粘性离合器7的电磁感应圈41被关闭。
在步骤S7，可以通过其它的最大发热确定装置确定是否发热操作是处于最大发热操作或者最大发热操作在乘客车厢内是否需要。例如，当由温度调整单元72调整的校准温度与由内部空气温度传感器73所探测到的内部空气温度之间的温差大于一个预定的温度(例如20℃)，就可以确定最大发热操作是希望有的。当由外部空气温度传感器74探测到的外部空气温度低于-5℃，则可以确定最大发热操作是希望有的。另外，当探测到的空气混合挡板28的开启度大于90％时，则可以确定最大发热操作是希望有的。
下一步，需要根据基于预先贮存在记忆电路(例如ROM)内的冷却水温度的粘性发热器控制的特性图(参看图7)来确定粘性离合器7的电磁感应圈41是否要开启或关闭。也就是在步骤S8需要确定由冷却水温度传感器76探测到的冷却水温度是否高于设定的冷却水温度(即设定值)。
更为具体地说，如图7的特性图所示，在第一设定冷却水温度A(例如80℃)和第二设定冷却水温度B(例如70℃)之间给定一个滞后。当冷却水温度高于设定的冷却水温度时，粘性离合器7的电磁感应圈41就被关闭。当冷却水温度低于设定的冷却水温度时，粘性离合器7的电磁感应圈41就打开。滞后设在图8的特性图上；然而，滞后也可能不给出。
当冷却水温度高于在步骤S8设定的冷却水温度时，可回到步骤S3，而粘性离合器7的电磁感应圈41就关闭了。
另外，当冷却水温度低于设定的冷却水温度时，在步骤S9中就与发动机ECU 200进行交流(传递给其一个信号并从其接收一个信号)。
下一步，需要决定一个用于允许粘性离合器7的电磁感应圈41是否要开启的可允许信号是在步骤S10从发动机ECU 200收到的。当决定为“否”时，就又回到步骤S3，而粘性离合器7的电磁感应圈41就关闭。
当在步骤S10的决定为“是”时，粘性离合器7的电磁感应圈41就开启以补偿在最大供暖操作中热容量的不足。也就是，一股电流供应给粘性离合器7的电磁感应圈41从而使粘性发热器9在步骤S11操动。下一步又重新回到步骤S1的操作。
下文中将对发动机ECU 200简短地参照着图1-5予以描述。
发动机ECU 200是一个电路用于对发动机E进行电脑控制的发动机控制系统。发动机ECU 200是一个微电脑，其中结合有一个CPU，一个ROM，和一个RAM。
发动ECU 200基于一个发动机转速传感器81，一个车辆速度传感器82，一个节流阀开启传感器83，从空调ECU 100输入的输入信号，和预贮存的控制程序进行对发动机E的空转速度控制(即空转控制)，燃料注入量的控制，燃料注入定时控制，进气节流阀控制，对热线点火塞的电流控制等等。发动机ECU 200还传递对空调ECU 100为其操作所要求的信号。
发动机转速传感器81探测发动机E的输出轴11的转速并向发动机ECU 200输出发动机转速信号。
作为车辆的速度传感器82，可以使用，倒如，一个笛簧开关式车辆速度传感器，一个光电式车辆速度传感器，或者一个MRE(即磁阻元件)式车辆速度传感器。车辆速度传感器82探测车辆的速度，并输出该车辆速度信号给发动机ECU 200。
节流阀开启传感器83探测设置在发动机E的进给管内节流阀的开放度并输出该节流阀开启信号给发动机ECU 200。
下文将参照图1-5对发动机ECU 200予以简短地描述。
首先，来自发动机转速传感器81，车辆速度传感器82，节流阀开启传感器83等的各种各样传感器信号被输入至发动机ECU 200。
其次，发动机ECU 200决定用于允许粘性离合器7的电磁感应圈41开启的可允许信号或者允许粘性离合器7的电磁感应圈41不开启的不允许信号是否被传递给空调ECU 100。当决定传递该可允许信号时，一定数量的吸入空气增加从而使空转速度分步骤地增加，也就是进行空转控制。
下文将参照图1-7对根据第一实施例的系统1的操作予以简短地描述。
当发动机E启动时，发动机E的输出轴11旋转，而发动机E的驱动力通过皮带传递机构5的三角皮带6被传递至转子42。然而，当最大发热操作不希望有时，可将粘性离合器7的电磁感应圈41关闭。也就是，因为粘性离合器7的电磁感应圈41被关闭，电枢43就不被朝着转子42的摩擦表面吸引。因此，在这时，发动机E的驱动力就不传递给内插座45和轴8。
因为轴8和转子53不转动，剪切力就未施加给发热室50内的粘性流体，而粘性流体就不产生热。因此，即使在发动机E的水套13内被加热的冷却水流过粘性发热器9的冷却水通道51，供应给前加热器芯15的冷却水也未经加热。因此，乘客车厢的供暖运作只以小热容量开始。
当粘性开关70开启时；希望有从前通道21吹出具有最高温度空气的最大供暖运作；冷却水温度低于设定的冷却温度(即设定值)；从发动机ECU 200收到可允许信号，粘性离合器7的电磁感应圈41被开启。因为粘性离合器7的电磁感应圈41被开启，电枢43就被电磁感应圈41的磁力吸到转子42的摩擦表面以便将发动机E的驱动力传递给内插座45和轴8。
因为转子53与轴8整体地转动，一个剪切力就被放施加到发热室50内的粘性流体上以产生热。因此，当在发动机E的水套13内被加热的冷却水流经粘性发热器9的冷却水通道51时，冷却水在通过多个与分离器52整体地形成的翼片部分52a吸收在粘性流体内产生的热而被加热。由粘性发热器9加热的冷却水被供应给前加热器芯15，因而乘客车厢内的供暖运作就以大的供暖运作进行。
粘性发热器9的热容量能够事先通过密封在发热室50内粘性流体的粘性系数自由地调整。也就是说，粘性流体的粘性系数愈大则由转子53转动所施加的剪切力就愈大。因此，粘性发热器9的发热量就增加了而发动机E的负荷和燃料消耗率也就较大了。反之，粘性流体的粘性系数愈小，由转子53转动所施加的剪切力也愈小。因此，粘性发热器9的发热量就减小了而发动E的负荷和燃料消耗率也降低了。
如上所述，根据第一实施例，当希望有需要足够热容量的最大供暖运作时就应开启粘性离合器7的电磁感应圈41。因此，发动机E的驱动力通过皮带传递机构5和粘性离合器7被传递给粘性发热器9。通过粘性发热器9的操作，经过粘性发热器9的冷却水通道51的冷却水吸收产生在粘性流体内的热。这样，在粘性加热器9内加热的冷却水就被供应给前加热器芯15或后加热器芯16。
因此，流入前加热器芯15或后加热器芯16的冷却水温度就上升因而在冷却水循环系统W中的冷却水可以维持在一个预定的温度(例如80℃)。因此，前加热器芯15或后加热器芯16的散热量就增加了，而在经过前加热器芯15或后加热器芯16时被充分加热的空气被吹入乘客车厢中以防止用于乘客车厢的热容量下降。
另外，根据第一实施例，当大的热容量不再需要也不希望有最大供暖运作时，就把粘性离合器7的电磁感应圈41关掉。因此，发动机E的驱动力不再通过皮带传递机构5和粘性离合器7被传递给粘性发热器9。由于大驱动转矩不施加给三角皮带6，三角皮带轮47、轴8和转子53，发动机E的负荷以及皮带传递机构5的负荷就可以减小了。因此，因为发动机E的燃料消耗率可以降低，车辆行驶的成本费用也可以降低了。另外，还有可能避免由于三角皮带6的打滑而产生的不正常噪音。
根据本发明，粘性离合器7的电磁感应圈41是否要开启或关闭并不仅由从粘性发热器9流出的冷却水温度来决定。因此，即使冷却水温度在夏日预温操作中低于设定的温度，粘性离合器7的电磁感应圈41并不开启，因而粘性发热器9的操作也不起动。因此，即使硅油在发热室50内被用作粘性流体，来自转子53的剪切力也不会施加给粘性流体。因此，发热室50内的粘性流体不会产生异常的热，而粘性流体的加热劣化变质和由于剪切力的机械劣化变质都可以避免。
另外，根据第一实施例，当作为供暖选择开关的粘性开关70没有开启而在乘客车厢内需要降温运作，也就是，供暖运作不需要了，例如，目标空气温度TAO低于预定温度(例如40℃)，则大的热容量就不需要了。因此，粘性离合器7的电磁感应圈41被关闭因而发动机E的负荷可以减轻。
在根据第一实施例的系统1中，当空调ECU 100没有从发动机ECU 200收到可允许信号，粘性离合器7的电磁感应圈41被关闭。因此有可能减轻发动机E的负荷并改进车辆的行驶性能和驾驶能力。
下面将参照图8和9对本发明的第二优选实施例予以描述。图8显示一个根据第二实施例的用于空调设备的电路。图9显示根据第二实施例的一块控制板和一个温度控制杆。
在第二实施例中，如图8中所示，代替第一实施例的空调ECU100，可以在系统1的电路中形成一个空调模拟电路101用以实行对空调单元2的模拟控制和一个粘性模拟电路102用以实行对粘性离合器7模拟控制。
在粘性模拟电路102的输入部分上可以连接点火开关71的一个ST终端和一个IG终端，一个接触开关84，一个冷却水温度开关91，一个油温度开关92，一个空调离合器27的电磁感应圈，空调离合器继电器79和发动机ECU 200。在粘性模拟电路102的输出部分上可以连接发动机ECU 200和粘性离合器7的电磁感应圈41。
接触开关84可以在温度控制杆85的各种不同范围内操作。当温度控制杆85用人手操作到希望有最大供暖运作一侧(即图9中的最大热MAX HOT一侧时，接触开关84就开启了。当温度控制杆85用人手操作到控制杆的另一侧位置时，接触开关84就关闭了。作为用于探测温度控制杆85的杆位置的位置探测装置如果不使用接触开关84，则也可以使用如微型开关和限制开关的接触位置传感器，如接近开关和光电开关的非接触位置传感器或是一个位移传感器。
温度控制杆85形成在控制板87上，绕着一根支持轴86在最大热和最大冷之间的不同范围内转动(见图9)。温度控制杆85通过一根钢丝绳88，一块钢领板(未显示)，或两块钢领板(未显示)直接驱动空气混合挡板28。
冷却水温度开关91当在冷却水循环系统W内的冷却水温度(在第二实施例中，粘性发热器9的冷却水通道51的出口侧冷却水管57b内冷却水的温度)高于第一设定冷却水温度A(例如80℃)时就开启了，而当冷却水的温度低于第一设定冷却水温度A或第二设定冷却水温度B(例如70-75℃)时就开闭了。
油温开关92当在粘性发热器9内的粘性流体的温度高于第一设定油温A(例如25℃)时便开启了而当粘性流体的温度低于第一设定油温A或第二设定油温B(例如200℃)时便关闭了。
另外，当粘性模拟电路102决定开启粘性离合器7而发动机ECU200收到从粘性模拟电路102传递过来的开启信号时，发动机ECU 200就根据发动机E的转速，车辆速度，节流阀节启度，或冷却水温度进行计算或决定并且输出一个可允许信号或不允许信号以允许空调单元2或粘性发热器9对粘性模拟电路102开启或是不开启。
在第二实施例中，当冷却水开关91和油温开关92开启，空调离合器继电器79的继电器开关79b关闭，而且另外在温度控制杆85操作在最大热位置上而接触开关84开启时刻还从发动机ECU 200接到可允许信号时，粘性离合器7的电磁感应圈41便通过粘性模拟电路102予以关闭。在这种方式下，可以获得与第一实施例的相同效应。
下面将参照图10描述本发明的一个第三优选实施例。图10显示出一个用于车辆空调设备的电路。
在第三实施例中，粘性离合器7的电磁感应圈41通过一个粘性离合器继电器94连接在接触开关84的一个固定接点84a上。另外，粘性模拟电路102通过一个定子继电器95连接在接触开关84的一个固定接点84b上。粘性离合器继电器94由一个继电器线圈94a和一个继电器开关(通常是开路接点)组成。另外，定子继电器95是由一继电器线圈95a和一个继电器开关(通常是闭路接点)95b组成。
当最大供暖运作不需要而温度控制杆85从最大热位置离开时，接触开关84便接触固定接点84b，而定子继电器95的继电器线圈95a被开启以便开启继电器开关95b。由于粘性离合器继电器94的继电器线圈94a被关闭，继电器开关94b被开启因而粘性离合器7的电磁感应圈41便被关闭。这样，因为当最大供暖运作不想要时粘性发热器9就不操动，因此就可以获得与第一实施例中相同的效应。
当希望有最大供暖运作而将温度控制杆85操动在最大热位置处时，接触开关84便接触固定接点84a，而定子继电器95的继电器线圈95a被关闭以关闭继电器开关95b。由于粘性离合器继电器94的继电器线圈94a被开启，继电器开关94b便关闭，因而粘性离合器7的电磁感应圈41被开启。这样，因为当希望有最大供暖运作而操动粘性发热器9时，乘客车厢的供暖运作就以大的供暖运作来进行。
虽然本发明已与其优选实施例一起结合附图予以全面描述，但应注意到对于熟悉本专业人员各种不同的变化和改进将是一目了然。
例如，在上述实施例中，皮带传递机构5和粘性离合器7是连接在发动机E的输出轴11上并由其驱动以便转动粘性发热器9的轴8；然而，粘性离合器7也可以直接连接在发动机E的输出轴11上以便转动粘性发热器9的轴8。另外，具有至少一个单级齿轮或一个三角皮带型无级传动机构的齿轮传动机构可以连接在发动机E的输出轴11和粘性离合器7之间或在粘性离合器7和粘性发热器9的轴8之间。
三角皮带型无级传动机构可以连接在发动机E的输出轴11上以驱动粘性发热器9的轴8，从而省去粘性离合器7。在这种情况中，三角皮带型无级传动机构的输入皮带轮和输出皮带轮之间的皮带轮比率已被最优化因而如三角皮带型无级传动机构的驱动装置的负荷在操动粘性发热器9时，可以压缩至最小限度。
在每个上述的实施例中，一个水冷柴油发动机被用作发动机E；然而，其它的水冷发动机例如汽油发动机也可以使用。
在每个上述的实施例中，本发明实应用在用于车辆的空调设备中以实行对乘客车厢的供暖运作和降温运作；然而，本发明也可以应用在用于车辆的空调设备中但只实行对乘客车厢的供暖运作。
在每个上述的实施例中，本发明被应用在使用空气混合温度控制方法的空调单元2中；然而，本发明也可以被应用在一个使用重新加热式温度控制方法的空调单元中，这种控制方法用以改变供应给前加热器芯的冷却水流或者用以改变冷却水的温度。
在每个上述的实施例中，冷却水温度传感器76被用作探测一个相对于发热室50内粘性流体的油温的物理量的装置；然而油温传感器77也可以用作物理量探测装置。另外，还可以使用探测粘性发热器9的分离器52的温度的装置。还有，还可以使用探测从管道中吹出的空气温度的装置。
在每个上述的实施例中，冷却水温度传感器76被用来探测粘性发热器9中冷却水通道51的出口侧冷却水管57b中冷却水温度；然而，也可以使用一个冷却水温度传感器或一个冷却水温度开关以探测前加热器芯15或后加热器芯16的进口侧冷却水的温度。另外，也可以使用一个冷却水温度传感器或冷却水温度开关以探测在发动机E出口侧冷却水的温度。
在第一实施例中，用于探测一个输出至如驱动空气混合挡板28的伺服电动机29的挡板驱动装置的控制信号的控制信号探测装置可以形成在空调ECU内。因此，只有在输出至挡板驱动装置的控制信号相当于最大供暖运作时粘性离合器7的电磁感应圈41才能开启。
在第二实施例中，当钢丝绳88的张力在这里被探测其中温度控制杆85被操动在最大热位置时可以确定为最大供暖运作是希望要的。另外，当温度控制杆85放在最大热一侧大于90％的位置时则也可以确定为需要最大供暖运作。
这种变化和改进被认为是属于附后的权利要求书所限定的本发明范围之内的。
Claims (10)
1.一种用于对一个具有水冷发动机的车辆的乘客车厢供暖的供暖设备，其特征在于它包括：
一条向所述乘客车厢吹入空气的管道；
一个设置在所述管道内的供暖热交换器；用于在冷却所述水冷发动机的冷却水和准备吹入所述乘客车厢内的空气之间进行热交换而对所述乘客车厢供暖；
一个使用剪切力的发热单元，所述发热单元包括一个当一个驱动力施加于其上时可以转动的转子和一个在其内密封有粘性流体的发热室，当由所述转子旋转力产生的剪切力施加到所述粘性流体上时，粘性流体就产生热用以对准备供应给所述供暖热交换器的所述冷却水进行加热；
一个用于将所述发动机的驱动力传递给所述转子的驱动力传递单元；和
一个以这样的方式控制所述驱动力传递单元的供暖控制单元使得只有当所述乘客车厢的供暖运作处于最大供暖运作时或所述乘客车厢要求有最大供暖运作时所述发热单元才开始操作。
2.如权利要求1的供暖设备，其特征在于其中
所述供暖控制单元包括一个粘性流体温度物理量探测装置用以探测相对于在所述发热室内的所述粘性流体温度的物理量；
所述供暖控制单元当由所述粘性流体温度物理量探测装置探测得到的所述物理量低于一个设定值时才操动所述发热单元，和
所述供暖控制单元当由所述粘性流体温度物理量探测装置探测到的所述物理量超出所述设定值时停止所述发热单元的操作。
3.如权利要求1和2中任一项的供暖设备，其特征在于它还包括：
一个空气混合挡板用于调整穿过所述供暖热交换器的空气量与从旁绕过所述供暖热交换器的空气量之间的比率，
其中所述供暖控制单元包括：
温度调节装置用于调节所述乘客车厢的温度至所想要的数值；
环境情况探测装置用于探测对供暖运作具有影响的环境情况；
目标空气温度计算装置用于根据由所述温度调节装置设定的至少一个设定温度和由所述环境情况探测装置探测到的环境情况计算准备通过所述管道吹入所述乘客车厢的空气的目标温度；和
挡板开启计算装置用于根据由所述目标空气温度计算装置计算出的目标空气温度计算所述空气混合挡板的目标挡板开启度；
其中所述供暖控制单元只有当由所述挡板开启计算装置计算出的所述目标挡板开启度相当于最大供暖运作时才操动所述发热单元。
4.如权利要求1和2中任一项的供暖设备，其特征在于它还包括：
一个供暖运作改变单元用于改变所述乘客车厢的供暖运作至所想要的供暖运作，其中
所述供暖控制单元包括有位置探测装置，该装置探测所述供暖运作改变单元用人手操动至希望有最大供暖运作一侧，和
所述供暖控制单元只有在所述位置探测装置探测到所述供暖运作改变单元已用人手操动至所希望有的最大供暖运作一侧时才操动所述发热单元。
5.如权利要求1和2中任一项的供暖设备，其特征在于它还包括：
一个空气混合挡板用于调整穿过所述供暖热交换器的空气量与从旁绕过所述供暖热交换器的空气量之间的比率；和
挡板驱动装置用于根据从所述供暖控制单元输入的控制信号驱动所述空气混合挡板，其中
所述供暖控制单元包括控制信号探测装置用于探测一个输出至所述挡板驱动装置的控制信号，和
所述供暖控制单元只有在由所述控制信号探测装置探测到的用于输出至所述挡板驱动装置的控制信号相当于最大供暖运作时才操动所述发热单元。
6.如权利要求1和2中任一项的供暖设备，其特征在于所述驱动力传递单元包括：
一个连接在所述发动机的输出轴上并由其驱动的皮带传递单元；和
一个连接在所述皮带传递单元上用于在所述皮带传递单元和所述转子之间进行咬合和释开的离合器。
7.如权利要求2的供暖设备，其特征在于其中所述粘性流体温度物理量探测装置就是用以探测准备供应给所述供暖热交换器的所述冷却水温度的冷却水温度探测装置。
8.如权利要求1的供暖设备，其特征在于其中
所述供暖控制单元包括用于探测在所述乘客车厢外面的空气温度的外部空气温度控制装置；和
所述供暖控制单元只有当所述在所述乘客车厢外面的所述空气温度低于相当于最大供暖运作的温度时才操动所述发热单元。
9.一种用于对一个具有水冷发动机的车辆的乘客车厢供暖的供暖设备，它包括：
一条向所述乘客车厢吹入空气的管道；
一个设置在所述管道内的供暖热交换器，用于在冷却所述水冷发动机的冷却水和准备吹入所述乘客车厢内的空气之间进行热交换而对所述乘客车厢供暖；
一个使用剪切力的发热单元，所述发热单元包括一个当一个驱动力施加于其上时可以转动的转子和一个在其内密封有粘性流体的发热室，当由所述转子施转力产生的剪切力施加到所述粘性流体上时，粘性流体就产生热用以对准备供应给所述供暖热交换器的所述冷却水进行加热；
一个粘性流体剪切操作开关装置，用于通过所述转子的转动力开动或停止粘性流体剪切操作；和
一个供暖控制单元，用于控制所述粘性流体剪切操作开关装置，该装置只有当所述乘客车厢的供暖运作处于最大供暖运作时或所述乘客车厢希望有最大供暖运作时才通过所述转子的转动力开始粘性流体剪切操作。
10.如权利要求9的供暖设备，其特征在于其中
所述供暖控制单元包括一个粘性流体温度物理量探测装置用以探测相对于在所述发热室内的所述粘性流体温度的物理量，
所述供暖控制单元当由所述粘性流体温度物理量探测装置探测到的所述物理量低于一个设定值时才开始粘性流体剪切操作，和
所述供暖控制单元当由所述粘性流体温度物理量探测装置探测到的所述物理量超出所述设定值时停止粘性流体剪切操作。
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