專利名稱：使用熱泵的車輛空調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用熱泵的車輛空調(diào)器，該空調(diào)器安裝在諸如汽車一類的車輛上。
近來，隨著要求改善空氣環(huán)境與環(huán)境問題的需要，對于引入一低污染和代用能量的車輛的需求越來越高。當用天然氣來作為代替能源時，這基本上只是燃料的改變，并不需要改變空調(diào)裝置(下稱空調(diào)器)的基本結(jié)構(gòu)，因為其中仍然具有內(nèi)燃機(下稱發(fā)動機)。
然而，如果在電動車輛或混合動力車輛(同時使用電動馬達和發(fā)動機作為動力源)內(nèi)使用傳統(tǒng)的空調(diào)器時，則需要重新考慮在供暖運行過程中的熱源，以及在制冷運行過程中的壓縮機動力源，其中混合動力車輛是代用能量車輛中的一種主要的候選車。
也就是說，在供暖運行過程中會產(chǎn)生一問題，因為電動車輛沒有如傳統(tǒng)的車輛中那樣用發(fā)動機制冷水作為熱源，而在混合動力車輛中具有一種馬達行駛模式，在該模式下發(fā)動機停止，車輛僅由電動馬達驅(qū)動，從而不能獲得足夠的熱水。
此外，在制冷運行過程中，壓縮機的動力源不能如傳統(tǒng)的車輛那樣僅依靠發(fā)動機，而是必須提供另一動力源。例如，在混合動力車輛中，具有一種馬達行駛模式，在該模式下車輛僅由電動馬達驅(qū)動，或者即使車輛由發(fā)動機驅(qū)動，則在停車時，發(fā)動機也是停止的而不進行怠速運轉(zhuǎn)。因此，當僅將發(fā)動機用作壓縮機的動力源時，空調(diào)器不可能穩(wěn)定運行。
基于此，家用制冷/供暖空調(diào)器中所使用的熱泵型空調(diào)器已經(jīng)被用作安裝在諸如電動車輛與混合動力車輛一類車輛的空調(diào)器中。
圖4表示的是一種使用熱泵的傳統(tǒng)車輛空調(diào)器的結(jié)構(gòu)示意圖。在該圖中，標記1表示一車內(nèi)熱交換器，2表示一壓縮機單元，3表示一車外熱交換器，4表示一抽入外部空氣的風扇。在該情形中，車外熱交換器3與壓縮機單元2等一起被安裝在發(fā)動機室的內(nèi)部。通過啟動用于抽入外部空氣的風扇4，外部空氣可以被抽入發(fā)動機室內(nèi)。
對于上述傳統(tǒng)的構(gòu)造，制冷劑如下所述進行循環(huán)，以對車廂進行制冷和供暖。
在供暖運行過程中，制冷劑沿順時針方向循環(huán)，如圖中的實線箭頭所示。制冷劑通過壓縮機單元2內(nèi)的壓縮機被轉(zhuǎn)換成高溫高壓氣體，然后被輸送到車內(nèi)熱交換器1，以與車輛外的空氣(外部空氣)或與車輛內(nèi)的空氣(內(nèi)部空氣)進行熱交換。結(jié)果是，外部空氣或內(nèi)部空氣(下稱吸入空氣)通過從高溫高壓氣體制冷劑中吸收熱量而變成熱空氣，并且與此同時，高溫高壓氣體制冷劑損失熱量而變成冷凝液，并且變成高溫高壓液體制冷劑。
接著，高溫高壓液體制冷劑通過壓縮機單元2，在此膨脹變成低溫低壓液體制冷劑，并且被輸送給車外熱交換器3。在車外熱交換器3中，低溫低壓液體制冷劑從外部空氣吸收熱量，并且蒸發(fā)和氣化，變成低溫低壓氣體制冷劑。該低溫低壓氣體制冷劑被再次輸送給壓縮機單元2并且被壓縮，變成高溫高壓氣體。此后，重復(fù)上述過程。
也就是說，在供暖運行過程中，車外熱交換器3用作蒸發(fā)器，而車內(nèi)熱交換器1則用作冷凝器。
如果繼續(xù)這一運行，在車外熱交換器3上就會結(jié)霜，并且不能進行充分的熱交換。因此，如果滿足預(yù)定的除霜條件，就通過轉(zhuǎn)換制冷劑的流動方向，即通過使制冷劑如在后面將描述的制冷運行中那樣地流動來進行除霜運行，以使霜溶化。采用這種除霜運行，在供暖運行過程中作為蒸發(fā)器的車外熱交換器3就用作了冷凝器，這樣就可以通過從制冷劑接收熱量而將霜溶化。
在制冷/除濕運行過程中，制冷劑沿逆時針方向循環(huán)，如圖中的虛線箭頭所示。通過壓縮機單元2中的壓縮機而轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏簹怏w的制冷劑被輸送給車外熱交換器3，以與外部空氣進行熱交換。結(jié)果是，制冷劑向外部空氣釋放熱量，并且被轉(zhuǎn)變?yōu)槔淠?，變成高溫高壓液體制冷劑。如上所述變成高溫高壓液體制冷劑的制冷劑通過在壓縮機單元2內(nèi)的節(jié)流阻力閥變成低溫低壓液體制冷劑，并且然后被輸送給車內(nèi)熱交換器1。
接著，低溫低壓液體制冷劑從車內(nèi)熱交換器1的吸入空氣中吸收熱量，以冷卻空氣。因此，可以向車廂輸送冷卻空氣，并且與此同時，制冷劑本身被蒸發(fā)和氣化，變成低溫低壓氣體制冷劑，再次被輸送給壓縮機單元2內(nèi)的壓縮機。此后，重復(fù)上述過程?？傊?，在制冷運行過程中，車內(nèi)熱交換器1用作蒸發(fā)器，而車外熱交換器3則用作冷凝器。
對于上述傳統(tǒng)的采用熱泵的車輛空調(diào)器，希望在供暖運行過程中有效地利用來自動力源(發(fā)動機、電動馬達等)的余熱。
也就是說，當外部空氣溫度較低時，使用熱泵可能難以從外部空氣抽入足夠的熱量，從而會引起空調(diào)器的供暖能力不足的問題。例如，溫度不能如希望的那樣上升，或者需要一段較長的時間來達到所希望的溫度。因此，渴望通過使用熱泵從傳統(tǒng)上被廢棄了的發(fā)動機余熱等中吸入熱量來改善供暖能力，并且在空調(diào)器的供暖運行過程中有效地利用該熱量，從而提高車輛空調(diào)器的市場競爭力。
此外，在需要供暖運行的情況下上述除霜運行執(zhí)行制冷運行過程。因此，從給乘客提供舒適的車廂環(huán)境的觀點出發(fā)，最好是除霜運行的頻率應(yīng)當最小，并且應(yīng)當在短的時間段內(nèi)結(jié)束這些除霜運行。此外，當啟動或停止除霜運行時，運行一個四通閥來改變制冷劑的流動方向。此時，由于高壓側(cè)與低壓側(cè)調(diào)換了，就會產(chǎn)生異常的聲音。該異常聲音的出現(xiàn)對于車輛空調(diào)器來說是不希望的，因此希望采取措施來克服這一問題。在除霜運行過程中解決這一問題是提高車輛空調(diào)器市場競爭力的關(guān)鍵。
基于上述情況，本發(fā)明的目的是通過在供暖運行過程中有效地利用發(fā)動機余熱來改善車輛空調(diào)器的供暖能力，以及解決在除霜運行過程中的問題，從而提供具有較高市場競爭力的使用熱泵的車輛空調(diào)器。
為解決上述問題，本發(fā)明采用下述措施。
根據(jù)本發(fā)明的第一種情況的一種使用熱泵的車輛空調(diào)器是這樣一種使用熱泵的車輛空調(diào)器，該熱泵具有一套包括一臺壓縮機、一個節(jié)流阻力閥和一個四通閥的壓縮機單元，該單元通過一制冷劑通路連接到一個用于在制冷劑與吸入空氣之間進行熱交換的車內(nèi)熱交換器上，以及一安裝在發(fā)動機室內(nèi)的用于在制冷劑與外部空氣之間進行熱交換的車外熱交換器；該空調(diào)器還裝備有一用于抽入外部空氣的風扇，并且通過轉(zhuǎn)換所述制冷劑的流動方向來執(zhí)行制冷運行與供暖運行，其中在供暖運行的過程中，如果發(fā)動機室的溫度高于一預(yù)定值，則將用于抽入外部空氣的風扇逆轉(zhuǎn)，從而高溫空氣被從發(fā)動機室排出到外部。
在此情形中，最好是將用于抽入外部空氣的風扇安裝在車體內(nèi)，從而從車體側(cè)面抽入外部空氣外部空氣。
此外，當用于抽入外部空氣的風扇被安裝成從車體前側(cè)抽入外部空氣時，就僅需在停車時將用于抽入外部空氣的風扇逆轉(zhuǎn)。
對于這種使用熱泵的車輛空調(diào)器，當發(fā)動機室的溫度高于一預(yù)定值時，就將用于抽入外部空氣的風扇逆轉(zhuǎn)，從而使發(fā)動機室內(nèi)的高溫空氣經(jīng)車外熱交換器流向發(fā)動機室的外部。因此，車外熱交換器可以使用該熱泵從高溫空氣吸收熱量，所述高溫空氣是通過動力源余熱，例如發(fā)動機余熱而變熱的。
如果用于抽入外部空氣的風扇被安裝成從車體側(cè)面抽入外部空氣，則可以在車輛行駛時實現(xiàn)風扇的逆轉(zhuǎn)運行而不會受到?jīng)_壓(ram pressure)的影響。
根據(jù)本發(fā)明的第四種情況的一種使用熱泵的車輛空調(diào)器是這樣一種使用熱泵的車輛空調(diào)器，該熱泵具有一套包括一臺壓縮機、一個節(jié)流阻力閥和一個四通閥的壓縮機單元，該單元被一制冷劑通路連接到一用于在制冷劑與吸入空氣之間進行熱交換的車內(nèi)熱交換器，以及一用于在制冷劑與外部空氣之間進行熱交換的車外熱交換器，并且通過轉(zhuǎn)換所述制冷劑的流動方向來執(zhí)行制冷運行與供暖運行，其中，在供暖運行過程中，當啟動或結(jié)束除霜運行時，在所述壓縮機的功能暫時被停止的條件下，轉(zhuǎn)換所述四通閥。
在此情形中，通過斷開(分離)設(shè)置在一動力源與該壓縮機之間的一離合器，可以暫停所述壓縮機的功能。
對于這種使用熱泵的車輛空調(diào)器，由于在轉(zhuǎn)換四通閥時暫停壓縮機的功能，因此沒有壓力差，可以防止出現(xiàn)異常聲音。
根據(jù)本發(fā)明的第六種情況的一種使用熱泵的車輛空調(diào)器是這樣一種使用熱泵的車輛空調(diào)器，該熱泵具有一套包括一臺壓縮機、一個節(jié)流阻力(閥)和一個四通閥的壓縮機單元，該單元被一制冷劑通路連接到一用于在制冷劑與吸入空氣之間進行熱交換的車內(nèi)熱交換器上，以及一用于在制冷劑與外部空氣之間進行熱交換的車外熱交換器，并且通過轉(zhuǎn)換所述制冷劑的流動方向來執(zhí)行制冷運行與供暖運行，其中，在執(zhí)行供暖運行后，如果車輛停放或停車，就執(zhí)行除霜運行。
對于這種使用熱泵的車輛空調(diào)器，由于在停放或停車的同時可以執(zhí)行除霜運行，因此可以減小在車輛行駛時除霜運行的頻率與時間。
下面將結(jié)合附圖對安裝有作為本發(fā)明的一實施例的一種使用熱泵的車輛空調(diào)器的混合動力車輛進行描述，附圖中

圖1是一種根據(jù)本發(fā)明的一實施例的使用熱泵的車輛空調(diào)器的構(gòu)造示意圖。
圖2是安裝有一種圖1所示的使用熱泵的車輛空調(diào)器的混合動力車輛的布置平面圖。
圖3是在除霜運行過程中每一構(gòu)成元件的運行時序圖。
圖4是一種傳統(tǒng)的使用熱泵的車輛空調(diào)器的例子的構(gòu)造示意圖。
在圖2中，標記10表示一混合動力車輛，在該車輛車體前部裝備有一驅(qū)動單元12，并且在車體后部的發(fā)動機室內(nèi)裝備有一發(fā)動機13，其中所述驅(qū)動單元12具有封裝于其內(nèi)以驅(qū)動前輪的一馬達11，所述發(fā)動機13則用于驅(qū)動后輪。該混合動力車輛10在低速驅(qū)動時作為一前輪驅(qū)動車輛行駛，而在超過一定速度的高速驅(qū)動時，通過將動力源轉(zhuǎn)換到發(fā)動機13，就作為一后輪驅(qū)動車輛行駛。由于馬達11設(shè)置在車體的前部，考慮到安裝空間的自由度和減小空氣阻力(Cd值)，發(fā)動機13被布置在車體的后部。
另外，在發(fā)動機13和馬達11同時作為動力源啟動的情況下，就可以作為一輛四輪驅(qū)動的車輛了。
在圖2中，標記14表示一蓄電池，它是馬達11的電源；標記15表示一馬達發(fā)電機單元，用于將發(fā)動機13的驅(qū)動力轉(zhuǎn)換為電能并將電能儲存在蓄電池14內(nèi)。一發(fā)電馬達(未示出)安裝在馬達發(fā)電機單元15內(nèi)，并且通過將來自發(fā)動機13的驅(qū)動力傳輸給發(fā)電馬達而產(chǎn)生電能。此外，馬達發(fā)電機單元15具有通過驅(qū)動帶有電能的發(fā)電馬達而將儲存在蓄電池14內(nèi)的電能轉(zhuǎn)換為驅(qū)動力的功能。
標記50表示設(shè)置在發(fā)動機13內(nèi)的一個I/C(中間制冷器)EGR(廢氣再循環(huán))系統(tǒng)。
標記16表示用于制冷發(fā)動機13的一散熱器，而標記17表示用于動力元件的一散熱器，其與用于制冷發(fā)動機13的散熱器16設(shè)置在一起。用于動力元件的散熱器17用于制冷驅(qū)動馬達11、馬達發(fā)電機單元15和I/C EGR系統(tǒng)50。用于制冷發(fā)動機的散熱器16和用于動力元件的散熱器17裝備有一散熱器制冷風扇18，該風扇18使從車體側(cè)面抽入的外部空氣通過散熱器來制冷，并且由此將熱量釋放給發(fā)動機艙(發(fā)動機室)內(nèi)的空氣。
此外，還設(shè)置有一蓄電池熱交換器19，用于將熱量從發(fā)動機13輸送給蓄電池14。
接著描述安裝在混合動力車輛10內(nèi)的空調(diào)器。
在圖1和2中，標記20表示一套壓縮機單元，用于壓縮制冷劑；21表示一車外熱交換器；22表示一風扇，用于抽入外部空氣；而23表示被稱為HPVM(熱泵通風組件)的一組件，其內(nèi)部設(shè)有一風機24、一車內(nèi)熱交換器25和一加熱器芯26。
車外熱交換器21被布置在設(shè)于車體后部的發(fā)動機室內(nèi)，即在發(fā)動機室的右側(cè)面，以便與從車體側(cè)面的一開口抽入的外部空氣進行強制性熱交換，其中外部空氣是通過運行風扇22來抽入的。HPVM23被布置在車體后部的中間，其前面被連接到一導(dǎo)管27上，該導(dǎo)管27沿著車體的下部中央向車體前部延伸。導(dǎo)管27為圓管形，并且分別在導(dǎo)管27的中央部分和前端設(shè)有空氣輸出區(qū)28和29。在此情形中，空氣輸出區(qū)28用于后座，而空氣輸出區(qū)29則用于前座，但這些輸出區(qū)可根據(jù)需要進行增減。
HPVM23是用于進行制冷、供暖和除濕以實現(xiàn)空氣調(diào)節(jié)的一組件，其方式是使由風機24從車體外部抽入的外部空氣或者從車廂抽入的內(nèi)部空氣流過車內(nèi)熱交換器25與加熱器芯26。
車內(nèi)熱交換器25通過一制冷劑通路30連接到壓縮機單元20和車外熱交換器21上，以構(gòu)成使用熱泵的空調(diào)器。壓縮機單元20包括一壓縮機31、一蓄液器32、一四通閥33和諸如膨脹閥之類的一節(jié)流阻力閥34，并且通過運行壓縮機31以使制冷劑循環(huán)，從而使熱泵運行。
下面對使用熱泵的空調(diào)器的空氣調(diào)節(jié)運行進行描述，分別考慮制冷/除濕運行和供暖運行。
首先描述供暖運行。此時制冷劑沿圖1中的順時針方向(由實線箭頭表示)流動。
壓縮機31抽入低溫低壓氣體制冷劑并對其壓縮，并且將其作為高溫高壓氣體制冷劑輸出給四通閥33。此時，由于四通閥33被設(shè)置成向車內(nèi)熱交換器25輸送制冷劑，因此高溫高壓氣體制冷劑就經(jīng)制冷劑通路30被輸送給車內(nèi)熱交換器25，并且熱量與車內(nèi)空氣或由風機24抽入的車外空氣(下稱吸入空氣)進行熱交換，以加熱空氣。也就是說，高溫高壓氣體制冷劑的熱量被吸入空氣吸收，并且高溫高壓氣體制冷劑被轉(zhuǎn)換成冷凝液并且變成高溫高壓液體制冷劑。與此同時，通過車內(nèi)熱交換器25的吸入空氣被該熱量加熱并且作為暖空氣被輸送給車廂。在此情形中車內(nèi)熱交換器25作為一冷凝器。
從車內(nèi)熱交換器25輸出的作為高溫高壓液體制冷劑的制冷劑通過在壓縮機單元20內(nèi)的節(jié)流阻力閥34被減壓并且膨脹，變成低溫低壓液體制冷劑，然后被輸送給沿車體側(cè)面安裝的車外熱交換器21。由用于抽入外部空氣的風扇22抽入的外部空氣通過車外熱交換器21，并且車外熱交換器21與外部空氣進行熱交換，以吸入熱量。因此，低溫低壓液體制冷劑被溫度相對較高的外部空氣加熱，并且被蒸發(fā)和氣化，變成低溫低壓氣體制冷劑。在此情形中車外熱交換器21用作一蒸發(fā)器。
已變成低溫低壓氣體的制冷劑然后被輸送給四通閥33并且被引向蓄液器32，在此處液體成分被去除，此后氣體再次被抽入壓縮機21內(nèi)并被壓縮。隨后重復(fù)同樣的制冷循環(huán)，以對車廂進行供暖。
下面描述制冷運行。此時制冷劑沿圖1中的逆時針方向(由虛線箭頭表示)流動。
壓縮機31抽入低溫低壓氣體制冷劑并對其壓縮，并且將其作為高溫高壓氣體制冷劑輸出給四通閥33。此時，由于四通閥33被設(shè)置成向車外熱交換器21輸送制冷劑，因此高溫高壓氣體制冷劑就經(jīng)制冷劑通路30被輸送給車外熱交換器21，并且熱量與由用于抽入外部空氣的風扇22抽入的外部空氣進行熱交換。其結(jié)果是，高溫高壓氣體制冷劑的熱量被溫度相對較低的外部空氣吸收，并且高溫高壓氣體制冷劑被轉(zhuǎn)換成冷凝液并且變成高溫高壓液體制冷劑。在此情形中車外熱交換器21作為一冷凝器。
然后，高溫高壓液體制冷劑被輸送給節(jié)流阻力閥34，并且在通過節(jié)流阻力閥34時被減壓并且膨脹，變成低溫低壓液體制冷劑。然后低溫低壓液體制冷劑被輸送給車內(nèi)熱交換器25，并且與由風機24抽入的吸入空氣進行熱交換，并從吸入空氣吸收熱量，以實現(xiàn)制冷。其結(jié)果是，低溫低壓液體制冷劑被蒸發(fā)和氣化，變成低溫低壓氣體制冷劑。與此同時，吸入空氣變成制冷空氣并且被輸送給車廂。在此情形中車內(nèi)熱交換器25用作一蒸發(fā)器。
此外，從車內(nèi)熱交換器25輸出的低溫低壓氣體制冷劑經(jīng)四通閥33被輸送給蓄液器32，并且制冷劑中的液體成分被去除。然后低溫低壓氣體制冷劑從蓄液器32再次被吸入壓縮機31內(nèi)并且被壓縮，此后重復(fù)同樣的制冷循環(huán)，以實現(xiàn)車廂的制冷。
此外，圖1中所示的HPVM23裝備有一加熱器芯26。該加熱器芯26具有從安裝在混合動力車輛10內(nèi)的發(fā)動機13中引入高溫發(fā)動機制冷水的功能，以加熱通過的吸入空氣。也就是說，當發(fā)動機制冷水溫度超過一預(yù)定值時，發(fā)動機制冷水可用作進行供暖的補充熱源。
對于沒有發(fā)動機13因此不能供給熱水的電動車輛，在使用熱泵的空調(diào)器內(nèi)不安裝加熱器芯26。
對于上述使用熱泵的車輛空調(diào)器，當在供暖運行過程中發(fā)動機室的溫度高于一預(yù)定值時，這可由安裝在發(fā)動機室內(nèi)適當位置處的溫度的檢測裝置(例如傳感器Te)檢測到，然后將用于抽入外部空氣的風扇22逆轉(zhuǎn)。也就是說，用于抽入外部空氣的風扇22的轉(zhuǎn)動方向被逆轉(zhuǎn)，從而將發(fā)動機室內(nèi)的高溫空氣排出到車體之外。此時，由于用于抽入外部空氣的風扇22被安裝在車體側(cè)面，因此發(fā)動機室內(nèi)的高溫空氣即使是在行駛過程中也可以被排出而不會受到?jīng)_壓的影響。
由于例如來自發(fā)動機機體13的輻射熱和來自散熱器16的輻射熱之類的余熱，發(fā)動機室內(nèi)的溫度在夏天當外部溫度較高時可以上升到大約90℃，在冬天當外界溫度非常低時可以上升到40～50℃。
當用于抽入外部空氣的風扇22進行逆轉(zhuǎn)運行時，在發(fā)動機室內(nèi)的高溫空氣沿相反的方向通過用作蒸發(fā)器的車外熱交換器21，并且被排出到車體之外。因此，流經(jīng)車外熱交換器21的低溫低壓制冷劑可以從相對于外部空氣溫度較高的空氣中吸收熱量，其前提條件是由于外部空氣溫度較低而需要進行供暖運行。這樣就可以進行有效的熱交換，從而改善車外熱交換器21的吸熱能力，并且提高熱泵的供暖能力。
也就是說，由于發(fā)動機的余熱而利用發(fā)動機室內(nèi)的空氣的熱函進行供暖運行是可能的。因此，可以極大地提高供暖運行能力，特別是當外界溫度低時。
當檢測到發(fā)動機室內(nèi)的溫度低于預(yù)定值時，用于抽入外部空氣的風扇22的上述逆轉(zhuǎn)運行被停止并且返回到正常的旋轉(zhuǎn)運行?？梢栽谟糜谕Ｖ鼓孓D(zhuǎn)運行的設(shè)定溫度與用于啟動逆轉(zhuǎn)運行的設(shè)定溫度之間提供合適的溫度差。
上述實施例被構(gòu)造成使得車外熱交換器21被橫向地安裝在混合動力車輛10的后側(cè)，并且用于抽入外部空氣的風扇22從車體外側(cè)抽入外部空氣。然而，在另一實施例中，其構(gòu)造可以使得車外熱交換器21被安裝在一發(fā)動機室內(nèi)，該發(fā)動機室設(shè)置在車體的前部，正如通常的車輛那樣，從車體前部抽入外部空氣。也就是說，在上述混合動力車輛10的情形中，裝備有用于抽入外部空氣的風扇22的車外熱交換器21可以被安裝在車體前部的發(fā)動機室內(nèi)，在此處還安裝有其內(nèi)裝有馬達11的驅(qū)動單元12。但是這增大了前部輪廓面積，并且從Cd值的觀點看具有缺陷。在此情形中，由于總體上說因行駛而使風從前格柵進入發(fā)動機室，從而受到?jīng)_壓的影響，用于抽入外部空氣的風扇22在一種“與(AND)”的條件下進行逆轉(zhuǎn)運行，從而不但會使發(fā)動機室的溫度超過預(yù)定值外，而且還必須停車。
為了檢測車輛的停止狀態(tài)，可以從一種通常使用在車輛中的車速傳感器來接收信號。
上述情況是作為優(yōu)選實施例描述的。上述發(fā)明不限于安裝在混合動力車輛內(nèi)的使用熱泵的車輛空調(diào)器，顯然也可應(yīng)用于使用內(nèi)燃機作為動力源的車輛和使用電動馬達作為動力源的電動車輛中。
在電動車輛的情形中，由于電動馬達或蓄電池變成熱源，在此情形中的發(fā)動機室可以是安裝電動馬達或蓄電池的空間。即，用于抽入外部空氣的風扇22的逆轉(zhuǎn)運行可以由安裝在馬達車內(nèi)的車外熱交換器21來執(zhí)行。
此外，對于上述使用熱泵的車輛空調(diào)器，在連續(xù)供暖運行后需要除霜運行。除霜運行是溶化和去除附結(jié)在作為蒸發(fā)器的車外熱交換器21上的霜的運行。該運行所執(zhí)行的熱泵運行類似于制冷運行，在該制冷運行中制冷劑沿與供暖運行相反的方向流動，這樣車外熱交換器21就用作冷凝器了。
當供暖運行連續(xù)進行并且滿足一預(yù)定的除霜條件時，就從供暖運行自動地轉(zhuǎn)換成上述除霜運行。圖3表示除霜運行的時序圖。在供暖運行過程中，四通閥33處于供暖位置，風機24和用于抽入外部空氣的風扇22處于ON(打開)的位置，安裝在壓縮機31與動力源35之間的壓縮機離合器36處于連接(ON)狀態(tài)，并且節(jié)流阻力閥34處于正常的打開狀態(tài)。
這里示出的是除霜條件的一具體例子，其設(shè)置是，當被連結(jié)到車外熱交換器21上的車外熱交換器散熱片傳感器(下稱散熱片傳感器)Tf檢測到低于一設(shè)定溫度(例如-2℃)的低溫時，并且供暖運行的連續(xù)周期達到一設(shè)定時間(例如50分鐘或更長)時，就啟動除霜運行(在一“與(AND)”條件下)。該除霜條件僅僅是一具體例子，并且可以適當?shù)馗淖儭?br> 當滿足除霜條件，并且啟動除霜運行時，風機24和用于抽入外部空氣的風扇22就被關(guān)閉，并且節(jié)流阻力閥34被轉(zhuǎn)換到完全打開的位置。與此同時，壓縮機離合器36被斷開，從而壓縮機31與動力源35暫時分離并且停止作為壓縮機的運行。在此情形中，使用于抽入外部空氣的風扇22停止運轉(zhuǎn)可以有效地減小除霜運行周期。另一方面，使風機24停止運轉(zhuǎn)可以防止輸出到車廂的溫度在除霜運行過程中下降。
因此，在被連接到四通閥33的制冷劑通路30之間沒有壓力差。因此，在該狀態(tài)下通過將四通閥33從供暖位置轉(zhuǎn)換到制冷位置，可以防止氣態(tài)制冷劑從高壓側(cè)突然流向低壓側(cè)。其結(jié)果是，氣態(tài)制冷劑高速流動時所產(chǎn)生的氣流聲音消失，可以安靜地進行轉(zhuǎn)換運行而沒有任何異常的聲音。在已完成四通閥33的轉(zhuǎn)換運行后，壓縮機離合器36被再次接合，以恢復(fù)壓縮機31的運行。
通過恢復(fù)壓縮機31的運行，制冷劑就如在制冷運行中一樣沿逆時針方向流動，以執(zhí)行除霜運行。因此，熱量被供給車外熱交換器21，以溶化在車外熱交換器21周圍附結(jié)的霜。當滿足除霜結(jié)束條件時就結(jié)束這一除霜運行。作為除霜結(jié)束條件的一具體例子，只需滿足兩個條件之一，即由散熱片傳感器Tf檢測到的溫度超過一設(shè)定溫度(例如10℃)，或除霜運行的連續(xù)周期超過一設(shè)定時間(例如9分鐘)。在此情形中，具有除霜運行的連續(xù)周期的“或(OR)”的條件的原因是如果在散熱片傳感器Tf內(nèi)具有故障，就防止除霜運行繼續(xù)進行。
當滿足除霜結(jié)束條件時，首先斷開壓縮機離合器36，以停止壓縮機31的運行。其結(jié)果是，在連接到四通閥33的制冷劑通路30之間沒有壓力差。因此在此條件下，如果四通閥33被從制冷位置轉(zhuǎn)換為供暖位置，就不會產(chǎn)生異常聲音。
此外，在壓縮機離合器36已經(jīng)斷開之后，立即打開風機24和用于抽入外部空氣的風扇22，并且節(jié)流阻力閥34從完全打開的位置變成正常位置。然后，通過再次接通壓縮機離合器36，恢復(fù)壓縮機31的運行，并且制冷劑沿供暖運行的流動方向流動，以啟動供暖運行。
當車輛停放或停止時，也自動地執(zhí)行上述除霜運行。此時的除霜運行當然也僅在行駛過程中已經(jīng)執(zhí)行供暖運行后才被執(zhí)行。例如，當一鑰匙從一發(fā)動機鑰匙運行位37拔出時，通過判斷停放/停車狀態(tài)來啟動除霜運行。也可根據(jù)上述除霜結(jié)束條件來結(jié)束除霜運行。但是，這可以被設(shè)置成在一較短的時間周期內(nèi)結(jié)束，這是因為考慮到附結(jié)的霜不會象在行駛過程中當滿足除霜條件時那么多。此外，當由散熱片傳感器Tf檢測到的溫度超過一預(yù)定值時，或者當供暖運行的連續(xù)周期不大于一預(yù)定值時，可以判斷不需要進行除霜運行，這樣在停放或停車時可以不進行除霜運行。
通過在停放或停車時執(zhí)行除霜運行，可以有效地利用車輛不行駛時的周期來除霜。因此可以減小在行駛過程中除霜運行的頻率和周期。即，在需要供暖運行的狀態(tài)下執(zhí)行制冷運行的除霜運行可以保持最小，其中所述的除霜運行是車廂內(nèi)的乘客所不希望的。
如上所述，對于本發(fā)明的使用熱泵的車輛空調(diào)器，由于當在供暖運行過程中發(fā)動機室內(nèi)的溫度高于一預(yù)定值時，用于抽入外部空氣的風扇逆轉(zhuǎn)，從而借助熱泵(它有效地利用發(fā)動機室內(nèi)的空氣的熱函)可以非常有效地進行熱吸收。因此，特別是在外界溫度較低時可以提高供暖運行能力，從而可以執(zhí)行針對不同要求的空氣調(diào)節(jié)運行，以給車廂內(nèi)的乘客提供舒適的環(huán)境，從而有效地提高使用熱泵的車輛空調(diào)器的市場競爭力。
此外，可以防止在啟動和結(jié)束除霜運行時制冷劑的氣流聲音。另外，在行駛過程中的除霜運行可以保持最小，從而提高使用熱泵的車輛空調(diào)器的市場競爭力。
權(quán)利要求
1.一種使用熱泵的車輛空調(diào)器，該熱泵具有一套包括一臺壓縮機、一個節(jié)流阻力閥和一個四通閥的壓縮機單元，該單元由一制冷劑通路連接到一用于在制冷劑與吸入空氣之間進行熱交換的車內(nèi)熱交換器，以及一安裝在發(fā)動機室內(nèi)的用于在制冷劑與外部空氣之間進行熱交換的車外熱交換器；該空調(diào)器還裝備有一用于抽入外部空氣的風扇，并且通過轉(zhuǎn)換所述制冷劑的流動方向來執(zhí)行制冷運行與供暖運行，其中，在所述供暖運行過程中，如果所述發(fā)動機室的溫度高于一預(yù)定值，則將所述用于抽入外部空氣的風扇逆轉(zhuǎn)，從而將高溫空氣從所述發(fā)動機室排出到外部。
2.如權(quán)利要求1所述的使用熱泵的車輛空調(diào)器，其中，所述用于抽入外部空氣的風扇被安裝在車體內(nèi)，從而從車體側(cè)面抽入外部空氣。
3.如權(quán)利要求1所述的使用熱泵的車輛空調(diào)器，其中，所述用于抽入外部空氣的風扇被安裝在車體內(nèi)，從而從車體前側(cè)抽入外部空氣。
4.一種使用熱泵的車輛空調(diào)器，該熱泵具有一套包括一臺壓縮機、一個節(jié)流阻力閥和一個四通閥的壓縮機單元，該單元被一制冷劑通路連接到一用于在制冷劑與吸入空氣之間進行熱交換的車內(nèi)熱交換器，以及一用于在制冷劑與外部空氣之間進行熱交換的車外熱交換器，該空調(diào)器通過轉(zhuǎn)換所述制冷劑的流動方向來執(zhí)行制冷運行與供暖運行，其中，在供暖運行過程中，當啟動或結(jié)束除霜運行時，在所述壓縮機的功能暫時被停止的條件下，轉(zhuǎn)換所述四通閥。
5.一種使用熱泵的車輛空調(diào)器，其中，通過斷開設(shè)置在動力源與壓縮機之間的離合器，暫停所述壓縮機的功能。
6.一種使用熱泵的車輛空調(diào)器，該熱泵具有一套包括一臺壓縮機、一個節(jié)流阻力閥和一個四通閥的壓縮機單元，該單元被一制冷劑通路連接到一用于在制冷劑與吸入空氣之間進行熱交換的車內(nèi)熱交換器，以及一用于在制冷劑與外部空氣之間進行熱交換的車外熱交換器，該空調(diào)器通過轉(zhuǎn)換所述制冷劑的流動方向來執(zhí)行制冷運行與供暖運行，其中，在執(zhí)行供暖運行后，如果車輛停放或停車，就執(zhí)行除霜運行。
全文摘要
一種使用熱泵的車輛空調(diào)器,該熱泵具有一套包括一臺壓縮機、一個節(jié)流阻力閥和一個四通閥的壓縮機單元,該單元由一制冷劑通路連接到一車內(nèi)熱交換器以及一車外熱交換器;該空調(diào)器還裝備有一用于抽入外部空氣的風扇,并且通過轉(zhuǎn)換制冷劑的流動方向來執(zhí)行制冷運行與供暖運行,其中在所述供暖運行過程中,如果所述發(fā)動機室的溫度高于一預(yù)定值,則將用于抽入外部空氣的所述風扇逆轉(zhuǎn),從而將高溫空氣從所述發(fā)動機室排出到外部。
文檔編號B60H1/00GK1277926SQ0010639
公開日2000年12月27日 申請日期2000年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月7日
發(fā)明者平尾豐隆, 藤谷誠, 格雷戈里·A·梅杰, 曾欣 申請人:三菱重工業(yè)株式會社, 通用汽車公司