CN101445031B - 用于混合动力车辆的hvac热存储 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于混合动力车辆的HVAC热存储，具体而言，其公开了在引擎关闭模式下向混合动力车辆的客舱提供冷空气的系统和方法。其可包括：在引擎运行时运行HVAC系统以提供流经蒸发器的低温的制冷剂，并迫使空气穿过蒸发器，以将空气冷却。引导来自蒸发器的冷空气的第一部分穿过加热器芯而来自蒸发器的冷空气的第二部分绕过加热器芯，并且，激活电动水泵以泵送冷却剂使其从热存储罐出发，穿过加热器芯而回到热存储罐以对冷却剂进行冷却。在引擎停止运行时，引导气流通过加热器芯，并且泵送冷却剂使其从热存储罐出发，穿过加热器芯而回到热存储罐以对空气进行冷却。

Description

用于混合动力车辆的HVAC热存储

技术领域

本发明大致涉及用于混合动力车辆的加热、通风及空气调节(HVAC)系统，且更具体地，涉及用于混合动力车辆中的HVAC系统的热存储。

背景技术

一些混合动力车辆在引擎关闭时不具备提供空气调节舒适性的能力。然而，为了改善车辆的整体燃油经济性，通常更可取的却是，尽可能地令引擎不运行。虽然如此，当与传统车辆(其上的引擎一直运转-这使得在需要时可随时进行空气调节)进行比较时，不具备连续的空气调节能力可能令车辆拥有者感到不满。

就这一关心的问题，有人提出了用于混合动力车辆的、即使在引擎关闭时也能进行空气调节的系统。例如，一些混合动力车辆包括这样的制冷剂压缩机(refrigerant compressors)，该制冷剂压缩机具有它们自己的电机，该电机用于驱动该制冷剂压缩机，这样，制冷剂压缩机就可以独立于引擎的方式地被驱动。另一些车辆不仅具有单独的电机以驱动制冷剂压缩机，还包括有双驱动机构，在其中，压缩机同样可在脱离附件驱动带时被直接地驱动。然而，由于增加了额外的压缩机电机以及用于运行电机的电缆及电子器件，所以这两种解决方案都会增加车辆的重量和成本。还有另一些人则尝试通过这样的做法，即，提供可在引擎关闭状态下的车辆运行期间提供空气调节舒适性的第二循环冷却系统或制冷剂热存储系统，来减轻这一矛盾。但是，这些系统仍会给空气调节系统增加大量的成本，并且，其中一些仅仅提供有限时间量内的空气调节舒适性，之后就必须重新启动引擎。此外，第二循环系统具有额外的热量(heat)，这些额外的热量也必须被冷却。其还可能导致中间的热交换损失或需要单独的流体充填系统(例如，冷却剂充填，制冷剂充填或其它类型的流体)。

发明内容

一种实施例考虑了用于具有内燃机的混合动力车辆的加热、通风及空气调节系统。该HVAC系统可包含HVAC模块，其包括蒸发器，位于蒸发器下游的加热器芯，以及配置用于有选择地阻断或允许来自蒸发器的气流流经加热器芯的混合门(blend door)。电动水泵具有出口，其与通向加热器芯的冷却剂入口成流体连通，并且，热存储罐被配置用于容纳冷却剂于其中。冷却剂管道连接在来自加热器芯的冷却剂出口和热存储罐以及通向引擎的冷却剂入口之间。电控阀具有第一部分(其配置成与来自引擎的加热器芯出口成流体连通)，第二部分(其与来自热存储罐的出口成流体连通)，以及第三部分(其与通向电动水泵的入口成流体连通)，其中，电控阀被配置用于有选择地允许来自第一部分的冷却剂穿过第三部分以及来自第二部分的冷却剂穿过第三部分。

一种实施例中考虑了这样的一种方法，即，向处在引擎停止模式下的混合动力车辆的客舱(passenger compartment)提供冷空气，该方法包含以下步骤：在引擎运行时，运行HVAC系统的制冷部分以提供低温的制冷剂，其流经蒸发器；迫使空气穿过蒸发器从而将空气冷却；引导来自蒸发器的冷空气的第一部分穿过加热器芯而来自蒸发器的冷空气的第二部分绕过该加热器芯；激活电动水泵以从热存储罐泵送冷却剂，使其穿过阀、电动水泵、加热器芯而回到热存储罐从而在冷却剂流经该加热器芯时对冷却剂进行冷却；停止引擎的运行和HVAC系统的制冷部分；在停止引擎运行之后，引导基本上所有来自蒸发器的气流穿过加热器芯；并且，泵送冷却剂使其从热存储罐穿过阀、电动水泵、加热器芯而回到热存储罐从而对流经该加热器芯的空气进行冷却。

在一种实施例中考虑了这样的一种方法，即，提供热存储以便为混合动力车辆的客舱的制冷作准备，该方法包含以下步骤：运行HVAC系统的制冷部分以提供流经蒸发器的低温的制冷剂(当引擎运行时)；迫使空气穿过蒸发器从而将空气冷却；在客舱降温事件(cool downevent)期间，引导来自蒸发器的冷空气绕过加热器芯；检测何时达到预定温度，其用信号通知(signals)结束降温事件；在结束降温事件之后，引导来自蒸发器的冷空气的第一部分穿过加热器芯而来自蒸发器的冷空气的第二部分绕过加热器芯；并且，在结束降温事件之后，激活电动水泵，以泵送冷却剂使其从热存储罐出发，穿过阀、电动水泵、加热器芯，并回到热存储罐，从而，在冷却剂流经该加热器芯时，对冷却剂进行冷却。

实施例的一个优势在于，存储热能(thermal energy)，以便在混合动力车辆中在引擎关闭的状态下运行时对客舱进行加热和冷却，同时，降低为此所需的成本。这一点是在提供与传统HVAC系统相同的下拉能力(pull down performance)的同时加以实现的。此外，如果希望的话，可使用传统的HVAC模块。

实施例的一个优势在于，由于冷却剂和制冷剂可以以与传统车辆一样的方式被充填，所以在装配厂中不需要单独的充填系统或排空系统。

实施例的一个优势在于，HVAC系统可具有在加热模式或除霜模式下对车厢(cabin)空气进行除湿的能力。

附图说明

图1是混合动力车辆的示意图，其示出了运行的第一模式。

图2是与图1相似的示意图，但其示出了运行的第二模式。

图3是与图1相似的示意图，但其示出了运行的第三模式。

图4是与图1相似的示意图，但其示出了运行的第四模式。

图5是根据第二实施例的混合动力车辆的示意图。

具体实施方式

参看图1至图4，示出了混合动力车辆(其整体标识为10)的一部分。由于对于图1至图4而言部件都是一样的，而仅是所示出的运行模式不一样，故各个元件的编号都相同。在下文中，以与车辆10的运行相关的方式来讨论运行的模式之间的区别。混合动力车辆包括引擎舱12，客舱14。在舱12，14中有引擎冷却系统16和加热、通风及空气调节(HVAC)系统18。

引擎冷却系统16包括水泵20，其推动水穿过引擎22和引擎冷却系统16的其它部分。该水泵20可由引擎22所驱动。以传统的方式，使用散热器24和风扇26，以从引擎冷却剂中去除热量。以传统的方式，使用温度调节装置28，其用于在冷却剂低于所希望的运行温度时有选择地阻断穿过散热器24的冷却剂流。

来自引擎22的加热器芯出口30引导冷却剂通向电控阀32。该阀32同样还连接至电动水泵34的入口33以及热存储罐36的出口35。热存储罐36是隔热的，以保持罐36中的冷却剂的温度。电动水泵34的出口37引导流体进入加热器芯38中，其位于HVAC模块40内。管道42将来自加热器芯38的冷却剂引导至通向热存储罐36的入口39并将其引导至通向水泵20的入口。在图1至图5中所示的虚线代表了冷却剂管道，引擎冷却剂在这些冷却剂管道中流过。

HVAC系统18包括HVAC模块40，送风机44位于其中，该送风机44用于通过空气入口46吸入空气，并引导空气穿过蒸发器48。在蒸发器48下游处的是加热器芯38，该加热器芯38具有位于其上游侧处的混合门50，其有选择地引导空气绕过加热器芯38或穿过加热器芯38。HVAC模块40还可包括除霜出口和门52，地板出口和门54，以及胸腔高度出口和门56，它们引导空气进入客舱的不同部分。

HVAC系统18的制冷部分58可包括蒸发器48，热膨胀阀60，制冷剂压缩机62，冷凝器64，它们以传统的方式经由制冷剂管道66而连接到一起。可以传统方式通过引擎22来驱动压缩机62，因此节省了用于驱动压缩机62的单独的电机的成本。图1至图5中所示的点划线代表了制冷剂管道，制冷剂流动穿过这些管道。

用制冷剂来充填制冷部分58，以及用冷却剂来充填引擎冷却系统16等都可用传统的方法来实现。正如从下文所讨论的运行模式中所得知的那样，运行模式中的额外的灵活性是在无需特殊流体或单独充填的情况下实现的。

图1阐明了运行的第一模式。在该模式中，引擎22处在运行状态，且引擎冷却系统16运行以保持引擎22处于所希望的温度。同样，HVAC系统18的制冷部分58运行以在初始降温期间向客舱14提供冷空气。在该初始降温期间，混合门50阻断穿过加热器芯38的气流，因此导致，由送风机44通过空气入口46而吸入的空气被引导穿过蒸发器48，绕开加热器芯38，并穿过胸腔高度出口56而流出至客舱14。在图1至图4中的大箭头表示了空气的流动。图1至图4中的、在制冷剂管道和冷却剂管道上的小箭头分别地表示了制冷剂和冷却剂的穿过各自管道的流动。

那么，在该第一模式中，热存储罐36并不增加任何其中所存储的热能。这一模式通常会持续直至该降温被完成——即，直至达到所希望的车厢空气温度或出口排气温度为止。由于在这种运行模式期间没有热能被加入到热存储罐36，因此并不存在相较于传统空气调节系统而言的效率损失和客舱14的降温所需时间的延长。

图2阐明了运行的第二模式。在该模式中，引擎22运行，并且引擎冷却系统16处于运行状态以保持引擎22处于在所希望的温度。同样，HVAC系统18的制冷部分58处在运行状态以向客舱14提供冷空气从而保持车厢空气温度。混合门50部分地打开以允许一些气流穿过加热器芯38而一些气流绕过加热器芯38。此外，设置阀32以允许从热存储罐36到电动水泵34的冷却剂流，而阻断来自引擎22的冷却剂流。电动水泵34被激活以泵送冷却剂穿过加热器芯38并回到热存储罐36。在混合门50部分地打开的情况下，流经加热器芯38的冷却剂将被来自蒸发器48的气流所冷却。相应地，热存储罐36存储热能(即，罐中的低温冷却剂)。

图3阐明了运行的第三模式。在该模式中，车辆在引擎22停止的情况下运行。尽管引擎冷却系统16和HVAC系统18的制冷部分58已停止运行，但针对空气调节的乘客要求激活。在这种模式下，设置阀32以允许从热存储罐36到电动水泵34的冷却剂流，但阻断来自引擎22的冷却剂流。电动水泵34被激活以泵送冷却剂穿过加热器芯38并回到热存储罐36。而且，混合门50完全地打开，这样，流经加热器芯38的空气将被流经加热器芯38的冷却剂所冷却。相应的，在热存储罐36中所存储的热能(即，低温的冷却剂)将对空气进行冷却和除湿，允许进行空气调节——即使引擎22是关闭的。

图4阐明了运行的第四模式。在该模式中，在引擎运行时，需要热量以供客舱14使用。制冷部分58停用。设置阀32以引导流体从引擎加热器芯出口30出发，穿过电动水泵34和加热器芯38而回到水泵20。这样，即使带有额外的部件及运行模式，HVAC系统18仍能以传统的加热模式运行。

虽然说明了四种运行模式，但其它的运行模式同样可被使用。例如，热存储罐36还可被用于存储热量(即，热的冷却剂)，如果希望这样做的话。

图5说明了第二实施例。因为该实施例与第一实施例相似，且为避免描述上的不必要的重复，与第一实施例中的元件相似的元件具有相同的元件编号。在该实施例中，引擎冷却系统16和HVAC模块40与第一实施例中的相同。然而，HVAC系统18的制冷部分58和热存储罐36有所改变。制冷剂-冷却剂热交换器70安装在热存储罐36内，制冷剂管道66在引导来自蒸发器48和热膨胀阀60的制冷剂通向制冷剂压缩机62之前先引导其穿过制冷剂-冷却剂热交换器70。虽然该实施例的系统增加了热交换器70的成本，但它也缩短了在热存储罐36中存储热能(即，低温的冷却剂)所需的时间。

虽然对本发明的某些实施例进行了详细的描述，本发明所涉及领域的技术人员将认识到如下列的权利要求所定义的用于实施本发明的各种备选设计及实施例。

Claims (10)

1.一种用于具有内燃机的混合动力车辆的加热、通风及空气调节系统，其包括：

HVAC模块，所述HVAC模块包括蒸发器，位于所述蒸发器下游的加热器芯，以及配置用于有选择地阻断或允许来自所述蒸发器的气流流经所述加热器芯的混合门；

电动水泵，所述电动水泵具有出口，所述出口与通向所述加热器芯的冷却剂入口成流体连通；

热存储罐，所述热存储罐配置用于在其中容纳冷却剂；

冷却剂管道，所述冷却剂管道在来自所述加热器芯的冷却剂出口、通向所述热存储罐的入口以及通向该引擎的冷却剂入口之间进行连接；以及

电控阀，所述电控阀具有第一部分，第二部分和第三部分，所述第一部分被配置成与来自所述引擎的加热器芯出口成流体连通，所述第二部分与来自热存储罐的出口成流体连通，而第三部分与通向所述电动水泵的入口成流体连通，所述电控阀被配置以便有选择地允许来自所述第一部分的冷却剂穿过所述第三部分以及有选择地允许来自所述第二部分的冷却剂穿过所述第三部分。

2.根据权利要求1所述的加热、通风及空气调节系统，其特征在于，所述电控阀为三通阀。

3.根据权利要求1所述的加热、通风及空气调节系统，其特征在于，所述热存储罐是隔热的，以保持所述热存储罐中的冷却剂的温度。

4.根据权利要求1所述的加热、通风及空气调节系统，其特征在于，所述加热、通风及空气调节系统包括配置成由所述引擎所驱动的制冷剂压缩机。

5.根据权利要求1所述的加热、通风及空气调节系统，其特征在于，所述加热、通风及空气调节系统包括位于所述热存储罐中的制冷剂-液体热交换器，所述制冷剂-液体热交换器具有出口，所述出口以流体连通的方式连接至通向制冷剂压缩机的入口。

6.一种向处于引擎停止模式中的混合动力车辆的客舱提供冷空气的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)在引擎运行时，运行HVAC系统的制冷部分以提供流经蒸发器的低温的制冷剂；

(b)迫使空气穿过所述蒸发器，从而将空气冷却；

(c)引导来自所述蒸发器的冷空气的第一部分穿过加热器芯而来自所述蒸发器的冷空气的第二部分绕过所述加热器芯；

(d)激活电动水泵从而自热存储罐泵送冷却剂，使其穿过阀、电动水泵、所述加热器芯而回到所述热存储罐，从而在所述冷却剂流经所述加热器芯时对所述冷却剂进行冷却；

(e)中止所述引擎的运行以及所述HVAC系统的制冷部分；

(f)在步骤(e)之后，引导基本上所有的来自所述蒸发器的气流穿过所述加热器芯；并且

(g)在步骤(e)之后，自所述热存储罐泵送冷却剂，使其穿过所述阀、所述电动水泵、所述加热器芯而回到所述热存储罐，从而对流经所述加热器芯的空气进行冷却。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

(h)在步骤(c)之前，在客舱的降温事件期间，引导来自蒸发器的冷空气绕过加热器芯；以及

(i)在步骤(c)之前，检测何时达到预定温度，用信号通知结束降温事件。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在引导制冷剂穿过制冷剂压缩机之前，引导所述制冷剂穿过位于所述热存储罐中的热交换器。

9.一种提供热存储以便为混合动力车辆客舱的冷却作准备的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)在引擎运行时，运行HVAC系统的制冷部分以提供流经蒸发器的低温的制冷剂；

(b)迫使空气穿过所述蒸发器，从而将空气冷却；

(c)在客舱降温事件期间，引导来自所述蒸发器的冷空气绕过加热器芯；

(d)检测何时达到预定温度，用信号通知结束降温事件；

(e)在步骤(d)之后，引导来自所述蒸发器的冷空气的第一部分穿过加热器芯而来自所述蒸发器的冷空气的第二部分绕过加热器芯；以及

(f)在步骤(d)之后，激活电动水泵以从热存储罐泵送冷却剂穿过阀、所述电动水泵、所述加热器芯而回到所述热存储罐从而在所述冷却剂流经所述加热器芯时，对所述冷却剂进行冷却。

10.权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在引导制冷剂穿过制冷剂压缩机之前，引导所述制冷剂穿过位于所述热存储罐中的热交换器。

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