專利名稱：Hvac模塊的加熱器的冷卻劑流量控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及車輛的采暖、通風與空調(diào)(HVAC) 系統(tǒng)，尤其涉及在該HVAC系統(tǒng)中加熱空氣。
背景技術：
在傳統(tǒng)的HVAC模塊中，空氣溫度門(混合風門)用來 在空氣流經(jīng)蒸發(fā)器之后引導該空氣流經(jīng)加熱器芯或者在加熱器 芯周圍流動，混合室位于加熱器芯的下游以允許流經(jīng)加熱器芯的 空氣與在加熱器芯周圍流動的空氣相混合。通過混合在加熱器芯 周圍流動的低溫空氣與流經(jīng)加熱器芯的高溫空氣，使得來自HVAC 模塊的空氣具有一致的溫度。然而，采用這些傳統(tǒng)的系統(tǒng)，由于 混合風門和混合室所需要的空間，HVAC模塊可能比期望的更大， 并且不論是否需要，高溫冷卻劑均被不斷泵送經(jīng)過加熱器芯。有些人增加了閥，以便在不需要的時候阻止冷卻劑流 經(jīng)加熱器芯。有些人則采用具有脈沖寬度調(diào)制或者開/關控制的 泵，以便基于HVAC系統(tǒng)當前的加熱需求來控制流經(jīng)加熱器芯的 最大冷卻劑流量的百分比。脈沖寬度調(diào)制是對流動的冷卻劑的線 性流量控制，當需要減小的容量時則具有減小的流量，當需要較 高的加熱器容量時則具有較高的流量。但是傳統(tǒng)系統(tǒng)的這些變化 仍然不能克服傳統(tǒng)HVAC模塊的一些缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
—個實施例構思了一種加熱流經(jīng)HVAC模塊的加熱器芯的 空氣的方法。該方法可包括以下步驟使空氣流經(jīng)HVAC模塊的蒸發(fā)器； 在HVAC的所有運行工況下，使流經(jīng)蒸發(fā)器的所有空氣基本流經(jīng)加熱器 芯；打開閥以使來自發(fā)動機的熱冷卻劑流入加熱器芯，流入時間長得 足以使來自發(fā)動機的熱冷卻劑取代加熱器芯中的冷卻劑；當熱冷卻劑 已經(jīng)取代了加熱器芯中的冷卻劑時，關閉閥以阻止熱冷卻劑流入加熱 器芯；確定熱冷卻劑的溫度；以及當確定冷卻劑的溫度已經(jīng)冷卻到預 定溫度閾值時，給加熱器芯重新充滿熱冷卻劑。
—個實施例構思了一種車輛的HVAC系統(tǒng)。該HVAC系統(tǒng)可包 括HVAC模塊、加熱器芯冷卻劑回路以及流量控制閥。該HVAC模塊可包 括鼓風機、位于來自鼓風機的空氣流的下游的蒸發(fā)器、定位靠近蒸發(fā) 器并且位于來自蒸發(fā)器的空氣流的下游的加熱器芯、以及包容蒸發(fā)器 和加熱器芯的HVAC外殼。蒸發(fā)器具有迎風面積，并且加熱器芯具有的 迎風面積與蒸發(fā)器的迎風面積基本相等。HVAC外殼配置成總是引導流 經(jīng)蒸發(fā)器的所有空氣流經(jīng)過加熱器芯。加熱器芯冷卻劑回路配置成引 導來自發(fā)動機的冷卻劑到達加熱器芯然后再返回發(fā)動機。流量控制閥 位于加熱器芯冷卻劑回路中并且設置成選擇性地阻止加熱器芯冷卻劑 回路中的冷卻劑流。實施例的優(yōu)點在于，控制進入加熱器芯的冷卻劑周期性流 動實現(xiàn)了期望的空氣溫度控制，即使流經(jīng)蒸發(fā)器的所有空氣還流經(jīng)加 熱器芯也是如此。這允許去掉混合風門。流動的迅速填充和停止也在 加熱器芯的迎風面產(chǎn)生相對一致的溫度，這消除了對加熱器芯下游的 混合室的需要。去掉混合風門和混合室使得車輛中HVAC模塊的尺寸減 小且包裝簡化。這對于具有極小的用于HVAC模塊的空間的小型車輛特 別有利。


圖l是車輛以及該車輛的HVAC系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式參照圖1,其中示出了總體上由IO指示的車輛。車 輛10包括發(fā)動機艙室12和乘客艙室14。在艙室12， 14內(nèi)的是 發(fā)動機冷卻系統(tǒng)16和采暖、通風與空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)18。發(fā)動機冷卻系統(tǒng)16包括推動水經(jīng)過發(fā)動機22以及發(fā) 動機冷卻系統(tǒng)16的其他部分的水泵20。該水泵20可由發(fā)動機 22驅(qū)動。按照傳統(tǒng)方式采用散熱器24和風扇26移走發(fā)動機冷 卻劑的熱量。按照傳統(tǒng)方式采用自動調(diào)溫器28以便當冷卻劑低 于期望的運行溫度時選擇性地阻止冷卻劑流經(jīng)散熱器24。發(fā)動機22的加熱器芯出口 30將冷卻劑引至電動流量 控制泵34的入口 33。流量控制泵34是可選的，這取決于在使用HVAC系統(tǒng)18的特定車輛。例如，如果發(fā)動機驅(qū)動的水泵20 不能產(chǎn)生足夠的流量來足夠快地用熱冷卻劑充滿加熱器芯38， 那么可能需要流量控制泵34作為補充泵(在下文討論)。流量控 制泵34的出口 37將流體引至電子控制的流量控制閥32?？刂?器36連接流量控制泵34和流量控制閥32并且控制它們的運行。 該控制器36可以是單獨的或者可以結合到其他控制器中，例如 HVAC控制器。閥是開-關(打開-關閉)閥，其選擇性地允許冷卻 劑流入位于HVAC模塊40內(nèi)的加熱器芯38。冷卻劑管路42將來 自加熱器芯38的冷卻劑引入水泵20的入口 ，完成加熱器芯冷卻 劑回路50。圖1所示的虛線代表了發(fā)動機冷卻劑流經(jīng)的冷卻劑 管路。 HVAC系統(tǒng)18包括HVAC模塊40，在其中設置有用于 通過空氣入口 46吸入空氣并且引導空氣經(jīng)過蒸發(fā)器48的鼓風機 44。蒸發(fā)器48的下游是加熱器芯38。加熱器芯38具有與蒸發(fā) 器48的迎風面積基本相等的迎風面積，加熱器芯38優(yōu)選位于蒸 發(fā)器48的下游很近的地方。HVAC外殼41具有的形狀引導流經(jīng) 蒸發(fā)器48的所有空氣經(jīng)過加熱器芯38而沒有加熱器芯旁路流。 可采用這種布置是因為不需要溫度混合風門。并且，可以去掉加 熱器芯38下游的混合室，因為流經(jīng)蒸發(fā)器48的所有空氣也流經(jīng) 加熱器芯38。去掉混合風門和混合室所需要的空間允許HVAC模 塊40更小，因而使得包裝空間最小化。HVAC模塊40還可包括 除霜出口和門52，地板出口和門54，以及面板出口和門56，這 些出口和門引導空氣進入乘客艙室14的不同部分。 HVAC系統(tǒng)18的制冷部分58可包括按照傳統(tǒng)方式通 過制冷劑管路66連接在一起的蒸發(fā)器48、熱膨脹閥60、制冷劑 壓縮機62、以及冷凝器64。壓縮機62可按照傳統(tǒng)方式由發(fā)動機 22驅(qū)動或者如果需要的話由電動機驅(qū)動。圖1所示的點劃線代 表了制冷劑流經(jīng)的制冷劑管路。在制冷部分58中填充制冷劑以及在發(fā)動機冷卻系統(tǒng) 16中填充冷卻劑可按照傳統(tǒng)方式完成?，F(xiàn)在討論HVAC系統(tǒng)18的運行。在HVAC模塊40中， 流經(jīng)蒸發(fā)器48的所有空氣還基本流經(jīng)加熱器芯38，因此加熱器芯38的周期性流動控制(即控制進入加熱器芯38的熱冷卻劑的 周期性流動)是控制HVAC模塊出口空氣溫度的主要因素。在高熱量需求情形中，在冷卻劑已經(jīng)被發(fā)動機22加 熱之后，控制器36會打開流量控制閥32?？刂破?6控制流量 控制閥32以調(diào)節(jié)冷卻劑的流量，較大的總流量用于從加熱器芯 獲得更多的熱傳遞，較小的總流量用于減小加熱器芯的熱傳遞。 同時運行鼓風機44以吹動空氣經(jīng)過加熱器芯38。如果需要額外 的冷卻劑流量來滿足高熱量需求，如果安裝了流量控制泵34的 話，則打開流量控制泵34，從而使得進入乘客艙室14的熱傳遞 最大化。在低加熱器負荷時，例如乘客艙室14已經(jīng)被加熱之 后或者在空調(diào)模式中，當壓縮機62正在運行并且來自蒸發(fā)器48 的冷卻的空氣需要略微加熱時，控制器36會打開流量控制閥32， 迅速使熱冷卻劑充滿加熱器芯38。 一旦產(chǎn)生足夠的流量將加熱 器芯38中的冷卻劑替換為熱冷卻劑，則控制器36會停止流量控 制泵34(如果正在運行)并且關閉流量控制閥32以使冷卻劑停止 流入加熱器芯38。運行鼓風機44以吹動空氣經(jīng)過蒸發(fā)器48并 隨后經(jīng)過加熱器芯38，空氣在從通風口 52， 54， 56中的一個或 多個被推出之前在這里吸收熱量。 一旦降低到預定溫度，該預定 溫度可能是加熱器芯的翅片溫度，加熱器芯38本身中的冷卻劑 的測量溫度，或者是加熱器芯38中冷卻劑溫度的一些其他指示 (例如，基于鼓風機速度，周圍環(huán)境空氣溫度以及時間的估計溫 度)，則控制器36將會再次打開閥32并啟動泵34，并且使得加 熱器芯38充滿來自發(fā)動機22的另 一批次的熱冷卻劑。在此之后， 泵34將會再次停止并且閥32將會關閉。隨后，重復該過程從而 提供車輛乘客搶室14所需要的熱量。當新的批次被運送給加熱 器芯38時，可以調(diào)整鼓風機速度或HVAC模塊4 0的其他參數(shù)以 適應冷卻劑較高的初始溫度。冷卻劑流的迅速填充以及停止可在加熱器芯38的迎 風面產(chǎn)生相對均勻的溫度，加熱器芯38整個迎風面上的溫度因 為熱量被傳遞給空氣而發(fā)生相對一致地變化。因此能夠排除加熱 器芯38下游的任何混合室的需求。
雖然本發(fā)明的特定實施例已經(jīng)被詳細描述，但是本領 域技術人員可以認識到不同的選擇設計和實施例用于實現(xiàn)由所 附權利要求限定的本發(fā)明。
權利要求
1.一種加熱流經(jīng)HVAC模塊的加熱器芯的空氣的方法，所述方法包括以下步驟(a)使空氣流經(jīng)HVAC模塊的蒸發(fā)器；(b)在HVAC的所有運行工況下，使流經(jīng)蒸發(fā)器的所有空氣基本流經(jīng)加熱器芯；(c)打開流量控制閥以使來自發(fā)動機的熱冷卻劑流入加熱器芯，流入時間長得足以使來自發(fā)動機的熱冷卻劑取代加熱器芯中的冷卻劑；(d)在步驟(c)之后，關閉流量控制閥以阻止熱冷卻劑流入加熱器芯，此時熱冷卻劑已經(jīng)取代了加熱器芯中的冷卻劑；(e)確定熱冷卻劑的溫度；以及(f)當確定熱冷卻劑的溫度已經(jīng)冷卻到預定溫度閾值時，重復步驟(c)到(e)。
2. 如權利要求l所述的方法，其中通過在流量控制岡打開時啟 動流量控制泵進一步限定步驟(c)，并且通過在流量控制閥關閉時停止 流量控制泵進一步限定步驟(d)。
3. 如權利要求l所述的方法，其中通過測量加熱器芯上的翅片 溫度來確定熱冷卻劑的溫度進一步限定步驟(e)。
4. 如權利要求l所述的方法，其中步驟(e)進一步限定如下 通過基于鼓風機的速度、周圍環(huán)境空氣溫度和熱冷卻劑流入加熱器芯 后的時間量估計熱冷卻劑的溫度的方式，來確定熱冷卻劑的溫度。
5. 如權利要求l所述的方法，其中，步驟(a)和(b)進一步限定如 下加熱器芯的迎風面積與蒸發(fā)器的迎風面積基本相等。
6. 如權利要求l所述的方法，包括運行制冷劑壓縮機，使被冷卻 的制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器。
7. —種加熱流經(jīng)HVAC模塊的加熱器芯的空氣的方法，所述方法 包括步驟(a) 使空氣流經(jīng)HVAC模塊的蒸發(fā)器；(b) 在HVAC的所有運行工況下，使流經(jīng)蒸發(fā)器的所有空氣基本流 經(jīng)加熱器芯；(c) 打開流量控制閥和啟動流量控制泵以使來自發(fā)動機的熱冷卻劑流入加熱器芯，流入時間長得足以使來自發(fā)動機的熱冷卻劑取代加熱器芯中的冷卻劑；(d) 在步驟(c)之后，關閉流量控制閥并且停止流量控制泵以阻止 熱冷卻劑流入加熱器芯，此時熱冷卻劑已經(jīng)填充了加熱器芯；(e) 確定熱冷卻劑的溫度；以及(f) 當確定熱冷卻劑的溫度已經(jīng)冷卻到預定溫度閾值時，重復步 驟(c)到(e)。
8. 如權利要求7所述的方法，其中通過測量加熱器芯上的翅片 溫度來確定熱冷卻劑的溫度進一步限定步驟(e)。
9. 如權利要求7所述的方法，其中步驟(e)進一步限定如下 通過基于鼓風機的速度、周圍環(huán)境空氣溫度和熱冷卻劑流入加熱器芯 后的時間量估計熱冷卻劑的溫度的方式，來確定熱冷卻劑的溫度。
10. 如權利要求7所述的方法，其中步驟(a)和(b)進一步限定如 下加熱器芯的迎風面積與蒸發(fā)器的迎風面積基本相等。
11. 如權利要求7所述的方法，包括運行制冷劑壓縮機，使被冷卻 的制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器。
12. —種車輛的HVAC系統(tǒng)，包括HVAC模塊，其包括鼓風機、位于來自鼓風機的氣流的下游的蒸發(fā) 器、定位靠近蒸發(fā)器并位于來自蒸發(fā)器的氣流的下游的加熱器芯、和 包容蒸發(fā)器和加熱器芯的HVAC外殼，所述蒸發(fā)器具有迎風面積，所述 加熱器芯具有與蒸發(fā)器的迎風面積基本相等的迎風面積，以及所述 HVAC外殼配置成總是引導流經(jīng)蒸發(fā)器的所有空氣流經(jīng)過加熱器芯；加熱器芯冷卻劑回路，其被配置成引導冷卻劑從發(fā)動機到加熱器 芯再返回發(fā)動才幾；以及流量控制閥，其定位在加熱器芯冷卻劑回路上并且被配置成選擇 性地阻止加熱器芯冷卻劑回路中的冷卻劑流。
13. 如權利要求12所述的HVAC系統(tǒng)，其中流量控制閥在加熱器 芯冷卻劑回路中位于發(fā)動機的加熱器芯出口與加熱器芯之間。
14. 如權利要求13所述的HVAC系統(tǒng)，包括流量控制泵，其在加熱 器芯冷卻劑回路中位于發(fā)動機的加熱器芯出口與加熱器芯之間。
15. 如權利要求14所述的HVAC系統(tǒng)，包括控制器，其被設置成當 流量控制閥打開時啟動流量控制泵，而當流量控制閥關閉時停掉流量控制泵。
16. 如權利要求12所述的HVAC系統(tǒng)，包括位于加熱器芯冷卻劑回 路中的流量控制泵。
全文摘要
本發(fā)明涉及HVAC模塊的加熱器的冷卻劑流量控制，其包括空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和加熱流經(jīng)HVAC模塊的加熱器芯的空氣的方法。該方法包括在HVAC的所有運行工況下，使流經(jīng)蒸發(fā)器的所有空氣基本流經(jīng)加熱器芯。打開流量控制閥足夠長的時間以允許來自發(fā)動機的熱冷卻劑流進入加熱器芯。然后關閉該閥以阻止該熱冷卻劑的流動。當確定熱冷卻劑的溫度已經(jīng)冷卻到預定溫度閾值時，再次打開流量控制閥以允許熱冷卻劑流入加熱器芯。
文檔編號B60H1/04GK101564976SQ20091013212
公開日2009年10月28日 申請日期2009年4月21日 優(yōu)先權日2008年4月21日
發(fā)明者E·J·斯坦克, G·A·梅杰 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司