專利名稱：用于混合動力車輛的hvac熱存儲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及用于混合動力車輛的加熱、通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié) (HVAC)系統(tǒng)，且更具體地，涉及用于混合動力車輛中的HVAC系統(tǒng) 的熱存儲。
背景技術(shù)：
一些混合動力車輛在引擎關(guān)閉時不具備提供空氣調(diào)節(jié)舒適性的 能力。然而，為了改善車輛的整體燃油經(jīng)濟(jì)性，通常更可取的卻是， 盡可能地令引擎不運(yùn)行。雖然如此，當(dāng)與傳統(tǒng)車輛(其上的引擎一直運(yùn) 轉(zhuǎn)-這使得在需要時可隨時進(jìn)行空氣調(diào)節(jié))進(jìn)行比較時，不具備連續(xù)的 空氣調(diào)節(jié)能力可能令車輛擁有者感到不滿。
就這一關(guān)心的問題，有人提出了用于混合動力車輛的、即使在引 擎關(guān)閉時也能進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。例如， 一些混合動力車輛包括這 樣的制冷劑壓縮機(jī)(refrigerant compressors)，該制冷劑壓縮機(jī)具有它們 自己的電機(jī)，該電機(jī)用于驅(qū)動該制冷劑壓縮機(jī)，這樣，制冷劑壓縮機(jī) 就可以獨(dú)立于引擎的方式地被驅(qū)動。另一些車輛不僅具有單獨(dú)的電機(jī) 以驅(qū)動制冷劑壓縮機(jī)，還包括有雙驅(qū)動機(jī)構(gòu)，在其中，壓縮機(jī)同樣可 在脫離附件驅(qū)動帶時被直接地驅(qū)動。然而，由于增加了額外的壓縮機(jī) 電機(jī)以及用于運(yùn)行電機(jī)的電纜及電子器件，所以這兩種解決方案都會 增加車輛的重量和成本。還有另一些人則嘗試通過這樣的做法，即， 提供可在引擎關(guān)閉狀態(tài)下的車輛運(yùn)行期間提供空氣調(diào)節(jié)舒適性的第 二循環(huán)冷卻系統(tǒng)或制冷劑熱存儲系統(tǒng)，來減輕這一矛盾。但是，這些 系統(tǒng)仍會給空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)增加大量的成本，并且，其中一些僅僅提供 有限時間量內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)舒適性，之后就必須重新啟動引擎。此外，
5第二循環(huán)系統(tǒng)具有額外的熱量(heat),這些額外的熱量也必須被冷卻。 其還可能導(dǎo)致中間的熱交換損失或需要單獨(dú)的流體充填系統(tǒng)(例如，冷 卻劑充填，制冷劑充填或其它類型的流體)。

發(fā)明內(nèi)容
一種實(shí)施例考慮了用于具有內(nèi)燃機(jī)的混合動力車輛的加熱、通風(fēng) 及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該HVAC系統(tǒng)可包含HVAC模塊，其包括蒸發(fā)器， 位于蒸發(fā)器下游的加熱器芯，以及配置用于有選擇地阻斷或允許來自 蒸發(fā)器的氣流流經(jīng)加熱器芯的混合門(blend door)。電動水泵具有出 口，其與通向加熱器芯的冷卻劑入口成流體連通，并且，熱存儲罐被
配置用于容納冷卻劑于其中。冷卻劑管道連接在來自加熱器芯的冷卻 劑出口和熱存儲罐以及通向引擎的冷卻劑入口之間。電控閥具有第一
部分(其配置成與來自引擎的加熱器芯出口成流體連通)，第二部分(其 與來自熱存儲罐的出口成流體連通)，以及第三部分(其與通向電動水 泵的入口成流體連通)，其中，電控閥被配置用于有選擇地允許來自第 一部分的冷卻劑穿過第三部分以及來自第二部分的冷卻劑穿過第三 部分。
一種實(shí)施例中考慮了這樣的一種方法，即，向處在引擎停止模式 下的混合動力車輛的客搶(passenger compartment)提供冷空氣，該方法 包含以下步驟在引擎運(yùn)行時，運(yùn)行HVAC系統(tǒng)的制冷部分以提供低 溫的制冷劑，其流經(jīng)蒸發(fā)器；迫使空氣穿過蒸發(fā)器從而將空氣冷卻； 引導(dǎo)來自蒸發(fā)器的冷空氣的第一部分穿過加熱器芯而來自蒸發(fā)器的 冷空氣的第二部分繞過該加熱器芯；激活電動水泵以從熱存儲罐泵送 冷卻劑，使其穿過閥、電動水泵、加熱器芯而回到熱存儲罐從而在冷 卻劑流經(jīng)該加熱器芯時對冷卻劑進(jìn)行冷卻；停止引擎的運(yùn)行和HVAC 系統(tǒng)的制冷部分；在停止引擎運(yùn)行之后，引導(dǎo)基本上所有來自蒸發(fā)器 的氣流穿過加熱器芯；并且，泵送冷卻劑使其從熱存儲罐穿過閥、電 動水泵、加熱器芯而回到熱存儲罐從而對流經(jīng)該加熱器芯的空氣進(jìn)行冷卻。
在一種實(shí)施例中考慮了這樣的一種方法，即，提供熱存儲以便為
混合動力車輛的客艙的制冷作準(zhǔn)備，該方法包含以下步驟運(yùn)行HVAC 系統(tǒng)的制冷部分以提供流經(jīng)蒸發(fā)器的低溫的制冷劑(當(dāng)引擎運(yùn)行時)； 迫使空氣穿過蒸發(fā)器從而將空氣冷卻；在客艙降溫事件(cool down event)期間，引導(dǎo)來自蒸發(fā)器的冷空氣繞過加熱器芯；；險測何時達(dá)到 預(yù)定溫度，其用信號通知(signals)結(jié)束降溫事件；在結(jié)束降溫事件之后， 引導(dǎo)來自蒸發(fā)器的冷空氣的第一部分穿過加熱器芯而來自蒸發(fā)器的 冷空氣的第二部分繞過加熱器芯；并且，在結(jié)束降溫事件之后，激活 電動水泵，以泵送冷卻劑使其從熱存儲罐出發(fā)，穿過閥、電動水泵、 加熱器芯，并回到熱存儲罐，從而，在冷卻劑流經(jīng)該加熱器芯時，對 冷卻劑進(jìn)行冷卻。
實(shí)施例的一個優(yōu)勢在于，存儲熱能(thermal energy),以便在混合 動力車輛中在引擎關(guān)閉的狀態(tài)下運(yùn)行時對客艙進(jìn)行加熱和冷卻，同 時，降低為此所需的成本。這一點(diǎn)是在提供與傳統(tǒng)HVAC系統(tǒng)相同的 下拉能力(pulldownperformance)的同時加以實(shí)現(xiàn)的。此外，如果希望 的話，可使用傳統(tǒng)的HVAC模塊。
實(shí)施例的一個優(yōu)勢在于，由于冷卻劑和制冷劑可以以與傳統(tǒng)車輛 一樣的方式被充填，所以在裝配廠中不需要單獨(dú)的充填系統(tǒng)或排空系 統(tǒng)。
實(shí)施例的一個優(yōu)勢在于，HVAC系統(tǒng)可具有在加熱模式或除霜模 式下對車廂(cabin)空氣進(jìn)行除濕的能力。


圖l是混合動力車輛的示意圖，其示出了運(yùn)行的第一模式。 圖2是與圖l相似的示意圖，但其示出了運(yùn)行的第二模式。 圖3是與圖l相似的示意圖，但其示出了運(yùn)行的第三模式。 圖4是與圖l相似的示意圖，但其示出了運(yùn)行的第四模式。圖5是#4居第二實(shí)施例的混合動力車輛的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參看圖1至圖4，示出了混合動力車輛(其整體標(biāo)識為IO)的一部 分。由于對于圖1至圖4而言部件都是一樣的，而僅是所示出的運(yùn)行 模式不一樣，故各個元件的編號都相同。在下文中，以與車輛10的 運(yùn)行相關(guān)的方式來討論運(yùn)行的模式之間的區(qū)別。混合動力車輛包括引 擎搶12,客艙14。在艙12,14中有引擎冷卻系統(tǒng)16和加熱、通風(fēng)及 空氣調(diào)節(jié)(HVAC)系統(tǒng)18。
引擎冷卻系統(tǒng)16包括水泵20，其推動水穿過引擎22和引擎冷卻 系統(tǒng)16的其它部分。該水泵20可由引擎22所驅(qū)動。以傳統(tǒng)的方式， 使用散熱器24和風(fēng)扇26,以從引擎冷卻劑中去除熱量。以傳統(tǒng)的方 式，使用溫度調(diào)節(jié)裝置28，其用于在冷卻劑低于所希望的運(yùn)行溫度時 有選擇地阻斷穿過散熱器24的冷卻劑流。
來自引擎22的加熱器芯出口 30引導(dǎo)冷卻劑通向電控閥32。該閥 32同樣還連接至電動水泵34的入口 33以及熱存儲罐36的出口 35。 熱存儲罐36是隔熱的，以保持罐36中的冷卻劑的溫度。電動水泵34 的出口 37引導(dǎo)流體進(jìn)入加熱器芯38中，其位于HVAC模塊40內(nèi)。 管道42將來自加熱器芯38的冷卻劑引導(dǎo)至通向熱存儲罐36的入口 39并將其引導(dǎo)至通向水泵20的入口。在圖l至圖5中所示的虛線代 表了冷卻劑管道，引擎冷卻劑在這些冷卻劑管道中流過。
HVAC系統(tǒng)18包括HVAC模塊40，送風(fēng)機(jī)44位于其中，該送 風(fēng)機(jī)44用于通過空氣入口 46吸入空氣，并引導(dǎo)空氣穿過蒸發(fā)器48。 在蒸發(fā)器48下游處的是加熱器芯38,該加熱器芯38具有位于其上游 側(cè)處的混合門50，其有選擇地引導(dǎo)空氣繞過加熱器芯38或穿過加熱 器芯38。HVAC模塊40還可包括除霜出口和門52,地板出口和門54， 以及胸腔高度出口和門56，它們引導(dǎo)空氣進(jìn)入客艙的不同部分。
HVAC系統(tǒng)18的制冷部分58可包括蒸發(fā)器48,熱膨脹閥60，，冷凝器64，它們以傳統(tǒng)的方式經(jīng)由制冷劑管道66 而連接到一起?？梢詡鹘y(tǒng)方式通過引擎22來驅(qū)動壓縮機(jī)62，因此節(jié) 省了用于驅(qū)動壓縮機(jī)62的單獨(dú)的電機(jī)的成本。圖1至圖5中所示的 點(diǎn)劃線代表了制冷劑管道，制冷劑流動穿過這些管道。
用制冷劑來充填制冷部分58，以及用冷卻劑來充填引擎冷卻系統(tǒng) 16等都可用傳統(tǒng)的方法來實(shí)現(xiàn)。正如從下文所討論的運(yùn)行模式中所得 知的那樣，運(yùn)行模式中的額外的靈活性是在無需特殊流體或單獨(dú)充填 的情況下實(shí)現(xiàn)的。
圖1闡明了運(yùn)行的第一模式。在該模式中，引擎22處在運(yùn)行狀 態(tài)，且引擎冷卻系統(tǒng)16運(yùn)行以保持引擎22處于所希望的溫度。同樣， HVAC系統(tǒng)18的制冷部分58運(yùn)行以在初始降溫期間向客艙14提供 冷空氣。在該初始降溫期間，混合門50阻斷穿過加熱器芯38的氣流， 因此導(dǎo)致，由送風(fēng)機(jī)44通過空氣入口 46而吸入的空氣被引導(dǎo)穿過蒸 發(fā)器48，繞開加熱器芯38，并穿過胸腔高度出口 56而流出至客艙14。 在圖1至圖4中的大箭頭表示了空氣的流動。圖1至圖4中的、在制 冷劑管道和冷卻劑管道上的小箭頭分別地表示了制冷劑和冷卻劑的 穿過各自管道的流動。
那么，在該第一^^式中，熱存儲罐36并不增加任何其中所存儲 的熱能。這一模式通常會持續(xù)直至該降溫被完成一一即，直至達(dá)到所 希望的車廂空氣溫度或出口排氣溫度為止。由于在這種運(yùn)行模式期間 沒有熱能被加入到熱存儲罐36，因此并不存在相較于傳統(tǒng)空氣調(diào)節(jié)系 統(tǒng)而言的效率損失和客搶14的降溫所需時間的延長。
圖2闡明了運(yùn)行的第二模式。在該模式中，引擎22運(yùn)行，并且 引擎冷卻系統(tǒng)16處于運(yùn)行狀態(tài)以保持引擎22處于在所希望的溫度。 同樣，HVAC系統(tǒng)18的制冷部分58處在運(yùn)行狀態(tài)以向客艙14提供 冷空氣從而保持車廂空氣溫度?；旌祥T50部分地打開以允許一些氣 流穿過加熱器芯38而一些氣流繞過加熱器芯38。此外，設(shè)置閥32以 允許從熱存儲罐36到電動水泵34的冷卻劑流，而阻斷來自引擎22
9的冷卻劑流。電動水泵34被激活以泵送冷卻劑穿過加熱器芯38并回 到熱存儲罐36。在混合門50部分地打開的情況下，流經(jīng)加熱器芯38 的冷卻劑將被來自蒸發(fā)器48的氣流所冷卻。相應(yīng)地，熱存儲罐36存 儲熱能(即，罐中的低溫冷卻劑)。
圖3闡明了運(yùn)行的第三模式。在該模式中，車輛在引擎22停止 的情況下運(yùn)行。盡管引擎冷卻系統(tǒng)16和HVAC系統(tǒng)18的制冷部分 58已停止運(yùn)行，但針對空氣調(diào)節(jié)的乘客要求激活。在這種模式下，設(shè) 置閥32以允許從熱存儲罐36到電動水泵34的冷卻劑流，但阻斷來 自引擎22的冷卻劑流。電動水泵34 ^C激活以泵送冷卻劑穿過加熱器 芯38并回到熱存儲罐36。而且，混合門50完全地打開，這樣，流經(jīng) 加熱器芯38的空氣將被流經(jīng)加熱器芯38的冷卻劑所冷卻。相應(yīng)的， 在熱存儲罐36中所存儲的熱能(即，低溫的冷卻劑)將對空氣進(jìn)行冷卻 和除濕，允許進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)一一即使引擎22是關(guān)閉的。
圖4闡明了運(yùn)行的第四模式。在該模式中，在引擎運(yùn)行時，需要 熱量以供客搶14使用。制冷部分58停用。設(shè)置閥32以引導(dǎo)流體從 引擎加熱器芯出口 30出發(fā)，穿過電動水泵34和加熱器芯38而回到 水泵20。這樣，即使帶有額外的部件及運(yùn)行模式，HVAC系統(tǒng)18仍 能以傳統(tǒng)的加熱模式運(yùn)行。
雖然說明了四種運(yùn)行模式，但其它的運(yùn)行模式同樣可被使用。例 如，熱存儲罐36還可被用于存儲熱量(即，熱的冷卻劑)，如果希望這 樣做的話。
圖5說明了第二實(shí)施例。因?yàn)樵搶?shí)施例與第一實(shí)施例相似，且為 避免描述上的不必要的重復(fù)，與第一實(shí)施例中的元件相似的元件具有 相同的元件編號。在該實(shí)施例中，引擎冷卻系統(tǒng)16和HVAC模塊40 與第一實(shí)施例中的相同。然而，HVAC系統(tǒng)18的制冷部分58和熱存 儲罐36有所改變。制冷劑-冷卻劑熱交換器70安裝在熱存儲罐36內(nèi)， 制冷劑管道66在引導(dǎo)來自蒸發(fā)器48和熱膨脹閥60的制冷劑通向制 冷劑壓縮機(jī)62之前先引導(dǎo)其穿過制冷劑-冷卻劑熱交換器70。雖然該實(shí)施例的系統(tǒng)增加了熱交換器70的成本，但它也縮短了在熱存儲罐 36中存儲熱能(即，低溫的冷卻劑)所需的時間。
雖然對本發(fā)明的某些實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的描述，本發(fā)明所涉及領(lǐng) 域的技術(shù)人員將認(rèn)識到如下列的權(quán)利要求所定義的用于實(shí)施本發(fā)明 的各種備選設(shè)計及實(shí)施例。
權(quán)利要求
1. 一種用于具有內(nèi)燃機(jī)的混合動力車輛的加熱、通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其包括HVAC模塊，所述HVAC模塊包括蒸發(fā)器，位于所述蒸發(fā)器下游的加熱器芯，以及配置用于有選擇地阻斷或允許來自所述蒸發(fā)器的氣流流經(jīng)所述加熱器芯的混合門；電動水泵，所述電動水泵具有出口，所述出口與通向所述加熱器芯的冷卻劑入口成流體連通；熱存儲罐，所述熱存儲罐配置用于在其中容納冷卻劑；冷卻劑管道，所述冷卻劑管道在來自所述加熱器芯的冷卻劑出口、通向所述熱存儲罐的入口以及通向該引擎的冷卻劑入口之間進(jìn)行連接；以及電控閥，所述電控閥具有第一部分，第二部分和第三部分，所述第一部分被配置成與來自所述引擎的加熱器芯出口成流體連通，所述第二部分與來自熱存儲罐的出口成流體連通，而第三部分與通向所述電動水泵的入口成流體連通，所述電控閥被配置以便有選擇地允許來自所述第一部分的冷卻劑穿過所述第三部分以及有選擇地允許來自所述第二部分的冷卻劑穿過所述第三部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱、通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征 在于，所述電控閥為三通閥。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱、通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征 在于，所述熱存儲罐是隔熱的，以保持所述熱存儲罐中的冷卻劑的溫 度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱、通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征 在于，所述加熱、通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括配置成由所述引擎所驅(qū)動 的制冷劑壓縮機(jī)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱、通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱、通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括位于所述熱存儲罐中的制 冷劑-液體熱交換器，所述制冷劑-液體熱交換器具有出口，所述出口 以流體連通的方式連接至通向制冷劑壓縮機(jī)的入口 。
6. —種向處于引擎停止模式中的混合動力車輛的客艙提供冷空氣的方法，所述方法包括以下步驟(a) 在引擎運(yùn)行時，運(yùn)行HVAC系統(tǒng)的制冷部分以提供流經(jīng)蒸 發(fā)器的低溫的制冷劑；(b) 迫使空氣穿過所述蒸發(fā)器，從而將空氣冷卻；(c) 引導(dǎo)來自所述蒸發(fā)器的冷空氣的第一部分穿過加熱器芯而 來自所述蒸發(fā)器的冷空氣的第二部分繞過所述加熱器芯；(d) 激活電動水泵從而自熱存儲罐泵送冷卻劑，使其穿過閥、電 動水泵、所述加熱器芯而回到所述熱存儲罐，從而在所述冷卻劑流經(jīng) 所述加熱器芯時對所述冷卻劑進(jìn)行冷卻；(e) 中止所述引擎的運(yùn)行以及所述HVAC系統(tǒng)的制冷部分；(f) 在步驟(e)之后，引導(dǎo)基本上所有的來自所述蒸發(fā)器的氣流穿 過所述加熱器芯；并且(g) 在步驟(e)之后，自所述熱存儲罐泵送冷卻劑，使其穿過所述 閥、所述電動水泵、所述加熱器芯而回到所述熱存儲罐，從而對流經(jīng) 所述加熱器芯的空氣進(jìn)^f于冷卻。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 以下步驟(h) 在步驟(c)之前，在客艙的降溫事件期間，引導(dǎo)來自蒸發(fā)器的 冷空氣繞過加熱器芯；以及(i) 在步驟(c)之前，檢測何時達(dá)到預(yù)定溫度，用信號通知結(jié)束降 溫事件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括如 下步驟在引導(dǎo)制冷劑穿過制冷劑壓縮機(jī)之前，引導(dǎo)所述制冷劑穿過 位于所述熱存儲罐中的熱交換器。
9. 一種提供熱存儲以便為混合動力車輛客搶的冷卻作準(zhǔn)備的方法，所述方法包括以下步驟(a) 在引擎運(yùn)行時，運(yùn)行HVAC系統(tǒng)的制冷部分以提供流經(jīng)蒸 發(fā)器的低溫的制冷劑；(b) 迫使空氣穿過所述蒸發(fā)器，從而將空氣冷卻；(c) 在客艙降溫事件期間，引導(dǎo)來自所述蒸發(fā)器的冷空氣繞過加 熱器芯;(d) 檢測何時達(dá)到預(yù)定溫度，用信號通知結(jié)束降溫事件；(e) 在步驟(d)之后，引導(dǎo)來自所述蒸發(fā)器的冷空氣的第 一部分穿 過加熱器芯而來自所述蒸發(fā)器的冷空氣的第二部分繞過加熱器芯；以 及(f) 在步驟(d)之后，激活電動水泵以從熱存儲罐泵送冷卻劑穿過 閥、所述電動水泵、所述加熱器芯而回到所述熱存儲罐從而在所述冷 卻劑流經(jīng)所述加熱器芯時，對所述冷卻劑進(jìn)行冷卻。
10. 權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步 驟在引導(dǎo)制冷劑穿過制冷劑壓縮機(jī)之前，引導(dǎo)所述制冷劑穿過位于 所述熱存4諸罐中的熱交換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于混合動力車輛的HVAC熱存儲，具體而言，其公開了在引擎關(guān)閉模式下向混合動力車輛的客艙提供冷空氣的系統(tǒng)和方法。其可包括在引擎運(yùn)行時運(yùn)行HVAC系統(tǒng)以提供流經(jīng)蒸發(fā)器的低溫的制冷劑，并迫使空氣穿過蒸發(fā)器，以將空氣冷卻。引導(dǎo)來自蒸發(fā)器的冷空氣的第一部分穿過加熱器芯而來自蒸發(fā)器的冷空氣的第二部分繞過加熱器芯，并且，激活電動水泵以泵送冷卻劑使其從熱存儲罐出發(fā)，穿過加熱器芯而回到熱存儲罐以對冷卻劑進(jìn)行冷卻。在引擎停止運(yùn)行時，引導(dǎo)氣流通過加熱器芯，并且泵送冷卻劑使其從熱存儲罐出發(fā)，穿過加熱器芯而回到熱存儲罐以對空氣進(jìn)行冷卻。
文檔編號B60H1/04GK101445031SQ20081017964
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者G·A·梅杰, M·D·內(nèi)梅什 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司