用於車輛的供暖設備的製作方法
2023-05-13 19:45:21 2
專利名稱：用於車輛的供暖設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於車輛的供暖設備，其中在一個冷卻水循環系統中設置有一個用以使卻冷卻一個水冷發動機的冷卻水的溫度增加的使用剪切力的發熱單元。
通常，作為車輛的供暖設備一般都知道一種用於對一個乘客車廂供暖的熱水型供暖設備。在熱水型的供暖設備中，用於冷卻一個水冷發動機的冷卻水被供應給置於一條管道內的加熱器芯中，而流過加熱芯時被加熱的空氣由一個鼓風機吹入至乘客車廂中從而對車輛的乘客車廂供暖。
然而，在因冷卻水循環系統中的冷卻水的溫度不能保持預定的溫度(例如80℃)而使得發動機內產生的熱太小而不足以用發動機來對冷卻水加熱的車輛，例如在用柴油發動機或稀混合氣發動機的車輛中，則會發生乘客車廂的熱容量不足的問題。
為克服這個問題，如日本專利JP-A-6-92134，所公開的，提出了一種如下所述的用於車輛的供暖設備。在用於車輛的該供暖設備中，在一個冷卻水循環系統中設置有一個用以對來自發動機的將供應給一個加熱器芯的冷卻水予以加熱的使用剪切力的發熱單元。
發熱單元通過一個皮帶傳遞機構和電磁離合器將發動機的驅動力傳遞給一根軸。一個發熱室在發熱單元的外殼內形成，而一條冷卻水通道在發熱室的一個外周邊上形成。與軸整體地轉動的轉子設置在發熱室內，而通過轉子轉動所產生的剪切力被施加在密封在發熱室內的象矽油那樣的粘性油上以便產生熱。在冷卻水通道內循環的冷卻水由產生的熱所加熱。
然而，根據上述用於車輛的傳統供熱設備，由於在發熱單元的軸中作用的驅動力(即驅動轉矩)被轉換成一個輔助加熱源，由驅動轉矩產生的大負荷(即驅動負荷)被施加給發動機。因此就產生了發動機燃料消耗率下降而車輛的行駛成本上升的問題。
另外，由於只有冷卻水的溫度才能確定發熱單元是否可以操作，因此當夏日裡冷卻水的溫度低於預熱操作設定的溫度時，可以開動一個電磁離合器和驅動發熱單元。這樣，在發熱室內的粘性流體就產生一個異常的熱，而粘性流體的加熱劣化和因剪切力導致的機械劣化也可能發生。
為了避免發熱單元不致工作過度，冷卻水的設定溫度可以降低因而燃料消耗率的惡化也能被遏止。然而，在這種情況，由於供應給加熱器芯的冷卻水的溫度不能保持設定的溫度，加熱器芯的輻射量就減小。因此，就發生這樣的問題，當乘客車廂內的乘客希望有最大的供暖運作時往往達不到足夠的熱容量。
鑑於上述的現有技術問題，本發明的一個目的在於提供一種用於車輛的供暖設備，它能夠通過使用一個剪切力使一個發熱單元的使用的情況達到最佳化來避免發動機的燃料消耗率降低，以及避免在粘性流體中產生異常熱。
另外，本發明的另一個目的是提供一種用於車輛的供暖設備，它能夠在供暖運作處在最大的供暖運作或要求有最大的供暖運作時得到足夠的熱容量。
根據本發明，一個用於具有水冷卻發動機的車輛的供暖設備，它包括一個供暖熱交換器和一個使用剪切力的發熱單元，供暖熱交換器設置在一條管道內通過在冷卻發動機的冷卻水和準備吹入乘客車廂內的空氣之間進行熱交換的方式對乘客車廂內供暖。發熱單元具有一個當一個驅動力施加於其上時可以轉動的轉子和一個在其內密封有一種粘性流體的發熱室，當由轉子的旋轉力產生的剪切力施加到粘性流體上時，粘性流體就產生熱用以對準備供應給供暖熱交換器的冷卻水進行加熱。發熱單元只有在乘客車廂的供暖運作處於最大供暖運作時或乘客車廂要求有最大供暖運作時才開始運作。
在這種方式下，只有在乘客車廂的供暖運作處於最大供暖運作時或乘客車廂要求有最大供暖運作時，一個供暖控制單元控制著一個驅動力傳遞單元使發熱單元的轉子轉動。因此，來自發動機的準備供應給供暖熱交換器的冷卻水得到充分地加熱，本發明就能獲得一個相當於最大供暖運作的足夠的熱容量。
在另一方面，當不要求最大供暖運作時，供暖控制單元就控制驅動力傳遞單元使發熱單元的轉子停止轉動。因此，發動機的負荷，驅動力傳遞單元的負荷就會減小，發動機的燃料消耗率就得以降低，而行駛車輛的成本費用也就降低。因此，當冷卻水的溫度例如低於夏日預熱操作設定溫度時，發熱單元的轉子就停止轉動，因而在發熱室內的粘性流體就不會產生異常熱。
通過以下的結合附圖對較佳實施例的詳細描述，本發明的另外的目的和優點就可以一目了然，附圖中，
圖1是一幅示意圖顯示出根據本發明第一較佳實施例的用於車輛的一個空調設備的整體結構；圖2是一幅示意圖顯示出一個發動機和一個根據第一實施例的皮帶傳遞機構；圖3是一幅橫截面圖顯示出根據第一實施例的一個粘性離合和一個粘性發熱器；圖4是一幅橫截面圖顯示出根據第一實施例的粘性發熱器；圖5是一幅方塊圖顯示出根據第一實施例的用於車輛的空調設備的電路；圖6是一幅根據第一實施例的一個空調ECU的控制程序的流程圖；圖7是一幅空調電轉換裝置(ECU)控制方法的圖表，顯示出冷卻水溫度和根據第一實施例的粘性離合器的操作狀態之間的關係；圖8是一幅方塊圖顯示出根據本發明第二較佳實施例的用於車輛的空調設備的電路；
圖9是一幅透視圖顯示出根據第二實施例的一塊控制板和一根溫度控制杆；和圖10是一幅方塊圖顯示出根據本發明第三較佳實施例的用於車輛的空調設備的電路。
下面將對本發明的較佳實施例參照附圖予以描述。
本發明的一個第一較佳實施例將參照圖1-7予以描述。
如圖1中所示，用於車輛的整個系統1配置有一個安置在車輛發動機艙內的水冷柴油發動機E(下文中稱作「發動機」)，一個用於調節乘客車廂空氣的空調單元2，一個用於為乘客車廂後側供暖的後部供暖單元3，一個使用剪切力對冷卻發動機E的冷動水加熱的發熱單元4，一個用以控制空調單元2和後部供暖單元3的空調ECU 100，和一個用於控制發動機E的發動機ECU 200。
發動機E配置有一個汽缸座和一個圍繞著汽缸蓋的水套13。一個連接在三角皮帶6上的曲軸皮帶輪12(以後將描述)附接在發動機E的一根輸出軸(即曲軸)11上。水套13部署在一個其內循環流動著冷卻水的冷卻水循環系統W。
在冷卻水循環系統W中部署有一個用於強制泵吸冷卻水的水泵14，一個用於通過冷卻水和空氣熱交換冷卻該冷卻水的散熱器(未顯示)，一個用於通過使冷卻水和空氣熱交換對空氣加熱的前加熱器芯15，一個用於通過使冷卻水和空氣熱交換對空氣加熱的後加熱器芯16，一個用於控制冷卻水進入和阻斷其進入後加熱器芯16的水閥17等。水泵14部署在發動機E的水套13的上遊側並由發動機E的輸出軸11所轉動。
空調單元2包括一個前管道21，一個前鼓風機22，一個製冷循環器，和一個前加熱器芯15。在前管道21的上遊通風側，可轉動設置有一個內側/外側通風轉換擋板24用以有選擇地開啟和關閉一個外側通風入口24a和一個內側通風入口24b以便轉換通風入口模式。在前管道21的下遊通風側，可轉動地設置有一個通風模式轉換擋板25用以有選擇地開啟和關閉一個除霜器通風出口25a，一個工作面通風出口25b和一個底部通風出口25c以便轉換通風出口模式。
前鼓風機22由一個鼓風機電動機23轉動以便朝著前管道21內的乘客車廂產生一個空氣流。
致冷劑循環器包括一個壓縮器(即致冷劑壓縮器)，一個凝結器(致冷劑凝結器)，一個接受器(即氣-液分離器)，一個膨脹閥(即減壓裝置)和蒸發器(即致冷劑蒸發器)26。
壓縮器配置有一個電磁離合器(下文中稱「離合器」)27，並壓縮吸自蒸發器26的致冷劑並將經壓縮致冷劑朝著凝結管排出。離合器27連接在一個曲軸皮帶輪12(參看圖2)上，曲軸皮帶輪通過三角皮帶6附接在發動機E的輸出軸11上。當離合器27的一個電磁感應圈通電時，一個輸出部分(即電樞，內插座)被吸至轉子的輸入部分上因而一個驅動力被傳至壓縮器。蒸發器26被安置在前管道21內以冷卻從中流過的空氣。
前加熱器芯15安置在前管道21內處在(蒸發器26的)下遊通風側(即下風側)並在發熱單元4相對於冷卻水流向的下遊側連接到冷卻水循環系統W上。前加熱器芯15通過使經過蒸發器26的空氣和冷卻水熱交換將空氣加熱。
在前加熱器芯15的上遊通風側，可轉動地設置有一個空氣混合擋板28。空氣混合擋板28調節流過前加熱器芯15的空氣量(即熱空氣)和繞過前加熱器芯15的空氣量(即冷空氣)之間的比率因而吹入乘客車廂內空氣的溫度可以予以調節。空氣混合擋板28由一個致動器(即擋板驅動裝置)例如一個伺服電動機29通過一塊鋼領板或多塊鋼領板來驅動。
後供暖單元3包括一個後管道31，一個後鼓風機32，和一個後加熱器芯16。一個底部通風出口(未顯示)開設在後管道31的下遊通風側。
後鼓風機32由一個鼓風機電機33驅動從而朝著後管道31內的乘客車廂產生一個空氣流。
後加熱器芯16安置在後管道31內並在發熱單元4相對於冷卻水流過一個水閥17的流動方向的下遊側連接在冷卻水循環系統W上。後加熱器芯16通過使流經後管道31的空氣和冷卻水熱交換將空氣加熱。
下一步將對發熱單元4參照圖1至4予以描述。
發熱單元4包括一個連接在發動機E的輸出軸11上並由其驅動的皮帶傳遞機構5和一個具有一根軸8的粘性發熱器9。
皮帶傳遞機構5包括一根懸掛在連於發動機E的輸出軸11上的曲軸皮帶輪12上的多級式三角皮帶6和一個通過三角皮帶6連接到發動機E的輸出軸11並由其驅動的電磁離合器7(下文中稱作「粘性離合器」)。
三角皮帶6通過粘性離合器7將發動機E的驅動力(即驅動功率)傳遞給粘性發熱器9的軸8上。在第一實施例中，三角皮帶6懸掛在離合器27和粘性離合器7上。
如圖3中所示，粘性離合器7包括一個用於在通電時產生一個磁動勢的電磁感應圈41，一個由發動機E轉動的轉子42，一個被吸向由電磁感應圈41的磁動勢所轉動的轉子42的電樞43，和一個用一塊板簧44連接在電樞43上並向粘性發熱器9的軸8提供旋轉力的內插座45。
電磁感應圈41是通過卷繞一個覆蓋有一層絕緣材料的導電引線而形成的。電磁感應圈41設置在定子46中並用一種環氧樹脂固定地模鑄在定子46內。定子46被固定在粘性發熱器9的外殼10的一個前表面上。
在其周邊上具有三角皮帶6的三角皮帶輪47通過諸如焊接的連接手段被連接到轉子42上。轉子42是一個旋轉體，它總是通過發動機E由三角皮帶6傳遞過來的驅動力而轉動。轉子42是用磁性材料製成具有一個U形的橫截面並且通過一個設置在粘性發熱器9的外殼10的內周邊上的軸承48可轉動地支承在其外周邊上。
電樞43具有一個形成在一塊環形板上的摩擦表面，該摩擦表面對向於轉子42的形成在一塊環形板上的摩擦表面，兩個表面之間有一層空氣間隔。例如，兩塊摩擦表面之間的間隙是0.5mm。電樞是用磁性材料製成。當電樞43由電磁感應圈41的電動勢吸引至轉子42的摩擦面時，發動機E的驅動力即從轉子42傳遞至電樞43。
板簧44用如鉚釘的固定裝置固定在電樞43的外周邊側並用如鉚釘的固定裝置固定在內插座45的內周邊側。板簧44是一個彈性件。當供應給電磁感應圈41的電流中斷時，板簧就使電樞43在一個方向上(即圖3中向左的方向)移開，從而使電樞43與轉子42的摩擦表面分開(釋放)又回到其原始的位置。
內插座45用作粘性離合器7的輸出部分。內插座45的輸入側通過板簧44連接在電樞43上並由其驅動，而內插座45的輸出側用一個花鍵座連接器連接粘性發熱器9的軸8上。
粘性發熱器9是發動機E的一個輔助發熱源，而發動機本身是主要發熱源。粘性發熱器9包括由發動機E通過三角皮帶6和粘性離合器7轉動的軸8。一個用於可轉動地支承該軸8的外殼10，一個用以將外殼10的內部空間分成一個發熱室50和一個冷卻水通道51的分離器52，和一個可轉動地設置在外殼10內的轉子53。
軸8是一根輸入軸，它通過如螺栓的緊固裝置固定地緊固在粘性離合器7的內插座45上並與電樞43整體地轉動。軸8通過一個軸承55和一個密封件56可轉動地設置在外殼10的一個內周邊內。密封件56使用了一種油封以防止粘性流體洩漏。
外殼10是用如鋁合金的金屬件製成。一個形成一塊環狀板的蓋57用如螺栓和螺母的緊固件固定地緊固在外殼10的後端上。分離器52和一個密封件59連接在外殼10和蓋57相連接的表面上。密封件59使用了一個O形環以防止冷卻水洩漏。
分離器52是一個分隔件由鋁合金的金屬件製成，它在導熱性上有優越性。分離器52的外周邊部分被夾在外殼10的圓筒形部分和蓋57的圓筒形部分之間。用於密封粘性流體(例如矽油)的發熱室50，在一個剪切力施於其上時會產生熱，它形成在分離器52的前端表面和外殼10的後端表面之間。
冷卻水通道51形成在分離器52的後端表面和蓋57的內表面之間，並且液密地與外界隔開。用於冷卻發動機E的冷卻水流經冷卻水通道51。另外，用以有效地將粘性流體的熱傳遞給冷卻水的基本上是弧形的多個翼片部分52a整體地形成在分離器52下側的後端表面上。
也可以在分離器52的後端表面上形成一個凹凸形狀以代替翼片部分52a，或者一個傳遞熱促進件例如波紋狀翼片和細針翼片可以形成在蓋57的外壁表面上。另外，一個迷宮式密封可以形成在分離器52和轉子53之間，並且可以用作發熱室50。
如圖4中所示，一個用以將冷卻水通道51分隔成一個上遊側水通道51a和一個下遊側水通道51b的分隔壁52b從分離器52的後端表面突出而形成。一根冷卻水從中流過進入冷卻水通道51的進口側冷卻水管57a和一根冷卻水從冷卻水通道51經過其流出的出口卻側冷卻水管57b都連接在靠近分離隔壁52b的蓋57的外壁部分上。
轉子53能轉動地設置在發熱室50內並固定在軸8的後端部分的外周邊上。多個凹槽部分(未顯示)形成在轉子53的外周邊表面上或兩個側壁表面上，一個突出體部分形成在每個相鄰凹槽部分之間。當發動機E的驅動力提供給軸8時，轉子53與軸8整體地轉動以便對密封在發熱室50內的粘性流體產生一個剪切力。
下面將參照圖1和5-7，對空調ECU 100予以簡要的描述。圖5顯示出系統1的一個電路圖。
空調ECU 100是一個電路用以對空調單元2的諸如壓縮器和粘性發熱器9的冷卻和發熱設備進行電腦控制。空調ECU 100是一個微電腦其中結合有一個中央處理器(CPU)，一個只讀記憶器(ROM)和一個隨機存取記憶器(RAM)。
空調ECU 100是通過控制一個冷卻和加熱設備進行對乘客車廂的空調控制，該設備包括有粘性離合器7的電磁感應圈41，空氣混合擋板28的伺服電動機29，空調離合器27的一個電磁感應圈，以及後鼓風機32等等，它控制上述設備是基於來自下述部件的輸入信號，即一個粘性開關70，一個點火開關71，一個溫度調整單元72，一個內部空氣溫度傳感器73，一個外部空氣溫度傳感器74，一個太陽光傳感器75，一個冷卻水溫度傳感器76，一個油溫度傳感器77，一個後-蒸發器溫度傳感器78，一個空調離合器繼電器79和發動機ECU200，以及一個預存貯控制程序(參看圖6)等等。
粘性開關70是一個用於通過使用粘性發熱器9為乘客車廂選用取暖操作的開關。當粘性開關70接通時，一個供暖選擇信號被輸出至空調ECU 100。另外，粘性開關70是一個經濟燃料消耗選擇開關用以對燃料消耗率(即燃料經濟)重點給以改進。當粘性開關70關閉時，一個燃料消耗信號輸出給空調ECU 100。
點火開關71包括OFF，ACC，ST和IG的每一個終端。ST的終端是一個定子操作開關用以輸出一個信號為空調ECU 100的定子提供電流。
溫度調整單元72將乘客車廂內的溫度調整到所要求的溫度並輸出一調整溫度信號給空調ECU 100。
內部空氣溫度傳感器73使用一個，例如，熱敏電阻。內部空氣溫度傳感器73探測乘客車廂內空氣的溫度(即乘客車廂內部空氣溫度)，並輸出一個內部空氣溫度探測信號給空調ECU 100。
外部空氣溫度傳感器74使用一個，例如，熱敏電阻。外部空氣溫度傳感器74探測車輛的乘客車廂外面的空氣的溫度(即外部空氣溫度)，並輸出一個外部空氣溫度探測信號給空調ECU 100。
一個光電二極體例如被用作太陽光傳感器75。太陽光傳感器75探測進入乘客車廂的太陽光的數量，並輸出一個太陽光探測信號給空調ECU 100。
冷卻水溫度傳感器76使用一個，例如，熱敏電阻，以探測在冷卻水循環系統W內的冷卻水的溫度(在本實施例中為粘性發熱器9的冷卻水通道51的出口卻側冷卻水管57b內的水溫度)。冷卻水溫度傳感器76輸出一個冷卻水溫度探測信號給空調ECU 100。
油溫度傳感器77使用一個，例如，熱敏電阻。油溫度傳感器77探測在發熱室50內粘性流體的溫度(即油溫度)，並輸出一個油溫度探測信號給空調ECU 100。作為與發熱室50內粘性流體的溫度有關的物理量，由油溫度傳感器77探測出的粘性流體的溫度是可以應用的。在這種情況下，油溫度傳感器77被用作本發明的物理量探測裝置。
後-蒸發器溫度傳感器78使用，例如，一個熱敏電阻。後-蒸發器溫度傳感器78在經過蒸發器26之後，立即探測空氣的溫度，並輸出一個後-蒸發器溫度探測信號給空調ECU 100。另外，作為探測環境情況的裝置，設置在前管道21的任一個通風出口處的出口空氣溫度傳感器可以被用來探測被吹入乘客車廂內的空氣的溫度。
空調離合器繼電器79包括一個繼電器線圈79a和一個繼電器開關79b。當電流供應給繼電器線圈79a時，繼電器開關79b就關上了，藉此電流就供應給空調離合器27。
下一步將參照圖1-7對空調ECU 100的粘性發熱器9的控制予以描述。圖6是一幅空調ECU 100的控制程序的流程圖。
首先，在步驟S1輸入各種傳感器信號和開關信號。
其次，在步驟S2需要決定是否要開啟粘性開關70，也就是，供暖選擇信號或者經濟燃料消耗選擇信號是否要輸入。當決定為「否」時，就不需要對乘客車廂供暖，而重點就在於對發動機E的燃料消耗率加以改進。因此，粘性離合器7的電磁感應圈41就被關掉，也就是，供應給粘性離合器7的電磁感應圈41的電流被切斷，而粘性發熱器9的操作在這步驟S3被停止。下一步，再回到步驟S1。
在步驟S2時，如果決定為「是」時，吹入乘客車廂內空氣的目標空氣溫度TAO在步驟S4根據下列公式(I)計算出。
TAO＝Kset×Tset-Kr×Tr-Kam×Tam-Ks×Ts+C(1)其中，Kset是溫度調節增益，Tset是由溫度調節單元72調整的溫度，Kr是內部空氣溫度增益，Tr是內部空氣溫度傳感器73探測到的內部空氣溫度，Kam是外部空氣溫度增益，Tam是由外部空氣溫度傳感器74探測到的外部空氣溫度，Fs是太陽光增益，Ts是由太陽光傳感器75探測到的太陽光光量，而C是一個校正常數。
下一步在步驟S5要決定目標空氣溫度TAO是否需要高於預定溫度(例如，40℃)。如果決定為「否」，則回到步驟S3的程序，而粘性離合器7的電磁感應圈41被關閉。
反之，如果在步驟S5的決定為「是」時，目標擋板開啟度SW是在步驟S6根據下列公式(2)計算的。
SW＝[(TAO-TE)/(TW-TE)]×100％(2)其中TAO是在步驟S4計算出的目標空氣溫度，TE是由後-蒸發器溫度傳感器78探測到的溫度，而TW是由冷卻水溫度傳感器76探測到的冷卻水溫度。
下一步在步驟S7，需要決定在步驟S6計算出的目標擋板開啟度SW是否大於空氣混合擋板28預定的擋板開啟度(例如90％)。也就是在步驟S7要確定發熱操作是否處於最大的發熱操作。如果確定為「否」，就回到步驟S3的程序，而粘性離合器7的電磁感應圈41被關閉。
在步驟S7，可以通過其它的最大發熱確定裝置確定是否發熱操作是處於最大發熱操作或者最大發熱操作在乘客車廂內是否需要。例如，當由溫度調整單元72調整的校準溫度與由內部空氣溫度傳感器73所探測到的內部空氣溫度之間的溫差大於一個預定的溫度(例如20℃)，就可以確定最大發熱操作是希望有的。當由外部空氣溫度傳感器74探測到的外部空氣溫度低於-5℃，則可以確定最大發熱操作是希望有的。另外，當探測到的空氣混合擋板28的開啟度大於90％時，則可以確定最大發熱操作是希望有的。
下一步，需要根據基於預先貯存在記憶電路(例如ROM)內的冷卻水溫度的粘性發熱器控制的特性圖(參看圖7)來確定粘性離合器7的電磁感應圈41是否要開啟或關閉。也就是在步驟S8需要確定由冷卻水溫度傳感器76探測到的冷卻水溫度是否高於設定的冷卻水溫度(即設定值)。
更為具體地說，如圖7的特性圖所示，在第一設定冷卻水溫度A(例如80℃)和第二設定冷卻水溫度B(例如70℃)之間給定一個滯後。當冷卻水溫度高於設定的冷卻水溫度時，粘性離合器7的電磁感應圈41就被關閉。當冷卻水溫度低於設定的冷卻水溫度時，粘性離合器7的電磁感應圈41就打開。滯後設在圖8的特性圖上；然而，滯後也可能不給出。
當冷卻水溫度高於在步驟S8設定的冷卻水溫度時，可回到步驟S3，而粘性離合器7的電磁感應圈41就關閉了。
另外，當冷卻水溫度低於設定的冷卻水溫度時，在步驟S9中就與發動機ECU 200進行交流(傳遞給其一個信號並從其接收一個信號)。
下一步，需要決定一個用於允許粘性離合器7的電磁感應圈41是否要開啟的可允許信號是在步驟S10從發動機ECU 200收到的。當決定為「否」時，就又回到步驟S3，而粘性離合器7的電磁感應圈41就關閉。
當在步驟S10的決定為「是」時，粘性離合器7的電磁感應圈41就開啟以補償在最大供暖操作中熱容量的不足。也就是，一股電流供應給粘性離合器7的電磁感應圈41從而使粘性發熱器9在步驟S11操動。下一步又重新回到步驟S1的操作。
下文中將對發動機ECU 200簡短地參照著圖1-5予以描述。
發動機ECU 200是一個電路用於對發動機E進行電腦控制的發動機控制系統。發動機ECU 200是一個微電腦，其中結合有一個CPU，一個ROM，和一個RAM。
發動ECU 200基於一個發動機轉速傳感器81，一個車輛速度傳感器82，一個節流閥開啟傳感器83，從空調ECU 100輸入的輸入信號，和預貯存的控制程序進行對發動機E的空轉速度控制(即空轉控制)，燃料注入量的控制，燃料注入定時控制，進氣節流閥控制，對熱線點火塞的電流控制等等。發動機ECU 200還傳遞對空調ECU 100為其操作所要求的信號。
發動機轉速傳感器81探測發動機E的輸出軸11的轉速並向發動機ECU 200輸出發動機轉速信號。
作為車輛的速度傳感器82，可以使用，倒如，一個笛簧開關式車輛速度傳感器，一個光電式車輛速度傳感器，或者一個MRE(即磁阻元件)式車輛速度傳感器。車輛速度傳感器82探測車輛的速度，並輸出該車輛速度信號給發動機ECU 200。
節流閥開啟傳感器83探測設置在發動機E的進給管內節流閥的開放度並輸出該節流閥開啟信號給發動機ECU 200。
下文將參照圖1-5對發動機ECU 200予以簡短地描述。
首先，來自發動機轉速傳感器81，車輛速度傳感器82，節流閥開啟傳感器83等的各種各樣傳感器信號被輸入至發動機ECU 200。
其次，發動機ECU 200決定用於允許粘性離合器7的電磁感應圈41開啟的可允許信號或者允許粘性離合器7的電磁感應圈41不開啟的不允許信號是否被傳遞給空調ECU 100。當決定傳遞該可允許信號時，一定數量的吸入空氣增加從而使空轉速度分步驟地增加，也就是進行空轉控制。
下文將參照圖1-7對根據第一實施例的系統1的操作予以簡短地描述。
當發動機E啟動時，發動機E的輸出軸11旋轉，而發動機E的驅動力通過皮帶傳遞機構5的三角皮帶6被傳遞至轉子42。然而，當最大發熱操作不希望有時，可將粘性離合器7的電磁感應圈41關閉。也就是，因為粘性離合器7的電磁感應圈41被關閉，電樞43就不被朝著轉子42的摩擦表面吸引。因此，在這時，發動機E的驅動力就不傳遞給內插座45和軸8。
因為軸8和轉子53不轉動，剪切力就未施加給發熱室50內的粘性流體，而粘性流體就不產生熱。因此，即使在發動機E的水套13內被加熱的冷卻水流過粘性發熱器9的冷卻水通道51，供應給前加熱器芯15的冷卻水也未經加熱。因此，乘客車廂的供暖運作只以小熱容量開始。
當粘性開關70開啟時；希望有從前通道21吹出具有最高溫度空氣的最大供暖運作；冷卻水溫度低於設定的冷卻溫度(即設定值)；從發動機ECU 200收到可允許信號，粘性離合器7的電磁感應圈41被開啟。因為粘性離合器7的電磁感應圈41被開啟，電樞43就被電磁感應圈41的磁力吸到轉子42的摩擦表面以便將發動機E的驅動力傳遞給內插座45和軸8。
因為轉子53與軸8整體地轉動，一個剪切力就被放施加到發熱室50內的粘性流體上以產生熱。因此，當在發動機E的水套13內被加熱的冷卻水流經粘性發熱器9的冷卻水通道51時，冷卻水在通過多個與分離器52整體地形成的翼片部分52a吸收在粘性流體內產生的熱而被加熱。由粘性發熱器9加熱的冷卻水被供應給前加熱器芯15，因而乘客車廂內的供暖運作就以大的供暖運作進行。
粘性發熱器9的熱容量能夠事先通過密封在發熱室50內粘性流體的粘性係數自由地調整。也就是說，粘性流體的粘性係數愈大則由轉子53轉動所施加的剪切力就愈大。因此，粘性發熱器9的發熱量就增加了而發動機E的負荷和燃料消耗率也就較大了。反之，粘性流體的粘性係數愈小，由轉子53轉動所施加的剪切力也愈小。因此，粘性發熱器9的發熱量就減小了而發動E的負荷和燃料消耗率也降低了。
如上所述，根據第一實施例，當希望有需要足夠熱容量的最大供暖運作時就應開啟粘性離合器7的電磁感應圈41。因此，發動機E的驅動力通過皮帶傳遞機構5和粘性離合器7被傳遞給粘性發熱器9。通過粘性發熱器9的操作，經過粘性發熱器9的冷卻水通道51的冷卻水吸收產生在粘性流體內的熱。這樣，在粘性加熱器9內加熱的冷卻水就被供應給前加熱器芯15或後加熱器芯16。
因此，流入前加熱器芯15或後加熱器芯16的冷卻水溫度就上升因而在冷卻水循環系統W中的冷卻水可以維持在一個預定的溫度(例如80℃)。因此，前加熱器芯15或後加熱器芯16的散熱量就增加了，而在經過前加熱器芯15或後加熱器芯16時被充分加熱的空氣被吹入乘客車廂中以防止用於乘客車廂的熱容量下降。
另外，根據第一實施例，當大的熱容量不再需要也不希望有最大供暖運作時，就把粘性離合器7的電磁感應圈41關掉。因此，發動機E的驅動力不再通過皮帶傳遞機構5和粘性離合器7被傳遞給粘性發熱器9。由於大驅動轉矩不施加給三角皮帶6，三角皮帶輪47、軸8和轉子53，發動機E的負荷以及皮帶傳遞機構5的負荷就可以減小了。因此，因為發動機E的燃料消耗率可以降低，車輛行駛的成本費用也可以降低了。另外，還有可能避免由於三角皮帶6的打滑而產生的不正常噪音。
根據本發明，粘性離合器7的電磁感應圈41是否要開啟或關閉並不僅由從粘性發熱器9流出的冷卻水溫度來決定。因此，即使冷卻水溫度在夏日預溫操作中低於設定的溫度，粘性離合器7的電磁感應圈41並不開啟，因而粘性發熱器9的操作也不起動。因此，即使矽油在發熱室50內被用作粘性流體，來自轉子53的剪切力也不會施加給粘性流體。因此，發熱室50內的粘性流體不會產生異常的熱，而粘性流體的加熱劣化變質和由於剪切力的機械劣化變質都可以避免。
另外，根據第一實施例，當作為供暖選擇開關的粘性開關70沒有開啟而在乘客車廂內需要降溫運作，也就是，供暖運作不需要了，例如，目標空氣溫度TAO低於預定溫度(例如40℃)，則大的熱容量就不需要了。因此，粘性離合器7的電磁感應圈41被關閉因而發動機E的負荷可以減輕。
在根據第一實施例的系統1中，當空調ECU 100沒有從發動機ECU 200收到可允許信號，粘性離合器7的電磁感應圈41被關閉。因此有可能減輕發動機E的負荷並改進車輛的行駛性能和駕駛能力。
下面將參照圖8和9對本發明的第二優選實施例予以描述。圖8顯示一個根據第二實施例的用於空調設備的電路。圖9顯示根據第二實施例的一塊控制板和一個溫度控制杆。
在第二實施例中，如圖8中所示，代替第一實施例的空調ECU100，可以在系統1的電路中形成一個空調模擬電路101用以實行對空調單元2的模擬控制和一個粘性模擬電路102用以實行對粘性離合器7模擬控制。
在粘性模擬電路102的輸入部分上可以連接點火開關71的一個ST終端和一個IG終端，一個接觸開關84，一個冷卻水溫度開關91，一個油溫度開關92，一個空調離合器27的電磁感應圈，空調離合器繼電器79和發動機ECU 200。在粘性模擬電路102的輸出部分上可以連接發動機ECU 200和粘性離合器7的電磁感應圈41。
接觸開關84可以在溫度控制杆85的各種不同範圍內操作。當溫度控制杆85用人手操作到希望有最大供暖運作一側(即圖9中的最大熱MAX HOT一側時，接觸開關84就開啟了。當溫度控制杆85用人手操作到控制杆的另一側位置時，接觸開關84就關閉了。作為用於探測溫度控制杆85的杆位置的位置探測裝置如果不使用接觸開關84，則也可以使用如微型開關和限制開關的接觸位置傳感器，如接近開關和光電開關的非接觸位置傳感器或是一個位移傳感器。
溫度控制杆85形成在控制板87上，繞著一根支持軸86在最大熱和最大冷之間的不同範圍內轉動(見圖9)。溫度控制杆85通過一根鋼絲繩88，一塊鋼領板(未顯示)，或兩塊鋼領板(未顯示)直接驅動空氣混合擋板28。
冷卻水溫度開關91當在冷卻水循環系統W內的冷卻水溫度(在第二實施例中，粘性發熱器9的冷卻水通道51的出口側冷卻水管57b內冷卻水的溫度)高於第一設定冷卻水溫度A(例如80℃)時就開啟了，而當冷卻水的溫度低於第一設定冷卻水溫度A或第二設定冷卻水溫度B(例如70-75℃)時就開閉了。
油溫開關92當在粘性發熱器9內的粘性流體的溫度高於第一設定油溫A(例如25℃)時便開啟了而當粘性流體的溫度低於第一設定油溫A或第二設定油溫B(例如200℃)時便關閉了。
另外，當粘性模擬電路102決定開啟粘性離合器7而發動機ECU200收到從粘性模擬電路102傳遞過來的開啟信號時，發動機ECU 200就根據發動機E的轉速，車輛速度，節流閥節啟度，或冷卻水溫度進行計算或決定並且輸出一個可允許信號或不允許信號以允許空調單元2或粘性發熱器9對粘性模擬電路102開啟或是不開啟。
在第二實施例中，當冷卻水開關91和油溫開關92開啟，空調離合器繼電器79的繼電器開關79b關閉，而且另外在溫度控制杆85操作在最大熱位置上而接觸開關84開啟時刻還從發動機ECU 200接到可允許信號時，粘性離合器7的電磁感應圈41便通過粘性模擬電路102予以關閉。在這種方式下，可以獲得與第一實施例的相同效應。
下面將參照圖10描述本發明的一個第三優選實施例。圖10顯示出一個用於車輛空調設備的電路。
在第三實施例中，粘性離合器7的電磁感應圈41通過一個粘性離合器繼電器94連接在接觸開關84的一個固定接點84a上。另外，粘性模擬電路102通過一個定子繼電器95連接在接觸開關84的一個固定接點84b上。粘性離合器繼電器94由一個繼電器線圈94a和一個繼電器開關(通常是開路接點)組成。另外，定子繼電器95是由一繼電器線圈95a和一個繼電器開關(通常是閉路接點)95b組成。
當最大供暖運作不需要而溫度控制杆85從最大熱位置離開時，接觸開關84便接觸固定接點84b，而定子繼電器95的繼電器線圈95a被開啟以便開啟繼電器開關95b。由於粘性離合器繼電器94的繼電器線圈94a被關閉，繼電器開關94b被開啟因而粘性離合器7的電磁感應圈41便被關閉。這樣，因為當最大供暖運作不想要時粘性發熱器9就不操動，因此就可以獲得與第一實施例中相同的效應。
當希望有最大供暖運作而將溫度控制杆85操動在最大熱位置處時，接觸開關84便接觸固定接點84a，而定子繼電器95的繼電器線圈95a被關閉以關閉繼電器開關95b。由於粘性離合器繼電器94的繼電器線圈94a被開啟，繼電器開關94b便關閉，因而粘性離合器7的電磁感應圈41被開啟。這樣，因為當希望有最大供暖運作而操動粘性發熱器9時，乘客車廂的供暖運作就以大的供暖運作來進行。
雖然本發明已與其優選實施例一起結合附圖予以全面描述，但應注意到對於熟悉本專業人員各種不同的變化和改進將是一目了然。
例如，在上述實施例中，皮帶傳遞機構5和粘性離合器7是連接在發動機E的輸出軸11上並由其驅動以便轉動粘性發熱器9的軸8；然而，粘性離合器7也可以直接連接在發動機E的輸出軸11上以便轉動粘性發熱器9的軸8。另外，具有至少一個單級齒輪或一個三角皮帶型無級傳動機構的齒輪傳動機構可以連接在發動機E的輸出軸11和粘性離合器7之間或在粘性離合器7和粘性發熱器9的軸8之間。
三角皮帶型無級傳動機構可以連接在發動機E的輸出軸11上以驅動粘性發熱器9的軸8，從而省去粘性離合器7。在這種情況中，三角皮帶型無級傳動機構的輸入皮帶輪和輸出皮帶輪之間的皮帶輪比率已被最優化因而如三角皮帶型無級傳動機構的驅動裝置的負荷在操動粘性發熱器9時，可以壓縮至最小限度。
在每個上述的實施例中，一個水冷柴油發動機被用作發動機E；然而，其它的水冷發動機例如汽油發動機也可以使用。
在每個上述的實施例中，本發明實應用在用於車輛的空調設備中以實行對乘客車廂的供暖運作和降溫運作；然而，本發明也可以應用在用於車輛的空調設備中但只實行對乘客車廂的供暖運作。
在每個上述的實施例中，本發明被應用在使用空氣混合溫度控制方法的空調單元2中；然而，本發明也可以被應用在一個使用重新加熱式溫度控制方法的空調單元中，這種控制方法用以改變供應給前加熱器芯的冷卻水流或者用以改變冷卻水的溫度。
在每個上述的實施例中，冷卻水溫度傳感器76被用作探測一個相對於發熱室50內粘性流體的油溫的物理量的裝置；然而油溫傳感器77也可以用作物理量探測裝置。另外，還可以使用探測粘性發熱器9的分離器52的溫度的裝置。還有，還可以使用探測從管道中吹出的空氣溫度的裝置。
在每個上述的實施例中，冷卻水溫度傳感器76被用來探測粘性發熱器9中冷卻水通道51的出口側冷卻水管57b中冷卻水溫度；然而，也可以使用一個冷卻水溫度傳感器或一個冷卻水溫度開關以探測前加熱器芯15或後加熱器芯16的進口側冷卻水的溫度。另外，也可以使用一個冷卻水溫度傳感器或冷卻水溫度開關以探測在發動機E出口側冷卻水的溫度。
在第一實施例中，用於探測一個輸出至如驅動空氣混合擋板28的伺服電動機29的擋板驅動裝置的控制信號的控制信號探測裝置可以形成在空調ECU內。因此，只有在輸出至擋板驅動裝置的控制信號相當於最大供暖運作時粘性離合器7的電磁感應圈41才能開啟。
在第二實施例中，當鋼絲繩88的張力在這裡被探測其中溫度控制杆85被操動在最大熱位置時可以確定為最大供暖運作是希望要的。另外，當溫度控制杆85放在最大熱一側大於90％的位置時則也可以確定為需要最大供暖運作。
這種變化和改進被認為是屬於附後的權利要求書所限定的本發明範圍之內的。
權利要求
1.一種用於對一個具有水冷發動機的車輛的乘客車廂供暖的供暖設備，其特徵在於它包括一條向所述乘客車廂吹入空氣的管道；一個設置在所述管道內的供暖熱交換器；用於在冷卻所述水冷發動機的冷卻水和準備吹入所述乘客車廂內的空氣之間進行熱交換而對所述乘客車廂供暖；一個使用剪切力的發熱單元，所述發熱單元包括一個當一個驅動力施加於其上時可以轉動的轉子和一個在其內密封有粘性流體的發熱室，當由所述轉子旋轉力產生的剪切力施加到所述粘性流體上時，粘性流體就產生熱用以對準備供應給所述供暖熱交換器的所述冷卻水進行加熱；一個用於將所述發動機的驅動力傳遞給所述轉子的驅動力傳遞單元；和一個以這樣的方式控制所述驅動力傳遞單元的供暖控制單元使得只有當所述乘客車廂的供暖運作處於最大供暖運作時或所述乘客車廂要求有最大供暖運作時所述發熱單元才開始操作。
2.如權利要求1的供暖設備，其特徵在於其中所述供暖控制單元包括一個粘性流體溫度物理量探測裝置用以探測相對於在所述發熱室內的所述粘性流體溫度的物理量；所述供暖控制單元當由所述粘性流體溫度物理量探測裝置探測得到的所述物理量低於一個設定值時才操動所述發熱單元，和所述供暖控制單元當由所述粘性流體溫度物理量探測裝置探測到的所述物理量超出所述設定值時停止所述發熱單元的操作。
3.如權利要求1和2中任一項的供暖設備，其特徵在於它還包括一個空氣混合擋板用於調整穿過所述供暖熱交換器的空氣量與從旁繞過所述供暖熱交換器的空氣量之間的比率，其中所述供暖控制單元包括溫度調節裝置用於調節所述乘客車廂的溫度至所想要的數值；環境情況探測裝置用於探測對供暖運作具有影響的環境情況；目標空氣溫度計算裝置用於根據由所述溫度調節裝置設定的至少一個設定溫度和由所述環境情況探測裝置探測到的環境情況計算準備通過所述管道吹入所述乘客車廂的空氣的目標溫度；和擋板開啟計算裝置用於根據由所述目標空氣溫度計算裝置計算出的目標空氣溫度計算所述空氣混合擋板的目標擋板開啟度；其中所述供暖控制單元只有當由所述擋板開啟計算裝置計算出的所述目標擋板開啟度相當於最大供暖運作時才操動所述發熱單元。
4.如權利要求1和2中任一項的供暖設備，其特徵在於它還包括一個供暖運作改變單元用於改變所述乘客車廂的供暖運作至所想要的供暖運作，其中所述供暖控制單元包括有位置探測裝置，該裝置探測所述供暖運作改變單元用人手操動至希望有最大供暖運作一側，和所述供暖控制單元只有在所述位置探測裝置探測到所述供暖運作改變單元已用人手操動至所希望有的最大供暖運作一側時才操動所述發熱單元。
5.如權利要求1和2中任一項的供暖設備，其特徵在於它還包括一個空氣混合擋板用於調整穿過所述供暖熱交換器的空氣量與從旁繞過所述供暖熱交換器的空氣量之間的比率；和擋板驅動裝置用於根據從所述供暖控制單元輸入的控制信號驅動所述空氣混合擋板，其中所述供暖控制單元包括控制信號探測裝置用於探測一個輸出至所述擋板驅動裝置的控制信號，和所述供暖控制單元只有在由所述控制信號探測裝置探測到的用於輸出至所述擋板驅動裝置的控制信號相當於最大供暖運作時才操動所述發熱單元。
6.如權利要求1和2中任一項的供暖設備，其特徵在於所述驅動力傳遞單元包括一個連接在所述發動機的輸出軸上並由其驅動的皮帶傳遞單元；和一個連接在所述皮帶傳遞單元上用於在所述皮帶傳遞單元和所述轉子之間進行咬合和釋開的離合器。
7.如權利要求2的供暖設備，其特徵在於其中所述粘性流體溫度物理量探測裝置就是用以探測準備供應給所述供暖熱交換器的所述冷卻水溫度的冷卻水溫度探測裝置。
8.如權利要求1的供暖設備，其特徵在於其中所述供暖控制單元包括用於探測在所述乘客車廂外面的空氣溫度的外部空氣溫度控制裝置；和所述供暖控制單元只有當所述在所述乘客車廂外面的所述空氣溫度低於相當於最大供暖運作的溫度時才操動所述發熱單元。
9.一種用於對一個具有水冷發動機的車輛的乘客車廂供暖的供暖設備，它包括一條向所述乘客車廂吹入空氣的管道；一個設置在所述管道內的供暖熱交換器，用於在冷卻所述水冷發動機的冷卻水和準備吹入所述乘客車廂內的空氣之間進行熱交換而對所述乘客車廂供暖；一個使用剪切力的發熱單元，所述發熱單元包括一個當一個驅動力施加於其上時可以轉動的轉子和一個在其內密封有粘性流體的發熱室，當由所述轉子施轉力產生的剪切力施加到所述粘性流體上時，粘性流體就產生熱用以對準備供應給所述供暖熱交換器的所述冷卻水進行加熱；一個粘性流體剪切操作開關裝置，用於通過所述轉子的轉動力開動或停止粘性流體剪切操作；和一個供暖控制單元，用於控制所述粘性流體剪切操作開關裝置，該裝置只有當所述乘客車廂的供暖運作處於最大供暖運作時或所述乘客車廂希望有最大供暖運作時才通過所述轉子的轉動力開始粘性流體剪切操作。
10.如權利要求9的供暖設備，其特徵在於其中所述供暖控制單元包括一個粘性流體溫度物理量探測裝置用以探測相對於在所述發熱室內的所述粘性流體溫度的物理量，所述供暖控制單元當由所述粘性流體溫度物理量探測裝置探測到的所述物理量低於一個設定值時才開始粘性流體剪切操作，和所述供暖控制單元當由所述粘性流體溫度物理量探測裝置探測到的所述物理量超出所述設定值時停止粘性流體剪切操作。
全文摘要
一種用於對水冷發動機的冷卻水加熱的粘性發熱器設置在一個冷卻水循環系統中,而一個前加熱器芯設置在冷卻水循環系統中粘性發熱器相對於冷卻水流動方向的下遊側。只有當供暖運作處於最大供暖運作或最大供暖運作希望有時,粘性離合器才被開啟將發動機驅動力傳遞給粘性發熱器。當不希望有最大供暖運作時,粘性離合器就關閉掉因而發動機驅動力就不傳遞給粘性發熱器。因此,發動機的負荷減小了,而行駛車輛的成本費用也可以降低了。
文檔編號B60H1/08GK1178741SQ97115370
公開日1998年4月15日 申請日期1997年7月22日 優先權日1996年7月22日
發明者青木新治, 森川敏夫, 伊藤肇, 加藤行志, 內田五郎 申請人:株式會社電裝, 豐田自動車株式會社