車輛用空調系統的製作方法
2023-07-04 16:53:26
專利名稱：車輛用空調系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種安裝在車輛內、用於冷卻和加熱車輛的空調系統，例如一種用於對車輛內部進行冷卻、加熱或進行其它方式的空調的汽車空調系統。更具體地說，本發明涉及一種用於在加熱模式運行時高效地循環經過調節的空氣的車輛空調系統。
該申請是在日本特許平11-103343的基礎上做出的，該文獻的內容也作為本申請的參考文獻。
背景技術：
通過調節汽車等內部氣候來為車輛乘客提供舒適環境的空調系統包括一個設有一個送風機、一個蒸發器、一個加熱器芯和各種不同風門的空調單元；一個用於向空調單元內部的蒸發器提供低溫低壓的液態冷卻劑的冷卻系統；一個用於將高溫發動機的冷卻水引入空調單元內部的加熱器芯的加熱系統，和一個用於根據各種不同的條件，如溫度、溼度、太陽輻射量、乘客的偏好等來控制車輛空調系統運行的控制器。
在一般的小轎車的情況下，上述空調系統內的空調單元設置在車輛內的乘客座椅側(從汽車內部看去)的儀錶板下方。用於吸入車輛內部空氣的內部空氣進口開在乘客座椅側的儀錶板下方。
上述空調系統可通過開啟或關閉設在空調單元內的不同的風門來選擇下述的運行模式。
在「除霜模式」中，除霜出口將熱的去溼的空氣直接吹到風擋玻璃的內表面上，以便除去在冬季運行期間結的霜，或除去在雨天運行期間的霧。
在「面部模式」中，面部高度出口在夏季主要以冷卻工況運行時將冷風吹向乘客的上體部。
在「腳部模式」中，腳部高度出口在冬季主要以加熱工況運行時將熱空氣吹向乘客的腳部。
「雙高度模式」主要應用於春天或秋天的過渡季節，該模式對從面部高度出口和腳部高度出口吹出的經調節的空氣進行控制。在這種情況下，從面部高度出口吹出的空氣通常比從腳部出口吹出的空氣更冷，所以乘客的腳部較熱時，他們的頭部卻較冷。
「混合模式」應用於冬季及從除霜出口和腳部高度出口吹出的調節空氣。
通過開啟或關閉設置在空調單元上的內部/外部空氣轉換風門，上述傳統的空調系統可選擇性地以內部空氣循環模式或外部空氣引入模式運行，在內部空氣循環模式中，內部空氣被抽入空調系統並對其進行調節，然後吹入車輛內部；在外部空氣引入模式中，外部空氣被引入空調系統並對其進行調節，然後吹入車輛內部。
在上述的傳統空調系統中，將內部空氣抽入空調單元的進氣口設置在車輛的前部和底部區域，通常在車輛的乘客座椅側的儀錶板下方。由於這個原因，當以內部空氣循環模式運動時，空氣不能在整個車輛內部進行充分的循環。特別是在進行加熱時，如以「腳部模式」或「除霜模式」運行，則熱空氣只能圍繞前排座椅循環。這樣，空氣只能滯留在後排座椅處，所以對車輛後部區域不能進行充分加熱。
圖5中的箭頭表示在內部空氣循環模式過程中，調節後的空氣的流動。在「除霜模式」中，熱空氣沿風擋玻璃向上吹，而在「腳部模式」中，熱空氣吹向乘客的腳部。因此，流向車輛內部後面的空氣流相對較弱。此外，內部空氣是通過前排乘客座椅前部的進氣口吸入的，所以負壓區產生於較靠近車輛內的熱空氣出口處的前下部區域。因此，不管採用什麼運行模式，吹出的大量的熱風只在前排座椅處循環，然後在沒有完全到達車輛後部區域前就被吸入空調單元。這樣，在後排乘客座椅周圍的空氣趨向於滯留，從空氣調節的觀點來看這是不夠理想的。
另一方面，圖6中的箭頭表示在以外部空氣引入模式運行時調節空氣的流動。由於車輛內部的壓力變得高於車輛外部的壓力，所以空氣量大體上等於從後通風裝置(圖中未示出)排出的外部空氣的量，該後通風裝置安裝在車體後部並裝有一個單向閥。因此，在車輛內部的後面形成負壓力區，從而使從除霜口、腳部高度口或類似口吹出的經過調節的空氣通過車輛的後部並被排出外部。
本發明考慮到上述問題，其目的是提供一種車輛空調系統，該系統能通過車輛的整個內部，循環經過調節的空氣，並且不會在後排乘客座椅處造成空氣的滯留，即使在以內部空氣循環模式運行的情況下也是如此。
發明概述為了解決上述問題，本發明採用下述措施。
本發明提供一種車輛用空調系統，其包括一個空調單元，它裝有一個內部/外部空氣箱，該空氣箱設有一個內部/外部空氣轉換風門，在該風門內有一個內部空氣引入口和一個外部空氣引入口，它們用於有選擇地引入內部空氣或外部空氣，一個送風機，它設有一個吸入引入的空氣並將其吹向下遊的送風機風扇，一個冷卻器，它裝有一個在冷卻劑和通過它的引入空氣之間進行熱交換的蒸發器，一個加熱器芯，它設在加熱通過該加熱器引入的空氣的加熱器內，一個空氣混合風門，它調節通過加熱器芯引入的空氣流，及多個出口，這些出口開在一個箱體上並且每個出口都設有風門；一個循環內部空氣的進口，多個進口開在車輛內的不同位置處，它們通過風管與內部空氣引入口相連；一個冷卻系統，它裝有一臺用於壓縮氣態製冷劑的壓縮機、一個用於冷凝高壓氣態冷卻劑並與外部空氣進行熱交換的冷凝器，和一個用於將高溫高壓液態冷卻劑轉變成低溫低壓液態冷卻劑的膨脹閥，該冷卻系統向蒸發器提供低溫低壓液態冷卻劑；一個加熱系統，它用於將發動機冷卻水引到加熱器芯；以及一個控制器，它用於控制空調單元、冷卻系統和加熱系統的運行。
在車輛內後部的這種車輛空調系統內設有多個循環內部空氣的進口，從而可使經調節的空氣在車輛內充分地循環。
可在車輛的後部的車輛空調系統內設有至少一個循環內部空氣的進口。
在車輛內後部的這種車輛空調系統內形成一個負壓區，因此，吹出的經調節的空氣可在車輛內的後部循環。
在車輛的空調系統中，循環內部空氣進口可設置在車輛內的中心區域和後部區域。在這種情況下，最好提供一種可選擇的轉換裝置，以將車輛的中心區域或後部區域連通到內部空氣進口。
最好在司機座椅和前排乘客座椅之間的位置，及車輛後部的左側和右側各有一個位置設置循環內部空氣進口。
循環內部空氣進口可設置在車輛內的下部區域。
利用車輛的這種空調裝置可適當地選擇轉換循環方法，因此，按照乘客所乘坐的座椅，調節空氣例如可在車輛的前部區域循環，或在整個車輛內部循環。
附圖的簡要說明
圖1是表示本發明一個實施例的空調單元的結構剖視圖；圖2是表示車輛空調系統的大體結構的方框圖；圖3是表示圖1的循環進口轉換風門、風管和循環進口配置的一個實例的頂視圖；圖4是圖3的前視圖(車體的右側視圖)；圖5是表示在傳統的車輛空調系統中，當以內部空氣循環模式運行時空氣流動的視圖；圖6是表示在傳統的車輛空調系統中，當以外部空氣循環模式運行時空氣流動的視圖。
發明的最佳實施方式下面將參照圖1-4解釋本發明的優選實施例，圖1-4是表示本發明的車輛空調系統的結構的視圖。車輛的這種空調系統主要由進行冷卻和加熱的空氣調節的空調單元1、在冷卻工況運行時向空調單元1提供冷卻劑的冷卻系統2、在加熱工況運行時向空調單元1提供作為熱源的發動機冷卻水的加熱系統3，及用於控制整個系統運行的控制器4組成。
如圖1所示，內/外空氣箱10、送風機20、冷卻器30和加熱器40構成空調單元1內的單體結構。在一般的轎車的情況下，這種空調單元1設置在左邊的乘客座椅側前(當從汽車內部看去時)的儀錶板5的下方，如圖3和4所示。現在將按照空氣流動的先後順序說明空調單元1。
如圖1所示，內/外空氣箱10具有空氣轉換功能，它可將引入空調單元1的空氣轉變成外部空氣a(即來自車輛外的空氣)，或內部空氣b(即來自車輛內的空氣)。外部空氣引入口11a與車輛外部連通，而內部空氣引入口11b與車輛內部連通。通過使用內部/外部空氣轉換風門12選擇被引入的空氣(下文稱之為「引入空氣」)，以關閉引入口11a或11b中的一個口。
送風機20連接在內部/外部空氣箱10的下遊，並利用送風機風扇21的作用而起作用，以選擇性地吸入外部空氣a或內部空氣b，並將其吹入下面將解釋的冷卻器30。該送風機風扇21採用電機22作為驅動源，除了關閉位置外，它通常能在風機的不同空氣容積之間進行切換。此外，在行車過程中，在引入外部空氣的情況下，外部空氣能流到冷卻器30，即使送風機風扇21停機時也是如此。
冷卻器30的作用是冷卻由送風機20吸入的引入空氣並對其進行除溼。該冷卻器30由一個作為熱交換器的蒸發器31，和一個容納該蒸發器的殼體32組成。
在冷卻工況運行時，向蒸發器31提供來自冷卻系統2(下面將進行解釋)的低溫低壓液態冷卻劑。此外，蒸發器31在液態冷卻劑和引入空氣之間進行熱交換，該引入空氣是在由送風機20吹入之後通過蒸發器31的。因此，引入空氣中的熱被冷卻劑吸收而變成冷的、除溼的冷空氣，再將該冷卻空氣引入到加熱器40中(下面將解釋)。
殼體32是用樹脂模鑄的部件，它構成用作引入空氣流動通道的空調風管AD的一部分。殼體32分成兩部分，即上部和下部，以便有助於蒸發器31的裝配。滴水盤33設在殼體32的下表面，用於收集和排走在蒸發器31表面上形成的冷凝水。
加熱器40根據運行模式選擇性地加熱由冷卻器30吹入的引入空氣，同時經出口吹出經過調節的空氣。加熱器40由設置在殼體41內的加熱器芯42，和用於調節通過加熱器芯42、出口44,45和46引入的空氣的流動的混合風門43組成，而這些出口分別裝有設在殼體41上並分別能開啟和關閉的風門44a,45a和46a。
殼體41構成空調風管AD的一部分。除霜器出口44、面部高度出口45和腳部高度出口46設置在殼體41上，除霜器風門44a、面部風門45a和腳部風門46a分別安裝在每個出口上。
在加熱工況運行時，向加熱器芯42提供來自加熱系統3(下面將解釋)的高溫發動機冷卻水。加熱器芯42是一個用於加熱從冷卻器30吹入的引入空氣的熱交換器。根據空氣混合風門43的開啟程度，將送到加熱器40的引入空氣分成通過加熱器芯42的部分和不通過加熱器芯42的部分。
為了例如在冬季運行期間從風擋上除霜和在雨天運行期間從風擋玻璃上除霧，上述除霜器出口44直接將熱的和去溼的空氣吹送到風擋玻璃的內表面上。這種運行模式稱為「除霜模式」。當夏季主要以冷卻工況運行時，面部高度出口45將冷空氣吹向乘客的上體部。這種運行模式稱為「面部模式」。
冬季主要用於加熱時，腳部高度出口46將熱空氣吹向乘客的腳部。這種運行模式稱為「腳部模式」。
此外，稱為「雙高度模式」的運行模式主要用在春秋過度季，並且用於吹送來自面部高度出口45和腳部高度出口46的調節空氣。在這種情況下，從面部高度出口45吹出的空氣通常比從腳部高度出口46吹出的空氣冷，所以當乘客的腳部感覺熱時，頭部則感覺冷。
稱為「混合模式」的模式用在冬季，並從除霜出口44和腳部高度出口46吹出調節空氣。
下面根據圖2解釋冷卻系統2的結構。該冷卻系統2向蒸發器31提供低溫低壓的液態冷卻劑，並設有一個壓縮機51、一個冷凝器52和一個膨脹閥53。應注意到，在不需要冷卻和除溼功能的情況下，該冷卻系統2及蒸發器31可省略。
壓縮機51壓縮由蒸發器31從車輛內部吸收熱量而蒸發出的低溫低壓氣態冷卻劑，並將高溫高壓的氣態冷卻劑送到冷凝器52。在汽車空調系統的情況下，壓縮機51通常通過皮帶和離合器從發動機54接收驅動力。
冷凝器52設置在發動機室6的前部區域，並利用外部空氣冷卻來自壓縮機51的高溫高壓氣態冷卻劑，以將氣態冷卻劑冷卻成液態冷卻劑。該液化冷卻劑被送到接收器(圖中未示出)，使未冷凝成液體的氣態冷卻劑部分分離，然後將冷卻劑作為高溫高壓的液態冷卻劑送到膨脹閥53。在膨脹閥53使高溫高壓的液態冷卻劑減壓和膨脹，使高溫高壓的液態冷卻劑轉變成低溫低壓液態(溼氣)冷卻劑，然後送到蒸發器31。膨脹閥53通常與蒸發器31一起設在冷卻器30內側適當的位置處。
下面將根據圖2簡單說明加熱系統3的結構。加熱系統3向加熱器芯42提供作為熱源的高溫發動機冷卻水，並將來自發動機54和水箱55之間循環的發動機冷卻系統的一部分發動機冷卻水引入空調系統。在該圖中的附圖標記57,58和59分別表示用於循環冷卻水的泵、恆溫器和旁路。
最後根據圖3簡單說明控制器4的結構。控制器4控制構成空調系統的空調單元1、冷卻系統2和加熱系統3的運行。控制器4通常包括一個在操作板上的控制電路，車輛乘客可在該操作板上進行各種設定。控制器4設在儀錶板的中央。控制器4控制轉換內部/外部空氣轉換風門12的操作，它通過開啟和關閉風門來選擇性地在不同的運行模式之間進行轉換、改變送風機21的送風量、設定所需溫度、開啟和關閉循環進氣轉換風門13(下文將解釋)。
驅動上述的車輛空調系統內的送風機21，可將外部空氣a或內部空氣b，從內部/外部空氣箱10的外部空氣引入口11a或內部空氣引入口11b引入空調風管AD。引入的空氣通過送風機20送到空調風管AD內的下遊冷卻器30。流過冷卻器30的引入空氣通過蒸發器31，並在冷卻模式運行時與冷卻劑進行熱熱交換，在該冷卻模式下提供來自冷卻系統2的低溫低壓液態冷卻劑。因此，該引入空氣被冷卻和除溼，然後流到空調風管AD的下遊加熱器40。
當空氣混合風門43覆蓋加熱器芯42側的整個通道時，就使送到加熱器的經冷卻和除溼的引入空氣不通過加熱器芯42，但被引到各出口44,45和46，這樣就使冷卻空氣從開啟風門的出口吹入車輛內部。當空氣混合風門43打開加熱器芯42側的整個通道時，所有的引入空氣就通過加熱器芯42並被加熱，這樣就使熱空氣從開啟風門的出口吹入車輛內部。當空氣混合風門43處於中間位置時，未通過加熱器芯42的冷空氣和未通過加熱器芯42的熱空氣，根據風門的不同開啟度在空氣混合風門43的下遊側混合。然後，根據所選擇的運行模式將使以這種方法調節到所需溫度的空氣從開啟風門的出口吹入車輛內部。
在本發明的空調系統中，穿過車輛內部的風管14與上述的空調單元1的內部空氣引入口11b相連，並在車輛內部的不同地方開設循環進氣口15a和15b。在圖3和4所示的實施例中，前排座椅循環進氣口15a設置在司機座椅和前排乘客座椅之間的下部區域。後排座椅循環進氣口15b設置在後排座椅的左下和右下方的兩端。換句話說，總共在三個地方設置循環進氣口。
以這種方式在車輛內部多個地方設置循環進氣口，由於送風機21的運行，在這些不同的位置形成負壓區。特別是，如果在車輛內的後部設置至少一個循環進氣口，那麼從司機座椅的前部區域吹入車輛內部的調節空氣被形成在車輛內後部的負壓區吸入。因此，循環通路延伸到車輛內的整個區域，從而使調節空氣能達到車輛內的後部。這些循環進氣口的位置和數量當然可根據車輛內的不同布置和形狀進行適當的改變。
除了上述循環進氣口中15a和15b之外，循環進氣口轉換風門13設置在風管14的分支點處，這裡前排座椅循環進氣口15a和後排進氣口15b形成分支。在兩個循環進氣口中只能選擇一個與空調單元1連通。
除了完全封閉上述循環進氣口中的一個口處，還可根據不同的條件適當地調節循環進氣轉換風門13在中間位置的開度。
現在將對循環進氣口轉換風門13、前排循環進氣口中15a和後排進氣口15b的作用進行說明。
首先說明在「除霜模式」下運行的情況。該除霜模式的主要目的是除去風擋玻璃上的霜和在雨天運行時除去風擋玻璃上的霧。使熱的除溼空氣(調節空氣)從除霜出口44向上直接吹到風擋玻璃等的內表面上。因此，吹出的調節空氣主氣流沿風擋玻璃流動並上升到車輛頂部。
在內部空氣循環狀態，當以除霜模式運行並且只有前排座椅上有人時，即車內只有司機和坐在前排座椅的乘客時，後排座椅的循環進氣口15b由於循環進氣口轉換閥13的動作而關閉。因此，只有前排座椅的循環進氣口15a與內部空氣引入口11b連通，所以，由於送風機21的運行而形成的吸力作用下，在車輛內部的中心區形成負壓區。這樣，上升到車輛頂部的調節空氣的主氣流方向改變成朝負壓區的向下流動方向。由前排座椅循環進氣口15a吸入的調節空氣不能達到後排座椅，所以，調節空氣只在有乘客的前排座椅區域內高效地循環。
相反，在後排座椅也有乘客的情況下循環內部空氣時，通過操作循環進氣口轉換風門13將前排座椅循環進氣口15a關閉，這樣，後排循環進氣口15b與內部空氣引入口11b連通。因此，在送風機21運行時的抽力作用下，車輛內部的後部區域形成一個負壓區。所以，上升到車輛頂部的調節空氣從前排座椅流到後排座椅，並最終被吸入到後排座椅循環進氣口15b。換句話說，在車輛整個內部形成一個較大的循環流動通路。這樣就不會使內部空氣滯留在車輛後部，從而可有效地調節整個車輛的內部空氣。
「腳部模式」的主要目的是在冬季以加熱模式運行時朝乘客的腳部吹出熱風。總之，外部空氣引入模式用於改善除溼效果，但內部空氣循環模式也可用於提高加熱效率。
當在這種情況下只前排座椅有乘客時，通過操作循環進氣口轉換風門13可關閉後排座椅循環進氣口15a。此外，從腳部高度出口46吹向乘客腳部的調節空氣(熱風)只圍繞前排座椅區循環。這樣，熱負荷減小了，從而可高效率地對前排乘客進行舒適性加熱。
相反，在後排座椅也有乘客和情況下加熱時，通過操作循環進氣口轉換風門13將前排座椅循環進氣口15a關閉，這樣，後排循環進氣口15b與內部空氣引入口11b連通。因此，在送風機21運行時產生的抽力作用下，車輛內部的後部區域形成一個負壓區。從腳部高度出口46吹出的熱風從前排座椅下方流到後排座椅，並最終被吸入到後排座椅循環進氣口15b。換句話說，在車輛整個內部形成一個較大的熱風循環流動通路。由於將足夠的熱風提供給坐在後排的乘客的腳部，所以可進行舒適性加熱。這樣就不會使內部空氣滯留在車輛後部，從而可有效地調節整個車輛的內部空氣。
應注意到，當以內部空氣循環模式運行，而不是以上述「除霜模式」和「腳部高度模式」，即「面部高度模式」、「雙高度模式」和「混合模式」運行時，根據車輛乘客乘座的位置，通過開啟或關閉循環進氣口轉換風門13，甚至還能進一步改善內部空氣循環狀態。這樣就不會使內部空氣滯留在車輛後部，從而可進行舒適空調。
在上述的本發明中，由於在車輛內部設置多個循環進氣口，所以當以內部空氣循環模式運行時，從車輛內部的前部區域吹出的調節空氣，循環流過車輛內的整個區域。特別是，如果在車輛內的後部設置一個循環進氣口，那麼就不會使內部空氣滯留在車輛後部，從而可提供能舒適和穩定運行的車輛空調系統。
此外，所設置的風門可作為循環進氣口的選擇性轉換裝置。因此，在只有前排座椅有乘客乘坐的情況下，和在前排和後排座椅同時都有乘客乘坐的情況下，可在車輛內選擇舒適性的調節空氣循環流動通路。因而，本發明可提供舒適和高效的車輛空調系統。
權利要求
1．一種車輛空調系統，它包括一個空調單元，它裝有一個內部/外部空氣箱，該空氣箱設有一個內部/外部空氣轉換風門，在該風門內有一個內部空氣引入口和一個外部空氣引入口，它們用於有選擇地引入內部空氣或外部空氣，一個送風機，它設有一個吸入引入的空氣並將其吹向下遊的送風機風扇，一個冷卻器，它裝有一個在冷卻劑和通過其引入的空氣之間進行熱交換的蒸發器，一個加熱器芯，它設在加熱通過該加熱器引入的空氣的加熱器內，一個空氣混合風門，它調節通過加熱器芯引入的空氣流，及多個出口，這些出口開在一個箱體上並且每個出口都設有風門；多個循環內部空氣的進口，該多個進口開在車輛內的不同位置處，它們通過風管與內部空氣引入口相連；一個冷卻系統，它裝有一臺用於壓縮氣態製冷劑的壓縮機，一個用於冷凝高壓氣態冷卻劑並與外部空氣進行熱交換的冷凝器，和一個用於將高溫高壓液態冷卻劑轉變成低溫低壓液態冷卻劑的膨脹閥，該冷卻系統向蒸發器提供低溫低壓液態冷卻劑；一個加熱系統，它用於將發動機冷卻水引到加熱器芯；以及一個控制器，它用於控制空調單元、冷卻系統和加熱系統的運行。
2．按照權利要求1的車輛空調系統，其中在車輛內部的後部設置至少一個循環內部空氣進氣口。
3．按照權利要求1的車輛空調系統，其中在車輛內部的中心和後部區域設置循環內部空氣進氣口。
4．按照權利要求3的車輛空調系統，其中可選擇轉換裝置與設置在具有內部空氣引入口的車輛內部中心和後部區域的任何一個循環內部空氣進氣口連通。
5．按照權利要求3或4的車輛空調系統，其中循環內部空氣進氣口設置在司機座椅與前排乘客座椅之間的一個位置上，並且還分別設置在後部區域的左側和右側的一個位置上。
6．按照權利要求1至5中的任何一項的車輛空調系統，其中循環內部空氣進口設置在車輛內部的底部區域。
全文摘要
本發明的車輛空調器即使在內部空氣循環運行期間,在不滯留在後排座椅側的情況下,也能循環調節通過整個駕駛室的空氣,該空調器包括:一個空調單元(1),它具有一個內部和外部空氣箱(10)該空氣箱設有一個內部空氣入口(11b)和外部空氣入口(11a),並具有一個內部和外部空氣轉換風門(12)一個送風器部件(20)、一個冷卻器部件(30)一個加熱器芯(42)和一個安裝在加熱器部件(40)內的空氣混合風門(43),以及一個具有裝在殼體(41)內的風門的出口;通過內部入口(11b)和風管(14)相互連接和開在駕駛室內多個不同位置上的循環內部吸入口(15a,15B);一個具有壓縮機、冷凝器和膨脹閥的製冷系統;一個將發動機冷卻劑引入加熱器芯(42)內的加熱源系統;以及一控制空調單元、製冷系統和加熱源系統的控制部件。
文檔編號B60H1/00GK1300254SQ00800531
公開日2001年6月20日 申請日期2000年4月10日 優先權日1999年4月9日
發明者伊藤潤, 西嶋英也 申請人:三菱重工業株式會社