专利名称：车辆用空调系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安装在车辆内、用于冷却和加热车辆的空调系统，例如一种用于对车辆内部进行冷却、加热或进行其它方式的空调的汽车空调系统。更具体地说，本发明涉及一种用于在加热模式运行时高效地循环经过调节的空气的车辆空调系统。
该申请是在日本特许平11-103343的基础上做出的，该文献的内容也作为本申请的参考文献。
背景技术：
通过调节汽车等内部气候来为车辆乘客提供舒适环境的空调系统包括一个设有一个送风机、一个蒸发器、一个加热器芯和各种不同风门的空调单元；一个用于向空调单元内部的蒸发器提供低温低压的液态冷却剂的冷却系统；一个用于将高温发动机的冷却水引入空调单元内部的加热器芯的加热系统，和一个用于根据各种不同的条件，如温度、湿度、太阳辐射量、乘客的偏好等来控制车辆空调系统运行的控制器。
在一般的小轿车的情况下，上述空调系统内的空调单元设置在车辆内的乘客座椅侧(从汽车内部看去)的仪表板下方。用于吸入车辆内部空气的内部空气进口开在乘客座椅侧的仪表板下方。
上述空调系统可通过开启或关闭设在空调单元内的不同的风门来选择下述的运行模式。
在“除霜模式”中，除霜出口将热的去湿的空气直接吹到风挡玻璃的内表面上，以便除去在冬季运行期间结的霜，或除去在雨天运行期间的雾。
在“面部模式”中，面部高度出口在夏季主要以冷却工况运行时将冷风吹向乘客的上体部。
在“脚部模式”中，脚部高度出口在冬季主要以加热工况运行时将热空气吹向乘客的脚部。
“双高度模式”主要应用于春天或秋天的过渡季节，该模式对从面部高度出口和脚部高度出口吹出的经调节的空气进行控制。在这种情况下，从面部高度出口吹出的空气通常比从脚部出口吹出的空气更冷，所以乘客的脚部较热时，他们的头部却较冷。
“混合模式”应用于冬季及从除霜出口和脚部高度出口吹出的调节空气。
通过开启或关闭设置在空调单元上的内部/外部空气转换风门，上述传统的空调系统可选择性地以内部空气循环模式或外部空气引入模式运行，在内部空气循环模式中，内部空气被抽入空调系统并对其进行调节，然后吹入车辆内部；在外部空气引入模式中，外部空气被引入空调系统并对其进行调节，然后吹入车辆内部。
在上述的传统空调系统中，将内部空气抽入空调单元的进气口设置在车辆的前部和底部区域，通常在车辆的乘客座椅侧的仪表板下方。由于这个原因，当以内部空气循环模式运动时，空气不能在整个车辆内部进行充分的循环。特别是在进行加热时，如以“脚部模式”或“除霜模式”运行，则热空气只能围绕前排座椅循环。这样，空气只能滞留在后排座椅处，所以对车辆后部区域不能进行充分加热。
图5中的箭头表示在内部空气循环模式过程中，调节后的空气的流动。在“除霜模式”中，热空气沿风挡玻璃向上吹，而在“脚部模式”中，热空气吹向乘客的脚部。因此，流向车辆内部后面的空气流相对较弱。此外，内部空气是通过前排乘客座椅前部的进气口吸入的，所以负压区产生于较靠近车辆内的热空气出口处的前下部区域。因此，不管采用什么运行模式，吹出的大量的热风只在前排座椅处循环，然后在没有完全到达车辆后部区域前就被吸入空调单元。这样，在后排乘客座椅周围的空气趋向于滞留，从空气调节的观点来看这是不够理想的。
另一方面，图6中的箭头表示在以外部空气引入模式运行时调节空气的流动。由于车辆内部的压力变得高于车辆外部的压力，所以空气量大体上等于从后通风装置(图中未示出)排出的外部空气的量，该后通风装置安装在车体后部并装有一个单向阀。因此，在车辆内部的后面形成负压力区，从而使从除霜口、脚部高度口或类似口吹出的经过调节的空气通过车辆的后部并被排出外部。
本发明考虑到上述问题，其目的是提供一种车辆空调系统，该系统能通过车辆的整个内部，循环经过调节的空气，并且不会在后排乘客座椅处造成空气的滞留，即使在以内部空气循环模式运行的情况下也是如此。
发明概述为了解决上述问题，本发明采用下述措施。
本发明提供一种车辆用空调系统，其包括一个空调单元，它装有一个内部/外部空气箱，该空气箱设有一个内部/外部空气转换风门，在该风门内有一个内部空气引入口和一个外部空气引入口，它们用于有选择地引入内部空气或外部空气，一个送风机，它设有一个吸入引入的空气并将其吹向下游的送风机风扇，一个冷却器，它装有一个在冷却剂和通过它的引入空气之间进行热交换的蒸发器，一个加热器芯，它设在加热通过该加热器引入的空气的加热器内，一个空气混合风门，它调节通过加热器芯引入的空气流，及多个出口，这些出口开在一个箱体上并且每个出口都设有风门；一个循环内部空气的进口，多个进口开在车辆内的不同位置处，它们通过风管与内部空气引入口相连；一个冷却系统，它装有一台用于压缩气态制冷剂的压缩机、一个用于冷凝高压气态冷却剂并与外部空气进行热交换的冷凝器，和一个用于将高温高压液态冷却剂转变成低温低压液态冷却剂的膨胀阀，该冷却系统向蒸发器提供低温低压液态冷却剂；一个加热系统，它用于将发动机冷却水引到加热器芯；以及一个控制器，它用于控制空调单元、冷却系统和加热系统的运行。
在车辆内后部的这种车辆空调系统内设有多个循环内部空气的进口，从而可使经调节的空气在车辆内充分地循环。
可在车辆的后部的车辆空调系统内设有至少一个循环内部空气的进口。
在车辆内后部的这种车辆空调系统内形成一个负压区，因此，吹出的经调节的空气可在车辆内的后部循环。
在车辆的空调系统中，循环内部空气进口可设置在车辆内的中心区域和后部区域。在这种情况下，最好提供一种可选择的转换装置，以将车辆的中心区域或后部区域连通到内部空气进口。
最好在司机座椅和前排乘客座椅之间的位置，及车辆后部的左侧和右侧各有一个位置设置循环内部空气进口。
循环内部空气进口可设置在车辆内的下部区域。
利用车辆的这种空调装置可适当地选择转换循环方法，因此，按照乘客所乘坐的座椅，调节空气例如可在车辆的前部区域循环，或在整个车辆内部循环。
附图的简要说明
图1是表示本发明一个实施例的空调单元的结构剖视图；图2是表示车辆空调系统的大体结构的方框图；图3是表示图1的循环进口转换风门、风管和循环进口配置的一个实例的顶视图；图4是图3的前视图(车体的右侧视图)；图5是表示在传统的车辆空调系统中，当以内部空气循环模式运行时空气流动的视图；图6是表示在传统的车辆空调系统中，当以外部空气循环模式运行时空气流动的视图。
发明的最佳实施方式下面将参照图1-4解释本发明的优选实施例，图1-4是表示本发明的车辆空调系统的结构的视图。车辆的这种空调系统主要由进行冷却和加热的空气调节的空调单元1、在冷却工况运行时向空调单元1提供冷却剂的冷却系统2、在加热工况运行时向空调单元1提供作为热源的发动机冷却水的加热系统3，及用于控制整个系统运行的控制器4组成。
如图1所示，内/外空气箱10、送风机20、冷却器30和加热器40构成空调单元1内的单体结构。在一般的轿车的情况下，这种空调单元1设置在左边的乘客座椅侧前(当从汽车内部看去时)的仪表板5的下方，如图3和4所示。现在将按照空气流动的先后顺序说明空调单元1。
如图1所示，内/外空气箱10具有空气转换功能，它可将引入空调单元1的空气转变成外部空气a(即来自车辆外的空气)，或内部空气b(即来自车辆内的空气)。外部空气引入口11a与车辆外部连通，而内部空气引入口11b与车辆内部连通。通过使用内部/外部空气转换风门12选择被引入的空气(下文称之为“引入空气”)，以关闭引入口11a或11b中的一个口。
送风机20连接在内部/外部空气箱10的下游，并利用送风机风扇21的作用而起作用，以选择性地吸入外部空气a或内部空气b，并将其吹入下面将解释的冷却器30。该送风机风扇21采用电机22作为驱动源，除了关闭位置外，它通常能在风机的不同空气容积之间进行切换。此外，在行车过程中，在引入外部空气的情况下，外部空气能流到冷却器30，即使送风机风扇21停机时也是如此。
冷却器30的作用是冷却由送风机20吸入的引入空气并对其进行除湿。该冷却器30由一个作为热交换器的蒸发器31，和一个容纳该蒸发器的壳体32组成。
在冷却工况运行时，向蒸发器31提供来自冷却系统2(下面将进行解释)的低温低压液态冷却剂。此外，蒸发器31在液态冷却剂和引入空气之间进行热交换，该引入空气是在由送风机20吹入之后通过蒸发器31的。因此，引入空气中的热被冷却剂吸收而变成冷的、除湿的冷空气，再将该冷却空气引入到加热器40中(下面将解释)。
壳体32是用树脂模铸的部件，它构成用作引入空气流动通道的空调风管AD的一部分。壳体32分成两部分，即上部和下部，以便有助于蒸发器31的装配。滴水盘33设在壳体32的下表面，用于收集和排走在蒸发器31表面上形成的冷凝水。
加热器40根据运行模式选择性地加热由冷却器30吹入的引入空气，同时经出口吹出经过调节的空气。加热器40由设置在壳体41内的加热器芯42，和用于调节通过加热器芯42、出口44,45和46引入的空气的流动的混合风门43组成，而这些出口分别装有设在壳体41上并分别能开启和关闭的风门44a,45a和46a。
壳体41构成空调风管AD的一部分。除霜器出口44、面部高度出口45和脚部高度出口46设置在壳体41上，除霜器风门44a、面部风门45a和脚部风门46a分别安装在每个出口上。
在加热工况运行时，向加热器芯42提供来自加热系统3(下面将解释)的高温发动机冷却水。加热器芯42是一个用于加热从冷却器30吹入的引入空气的热交换器。根据空气混合风门43的开启程度，将送到加热器40的引入空气分成通过加热器芯42的部分和不通过加热器芯42的部分。
为了例如在冬季运行期间从风挡上除霜和在雨天运行期间从风挡玻璃上除雾，上述除霜器出口44直接将热的和去湿的空气吹送到风挡玻璃的内表面上。这种运行模式称为“除霜模式”。当夏季主要以冷却工况运行时，面部高度出口45将冷空气吹向乘客的上体部。这种运行模式称为“面部模式”。
冬季主要用于加热时，脚部高度出口46将热空气吹向乘客的脚部。这种运行模式称为“脚部模式”。
此外，称为“双高度模式”的运行模式主要用在春秋过度季，并且用于吹送来自面部高度出口45和脚部高度出口46的调节空气。在这种情况下，从面部高度出口45吹出的空气通常比从脚部高度出口46吹出的空气冷，所以当乘客的脚部感觉热时，头部则感觉冷。
称为“混合模式”的模式用在冬季，并从除霜出口44和脚部高度出口46吹出调节空气。
下面根据图2解释冷却系统2的结构。该冷却系统2向蒸发器31提供低温低压的液态冷却剂，并设有一个压缩机51、一个冷凝器52和一个膨胀阀53。应注意到，在不需要冷却和除湿功能的情况下，该冷却系统2及蒸发器31可省略。
压缩机51压缩由蒸发器31从车辆内部吸收热量而蒸发出的低温低压气态冷却剂，并将高温高压的气态冷却剂送到冷凝器52。在汽车空调系统的情况下，压缩机51通常通过皮带和离合器从发动机54接收驱动力。
冷凝器52设置在发动机室6的前部区域，并利用外部空气冷却来自压缩机51的高温高压气态冷却剂，以将气态冷却剂冷却成液态冷却剂。该液化冷却剂被送到接收器(图中未示出)，使未冷凝成液体的气态冷却剂部分分离，然后将冷却剂作为高温高压的液态冷却剂送到膨胀阀53。在膨胀阀53使高温高压的液态冷却剂减压和膨胀，使高温高压的液态冷却剂转变成低温低压液态(湿气)冷却剂，然后送到蒸发器31。膨胀阀53通常与蒸发器31一起设在冷却器30内侧适当的位置处。
下面将根据图2简单说明加热系统3的结构。加热系统3向加热器芯42提供作为热源的高温发动机冷却水，并将来自发动机54和水箱55之间循环的发动机冷却系统的一部分发动机冷却水引入空调系统。在该图中的附图标记57,58和59分别表示用于循环冷却水的泵、恒温器和旁路。
最后根据图3简单说明控制器4的结构。控制器4控制构成空调系统的空调单元1、冷却系统2和加热系统3的运行。控制器4通常包括一个在操作板上的控制电路，车辆乘客可在该操作板上进行各种设定。控制器4设在仪表板的中央。控制器4控制转换内部/外部空气转换风门12的操作，它通过开启和关闭风门来选择性地在不同的运行模式之间进行转换、改变送风机21的送风量、设定所需温度、开启和关闭循环进气转换风门13(下文将解释)。
驱动上述的车辆空调系统内的送风机21，可将外部空气a或内部空气b，从内部/外部空气箱10的外部空气引入口11a或内部空气引入口11b引入空调风管AD。引入的空气通过送风机20送到空调风管AD内的下游冷却器30。流过冷却器30的引入空气通过蒸发器31，并在冷却模式运行时与冷却剂进行热热交换，在该冷却模式下提供来自冷却系统2的低温低压液态冷却剂。因此，该引入空气被冷却和除湿，然后流到空调风管AD的下游加热器40。
当空气混合风门43覆盖加热器芯42侧的整个通道时，就使送到加热器的经冷却和除湿的引入空气不通过加热器芯42，但被引到各出口44,45和46，这样就使冷却空气从开启风门的出口吹入车辆内部。当空气混合风门43打开加热器芯42侧的整个通道时，所有的引入空气就通过加热器芯42并被加热，这样就使热空气从开启风门的出口吹入车辆内部。当空气混合风门43处于中间位置时，未通过加热器芯42的冷空气和未通过加热器芯42的热空气，根据风门的不同开启度在空气混合风门43的下游侧混合。然后，根据所选择的运行模式将使以这种方法调节到所需温度的空气从开启风门的出口吹入车辆内部。
在本发明的空调系统中，穿过车辆内部的风管14与上述的空调单元1的内部空气引入口11b相连，并在车辆内部的不同地方开设循环进气口15a和15b。在图3和4所示的实施例中，前排座椅循环进气口15a设置在司机座椅和前排乘客座椅之间的下部区域。后排座椅循环进气口15b设置在后排座椅的左下和右下方的两端。换句话说，总共在三个地方设置循环进气口。
以这种方式在车辆内部多个地方设置循环进气口，由于送风机21的运行，在这些不同的位置形成负压区。特别是，如果在车辆内的后部设置至少一个循环进气口，那么从司机座椅的前部区域吹入车辆内部的调节空气被形成在车辆内后部的负压区吸入。因此，循环通路延伸到车辆内的整个区域，从而使调节空气能达到车辆内的后部。这些循环进气口的位置和数量当然可根据车辆内的不同布置和形状进行适当的改变。
除了上述循环进气口中15a和15b之外，循环进气口转换风门13设置在风管14的分支点处，这里前排座椅循环进气口15a和后排进气口15b形成分支。在两个循环进气口中只能选择一个与空调单元1连通。
除了完全封闭上述循环进气口中的一个口处，还可根据不同的条件适当地调节循环进气转换风门13在中间位置的开度。
现在将对循环进气口转换风门13、前排循环进气口中15a和后排进气口15b的作用进行说明。
首先说明在“除霜模式”下运行的情况。该除霜模式的主要目的是除去风挡玻璃上的霜和在雨天运行时除去风挡玻璃上的雾。使热的除湿空气(调节空气)从除霜出口44向上直接吹到风挡玻璃等的内表面上。因此，吹出的调节空气主气流沿风挡玻璃流动并上升到车辆顶部。
在内部空气循环状态，当以除霜模式运行并且只有前排座椅上有人时，即车内只有司机和坐在前排座椅的乘客时，后排座椅的循环进气口15b由于循环进气口转换阀13的动作而关闭。因此，只有前排座椅的循环进气口15a与内部空气引入口11b连通，所以，由于送风机21的运行而形成的吸力作用下，在车辆内部的中心区形成负压区。这样，上升到车辆顶部的调节空气的主气流方向改变成朝负压区的向下流动方向。由前排座椅循环进气口15a吸入的调节空气不能达到后排座椅，所以，调节空气只在有乘客的前排座椅区域内高效地循环。
相反，在后排座椅也有乘客的情况下循环内部空气时，通过操作循环进气口转换风门13将前排座椅循环进气口15a关闭，这样，后排循环进气口15b与内部空气引入口11b连通。因此，在送风机21运行时的抽力作用下，车辆内部的后部区域形成一个负压区。所以，上升到车辆顶部的调节空气从前排座椅流到后排座椅，并最终被吸入到后排座椅循环进气口15b。换句话说，在车辆整个内部形成一个较大的循环流动通路。这样就不会使内部空气滞留在车辆后部，从而可有效地调节整个车辆的内部空气。
“脚部模式”的主要目的是在冬季以加热模式运行时朝乘客的脚部吹出热风。总之，外部空气引入模式用于改善除湿效果，但内部空气循环模式也可用于提高加热效率。
当在这种情况下只前排座椅有乘客时，通过操作循环进气口转换风门13可关闭后排座椅循环进气口15a。此外，从脚部高度出口46吹向乘客脚部的调节空气(热风)只围绕前排座椅区循环。这样，热负荷减小了，从而可高效率地对前排乘客进行舒适性加热。
相反，在后排座椅也有乘客和情况下加热时，通过操作循环进气口转换风门13将前排座椅循环进气口15a关闭，这样，后排循环进气口15b与内部空气引入口11b连通。因此，在送风机21运行时产生的抽力作用下，车辆内部的后部区域形成一个负压区。从脚部高度出口46吹出的热风从前排座椅下方流到后排座椅，并最终被吸入到后排座椅循环进气口15b。换句话说，在车辆整个内部形成一个较大的热风循环流动通路。由于将足够的热风提供给坐在后排的乘客的脚部，所以可进行舒适性加热。这样就不会使内部空气滞留在车辆后部，从而可有效地调节整个车辆的内部空气。
应注意到，当以内部空气循环模式运行，而不是以上述“除霜模式”和“脚部高度模式”，即“面部高度模式”、“双高度模式”和“混合模式”运行时，根据车辆乘客乘座的位置，通过开启或关闭循环进气口转换风门13，甚至还能进一步改善内部空气循环状态。这样就不会使内部空气滞留在车辆后部，从而可进行舒适空调。
在上述的本发明中，由于在车辆内部设置多个循环进气口，所以当以内部空气循环模式运行时，从车辆内部的前部区域吹出的调节空气，循环流过车辆内的整个区域。特别是，如果在车辆内的后部设置一个循环进气口，那么就不会使内部空气滞留在车辆后部，从而可提供能舒适和稳定运行的车辆空调系统。
此外，所设置的风门可作为循环进气口的选择性转换装置。因此，在只有前排座椅有乘客乘坐的情况下，和在前排和后排座椅同时都有乘客乘坐的情况下，可在车辆内选择舒适性的调节空气循环流动通路。因而，本发明可提供舒适和高效的车辆空调系统。
权利要求
1．一种车辆空调系统，它包括一个空调单元，它装有一个内部/外部空气箱，该空气箱设有一个内部/外部空气转换风门，在该风门内有一个内部空气引入口和一个外部空气引入口，它们用于有选择地引入内部空气或外部空气，一个送风机，它设有一个吸入引入的空气并将其吹向下游的送风机风扇，一个冷却器，它装有一个在冷却剂和通过其引入的空气之间进行热交换的蒸发器，一个加热器芯，它设在加热通过该加热器引入的空气的加热器内，一个空气混合风门，它调节通过加热器芯引入的空气流，及多个出口，这些出口开在一个箱体上并且每个出口都设有风门；多个循环内部空气的进口，该多个进口开在车辆内的不同位置处，它们通过风管与内部空气引入口相连；一个冷却系统，它装有一台用于压缩气态制冷剂的压缩机，一个用于冷凝高压气态冷却剂并与外部空气进行热交换的冷凝器，和一个用于将高温高压液态冷却剂转变成低温低压液态冷却剂的膨胀阀，该冷却系统向蒸发器提供低温低压液态冷却剂；一个加热系统，它用于将发动机冷却水引到加热器芯；以及一个控制器，它用于控制空调单元、冷却系统和加热系统的运行。
2．按照权利要求1的车辆空调系统，其中在车辆内部的后部设置至少一个循环内部空气进气口。
3．按照权利要求1的车辆空调系统，其中在车辆内部的中心和后部区域设置循环内部空气进气口。
4．按照权利要求3的车辆空调系统，其中可选择转换装置与设置在具有内部空气引入口的车辆内部中心和后部区域的任何一个循环内部空气进气口连通。
5．按照权利要求3或4的车辆空调系统，其中循环内部空气进气口设置在司机座椅与前排乘客座椅之间的一个位置上，并且还分别设置在后部区域的左侧和右侧的一个位置上。
6．按照权利要求1至5中的任何一项的车辆空调系统，其中循环内部空气进口设置在车辆内部的底部区域。
全文摘要
本发明的车辆空调器即使在内部空气循环运行期间,在不滞留在后排座椅侧的情况下,也能循环调节通过整个驾驶室的空气,该空调器包括:一个空调单元(1),它具有一个内部和外部空气箱(10)该空气箱设有一个内部空气入口(11b)和外部空气入口(11a),并具有一个内部和外部空气转换风门(12)一个送风器部件(20)、一个冷却器部件(30)一个加热器芯(42)和一个安装在加热器部件(40)内的空气混合风门(43),以及一个具有装在壳体(41)内的风门的出口;通过内部入口(11b)和风管(14)相互连接和开在驾驶室内多个不同位置上的循环内部吸入口(15a,15B);一个具有压缩机、冷凝器和膨胀阀的制冷系统;一个将发动机冷却剂引入加热器芯(42)内的加热源系统;以及一控制空调单元、制冷系统和加热源系统的控制部件。
文档编号B60H1/00GK1300254SQ00800531
公开日2001年6月20日 申请日期2000年4月10日 优先权日1999年4月9日
发明者伊藤润, 西嶋英也 申请人:三菱重工业株式会社