专利名称：用于改进车辆燃料经济性的hvac系统控制的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及机动车辆的加热、通风和空调(HVAC)系统， 并且更具体地涉及控制具有蓄热器的HVAC系统，从而改进车辆燃料 经济性，
背景技术：
为了改进机动车辆的燃料经济性， 一些机动车辆建立发动机/动力 系系统，从而在某些轻负荷操作条件下工作在高效率模式.这样的高 效率模式可以包括例如停缸或均质充量压缩点火(homogeneous charge, compression ignition, HCCI)发动机採作模式.因此，希望大 部分时间以高效率模式(与较低效率的正常发动机搮作模式相对而言) 搮作车辆.但是这些高效率模式一般仅在车辆的负荷低于某一水平的 时候操作，
发明内容
实施例设想在具有以高效率模式和较低效率模式操作的发动机的 车辆中操作HVAC系统的方法，该方法包括以下步骤操作制冷刑压 缩机(refrigerant compressor)来冷却乘客抢并且对蓄冷(cold他ermal storage)设备进行充冷(charge);确定所述蓄冷设备中的冷量充注 (cold charge)是否超过了预定阁值；如果所述蓄冷设备中的冷量充注 超过了该预定阈值那么启动(enable)压缩机循环；检测所述发动机是 否工作在高效率模式；确定所迷发动机上的HVAC负荷量；确定发动 机操作与从高效率模式到较低效率模式的切换点的接近度；以及如果 HVAC负荷减少允许发动机搮作处于高效率模式的切换点之下(stay below the switching point for the high efficiency mode )并且启动了压缩 机循环，那么进行HVAC负荷卸栽以减少所述发动机上的HVAC负荷.
实施例设想在具有以高效率模式和较低效率模式搮作的发动机的 车辆中操作HVAC系统的方法，该方法包括以下步稞搮作制冷刑压 缩机以冷却乘客舱并且对蓄冷设备进行充冷；确定所述制冷刑压缩机 是否已经连续工作了比预定的压缩机运行时间段长的时间；检测所述 发动机是否工作在高效率模式；确定在所述发动机上的HVAC负荷量；确定发动机搮作与从高效芈棋式到较低效率模式的切换点的接近度；
如果HVAC负荷减少允许发动机搮作处于高效率模式的切换点之下并 且制冷刑压缩机已连续工作了比预定的压缩机运行时间段长的时间，
那么进行HVAC负荷卸栽以减少所迷发动机上的HVAC负荷；在发生 HVAC负荷卸栽之后监控HVAC舒适度；将所述HVAC舒适度与预定 的设定点进行比较；以及当所述HVAC舒适度降低到比所迷预定的设 定点低时，激活所迷制冷刑压缩机.
实施例的优点是通过使用所存储的热能来冷却客舱来使车辆发动 机/动力系可以更久地保持在高效率模式，从而改进了车辆燃料经济性.
附困说明
困l是示出HVAC系统的笫一实施例的机动车辆的示意困；
图2是与困l相似的示意图，但是示出了笫二实施例；
图3是与图l相似的示意困，但是示出了笫三实施例；
图4是与图l相似的示意困，但是示出了笫四实施例；
图5A和5B是示出用于搮作困1至困4的HVAC系统的方法的流
程田；
固6是示出用于HVAC系统的蓄冷器部分的充冷时间的曲线困； 困7是HVAC负荷卸栽输入及控制的框图；以及 图8是用于HVAC系统的蓄冷器输入的框困.
具体实施例方式
参照困1,示出了总体上用IO指示的机动车辆的一部分.车辆IO 可具有混合动力系或可以仅由内燃机22提供动力.车辆10包括发动 机餘12以及乘客舱14.在舱12、 14中有发动机冷却系统16和加热、 通风和空调(HVAC)系统18.
发动机冷却系统16包括水泵20,水泵20推动水通过发动机22和 发动机冷却系统16的其它部分.该水泵20可以由发动机22驱动.使 用散热器24以及风扇26来除去发动机冷却刑的热量.可以以常规的 方式使用恒温器28,以在冷却刑低于期望的搮作温度时选择性地阻塞 通过散热器24的冷却刑流.
动力系控制器32控制发动机搮作，该发动机搮作包括在正常搮作 模式和高效率操作模式之间切换发动机操作，该高效率模式例如发动 机22中的一部分汽缸被停用的停缸模式和/或通过压缩来点燃均质燃料/空气装料(charge)的均质充量压缩点火(HCCI)模式.
加热器芯(heatercore)出口 30将冷却刑从发动机22引导到位于 HVAC模块40中的加热器芯38.冷却剂导管42将冷却刑从加热器芯 38引导到水泵20的入口.田l至困4中示出的虚线表示发动机冷却刑 流经的冷却刑导管.
HVAC系统18包括HVAC模块40,送风机(blower) 44位于所 述HVAC模块40中，所迷送风机44用于通过空气入口 46将空气吸入 并且引导空气通过蒸发器48，所述蒸发器48的下游是加热器芯38, 加热器芯38具有位于其上游側的混合门50,所述混合门50选择性地 将空气引导绕过加热器芯38或通过加热器芯38. HVAC模块40还可 以包括除霜(defrost)出口及门52、地面出口及门54和胸高出口及门 56,它们将空气引导进乘客抢14的不同部分，
HVAC系统18的冷却部分58可以包括经由制冷刑导管66连接在 一起的蒸发器48、热膨胀阀60、制冷剂蓄热瓶(bottle) 61、制冷刑压 缩机62以及冷凝器64.图l至图4中的点划线表示制冷刑流经的制冷 刑导管.如果需要，压缩机62可以以常规方式由发动机22驱动，从 而节省了用于驱动所述压缩机62的分离电动机的成本.制冷刑蓄热瓶 61作为一种形式的蓄冷器存储已冷的(chilled)制冷刑.
HVAC系统18还包括HVAC控制器68， HVAC控制器68与动力 系控制器32通信并且控制压缩机62、以及送风机44、混合门50和出 口门52、 54、 56.动力系控制器32也可以控制风扇速度26.因此， HVAC系统18和发动机22的各部分可被自动控制，从而在为乘客抢 14提供适当的空气调节装置的同时优化车辆的燃料经济性.
图2示出了第二实施例.,为该实施例与笫一实施例相似，所以 为了避免不必要的重复描迷，将相同的元件编号用于与第一实施例中 基本相同的元件.在该实施例中，发动机冷却系统16和HVAC模块 40与第一实施例中的相同.然而，改变了 HVAC系统18的冷却部分 58和蓄热器，现在将蓄冷器区域70合并到蒸发器48中，而不是使用 在蒸发器48与压缩机62之间的制冷刑导管中的分离蓄热瓶.HVAC 系统18的剩余部分基本上没有改变.
困3示出了笫三实施例.因为该实施例与笫一实施例相似，所以 为了避免不必要的重复描述，将相同的元件编号用于与第一实施例中基本相同的元件.除了初级制冷刑环路74之外现在在冷却部分58中 还使用次级环路72.制冷刑-液体(refrigerant-to-Hquid )热交换机76 是环路72、 74二者的一部分，其将热量从次级环路72中的液体传送 到初级环路74中的制冷剂.该液体例如可以是水和乙二醉的普通发动 机冷却刑混合物，或者可以是具有适当的热传递特性的某种其它液体. 现在冷却器78位于HVAC模块40中以代替制冷刑蒸发器，并且HVAC 控制器68控制泵80以选择性地泵送液体通过次级环路72.用于存储 已冷却的液体的蓄冷瓶82也位于次级环路72中.
图4示出了笫四实施例.因为该实施例与第三实施例相似，所以 为了避免不必要的重复描述，将相同的元件编号用于与第三实施例中 基本上相同的元件.在此实施例中，次级环路72还包括笫二更大的蓄 热瓶84以及由HVAC控制器68控制的阀86，阀86可以选择性地引 导液体通过或绕过更大的蓄热瓶84.与笫三实施例相比这增加了蓄热 器容量，而没有增加乘客舱14的冷却时问，但是附加的瓶84和阀86 需要更高的成本.
图5A和5B是示出用于搮作困1至图4的HVAC系统的方法的流 程图.在以高效率模式操作机动车辆时，在某些搮作条件下，HVAC 系统18可能是发动机22上负荷的主要部分.下面的方法检测发动机 22是否接近切换到较低效率模式的阈值，并且是否存储有可被分接 (tapped)以用于继续冷却乘客抢14的冷能量(cold thermal energy). 如果是的话，那么可以调整HVAC系统18以减少在发动机22上的负 荷(负荷卸栽)，从而在仍然为乘客艙14提供冷却的同时允许发动机 对于更长的时间段保持在高效率模式下.
在最初请求空气调节的时候，搮作由HVAC控制器68控制的制冷 刑压缩机62 (块2(M)).而且，在HVAC控制器68中设置压缩机运行 定时器(块202).压缩机62继续工作直到压缩机运行时间大于预定 的运行时间段(块204).
一旦压缩机运行时间已经超过预定的运行时间段，就确定储冷充 注(cold storage charge)(块206),储冷器(cold storage)可以包 括例如在困1至困4中示出的任一储冷器系统，即制冷剂蓄热瓶61(困 1)、在蒸发器48中的蓄冷器区域70(困2)、冷却刑蓄热瓶82(困3) 或更大的冷却剂蓄热瓶84以及阀86 (困4).
8图6示出一种通过查找表在块206中确定蓄冷充注(cold thermal storage charge)的方式的实例.在给定时间内低压缩机速度(RPM) 304的充注容量(charge capacity)低于在该时间内中压缩机速度304 或高压缩机速度300的充注容量.如果需要的话，可以改为使用其它 经验的或数学的方法来确定储冷容量(cold storage capacity).
返回到图5A和5B (考虑困1至困4),制冷刑压缩机62继续工 作，并且将储冷充注与储冷阁值(cold storage threshold )进行比较(块 208).如果储冷充注不高于该阈值，那么所述压缩机62继续工作， 并且确定更新的储冷充注.当储冷充注超过该阈值时，则启动压缩机 循环(块210).即在需要的时候可以关闭压缩机62,并且可以使用 蓄冷器为乘客抢14提供冷却，
如果启动压缩机循环，那么确定发动机22是否工作在高效率模式 (块212).如果否，那么可以继续压缩机採作以及储冷器检查.如果 发动机22工作在高效率模式(块212)，那么确定在发动机上的HVAC 负荷(块214).
困7示出在发动机22上产生附加负荷的潜在HVAC负荷输入，搮 作送风机44而产生的电负荷(块400)、由于空气调节装置的操作而 引起的在前端风扇26上的电负荷的增加(除动力系冷却风扇负荷之外) (块402)以及接合制冷刑压缩机离合器所需要的电负荷(块404)全 部都对交流发电机负荷图(alternator load map ) (406)作出贡献块， 交流发电机(未示出)的採作将负荷置于发动机22上，而HVAC系统 18的採作增加了该负荷.
此外，制冷刑压缩机62将负荷置于发动机22上.蒸发器负荷(块 410)、制冷刑排出压力(块412)、制冷刑吸入压力(块414)、储 冷器负荷(块416)、压缩机速度(块418)以及前端风扇负荷(块420) 全部都对制冷剂压缩机62的压缩机效率困(块422)作出贡献.交流 发电机负荷困(块406)以及压缩机效率闺(块422 )组合起来产生 HVAC负荷模型(块424) , HVAC负荷模型(块424)指示HVAC 系统18将多少负荷置于发动机22上.因此，知道了 HVAC系统18可 卸栽(shed)的可能功率(块426).
返回到田5A和5B (考虑
图1至图4),确定发动机(动力系)搮 作与高效率模式和较低效率搮作模式之间的转换点的接近度(块216 ).已知了可以从HVAC系统18卸栽的潜在功率以及发动机搮作与该转换 点的接近度，确定HVAC负荷卸栽减少是否会允许发动机(动力系) 保持在该转换点之下进行操作(块218).如果否，那么压缩机62继 续搮作，发动机22切换到较低效率操作模式，且在后续时间的检查确 定所述发动机是否再次工作在高效率模式.
如果HVAC负荷卸栽允许发动机22继续工作在高效率模式，那么 HVAC负荷被卸栽(块220).功率卸栽的量可以高达由块426指示的 量(图7).那么该负荷卸栽可以包括分离压缩机62的离合器(或 者如果是可变压缩机则降低压缩机容量)；降低送风机44的速度和/ 或降低前端风扇26的速度，所有这些都减少了发动机22上的负荷， 从而允许发动机22保持工作在高效率模式.在HVAC负荷卸栽亊件期 间，进入HVAC模块40的空气入口 46可以被切换以增加空气的再循 环，从而减小了乘客抢14上的冷却负荷.通过使用HVAC系统18中 的蓄冷器来实现乘客舲14的冷却.因此，(由HVAC控制器68提供 的)的HVAC控制与(由动力系控制器32提供的)发动机控制以及(由 蓄热瓶61、储冷器区域70、蓄热瓶82或更大的蓄热瓶84提供的)蓄 冷器的组合允许改进的车辆燃料经济性.
因为现在由所存储的冷量来提供冷却，所以可以监控HVAC舒适 度(块222),所迷冷重在HVAC系统18工作在该模式时被耗散.如 果HVAC舒适度保持在设定点之上(块224),那么HVAC系统18 继续使用所存储的冷量.如果HVAC舒适设置水平下降到所述设定点 之下(块224),那么再次搮作制冷刑压缩机62.这可能有必要将发 动机22的搮作模式变为较低效率模式以计及(account for)增加的发 动机负荷.所述设定点的值可基于最大的蒸发器空气排出温度、乘客 舱14中的呼吸(breath)温度、呼吸温度的变化、乘客抢14中的太阳 负荷(solarload)、送风机速度或某些或所有这些因素的组合.
困8示出了怎样使用HVAC系统18的蓄冷器输入来改变在块224 中使用的设定点，从而允许车辆搮作员具有涉及发动机搮作的效率决 策的一些输入.也就是说，可以在乘客舱H中将开关(未示出)设置 为不同的经济性状态，例如关闭经济型、低经济型、中经济型以及高 经济型(块500).此设置确定在激活压缩机62以及将发动机搮作模 式变为较低效率模式之前允许HVAC系统18偏离最期望的设定点多
10远，某些车辆乘员可能愿意接受较大程度的不舒适来延长发动机效率
模式搮作.基于开关设置,设置HVAC舒适性和能量控制输入(块502 ). 这可受到蒸发器空气温度设定点(块506)以及周闺空气温度测量(块 504)的影响.这些值连同发动机高效率启动的确定(块508)、卸栽 HVAC负荷的动力系请求(块510)以及发动机运行时间测量(块512) 一起限定储冷器输入(块514)，所迷储冷器输入确定在请求激活压缩 机之前还可使用蓄冷器多久.
附加的效率策略可以与困5A和5B的方法一起使用，从而进一步 改进车辆燃料经济性.例如，可以在车辆加速期间关闭压缩机62以改 进燃料经济性.策略还可以包括在发动机怠速时以及在车辆减速期间 (在有充足的蓄冷器可用时)关闭压缩机.此外，压缩机62(如果是可 变容量)可以以压缩机的更强(de印er)循环(100%打开以及关闭) 来搮作以增加效率，而不是使压缩机62以运行在减小的容量的模式来 搮作.
尽管已详细描述了本发明的某些实施例，但本发明所属领域技术 人员将会认识到由所附的权利要求书限定的用于实践本发明的各种可 选的设计和实施例.
权利要求
1.一种在具有以高效率模式和较低效率模式操作的发动机的车辆中操作HVAC系统的方法，该方法包括以下步骤(a)操作制冷剂压缩机来冷却乘客舱并且对蓄冷设备进行充冷；(b)确定所述蓄冷设备中的冷量充注是否超过了预定阈值；(c)如果所述蓄冷设备中的冷量充注超过了该预定阈值则启动压缩机循环；(d)检测所述发动机是否工作在所述高效率模式；(e)确定所述发动机上的HVAC负荷量；(f)确定发动机操作与从所述高效率模式到所述较低效率模式的切换点的接近度；以及(g)如果HVAC负荷减少允许发动机操作处于高效率模式的切换点之下并且启动了压缩机循环，则进行HVAC负荷卸载以减少所述发动机上的HVAC负荷。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所迷高效率模式包括使所述发 动机工作在均质充量压缩点火搮作模式.
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述高效率模式包括使所述发 动机工作在停釭搮作模式.
4. 根据权利要求1所述的方法，其中步槺(a)还限定为该蓄冷 设备是位于蒸发器和制冷剂压缩机之间的制冷刑环路中的制冷剂蓄热 瓶，并且对蓄冷设备进行充冷包括使已冷却的制冷刑流经所述制冷剂 蓄热瓶.
5. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)还限定为该蓄冷 设备是位于HVAC模块的蒸发器中的蓄冷器区域，并且对蓄冷设备进 行充冷包括使已冷却的制冷刑流经所述蓄冷器区域.
6. 根据权利要求1所述的方法，其中步錄(a )还限定为所述HVAC 系统包括次级冷却刑环路且蓄冷设备是位于冷却器和制冷刑-液体热交 换机之间的所述次级冷却刑环路中的冷却刑蓄热瓶，并且对蓄冷设备 进行充冷包括使已冷却的冷却刑流经所述冷却刑蓄热瓶，
7. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a )还限定为所述HVAC 系统包括次级冷却刑环路且蓄冷设备是位于冷却器和制冷刑-液体热交 换机之间的所述次级冷却刑环路中的冷却刑蓄热瓶，位于所述次级冷却剂环路中的阀是可切换的，以选择性地引导所述冷却刑流通过所述冷却刑蓄热瓶以及绕过所述冷却刑蓄热瓶；并且对蓄冷设备进行充冷 冷却的冷却刑流经所述冷却刑蓄热瓶.
8. 根据权利要求1所述方法，其中所述HVAC负荷卸栽包括停用 所迷制冷刑压缩机.
9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述HVAC负荷卸栽包括减 慢HVAC模块中送风机的送风机速度.
10. 根据权利要求8所述的方法，其中所迷HVAC负荷卸栽包括减 慢前端风扇的速度.
11. 根据权利要求1所述的方法，包括以下步骒 U)监控HVAC舒适度；(i)将所述HVAC舒适度与预定的设定点进行比较，'以及 (j)当所述HVAC舒适度降低到所迷预定的设定点之下时，激活 所述制冷刑压缩机.
12. 根据权利要求11所述的方法，包括步骤基于用户可设置的燃 料经济性状态来将预定的设定点设置为不同的预定水平.
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述设定点基于蒸发器空气 温度测量.
14. 根据权利要求1所述的方法，其中所述制冷剂压缩机是可变容 量制冷剂压缩机并且所述负荷卸栽包括充分减少所述可变容量制冷刑 压缩机的搮作容量以允许所述发动机继续工作在高效率模式.
15. 根据权利要求1所迷的方法，其中步稞(c)还由以下限定如果所述蓄冷设备中的冷量充注已超过了预定阈值并且制冷刑压缩机已 连续工作了比预定的压缩机运行时间段长的时间，那么启动所述压缩机循环.
16. —种在具有以高效率模式和较低效率模式搮作的发动机的车辆 中搮作HVAC系统的方法，该方法包括以下步驟(a)搮作制冷刑压缩机以冷却乘客舱并且对蓄冷设备进行充冷； (b )确定所述制冷剂压缩机是否已经连续工作了比预定的压缩机 运行时间段长的时间；(c)检测所述发动机是否工作在高效率模式；(d) 确定在所述发动机上的HVAC负荷量；(e) 确定发动机搮作与从所述高效率模式到所述较低效率模式的 切换点的接近度；(f) 如果HVAC负荷减少允许发动机搮作处于高效率模式的切換 点之下并且制冷刑压縮机已连续工作了比所述预定的压缩机运行时间 段长的时间，那么进行HVAC负荷卸栽以减少所述发动机上的HVAC负荷；(g) 在发生HVAC负荷卸栽之后监控HVAC舒适度；(h) 将所迷HVAC舒适度与预定的设定点进行比较；以及(i) 当所迷HVAC舒适度降低到所述预定的设定点之下时，激活 所述制冷剂压缩机.
17. 根据权利要求16所述的方法，其中所迷HVAC负荷卸栽包括 停用所述制冷刑压缩机，
18. 根据权利要求11所迷的方法，包括步驟基于用户可设置的燃 料经济性状态来将预定的设定点设置为不同的预定水平.
19. 根据权利要求16所述的方法，其中所述制冷刑压缩机是可变容 量制冷刑压缩机并且所述负荷卸栽包括充分减少所迷可变容量制冷刑 压缩机的搮作容量以允许所述发动机继续工作在高效率模式.
20. 根据权利要求16所述的方法，包括步驟(j):如果所述HVAC 负荷减少不允许所述发动机处于所述高效芈模式的切换点之下，那么
全文摘要
本发明涉及用于改进车辆燃料经济性的HVAC系统控制。公开了一种在具有以高效率模式和较低效率模式操作的发动机的车辆中操作HVAC系统的方法。该方法包括步骤操作制冷剂压缩机来冷却乘客舱并且对蓄冷设备进行充冷；确定所述蓄冷设备中的冷量充注是否超过了预定阈值；如果所述蓄冷设备中的冷量充注超过了预定阈值那么启动压缩机循环；检测所述发动机是否工作在高效率模式；确定所述发动机上的HVAC负荷量；确定发动机操作与从高效率模式到较低效率模式的切换点的接近度；以及如果HVAC负荷减少允许发动机操作处于切换点之下并且启动了压缩机循环，那么进行HVAC负荷卸载。
文档编号B60W10/04GK101590797SQ20091014182
公开日2009年12月2日 申请日期2009年5月26日 优先权日2008年5月28日
发明者E·J·斯坦克, G·A·梅杰, H·E·尤斯蒂斯, K·L·波雷特, T·J·戈顿 申请人:通用汽车环球科技运作公司