温控的多模式冷却剂回路的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于具有乘客车厢的道路车辆的传热系统。主支路包括主冷却剂泵和主动力装置。辅助支路包括辅助冷却剂泵、辅助热源和车厢热交换器。当接收低于第一温度的冷却剂时，温控多通阀将冷却剂从阀入口基本上只导至第一阀出口。当接收高于第二温度的冷却剂时，该阀将冷却剂从阀入口基本上只导至第二阀出口。阀入口被连接以接收来自主支路或辅助支路的冷却剂。第一阀出口配置为使冷却剂返回与阀入口连接的相同支路。第二阀出口被配置为将冷却剂导至未与阀入口连接的另外支路。
【专利说明】温控的多模式冷却剂回路
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及用于运输车辆的集成的发动机冷却及车厢加热系统，更具体而言，其涉及一种使冷却剂循环的方法和装置。
【背景技术】
[0002]在历史上，内燃机驱动的运输车辆产生了足够的来自燃烧的余热，以提供在寒冷天气中加热乘客车厢所需的所有热量。考虑到法规和更高燃料经济性、更低排放的市场需求，全球汽车市场正在迅速发展，以需求使用替代燃料的车辆和具有更高效率(更低余热)的发动机。现代的高能效车辆，例如，电动、混合动力、燃料电池、柴油发动机、小排量汽油发动机车辆对车厢加热提出了挑战。在很多情况下，利用例如燃料控制的加热器、正温度系数(PTC)冷却剂加热器或余热回收系统的辅助加热装置，以提高流至车厢热交换器(S卩，加热器芯)的冷却剂的温度。插电式混合动力车辆尤其需要辅助加热装置，因为当通过电池供电系统推进车辆时，内燃机关闭且不能产生热量。
[0003]为了在车辆推进或动力系统的所有运行模式下向车厢热交换器提供加热的冷却齐U，一种已知的可再配置的冷却剂回路(loop)是，使用电控阀以根据内燃机或其它部件是否活动而使它们被绕过或包括在活动冷却剂流中。在冷却系统体系结构的一个实例中，冷却剂流可以被配置为用于基于辅助的车厢加热的两(双)回路，或用于基于发动机的加热一个组合回路。第一回路可以包括主能源(动力装置)、主冷却剂泵以及其它的主热交换装置(例如，散热器或其它散热片、脱气装置、机油冷却器/加热器、EGR冷却器或涡轮增压中冷器)。第二回路可以包括辅助加热装置、车厢热交换器以及辅助冷却剂泵。因为更少量的冷却剂被泵送和加热，并且它的热量没有流失到主动力装置或其相关装置，所以这种双回路配置允许辅助加热装置使用更少的能量并且更迅速地提供车厢加热。
[0004]传统的系统需要昂贵的电分流阀、安装支架、紧固件、接线、连接器、保险丝、电子控制器和/或软件的开发，以满足所需的确定冷却剂环路运行模式并实际使冷却剂流转向的功能。期望为冷却剂流的控制和转向提供更具成本效益的解决方案。
【发明内容】
[0005]本发明的传热系统采用多通(例如，二位三通)机械温控分流阀并且在一些实施例中采用单向阀从而避免了对于电子控制器或致动器的需求。例如，车辆的主能源可以是内燃机或燃料电池。辅助加热装置可以是燃料控制的加热器、正温度系数(PTC)冷却剂加热器或余热回收系统。冷却剂环路以混合回路模式运行，其被配置为使得冷却剂以包括主能源、泵、辅助加热装置以及车厢热交换器的一般环路流动。独立回路模式被配置为使得冷却剂流被温控分流阀分成两个环路。一个独立环路包括:主能源、主冷却剂泵以及其它相关的散热片或脱气装置。第二个独立环路包括:辅助加热装置、车厢热交换器以及辅助冷却剂泵。通常通过与温度比例地显出位移的材料，或通过诸如蜡的可以具有额外的弹力用于阻抗和\或校准的相变材料，温控分流阀的密封面被机械致动。根据温控分流阀的位置，可以利用单向阀强制流动通过辅助加热装置和车厢热交换器。此外，还公开了双温感和自适应控制阀。
[0006]根据本发明的一个方面，提供了用于具有乘客车厢的道路车辆的传热系统，其中冷却剂在系统内循环。主支路包括主冷却剂泵和将冷却剂加热至主温度的主动力装置。冷却剂被主冷却剂泵泵送通过主动力装置。辅助支路包括辅助冷却剂泵、辅助热源以及车厢热交换器，其中，辅助热源可选择地将热量传送至在辅助支路内流动的冷却剂。在辅助支路内流动的冷却剂具有辅助温度。当接收的冷却剂低于第一温度时，具有阀入口以及第一和第二阀出口的温控多通阀将冷却剂从阀入口基本上只引导至第一阀出口。当接收的冷却剂高于第二温度时，该阀将冷却剂从阀入口基本上只引导至第二阀出口。阀入口被连接以从主支路或辅助支路接收冷却剂。第一阀出口被配置为使得冷却剂返回至与阀入口连接的相同支路。第二阀出口被配置为将冷却剂引导至未与阀入口连接的另外支路。
[0007]优选地，所述主支路包括与所述主泵和所述主动力装置串联连接的主热交换部件。
[0008]优选地，所述主热交换部件包括散热器。
[0009]优选地，所述阀入口与所述主支路连接以接收经所述主动力装置加热后的冷却齐U，所述第一出口与所述主热交换部件连接，所述第二出口与所述辅助泵连接。
[0010]优选地，所述辅助支路还包括单向阀，单向阀具有接收来自所述车厢热交换器的冷却剂的入口以及将冷却剂传送至所述辅助泵的出口。
[0011 ] 优选地，所述阀是双温度控制阀，其还包括温度感应入口，所述温度感应入口接收来自所述单向阀的冷却剂并使其返回至所述辅助泵，所述温控多通阀将从所述主支路接收的冷却剂以相对比例引导至所述第一出口和第二出口，所述相对比例由进入所述阀入口的冷却剂的主温度与进入所述温度感应入口的冷却剂的辅助温度之间的差值所确定。
[0012]优选地，所述阀入口与所述辅助支路连接以接收来自所述车厢热交换器的冷却齐U，所述第二出口与所述主冷却剂泵连接。
[0013]优选地，所述第一出口与所述辅助泵连接。
[0014]优选地，当所述阀将冷却剂引导至所述第二出口时，所述主冷却剂泵从所述主热交换部件和所述车厢热交换器接收并行的冷却剂流。
[0015]另一方面，本发明还提供一种用于在具有乘客车厢的道路车辆中提供传热的方法，其中冷却剂在系统内循环，所述方法包括如下步骤:提供主支路，该主支路包括主冷却剂泵和将冷却剂加热至主温度的主动力装置，其中，冷却剂被所述主冷却剂泵泵送通过所述主动力装置；提供辅助支路，该辅助支路包括辅助冷却剂泵、辅助热源以及车厢热交换器，其中，所述辅助热源可选择地将热量传送至在所述辅助支路内流动的冷却剂，其中，在所述辅助支路内流动的冷却剂具有辅助温度；通过具有阀入口、第一阀出口和第二阀出口的温控多通阀将所述主支路和所述辅助支路连接在一起，其中，当接收的冷却剂低于第一温度时，所述阀将冷却剂从所述阀入口基本上只引导至所述第一阀出口，当接收的冷却剂高于第二温度时，所述阀将冷却剂从所述阀入口基本上只引导至所述第二阀出口，其中，所述阀入口被连接以从主支路和辅助支路之一接收冷却剂，其中，所述第一阀出口被配置为使得冷却剂返回至与所述阀入口连接的相同支路，所述第二阀出口被配置为将冷却剂引导至未与所述阀入口连接的另外支路；当由所述阀入口接收的冷却剂低于所述第一温度时，将所述冷却剂分别在所述主支路和所述辅助支路中以独立回路进行循环；以及当由所述阀入口接收的冷却剂高于所述第二温度时，将所述冷却剂一同在所述主支路和所述辅助支路中以混合回路进行循环。
[0016]优选地，所述方法还包括步骤:当由所述阀入口接收的冷却剂在所述第一温度和所述第二温度之间时，将所述冷却剂一同在所述主支路和所述辅助支路中以部分混合回路进行循环。
[0017]优选地，所述主支路包括与所述主泵和所述主动力装置串联连接的主热交换部件。
[0018]优选地，所述主热交换部件包括散热器。
[0019]优选地，所述阀入口与所述主支路连接以接收被所述主动力装置加热后的冷却齐U，所述第一出口与所述主热交换部件连接，所述第二出口与所述辅助泵连接。
[0020]优选地，所述辅助支路还包括单向阀，单向阀具有接收来自所述车厢热交换器的冷却剂的入口以及将冷却剂传送至所述辅助泵的出口。
[0021]优选地，所述温控多通阀是双温度控制阀，其还包括温度感应入口，所述温度感应入口接收来自所述单向阀的冷却剂并使其返回至所述辅助泵，所述阀将从所述主支路所接收的冷却剂以相对比例引导至所述第一出口和所述第二出口，所述相对比例由进入所述阀入口的冷却剂的主温度与进入所述温度感应入口的冷却剂的辅助温度之间的差值所确定。
[0022]优选地，所述阀入口与所述辅助支路连接以接收来自所述车厢热交换器的冷却齐U，所述第二出口与所述主冷却剂泵连接。
[0023]优选地，所述第一出口与所述辅助泵连接。
[0024]优选地，当所述阀将冷却剂引导至所述第二出口时，所述主冷却剂泵从所述主热交换部件和所述车厢热交换器接收并行的冷却剂流。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是根据本发明的第一实施例的传热系统的方框图。
[0026]图2示出了图1中实施例的处于独立回路模式的冷却剂流。
[0027]图3示出了图1中实施例的处于混合回路模式的冷却剂流。
[0028]图4是根据本发明的第二实施例的传热系统的方框图。
[0029]图5示出了图4中实施例的处于独立回路模式的冷却剂流。
[0030]图6示出了图4中实施例的处于混合回路模式的冷却剂流。
[0031]图7是根据本发明的第三实施例的传热系统的方框图，其使用双温感温控阀，并且冷却剂流处于独立(双)回路模式。
[0032]图8示出了图7中的处于过渡模式的冷却剂流。
[0033]图9示出了图7中系统的处于混合(单)回路模式的冷却剂流。
[0034]图10是位于与图7中独立回路模式对应的位置中的双温感三通温控阀的示意图。
[0035]图11是位于与图8中的过渡模式对应的位置中的双温感三通温控阀的示意图。
[0036]图12是位于与图9中的混合回路模式对应的位置中的双温感三通温控阀的示意图。【具体实施方式】
[0037]参见图1，本发明的传热系统10包括主能源或动力装置11 (例如，内燃机、燃料电池或电池组)，其通过与主冷却剂泵12串联的环路接收冷却剂。冷却剂环路还包括诸如散热器、脱气机、传动装置、发动机机油冷却器或加热器的主热交换部件13，EGR冷却器和/或例如与涡轮增压器关联的热交换部件。主能源11、主泵12以及主部件13构成系统10的主支路A。
[0038]温控三通阀14具有入口 15，其接收来自主支路A (优选地来自主能源11)的冷却齐U。可选的温度传感器16，测量在从主能源11到入口 15之间的冷却剂管道17中流动的冷却剂的主温度TP。温控阀14具有第一出口 18，其通过管道19与主部件13连接。管道20和21将主泵12分别与主热交换部件13和主能源11连接。
[0039]温控阀14具有第二出口 22，其通过管道24与辅助泵23的入口连接。辅助泵23的出口通过管道26与辅助加热装置25连接。加热装置25可以是PTC加热器、燃料控制的加热器或由替代能源27 (例如，PTC加热器的电池或燃料控制的加热器的液体燃料)驱动的其它便携式供热装置。辅助加热装置25的出口与车厢热交换器28的入口连接，正如现有技术所已知的，车厢热交换器28优选地设置有传统的送风机用于将热能自冷却剂传送至乘客车厢。车厢热交换器28的出口通过管道31与单通道的单向阀30的入口连接。单向阀30的出口与辅助泵23的入口连接。辅助泵23、辅助加热装置25、车厢热交换器28以及单向阀30构成系统10的辅助支路B。
[0040]如下文所述，车厢热交换器28的出口还通过管道32与主部件13的入口连接，以在处于混合回路模式时使冷却剂返回至主泵12。控制器35可以接收来自传感器16的可选温度信号TP，当温度信号TP表明从主能源11可得到的余热不足以在车厢热交换器28处产生足够的热量时，根据情况激活替代能源27、辅助加热装置25以及辅助泵23。然而，没有必要将控制器35与温控阀14连接，因为本发明无需电子控制阀即可取得最佳的冷却剂流。
[0041]图2示出了该第一实施例在主能源11加热冷却剂不充分时出现的独立回路模式下的运行。当入口 15所接收的冷却剂低于第一设定点温度时，温控阀14被配置为将冷却剂从入口 15基本上只引导至第一出口 18。另一方面，当入口 15所接收的冷却剂的温度TP等于或高于第二设定点温度时，阀14将冷却剂从入口 15基本上只引导至第二出口 22，其中，该第二设定点温度高于第一设定点温度。第一和第二设定点的温度的确定需要依据可能为传统结构(例如，基于蜡或另外的相变材料)的阀14的机械性能。图2中的冷却剂管道的加粗线表示在独立回路模式中冷却剂所流经的冷却剂环路部分。因此，温控阀14的位置设置为:将任何接收自主能源11的冷却剂通过管道17引导至主部件13。在该独立回路模式下，在温控阀14的出口 22处没有出现朝任一方向的冷却剂流。在单独的辅助支路B中，出现了由辅助泵23流经辅助加热装置25、车厢热交换器28以及单向阀30的独立流。由于冷却环路内的质量守恒而且因为在管道24中没有流，管道32中没有流出现。因此，所有通过车厢热交换器28的冷却剂都流向单向阀30。
[0042]当冷却剂温度TP低于第一温度极限时，在两个支路A和B中均存在独立的冷却剂流，因此由辅助加热装置25所产生的热能被有效地用来加热乘客车厢。特别地，当主冷却剂温度TP低于阈值时，即来自主能源11的余热不足以满足加热需求时，控制器35可以响应于操作员的请求车厢加热的命令来启动泵23和辅助加热装置25。另外，可以使用其它的传感器，例如与车厢热交换器28连接的冷却剂温度传感器。
[0043]图3示出了在混合回路模式卿，单回路)下的冷却剂流。当主冷却剂温度TP大于第二设定点温度时，则温控阀14将所有冷却剂转移至第二出口 22和辅助支路B。冷却剂被输送至辅助支路B中介于辅助泵23与单向阀30之间的位置，使其沿着一条路径经过辅助泵23、辅助加热装置25以及车厢热交换器28，之后通过管道32返回至主支路A。当超过某一预定的主冷却剂温度TP时，可能需要关闭辅助泵23或减少其动力。预定的温度可取决于主泵12的输出能力、环路中的固有压降以及其它因素。例如，预定的温度可以在阀14的第一设定点温度与第二设定点温度之间取值。
[0044]由于在主支路A与辅助支路B之间安置了温控三通阀14，并且在辅助泵23之前安置了单向阀，冷却系统的运行实现了普遍较低的电能消耗和更好的燃油经济性，而无需昂贵的电控阀。通过将阀14的第一设定点温度设置为高于冷却剂的能够通过辅助加热装置25所产生的最大加热温度，在通过车厢热交换器28加热车厢的过程中，可以确保阀14的切换不会引起温度下降，而如果允许引入更低温度的冷却剂则会导致上述的下降。此外，即使在初始启动状态下，还没有来自主能源11的大量可用余热时，乘客车厢也可以因为辅助加热装置25仅为独立的辅助支路供热(而且必须处理辅助支路热损失)而迅速升温。由于主支路A本身是独立的并且可以快速升温至使主能源11提供可用于车厢加温并减少辅助加热装置25使用的多余废能的温度，所以保持了高效率。
[0045]在图1-3所示的实施例中，温控阀14具有接收来自主支路A的冷却剂的入口，并且具有配置为使冷却剂返回至相同支路(即，主支路A)的第一出口 18。第二出口 22被配置为在混合回路模式中将冷却剂引导至另外支路(即，辅助支路B)。图4-6示出了可选实施例，其中安置温控三通阀14使其入口与辅助支路B连接。在该实施例中，主支路A通过管道35、36以及37连接为环状回路。辅助支路B通过管道40-43连接为被阀14阻断的回路。在上述的两支路之间，管道44将主能源11的出口与辅助泵23的入口连接，而管道45将阀14的第二出口 22与主冷却剂泵12的入口连接。当阀14接收的冷却剂低于第一设定点温度时，阀14的第一出口 18被连接以使冷却剂返回至辅助泵23的入口，从而产生图5中所示的冷却剂流的独立回路模式。当接收的冷却剂高于第二设定点温度时，如图6所示，阀14将支路之间的冷却剂流引导至主泵12的入口。因此，在图6的混合回路模式中，在主热交换部件13与辅助支路B的元件之间产生了并行的冷却剂流。应该注意的是，该第二实施例的第一和第二设定点由根据每单个车辆系统的具体情况做出的适当校正所确定，并且对于第一实施例，第一和第二设定点可以具有不同的值。
[0046]图4-6中所示的第二实施例的操作如下。以冷的冷却剂开始，阀14按形成独立(双)回路模式(图5)定位，以通过辅助加热装置25对乘客车厢迅速加热。因为质量守恒并且因为管道45在阀14的第二出口 22处被阻塞，所以在支路A与B之间未出现通过管道44的流动。当辅助支路B中进入阀14的冷却剂的温度TA升至高于第一设定点温度时，阀14逐渐改变位置，直到达到第二设定点温度。在这一点上，阀14处于基本上将所有的冷却剂流转移至混合回路(单回路)模式的位置，其中，该混合模式使得由主能源11所加热的冷却剂被两个支路A和B共享。图4-6中所示的实施例示的优点包括:实现主能源11以及主支路A中其它部件的更快的峰值效率，并潜在地提供较低的排放、较低的油耗以及较高的峰值能量输出，同时，平衡性能以至少实现比较好地快速地加热车厢。与其它实施例相比，消除单向阀导致了最低的成本。
[0047]在图1-6所示的实施例中，温控阀14的完整切换在第一与第二设定点温度之间比较快地发生。随着温度在两设定点温度之间升高，出现了在隔离模式与混合模式之间逐渐改变特性的混合流。图7-9示出的实施例类似于图1-3中的第一实施例，其中，使用双温控和自适应多通阀对该过渡进行扩展。因此，阀50具有主入口 51、第一出口 52、第二出口 53以及温度感应入口 54。主入口 51从主能源11接收具有温度TP的冷却剂。第一出口 52被配置为使冷却剂返回至与入口 51连接的相同的支路(B卩，主热交换部件13)。第二出口 53被配置为将冷却剂引导至另外支路(即，辅助泵23)而不是与入口 51连接的支路。通过管道55，将辅助支路B中流动的冷却剂从单向阀30的出口转移至温度感应入口 54，使得可通过阀50对辅助冷却剂温度TA取样。
[0048]图7中的粗线示出了当主冷却剂温度TP低于第一设定点温度时，处于独立回路模式下的冷却剂流。由于阀50将冷却剂从入口 51基本上只引导至第一出口 52，使得冷却剂在主支路A内循环，从而使冷却剂通过管道56返回至主部件13。在辅助支路B内，来自单向阀30的冷却剂沿着一条旁路流至温度感应入口 54，之后通过管道57从第二出口 53返回至辅助泵23。
[0049]图8示出了过渡或部分混合回路模式，其中，在入口 51处所接收的来自主支路A的冷却剂，以由主冷却剂温度TP与辅助冷却剂温度TA之间的差所确定的相对比例，被引导至两个出口 52和53。在该模式下，冷却剂继续流经管道55以维持平衡的流动。
[0050]如图9所示，在混合(单)回路模式中，当主冷却剂温度TP达到高于第一设定点温度的第二设定点温度时，阀50移动至一种状态，在这种状态下基本上所有的冷却剂流在入口 51处被引导至第二出口 53。
[0051]除了图8中所示的增强的过渡、部分混合回路模式外，图7-9的实施例中的冷却剂流与图1-3的实施例等同。主支路A与辅助支路B之间的相对流量取决于分别进入阀入口51和54的冷却剂的温度差。图10-12示出了自适应温控阀50的优选的实施例。温控阀50可以基于使用与其温度大体上成比例地显出位移的材料，而不是在温控阀14中可能会使用的典型的相变材料。
[0052]图10-12更详细地示出了温控阀50。可移动的阀元件60可在节流孔61和63内滑动。阀元件60所携带的提升阀62和64适合分别使用节流孔61和63限位。在图10中所示的阀元件60的一个极限位置，节流孔61完全打开，而节流孔63完全关闭。在图12中所示的阀元件60的另一个极限位置，节流孔63完全打开，而节流孔61完全关闭。如图11所示，在阀元件60的中间位置，成比例的冷却剂流经由节流孔61和63被引导至出口 52和53。
[0053]在阀50中，元件Ml和M2是致动扩展元件，Kl和K2描述了具有预定弹簧刚度的弹簧，TP是动力装置后的冷却剂温度，而TA是车厢热交换器(其位于辅助加热装置后)后的冷却剂温度。由于分流器65的作用，元件M2总是接收车厢热交换器后的冷却剂。
[0054]这样，分流阀50将根据影响冷却剂温度的HVAC气流设置调整其位置。阀50不断地根据TP和TA调整其位置，包括基于动力装置的使用(例如，处于激进驾驶状态或者温和的驾驶状态)所产生的变化。对元件Ml和M2、弹簧Kl和K2的物理尺寸和位置以及提升阀的具体设计进行调整，以避免提升阀/轴因Ml和M2的最大膨胀而屈曲。此外，阀50被设计为使得如果其出现故障被卡在任何位置，将始终有返回至动力装置的冷却剂流。如果辅助加热装置出现故障，当TP足够热时，冷却剂流将被转移至车厢热交换器。
[0055]弹簧提供力，以使得弹簧刚度Kl推向混合(单)回路模式而弹簧刚度K2推向独立(双)回路模式。这提供了偏移校准并且对于抗屈曲力传递也是至关重要的。对致动器膨胀材料Ml (用于感应TP)和M2 (用于感应TA)的选择对于校准也是关键因素。可以选择材料Ml的热膨胀系数超过材料M2的热膨胀系数，以便除了两个温度之间的差之外，还根据两个温度的幅度提供不同的阀位置。例如，如果Ml的热膨胀系数被设计为超过M2的热膨胀系数，那么随着两个冷却剂温度的升高，将有一个独立回路要转换为混合回路的增加趋势。如果希望设计成使得当TP上升则偏向混合回路，特别是如果TA的最大值需要或可能与TP的最大值相近或其它原因，这是有用的。实现这种效果的另一种技术，是将Kl设计为超过K2。如果将Ml和M2的热膨胀系数设计为相等，那么阀的位置将是关于两个温度之间的差以及弹簧刚度Kl和K2之间的差的函数。 [0056]以冷的冷却剂开始，按形成如图10所示独立回路模式定位分流阀。虽然受常数M1、M2、K1和K2的特定值的影响，一般来说，阀的位置变化如下。在过渡状态中当温度变化时(例如，当动力装置启动时)，形成如图11所示的部分混合回路模式。如果TP升温速度比TA快，那么阀将有朝混合回路模式(图12)定位的倾向。如果TA升温速度比TP快，那么阀将有定位或停留在独立回路模式(图10)的倾向。随着TP和TA接近其峰值温度，典型设计的因素将形成完全混合回路模式(图12)。
[0057]该阀的设计参数，包括Ml的线性膨胀系数、M2的线性膨胀系数、弹簧刚度Kl以及弹簧刚度K2经选择以满足任何特殊系统的规格。将阀的位置通过根据下面的方程建模(在阀未处于端部停止位置的情况下有效，-即，只有当阀浮动时有效)，有助于参数的选择:
[0058]
v,n_ Kl * [X3 + { LMl * AMl * (TM1P - TM I) J ] -K2*[-X3+{ LM2 * ΑΜ2 * (ΤΜ2Ρ - ΤΜ2 )}]
Xj I —-
(K1 + K2)
[0059]其中:
[0060]Xl=Ml的弹簧末端的初始位置(Ml是位于冷却剂TP部分中的致动器膨胀元件)
[0061]X2=M1的弹簧末端的最终位置
[0062]X3P=最终阀位置
[0063]X3=初始阀位置
[0064]X4=M2的弹簧末端的最终位置(M2是位于冷却剂TA部分中的致动器膨胀元件)
[0065]X5=M2的弹簧末端的初始位置
[0066]LMl=Ml的初始长度
[0067]LM2=M2的初始长度
[0068]AMl=Ml的线性膨胀系数
[0069]AM2=M2的线性膨胀系数
[0070]Kl=位于冷却剂TP部分中的弹簧I的弹簧常数
[0071]K2=位于冷却剂TA部分中的弹簧2的弹簧常数
[0072]TMl=冷却剂TP部分中的初始冷却剂温度
[0073]TMlP=冷却剂TP部分中的最终冷却剂温度[0074]TM2=冷却剂TA部分中的初始冷却剂温度
[0075]TM2P=冷却剂TA部分中的最终冷却剂温度
[0076]此公式可用于确定各种变化下阀位置，以在冷却剂TA和TP部分的各种冷却剂温度下设计参数。应该注意的是，也可以设计具有非线性弹簧刚度的阀，其将是不同的方程。
[0077]由于阀50的布置，当主能源的冷却剂温度TP足够高时(B卩，高于第一设定值)，独立回路模式将只能转换为混合回路，以导致冷却剂流转向车厢热交换器的。如果主能源的冷却剂温度随后下降(该下降例如，由于汽车发动机在启停发动机中的自动关闭、延长的怠速或下坡)，混合回路会自动转换回独立回路。如果主能源的温度TP随后充分增加(该增加例如，由于恢复驾驶、减挡或上坡)，独立回路将转换回混合回路以充分利用余热。也可以选择设置辅助加热装置输出的冷却剂温度控制上限低于最大预期TP，因此，在处于峰值稳态冷却剂温度时，主加热装置的冷却剂将被串行地引导至车厢热交换器以形成混合回路模式。
[0078]图7-9的实施例采用了比在第一和第二实施例中稍微更贵的温控阀。然而，通过基于实时的最热的可获取冷却剂将冷却剂转向车厢热交换器，该实施例可以提供最快的车厢加热。通过利用温度差控制独立与混合模式之间的相对流量，向车厢热交换器所传送的热量可以根据车辆运行所处的外部条件和不同的驾驶周期自动适应并优化。正如在第一实施例中一样，当辅助加热装置出现故障时，一旦主冷却剂的温度足够高则热的冷却剂流最终将被转移至热交换器。该第三实施例通过允许辅助冷却剂泵在较高的冷却剂温度时被关闭，同样实现了较低的电能消耗以及更好的燃油经济性。
【权利要求】
1.一种用于具有乘客车厢的道路车辆的传热系统，其中冷却剂在所述传热系统内循环，所述传热系统包括: 主支路，包括主冷却剂泵和将冷却剂加热至主温度的主动力装置，其中，冷却剂被所述主冷却剂泵泵送通过所述主动力装置； 辅助支路，包括辅助冷却剂泵、辅助热源以及车厢热交换器，其中，所述辅助热源可选择地将热量传送至在所述辅助支路内流动的冷却剂，其中，在所述辅助支路内流动的冷却剂具有辅助温度；以及 温控多通阀，具有阀入口、第一阀出口和第二阀出口，其中，当接收的冷却剂低于第一温度时，所述阀将冷却剂从所述阀入口基本上只引导至所述第一阀出口，当接收的冷却剂高于第二温度时，所述阀将冷却剂从所述阀入口基本上只引导至所述第二阀出口，所述阀入口被连接成从所述主支路和所述辅助支路之一接收冷却剂，所述第一阀出口被配置为使得冷却剂返回至与所述阀入口连接的相同支路，所述第二阀出口被配置为将冷却剂引导至未与所述阀入口连接的另外支路。
2.根据权利要求1所述的传热系统，其中，所述主支路包括与所述主泵和所述主动力装置串联连接的主热交换部件。
3.根据权利要求2所述的传热系统，其中，所述主热交换部件包括散热器。
4.根据权利要求2所述的传热系统，其中，所述阀入口与所述主支路连接以接收经所述主动力装置加热后的冷却剂，所述第一出口与所述主热交换部件连接，所述第二出口与所述辅助泵连接。
5.根据权利要求4所述的传热系统，其中，所述辅助支路还包括单向阀，所述单向阀具有接收来自所述车厢热交换器的冷却剂的入口以及将冷却剂传送至所述辅助泵的出口。`
6.根据权利要求4所述的传热系统，其中，所述温控多通阀是双温度控制阀，其还包括温度感应入口，所述温度感应入口接收来自所述单向阀的冷却剂并使其返回至所述辅助泵，所述阀将从所述主支路接收的冷却剂以相对比例引导至所述第一出口和第二出口，所述相对比例由进入所述阀入口的冷却剂的主温度与进入所述温度感应入口的冷却剂的辅助温度之间的差值所确定。
7.根据权利要求2所述的传热系统，其中，所述阀入口与所述辅助支路连接以接收来自所述车厢热交换器的冷却剂，所述第二出口与所述主冷却剂泵连接。
8.根据权利要求7所述的传热系统，其中，所述第一出口与所述辅助泵连接。
9.根据权利要求7所述的传热系统，其中，当所述阀将冷却剂引导至所述第二出口时，所述主冷却剂泵从所述主热交换部件和所述车厢热交换器接收并行的冷却剂流。
10.一种用于在具有乘客车厢的道路车辆中提供传热的方法，其中冷却剂在系统内循环，所述方法包括如下步骤: 提供主支路，该主支路包括主冷却剂泵和将冷却剂加热至主温度的主动力装置，其中，冷却剂被所述主冷却剂泵泵送通过所述主动力装置； 提供辅助支路，该辅助支路包括辅助冷却剂泵、辅助热源以及车厢热交换器，其中，所述辅助热源可选择地将热量传送至在所述辅助支路内流动的冷却剂，其中，在所述辅助支路内流动的冷却剂具有辅助温度； 通过具有阀入口、第一阀出口和第二阀出口的温控多通阀将所述主支路和所述辅助支路连接在一起，其中，当接收的冷却剂低于第一温度时，所述阀将冷却剂从所述阀入口基本上只引导至所述第一阀出口，当接收的冷却剂高于第二温度时，所述阀将冷却剂从所述阀入口基本上只引导至所述第二阀出口，其中，所述阀入口被连接以从主支路和辅助支路之一接收冷却剂，其中，所述第一阀出口被配置为使得冷却剂返回至与所述阀入口连接的相同支路，所述第二阀出口被配置为将冷却剂引导至未与所述阀入口连接的另外支路； 当由所述阀入口接收的冷却剂低于所述第一温度时，将所述冷却剂分别在所述主支路和所述辅助支路中以独立回路进行循环；以及 当由所述阀入口接收的冷却剂高于所述第二温度时，将所述冷却剂一同在所述主支路和所述辅助支路中以混合回路进行循环。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括步骤: 当由所述阀入口接收的冷却剂在所述第一温度和所述第二温度之间时，将所述冷却剂一同在所述主支路和所述辅助支路中以部分混合回路进行循环。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述主支路包括与所述主泵和所述主动力装置串联连接的主热交换部件。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述主热交换部件包括散热器。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述阀入口与所述主支路连接以接收被所述主动力装置加热后的冷却剂，所述第一出口与所述主热交换部件连接，所述第二出口与所述辅助泵连接。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述辅助支路还包括单向阀，单向阀具有接收来自所述车厢热交换器的冷却剂的入口以及将冷却剂传送至所述辅助泵的出口。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述温控多通阀是双温度控制阀，其还包括温度感应入口，所述温度感应`入口接收来自所述单向阀的冷却剂并使其返回至所述辅助泵，所述阀将从所述主支路所接收的冷却剂以相对比例引导至所述第一出口和所述第二出口，所述相对比例由进入所述阀入口的冷却剂的主温度与进入所述温度感应入口的冷却剂的辅助温度之间的差值所确定。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述阀入口与所述辅助支路连接以接收来自所述车厢热交换器的冷却剂，所述第二出口与所述主冷却剂泵连接。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一出口与所述辅助泵连接。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，当所述阀将冷却剂引导至所述第二出口时，所述主冷却剂泵从所述主热交换部件和所述车厢热交换器接收并行的冷却剂流。
【文档编号】B60H1/04GK103723000SQ201310472955
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2012年10月15日
【发明者】乌彭德拉·J.·帕特尔, 兰加纳坦·马达范 申请人:福特环球技术公司