CN105484851A - 制冷剂循环*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制冷剂循环***，是由具备转子的控制阀控制多个制冷剂回路的开闭状态的制冷剂循环***，避免与将所有的制冷剂回路关闭相伴的制冷剂的沸腾。为了使转子的旋转角度从加热器切断模式的区域(例如区域e)移至通常模式的区域(例如区域c)，需要经由向所有的分支流路流入的制冷剂的流量成为零的区域(区域d)。在制冷剂为高温的情况下，制冷剂有可能没有被冷却而沸腾。于是，在产生了在通常模式与加热器切断模式之间进行切换的要求的情况下，通过由温度传感器(26)检测到的制冷剂的温度与制冷剂的上限温度的比较来判定模式的切换的允许/不允许。

Description

制冷剂循环***
技术领域
本发明涉及制冷剂循环***，更详细而言涉及使冷却内燃机的制冷剂循环的***。
背景技术
以往，例如在专利文献1(日本特开2013-234605号公报)中，公开了由电子控制阀使通过了发动机的主体的制冷剂经由3个制冷剂回路而返回发动机的制冷剂循环***。具体而言，该***具备设置有散热器的第1制冷剂回路、设置有加热器的第2制冷剂回路、以及设置有油冷却器的第3制冷剂回路，电子控制阀具备对各制冷剂回路进行开闭的3个分支阀。在该***中，各分支阀的开度被独立控制，因此，能够分开地控制在各制冷剂回路中流动的制冷剂的流量。
另外，在专利文献3(日本特开平10-131753号公报)中，公开了如下制冷剂循环***，该制冷剂循环***具备供通过发动机和散热器双方的制冷剂流动的制冷剂回路、在该制冷剂回路的中途绕过该散热器的旁通流路、以及设置于该旁通流路的流量控制阀。在该***中，该流量控制阀由阀壳体和以能够旋转动作的方式设置于该阀壳体内的回转式的转子构成。通过使该转子旋转，能够控制制冷剂回路与旁通流路的开闭状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-234605号公报
专利文献2：日本特许第4151445号公报
专利文献3：日本特开平10-131753号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，在由上述专利文献3的流量控制阀构成上述专利文献1的电子控制阀的情况下，能够节约控制阀的设置空间。另外，在上述电子控制阀的设置部位设置上述流量控制阀的情况下，能够通过上述转子的旋转来控制各制冷剂回路的开闭状态。因此，例如能够在发动机的起动时打开上述第3制冷剂回路而使制冷剂流入油冷却器，由此使油温度上升而提高燃料经济性。另外，例如也可以在加热器要求时打开上述第2制冷剂回路而使制冷剂通过加热器来使车内空气温度上升。根据这样的观点，本发明者正在研究基于将各制冷剂回路的开闭状态与流量控制阀的自基准位置起的旋转角度相关联而制定的动作计划来进行控制。
但是，在该动作计划的研究过程中，知晓了存在如下这样的问题。即，在基于上述动作计划使上述转子旋转时，在上述转子的构造上，存在所有制冷剂回路关闭的情况。即使关闭了所有制冷剂回路，若制冷剂为低温，则也不会发生特别的问题。但是，在制冷剂为高温的情况下，若关闭所有制冷剂回路，则制冷剂有可能没有被冷却而沸腾。因此，即使上述情况是暂时的，也不期望成为那样的全部关闭的状态。
本发明是为了解决上述那样的课题而作出的发明。即，其目的在于：在由具备转子的控制阀控制多个制冷剂回路的开闭状态的制冷剂循环***中，避免与关闭所有制冷剂回路相伴的制冷剂的沸腾。
用于解决问题的手段
第1发明涉及制冷剂循环***，其特征在于，具备：
第1制冷剂回路，其用于使通过了内燃机的主体的制冷剂在与第1热交换器进行热交换后返回所述主体；
控制阀，其设置于所述第1制冷剂回路，具备以旋转轴为中心旋转自如的转子；
第2制冷剂回路，其连接于所述控制阀，用于使通过了所述主体的制冷剂在与第2热交换器进行热交换后返回所述主体；以及
控制单元，其基于将所述第1制冷剂回路以及所述第2制冷剂回路的开闭状态与所述转子的自基准位置起的旋转角度相关联而制定的动作计划，来控制所述转子的旋转动作，
所述动作计划具备使所述第1制冷剂回路和所述第2制冷剂回路这两条流路从全部关闭的状态变化为全部打开的状态的全通模式和使该两条流路从全部关闭的状态变化为仅所述第1制冷剂回路打开的状态的部分切断模式，
所述控制单元，在产生了在所述全通模式与所述部分切断模式之间进行切换的模式切换要求的情况下，在通过了所述主体的制冷剂的温度比基于所述内燃机的运转状态决定的制冷剂的上限温度高时，禁止按照该模式切换要求的所述转子的旋转。
另外，第2发明是在第1发明的基础上，其特征在于，
所述控制阀构成为能够通过所述转子的旋转来变更所述第1制冷剂回路的开口面积和所述第2制冷剂回路的开口面积，
所述第1热交换器是能够通过与外界气体的热交换来冷却制冷剂的散热器，
所述控制单元，在禁止了按照所述模式切换要求的所述转子的旋转的情况下，在从产生所述模式切换要求起的经过时间超过预定时间时，使所述转子向使得所述第1制冷剂回路的开口面积增加的方向旋转。
发明效果
根据第1发明，基于与转子的自基准位置起的旋转角度相关联而制定的动作计划来控制第1制冷剂回路以及第2制冷剂回路的开闭状态的制冷剂循环***中，在产生了在全通模式与部分切断模式之间进行切换的模式切换要求的情况下，在通过了内燃机主体的制冷剂的温度比基于内燃机的运转状态决定的制冷剂的上限温度高时，能够禁止按照该模式切换要求的转子的旋转。因此，能够避免与第1制冷剂回路和第2制冷剂回路全部被关闭相伴的制冷剂的沸腾。
根据第2发明，在禁止了按照上述模式切换要求的转子的旋转的情况下，在从产生上述模式切换要求起的经过时间超过预定时间时，能够使转子向使得向设置有散热器的第1制冷剂回路的开口面积增加的方向旋转。若使第1制冷剂回路的开口面积增加，则能够通过在外界气体与制冷剂之间进行热交换来在短时间内降低制冷剂的温度。因此，能够尽早消除无法应对上述模式切换要求的状况。
附图说明
图1是用于说明实施方式1的制冷剂循环***的结构的图。
图2是表示回转阀18的转子的动作计划的图。
图3是用于说明在判定模式的切换的允许/不允许时使用的制冷剂的上限温度的图。
图4是表示在实施方式1中由ECU40执行的模式切换判定例程的流程图。
图5是用于说明实施方式1的制冷剂循环***的变形例的图。
图6是表示在实施方式2中由ECU40执行的模式切换判定例程的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。此外，在各图中对共同的要素标注相同标号并省略重复的说明。另外，本发明不由以下的实施方式限定。
实施方式1.
[***构成的说明]
首先，参照图1至图5说明本发明的实施方式1。
图1是用于说明本发明的实施方式1的制冷剂循环***的构成的图。如图1所示，本实施方式的制冷剂循环***具备搭载于车辆的作为内燃机的发动机10。在发动机10的主体(气缸体和/或气缸盖)设置有水套34。在该水套34中流动的制冷剂(冷却水)与发动机10之间进行热交换。
在水套34中流动的制冷剂被从电动式的水泵12供给。水泵12具备通过旋转输送制冷剂的叶轮和使该叶轮旋转的马达(均未图示)。通过对马达的旋转进行电控制，可变更从水泵12喷出的制冷剂的流量和/或喷出压力。
水套34的入口部与水泵12的喷出口(未图示)由供给流路14连接。在水套34的出口部连接有返回流路16。返回流路16在中途分支成3个流路16a～16c。分支流路16a～16c独立地连接于水泵12的吸入口(未图示)。即，本实施方式的制冷剂循环***具备供给流路14、水套34以及返回流路16共用且分支流路16a～16c独立的3个制冷剂循环流路。
第1循环流路是使制冷剂通过设置于分支流路16a的散热器20的流路。在使制冷剂通过散热器20时，在外界气体与制冷剂之间进行热交换。第2循环流路是使制冷剂通过设置于分支流路16b的设备22的流路。设备22包括油冷却器、EGR(ExhaustGasRecirculation：排气再循环)冷却器、ATF(自动变速器油)冷却器等。在使制冷剂通过设备22时，在设备22中流动的流体(油、EGR气体等)与制冷剂之间进行热交换。第3循环流路使制冷剂通过设置于分支流路16c的车内空调用的加热器24的流路。在使制冷剂通过加热器24时，在车内制暖用空气与制冷剂之间进行热交换。
在第1～第3循环流路相分支的部分即在返回流路16分支为分支流路16a～16c的部分设置有回转阀18。回转阀18具备具有排出口18a～18c以及流入口18d的阀体、以旋转轴为中心旋转自如地收纳于阀体内的转子和使转子旋转的马达(均未图示)。在由马达使转子旋转时，各排出口与流入口18d之间的开口面积变化，各排出口与流入口18d的连通状态变化。即，各分支流路的开口面积变化，从而各分支流路的开闭状态变化。能够利用回转阀18控制向各分支流路流入的制冷剂的流量、向各分支流路的热交换器分配的热和/或在制冷剂循环***内循环的制冷剂的温度。
本实施方式的制冷剂循环***还具备ECU(ElectronicControlUnit：电子控制单元)40。ECU40至少具备输入输出端口、存储器以及CPU。输入输出端口设置成用于从各种传感器取入传感器信号并且对致动器输出操作信号。ECU40取入信号的传感器包括设置于水套34的出口部的温度传感器26、用于检测发动机10的旋转速度的曲轴角传感器28、用于检测节气门(未图示)的开度的开度传感器30、切换车内空调的开启/关闭的开关32等。ECU40输出操作信号的致动器包括上述水泵12的马达和/或回转阀18的马达。存储器中存储有制定后述的开度时间表的控制程序、各种映射等。CPU从存储器读出并执行控制程序等，基于所取入的传感器信号生成操作信号。
[实施方式1的特征]
如上所述，能够利用回转阀18使制冷剂通过设备22而在该制冷剂与在设备22中流动的流体之间进行热交换，所以能够冷却发动机油和/或EGR气体而提高燃料经济性。另外，能够使制冷剂通过加热器24而在该制冷剂与车内制暖用空气之间进行热交换，所以能够对车内空气进行加温或者调节冷却器使用时的车内温度。根据这样的观点，本发明者为了同时兼顾燃料经济性和空调性能，而研究基于与回转阀18的转子的自基准位置起的旋转角度(以下，称作“转子的旋转角度”)相关联而制定的该转子的动作计划来控制各分支流路的开闭状态。关于该动作计划，参照图2进行说明。
图2是表示回转阀18的转子的动作计划的图。图2的横轴表示转子的旋转角度，纵轴表示各分支流路的开闭状态的变化。该动作计划包括在存在使制冷剂通过加热器24的要求(以下，称作“加热器要求”)的情况下所使用的通常模式和在不存在加热器要求的情况下所使用的加热器切断模式。通常模式和加热器切断模式之间隔着所有的分支流路关闭而向所有的分支流路流入的制冷剂的流量成为零的区域(区域d)。
在通常模式下，使向加热器24的制冷剂的通入最优先。在图2中，若使转子朝向从区域d向右前进的方向旋转，则转子的旋转角度移至区域d的相邻区域(区域c)。在区域c中分支流路16c开始打开，制冷剂开始通过加热器24。若从此处开始进一步使转子旋转，则分支流路16c完全打开，转子的旋转角度移至区域c的相邻区域(区域b)。在区域b中分支流路16b开始打开，制冷剂开始通过设备22。若从此处进一步使转子旋转，则分支流路16b完全打开，转子的旋转角度移至区域b的相邻区域(区域a)。在区域a中分支流路16a开始打开，制冷剂开始通过散热器20。若从此处进一步使转子旋转，则分支流路16a完全打开。此外，分支流路16a完全打开的转子的旋转角度的位置相当于转子的旋转极限(Rotationlimit)，将该旋转极限作为上述的基准位置而制定动作计划。
在加热器切断模式下，不进行向加热器24的制冷剂的通入，使向设备22的制冷剂的通入优先于向散热器20的制冷剂的通入。在图2中，若使转子朝向从区域d向左前进的方向旋转，则移至区域d的相邻区域(区域e)。在区域e中分支流路16b开始打开，制冷剂开始通过设备22。若从此处进一步使转子旋转，则分支流路16b完全打开，转子的旋转角度移至区域e的相邻区域(区域f)。在区域f中仅分支流路16b打开，制冷剂仅通过设备22。若从此处进一步使转子旋转，则转子的旋转角度移至区域f的相邻区域(区域g)。在区域g中分支流路16a开始打开，制冷剂开始通过散热器20。若从此处进一步使转子旋转，则分支流路16a完全打开。
根据图2所示的动作计划，能够同时兼顾燃料经济性和空调性能。然而，在使用该动作计划的情况下，明白了在进行模式的切换时存在如下问题。即，在由驾驶员将开关32操作成了接通的情况下，产生加热器要求而从加热器切断模式向通常模式进行模式切换。例如，若在转子的旋转角度处于区域e时产生加热器要求，则使转子旋转而使转子的旋转角度移至区域c。另外，在驾驶员将开关32从接通操作成了断开的情况下，加热器要求结束，而从通常模式向加热器切断模式进行模式切换。例如，若在转子的旋转角度处于区域c时加热器要求结束，则使转子旋转而使转子的旋转角度移至区域e。
在此，为了使转子的旋转角度从区域e移至区域c、或者从区域c移至区域e，必须经由区域d。由于区域e与区域c之间的移动在短时间内完成，所以经由区域d的时间也仅是很短。然而，在制冷剂为高温的情况下，制冷剂有可能没有被冷却而沸腾，因此，尽管是短时间经由区域d，但从确保发动机的可靠性的观点考虑也不期望如此。于是，在本实施方式中，在产生了对通常模式与加热器切断模式之间进行切换的要求(以下，称作“模式切换要求”)的情况下，判定模式的切换的允许/不允许。
模式切换的允许/不允许的判定具体地通过由温度传感器26检测到的制冷剂的温度与制冷剂的上限温度的比较来进行。图3是用于说明在判定模式的切换的允许/不允许时所使用的制冷剂的上限温度的图。如图3所示，制冷剂的上限温度基于发动机的运转状态(负荷和旋转速度)设定，负荷和/或旋转速度越高，则该设定区域越扩大。另外，制冷剂的上限温度设定有2个。与高负荷时相比，低负荷时的制冷剂的受热量较少，因此制冷剂不易沸腾。于是，如图3所示，在上限温度的设定区域中的低负荷区域的一部分设置有使制冷剂的上限温度比其他区域高的区域(低水温TL＜高水温TH)。此外，图3所示的2个上限温度与发动机的运转状态的关系设为以控制映射的形式存储于ECU40的存储器。
根据本实施方式，能够基于图3所示的关系判定模式的切换的允许/不允许。因此，在模式的切换为不允许的情况下，能够禁止按照模式切换要求的转子的旋转，中止转子的旋转角度向图2的区域d移动。因此，能够避免在模式的切换时制冷剂沸腾。因而，能够防止与制冷剂的沸腾相伴的发动机零件的损伤等于未然。
[具体处理]
接着，参照图4，说明用于实现上述功能的具体处理。图4是表示在实施方式1中由ECU40执行的模式切换判定例程的流程图。此外，图4所示的例程设为从发动机10刚起动后按照预定的控制周期反复执行。
在图4所示的例程中，首先判定模式切换要求的有无(步骤S10)。模式切换要求的有无基于开关32的切换操作的有无来判定。在判定为不存在模式切换要求的情况下，结束本例程。
在步骤S10中判定为存在模式切换要求的情况下，检测发动机10的旋转速度和负荷(步骤S12)。在本步骤中，发动机10的旋转速度基于曲轴角传感器28的输出信号来检测，发动机10的负荷基于开度传感器30的输出信号来检测。
接着步骤S12，判定制冷剂的温度是否为规定值以下(步骤S14)。在本步骤中，首先基于温度传感器26的输出信号来检测制冷剂的温度。接着，比较该检测到的制冷剂温度与规定值。该规定值是基于在步骤S14中检测到的发动机10的旋转速度和负荷、以及表示图3的关系的控制映射而决定的上限温度(即，低水温TL或高水温TH)。
在步骤S14中判定为制冷剂的温度为规定值以下的情况下，能够判断为即使切换模式制冷剂沸腾的可能性也小。因此，允许模式的切换(步骤S16)。由此，变更转子的旋转角度而执行模式的切换。另一方面，在步骤S14中判定为制冷剂的温度比规定值高的情况下，能够判断为伴随模式的切换制冷剂沸腾的可能性大。因此，不允许模式的切换(步骤S18)。由此，禁止按照模式切换要求的转子的旋转。
以上，根据图4所示的例程，能够避免在模式的切换时制冷剂沸腾。因此，能够防止与制冷剂的沸腾相伴的发动机零件的损伤等于未然。
此外，在上述实施方式1中，返回流路16、分支流路16a以及供给流路14相当于上述第1发明中的“第1制冷剂回路”或返回流路16、分支流路16b以及供给流路14相当于上述第1发明中的“第1制冷剂回路”，分支流路16c和供给流路14相当于该发明中的“第2制冷剂回路”，散热器20或设备22相当于该发明中的“第1热交换器”，加热器24相当于该发明中的“第2热交换器”，回转阀18相当于该发明的“控制阀”，ECU40相当于该发明的“控制单元”，通常模式相当于该发明的“全通模式”，加热器切断模式相当于该发明的“部分切断模式”。
另外，在上述实施方式1中，以使用回转阀18的例子进行了说明，但只要是例如球阀等能够通过以旋转轴为中心的转子的旋转来改变各分支流路的开闭状态的阀，就可以使用该阀来代替回转阀18。此外，本变形例也能够同样地应用于后述的实施方式2。
另外，在上述实施方式1中，在返回流路16的下游分支为分支流路16a～16c，在该分支部设置有回转阀18。但是，本发明也能够应用于图5所示的制冷剂循环***。图5是用于说明实施方式1的制冷剂循环***的变形例的图。在该制冷剂循环***中，在供给流路14的下游，分支流路16a～16c分支。分支流路16a～16c独立地连接于水套34。另外，回转阀18设置于供给流路14分支为分支流路16a～16c的部分。在这样的***中，也能够基于图2所示的动作计划来控制各分支流路的开闭状态。此外，本变形例也能够同样地应用于后述的实施方式2。
实施方式2.
接着，参照图6说明本发明的实施方式2。此外，在本实施方式中，由于以上述实施方式1的制冷剂循环***和动作计划为前提，因此省略它们的说明。
[实施方式2的特征]
在上述实施方式1中，在判定为制冷剂的温度比上限温度高的情况下，不允许模式的切换。但是，若分支流路16a～16c中的任一者与返回流路16连通则制冷剂被冷却，因此由温度传感器26检测到的制冷剂的温度逐渐降低。因此，在产生了模式切换要求时，不是持续不允许模式的切换，而是为了响应模式切换要求而进行待机，直到制冷剂的温度变为上限温度以下。但是，若该待机时间变长，则会与之相应地无法应对模式切换要求的状况持续，所以不期望如此。于是，在本实施方式中，在该待机时间变长了的情况下，以增加排出口18a与流入口18d之间的开口面积(即，分支流路16a与返回流路16之间的开口面积)的方式使转子旋转。
若增加分支流路16a与返回流路16之间的开口面积，则能够使更多的制冷剂通过散热器20。因此，能够在外界气体与制冷剂之间进行热交换而冷却制冷剂的温度，在短时间内使该制冷剂的温度降低到上限温度以下。
但是，因为模式的切换本身被设为不允许，所以用于增加分支流路16a与返回流路16之间的开口面积的转子的旋转在产生了模式切换要求时的模式内进行。例如，在模式切换要求时转子的旋转角度处于图2的区域e的情况下，以在与区域e同一模式内即移至加热器切断模式内的区域g的方式使转子旋转。另外，在模式切换要求时转子的旋转角度处于图2的区域c的情况下，以在区域c同一模式内即移至通常模式内的区域a的方式使转子旋转。
另外，例如在模式切换要求时转子的旋转角度处于图2的区域g的情况下，使转子在该区域g内向进一步增加分支流路16a与返回流路16之间的开口面积的方向(在图2中区域g的更靠左侧的方向)旋转。另外，在模式切换要求时转子的旋转角度处于图2的区域a的情况下，使转子在该区域a内向进一步增加分支流路16a与返回流路16之间的开口面积的方向(在图2中区域a的更靠右侧的方向)旋转。
[具体处理]
接着，参照图6说明用于实现上述的功能的具体处理。图6是表示在实施方式2中由ECU40执行的模式切换判定例程的流程图。此外，图6所示的例程设为从发动机10刚起动后按照预定的控制周期反复执行。
在图6所示的例程中，首先判定模式切换要求的有无(步骤S20)。本步骤的处理与图4的步骤S10的处理相同。
在步骤S20中，在判定为存在模式切换要求的情况下，开始自产生了模式切换要求的时刻起的经过时间的计时(步骤S22)，检测发动机10的旋转速度和负荷(步骤S24)。步骤S24的处理与图4的步骤S12的处理相同。
接着步骤S24，判定制冷剂的温度是否为规定值以下(步骤S26)。本步骤的处理与图4的步骤S14的处理相同。在步骤S26中，在判定为制冷剂的温度为规定值以下的情况下，能够判断为即使切换模式制冷剂沸腾的可能性也小。因此，进行模式的切换(步骤S28)。
在步骤S26中判定为制冷剂的温度比规定值高的情况下，判定经过时间是否为规定值以上(步骤S30)。在本步骤中所使用的规定值作为容许经过时间而预先设定并存储于ECU40内。在判定为经过时间比规定值短的情况下，返回步骤S24，检测发动机10的旋转速度和负荷。在判定为经过时间为规定值以上的情况下，以增加分支流路16a与返回流路16之间的开口面积的方式使转子旋转(步骤S32)。最后使经过时间的计时复位(步骤S34)，关闭本例程。
以上，根据图6所示的例程，能够在自产生了模式切换要求的时刻起的经过时间变为规定值以上的情况下，增加分支流路16a与返回流路16之间的开口面积。即，在这样的情况下，能够在短时间内使制冷剂的温度降低，尽早消除无法应对模式切换要求的状况。
此外，在上述实施方式2中，返回流路16、分支流路16a以及供给流路14相当于上述第2发明中的“第1制冷剂回路”。
标号的说明
10发动机
14供给流路
16返回流路
16a～16c分支流路
20散热器
22装置
24加热器
26温度传感器
28曲轴角传感器
30节气门开度传感器
32开关
34水套
40ECU

Claims (2)

1.一种制冷剂循环***，其特征在于，具备：
第1制冷剂回路，其用于使通过了内燃机的主体的制冷剂在与第1热交换器进行热交换后返回所述主体；
控制阀，其设置于所述第1制冷剂回路，具备以旋转轴为中心旋转自如的转子；
第2制冷剂回路，其连接于所述控制阀，用于使通过了所述主体的制冷剂在与第2热交换器进行热交换后返回所述主体；以及
控制单元，其基于将所述第1制冷剂回路和所述第2制冷剂回路的开闭状态与所述转子的自基准位置起的旋转角度相关联而制定的动作计划，来控制所述转子的旋转动作；
所述动作计划具备使所述第1制冷剂回路和所述第2制冷剂回路这两条流路从全部关闭的状态变化为全部打开的状态的全通模式和使该两条流路从全部关闭的状态变化为仅所述第1制冷剂回路打开的状态的部分切断模式，
所述控制单元，在产生了在所述全通模式和所述部分切断模式之间进行切换的模式切换要求的情况下，在通过了所述主体的制冷剂的温度比基于所述内燃机的运转状态决定的制冷剂的上限温度高时，禁止按照该模式切换要求的所述转子的旋转。
2.根据权利要求1所述的制冷剂循环***，其特征在于，
所述控制阀构成为能够通过所述转子的旋转来变更所述第1制冷剂回路的开口面积和所述第2制冷剂回路的开口面积，
所述第1热交换器是能够通过与外界气体的热交换来冷却制冷剂的散热器，
所述控制单元，在禁止了按照所述模式切换要求的所述转子的旋转的情况下，在从产生所述模式切换要求起的经过时间超过预定时间时，使所述转子向使得所述第1制冷剂回路的开口面积增加的方向旋转。
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