DE19738250C2

DE19738250C2 - Kraftfahrzeugklimaanlage mit Kompressoreinheit

Info

Publication number: DE19738250C2
Application number: DE19738250A
Authority: DE
Inventors: Jutta Schmidtke; Michael Kelz
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 2000-11-16
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: DE19738250A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeugklimaanlage mit einer Kompressoreinheit, die mechanisch zum einen mit einem Kraftfahrzeugantriebsaggregat und zum anderen mit einem Zusatz antriebsaggregat koppelbar ist.

Eine gattungsgemäße Kraftfahrzeugklimaanlage ist aus der DE 195 13 710 A1 bekannt. Diese weist eine mit einer Brennkraft maschine über eine erste Kupplung koppelbare Kompressoreinheit auf, die bei abgeschalteter Brennkraftmaschine mit Hilfe eines zusätzlichen Elektromotors antreibbar ist, an der hierzu über eine zweite Kupplung bei gleichzeitig gelöster erster Kupplung mechanisch angekoppelt wird. An die Brennkraftmaschine ist er gänzend über eine dritte Kupplung ein als Motor/Generator aggregat ausgeführtes Zusatzantriebsaggregat ankoppelbar, das bei stillgesetzter Brennkraftmaschine und hierzu gelöster zwei ter Kupplung das Kraftfahrzeug antreiben kann und bei arbeiten der Brennkraftmaschine als Generator zum Aufladen einer Fahr zeugbatterie nutzbar ist.

Eine ähnliche Kraftfahrzeugklimaanlage ist aus der DE 195 10 110 A1 bekannt, wobei die dortige Kompressoreinheit bei arbeitendem Kraftfahrzeugantrieb über ein Getriebe an dessen Abtriebswelle und bei abgeschaltetem Kraftfahrzeugantrieb an einen zusätzli chen, als Hilfsantrieb dienenden, einzig für diesen Zweck vorge sehenen Elektromotor ankoppelbar ist.

Es ist bekannt, daß in Kraftfahrzeugklimaanlagen statt Kompres soreinheiten mit bei gegebener Drehzahl unveränderlicher Förder menge solche mit abregelbarer, variabler Fördermenge eingesetzt werden können, siehe z. B. die DE 38 34 278 A1.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftfahrzeugklimaanlage der eingangs genannten Art mit erweiterter Funktionalität des Zu satzantriebsaggregates bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftfahrzeugkli maanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei dieser Anlage kann über das als umschaltbares Motor-/Generatoraggregat ausgelegte Zusatzantriebsaggregat aus der mechanischen Energie des als Hauptantrieb der Kompressoreinheit dienenden Kraftfahr zeugantriebsaggregates elektrische Energie erzeugt werden, ohne daß die Funktion der Kompressoreinheit und damit der Klimaanlage während ihres durch das Kraftfahrzeugantriebsaggregat aufrecht erhaltenen Betriebes beeinträchtigt wird. Außerdem fungiert das umschaltbare Motor-/Generatoraggregat bei abgeschaltetem Haupt antrieb in bekannter Weise als Hilfsantrieb für die Kompressor einheit.

Eine nach Anspruch 2 weitergebildete Kraftfahrzeugklimaanlage ermöglicht über ihr Motor-/Generatoraggregat die Gewinnung und Speicherung von elektrischer Energie aus der mechanischen Ener gie des Antriebsstrangs, wobei es sich um überschüssige An triebsenergie oder rückgewonnene Bremsenergie handeln kann, die über die gemeinsame Welle der Kompressoreinheit und des Motor- /Generatoraggregates durch das Kraftfahrzeugantriebsaggregat einleitbar sind.

Eine nach Anspruch 3 weitergebildete Kraftfahrzeugklimaanlage weist als Teil des Zusatzantiebsaggregates einen Zusatzmotor auf, durch den die Kompressoreinheit bei abgeschaltetem Kraft fahrzeugantriebsaggregat antreibbar ist und aus dessen mechani scher Energie über das Motor-/Generatoraggregat elektrische Energie auch bei abgeschaltetem Kraftfahrzeugantriebsaggregat erzeugt werden kann.

Eine nach Anspruch 4 weitergebildete Kraftfahrzeugklimaanlage weist als Teil des Zusatzantriebsaggregates einen Zusatzverbren nungsmotor auf, der in einfacher Weise durch das als Startermo tor einsetzbare Motor-/Generatoraggregat gestartet werden kann.

Bei einer nach Anspruch 5 weitergebildeten Klimaanlage wird die vom Zusatzmotor erzeugte Wärme gerade auch bei abgestelltem Fahrzeugantriebsaggregat zu Heizzwecken genutzt.

Bei einer nach Anspruch 6 weitergebildeten Klimaanlage wird die erzeugte elektrische Energie sowohl bei laufendem Antriebsaggre gat als auch bei laufendem Zusatzmotor zu Heizzwecken verwendet.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeich nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierzu zeigen:

Fig. 1 schematisch die erfindungsgemäße Anordnung einer Kompres soreinheit einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit ankoppelba rem Kraftfahrzeugantriebsaggregat und fest angekoppeltem Zusatzantriebsaggregat und

Fig. 2 schematisch die erfindungsgemäße Anordnung einer Kompres soreinheit einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit ankoppelba rem Kraftfahrzeugantriebsaggregat sowie mit einem Zusatz motor und einer elektrischen Maschine als Bestandteile eines erfindungsgemäßen Zusatzantriebsaggregates.

Ein Kraftfahrzeug mit einer kompressorgetriebenen Klimaanlage weist einen in Fig. 1 dargestellten Antriebsstrang für eine Kom pressoreinheit 1 der nicht weiter dargestellten Klimaanlage auf. Dabei ist die Kompressoreinheit 1 über eine Kupplung 2, die auch als Freilauf ausgeführt sein kann, an eine Abtriebswelle eines als Kraftfahrzeugantriebsaggregat fungierenden Kraftfahrzeugmo tors 3 ankoppelbar. Die Welle der Kompressoreinheit 1 ist ferner drehfest mit einer elektrischen Maschine 4 verbunden, so daß beide Maschinen als eine Baueinheit konzipiert werden können. Die elektrische Maschine 4 ist umschaltbar als Motor und als Ge nerator betreibbar und über einen Wechselrichter 5 elektrisch mit einem Akkumulator 6 verbunden. Dabei sind die elektrische Maschine auf Bordnetzspannungen von über 12 V oder 24 V und der Akkumulator auf einen Energieinhalt von vorzugsweise 0,5 kWh bis 2 kWh ausgelegt. Nicht gezeigte Übersetzungsgetriebe, insbe sondere Keilriemen- oder Zahnriemenübersetzungen, können sowohl zwischen dem Kraftfahrzeugmotor 3 und der Kompressoreinheit 1 als auch zwischen der elektrischen Maschine 4 und der Kompres soreinheit 1 geeignete Drehzahlen an der jeweiligen Komponente sicherstellen.

In herkömmlicher Weise ist ein Standbetrieb der Kraftfahrzeug klimaanlage bei abgeschaltetem Fahrzeugmotor 3 dadurch reali siert, daß die Kompressoreinheit 1 ausschließlich über die in diesem Fall als Motor dienende elektrische Maschine 4 angetrie ben wird, wobei gleichzeitig der Fahrzeugmotor 3 von der Kom pressoreinheit 1 abgekuppelt wird. Die elektrische Maschine be zieht dabei ihre elektrische Energie aus dem Akkumulator 6. Im Fahrbetrieb bei arbeitendem Fahrzeugmotor 3 wird die Kompres soreinheit 1 über die dann geschlossene Kupplung 2 durch den Kraftfahrzeugmotor 3 angetrieben, wobei die elektrische Maschine 4 über die starre Kopplung zwischen ihr und der Kompressorein heit 1 mitangetrieben wird. In diesem Fall wird die elektrische Maschine 4 als Generator betrieben, der zum einen den als Ener giespeicher dienenden Akkumulator 6 auflädt und zum anderen für ein Gleichspannungsbordnetz des Kraftfahrzeuges als Spannungs quelle dienen kann.

Um in diesem Fall eine Fördermengen-Leistungsregelung der Kom pressoreinheit 1 zu ermöglichen, die unabhängig von ihrer Wel lendrehzahl ist, ist eine Abregelbarkeit der Kältemittelförder menge der Kompressoreinheit 1, z. B. durch Regelung des Hubvolu mens, bis auf null oder jedenfalls nahezu null vorgesehen. Zu diesem Zweck wird eine Kompressoreinheit geeigneten, herkömmli chen Typs mit einer derartigen Abregelbarkeitsfunktionalität verwendet. Auf diese Weise läßt sich ein Teillastbetrieb oder auch ein Abschalten der Klimaanlage realisieren, ohne daß sich die Drehzahl der elektrischen Maschine 4 und damit deren elek trische Abgabeleistung reduziert.

Ein nicht dargestelltes zentrales Klimaanlagen-Steuergerät ver anlaßt im Zusammenspiel mit einer Elektronik des Wechselrichters 5 ein An- oder Abkoppeln der elektrischen Maschine 4 samt Kom pressoreinheit 1 vom Kraftfahrzeugantriebsmotor 3 über die Kupp lung 2 sowie die Wahl geeigneter Getriebeübersetzungen und/oder die Regelung der Kältemittelfördermenge der Kompressoreinheit 1. Ferner bestimmt das Klimaanlagen-Steuergerät über ein intelli gentes Energiemanagement die Einschaltzeitpunkte verschiedener Nebenaggregate im Kraftfahrzeug.

In einem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in der für funktionell entsprechende Bauteile gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet sind, ist die Kompressoreinheit 1 zum einen über die Kupplung 2 an den Kraftfahrzeugmotor 3 und zum anderen über eine Kupplung 7, die optional auch entfallen kann, an ein Zusatzantriebsaggregat an gekoppelt, das aus einer elektrischen Maschine 8 und einem Ver brennungsmotor 9 besteht, die wiederum über eine Kupplung 10 miteinander mechanisch verbindbar sind.

Im Standbetrieb bei abgeschaltetem Kraftfahrzeugmotor 3 ist die Kompressoreinheit 1 über die aktivierte Kupplung 10 durch den Verbrennungsmotor 9 antreibbar, wobei die Kupplung 2 gelöst ist. In diesem Fall dient die elektrische Maschine 8 zunächst als Starter für den Verbrennungsmotor 9 und nach erfolgtem Start als Generator, der elektrische Energie zur Verfügung stellt.

Im Fahrbetrieb bei aktivierten Kupplungen 2 und 7 werden Kom pressor 1 und elektrische Maschine 8 durch den arbeitenden Kraftfahrzeugmotor 3 angetrieben, wobei die elektrische Maschine 8 als Generator betrieben wird. Die elektrische Maschine 8 ist vorzugsweise darauf ausgelegt, im Generatorbetrieb zwei Spannun gen zu erzeugen, und zwar eine Gleichspannung größer als 12 V und eine Wechselspannung von je nach Länderausführung 100 V bis 230 V. Gegebenenfalls kann auch ein Spannungswandler vorgesehen sein, um aus einer erzeugten Wechselspannung gewünschte Gleich spannungen größer als 12 V zu gewinnen.

Mit der von der elektrischen Maschine 8 erzeugten Energie läßt sich bei Bedarf insbesondere eine nicht dargestellte elektrische Wasserpumpe für den wassergekühlten Verbrennungsmotor 9 neben einer für den Fahrzeugantriebsmotor vorsehbaren, nicht darge stellten elektrischen Kühlwasserpumpe antreiben. Vorteilhafter weise wird der Verbrennungsmotor 9 zusammen mit dem als Verbren nungsmotor ausgeführten Kraftfahrzeugmotor 3 durch ein gemeinsa mes Kühlsystem gekühlt, was es ermöglicht, eine gemeinsame elektrische Kühlwasserpumpe zur Kühlung der beiden Verbrennungs motoren zu nutzen. Ferner können in vorteilhafter Weise beliebi ge andere Verbraucher sowohl im Stand- als auch im Fahrbetrieb des Fahrzeugs direkt mit der erzeugten Wärme oder der Wechsel spannung, insbesondere zum Betrieb eines Widerstandsheizers, ge speist werden, wodurch eine Standheizung realisiert wird.

Die Kraftfahrzeugklimaanlage kann auch in diesem Ausführungsbei spiel über eine weitgehend drehzahlunabhängige Abregelung der Kältemittelfördermenge der Kompressoreinheit 1 in den Teillast- oder Leerlaufbetrieb gebracht werden. Das letztgenannte Merkmal ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn in einer Variante des Ausführungsbeispiels von Fig. 2 auf die Kupplung 7 verzichtet wird oder wenn über die Kompressoreinheit 1 die elektrische Ma schine 8 im Generatorbetrieb bei aktivierten Kupplungen 2 und 7 durch den Kraftfahrzeugmotor 3 angetrieben werden soll.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind zwischen den einzelnen Maschinen Getriebe vorsehbar, die eine abgestufte Einstellung einer jeweils optimalen Drehzahl ermöglichen. Anstelle der Kupp lungen 2, 7 und/oder 10 kann jeweils auch ein Freilauf vorgese hen werden.

Es versteht sich, daß die Kompressoreinheit 1 Bestandteil sowohl einer Wärmepumpe bzw. Heißgaspumpe als auch einer Kältemaschine bzw. einer Anlage, die beide Funktionen übernimmt, sein kann. Insbesondere dann ist es auch vorteilhaft, die Abwärme des Zu satzmotors 9 in gleicher Weise wie die des Kraftfahrzeugmotors 3 der Klimaanlage zu Heizzwecken zur Verfügung zu stellen. Dazu ist in beiden geschilderten Ausführungsbeispielen ein nicht dar gestellter Heizungswärmetauscher vorsehbar, über den Wärme aus dem Kühlkreislauf der Motoren 3 und 9 direkt in den Fahrzeugin nenraum oder in den Kältemittelkreislauf der Klimaanlage ein leitbar ist. Der letztgenannte Heizungswärmetauscher ist durch Umleiten des Kühlwassers über einen Bypass außer Funktion zu setzen. Zur Deckung eines besonders hohen Wärmebedarfs seitens der Klimaanlage kann im Kühlmittelkreislauf vor dem Heizungswär metauscher ein elektrischer Heizer vorgesehen werden, der vor teilhafterweise über die elektrische Maschine 8, 4 mit Spannung versorgt werden kann. Ein luftseitiger elektrischer Heizwider stand zur Aufheizung der in das Fahrzeug geleiteten Luft ist ebenso möglich.

Claims

1. Kraftfahrzeugklimaanlage mit

- einer Kompressoreinheit (1), die mechanisch zum einen mit ei nem Kraftfahrzeugantriebsaggregat (3) und zum anderen mit ei nem Zusatzantriebsaggregat koppelbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

- als Kompressoreinheit (1) eine solche verwendet ist, deren Kältemittelfördermenge bei gegebener Drehzahl der zugehörigen Antriebswelle abregelbar ist, und
- als Zusatzantriebsaggregat ein umschaltbares Motor-/Generator aggregat vorgesehen ist, das im Motorbetrieb als Antrieb für die Kompressoreinheit (1) und im Generatorbetrieb zur Erzeu gung elektrischer Energie aus der mechanischen Energie des Kraftfahrzeugantriebsaggregates (3) dient.

2. Kraftfahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Motor-/Generatoraggregat eine umschaltbar zum einen als Elektromotor und zum anderen als Generator betreibbare elektri sche Maschine (4), die drehfest mit der Antriebswelle der Kom pressoreinheit (1) verbunden ist, und einen an die elektrische Maschine (4) angekoppelten elektrischen Energiespeicher (6) auf weist.

3. Kraftfahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Motor-/Generatoraggregat eine umschaltbar zum einen als Elektromotor und zum anderen als Generator betreibbare, mecha nisch mit der Antriebswelle der Kompressoreinheit (1) koppel bare elektrische Maschine (8) und einen an diese über eine Kupplung (10) mechanisch ankoppelbaren Zusatzmotor (9) auf weist.

4. Kraftfahrzeugklimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Zusatzmotor (9) als ein Verbrennungsmotor ausgeführt ist und
- die elektrische Maschine (8) auch als Startermotor für den als Verbrennungsmotor ausgeführten Zusatzmotor (9) dient.

5. Kraftfahrzeugklimaanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Zusatzmotor (9) erzeugte Wärme über einen Wasserkreis lauf abgeführt wird und zu Heizzwecken wenigstens bei abgestell tem Kraftfahrzeugantriebsaggregat genutzt wird.

6. Kraftfahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte elektrische Energie sowohl bei laufendem Kraftfahr zeugantriebsaggregat als auch bei laufendem Zusatzmotor zu Heiz zwecken verwendet wird.