CN102918268A

CN102918268A - 用于空调回路的混合动力压缩机

Info

Publication number: CN102918268A
Application number: CN2011800269012A
Authority: CN
Inventors: T.成; P.塞加; L.拉巴斯蒂莫希; M.福里西尔
Original assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Current assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: FR2958342A1; US20130058801A1; CN102918268B; FR2958342B1; JP2013524074A; WO2011124800A1

Abstract

本发明涉及一种用于具有热机的机动车辆的空调回路的混合动力压缩机（10），所述混合动力压缩机适于，一方面被所述热机驱动，另一方面在来自热机的驱动被中断阶段期间被电马达（20）驱动。根据本发明，所述混合动力压缩机（10）包括具有可变排量的压缩腔室（101），所述可变排量在具有上排量区间和下排量区间的变化范围中可变，在该上排量区间中，压缩腔室（101）被热机驱动，在该下排量区间中，压缩腔室（101）被电马达（20）驱动。本发明可以用于机动车辆，所述机动车辆具有热机并设置有自动停止和重新起动系统。

Description

用于空调回路的混合动力压缩机

技术领域

本发明涉及带发动机的机动车辆的空调回路的混合动力压缩机。

本发明在配备有自动停止和重新起动系统的带发动机的机动车辆的空调领域中找到了特别有利的应用，所述系统诸如能够实施已知为术语“停止和起动”功能的系统。

背景技术

在一些条件下，“停止和起动”功能包括当车辆本身已经停止时自动致使发动机的完全停止，并随后在，例如，解释为重新起动请求的驾驶员动作之后自动地重新起动发动机。

用于实施“停止和起动”功能的典型情形是在红灯处停止的情形。当车辆在灯处停止时，“停止和起动”功能的“停止”模式致使发动机自动停止，且车辆随后进入“起动”模式，所述“起动”模式允许发动机自动地重新起动，而其不必使用用于马达的初始起动的装置，譬如，接触钥匙。当灯变绿时，在命令系统检测到离合器踏板、加速器踏板被驾驶员压下或可以解释为驾驶员期望重新起动他的车辆的任何其他动作而起动车辆之后，“起动”模式自动重新起动发动机，尤其是借助交流发电机-起动器。“停止和起动”功能的益处在能量节省和污染减少（特别是城市环境）方面被理解。

此外，已知的是，带发动机的车辆的空调回路包括制冷剂流体压缩机，其被发动机的曲轴的轴通过机械地链接到压缩机的杆的带轮和皮带而被驱动。换句话说，车辆的空调回路仅可以在发动机运行时操作。因此，在“停止和起动”功能背景下的车辆停止阶段期间，空调不操作。由此，在这些停止阶段的过程中，可能保持不了车舱内部的设定点温度，因此车辆乘客感到不舒适的感觉。

为了确保在发动机停止阶段期间保持车舱中的温度，提出了由包括两个分立压缩腔室的混合动力压缩机来替代由车辆发动机驱动的惯常压缩机，所述混合动力压缩机构成，一方面，所谓的机械压缩机，其杆由发动机以与惯常压缩机相同的方式驱动，另一方面，所谓的电压缩机，其杆由辅助电马达驱动。两个压缩腔室的杆是独立的。

当发动机运行时，在由“停止和起动”功能引起的停止阶段之外，制冷剂流体在空调回路中循环通过由发动机的曲轴的轴驱动的机械压缩机，而电压缩机关闭。相反地，在“停止和起动”功能的停止阶段期间，制冷剂流体被朝向电压缩机引导，所述电压缩机则由电马达驱动。因此，由于电压缩机，空调回路的操作的持续性和车舱中舒适温度的保持在发动机已经停止后被实行。

但是，该类型的混合动力压缩机呈现出体积大并因此难于集成的缺陷。此外，它们需要具有复杂阀的系统，其意图管理当从一个压缩机切换至另一个压缩机时在两个压缩腔室之间的制冷剂流体的流通。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种用于带发动机的机动车辆的空调回路的混合动力压缩机，所述混合动力压缩机能够，在一方面被所述发动机驱动，在另一方面在发动机驱动中断的阶段期间被电马达驱动，所述混合动力压缩机紧凑得多，更易于集成且当从一个驱动模式（热或电）切换至另一个驱动模式时使用更简单。

根据本发明，该目的被实现，因为所述混合动力压缩机包括具有可变容量的压缩腔室，所述可变容量在呈现出容量的较高区间和容量的较低区间的变化跨度中可变，其中，在容量的较高区间中，压缩腔室被发动机驱动，在容量的较低区间中，压缩腔室被电马达驱动。

因此，根据本发明的混合动力压缩机包括仅一个压缩腔室，而不是用于上述现有技术的混合动力压缩机的两个压缩腔室。因此其体积小得多，且因此更易集成。此外，不需要提供用于在驱动模式改变期间制冷剂流体从一个腔室通至另一个腔室的复杂阀系统，这是由于，在本发明中，压缩腔室是单个的并且仅包括用于制冷剂流体的一个进入孔和一个离开孔。

优选地，所述容量的较高和较低区间是不同的。

在空调回路的正常操作条件下，压缩腔室的容量在较高区间中选择，压缩机的杆的驱动由发动机确保。

在另一方面，在发动机驱动中断的阶段期间，尤其是由“停止和起动”功能导致的发动机停止阶段期间，车舱基本上已经被调节至舒适条件，从而为了保持这些条件持续限制到几十秒的持续时间而由电马达提供的制冷功率比必须由发动机提供的功率显著地低，至少低2至3倍。其随后足以将压缩腔室的容量减少至处于较低区间中的值并开启电马达直到发动机被“停止和起动”功能重新起动。

在优选实施例中，所述具有可变容量的压缩腔室是具有旋转驱动器的压缩腔室。作为实例，所述压缩腔室是具有可调节进气体积的带有叶片的压缩腔室。

有利地，本发明提出，对于处于所述容量的较低区间中的容量，发动机对压缩腔室的驱动可以与发动机解除接合。电马达随后从发动机解除联接，并可确保在低功率下驱动压缩杆，因为压缩腔室随后以减少的容量操作。

从上可见，所述发动机驱动中断的阶段可以是发动机停止阶段，特别地，所述发动机停止阶段是用于发动机的自动停止和重新起动的系统的停止阶段，所述系统诸如“停止和重新起动”系统。

但是，根据本发明的混合动力压缩机的电马达在其他状况下被利用，尤其是当所述发动机驱动中断的阶段是车辆加速阶段时。实际上已知的是，当车辆加速时，空调回路通过将压缩机与发动机机械地解除联接而被停止，这样做是为了消除由压缩机施加在曲轴的轴上的抵抗扭矩。在这些条件下，根据本发明，可以通过使混合动力压缩机的电马达开始操作而依然保持空调。

为便于在发动机驱动中断的阶段期间电马达的开启，提出根据本发明的混合动力压缩机包括用于在发动机停止阶段开始之前使电马达开始操作的装置。因此，在发动机实际停止之前，电马达预先开始操作。因此，电马达（如已知的，其可以具有减少的功率）不必克服制冷剂流体压力的各种变化，所述各种变化大体出现在空调回路中，在空调回路完全停止之后。

实际上，所述用于使电马达开始操作的装置是用于检测用于发动机的自动停止和重新起动的系统的发动机停止的装置。在“停止和起动”功能的架构内，这些检测装置可极端地变化，且通常取决于构造者选择的策略。可以考虑，例如，当车辆的速度在给定阈值之下时，检测制动踏板上的动作。

最后，本发明还涉及根据本发明的混合动力压缩机和用于驱动所述混合动力压缩机的电马达的组件，其中，电马达由低电压直流电流供电。更具体地，所述低电压直流电流由车辆的12V网络提供。根据本发明的混合动力压缩机的实施则被大大地简化，这是由于其不涉及车载电网的任何改动。

附图说明

以下通过非限制性示例给出的关于附图的描述将解释本发明以及其可以被实现的方式。

图1是根据本发明的包括混合动力压缩机的空调回路的图。

图2是针对配备有“停止和起动”功能的机动车辆的各使用期情况示出图1的混合动力压缩机的操作的图表。

图3是用于驱动图1的混合动力压缩机的电马达的控制电路的块图。

具体实施方式

图1中示出的是带发动机的机动车辆的常规空调回路，包括制冷剂流体的压缩机10，所述制冷剂流体可以是有机、无机或易熔流体。可以引用超临界二氧化碳CO₂为非限制性示例，标示为R134A、1234yf或GAR（“全球替代制冷剂（Global Alternative Refrigerant）”）。在压缩机10的下游，加压制冷剂流体通过热交换器11，其称为用于二氧化碳的“气体冷却器”或用于R134A的“冷凝器”，这是由于在该情况下，初始为气相的制冷剂以液态离开冷凝器。

在图1的示例中，交换器11可以是水类型交换器，或直接由外部空气冷却的空气类型交换器。

制冷剂流体之后被朝向安全阀12引导，从而制冷剂流体在进入蒸发器13（在此处，热交换则发生在朝向车辆的车舱吹送的空气和被冷却的制冷剂之间）之前被冷却。

从蒸发器13离开时被重新加热的制冷剂流体随后被返回至压缩机10，以执行新的热循环。

如可在图1中看到的，图1的压缩机10是混合动力压缩机，包括具有可变容量的压缩腔室101，所述压缩腔室101的杆102可以被电马达20驱动，或被车辆的发动机（未示出）的曲轴的轴经由能够通过离合器31机械地链接到杆102的皮带和带轮30驱动。

在名义操作期间，压缩腔室101的杆102被发动机驱动，带轮30通过离合器31联接到杆102。压缩腔室的容量则在接近最大容量的值的较高区间中被选择，例如90至110cm³。在这些条件下，混合动力压缩机10能够确保车辆车舱内部的最优舒适度水平，无论外部温度、阳光和相对湿度程度。

但是，可以发生的是，在一些情况下，空调压缩机不再由车辆的发动机驱动，且因此，空调回路停止操作并不再确保维持车舱内部的舒适温度。这尤其就是在由用于发动机的自动停止和重新起动的系统导致的发动机停止阶段期间的情况，所述系统能够实施配备有“停止和起动”功能的车辆的“停止和起动”功能。

为了确保空调的持续性，电马达20被设定为在这些停止阶段期间操作，以便保持制冷剂流体在空调回路中的循环。换句话说，可以考虑电马达随后用其自身替代发动机。当然，优选地，发动机与压缩杆102解除接合。

图3的框图示出压缩机10的驱动从发动机转换至电马达20在实践中怎样执行。

当空调回路的电子控制单元50接收到来自自动停止和重新起动系统的发动机停止提示STOP时，该电子控制单元50将用于接合电马达20的信号传输至功率模块51。响应于该信号，模块51促动辅助电马达103，使得可以将压缩腔室101的容量从较高区间的值（其是在发动机驱动的中断之前）改变至较低区间的值（例如20至40cm³）。接着，在带轮30通过离合器31解除联接之后，功率模块51向电马达20派送在发动机停止阶段期间将压缩机10的操作保持在足够水平所需的功率，这与发动机停止之前的初始空调条件有关。

实际上，在停止时，在电马达20从发动机接管的时刻，车辆车舱大体上已经处于舒适的温度，从而，关于停止阶段的持续时间大致限制在几十秒的情况，由电马达20提供的制冷功率较低。作为示例，以常规方式，6kW的制冷功率是有必要的，以便保证在1000W.m²的日照以及50和60%的相对湿度下暴露于25至45℃高温的车辆车舱中的舒适度。但是，当车辆已经被调节到舒适的温度时，要被提供的制冷功率为1kW至3kW，这取决于车辆的区段。由功率模块51提供的具有500至800W量级的电功率则足以保持车舱中的舒适度。

因此，相对于名义操作条件，压缩腔室101的容量可以被减少至处于约最小容量的容量的较低区间（例如20至40cm³）中的值，所述较低区间不同于上面定义的较高区间。

当然，容量的较高和较低区间可以被简单地仅仅简化为最大和最小容量。压缩腔室101则以二元方式在这两种容量之间切换，这取决于用于腔室的杆的动力驱动件是发动机还是电马达。

关于电马达所需的功率较低的情况，可以设想使用具有或不具有电刷的电马达，其由低电压直流电流（特别是由车辆的12V网络提供）供电，电流源可以是电池40或者装备有或不装备有储存电容器的额外单元。

在实际方式中，具有可变容量的压缩腔室101可以由具有旋转驱动器的压缩腔室体现，尤其是具有叶片的传统压缩腔室，其进气体积（对应于容量）可以在例如20cm³的最小值和例如110cm³的最大值之间通过改变腔室中的进入孔的位置而被调节。

在已经示出用于驱动配备有“停止和起动”功能的机动车辆的混合动力压缩机10的电马达20和发动机的操作状态的图2的图表中，值0对应于马达的停止，值1对应于它的操作。

如在图中可看到的，根据本发明，当发动机通过“停止和起动”功能停止时，电马达20开始操作，从而确保在发动机停止阶段期间保持车舱中的舒适度。但是，可注意到的是，使电马达20开始操作是预先执行的，即，在发动机停止阶段的开始被“停止和起动”功能触发之前。

这种设置的优势是，电马达不用不得不提供为了克服抵抗扭矩所需要的附加扭矩，所述抵抗扭矩由制冷剂流体压力在空调回路中的重新布置而引起，这可以发生在发动机停止的时刻。因此，电马达20的功率可以是额定的。

为了实行电马达的该预先执行，可以使用由“停止和起动”功能实施的装置，以检测发动机停止条件是否被满足并关于发动机的停止进行决策。一旦“停止和起动”功能决定停止发动机，电马达20立即在发动机的实际停止之前开始操作。发动机的自动停止条件取决于车辆构造者采用的策略。此外，当车辆以低速（例如小于5km/小时）行进时，可以考虑制动踏板上的动作。

图2示出另一状况，其中，电马达20可开始操作以便确保在空调回路停止期间舒适温度的持续性。在该状况下，空调回路的停止不是由于发动机的停止，而是由于驱动带轮30从压缩腔室101的杆102解除联接。该情况可以在例如车辆的加速期间发生，以便施加最大扭矩至曲轴的轴，并提供对加速请求的最佳响应。

在该情况下，一旦发动机与压缩杆102解除联接，电马达20就开始操作。

Claims

1.一种用于带发动机的机动车辆的空调回路的混合动力压缩机（10），所述混合动力压缩机能够，一方面被所述发动机驱动，另一方面在发动机驱动中断的阶段期间被电马达（20）驱动，其特征在于，所述混合动力压缩机（10）包括具有可变容量的压缩腔室（101），所述可变容量在呈现出容量的较高区间和容量的较低区间的变化跨度中可变，其中，在容量的较高区间中，压缩腔室（101）被发动机驱动，在容量的较低区间中，压缩腔室（101）被电马达（20）驱动。

2.如权利要求1所述的混合动力压缩机，其中，所述容量的较高和较低区间是不同的。

3.如权利要求1或2中的一项所述的混合动力压缩机，其中，对于处于所述容量的较低区间中的容量，发动机对压缩腔室（101）的驱动可以与发动机解除接合。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的混合动力压缩机，其中，所述具有可变容量的压缩腔室（101）是具有旋转驱动器的压缩腔室。

5.如权利要求4所述的混合动力压缩机，其中，所述压缩腔室（101）是具有可调节进气体积的带有叶片的压缩腔室。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的混合动力压缩机，其中，所述发动机驱动中断的阶段是发动机停止阶段。

7.如权利要求6所述的混合动力压缩机，其中，所述发动机停止阶段是用于发动机的自动停止和重新起动（“停止和起动”）的系统的停止阶段。

8.如权利要求1至6中的任一项所述的混合动力压缩机，其中，所述发动机驱动中断的阶段是车辆加速阶段。

9.如权利要求1至8中的任一项所述的混合动力压缩机，包括在所述发动机驱动中断开始之前用于使电马达（20）开始操作的装置。

10.如权利要求9所述的混合动力压缩机，其中，所述用于使电马达（20）开始操作的装置是用于检测用于发动机的自动停止和重新起动（“停止和起动”）的系统的发动机停止的装置。

11.一种组件，具有如权利要求1至10中的任一项所述的混合动力压缩机（10）和用于驱动所述混合动力压缩机的电马达，其中，电马达（20）由低电压直流电流供电。

12.如权利要求11所述的组件，其中，所述低电压直流电流由车辆的12V网络提供。