CN104085299A - 车用空调驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆用压缩机驱动装置，用以解决现有混合动力系统中空调安装成本高且耗能大的问题。本发明的装置包括发动机，具有发动机轴；电动机，具有电动机驱动轴；空调压缩机，具有压缩机轴；行星齿轮机构，具有太阳轮、行星架和齿圈；所述发动机轴通过一扭矩传递装置连接所述太阳轮，所述电动机驱动轴连接所述齿圈，所述空调压缩机轴连接所述行星架。该装置使用扭矩分配机构对发动机和电动机输出的扭矩进行合理分配，保持空调压缩机在预定的转速和功率范围内工作，有效减少因为压缩机低效工作损耗的能量。

Description

车用空调驱动系统

技术领域

本发明涉及车用空调的驱动系统。

背景技术

车辆用空调被设置为提高乘客舒适度的装置，已经得到了很好的发展。空调作为车辆电附件，其效率和性能的研发一直集中于空调装置本身，如提高压缩机效率或者冷凝剂的升级等。针对空调效率的提升，完全可以从空调与发动机的配合入手。

参考空调压缩机的工作特性，压缩机制冷量随着其转速增加而增加，但制冷系数会随着转速的增加而变低，即其制冷效率随着转速呈现降低的趋势。但是传统车辆的机械空调，尤其是客车或城市公交车用空调，一般由发动机驱动，空调压缩机转速与发动机转速相同或呈一固定变比关系。考虑到空调压缩机的效率，我们更希望其工作在一高效转速范围内，如700-1000rpm，这样有利于能量的利用。城市公交车辆发动机并不总是以恒定转速运行，其根据工况转速时高时低，在节能车辆是甚至会出现怠速停机。如果空调压缩机完全依赖于发动机，则意味着其工作区间呈现转速时高时低，某些工况下甚至不能工作。而且，公共车辆并不需要特别高的制冷量，只需要压缩机在较低的转速范围内工作即可，既能维持车内凉爽的温度，又能使压缩机高效利用能量。现有技术中能够解决这一问题的方案主要是采用电动空调，虽然电动空调可以通过电机驱动来改变压缩机转速，但是电动空调成本较高，额外的电动机安装给车辆布置提出了更高的要求，并不是最佳的解决方案。

发明内容

本发明提供一种车用空调驱动系统，使用扭矩分配机构对发动机和电动机输出的扭矩进行合理分配，保持空调压缩机在预定的转速和功率范围内工作，有效减少因为压缩机低效工作损耗的能量。

一种车用空调驱动系统，包括发动机，具有发动机轴；电动机，具有电动机驱动轴；空调压缩机，具有压缩机轴；行星齿轮机构，具有太阳轮、行星架和齿圈；所述发动机轴通过一扭矩传递装置连接所述太阳轮，所述电动机驱动轴连接所述齿圈，所述空调压缩机轴连接所述行星架。

所述扭矩传递装置包括驱动皮带轮，设置于所述发动机轴；从动皮带轮，设置于所述太阳轮延伸轴；驱动皮带，围绕设置于所述驱动皮带轮和所述从动皮带轮。

所述从动皮带轮、电动机、太阳轮沿同一旋转中心线依次布置。

所述空调压缩机轴与所述行星架之间设置有离合装置，以选择性地从压缩机轴转动地断开所述行星架，并制止所述空调压缩机的转动。

所述空调压缩机为容积可变式制冷压缩机。

设置有锁止机构，作用于所述行星架，选择性地防止所述行星架的转动。

一种用于运行传统车辆空调的方法，所述的车辆包括发动机、行星齿轮机构、用于连接发动机和行星齿轮机构的用于传动发动机扭矩的扭矩传递装置、分别与行星齿轮机构转动元件相连接的电动机、空调压缩机，设置于行星齿轮机构与空调压缩机之间的离合器，包括以下步骤：

(a)使离合器分离，以起动机模式运行电动机，通过电动机向发动机轴施加扭矩；

(b)根据当前环境对空调的需求选择步骤(d)或步骤(e)；

(c)由发动机通过扭矩传递装置、行星齿轮机构向压缩机传递扭矩，并由电动机输出扭矩，调节传递到压缩机的扭矩；

(d)以发电模式运行电动机，由发动机通过扭矩传递装置、行星齿轮机构向压缩机传递扭矩，并由电动机接收扭矩并为电池充电，调节传递到压缩机的扭矩；

(e)不需要空调时，断开离合器。

附图说明

图1为本发明提供的一种实施例。

100是本发明的空调装置，10是发动机，11是发动机轴，20是驱动皮带轮，21是从动皮带轮，22是驱动皮带，30是电动机，31是电动机轴，40是空调压缩机，41是压缩机驱动轴，50是其它空调构件，61是齿圈，62是行星架，63是太阳轮，64是太阳轮延伸轴，70是离合器，80是锁止装置。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的技术方案进行详细描述。

图1给出的是一般车辆中用于空调驱动的部分，该部分整体用100来标示。包括发动机10，该发动机可以是传统车辆的内燃机，也可以是混合动力车辆的内燃机，在本系统中用于驱动空调压缩机。发动机轴11，可以是曲轴等，从发动机延伸而出，能够传递发动机输出的动力。具有电动机30，部分情况下用于驱动空调压缩机，从电动机延伸出电动机轴31。具有行星齿轮机构，包括行星架、太阳轮和齿圈。该系统结构构成如下：行星架与空调压缩机的驱动轴连接，齿圈与电动机轴连接，太阳轮通过一扭矩传递装置与发动机轴连接。为了描述方便，本发明中发动机10是由皮带起动型(BSG)的发动机，即上述的扭矩传递装置具有驱动皮带轮20，安装于发动机轴11。具有从动皮带轮21，安装于行星齿轮机构太阳轮64的延伸轴，围绕驱动皮带轮20与从动皮带轮21安装有驱动皮带。发动机10运行时其扭矩通过驱动皮带轮20、驱动皮带22、从动皮带轮21可以传递至行星齿轮机构，最终作用于空调压缩机。上述电动机30的电动机轴31连接于扭矩分配机构的三个转动构件中的一个，当电动机启动时，其扭矩可通过扭矩分配机构传递至空调压缩机。

行星齿轮机构可以是NGW型行星齿轮，即主要构建有太阳轮、行星轮、内齿圈、行星架。发动机轴通过皮带轮组合连接所述太阳轮，电动机驱动轴连接齿圈，空调压缩机轴连接行星架。

需要说明的是，上述的皮带轮和驱动皮带装置的组合并不是对本发明保护范围的限制，本领域技术人员容易理解除皮带起动型(BSG)发动机外，其它类型扭矩传递装置，只要具有能够实现选择性地断开发动机轴和电动机轴之间扭矩传递的离合部件的装置都可以看成是本发明的变型。为了描述方便，本说明书中都会以皮带起动型(BSG)发动机为例，对本发明的详细内容进行说明。

本发明中空调压缩机40可以是常规电控可变容积制冷压缩机。压缩机可按常规方式连接其它空调系统构件50，这些构件未示出或在此不再详细讨论。

下面讨论系统运行。本系统的发动机可以使用另外的启动电机启动，当然也可以使用本系统中的电动机启动。打开离合器70并利用锁止装置80将行星架锁止，利用电动机拖动使发动机达到一定转速并启动发动机。车辆启动后，发动机10扭矩经驱动皮带轮20、驱动皮逞21、从动皮带轮22传递至行星齿轮机构。当需要开启空调时，控制离合器70接合，同时锁止装置80打开。发动机扭矩经太阳轮传递至行星架，进而驱动空调压缩机40工作。当不需要使用空调时，打开离合器70，同时利用锁止装置80将行星架锁止，发动机扭矩经太阳轮传递，由于行星架锁止，发动机与电动机可以随意进行转速耦合或者转矩耦合。例如，利用电动机为与其连接的储电能装置充电。

本发明还提供一种用于运行传统车辆空调的方法，所述的车辆包括发动机、行星齿轮机构、用于连接发动机和行星齿轮机构的用于传动发动机扭矩的扭矩传递装置、分别与行星齿轮机构转动元件相连接的电动机、空调压缩机，设置于行星齿轮机构与空调压缩机之间的离合器，包括以下步骤：

首先，使离合器分离，以起动机模式运行电动机，通过电动机向发动机轴施加扭矩；所谓起动机模式运行电动机，是指利用电动机起动发动机，电动机能量来自于与之相电连接的储电装置。

其次，采集当前环境温度，与空调内设温度限值进行对比，如需要启动空调，可以选择由发动机通过扭矩传递装置、行星齿轮机构向压缩机传递扭矩，并由电动机输出扭矩，调节传递到压缩机的扭矩；

如不需要使用空调，断开离合器，以发电模式运行电动机，由发动机通过扭矩传递装置、行星齿轮机构向压缩机传递扭矩，并由电动机接收扭矩并为与之电连接的储电装置充电，以及调节传递到压缩机的扭矩。

Claims (7)

1.一种车用空调驱动系统，包括

发动机，具有发动机轴；

电动机，具有电动机驱动轴；

空调压缩机，具有压缩机轴；

行星齿轮机构，具有太阳轮、行星架和齿圈；

所述发动机轴通过一扭矩传递装置连接所述太阳轮，所述电动机驱动轴连接所述齿圈，所述空调压缩机轴连接所述行星架。

2.根据权利要求1所述的具有空调系统的车辆，其特征在于，所述扭矩传递装置包括驱动皮带轮，设置于所述发动机轴；从动皮带轮，设置于所述太阳轮延伸轴；驱动皮带，围绕设置于所述驱动皮带轮和所述从动皮带轮。

3.根据权利要求2所术的具有空调系统的车辆，其特征在于，所述从动皮带轮、电动机、太阳轮沿同一旋转中心线依次布置。

4.根据权利要求1所述的具有空调系统的车辆，其特征在于，所述空调压缩机轴与所述行星架之间设置有离合装置，以选择性地从压缩机轴转动地断开所述行星架，并制止所述空调压缩机的转动。

5.根据权利要求1所述的具有空调系统的车辆，其特征在于，所述空调压缩机为容积可变式制冷压缩机。

6.根据权利要求1所述的具有空调系统的车辆，其特征在于，设置有锁止机构，作用于所述行星架，选择性地防止所述行星架的转动。

7.一种用于运行传统车辆空调的方法，所述的车辆包括发动机、行星齿轮机构、用于连接发动机和行星齿轮机构的用于传动发动机扭矩的扭矩传递装置、分别与行星齿轮机构转动元件相连接的电动机、空调压缩机，设置于行星齿轮机构与空调压缩机之间的离合器，包括以下步骤：

(a)使离合器分离，以起动机模式运行电动机，通过电动机向发动机轴施加扭矩；

(b)根据当前环境对空调的需求选择步骤(d)或步骤(e)；

(c)由发动机通过扭矩传递装置、行星齿轮机构向压缩机传递扭矩，并由电动机输出扭矩，调节传递到压缩机的扭矩；

(d)以发电模式运行电动机，由发动机通过扭矩传递装置、行星齿轮机构向压缩机传递扭矩，并由电动机接收扭矩并为电池充电，调节传递到压缩机的扭矩；

(e)不需要空调时，断开离合器。