CN204109778U - 具有空调系统的混合动力车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有空调系统的混合动力车辆，提供一种具有空调系统的混合动力车辆，具有发动机，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；扭矩分配机构，三个转动构件，分别与所述发动机轴、电动机驱动轴、空调压缩机轴连接，进行扭矩传递；所述发动机轴与所述扭矩分配机构之间设置有扭矩传递装置，所述扭矩传递装置包括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。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

具有空调系统的混合动力车辆

技术领域

本实用新型涉及混合动力车辆，尤其是针对空调精心设计的混合动力车辆。 

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。 

实用新型内容

本实用新型提供一种具有空调系统的混合动力车辆，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。 

本实用新型提供一种具有空调系统的混合动力车辆，具有发动机，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；扭矩分配机构，三个转动构件，分别与所述发动机轴、电动机驱动轴、空调压缩机轴连接，进行扭矩传递； 

所述发动机轴与所述扭矩分配机构之间设置有扭矩传递装置，所述扭矩传递装置包括选择性地断开发动机轴和电动机驱动轴之间扭矩传递的离合部件。 

作为本实用新型的一种实施方式，所述扭矩传递装置包括安装于发动机轴的驱动皮带轮，安装于扭矩分配机构的电控离合器皮带轮，和围绕驱动皮带轮和离合器皮带轮安装的驱动皮带。 

作为本实用新型的另一种实施方式，所述扭矩分配机构为行星齿轮组构件，所述三个转动构件分别为太阳轮、行星架和齿圈。 

进一步，所述发动机轴与太阳轮延伸轴相连，所述电动机驱动轴与所述齿圈相连，所述空调压缩机与所述行星架相连。 

或者，所述发动机与行星架延伸轴相连，所述电动机与所述齿圈相连，所述空调压缩机与所述太阳轮相连。 

又或者，包括锁止机构，设置于所述扭矩分配机构，选择性地锁 止与所述空调压缩机驱动轴连接的转动构件。 

还提供一种用于运行混合动力车辆空调的方法，所述的车辆包括发动机、扭矩分配装置、用于连接发动机和变速装置的离合皮带传动装置、连接于变速装置的电动机以及连接于扭矩分配装置的压缩机，包括以下步骤： 

(a)使扭矩分配装置的连接于离合器皮带轮，使驱动皮带轮安装在发动机轴上，以及使驱动皮带围绕驱动皮带轮和离合皮带轮安装以在其间传递扭矩；使电动机驱动轴连接于扭矩分配装置； 

(b)根据对空调的需求选择步骤(c)或步骤(d)； 

(c)接合离合器皮带轮，从发动机向空调压缩机传递扭矩； 

(d)接合离合器皮带轮，从电动机向空调压缩机传递扭矩。 

(e)不需要空调时，断开离合器皮带轮，并且不使用电动机向空调压缩机传递扭矩。 

附图说明

图1为本实用新型提供的第一种实施例。 

图2是本实用新型提供的第二种实施例。 

附图标记如下： 

100是本实用新型的空调装置，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是电动机驱动轴，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是制动装置。 

具体实施方式

如本实用新型的实用新型主题，本实用新型提供的是一种混合动 力车辆方案，尤其是针对混合动力车辆中空调的驱动方案。 

图1给出了用于混合动力系统中空调驱动部分结构的示意图。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驱动轴31。还具有一扭矩分配机构，具有三个可转动构件，其中两个构件分别连接至发动机轴、电动机驱动轴，用于接收从发动机和/或者电动机输出的扭矩；另一构件连接于空调压缩机驱动轴，用于调节由发动机或者电动机输出到空调压缩机的扭矩。为了描述方便，本实用新型中发动机10是由皮带起动型(BSG)的发动机，具有驱动皮带轮20，安装于发动机轴11。具有从动皮带轮21，安装于扭矩分配机构其中一构件的延伸轴，围绕驱动皮带轮20与从动皮带轮21安装有驱动皮带。从动皮带轮21设置成电控离合器皮带轮，即能够将发动机轴11选择性地接合扭矩分配机构的其中一转动构件，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可以传递至扭矩分配机构，最终作用于空调压缩机。上述电动机30的电动机驱动轴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。 

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实用新型保护范围的限制，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驱动轴之间扭矩传递的离合部件的装置都可以看成是本实用新型的变型。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，对本实用新型的详细内容进行说明。 

本实用新型中扭矩分配机构具有三个相互连接的转动构件，分别连接发动机轴11、电动机驱动轴31和压缩机驱动轴41。具有三个相互连接的转动构件的扭矩分配机构可以是平行轴变速器，也可以是类似于行星齿轮组的构件。行星齿轮组机构作为本实用新型一种优选的变速机构模式，被配置如下：构成行星齿轮组的三个转动构件彼此持续转动连接，分别被称为太阳轮63、行星架62和齿圈61。在图1所示的实施例中，太阳轮63设置有延伸轴64，其连接至从动皮带轮21，齿圈被连接至电动机驱动轴31，行星架被连接至空调压缩机驱动轴41。 

在本实用新型的另一种实施例中，行星齿轮组机构的三个转动构件以不同于实施例1的方式连接至发动机、电动机和空调压缩机。本实用新型未用附图示出该实施方式，但是可以理解，可以将皮带从动轮与行星架的延伸轴相连，电动机驱动轴与齿圈相连，空调压缩机驱动轴与所述太阳轮相连。 

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。混合动力车辆在运行时，低速启动通常不启 动发动机，而使用车内驱动电动机行驶。对于空调系统来说，此时若需要使用空调，只能使用电机30驱动。从动皮带轮21的电控离合器接合，但是由于发动机启动需要一定的扭矩，启动电动机30后调节电动机30扭矩大小使连接发动机轴11的转动构件输出扭矩在发动机启动所需扭矩大小以下。众所周知，对于NGW型行星齿轮组，其转动构件行星齿架、齿圈、太阳轮存在固定关系，只需要适当调节电动机30输出扭矩，就可以控制发动机轴11端扭矩低于发动机10启动所需扭矩。当发动机10启动后，发动机扭矩通过皮带轮传递至行星齿轮机构。以图1的结构为例，发动机扭矩通过驱动皮带轮20、从动皮带轮21以及驱动皮带22传递至太阳轮63，导致太阳轮63转速瞬间升高，为了不使空调压缩机40转速上升，需要调节电动机30的转速，以维持空调压缩机40的转速在预定转速区间内。当不需要开启空调时，只需脱开从动皮带轮21的电控离合器，断开从发动机至行星齿轮机构的扭矩传递即可。 

图2显示本实用新型的另一种实施方式，该实施例与第一实施例类似，因此相同的元件标号用于指示相同的元件。扭矩分配装置，具有三个活动的转动构件，发动机10具有发动机轴11，通过扭矩传递装置，如皮带轮组，连接至扭矩分配装置的一个转动构件。电动机30、压缩机40分别连接至扭矩分配装置其余两个转动构件。对于行星齿轮组，三个转动构件分别为太阳轮、行星架和齿圈。图2所显示的是将发动机轴通过据矩传递装置连接至太阳轮63延伸轴，压缩机驱动轴41连接至行星架62，电动机驱动轴连接至齿圈61。此外，设 置有锁止机构70，用于锁止空调压缩机。本实施例的系统运行如下：混合动力车辆起步时，通过车内驱动电机启动车辆，此时发动机不启动，从动皮带轮21的电控离合器接合。此时为了不误启动发动机，需要充分设计行星齿轮组各齿轮参数、电动机30的输出扭矩以及空调压缩机40所需要的矩扭。与实施例1不同的是，当需要发动机启动时，设置有锁止机构70将空调压缩机锁住，防止其转动。由于空调压缩机驱动轴与扭矩分配机构相连，锁止机构70同时也将扭矩分配机构中与空调压缩机驱动轴相连接的转动构件锁止，如图2中的行星架。然后加大电动机30的输出扭矩，以拖动启动发动机。发动机10启动以后，发动机扭矩通过皮带轮传递至行星齿轮机构。以图2的结构为例，发动机扭矩通过驱动皮带轮20、从动皮带轮21以及驱动皮带22传递至太阳轮63，导致太阳轮63转速瞬间升高，为了不使空调压缩机40转速上升，需要调节电动机30的转速，以维持空调压缩机40的转速在预定转速区间内。当不需要开启空调时，只需脱开从动皮带轮21的电控离合器，断开从发动机至行星齿轮机构的扭矩传递即可。此外，不使用空调时，可以通过锁止机构70将空调压缩机锁住，利用发动机10驱动电动机30给电池充电。与图1的实施例相比，图2的结构具有启动发动机和利用电动机30充电的功能，可以节省车辆系统机构结构和外部能源输入，缺点在于，启动发动机的瞬间需要使压缩机停止工作。 

本实用新型还提供一种用于运行混合动力车辆空调的方法，使用如图1所示的空调系统，针对空调系统的使用，包括以下步骤： 

(a)使扭矩分配装置的连接于离合器皮带轮，使驱动皮带轮安装在发动机轴上，以及使驱动皮带围绕驱动皮带轮和离合皮带轮安装以在其间传递扭矩；使电动机驱动轴连接于扭矩分配装置；在图1中，将驱动皮带轮20连接于发动机轴11，将太阳轮延伸轴64连接于从动皮带轮21，将空调压缩机驱动轴41连接于行星架62。 

(b)获取当前对空调的需求，可以通过空间温度传感器等获取温度的方式计算所需的空调压缩机的转速。该需求包括：是否需要启动空调，以及所需空调的功率。 

(c)接合离合器皮带轮，扭矩从发动机向空调压缩机传递； 

(e)接合离合器皮带轮，扭矩从电动机向空调压缩机传递。 

(f)不需要空调时，断开离合器皮带轮，并且不使用电动机向空调压缩机传递扭矩。 

Claims (6)

1.一种具有空调系统的混合动力车辆，具有 

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； 

扭矩分配机构，具有三个转动构件，分别与所述发动机轴、电动机驱动轴、空调压缩机轴连接，进行扭矩传递； 

所述发动机轴与所述扭矩分配机构之间设置有扭矩传递装置，所述扭矩传递装置包括选择性地断开发动机轴和电动机驱动轴之间扭矩传递的离合部件。 

2.根据权利要求1所述的具有空调系统的混合动力车辆，其特征在于，所述扭矩传递装置包括安装于发动机轴的驱动皮带轮，安装于扭矩分配机构的电控离合器皮带轮，和围绕驱动皮带轮和离合器皮带轮安装的驱动皮带。 

3.根据权利要求1所述的具有空调系统的混合动力车辆，其特征在于，所述扭矩分配机构为行星齿轮组构件，所述三个转动构件分别为太阳轮、行星架和齿圈。 

4.根据权利要求3所述的具有空调系统的混合动力车辆，其特征在于，所述发动机轴与太阳轮延伸轴相连，所述电动机驱动轴与所述齿圈相连，所述空调压缩机与所述行星架相连。 

5.根据权利要求3所述的具有空调系统的混合动力车辆，其特征在于，所述发动机与行星架延伸轴相连，所述电动机与所述齿圈相连，所述空调压缩机与所述太阳轮相连。 

6.根据权利要求3所述的具有空调系统的混合动力车辆，其特征在于，包括锁止机构，设置于所述扭矩分配机构，选择性地锁止与所述空调压缩机驱动轴连接的转动构件。