DE102007061582A1

DE102007061582A1 - Kraftfahrzeug mit einer Kältemaschine

Info

Publication number: DE102007061582A1
Application number: DE102007061582A
Authority: DE
Inventors: Helge Jenco; Martin Mielke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-06-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit: - einem Energiespeicher, - einer dem Energiespeicher zugeordneten und während einer Parkphase des Kraftfahrzeuges abstellbaren Antriebseinheit zur Versorgung des Kraftfahrzeuges mit mechanischer Antriebsenergie während einer Betriebsphase, - einer mittels des Energiespeichers mit Energie versorgbaren Kältemaschine zum Erzeugen eines unterhalb eines Energieniveaus einer Umgebung des Kraftfahrzeuges liegenden Energieniveaus. Um eine verbesserte Kühlung des Kraftfahrzeuges zu ermöglichen, ist die Kältemaschine während der Parkphase des Kraftfahrzeuges unabhängig von der Antriebseinheit betreibbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher, einer dem Energiespeicher zugeordneten und während einer Parkphase des Kraftfahrzeugs abstellbaren Antriebseinheit zur Versorgung des Kraftfahrzeugs mit mechanischer Antriebsenergie während einer Betriebsphase des Kraftfahrzeugs und einer mittels des Energiespeichers mit Energie versorgbaren Kältemaschine zum Erzeugen eines unterhalb eines Anergieniveaus einer Umgebung des Kraftfahrzeuges liegenden Anergieniveaus.
Kraftfahrzeuge mit Kältemaschinen sind bekannt. Insbesondere sind die Kältemaschinen Teil einer Klimaanlage, beispielsweise zum Klimatisieren eines Innenraums des Kraftfahrzeuges. Die Kältemaschinen können mit der zur Kälteerzeugung notwendigen Energie versorgt werden. Dies kann beispielsweise über eine mechanische Kopplung mit der Antriebseinheit erfolgen. Ferner ist es bekannt, die Kältemaschine elektrisch anzutreiben, wobei die dafür benötigte elektrische Energie dem Energiespeicher entnehmbar sein kann. Die DE 60 2004 001 007 T2 bezieht sich auf einen elektrischen Verdichter, der in einer Fahrzeug-Klimaanlage verwendet wird. Ferner ist es bekannt, eine elektrische Klimaanlage für Kraftfahrzeuge mit einem Hybridantrieb zu verwenden. Die DE 11 2005 002 717 T5 offenbart eine Steuervorrichtung für ein Fahrzeugsantriebssystem, wobei das Fahrzeug eine elektrische Klimaanlage aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Klimatisierung eines Kraftfahrzeuges zu ermöglichen.
Die Aufgabe ist mit einem Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher, einer dem Energiespeicher zugeordneten und während einer Parkphase des Kraftfahrzeugs abstellbaren Antriebseinheit zur Versorgung des Kraftfahrzeugs mit mechanischer Antriebsenergie während einer Betriebsphase des Kraftfahrzeugs und einer mittels des Energiespeichers mit Energie versorgbaren Kältemaschine zum Erzeugen eines unterhalb eines Anergieniveaus einer Umgebung des Kraftfahrzeuges liegenden Anergieniveaus, dadurch gelöst, dass die Kältemaschine während der Parkphase des Kraftfahrzeuges unabhängig von der Antriebseinheit betreibbar ist. Vorteilhaft kann die Kältemaschine auch bei abgeschalteter Antriebseinheit, also beispielsweise bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor, betrieben werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, einen Innenraum des Kraftfahrzeuges kurz vor einem Start, also vor einem Inbetriebnehmen, bereits zu temperieren, insbesondere herunterzukühlen. Neben einer deutlichen Komfortsteigerung kann so auch die aktive Sicherheit des Kraftfahrzeugs erhöht werden, da ein Fahrer von Anfang an ein angenehmes Klima beim Fahren hat. Vorteilhaft entfällt die übliche Herunterkühl phase an einem Anfang der Fahrt. Der Fahrer kann mithin seine Fahrt entspannter und konzentrierter beginnen.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Kältemaschine von der Antriebseinheit mit mechanischer Energie versorgbar ist. Vorteilhaft kann die ohnehin mittels der Antriebseinheit erzeugbare mechanische Energie zum Betrieb der Kältemaschine abgezweigt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Kältemaschine über eine erste Kupplung der Antriebseinheit zuordenbar ist. Vorteilhaft kann die Kältemaschine von der Antriebsseinheit abgekoppelt werden. Dies kann beispielsweise erfolgen, für den Fall, dass die Antriebseinheit außer Betrieb genommen ist, beispielsweise bei der Parkphase des Kraftfahrzeuges. Es ist möglich, die Kältemaschine gänzlich unabhängig von dem Betriebszustand der Antriebseinheit zu betreiben, so dass beispielsweise beim Parken des Kraftfahrzeuges ein Innenraum des Kraftfahrzeuges mit Kälte zur Kühlung desselben versorgbar ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Kältemaschine einen elektrisch antreibbaren Kompressor, Peltierlemente und/oder einen thermischen Verdichter aufweist. Die Kältemaschine kann vorteilhaft beispielsweise mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei ein Verbrennungsmotor der Antriebseinheit stillsteht. Der mittels Wärmeeintrag betreibbare Verdampfer kann beispielsweise durch eine kontrollierte Verbrennung von Kraftstoff erwärmt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Energiespeicher einen Speicher zum Aufnehmen und Abgeben von fossiler Energie, einen Wasserstoffspeicher, einen Elektroenergiespeicher und/oder einen Speicher zum Aufnehmen und Abgeben mechanischer Energie und/oder einen Energiewandler, insbesondere eine Brennstoffzelle, aufweist. Der Energiespeicher kann sowohl die Antriebseinheit als auch die Kältemaschine mit Energie versorgen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass ein Triebstrang des Kraftfahrzeuges zumindest eines der folgenden Merkmale aufweist: Den Verbrennungsmotor, zumindest einen Elektromotor zur Versorgung des Kraftfahrzeuges mit mechanischer Antriebsenergie. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um ein Hybridfahrzeug handeln, bei dem neben dem Verbrennungsmotor eine andere Antriebsquelle, beispielsweise der Elektromotor, beispielsweise alleine oder unterstützend zur Verfügung steht.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der zumindest eine Elektromotor des Triebstrangs der Kältemaschine zuordenbar ist. Vorteilhaft kann der eigentlich zur Versor gung des Kraftfahrzeuges mit mechanischer Antriebsenergie vorgesehene zumindest eine Elektromotor zusätzlich zum Antrieb der Kältemaschine hergenommen werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der zumindest eine Elektromotor des Triebstrangs der Kältemaschine über die erste Kupplung zuordenbar ist. Vorteilhaft kann die Kältemaschine, sofern sie nicht benötigt wird, von dem Triebstrang des Kraftfahrzeuges abgekoppelt werden. Hierdurch kann ein unnötiger Energieverbrauch eingespart werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der zumindest eine Elektromotor vom übrigen Triebstrang, insbesondere mittels einer zweiten Kupplung, abtrennbar ist. Es ist vorteilhaft möglich, den Elektromotor während der Parkphase vom übrigen Triebstrang abzukoppeln und gleichzeitig mittels der ersten Kupplung dem zumindest einen Elektromotor die Kältemaschine zuzuordnen. Der Elektromotor kann vorteilhaft mittels des Elektroenergiespeichers mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei ein vom Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges unabhängiger Betrieb der Kältemaschine zur Kühlung des Innenraums des Kraftfahrzeuges während der Parkphase möglich ist. Es ist jedoch auch möglich, das beschriebene Konzept bei einem Kraftfahrzeug mit reinem Elektroantrieb vorzusehen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Kältemaschine während der Parkphase mittels einer Zeitschaltuhr und/oder Fernbedienung schaltbar ist. Vorteilhaft kann ein Benutzer des Kraftfahrzeuges mittels der Zeitschaltuhr und/oder der Fernbedienung bereits vor Antritt einer Fahrt wählen beziehungsweise schalten, dass die Kältemaschine zur Kühlung des Innenraums des Kraftfahrzeuges in Gang gesetzt wird.
Die Aufgabe ist außerdem mit einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit einer Kältemaschine mit zumindest einem der vorab beschriebenen Merkmale, die während einer Parkphase des Kraftfahrzeuges unabhängig von einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs betreibbar ist, gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeuges mit einem Energiespeicher und einer Kältemaschine; und
2 eine weitere schematische Ansicht eines Triebstrangs eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor sowie einer dem Elektromotor zuordenbaren Kältemaschine.
1 zeigt schematisch einen Teil eines Kraftfahrzeuges 1 mit einem Triebstrang 3 zum Versorgen von Antriebsrädern 5 über ein Differenzial 7 mit mechanischer Antriebsenergie. Zur Erzeugung der mechanischen Antriebsenergie weist der Triebstrang 3 des Kraftfahrzeugs 1 eine Antriebseinheit 2 auf, die mittels eines Energiespeichers 9 mit Energie versorgbar ist. Die Antriebseinheit 2 wandelt die mittels des Energiespeichers 9 gespeicherte Energie in die mechanische Antriebsenergie zum Antrieb der Antriebsräder 5 um. Der Energiespeicher 9 kann beispielsweise zur Speicherung eines fossilen Energieträgers, beispielsweise Benzin, Diesel, Gas, und zur Speicherung von Wasserstoff und/oder zur Speicherung elektrischer Energie oder anderer Energieformen ausgelegt sein. Ferner ist es möglich, dass der Energiespeicher 9 mehrere dieser Komponenten, beispielsweise eine Batterie und einen Kraftstofftank aufweist. Überdies ist es möglich, dass der Energiespeicher 9 selbst einen Energiewandler, beispielsweise eine Brennstoffzelle, aufweist. Entsprechend der mittels des Energiespeichers 9 speicherbaren Energie kann die Antriebseinheit 2 des Triebstrangs 3 beispielsweise einen Verbrennungsmotor und/oder einen Elektromotor aufweisen. Der Energiespeicher 9 ist neben dem Triebstrang 3 auch einer Kältemaschine 13 zugeordnet: Die Kältemaschine 13 ist zur Kühlung von Komponenten des Kraftfahrzeuges 1, beispielsweise eines nicht näher dargestellten Innenraums, ausgelegt und kann dazu ein unter einem Anergieniveau einer ebenfalls nicht näher dargestellten Umgebung des Kraftfahrzeuges 1 liegendes Energieniveau bereitstellen. Die Kältemaschine 13 weist einen mechanisch antreibbaren Kälteerzeuger 15, beispielsweise einen Kompressor, kombiniert mit einem in einem Verdampfer und Kühler umlaufenden Kühlmittel. Der nicht näher dargestellte Kompressor des Kälteerzeugers 15 kann mittels des Elektroantriebs 11 und/oder, gegebenenfalls alternativ, gestrichelt dargestellt, über eine erste Kupplung 17 mittels in dem Triebstrang 3 bereitstehender mechanischer Energie angetrieben werden. Es ist jedoch auch denkbar, anstelle des Elektroantriebs einen eigenen Verbrennungsmotor oder eine andere Brennkraftmaschine vorzusehen. Es ist ebenfalls denkbar, die vom Kälteerzeuger 15 benötigte Energie mittels eines thermischen Verdichters bereitzustellen. Schließlich ist es denkbar, als Kälteerzeuger Peltierlemente vorzusehen. Es ist ersichtlich, dass bei geöffneter erster Kupplung ein von dem Triebstrang 3 gänzlich unabhängiger Betrieb der Kältemaschine 13 möglich ist. Dies kann beispielsweise in bestimmten Fahrzuständen, beispielsweise bei sehr hohen Drehzahlen, erfolgen, wobei eine energetische Optimierung der Kältemaschine 13 möglich ist, so dass deren Energieaufnahme minimal wird. Es ist jedoch auch denkbar, bei geöffneter erster Kupplung bei gänzlich stillstehendem Triebstrang 3 beziehungsweise abgeschaltetem Triebstrang 3, also geparktem Kraftfahrzeug 1, die Kältemaschine 13 zum Kühlen des Kraftfahrzeu ges 1 zu betreiben. Dazu ist es möglich, eine nicht näher dargestellte Klimaanlage des Kraftfahrzeuges 1 zu betreiben, insbesondere ein Gebläse des Kraftfahrzeuges 1.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Kraftfahrzeuges 1 mit einem weiteren Triebstrang 3. Der Triebstrang 3 weist einen Verbrennungsmotor 19 und einen Elektromotor 21 auf. Der Triebstrang 3 des Kraftfahrzeuges 1 weist einen dem Verbrennungsmotor 19 zugeordneten Haupttriebstrang 23 und einen dem Elektromotor 21 zugeordneten Nebentriebstrang 25 auf. Sowohl der Haupttriebstrang 23 als auch der Nebentriebstrang 25 sind einem Getriebe 27, das zusätzlich neben einer Übersetzungseinstellung auch die Funktion einer Energieflussverzweigung übernimmt, zugeordnet. Der Elektromotor 21 ist über eine weitere, nicht näher dargestellte, Energieflussverzweigung des Nebentriebstrangs 25 und über die erste Kupplung 17 der Kältemaschine 13 zugeordnet. Außerdem ist der Elektromotor 21 über eine zweite Kupplung 29 des Nebentriebsstranges 25 dem Getriebe 27 zugeordnet. Der Verbrennungsmotor 19 ist über eine dritte Kupplung 31 des Haupttriebstrangs 23 ebenfalls dem Getriebe 27 zugeordnet. Je nach Stellung der Kupplungen 17, 29 und 31 sind verschiedene Betriebszustände des Kraftfahrzeuges 1 beziehungsweise des Triebstrangs 3 des Kraftfahrzeuges 1 möglich. Während einer Betriebsphase des Kraftfahrzeuges 1 ist bei einem ersten Betriebszustand die erste Kupplung 17 geöffnet, wobei beispielsweise die Kältemaschine 13 abgeschaltet sein kann oder unabhängig von Triebstrang 3 betreibbar ist. Je nach Fahrzustand des Kraftfahrzeuges 1 können die Kupplungen 29 und 31 geöffnet, geschlossen oder unterschiedliche Schließzustände aufweisen. In einem zweiten Betriebszustand kann die erste Kupplung 17 geschlossen sein, wobei die Kältemaschine 13 zur Kühlung des Kraftfahrzeuges 1 betreibbar ist. Die dazu notwendige mechanische Energie kann mittels des Elektromotors 21 bereitgestellt werden. Es ist jedoch auch denkbar, bei einem dritten Betriebszustand gleichzeitig die zweite Kupplung 29 und die dritte Kupplung 31 zu schließen, wobei der Energiefluss in Richtung Kältemaschine 13 je nach Ansteuerung des Elektromotors 21 von dem Verbrennungsmotor 19 oder dem Elektromotor 21 in einem beliebigen Verhältnis stammen kann. Bei einem vierten Betriebszustand ist es denkbar, die zweite Kupplung 29 zu öffnen und die erste Kupplung 17 zu schließen. Dieser Zustand kann beispielsweise einem Fahrzustand des Kraftfahrzeuges 1 mit ausschließlichem Verbrennungsmotorantrieb oder der Parkphase, also abgestelltem Verbrennungsmotor 19, entsprechen. Es ist denkbar, bei dieser Betriebsweise die Kältemaschine 13 in geparktem Zustand des Kraftfahrzeuges 1 mittels des Elektromotors 21 mit mechanischer Energie zu versorgen. Vorteilhaft kann je nach Auslegung der Kältemaschine 13 gänzlich auf einen eigenen Elektroantrieb 11, wie in 1 dargestellt ist, verzichtet werden. Die Kältemaschine 13 kann besonders klein, kostengünstig und leicht ausgelegt werden.
Vorteilhaft kann die Kühlung des nicht näher dargestellten Innenraums des Kraftfahrzeuges 1 über eine in der Regel, ebenfalls nicht näher dargestellte, vorhandene Klimaanlage, der die Käl temaschine 13 zugeordnet ist, erfolgen. Die Steuerung kann beispielsweise über eine Steuereinheit 37, beispielsweise mit einer Fernbedienung 35 und einer Funkstrecke 33 erfolgen. Es ist denkbar, dass die Steuereinheit 37 alternativ oder zusätzlich zur Funkstrecke 33 und zur Fernbedienung 35 eine Zeitschaltuhr aufweist.
Damit die nicht näher dargestellte Klimaanlage des Kraftfahrzeuges 1 auch bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 19 beziehungsweise sich außer Betrieb befindlichem Triebstrang 3 betreibbar ist, kann der Kälteerzeuger 15 der Kältemaschine 13 vom Nebentriebstrang 25 mittels der ersten Kupplung 17 abgekoppelt werden. Vorteilhaft ist auch, dass so die Kältemaschine 13 auf eine optimale Drehzahl auslegbar ist und nicht in einem gesamten Motordrehzahlbereich des Verbrennungsmotors 19 eine optimale beziehungsweise ausreichende Kühlung gewährleisten muss. Vorteilhaft bietet dies Potenzial zur Gewichts- und Verbrauchsreduzierung und auch zur Reduzierung eines CO₂-Ausstoßes des Kraftfahrzeuges 1.
Die zum Betrieb des Kälteerzeugers 15 der Kältemaschine 13, beispielsweise eines nicht näher dargestellten Klimakompressors, notwendige Energie kann auf vielfältige Weise gewonnen werden, beispielsweise mittels des Energieträgers Kraftstoff oder von Fahrzeugbatterien des Energiespeichers 9. Batterien können besonders vorteilhaft bei Hybridfahrzeugen beziehungsweise Teilhybridfahrzeugen genutzt werden, da diese eine vergleichsweise große Kapazität aufweisen.
Vorteilhaft kann eine Standkühlung realisiert werden, die auch ohne eingeschaltete Zündung des Kraftfahrzeugs 1 funktioniert. Zusätzlich ist es möglich, eine nicht näher dargestellte Lüftung einer der Kältemaschine 13 zugeordneten Klimaanlage während der Parkphase des Kraftfahrzeuges 1 zu betreiben.
Vorteilhaft kann das Kraftfahrzeug 1 eine Sicherheitsvorrichtung zur Abschaltung der Kältemaschine 13 aufweisen, die dazu ausgelegt ist, ein vollständiges Leeren des Energiespeichers 9 so zu vermeiden, dass in jedem Fall ein Motorstart und eine sich daran anschließende Mindestfahrstrecke des Kraftfahrzeuges 1 sichergestellt ist.

1: Kraftfahrzeug
2: Antriebseinheit
3: Triebstrang
5: Antriebsräder
7: Differenzial
9: Energiespeicher
11: Elektroantrieb
13: Kältemaschine
15: Kälteerzeuger
17: erste Kupplung
19: Verbrennungsmotor
21: Elektromotor
23: Haupttriebstrang
25: Nebentriebstrang
27: Getriebe
29: zweite Kupplung
31: dritte Kupplung
33: Funkstrecke
35: Fernbedienung
37: Steuereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 602004001007 T2 [0002]
- DE 112005002717 T5 [0002]

Claims

Kraftfahrzeug (1) mit: – einem Energiespeicher (9), – einer dem Energiespeicher (9) zugeordneten und während einer Parkphase des Kraftfahrzeuges (1) abstellbaren Antriebseinheit (2) zur Versorgung des Kraftfahrzeuges mit mechanischer Antriebsenergie während einer Betriebsphase, – einer mittels des Energiespeichers (9) mit Energie versorgbaren Kältemaschine (13) zum Erzeugen eines unterhalb eines Anergieniveaus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) liegenden Anergieniveaus, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (13) während der Parkphase des Kraftfahrzeuges (1) unabhängig von der Antriebseinheit (2) betreibbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (13) von der Antriebseinheit (2) mit mechanischer Energie versorgbar ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (13) über eine erste Kupplung (17) der Antriebseinheit (2) zuordenbar ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (13) einen elektrisch antreibbaren Kompressor, Peltierlemente und/oder einen thermischen Verdichter aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (9) einem Speicher zum Aufnehmen und Abgeben von fossiler Energie, einen Wasserstoffspeicher, einen Elektroenergiespeicher, einen Speicher zum Aufnehmen und Abgeben von mechanischer Energie, und/oder einen Energiewandler, insbesondere eine Brennstoffzelle, aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Triebstrang (3) des Kraftfahrzeuges (1) zumindest eines der folgenden Merkmale aufweist: – den Verbrennungsmotor (19), – zumindest einen Elektromotor (21) zur Versorgung des Kraftfahrzeuges (1) mit der mechanischen Antriebsenergie.
Kraftfahrzeug nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Elektromotor (21) des Triebstrangs (3) der Kältemaschine (13) zuordenbar ist.
Kraftfahrzeug nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Elektromotor (21) des Triebstrangs (3) der Kältemaschine (13) über die erste Kupplung (17) zuordenbar ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Elektromotor (21) vom übrigen Triebstrang (3), insbesondere mittels einer zweiten Kupplung (29), abtrennbar ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (13) während der Parkphase mittels einer Zeitschaltuhr und/oder Fernbedienung (35) schaltbar ist.
Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug (1), mit einer Kältemaschine (13) mit zumindest einer Eigenschaft nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die während einer Parkphase des Kraftfahrzeuges (1) unabhängig von einer Antriebseinheit (2) des Kraftfahrzeuges (1) betreibbar ist.