DE10318637A1

DE10318637A1 - Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug und Steuereinheit dafür

Info

Publication number: DE10318637A1
Application number: DE10318637A
Authority: DE
Inventors: Shigeki Iwanami; Tsuneyuki Egami; Takuo Sakai; Hironori Asa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2003-11-06
Also published as: JP4036684B2; US20030200760A1; JP2004003407A; US6735962B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug und eine zugehörige Steuereinheit (100A) zum Steuern eines Kompressors (140). Die Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug enthält einen Kompressor (140) zum Komprimieren eines Kältemittels, eine Rotationsmaschine (130), die als Elektromotor und als Generator wirkt, und einen Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) zum Verteilen eines Motordrehmoments von einer Antriebswelle (112) auf eine Kompressorwelle (142) und eine Rotationsmaschinenwelle (132) und von der Rotationsmaschinenwelle (132) zu der Antriebswelle (112) und der Kompressorwelle (142). Ein Aussetzungsmechanismus (120) ist an dem Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) vorgesehen, um beliebige zwei der Antriebswelle (112), der Kompressorwelle (142) und der Rotationsmaschinenwelle (132) zu verbinden und zu trennen. Ein Verriegelungsmechanismus (160) ist zum Beschränken der Drehung der Kompressorwelle (142) vorgesehen. Der Kompressor (140) enthält einen Verstellmechanismus (145, 148) zum Verändern der Ausgabemenge je Drehung der Kompressorwelle (142).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug und eine Steuereinheit dafür, die geeigneterweise auf ein in einem Fahrzeug mit einer Leerlaufstopp-Funktion, welche den Motor automatisch abschaltet, wenn das Fahrzeug anhält, montiertes Kühlkreislaufgerät anwendbar sind.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Fahrzeuge mit der "Leerlaufstopp"-Funktion für eine bessere Kraftstoffeinsparung erschienen in den letzten Jahren auf dem Markt. Mit dem Leerlaufstopp schaltet der Motor automatisch ab, wenn das Fahrzeug anhält, ohne die Zündung auszuschalten. In einem herkömmlichen Fahrzeug bedeutet dies, dass die Klimaanlage während des Halts aufhört zu arbeiten, weil der Kompressor des Kühlkreislaufgeräts ebenfalls abschaltet, wenn die Energie von dem Motor abgeschaltet wird.

Die Erfinder haben eine Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-111054 gezeigt, welche dieses Problem lösen kann. Diese Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug kombiniert einen Elektromotor/Generator mit einem Kompressor und integriert einen Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus, der mit dem Verbrennungsmotor, dem Elektromotor/Generator und dem Kompressor über jeweilige Antriebswellen verbunden ist. Ein Verriegelungsmechanismus ist an der Antriebswelle des Kompressors vorgesehen, und eine Kupplung ist zwischen den Antriebswellen des Elektromotors/Generators und des Kompressors vorgesehen.

Dieses System erlaubt nicht nur die Energieversorgung des Kompressors durch den Elektromotor/Generator während des Abschaltens des Verbrennungsmotors, sondern ermöglicht auch einen flexiblen Betrieb des Elektromotors/Generators und des Kompressors entsprechend dem Betriebszustand es Verbrennungsmotors. Das System erreicht auch eine Vereinfachung seines Aufbaus durch Integrieren des Elektromotors/Generators und seiner Antriebsschaltung.

Nichtsdestotrotz besteht nach wie vor Bedarf an einer weiteren Verbesserung in der obigen Erfindung bezüglich der Komplexität in der Steuerung sowohl des Verriegelungsmechanismus als auch der Kupplung, wenn die Arbeitsleistung des Kompressors reguliert wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht der obigen Erläuterungen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug und eine Steuereinheit davon vorzusehen, durch welche die Leistungssteuerung des Kompressors einfach erzielt wird. Um die obige Aufgabe zu lösen, verwendet die vorliegende Erfindung die folgenden technischen Maßnahmen.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug einen Kompressor (140) zum Komprimieren eines Kältemittels in einem Kühlkreislaufgerät (200), eine als ein Generator und ein Elektromotor funktionierende Rotationsmaschine (130) und einen Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) zum Verteilen eines Drehmoments und einer Energie einer Antriebswelle (112). Die Antriebswelle (112) wird durch eine Antriebskraft eines Fahrzeugmotors (10) gedreht.

Der Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) verteilt das Drehmoment und die Energie auf eine Kompressorwelle (142) des Kompressors (140) und eine Welle (132) der Rotationsmaschine (130) und verteilt das von der Welle (132) der Rotationsmaschine (130) eingegebene Drehmoment und die eingegebene Energie auf die Antriebswelle (112) und auf die Kompressorwelle (142). Zusätzlich verbindet und trennt eine an dem Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) vorgesehene Aussetzungseinrichtung (120) beliebige zwei der Antriebswelle (112), der Kompressorwelle (142) und der Welle (132) der Rotationsmaschine (130). Ein Verriegelungsmechanismus (160) beschränkt die Drehung der Kompressorwelle (142). Der Kompressor (140) enthält einen Verstellmechanismus (145, 158) zum Variieren einer Ausgabemenge je Drehung der Kompressorwelle.

Bei dieser Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug wird die Aussetzungseinrichtung (120) verbunden, während der Fahrzeugmotor (10) läuft, sodass das Drehmoment und die Energie von der Antriebswelle (112) über den Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) zu der Kompressorwelle (142) und der Welle (132) der Rotationsmaschine (130) übertragen werden und der Kompressor (140) und die Rotationsmaschine (130) gleichzeitig aktiviert werden, wodurch sowohl ein Betrieb des Kühlkreislaufgeräts (200) durch den Kompressor (140) als auch eine Energieerzeugung durch die Rotationsmaschine (130) erzielt werden.

Während der Kompressor (140) in Betrieb ist, bleibt die Aussetzungseinrichtung (120) verbunden, und eine Ausgabemenge des Kompressors (140) ist entsprechend einer vorgegebenen Wärmelast des Kühlkreislaufsgeräts (200) mittels des Verstellmechanismus (145, 148) einfach veränderbar. Weil eine Änderung der Ausgabemenge kein Schalten der Aussetzungseinrichtung (120) beinhaltet, wird eine günstige Fahreigenschaft erreicht.

Wenn der Fahrzeugmotor (10) abgeschaltet wird, wird die Aussetzungseinrichtung (120) getrennt und die Rotationsmaschine (130) wird als ein Elektromotor betrieben und stellt dem Kompressor (140) durch den Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) Energie bereit. Dies erlaubt es dem Kompressor (140), die Klimatisierung fortzusetzen. Auch in diesem Zustand, in dem die Aussetzungseinrichtung (120) getrennt ist, ist eine Ausgabemenge des Kompressors (140) mittels des Verstellmechanismus (145) einfach veränderbar.

Der Betrieb der Rotationsmaschine (130) als Elektromotor in diesem Zustand mit der getrennten Aussetzungseinrichtung (120) und der durch den Verriegelungsmechanismus (160) beschränkten Kompressorwelle (142) dreht die Antriebswelle über den Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150), wodurch der Fahrzeugmotor (10) neu gestartet wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung sollte als Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) vorzugsweise ein Planetengetriebe (150) verwendet werden. Wenn die Aussetzungseinrichtung (120) verbunden ist, während der Fahrzeugmotor (10) läuft, drehen sich aufgrund der Eigenschaften des Planetengetriebes (150) sowohl die Kompressorwelle (142) als auch die Welle (132) der Rotationsmaschine (130) mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle. Demgemäß kann die Rotationsmaschine (130) weiter eine stabile Energieerzeugung durchführen, ohne durch Änderungen der Ausgabemenge des Kompressors (140) beeinflusst zu werden.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung kann der Verriegelungsmechanismus (160) eine Einwegekupplung (160) sein, welche eine Vorwärtsdrehung der Kompressorwelle (142) erlaubt und eine Rückwärtsdrehung derselben verhindert. Hierdurch wird die Verriegelung der Kompressorwelle (142) beim Starten des Fahrzeugmotors (10) mechanisch durchgeführt. Daher benötigt der Verriegelungsmechanismus (160) keine Steuerung und kann einfach aufgebaut werden.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist die Antriebswelle (112) mit einem Umlaufträger (152) des Planetengetriebes (150) verbunden, die Kompressorwelle (142) ist mit einem Hohlrad (153) des Planetengetriebes (150) verbunden, die Welle (132) der Rotationsmaschine (130) ist mit einem Sonnenrad (151) des Planetengetriebes (150) verbunden, und die Aussetzungseinrichtung (120) ist zwischen der Antriebswelle (112) und der Kompressorwelle (142) angeordnet. Hierdurch kann die Rotationsmaschine (130) kompakt aufgebaut sein und kann bei Betrieb als Elektromotor an den Kompressor (140) oder den Fahrzeugmotor (10) mit einer verringerten Drehzahl aber mit einer erhöhten Drehmomentübertragung das gleiche Energieniveau bereitstellen.

Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ist zwischen dem Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) und der Kompressorwelle (142) ein Begrenzermechanismus zum Unterbrechen der Drehmoment- und Energieübertragung zwischen der Antriebswelle (112) und der Kompressorwelle (142) und zwischen der Welle (132) der Rotationsmaschine (130) und der Kompressorwelle (142), wenn der Kompressor (140) blockiert ist, gesetzt. Hierdurch werden, selbst wenn der Kompressor (140) aus irgendeinem Grund blockiert sein sollte, der Fahrzeugmotor (10) und die Rotationsmaschine (130) geschützt. Deshalb werden Funktionen betreffend das Fahren nicht beeinträchtigt.

Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung sollte der Begrenzermechanismus (170) vorzugsweise näher an dem Kompressor (140) als die Einwegekupplung (160) angeordnet sein. Hierdurch kann die Einwegekupplung (160), selbst wenn der Begrenzermechanismus (160) arbeitet, nach wie vor die Kompressorwelle (142) zum Starten des Fahrzeugmotors (10) beschränken.

Der Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) ist eine wesentliche Komponente, da er eine Drehmoment- und Energieübertragung erzielt und somit eine gute Zuverlässigkeit bezüglich Haltbarkeit haben muss. Deshalb sollte gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung der Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) vorzugsweise innerhalb eines geschlossenen Raums (150b) angeordnet sein und die Antriebswelle (112), die Welle (132) der Rotationsmaschine (130) und die Kompressorwelle (142) sollten an in den geschlossenen Raum (150b) ragenden Stellen vorzugsweise mit Dichtelementen (300a bis 300d) versehen sein.

Hierdurch wird ein Austritt eines zuvor eingebrachten Schmieröls in den Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) aus dem geschlossenen Raum (150b) verhindert, und mit diesem in dem Raum zurückgehaltenen Schmieröl werden die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) verbessert. Diese Anordnung verhindert auch eine durch eine Verunreinigung der Rotationsmaschine (130) und der Aussetzungseinrichtung (120) mit Schmieröl verursachte Zuverlässigkeitsverschlechterung der Rotationsmaschine (130) oder der Aussetzungseinrichtung (120), insbesondere wenn die Rotationsmaschine (130) ein Bürstentyp ist und die Aussetzungseinrichtung (120) die Verbindungs- und Trennfunktionen durch Reibung durchführt.

Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung kann die Aussetzungseinrichtung (120) eine Kupplung (120a, 120b) sein, die mit Schmieröl arbeitet und die zusammen mit dem Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) innerhalb des geschlossenen Raums (150b) angeordnet ist. In einem solchen Fall wird die Zuverlässigkeit sowohl des Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) als auch der Kupplung (120a, 120b) wegen des zurückgehaltenen Schmieröls verbessert.

Gemäß einem neunten Aspekt der Erfindung kann die Rotationsmaschine (130) eine bürstenlose Rotationsmaschine (130) sein und zusammen mit dem Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) innerhalb des geschlossenen Raums (150b) angeordnet sein. In diesem Fall kann auf Öldichtungen (300b) für die Welle (132) der Rotationsmaschine (130) verzichtet werden.

Gemäß einem zehnten Aspekt der Erfindung ist die Aussetzungseinrichtung (120) eine Kupplung (120a, 120b), die mit Schmieröl arbeitet. Die Rotationsmaschine (130) ist eine bürstenlose Rotationsmaschine (130), und der Aussetzungseinrichtung (120), der Rotationsmaschine (130) und dem Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) werden das Kältemittel zugeführt.

Bei einer solchen Konstruktion wird die Rotationsmaschine (130) durch das Kältemittel gekühlt und zeigt eine bessere Haltbarkeit. Sie kann auch kompakter aufgebaut werden. Weil die Rotationsmaschine (130) von einem bürstenlosen Typ ist, besteht kein Risiko, dass Schmieröl in dem Kältemittel Probleme für mit Energie versorgte Elemente verursacht. Ebenso profitieren der Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) und die Kupplung (120a, 120b) von dem Schmieröl in dem Kältemittel und zeigen dadurch bessere Haltbarkeit und Funktionalität.

Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Steuereinheit einer Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug eine Funktion des automatischen Abschaltens des Fahrzeugmotors (10) entsprechend dem Fahrzustand auf. Die Steuereinheit enthält die Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug nach einem der ersten bis zehnten Aspekte und eine Steuereinrichtung (190) zum Steuern der Funktionen des Verstellmechanismus (145, 148), der Rotationsmaschine (130) und der Verbindung und der Trennung der Aussetzungseinrichtung (120).

Die Steuerung der Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug enthält das Verbinden der Aussetzungseinrichtung (120), während der Fahrzeugmotor (10) läuft, das Trennen der Aussetzungseinrichtung (120), während der Fahrzeugmotor (10) nicht läuft, und das Drehen der Rotationsmaschine (130) in eine Rückwärtsrichtung, um so als ein Elektromotor zum Antreiben des Kompressors (140) zu arbeiten. Zusätzlich besteht die Steuerung aus dem Trennen der Aussetzungseinrichtung (120) beim Starten des Fahrzeugmotors (10), dem Drehen der Rotationsmaschine (130) in eine Vorwärtsrichtung, um so als ein Elektromotor zum Starten des Fahrzeugmotors (10) zu arbeiten, und dem Antreiben des Verstellmechanismus (145, 148) während des Betriebs des Kompressors (140), um eine Ausgabemenge des Kompressors (140) entsprechend einer vorgegebenen Wärmelast des Kühlkreislaufgeräts (200) zu verändern.

Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sollte selbstverständlich sein, dass die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung angeben, nur Veranschaulichungszwecken dienen, und nicht den Schutzumfang der Erfindung einschränken sollen. Die oben angegebenen Bezugsziffern entsprechen Einrichtungen der später beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen kompletter verständlich. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung des Aufbaus eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, angewendet auf ein Kühlkreislaufgerät in einem Fahrzeug mit einer Leerlaufstopp-Funktion;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug von Fig. 1;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug von Fig. 2, bei dem die elektromagnetische Kupplung; getrennt ist;

Fig. 4 ein Flussdiagramm der Steuerung der Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines modifizierten Beispiels der Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug des dritten Ausführungsbeispiels;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht einer Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht eines modifizierten Beispiels der Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug des vierten Ausführungsbeispiels; und

Fig. 10 eine Querschnittsansicht einer Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist nur beispielhaft und soll in keiner Weise eine Einschränkung der Erfindung, ihrer Anwendung oder ihrer Nutzungen darstellen.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 bis Fig. 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Zuerst werden seine speziellen Konstruktionen unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben.

Bezugsziffer 100A in Fig. 1 bezeichnet eine Steuereinheit einer Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug, welches eine Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug (nachfolgend "Mehrzweckhilfsmaschine") 100 und eine Steuerung 190 enthält. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt ein Beispiel, bei dem die Steuereinheit 100A auf ein an einem Fahrzeug mit der Leerlaufstopp-Funktion, welche den Fahrzeugmotor 10 abschaltet, wenn das Fahrzeug zu einem Halt kommt, montiertes Kühlkreislaufgerät 200 angewendet ist. Der Motor 10 enthält einen Drehzahlsensor 20.

Das Kühlkreislaufgerät 200 enthält einen Kompressor 140, der ein Teil der Mehrzweckhilfsmaschine 100 ist und darin einen bekannten Kühlkreislauf erzeugt. Der Kompressor 140 komprimiert das Kältemittel in dem Kreislauf auf ein Gas einer hohen Temperatur und eines hohen Drucks. Ein Kältemittelrohrsystem 240 verbindet die folgenden Elemente mit dem Kompressor 140, um eine geschlossene Schleife zu bilden: einen Kondensator 210 zum Kondensieren und Verflüssigen des komprimierten Kältemittels, ein Expansionsventil 220 zum Ausdehnen des flüssigen Kältemittels in einer thermisch isolierten Weise und einen Verdampfapparat 230 zum Verdampfen des ausgedehnten Kältemittels, wodurch Verdampfungswärme aufgenommen und die hindurch strömende Luft gekühlt wird.

Ein Temperatursensor 231 ist in Luftströmungsrichtung stromab des Verdampfapparats 230 zum Erfassen der Temperatur Te der gekühlten Luft hinter dem Verdampfapparat vorgesehen. Ein Klimabefehlssignal beinhaltet Informationen der durch einen Fahrzeuginsassen eingestellten Temperatur, und der Unterschied zwischen der Lufttemperatur Te hinter dem Verdampfapparat und der eingestellten Temperatur wird als Stellvertreterwert der Wärmelast des Kühlkreislaufgeräts 200 verwendet. Je größer der Unterschied zwischen der Lufttemperatur Te hinter dem Verdampfapparat und der eingestellten Temperatur ist, um so größer ist die Wärmelast des Kühlkreislaufgeräts 200, d. h. die erforderliche Menge des aus dem Kompressor 140 ausgegebenen Kältemittels ist erhöht.

Die Mehrzweckhilfsmaschine 100 ist aus einer Antriebsscheibe 110, einer elektromagnetischen Kupplung 120 als Aussetzungseinrichtung, einer Rotationsmaschine 130 (Hilfsmaschine) und dem Kompressor 140 (Hilfsmaschine) integral aufgebaut. Eine detailliertere Beschreibung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 gegeben.

Die Antriebsscheibe 110 ist an einer Antriebswelle 112 in der Mitte durch eine Mutter 113 befestigt. Die Antriebswelle 112 wird durch ein an einem Ende des Gehäuses 131 der Rotationsmaschine angeordnetes Lager 111 drehbar gehalten, sodass die Antriebskraft von dem Verbrennungsmotor 10 als Drehkraft durch eine Kurbelscheibe 30 und einen Riemen 40 auf die Antriebsscheibe 110 übertragen wird, wie in Fig. 1 dargestellt.

Auf der anderen Seite der Antriebsscheibe 110 der Antriebswelle 112 ist ein Planetengetriebe 150 vorgesehen, das einen Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus bildet. Das Planetengetriebe 150 enthält bekanntermaßen ein Sonnenrad 151 in der Mitte, ein durch Ritzel 152a am Außenumfang des Sonnenrads 151 darum drehenden Planetenträger 152 und ein an der Außenumfangsseite der Ritzel 152a angeordnetes Hohlrad 153. Ein Ende der Antriebswelle 112 an der abgewandten Seite der Antriebsscheibe ist mit dem Planetengetriebe 152 verbunden.

Die Rotationsmaschine 130 ist ein "Elektromotor/Generator", der sowohl als ein Generator als auch als ein Elektromotor funktionieren kann, und sie besteht aus einem Ständer mit Wicklungen 135a, der an einer Innenseite des Gehäuses 131 befestigt ist, und einem Rotor 136 mit einem Permanentmagneten 136a, der an seinem Außenrand durch ein an dem Gehäuse 131 befestigtes Lager 133 drehbar gehalten ist. Ein Außenrandabschnitt an einer Seite des Rotors 136 ist mit dem Hohlrad 153 des Planetengetriebes 150 verbunden. Dies bedeutet, dass die Welle 132 der Rotationsmaschine 130 mit dem Hohlrad 153 verbunden ist, weil es durch die Mitte des Lagers 133 läuft, wie durch eine doppelstrichpunktierte Linie in Fig. 2 angedeutet. Das Lager 133 trägt den Rotor 136 drehbar.

Eine Zwischenwelle 153c ist durch an einer Innenseite des Gehäuses 131 der Rotationsmaschine befestigte Lager 153a, 153b drehbar gehalten. Ihr eines Ende an der Seite der Antriebsscheibe 110 ist mit dem Sonnenrad 151 des Planetengetriebes 150 verbunden. An dem anderen Ende der Zwischenwelle 153c gegenüber dem Sonnenrad ist eine Einwegekupplung 160 vorgesehen. Die Einwegekupplung 160 bildet einen Verriegelungsmechanismus und erlaubt, an dem Gehäuse 131 der Rotationsmaschine befestigt, eine Vorwärtsdrehung der Zwischenwelle 153c und verhindert ihre Rückwärtsdrehung durch Ändern der Eingriffszustände dazwischen.

Der Kompressor 140 ist ein Verstellkompressor eines Trommelscheibentyps mit einer Trommelscheibe 145 und einem Regelventil 148 zum Verändern seiner Ausgabemenge. Die Ausgabemenge Kältemittel ist durch Verändern der Ausgabemenge je Drehung der Kompressorwelle variabel gemacht. Die Ausgabemenge Kältemittel wird durch ein Produkt der Ausgabemenge je Umdrehung und der Drehzahl des Kompressors 140 ausgedrückt.

Die Kompressorwelle 142 ist durch an dem Kompressorgehäuse 141 befestigte Lager 143, 144 drehbar gehalten. Die Trommelscheibe 145 ist an der Kompressorwelle 142 montiert und ist in einer Trommelscheibenkammer 145b angeordnet. Mehrere Kolben 147 sind mit dem Außenrand der Trommelscheibe 145 über Schuhe 145a gekoppelt.

An einem Ende des Kompressors 140 auf der rechten Seite von Fig. 2 ist das Regelventil 148 angeordnet, welches den Druck in der Trommelscheibenkammer 145b durch Einstellen des Öffnungsgrades steuert, wodurch der Druck in einer Ausgabekammer 141b in die Trommelscheibenkammer 145b verteilt oder der Druck in der Trommelscheibenkammer 145b in eine Ansaugkammer 141a freigegeben wird. Der Neigungswinkel der Trommelscheibe 145 verändert sich entsprechend dem Druck, und gleiches gilt für den Hub der Kolben 147, wodurch die Ausgabemenge verändert wird.

Der Neigungswinkel der Trommelscheibe 145 kann kontinuierlich verändert werden. Wenn der Winkel maximal ist, wie in Fig. 2 dargestellt, ist der Hub der Kolben 147 am größten, wodurch eine maximale Ausgabemenge des Kompressors 140 erhalten wird. Wenn der Neigungswinkel der Trommelscheibe 145 minimal ist, wenn sie im wesentlichen senkrecht zu der Kompressorwelle 142 steht, ist der Hub der Kolben 147 am kleinsten und die Ausgabemenge ist dann beinahe Null.

Die Zwischenwelle 153c und die Kompressorwelle 142 sind miteinander über einen Begrenzermechanismus 170 und eine Dämpfungsanordnung 180 verbunden. Der Begrenzermechanismus 170 enthält ein scheibenartiges Element 171, das in seiner radialen Mitte mit einem dünnen Abschnitt 172 ausgebildet und durch eine Schraube 173 an der Zwischenwelle 153c befestigt ist. Der dünne Abschnitt 172 bricht, wenn, während der Außenrand des scheibenartigen Elements 171 festgehalten wird, ein Drehmoment größer als ein vorgegebener Wert auf den mittleren Abschnitt des Begrenzermechanismus 170 über die Zwischenwelle 153c ausgeübt wird.

Die Dämpfungsanordnung 180 enthält ein scheibenartiges Element 181 und ein elastisches Element 182 aus Gummi oder dergleichen, das an den Außenrand des scheibenartigen Elements 181 angeschmolzen ist. Es ist an der Kompressorwelle 142 durch eine Schraube 183 befestigt. Drehmomentschwankungen während des Betriebs des Kompressors 140 werden durch dieses elastische Element 182 aufgenommen und somit nicht auf die Seite der Rotationsmaschine 130 übertragen.

Das elastische Element 182 der Dämpfungsanordnung 180 ist ferner an den Außenrand des scheibenartigen Elements 171 des Begrenzermechanismus 170 angeschmolzen, sodass die Zwischenwelle 153c und die Kompressorwelle 142 miteinander verbunden sind. Die Kompressorwelle 142 ist so mit dem Sonnenrad 151 des Planetengetriebes 150 durch die Zwischenwelle 153c verbunden. Der Begrenzermechanismus 170 ist näher an dem Kompressor 140 als die Einwegekupplung 160 positioniert.

Um einen Austritt des Kältemittels in dem Kompressorgehäuse 141 zu der Rotationsmaschine 130 zu verhindern, ist an der Seite des Lagers 143 der Kompressorwelle 142 eine Dichtungsanordnung 149 vorgesehen. Das Planetengetriebe 150 ist mit einer elektromagnetischen Kupplung 120 versehen, welche als Aussetzungseinrichtung zum Verbinden und Trennen der Antriebswelle 112 mit bzw. von der Zwischenwelle 153c, d. h. der Antriebswelle 112 und der Kompressorwelle 142, dient. Die elektromagnetische Kupplung 120 enthält an dem Gehäuse 131 der Rotationsmaschine befestigte Spulen 121 und eine mit einer Stirnseite der Zwischenwelle 153c verbundene Nabe 122. Der Planetenträger 152 des Planetengetriebes 150 ist zwischen diesen Spulen 121 und der Nabe 122 angeordnet.

Wenn die elektromagnetische Kupplung 120 eingeschaltet wird, d. h. wenn elektrischer Strom zu den Spulen 121 fließt, wird die Nabe 122 zu dem Planetenträger 152 gezogen und berührt ihn, wodurch die Antriebswelle 112 in die Zwischenwelle 153c und die Kompressorwelle 142 eingreift. Wenn die elektromagnetische Kupplung 120 ausgeschaltet wird, d. h. wenn die Stromzufuhr zu den Spulen 121 unterbrochen wird, bewegt sich die Nabe 122 von dem Planetenträger 152 weg, wodurch die Zwischenwelle 153c und die Kompressorwelle 142 von der Antriebswelle 112 getrennt werden. Fig. 3 zeigt diesen Zustand.

Wieder Bezug nehmend auf Fig. 1 verarbeitet die Steuerung 190 verschiedene Informationen, wie beispielsweise ein die Drehzahl des Fahrzeugmotors 10 angebendes Signal von dem Drehzahlsensor 20, ein Motorstartbefehlssignal, ein Klimabefehlssignal und ein die Temperatur hinter dem Verdampfapparat angebendes Signal von dem Temperatursensor 231, und bestimmt die Wärmelast des Kühlkreislaufgeräts 200 basierend auf diesen Signalen. Gleichzeitig bestimmt die Steuerung 190 den Zustand des fahrenden Fahrzeugs und steuert die Funktionen der elektromagnetischen Kupplung 120, der Rotationsmaschine 130 und des Verstellmechanismus 145, 148 des Kompressors 140 nach Bedarf.

Es folgt eine Beschreibung der Steuerung durch die Steuerung 190 und der Funktionsweise der Mehrzweckhilfsmaschine 100 unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von Fig. 4. Die Anfangseinstellungen in Schritt S100 bestehen darin, dass die elektromagnetische Kupplung 120 ausgeschaltet wird, die Rotationsmaschine 130 ausgeschaltet wird und die Ausgabemenge des Kompressors 130 Null oder minimal ist.

In Schritt S110 beurteilt die Steuerung basierend auf einem Messsignal von dem Drehzahlsensor 20, ob der Fahrzeugmotor 10 läuft oder nicht. Falls die Drehzahl größer als Null ist, werden die Rotationsmaschine 130 und der Kompressor 140 unter Verwendung der Antriebskraft von dem Fahrzeugmotor 10 aktiviert.

Das heißt die elektromagnetische Kupplung 120 wird in dem nächsten Schritt S120 eingeschaltet, um so die Antriebswelle 112 und die Kompressorwelle 142 zu verbinden, wodurch die letztgenannte mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 112 gedreht wird. Weil der mit dem Planetengetriebe 150 verbundene Rotor 136 (und die Welle 132 der Rotationsmaschine) ebenfalls mit der gleichen Drehzahl gedreht wird, folgt in Schritt S130 ein Energieerzeugungsmodus, in dem die Rotationsmaschine 130 als Generator wirkt und die Batterie 20 mit einem in dem Ständer 135 erzeugten elektrischen Strom geladen wird. Da die Ausgabemenge des Kompressors 140 zu diesem Zeitpunkt Null oder minimal ist, ist das zum Aktivieren des Kompressors 140 erforderliche Drehmoment minimal, sodass die elektromagnetische Kupplung 120 ohne Verursachen eines Schlages sanft eingeschaltet wird.

In Schritt S140 wird die Ausgabemenge des Kompressors 140 variiert. Insbesondere werden der Öffnungsgrad des Regelventils 148 und der Neigungswinkel der Trommelscheibenplatte 145 eingestellt, um so den Hub der Kolben 147 zu verändern, um eine erforderliche Ausgabemenge Kältemittel entsprechend der Wärmelast des Kühlkreislaufgeräts 200 zu erhalten. Die Schritte S110 bis S140 werden wiederholt, wenn der Fahrzeugmotor 10 läuft.

Falls die Steuerung in Schritt S110 bestimmt, dass die Motordrehzahl Null ist, d. h. der Fahrzeugmotor 10 wegen der Leerlaufstopp-Funktion angehalten ist, dann beginnt die Energieversorgung des Kompressors 140 durch die Rotationsmaschine 130. Die elektromagnetische Kupplung 120 wird in Schritt S150 ausgeschaltet, und in Schritt S160 wird Energie von der Batterie 50 zu den Wicklungen 135a des Ständers 135 zugeführt, wodurch der Rotor 136 gedreht wird. Somit wird der Kompressor 140 durch das Planetengetriebe 150 durch die als Elektromotor wirkende Rotationsmaschine 130 betrieben. Da der Fahrzeugmotor 10 abgeschaltet und die Antriebswelle 112 stationär ist, wird der Kompressor 140 durch die Drehung des Rotors 136 oder der Welle 132 der Rotationsmaschine in der Rückwärtsrichtung in Vorwärtsrichtung betrieben.

In Schritt S170 wird die Ausgabemenge des Kompressors 140 ähnlich Schritt S140 variiert, um so eine erforderliche Ausgabemenge Kältemittel entsprechend der Wärmelast des Kühlkreislaufgeräts 200 zu erhalten. In diesem Leerlaufstopp-Zustand wird die Steuerung der Rotationsmaschine 130, falls ein Motorstartbefehlssignal eingegeben wird, in der folgenden Abfolge S190 bis S210 ausgeführt, um den Fahrzeugmotor 110 zu starten.

Zuerst wird die Rotationsmaschine 130 in Schritt S190 abgeschaltet. Zusätzlich wird die Ausgabemenge des Kompressors 140 in Schritt S200 auf Null oder minimal gesetzt, sodass die elektromagnetische Kupplung 120 ohne Verursachen eines Schlages bei der nächsten Umdrehung sanft eingeschaltet werden kann. In Schritt S210 wird die Rotationsmaschine 130 in Vorwärtsrichtung gedreht, sodass sie als Elektromotor oder Starter funktioniert. Während die Kompressorwelle 142 in diesem Motorstartmodus versucht, über das Planetengetriebe 150 in Rückwärtsrichtung zu drehen, wird ihre Drehung durch die Einwegekupplung 160 verhindert. Daher wird die Antriebswelle 112 allein durch den Elektromotor gedreht, wodurch der Fahrzeugmotor 10 in Schritt S220 gestartet wird. Falls in Schritt S180 kein Motorstartbefehlssignal eingegeben worden ist, sind die Schritte S160 und S170 zu wiederholen.

Zusammenfassend sind die charakteristischen Merkmale der Mehrzweckhilfsmaschine 100 und ihrer Steuereinheit 100A gemäß der vorliegenden Erfindung wie folgt: während der Verbrennungsmotor 10 läuft, stellt er dem Kompressor 140 und der Rotationsmaschine 130 Energie bereit, weil die elektromagnetische Kupplung 120 eine Drehmoment- und Energieübertragung von der Antriebswelle 112 über das Planetengetriebe 150 zu der Kompressorwelle 142 und der Welle 132 der Rotationsmaschine ermöglicht und so der Kompressor 140 das Kühlkreislaufgerät 200 betätigt und die Rotationsmaschine 130 eine Energieerzeugung durchführt. Während der Kompressor 140 arbeitet, bleibt die elektromagnetische Kupplung 120 in dem eingeschalteten Zustand und die Ausgabemenge kann gemäß der Wärmelast des Kühlkreislaufgeräts 200 durch Steuern des Verstellmechanismus 145, 148 variiert werden. Da während dieser Zeit kein Schalten der elektromagnetischen Kupplung 120 notwendig ist, werden gute Fahreigenschaften erzielt.

Das Planetengetriebe 150 hat Eigenschaften, die sowohl die Kompressorwelle 142 als auch die Welle 132 der Rotationsmaschine mit der gleichen Drehzahl wie diejenige der Antriebswelle 112 drehen lassen, wenn die elektromagnetische Kupplung 120 eingeschaltet ist. Demgemäß kann die Rotationsmaschine 130 eine stabile Energieerzeugung ausführen, ohne durch Veränderungen in der Ausgabemenge des Kompressors 140 beeinflusst zu werden.

Wenn der Fahrzeugmotor 10 ausgeschaltet wird, wird die elektromagnetische Kupplung 120 ausgeschaltet, sodass die Rotationsmaschine 130 als Elektromotor wirkt, durch welchen der Kompressor 140 über das Planetengetriebe 150 betrieben wird, um eine kontinuierliche Klimatisierung vorzusehen. Eine variable Steuerung der Ausgabemenge durch den Verstellmechanismus 145, 148 ist auch möglich, während die elektromagnetische Kupplung 120 in dem ausgeschalteten Zustand ist.

Um den Fahrzeugmotor 10 wieder zu starten, wird die Rotationsmaschine 130 bei ausgeschalteter elektromagnetischer Kupplung 120 und die durch die Einwegekupplung 160 in einer Richtung beschränkte Kompressorwelle 142 als Elektromotor betrieben. Somit wird die Antriebswelle 112 über das Planetengetriebe 150 gedreht, um den Fahrzeugmotor 10 zu starten. Weil der Verriegelungsmechanismus mit der Einwegekupplung 160 aufgebaut ist, wird die Verriegelung der Kompressorwelle 142 beim Neustarten des Fahrzeugmotors 10 mechanisch durchgeführt. Daher erfordert der Verriegelungsmechanismus keine Steuerung und kann einfach aufgebaut werden.

Weil ferner der Begrenzermechanismus 170 zwischen den Planetengetriebe 150 und der Kompressorwelle 142 näher an dem Kompressor als die Einwegekupplung 160 vorgesehen ist, werden der Fahrzeugmotor 10 und die Rotationsmaschine 130 geschützt, falls der Kompressor 140 aus irgendeinem Grund blockiert werden sollte, sodass eine Verschlechterung der Fahrleistung nicht zu erwarten ist. Selbst wenn der Begrenzermechanismus 170 arbeitet, kann die Einwegekupplung 160 nach wie vor die Kompressorwelle 142 beschränken, wenn der Fahrzeugmotor 10 neu gestartet wird.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Anordnung der Welle 132 der Rotationsmaschine und der Kompressorwelle 142 relativ zu dem Planetengetriebe 150 zu der des vorherigen Ausführungsbeispiels unterschiedlich ist. Der Rotor 136 oder die Welle 132 der Rotationsmaschine 130 ist mit dem Sonnenrad 151 des Planetengetriebes 150 verbunden, und die Zwischenwelle 153c ist mit dem Hohlrad 153 des Planetengetriebes 150 verbunden. Die in dem vorherigen Ausführungsbeispiel vorhandenen Begrenzermechanismus 170 und Dämpfungsanordnung 180 sind hier weggelassen, und die Zwischenwelle 153c ist direkt mit der Kompressorwelle 142 verbunden.

Diese Anordnung ermöglicht eine kompaktere Konstruktion der Rotationsmaschine 130, weil sie bei ihrem Einsatz als Elektromotor dem Kompressor 140 oder dem Fahrzeugmotor 10 bei verringerter Drehzahl mit erhöhter Drehmomentübertragung das gleiche Energieniveau bereitstellen kann.

Drittes Ausführungsbeispiel

Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem ein Teil des Aufbaus der Rotationsmaschine 130 verändert ist und in dem das Planetengetriebe 150 im Vergleich zu dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem geschlossenen Raum 150b platziert ist.

Die Welle 132 der Rotationsmaschine ist zylindrisch und durch Lager 133 drehbar gehalten. Die Rotationsmaschine 130 ist ein Bürstentyp mit einer Bürste 138 in Kontakt mit einem mit den Wicklungen 136b des Rotors 136 elektrisch verbundenen Schleifring 137. Die Energieerzeugungssteuerung der Rotationsmaschine 130 mit dieser Generatorkonstruktion ist einfacher. Ein Winkelsensor 139 ist an der Welle 132 zum Erfassen der Drehwinkelposition des Rotors 136 angebracht, sodass der elektrische Strom zu der als Elektromotor arbeitenden Rotationsmaschine 130 entsprechend der Rotationswinkelposition des Rotors 136 zugeführt wird, um eine erforderliche Drehzahl zu erzielen. Mehrere Lüfter 136c sind an Seiten des Rotors 136 vorgesehen, und mehrere Luftkühlöffnungen 131a sind an beiden Enden des Gehäuses 131 der Rotationsmaschine ausgebildet, sodass Außenluft durch das Innere des Gehäuses 131 zur Luftkühlung strömt, während die Rotationsmaschine 130 in Betrieb ist.

Das Planetengetriebe 150 ist in einem geschlossenen Raum 150b innerhalb eines mittleren Gehäuses 150a zwischen dem Gehäuse 131 der Rotationsmaschine und dem Gehäuse 141 des Kompressors aufgenommen. Dichtelemente, wie beispielsweise Öldichtungen 300a und 300b, sind jeweils an Stellen vorgesehen, an denen die Antriebswelle 112 und die Welle 132 der Rotationsmaschine 130 sich in den geschlossenen Raum 150b innerhalb des mittleren Gehäuses 150a erstrecken. Ebenso sind Öldichtungen 300c und 300d zu dem mit der Kompressorwelle 142 verbundenen Hohlrad 153 zwischen dem Planetengetriebe 150 und der elektromagnetischen Kupplung 120 vorgesehen. Zwischen dem Gehäuse 131 der Rotationsmaschine 130 und dem mittleren Gehäuse 150a und zwischen dem mittleren Gehäuse 150a und dem Gehäuse 141 des Kompressors sind jeweilige Dichtungen 408 zur Abdichtung vorgesehen.

Hierdurch wird ein Austritt eines zuvor eingebrachten Schmieröls in dem Planetengetriebe 150 aus dem geschlossenen Raum 150b verhindert. Mit dem in dem Raum 150b zurückgehaltenen Schmieröl werden die Zuverlässigkeit und die Haltbarkeit des Planetengetriebes 150 verbessert. Diese Anordnung verhindert auch eine Zuverlässigkeitsverschlechterung der Rotationsmaschine 130 und der elektromagnetischen Kupplung 120, welche durch eine Verunreinigung der Bürste 138 und der elektromagnetischen Kupplung 120 mit Schmieröl verursacht werden könnten.

Die elektromagnetische Kupplung 120 kann als eine Zentrifugalkupplung aufgebaut sein, wie in Fig. 7 dargestellt, bei welcher das Verbinden und Trennen der Wellen durch Kugeln 123 erzielt wird, welche sich durch Zentrifugalkraft zu einem Außendurchmesser bewegen. Dieser Aufbau ist einfacher und kostengünstiger.

Viertes Ausführungsbeispiel

Fig. 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem die als Aussetzungseinrichtung verwendete Kupplung im Vergleich zu dem dritten Ausführungsbeispiel eine geschmierte mechanische Kupplung 120a ist. Die mechanische Kupplung 120a enthält eine Hülse 124, mehrere daran angepasste Stifte 125 und eine mit einem Außenrandabschnitt der Hülse gekoppelte Schaltgabel 401. Die Schaltgabel 401 ist mit einer Stange 402 verbunden, die durch ein Stellglied 403 bewegt wird, um die Hülse in eine axiale Richtung der Mittelwelle 153c gleiten zu lassen.

Das Hohlrad 153 des Planetengetriebes 150 hat den Stiften 125 zugewandt Einschublöcher 153d, in welche die Stifte 125 passen. Das Sonnenrad 151 hat Eingriffslöcher 151a gegenüber den Stiften 125. Wenn die Hülse 124 zu dem Sonnenrad 151 gleitet, passen die Stifte 125 in die Löcher 151a, wodurch das Sonnenrad 151 und das Hohlrad 153 miteinander in Eingriff stehen und die Antriebswelle 112 und die Kompressorwelle 142 miteinander verbunden sind.

Weil die mechanische Kupplung 120a das Eingreifen und Lösen beider Wellen durch eine Gleitbewegung und einen Eingriff erzielt, wird der nnechanischen Kupplung IZOa zur Gewährleistung ihrer Zuverlässigkeit bezüglich Leistung und Haltbarkeit ein Schmieröl verabreicht. Sie ist zusammen mit dem Planetengetriebe 150 ebenfalls in dem geschlossenen Raum 150b in dem mittleren Gehäuse 150a angeordnet.

Deshalb wird das Schmieröl der mechanischen Kupplung 120a wie bei dem Planetengetriebe 150 gut zurückgehalten, und sie zeigen beide eine verbesserte Zuverlässigkeit. Weil außerdem die zwischen dem Planetengetriebe 150 und der Kupplung im dritten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Öldichtungen 300c und 300d entfallen, wird eine Kostenreduzierung erzielt.

Die mechanische Kupplung 120a kann auch eine Mehrplatten-Nasskupplung 120b sein, wie in Fig. 9 dargestellt, bei welcher eine Anzahl von Platten 126 und 127, die an dem Sonnenrad 151 bzw. dem Hohlrad 153 vorgesehen sind, die Verbindungs- und Trennfunktionen durchführen. Die gleichen Wirkungen wie oben beschrieben werden hierdurch erzielt.

Die Platten 126 und 127 der Mehrplatten-Nasskupplung 120b arbeiten bekanntermaßen mit Schmieröl. Sie werden durch einen Kolben 405 bewegt, der durch Öldruck verschoben wird, der durch einen mit Öldichtungen 300e und 300f versehenen Einlass 404 ausgeübt wird.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Fig. 10 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem Kältemittel aus dem Kühlkreislaufgerät 200 der Rotationsmaschine 130, dem Planetengetriebe 150 und der mechanischen Kupplung 120a zugeführt wird.

Die Mehrzweckhilfsmaschine 100 hat grundsätzlich den gleichen Aufbau wie in dem vierten Ausführungsbeispiel. Das Gehäuse 131 der Rotationsmaschine 130 und das mittlere Gehäuse 150a sind jeweils mit Öffnungen 131b, 131c und 150c für das Kältemittel ausgebildet. Die Öffnung 150c steht mit der Ansaugkammer 141a des Kompressors 140 durch einen Verbindungskanal 406 in Verbindung. Die Öffnung 131b steht mit dem Verdampfapparat 230 des Kühlkreislaufgeräts 200 in Verbindung. Eine Lippendichtung 407 ist an dem Ende der Antriebswelle 112 auf der Seite der Antriebsscheibe 110 zum Ausbilden einer luftdichten Dichtung vorgesehen.

Die Rotationsmaschine 130 ist ein bürstenloser Typ, dessen Rotor 136 einen Permanentmagneten 136a aufweist und keine Stromversorgung benötigt. Die Aussetzungseinrichtung ist die mechanische Kupplung 120a wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel. Kältemittel aus dem Verdampfapparat 230 strömt durch die Öffnung 131b in die Rotationsmaschine 130 und ferner durch die Öffnung 131c in den geschlossenen Raum 150b in dem mittleren Gehäuse 150a. In dem geschlossenen Raum 150b in dem mittleren Gehäuse 150a sind das Planetengetriebe 150 und die mechanische Kupplung 120 angeordnet. Das Kältemittel strömt dann durch die Öffnung 150c und den Verbindungskanal 406 in die Ansaugkammer 141a des Kompressors 140.

Die Rotationsmaschine 130 wird somit durch das Kältemittel gekühlt, was eine Verlängerung der Lebensdauer der Rotationsmaschine 130 erlaubt. Sie kann ebenso kompakt konstruiert werden. Weil die Rotationsmaschine 130 ein bürstenloser Typ ist, besteht kein Risiko, dass Schmieröl in dem Kältemittel für die Energie empfangenden Elemente Probleme verursacht.

Das Planetengetriebe 150 und die mechanische Kupplung 120a profitieren von dem Schmieröl in dem Kältemittel. Sie zeigen dadurch bessere Haltbarkeit und Funktionsfähigkeit. Als Alternative kann das Kältemittel von der Ausgabekammer 141b des Kompressors 140 in den geschlossenen Raum 150b in dem mittleren Gehäuse 150a und in der Rotationsmaschine 130 zirkuliert werden.

Weitere Ausführungsbeispiele

Verschiedene weitere Modifikationen können an den obigen Ausführungsbeispielen vorgenommen werden. Zum Beispiel kann anstelle des Planetengetriebes 150 als Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus ein Differentialgetriebemechanismus eingesetzt werden. Die elektromagnetische Kupplung 120 muss nicht unbedingt zwischen der Antriebswelle 112 und der Kompressorwelle 142 vorgesehen sein, sondern sie kann auch zwischen der Antriebswelle 112 und der Welle 132 der Rotationsmaschine oder zwischen der Kompressorwelle 142 und der Welle 132 der Rotationsmaschine angeordnet sein.

Eine Innenkomponente, welche die Rotationsmaschine 130 bildet, kann zusammen mit dem Planetengetriebe 150 in dem geschlossenen Raum 150b in dem mittleren Gehäuse 150a aufgenommen sein. Durch Verwenden einer bürstenlosen Rotationsmaschine kann auf die Öldichtung 300b für die Welle 132 der Rotationsmaschine 130 verzichtet werden. Die vorliegende Erfindung kann nicht nur bei Fahrzeugen mit der Leerlaufstopp- Funktion, sondern auch bei benzinelektrischen Hybridfahrzeugen und anderen Fahrzeugen angewendet werden. Der drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus ist als Einrichtung zur Verteilung eines Drehmoments beschrieben, er kann jedoch auch Energie verteilen. Deshalb ist die Beschreibung der Erfindung nur von beispielhafter Natur und Abwandlungen davon führen nicht aus dem Schutzumfang der Erfindung. Solche Variationen sind nicht als Verlassen des Schutzumfanges der Erfindung anzusehen.

Claims

1. Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug, mit
einem Kompressor (140) zum Komprimieren eines Kältemittels in einem Kühlkreislaufgerät (200);
einer Rotationsmaschine (130), die als Generator und als Elektromotor funktioniert;
einem Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) zum Verteilen eines Drehmoments und einer Energie einer durch eine Antriebskraft eines Fahrzeugmotors (10) gedrehten Antriebswelle (112) auf eine Kompressorwelle (142) des Kompressors (140) und auf eine Welle (132) der Rotationsmaschine (130), und zum Verteilen eines von der Welle (132) der Rotationsmaschine (130) eingegebenen Drehmoments und einer eingegebenen Energie auf die Antriebswelle (112) und die Kompressorwelle (142);
einer an dem Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) vorgesehenen Aussetzungseinrichtung (120) zum Verbinden und Trennen von zwei beliebigen der Antriebswelle (112), der Kompressorwelle (142) und der Welle (132) der Rotationsmaschine (130); und
einem Verriegelungsmechanismus (160) zum Beschränken der Drehung der Kompressorwelle (142), wobei der Kompressor (140) einen Verstellmechanismus (145, 148) zum Verändern einer Ausgabemenge je Umdrehung der Kompressorwelle (142) enthält.

2. Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, bei welcher der Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) ein Planetengetriebe ist.

3. Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Verriegelungsmechanismus (160) eine Einwegekupplung ist, die eine Vorwärtsdrehung der Kompressorwelle (142) erlaubt und eine Rückwärtsdrehung der Kompressorwelle (142) verhindert.

4. Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher
die Antriebswelle (112) mit einem Planetenträger (152) des Planetengetriebes (150) verbunden ist,
die Kompressorwelle (142) mit einem Hohlrad (153) des Planetengetriebes (150) verbunden ist,
die Welle (132) der Rotationsmaschine (130) mit einem Sonnenrad (151) des Planetengetriebes (150) verbunden ist, und
die Aussetzungseinrichtung (120) zwischen der Antriebswelle (112) und der Kompressorwelle (142) angeordnet ist.

5. Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einem zwischen dem Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) und die Kompressorwelle (142) gesetzten Begrenzermechanismus (170), wobei der Begrenzermechanismus (170) die Drehmoment- und Energieübertragung zwischen der Antriebswelle (112) und der Kompressorwelle (142) und zwischen der Welle (132) der Rotationsmaschine (130) und der Kompressorwelle (142) unterbricht, wenn der Kompressor (140) blockiert ist.

6. Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug nach Anspruch 5, bei welchem der Begrenzermechanismus (170) näher an dem Kompressor (140) als die Einwegekupplung (160) angeordnet ist.

7. Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher der Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) in einem geschlossenen Raum angeordnet ist und die Antriebswelle (112), die Welle (132) der Rotationsmaschine (130) und die Kompressorwelle (142) an sich in den geschlossenen Raum (150b) erstreckenden Abschnitten mit Dichtungselementen (300a bis 300d) versehen sind.

8. Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug nach Anspruch 7, bei welcher die Aussetzungseinrichtung (120) eine Kupplung (120a, 120b) ist, die mit Schmieröl arbeitet und zusammen mit dem Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) in dem geschlossenen Raum (150b) angeordnet ist.

9. Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, bei welcher die Rotationsmaschine (130) eine bürstenlose Rotationsmaschine ist und zusammen mit dem Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (150) in dem geschlossenen Raum angeordnet ist.

10. Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher
die Aussetzungseinrichtung (120) eine Kupplung (120a, 120b) ist, die mit Schmieröl arbeitet,
die Rotationsmaschine (130) eine bürstenlose Rotationsmaschine ist, und
der Aussetzungseinrichtung (120), der Rotationsmaschine (130) und dem Drehmoment- und Energieverteilungsmechanismus (50) ein Kältemittel zugeführt wird.

11. Steuereinheit einer Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug mit einer Funktion des automatischen Abschaltens seines Fahrzeugmotors (10) gemäß seinem Fahrzustand, wobei die Steuereinheit die Mehrzweckhilfsmaschine für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und eine Steuereinrichtung (190) zum Steuern der Funktionen des Verstellmechanismus (145, 148), der Rotationsmaschine (130) und der Aussetzungseinrichtung (120) enthält, wobei die Steuereinrichtung (190) ein Steuerverfahren der Mehrzweckhilfsmaschine (100) für ein Fahrzeug ausführt, welches Verfahren die Schritte aufweist:
Verbinden der Aussetzungseinrichtung (120), während der Fahrzeugmotor (10) läuft;
Trennen der Aussetzungseinrichtung (120), während der Fahrzeugmotor (10) nicht läuft und Drehen der Rotationsmaschine (130) in eine Rückwärtsrichtung, um als Elektromotor zum Antreiben des Kompressors (140) zu arbeiten;
Trennen der Aussetzungseinrichtung (120), beim Starten des Fahrzeugmotors (10) und Drehen der Rotationsmaschine (130) in eine Vorwärtsrichtung, um als Elektromotor zum Starten des Fahrzeugmotors (10) zu arbeiten; und
Antreiben des Verstellmechanismus (145, 148), während der Kompressor (140) arbeitet, um eine Ausgabemenge des Kompressors entsprechend einer vorgegebenen Wärmelast des Kühlkreislaufgerätes (200) zu verändern.