DE19754430A1 - Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Kompressoraggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Kompressoraggregat, das zum einen durch mechanische An­ kopplung an einen Kraftfahrzeugantriebsmotor und zum anderen durch elektrische Ankopplung eines zugehörigen Elektromotors an eine Spannungsquelle antreibbar ist.

Eine gattungsgemäße Kraftfahrzeugklimaanlage ist aus der DE 44 14 547 A1 bekannt. Dabei ist ein Kompressoraggregat für die Kli­ maanlage vorgesehen, das zwei parallel geschaltete Kältemittel­ verdichter aufweist, von denen der eine mechanisch über die Kur­ belwelle des Kraftfahrzeugantriebsmotors und der andere mit Hil­ fe eines batteriebetriebenen Elektromotors angetrieben ist. Bei laufendem Fahrzeugantriebsmotor ist der an ihn mechanisch ange­ koppelte Verdichter aktiv, während der andere Verdichter einen Standbetrieb der Klimaanlage bei abgeschaltetem Kraftfahrzeugan­ triebsmotor ermöglicht.

Eine gattungsgemäße Kraftfahrzeugklimaanlage ist ebenfalls aus der DE 195 13 710 A1 bekannt. Darin wird vorgeschlagen, den Kom­ pressor einer Kraftfahrzeugklimaanlage sowohl über eine Kupplung mit dem Kraftfahrzeugantriebsmotor als auch über eine weitere Kupplung mit einer elektrischen Maschine verbindbar auszuführen. Die elektrische Maschine ist mit einer Batterie elektrisch ver­ bunden, so daß der Klimaanlagenkompressor bei stillgesetztem Kraftfahrzeugantriebsmotor mit Hilfe der elektrischen Maschine betreibbar ist. Bei arbeitendem Kraftfahrzeugantriebsmotor ist der Klimaanlagenkompressor von diesem antreibbar, wobei ggf. gleichzeitig die Batterie über die dann als Generator arbeitende elektrische Maschine aufgeladen werden kann.

In der DE 38 43 673 A1 wird eine Stromversorgungsanlage zur Be­ lieferung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges mit elektrischer Energie vorgeschlagen, die einen elektrischen Generator auf­ weist, der durch eine vom Kraftfahrzeugantriebsmotor unabhängige Brennkraftmaschine angetrieben ist. Dadurch wird bei stillge­ setztem Kraftfahrzeugantriebsmotor eine ausreichende elektrische Energieversorgung sichergestellt, wobei darüber hinaus eine Ab­ wärmenutzung der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Heizungswär­ metauschers vorgeschlagen wird. Der Generator und die zugeordne­ te Brennkraftmaschine sind vorzugsweise in einer Reserveradmulde im Fahrzeugheckbereich angeordnet.

Aus der DE-OS 21 28 443 ist ferner eine Kühlanlage für zwei Ver­ brennungsmotoren eines Kraftfahrzeugs zu entnehmen, wobei dem als Kraftfahrzeugantriebsmotor dienenden ersten Verbrennungsmo­ tor ein erster Kühlflüssigkeitskreislauf mit einem Motorkühler zugeordnet ist, während der zweite Verbrennungsmotor in Form ei­ nes Hilfsmotors für den Antrieb von Nebenaggregaten zusammen mit einem Heizungswärmetauscher in einen separaten zweiten Kühlflüs­ sigkeitskreislauf eingeschaltet ist. Die beiden Kühlflüssig­ keitskreisläufe stehen über einen gemeinsamen Wärmetauscher in thermischer Verbindung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftfahrzeugklimaanlage der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der mit einfachen Mitteln ein zuverlässiger und leistungsstarker Klimaanlagenbe­ trieb sowohl bei aktiviertem als auch bei stillgelegtem Kraft­ fahrzeugantriebsmotor gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftfahrzeugkli­ maanlage mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bei dieser Anlage kann über den Zusatzverbrennungsmotor der daran angekop­ pelte Generator angetrieben werden, die zusammen eine Zusatz­ stromversorgung bilden, mit der für das Kompressoraggregat der Kraftfahrzeugklimaanlage eine Spannungsquelle zur Verfügung ge­ stellt ist, die in einem großen Leistungsbereich zuverlässig elektrische Energie im Standbetrieb bei stillgesetztem Kraft­ fahrzeugantriebsmotor liefert. Darüber hinaus lassen sich weite­ re elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeuges, beispielsweise ein Klimaanlagengebläse, ein elektrischer Heizer oder ein Motor­ kühlergebläse auch im Fahrbetrieb bei aktiviertem Kraftfahrzeug­ antriebsmotor über die Zusatzstromversorgung betreiben, wodurch eine kleinere Dimensionierung von Kraftfahrzeugbatterie und Lichtmaschine ermöglicht wird.

Eine nach Anspruch 2 weitergebildete Kraftfahrzeugklimaanlage weist als Kompressoraggregat einen einzelnen, in seinem Hubvolu­ men auf null oder nahezu null abregelbaren Kompressor auf, der sowohl über ein Getriebe vom Kraftfahrzeugantriebsmotor als auch über den zugehörigen Elektromotor von der Zusatzstromversorgung antreibbar ist.

Eine nach Anspruch 3 weitergebildete Kraftfahrzeugklimaanlage weist als Kompressoraggregat mehrere einzelne, parallel geschal­ tete Kompressoren auf, die unabhängig voneinander jeweils entwe­ der vom Kraftfahrzeugantriebsmotor oder von der Zusatzstromver­ sorgung antreibbar sind. Bei aktiviertem Kraftfahrzeugantriebs­ motor ist demnach eine beliebige Zahl der Kompressoren in be­ liebiger Kombination nutzbar, während im Standbetrieb bei still­ gelegtem Kraftfahrzeugantriebsmotor der entsprechend dimensio­ nierte und an den Generator angekoppelte Kompressor betreibbar ist.

Bei einer nach Anspruch 4 weitergebildeten Kraftfahrzeugklimaan­ lage ist der Zusatzkühlmittelkreis des Zusatzverbrennungsmotors derart an den Hauptkühlmittelkreis des Kraftfahrzeugantriebsmo­ tors angeschlossen, daß die Abwärme des Zusatzverbrennungsmotors zum einen über den Heizungswärmetauscher und zum anderen über den Kühler des Kraftfahrzeugantriebsmotors sowohl im Fahr- als auch im Standbetrieb genutzt bzw. abgeführt werden kann.

Bei einer nach Anspruch 5 weitergebildeten Kraftfahrzeugklimaan­ lage ist wenigstens ein elektrisches Heizelement, das vorteil­ hafterweise durch den Generator mit elektrischer Energie ver­ sorgt werden kann, zur Innenraumheizung vorgesehen. Dadurch wird insbesondere auch im Standbetrieb eine ausreichende Beheizung des Fahrzeuginnenraumes sichergestellt.

Bei einer nach Anspruch 6 weitergebildeten Kraftfahrzeugklimaan­ lage ist ein Bypass für den Heizungswärmetauscher vorgesehen, so daß dann, wenn keine Innenraumbeheizung erforderlich ist, eine Kühlung des Zusatzverbrennungsmotors über den Kühler des Kraft­ fahrzeugantriebsmotors erfolgt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung dargestellt ist.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Blockdia­ grammdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftfahr­ zeugklimaanlage.

Die gezeigte Kraftfahrzeugklimaanlage weist einen Hauptkühlmit­ telkreis 3 für einen Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs in Form eines Verbrennungsmotors 1 auf, in dem ein Heizungswärmetauscher 4 und ein Kühler 5 angeordnet sind, über die Wärme aus dem als Kühlmittel eingesetzten Wasser im Hauptkühlmittelkreis 3 abge­ führt wird. Eine elektrische Pumpe 6 sorgt für eine ausreichende Umwälzung des Kühlwassers, wobei ein schaltbarer Bypass 18 eine Überbrückung des Heizungswärmetauschers 4 ermöglicht.

Im Nachlauf des Kühlers 5 ist eine Leitungsverzweigung 8 vorge­ sehen, über die Kühlwasser aus dem Hauptkühlmittelkreis 3 in ei­ nen Zusatzkühlmittelkreis 7 abgezweigt wird. Das Kühlwasser des Zusatzkühlmittelkreises 7 wird zur Kühlung einem Zusatzverbren­ nungsmotor 2 zugeführt und von dort über eine Einmündung 9 auf der Saugseite der elektrischen Pumpe 6 in den Hauptkühlmittel­ kreis 3 zurückgespeist. Es ergibt sich somit eine Parallelschal­ tung der durch die beiden Verbrennungsmotoren 1, 2 führenden Ab­ schnitte von Zusatzkühlmittelkreis 7 einerseits und Hauptkühl­ mittelkreis 3 andererseits.

An den wassergekühlten Zusatzverbrennungsmotor 2 ist ein Genera­ tor 17 angekoppelt, der mit diesem eine Zusatzstromversorgung bildet, die für einen Leistungsbereich zwischen etwa 2 kW und 5 kW ausgelegt ist. Die Zusatzstromversorgung 2, 17 kann z. B. im Motor- oder Kofferraum oder unter dem Fahrzeugboden angeordnet sein. Es ist vorgesehen, daß der Generator 17 gleichzeitig zum einen eine Gleichspannung von wenigstens 12 V und zum anderen eine Wechselspannung im Bereich zwischen 100 V und 230 V er­ zeugt. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel umfaßt die Zu­ satzstromversorgung einen Spannungswandler, der die vom Genera­ tor 17 erzeugte Spannung entsprechend den Anforderungen seitens der Stromverbraucher umsetzt, z. B. bei Bedarf eine Gleichspan­ nung von mehr als 12 V liefert.

Die Kraftfahrzeugklimaanlage weist ferner einen Kältemittelkreis 10 mit einem Verdampfer 11, einem Kompressoraggregat 12 sowie einem Kondensator 13 auf. Der Verdampfer 11 ist gemeinsam mit dem Heizungswärmetauscher 4 in einem nicht dargestellten Strö­ mungskanal angeordnet, durch den dem Kraftfahrzeuginnenraum tem­ perierte Frischluft zugeführt wird. Der Kondensator 13 ist ge­ meinsam mit dem Kühler 5 im Kühlluftstrom des Verbrennungsmotors 1 angeordnet, der zur Wärmeabfuhr an die Umgebungsluft vorgese­ hen ist. Das Kompressoraggregat 12 besteht aus zwei parallel im Kältemittelkreis 10 angeordneten Kompressoren 14 und 15, wobei dem einen Kompressor 14 ein Elektromotor 16 zugeordnet ist. Der Elektromotor 16 bezieht seine elektrische Energie direkt oder indirekt über ein nicht dargestelltes Bordnetz aus dem Generator 17. Dementsprechend ist vorgesehen, den Elektromotor 16 mit ei­ ner Wechselspannung im Bereich zwischen 100 V und 230 V zu be­ treiben, die der erzeugten Wechselspannung des Generators 17 entspricht. Der andere Kompressor 15 ist in herkömmlicher, nicht gezeigter Weise über einen Riementrieb mit einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors 1 gekoppelt.

Ein Fahrbetrieb der Kraftfahrzeugklimaanlage bei aktiviertem Verbrennungsmotor 1 ist dadurch realisiert, daß der Kompressor 15 über den zugehörigen Kiementrieb von der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors 1 angetrieben ist, während der Elektromotor 16 des Kompressors 14 stromlos geschaltet und der entsprechende Leitungszweig des Kältemittelkreises 10 abgesperrt ist.

Ein Standbetrieb der Kraftfahrzeugklimaanlage bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor 1 ist dadurch realisiert, daß dann der Zusatz­ verbrennungsmotor 2 aktiviert ist und den Generator 17 antreibt, der somit elektrische Energie abgibt, die dazu genutzt wird, den Elektromotor 16 und damit den Kompressor 14 anzutreiben. In die­ sem Fall ist der Kompressor 15 genau wie der Verbrennungsmotor 1 stillgesetzt. Ferner fördert die elektrische Pumpe 6 nun Kühl­ wasser, das ausschließlich mit der Abwärme des Zusatzverbren­ nungsmotors 2 belastet ist, weshalb der Hauptkühlmittelkreis 3 zwischen der Leitungsverzweigung 8 und der Einmündung 9 abge­ sperrt werden kann. Außerdem kann eine zusätzliche elektrische Pumpe im Zusatzkühlmittelkreis 7 zur Umwälzung des Kühlwassers aktiviert sein. Wie im Fall des Fahrbetriebs wird die vom Kühl­ wasser transportierte Abwärme über den Heizungswärmetauscher 4 und/oder den Kühler 5 aus dem Hauptkühlmittelkreis 3 abgeführt. Auch hier ermöglicht der Bypass 18 ein Überbrücken des Heizungs­ wärmetauschers 4 für den Fall, daß die Zufuhrluft für den Kraft­ fahrzeuginnenraum nicht beheizt werden soll.

In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist im Kühlwasservor­ lauf des Heizungswärmetauschers 4 ein elektrisches Heizelement vorgesehen, das bei besonders hohem Wärmebedarf im Kraftfahr­ zeuginnenraum aktivierbar ist und seine elektrische Energie vor­ zugsweise von dem Generator 17 bezieht. Alternativ zu der ge­ schilderten Anordnung des elektrischen Heizelementes ist auch eine Anordnung im Strömungskanal der Frischluftzufuhr für den Fahrzeuginnenraum hinter dem Heizungswärmetauscher 4 vorsehbar.

In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel ist als Kom­ pressoraggregat 12 ein einzelner Kompressor vorgesehen, der zum einen über eine Kupplung oder einen Freilauf sowie über ein Ge­ triebe oder einen Riementrieb mechanisch an die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors 1 und zum anderen über einen Elektromotor elektrisch an den Generator 17 ankoppelbar ist. Dieser Kompres­ sor ist in seinem Hubvolumen und damit in seiner Förderleistung bis auf null oder nahezu null abregelbar ausgeführt.

Die gezeigte Klimaanlage kann für die Standheizfunktion bei Be­ darf auch für einen Betrieb als Wärmepumpe oder Heißgaspumpe ausgelegt sein, wobei dann das Kompressoraggregat entsprechend während eines Standheizvorgangs aktiviert wird.

Mit der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugklimaanlage läßt sich ein leistungsstarker Standbetrieb realisieren, der zudem eine sinn­ volle Abwärmenutzung des Zusatzverbrennungsmotors mit besonders einfachen Mitteln ermöglicht und ferner eine Zusatzstromversor­ gung für verschiedene Neben- und Hilfsaggregate des Kraftfahr­ zeugs zur Verfügung stellt.

Claims (6)

1. Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Kompressoraggregat, das zum einen durch mechanische Ankopplung an einen Kraftfahrzeugan­ triebsmotor und zum anderen durch elektrische Ankopplung eines zugehörigen Elektromotors an eine Spannungsquelle antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle von einem Generator (17) gebildet ist, der von einem zusätzlich zum Kraftfahrzeugantriebsmotor (1) vorgese­ henen Zusatzverbrennungsmotor (2) antreibbar ist.

2. Kraftfahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompressoraggregat (12) von einem einzelnen, in seinem Hub­ volumen abregelbaren Kompressor gebildet ist.

3. Kraftfahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompressoraggregat von wenigstens zwei parallel geschalteten Kompressoren (14, 15) gebildet ist, von denen einer mechanisch an den Kraftfahrzeugantriebsmotor (I) und ein anderer elektrisch an den Generator (17) angekoppelt ist.

4. Kraftfahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kraftfahrzeugantriebsmotor (1) ein Hauptkühlmittelkreis (3) mit einem Kühler (5) und einem Heizungswärmetauscher (4) und dem Zusatzverbrennungsmotor (2) ein Zusatzkühlmittelkreis (7) zuge­ ordnet ist, wobei der Zusatzkühlmittelkreis (7) eintrittsseitig an den Kühlmittelauslaß des Kühlers (5) angeschlossen ist und austrittsseitig vor dem Heizungswärmetauscher (4) in den Haupt­ kühlmittelkreis (3) mündet.

5. Kraftfahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptkühlmittelkreis (3) vor dem Heizungswärmetauscher (4) und/oder im Luftströmungskanal hinter dem Heizungswärmetauscher (4) ein an den Generator (17) bzw. an das durch diesen gespeiste Bordnetz angeschlossenes Heizelement angeordnet ist.

6. Kraftfahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptkühlmittelkreis (3) ein Bypass (18) für den Heizungswär­ metauscher (4) vorgesehen ist.