ITBO20090466A1 - Compressore a chiocciola per un condizionatore aria di un veicolo ibrido - Google Patents

Description

“COMPRESSORE A CHIOCCIOLA PER UN CONDIZIONATORE ARIA DI UN VEICOLO IBRIDOâ€

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione à ̈ relativa ad un compressore a chiocciola per un condizionatore aria di un veicolo ibrido. ARTE ANTERIORE

Un veicolo ibrido comprende un motore termico a combustione a combustione interna, il quale trasmette la coppia motrice alle ruote motrici mediante una trasmissione provvista di un cambio accoppiato ad una frizione, ed almeno una macchina elettrica che à ̈ collegata elettricamente ad un sistema di accumulo elettrico ed à ̈ collegata meccanicamente alle ruote motrici.

Durante la marcia del veicolo à ̈ possibile: una trazione termica, in cui la coppia motrice à ̈ generata solo dal motore termico ed eventualmente la macchina elettrica opera come generatore per ricaricare il sistema di accumulo elettrico; una trazione elettrica, in cui il motore termico à ̈ spento e la coppia motrice à ̈ generata solo dalla macchina elettrica operante come motore; oppure una trazione combinata, in cui la coppia motrice à ̈ generata sia dal motore termico, sia dalla macchina elettrica operante come motore. Inoltre, per aumentare l’efficienza energetica complessiva durante tutte le fasi di decelerazione, la macchina elettrica può venire utilizzata come generatore per realizzare una decelerazione rigenerativa in cui l’energia cinetica posseduta dal veicolo invece di venire completamente dissipata in attriti viene in parte convertita in energia elettrica che viene immagazzina nel sistema di accumulo elettrico.

Nelle moderne automobili à ̈ ormai obbligatoria la presenza nell’impianto di climatizzazione dell’abitacolo di un condizionatore, il quale sfruttando un ciclo frigorifero a compressione (cioà ̈ che utilizza un compressore) per ridurre la temperatura e/o l’umidità dell’aria che viene immessa nell’abitacolo. In un veicolo tradizionale avente solo un motore termico, il compressore del condizionatore à ̈ azionato (cioà ̈ portato in rotazione) direttamente dall’albero motore del motore termico mediante, tipicamente, una trasmissione a cinghia o a catena. In un veicolo ibrido si pone il problema di azionare il compressore del condizionatore sia in caso di trazione termica (cioà ̈ quando il motore termico à ̈ acceso), sia in caso di trazione elettrica (cioà ̈ quando il motore termico à ̈ spento).

Per potere azionare il compressore del condizionatore indipendentemente dallo stato di moto del motore termico à ̈ stato proposto di scollegare il compressore dall’albero motore del motore termico e quindi di azionare il compressore mediante un motore elettrico dedicato. Tale soluzione à ̈ efficace (cioà ̈ raggiunge lo scopo di permettere l’azionamento del compressore del condizionatore indipendentemente dallo stato di moto del motore termico), ma per contro presenta una ridotta efficienza energetica in quanto quando il motore termico à ̈ in funzione (cioà ̈ per la maggior parte del tempo di utilizzo del veicolo) à ̈ più efficiente utilizzare parte della coppia motrice generata dal motore termico per azionare direttamente il compressore piuttosto che convertire parte della coppia motrice generata dal motore termico in energia elettrica che viene ritrasformata in coppia meccanica da un motore elettrico.

Per potere azionare il compressore del condizionatore indipendentemente dallo stato di moto del motore termico à ̈ stato anche proposto di utilizzare in modo alternato due compressori distinti agenti sullo stesso ciclo frigorifero: un primo compressore à ̈ azionato direttamente dall’albero motore del motore termico come nei veicoli tradizionali e viene utilizzato quando il motore termico à ̈ acceso mentre un secondo compressore à ̈ azionato da un motore elettrico e viene utilizzato quando il motore termico à ̈ spento. Anche tale soluzione à ̈ efficace (cioà ̈ raggiunge lo scopo di permettere l’azionamento del compressore del condizionatore indipendentemente dallo stato di moto del motore termico), ma per contro risulta costosa, pesante ed ingombrante in quanto richiede la duplicazione del compressore.

Per cercare di ridurre l’ingombro ed il peso della sopra descritta soluzione che prevede l’utilizzo in modo alternato di due compressori distinti, à ̈ stato proposto di realizzare i due compressori a chiocciola e di integrare i due compressori in una unica struttura. In questa forma di attuazione, à ̈ previsto una statore centrale che presenta due chiocciole statoriche (cioà ̈ fisse) distinte disposte su due lati contrapposti, e due chiocciole rotoriche (cioà ̈ montate girevoli), ciascuna delle quali à ̈ accoppiata ad una chioccola statorica per definisce un corrispondente compressore; una chiocciola statorica à ̈ meccanicamente azionata dall’albero motore del motore termico, mentre l’altra chiocciola rotorica à ̈ meccanicamente azionata da un motore elettrico. In questo modo à ̈ possibile ottenere una maggiore compattezza complessiva, ma comunque risulta sempre necessario prevedere la presenza di elettrovalvole che permettano il flusso del fluido frigorifero attraverso il compressore in funzione ed impediscano il flusso del fluido frigorifero attraverso il compressore non in funzione.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un compressore a chiocciola per un condizionatore aria di un veicolo ibrido, il quale compressore a chiocciola sia privo degli inconvenienti sopra descritti e sia nel contempo di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un compressore a chiocciola per un condizionatore aria di un veicolo ibrido secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

· la figura 1 Ã ̈ una vista schematica di un veicolo stradale con propulsione ibrida;

· la figura 2 Ã ̈ una vista in sezione laterale, schematica e con parti asportate per chiarezza di un compressore a chiocciola realizzato in accordo con la presente invenzione di un condizionatore del veicolo ibrido; e

· la figura 3 Ã ̈ una vista frontale, schematica e con parti asportate per chiarezza di due chiocciole del compressore a chiocciola della figura 2.+

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 Ã ̈ indicato nel suo complesso un veicolo stradale con propulsione ibrida provvisto di due ruote 2 anteriori e di due ruote 3 posteriori motrici, che ricevono la coppia motrice da un sistema 4 di motopropulsione ibrido.

Il sistema 4 di motopropulsione ibrido comprende un motore 5 termico a combustione interna, il quale à ̈ disposto in posizione anteriore ed à ̈ provvisto di un albero 6 motore, una trasmissione 7 manuale automatica (denominata comunemente “AMT†), la quale trasmette la coppia motrice generata dal motore 5 a combustione interna verso le ruote 3 posteriori motrici, ed una macchina 8 elettrica reversibile (cioà ̈ che può funzionare sia come motore elettrico assorbendo energia elettrica e generando un coppia meccanica motrice, sia come generatore elettrico assorbendo energia meccanica e generando energia elettrica) che à ̈ meccanicamente collegata alla trasmissione 7.

La trasmissione 7 comprende un albero 9 di trasmissione che à ̈ da un lato à ̈ angolarmente solidale all’albero 6 motore e dall’altro lato à ̈ meccanicamente collegato ad un cambio 10 a doppia frizione, il quale à ̈ disposto in posizione posteriore e trasmette il moto alle ruote 3 posteriori motrice mediante due semiassi 11 che ricevono il moto da un differenziale 12. La macchina 8 elettrica reversibile à ̈ meccanicamente collegata al cambio 10 a doppia frizione come verrà meglio descritto in seguito ed à ̈ pilotata da un convertitore 13 elettronico di potenza collegato ad un sistema 14 di accumulo che à ̈ atto immagazzinare energia elettrica ed à ̈ provvisto di batterie chimiche e/o supercondensatori.

Il veicolo 1 ibrido à ̈ provvisto di un impianto di climatizzazione di un abitacolo che presenta un condizionatore aria 15, il quale sfruttando un ciclo frigorifero a compressione à ̈ in grado di ridurre la temperatura e/o l’umidità dell’aria che viene immessa nell’abitacolo. Il condizionatore aria 15 comprende un compressore 16 a chiocciola di tipo volumetrico, il quale à ̈ azionabile in alternativa dall’albero 6 motore del motore 5 termico e da un motore 17 elettrico dedicato.

Secondo quanto illustrato nelle figure 2 e 3, il compressore 16 a chiocciola comprende un contenitore 18 a tenuta e di forma cilindrica che definisce una camera 19 di compressione presentante una apertura 20 di aspirazione o di ingresso di un fluido frigorifero (eventualmente regolata da una valvola di aspirazione monodirezionale) ed una apertura 21 di mandata o di uscita del fluido frigorifero (eventualmente regolata da una valvola di mandata monodirezionale). All’interno della camera 19 di compressione sono alloggiate una chiocciola 22 che à ̈ portata da un albero 23 montato girevole attorno ad un asse 24 di rotazione ed una chiocciola 25 che à ̈ accoppiata alla chiocciola 22 in modo da compenetrarsi con la chiocciola 22 stessa ed à ̈ portata da un albero 26 montato girevole attorno all’asse 24 di rotazione coassialmente all’albero 23.

L’albero 23 portante la chiocciola 22 à ̈ meccanicamente collegato all’albero 6 motore del motore 5 termico mediante una trasmissione 27 a cinghia (in alternativa potrebbe essere una trasmissione a catena o una trasmissione a ingranaggi), mentre l’albero 26 portante la chiocciola 25 à ̈ meccanicamente collegato al motore 17 elettrico (cioà ̈ ad un albero del motore 17 elettrico). Entrambe le chiocciole 22 e 25 sono montate girevoli attorno all’asse 24 di rotazione; in uso, cioà ̈ quando il compressore 16 a chiocciola à ̈ in funzione, una chiocciola 22 o 25 viene fatta ruotare attorno all’asse 24 di rotazione per operare come rotore mentre l’altra chiocciola 25 o 22 viene mantenuta ferma per operare come statore. In altre parole, in uso le chiocciole 22 e 25 si scambiano il ruolo di rotore e di statore in funzione del lato da cui proviene il moto di azionamento: quando il compressore 16 a chiocciola à ̈ azionato dal motore 5 termico la chiocciola 22 ruota sotto la spinta del motore 5 termico ed opera come rotore mentre la chiocciola 25 viene mantenuta ferma ed opera come statore, invece quando il compressore 16 a chiocciola à ̈ azionato dal motore 17 elettrico la chiocciola 22 ruota sotto la spinta del motore 17 elettrico ed opera come rotore mentre la chiocciola 22 viene mantenuta ferma ed opera come statore.

L’albero 23 supportante la chiocciola 22 ruota con verso opposto rispetto all’albero 26 supportante la chiocciola 25 in modo tale che quando si verifica l’inversione dei ruoli tra le due chiocciole 22 e 25 (cioà ̈ quando la chiocciola 22 da statore diventa rotore e la chiocciola 25 da rotore diventa statore o viceversa) il movimento relativo tra le due chiocciole 22 e 25 non cambia e quindi non cambia la direzione di compressione del compressore 16 a chiocciola (cioà ̈ non cambia la direzione del flusso di refrigerante all’interno della camera 19 di compressione).

Secondo una preferita forma di attuazione, il compressore 16 a chiocciola comprende un organo 28 di innesto meccanicamente collegato all’albero 23 per innestare/disinnestare l’albero 6 motore del motore 5 termico all’albero 23. La funzione dell’organo 28 di innesto à ̈ di potere decidere quando azionare il compressore 16 a chioccola del condizionatore aria 15 mediante il motore 5 termico; in altre parole, quando il motore 5 termico à ̈ acceso il compressore 16 a chioccola del condizionatore aria 15 non viene azionato in modo continuativo, ma solo quando richiesto agendo sull’organo 28 di innesto.

Secondo una alternativa forma di attuazione non illustrata, il compressore 16 a chiocciola comprende un ulteriore organo di innesto meccanicamente collegato all’albero 26 per innestare/disinnestare il motore 17 elettrico all’albero 26; questo ulteriore organo di innesto à ̈ presente solo se il motore 17 elettrico non à ̈ dedicato esclusivamente al compressore 16 a chiocciola, ma à ̈ destinato anche all’azionamento di altri organi ausiliari (ad esempio una pompa di un sistema di servosterzo) per permettere l’azionamento degli altri organi ausiliari indipendentemente dall’azionamento del compressore 16 a chiocciola.

Quando il motore 5 termico à ̈ spento, l’organo 28 di innesto viene pilotato per collegare l’albero 23 portante la chioccola 22 all’albero 6 motore del motore 5 termico in modo da utilizzare il motore 5 termico stesso come “freno†per mantenere l’albero 23 fermo. In altre parole, quando il motore 5 termico à ̈ spento la chiocciola 22 opera come statore e deve rimanere ferma mentre la chiocciola 25 ruota sotto la spinta del motore 17 elettrico ed opera come rotore; per garantire che la chiocciola 22 rimanga ferma, la chiocciola 22 stessa viene meccanicamente vincolata all’albero 6 motore che per venire portato in rotazione richiede l’applicazione di una coppia motrice superiore alla coppia motrice agente sulla chiocciola 22. Di conseguenza, la chiocciola 22 rimane ferma per effetto dell’azione frenante del motore 5 termico.

Quando il motore 5 termico à ̈ acceso, la chiocciola 22 ruota sotto la spinta del motore 5 termico ed opera come rotore mentre la chiocciola 25 viene mantenuta ferma ed opera come statore; per mantenere ferma la chiocciola 25 à ̈ possibile pilotare il motore 17 elettrico come freno elettromagnetico statico per bloccare la rotazione dell’albero 26 portante la chiocciola 25. In alternativa, il compressore 16 a chiocciola comprende un freno 29, il quale agisce sull’albero 26 portante la chiocciola 25per bloccare la rotazione dell’albero 26 stesso quando il motore 5 termico à ̈ acceso; il freno 29 può essere accoppiato al motore 17 elettrico come illustrato nella figura 2 oppure può essere fisicamente separato dal motore 17 elettrico e disposto a monte o a valle del motore 17 elettrico.

Secondo una preferita forma di attuazione, il freno 29 à ̈ integrato nel motore 17 elettrico e si aziona automaticamente per bloccare la rotazione dell’albero 26 quando il motore 17 elettrico viene spento (ad esempio potrebbe essere un freno elettromagnetico a cono che in assenza di alimentazione elettrica blocca la rotazione dell’albero 26).

Il compressore 16 a chiocciola sopra descritto presenta diversi vantaggi.

In primo luogo, il compressore 16 a chiocciola sopra descritto può venire azionato indifferentemente sia dal motore 5 termico accoppiato ad un lato del compressore 16 a chiocciola, sia dal motore 17 elettrico accoppiato all’altro lato del compressore 16 a chiocciola.

Inoltre, il compressore 16 a chiocciola sopra descritto à ̈ estremamente compatto e leggero, in quanto prevede unicamente la presenza di due chiocciole 22 e 25 che si scambiano di volta in volta il ruolo di rotore e di statore.

Infine, il compressore 16 a chiocciola sopra descritto à ̈ di semplice ed economica realizzazione, in quanto presenta una struttura meccanica di ridotta complessiva e non prevede la presenza di elettrovalvole.

Claims (11)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Compressore (16) a chiocciola per un condizionatore aria (15) di un veicolo (1) ibrido; il compressore (16) a chiocciola comprende: un contenitore (18) a tenuta che definisce una camera (19) di compressione presentante almeno una apertura (20) di aspirazione di un fluido frigorifero ed almeno una apertura (21) di mandata del fluido frigorifero; una prima chiocciola (22) che à ̈ disposta all’interno della camera (19) di compressione ed à ̈ portata da un primo albero (23), il quale à ̈ montato girevole attorno ad un asse (24) di rotazione ed à ̈ collegabile ad un albero (6) motore di un motore (5) termico del veicolo (1) ibrido; ed una seconda chiocciola (25) disposta all’interno della camera (19) di compressione ed accoppiata alla prima chiocciola (22) in modo da compenetrarsi con la prima chiocciola (22) stessa; il compressore (16) a chiocciola à ̈ caratterizzato dal fatto che la seconda chioccola (25) à ̈ portata da un secondo albero (26), il quale à ̈ montato girevole attorno all’asse (24) di rotazione coassialmente al primo albero (23) ed à ̈ collegabile ad un motore (17) elettrico; in uso, una chiocciola (22; 25) viene fatta ruotare attorno all’asse (24) di rotazione per operare come rotore mentre l’altra chiocciola (25; 22) viene mantenuta ferma per operare come statore.
2. 2) Compressore (16) a chiocciola secondo la rivendicazione 1 e comprendente un primo organo (28) di innesto meccanicamente collegato al primo albero (23) per innestare/disinnestare l’albero (6) motore del motore (5) termico al primo albero (23).
3. 3) Compressore (16) a chiocciola secondo la rivendicazione 2, in cui quando il motore (5) termico à ̈ spento il primo organo (28) di innesto viene pilotato per collegare il primo albero (23) portante la prima chioccola (22) all’albero (6) motore del motore (5) termico in modo da utilizzare il motore (5) termico stesso come “freno†per mantenere il primo albero (23) fermo.
4. 4) Compressore (16) a chiocciola secondo la rivendicazione 1, 2 e 3 e comprendente un secondo organo di innesto meccanicamente collegata al secondo albero (26) per innestare/disinnestare il motore (17) elettrico al secondo albero (26).
5. 5) Compressore (16) a chiocciola secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4 e comprendente un freno (29), il quale agisce sul secondo albero (26) per bloccare la rotazione del secondo albero (26) stesso quando il motore (5) termico à ̈ acceso.
6. 6) Compressore (16) a chiocciola secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5 e comprendente il motore (17) elettrico.
7. 7) Compressore (16) a chiocciola secondo la rivendicazione 6, in cui il motore (17) elettrico à ̈ pilotabile come freno elettromagnetico statico per bloccare la rotazione del secondo albero (26) quando il motore (5) termico à ̈ acceso.
8. 8) Compressore (16) a chiocciola secondo la rivendicazione 6 e comprendente un freno (29), il quale à ̈ integrato nel motore (17) elettrico ed agisce sul secondo albero (26) per bloccare la rotazione del secondo albero (26) stesso quando il motore (5) termico à ̈ acceso.
9. 9) Compressore (16) a chiocciola secondo la rivendicazione 8, in cui il freno (29) si aziona automaticamente per bloccare la rotazione del secondo albero (26) quando il motore (17) elettrico viene spento.
10. 10) Compressore (16) a chiocciola secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui il primo albero (23) ruota con verso opposto rispetto al secondo albero (26).
11. 11) Veicolo (1) ibrido comprendente: un condizionatore aria (15) provvisto di un compressore (16) a chiocciola secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10; un motore (5) termico provvisto di un albero (6) motore meccanicamente collegato al primo albero (23) portante la prima chiocciola (22) del compressore (16) a chiocciola; ed un motore (17) elettrico meccanicamente collegato al secondo albero (26) portante la seconda chiocciola (25) del compressore (16) a chiocciola.