JP2009255692A - サブエンジン駆動式車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スタータモータの起動トルク低減と圧縮機の液圧縮防止とを同時に満たすことができる簡素な構成のサブエンジン駆動式車両用空調装置を提供することを目的とする。
【解決手段】空調装置用のサブエンジン３を備え、圧縮機７がサブエンジン３により直結駆動される方式のサブエンジン駆動式車両用空調装置１において、圧縮機７に、吐出弁２４をロード状態／アンロード状態に切り換え可能な吐出弁切換機構２９が設けられるとともに、該吐出弁切換機構２９をサブエンジン起動用のスタータモータ６のオン／オフ動作に連動してアンロード状態／ロード状態に切り換える制御装置３０が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、空調装置用のサブエンジンを備え、圧縮機がサブエンジンにより直結駆動される方式のサブエンジン駆動式車両用空調装置に関するものである。

大型バス等の車両用空調装置に適用されるサブエンジン駆動式車両用空調装置は、構造的に圧縮機が外気温の影響を受け易く、暖房時に除湿運転制御を行うため、圧縮機を起動すると、圧縮機内部に溜り込んでいた液冷媒が圧縮（液圧縮）され、筒内圧力が異常上昇して吐出弁や弁押えバネ等に過大応力が作用し、吐出弁機構を破損する等の事故に至る場合がある。液冷媒の圧縮機内への溜り込みは、圧縮機と凝縮器や蒸発器等との温度差によって生じ、圧縮機側の温度が凝縮器や蒸発器側の温度よりも相対的に低い場合に、より多くなることが知られている。

また、サブエンジン駆動式車両用空調装置では、サブエンジンと圧縮機とが直結構造とされることがあり、このため、サブエンジンを起動するスタータモータには、サブエンジン以外に圧縮機の駆動トルクが加わる。特に、液圧縮時には筒内圧力が１０ＭＰａ以上になることから、過負荷状態での起動となり、スタータモータに過電流が流れ、消費電力の増大やスタータモータの寿命短縮等を招くことになる。液圧縮の防止手段としては、一般的に、アキュームレータや逆止弁等の設置、クランクケースヒータの設置、圧縮機の断続起動、低回転起動、アンロード起動等の各種手段が考えられている。

一方、特許文献１には、アンロード起動の１つとして、吐出弁を作動位置と非作動位置との間で移動可能とする流体圧式アクチュエータを設け、該アクチュエータに印加される圧力を、停止時や通常負荷時、低負荷時等の運転状態により変化する吸入圧力に応答する圧力制御弁を介して調整し、起動時は常にアンロード状態とされ、クラッチをオンして圧縮機を起動するとき、エンジンに加わるショックを低減するとともに、液圧縮を防止可能とした技術が開示されている。

特開昭６１−３８１７５号公報

しかしながら、上記した従来技術は、スタータモータにより起動されるサブエンジンを備え、圧縮機がサブエンジンにより直結駆動される方式のサブエンジン駆動式車両用空調装置にとって、必ずしも適しているとは云えなかった。つまり、アキュームレータや逆止弁あるいはクランクケースヒータを設置したものは、液圧縮防止効果は期待できるが、スタータモータの起動トルクを軽減することはできなかった。

また、圧縮機を断続起動または低回転起動する方式は、圧縮機のみを単独で制御する必要があることから、圧縮機がサブエンジンにより直結駆動される方式の場合には、適用が困難であった。さらに、特許文献１に示されるように、容量制御装置を備えた圧縮機を用いると、容量制御装置をアンロード状態として起動することにより、スタータモータの起動トルク低減と圧縮機の液圧縮防止とを同時に満たすことができる。しかし、この方式では、容量制御装置を停止時において低負荷時の容量制御状態と同状態に機能させなければならず、複雑な構成の圧力制御弁が必要になるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、吐出弁をロード状態／アンロード状態に切り換え可能な吐出弁切換機構をスタータモータのオン／オフ動作と連動して切り換えることにより、スタータモータの起動トルク低減と圧縮機の液圧縮防止とを同時に満たすことができる簡素な構成のサブエンジン駆動式車両用空調装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のサブエンジン駆動式車両用空調装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるサブエンジン駆動式車両用空調装置は、空調装置用のサブエンジンを備え、圧縮機が前記サブエンジンにより直結駆動される方式のサブエンジン駆動式車両用空調装置において、前記圧縮機に、吐出弁をロード状態／アンロード状態に切り換え可能な吐出弁切換機構が設けられるとともに、該吐出弁切換機構を前記サブエンジン起動用のスタータモータのオン／オフ動作に連動してアンロード状態／ロード状態に切り換える制御装置が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機の吐出弁をロード状態／アンロード状態に切り換え可能な吐出弁切換機構が、制御装置によりサブエンジン起動用のスタータモータのオン／オフ動作に連動してアンロード状態／ロード状態に切り換えられるようにされているため、空調装置の運転開始時、スタータモータでサブエンジンを起動するとき、サブエンジンに直結されている圧縮機の吐出弁をアンロード状態として起動することができる。これにより、圧縮機は空転状態とされるので直結方式にもかかわらず、スタータモータのクランキング時の負荷トルクを軽減し、消費電力の低減と寿命延長を図ることができ、更にはサブエンジンの始動性を向上することができる。同時に、吐出弁をアンロード状態で起動することによって、圧縮機内に液冷媒が溜り込んでいてもそれを圧縮することなく徐々に排出しながら圧縮機を起動できるため、液圧縮による吐出弁の損傷等をも防止することができる。

さらに、本発明のサブエンジン駆動式車両用空調装置は、上記のサブエンジン駆動式車両用空調装置において、前記吐出弁切換機構は、前記制御装置を介して通電制御され、前記吐出弁をアンロード状態／ロード状態に切り換える電磁ソレノイドを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、吐出弁切換機構が制御装置を介して通電制御され、吐出弁をアンロード状態／ロード状態に切り換える電磁ソレノイドを備えているため、スタータモータのオン／オフ動作に連動して通電制御される電磁ソレノイドにより吐出弁をアンロード状態またはロード状態に簡単に切り換えることができる。従って、吸入圧力に応答してアクチュエータに印加する圧力を切り換える圧力制御弁等を必要とせず、吐出弁切換機構の構成を簡素にし、低コスト化を図ることができる。

さらに、本発明のサブエンジン駆動式車両用空調装置は、上述のいずれかのサブエンジン駆動式車両用空調装置において、前記制御装置は、エアコンスイッチをオンにして前記スタータモータにより前記サブエンジンを起動する際、該サブエンジンの回転数を検出しその回転数が設定回転数に達したとき、前記スタータモータをオフとするとともに、前記吐出弁切換機構をロード状態に切り換えることを特徴とする。

本発明によれば、スタータモータによりサブエンジンを起動する際、サブエンジンの回転数を検出しそれが設定回転数に達したとき、制御装置がスタータモータをオフとするとともに、吐出弁切換機構をロード状態に切り換えるようにしているため、起動時、サブエンジンの回転数が確実に設定回転数以上に上昇した後、スタータモータをオフとするとともに、吐出弁切換機構をロード状態に切り換えて通常運転に移行することができる。これにより、スタータモータの起動トルク軽減と液圧縮防止による圧縮機保護を図りながら、サブエンジン駆動式車両用空調装置をスムーズに起動することができる。

本発明によると、空調装置の運転開始時、スタータモータによりサブエンジンを起動するとき、サブエンジンに直結されている圧縮機の吐出弁をアンロード状態として起動することができるため、直結方式にもかかわらず、スタータモータのクランキング時の負荷トルクを軽減し、消費電力の低減と寿命延長を図ることができ、更にはサブエンジンの始動性を向上することができる。同時に、吐出弁をアンロード状態で起動することにより、圧縮機内に液冷媒が溜り込んでいてもそれを圧縮することなく徐々に排出しながら圧縮機を起動できるため、液圧縮による吐出弁の損傷等をも防止することができる。従って、スタータモータの起動トルク低減と圧縮機の液圧縮防止とを同時に満たすことができる。

以下に、本発明の一実施形態について、図１ないし図４を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態にかかるサブエンジン駆動式車両用空調装置１のドライビングシステムの斜視図が示され、図２には、その空調装置に適用した圧縮機の主要部分の断面図が示されている。
サブエンジン駆動式車両用空調装置１は、フレーム２を備えている。このフレーム２上にサブエンジン３を含む各種機器が搭載されることにより空調装置１が構成され、大型バスの床下においてシャーシ上の左右方向に架装設置されるようになっている。

フレーム２上の一側には、ディーゼルエンジンからなる空調装置用のサブエンジン３が搭載されている。このサブエンジン３は、一般に４速程度に回転速度が調整可能とされている。また、サブエンジン３には、公知の如く、クランク軸４の出力軸端４Ａ側に設けられているフライホイールリングギア５にピニオンを介して噛み合いサブエンジン３をクランキングするスタータモータ６が具備されている。

フレーム２上の中央部付近には、冷媒を圧縮する圧縮機７が搭載されている。本実施形態では、圧縮機７として後述のレシプロ型圧縮機を用いた例が示されている。この圧縮機７は、サブエンジン３のクランク軸４の出力軸端４Ａ側に直結されており、サブエンジン３により直結駆動されるようになっている。このサブエンジン３の回転数は、フライホイールリングギア５に対向して設置された回転センサ８により検出可能とされている。

フレーム２のサブエンジン３が配設されている側の端部には、空調装置用の冷凍サイクルを構成するコンデンサとサブエンジン３用のラジエータとが一体化されて構成されたコンデンサ＆ラジエータユニット９と、コンデンサ＆ラジエータユニット９の背後に配設され、サブエンジン３により駆動されるコンデンサ＆ラジエータ用ファン１０と、エバポレータ用のファンモータ１１とが設けられている。

ファンモータ１１には、サブエンジン３またはファンモータ１１の何れかにより駆動されるドライブシャフト１２が連結され、このドライブシャフト１２は、フレーム２の他端側に配設されているエバポレータ用ファン１３に接続されている。フレーム２上の他端には、コンデンサ＆ラジエータユニット９と対向して内部に図示省略のエバポレータ、ヒータコアおよびデフロストヒータ等が設置されたエバポレータボックス１４が配設され、エバポレータ用ファン１３により車室内から吸い込まれた空気がエバポレータ、ヒータコアおよびデフロストヒータ等を経て循環可能とされている。

コンデンサ＆ラジエータ用ファン１０は、サブエンジン３の出力軸端４Ｂに設けられたクランクプーリ１５と、テンションプーリ１６と、コンデンサ＆ラジエータ用ファン１０の回転軸に支持されたファンプーリ１７との間に架設されたＶベルト１８を介してサブエンジン３により駆動されるようになっている。また、ファンプーリ１７には、図示省略の電磁クラッチが設けられ、コンデンサ＆ラジエータ用ファン１０への動力を断続できる構成とされている。

エバポレータ用ファン１３は、サブエンジン３の出力軸端４Ｂに設けられたクランクプーリ１５と、ファンモータ１１の回転軸に設けられたファンモータプーリ１９との間に架設されたＶベルト２０を介して、サブエンジン３またはファンモータ１１の何れかにより駆動されるドライブシャフト１２を経て駆動されるようになっている。このように、エバポレータ用ファン１３は、ファンモータ１１を備えており、サブエンジン３が停止される送風運転時や換気運転時あるいは暖房運転時にもエバポレータ用ファン１３を駆動できる駆動系を構成している。

圧縮機７は、図２に示されるように、シリンダ２１とピストン２２とを有する多気筒型の往復動圧縮機により構成されている。シリンダ２１の一端に設けられたシリンダヘッド２３には、下面に吐出弁２４が設けられた弁板２５が設置され、この弁板２５は、電磁コイル２６を備えた電磁ソレノイド２７とバネ２８とから構成される吐出弁切換機構２９によりシリンダヘッド２３からリフトされたアンロード位置とシリンダヘッド２３に着座されたロード位置とに作動可能とされている。これによって、吐出弁２４は、ロード状態とアンロード状態とに切り換えられるようになっている。

上記のスタータモータ６および電磁ソレノイド２７は、図３に示されるように、制御装置３０によりオン／オフ制御されるようになっている。制御装置３０は、エアコンスイッチ３１から空調装置１の運転を開始するためのオン指令が入力されると、スタータモータ６を起動するとともに、電磁コイル２６に通電し、電磁ソレノイド２７を作動する構成とされている。また、スタータモータ６によってサブエンジン３がクランキングされ、回転センサ８により検出されているサブエンジン３の回転数が設定回転数、例えば５００ｒｐｍ以上になると、スタータモータ６および電磁ソレノイド２７を共にオフとするように構成されている。

以上の説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
エアコンスイッチ３１をオンとして空調装置１の運転開始指令を出力すると、制御装置３０はスタータモータ６を駆動し、サブエンジン３をクランキングする。これにより、サブエンジン３が起動され、サブエンジン３に直結されている圧縮機７が駆動される。同時にサブエンジン３によってコンデンサ＆ラジエータ用ファン１０およびエバポレータ用ファン１３が駆動され、圧縮機７で圧縮された冷媒は、コンデンサ９、エバポレータ等により構成されている冷凍サイクル内を循環し、車室内の冷房または暖房時における除湿制御に供される。

制御装置３０は、図４に示されるように、エアコンスイッチ３１からオン指令Ｓ１が出力されている否かをステップＳ２で判断し、オン指令Ｓ１が出力されていると、「ＹＥＳ」と判断してステップＳ３に移行し、スタータモータ６をオンとする。さらにステップＳ４に移行して電磁コイル２６に通電し、電磁ソレノイド２７をオンとすることにより、吐出弁切換機構２９を介して吐出弁２４および弁板２５をアンロード位置にリフトする。

これによって、吐出弁２４はアンロード状態とされ、圧縮機７は圧縮作用を行わずに空転状態とされる。また、圧縮機７内に液冷媒が溜り込んでいた場合には、それを徐々にシリンダ２１の外部へと排出し、液圧縮が生じないようにする。この間に、スタータモータ６は、サブエンジン３をクランキングするが、サブエンジン３に直結されている圧縮機７がアンロード状態とされているため、余計な駆動トルクが負荷されることがなく、スタータモータ６のクランキング時における負荷トルクを軽減することができる。

サブエンジン３のクランキング時、サブエンジン３の回転数は回転センサ８により検出されており、ステップＳ５において、その回転数が設定回転数以上（例えば、５００ｒｐｍ）か否かが判断される。サブエンジン３の回転数が設定回転数以上に上昇し、ステップＳ５において「ＹＥＳ」と判断されると、ステップＳ６に移行してスタータモータ６をオフとする。さらにステップＳ７に移行して電磁コイル２６を非通電とし、電磁ソレノイド２７をオフとする。これにより、吐出弁切換機構２９はバネ２８を介して吐出弁２４および弁板２５をロード位置に降下する。

以上によりクランキング動作が完了され、制御装置３０はステップＳ８の通常制御へと移行される。なお、ステップＳ５において、所定のクランキング時間中に回転数が設定回転数以上に到達しない場合には、所定時間後に再度クランキングを行い、これを所定回数繰り返すようにし、それでもサブエンジン３が起動しない場合には、スタータモータ６を保護するため、アラームを出してクランキングを中止するようにしているが、本実施形態とは直接関わりがないので、詳細な説明は省略する。

しかして、本実施形態によると、圧縮機７の吐出弁２４をロード状態／アンロード状態に切り換え可能に構成された吐出弁切換機構２９が、サブエンジン３のクランキング時にスタータモータ６のオン／オフ動作と連動してアンロード状態／ロード状態に切り換えられるようになっているので、空調装置１の運転開始時、スタータモータ６によりサブエンジン３をクランキングするとき、サブエンジン３に直結されている圧縮機７の吐出弁２４をアンロード状態としてクランキングすることができる。

このため、圧縮機７は空転状態とされるので、直結方式にもかかわらず、スタータモータ６のクランキング時の負荷トルクを軽減し、スタータモータ６の消費電力の低減と寿命延長を図ることができ、更にはサブエンジン３の始動性を向上することができる。同時に吐出弁２４をアンロード状態で起動することにより、圧縮機７内に液冷媒が溜り込んでいてもそれを圧縮することなく徐々に排出しながら圧縮機７を起動できるため、液圧縮による吐出弁２４の損傷等も防止することができる。従って、スタータモータ６の起動トルク低減と圧縮機７の液圧縮防止とを同時に満たすことができる。

また、吐出弁切換機構２９が制御装置３０を介して通電制御され、吐出弁２４をアンロード状態／ロード状態に切り換える電磁ソレノイド２７を備えているため、スタータモータ６のオン／オフ動作と連動して通電制御される電磁ソレノイド２７により吐出弁２４をアンロード状態またはロード状態に簡単に切り換えることができる。従って、吸入圧力に応答してアクチュエータに印加する圧力を切り換える圧力制御弁等を必要とせず、吐出弁切換機構２９の構成を簡素化し低コスト化を図ることができる。

さらに、スタータモータ６によりサブエンジン３をクランキングする際、サブエンジン３の回転数を回転センサ８により検出し、それが設定回転数に達したとき、制御装置３０がスタータモータ６をオフとするとともに、吐出弁切換機構２９をロード状態に切り換えるようにしているため、起動時、サブエンジン３の回転数が確実に設定回転数以上に上昇した後、スタータモータ６をオフとするとともに、吐出弁切換機構２９をロード状態に切り換えて通常運転に移行することができる。これにより、スタータモータ６の起動トルクの軽減と液圧縮防止による圧縮機７の保護を図りながら、サブエンジン駆動式車両用空調装置１をスムーズに起動することができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、レシプロ型圧縮機７を用いた例について説明したが、他型式の圧縮機を用いたサブエンジン駆動式車両用空調装置１にも同様に適用できることはもちろんである。また、圧縮機７をアンロード状態にするときのアンロード率は、必ずしも１００％とする必要はなく、例えば５０％アンロードとする等、特に制約されるものではない。

本発明の一実施形態に係るサブエンジン駆動式車両用空調装置のドライビングシステムの斜視図である。 図１に示すサブエンジン駆動式車両用空調装置に適用した圧縮機の主要部の断面図である。 図１に示すサブエンジン駆動式車両用空調装置の運転開始時の起動制御用ブロック図である。 図１に示すサブエンジン駆動式車両用空調装置の運転開始時の起動制御フローチャート図である。

符号の説明

１ サブエンジン駆動式車両用空調装置
３ サブエンジン
６ スタータモータ
７ 圧縮機
８ 回転センサ
２４ 吐出弁
２７ 電磁ソレノイド
２９ 吐出弁切換機構
３０ 制御装置
３１ エアコンスイッチ

Claims (3)

1. 空調装置用のサブエンジンを備え、圧縮機が前記サブエンジンにより直結駆動される方式のサブエンジン駆動式車両用空調装置において、
   前記圧縮機に、吐出弁をロード状態／アンロード状態に切り換え可能な吐出弁切換機構が設けられるとともに、該吐出弁切換機構を前記サブエンジン起動用のスタータモータのオン／オフ動作に連動してアンロード状態／ロード状態に切り換える制御装置が設けられていることを特徴とするサブエンジン駆動式車両用空調装置。
2. 前記吐出弁切換機構は、前記制御装置を介して通電制御され、前記吐出弁をアンロード状態／ロード状態に切り換える電磁ソレノイドを備えていることを特徴とする請求項１に記載のサブエンジン駆動式車両用空調装置。
3. 前記制御装置は、エアコンスイッチをオンにして前記スタータモータにより前記サブエンジンを起動する際、該サブエンジンの回転数を検出しその回転数が設定回転数に達したとき、前記スタータモータをオフとするとともに、前記吐出弁切換機構をロード状態に切り換えることを特徴とする請求項１または２に記載のサブエンジン駆動式車両用空調装置。
   

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