JP4101071B2

JP4101071B2 - ハイブリッドコンプレッサ

Info

Publication number: JP4101071B2
Application number: JP2003017957A
Authority: JP
Inventors: 康鈴木; 慶一宇野; 弘知麻
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2023-01-27
Also published as: JP2004224310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載される冷凍サイクルの一部を構成し、駆動源としてエンジン及びモータを用いるハイブリッドコンプレッサにおいて、走行用エンジンからモータに駆動源を切り替える制御を行うハイブリッドコンプレッサの駆動源切替え制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アイドルストップ車やハイブリッド車などは、信号待ちなどによる停車中、又は加速を必要としない場合などには走行用エンジンを停止させる。従来のハイブリッドコンプレッサは、このようなエコラン車両においても冷房能力を十分に発揮できるように、プーリ内部に配したモータによりコンプレッサを電動駆動する。（たとえば特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４０７５７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、モータのトルクは走行用エンジンの駆動トルクに比べて小さいことから、単純に走行用エンジンからモータに駆動源を切り替えても、モータの駆動力不足により駆動源の円滑な移行ができない時があり、かつコンプレッサ能力が低下することによる冷凍サイクルの冷却能力の低下という不具合が生じる。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、ハイブリッド車において走行用エンジンからモータへの駆動源移行をスムーズに行うことが可能なシステムの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の本発明では、制御装置（４０）はエアコン要求判定手段、エンジン停止判定手段、エンジン停止予測手段、エンジン回転数判定手段、車両速度判定手段の判定結果に応じて、圧縮機（４）の駆動源をエンジン（２）とモータ（１１）から少なくとも一方を選択する。制御装置（４０）は、エンジン停止予測手段によるエンジンストップ予告信号の有無を判定し、エンジンストップ予告信号が入力されていれば、動力分配機構（１２）によってエンジン（２）とモータ（１１）の双方を用いて圧縮機（４）を駆動し、前記エンジン（２）の駆動力のみよって前記圧縮機（２）が駆動された場合の前記圧縮機（４）の回転数よりも回転数を増加させた状態を経た後、前記圧縮機（４）をモータ（１１）のみによって駆動する。
【０００７】
尚、上記手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図６を用いて説明する。図１中に示すハイブリッドコンプレッサ１は走行運転中一時停車した時などにエンジン２が停止されるアイドルストップ車両に搭載されるエアコンの冷凍サイクル装置３に適用されるものである。
【０００９】
ここで、冷凍サイクル装置３は周知の冷凍サイクルを形成するものであり、ハイブリッドコンプレッサ１を構成する圧縮機４が配設されている。圧縮機４は、この冷凍サイクル内の冷媒を高温高圧に圧縮するものであり、圧縮された冷媒を凝縮液化する凝縮器５、液化された冷媒を断熱膨張させる膨張弁６、膨張した冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により自身を通過する空気を冷却する蒸発器７が冷媒配管８によって順次接続され閉回路を形成している。
【００１０】
ハイブリッドコンプレッサ１は主にプーリ９、電磁クラッチ１０、モータ１１、圧縮機４、及び遊星歯車装置１２からなる。以下、その詳細を図２を用いて説明する。
【００１１】
プーリ９はハイブリッドコンプレッサ１のフロントハウジング１３に固定されたプーリ軸受け１４により回転可能に支持され、エンジン２から駆動ベルト１５（図１参照）を介して駆動力を伝達される。ハブ回転軸１６はフロントハウジング１３に設けられた軸受け１７によって回転可能に支持されている。また、ハブ回転軸１６の後端部には外周側がフロントハウジング１３に固定されたハブ用一方向クラッチ１８が設けられており、ハブ回転軸１６はエンジンからの駆動力を受け、駆動ベルト１５によって回転する方向には回転可能であるが、駆動ベルト１５による回転と逆の方向には回転しない構造となっている。
【００１２】
電磁クラッチ１０はフロントハウジング１３に固定された電磁コイル１９と、ハブ回転軸１６に固定されたハブ２０とからなり、電磁コイル１９に電流が流れるとハブ２０がプーリ９と一体になっているロータ部９ａに磁力によって吸引され、エンジン２からの駆動力をハブ回転軸１６に伝える。逆に電磁コイル１９への通電を遮断するとハブ２０はロータ部９ａから離れ、エンジンからの駆動力がハブ回転軸１６まで伝わることはない。
【００１３】
モータ１１は主に回転子２１と固定子２２からなり、ハイブリッドコンプレッサ１の中間ハウジング２３内に収容されている。この回転子２１の外周部には永久磁石２４が設けられており、中間ハウジング２３の内周側に固定された固定子２２に電流を流すと回転子２１はハブ回転軸１６を中心として回転駆動される。また回転子２１の内部には後述する遊星歯車装置１２を収納している。
【００１４】
圧縮機４はスクロール式圧縮機であり、ハイブリッドコンプレッサ１のエンドハウジング２４に固定される固定スクロール２５と圧縮機回転軸２６の偏心シャフト２７によって公転する可動スクロール２８を有している。この固定スクロール２５と可動スクロール２８との噛み合わせによって、外周部に吸入室２９が形成され、また中心側に圧縮室３０が形成される。エンドハウジング３１の側壁に設けられた吸入口３２から吸入室２９に吸入された冷媒は、圧縮室３０で圧縮され、吐出室３３を経てエンドハウジング３１の端面に設けられた吐出ポート３４から吐出される。
【００１５】
遊星歯車装置１２は図３に示すように、中心部に設けられたサンギア３８と、サンギア３８の外周で自転しつつ公転するピニオンギア３６を連結するＹ字形のプラネタリ−キャリア３５と、ピニオンギア３６のさらに外周で回転するリング状のリングギア３７からなる。
【００１６】
上記ハブ回転軸１６にはプラネタリーキャリア３５、圧縮機回転軸２６のプーリ側にはリングギア３７が接続され、回転子２１の中心部にはサンギア３８が配設されている。尚、サンギア用一方向クラッチ３９によりその回転可能方向はハブ回転軸１６の回転方向とは逆方向に限られる。
【００１７】
一方、図１に戻って制御装置４０は、エアコン要求信号、車速信号、エンジン回転数信号、エンジンストップ予測信号などに基づいて、電磁クラッチ１０とモータ１１を作動させるインバータ４１を制御するものである。
【００１８】
次に本発明の作動について、遊星歯車装置１２の働きを図３および図４をもとに述べ、制御装置４０での制御内容を図５に示すフローチャートを用いて説明する。
【００１９】
図３（ａ）はハイブリッドコンプレッサ１がプーリ９、すなわちエンジン２からの駆動力のみにより駆動されている時の遊星歯車装置１２の動きを示したものである。エンジン２からの駆動力は駆動ベルト１５によりプーリ９に伝えられ、電磁クラッチ１０によりハブ回転軸１６に伝えられている。ハブ回転軸１６と同方向に回転するＹ字形のプラネタリーキャリア３５は、エンジン２の駆動力により図３（ａ）の矢印（ア）の方向に動き出す。プラネタリーキャリア３５に支持された３つのピニオンギア３６は、それぞれサンギア３８に沿って矢印（イ）の方向に自転しながら公転する。ここでサンギア３８にはハブ回転軸１６と同方向に回転しようとする力が働くが、サンギア用一方向クラッチ３９により、サンギア３８がハブ回転軸１６と同方向に回転することはない。また、圧縮機回転軸２６に接続されたリングギア３７は３つのピニオンギア３６の自転と公転により矢印（ウ）の方向に動かされ、圧縮機回転軸２６を回転させ、圧縮機４を駆動する。
【００２０】
図３（ｂ）はハイブリッドコンプレッサ１がプーリ９とモータ１１の両方により駆動されている時の遊星歯車装置１２の動きを示したものである。サンギア３８がモータ１１により矢印（エ）の方向に回転している。これによりピニオンギア３６の自転の回転数が増加し、リングギア３７の回転数も増加する。
【００２１】
図３（ｃ）はハイブリッドコンプレッサ１がモータ１１のみにより駆動されている時の遊星歯車装置１２の動きを示したものである。モータ１１によりサンギア３８が矢印（エ）の方向に回転すると、それに合わせてプラネタリーキャリア３５も矢印（エ）の方向に回転しようとするがハブ用一方向クラッチ１８の働きによりプラネタリーキャリア３５が動くことはなく、３つのピニオンギア３６が矢印（イ）の方向にその場で回転する。ピニオンギア３６の回転によりリングギア３７は矢印（ウ）の方向に回転する。
【００２２】
尚、図３（ｂ）において、サンギア３８が矢印（エ）の方向に回転するには、プラネタリーキャリア３５が矢印（ア）の方向へ回転しようとする時の抗力を打ち消すトルクを必要とし、図３（ｃ）においては、プラネタリーキャリア３５がハブ用一方向クラッチ１８により固定されているだけであるので、抗力を打ち消すトルクは必要ない。
【００２３】
図４に示す共線図は遊星歯車装置１２に連結されたプーリ９、モータ１１、圧縮機４の回転数の関係を示すものである。横軸座標の間隔はサンギア３８とリングギア３７とのギア比λによって決まり、縦軸は各ギアの回転数を表す。ただし圧縮機４の回転方向を正とする。図４中のｘで示す直線はエンジン２の駆動力のみにより圧縮機４を駆動させた場合を示す。ｙで示す直線はエンジン２とモータ１１を併用して圧縮機４を駆動させた場合を示す。ｚで示す直線はモータ１１の駆動力のみで圧縮機４を駆動させた場合を示す。
【００２４】
図５に示すフローチャートを用いて制御装置４０で行う本発明の制御方法について説明する。まずステップＳ１にてエアコン要求信号の有無を判定し、エアコン要求信号が入力されていなければ、電磁クラッチ１０を遮断し、モータ１１の駆動もしない。
【００２５】
エアコン要求信号が入力されている時はステップＳ２へ進み、エンジン２が停止中または「ブレーキが踏まれた」などのエンジンストップ予告信号の有無を判定する。もし、エンジン停止中またはエンジンストップ予告信号が入力されていれば、インバータ４１を制御してモータ１１にトルクを発生させ、モータ１１とエンジン２の双方で圧縮機４を駆動する。その後、電磁クラッチ１０を遮断し、圧縮機４をモータ１１のみで駆動する。また、ステップＳ２において、エンジン停止中でもなければ、エンジンストップ予告信号も入力されていなければ、ステップＳ３へ進む。
【００２６】
ステップＳ３ではエンジン回転数信号より、エンジン２が所定のアイドル回転数以上で運転されているかどうかを判断する。もし、所定の回転数に達していなければ、モータ１１で圧縮機４を駆動する。また、エンジン２の回転数が所定の回転数に達していたとしても、ステップＳ４で車速信号により車両加速中と判定されれば、圧縮機４はモータ１１で駆動される。ステップＳ４で車両加速中と判定されなかった場合は電磁クラッチ１０を接続し、電磁クラッチ１０の断続で圧縮機４の回転数を制御する。そしてモータ１１による駆動を止める。
【００２７】
（本実施の形態の効果）
上記のような構成による効果を図６を用いて述べる。図６は車速、エンジン２のＯＮ／ＯＦＦ、モータ１１のトルク、モータ１１の回転数、圧縮機４の回転数、図示しないエアコン吹出口の冷風吹き出し温度などの値の時間遷移を表したものである。図中の実線は本発明によるものであり、破線は従来のハイブリッドコンプレッサを用いた場合のものである。
【００２８】
図６の（ａ）〜（ｂ）、（ｃ）〜（ｄ）、（ｅ）〜（ｆ）はエンジン２とモータ１１の双方にて圧縮機４を駆動している期間である。
【００２９】
電磁クラッチ１０を遮断し、モータ１１による駆動をする前にエンジン２とモータ１１の双方を用いて圧縮機４を駆動することで、モータ１１に必要なトルクを発生させておくことができ、電磁クラッチ１０が遮断されたと同時にモータ１１の回転数を上げることができる。よって駆動源をエンジン２からモータ１１にスムーズに切り替える事ができるので、圧縮機４の回転数を下げることがなく、エアコンの冷房能力の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される冷凍サイクルの模式図である。
【図２】ハイブリッドコンプレッサ１の断面図である。
【図３】遊星歯車装置１２の正面図である。
【図４】遊星歯車装置１２の働きを示す共線図である。
【図５】制御装置４０で行う制御を示すフローチャートである。
【図６】圧縮機４の回転数などの時間遷移を示す図である。
【符号の説明】
１…ハイブリッドコンプレッサ、
２…エンジン、
４…圧縮機、
１２…遊星歯車装置、
３５…プラネタリーキャリア、
３６…ピニオンギア、
３８…サンギア、
４０…制御装置。

Claims

走行状態に応じてエンジン（２）が停止される車両に適用されるハイブリッドコンプレッサシステムであって、
前記エンジン（２）によって回転駆動されるプーリ（９）と、
制御装置（４０）によって回転数が制御されるモータ（１１）と、
冷凍サイクル装置（３）内の冷媒を圧縮する圧縮機（４）と、
前記プーリ（９）、前記モータ（１１）、前記圧縮機（４）が接続され、各回転数を可変して伝達することが可能な動力分配機構（１２）とを有し、
前記制御装置（４０）はエアコン要求判定手段、エンジン停止判定手段、エンジン停止予測手段、エンジン回転数判定手段、車両速度判定手段の判定結果に基づいて前記圧縮機（４）の駆動源として前記エンジン（２）または前記モータ（１１）のうち少なくとも一方を選択し、
かつ、前記制御装置（４０）は、前記エンジン停止予測手段によるエンジンストップ予告信号の有無を判定し、前記エンジンストップ予告信号が入力されていれば、前記動力分配機構（１２）によって前記エンジン（２）と前記モータ（１１）の双方によって前記圧縮機（４）を駆動し、前記エンジン（２）の駆動力のみよって前記圧縮機（２）が駆動された場合の前記圧縮機（４）の回転数よりも回転数を増加させた状態を経た後、前記圧縮機（４）を前記モータ（１１）のみによって駆動する事を特徴とするハイブリッドコンプレッサシステム。
前記動力分配機構（１２）が遊星歯車装置（１２）であることを特徴とする請求項１記載のハイブリッドコンプレッサシステム。
前記遊星歯車装置（１２）がサンギア（３８）、ピニオンギア（３６）、リングギア（３７）、プラネタリーキャリア（３５）から構成され、
前記モータ（１１）は前記サンギア（３８）、前記プーリ（９）は前記プラネタリーキャリア（３５）、前記圧縮機（４）は前記リングギア（３７）に接続される事を特徴とする請求項２記載のハイブリッドコンプレッサシステム。