JP4360984B2 - エンジンで駆動される補機装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両においてエンジンで駆動される補機装置に係わり、特別には車両用空調装置のコンプレッサに係り、より特別にはアイドルストップ車において、アイドルストップ時の空調装置の作動と、発車前のエンジン始動とに適用されるコンプレッサに関する。

近年自動車に関して、環境問題及び省エネルギの観点から、アイドルストップ時にエンジンを停止する運転方式の車両が市場において採用されている。この車両においては、走行運転中一時停車した時にエンジンを停止させるようにしているため、エンジンの駆動力を受けて作動する冷凍サイクル装置内の圧縮機はエンジン停止中は共に停止することになり、冷凍サイクル装置として機能しないことになる。

この対策として、エンジンの回転を伝達するプーリと圧縮機とを電磁クラッチを介して連結し、更に圧縮機の反プーリ側の回転軸にモータを連結したハイブリッドコンプレッサを用いたものが知られている（例えば、特許文献１）。これにより、エンジン停止時には、電磁クラッチを切断して、モータによって圧縮機を作動させることができ、エンジンの作動、停止にかかわらず冷凍サイクル装置の冷房機能を果たすようにしている。

この様なハイブリッドコンプレッサの例として、エンジンとモータのいずれかでコンプレッサを駆動でき、主に走行時はエンジン駆動、アイドルストップ時はモータ駆動を行うものがある。この様なハイブリッドコンプレッサについて図５から７を参照して説明する。図５に、従来例のハイブリッドコンプレッサ１０１の横断面図を示し、図６にそれのモータ１２０とハウジング１４０間に配置された第２のワンウェイクラッチ付近の拡大図を示す。ハイブリッドコンプレッサ１０１は、ハウジング１４０と、入力軸１１１とを具備する。入力軸１１１は一方の端部をハイブリッドコンプレッサ１０１に連結し、他方の端部をプーリー１１０とベルト（図示されない）とを介してエンジン（図示されない）に接続する。ハウジング１４０は内部に、ハイブリッドコンプレッサ１０１の構成部を収容しており、冷媒を圧縮して吐出する圧縮部１３０と、圧縮部１３０を回転駆動可能であるモータ１２０と、一方で入力軸１１１に連結されていて他方で圧縮部１３０に連結する遊星歯車１５０と、前記ハウジング１４０と入力軸１１１との断続を行う第１のワンウェイクラッチ１８０と、前記ハウジング１４０とモータ１２０との断続を行う第２のワンウェイクラッチ１９０と、エンジンサイドとハイブリッドコンプレッサ１０１の接続／切断を行う電磁クラッチ１７０とを収容する。

ハイブリッドコンプレッサ１０１は、通常運転時には、エンジンにより圧縮部１３０を回転駆動する。この際、電磁クラッチ１７０はオン（接続）しており、第１のワンウェイクラッチ１８０は入力軸１１１の回転を許容する。また、第２のワンウェイクラッチ１９０は回転を規制する状態にあるので、モータ１２０はハウジング１４０に固定される。この状態において、圧縮部１３０は遊星歯車１５０を介してエンジンにより駆動される。このベルト駆動モードについて図７に示す。

ハイブリッドコンプレッサ１０１は、別の状態において、モータ１２０により圧縮部１３０を回転駆動して、ハイブリッドコンプレッサ１０１を作動させることが可能である。この場合は、アイドルストップ時等のエンジンが作動していない状態において、ハイブリッドコンプレッサ１０１を作動する場合である。この場合において、モータ１２０は、第２のワンウェイクラッチ１９０がモータ１２０の回転を許容する方向で回転し、モータ１２０の回転動は遊星歯車１５０を介して圧縮部１３０に伝達されて、ハイブリッドコンプレッサ１０１を作動させる。

別の従来例のハイブリッドコンプレッサではエンジンとモータいずれかでコンプレッサを駆動でき、主に走行時はエンジン駆動、アイドルストップ時はモータ駆動を行う。この場合アイドルストップ後のエンジン始動は従来のスタータ、もしくはアイドルストップ後始動専用のスタータで行う必要がある。従来のスタータではブラシ寿命と騒音の問題があり、ベルト式の専用スタータは搭載性やコスト面で問題があった。

更に別の従来例（例えば、特許文献２参照）では上記の従来例と同じく遊星歯車で動力分割し配置も同じ（サンギヤ：モータ、リングギヤ：コンプレッサ、プラネタリキャリヤ；エンジン軸）で、しかもモータでエンジン駆動できる構成であるが、プラネタリキャリヤは直接エンジンもしくはコンバータと連結されており、走行中にモータ単独でコンプレッサを駆動できないという問題があった。

特開２０００−１３０３２３号（第１頁） 特開２００３−２２０８４３号（第３頁）

本発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、車両において、スタータを使用しないでアイドルストップ後のエンジン始動ができ、エンジンのＯＮ／ＯＦＦに関わらずモータでコンプレッサ等の補機装置の駆動ができるハイブリッドコンプレッサ等の補機装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１の形態では、上述した目的を達成するために、車両においてエンジンで駆動される補機装置（１）は、ハウジング（６）と；ハウジング（６）内に収容されていて流体を圧縮する、圧縮部（２）であって、駆動装置の回転動力が伝達される駆動軸（４）と、駆動軸（４）を回転可能に支承する圧縮部軸受けとを具備する、圧縮部（２）と；ハウジング（６）内に収容されていて回転動力を発生する、電動モータ（２０）であって、ハウジング内壁に固定された固定子と、固定子の内側に配置されて回転可能なモータロータ（２１）とを具備する、電動モータ（２０）と；ハウジング外部のエンジンからの回転動力を、補記装置（１）に伝達する、入力軸（８）と；エンジンから入力軸（８）への回転動力の伝達を断続する、クラッチ（５０）と；ハウジング（６）内に設けられて入力軸（８）を回転可能に支承する、入力軸受けと；モータロータ（２１）の内側に配置されていて且つ一方で入力軸（８）に連結され他方で圧縮部（２）に連結する、遊星歯車（１０）であって、入力軸（８）に接続するプラネタリキャリア（１３）と、モータロータ（２１）に接続するサンギア（１１）と、駆動軸（４）に接続するリングギア（１５）とを具備する、遊星歯車（１０）と；入力軸受けに隣接して配置されていて且つ入力軸（８）の回転方向を一方向に規制する、第１のワンウェイクラッチ（４０）と；圧縮部軸受けに隣接して配置されていて且つ駆動軸（４）の回転方向を一方向に規制する、第２のワンウェイクラッチ（３０）と；ハウジング（６）内に突設された突起部に設けられていて且つモータロータ（２１）とサンギア（１１）を回転可能に支承する、サンギア軸受け（９）と、を具備する。エンジンから入力軸（８）への回転動力の伝達を断続するクラッチ（５０）を接続状態にし、第２のワンウェイクラッチ（３０）で駆動軸（４）を回転しないように固定した状態において、電動モータ（２０）の駆動力によってエンジンを始動させる、エンジン始動モードを有する。

この様に構成することにより、車両においてアイドルストップ後のエンジン始動のために、新たに始動用モータを設ける必要が無く、ベルトからエンジンを駆動できるので始動時の騒音が低減出来る。更に、走行時にモータでコンプレッサを駆動でき、モータ回転数を変えることによりコンプレッサ能力を可変できる。

本発明の請求項２の形態では、上記請求項１の形態において、エンジンから入力軸（８）への回転動力の伝達を断続するクラッチ（５０）を接続状態にし、電動モータ（２０）を発電作動または電動作動させることで、圧縮部（２）の回転数を調整するベルト駆動モードを有する。

本発明の請求項３の形態では、上記請求項１又は２の形態において、エンジンから入力軸（８）への回転動力の伝達を断続するクラッチ（５０）を切断状態にし、第１のワンウェイクラッチ（４０）で入力軸（８）を回転しないように固定した状態において、電動モータ（２０）を電動作動させて、圧縮部（２）を駆動する、モータ駆動モードを有する。

以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態のハイブリッドコンプレッサを詳細に説明する。図１は、本発明に係るハイブリッドコンプレッサの一実施の形態を図解的に示す、横断面図である。本実施の形態において説明するハイブリッドコンプレッサ１は、自動車用の空調装置のためのコンプレッサである。

本実施の形態のハイブリッドコンプレッサ１は、ハウジング６と、入力軸８とを具備する。入力軸８は一方の端部をハイブリッドコンプレッサ１に連結し、他方の端部をプーリー５１を介してエンジン（図示されない）に接続する。ハウジング６は内部に、ハイブリッドコンプレッサ１の構成部を収容しており、冷媒を圧縮して吐出する圧縮部２と、圧縮部２を回転駆動可能であると共にエンジンをも回転駆動可能なモータ２０と、一方で入力軸８に連結されていて他方で圧縮部２に連結する遊星歯車１０と、前記ハウジング６と入力軸８との断続を行う第１のワンウェイクラッチ４０と、前記ハウジング６と駆動軸４との断続を行う第２のワンウェイクラッチ３０と、エンジンサイドとハイブリッドコンプレッサ１の接続／切断を行う電磁クラッチ５０とを収容する。

遊星歯車１０は、図１と２に示されるようにサンギア１１と、プラネタリギア１３と、リングギア１５を具備する。図１の側断面図で分かるように、サンギア１１はモータロータ２１と一体形成されており、プラネタリギア１３は入力軸８に接続している。また図１から、サンギア１１及びモータロータ２１は、軸受け９を介してハウジング６に対して回転可能に支承されることが分かる。一方、リングギア１５は、やはり図１で分かるように圧縮部２の駆動軸４に連結される。第１のワンウェイクラッチ４０は入力軸８とハウジング６との間に設置されており、入力軸８の一方の方向の回転を規制し、他方の回転を許容するように作用する。更に本実施の形態において、第２のワンウェイクラッチ３０が圧縮部２の駆動軸４とハウジング６との間に設置されており、前記駆動軸４の一方の方向の回転を規制し、他方の回転を許容するように作用する。

この様な構成により、先ず第１のケースにおいて、例えばエンジンの始動時等において、モータ２０により入力軸８を介してエンジンを駆動する場合には、電磁クラッチ５０が接続した状態で、第１のワンウェイクラッチ４０は入力軸８の回転を許容するように作用する。従って、モータ２０の正方向の回転運動は、モータロータ２１とサンギア１１（サンギア１１の１１Ａの方向の回転）とを介して、プラネタリギア１３（１３Ａの方向で回転する）に伝達される。この際、リングギア１５が第２のワンウェイクラッチ３０によりハウジング６に固定されている（この１５Ａの回転方向は、第２のワンウェイクラッチ３０の回転を規制する方向である）ため、リングギア１５は回転せず、プラネタリギア１３がリングギア１５内を自転しながら公転する（８Ａの方向）ので、圧縮部２は回転しない。従って、圧縮部２は作動しない。他方でプラネタリギア１３の８Ａの方向の公転は、入力軸８を８Ａの方向で回転駆動して、エンジンを駆動する。この様にして、モータ２０はエンジンを回転駆動するが、この際圧縮部２は回転せず作動しない。

第２のケースにおいて、モータ２０により圧縮部２を回転駆動する場合には、モータ２０は上記のケースと逆方向に逆転回転するので、サンギア１１（１１Ｂの方向で回転する）とプラネタリギア１３（１３Ｂの方向で回転する）とを介して入力軸８に伝達されるモータ２０の回転動は、第１のワンウェイクラッチ４０の入力軸８の回転を規制する方向であり、入力軸８を回転させない。一方、モータ２０の回転動は、サンギア１１とプラネタリギア１３を介して、リングギア１５に伝達されて更に駆動軸４に伝達される。この方向の回転（リングギア１５の１５Ｂの方向の回転）を、第２のワンウェイクラッチ３０は規制しないで許容するので、駆動軸４は回転可能であり、回転して圧縮部２を回転駆動する。この様にして、モータ２０により圧縮部２を回転駆動して作動させる。この様な、遊星歯車１０と第１のワンウェイクラッチ４０と第２のワンウェイクラッチ３０とを具備する構成により、モータ２０は、エンジンを回転駆動可能であると共に、圧縮部２を具備するコンプレッサをやはり回転駆動可能である。この際、電磁クラッチ５０は切断しており、エンジンと入力軸８の連絡は断たれていても良い。

第３のケースにおいて、例えば車両通常運転時等において、エンジンの回転動によりモータ２０を回転駆動すると、モータ２０は発電機として機能させることができる。この場合の、入力軸８の回転方向は上記の第１のケースと同じ８Ａの方向である（第１のワンウェイクラッチ４０はこの向きの回転を、第１のケースと同様に規制しない）。入力軸８の回転は、プラネタリギア１３を８Ａの方向で公転させて、プラネタリギア１３を１３Ａの方向で自転させ、更にサンギア１１を１１Ａの方向で回転させてモータロータ２１を回転駆動し、それによりモータ２０を発電機として機能させる。一方、このエンジンの回転動は、プラネタリギア１３の公転を介してリングギア１５にも伝達され、リングギア１５を１５Ｂの方向の逆転方向に回転させる。この回転方向においては、第２のワンウェイクラッチ３０は駆動軸４の回転を規制しないからである。従って、圧縮部２を回転させて、コンプレッサを同時に作動させることが出来る。

また、第３のケースにおいて、エンジン回転数が低い場合に圧縮部２の回転数を上昇させるため、モータ２０により圧縮部２の回転を上昇させることが出来る。この場合、モータ２０を逆転方向で回転させ、即ちサンギア１１を１１Ｂの方向で回転して、プラネタリギア１３を１３Ｂの方向で自転させ、リングギア１５の１５Ｂの方向の回転を増大させる。この際、エンジンによっても、プラネタリギア１３を８Ａの方向で公転して、リングギア１５を１５Ｂの方向で回転させているので、エンジンの駆動力に、モータ２０の駆動力が加わり圧縮部２の回転数を上昇することが出来る。この様にして、エンジンの回転数が低い場合もコンプレッサの回転数を一定に保つことが出来る。

本実施の形態のハイブリッドコンプレッサの運転モードについて図３及び図４を参照して説明する。図３（Ａ）ではエンジン始動モードについて示す。このエンジン始動モードにおいては前述の如く、電磁クラッチ５０がオン（接続）の状態で、モータ２０を正転方向で駆動することによりプラネタリギア（キャリア）１３を公転（８Ａの方向で）させ、プーリ５１を介してエンジンを回転駆動する。この際リングギア１５に接続する圧縮部２は第２のワンウェイクラッチ３０の作用により停止した状態にあることが示されている。

図３（Ｂ）ではベルト駆動モードについて示す。ベルト駆動モードにおいてはやはり前述の如く、電磁クラッチ５０がオン（接続）の状態で、エンジンによりプーリ５１を介して入力軸８を正転方向（８Ａの方向）で回転駆動することにより、モータロータ２１を回転してモータ２０を発電機として使用できる。あるいは、第２のワンウェイクラッチ３０が規制しない方向でリングギア１５を回転させて圧縮部２を作動させることも可能である。この状態を図４（Ｂ）に示す。

図３（Ｃ）ではモータ駆動モードについて示す。このモータ駆動モードにおいてはやはり前述の如く、電磁クラッチ５０がオフ（切断）の状態で、モータ２０（サンギア１１）を逆転方向で駆動して、プラネタリギア１３の自転を介してリングギア１５を回転駆動する。この際リングギア１５は、第２のワンウェイクラッチ３０の規制しない方向（１５Ｂの方向）に回転駆動されて、圧縮部２を作動させる。またこの際、プラネタリギア１３は逆転方向（１１Ｂの方向）の公転を第１のワンウェイクラッチ４０により規制される。

次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。
本発明の上記実施の形態のハイブリッドコンプレッサにより以下の効果が期待できる。
・車両においてアイドルストップ後のエンジン始動のため新たに始動用モータを設ける必要が無い。
・ベルトからエンジンを駆動できるので静粛性で有利である。
・ベルトからコンプレッサを駆動するとき、エンジン回転数が変動してもコンプレッサ回転数を任意に制御できる。
・走行時でもモータでコンプレッサを駆動できる（言い換えれば、モータ回転数制御でコンプレッサの能力可変ができる）。
つまり、熱負荷が低い時はコンプレッサを低回転数で駆動する必要がある。図４（Ａ）に示すようにモータが高速で回転できれば電磁クラッチＯＮでもコンプレッサの回転数制御ができるが、高速走行などエンジン回転数が高い場合はモータ回転数を高回転で発電しなければならない。しかしモータを高回転まで対応するよう設計すると体格が大きくなる。そこで図４（Ｂ）に示すように電磁クラッチをＯＦＦしてモータでコンプレッサを駆動する方がモータが小型化できる。

上記の説明において、本発明のエンジン駆動の装置は、車両におけるハイブリッドコンプレッサとして記載されたが、本発明の装置はこれに限定されず、該装置は、例えば一般的なポンプ、油圧ポンプ等のハイブリッドコンプレッサ以外の補機装置であっても良い。従って、本発明による補機装置は空調装置用以外の用途に使用されても良い。

上記の実施の形態は本発明の一例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。

図１は本発明の一実施の形態のハイブリッドコンプレッサの横断面図である。 図２は、図１のハイブリッドコンプレッサの遊星歯車を説明する、該遊星歯車の正面図である。 図３は、本発明のハイブリッドコンプレッサの作動モードを説明しており、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれエンジン始動モード、ベルト駆動モード、モータ駆動モードを示す。 図４は、本発明のハイブリッドコンプレッサの効果を説明する図であり、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれベルト駆動モード、モータ駆動モードを示す。 図５は従来例のハイブリッドコンプレッサの横断面図である。 図６は図５の従来例のハイブリッドコンプレッサのＢ部の拡大図である。 図６は、図５の従来例のハイブリッドコンプレッサの作動モードの説明図である。

符号の説明

１ ハイブリッドコンプレッサ
２ 圧縮部
４ 駆動軸
６ ハウジング
８ 入力軸
９ 軸受け
１０ 遊星歯車
１１ サンギア
１３ プラネタリギア
１５ リングギア
２０ モータ
２１ モータロータ
３０ 第２のワンウェイクラッチ
４０ 第１のワンウェイクラッチ
５０ 電磁クラッチ

Claims (3)

1. 車両においてエンジンで駆動される補機装置（１）であって、
   ハウジング（６）と、
   前記ハウジング（６）内に収容されていて流体を圧縮する、圧縮部（２）であって、駆動装置の回転動力が伝達される駆動軸（４）と、前記駆動軸（４）を回転可能に支承する圧縮部軸受けと、を具備する、圧縮部（２）と、
   前記ハウジング（６）内に収容されていて回転動力を発生する、電動モータ（２０）であって、前記ハウジング内壁に固定された固定子と、前記固定子の内側に配置されて回転可能なモータロータ（２１）と、を具備する、電動モータ（２０）と、
   前記ハウジング外部の前記エンジンからの回転動力を、前記補記装置（１）に伝達する、入力軸（８）と、
   前記エンジンから前記入力軸（８）への回転動力の伝達を断続する、クラッチ（５０）と、
   前記ハウジング（６）内に設けられて前記入力軸（８）を回転可能に支承する、入力軸受けと、
   前記モータロータ（２１）の内側に配置されていて且つ一方で前記入力軸（８）に連結され他方で前記圧縮部（２）に連結する、遊星歯車（１０）であって、前記入力軸（８）に接続するプラネタリキャリア（１３）と、前記モータロータ（２１）に接続するサンギア（１１）と、前記駆動軸（４）に接続するリングギア（１５）とを具備する、遊星歯車（１０）と、
   前記入力軸受けに隣接して配置されていて且つ前記入力軸（８）の回転方向を一方向に規制する、第１のワンウェイクラッチ（４０）と、
   前記圧縮部軸受けに隣接して配置されていて且つ前記駆動軸（４）の回転方向を一方向に規制する、第２のワンウェイクラッチ（３０）と、
   前記ハウジング（６）内に突設された突起部に設けられていて且つ前記モータロータ（２１）と前記サンギア（１１）を回転可能に支承する、サンギア軸受け（９）と、
   を具備する、補機装置（１）において、
   前記エンジンから前記入力軸（８）への回転動力の伝達を断続する前記クラッチ（５０）を接続状態にし、前記第２のワンウェイクラッチ（３０）で前記駆動軸（４）を回転しないように固定した状態において、前記電動モータ（２０）の駆動力によって前記エンジンを始動させる、エンジン始動モードを有する、ことを特徴とする補機装置。
2. 前記エンジンから前記入力軸（８）への回転動力の伝達を断続する前記クラッチ（５０）を接続状態にし、前記電動モータ（２０）を発電作動または電動作動させることで、前記圧縮部（２）の回転数を調整するベルト駆動モードを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の補機装置。
3. 前記エンジンから前記入力軸（８）への回転動力の伝達を断続する前記クラッチ（５０）を切断状態にし、前記第１のワンウェイクラッチ（４０）で前記入力軸（８）を回転しないように固定した状態において、前記電動モータ（２０）を電動作動させて、前記圧縮部（２）を駆動する、モータ駆動モードを有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の補機装置。

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