ハイブリッドコンプレッサシステム

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【発明の名称】	ハイブリッドコンプレッサシステム
【発明者】	【氏名】安谷屋拓【住所又は居所】愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機内【氏名】金井明信【住所又は居所】愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機内【氏名】鈴木隆容【住所又は居所】愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機内【氏名】家岡昇一【住所又は居所】愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機内【氏名】臼井直樹【住所又は居所】愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機内【氏名】山ノ内亮人【住所又は居所】愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機内
【要約】	【課題】ハイブリッドコンプレッサの駆動源を電動モータからエンジンに切り換える場合において、この駆動源の切換を、冷房が途切れることなくしかもスムーズに行うことを、複雑な制御なく達成可能なハイブリッドコンプレッサシステムを提供すること。【解決手段】冷凍サイクルを構成するハイブリッドコンプレッサは、エンジンとの間の動力伝達経路上にワンウェイクラッチを備えている。ハイブリッドコンプレッサの駆動源を電動モータ部からエンジンに切り換える場合、停止状態にあるエンジンが起動した後に電動モータ部を停止させるようにする。

【特許請求の範囲】
【請求項１】車両の走行駆動源たるエンジンからの動力と電動モータからの動力とが切り換えられて用いられる冷媒圧縮用のハイブリッドコンプレッサであって、エンジンとの間の動力伝達経路上にワンウェイクラッチを備えたハイブリッドコンプレッサと、前記電動モータを駆動するモータ駆動手段と、前記エンジンの回転状態を検出する回転状態検出手段と、前記ハイブリッドコンプレッサの駆動源を電動モータからエンジンに切り換える場合、停止状態にあるエンジンが回転を開始したことが回転状態検出手段によって検出された後に、電動モータの停止をモータ駆動手段に指令する駆動源切換手段とを備えたことを特徴とするハイブリッドコンプレッサシステム。
【請求項２】前記回転状態検出手段はエンジンが起動したか否かを検出し、前記駆動源切換手段は、エンジンが起動した後に電動モータの停止をモータ駆動手段に指令する請求項１に記載のハイブリッドコンプレッサシステム。
【請求項３】前記エンジンにはスタータモータが備えられており、前記駆動源切換手段は、スタータモータによるエンジンの始動期間中において、スタータモータの回転速度で決定されるハイブリッドコンプレッサの仮定の回転速度よりも速い回転速度で電動モータがハイブリッドコンプレッサを駆動するようモータ駆動手段に指令する請求項２に記載のハイブリッドコンプレッサシステム。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両の走行駆動源たるエンジンからの動力と電動モータからの動力とが切り換えられて用いられる冷媒圧縮用のハイブリッドコンプレッサを備えたハイブリッドコンプレッサシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、車両空調装置用のハイブリッドコンプレッサとしては、例えば、特開２００２－６７６７３号公報に開示されたものが存在する。そして、この公報の技術においては、ハイブリッドコンプレッサの駆動源を電動モータからエンジンに切り換える場合、電動モータの回転速度をエンジンの回転速度に一致させてから、エンジンとハイブリッドコンプレッサとの間の動力伝達経路上に配設された電磁クラッチをオン（接続）するようになっている。
【０００３】従って、駆動源の切換によってもハイブリッドコンプレッサによる冷媒圧縮つまり空調装置による冷房が途切れることがなく、良好な冷房フィーリングを提供することができる。また、駆動源の切り換えがスムーズに行われるため、例えばハイブリッドコンプレッサとエンジンとの回転速度差に起因した、電磁クラッチのオン時の不快なショックの発生を防止することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記公報の技術においては、電動モータの回転速度をエンジンの回転速度に一致させ、しかる後に電磁クラッチをオンするという複雑な制御を行わなくてはならず、制御装置の演算負荷が大きくなる問題を生じていた。
【０００５】本発明の目的は、ハイブリッドコンプレッサの駆動源を電動モータからエンジンに切り換える場合において、この駆動源の切換を、冷房が途切れることなくしかもスムーズに行うことを、複雑な制御なく達成可能なハイブリッドコンプレッサシステムを提供することにある。
【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の発明のハイブリッドコンプレッサシステムは、ハイブリッドコンプレッサと、モータ駆動手段と、回転状態検出手段と、駆動源切換手段とを備えている。ハイブリッドコンプレッサは、車両の走行駆動源たるエンジンからの動力と電動モータからの動力とが切り換えられて用いられる。ハイブリッドコンプレッサとエンジンとの間の動力伝達経路上には、ワンウェイクラッチが備えられている。
【０００７】前記ワンウェイクラッチは、一方向の回転に関し、エンジンからハイブリッドコンプレッサへの動力伝達は許容するが、ハイブリッドコンプレッサ（電動モータ）からエンジンへの動力伝達は許容しない。従って、電動モータの停止時においては、エンジンの駆動力がワンウェイクラッチを介してハイブリッドコンプレッサに伝達される。逆に、エンジンの停止時において電動モータからエンジンへの駆動力の伝達は、ワンウェイクラッチによって遮断される。
【０００８】前記モータ駆動手段は電動モータを駆動するためのものであり、回転状態検出手段はエンジンの回転状態を検出するためのものである。そして、駆動源切換手段は、ハイブリッドコンプレッサの駆動源を電動モータからエンジンに切り換える場合、停止状態にあるエンジンが回転を開始したことが回転状態検出手段によって検出された後に、電動モータの停止をモータ駆動手段に指令する。
【０００９】ここで、前記ワンウェイクラッチは、その構造に起因して、電動モータ及びエンジンの両方が回転状態にある場合には、ハイブリッドコンプレッサを速く回転させ得る方をその駆動源として位置づける特性を有している。従って、駆動源切換手段によって、エンジンの回転が開始された後に電動モータを停止させれば、エンジンが電動モータよりもハイブリッドコンプレッサを速く回転させ得る回転速度となった時点で、自然（言い換えれば電磁クラッチのような外部制御なし）でかつ瞬時に、ハイブリッドコンプレッサの駆動源が電動モータからエンジンに切り換えられることとなる。このように、エンジンが回転開始した後に電動モータを停止させるという簡単な制御によって、冷房が途切れることなくしかもスムーズに、ハイブリッドコンプレッサの駆動源を切り換えることが可能となる。
【００１０】請求項２の発明は請求項１において、前記駆動源切換手段による電動モータ停止の好適なタイミングについて言及するものである。すなわち、回転状態検出手段はエンジンが起動したか否かを検出する。駆動源切換手段は、エンジンが起動した後に電動モータの停止をモータ駆動手段に指令する。
【００１１】つまり、例えば、起動前のエンジンの回転状態つまりエンジンの始動期間中において、電動モータを停止させる構成を採用したとする。この場合、エンジンの始動期間中にハイブリッドコンプレッサの駆動源が電動モータからエンジンに切り換えられることとなり、エンジンの始動性が悪化する問題を確実に生じてしまうのである。この問題を生じさせない配慮の一つとして、本発明においては電動モータの停止をエンジンの起動後としている。
【００１２】請求項３の発明は請求項２において、前記エンジンにはスタータモータが備えられている。駆動源切換手段は、スタータモータによるエンジンの始動期間中において、スタータモータの回転速度で決定されるハイブリッドコンプレッサの仮定の回転速度よりも速い回転速度で電動モータがハイブリッドコンプレッサを駆動するようモータ駆動手段に指令する。
【００１３】従って、前記エンジンの始動期間中においてハイブリッドコンプレッサの駆動源が電動モータで確実に維持され、この始動期間中において駆動源がエンジン（厳密にはエンジンを始動するためのスタータモータ）に切り替わることによるスタータモータの負荷増大を防止することができる。よって、小型のスタータモータによっても、エンジンの始動性を良好とすることができる。なお、スタータモータの回転速度で決定されるハイブリッドコンプレッサの仮定の回転速度とは、例えば、電動モータの停止状態にて、スタータモータにより従動回転されるエンジンから回転力が伝達された場合におけるハイブリッドコンプレッサの回転速度のことである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施形態について説明する。図１に示すように、車両用空調装置の冷凍サイクルを構成する冷媒圧縮用のハイブリッドコンプレッサ（以下単にコンプレッサとする）Ｃは、ハウジング１１内にピストン式容量可変型の圧縮機構１２が収容されてなる。ピストン式の圧縮機構１２は、回転軸１３の回転に伴う斜板１４の回転運動が、シュー１５を介してピストン１６の往復運動に変換されることで冷媒ガスの圧縮を行う周知の構成を有している。
【００１５】前記コンプレッサＣにおいてハウジング１１の外側には、回転軸１３と同軸位置に、この回転軸１３へ動力を入力するための動力伝達機構ＰＴが装着されている。動力伝達機構ＰＴは、プーリ１７と、電動モータとしての電動モータ部３８とを備えている。
【００１６】前記プーリ１７は、ハウジング１１に回転可能に支持され、車両の走行駆動源たるエンジン（内燃機関）Ｅからの動力を回転軸１３に伝達する。エンジンＥには、その始動用のスタータモータＳが備えられている。スタータモータＳによる始動期間中においては、このスタータモータＳの動力がエンジンＥを介してプーリ１７に入力されることとなる。なお、本明細書においては、エンジンＥの自発的な回転のみならず、その起動前のスタータモータＳによる従動的な回転も、エンジンＥが回転状態にあることとする。
【００１７】前記電動モータ部３８は、例えば、エンジンＥの停止時において回転軸１３を駆動する場合に用いられる。コンプレッサＣが電動モータ部３８を備えることによって、エンジンＥの停止時においても空調（冷房）が可能となり、本実施形態の空調装置はアイドリングストップ車やハイブリッド車に好適な態様であると言える。
【００１８】次に、前記動力伝達機構ＰＴについて詳述する。前記圧縮機構１２の回転軸１３はハウジング１１に回転可能に支持されており、その前端部はハウジング１１の前壁を貫通して外部に突出されている。ハウジング１１の前壁には、回転軸１３用のボス部３５が一体に突設されている。
【００１９】前記プーリ１７は、同軸位置に配置された上流側プーリ部材１８と下流側プーリ部材１９とからなっている。上流側プーリ部材１８の外周には、エンジンＥからのベルト２０が掛けられている。上流側プーリ部材１８は、ベアリング２５を介して、ハウジング１１のボス部３５に回転可能に支持されている。
【００２０】前記下流側プーリ部材１９は、回転軸１３の前端部に固定されたハブ３０に、ワンウェイクラッチとしての第１ワンウェイクラッチ３１を介して支持されている。上流側プーリ部材１８と下流側プーリ部材１９とは、破断タイプのトルクリミッタとしても機能する動力伝達ピン２８と、両プーリ部材１８，１９間での伝達トルクの変動を緩和するためのゴムダンパ２９を介して連結されている。
【００２１】前記第１ワンウェイクラッチ３１は、ローラ型のクラッチ機構部３１ａ、及び軸受部３１ｂを備えている。クラッチ機構部３１ａは、一方向の回転に関し、下流側プーリ部材１９からハブ３０への動力伝達は許容するが、ハブ３０から下流側プーリ部材１９への動力伝達は許容しない。従って、電動モータ部３８の停止時において、エンジンＥの駆動によって上流側プーリ部材１８が一方向に回転されると、動力伝達ピン２８及びゴムダンパ２９を介して下流側プーリ部材１９も一方向に回転し、この回転力は第１ワンウェイクラッチ３１及びハブ３０を介して回転軸１３に入力される。
【００２２】逆に、前記エンジンＥの停止時において、電動モータ部３８によって回転軸１３が一方向に回転駆動されると、この回転力はハブ３０を介して第１ワンウェイクラッチ３１に伝達される。しかし、第１ワンウェイクラッチ３１のクラッチ機構部３１ａは、ハブ３０から下流側プーリ部材１９への動力伝達は許容しないため、電動モータ部３８の動力がエンジンＥに伝達されてしまうこと、言い換えれば電動モータ部３８の発生した動力が圧縮機構１２の駆動以外で消費されてしまうことを防止できる。
【００２３】前記プーリ１７内には、上流側プーリ部材１８と下流側プーリ部材１９との接合によって密閉空間２７が形成されている。この密閉空間２７内において回転軸１３には、電動モータ部３８を構成するロータ４５が、第２ワンウェイクラッチ４４を介して装着されている。ロータ４５は、鉄心４５ａとこの鉄心４５ａに巻回されたコイル４５ｂとからなっている。密閉空間２７内においてロータ４５の外周側には、電動モータ部３８を構成する、マグネットからなるステータ４９が配置されている。従って、電動モータ部３８は、外部からの電力がコイル４５ｂへ供給されることでロータ４５が回転される。
【００２４】前記第２ワンウェイクラッチ４４は第１ワンウェイクラッチ３１と同様に、クラッチ機構部４４ａ及び軸受け部４４ｂからなっている。クラッチ機構部４４ａは、第１ワンウェイクラッチ３１の説明で述べた「一方向の回転」に関し、ロータ４５から回転軸１３への動力伝達は許容するが、回転軸１３からロータ４５への動力伝達は許容しない。
【００２５】従って、前記エンジンＥの停止時において電動モータ部３８が起動されると、ロータ４５の回転力は第２ワンウェイクラッチ４４を介して回転軸１３に伝達される。逆に、電動モータ部３８の停止時において、エンジンＥの駆動によって回転軸１３が回転されたとしても、この回転力がロータ４５に入力されることはなく、エンジンＥのロータ駆動負荷を削減することができる。
【００２６】次に、前記コンプレッサＣとでハイブリッドコンプレッサシステムを構成する制御装置について詳述する。図１に示すように、前記コンプレッサＣの制御装置は、コンピュータ類似の電子制御ユニットたるエアコンＥＣＵ５１と、エアコンＥＣＵ５１に各種情報を提供する情報検知手段５２と、モータ駆動手段としての電動モータ部３８のドライバ５３とを備えている。情報検知手段５２は、エアコンスイッチや温度センサ等の空調情報を検知するための図示しないスイッチ・センサ類や、エンジンＥの回転状態たる回転速度Ｎｅを検出するための回転状態検出手段としての回転速度センサ５２ａ等を備えている。
【００２７】前記エアコンＥＣＵ５１は、情報検知手段５２からの空調情報やエンジンＥの回転速度情報Ｎｅ等に基づいて、コンプレッサＣの駆動源の切り換えを行う。つまり例えば、車両がアイドリングストップ状態（エンジンＥの停止状態）にある場合には、空調（冷房）要求に基づいて、電動モータ部３８の起動をドライバ５３に指令することで、コンプレッサＣの駆動源を電動モータ部３８とする。また、車両が通常走行状態（エンジンＥの起動状態）にある場合には、電動モータ部３８の停止をドライバ５３に指令することで、コンプレッサＣの駆動源をエンジンＥとする。なお、コンプレッサＣの圧縮機構１２は吐出容量可変型であるため、エアコンＥＣＵ５１は、エンジンＥの起動状態にて冷房が不要な場合には、圧縮機構１２の吐出容量を最小とする。
【００２８】そして、駆動源切換手段たる前記エアコンＥＣＵ５１は、コンプレッサＣの駆動源を電動モータ部３８からエンジンＥに切り換える場合、予め記憶されたプログラムに従って、図２のフローチャート及び図３（ａ），（ｂ）のタイムチャートに示すような特徴的な制御を行う。
【００２９】なお、前記電動モータ部３８の停止状態では、回転速度センサ５２ａにより提供されるエンジンＥの回転速度情報Ｎｅと、予めわかっている動力伝達機構ＰＴとエンジンＥとの間の「１」ではないプーリ比とで、コンプレッサＣ（回転軸１３）の回転速度が決定される。しかし、図３（ｂ）においては理解を容易とするため、動力伝達機構ＰＴとエンジンＥとの間のプーリ比は「１」であるものとして示している。
【００３０】図２に示すように、前記エアコンＥＣＵ５１は、車両のアイドリングストップ状態（エンジンＥの停止状態）にて電動モータ部３８によりコンプレッサＣが駆動されている状態では、ステップ（以下Ｓとする）１０１において、回転速度センサ５２ａからの回転速度情報Ｎｅから、スタータモータＳが起動されたか否か、つまりエンジンＥが停止状態から始動状態（従動的な回転状態）へ移行されたか否かを監視している。Ｓ１０１判定がＮＯであるなら、つまり回転速度情報Ｎｅがゼロであるなら、スタータモータＳの起動の監視が継続される。
【００３１】前記Ｓ１０１判定がＹＥＳであるなら、エンジンＥが停止状態から始動状態へ移行されたものと判断し、Ｓ１０２において電動モータ部３８の回転速度Ｎｍを所定値γとするようドライバ５３に指令する。図３（ｂ）に示すように所定値γは、スタータモータＳの回転速度で決定されるエンジンＥの回転速度Ｎｅ（＝α）よりも速い値、つまりスタータモータＳの回転速度で決定されるコンプレッサＣ（回転軸１３）の仮定の回転速度よりも速い値である。
【００３２】なお、図３（ｂ）において電動モータ部３８の回転速度Ｎｍは、スタータモータＳの起動前においても所定値γで示されている。しかし、これは理解を容易とするためのものであり、実際にはその時々の冷房負荷等に応じて変動されるはずである。
【００３３】前記第１ワンウェイクラッチ３１は、その構造に起因して、電動モータ部３８及びエンジンＥの両方が回転状態にある場合には、回転軸１３を速く回転させ得る方をコンプレッサＣの駆動源として位置づける特性を有している。従って、前述したように、エンジンＥの始動期間中において電動モータ部３８の回転速度Ｎｍを所定値γとすれば、コンプレッサＣを駆動するための負荷は電動モータ部３８に作用されることとなり、スタータモータＳにコンプレッサＣの駆動負荷が作用されることはない。
【００３４】Ｓ１０３においては、前記エンジンＥの回転速度Ｎｅが所定値βを超えたか否かが判定される。図３に示すように所定値βは、スタータモータＳの駆動により従動回転されるエンジンＥの回転速度Ｎｅ（＝α）よりも大きい値であって、この所定値βをエンジンＥの回転速度Ｎｅが超えることは、エンジンＥの起動が成功したことを意味する。Ｓ１０３判定がＮＯであるなら処理はＳ１０２に移行されて電動モータ部３８の回転速度Ｎｍが所定値γで維持されるとともに、Ｓ１０３におけるエンジンＥの起動監視が継続される。
【００３５】前記Ｓ１０３判定がＹＥＳであるなら処理はＳ１０４に移行されて、電動モータ部３８の停止がドライバ５３に指令される。従って、図３（ｂ）に示すように、起動されたエンジンＥと停止状態へ移行する電動モータ部３８とは、回転速度Ｎｅ，Ｎｍの大小関係が反転されることとなる。図３（ａ），（ｂ）に示すように、エンジンＥの回転速度Ｎｅが電動モータ部３８の回転速度Ｎｍを上回れば、第１ワンウェイクラッチ３１の作用によって、自然（言い換えれば電磁クラッチのような外部制御なし）でかつ瞬時に、コンプレッサＣの駆動源が電動モータ部３８からエンジンＥに切り換えられることとなる。
【００３６】上記構成の本実施形態においては次のような効果を奏する。
（１）上述したように、エンジンＥが回転開始した後に電動モータ部３８を停止させるという簡単な制御によって、冷房が途切れることなくしかもスムーズに、コンプレッサＣの駆動源を電動モータ部３８からエンジンＥに切り換えることができる。制御の簡素化は、エアコンＥＣＵ５１の演算負荷の軽減につながる。
【００３７】（２）コンプレッサＣの駆動源を電動モータ部３８からエンジンＥに切り換える場合、電動モータ部３８の停止は、エンジンＥの起動後という好適なタイミングで行われている。つまり、例えば、起動前のエンジンＥの回転状態言い換えればエンジンＥの始動期間中において、電動モータ部３８を停止させる構成を採用したとする。この場合、エンジンＥの始動期間中にコンプレッサＣの駆動源が電動モータ部３８からエンジンＥに切り換えられることとなり、エンジンＥの始動性が悪化する問題を確実に生じてしまうのである。この問題を生じさせない配慮の一つとして、本実施形態においては電動モータ部３８の停止をエンジンＥの起動後としているのである。
【００３８】特に、本実施形態においては、エンジンＥの始動期間中において、スタータモータＳの回転速度で決定されるコンプレッサＣの仮定の回転速度よりも速い回転速度で電動モータ部３８がコンプレッサＣを駆動するようドライバ５３に指令する。従って、エンジンＥの始動期間中においてコンプレッサＣの駆動源が電動モータ部３８で確実に維持され、この始動期間中において駆動源がエンジンＥ（厳密にはエンジンＥを始動するためのスタータモータＳ）に切り替わることによるスタータモータＳの負荷増大を防止するこができる。よって、小型のスタータモータＳによっても、エンジンＥの始動性を良好とすることができる。
【００３９】なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で例えば以下の態様でも実施できる。
・コンプレッサＣの駆動源を電動モータ部３８からエンジンＥに切り換える場合、上記実施形態においてはエンジンＥの回転速度Ｎｅが所定値βを超えると同時に電動モータ部３８を停止させていた。これを変更し、タイマを用いて、エンジンＥの回転速度Ｎｅが所定値βを超えてから所定時間経過後に電動モータ部３８を停止させるようにすること。
【００４０】・コンプレッサＣの駆動源を電動モータ部３８からエンジンＥに切り換える場合、上記実施形態においてはエンジンＥが起動された後に電動モータ部３８を停止させていた。これを変更し、スタータモータＳが起動された後（エンジンＥの回転速度Ｎｅがαとなった後）に、電動モータ部３８を停止させるようにすること。このようにしても、スタータモータＳの回転速度が上昇される起動初期（回転速度Ｎｅがα未満の時）に、コンプレッサＣの駆動源が電動モータ部３８からエンジンＥに切り換えられてしまうことを防止でき、スタータモータＳの起動負荷を低減することができる。このようにしても、スタータモータＳの小型化を達成することができる。
【００４１】・上記実施形態において、ローラ型の第１ワンウェイクラッチ３１をスプラグ型等の他の形式のワンウェイクラッチに変更すること。
・上記実施形態において電動モータ部３８は、動力伝達機構ＰＴに内蔵されていた。これを変更し、電動モータ部３８を、圧縮機構１２とともにハウジング１１内に収容すること。或いは、電動モータ部３８をコンプレッサＣと別体に配置すること。
【００４２】・圧縮機構１２はピストンタイプに限定されるものではなく、例えばスクロールタイプやベーンタイプやヘリカルタイプ等であってもよい。
【００４３】
【発明の効果】上記構成の本発明によれば、ハイブリッドコンプレッサの駆動源を電動モータからエンジンに切り換える場合において、この駆動源の切換を、冷房が途切れることなくしかもスムーズに行うことを、複雑な制御なく達成することが可能となる。

【出願人】	【識別番号】０００００３２１８【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機【住所又は居所】愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地
【出願日】	平成１４年５月２９日（２００２．５．２９）
【代理人】	【識別番号】１０００６８７５５【弁理士】【氏名又は名称】恩田博宣（外１名）
【公開番号】	特開２００３－３４１３５２（Ｐ２００３－３４１３５２Ａ）
【公開日】	平成１５年１２月３日（２００３．１２．３）
【出願番号】	特願２００２－１５５６５８（Ｐ２００２－１５５６５８）