JP2013524074A - 空調回路のためのハイブリッド圧縮機 - Google Patents

Abstract

本発明は、エンジンを有する自動車の空調回路のためのハイブリッド圧縮機（１０）に関する。このハイブリッド圧縮機は、エンジンによって、また、エンジンによる駆動が中断されている間は、電気モータ（２０）によって駆動することができる。本発明においては、前記ハイブリッド圧縮機（１０）は、可変容量の圧縮チャンバ（１０１）を有し、前記容量は、圧縮チャンバ（１０１）がエンジンによって駆動される場合の大きい行程容積と、圧縮チャンバ（１０１）が電気モータ（２０）によって駆動される場合の小さい行程容積との間で変化することができる。本発明は、エンジンを有し、自動停止および再始動システムを装備した自動車に適用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンを装備した自動車の空調回路のためのハイブリッド圧縮機に関する。

本発明は、「停止および始動」として公知の機能を実行することができるシステム等における、自動停止および再始動システムを装備した、エンジン駆動の自動車における空調の分野に対して、特に有利に適用することができる。

「停止および始動」機能とは、ある条件下で、車両自体が停止した時には、エンジンの完全な停止を自動的に行わせ、その後、例えば、再始動要求と解釈される運転者の行動に応じて、自動的に再始動させる機能である。

「停止および始動」機能を実行する典型的な状況は、赤信号で停止する場合である。車両が信号で停止した時には、「停止および始動」機能の「停止」モードは、エンジンの自動停止を駆動し、その後に、車両は、「始動」モードに入る。これにより、モータの初期始動のための手段（例えば、接触キー等）を使用することなく、エンジンを自動的に再始動することが可能になる。信号が青に変わると、「始動」モードは、車両の始動機能を有する操縦システムによって、運転者がクラッチペダルを踏む、加速ペダルを踏む、または、運転者が自分の車両を再出発させる意志であると解釈される、他のいずれかの行動を検出すると、自動的にモータを再始動する（特に、オルタネータスタータを使用して）。「停止および始動」機能は、特に市街地環境において、エネルギーの節約、および公害の低減の点から有利である。

更に、エンジンを装備した車両の空調回路は、冷却流体圧縮機を備えていることが知られている。この冷却流体圧縮機は、ベルト、および圧縮機の圧縮ロッドに機械的に結合されているプーリーを使用して、エンジンのクランクシャフトのシャフトによって駆動される。すなわち、車両の空調回路は、エンジンが動作している時にだけ動作することができる。従って、「停止および始動」機能の中における、車両の停止段階の間は、空調は、動作しない。そのため、停止段階の間は、車室内部の設定温度を、維持することができない可能性がある。この結果、車両の乗客は、不快な思いをすることになる。

エンジン停止段階の間も、車室の中の温度が維持されることを保証するために、車両のエンジンによって駆動される通常の圧縮機を、２つの別々の圧縮チャンバを有するハイブリッド圧縮機で置換することが提案されている。このハイブリッド圧縮機の１つは、機械圧縮機と呼ばれるものであり、機械圧縮機の圧縮ロッドは、通常の圧縮機と同じ様式でエンジンによって駆動される。他の１つは、電気圧縮機と呼ばれるものであり、電気圧縮機の圧縮ロッドは、補助電気モータによって駆動される。２つの圧縮チャンバの中の圧縮ロッドは、独立している。

「停止および始動」機能によって駆動される停止段階の外において、エンジンが作動している時には、冷却流体は、エンジンのクランクシャフトのシャフトによって駆動されている機械圧縮機を経て、空調回路の中を循環する。この時は、電気圧縮機はオフにされている。逆に、「停止および始動」機能における停止段階の間は、冷却流体は、電気圧縮機に向かって導かれ、電気圧縮機は、電気モータによって駆動される。従って、エンジンが停止していても、空調回路の連続した動作と車室の中の快適な温度の維持とが、電気圧縮機によって行われる。

しかしながら、この型のハイブリッド圧縮機は、体積が大きく、従って、一体に組み込むことが困難であるという欠点を有する。更に、このハイブリッド圧縮機には、一方の圧縮機から他方に圧縮機に切り替える時に、２つの圧縮チャンバの間の冷却流体の流れを管理するために、複雑なバルブのシステムが必要である。

本発明の目的は、エンジンを装備した自動車の空調回路のためのハイブリッド圧縮機を提供することである。このハイブリッド圧縮機は、前記エンジンによって、また、エンジンによる駆動が中断されている段階の間は、電気モータによって駆動することができる。このハイブリッド圧縮機は、非常に小型として、一体化しやすく、また、熱的および電気的な駆動モードを、一方から他方に切り替えるのを、単純な操作で行うことができるようにする。

この目的は、本発明によって達成される。その理由は、本発明によるハイブリッド圧縮機は、可変容量を有する圧縮チャンバを有し、この可変容量は、大きい行程容積と、小さい行程容積との間で変化させることができるからである。大きい行程容積の場合には、圧縮チャンバは、エンジンによって駆動され、小さい行程容積の場合には、圧縮チャンバは、電気モータによって駆動される。

従って、上記した従来技術のハイブリッド圧縮機で、２つの圧縮チャンバが必要であるのとは異なり、本発明におけるハイブリッド圧縮機は、単一の圧縮チャンバだけを備えている。従って、本発明におけるハイブリッド圧縮機は、非常に小型になり、容易に一体化することができる。更に、駆動モードを変更する時に、１つの圧縮チャンバから他の圧縮チャンバに行く冷却流体の通路に対して、複雑なバルブのシステムを設ける必要がない。その理由は、本発明においては、圧縮チャンバは、一個であり、冷却流体に対して、１つの吸気開口と１つの出口開口とだけを備えているからである。

前記大きい行程容積、および小さい行程容積は、明白に異なっていることが望ましい。

空調回路の通常の動作状態では、圧縮チャンバの容量は、大きい行程容積に選択され、圧縮機の圧縮ロッドの駆動は、エンジンによって行われる。

一方で、エンジンによる駆動の中断段階の間は、特に、「停止および始動」機能によって課せられる、エンジン停止段階の間は、車室は、一般に、既に快適条件に空調されており、従って、エンジン停止段階が、数１０秒程度の限られた継続時間である場合には、この条件を維持するために電気モータによって供給するべき冷却用電力は、大幅に低くなる。これは、エンジンによって供給されるべき電力と比較して、少なくとも１／２から１／３程度になる。この場合には、圧縮チャンバの容量を、小さい行程容積である値まで低減させることができ、エンジンが「停止および始動」機能によって再始動されるまで、電気モータをオンにしておくことで十分である。

１つの好適な実施形態では、可変容量を有する前記圧縮チャンバは、回転駆動を有する圧縮チャンバである。一例として、前記圧縮チャンバは、調整可能な吸気体積を有するベーンを備えている圧縮チャンバである。

本発明が提供する圧縮チャンバでは、前記小さい行程容積である容量に対しては、エンジンによる圧縮チャンバの駆動は、エンジンから切り離すことができるという点が有利である。そして、電気モータは、エンジンとの結合が解かれて、低い電力で圧縮ロッドの駆動を行うことが可能になる。その理由は、圧縮チャンバが、低い容量で動作するからである。

上記から分かるように、エンジンによる駆動の前記中断段階は、エンジン停止段階であってよい。また特に、前記エンジン停止段階は、「停止および始動」システム等のエンジンの自動停止および再始動システムにおける、システムの停止段階である。

さらに、本発明におけるハイブリッド圧縮機の電気モータは、他の環境において、特に、エンジンによる駆動の前記中断段階が車両加速段階である場合にも、使用することができる。実際、車両が加速している時には、圧縮機をエンジンから機械的に切り離すことにより、空調回路は停止され、それにより、圧縮機によってクランクシャフトのシャフトに加えられる抵抗性トルクを取り除くことができることが知られている。この条件下でも、本発明によるハイブリッド圧縮機の電気モータを動作状態に設定することにより、空調を維持することができる。

本発明によるハイブリッド圧縮機は、エンジンによる駆動の中断段階の間に、電気モータを容易にオンにすることができるようになっている。このハイブリッド圧縮機は、エンジン停止段階が開始する前に、電気モータを動作状態に設定するための手段を備えている。従って、電気モータは、エンジンが実際に停止する前に、予想する動作状態に設定される。電気モータは、低い電力のものであってよく、従って、冷却流体の圧力の広い範囲の変化に対して打ち勝つ必要はない。この圧力の変化は、一般に、空調回路が完全に停止した後に、空調回路の中に現れる現象である。

実際には、電気モータを動作状態に設定するための前記手段は、エンジンの自動停止、および再始動システムのエンジン停止を検出するための手段である。「停止および始動」機能の中の、これらの検出手段には、非常に多くの変形があり、通常は、メーカーが一般に建造者が選択する戦略に依存している。例えば、車両の速度が所与の閾値より低くなった時に、ブレーキペダルの上の行動を検出する例を挙げることができる。

最後に、本発明はまた、本発明によるハイブリッド圧縮機のアセンブリー、および前記ハイブリッド圧縮機を駆動するための電気モータのアセンブリーに関する。ここで、電気モータは、低電圧直流電流によって給電される。更に具体的には、前記低電圧直流電流は、車両の１２Ｖネットワークによって供給される。本発明によって、ハイブリッド圧縮機の実施が、大幅に簡単になる。その理由は、車載電気ネットワークの変更を伴わないからである。

添付図面に関する以下の説明を読むことによって、本発明と、その実施形態が明らかになると思う。なおこの説明は、非限定的な例に関するものである。

本発明によるハイブリッド圧縮機を備える空調回路を示す図である。 「停止および始動」機能を装備した自動車の種々の状態に対する、図１に示すハイブリッド圧縮機の動作を示す図である。 図１に示すハイブリッド圧縮機を駆動するための電気モータの制御回路を示す図である。

図１は、エンジンを装備した自動車の通常の空調回路を示している。この空調回路は、冷却流体の圧縮機１０を備えている。冷却流体は、有機流体、無機流体、または共晶流体であってよい。非限定的な例として、超臨界二酸化炭素ＣＯ₂、またはＲ１３４Ａ、１２３４ｙｆとして公知の冷媒、またはＧＡＲ（Ｇｌｏｂａｌ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ）を挙げることができる。加圧された冷却流体は、圧縮機１０の下流に向かって、熱交換器１１を通過する。熱交換器１１は、二酸化炭素に対しては、「ガスクーラ」と呼ばれている。また、Ｒ１３４Ａに対しては、「凝縮器」と呼ばれている。その理由は、この場合には、初期に気相にある冷媒は、液相の形で凝縮器を出るからである。

図１の例においては、熱交換器１１は、水タイプ熱交換器、または外部空気によって直接に冷却される空気タイプ熱交換器であってよい。

その後、冷却流体は、減圧弁１２に向かって導かれ、冷却流体は、蒸発器１３に入る前に冷却される。蒸発器１３では、冷却された冷媒と車両の車室に向かって吹く空気との間で熱交換が行われる。

再加熱されて蒸発器１３から出た冷却流体は、その後、圧縮機１０に戻り、新しい熱サイクルを実行する。

図１から分かるように、図１に示す圧縮機１０は、ハイブリッド圧縮機であり、このハイブリッド圧縮機は、可変容量を有する圧縮チャンバ１０１を備えている。圧縮チャンバ１０１の圧縮ロッド１０２は、電気モータ２０、または、ベルトおよびプーリー３０を介して、車両エンジン（図示せず）のクランクシャフトによって駆動することができる。プーリー３０は、クラッチ３１によって圧縮ロッド１０２と機械的に結合させることができる。

通常動作の間は、圧縮チャンバ１０１の圧縮ロッド１０２は、エンジンによって駆動され、プーリー３０は、クラッチ３１によって圧縮ロッド１０２に結合されている。従って、圧縮チャンバの容量は、最大容量に近い大きい行程容積の値（例えば、９０ｃｍ³〜１１０ｃｍ³）とされる。この条件下では、ハイブリッド圧縮機１０は、外部の温度、日照、相対湿度に拘わらず、車室の内部を、最適な快適レベルを保つことができる。

しかしながら、ある環境では、空調圧縮機が、車両のエンジンによって駆動されてはおらず、従って、空調回路は動作を停止し、車室内部の快適温度の維持が保証されていないということがあり得る。これは、特に、エンジン自動停止、および再始動システムによって課せられたエンジン停止段階の間であるような場合である。この停止は、「停止および始動」機能を装備した車両で、エンジン自動停止および再始動システムによって実行される。

連続した空調を保証するために、電気モータ２０は、この停止段階の間、動作状態に設定され、空調回路の中での冷却流体の循環が維持される。すなわち、電気モータがエンジンに置き換わると考えることができる。言うまでもなく、エンジンは、圧縮ロッド１０２から切り離されることが望ましい。

図３に示すブロック図は、圧縮機１０の駆動の、エンジンから電気モータ２０への切り替えが、実際にどのように実行されるかを示している。

エンジン停止キューＳＴＯＰが、自動停止および再始動システムから受信されると、空調回路の電子制御ユニット５０は、電気モータ２０を電力モジュール５１に結合させるための信号を送信する。この信号に応答して、モジュール５１は、補助電気モータ１０３を起動する。これにより、圧縮チャンバ１０１の容量を、エンジンによる駆動の中断以前の大きい行程容積の値から、小さい行程容積の値（例えば、２０ｃｍ³および４０ｃｍ³の間）に変化させることができる。次に、クラッチ３１によってプーリー３０を切り離した後に、電力モジュール５１は、エンジン停止段階の間も、エンジン停止以前の初期の空調状態と比較して、十分なレベルに圧縮機１０を動作させるために必要な電力を、電気モータ２０に供給する。

エンジンの停止と共に、電気モータ２０がエンジンから引き継ぐ時には、車両の車室は、原理的には、既に快適温度になっており、従って、停止段階の継続時間が、一般に数１０秒以下であることを考慮すると、電気モータ２０によって供給されるべき冷却電力は、比較的低くてよい。例をあげると、従来の様式では、１０００Ｗ・ｍ²の日照のもとで、２５℃〜４５℃の高温で、相対湿度が５０％〜６０％であるような外気に曝されている車両の車室の中で、快適さを保証するためには、６ｋＷの冷却電力が必要である。しかしながら、車両が既に快適温度に空調されている場合には、供給されるべき冷却電力は、車両内の場所により、１ｋＷ〜３ｋＷの間の電力でよい。従って、車室の中の快適さは、電力モジュール５１から供給される５００Ｗ〜８００Ｗ程度の電力で、十分に保持することができる。

従って、圧縮チャンバ１０１の容量を、通常動作状態の場合と比較して、最小容量に近い値の、小さい行程容積（例えば、２０ｃｍ³〜４０ｃｍ³）まで低減させることができる。この値は、上記で定義した大きい行程容積とは、明白に異なる値である。

大きい行程容積、および小さい行程容積は、単に最大容量、および最小容量とするだけでよいことは言うまでもない。従って、圧縮チャンバ１０１では、圧縮チャンバの圧縮ロッドに対する駆動が、エンジンであるか、または電気モータであるかによって、これらの２つの容量の間の切り替えを、バイナリ様式で行うことができる。

電気モータに必要な電力が比較的低いという事実を考慮すると、電気モータ（ブラシを有していても、有していなくてもよい）は、電源を低電圧直流電流、特に、車両の１２Ｖネットワークから供給することもでき、これにより、電池４０または追加ユニット（ストレッジキャパシタを装備していても、いなくてもよい）の形の電流源とすることができる。

実際には、可変容量を有する圧縮チャンバ１０１は、回転駆動を有する圧縮チャンバ（特に、ベーンを有する従来の圧縮チャンバ）で構成することができる。ここで、ベーンを有する従来の圧縮チャンバは、その吸気体積が、容量に対応しており、圧縮チャンバの中で吸気開口の位置を変えることにより、その吸気体積を、最小値（例えば、２０ｃｍ³）と最大値（例えば、１１０ｃｍ³）との間において可変とすることができる。

図２は、「停止および始動」機能を装備した自動車のハイブリッド圧縮機１０を駆動するための、エンジンおよび電気モータ２０の動作状態を示している。値０は、モータの停止状態に対応し、値１は、モータの動作状態に対応している。

この図から分かるように、「停止および始動」機能によってエンジンが停止している時には、本発明による電気モータ２０は、動作状態に設定され、エンジン停止段階の間、車室の中の快適さを維持することを保証している。また、電気モータ２０を動作状態に設定することは、予想により、すなわち、「停止および始動」機能によって起動される、エンジン停止段階が開始される前に行うことができるということは、注目するべきことである。

このように設定することの利点は、電気モータは、空調回路の中で冷却流体の圧力が再調整される時に誘起される、抵抗トルクに打ち勝つために必要と考えられる追加的なトルクを供給する必要がないということである。この抵抗トルクは、エンジンを停止する時に生ずる可能性がある。従って、電気モータ２０の電力は、適正な値とされる。

電気モータのこの予想を行うために、「停止および始動」機能によって実現される手段を使用して、エンジン停止条件が満足されているか否かを検出して、エンジンを停止するようにすることができる。「停止および始動」機能が、エンジンの停止を決定すると、電気モータ２０は、実際のエンジン停止の前に、直ちに動作状態に設定される。エンジンの自動停止の条件は、自動車の製造者が採用する戦略によって定められる。特に、車両が低速で（例えば、時速５ｋｍよりも低速で）進行している時の、ブレーキペダルに対する行動を挙げることができる。

図２は、空調回路が停止している間、連続した快適温度を保証するために、電気モータ２０を動作状態に設定することができる、別の状況を示している。この場合には、空調回路の停止は、エンジンの停止によるものではなく、駆動プーリー３０が、圧縮チャンバ１０１の圧縮ロッド１０２から切り離されたことによるものである。この状況は、例えば、クランクシャフトのシャフトに最大トルクを加えることにより、加速要求に対する最良の応答を得ようとして、車両を加速している間に生ずる可能性がある。

この場合には、電気モータ２０は、エンジンが圧縮ロッド１０２から切り離される直後に、作動状態とされる。

１０ ハイブリッド圧縮機
１１ 熱交換器
１２ 減圧弁
１３ 蒸発器
２０ 電気モータ
３０ プーリー
３１ クラッチ
４０ 電池
５０ 電子制御ユニット
５１ 電力モジュール
１０１ 圧縮チャンバ
１０２ 圧縮ロッド
１０３ 補助電気モータ

Claims (12)

1. エンジンを装備した自動車の空調回路のためのハイブリッド圧縮機（１０）であって、
   前記ハイブリッド圧縮機（１０）は、前記エンジンによって、また、前記エンジンによる駆動の中断段階の間は、電気モータ（２０）によって駆動することができ、また、可変容量の圧縮チャンバ（１０１）を有し、
   前記容量は、前記圧縮チャンバ（１０１）が前記エンジンによって駆動される、大きい行程容積と、前記圧縮チャンバ（１０１）が前記電気モータ（２０）によって駆動される、小さい行程容積との間の範囲内において可変であることを特徴とするハイブリッド圧縮機。
2. 前記大きい行程容積および小さい行程容積は、異なっていることを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド圧縮機。
3. 前記エンジンによる圧縮チャンバ（１０１）の駆動は、前記小さい行程容積の容量に対しては、エンジンから切り離すことができるようになっていることを特徴とする、請求項１または２に記載のハイブリッド圧縮機。
4. 可変容量を有する前記圧縮チャンバ（１０１）は、回転駆動を有する圧縮チャンバであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド圧縮機。
5. 前記圧縮チャンバ（１０１）は、ベーンを有し、吸気体積を変化させることができる圧縮チャンバであることを特徴とする、請求項４に記載のハイブリッド圧縮機。
6. 前記エンジンによる駆動の前記中断段階は、エンジン停止段階であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド圧縮機。
7. 前記エンジン停止段階は、エンジンの自動停止、および再始動システムの停止段階（「停止および始動」）であることを特徴とする、請求項６に記載のハイブリッド圧縮機。
8. 前記エンジンによる駆動の中断段階は、車両加速段階であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のハイブリッド圧縮機。
9. 前記エンジンによる駆動の中断を開始する前に、前記電気モータ（２０）を動作状態とするための手段を備えていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のハイブリッド圧縮機。
10. 前記電気モータ（２０）を動作状態に設定するための手段は、前記エンジンの自動停止、および再始動システムの前記エンジンの停止（「停止および始動」）を検出するための手段であることを特徴とする、請求項９に記載のハイブリッド圧縮機。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のハイブリッド圧縮機（１０）のアセンブリー、および前記ハイブリッド圧縮機を駆動するための電気モータのアセンブリーであって、前記電気モータ（２０）は、低電圧直流電流によって給電されることを特徴とするアセンブリー。
12. 前記低電圧直流電流は、前記車両の１２Ｖネットワークによって供給されることを特徴とする、請求項１１に記載のアセンブリー。

Images