JP2000514381A - 特に空調ユニット用の自動車用補機駆動システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 自動車の空調システムにおけるコンプレッサユニット（１８）の回転速度をエンジンの低回転時に増大するための伝動システム（２０）が設けられている。このシステムはエンジンとコンプレッサの駆動軸（２４）との間に連結された遊星ギア装置を備え、２つの電気的または空力的に制御される摩擦クラッチ（２８，５４）を有している。クラッチの一つまたは両方を締結／締結解除することにより、伝動比の切り替えがエンジン速度に関連して有効とされる。

Description

【発明の詳細な説明】 特に空調ユニット用の自動車用補機駆動システム 発明の背景 本発明は一般に自動車用補機の駆動システムに関する。 従来、空調（A/C）用のコンプレッサユニット、オルタネータ、冷却水循環ポ ンプ、パワーステアリングの液圧ポンプ等の補機装置は、一本またはそれ以上の ベルト駆動伝達（通常、ファンベルト）によって、エンジンのクランクシャフト に直接に連結されている。その結果として、これらの装置はその最適な効率領域 で作動することは希である。従って、長時間の高速道路走行速度の間にはA/Cユ ニットによる過剰冷房が経験され、一方、最も必要とされる（例えば、渋滞時の 炎天下でのスタック）ときのアイドリングエンジン速度では、不十分な冷房とな る。 従来システムのこの生来の欠点を克服するために、アイドリングまたは低ギア 速では補機の駆動速度を増し、高ギア速では次第に減少するように設計された、 自動の定速出力伝動装置を組み込むことが既に提案されている。−−エンジンの クランクシャフトに関連付けられた可変伝動装置を提案している米国特許第２， ７２０，０８７号（Groene）を参照。 しかしながら、この改良はある不利益を有している。第一に、そのシステムは OEM製品としてのみ適用可能であり、すなわち、自動車の生産ラインに組み込ま れねばならず、第二に、エンジンの区画内に余分の空間が割り当てられねばなら なかった。従って、その複雑さと敏感さの故に、生産に費用が嵩み、また特別な 注意と保守を必要とする。それ故に、この改良は失敗した。 特にA/C用コンプレッサユニットの作動特性に関しては、平均的な実用目的の ためには真に定速の伝動のための要求が満たされる必要はなく、 低速のエンジン運転ではむしろ、単段の増大（step-up）伝動のみを用いて効果 的に妥協させるべきである。−−添付図面の図５参照。 現在市販されている多くのブランドのコンプレッサ（「ゆらぎディスク」式）は それらの駆動軸の回転方向に関しては、いわば、「無頓着」である。換言すると 、方向の反転は損傷を与えず、とにかくコンプレッサの作動に影響しない。同じ ことが、オルタネータおよび液圧ポンプのあるブランドにも言えるが、本発明は 、その利点が最も顕著に現れる自動車の空調機を特に参照して記述かつ例示され る。 従って、本発明の全般的な目的は、公知のシステムの上述および他の欠点を克 服する自動車用補機駆動システムを提供することにある。 本発明のさらなる目的は、自動車用補機装置に「後付け」品目として一体化で きる、すなわち、生産において自己充足でき、簡素で、コンパクトで既存の自動 車に容易に装着できる伝動システムを提供することにある。 伝動装置が、方向反転出力を備え、単一エンジン速度の自動的に制御されたギ ア配列を構成することも本発明のさらに他の目的である。 電気的または空力的のいずれかで動作され得る摩擦クラッチを用いる、伝動装 置内の遊星ギアシステムを用いることも本発明のさらに他の目的である。 発明の要約 かくて、本発明の広い形態に従い、自動車用補機駆動システムが提供され、該 システムは、補機を自動車のエンジンに連結する手段、エンジン速度を検出する 手段、選択的に結合可能で補機の作動速度を増大させる伝動手段、検出手段によ る第１の予め設定された値以下へのエンジン速度の低下が検出されたとき前記伝 動装置を稼動させる手段、および、前記検出手段による第２の予め設定された値 以上へのエンジン速度の増大が検出されたとき前記伝動装置を不稼動にする手段 を備えている。 図面の簡単な説明 本発明のこれらのおよび他の形態、目的、利点および構造的特徴は、添付の図 面を参照して例示としてのみ与えられた本発明の好ましい実施例の後続の説明を 考慮するとより容易に理解されよう。ここで、 図１は幾つかの自動車用補機が装着された典型的な自動車のエンジンブロック の概略斜視図、 図２は本発明の第１の好ましい実施例によるA/Cコンプレッサユニット用伝動 装置の断面図、 図３は図２のIII-III線に沿った断面図、 図４は図２のIV-IV線に沿った断面図、 図５は伝動システムの作動のダイアグラム、 図６は本発明の第２の実施例に関する断面図、 図７は図６のVII-VII線に沿う断面図、および 図８ないし図１０は、それぞれ、図６のシステムのニュートラル、直結、およ びオーバードライブ段階の概略図である。 図１１は図１２のXI-XI線に沿う本発明のさらなる実施例の断面図、 図１２は図１１のXII-XII線に沿う断面図、および 図１３ａないし図１３ｂは図１１および図１２のシステムの、三つの作動モー ドの概略図である。 好ましい実施例の詳細な説明 図１に移るに、どのようにしてエンジン１２の主（クランクシャフト）駆動プ ーリが、オルタネータ１５のような他の自動車用補機間で、概して１６で指示さ れた空調コンプレッサユニットにベルト（または複数のベルト）１４によって連 結されているかが示されている。コンプレッサ１６はコンプレッサケーシング１ ８およびプーリユニット２０で構成 されている。 プーリユニット２０は、遊星ギア伝動システムを備えているが、多かれ少なか れ従来のサイズおよび寸法のものである。この特異な事実は強調される。何故な ら、これは一般に自動車のデザインおよび特には動力エンジンの区画を支配する 厳しい空間節約要求を満たすからである。 より詳しくは、図２ないし図４に示されるように、プーリホイール２２は駆動 軸２４の回りをボールベアリング２６によって自由に回転可能である。 さらに、プーリホイール２２を遊星ギアハウジング３０の摩擦面３０ａに係合 させるように作用する、摩擦ディスク式のクラッチが備えられている。（クラッ チ２８を動作させるための電流の供給、および関連する構成の詳細は，簡潔のた めに省略されており、従来の如何なるデザインのものであってよい。） ギアシステムのハウジング３０は、（後述するように遊星システムの「環状体 」を構成する）内歯ギアクラウン３２を備え、そして、一方において一方向ロー ラクラッチ３４を介して、他方においてフランジ３０ａとコンプレッサケーシン グのカバープレート３６の一部３６ａとの間に置かれたボールベアリング３８に よって軸２４により回転可能に支持されている。 遊星ギアシステムは、４つの（または他の適当な数の）「遊星」または「衛星」 ギア４０，４１，４２および４３と，「サン」ギア４４とを備えている。 遊星ギア４０ないし４３は、それぞれのギア４０ないし４３を貫通する軸ピン ４０ａ、４１ａ、４２ａおよび４３ａによって、環状体のケージ部材４６を介し て互いに連結されている。軸ピン４０ａ、４１ａ、４２ａおよび４３ａの各々に は、その回りの自由な回転のためのローラベアリング（４０ｂ、４１ｂ、４２ｂ および４３ｂ）が設けられている。 ケージ部材４６は、ケーシングのカバー３６のハブ状部分３６ｂ回りにベアリ ング４８により回転可能である。 サンギア４４はキー５０により軸２４に駆動可能に連結されている。 第２の電磁摩擦クラッチ５４が、ケージ４６を（固定された）コンプレッサケ ーシングのカバー３６に係合させることにより回転に対し選択的にロックすべく 、ケージ４６に作動的に関連されて設けられている。 伝動システム２０の作動がここで説明される。先の説明から容易に理解される ように、３つの運転モードが利用可能である。 Ａ−クラッチ２８および５４のいずれも励磁されない(「ニュートラル」位置)、 Ｂ−クラッチ２８のみが動作される(「直結」位置)、および Ｃ−クラッチ２８および５４の両者が動作される(「オーバードライブ」位置)。 まず、一方向ローラクラッチ３４の自由回転であるロックされない方向が、エ ンジン１２による（すなわち、ベルト１４で駆動されたとき）プーリ２２の回転 方向と逆であると仮定する。 ニュートラル位置（A）においては、プーリ２２は単に回転し、これはA/Cシス テムの非連結すなわちオフ位置を表す。 第１のクラッチ２８が動作されプーリ２２がケーシング３０に連結されると、 一方向クラッチ３４が直ちにコンプレッサの駆動軸２４に対してロックされる。 従って、軸２４は同じ速度、すなわち、伝動比１：１で回転される。 サンギア４４は軸２４にキー付けられているので、それもまた同じ速度で駆動 される。遊星ギア４０ないし４３はそれらの軸回りには回転せず、サンギア４４ 周りで軌道を描いて回るケージ４６と共に自由に回転可能である。 従って、かかる遊星システムによっては伝動比の変化へは貢献されない。 この作動モード（B）は高速の高速道路走行速度に適している。 より低い駆動速度、特にアイドリングに対しては、モード（Ｃ）が用いられ、 すなわち、ここではケージ捕捉の摩擦クラッチ５４もまた作動 される。このために、マニフォルド負圧応答スイッチ、タコメータスイッチ等の ようないずれもの公知の変換手段が用いられ得、これはクラックシャフトの回転 数が予め設定された値以下に低下したときにトリガーされる。 しかしながら、一旦、軌道を描く運動に対してロックされると、遊星ギア４０ ないし４３は環状体３２の回転をサンギア４４に積極的に、［環状体の歯数（＝ ピッチ）をサンギアのピッチによって除した値に依存する］より高い比率で、か つ、プーリホイール２２（およびケーシング３０）の回転方向と逆の方向に伝え る。 方向が変化することにより、一方向クラッチ３４がロック解除され（自由回転 となる）、かくて、ケーシング３０（およびプーリホイール２２）が前の正常な 方向に回転を継続することにつき干渉しない。 実用的な伝動比は、標準のA/Cユニットの寸法（主にコンプレッサハウジング の直径およびプーリホイールの直径）を考慮すると、約２．０ないし２．５：１ である。 多くの自動車における通常のアイドリング速度は９００ないし１０００rpmで あるから、クランクシャフト１０（図１）とプーリホイール２２との間を約１： １の比と仮定すると、コンプレッサの速度は約２０００ないし２５００rpm、す なわち、最適な作動条件に殆ど近づくことになる。 クランクシャフトの予め設定された回転数にまでエンジンを加速すると、伝動 は軸２４の方向反転と共に、「直結」位置の（B）に切り替えられる。 先の説明を考慮すると図５は自己説明的であり、コンプレッサの作動範囲が実 際の９００rpmのアイドリング速度に低下するよりもむしろ、選択された最小の ２０００rpmより上に常に保たれていることを明らかに示している。 伝動ユニット２０は極めて簡単で小型のデザインであり、最初からの(0.E.M.) であるか、（既存車両の従来のA/Cユニットを変更する）「後付 け」製品であっても、その装着はエンジン区画のレイアウトおよび空間の要求を 損なわない。 さらに、燃料消費量を節約しながらより小さな定格のコンプレッサが使用でき 、しかしながら、効率および乗客の快適さに関して同じ結果を産出す。 さて、図６ないし１０の実施例を参照するに、ここでは同様な部分および構成 部品を指すのに同様な参照番号が用いられている。容易に分かるように、図６の A/C伝動システム１２０は、主にプーリホイール１２２がケーシング１３０に一 体であるということにおいて、図２の伝動システムと異なる。遊星ギア１４０な いし１４３のための、追加の遊星ケージ１４６’が（ケージ１４６と鏡像関係で ）ベアリング１４８’上に回転可能に設けられている。ケージ１４６’は、第２ の電磁摩擦クラッチ１５４’によってケーシング１３０に対し捕捉されるよう適 合されている。 以下の説明から明らかになるように、一方向クラッチは含まれていない(図８ ないし１０をも参照のこと)。 「モードA」運転では、クラッチ１５４および１５４’が消磁されており、そ してケーシング１３０が環状体のギア１３２と共にエンジンのベルト（不図示） により回されている。 コンプレッサの軸１２４は（摩擦およびコンプレッサの幾らかの背圧により） 僅かに負荷を受けている結果として、遊星ギア１４０ないし１４３はサンギア１ ４４の周りに無用に軌道を描く、すなわち、サンギアに何も回転運動を伝えない 傾向となる。 「ニュートラル」運転モードがこのようにして得られる。「直結」、高速道路走 行の１：１運転モード（「B」）は、クラッチ１５４’のみを励磁することにより 得られる。ケージ１４６’はケーシング１３０によって捕らえられるようになり 、そしてそれと共に積極的に駆動される。遊星ギア１４０ないし１４３の自由回 転しながらの軌道を描く回転は統一された運動に変わり、これにより遊星ギアは 回転せず、環状体１３２およびサンギア１４４の両者に対して固定されて保持さ れ、それ故に、前者か ら後者へ回転を伝達するよう機能する。 軸１２４に直接に連結されているサンギア１４４は、このようにしてコンプレ ッサを同じ速度、すなわち、プーリ１２２の速度で駆動する。 オーバードライブ、すなわち昇段伝動運転モードへの切り替えが、今や、クラ ッチ１５４’を締結解除し第２のクラッチ１５４を締結することにより得られる 。これは遊星ギア１４０ないし１４３をそれらの各々の軸１４０ａないし１４３ ａ回りに回転させ始め、環状体１３２の回転をサンギア１４４に適用可能な比係 数（２．０から２．５−−上記参照）が乗じられて、前の実施例との関連で説明 したように逆の方向に伝達する。図５に表されている作動特性はこの実施例にも 適用する。 急激な方向反転により起こり得るショックを生じさせないために、「高速ギア」 から「低速ギア」位置へ、および、その逆への切り替えは、例えば、クラッチ１５ ４と１５４’(または２８と５４)の解放および動作の間に、動いている部品が停 止するに足る時間遅れを許すことにより、和らげられ、すなわち吸収されるべき である。 さて、本発明の第３の実施例に移るに、図１１および１２のシステム２２０は 親出願の図６のものと類似しているが、電気的でなく空圧的に制御される。 コンプレッサ軸２２４、ケーシング２３０と一体に形成されたプーリホイール ２２２、および、軸ピン２４０ａないし２４３ａの回りにそれぞれ自由に回転可 能な４つの遊星ギア２４０ないし２４３と噛合う環状体２３２が基本的に備えら れている。ピン軸は(一体化された)ケージ部材２４６に担持されている。サンギ ア２４４はコンプレッサ軸２２４(キー２５０)に取り付けられ、４つの遊星ギア ２４０ないし２４３の全てと噛合っている。 伝動ケーシング２３０は、前方のローラベアリング２２６および後方のニード ルベアリング２３８回りを回転可能である。ベアリング２３８はコンプレッサハ ウジングの壁２３６に付けられた静止のシリンダまたはフランジ２６０に取り付 けられている。 一対の空圧（または液圧−−下記参照）プランジャ、(ガスケット２６２aおよ び２６２bを備える)後部プランジャ２６２、および、（ガスケット２６４aおよ び２６４bを備える)前部プランジャ２６４がシリンダ２６０内に移動可能に収容 されている。プランジャ２６２、２６４は両者共、環形状であり、図示のように 、一方が他方内に位置されているが独立に移動可能である。第１に、導管２６６ を介して供給される圧力の下で、第２に、導管２６８および延長通路２６８aを 介してプランジャ２６２の上流側とプランジャ２６４の下流側との間に残された ギャップ２６８ｂに導入される圧力による。 前部プランジャ２６４の動きは一連の４つのピン２７０によって摩擦ディスク クラッチ２５４’に伝えられる。ピン２７０はスラストニードルベアリング２７ ２の中間でプランジャ２６２に対して当接し、且つ、圧縮コイルばね２７４の付 勢に対抗している。クラッチ２５４のディスクは、ケージ２４６およびハウジン グの壁２３６に付けられたフランジ２６０に交互に連結されている。 摩擦クラッチ２５４は前部プランジャ２６４の円形リブ２６４aによって、圧 縮コイルばね２７６に対抗して、ケージ２４６を捕らえ且つ不動とすべく作動さ れる。 クラッチ２５４および２５４’の交互の動作は、図１１に矢印で表されるよう に、導管２６８、２６６を介して圧力／解放コマンドを与えることによって得ら れる。このことは、伝動システム２２０が図６および７による電磁クラッチ式１ ２０と同じであることを容易に証明している図１３aないし１３cの概略図を参考 にするとより明らかに理解される。 しかしながら、空圧式は二つの主たる且つユニークな利点を与える。すなわち 、動作および電磁クラッチの保持力を維持するのに要求される電気エネルギーを 節約すること、および、車両が加圧空気源（例えば、多くのトラックおよびバス にあるようなエアブレーキ）を装備していないなら、さらに空調コンプレッサそ れ自体 が必要とされる方法(図３)でそれぞれのプランジャに加圧流体（この場合 には冷却ガス）を供給する機 能を果たすことである。代わりに、このシステムはそれぞれの車両の既存装備、 または、追加のシステムのいずれかによって液圧的にも作動される。他のすべて の点において、このシステムは前述の実施例のシステムと遜色なく同類である。 本発明が特定のA/Cシステムを参照して説明されたが、これは主駆動軸の方向 の変更が作動特性を変えない、例えば、オルタネータのような他の自動車の補機 にも適応することは容易に理解されよう。当業者は、多数の変更、修正および変 形がここに例示されたように、添付の請求項において且つよって定められるその 範囲から逸脱することなく、本発明に適応できることを容易に評価しよう。 このように、例えば、一体化されたケーシング内に内臓されA/C（または他の 補機装置）のハウジングと交換またはそれに取り付け可能で一つ以上、例えば、 二または三段を備える遊星ギア以外の伝動装置が用いられてもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 補機を自動車のエンジンに連結する手段、 エンジン速度を検出する手段、 選択的に結合可能で補機の作動速度を増大させる伝動手段、 検出手段により第１の予め設定された値以下へのエンジン速度の低下が検出さ れたとき前記伝動装置を稼動させる手段、および、 前記検出手段により第２の予め設定された値以上へのエンジン速度の増大が検 出されたとき前記伝動装置を不稼動にする手段 を備えていることを特徴とする自動車用補機駆動システム。 ２． 補機はエンジンによって駆動されるプーリに連結される駆動軸とハウジン グとを備え、伝動手段はプーリに選択的に結合可能な第１の回転可能な部材と駆 動軸に取り付けられた第２の部材とを備え、該第１および第２の部材は伝動比変 更手段を介して連結されていることを特徴とする請求項１のシステム。 ３． 第１の部材および第２の部材は周方向ギアを備えて形成され、伝動比変更 手段は第１および第２の部材のギアに噛合うギア車を備えることを特徴とする請 求項２のシステム。 ４． 第１の部材、第２の部材およびギア車は、それぞれ、遊星ギア伝動装置の 環状体、サンギアおよび遊星ギアを形成することを特徴とする請求項３のシステ ム。 ５． 遊星ギアは自由に回転可能なケージ部材に取り付けられ、伝動装置を稼動 させる手段はケージ部材の回転を捕捉する手段を備えることを特徴とする請求項 ４のシステム。 ６． 捕捉手段は第１の電気的に制御された摩擦クラッチを備えることを特徴と する請求項５のシステム。 ７． 第１のクラッチは補機のハウジングの壁に固定的に取り付けられているこ とを特徴とする請求項６のシステム。 ８． 第１の部材は補機の駆動軸回りに一方向クラッチを介して回転可能である ことを特徴とする請求項７のシステム。 ９． 第１の部材とプーリとは、補機に駆動軸回りを自由に回転可能な、一体化 された本体を形成し、第２の電気的に制御された摩擦クラッチが第１の部材を遊 星ギアのケージ部材に連結させるために設けられていることを特徴とする請求項 ７のシステム。 10．伝動装置の稼動手段および不稼動手段は、第２の電気的に制御された摩擦ク ラッチを締結解除し、第１の電気的に制御された摩擦クラッチを締結する手段か らなることを特徴とする請求項７または９のシステム。 11． 第２のクラッチの締結解除後の第１のクラッチの締結、および、その逆を 遅延させる手段をさらに備えることを特徴とする請求項10のシステム。 12． 遊星ギアのケージ部材の回転を捕捉する手段は、第１の空圧手段により選 択的に作動可能な第１の摩擦ディスククラッチを備えることを特徴とする請求項 １ないし５のいずれかのシステム。 13． 第１の空圧手段は、第１の摩擦クラッチのディスクを締結する圧力コマン ドに応じて移動可能な第１のプランジャを備え、ディスクの第１の列は前記ケー ジに連結され、且つ、ディスクの第２の列は補機ハウ ジングの固定壁に連結されていることを特徴とする請求項12のシステム。 14． 前記プーリを前記ケージに第２の空圧手段により連結させるべく選択的に 作動可能な第２の摩擦ディスククラッチをさらに備えることを特徴とする請求項 12のシステム。 15． 第２の空圧手段は、プーリが前記ケージに連結されるように、第２の摩擦 クラッチのディスクを締結する圧力コマンドに応じて移動可能な第２のプランジ ャを備えることを特徴とする請求項12のシステム。 16． 第１および第２のプランジャは、一方が他方内に位置された環状体である ことを特徴とする請求項15のシステム。