JPH04331858A - 自動車空調用の変速機付き圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用空調装置の冷
媒圧縮機として実施するのに好適な、摩擦式無段変速機
によって変速駆動される冷媒用圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用空調装置の特有の問題として、
空調装置が自動車走行用のエンジンによって駆動されて
おり、自動車の走行状態に応じてエンジンの回転数が広
範囲に変化するので、もし、空調装置の冷媒圧縮機をエ
ンジン直結で駆動すると、車室内の温度が自動車の走行
状態に左右されることになるから、走行状態と無関係に
車室内の温度を一定に保つために、普通は冷媒圧縮機と
エンジンの出力軸との間に電磁クラッチを挿入し、圧縮
機を断続駆動することによって略一定の車室温度を維持
するようにしている。

【０００３】このような従来技術における、圧縮機の断
続駆動による制御は、車室内の温度を間欠的に引き下げ
ることによって、温度が上下を繰り返しながら目標の温
度を大体において維持するものであるから、厳密には一
定の温度を保持することができず、また微妙な温度調節
もこのような方法では不可能である。そこでエンジンと
冷媒用圧縮機との間に無段変速機を介設し、圧縮機の回
転数を無段階に制御可能とすることにより、エンジンの
回転数変化に対応して変速比を変化させ、圧縮機の回転
数がその時に必要な冷房能力をもたらす値になるように
調整し、併せて消費動力の節約をも図ることが考えられ
た。特開昭６０−２４５８６８号公報及び実開昭６１−
９７６５８号公報には、このような目的に使用可能な、
数個の円錐形摩擦車とリング等からなる遊星型の摩擦式
無段変速機が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】金属製の摩擦車（リン
グを含む）同士を係合させた無段変速機においては、摩
擦係合面の磨耗やかじりを防止すると共に、摩擦車を冷
却し係合面の摩擦によって発生する熱を取り去るために
、比較的多量の潤滑油を摩擦係合面に供給するように構
成されているが、潤滑油が摩擦係合面を潤滑と同時に冷
却するものである以上、潤滑油が吸収した熱を外部へ放
出させる必要がある。前記従来技術においては、無段変
速機に冷却ファンを設け、それを入力軸や出力プーリに
よって駆動することにより潤滑油を冷却するようにして
いるが、このような変速機に使用される潤滑油は、単に
冷却すればよいというものではなく、潤滑油の冷却の程
度によっては、変速機自体の機械的特性が著しく変化す
るということが判明した。

【０００５】図２は、数個の円錐形摩擦車とリング等か
らなる遊星型の摩擦式無段変速機についての試験結果に
基づき、横軸に潤滑油の温度をとり、縦軸に無段変速機
の動力伝達効率をとって、温度に対する伝達効率の変化
を示したものである。この試験結果によって明らかにな
ったことは、無段変速機の動力伝達効率と潤滑油温度の
間には明確な関数関係があること、伝達効率には極大値
があり、その極大値を示す状態の油温をＴＯ　とすると
、油温がＴＯ　より高くてもまた逆に低くても伝達効率
が低下すること、また、油温がＴｍａｘ　として示した
温度を越えるとグロススリップ（スリップ率１００％）
の状態となり、全く動力伝達ができなくなるということ
である。

【０００６】油温が低い領域で伝達効率が低下するのは
、温度の低下と共に潤滑油の粘度が高くなる結果、流体
摩擦（粘性抵抗）の増加により動力損失が大きくなるた
めと考えられる。反対に、油温が高い領域でも伝達効率
の低下が見られるのは、油温の上昇と共に粘度が低下す
るため、摩擦伝動面間に存在するオイルのせん断強度が
低下し、滑り速度が大きくなることによって、伝達効率
が低下の方向に転じ、さらに、Ｔｍａｘ　以上の領域で
は完全な滑り状態になって、動力を伝達することができ
なくなるものと考えられる。

【０００７】本発明は、このような観点から、自動車空
調用の圧縮機を駆動する摩擦式無段変速機に対して、そ
の潤滑油の温度を図２に示すＴＯ　のような最適値に維
持する手段を設けることによって、無段変速機が常に最
も高い伝達効率で圧縮機を駆動することができるように
することを発明の目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決する手段として、自動車用空調装置の冷媒を圧縮する
圧縮機と、前記圧縮機を自動車の走行用エンジンによっ
て駆動するために前記圧縮機と前記エンジンとの間に介
設され前記圧縮機の駆動回転数を制御する摩擦式無段変
速機と、前記摩擦式無段変速機の摩擦係合面を潤滑する
潤滑油を冷却するために前記摩擦式無段変速機の変速機
室に接続して設けられる冷却回路と、前記冷却回路に挿
入して設けられるオイルクーラと、前記冷却回路と直列
に前記冷却回路に設けられるオイルポンプと、前記変速
機室から前記オイルクーラに到る冷却回路において潤滑
油の温度を検出する油温センサと、前記油温センサの検
出信号が入力されることによって潤滑油の温度を所定の
値に保つために前記オイルクーラにおける潤滑油の冷却
能力を変化させる制御装置とを備えていることを特徴と
する自動車空調用の変速機付き圧縮機を提供する。

【０００９】本発明は、また、前記の手段における前記
油温センサの検出信号に加えて、前記圧縮機の回転数信
号や圧縮機を駆動するエンジンの回転数信号を前記制御
装置に入力して、前記オイルクーラにおける潤滑油の冷
却能力を補正し、回転数が高い程、前記油温センサの検
出する潤滑油の温度が低くなるように構成したことを特
徴とする前記請求項１記載の自動車空調用の変速機付き
圧縮機をも提供する。

【００１０】

【作用】自動車用空調装置の冷媒圧縮機が自動車の走行
用エンジンによって駆動されるとき、走行状態に応じて
変化するエンジンの回転数によって冷房能力が変動する
が、圧縮機とエンジンの間に介設した摩擦式無段変速機
の変速比を、エンジンの回転数の変化に応じて変化させ
て、圧縮機の回転数をその時に必要な冷房能力をもたら
す冷媒流量に見合う値に調整すれば、常に過不足のない
空調効果が得られる。しかしながら、摩擦式無段変速機
の金属製摩擦車の係合面を潤滑、冷却するために供給さ
れる潤滑油の温度によって、摩擦式無段変速機の伝達効
率に大きな影響が現れることが確認され、伝達効率は特
定の最適温度よりも低くても、また高くても低下するこ
と、更に特定の温度を越えるとグロススリップの状態に
陥ることが判明したので、本発明においては、摩擦式無
段変速機の変速機室から潤滑油をオイルポンプによって
冷却回路のオイルクーラに送り、油温センサが検出する
潤滑油温度が前記最適温度を維持するように、制御装置
によってオイルクーラの潤滑油冷却能力を調整する。

【００１１】摩擦式無段変速機の負荷が変化するとき、
摩擦車の係合面における潤滑油の温度は油温センサの検
出値と一時的に異なる値を示すことがあるので、本発明
の第２の手段によれば、油温センサの検出値に加えて、
圧縮機の回転数、すなわち、摩擦式無段変速機の出力回
転数を検知して制御装置に入力し、圧縮機の回転数が高
い程、油温センサの検出する潤滑油の温度が低くなるよ
うに制御することによって、摩擦車の係合面における潤
滑油の温度を正確に前記最適温度に維持することが可能
になる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の圧縮機を備えた自動車空調装
置のシステム全体を例示したもので、１は摩擦式無段変
速機２と一体化された冷媒圧縮機、３は凝縮器、４は受
液器、５は膨張弁、６は蒸発器、７はそのための送風フ
ァン、８は吹き出し空気温度を検出する温度センサ、９
は車両走行用エンジン、１０はクランクプーリ、１１は
伝動用ベルト、１２は変速機駆動用プーリ、１３はエン
ジン９の回転数を検出する回転数センサをそれぞれ示し
ている。１４は例えば電子式制御装置のような自動制御
装置で、操作部１５からの信号や、温度センサ８、回転
数センサ１３等が検出する信号のほか後述の信号が入力
される。

【００１３】本発明による自動車空調用の摩擦式無段変
速機付き圧縮機の本体部分のみの実施例を図４に示す。 図中、１００は図１における圧縮機１の一例としてのベ
ーン型圧縮機を示し、２００は、同じく図１における摩
擦式無段変速機２の一例としての、数個の遊星摩擦車２
０２を１個のリング２０４と各１個の入力摩擦車２０６
及び出力摩擦車２０８に係合させた形式の摩擦式無段変
速機を示している。これらのベーン型圧縮機１００、お
よび遊星摩擦車を有する無段変速機２００の基本構成自
体は従来から知られているが、ここではまず、それらの
基本構成から説明することとする。

【００１４】無段変速機付き圧縮機１００のフロントハ
ウジング１５０内に形成された空間１０２は、隔壁２４
０によって、吸入室１０４と変速機室２３０に区画され
、変速機室２３０内には後述のような摩擦式無段変速機
構が構成されると共に、変速機用の潤滑油を所定のレベ
ルまで収容している。圧縮機１００の吸入室１０４には
前述の蒸発器６から低温低圧の冷媒を受け入れ、吸気通
路１１４から圧縮機１００の作動室を形成するベーン１
１２の間へ吸入させると共に、吐出側の高圧室１０６に
は吐出通路１０８が設けられて、前述の凝縮器３へ高温
高圧の冷媒を送り出すようになっている。高圧室１０６
の下部領域はオイル分離室１１０を形成していて、吐出
された高温高圧の冷媒から比重の差等によって分離され
た冷凍機油が底部に溜まるようになっている。

【００１５】オイル分離室１１０に溜まった冷凍機油は
加圧された冷媒の吐出圧を帯びているから、吸入側との
差圧を利用すれば、特別のオイルポンプを設けなくても
冷凍機油をベーンの摺動面や軸受等へ循環させることが
できる。その一つとして、圧縮機１００のセンターハウ
ジング１４０等に設けられた一連の連通孔１２０は、オ
イル分離室１１０からボス部１４２の軸受２４２へ冷凍
機油を送る通路を例示したものである。なお、図４にお
ける１３２は、冷凍機油が変速機室２３０へ洩れないよ
うにするためのシャフトシールを示してしる。

【００１６】摩擦式無段変速機２００は、その中心に前
述のように自動車のエンジンからベルトを介して回転駆
動されるプーリ２１４（図１のプーリ１２に相当する）
を取り付けられた入力軸２１６を有し、入力軸２１６は
軸受２１８によって支持されると共に、変速機室２３０
の内部において、入力軸２１６に固着した円板状の入力
摩擦車２０６と螺着されている。また、入力摩擦車２０
６のハブ上には、ラジアル軸受２２２及びスラスト軸受
２２０によってカムディスク２５０が軸承される。カム
ディスク２５０の右端面には、出力回転検出用リング２
５２を挟んで、スプライン１３４によって圧縮機１００
のシャフト１３０に取りつけられたディスク２１０がボ
ルト２５４によって連結されている。

【００１７】また、カムディスク２５０は、公知の推力
発生用カム機構２５６を介して出力摩擦車２０８を後方
から支持している。出力摩擦車２０８はカムディスク２
５０の円筒形部分の上に相対回転可能に遊嵌されており
、カムディスク２５０に対する相対回転角度が大きくな
るにつれて、推力発生用カム機構２５６により軸方向前
方に向かって強く押しやられ、各遊星摩擦車２０２に対
する出力摩擦車２０８の摩擦圧接力はもとより、入力摩
擦車２０６やリング２０４のそれをも増加させる作用を
する。

【００１８】入力摩擦車２０６と出力摩擦車２０８との
間で自由に回転することができるキャリヤ２５８によっ
て、数個の遊星摩擦車２０２の回転軸が同じ円周上に等
間隔に、且つ入力軸２１６に対して同じ角度をなすよう
に軸承されており、これらの遊星摩擦車２０２の各円錐
形摩擦面には、共通のリング２０４が摩擦係合している
。リング２０４は、回動は阻止されているが変速操作機
構２６０によって軸方向に移動調節されることができ、
それによって各遊星摩擦車２０２の円錐形摩擦面におけ
るリング２０４との係合点の有効半径が一斉に変化する
ようになっている。そして、各遊星摩擦車２０２の基部
に形成された筒形摩擦面には入力摩擦車２０６が同時に
摩擦係合すると共に、円錐形の底部に相当する円板形摩
擦面には出力摩擦車２０８が同時に摩擦係合することに
よって、遊星型の摩擦式無段変速機２００が構成されて
いる。

【００１９】作動状態において、エンジン９によりプー
リ２１４が回転駆動されると、入力軸２１６と一体の入
力摩擦車２０６が回転し、静止しているリング２０４に
沿って遊星摩擦車２０２を転動させることにより出力摩
擦車２０８に回転が取り出される。入力摩擦車２０６の
回転数が一定であるとき、出力摩擦車２０８の回転数は
、変速操作機構２６０によって位置決めされるリング２
０４の軸方向位置によって決まる。したがって、変速操
作機構２６０によってリング２０４を軸方向に移動させ
れば、出力摩擦車２０８の回転数は無段階に変化する。 逆に、エンジン９や入力軸２１６と共に入力摩擦車２０
６の回転数が変化するときでも、この摩擦式無段変速機
２００をその変化に合わせて変速操作すれば、圧縮機１
００のシャフト１３０の回転数をほぼ一定に維持するこ
とが可能になる。この作用によって、変速機付き圧縮機
は、エンジンの回転数が変動しても常に必要な流量の冷
媒を圧縮して吐出するので、冷房能力を理想的に制御す
ることが可能になる。

【００２０】図１に示した本発明の実施例である摩擦式
無段変速機２には、制御装置１４の制御信号によって駆
動されるステッピングモータのような作動装置２３が設
けられおり、摩擦式無段変速機２が具体的に図４に示す
ような遊星摩擦車２０２とリング２０４を有する無段変
速機２００である場合には、作動装置２３によって変速
操作機構２６０がリング２０４を軸方向に動かすように
なっている。したがって、車両走行用エンジンの回転数
が走行条件に応じて変動するとき、その変動を補うよう
に制御装置１４が変速機２の変速比を変化させ、圧縮機
１が必要な冷房能力をもたらすだけの冷媒流量を発生さ
せ得る回転数（制御装置１４によって計算される）にな
るように調整される。

【００２１】このように、遊星摩擦車を有する無段変速
機によって駆動される圧縮機１００を、車両用空調装置
の冷媒圧縮機として利用することは従来技術に属するが
、本発明の図１および図４の実施例においては、これま
でに説明した構成に加えて、本発明の特徴に対応して変
速機室２３０にある潤滑油を冷却する特別の手段と、そ
の冷却の程度を調整する制御手段とを備えている。すな
わち、変速機室２３０には潤滑油の冷却回路１６が接続
して設けられ、冷却回路１６にはオイルポンプ１７と熱
交換器としてのオイルクーラ１８が直列に配置される。 摩擦式無段変速機２からオイルクーラ１８に到る冷却回
路１６の一部に油温センサ１９が設けられ、変速機室２
３０からオイルクーラ１８に送られる潤滑油の温度を検
出し、その信号を制御装置１４に入力する。図４の例で
は変速機室２３０内に油温センサ２７０を挿入螺着して
設けている。オイルクーラ１８はモータ２０によって駆
動される冷却ファン２１によって冷却される。

【００２２】オイルポンプ１７及びファンモータ２０は
、それぞれ制御装置１４が発する制御信号によって回転
数制御されている。したがって、変速機室２３０からオ
イルクーラ１８へ送り込まれて冷却回路１６を循環し、
冷却される潤滑油の流量や、冷却ファン２１がオイルク
ーラ１８へ送る冷却風量が制御装置１４によって調整可
能であり、制御装置１４はそれらの両者、或いは一方の
回転数を自動的に変化させることによって、変速機室２
３０内の潤滑油の温度が図２に示したような、摩擦式無
段変速機２（この例では無段変速機２００）が最大の動
力伝達効率をもたらす最適の温度ＴＯ　になるように調
整される。

【００２３】摩擦式無段変速機２の潤滑油を循環させて
冷却するオイルポンプ１７又はファンモータ２０の回転
数を調整して、オイルクーラ１８の冷却能力を制御する
具体的制御手段としては、それらのモータに供給される
電力の電圧制御、電流制御、或いはヒステリシスをもっ
たＯＮ−ＯＦＦ制御や、それらの中間にあたる段階的制
御等の調整方法をとるが、このような手段による回転数
制御そのものは公知の技術であるから、それらについて
の詳細な説明は省略する。

【００２４】この場合、油温センサ１９の検出する平均
的な潤滑油温度が同じであっても、摩擦式無段変速機２
が伝達するその時の動力が大きいほど摩擦式無段変速機
２の負荷は大きく、変速機内部の動力伝達部分の発熱も
大きくなるので、最適の温度ＴＯ　の値も負荷条件によ
って多少変化する。その変化に対応するため、油温セン
サ１９（図４の例においては２７０）によって摩擦式無
段変速機２の潤滑油温度を検出するのに併せて、圧縮機
１に設けた回転数センサ２２によって圧縮機１の回転数
も検出して制御装置１４に入力し、図３に破線で示した
ように、圧縮機１の回転数が所定値より高いとき、即ち
摩擦式無段変速機２の負荷が所定値よりも大きい場合に
は、オイルクーラ１８の冷却能力が大きくなるように補
正する。もっとも、摩擦式無段変速機２の回転数が所定
値よりも小か大かによって図３の実線をとるか破線をと
るかというような選択をするのでなく、より多段階の回
転数によってきめ細かに実線と破線の中間の領域にわた
る制御をするのが望ましいことは言うまでもない。

【００２５】また、伝達する動力が同じでも、変速比が
小さい場合には伝達効率が低下して発熱量が増加するた
め、エンジンの回転数が高く変速比を小さくする場合に
は、オイルクーラの冷却能力が大きくなるように補正す
る。

【００２６】以上の説明においては、図４に示したよう
なベーン型の容積式圧縮機１００と遊星摩擦車を有する
無段変速機２００とを組合せたものを具体的な実施例と
して取り上げているが、本発明においては圧縮機や摩擦
式無段変速機がこのような形式のものに限定される訳で
はなく、本発明の特徴から明らかなように、その他の形
式の冷媒圧縮機と摩擦式無段変速機との組合せに対して
も適用することができることは言うまでもない。

【００２７】

【発明の効果】本発明により、摩擦式無段変速機の動力
伝達効率が最大となる特定の潤滑油温度が維持されるた
め、摩擦式無段変速機は常に最も少ない動力によって、
スリップなしに自動車用空調装置の冷媒圧縮機を駆動す
る。そして、走行状態と無関係に、必要な回転数におい
て動力が摩擦式無段変速機から冷媒圧縮機に伝達され、
その時に必要な冷房能力に見合う冷媒流量が過不足なく
得られるので、自動車の車室内では快適な空調が行われ
ると共に、動力の無駄もなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の摩擦式無段変速機付き圧縮機を使用し
ている空調装置の全体構成を例示する概念図である。

【図２】摩擦式無段変速機における油温と動力伝達効率
の関係を示す線図である。

【図３】本発明による制御の例を示す線図である。

【図４】本発明の圧縮機に使用される摩擦式無段変速機
の具体例を示す断面図である。

【符号の説明】

１、１００…圧縮機 ２、２００…摩擦式無段変速機 ９…自動車用エンジン １４…制御装置 １６…冷却回路 １７…オイルポンプ １８…オイルクーラ １９、２７０…油温センサ ２０…ファンモータ ２１…冷却ファン ２２…回転数センサ ２３…作動装置 １０４…吸入室 ２０２…遊星摩擦車 ２０４…リング ２０６…入力摩擦車 ２０８…出力摩擦車 ２３０…変速機室 ２４０…隔壁 ２６０…変速操作機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　自動車用空調装置の冷媒を圧縮する圧
   縮機と、前記圧縮機を自動車の走行用エンジンによって
   駆動するために前記圧縮機と前記エンジンとの間に介設
   され前記圧縮機の駆動回転数を制御する摩擦式無段変速
   機と、前記摩擦式無段変速機の摩擦係合面を潤滑する潤
   滑油を冷却するために前記摩擦式無段変速機の変速機室
   に接続して設けられる冷却回路と、前記冷却回路に挿入
   して設けられるオイルクーラと、前記冷却回路と直列に
   前記冷却回路に設けられるオイルポンプと、前記変速機
   室から前記オイルクーラに到る冷却回路において潤滑油
   の温度を検出する油温センサと、前記油温センサの検出
   信号が入力されることによって潤滑油の温度を所定の値
   に保つために前記オイルクーラにおける潤滑油の冷却能
   力を変化させる制御装置とを備えていることを特徴とす
   る自動車空調用の変速機付き圧縮機。
2. 【請求項２】　　前記油温センサの検出信号に加えて、
   前記圧縮機の回転数信号及び前記走行用エンジンの回転
   数信号のいずれか一方を前記制御装置に入力して、前記
   オイルクーラにおける潤滑油の冷却能力を補正し、前記
   圧縮機の回転数が高い程、前記油温センサの検出する潤
   滑油の温度が低くなるように構成したことを特徴とする
   前記請求項１記載の自動車空調用の変速機付き圧縮機。