JPH11240328A - 電気自動車用空調機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイブリッド車にあって空調機の圧縮機を小
容量とし高効率運転をするようにした電気自動車用空調
機制御装置を提供する。 【解決手段】 エンジン２２と駆動用モータとで駆動さ
れるハイブリッド車にあって、室内熱交換器２９と室外
熱交換器３３との間の冷媒ループＡを制御するものにあ
って、冷媒ループＡの圧縮機３６に圧縮機用モータ３７
とエンジン２２とのいずれかの回転力を選択的に伝達す
るようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車、特に
エンジンとモータとにより駆動されるハイブリッド車に
あって、空調機の冷媒ループの圧縮機を小容量とし高効
率にて運転するようにした電気自動車用空調機制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、開発されている電気自動車のう
ち、エンジン駆動とモータ駆動とを併用するハイブリッ
ド車にあっては、モータ駆動の場合にはエンジンを停止
しまたエンジン駆動の場合にはモータを停止するという
駆動方式を採用する。殊に、高効率駆動のためにはアイ
ドリング時等の低回転数域ではモータ駆動、高回転数域
にてエンジン駆動を行なっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】他方、車両には一般に
車室の空調機が備えられ、室内熱交換器と室外熱交換器
とを冷媒ループにてつなぎ、冷媒の相変化を利用したヒ
ートポンプとして車室内の冷暖房を行なうという空調機
が備えられる。この場合、冷媒ループには圧縮機が必要
であり、動力により圧縮機を駆動する必要が生ずる。

【０００４】しかしながら、この圧縮機の駆動について
は、現在のところ上述のハイブリッド車にあっても、従
来のガソリン車等と同様のエンジンによる駆動の域を出
ず、低速域でのモータ駆動時にあっても圧縮機の駆動
は、効率の悪いエンジン駆動によっているという状況で
ある。

【０００５】したがって、エンジン回転数が低い状態で
も熱負荷に対して必要な圧縮機容量としては、いきおい
大きな容量にならざるを得ず、圧縮機の効率の良い運転
は到底望めない。

【０００６】本発明は、上述の問題に鑑み、ハイブリッ
ド車にあって空調機の圧縮機を小容量とし高効率運転を
するようにした電気自動車用空調機制御装置を提供す
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、次の発明特定事項を有する。 （１）第１の発明は、エンジンと駆動用モータとで駆動
されるハイブリッド車にあって車室内の室内熱交換器と
室外熱交換器との間の冷媒ループを制御するものにおい
て、上記冷媒ループの圧縮機に圧縮機用モータと上記エ
ンジンとのいずれかの回転力を選択的に伝達することを
特徴とする。

【０００８】（２）第２の発明は、上記第１の発明にあ
って、上記圧縮機への回転力の伝達は、エンジンの回転
力をクラッチを介して圧縮機用モータのモータ軸に伝
え、このモータ軸の回転力を圧縮機へ伝達することを特
徴とする。

【０００９】（３）第３の発明は、上記第１の発明にあ
って、上記圧縮機への回転力の伝達は、エンジンの回転
力及び圧縮機用モータの回転力を圧縮機に備えた２段ク
ラッチにそれぞれ伝達することを特徴とする。

【００１０】（４）第４の発明は、上記第１の発明にあ
って、上記圧縮機への回転力の伝達は、エンジンの回転
軸に遠心クラッチを備えると共に圧縮機用モータの回転
軸に遠心クラッチを備え、このそれぞれの遠心クラッチ
を介して回転力を圧縮機に伝達することを特徴とする。

【００１１】（５）第５の発明は、エンジンと駆動用モ
ータとで駆動されるハイブリッド車にあって車室内の室
内熱交換器と室外熱交換器との間の冷媒ループを制御す
るに際し、上記冷媒ループの圧縮機を駆動する圧縮機用
モータは上記駆動用モータと同時に駆動し、エンジンの
駆動により停止させるようにしたことを特徴とする。

【００１２】（６）第６の発明は、エンジンと駆動用モ
ータとで駆動されるハイブリッド車にあって車室内の室
内熱交換器と室外熱交換器との間の冷媒ループを制御す
るに際し、上記エンジンと駆動用モータとを同時に駆動
させる場合には冷媒ループの圧縮機を圧縮機用モータに
て駆動したことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】ここで、図１〜図８を参照して本
発明の実施の形態について説明する。図１，図２はハイ
ブリッド車における熱システムのレイアウトを示す斜視
図，平面図をそれぞれ示す。図１及び図２に示すハイブ
リッド車２１は所謂パラレル式のハイブリッド車であ
り、車両後部にはエンジン２２が搭載され、車両前部に
は駆動用モータ等からなるドライブユニット２３が搭載
されている。また、車両後部にはトランスミッション３
８、バッテリ２４及び発電機２５が搭載され、車両前部
にはインバータ２６が搭載されている。

【００１４】従って、このハイブリッド車２１では、後
輪２７はトランスミッション３８を介してエンジン２２
により回転駆動され、前輪２８はドライブユニット２３
により回転駆動される。ドライブユニット２３の駆動用
モータは、バッテリ２４からインバータ２６を介して電
力が供給されると共に、このインバータ２６等によって
回転速度等が制御されるようになっている。また、エン
ジン２２の作動時には、発電機２５がエンジン２２によ
り回転駆動されて発電し、この発電電力がバッテリ２４
に供給されて充電されると共にインバータ２６を介して
駆動用モータにも供給されるようになっている。

【００１５】また、このハイブリッド車２１には、図
１，図２に示すように熱システムの各コンポーネントが
次のように配置されている。

【００１６】車室の冷暖房を行なう車両用空調装置の冷
媒ループ内において、室内熱交換器２９、ヒータコア３
０及びブロア（モータ駆動）３１は、車室３２の前方に
配置されている。そして、車両用空調装置の室外熱交換
器３３は車両走行時に負圧となる車両側面後部に沿って
配置されており、排気孔３５は車両側面後部に設けられ
ている。また、室外熱交換器３３の内側には、モータ３
４ａによって回転駆動される送風機３４が配置されてい
る。従って、送風機３４により室外熱交換器３３に送風
された空気は、排気孔３５から車両側面後部の外側に排
出される。なお、送風機３４による空気の吸入方向は、
暖房運転時にエンジン２２やバッテリ２４等の排熱を有
効に利用するため、暖房運転時と冷房運転時とで切り換
えるようになっている。

【００１７】更に、図１，図２にあって、車両用空調装
置の圧縮機３６はエンジン２２の近傍に配置されてお
り、エンジン２２や圧縮機用モータ３７によって選択的
に回転駆動される。この構造等については詳細に後述す
る。

【００１８】また、冷媒ループではないが、冷却水ルー
プが別に備えられており、車両後部には、エンジン用ラ
ジエータ（熱交換器）３９が配置されると共に、このエ
ンジン用ラジエータ３９に隣接して送風機４０（モータ
４０ａによって回転駆動される）が配置されている。車
両前部には、電気機器用ラジエータ（熱交換器）４１と
バッテリ用ラジエータ（熱交換器）４２とが隣接して配
置されると共に、バッテリ用ラジエータ４２に隣接して
送風機４３（モータ４３ａによって回転駆動される）が
配置されている。また、車両後端には、モータ４５によ
って開閉するシャッタ４４が設けられている。

【００１９】図３は熱システムの系統図を示している。
図３中、太線は冷媒ループ、細線は冷却水（ロングライ
フクーラント（ＬＬＣ）等）ループである。

【００２０】車両用空調装置の冷媒ループＡは、ヒート
ポンプとして作用するものであり、四方弁５１によって
冷媒の流路を切り換えることにより、冷房運転時と暖房
運転時とを行うようになっている。

【００２１】即ち、冷房運転時には、冷媒が圧縮機３
６、四方弁５１、室外熱交換器３３、絞り弁５２、室内
熱交換器２９、四方弁５１、アキュムレータ５３、圧縮
機３６の順に流れる。このときには室内熱交換器２９が
吸熱器（エバポレータ）、室外熱交換器３３が放熱器
（コンデンサ）となり、車室３２内は冷房される。一
方、暖房運転時には、冷媒が圧縮機３６、四方弁５１、
室内熱交換器２９、絞り弁５２、室外熱交換器３３、四
方弁５１、アキュムレータ５３、圧縮機３６の順に流れ
る。このときには室外熱交換器３３が吸熱器（エバポレ
ータ）、室内熱交換器２９が放熱器（コンデンサ）とな
り、車室３２内が暖房される。

【００２２】冷却水ループとしては、エンジン冷却水ル
ープＢ、バッテリ冷却水ループＣ及び電気機器冷却水ル
ープＤが設けられている。

【００２３】これらのうち、エンジン冷却水ループＢで
は、ポンプ５４によってエンジン冷却水が主にエンジン
２２とエンジン用ラジエータ３９との間で循環すると共
に、エンジン冷却水の一部が、絞り弁５５を介して車両
用空調装置のヒータコア３０にも流れ、且つ、絞り弁５
６を介してバッテリ暖機用熱交換器５７にも流れるよう
になっている。なお、エンジン２２からエンジン用ラジ
エータ３９までのエンジン冷却水通路には、絞り弁５６
及びバッテリ暖機用熱交換器５７をバイパスする別の絞
り弁６５が設けられており、この絞り弁６５と絞り弁５
６との間の流量調節を行うことによってバッテリ暖機用
熱交換器５７での放熱調節が可能となっている。

【００２４】バッテリ冷却水ループＣでは、バッテリ２
４を冷却する場合と暖機する場合とでバッテリ冷却水の
流れが切り換えられる。即ち、バッテリ２４を冷却する
場合には、バッテリ用ラジエータ４２をバイパスする絞
り弁５８は閉じ且つ絞り弁５９は開けた状態で、ポンプ
６０によってバッテリ冷却水がバッテリ２４とバッテリ
用ラジエータ４２との間で循環する。なお、このときに
は絞り弁５６を閉じてエンジン冷却水がバッテリ暖機用
熱交換器５７に流れないようにする。一方、バッテリ２
４を暖機する場合には、絞り弁５６を開けてエンジン冷
却水がバッテリ暖機用熱交換器５７に流れるようにする
と共に絞り弁５８を開け且つ絞り弁５９を閉じた状態
で、ポンプ６０によってバッテリ冷却水が、バッテリ用
ラジエータ４２をバイパスし、バッテリ２４とバッテリ
暖機用熱交換器５７との間で循環する。なお、バッテリ
暖機用熱交換器５７の放熱調整は、絞り弁５６と絞り弁
６５との間の流量調節によって行われる。

【００２５】電気機器冷却水ループＤでは、ポンプ６２
によって電気機器冷却水が各種の電気機器（ドライブユ
ニット等）６１と電気機器用ラジエータ４１との間で循
環する。

【００２６】このようにして、車両用空調装置では室内
熱交換器２９（冷媒ループＡ）による冷暖房及びエンジ
ン冷却水（ヒータコア３０）による暖房が行われ、エン
ジン冷却水ループＢではエンジン冷却、バッテリ冷却水
ループＣではバッテリ冷却及びエンジン冷却水によるバ
ッテリ暖機、電気機器冷却水ループＤでは電気機器冷却
が行われることになる。

【００２７】さて、このような熱システムを有する本例
にあって、冷媒ループＡの圧縮機３６は、図２に示すよ
うにエンジン２２と圧縮機用モータ３７とによって選択
的に駆動される。すなわち、図４に示すように圧縮機用
モータ３７の回転軸に備えられたプーリ３７ａ及びエン
ジン２２の回転軸に備えられたプーリ２２ａは、ベルト
を介して圧縮機３６の回転軸に備えた２段クラッチ３６
１に連結されており、２段クラッチ３６１の切換えによ
って圧縮機３６はエンジン２２によって駆動されまた圧
縮機用モータ３７によって駆動される。

【００２８】ここで、２段クラッチ３６１の概要を図５
にて示す。エンジン２２からの回転力と圧縮機用モータ
３７からの回転力を選択的に圧縮機３６の軸に伝達させ
るため、圧縮機３６の回転軸３６２に対してエンジン２
２からのベルトが嵌まるプーリ３６３及び圧縮機用モー
タ３７からのベルトが嵌まるプーリ３６４が存在し、シ
ャフト３６２に対して各プーリ３６３，３６４は軸受３
６５，３６６により独立して回転可能に備えられ、それ
ぞれの励磁コイル３６７，３６８の通電にてアーマチャ
３６９，３７０が軸方向に動くようになっている。

【００２９】すなわち、板バネ３７１，３７２にてハブ
３７３，３７４側に片寄るアーマチャ３６９，３７０
は、励磁コイル３６７，３６８の通電にて発生した磁力
によりプーリ３６３，３６４に押し付けられる。図５
中、半截した上側はアーマチャ３６９，３７０がプーリ
３６３，３６４に押付けられた状態、下側はアーマチャ
３６９，３７０がプーリ３６３，３６４に対してフリー
となった状態を示す。この結果、励磁コイル３６７，３
６８の励磁にてアーマチャ３６９，３７０がプーリ３６
３，３６４と一体となり、アーマチャ３６９，３７０に
連結されたシャフト３６２を回転可能とさせ、非励磁で
は板バネ３７１，３７２にてアーマチャ３６９，３７０
がプーリ３６３，３６４と離れてプーリ３６３，３６４
に対してシャフト３６２がフリーの状態となる。こうし
て、励磁コイル３６７又は３６８の励磁にてプーリ３６
３又は３６４がアーマチャ３６９又は３７０を介してシ
ャフトに選択的に連結される。

【００３０】上述のようにして圧縮機３６は、エンジン
２２と圧縮機用モータ３７とのそれぞれの回転力にて、
選択的に駆動されるが、この駆動に当っては、モータと
エンジンとの効率の良い駆動を利用するために、図６に
示すような特性に沿う制御を行なう。つまり、エンジン
２２の特性としては、アイドリング時等の低回転数域
（低速域）にて効率が悪く、他方高速域にて高効率とな
る。他方、駆動モータは低回転数にて高効率特性を示
す。したがって、車両の駆動について、低速域にて駆動
モータを運転し、高速になった場合エンジン駆動に切換
わるようになっている。これと同様に、低速にて駆動モ
ータとは別の圧縮機用モータ３７を駆動して圧縮機３６
を高速運転し、高速にてエンジン２２により圧縮機３６
を駆動すれば、常に高速・高効率運転ができる。したが
って、圧縮機３６を常に高速回転することになるので、
圧縮機容量の小形化が図れる。また、高速域でのエンジ
ン駆動時の圧縮機の能力過剰程度も小さくなる。

【００３１】図４の構成は、圧縮機モータ３７の回転力
とエンジン２２の回転力とを２段クラッチ３６１にて選
択的に伝達するものであるが、図７の構成は、エンジン
２２の回転軸にクラッチ２２１を備え、このクラッチ２
２１と圧縮機モータ３７の回転軸のプーリ３７ｂをベル
トにてつなぎ、更に圧縮機モータ３７の回転軸のプーリ
３７ｃを圧縮機３６のプーリ３６ａにつなげたもので、
エンジン２２のクラッチ２２１の入切によって、エンジ
ン２２の回転力を圧縮機用モータ３７の回転軸（この場
合は空回りをする）を介して圧縮機３６に伝達したり、
圧縮機用モータ３７の回転力のみを圧縮機３６に伝達す
るようにしている。かかる構成によってもエンジン２２
の回転力と圧縮機モータ３７の回転力を選択的に圧縮機
３６に伝達することができる。

【００３２】更に、図８に示す構成はクラッチの代りに
遠心力スイッチを備えた例を示している。つまり、エン
ジン２２及び圧縮機用モータ３７のそれぞれの回転軸に
遠心力スイッチ２２ｓ，３７ｓを備え、各回転軸の回転
にて遠心力が働くとスイッチが入ることで回転軸にプー
リ２２ａ，３７ａが連結されるもので、エンジン２２の
駆動あるいは圧縮機用モータ３７の駆動に伴って、回転
力がプーリ３６ｂ，３６ｃを介して圧縮機３６に伝達さ
れるものである。この場合も、エンジン２２あるいは圧
縮機用モータ３７の選択的な駆動により、いずれかの回
転力を圧縮機３６に伝達することができる。

【００３３】上述の説明においては、圧縮機用モータ３
７はインバータにて回転制御されるために、車室内の熱
負荷に対応して回転数を制御すれば、負荷にかなった能
力制御をすることができる。また、車両に特にトルクが
必要な場合、例えば上り坂走行や牽引を行なう場合、エ
ンジンと駆動モータとを双方共稼働させることもある
が、この場合には、圧縮機用モータ３７を駆動させて圧
縮機の高速・高効率運転をさせればよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次の
効果を有する。 （１）第１の発明とエンジンと駆動用モータとで駆動さ
れるハイブリッド車にあって車室内の室内熱交換器と室
外熱交換器との間の冷媒ループを制御するものにおい
て、上記冷媒ループの圧縮機に圧縮機用モータと上記エ
ンジンとのいずれかの回転力を選択的に伝達するように
したことにより、駆動モータとは別置きの圧縮機用モー
タにて圧縮機を駆動させたことにより、車速に影響され
ることなく、圧縮機を熱負荷に応じた運転に制御でき、
常時高速運転も可能で圧縮機の小容量化高効率化が図れ
る。 （２）更に、上記圧縮機への回転力の伝達は、エンジン
の回転力をクラッチを介して圧縮機用モータのモータ軸
に伝え、このモータ軸の回転力を圧縮機へ伝達すること
により、上述の第１の発明による効果に加えて、安価な
装置とすることができる。 （３）更に、上記圧縮機への回転力の伝達は、エンジン
の回転力及び圧縮機用モータの回転力を圧縮機に備えた
２段クラッチにそれぞれ伝達することにより、第１の発
明の効果に加えて一層高効率の運転が可能となる。 （４）上記圧縮機への回転力の伝達は、エンジンの回転
軸に遠心クラッチを備えると共に圧縮機用モータの回転
軸に遠心クラッチを備え、このそれぞれの遠心クラッチ
を介して回転力を圧縮機に伝達することにより、第１の
発明の効果に加えて、構造が簡単な装置とすることがで
きる。 （５）エンジンと駆動用モータとで駆動されるハイブリ
ッド車にあって車室内の室内熱交換器と室外熱交換器と
の間の冷媒ループを制御するに際し、上記冷媒ループの
圧縮機を駆動する圧縮機用モータは上記駆動用モータと
同時に駆動し、エンジンの駆動により停止させるように
したことにより、高効率運転制御を達成することができ
る。 （６）エンジンと駆動用モータとで駆動されるハイブリ
ッド車にあって車室内の室内熱交換器と室外熱交換器と
の間の冷媒ループを制御するに際し、上記エンジンと駆
動用モータとを同時に駆動させる場合には冷媒ループの
圧縮機を圧縮機用モータにて駆動したことにより、圧縮
機用モータを優先的に駆動して高効率運転を行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるハイブリッド車における熱システ
ムの一例のレイアウトを示す斜視図。

【図２】本発明によるハイブリッド車における熱システ
ムの一例のレイアウトを示す平面図。

【図３】本発明によるハイブリッド車における熱システ
ムの一例の系統概略図。

【図４】圧縮機の駆動系の一例を示す構成図。

【図５】２段クラッチの断面構成図。

【図６】エンジン効率を示す特性線図。

【図７】圧縮機の駆動系の他の例を示す構成図。

【図８】圧縮機の駆動系のその他の例を示す構成図。

【符号の説明】

２２ エンジン ２９ 室内熱交換器 ３３ 室外熱交換器 ３６ 圧縮機 ３７ 圧縮機用モータ ２２ａ，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６３，３６４，３
７ａ プーリ ２２１，３６１ クラッチ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンと駆動用モータとで駆動される
   ハイブリッド車にあって車室内の室内熱交換器と室外熱
   交換器との間の冷媒ループを制御するものにおいて、 上記冷媒ループの圧縮機に圧縮機用モータと上記エンジ
   ンとのいずれかの回転力を選択的に伝達することを特徴
   とする電気自動車用空調機制御装置。
2. 【請求項２】 上記圧縮機への回転力の伝達は、エンジ
   ンの回転力をクラッチを介して圧縮機用モータのモータ
   軸に伝え、このモータ軸の回転力を圧縮機へ伝達するこ
   とを特徴とする請求項１記載の電気自動車用空調機制御
   装置。
3. 【請求項３】 上記圧縮機への回転力の伝達は、エンジ
   ンの回転力及び圧縮機用モータの回転力を圧縮機に備え
   た２段クラッチにそれぞれ伝達することを特徴とする請
   求項１記載の電気自動車用空調機制御装置。
4. 【請求項４】 上記圧縮機への回転力の伝達は、エンジ
   ンの回転軸に遠心クラッチを備えると共に圧縮機用モー
   タの回転軸に遠心クラッチを備え、このそれぞれの遠心
   クラッチを介して回転力を圧縮機に伝達することを特徴
   とする請求項１記載の電気自動車用空調機制御装置。
5. 【請求項５】 エンジンと駆動用モータとで駆動される
   ハイブリッド車にあって車室内の室内熱交換器と室外熱
   交換器との間の冷媒ループを制御するに際し、上記冷媒
   ループの圧縮機を駆動する圧縮機用モータは上記駆動用
   モータと同時に駆動し、エンジンの駆動により停止させ
   るようにした電気自動車用空調機制御装置。
6. 【請求項６】 エンジンと駆動用モータとで駆動される
   ハイブリッド車にあって車室内の室内熱交換器と室外熱
   交換器との間の冷媒ループを制御するに際し、上記エン
   ジンと駆動用モータとを同時に駆動させる場合には冷媒
   ループの圧縮機を圧縮機用モータにて駆動した電気自動
   車用空調機制御装置。