(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された空調装置の一部として回転軸を跨ぐ一対の取付部を介してエンジンに設置され、該空調装置内の冷凍回路を循環する冷媒を該エンジンの駆動力により回転駆動して圧縮する圧縮機と、
該圧縮機の前記一対の取付部と前記エンジンとの間に介装され、前記一対の取付部と前記エンジンとの間に発生する圧力をそれぞれ検出する一対の圧力センサと、
該一対の圧力センサによりそれぞれ検出された圧力の差に基づき前記圧縮機に生じる駆動トルクを算出する駆動トルク算出手段とを備え、
前記一対の取付部の端部には、同一面内に、それぞれ前記回転軸周りの周方向ベクトルに垂直な座面が形成されており、
前記一対の圧力センサは、それぞれ該座面に垂直に作用する前記周方向ベクトルに平行な圧力を検出することを特徴とする圧縮機のトルク検出装置。
【請求項２】
前記圧力センサは、薄膜圧力センサであることを特徴とする、請求項１に記載の圧縮機のトルク検出装置。
【請求項３】
前記薄膜圧力センサは、銅とマンガンとニッケルとの合金により構成される薄膜圧力センサであることを特徴とする、請求項２に記載の圧縮機のトルク検出装置。
【請求項４】
前記薄膜圧力センサは、クロムと金との合金により構成される薄膜圧力センサであることを特徴とする、請求項２に記載の圧縮機のトルク検出装置。
【請求項５】
前記圧縮機は前記一対の取付部と前記エンジンとがそれぞれボルトにより締結されることで前記エンジンに設置されており、
前記薄膜圧力センサは、前記ボルトが貫通可能に環状をなし、前記ボルトにより共締めされて前記一対の取付部と前記エンジンとの間に挟持されていることを特徴とする、請求項２乃至４のいずれかに記載の圧縮機のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機のトルク検出装置に係り、詳しくは車両に搭載された空調用圧縮機のトルクを検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両には、循環する冷媒の相変化を利用して室内の冷暖房を行う空調装置（エアコンディショナ、以下略してエアコンという）が一般に搭載されており、当該エアコンのうち冷媒を圧縮するための圧縮機は、通常は車両用エンジンの駆動力によって回転駆動されるように構成されている。
一方、車両用エンジンでは、燃費を向上させるため、エンジン回転速度を可能な限り下げるように制御している。
【０００３】
しかしながら、エアコンは目標温度に応じて圧縮機の負荷が変化し、圧縮機に生じる駆動トルクが変動するものであり、圧縮機がどれだけの駆動トルクを必要としているのかを把握しないでエンジン回転速度を制御すると、エンジン回転速度を必ずしも適正なものにできず、車両用エンジンの燃費を十分に向上させることができないという問題がある。
そこで、圧縮機に生じる駆動トルクを的確に知ることが要求され、この場合、例えば外気温度、エアコンの冷媒圧に基づいて圧縮機に生じる駆動トルクの大凡の目安をつけることは可能である。ところが、省燃費化のためには、圧縮機に作用する駆動トルクを精度良く正確に知る必要がある。
【０００４】
このようなことから、従来、回転機に作用する駆動トルクを歪ゲージを用いて計測する方法が広く知られている（特許文献１、２等参照）。
【特許文献１】特開２００３−３３６５２３号公報
【特許文献２】特許第３７４３７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記各公報に開示された従来技術のように歪ゲージを用いる場合、一般に歪ゲージの寿命は短く、振動の多い車両に使用するには耐久性に劣るという問題がある。
さらに、歪ゲージを使用する場合、車両側に駆動トルクの検出値を出力するために大掛かりな信号伝送装置が必要となり、機器の構成が複雑になり、コスト上昇を招きかねず、好ましいことではない。
【０００６】
また、特許文献２に開示の装置にあっては、複数の歪ゲージを適切に配設すべく全ての歪ゲージをユニット化して回転機と固定ベースとの間に設けるようにしており、特許文献１の場合に比べれば有利であるものの、省スペース化が難しいという問題がある。
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成にして高い耐久性を有しながら、車両に搭載された空調用圧縮機に生じる駆動トルクを正確に検出可能な圧縮機のトルク検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するべく、請求項１の圧縮機のトルク検出装置は、車両に搭載された空調装置の一部として回転軸を跨ぐ一対の取付部を介してエンジンに設置され、該空調装置内の冷凍回路を循環する冷媒を該エンジンの駆動力により回転駆動して圧縮する圧縮機と、該圧縮機の前記一対の取付部と前記エンジンとの間に介装され、前記一対の取付部と前記エンジンとの間に発生する圧力をそれぞれ検出する一対の圧力センサと、該一対の圧力センサによりそれぞれ検出された圧力の差に基づき前記圧縮機に生じる駆動トルクを算出する駆動トルク算出手段とを備え、前記一対の取付部の端部には、同一面内に、それぞれ前記回転軸周りの周方向ベクトルに垂直な座面が形成されており、前記一対の圧力センサは、それぞれ該座面に垂直に作用する前記周方向ベクトルに平行な圧力を検出することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の圧縮機のトルク検出装置では、請求項１において、前記圧力センサは、薄膜圧力センサであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の圧縮機のトルク検出装置では、請求項２において、前記薄膜圧力センサは、銅とマンガンとニッケルとの合金により構成される薄膜圧力センサであることを特徴とする。
請求項４の圧縮機のトルク検出装置では、請求項２において、前記薄膜圧力センサは、クロムと金との合金により構成される薄膜圧力センサであることを特徴とする。
【００１０】
請求項５の圧縮機のトルク検出装置では、請求項２乃至４のいずれかにおいて、前記圧縮機は前記一対の取付部と前記エンジンとがそれぞれボルトにより締結されることで前記エンジンに設置されており、前記薄膜圧力センサは、前記ボルトが貫通可能に環状をなし、前記ボルトにより共締めされて前記一対の取付部と前記エンジンとの間に挟持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の圧縮機のトルク検出装置によれば、回転軸を跨ぐ一対の取付部を介してエンジンに取り付けられた圧縮機の一対の取付部とエンジンとの間に掛かる、同一面内に形成された座面に垂直に作用する周方向ベクトルに平行な圧力を一対の圧力センサによりそれぞれ検出するようにし、これら圧力の差に基づいて圧縮機に生じる駆動トルクを駆動トルク算出手段により算出するようにしている。
従って、回転軸を跨ぐ圧縮機の一対の取付部とエンジンとの間にそれぞれ掛かる圧力の差に基づき、簡単な構成にして圧縮機に生じる駆動トルクを容易にして正確に検出することができ、圧縮機がエンジンに掛ける負荷を的確に知ることができる。
【００１２】
これにより、例えば、変動のない安定したエンジン回転速度を確保すべくエンジンを速やかに制御可能であり、エンジンにおいて無駄な燃料供給を防止して燃費の向上を図ることが可能である。
特に、同一面内に形成された座面に垂直に作用する周方向ベクトルに平行な圧力を一対の圧力センサにより検出するので、圧縮機に生じる駆動トルクを精度良く正確に検出することが可能である。
【００１３】
請求項２の圧縮機のトルク検出装置によれば、圧力センサとして薄膜圧力センサを使用しているので、簡単な構成にして省スペース化を図りながら圧縮機に生じる駆動トルクを容易にして正確に検出することが可能である。
特に、薄膜圧力センサは軽量であることから、車両の振動に対する耐久性に優れている。
【００１４】
請求項３、４の圧縮機のトルク検出装置によれば、薄膜圧力センサを銅とマンガンとニッケルとの合金或いはクロムと金との合金により構成することにより、薄膜圧力センサが温度や機械変形の影響を受け難くでき、薄膜圧力センサのさらなる耐久性の向上を図ることができる。また、薄膜圧力センサの圧力感知部を小さいながらも高い分解能を持つようにすることが可能であり、より適正に圧力を測定し、駆動トルクを高精度にして正確に検出することが可能である。
【００１５】
請求項５の圧縮機のトルク検出装置によれば、薄膜圧力センサはボルトにより共締めされて一対の取付部とエンジンとの間に挟持されているので、簡単な構成にして確実に薄膜圧力センサを適切な位置に配設することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る圧縮機のトルク検出装置を含む車両エアコンシステムの冷凍サイクル（冷凍回路）の概略構成図である。
図１に示すように、車両１に搭載された車両エアコンシステムの冷凍サイクルは、作動流体としての冷媒が循環する循環経路１０を備え、当該循環経路１０には、冷媒の流動方向で順番に、圧縮機２０、放熱器（凝縮器）３０、膨張器（膨張弁）４０、及び蒸発器５０が介装されている。
【００１７】
圧縮機２０は、例えばタイミングベルトを介してエンジン６０の駆動力により回転駆動され、冷媒の吸入工程、吸入した冷媒の圧縮工程及び圧縮した冷媒の吐出工程からなる一連のプロセスを行うものである。これにより、冷媒が放熱器３０、膨張器４０及び蒸発器５０を介して相変化しながら循環経路１０内を循環する。なお、放熱器３０、膨張器４０の機能については周知であり、詳細についてはここでは説明を省略する。
【００１８】
蒸発器５０は、車室内に設けられたブロワコンポーネント７０内に設けられている。これにより、車室内の空気がブロワコンポーネント７０内で蒸発器５０と接触して冷媒との間で熱交換された後、ブロワコンポーネント７０の吹出口から車室内に吹き出され、車室内の空気の温度が可変操作される。
ところで、圧縮機２０は、エンジン６０によって回転駆動されることから、車両１の例えばエンジン６０に設置されている。詳しくは、圧縮機２０は、図２に拡大図を示すように、一対の取付部２１、２４とエンジン６０上に固定された取付ブラケット３とをそれぞれボルト２３、２６（締結部材）で締結するようにしてエンジン６０に固定されている。
【００１９】
一対の取付部２１、２４と取付ブラケット３との各間には、図３に圧縮機２０の組立図を示すように、環状の薄膜圧力センサ２２、２５がボルト２３、２６により共締めされて介装されており、これら薄膜圧力センサ２２、２５によって取付部２１、２４と取付ブラケット３との間に生じている圧力をそれぞれ検出可能である。
詳しくは、図２、図３に示すように、一対の取付部２１、２４は圧縮機２０の回転軸２７を跨いで互いに異なる側に振り分けられて位置されている。そして、これら一対の取付部２１、２４の端部には、それぞれ圧縮機２０の回転軸２７周りの周方向ベクトルに垂直な座面２１ａ、２４ａが同一面内で形成されている。即ち、上記薄膜圧力センサ２２、２５は、当該座面２１ａ、２４ａと取付ブラケット３との各間にそれぞれ挟持されており、座面２１ａ、２４ａに垂直、即ち当該周方向ベクトルに平行な圧力をそれぞれ検出可能である。
【００２０】
薄膜圧力センサ２２、２５としては、例えば銅とマンガンとニッケルとの合金により構成される薄膜圧力センサ、或いはクロムと金との合金により構成される薄膜圧力センサが採用される。具体的には、銅とマンガンとニッケルとの合金による薄膜圧力センサの場合には、例えば、銅の組成が８７．４〜８７．８重量％であり、マンガンの組成が８．７５〜９．６重量％であり、ニッケルの組成が３．０〜３．４５重量％であるもの、或いは、クロムと金との合金による薄膜圧力センサの場合には、例えばクロムの組成が３．０重量％以上４．４重量％以下であるものが好ましい（特開２００１−２８１０７６号公報参照）。
【００２１】
このような構成の薄膜圧力センサ２２、２５は、薄膜（例えば、平均厚さ５μm）であることから軽量であり、比較的温度や機械変形の影響を受け難く、また圧力感知部を小さくできるために高い分解能を持つという特性を有している。
そして、図１に示すように、薄膜圧力センサ２２、２５は、ＣＰＵやメモリ等からなる電子コントロールユニット（ＥＣＵ）８０の入力側に接続されており、一方、ＥＣＵ８０の出力側にはエンジン６０の燃焼制御装置（図示せず）等が接続されている。
【００２２】
このように構成された本発明に係る圧縮機のトルク検出装置では、圧縮機２０がエンジン６０の駆動力によって回転駆動されると、図４に圧縮機２０の作動状態を概念図で示すように、回転軸２７の回転反力によって一対の取付部２１、２４の座面２１ａ、２４ａと取付ブラケット３との各間に生じる圧力が変化し、これら変化した圧力が薄膜圧力センサ２２、２５によりそれぞれ検出される。
【００２３】
そして、このように検出された圧力情報はＥＣＵ８０に入力され、ＥＣＵ８０において、当該圧力情報、例えば薄膜圧力センサ２２からの圧力Ｐ1と薄膜圧力センサ２５からの圧力Ｐ2との差ΔＰに基づいて圧縮機２０に生じる回転トルク（駆動トルク）が算出される（駆動トルク算出手段）。
実際には、ＥＣＵ８０には実験等により圧力の差に応じた回転トルクが予め設定され、マップとして記憶されており、回転トルクは、薄膜圧力センサ２２、２５により検出された圧力の差に基づき当該マップから読み出される。
【００２４】
なお、予め近似式を設定しておき、薄膜圧力センサ２２、２５により検出された圧力の差に基づき当該近似式から回転トルクを算出するようにしてもよい。
ＥＣＵ８０において回転トルクが算出されると、当該回転トルクに応じた適正なエンジン負荷がさらにＥＣＵ８０において算出され、目標エンジン回転速度での安定したエンジン回転速度を確保すべく、エンジン６０の燃焼制御装置において燃料噴射量や吸入空気量等が最適値に制御される。
【００２５】
このように、本発明に係る圧縮機のトルク検出装置によれば、一対の取付部２１、２４と取付ブラケット３との各間に回転軸２７を跨いで薄膜圧力センサ２２、２５を互いに異なる側に振り分けて配設し、薄膜圧力センサ２２、２５からの圧力情報に基づきＥＣＵ８０において回転トルクを算出するようにしている。
従って、簡単な構成にして圧縮機２０に生じる回転トルクを容易にして正確に検出することが可能である。
【００２６】
これにより、圧縮機２０がエンジン６０に掛ける負荷を的確に知ることが可能となり、エンジン６０を速やかに制御して変動のない安定したエンジン回転速度を確保可能であり、エンジン６０において無駄な燃料供給を防止して燃費の向上を図ることができる。
特に、圧縮機２０の一対の取付部２１、２４の端部には、回転軸２７周りの周方向ベクトルに垂直な座面２１ａ、２４ａを有し、これら座面２１ａ、２４ａで周方向ベクトルに平行な圧力をそれぞれ検出するようにしているので、圧縮機２０に生じる回転トルクを精度良く検出することが可能である。
【００２７】
また、圧力センサとして薄膜圧力センサ２２、２５を使用することにより、薄膜圧力センサ２２、２５は軽量であるために車両１の振動に対して優れた耐久性を発揮しながら、簡単な構成にして省スペース化を図りつつ圧縮機２０に生じる回転トルクを容易にして正確に検出することができる。
そして、薄膜圧力センサ２２、２５を銅とマンガンとニッケルとの合金或いはクロムと金との合金により構成することにより、さらなる耐久性の向上を図りながら、薄膜圧力センサ２２、２５に高い分解能を持たせるようにでき、より適正に圧力を測定して回転トルクを高精度で検出することが可能である。
【００２８】
また、薄膜圧力センサ２２、２５はボルト２３、２６により共締めされて一対の取付部２１、２４と取付ブラケット３との各間に挟持されるので、簡単な構成にして確実に薄膜圧力センサ２２、２５を適切な位置に配設することができる。
以上で本実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
例えば、上記実施形態では圧縮機２０を一対の取付部２１、２４の座面２１ａ、２４ａが車両１に対して横向きになるように取り付けているが、これに限られず、上、下向きに取り付けるようにしてもよい。
また、上記実施形態では一対の取付部２１、２４の座面２１ａ、２４ａを同一面内に形成しているが、回転軸２７周りの周方向ベクトルに垂直である限り、座面２１ａ、２４ａは互いに異なる面内に形成されていてもよい。
【００３０】
また、上記実施形態ではボルト２３、２６を貫通させるべく薄膜圧力センサ２２、２５を環状に構成したが、一対の取付部２１、２４と取付ブラケット３との各間に挟持可能であれば、薄膜圧力センサ２２、２５については如何なる形状に構成してもよい。
また、上記実施形態では、取付ブラケット３を介して圧縮機２０をエンジン６０に取り付け、一対の取付部２１、２４と取付ブラケット３との間に薄膜圧力センサ２２、２５を挟持するようにしたが、圧縮機２０をエンジン６０に直接取り付け、一対の取付部２１、２４とエンジン６０との間に薄膜圧力センサ２２、２５を挟持するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る圧縮機のトルク検出装置を含む車両エアコンシステムの冷凍サイクルの概略構成図である。
【図２】図１に示す圧縮機の拡大図である。
【図３】圧縮機の組立図である。
【図４】圧縮機の作動状態を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３２】
２０  圧縮機
２１、２４  取付部
２１ａ、２４ａ  座面
２２、２５  薄膜圧力センサ（圧力センサ）
２３、２６  ボルト（締結部材）
６０  エンジン
８０  ＥＣＵ
【図１】
0005324834.tif 000002
【図２】
0005324834.tif 000003
【図３】
0005324834.tif 000004
【図４】
0005324834.tif 000005