(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力供給源と被駆動機器との機械的な連結を制御する電磁クラッチと、クラッチ電力供給手段を備えた動力伝達制御装置において、前記動力供給源がエンジン、前記被駆動機器が車両用空調装置に設けられたコンプレッサであり、被駆動機器の駆動力またはそれと相関を持つ量を認識する駆動力認識手段と、クラッチ電力を調整するクラッチ電力調整手段と、動力を伝達するために必要なクラッチ電力を演算するクラッチ電力演算手段を有し、動力伝達時に駆動力認識手段により認識された駆動力に応じて、クラッチ電力演算手段により演算された駆動力となるように、クラッチ電力調整手段によりクラッチ電力を調整するとともに、前記電磁クラッチのオフ時間が長いときにはコンプレッサ起動時のクラッチ電力が大に、電磁クラッチのオフ時間が短いときにはコンプレッサ起動時のクラッチ電力が小になるように、電磁クラッチをオフしていた時間の長さに応じて、コンプレッサ起動時のクラッチ電力を調節することを特徴とする動力伝達制御装置。
【請求項２】
前記駆動力認識手段が、コンプレッサの駆動トルクと相関を持つ熱負荷を認識する熱負荷認識手段からなり、熱負荷認識手段により認識された熱負荷に応じて、クラッチ電力演算手段により演算された駆動力となるように、クラッチ電力調整手段によりクラッチ電力を調整する、請求項１の動力伝達制御装置。
【請求項３】
前記コンプレッサが容量可変コンプレッサからなり、前記熱負荷が、コンプレッサ容量制御信号情報と、エンジンまたはコンプレッサの回転数または／および車速または／および外気温または／および車内温度または／および内外気取込み空気切換情報または／および車室内へ送風するブロワの電圧または／および冷媒冷却ファンの電圧を参照して推測される、請求項２の動力伝達制御装置。
【請求項４】
前記駆動力認識手段が、トルクセンサからなる、請求項１の動力伝達制御装置。
【請求項５】
クラッチのオン直後に立ち上がった駆動力が安定するに要する時間、または、クラッチのオン直後から前記駆動力認識手段により認識された駆動力が一定値以上の間、最大のクラッチ電圧を前記電磁クラッチに供給する、請求項１ないし４のいずれかに記載の動力伝達制御装置。
【請求項６】
前記クラッチ電力調整手段が、クラッチ電圧の調整によりクラッチ電力を調整する手段からなる、請求項１ないし５のいずれかに記載の動力伝達制御装置。
【請求項７】
前記クラッチ電力調整手段が、クラッチ電圧オン／オフのパルス幅変調制御またはデューティ制御によりクラッチ電力を調整する手段からなる、請求項１ないし５のいずれかに記載の動力伝達制御装置。
【請求項８】
前記動力供給源と被駆動機器との回転数差を検知するスリップ検知手段を有し、スリップ時にはクラッチ電力を上げる、請求項１ないし７のいずれかに記載の動力伝達制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁クラッチを介して動力を伝達する機構における動力伝達制御装置に関し、とくに車両用空調装置におけるコンプレッサ用の電磁クラッチの制御に好適な動力伝達制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動力供給源と被駆動機器との間の機械的な連結を制御するには、電磁クラッチを使用することが多い。たとえば、動力供給源としてのエンジンから、被駆動機器としての車両用空調装置の冷媒回路に設けられたコンプレッサへの駆動力伝達を制御するために、電磁クラッチが設けられ、該電磁クラッチは、エンジンとコンプレッサとの機械的な連結を制御する。この駆動力伝達系においては、エンジンの駆動力をコンプレッサへ伝える伝達トルクの大きさは、コンプレッサ駆動時のコンプレッサトルク以上の値とされ、確実に駆動力がコンプレッサに伝達されるようにしなければならない。ここで、車両用空調装置に用いられている単式乾板クラッチの伝達トルクは次式で表される。
Ｔ＝Ｍ・Ｆ・Ｒ
Ｔ：伝達トルク
Ｍ：摩擦係数
Ｆ：軸方向の吸引力
Ｒ：摩擦面の有効半径
【０００３】
電磁クラッチは、上記式における軸方向の吸引力を制御する。従来は、伝達トルクが駆動時における最大のコンプレッサトルク以上となるような一定の吸引力を発生させているため、常に同じ電力によってクラッチを制御していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような従来の制御においては以下のような問題がある。
吐出能力を可変可能な容量可変コンプレッサが使用される場合には、図１に示すように、コンプレッサトルクはコンプレッサ容量により変化する。また、コンプレッサトルクはコンプレッサ起動時に最も大きな値を示すが、その後（たとえば、ある時間Δｔ経過後）、その値は小さくなり安定する。さらに、車速、外気温、日射量、空調装置の制御モードなどによっても、コンプレッサトルクは変化するため、最小限必要となる伝達トルクも変わる。
【０００５】
たとえば、図２に示すように、エアコン制御モード（Ａ／Ｃｍｏｄｅ）と外気温度によって、コンプレッサ動力は変化する。図２におけるＤＲＹ（除湿モード）、ＥＣＯＮ（エコノミーモード）とは、図３に示すエバポレータ出口空気温度制御を行う場合のエアコン制御モードを示している。エコノミーモード（ＥＣＯＮ）においては、除湿モード（ＤＲＹ）に比べ省動力化がはかられている。
【０００６】
しかしながら、上記のような従来の手法では、図４に示すように、クラッチ電力（クラッチトルク）としては、外気温度が比較的低いときには、除湿モード、エコノミーモードともに比較的低い伝達トルクしか要求されないにもかかわらず、クラッチ電力を常時最大値一定で制御していた。すなわち、あらゆる状態を想定して必要とされる最大の値でクラッチ電力（伝達トルク）を一定値に固定しているため、現実には、コンプレッサ容量最大時におけるコンプレッサ起動時以外は余分なエネルギーが消費されることとなる。特に、容量可変コンプレッサにおいては、容量固定コンプレッサに比べてクラッチをつなげている時間が長くなるため、クラッチ制御におけるエネルギーのロスは大きくなり、問題となる。
【０００７】
そこで本発明の課題は、上記の問題を解消するために、クラッチに与える電力を一定の値ではなく、コンプレッサトルクの変化に応じて、必要とされるクラッチ電力の値を算出し制御することにより、エネルギーロスを低減することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の動力伝達制御装置は、動力供給源と被駆動機器との機械的な連結を制御する電磁クラッチと、クラッチ電力供給手段を備えた動力伝達制御装置において、前記動力供給源がエンジン、前記被駆動機器が車両用空調装置に設けられたコンプレッサであり、被駆動機器の駆動力またはそれと相関を持つ量を認識する駆動力認識手段と、クラッチ電力を調整するクラッチ電力調整手段と、動力を伝達するために必要なクラッチ電力を演算するクラッチ電力演算手段を有し、動力伝達時に駆動力認識手段により認識された駆動力に応じて、クラッチ電力演算手段により演算された駆動力となるように、クラッチ電力調整手段によりクラッチ電力を調整するとともに、前記電磁クラッチのオフ時間が長いときにはコンプレッサ起動時のクラッチ電力が大に、電磁クラッチのオフ時間が短いときにはコンプレッサ起動時のクラッチ電力が小になるように、電磁クラッチをオフしていた時間の長さに応じて、コンプレッサ起動時のクラッチ電力を調節することを特徴とするものからなる。
【００１０】
とくに車両用空調装置に適用される場合、前記駆動力認識手段を、コンプレッサの駆動トルクと相関を持つ熱負荷を認識する熱負荷認識手段から構成し、熱負荷認識手段により認識された熱負荷に応じて、クラッチ電力演算手段により演算された駆動力となるように、クラッチ電力調整手段によりクラッチ電力を調整することが可能である。
【００１１】
そして上記前記コンプレッサが容量可変コンプレッサからなる場合、上記熱負荷を、コンプレッサ容量制御信号情報と、エンジンまたはコンプレッサの回転数または／および車速または／および外気温または／および車内温度または／および内外気取込み空気切換情報または／および車室内へ送風するブロワの電圧または／および冷媒冷却ファンの電圧を参照して推測することが可能である。
【００１２】
本発明においては、駆動力認識手段を、上記のように各種状態量から推測する手段に構成することもできるが、トルクセンサにより直接伝達トルクを検知する手段に構成することもできる。
【００１３】
また、電磁クラッチは、前述したように、クラッチ電圧をオンにして、クラッチをつなげた直後は、最も被駆動機器の駆動力および被駆動機器への伝達トルクが大きくなり、その後ある時間が経過した後に駆動力および伝達トルクが安定する挙動を示すので、このクラッチのオン直後に駆動力が立ち上がっている間は、クラッチ電力演算手段により演算された駆動力の値とは無関係に制御することが好ましい。たとえば、クラッチのオン直後に立ち上がった駆動力が安定するに要する時間、または、クラッチのオン直後から前記駆動力認識手段により認識された駆動力が一定値以上の間、最大のクラッチ電圧を前記電磁クラッチに供給することが好ましい。
【００１４】
クラッチ電力調整手段としては、クラッチ電圧の調整によりクラッチ電力を調整する手段に構成することもできるし、クラッチ電圧オン／オフのパルス幅変調制御またはデューティ制御によりクラッチ電力を調整する手段から構成することもできる。
【００１５】
また、本発明の如くコンプレッサを用いる場合、一般に、コンプレッサの運転停止時間（クラッチオフ時間）と起動トルクとの間には相関があり、クラッチオフ時間が短いほど起動時のコンプレッサトルクは小さくなる。したがって、電磁クラッチのオフ時間が長いときにはコンプレッサ起動時のクラッチ電力が大に、電磁クラッチのオフ時間が短いときにはコンプレッサ起動時のクラッチ電力が小になるように、電磁クラッチをオフしていた時間の長さに応じて、コンプレッサ起動時のクラッチ電力を調節する。
【００１６】
さらに本発明においては、動力供給源と被駆動機器との回転数差を検知するスリップ検知手段を有し、スリップ時にはクラッチ電力を上げる構成を付加することもできる。
【００１７】
上記のような本発明に係る動力伝達制御装置においては、電磁クラッチに供給する電力を、一定値ではなく、その時の動力伝達に必要な最小限の電力あるいはそれよりも僅かに大きい電力に制御することが可能となり、従来の一定値制御に比べ、大幅な省エネルギーをはかることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
以下に示す各実施態様は、本発明の動力伝達制御装置を、車両用空調装置における冷媒回路に設けられた容量可変コンプレッサの電磁クラッチの制御に適用した場合について説明する。
【００１９】
図５は、本発明の第１実施態様に係る動力伝達制御装置を示しており、とくに車両用空調装置において外部可変コンプレッサを用いた場合のクラッチ制御について示している。図５において、動力供給源としてのエンジン１からの動力は、ベルト２、電磁クラッチ３を介して容量可変コンプレッサ４に伝達される。容量可変コンプレッサ４の容量は、外部からのコンプレッサ容量制御信号５によって制御される。電磁クラッチ３の電圧は、クラッチ電力調整手段としてのクラッチ電圧コントローラ６からの信号に基づいて制御される。クラッチ電圧コントローラ６へは、クラッチ電力演算手段としてのマイクロコンピュータ（マイコン）７で演算されたクラッチ電圧演算値の信号が送られる。
【００２０】
本実施態様では、コンプレッサ４の駆動力を認識する駆動力認識手段が、該駆動力と相関を持つ熱負荷を認識する熱負荷認識手段からなる。この熱負荷は、本実施態様では、マイクロコンピュータ７により、コンプレッサ容量制御信号５、エンジン回転数信号８、車速信号９、外気温センサからの信号１０、日射センサからの信号１１、車内温度センサからの信号１２、エアコン制御モード情報信号１３、ブロア電圧信号１４、クーリングファン電圧信号１５、内外気切換情報信号１６から、コンプレッサトルクとして算出され、それに基づいて必要なクラッチ電圧を計算して制御するようになっている。
【００２１】
図６は、上記装置の制御の一例を示すフロー図である。クラッチ電圧がオンとされるとき（ステップＳ１）、まず、それまでのクラッチオフ時間が演算され（ステッブＳ２）、それに基づいてコンプレッサ起動時のクラッチ電圧最大値制御の値が制御される（ステップＳ３）。すなわち、前述の図１に示したように、コンプレッサ起動時からある時間Δｔの間は、コンプレッサ動力が安定せず、コンプレッサ起動時のコンプレッサトルクの値が大きくなるので、安定するまでに要する時間Δｔの間、最大のクラッチ電圧を与えるのである。
【００２２】
このコンプレッサ起動時に与えるべきクラッチ電圧と、クラッチをオフしていた時間の長さの間には、図７に示すような相関がある。つまり、クラッチオフ時間が長いほど、起動時のクラッチ電圧Ｖは大きくなり、クラッチオフ時間が短いほど、起動時のコンプレッサトルクは小さくなり、クラッチ電圧も小さくしてよい。したがって、このクラッチオフ時間の長さに応じて、Δｔ時間内でのクラッチ最大電圧（ＭＡＸ電圧）を変更制御するのである。すなわち、熱負荷ｆから要求されるクラッチ電圧に対し、起動時のΔｔ時間の間のみ、上記のようなクラッチ最大電圧に制御する。
【００２３】
再び図６を参照するに、上記の如く起動時にクラッチ電圧を最大値に制御し（ステップＳ３）、その制御がコンプレッサトルクが安定するまでに要する時間Δｔ（秒）を経過したか否かが判断される（ステップＳ４）。経過していなければクラッチ電圧最大制御を継続し、経過したら、熱負荷に基づくクラッチ電圧値が演算される（ステップＳ５）。この演算には、前述の如く、コンプレッサ容量制御信号（ＥＭＰＣＶ）、エンジン回転数信号（Ｅｓ）、車速信号（Ｓｐ）、車内温度信号（Ｔｒ）、外気温信号（Ｔａｍ）、日射量信号（Ｔｓｔ）、ブロア電圧信号（ＢＬＶ）、クーリングファン電圧信号（ＣＶ）、内外気切換信号としての内外気切換ダンパ開度信号（α）、エアコン制御モード（Ａ／Ｃモード）信号（Ａｍ）が入力され（ステップＳ６）、それら信号に基づいて、制御すべきクラッチ電圧値Ｔｎが次式によって演算される。
Ｔｎ＝ｆ（ＥＭＰＣＶ，Ｅｓ，Ｓｐ，Ｔｒ，Ｔａｍ，Ｔｓｔ，ＢＶＬ，ＣＶ，α，Ａｍ）
この演算結果に基づいて、前述のΔｔ時間経過後のクラッチ電圧が制御される。
【００２４】
このクラッチ電圧（クラッチ電力）の制御は、たとえば図８に示すように、従来の最大値一定制御に比べ、そのときの熱負荷に応じて必要最小限の電力あるいはそれよりも若干大きい値に制御される。したがって、外気温度等に応じて、除湿モード（ＤＲＹ）やエコノミーモード（ＥＣＯＮ）時には、従来制御に比べ大幅な省電力化を達成できる。
【００２５】
このとき、図８の破線（クラッチ電力〔本手法制御値〕）で示すように、走行中のエンジン回転数の変化によりコンプレッサ動力が増してもクラッチが滑らないようにするため、若干余裕を持たせてクラッチ電圧を制御することが好ましい。
【００２６】
図９、図１０は、本発明の第２実施態様に係る動力伝達制御装置を示しており、上述の第１実施態様と異なるところは、コンプレッサとして内部可変コンプレッサ２１を用いているので、コンプレッサ容量制御信号の入力がないことである。その他の構成、制御は、実質的に第１実施態様と同じであるので、対応する箇所に第１実施態様におけるのと同一の符号を付すことにより説明を省略する。この第２実施態様においても、図７に示したようなクラッチ電圧特性に基づいて起動時の最大電圧が制御され、Δｔ時間経過後には、図８に示したような省電力制御が行われる。
【００２７】
図１１、図１２は、本発明の第３実施態様に係る動力伝達制御装置を示しており、駆動力認識手段として、コンプレッサ２１のトルクを直接検知するトルクセンサ３１を用いた場合を示している。図１２に示すように、熱負荷情報の代わりにコンプレッサトルク（Ｔｏｒｕｋｕ）が直接入力され（ステップＳ７）、それによってクラッチ電圧Ｔｎが次式によって演算される（ステップＳ８）。
Ｔｎ＝ｆ（Ｔｏｒｕｋｕ）
この第３実施態様においても、図７に示したようなクラッチ電圧特性に基づいて起動時の最大電圧が制御され、Δｔ時間経過後には、図８に示したような省電力制御が行われる。
【００２８】
なお、上記各実施態様においては、起動時のクラッチ最大電圧制御をΔｔ時間の間行うこととしたが、クラッチのオン直後から駆動力認識手段により認識された駆動力が一定値以上の間、クラッチ最大電圧制御を行うようにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の動力伝達制御装置によれば、電磁クラッチの電力を一定値ではなく、コンプレッサの容量や動力供給源の回転数、各部温度、日射量、空調制御モード等のその時の各種状態量に応じて、必要な電力値に制御できるようにしたので、従来手法に比べ大幅な省電力を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンプレッサの起動時の特性図である。
【図２】コンプレッサ動力と外気温度との関係図である。
【図３】エバポレータ出口空気温度と外気温度との関係を示す制御特性図である。
【図４】クラッチ電力と外気温度との関係図である。
【図５】本発明の第１実施態様に係る動力伝達制御装置の概略構成図である。
【図６】図５の装置の制御フロー図である。
【図７】クラッチオフ時間とクラッチ電圧との関係図である。
【図８】制御すべきクラッチ電力と外気温度との関係図である。
【図９】本発明の第２実施態様に係る動力伝達制御装置の概略構成図である。
【図１０】図９の装置の制御フロー図である。
【図１１】本発明の第３実施態様に係る動力伝達制御装置の概略構成図である。
【図１２】図１１の装置の制御フロー図である。
【符号の説明】
１  動力供給源としてのエンジン
２  ベルト
３  電磁クラッチ
４  外部可変コンプレッサ
５  コンプレッサ容量制御信号
６  クラッチ電力調整手段としてのクラッチ電圧コントローラ
７  マイクロコンピュータ
２１  内部可変コンプレッサ
３１  駆動力認識手段としてのトルクセンサ
【図１】
0004157921.tif 000002
【図２】
0004157921.tif 000003
【図３】
0004157921.tif 000004
【図４】
0004157921.tif 000005
【図５】
0004157921.tif 000006
【図６】
0004157921.tif 000007
【図７】
0004157921.tif 000008
【図８】
0004157921.tif 000009
【図９】
0004157921.tif 000010
【図１０】
0004157921.tif 000011
【図１１】
0004157921.tif 000012
【図１２】
0004157921.tif 000013