(57)【要約】【課題】安価であって大型化せずに、圧縮機駆動トルクを精度良く推定することができる可変容量型斜板式圧縮機を提供すること。【解決手段】圧縮室２４で圧縮された冷媒ガスが吐出室３９に吐出されることで発生する吐出脈動を第１圧力センサＳ１により検出するとともに、制御コンピュータＣは、第１圧力センサＳ１により検出された吐出脈動を用いて圧縮機駆動トルクを推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックに形成された複数のシリンダボア内にピストンが往復動可能にそれぞれ収容されるとともに、クランク室に回転軸から駆動力を得て回転する傾角可変な斜板が収容され、前記斜板には前記ピストンが係留されるとともに、前記ピストンによって前記シリンダボア内に圧縮室が区画され、前記圧縮室には吸入室及び吐出室が連通しており、前記ピストンの往復動により前記吸入室から前記圧縮室に冷媒ガスが吸入されるとともに、前記圧縮室内の冷媒ガスが圧縮されて前記吐出室に吐出され、前記吐出室と前記クランク室とを繋ぐ給気通路に、前記給気通路の開度を調節する制御弁が設けられた可変容量型斜板式圧縮機であって、
前記圧縮室で圧縮された冷媒ガスが前記吐出室に吐出されることで発生する吐出脈動を検出する吐出脈動検出手段と、
前記吐出脈動検出手段により検出された吐出脈動を用いて圧縮機駆動トルクを推定するトルク推定手段と、を備えたことを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機。
【請求項２】
前記吐出脈動検出手段は、前記吐出室内の吐出圧から前記吐出脈動を検出することを特徴とする請求項１に記載の可変容量型斜板式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量型斜板式圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のものとして、例えば特許文献１のものがある。このような傾角可変な斜板を収容するクランク室を備えた可変容量型斜板式圧縮機においては、クランク室内の圧力が高くなると斜板の傾角が小さくなり、シリンダボア内におけるピストンのストロークが小さくなって吐出容量が小さくなる。一方、クランク室内の圧力が低くなると斜板の傾角が大きくなり、シリンダボア内におけるピストンのストロークが大きくなって吐出容量が大きくなる。可変容量型斜板式圧縮機においては、クランク室内に高圧の制御ガスを供給しつつ、その供給量を制御弁によって制御することでクランク室内の圧力を制御し、吐出容量を制御している。制御弁における弁開度は、制御弁に対する供給電流値が高められると減少し、供給電流値が下げられると増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１５１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両においては、エンジンの出力制御を好適に行うために、エンジンを駆動源とする可変容量型斜板式圧縮機を駆動するために必要な圧縮機駆動トルクを推定することが行われている。一般的に、圧縮機駆動トルクを推定するためのパラメータとして、吐出圧及び吐出容量が用いられる。吐出容量は、吐出圧、外気温、制御弁電流値等によって推定することが可能であるが、可変容量型斜板式圧縮機では、ピストンのストロークの変動によって吐出容量が変化するため、単純に吐出圧を検出しただけでは、吐出容量を精度良く推定することができず、その結果として、圧縮機駆動トルクを精度良く推定することができないという問題があった。また、例えば、トルクセンサを用いて圧縮機駆動トルクを直接的に検出することで、圧縮機駆動トルクを推定することも考えられるが、トルクセンサは高価であるとともにその配置スペースも大きくとるため現実的ではない。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、安価であって大型化せずに、圧縮機駆動トルクを精度良く推定することができる可変容量型斜板式圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、シリンダブロックに形成された複数のシリンダボア内にピストンが往復動可能にそれぞれ収容されるとともに、クランク室に回転軸から駆動力を得て回転する傾角可変な斜板が収容され、前記斜板には前記ピストンが係留されるとともに、前記ピストンによって前記シリンダボア内に圧縮室が区画され、前記圧縮室には吸入室及び吐出室が連通しており、前記ピストンの往復動により前記吸入室から前記圧縮室に冷媒ガスが吸入されるとともに、前記圧縮室内の冷媒ガスが圧縮されて前記吐出室に吐出され、前記吐出室と前記クランク室とを繋ぐ給気通路に、前記給気通路の開度を調節する制御弁が設けられた可変容量型斜板式圧縮機であって、前記圧縮室で圧縮された冷媒ガスが前記吐出室に吐出されることで発生する吐出脈動を検出する吐出脈動検出手段と、前記吐出脈動検出手段により検出された吐出脈動を用いて圧縮機駆動トルクを推定するトルク推定手段と、を備えたことを要旨とする。
【０００７】
本発明者らは、制御弁に対する供給電流値と吐出脈動との関係、及び制御弁に対する供給電流値と圧縮機駆動トルクとの関係から、吐出脈動と圧縮機駆動トルクとの間に相関関係があることを見出した。そこで、上記知見に基づいて、トルク推定手段は、吐出脈動検出手段により検出された吐出脈動を用いて圧縮機駆動トルクを推定する。吐出脈動は、吐出容量の変化に追従して変動するため、吐出脈動を用いることで吐出容量を精度良く推定することが可能となる。その結果、高価なトルクセンサを用いる必要が無く、安価であって大型化せずに、圧縮機駆動トルクを精度良く推定することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記吐出脈動検出手段は、前記吐出室内の吐出圧から前記吐出脈動を検出することを要旨とする。
吐出脈動は、冷媒ガスが圧縮室で圧縮されて吐出室に吐出されることで発生するため、冷媒ガスが吐出される吐出室の吐出圧を検出することで、吐出脈動を精度良く検出することができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、安価であって大型化せずに、圧縮機駆動トルクを精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態における可変容量型斜板式圧縮機を示す側断面図。
【図２】制御弁に対する供給電流値と吐出脈動との関係を示すグラフ。
【図３】制御弁に対する供給電流値と圧縮機駆動トルクとの関係を示すグラフ。
【図４】吐出脈動の時間軸波形を示すグラフ。
【図５】吐出脈動の周波数軸波形を示すグラフ。
【図６】吐出脈動の主成分と、エンジン回転数及び吐出圧から得られる特性線とを関係付けた吐出容量マップ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。なお、可変容量型斜板式圧縮機（以下、単に「圧縮機」と記載する）は車両に搭載されている。
図１に示すように、圧縮機１０のハウジングＨは、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１の前端面に接合されたフロントハウジング１２と、シリンダブロック１１の後端面に弁・ポート形成体１３を介して接合されたリヤハウジング１４とから構成されている。ハウジングＨ内において、シリンダブロック１１とフロントハウジング１２とで囲まれた空間にはクランク室１５が区画されている。また、シリンダブロック１１及びフロントハウジング１２には、回転軸１６が回転可能に支持されるとともに、クランク室１５内において、回転軸１６にはラグプレート２１が一体回転可能に固定されている。
【００１２】
回転軸１６のハウジングＨからの突出端部には、動力伝達機構ＰＴを介して外部駆動源としての車両のエンジンＥが作動連結されている。動力伝達機構ＰＴは、外部からの電気制御によって動力の伝達及び遮断を選択可能なクラッチ機構（例えば電磁クラッチ）であってもよく、又は、そのようなクラッチ機構を持たない常時伝達型のクラッチレス機構（例えばベルト及びプーリの組合せ）であってもよい。本実施形態では、クラッチレスタイプの動力伝達機構ＰＴが採用されている。
【００１３】
クランク室１５には、回転軸１６から駆動力を得て回転する傾角可変な斜板２２が収容されている。斜板２２は、クランク室１５内において、スライド移動可能、かつ傾動可能に回転軸１６に支持されるとともに、この斜板２２は押圧ばね２５によって傾角が最小になる方向へ付勢されている。ラグプレート２１と斜板２２との間にはヒンジ機構２３が介在されている。そして、斜板２２は、押圧ばね２５の付勢力、ヒンジ機構２３を介したラグプレート２１との間でのヒンジ連結、及び回転軸１６の支持により、ラグプレート２１及び回転軸１６と同期回転可能であるとともに、回転軸１６の軸方向へのスライド移動を伴いながら回転軸１６に対し傾動可能となっている。
【００１４】
シリンダブロック１１には、６つ（図面には１つのみ示す）のシリンダボア１１ａが回転軸１６を取り囲むようにして貫設されるとともに、各シリンダボア１１ａにはピストン３０が往復動可能にそれぞれ収容されている。各シリンダボア１１ａの両開口は、弁・ポート形成体１３及びピストン３０によって閉塞されるとともに、各シリンダボア１１ａ内にはピストン３０の往復動に応じて体積変化する圧縮室２４が区画されている。各ピストン３０は、シュー２９を介して斜板２２の外周部に係留されている。そして、回転軸１６の回転にともなう斜板２２の回転運動が、シュー２９を介してピストン３０の往復直線運動に変換される。
【００１５】
リヤハウジング１４と弁・ポート形成体１３との間には、吐出室３９が環状に区画されるとともに、この吐出室３９の内側に、吸入室３８が区画されている。また、弁・ポート形成体１３には、吸入室３８に連通する吸入ポート４０、及び吸入ポート４０を開閉する吸入弁４１が形成されるとともに、吐出室３９に連通する吐出ポート４２、及び吐出ポート４２を開閉する吐出弁４３が形成されている。
【００１６】
そして、吸入室３８の冷媒ガスは、ピストン３０の上死点から下死点への移動により、吸入ポート４０及び吸入弁４１を介してシリンダボア１１ａに吸入される。シリンダボア１１ａに吸入された冷媒ガスは、ピストン３０の下死点から上死点への移動により所定の圧力にまで圧縮されるとともに、吐出ポート４２から吐出弁４３を押し退けて吐出室３９に吐出される。
【００１７】
リヤハウジング１４には、吐出室３９に連通する吐出通路５０が形成されるとともに、吸入室３８に連通する吸入通路３２が形成されている。吐出通路５０と、吸入通路３２とは外部冷媒回路７５により接続されている。外部冷媒回路７５は、吐出通路５０に接続された凝縮器７６、この凝縮器７６に接続された膨張弁７７、及び膨張弁７７に接続された蒸発器７８を備えるとともに、蒸発器７８には吸入通路３２が接続されている。そして、圧縮機１０は、冷凍サイクルに組み込まれている。
【００１８】
シリンダブロック１１及びリヤハウジング１４には、吸入室３８とクランク室１５を接続する抽気通路３４が形成されている。また、シリンダブロック１１及びリヤハウジング１４には、吐出室３９とクランク室１５を接続する給気通路４８が形成されるとともに、この給気通路４８には制御弁４９が配設されている。制御弁４９は電磁弁よりなり、ソレノイド（図示せず）の励磁・消磁によって給気通路４８を開閉する。
【００１９】
制御弁４９は制御コンピュータＣに電気的に接続されている。制御コンピュータＣは、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。そして、制御弁４９に対しての通電制御（デューティ比制御）は、制御コンピュータＣによって行われる。制御弁４９における弁開度は、制御コンピュータＣによって制御弁４９に対する供給電流値（デューティ比）が高められると減少し、供給電流値が下げられると増大する。
【００２０】
制御弁４９に対する供給電流値が高められると、制御弁４９における弁開度が減少し、吐出室３９から給気通路４８を介したクランク室１５への冷媒ガス供給量が減る。クランク室１５内の冷媒ガスは、抽気通路３４を介して吸入室３８へ流出しているため、冷媒ガス供給量が減るとクランク室１５内の圧力が下がり、斜板２２の傾角が増大して吐出容量が増える。制御弁４９に対する供給電流値が下げられると、制御弁４９における弁開度が増大し、吐出室３９から給気通路４８を介したクランク室１５への冷媒ガス供給量が増える。その結果、クランク室１５内の圧力が上がり、斜板２２の傾角が減少して吐出容量が減る。
【００２１】
このように、制御弁４９の弁開度を調節することで、給気通路４８の開度が調節され、給気通路４８を介したクランク室１５への高圧な冷媒ガスの供給量と、抽気通路３４を介したクランク室１５からの冷媒ガスの排出量とのバランスが制御され、クランク室１５内の圧力が決定される。そして、決定されたクランク室１５内の圧力に応じて、ピストン３０を介してのクランク室１５内の圧力とシリンダボア１１ａ内の圧力との差が変更され、斜板２２の傾角が変更される結果、ピストン３０のストローク、すなわち吐出容量が調節される。
【００２２】
吐出室３９内には、吐出室３９に吐出された冷媒ガスによる吐出圧を検出する第１圧力センサＳ１が配設されている。第１圧力センサＳ１は制御コンピュータＣに電気的に接続されている。そして、第１圧力センサＳ１によって検出された検出情報は制御コンピュータＣに送られてＲＡＭに記憶される。第１圧力センサＳ１は、吐出室３９内に配設されているため、圧縮室２４で圧縮されて吐出ポート４２から吐出弁４３を押し退けて吐出室３９に冷媒ガスが吐出されることで発生する吐出脈動を検出可能になっている。よって、本実施形態では、第１圧力センサＳ１は吐出脈動検出手段として機能する。
【００２３】
また、制御コンピュータＣは、高速フーリエ変換処理部（ＦＦＴ処理部）Ｃ１を備えている。そして、高速フーリエ変換処理部Ｃ１によって、第１圧力センサＳ１によって検出される吐出室３９内の吐出圧の変化履歴から得られる吐出脈動の時間軸波形が高速フーリエ変換（ＦＦＴ）されて、吐出脈動の周波数軸波形が得られるようになっている。
【００２４】
さらに、外部冷媒回路７５において、凝縮器７６の入口近傍には、外部冷媒回路７５に吐出された冷媒ガスによる吐出圧を検出する第２圧力センサＳ２が配設されている。第２圧力センサＳ２は制御コンピュータＣに電気的に接続されている。そして、第２圧力センサＳ２によって検出された検出情報は制御コンピュータＣに送られてＲＡＭに記憶される。また、制御コンピュータＣは、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサＥ１と電気的に接続されている。そして、エンジン回転数センサＥ１によって検出された検出情報は制御コンピュータＣに送られてＲＡＭに記憶される。
【００２５】
さらに、ＲＯＭには、吐出脈動の周波数軸波形から得られる吐出脈動の主成分と、エンジン回転数センサＥ１によって検出されたエンジン回転数、及び第２圧力センサＳ２によって検出された吐出圧から得られる特性線とを関係付けた吐出容量マップが予め記憶されている。そして、制御コンピュータＣは、この吐出容量マップを用いて吐出容量を推定する。
【００２６】
また、ＲＯＭには、圧縮機１０を駆動するために必要な圧縮機駆動トルクを推定するための換算近似式が予め記憶されている。換算近似式は、ピストン荷重と吐出容量との積により表される。ここで、「ピストン荷重」は、第２圧力センサＳ２によって検出される吐出圧とピストン３０の受圧面積との積によって表される。そして、制御コンピュータＣは、上記換算近似式を用いて圧縮機駆動トルクを推定可能になっている。よって、本実施形態では、制御コンピュータＣは、圧縮機駆動トルクを推定するトルク推定手段として機能する。
【００２７】
ここで、本発明者らは、図２に示すような制御弁４９に対する供給電流値と吐出脈動との関係、及び図３に示すような制御弁４９に対する供給電流値と圧縮機駆動トルクとの関係から、吐出脈動と圧縮機駆動トルクとの間に相関関係があることを見出した。そこで、本実施形態では、上記知見に基づいて、圧縮室２４で圧縮された冷媒ガスが吐出室３９に吐出されることで発生する吐出脈動を第１圧力センサＳ１により検出するとともに、制御コンピュータＣは、第１圧力センサＳ１により検出された吐出脈動を用いて圧縮機駆動トルクを推定する。
【００２８】
以下、本実施形態における圧縮機駆動トルクの推定方法を説明しながら、本実施形態の作用について説明する。
エンジンＥの駆動に伴い、回転軸１６が回転すると、各ピストン３０における上死点から下死点への移動により吸入室３８から吸入ポート４０及び吸入弁４１を介して圧縮室２４に冷媒ガスが吸入される。そして、ピストン３０における下死点から上死点への移動により圧縮室２４内の冷媒ガスが圧縮されて吐出ポート４２及び吐出弁４３を介して吐出室３９に吐出される。
【００２９】
ここで、第１圧力センサＳ１により検出された吐出圧によって、図４に示すような吐出脈動の時間軸波形が得られる。そして、高速フーリエ変換処理部Ｃ１によって、吐出脈動の時間軸波形が高速フーリエ変換されることによって、図５に示されるような吐出脈動の周波数軸波形が得られる。すると、この吐出脈動の周波数軸波形から、吐出脈動の主成分Ｔｘが得られる。
【００３０】
そして、制御コンピュータＣは、ＲＯＭに記憶された吐出容量マップを用いて吐出容量を推定する。例えば、図６に示すように、エンジン回転数センサＥ１によって検出されたエンジン回転数、及び第２圧力センサＳ２によって検出された吐出圧により、特性線Ｌｘが得られた場合、吐出脈動の周波数軸波形から得られた吐出脈動の主成分Ｔｘと、特性線Ｌｘとから吐出容量Ｐｘが推定される。
【００３１】
そして、制御コンピュータＣは、ＲＯＭに記憶された換算近似式を用いて、吐出容量マップから推定された吐出容量Ｐｘと、第２圧力センサＳ２によって検出された吐出圧とピストン３０の受圧面積との積によって表されるピストン荷重とから、圧縮機駆動トルクを推定する。
【００３２】
圧縮機１０においては、ピストン３０のストロークの変動によって吐出容量が変化するため、単純に吐出圧を検出しただけでは、吐出容量を精度良く推定することができず、その結果として、圧縮機駆動トルクを精度良く推定することができない。しかし、本実施形態では、制御コンピュータＣは、第１圧力センサＳ１により検出された吐出脈動を用いて圧縮機駆動トルクを推定している。吐出脈動は、吐出容量の変化に追従して変動するため、吐出脈動を用いることで吐出容量が精度良く推定される。その結果、高価なトルクセンサを用いる必要が無く、安価であって大型化せずに、圧縮機駆動トルクが精度良く推定され、車両において、エンジンＥの出力制御が好適に行われる。
【００３３】
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）本発明者らは、制御弁４９に対する供給電流値と吐出脈動との関係、及び制御弁４９に対する供給電流値と圧縮機駆動トルクとの関係から、吐出脈動と圧縮機駆動トルクとの間に相関関係があることを見出した。そこで、上記知見に基づいて、圧縮室２４で圧縮された冷媒ガスが吐出室３９に吐出されることで発生する吐出脈動を第１圧力センサＳ１により検出するとともに、制御コンピュータＣは、第１圧力センサＳ１により検出された吐出脈動を用いて圧縮機駆動トルクを推定する。吐出脈動は、吐出容量の変化に追従して変動するため、吐出脈動を用いることで吐出容量を精度良く推定することが可能となる。その結果、高価なトルクセンサを用いる必要が無く、安価であって大型化せずに、圧縮機駆動トルクを精度良く推定することができる。
【００３４】
（２）第１圧力センサＳ１は、吐出室３９内の吐出圧から吐出脈動を検出している。吐出脈動は、冷媒ガスが圧縮室２４で圧縮されて吐出室３９に吐出されることで発生するため、冷媒ガスが吐出される吐出室３９の吐出圧を検出することで、吐出脈動を精度良く検出することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態において、例えば、圧力センサを、外部冷媒回路７５における吐出通路５０の出口近傍に設けて、当該圧力センサにより吐出圧を検出することで吐出脈動を検出するようにしてもよい。要は、吐出脈動が検出可能であれば、圧力センサの設置位置は特に限定されるものではない。
【００３６】
○  実施形態において、エンジン回転数センサＥ１によって検出されたエンジン回転数、及び第１圧力センサＳ１によって検出された吐出圧から、吐出容量マップの特性線を得るようにしてもよい。
【００３７】
○  実施形態において、第１圧力センサＳ１によって検出された吐出圧とピストン３０の受圧面積との積によってピストン荷重を表してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０…圧縮機（可変容量型斜板式圧縮機）、１１…シリンダブロック、１１ａ…シリンダボア、１５…クランク室、１６…回転軸、２２…斜板、２４…圧縮室、３０…ピストン、３８…吸入室、３９…吐出室、４８…給気通路、４９…制御弁、Ｃ…トルク推定手段として機能する制御コンピュータ、Ｓ１…吐出脈動検出手段として機能する第１圧力センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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