(57)【要約】【課題】簡単な制御回路構成にて、より効率よくより容易に所望の空調制御を実現可能とした可変容量圧縮機の制御装置を提供する。【解決手段】外部信号により制御され、動作量を制御するためのソレノイドを有する容量制御弁を備え、該容量制御弁を制御するための外部信号をソレノイド駆動信号に変調し、該ソレノイド駆動信号をソレノイドに送る制御弁駆動制御手段を備えた可変容量圧縮機の制御装置において、制御弁駆動制御手段は、パルス幅変調方式とパルス周波数変調方式とに切り替えて外部信号をソレノイド駆動信号に変調するモジュレータ手段を有することを特徴とする可変容量圧縮機の制御装置。【選択図】図１
2008274756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部信号により制御され、動作量を制御するためのソレノイドを有する容量制御弁を備え、該容量制御弁を制御するための前記外部信号をソレノイド駆動信号に変調し、該ソレノイド駆動信号を前記ソレノイドに送る制御弁駆動制御手段を備えた可変容量圧縮機の制御装置において、前記制御弁駆動制御手段は、パルス幅変調方式とパルス周波数変調方式とに切り替えて前記外部信号をソレノイド駆動信号に変調するモジュレータ手段を有することを特徴とする可変容量圧縮機の制御装置。
【請求項２】
外部信号により制御される容量制御弁を備え、該容量制御弁は、吸入室の圧力を感圧して伸縮動作する感圧手段を有する感圧機構と、吐出室とクランク室との連通路を開閉可能な弁体と、前記感圧機構の動作を前記弁体に伝達可能な第１の伝達手段と、前記外部信号に応じて前記弁体の開閉方向への力を発生可能なソレノイドと、該ソレノイドにより発生された力を前記弁体に伝達可能な第２の伝達手段を有しており、前記容量制御弁を制御するための前記外部信号をソレノイド駆動信号に変調し、該ソレノイド駆動信号を前記ソレノイドに送る制御弁駆動制御手段を備えた可変容量圧縮機の制御装置において、前記制御弁駆動制御手段は、パルス幅変調方式とパルス周波数変調方式とに切り替えて前記外部信号をソレノイド駆動信号に変調するモジュレータ手段を有することを特徴とする可変容量圧縮機の制御装置。
【請求項３】
前記モジュレータ手段は、圧縮機への要求容量の大きさに応じてパルス幅変調方式とパルス周波数変調方式とに自動的に切り替える手段からなる、請求項１または２に記載の可変容量圧縮機の制御装置。
【請求項４】
前記モジュレータ手段は、圧縮機への要求容量が大きいときにはパルス幅変調方式とし、要求容量が小さいときにはパルス周波数変調方式とする、請求項３に記載の可変容量圧縮機の制御装置。
【請求項５】
前記モジュレータ手段は、パルス周波数変調方式においては、出力オン時間を一定に保ちながら出力オフ時間を調整する、請求項１〜４のいずれかに記載の可変容量圧縮機の制御装置。
【請求項６】
車両用空調装置に組み込まれた可変容量圧縮機の制御装置として用いられる、請求項１〜５のいずれかに記載の可変容量圧縮機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量圧縮機の制御装置に関し、とくに、車両用空調装置に用いられ外部信号により容量制御弁を介して容量制御される可変容量圧縮機に好適な、高負荷領域、低負荷領域に対しともに適切に容量制御可能な可変容量圧縮機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、外部信号により容量制御弁を介して容量制御できるようにした可変容量圧縮機が知られている（例えば、特許文献１）。このような制御に用いられる容量制御弁は、例えば図４に示すように構成されている。容量制御弁４１には感圧機構４２が設けられており、感圧機構４２は、真空にされた内部にばね４３を配置したベローズ４４と、このベローズ４４の一端に配置され、ばね４５で付勢されたガイド４６と、ばね４５を介してベローズ４４の伸縮量を調整する調整ネジ４７を備えている。この調整ネジ４７に設けられたポート４８を介して、ベローズ４４の周囲に可変容量圧縮機の吸入室（本発明の説明とともに図１に示す）の圧力（吸入圧：Ｐｓ）が導入される。また、容量制御弁４１は、一端がベローズ４４の他端側に接し、ケース４９内で軸方向に移動自在に支持された伝達ロッド５０と、この伝達ロッド５０の他端に接し、ベローズ４４の伸縮に応じて可変容量圧縮機の吐出室（本発明の説明とともに図１に示す）とクランク室（図１に示す）との間の連通路５１を開閉する弁体５２と、この弁体５２をプランジャー５３および伝達ロッド５４を介して閉弁方向に付勢する電磁力を発生させる電磁アクチュエータとしてのソレノイド５５を備えている。
【０００３】
ソレノイド５５に通電しない状態では、電磁力は発生しないので圧力のバランス状態では弁体５２に閉弁方向への付勢力はない。したがって、吸入室の圧力が高い場合、ベローズ４４は収縮するが、ばね４５により図４の上方へ付勢されており、その付勢力が伝達ロッド５０を介して伝達されるので、弁体５２は常時開弁している。この状態で圧縮機を起動した場合、吐出室のガスは、連通路３１を介して常時クランク室に導入され、クランク室と吸入室との圧力差が増加する。この圧力差によって、後述の如く、可変容量圧縮機のクランク室内に設けられた斜板の傾斜角が決められ、圧力差の増加に伴って斜板の傾斜角が増大し、圧縮機の吐出容量が増大されるようになっている。
【０００４】
外部信号としてのソレノイド５５の通電電流が所定値以上の電流領域では、発生する電磁力がばね４５の付勢力より大きくなるため、弁体５２は閉弁され、連通路５１が閉じられて吐出室のガスが導入されなくなるので、クランク室の圧力が低下する。したがって、クランク室の圧力が吸入室の圧力と同等の圧力となり、吸入室の圧力が徐々に低下する。この結果、ベローズ４４が伸長方向に作動し、弁体５２は開く方向に動作する。このように弁体５２の開閉により吐出室からクランク室に導入するガス量を調整することができるようになっており、それに応じて圧縮機の吐出容量が調整されるようになっている。
【０００５】
このような外部信号による容量制御弁４１を介した圧縮機の吐出容量制御では、従来、容量制御弁４１は、圧縮機制御装置（制御弁駆動装置）からの一定周波数（例えば、４００Ｈｚ）のＰＷＭ（パルス幅変調方式）信号にて、圧縮機の能力が最適になるように制御されていた。
【０００６】
ところが、前述した圧縮機の吐出容量制御においては、基本的にはソレノイド５５への通電量による弁体５２の動作点、すなわち、吸入室の圧力制御点を変化させる制御であり、容量制御のための制御対象が吸入圧力（Ｐｓ）であるが、この外部信号容量制御弁４１による吸入圧力（Ｐｓ）の制御範囲が、車両側の要求により、とくに圧縮機の駆動源としての車両エンジンの動力のうち圧縮機駆動のために使用可能な動力の限界から、制限されることが多い。このような制御範囲が所定の許容範囲を超える場合、上記の容量制御弁の制御方式をそのまま継続したのでは、圧縮機の容量制御が不能となる領域が存在することがある。例えば、高負荷時などこの制御範囲を超えるような条件では、圧縮機の容量制御が不能となり、最大容量のまま運転されてしまうことがある。このような状態になると、所望の空調制御が行えない。
【０００７】
このような問題に対し、特許文献２においては、基本的にＰＷＭ制御方式のまま、複数の制御指令信号に対応させた複数のソレノイド駆動周波数を生成し、その中から適切なソレノイド駆動周波数を選択して、ソレノイド駆動手段に制御信号として供給するようにした制御装置が開示されている。しかしながら、この制御方式では、ＰＷＭ制御方式のままで、その周波数およびデューティ比を変化させる方式であるため、制御回路が複雑になるという問題が残されている。
【特許文献１】特開平１１−１０７９３０号公報
【特許文献２】特開２００４−１００２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明の課題は、簡単な制御回路構成にて、可変容量圧縮機の容量制御範囲を従来方式よりも広げ、吸入圧力（Ｐｓ）の制御範囲が制限された条件下でも、より効率よくより容易に所望の空調制御を実現可能とした、可変容量圧縮機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置は、外部信号により制御され、動作量を制御するためのソレノイドを有する容量制御弁を備え、該容量制御弁を制御するための前記外部信号をソレノイド駆動信号に変調し、該ソレノイド駆動信号を前記ソレノイドに送る制御弁駆動制御手段を備えた可変容量圧縮機の制御装置において、前記制御弁駆動制御手段は、パルス幅変調方式とパルス周波数変調方式とに切り替えて前記外部信号をソレノイド駆動信号に変調するモジュレータ手段を有することを特徴とするものからなる。
【００１０】
とくに本発明は、前述したような容量制御弁を備えている場合に好適なものである。すなわち、本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置は、外部信号により制御される容量制御弁を備え、該容量制御弁は、吸入室の圧力を感圧して伸縮動作する感圧手段を有する感圧機構と、吐出室とクランク室との連通路を開閉可能な弁体と、前記感圧機構の動作を前記弁体に伝達可能な第１の伝達手段と、前記外部信号に応じて前記弁体の開閉方向への力を発生可能なソレノイドと、該ソレノイドにより発生された力を前記弁体に伝達可能な第２の伝達手段を有しており、前記容量制御弁を制御するための前記外部信号をソレノイド駆動信号に変調し、該ソレノイド駆動信号を前記ソレノイドに送る制御弁駆動制御手段を備えた可変容量圧縮機の制御装置において、前記制御弁駆動制御手段は、パルス幅変調方式とパルス周波数変調方式とに切り替えて前記外部信号をソレノイド駆動信号に変調するモジュレータ手段を有することを特徴とするものからなる。
【００１１】
このような可変容量圧縮機の制御装置においては、外部信号をソレノイド駆動信号に変調するに際し、そのときの条件に応じて、変調方式を周波数（周期）一定の単純なパルス幅変調方式（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）と周波数（周期）を調整するパルス周波数変調方式（ＰＦＭ：Pulse Frequency Modulation）とに適宜切り替えることができる。これによって、ＰＷＭ方式が適している領域ではＰＷＭ方式を採用し、ＰＦＭ方式が適している領域ではＰＦＭ方式を採用でき、それにより、可変容量圧縮機の容量が適切に制御される範囲を従来方式よりも広げることが可能になる。容量制御範囲の拡大により、吸入圧力の制御範囲が制限された条件下であっても、従来方式に比べ、所望の空調制御を行うことができる範囲を拡大でき、より効率よくより容易に所望の空調制御を行うことが可能になる。
【００１２】
この本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置においては、上記モジュレータ手段が、圧縮機への要求容量の大きさに応じてパルス幅変調方式とパルス周波数変調方式とに自動的に切り替える手段からなる構成とすることができる。とくに、上記モジュレータ手段が、圧縮機への要求容量が大きいときにはパルス幅変調方式とし、要求容量が小さいときにはパルス周波数変調方式とするようにできる。このような自動切替方式により、例えば、求められる圧縮機能力が高い領域では通常のパルス幅変調方式とし、任意に設定可能な所定値以下の要求圧縮機能力が低い領域では、自動的にパルス周波数変調方式へと切り替えることにより、制御回路全体として簡素な構成に保ちながら、要求圧縮機能力の高低の両領域それぞれに対して、自動的に最適な制御を行うことが可能になる。
【００１３】
上記モジュレータ手段によるパルス周波数変調方式においては、例えば、出力オン時間を一定に保ちながら出力オフ時間を調整する方式を採用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置によれば、簡単な制御回路構成にて、可変容量圧縮機の容量制御範囲を従来方式よりも広げることができ、とくに吸入圧力（Ｐｓ）の制御範囲が制限された条件下でも、より効率よくより容易に所望の空調制御が実現可能となる。より具体的には、要求圧縮機能力が低い領域ではパルス周波数変調方式としてその領域において所望の制御を行わせ、要求圧縮機能力が高い領域では、簡単な通常のパルス幅変調方式に切り替えて、圧縮機能力が低い領域での制御を阻害することなく（圧縮機能力が低い領域での制御とは独立に）、その領域においても所望の制御を行わせ（例えば、急激なトルクショックを緩和するなどの望ましい制御を行わせ）、広い制御領域にわたって、望ましい制御状態を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る可変容量圧縮機の制御装置を組み込んだ、車両用空調装置の全体構成を示している。図１において、可変容量圧縮機１は、車両用空調装置における冷媒が循環される冷凍回路２内に組み込まれている。冷凍回路２内の冷媒は、可変容量圧縮機１で圧縮された後凝縮器３に送られて冷却され、冷却された冷媒は、膨張機構４（膨張弁）で減圧膨張された後蒸発器５に送られ、蒸発器５にて車室内へと送られる空気と熱交換されて車室内に供され、蒸発器５からの冷媒が再び圧縮機１で圧縮される。可変容量圧縮機１は、本実施態様では、斜板６を備えた斜板式可変容量圧縮機からなり、斜板６の傾斜角に応じて可変容量圧縮機１の吐出容量が調整されるようになっている。斜板６の傾斜角は、斜板６に摺接し各シリンダボア７内に往復動自在に設けられたピストン８の圧縮側と背圧側との差圧によって決められ、該差圧はクランク室９の圧力制御によって調整される。クランク室９の圧力は、前述の如く、図４に示したのと同等の容量制御弁１０により、吸入室１１の圧力（Ｐｓ）とのバランス、吐出室１２とクランク室９との連通路の開閉制御によって自動調整される。
【００１６】
容量制御弁１０の内部構造は、図４に示した通りであり、吸入室１１の圧力を感圧して伸縮動作する感圧手段を有する感圧機構１３と、吐出室１２とクランク室９との連通路１４を開閉可能な弁体１５と、感圧機構１３の動作を弁体１５に伝達可能な第１の伝達手段としての伝達ロッド１６と、外部信号に応じて弁体１５の開閉方向への力を発生可能なソレノイド１７と、ソレノイド１７により発生された力を弁体に伝達可能な第２の伝達手段としての伝達ロッド１８を有している。
【００１７】
この容量制御弁１０のソレノイド１７には、該容量制御弁１０を制御するための外部信号が送られるが、外部信号は、制御弁駆動制御装置１９でソレノイド駆動信号に変調された後、ソレノイド１７に送られる。制御弁駆動制御装置１９は、車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０から送られてくる外部信号２１を、パルス幅変調方式とパルス周波数変調方式とに切り替えてソレノイド駆動信号２２に変調して出力するモジュレータ手段２３を有している。
【００１８】
ＥＣＵ２０から制御弁駆動制御装置１９に送られる外部信号２１は、車両や空調装置におけるそのときの各種情報や負荷情報に基づいて算出される。この演算には、例えば、エンジン回転数情報３１、車速情報３２、外気温度センサからの情報３３、日射センサからの情報３４、車内温度センサからの情報３５、空調モード（Ａ／Ｃモード）情報３６、空調装置の車室内への送風用ブロワの電圧情報３７、空調装置のクーリングファンの電圧情報３８、空調装置に導入される空気を内気と外気との間で切替、調整する内外気切替情報３９などが用いられる。ソレノイド１７に送られるソレノイド駆動信号２２は、前述の如く、車両側の要求から、特に高負荷領域において、吸入圧力（Ｐｓ）の制御範囲が制限されることがある。
【００１９】
上記モジュレータ手段２３は、外部信号２１をソレノイド駆動信号２２に変調するに際し、そのときの条件に応じて、変調方式を周波数（周期）一定の単純なパルス幅変調方式（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）と周波数（周期）を調整するパルス周波数変調方式（ＰＦＭ：Pulse Frequency Modulation）とに適宜切り替える手段からなり、本実施態様では、圧縮機への要求容量が大きいときにはパルス幅変調方式とし、要求容量が小さいときにはパルス周波数変調方式に自動切り替えする手段からなる。
【００２０】
このモジュレータ手段２３は、家電分野では、ＰＷＭ／ＰＦＭ切替モジュレータとして使用されているものであるが（ＤＣ／ＤＣコンバータとも呼ばれている）、可変容量圧縮機の容量制御弁への制御信号、とくに車両用空調装置における可変容量圧縮機の容量制御弁への制御信号の変調を制御するモジュレータとして使用された例は見当たらない。このＰＷＭ／ＰＦＭ切替モジュレータは、一般に、図２に示すような出力電流と出力パルスとの関係を有している。すなわち、モジュレータのスイッチング素子をオン、オフして出力のタイミング（Ｔ：周期）やパルス幅Ｐｗを調整するが、ＰＷＭでは、周期Ｔを一定としてパルス幅Ｐｗを可変することで、所定の出力電流を得、ＰＦＭでは、パルス幅Ｐｗを一定として周期Ｔを可変することで、所定の出力電流を得るようにしている。
【００２１】
車両用空調装置に用いられる制御信号としては、例えば４００Ｈｚのソレノイド駆動周波数が用いられるが、この周波数領域またはその近傍の周波数領域では、ソレノイドにおけるインダクタンスのため、実際にはパルスのオン、オフに対応したソレノイドへの通電電流は、図３に示すような鋸刃状の通電電流となる。この図３を用いて、本発明におけるＰＷＭ／ＰＦＭ切替制御の一例について説明する。
【００２２】
図３（Ａ）は、従来の単純なＰＷＭ方式を示しており、時間ｔに対し、要求圧縮機容量が比較的大きい場合（ａ）にも比較的小さい場合（ｂ）にも、周期は一定とされ、図２に示したようにパルス幅Ｐｗを可変することで、ソレノイド通電電流の大小が制御され、それに応じて可変容量圧縮機１の吐出容量が可変される。
【００２３】
これに対し、本発明におけるＰＷＭ−ＰＦＭ切替方式では、例えば図３（Ｂ）に示すように、要求圧縮機容量が比較的大きい場合（ａ）、比較的小さい場合（ｂ）にはＰＷＭモードが選択され周期が一定とされて図３（Ａ）に示したのと同等の制御が行われるが、さらに要求圧縮機容量が小さい領域（ｃ）においては、ＰＦＭモードが選択されて周期が可変され、より具体的には、パルスの出力オン時間が一定に保たれながら出力オフ時間が調整される（長くされる）。これによって、図３（Ｂ）の（ｃ）に示すような、より低いソレノイド通電電流が安定した状態で得られる。
【００２４】
このようなＰＷＭ−ＰＦＭ切替方式とすることにより、ＰＷＭ方式が適している領域（上記例では高負荷領域で、要求圧縮機容量が大きい領域）ではＰＷＭ方式を採用でき、ＰＦＭ方式が適している領域（上記例では低負荷領域で、要求圧縮機容量が小さい領域）ではＰＦＭ方式を採用でき、結果的に、可変容量圧縮機の容量が適切に制御される範囲を従来方式よりも広げることができる。とくに、吸入圧力の制御範囲が制限された条件下であっても、従来方式に比べ、所望の空調制御を行うことができる範囲を拡大でき、より効率よくより容易に所望の空調制御を行うことが可能になる。そして、このような望ましい制御を、比較的簡素な制御回路構成を有する、例えば市販のＰＷＭ−ＰＦＭモジュレータにて実現することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明に係る可変容量圧縮機の制御装置は、とくに、車両用空調装置に用いられ外部信号により容量制御弁を介して容量制御される可変容量圧縮機の制御装置として好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施態様に係る可変容量圧縮機の制御装置を組み込んだ、車両用空調装置の概略全体構成図である。
【図２】一般的なＰＷＭ／ＰＦＭ切替モジュレータの出力電流と出力パルスとの関係図である。
【図３】従来のＰＷＭ方式および本発明の一例に係るＰＷＭ−ＰＦＭ切替方式におけるソレノイド通電電流特性図である。
【図４】容量制御弁の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  可変容量圧縮機
２  冷凍回路
３  凝縮器
４  膨張機構
５  蒸発器
６  斜板
７  シリンダボア
８  ピストン
９  クランク室
１０  容量制御弁
１１  吸入室
１２  吐出室
１３  感圧機構
１４  吐出室とクランク室との連通路
１５  弁体
１６  第１の伝達手段としての伝達ロッド
１７  ソレノイド
１８  第２の伝達手段としての伝達ロッド
１９  制御弁駆動制御装置
２０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２１  外部信号
２２  ソレノイド駆動信号
３１  エンジン回転数情報
３２  車速情報
３３  外気温度センサからの情報
３４  日射センサからの情報
３５  車内温度センサからの情報
３６  空調モード（Ａ／Ｃモード）情報
３７  ブロワ電圧情報
３８  クーリングファン電圧情報
３９  内外気切替情報
【図１】
2008274756.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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