(57)【要約】【課題】起動時には最大冷力を引き出し、発進または加速時には容量可変型圧縮機の駆動トルクを小さくし、定常運転時には最大効率で運転することができるような冷凍サイクルの制御方法を提供すること。【解決手段】容量可変型圧縮機１の容量を制御する容量制御弁５および電子膨張弁３を制御する電気信号を直接測定し、これから冷凍サイクル内の冷媒高圧側圧力と低圧側圧力との差圧と冷媒流量とを推定して冷凍サイクルのエネルギを、さらにエンジン回転数を利用することで、駆動トルクを推定する。これにより、最大冷力運転、最大効率運転、必要最小冷力運転などのエネルギ制御が可能になり、省燃費運転が可能になるとともに、アイドリング時、加速時など、エンジンの負担を軽減するようなエネルギ制御を可能にする。【選択図】　　　　図１
2004034943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用空調装置における冷凍サイクルの制御方法において、
冷凍サイクル内の冷媒高圧側圧力と低圧側圧力との差圧または冷媒流量を制御する外部第１の電気信号と、冷媒の通路の大きさを制御する外部第２の電気信号とから冷凍サイクル内の高圧側圧力と低圧側圧力との差圧および冷媒流量を推定するとともに、推定した前記差圧、前記冷媒流量およびエンジンの回転数とから圧縮機可変容量率および圧縮機の駆動トルクを推定し、
前記自動車用空調装置の起動時には、前記冷凍サイクルの冷力が最大に、自動車の定常走行時には、前記冷凍サイクルの効率が最大に、前記自動車の加速走行時には、前記圧縮機の駆動トルクが小さくなるように前記外部第１の電気信号および外部第２の電気信号を制御することを特徴とする冷凍サイクルの制御方法。
【請求項２】
前記外部第１の電気信号は、容量可変型圧縮機の冷媒流量を決める圧縮機容量の制御信号であり、前記外部第２の電気信号は、膨張装置の冷媒高圧側圧力と低圧側圧力との差圧を決める制御信号であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項３】
前記外部第１の電気信号は、容量可変型圧縮機の冷媒流量を決める圧縮機容量の制御信号であり、前記外部第２の電気信号は、膨張装置の冷媒の通路面積を比例的に制御する信号であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項４】
前記外部第１の電気信号は、冷媒が流れる通路に設けた固定オリフィスの前後差圧を感知して前記容量可変型圧縮機クランク室内の圧力を制御することにより冷媒流量を一定に制御する制御弁用の信号であることを特徴とする請求項２または３記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項５】
前記外部第１の電気信号は、冷媒が流れる通路に設けて可変オリフィスを構成する流量制御弁用の信号であり、前記流量制御弁の前後差圧は一定になるように定差圧弁が前記容量可変型圧縮機クランク室内の圧力を制御していることを特徴とする請求項２または３記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項６】
前記外部第１の電気信号は、容量可変型圧縮機の冷媒高圧側圧力と低圧側圧力との差圧を決める圧縮機容量の制御信号であり、前記外部第２の電気信号は、膨張装置の冷媒流量を決める制御信号であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項７】
前記外部第１の電気信号は、容量可変型圧縮機の冷媒高圧側圧力と低圧側圧力との差圧を決める圧縮機容量の制御信号であり、前記外部第２の電気信号は、膨張装置の冷媒の通路面積を比例的に制御する信号であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項８】
前記外部第１の電気信号は、容量可変型圧縮機の冷媒低圧側圧力を決める圧縮機容量の制御信号であり、冷媒高圧側圧力と低圧側圧力との差圧は、冷媒高圧側圧力を検知するセンサから求め、前記外部第２の電気信号は、膨張装置の冷媒流量を決める制御信号であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項９】
前記外部第１の電気信号は、容量可変型圧縮機の冷媒低圧側圧力を決める圧縮機容量の制御信号であり、冷媒高圧側圧力と低圧側圧力との差圧は、冷媒高圧側圧力を検知するセンサから求め、前記外部第２の電気信号は、膨張装置の冷媒の通路面積を比例的に制御する信号であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項１０】
前記外部第１の電気信号および前記外部第２の電気信号は、容量可変型圧縮機の圧縮機容量を制御する第１の制御弁のコイルに流れる電流値および膨張装置を制御する第２の制御弁のコイルに流れる電流値を直接測定し、測定した前記電流値から前記冷凍サイクル内の高圧側圧力と低圧側圧力との差圧および冷媒流量を推定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項１１】
前記差圧、前記冷媒流量およびエンジンの回転数とから推定した圧縮機の駆動トルクを、エンジン出力トルクの制御に使用するようにしたことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項１２】
自動車用空調装置における冷凍サイクル内の冷媒高圧側圧力と低圧側圧力との差圧または冷媒流量を制御する外部第１の電気信号と、冷媒の通路の大きさを制御する外部第２の電気信号と、エンジンの回転数とに基づいて圧縮機可変容量率および圧縮機の駆動トルクを推定して、冷凍サイクルのエネルギ制御を行うようにしたことを特徴とする冷凍サイクルの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍サイクルの制御方法に関し、特に自動車用空調装置にて容量可変型圧縮機を駆動するエンジンに対してできるだけ負荷が少なくかつ高精度な制御が可能な冷凍サイクルの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置においては、圧縮機がエンジンによって駆動されるため、運転状態がエンジンの運転状態によって大きく影響される。逆に、エンジンは、自動車用空調装置が負荷になっており、自動車用空調装置を駆動するための余分なエネルギを必要とする。このエンジンの負荷は、自動車用空調装置を冷凍サイクルの成績係数が最適になるよう制御することによって軽減することができる。
【０００３】
たとえば特開平９−２６４６２２号公報に記載の冷凍サイクルでは、圧縮機として回転数制御の可能な電動モータ駆動式のものを用い、膨張装置としては圧力制御弁を用いて、冷凍サイクルの成績係数が最適になるような制御を行っている。すなわち、この公報に記載の圧力制御弁は、弁体を駆動するダイヤフラムによって閉止された密閉空間内に、弁口が閉じた状態の密閉空間内体積に対して、冷媒の温度が０℃での飽和液密度から冷媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度で冷媒を封入し、ガスクーラの出口側圧力および温度を、成績係数が最適となる最適制御線上に沿って制御するようにしている。また、膨張装置としてステップモータにより制御駆動される電気式圧力制御弁を使用しており、これも、その入口側圧力および温度が最適制御線上に沿って制御されるようにしている。
【０００４】
また、自動車用空調装置の運転中に自動車が発進または加速走行しようとしたときには、燃料消費を大きく増やすことなく発進または加速に必要なエンジン出力トルクを確保するため、冷凍サイクルの圧縮機の容量、つまり駆動トルクを瞬時に落とし、やがて、徐々に復帰するような制御を行っている。
【０００５】
さらに、エンジンの出力は、その負荷である自動車用空調装置の運転状態に応じて制御する必要がある。たとえば自動車用空調装置が運転中は、圧縮機の駆動トルクを考慮し、その駆動トルクを余分に発生するようにエンジン出力トルクが制御されている。圧縮機の駆動トルクは、あらかじめ設定されていて、自動車用空調装置が運転されるときは、そのあらかじめ設定された固定値だけ余分に駆動トルクを発生するように制御している。
【０００６】
あらかじめ設定された駆動トルクは、実際の駆動トルクと大きく相違することがあるため、エンジン出力トルクも必要なトルクからずれて制御されることになる。そのため、たとえば特開２００１−１８０２６１号公報に記載の技術では、容量可変型圧縮機の吐出容量を外部から電気制御するための圧縮機制御信号に基づいて、容量可変型圧縮機の駆動トルクを推定し、これを上乗せしてエンジン出力トルクを制御するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の冷凍サイクルの制御は、圧力および温度の関係が最適制御線上に沿うよう膨張装置を制御することで、冷凍サイクルを効率良く運転することができる。しかしながら、この効率の良い運転方法は、制御点が常に最適制御線上にあるため、必ずしも、最も良く冷えるような制御をしているとは限らない。したがって、冷凍サイクルの起動時でも、最大効率で運転するように制御しようとするため、定常状態に達するまで時間がかかるという問題点があった。
【０００８】
また、自動車の発進または加速時には、圧縮機の駆動トルクを制御することになるが、その場合、特に圧縮機の容量低下からの復帰時の制御において、圧縮機の実際の駆動トルクを正確に推し量る手段がないため、精度の高い制御ができないという問題点があった。
【０００９】
さらに、エンジン出力トルクの制御に必要な容量可変型圧縮機の駆動トルクについては、冷媒循環回路に設定された２つの圧力監視点間の差圧に容量可変型圧縮機の吐出容量が反映されていることから、２つの圧力監視点間の差圧を設定するための圧縮機制御信号から容量可変型圧縮機の吐出容量つまりはその駆動トルクを推定しているが、実際には、その圧縮機制御信号からだけでは、容量可変型圧縮機の駆動トルクを正確に推定することは難しいという問題点があった。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、起動時には最大冷力を引き出し、発進または加速時には容量可変型圧縮機の駆動トルクを小さく、定常運転時には最大効率で運転することができるような冷凍サイクルの制御方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、自動車用空調装置における冷凍サイクルの制御方法において、冷凍サイクル内の冷媒高圧側圧力と低圧側圧力との差圧または冷媒流量を制御する外部第１の電気信号と、冷媒の通路の大きさを制御する外部第２の電気信号とから冷凍サイクル内の高圧側圧力と低圧側圧力との差圧および冷媒流量を推定するとともに、推定した前記差圧、前記冷媒流量およびエンジンの回転数とから圧縮機可変容量率および圧縮機の駆動トルクを推定し、前記自動車用空調装置の起動時には、前記冷凍サイクルの冷力が最大に、自動車の定常走行時には、前記冷凍サイクルの効率が最大に、前記自動車の加速走行時には、前記圧縮機の駆動トルクが小さくなるように前記外部第１の電気信号および外部第２の電気信号を制御することを特徴とする冷凍サイクルの制御方法が提供される。
【００１２】
このような冷凍サイクルの制御方法によれば、圧縮機の駆動トルク、すなわち冷凍サイクルのエネルギ状態を、圧縮機および膨張装置の制御に使われる外部第１の電気信号および外部第２の電気信号をもとに推定し、これをもとにして冷凍サイクルの制御および自動車の走行状態に応じた制御を行うようにしている。これにより、冷凍サイクルのエネルギ状態は、実際に圧縮機および膨張装置を制御している外部第１の電気信号および外部第２の電気信号の値から算出していることにより、正確に推定することができるため、冷凍サイクルをよりきめ細かく制御することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の原理から先に説明する。
冷凍サイクルの冷力Ｑ、すなわちエネルギは、冷凍サイクル内の冷媒高圧側圧力と低圧側圧力との差圧ΔＰと冷媒流量Ｇｆとの積に比例し、
【００１４】
【数１】
Ｑ∝Ｇｆ＊△Ｐ　・・・（１）
で表すことができる。一方、冷凍サイクルを動かすのに必要なエンジンのエネルギは、Ｎを回転数、Ｔを駆動トルクとすると、
【００１５】
【数２】
Ｑ∝Ｎ＊Ｔ　・・・（２）
で表される。これらの式から、
【００１６】
【数３】
Ｑ∝Ｎ＊Ｔ∝Ｇｆ＊△Ｐ　・・・（３）
が得られる。この式から、冷凍サイクル内の冷媒高圧側圧力と低圧側圧力との差圧ΔＰと冷媒流量Ｇｆと回転数Ｎとが分かれば、容量可変型圧縮機の駆動トルクが分かることになる。ここで、差圧ΔＰは、容量可変型圧縮機の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差、あるいは、膨張装置の入口圧力と出口圧力との差であり、容量可変型圧縮機あるいは膨張装置の差圧を一定の差圧に制御する制御弁の外部第１の電気信号の関数になっている。一方、冷媒流量Ｇｆは、容量可変型圧縮機あるいは膨張装置から吐出される冷媒の流量で、容量可変型圧縮機あるいは膨張装置から吐出される冷媒を一定流量に制御する制御弁の外部第２の電気信号の関数になっている。つまり、差圧ΔＰおよび冷媒流量Ｇｆは、外部第１の電気信号および外部第２の電気信号によって制御弁のコイルへ供給される電流ｉによって決められるので、これらの電流値を直接検出することによって冷凍サイクルのエネルギを正確に求めることができる。
【００１７】
また、冷凍サイクルを動かすのに必要なエンジンのエネルギの式（３）からは、エンジンの回転数Ｎが分かっているので、式（３）により駆動トルクＴが分かる。しかも、冷凍サイクルのエネルギを求めるパラメータが正確に検出できることから駆動トルクＴをより正確に求めることができる。
【００１８】
これにより、差圧ΔＰおよび冷媒流量Ｇｆを外部第１の電気信号および外部第２の電気信号によって制御することにより、冷凍サイクルのエネルギを自由に制御できるだけでなく、駆動トルクＴも自由に制御できることになる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の冷凍システムの原理的な構成を示すシステム図である。
この第１の冷凍システムは、冷媒を圧縮する容量可変型圧縮機１と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器２と、凝縮された冷媒を段熱膨張させる電子膨張弁３と、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器４とを備えている。
【００２０】
容量可変型圧縮機１は、一定流量の冷媒を吐出する流量制御式のものであり、電子膨張弁３は、その冷媒入口と出口との差圧を一定に制御する差圧制御式または比例制御式のものが用いられる。あるいは、容量可変型圧縮機１は、差圧制御式で、電子膨張弁３は、流量制御式または比例制御式のものが用いられる。
【００２１】
容量可変型圧縮機１は、その吐出室から吐出される吐出圧力Ｐｄの冷媒を直接凝縮器２に供給するとともに、その一部を容量制御弁５で圧力Ｐｃにしてクランク室に供給するよう構成され、その容量制御弁５は、駆動回路６に接続されている。また、蒸発器４から戻ってきた吸入圧力Ｐｓの冷媒は、吸入室に供給するよう構成され、さらに、吸入室と吐出室との間には、オリフィス７が設けられている。
【００２２】
容量制御弁５は、容量可変型圧縮機１から吐出される冷媒を駆動回路６によって与えられた外部第１の電気信号により決まる一定の流量または一定の差圧で吐出するように制御する。また、電子膨張弁３は、図示しない駆動回路から与えられる外部第２の電気信号により冷媒の通路の大きさを制御して、その冷媒入口と出口との差圧が一定または流量が一定になるように制御する。
【００２３】
次に、容量可変型圧縮機１が流量制御で、電子膨張弁３が差圧制御または比例制御の組み合わせと、容量可変型圧縮機１が差圧制御で、電子膨張弁３が流量制御または比例制御の組み合わせの場合について説明する。
【００２４】
図２は流量制御の容量可変型圧縮機の場合の第１の冷凍システムの差圧−流量特性を示す図である。
この特性において、縦軸は容量可変型圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧を示し、横軸は冷凍サイクルを流れる冷媒の流量を示している。ここで、曲線は、容量可変型圧縮機１がある回転数で回転しているときの圧縮機可変容量率を示しており、原点から最も遠い曲線は圧縮機可変容量率が１００％、つまり、容量可変型圧縮機１が最大で運転しているときを示している。
【００２５】
容量可変型圧縮機１は流量制御式なので、吐出される冷媒流量Ｇｆ（ｉ）は駆動回路６によって与えられる外部第１の電気信号の電流値ｉによって決められる。また、電子膨張弁３における差圧ΔＰに関しては、電子膨張弁３が差圧制御膨張弁の場合は、その差圧制御膨張弁に与えられる外部第２の電気信号の電流値ｉａ，ｉｂによって差圧ΔＰが決められ、電子膨張弁３が比例制御膨張弁の場合は、その比例制御膨張弁に与えられる外部第２の電気信号の電流値ｉ１，ｉ２によって傾きが決められる。したがって、この冷凍システムでは、容量可変型圧縮機１の冷媒流量Ｇｆ（ｉ）および差圧ΔＰが分かるので、そのときの可変容量率を知ることができる。
【００２６】
この可変容量率は、容量可変型圧縮機１の運転状態を示しているので、自動車がほぼ一定の速度で走行しているときには、同じエネルギでできるだけ差圧が小さくなるように容量可変型圧縮機１の冷媒流量Ｇｆ（ｉ）および電子膨張弁３の差圧ΔＰを制御して、冷凍システムの効率が最大になるよう制御することができる。また、自動車用空調装置の起動時の場合、特に、外気温が非常に高いときの起動時の場合には、最大冷力が必要になる。この最大冷力は、最大効率の運転の場合と逆に、できるだけ大きな差圧になるように容量可変型圧縮機１の冷媒流量Ｇｆ（ｉ）および電子膨張弁３の差圧ΔＰを制御する。さらに、自動車が発進または加速するときには、エンジンは、その出力トルクを余分に必要としているが、そのときの容量可変型圧縮機１の駆動トルクは、冷凍サイクルの冷力であるエネルギとエンジンの回転数とから分かるため、エンジンが余分に必要としている出力トルク分だけ、冷凍サイクルのエネルギを減らすように容量可変型圧縮機１の冷媒流量Ｇｆ（ｉ）および電子膨張弁３の差圧ΔＰを制御することができる。なお、冷凍サイクルが運転中のエネルギから、エンジンの回転数に対応する駆動トルクが分かるので、その駆動トルクを、たとえば自動車のアイドリング時のエンジン出力トルクの制御に利用することができる。すなわち、その駆動トルクの値を使い、その駆動トルク分を上乗せしてエンジン出力トルクを制御し、これによってエンジンの不安定動作、さらには停止といった不具合を防止することができる。
【００２７】
次に、この第１の冷凍システムを構成する容量可変型圧縮機１および電子膨張弁３の具体例について説明する。
図３は流量制御式の容量可変型圧縮機の一構成例を示す断面図、図４は図３の容量可変型圧縮機に用いられる電磁差圧弁の詳細を示す断面図である。
【００２８】
この容量可変型圧縮機は、気密に形成されたクランク室１０を有し、中には回転自在に支持された回転軸１１を有している。この回転軸１１の一端は、図示しない軸封装置を介してクランク室１０の外まで延びていてエンジンの出力軸から駆動力が伝達されるプーリ１２が固定されている。回転軸１１には、揺動板１３が傾斜角可変に設けられている。回転軸１１の軸線の回りには、複数（図示の例では１つ）のシリンダ１４が配置されている。各シリンダ１４には、揺動板１３の回転運動を往復運動に変換するピストン１５が配置されている。各シリンダ１４は、それぞれ吸入用リリーフ弁１６および吐出用リリーフ弁１７を介して吸入室および吐出室に接続されている。各シリンダ１４の吸入室は、相互に連通して１つの部屋になっており、蒸発器に接続される。また、各シリンダ１４の吐出室も、相互に連通して１つの部屋になっており、吐出側冷媒流路１８を介して凝縮器に接続される。
【００２９】
吐出室の吐出側冷媒流路１８には、流路面積が固定のオリフィス１９が設けられている。吐出室からクランク室１０へ通じる流路には、容量制御の電磁差圧弁２０が設けられ、クランク室１０から吸入室へ通じる流路には、オリフィス２１が設けられている。電磁差圧弁２０は、オリフィス１９の上流側および下流側に発生する差圧（Ｐｄ−Ｐｄ’）を受けるよう構成されている。
【００３０】
電磁差圧弁２０は、本出願人による特願２００１−１７０４３４号明細書にて提案したもので、図４に示したように、圧力感知部を兼ねた弁部２２と、ソレノイド部２３とから構成されている。
【００３１】
弁部２２は、吐出圧力Ｐｄを導入するポート２４と、導入された吐出圧力Ｐｄをクランク室圧力Ｐｃに制御して出力する弁体２５と、クランク室圧力Ｐｃを出力するポート２６と、弁体２５を開く方向へ付勢するスプリング２７と、この電磁差圧弁２０の中央軸線位置にて弁体２５と一体となって進退可能に設けられ、ポート２４とほぼ同じ径を有する感圧ピストン２８と、この感圧ピストン２８の弁体２５と反対側にオリフィス１９の下流側の圧力Ｐｄ’を導入するポート２９とを有している。
【００３２】
ソレノイド部２３は、円筒状の中空部を有する電磁コイル３０が設けられ、その円筒状の中空部にはスリーブ３１が設けられている。そのスリーブ３１の一端には、固定鉄芯をなすコア３２が固定され、スリーブ３１の中には、可動鉄芯をなすプランジャ３３が軸線方向に移動可能に遊挿配置されている。コア３２の軸線位置にはシャフト３４が貫通配置され、その一端は感圧ピストン２８に、他端はプランジャ３３に当接されている。スリーブ３１の他端には、アジャストねじ３５が螺着されている。そして、コア３２とプランジャ３３との間には、スプリング３６が配置され、プランジャ３３とアジャストねじ３５との間には、スプリング３７が配置されている。
【００３３】
以上の構成の容量可変型圧縮機において、エンジンがある一定の回転数で駆動されているとき、蒸発器からの冷媒が吸入室より流量Ｑｓで吸引され、吐出室から流量Ｑｄで吐出される。このとき、電磁差圧弁２０は、吐出室の冷媒の吐出圧力Ｐｄを弁部２２を介してクランク室１０へ導入する。これにより、容量可変型圧縮機の吐出容量は、クランク室１０内の圧力Ｐｃに応じた容量に制御される。クランク室１０の圧力Ｐｃは、オリフィス２１を介して吸入室に戻される。
【００３４】
このとき、ソレノイド部２３の電磁コイル３０には、外部条件に応じた電磁差圧弁２０の差圧に対応する電流信号が供給される。
したがって、電磁差圧弁２０は、オリフィス１９の前後に発生する差圧を弁部２２の弁体２５および感圧ピストン２８で感知し、その差圧が設定された所定値になるよう弁部２２の弁体２５を制御して、吐出側冷媒流路１８を流れる冷媒流量を一定の流量Ｑｄに保持するように制御する。
【００３５】
すなわち、エンジンの回転数が上昇すると、吐出圧力Ｐｄが上昇し、それによって、吐出される冷媒の流量Ｑｄが増加しようとする。すると、吐出圧力Ｐｄが高くなるため、弁部２２の弁体２５および感圧ピストン２８はソレノイド部２３の側に移動し、弁体２５はスプリング２７の付勢力によって弁部２２の開度を開く方向に移動して、クランク室１０へ導入する冷媒流量を増加させる。クランク室１０内の圧力Ｐｃが上昇することにより、容量可変型圧縮機を最少運転側に制御し、吐出される冷媒の流量を減らすようにする。
【００３６】
逆に、エンジンの回転数が低下した場合は、吐出される冷媒の流量Ｑｄが減少しようとして吐出圧力Ｐｄが低くなると、弁部２２の弁体２５および感圧ピストン２８は図の上側に移動し、弁体２５は閉弁方向に移動してクランク室１０へ導入する冷媒流量を減らすように制御する。これにより、クランク室１０内の圧力Ｐｃが減少し、容量可変型圧縮機を最大運転側に制御し、吐出される冷媒の流量を増やすようにする。
【００３７】
この結果、エンジンの回転数が変動しても、電磁差圧弁２０はオリフィス１９の前後差圧を一定にするようにクランク室１０へ導入する冷媒流量を制御する。したがって、オリフィス１９が固定でその前後差圧が一定に制御されるため、容量可変型圧縮機から吐出される冷媒の流量Ｑｄは一定の流量に制御されることになる。
【００３８】
図５は流量制御式の容量可変型圧縮機の別の構成例を示す断面図、図６は図５の容量可変型圧縮機に用いられる電磁比例式流量制御弁の詳細を示す断面図、図７は図５の容量可変型圧縮機に用いられる定差圧弁の詳細を示す断面図である。なお、図５ないし図７において、図３および図４に示した構成要素と同じまたは同等の要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３９】
この流量制御式の容量可変型圧縮機は、本出願人による特願２００１−１７０４３５号明細書にて提案したもので、吐出室から凝縮器へ向かう吐出側冷媒流路１８に電磁比例式流量制御弁４０を設け、流路面積を外部信号によって比例的に変化させることができる可変オリフィスを構成している。また、吐出室は、定差圧弁４１を介してクランク室１０に接続され、クランク室１０は固定のオリフィス２１を介して吸入室に接続されている。定差圧弁４１は、吐出室の吐出圧力Ｐｄと電磁比例式流量制御弁４０を通ってきた吐出側冷媒流路１８の圧力Ｐｄ’とを導入し、電磁比例式流量制御弁４０の前後に発生する差圧が一定になるように、吐出室からクランク室１０、さらにはクランク室１０からオリフィス２１を介して吸入室へ流れる冷媒を制御する弁である。
【００４０】
電磁比例式流量制御弁４０は、図６に示したように、弁部４２およびソレノイド部４３から構成されている。弁部４２は、吐出室の吐出圧力Ｐｄを導入するポート４４と、この弁部４２にて減圧された圧力Ｐｄ’を吐出側冷媒流路１８へ導出するポート４５とを有し、これらを連通する流路には、弁座４６が形成され、この弁座４６の上流側にボール形状の弁体４７が弁座４６に対向して配置されている。ポート４４の開口端にはアジャストねじ４８が螺着されており、弁体４７とアジャストねじ４８との間には、弁体４７を閉じる方向に付勢するスプリング４９が配置されている。また、弁体４７は弁孔を介して軸線方向に延びるシャフト５０の一端に当接しており、このシャフト５０の他端は、軸線方向に進退自在に配置されたピストン５１に固定されている。このピストン５１は弁孔とほぼ同じ径を有し、弁体４７より下流側の圧力Ｐｄ’が軸線両方向に対して等しくかかるようにして弁体４７の制御に圧力Ｐｄ’が影響しないようにしている。また、弁体４７の上流側空間とピストン５１のソレノイド部側空間との間には、連通路５２が設けられており、ピストン５１の背圧側に吐出圧力Ｐｄを導入して、弁体４７にかかる吐出圧力Ｐｄをキャンセルするようにしている。
【００４１】
ソレノイド部４３は、電磁コイル５３、コア５４、プランジャ５５、シャフト５６を有している。シャフト５６の両端は、ガイド５７，５８によって支持されている。シャフト５６のほぼ中央部には、Ｅリング５９が嵌着されており、プランジャ５５がコア５４に吸着するよう移動したとき、シャフト５６も一緒に移動するようにしている。これにより、プランジャ５５が図の上方へ移動すると、シャフト５６が図の上端に当接されているピストン５１を押し、弁体４７を開く方向に作用する。その移動量は、電磁コイル５３に供給する電流値に比例する。したがって、この電磁比例式流量制御弁４０を通る冷媒の流路面積は、電磁コイル５３に供給される制御電流の値によって決めることができる。
【００４２】
定差圧弁４１は、図７に示したように、吐出室の吐出圧力Ｐｄを導入するポート６０と、この定差圧弁４１で制御された圧力Ｐｃをクランク室１０へ導入するポート６１と、電磁比例式流量制御弁４０によって減圧された圧力Ｐｄ’を導入するポート６２とを有している。
【００４３】
ポート６０とポート６１とを連通する流路には、弁座６３が形成され、この弁座６３の下流側に弁体６４が弁座６３に対向して配置されている。この弁体６４には、フランジが設けられていて、弁座６３との間に弁体６４を開く方向へ付勢するスプリング６５が配置されている。
【００４４】
弁体６４と同軸上には、軸線方向に進退自在に配置されて両面にポート６１からの吐出圧力Ｐｄとポート６２からの圧力Ｐｄ’とを受ける感圧ピストン６６が設けられており、一体に動くよう弁体６４に固定されている。
【００４５】
感圧ピストン６６の図の下方には、スプリング荷重調整用のアジャストねじ６７が設けられ、感圧ピストン６６とアジャストねじ６７との間には、弁体６４を閉じる方向に感圧ピストン６６を付勢するスプリング６８が配置されている。
【００４６】
以上の構成の容量可変型圧縮機においては、電磁比例式流量制御弁４０が、所定の制御電流の供給を受けて、凝縮器に連通する吐出側冷媒流路１８を絞り、所定の大きさのオリフィスを形成し、流量Ｑｄにより所定の差圧（Ｐｄ−Ｐｄ’）を発生させるようにしている。また、定差圧弁４１は、感圧ピストン６６が所定の差圧（Ｐｄ＞Ｐｄ’）を受け、それによって発生する図の下向きの力とスプリング６５，６８の荷重とが釣り合う位置に弁体６４が静止し、弁開度が制御されている。したがって、制御電流によって決まる電磁比例式流量制御弁４０の前後差圧を定差圧弁４１が感知し、定差圧弁４１は、その差圧があらかじめ設定された所定値（すなわち、一定の流量Ｑｄ）になるよう弁開度を調整して、クランク室１０に導入される冷媒の流量を制御し、これによって定流量式の容量可変型圧縮機を構成している。
【００４７】
次に、この定流量式の容量可変型圧縮機と組み合わされる電子膨張弁３の例を示す。この電子膨張弁３としては、差圧制御膨張弁および比例制御膨張弁がある。
【００４８】
図８は図５の容量可変型圧縮機に用いられる差圧制御膨張弁の詳細を示す断面図である。
差圧制御膨張弁は、本出願人による特願２００２−１２５３６５号明細書にて提案したもので、ボディ７１の側面に高圧の冷媒を受ける入口ポート７２が設けられ、そこに冷媒配管７３が溶着されている。この冷媒配管７３には、その通路を塞ぐようにストレーナ７４が配置されている。入口ポート７２は、冷媒流路７５を介して出口ポート７６に連通されている。この出口ポート７６には、冷媒配管７７が溶着されている。冷媒流路７５の途中には、主弁座７８がボディ７１と一体に形成されている。この主弁座７８に上流側から対向して主弁体７９が配置され、主弁座７８とともに主弁を構成している。主弁体７９は、主弁座７８との間に冷媒が導入される部屋を構成するピストン８０と一体に形成されている。ピストン８０は、主弁体７９が主弁座７８に対して接離する方向に進退自在に配置され、中心軸線位置には冷媒通路８１が形成され、その冷媒通路８１は主弁体７９に横から穿設されたオリフィス８２と連通されている。この冷媒通路８１およびオリフィス８２が、ピストン８０の図の上部の部屋に導入された高圧の冷媒を減圧してピストン８０の図の下方の空間に導く絞り流路を構成している。ピストン８０の図の下方の空間は、圧入部材８３によって閉止されており、ピストン８０と圧入部材８３との間には、ピストン８０を主弁の弁閉方向に付勢するスプリング８４が配置されている。圧入部材８３は、スプリング８４の荷重をその圧入量で調整した後、図の下端部がボディ７１に溶着されている。
【００４９】
ピストン８０と圧入部材８３とによって形成された部屋は、ボディ７１に形成された冷媒通路８５を介して主弁の下流側、すなわち、出口ポート７６に連通する空間に連通されており、その途中にパイロット弁座８６が成形され、このパイロット弁座８６に対向して下流側からニードル形状のパイロット弁体８７が配置され、パイロット弁座８６とともにパイロット弁を構成している。
【００５０】
ボディ７１の上部には、パイロット弁を制御するソレノイド部が設けられている。このソレノイド部は、下端部がボディ７１の上部に形成された嵌合穴８８に嵌入されたスリーブ８９と、そのスリーブ８９の中に軸線方向に進退自在に配置されたプランジャ９０と、スリーブ８９の上端部に嵌合された筒状のコア９１と、プランジャ９０の軸線位置に貫通して固定配置され、下端部がボディ７１に形成された軸受９２によって軸支され、上端部がコア９１の軸線位置に貫通形成された開口部に圧入されている軸受９３によって軸支されたシャフト９４と、プランジャ９０と軸受９３との間に配置され、シャフト９４を介してパイロット弁体８７をその弁閉方向に付勢するスプリング９５と、スリーブ８９の外側に配置された電磁コイル９６と、その外側を囲繞するよう形成されたヨーク９７と、このヨーク９７とスリーブ８９との間に磁気回路を形成するよう配置されたプレート９８とから構成されている。コア９１の開口端部は、圧入部材９９によって閉止された後、それらの先端部は溶接によってシールされている。そして、ボディ７１とスリーブ８９とプレート９８とによって囲まれた空間には、ゴムＯリング１００が配置されている。
【００５１】
このように構成された差圧制御膨張弁において、まず、電磁コイル９６が通電されていない図示の状態で、入口ポート７２に高圧の冷媒が導入されると、その冷媒は、ピストン８０の上部の部屋に導入される。この冷媒は、主弁体７９のオリフィス８２およびピストン８０の冷媒通路８１を介してピストン８０の下部の部屋に導入され、さらにボディ７１に形成された冷媒通路８５を介してパイロット弁に供給される。パイロット弁の前後差圧がある値を越えると、冷媒がパイロット弁体８７を押し開き、出口ポート７６に連通する空間に流れる。これにより、ピストン８０の下部の部屋が低圧になるので、ピストン８０が図の下方へ移動し、主弁体７９が主弁座７８から離れて主弁が開き、入口ポート７２に導入された冷媒が主弁を通って出口ポート７６に流出するようになる。
【００５２】
出口ポート７６への冷媒の流出により、主弁の上流側の冷媒圧力が下がると、パイロット弁に供給される冷媒の圧力も低下するので、パイロット弁体８７は、閉弁方向に移動する。これにより、ピストン８０の下部の部屋に導入される冷媒の圧力が上昇するため、ピストン８０は図の上方へ移動し、これに伴って、主弁体７９は弁閉方向へ付勢されるため、主弁は冷媒の流量を絞り、主弁の上流側の冷媒圧力を上げる。以上の動作を繰り返すことで、主弁の前後差圧が一定に制御される。このときの主弁の前後の差圧は、ソレノイド内のスプリング９５の荷重によって決められる。
【００５３】
また、電磁コイル９６に通電すると、プランジャ９０がコア９１の方へ吸引され、パイロット弁体８７を弁閉方向に付勢しているスプリング９５のばね力が減少して、パイロット弁の設定差圧を小さくする。電磁コイル９６の通電電流値を増加すると、プランジャ９０のコア９１への吸引力が増加し、パイロット弁の差圧、すなわち差圧弁の前後差圧をさらに小さく設定することができる。
【００５４】
このようにして、差圧制御膨張弁は、主弁の前後差圧を電磁コイル９６に給電される電流によって決まる一定の値になるよう冷媒を制御する。このとき、容量可変型圧縮機は、一定の流量が流れるように制御するため、容量可変型圧縮機の制御と競合することはない。
【００５５】
図９は図５の容量可変型圧縮機に用いられる比例制御膨張弁の詳細を示す断面図である。
この比例制御膨張弁は、本出願人による特願２００１−３６８４８６号明細書にて提案したもので、ボディを両端が開口したストレートな円筒状のパイプ１０１で構成している。このパイプ１０１内には、その軸線位置に流体通路を有する円筒状のコア１０２が配置されている。
【００５６】
コア１０２の流体通路には、中空のシャフト１０３が配置されていて、その一端はコア１０２の流体通路に嵌着され、連通されている。シャフト１０３の他端側には、その先端部全周にわたって半径方向外側に突出してテーパ弁座のように機能するストッパ１０４が一体に形成されており、さらに、ストッパ１０４に隣接して円周上に複数の弁孔１０５が穿設されている。この弁孔１０５が穿設されている部分の外周面には、全周にわたって連通溝１０６が形成されている。
【００５７】
コア１０２とストッパ１０４との間には、非磁性体の筒状弁体１０７が、シャフト１０３をガイドとして軸線方向に進退自在に配置されている。筒状弁体１０７とコア１０２との間には、スプリング１０８が配置されていて、筒状弁体１０７をストッパ１０４に当接する方向に付勢している。また、筒状弁体１０７の外側には、筒状のプランジャ１０９が固着されていて、筒状弁体１０７と共に軸線方向に進退するようになっている。プランジャ１０９は、パイプ１０１の内壁との間に所定の隙間を有するような外径を有し、その隙間を通って軸線方向両端の端面に等しい圧力がかかるようになっている。
【００５８】
コア１０２とプランジャ１０９との対向端面は、通電電流に対する吸引力特性の直線性を改善するため、互いに同じ傾斜のテーパ面が形成されている。このうち、コア１０２のテーパ端面には、非磁性体のワッシャ１１０が配置され、プランジャ１０９のテーパ端面がこのワッシャ１１０に当接した状態で消磁されたときに残留磁気によるコア１０２への吸着を軽減するようにしている。
【００５９】
パイプ１０１の外周には、電磁コイル１１１が配置され、ヨーク１１２およびプレート１１３によって囲繞されている。
また、パイプ１０１の両開口端は、冷媒の入口および出口ポートを構成し、この比例制御膨張弁を冷凍システムに組み込む際、溶接相手のパイプ径に合わせて絞り加工されている。
【００６０】
上記構成の比例制御膨張弁において、電磁コイル１１１が通電されていない図示の状態では、筒状弁体１０７およびプランジャ１０９は、スプリング１０８によって図の下方に付勢され、筒状弁体１０７の先端がストッパ１０４に当接する。これにより、ストッパ１０４に隣接している弁孔１０５および連通溝１０６が筒状弁体１０７の側壁で塞がれ、流体通路が閉塞されている。このため、パイプ１０１の図の上方の開口から、または図の下方の開口から冷媒が導入されても、他方の開口に冷媒が流出することがない。
【００６１】
ここで、電磁コイル１１１に最大電流が供給されると、プランジャ１０９がスプリング１０８の付勢力に抗してコア１０２の方向に吸引され、プランジャ１０９のテーパ端面がワッシャ１１０に当接される。このとき、筒状弁体１０７は、プランジャ１０９と共に移動し、筒状弁体１０７のストッパ１０４側の先端が連通溝１０６に達した時点から、筒状弁体１０７による弁孔１０５および連通溝１０６の閉塞が解除され、パイプ１０１の両端開口が弁孔１０５および連通溝１０６を介して連通するようになり、冷媒の通路の大きさを最大に制御する。
【００６２】
ここで、電磁コイル１１１に供給する電流値を変化させると、プランジャ１０９は、電流値に応じてコア１０２の吸引力およびスプリング１０８の付勢力がバランスした軸線方向位置で静止するので、電磁比例弁は電流値に応じた弁開度にすることができる。
【００６３】
次に、容量可変型圧縮機１が差圧制御で、電子膨張弁３が流量制御または比例制御の組み合わせの場合について説明する。
図１０は差圧制御の容量可変型圧縮機の場合の第１の冷凍システムの差圧−流量特性を示す図である。
【００６４】
この特性において、縦軸は容量可変型圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧を示し、横軸は冷凍サイクルを流れる冷媒の流量を示している。
容量可変型圧縮機１は差圧制御式なので、その吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧ΔＰ（ｉ）は駆動回路６によって与えられる外部第１の電気信号の電流値ｉによって決められる。また、電子膨張弁３における流量制御に関しては、電子膨張弁３が定流量制御膨張弁の場合は、その定流量制御膨張弁に与えられる外部第２の電気信号の電流値ｉα，ｉβによって流量が決められ、電子膨張弁３が比例制御膨張弁の場合は、その比例制御膨張弁に与えられる外部第２の電気信号の電流値ｉ１，ｉ２によって傾きが決められる。したがって、この冷凍システムでは、容量可変型圧縮機１の冷媒流量Ｇｆおよび差圧ΔＰ（ｉ）が分かるので、そのときの可変容量率を知ることができる。
【００６５】
次に、この第１の冷凍システムを構成する差圧制御の容量可変型圧縮機１および定流量制御の電子膨張弁３の具体例について説明する。なお、電子膨張弁３として、比例制御式の膨張弁も使用することができるが、この例として、図９に示した比例制御膨張弁とすることができるので、ここでの例示は、省略する。
【００６６】
図１１は差圧制御式の容量可変型圧縮機の一構成例を示す断面図、図１２は図１１の容量可変型圧縮機に用いられる容量制御弁の詳細を示す断面図である。なお、この図１１において、図３に示した構成要素と同じまたは同等の要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
この容量可変型圧縮機は、本出願人による特願２００２−８６０８４号明細書にて提案したもので、吐出室からクランク室１０へ向かう冷媒流路の途中にＰｄ−Ｐｓ差圧制御の容量制御弁１２０が設けられ、吐出室とクランク室１０との間、およびクランク室１０と吸入室との間には、それぞれオリフィス１２１，２１が設けられている。
【００６８】
この容量制御弁１２０は、図１２に示したように、吐出室の吐出圧力Ｐｄを受けてクランク室１０に圧力Ｐｃを導入する弁体１２２を有し、この弁体１２２には感圧ピストン１２３が一体に形成されている。感圧ピストン１２３の図の上端は、通路１２４を介してクランク室１０の圧力Ｐｃを受けるよう構成されている。弁体１２２は、その弁座１２５から離れる方向にスプリング１２６によって付勢されている。
【００６９】
弁体１２２とソレノイド部との間には、径の異なる２つのピストンロッド１２７，１２８が軸線方向に進退自在に配置されている。その上側のピストンロッド１２７は、弁座１２５の直径と同じ直径を有し、下側のピストンロッド１２８は、弁体１２２と一体に形成された感圧ピストン１２３と同じ直径を有している。これらのピストンロッド１２７，１２８の連結部は、縮径されていて、吸入室に連通して吸入圧力Ｐｓを受ける空間を構成している。ピストンロッド１２８の図の下端は、通路１２９，１３０を介してクランク室１０の圧力Ｐｃを受けるよう構成されている。
【００７０】
ソレノイド部は、電磁コイル１３１、コア１３２、プランジャ１３３、シャフト１３４を有している。シャフト１３４の両端は、ガイド１３５，１３６によって支持され、上端部は、ピストンロッド１２８に当接している。シャフト１３４には、Ｅリング１３７が嵌着されており、プランジャ１３３がコア１３２に吸着するよう移動したとき、シャフト１３４も一緒に移動するようにしている。そして、プランジャ１３３の軸線方向両端側には、スプリング１３８，１３９が配置されている。
【００７１】
この容量制御弁１２０は、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧ΔＰを感じて動作する差圧弁を構成し、その差圧ΔＰが一定になるよう吐出室からクランク室１０へ流れる冷媒の流量を制御する。その一定に制御しようとする差圧ΔＰ（ｉ）は、ソレノイドの電磁コイル１３１へ供給する電流ｉによって決めることができる。
【００７２】
図１３は図１１の容量可変型圧縮機に用いられる定流量制御膨張弁の詳細を示す断面図である。
この定流量制御膨張弁は、本出願人による特開２００１−１５３４９５号公報にて提案したもので、凝縮器２から高圧の冷媒を受ける入口流路１４０と、冷媒が断熱膨張しながら蒸発器４に送出される出口流路１４１とが本体ブロック１４２に接続されている。
【００７３】
入口流路１４０と出口流路１４１とに連通する本体ブロック１４２内の空間の間には、並列に２つのボアが形成され、一方のボアは、冷媒の通路の大きさを変更することができる弁部を構成し、他方のボアは定流量機構を構成する定差圧弁体１４３が軸線方向に移動自在に嵌挿されている。
【００７４】
冷媒の通路の大きさを変更する弁部は、その弁座１４４に下流側から対向してテーパ状に形成された弁体１４５が軸線方向に進退自在に配置されている。この弁体１４５が弁座１４４に対して軸線方向に進退移動することにより、弁座１４４と弁体１４５との間の隙間の流路断面積を変更することができる。
【００７５】
また、定流量機構は、定差圧弁体１４３が下流側からスプリング１４６によって付勢されており、定差圧弁体１４３の上流側端部が、側方に開口する入口流路１４０と弁部の上流側の冷媒通路１４７との間を開閉する弁体になっている。
【００７６】
弁部の弁体１４５を駆動するソレノイド部は、電磁コイル１４８、コア１４９、弁体１４５と一体に形成されたプランジャ１５０、このプランジャ１５０を弁部の流路断面積が小さくなる方向に付勢するスプリング１５１を有している。
【００７７】
この構成により、定差圧弁体１４３は、冷媒通路１４７内の冷媒圧力と出口流路１４１側の冷媒圧力との差圧をスプリング１４６によって設定された一定値に維持するように動作する。一方、弁部の弁体１４５は、プランジャ１５０とコア１４９との間に配置されたスプリング１５１の付勢力と、電磁コイル１４８への通電電流値に対応してプランジャ１５０に加わる推力とがバランスする位置で静止し、弁座１４４と弁体１４５との間の隙間によって形成される冷媒通過路の断面積が電磁コイル１４８への通電電流値によって制御される。
【００７８】
このように構成された定流量制御膨張弁においては、弁座１４４と弁体１４５との間の隙間によって形成される冷媒通過路の前後差圧が定流量機構によって一定に制御されているので、弁部を流れる冷媒は、電磁コイル１４８への通電電流値に応じた一定の流量に維持される。
【００７９】
次に、容量可変型圧縮機１が吸入圧力Ｐｓを制御する方式であるが、吐出圧力Ｐｄを検知するセンサを用いて制御することにより、結果として差圧制御と同じような制御を行う場合について説明する。この場合、電子膨張弁３は、図１３に示した流量制御または図９に示した比例制御を使用することができる。
【００８０】
図１４は吸入圧力制御式の容量可変型圧縮機の一構成例を示す断面図、図１５は図１４の容量可変型圧縮機に用いられる容量制御弁の詳細を示す断面図である。なお、この図１４において、図３に示した構成要素と同じまたは同等の要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００８１】
この容量可変型圧縮機は、吐出室からクランク室１０へ向かう冷媒流路の途中にＰｓ制御の容量制御弁１６０が設けられ、クランク室１０と吸入室との間には、オリフィス２１が設けられている。また、吐出室から凝縮器２へ向かう配管の途中に、吐出圧力Ｐｄを検出する圧力センサ１６１が設けられている。
【００８２】
この容量制御弁１６０は、本出願人による特開２００１−２９５７５９号公報にて提案したもので、図１５に示したように、吐出室の吐出圧力Ｐｄを受けてクランク室１０に圧力Ｐｃを導入する弁体１６２を有し、この弁体１６２は、閉じる方向にスプリング１６３によって付勢されている。この容量制御弁１６０の中心軸線上には、一端が弁体１６２に当接するようシャフト１６４が嵌挿配置されている。シャフト１６４の他端は、ディスク１６５を介してダイヤフラム１６６が当接するよう設けられている。ディスク１６５のある側のダイヤフラム室は、ダイヤフラム１６６が吸入圧力Ｐｓを受けるように吸入室に連通されている。
【００８３】
ソレノイド部は、電磁コイル１６７、コア１６８、一端がダイヤフラム１６６に当接されたプランジャ１６９、このプランジャ１６９をシャフト１７０を介してダイヤフラム１６６の方向に付勢するスプリング１７１を有している。
【００８４】
この構成により、容量制御弁１６０は、ダイヤフラム１６６が吸入圧力Ｐｓを受け、その吸入圧力Ｐｓが一定になるように吐出室から吐出された吐出圧力Ｐｄの冷媒を弁体１６２がクランク室１０へ供給する。その一定にされるべき吸入圧力Ｐｓの目標圧力は、圧力センサ１６１によって検出された吐出圧力Ｐｄに基づく電磁コイル１６７への制御電流の値によって決められる。
【００８５】
以上の実施の形態は、吐出室とクランク室１０との間に容量制御弁を設け、クランク室と吸入室との間にオリフィス２１を設けて、容量制御弁が吐出圧力Ｐｄの冷媒をクランク室１０に導入する量を制御する方式を第１の冷凍システムとして説明した。以下では、クランク室１０に導入される冷媒流量の制御以外の方式にて圧縮機の容量制御を行う冷凍システムについて説明する。
【００８６】
図１６は第２の冷凍システムの原理的な構成を示すシステム図である。なお、図１６において、図１に示した構成要素と同じまたは同等の要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００８７】
この第２の冷凍システムは、容量可変型圧縮機２００において、吐出室とクランク室１０との間にオリフィス２０１を設け、クランク室と吸入室との間に容量制御弁５を設け、この容量制御弁５を駆動回路６で駆動する構成にしている。
【００８８】
この第２の冷凍システムで使われる容量制御弁５および電子膨張弁３においても、第１の冷凍システムで使われたものと同じようなタイプのものを使用することができる。すなわち、容量可変型圧縮機２００の容量制御弁５を流量制御タイプにして、電子膨張弁３を差圧制御タイプまたは比例制御タイプにしたもの、容量可変型圧縮機２００の容量制御弁５を差圧制御タイプにして、電子膨張弁３を流量制御タイプまたは比例制御タイプにしたもの、あるいは、容量可変型圧縮機２００の容量制御弁５を吸入圧力制御タイプにして、電子膨張弁３を流量制御タイプまたは比例制御タイプにしたものにすることができる。
【００８９】
図１７は第３の冷凍システムの原理的な構成を示すシステム図である。なお、図１７において、図１に示した構成要素と同じまたは同等の要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００９０】
この第２の冷凍システムは、冷媒を圧縮する容量可変型圧縮機２１０において、吐出室とクランク室１０との間およびクランク室１０と吸入室との間に容量制御弁２１１，２１２を設け、これらの容量制御弁２１１，２１２を駆動回路６で駆動する構成にしている。
【００９１】
次に、この第３の冷凍システムを構成する容量可変型圧縮機２１０の具体例について説明する。
図１８は容量可変型圧縮機の一構成例を示す図、図１９は図１８の容量可変型圧縮機に用いられる制御弁の詳細を示す断面図である。なお、図１８において、図１に示した構成要素と同じまたは同等の要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００９２】
容量可変型圧縮機２２０は、吐出室とクランク室１０との間およびクランク室１０と吸入室との間に、それらの通路の大きさを連動して制御する１つの圧力制御弁２２１を配置し、この圧力制御弁２２１を制御するために、吐出室から凝縮器２へ向かう配管の途中に吐出圧力Ｐｄを検出する圧力センサ２２２が設けられ、蒸発器４から吸入室へ向かう配管の途中に吸入圧力Ｐｓを検出する圧力センサ２２３が設けられている。圧力センサ２２２が検出した吐出圧力Ｐｄおよび圧力センサ２２３が検出した吸入圧力Ｐｓをもとに吐出室とクランク室１０との間の通路の大きさとクランク室１０と吸入室との間の通路の大きさとの割合を変化させて、クランク室１０に導入される冷媒の量とクランク室から導出される冷媒の量とを制御して圧縮機吐出容量を変化させる。
【００９３】
圧力制御弁２２１は、特開２００１−１２３５８号公報に開示されたものであって、図１９に示したように、クランク室１０へ連通するポート２２４と、吐出室に連通するポート２２５と、吸入室に連通するポート２２６とを有し、ポート２２４に連通する内部の空間には、ポート２２５およびポート２２６に連通する冷媒通路の大きさの割合を連動して変化させるための弁体２２７を有し、三方弁の構成になっている。弁体２２７は、クランク室１０へのポート２２４と吸入室へのポート２２６との間の通路を閉じる方向にスプリング２２８によって付勢されている。
【００９４】
この弁体２２７は、ソレノイド部によって駆動され、冷媒通路の大きさの割合を制御する。このソレノイド部は、電磁コイル２２９、コア２３０、プランジャ２３１、シャフト２３２、およびこのシャフト２３２を介してクランク室１０へのポート２２４と吐出室へのポート２２５との間の通路を閉じる方向にプランジャ２３１を付勢するスプリング２３３を有している。
【００９５】
電磁コイル２２９への通電電流を変化させることにより、弁体２２７の軸線方向の位置が変化され、これによって吐出圧力Ｐｄがクランク室１０へ導入される冷媒量とクランク室１０から吸入室へ抜け出ていく冷媒流量とを制御して、クランク室内の圧力Ｐｃを制御し、容量可変型圧縮機２２０の容量を制御することができる。
【００９６】
以上、本発明をその好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はその特定の実施の形態に限定されるものではない。たとえば、容量可変型圧縮機の容量制御弁としてクランク室に導入される冷媒の流量を連続的に制御する構成を示したが、たとえば実公平３−２７２６１号公報に記載のような、オン・オフ制御弁を用い、オン・オフの時間比を制御することにより、クランク室への冷媒導入量を制御することもできる。また、電子膨張弁として、ソレノイド駆動の膨張弁を例示したが、たとえば特開平９−３１０７７７号公報に記載のような、ステッピングモータ駆動により膨張弁の開度制御を行うようにしてもよい。さらに、上記の第１ないし第３の冷凍システムは、冷媒に代替フロンＨＦＣ−１３４ａを使用した場合の冷凍サイクルの構成例であるが、冷媒に炭酸ガスを使用した超臨界冷凍サイクルにおいても凝縮器がガスクーラに変更されるだけで同じように適用できることは言うまでもないことである。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、自動車用空調装置の冷凍サイクルにおいて、容量可変型圧縮機の容量を制御する容量制御弁を制御する電気信号および膨張弁を制御する電気信号から、容量可変型圧縮機および膨張弁の前後差圧と冷媒流量とを推定するようにした。これにより、冷凍サイクルのエネルギを知ることができ、しかも容量制御弁および膨張弁を制御している電気信号を直接利用することで高い精度でエネルギを推定することができるので、最大冷力運転、最大効率運転、必要最小冷力運転などのエネルギ制御が可能になり、省燃費運転が可能になる。さらに、エンジンの回転数を用いることにより、圧縮機の駆動トルクを高い精度で推定できるため、冷凍サイクルをよりきめ細かく制御することが可能になり、エンジンが大きな駆動トルクを必要とする場合に、圧縮機の駆動トルクを小さくするようなトルク制御が可能になり、エンストや過大な回転速度になったりすることがなくなり、適正なアイドリング状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の冷凍システムの原理的な構成を示すシステム図である。
【図２】流量制御の容量可変型圧縮機の場合の第１の冷凍システムの差圧−流量特性を示す図である。
【図３】流量制御式の容量可変型圧縮機の一構成例を示す断面図である。
【図４】図３の容量可変型圧縮機に用いられる電磁差圧弁の詳細を示す断面図である。
【図５】流量制御式の容量可変型圧縮機の別の構成例を示す断面図である。
【図６】図５の容量可変型圧縮機に用いられる電磁比例式流量制御弁の詳細を示す断面図である。
【図７】図５の容量可変型圧縮機に用いられる定差圧弁の詳細を示す断面図である。
【図８】図５の容量可変型圧縮機に用いられる差圧制御膨張弁の詳細を示す断面図である。
【図９】図５の容量可変型圧縮機に用いられる比例制御膨張弁の詳細を示す断面図である。
【図１０】差圧制御の容量可変型圧縮機の場合の第１の冷凍システムの差圧−流量特性を示す図である。
【図１１】差圧制御式の容量可変型圧縮機の一構成例を示す断面図である。
【図１２】図１１の容量可変型圧縮機に用いられる容量制御弁の詳細を示す断面図である。
【図１３】図１１の容量可変型圧縮機に用いられる定流量制御膨張弁の詳細を示す断面図である。
【図１４】吸入圧力制御式の容量可変型圧縮機の一構成例を示す断面図である。
【図１５】図１４の容量可変型圧縮機に用いられる容量制御弁の詳細を示す断面図である。
【図１６】第２の冷凍システムの原理的な構成を示すシステム図である。
【図１７】第３の冷凍システムの原理的な構成を示すシステム図である。
【図１８】容量可変型圧縮機の一構成例を示す図である。
【図１９】図１８の容量可変型圧縮機に用いられる制御弁の詳細を示す断面図である。
【符号の説明】
１　容量可変型圧縮機
２　凝縮器
３　電子膨張弁
４　蒸発器
５　容量制御弁
６　駆動回路
７　オリフィス
１０　クランク室
１１　回転軸
１２　プーリ
１３　揺動板
１４　シリンダ
１５　ピストン
１６　吸入用リリーフ弁
１７　吐出用リリーフ弁
１８　吐出側冷媒流路
１９　オリフィス
２０　電磁差圧弁
２１　オリフィス
２２　弁部
２３　ソレノイド部
２４　ポート
２５　弁体
２６　ポート
２７　スプリング
２８　感圧ピストン
２９　ポート
３０　電磁コイル
３１　スリーブ
３２　コア
３３　プランジャ
３４　シャフト
３５　アジャストねじ
３６，３７　スプリング
４０　電磁比例式流量制御弁
４１　定差圧弁
４２　弁部
４３　ソレノイド部
４４　ポート
４５　ポート
４６　弁座
４７　弁体
４８　アジャストねじ
４９　スプリング
５０　シャフト
５１　ピストン
５２　連通路
５３　電磁コイル
５４　コア
５５　プランジャ
５６　シャフト
５７，５８　ガイド
５９　Ｅリング
６０　ポート
６１　ポート
６２　ポート
６３　弁座
６４　弁体
６５　スプリング
６６　感圧ピストン
６７　アジャストねじ
６８　スプリング
７１　ボディ
７２　入口ポート
７３　冷媒配管
７４　ストレーナ
７５　冷媒流路
７６　出口ポート
７７　冷媒配管
７８　主弁座
７９　主弁体
８０　ピストン
８１　冷媒通路
８２　オリフィス
８３　圧入部材
８４　スプリング
８５　冷媒通路
８６　パイロット弁座
８７　パイロット弁体
８８　嵌合穴
８９　スリーブ
９０　プランジャ
９１　コア
９２　軸受
９３　軸受
９４　シャフト
９５　スプリング
９６　電磁コイル
９７　ヨーク
９８　プレート
９９　圧入部材
１００　ゴムＯリング
１０１　パイプ
１０２　コア
１０３　シャフト
１０４　ストッパ
１０５　弁孔
１０６　連通溝
１０７　筒状弁体
１０８　スプリング
１０９　プランジャ
１１０　ワッシャ
１１１　電磁コイル
１１２　ヨーク
１１３　プレート
Ｑ　冷力
Ｇｆ　冷媒流量
Ｎ　回転数
Ｐｃ　クランク室圧力
Ｐｄ　吐出圧力
Ｐｓ　吸入圧力
【図１】
2004034943.tif 000003
【図２】
2004034943.tif 000004
【図３】
2004034943.tif 000005
【図４】
2004034943.tif 000006
【図５】
2004034943.tif 000007
【図６】
2004034943.tif 000008
【図７】
2004034943.tif 000009
【図８】
2004034943.tif 000010
【図９】
2004034943.tif 000011
【図１０】
2004034943.tif 000012
【図１１】
2004034943.tif 000013
【図１２】
2004034943.tif 000014
【図１３】
2004034943.tif 000015
【図１４】
2004034943.tif 000016
【図１５】
2004034943.tif 000017
【図１６】
2004034943.tif 000018
【図１７】
2004034943.tif 000019
【図１８】
2004034943.tif 000020
【図１９】
2004034943.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月3日(2003.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
たとえば特開平９−２６４６２２号公報に記載の冷凍サイクルでは、圧縮機として回転数制御の可能な電動モータ駆動式のものを用い、膨張装置としては圧力制御弁を用いて、冷凍サイクルの成績係数が最適になるような制御を行っている。すなわち、この公報に記載の圧力制御弁は、弁体を駆動するダイヤフラムによって閉止された密閉空間内に、弁孔が閉じた状態の密閉空間内体積に対して、冷媒の温度が０℃での飽和液密度から冷媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度で冷媒を封入し、ガスクーラの出口側圧力および温度を、成績係数が最適となる最適制御線上に沿って制御するようにしている。また、膨張装置としてステップモータにより制御駆動される電気式圧力制御弁を使用しており、これも、その入口側圧力および温度が最適制御線上に沿って制御されるようにしている。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の冷凍システムの原理的な構成を示すシステム図である。
この第１の冷凍システムは、冷媒を圧縮する容量可変型圧縮機１と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器２と、凝縮された冷媒を断熱膨張させる電子膨張弁３と、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器４とを備えている。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
次に、容量可変型圧縮機１が吸入圧力Ｐｓを制御する方式であるが、吐出圧力Ｐｄを検知するセンサを用いて制御することにより、結果として差圧制御と同じような制御を行う場合について説明する。この場合、電子膨張弁３は、図１３に示した定流量制御または図９に示した比例制御を使用することができる。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
この第２の冷凍システムは、容量可変型圧縮機２００において、吐出室とクランク室１０との間にオリフィス２０１を設け、クランク室１０と吸入室との間に容量制御弁５を設け、この容量制御弁５を駆動回路６で駆動する構成にしている。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
この第３の冷凍システムは、冷媒を圧縮する容量可変型圧縮機２１０において、吐出室とクランク室１０との間およびクランク室１０と吸入室との間に容量制御弁２１１，２１２を設け、これらの容量制御弁２１１，２１２を駆動回路６で駆動する構成にしている。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
次に、この第３の冷凍システムを構成する容量可変型圧縮機２１０の具体例について説明する。
図１８は容量可変型圧縮機の一構成例を示す図、図１９は図１８の容量可変型圧縮機に用いられる圧力制御弁の詳細を示す断面図である。なお、図１８において、図１に示した構成要素と同じまたは同等の要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
容量可変型圧縮機２２０は、吐出室とクランク室１０との間およびクランク室１０と吸入室との間に、それらの通路の大きさを連動して制御する１つの圧力制御弁２２１を配置し、この圧力制御弁２２１を制御するために、吐出室から凝縮器２へ向かう配管の途中に吐出圧力Ｐｄを検出する圧力センサ２２２が設けられ、蒸発器４から吸入室へ向かう配管の途中に吸入圧力Ｐｓを検出する圧力センサ２２３が設けられている。圧力センサ２２２が検出した吐出圧力Ｐｄおよび圧力センサ２２３が検出した吸入圧力Ｐｓをもとに吐出室とクランク室１０との間の通路の大きさとクランク室１０と吸入室との間の通路の大きさとの割合を変化させて、クランク室１０に導入される冷媒の量とクランク室１０から導出される冷媒の量とを制御して圧縮機吐出容量を変化させる。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１９】
図１８の容量可変型圧縮機に用いられる圧力制御弁の詳細を示す断面図である。