(57)【要約】【課題】容量可変型圧縮機の駆動トルクを正確に推定し、必要とするエンジン出力トルクに応じてエンジン負荷である容量可変型圧縮機の駆動トルクを制御することができるような、膨張装置にオリフィス部を用いた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して駆動トルクを推定する。これにより、自動車が加速時などに、駆動トルクを小さくして、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
2004175290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張装置にオリフィス部を用いた冷凍サイクルの制御方法において、
容量可変型圧縮機の吐出容量を外部から制御するための圧縮機制御信号に基づいて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、推定した前記差圧および前記冷媒流量とエンジンの回転数とから前記容量可変型圧縮機の駆動トルクを推定し、
自動車が発進または急加速時には、推定した前記容量可変型圧縮機の駆動トルクがゼロに、前記自動車の加速または登坂走行時には、前記容量可変型圧縮機の駆動トルクが小さくなるように前記圧縮機制御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】
前記圧縮機制御信号は、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のクランク室内の圧力を制御することにより冷媒吐出流量を一定に制御する容量制御弁の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】
前記冷媒流量は、前記容量可変型圧縮機の吐出側または吸入側の冷媒通路に設けた固定オリフィスの前後の差圧を決める前記制御信号の測定値と前記固定オリフィスの通路面積とから推定することを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項４】
前記圧縮機制御信号は、冷媒が流れる通路に設けた可変オリフィスの前後差圧が一定になるよう前記容量可変型圧縮機のクランク室内の圧力を制御することにより冷媒吐出流量を一定に制御する容量制御弁の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５】
前記冷媒流量は、前記容量可変型圧縮機の吐出側または吸入側の冷媒通路に設けた可変オリフィスの大きさを決める前記制御信号の測定値と前記可変オリフィスの一定の前後差圧とから推定することを特徴とする請求項４記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項６】
前記圧縮機制御信号は、吐出圧力と吸入圧力との差圧が一定になるよう前記容量可変型圧縮機のクランク室内の圧力を制御することにより吐出容量を一定に制御する容量制御弁の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】
前記冷媒流量は、前記吐出圧力と吸入圧力との差圧を決める前記制御信号の測定値と前記オリフィス部の通路面積とから推定することを特徴とする請求項６記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項８】
前記圧縮機制御信号は、吸入圧力が一定になるよう前記容量可変型圧縮機のクランク室内の圧力を制御することにより吐出容量を一定に制御する容量制御弁の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】
前記冷媒流量は、前記吸入圧力を決める前記制御信号の測定値および高圧側圧力を検知するセンサの測定値と前記オリフィス部の通路面積とから推定することを特徴とする請求項８記載の冷凍サイクルの制御方法。
【請求項１０】
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。
【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、特に膨張装置として弁開度の調整機能を持たないオリフィスチューブを用いた冷凍サイクルからなる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。
【０００３】
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。
【０００４】
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、たとえば特許文献１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。
【０００５】
このような制御は、膨張装置が外部から与えられる信号によって弁開度が自由に設定できる圧力制御弁を使用した構成の冷凍サイクルについて述べているが、膨張装置として弁開度の調整機能を持たないオリフィスチューブを用いた冷凍サイクル（たとえば特許文献２。）においても同じことが言える。
【０００６】
すなわち、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、容量可変型圧縮機の駆動トルクを制御することにより、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ことができるのである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１８０２６１号公報（段落番号〔０００６〕，図２）
【特許文献２】
特開昭５６−７９５９号公報（図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の冷凍サイクルの制御において、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。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、容量可変型圧縮機の駆動トルクを正確に推定し、必要とするエンジン出力トルクに応じてエンジン負荷である容量可変型圧縮機の駆動トルクを制御することができるような、膨張装置にオリフィス部を用いた冷凍サイクルの制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、膨張装置にオリフィス部を用いた冷凍サイクルの制御方法において、容量可変型圧縮機の吐出容量を外部から制御するための圧縮機制御信号に基づいて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、推定した前記差圧および前記冷媒流量とエンジンの回転数とから前記容量可変型圧縮機の駆動トルクを推定し、自動車が発進または急加速時には、推定した前記容量可変型圧縮機の駆動トルクがゼロに、前記自動車の加速または登坂走行時には、前記容量可変型圧縮機の駆動トルクが小さくなるように前記圧縮機制御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。
【００１１】
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、容量可変型圧縮機の吐出容量の制御に使われる圧縮機制御信号をもとに推定し、これをもとにして自動車の走行状態に応じた冷凍サイクルの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、実際に容量可変型圧縮機を制御している圧縮機制御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。
【００１２】
【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の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、
【００１３】
【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をエンジンの回転数、Ｔを駆動トルクとすると、
【００１４】
【数２】
Ｑ∝Ｎ＊Ｔ  ・・・（２）
で表される。これらの式から、
【００１５】
【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外部から一定の差圧に制御する容量可変型圧縮機用の容量制御弁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において冷媒が通過するオリフィスの面積およびその前後の差圧から求められる値で、容量可変型圧縮機を外部から一定の容量に制御する容量可変型圧縮機用の容量制御弁の電気信号の関数になっている。つまり、差圧ΔＰまたは冷媒流量Ｇｆは、外部からの電気信号によって容量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。
【００１６】
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。
【００１７】
これにより、差圧ΔＰまたは冷媒流量Ｇｆを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。
【００１８】
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膨張装置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。
【００１９】
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、または冷媒入口と出口との差圧を一定に制御する差圧制御式のものが用いられる。膨張装置３は、固定オリフィスを有するオリフィスチューブからなる。
【００２０】
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。
【００２１】
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制御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。
【００２２】
次に、容量可変型圧縮機１が流量制御の場合または差圧制御の場合のおのおのについて説明する。
図２は流量制御の容量可変型圧縮機の場合の冷凍システムの差圧−流量特性を示す図である。
【００２３】
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。
【００２４】
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制御信号の電流値ｉによって決められる。また、膨張装置３における差圧ΔＰに関しては、オリフィスの大きさ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、電流値ｉによって容量可変型圧縮機１の冷媒流量Ｇｆ（ｉ）が分かるので、そのときの差圧ΔＰおよび可変容量率を知ることができる。
【００２５】
この可変容量率は、自動車が発進、加速または登坂走行するときには、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）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。
【００２６】
次に、この冷凍システムを構成する容量可変型圧縮機１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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、固定オリフィス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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、固定オリフィス２１を介して引き抜かれ、吸入室に戻される。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
ここで、電磁差圧弁２０に供給される制御信号は、オリフィス１９の前後差圧を表しており、オリフィス１９の流路面積は固定であるから、制御信号を直接測定することにより、そのときの流量Ｇｆを正確に知ることができる。この流量Ｇｆは膨張装置３を通過する流量でもあり、膨張装置３のオリフィスチューブの流路面積は固定であることから、冷凍サイクル内の高圧側圧力と低圧側圧力との差圧ΔＰを知ることができる。したがって、流量Ｇｆおよび差圧ΔＰが分かり、そのときのエンジンの回転数Ｎは分かっているので、駆動トルクＴを求めることができるのである。
【００３８】
このようにして求められた容量可変型圧縮機の駆動トルクＴは、自動車が発進または急加速時には、ゼロに、自動車の加速または登坂走行時には、小さくなるように制御信号を制御する。具体的には、オリフィス１９の前後差圧を表す制御信号を、急加速時に差圧がゼロになるよう制御し、登坂走行時に差圧が小さくなるよう制御する。このように、自動車の走行状態に応じて容量可変型圧縮機の駆動トルクＴを変えるようにしたことで、自動車用空調装置が運転中にもかかわらず、自動車の走行性能を改善することができる。
【００３９】
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。
【００４０】
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あり、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は固定の固定オリフィス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から固定オリフィス２１を介して吸入室へ流れる冷媒を制御する弁である。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
ここで、電磁比例式流量制御弁４０に供給される制御信号は、吐出側のオリフィスの流路面積を表しており、その前後の差圧は定差圧弁４１によって一定に維持されているので、制御信号を直接測定することにより、そのときの流量Ｇｆを正確に知ることができる。この流量Ｇｆは膨張装置３を通過する流量でもあり、膨張装置３のオリフィスチューブの流路面積は固定であることから、冷凍サイクル内の高圧側圧力と低圧側圧力との差圧ΔＰを知ることができる。したがって、流量Ｇｆおよび差圧ΔＰが分かり、そのときのエンジンの回転数Ｎは分かっているので、駆動トルクＴを求めることができるのである。
【００４９】
このようにして求められた容量可変型圧縮機の駆動トルクＴは、自動車が発進または急加速時には、ゼロに、自動車の加速または登坂走行時には、小さくなるように制御信号を制御する。具体的には、可変オリフィスの流路面積を表す制御信号を、急加速時に可変オリフィスの流路面積がゼロ（全閉）になるよう制御し、登坂走行時に可変オリフィスの流路面積が小さくなるよう制御する。このように、自動車の走行状態に応じて容量可変型圧縮機の駆動トルクＴを変えるようにしたことで、エンジンの駆動トルクを大きくしたいときに容量可変型圧縮機の駆動トルクＴが小さくなって、自動車の走行性能を改善することができる。
【００５０】
次に、差圧制御の容量可変型圧縮機１の場合について説明する。
図８は差圧制御の容量可変型圧縮機の場合の冷凍システムの差圧−流量特性を示す図である。
【００５１】
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制御信号の電流値ｉによって決められる。また、膨張装置３における差圧ΔＰに関しては、オリフィスの大きさ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、電流値ｉによって容量可変型圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧ΔＰが分かるので、そのときの冷媒流量Ｇｆ（ｉ）および可変容量率を知ることができる。
【００５２】
次に、こ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の具体例について説明する。
図９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１０は図９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９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。
【００５３】
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７０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、それぞれ固定オリフィス７１，２１が設けられている。
【００５４】
この容量制御弁７０は、図１０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７２を有し、この弁体７２には感圧ピストン７３が一体に形成されている。感圧ピストン７３の図の上端は、通路７４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７２は、その弁座７５から離れる方向にスプリング７６によって付勢されている。
【００５５】
弁体７２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７７，７８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７７は、弁座７５の直径と同じ直径を有し、下側のピストンロッド７８は、弁体７２と一体に形成された感圧ピストン７３と同じ直径を有している。これらのピストンロッド７７，７８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７８の図の下端は、通路７９，８０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。
【００５６】
ソレノイド部は、電磁コイル８１、コア８２、プランジャ８３、シャフト８４を有している。シャフト８４の両端は、ガイド８５，８６によって支持され、上端部は、ピストンロッド７８に当接している。シャフト８４には、Ｅリング８７が嵌着されており、プランジャ８３がコア８２に吸着するよう移動したとき、シャフト８４も一緒に移動するようにしている。そして、プランジャ８３の軸線方向両端側には、スプリング８８，８９が配置されている。
【００５７】
この容量制御弁７０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８１へ供給する電流ｉによって決めることができる。
【００５８】
ここで、容量制御弁７０に供給される制御信号は、差圧ΔＰに対応したソレノイド力を発生させる信号であるので、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧ΔＰを表しており、この差圧ΔＰは膨張装置３の前後の差圧でもある。膨張装置３のオリフィスチューブの流路面積は固定であることから、制御信号を直接測定することにより、そのときの流量Ｇｆを正確に知ることができる。したがって、差圧ΔＰおよび流量Ｇｆが分かり、そのときのエンジンの回転数Ｎは分かっているので、駆動トルクＴを求めることができるのである。
【００５９】
このようにして求められた容量可変型圧縮機の駆動トルクＴは、自動車が発進または急加速時には、ゼロに、自動車の加速または登坂走行時には、小さくなるように制御信号を制御する。具体的には、差圧ΔＰを表す制御信号を、差圧がゼロになるよう制御し、登坂走行時に差圧が小さくなるよう制御する。このように、自動車の走行状態に応じて容量可変型圧縮機の駆動トルクＴを変えるようにしたことで、エンジンの駆動トルクを大きくしたいときに容量可変型圧縮機の駆動トルクＴが小さくなって、自動車の走行性能を改善することができる。
【００６０】
なお、高圧圧力センサで吐出圧力Ｐｄを検知しながら吸入圧力Ｐｓが一定になるように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ことができるので、次に、容量可変型圧縮機１を吸入圧力Ｐｓで制御する方式について説明する。
【００６１】
図１１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。
【００６２】
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９０が設けられ、クランク室１０と吸入室との間には、固定オリフィス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を検出する高圧圧力センサ９１が設けられている。
【００６３】
この容量制御弁９０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９２を有し、この弁体９２は、閉じる方向にスプリング９３によって付勢されている。この容量制御弁９０の中心軸線上には、一端が弁体９２に当接するようシャフト９４が嵌挿配置されている。シャフト９４の他端は、ディスク９５を介してダイヤフラム９６が当接するよう設けられている。ディスク９５のある側のダイヤフラム室は、ダイヤフラム９６が吸入圧力Ｐｓを受けるように吸入室に連通されている。
【００６４】
ソレノイド部は、電磁コイル９７、コア９８、一端がダイヤフラム９６に当接されたプランジャ９９、このプランジャ９９をシャフト１００を介してダイヤフラム９６の方向に付勢するスプリング１０１を有している。
【００６５】
この構成により、容量制御弁９０は、ダイヤフラム９６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９２がクランク室１０へ供給する。
【００６６】
ここで、容量制御弁９０に供給される制御信号は、吸入圧力Ｐｓを表しており、吐出圧力Ｐｄは高圧圧力センサ９１によって検出されているので、制御信号を直接測定することにより、そのときの吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧ΔＰを正確に知ることができる。差圧ΔＰは膨張装置３の前後の差圧でもあり、膨張装置３のオリフィスチューブの流路面積は固定であることから、そのときの流量Ｇｆを知ることができる。したがって、差圧ΔＰおよび流量Ｇｆが分かり、そのときのエンジンの回転数Ｎは分かっているので、駆動トルクＴを求めることができるのである。
【００６７】
このようにして求められた容量可変型圧縮機の駆動トルクＴは、自動車が発進または急加速時には、ゼロに、自動車の加速または登坂走行時には、小さくなるように制御信号を制御する。具体的には、吸入圧力Ｐｓを表す制御信号を、吸入圧力Ｐｓが最大になるよう制御し、登坂走行時に吐出圧力Ｐｄに近づくよう制御する。このように、自動車の走行状態に応じて容量可変型圧縮機の駆動トルクＴを変えるようにしたことで、エンジンの駆動トルクを大きくしたいときに容量可変型圧縮機の駆動トルクＴが小さくなって、自動車の走行性能を改善することができる。
【００６８】
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、以上の実施の形態では、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固定オリフィス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の冷凍システムについて説明したが、吐出室とクランク室１０との間に固定オリフィスを設け、クランク室と吸入室との間に容量制御弁を設けて、クランク室から吸入室に逃す冷媒量を制御したり、吐出室とクランク室１０との間およびクランク室と吸入室との間に容量制御弁を設けて、クランク室１０に入れる冷媒量とクランク室１０から抜き出す冷媒量とを同時に制御するいずれの方式でもよい。
【００６９】
また、図３に示した容量制御の容量可変型圧縮機では、吐出側冷媒通路にオリフィス１９を設け、その前後差圧を制御するようにしたが、吸入側冷媒通路にオリフィスを設け、その前後差圧を制御するようにしてもよい。同様に、図５に示した容量制御の容量可変型圧縮機では、吐出側冷媒通路に電磁比例式流量制御弁４０を設けて可変オリフィスを制御するようにしたが、吸入側冷媒通路に電磁比例式流量制御弁４０を設けて可変オリフィスを制御するようにしてもよい。
【００７０】
さらに、上記の実施の形態では、膨張装置３としてオリフィスチューブを用いたが、冷凍サイクルの高圧圧力および低圧圧力から冷媒流量を正確に知り得ることができるものであればよく、たとえば特開２０００−１５４９５２号公報に記載の差圧弁とオリフィスとを組み合わせたものや、実開平２−７３５６９号公報に記載の圧力検知式オリフィスチューブ、さらには、チューブに比較して長さの短い固定オリフィスを用いてもよい。
【００７１】
そして、上記の冷凍システムでは、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。
【００７２】
【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し、これから容量可変型圧縮機の駆動トルクを推定するようにした。容量制御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容量可変型圧縮機の駆動トルクを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、急加速や登坂走行時の自動車の走行性能を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】差圧制御の容量可変型圧縮機の場合の冷凍システムの差圧−流量特性を示す図である。
【図９】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１０】図９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１１】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。
【符号の説明】
１  容量可変型圧縮機
２  凝縮器
３  膨張装置
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  固定オリフィス
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
４４，４５  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
６０，６１，６２  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
７０  容量制御弁
７１  固定オリフィス
７２  弁体
７３  感圧ピストン
７４  通路
７５  弁座
７６  スプリング
７７，７８  ピストンロッド
７９，８０  通路
８１  電磁コイル
８２  コア
８３  プランジャ
８４  シャフト
８５，８６  ガイド
８７  リング
８８，８９  スプリング
９０  容量制御弁
９１  高圧圧力センサ
９２  弁体
９３  スプリング
９４  シャフト
９５  ディスク
９６  ダイヤフラム
９７  電磁コイル
９８  コア
９９  プランジャ
１００  シャフト
１０１  スプリング
【図１】
2004175290.tif 000003
【図２】
2004175290.tif 000004
【図３】
2004175290.tif 000005
【図４】
2004175290.tif 000006
【図５】
2004175290.tif 000007
【図６】
2004175290.tif 000008
【図７】
2004175290.tif 000009
【図８】
2004175290.tif 000010
【図９】
2004175290.tif 000011
【図１０】
2004175290.tif 000012
【図１１】
2004175290.tif 000013
【図１２】
2004175290.tif 000014