(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変の傾角をもつカムによって往復駆動されるピストンを備え、前記ピストンのストロークを変化させることで容量を調整可能な可変容量圧縮機において、前記ピストン又は該ピストンに結合されたビストンアーム部に形成した欠肉部、前記ピストン又はピストンアーム部の欠肉部と欠肉部以外の部分とを識別可能な近接センサー、及び前記近接センサーの出力信号から前記カムの傾角を推定する処理装置とを備え、前記処理装置は、前記圧縮機の特定の回転数にて、カムの傾角ごとに前記近接センサー出力信号を複数記憶しておき、傾角推定時の圧縮機回転数相当に、前記特定の回転数にて、複数記憶したカム傾角ごとの前記近接センサー出力信号に補正した後、前記近接センサーの出力信号と比較することによりカムの傾角を推定するものであることを特徴とする可変容量圧縮機。
【請求項２】
前記近接センサーは前記ピストン又はピストンアーム部の欠肉部以外の部分が通過するときにパルスを生成するものであり、前記処理装置は、前記圧縮機の回転数に基づき回転周期を演算する演算手段と、前記回転周期における前記パルスの数を計数する計数手段と、前記パルスの電圧を平均化する電圧平滑手段と、前記カムの傾角と前記パルスの数及び前記近接センサーの出力信号の平均値との所定の関係を記憶する記憶装置と、前記記憶装置による所定の関係を参照して、前記計数手段によるパルス数と前記電圧平滑手段による平均電圧とに基づき前記カムの傾角を推定する傾角推定手段とを含む請求項１に記載の可変容量圧縮機。
【請求項３】
前記近接センサーは前記ピストン又はピストンアーム部の欠肉部が通過するときにパルスを生成するものであり、前記処理装置は、前記圧縮機の回転数に基づき回転周期を演算する演算手段と、前記回転周期における前記パルスの数を計数する計数手段と、前記パルスの電圧を平均化する電圧平滑手段と、前記カムの傾角と前記パルスの数及び前記近接センサーの出力信号の平均値との所定の関係を記憶する記憶装置と、前記記憶装置による所定の関係を参照して、前記計数手段によるパルス数と前記電圧平滑手段による平均電圧とに基づき前記カムの傾角を推定する傾角推定手段とを含む請求項１に記載の可変容量圧縮機。
【請求項４】
前記処理装置は、推定したカムの傾角から前記圧縮機の吐出容量を演算する手段を備え、前記吐出容量と、少なくとも前記圧縮機の吐出圧力と吸入圧力から前記圧縮機のトルクを推定するものである請求項１−３のいずれかに記載の可変容量圧縮機。
【請求項５】
前記処理装置は、前記近接センサーに合体され、又は、前記近接センサーと車両空調装置の制御装置の間に搭載され、又は、車両空調装置の制御装置に搭載されている請求項１−４のいずれかに記載の可変容量圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車空調装置等に用いられ得る冷媒圧縮用の可変容量圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の可変容量圧縮機として、可変の傾角をもつ斜板即ちカムによって往復駆動されるピストンを備え、前記ピストンのストロークを変化させることで容量を調整可能なものがある。その可変容量圧縮機において、外部制御信号によって圧縮容量を制御しようとする時、圧縮機の負荷状態を何らかの手段で検出できれば、この負荷に応じた容量制御やエンジン制御を行なうことが出来るなど、極めて有用であり、実用的なトルク検出手段が望まれていた。
【０００３】
従来、特開平０５−１６４０４５号公報に圧縮機の駆動トルクを検出する手段の一例が開示されている。それにおいては、圧縮機の駆動軸即ち回転軸に磁性膜を巻着し、この磁性膜に対向するコイルを備えている。回転軸のねじれにより磁性膜に磁歪が発生する。この磁歪によりコイルの出力電圧が変化する。したがって、この出力電圧を検出することにより駆動トルクの検出が可能である。なお、これは回転軸のねじれを直接検出するものであり、トルク検出法としては最も一般的な技術である。
【０００４】
また、特開平０５−９９１５６号公報には、冷房システムの圧力・温度・冷媒流量などの物理観測値から間接的に圧縮機トルクを算出する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平０５−１６４０４５号公報のように回転軸のねじれを直接検出する一般的な技術を圧縮機に適用する場合、回転軸がねじれ易いようにねじれ剛性を下げることが必要となる。これにより駆動系のねじれ共振周波数の低下やねじれ振動が発生し易いなどの弊害が生ずる。また、複雑な検出コイル類を複数、精度良く圧縮機内に配置する必要があり、スペースや圧縮機の密閉性、さらに圧縮機の製造コストの悪化が大きく実用的でなかった。また、回転軸に作用するのはねじれトルクのみでなく、別の曲げ力なども生ずる為、目的外の力の検出感度を如何にして下げ、トルク検出感度を如何に上げるかといういわゆるＳ／Ｎ比の向上が課題であった。また、圧縮機内部の温度等の影響によるトルクの絶対値(例えば、トルクのゼロ点)の安定性などについても課題を持っていた。
【０００６】
次に、システムの状態パラメータの観測値からトルクを算出する特開平０５−９９１５６号公報では、間接データからの計算の為、十分な精度の計算結果が得にくいなどの問題を持っており、あくまでも圧縮機からの直接トルク検出が実用化出来ない場合の代替手段に過ぎないものであった。
【０００７】
それ故に本発明の課題は、低コストで感度・精度とも十分なトルク検出手段を有する可変容量圧縮機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、可変の傾角をもつカムによって往復駆動されるピストンを備え、前記ピストンのストロークを変化させることで容量を調整可能な可変容量圧縮機において、前記ピストン又は該ピストンに結合されたビストンアーム部に形成した欠肉部、前記ピストン又はピストンアーム部の欠肉部と欠肉部以外の部分とを識別可能な近接センサー、及び前記近接センサーの出力信号から前記カムの傾角を推定する処理装置とを備え、前記処理装置は、前記圧縮機の特定の回転数にて、カムの傾角ごとに前記近接センサー出力信号を複数記憶しておき、傾角推定時の圧縮機回転数相当に、前記特定の回転数にて、複数記憶したカム傾角ごとの前記近接センサー出力信号に補正した後、前記近接センサーの出力信号と比較することによりカムの傾角を推定するものであることを特徴とする可変容量圧縮機が得られる。
【０００９】
前記近接センサーは前記ピストン又はピストンアーム部の欠肉部以外の部分が通過するときにパルスを生成するものであり、前記処理装置は、前記圧縮機の回転数に基づき回転周期を演算する演算手段と、前記回転周期における前記パルスの数を計数する計数手段と、前記パルスの電圧を平均化する電圧平滑手段と、前記カムの傾角と前記パルスの数及び前記近接センサーの出力信号の平均値との所定の関係を記憶する記憶装置と、前記記憶装置による所定の関係を参照して、前記計数手段によるパルス数と前記電圧平滑手段による平均電圧とに基づき前記カムの傾角を推定する傾角推定手段とを含むものであってもよい。
【００１０】
前記近接センサーは前記ピストン又はピストンアーム部の欠肉部が通過するときにパルスを生成するものであり、前記処理装置は、前記圧縮機の回転数に基づき回転周期を演算する演算手段と、前記回転周期における前記パルスの数を計数する計数手段と、前記パルスの電圧を平均化する電圧平滑手段と、前記カムの傾角と前記パルスの数及び前記近接センサーの出力信号の平均値との所定の関係を記憶する記憶装置と、前記記憶装置による所定の関係を参照して、前記計数手段によるパルス数と前記電圧平滑手段による平均電圧とに基づき前記カムの傾角を推定する傾角推定手段とを含むものであってもよい。
【００１２】
前記処理装置は、推定したカムの傾角から前記圧縮機の吐出容量を演算する手段を備え、前記吐出容量と、少なくとも前記圧縮機の吐出圧力と吸入圧力から前記圧縮機のトルクを推定するものであってもよい。
【００１３】
前記処理装置は、前記近接センサーに機械的に合体され、又は、前記近接センサーと車両空調装置の制御装置の間に搭載され、又は、車両空調装置の制御装置に搭載されていてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１をまず参照して、本発明の実施の形態に係る可変容量圧縮機の概要について説明する。
【００１５】
図示の可変容量圧縮機は圧縮機本体１００を含んでいる。圧縮機本体１００は、複数のシリンダボア１が形成されたシリンダブロック２と、クランク室３が形成されたクランクケース４とを備えている。吸入弁と弁板と吐出弁とを介してシリンダブロック２に取り付けられたシリンダヘッド５内に吸入室と吐出室とが形成されている。吸入室は吸入ボートに連通し、吐出室は吐出ポートに連通している。
【００１６】
圧縮機本体１００は更に、クランク室３内でシリンダボア１の延在方向に平行に延在しクランクケース４とシリンダブロック２とにより回転可能に支持された回転軸即ち駆動軸６を備えている。駆動軸６の一端はクランクケース４を貫通してクランクケース４外へ延びている。クランクケース４には、回転力伝達用プーリ７が取り付けられている。
【００１７】
クランク室３内に配設されたカム即ち斜板８がヒンジ機構９を介して駆動軸６に、相対回転不能に且つ傾角変動可能に取り付けられている。斜板８の周縁部に、斜板８を挟んで一対のシュー１０が摺動可能に当接している。複数の一対のシュー１０が、周方向に互いに間隔を隔てて配設されている。各一対のシュー１０は、それぞれアルミ合金製ピストン１１のピストンアーム即ち尾部１１ａに形成されたシュー保持部により保持されている。ピストン１１の頭部１１ｂはシリンダボア１に摺動可能に挿通されている。こうして、圧縮機本体１０は、斜板８の傾角変動によりピストン１１のストロークを変化させることで容量を調整可能にされている。
【００１８】
クランクケース４に近接センサー１４が装着されている。近接センサー１４は、ピストン１１の往復動ストロークの如何に関わらず、上死点位置に在るピストンの尾部１１ａの末端から、ピストン１１の頭部１１ｂから遠ざかる方向に隔たった位置に在る。ピストンの尾部１１ａには、シリンダボア１の延在方向で互いに離間した二つの欠肉部１１ｃ、１１ｄが形成されている。
【００１９】
近接センサー１４は尾部１１ａの欠肉部１１ｃ、１１ｄと欠肉部以外の部分とを識別可能なものである。即ち、近接センサー１４は尾部１１ａの欠肉部以外の部分が通過するときにパルスを生成するものである。
【００２０】
近接センサー１４には処理回路２００が接続されている。処理回路２００にはまた、駆動軸６の回転数を検出する回転数検出器２１が接続されている。駆動軸６の回転数と近接センサー１４から得られたパルスとを使用して、処理回路２００は斜板の傾角を推定し、傾角信号を制御装置２２に出力する。制御装置２２は、圧縮機本体１００の容量制御や車載エンジン等の駆動制御に寄与するものである。
【００２１】
圧縮機本体１００においては、回転力伝達用プーリ７を介して、車載エンジン等の図示しない外部駆動源により、駆動軸６が回転駆動される。駆動軸６の回転に伴つて斜板８が回転する。斜板８の回転に伴つてシュー１０が斜板８の周縁上を摺動しつつ駆動軸６の延在方向に往復運動し、シュー１０を保持するピストン１１の頭部１１ｂが、シリンダボア１内をシリンダボア１の延在方向に往復摺動する。
【００２２】
ピストン１１の頭部１１ｂの往復摺動に伴つて、吸入ポートから吸入室へ流入した冷媒ガスが、弁板に形成された吸入口と吸入弁とを介してシリンダボア１へ吸引され、シリンダボア１内で圧縮され、弁板に形成された吐出孔と吐出弁とを介して吐出室へ吐出し、吐出ポートを通って圧縮機本体１００外へ流出する。圧縮機本体１００外へ流出した冷媒ガスは、車載空調装置等の冷却回路を流れた後、圧縮機本体１００へ還流する。
【００２３】
図２をも参照して、処理回路２００について説明する。
【００２４】
前述した圧縮機本体１００の駆動軸６の回転によりピストン１１が往復動すると、近接センサー１４の出力波形は、ピストン１１の尾部１１ａの欠肉部１１ｃ,１１ｄの通過時は出力がオフされた矩形波となる。仮に圧縮機本体１００の駆動軸６の回転数及び斜板８の傾角が一定ならば、圧縮機本体１００の一回転に得られる矩形波が連続的に繰り返される。
【００２５】
実際には、矩形波の平均電圧と圧縮機本体１００の駆動軸６の一回転の周期中のパルス数が図３のような関係をもつ。この関係は、パルス数別に平均電圧と斜板８の傾角との関係を記憶しておくことで、斜板８の傾角を知ることが可能であることを示す。この点に着目し、処理回路２００に、斜板８の傾角とパルスの数及び近接センサーの出力信号の平均値との所定の関係をパターン化したテーブルを記憶する記憶装置３１を備える。
【００２６】
さらに、処理回路２００は、近接センサー１４に接続され近接センサー１４から出力されるパルスを増幅する増幅回路３２と、回転数検出回路２１に接続され駆動軸６の回転数に基づき回転周期を演算する演算回路３３と、増幅回路３２及び演算回路３３に接続され回転周期におけるパルスの数を計数する計数回路３４と、増幅回路３２に接続されパルスの電圧を平均化する電圧平滑回路３５と、斜板８の傾角を推定する傾角推定回路３６とを含む。傾角推定回路３６により推定された推定傾角は制御装置２２に供給される。
【００２７】
傾角推定回路３６は、記憶装置３１、計数回路３４、及び電圧平滑回路３５に接続され、記憶装置３１による所定の関係を参照して、計数回路３４によるパルス数と電圧平滑回路３５による平均電圧とに基づき斜板８の傾角を推定する。傾角推定回路３６の動作を具体的に説明する。まず、パルス数に応じた斜板の傾角と平均電圧とをもつテーブルを記憶装置３１から選択する。次に選択したテーブルを用いて、平均電圧から斜板の傾角を求める。さらに,斜板の傾角と出力電圧又は電流が相関関係をもつように推定傾角を制御装置２２に出力する。
【００２８】
上述したように、特定の回転数における斜板８の傾角と矩形波とのパターン関係を記憶装置３１に複数記憶しておき、得られた回転数信号を用いて、矩形波のパターンを補正し、得られた矩形波と比較すれば、斜板８の傾角を知ることができる。なお、補正する矩形波パターンは、前記の得られた矩形波であっても良い。
【００２９】
したがって、次式（１）及び（２）のように斜板８の傾角と吐出容積とから圧縮機の一回転当りの吐出容積Ｖをもとめ、さらに圧縮機システムの状態パラメータの観測値を用いて駆動トルクＴを算出することができる。
【００３０】
Ｖ＝Ｓ×Ｌ×ｎ  ・・・・  （１）
Ｔ＝Ｋ・Ｐｓ・｛（Ｐｄ／Ｐｓ）ｍ−1｝・Ｖ  ・・・・  （２）
ここで、Ｓはピストンの面積、Ｌはストローク、ｎは気筒数、Ｐｄは吐出圧力、Ｐｓは吸入圧力、Ｋ及びｍは定数である。
【００３１】
なお、近接センサー１４と信号処理回路２００との位置の最適化が可能である。例えば、近接センサー１４に信号処理回路２００を機械的に合体させることで、近接センサー１４の高周波ノイズの影響を最小にすることが可能となる。信号処理回路２００を空調装置の制御装置に組み込めば、近接センサー１４に半導体等の熱に弱い部品を組み込むことなく圧縮機本体１００が高温になっても安定に作動するシステムの提供が可能となる。近接センサー１４と制御装置２２との間に信号処理回路２００を組み込むことで、近接センサー１４の高周波ノイズ影響が少なく、且つ圧縮機本体１００が高温になっても安定に作動するシステムを提供することが可能となる。
【００３２】
また、近接センサー１４はピストン１１又はそれのピストンアーム即ち尾部１１ａの欠肉部１１ｃ、１１ｄ以外の部分が通過するときにのみパルスを生成するものとして説明したが、欠肉部１１ｃ、１１ｄが通過するときにのみパルスを生成するものであっても同様に実施できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低コストで感度・精度とも十分なトルク検出手段を有する可変容量圧縮機を提供でき、したがって作動容量から圧縮機のトルクを知ることが可能となり、エンジンの負荷調整や車両空調の制御を高度化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る可変容量圧縮機の概要を説明するための説明図である。
【図２】図１の可変容量圧縮機に含まれる処理回路を説明するためのブロック図である。
【図３】図２の処理装置に含まれた記憶装置を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１  シリンダボア
２  シリンダブロック
３  クランク室
４  クランクケース
５  シリンダヘッド
６  駆動軸
７  回転力伝達用プーリ
８  斜板
９  ヒンジ機構
１０  シュー
１１  ピストン
１１ａ  ピストンの尾部
１１ｂ  ピストンの頭部
１１ｃ  欠肉部
１１ｄ  欠肉部
１４  近接センサー
２１  回転数検出器
２２  制御装置
３１  記憶装置
３２  増幅回路
３３  演算回路
３４  計数回路
３５  電圧平滑回路
３６  傾角推定回路
１００  圧縮機本体
２００  処理回路
【図１】
0004054218.tif 000002
【図２】
0004054218.tif 000003
【図３】
0004054218.tif 000004