JP2001173556A - 容量可変型圧縮機の制御弁 - Google Patents

容量可変型圧縮機の制御弁

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Abstract

(57)【要約】 【課題】容量可変型圧縮機の吐出容量を広範囲にわたっ
て直接的に制御できると共に、特に最低吐出容量付近で
の容量制御性に優れた制御弁を提供する。 【解決手段】制御弁は、弁内通路の一部を構成する弁室
46と、前記通路内に配置された弁体43付き作動ロッ
ド40と、冷媒循環回路に設定された二つの圧力監視点
P1,P2間の差圧(PdH−PdL)に感応する可動
壁54とを備える。一次圧としての前記差圧は作動ロッ
ド40を押し下げる方向に作用し、更に作動ロッド40
には二次圧として圧力(PdL−Pc)が同方向に作用
する。他方、ソレノイド部100が発生する電磁力Fは
作動ロッド40を上方に付勢する。主として前記一次圧
及び二次圧の複合作用と電磁付勢力Fとのバランスによ
って作動ロッド40(弁体部43)の位置決め即ち弁開
度調節が行われ、その結果、圧縮機の吐出容量が制御さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、容量可変機構に作
用する制御圧に基づいて吐出容量を変更可能な容量可変
型圧縮機に用いられる制御弁に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に車輌用空調装置の冷房回路は、凝
縮器(コンデンサ)、減圧装置としての膨張弁(エキス
パンションバルブ)、蒸発器(エバポレータ)及び圧縮
機を備えている。圧縮機は蒸発器からの冷媒ガスを吸入
して圧縮し、その圧縮ガスを凝縮器に向けて吐出する。
蒸発器は冷房回路を流れる冷媒と車室内空気との熱交換
を行う。熱負荷又は冷房負荷の大きさに応じて、蒸発器
周辺を通過する空気の熱量が蒸発器内を流れる冷媒に伝
達されるため、蒸発器の出口又は下流側での冷媒ガス圧
力は冷房負荷の大きさを反映する。車載用の圧縮機とし
て広く採用されている容量可変型斜板式圧縮機には、蒸
発器の出口圧力(吸入圧Psという)を所定の目標値
(設定吸入圧という)に維持すべく動作する容量制御機
構が組み込まれている。容量制御機構は、冷房負荷の大
きさに見合った冷媒流量となるように吸入圧Psを制御
指標として圧縮機の吐出容量つまり斜板角度をフィード
バック制御する。かかる容量制御機構の典型例は、内部
制御弁と呼ばれる制御弁である。内部制御弁ではベロー
ズやダイヤフラム等の感圧部材で吸入圧Psを感知し、
感圧部材の変位動作を弁体の位置決めに利用して弁開度
調節を行うことにより、斜板室(クランク室ともいう)
の圧力(クランク圧Pc)を調節して斜板角度を決めて
いる。
【0003】また、単一の設定吸入圧しか持ち得ない単
純な内部制御弁では細やかな空調制御要求に対応できな
いため、外部からの電気制御によって設定吸入圧を変更
可能な設定吸入圧可変型制御弁も存在する。設定吸入圧
可変型制御弁は例えば、前述の内部制御弁に電磁ソレノ
イド等の電気的に付勢力調節可能なアクチュエータを付
加し、内部制御弁の設定吸入圧を決めている感圧部材に
作用する機械的バネ力を外部制御によって増減変更する
ことにより、設定吸入圧の変更を実現するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】車載用圧縮機は一般に
車輌エンジンから動力供給を受けて駆動される。圧縮機
はエンジン動力(又はトルク)を最も消費する補機の一
つであり、エンジンにとって大きな負荷であることは間
違いない。それ故、車輌用空調装置は、車輌の加速時や
登坂走行時などエンジン動力を車輌の前進駆動に極力振
り向けたい非常時には、圧縮機の吐出容量を最小化する
ことで圧縮機に由来するエンジン負荷を低減するような
制御(一時的な負荷低減措置としてのカット制御)を行
うようにプログラムされている。前述の設定吸入圧可変
弁付き容量可変型圧縮機を用いた空調装置では、制御弁
の設定吸入圧を通常の設定吸入圧よりも高い値に変更す
ることで現吸入圧を新設定圧に比して低い値とすること
により、圧縮機の吐出容量を最小化する方向に誘導して
実質的なカット制御を実現している。
【0005】ところが、設定吸入圧可変弁付きの容量可
変型圧縮機の動作を詳細に解析したところ、吸入圧Ps
を指標としたフィードバック制御を介在させる限り、目
論見通りのカット制御(つまりエンジン負荷低減)が常
に実現するわけではないということが判明した。図14
のグラフは、吸入圧Psと圧縮機の吐出容量Vcとの相
関関係を概念的に表したものである。このグラフから分
かるように、吸入圧Psと吐出容量Vcとの相関曲線
(特性線)は一種類ではなく、蒸発器での熱負荷の大き
さに応じて複数の相関曲線が存在する。このため、ある
圧力Ps1をフィードバック制御の目標値たる設定吸入
圧Psetとして与えたとしても、熱負荷の状況によっ
て制御弁の自律動作に基づいて実現される実際の吐出容
量Vcには一定幅(グラフではΔVc)のばらつきが生
じてしまう。例えば、蒸発器の熱負荷が過大な場合に
は、設定吸入圧Psetを十分に高くしたつもりでも、
実際の吐出容量Vcはエンジンの負荷を低減するところ
まで落ちきらないという事態が生じ得る。つまり吸入圧
Psに依拠した制御では、単に設定吸入圧Psetを高
い値に設定変更しても、蒸発器での熱負荷の変化が追従
してこなければ、即座に吐出容量を落とせないというジ
レンマがある。
【0006】又、前記カット制御が一時的な負荷低減措
置である以上、低吐出容量を所定時間だけ保持した後に
は圧縮機の吐出容量Vcをカット制御前の吐出容量Vc
にまで復帰させる必要がある。その際、容量復帰があま
りにも急激だと不快な衝撃や異音を感じさせてしまうた
め、容量復帰過程における吐出容量Vcの時間変化はあ
る程度緩やかに直線的であることが好ましい。
【0007】図15のグラフは、カット制御前後におけ
る負荷トルク(圧縮機の吐出容量Vcと相関する)の時
間変化の各種パターンを示す。このグラフに実線で示す
パターンがほぼ理想的な直線的復帰過程である。これに
対し、従来の吸入圧Psに依拠した制御を採用する限
り、設定吸入圧Psetの単調な復帰制御(つまりは電
磁ソレノイドの通電量の単調な復帰)では、図15に実
線で示すような緩やかな直線的復帰パターンは実現でき
ず、図15に二つの二点鎖線で示すような復帰パターン
(一方は即座に吐出容量Vcが立ち上がるパターン、他
方は相当の遅延を経てから吐出容量Vcが急に立ち上が
るパターン)に陥ってしまうことが経験的に確認されて
いる。これもやはり、吸入圧Psと圧縮機の吐出容量V
cとが一義的な相関性を持たないことに由来する現象で
ある。このようにカット制御モードでの容量低減後の容
量復帰をより理想的なパターンに近づけるという技術目
標を達成する上でも、従来の吸入圧Psに依拠した制御
には限界があった。
【0008】蒸発器での熱負荷を反映する吸入圧Psに
基づいて容量可変型圧縮機の吐出容量Vcを調節する制
御手法は、車外の寒暖の変化にかかわらず、人間の快適
感を左右する室温の安定維持を図るという空調装置本来
の目的を達成する上では極めて妥当な制御手法であっ
た。しかし、上記カット制御にみられるように、空調装
置本来の目的を一時的に放棄してでも、駆動源(エンジ
ン)の事情を最優先して緊急避難的に迅速な吐出容量ダ
ウンを実現し、その後に衝撃等を回避できる復帰パター
ンでもって元の吐出容量Vcまで復帰させるという制御
を実現するには、吸入圧Psに依拠した制御では十分に
対応できないというのが実状である。
【0009】本発明の目的は、蒸発器での熱負荷状況に
影響されることなく、室温の安定維持を図るための圧縮
機の吐出容量制御と、緊急避難的な吐出容量の迅速な変
更及びその後の復帰とを両立させることが可能な容量可
変型圧縮機の制御弁を提供することにある。特に、最低
吐出容量付近の低吐出容量域においても容量制御の正確
性に優れ、圧縮機の吐出容量を広範囲にわたって直接的
に制御することができる制御弁を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、容量
可変機構に作用する制御圧に基づいて吐出容量を変更可
能な容量可変型圧縮機に用いられる制御弁であって、そ
の制御弁内に設定された弁内通路の一部を構成すべくバ
ルブハウジング内に区画された弁室と、前記弁室内に移
動可能に設けられ該弁室内での位置に応じて前記弁内通
路の開度を調節可能な弁体と、冷媒循環回路に設定され
た二つの圧力監視点間の差圧に感応すると共に一次圧と
しての前記差圧に基づいて前記弁体を押圧可能とする第
1の感圧構造と、前記一次圧とは異なる二次圧に感応す
ると共にその二次圧に基づいて前記弁体を押圧可能とす
る第2の感圧構造とを備え、前記一次圧と前記二次圧と
の複合作用によって前記弁体を弁室内で位置決めし弁内
通路の開度を調節することで前記制御圧を制御すること
を特徴とするものである。
【0011】この制御弁は、弁内通路の開度(つまり弁
開度)を弁体で調節することにより容量可変型圧縮機の
吐出容量制御に関与する制御圧を制御するための弁機構
である。本発明の制御弁では、弁室内での弁体の位置決
めに影響を及ぼす圧力要因として前記一次圧と二次圧と
を利用する。一次圧は冷媒循環回路に設定された二つの
圧力監視点間の差圧であり、その差圧はその回路を流れ
る冷媒流量つまりは圧縮機からの冷媒吐出量を反映し、
圧縮機の吐出容量を推定する指標ともなる。従って、こ
の一次圧(二点間差圧)に基づいて弁体を特定方向に押
圧するような第1の感圧構造を採用することで、当該一
次圧を、圧縮機吐出容量をフィードバック制御する際の
弁開度調節のための機械的入力(又は駆動力)として利
用することができる。さすれば、圧縮機の負荷トルクと
相関性を持つ吐出容量を直接的に制御することが可能と
なり、従来の吸入圧感応型制御弁が内在していた欠点を
克服する道が開ける。但し、前記一次圧の利用のみで圧
縮機の容量制御が成功すればよいが、実際には困難な面
がある。というのも、実際の冷媒循環回路では、二つの
圧力監視点間の差圧と実際の冷媒流量とは必ずしも比例
関係にはなく、むしろ一般的には非線形な関係にあり
(図5参照)、特に小流量領域では流量変化に対する差
圧の変化が極めて小さいのが実状である。このため、圧
縮機の吐出容量を小容量に制御する必要がある場合に、
一次圧のみに依拠して弁体の位置決めを行ったのでは、
精緻且つ安定した制御が困難になる虞れがある。故に本
発明の制御弁では、第1の感圧構造に加えて第2の感圧
構造を採用し、一次圧とは異なる二次圧に基づいて弁体
を押圧可能とすることで、一次圧だけを利用する場合の
弱点を補うこととした。
【0012】つまり本発明によれば、前記第1及び第2
の感圧構造の併用により、一次圧と二次圧との複合作用
に基づいて弁体を弁室内で位置決めすることができる。
より具体的には、冷媒循環回路の冷媒流量が小さく一次
圧も小さい場合には、一次圧よりも二次圧の方が弁体の
位置決めに及ぼす影響力が相対的に高まる。他方、冷媒
循環回路の冷媒流量が比較的大きい場合には、二次圧よ
りも一次圧が弁体の位置決めに及ぼす影響力が相対的に
高まる。いずれにしても、冷媒循環回路での冷媒流量の
多少にさほど影響されることなく、一次圧と二次圧との
複合力が弁開度調節のための機械的入力として弁体に作
用する。それ故、冷媒循環回路における想定冷媒流量の
ほぼ全範囲にわたって弁開度調節の制御性が向上し、圧
縮機吐出容量の広範囲にわたる直接制御が実現可能とな
る。そして、かかる制御弁を用いれば、通常時において
室温の安定維持を図るための圧縮機の吐出容量制御が可
能となるのみならず、非常時において緊急避難的な吐出
容量の迅速な変更及びその後の復帰を実現することが可
能となる。
【0013】請求項2の発明は、請求項1に記載の容量
可変型圧縮機の制御弁において、前記第1の感圧構造
は、前記冷媒循環回路の冷媒流量の変化に伴い前記一次
圧(二点間差圧)が増大又は減少傾向を示すとき、圧縮
機からの冷媒吐出量が前記一次圧の変化を打ち消すもの
となるように前記一次圧に基づく押圧作用を弁体に及ぼ
すことを特徴とする。
【0014】この構成によれば、冷媒循環回路の冷媒流
量の変化に伴い前記一次圧(二点間差圧)が増大又は減
少傾向を示すときに、圧縮機からの冷媒吐出量が一次圧
の変化を打ち消すものとなるように制御弁の弁開度が自
律調節される。即ち第1の感圧構造は、冷媒循環回路の
冷媒流量をある定められた流量に維持するための定流量
弁的性質を当該制御弁に付与するための構造である。こ
の制御弁を用いれば、種々の要因で冷媒循環回路の冷媒
流量が変化したとしても、その変化を打ち消す方向で制
御圧の調節つまりは吐出容量の調節が達成される。この
点で、請求項2の制御弁は自己完結的な内部制御方式の
定流量弁と理解することもできる。
【0015】請求項3の発明は、請求項1又は2に記載
の容量可変型圧縮機の制御弁において、前記二次圧は、
前記冷媒循環回路を構成する凝縮器と前記圧縮機の吐出
室とを含む両者の間の高圧領域から採取される圧力を利
用したものであることを特徴とする。
【0016】この構成によれば、二次圧として利用する
圧力が比較的高圧となるため、第2の感圧構造における
二次圧の受圧面積を小さくしても、二次圧に基づく押圧
作用を弁体の位置決めに影響力を有するものとすること
ができる。故に、第2の感圧構造を設計する際の自由度
が大きくなり、特に小型化が容易となる。
【0017】請求項4の発明は、請求項3に記載の容量
可変型圧縮機の制御弁において、前記第2の感圧構造
は、前記二次圧が弁体を押圧する方向が圧縮機吐出容量
を低下させ得る方向となるように構成されていることを
特徴とする。
【0018】この構成によれば、冷媒循環回路の冷媒流
量が小さいために前記一次圧に基づいて弁体を圧縮機吐
出容量を低下させる方向に十分押圧し得ない場合でも、
前記二次圧が弁体を圧縮機吐出容量を低下させる方向に
押圧することができる。従って、小流量時においても圧
縮機吐出容量の制御性が十分に確保される。
【0019】請求項5の発明は、請求項3または4に記
載の容量可変型圧縮機の制御弁において、前記二次圧
は、前記高圧領域から採取される圧力と、前記冷媒循環
回路を構成する蒸発器と前記圧縮機の吸入室とを含む両
者の間の低圧領域から採取される圧力または前記制御圧
との差圧であることを特徴とする。
【0020】前記低圧領域から採取される圧力及び前記
制御圧は前記高圧領域から採取される圧力に比較して低
いものであるため、この構成によれば、前記二次圧とし
て利用する差圧としては好適である。
【0021】請求項6の発明は、請求項5に記載の容量
可変型圧縮機の制御弁において、前記弁体は、前記第2
の感圧構造として機能することを特徴とする。この構成
によれば、前記弁体を前記第2の感圧構造として兼用す
ることで、該第2の感圧構造を特段に設ける必要がなく
なるため、制御弁の構造を簡素なものにするとともに該
制御弁を小型化することが可能になる。
【0022】請求項7の発明は、請求項1〜6のうちい
ずれか一項に記載の容量可変型圧縮機の制御弁におい
て、前記二つの圧力監視点は、前記冷媒循環回路を構成
する凝縮器と前記圧縮機の吐出室とを含む両者の間の高
圧領域に設けられていることを特徴とする。
【0023】前記高圧領域は、外的熱負荷の影響を受け
にくい。このため、前記冷媒循環回路を流れる冷媒流
量、即ち、圧縮機の吐出容量を、より正確に反映するこ
とが可能になる。
【0024】請求項8の発明は、請求項1〜7のうちい
ずれか一項に記載の容量可変型圧縮機の制御弁におい
て、前記弁内通路は、前記冷媒循環回路を構成する凝縮
器と前記圧縮機の吐出室とを含む両者の間の高圧領域
と、前記制御圧が作用する制御圧領域とを連通する給気
通路の一部を構成することを特徴とする。
【0025】前記高圧領域の内圧は前記制御圧に比較し
て高圧である。この構成によれば、この高圧領域から前
記制御圧領域への冷媒導入量が、前記両領域間に配置さ
れた前記弁内通路の開度調節によって直接的に調節され
るようになるため、前記制御圧を制御することに対する
レスポンスが向上する。
【0026】請求項9の発明は、請求項7に記載の容量
可変型圧縮機の制御弁において、前記弁内通路は、前記
二つの圧力監視点の一方と、前記制御圧が作用する制御
圧領域とを連通する給気通路の一部を構成することを特
徴とする。
【0027】この構成によれば、制御圧領域には、二つ
の圧力監視点の一方からの冷媒が導入され、この冷媒導
入量が弁内通路の開度調節によって変更されるようにな
る。したがって、制御弁の感圧構造に冷媒を導入する通
路を、制御圧を変更するための冷媒を制御圧領域に導入
する給気通路の一部として兼用することができる。
【0028】請求項10の発明は、請求項9に記載の容
量可変型圧縮機の制御弁において、前記弁内通路は、前
記二つの圧力監視点の低圧監視点側と、前記制御圧領域
とを連通する給気通路の一部を構成し、前記バルブハウ
ジング内には、前記第1の感圧構造によって区分される
とともに前記二つの圧力監視点からの冷媒が導入される
高圧室及び低圧室が備えられ、前記低圧室は前記弁内通
路に設けられて、前記制御圧領域には、前記低圧室に導
入された冷媒が前記弁内通路を介して導入されることを
特徴とする。
【0029】請求項11の発明は、請求項9に記載の容
量可変型圧縮機の制御弁において、前記弁内通路は、前
記二つの圧力監視点の高圧監視点側と、前記制御圧領域
とを連通する給気通路の一部を構成し、前記バルブハウ
ジング内には、前記第1の感圧構造によって区分される
とともに前記二つの圧力監視点からの冷媒が導入される
高圧室及び低圧室が備えられ、前記低圧室と前記弁内通
路とは圧力的に隔絶されていることを特徴とする。
【0030】請求項10,11に記載の発明によれば、
制御圧領域には高圧領域に設けられた高圧監視点側また
は低圧監視点側の冷媒が導入される。制御圧は、前記冷
媒の導入量が変更されることで制御される。この制御圧
の変化に伴って圧縮機の吐出容量が変化する。
【0031】請求項12の発明は、請求項1〜11のい
ずれか一項に記載の容量可変型圧縮機の制御弁におい
て、少なくとも前記第1の感圧構造に対し作動連結可能
に設けられた流量設定手段を更に備えてなり、当該流量
設定手段は、少なくとも前記一次圧に基づく押圧力と対
抗する付勢力を与えその付勢力に応じて前記冷媒循環回
路における冷媒流量の目標値を設定することを特徴とす
る。
【0032】この構成によれば、流量設定手段によって
与えられる付勢力が一次圧に基づく押圧力と対抗するこ
とから、請求項12の制御弁では、二次圧によって補正
された一次圧と、流量設定手段による付勢力とのバラン
スに基づいて弁体の位置決め(つまり弁開度調節)が行
なわれると理解してもよい。二次圧による補正を受けて
いるとしても、一次圧と二次圧との複合力の変化が冷媒
循環回路での冷媒流量の変化を如実に反映することに変
わりはない。故に、前記複合力と付勢力とが均衡する位
置に向けて弁体がフィードバック的に変位した結果、弁
開度がある値にほぼ定まるときには、圧縮機の制御圧が
安定して吐出容量も固定化し、冷媒循環回路の冷媒流量
もほぼ一定の値に収束傾向となる。かかる観点からすれ
ば、少なくとも一次圧に基づく押圧力と対抗する付勢力
を付与することができる機械的又は電気的構成は、その
付勢力に応じて冷媒循環回路における冷媒流量の目標値
を設定する流量設定手段として機能し得る。
【0033】請求項13の発明は、請求項12に記載の
容量可変型圧縮機の制御弁において、前記流量設定手段
は、前記付勢力を外部からの電気制御によって変更可能
な電磁アクチュエータを含んでなることを特徴とする。
【0034】この構成によれば、電磁アクチュエータの
電気制御によって付勢力を適宜変更できるため、冷媒循
環回路における冷媒流量の目標値を外部からの制御によ
り設定変更することができる。故に請求項13の制御弁
は、電磁アクチュエータの付勢力を変更しない限り定流
量弁的に振る舞うが、外部からの電気制御によって冷媒
流量の目標値(又は圧縮機吐出容量の目標値)を必要に
応じて変えられるという意味で外部制御方式の冷媒流量
制御弁(又は吐出容量制御弁)として機能する。又、か
かる冷媒流量(又は吐出容量)の外部制御性のために、
必要時(又は非常時)には、冷媒循環回路の蒸発器での
熱負荷状況にかかわりなく、圧縮機の吐出容量(ひいて
は負荷トルク)を短時間に急変させるような緊急避難的
な容量変更も可能となる。従ってこの制御弁によれば、
通常時において室温の安定維持を図るための圧縮機の吐
出容量制御と、非常時における緊急避難的な吐出容量の
迅速な変更とを両立させることが可能となる。
【0035】請求項14の発明は、請求項13に記載の
容量可変型圧縮機の制御弁において、前記電磁アクチュ
エータへの非通電時において、前記制御圧が圧縮機の吐
出容量を減少させる方向に前記弁体を位置決めする初期
化手段を更に備えてなることを特徴とする。
【0036】この構成によれば、電力供給の停止等によ
り電磁アクチュエータが非作動状態又は不活性状態に陥
った場合でも、初期化手段の自発的な作用によって弁体
を位置決めし、圧縮機の吐出容量が減少する方向に制御
圧を誘導すること、つまりは圧縮機の負荷トルクをゼロ
又は最小にすることができる。従って、容量可変型圧縮
機の安全性(非常事態に対する安全化対応能力)が高ま
る。
【0037】また、電磁クラッチ等を介することなくエ
ンジン(駆動源)から直接動力を得る、所謂クラッチレ
ス型圧縮機での本発明の採用は、電力供給の停止がその
まま圧縮機の停止状態又は最小吐出容量状態となるため
好適な実施形態といえる。
【0038】請求項15の発明は、請求項1〜14のい
ずれか一項に記載の容量可変型圧縮機の制御弁におい
て、前記圧縮機は、制御圧としてのクランク室内圧を制
御することでピストンストロークを変更可能に構成され
た斜板式又はワッブル式の容量可変型圧縮機であること
を特徴とする。即ち、本件の制御弁は、斜板式又はワッ
ブル式の容量可変型圧縮機の容量制御に最も適してい
る。
【0039】
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下に、車輌
用空調装置を構成する容量可変型斜板式圧縮機の制御弁
に具体化した第1の実施形態について図1〜図10を参
照して説明する。
【0040】図1に示すように容量可変型斜板式圧縮機
(以下単に圧縮機とする)は、シリンダブロック1と、
その前端に接合されたフロントハウジング2と、シリン
ダブロック1の後端に弁形成体3を介して接合されたリ
ヤハウジング4とを備えている。これら1,2,3及び
4は、複数本の通しボルト10(一本のみ図示)により
相互に接合固定されて該圧縮機のハウジングを構成す
る。シリンダブロック1とフロントハウジング2とに囲
まれた領域には制御圧領域としてのクランク室5が区画
されている。クランク室5内には駆動軸6が前後一対の
ラジアル軸受け8A,8Bによって回転可能に支持され
ている。シリンダブロック1の中央に形成された収容凹
部内には、前方付勢バネ7及び後側スラスト軸受け9B
が配設されている。他方、クランク室5において駆動軸
6上にはラグプレート11が一体回転可能に固定され、
ラグプレート11とフロントハウジング2の内壁面との
間には前側スラスト軸受け9Aが配設されている。一体
化された駆動軸6及びラグプレート11は、バネ7で前
方付勢された後側スラスト軸受け9Bと前側スラスト軸
受け9Aとによってスラスト方向(駆動軸6の軸線方
向)に位置決めされている。
【0041】駆動軸6の前端部は、動力伝達機構PTを
介して外部駆動源としての車輌のエンジンEに作動連結
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/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/プーリの組合せ)であってもよ
い。尚、本件では、クラッチレスタイプの動力伝達機構
PTが採用されているものとする。
【0042】図1に示すように、クランク室5内にはカ
ムプレートたる斜板12が収容されている。斜板12の
中央部には挿通孔が貫設され、この挿通孔内に駆動軸6
が配置されている。斜板12は、連結案内機構としての
ヒンジ機構13を介してラグプレート11及び駆動軸6
に作動連結されている。ヒンジ機構13は、ラグプレー
ト11のリヤ面から突設された二つの支持アーム14
(一つのみ図示)と、斜板12のフロント面から突設さ
れた二本のガイドピン15(一本のみ図示)とから構成
されている。支持アーム14とガイドピン15との連係
および斜板12の中央挿通孔内での駆動軸6との接触に
より、斜板12はラグプレート11及び駆動軸6と同期
回転可能であると共に駆動軸6の軸線方向へのスライド
移動を伴いながら駆動軸6に対し傾動可能となってい
る。なお、斜板12は、駆動軸6を挟んで前記ヒンジ機
構13と反対側にカウンタウェイト部12aを有してい
る。
【0043】ラグプレート11と斜板12との間におい
て駆動軸6の周囲には傾斜角度減少バネ16が設けられ
ている。このバネ16は斜板12をシリンダブロック1
に接近する方向(即ち傾斜角度減少方向)に付勢する。
又、駆動軸6に固着された規制リング18と斜板12と
の間において駆動軸6の周囲には復帰バネ17が設けら
れている。この復帰バネ17は、斜板12が大傾斜角度
状態(二点鎖線で示す)にあるときには駆動軸6に単に
巻装されるのみで斜板12及びその他の部材に対してい
かなる付勢作用も及ぼさないが、斜板12が小傾斜角度
状態(実線で示す)に移行すると、前記規制リング18
と斜板12との間で圧縮されて斜板12をシリンダブロ
ック1から離間する方向(即ち傾斜角度増大方向)に付
勢する。なお、斜板12が圧縮機運転時に最小傾斜角度
θmin(例えば1〜5°の範囲の角度)に達したとき
も、復帰バネ17が縮みきらないようにバネ17の自然
長及び規制リング18の位置が設定されている。
【0044】シリンダブロック1には、駆動軸6を取り
囲んで複数のシリンダボア1a(一つのみ図示)が形成
され、各シリンダボア1aのリヤ側端は前記弁形成体3
で閉塞されている。各シリンダボア1aには片頭型のピ
ストン20が往復動可能に収容されており、各ボア1a
内にはピストン20の往復動に応じて体積変化する圧縮
室が区画されている。各ピストン20の前端部は一対の
シュー19を介して斜板12の外周部に係留され、これ
らのシュー19を介して各ピストン20は斜板12に作
動連結されている。このため、斜板12が駆動軸6と同
期回転することで、斜板12の回転運動がその傾斜角度
θに対応するストロークでのピストン20の往復直線運
動に変換される。
【0045】更に弁形成体3とリヤハウジング4との間
には、中心域に位置する吸入室21と、それを取り囲む
吐出室22とが区画形成されている。弁形成体3は、吸
入弁形成板、ポート形成板、吐出弁形成板およびリテー
ナ形成板を重合してなるものである。この弁形成体3に
は各シリンダボア1aに対応して、吸入ポート23及び
同ポート23を開閉する吸入弁24、並びに、吐出ポー
ト25及び同ポート25を開閉する吐出弁26が形成さ
れている。吸入ポート23を介して吸入室21と各シリ
ンダボア1aとが連通され、吐出ポート25を介して各
シリンダボア1aと吐出室22とが連通される。そし
て、蒸発器33の出口から吸入室21(吸入圧Psの領
域)に導かれた冷媒ガスは、各ピストン20の上死点位
置から下死点側への往動により吸入ポート23及び吸入
弁24を介してシリンダボア1aに吸入される。シリン
ダボア1aに吸入された冷媒ガスは、ピストン20の下
死点位置から上死点側への復動により所定の圧力にまで
圧縮され、吐出ポート25及び吐出弁26を介して吐出
室22(吐出圧Pdの領域)に吐出される。吐出室22
の高圧冷媒ガスは凝縮器31に導かれる。
【0046】この圧縮機では、エンジンEからの動力供
給により駆動軸6が回転されると、それに伴い所定傾斜
角度θに傾いた斜板12が回転する。その傾斜角度θ
は、駆動軸6に直交する仮想平面と斜板12とがなす角
度として把握される。斜板12の回転に伴って各ピスト
ン20が傾斜角度θに対応したストロークで往復動さ
れ、前述のように各シリンダボア1aでは、冷媒ガスの
吸入、圧縮及び吐出が順次繰り返される。
【0047】斜板12の傾斜角度θは、この斜板12の
回転時の遠心力に起因する回転運動のモーメント、傾斜
角度減少バネ16(及び復帰バネ17)の付勢作用に起
因するバネ力によるモーメント、ピストン20の往復慣
性力によるモーメント、ガス圧によるモーメント等の各
種モーメントの相互バランスに基づいて決定される。ガ
ス圧によるモーメントとは、シリンダボア内圧と、ピス
トン背圧にあたる制御圧としてのクランク室5の内圧
(クランク圧Pc)との相互関係に基づいて発生するモ
ーメントであり、クランク圧Pcに応じて傾斜角度減少
方向にも傾斜角度増大方向にも作用する。この圧縮機で
は、後述する制御弁を用いてクランク圧Pcを調節し前
記ガス圧によるモーメントを適宜変更することにより、
斜板12の傾斜角度θを最小傾斜角度θminと最大傾
斜角度θmaxとの間の任意の角度に設定可能としてい
る。なお、最大傾斜角度θmaxは、斜板12のカウン
タウェイト部12aがラグプレート11の規制部11a
に当接することで規制される。他方、最小傾斜角度θm
inは、前記ガス圧によるモーメントが傾斜角度減少方
向にほぼ最大化した状態のもとでの傾斜角度減少バネ1
6と復帰バネ17との付勢力バランスを支配的要因とし
て決定される。
【0048】斜板12の傾斜角度制御に関与するクラン
ク圧Pcを制御するためのクランク圧制御機構は、図1
に示す圧縮機ハウジング内に設けられた抽気通路27、
及び給気通路28,38並びに制御弁によって構成され
る。抽気通路27は吸入室21とクランク室5とを接続
する。給気通路28,38は高圧領域である後記圧力監
視点P2とクランク室5とを接続し、その途中には制御
弁が設けられている。給気通路28,38は、圧力監視
点P2と制御弁とを接続する後記第2の検圧通路38
と、制御弁とクランク室5とを接続する連通路28とを
備えている。そして、制御弁の開度を調節することで給
気通路28,38を介したクランク室5への高圧な吐出
ガスの導入量と抽気通路27を介したクランク室5から
のガス導出量とのバランスが制御され、クランク圧Pc
が決定される。クランク圧Pcの変更に応じて、ピスト
ン20を介してのクランク圧Pcとシリンダボア1aの
内圧との差が変更され、斜板12の傾斜角度θが変更さ
れる結果、ピストン20のストロークすなわち吐出容量
が調節される。
【0049】(冷媒循環回路)図1及び図2に示すよう
に、車輌用空調装置の冷房回路(即ち冷媒循環回路)は
上述した圧縮機と外部冷媒回路30とから構成される。
外部冷媒回路30は例えば、凝縮器(コンデンサ)3
1、減圧装置としての温度式膨張弁32及び蒸発器(エ
バポレータ)33を備えている。膨張弁32の開度は、
蒸発器33の出口側又は下流側に設けられた感温筒34
の検知温度および蒸発圧力(蒸発器33の出口圧力)に
基づいてフィードバック制御される。膨張弁32は、熱
負荷に見合った液冷媒を蒸発器33に供給して外部冷媒
回路30における冷媒流量を調節する。外部冷媒回路3
0の下流域には、蒸発器33の出口と圧縮機の吸入室2
1とをつなぐ冷媒ガスの流通管35が設けられている。
外部冷媒回路30の上流域には、圧縮機の吐出室22と
凝縮器31の入口とをつなぐ冷媒の流通管36が設けら
れている。圧縮機は外部冷媒回路30の下流域から吸入
室21に導かれた冷媒ガスを吸入して圧縮し、圧縮した
ガスを外部冷媒回路30の上流域と繋がる吐出室22に
吐出する。
【0050】さて、冷媒循環回路を流れる冷媒の流量
(冷媒流量Q)が大きくなるほど、回路又は配管の単位
長さ当りの圧力損失も大きくなる。つまり、冷媒循環回
路に沿って設定された二つの圧力監視点P1,P2間の
圧力損失(差圧)は該回路における冷媒流量Qと正の相
関を示す。故に、二つの圧力監視点P1,P2間の差圧
(PdH−PdL=一次圧ΔPX)を把握することは、
冷媒循環回路における冷媒流量Qを間接的に検出するこ
とに他ならない。本実施形態では、流通管36の最上流
域に当たる吐出室22内に上流側の高圧監視点としての
圧力監視点P1を定めると共に、そこから所定距離だけ
離れた流通管36の途中に下流側の低圧監視点としての
圧力監視点P2を定めている。圧力監視点P1でのガス
圧PdHを第1の検圧通路37を介して、又、圧力監視
点P2でのガス圧PdLを第2の検圧通路38を介して
それぞれ制御弁に導いている。
【0051】流通管36において両圧力監視点P1,P
2間には、二点間圧力差拡大手段としての固定絞り39
が配設されている。固定絞り39は、両圧力監視点P
1,P2間の距離をそれ程離して設定しなくとも、両者
P1,P2間での一次圧ΔPXを明確化(拡大)する役
目をなしている。このように、固定絞り39を両圧力監
視点P1,P2間に備えることで、特に圧力監視点P2
を圧縮機寄りに設定することができ、ひいてはこの圧力
監視点P2と圧縮機に備えられている制御弁との間の第
2の検圧通路38を短くすることができる。なお、圧力
監視点P2における圧力PdLは、固定絞り39の作用
によりPdHに比較して低下された状態にあっても、ク
ランク圧Pcに比較して充分に高い圧力に設定されてい
る。
【0052】図5は固定絞り39の特性を示すグラフで
ある。このグラフは、固定絞り39の前後で発生する冷
媒ガスの一次圧ΔPXと、固定絞り39を通過する冷媒
ガスの単位時間あたりの流量(冷媒流量Q)との関係が
非線形であることを示している。さらに詳述すれば、絶
対的に大きな領域での一次圧ΔPXの変化によっては冷
媒流量Qの変化量は小さく、逆に絶対的に小さな領域で
の一次圧ΔPXの変化によっては冷媒流量Qの変化量は
大きくなっている。つまり、仮に固定絞り39の差圧た
る一次圧ΔPXだけに依存して、絶対的に小さな領域で
の冷媒流量Qを調節しようとすると、一次圧ΔPXを微
妙に変化させる必要がある。
【0053】(制御弁)図3に示すように制御弁は、そ
の上半部を占める入れ側弁部と、下半部を占めるソレノ
イド部100とを備えている。入れ側弁部は、圧力監視
点P2とクランク室5とを繋ぐ給気通路28,38の開
度(絞り量)を調節する。ソレノイド部100は、制御
弁内に配設された作動ロッド40を、外部からの通電制
御に基づき付勢制御するための一種の電磁アクチュエー
タである。作動ロッド40は、先端部たる連結部42、
略中央の弁体部43及び基端部たるガイドロッド部44
からなる棒状部材である。弁体部43はガイドロッド部
44の一部にあたる。連結部42及びガイドロッド部4
4(及び弁体部43)の直径をそれぞれd1及びd2と
すると、d1<d2の関係が成立している。そして、円
周率をπとすると、連結部42の軸直交断面積SBはπ
(d1/2)2 であり、ガイドロッド部44(及び弁体
部43)の軸直交断面積SDはπ(d2/2)2 であ
る。
【0054】制御弁のバルブハウジング45は、キャッ
プ45aと、入れ側弁部の主な外郭を構成する上半部本
体45bと、ソレノイド部100の主な外郭を構成する
下半部本体45cとから構成されている。バルブハウジ
ング45の上半部本体45b内には弁室46及び連通路
47が区画され、該上半部本体45bとその上部に挿入
固定されたキャップ45aとの間には感圧室48が区画
されている。弁室46、連通路47及び感圧室48内に
は、作動ロッド40が軸方向(図では垂直方向)に移動
可能に配設されている。弁室46及び連通路47は作動
ロッド40の配置次第で連通可能となる。これに対して
連通路47と感圧室48の一部(後記第2圧力室56)
とは、常時連通されている。
【0055】弁室46の底壁は後記固定鉄心62の上端
面によって提供される。弁室46を取り囲むバルブハウ
ジング45の周壁には半径方向に延びるポート51が設
けられ、このポート51は給気通路28,38の下流部
である連通路28を介して弁室46をクランク室5に連
通させる。感圧室48(第2圧力室56)を取り囲むバ
ルブハウジング45の周壁にも半径方向に延びるポート
52が設けられ、このポート52は感圧室48(第2圧
力室56)及び給気通路28,38の上流部である第2
の検圧通路38を介して、連通路47を圧力監視点P2
に連通させる。従って、ポート51、弁室46、連通路
47、感圧室48(第2圧力室56)及びポート52は
制御弁内通路として、圧力監視点P2とクランク室5と
を連通させる給気通路28,38の一部を構成する。
【0056】弁室46内には作動ロッド40の弁体部4
3が配置される。連通路47の内径d3は、作動ロッド
40の連結部42の径d1よりも大きく且つガイドロッ
ド部44の径d2よりも小さい。つまり、連通路47の
軸直交断面積(口径面積)SCはπ(d3/2)2 であ
り、この口径面積SCは連結部42の断面積SBより大
きくガイドロッド部44の断面積SDより小さい。この
ため、弁室46と連通路47との境界に位置する段差は
弁座53として機能し、連通路47は一種の弁孔とな
る。作動ロッド40が図3の位置(最下動位置)から弁
体部43が弁座53に着座する最上動位置へ上動される
と、連通路47が遮断される。つまり作動ロッド40の
弁体部43は、給気通路28,38の開度を任意調節可
能な入れ側弁体として機能する。
【0057】感圧室48内には、第1の感圧構造として
の可動壁54が軸方向に移動可能に設けられている。こ
の可動壁54は有底円筒状又は円柱形状をなすと共に、
その底壁部で感圧室48を軸方向に二分し、該感圧室4
8を高圧室としてのP1圧力室(第1圧力室)55と低
圧室としてのP2圧力室(第2圧力室)56とに区画す
る。可動壁54はP1圧力室55とP2圧力室56との
間の圧力隔壁の役目を果たし、両圧力室55,56の直
接連通を許容しない。なお、可動壁54の軸直交断面積
をSAとすると、その断面積SAは連通路47の口径面
積SCよりも大きい。
【0058】P1圧力室55は、キャップ45aに形成
されたP1ポート55a及び第1の検圧通路37を介し
て上流側の圧力監視点P1たる吐出室22と常時連通す
る。他方、P2圧力室56は、給気通路28,38の一
部であるポート52及び第2の検圧通路38を介して下
流側の圧力監視点P2と常時連通する。即ち、P1圧力
室55には吐出圧Pdが圧力PdHとして導かれ、P2
圧力室56には、配管途中の圧力監視点P2の圧力Pd
Lが導かれている。故に、可動壁54の上面及び下面は
それぞれ圧力PdH,PdLに曝される受圧面となる。
P2圧力室56内には作動ロッド40の連結部42の先
端が進入しており、その連結部42の先端面には可動壁
54が結合している。更にP1圧力室55には、戻しバ
ネ57が収容されている。この戻しバネ57は、可動壁
54をP1圧力室55からP2圧力室56に向けて付勢
する。
【0059】制御弁のソレノイド部100は、有底円筒
状の収容筒61を備えている。収容筒61の上部には固
定鉄心62が嵌合され、この嵌合により収容筒61内に
はソレノイド室63が区画されている。ソレノイド室6
3には、プランジャとしての可動鉄心64が軸方向に移
動可能に収容されている。固定鉄心62の中心には軸方
向に延びるガイド孔65が形成され、そのガイド孔65
内には、作動ロッド40のガイドロッド部44が軸方向
に移動可能に配置されている。なお、ガイド孔65の内
壁面と前記ガイドロッド部44との間には若干の隙間
(図示略)が確保されており、この隙間を介して弁室4
6とソレノイド室63とが連通している。つまり、ソレ
ノイド室63には弁室46と同じクランク圧Pcが及ん
でいる。
【0060】ソレノイド室63は作動ロッド40の基端
部の収容領域でもある。即ち、ガイドロッド部44の下
端は、ソレノイド室63内にあって可動鉄心64の中心
に貫設された孔に嵌合されると共にかしめにより嵌着固
定されている。従って、可動鉄心64と作動ロッド40
とは一体となって上下動する。ソレノイド室63には緩
衝バネ66が収容され、該緩衝バネ66は可動鉄心64
を固定鉄心62に近接させる方向に作用して可動鉄心6
4及び作動ロッド40を上方に付勢する。この緩衝バネ
66は戻しバネ57よりもバネ力が弱いものが用いら
れ、このため戻しバネ57は、可動鉄心64及び作動ロ
ッド40を最下動位置(非通電時における初期位置)に
戻すための初期化手段として機能する。
【0061】固定鉄心62及び可動鉄心64の周囲に
は、これら鉄心62,64を跨ぐ範囲にコイル67が巻
回されている。このコイル67には制御装置70の指令
に基づき駆動回路72から駆動信号が供給され、コイル
67は、その電力供給量に応じた大きさの電磁力Fを発
生する。そして、その電磁力Fによって可動鉄心64が
固定鉄心62に向かって吸引され作動ロッド40が上動
する。なお、コイル67への通電制御は、コイル67へ
の印加電圧を調整することでなされる。印加電圧の調整
は、電圧値そのものを変更する手段と、PWM(一定周
期のパルス状電圧を印加し、そのパルスの時間的な幅を
変更することで平均電圧を調整する方法。印加電圧はパ
ルスの電圧値×パルス幅/パルス周期となる。パルス幅
/パルス周期はデューティ比と呼ばれ、PWMを応用し
た電圧制御をデューティ制御と呼ぶこともある)による
手段が一般的に採用されている。PWMとした場合、電
流が脈動的に変化しこれがディザとなって電磁石のヒス
テリシスを軽減する効果も期待できる。また、コイル電
流を測定し、印加電圧調整にフィードバックすることで
電流制御とすることも一般的に行われている。本実施形
態ではデューティ制御を採用する。制御弁の構造上、デ
ューティ比Dtを小さくすると弁開度が大きくなり、デ
ューティ比Dtを大きくすると弁開度が小さくなる傾向
にある。
【0062】(制御弁の動作条件及び特性に関する考
察)図3の制御弁の弁開度は、入れ側弁体たる弁体部4
3を含む作動ロッド40の配置如何によって決まる。作
動ロッド40の各部に作用する種々の力を総合的に考察
することで、この制御弁の動作条件や特性が明らかとな
る。
【0063】図4に示すように、作動ロッド40の連結
部42の上端面には、戻しバネ57の下向き付勢力f1
によって加勢された可動壁54の上下の一次圧ΔPX
(=PdH−PdL)に基づく下向き押圧力が作用す
る。但し、可動壁54の上面の受圧面積はSAである
が、可動壁54の下面の受圧面積は(SA−SB)であ
る。下向き方向を正方向として連結部42に作用する全
ての力ΣF1を整理すると、ΣF1は次の数1式のよう
に表される。
【0064】(数1式) ΣF1=PdH・SA−PdL(SA−SB)+f1 他方、作動ロッド40のガイドロッド部44(弁体部4
3を含む)には、緩衝バネ66の上向き付勢力f2によ
って加勢された上向きの電磁付勢力Fが作用する。ここ
で、弁体部43、ガイドロッド部44及び可動鉄心64
の全露出面に作用する圧力を単純化して考察すると、ま
ず弁体部43の上端面43aは、連通路47の内周面か
ら垂下させた仮想円筒面(二本の垂直破線で示す)によ
って内側部分と外側部分とに分けられ、前記内側部分
(面積:SC−SB)には吐出圧PdLが下向きに作用
し、前記外側部分(面積:SD−SC)にはクランク圧
Pcが下向きに作用するものとみなすことができる。他
方、ソレノイド室63に及んでいるクランク圧Pcは、
可動鉄心64の上下面での圧力相殺を考慮すれば、ガイ
ドロッド部44の軸直交断面積SDに相当する面積でも
ってガイドロッド部44の下端面44aを上向きに押し
ている。上向き方向を正方向として弁体部43及びガイ
ドロッド部44に作用する全ての力ΣF2を整理する
と、ΣF2は次の数2式のように表される。
【0065】 (数2式) ΣF2=F+f2−PdL(SC−SB)−Pc(SD−SC)+Pc・SD =F+f2+Pc・SC−PdL(SC−SB) 尚、上記数2式を整理する過程で、−Pc・SDと、+
Pc・SDとが相殺されてPc・SC項のみが残った。
つまりこの計算過程は、ガイドロッド部44(弁体部4
3を含む)の上下面43a,44aに作用しているクラ
ンク圧Pcの影響を、該Pcがガイドロッド部44の一
面(下面44a)にのみ集約的に作用するものと仮定し
て考察するときに、弁体部43を含むガイドロッド部4
4のクランク圧Pcに関する有効受圧面積がSD−(S
D−SC)=SCと表現できることを意味している。つ
まりクランク圧Pcに関する限り、ガイドロッド部44
の有効受圧面積は、ガイドロッド部44の軸直交断面積
SDにかかわらず連通路47の口径面積SCに一致す
る。このように本明細書では、ロッド等の部材の両端に
同種の圧力が作用している場合に、その圧力が部材の一
方の端部にのみ集約的に作用するものと仮定して考察す
ることを許容するような実質的な受圧面積のことを特
に、その圧力に関する「有効受圧面積」と呼ぶことにす
る。
【0066】さて、作動ロッド40は連結部42とガイ
ドロッド部44とを連結してなる一体物であるから、そ
の配置はΣF1=ΣF2の力学的均衡を充足する位置に
決まる。次の数3式は、ΣF1=ΣF2を整理した後の
形を示す。
【0067】(数3式) F−f1+f2=(PdH−PdL)SA+(PdL−
Pc)SC 数3式において、f1,f2,SA,SCは機械設計の
段階で一義的に決まる確定的なパラメータであり、電磁
付勢力Fはコイル67への電力供給量に応じて変化する
可変パラメータであり、吐出圧PdL及びクランク圧P
cは圧縮機の運転状況に応じて変化する可変パラメータ
である。この数3式から明らかなように、図3の制御弁
は一次圧ΔPX(=PdH−PdL)と二次圧ΔPY
(=PdL−Pc)にそれぞれの受圧面積を乗じたガス
圧荷重と電磁付勢力F及びバネ57,66の付勢力f
1,f2の合計荷重との釣り合いを充足するように弁開
度調節が行われる。そして、この圧力PdL,Pcに感
応する作動ロッド40(上下端面43a,44a)が第
2の感圧構造をなしている。
【0068】図6は上記数3式の力学関係式を充足する
制御弁の特性を示すグラフであり、吸入圧Ps、クラン
ク圧Pcを一定として一次圧ΔPXと二次圧ΔPYとの
関係をコンピュータにてシミュレーションした結果であ
る。パラメータはデューティ比Dtである。
【0069】ここで、デューティ比Dtが一定ならばコ
イル67に流れる平均電流は一定値となり、電磁付勢力
Fもほぼ一定値となる。つまり、図6に示した特性線
は、数3式の右辺がほぼ一定であるとして計算したもの
と言える。数3式の右辺は先程も述べたように、一次圧
ΔPXと二次圧ΔPYに基づくガス圧荷重の和であり、
これが一定の荷重となるためには、二次圧ΔPYが増加
すると一次圧ΔPXは減少しなければならず、結果的に
特性線は右下がりのものとなる。このバランスが崩れる
と、弁の開度が減少或いは増大してクランク圧Pcが変
化され、圧縮機の吐出容量の調節動作が行われることに
なる。
【0070】このような動作特性を有する本実施形態の
制御弁によれば、個々の状況下でおよそ次のようにして
弁開度が決まる。まず、コイル67への通電がない場合
(Dt=0%)には、戻しバネ57の作用(具体的には
f1−f2の付勢力)が支配的となり、作動ロッド40
は図3に示す最下動位置に配置される。このとき、作動
ロッド40の弁体部43が弁座53から最も離れて入れ
側弁部は全開状態となる。他方、コイル67に対しデュ
ーティ比可変範囲の最小デューティ比Dt(min)の
通電があれば、少なくとも上向きの電磁付勢力Fが戻し
バネ57の下向き付勢力f2を凌駕する。そして、ソレ
ノイド部100によって生み出された上向き付勢力F及
び緩衝バネ66の上向きの付勢力f2が、戻しバネ57
の下向き付勢力f1及び二次圧ΔPYによって加勢され
た一次圧ΔPXに基づく下向き押圧力に対抗し、その結
果、前記数3式を満たすように作動ロッド40の弁体部
43が弁座53に対して位置決めされ、制御弁の弁開度
が決定される。こうして決まった弁開度に応じて、給気
通路28,38を介してのクランク室5へのガス供給量
が決まり、前記抽気通路27を介してのクランク室5か
らのガス放出量との関係でクランク圧Pcが調節され
る。
【0071】ここで、図6に示す「二次圧ΔPY−一次
圧ΔPX」特性を有する制御弁と、図5に示す「一次圧
ΔPX−冷媒流量Q」特性を有する固定絞り39とを備
えた冷媒循環回路の「二次圧ΔPY−冷媒流量Q」特性
を、コンピュータにてシミュレーションした結果を図7
のグラフに示す。なお、デューティ比DtはDt(mi
n)からDt(max)の間で任意の値に変更されるも
のではあるが、図6及び図7のグラフにおいては「Dt
(min),Dt(1)…Dt(4),Dt(ma
x)」の限られた場合の特性線のみを示している。
【0072】図7のグラフから、制御弁のコイル67へ
の通電が或るデューティ比Dtの時、二次圧ΔPYが大
きくなれば冷媒流量Qが小さくなることが分かる。特
に、或る特性線において二次圧ΔPYが相対的に小さな
領域では、この二次圧ΔPYの変化に対する冷媒流量Q
の変化量は小さい。つまり、数3式の均衡を充足するの
に、一次圧ΔPX要素の力学的比重は大きく、かつ二次
圧ΔPY要素の力学的比重は小さくなる。ところが、二
次圧ΔPYが大きくなるに連れて、この二次圧ΔPYの
変化に対する冷媒流量Qの変化量は大きくなってゆく。
つまり、数3式の均衡を充足するのに、一次圧ΔPX要
素の力学的比重は小さくなり、かつ二次圧ΔPY要素の
力学的比重は大きくなる。
【0073】図7において単純増大直線103は、例え
ば、車輌のエンジンEがアイドリング状態(回転数が極
低回転で安定されている状態)でなおかつ、冷房負荷が
中負荷程度で安定された状態の時の冷媒循環回路の特性
を示している。エンジンEがアイドリング状態の場合に
は、吐出容量が最大となったとしても圧縮機の仕事量
(外部冷媒回路30への冷媒ガスの吐出量)は少なく、
冷媒循環回路の冷媒流量QはQ1程度の少流量にしかな
らない。従って、直線103で示される冷媒循環回路特
性を維持すべく、冷媒流量Qを圧縮機が最小吐出容量時
のゼロ付近から最大吐出容量時のQ1までの間の絶対的
に小さくかつ狭い範囲で調節しようとすると、図5に示
す固定絞り39の非線形特性から、狭い範囲での一次圧
ΔPXの調節が必要となる。
【0074】しかし、図7から明らかなように直線10
3は、制御弁のコイル67に対する通電がデューティ比
Dt(2)からDt(max)の範囲で行われた時の各
特性線に対して、それぞれ略直角に交差されている。こ
のことは、狭い範囲での一次圧ΔPXの調節に、Dt
(2)からDt(max)の幅広い範囲のデューティ比
Dtを使用できることを意味している。従って、狭い範
囲での一次圧ΔPXを高精度で調節することができ、こ
れは絶対的に小さくかつ狭い範囲での冷媒流量Qの高精
度な調節を行い得ることを意味する。つまり、冷媒循環
回路における想定冷媒流量のほぼ全範囲にわたって弁開
度調節の制御性が向上するのである。
【0075】(制御体系)図2及び図3に示すように、
車輌用空調装置は該空調装置の制御全般を司る制御装置
70を備えている。制御装置70は、CPU、ROM、
RAM及びI/Oインターフェイスを備えたコンピュー
タ類似の制御ユニットであり、I/Oの入力端子には外
部情報検知手段71が接続され、I/Oの出力端子には
駆動回路72が接続されている。少なくとも制御装置7
0は、外部情報検知手段71から提供される各種の外部
情報に基づいて適切なデューティ比Dtを演算し、駆動
回路72に対しそのデューティ比Dtでの駆動信号の出
力を指令する。駆動回路72は、命じられたデューティ
比Dtの駆動信号を制御弁のコイル67に出力する。コ
イル67に提供される駆動信号のデューティ比Dtに応
じて、制御弁のソレノイド部100の電磁付勢力Fが変
化する。
【0076】前記外部情報検知手段71は各種センサ類
を包括する機能実現手段である。外部情報検知手段71
を構成するセンサ類としては、例えば、A/Cスイッチ
(乗員が操作する空調装置のON/OFFスイッチ)、
車室内温度Te(t)を検出するための温度センサ、車
室内温度の好ましい設定温度Te(set)を設定する
ための温度設定器、エンジンEの吸気管路に設けられた
スロットル弁の角度又は開度を検知するためのアクセル
開度センサがあげられる。なお、スロットル弁角度又は
開度は、車輌の操縦者によるアクセルペダルの踏込量を
反映した情報としても利用される。
【0077】次に、図8〜図10のフローチャートを参
照して制御装置70による制御弁へのデューティ制御の
概要を簡単に説明する。図8のフローチャートは、空調
制御プログラムの幹となるメインルーチンを示す。車輌
のイグニションスイッチ(又はスタートスイッチ)がO
Nされると、制御装置70は電力を供給され演算処理を
開始する。制御装置70は、図8のステップS41(以
下単に「S41」という、他のステップも以下同様)に
おいて初導プログラムに従い各種の初期設定を行う。例
えば、制御弁のデューティ比Dtに初期値又は暫定値を
与える。その後、処理はS42以下に示された状態監視
及びデューティ比の内部演算処理へと進む。
【0078】S42では、A/CスイッチがONされる
まで該スイッチのON/OFF状況が監視される。A/
CスイッチがONされると、処理は非常時判定ルーチン
(S43)へ進む。S43では、車輌が非定常的な状態
つまり非常時運転モードにあるか否かを外部情報に基づ
いて判断する。ここで言う「非常時運転モード」とは、
例えば、登坂走行のようなエンジンEが高負荷状態にあ
る場合とか、追い越し加速のような車輌の加速時(少な
くとも操縦者が急加速を欲している場合)を指す。例示
したいずれの場合も、外部情報検知手段71から提供さ
れる検出アクセル開度を所定の判定値と比較すること
で、そのような高負荷状態又は車輌加速状態にあること
を合理的に推定することができる。本実施形態において
は車輌の加速時についてのみ後に詳述することとする。
【0079】非常時判定ルーチンでの監視項目のいずれ
にも該当しない場合には、S43判定がNOとなる。そ
の場合には、車輌が定常的な状態つまり通常運転モード
にあるとみなされる。ここで言う「通常運転モード」と
は、プログラム的には非常時判定ルーチンの監視項目に
該当しない排他的な条件充足状態を意味し、つまるとこ
ろ、車輌が平均的な運転状況で使用されていると合理的
に推定できる状態を指す。
【0080】図9の通常制御ルーチンRF5は、通常運
転モードでの空調能力に関する手順を示す。S51にお
いて制御装置70は、温度センサの検出温度Te(t)
が温度設定器による設定温度Te(set)より大であ
るか否かを判定する。S51判定がNOの場合、S52
において前記検出温度Te(t)が設定温度Te(se
t)より小であるか否かを判定する。S52判定もNO
の場合には、検出温度Te(t)が設定温度Te(se
t)に一致していることになるため、冷房能力の変化に
つながるデューティ比Dtの変更の必要はない。それ
故、制御装置70は駆動回路72にデューティ比Dtの
変更指令を発することなく、該ルーチンRF5を離脱す
る。
【0081】S51判定がYESの場合、車室内は暑く
熱負荷が大きいと予測されるため、S53において制御
装置70はデューティ比Dtを単位量ΔDだけ増大さ
せ、その修正値(Dt+ΔD)へのデューティ比Dtの
変更を駆動回路72に指令する。すると、ソレノイド部
100の電磁力Fが若干強まり、その時点での一次圧Δ
PX及び二次圧ΔPYでは上下付勢力の均衡が図れない
ため、作動ロッド40が上動して戻しバネ57が蓄力さ
れ、この戻しバネ57の下向き付勢力f1の増加分が上
向きの電磁付勢力Fの増加分を補償して再び数3式が成
立する位置に作動ロッド40の弁体部43が位置決めさ
れる。その結果、制御弁の開度(つまり給気通路28,
38の開度)が若干減少し、クランク圧Pcが低下傾向
となり、クランク圧Pcとシリンダボア内圧とのピスト
ン20を介した差も小さくなって斜板12が傾斜角度増
大方向に傾動し、圧縮機の状態は吐出容量が増大し負荷
トルクも増大する方向に移行する。圧縮機の吐出容量が
増大すれば、蒸発器33での除熱能力も高まり温度Te
(t)も低下傾向に向かうはずであり、又、圧力監視点
P1,P2間の差圧は増加する。
【0082】他方、S52判定がYESの場合、車室内
は寒く熱負荷が小さいと予測されるため、S54におい
て制御装置70はデューティ比Dtを単位量ΔDだけ減
少させ、その修正値(Dt−ΔD)へのデューティ比D
tの変更を駆動回路72に指令する。すると、ソレノイ
ド部100の電磁力Fが若干弱まり、その時点での一次
圧ΔPX及び二次圧ΔPYでは上下付勢力の均衡が図れ
ないため、作動ロッド40が下動して戻しバネ57の蓄
力も減り、この戻しバネ57の下向き付勢力f1の減少
分が上向きの電磁付勢力Fの減少分を補償して再び数3
式が成立する位置に作動ロッド40の弁体部43が位置
決めされる。その結果、制御弁の開度(つまり給気通路
28,38の開度)が若干増加し、クランク圧Pcが増
大傾向となり、クランク圧Pcとシリンダボア内圧との
ピストン20を介した差も大きくなって斜板12が傾斜
角度減少方向に傾動し、圧縮機の状態は吐出容量が減少
し負荷トルクも減少する方向に移行する。圧縮機の吐出
容量が減少すれば、蒸発器33での除熱能力も低まり温
度Te(t)も増加傾向に向かうはずであり、又、圧力
監視点P1,P2間の差圧は減少する。
【0083】このようにS53及び/又はS54でのデ
ューティ比Dtの修正処理を経ることで、検出温度Te
(t)が設定温度Te(set)からずれていてもデュ
ーティ比Dtが次第に最適化され、更に制御弁での内部
自律的な弁開度調節も相俟って温度Te(t)が設定温
度Te(set)付近に収束する。
【0084】図8のメインルーチンのS43判定でYE
Sの場合、制御装置70は図10の加速時制御ルーチン
RF8に示す一連の処理を実行する。まずS81(準備
ステップ)において、現在のデューティ比Dtを復帰目
標値DtRとして記憶する。DtRは、後述するS87
でのデューティ比Dtの戻し制御における目標値であ
る。S82において、その時の検出温度Te(t)を加
速カット開始時の温度Te(INI)として記憶する。
そして制御装置70は、S83で内蔵タイマの計測動作
をスタートさせ、S84でデューティ比Dtを0%に設
定変更してコイル67への通電停止を駆動回路72に指
令する。これにより、制御弁の開度は戻しバネ57の作
用で一義的に最大(全開)となり、クランク圧Pcが増
大する。S85において、タイマによって計測された経
過時間が予め定められた設定時間STを超えたか否かを
判定する。S85判定がNOである限り、デューティ比
Dtは0%に維持される。換言すれば、タイマースター
トからの経過時間が少なくとも設定時間STを超えるま
で制御弁の開度は全開に保たれ、圧縮機の吐出容量及び
負荷トルクが確実に最小化される。そして、加速時にお
けるエンジン負荷の低減(極小化)を少なくとも時間S
Tだけは確実に達成する。一般に車輌の加速は一時的な
ものであるため設定時間STは短くてよい。
【0085】時間STの経過後、S86において、その
ときの検出温度Te(t)が、前記加速カット開始時温
度Te(INI)に許容増加温度βを加えた温度値より
も大きいか否かを判定する。この判定は、少なくとも時
間STの経過により許容増加温度βを超えて温度Te
(t)が増大したか否かを調べるものであり、冷房能力
の復帰が直ちに必要であるか否かを判断することを目的
とする。S86判定がYESの場合には室温上昇の兆候
がみられることを意味するので、その場合には、S87
においてデューティ比Dtの戻し制御が行われる。この
戻し制御の趣旨は、デューティ比Dtを徐々に復帰目標
値DtRに戻すことで斜板12の傾斜角度の急変による
衝撃を回避することにある。S87の枠内に示したグラ
フによれば、S86の判定がYESになったときが時点
t4であり、デューティ比Dtが復帰目標値DtRに到
達したときが時点t5である。所定時間(t5−t4)
をかけて直線的パターンのDt復帰が実施される。尚、
時間隔(t4−t3)は、前記設定時間STとS86判
定でNOを繰り返す時間との和に相当する。デューテイ
比Dtが目標値DtRに到達すると、サブルーチンRF
8の処理が終了し、処理がメインルーチンに戻される。
【0086】(効果)本実施形態によれば、以下のよう
な効果を得ることができる。 ○本実施形態では、蒸発器33での熱負荷の大きさに影
響される吸入圧Psそのものを制御弁の開度制御におけ
る直接の指標とすることなく、冷媒循環回路における二
つの圧力監視点P1,P2間の一次圧ΔPX、及び吸入
圧Ps以外の圧力PdL,Pc間の二次圧ΔPYを直接
の制御対象として圧縮機の吐出容量のフィードバック制
御を実現している。このため、蒸発器33での熱負荷状
況にほとんど影響されることなく、エンジンE側の事情
を優先すべき非常時には外部制御によって即座に吐出容
量を減少させることができる。それ故に、加速時等にお
けるカット制御の応答性やカット制御の信頼性及び安定
性に優れている。
【0087】○通常時においても、検出温度Te(t)
及び設定温度Te(set)に基づいてデューティ比D
tを自動修正(図9のS51〜S54)すると共に、一
次圧ΔPX及び二次圧ΔPYを指標とした制御弁の内部
自律的な弁開度調節に基づいて圧縮機の吐出容量を制御
することにより、前記検出温度と設定温度との差が小さ
くなる方向に吐出容量を誘導して人間の快適感を満足さ
せるという空調装置本来の目的を十分に達成することが
できる。つまり本実施形態によれば、通常時における室
温の安定維持を図るための圧縮機の吐出容量制御と、非
常時における緊急避難的な吐出容量の迅速な変更とを両
立させることができる。
【0088】○可動壁54は、冷媒循環回路の冷媒流量
Qの変化に伴い一次圧ΔPXが増大又は減少傾向を示す
とき、圧縮機からの冷媒ガスの吐出量が一次圧ΔPXの
変化を打ち消すものとなるように、一次圧ΔPXに基づ
く押圧作用を作動ロッド40に及ぼす。従って、種々の
要因で冷媒循環回路の冷媒流量が変化したとしても、そ
の変化を打ち消す方向でクランク圧Pcの調節つまりは
吐出容量の調節を達成することができる。
【0089】○二次圧ΔPYの高圧PdLは、冷媒循環
回路を構成する凝縮器31と圧縮機の吐出室22とを含
む両者の間の高圧領域の中の監視点P2から採取される
圧力を利用したものである。この構成によれば、二次圧
ΔPYを比較的高圧とすることができ、作動ロッド40
における二次圧ΔPYの受圧面43a,44aの面積を
小さくしても、二次圧ΔPYに基づく押圧作用を作動ロ
ッド40(弁体部43)の位置決めに影響力を有するも
のとすることができる。故に、作動ロッド40(弁体部
43)を設計する際の自由度が大きくなり、特に小型化
が容易となる。更に、冷媒循環回路の冷媒循環量Qが小
さい場合、図5に示した非線形な差圧流量特性のため、
一次圧ΔPXは非常に小さくなり、作動ロッド40(弁
体部43)の位置決めに影響を与えることが出来なくな
る。このような場合でも、二次圧ΔPYの影響が作動ロ
ッド40(弁体部43)に及ぶことが保証される。従っ
て、一次圧ΔPXと二次圧ΔPYとの複合作用による作
動ロッド40(弁体部43)の位置決めが安定し、弁開
度調節の安定性や制御性が向上する。
【0090】○作動ロッド40における二次圧ΔPYの
感圧構造は、この二次圧ΔPYが作動ロッド40を押圧
する方向が圧縮機の吐出容量を低下させ得る(クランク
圧Pcを上昇させ得る)方向となるように構成されてい
る。従って、冷媒循環回路の冷媒流量Qが小さいために
前記一次圧ΔPXに基づいて作動ロッド40を圧縮機の
吐出容量を低下させる方向に十分押圧し得ない場合で
も、前述のように一次圧ΔPXの低下に相反して高まっ
た二次圧ΔPYでもって、作動ロッド40を圧縮機の吐
出容量を低下させる方向に押圧することができる。その
結果、冷媒流量Qが小流量時においても、圧縮機の吐出
容量の制御性が十分に確保される。
【0091】○二次圧ΔPYを、冷媒循環回路を構成す
る凝縮器31と圧縮機の吐出室22とを含む両者の間の
高圧領域から採取される圧力(本実施形態ではPdL)
と、クランク圧Pcとの差圧とした。クランク圧Pcは
前記高圧領域から採取される圧力に比較して十分に低い
ものであるため、二次圧ΔPYを更に大きくすることが
可能になる。
【0092】○作動ロッド40(弁体部43)を、圧力
PdL,Pcに感応する第2の感圧構造とした。これに
よれば、第2の感圧構造を特段に設ける必要がなくなる
ため、制御弁の構造を簡素なものにするとともに該制御
弁を小型化することが可能になる。
【0093】○二つの圧力監視点P1,P2を、凝縮器
31と吐出室22とを含む両者の間の高圧領域に設け
た。前記高圧領域は、外的熱負荷の影響を受けにくい。
このため、前記冷媒循環回路を流れる冷媒流量、即ち、
圧縮機の吐出容量を、より正確に反映することが可能に
なる。
【0094】○ポート51、弁室46、連通路47、感
圧室48(第2圧力室56)及びポート52を、制御弁
内通路として、圧力監視点P2とクランク室5とを連通
させる給気通路28,38の一部を構成するものとし
た。圧力監視点P2における圧力はクランク圧Pcに比
較して高圧である。そのため、圧力監視点P2側からク
ランク室5への冷媒導入量が、これら圧力監視点P2と
クランク室5との間に配置された前記制御弁内通路の開
度調節によって直接的に調節されるようになるため、ク
ランク圧Pcを制御することに対するレスポンスが向上
する。
【0095】○P2圧力室56に冷媒を導入する検圧通
路38を、クランク圧Pcを変更するための冷媒をクラ
ンク室5に導入する給気通路28,38の上流部分とし
て兼用し、同給気通路28,38の一部とした。そのた
め、吐出室22から弁室46に冷媒を導入する経路を検
圧通路38とは別個に設けた場合に比較して、該経路
や、該経路を弁室46に接続する制御弁のポートを設け
る必要がなくなるため、加工を減らすことができるとと
もに、前記制御弁の小型化が可能になる。
【0096】○ソレノイド部100は、一次圧ΔPXに
基づく押圧力と対抗する電磁力Fを与え、その電磁力F
に応じて冷媒循環回路における冷媒流量の目標値(設定
差圧TPD)を設定する。このように、ソレノイド部1
00によって与えられる電磁力Fが一次圧ΔPXに基づ
く押圧力と対抗することから、本実施形態の制御弁で
は、二次圧ΔPYによって補正された一次圧ΔPXと、
ソレノイド部100による電磁力Fとのバランスに基づ
いて作動ロッド40の位置決め(つまり弁開度調節)が
行なわれると理解してもよい。二次圧ΔPYによる補正
を受けているとしても、一次圧ΔPXと二次圧ΔPYと
の複合力の変化が冷媒循環回路での冷媒流量Qの変化を
如実に反映することに変わりはない。故に、前記複合力
と電磁力Fとが均衡する位置に向けて作動ロッド40が
フィードバック的に変位した結果、弁開度がある値にほ
ぼ定まるときには、圧縮機のクランク圧Pcが安定して
吐出容量も固定化し、冷媒循環回路の冷媒流量Qもほぼ
一定の値に収束傾向となる。かかる観点からすれば、少
なくとも一次圧ΔPXに基づく押圧力と対抗する電磁力
Fを付与することができるソレノイド部100は、その
電磁力Fに応じて冷媒循環回路における冷媒流量Qの目
標値(設定差圧TPD)を設定する流量設定手段として
機能し得る。
【0097】○制御弁はソレノイド部100のコイル6
7の通電制御によって、一次圧ΔPXに基づく押圧力と
対抗する電磁力Fを適宜変更できるため、冷媒循環回路
における冷媒流量Qの目標値(設定差圧TPD)を外部
からの制御により設定変更することができる。故に本実
施形態の制御弁は、ソレノイド部100の電磁力Fを変
更しない限り定流量弁的に振る舞うが、外部からのコイ
ル67の通電制御によって冷媒流量Qの目標値(設定差
圧TPD)を必要に応じて変えられるという意味で外部
制御方式の冷媒流量制御弁(又は吐出容量制御弁)とし
て機能する。又、かかる冷媒流量(又は吐出容量)の外
部制御性のために、必要時(又は非常時)には、冷媒循
環回路の蒸発器33での熱負荷状況にかかわりなく、圧
縮機の吐出容量(ひいては負荷トルク)を短時間に急変
させるような緊急避難的な容量変更も可能となる。従っ
てこの制御弁によれば、通常時において室温の安定維持
を図るための圧縮機の吐出容量制御と、非常時における
緊急避難的な吐出容量の迅速な変更とを両立させること
が可能となる。
【0098】○圧縮機を含めた冷媒循環回路全体の「二
次圧ΔPY−冷媒流量Q」特性が、例えば図7に一点鎖
線104で示すものであれば(多くのばあい、104の
ような特性を示す)、デューティ比Dtを外部制御する
ことで、その104に沿って冷媒流量Q(ひいては圧縮
機の吐出容量Vc)をほぼ一義的に変化させることがで
きる。このため、特に、加速時制御時における吐出容量
Vcの復帰パターンを図15に実線で示すようなある程
度緩やかな直線的パターンとすることが容易となり、加
速時制御による衝撃や異音の発生を効果的に防止又は抑
制することが可能となる。
【0099】○戻しバネ57は、ソレノイド部100の
コイル67への非通電時において、圧縮機の吐出容量を
減少させる方向(弁開方向)に作動ロッド40(弁体部
43)を位置決めする構成である。従って、コイル67
への通電停止等によりソレノイド部100が非作動状態
又は不活性状態に陥った場合でも、戻しバネ57の自発
的な作用によって作動ロッド40を位置決めし、圧縮機
の吐出容量が減少する方向にクランク圧Pcを誘導する
こと、つまりは圧縮機の負荷トルクをゼロ又は最小にす
ることができる。従って、圧縮機の安全性(非常事態に
対する安全化対応能力)が高まる。また、コイル67へ
の非通電状態を維持することで圧縮機の吐出容量を最小
とすることができるため、クラッチレス型圧縮機に好適
なものとなる。
【0100】○圧縮機は、制御圧としてのクランク室内
圧Pcを制御することで、ピストン20のストロークを
変更可能に構成された斜板式の容量可変型圧縮機であ
り、本実施形態の制御弁はこの斜板式の容量可変型圧縮
機の容量制御に最も適している。
【0101】(第2の実施形態)この第2の実施形態
は、前記第1の実施形態において主に制御弁及び給気通
路の構成を変更したものであり、その他の点では第1の
実施形態と同一の構成になっている。従って、第1の実
施形態と共通する構成部分については図面上に同一符号
を付して重複した説明を省略する。
【0102】図12に示すように制御弁CVの入れ側弁
部は、圧力監視点P1とクランク室5とを繋ぐ給気通路
28の開度(絞り量)を調節する。ソレノイド部100
の作動ロッド40は、先端部たる差圧受承部41、連結
部42、略中央の弁体部43及び基端部たるガイドロッ
ド部44からなる棒状部材である。差圧受承部41、連
結部42並びにガイドロッド部44(及び弁体部43)
の軸直交断面積(直径)をそれぞれSC(d3),SB
(d1)及びSD(d2)とすると、SB(d1)<S
C(d3)<SD(d2)の関係が成立している。
【0103】連通路47と感圧室48とは、それらの境
界に存在する隔壁(バルブハウジング45の一部)によ
って圧力的に隔絶されている。つまり、その隔壁に形成
された作動ロッド40用のガイド孔49の内径は作動ロ
ッドの差圧受承部41の径d3に一致する。なお、連通
路47とガイド孔49とは相互延長の関係にあり、連通
路47の内径d4も作動ロッドの差圧受承部41の径d
3に一致する。つまり連通路47の口径面積SEとガイ
ド孔49の口径面積(差圧受承部41の軸直交断面積)
SCとが等しくなるように設定されている。なお、感圧
室48内の可動壁54の軸直交断面積SAはガイド孔4
9の口径面積SCよりも大きい(SC<SA)。
【0104】バルブハウジング45の連通路47の周壁
部分には半径方向に延びるポート50が設けられ、この
ポート50は給気通路28の上流部を介して連通路47
を圧力監視点P1(吐出室22)に連通させる(図11
参照)。バルブハウジング45の弁室46の周壁部分に
設けられたポート51は給気通路28の下流部を介して
弁室46をクランク室5に連通させる。従って、ポート
50、連通路47、弁室46及びポート51は、制御弁
内において圧力監視点P1(吐出室22)とクランク室
5とを連通させる給気通路28の一部を構成する。
【0105】P1圧力室55は、キャップ45aに形成
されたP1ポート55a及び第1の検圧通路37を介し
て上流側の圧力監視点P1(吐出室22)と常時連通す
る。他方、P2圧力室56は、バルブハウジング45の
感圧室48の周壁部分に設けられたP2ポート55b及
び第2の検圧通路38を介して下流側の圧力監視点P2
と常時連通する。
【0106】固定鉄心62と可動鉄心64との間にはバ
ネ69が配設されている。バネ69は、可動鉄心64を
固定鉄心62から離間させる方向に作用して可動鉄心6
4及び作動ロッド40を下方に付勢する。なお、このバ
ネ69及び緩衝バネ57は、可動鉄心64及び作動ロッ
ド40を最下動位置(非通電時における初期位置)に戻
すための初期化手段として機能する。
【0107】図12に示すように、作動ロッドの差圧受
承部41の上端面には、緩衝バネ57の下向き付勢力f
1によって加勢された可動壁54の上下差圧に基づく下
向き押圧力が作用する。但し可動壁54の上面の受圧面
積はSAであるが、可動壁54の下面の受圧面積は(S
A−SC)である。差圧受承部41の下端面(受圧面
積:SC−SB)には、ガス圧PdHによる上向き押圧
力が作用する。ここで、図13を参照して、弁体部4
3、ガイドロッド部44及び可動鉄心64の全露出面に
作用する圧力を単純化して考察する。まず弁体部43の
上端面の、連通路47の内周面から垂下させた仮想円筒
面(二本の垂直破線で示す)の内側部分(面積:SE−
SB)にはガス圧PdHが下向きに作用し、外側部分
(面積:SD−SE)にはクランク圧Pcが下向きに作
用するものとみなすことができる。また、ガイドロッド
部44(弁体部43を含む)には、バネ69の下向き付
勢力f2によって減殺された上向きの電磁付勢力Fが作
用する。下向き方向を正方向として作動ロッド40及び
可動壁54に作用する力を整理すると数4式のように表
される。
【0108】(数4式) PdH・SA−PdL(SA−SC)+f1−PdH
(SC−SB)+PdH(SE−SB)+Pc(SD−
SE)−Pc・SD−F+f2 = 0 上記の数4式を整理すると下記の数5式のようになる。
【0109】(数5式) (PdH−PdL)(SA−SC)+(PdH−Pc)
SE= F−f1−f2 数5式から明らかなように、図12の制御弁CVは、一
次圧ΔPX(=PdH−PdL)と二次圧ΔPY(=P
dH−Pc)にそれぞれの受圧面積を乗じたガス圧荷重
と電磁付勢力F及びバネ57,69の付勢力f1,f2
の合計荷重との釣り合いを充足するように弁開度調節が
行われる。そして、この圧力PdH,Pcに感応する作
動ロッド40(弁体部43)が第2の感圧構造をなして
いる。
【0110】コイル67への通電がない場合(Dtがゼ
ロ)には、バネ69の作用が支配的となり作動ロッド4
0は図12に示す最下動位置に配置される。このとき、
給気通路28は全開状態となる。他方、コイル67に対
しデューティ比可変範囲の最小デューティの通電があれ
ば、少なくとも上向きの電磁付勢力Fがバネ57,69
の下向き付勢力(f1+f2)を凌駕する。
【0111】制御弁CVでは、数5式を満たすように作
動ロッド40が位置決めされ、給気通路28の開度が決
定される。この実施形態の制御弁CVでは、一次圧ΔP
X(=PdH−PdL)が増大し、給気通路28の開度
が大きくなったとき、圧力監視点P1側の冷媒のクラン
ク室5への導入量が増加する。この冷媒導入により、圧
力監視点P1の圧力は低下傾向を示すことになり、前記
一次圧ΔPX(=PdH−PdL)は拡大方向に推移し
にくくなる。つまり、冷媒流量を一定に保とうとする制
御を行う上では、その一定流量への制御収束を阻むハン
チングが発生しにくくなる。従って、このハンチングに
よるクランク圧Pcの変動に基づく斜板12などの振動
や騒音が発生しにくくなる。
【0112】(その他の変更例) ○P1圧力室55及びP2圧力室56に導かれる圧力を
それぞれ、図2において別例として示す上流側の圧力監
視点P1(蒸発器33と吸入室21との間の流通管35
の途中)でのPsH及び圧力監視点P2(吸入室21)
でのPsLとしても良い。
【0113】○制御弁を、給気通路28,38ではなく
抽気通路27の開度調節によりクランク圧Pcを調節す
る、所謂抜き側制御弁としても良い。 ○制御弁を、給気通路28,38及び抽気通路27の両
方の開度調節によりクランク圧Pcを調節する三方弁構
成としても良い。
【0114】○ワッブル式の容量可変型圧縮機に適用す
ること。 ○前記両実施形態の制御弁では、ソレノイド室63にク
ランク圧Pcが及ぶようにし、二次圧ΔPYをPdL
(またはPdH)とクランク圧Pcとの差圧とした。こ
れに対して、例えば、ソレノイド室63に、蒸発器33
と吸入室21とを含む両者の間の低圧領域から採取され
る圧力(例えば、Ps)が及ぶように構成して、二次圧
ΔPYをPdL(またはPdH)と該低圧領域から採取
される圧力との差圧としてもよい。
【0115】○第2の実施形態において、P1圧力室5
5の冷媒をポート50に導入するようにしてもよい。こ
の場合、P1圧力室55とポート50とをバルブハウジ
ング45の外部または内部に設けた通路で連通させるこ
とによって、前記給気通路28の上流部分を省略するこ
とが可能になる。
【0116】○第2の実施形態において、連通路47の
口径面積SEとガイド孔49の口径面積SCとを異なる
値に設定してもよい。 (前記各請求項に記載した以外の技術的思想のポイン
ト) (1)請求項1〜15のいずれかに記載の制御弁におい
て、前記第1の感圧構造は、バルブハウジング内に移動
可能に設けられた可動壁を含み、その可動壁は、バルブ
ハウジング内を冷媒循環回路に設定された第1の圧力監
視点の圧力が導かれる第1圧力室と同回路に設定された
第2の圧力監視点の圧力が導かれる第2圧力室とに区画
するものであること。
【0117】(2)請求項1〜15のいずれかに記載の
制御弁は、前記弁体と第1の感圧構造とを作動連結する
ための作動ロッドを更に備えており、前記第2の感圧構
造は、その作動ロッドに形成された前記二次圧を受圧可
能な受圧面を含むものであること。
【0118】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項1〜15に
記載の制御弁によれば、冷媒循環回路の蒸発器での熱負
荷状況に影響されることなく、室温の安定維持を図るた
めの圧縮機の吐出容量制御と、緊急避難的な吐出容量の
迅速な変更及びその後の復帰とを両立させることが可能
となる。特に、最低吐出容量付近の低吐出容量域におい
ても容量制御の正確性に優れ、圧縮機の吐出容量を広範
囲にわたって直接的に制御することが可能となる。
【0119】特に請求項13及び14に記載の制御弁に
よれば、必要時には外部制御によって圧縮機の吐出容量
を迅速に変更することが可能となるのみならず、吐出容
量を一旦低下させた後に元の吐出容量まで、衝撃や異音
等をあまり感じさせることなく円滑に復帰させることが
容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態の容量可変型斜板式圧縮機の断
面図。
【図2】同じく冷媒循環回路の概要を示す回路図。
【図3】同じく制御弁の断面図。
【図4】同じく作動ロッドの位置決めを説明するための
断面図。
【図5】同じく固定絞りの特性を示すグラフ。
【図6】同じく制御弁の特性を示すグラフ。
【図7】同じく固定絞り及び制御弁を備えた冷媒循環回
路の特性を示すグラフ。
【図8】同じく容量制御のメインルーチンのフローチャ
ート。
【図9】同じく通常制御ルーチンのフローチャート。
【図10】同じく加速時制御ルーチンのフローチャー
ト。
【図11】第2の実施形態の冷媒循環回路の概要を示す
回路図。
【図12】同じく制御弁の断面図。
【図13】同じく作動ロッドの位置決めを説明するため
の断面図。
【図14】従来技術での吸入圧と吐出容量との相関関係
を示すグラフ。
【図15】カット制御前後における吐出容量の時間変化
を示すグラフ。
【符号の説明】 5…制御圧領域としてのクランク室、12…容量可変機
構を構成する斜板、19…同じくシュー、20…同じく
ピストン、28,38…給気通路、30…圧縮機とで冷
媒循環回路を構成する外部冷媒回路、43…弁体及び第
2の感圧構造としての弁体部、45…バルブハウジン
グ、46…弁内通路を構成する弁室、47…同じく連通
路、51…同じくポート、52…同じくポート、54…
第1の感圧構造を構成する可動壁、55…高圧室として
の第1圧力室、56…弁内通路を構成する低圧室として
の第2圧力室、57…流量設定手段及び初期化手段とし
ての戻しバネ、66…流量設定手段としての緩衝バネ、
100…流量設定手段としての電磁アクチュエータであ
るソレノイド部、Pc…制御圧としてのクランク室内
圧、P1…高圧監視点としての圧力監視点、P2…低圧
監視点としての圧力監視点。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安谷屋 拓 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 川口 真広 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Fターム(参考) 3H045 AA04 AA12 AA27 BA02 BA14 BA37 CA02 CA03 CA07 CA13 CA26 CA29 CA30 DA25 DA43 DA47 EA04 EA14 EA16 EA33 EA35 EA42 3H076 AA06 BB04 BB32 BB36 CC12 CC16 CC20 CC84 CC94 CC95 CC99 3H106 DA05 DA23 DB02 DB12 DB23 DB32 DC02 DD09 EE07 KK17 KK23

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 容量可変機構に作用する制御圧に基づい
    て吐出容量を変更可能な容量可変型圧縮機に用いられる
    制御弁であって、 その制御弁内に設定された弁内通路の一部を構成すべく
    バルブハウジング内に区画された弁室と、 前記弁室内に移動可能に設けられ該弁室内での位置に応
    じて前記弁内通路の開度を調節可能な弁体と、 冷媒循環回路に設定された二つの圧力監視点間の差圧に
    感応すると共に一次圧としての前記差圧に基づいて前記
    弁体を押圧可能とする第1の感圧構造と、 前記一次圧とは異なる二次圧に感応すると共にその二次
    圧に基づいて前記弁体を押圧可能とする第2の感圧構造
    とを備え、 前記一次圧と前記二次圧との複合作用によって前記弁体
    を弁室内で位置決めし弁内通路の開度を調節することで
    前記制御圧を制御することを特徴とする容量可変型圧縮
    機の制御弁。
  2. 【請求項2】 前記第1の感圧構造は、前記冷媒循環回
    路の冷媒流量の変化に伴い前記一次圧が増大又は減少傾
    向を示すとき、圧縮機からの冷媒吐出量が一次圧の変化
    を打ち消すものとなるように一次圧に基づく押圧作用を
    弁体に及ぼすことを特徴とする請求項1に記載の容量可
    変型圧縮機の制御弁。
  3. 【請求項3】 前記二次圧は、前記冷媒循環回路を構成
    する凝縮器と前記圧縮機の吐出室とを含む両者の間の高
    圧領域から採取される圧力を利用したものであることを
    特徴とする請求項1又は2に記載の容量可変型圧縮機の
    制御弁。
  4. 【請求項4】 前記第2の感圧構造は、前記二次圧が弁
    体を押圧する方向が圧縮機吐出容量を低下させ得る方向
    となるように構成されていることを特徴とする請求項3
    に記載の容量可変型圧縮機の制御弁。
  5. 【請求項5】 前記二次圧は、前記高圧領域から採取さ
    れる圧力と、前記冷媒循環回路を構成する蒸発器と前記
    圧縮機の吸入室とを含む両者の間の低圧領域から採取さ
    れる圧力または前記制御圧との差圧であることを特徴と
    する請求項3または4に記載の容量可変型圧縮機の制御
    弁。
  6. 【請求項6】 前記弁体は、前記第2の感圧構造として
    機能することを特徴とする請求項5に記載の容量可変型
    圧縮機の制御弁。
  7. 【請求項7】 前記二つの圧力監視点は、前記冷媒循環
    回路を構成する凝縮器と前記圧縮機の吐出室とを含む両
    者の間の高圧領域に設けられていることを特徴とする請
    求項1〜6のうちいずれか一項に記載の容量可変型圧縮
    機の制御弁。
  8. 【請求項8】 前記弁内通路は、前記冷媒循環回路を構
    成する凝縮器と前記圧縮機の吐出室とを含む両者の間の
    高圧領域と、前記制御圧が作用する制御圧領域とを連通
    する給気通路の一部を構成することを特徴とする請求項
    1〜7のうちいずれか一項に記載の容量可変型圧縮機の
    制御弁。
  9. 【請求項9】 前記弁内通路は、前記二つの圧力監視点
    の一方と、前記制御圧が作用する制御圧領域とを連通す
    る給気通路の一部を構成することを特徴とする請求項7
    に記載の容量可変型圧縮機の制御弁。
  10. 【請求項10】 前記弁内通路は、前記二つの圧力監視
    点の低圧監視点側と、前記制御圧領域とを連通する給気
    通路の一部を構成し、前記バルブハウジング内には、前
    記第1の感圧構造によって区分されるとともに前記二つ
    の圧力監視点からの冷媒が導入される高圧室及び低圧室
    が備えられ、前記低圧室は前記弁内通路に設けられて、
    前記制御圧領域には、前記低圧室に導入された冷媒が前
    記弁内通路を介して導入される請求項9に記載の容量可
    変型圧縮機の制御弁。
  11. 【請求項11】 前記弁内通路は、前記二つの圧力監視
    点の高圧監視点側と、前記制御圧領域とを連通する給気
    通路の一部を構成し、前記バルブハウジング内には、前
    記第1の感圧構造によって区分されるとともに前記二つ
    の圧力監視点からの冷媒が導入される高圧室及び低圧室
    が備えられ、前記低圧室と前記弁内通路とは圧力的に隔
    絶されている請求項9に記載の容量可変型圧縮機の制御
    弁。
  12. 【請求項12】 少なくとも前記第1の感圧構造に対し
    作動連結可能に設けられた流量設定手段を更に備えてな
    り、当該流量設定手段は、少なくとも前記一次圧に基づ
    く押圧力と対抗する付勢力を与えその付勢力に応じて前
    記冷媒循環回路における冷媒流量の目標値を設定するこ
    とを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の
    容量可変型圧縮機の制御弁。
  13. 【請求項13】 前記流量設定手段は、前記付勢力を外
    部からの電気制御によって変更可能な電磁アクチュエー
    タを含んでなることを特徴とする請求項12に記載の容
    量可変型圧縮機の制御弁。
  14. 【請求項14】 前記電磁アクチュエータへの非通電時
    において、前記制御圧が圧縮機の吐出容量を減少させる
    方向に前記弁体を位置決めする初期化手段を更に備えて
    なることを特徴とする請求項13に記載の容量可変型圧
    縮機の制御弁。
  15. 【請求項15】 前記圧縮機は、制御圧としてのクラン
    ク室内圧を制御することでピストンストロークを変更可
    能に構成された斜板式又はワッブル式の容量可変型圧縮
    機であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか一
    項に記載の容量可変型圧縮機の制御弁。
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