JP2002070730A - 可変容量型圧縮機の圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変容量圧縮機の圧力制御装置において、供
給される制御信号の変化に対するクランク室圧の変化を
線形的に変化させる。 【解決手段】 吸入空間３６に低圧側連通孔７２を介し
て連通する低圧室７３と、吐出空間３７に高圧側連通孔
８３を介して連通する高圧室８４と、クランク室３４に
クランク室連通孔８５を介して連通する圧力調整室８６
と、外部からの制御信号によって圧力調整室８６と低圧
室７３との間を開／閉すると同時に圧力調整室８６と高
圧室８４との間を閉／開する弁体９０とを有して構成さ
れる圧力制御弁において、高圧側連通孔８３からクラン
ク室連通孔８５に至る経路の最小通路断面積Ｓ１、クラ
ンク室連通孔８５から低圧側連通孔７２に至る経路の最
小通路断面積Ｓ２、及び、Ｓ１とＳ２との比Ｒを、０．
１ｍｍ² ≦Ｓ１≦１．０ｍｍ ² 、０．３ｍｍ² ≦Ｓ２≦
２．０ｍｍ² 、０．１≦Ｓ１／Ｓ２≦０．７の関係を満
たすように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、駆動軸に傾斜自
在に固定される駆動斜板と、該駆動斜板の回転によって
圧縮室の容積を可変させるピストンとを有し、圧縮室の
圧力とピストンの背圧との圧力差を調整することで駆動
斜板の傾斜角度を変化させ、これによりピストンストロ
ークを可変して吐出容量を可変し得るようにした可変容
量型圧縮機の圧力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平５−９９１３６号公報に開示され
る可変容量型斜板式圧縮機において使用される圧力制御
弁は、吐出室とクランク室との間の連通を開閉制御する
第１の制御弁と、クランク室と吸入室との間の連通を開
閉制御する第２の制御弁と、前記第１及び第２の制御弁
を作動させる伝達ロッドと、この伝達ロッドを移動させ
る電磁アクチュエータと、吸入室内の圧力を受けて第２
の制御弁を作動させる感圧部材（ダイヤフラム、ベロー
ズ等）とを有する。

【０００３】また、特開平９−２６８９７４号公報に開
示される可変容量型圧縮機用制御弁は、吐出圧領域とク
ランク室とを連通する給気通路を開閉する弁体と、この
弁体の一方側に感圧ロッドを介して作動連結されると共
に吸入圧領域に連通された感圧室に収納され、吸入圧領
域の圧力の上昇に伴って前記給気通路の開度を減少させ
る方向に前記弁体を付勢する感圧部と、前記弁体の他方
側にソレノイドロッドを介して作動連結され、ソレノイ
ドが励磁されると前記弁体に給気通路の開度を減少させ
る方向に荷重をかけるソレノイド部と、このソレノイド
の消磁により前記給気通路を強制的に開放する方向に前
記弁体を付勢する強制開放手段とを有し、前記弁体と前
記感圧部とを接離可能に連結したものである。

【０００４】このため、前記ソレノイド部のソレノイド
が消磁された状態で、感圧室内が高吸入圧力条件下にな
ると、感圧部は給気通路の開度を減少する方向に変位す
るが、前記強制開放手段により弁体に作用する付勢力と
感圧部による変位とが互いに離反する方向となるため、
感圧部と弁体とが離間するので、弁体の最大開度位置が
維持される。尚、前記感圧部は、ベローズであることが
開示され、さらにダイヤフラムでもよいことが開示され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た引例に示すような感圧部に感圧素子としてダイヤフラ
ムやベローズを用いた制御弁を二酸化炭素を冷媒として
用いた冷凍サイクルに使用する場合、冷凍サイクル内の
圧力が従来のフロンを使用した冷凍サイクルに比べて約
１０倍であることから、前記感圧素子の耐圧性を満足さ
せることが難しいという不具合が生じ、また、弁を駆動
させる電磁アクチュエータの電磁力を高圧に抗して動作
させる必要があることから、電磁アクチュエータ自体の
大きさが大きくなってしまうという不具合が生じる。

【０００６】このため、本出願人は、二酸化炭素を冷媒
として使用した冷凍サイクルの圧力に対しても充分な耐
圧性を有すると共に、圧力制御弁を大きくすることなく
確実に容量可変制御を行うことができる圧力制御装置を
先に出願している。ところで、このような圧力制御装置
を構築するにあたっては、供給される制御信号の変化に
対するクランク室圧の変化を、図７の実線（特性線Ｉ）
で示されるように、できるだけ線形的に変化させること
が制御する上で望ましい。これは、図７の破線で示され
るように、制御信号の僅かな変化で一気にクランク室圧
が上昇、又は、低下し、その後、制御信号を変化させて
もクランク室圧が変化しなくなるのであれば、吐出容量
の可変中間域での制御が困難になるためである。

【０００７】そこで、この発明は、小型で耐圧仕様の圧
力制御弁を構築するにあたり、供給される制御信号の変
化に対してクランク室圧を線形的に変化させることがで
きる可変容量型圧縮機の圧力制御装置を提供することを
課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、この発明にかかる可変容量型圧縮機の圧力制御装置
は、シリンダブロック、前記シリンダブロック内に設け
られる駆動軸、該駆動軸と共に回転すると共に駆動軸に
対する傾斜角度が可変自在である駆動斜板、前記シリン
ダブロック内に設けられ、前記駆動軸と平行な軸を有す
る複数のシリンダ、該シリンダに摺動自在に配され、前
記駆動斜板の回転に伴って前記シリンダ内を往復動する
複数のピストン、前記シリンダと前記ピストンとによっ
て画成される圧縮室、前記ピストンの反圧縮室側に形成
されるクランク室、前記ピストンの吸入行程において前
記圧縮室と連通する吸入空間、及び、前記ピストンの圧
縮行程において前記圧縮室と連通する吐出空間とを少な
くとも有する可変容量型圧縮機に用いられ、前記クラン
ク室内の圧力を制御して前記駆動斜板の傾斜角度を変化
し得るようにした可変容量型圧縮機の圧力制御装置にあ
って、少なくとも、前記吸入空間に対して低圧側連通孔
を介して連通する低圧室と、前記吐出空間に対して高圧
側連通孔を介して連通する高圧室と、前記クランク室に
対してクランク室連通孔を介して連通する圧力調整室
と、前記圧力調整室と前記低圧室との間を開／閉すると
同時に、前記圧力調整室と前記高圧室との間を閉／開す
る弁体と、電磁力を発生する電磁コイルと、前記電磁コ
イル内に摺動自在に挿入され、電磁コイルの電磁力にて
移動して前記弁体を移動させるプランジャと、前記弁体
を前記プランジャによる付勢方向と逆方向に付勢するス
プリングとを備え、前記圧力調整室と前記低圧室との間
を閉、前記圧力調整室と前記高圧室との間を開とした場
合における前記高圧側連通孔から前記クランク室連通孔
に至る経路の最小通路断面積Ｓ１、前記圧力調整室と前
記低圧室との間を開、前記圧力調整室と前記高圧室との
間を閉とした場合における前記クランク室と連通するク
ランク室連通孔から前記吸入空間と連通する低圧側連通
孔に至る経路の最小通路断面積Ｓ２、及び、前記Ｓ１と
前記Ｓ２との比Ｒが、０．１ｍｍ² ≦Ｓ１≦１．０ｍｍ
² 、０．３ｍｍ² ≦Ｓ２≦２．０ｍｍ² 、０．１≦Ｓ１
／Ｓ２≦０．７の関係を満たすように設定されているこ
とを特徴としている（請求項１）。

【０００９】したがって、上述の構成によれば、電磁コ
イルを制御して弁体を移動させるようにしたので、従来
の低圧圧力検出部のような圧力耐性の低い部分を省略す
ることができ、冷凍サイクルの圧力に対して圧力耐性を
高くすることができ、しかも、高圧側連通孔からクラン
ク室連通孔に至る経路の最小通路断面積Ｓ１、クランク
室連通孔から低圧側連通孔に至る経路の最小通路断面積
Ｓ２、及び、Ｓ１とＳ２との比Ｒを上述のような範囲で
設定するようにしたので、図７の実線に示されるような
特性を得ることができるようになる。

【００１０】とくに、このような圧力制御装置は、可変
容量型圧縮機を、これにより圧縮された冷媒を冷却する
放熱器と、前記放熱器で冷却された冷媒を減圧する膨張
装置と、前記膨張装置で減圧された冷媒を蒸発する蒸発
器とを少なくとも備えた前記冷媒として二酸化炭素が使
用される冷凍サイクルに用い、膨張装置の出口側から可
変容量型圧縮機までの低圧ラインの圧力が目標圧力より
も高い場合には圧力調整室と低圧室との間を開とし、且
つ、圧力調整室と高圧室とを間を閉とする方向に弁体を
移動させ、低圧ラインの圧力が目標圧力よりも低い場合
には圧力調整室と低圧室との間を閉とし、且つ、圧力調
整室と高圧室との間を開とする方向に弁体を移動させる
ように電磁コイルに制御信号を供給するような場合に適
したものである（請求項２）。この際、電磁コイルに供
給される制御信号は、該電磁コイルへの通電をデューテ
ィ比制御するようにするとよい（請求項３）。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の態様を図
面に基づいて説明する。図１において、冷凍サイクル１
は、吐出容量を可変するための圧力制御弁２を有すると
共に冷媒を超臨界域まで圧縮可能とする可変容量型圧縮
機（以下、圧縮機という）３、冷媒を冷却する放熱器
４、高圧ラインと低圧ラインとの冷媒を熱交換する内部
熱交換器５、冷媒を減圧する膨張装置６、冷媒を蒸発気
化する蒸発器７、蒸発器７から流出された冷媒を気液分
離するアキュムレータ８を有して構成されている。この
冷凍サイクル１では、圧縮機３の吐出側を放熱器４を介
して内部熱交換器５の高圧通路５ａに接続し、この高圧
通路５ａの流出側を膨張装置６に接続し、圧縮機３の吐
出側から膨張装置６に至る経路を高圧ライン９としてい
る。また、膨張装置６の流出側は、蒸発器７に接続さ
れ、この蒸発器７の流出側は、アキュムレータ８を介し
て内部熱交換器５の低圧通路５ｂに接続されている。そ
して、低圧通路５ｂの流出側を圧縮機３の吸入側に接続
し、膨張装置６の流出側から圧縮機３に至る経路を低圧
ライン１０としている。

【００１２】この冷凍サイクル１においては、冷媒とし
て二酸化炭素（ＣＯ₂ ）が用いられており、圧縮機３で
圧縮された冷媒は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として
放熱器４に入り、ここで放熱して冷却する。その後、内
部熱交換器５において蒸発器７から流出する低温冷媒と
熱交換して更に冷やされ、液化されることなく膨張装置
６へ送られる。そして、この膨張装置６において減圧さ
れて低温低圧の湿り蒸気となり、蒸発器７においてここ
を通過する空気と熱交換してガス状となり、しかる後に
内部熱交換器５において高圧ライン９の高温冷媒と熱交
換して加熱され、圧縮機３へ戻される。

【００１３】前記膨張装置６の流出側から前記圧縮機３
の吸入側の間の低圧ライン１０には、低圧圧力を検出す
る圧力センサ１２が設けられている。この圧力センサ１
２によって検出された低圧圧力Ｐｓは、外気温度Ｔａを
検出する温度センサ１３、車室内温度Ｔｉｎｃを検出す
る温度センサ１４、図示しない操作パネルの温度設定器
１５からの温度設定信号Ｔｓｅｔ、及び日射量検出セン
サ１６によって検出された日射量Ｑｓｕｎ等と共に、コ
ントロールユニット１７に入力される。

【００１４】このコントロールユニット１７は、前述し
た各種信号をデータとして入力する入力回路１８、読出
専用メモリ（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（Ｒ
ＡＭ）からなるメモリ部１９、前記メモリ部１９に格納
されたプログラムを呼び出して前記データを加工した
り、データを前記メモリ部１９に退避させたりして制御
データを演算する中央演算処理装置（ＣＰＵ）２０、こ
の中央演算処理装置２０によって演算された制御データ
に基づいて制御信号のデューティ比を出力する出力回路
２１、バッテリー電源２２から所望の一定電圧を製造す
る定電圧回路２３、この定電圧回路２３からの定電圧
（Ｖｓ）と、前記出力回路２１によって出力されたデュ
ーティ比を有する制御信号を出力するデューティ比制御
回路２４とから少なくとも構成されている。

【００１５】前記圧縮機３は、例えば図２に示すような
容量可変斜板式圧縮機であり、この圧縮機３の外周ブロ
ック３０は、クランク室３４を画成するフロントブロッ
ク３１と、複数のシリンダ３５が画成される中央ブロッ
ク３２と、吸入空間３６及び吐出空間３７とを画成する
リアブロック３３とによって構成されている。

【００１６】前記外周ブロック３０内を貫通して配され
た駆動軸３８は、フロントブロック３１及び中央ブロッ
ク３２にベアリング３９ａ，３９ｂを介して回転自在に
保持されており、この駆動軸３８は、図示しない走行用
エンジンとベルト、プーリ及び電磁クラッチを介して接
続され、電磁クラッチが投入された時に、前記エンジン
の回転が伝達されて回転するようになっている。また、
この駆動軸３８には、駆動軸３８の回転と共に回転し、
この駆動軸３８に対して傾斜自在である斜板４０が設け
られている。

【００１７】前記中央ブロック３２に形成されたシリン
ダ３５は、前記駆動軸３８の周囲に所定の間隔を空けて
複数形成され、前記駆動軸３８の軸に平行な中心軸を有
する円筒状に形成されているもので、このシリンダ３５
には、前記斜板４０に一端が保持されたピストン４１が
摺動自在に挿入されている。

【００１８】以上の構成において、駆動軸３８が回転す
ると前記斜板４０が所定の傾斜を有して回転するので、
前記斜板４０の端部は前記駆動軸３８の軸方向に所定の
幅で揺れることとなる。これによって、この斜板４０の
径方向先端部分に固定されたピストン４１は、前記駆動
軸３８の軸方向に往復動して、シリンダ３５内に画成さ
れた圧縮室４２の容積を変化させ、前記吸入空間３６か
ら吸入弁４４を有する吸入口４３を介して冷媒を吸引
し、吐出弁４６を有する吐出口４５を介して圧縮された
冷媒を吐出空間３７に吐出するようにしている。

【００１９】この圧縮機３の吐出容量はピストン４１の
ストロークによって決定され、このストロークは、ピス
トン４１の前面にかかる圧力、即ち圧縮室４２の圧力
と、ピストンの背面にかかる圧力、即ちクランク室３４
内の圧力（クランク室圧）との差圧によって決定され
る。具体的には、クランク室３４内の圧力を高くすれ
ば、圧縮室４２とクランク室３４との差圧が小さくなる
ので、斜板４０の傾斜角度（揺動角度）が小さくなり、
このため、ピストン４１のストロークが小さくなって吐
出容量が小さくなり、逆に、クランク室３４の圧力を低
くすれば、圧縮室４２とクランク室３４との差圧が大き
くなるので、斜板４０の傾斜角度（揺動角度）が大きく
なり、このため、ピストン４１のストロークが大きくな
って吐出容量が大きくなるようになっている。

【００２０】前記クランク室３４の圧力は、圧縮機３の
リアブロック３３に設けられた圧力制御弁２によって制
御されるようになっている。この圧力制御弁２は、具体
的には図３および図４に示されるようなもので、駆動部
６０、中央ブロック部７０及び弁体部８０から構成され
ている。

【００２１】前記駆動部６０は、前記中央ブロック部７
０の一端にかしめ固定される円筒状のケース６１と、こ
のケース６１内に収納されると共に前記中央ブロック部
７０の一端に固定される円筒状のシリンダ６２と、この
シリンダ６２の周囲に巻回される電磁コイル６３と、前
記シリンダ６２の内部に摺動自在に挿入され、前記中央
ブロック部７０側で弁体駆動ロッド６８と当接する一端
面及びスプリング装着孔６５が形成された他端面を有す
るプランジャ６４と、前記スプリング装着孔６５に挿入
されて一端が前記プランジャ６４に当接するスプリング
６６と、このスプリング６６の他端側を保持すると共に
前記シリンダ６３の他端側を密閉するように前記ケース
６１の他端側にかしめ固定される蓋体６７とによって構
成される。

【００２２】前記中央ブロック部７０は、前記シリンダ
６３を固定する円柱状突起部７１ａ及び前記ケース６１
がかしめ固定される外環部７１ｂとを一端側に有する円
筒状のブロック７１からなり、前記円柱状突起部７１ａ
に形成され、前記弁体駆動ロッド６８が摺動自在に貫通
する貫通孔７４と、前記ブロック７１の中央に円筒状に
形成された低圧室７３と、この低圧室７３から径方向に
延出する複数の低圧側連通孔７２とを有している。尚、
複数の低圧側連通孔７２は、前記リアブロック３３に形
成された第１の溝部７５を介して圧縮機３の吸入空間３
６と連通するので、前記低圧室７３内の圧力は、前記冷
凍サイクル１の低圧ラインの圧力と略一致する。

【００２３】前記弁体部８０は、略円筒状の外側ケース
８１と、この外側ケース８１に装着される内側ケース８
２とを有し、前記外側ケース８１の中央ブロック側に
は、圧力調整室８６が形成されると共に弁体９０の開閉
部９１が収納され、前記内側ケース８２には、弁体９０
の摺動部９３が摺動自在に挿入されている。そして、弁
体の開閉部９１と摺動部９３との間に形成される弁体の
小径部９２と内側ケース８２との間に高圧室８４が画成
されている。また、前記圧力調整室８６は、前記外側ケ
ース８１に開口するクランク室連通孔８５及び前記リア
ブロック３３に形成された第２の溝部９５を介してクラ
ンク室３４と連通し、前記高圧室８４は前記外側ケース
８１及び内側ケース８２を貫通して形成された高圧側連
通孔８３及び前記リアブロック３３に形成された第３の
溝部９６を介して吐出空間３７と連通するようになって
いる。

【００２４】前記圧力調整室８６の内径は前記低圧室７
３の内径よりも大きく形成され、前記内側ケース８２の
内径は前記圧力調整室８６の内径よりも小さく形成さ
れ、また圧力調整室８６に収容される開閉部９１の外径
は、低圧室７３の内径および内側ケース８２の内径より
も大きく形成されており、したがって、前記低圧室７３
と前記圧力調整室８６との間（低圧室７３が圧力調整室
８６に臨む開口部分周縁）には弁体９０が着座する低圧
側弁座７６が形成され、前記高圧室８４と前期圧力調整
室８６との間（高圧室８４が圧力調整室８６に臨む開口
部分周縁）には弁体９０が着座する高圧側弁座７７が形
成されている。したがって、圧力調整室８６内に収納さ
れた弁体９０の開閉部９１が、低圧側弁座７６若しくは
高圧側弁座７７に着座することによって、圧力調整室８
６と低圧室７３又は高圧室８４との間が連通（開）また
は遮断（閉）されるようになっている。

【００２５】また、前記弁体９０の摺動部９３の端部と
前記内側ケース８２との間には、低圧空間８７が形成さ
れ、前記内側ケース８２を外側ケース８１に固定する蓋
部８９に形成された連通孔８８及びリアブロック３３に
形成された連通空間９７を介して吸入空間３６と連通す
るようになっている。また、この低圧空間８７には、前
記弁体９０を前記低圧側弁座７６に押し付けるように付
勢するスプリング９４が収容されている。尚、このスプ
リング９４の付勢力は、前記スプリング６６の付勢力よ
りも大きく設定されており、電磁コイル６３への通電が
ない場合には、図３に示されるように、開閉部９１を前
記低圧側弁座７６に当接するようになっている。

【００２６】したがって、弁体９０の移動方向両端面に
低圧圧力をかけることができるので、弁体９０の移動方
向両端で圧力差が生じないことから、弁体９０の移動を
円滑に行うことができ、弁体９０の駆動力を抑えること
ができることから、電磁コイル６３自体の大きさを抑え
ることができるようになっている。

【００２７】このような圧力制御弁２に対し、前記コン
トロールユニット１７によって、前記圧力センサ１２の
検出圧力Ｐｓが目標圧力Ｐｓａよりも大きい場合には、
圧縮機３の吐出容量を大きくする方向に前記圧力制御弁
２を作動させ、前記圧力センサ１２の検出圧力Ｐｓが目
標圧力Ｐｓａより小さい場合には、圧縮機３の吐出容量
を小さくする方向に前記圧力制御弁２を作動させる制御
が行われる。即ち、低圧圧力Ｐｓと目標圧力Ｐｓａとに
基づいて、数１に示す演算式からデューティ比を算出
し、このデューティ比を有する制御信号がデューティ比
制御回路２４で形成されるようになっている。尚、下記
する数１において、Ａは比例定数、Ｂは積分定数、Ｃは
補正項であり、低圧圧力Ｐｓが目標圧力Ｐｓａより大き
い場合には、デューティ比が大きくなり、例えば図５
（ａ）で示されるような大きいデューティ比を有する制
御信号が圧力制御弁２の電磁コイル６３に供給され、低
圧圧力Ｐｓが目標圧力Ｐｓａより小さい場合にはデュー
ティ比が小さくなり、例えば図５（ｂ）で示されるよう
な小さいデューティ比を有する制御信号が圧力制御弁２
の電磁コイル６３に供給されるようになっている。

【００２８】

【数１】

【００２９】ここで、目標圧力Ｐｓａは、所定の固定値
を用いても良いし、外気温度Ｔａ、車室内温度Ｔｉｎ
ｃ、日射量Ｑｓｕｎ、設定温度Ｔｓｅｔ等から演算され
た熱負荷量Ｈに基づいてＰｓａ＝Ｋ６・Ｆ（Ｈ）＋Ｋ７
として決定されるもの等であってもよい。尚、Ｋ６は演
算定数であり、Ｋ７は補正項である。

【００３０】したがって、圧力センサ１２の検出圧力Ｐ
ｓが目標圧力Ｐｓａよりも高い場合には、圧力制御弁２
の電磁コイル６３に大きいデューティ比を有する制御信
号が供給され、プランジャ６４が電磁コイル６３に誘引
され、スプリング９４のばね力に抗して弁体駆動ロッド
６８を介して弁体９０を移動させる。このため、開閉部
９１が高圧側弁座７７に着座し、図４で示す状態とな
る。これによって、クランク室３４は圧力調整室８６及
び低圧室７３を介して吸入空間３６と連通し、低圧圧力
と同一の圧力となってくるので、低圧圧力の低下に伴っ
て、ピストン４１のストローク量が大きくなり、圧縮機
３の吐出容量は増大していく。

【００３１】また、圧力センサ１２の検出圧力Ｐｓが目
標圧力Ｐｓａよりも低い場合には、圧力制御弁２の電磁
コイル６３に小さいデューティ比を有する制御信号が供
給され、プランジャ６４に付勢される電磁力よりスプリ
ング９４のばね力が勝り、開閉部９１が低圧側弁座７６
に着座し、図３で示す状態となる。これによって、クラ
ンク室３４は圧力調整室８６及び高圧室８４を介して吐
出空間３７と連通し、高圧圧力と同一の圧力となってく
るので、高圧圧力の上昇に伴って、ピストン４１のスト
ローク量が小さくなり、圧縮機３の吐出容量は減少して
いく。

【００３２】ところで、以上のような構成を有する圧力
制御弁２において、圧力調整室８６と前記低圧室７３と
の間を閉、前記圧力調整室８６と前記高圧室８４との間
を開とする図３で示される状態において、高圧側連通孔
８３からクランク室連通孔８５に至る経路の最小通路断
面積Ｓ１は、下記する数２で示される範囲となるように
設定されている。

【００３３】

【数２】０．１ｍｍ² ≦Ｓ１≦１．０ｍｍ²

【００３４】ここで、最小通路断面積Ｓ１とは、吐出空
間３７からクランク室３４への冷媒の流れやすさが圧力
制御弁２の高圧側連通孔８３からクランク室連通孔８５
に至る経路の最も絞られた部分で決定されることから、
この最も絞られた部分での通路断面積を指している。図
６（ａ）にも示されるように、この場合の最も絞られた
部分は、高圧側連通孔８３とすることも、高圧室８４の
高圧側連通孔８３から圧力調整室８６へ至る内側ケース
８２と弁体９０の小径部９２との間のリング状の通路１
００とすることも、開閉部９１と高圧側弁座７７との間
の通路１０１とすることも、クランク室連通孔８５とす
ることも可能であり、例えば内側ケース８２と弁体９０
の小径部９２との間のリング状の通路１００が最も絞ら
れた部分であれば、このリング状の通路１００の断面積
が０．１〜１．０ｍｍ² となるように内側ケース８２の
内径や小径部９２の径が設定されることとなる。

【００３５】また、圧力調整室８６と低圧室７３との間
を開、圧力調整室８６と高圧室８４との間を閉とする図
４で示される状態において、クランク室連通孔８５から
低圧側連通孔７２に至る経路の最小通路断面積Ｓ２は、
下記する数３で示される範囲となるように設定されてい
る。

【００３６】

【数３】０．３ｍｍ² ≦Ｓ２≦２．０ｍｍ²

【００３７】ここで、最小通路断面積Ｓ２とは、クラン
ク室３４から吸入空間３６への冷媒の流れやすさが圧力
制御弁２のクランク室連通孔８５から低圧側連通孔７２
に至る経路の最も絞られた部分で決定されることから、
この最も絞られた部分での通路断面積を指している。図
６（ｂ）にも示されるように、この場合の最も絞られる
部分は、クランク室連通孔８５とすることも、開閉部９
１と低圧側弁座７６との間の通路１０２とすることも、
低圧室７３の圧力調整室８６から低圧側連通路７２へ至
るブロック７１と弁体駆動ロッド６８との間のリング状
の通路１０３とすることも、低圧側連通孔７２とするこ
とも可能であり、例えば低圧側連通孔７２が最も絞られ
た部分であれば、この低圧側連通孔７２の通路断面積が
０．３〜２．０ｍｍ² となるように通路径が設定される
こととなる。

【００３８】さらに、上述の範囲でＳ１とＳ２とを設定
した上で、Ｓ１とＳ２との比Ｒを数４で示される関係を
満たすように設定するようにしている。

【００３９】

【数４】０．１≦Ｒ＝Ｓ１／Ｓ２≦０．７

【００４０】以上のように設定したのは、以下の理由に
よる。先ず、高圧側連通孔８３から前記クランク室連通
孔８５に至る経路の最も絞られた部分での最小通路断面
積Ｓ１の下限を０．１ｍｍ² としたのは、これよりも小
さくなると、開閉部９１が低圧側弁座７６に着座して圧
力調整室８６と低圧室７３との間を閉、圧力調整室８６
と高圧室８４との間を開とする図３で示す状態となった
場合に、吐出空間３７からクランク室３４への冷媒の流
入がスムーズにいかず、クランク室圧が上昇するのに時
間がかかってしまうことが実験によって確かめられたた
めである。

【００４１】また、Ｓ１の上限を１．０ｍｍ² としたの
は、これよりも最小通路断面積Ｓ１が大きくなると、吐
出空間３７からクランク室３４への冷媒の流入が必要以
上に大きくなるため、圧力制御弁２に入力される制御信
号の僅かな変化、即ち、僅かなデューティ比の変化によ
って、クランク室圧が急激に上昇して一気にピストン４
１がデストロークしてしまい、その後、制御信号を変化
させてもクランク室圧が高い状態で一定となる図７のII
で示すような特性となり、このため、制御信号の可変中
間領域で容量制御が不可能となり、実質的に制御範囲が
狭くなってしまうためである。

【００４２】即ち、Ｓ１の下限値は、応答性が許容範囲
を超えて悪化してしまうことがないようにする限界値と
して、また、上限値は、応答性がよすぎてコントロール
しにくくなる状態を避けることができる限界値として、
それぞれ実験によって確定されたものである。

【００４３】次に、クランク室連通孔８５から低圧側連
通孔７２に至る経路の最も絞られた部分での最小通路断
面積Ｓ２の下限を０．３ｍｍ² としたのは、これよりも
小さくなると、開閉部９１が高圧側弁座７７に着座して
圧力調整室８６と低圧室７３との間を開、圧力調整室８
６と高圧室８４との間を閉とする図４に示す状態となっ
た場合に、クランク室３４から吸入空間３６へ冷媒が速
やかに移動しなくなるため、クランク室圧が低下しにく
くなり、デストロークしているピストンの背圧が下がり
にくくなることから吐出容量の速やかな増大を図ること
ができない現象、即ち、起動性の悪化を招くことが実験
によって確かめられたためである。

【００４４】また、Ｓ１の上限を２．０ｍｍ² としたの
は、これよりも最小通路断面積Ｓ２が大きくなると、ク
ランク室３４から吸入空間３６への冷媒の流出が必要以
上に大きくなるため、圧力制御弁２に入力される制御信
号の僅かな変化、即ち、僅かなデューティ比の変化によ
って、クランク室圧が急激に低下して一気にピストンが
フルストロークしてしまい、その後、制御信号を変化さ
せてもクランク室圧が低い状態で一定となる図７のIII
で示すような特性となり、このため、制御信号の可変中
間領域での容量制御が不可能となり、実質的に制御範囲
が狭くなってしまうことによる。

【００４５】即ち、Ｓ２の下限値は、応答性が許容範囲
を超えて悪化し、起動性を損なうことがないようにする
限界値として、また、上限値は、応答性がよすぎてコン
トロールしにくくなる状態を避けることができる限界値
として、それぞれ実験によって確定されたものである。

【００４６】ところで、以上のように各経路の最小通路
断面積を上述のような範囲に規定しただけでは、それぞ
れの経路を単独で最適設計するための条件を規定しただ
けに過ぎず、さらにＳ１とＳ２との比Ｒを０．１≦Ｒ＝
Ｓ１／Ｓ２≦０．７の範囲とする必要があるのは次のよ
うな理由による。

【００４７】先ず、圧力制御弁２へ入力される制御信号
がピストンストロークを大きくする値となっている状態
（この例では、大きいデューティ比の制御信号が供給さ
れて開閉部９１が図４に示される位置関係にある状態）
からピストンストロークを小さくする値に変化させる場
合（この例では、小さいデューティ比の制御信号が供給
されて開閉部９１が図３に示される位置関係にある状態
へ変化する場合）を想定すると、図４に示す状態でしば
らく時間が経過している場合には、高圧ライン９と低圧
ライン１０の圧力差は大きくなっており、この状態から
図３に示す状態へ開閉部９１が動くと、吐出空間３７の
圧力とクランク室３４の圧力差が大きくなっていること
から、Ｓ１は小さくても吐出空間３７からクランク室３
４へ冷媒が流入しやすい状態となるので、Ｓ１は、上述
の範囲を満たすものであれば小さくても差し支えない。

【００４８】これに対して、圧縮機が停止している状態
（開閉部９１が図３に示される位置関係にある状態）か
ら圧縮機を起動させてピストンストロークを大きくする
値に制御信号が変化する場合（この例では、大きいデュ
ーティ比の制御信号が供給されて開閉部９１が図４に示
される位置関係にある状態へ変化する場合）を想定する
と、圧縮機の停止している状態がしばらく経過している
場合には、高圧ライン９と低圧ライン１０の圧力差はほ
とんどなくなっており、この状態から図４に示す状態へ
開閉部９１が動いた場合でも、クランク室３４の圧力と
吸入空間３６の圧力との圧力差は殆ど無いことから、ク
ランク室から吸入空間へ冷媒は流出しにくい状態となっ
ている。このため、クランク室３４から吸入空間３６へ
冷媒を流出しやすくするためにＳ２はできるだけ大きく
しておきたい要請がある。

【００４９】以上のことから、Ｓ２はＳ１よりも大きく
する必要があるとの知見が得られているが、どの程度Ｓ
２をＳ１よりも大きくする必要があるのかに関しては、
発明者らの実験によれば、Ｓ１とＳ２との比Ｒが０．１
よりも小さくなると、吐出空間３７からクランク室３４
へ冷媒が入りづらくなり、図７の実線で示される特性線
からずれてピストン４１を即座にデストロークさせにく
くなるし、また、Ｒが０．７よりも大きくなると、クラ
ンク室３４の圧力が吸入空間３６へ抜け易くなるので、
ピストンストロークをフルストローク方向へ少し変化さ
せる制御信号が入力されただけでも、一気にクランク室
圧が低下してピストン４１がフルストロークに転じてし
まい、図７の実線で示される特性線からずれてしまうこ
とが明らかとなった。そこで、ピストンストロークをデ
ストローク方向へ変化させる場合、及び、フルストロー
ク方向へ変化させる場合に適切な制御を確保する必要か
ら、Ｓ１及びＳ２を数２及び数３の範囲内で設定する必
要があるものの、Ｓ１とＳ２との比Ｒをさらに数４の範
囲に設定しなければならないとの知見を得るに至ってい
る。

【００５０】以上のように、Ｓ１及びＳ２が上述した範
囲よりも小さくなると、クランク室圧の変化速度が遅く
なり、可変応答性が悪くなるものであり、また、Ｓ１及
びＳ２が上述した範囲よりも大きくなると、クランク室
圧の変化速度が速くなりすぎ、制御が困難になるもので
あり、また、Ｒが上述した範囲内に設定されない場合に
は、圧力制御弁２をデューティ比制御する場合に、デュ
ーティ比に対してクランク室圧を線形的に制御できなく
なるものであり、このため、Ｓ１、Ｓ２、Ｒのそれぞれ
を上述のように設定することにより、圧力制御弁２に入
力される制御信号の全範囲（デューティ比０％から１０
０％）にわたって、応答性を適切に設定することがで
き、尚且つ、図７の実線で示される制御信号に対するク
ランク室圧の関係をほぼリニアな特性とすることができ
るようになるものである。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、クランク室内の圧力を制御して前記駆動斜板の傾斜
角度を変化し得るようにした可変容量型圧縮機の圧力制
御装置を、吸入空間に対して低圧側連通孔を介して連通
する低圧室と、吐出空間に対して高圧側連通孔を介して
連通する高圧室と、クランク室に対してクランク室連通
孔を介して連通する圧力調整室と、圧力調整室と前記低
圧室との間を開／閉すると同時に、圧力調整室と前記高
圧室との間を閉／開する弁体と、電磁力を発生する電磁
コイルと、電磁コイル内に摺動自在に挿入され、電磁コ
イルの電磁力にて移動して前記弁体を移動させるプラン
ジャと、弁体をプランジャによる付勢方向と逆方向に付
勢するスプリングとを少なくとも備えて構成し、圧力調
整室と低圧室との間を閉、圧力調整室と高圧室との間を
開とした場合における高圧側連通孔からクランク室連通
孔に至る経路の最小通路断面積Ｓ１、圧力調整室と低圧
室との間を開、圧力調整室と高圧室との間を閉とした場
合におけるクランク室と連通するクランク室連通孔から
吸入空間と連通する低圧側連通孔に至る経路の最小通路
断面積Ｓ２、及び、Ｓ１とＳ２との比Ｒを０．１ｍｍ²
≦Ｓ１≦１．０ｍｍ² 、０．３ｍｍ² ≦Ｓ２≦２．０ｍ
ｍ² 、０．１≦Ｒ＝Ｓ１／Ｓ２≦０．７の関係を満たす
ように設定するようにしたので、小型で耐圧仕様の圧力
制御弁を構築するにあたり、供給される制御信号の変化
に対してクランク室圧を線形的に変化させることができ
る可変容量型圧縮機の圧力制御装置を提供することが可
能となる。

【００５２】特に、このような圧力制御装置は、可変容
量型圧縮機が二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルに用
いられ、膨張装置の出口側から可変容量型圧縮機までの
低圧ラインの圧力が目標圧力よりも高い場合には圧力調
整室と低圧室との間を開とし、且つ、圧力調整室と高圧
室とを間を閉とする方向に弁体を移動させ、低圧ライン
の圧力が目標圧力よりも低い場合には圧力調整室と低圧
室との間を閉とし、且つ、圧力調整室と高圧室との間を
開とする方向に弁体を移動させるように電磁コイルへの
制御信号を制御する場合に適したものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本願発明の実施の形態に係る冷凍サイ
クルの概略構成図である。

【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る可変容量型
圧縮機の断面図である。

【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る圧力制御弁
の無通電時の状態を示した断面図である。

【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る圧力制御弁
の通電時の状態を示した断面図である。

【図５】図５は、圧力制御弁に供給される制御信号例を
示す図であり、図５（ａ）はデューティ比の大きい制御
信号を示し、図５（ｂ）はデューティ比の小さい制御信
号を示す。

【図６】図６（ａ）は、図３の圧力制御弁の状態におけ
る開閉部近傍を示した拡大断面図であり、図５（ｂ）
は、図４の圧力制御弁の状態における開閉部近傍を示し
た拡大断面図である。

【図７】図７は、圧力制御弁に入力される制御信号（デ
ューティ比）とクランク室圧との関係を示した特性線図
である。

【符号の説明】

１ 冷凍サイクル ２ 圧力制御弁 ３ 圧縮機 ４ 放熱器 ５ 内部熱交換器 ６ 膨張装置 ７ 蒸発器 ８ アキュムレータ １０ 低圧ライン １２ 圧力センサ ３１ フロントブロック ３２ 中央ブロック ３３ リアブロック ３４ クランク室 ３５ シリンダ ３６ 吸入空間 ３７ 吐出空間 ４０ 斜板 ４１ ピストン ４２ 圧縮室 ６３ 電磁コイル ６４ プランジャ ７２ 低圧側連通孔 ７３ 低圧室 ８３ 高圧側連通孔 ８４ 高圧室 ８５ クランク室連通孔 ８６ 圧力調整室 ９０ 弁体 ９１ 開閉部 ９４ スプリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯島 健次 埼玉県大里郡江南町大字千代字東原39番地 株式会社ゼクセルヴァレオクライメート コントロール内内 Ｆターム(参考） 3H045 AA04 AA12 AA27 BA14 BA20 CA02 CA13 CA24 CA29 DA25 DA43 DA47 EA13 EA16 EA26 EA33 EA38 EA42 3H076 AA06 AA40 BB32 BB43 CC05 CC12 CC20 CC28 CC84 CC91

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダブロック、前記シリンダブロッ
   ク内に設けられる駆動軸、該駆動軸と共に回転すると共
   に駆動軸に対する傾斜角度が可変自在である駆動斜板、
   前記シリンダブロック内に設けられ、前記駆動軸と平行
   な軸を有する複数のシリンダ、該シリンダに摺動自在に
   配され、前記駆動斜板の回転に伴って前記シリンダ内を
   往復動する複数のピストン、前記シリンダと前記ピスト
   ンとによって画成される圧縮室、前記ピストンの反圧縮
   室側に形成されるクランク室、前記ピストンの吸入行程
   において前記圧縮室と連通する吸入空間、及び、前記ピ
   ストンの圧縮行程において前記圧縮室と連通する吐出空
   間とを少なくとも有する可変容量型圧縮機に用いられ、
   前記クランク室内の圧力を制御して前記駆動斜板の傾斜
   角度を変化し得るようにした可変容量型圧縮機の圧力制
   御装置において、 少なくとも、前記吸入空間に対して低圧側連通孔を介し
   て連通する低圧室と、前記吐出空間に対して高圧側連通
   孔を介して連通する高圧室と、前記クランク室に対して
   クランク室連通孔を介して連通する圧力調整室と、前記
   圧力調整室と前記低圧室との間を開／閉すると同時に、
   前記圧力調整室と前記高圧室との間を閉／開する弁体
   と、電磁力を発生する電磁コイルと、前記電磁コイル内
   に摺動自在に挿入され、電磁コイルの電磁力にて移動し
   て前記弁体を移動させるプランジャと、前記弁体を前記
   プランジャによる付勢方向と逆方向に付勢するスプリン
   グとを備え、 前記圧力調整室と前記低圧室との間を閉、前記圧力調整
   室と前記高圧室との間を開とした場合における前記高圧
   側連通孔から前記クランク室連通孔に至る経路の最小通
   路断面積Ｓ１、前記圧力調整室と前記低圧室との間を
   開、前記圧力調整室と前記高圧室との間を閉とした場合
   における前記クランク室と連通するクランク室連通孔か
   ら前記吸入空間と連通する低圧側連通孔に至る経路の最
   小通路断面積Ｓ２、及び、前記Ｓ１と前記Ｓ２との比Ｒ
   が、 ０．１ｍｍ² ≦Ｓ１≦１．０ｍｍ² ０．３ｍｍ² ≦Ｓ２≦２．０ｍｍ² ０．１≦Ｒ＝Ｓ１／Ｓ２≦０．７ の関係を満たすように設定されていることを特徴とする
   可変容量型圧縮機の圧力制御装置。
2. 【請求項２】 前記可変容量型圧縮機は、これにより圧
   縮された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器で冷却さ
   れた冷媒を減圧する膨張装置と、前記膨張装置で減圧さ
   れた冷媒を蒸発する蒸発器とを少なくとも備えた前記冷
   媒として二酸化炭素が使用される冷凍サイクルに用いら
   れるものであり、前記膨張装置の出口側から前記可変容
   量型圧縮機までの低圧ラインの圧力が目標圧力よりも高
   い場合には前記圧力調整室と前記低圧室との間を開と
   し、且つ、前記圧力調整室と前記高圧室とを間を閉とす
   る方向に前記弁体を移動させ、前記低圧ラインの圧力が
   目標圧力よりも低い場合には前記圧力調整室と前記低圧
   室との間を閉とし、且つ、前記圧力調整室と前記高圧室
   との間を開とする方向に前記弁体を移動させるよう制御
   信号が前記電磁コイルに供給されるものであることを特
   徴とする請求項１記載の可変容量型圧縮機の圧力制御装
   置。
3. 【請求項３】 前記電磁コイルに供給される制御信号
   は、該電磁コイルへの通電をデューティ比制御するもの
   であることを特徴とする請求項２記載の可変容量型圧縮
   機の圧力制御弁。