JP2010038063A - 可変容量圧縮機の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】制御量の目標値を設定する第１制御装置の汎用性が向上し、且つ、容量制御弁のコイルに供給される駆動電流を調整する第２制御装置が簡素な構造で安定に保持された可変容量圧縮機の制御システムを提供する。
【解決手段】可変容量圧縮機の制御システム(A)は、第１制御装置(400A)と第２制御装置(400B)とを備える。第１制御装置(400A)は、第１接続端子(433)、及び、第１ハウジング(432)及び第１基板(430)のうち少なくとも一方に一体に設けられ第１係合部(434)を有する。前記第２制御装置(400B)は、第１接続端子(433)と機械的に接続される１つ以上の第２接続端子(443)、及び、第２ハウジング(442)及び前記第２基板(440)のうち少なくとも一方に一体に設けられ第１係合部(434)と脱着自在に係合する第２係合部(444)を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、車両用空調システムに適用される可変容量圧縮機の制御システムに関する。

例えば車両用空調システムに用いられる往復動型の可変容量圧縮機は、ハウジングを備え、ハウジングの内部には吐出室、吸入室、クランク室及びシリンダボアが区画形成される。クランク室内を延びる駆動軸には斜板が傾動可能に連結され、斜板を含む変換機構は、駆動軸の回転をシリンダボア内に配置されたピストンの往復運動に変換する。ピストンの往復運動は、吸入室からシリンダボア内への作動流体の吸入、吸入した作動流体の圧縮及び圧縮された作動流体の吐出室への吐出工程を実行する。

ピストンのストローク長、即ち圧縮機の吐出容量は、クランク室の圧力（制御圧力）を変化させることにより可変となり、吐出容量を制御するために、吐出室とクランク室とを連通する給気通路には容量制御弁が配置され、クランク室と吸入室とを連通する抽気通路には絞りが配置される。
例えば特許文献１が開示する容量制御弁は、吸入圧力を感知するための感圧部材を内蔵し、この容量制御弁を用いた可変容量圧縮機では、吸入圧力を感知して吐出容量をフィードバック制御する。具体的には、感圧部材は、例えばベローズにより構成され、吸入圧力が低下すると吐出容量を減少すべく伸長し、給気通路の開度を増大させる。

また、特許文献２が開示する可変容量圧縮機の容量制御方法では、２つの圧力監視点の圧力差が目標値に近付くように容量制御が行われる。
更に、特許文献３が開示する容量制御装置は、吐出室の圧力（吐出圧力）と吸入室の圧力との間の圧力差（差圧）が目標値に近付くように、吐出容量をフィードバック制御する。すなわち、特許文献３の制御装置は、差圧を制御対象として容量制御弁のコイルへの通電量を変化させ、これに伴い吐出容量が変化する。例えば、この制御装置は、差圧が縮小しようとすれば、吐出容量を増大させて差圧を所定値に近付けるように動作する。

特許文献３の容量制御装置が実行する差圧制御も、特許文献２が開示する容量制御方法と同様に、２つの圧力監視点の圧力差を目標値に近付けるものに属すると考えられる。従って、可変容量圧縮機の容量制御装置は、特許文献１に代表されるように吸入圧力を制御対象とする吸入圧力制御方式のものと、特許文献２及び３に代表されるように差圧を制御対象とする差圧制御方式のものとに大別される。

一方、可変容量圧縮機の容量制御装置は、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせた制御を実行してもよく、例えば特許文献４が開示する可変容量圧縮機の制御方法が知られている。当該制御方法によれば、蒸発器の風量設定手段の切換設定時又は吹き出し温度設定手段の切換設定時には、これらの切換設定に連動してデューティ比制御量に切換補償量が加算される。

特許文献１乃至４に開示されている技術を使用する場合、可変容量圧縮機に専用の制御装置が必要となる。可変容量圧縮機用の制御装置は、通常、空調システムの制御装置と一体に設けられる。
ここで、空調システムの制御装置は、センサ等によって検知した外部情報に基づいて、制御量の目標値を設定する。可変容量圧縮機用の制御装置は、制御量がこの目標値に近付くよう、コイルを流れる駆動電流を調整する。
特開平９−２６８９７３号公報 特開２００１−１０７８５４号公報 特開２００１−１３２６５０号公報 特開平１−１２１５７２号公報

可変容量圧縮機用の制御装置が空調システムの制御装置に一体に組み込まれている場合、空調システムの制御装置自体が、対応する特定の可変容量圧縮機のみにしか使用できなくなる。このため、空調システムの制御装置の汎用性が無くなってしまうという問題があった。
また、可変容量圧縮機の制御装置は、ソレノイドの駆動電流を調整すべく所定の駆動周波数及びデューティ比で駆動されるスイッチング素子を有するため、電磁ノイズを発生し、これが他の電子部品に影響する虞があった。

これらの問題を改善するには、可変容量圧縮機の制御装置を空調システムの制御装置とは別に設ければ良い。しかしながら、可変容量圧縮機の制御装置と空調システムの制御装置とを別々に設けるとしたときに、可変容量圧縮機の制御装置の仕様、配置及び取り付け方法については、最適な提案がなされてはいない。
本発明は上述した事情に基づいてなされたもので、その目的は、制御量の目標値を設定する第１制御装置の汎用性が向上し、且つ、容量制御弁のコイルに供給される駆動電流を調整する第２制御装置が簡素な構造で安定に保持された可変容量圧縮機の制御システムを提供することにある。

上記の目的を達成するべく、本発明によれば、制御量の目標値を設定する第１制御装置と、前記制御量の目標値に基づいて操作量を演算し、前記操作量に基づいて容量制御弁のコイルに供給される駆動電流を調整する第２制御装置とを備え、車両用空調システムに適用される可変容量圧縮機の制御システムにおいて、前記第１制御装置は、第１ハウジング、前記第１ハウジング内に収容され且つ１つ以上の素子が実装された第１基板、前記第１基板に設けられた１つ以上の第１接続端子、並びに、前記第１接続端子と外部との機械的接続を確保するために前記第１ハウジング及び前記第１基板のうち少なくとも一方に一体に設けられた第１係合部を有し、前記第２制御装置は、第２ハウジング、前記第２ハウジング内に収容され且つ１つ以上の素子が実装された第２基板、前記第２基板に設けられ前記第１接続端子と機械的に接続される１つ以上の第２接続端子、並びに、前記第２ハウジング及び前記第２基板のうち少なくとも一方に一体に設けられ前記第１係合部と脱着自在に係合する第２係合部を有することを特徴とする可変容量圧縮機の制御システムが提供される（請求項１）。

好ましくは、前記第２制御装置は、前記素子として、前記コイルと電気的に並列に接続されるダイオードと、前記コイルと電気的に直列に接続されるスイッチング素子と、前記目標値に基づいて前記操作量を演算する操作量演算手段と、前記操作量に基づいて前記スイッチング素子に供給されるゲート電圧のデューティ比制御を実行するソレノイド駆動手段とを含む（請求項２）。

好ましくは、前記第２制御装置は、前記第１係合部及び第２係合部を介して前記第１制御装置によって支持され、前記第２制御装置は、前記第２接続端子以外に外部と接続可能な接続端子を有しない（請求項３）。
好ましくは、前記第２制御装置の操作量演算手段及びソレノイド駆動手段を動作させるための電力は、前記第１制御装置を通じて供給される（請求項４）。

好ましくは、前記第１制御装置の第１ハウジングは、前記第２制御装置の第２ハウジングの少なくとも一部を受け容れ可能な外形形状を有する（請求項５）。
好ましくは、前記第１制御装置は、前記第１ハウジングと一体に設けられた保護部材を更に有し、前記保護部材は、前記第１係合部と前記第２係合部とが係合しているときに、前記第２制御装置の第２ハウジングの少なくとも一部を覆う（請求項６）。

本発明の請求項１の可変容量圧縮機の制御システムでは、目標値を設定する第１制御装置と駆動電流を調整する第２制御装置とが別々に設けられている。これにより、異なる制御方式の可変容量圧縮機に対しても第１制御装置を共通して使用することが可能になり、第１制御装置の汎用性が向上する。
また、第１係合部と第２係合部とが係合することで、第１制御装置及び第２制御装置のうちいずれか一方を支持すれば他方が支持され、第１制御装置及び第２制御装置が簡素な構造で設置される。

請求項２の可変容量圧縮機の制御システムでは、第２制御装置にスイッチング素子が配置されている。これにより、スイッチング素子の作動による第１制御装置への電磁ノイズの影響が軽減される。
請求項３の可変容量圧縮機の制御システムでは、第２制御装置に第１制御装置以外の機器が機械的に接続されない。このため、第１係合部及び第２係合部に対して、第２制御装置の荷重が加わるのみであり、過大な荷重が加わることが防止される。この結果として、第１制御装置と第２制御装置との機械的な接続の信頼性が確保される。

請求項４の可変容量圧縮機の制御システムでは、第２制御装置内に、操作量演算手段及びソレノイド駆動手段のための電源回路を設ける必要が無い。これにより第２制御装置が軽量化され、第１係合部及び第２係合部への負荷が軽減される。
請求項５の可変容量圧縮機の制御システムでは、第１制御装置の第１ハウジングによって、第２制御装置が他の部材と接触することが回避される。この結果として、第１制御装置と第２制御装置との機械的な接続の信頼性が確保される。

請求項６の可変容量圧縮機の制御システムでは、第１制御装置の保護部材によって、第２制御装置が他の部材と接触することが回避される。この結果として、第１制御装置と第２制御装置との機械的な接続の信頼性が確保される。

以下、本発明の第１実施形態の可変容量圧縮機の制御システムＡについて説明する。
図１は、制御システムＡが適用された車両用空調システムの冷凍サイクル１０を示し、冷凍サイクル１０は、作動流体としての冷媒が循環する循環路１２を備える。循環路１２には、冷媒の流動方向でみて、圧縮機１００、放熱器（凝縮器又はガスクーラ）１４、膨張器１６及び蒸発器１８が順次介挿され、圧縮機１００が作動すると、圧縮機１００の吐出容量に応じて循環路１２を冷媒が循環する。

すなわち、圧縮機１００は、冷媒の吸入工程、吸入した冷媒の圧縮工程及び圧縮した冷媒の吐出工程からなる一連のプロセスを行う。
放熱器１４は、圧縮機１００から吐出された冷媒を冷却する機能を有し、冷却された冷媒は、膨張器１６を通過することによって膨張させられる。膨張した冷媒は蒸発器１８内で気化し、気化した冷媒は圧縮機１００に吸入される。

蒸発器１８は、車両用空調システムの空気回路の一部も構成しており、蒸発器１８を通過する空気流は、蒸発器１８内の冷媒によって気化熱を奪われることによって冷却される。冷却された空気流が車室内に流入することにより、車室が冷房又は除湿される。
制御システムＡが適用される圧縮機１００は可変容量圧縮機であり、例えば斜板式のクラッチレス圧縮機である。圧縮機１００はシリンダーブロック１０１を備え、シリンダーブロック１０１には、複数のシリンダボア１０１ａが形成されている。シリンダーブロック１０１の一端にはフロントハウジング１０２が連結され、シリンダーブロック１０１の他端には、バルブプレート１０３を介してリアハウジング（シリンダヘッド）１０４が連結されている。

シリンダーブロック１０１及びフロントハウジング１０２はクランク室１０５を規定し、クランク室１０５内を縦断して駆動軸１０６が延びている。駆動軸１０６は、クランク室１０５内に配置された環状の斜板１０７を貫通し、斜板１０７は、駆動軸１０６に固定されたロータ１０８と連結部１０９を介してヒンジ結合されている。従って、斜板１０７は、駆動軸１０６に沿って移動しながら傾動可能である。

ロータ１０８と斜板１０７との間を延びる駆動軸１０６の部分には、斜板１０７を最小傾角に向けて付勢するコイルばね１１０が装着され、斜板１０７を挟んで反対側の部分、即ち斜板１０７とシリンダーブロック１０１との間を延びる駆動軸１０６の部分には、斜板１０７を最大傾角に向けて付勢するコイルばね１１１が装着されている。
駆動軸１０６は、フロントハウジング１０２の外側に突出したボス部１０２ａ内を貫通し、駆動軸１０６の外端には、動力伝達装置としてのプーリ１１２に連結されている。プーリ１１２は、ボール軸受１１３を介してボス部１０２ａによって回転自在に支持され、外部駆動源としてのエンジン１１４のプーリとの間にベルト１１５が架け回される。

ボス部１０２ａの内側には軸封装置１１６が配置され、軸封装置１１６はフロントハウジング１０２の内部と外部とを遮断している。駆動軸１０６はラジアル方向及びスラスト方向にベアリング１１７，１１８，１１９，１２０によって回転自在に支持され、エンジン１１４からの動力がプーリ１１２に伝達され、プーリ１１２の回転と同期して回転可能である。

シリンダボア１０１ａ内にはピストン１３０が配置され、ピストン１３０には、クランク室１０５内に突出したテール部が一体に形成されている。テール部に形成された凹所１３０ａ内には一対のシュー１３２が配置され、シュー１３２は斜板１０７の外周部に対し挟み込むように摺接している。従って、シュー１３２を介して、ピストン１３０と斜板１０７とは互いに連動し、駆動軸１０６の回転によりピストン１３０がシリンダボア１０１ａ内を往復動する。

リアハウジング１０４の内部には、吸入室１４０及び吐出室１４２が区画形成され、吸入室１４０は、バルブプレート１０３に設けられた吸入孔１０３ａを介してシリンダボア１０１ａと連通可能である。吐出室１４２は、バルブプレート１０３に設けられた吐出孔１０３ｂを介してシリンダボア１０１ａと連通している。なお、吸入孔１０３ａ及び吐出孔１０３ｂは、図示しない吸入弁及び吐出弁によってそれぞれ開閉される。

シリンダーブロック１０１の外側にはマフラ１５０が設けられ、マフラケーシング１５２は、シリンダーブロック１０１に一体に形成されたマフラベース１０１ｂに図示しないシール部材を介して接合されている。マフラケーシング１５２及びマフラベース１０１ｂはマフラ空間１５４を規定し、マフラ空間１５４は、リアハウジング１０４、バルブプレート１０３及びマフラベース１０１ｂを貫通する吐出通路１５６を介して吐出室１４２と連通している。

マフラケーシング１５２には吐出ポート１５２ａが形成され、マフラ空間１５４には、吐出通路１５６と吐出ポート１５２ａとの間を遮るように逆止弁１７０が配置されている。具体的には、逆止弁１７０は、吐出通路１５６側の圧力とマフラ空間１５４側の圧力との圧力差に応じて開閉し、圧力差が所定値より小さい場合閉作動し、圧力差が所定値より大きい場合開作動する。

したがって吐出室１４２は、吐出通路１５６、マフラ空間１５４及び吐出ポート１５２ａを介して循環路１２の往路部分と連通可能であり、マフラ空間１５４は逆止弁１７０によって断続される。一方、吸入室１４０は、リアハウジング１０４に形成された吸入ポート１０４ａを介して循環路１２の復路部分と連通している。
リアハウジング１０４には、容量制御弁（電磁制御弁）２００が収容され、容量制御弁２００は給気通路１６０に介挿されている。給気通路１６０は、吐出室１４２とクランク室１０５との間を連通するようにリアハウジング１０４からバルブプレート１０３を経てシリンダーブロック１０１にまで亘っている。

一方、吸入室１４０は、クランク室１０５と抽気通路１６２を介して連通している。抽気通路１６２は、駆動軸１０６とベアリング１１９，１２０との隙間、空間１６４及びバルブプレート１０３に形成された固定オリフィス１０３ｃからなる。
また、吸入室１４０は、リアハウジング１０４に形成された感圧通路１６６を通じて、給気通路１６０とは独立して容量制御弁２００に接続されている。

容量制御弁２００は、吐出室１４２とクランク室１０５とを連通する給気通路１６０の開度を開整し、クランク室１０５への冷媒導入量を制御する。一方、クランク室１０５内の冷媒は抽気通路１６２を介して吸入室に流れる。
したがって容量制御弁２００を介してクランク室１０５への冷媒導入量を調整してクランク室１０５内の圧力を変化させることにより、吐出容量を制御することができる。

より詳しくは、図２に示すように、容量制御弁２００は、弁ユニットと駆動ユニット（ソレノイドユニット）とからなる。弁ユニットは、円筒形状の弁ハウジング２０２を有し、弁ハウジング２０２の内部には弁孔２０４が形成されている。弁孔２０４は、弁ハウジング２０２の軸線方向に延び、弁孔２０４の一端は出口ポート２０６に繋がっている。出口ポート２０６は、弁ハウジング２０２を径方向に貫通しており、弁孔２０４は出口ポート２０６及び給気通路１６０の下流側部分を介してクランク室１０５と連通している。

弁ハウジング２０２のソレノイドユニット側には弁室２０８が区画され、弁孔２０４の他端は弁室２０８の端壁にて開口している。弁室２０８内には、略円柱形状の弁体２１０が収容され、弁体２１０は、弁室２０８内を弁ハウジング２０２の軸線方向に移動可能である。弁体２１０の一端が弁室２０８の端壁に当接することにより、弁体２１０は弁孔２０４を閉塞可能であり、弁室２０８の端壁は弁座として機能する。

また、弁ハウジング２０２には入口ポート２１２が形成され、入口ポート２１２も弁ハウジング２０２を径方向に貫通している。入口ポート２１２は、給気通路１６０の上流側部分を介して吐出室１４２と連通している。入口ポート２１２は、弁室２０８の周壁にて開口しており、入口ポート２１２、弁室２０８、弁孔２０４及び出口ポート２０６を通じて、吐出室１４２とクランク室１０５とは連通可能となっている。

更に、弁ハウジング２０２には、ソレノイドユニットと反対側に感圧室２１４が区画され、感圧室２１４の周壁には感圧ポート２１６が形成されている。感圧ポート２１６及び感圧通路１６６を通じて、感圧室２１４は吸入室１４０と連通している。また、感圧室２１４と弁孔２０４との間には軸方向孔２１８が設けられ、軸方向孔２１８は、弁孔２０４と同軸上を延びている。

弁体２１０の他端には、感圧ロッド２２０が一体且つ同軸に連結されている。感圧ロッド２２０は、弁孔２０４及び軸方向孔２１８内を延び、感圧ロッド２２０の先端部は、感圧室２１４内に突出している。感圧ロッド２２０は先端側に大径部を有しており、感圧ロッド２２０の大径部は、軸方向孔２１８の内周面によって摺動可能に支持されている。従って、感圧ロッド２２０の大径部によって、感圧室２１４と弁孔２０４との間の気密性が確保されている。

感圧室２１４の端壁は、弁ハウジング２０２の端部に圧入されたキャップ２２２により形成され、キャップ２２２は段付きの有底円筒状をなす。キャップ２２２の小径部には、支持部材２２４の筒部が摺動自在に嵌合され、キャップ２２２の底壁と支持部材２２４との間には強制開放ばね２２６が配置されている。
感圧室２１４内には感圧器２２８が収容され、感圧器２２８の一端が支持部材２２４に固定されている。従って、キャップ２２２は、支持部材２２４を介して感圧器２２８を支持している。

感圧器２２８はベローズ２３０を有し、ベローズ２３０は、弁ハウジング２０２の軸線方向に伸縮可能である。ベローズ２３０の両端はキャップ２３２，２３４によって気密に閉塞され、ベローズ２３０の内部は、真空状態（減圧状態）に保たれている。また、ベローズ２３０の内部には、圧縮コイルばね２３６が配置され、圧縮コイルばね２３６は、ベローズ２３０が伸長するように、キャップ２３２，２３４を相互に離間する方向に付勢している。

感圧器２２８のキャップ２３４は、アダプタ２３８を介して感圧ロッド２２０に当接可能であり、感圧室２１４内の圧力が低下して感圧器２２８が伸長した場合、感圧ロッド２２０を介して弁体２１０が開弁方向に付勢される。
なお、弁ハウジング２０２に対するキャップ２２２の圧入量は、容量制御弁２００が所定の動作をするように調整される。

一方、ソレノイドユニットは、弁ハウジング２０２に同軸的に連結された略円筒形状のソレノイドハウジング２４０を有し、ソレノイドハウジング２４０内には、同心上に略円筒形状の固定コア２４２が配置されている。固定コア２４２の一端部は、弁ハウジング２０２の端部に嵌合して弁室２０８を区画するとともに、弁体２１０を摺動自在に支持している。

固定コア２４２の中央部から他端部に亘る部分には、有底のスリーブ２４４が嵌合されている。スリーブ２４４の底壁と固定コア２４２の他端との間には、コア収容空間２４６が区画され、コア収容空間２４６には可動コア２４８が配置されている。可動コア２４８は、スリーブ２４４によって摺動自在に支持され、ソレノイドハウジング２４０の軸線方向に往復動可能である。

弁体２１０の他端には、固定コア２４２内を延びるソレノイドロッド２５０の一端が当接し、ソレノイドロッド２５０の他端部は、可動コア２４８と一体に固定されている。従って、弁体２１０は、可動コア２４８に連動して閉弁方向に移動する。可動コア２４８とスリーブ２４４の底壁との間には、圧縮コイルばね２５２が配置され、圧縮コイルばね２５２は、可動コア２４８及びソレノイドロッド２５０を介して弁体２１０を閉弁方向に常時付勢する。

スリーブ２４４の周囲には、ボビン２５３に巻回された状態で円筒形のコイル（ソレノイドコイル）２５４が配置され、ボビン２５３及びコイル２５４は、一体に成型された樹脂部材２５５によって囲まれている。ソレノイドハウジング２４０、固定コア２４２及び可動コア２４８はいずれも磁性材料で形成されて磁気回路を構成し、一方、スリーブ２４４は非磁性のステンレス系材料で形成されている。

ここで、固定コア２４２の先端部の根元には、径方向孔２５６が形成され、弁ハウジング２０２には、径方向孔２５６と感圧室２１４とを連通する連通孔２５８が形成されている。また、固定コア２４２の中央部及び他端部の内径は、弁体２１０及びソレノイドロッド２５０の外径よりも大きく、感圧室２１４とコア収容空間２４６との間は、固定コア２４２の中央部及び他端部の内側、径方向孔２５６及び連通孔２５８を介して連通している。

従って、弁体２１０の一端面には、クランク室１０５の圧力（クランク圧力Ｐｃ）が開弁方向の力として作用し、一方、弁体２１０の他端面には吸入室１４０の圧力（吸入圧力Ｐｓ）が閉弁方向の力として作用する。
なお、弁孔２０４の面積と、固定コア２４２の先端部に支持される弁体２１０の部分の断面積とを同等に設定することによって、弁体２１０の開閉動作には、弁室２０８内の圧力、換言すれば、吐出室１４２の圧力（吐出圧力Ｐｄ）は関与しない。この場合、容量制御弁２００の吸入圧力制御特性は、吐出圧力Ｐｄの影響を受けない。

また、弁孔２０４の面積と、軸方向孔２１８と摺動する感圧ロッド２２０の部分の段面積とを同等に設定することによって、弁体２１０の開閉動作には、弁孔２０４内の圧力、換言すれば、クランク室１０５の圧力（クランク圧力Ｐｃ）は関与しない。
これらの結果として、容量制御弁２００の吸入圧力制御特性は、吐出圧力Ｐｄ及びクランク圧力Ｐｃの影響を実質的に受けない。このため、図３、式（１）及び式（２）に示すように、コイル２５４に供給する電流（駆動電流Ｉ）に基づいて、制御対象となる吸入圧力Ｐｓの目標値（目標吸入圧力Ｐｓｓ）が一義的に決定される。

なお、式（１）中のＦ（Ｉ）は、コイル２５４に通電することによって可動コア２４８に作用する電磁力であり、Ｓｂは、ベローズ２３０の有効面積である。また、ｆｓ１は圧縮コイルばね２５２の付勢力であり、ｆｓ２は、感圧器２２８の圧縮コイルばね２３６の付勢力である。Ｆ（Ｉ）＝Ａ・Ｉ（ただし、Ａは定数である。）と表すことができ、この関係を考慮して式（１）を変形すると式（２）が得られる。

コイル２５４に外部から駆動電流Ｉが供給されると、可動コア２４８に電磁力Ｆ（Ｉ）が作用する。電磁力Ｆ（Ｉ）によって、可動コア２４８は固定コア２４２に向けて吸引され、これにより弁体２１０が閉弁方向に付勢される。
車両用空調システムの冷凍サイクル１０において、エンジン作動状態でエアコンを作動させない場合には、容量制御弁２００のコイル２５４に対して駆動電流Ｉが供給されない。これにより、弁体２１０が強制開放ばね２２６の弾性力によって弁座から強制的に離間させられて、容量制御弁２００は開弁状態となり、そして、圧縮機１００の吐出容量は最小となる。

このとき、逆止弁１７０には常時閉じる方向の力が付与されているので、圧縮機１００から循環路１２への冷媒の流れは遮断される。この結果、最小の吐出容量で吐出室１４２に吐出された冷媒は圧縮機１００の内部を循環する。すなわち、吐出室１４２の冷媒は、給気通路１６０を経てクランク室１０５に流入し、次いで、抽気通路１６２を介して吸入室１４０に戻る。

一方、エアコンを作動させた場合には、コイル２５４に対して所定の駆動電流Ｉが供給されて、図２に示すように、弁体２１０が圧縮コイルばね２３６の弾性力に抗して弁座に当接する。これにより容量制御弁２００は閉弁状態となり、給気通路１６０が遮断されることから、クランク圧力Ｐｃが低下して吸入圧力Ｐｓと同等になる。
これにより、斜板１０７の傾角が増してピストン１３０のストロークが増大する。これにより吐出室１４２の圧力が高まって逆止弁１７０の前後差圧が所定値を越えると、逆止弁１７０が開弁して圧縮冷媒が循環路１２に供給される。

そして、このような可変容量圧縮機１００の作動中において、可変容量圧縮機１００の制御システムＡは、容量制御弁２００のコイル２５４に供給される駆動電流Ｉを調整して、可変容量圧縮機１００の吐出容量を制御する。
図４は、空調システム全体の概略構成を示すブロック図であり、空調システムは、可変容量圧縮機１００の吐出容量を容量制御弁２００を介して制御する制御システムＡを含んでいる。

制御システムＡは、第１制御装置４００Ａと第２制御装置４００Ｂとを有する。第１制御装置４００Ａ及び第２制御装置４００Ｂは、それぞれＥＣＵ（電子制御装置）によって構成することができる。第１制御装置４００Ａと第２制御装置４００Ｂとは別々のＥＣＵによって構成されるが、相互に脱着可能に連結される。
なお、第１制御装置４００Ａは、空調システム全体を制御するエアコン用ＥＣＵと一体に構成することができるため、メインＥＣＵとも称される。これに対して、第２制御装置４００Ｂは、専ら圧縮機１００の制御に供されるため、圧縮機ＥＣＵとも称される。

第１制御装置４００Ａは、少なくとも１つの外部情報に基づいて、制御システムＡの制御量の目標値を設定する。第２制御装置４００Ｂは、制御量の目標値及び少なくとも１つの外部情報に基づいて操作量を演算し、そして、操作量に基づいてコイル２５４に供給される駆動電流Ｉを調整する。
第１制御装置４００Ａには、１つ以上の外部情報が入力される。例えば、第１制御装置４００Ａには、コントロールパネル４０１が電気的に接続され、コントロールパネル４０１の各種空調設定手段からの信号が外部情報として入力される。空調設定手段には、例えば、エアコンスイッチ、車内温度設定手段、ブロワ風量設定手段、内外気設定手段、及び、吹出口設定手段が含まれる。

また例えば、第１制御装置４００Ａにはセンサ群が電気的に接続され、センサ群の各センサからの信号が外部情報として入力される。センサ群には、例えば、空気回路における蒸発器１８の出口での空気温度（蒸発器出口空気温度Ｔｅ）を検知する蒸発器温度センサ４０２、外気温度センサ４０３、日射センサ４０４、車内温度センサ４０５、冷凍サイクル１０の高圧側の冷媒圧力を検知する高圧圧力センサ４０６、エンジン回転数センサ４０７、アクセル開度センサ４０８、及び、冷却水温度センサ４０９等が含まれる。

第１制御装置４００Ａは蒸発器目標温度設定手段４１０を有する。蒸発器目標温度設定手段４１０は、エアコンスイッチがオンにされると、車内温度設定手段で設定された車内温度目標値を含む少なくとも１つの外部情報に基づいて、蒸発器出口空気温度Ｔｅの目標値（蒸発器目標出口空気温度Ｔｅｓ）を設定する。蒸発器出口空気温度Ｔｅは、制御システムＡの制御対象（制御量）であり、蒸発器温度センサ４０２は制御量を検知する手段（制御量検知手段）である。

第１制御装置４００Ａは、設定された蒸発器目標出口空気温度Ｔｅｓを第２制御装置４００Ｂに入力する。また、第１制御装置４００Ａは、少なくとも１つの外部情報として、蒸発器出口空気温度Ｔｅを第２制御装置４００Ｂに入力する。
一方、第１制御装置４００Ａは、メインＥＣＵとして、車内温度設定手段で設定された車内温度目標値を含む少なくとも１つの外部情報に基づいて、ブロワモータ４１１、エアミックスダンパ４１２、内外気ダンパ４１３、及び、吹出口切替ダンパ４１４を最適な状態に制御する。

第２制御装置４００Ｂは電流調整手段４２０を有し、電流調整手段４２０は第１制御装置４００Ｂによって入力された目標値及び少なくとも１つの外部情報に基づいて、容量制御弁２００のコイル２５４に供給される駆動電流Ｉを調整する。
より詳しくは、図５に示したように、電流調整手段４２０は、操作量演算手段４２１、ソレノイド駆動手段４２２及びスイッチング素子４２３を有する。

操作量演算手段４２１は、蒸発器温度目標設定手段４１０で設定された蒸発器目標出口空気温度Ｔｅｓに蒸発器温度センサ４０２で検知された蒸発器出口空気温度Ｔｅが近づくように操作量を演算する。操作量は、例えば、容量制御弁２００のコイル２５４に供給される駆動電流Ｉの電流値である。本実施形態では、駆動電流Ｉをデューティ比制御するため、操作量はデューティ比であってもよい。

演算された操作量は、ソレノイド駆動手段４２２に入力される。ソレノイド駆動手段４２２は、入力された操作量に基づいて所定のデューティ比のパルス信号を生成してスイッチング素子４２３のゲート端子に入力する。パルス信号のキャリア周波数は例えば４００Ｈｚであり、このパルス信号のパルス幅を変更することによって、ＰＷＭ（パルス幅変調方式）におけるデューティ比が変更される。

スイッチング素子４２３は、電源とアースとの間を延びる電源ラインに、容量制御弁２００のコイル２５４と直列に介挿される。スイッチング素子４２３は、電源ラインを電気的に断続可能であり、パルス信号をスイッチング素子４２３に入力することによって、ＰＷＭにてコイル２５４に駆動電流Ｉが供給される。
また、電流調整手段４２０はダイオード４２４を有し、ダイオード４２４は、フライホイール回路を形成すべく、コイル２５４と電気的に並列に接続される。

第２制御装置４００Ｂは１つ以上の接続端子を有し、接続端子を介して、駆動電流Ｉのための電圧（駆動電流用電圧）、蒸発器目標出口空気温度Ｔｅｓ、蒸発器出口空気温度Ｔｅ、及び、電流調整手段４２０のための電圧（電流調整手段用電圧）が第２制御装置４００Ｂに入力される。また、接続端子を介して、駆動電流Ｉが第２制御装置４００Ｂから出力され、且つ、電源ライン等が接地される。

第２制御装置４００Ｂの全ての接続端子は、第１制御装置４００Ａに接続される。従って、駆動電流用電圧、蒸発器目標出口空気温度Ｔｅｓ、蒸発器出口空気温度Ｔｅ、及び、電流調整手段用電圧は、第１制御装置４００Ａから第２制御装置４００Ｂに供給される。また、第１制御装置４００Ａを介して、駆動電流Ｉが第２制御装置４００Ｂからコイル２５４に供給され、且つ、電源ライン等が接地される。

図６は、第１制御装置４００Ａ及び第２制御装置４００Ｂを相互に接続された状態で示す平面図である。第２制御装置４００Ｂは、第１制御装置４００Ａに接続されることにより、第１制御装置４００Ａによって支持される。
図７は、第１制御装置４００Ａと第２制御装置４００Ｂとの接続構造を説明するための図である。図７の上段は、相互に接続された状態の第１制御装置４００Ａ及び第２制御装置４００Ｂの部分断面図であり、図７の下段は、相互に離間した状態の第１制御装置４００Ａ及び第２制御装置４００Ｂの部分断面図である。

第１制御装置４００Ａは、回路基板（第１基板）４３０を有し、第１基板４３０には１つ以上の素子（以下、第１素子ともいい、符号４３１を付す）が実装されている。第１基板４３０及び第１素子４３１は、蒸発器目標温度設定手段４１０を構成している。そして、第１基板４３０及び第１素子４３１は、樹脂製のパッケージ（第１ハウジング）４３２によって覆われている。第１ハウジング４３２は、扁平な直方体形状を有する。

第１基板４３０には、第１基板４３０と外部とを電気的に接続するための１つ以上の接続端子（以下、第１接続端子ともいい、符号４３３を付す）が設けられている。一方、第１ハウジング４３２には、一体に成形された樹脂製の係合部（第１係合部）４３４が設けられている。第１係合部４３４は第１ハウジン４３２の側面から突出し、略直方体形状を有する。第１係合部４３４の先端にはスロットが形成されている。第１接続端子４３３の第１基板４３０側は、第１ハウジング４３２及び第１係合部４３４によって覆われている。第１接続端子４３３の先端は、第１係合部４３４のスロット内にて露出し、スロットと協働して雌端子を構成している。

また、第１制御装置４００Ａは、取付部４３５を有し、取付部４３５は第１ハウジング４３２と一体に形成されている。取付部４３５の孔を通して螺子止めすることで、第１制御装置４００Ａは車室内の所定位置に固定される。
第２制御装置４００Ｂは、回路基板（第２基板）４４０を有し、第２基板４４０には１つ以上の素子（以下、第２素子ともいい、符号４４１を付す）が実装されている。第２基板４４０及び第２素子４４１は、電流調整手段４２０を構成している。そして、第２基板４４０及び第２素子４４１は、樹脂製のパッケージ（第２ハウジング）４４２によって覆われている。第２ハウジング４４２は、扁平な直方体形状を有し、第１ハウジング４３２よりも小さい。

第２基板４４０には、第２基板４４０と第１基板４３０とを電気的に接続するための１つ以上の接続端子（以下、第２接続端子ともいい、符号４３３を付す）が設けられている。一方、第２ハウジング４４２には、一体に成形された樹脂製の係合部（第２係合部）４４４が設けられている。第２係合部４４４は第２ハウジング４４２の側面から突出し、略角筒形状を有する。第２接続端子４４３の第２基板４４０側は、第２ハウジング４４２によって覆われ、第２接続端子４４３の先端は、第２係合部４４４によって隙間を存して囲まれており、雄端子を構成している。

第２接続端子４４３の先端は、挿抜自在に第１係合部４３４のスロットに挿入され、第１接続端子４３３と直接接触する。これにより第１接続端子４３３と第２接続端子４４３とが電気的に接続される。
第２接続端子４４３が第１係合部４３４のスロットに挿入されると、第１係合部４３４の先端が抜き差し自在に第２係合部４４４に差し込まれる。第１係合部４３４と第２係合部４４４とは適度に密着した状態で係合し、これにより、第１制御装置４００Ａと第２制御装置４００Ｂとの機械的な接続が確保される。

つまり、第１係合部４３４及び第２係合部４４４は、第１制御装置４００Ａと第２制御装置４００Ｂを連結するための雄雌の連結部材として機能する。また、第１係合部４３４及び第２係合部は、第１係合部４３４のスロットへの第２接続端子４４３の挿入を案内するガイド部材としても機能する。
そして、第２制御装置４００Ｂは、第２係合部４４４を除いて、外部に第２制御装置を固定するための取付部を有していない。従って、第２制御装置４００Ｂは、第１係合部４３４及び第２係合部４４４を介して、第１制御装置４００Ａによって支持される。

上述した可変容量圧縮機１００の制御システムＡによれば、少なくとも１つの外部情報に基づいて蒸発器目標出口空気温度Ｔｅｓが設定され、検知された蒸発器目標出口空気温度Ｔｅが蒸発器目標出口空気温度Ｔｅｓに近付くように操作量が演算される。操作量は例えば駆動電流Ｉの電流値であり、当該電流値に近付くように駆動電流Ｉが調整され、これに伴い吐出容量が可変制御される。

なお、本実施形態では、駆動電流Ｉの電流値に対応して吸入圧力Ｐｓの目標値である目標吸入圧力Ｐｓｓが規定される。このため、駆動電流Ｉを調整して吐出容量を制御するということは、吸入圧力Ｐｓを調整して吐出容量を制御することにもなる。このため、可変容量圧縮機１００を容量制御弁２００を介して制御する制御方式は、吸入圧力制御方式と称される。

上述した可変容量圧縮機１００の制御システムＡでは、制御量の目標値を設定する第１制御装置４００Ａと駆動電流Ｉを調整する第２制御装置４００Ｂとが別々に設けられている。これにより、吸入圧力制御方式とは異なる制御方式で制御される可変容量圧縮機に対しても第１制御装置４００Ａを共通して使用することが可能になり、第１制御装置４００Ａの汎用性が向上する。

なお、吸入圧力制御方式とは異なる制御方式とは、例えば、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧、冷凍サイクル１０の吐出圧力領域の２点間の差圧、若しくは、吸入圧力領域の２点間の差圧を制御する差圧制御方式である。制御方式の変更に合わせて、圧縮機１００に適用される容量制御弁も変更可能である。
また、第１係合部４３４と第２係合部４４４とが係合することで、第１制御装置４００Ａ及び第２制御装置４００Ｂのうち一方を外部に対して固定すれば、固定された一方により他方が支持され、第１制御装置４００Ａ及び第２制御装置４００Ｂが簡素な構造で設置される。

なお、通常、第２制御装置４００Ｂの方が第１制御装置４００Ａよりも軽量であるため、第１制御装置４００Ａを外部に対して固定し、第１制御装置４００Ａによって第２制御装置４００Ｂを支持するのが好ましい。
第１制御装置４００Ａは、通常、車室内に配置されるため、第１制御装置４００Ａによって第２制御装置４００Ｂを支持すれば、第２制御装置４００Ｂも車室内に配置される。第２制御装置４００Ｂを車室内に配置することにより、エンジンルーム内に配置される場合に比べ、第２制御装置４００Ｂに加わる熱や振動が軽減される。この結果として、第２制御装置４００Ｂの信頼性が向上する。

上述した可変容量圧縮機１００の制御システムＡでは、第２制御装置４００Ｂにスイッチング素子４２３が配置されている。これにより、スイッチング素子４２３の作動による第１制御装置４００Ａへの電磁ノイズの影響が軽減される。
上述した可変容量圧縮機１００の制御システムＡでは、第２制御装置４００Ｂに第１制御装置４００Ａ以外の機器が機械的に接続されない。このため、第１係合部４３４及び第２係合部４４４に対して、第２制御装置４００Ｂの荷重が加わるのみであり、過大な荷重が加わることが防止される。この結果として、第１制御装置４００Ａと第２制御装置４００Ｂとの機械的な接続の信頼性が確保される。

上述した可変容量圧縮機１００の制御システムＡでは、第２制御装置４００Ｂ内に、操作量演算手段４２１及びソレノイド駆動手段４２２のための定電圧電源回路を設ける必要が無い。これにより第２制御装置４００Ｂが軽量化され、第１係合部４３４及び第２係合部４４４への負荷が軽減される。
本発明は上記した第１実施形態に限定されることはなく種々の変形が可能である。

図８及び図９は、第２実施形態の制御システムＢに係る第１制御装置５００Ａ及び第２制御装置４００Ｂを示している。
第１制御装置５００Ａは、第２制御装置４００Ｂの第２ハウジング４４２の少なくとも一部を覆う張り出し部が、保護部材５１０として、第１ハウジング４３２と一体に形成されている点においてのみ、第１制御装置４００Ａと異なる。本実施形態では、保護部材５１０は、平面図でみたときに、第２制御装置４００Ｂの辺縁を超えて広がっている。従って、保護部材５１０は、第２制御装置４００Ｂの広い面の全域を覆っている。

この第１制御装置５００Ａによれば、特に、第１制御装置５００Ａ及び第２制御装置４００Ｂを車両に取り付けるときに、保護部材５１０の存在によって、第２制御装置４００Ｂが外部の部材と衝突することが回避される。これにより第１係合部４３４及び第２係合部４４４の負荷が過大となることが防止される。
なお、保護部材５１０とは反対側の第２制御装置４００Ｂの広い面は、第１制御装置５００Ａの広い面からは突出しておらず、この点からも第２制御装置４００Ｂが外部の部材と衝突することが回避される。

図１０及び図１１は、第３実施形態の制御システムＣに係る第１制御装置６００Ａ及び第２制御装置４００Ｂを示している。
第１制御装置６００Ａは、第２制御装置４００Ｂの少なくとも一部を受け容れ可能な外形形状を有する。本実施形態では、第１ハウジング４３２に凹所が形成され、凹所に第２制御装置４００Ｂの全体が受け容れられる。この場合、第２制御装置４００Ｂと対向する第１ハウジング４３２の一部が、保護部材５２０として機能する。

上述した第１乃至第３実施形態では、第１係合部４３４及び第２係合部４４４が、第１ハウジング４３２及び第２ハウジング４４２とそれぞれ一体に設けられていたが、第１係合部及び第２係合部は、第１基板４３０及び第２基板４４０とそれぞれ一体に設けられていてもよい。
また、第１制御装置４００Ａ，５００Ａ，６００Ａ及び第２制御装置４００Ａに、第１係合部４３４と第２係合部４４４との抜け止め手段を更に設けてもよい。

より詳しくは、第２実施形態においては、制御量は蒸発器出口空気温度Ｔｅに限定されず、制御量を圧縮機１００のトルク値若しくは冷凍サイクル１０の冷媒循環量としても良い。この場合、可変容量圧縮機１００のトルク値若しくは冷媒循環量の目標値が目標値設定手段によって設定され、トルク値又は冷媒循環量がその目標値に近付くように駆動電流Ｉが調整される。制御量が蒸発器出口空気温度Ｔｅの場合、制御システムが行う制御を空調制御と称し、トルク値である場合にはトルク制御と称する。

また制御量は、冷凍サイクル１０の高圧側の冷媒圧力や冷媒温度あるいは圧縮機１００の温度としても良い。この場合、冷凍サイクル１０の高圧側の冷媒圧力や冷媒温度あるいは圧縮機１００の温度がその目標値に近付くように駆動電流Ｉが調整される。制御量が冷凍サイクル１０の高圧側の冷媒圧力や冷媒温度あるいは圧縮機１００の温度である場合、制御システムが行う制御を保護制御と称する。

更に、複数の制御量のうちから、車両や空調システムの運転状況に応じて１つの制御量を選択し、選択した制御量に基づいて吐出容量を制御してもよい。
なお、制御量の種類によらず、目標値に基づいて操作量が演算され、演算された操作量に基づいて駆動電流が調整される。第１乃至第３実施形態では、第２制御装置４００Ｂに対して、外部情報として蒸発器出口空気温度Ｔｅが入力されたが、制御量の種類に応じて、１つ又は２以上の他の外部情報を入力してもよいのは勿論である。

第１乃至第３実施形態では、吐出室１４２とクランク室１０５とを連通する給気通路１６２を開閉制御する容量制御弁２００が用いられていたが、吸入室１４０とクランク室１０５とを連通する抽気通路１６２を開閉制御する容量制御弁を用いても良い。
第１乃至第３実施形態では、可変容量圧縮機１００はクラッチレス圧縮機であったが、プーリに代えて電磁クラッチを装着した電磁クラッチ付き圧縮機を用いてもよい。また圧縮機構は、斜板式に限定されず、揺動板式、ベーン式又はスクロール式であってもよい。更に、電動モーターによって駆動される電動タイプの可変容量圧縮機を用いてもよい。

第１実施形態の制御システムを適用した車両用空調システムの冷凍サイクルの概略構成を可変容量縮機の縦断面とともに示す図である。 図１の冷凍サイクルに用いられた容量制御弁の概略構成を、圧縮機における容量制御弁の接続状態とともに説明するための図である。 図１の冷凍サイクルにおける、容量制御弁の駆動電流と目標吸入圧力との関係を示すグラフである。 図１の車両用空調システムの概略構成を示すブロック図である。 図４中の第２制御装置の概略構成を示す図である。 図４中の第１制御装置及び第２制御装置の外観を示す平面図である。 図４中の第１制御装置と第２制御装置との接続構造を説明するための概略部分断面図である。 第２実施形態に係る第１制御装置及び第２制御装置の外観を示す平面図である。 第２実施形態に係る第１制御装置及び第２制御装置の外観を示す側面図である。 第３実施形態に係る第１制御装置及び第２制御装置の外観を示す平面図である。 第３実施形態に係る第１制御装置及び第２制御装置の外観を示す側面図である。

符号の説明

Ａ 制御システム
１００ 可変容量圧縮機
２００ 容量制御弁
２５４ コイル
４００Ａ 第１制御装置（メインＥＣＵ）
４００Ｂ 第２制御装置（圧縮機ＥＣＵ）
４３０ 第１基板
４３１ 第１素子
４３２ 第１ハウジング
４３３ 第１接続端子
４３４ 第１係合部
４４０ 第２基板
４４１ 第２素子
４４２ 第２ハウジング
４４３ 第２接続端子
４４４ 第２係合部

Claims (6)

1. 制御量の目標値を設定する第１制御装置と、前記制御量の目標値に基づいて操作量を演算し、前記操作量に基づいて容量制御弁のコイルに供給される駆動電流を調整する第２制御装置とを備え、車両用空調システムに適用される可変容量圧縮機の制御システムにおいて、
   前記第１制御装置は、第１ハウジング、前記第１ハウジング内に収容され且つ１つ以上の素子が実装された第１基板、前記第１基板に設けられた１つ以上の第１接続端子、並びに、前記第１接続端子と外部との機械的接続を確保するために前記第１ハウジング及び前記第１基板のうち少なくとも一方に一体に設けられた第１係合部を有し、
   前記第２制御装置は、第２ハウジング、前記第２ハウジング内に収容され且つ１つ以上の素子が実装された第２基板、前記第２基板に設けられ前記第１接続端子と機械的に接続される１つ以上の第２接続端子、並びに、前記第２ハウジング及び前記第２基板のうち少なくとも一方に一体に設けられ前記第１係合部と脱着自在に係合する第２係合部を有する
   ことを特徴とする可変容量圧縮機の制御システム。
2. 前記第２制御装置は、前記素子として、前記コイルと電気的に並列に接続されるダイオードと、前記コイルと電気的に直列に接続されるスイッチング素子と、前記目標値に基づいて前記操作量を演算する操作量演算手段と、前記操作量に基づいて前記スイッチング素子に供給されるゲート電圧のデューティ比制御を実行するソレノイド駆動手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機の制御システム。
3. 前記第２制御装置は、前記第１係合部及び第２係合部を介して前記第１制御装置によって支持され、前記第２制御装置は、前記第２接続端子以外に外部と接続可能な接続端子を有しないことを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の可変容量圧縮機の制御システム。
4. 前記第２制御装置の操作量演算手段及びソレノイド駆動手段を動作させるための電力は、前記第１制御装置を通じて供給されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の可変容量圧縮機の制御システム。
5. 前記第１制御装置の第１ハウジングは、前記第２制御装置の第２ハウジングの少なくとも一部を受け容れ可能な外形形状を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の可変容量圧縮機の制御システム。
6. 前記第１制御装置は、前記第１ハウジングと一体に設けられた保護部材を更に有し、前記保護部材は、前記第１係合部と前記第２係合部とが係合しているときに、前記第２制御装置の第２ハウジングの少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の可変容量圧縮機の制御システム。

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