JP4151559B2 - 容量可変型圧縮機の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば車両用空調装置の冷凍回路を構成する容量可変型圧縮機に関し、特に該容量可変型圧縮機の吐出容量を制御するための制御装置に関する。
一般に車両用空調装置の冷凍回路は、ガスクーラ、減圧装置としての膨張弁、蒸発器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、その圧縮ガスをガスクーラに向けて吐出する。蒸発器は冷凍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の圧縮機には、蒸発器の出口圧力(吸入圧という)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。
前記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)を調節して斜板角度を決めている。
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(例えば特許文献1参照。)。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。
特開平10−318418号公報
ところが、前述した設定吸入圧可変型制御弁は、現実の吸入圧が設定吸入圧の可変範囲外である状況下では、現実の吸入圧の変動及び/又は設定吸入圧の変更によっても弁体が変位しない特性を有している。従って、例えば、クールダウン(急速冷房)は、現実の吸入圧が設定吸入圧の可変範囲よりも高い状態から開始されることとなるが、この場合には、現実の吸入圧が設定吸入圧の可変範囲内にまで低下する間、圧縮機の吐出容量が最大に維持されることとなる。圧縮機が最大吐出容量で運転されると吐出圧が上昇傾向となるため、高熱負荷等に起因してクールダウンの開始時に現実の吸入圧が設定吸入圧の可変範囲よりも遙かに高いと、圧縮機の最大吐出容量での運転が長引いて、吐出圧が過大に上昇してしまう。
なお、前記容量可変型圧縮機の吐出容量を制御する手法としては、前述した設定吸入圧可変型制御弁を用いる以外にも、吸入圧を圧力センサで検出し、該圧力センサからの検出圧力が設定吸入圧となるように、電磁弁(電磁アクチュエータ+弁体)構成のみよりなる制御弁の弁開度を外部から制御することが考えられる。しかし、この場合にも、圧力センサからの検出圧力が設定吸入圧よりも遙かに高ければ、容量可変型圧縮機の最大吐出容量での運転が長引くことがあった。
つまり、吸入圧を設定吸入圧に維持することを主目的として容量可変型圧縮機の吐出容量を制御する場合、それが内部自律的なものであれ、外部からの制御によるものであれ、吐出圧が過大に上昇するおそれがあった。
前述した吐出圧の過大な上昇は、冷凍回路の各機器や配管の耐久性に悪影響を与える。通常、冷凍回路には、PRV(プレッシャ・リリーフ・バルブ)が備えられている。PRVは、例えば、一部機器の不具合に起因した吐出圧の過大な上昇時に作動して冷媒を回路外に放出することで、正常な機器や配管を保護する役目をなす。しかし、圧縮機の故障でもないのにPRVが作動することは、それ以降に空調を行い得ないことや、その後における冷媒の再充填等の復旧作業が面倒である等の問題があった。
特に、冷媒として二酸化炭素を用いた場合には、例えばフロン冷媒を用いた場合と比較して吐出圧が遙かに高くなるため、圧縮機や配管等の耐久性に関するマージンが小さくPRVが作動し易くなっていた。また、二酸化炭素冷媒はその臨界温度が低いことから、夏場等の外気温度が高い状況では超臨界状態で存在することとなり、例えば液冷媒で存在する場合と比較して、圧縮機の最大吐出容量での運転によって吐出圧が急激かつ過大に上昇する傾向にあり、やはりPRVが作動し易くなっていた。
ここで例えば、前記容量可変型圧縮機の吐出容量制御に設定吸入圧可変型制御弁を用いた場合には、前述した問題を解決する手法として、設定吸入圧の可変範囲の上限値を高く設定することが考えられる。このようにすれば、クールダウン時等において、圧縮機の最大吐出容量での運転を長引かせることなく、現実の吸入圧を設定吸入圧の可変範囲内へ速やかに低下させることができる。そして、現実の吸入圧が設定吸入圧の可変範囲内となれば、感圧部材の動作によって圧縮機の吐出容量は減少傾向となるため、吐出圧の過大な上昇を抑制することができる。
しかし、特に、冷媒として二酸化炭素を用いた場合には、フロン冷媒を用いた場合と比較して吸入圧が遙かに高くなるため、同じ容量制御特性を得ようとすれば、フロン冷媒を用いた場合よりも遙かに小型の感圧部材が必要となる。ところが、現時点において感圧部材のさらなる小型化は難しく、従って二酸化炭素冷媒を用いた場合において設定吸入圧の可変範囲をさらに広くすることは困難となっていた。
本発明の目的は、容量可変型圧縮機の吐出容量を高く維持したい状況において、それを達成しつつ吐出圧の過大な上昇を抑制することが可能な制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために請求項1の発明の制御装置は、吐出圧領域の圧力を検出する吐出圧検出手段と、該吐出圧検出手段からの検出圧力が所定の設定吐出圧となるように容量可変型圧縮機の吐出容量を制御する吐出圧制御手段と、吐出圧検出手段からの検出圧力に応じて、容量可変型圧縮機の制御手法を吸入圧制御手段と吐出圧制御手段との間で切り換える切換手段とを備えている。そして、切換手段は、吐出圧検出手段からの検出圧力が、設定吐出圧以上の値である閾値圧力よりも低い圧力から高い圧力に上昇した時に、容量可変型圧縮機の制御手法を吸入圧制御手段から吐出圧制御手段に切り換える。
前記吐出圧検出手段からの検出圧力が閾値圧力よりも高くなる状況は、吸入圧制御手段による容量可変型圧縮機の制御時においては、該容量可変型圧縮機の吐出容量を高く維持したい(吸入圧をとにかく低下させたい)一方的な状況である。このような状況において、容量可変型圧縮機の制御を吸入圧制御手段から吐出圧制御手段に切り換えることで、高い吐出容量を維持しつつ吐出圧の過大な上昇を抑制することが可能となる。
また、前記切換手段は、吐出圧制御手段による容量可変型圧縮機の制御時において、吐出圧検出手段からの検出圧力が閾値圧力よりも低い圧力でかつ容量可変型圧縮機の吐出容量が最大となる場合に、容量可変型圧縮機の制御を吐出圧制御手段から吸入圧制御手段に切り換える。つまり、切換手段は、吸入圧制御手段による容量可変型圧縮機の制御によっても吐出圧が閾値圧力以上とならないと判断できる場合に、該容量可変型圧縮機の制御手法を吐出圧制御手段から吸入圧制御手段に切り換える。従って、この切換直後に、吐出圧が閾値圧力以上となる事態、言い換えれば容量可変型圧縮機の制御が吐出圧制御手段によるものに再度切り換えられてしまうハンチングを確実に避けることができる。
請求項の発明は請求項において、好適な一態様について言及するものである。即ち、前記吸入圧制御手段及び吐出圧制御手段は、吸入圧領域及び吐出圧領域に連通する制御室の内圧を制御弁によって調節することで容量可変型圧縮機の吐出容量を制御する。吸入圧検出手段及び吸入圧制御手段は、制御弁が内蔵する感圧機構がなしている。感圧機構は、吸入圧領域の圧力を機械的に検出するとともに、この検出圧力の変動を打ち消す側に容量可変型圧縮機の吐出容量が変更されるように、弁体を動作させて弁開度を内部自律的に調節する。制御弁は、感圧機構が弁開度調節に関与する第1状態と、感圧機構を弁開度調節に関与させずに容量可変型圧縮機の吐出容量の最小化をもたらす第2状態とに外部からの制御によって切り換え可能とされている。吸入圧制御手段は、制御弁の第1状態が継続されることで該制御弁の弁開度調節を行う。吐出圧制御手段は、制御弁を第1状態と第2状態とに交互に切り換えて該制御弁の弁開度調節を行う。
請求項の発明は請求項において、前記吐出圧制御手段は、吐出圧検出手段からの検出圧力が設定吐出圧よりも高い場合には、単位時間において制御弁を第1状態とする比率を漸次減少させる処理、言い換えれば第2状態とする比率を漸次増加させる処理を行う。また、吐出圧制御手段は、吐出圧検出手段からの検出圧力が設定吐出圧よりも低い場合には、単位時間において制御弁を第1状態とする比率を漸次増加させる処理、言い換えれば第2状態とする比率を漸次減少させる処理を行う。このようにすれば、例えば、吐出圧検出手段からの検出圧力が設定吐出圧よりも高い場合には制御弁を第2状態に固定するとともに、吐出圧検出手段からの検出圧力が設定吐出圧よりも低い場合には制御弁を第1状態に固定する場合と比較して、容量可変型圧縮機の吐出容量の急激かつ過大な変動がないため、吐出圧を設定吐出圧付近に収束させ易い。従って、容量可変型圧縮機の吐出容量を高く維持することと、吐出圧の過大な上昇を抑制することとを高次元で両立することができる。
請求項の発明は請求項1〜のいずれか一項において、前記冷凍回路の冷媒として二酸化炭素が用いられている。二酸化炭素冷媒を用いた場合には、例えばフロン冷媒を用いた場合と比較して、吐出圧が急激かつ過大に上昇しがちとなる。このような態様において請求項1〜のいずれか一項に記載の発明を具体化することは、その効果を奏するのに特に有効となる。
以上のように請求項1〜の発明によれば、容量可変型圧縮機の吐出容量を高く維持したい状況において、それを達成しつつ吐出圧の過大な上昇を抑制することが可能となる。
以下、本発明を、車両空調装置の冷凍回路を構成する容量可変型圧縮機において具体化した一実施形態について説明する。
図1は、容量可変型圧縮機(以下単に圧縮機とする)の縦断面図を示す。図1において左方を圧縮機の前方とし、右方を圧縮機の後方とする。図1に示すように、圧縮機のハウジングは、シリンダブロック11と、該シリンダブロック11の前端に接合固定されたフロントハウジング12と、シリンダブロック11の後端に弁・ポート形成体13を介して接合固定されたリヤハウジング14とを備えている。
前記ハウジング内において、シリンダブロック11とフロントハウジング12との間には、制御室としてのクランク室15が区画形成されている。シリンダブロック11とフロントハウジング12との間には、クランク室15を挿通するようにして、駆動軸16が回転可能に支持されている。駆動軸16には、車両の走行駆動源であるエンジンEが、クラッチレスタイプ(常時伝達型)の動力伝達機構PTを介して作動連結されている。従って、エンジンEの稼動時においては、該エンジンEから動力の供給を受けて駆動軸16が常時回転される。
前記クランク室15内において駆動軸16には、ロータ17が一体回転可能に固定されている。クランク室15内には、実質的に円盤状をなすカムプレートとしての斜板18が収容されている。斜板18の中央部には駆動軸16が挿通され、該斜板18は駆動軸16に、一体回転可能でかつ傾動可能に支持されている。ロータ17と斜板18との間にはヒンジ機構19が介在されている。
前記ヒンジ機構19は、ロータ17の後面に突設された二つ(紙面手前側の一方は図示されていない)のロータ側突起20aと、斜板18の前面においてロータ17側に向かって突設された斜板側突起20bとからなっている。斜板側突起20bは、先端側が二つのロータ側突起20a間に入り込んでいる。従って、ロータ17の回転力は、ロータ側突起20a及び斜板側突起20bを介して斜板18に伝達される。
前記ロータ側突起20aの基部にはカム部21が形成されている。カム部21において斜板18を臨む後端面にはカム面21aが形成されている。斜板側突起20bの先端は、カム部21のカム面21aに対して摺動可能に当接されている。従って、ヒンジ機構19は、斜板側突起20bの先端がカム部21のカム面21a上を駆動軸16に対する接離方向へ移動されることで、斜板18の傾動を案内する。
前記シリンダブロック11において駆動軸16の軸線L周りには、複数のシリンダボア22が等角度間隔で前後方向(紙面左右方向)に貫通形成されている。片頭型のピストン23は、各シリンダボア22内に前後方向へ移動可能に収容されている。シリンダボア22の前後開口は、弁・ポート形成体13の前端面及びピストン23によって閉塞されており、このシリンダボア22内にはピストン23の前後方向への移動に応じて容積変化する圧縮室24が区画されている。各ピストン23は、一対のシュー25を介して斜板18の外周部に係留されている。従って、駆動軸16の回転によって斜板18が回転すると、該斜板18は駆動軸16の軸線L方向前後に揺動される。斜板18の揺動によって、ピストン23が前後方向に往復直線運動される。
前記ハウジング内において、弁・ポート形成体13とリヤハウジング14との間には、吸入圧領域としての吸入室26及び吐出圧領域としての吐出室27がそれぞれ区画形成されている。弁・ポート形成体13には、圧縮室24と吸入室26との間に位置するように、吸入ポート28及び吸入弁29がそれぞれ形成されている。弁・ポート形成体13には、圧縮室24と吐出室27との間に位置するように、吐出ポート30及び吐出弁31がそれぞれ形成されている。
前記冷凍回路の冷媒としては二酸化炭素が用いられている。冷凍回路を構成する外部冷媒回路35の蒸発器36側から圧縮機の吸入室26に導入された冷媒ガスは、各ピストン23の上死点位置から下死点位置側への移動により、吸入ポート28及び吸入弁29を介して圧縮室24に吸入される。圧縮室24に吸入された冷媒ガスは、ピストン23の下死点位置から上死点位置側への移動により所定の圧力にまで圧縮され、吐出ポート30及び吐出弁31を介して吐出室27に吐出される。吐出室27に吐出された冷媒ガスは、外部冷媒回路35のガスクーラ37側へと導出され該ガスクーラ37で冷却された後、膨張弁38で減圧されて蒸発器36へと送られ、該蒸発器36での蒸発に供される。
前記リヤハウジング14において吐出室27には、周知の構成を有したPRV(プレッシャ・リリーフ・バルブ)39が配設されている。PRV39は、例えば、冷凍回路における一部機器の不具合に起因した吐出圧Pd(t)の過大な上昇時(例えば16MPa以上に上昇する時)に作動して冷媒を冷凍回路外に放出することで、正常な機器や配管を保護する。
次に、前記圧縮機の容量制御機構について説明する。
図1に示すように、前記圧縮機のハウジング内には、抽気通路32及び給気通路33並びに制御弁34が設けられている。抽気通路32はクランク室15と吸入室26とを接続する。給気通路33は吐出室27とクランク室15とを接続する。給気通路33の途中には制御弁34が配設されている。
前記制御弁34の開度を調節することで、給気通路33を介したクランク室15への高圧な吐出ガスの導入量と、抽気通路32を介したクランク室15からのガス導出量とのバランスが制御され、クランク室15の内圧Pcが決定される。クランク室15の内圧Pcの変更に応じてクランク室15の内圧Pcと圧縮室24の内圧との差が変更され、斜板18の傾斜角度が変更される結果、ピストン23のストローク即ち圧縮機10の吐出容量が調節される。
例えば、前記制御弁34の弁開度が減少すると、クランク室15の内圧Pcが低下される。従って、斜板18の傾斜角度が増大してピストン23のストロークが増大し、圧縮機の吐出容量が増大される。逆に、制御弁34の弁開度が増大すると、クランク室15の内圧Pcが上昇される。従って、斜板18の傾斜角度が減少してピストン23のストロークが減少し、圧縮機の吐出容量が減少される。
次に、前記制御弁34の構成について説明する。なお、制御弁34としては、設定吸入圧可変型のものが用いられている。
図2(a)に示すように、前記制御弁34のバルブハウジング41内には、弁室42、連通路43及び感圧室45が区画形成されている。弁室42は給気通路33の上流部を介して吐出室27に連通されているとともに、連通路43は給気通路33の下流部を介してクランク室15に連通されている。弁室42及び連通路43は、給気通路33の制御弁内通路を構成する。感圧室45は、リヤハウジング14に形成された感圧通路46を介して吸入室26に連通されている。従って、感圧室45には、感圧通路46を介して吸入室26の圧力(吸入圧Ps)が導入されている。
前記バルブハウジング41の弁室42及び連通路43内には作動ロッド47が軸線方向へ移動可能に配設され、この作動ロッド47の上端部によって、連通路43と感圧室45との間が遮蔽されている。弁室42内に位置するように作動ロッド47の中間部には、弁体としての弁体部48が形成され、この弁体部48の上端と接離可能に対応するように、弁室42と連通路43との境界部には弁座49が設けられている。そして、作動ロッド47が自身の軸線方向に移動されることにより、弁座49に対する弁体部48の弁開度が変更されて、連通路43の開度が調整されるようになっている。
前記バルブハウジング41の感圧室45内には、べローズよりなる感圧部材50が配設され、この感圧部材50の底部に設けられた凹部50aに、作動ロッド47の上端部が遊嵌されている。感圧部材50内には感圧部材付勢用バネ51が配設され、該感圧部材付勢用バネ51により感圧部材50が図2(a)の下方への伸張方向に向かって付勢されている。これら感圧室45、感圧部材50、及び感圧部材付勢用バネ51等が、制御弁34の感圧機構つまりは吸入圧検出手段及び吸入圧制御手段をなしている。
前記バルブハウジング41の下部には、電磁アクチュエータ部52が連接配置されている。この電磁アクチュエータ部52のケーシング53の中心には、有底円筒状の収容筒54が配設されている。収容筒54内の上部には円筒状の固定鉄心55が嵌着され、この固定鉄心55内に作動ロッド47の下端側が移動可能に挿通されている。固定鉄心55と接離可能に対応するように、収容筒54内の下部には可動鉄心56が移動可能に収容されている。可動鉄心56は、作動ロッド47の下端に該作動ロッド47と一体的に移動可能に固定されている。収容筒54内において固定鉄心55と可動鉄心56との間には可動鉄心付勢用バネ57が介装され、該可動鉄心付勢用バネ57により可動鉄心56が固定鉄心55から離間する方向に付勢されている。
前記固定鉄心55及び可動鉄心56間を跨ぐように、収容筒54の外周にはコイル58が巻回配置されている。このコイル58には、制御装置を構成するエアコンECU61から弁駆動回路62を介して駆動電流が供給される。コイル58への通電制御は、該コイル58への印加電圧を調整することで行われる。本実施形態において印加電圧の調整には、デューティ比制御が採用されている。なお、コイル58に供給される駆動電流としては、例えば400Hz(ヘルツ)程度の高い周波数の高周波電流が使用される場合と、例えば15Hz程度の低い周波数の低周波電流が使用される場合とがある。
前記制御弁34の駆動電流として高周波電流が使用される場合には、その周波数の高さから、駆動電流の1サイクルにおいて作動ロッド47が大きく振動すること、言い換えれば圧縮機の吐出容量変動を伴うほど弁体部48が弁開度を大きく変更することは、殆どない。
逆に、前記制御弁34の駆動電流として低周波電流が使用される場合には、その周波数の低さから、駆動電流の1サイクル(単位時間)において作動ロッド47が大きく動き、弁体部48が弁開度を大きく変更して圧縮機の吐出容量が変動されることとなる。即ち、駆動電流の1サイクルにおけるオン(コイル58の励磁)信号では、電磁吸引力が最大となりそれが或る程度の時間継続されることとなって、作動ロッド47が上動して弁体部48の弁開度が減少し圧縮機の吐出容量が上昇傾向となる。また、駆動電流の1サイクルにおけるオフ(コイル58の消磁)信号では、電磁吸引力が消失しそれが或る程度の時間継続されることとなって、作動ロッド47が下動して弁体部48の弁開度が増大し圧縮機の吐出容量が下降傾向となる。
さて、前記制御弁34の駆動電流として高周波電流が使用される場合において、コイル58への通電がない場合(デューティ比Dt1=0%)には、作動ロッド47の配置には可動鉄心付勢用バネ57の付勢力の作用が支配的となる。従って、作動ロッド47は最下動位置に配置され、該作動ロッド47の上端面47aと、感圧部材50の凹部50aの内端面との当接が解除された状態となる(図2(b)の状態)。よって、この状態では、感圧部材50の変位動作が作動ロッド47の位置決めに関与することはなく、作動ロッド47の弁体部48は弁座49から最大距離離間して連通路43は全開状態となる。その結果、クランク室15の内圧Pcは、その時おかれた状況下において取り得る最大値となり、斜板18は傾斜角度を最小として圧縮機の吐出容量は最小となる。このコイル58への通電がない状態が、制御弁34の第2状態にあたる。
また、前記制御弁34の駆動電流として高周波電流が使用される場合、コイル58に対しデューティ比可変範囲の最小デューティ比Dt1(min)(>0)以上の通電がなされると、上向きの電磁付勢力が可動鉄心付勢用バネ57の下向き付勢力を凌駕し、作動ロッド47が上動を開始する。従って、図2(a)に示すように、作動ロッド47の上端面47aが、感圧部材50の凹部50aの内端面に突き当たり、該感圧部材50が感圧部材付勢用バネ51によって伸張方向に付勢されていることから、作動ロッド47と感圧部材50とは一方の変位動作に他方が追従して一体的に変位可能となっている。
このように、前記作動ロッド47と感圧部材50とが連結された状態では、可動鉄心付勢用バネ57の下向きの付勢力によって減勢された上向き電磁付勢力が、感圧部材付勢用バネ51の下向き付勢力によって加勢された吸入圧Psに基づく下向き押圧力に対抗する。従って、制御弁34は、電磁付勢力によって決定された吸入圧Psの制御目標(設定吸入圧)を維持するように、現実の吸入圧Psの変動に応じて内部自律的に作動ロッド47を位置決めする構成となっている。また、この設定吸入圧は、デューティ比Dt1を変更して電磁付勢力を変更することで、最小デューティ比Dt1(min)に応じた最大値と、最大デューティ比つまりデューティ比Dt1=100%に応じた最小値との間で変更可能となっている。この最小デューティ比Dt1(min)以上での通電がなされる状態が、制御弁34の第1状態にあたる。
ここで、前記制御弁34の駆動電流として低周波電流が使用される場合、該駆動電流の1サイクルにおけるオフ信号の時には、駆動電流として高周波電流が使用された場合における「デューティ比Dt1=0%」の時と同様な状態がもたらされる。また、駆動電流の1サイクルにおけるオン信号の時には、駆動電流として高周波電流が使用された場合における「デューティ比Dt1=100%」での通電がなされる時と同様な状態がもたらされる。つまり、制御弁34の駆動電流として低周波電流が使用される場合には、該制御弁34の第1状態と第2状態とが、駆動電流の1サイクルにおいてデューティ比Dt2に応じた時間配分で交互に繰り返されることとなり(デューティ比Dt2=0%及び100%以外の場合)、該制御弁34は所謂オンオフ弁として実質的に機能されることとなる。
次に、圧縮機の制御装置について説明する。
図2(a)に示すように、前記エアコンECU61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63が接続され、I/Oの出力端子には弁駆動回路62が接続されている。
前記エアコンECU61は、外部情報検知手段63から提供される各種の外部情報に基づいて、制御弁34の駆動電流として高周波電流又は低周波電流の何れか適切な方を選択するとともに、該駆動電流のデューティ比Dt1,Dt2を演算し、弁駆動回路62に対してその駆動電流の出力を指令する。弁駆動回路62は、命じられた駆動電流を制御弁34のコイル58に出力する。
前記外部情報検知手段63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63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)64、車室内温度Te(t)を検出するための温度センサ65、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66、吐出室27の圧力(吐出圧Pd(t))を検出するための吐出圧検出手段としての吐出圧センサ67が挙げられる。
次に、図3〜図5のフローチャートを参照して、エアコンECU61による制御弁34へのデューティ比制御の概要を簡単に説明する。
図3に示すように、前記エアコンECU61は、A/Cスイッチ64のONにより、空調制御プログラムの幹となるメインルーチンRF1の処理を開始する。ステップ101(以下単に「S101」という、他のステップも以下同様)においては、吐出圧センサ67の検出圧力Pd(t)が、予め設定された閾値圧力Pd(set)以上であるか否かが判定される。閾値圧力Pd(set)は、PRV39の作動圧力(16MPa)未満の値であって該PRV39の作動に対して或る程度の余裕を持たせてあり、例えば13MPaに設定されている。
前記S101判定がYESであるなら、処理はS102でフラグFがセット(F=1)された後(メインルーチンRF1の処理はフラグFがリセット(F=0)された状態から開始される)、図5に示す吐出圧制御ルーチンRF3へと移行される。S101判定がNOであるなら、S103においてフラグFがセットされているか否かが判定される。S103判定がYESであるなら、処理は図5に示す吐出圧制御ルーチンRF3へと移行される。また、S103判定がNOであるなら、処理は図4に示す吸入圧制御ルーチンRF2へと移行される。
つまり、例えば、吸入圧制御ルーチンRF2の処理が実行されている場合、その過程において吐出圧Pd(t)が閾値圧力Pd(set)以上となると、処理が吐出圧制御ルーチンRF3へと移行されることとなる。逆に、吐出圧制御ルーチンRF3の処理が実行されている場合、その過程において吐出圧Pd(t)が閾値圧力Pd(set)未満となりかつフラグFがリセットされると、処理が吸入圧制御ルーチンRF2へと移行されることとなる。このメインルーチンが、切換手段としての処理に相当する。
図4の吸入圧制御ルーチンRF2においては、吸入圧Psを制御指標とする空調能力に関する手順が示されている。処理が吸入圧制御ルーチンRF2に移行されると、制御弁34の駆動電流として高周波電流が選択される。S201においては、温度センサ65の検出温度Te(t)が温度設定器66による設定温度Te(set)より大であるか否かが判定される。S201判定がNOの場合、S202において検出温度Te(t)が設定温度Te(set)より小であるか否かが判定される。S202判定もNOの場合には、検出温度Te(t)が設定温度Te(set)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Dt1の変更はなされない。
前記S201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、S203において、デューティ比Dt1が単位量ΔD1だけ増大され、その修正値(Dt1+ΔD1)へのデューティ比Dt1の変更が弁駆動回路62に指令される。従って、制御弁34の弁開度が若干減少し、圧縮機の吐出容量が増大して外部冷媒回路35の蒸発器36での除熱能力が高まり、温度Te(t)は低下傾向となる。
前記S202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、S204において、デューティ比Dt1が単位量ΔD1だけ減少され、その修正値(Dt1−ΔD1)へのデューティ比Dt1の変更が弁駆動回路62に指令される。従って、制御弁34の弁開度が若干増加し、圧縮機の吐出容量が減少して蒸発器36での除熱能力が低まり、温度Te(t)は上昇傾向となる。なお、S204におけるデューティ比Dt1の減少処理は、最小デューティ比Dt1(min)を下限として、言い換えれば制御弁34の第1状態を維持することを条件に行われる。
以上のように、S203及び/又はS204でのデューティ比Dt1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Dt1が次第に最適化され、更に制御弁34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。
図5の吐出圧制御ルーチンRF3においては、吐出圧Pd(t)を制御指標とする空調能力に関する手順が示されている。吐出圧制御ルーチンRF3においては、制御弁34の駆動電流として低周波電流が選択される。S301においては、吐出圧センサ67の検出圧力Pd(t)が、設定吐出圧たる閾値圧力Pd(set)より大であるか否かが判定される。S301判定がNOの場合、S302において検出圧力Pd(t)が閾値圧力Pd(set)より小であるか否かが判定される。S302判定もNOの場合には、検出圧力Pd(t)が閾値圧力Pd(set)に一致していることになるため、吐出圧Pd(t)の変化につながるデューティ比Dt2の変更の必要はない。
前記S301判定がYESの場合には、S303においてデューティ比Dt2が単位量ΔD2だけ減少され、その修正値(Dt2−ΔD2)へのデューティ比Dt2の変更が弁駆動回路62に指令される。従って、駆動電流の1サイクルにおける制御弁34の第1状態の比率が若干減少すると同時に第2状態の比率が若干増加し、圧縮機の吐出容量の1サイクルにおける平均が減少して吐出圧Pd(t)は低下傾向となる。
前記S302判定がYESの場合には、S304においてデューティ比Dt2が単位量ΔD2だけ増大され、その修正値(Dt2+ΔD2)へのデューティ比Dt2の変更が弁駆動回路62に指令される。従って、駆動電流の1サイクルにおける制御弁34の第1状態の比率が若干増加すると同時に第2状態の比率が若干減少し、圧縮機の吐出容量の1サイクルにおける平均が増大して吐出圧Pd(t)は上昇傾向となる。S305においては、デューティ比Dt2が最大つまり100%であるか否か、言い換えれば圧縮機の吐出容量が最大であると推定できるか否かが判定される。
前記S305判定がYESである場合にはS306にてフラグFがリセットされる。つまり、圧縮機が最大吐出容量であっても吐出圧Pd(t)が閾値圧力Pd(set)未満となる状況では、吸入圧制御ルーチンRF2を実行しても吐出圧Pd(t)が閾値圧力Pd(set)以上となる危惧はないと判断され、フラグFがリセットされる。なお、フラグFがリセットされると、図3のメインルーチンRF1でのS103判定がNOとなり、処理が吐出圧制御ルーチンRF3から吸入圧制御ルーチンRF2へと切り換えられる。また、S305判定がNOである場合には、フラグFが図3のメインルーチンRF1でのS102にてセットされたままの状態であるため、図3のメインルーチンRF1でのS103判定がYESとなり、吐出圧Pd(t)が閾値圧力Pd(set)未満であっても吐出圧制御ルーチンRF3が継続される。
以上のように、S303及び/又はS304でのデューティ比Dt2の修正処理を経ることで、検出圧力Pd(t)が閾値圧力Pd(set)からずれていてもデューティ比Dt2が次第に最適化され、検出圧力Pd(t)が閾値圧力Pd(set)付近に収束する。この吐出圧制御ルーチンRF3が、吐出圧制御手段の処理に相当する。
上記構成の本実施形態においては次のような効果を奏する。
(1)吐出圧Pd(t)が閾値圧力Pd(set)よりも高くなる状況は、吸入圧制御ルーチンRF2による圧縮機の制御時においては、例えばクールダウン要求等により圧縮機の吐出容量を高く維持したい(吸入圧Psをとにかく低下させたい)一方的な状況である。このような状況において、圧縮機の制御を吸入圧制御ルーチンRF2によるものから吐出圧制御ルーチンRF3によるものに切り換えることで、圧縮機の高い吐出容量つまりは冷凍回路の高い冷房能力をできるだけ維持しつつ、吐出圧Pd(t)の過大な上昇を抑制することが可能となる。従って、例えばクールダウンを好適に行うことができるし、圧縮機の異常でもないのにPRV39が作動することを防止できる。
(2)吐出圧Pd(t)が閾値圧力Pd(set)よりも低い圧力でかつ圧縮機の吐出容量が最大となる場合、つまり、吸入圧制御ルーチンRF2による圧縮機の制御によっても吐出圧Pd(t)が閾値圧力Pd(set)以上とならないと判断できる場合に、該圧縮機の制御を吐出圧制御ルーチンRF3によるものから吸入圧制御ルーチンRF2によるものに切り換える。従って、この切換直後に、吐出圧Pd(t)が閾値圧力Pd(set)以上となる事態、言い換えれば圧縮機の制御が吐出圧制御ルーチンRF3によるものに再度切り換えられてしまうハンチングを確実に避けることができる。
(3)制御弁34は、吸入圧Psを機械的に検出するとともに、この検出圧力Psの変動を打ち消す側に圧縮機の吐出容量が変更されるように作動ロッド47(弁体部48)を動作させて、弁開度を内部自律的に調節する。従来、このような態様において、設定吸入圧可変範囲の上限を高くして吐出圧Pd(t)の過大な上昇を防止しようとすると、感圧部材50を小型化する等の変更が必要となってくるが、「発明が解決しようとする課題」でも述べたように、現時点において二酸化炭素冷媒の採用と感圧部材50の小型化との両立は困難である。しかし、本実施形態によれば、感圧部材50の小型化等の変更が必要ないため、従来と同様な構成の制御弁34を用いつつ吐出圧Pd(t)の過大な上昇を防止することができ、該効果を奏することと二酸化炭素冷媒の採用とを両立することができる。
(4)吐出圧制御ルーチンRF3においては、吐出圧センサ67からの検出圧力Pd(t)が閾値圧力Pd(set)よりも高い場合には、駆動電流の1サイクルにおける制御弁34を第1状態とする比率を漸次減少(S303)させる処理を行うとともに、検出圧力Pd(t)が閾値圧力Pd(set)よりも低い場合には、駆動電流の1サイクルにおける制御弁34を第1状態とする比率を漸次増加(S304)させる処理を行う。このようにすれば、例えば、吐出圧センサ67からの検出圧力Pd(t)が閾値圧力Pd(set)よりも高い場合には制御弁34を第2状態に固定するとともに、検出圧力Pd(t)が閾値圧力Pd(set)よりも低い場合には制御弁34を第1状態に固定する場合と比較して、圧縮機の吐出容量の急激かつ過大な変動がないため、吐出圧Pd(t)を閾値圧力Pd(set)付近に収束させ易い。従って、圧縮機の吐出容量を高く維持することと、吐出圧Pd(t)の過大な上昇を抑制することとを高次元で両立することができる。
(5)冷凍回路の冷媒として二酸化炭素が用いられている。二酸化炭素冷媒を用いた場合には、例えばフロン冷媒を用いた場合と比較して、吐出圧Pd(t)が急激かつ過大に上昇しがちとなる。このような態様において本発明を具体化することは、その効果を奏するのに特に有効となる。
本発明の趣旨から逸脱しない範囲で、例えば以下の態様でも実施可能である。
○上記実施形態において吸入圧検出手段及び吸入圧制御手段は、制御弁34に内蔵された感圧機構(感圧部材50等)によって構成されていた。これを変更し、吸入圧検出手段としての吸入圧センサで吸入圧Psを検出し、該吸入圧センサからの検出圧力が予め記憶された設定吸入圧となるように、電磁弁(電磁アクチュエータ+弁体)構成のみよりなる制御弁の弁開度を、吸入圧制御手段としてのエアコンECU61によって制御するようにしてもよい。この場合、設定吸入圧は一定であってもよいし、上記実施形態のように冷房負荷に応じて変更するようにしてもよい。
○上記実施形態においては、吐出圧制御ルーチンRF3における制御目標(設定吐出圧)として、メインルーチンRF1のS101判定で用いた閾値圧力Pd(set)が用いられていた。これを変更し、吐出圧制御ルーチンRF3における制御目標(設定吐出圧)として、閾値圧力Pd(set)よりも例えば5〜20%程度低い値を用いること。
○上記実施形態において制御弁34は、給気通路33の開度を調節する所謂入れ側制御弁であったが、これを変更し、制御弁として、抽気通路32の開度を調節する所謂抜き側制御弁を用いても良い。
○上記実施形態においては、吐出圧Pd(t)が閾値圧力Pd(set)よりも低い圧力でかつ圧縮機の吐出容量が最大となる(最大と推定できる)場合に、該圧縮機の制御を吐出圧制御ルーチンRF3によるものから吸入圧制御ルーチンRF2によるものに切り換えていた。
これを変更し、例えば、吐出圧制御ルーチンRF3による圧縮機の制御が所定時間継続されたことを条件に、該圧縮機の制御を吐出圧制御ルーチンRF3によるものから吸入圧制御ルーチンRF2によるものに切り換えるようにしてもよい。つまり、吐出圧制御ルーチンRF3による圧縮機の制御が所定時間継続されたなら、その間において吸入圧Psが大きく低下するため、この状態では吸入圧制御ルーチンRF2による圧縮機の制御によっても吐出圧Pd(t)が閾値圧力Pd(set)以上とならないと判断することができる。
○上記実施形態においては、吐出圧Pd(t)が閾値圧力Pd(set)よりも低い圧力でかつ圧縮機の吐出容量が最大となる(最大と推定できる)場合に、該圧縮機の制御を吐出圧制御ルーチンRF3によるものから吸入圧制御ルーチンRF2によるものに切り換えていた。これを変更し、吐出圧Pd(t)が、閾値圧力Pd(set)よりも低い値に設定された設定圧力を下回った場合に、圧縮機の制御を吐出圧制御ルーチンRF3によるものから吸入圧制御ルーチンRF2によるものに切り換えるようにしてもよい。
○上記実施形態においては、吐出圧Pd(t)が閾値圧力Pd(set)よりも低い圧力でかつ圧縮機の吐出容量が最大となる場合に、該圧縮機の制御を吐出圧制御ルーチンRF3によるものから吸入圧制御ルーチンRF2によるものに切り換えていた。それに加えて、エンジンEの回転速度つまり圧縮機の回転速度が低下したり、吹出し空気を制御するブロワモータの回転速度が低下する等、吐出圧Pd(t)が低下する側への各種パラメータの変動を検出した場合に、吐出圧Pd(t)が閾値圧力Pd(set)よりも低い圧力でかつ圧縮機の吐出容量が最大でなくても、該圧縮機の制御を吐出圧制御ルーチンRF3によるものから吸入圧制御ルーチンRF2によるものに切り換えるようにしてもよい。
○上記実施形態の吐出圧制御ルーチンRF3においては、吐出圧センサ67からの検出圧力Pd(t)が閾値圧力Pd(set)よりも高い場合には、駆動電流の1サイクルにおいて制御弁34を第1状態とする比率を漸次減少(S303)させる処理を行うとともに、検出圧力Pd(t)が閾値圧力Pd(set)よりも低い場合には、駆動電流の1サイクルにおいて制御弁34を第1状態とする比率を漸次増加(S304)させる処理を行っていた。これを変更し、例えば、吐出圧センサ67からの検出圧力Pd(t)が閾値圧力Pd(set)よりも高い場合には制御弁34を第2状態に固定し、逆に検出圧力Pd(t)が閾値圧力Pd(set)よりも低い場合には制御弁34を第1状態に固定すること。この場合、吐出圧制御ルーチンRF3から吸入圧制御ルーチンRF2への処理の切換は、例えば該吐出圧制御ルーチンRF3が所定時間継続された後に行うようにする。
○上記実施形態において圧縮機の吐出容量の制御は、吸入室26及び吐出室27に連通するクランク室15の内圧Pcを制御弁34によって調節することで行われていた。これを変更し、例えば流体圧シリンダ等のアクチュエータを斜板18に連結し、該アクチュエータを外部制御することで斜板18の傾斜角度の調節つまりは圧縮機の吐出容量制御を行うようにしてもよい。
○本発明を、ワッブルタイプの容量可変型圧縮機に用いられる制御装置において具体化すること。
○本発明を、ピストン式以外の容量可変型圧縮機において具体化すること。
○本発明を、冷凍回路以外に用いられる容量可変型圧縮機において具体化すること。
容量可変型圧縮機の縦断面図。 (a)は制御弁の縦断面図であり該制御弁の第1状態を示す図、(b)は制御弁の縦断面部分図であり該制御弁の第2状態を示す図。 メインルーチンを示すフローチャート。 吸入圧制御ルーチンを示すフローチャート。 吐出圧制御ルーチンを示すフローチャート。
符号の説明
15…制御室としてのクランク室、26…吸入圧領域としての吸入室、27…吐出圧領域としての吐出室、34…制御弁、48…弁体としての弁体部、50…吸入圧検出手段及び吸入圧制御手段をなす感圧機構を構成する感圧部材、61…制御装置を構成するエアコンECU、67…吐出圧検出手段としての吐出圧センサ、Pd(t)…吐出圧センサの検出圧力、Ps…吸入圧、Pd(set)…設定吐出圧としての閾値圧力、RF1…切換手段としての処理に相当するメインルーチン、RF3…吐出圧制御手段としての処理に相当する吐出圧制御ルーチン。

Claims (4)

  1. 吸入圧領域の圧力を検出する吸入圧検出手段と、該吸入圧検出手段からの検出圧力が所定の設定吸入圧となるように容量可変型圧縮機の吐出容量を制御する吸入圧制御手段とを備えた制御装置において、
    前記吐出圧領域の圧力を検出する吐出圧検出手段と、
    前記吐出圧検出手段からの検出圧力が所定の設定吐出圧となるように前記容量可変型圧縮機の吐出容量を制御する吐出圧制御手段と、
    前記吐出圧検出手段からの検出圧力に応じて、前記容量可変型圧縮機の制御手法を前記吸入圧制御手段と前記吐出圧制御手段との間で切り換える切換手段と
    を備え、
    前記切換手段は、前記吐出圧検出手段からの検出圧力が、前記設定吐出圧以上の値である閾値圧力よりも低い圧力から高い圧力に上昇した時に、前記容量可変型圧縮機の制御手法を前記吸入圧制御手段から前記吐出圧制御手段に切り換え、前記吐出圧制御手段による前記容量可変型圧縮機の制御時において、前記吐出圧検出手段からの検出圧力が前記閾値圧力よりも低い圧力でかつ前記容量可変型圧縮機の吐出容量が最大となる場合に、前記容量可変型圧縮機の制御手法を前記吐出圧制御手段から前記吸入圧制御手段に切り換えることを特徴とする容量可変型圧縮機の制御装置。
  2. 前記吸入圧制御手段及び前記吐出圧制御手段は、前記吸入圧領域及び吐出圧領域に連通する制御室の内圧を制御弁によって調節することで前記容量可変型圧縮機の吐出容量を制御し、前記吸入圧検出手段及び前記吸入圧制御手段は前記制御弁が内蔵する感圧機構がなし、該感圧機構は、前記吸入圧領域の圧力を機械的に検出するとともに、この検出圧力の変動を打ち消す側に前記容量可変型圧縮機の吐出容量が変更されるように、弁体を動作させて弁開度を内部自律的に調節し、前記制御弁は、前記感圧機構が弁開度調節に関与する第1状態と、前記感圧機構を弁開度調節に関与させずに前記容量可変型圧縮機の吐出容量の最小化をもたらす第2状態とに外部からの制御によって切り換え可能とされており、前記吸入圧制御手段は、前記制御弁の前記第1状態が継続されることで該制御弁の弁開度調節を行い、前記吐出圧制御手段は、前記制御弁を前記第1状態と前記第2状態とに交互に切り換えて該制御弁の弁開度調節を行う請求項1に記載の容量可変型圧縮機の制御装置。
  3. 前記吐出圧制御手段は、前記吐出圧検出手段からの検出圧力が前記設定吐出圧よりも高い場合には、単位時間において前記制御弁を前記第1状態とする比率を漸次減少させる処理を行うとともに、前記吐出圧検出手段からの検出圧力が前記設定吐出圧よりも低い場合には、前記単位時間において前記制御弁を前記第1状態とする比率を漸次増加させる処理を行う請求項2に記載の容量可変型圧縮機の制御装置。
  4. 前記容量可変型圧縮機は冷凍回路を構成し、該冷凍回路の冷媒としては二酸化炭素が用いられている請求項1〜3のいずれか一項に記載の容量可変型圧縮機の制御装置。
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