JPH0538937A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容量可変形圧縮機に冷凍回路を接続した空調
装置において、吸入室圧力と吐出室圧力との相対変化に
対して電磁制御弁機構のソレノイド電流が一義的に定ま
るようにした。 【構成】 吐出容量に対する吐出室圧力及び吸入室圧力
並びに吹き出し空気温度を冷凍回路の状態量より求め、
該吹き出し温度が設定された吹き出し温度とほぼ等しい
場合に求めた吐出室圧力及び吸入室圧力に基づいてソレ
ノイド電流を算出する。設定された吹き出し温度に対し
て適正な制御目標電流値を与える吸入室圧力と吐出室圧
力との関係をシュミレーションし、ソレノイド電流を一
義的に定める制御手段を具備し、該制御手段により求め
た制御目標値に従って制御される可変容量型圧縮機に付
設した電磁制御弁機構からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両等に好適する空調
装置に係り、特に、可変容量型圧縮機を用いて冷凍回路
を作動させるものにおいて、蒸発器吹出し空気温度が安
定するように改良した空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、可変容量型のワッブル式圧縮機
は、クランク室を貫通した駆動軸に対し回転斜板を傾動
可能に支持し、該回転斜板にスラストワッシャによって
揺動板を回転を拘束した状態で揺動可能に取付けてい
る。そして揺動板にはコンロッドを介して複数のピスト
ンを連動連結し、揺動板の傾角に応じた各ピストンによ
るシリンダボア内往復動を実現している。また、シリン
ダブロックには吐出室とクランク室とを連通する給気通
路を形成し、該給気通路の途中に設けた電磁制御弁機構
により給気通路の開閉制御を行うことによって、クラン
ク室の圧力をコントロールしている。これによりクラン
ク室圧力と吸入室圧力との差圧に応じて、ピストンスト
ローク及び揺動板の傾角を変化させ、圧縮機の吐出容量
を可変するようにしている。

【０００３】このような可変容量型圧縮機は、凝縮器，
膨張弁及び蒸発器を備えた冷凍回路と接続して、例えば
車両の空調に用いられる。この場合、上記吐出容量が可
変であることは、熱負荷に応じた冷房能力の調節を行う
ことができ、蒸発器吹出し空気温度（以下単に、吹出し
空気温度とする）を可変設定し、設定された吹出し空気
温度を与える吐出容量を中心にクランク室の圧力がコン
トロールされる。

【０００４】しかして、電磁制御弁機構は、例えば図３
に示すように、ソレノイド７１の励磁により押圧ばね７
２に抗して吸着される弁体７３が、常には弁座７４に形
成された弁孔７５の上部開口を押圧ばね７２の押圧作用
によって閉塞するようになっており、弁孔７５の上部開
口が吐出室と、弁孔７５の下部開口がクランク室と連通
するようになっている。

【０００５】このような構成によれば、ソレノイド７１
が励磁されることで、吐出室とクランク室が給気通路
（図示略）を介して連通され、吐出室からの圧力がクラ
ンク室に送られる。ソレノイドの励磁電流（ソレノイド
電流）は、設定温度と測定温度との差に応じて可変設定
される吹出し空気温度に対応して決定され、設定された
吹出し空気温度に対応するクランク室圧力と吸入室圧力
との差圧を決定し、吐出容量を定める。この吐出容量
は、そのときの熱負荷に応じた、換言すれば、設定温度
と測定温度との差に応じた冷房能力に対応する。

【０００６】上記電磁制御弁機構は、ソレノイド７１の
励磁により弁体７３を吸引する力Ｆｍ、吐出室圧力Ｐ
ｄ、吸入室圧力Ｐｓ、クランク室圧力Ｐｃ及び押圧ばね
７２の力とが釣り合った関係によって動作している。ソ
レノイド７１による弁体７３を吸引する力Ｆｍは、ソレ
ノイド電流の二次関数であり、従って、クランク室圧力
を一定とし、押圧ばね７２の力を無視すると、ソレノイ
ド電流、吐出室圧力Ｐｄ及び吸入室圧力Ｐｓの各要素
は、次式の関係を有することになる。

【０００７】

【数１】 従って、ソレノイド電流値は、吐出室圧力と吸入室圧力
との関係より算出することができる。一方、上記式
は、可変容量圧縮機では最大容量時と最小容量時とでは
吐出室圧力が変化するため、例えば吸入室圧力Ｐｓを縦
軸にとり、ソレノイド電流を横軸にとると、吐出室圧力
がパラメータとなって図４に示す無数の特性（図では３
つの特性を示す）で表すことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図４によれば、設定さ
れた吹出し空気温度に対応した制御目標値Ｉｏに対し、
吐出室圧力Ｐｄによって吸入室圧力Ｐｓが異なる値Ｐｓ
ｏ１，Ｐｓｏ２等をとり、制御目標値Ｉｏを決定して
も、吐出圧力Ｐｄによって、異なる吸入室圧力が設定さ
れることになり、吸入室圧力対ソレノイド電流値の関係
が１対１に対応しない。これは、吸入室圧力をパラメー
タとして見た場合も同様のことが言える。その結果、制
御コンピュータにより可変設定された吹出し空気温度中
心の制御ループ動作が正確でなくなり、吹出し空気温度
が安定しなくなってしまう。

【０００９】従来の可変容量型圧縮機を用いた空調装置
は、上記吐出室圧力と吸入室圧力とが相対的に変化する
関係にあることを考慮することなく、吹出し空気温度、
エンジン回転数等の各種検出情報に従ってのみソレノイ
ド電流を制御しており、吹出し空気温度の不安定化は否
めない。なお、吐出室圧力と吸入室圧力の相対変化に応
じてソレノイド電流を加減することが考えられるが、制
御ループの収束過程が不安定となり、やはり吹出し空気
温度の安定した制御はできない。

【００１０】本発明は上記問題点に鑑み、吐出室圧力と
吸入室圧力との相対変化に対して可変制御後の吐出室圧
力をあらかじめ求めて、吸入室圧との関係が適正である
かどうかを判断することにより、一義的にソレノイド電
流を決定することができ、設定された吹出し空気温度に
対応した適正な制御目標値に収束制御することができる
空調装置の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、クランク室，
吸入室及び吐出室を有し、クランク室圧力と吐出室圧力
との差圧に応じてピストンストローク及び揺動板の傾角
を変化させて吐出容量を可変する可変容量型圧縮機と、
該可変容量型圧縮機の吸入室及び吐出室間に接続して冷
媒ガスの循環により空調を行う冷凍回路と、ソレノイド
電流により可動される弁によって前記吐出室から前記ク
ランク室への圧力供給を制御すべく前記可変容量型圧縮
機に付設した電磁制御弁機構とを備え、さらに、設定温
度と現在温度との差に応じて可変設定される吹出し空気
温度に対応した前記ソレノイド電流の制御目標値を求め
る手段であって、仮定した吐出容量に対する吐出室圧力
及び吸入室圧力並びに吹出し空気温度を前記冷凍回路の
状態量より求め、該求めた吹出し空気温度が前記設定さ
れた吹出し空気温度とほぼ等しい場合に前記求めた吐出
室圧力及び吸入室圧力に基づいて前記ソレノイド電流の
制御目標値を算出する制御コンピュータを用いるもので
ある。

【００１２】

【作用】本発明の冷凍回路の状態量（冷媒流量等）より
求めた吐出室圧力及び吸入室圧力は、設定された吹出し
空気温度に対して適正な吹出し空気温度を与える吐出室
圧力と吸入室圧力との関係をシュミレーションしたもの
となり、これら吐出室圧力及び吸入室圧力に基づいてソ
レノイド電流を算出しているので、吐出室圧力と吸入室
圧力との相対変化に対してソレノイド電流が一義的に定
まり、設定された吹出し空気温度に対応した適正な制御
目標値を決め、制御ループの動作が乱されず、吹出し空
気温度の不安定化は生じない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例によって詳細に
説明する、図１は本発明に係る空調装置の一実施例を示
す構成図であり、電磁制御弁機構としてダイヤフラム型
を使用したものである。図において、シリンダブロック
１の一端面にはフロントハウジング２が接合され、他端
面には弁板３を介してリアハウジング４が接合されてい
る。フロントハウジング２内のクランク室５には駆動軸
６が回転可能に延在されており、この駆動軸６にはロー
タ７が固着されている。ロータ７には長孔７ｂが形成さ
れており、この長孔７ｂにピン８ａが摺動自在に挿入さ
れることにより回転斜板８が駆動軸６に対して傾動可能
に支持されている。回転斜板８の背面側の摺動面にはス
ラスト軸受９が設けられ、回転斜板８のボス側の摺動面
には平軸受１０及びレース１１を介してスラストワッシ
ャ１２が配置されており、これにより揺動板１３が回転
を拘束された状態で回転斜板８に取付けられている。こ
の揺動板１３にはコンロッド１４を介してピストン１５
が連動連結され、各ピストン１５はそれぞれのシリンダ
ボア１ａ内に直動可能に嵌挿されている。また、クラン
ク室５内には駆動軸６と平行にガイド棒１６が配置され
ており、このガイド棒１６は揺動板１３の一端部によっ
てこれが挟持されることにより、揺動板１３の回転を規
制しつつ軸方向への移動を許容している。一方、リアハ
ウジング４内には吸入室１７と吐出室１８とが形成され
ており、後述する冷凍回路と連通する吸入室１７内の冷
媒ガスは、吸入弁及び弁板３の吸入ポートを介してシリ
ンダボア１ａ内に供給され、同シリンダボア１ａ内で圧
縮された冷媒ガスは弁板３の吐出ポート及び吐出弁１８
ａを介して吐出室１８に吐出され、さらに冷凍回路へと
送り出される。また、シリンダブロック１及びリアハウ
ジング４には吐出室１８とクランク室５とを連通する給
気通路２０、並びにクランク室５と吸入室１７とを常時
連通する抽気通路２１が形成され、該給気通路２０の途
中には電磁制御弁機構３０が配設されている。

【００１４】電磁制御弁機構３０は、二つの独立した第
１室３１と第２室３２とを有し、第２室３２は更にダイ
ヤフラム３３によって仕切られている。第１室３１は、
吐出室側の給気通路２０ａとクランク室側の給気通路２
０ｂとを連通し、弁体３４によって両給気通路２０ａ、
２０ｂの連通を開閉制御している。第２室３２の大気圧
がかかる一方の仕切り室３２ａには、ダイヤフラム３３
を可動するソレノイド３５，プランジャ３６，該プラン
ジャ３６をダイヤフラム側に押圧するスプリング３７等
を主体とするアセンブリがあり、プランジャ３６は、ロ
ッド３８及び弁座３９を介してダイヤフラム３３に当接
している。第２室３２の他方の仕切り室３２ｂには、吸
入室１７と接続された通路４０が連通するとともに、上
記スプリング３７と対抗して弁座４１を介しダイヤフラ
ム３３を押圧するスプリング４２がある。また、上記第
２室３２の他方の仕切り室３２ｂには、第１室３１の弁
体３４に当接したロッド４３が突出し、上記弁座４１が
その突出端を保持している。該ロッド４３は、弁体３４
とともに第１室３１側に設けられたスプリング４４によ
ってダイヤフラム側へ付勢されている。この構成によ
り、ソレノイド３５に電流が流れていないとき、ダイヤ
フラム３３はスプリング３７，４２，４４の押圧力及び
ダイヤフラム３３の前後に作用する圧力とが平衡した位
置で第２室３２を仕切る。

【００１５】一方、吸入室１７と吐出室１８とを外部で
接続する冷凍回路５０上には凝縮器５１，膨張弁５２及
び蒸発器５３が順次介在されており、膨張弁５２には、
蒸発器５３の排出側に設置された感温筒５４による冷媒
ガス圧力及び温度に基づいて開閉量が制御される。蒸発
器５３により冷却される空気は、ブロワ５５により蒸発
器５３の吹出し口から車室へ吹き出されるようになって
いる。

【００１６】電磁制御弁機構３０を駆動するソレノイド
電流は、制御コンピュータ６１から出力される指令電圧
信号Ｅ（ｔ）に基づいて生成される。制御コンピュータ
６１は、蒸発器５３からの吹出し空気温度を検出する温
度検出器６２，圧縮機の回転数検出器６３（エンジン回
転数検出器）からの検出回転数、風量設定器６５ａより
のコンデンサ通過風量及び外気温検出器６４からの検出
外気温に基づき、温度設定器６５により設定される吹出
し空気温度Ｔｏに対応した指令電圧信号Ｅ（ｔ）を演算
する。指令電圧信号Ｅ（ｔ）は、三角波発振器６６から
出力される三角波信号と比較器６７において重ね比較さ
れ、指令電圧信号Ｅ（ｔ）に応じたパルス幅変調信号を
比較器６７より駆動回路６８へ出力させる。これによ
り、駆動回路６８は、パルス幅変調信号のデューティ比
に応じたソレノイド電流Ｉｓｏｌで電磁制御弁機構３０
を駆動することができる。 本発明の空調装置は以上の
ごとく構成され、制御コンピュータ６１は、設定温度と
温度検出器６２からの現在温度との差に応じた吹出し空
気温度を温度設定器６５に設定し、その設定された吹出
し空気温度Ｔｏに対応した適正な制御目標値となるデュ
ーティ比を、後述する図２のフローチャートによって演
算する。これにより演算されたデューティ比のパルス幅
変調信号が比較器６７から駆動回路６８に供給され、駆
動回路６８で電流化されて電磁制御弁機構３０のソレノ
イド３５を励磁する。電磁制御弁機構３０は、ソレノイ
ド電流で駆動されないとき、弁体３４によって給気通路
２０を閉じている。そして、所定値のソレノイド電流が
供給されると、プランジャ３６による力がスプリング３
７の力に加わり、ロッド３８、ダイヤフラム３３及びロ
ッド４３を介し、弁体３４を吐出室圧力に抗して押圧す
る。これにより吐出室１８からの圧力がクランク室５に
送出されて、吐出容量を変えることができる。

【００１７】しかして本実施例では、図２に示すよう
に、設定された吹出し空気温度に対して適正な制御目標
値となるソレノイド電流を与える吐出室圧力及び吸入室
圧力の関係をシュミレーションすることによって、吸入
室圧力と吐出室圧力との相対変化に対してソレノイド電
流を一義的に定め、吐出容量を可変するものである。図
２において、ステップＳ１〜Ｓ５は各種検出器出力やア
クチュエータ動作出力を読み込む処理である。すなわ
ち、ステップＳ１ではブロワ５５及び温度検出器６３に
よる蒸発器５３の吹出し空気温度及び風量の認識、ステ
ップＳ２では外気温度検出器６４による凝縮器５１回り
の空気温度認識、ステップＳ３では回転数検出器６３に
よる圧縮機の回転数認識、ステップＳ４では凝縮器５１
回りの空気通過風量認識（凝縮器面積と車速より計
算）、及びステップＳ５ではステップＳ１〜Ｓ４で認識
した各検出情報に基づいて温度設定器６５に設定される
吹出し空気温度Ｔｏを認識している。

【００１８】次に、ステップＳ６では吐出容量を仮定す
る。これは、後のステップＳ７〜Ｓ１５による演算結果
に従って仮定する。また、演算結果が得られない初期に
は、ステップＳ５で設定された吹出し空気温度Ｔｏに従
って吐出容量を仮定する。ステップＳ７及びＳ８では、
凝縮器５１の凝縮圧力と蒸発器５３の蒸発圧力とを仮定
している。凝縮圧力は吐出室圧力Ｐｄとほぼ等しく扱う
ことができ、蒸発圧力は吸入室圧力Ｐｓとほぼ等しく扱
うことができる。仮定した凝縮圧力と蒸発圧力は、設定
された吹出し空気温度Ｔｏに近傍した適正な吹出し空気
温度を与えるものでなければならない。

【００１９】これら仮定した蒸発圧力及び凝縮圧力が適
正なものであるか否かを、次のステップＳ９〜Ｓ１１及
びステップＳ１２〜Ｓ１４で演算する。ステップＳ９〜
Ｓ１１は、蒸発器５３の冷媒側での熱交換量Ｑｅｒと空
気側での熱交換量Ｑｅａとの差（絶対値）が、一定の値
（例えば１０ｋｃａｌとしている）より小さい（ＹＥ
Ｓ）と判断されるとき、その仮定した蒸発室圧力Ｐｓを
保存する。一定の値より大きいときは、別の蒸発圧力に
変えて演算をやり直す。ステップＳ１２〜Ｓ１４は、凝
縮器５１の冷媒側での熱交換量Ｑｃｒと空気側での熱交
換量Ｑｃａとの差が一定の値（蒸発器の場合と同じ）よ
り小さい（ＹＥＳ）と判断されるとき、その仮定した凝
縮圧力を保存する。また、蒸発圧力の場合と同様に、一
定の値より大きいときは、別の凝縮圧力に変えて演算を
やり直す。各保存した蒸発圧力及び凝縮圧力は、後のソ
レノイド電流Ｉｓｏｌの計算（ステップＳ１６）に用い
られる。

【００２０】さて、ステップＳ１５では、ステップＳ１
０で求めた熱交換量Ｑｅａ及びブロワ風量により、吹出
し空気温度をシュミレーションする。これら各熱交換量
及び吹出し空気温度の演算は、冷凍回路の冷媒ガス流
量，蒸発器入口から出口への及び凝縮器入口から出口へ
のエンタルピを要素として行う。そして、その計算温度
と設定された吹出し空気温度Ｔｏとがほぼ一致する場合
に、上記保存した吸入室圧力Ｐｓ及び吐出室圧力Ｐｄを
用いてソレノイド電流Ｉｓｏｌを計算する。

【００２１】ステップＳ１６で行うソレノイド電流Ｉｓ
ｏｌの計算は、次式を用いる。

【００２２】

【数２】 ここに、Ｓａはダイヤフラム３３の受圧面積、Ｓｏは吐
出室圧力の作用する受圧面積、Ｆｋはスプリング３７，
４２及び４４によってダイヤフラム３３が受ける力、Ｃ
は定数である。式に当てられるＰｄ及びＰｓは、ステ
ップＳ８及びＳ７で仮定した凝縮圧力及び蒸発圧力をそ
のまま用いることができる。そして、これら吸入室圧力
Ｐｓ及び吐出室圧力Ｐｄは、ステップＳ１５の判定が
“ＹＥＳ”となる、設定された吹出し空気温度Ｔｏに対
して適正な吹出し空気温度を与える吐出室圧力と吸入室
圧力の関係にあり、吸入室圧力Ｐｓと吐出室圧力との相
対変化に対してソレノイド電流Ｉｓｏｌを一義的に定
め、設定された吹出し空気温度Ｔｏを中心に引き込む制
御ループの動作が乱されることがない。これにより吹出
し空気温度の安定した空調を行うことができる。

【００２３】なお、上記実施例では、ダイヤフラムを有
する電磁制御弁機構の場合について説明したが、図４に
示すような弁構造のものに適用することもできる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、設定
された吹出し空気温度に対して適正な制御目標値のソレ
ノイド電流を与える吐出室圧力及び吸入室圧力を求め、
これを用いてソレノイド電流を算出するようにしたの
で、吸入室圧力と吐出室圧力との相対変化に対しソレノ
イド電流が一義的に定まり、設定された吹出し空気温度
中心のコントロールが乱されることなく、安定した空調
システムを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空調装置の一実施例を示す構成図

【図２】本発明の動作を説明するフローチャート

【図３】吐出室圧力と吸入室圧力との関係を説明する説
明図

【図４】吸入室圧力と吐出室圧力との相対変化に対する
ソレノイド電流特性を示す特性図

【符号の説明】

５…クランク室、６…駆動軸、８…回転斜板、１３…揺
動板、１５…ピストン、１７…吸入室、１８…突出室、
２０…吸気通路、３０…電磁制御弁機構、３３…ダイヤ
フラム、３５…ソレノイド、３６…プランジャ、３７，
４２，４４…スプリング、５０…冷凍回路、５１…凝縮
器、５２…膨張弁、５３…蒸発器、６１…制御コンピュ
ータ、６２…温度検出器、６３…回転数検出器、６５…
温度設定器、６６…三角波発振器、６７…比較器、６８
…駆動回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク室，吸入室及び吐出室を有し、
   クランク室圧力と吐出室圧力との差圧に応じてピストン
   ストローク及び揺動板の傾角を変化させて吐出容量を可
   変する可変容量型圧縮機と、該可変容量型圧縮機の吸入
   室及び吐出室に接続されて冷媒ガスの循環により空調を
   行う冷凍回路と、ソレノイド電流により可動される弁に
   よって前記吐出室から前記クランク室への圧力供給を制
   御すべく前記可変容量型圧縮機に付設した電磁制御弁機
   構と、設定車室内温度と現在車室内温度との差に応じて
   可変設定される蒸発器吹出し空気温度に対応した前記ソ
   レノイド電流の制御目標値を求める手段であって、仮定
   した吐出容量に対する吐出室圧力及び吸入室圧力並びに
   前記吹出し空気温度の関係を前記冷凍回路の状態量より
   求め、該求めた吹出し空気温度が前記設定された吹出し
   空気温度とほぼ等しい場合に前記求めた吐出室圧力及び
   吸入室圧力に基づいて前記ソレノイド電流の制御目標値
   を算出する制御コンピュータとを、具備したことを特徴
   とする空調装置。