JPS63140872A - 可変容量圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は可変容量圧縮機に関し、例えば自動車用空調装
置の冷媒圧縮機として用いて有効である。

〔従来の技術及びその問題点〕

従来自動車空調装置用の冷媒圧縮機として、シャフトの
回転運動をワッブルプレートの往復揺動運動に変位し、
この揺動運動をピストンへ伝達するいわゆるワッブルタ
イプの圧縮機が作られていた。またこの種の圧縮機にお
いては、ワッブルプレートの傾斜角を可変制御すること
により、圧縮機の吐出容量を可変させる旨が提案されて
いた。

すなわちワッブルプレートが配置される圧力室内の圧力
を調整することにより、ピストンの前後圧力差を可変制
御し、もってワッブルプレートの傾斜角を変動させるよ
うにしていた。しかしながら、この従来の圧縮機では、
容量の幅におのずと限界があった。すなわち、圧縮機の
吐出容量を減少させるためには、ワッブルプレートの傾
斜角を小さくする必要があり、そのためには、ワッブル
プレートの置かれた圧力室内圧力を増加させる必要があ
る。そして圧力室内圧力を高くするためには十分な吐出
圧力が必要となる。しかしながら、圧縮機の吐出容量を
あまり小さくすると、吐出圧力が十分に増加せず、制御
が不安定となりその結果圧縮機の吐出容量をそれ以上小
さくできなくなるという臨界点が生じる。

さらに、圧縮機の吐出容量を小さくする結果、ピストン
により吸入吐出される冷媒の流量が減少し、その結果、
冷媒中に含まれた潤滑油による潤滑能力が低下してしま
う。すなわち、吐出容量をあまり小さくしては、圧縮機
として潤滑不足が生じるという不具合があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記点に鑑みて案出されたもので、ワッブルタ
イプの圧縮機において、圧縮機の能力可変の割合をさら
に広くすることを目的とする。

〔発明の構成及び作動〕

上記目的を達成するため、本発明の圧縮機では、圧力室
と圧縮機の吸入側部分とを連通ずる排圧通路と、圧力室
と圧縮機の吐出側部分とを連通ずる導圧通路とを設け、
各通路を電磁弁で開閉制御できるようにする。また電磁
弁は制御手段によって電気的にその開閉が制御されるよ
うにする。

そして圧縮機に大きな容量が容量が要求されるときには
、電磁弁により排圧通路を開き導圧通路を閉じる。その
結果、圧力室内の圧力を低下させ、もってワッブルプレ
ートの傾斜角を大きくする。

冷凍サイクルから要求される冷房能力が低下した場合と
、圧縮機の吐出容量を減少させる必要がある場合には、
電磁弁を作動させ導圧通路を開き排圧通路を閉じる。そ
れにより、圧力室内の圧力を高くし、ワッブルプレート
の傾斜角を小さくする。

このようにして、ワッブルプレートの傾斜角の変動によ
り圧縮機の吐出容量を可変するのであるが、圧力室内の
圧力が最も高くなったときであっても、本発明において
はワッブルプレートは所定の傾斜角を有しているように
する。すなわちこの状態でも所定量の圧縮機吐出作用を
行われるようにする。そしてその状態で、さらに圧縮機
の容量を減少させる必要が生じた場合には、電磁弁を作
動させ排圧通路と導圧通路の両方を同時に開くようにす
る。このことにより、吐出室側からの吐出流体が、導圧
通路、圧力室、及び排圧通路を介し吸入室側にバイパス
され、圧縮機としての吐出容量が減少することになる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の圧縮機ではワッブルプレ
ートの傾斜角変動による吐出容量変化と、吐出ガスバイ
パスによる圧縮機の容量変化とを一体的に組み合わせた
ため、圧縮機の容量変化割合が大きくなるという効果を
有する。

〔実施例〕

以下本発明圧縮機一実施例を図に基づいて説明する。第
１図中１００は電磁クラッチのプーリーで、図示しない
■ベルトを介し自動車走行用エンジンの回転駆動力を受
ける。電磁クラッチ１０１の投入により、このプーリー
１００の回転力はシャフト１０２に伝達される。シャフ
ト１０２は軸受１０３，１０４を介しカバー１１０及び
ハウジング１２０に回転自在に支持されている。カバー
１１０とシャツ）１０２との間には軸封装置１０５が配
設されており、圧力室１３０内部の冷媒や潤滑油が、シ
ャツ）１０２に沿って外部に漏洩するのが防止される。

シャフト１０２上には支持部材１４０が固定されており
、この支持部材１４０はシャフト１０２と一体回転する
。また支持部材１４０には、ピン１４１を介し斜板１４
２が係合している。すなわち斜板１４２は支持部材１４
０を介しシャフト１０２と一体回転し、かつシャフト１
０２に対する傾斜角度はピン１４１が、支持部材１４０
に設けられたガイド溝１４７内を移動することにより可
変される。

斜板１４２上にはベアリング１４３を介しワッブルプレ
ート１４５が回転自在に配設されている。

またこのワッブルプレート１４５は摺動棒１４６に摺動
自在に係合している。従って、斜板１４２の回転を伴う
揺動運動のうち、揺動運動のみがワッブルプレート１４
５に伝達される。その結果、ワッブルプレートは回転を
伴うことな（、摺動棒１４６に沿って往復揺動運動を行
う。

ワッブルプレートには、コンロッド１５０が連結してお
り、このコンロッドを介しワッブルブレー）１４５の揺
動運動がピストン１５１に伝達される。ピストン１５１
はハウジング１２０に形成されたシリンダ室１２１内に
摺動自在に配設されている。従って、コンロッド１５０
を介して往復駆動力を受けたピストン１５１は、シリン
ダ室１２１内で往復摺動する。なおシリンダ室１２１は
ハウジング１２０内に互いに等間隔離れかつ平行に５箇
所形成されている。

ハウジング１２０の端部にはサイドプレート１６０を介
しリヤハウジング１６１が配設されている。このリヤハ
ウジング１６１内には吸入室１６２及び吐出室１６３が
形成されている。吸入室１６２はサイドプレート１６０
に設けられた吸入口１６４を介しシリンダ室１２１に連
通している。

また吐出室１６３はサイドプレート１６０に設けられた
吐出口１６５を介しシリンダ室１２１に連通している。

リヤハウジング１６１及びサイドプレート１６０には導
圧通路１７０．１７１が形成されている。

導圧通路１７０の一端は吐出室１６３に開口しており、
導圧通路１７１の端部はハウジング１２０内の導圧通路
空間１２５に開口している。この空間１２５はシャフト
１０２に形成された導圧通路穴１２６を介し圧力室１３
０と連通している。

また、ハウジング１２０・サイドプレート１６０及びリ
ヤハウジング１６１にはそれぞれ排圧通路１８０，１８
１，１８２が形成されている。排圧通路１８０の一端は
圧力室１３０に開口している。また排圧通路１８２の端
部は吸入室１６２に開口している。すなわちこの排圧通
路は圧力室１３０と吸入室１６２を連通ずるように構成
されている。

リヤハウジング１６１にはまた第１電磁弁２００と第２
電磁弁３００とが配設されている。第１電磁弁２００は
導圧通路１７０を開閉するものであり、また第２電磁弁
３０．０は排圧通路１８２を開閉するものである。

次にこの電磁弁２００，３００の構造を第２図に基づい
て説明する。両電磁弁２００．３００とも円筒状のヨー
ク２０１，３０１内にコイル２０２．３０２が配設され
ている。またコイルの端部および内部にはステータコア
２０３．３０３が配設されており、このステータコアに
対向してムービングコア２０４．３０４が摺動自在に配
設されている。ステータコアとムービングコアとの間に
はスプリング２０５．３０５が介在しており、このスプ
リングは、ムービングコアをステータコアより引き離す
方向に作用する。またコイル２０２゜３０２の端部には
磁路板２０６．３０６が配設されている。なおヨーク２
０１，３０１、ステータコア２０３，３０３、ムービン
グコア２０４．３０４及び磁路板２０６，３０６＃’よ
って磁気回路が発生するため、これらの部材はいずれも
磁性材料により形成される。

ムービングコア２０４．３０４の端部は弁体２１０．３
１０を形成しており、この弁体２１０゜３１０はそれぞ
れ導圧通路１７０、排圧通路１８０に形成された弁座２
１１．３１１と当接して、通路の開閉を行う、すなわち
、コイルが励磁してムービングコアがステータコア側に
引き寄せられたときには、弁体が弁座より離脱し通路を
開く。

逆に、コイルの非ｗＪ磁状態ではスプリングの勢力によ
り弁体が弁座側に押し付けられ通路を閉じる。

第６図は上記構成よりなる圧縮機１が配設される冷凍サ
イクルを示す。圧縮機の吐出室より吐出された冷媒は冷
媒配管１０を介しコンデンサ１１に吐出される。このコ
ンデンサで吐出冷媒は高温高圧のまま凝縮され、液冷媒
となる。液冷媒はレシーバ１２で気冷媒と液冷媒が分離
される。液冷媒のみ冷媒配管１０に導出し、次いで膨張
弁１３によって低温低圧の状態に断熱膨張される。この
膨張弁１３によって減圧膨張され低温低圧の霧状となっ
た冷媒はエバポレータ１４で冷却風と熱交換し、冷却風
より気化熱を奪って蒸発する。

すなわち車室内もしくは車外よりファン１５によって取
り入れられた空気は、このエバポレータ１４通過時に気
化熱を奪われて冷却される。この冷却された空気が車室
内に吹きだされ、車内の冷房を行う。゛エバポレータ１
４で蒸発した低温低圧の気冷媒は次いで冷媒配管１０を
介し圧縮機１の吸入室１６２側に吸入される。

エバポレータ１４の下流には温度センサ２０が配設され
ており、吹出空気温度を検出する。このセンサ２０から
の信号は制御手段３０に伝達される。また車室内には温
度制御盤４０が配設されており、乗員が所望の温度を設
Ｚできるようになっている。制御手段３０にはこの制御
盤４０からの信号も入力される。また制御手段では後述
する制御方法によって出力信号を演算し、各制御信号を
電磁クラッチ１０１、第１電磁弁２００、及び第２電磁
弁３００に伝達する。

次に上記構成なる圧縮機の作動を説明する。制御手段３
０からの信号を受は電磁クラッチ１０１が接続されると
、自動車走行用エンジンからの回転駆動力がシャフト１
０２に伝達される。これを受はシャフト１０２および支
持部材１４０、斜板１４２が圧力室１３０内で回転する
。ここで、斜板１４２はシャフト１０２に対し傾斜し、
ているので、この斜板１４２は回転を伴う揺動運動を行
うことになる。この斜板１４２の揺動運動がワッブルプ
レート１４５及びコンロッド１５０を介しピストン１５
１に伝達される。従ってピストン１５１はシリンダ室１
２１内を往復摺動し、容積の増減を繰り返す。シリンダ
室１２１の容積が増大する吸入行程では、吸入室１６２
内の冷媒を吸入口１６４を介しシリンダ室１２１に吸入
する。次いでピストン１５１の前進と共にシリンダ室１
２１内の冷媒を圧縮し、所定圧以上に圧力が上昇したと
き図示しない吐出弁を開いて吐出室１６３側へ冷媒を吐
出する。吐出された冷媒が第６図に示す冷凍サイクルを
循環するのは上述した通りである。

ここで、ワッブルプレート１４５の傾斜角はピストン１
５１の前後面間の加わる圧力によって変位する。すなわ
ち、圧力室１３０内の圧力が高くなり、ピストン１５１
の背面に大きな圧力が加わるようになれば、ピストン１
５１は後退しにくくなる。その結果、ワッブルプレート
１４５の傾斜角が小さくなり、ピストン１５１の往復ス
トロークは小さくなる。

すなわち、圧力室１３０内の圧力を高くすることにより
、ピストン１５１の出力を小さくし、吐出容量を減少さ
せることができる。逆に、圧縮機の吐出容量を大きくす
るときには、圧力室１３０内の圧力を低下すればよい。

この圧力室１３０内の圧力は第１電磁弁２００及び第２
電磁弁３００を開閉することにより制御される。

第１電磁弁２００が開いた状態では、導圧通路１７０．
１７１，１２５，１２６を介し吐出室１６３内の高圧が
圧力室１３０側へ導圧されることになる。逆に、第２電
磁弁３００を開けば排圧通路１８０，１８１，１８２が
開かれ、圧力室１３０内の圧力は吸入室１６２側へ逃が
される。

第４図はこの圧縮機の吐出容量と電磁弁２００゜３００
の開閉状態とを示す表である。

また第２図は、第１電磁弁２００が導圧通路を開き、第
２電磁弁３００が排圧通路を閉じている状態を示す。

圧縮機の吐出容量が最小となった場合には、本例の圧縮
機では、斜板１４２が支持部材１４０と係合し、所定の
傾斜角を維持している。すなわち、圧力室１３０内の圧
力が最大となっても、ピストン１５１は所定の往復スト
ロークが確保されるようになっている。この状態で圧縮
機１の吐出量を減少するため本例の圧縮機では第１制御
弁、第２制御弁の両方を開くようにする。（第３図図示
状態）この状態では吐出室１６３に吐出された高温高圧
の冷媒は導圧通路を介し圧力室１３０に吐出され、次い
で圧力室１３０より排圧通路を介し吸入室１６２側に戻
されることになる。すなわち圧縮機１からは冷媒が全量
吐出されることはなく、吐出冷媒の一部は吸入室１６２
側に戻されることになる。

以上説明したように、第１電磁弁２００、第２電磁弁３
００の開閉状態を制御することにより、圧縮機の吐出容
量を可変制御でき、さらには吐出ガスバイパスの制御も
できる。また圧縮機の吐出容量の可変制御時においては
、第１電磁弁２００を開とし第２電磁弁３００を閉とす
る状態と、第ｉｔ磁弁２’ＯＯを閉とし第２電磁弁３０
０を開とする状態とを短い周期で繰り返し制御するよう
にする。すなわち両状態を制御することにより吐出容量
の制御を行う。

この制御は制御手段３０によって行われる。第７図は制
御手段３０内での制御状態を示すフローチャートである
。まずステップ５０１においてエアコンスイッチが投入
されているか否かを判断する。投入されていない場合で
は、圧縮機の作動は不要であるため以下のステップには
進まない、エアコンスイッチ投入の場合にはステップ５
０２に進む、このステップ５０２においては、温度セン
サ２０によって検出されたエバポレータ吹出温度ｔｎを
入力し、また制御盤４０より入力される目標エバポレー
タ吹出温度Ｔ０を設定する０次いでステップ５０３に進
み、ステップ５０３においては、エバポレータ吹出温度
が３°Ｃ以上であるか否かを検出する。エバポレータ吹
出温度が３℃未満である状態では、すでに冷却が十分な
されており、圧縮機の作動は不要である。エバポレータ
吹出温度が３°Ｃ以上であればステップ５０４に移り、
電磁クラッチ１０１をＯＮとする。

ステフジ５０４作動時において、自動車走行用エンジン
からの伝達力が圧縮機１に入力されることになる。ステ
ップ５０５では目標吹出空気温度Ｔ０と実際のエバポレ
ータ吹出空気温度ｔｎとの差Ｅｎを演算する。このステ
ップ５０５によって演算された目標値との差Ｅｎに基づ
きステップ５０６において、第１電磁弁２００に入力さ
れる電気信号のデユーティ比をＰＩ制御により演算する
。

ここでデユーティ比とは一定周期に対しての通電時間で
あり、本実施例では周期として例えば０．１秒を設定し
ている。従って、周期０．１秒に対し通電時間が０．０
５秒であれば、電磁弁のデユーティ比は０．５となる。

またこのステップ５０６におけるＰＩ制御では、デユー
ティ比は先回のステップによって得られたデユーティ比
と、今回との目標値の変動とに基づいて、今回のデユー
ティ比を演算制御するものである。

ステップ５０７では第１電磁弁に入力されるデユーティ
比が１以上となっているか否かを判別する。ここで、第
１ｔｆｆｆ弁用に演算されるデユーティ比が１以上とい
うのは、第４図に明らがなように圧縮機１の最小容量の
状態で、さらに容量を低くする必要があるときである。

この場合ではステップ５０８に移る。

ステップ５０８は、第１電磁弁、第２電磁弁ともにデユ
ーティ比を１とし両電磁弁を開とする。

すなわち、第４図より明らかなように、圧縮機１の吐出
容量を最小としつつ、同時に吐出ガスのバイパスを行う
ようにする。

ステップ５０７で第１電磁弁へ出力されるデユーティ比
の演算結果が１未満である場合には、次いでステップ５
０９においてそのデユーティ比の演算結果がＯ以下であ
るか否かを判断する。第１電磁弁に入力されるべきデユ
ーティ比が０以下である状態は、第４図より明らかなよ
うに圧縮機を最大容量とする状態である。この場合では
ステップ５１０に移る。ステップ５１０において、第１
電磁弁のデユーティ比を０とし、第２電磁弁のデユーテ
ィ比を１とする。すなわち第１電磁弁を閉として、第２
電磁弁を開とするような信号を演算する。

ステップ５０９において第１電磁弁のデユーティ比が０
より大きい状態を検出したときは、ステップ５１１に移
る。

ここで第１電磁弁のデユーティ比の演算結果が０を超え
１未満というのは可変容量を行っている途中での状態を
示す。すなわち第１電磁弁２００及び第２電磁弁３００
により圧力室１３０内の圧力を可変制御する必要がある
状態を示す。この場合では、ステップ５１１において第
２電磁弁へ出力されるデユーティ比を演算する。この第
２電磁弁３００へ出力されるデユーティ比は１より、第
１電磁弁用に出力されるデユーティ比を引いた値になる
。

ステップ５１２において、以上の演算結果に基づいたデ
ユーティ比を第１電磁弁２００及び第２電磁弁３００へ
それぞれ印加する。第１電磁弁及び第２電磁弁へ出力信
号を印加し続けながら、所定時間例えば１秒間待つ（ス
テップ５１３）。所定時間経過後ステップ５１４におい
て目標吹出温度と実際の吹出温度との差ＥｎをＥｎ−＋
とじて記憶し、また第１電磁弁へ出力されるデユーティ
比の値Ｄｔｎ■もＤｔ（ｎ−１）■とじて記憶する。

その後でステップ５１５において新しくセンサ２０から
の信号を入力する。

センサ２０より入力されたエバポレータの実際の吹出温
度をステップ５１６において判別し、吹出温度が３°Ｃ
以上であれば再度ステップ５０２に移り以上説明した制
御を繰り返す。次にステップ５１６においてエバポレー
タの実際の吹出温度が３°Ｃ未満であることを判別すれ
ばステップ５１７に移り、電磁クラッチ１０１をＯＦＦ
する。すなわちこの状態では圧縮機の仕事はもはや必要
とされていないので圧縮機を停止させる。その後ステッ
プ５１８においてエバポレータの実際の吹出温度を入力
し、この吹出温度ｔｎに基゛づいてステップ５１９で吹
出空気温度ｔｎが４°Ｃ以上であるか否かを判別する。

吹出空気温度が４°Ｃ以上に上昇していればステップ５
０２に戻り、上述の制御方法により圧縮機の制御を行う
。逆に吹出空気温度が４°Ｃ未満であればステップ５１
８に戻り、圧縮機の非作動状態を継続させる。

なお上述したのは本発明の望ましい実施例であるが、本
発明は上記側基外に種々の変更例がある。

第５図は他の実施例の要部を示す断面図で、この実施例
によれば、１つの通路７００を制御圧通路とし、上述の
導圧通路１７１と排圧通路１８０の両方の機能を備える
ものとする。この第５図図示実施例によれば、第１電磁
弁２００と第２電磁弁３００との間が短絡され、圧縮機
の容量を最小容量とする吐出ガスバイパス状態において
は、そのバイパスを容易かつ効率的に行うことができる
。

また上述の例では第１電磁弁２００の弁体２１０と第２
制御弁３００の弁体３１０とそれぞれ独立のコイル２０
２．３０２によって制御するようにしていたが、三方弁
形状とし共通のソレノイドコイルにより弁体を切換制御
するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明圧縮機の一実施例を示す断面図、第２図
及び第３図それぞれは第１図図示圧縮機の電磁弁部分を
示す断面図、第４図は第１図図示圧縮機の電磁弁の作動
状態を示す表、第５図は本発明に係る圧縮機の他の例の
要部を示す断面図、第６図は第１図図示圧縮機が組込ま
れた冷凍サイクルを示す構成図、第７図は第６図図示制
御手段３０の制御方法を示すフローチャートである。 ３０・・・制御手段、１０２・・・シャツ）、１２０・
・・ハウジング、１２１・・・シリンダ室、１４５・・
・ワッブルプレート、１５１・・・ピストン、１６２・
・・吸入室、１６３・・・吐出室、１７１・・・導圧通
路、１日０・・・排圧通路、２００・・・第１電磁弁、
３００・・・第２電磁弁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のシリンダ室を有するハウジングと、このハ
   ウジング内に回転自在に配設されたシャフトと、このシ
   ャフトと一体回転しかつシャフトに傾斜可能に係合され
   た斜板と、この斜板に回転自在に係合し斜板の運動を受
   けて揺動するワッブルプレートと、前記シリンダ室内に
   摺動自在に配設されたピストンと、前記ワッブルプレー
   トの揺動運動を前記ピストンに伝達するコンロッドと、
   前記ハウジング側方に位置し前記コンロッド・前記斜板
   ・前記ワッブルプレート及び前記シャフトを覆い内部に
   圧力室を形成するカバーと、前記シリンダ室に吐出口を
   介し連通しシリンダ室内より圧縮された流体を受ける吐
   出室と、前記シリンダ室に吸入口を介し連通しシリンダ
   室へ流体を供給する吸入室と、前記圧力室と前記吐出側
   とを連通する導圧通路と、前記圧力室と前記吸入室側と
   を連通する排圧通路と、前記導圧通路途中に配設され導
   圧通路の開閉を行う第１電磁弁と、前記排圧通路途中に
   配設され排圧通路の開閉を行う第２電磁弁と、前記第１
   電磁弁及び前記第２電磁弁の開閉制御を行う制御手段と
   を備えた可変容量圧縮機。
2. （２）前記制御手段は圧縮機に高吐出容量が要求される
   ときに前記第１電磁弁に前記導圧通路を閉じる信号を出
   力し前記第２電磁弁に前記排圧通路を開く信号を出力し
   、圧縮機の容量を減少させるときには前記第１電磁弁に
   前記導圧通路を開く信号を出力し前記第２電磁弁に前記
   排圧通路を閉じる信号を出力し、圧縮機の容量をさらに
   減少させるときには前記第１電磁弁に前記導圧通路を開
   く信号を出力し前記第２電磁弁に前記排圧通路を開く信
   号を出力するよう構成した特許請求の範囲第１項記載の
   可変容量圧縮機。