JP4013318B2 - 車両用冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両エンジンにより駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機の容量制御もしくは圧縮機の作動断続を行う機構を備えた車両用冷凍サイクル装置において、車両エンジンの省動力と冷房性能の確保との両立を図るための制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用冷凍サイクル装置における車両エンジンの省動力のための容量制御は種々提案されており、例えば、特開昭５７−１７５４２２号公報、特開平１−１８２１１４号公報、特開平１−２５４４２０号公報等にて、車両エンジンの加速時に圧縮機の容量を小容量にして、車両エンジンの圧縮機駆動動力を低減して、車両の加速性を向上させるものが提案されている。
【０００３】
また、特開平２−２４９７１７号公報では、車両エンジンの加速時に圧縮機を停止するか、あるいは圧縮機の容量を小容量にして、車両エンジンの圧縮機駆動動力を低減して、車両の加速性を向上させるとともに、車両エンジンの加速状態判定時の車室温を記憶しておき、この記憶温度よりも車室温が所定温度高くなると、圧縮機を加速時制御の状態から通常制御状態に復帰させて、車室温の異常上昇を防止することが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記各公報記載の従来技術は、基本的には、いずれも、車両エンジンの加速状態を判定して、圧縮機の容量を予め設定した所定容量まで一義的に低減するという考え方のものであって、冷凍サイクルにおける実際の冷房能力および圧縮機動力と、圧縮機回転数との挙動については考慮していない。従って、車両エンジンの省動力と冷凍サイクルの冷房性能の確保とを良好に両立できるものではなかった。
【０００５】
また、特開平２−２４９７１７号公報のごとく圧縮機作動の断続制御を組み合わせるものでも、車室温の変化は冷凍サイクルの挙動に対して時間的に大きな遅れがあるので、省動力と冷房性能の確保との両立は実際には困難である。
そこで、本発明は上記点に鑑みて、車両エンジンの省動力と冷房性能の確保との両立を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冷凍サイクルにおける実際の冷房能力および圧縮機動力と、圧縮機回転数との挙動に着目してなされたものであるので、先ずこの圧縮機回転数に関するサイクル挙動について具体的に説明する。
図１３は、縦軸に冷房能力Ｑおよび圧縮機動力Ｌをとり、横軸に圧縮機回転数Ｎｃをとった実験データであり、実験条件は冷凍サイクルの凝縮器の冷却空気（外気）温度：３５°Ｃ、冷凍サイクルの蒸発器の流入空気（空調空気）の温度：３５°Ｃ、同流入空気（空調空気）の相対湿度：４０％、同流入空気（空調空気）の風量：５００ｍ³ ／ｈである。また、冷凍サイクルの圧縮機は、容量：１６０ｃｃのワッブル型圧縮機である。
【０００７】
なお、図中、Ｑ₁ 、Ｌ₁ は凝縮器の冷却空気の風速＝４ｍ／ｓ時の特性、Ｑ₂ 、Ｌ₂ は凝縮器の冷却空気の風速＝３ｍ／ｓ時の特性、Ｑ₃ 、Ｌ₃ は凝縮器の冷却空気の風速＝２ｍ／ｓ時の特性である。これらＱ₁ 、Ｌ₁ 〜Ｑ₃ 、Ｌ₃ の特性の差は、冷凍サイクルの高圧側圧力が凝縮器の凝縮能力により変動し、高圧側圧力の変動に伴って冷房能力Ｑおよび圧縮機動力Ｌが変動するために発生する。
【０００８】
図１３に示すように、圧縮機の回転数Ｎｃが比較的低い領域にある通常運転時には、回転数Ｎｃの上昇につれて冷房能力Ｑおよび圧縮機動力Ｌがともに増大するが、回転数Ｎｃが２０００ｒｐｍ付近まで上昇すると、圧縮機動力Ｌが増大するだけで、冷房能力Ｑはほとんど増大せず、飽和してくる。
このように、圧縮機の高回転域において、冷房能力Ｑが飽和するのは、圧縮機の回転数上昇によりサイクル内の冷媒流速が増大して圧損が急増し、サイクル内の冷媒流量の増加が飽和してくるためである。
【０００９】
本発明では、図１３に示すように、圧縮機の回転数Ｎｃが所定回転数（図１３の特性では２０００ｒｐｍ）を越える高回転領域では、圧縮機の回転数Ｎｃが増加して動力Ｌが増加しても、冷房能力Ｑは増加せず、飽和してくるという点に着目して、この圧縮機の回転数Ｎｃ増加による動力Ｌの増加分（図１３の斜線域Ａ）を圧縮機の容量低減、もしくは圧縮機の作動停止により抑制して、ほぼ最大の冷房能力を確保しつつ、省動力効果を有効に発揮しようとするものである。
【００１０】
すなわち、請求項１記載の発明では、被冷却空間を冷却する蒸発器（６）と、
車両エンジン（１１）により駆動されて、蒸発器（６）で蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機（２）と、
この圧縮機（２）に設けられ、外部からの制御信号により容量を可変する容量可変機構（２３、１６）と、
圧縮機（２）が最大容量の運転状態にあって、かつ、圧縮機（２）の回転数が所定値以上に上昇したことを判定する判定手段（Ｓ１６０、Ｓ１７０）と、
この判定手段（Ｓ１６０、Ｓ１７０）の判定結果を受けて、圧縮機（２）が前記所定値以上の高回転状態にある間は、前記高回転状態になった時点における、蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量を維持するように、圧縮機（２）の容量を制御する容量制御手段（Ｓ２１０、Ｓ２２０）とを備えることを特徴としている。
【００１１】
これによると、圧縮機（２）が高回転状態になった時点における、蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量（例えば、蒸発器吹出空気温度）を圧縮機（２）の高回転時の間、維持するから、圧縮機（２）が高回転状態になった時点（図１３の特性ではＮｃ＝２０００ｒｐｍ時点）での冷房能力Ｑを圧縮機高回転時の間、確保することができる。したがって、圧縮機高回転時の間は、ほぼ最大冷房能力を維持できる。
一方、圧縮機（２）の高回転時には、蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量が圧縮機（２）の回転数上昇に伴って低温側に移行しようとするので、この低温側への移行を圧縮機の容量低減により相殺することで、図１３の斜線域Ａに相当する圧縮機動力を低減して、車両エンジン（１１）の走行性能を向上できる。
【００１２】
つまり、請求項１記載の発明によると、圧縮機高回転時の間、圧縮機（２）の回転数上昇に伴って飽和する冷房能力を、その飽和直前の最大能力レベルに維持しながら、圧縮機の容量制御により圧縮機動力を効果的に低減できるものである。
【００１３】
次に、請求項２記載の発明では、被冷却空間を冷却する蒸発器（６）と、
車両エンジン（１１）により駆動されて、蒸発器（６）で蒸発したガス冷媒を圧縮する固定容量型の圧縮機（２）と、
車両エンジン（１１）と圧縮機（２）との間に配置され、圧縮機（２）の作動を断続するクラッチ手段（９）と、
圧縮機（２）の回転数が所定値以上に上昇したことを判定する判定手段（Ｓ３５０）と、
この判定手段（Ｓ３５０）の判定結果を受けて、圧縮機（２）が前記所定値以上の高回転状態にある間は、前記高回転状態になった時点における、蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量を維持するように、クラッチ手段（９）を断続させるクラッチ制御手段（Ｓ３８０、Ｓ４１０、Ｓ４３０、Ｓ４５０）とを備えることを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１における圧縮機（２）の容量制御を特に、断続制御（ＯＮ−ＯＦＦ制御）に置換しているものであるから、圧縮機（２）の回転数上昇に伴って飽和する冷房能力を、その飽和直前の最大能力レベルに維持しながら、圧縮機（２）の断続制御（ＯＮ−ＯＦＦ制御）により圧縮機動力を効果的に低減できる。
【００１５】
そして、請求項３記載の発明は、請求項２において、クラッチ制御手段は、圧縮機（２）が高回転状態になった時点における、蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量（ＴＥＡ）を記憶し、
クラッチ制御手段は、蒸発器（６）の実際の冷却度合に関連する物理量が、記憶した物理量（ＴＥＡ ）に所定値（α）を加えた値（ＴＥＡ＋α）より低温側であるときにクラッチ手段（９）をオフ状態として圧縮機（２）を停止し、
一方、クラッチ制御手段は、蒸発器（６）の実際の冷却度合に関連する物理量が前記値（ＴＥＡ＋α）より高温側であるときにクラッチ手段（９）をオン状態として圧縮機（２）を作動させることを特徴としている。
【００１６】
これによると、記憶値（ＴＥ_A ）に所定値（α）を加えた値（ＴＥ_A ＋α）と、実際の蒸発器（６）の冷却度合とを比較して圧縮機作動の断続を行うから、圧縮機（２）が高回転状態になった直後の時点では、蒸発器（６）の実際の冷却度合が所定値（α）の分だけ、ＴＥ_A ＋αより低温になっているため、必ず、圧縮機（２）を停止させて、車両エンジン（１１）の走行性能を向上できる。
【００１７】
そして、蒸発器（６）の実際の冷却度合が所定値（α）に相当する温度上昇を起こすまでは圧縮機（２）の停止状態を持続して、圧縮機動力の低減効果を確保できる。
次に、請求項４記載の発明では、被冷却空間を冷却する蒸発器（６）と、
車両エンジン（１１）により駆動されて、蒸発器（６）で蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機（２）と、
この圧縮機（２）に設けられ、外部からの制御信号により容量を少なくとも大小２段階に切り替える容量切替機構（１１５、１１６）と、
圧縮機（２）の回転数が所定値以上に上昇したことを判定する判定手段（Ｓ３５０）と、
この判定手段（Ｓ３５０）の判定結果を受けて、圧縮機（２）が前記所定値以上の高回転状態にある間は、前記高回転状態になった時点における、蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量を維持するように、圧縮機（２）の容量を大小２段階に切り替える容量切替制御手段（Ｓ３８０、Ｓ４１０、Ｓ４３０、Ｓ４５０）とを備えることを特徴としている。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１における圧縮機（２）の容量制御を特に、圧縮機容量の大小２段階切替に限定するものであるから、圧縮機（２）の回転数上昇に伴って飽和する冷房能力を、その飽和直前の最大能力レベルに維持しながら、圧縮機容量の大小２段階切替により圧縮機動力を効果的に低減できる。
そして、請求項５記載の発明は、請求項４において、容量切替制御手段は、圧縮機（２）が高回転状態になった時点における、蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量（ＴＥＡ）を記憶し、
容量切替制御手段は、蒸発器（６）の実際の冷却度合に関連する物理量が、前記記憶した物理量（ＴＥＡ）に所定値（α）を加えた値（ＴＥＡ＋α）より低温側であるときに容量切替機構（１１５、１１６）により圧縮機（２）の容量を小容量に切り替え、
一方、容量切替制御手段は、蒸発器（６）の実際の冷却度合に関連する物理量が前記値（ＴＥＡ＋α）より高温側であるときは容量切替機構（１１５、１１６）により圧縮機（２）の容量を大容量に切り替えることを特徴としている。
【００１９】
これによると、圧縮機容量の大小２段階切替を行う場合に前述した請求項３と同様の効果を発揮できる。
次に、請求項３または請求項５記載の発明における、前記所定値（α）は請求項６のごとく予め設定された固定値にしても、あるいは、請求項７のごとく蒸発器（６）の熱負荷の減少に応じて増加する可変値にしてもよい。
【００２０】
特に、請求項７のごとく所定値（α）を蒸発器（６）の熱負荷の減少に応じて増加する可変値とすれば、熱負荷の小さいときには、所定値（α）の増加により圧縮機停止期間もしくは圧縮機小容量期間を長くして、圧縮機動力の低減効果を一層高めることができる。
【００２２】
なお、蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量は、具体的には、請求項８記載のごとく蒸発器吹出直後の空気温度または蒸発器表面温度であり、さらには、請求項９記載のごとく圧縮機（２）の吸入圧であってもよい。
次に、請求項１０記載の発明では、請求項１において、容量可変機構を、圧縮機（２）の容量を可変する容量可変部材（１６）と、この容量可変部材（１６）を変位させる制御圧（Ｐｃ）を発生する電磁式圧力制御装置（２３）とにより構成し、
この電磁式圧力制御装置（２３）に、前記制御圧（Ｐｃ）が発生する制御圧室（２６）と、前記圧縮機（２）の吐出圧（Ｐｄ）が加わる吐出圧室（２４）と、前記圧縮機（２）の吸入圧（Ｐｓ）が加わる吸入圧室（２５）とを備え、
制御圧室（２６）は、吐出圧室（２４）と、吸入圧室（２５）の両方に連通しており、制御圧室（２６）と吐出圧室（２４）との間には絞り量が調整可能な可変絞り機構（２７、２８）が配置され、
さらに、電磁式圧力制御装置（２３）に、外部からの制御信号により電磁力が変化する電磁機構（３２〜３５）と、予め設定された設定圧と吸入圧（Ｐｓ）とに応じて変位する圧力応動機構（３０）とを備え、
可変絞り機構（２７、２８）の絞り量を電磁機構（３２〜３５）および圧力応動機構（３０）により調整して、制御圧（Ｐｃ）を変化させることを特徴としている。
【００２３】
これによると、可変絞り機構（２７、２８）の絞り量を電磁機構（３２〜３５）の電磁力および圧力応動機構（３０）の変位により調整して、制御圧（Ｐｃ）を変化させることができる。つまり、圧縮機（２）自身の吐出圧（Ｐｄ）と吸入圧（Ｐｓ）とを利用した簡単、確実な機構で容量可変を良好に行うことができる。
【００２４】
また、請求項１１記載の発明では、請求項１０において、電磁機構（３２〜３５）に流れる電流量（Ｉｎ）と、空調熱負荷に関連する物理量とに基づいて圧縮機（２）が最大容量の運転状態にあるかどうかを判定することを特徴としている。
これによると、圧縮機（２）に最大容量状態を検出する検出手段を特別に付加することなく、圧縮機（２）の最大容量の運転状態を判定できる。
【００２５】
そして、空調熱負荷に関連する物理量は、具体的には、請求項１２に記載のごとく外気温（Ｔａｍ）を用いることができる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態の全体構成図である。本実施形態は車両用空調装置に適用される冷凍サイクル装置を示しており、冷凍サイクル１には冷媒を吸入、圧縮、吐出する圧縮機２が備えられている。この圧縮機２から吐出された高温、高圧の過熱ガス冷媒は凝縮器３に流入し、ここで、図示しない冷却ファンより送風される外気と熱交換して冷媒は冷却されて凝縮する。
【００２７】
この凝縮器３で凝縮した冷媒は次に受液器（気液分離器）４に流入し、受液器４の内部で冷媒の気液が分離され、冷凍サイクル１内の余剰冷媒（液冷媒）が受液器４内に蓄えられる。この受液器４からの液冷媒は膨張弁（減圧手段）５により低圧に減圧され、気液２相状態となる。この膨張弁５からの低圧冷媒は蒸発器６に流入する。この蒸発器６は車両用空調装置の空調ダクト７内に設置され、蒸発器６に流入した低圧冷媒は空調ダクト７内の空気から吸熱して蒸発する。
【００２８】
膨張弁５は蒸発器６の出口冷媒の温度を感知する感温筒５ａを有する温度式膨張弁であり、蒸発器６の出口冷媒の過熱度を所定値に維持するように弁開度（冷媒流量）を調整するものである。上記したサイクル構成部品（１〜６）の間はそれぞれ冷媒配管８によって結合されている。また、圧縮機２は電磁クラッチ９、ベルト１０等を介して車両走行用エンジン１１により駆動される。
【００２９】
空調ダクト７には送風機１２が備えられており、周知の内外気切替箱（図示せず）から吸入された車室内の空気（内気）または車室外の空気（外気）は送風機１２により空調ダクト７内を送風される。この送風空気は、蒸発器６を通過した後に、図示しないヒータユニットを通過して吹出口から車室内に吹き出すようになっている。
【００３０】
また、空調ダクト７内のうち、蒸発器６の空気吹出直後の部位には、蒸発器６を通過した直後の吹出空気温度を検出するサーミスタからなる蒸発器吹出温度センサ１３が設けられている。
なお、上記ヒータユニットは周知のものであり、蒸発器６を通過した冷風を再加熱する温水式ヒータコア（加熱手段）、この温水式ヒータコアにおける加熱度合いを調節する温度調節手段をなすエアミックスドアあるいは温水流量制御弁等が配設されており、さらに、空調ダクト８の空気下流端には、車室内乗員の上半身に空気を吹き出すフェイス吹出口、車室内足元に空気を吹き出すフット吹出口、フロントガラス内面に空気を吹き出すデフロスタ吹出口が形成され、これらの吹出口を切替開閉する吹出モードドアが備えられている。
【００３１】
ところで、上記した圧縮機２の電磁クラッチ９は空調用電子制御装置（以下ＥＣＵという）１４に接続されており、そして、ＥＣＵ１４からの制御信号に基づいて電磁クラッチ９が通電されると、電磁クラッチ９が接続状態になって、圧縮機２に車両エンジン１１の動力が伝達されて、圧縮機２は運転状態となる。これに反し、電磁クラッチ９の通電が遮断されると、電磁クラッチ９が開離状態になって、圧縮機２は停止する。
【００３２】
次に、図２は上記圧縮機２およひ電磁クラッチ９の具体的構造の一例を示すもので、圧縮機２はワッブルタイプの周知のものである。圧縮機２の回転軸１５には電磁クラッチ９を介して車両エンジン１１の動力が伝達され、回転軸１５が回転する。この回転軸１５には斜板１６が一体に回転可能に連結され、この斜板１６が回転することによりピストン１７が軸方向に往復動する。
【００３３】
さらに、斜板１６の傾斜角の変化によりピストン１７のストロークを変化させて、圧縮機２の吐出容量（以下、単に容量という）を可変するようになっている。このため、斜板１６は回転軸１５に対して揺動可能に連結され、具体的には、球面状支持部１８にて斜板１６が揺動可能に支持されている。斜板１６の傾斜角は、ピストン１７の前後に作用する圧力、すなわち、ピストン１７の背面に作用するクランク室１９内の圧力、すなわち制御圧Ｐｃと、ピストン１７が往復動するシリンダ２０内の圧力（吐出圧Ｐｄおよび吸入圧Ｐｓ）との釣り合いにより変化する。従って、クランク室１９内の制御圧Ｐｃを調整することにより、斜板１６の傾斜角を変化させることができる。
【００３４】
圧縮機２のシリンダ２０で圧縮されたガス冷媒は吐出室２１に吐出され、ここから吐出口（図示せず）を経て図１の凝縮器３側にガス冷媒が吐出される。また、圧縮機２のシリンダ２０には吸入室２２を通して冷媒が吸入される。この吸入室２２は、吸入口２２ａを介して図１の蒸発器６の冷媒出口側に通じている。
そして、上記したクランク室１９の圧力（制御圧力）Ｐｃは、吐出室２１の冷媒吐出圧Ｐｄと吸入室２２の冷媒吸入圧Ｐｓを利用して、電磁式圧力制御装置２３により変化させるようになっている。
【００３５】
この電磁式圧力制御装置２３には、吐出室２１に連通している吐出圧力室２４と、吸入室２２に連通している吸入圧力室２５と、クランク室１９に連通する制御圧力室２６が備えられている。そして、吐出圧力室２４は制御圧力室２６に、弁体２７により開度が調整される可変絞り２８を介して連通している。本例では、弁体２７と可変絞り２８とにより可変絞り機構を構成している。また、吸入圧力室２５は固定絞り２９を介して制御圧力室２６に連通している。これら各室の連通関係は図３、４に分かりやすく示している。
【００３６】
また、吸入圧力室２５の内部には伸縮可能な材料からなるベローズ（圧力応動機構）３０が配設されており、このベローズ３０内には予め所定圧の内圧Ｐｂが設定されており、この内圧Ｐｂに対する吸入圧Ｐｓの変化により、ベローズ３０は伸縮する。このベローズ３０の伸縮によりロッド３１を介して弁体２７が変位するようになっている。このベローズ３０および弁体２７には電磁機構の電磁力も作用するようになっている。
【００３７】
すなわち、本例の電磁機構は、電磁コイル３２と、固定磁極部材３３と、電磁コイル３２の電磁力により固定磁極部材３３の方向（ベローズ３０が伸びる方向）に吸引される可動磁極部材（プランジャ）３４と、可動磁極部材３４にバネ力を作用するコイルスプリング３５とから構成されている。可動磁極部材３４の中心部にはロッド３６が連結され、このロッド３６と弁体２７とロッド３１は一体に連結され、一体に変位する。
【００３８】
図３、４は上記の電磁式圧力制御装置２３による作用を説明する模式図であり、電磁式圧力制御装置２３の各部の配置状態は図示の簡略化のために図２とは異なっている。
図３は圧縮機２の容量が大きくなっている状態を示しており、冷房負荷の増大により吸入圧Ｐｓがベローズ３０の内圧Ｐｂよりも上昇すると、ベローズ３０が収縮するので、ロッド３１、３６が図３（ａ）において矢印▲１▼方向へ移動し、これにより、弁体２７が同方向へ変位して可変絞り２８の開度を減少させる。従って、吐出圧力室２４と制御圧力室２６との間の圧損が増大して、制御圧力室２６内の制御圧Ｐｃが低下する。
【００３９】
この制御圧Ｐｃの低下によりクランク室１９の圧力が低下して、ピストン１７の背圧が低下するので、図３（ｂ）の矢印▲２▼に示すように、斜板１６が傾いて、斜板１６の傾斜角θが増大する。その結果、ピストン１７のストロークが増大して圧縮機２の容量が増大する。これにより、サイクル循環冷媒流量が増加して、冷房能力が増大するので、吸入圧Ｐｓが次第に低下する。
【００４０】
そして、吸入圧Ｐｓが逆にベローズ３０の内圧Ｐｂよりも低下すると、ベローズ３０が伸長するので、ロッド３１、３６が図４（ａ）において矢印▲３▼方向へ移動し、これにより、弁体２７が同方向へ変位して可変絞り２８の開度を増加させる。従って、吐出圧力室２４と制御圧力室２６との間の圧損が減少して、制御圧力室２６の制御圧Ｐｃが上昇する。
【００４１】
この制御圧Ｐｃの上昇によりクランク室１９の圧力が上昇すると、図４（ｂ）の矢印▲４▼に示すように斜板１６が立って、斜板１６の傾斜角θが減少するので、ピストン１７のストロークが減少して圧縮機２の容量が減少する。これにより、サイクル循環冷媒流量が減少して、冷房能力が減少するので、吸入圧Ｐｓが次第に上昇する。
【００４２】
このように、吸入圧Ｐｓの変化に対応してベローズ３０が伸縮することにより、制御圧Ｐｃを調整して圧縮機２の容量を連続的に可変制御するものにおいて、電磁機構部は、ベローズ３０の内圧Ｐｂによる吸入圧Ｐｓの設定圧を可変するものである。電磁コイル３２の電磁力の方向は、ベローズ３０が伸長する方向であり、従って、電磁コイル３２の電磁力は弁体２７に対して可変絞り２８の開度を増加させる方向に作用する。
【００４３】
一方、電磁コイル３２の電磁力は、電磁コイル３２に流れる制御電流Ｉｎに比例するので、この制御電流Ｉｎが増加するにつれて、可変絞り２８の開度を増加させて、制御圧Ｐｃを増大させ、圧縮機容量を減少させる。従って、図５に示すように制御電流Ｉｎの増加とともに吸入圧Ｐｓの設定圧が上昇することになる。これにより、制御電流Ｉｎを変えることにより、吸入圧Ｐｓが変化して蒸発器吹出空気温度を調整できるのである。
【００４４】
上記した容量可変の作用説明から理解されるように、本実施形態では、斜板１６が容量可変部材としての役割を兼ねており、この斜板（容量可変部材）１６と電磁式圧力制御装置２３とにより、容量可変機構が構成されている。上記のごとく外部制御装置から加えられる制御電流Ｉｎにより容量を連続的に可変する外部可変容量圧縮機２は主に高級車に搭載される。
【００４５】
次に、本実施形態の制御系を前述の図１に基づいて説明すると、ＥＣＵ（電子制御装置）１４は図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータと、その周辺回路にて構成されるものであって、ＥＣＵ１４の入力端子には、蒸発器吹出温度センサ１３の他に、空調制御に必要な情報を検出する各種センサが接続される。具体的には、車室内に入射する日射量の検出手段である日射センサ３７、車室内の温度（内気温度）の検出手段である内気センサ３８、車室外の温度（外気温度）の検出手段である外気センサ３９、圧縮機回転数の検出手段である回転数センサ４０が接続されている。また、この他にも、ＥＣＵ１４の入力端子には、車室内乗員が自分の希望する設定温度を手動にて設定するための温度設定器４１が接続されている。
【００４６】
そして、このようなセンサ１３、３７〜４０、及び温度設定器４１からの信号は、ＥＣＵ１４内の図示しない入力回路によってＡ／Ｄ変換された後、上記マイクロコンピュータへ入力されるように構成されている。なお、ＥＣＵ１４は、エンジン１１の図示しないイグニッションスイッチがオンされ、かつ空調装置のオートエアコンスイッチ（図示せず）がオンされたときに、図示しない車載バッテリーから電源が供給される。
【００４７】
次に、本実施形態において、マイクロコンピュータが行う制御処理を図６のフローチャートに基づいて説明する。
まず、車両エンジン１１のイグニッションスイッチがオンされ、かつ空調装置のオートエアコンスイッチ（図示せず）がオンされると、ＥＣＵ１４に電源が供給されて、図６の制御ルーチンが起動される。そして、ステップＳ１１０にてフラグ１＝０、フラグ２＝０の初期化を行う。次に、上記各センサ１３、３７〜４０の各値を読み込むとともに、温度設定器４１からの信号を読み込む。
【００４８】
そして、フラグ１＝０の初期化のために、次のステップＳ１２０の判定はＮｏとなり、ステップＳ１３０に進み、上記ステップＳ１１０にて読み込まれた値に基づいて、下記の数式１により車室内へ吹き出す空調空気の目標温度である目標吹出温度ＴＡＯ（以下ＴＡＯという）を算出（決定）する。
【００４９】
【数１】
ＴＡＯ＝Ｔset ＊Ｋset −Ｔr ＊Ｋr −Ｔam＊Ｋam−Ｔs ＊Ｋs ＋Ｃ
但し、Ｔset ：温度設定器４１の設定温度
Ｔr ：内気センサ３８の検出する内気温
Ｔam ：外気センサ３９の検出する外気温
Ｔs ：日射センサ３７の検出する日射量
Ｋset 、Ｋr 、Ｋam、Ｋs ：制御ゲイン
Ｃ ：定数
次のステップＳ１４０にて目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを決定する。この目標蒸発器吹出温度ＴＥＯの決定は、次に述べる第１目標蒸発器吹出温度ＴＥＯ₁ および第２目標蒸発器吹出温度ＴＥＯ₂ に基づいて行う。
【００５０】
すなわち、まず、第１目標蒸発器吹出温度ＴＥＯ₁ の決定方法を具体的に説明すると、図７はマイクロコンピータのＲＯＭに予め設定され、記憶されているマップであり、このマップに基づいて、ＴＡＯが高くなる程、第１目標蒸発器吹出温度ＴＥＯ₁ が高くなるように決定する。従って、ＴＥＯ₁ はｆ（ＴＡＯ）として表すことができる。
【００５１】
次に、第２目標蒸発器吹出温度ＴＥＯ₂ も、マイクロコンピータのＲＯＭに予め設定され、記憶されている図８のマップに基づいて決定する。第２目標蒸発器吹出温度ＴＥＯ₂ は、外気温度Ｔamに対応して決定されるものであって、外気温度Ｔamの中間温度域（図８の例では、１７°Ｃ〜２５°Ｃ）では冷房、除湿の必要が低下するので、第２目標蒸発器吹出温度ＴＥＯ₂ を高く（図８の例では１２°Ｃ）して、圧縮機２の容量を低減することにより、車両エンジン１１の省動力を図る。
【００５２】
一方、外気温度Ｔamが２５°Ｃを越える夏期の高温時には冷房能力確保のため、第２目標蒸発器吹出温度ＴＥＯ₂ は外気温度Ｔamの上昇に反比例して低下する。一方、外気温度Ｔamが１７°Ｃより低くなる低温域では、窓ガラス曇り防止のための除湿能力確保のために、第２目標蒸発器吹出温度ＴＥＯ₂ は外気温度Ｔamの低下とともに低下する。従って、ＴＥＯ₂ はｆ（Ｔam）として表すことができる。
【００５３】
そして、上記第１、第２目標蒸発器吹出温度ＴＥＯ₁ 、ＴＥＯ₂ に基づいて、最終的に、目標蒸発器吹出温度ＴＥＯを下記の数式２に基づいて決定する。
【００５４】
【数２】
ＴＥＯ＝ＭＩＮ（ｆ（ＴＡＯ），ｆ（Ｔam））
すなわち、上記第１目標蒸発器吹出温度ＴＥＯ₁ ＝ｆ（ＴＡＯ）、第２目標蒸発器吹出温度ＴＥＯ₂ ＝ｆ（Ｔam）のうち、小さい方を最終的に、目標蒸発器吹出温度ＴＥＯとして選択する。
【００５５】
次に、ステップＳ１５０に進み、蒸発器吹出温度センサ１３により検出される実際の蒸発器吹出温度ＴＥと、目標蒸発器吹出温度ＴＥＯとに基づいて、ＴＥ＝ＴＥＯとなる制御電流値Ｉｎを決定する。
具体的には、ステップＳ１５０では、下記の数式３および数式４に基づいて、電磁式圧力制御装置２３の電磁コイル３２の制御電流値Ｉｎが算出され、出力される。この数式３、４によるフィードバック制御は比例積分制御（ＰＩ制御）である。
【００５６】
【数３】
Ｅｎ＝ＴＥ−ＴＥＯ
【００５７】
【数４】
Ｉｎ＝Ｉｎ−１−Ｋｐ｛（Ｅｎ−Ｅｎ−１）＋θ／Ｔｉ・Ｅｎ｝
但し、Ｅｎ ：蒸発器吹出温度偏差
Ｋｐ ：比例定数
θ ：サンプリング・タイム
Ｔｉ ：積分時間
電磁式圧力制御装置２３では、上記のようにして算出された制御電流値Ｉｎに応じて吸入圧Ｐｓの設定圧が定まり、この設定圧となるように圧縮機２の容量が可変制御され、その結果、実際の蒸発器吹出温度ＴＥが目標蒸発器吹出温度ＴＥＯに維持される。
【００５８】
次に、ステップＳ１６０において、圧縮機２の容量が可変域にあるかどうか、換言すると、最大容量近傍の運転状態にあるかどうかを判定する。具体的には、電磁式圧力制御装置２３における電磁コイル３２の制御電流値Ｉｎ＝０で、外気温Ｔamが２５°Ｃを越えているかどうか判定する。すなわち、制御電流値Ｉｎ＝０は、図５の特性図から、電磁式圧力制御装置２３にて吸入圧Ｐｓの設定値を最低として、圧縮機２の容量を大きくすることを意味し、また、外気温Ｔamが２５°Ｃを越えることは、図８の制御マップから、第２目標蒸発器吹出温度ＴＥＯ₂ を引き下げて、圧縮機２の容量を大きくすることを意味している。
【００５９】
従って、上記の２つの条件（制御電流値Ｉｎ＝０、および外気温Ｔam＞２５°Ｃ）を同時に満足するときは圧縮機２が最大容量近傍の運転状態（最大能力運転）にあると判定でき、それに反し、上記の２つの条件のいずれか１つでも満足しないときは、圧縮機２の容量が可変域（能力制御域）にあると判定できる。
ステップＳ１６０の判定がＮＯとなり、圧縮機２の容量が可変域にあると判定されたときは、上述したステップＳ１５０による通常時の圧縮機容量制御が持続される。
【００６０】
一方、ステップＳ１６０の判定がＹＥＳとなり、圧縮機２が最大容量近傍の運転状態（最大能力運転）にあるときは、ステップＳ１７０に進み、圧縮機２が加速時のような高回転状態にあるかどうか判定する。具体的には、本例では、回転数センサ４０の検出する圧縮機回転数Ｎｃが２０００ｒｐｍを越えたかどうか判定する。Ｎｃが２０００ｒｐｍより低いときはステップＳ１８０に進み、フラグ１＝０、フラグ２＝０にする。従って、この場合も、上述したステップＳ１５０による通常時の圧縮機容量制御が持続される。
【００６１】
これに対し、圧縮機回転数Ｎｃが２０００ｒｐｍを越えると、ステップＳ１７０からステップＳ１９０に進み、フラグ１＝１にする。次のステップＳ２００での判定はＮｏとなり、ステップＳ２１０にて、圧縮機回転数Ｎｃが２０００ｒｐｍを越えた時点における蒸発器吹出温度ＴＥ_A を蒸発器吹出温度ＴＥとする。
そして、次のステップＳ２２０にて、上記蒸発器吹出温度ＴＥ_A から制御電流値Ｉｎを算出して、圧縮機容量の高回転時制御を行う。
【００６２】
この圧縮機容量の高回転時制御をさらに具体的に説明すると、図９、１０はともにマイクロコンピータのＲＯＭに予め設定され、記憶されているマップであり、このマップに基づいて、制御電流値Ｉｎを算出する。すなわち、図９に示すマップにより、圧縮機回転数Ｎｃが２０００ｒｐｍを越えた時点における蒸発器吹出温度ＴＥ_A から圧縮機吸入圧Ｐｓを推定し、そして、図１０に示すマップにより、圧縮機吸入圧Ｐｓの上昇に応じて制御電流値Ｉｎが大きくなるように、Ｉｎを決定する。
【００６３】
次のステップＳ２３０で、フラグ２＝１とする。以後、圧縮機回転数Ｎｃ＞２０００ｒｐｍである間は、ステップＳ２２０により、圧縮機回転数Ｎｃが２０００ｒｐｍを越えた時点における蒸発器吹出温度ＴＥ_A から制御電流値Ｉｎを決定して、蒸発器吹出温度をＴＥ_A に維持するように圧縮機２の容量を制御することが続行される。圧縮機回転数Ｎｃが低下して、Ｎｃ≦２０００ｒｐｍになると、ステップＳ１５０による通常時の圧縮機容量制御に復帰する。
【００６４】
本発明は、上述の圧縮機容量の高回転時制御（ステップＳ２１０、Ｓ２２０の制御）を特徴としているので、その技術的意義を通常時の圧縮機容量制御（ステップＳ１５０の制御）と対比して詳述する。
図１１はステップＳ１５０の圧縮機容量の通常制御（容量可変域）における圧縮機回転数Ｎｃ（＝エンジン回転数Ｎ_E ）の変化に対する、圧縮機吸入圧Ｐｓ（＝蒸発器吹出温度ＴＥ）、圧縮機容量Ｖｃ、および圧縮機駆動動力Ｌの変化を示すものである。車両加速時等の圧縮機回転数Ｎｃの上昇により圧縮機吸入圧Ｐｓが低下しようとすると、ベローズ３０が伸長して制御圧Ｐｃを高くし、圧縮機容量Ｖｃを低減させる。
【００６５】
これにより、圧縮機吸入圧Ｐｓの低下を防止し、圧縮機吸入圧Ｐｓ（ＴＥ）を目標値に維持する。また、圧縮機容量Ｖｃの低減により加速時でも圧縮機駆動動力Ｌを一定に維持できるので、加速時のようなエンジン高回転時に、圧縮機２の駆動動力の増加による、車両エンジン１１の走行性能の悪化を防止する。
なお、ステップＳ１５０の圧縮機容量の通常制御において吸入圧Ｐｓが上昇しようとすると、ベーロズ３０が収縮して制御圧Ｐｃを低くするので、圧縮機２の容量が増大して、吸入圧Ｐｓの上昇を防止する。
【００６６】
一方、図１２はステップＳ２１０、Ｓ２２０の圧縮機容量の最大容量時における圧縮機回転数Ｎｃ（＝エンジン回転数Ｎ_E ）の変化に対する、圧縮機吸入圧Ｐｓ、圧縮機容量Ｖｃ、圧縮機駆動動力Ｌ、および制御電流値Ｉｎの変化を示すものである。図１２において、圧縮機吸入圧Ｐｓ、圧縮機容量Ｖｃ、圧縮機駆動動力Ｌ、および制御電流値Ｉｎの２点鎖線部分はステップＳ２１０、Ｓ２２０の高回転時制御を行わない場合を示している。
【００６７】
高回転時制御を行わない場合は、圧縮機回転数Ｎｃが上昇して、圧縮機吸入圧Ｐｓが低下しても、前述の図１３の特性から冷房能力Ｑが飽和して、蒸発器吹出温度ＴＥが低下しない。
その結果、圧縮機回転数Ｎｃが上昇した後でも圧縮機容量Ｖｃは目標蒸発器吹出温度ＴＥＯに実際の蒸発器吹出温度ＴＥを近づけるべく最大容量に維持されたままになり、圧縮機高回転時（車両加速時等）に圧縮機駆動動力Ｌが２点鎖線のごとく上昇してしまい、車両走行性能を悪化させる。
【００６８】
これに対し、ステップＳ２１０、Ｓ２２０の高回転時制御によれば、圧縮機回転数Ｎｃ＞２０００ｒｐｍとなった時点での実際の蒸発器吹出温度ＴＥ_A から制御電流値Ｉｎを決定して、その制御電流値ＩｎをＮｃ＞２０００ｒｐｍの間、保持する。すなわち、圧縮機回転数Ｎｃ＞２０００ｒｐｍとなる以前の低回転域では、制御電流値Ｉｎ＝０により圧縮機容量が最大容量になっていたのに対し、Ｎｃ＞２０００ｒｐｍになると、その時点でのＴＥ_A からＩｎを決定し、このＩｎの増加に相当する分、制御圧Ｐｃを高くして圧縮機容量Ｖｃを低減する。
【００６９】
これにより、圧縮機駆動動力Ｌを圧縮機回転数Ｎｃの上昇の前後で一定に保持することができ、２点鎖線のごとく上昇する場合に比して車両走行性能を改善できる。
しかも、上記圧縮機容量Ｖｃの低減分は、図１３の特性においてＮｃ＞２０００ｒｐｍの高回転領域、すなわち、冷房能力Ｑの飽和領域で行う容量低減であるから、冷房能力Ｑを最大能力近傍に維持したまま、圧縮機駆動動力Ｌだけを低減できることになり、実用上、極めて有利である。
【００７０】
なお、図１中、ＥＣＵ１４内には、図６に示すフローチャートの各ステップと対応する機能実現手段をブロック図として示している。
（第２実施形態）
上記の第１実施形態では、制御電流Ｉｎにより容量を連続的に可変する外部可変容量圧縮機２を備える冷凍サイクル装置について説明したが、第２実施形態では、圧縮機２として容量が変化しない固定容量型圧縮機を用いる冷凍サイクル装置に本発明を適用している。
【００７１】
図１４は第２実施形態による、固定容量型圧縮機２を用いた冷凍サイクル装置を示す。第１実施形態との相違は固定容量型圧縮機３を用いるに伴って、ＥＣＵ１４の制御対象が電磁クラッチ（クラッチ手段）９の断続（ＯＮ−ＯＦＦ）となる。
次に、第２実施形態においてＥＣＵ１４が行う制御処理を図１５のフローチャートに基づいて説明する。
【００７２】
まず、車両エンジン１１のイグニッションスイッチがオンされ、かつ空調装置のオートエアコンスイッチ（図示せず）がオンされると、ＥＣＵ１４に電源が供給されて、図１５の制御ルーチンが起動される。そして、ステップＳ３００にてフラグ（ＦＬＡＧ）１＝０、フラグ（ＦＬＡＧ）２＝０、フラグ（ＦＬＡＧ）３＝０、の初期化を行う。
【００７３】
次に、ステップＳ３１０にて各種センサ１３、３７〜４０の値を読み込むとともに、温度設定器４１の信号を読み込む。次に、ステップＳ３２０に進み、上記ステップＳ３１０にて読み込まれた値に基づいて、前述の数式１により車室内へ吹き出す空調空気の目標温度である目標吹出温度ＴＡＯを算出（決定）する。
次のステップＳ３３０ではフラグ１＝０のためＹＥＳとなり、ステップＳ３４０に進み、電磁クラッチ９の断続（ＯＮ−ＯＦＦ）制御のための判定を行う。この電磁クラッチ９の断続制御は蒸発器６のフロスト（着霜）防止のために行う周知の制御であり、具体的には、蒸発器吹出温度センサ１３により検出される蒸発器吹出温度ＴＥを用いて、ＴＥ＜第１設定温度（例えば、３°Ｃ）であるときは、電磁クラッチ９を遮断（ＯＦＦ）側とし、ＴＥ＞第２設定温度（例えば、４°Ｃ）であるときは、電磁クラッチ９を連結（ＯＮ）側とする判定を行う。
【００７４】
ここで、ステップＳ３４０での判定が遮断（ＯＦＦ）側であるときはステップＳ４６０に進み、電磁クラッチ９を遮断（ＯＦＦ）する。一方、ステップＳ３４０での判定が連結（ＯＮ）側であるときはステップＳ３５０に進み、圧縮機２が加速時のような高回転状態にあるかどうか判定する。具体的には、回転数センサ４０の検出する圧縮機回転数Ｎｃが２０００ｒｐｍを越えたかどうか判定する。Ｎｃが２０００ｒｐｍより低いときはステップＳ４４０に進み、フラグ１＝０、フラグ２＝０、フラグ３＝０にする。次のステップＳ４５０で電磁クラッチ９を連結（ＯＮ）状態として、圧縮機２を作動させる。
【００７５】
これに対し、圧縮機回転数Ｎｃが２０００ｒｐｍを越えると、ステップＳ３５０からステップＳ３６０に進み、フラグ１＝１にする。次のステップＳ３７０では、初期化によりフラグ２＝０になっているので、判定はＹＥＳとなり、ステップＳ３８０にて、圧縮機回転数Ｎｃが２０００ｒｐｍを越えた時点における蒸発器吹出温度ＴＥ_A を蒸発器吹出温度ＴＥとして記憶する。また、ステップＳ３８０では、ステップＳ３２０で算出された目標吹出温度ＴＡＯ（°Ｃ）に基づいて制御温度α（°Ｃ）を決定する。
【００７６】
この制御温度α（°Ｃ）は、具体的には、図１６に示すように、ＴＡＯの上昇とともに上昇するように決定する。ここで、ＴＡＯが上昇することは、冷凍サイクルからみると冷房熱負荷が減少することであるから、制御温度α（°Ｃ）は冷房熱負荷の減少とともに上昇するように決定されると言うことができる。
次に、ステップＳ３９０でフラグ２＝１とし、ステップＳ４００ではフラグ３＝０になっているので、ステップＳ４１０に進み、ここで、ＴＥを用いて電磁クラッチ９の０Ｎ−ＯＦＦ制御の判定を行う。
【００７７】
圧縮機回転数Ｎｃが２０００ｒｐｍを越えた当初は必ず、ＴＥはＴＥ_A ＋α以下なので、ステップＳ４１０からステップＳ４３０に進み、電磁クラッチ９は遮断（ＯＦＦ）されることとなる。
そして、ステップＳ３１０へ戻って、値を読み、ステップＳ３２０を経由してステップＳ３３０に進むが、フラグ１＝１なので、判定はＮＯとなりステップＳ３５０へ進む。ここで、Ｎｃが２０００ｒｐｍより大きい状態が持続されておれば、ステップＳ３６０、Ｓ３７０と進み、ここではフラグ２＝１なので、ステップＳ４００に進み、ＴＥ_A の読み込みは行わない。
【００７８】
ステップＳ４００ではフラグ３＝０なので、ステップＳ４１０に進み、ここで再びＴＥの判定を行う。電磁クラッチ９が遮断状態（圧縮機停止状態）になってから時間が低下すると、実際の蒸発器吹出空気温度が上昇し、ＴＥがＴＥ_A ＋αより大きくなると、ステップＳ４１０での判定はＹＥＳとなる。次のステップＳ４２０でフラグ３＝１となり、ステップＳ４５０で電磁クラッチ９が連結（ＯＮ）される。
【００７９】
一度、フラグ３＝１となれば、Ｎｃが２０００ｒｐｍより大きくても、Ｓ４００の判定でＮＯとなり、直接、ステップＳ４５０に進んで、電磁クラッチ９が連結（ＯＮ）されることとなる。
また、Ｎｃが２０００ｒｐｍ以下になれば、ステップＳ３５０からステップＳ４４０に進んでフラグ１、２、３はすべて初期化され、ステップＳ４５０に進む。従って、ＴＥとＴＥ_A ＋αとの大小に係わらず、電磁クラッチ９が連結（ＯＮ）される。そして、これ以後は、再び、ステップＳ３４０の判定結果に基づいて電磁クラッチ９の断続が決定される。
【００８０】
次に、第２実施形態の効果を説明すると、圧縮機回転数Ｎｃが、冷房能力の飽和する所定回転数（２０００ｒｐｍ）以上になると、電磁クラッチ９を遮断（ＯＦＦ）して圧縮機動力をカットすることにより、車両エンジン１１の省動力、低エミッション、車両走行性能の向上を達成できる。そして、圧縮機回転数Ｎｃが所定回転数（２０００ｒｐｍ）に到達した時点における蒸発器吹出温度ＴＥ_A を記憶しておき、電磁クラッチ９を遮断（ＯＦＦ）した後に、実際の蒸発器吹出温度ＴＥがＴＥ_A ＋α（α＝０．１〜１℃程度）を越えると、電磁クラッチ９を連結（ＯＮ）して、圧縮機２を再起動させるので、冷房性能（冷房フィーリング）を維持することができる。
【００８１】
このように、第２実施形態によると、現在、多くの車に搭載されている固定容量型圧縮機２を断続作動させることにより、車両エンジン１１の省動力と冷房性能の確保とを両立できる。従って、構成の簡単な安価な固定容量型圧縮機２を使用できるという点では第１実施形態よりも有利である。
なお、図１４中、ＥＣＵ１４内には、図１５に示すフローチャートの各ステップと対応する機能実現手段をブロック図として示している。
【００８２】
（第３実施形態）
前述の第１実施形態では、制御電流Ｉｎにより容量を連続的に可変する外部可変容量圧縮機２を備える冷凍サイクル装置について説明したが、第３実施形態では、圧縮機２として外部からの制御信号により容量を大小２段階に切り替える容量切替型（２段可変容量）圧縮機を用いる冷凍サイクル装置に本発明を適用している。
【００８３】
図１７は第３実施形態による、容量切替型圧縮機２を用いた冷凍サイクル装置を示す。第１実施形態との相違は圧縮機２に２段可変の容量切替機構を用いている点であり、これに伴って、ＥＣＵ１４の制御対象がこの容量切替機構に備えられる電磁弁１１６（後述の図１８参照）となる。
まず、最初に、第３実施形態で用いる容量切替型（２段可変容量）圧縮機２の具体的構成の一例を図１８〜２０に基づいて説明する。本例の圧縮機２は、基本的に、図１８、１９に示すようにベーンタイプの圧縮機であって、１００は円柱状のロータである。１０１はベーンで、ロータ１００に設けたスリット１０２内に半径方向に摺動自在に挿入されている。このベーン１０１は、図１９には２枚のみ図示してあるが、実際は４枚等間隔で設けられている。
【００８４】
１０３はベーン１０１の半径方向の往復運動を規制する円筒状のシリンダ、１０４、１０５はフロントサイドプレート及びリアサイドプレートで、ロータ１００およびベーン１０１と微小空隙を介して、シリンダ１０３の両端を挟むものである。これらロータ１００、ベーン１０１、シリンダ１０３およびフロントサイドプレート１０４、リアサイドブレート１０５で作動空間Ｖを形成する。
【００８５】
また、シリンダ１０３、フロントサイドプレート１０４、およびリアサイドプレート１０５はハウジング１０６、１０７と共にボルト１０８で、一体に締め付け固定される。なお、ロータ１００は回転軸１０９に一体的に結合されており、回転軸１０９は軸受１１０、１１０によってフロントサイドプレート１０４、リアサイドプレート１０５に回転自在に支持されている。回転軸１０９の外部への突出端部（図１８の左端部）は、図１７の電磁クラッチ９に連結され、電磁クラッチ９を介して回転軸１０９に車両エンジン１１からの駆動力を受けるようになっている。１１１は圧縮機内部と外気との間の密封を保つ軸封装置である。
【００８６】
そして、フロントサイドプレート１０４とハウジング１０６とによって吸入室１１２が構成され、この吸入室１１２に図１７の蒸発器６からの冷媒が吸入される。吸入室１１２の吸入冷媒は、フロントサイドプレート１０４に開口した吸入ポート１１３（図１９）より作動空間Ｖ内へ吸い込まれるようになっている。従って、作動空間Ｖ内には吸入圧の冷媒が充填される。
【００８７】
そして、作動空間Ｖに吸い込まれた冷媒は作動空間Ｖの容積減少に伴って圧縮され、最も圧縮された状態でシリンダ１０３の吐出口１１４（図１９）より吐出弁（図示せず）等を介してハウジング１０７内の吐出室１０７ａへ吐出される。次いで、この吐出室１０７ａから冷媒は図１７の冷媒配管８を介して凝縮器３へ排出される。
【００８８】
Ｐはアンロード用ポートで、フロントサイドプレート１０４に開口し作動空間Ｖと吸入室１１２とを連通させるものである。従って、このアンロード用ボートＰが開口している状態では、作動空間Ｖがアンロード用ポートＰとの連通状態から離脱するまでの間は冷媒の圧縮が行われないことになり、このアンロード用ポートＰの開口状態における圧縮開始時の空間容積Ｖ₁ は、図１９（ｂ）に示し、またアンロード用ポートＰを閉塞した状態における圧縮開始時の空間容積Ｖ₀ は図１９（ａ）に示す。本例ではＶ₁ がＶ₀ の３０％〜５０％程度となるような位置にアンロード用ポートＰを開口させている。
【００８９】
本例では、上記したアンロード用ポートＰを開閉する開閉弁１１５と、この開閉弁１１５の開閉を制御する三方電磁弁１１６とにより、容量切替機構が構成されている。まず、開閉弁１１５の構造を図２０により具体的に説明すると、ポートＰを開閉するため、ポートＰに対して着脱可能な傘型の弁体１１５ａを備えている。この弁体１１５ａはステンレス等高強度の材料で成形され、プレート１１５ｆに連結されている。
【００９０】
そして、このプレート１１５ｆはばね１１５ｂの端部を支持するばね座の役割を果たす。このばね１１５ｂにより弁体１１５ａは開方向（図２０の下方）へ所定荷重で付勢されている。また、プレート１１５ｆにはベローフラム１１５ｃが連結され、このベローフラム１１５ｃの変位により弁体１１５ａが駆動される。プレート１１５ｆはベローフラム１１５ｃの変位を案内する役割も果たす。
【００９１】
ベローフラム１１５ｃの背面側にはパイロット室１１５ｄが形成されており、このパイロット室１１５ｄには絞り１１７ａを介してパイロット圧力導入通路１１７が連通し、電磁弁１１６の制御によりパイロット圧力、即ち吸入圧若しくは吐出圧が印加されるようになっている。一方、ベローフラム１１５ｃの表面側の室１１５ｅには吸入室１１２の圧力が印加されている。
【００９２】
電磁弁１１６は三方切替型の弁であって、図１８に示すように３つの圧力口、即ち吸入圧力導入口１１６ａ、吐出圧力導入口１１６ｂ及びパイロット圧力導出口１１６ｃが設けられている。吸入圧力導入口１１６ａは吸入室１１２の吸入圧力を、吐出圧力導入口１１６ｂは吐出室１０７ａの吐出圧力をそれぞれ導入するようになっており、またパイロット圧力導出口１１６ｃはパイロット圧力導入通路１１７を通してパイロット室１１５ｄに通じている。
【００９３】
電磁弁１１６の弁室１１６ｇ内には磁性体製の弁体１１６ｅが移動可能に備えられている。ＥＣＵ１４により電磁コイル１１６ｄへの通電を遮断すると、弁体１１６ｅはばね１１６ｆにより図１８のごとく吸入圧力導入口１１６ａを閉塞して吐出圧力導入口１１６ｂを開放する位置に変位する。
この結果、パイロット圧力導出口１６ｃに吐出圧力が導入され、パイロット室１１５ｄが吐出圧力になる。そのため、弁体１１５ａがばね１１５ｂの設定力に抗して閉方向に移動し、開閉弁１１５がポートＰを閉塞する。これにより、圧縮機２の吐出容量は、図１９（ａ）に示す大容量（１００％の容量）に設定され、圧縮機２はフル運転を行う。
【００９４】
これに対し、ＥＣＵ１４により電磁コイル１１６ｄに通電すると、電磁コイル１１６ｄの電磁力により弁体１１６ｅは吸入圧力導入口１１６ａを開放して吐出圧力導入口１１６ｂを閉塞する位置に変位する。この結果、パイロット圧力導出口１１６ｃに吸入圧力が導入され、パイロット室１１５ｄが吸入圧力になるので、ばね１１５ｂの設定力で弁体１１５ａが開方向に移動して、開閉弁１１５がポートＰを開口する。これにより、圧縮機２の吐出容量は図１９（ｂ）に示す小容量（８０〜５０％容量）の状態に設定される。
【００９５】
次に、第３実施形態においてＥＣＵ１４が行う制御処理は、図２１のフローチャートに示す通りであり、第２実施形態による図１５のフローチャートと制御処理は基本的に同じであり、異なる点は、ステップＳ４３０、Ｓ４５０の制御対象が電磁クラッチ９のＯＮ−ＯＦＦでなく、電磁弁１１６のＯＮ−ＯＦＦに代わっていることと、ステップＳ３４０での判定がクラッチＯＮ側なると、電磁クラッチ９を連結（ＯＮ）させるステップＳ４７０を設けていることである。
【００９６】
すなわち、第３実施形態では、ステップＳ３４０で電磁クラッチ９がＯＮ側であると判定されると、ステップＳ４７０で電磁クラッチ９が連結（ＯＮ）される。そして、この状態において、圧縮機回転数Ｎｃが２０００ｒｐｍ以下か、あるいは圧縮機回転数Ｎｃが２０００ｒｐｍより大きい場合で、実際の蒸発器吹出温度ＴＥが一度ＴＥ_A ＋αより大きくなると、ステップＳ４５０に進み、２段可変容量圧縮機２の電磁弁１１６の通電を遮断（ＯＦＦ）して、圧縮機２を１００％容量で運転させる。
【００９７】
また、圧縮機回転数Ｎｃが２０００ｒｐｍより大きくなり、かつ、実際の蒸発器吹出温度ＴＥがＴＥ_A ＋αより小さい時には、ステップＳ４３０に進み、電磁弁１１６に通電（ＯＮ）して、圧縮機２を小容量で運転させる。
次に、第３実施形態の効果を説明すると、圧縮機回転数Ｎｃが、冷房能力の飽和する所定回転数（２０００ｒｐｍ）以上になると、電磁弁１１６に通電して圧縮機２を小容量運転させることにより、圧縮機動力を低減できる。これにより、車両エンジン１１の省動力、低エミッション、車両走行性能の向上を達成できる。そして、圧縮機回転数Ｎｃが所定回転数（２０００ｒｐｍ）に到達した時点における蒸発器吹出温度ＴＥ_A を記憶しておき、圧縮機２を小容量運転させた後に、実際の蒸発器吹出温度ＴＥがＴＥ_A ＋α（α＝０．１〜１℃程度）を越えると、電磁弁１１６への通電を遮断して、圧縮機２を大容量（１００％容量）運転させるので、冷房性能（冷房フィーリング）を維持することができる。
【００９８】
このように、第３実施形態によると、２段可変容量型圧縮機２を用い、この圧縮機２の容量の大小切替を行うことにより、車両エンジン１１の省動力と冷房性能の確保とを両立できる。しかも、第３実施形態の２段可変容量型圧縮機２は、第１実施形態の連続可変容量型圧縮機２に比較すると、可変容量機構を大幅に簡略化できるので、コスト的に有利である。２段可変容量型圧縮機２は、コスト面から一般的には中級車クラスの車に搭載される。
【００９９】
なお、図１７中、ＥＣＵ１４内には、図２１に示すフローチャートの各ステップと対応する機能実現手段をブロック図として示している。
（他の実施形態）
（１）ステップＳ１６０の変形
第１実施形態では、圧縮機２が最大容量（１００％容量）近傍の運転状態にあるか否かの判定を、外気温Ｔａｍおよび制御電流値Ｉｎで行なっているが、例えば、制御圧力室２６の制御圧Ｐｃと吸入圧力室２５の吸入圧力Ｐｓとを比較し、Ｐｃ＝Ｐｓならば１００％容量であると判断してもよい。
【０１００】
また、圧縮機容量を例えば、ポジションセンサやリミットスイッチ等からなるピストンストローク検出手段により直接検出することにより、圧縮機２の最大容量（１００％容量）近傍の運転状態を判定することも可能である。
（２）ステップＳ１７０、Ｓ３５０の変形
上記各実施形態では、圧縮機２の高回転状態の判定を圧縮機回転数Ｎｃにより行っているが、圧縮機２を駆動する車両エンジン１１の回転数や、車両速度を検出して、圧縮機２の高回転状態を判定することが可能である。
【０１０１】
他に、車両エンジン１１のスロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサ（アクセル開度検出手段）を設け、このスロットルポジションセンサにより、一定量以上のスロットルバルブ開度（アクセル開度）になった場合を圧縮機２の高回転状態であると判定してもよい。
また、上記各実施形態では、圧縮機２の高回転状態の判定を圧縮機回転数Ｎｃ＝２０００ｒｐｍの一つの設定値で行っているが、この高回転状態判定の設定値を２つに分けてヒステリシスを設けてもよい。例えば、圧縮機回転数Ｎｃが上昇していくときは、Ｎｃ≧２０００ｒｐｍを高回転状態と判定し、圧縮機回転数Ｎｃが低下していくときは、Ｎｃ≦１７００ｒｐｍで高回転状態からの離脱を判定してもよい。
（３）ステップＳ２２０の変形
第１実施形態では、ステップＳ２２０において、圧縮機回転数Ｎｃが２０００ｒｐｍを越えた時点での蒸発器吹出温度ＴＥ_A から制御電流Ｉｎを算出しているが、例えば、、圧力検出手段を用いて吸入圧力Ｐｓを検出して、吸入圧力Ｐｓから図９のマップに基づいて直接、制御電流Ｉｎを算出してもよい。
【０１０２】
すなわち、蒸発器６の冷却度合に関連する物理量として、蒸発器吹出温度ＴＥ、ＴＥ_A の他に、吸入圧力Ｐｓ、あるいは蒸発器６の表面温度、蒸発器５の冷媒蒸発温度等を検出して、本発明における圧縮機容量制御を行うことができる。
（４）ステップＳ２１０、Ｓ３８０の変形
圧縮機回転数Ｎｃが所定回転数（例えば、２０００ｒｐｍ）まで上昇した時点における、蒸発器６の冷却度合に関連する物理量とは、圧縮機回転数Ｎｃが所定回転数に上昇する直前または直後の物理量であってもよい。
（５）ステップＳ３８０における制御温度αの決定方法の変形
第２、第３実施形態では、制御温度αを図１６に示すように目標吹出温度ＴＡＯに応じて決定しているが、制御温度αは冷房熱負荷状態に関連して設定するものであって、冷房熱負荷が小さくなるほど大きくすればよいので、図２２に示す冷房熱負荷状態に関連する複数の物理量、例えば、▲１▼外気温度Ｔａｍ、▲２▼内気温度Ｔｒ、▲３▼日射量Ｔｓ、▲４▼蒸発器吹出温度ＴＥ、▲５▼送風機１２の風量Ｗ、および▲６▼設定温度Ｔｓｅｔのうち、１つまたは複数の物理量を用い、これらの物理量の変化に対応して制御温度αを決定してもよい。
【０１０３】
▲１▼〜▲５▼の物理量を用いる場合は、▲１▼〜▲５▼の増加とともに制御温度αを小さくし、逆に▲６▼の設定温度Ｔｓｅｔの場合は、Ｔｓｅｔの増加とともに制御温度αを大きくする。
また、制御温度αを上記のように冷房熱負荷状態に関連して変化する可変値とせずに、予め、実験等により最適値を求めておき、この最適値に制御温度αを固定してもよい。
（６）ステップＳ３４０、Ｓ３８０の変形
第２、第３実施形態では、蒸発器６の冷却度合に関連する物理量として蒸発器吹出温度ＴＥを検出しているが、前記（３）項で述べたように吸入圧力Ｐｓ、あるいは蒸発器６の表面温度、蒸発器５の冷媒蒸発温度等を検出してもよい。
（７）圧縮機２の容量可変機構の変形
第１実施形態では、圧縮機２の連続容量可変機構として電磁式圧力制御装置２３を使用しているが、電磁式圧力制御装置２３を使用せずに、サーボモータ等のアクチュエータを使用して、容量可変部材を直接駆動制御する機構とすることも可能である。また、圧縮機２の連続容量可変機構として、斜板１６の傾斜角を変化させるものに限らず、周知の種々な機構のものにも本発明を同様に適用できることは勿論である。
【０１０４】
また、第３実施形態では、圧縮機２の２段可変容量機構として、ベーンタイプの圧縮機について説明したが、他の形式の圧縮機でも２段可変容量機構を構成できることは勿論である。
また、第３実施形態において、圧縮機２の容量切替機構を大小２段階の切替でなく、大中小３段階の切替としてもよい。この場合に、圧縮機２の高回転状態における容量切替を、大中小３段階の切替としたり、大中２段階の切替、大小２段階の切替等種々な制御が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す車両空調用冷凍サイクル装置の全体構成図である。
【図２】第１実施形態における可変容量圧縮機の縦断面図である。
【図３】図２の圧縮機の大容量時の作動説明用模式図である。
【図４】図２の圧縮機の小容量時の作動説明用模式図である。
【図５】図２の圧縮機に装備される電磁式圧力制御装置の制御電流Ｉｎと吸入圧Ｐｓの設定圧との関係を示す特性図である。
【図６】第１実施形態の制御処理を示すフローチャートである。
【図７】第１実施形態における目標吹出温度ＴＡＯと第１目標蒸発器吹出温度ｆ（ＴＡＯ）との相関関係を示す特性図である。
【図８】第１実施形態における第２目標蒸発器吹出温度ｆ（Ｔａｍ）と外気温Ｔａｍとの相関関係を示す特性図である。
【図９】第１実施形態における蒸発器吹出温度ＴＥ_A と吸入圧Ｐｓとの相関関係を示す特性図である。
【図１０】第１実施形態における吸入圧Ｐｓと電磁式圧力制御装置の制御電流Ｉｎとの相関関係を示す特性図である。
【図１１】圧縮機容量が可変域にあるときの作動説明図である。
【図１２】圧縮機容量が最大容量にあるときの作動説明図である。
【図１３】圧縮機回転数と、冷房能力および圧縮機動力との関係を示すグラフである。
【図１４】第２実施形態を示す車両空調用冷凍サイクル装置の全体構成図である。
【図１５】第２実施形態の制御処理を示すフローチャートである。
【図１６】第２実施形態における目標吹出温度ＴＡＯと制御温度αとの関係を示す特性図である。
【図１７】第３実施形態を示す車両空調用冷凍サイクル装置の全体構成図である。
【図１８】第３実施形態における容量切替型圧縮機の縦断面図である。
【図１９】第３実施形態における圧縮機の容量切替作動説明用の要部横断面図である。
【図２０】第３実施形態における圧縮機の容量切替用の開閉弁部の断面図である。
【図２１】第３実施形態の制御処理を示すフローチャートである。
【図２２】第２、第３実施形態における制御温度αの決定方法の他の例を示す図表である。
【符号の説明】
２…圧縮機、６…蒸発器、９…電磁クラッチ、１３…蒸発器吹出温度センサ、
１６…斜板、２３…電磁式圧力制御装置、２４…吐出圧室、２５…吸入圧室、
２６…制御圧室、２７…弁体、２８…可変絞り、３０…ベローズ、
３２…電磁コイル、１１５…開閉弁、１１６…電磁弁。

Claims (12)

1. 被冷却空間を冷却する蒸発器（６）と、
   車両エンジン（１１）により駆動されて、前記蒸発器（６）で蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機（２）と、
   この圧縮機（２）に設けられ、外部からの制御信号により容量を可変する容量可変機構（２３、１６）と、
   前記圧縮機（２）が最大容量の運転状態にあって、かつ、前記圧縮機（２）の回転数が所定値以上に上昇したことを判定する判定手段（Ｓ１６０、Ｓ１７０）と、
   この判定手段（Ｓ１６０、Ｓ１７０）の判定結果を受けて、前記圧縮機（２）が前記所定値以上の高回転状態にある間は、前記高回転状態になった時点における、前記蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量を維持するように、前記圧縮機（２）の容量を制御する容量制御手段（Ｓ２１０、Ｓ２２０）とを備えることを特徴とする車両用冷凍サイクル装置。
2. 被冷却空間を冷却する蒸発器（６）と、
   車両エンジン（１１）により駆動されて、前記蒸発器（６）で蒸発したガス冷媒を圧縮する固定容量型の圧縮機（２）と、
   前記車両エンジン（１１）と前記圧縮機（２）との間に配置され、前記圧縮機（２）の作動を断続するクラッチ手段（９）と、
   前記圧縮機（２）の回転数が所定値以上に上昇したことを判定する判定手段（Ｓ３５０）と、
   この判定手段（Ｓ３５０）の判定結果を受けて、前記圧縮機（２）が前記所定値以上の高回転状態にある間は、前記高回転状態になった時点における、前記蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量を維持するように、前記クラッチ手段（９）を断続させるクラッチ制御手段（Ｓ３８０、Ｓ４１０、Ｓ４３０、Ｓ４５０）とを備えることを特徴とする車両用冷凍サイクル装置。
3. 前記クラッチ制御手段は、前記圧縮機（２）が高回転状態になった時点における、前記蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量（ＴＥA ）を記憶し、
   前記クラッチ制御手段は、前記蒸発器（６）の実際の冷却度合に関連する物理量が前記記憶した物理量（ＴＥA ）に所定値（α）を加えた値（ＴＥA＋α）より低温側であるときに前記クラッチ手段（９）をオフ状態として前記圧縮機（２）を停止し、
   一方、前記クラッチ制御手段は、前記蒸発器（６）の実際の冷却度合に関連する物理量が前記値（ＴＥA＋α）より高温側であるときに前記クラッチ手段（９）をオン状態として前記圧縮機（２）を作動させることを特徴とする請求項２に記載の車両用冷凍サイクル装置。
4. 被冷却空間を冷却する蒸発器（６）と、
   車両エンジン（１１）により駆動されて、前記蒸発器（６）で蒸発したガス冷媒を圧縮する圧縮機（２）と、
   この圧縮機（２）に設けられ、外部からの制御信号により容量を少なくとも大小２段階に切り替える容量切替機構（１１５、１１６）と、
   前記圧縮機（２）の回転数が所定値以上に上昇したことを判定する判定手段（Ｓ３５０）と、
   この判定手段（Ｓ３５０）の判定結果を受けて、前記圧縮機（２）が前記所定値以上の高回転状態にある間は、前記高回転状態になった時点における、前記蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量を維持するように、前記圧縮機（２）の容量を大小２段階に切り替える容量切替制御手段（Ｓ３８０、Ｓ４１０、Ｓ４３０、Ｓ４５０）とを備えることを特徴とする車両用冷凍サイクル装置。
5. 前記容量切替制御手段は、前記圧縮機（２）が高回転状態になった時点における、前記蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量（ＴＥA ）を記憶し、
   前記容量切替制御手段は、前記蒸発器（６）の実際の冷却度合に関連する物理量が前記記憶した物理量（ＴＥA ）に所定値（α）を加えた値（ＴＥA＋α）より低温側であるときに前記容量切替機構（１１５、１１６）により前記圧縮機（２）の容量を小容量に切り替え、
   一方、前記容量切替制御手段は、前記蒸発器（６）の実際の冷却度合に関連する物理量が前記値（ＴＥA＋α）より高温側であるときに前記容量切替機構（１１５、１１６）により前記圧縮機（２）の容量を大容量に切り替えることを特徴とする請求項４に記載の車両用冷凍サイクル装置。
6. 前記所定値（α）は予め設定された固定値であることを特徴とする請求項３または５に記載の車両用冷凍サイクル装置。
7. 前記所定値（α）は前記蒸発器（６）の熱負荷の減少に応じて増加する可変値であることを特徴とする請求項３または５に記載の車両用冷凍サイクル装置。
8. 前記蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量は、前記蒸発器（６）の吹出直後の空気温度または蒸発器表面温度であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の車両用冷凍サイクル装置。
9. 前記蒸発器（６）の冷却度合に関連する物理量は、前記圧縮機（２）の吸入圧（Ｐｓ）であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の車両用冷凍サイクル装置。
10. 前記容量可変機構は、前記圧縮機（２）の容量を可変する容量可変部材（１６）と、この容量可変部材（１６）を変位させる制御圧（Ｐｃ）を発生する電磁式圧力制御装置（２３）とにより構成されており、
    この電磁式圧力制御装置（２３）は、前記制御圧（Ｐｃ）が発生する制御圧室（２６）と、前記圧縮機（２）の吐出圧（Ｐｄ）が加わる吐出圧室（２４）と、前記圧縮機（２）の吸入圧（Ｐｓ）が加わる吸入圧室（２５）とを有し、
    前記制御圧室（２６）は、前記吐出圧室（２４）と、前記吸入圧室（２５）の両方に連通しており、
    前記制御圧室（２６）と前記吐出圧室（２４）との間には絞り量が調整可能な可変絞り機構（２７、２８）が配置され、
    さらに、前記電磁式圧力制御装置（２３）に、外部からの制御信号により電磁力が変化する電磁機構（３２〜３５）と、予め設定された設定圧と前記吸入圧（Ｐｓ）とに応じて変位する圧力応動機構（３０）とを備え、
    前記可変絞り機構（２７、２８）の絞り量を前記電磁機構（３２〜３５）および前記圧力応動機構（３０）により調整して、前記制御圧（Ｐｃ）を変化させることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷凍サイクル装置。
11. 前記電磁機構（３２〜３５）に流れる電流量（Ｉｎ）と、空調熱負荷に関連する物理量とに基づいて前記圧縮機（２）が最大容量の運転状態にあるかどうかを判定することを特徴とする請求項１０に記載の車両用冷凍サイクル装置。
12. 前記空調熱負荷に関連する物理量は外気温（Ｔａｍ）であることを特徴とする請求項１１に記載の車両用冷凍サイクル装置。

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