JP2001193662A

JP2001193662A - 容量可変型圧縮機の制御装置

Info

Publication number: JP2001193662A
Application number: JP2000001601A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kawaguchi; 真広川口; Kazuya Kimura; 一哉木村; Takeshi Mizufuji; 健水藤; Akira Matsubara; 亮松原
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2001-07-17
Also published as: US20010007194A1; US6412294B2; EP1114932A3; EP1114932A2

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的簡素な制御構成にもかかわらず、容量可
変型圧縮機の吐出容量制御の制御性や応答性を向上させ
ることができる容量可変型圧縮機の制御装置を提供す
る。【解決手段】圧縮機は、冷媒循環回路に設定された二つ
の圧力監視点Ｐ１，Ｐ２間の差圧を所定の目標値（設定
差圧ＴＰＤ）に維持すべく動作する制御弁を備えてい
る。検知回路８５は蒸発器３３近傍の温度と所定の閾値
温度Ｔ１またはＴ２とを比較し両者の大小関係が逆転し
たときには検知回路信号を出力する。エンジンＥＣＵ７
０は原則として設定差圧ＴＰＤを時間の経過とともに漸
次増加または減少させる処理を続行するが、前記信号を
入力したときに該差圧ＴＰＤの増加または減少の処理を
一方から他方に切り替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容量可変型圧縮機
の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車輌用空調装置の冷房回路に組み込まれ
る圧縮機として容量可変型斜板式圧縮機が知られてい
る。一般に容量可変型斜板式圧縮機は、蒸発器の出口圧
力（吸入圧Ｐｓ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を備えてい
る。容量制御機構は、冷房負荷の大きさに見合った冷媒
吐出量となるように吸入圧Ｐｓ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。
かかる容量制御機構の典型例は内部制御弁と呼ばれる容
量制御弁である。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Ｐｓの絶対値を感知し、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）の圧力（クラン
ク圧Ｐｃ）を調節して斜板角度を決めている。但し、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
型制御弁が主流になっている。

【０００３】設定吸入圧可変型制御弁は、例えば前述の
内部制御弁に対し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て構成される。そし
て、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している。設定吸入圧
の変更は、電磁ソレノイドに対するアナログ的又はデジ
タル的な通電制御に基づく。その際の電力供給量は、空
調制御専用のマイコン内蔵制御ユニットが蒸発器の近傍
又は車室内に設けられた温度センサからの温度情報に基
づいて、ＰＩ制御（比例及び積分制御）又はＰＩＤ制御
（比例、積分及び微分制御）を実行することによって逐
次調節される。その結果、理論上、圧縮機は冷房負荷の
大きさに見合った吐出容量又は吐出能力を理想的な状態
に保持できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、設定吸
入圧をリアルタイムで精緻に調節するＰＩ制御やＰＩＤ
制御を実現するためには、マイコン内蔵の制御ユニット
が温度センサからの温度情報を常に入手して電力供給量
の回帰演算を絶えず繰り返さねばならない。このため、
制御ユニットは、高い演算負荷に耐え得るよう、それな
りにハイパフォーマンスのマイコンを内蔵する必要があ
る。又、仮に高性能のマイコンを使用できたとしても比
較的頻繁に（極短サイクルで）温度データの入力処理が
必要となるため、結局は制御ユニットの専用化が避けら
れず、圧縮機の製品コストに占める制御ユニットのコス
ト比率が高まってしまう。

【０００５】また、吸入圧Ｐｓの絶対値を指標とする吐
出容量制御においては、電気制御によって設定吸入圧を
変更したからといって、直ちに現実の吸入圧が設定吸入
圧通りの圧力に達するとは限らない。即ち、設定吸入圧
の設定変更に対して現実の吸入圧が応答性よく追従する
か否かは、冷房負荷の絶対的な大きさに影響され易いか
らである。このため、電気制御によって設定吸入圧をき
め細かく逐次調節しているにもかかわらず、圧縮機吐出
容量の変化が遅れがちになったり、吐出容量が連続的且
つ滑らかに変化せず急変するという事態が時として生じ
ていた。

【０００６】本発明の目的は、比較的簡素な制御構成に
もかかわらず、容量可変型圧縮機の吐出容量制御の制御
性や応答性を向上させることができる容量可変型圧縮機
の制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、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制御装置において、冷媒
循環回路に設定された二つの圧力監視点間の差圧に感応
し且つその二点間差圧に基づく荷重を自律的な弁開度調
節のための機械的入力として利用すると共に、その自律
的な弁開度調節動作の目標となる設定差圧を外部からの
電気制御によって変更可能に構成された、制御室の内圧
を制御するための制御弁と、空調制御の対象となる室内
温度と相関性のある温度を監視する温度センサを含んで
なり、その監視温度と所定の閾値温度とを比較し両者の
大小関係が逆転したときにはその旨を知らせる信号を出
力する検知回路と、制御弁の設定差圧を時間の経過と共
に漸次増加又は減少させる処理を行うと共に、前記検知
回路から監視温度と閾値温度との大小関係の逆転を知ら
せる信号を入力したときに、設定差圧の増加又は減少の
処理を一方から他方に切り替える設定差圧変更手段とを
備えたことを要旨とする。

【０００８】本件の容量可変型圧縮機の制御装置では、
温度センサが空調制御の対象となる室内温度と相関性の
ある温度を監視する。検知回路は所定の閾値温度を記憶
するとともに該閾値温度と前記温度センサの監視温度と
を比較する。そして、前記検知回路は、両者の大小関係
が逆転したときにはその旨を知らせる信号を設定差圧変
更手段に対して出力する。前記設定差圧変更手段は、原
則として制御弁の設定差圧を時間の経過と共に漸次増加
または減少させる処理を続行する。前記設定差圧変更手
段は、前記検知回路からの前記信号を入力したときに、
前記制御弁の設定差圧の増加または減少の処理を一方か
ら他方に切り替える。制御弁は、冷媒循環回路に設定さ
れた二つの圧力監視点間の差圧に感応するとともに、そ
の二点間差圧に基づく荷重を自律的な弁開度調節のため
の機械的入力として利用している。制御弁は、前記設定
差圧変更手段が漸次決定した設定差圧を目標としてその
自律的な弁開度調節動作を行う。この制御弁の弁開度調
節動作によって、圧縮機の制御室の内圧が調節されて該
圧縮機の吐出容量が変更される。つまり、検知回路が出
力する二値的な信号に基づいて、設定差圧変更手段は、
制御弁の設定差圧の漸次増加および減少処理を交互に繰
り返す。この設定差圧の変化に呼応して制御弁が制御室
内圧を漸次変更することにより、空調制御の対象となる
室内温度と相関性のある温度に基づく圧縮機の吐出容量
制御がなされる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の容量可変型圧縮機の制御装置において、前記制御室
は、シリンダボア内にピストンを往復動可能に収容する
往復ピストン式圧縮機において、該ピストンと作動連結
されたカムプレートを収容するクランク室であることを
要旨とする。

【００１０】請求項２は、容量可変型圧縮機を往復ピス
トン式圧縮機に限定したものである。請求項２によれ
ば、前記制御弁の弁解度調節動作によって、往復ピスト
ン式圧縮機のクランク室の内圧が調節されて該圧縮機の
吐出容量が変更される。つまり、制御弁が前記クランク
室内圧を漸次変更することにより、空調制御の対象とな
る室内温度と相関性のある温度に基づく圧縮機の吐出容
量制御がなされる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の容量可変型圧縮機の制御装置において、前記
閾値温度には各々異なる値の上限温度と下限温度が設定
され、前記検知回路は、前記監視温度が前記上限温度よ
りも低い温度から高い温度に上昇した時及び前記監視温
度が前記下限温度よりも高い温度から低い温度に下降し
た時に、前記監視温度と閾値温度との大小関係が逆転し
た旨を知らせる信号を出力することを要旨とする。

【００１２】請求項３は、前記閾値温度の好ましい設定
を限定したものである。請求項３によれば、前記閾値温
度には各々異なる値の上限温度と下限温度が設定され
る。検知回路による該閾値温度と前記温度センサの監視
温度との比較処理においてヒステリシス特性を持たせる
ことにより、検知回路の出力する信号のチャタリングな
ど、制御の不安定要素の排除を図っている。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の容量可変型圧縮機の制御装置において、前記監視温度
が前記上限温度よりも低い温度から高い温度に上昇した
時に検知回路が出力する信号に応答して、前記設定差圧
変更手段は、圧縮機の吐出容量が増加するように制御弁
の設定差圧を増加方向に向かわせ、前記監視温度が前記
下限温度よりも高い温度から低い温度に下降した時に検
知回路が出力する信号に応答して、前記設定差圧変更手
段は、前記圧縮機の吐出容量が減少するように制御弁の
設定差圧を減少方向に向かわせることを要旨とする。

【００１４】請求項４によれば、前記監視温度が前記上
限温度よりも低い温度から高い温度に上昇した時には、
圧縮機の吐出容量ひいては冷媒流量が増加することで、
前記室内温度と相関性のある温度は低下方向に向う。ま
た、前記監視温度が前記下限温度よりも高い温度から低
い温度に下降した時には、圧縮機の吐出容量ひいては冷
媒流量が減少することで、前記室内温度と相関性のある
温度は上昇方向に向う。

【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれか一項に記載の容量可変型圧縮機の制御装置にお
いて、前記温度センサは、前記圧縮機とともに冷媒循環
回路を構成する蒸発器の近傍に設けられたことを要旨と
する。

【００１６】請求項５は、前記温度センサの設置に関す
る好ましい構成を限定したものである。前記蒸発器の近
傍の温度は前記室内温度に相関性のある温度であるた
め、空調制御の指標となる上に、前記蒸発器の表面温度
が検知可能であることから、該蒸発器を冷房に適した表
面温度に制御することが可能になる。

【００１７】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれか一項に記載の容量可変型圧縮機の制御装置にお
いて、前記設定差圧変更手段は、前記圧縮機の駆動源で
ある車輌エンジン用の制御ユニットで兼用されることを
要旨とする。

【００１８】請求項６によれば、車輌において、空調の
ための専用制御ユニットを設ける必要がなくなるため制
御ユニットについてのコスト増加の抑止を可能にする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図１〜図１３に従って説明する。図１に示すよう
に容量可変型斜板式圧縮機は、シリンダブロック１と、
その前端に接合されたフロントハウジング２と、シリン
ダブロック１の後端に弁形成体３を介して接合されたリ
ヤハウジング４とを備えている。これら１，２，３及び
４は、複数本の通しボルト１０（一本のみ図示）により
相互に接合固定されて該圧縮機のハウジングを構成す
る。シリンダブロック１とフロントハウジング２とに囲
まれた領域には制御室としてのクランク室５が区画され
ている。クランク室５内には駆動軸６が前後一対のラジ
アル軸受け８Ａ，８Ｂによって回転可能に支持されてい
る。シリンダブロック１の中央に形成された収容凹部内
には、前方付勢バネ７及び後側スラスト軸受け９Ｂが配
設されている。他方、クランク室５において駆動軸６上
にはラグプレート１１が一体回転可能に固定され、ラグ
プレート１１とフロントハウジング２の内壁面との間に
は前側スラスト軸受け９Ａが配設されている。一体化さ
れた駆動軸６及びラグプレート１１は、バネ７で前方付
勢された後側スラスト軸受け９Ｂと前側スラスト軸受け
９Ａとによってスラスト方向（駆動軸軸線方向）に位置
決めされている。

【００２０】駆動軸６の前端部は、動力伝達機構ＰＴを
介して外部駆動源としての車輌エンジンＥに作動連結さ
れている。動力伝達機構ＰＴは、外部からの電気制御に
よって動力の伝達／遮断を選択可能なクラッチ機構（例
えば電磁クラッチ）であってもよく、又は、そのような
クラッチ機構を持たない常時伝達型のクラッチレス機構
（例えばベルト／プーリの組合せ）であってもよい。
尚、本件では、クラッチレスタイプの動力伝達機構が採
用されている。

【００２１】図１に示すように、クランク室５内にはカ
ムプレートたる斜板１２が収容されている。斜板１２の
中央部には挿通孔が貫設され、この挿通孔内に駆動軸６
が配置されている。斜板１２は、連結案内機構としての
ヒンジ機構１３を介してラグプレート１１及び駆動軸６
に作動連結されている。ヒンジ機構１３は、ラグプレー
ト１１のリヤ面から突設された二つの支持アーム１４
（一つのみ図示）と、斜板１２のフロント面から突設さ
れた二本のガイドピン１５（一本のみ図示）とから構成
されている。支持アーム１４とガイドピン１５との連係
および斜板１２の中央挿通孔内での駆動軸６との接触に
より、斜板１２はラグプレート１１及び駆動軸６と同期
回転可能であると共に駆動軸６の軸方向へのスライド移
動を伴いながら駆動軸６に対し傾動可能となっている。
なお、斜板１２は、駆動軸６を挟んで前記ヒンジ機構１
３と反対側にカウンタウェイト部１２ａを有している。

【００２２】ラグプレート１１と斜板１２との間におい
て駆動軸６の周囲には傾角減少バネ１６が設けられてい
る。このバネ１６は斜板１２をシリンダブロック１に接
近する方向（即ち傾角減少方向）に付勢する。又、駆動
軸６に固着された規制リング１８と斜板１２との間にお
いて駆動軸６の周囲には復帰バネ１７が設けられてい
る。この復帰バネ１７は、斜板１２が大傾角状態（二点
鎖線で示す）にあるときには駆動軸６に単に巻装される
のみで斜板その他の部材に対していかなる付勢作用も及
ぼさないが、斜板１２が小傾角状態（実線で示す）に移
行すると、前記規制リング１８と斜板１２との間で圧縮
されて斜板１２をシリンダブロック１から離間する方向
（即ち傾角増大方向）に付勢する。なお、斜板１２が圧
縮機運転時に最小傾角θｍｉｎ（例えば１〜５°の範囲
の角度）に達したときも、復帰バネ１７が縮みきらない
ようにバネ１７の自然長及び規制リング１８の位置が設
定されている。

【００２３】シリンダブロック１には、駆動軸６を取り
囲んで複数のシリンダボア１ａ（一つのみ図示）が形成
され、各シリンダボア１ａのリヤ側端は前記弁形成体３
で閉塞されている。各シリンダボア１ａには片頭型のピ
ストン２０が往復動可能に収容されており、各ボア１ａ
内にはピストン２０の往復動に応じて体積変化する圧縮
室が区画されている。各ピストン２０の前端部は一対の
シュー１９を介して斜板１２の外周部に係留され、これ
らのシュー１９を介して各ピストン２０は斜板１２に作
動連結されている。このため、斜板１２が駆動軸６と同
期回転することで、斜板１２の回転運動がその傾角θに
対応するストロークでのピストン２０の往復直線運動に
変換される。

【００２４】更に弁形成体３とリヤハウジング４との間
には、中心域に位置する吸入圧領域としての吸入室２１
と、それを取り囲む吐出圧領域を構成する吐出室２２と
が区画形成されている。弁形成体３は、吸入弁形成板、
ポート形成板、吐出弁形成板およびリテーナ形成板を重
合してなるものである。この弁形成体３には各シリンダ
ボア１ａに対応して、吸入ポート２３及び同ポート２３
を開閉する吸入弁２４、並びに、吐出ポート２５及び同
ポート２５を開閉する吐出弁２６が形成されている。吸
入ポート２３を介して吸入室２１と各シリンダボア１ａ
とが連通され、吐出ポート２５を介して各シリンダボア
１ａと吐出室２２とが連通される。そして、蒸発器３３
の出口から吸入室２１（吸入圧Ｐｓの領域）に導かれた
冷媒ガスは、各ピストン２０の往動により吸入ポート２
３及び吸入弁２４を介してシリンダボア１ａに吸入され
る。シリンダボア１ａに吸入された冷媒ガスは、ピスト
ン２０の復動により所定の圧力にまで圧縮され、吐出ポ
ート２５及び吐出弁２６を介して吐出室２２（吐出圧Ｐ
ｄの領域）に吐出される。吐出室２２の高圧冷媒は凝縮
器３１に導かれる。

【００２５】この圧縮機では、エンジンＥからの動力供
給により駆動軸６が回転されると、それに伴い所定傾角
θに傾いた斜板１２が回転する。その傾角θは、駆動軸
６に直交する仮想平面と斜板１２とがなす角度として把
握される。斜板の回転に伴って各ピストン２０が傾角θ
に対応したストロークで往復動され、前述のように各シ
リンダボア１ａでは、冷媒ガスの吸入、圧縮及び吐出が
順次繰り返される。

【００２６】斜板１２の傾角θは、斜板回転時の遠心力
に起因する回転運動のモーメント、傾角減少バネ１６
（及び復帰バネ１７）の付勢作用に起因するバネ力によ
るモーメント、ピストン２０の往復慣性力によるモーメ
ント、ガス圧によるモーメント等の各種モーメントの相
互バランスに基づいて決定される。ガス圧によるモーメ
ントとは、シリンダボア内圧と、ピストン背圧にあたる
クランク室５の内圧（クランク圧Ｐｃ）との相互関係に
基づいて発生するモーメントであり、クランク圧Ｐｃに
応じて傾角減少方向にも傾角増大方向にも作用する。こ
の圧縮機では、後述する容量制御弁を用いてクランク圧
Ｐｃを調節し前記ガス圧によるモーメントを適宜変更す
ることにより、斜板の傾角θを最小傾角θｍｉｎと最大
傾角θｍａｘとの間の任意の角度に設定可能としてい
る。なお、最大傾角θｍａｘは、斜板１２のカウンタウ
ェイト部１２ａがラグプレート１１の規制部１１ａに当
接することで規制される。他方、最小傾角θｍｉｎは、
前記ガス圧によるモーメントが傾角減少方向にほぼ最大
化した状態のもとでの傾角減少バネ１６と復帰バネ１７
との付勢力バランスを支配的要因として決定される。

【００２７】斜板１２の傾角制御に関与するクランク圧
Ｐｃを制御するためのクランク圧制御機構は、図１に示
す圧縮機ハウジング内に設けられた抽気通路２７及び給
気通路２８並びに容量制御弁によって構成される。抽気
通路２７は吸入室２１とクランク室５とを接続する。給
気通路２８は吐出室２２とクランク室５とを接続し、そ
の途中には制御弁が設けられている。この制御弁の開度
を調節することで給気通路２８を介したクランク室５へ
の高圧ガスの導入量と抽気通路２７を介したクランク室
５からのガス導出量とのバランスが制御され、クランク
圧Ｐｃが決定される。クランク圧Ｐｃの変更に応じて、
ピストン２０を介してのクランク圧Ｐｃとシリンダボア
１ａの内圧との差が変更され、斜板の傾角θが変更され
る結果、ピストンのストロークすなわち吐出容量が調節
される。なお、クランク室５に連通する吐出圧領域とし
ては、前述の給気通路２８によって連通する吐出室２２
の他に、ピストン２０とシリンダボア１ａとの隙間によ
って連通する圧縮行程にあるシリンダボア１ａが挙げら
れる。該圧縮行程によって昇圧された冷媒ガスの一部
は、前記隙間を介してクランク室５に漏洩するブローバ
イガスとなり、クランク室５の内圧を上昇させる。つま
り、本件の実施形態における吐出圧領域は、吐出室２２
及びシリンダボア１ａによって構成される。

【００２８】図１及び図２に示すように、車輌用空調装
置の冷房回路（即ち冷媒循環回路）は容量可変型斜板式
圧縮機と外部冷媒回路３０とから構成される。外部冷媒
回路３０は例えば、凝縮器３１、減圧装置としての温度
式膨張弁３２及び蒸発器３３を備えている。膨張弁３２
の開度は、蒸発器３３の出口側又は下流側に設けられた
感温筒３４の検知温度および蒸発圧力（蒸発器出口圧
力）に基づいてフィードバック制御される。膨張弁３２
は、熱負荷に見合った液冷媒を蒸発器３３に供給して外
部冷媒回路３０における冷媒流量を調節する。外部冷媒
回路３０の下流域には、蒸発器３３の出口と圧縮機の吸
入室２１とをつなぐ冷媒ガスの流通管３５が設けられて
いる。外部冷媒回路３０の上流域には、圧縮機の吐出室
２２と凝縮器３１の入口とをつなぐ冷媒の流通管３６が
設けられている。圧縮機は外部冷媒回路３０の下流域か
ら吸入室２１に導かれた冷媒ガスを吸入して圧縮し、圧
縮したガスを外部冷媒回路３０の上流域と繋がる吐出室
２２に吐出する。

【００２９】一般的傾向として圧縮機の吐出容量が大き
く冷媒循環回路を流れる冷媒の流量も大きいほど、回路
又は配管の単位長さ当りの圧力損失も大きくなる。つま
り、冷媒循環回路に沿って設定された二つの圧力監視点
Ｐ１，Ｐ２間の圧力損失（差圧）は該回路における冷媒
の流量と正の相関を示す。故に、二つの圧力監視点Ｐ
１，Ｐ２間の差圧ΔＰ（ｔ）を把握することは、圧縮機
の吐出容量を間接的に検出することに他ならない。本実
施形態では、流通管３６の最上流域に当たる吐出室２２
内に上流側の圧力監視点Ｐ１を定めると共に、そこから
所定距離だけ離れた流通管３６の途中に下流側の圧力監
視点Ｐ２を定めている。圧力監視点Ｐ１でのガス圧Ｐｄ
Ｈ（つまり吐出圧Ｐｄ）を第１の検圧通路３７を介し
て、又、圧力監視点Ｐ２でのガス圧ＰｄＬを第２の検圧
通路３８を介してそれぞれ制御弁に導いている。その差
圧（ΔＰ（ｔ）＝ＰｄＨ−ＰｄＬ）は、圧縮機の吐出容
量を推し量る指標として、制御弁によって圧縮機吐出容
量のフィードバック制御に利用される。

【００３０】図３に示す容量制御弁は、冷媒循環回路に
おける二点間差圧を機械的に検出し、その検出差圧を自
己の弁開度調節に直接利用する。図３に示すように制御
弁は、その上半部を占める入れ側弁部と、下半部を占め
るソレノイド部とを備えている。入れ側弁部は、吐出室
２２とクランク室５とを繋ぐ給気通路２８の開度（絞り
量）を調節する。ソレノイド部は、制御弁内に配設され
た作動ロッド４０を外部からの通電制御に基づき付勢制
御するための一種の電磁アクチュエータであって、設定
差圧変更アクチュエータ１００として機能する。作動ロ
ッド４０は、先端部たる差圧受承部４１、連結部４２、
略中央の弁体部４３及び基端部たるガイドロッド部４４
からなる棒状部材である。弁体部４３はガイドロッド部
４４の一部にあたる。差圧受承部４１、連結部４２並び
にガイドロッド部４４（及び弁体部４３）の直径をそれ
ぞれｄ１，ｄ２及びｄ３とすると、ｄ２＜ｄ１＜ｄ３の
関係が成立している。そして、円周率をπとすると、差
圧受承部４１の軸直交断面積ＳＢはπ（ｄ１／２）²で
あり、連結部４２の軸直交断面積ＳＣはπ（ｄ２／２）
²であり、ガイドロッド部４４（及び弁体部４３）の軸
直交断面積ＳＤはπ（ｄ３／２）²である。

【００３１】制御弁のバルブハウジング４５は、キャッ
プ４５ａと、入れ側弁部の主な外郭を構成する上半部本
体４５ｂと、ソレノイド部の主な外郭を構成する下半部
本体４５ｃとから構成されている。バルブハウジングの
上半部本体４５ｂ内には弁室４６及び連通路４７が区画
され、該上半部本体４５ｂとその上部に固着されたキャ
ップ４５ａとの間には感圧室４８が区画されている。

【００３２】弁室４６、連通路４７及び感圧室４８内に
は、作動ロッド４０が軸方向（図では垂直方向）に移動
可能に配設されている。弁室４６及び連通路４７は作動
ロッド４０の配置次第で連通可能となる。これに対し連
通路４７と感圧室４８とは、それらの境界に存在する隔
壁（バルブハウジング４５の一部）によって圧力的に隔
絶されている。又、その隔壁に形成された作動ロッド４
０用のガイド孔４９の内径も作動ロッドの差圧受承部４
１の径ｄ１に一致する。なお、連通路４７とガイド孔４
９とは相互延長の関係にあり、連通路４７の内径も作動
ロッドの差圧受承部４１の径ｄ１に一致する。つまり、
連通路４７とガイド孔４９は共に、前記ＳＢの軸直交断
面積（口径面積）を持つ。

【００３３】弁室４６の底壁は後記固定鉄心６２の上端
面によって提供される。弁室４６を取り囲むバルブハウ
ジングの周壁には半径方向に延びるポート５１が設けら
れ、このポート５１は給気通路２８の上流部を介して弁
室４６を吐出室２２に連通させる。連通路４７を取り囲
むバルブハウジングの周壁にも半径方向に延びるポート
５２が設けられ、このポート５２は給気通路２８の下流
部を介して連通路４７をクランク室５に連通させる。従
って、ポート５１、弁室４６、連通路４７及びポート５
２は、制御弁内において吐出室２２とクランク室５とを
連通させる給気通路２８の一部を構成する。

【００３４】弁室４６内には作動ロッドの弁体部４３が
配置される。連通路４７の内径ｄ１は、作動ロッドの連
結部４２の径ｄ２よりも大きく且つガイドロッド部４４
の径ｄ３よりも小さい。このため、弁室４６と連通路４
７との境界に位置する段差は弁座５３として機能し、連
通路４７は一種の弁孔となる。作動ロッド４０が図３の
位置（最下動位置）から弁体部４３が弁座５３に着座す
る最上動位置へ上動されると、連通路４７が遮断され
る。つまり作動ロッドの弁体部４３は、給気通路２８の
開度を任意調節可能な入れ側弁体として機能する。

【００３５】感圧室４８内には、可動壁５４が軸方向に
移動可能に設けられている。この可動壁５４は感圧室４
８を軸方向に二分し、該感圧室４８をＰ１圧力室（第１
圧力室）５５とＰ２圧力室（第２圧力室）５６とに区画
する。可動壁５４はＰ１圧力室５５とＰ２圧力室５６と
の間の圧力隔壁の役目を果たし、両圧力室５５，５６の
直接連通を許容しない。なお、可動壁５４の軸直交断面
積をＳＡとすると、その断面積ＳＡは連通路４７又はガ
イド孔４９の口径面積ＳＢよりも大きい（ＳＢ＜Ｓ
Ａ）。

【００３６】Ｐ１圧力室５５は、キャップ４５ａに形成
されたＰ１ポート５５ａ及び第１の検圧通路３７を介し
て上流側の圧力監視点Ｐ１たる吐出室２２と常時連通す
る。他方、Ｐ２圧力室５６は、バルブハウジングの上半
部本体４５ｂに形成されたＰ２ポート５６ａ及び第２の
検圧通路３８を介して下流側の圧力監視点Ｐ２と常時連
通する。即ち、Ｐ１圧力室５５には吐出圧Ｐｄが圧力Ｐ
ｄＨとして導かれ、Ｐ２圧力室５６には、配管途中の圧
力監視点Ｐ２の圧力ＰｄＬが導かれている。故に、可動
壁５４の上面及び下面はそれぞれ圧力ＰｄＨ，ＰｄＬに
曝される受圧面となる。Ｐ２圧力室５６内には作動ロッ
ドの差圧受承部４１の先端が進入しており、その差圧受
承部４１の先端面には可動壁５４が結合している。更に
Ｐ２圧力室５６には、緩衝バネ５７が配設されている。
この緩衝バネ５７は、可動壁５４をＰ２圧力室５６から
Ｐ１圧力室５５に向けて付勢する。

【００３７】制御弁のソレノイド部（設定差圧変更アク
チュエータ１００）は、有底円筒状の収容筒６１を備え
ている。収容筒６１の上部には固定鉄心６２が嵌合さ
れ、この嵌合により収容筒６１内にはソレノイド室６３
が区画されている。ソレノイド室６３には、プランジャ
としての可動鉄心６４が軸方向に移動可能に収容されて
いる。固定鉄心６２の中心には軸方向に延びるガイド孔
６５が形成され、そのガイド孔６５内には、作動ロッド
のガイドロッド部４４が軸方向に移動可能に配置されて
いる。なお、ガイド孔６５の内壁面と前記ガイドロッド
部４４との間には若干の隙間（図示略）が確保されてお
り、この隙間を介して弁室４６とソレノイド室６３とが
連通している。つまり、ソレノイド室６３には弁室４６
と同じ吐出圧Ｐｄが及んでいる。

【００３８】ソレノイド室６３は作動ロッド４０の基端
部の収容領域でもある。即ち、ガイドロッド部４４の下
端は、ソレノイド室６３内にあって可動鉄心６４の中心
に貫設された孔に嵌合されると共にかしめにより嵌着固
定されている。従って、可動鉄心６４と作動ロッド４０
とは一体となって上下動する。固定鉄心６２と可動鉄心
６４との間には戻しバネ６６が配設されている。戻しバ
ネ６６は、可動鉄心６４を固定鉄心６２から離間させる
方向に作用して可動鉄心６４及び作動ロッド４０を下方
に付勢する。固定鉄心６２及び可動鉄心６４の周囲に
は、これら鉄心を跨ぐ範囲にコイル６７が巻回されてい
る。このコイル６７にはエンジンＥＣＵ７０の指令に基
づき駆動回路７２から駆動信号が供給され、コイル６７
は、その電力供給量に応じた大きさの電磁力Ｆを発生す
る。そして、その電磁力Ｆによって可動鉄心６４が固定
鉄心６２に向かって吸引され作動ロッド４０が上動す
る。なお、コイル６７への通電制御は、アナログ的な電
流値制御、又は、通電時のデューティ比Ｄｔを適宜変化
させるデューティ制御のいずれでもよい。本実施形態で
はデューティ制御を採用する。制御弁の構造上、デュー
ティ比Ｄｔを小さくすると弁開度が大きくなり、デュー
ティ比Ｄｔを大きくすると弁開度が小さくなる傾向にあ
る。

【００３９】図３の容量制御弁の弁開度は、入れ側弁体
たる弁体部４３を含む作動ロッド４０の配置如何によっ
て決まる。作動ロッド４０の各部に作用する種々の力を
総合的に考察することで、この制御弁の動作条件や特性
が明らかとなる。

【００４０】作動ロッドの差圧受承部４１の上端面に
は、緩衝バネ５７の上向き付勢力ｆ１によって減殺され
た可動壁５４の上下差圧に基づく下向き押圧力が作用す
る。但し、可動壁５４の上面の受圧面積はＳＡである
が、可動壁５４の下面の受圧面積は（ＳＡ−ＳＢ）であ
る。また、差圧受承部４１の下端面（受圧面積：ＳＢ−
ＳＣ）には、クランク圧Ｐｃによる上向き押圧力が作用
する。下向き方向を正方向として差圧受承部４１に作用
する全ての力ΣＦ１を整理すると、ΣＦ１は次の数１式
のように表される。

【００４１】（数１式） ΣＦ１＝ＰｄＨ・ＳＡ−ＰｄＬ（ＳＡ−ＳＢ）−ｆ１−
Ｐｃ（ＳＢ−ＳＣ）他方、作動ロッドのガイドロッド部４４（弁体部４３を
含む）には、戻しバネ６６の下向き付勢力ｆ２によって
減殺された上向きの電磁付勢力Ｆが作用する。又、図４
を参照して、弁体部４３、ガイドロッド部４４及び可動
鉄心６４の全露出面に作用する圧力を単純化して考察す
ると、まず弁体部４３の上端面は、連通路４７の内周面
から垂下させた仮想円筒面（二本の垂直破線で示す）に
よって内側部分と外側部分とに分けられ、前記内側部分
（面積：ＳＢ−ＳＣ）にはクランク圧Ｐｃが下向きに作
用し、前記外側部分（面積：ＳＤ−ＳＢ）には吐出圧Ｐ
ｄが下向きに作用するものとみなすことができる。他
方、ソレノイド室６３に及んでいる吐出圧Ｐｄは、可動
鉄心６４の上下面での圧力相殺を考慮すれば、ガイドロ
ッド部４４の軸直交断面積ＳＤに相当する面積でもって
ガイドロッド部４４を上向きに押している。上向き方向
を正方向として弁体部４３及びガイドロッド部４４に作
用する全ての力ΣＦ２を整理すると、ΣＦ２は次の数２
式のように表される。

【００４２】（数２式） ΣＦ２＝Ｆ−ｆ２−Ｐｃ（ＳＢ−ＳＣ）−Ｐｄ（ＳＤ−ＳＢ）＋Ｐｄ・ＳＤ＝Ｆ−ｆ２−Ｐｃ（ＳＢ−ＳＣ）＋Ｐｄ・ＳＢ尚、上記数２式を整理する過程で、−Ｐｄ・ＳＤと、＋
Ｐｄ・ＳＤとが相殺されてＰｄ・ＳＢ項のみが残った。
つまりこの計算過程は、図３及び図４のガイドロッド部
４４（弁体部４３を含む）の上下面に作用している吐出
圧Ｐｄの影響を、該Ｐｄがガイドロッド部４４の一面
（下面）にのみ集約的に作用するものと仮定して考察す
るときに、弁体部４３を含むガイドロッド部４４の吐出
圧Ｐｄに関する有効受圧面積がＳＤ−（ＳＤ−ＳＢ）＝
ＳＢと表現できることを意味している。つまり吐出圧Ｐ
ｄに関する限り、ガイドロッド部４４の有効受圧面積
は、ガイドロッド部４４の軸直交断面積ＳＤにかかわら
ず連通路４７の口径面積ＳＢに一致する。このように本
明細書では、ロッド等の部材の両端に同種の圧力が作用
している場合に、その圧力が部材の一方の端部にのみ集
約的に作用するものと仮定して考察することを許容する
ような実質的な受圧面積のことを特に、その圧力に関す
る「有効受圧面積」と呼ぶことにする。

【００４３】さて、作動ロッド４０は差圧受承部４１と
ガイドロッド部４４とを連結部４２で連結してなる一体
物であるから、その配置はΣＦ１＝ΣＦ２の力学的均衡
を充足する位置に決まる。このΣＦ１＝ΣＦ２の等式を
整理する過程で、左右両辺のＰｃ（ＳＢ−ＳＣ）項が相
殺される。次の数３式は、前記等式を整理した後の形を
示す。

【００４４】（数３式）（ＰｄＨ−ＰｄＬ）ＳＡ−Ｐｄ・ＳＢ＋ＰｄＬ・ＳＢ＝
Ｆ−ｆ２＋ｆ１本実施形態では圧力監視点Ｐ１は吐出室２２内に設定さ
れているため、Ｐｄ＝ＰｄＨである。この関係を上記数
３式に代入して整理すると、次の数４式及び数５式のよ
うになる。

【００４５】（数４式）（ＰｄＨ−ＰｄＬ）ＳＡ−（ＰｄＨ−ＰｄＬ）ＳＢ＝Ｆ
−ｆ２＋ｆ１（数５式）ＰｄＨ−ＰｄＬ＝（Ｆ−ｆ２＋ｆ１）／（ＳＡ−ＳＢ）数５式の右辺において、ｆ１，ｆ２，ＳＡ，ＳＢは機械
設計の段階で一義的に決まる確定的なパラメータであ
り、電磁付勢力Ｆのみがコイル６７への電力供給量に応
じて変化する可変パラメータである。この数５式から次
の二つのことが言える。第１に、図３の容量制御弁は、
その弁開度調節動作の基準となる二点間差圧ΔＰ（ｔ）
＝ＰｄＨ−ＰｄＬの設定値（即ち設定差圧ＴＰＤ）を、
コイル６７へのデューティ制御によって外部から一義的
に決定することが可能な構造となっている。つまり制御
弁は、外部制御によって設定差圧ＴＰＤを変更すること
が可能な設定差圧可変型の制御弁である。第２に、作動
ロッド４０の配置を決定する力学関係式（数５式）中に
は、二点間差圧（ＰｄＨ−ＰｄＬ）以外の圧力パラメー
タ（例えばＰｃやＰｄを含む項）が含まれず、従ってク
ランク圧Ｐｃや吐出圧Ｐｄの絶対値が作動ロッド４０の
位置決めに影響を及ぼすことがない。換言すれば、前記
二点間差圧以外の圧力パラメータは作動ロッド４０の変
位動作の阻害又は拘束要因とはなり得ず、容量制御弁
は、前記二点間差圧ΔＰ（ｔ）と、電磁付勢力Ｆ及びバ
ネ力ｆ１，ｆ２との力学的バランスのみに基づいて円滑
に作動し得る。

【００４６】このような動作特性を有する容量制御弁に
よれば、個々の状況下でおよそ次のようにして弁開度が
決まる。まず、コイル６７への通電がない場合（Ｄｔ＝
０％）には、戻しバネ６６の作用が支配的となり作動ロ
ッド４０は図３に示す最下動位置に配置される。このと
き、作動ロッドの弁体部４３が弁座５３から最も離れて
入れ側弁部は全開状態となる。他方、コイル６７に対し
デューティ比可変範囲の最小デューティの通電があれ
ば、少なくとも上向きの電磁付勢力Ｆが戻しバネ６６の
下向き付勢力ｆ２を凌駕する。そして、ソレノイド部に
よって生み出された上向き付勢力（Ｆ−ｆ２）が、緩衝
バネ５７の上向き付勢力ｆ１によって減殺された二点間
差圧（ＰｄＨ−ＰｄＬ）に基づく下向き押圧力に対向
し、その結果、前記数５式を満たすように作動ロッドの
弁体部４３が弁座５３に対して位置決めされ、制御弁の
弁開度が決定される。こうして決まった弁開度に応じ
て、給気通路２８を介してのクランク室５へのガス供給
量が決まり、前記抽気通路２７を介してのクランク室５
からのガス放出量との関係でクランク圧Ｐｃが調節され
る。つまり制御弁の弁開度を調節するということはクラ
ンク圧Ｐｃを調節することにほかならない。なお、電磁
付勢力Ｆが変化しない限り、図３の制御弁はそのときの
電磁付勢力Ｆに応じた設定差圧ＴＰＤで内部自律的に弁
開度調節する定容量弁であるが、外部制御によって電磁
付勢力Ｆを変化させ設定差圧ＴＰＤを適宜変更できるこ
とで、容量制御弁としての実質を備える。

【００４７】（制御体系）図２，図３及び図５に示すよ
うに、本実施形態の制御弁には、駆動回路７２を介して
設定差圧変更手段としてのエンジンＥＣＵ７０が接続さ
れている。図５に示すように、エンジンＥＣＵ７０は、
ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ及びＩ／Ｏを備えた、
主に車輌エンジンＥの制御を担うコンピュータ類似の制
御ユニットである。前記ＲＯＭには、後述する各種の制
御プログラム（図７〜図１０のフローチャート参照）や
初期データが記憶されている。ＲＡＭは作業用の記憶領
域を提供する。タイマは、ハード的またはソフト的にイ
ンターバルを変更可能なクロックパルス信号を発生し、
少なくともそのクロック信号は、ＣＰＵに対して定期割
り込み処理の開始時期を告知する定期割り込み信号とし
て利用される。Ｉ／Ｏは、複数の入出力端子を備えたエ
ンジンＥＣＵ７０の入出力インターフェイス回路であ
る。Ｉ／Ｏの入力端子には外部情報検知手段７１が接続
され、Ｉ／Ｏの出力端子には駆動回路７２が接続されて
いる。少なくともエンジンＥＣＵ７０は、外部情報検知
手段７１から提供される各種の外部情報に基づいて適切
なデューティ比Ｄｔを演算し、駆動回路７２に対しその
デューティ比Ｄｔでの駆動信号の出力を指令する。駆動
回路７２は、命じられたデューティ比Ｄｔの駆動信号を
制御弁のコイル６７に出力する。コイル６７に提供され
る駆動信号のデューティ比Ｄｔに応じて、制御弁ソレノ
イド部の電磁付勢力Ｆが変化する。これにより制御弁の
開度がリアルタイムに任意調節され、クランク圧Ｐｃの
迅速な変更ひいてはピストンストローク（これは吐出容
量であり負荷トルクでもある）の迅速な変更が行われ
る。

【００４８】前記外部情報検知手段７１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７１
を構成するセンサ類としては、例えば、Ａ／Ｃスイッチ
８１、車速センサ８２、エンジン回転数センサ８３、ス
ロットルセンサ（又はアクセル開度センサ）８４および
検知回路８５があげられる。Ａ／Ｃスイッチ８１は車輌
の乗員によって操作される空調装置のＯＮ／ＯＦＦ切替
えスイッチであり、エンジンＥＣＵ７０に対し空調装置
のＯＮ／ＯＦＦ設定状況に関する情報を提供する。車速
センサ８２およびエンジン回転数センサ８３は、エンジ
ンＥＣＵ７０に対し車輌速度Ｖおよびエンジン回転数Ｎ
Ｅに関する情報を提供する。スロットルセンサ８４は、
エンジンの吸気管路に設けられたスロットル弁の角度
（又は開度）を検知するセンサであり、このスロットル
弁角度（又は開度）は車輌の操縦者によるアクセルペダ
ルの踏込量（つまりアクセル開度Ａｃ（ｔ））を反映す
る。

【００４９】検知回路８５は蒸発器３３の近傍に設けら
れ（図２参照）、エンジンＥＣＵ７０に対し蒸発器３３
近傍の温度（これは蒸発器３３の表面温度および空調制
御の対象となる室内温度と相関性がある）に関する情報
（検知回路信号）を提供する。検知回路８５は、蒸発器
３３近傍の温度を検出監視する温度センサとしてのサー
ミスタ８６と、温度変化に対応したサーミスタ８６の抵
抗値変化に基づき検知回路信号を生成し出力する信号出
力回路８７とからなる。

【００５０】信号出力回路８７は、前記監視温度と所定
の閾値温度とを比較し両者の大小関係が逆転したときに
その旨を知らせる検知回路信号を出力する。図６は、前
記監視温度と検知回路信号との関係を表す。信号出力回
路８７には、予め閾値温度として下限設定温度Ｔ１（例
えば３℃）および上限設定温度Ｔ２（例えば４℃）が設
定されている。信号出力回路８７は、蒸発器３３内を流
れる冷媒流量と室内温度とのバランスなどによって監視
温度が上昇し、上限設定温度Ｔ２よりも低い状態から高
い状態へと逆転した瞬間にＯＮ信号（立ち上げ信号）を
出力する。また、信号出力回路８７は、監視温度が下降
して下限設定温度Ｔ１よりも高い状態から低い状態へと
逆転した瞬間にＯＦＦ信号（立ち下げ信号）を出力す
る。即ち、ＯＦＦからＯＮへの切替判定値と、ＯＮから
ＯＦＦへの切替判定値とを異ならせることで、ヒステリ
シスを持った切替特性としている。なお、本実施形態に
おいて例として３℃または４℃と示している閾値温度
は、冷房効率を悪化させる蒸発器３３表面のフロスト発
生を回避するとともに、室内を冷房するうえで冷たい空
気を作るために充分低い温度として決定される。

【００５１】なお、少なくともエンジンＥＣＵ７０、検
知回路８５および制御弁によって容量可変型圧縮機の制
御装置が構成される。以下では、エンジンＥＣＵ７０に
よるデューティ制御をフローチャートおよびタイムチャ
ート（図７〜図１３）を参照して説明する。なお、エン
ジンＥＣＵ７０は、通常においては車輌エンジンＥに対
し燃料供給量の制御などに関するエンジン制御を行うの
であるが、これに加えて定期的および不定期的に空調に
関する割り込み処理を行う。

【００５２】図７のチャートは、空調処理の開始および
停止のための割り込み処理に関する不定期割り込み処理
（１）ルーチンを示す。Ａ／Ｃスイッチ８１でスイッチ
の切替があり、その切替信号がエンジンＥＣＵ７０に達
すると、エンジンＥＣＵ７０は割り込み要求があったと
解し、エンジン制御を中断して不定期割り込み処理
（１）を開始する。エンジンＥＣＵ７０は、ステップ７
１（以下単に「Ｓ７１」という。他のステップも以下同
様。）の判定において、Ａ／Ｃスイッチ８１がＯＦＦか
らＯＮへの切替の場合には、Ｓ７２において駆動回路７
２を介して制御弁に与える駆動信号のデューティ比Ｄｔ
に初期値Ｄｔ（ｉｎｉ）（例えば、Ｄｔ（ｉｎｉ）＝５
０％）を与えて初期設定を行う。制御弁はこの初期値Ｄ
ｔ（ｉｎｉ）に対応する弁開度となり、クランク圧Ｐｃ
の変化に応じて圧縮機の吐出容量が所定の初期容量に制
御される。また、エンジンＥＣＵ７０は、Ｓ７１におい
てＡ／Ｃスイッチ８１がＯＮからＯＦＦへの切替の場合
には、Ｓ７３においてデューティ比Ｄｔを強制的にゼロ
にする。デューティ比Ｄｔがゼロである間は、制御弁が
最大開度となり、クランク圧Ｐｃが即座に高まって傾角
θが迅速に最小化され、圧縮機の吐出容量が最小とな
る。Ｓ７２またはＳ７３の後、割り込み処理は終了し、
エンジンＥＣＵ７０は再びエンジン制御を再開する。

【００５３】図８のチャートは、Ａ／Ｃスイッチ８１が
ＯＮ状態にあるときに有効となる不定期割り込み処理
（２）ルーチンを示す。検知回路８５からの信号に変化
があると、エンジンＥＣＵ７０は割り込み要求があった
と解し、エンジン制御を中断して不定期割り込み処理
（２）を開始する。エンジンＥＣＵ７０は、Ｓ８１の判
定において、立ち上げ信号の入力の場合には、Ｓ８２に
おいて図９に示す定期割り込み処理Ａを有効とする。ま
た、エンジンＥＣＵ７０は、Ｓ８１において立ち下げ信
号の入力の場合には、Ｓ８３において図１０に示す定期
割り込み処理Ｂを有効とする。Ｓ８２またはＳ８３の
後、割り込み処理は終了し、エンジンＥＣＵ７０は再び
エンジン制御を再開する。

【００５４】例えば、前述の初期値Ｄｔ（ｉｎｉ）に基
づく圧縮機の冷媒吐出によって蒸発器３３近傍の温度が
下降し前記監視温度が下限設定温度Ｔ１よりも高い状態
から低い状態へと逆転した瞬間に、エンジンＥＣＵ７０
は検知回路８５からの立ち下げ信号を受ける。すると、
Ｓ８３で処理Ｂが有効となるため、エンジンＥＣＵ７０
は、次に立ち上げ信号を受けて処理Ａに切り替わるまで
図１０に示す定期割り込み処理Ｂを定期的に実行する。
この定期割り込みは、タイマからのクロック信号に同期
して実行される。

【００５５】エンジンＥＣＵ７０がエンジン制御を中断
して処理Ｂに入ると、Ｓ１０１において、エンジンＥＣ
Ｕ７０は現在のデューティ比Ｄｔを単位量ΔＤだけ減少
させる。デューティ比Ｄｔの減少は目標となる設定差圧
ＴＰＤの減少、ひいては冷媒循環量または吐出容量の減
少を意味し、冷房を弱める方向に空調を誘導することに
なる。

【００５６】続いてエンジンＥＣＵ７０は、Ｓ１０２に
おいて、デューティ比Ｄｔ（修正値Ｄｔ−ΔＤ）が、予
め設定された下限値Ｄｔ（ｍｉｎ）よりも小さいか否か
を判定する。Ｓ１０２判定がＮＯの場合には、現在のデ
ューティ比Ｄｔが下限値Ｄｔ（ｍｉｎ）を下回っていな
いことになる。この場合には、Ｓ１０３においてエンジ
ンＥＣＵ７０は駆動回路７２にデューティ比Ｄｔの変更
を指示する。すると、ソレノイド部の電磁力Ｆが若干弱
まることで制御弁の設定差圧ＴＰＤも若干減少する。す
ると、その時点での差圧ΔＰ（ｔ）では制御弁における
上下付勢力の均衡が図れないため、作動ロッド４０が下
動して戻しバネ６６の蓄力も減り、バネ６６の下向き付
勢力ｆ２の減少分が上向きの電磁付勢力Ｆの減少分を補
償して再び数５式が成立する位置に作動ロッドの弁体部
４３が位置決めされる。その結果、制御弁の開度（つま
り給気通路２８の開度）が若干増加し、クランク圧Ｐｃ
が増大傾向となり、クランク圧Ｐｃとシリンダボア内圧
とのピストンを介した差も大きくなって斜板１２が傾角
減少方向に傾動し、圧縮機の状態は吐出容量が減少する
方向に移行する。圧縮機の吐出容量が減少すれば、冷媒
循環量の減少に伴い蒸発器３３での除熱能力も低まり室
内温度即ち監視温度も増加傾向に向かうはずであり、
又、圧力監視点Ｐ１，Ｐ２間の差圧は減少する。

【００５７】Ｓ１０２判定がＹＥＳの場合には、Ｓ１０
４においてエンジンＥＣＵ７０はデューティ比Ｄｔを下
限値Ｄｔ（ｍｉｎ）に設定変更すると共に、Ｓ１０３に
て該下限値Ｄｔ（ｍｉｎ）でのデューティ制御を駆動回
路７２に指令する。なお、この下限値Ｄｔ（ｍｉｎ）は
ゼロであってもよい。

【００５８】この定期割り込み処理Ｂが繰り返されるこ
とによって、デューティ比Ｄｔ（即ち設定差圧ＴＰＤ）
は時間の経過と共に漸次減少する。図１２のタイムチャ
ートは、この定期割り込み処理Ｂが繰り返し行われたと
きのデューティ比Ｄｔの経時変化を表す。エンジンＥＣ
Ｕ７０は、検知回路８５からの立ち下げ信号を受ける
と、次に立ち上げ信号を受けるまでは、タイマクロック
に歩調を合わせて、デューティ比Ｄｔを単位量ΔＤ分ず
つ漸次減少させる。この単位量ΔＤ分ずつの漸次減少の
繰り返しによってデューティ比Ｄｔは下限値Ｄｔ（ｍｉ
ｎ）を限度として緩やかに減少し続ける（図１２におけ
るＤｔグラフのｔ３〜ｔ４間を参照）。そして、エンジ
ンＥＣＵ７０に検知回路８５からの立ち上げ信号が入力
されない限りデューティ比Ｄｔは下限値Ｄｔ（ｍｉｎ）
に維持される（図１２におけるＤｔグラフのｔ４以後を
参照）。

【００５９】かかるデューティ比Ｄｔの減少によって圧
縮機の吐出容量が減少し、蒸発器３３での除熱能力が低
くなると、次第に室内温度即ち監視温度が上昇する。監
視温度が上限設定温度Ｔ２よりも低い状態から高い状態
へと逆転した瞬間に、エンジンＥＣＵ７０は検知回路８
５からの立ち上げ信号を受ける。すると、エンジンＥＣ
Ｕ７０は、次に立ち下げ信号を受けるまで図９に示す定
期割り込み処理Ａを繰り返し行う。

【００６０】エンジンＥＣＵ７０がエンジン制御を中断
して処理Ａに入ると、Ｓ９１において、エンジンＥＣＵ
７０は現在のデューティ比Ｄｔを単位量ΔＤだけ増大さ
せる。デューティ比Ｄｔの増加は目標となる設定差圧Ｔ
ＰＤの増大、ひいては冷媒循環量または吐出容量の増加
を意味し、冷房を強める方向に空調を誘導することにな
る。

【００６１】続いてエンジンＥＣＵ７０は、Ｓ９２にお
いて、デューティ比Ｄｔ（修正値Ｄｔ＋ΔＤ）が、予め
設定された上限値Ｄｔ（ｍａｘ）よりも大きいか否かを
判定する。Ｓ９２判定がＮＯの場合には、現在のデュー
ティ比Ｄｔが上限値Ｄｔ（ｍａｘ）を上回っていないこ
とになる。この場合には、Ｓ９３においてエンジンＥＣ
Ｕ７０は駆動回路７２にデューティ比Ｄｔの変更を指示
する。すると、ソレノイド部の電磁力Ｆが若干強まるこ
とで制御弁の設定差圧ＴＰＤも若干増大する。すると、
その時点での差圧ΔＰ（ｔ）では制御弁における上下付
勢力の均衡が図れないため、作動ロッド４０が上動して
戻しバネ６６が蓄力され、バネ６６の下向き付勢力ｆ２
の増加分が上向きの電磁付勢力Ｆの増加分を補償して再
び数５式が成立する位置に作動ロッドの弁体部４３が位
置決めされる。その結果、制御弁の開度（つまり給気通
路２８の開度）が若干減少し、クランク圧Ｐｃが低下傾
向となり、クランク圧Ｐｃとシリンダボア内圧とのピス
トンを介した差も小さくなって斜板１２が傾角増大方向
に傾動し、圧縮機の状態は吐出容量が増大する方向に移
行する。圧縮機の吐出容量が増大すれば、冷媒循環量の
増大に伴い蒸発器３３での除熱能力も高まり室内温度即
ち監視温度も低下傾向に向かうはずであり、又、圧力監
視点Ｐ１，Ｐ２間の差圧は増加する。

【００６２】Ｓ９２判定がＹＥＳの場合には、Ｓ９４に
おいてエンジンＥＣＵ７０はデューティ比Ｄｔを上限値
Ｄｔ（ｍａｘ）に設定変更すると共に、Ｓ９３にて該上
限値Ｄｔ（ｍａｘ）でのデューティ制御を駆動回路７２
に指令する。この定期割り込み処理Ａが繰り返されるこ
とによって、デューティ比Ｄｔ（即ち設定差圧ＴＰＤ）
は時間の経過と共に漸次増加する。図１１のタイムチャ
ートは、この定期割り込み処理Ａが繰り返し行われたと
きのデューティ比Ｄｔの経時変化を表す。エンジンＥＣ
Ｕ７０は、検知回路８５からの立ち上げ信号を受ける
と、次に立ち下げ信号を受けるまでは、タイマクロック
に歩調を合わせて、デューティ比Ｄｔを単位量ΔＤ分ず
つ漸次増加させる。この単位量ΔＤ分ずつの漸次増加の
繰り返しによってデューティ比Ｄｔは上限値Ｄｔ（ｍａ
ｘ）を限度として緩やかに増加し続ける（図１１におけ
るＤｔグラフのｔ１〜ｔ２間を参照）。そして、エンジ
ンＥＣＵ７０に検知回路８５からの立ち上げ信号が入力
されない限りデューティ比Ｄｔは上限値Ｄｔ（ｍａｘ）
に維持される（図１１におけるＤｔグラフのｔ２以後を
参照）。

【００６３】かかるデューティ比Ｄｔの増大によって圧
縮機の吐出容量が増大し、蒸発器３３での除熱能力が高
くなると、次第に室内温度即ち監視温度が低下する。監
視温度が下限設定温度Ｔ１よりも高い状態から低い状態
へと逆転すると、エンジンＥＣＵ７０は次に立ち上げ信
号を受けるまで定期割り込み処理Ｂを繰り返し行う。

【００６４】つまり、エンジンＥＣＵ７０は、検知回路
８５から監視温度と閾値温度との大小関係の逆転を知ら
せる信号（検知回路信号）を入力するまでは、デューテ
ィ比Ｄｔ即ち制御弁の設定差圧ＴＰＤを時間の経過と共
に漸次増加または減少させる処理を続行する。そして、
検知回路８５から前記信号を入力したときに、設定差圧
ＴＰＤの増加または減少の処理を一方から他方に切り替
える。このようにして、設定差圧ＴＰＤ（デューティ比
Ｄｔ）の増加および減少が交互に繰り返される。急激な
外的熱負荷変動などがない場合において、この増加減少
をマクロ的に見ると、デューティ比Ｄｔは、図１３のタ
イムチャートに示す実線１３１のような経時変化を示
す。監視温度の変化（閾値温度Ｔ１〜Ｔ２間において繰
り返される上昇低下）によって、検知回路８５からの立
ち上げ信号と立ち下げ信号が切り替わる度に、デューテ
ィ比Ｄｔは中心値ＤｔＭｉｄ（ｔ）（このＤｔＭｉｄ
（ｔ）は経時変化を伴う変数値であると共に一定値たり
うるものである。例として、図１３において一点鎖線１
３２にて示す。）に対してほぼ一定の振幅を保ちながら
増大および減少を交互に繰り返す。これは、更にマクロ
的な見地に立ったとき、エンジンＥＣＵ７０による二値
的なＯＮ−ＯＦＦ制御によって、デューティ比Ｄｔが或
る幅を持ちつつも中心値ＤｔＭｉｄ（ｔ）付近に制御さ
れているとも言える。

【００６５】このように、蒸発器３３の熱負荷が変動し
ても、デューティ比Ｄｔ即ち設定差圧ＴＰＤが最適化さ
れ、冷媒循環量が制御されて蒸発器３３近傍の温度が冷
房に最適な温度に保たれる。

【００６６】（効果）本実施形態によれば、以下のよう
な効果を得ることができる。〇本実施形態では、エンジンＥＣＵ７０において、検
知回路８５からの立ち上げおよび立ち下げ信号の入力に
よってデューティ比Ｄｔを増加減少させるという単純な
制御を行うことで、蒸発器３３近傍の温度を冷房に最適
な温度に保つようにした。即ち、割り込み処理でも対応
可能なほど単純な制御シーケンスを採用することで制御
ユニットに対する演算負荷を低減したため、空調制御専
用に高価な制御ユニットを設けることなく、主に車輌エ
ンジンＥの制御を担うエンジンＥＣＵ７０を利用して前
述の温度維持を可能にした。したがって、圧縮機の製品
コストに占める制御ユニットのコスト比率の増加を抑え
ることができる。

【００６７】〇本実施形態では、検知回路８５が監視
する監視温度の比較対象である閾値温度に下限および上
限設定温度Ｔ１，Ｔ２を設け、立ち上げおよび立ち下げ
信号が発せられるときの温度をそれぞれ異なるようにす
るというヒステリシス特性を持たせた。これにより、単
一閾値温度のみが設定されている場合に発生しがちな出
力信号のチャタリングを回避し、圧縮機に無理のない安
定した吐出容量制御を可能とする。なお、検知回路８５
におけるチャタリングとは、監視温度と単一閾値温度と
の比較における両者の大小関係逆転の頻発による、前記
逆転を知らせる検知回路信号の瞬間多発をいう。

【００６８】〇本実施形態では、蒸発器３３での熱負
荷の大きさに影響される吸入圧Ｐｓそのものを容量制御
弁の開度制御における直接の指標とすることなく、冷媒
循環回路における二つの圧力監視点Ｐ１，Ｐ２間の差圧
ΔＰ（ｔ）＝ＰｄＨ−ＰｄＬを直接の制御対象として圧
縮機吐出容量のフィードバック制御を実現している。こ
のため、蒸発器３３での熱負荷状況に影響されることな
く、外部制御によってレスポンス性の高い吐出容量の増
加減少制御を行うことができる。

【００６９】〇図３の制御弁は、電磁付勢力Ｆが変更
されない限り、Ｆ，ｆ１，ｆ２，ＳＡ，ＳＢによって決
定される設定差圧ＴＰＤ通りの二点間差圧を実現してそ
の二点間差圧に対応した定流量を維持すべく圧縮機の吐
出容量を自律的に制御する内部制御弁として機能する。
又、外部制御により電磁付勢力Ｆを変更することで設定
差圧ＴＰＤを適宜変更可能な設定差圧可変型の容量制御
弁として機能する。

【００７０】本発明の趣旨から逸脱しない範囲で、例え
ば、以下の様態でも実施できる。 ○ 検知回路８５は、サーミスタ８６と信号出力回路８
７とが一体化されていても、別体化されていてもどちら
でもよい。別体化されている場合には、少なくともサー
ミスタ８６が温度監視対象（前記実施形態では蒸発器３
３）の温度を監視していればよい。

【００７１】○ 駆動回路７２が出力する駆動信号のデ
ューティ比Ｄｔに、Ｓ９４およびＳ１０４におけるよう
な上下限値Ｄｔ（ｍａｘ），Ｄｔ（ｍｉｎ）を設けるこ
とは必須ではない。

【００７２】○ 閾値温度に異なる値の上限温度Ｔ２と
下限温度Ｔ１を設定せず、単一の閾値温度のみとしても
よい。 ○ 前記実施形態では設定差圧変更手段は車輌エンジン
用の制御ユニットであるエンジンＥＣＵ７０を兼用した
が、別ユニットであってもよい。設定差圧をリアルタイ
ムで精緻に調節するＰＩ制御やＰＩＤ制御を行った場合
に比べて、前記実施形態における制御はプログラムおよ
び各演算処理が簡易なものであるため、制御ユニットの
コストを低減することができる。

【００７３】○ 前記実施形態では往復ピストン式圧縮
機の適用例を示したが、特開平１１−３２４９３０公報
に開示されているような容量可変スクロール型圧縮機等
の回転型圧縮機に適用してもよい。

【００７４】○ 前記実施形態では、吐出室２２内に上
流側の圧力監視点Ｐ１を定めるとともに、流通管３６の
途中に下流側の圧力監視点Ｐ２を定めたが、流通管３５
の途中に上流側の圧力監視点Ｐ１を定めるとともに、吸
入室２１内に下流側の圧力監視点Ｐ２を定めてもよい。
また、吐出室２２内及び流通管３６の途中のうちいずれ
か一方に上流側の圧力監視点Ｐ１を定めるとともに、吸
入室２１内及び流通管３５の途中のうちいずれか一方に
下流側の圧力監視点Ｐ２を定めてもよい。吐出室２２内
及び流通管３６の途中のうちいずれか一方に上流側の圧
力監視点Ｐ１を定めるとともに、クランク室５内に下流
側の圧力監視点Ｐ２を定めてもよい。更に、クランク室
５内に上流側の圧力監視点Ｐ１を定めるとともに、吸入
室２１内及び流通管３５の途中のうちいずれか一方に下
流側の圧力監視点Ｐ２を定めてもよい。

【００７５】（前記各請求項に記載した以外の技術的思
想のポイント） ○ 凝縮器、減圧装置、蒸発器、容量可変型圧縮機およ
び請求項１〜６のいずれかに記載の容量可変型圧縮機の
制御装置とを備えてなる空調装置。

【００７６】○ 上記空調装置は、車両用空調装置であ
ること。

【００７７】

【発明の効果】以上詳述したように、各請求項に記載の
容量可変型圧縮機の制御装置によれば、制御ユニットに
対する演算負荷を低減するとともに圧縮機の製品コスト
に占める制御ユニットのコスト比率の増加を抑えること
ができる。また、冷媒循環回路に設定された二つの圧力
監視点間の差圧に感応する制御弁を採用したので、冷媒
循環回路の蒸発器での熱負荷状況に影響されることな
く、圧縮機の吐出容量を直接的に制御することが可能と
なり、該吐出容量制御の制御性や応答性を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】容量可変型斜板式圧縮機の一例の断面図。

【図２】本実施形態に従う冷媒循環回路の概要を示す回
路図。

【図３】本実施形態に従う容量制御弁の断面図。

【図４】図３の制御弁の構造特性を説明するための概略
断面図。

【図５】本実施形態に従う制御体系を示すブロック図。

【図６】検知回路信号と監視温度の関係を概念的に示す
グラフ。

【図７】不定期割り込み処理（１）のフローチャート。

【図８】不定期割り込み処理（２）のフローチャート。

【図９】定期割り込み処理Ａのフローチャート。

【図１０】定期割り込み処理Ｂのフローチャート。

【図１１】デューティ比Ｄｔと検知回路信号（立ち上げ
に関する信号）の関係を概念的に示すタイムチャート。

【図１２】デューティ比Ｄｔと検知回路信号（立ち下げ
に関する信号）の関係を概念的に示すタイムチャート。

【図１３】デューティ比Ｄｔと検知回路信号（立ち上げ
および立ち下げに関する信号）の関係を概念的に示すタ
イムチャート。

【符号の説明】

１ａ…シリンダボア、５…制御室としてのクランク室、
１２…斜板（カムプレート）、２０…ピストン、２１…
吸入圧領域としての吸入室、２２…吐出室（１ａ及び２
２は吐出圧領域を構成する）、３３…蒸発器、７０…設
定差圧変更手段および車輌エンジン用の制御ユニットと
してのエンジンＥＣＵ、８５…検知回路（７０及び８５
は容量可変型圧縮機の制御装置を構成する）、８６…温
度センサとしてのサーミスタ、Ｅ…車輌エンジン、Ｐ
１，Ｐ２…二つの圧力監視点、Ｔ１…閾値温度としての
下限設定温度、Ｔ２…閾値温度としての上限設定温度、
ＴＰＤ…設定差圧。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水藤健愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者松原亮愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内Ｆターム(参考） 3H045 AA04 AA10 AA12 AA27 BA12 BA20 BA28 BA31 CA01 CA09 CA12 CA24 CA29 CA30 DA09 DA11 DA25 DA47 EA13 EA16 EA35 EA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸入圧領域及び吐出圧領域に連通する制
御室の内圧を調節することで容量可変型圧縮機の吐出容
量を制御する制御装置において、冷媒循環回路に設定された二つの圧力監視点間の差圧に
感応し且つその二点間差圧に基づく荷重を自律的な弁開
度調節のための機械的入力として利用すると共に、その
自律的な弁開度調節動作の目標となる設定差圧を外部か
らの電気制御によって変更可能に構成された、制御室の
内圧を制御するための制御弁と、空調制御の対象となる室内温度と相関性のある温度を監
視する温度センサを含んでなり、その監視温度と所定の
閾値温度とを比較し両者の大小関係が逆転したときには
その旨を知らせる信号を出力する検知回路と、制御弁の設定差圧を時間の経過と共に漸次増加又は減少
させる処理を行うと共に、前記検知回路から監視温度と
閾値温度との大小関係の逆転を知らせる信号を入力した
ときに、設定差圧の増加又は減少の処理を一方から他方
に切り替える設定差圧変更手段とを備えたことを特徴と
する容量可変型圧縮機の制御装置。
【請求項２】前記制御室は、シリンダボア内にピスト
ンを往復動可能に収容する往復ピストン式圧縮機におい
て、該ピストンと作動連結されたカムプレートを収容す
るクランク室であることを特徴とする請求項１に記載の
容量可変型圧縮機の制御装置。
【請求項３】前記閾値温度には各々異なる値の上限温
度と下限温度が設定され、前記検知回路は、前記監視温度が前記上限温度よりも低
い温度から高い温度に上昇した時及び前記監視温度が前
記下限温度よりも高い温度から低い温度に下降した時
に、前記監視温度と閾値温度との大小関係が逆転した旨
を知らせる信号を出力することを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の容量可変型圧縮機の制御装置。
【請求項４】前記監視温度が前記上限温度よりも低い
温度から高い温度に上昇した時に検知回路が出力する信
号に応答して、前記設定差圧変更手段は、圧縮機の吐出
容量が増加するように制御弁の設定差圧を増加方向に向
かわせ、前記監視温度が前記下限温度よりも高い温度から低い温
度に下降した時に検知回路が出力する信号に応答して、
前記設定差圧変更手段は、前記圧縮機の吐出容量が減少
するように制御弁の設定差圧を減少方向に向かわせるこ
とを特徴とする請求項３に記載の容量可変型圧縮機の制
御装置。
【請求項５】前記温度センサは、前記圧縮機とともに
冷媒循環回路を構成する蒸発器の近傍に設けられたこと
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の容量
可変型圧縮機の制御装置。
【請求項６】前記設定差圧変更手段は、前記圧縮機の
駆動源である車輌エンジン用の制御ユニットで兼用され
ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載
の容量可変型圧縮機の制御装置。