JP2006070902A - 容量可変型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】起動時には最大冷力を引き出し、発進または加速時には駆動トルクを小さくし、定常運転時には最大効率で運転できるような冷凍サイクルに使用される容量可変型圧縮機を提供する。
【解決手段】吐出側冷媒流路１８に外部条件の変化に応じて開度を設定できる電磁比例式流量制御弁４０（可変オリフィス）を配置し、その前後に発生する差圧を感知して差圧が所定値になるよう定差圧弁４１がクランク室８の圧力Ｐｃを制御することで、吐出流量が一定に制御される容量可変型圧縮機を構成した。電磁比例式流量制御弁４０を制御する電気信号により、冷凍サイクルのエネルギ状態を推定するのに必要な冷凍サイクルの冷媒流量を正確に知ることが可能になったので、その電気信号に基づいて冷凍サイクルのエネルギ制御、駆動トルクのトルク制御を可能にしている。
【選択図】図３

Description

本発明は容量可変型圧縮機に関し、特に自動車用空調装置の駆動源であるエンジンに対してできるだけ負荷が少なくかつ高精度な制御が可能な冷凍サイクルに使用される容量可変型圧縮機に関する。

自動車用空調装置においては、圧縮機がエンジンによって駆動されるため、運転状態がエンジンの運転状態によって大きく影響される。逆に、エンジンは、自動車用空調装置が負荷になっており、自動車用空調装置を駆動するための余分なエネルギを必要とする。このエンジンの負荷は、自動車用空調装置を冷凍サイクルの成績係数が最適になるよう制御することによって軽減することができる。

たとえば特開平９−２６４６２２号公報に記載の冷凍サイクルでは、圧縮機として回転数制御の可能な電動モータ駆動式のものを用い、膨張装置としては圧力制御弁を用いて、冷凍サイクルの成績係数が最適になるような制御を行っている。すなわち、この公報に記載の圧力制御弁は、弁体を駆動するダイヤフラムによって閉止された密閉空間内に、弁孔が閉じた状態の密閉空間内体積に対して、冷媒の温度が０℃での飽和液密度から冷媒の臨界点での飽和液密度に至る範囲の密度で冷媒を封入し、ガスクーラの出口側圧力および温度を、成績係数が最適となる最適制御線上に沿って制御するようにしている。また、膨張装置としてステップモータにより制御駆動される電気式圧力制御弁を使用しており、これも、その入口側圧力および温度が最適制御線上に沿って制御されるようにしている。

また、自動車用空調装置の運転中に自動車が発進または加速走行しようとしたときには、燃料消費を大きく増やすことなく発進または加速に必要なエンジン出力トルクを確保するため、冷凍サイクルの圧縮機の容量、つまり駆動トルクを瞬時に落とし、やがて、徐々に復帰するような制御を行っている。

さらに、エンジンの出力は、その負荷である自動車用空調装置の運転状態に応じて制御する必要がある。たとえば自動車用空調装置が運転中は、圧縮機の駆動トルクを考慮し、その駆動トルクを余分に発生するようにエンジン出力トルクが制御されている。圧縮機の駆動トルクは、あらかじめ設定されていて、自動車用空調装置が運転されるときは、そのあらかじめ設定された固定値だけ余分に駆動トルクを発生するように制御している。

あらかじめ設定された駆動トルクは、実際の駆動トルクと大きく相違することがあるため、エンジン出力トルクも必要なトルクからずれて制御されることになる。そのため、たとえば特開２００１−１８０２６１号公報に記載の技術では、容量可変型圧縮機の吐出容量を外部から電気制御するための圧縮機制御信号に基づいて、容量可変型圧縮機の駆動トルクを推定し、これを上乗せしてエンジン出力トルクを制御するようにしている。

このように従来の冷凍サイクルの制御は、圧力および温度の関係が最適制御線上に沿うよう膨張装置を制御することで、冷凍サイクルを効率良く運転することができる。しかしながら、この効率の良い運転方法は、制御点が常に最適制御線上にあるため、必ずしも、最も良く冷えるような制御をしているとは限らない。したがって、冷凍サイクルの起動時でも、最大効率で運転するように制御しようとするため、定常状態に達するまで時間がかかるという問題点があった。

また、自動車の発進または加速時には、圧縮機の駆動トルクを制御することになるが、その場合、特に圧縮機の容量低下からの復帰時の制御において、圧縮機の実際の駆動トルクを正確に推し量る手段がないため、精度の高い制御ができないという問題点があった。

さらに、エンジン出力トルクの制御に必要な容量可変型圧縮機の駆動トルクについては、冷媒循環回路に設定された２つの圧力監視点間の差圧に容量可変型圧縮機の吐出容量が反映されていることから、２つの圧力監視点間の差圧を設定するための圧縮機制御信号から容量可変型圧縮機の吐出容量つまりはその駆動トルクを推定しているが、実際には、その圧縮機制御信号からだけでは、容量可変型圧縮機の駆動トルクを正確に推定することは難しいという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、起動時には最大冷力を引き出し、発進または加速時には容量可変型圧縮機の駆動トルクを小さく、定常運転時には最大効率で運転することを可能にするような冷凍サイクルに使用される容量可変型圧縮機を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、気密に形成されたクランク室内で回転軸に対して傾斜角可変に設けられて前記回転軸の回転駆動により揺動運動をする揺動体と、前記揺動体に連結されて前記揺動体の揺動運動で前記回転軸の軸線の方向に往復動することにより冷媒の吸入室からシリンダ内への吸入、圧縮およびシリンダから吐出室への吐出を行うピストンとを有する容量可変型圧縮機において、前記吐出室へ通じる吐出側冷媒流路内に配置されて外部条件の変化に応じて開度を設定できる可変オリフィスと、前記吐出室から前記クランク室へ通じる冷媒流路内に配置されて前記可変オリフィスの前後に発生する差圧を感知して前記差圧が所定値になるよう開度調整を行う定差圧弁と、前記クランク室から吸入室へ通じる冷媒流路内に配置された固定オリフィスと、を備え、前記吐出室から吐出される冷媒の流量が略一定になるよう制御されることを特徴とする容量可変型圧縮機が提供される。

このような容量可変型圧縮機によれば、吐出室から吐出される冷媒の流量が略一定になるよう制御しているので、実際にその制御に使われる電気信号は、容量可変型圧縮機の駆動トルク、すなわち冷凍サイクルのエネルギ状態を推定するのに必要な冷凍サイクルの冷媒流量を正確に示していることになる。したがって、その電気信号に基づいてこの容量可変型圧縮機の駆動トルク、すなわち冷凍サイクルのエネルギ状態を正確に推定できることから、冷凍サイクルの制御および自動車の走行状態に応じた制御が可能になり、冷凍サイクルをよりきめ細かく制御することが可能になる。

本発明では、容量可変型圧縮機が吐出される冷媒の流量が一定になるように制御されているので、冷凍サイクルのエネルギ状態を推定するのに必要な冷凍サイクルの冷媒流量を正確に知ることができる。このため、容量可変型圧縮機の制御に用いられる電気信号に基づいて、冷凍サイクルのエネルギ状態を正確に推定することが可能になるので、最大冷力運転、最大効率運転、必要最小冷力運転などのエネルギ制御を可能にし、省燃費運転を可能にするような冷凍サイクルの実現を可能にしている。さらに、エンジンの回転数を用いることにより、圧縮機の駆動トルクを高い精度で推定できるため、冷凍サイクルをよりきめ細かく制御することが可能になり、エンジンが大きな駆動トルクを必要とする場合には、圧縮機の駆動トルクを小さくするようなトルク制御が可能になるので、エンストや過大な回転速度になったりすることがなくなり、適正なアイドリング状態を維持することができる。

まず、冷凍サイクルのエネルギ状態について先に説明する。
冷凍サイクルの冷力Ｑ、すなわちエネルギは、冷凍サイクル内の冷媒高圧側圧力と低圧側圧力との差圧ΔＰと冷媒流量Ｇｆとの積に比例し、
Ｑ∝Ｇｆ＊ΔＰ ・・・（１）
で表すことができる。一方、冷凍サイクルを動かすのに必要なエンジンのエネルギは、Ｎを回転数、Ｔを駆動トルクとすると、
Ｑ∝Ｎ＊Ｔ ・・・（２）
で表される。これらの式から、
Ｑ∝Ｎ＊Ｔ∝Ｇｆ＊ΔＰ ・・・（３）
が得られる。この式から、冷凍サイクル内の冷媒高圧側圧力と低圧側圧力との差圧ΔＰと冷媒流量Ｇｆと回転数Ｎとが分かれば、容量可変型圧縮機の駆動トルクが分かることになる。ここで、差圧ΔＰは、容量可変型圧縮機の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差、あるいは、膨張装置の入口圧力と出口圧力との差であり、容量可変型圧縮機あるいは膨張装置の差圧を一定の差圧に制御する制御弁の第１の電気信号の関数になっている。一方、冷媒流量Ｇｆは、容量可変型圧縮機あるいは膨張装置から吐出される冷媒の流量で、容量可変型圧縮機あるいは膨張装置から吐出される冷媒を一定流量に制御する制御弁の第２の電気信号の関数になっている。つまり、差圧ΔＰおよび冷媒流量Ｇｆは、第１の電気信号および第２の電気信号によって制御弁のコイルへ供給される電流ｉによって決められるので、これらの電流値を直接検出することによって冷凍サイクルのエネルギを正確に求めることができる。

また、冷凍サイクルを動かすのに必要なエンジンのエネルギの式（３）からは、エンジンの回転数Ｎが分かっているので、式（３）により駆動トルクＴが分かる。しかも、冷凍サイクルのエネルギを求めるパラメータが正確に検出できることから駆動トルクＴをより正確に求めることができる。

これにより、差圧ΔＰおよび冷媒流量Ｇｆを第１の電気信号および第２の電気信号によって制御することにより、冷凍サイクルのエネルギを自由に制御できるだけでなく、駆動トルクＴも自由に制御できることになる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は冷凍システムの原理的な構成を示すシステム図である。
この冷凍システムは、冷媒を圧縮する容量可変型圧縮機１と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器２と、凝縮された冷媒を断熱膨張させる電子膨張弁３と、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器４とを備えている。

容量可変型圧縮機１は、一定流量の冷媒を吐出する流量制御式のものであり、電子膨張弁３は、その冷媒入口と出口との差圧を一定に制御する差圧制御式または比例制御式のものが用いられる。

容量可変型圧縮機１は、その吐出室から吐出される吐出圧力Ｐｄの冷媒を直接凝縮器２に供給するとともに、その一部を容量制御弁５で圧力Ｐｃにしてクランク室に供給するよう構成され、その容量制御弁５は、駆動回路６に接続されている。また、蒸発器４から戻ってきた吸入圧力Ｐｓの冷媒は、吸入室に供給するよう構成され、さらに、クランク室と吸入室との間には、オリフィス７が設けられている。

容量制御弁５は、容量可変型圧縮機１から吐出される冷媒を駆動回路６によって与えられた第１の電気信号により決まる一定の流量で吐出するように制御する。また、電子膨張弁３は、図示しない駆動回路から与えられる第２の電気信号により冷媒の通路の大きさを制御して、その冷媒入口と出口との差圧が一定になるように制御する。

図２は容量可変型圧縮機を流量制御式にした冷凍システムの差圧−流量特性を示す図である。
この特性において、縦軸は容量可変型圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧を示し、横軸は冷凍サイクルを流れる冷媒の流量を示している。ここで、曲線は、容量可変型圧縮機１がある回転数で回転しているときの圧縮機可変容量率を示しており、原点から最も遠い曲線は圧縮機可変容量率が１００％、つまり、容量可変型圧縮機１が最大で運転しているときを示している。

容量可変型圧縮機１は流量制御式なので、吐出される冷媒流量Ｇｆ（ｉ）は駆動回路６によって与えられる第１の電気信号の電流値ｉによって決められる。また、電子膨張弁３における差圧ΔＰに関しては、電子膨張弁３が差圧制御膨張弁の場合は、その差圧制御膨張弁に与えられる第２の電気信号の電流値ｉａ，ｉｂによって差圧ΔＰが決められ、電子膨張弁３が比例制御膨張弁の場合は、その比例制御膨張弁に与えられる第２の電気信号の電流値ｉ１，ｉ２によって傾きが決められる。したがって、この冷凍システムでは、容量可変型圧縮機１の冷媒流量Ｇｆ（ｉ）および差圧ΔＰが分かるので、そのときの可変容量率を知ることができる。

この可変容量率は、容量可変型圧縮機１の運転状態を示しているので、自動車がほぼ一定の速度で走行しているときには、同じエネルギでできるだけ差圧が小さくなるように容量可変型圧縮機１の冷媒流量Ｇｆ（ｉ）および電子膨張弁３の差圧ΔＰを制御して、冷凍システムの効率が最大になるよう制御することができる。また、自動車用空調装置の起動時の場合、特に、外気温が非常に高いときの起動時の場合には、最大冷力が必要になる。この最大冷力は、最大効率の運転の場合と逆に、できるだけ大きな差圧になるように容量可変型圧縮機１の冷媒流量Ｇｆ（ｉ）および電子膨張弁３の差圧ΔＰを制御する。さらに、自動車が発進または加速するときには、エンジンは、その出力トルクを余分に必要としているが、そのときの容量可変型圧縮機１の駆動トルクは、冷凍サイクルの冷力であるエネルギとエンジンの回転数とから分かるため、エンジンが余分に必要としている出力トルク分だけ、冷凍サイクルのエネルギを減らすように容量可変型圧縮機１の冷媒流量Ｇｆ（ｉ）および電子膨張弁３の差圧ΔＰを制御することができる。なお、冷凍サイクルが運転中のエネルギから、エンジンの回転数に対応する駆動トルクが分かるので、その駆動トルクを、たとえば自動車のアイドリング時のエンジン出力トルクの制御に利用することができる。すなわち、その駆動トルクの値を使い、その駆動トルク分を上乗せしてエンジン出力トルクを制御し、これによってエンジンの不安定動作、さらには停止といった不具合を防止することができる。

次に、この冷凍システムを構成する容量可変型圧縮機１および電子膨張弁３の具体例について説明する。
図３は流量制御式の容量可変型圧縮機の一構成例を示す断面図、図４は容量可変型圧縮機に用いられる電磁比例式流量制御弁の詳細を示す断面図、図５は容量可変型圧縮機に用いられる定差圧弁の詳細を示す断面図である。

この容量可変型圧縮機は、気密に形成されたクランク室１０を有し、中には回転自在に支持された回転軸１１を有している。この回転軸１１の一端は、図示しない軸封装置を介してクランク室１０の外まで延びていてエンジンの出力軸から駆動力が伝達されるプーリ１２が固定されている。回転軸１１には、揺動板１３が傾斜角可変に設けられている。回転軸１１の軸線の回りには、複数（図示の例では１つ）のシリンダ１４が配置されている。各シリンダ１４には、揺動板１３の回転運動が往復運動に変換されて駆動されるピストン１５が配置されている。各シリンダ１４は、それぞれ吸入用リリーフ弁１６および吐出用リリーフ弁１７を介して吸入室８および吐出室９に接続されている。各シリンダ１４の吸入室８は、相互に連通して１つの部屋になっており、蒸発器４に接続される。また、各シリンダ１４の吐出室９も、相互に連通して１つの部屋になっており、吐出側冷媒流路１８を介して凝縮器２に接続される。

この流量制御式の容量可変型圧縮機は、吐出室９から凝縮器２へ向かう吐出側冷媒流路１８に電磁比例式流量制御弁４０を設け、流路面積を外部条件の変化に応じて比例的に変化させることができる可変オリフィスを構成している。また、吐出室９は、定差圧弁４１を介してクランク室１０に接続され、クランク室１０は固定のオリフィス２１を介して吸入室８に接続されている。定差圧弁４１は、吐出室９の吐出圧力Ｐｄと電磁比例式流量制御弁４０を通ってきた吐出側冷媒流路１８の圧力Ｐｄ’とを導入し、電磁比例式流量制御弁４０の前後に発生する差圧が一定になるように、吐出室９からクランク室１０、さらにはクランク室１０からオリフィス２１を介して吸入室８へ流れる冷媒を制御する弁である。なお、電磁比例式流量制御弁４０および定差圧弁４１は、図１に示した容量制御弁５を構成している。

電磁比例式流量制御弁４０は、図４に示したように、弁部４２およびソレノイド部４３から構成されている。弁部４２は、吐出室９の吐出圧力Ｐｄを導入するポート４４と、この弁部４２にて減圧された圧力Ｐｄ’を吐出側冷媒流路１８へ導出するポート４５とを有し、これらを連通する流路には、弁座４６が形成され、この弁座４６の上流側にボール形状の弁体４７が弁座４６に対向して配置されている。ポート４４の開口端にはアジャストねじ４８が螺着されており、弁体４７とアジャストねじ４８との間には、弁体４７を閉じる方向に付勢するスプリング４９が配置されている。また、弁体４７は弁孔を介して軸線方向に延びるシャフト５０の一端に当接しており、このシャフト５０の他端は、軸線方向に進退自在に配置されたピストン５１に固定されている。このピストン５１は弁孔とほぼ同じ径を有し、弁体４７より下流側の圧力Ｐｄ’が軸線両方向に対して等しくかかるようにして弁体４７の制御に圧力Ｐｄ’が影響しないようにしている。また、弁体４７の上流側空間とピストン５１のソレノイド部側空間との間には、連通路５２が設けられており、ピストン５１の背圧側に吐出圧力Ｐｄを導入して、弁体４７にかかる吐出圧力Ｐｄをキャンセルするようにしている。

ソレノイド部４３は、電磁コイル５３、コア５４、プランジャ５５、シャフト５６を有している。シャフト５６の両端は、ガイド５７，５８によって支持されている。シャフト５６のほぼ中央部には、Ｅリング５９が嵌着されており、プランジャ５５がコア５４に吸着するよう移動したとき、シャフト５６も一緒に移動するようにしている。これにより、プランジャ５５が図の上方へ移動すると、シャフト５６が図の上端に当接されているピストン５１を押し、弁体４７を開く方向に作用する。その移動量は、電磁コイル５３に供給する電流値に比例する。したがって、この電磁比例式流量制御弁４０を通る冷媒の流路面積は、電磁コイル５３に供給される制御電流の値によって決めることができる。

定差圧弁４１は、図５に示したように、吐出室９の吐出圧力Ｐｄを導入するポート６０と、この定差圧弁４１で制御された圧力Ｐｃをクランク室１０へ導入するポート６１と、電磁比例式流量制御弁４０によって減圧された圧力Ｐｄ’を導入するポート６２とを有している。

ポート６０とポート６１とを連通する流路には、弁座６３が形成され、この弁座６３の下流側に弁体６４が弁座６３に対向して配置されている。この弁体６４には、フランジが設けられていて、弁座６３との間に弁体６４を開く方向へ付勢するスプリング６５が配置されている。

弁体６４と同軸上には、軸線方向に進退自在に配置されて両面にポート６１からの吐出圧力Ｐｄとポート６２からの圧力Ｐｄ’とを受ける感圧ピストン６６が設けられており、一体に動くよう弁体６４に固定されている。

感圧ピストン６６の図の下方には、スプリング荷重調整用のアジャストねじ６７が設けられ、感圧ピストン６６とアジャストねじ６７との間には、弁体６４を閉じる方向に感圧ピストン６６を付勢するスプリング６８が配置されている。

以上の構成の容量可変型圧縮機においては、電磁比例式流量制御弁４０が、所定の制御電流の供給を受けて、凝縮器２に連通する吐出側冷媒流路１８を絞り、所定の大きさのオリフィスを形成し、流量Ｑｄにより所定の差圧（Ｐｄ−Ｐｄ’）を発生させるようにしている。また、定差圧弁４１は、感圧ピストン６６が所定の差圧（Ｐｄ＞Ｐｄ’）を受け、それによって発生する図の下向きの力とスプリング６５，６８の荷重とが釣り合う位置に弁体６４が静止し、弁開度が制御されている。したがって、制御電流によって決まる電磁比例式流量制御弁４０の前後差圧を定差圧弁４１が感知し、定差圧弁４１は、その差圧があらかじめ設定された所定値（すなわち、一定の流量Ｑｄ）になるよう弁開度を調整して、クランク室１０に導入される冷媒の流量を制御し、これによって定流量式の容量可変型圧縮機を構成している。

次に、この定流量式の容量可変型圧縮機と組み合わされる電子膨張弁３の例を示す。この電子膨張弁３としては、差圧制御膨張弁および比例制御膨張弁がある。
図６は差圧制御膨張弁の詳細を示す断面図である。

差圧制御膨張弁は、ボディ７１の側面に高圧の冷媒を受ける入口ポート７２が設けられ、そこに冷媒配管７３が溶着されている。この冷媒配管７３には、その通路を塞ぐようにストレーナ７４が配置されている。入口ポート７２は、冷媒流路７５を介して出口ポート７６に連通されている。この出口ポート７６には、冷媒配管７７が溶着されている。冷媒流路７５の途中には、主弁座７８がボディ７１と一体に形成されている。この主弁座７８に上流側から対向して主弁体７９が配置され、主弁座７８とともに主弁を構成している。主弁体７９は、主弁座７８との間に冷媒が導入される部屋を構成するピストン８０と一体に形成されている。ピストン８０は、主弁体７９が主弁座７８に対して接離する方向に進退自在に配置され、中心軸線位置には冷媒通路８１が形成され、その冷媒通路８１は主弁体７９に横から穿設されたオリフィス８２と連通されている。この冷媒通路８１およびオリフィス８２が、ピストン８０の図の上部の部屋に導入された高圧の冷媒を減圧してピストン８０の図の下方の空間に導く絞り流路を構成している。ピストン８０の図の下方の空間は、圧入部材８３によって閉止されており、ピストン８０と圧入部材８３との間には、ピストン８０を主弁の閉弁方向に付勢するスプリング８４が配置されている。圧入部材８３は、スプリング８４の荷重をその圧入量で調整した後、図の下端部がボディ７１に溶着されている。

ピストン８０と圧入部材８３とによって形成された部屋は、ボディ７１に形成された冷媒通路８５を介して主弁の下流側、すなわち、出口ポート７６に連通する空間に連通されており、その途中にパイロット弁座８６が成形され、このパイロット弁座８６に対向して下流側からニードル形状のパイロット弁体８７が配置され、パイロット弁座８６とともにパイロット弁を構成している。

ボディ７１の上部には、パイロット弁を制御するソレノイド部が設けられている。このソレノイド部は、下端部がボディ７１の上部に形成された嵌合穴８８に嵌入されたスリーブ８９と、そのスリーブ８９の中に軸線方向に進退自在に配置されたプランジャ９０と、スリーブ８９の上端部に嵌合された筒状のコア９１と、プランジャ９０の軸線位置に貫通して固定配置され、下端部がボディ７１に形成された軸受９２によって軸支され、上端部がコア９１の軸線位置に貫通形成された開口部に圧入されている軸受９３によって軸支されたシャフト９４と、プランジャ９０と軸受９３との間に配置され、シャフト９４を介してパイロット弁体８７をその閉弁方向に付勢するスプリング９５と、スリーブ８９の外側に配置された電磁コイル９６と、その外側を囲繞するよう形成されたヨーク９７と、このヨーク９７とスリーブ８９との間に磁気回路を形成するよう配置されたプレート９８とから構成されている。コア９１の開口端部は、圧入部材９９によって閉止された後、それらの先端部は溶接によってシールされている。そして、ボディ７１とスリーブ８９とプレート９８とによって囲まれた空間には、ゴムＯリング１００が配置されている。

このように構成された差圧制御膨張弁において、まず、電磁コイル９６が通電されていない図示の状態で、入口ポート７２に高圧の冷媒が導入されると、その冷媒は、ピストン８０の上部の部屋に導入される。この冷媒は、主弁体７９のオリフィス８２およびピストン８０の冷媒通路８１を介してピストン８０の下部の部屋に導入され、さらにボディ７１に形成された冷媒通路８５を介してパイロット弁に供給される。パイロット弁の前後差圧がある値を越えると、冷媒がパイロット弁体８７を押し開き、出口ポート７６に連通する空間に流れる。これにより、ピストン８０の下部の部屋が低圧になるので、ピストン８０が図の下方へ移動し、主弁体７９が主弁座７８から離れて主弁が開き、入口ポート７２に導入された冷媒が主弁を通って出口ポート７６に流出するようになる。

出口ポート７６への冷媒の流出により、主弁の上流側の冷媒圧力が下がると、パイロット弁に供給される冷媒の圧力も低下するので、パイロット弁体８７は、閉弁方向に移動する。これにより、ピストン８０の下部の部屋に導入される冷媒の圧力が上昇するため、ピストン８０は図の上方へ移動し、これに伴って、主弁体７９は閉弁方向へ付勢されるため、主弁は冷媒の流量を絞り、主弁の上流側の冷媒圧力を上げる。以上の動作を繰り返すことで、主弁の前後差圧が一定に制御される。このときの主弁の前後の差圧は、ソレノイド内のスプリング９５の荷重によって決められる。

また、電磁コイル９６に通電すると、プランジャ９０がコア９１の方へ吸引され、パイロット弁体８７を閉弁方向に付勢しているスプリング９５のばね力が減少して、パイロット弁の設定差圧を小さくする。電磁コイル９６の通電電流値を増加すると、プランジャ９０のコア９１への吸引力が増加し、パイロット弁の差圧、すなわち差圧弁の前後差圧をさらに小さく設定することができる。

このようにして、差圧制御膨張弁は、主弁の前後差圧を電磁コイル９６に給電される電流によって決まる一定の値になるよう冷媒を制御する。このとき、容量可変型圧縮機は、一定の流量が流れるように制御するため、容量可変型圧縮機の制御と競合することはない。

図７は比例制御膨張弁の詳細を示す断面図である。
この比例制御膨張弁は、ボディを両端が開口したストレートな円筒状のパイプ１０１で構成している。このパイプ１０１内には、その軸線位置に流体通路を有する円筒状のコア１０２が配置されている。

コア１０２の流体通路には、中空のシャフト１０３が配置されていて、その一端はコア１０２の流体通路に嵌着され、連通されている。シャフト１０３の他端側には、その先端部全周にわたって半径方向外側に突出してテーパ弁座のように機能するストッパ１０４が一体に形成されており、さらに、ストッパ１０４に隣接して円周上に複数の弁孔１０５が穿設されている。この弁孔１０５が穿設されている部分の外周面には、全周にわたって連通溝１０６が形成されている。

コア１０２とストッパ１０４との間には、非磁性体の筒状弁体１０７が、シャフト１０３をガイドとして軸線方向に進退自在に配置されている。筒状弁体１０７とコア１０２との間には、スプリング１０８が配置されていて、筒状弁体１０７をストッパ１０４に当接する方向に付勢している。また、筒状弁体１０７の外側には、筒状のプランジャ１０９が固着されていて、筒状弁体１０７と共に軸線方向に進退するようになっている。プランジャ１０９は、パイプ１０１の内壁との間に所定の隙間を有するような外径を有し、その隙間を通って軸線方向両端の端面に等しい圧力がかかるようになっている。

コア１０２とプランジャ１０９との対向端面は、通電電流に対する吸引力特性の直線性を改善するため、互いに同じ傾斜のテーパ面が形成されている。このうち、コア１０２のテーパ端面には、非磁性体のワッシャ１１０が配置され、プランジャ１０９のテーパ端面がこのワッシャ１１０に当接した状態で消磁されたときに残留磁気によるコア１０２への吸着を軽減するようにしている。

パイプ１０１の外周には、電磁コイル１１１が配置され、ヨーク１１２およびプレート１１３によって囲繞されている。
また、パイプ１０１の両開口端は、冷媒の入口および出口ポートを構成し、この比例制御膨張弁を冷凍システムに組み込む際、溶接相手のパイプ径に合わせて絞り加工されている。

上記構成の比例制御膨張弁において、電磁コイル１１１が通電されていない図示の状態では、筒状弁体１０７およびプランジャ１０９は、スプリング１０８によって図の下方に付勢され、筒状弁体１０７の先端がストッパ１０４に当接する。これにより、ストッパ１０４に隣接している弁孔１０５および連通溝１０６が筒状弁体１０７の側壁で塞がれ、流体通路が閉塞されている。このため、パイプ１０１の図の上方の開口から、または図の下方の開口から冷媒が導入されても、他方の開口に冷媒が流出することがない。

ここで、電磁コイル１１１に最大電流が供給されると、プランジャ１０９がスプリング１０８の付勢力に抗してコア１０２の方向に吸引され、プランジャ１０９のテーパ端面がワッシャ１１０に当接される。このとき、筒状弁体１０７は、プランジャ１０９と共に移動し、筒状弁体１０７のストッパ１０４側の先端が連通溝１０６に達した時点から、筒状弁体１０７による弁孔１０５および連通溝１０６の閉塞が解除され、パイプ１０１の両端開口が弁孔１０５および連通溝１０６を介して連通するようになり、冷媒の通路の大きさを最大に制御する。

ここで、電磁コイル１１１に供給する電流値を変化させると、プランジャ１０９は、電流値に応じてコア１０２の吸引力およびスプリング１０８の付勢力がバランスした軸線方向位置で静止するので、電磁比例弁は電流値に応じた弁開度にすることができる。

以上、本発明をその好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はその特定の実施の形態に限定されるものではない。たとえば、容量可変型圧縮機の容量制御弁としてクランク室に導入される冷媒の流量を連続的に制御する構成を示したが、たとえば実公平３−２７２６１号公報に記載のような、オン・オフ制御弁を用い、オン・オフの時間比を制御することにより、クランク室への冷媒導入量を制御することもできる。また、電子膨張弁として、ソレノイド駆動の膨張弁を例示したが、たとえば特開平９−３１０７７７号公報に記載のような、ステッピングモータ駆動により膨張弁の開度制御を行うようにしてもよい。さらに、冷凍システムは、冷媒に代替フロンＨＦＣ−１３４ａを使用した場合の冷凍サイクルの構成例であるが、冷媒に炭酸ガスを使用した超臨界冷凍サイクルにおいても凝縮器がガスクーラに変更されるだけで同じように適用できることは言うまでもないことである。

冷凍システムの原理的な構成を示すシステム図である。 容量可変型圧縮機を流量制御式にした冷凍システムの差圧−流量特性を示す図である。 流量制御式の容量可変型圧縮機の一構成例を示す断面図である。 容量可変型圧縮機に用いられる電磁比例式流量制御弁の詳細を示す断面図である。 容量可変型圧縮機に用いられる定差圧弁の詳細を示す断面図である。 差圧制御膨張弁の詳細を示す断面図である。 比例制御膨張弁の詳細を示す断面図である。

符号の説明

１ 容量可変型圧縮機
２ 凝縮器
３ 電子膨張弁
４ 蒸発器
５ 容量制御弁
６ 駆動回路
７ オリフィス
８ 吸入室
９ 吐出室
１０ クランク室
１１ 回転軸
１２ プーリ
１３ 揺動板
１４ シリンダ
１５ ピストン
１６ 吸入用リリーフ弁
１７ 吐出用リリーフ弁
１８ 吐出側冷媒流路
２１ オリフィス
４０ 電磁比例式流量制御弁
４１ 定差圧弁
４２ 弁部
４３ ソレノイド部
４４，４５ ポート
４６ 弁座
４７ 弁体
４８ アジャストねじ
４９ スプリング
５０ シャフト
５１ ピストン
５２ 連通路
５３ 電磁コイル
５４ コア
５５ プランジャ
５６ シャフト
５７，５８ ガイド
５９ Ｅリング
６０，６１，６２ ポート
６３ 弁座
６４ 弁体
６５ スプリング
６６ 感圧ピストン
６７ アジャストねじ
６８ スプリング
７１ ボディ
７２ 入口ポート
７３ 冷媒配管
７４ ストレーナ
７５ 冷媒流路
７６ 出口ポート
７７ 冷媒配管
７８ 主弁座
７９ 主弁体
８０ ピストン
８１ 冷媒通路
８２ オリフィス
８３ 圧入部材
８４ スプリング
８５ 冷媒通路
８６ パイロット弁座
８７ パイロット弁体
８８ 嵌合穴
８９ スリーブ
９０ プランジャ
９１ コア
９２，９３ 軸受
９４ シャフト
９５ スプリング
９６ 電磁コイル
９７ ヨーク
９８ プレート
９９ 圧入部材
１００ ゴムＯリング
１０１ パイプ
１０２ コア
１０３ シャフト
１０４ ストッパ
１０５ 弁孔
１０６ 連通溝
１０７ 筒状弁体
１０８ スプリング
１０９ プランジャ
１１０ ワッシャ
１１１ 電磁コイル
１１２ ヨーク
１１３ プレート
Ｇｆ 冷媒流量
Ｎ 回転数
Ｐｃ クランク室の圧力
Ｐｄ 吐出圧力
Ｐｄ’ 吐出側冷媒流路の圧力
Ｐｓ 吸入圧力
Ｑ 冷力
Ｑｄ 流量
Ｔ 駆動トルク

Claims (2)

1. 気密に形成されたクランク室内で回転軸に対して傾斜角可変に設けられて前記回転軸の回転駆動により揺動運動をする揺動体と、前記揺動体に連結されて前記揺動体の揺動運動で前記回転軸の軸線の方向に往復動することにより冷媒の吸入室からシリンダ内への吸入、圧縮およびシリンダから吐出室への吐出を行うピストンとを有する容量可変型圧縮機において、
   前記吐出室へ通じる吐出側冷媒流路内に配置されて外部条件の変化に応じて開度を設定できる可変オリフィスと、
   前記吐出室から前記クランク室へ通じる冷媒流路内に配置されて前記可変オリフィスの前後に発生する差圧を感知して前記差圧が所定値になるよう開度調整を行う定差圧弁と、
   前記クランク室から吸入室へ通じる冷媒流路内に配置された固定オリフィスと、
   を備え、前記吐出室から吐出される冷媒の流量が略一定になるよう制御されることを特徴とする容量可変型圧縮機。
2. 前記可変オリフィスは、その前後に発生する差圧の前記所定値を電気信号によって外部から設定できるソレノイドを備えた電磁比例式流量制御弁であることを特徴とする請求項１記載の容量可変型圧縮機。
   

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