JP2007278593A

JP2007278593A - 空調装置

Info

Publication number: JP2007278593A
Application number: JP2006105754A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Taguchi; 幸彦田口
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2026-04-06
Also published as: EP2003407A4; EP2003407A9; KR20080104354A; CN101416003B; KR101012529B1; US20090173094A1; EP2003407A2; US8117858B2; JP4799252B2; CN101416003A; WO2007119641A1

Abstract

【課題】可変容量圧縮機の吐出容量を可変制御して車室温度を所定値に制御する冷房運転と暖房運転とが切替可能な空調装置を提供する。
【解決手段】冷凍サイクルの低圧側圧力を感知して弁体を付勢する感圧機構３００Ａと入力電流に応じて前記弁体を付勢するソレノイド３００Ｂとを有する制御弁の開度調整により制御室内の圧力を変化させて吐出容量を可変制御する可変容量圧縮機と、ソレノイド３００Ｂの通電状態を制御して制御弁の開度調整を行なう制御装置４００とを備え、制御装置４００は冷房運転時には感圧機構３００Ａが感知した冷凍サイクルの低圧側圧力とソレノイド３００Ｂの通電量とに応答して制御弁が作動し、暖房運転時には感圧機構３００Ａが感知した冷媒圧力には応答せずソレノイド３００Ｂの通電量にのみ応答して制御弁が作動するように、ソレノイド３００Ｂの通電状態を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、冷凍サイクルの高温高圧ガスを用いた暖房運転が可能な空調装置に関するものである。

特許文献１に、冷凍サイクル中の高温高圧ガスを蒸発器に導き、空調ダクト内を流れる空気を蒸発器を介して加熱することにより、温水ヒータの暖房能力を補助する補助暖房運転が可能な車輛空調装置が開示されている。前記車輛空調装置の圧縮機は高圧冷媒圧力センサーの検出信号に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦ制御される。
特開平５−２２３３５７号公報

冷凍サイクルの低圧側圧力を感知して弁体を付勢する感圧機構と入力電流に応じて前記弁体を付勢するソレノイドとを有する制御弁の開度調整により制御室内の圧力を変化させて吐出容量を可変制御する可変容量圧縮機を備える空調装置の車両への搭載が近年進んでいる。当該空調装置においては、冷凍サイクルの低圧側圧力を可変容量圧縮機の感圧機構で感知し、当該圧力を所定値に自律制御するように可変容量圧縮機の吐出容量を可変制御し、ひいては車室冷房温度を所定値に自律制御している。冷凍サイクルの高圧高温ガスを利用すれば、可変容量圧縮機を備えた空調装置の暖房運転も可能である。しかし、従来の車載空調装置が備える可変容量圧縮機は、吐出容量を可変制御して冷凍サイクルの低圧側圧力を所定値に自律制御するように構成されているので、吐出容量を可変制御して冷凍サイクルの高圧側圧力を所定値に自律制御し、車室暖房温度を所定値に自律制御する暖房運転は不可能である。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、冷凍サイクルの低圧側圧力を感知して弁体を付勢する感圧機構と入力電流に応じて前記弁体を付勢するソレノイドとを有する制御弁の開度調整により制御室内の圧力を変化させて吐出容量を可変制御する可変容量圧縮機と、ソレノイドの通電状態を制御して制御弁の開度調整を行なう制御装置とを備え、冷房運転と冷凍サイクル中の高温高圧ガスを用いた暖房運転との切替運転が可能な空調装置であって、可変容量圧縮機の吐出容量を可変制御して車室冷房温度を所定値に制御する冷房運転と、可変容量圧縮機の吐出容量を可変制御して車室暖房温度を所定値に制御する暖房運転とが可能な空調装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、冷凍サイクルの低圧側圧力を感知して弁体を付勢する感圧機構と入力電流に応じて前記弁体を付勢するソレノイドとを有する制御弁の開度調整により制御室内の圧力を変化させて吐出容量を可変制御する可変容量圧縮機と、ソレノイドの通電状態を制御して制御弁の開度調整を行なう制御装置とを備え、冷房運転と冷凍サイクル中の高温高圧ガスを用いた暖房運転との切替運転が可能な空調装置であって、制御装置は、冷房運転時には感圧機構が感知した冷凍サイクルの低圧側圧力とソレノイドの通電量とに応答して制御弁が作動し、暖房運転時には感圧機構が感知した冷媒圧力には応答せずソレノイドの通電量にのみ応答して制御弁が作動するように、ソレノイドの通電状態を制御することを特徴とする空調装置を提供する。
本発明に係る空調装置においては、冷房運転時には、感圧機構が感知した冷凍サイクルの低圧側圧力とソレノイドの通電量とに応答して制御弁を作動させつつ可変容量圧縮機の吐出容量を可変制御することにより、冷凍サイクルの低圧側圧力を所定値に自律制御し、ひいては冷房温度を所定値に制御することができる。他方暖房運転時には、感圧機構が感知した冷凍サイクルの低圧側圧力には応答せずソレノイドの通電量のみに応答して制御弁を作動させることにより、冷凍サイクルの高圧側圧力を所定値に制御し、ひいては暖房温度を所定値に制御することができる。

本発明の好ましい態様においては、ソレノイドにダイオードが並列接続されてフライホイール回路が形成され、制御装置は、スイッチング素子を所定周波数で開閉させてそのＯＮ／ＯＦＦ比率であるデューティー比を調整することによりソレノイドの通電量を調整し、冷房運転時にはフライホイール回路による電流の平滑作用が得られる第１周波数でスイッチング素子を駆動し、暖房運転時には第１周波数よりも低くフライホイール回路による電流の平滑作用が得られない第２周波数でスイッチング素子を駆動する。
冷房運転時には、フライホイール回路による電流の平滑作用が得られる第１周波数でスイッチング素子を駆動しつつデューティー比を調整することにより、ソレノイドの通電量を調整して制御弁の開度を可変制御し、冷凍サイクルの低圧側圧力を所定値に自律制御し、ひいては冷房温度を所定値に制御することができる。一方、暖房運転時には、第１周波数よりも低くフライホイール回路による電流の平滑作用が得られない第２周波数でスイッチング素子を駆動しつつデューティー比を調整することにより、ソレノイドの通電量を調整して制御弁の全開時間と全閉時間との比率を可変制御し、冷凍サイクルの高圧側圧力を所定値に制御し、ひいては暖房温度を所定値に制御することができる。

本発明の好ましい態様においては、制御装置は、冷凍サイクル中の高圧側冷媒圧力又は高圧側冷媒温度を検出する検出手段を有し、暖房運転時には検出手段の検出値が所定領域に入るように、スイッチング素子を第２周波数で且つデューティー比を変化させて駆動する。
暖房運転時に冷凍サイクル中の高圧側冷媒圧力又は高圧側冷媒温度を所定領域内に制御することにより快適な暖房が得られる。

本発明の好ましい態様においては、制御装置は、暖房運転時に検出手段の検出値が設定領域から高圧側又は高温側に逸脱した上限値に達すると、圧縮機の吐出容量が最小となるようにスイッチング素子のデューティー比を制御し、又は圧縮機の作動を停止させる。
暖房運転時に、冷凍サイクル中の高圧側冷媒圧力又は高圧側冷媒温度が、設定領域から高圧側又は高温側に逸脱した上限値に達すると、圧縮機の吐出容量が最小となるようにスイッチング素子のデューティー比を制御し、又は圧縮機の作動を停止させることにより、空調装置の安全性を確保することができる。

本発明の好ましい態様においては、制御装置は、暖房運転時に所定値以上のデューティー比が所定時間連続的に継続すると、デューティー比を前記所定値未満に変更する。
本発明の好ましい態様においては、制御装置は、暖房運転時に所定値以上のデューティー比が所定時間連続的に継続すると、圧縮機の吐出容量が最小となるようにデューティー比を制御し、又は圧縮機の作動を停止させる。
所定値以上のデューティー比が所定時間連続的に継続した時に、デューティー比を前記所定値未満に変更し、或いは圧縮機の吐出容量が最小となるようにデューティー比を制御し、又は圧縮機の作動を停止させることにより、ソレノイドの温度上昇を適正範囲に抑制することができる。

本発明の好ましい態様においては、冷凍サイクル中の高圧側冷媒圧力又は高圧側冷媒温度を検出する検出手段は、冷房運転と暖房運転とを切替制御する冷媒回路切替弁よりも上流に配設されている。
上記構成によれば、冷房運転時、暖房運転時の何れの場合にも高圧側冷媒圧力または高圧側冷媒温度を検出する検出手段を使用できるので、空調装置の構成が簡素化される。

本発明の好ましい態様においては、可変容量圧縮機の吐出経路に逆止弁が配設され、高圧側冷媒圧力を検出する検出手段は、逆止弁よりも上流の圧力を検出する。
可変容量圧縮機の吐出経路に逆止弁を配設することにより、空調停止時に作動を停止した可変容量圧縮機に高圧側冷媒が逆流し、圧縮機内に液冷媒となって貯留される事態の発生が防止される。高圧側冷媒圧力を検出する検出手段は、逆止弁よりも上流の圧力を検出するので、逆止弁に異常が発生して開かない場合に、上流側の異常高圧をいち早く検出して、空調装置の安全性を損なう事態の発生を回避することができる。

本発明に係る空調装置においては、冷房運転時には、感圧機構が感知した冷凍サイクルの低圧側圧力とソレノイドの通電量とに応答して制御弁を作動させつつ可変容量圧縮機の吐出容量を可変制御することにより、冷凍サイクルの低圧側圧力を所定値に自律制御し、ひいては冷房温度を所定値に制御することができる。他方暖房運転時には、感圧機構が感知した冷凍サイクルの低圧側圧力には応答せずソレノイドの通電量のみに応答して制御弁を作動させることにより、冷凍サイクルの高圧側圧力を所定値に制御し、ひいては暖房温度を所定値に制御することができる。

本発明の実施例に係る空調装置を説明する。

図１に示すように、車両空調装置１は、第１冷媒循環回路（以下冷凍回路と呼ぶ）１０と、第２冷媒循環回路（以下ホットガスバイパス回路と呼ぶ）１１と、冷凍回路１０とホットガスバイパス回路１１とを切り替える第１電磁弁１２、第２電磁弁１３とを備えている。冷凍回路１０は、可変容量圧縮機１００の吐出口から吐出した高温高圧のガス冷媒を、第１電磁弁１２、コンデンサ１４、レシーバ１５、逆止弁１６、膨張弁１７、エバポレータ１８、アキュームレータ１９を記述の順に経由して可変容量圧縮機１００へ還流させる冷媒循環回路である。ホットガスバイパス回路１１は、可変容量圧縮機１００の吐出口から吐出した高温高圧のガス冷媒を、第２電磁弁１３、固定絞り２０、エバポレータ１８、アキュームレータ１９を記述の順に経由して可変容量圧縮機１００へ還流させる冷媒循環回路である。
第１電磁弁１２が開弁し第２電磁弁１３が閉弁すると、冷凍回路１０を冷媒が循環し、第１電磁弁１２が閉弁し第２電磁弁１３が開弁すると、ホットガスバイパス回路１１を冷媒が循環する。
エバポレータ１８は、冷凍回路１０を冷媒が循環する際には、膨張弁１７から流入する低温の気液二相冷媒を蒸発させて通過する空気を冷却する冷却用熱交換器として機能し、ホットガスバイパス回路１１を冷媒が循環する際には、固定絞り２０から流入する高温のガス冷媒により通過する空気を加熱する加熱用熱交換器（補助暖房装置）として機能する。

図２に示すように、可変容量圧縮機１００は、複数のシリンダボア１０１ａを備えたシリンダブロック１０１と、シリンダブロック１０１の一端に設けられたフロントハウジング１０２と、バルブプレート１０３を介してシリンダブロック１０１の他端に設けられたリアハウジング１０４とを備えている。
シリンダブロック１０１とフロントハウジング１０２とによって画成されるクランク室１０５内を横断して、駆動軸１０６が配設されている。駆動軸１０６は斜板１０７に挿通されている。斜板１０７は、駆動軸１０６に固定されたロータ１０８と連結部１０９を介して結合し、駆動軸１０６により傾角可変に支持されている。ロータ１０８と斜板１０７との間に、斜板１０７を傾角減少方向へ付勢するコイルバネ１１０が配設されている。斜板１０７を挟んでコイルバネ１１０の反対側に、最小傾角状態にある斜板１０７を傾角増加方向へ付勢するコイルバネ１１１が配設されている。

駆動軸１０６の一端はフロントハウジング１０２のボス部１０２ａを貫通してハウジング外まで延在しており、電磁クラッチを介することなく、図示しない動力伝達装置を介して図示しない車両エンジンに直結している。駆動軸１０６とボス部１０２ａとの間に軸封装置１１２が配設されている。
駆動軸１０６は、ベアリング１１３、１１４、１１５、１１６によりラジアル方向及びスラスト方向に支持されている。

シリンダボア１０１ａ内に、ピストン１１７が配設され、ピストン１１７の一端部の窪み１１７ａ内に収容された一対のシュー１１８が斜板１０７の外周部を相対摺動可能に挟持している。駆動軸１０６の回転は、斜板１０７とシュー１１８とを介してピストン１１７の往復動に変換される。

リアハウジング１０４には、吸入室１１９と吐出室１２０とが形成されている。吸入室１１９は、バルブプレート１０３に形成された連通孔１０３ａと図示しない吸入弁とを介してシリンダボア１０１ａに連通し、吐出室１２０は図示しない吐出弁とバルブプレート１０３に形成された連通孔１０３ｂとを介してシリンダボア１０１ａに連通している。吸入室１１９は吸入ポート１０４ａと配管とを介して空調装置１のアキュームレータ１９に接続している。

シリンダブロック１０１の外側にマフラ１２１が配設されている。マフラ１２１は、シリンダブロック１０１とは別体の有底筒状の蓋部材１２２を、シリンダブロック１０１の外面に立設した筒状壁１０１ｂにシール部材を介して接合することにより、形成されている。蓋部材１２２に、吐出ポート１２２ａが形成されている。吐出ポート１２２ａは配管を介して空調装置１の電磁弁１２、１３に接続している。
マフラ１２１を吐出室１２０に連通させる連通路１２３が、シリンダブロック１０１とバルブプレート１０３とリアハウジング１０４とに亙って形成されている。マフラ１２１と連通路１２３とは、吐出室１２０と吐出ポート１２２ａとの間で延在する吐出経路を形成している。
吐出室１２０内の冷媒圧力を検出する圧力センサー１２４が、リアハウジング１０４に取り付けられている。
マフラ１２１の連通路１２３に接続する上流側開口を開閉する逆止弁２００がマフラ１２１内に配設されている。逆止弁２００は、弁体の前後差圧が所定値よりも小さい時に前記上流側開口を閉じて吐出室１２０と吐出ポート１２２ａとの間で延在する吐出経路を遮断し、弁体の前後差圧が所定値よりも大きい時に前記上流側開口を開いて前記吐出経路を開放する。

フロントハウジング１０２、シリンダブロック１０１、バルブプレート１０３、リアハウジング１０４は図示しないガスケットを介して隣接し、複数の通しボルトを用いて一体に組付けられている。

リアハウジング１０４に容量制御弁３００が取り付けられている。容量制御弁３００は、吐出室１２０とクランク室１０５との間の連通路１２５の開度を調整し、クランク室１０５への吐出冷媒ガスの導入量を制御する。クランク室１０５内の冷媒ガスは、ベアリング１１５、１１６と駆動軸１０６との間の隙間と、シリンダブロック１０１に形成された空間１２６と、バルブプレート１０３に形成されたオリフィス孔１０３ｃとを介して吸入室１１９へ流入する。
容量制御弁３００により、クランク室１０５の内圧を可変制御して、可変容量圧縮機１００の吐出容量を可変制御することができる。容量制御弁３００は、外部信号に基づいて内蔵するソレノイドへの通電量を調整し、吸入室１１９の内圧が所定値になるように、可変容量圧縮機１００の吐出容量を可変制御し、また内蔵するソレノイドへの通電をＯＦＦすることにより連通路１２５を強制開放して、可変容量圧縮機１００の吐出容量を最小に制御する。

図３に示すように、吐出容量制御弁３００は、バルブハウジング３０１に形成された感圧室３０２内に配設され、連通孔３０１ａと連通路１２７とを介して吸入室１１９内の圧力（以下吸入圧力と呼ぶ）を受圧し、内部を真空にしてばねを配設した感圧手段として機能するベローズ３０３と、一端部がバルブハウジング３０１に形成された弁室３１２内に配設され、クランク室１０５内の圧力（以下クランク室圧力と呼ぶ）を受圧すると共に吐出室１２０とクランク室１０５との間の連通路１２５に配設された弁孔３０５ａを開閉し、他端部がバルブハウジング３０１の支持孔３０１ｂに摺動可能に支持され、他端がベローズ３０３に連結する弁体３０４と、弁孔３０５ａと弁座３０５ｂとが形成され、バルブハウジング３０１の収容孔３０１ｃに圧入固定された弁座形成体３０５と、弁体３０４に一体形成され、一端に可動鉄心３０６を圧入固定したソレノイドロッド３０４ａと、ソレノイドロッド３０４ａを内挿し、所定隙間を隔てて可動鉄心３０６に対向配置された固定鉄心３０７と、固定鉄心３０７と可動鉄心３０６の間に配設され、可動鉄心３０６を開弁方向に付勢するバネ３０８と、固定鉄心３０７と可動鉄心３０６とを内挿してソレノイドケース３０９に固定された筒状部材３１０と、筒状部材３１０を取り囲み、ソレノイドケース３０９に収容された電磁コイル３１１とから構成されている。
感圧室３０２とベローズ３０３とは、吸入圧力を感知して弁体３０４を付勢する感圧機構３００Ａを構成し、ソレノイドロッド３０４ａ、可動鉄心３０６、固定鉄心３０７、筒状部材３１０、電磁コイル３１１及びソレノイドケース３０９は、入力電流に応じて弁体３０４を付勢するソレノイド３００Ｂを構成している。バネ３０８は、ソレノイド３００Ｂが消磁された時に弁体３０４を強制開放する。

バルブハウジング３０１に弁孔３０５ａと直交方向に形成された連通孔３０１ｄは収容孔３０１ｃと交差すると共に連通路１２５を介して吐出室１２０に連通している。従って、弁孔３０５ａと連通孔３０１ｄとは収容孔３０１ｃを介して連通している。ベローズ３０３に連結する弁体３０４の他端は収容孔３０１ｃから遮断され、ひいては吐出室１２０から遮断されている。弁室３１２は連通孔３０１ｅと連通路１２５とを介してクランク室１０５に連通している。連通孔３０１ｄ、収容孔３０１ｃ、弁孔３０５ａ、弁室３１２、連通孔３０１ｅは、吐出室１２０とクランク室１０５との間の連通路１２５の一部を形成している。

車両空調装置１は制御装置４００を備えている。
図４に示すように、制御装置４００は、車両搭載バッテリー５００に接続されている。車両エンジンのイグニッションスイッチがＯＮされると、車両搭載バッテリー５００から制御装置４００に直流電力が供給される。
制御装置４００には、冷凍回路１０を使用する冷房モードとホットガスバイパス回路１１を使用する補助暖房モードとの間で空調モードを切り替えるモード切替スイッチ４０１、車室内の温度を所望の温度に設定する温度設定スイッチ４０２、可変容量圧縮機１００の作動または停止を指令するエアコンスイッチ４０３、エバポレータ１８のファンの送風量を切り替える風量切替スイッチ４０４等から、指令信号が入力される。また制御装置４００には、車室温度を検出する車室温度センサー４０５、外気の温度を検出する外気温度センサー４０６、車室に入射する日射量を検出する日射センサー４０７、エバポレータ１８を通過した直後の空気温度を検出するエバ温度センサー４０８、温水ヒータに流入するエンジン冷却水温度を検出する冷却水温度センサー４０９、可変容量圧縮機１００の吐出室１２０内の圧力（以下吐出圧力と呼ぶ）を検出する圧力センサー１２４から、検出信号が入力される。
制御装置４００から、図示しないエアミックスドア、吹出口切替ドア、内外気切替ドアや、コンデンサ１４の送風機モータ、エバポレータ１８の送風機モータ、第１電磁弁１２、第２電磁弁１３、制御弁３００の電磁コイル３１１に制御電力が供給される。
電磁コイル３１１への電力供給ラインは、ダイオード４１０が電磁コイル３１１と並列に配設されることにより、フライホイール回路４１１を形成している。電磁コイル３１１への電力供給ラインの終端はアースされている。フライホイール回路４１１を流れる電流値を検出する電流センサー４１２が配設されている。電流センサー４１２の検出信号は、制御装置４００に入力される。
電磁コイル３１１への電力供給は、図示しないスイッチング素子を介して行なわれる。前記スイッチング素子を所定周波数でＯＮ／ＯＦＦさせつつ、ＯＮ／ＯＦＦの比率であるデューティー比を変える、所謂パルス幅変調方式（ＰＷＭ制御）により、電磁コイル３１１に供給する電流値を制御する。

車両空調装置１の作動を説明する。
車両エンジンのイグニッションスイッチがＯＮされ、車両エンジンが始動すると、車両エンジンに直結された可変容量圧縮機１００に駆動力が伝達され、制御装置４００に車載搭載バッテリー５００から直流電力が供給される。
モード切替スイッチ４０１で冷房運転モードが選択されると、制御装置４００は第１電磁弁１２を開き、第２電磁弁１３を閉じて、冷凍回路１０を作動可能状態にする。
制御装置４００は、各スイッチからの指令信号、各センサーからの検出信号に基づいて、圧縮機１００を作動させる条件が成立したと判断すると、スイッチング素子を４００ＨｚでＯＮ／ＯＦＦする。４００Ｈｚ近傍の周波数領域では、スイッチング素子がＯＮになっても、電磁コイル３１１のインダクタンスにより電磁コイル３１１を流れる電流値はすぐには上昇せず、電流値が最大になる前にスイッチング素子はＯＦＦになる。他方、スイッチング素子がＯＦＦになっても、ダイオード４１０により電磁コイル３１１に電流が還流され、電流値がゼロになる前にスイッチング素子がＯＮされる。この結果、図５に示すような平滑化された直流電流がフライホイール回路４１１を循環して流れる。デューティー比を可変制御することにより、フライホイール回路４１１を循環して流れ、ひいては電磁コイル３１１を流れる平滑化された直流電流の電流値を可変制御することができる。従って４００Ｈｚ近傍の周波数領域では、可変容量圧縮機１００制御弁３００は、感圧機構３００Ａに作用する吸入圧力と、ソレノイド３００Ｂに流れる電流とに応答して動作する開閉弁として機能する。この時、制御弁３００は、図６の式（１）に示す吸入圧制御特性を有する。従って、図７に示すように、通電量を変化させ、吐出容量を変化させて、吸入圧力を可変制御することができる。式（１）において、ＳｖはＳｒより僅かに大きいだけなので、制御弁３００は、吐出圧力Ｐｄに殆ど影響を受けない吸入圧制御特性を有する。
制御装置４００は、各スイッチからの指令信号、各センサーからの検出信号を受けて、エバポレータ１８の出口側の空気温度を所定値に制御すべく、目標空気温度を設定する。制御装置４００は、エバ温度センサー４０８の検出値と目標空気温度とを比較し、両者の差分に基づいて目標制御電流値を設定する。制御装置４００は、電流センサー４１２からの検出信号と目標制御電流値とを比較し、両者の差分に基づいてスイッチング素子のデューティー比を調整して電磁コイル３１１を流れる電流値を調整し、当該電流値が目標制御電流値になるように、ひいては吸入圧力が目標吸入圧力になるように、最終的にはエバ温度センサー４０８の検出値が目標空気温度になるように、可変容量圧縮機１００の吐出容量をフィードバック制御する。

モード切替スイッチ４０１で補助暖房運転モードが選択されると、制御装置４００は第１電磁弁１２を閉じ、第２電磁弁１３を開いて、ホットガスバイパス回路１１を作動可能状態にする。
制御装置４００は、各スイッチからの指令信号、各センサーからの検出信号に基づいて、圧縮機１００を作動させる条件が成立したと判断すると、スイッチング素子を１０ＨｚでＯＮ／ＯＦＦする。１０Ｈｚ近傍の周波数領域では、スイッチング素子がＯＮになると、電流値は、車両搭載バッテリー５００の電圧と電磁コイル３１１の抵抗値とで決定される最大電流まで上昇する。この時ソレノイド３００Ｂの電磁力は最大になり、制御弁３００の弁体３０４はベローズ３０３に作用する吸入圧力の如何に関わらず全閉となる方向へ移動する。その後スイッチング素子がＯＦＦになると、電流値はゼロまで低下する。この結果ソレノイド３００Ｂは消磁され、ベローズ３０３に作用する吸入圧力に関わらず、バネ３０８により弁体３０４は全開となる方向へ移動する。従って、１０Ｈｚ近傍の周波数領域では、制御弁３００はＯＮ／ＯＦＦの２位置制御の開閉弁として機能し、ＯＮ／ＯＦＦのデューティー制御弁となる。
制御弁３００がＯＮ／ＯＦＦのデューティー制御弁として機能すると、デューティー比に応じて全開時間と全閉時間との比が変化する。デューティー比０％では制御弁３００が常時全開して可変容量圧縮機１００の吐出容量は最小となり、デューティー比１００％では制御弁３００が常時全閉して可変容量圧縮機１００の吐出容量は最大になる。従って、デューティー比を０％と１００％の間で可変制御することにより、可変容量圧縮機１００の吐出容量を最小と最大の間で可変制御することができる。
制御装置４００は、各スイッチからの指令信号、各センサーからの検出信号を受けて、可変容量圧縮機１００の吐出圧力を所定値に制御すべく、目標吐出圧力を設定する。制御装置４００は、圧力センサー１２４の検出値と目標吐出圧力とを比較し、両者の差分に基づきスイッチング素子のデューティー比を調整して制御弁３００の全開時間と全閉時間との比を調整し、圧力センサー１２４の検出値が目標圧力になるように、可変容量圧縮機１００の吐出容量をフィードバック制御する。この結果、可変容量圧縮機１００の吐出圧力が所定値に制御され、エバポレータ１８の出口側の空気温度が所定値に制御される。

図８を参照しつつ、補助暖房モードでの空調装置１の制御フローを説明する。ソレノイド駆動周波数＝１０Ｈｚ、デューティー比初期値＝ＤＴ０として、制御弁３００を駆動する。圧力センサー１２４の検出値Ｐｄが、Ｐｄ１＜Ｐｄ＜Ｐｄ２であれば、デューティー比を変更せず現状の吐出容量を維持し、Ｐｄ１＞Ｐｄであれば、デューティー比を所定値△Ｐｄ増加させて制御弁３００を駆動し、吐出容量を増加させて吐出圧力を上昇させ、Ｐｄ＞Ｐｄ２であれば、デューティー比を所定値△Ｐｄ減少させて制御弁３００を駆動し、吐出容量を減少させて吐出圧力を低下させる。この結果、吐出圧力Ｐｄが、Ｐｄ１＜Ｐｄ＜Ｐｄ２の領域内に維持され、エバポレータ１８の出口側の空気温度が所定領域内に維持され、快適な車室暖房が維持される。

圧力センサー１２４は、第１電磁弁１２、第２電磁弁１３よりも上流に配設されているので、冷房運転時、暖房運転時の何れの場合にも使用可能である。この結果、空調装置１の構成が簡素化される。
圧力センサー１２４は、逆止弁２００よりも上流に配設されているので、逆止弁２００に異常が発生して開かない場合に、上流側の異常高圧をいち早く検出して、空調装置の安全性を損なう事態の発生を回避することができる。

Ｐｄが領域Ｐｄ１＜Ｐｄ＜Ｐｄ２を高圧側に逸脱したＰｄ３（Ｐｄ３≫Ｐｄ２）に達すると、デューティー比を０％にしてソレノイド３００Ｂを消磁し、可変容量圧縮機１００の吐出容量を最小にする保護装置を配設しても良い。空調装置１の安全性が確保される。
電磁コイル３１１の抵抗値は吸入圧力制御範囲を広くとるために、常温で１０Ω以下に設定されている。従って、補助暖房モードで使用すると、長時間に亙って連続通電状態が維持される可能性があり、ソレノイド３００Ｂの温度が上昇してソレノイド３００Ｂの劣化が早まるおそれがある。ソレノイド３００Ｂの劣化を抑制するために、補助暖房モードにおいて所定のデューティー比が所定時間継続した場合には、高圧制御に優先してデューティー比を前記所定値未満にし、或いは可変容量圧縮機１００の吐出容量を最小値にすべくデューティー比を０％に制御しても良い。

電磁クラッチを介して可変容量圧縮機１００を車両エンジンに接続する場合には、補助暖房モードにおいてＰｄが領域Ｐｄ１＜Ｐｄ＜Ｐｄ２を高圧側に逸脱したＰｄ３（Ｐｄ３≫Ｐｄ２）に達した場合に、電磁クラッチをＯＦＦにし可変容量圧縮機１００を停止させて、空調装置１の安全性を確保しても良く、或いは、補助暖房モードにおいて所定のデューティー比が所定時間継続した場合に、電磁クラッチをＯＦＦにし可変容量圧縮機１００を停止させて、ソレノイド３００Ｂの劣化を抑制しても良い。
圧力センサー１２４に代えて吐出室１２０内の冷媒温度を検出する温度センサーを配設し、補助暖房モードにおいて、吐出冷媒の温度ＴｄがＴｄ１＜Ｔｄ＜Ｔｄ２になるように、制御弁３００をデューティー制御しても良い。この場合、Ｔｄが領域Ｔｄ１＜Ｔｄ＜Ｔｄ２を高圧側に逸脱したＴｄ３（Ｔｄ３≫Ｔｄ２）に達すると、デューティー比を０％にしてソレノイド３００Ｂを消磁し、可変容量圧縮機１００の吐出容量を最小にする保護装置を配設して、空調装置１の安全性を確保しても良い。また、電磁クラッチを介して可変容量圧縮機１００を車両エンジンに接続する場合には、補助暖房モードにおいてＴｄが領域Ｔｄ１＜Ｔｄ＜Ｔｄ２を高圧側に逸脱したＴｄ３（Ｔｄ３≫Ｔｄ２）に達した場合に、電磁クラッチをＯＦＦにし可変容量圧縮機１００を停止させて、空調装置１の安全性を確保しても良い。

本発明は、以下の空調装置にも利用可能である。
１．低圧側と高圧側の２地点間の差圧に応じて動作する感圧機構を有する制御弁を備えた可変容量圧縮機が組み込まれた空調装置。
２．モータで駆動される可変容量圧縮機が組み込まれた空調装置。
３．スクロール式、ベーン式、揺動板式の可変容量圧縮機が組み込まれた空調装置。
４．冷媒として現状のＲ１３４ａではなく、ＣＯ２やＲ１５２ａを使用する空調装置。
５．ヒートポンプ式の暖房モードを有する空調装置。
６．車両空調装置以外の空調装置。
７．圧力センサー１２４に変えて高圧側の冷媒温度またはエバポレータ１８の表面温度を検出する温度センサーが配設された空調装置。

本発明の実施例に係る空調装置の構成図である。本発明の実施例に係る空調装置が備える可変容量圧縮機の断面図である。本発明の実施例に係る空調装置が備える可変容量圧縮機の吐出容量制御弁の構造図である。（ａ）は全体断面図であり、（ｂ）は閉弁時の部分拡大断面図であり、（ｃ）は弁体を除いた部分拡大断面図である。本発明の実施例に係る空調装置が備える制御装置のブロック図である。図３の制御弁の電磁コイルを流れる、パルス幅変調方式により制御された電流値を示す図である。図３の吐出容量制御弁の制御特性式を示す図である。図３の吐出容量制御弁の制御特性を示す線図である。本発明の実施例に係る空調装置の制御フローを示す図である。

符号の説明

１空調装置
１２第１電磁弁
１３第２電磁弁
１４コンデンサ
１８エバポレータ
１００可変容量圧縮機
１２４圧力センサー
２００逆止弁
３００吐出容量制御弁
３１１電磁コイル
４００制御装置
４１１フライホイール回路
５００車両搭載バッテリー

Claims

冷凍サイクルの低圧側圧力を感知して弁体を付勢する感圧機構と入力電流に応じて前記弁体を付勢するソレノイドとを有する制御弁の開度調整により制御室内の圧力を変化させて吐出容量を可変制御する可変容量圧縮機と、ソレノイドの通電状態を制御して制御弁の開度調整を行なう制御装置とを備え、冷房運転と冷凍サイクル中の高温高圧ガスを用いた暖房運転との切替運転が可能な空調装置であって、制御装置は、冷房運転時には感圧機構が感知した冷凍サイクルの低圧側圧力とソレノイドの通電量とに応答して制御弁が作動し、暖房運転時には感圧機構が感知した冷媒圧力には応答せずソレノイドの通電量にのみ応答して制御弁が作動するように、ソレノイドの通電状態を制御することを特徴とする空調装置。
ソレノイドにダイオードが並列接続されてフライホイール回路が形成され、制御装置は、スイッチング素子を所定周波数で開閉させてそのＯＮ／ＯＦＦ比率であるデューティー比を調整することによりソレノイドの通電量を調整し、冷房運転時にはフライホイール回路による電流の平滑作用が得られる第１周波数でスイッチング素子を駆動し、暖房運転時には第１周波数よりも低くフライホイール回路による電流の平滑作用が得られない第２周波数でスイッチング素子を駆動することを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
制御装置は、冷凍サイクル中の高圧側冷媒圧力又は高圧側冷媒温度を検出する検出手段を有し、暖房運転時には検出手段の検出値が設定領域に入るように、スイッチング素子を第２周波数で且つデューティー比を変化させて駆動することを特徴とする請求項２に記載の空調装置。
制御装置は、暖房運転時に検出手段の検出値が設定領域から高圧側又は高温側に逸脱した上限値に達すると、圧縮機の吐出容量が最小となるようにスイッチング素子のデューティー比を制御し、又は圧縮機の作動を停止させることを特徴とする請求項３に記載の空調装置。
制御装置は、暖房運転時に所定値以上のデューティー比が所定時間連続的に継続すると、デューティー比を前記所定値未満に変更することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の空調装置。
制御装置は、暖房運転時に所定値以上のデューティー比が所定時間連続的に継続すると、圧縮機の吐出容量が最小となるようにデューティー比を制御し、又は圧縮機の作動を停止させることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の空調装置。
冷凍サイクル中の高圧側冷媒圧力又は高圧側冷媒温度を検出する検出手段は、冷房運転と暖房運転とを切替制御する冷媒回路切替弁よりも上流に配設されていることを特徴とする請求項３乃至６の何れか１項に記載の空調装置。
可変容量圧縮機の吐出経路に逆止弁が配設され、高圧側冷媒圧力を検出する検出手段は、逆止弁よりも上流の圧力を検出することを特徴とする請求項７に記載の空調装置。