JP2009036130A - 冷凍サイクルおよび駆動動力演算装置 - Google Patents

Abstract

【課題】いわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧感知弁およびＰｓ感知弁の双方の機能を兼ね備えた制御弁を搭載した圧縮機において、その駆動動力を正確に推定できるようにする。
【解決手段】制御部は、差圧感知制御が行われるときに弁部に作用する力のつり合いから算出される吸入圧力Ｐｓ、および圧力感知制御が行われるときに弁部に作用する力のつり合いから算出される吸入圧力Ｐｓのうち、大きい方の圧力を実吸入圧力として取得し、吐出圧検出部により検出された吐出圧力Ｐｄと実吸入圧力とに基づいて圧縮機の駆動動力を算出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、冷凍サイクルを構成する圧縮機の駆動動力を演算する技術に関する。

自動車用空調装置は、一般に、その冷凍サイクルを流れる冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒にして吐出する圧縮機、そのガス冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮された液冷媒を断熱膨張させることで低温・低圧の冷媒にする膨張装置、その冷媒を蒸発させることにより車室内空気との熱交換を行う蒸発器等を備えている。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻され、冷凍サイクルを循環する。

この圧縮機としては、エンジンの回転数によらず一定の冷房能力が維持されるように、冷媒の吐出容量を可変できる可変容量圧縮機（単に「圧縮機」ともいう）が用いられている。この圧縮機は、エンジンによって回転駆動される回転軸に取り付けられた揺動板に圧縮用のピストンが連結され、揺動板の角度を変化させてピストンのストロークを変えることにより冷媒の吐出量を調整する。揺動板の角度は、密閉されたクランク室内に吐出冷媒の一部を導入し、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることで連続的に変えられる。このクランク室内の圧力（以下「クランク圧力」という）は、圧縮機の吐出室とクランク室との間、またはクランク室と吸入室との間に設けられた可変容量圧縮機用制御弁（単に「制御弁」ともいう）により制御される。

このような制御弁として、例えば吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に応じてクランク室への冷媒の導入量を制御し、クランク圧力Ｐｃを制御するいわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧感知弁が知られている（例えば特許文献１参照）。

この制御弁は、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を設定差圧に保つように、吐出室とクランク室との間の通路を連通または閉塞させる弁部を開閉制御するものであり、内部の弁体に対して開閉方向の駆動力を発生させるソレノイドを備えている。冷媒容量が増大して差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧よりも大きくなると、弁開度が大きくなりクランク圧力Ｐｃが上昇する。この結果、揺動板の傾斜角度ひいてはピストンのストロークが小さくなり、吐出容量が小さくなる。その結果、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が小さくなり設定差圧に近づくように変化する。一方、冷媒容量が減少して差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧よりも小さくなると、弁開度が小さくなりクランク圧力Ｐｃが低下する。この結果、揺動板の傾斜角度ひいてはピストンのストロークが大きくなり吐出容量が大きくなる。その結果、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が大きくなり設定差圧に近づくように変化する。

したがって、この設定差圧を調整することにより、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を所望の差圧に制御でき、圧縮機からの冷媒の吐出容量を適切に調整することができる。また、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧になるように弁開度が変化する自律的な制御が行われ、吐出圧力Ｐｄ自体の大きさに基づいた容量制御が行われるため、吐出容量を変化させるのにレスポンスが良いというメリットもある。

また、このような制御弁が組み込まれた圧縮機が起動されると、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）がほぼゼロの状態から設定差圧まで徐々に変化していくいわゆるソフトスタートが可能となる。すなわち、制御弁のソレノイドが非通電のとき、つまり圧縮機の機能が実質的に停止している最小容量運転のときには、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）はほぼゼロの状態になっている。そして、ソレノイドに通電がされて圧縮機が起動されると、その通電量の調整により、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が徐々に大きくなって設定差圧に近づいていく制御が行われる。差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が決まると圧縮機の駆動動力ひいては負荷トルクを推定することも可能となるため、エンジンの高負荷時にはこの設定差圧を小さくするなどの制御が行われたりする。この設定差圧は、制御弁の外部に設置された制御装置が、エンジン負荷等の種々の外部情報に基づいてソレノイドに供給する電流量を変化させることにより調整される。
特開２００１−１３２６５０号公報（図４）

このように、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を所定値に保持する制御弁は、圧縮機の容量制御やエンジン負荷に応じた負荷トルクの調整において応答性に優れるといった利点があるが、安定した冷房性能を実現する上では問題もかかえている。例えば、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が大きくなってその吸入圧力Ｐｓが低下しすぎると、低圧側の温度も低くなる。場合によっては過剰冷房により蒸発器の凍結を招き、冷房能力が著しく低下するおそれがある。そこで、通常は蒸発器の出口温度が検出され、制御装置にフィードバックされる。制御装置は、この蒸発器の出口温度が所定の基準値よりも低くなると、ソレノイドへの通電量を制御して設定差圧を小さくし、吸入圧力Ｐｓが下がりすぎないように調整する。

しかしながら、このように蒸発器の出口温度を常に監視してフィードバック制御を行うと、吸入圧力Ｐｓがその出口温度の基準値に対応した圧力値付近で比較的大きな変動を繰り返してしまう。このため、低圧側の温度のばらつきを所定範囲内に抑えるという要求仕様があった場合、それを十分に満足できない可能性がある。一方、このような低圧側の温度を安定させるために、吸入圧力Ｐｓが供給される電流値に対応する設定圧力に保たれるように制御するいわゆるＰｓ感知弁も知られている。しかし、このようなＰｓ感知弁を採用した場合には、逆にＰｄ−Ｐｓ差圧感知弁のような良好な応答性が得られないという問題が生じる。

そこで、本出願人は、先行する特願２００７−１９８４８０号（未公開）にて、Ｐｄ−Ｐｓ差圧感知弁とＰｓ感知弁の双方の機能を兼ね備えた制御弁に関する出願を行っている。この制御弁は、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を設定差圧に保つ本来の容量制御が行われる一方で吸入圧力Ｐｓを感知し、その吸入圧力Ｐｓが設定圧力よりも低くなると、感圧部が弁体に開弁方向の駆動力を付与するものである。この制御弁によりＰｄ−Ｐｓ差圧感知弁およびＰｓ感知弁の双方の利点を享受することができる。しかしながら、このように双方の機能を兼ね備えるが故に、Ｐｄ−Ｐｓ差圧感知弁による差圧感知制御およびＰｓ感知弁による圧力感知制御のいずれを実行中であるかを判定し難く、圧縮機の駆動動力を算出し難いといった問題がある。エンジンのトルク制御を行う場合には、このような圧縮機による駆動動力ひいては負荷トルクをいつでも取得できるような工夫が必要となる。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、いわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧感知弁およびＰｓ感知弁の双方の機能を兼ね備えた制御弁を搭載した圧縮機において、その駆動動力を正確に推定できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の冷凍サイクルは、クランク室内にて回転軸に傾斜角可変に支持された揺動板と、揺動板に作動連結されてシリンダ内に往復動可能に収容されたピストンとを含み、回転軸の回転駆動によりピストンが作動し、シリンダ内に吸入された冷媒を圧縮して吐出する一方、クランク室の圧力に応じて揺動板の傾斜角が変化して吐出容量を変化させる可変容量圧縮機と、可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、可変容量圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との差圧を感知して自律的に弁部を開閉し、その差圧が供給電流により設定された設定差圧に近づくように吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を調整する差圧感知制御を実行して可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる制御弁と、所定の外部情報に基づいて設定差圧を決定し、その設定差圧に基づいて制御弁への通電制御を行う制御部と、吐出圧力を検出する吐出圧検出部と、を備える。

制御弁は、吸入圧力を感知し、その吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに弁開度を拡大して吸入圧力の低下を抑制する圧力感知制御を実行する。制御部は、差圧感知制御が行われるときに弁部に作用する力のつり合いから算出される吸入圧力、および圧力感知制御が行われるときに弁部に作用する力のつり合いから算出される吸入圧力のうち、大きい方の圧力を実吸入圧力として取得し、吐出圧検出部により検出された吐出圧力と実吸入圧力とに基づいて可変容量圧縮機の駆動動力を算出する。

この態様では、可変容量圧縮機（単に「圧縮機」という）の回転軸が駆動されると、クランク圧力に応じた傾斜角で揺動板が回転する。この揺動板の傾斜角によってピストンの往復動のストロークが変わり、冷媒の吐出容量も変化する。クランク圧力は、クランク室への冷媒導入量を調整する制御弁により制御される。制御弁の弁開度を大きくしてその冷媒導入量を増加させると、揺動板の傾斜角が小さくなり、圧縮機は最小容量運転側に移行する。逆に、制御弁の弁開度を小さくしてその冷媒導入量を減少させると、揺動板の傾斜角が大きくなり、圧縮機は最大容量運転側に移行する。揺動板の傾斜角が大きいほど圧縮される冷媒量が大きくなるため、圧縮機の駆動動力も大きくなる。この圧縮機をエンジンにて駆動する場合、その駆動動力はエンジンへの負荷トルクとなる。このため、エンジン側でトルク制御を行う場合には、圧縮機の駆動動力を正確に取得できるようにするのが好ましい。

この態様によれば、吐出圧力と吸入圧力との差圧を設定差圧に保持する差圧感知制御による容量制御が行われる一方、吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときには弁開度を拡大して吸入圧力の低下を抑制する圧力感知制御が適宜行われる。これにより、容量制御の応答性を良好に維持しつつ、過剰冷房を防止することができる。

一方、制御部は、吐出圧力と吸入圧力とに基づいて圧縮機の駆動動力を算出する。ここで、吸入圧力は弁部に作用する力のつり合いから算出することができる。ただし、差圧感知制御が行われるときのつり合い式と、圧力感知制御が行われるときのつり合い式とはその変化点を除き一致しない。一方、各制御は制御弁により自律的に行われるため、いずれが実行中であるのかを判別する必要がある。そこで、ここでは差圧感知制御から圧力感知制御へ切り替わるときの圧力勾配を考える。すなわち、差圧感知制御中に吸入圧力が設定圧力を下回ろうとするときに制御が切り替わることから、その切り替え後に設定圧力を保持しようとする圧力感知制御について算出される吸入圧力のほうが、差圧感知制御について算出される吸入圧力よりも大きくなる。逆に、その切り替え前は、差圧感知制御について算出される吸入圧力のほうが、圧力感知制御について算出される吸入圧力よりも大きくなる。つまり、実際の吸入圧力（実吸入圧力）は、両制御についてそれぞれ算出される吸入圧力のうち大きい方の圧力として得られることになる。この点に着目し、制御部は、両制御について算出される吸入圧力のうち大きい方である実吸入圧力を取得し、これと吐出圧検出部により検出された吐出圧力とに基づいて圧縮機の駆動動力を算出する。つまり、差圧感知制御と圧力感知制御とが切り替わる変化点を逐一判定する必要がなく、単に大きいほうの吸入圧力を実吸入圧力として算出することにより、圧縮機の駆動動力を正確に取得することができる。このようにして得られた駆動動力は、エンジンのトルク制御に用いることもできる。その際、駆動動力を圧縮機の回転数で除算するなどして負荷トルクを算出するようにしてもよい。あるいは、駆動動力として負荷トルクを直接演算してもよい。

本発明の別の態様は、駆動動力演算装置である。この装置は、クランク室内にて回転軸に傾斜角可変に支持された揺動板と、揺動板に作動連結されてシリンダ内に往復動可能に収容されたピストンとを含み、回転軸の回転駆動によりピストンが作動し、シリンダ内に吸入された冷媒を圧縮して吐出する一方、クランク室の圧力に応じて揺動板の傾斜角が変化して吐出容量が変化する可変容量圧縮機と、可変容量圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との差圧を感知して自律的に弁部を開閉し、その差圧が供給電流により設定された設定差圧に近づくように吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を調整する差圧感知制御を実行する一方、吸入圧力を感知し、その吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに弁開度を拡大して吸入圧力の低下を抑制する圧力感知制御を実行する制御弁と、吐出圧力を検出する吐出圧検出部と、を含んで構成される冷凍サイクルにおいて可変容量圧縮機の駆動動力を演算する駆動動力演算装置であって、差圧感知制御が行われるときに弁部に作用する力のつり合いから算出される吸入圧力、および圧力感知制御が行われるときに弁部に作用する力のつり合いから算出される吸入圧力のうち、大きい方の圧力を実吸入圧力として取得し、吐出圧検出部により検出された吐出圧力と実吸入圧力とに基づき、可変容量圧縮機の駆動動力を算出する。

この態様によっても、差圧感知制御と圧力感知制御とが切り替わる変化点を逐一判定する必要がなく、単に大きいほうの吸入圧力を実吸入圧力として算出することにより、圧縮機の駆動動力を正確に取得することができる。

本発明によれば、いわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧感知弁およびＰｓ感知弁の双方の機能を兼ね備えた制御弁を搭載した圧縮機において、その駆動動力を正確に推定できる。

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。なお、以下の説明においては、便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を上下と表現することがある。

図１は、実施の形態に係る冷凍サイクルを表すシステム構成図である。
この冷凍サイクルは、車両用空調装置を構成し、その冷凍サイクルを循環する冷媒を圧縮する可変容量圧縮機（以下、単に「圧縮機」という）１００、圧縮された冷媒を凝縮して冷却する凝縮器１０２（「外部熱交換器」に該当する）、凝縮された冷媒を断熱膨張させる膨張装置１０３、および膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器１０４を備えている。

圧縮機１００は、蒸発器１０４側から吸入室１５１に導入された冷媒ガスをシリンダ１５２に導入し、そのシリンダ１５２内に往復動可能に収容されたピストンにて圧縮し、吐出室１５３から凝縮器１０２側へ高温・高圧の冷媒を吐出する。この吐出冷媒の一部は可変容量圧縮機用制御弁（以下、単に「制御弁」という）１を介してクランク室１５４内に導入され、圧縮機１００の容量制御に供される。制御弁１は、ソレノイド駆動の電磁弁として構成され、制御部１０６（「駆動動力演算装置」を構成する）により通電制御される。クランク室１５４と吸入室１５１とを連通する冷媒通路１５５にはオリフィス１５６が設けられており、クランク室１５４内の圧力を減圧して吸入室１５１側へ導出可能になっている。

圧縮機１００の回転軸には、図示しないエンジンの駆動力がプーリを介して伝達される。その回転軸に傾斜角可変に支持された揺動板は、その角度がクランク室１５４内で揺動板を付勢するスプリングの荷重や、揺動板に作動連結されたピストンの両面にかかる圧力による荷重等がバランスした位置に保持される。この揺動板の角度は、クランク室１５４内に吐出冷媒の一部を導入してクランク圧力Ｐｃを変化させ、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることによって連続的に変えられる。この揺動板の角度の変化によってピストンのストロークを変えることにより、冷媒の吐出容量を調整するようにしている。クランク圧力は、圧縮機１００の吐出室１５３とクランク室１５４との間に設けられた制御弁１により制御される。

制御弁１は、圧縮機１００の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧に基づいて自律的に弁部を開閉し、その差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が制御目標値である設定差圧に近づくように吐出室１５３からクランク室１５４に導入する冷媒流量を調整する。これにより、圧縮機１００の吐出容量が変化する。制御弁１は、ソレノイド駆動の電磁制御弁として構成され、制御部１０６により駆動回路１５０を動作させることにより通電制御される。本実施の形態では、制御部１０６が駆動回路１５０に所定のデューティ比に設定されたパルス信号を出力し、駆動回路１５０からそのデューティ比に対応した電流パルスを出力させてソレノイドを駆動するデューティ制御を行う。

制御部１０６は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース等を備える。制御部１０６は、指定したデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。制御部１０６は、エンジン回転数、車室内外の温度、蒸発器１０４の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報、あるいはエンジンを制御する制御装置からの指令に基づいて上記設定差圧を決定し、その設定差圧に基づいて制御弁１への通電制御を行う。

膨張装置１０３は、いわゆる温度式膨張弁として構成されており、蒸発器１０４の出口側の冷媒温度をフィードバックしてその弁開度を調整し、熱負荷に応じた液冷媒を蒸発器１０４へ供給する。蒸発器１０４を通過した冷媒は圧縮機１００に戻される。

また、圧縮機１００の吐出室１５３と凝縮器１０２との間の冷媒通路には、圧縮機１００の吐出圧力を検出するための圧力センサ１０８（「吐出圧検出部」に該当する）が設けられている。この圧力センサ１０８は、図示の例では吐出室１５３と凝縮器１０２とをつなぐ配管に設けられているが、高圧側の冷媒通路に設けられていればよい。例えば、圧縮機１００の出口、凝縮器１０２の入口または出口、あるいは膨張装置１０３の入口等に配設されていてもよい。

図２は、制御弁の構成を示す断面図である。
制御弁１は、圧縮機１００の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を設定差圧に保つように、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御するいわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧感知弁として構成されている。

制御弁１は、吐出冷媒の一部をクランク室へ導入するための冷媒通路を開閉する弁部を含む弁本体２と、その弁部の開度を調整してクランク室へ導入する冷媒流量を制御するソレノイド３とを、接続部材４を介して一体に組み付けて構成される。

弁本体２は、段付円筒状のボディ５、ボディ５の内部に設けられた弁部、ボディ５の上端に設けられて弁部を開閉するための駆動力を発生するパワーエレメント６（「感圧部」に該当する）等を備えている。

ボディ５の側部には、圧縮機の吐出室に連通して吐出圧力Ｐｄを受けるポート１１（「吐出室連通ポート」に該当する）が設けられている。ポート１１の周囲には、ボディ５の内部へのごみ等の侵入を防止するためのストレーナ１２が取り付けられている。ポート１１は、ボディ５の上部に設けられたポート１３（「クランク室連通ポート」に該当する）と内部で連通している。ポート１３は、圧縮機のクランク室に連通し、そのクランク室に制御されたクランク圧力Ｐｃを導出する。

ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路には、段付円筒状の弁座形成部材１４が配設されており、その内部通路により弁孔１５が形成されている。また、弁座形成部材１４において弁孔１５の吐出室側の開口端縁により弁座１６が形成されている。さらに、弁孔１５を貫通するように、長尺有底円筒状の伝達ロッド１７が挿通されており、その上端部が弁座形成部材１４によって摺動可能に支持されている。この伝達ロッド１７と弁孔１５との間隙により、ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路が形成される。伝達ロッド１７は、パワーエレメント６を構成するダイヤフラム１９に当接可能となっている。

また、弁座１６に吐出室側から対向して、長尺状の作動ロッド２１の一端部からなる弁体２２が接離自在に配置されている。作動ロッド２１は、ボディ５の中央に設けられたガイド孔２３に摺動可能に軸支されている。弁体２２は、弁孔１５の上流側で吐出室に連通する圧力室２４に配置され、その先端面の外周縁が弁座１６に着脱することにより弁孔１５を開閉する。作動ロッド２１の上端部には、伝達ロッド１７の下端部が挿通され、一体的に連結されている。なお、本実施の形態では、作動ロッド２１の一端部により弁体２２が形成されるとしたが、作動ロッド２１の全体を弁体と捉えることもできる。

ボディ５の下部は、有底円筒状の接続部材４に圧入されている。なお、このボディ５の接続部材４への圧入量によりソレノイド３の磁気ギャップを設定することが可能となっている。接続部材４の底部近傍の側部には内外を連通する連通孔が設けられており、ボディ５の下端部と接続部材４の底部との間には、圧縮機の吸入室に連通して吸入圧力Ｐｓを受けるポート２６（「吸入室連通ポート」に該当する）が形成されている。ポート２６は、ボディ５の下端中央に設けられた所定深さの開口孔２７に連通している。ボディ５とソレノイド３とにより囲まれたこの開口孔２７が位置する内部空間は、吸入圧力Ｐｓが導入される圧力室２８を形成する。この圧力室２８は、作動ロッド２１および伝達ロッド１７にそれぞれ設けられた連通孔を介してパワーエレメント６の圧力室２９に連通しており、吸入圧力Ｐｓがその圧力室２９に導入されるように構成されている。なお、吸入圧力Ｐｓはソレノイド３の内部にも導入可能となっている。さらに、作動ロッド２１とボディ５との間には、作動ロッド２１を開弁方向に付勢するスプリング３０が介装されている。

一方、ソレノイド３は、ヨークとしても機能するケース３１と、ケース３１内に固定されたコア３２と、コア３２と軸線方向に対向配置されたプランジャ３３と、外部からの供給電流により磁気回路を生成する電磁コイル３４とを備えている。接続部材４とソレノイド３とは、接続部材４の下端部とケース３１の上端部とを突き合わせ、その接合部をコア３２の上端部を加締めることにより固定することで連結されている。

コア３２には、その中央を軸線方向に貫通する挿通孔３５が設けられており、ソレノイド力を弁体２２へ伝達するためのシャフト３６を挿通している。コア３２の上端部には、リング状の軸受け部材３８が圧入されており、シャフト３６の上端部がこの軸受け部材３８に摺動可能に支持されている。圧力室２８内の吸入圧力Ｐｓは、シャフト３６と軸受け部材３８との微少な間隙を介してソレノイド３の内部にも導入可能となっている。

コア３２には、また、下端が閉じた有底スリーブ３９が外挿されている。有底スリーブ３９内においては、プランジャ３３がコア３２の下方で軸線方向に進退可能に配置されている。有底スリーブ３９は、その下端部が縮管されており、その縮管部によってシャフト３６の下端部を摺動可能に軸支している。プランジャ３３は、円筒状をなし、シャフト３６の下半部に圧入されている。

ケース３１の下端開口部には、ソレノイド３の内部を下方から封止するように樹脂材からなる取っ手４０が設けられている。この取っ手４０には、ケース３１とともに磁気回路を構成する磁性部材からなるカラー４２が埋設されている。取っ手４０はまた、電磁コイル３４につながる端子の一端を露出させるコネクタ部としても機能する。

以上のように構成された制御弁１は、取り付け用のワッシャ４５を介して圧縮機１００の所定の冷媒通路内に固定される。

次に、感圧部および弁部周辺の構成および動作について詳細に説明する。
図３は、図２の上半部に対応する部分拡大断面図である。同図は、制御弁が大気に放置された状態を表している。
パワーエレメント６は、弁座形成部材１４の上端部に固定された中空のハウジング５０と、ハウジング５０内を密閉空間Ｓ１と開放空間Ｓ２とに仕切るように配設された金属薄膜からなるダイヤフラム１９と、密閉空間Ｓ１に配置された金属薄板からなる皿ばね５１とを含んで構成されている。ダイヤフラム１９は、例えばベリリウム銅やステンレス鋼等の金属薄板からなるものでもよい。皿ばね５１は、例えばステンレス鋼からなるものでもよい。さらに、ダイヤフラム１９と皿ばね５１との間には、両者間の摩耗を抑制するための薄膜状の耐摩耗シート５２（「薄膜状部材」に該当する）が介装されている。この耐摩耗シート５２によりダイヤフラム１９の寿命を長くしている。この耐摩耗シート５２としては、例えばテフロン（登録商標）などのフッ素樹脂からなる薄膜シートあるいはポリイミドフィルム等を使用することができる。開放空間Ｓ２が上述の圧力室２９を構成している。本実施の形態では、ダイヤフラム１９と皿ばね５１とを重ねて構成された部材が「感圧部材」として機能する。

ハウジング５０は、いずれもステンレス等をプレス成形して得られた皿状の第１ハウジング５３および第２ハウジング５４からなり、これらの開口部を突き合わせてその外縁部にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２の外縁部を挟むようにして組み付けられる。すなわち、ハウジング５０は、第１ハウジング５３側に皿ばね５１を配置するとともに、第１ハウジング５３と第２ハウジング５４との間にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２を挟んだ状態でその接合部に沿って外周溶接（ＴＩＧ溶接）が施されることにより、容器状に形成されている。両ハウジングの溶接は真空雰囲気内で行われ、その溶接の後、第１ハウジング５３の底部中央に形成された真空引き用の孔部を封止するようにボール部材５５を溶接する。このため、密閉空間Ｓ１は真空状態となっているが、密閉空間Ｓ１内に大気等を満たすようにしてもよい。密閉空間Ｓ１に配置された皿ばね５１は、ダイヤフラム１９に沿って中央部が下側にやや膨らんだ凸形状をなしている。このため、パワーエレメント６が大気に放置された状態ではダイヤフラム１９も皿ばね５１に沿った凸形状となる。

第２ハウジング５４は、その中央部が下方に延出しており、弁座形成部材１４の上端部に圧入されている。第２ハウジング５４、ダイヤフラム１９、弁座形成部材１４および伝達ロッド１７に囲まれた空間が圧力室２９を形成している。

一方、伝達ロッド１７は、下方に開口する有底円筒状をなし、曲面状の上端面中央がダイヤフラム１９の下面中央に当接している。伝達ロッド１７の上端近傍の側部には、内部通路６１と圧力室２９とを連通する連通孔６２が形成されている。一方、作動ロッド２１は、その上半部が段付円筒状をなし、その上端開口部６３に伝達ロッド１７の下端部が内挿されている。本実施の形態において、伝達ロッド１７と作動ロッド２１とは固定されておらず、両者間にはその接続部において微少なクリアランスが設けられている。これにより、弁座形成部材１４の軸心とガイド孔２３の軸心とが微妙にずれていたとしても、そのクリアランスがこれを吸収し、伝達ロッド１７および作動ロッド２１の軸線方向の動きが妨げられないようになっている。作動ロッド２１の側部には、内部通路６４と圧力室２８とを連通させる連通孔６５が形成されている。

このような構成により、ポート２６を介して導入された吸入圧力Ｐｓは、作動ロッド２１の内部通路６４および伝達ロッド１７の内部通路６１を介して圧力室２９に導入される。ダイヤフラム１９は、この吸入圧力Ｐｓを感知して弁部の開閉方向に伸縮動作する。

弁座形成部材１４は、その下端面とボディ５との間にポリイミドフィルム等からなる薄膜状のダイヤフラム６７（「シール部材」に該当する）を挟んだ状態でボディ５の上半部に挿通されている。弁座形成部材１４は、ボディ５の上端開口部が部分的に内方に加締められることによってボディ５に固定されている。作動ロッド２１がこのダイヤフラム６７の中央部を貫通しているが、ダイヤフラム６７の内縁が作動ロッド２１の外周面に密着しているため、ダイヤフラム６７の上下で冷媒の漏洩が防止され、吐出圧力Ｐｄが圧力室２８に及ばないようになっている。弁座形成部材１４の側部の上下には内外を連通する連通孔７１，７２がそれぞれ設けられており、ポート１１とポート１３とを連通させている。

本実施の形態においては、弁座形成部材１４における伝達ロッド１７の摺動部（摺動孔）の断面積Ａと弁孔１５の断面積Ｂとが等しく形成されている。したがって、伝達ロッド１７と作動ロッド２１との結合体（以下「ロッド結合体」という）に作用するクランク圧力Ｐｃによる力がキャンセルされる。一方、ガイド孔２３の断面積Ｃは、断面積Ａ，Ｂよりも大きく形成されている。したがって、ロッド結合体には、パワーエレメント６による駆動力が作用していないときには、断面積（Ｃ−Ａ）の部分において、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）による力が作用することになる。一方、吸入圧力Ｐｓが低くなると、パワーエレメント６におけるダイヤフラム１９の前後差圧が小さくなる。その結果、相対的に皿ばね５１の荷重が大きくなり、感圧部材が開弁方向に変位する。このパワーエレメント６による駆動力が作用すると、ロッド結合体は開弁方向に変位する。

本実施の形態の感圧部材は、ダイヤフラム１９および皿ばね５１の個々の剛性を合わせた剛性を有し、ダイヤフラム１９のしなやかさを保持する一方、皿ばね５１によって耐圧強度が高められている。皿ばね５１は、片側に凸状に膨らんだ形状を有するため、その凸部側から荷重が負荷されると、その荷重が小さい間は変形量も小さいが、荷重が大きくなるにつれてフラットになる側に徐々に変形し、さらに荷重が大きくなると反転して中央部が大きく変位する。このため、皿ばね５１の荷重に対する変形の特性は全体としては非線形となるが、その形状がフラットになる前後の所定の変位幅においては線形性を有する。

本実施の形態では、この線形領域を制御領域に利用することにより、正確な弁開度制御を行っている。この皿ばね５１の荷重を調整することにより、ダイヤフラム１９および皿ばね５１からなる感圧部材を変位させるのに要する吸入圧力Ｐｓも変化する。パワーエレメント６の弁座形成部材１４に対する圧入量を変化させることにより、皿ばね５１の設定荷重を微調整することもできる。これにより、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetを下回ると、感圧部材が変位して伝達ロッド１７を介して弁体２２に開弁方向の駆動力を作用させる。本実施の形態では、蒸発器の凍結防止を保証できる吸入圧力Ｐｓの値を実験等により予め取得し、その値を設定圧力Ｐsetとして設定している。

上述した構成において、図３に示すように、弁体２２の有効受圧面積（つまり弁孔１５の断面積）Ｂ、ガイド孔２３の断面積Ｃ、感圧部材の有効受圧面積Ｄ、ソレノイド３による閉弁方向のソレノイド力ｆｉ、感圧部材（主に皿ばね５１）による開弁方向の力ｒ（ｘ）、スプリング３０による開弁方向の力ｆｓとすると、概ね下記式（１）および（２）に示す力のつり合いの関係式が成立する。なお、ｘは、弁体２２が弁座１６に着座した閉弁位置を基準とした開弁方向へのストローク（ｍｍ）を表している。

１）Ｐｓ＞Ｐsetのとき
（Ｃ−Ｂ）（Ｐｄ−Ｐｓ）＝ｆｉ−ｆｓ
よって、
Ｐｓ＝Ｐｄ−（ｆｉ−ｆｓ）／（Ｃ−Ｂ）・・・（１）
２）Ｐｓ≦Ｐsetのとき
（Ｃ−Ｂ）（Ｐｄ−Ｐｓ）＝ｆｉ−ｆｓ−ｒ（ｘ）＋Ｄ・Ｐｓ
よって、
Ｐｓ＝｛（Ｃ−Ｂ）・Ｐｄ＋ｒ（ｘ）−ｆｉ＋ｆｓ｝／（Ｄ＋Ｃ−Ｂ）・・・（２）
ここでは、吸入圧力Ｐｓ＝設定圧力Ｐsetとなる感圧部材の作用開始点において実質的にｘ＝０となるため、上記式（１）および（２）の吸入圧力Ｐｓを等しいとおいて、Ｐｓ＝Ｐset、ｘ＝０を代入すると、設定圧力Ｐsetは、下記式（３）にて表される。

Ｐset＝ｒ（０）／Ｄ・・・（３）
図４は、弁体の変位と弁体に作用しうる荷重（力）との関係を表す図である。同図において、横軸は閉弁位置を基準とする弁体の開弁方向への変位量（ストローク）つまり弁開度を表し、縦軸は弁体に作用する各力の大きさを表している。

すなわち、皿ばね５１は、閉弁状態で伝達ロッド１７に当接した場合にほぼフラットとなるように配設されており、そのばね力ｒ（ｘ）は、そこから開弁方向へ変位するにしたがって小さくなる。なお、実際にばね力ｒ（ｘ）が伝達ロッド１７に作用するのは、同図においてその傾斜が緩やかな線形領域である。また、スプリング３０のばね力ｆｓも開弁方向への変位にしたがって小さくなるが、その変化量は比較的小さい。一方、ソレノイド力ｆｉは、供給電流ｉ（Ａ）とストロークｘ（ｍｍ）の関数ｆ（ｉ，ｘ）となっており、その絶対値は、電流値によって図示のように変化する。同図に示すように、外部から供給される電流値が大きくなるほど、閉弁方向に作用する力が大きくなる。

図５は、容量制御による吐出圧力と吸入圧力との関係を表す図である。同図において、横軸は吐出圧力Ｐｄ（Ｍｐａ）を表し、縦軸は吸入圧力Ｐｓ（Ｍｐａ）を表している。図中の一点鎖線は、吸入圧力Ｐｓについて設定された設定圧力Ｐset（＝ｒ（０）／Ｄ）を表している。また、太線が差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を一定保持する差圧感知制御の特性を表し、細線が吸入圧力Ｐｓを一定に保持する圧力感知制御の特性を表している。

制御弁１は、その容量制御において、基本的に吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を設定差圧に保持するいわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧感知弁として動作する。この設定差圧は、ソレノイド３に供給される電流値によって設定変更可能となっており、図示のように、設定電流値が高くなるほど差圧が大きくなる。一方、その差圧感知制御において吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetを下回ると、その吸入圧力Ｐｓの低下を抑制するよう、吸入圧力Ｐｓをほぼ一定にする圧力感知制御に切り替えられる。図示のように、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetを下回ると、吐出圧力Ｐｄに対する吸入圧力Ｐｓの変化量が小さくなっている。

すなわち、Ｐｓ＞Ｐsetのときには、上記式（１）にも示されるように、吸入圧力Ｐｓは、ばね力ｒ（ｘ）の影響を受けない。供給電流値が一定であれば、吸入圧力Ｐｓは、吐出圧力Ｐｄとの差圧をその電流値に応じた設定差圧に保持するよう、吐出圧力Ｐｄとともに変化する。一方、Ｐｓ≦Ｐsetのときには、上記式（２）にも示されるように、吸入圧力Ｐｓは、ばね力ｒ（ｘ）の影響を受け、吐出圧力Ｐｄの変化に対する吸入圧力Ｐｓの変化を抑制する（変化の傾きを小さくする）。つまり、制御弁１は、図中実線にて示す制御特性を有する。吸入圧力Ｐｓは、差圧感知制御および圧力感知制御においてそれぞれ得られる圧力のうち、大きい方の圧力（「実吸入圧力」に該当する）に制御される。

図６は、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）と圧縮機の駆動動力との関係を表す図である。同図において、横軸は差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）（Ｍｐａ）を表し、縦軸は駆動動力（ｋＷ）を表している。図中の実線は圧縮機の回転数ｎがｎ１（例えば８００ｒｐｍ）の場合の関係を表し、二点鎖線は圧縮機の回転数ｎがｎ２（例えば４０００ｒｐｍ）の場合の関係を表している。

図示のように、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）と圧縮機１００の駆動動力との間に所定の対応関係があることは実験等により予め分かっている。一般に、回転数が高くなる高負荷時には駆動動力が大きくなる傾向にあるが、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）と駆動動力との間には、ほぼ一様な対応関係がある。図示の例では、回転数が異なると特性がほぼ平行移動している。したがって、そのときの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）および回転数が分かれば、圧縮機１００の駆動動力を推定することができる。図示の例では、便宜上２種類の回転数についてのみ示されているが、他の回転数に対応する特性についても実験等から同様に得ることができる。

本実施の形態において、制御部１０６は、同図に示される対応関係を表す動力演算マップを保持している。制御部１０６は、例えばエンジンを制御する制御装置（「エンジン制御装置」ともいう）からの要求に応じて圧縮機１００の駆動動力を演算し、その情報を制御装置へ出力する。

すなわち、制御部１０６は、圧力センサ１０８が検出した吐出圧力Ｐｄの情報を取得する。そして、そのとき制御弁１へ供給している設定電流値ｉおよび吐出圧力Ｐｄを用いて上記式（１）および（２）の演算を行い、各式から吸入圧力Ｐｓを算出する。このとき、算出された２つの吸入圧力Ｐｓのうち大きい方を現在の吸入圧力Ｐｓ（実吸入圧力）として得る。制御部１０６は、このように取得した吸入圧力Ｐｓと圧力センサ１０８から得た吐出圧力Ｐｄとから差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）（「推定差圧」に該当する）を求める一方、圧縮機１００の回転数を取得する。この回転数については、例えばエンジン制御装置から受信したエンジン回転数の情報に基づいて算出することができるが、回転数検出用のセンサを設け、そのセンサ出力から取得するようにしてもよい。制御部１０６は、これら差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）および回転数を用いて動力演算マップを参照し、駆動動力を演算する。このとき、動力演算マップに対応する回転数がない場合には、動力演算マップに保持された回転数についての同じ差圧に対応する駆動動力値から、求めるべき駆動動力を補間演算することも可能である。制御部１０６は、このとき推定した駆動動力をエンジン制御装置に出力することができる。エンジン制御装置は、この駆動動力の推定値を用いて所定のトルク制御を実行できる。例えば、駆動動力を回転数で除算することにより圧縮機１００の負荷トルクを算出し、必要に応じて燃料カットを実行したり、制御部１０６に対して圧縮機１００をシャットダウンさせるための指令信号を出力することができる。あるいは、制御部１０６において駆動動力からさらに負荷トルクを算出し、エンジン制御装置に出力するようにしてもよい。

図７〜図９は、制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。各図は、図３に対応する部分拡大断面図である。図７は、ソレノイド３がオフにされ、吸入圧力Ｐｓが高いときの状態を示している。図８は、ソレノイド３がオンにされ、弁部が微少開度に保持された容量制御中の状態を示している。図９は、容量制御中において吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetを下回ったときの状態を示している。

ソレノイド３の非通電状態においては吸入圧力Ｐｓが高いため、図７に示すように、開放空間Ｓ２に導入されたその吸入圧力Ｐｓと、密閉空間Ｓ１内の内部圧力との差圧が大きく、その差圧による荷重がダイヤフラム１９および皿ばね５１に作用する。このため、皿ばね５１がその周縁部を支点にしてその凸形状が反転する側に弾性変形し、第１ハウジング５３の内壁にほぼ沿うようになる。本実施の形態では、このように皿ばね５１が第１ハウジング５３の内壁面によって係止されるため、完全に反転する手前の状態に保持される。なお、後述のように吸入圧力Ｐｓが低くなれば、皿ばね５１がその弾性力により元の形状に復帰できる。言い換えれば、第１ハウジング５３は、このように皿ばね５１が反転する手前の状態に変形したときの形状に沿う浅い形状に形成されている。これは、パワーエレメント６ひいては制御弁１のコンパクト化にも寄与している。

一方、ソレノイド３に通電された容量制御状態において吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも高いときには（Ｐｓ＞Ｐset）、図８に示すように感圧部材が伝達ロッド１７から離れている。このため、制御弁１は、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を設定差圧に保持するいわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧感知弁として動作する。

そして、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetを下回ると（吸入圧力Ｐｓ≦設定圧力Ｐset）、図９のように感圧部材が伝達ロッド１７に接触してこれを押圧する。その結果、制御弁１は、吸入圧力Ｐｓを設定圧力Ｐsetに保持するいわゆるＰｓ感知弁として動作する。

制御弁１のソレノイド３が非通電のとき、つまり圧縮機の機能が実質的に停止している最小容量運転のときには、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）はほぼゼロの状態になっている。このとき、図示のように、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとがほぼ同じ圧力となる。

そして、ソレノイド３に通電がされて圧縮機が起動されると、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が徐々に大きくなって設定差圧に近づいていく制御が行われる。このとき、冷房能力を高めるために、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が大きくなって吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetを下回ろうとすると、感圧部材の動作により弁体２２に開弁方向の力が作用する。つまり、制御弁1は、吸入圧力Ｐｓを設定圧力Ｐset以上に保持するように自律的に動作する。このため、吸入圧力Ｐｓが低下しても、図中点線で表されるように大きく低下することはなく、設定圧力Ｐset付近に保持されるようになる。

次に、制御弁の全体の動作について説明する。
図１に示した制御弁１において、ソレノイド３が非通電のときには、吐出圧力Ｐｄにより弁体２２が弁座１６から離間して弁部が全開状態に保持される。このとき、圧縮機の吐出室からポート１１に導入された吐出圧力Ｐｄの高圧冷媒は、全開状態の弁部を通過し、ポート１３からクランク室へと流れることになる。したがって、クランク圧力Ｐｃが吐出圧力Ｐｄに近い圧力になるため、圧縮機は最小容量運転を行う。

一方、自動車用空調装置の起動時または冷房負荷が最大のときには、ソレノイド３に供給される電流値は最大になり、プランジャ３３は、コア３２に最大の吸引力で吸引される。このとき、弁体２２を含む作動ロッド２１、伝達ロッド１７、シャフト３６およびプランジャ３３が、一体になって閉弁方向に動作し、弁体２２が弁座１６に着座する。この閉弁動作によってクランク圧力Ｐｃが低下するため、圧縮機は最大容量運転を行うことになる。

ここで、ソレノイド３に供給される電流値が所定値に設定されているときには、弁体２２を含む作動ロッド２１、伝達ロッド１７、シャフト３６およびプランジャ３３が一体動作する。このとき、弁体２２は、作動ロッド２１を開弁方向に付勢するスプリング３０のばね荷重と、プランジャ３３を閉弁方向に付勢しているソレノイド３の荷重と、弁体２２が開弁方向に受圧する吐出圧力Ｐｄによる力と、弁体２２が閉弁方向に受圧する吸入圧力Ｐｓによる力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。

このバランスが取れた状態で、エンジンの回転数とともに圧縮機の回転数が上がって吐出容量が増えると、吐出圧力Ｐｄが上がって吸入圧力Ｐｓが下がる。その結果、その差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が大きくなって弁体２２に開弁方向の力が作用し、弁体２２は、さらにリフトして吐出室からクランク室へ流す冷媒の流量を増やす。これにより、クランク圧力Ｐｃが上昇し、圧縮機は、その吐出容量を減少させる方向に動作し、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧になるように制御される。エンジンの回転数が低下した場合には、その逆の動作が行われ、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧になるように制御される。

そして、この冷凍サイクルの運転の過程で吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも低くなると、パワーエレメント６の感圧部材が変位して伝達ロッド１７を開弁方向へ押圧する。それにより、弁体２２が開弁方向へ変位して弁部の開度を拡大し、クランク圧力Ｐｃが上昇して吐出容量を低減させる。その結果、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetに維持され、過剰冷房が防止される。

以上に説明したように、本実施の形態によれば、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を設定差圧に保持する差圧感知制御が行われる一方、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも低くなったときにはその低下を抑制する圧力感知制御が行われる。これにより、容量制御の応答性を良好に維持しつつ、過剰冷房を防止することができる。一方、圧縮機１００の駆動動力の演算に際して、差圧感知制御および圧力感知制御の両制御について算出される吸入圧力Ｐｓのうち大きい方を選択するという簡単な手法で正確な吸入圧力を取得する。両制御が切り替わる変化点を逐一判定する必要がないため、圧縮機１００の駆動動力を正確かつ簡易に取得できる。さらに、制御弁１においては、ボディ５のソレノイド３とは反対側の端部にパワーエレメント６が設けられ、そのハウジング５０の形状を皿ばね５１の形状に合わせるようにした。このため、パワーエレメント６そのもの、ひいては制御弁１をコンパクトに構成することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、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く、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施の形態においては、上記式（１）および（２）を用いて吸入圧力Ｐｓを算出し、その大きい方の圧力を実吸入圧力として差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）の算出に用いる例を示した。変形例においては、制御部１０６が、図５において実線にて示した吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとを対応づけた吸入圧演算マップを保持するようにしてもよい。この吸入圧演算マップは、各設定電流値ごとに吐出圧力Ｐｄに対応する実吸入圧力を示す。制御部１０６は、圧力センサ１０８が検出した吐出圧力Ｐｄと、現在の設定電流値ｉを用いて吸入圧演算マップを参照し、実吸入圧力を演算するようにしてもよい。

上記実施の形態においては、圧力センサ１０８が検出した吐出圧力Ｐｄと実吸入圧力との差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を推定差圧として算出し、その推定差圧に基づいて動力演算マップを参照して駆動動力を得る例を示した。変形例においては、このような推定差圧を求めることなく、吐出圧力Ｐｄと実吸入圧力とから駆動動力を算出するための演算マップを実験等を通じて予め用意し、使用するようにしてもよい。

上記実施の形態においては、感圧部としてのパワーエレメントを、ハウジングと、これを密閉空間と開放空間とに仕切る金属製のダイヤフラムと、密閉空間に配置されてダイヤフラムの剛性を補う皿ばねとを含んで構成する例を示した。変形例においては、感圧部材として皿ばねをなくし、比較的厚みがあり皿ばねのような反転動作が可能な金属製ダイヤフラムを用いてもよい。あるいは逆に、ダイヤフラムをなくし、皿ばねをハウジングに直接固定する構成としてもよい。

上記実施の形態では述べなかったが、吐出室１５３と凝縮器１０２との間に、吐出室１５３から凝縮器１０２への冷媒の流れを許容して凝縮器１０２側からの逆流を防止または抑制可能な制御弁を設けてもよい。

上記実施の形態の制御弁は、冷媒として代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）など使用する冷凍サイクルに好適に適用されるが、二酸化炭素のように作動圧力が高い冷媒を用いる冷凍サイクルに適用することも可能である。その場合には、冷凍サイクルに凝縮器に代わってガスクーラなどの熱交換器が配置される。

実施の形態に係る冷凍サイクルを表すシステム構成図である。 制御弁の構成を示す断面図である。 図２の上半部に対応する部分拡大断面図である。 弁体の変位と弁体に作用しうる荷重（力）との関係を表す図である。 容量制御による吐出圧力と吸入圧力との関係を表す図である。 差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）と圧縮機の駆動動力との関係を表す図である。 制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。 制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。 制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。

符号の説明

１ 制御弁、 ２ 弁本体、 ３ ソレノイド、 ５ ボディ、 ６ パワーエレメント、 １５ 弁孔、 １６ 弁座、 １７ 伝達ロッド、 １９ ダイヤフラム、 ２１ 作動ロッド、 ２２ 弁体、 ２３ ガイド孔、 ３６ シャフト、 ５０ ハウジング、 ５２ 耐摩耗シート、 ６７ ダイヤフラム、 １００ 圧縮機、 １０２ 凝縮器、 １０３ 膨張装置、 １０４ 蒸発器、 １０６ 制御部、 １０８ 圧力センサ、 １５０ 駆動回路、 １５１ 吸入室、 １５２ シリンダ、 １５３ 吐出室、 １５４ クランク室、 Ｓ１ 密閉空間、 Ｓ２ 開放空間。

Claims (8)

1. 空調装置を構成する冷凍サイクルにおいて、
   クランク室内にて回転軸に傾斜角可変に支持された揺動板と、前記揺動板に作動連結されてシリンダ内に往復動可能に収容されたピストンとを含み、前記回転軸の回転駆動により前記ピストンが作動し、前記シリンダ内に吸入された冷媒を圧縮して吐出する一方、前記クランク室の圧力に応じて前記揺動板の傾斜角が変化して吐出容量を変化させる可変容量圧縮機と、
   前記可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、
   前記外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、
   前記膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに前記可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、
   前記可変容量圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との差圧を感知して自律的に弁部を開閉し、その差圧が供給電流により設定された設定差圧に近づくように吐出室から前記クランク室に導入する冷媒流量を調整する差圧感知制御を実行して前記可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる制御弁と、
   所定の外部情報に基づいて前記設定差圧を決定し、その設定差圧に基づいて前記制御弁への通電制御を行う制御部と、
   前記吐出圧力を検出する吐出圧検出部と、
   を備え、
   前記制御弁は、前記吸入圧力を感知し、その吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに弁開度を拡大して前記吸入圧力の低下を抑制する圧力感知制御を実行し、
   前記制御部は、前記差圧感知制御が行われるときに前記弁部に作用する力のつり合いから算出される吸入圧力、および前記圧力感知制御が行われるときに前記弁部に作用する力のつり合いから算出される吸入圧力のうち、大きい方の圧力を実吸入圧力として取得し、前記吐出圧検出部により検出された吐出圧力と前記実吸入圧力とに基づいて前記可変容量圧縮機の駆動動力を算出することを特徴とする冷凍サイクル。
2. 前記制御部は、前記吐出圧検出部により検出された吐出圧力と前記実吸入圧力との差圧である推定差圧に基づき、前記可変容量圧縮機の駆動動力を算出すること特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
3. 前記制御弁は、
   内部に冷媒通路が形成されたボディと、
   前記吐出室と前記クランク室とを連通させる冷媒通路を形成する弁孔に接離するように配置されて弁部を開閉する弁体と、
   前記ボディの一端側に設けられたハウジングと、前記ハウジング内を前記吸入圧力が導入される開放空間と密閉空間とに仕切るように配設された薄膜または薄板状の感圧部材とを含み、前記吸入圧力が前記設定圧力よりも低くなったときに、前記感圧部材が変位して前記弁体に開弁方向の駆動力を付与するように構成された感圧部と、
   前記ボディの他端側に設けられ、前記設定差圧に対応して供給される電流量に応じた閉弁方向のソレノイド力を前記弁体に付与可能なソレノイドと、
   一端側が前記弁体に支持され他端側が前記感圧部材に接離可能な本体を有し、前記吸入圧力が前記設定圧力よりも低くなったときに、前記感圧部材の駆動力を前記弁体へ伝達可能な伝達ロッドと、
   を備えたこと特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル。
4. 前記ボディの一端側から順に前記クランク室に連通するクランク室連通ポート、前記吐出室に連通する吐出室連通ポート、吸入室に連通する吸入室連通ポートが設けられ、
   前記ボディ内において、前記吐出室連通ポートと前記クランク室連通ポートとをつなぐ冷媒通路に前記弁孔が設けられる一方、前記弁体が前記吐出室連通ポートと前記吸入室連通ポートとの間に形成されたガイド孔に沿って軸線方向に摺動可能に支持され、
   前記吸入室連通ポートが、前記弁体および前記伝達ロッドのそれぞれを貫通するように設けられた内部通路を介して前記開放空間へ連通するように構成され、
   前記伝達ロッドは、前記弁孔を挿通するように配置され、
   前記ガイド孔の断面積が前記弁孔の断面積よりも大きく形成されることにより、前記弁体に前記吐出圧力と前記吸入圧力との差圧が作用するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル。
5. 前記伝達ロッドは、一端側が前記ボディ内に設けられた摺動孔に沿って摺動可能に支持される一方、他端側が前記弁孔を貫通して前記弁体に接続され、
   前記摺動孔の断面積と前記弁孔の断面積とが実質的に等しく形成されることにより、前記弁体に作用する前記クランク室の圧力がキャンセルされるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル。
6. 前記制御部は、前記制御弁に供給する複数の設定電流値ごとに前記吐出圧力と前記実吸入圧力との関係を表す吸入圧演算マップを保持し、現在の設定電流値および吐出圧力を用いて前記吸入圧演算マップを参照することにより前記実吸入圧力を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル。
7. 前記制御部は、前記推定差圧と前記駆動動力との関係を表す動力演算マップを保持し、算出された推定差圧を用いて前記動力演算マップを参照することにより前記駆動動力を演算することを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル。
8. クランク室内にて回転軸に傾斜角可変に支持された揺動板と、前記揺動板に作動連結されてシリンダ内に往復動可能に収容されたピストンとを含み、前記回転軸の回転駆動により前記ピストンが作動し、前記シリンダ内に吸入された冷媒を圧縮して吐出する一方、前記クランク室の圧力に応じて前記揺動板の傾斜角が変化して吐出容量を変化させる可変容量圧縮機と、
   前記可変容量圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との差圧を感知して自律的に弁部を開閉し、その差圧が供給電流により設定された設定差圧に近づくように吐出室から前記クランク室に導入する冷媒流量を調整する差圧感知制御を実行する一方、前記吸入圧力を感知し、その吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに弁開度を拡大して前記吸入圧力の低下を抑制する圧力感知制御を実行する制御弁と、
   前記吐出圧力を検出する吐出圧検出部と、
   を含んで構成される冷凍サイクルにおいて前記可変容量圧縮機の駆動動力を演算する駆動動力演算装置であって、
   前記差圧感知制御が行われるときに前記弁部に作用する力のつり合いから算出される吸入圧力、および前記圧力感知制御が行われるときに前記弁部に作用する力のつり合いから算出される吸入圧力のうち、大きい方の圧力を実吸入圧力として取得し、前記吐出圧検出部により検出された吐出圧力と前記実吸入圧力とに基づき、前記可変容量圧縮機の駆動動力を算出することを特徴とする駆動動力演算装置。

Images