JP3900669B2 - 制御弁及び可変容量型圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変容量型圧縮機及びこの圧縮機に用いられる制御弁に関する。本発明に係る制御弁及び可変容量型圧縮機は、車両空調用等の冷房装置に好適に利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両空調用に供される可変容量型圧縮機として、駆動源により変動しうる回転数で駆動される駆動軸と、シリンダブロックに形成されたボア内を往復動し、吸入室から吸入した冷媒を圧縮して吐出室に吐出するピストンと、クランク室内で該駆動軸と共に回転し、かつ該クランク室内の圧力上昇に基づいて該ピストンのストロークを縮小させる傾角変位可能な斜板要素と、該クランク室と該吐出室とを連通する制御通路と、該制御通路に配設され、該制御通路の開度を開閉制御する制御弁とを備えたものが知られている。
【０００３】
このような圧縮機で、冷媒としてフロン系冷媒を用いた場合、言い換えれば吐出圧力及び吸入圧力ともに用いる冷媒の臨界圧力未満の圧力で作動するような冷房装置（以下、適宜「亜臨界サイクルの冷房装置」という。）で上記可変容量型圧縮機を用いた場合は、図１４に模式的に示すような制御弁の制御により、吐出容量を可変とすることができる。
【０００４】
図１４に示す制御弁は、クランク室と吐出室とを連通する制御通路内に配設されるもので、吸入圧力（Ｐｓ）を検知して伸縮する感圧部８０と、感圧部８０の伸縮動作に基づき上記制御通路の開度を制御可能とされた弁体８１とを備えている。この制御弁では、感圧部８０には、制御通路の開度を縮小する方向に吸入圧力（Ｐｓ）が作用するとともに、制御通路の開度を拡大する方向に付勢するばね力により所定の設定値（Ｆ）の力が作用し、一方弁体８１には、制御通路の開度を縮小する方向に吐出圧力（Ｐｄ）が作用するような構造とされている。
【０００５】
かかる構造の制御弁では、吸入圧力（Ｐｓ）が所定の設定圧力よりも小さくなったときに、弁体８１が制御通路を開放して、該制御通路を介して吐出室からクランク室へ吐出圧力（Ｐｄ）が供給される。これによりクランク室圧力（Ｐｃ）が上昇すれば斜板要素の背圧が上昇するため、斜板要素の傾角が縮小され、その結果ピストンのストロークも縮小され、ひいては吐出容量が縮小される。
【０００６】
ところで、上記構造の従来の制御弁では、吐出圧力（Ｐｄ）が制御通路の開度を縮小する方向に弁体８１に作用することから、上記ばねの設定値（Ｆ）が一定ならば、吐出圧力（Ｐｄ）が高くなるに従い、吸入圧力（Ｐｓ）の設定圧力が低下するという特性がある。
すなわち、吸入圧力（Ｐｓ）と吐出圧力（Ｐｄ）との関係に注目すれば、図１５に示すように、吐出圧力（Ｐｄ）が高くなるに従い、吸入圧力（Ｐｓ）が低くなるという関係がある。そして、吸入圧力（Ｐｓ）と吐出圧力（Ｐｄ）との関係で、吸入圧力（Ｐｓ）が図１５の直線よりも下の領域に入った場合（すなわち、図１５の直線に基づき吐出圧力（Ｐｄ）に応じて決定される吸入圧力（Ｐｓ）の設定圧力よりも実際の吸入圧力（Ｐｓ）が低くなった場合）には、上記制御弁において弁体８１が制御通路を開放し、クランク室圧力（Ｐｃ）の上昇に伴い吐出容量が縮小される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
かかる制御特性をもつ場合、回転数の上昇等により冷媒循環量が増大して冷房能力が過大となったときに、圧縮機の吐出容量を縮小させて冷房能力を縮小させるという調整を速やかに行うことが困難となる場合がある。
上記問題は、特に、冷房装置を構成する閉回路の高圧側圧力（吐出圧力）が冷媒の超臨界圧力となるように作動する冷房装置（以下、適宜「超臨界サイクルの冷房装置」という。）において顕著となる。すなわち、超臨界サイクルの冷房装置では、回転数上昇時に、高圧側圧力（吐出圧力）が速やかに上昇する一方、低圧側蒸発圧力（吸入圧力）の低下が遅れるという特性がある。このため、吐出圧力（Ｐｄ）が高くなるに従い吸入圧力（Ｐｓ）が低くなるような上記制御特性を制御弁がもつと、回転数上昇時に吐出圧力（Ｐｄ）の上昇により吸入圧力（Ｐｓ）の設定圧力が低下してしまい、圧縮機の吐出容量の制御が遅れてしまうという問題がある。
【０００８】
特表平６−５１０１１１号公報には、圧縮機、放熱用熱交換器（ガスクーラ）、絞り手段、吸熱用熱交換器（蒸発器）及び気液分離器（アキュムレータ）が直列接続されて閉回路を形成してなる超臨界サイクルの冷房装置が開示されている。この冷房装置は、高圧側の放熱用熱交換器たるガスクーラの出口温度等を検出し、これに基づいて該ガスクーラの下流に配置された絞り手段を制御することにより、冷房装置におけるエネルギー消費を最小とすべく、高圧側圧力を調整するものである。
【０００９】
冷房装置におけるエネルギー消費を最小とするには、圧縮機に外部から加えられる圧縮仕事（Ｗ）に対する蒸発器における冷凍能力（Ｑ）の比として定義される成績係数（ＣＯＰ＝Ｑ／Ｗ）が最大となるような条件で冷房装置を作動させればよい。なお、上記式からも明らかなように、冷凍能力（Ｑ）及び圧縮仕事（Ｗ）の双方の関与により上記ＣＯＰの値が決定され、蒸発器における冷凍能力（Ｑ）、すなわち蒸発器内を冷媒が通過する際に生じるエンタルピー変化（蒸発器出口と蒸発器入口とにおけるエンタルピー差）が大きいほど、また圧縮機で冷媒を圧縮するために要する圧縮仕事（Ｗ）が小さいほど、上記ＣＯＰの値が大きくなる。
【００１０】
ここに、超臨界サイクルの冷房装置においては、高圧側の放熱用熱交換器たるガスクーラの出口における冷媒温度がほぼ一定に保たれるときに、この高圧側圧力を上昇させることにより上記冷凍能力（Ｑ）を増大させて上記ＣＯＰの値を増大させることができるという、亜臨界サイクルの冷房装置には見られない特性があり、これに伴い絞り手段における作用も亜臨界サイクルのものとは異なる。
【００１１】
すなわち、二酸化炭素（ＣＯ₂ ）を冷媒とする超臨界サイクルにおける圧力−エンタルピー線図（Ｐ−Ｈ線図、モリエル線図）を図１６に示すように、蒸発器における冷凍能力（Ｑ）は、蒸発器入口（Ｄ点）でのエンタルピー（Ｈ_D ）と蒸発器出口（Ａ点）でのエンタルピー（Ｈ_A ）との差（ΔＨ₁ ＝Ｈ_A −Ｈ_D ）が大きいほど、また蒸発器内を流れる冷媒の質量流量が大きいほど大きくなる。ここに、蒸発器出口（Ａ点）における過熱度が高くなり過ぎると、圧縮機に吸入される冷媒の比体積が大きくなること及び吐出ガス温度の上昇に伴って圧縮機の体積効率が減少することにより、冷媒循環量（単位時間当たりに蒸発器に供給される冷媒量、ｋｇ／ｈ）が減少し、ひいては冷凍能力（Ｑ）が減少する。このため、過熱度をほぼ一定に保って冷媒循環量の減少による冷凍能力の低下を避ける観点より、蒸発器出口（Ａ点）でのエンタルピー（Ｈ_A ）はほぼ一定に保つ必要がある。一方、蒸発器入口（Ｄ点）でのエンタルピー（Ｈ_D ）は、絞り手段における膨張過程が等エンタルピー変化であることから、ガスクーラの出口（Ｃ点）でのエンタルピー（Ｈ_C ）に等しい。したがって、蒸発器入口（Ｄ点）でのエンタルピー（Ｈ_D ）と蒸発器出口（Ａ点）でのエンタルピー（Ｈ_A ）との差（ΔＨ₁ ）、ひいては冷凍能力（Ｑ）を大きくするには、ガスクーラの出口（Ｃ点）でのエンタルピー（Ｈ_C ）を小さくすればよい。冷媒の超臨界圧力となる高圧側のガスクーラ内は高圧蒸気の単相領域であることから、高圧側圧力はガスクーラ出口（Ｃ点）での冷媒温度と無関係に調整可能である。そして、ガスクーラの出口（Ｃ点）における冷媒温度がほぼ一定に保たれるとき（例えば、４０℃。このガスクーラ出口の冷媒温度は、ガスクーラで冷媒と熱交換する外気の温度とほぼ同一となる。）、図１６のＰ−Ｈ線図中に示される４０℃の等温線から明らかなように、高圧側圧力が高くなるほどガスクーラの出口（Ｃ点）でのエンタルピー（Ｈ_C ）は小さくなる。よって、ガスクーラの出口（Ｃ点）における冷媒温度がほぼ一定に保たれるとき、高圧側圧力を上昇させることにより、ガスクーラの出口（Ｃ点）でのエンタルピー（Ｈ_C ）を小さくして、上記冷凍能力（Ｑ（＝ΔＨ₁ ））、ひいては上記ＣＯＰを増大させることができる。
【００１２】
一方、ガスクーラの出口（Ｃ点）における冷媒温度をほぼ一定（例えば、４０℃）として、高圧側圧力を高くしていくと、それに伴い圧縮機で必要とされる圧縮仕事（Ｗ＝ΔＨ₂ ＝Ｈ_B −Ｈ_A ）が大きくなる。なお、ここでは、圧縮機内での圧縮を断熱圧縮とみなし、圧縮過程は等エントロピー変化となり、圧縮仕事（Ｗ）は圧縮機入口（Ａ点）でのエンタルピー（Ｈ_A ）と圧縮機出口（Ｂ点）でのエンタルピー（Ｈ_B ）との差に等しいとしている。このため、かかる高圧側圧力を高くし過ぎると、圧縮仕事（Ｗ）の増大により、かえって上記ＣＯＰが減少する。
【００１３】
このようなことから、ガスクーラの出口（Ｃ点）における冷媒温度がある温度にあるときに、冷凍能力（Ｑ）と圧縮仕事（Ｗ）との関係で決定される上記ＣＯＰの値が最大となるような最適な高圧側圧力が存在する。そして、ガスクーラの出口（Ｃ点）における冷媒温度毎に存在する最適な高圧側圧力の軌跡を辿れば、図１６に示すような最適制御線を決定することができる。
【００１４】
そこで、前記特表平６−５１０１１１号公報に開示された超臨界サイクルの冷房装置では、ガスクーラの出口（Ｃ点）における冷媒温度及び冷媒圧力を検出し、上記最適制御線に基づいてこの検出温度での最適な高圧側圧力を決定する。そして、実際の高圧側圧力に応じて絞り手段を制御することにより、実際の高圧側圧力がこのようにして決定された最適圧力となるように調整し、もって上記ＣＯＰの最大化、ひいては冷房装置におけるエネルギー消費の最小化を達成する。
【００１５】
ところで、車両用冷房装置においては、エンジンの回転が圧縮機の駆動源とされていることから、エンジン回転数が上昇したとき、それに応じて圧縮機の動力が増大して蒸発器での冷媒循環量（ｋｇ／ｈ）が増大し、その結果冷凍能力（Ｑ）が過大となることがある。このような回転数上昇時の過剰冷房を防ぐには、絞り手段の開度を縮小して上記冷媒循環量を減少させる必要がある。しかし、単に絞り手段の開度を縮小するのみでは、蒸発器において冷媒圧力が低下することに伴ってその圧力に対応する飽和温度まで冷媒温度が低下してしまうので、過剰冷房を効果的に防ぐことができない。そこで、エンジン回転数が上昇したときは、絞り手段の開度を縮小させるとともに、それに応じて圧縮機の吐出容量を縮小させることが行われている。すなわち、吸入圧力（蒸発器出口での冷媒圧力）や蒸発器出口での冷媒温度を検知することにより吐出容量が可変となる可変容量型圧縮機を採用し、エンジン回転数が上昇したときは圧縮機の吐出容量を縮小させるようにすれば、吐出容量の縮小に基づく冷媒循環量の減少とともに、吐出容量の縮小に基づく吸入圧力の上昇（すなわち蒸発器における冷媒圧力の上昇）による蒸発器における冷媒温度の上昇を期待することができ、したがって回転数上昇時の過剰冷房を効果的に防ぐことが可能となる。
【００１６】
しかしながら、前述したような超臨界サイクルの冷房装置において、前述の制御特性をもつ制御弁でもって圧縮機の吐出容量を可変にしようとすると、超臨界サイクルでは、上述したように絞り手段の作用に起因して、エンジン回転数上昇時に圧縮機の容量制御を速やかに行うことが困難になる等の問題がある。
すなわち、超臨界サイクルの冷房装置においては、前述したように、ガスクーラの出口（Ｃ点）における冷媒温度及び冷媒圧力を検出し、ガスクーラ出口（Ｃ点）における実際の冷媒圧力が上記検出温度での最適圧力となるように、絞り手段の開度を調整して、ＣＯＰの最大化、ひいては冷房装置におけるエネルギー消費の最小化を達成する。
【００１７】
このような絞り手段の作用を伴う超臨界サイクルの冷房装置において、エンジン回転数、ひいては圧縮機の駆動軸の回転数が上昇した場合、ガスクーラに供給される冷媒の質量流量も増大するため、ガスクーラ内での冷媒圧力（高圧側圧力、吐出圧力）が高くなる。一方、絞り手段は前述の通りガスクーラの出口圧力が一定となるように開度調整されるため、ガスクーラの出口圧力の上昇を抑制すべく絞り手段の開度が拡大される。このため、絞り手段の絞り方向への動作が遅れ、その結果冷房能力の調整が遅れるという問題がある。また、絞り手段の絞り方向への動作が遅れれば、吐出圧力は速やかに上昇する一方で、吸入圧力の低下が遅れることになるので、吸入圧力等を検知することによる圧縮機の容量制御が遅れることにもなり、これによっても冷房能力の調整が遅れる。
【００１８】
以上詳述したように、超臨界サイクルの冷房装置では、回転数上昇時に、高圧側圧力（吐出圧力）が速やかに上昇する一方で、低圧側蒸発圧力（吸入圧力）の低下が遅れるという特性がある。このため、前述の制御特性をもつ制御弁では回転数上昇等による高圧上昇により吸入圧力の設定圧力が低下してしまい、過剰冷房を防止しにくいという問題が起こりやすい。
【００１９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、回転数が上昇した場合であっても、速やかに冷房能力を調整することができ、したがって回転数上昇による過剰冷房を確実に防止することのできる制御弁及び可変容量型圧縮機を提供することを解決すべき技術課題とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１記載の制御弁は、駆動源により駆動される駆動軸と、シリンダブロックに形成されたボア内を往復動し、吸入室から吸入した冷媒を圧縮して吐出室に吐出するピストンと、クランク室内の圧力調整に基づいて該ピストンのストロークを変更させる傾角変位可能な斜板要素と、該クランク室と該吸入室とを連通する抽気通路と、該クランク室と該吐出室及び該吸入室のうちの少なくとも一方とを連通する制御通路とを備えた可変容量型圧縮機に用いられる制御弁であって、
吸入圧力及びクランク室圧力のうちの少なくとも一方を検知する感圧部と、該感圧部の検知動作に基づき上記制御通路の開度を制御可能とされた弁体とを具備し、
吐出圧力が高くなるに従い吸入圧力が高くなるような制御特性を有することを特徴とするものである。
【００２１】
この制御弁においては、高圧側圧力としての吐出圧力をｘ軸とし、低圧側蒸発圧力としての吸入圧力をｙ軸としたｘ−ｙ座標において、予め決定された所定傾きの右上がりの制御特性を持たせている。これは、吸入圧力を設定圧力として圧縮機の吐出容量を可変制御する場合、具体的には吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときにクランク室圧力を上昇させて吐出容量を減少させるように可変制御する場合において、吐出圧力が高くなるに従い、該設定圧力が高くなるような制御特性をもたせたことを意味する。
【００２２】
このため、エンジンの回転数、ひいては圧縮機の駆動軸の回転数が上昇した場合、前述したように吐出圧力が速やかに高くなる一方で、低圧側蒸発圧力の低下が遅れたとしても、上記制御特性により吐出圧力が高くなるに従って吸入圧力の設定圧力が高くなっていれば、吸入圧力は速やかに上記設定圧力よりも低くなる。このため、圧縮機の吐出容量を速やかに減少させて冷房能力を速やかに減少させることができ、したがって回転数上昇時の過剰冷房を確実に防止することが可能となる。
（２）請求項２記載の制御弁は、請求項１記載の制御弁において、前記弁体は、クランク室と吐出室とを連通する制御通路に配置され、前記弁体に対して、前記制御通路の開度を拡大する方向に前記吐出圧力が作用することを特徴とするものである。
【００２３】
この制御弁では、弁体に作用する吐出圧力は、制御通路の開度を拡大する方向に作用するため、吐出圧力が高くなるに従い、高くなった吐出圧力の作用に基づき、制御通路の開度を拡大する方向に弁体がより変位し易くなる。制御通路を介して吐出圧力がクランク室内に供給されることによりクランク室圧力（Ｐｃ）が上昇すれば、斜板要素の背圧が上昇し、斜板要素の傾角が縮小して、ピストンストローク、ひいては吐出容量が縮小する。このため、吐出圧力が高くなるに従い、制御通路の開度を拡大する方向に弁体がより変位し易くなれば、より速やかに圧縮機の吐出容量が縮小され、この吐出容量の縮小に基づいて吸入圧力が増加される。
（３）請求項３記載の制御弁は、請求項１記載の制御弁において、前記感圧部の設定値が電磁ソレノイドにより可変とされていることを特徴とするものである。
【００２４】
この制御弁では、この可変容量型圧縮機が放熱用熱交換器、絞り手段及び吸熱用熱交換器ととともに直列接続されて閉回路を形成してなる車両用冷房装置に適用された場合、電磁ソレノイドの作動で感圧部の設定値を可変とすることにより、吸熱用熱交換器での吹き出し温度を変更することができる。例えば、吸入圧力を設定圧力として圧縮機の吐出容量を可変制御する場合において、電磁ソレノイドの作動により上記感圧部の設定値を高くすれば、吸入圧力がより高い段階で上記設定圧力よりも低くなるので、吸入圧力がより高い状態にあるときに圧縮機の吐出容量が縮小されることとなり、その結果吸熱用熱交換器での吹き出し温度が高くなる。一方、電磁ソレノイドの作動により上記感圧部の設定値を低くすれば、吸入圧力がより低い段階で上記設定圧力よりも低くなるので、吸入圧力がより低い状態にならなければ圧縮機の吐出容量が縮小されないこととなり、その結果吸熱用熱交換器での吹き出し温度が低くなる。したがって、感圧部の設定値を電磁ソレノイドにより可変とすることにより、極めて細やかな空調制御が可能となる。
（４）請求項４記載の制御弁は、請求項１記載の制御弁において、前記可変容量型圧縮機は吐出ガスを冷媒の超臨界圧力で吐出することを特徴とするものである。
【００２５】
可変容量型圧縮機が吐出ガスを冷媒の超臨界圧力で吐出する場合とは、この可変容量型圧縮機が超臨界サイクルの冷房装置に適用される場合である。かかる場合、前述したように回転数上昇時に吸入圧力の低下が遅れるため過剰冷房になり易いという問題があるが、上述のとおり、吐出圧力が高くなるに従い吸入圧力が高くなるような制御特性をもたせることにより、圧縮機の吐出容量を速やかに減少させて冷房能力を速やかに減少させることができ、したがって回転数上昇時の過剰冷房を確実に防止することが可能となる。
（５）請求項５記載の制御弁は、請求項４記載の制御弁において、前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とするものである。
（６）請求項６記載の可変容量型圧縮機は、駆動源により駆動される駆動軸と、シリンダブロックに形成されたボア内を往復動し、吸入室から吸入した冷媒を圧縮して吐出室に吐出するピストンと、クランク室内の圧力調整に基づいて該ピストンのストロークを変更させる傾角変位可能な斜板要素と、該クランク室と該吸入室とを連通する抽気通路と、該クランク室と該吐出室及び該吸入室のうちの少なくとも一方とを連通する制御通路と、該制御通路に配設され、該制御通路を開閉制御する制御弁とを備えた可変容量型圧縮機であって、
上記制御弁は、吸入圧力及びクランク室圧力のうちの少なくとも一方を検知する感圧部と、該感圧部の検知動作に基づき上記制御通路の開度を制御可能とされた弁体とを具備し、吐出圧力が高くなるに従い吸入圧力が高くなるような制御特性を有することを特徴とするものである。
【００２６】
この可変容量型圧縮機は、請求項１記載の制御弁を備えたものであるから、回転数上昇時に圧縮機の吐出容量を速やかに減少させて冷房能力を速やかに減少させることができ、したがって回転数上昇時の過剰冷房を確実に防止することが可能となる。
（７）請求項７記載の可変容量型圧縮機は、請求項６記載の可変容量型圧縮機において、吐出ガスを冷媒の超臨界圧力で吐出することを特徴とするものである。
（８）請求項８記載の可変容量型圧縮機は、請求項７記載の可変容量型圧縮機において、前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。
（実施形態１）
この冷房装置は、超臨界サイクルの冷房装置に係る車両空調用に供するもので、図１に示すように、圧縮機１、放熱用熱交換器としてのガスクーラ２、絞り手段としての膨張弁３、吸熱用熱交換器としての蒸発器４及び気液分離器としてのアキュムレータ５が直列接続された閉回路からなる。すなわち、圧縮機１の吐出室２６が管路６ａによりガスクーラ２に接続され、このガスクーラ２が管路６ｂにより膨張弁３に接続され、この膨張弁３が管路６ｃにより蒸発器４に接続され、この蒸発器４が管路６ｄによりアキュムレータ５に接続され、このアキュムレータ５が管路６ｅにより再び圧縮機１の吸入室２７に接続されて、閉回路としての冷凍回路を構成している。
【００２８】
この冷房装置は、冷凍回路の高圧側圧力が該回路を循環する冷媒の超臨界圧力となるように作動する。そして、冷媒として、二酸化炭素（ＣＯ₂ ）が用いられている。なお、冷媒としては、二酸化炭素（ＣＯ₂ ）の他に、エチレン（Ｃ₂ Ｈ₄ ）、デイボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）、エタン（Ｃ₂ Ｈ₆ ）や酸化窒素等を採用することもできる。
【００２９】
また膨張弁３は、前述したように、ガスクーラ２の出口における冷媒温度及び冷媒圧力の検知結果に基づき、この冷媒温度及び冷媒圧力の関係が前記最適制御線に対応するように、すなわちＣＯＰが最大となるように、その開度が制御される。
上記圧縮機１は制御弁３０の制御により吐出流量を可変できる可変容量型圧縮機であり、クランク室１４内の圧力増加に基づいて吐出容量が縮小され、高圧側圧力の増加に従い、クランク室１４内の圧力が増加されるるものである。
【００３０】
この圧縮機１では、シリンダブロック１０の前端側にフロントハウジング１１が接合され、シリンダブロック１０の後端側に弁板１２等を挟持してリアハウジング１３が接合されている。フロントハウジング１１とシリンダブロック１０とによって形成されるクランク室１４内には、一端がフロントハウジング１１から延出されて図示しない電磁クラッチのアーマチュアに固定される駆動軸１５が収容され、駆動軸１５はフロントハウジング１１及びシリンダブロック１０との間に設けられた軸封装置及びラジアル軸受によって回転可能に支持されている。なお、駆動軸１５の他端と弁板１２等との間には図示しないスラスト軸受及び板ばねが介在されている。また、シリンダブロック１０には駆動軸１５を取り囲む位置に複数個のボア１０ａが穿設されており、各ボア１０ａにはピストン１６がそれぞれ収容されている。
【００３１】
クランク室１４内において、駆動軸１５にはロータ１８がフロントハウジング１１との間にスラスト軸受を介して駆動軸１５と同期回転可能に固着され、ロータ１８の後方にはヒンジ機構１９により回転斜板２０がロータ１８と同期回転可能に係留されている。また、クランク室１４内における駆動軸１５の周面にはスリーブ２１が摺動可能に設けられており、スリーブ２１に突設された枢軸２１ａに回転斜板２０が揺動可能に係留されている。この回転斜板２０にはスラスト軸受２２等を介して揺動斜板２３が係留されており、揺動斜板２３にはフロントハウジング１１の回り止め溝１１ａ内を軸方向にのみ摺動可能な図示しない回り止めピンが固着されている。揺動斜板２３と各ピストン１６との間にはロッド２４が係留されており、これにより各ピストン１６は各ボア１０ａ内を揺動斜板２３の傾角に応じて往復動可能になされている。
【００３２】
スリーブ２１とシリンダブロック１０側の駆動軸１５に固定されたサークリップとの間には押圧ばね２５が装備されている。そして、この押圧ばね２５により回転斜板２０はロータ１８と当接可能になされ、これにより揺動斜板２３は起動時等には最大傾角に維持されている。また、押圧ばね２５が最も縮小された状態で揺動斜板２３は最小傾角に維持可能になされている。
【００３３】
また、リアハウジング１３内では、中央側に吐出室２６が形成され、この吐出室２６の外側に吸入室２７が形成されている。各ピストン１６の端面が各ボア１０ａとの間で形成する各圧縮室と吐出室２６とは、弁板１２に形成された各吐出ポートにより連通されており、各吐出ポートは吐出室２６側においてリテーナ２６ａによって開度が規制される吐出弁によって開閉可能になされている。また、各圧縮室と吸入室２７とは、弁板１２に形成された各吸入ポートにより連通されており、各吸入ポートは各圧縮室側において吸入弁によって開閉可能になされている。
【００３４】
さらに、リアハウジング１３、弁板１２及びシリンダブロック１０等には、クランク室１４と吸入室２７とを連通する抽気通路２８が形成されているとともに、吐出室２６とクランク室１４とを連通する制御通路としての給気通路２９が形成されており、リアハウジング１３内には給気通路２９の途中に制御弁３０が装備されている。
【００３５】
この制御弁３０は、図２にもその構造を模式的に示すように、吸入室２７と連通する検知通路３１により吸入圧力（Ｐｓ）を検知して伸縮する感圧部３２と、感圧部３２の伸縮動作に基づき上記制御通路としての給気通路２９の開度を制御可能とされたボール状弁体３３とを備えている。そして、感圧部３２には、給気通路２９の開度を縮小する方向に吸入圧力（Ｐｓ）が作用するとともに、給気通路２９の開度を拡大する方向に付勢するばね３４の力により所定の設定値（Ｆ）の力が作用し、一方弁体３３には、給気通路２９の開度を拡大する方向に吐出圧力（Ｐｄ）が作用するような構造とされている。なお、感圧部３２としてはダイヤフラムやベローズ等を使用すればよい。
【００３６】
かかる構造の制御弁３０では、吸入圧力（Ｐｓ）が所定の設定圧力よりも小さくなったときに、弁体３３が給気通路２９を開放して、該給気通路２９を介して吐出室２６からクランク室１４へ吐出圧力（Ｐｄ）が供給される。これによりクランク室１４の圧力（Ｐｃ）が上昇すれば、斜板要素としての回転斜板２０及び揺動斜板２３の背圧が上昇するため、斜板要素の傾角が縮小され、その結果ピストン１６のストロークも縮小され、ひいては吐出容量が縮小される。
【００３７】
このように給気通路２９の開度を拡大する方向に吐出圧力（Ｐｄ）が弁体３３に作用するため、吐出圧力（Ｐｄ）が高くなるに従い、高くなった吐出圧力（Ｐｄ）の作用に基づき、給気通路２９の開度を拡大する方向に弁体３３がより変位し易くなり、より速やかに圧縮機１の吐出容量が縮小され、この吐出容量の縮小に基づいて吸入圧力（Ｐｓ）が増加される。
【００３８】
このため、吸入圧力（Ｐｓ）と吐出圧力（Ｐｄ）との関係に注目し、Ｐｓ：給気通路２９の開度を縮小する方向に感圧部３２に作用する吸入圧力、Ｐｄ：給気通路２９の開度を拡大する方向に弁体３３に作用する吐出圧力、Ａｓ：吸入圧力が作用する感圧部３２の面積、Ａｄ：吐出圧力が作用する弁体３３の面積、Ｆ：弁体３３に作用する感圧部３２の設定値（感圧部３２が給気通路２９の開度を拡大させる方向に作用するときのＦの符号を正とする）としたとき、上記構造の制御弁３０によれば、
Ｐｓ＝Ｆ／Ａｓ＋（Ａｄ／Ａｓ）Ｐｄ …（１）
概略、上記（１）式の関係となる。
【００３９】
そして、上記（１）式は、図３に示すように、吐出圧力（Ｐｄ）をｘ軸とし、吸入圧力（Ｐｓ）をｙ軸としたｘ−ｙ座標において、右上がりの直線：ｙ＝ａｘ＋ｂ，ａ＞０で示される制御特性となる。すなわち、吐出圧力（Ｐｄ）が高くなるに従い、吸入圧力（Ｐｓ）も高くなる。
以上のように構成された冷房装置では、駆動源としての図示しないエンジンの回転が電磁クラッチにより圧縮機１の駆動軸１５に伝達される。圧縮機１では、かかる駆動軸１５の回転によりロータ１８と同期して回転斜板２０が所定の傾角の下で回転され、揺動斜板２３には回転斜板２０の揺動運動のみが伝達される。このため、揺動斜板２３の揺動運動によりピストン１６がロッド２４を介してシリンダ１０ａ内を往復動する。これにより圧縮室内において吸入室２７内の冷媒を圧縮した後、吐出室２６に吐出する。吐出室２６に吐出された冷媒は、管路６ａによりガスクーラ２に吐出される。
【００４０】
高温・高圧の冷媒はガスクーラ２により外気温度とほぼ同一の温度まで冷却され、冷却された冷媒は管路６ｂにより膨脹弁３に供給される。膨張弁３に供給された冷媒は、上記したようにガスクーラ２の出口における冷媒温度及び冷媒圧力に基づく制御の下、減圧されて低温・低圧の霧状（気−液２相の冷媒）にされる。そして、霧状にされた冷媒は管路６ｃにより蒸発器４に供給され、蒸発器４により蒸発される。このとき、気化熱により周囲の空気を冷却するため、車室内が冷房される。この後、冷媒は管路６ｄによりアキュムレータ５に供給され、液状の冷媒がアキュムレータ５に保持される一方、ガス状の冷媒が管路６ｅにより圧縮機１の吸入室２７に再び吸入される。
【００４１】
この間、圧縮機１は、上記制御特性に基づいて制御される。すなわち、吐出圧力（Ｐｄ）に基づいて決定される吸入圧力（Ｐｓ）の設定圧力よりも実際の吸入圧力（Ｐｓ）が低くなった場合は、弁体３３が給気通路２９を開放して、クランク室１４へ給気通路２９を介して吐出室２６内における吐出圧力（Ｐｄ）を供給し、クランク室１４内の圧力（Ｐｃ）を高めることにより、回転斜板２０及び揺動斜板２３の傾角を縮小して、吐出容量を縮小する。一方、吐出圧力（Ｐｄ）に基づいて決定される吸入圧力（Ｐｓ）の設定圧力よりも実際の吸入圧力（Ｐｓ）が高くなった場合は、弁体３３が給気通路２９を閉鎖して、圧縮機１の吐出容量を拡大させる。
【００４２】
そして、エンジン回転数の上昇により圧縮機１の駆動軸１５の回転数が上昇した場合、吐出圧力（Ｐｄ）は速やかに上昇する一方で、絞り手段３の絞り方向への動作遅れ等により吸入圧力（Ｐｓ）の低下が遅れることになるが、上記したような制御特性でもって冷房装置が運転されていれば、吸入圧力（Ｐｓ）は速やかに上記設定圧力よりも低くなるので、圧縮機１の吐出容量を速やかに縮小させることができ、したがって速やかに冷房能力を調整して高速回転時の過剰冷房を確実に防ぐこと可能となる。
【００４３】
（実施形態２）
図４に示す本実施形態に係る制御弁３０は、上記実施形態１において、感圧部３２の設定値が電磁ソレノイド３５により可変とされているものである。なお、この電磁ソレノイド３５は図示しない制御手段により制御される。
この制御弁３０では、感圧部３２の右上がりの設定値を基本とし、実施形態１と同様、高圧上昇時に速やかに圧縮機１の吐出容量を縮小させることができる。これに加え、この制御弁３０は、電磁ソレノイド３５により感圧部３２の設定値を図５に示すように変更し、蒸発器４での吹き出し温度を変更することができる。例えば、図５中の特性線Ａのように上記感圧部の設定値が高めとなるように電磁ソレノイド３５を作動させれば、吸入圧力（Ｐｓ）がより高い段階で上記設定圧力よりも低くなるので、吸入圧力（Ｐｓ）がより高い状態にあるときに圧縮機１の吐出容量が縮小されることとなり、その結果蒸発器４での吹き出し温度が高くなる。一方、図５中の特性線Ｂのように上記感圧部３２の設定値が低めとなるように電磁ソレノイド３５を作動させれば、吸入圧力（Ｐｓ）がより低い段階で上記設定圧力よりも低くなるので、吸入圧力（Ｐｓ）がより低い状態にならなければ圧縮機１の吐出容量が縮小されないこととなり、その結果蒸発器４での吹き出し温度が低くなる。したがって、感圧部３２の設定値を電磁ソレノイド３５により可変とすることにより、極めて細やかな空調制御が可能となる。
【００４４】
（実施形態３）
図６に示す本実施形態に係る制御弁３０では、感圧部３２には、給気通路２９の開度を縮小する方向に吸入圧力（Ｐｓ）が作用するとともに、給気通路２９の開度を縮小する方向に付勢するばね３４の力により所定の設定値（Ｆ）の力が弁体３３を介して作用し、一方弁体３３には、給気通路２９の開度を拡大する方向に吐出圧力（Ｐｄ）が作用するような構造とされている。
【００４５】
かかる構造の制御弁３０も、概略、前記（１）式の関係となり、また図３に示す制御特性を発揮する。
（実施形態４）
図７に示す本実施形態に係る制御弁３０は、上記実施形態３において、感圧部３２の設定値が電磁ソレノイド３５により可変とされているものであり、上記実施形態２と同様の作用効果を奏する。
【００４６】
（実施形態５）
図８に示す本実施形態に係る制御弁３０では、感圧部３２には、給気通路２９の開度を拡大する方向に吸入圧力（Ｐｓ）と所定の設定値（Ｆ）のばね力とが作用する一方、給気通路２９の開度を縮小する方向にクランク室圧力（Ｐｃ）が作用する。また、弁体３３には、給気通路２９の開度を拡大する方向に吐出圧力（Ｐｄ）が作用する。
【００４７】
この制御弁３０では、Ｐｓ：給気通路２９の開度を拡大する方向に感圧部３２に作用する吸入圧力、Ｐｄ：給気通路２９の開度を拡大する方向に弁体３３に作用する吐出圧力、Ｐｃ：給気通路２９の開度を縮小する方向に感圧部３２に作用するクランク室圧力、Ａｓ：吸入圧力及びクランク室圧力が作用する感圧部３２の面積、Ａｄ：吐出圧力が作用する弁体３３の面積、Ｆ：弁体３３に作用する感圧部３２の設定値（感圧部が制御通路の開度を拡大させる方向に作用するときのＦの符号を正とする）としたとき、
Ｐｃ−Ｐｓ＝Ｆ／Ａｓ＋（Ａｄ／Ａｓ）Ｐｄ …（２）
概略、上記（２）式の関係となる。
【００４８】
そして、この制御特性は、吐出圧力（Ｐｄ）をｘ軸とし、吸入圧力（Ｐｓ）とクランク室圧力（Ｐｃ）との差圧ΔＰ（＝Ｐｃ−Ｐｓ）をｙ軸としたｘ−ｙ座標において、右上がり（傾きが正）の直線で表される。すなわち、吐出圧力（Ｐｄ）が高くなるに従い、吸入圧力（Ｐｓ）とクランク室圧力（Ｐｃ）との差圧ΔＰ（＝Ｐｃ−Ｐｓ）も大きくなり、クランク室圧力（Ｐｃ）が上昇することを意味する。クランク室圧力（Ｐｃ）が上昇すれば、上述したように吐出容量が縮小する。このため、吐出圧力（Ｐｄ）が高くなるに従い、上記差圧ΔＰが大きくなれば、吐出容量が速やかに縮小し、この吐出容量の縮小に基づいて吸入圧力（Ｐｓ）が増加される。
【００４９】
（実施形態６）
図９に示す本実施形態に係る制御弁３０では、感圧部３２には、給気通路２９の開度を縮小する方向にクランク室圧力（Ｐｃ）が作用するとともに、給気通路２９の開度を拡大する方向に付勢するばね３４の力により所定の設定値（Ｆ）の力が作用し、一方弁体３３には、給気通路２９の開度を拡大する方向に吐出圧力（Ｐｄ）が作用するような構造とされている。
【００５０】
この制御弁３０は、基本的にクランク室圧力（Ｐｃ）を設定圧力に維持するように作動する。つまり、クランク室圧力（Ｐｃ）が設定圧力以上のときは、弁体３３が給気通路２９を閉じ、別途設けられた抽気通路２８を介してクランク室１４内のガスを吸入室２７に放出する。逆に、クランク室圧力（Ｐｃ）が設定圧力まで低下すると、それ以上の低下を防ぐべく、弁体３３は給気通路２９を開放し、吐出室２６からクランク室１４へ吐出ガスを導入してクランク室１４内を設定圧力に維持する。
【００５１】
ここに、この制御弁３０では、給気通路２９の開度を拡大する方向に吐出圧力（Ｐｄ）が弁体３３に作用するため、図１０に示すように、吐出圧力（Ｐｄ）が高いほどクランク室圧力（Ｐｃ）の設定圧力が高くなり、右上がりの特性となる。つまり、より高いクランク室圧力（Ｐｃ）で圧縮機１の吐出容量を可変させることができる。そして、クランク室圧力（Ｐｃ）と吸入圧力（Ｐｓ）との関係は、クランク室１４と吸入室２７とを連通する抽気通路２８の絞り効果等に基づく差圧分だけ異なる略一定の関係がある。すなわち、クランク室圧力（Ｐｃ）が上昇すれば吸入圧力（Ｐｓ）も同様に上昇する。よって、吸入圧力（Ｐｓ）も吐出圧力（Ｐｄ）が高いほど高くなり、右上がりの特性となる。
【００５２】
なお、この制御弁３０では、Ｐｃ：給気通路２９の開度を縮小する方向に感圧部３２に作用するクランク室圧力、Ｐｄ：給気通路２９の開度を拡大する方向に弁体３３に作用する吐出圧力、Ａｃ：クランク室圧力が作用する感圧部３２の面積、Ａｄ：吐出圧力が作用する弁体３３の面積、Ｆ：弁体３３に作用する感圧部３２の設定値（感圧部が制御通路の開度を拡大させる方向に作用するときのＦの符号を正とする）としたとき、
Ｐｃ＝Ｆ／Ａｃ＋（Ａｄ／Ａｃ）Ｐｄ …（３）
概略、上記（３）式の関係となる。
【００５３】
（実施形態７）
図１１に示す本実施形態に係る制御弁３０は、上記実施形態６において、感圧部３２の設定値が電磁ソレノイド３５により可変とされているものであり、上記実施形態２と同様、感圧部３２の設定値を電磁ソレノイド３５により可変とすることにより、極めて細やかな空調制御が可能となる。
【００５４】
（実施形態８）
図１２に示す本実施形態に係る制御弁３０は、ダイヤフラム、ベローズ等の伸縮機能を有する感圧部を廃止し、弁体３３自体に吐出圧力（Ｐｄ）とクランク室圧力（Ｐｃ）とを対抗して作用させて感圧するものである。
この制御弁３０では、弁体３３には、給気通路２９の開度を縮小する方向にクランク室圧力（Ｐｃ）が作用する一方、給気通路２９の開度を拡大する方向に吐出圧力（Ｐｄ）が作用する。また、弁体３３には、給気通路２９の開度を縮小する方向に所定の設定値（Ｆ）のばね力が作用し、このばね３４によるばね力の設定値（Ｆ）は電磁ソレノイド３５により可変とされている。
【００５５】
この制御弁３０の基本動作は上記実施形態６、７のものと同様である。
（実施形態９）
図１３に示す本実施形態に係る制御弁３０は、ダイヤフラム、ベローズ等の伸縮機能を有する感圧部とばねとを廃止し、ばねの代わりに電磁ソレノイド３５を用いたものである。
【００５６】
この制御弁３０では、弁体３３には、給気通路２９の開度を縮小する方向に吐出圧力（Ｐｄ）が作用する一方、給気通路２９の開度を拡大する方向に電磁ソレノイド３５の電磁力が作用する。そして、吐出圧力（Ｐｄ）の上昇にあわせて電磁ソレノイド３５の電磁力を高くすることにより、吐出圧力（Ｐｄ）が高くなるに従いクランク室圧力（Ｐｃ）が高くなる制御特性をもたせることができ、したがって吐出圧力（Ｐｄ）の上昇に応じて吸入圧力（Ｐｓ）を上昇させることができる。
【００５７】
なお、上述した実施形態では、クランク室１４と吐出室２６とを連通する給気通路２９を制御通路として、この給気通路２９に制御弁３０を配設して（制御通路としての給気通路２９の開度を開閉制御可能に該給気通路２９に弁体３３を配置して）、クランク室１４への吐出圧力（Ｐｄ）の供給量によりクランク室１４内の圧力（Ｐｃ）を調整する例について説明したが、クランク室１４内の圧力（Ｐｃ）を調整する手段としては、これに限定されるものではない。例えば、クランク室１４と吸入室２７とを連通する抽気通路２８を制御通路として、この制御通路としての抽気通路２８に制御弁３０を配設して（制御通路としての抽気通路２８の開度を開閉制御可能に該抽気通路２８に弁体３３を配置して）、クランク室１４から吸入室２７への抽気量を調整することによりクランク室１４内の圧力（Ｐｃ）を調整することも可能である。この場合、抽気通路２８の開度を制御する弁体３３に対して、前記開度を小さくする方向に吐出圧力（Ｐｄ）を作用させればよい。これにより、吐出圧力（Ｐｄ）が高くなるほど、感圧部３２の設定値が高くなり、クランク室圧力（Ｐｃ）、さらには吸入圧力（Ｐｓ）が高くなるように制御される。
【００５８】
また、上述した実施形態では、いずれも二酸化炭素を冷媒とする超臨界サイクルの冷房装置本発明を適用する例について説明したが、フロン系冷媒を用いる亜臨界サイクルの冷房装置に本発明を適用することも可能である。この場合、吐出圧力が高くなるに従い、吸入圧力が高くなるような制御特性とすることにより、回転数の上昇時、より速やかな圧縮機の吐出容量を縮小させて、冷房能力の縮小を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る制御弁を備えた可変容量型圧縮機の縦断面図、及びこの圧縮機を含む車両用冷暖房装置のブロック図である。
【図２】実施形態１に係る制御弁の構造を模式的に示す断面図である。
【図３】実施形態１に係る制御弁を備えた可変容量型圧縮機における制御特性を示す図である。
【図４】実施形態２に係る制御弁の構造を模式的に示す断面図である。
【図５】実施形態２に係り、電磁ソレノイドにより感圧部の設定値を可変させる様子を説明する図である。
【図６】実施形態３に係る制御弁の構造を模式的に示す断面図である。
【図７】実施形態４に係る制御弁の構造を模式的に示す断面図である。
【図８】実施形態５に係る制御弁の構造を模式的に示す断面図である。
【図９】実施形態６に係る制御弁の構造を模式的に示す断面図である。
【図１０】実施形態６に係り、吐出圧力（Ｐｄ）と吸入圧力（Ｐｓ）及びクランク室圧力（Ｐｃ）との関係を示す図である。
【図１１】実施形態７に係る制御弁の構造を模式的に示す断面図である。
【図１２】実施形態８に係る制御弁の構造を模式的に示す断面図である。
【図１３】実施形態９に係る制御弁の構造を模式的に示す断面図である。
【図１４】従来の制御弁の構造を模式的に示す断面図である。
【図１５】従来の制御弁における制御特性を示す図である。
【図１６】二酸化炭素（ＣＯ₂ ）を冷媒とする超臨界サイクルにおける圧力−エンタルピー線図である。
【符号の説明】
１…可変容量型圧縮機 ２…放熱用熱交換器としてのガスクーラ
３…絞り手段としての膨張弁 ４…吸熱用熱交換器としての蒸発器
５…気液分離器としてのアキュムレータ
１４…クランク室 ２６…吐出室
２７…吸入室 ２８…抽気通路
２９…給気通路 ３０…制御弁
３２…感圧部 ３３…弁体
３５…電磁ソレノイド

Claims (8)

1. 駆動源により駆動される駆動軸と、シリンダブロックに形成されたボア内を往復動し、吸入室から吸入した冷媒を圧縮して吐出室に吐出するピストンと、クランク室内の圧力調整に基づいて該ピストンのストロークを変更させる傾角変位可能な斜板要素と、該クランク室と該吸入室とを連通する抽気通路と、該クランク室と該吐出室及び該吸入室のうちの少なくとも一方とを連通する制御通路とを備えた可変容量型圧縮機に用いられる制御弁であって、
   吸入圧力及びクランク室圧力のうちの少なくとも一方を検知する感圧部と、該感圧部の検知動作に基づき上記制御通路の開度を制御可能とされた弁体とを具備し、
   吐出圧力が高くなるに従い吸入圧力が高くなるような制御特性を有することを特徴とする制御弁。
2. 前記弁体は、クランク室と吐出室とを連通する制御通路に配置され、前記弁体に対して、前記制御通路の開度を拡大する方向に前記吐出圧力が作用することを特徴とする請求項１記載の制御弁。
3. 前記感圧部の設定値が電磁ソレノイドにより可変とされていることを特徴とする請求項１記載の制御弁。
4. 前記可変容量型圧縮機は吐出ガスを冷媒の超臨界圧力で吐出することを特徴とする請求項１記載の制御弁。
5. 前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項４記載の制御弁。
6. 駆動源により駆動される駆動軸と、シリンダブロックに形成されたボア内を往復動し、吸入室から吸入した冷媒を圧縮して吐出室に吐出するピストンと、クランク室内の圧力調整に基づいて該ピストンのストロークを変更させる傾角変位可能な斜板要素と、該クランク室と該吸入室とを連通する抽気通路と、該クランク室と該吐出室及び該吸入室のうちの少なくとも一方とを連通する制御通路と、該制御通路に配設され、該制御通路を開閉制御する制御弁とを備えた可変容量型圧縮機であって、
   上記制御弁は、吸入圧力及びクランク室圧力のうちの少なくとも一方を検知する感圧部と、該感圧部の検知動作に基づき上記制御通路の開度を制御可能とされた弁体とを具備し、吐出圧力が高くなるに従い吸入圧力が高くなるような制御特性を有することを特徴とする可変容量型圧縮機。
7. 吐出ガスを冷媒の超臨界圧力で吐出することを特徴とする請求項６記載の可変容量型圧縮機。
8. 前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項７記載の可変容量型圧縮機。

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