JP4058997B2 - 可変容量型圧縮機の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜板の傾角に応じて容量を変えることができる可変容量型圧縮機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両の空調装置用の圧縮機として片斜板式可変容量型圧縮機が使用されている。この片斜板式可変容量型圧縮機は、クランク室の圧力と吸入圧領域の吸入圧との差圧に基づいて、クランク室内に回転自在に収容されている斜板の傾角を変えることで吐出容量を変えている。クランク室の圧力は、吐出圧領域である吐出室からクランク室へ冷媒を供給すると共に、クランク室から吸入圧領域である吸入室へ冷媒を抜き出して調整される。吐出室からクランク室へ冷媒を供給するための圧力供給通路上には、容量制御用の電磁弁が介在され、ソレノイドの励磁によって弁体は閉弁位置側へ付勢される。電磁弁に対する供給電流値は、設定室温と検出室温との差が大きいほど大きくなり、電磁弁の弁開度が小さくなり、斜板傾角が大きくなり、吐出容量が大きくなる。したがって、弁体が閉弁位置にあるときに、圧力供給路が閉じられ、クランク室内の圧力が最小になり、斜板傾角が最大となる。またソレノイドが消磁されると弁体が最大開度となり、吐出室からクランク室への冷媒供給が増え、クランク室内の圧力が最大となり、斜板傾角が最小となる。
【０００３】
一方、圧縮機内部の潤滑必要部位の潤滑は圧縮機の耐久性向上の上で重要である。そのため、容量可変型圧縮機ではクランク室内に潤滑油（冷凍機油）を貯留できるような構成が採られている。したがって、回転している斜板がクランク室内に貯留している潤滑油をすくい上げ、冷媒と一緒に空調システム内を循環するようになっている。
【０００４】
この可変容量型圧縮機は、様々な運転状態により、電子制御装置（ＥＣＵ）からの電気的な信号により、圧縮機の運転容量が任意に変えられるものである。この片斜板式可変容量型圧縮機において、空調サイクルの熱負荷が高い状態の運転の場合、圧縮機は斜板の傾角が最大である最大容量で運転される。
しかしながら、この状態での運転時、圧縮機のピストン摺動部は、空調サイクルの帰還冷媒に含有される冷凍機油で潤滑されるが、片斜板式容量可変型圧縮機の構造上、この様な運転状態においては冷凍機油はクランク室内に多く貯まる特性があるため、空調システム内部の冷凍機油が減少してしまうという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するものとして、特開２００１−１２３９４６号公報による可変容量型圧縮機が知られている。この公知の圧縮機は、クランク室から吸入室への冷媒の流出が少なくなる低容量状態では、冷凍機油がクランク室に過剰に溜まり易く、回転する斜板がクランク室内の貯留油を撹拌し、その撹拌抵抗による圧縮機の高温化を防止するために、クランク室内が高温状態のときにはクランク室内の圧力を降下して冷媒の吐出容量を増大するようにして、クランク室内における冷凍機油の過剰な貯留を防止するようにしたものである。
【０００６】
しかしながら、この公知の可変容量型圧縮機では、クランク室内の貯留油の撹拌抵抗によるクランク室内の高温化を検出する必要があるため、空調システムへの冷凍機油の封入量を多くし、空調システムからの帰還冷凍機油量を確保する必要がある。そのため、空調システムの冷房能力の低下という問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、その目的は、空調システム内に必要以上に冷凍機油を封入する必要がなく、その上、空調システムからの帰還冷凍機油で潤滑されるピストン等の圧縮機の潤滑部位の信頼性を損なうことのない可変容量型圧縮機の制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の可変容量型圧縮機の制御装置を提供する。
請求項１に記載の可変容量型圧縮機の制御装置は、吐出圧領域とクランク室とを連通する圧力供給通路に設けられる電磁式容量制御弁への供給電流を制御することによって、斜板の傾角を変え、冷媒の吐出容量を調節するものであって、外気温度が所定の温度Ｔ₀ より高く、かつエンジン又は圧縮機の回転数が所定の回転数Ｎ₁ より低い状態が所定時間Ｔ継続したときに、電子制御装置から電磁式容量制御弁への制御信号を１００％から２０〜９０％の比率にまで減少させるようにしたものである。これにより、圧縮機を１００％容量（最大容量）の運転状態から可変容量運転状態に変えてやり、クランク室内部に溜まっていた冷凍機油を空調サイクルに放出させ、冷凍機油のオイル循環率φを上昇させることができ、圧縮機の焼き付き等の危険を回避することができる。
【０００９】
請求項２の可変容量型圧縮機の制御装置は、電磁式容量制御弁への制御信号を２０〜９０％の比率にまで減少させる状態を、所定時間持続させた後、制御信号を１００％に戻すようにしたものであり、これにより、冷凍機油のオイル循環率φが必要オイル循環率α₁ を常時確保することができ、確実に圧縮機の焼き付きを防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の可変容量型圧縮機の制御装置について説明する。図１は、斜板式可変容量型圧縮機の断面図である。図１に示すように、シリンダブロック１１１の前端にフロントハウジング１１０が接合され、シリンダブロック１１１の後端には、バルブプレート、弁形成プレート等の板材１１５を介してリヤハウジング１１３が接合している。クランク室（制御圧室）１０７を形成するフロントハウジング１１０とシリンダブロック１１１とには、回転シャフト１０４が回転自在に支持されている。クランク室１０７から外部に突出する回転シャフト１０４には、プーリ１０１及び干渉材１０２を有したハブ１０３が貫挿され、ボルト等によって締結されている。外部駆動源、例えば車両エンジン、からベルト等（図示略）を介してプーリ１０１に動力が伝達され、この動力は回転シャフト１０４に伝達される。
【００１１】
回転シャフト１０４には、ラグプレート１０５が圧入等で一体化されていると共に、斜板１０８が回転シャフト１０４に軸方向にスライド可能かつ傾動可能に支持されている。斜板１０８には連結片１０８ａが固着されており、この連結片にはガイドピン１０６が圧入等で一体化されている。ラグプレート１０５には、ガイド孔１０５ａが形成され、ガイドピン１０６の頭部がガイド孔１０５ａにスライド可能に挿入されている。斜板１０８は、ガイド孔１０５ａとガイドピン１０６との連係により、回転シャフト１０４の軸方向に傾動可能かつ回転シャフト１０４と一体的に回転する。
【００１２】
斜板１０８の中心部がラグプレート１０５側へ移動すると、斜板１０８の傾角が増大する。斜板１０８の最大傾角は、ラグプレート１０５と斜板１０８との当接によって規制される。斜板１０８の中心部がシリンダブロック１１１側へ移動すると、斜板１０８の傾角が減少する。斜板１０８の最小傾角は、斜板１０８と回転シャフト１０４上に設けられたサークリップ１６との当接によって規制される。
【００１３】
シリンダブロック１１１に穿設された複数のシリンダボア１１１ａ内には、ピストン１１２が収容されている。斜板１０８の回転運動はシュー１０９を介してピストン１１２の前後往復運動に変換され、ピストン１１２がシリンダボア１１１ａ内を前後にスライドする。
【００１４】
リヤハウジング１１３内には、吸入室１１７と吐出室１１８とが区画形成されている。シリンダブロック１１１とリヤハウジング１１３との間に介在しているバルブプレート、弁形成プレート等の板材１１５には、吸入弁及び吐出弁が形成されている。従って、吸入室１１７内の冷媒ガスはピストン１１２の復動動作により吸入弁を押し退けてシリンダボア１１１ａ内に流入する。この流入した冷媒ガスはピストン１１２の往動動作により吐出弁を押し退けて吐出室１８に吐出される。
【００１５】
図２は、斜板式可変容量型圧縮機を利用した空調システムの構成図である。図２に示すように斜板式可変容量型圧縮機１の吸入室１１７に冷媒ガスを導入する低圧側配管９と、吐出室１１８から冷媒ガスを排出する高圧側配管８とは、外部冷媒回路で接続されている。この外部冷媒回路には、コンデンサ２、レシーバ３、膨張弁４及びエバポレータ５がこの順序で直列に配置されており、閉回路を形成している。この閉回路を冷媒が循環することで冷凍サイクルが形成される。
【００１６】
図示されていないが、吐出室１１８とクランク室１０７とは圧力供給通路で接続されており、クランク室１０７と吸入室１１７とは放圧通路で接続されている。圧力供給通路は、吐出室１１８内の冷媒をクランク室１０７へ送り、クランク室１０７内の冷媒は放圧通路を介して吸入室１１７へ流出する。従って、クランク室１０７内の冷凍機油は、冷媒に混入して空調システム内を一緒に循環する。
【００１７】
吐出室１１８とクランク室１０７とを接続する圧力供給通路には、電磁式容量制御弁１０が介在している。この容量制御弁１０の感圧手段を構成するベローズ１０ａには吸入室１１７内の圧力（吸入圧）が作用している。吸入室１１７内の吸入圧は熱負荷を反映している。ベローズ１０ａには弁体１０ｂが接続されていて弁孔１０ｃを開閉する。ベローズ１０ａ内のばね力は、弁孔１０ｃを開く方向へ弁体１０ｂに作用している。容量制御弁１０のソレノイド１０ｄの電磁駆動力は、開放付勢のばね力に抗して弁孔１０ｃを閉じる方向に弁体１０ｂを付勢する。ソレノイド１０ｄは、電子制御装置（ＥＣＵ）１１によって電流供給が制御される。
【００１８】
ＥＣＵ１１は、空調作動スイッチのＯＮによってソレノイド１０ｄに電流を供給し、作動スイッチのＯＦＦによって電流供給を停止する。ソレノイド１０ｄへの制御電流となるＥＣＵ１１からの電気信号は、外気温度１２など空調環境、空調運転条件、圧縮機またはエンジンの回転数１３などの車両環境などからＥＣＵ１１が演算処理し設定される。容量制御弁１０の弁開度は、ソレノイド１０ｄで生じる電磁駆動力、ばね力及びベローズ１０ａの付勢力のバランスで決まる。したがって、容量制御弁１０はソレノイド１０ｄに供給される電流値に応じた吸入圧をもたらす制御を行う。
【００１９】
ソレノイド１０ｄへの供給電流値が高められると弁開度が減少し、吐出室１１８からクランク室１０７への冷媒供給量が減る。クランク室１０７内の冷媒は、放圧通路を介して吸入室１１７へ流出しているため、クランク室１０７内の圧力が下がる。したがって、斜板１０８の傾角が増大して吐出容量が増える。吐出容量の増大は吸入圧の低下をもたらすと共に、冷媒に含まれる冷凍機油が圧縮機１のクランク室１０７に戻るオイル循環率φを高めることができる。即ち圧縮機内部の冷凍機油不足の解消が図れる。
【００２０】
ソレノイド１０ｄへの供給電流値が下げられると弁開度が増大し、吐出室１１８からクランク室１０７への冷媒供給量が増える。したがって、クランク室１０７内の圧力が上がり、斜板１０８の傾角が減少して吐出容量が減る。吐出容量の減少は吸入圧の増大をもたらす。吐出室１１８からクランク室１０７への冷媒供給量の増加は、吐出冷媒に含まれる冷凍機油のクランク室１０７への供給増大をもたらし、結果として、冷凍機油のオイル帰還率φを高めることができる。
【００２１】
図２に示される空調システムにおいて、高外気温度で、熱負荷が高くかつエンジン回転数がアイドル等の比較的低い回転数の状態では、可変容量型圧縮機１は最大容量で運転される。このような運転状態においては、冷凍機油はクランク室１０７内に比較的に多く溜まってしまい、外部冷媒回路を循環する冷凍機油の量は減少する。そのため、圧縮機１のシュー１０９と斜板１０８の摺動部は冷凍機油が多いが、ピストン１１２とシリンダボア１１１ａの潤滑については、空調サイクルの帰還冷凍機油（オイル循環率φ）が少なくなり、焼き付き等の不具合となる。
【００２２】
そこで、本発明の斜板式可変容量型圧縮機１の制御装置は、図３に示す制御フローに従って圧縮機１の運転を行う。まず、空調装置がＯＮされ（ステップＳ１）、ＥＣＵ１１から圧縮機１の電磁式容量制御弁１０に電気信号が送られ、圧縮機１がＯＮする（ステップＳ２）。ステップＳ３では、外気温度１２が設定値Ｔ₀ よりも高いかどうかが判定され、ＹＥＳの場合は、次のステップＳ４に進む。ステップＳ４では、エンジン又は圧縮機の回転数が設定回転数Ｎ₁ よりも低い場合がＴ時間以上継続されたかどうかが判定され、ＹＥＳの場合は、次のステップＳ５に進む。なお、ステップＳ３及びＳ４で、ＮＯの場合はステップＳ２に戻る。
【００２３】
外気温度が設定値Ｔ₀ より高く、エンジン又は圧縮機の回転数が設定値Ｎ₁ よりも低い場合は、可変容量型圧縮機１は最大容量である１００％容量で運転されている。したがって、ステップＳ５では、圧縮機１の運転容量を１００％から可変容量状態である２０〜９０％の状態に変化させる。即ち電磁式容量制御弁１０へのＥＣＵ１１からの電気信号を１００％から２０〜９０％の状態に変化させる。そして、圧縮機１のこの可変容量運転をｍ時間だけ持続する（ステップＳ６）。ｍ時間経過後は、ステップＳ２に戻る。
このように、一時的にｍ時間だけＥＣＵ１１から容量制御弁１０への制御信号比率を２０〜９０％まで減少させることで、圧縮機１に可変容量運転をさせて、前述したように空調サイクルへ冷凍機油を放出させ、圧縮機１の焼き付き等を防止する。
【００２４】
図４は、図３の制御フローに従って圧縮機を運転した場合のタイムチャートの一例を示すグラフである。容量制御弁１０への制御信号Ｉ_c が１００％、即ち圧縮機１の運転容量Ｖが１００％の状態が、３分半を経過すると冷凍機油のオイル循環率φは、ピストン１１２とシリンダボア１１１ａの摺動部分の必要オイル循環率α₁ を確保できず、焼き付きの危険性がある。そこで、制御信号Ｉ_c の比率を落とし、圧縮機１を可変容量状態にすると、クランク室１０７内部に溜まっていた冷凍機油は、空調サイクルに放出され、オイル循環率φは上昇する。即ち、容量Ｖが１００％から下降する段階においては、吐出圧力がＰ_d が下降し、吸入圧力Ｐ_s が上昇し、オイル循環率φが上昇する。また容量Ｖが１００％へと上昇する段階においては、吐出圧力Ｐ_d が上昇し、吸入圧力Ｐ_s が下降し、オイル循環率φが上昇する。
【００２５】
オイル循環率φが回復し、再度運転容量Ｖが１００％の運転をＴ時間継続し、オイル循環率φが低下して必要オイル循環率α₁ を下まわった時点で、再び可変容量運転をｍ時間続けて、オイル循環率φを回復させる。このように１００％容量運転と可変容量運転とを交互に繰り返すことによって圧縮機の焼き付き等を防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】斜板式可変容量型圧縮機の断面図である。
【図２】本発明の可変容量型圧縮機の制御装置を組み込んだ空調システムの全体構成を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態の可変容量型圧縮機の制御装置の制御フローを示す。
【図４】本発明の可変容量型圧縮機の制御装置の運転状況を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
１…斜板式可変容量型圧縮機（圧縮機）
１０…電磁式容量制御弁
１１…電子制御装置（ＥＣＵ）
１０４…回転シャフト
１０５…ラグプレート
１０６…ピン
１０７…クランク室
１０８…斜板
１０９…シュー
１１２…ピストン
１１７…吸入室
１１８…吐出室

Claims (2)

1. クランク室内に収容された、回転シャフトと一体的に回転し、該回転シャフトに対し傾角可変に設けられた斜板と、
   前記斜板に連動し、前記斜板の回転によって往復動作するピストンと、
   前記クランク室内に封入された冷凍機油と、
   吐出圧領域と前記クランク室とを連通する圧力供給通路と、
   前記クランク室と吸入圧領域とを連通する放圧通路と、
   前記圧力供給通路に設けられた電磁式容量制御弁とを有する可変容量圧縮機の前記電磁式容量制御弁への供給電流を制御することによって、前記斜板の傾角を変え、冷媒の吐出容量を調節する可変容量型圧縮機の制御装置において、
   外気温度が所定の温度Ｔ₀ より高く、かつエンジン又は前記圧縮機の回転数が所定の回転数Ｎ₁ より低い状態が所定時間Ｔ継続したときに、
   前記電磁式容量制御弁への制御信号を１００％から２０〜９０％の比率まで減少させることを特徴とする可変容量型圧縮機の制御装置。
2. 前記電磁式容量制御弁への制御信号を２０〜９０％の比率まで減少させる状態を、所定時間持続させた後、前記制御信号を１００％に戻すことを特徴とする請求項１に記載の可変容量型圧縮機の制御装置。

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