JPH03111676A - 可変容量圧縮機の容量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可変容量式圧縮機に関し、例えば自動車用空調
装置に使用する可変容量式斜板型圧縮機の斜板傾斜角度
等を調節して容量制御を行なう容量制御装置に関する。

〔従来の技術〕

可変容量圧縮機の容量制御には、圧縮機の吐出流体や外
部から供給される圧力流体の圧力を圧力制御弁で調節し
て、圧縮機の容量制御機構を駆動する作動流体として用
いる方法が使用されている。

特に自動車用空調装置に用いられる斜板式圧縮機では、
圧縮機の吸入圧力を受ける受圧面を備えた弁体と、その
弁体を受圧面に働く上記吸入圧力による力に対抗する方
向に付勢するスプリングとを備えた自刃式制御弁を設け
て作動流体（通常は圧縮機の吐出流体を用いる）の圧力
を調節し、圧縮機吸入圧を設定値に保つように斜板傾斜
角を変更して圧縮機容量を調節する方式がとられている
。

上記吸入圧力の設定値は車室内に設けた冷媒蒸発器が過
冷状態になり、空気中の水分が蒸発器に氷結するいわゆ
る着霜現象が生じない限界圧力付近に設定し、圧縮機容
量を調節する方法が一般的である。すなわち、空調装置
の熱負荷が低く、冷媒の膨張弁の開度が小さい場合、膨
張弁から蒸発器を通り圧縮機に戻る冷媒流量が減少する
ため圧縮機吸入圧力が低下し、蒸発器内圧力が低下して
膨張弁を通る冷媒の膨張比が増大する。このため蒸発器
温度が低下して過冷状態になり着霜現象が生じることに
なる。また、逆に圧縮機の運転容量に較べて空調装置の
熱負荷が高い場合は圧縮機吐出容量に較べ膨張弁開度が
大きくなるため、膨張弁と蒸発器を通る冷媒流量が増加
して圧縮機の吸入圧力が上昇することになる。上記制御
弁は圧縮機吸入圧を着霜限界付近の一定値に保持するよ
うに作動流体圧力を制御して斜板傾斜角を変更し、圧縮
機吸入圧力が設定値以下に下がった場合は圧縮、機容量
を低下させ吸入圧力が上昇するようにし、又吸入圧力が
設定値以上になった場合は圧縮機容量を増大させて、常
に熱負荷に応じた容量で圧縮機を運転するようにしてい
る。

上述のように自刃式制御弁を用いて圧縮機吸入圧を一定
に保持する制御方式は構造が簡単で作動が確実な利点が
あるが、その反面空調装置の熱負荷の変化が圧縮機吸入
圧の変化となって現われるまでに時間を要する問題があ
り、又圧縮機吸入圧の設定値は自刃式制御弁の受圧面の
面積とスプリングの付勢力とで決定され、−旦セットす
ると運転中に変更できないため、制御の自由度が低い問
題があった。例えば、熱負荷が急に減少したような場合
は圧縮機吸入圧力が着霜限界付近に至る以前に圧縮機容
量を低下させることが省エネルギ効果を高める上で望ま
しく、また車両を急加速するような場合にも熱負荷にか
かわらず圧縮機容量を最小とする必要があるが、上記方
式の制御弁では対応が困難なためである。

上記の要求を満足させるための方法としては、作動流体
の圧力調節を自刃式制御弁によらず、外部信号に応じて
制御圧力を調整できる制御弁を用いて制御する方法が考
えられる。

上記の形式の圧縮機の容量制御弁としては特開昭６３−
９６８２号公報に記載されたものがある。この制御弁は
斜板式圧縮機の吸入室とクランク室との連通路を開閉し
クランク室内の圧力を変化させることにより斜板傾斜角
を変化させるのに使用され、吸入室内の圧力を受ける受
圧面を有する弁体と該弁体を駆動して上記連通路を開閉
する電磁アクチユエータとを備えている。上記電磁アク
チユエータは弁体を駆動するソレノイドを備え、該ソレ
ノイドに一定のデユーティ比で振幅が制御可能なパルス
状電流を供給し、このパルス状電流の振幅を制御してソ
レノイドに流れる電流値を変化させることにより上記弁
体の駆動力を変化させ、前記吸入室とクランク室との連
通度を制御することを特徴としている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の特開昭６３−９６８２号公報の制御弁は外部信号
により制御弁を作動させて制御圧力を調整可能としたこ
とにより従来の形式の制御弁では達成できなかった制御
を行なうことが可能となっているが、ソレノイドに振幅
制御可能なパルス電流を供給するためにはパルス変換器
やパルス振幅を所望の値に設定するためのレベル変換器
等の高価な部品が必要であり回路的にも複雑となる問題
がある。

また上記以外にもソレノイドに供給する電流値を制御し
て弁体の駆動力を変更して弁開度を制御する形式の制御
弁も考えられるが、いずれも電流制御用の高価なアンプ
が必要であり好ましくない。

従って本発明は、上記問題に鑑み、簡単な回路構成で高
価な電流制御用アンプ等を必要とせず、外部信号に対し
正確な作動を行ない外乱による影響を受けにくい制御弁
を用いた可変容量圧縮機の容量制御装置を提供すること
を目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による容量制御装置は可変容量圧縮機の容量制御
用圧力制御弁に、吸入圧を受けて変位する受圧部材と、
その受圧部材の変位に応動して、可変容量機構を作動さ
せる作動流体圧の圧力を調整する弁体と、上記受圧部材
に押圧力を加え、受圧部材の上記変位を調節するソレノ
イドを設け、該ソレノイドを任意の組合せで励磁可能な
複数の励磁コイルで構成し、励磁するコイルの組合せを
外部から変更することにより上記受圧部材を押圧する力
を調節可能とし、前記圧縮機の吸入圧力の設定値を上記
複数個の励磁コイルの組合せの数と同数の複数設定値か
ら選択することを可能としたことを特徴とする。

〔作　用コ 上記のように任意の組合せで励磁可能な複数の励磁コイ
ルを有するソレノイドを用いたことにより、前記受圧部
材を押圧する力を外部から複数の設定値に選択切換可能
となる。

従来技術の自刃式制御弁において、制御対象圧力である
圧縮機吸入圧の設定値が受圧面面積と、スプリングが弁
体を付勢する付勢力とによって決まるのと同様に、本発
明においても制御対象圧力の設定値は前記受圧面面積と
ソレノイドが受圧部材を押圧する押圧力とにより決定さ
れるためこの押圧力を変更することにより制御対象圧力
の設定値が変更可能となる。

また上記複数の励磁コイルを、それぞれの励磁コイルの
起磁力（電流Ｘ巻数）が項比が２である等比級数（ＦＯ
，ＦＯＸ　２’、　ＦＯＸ　２２・ＦＯＸ　２”）をな
すように構成することにより、それぞれの励磁コイルを
通電する組合せを変えることで最小の励磁コイル数で最
大個数の設定値を等間隔に設定することが可能になる。

〔実施例〕

第１図に本発明の実施例として自動車用空調装置の冷媒
圧用の可変容量式斜板型圧縮機に用いた場合を示す。

図において圧縮機１のシリンダブロック２内部には複数
のシリンダ３が互いに平行になるように形成されている
。また、図示していない自動車用エンジン等に駆動され
るシャフト５はベアリング６を介してシリンダブロック
２に回転自在に支持されており、シャフト５には球面支
持部７が軸方向に摺動可能に取着されている。また、斜
板８は上記球面支持部７に軸方向に揺動可能に取付けら
れており、シャフト５に対する傾斜角度が変更可能であ
る。前記シリンダ３内にはそれぞれピストン９がシリン
ダ内を滑動可能に配置されピストン９０両側のシリンダ
部に圧縮室１１．１２を形成している。上記ピストン９
と斜板８の外周部とはシニ−１３・１４を介して摺動自
在に接触しており、斜板８がシャフト５と一体に回転す
るとピストン９は斜板８の傾斜に応じたストロークでシ
リンダ３内部を往復運動するようにされている。すなわ
ちシャフト５０回転は斜板８を介してピストン９に往復
運動を行なわせ、ピストン９０両側の圧縮室１１゜１２
でそれぞれ吸入弁、吐出弁を介して交互に冷媒の吸入、
圧縮、吐出を行なうようになっている。

次に本圧縮機の容量可変機構について説明する。

第１図においてシャフト５の後端部はスライド部２０に
挿入されまたスライド部２０はベアリング２１を介して
作動ピストン３０に回転自在に軸支されており、スライ
ド部２０は前記球面支持部７に接続され、球面支持部７
と一体に回転すると共にシャフト５に沿って軸方向に摺
動可能なようにされている。

又作動ピストン３０とスライド部２０とはスライド部の
ショルダー２２及びスラスト軸受２３とを介して対向し
ており、作動ピストン３０からスライド部２０に加わる
図の左方向への力及びスライド部２０からピストン３０
に加わる図の右方向への力は上記スラスト軸受を介して
相互に伝達される。また前記斜板８の入力シャフト側端
面にはスリット２４が形成されておりシャフト５の斜板
８側端面には平板部２５が形成されている。上記平板部
２５は斜板８のスリット２４内に挿入されシャフト５０
回転を、上記平板部２５とスリット２４内壁との面接触
を介して斜板８に伝え、斜板８（及び球面支持部７、ス
ライド部２０）がシャフト５と共に一体に回転するよう
にしている。上記平板部２５には長溝２６が設けられて
おり、斜板８のスリット２４にはピン通し穴が形成され
ており、スリット２４はピン２７及びベアリング２８と
を介して平板部２５の長溝２６に係止されている。

このため、斜板８の傾斜が変化すると斜板８のスリット
２４に固定されたピン２７が長溝２６に沿って移動する
ため斜板８及び球面支持部７、スライド部２０はシャフ
ト５上を軸方向に摺動する。

圧縮機運転中はピストン９には両側の圧縮室１１と１２
内の圧力差に基づく力が加わるため、斜板８はシャフト
５に対して直角になるような向き（図においては反時計
方向）のモーメントを受ける。

このモーメントは上記長溝２６とピン２７とを介してス
ライド部２０を右方向に押す力に変換され、前記スラス
ト軸受２３を介して作動ピストン３０を押圧する。一方
、作動ピストン３０はその後端面が圧縮機ハウジングに
形成された作動室３１に対向しており作動室３１内の圧
力を受けている。また作動ピストン３０の前面は圧縮機
の吸入室３２に面してあり吸入室３２内の圧力を受けて
いる。このため、作動ピストン３０には、上記作動室３
１内の圧力に応じて図中左方向に働く力が作用し、スラ
スト軸受２３を介してスライド部２０を図中左方向へ押
圧する。従って作動室３１内の圧力を低下させた場合、
作動ピストン３０を左方向へ押圧する力が減少し、前述
の斜板８が受けるモーメントに起因するスライド部２０
を右方向へ押圧する力より小さくなると斜板８はスライ
ド部２０、球面支持部７と共に作動ピストン３０を右方
向へ押動し、斜板８の傾斜角が減少してシャフト５に対
して直角面に近づき、ピストン９のストロークが減少し
て圧縮機の吐出容量が減少する。また、逆に作動室３１
内の圧力を増加させた場合は作動ピストン３０に押動さ
れて斜板８が左方向に移動し、前記平板部２５の長溝２
６を介して斜板８を時計方向に回転させるモーメントが
生じるためピストン９のストロークが増大し、圧縮機容
量が増加する。

上述の説明かられかるように、本実施例の圧縮機では作
動室３１内の圧力を増減することによりピストン９のス
トロークを変え、圧縮機容量を制御することができる。

本実施例においては、前述のように圧縮機の吸入圧力を
制御対象圧力として、吸入圧力が設定値に保たれるよう
に作動室内の圧力を調節して圧縮機容量を変化させる制
御方法がとられており、この目的のため本発明の特徴で
ある圧力制御弁４０が設けられ、圧縮機吐出流体を作動
流体として用い作動室３０内の圧力を調節している。

第４図は上述の制御動作を説明する原理図である。圧力
制御弁４０は高圧導入通路３７を介して圧縮機吐出室３
３と、制御圧通路３５を介して前記作動ピストン３０後
方の作動室３１と、又低圧通路３６を介して圧縮機吸入
室３２とそれぞれ接続されている。また上記高圧導入通
路３７と制御圧通路３５とは制御弁４０内で連通してふ
り、弁体４１により連通部の開度が調節されるようにな
っている。また、弁体４１は後述のように低圧通路３６
により圧力制御弁４０に導入される圧縮機の吸入圧が設
定圧力より低くなった場合には上記高圧導入通路３７と
制御圧通路３５と９間の連通関度を減少させ、吸入圧力
が設定値より高くなった場合には高圧導入回路３７と制
御圧通路３５との連通開度を増大させるように動作する
。

従って、前述のように空調装置の熱負荷が増大して圧縮
機の吸入圧力が設定値より上昇した場合は第４図に示す
ように高圧導入通路３７と制御圧通路３５との連通開度
が増大するように弁体が移動し、圧縮機の吐出室３３か
ら高圧導入通路３７と制御圧通路３５とを通り作動室３
１に流入する高圧流体の流量が増加するため作動室３１
の圧力が上昇し、作動ピストン３０を図中左方向へ移動
させる。このため斜板８は作動ピストン３０に押動され
左方向へ移動すると共に傾斜角が増大し、ピストン９０
ストロークが増加して圧縮容量を増大させる。圧縮容量
の増大につれて圧縮機吸入圧は低下し、それにつれて弁
体４１は高圧導入通路３７０開度を減少させ、圧縮機吸
入圧が設定値に等しくなる位置に作動ピストン３０を保
持するような圧力に作動室３１を保つ。

このとき弁体は作動室から作動ピストン３０側面と壁面
との間を通り吸入室３２へ流出する流体の流量と高圧導
入通路３７から制御圧通路３５を通り作動室３１に流入
する流量とが平衡する開度に保持される。

上記の逆に、熱負荷が減少して圧縮機吸入圧が設定値よ
り低下した場合弁体４１は高圧導入通路３７の開度を減
少させ、高圧導入通路３７から作動室３１への流体の流
入が減少する。このため作動室３１から吸入室３２へ流
出する流体により作動室３１の圧力が低下し、作動ピス
トン３０は斜板８に押動されて右方向へ移動する。従っ
て圧縮容量は減少し、吸入圧が上昇して設定値に復帰す
ることになる。上記のように圧力制御弁４０により、圧
縮機吸入圧が設定値と等しくなるような位置に作動ピス
トン３０が自動的に移動するため圧縮機は常に熱負荷に
応じた適正な容量で運転される。

次に本発明による圧力制御弁４０について第２図と第３
図とを用いて説明する。第２図は第１図の実施例の圧力
制御弁４０の断面図を示している。圧力制御弁４０はバ
ルブハウジング４２とコイルハウジング４３とを備え、
バルブハウジング４２には絞り４４と高圧導入通路３７
とを介して圧縮機吐出室３３と連通した高圧ポート４５
と制御圧通路３５を介して圧縮機作動室３１に連通した
制御圧ポート４６、又低圧通路３６を介して圧縮機吸入
室３２と連通し、制御対象圧力である圧縮機吸入圧に保
たれる低圧室４７が備えられている。

また、低圧室４７と前記コイルハウジング４３との間は
可撓性のダイヤフラム４８で気密に仕切られており、ダ
イヤフラム４８下面にはスプール４９が取付けられてお
り、ダイヤフラム４８と共に変位して弁体４１を押動し
て前記高圧導入通路を開閉するようになっている。また
ダイヤフラム４８下面には可動鉄芯５０が取付けられて
おり、コイルハウジング内に配置された励磁コイルによ
り駆動されダイヤプラム４８とスプール４９とを押圧す
るようになっている。本実施例においては励磁コイルは
同心環状に設けられた２つのコイル５１と５２からなり
、コイル５１と５２とはリード線５３．５４を介して外
部から別々に電圧を印加できるようにされている。又コ
イル５２の起磁力（電流Ｘ巻数）はコイル５１の起磁力
の２倍に設定されている。本実施例では２つのコイルを
同心環状に配置しているがコイルの数は２つ以上任意の
数で良くコイルの配置も同心環状に配置する以外にも軸
線方向に沿って積層するように配列しても良い。

また本実施例ではダイヤフラム４８下面に図示しない大
気圧導入口から大気圧を導入し、かつ可動鉄心５０をス
プリング５５で上方に付勢し、励磁コイル５１．５２の
可動鉄芯駆動力が下向きに働くようにしているが、ダイ
ヤフラム４８下面に導入する圧力は大気圧以外のものと
しても良く、スプリングも必ずしも必要ではない。更に
、可動鉄芯駆動力を上向きにした構成としても良く、要
はダイヤフラム４８に加わる力が可動鉄芯駆動力を変化
させることにより副筋できる構成となっていれば良い。

第３図は第２図の制御弁の作動原理を示す略示図で各部
分の参照番号は第２図について用いたものと同じである
。

図において、ダイヤフラム４８には低圧室４７の圧力Ｐ
、が作用していてスプール４９をＰ、　ＸＳ　（Ｓはダ
イアフラム４８の有効受圧面積）の力で下向きに押圧し
ている。一方ダイヤフラム４８には、大気圧Ｐ６による
力Ｐ　ａ　ｘ　Ｓ　１スプリング５５の付勢力Ｆ、とに
よる上向きの力と、励磁コイル５１．５２が可動鉄芯を
駆動する下向きの力Ｆ、。、とが働き、これらの合力で
スプール４９を上向きに押圧している。ここで上記下向
きの力ＰＩ　　ＸＳが上向きの力の合力（Ｐ、ＸＳ＋Ｆ
に−Ｆ、。Ｌ）より大きい場合、すなわち吸入圧Ｐ１が
Ｐ、＞−（Ｐ、・ｓ＋Ｐｔ　　Ｆｓ。Ｌ）の場合ダイア
フラム４８は下向きに変位し、スプール４９、弁体４１
は下方向に移動し、高圧ボート４５の開度が大きくなる
。このため高圧ボート４５から制御圧ポート４６に流入
する流体の流量が増加し、前述のように圧縮機容量が増
大して吸入圧Ｐ１はＰ、＝様にＰｌが低下してＰＩ　＜
　−（Ｐ、　−Ｓ　＋ｐＨ−ＦＳＯＬ）となった場合ダ
イヤフラム４８はスプール４９を介して弁体４１を押し
上げて高圧ボート４５を閉鎖する。

このため作動室３１の圧力が低下し、斜板８は作動ピス
トン３０を押動し、圧縮機容量は、吸入圧Ｐ１がＰ、　
＝　　　（Ｐ、−３十ｈ−ＦＳＯＬ）に上昇するまで低
下する。

上記の説明から明らかなように制御弁４０は、圧縮機吸
入圧Ｐ＋をＰ−ｔ　＝　　　（Ｐ−・Ｓ＋ＦＫ　　ＦＳ
ＯＬ）なる設定値Ｐ、。、に保持するように圧縮機容量
制御を行なっていることになる。

本発明による圧力制御弁は複数の励磁コイル５１゜５２
を任意の組合せで励磁することにより可動鉄芯５０を駆
動する力Ｆ、。、を変え、吸入圧Ｐ、の設定値Ｐ□、を
外部から切換え可能としたことを特徴としている。設定
値Ｐ　ｓａｔは等間隔で設定可能とすることが望ましく
、そのためには、上記複数の励磁コイルを、それぞれの
起磁力（電流×巻数）が項比が２の等比数例をなすよう
に選択すればｎ個の励磁コイルを用いて２″個の等間隔
設定値を得ることができる。本実施例においては起磁力
Ｆｏと２Ｆｏの２つの励磁コイル５１．５２を用いるこ
とにより前記ＦＳＯＬの値をＦｓｏｔ＝　Ｏ、Ｆｏ　、
２Ｆ。。

３Ｆｏの４種類（及び必要なら励磁コイル５１と５２と
を直列に接続して電圧を印加した場合を含めて５種類）
に設定可能である。実際には車両用空調装置ではＰ　ｓ
ａｔの値は、蒸発器温度が着霜温度から２０℃程度にな
る圧力範囲に対応してＰ−ｔ　＝　１．５〜４．５ｋｇ
／ｃｉ程度をカバーするように設定される。

従って本実施例ではＰ　ｓａｔはＰ−ｓ　ｔ　＝　１．
５　ｋｇ／　ｃｒｌ　。

２、５　ｋｇ／ｃｎｆ　、３．５　ｋｇ／ｅａｆ　、４
．５　ｋｇ／ｃａ！の４種類になるようにＦ。及びＦ、
１．Ｓが設定されている。

第５図は制御弁４０の制御システムの１実施例のブロッ
ク図である。この実施例では圧縮機吸入圧、自動車エン
ジン回転数、車室内温度等のパラメータを制御回路に入
力し、車室内温度を一定に保つようにスイッチ回路によ
り制御弁４０の各々の励磁コイルと電源との接続を断続
すると共に車両の急加速等の運転条件に応じてスイッチ
回路の切換えを行なうことができる。なお、第５図のよ
うな制御回路を設けず、車室内に設置した調節つまみの
操作により直接スイッチ回路の切換えを行なって圧縮機
吸入圧の設定値を変更することにより空調器吹き出し温
度を設定することも可能であり、この場合は制御回路は
第６図に示すように調節つまみ６２により直接切換可能
なスイッチ回路６１と電源だけの極めて簡単な構成とな
る。

上記の実施例は斜板型圧縮機について説明したが、本発
明の容量制御装置は、斜板型圧縮機に限らず流体圧に駆
動されて圧縮機容量を変化させる可変容量機構を備えた
圧縮機であれば使用可能である。また実施例では制御対
象圧力として圧縮機吸入圧力をとった場合について説明
したが、制御対象圧力として他の適当な圧力をとること
も可能である。

〔発明の効果〕

上述のように本発明は任意の組合せで外部から通電可能
な複数の励磁コイルを有するソレノイドにより圧力制御
弁の受圧面を押圧する構造としたことで外部スイッチの
切換により、通電する励磁コイルの組合せを変えること
により圧縮機吸入圧力の設定値を簡単にかつ確実に変更
することが可能となる。また従来のように電流値制御用
アンプを使用しないため容量制御回路が非常に簡単にな
り、コストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す断面図、第２図は第１
図の実施例の圧力制御弁の構造を示す断面図、第３図は
第２図の圧力制御弁の作動原理を示す略示図、第４図は
第１図の実施例の容量制御の原理を示す略示図、第５図
、第６図は容量制御回路の構成例のブロック図である。 １・・・圧縮機、　　　　　８・・・斜板、９・・・ピ
ストン、３０・・・作動ピストン、３１・・・作動室、
　　　　　４０・・・圧力制御弁、４１・・・弁体、４
８・・・ダイアフラム、４９・・・スプーノペ　　　　
５１．５２・・・励磁コイノペ５５・・・スプリング、
６１・・・スイッチ回路、６２・・・調節つまみ。 第 ２ 図 第 図 ４ 図 作動ピストン 作動室 吸入室 吐出室 制御圧通路 低圧通路 高圧導入通路 圧力制御弁 弁体 棋 〔− 凶 〃 図 ６１・・・スイッチ回路 ６２・・・調節つまみ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧力制御弁を備え、該圧力制御弁により可変容量圧
   縮機の容量可変機構を駆動する作動流体圧力を調節し、
   可変容量圧縮機吐出容量を制御する容量制御装置におい
   て、 前記圧力制御弁は、前記可変容量圧縮機の吸入圧力を受
   けて変位する受圧部材と、該受圧部材の変位に応動して
   容量可変機構を駆動する作動流体圧力を変化させる弁体
   と、前記受圧部材を押圧し、該受圧部材の変位を調節す
   るソレノイドとを備えると共に、該ソレノイドは任意の
   組合せで励磁可能な複数の励磁コイルを有し、励磁する
   コイルの組合せを外部から切換えることにより前記受圧
   部材を押圧する力を調節することが可能であることを特
   徴とする容量制御装置。 ２、前記ソレノイドの複数の励磁コイルは、それぞれの
   励磁コイルの発生する起磁力が、項比が２の等比数列を
   なす、一連の励磁コイルである特許請求の範囲第１項に
   記載の容量制御装置。