JPH0346749B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は冷凍サイクル制御方法に関し、特に自
動車用の空調装置の冷凍サイクルに関する。ま
た、本発明の冷凍サイクルは圧縮機に作動室と吸
入室とを連通するバイパス孔を設け、圧縮機の吐
出容量を可変するようにした冷凍サイクルに関す
る。

〔従来の技術及びその問題点〕

従来より圧縮機にバイパス孔を設け、圧縮機の
吐出容量を冷凍サイクルに要求される能力に応じ
て可変するようにした冷凍サイクルはすでに考案
されている。また自動車用の空調装置において、
このような可変容量圧縮機を用いた冷凍サイクル
にあつては、起動時の負荷低減を図るため、常に
圧縮機を小容量にすることも考案されている。

しかしながら、このような可変容量圧縮機を備
えた冷凍サイクルにおいて、小容量にて起動させ
ると、所定状態においては騒音が発生されること
が、本発明者らの実験検討により初めて明らかに
された。すなわち、本発明者らの実験検討によれ
ば、冬期や秋期等の冷凍サイクルに要求される負
荷が小さな状態で、圧縮機を小容量とした状態で
起動させた場合には、特別な騒音の発生は認めら
れなかつたが、夏期等のように冷凍サイクルに要
求される負荷が大きな状態で、圧縮機を小容量と
して起動させれば騒音が発生することが認められ
た。

このような騒音の発生は、従来全く指摘されて
いなかつたものであり、本発明者らはこの騒音の
原因究明につき終始の検討を行つた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はこのような実験検討結果に基づき案出
されたもので、可変容量圧縮機を備えた冷凍サイ
クルにおいて、圧縮機を小容量の状態で起動させ
る際においても、騒音が発生することがないよう
にした制御方法を提供することを目的とする。

〔発明の構成および作動〕

本発明者らが、冷凍サイクルに用いられる各種
機器、即ち膨張弁、エバポレータ、冷媒配管等を
かえて検討したところ、騒音は起動後７秒程度ま
では生じないが、７秒経過以降において騒音が急
増することが確かめられた。

従つて、本願発明の制御方法においては、圧縮
機を大容量で駆動する必要がある状態で起動させ
る時には、２〜７秒程度の間のみ小容量で圧縮機
を駆動させ、その後圧縮機を大容量とするという
制御方法を採用する。即ち、本願発明の制御方法
によれば、圧縮機を小容量で起動させる状態で
は、７秒以上に渡つて小容量運転を継続させない
ようにする。

従つて、本発明の制御方法によれば、起動時小
容量とすることにより、圧縮機の起動負荷低減を
図ることができると共に、騒音が発生するという
本願発明者らが見出した問題を確実に除去するこ
とができる。

〔実施例〕

以下本発明の制御方法を図に基づいて説明す
る。

第１図は冷凍サイクルの概略を示すもので、図
中１００はシヤフトであり、フロントハウジング
１０３内に軸受１０４を介して、回転自在に支持
されている。またシヤフト１００の端部はロータ
１０２と連結し、従つて、ロータ１０２はシヤフ
ト１００の回転を受け、ハウジング１０１内で回
転自在に支持される。

ロータ１０２にはベーン溝１０５が貫通形成さ
れており、このベーン溝内にベーン１０６が摺動
自在に配置されている。このベーン１０６はその
両端がハウジング１０１の内面に周接するよう構
成されている。

ハウジング１０１内面、ロータ１０２外面及び
ベーン１０６側面により、作動室１０７が形成さ
れ、この作動室１０７の容積はロータ１０２の回
転に伴い増減する。フロントハウジング１０８内
には吸入室１０９が形成されており、この吸入室
１０９は吸入口１１０を介して作動室１０７と連
通している。また吸入口１１０は作動室１０７が
容積増大する吸入工程においては、吸入室１０９
内の冷媒が吸入口１１０を介して作動室１０７に
吸入される。また、作動室１０７の容積が最も減
少した部位には、吐出口１１１が開口しており、
作動室内で圧縮された冷媒がこの吐出口１１１よ
り吐出室１１２に吐出される。

フロントエンドプレート１０３のうち作動室１
０７の容積が減少している部位には、バイパス孔
１１３が開口しており、このバイパス孔１１３を
介して、作動室１０７が吸入室１０９と連通す
る。なお、このバイパス孔１１３の開口位置は、
作動室１０７の容積が最大容量時の17％に減少す
る部位に開口している。

フロントサイドプレート１０３中にはバイパス
孔１１３と直交する方向に中溝１１４が形成され
ている。また、中溝１１４内にはバイパス弁１１
５が摺動自在に配置されている。このバイパス弁
１１５の移動により、バイパス孔１１３が開閉制
御される。中溝１１４のうちバイパス弁１１５の
一方側にはスプリング１１６が配置され、このス
プリング１１６により、バイパス弁１１５はバイ
パス孔１１３を開く方向に付勢される。

中溝１１４の他方側には制御圧室１１７が形成
されている。従つて、バイパス弁１１５は、この
制御圧室１１７の圧力と、スプリング１１６の圧
力バランスによりその変位が制御される。

制御圧室１１７には制御手段２００によつて、
制御された圧縮機吐出側の高圧が供給される。即
ち、圧縮機のうちロータ１０２の側方で、かつ吐
出口１１１の近傍となる部位より導圧通路２０１
が伸び、この導圧通路２０１は制御手段２００の
高圧導入口２０２に連通する。一方制御手段２０
０には吸入室１０９と連通する低圧導入口２０３
が開口しており、この低圧導入口２０３と高圧導
入口２０２との間は弁体２０４によつて導通され
る。また、弁体２０４は電磁ソレノイド２０５の
ムービングコア２０６に連結されており、従つて
コイル２０７の励磁、非励磁によりその位置が制
御される。このように高圧通路２０１により導入
された圧力は、その一部が制御手段２００を介し
て吸入室１０９側へ逃がされることにより、圧力
の制御がなされる。そして、制御後の圧力が、信
号圧として信号圧供給通路２０９より制御圧室１
１７に導入される。

フロントハウジング１０８のバブル１３０上に
は電磁クラツチ３００（第２図図示）が配置され
ており、この電磁クラツチ３００を介て自動車走
行用エンジンの回転駆動力がシヤフト１００に伝
達される。また、フロントハウジング１０８とシ
ヤフト１００との間には軸封装置１３１が配置さ
れており、圧縮機内部の冷媒及び潤滑油がシヤフ
ト１００に沿つて、外方に漏出するのが防止され
る。

圧縮機の吐出室１１２より吐出された高温高圧
の冷媒は、コンデンサ４００に導入される。そし
てこのコンデンサ４００内で冷却風と熱交換して
凝縮する。凝縮後の液冷媒は高温高圧のまま膨張
弁５００に流入し、この膨張弁５００で低温低圧
の霧状に断熱膨張する。膨張弁は第３図に示すよ
うに、エバポレータ６００出口側に位置する感温
筒５０１からの信号に基づいて、絞り部５０２の
絞り量を制御するものである。

即ち、感温筒５０１中には冷媒が封入されてお
り、エバポレータ６００出口側の温度に応じて、
その内部圧力が変化する。この圧力は膨張弁５０
０のダイヤフラム５０３に印加され、従つて、ダ
イヤフラム５０３は冷媒圧力に応じて第３図中上
下方向に変位する。このダイヤフラム５０３の移
動がシヤフトを介し、弁体５０４に伝達され、弁
体と絞り部５０２との間の間隔が可変する。この
間隔の変化に応じて膨張弁５００における絞り量
が変化する。

エバポレータ６００は第４図に示すように、冷
媒通路部６０１とその端部に配置されたタンク部
６０２とを備える。また、冷媒通路部６０１の間
にはコルゲートフイン６０３が配置され、冷媒と
空気との間の熱交換を促進する。タンク部６０２
の一端側には、膨張弁５００からの冷媒を導入す
る入口パイプ６０４が連通しており、タンク部他
端側には熱交換後の冷媒を導出する出口パイプ６
０５が連通している。なお、上述の感温筒５０１
はこの出口パイプの保持部６０６上に位置され
る。

この出口パイプ６０６と圧縮機の吸入室とは第
２図に示すような冷媒配管７０１，７０２を介し
て連通される。配管７００及び７０１は共にアル
ミニウム合金よりなり、その内径は14mm程度とな
つている。また、配管７０２は可動性に富むゴム
材料よりなり、その内径は12mm程度となつてい
る。ここで、エバポレータ６００はクーラケース
６３０内に配置され、かつクーラーケース６３０
は自動車の車室に配置される。一方、圧縮機３０
０は自動車のエンジンルーム中に配置される。従
つて、冷媒配管７００，７０１，７０２はエンジ
ンルームから自動車車室に抜けて伸びており、そ
の全長は２ｍ程度となつている。

次に上記構成よりなる冷凍サイクルの作動につ
いて説明します。制御手段２００にはコントロー
ラ７００からの電気信号が印加され、コイル２０
７の励磁、非励磁が切替られる。コイル２０７が
励磁した状態では弁体２０４が第１図中右方向に
変位し、高圧導入口２０２と低圧導入口２０３と
が連通する。従つて、高圧通路２０１内の冷媒は
制御手段２００を介して、吸入室１０９側に逃が
されるため、信号圧供給通路２０９内の圧力が低
下する。即ち、制御圧室１１７には比較的低い圧
力が供給されることとなる。この場合には、スプ
リング１１６の付勢力が制御圧室１１７内の圧力
に勝りバイパス弁１１５は第１図中上方向に変位
する。従つて、バイパス孔１１３が開かれ、作動
室１０７と吸入室１０９とが連通する。この状態
では、作動室１０７はバイパス孔１１３を経過し
た後でなければ、圧縮を開始しないことになり、
圧縮機の吐出容量が17％にまで低下する。

コントローラ７００からの電気信号が出力され
ず、コイル２０７が励磁しない状態では、弁体２
０４は高圧導入口２０２と低圧導入口２０３とを
遮断する。この状態では、高圧通路２０１からの
圧力は吸入室１０９側には流されず、その結果、
制御圧室１１７内の圧力が上昇する。この制御圧
室１１７の圧力上昇に伴い、バイパス弁１１５は
スプリング１１６の付勢力に打ち勝ち第１図下方
向に変位する。この変位により、バイパス孔１１
３が閉じられる。その結果、吸入口１１０より吸
入された冷媒は全量圧縮吐出され、圧縮機は100
％容量となる。

一方、コントローラ７００からの電気信号は、
電磁クラツチ３００にも伝達され、この電気信号
に基づき電磁クラツチ３００が動力の伝達遮断を
行う。電磁クラツチが動力遮断状態となつた場合
には、圧縮機には自動車走行用エンジンからの回
転駆動力が伝達されず、従つて、圧縮機の吐出容
量は０％となる。このようにして、圧縮機はその
吐出容量が０％、17％、100％の３段階に切換え
ることになる。

ここで、圧縮機の吐出容量として小容量時に17
％としたのは、圧縮機起動トルクを100％起動時
の半分にするためである。即ち、第５図に示すよ
うに、17％容量で圧縮機を起動させる時に必要と
される起動トルクは、100％容量時で圧縮機を起
動するきに必要されるトルクの半分となるように
設定されている。このように吐出容量を設定する
ことにより、圧縮機の起動時の回転トルクを変動
を抑えることができると共に、圧縮機の吐出容量
を17％から100％に切換える時の回転トルク変動
も小さなものとすることができる。

そして、この圧縮機の容量はエバポレータ６０
０下流の空気温度の変動によつて制御される。即
ち、空気温度が３℃以上の状態である時には、圧
縮機に冷凍作用が不要となり、その状態では電磁
クラツチ３００が動力伝達を遮断し、圧縮機の容
量は０％となる。

空気温度が４℃以上となると、圧縮機は17％の
小容量で作動する。そして、空気温度が５℃以上
になり、冷房能力が必要とされる状態の時には、
バイパス弁１１５がバイパス孔１１３を閉じ、圧
縮機は100％の容量で作動する。

ここで、圧縮機の作動、不作動の切換温度及び
17％、100％の切換温度近傍時で切換えが、頻繁
に行われることがないよう、設定温度には１℃程
度の差がもたされている。

即ち、圧縮機100％運転状態から17％の小容量
状態へ切換える温度は、上述の切換温度（５℃）
より１℃低い４℃とする。また、圧縮機を17％の
小容量から０％に切換える温度は３℃とする。

ここで、圧縮機が起動される状態では、起動ト
ルクの変動を小さくするため、圧縮機に要求され
る能力にかかわらず、常に小容量で起動開始する
ようにする。

ところが、第６図に示すように、高負荷時に圧
縮機を小容量で起動させた場合には、７秒程度経
過後に大きな騒音が発生することが認められた。
この騒音レベルは、例えば10秒経過時の騒音時
と、５秒経過時の騒音時との差が10デシベル程度
となつており、かなり耳障りなものとなる。な
お、この第６図図示実験データは、圧縮機として
最大吐出容量140c.c.のものを17％の小容量状態で
起動したものであり、また、この場合における配
管は上述の第２図に示したゴム性配管７０２及び
アルミニウム性配管７０１，７００の組合せより
なるもので、その長さは約２ｍである。またエバ
ポレータ６００としては、第４図図示形状のもの
を用い、その容量は820c.c.程度となつており、ま
た、内部の通路部６０１は幅が９cm程度、厚さが
３mm程度のものとなつている。また、エバポレー
タ６００の全体形状は高さが25cm、幅が24cmとな
つている。更に、膨張弁としては第３図図示形状
のものを用い、感温筒５０１からの応答性を示す
時定数は10〜16秒程度のものを用いている。

次に、本発明者らが冷凍サイクルを構成する各
機器を異ならせて同様に小容量起動時における騒
音レベルを測定した。第７図、第８図、第９図は
この騒音レベルの変化を示すものである。第７図
は、冷凍サイクルの構成として圧縮機エバポレー
タ６００及び膨張弁５００は第６図図示実験デー
タのものと同じものを用い、配管７０１，７０２
の長くしたものを用いた。即ち、この第７図図示
実験データにおける配管はその全長が300cm程度
のものとなつている。この第７図に示すように配
管の長さを異ならせても、やはり７秒程度経過後
から騒音レベルの上昇が認められる。そして、10
秒経過時の騒音レベルと５秒経過時の騒音レベル
との差は5.5デシベル程度認められた。

第８図図示実験データは膨張弁５００の時定数
を変位させた冷凍サイクルにおいて調べた実験結
果である。即ち、第８図図示実験データにおいて
は、圧縮機、配管７０１，７０２、エバポレータ
６００は上述の第６図図示実験データのものと同
様のものを使用している。そして、膨張弁５００
として時定数が35秒程度のものを使用している。
なお、時定数とは感温筒５０１のある温度変化に
応じて、弁体５０４が実際にある一定量作動する
までの時間遅れを示すもので、膨張弁５００の応
答性を示す。

この第８図に示すように、時定数を大きくした
膨張弁５００を用いた冷凍サイクルであつても、
８秒経過後程度から騒音レベルが大きくなつてい
る。そして、13秒経過時の騒音レベルと５秒経過
時の騒音レベルとの間には、8.5デシベル程度の
差が認められた。

第９図図示結果は、エバポレータ６００の使用
を換えた冷凍サイクルにおけるデータを示す。即
ち、第９図図示データを示す冷凍サイクルにおい
ては、エバポレータ６００はその大きさが縦が23
cm、高さが24cm全体の冷媒封入容量が850c.c.程度
のものとなつている。更に、このエバポレータで
は通路部が幅が11cm、厚さが3.6mm程度のもので
ある。

この第９図より明らかなように、起動後４秒程
度経過後から騒音レベルの上昇が認められる。そ
して、10秒経過時における騒音レベルと、起動後
３秒経過時における騒音レベルとの間には、4.5
デシベル程度の差が認められる。

上述の実験結果から明らかなように、小容量状
態で圧縮機を起動した場合に、起動後４〜６秒程
度の間は騒音レベルが低く、その後騒音レベルが
急に上昇することが確かめられる。

この騒音レベル変動につき、本発明者らの検討
結果によれば、この騒音はバイパスポート１１３
を通過する冷媒の脈動が、冷媒配管７００，７０
１，７０２を介し、エバポレータ６００に伝わり
このエバポレータ内できようめいして生じるもの
であると認められる。

即ち、圧縮機停止時においては、膨張弁５００
のダイヤフラム５０３、下面側の冷媒通路部５１
０における冷媒圧力が十分高くなつており、この
冷媒圧力を受けて、ダイヤフラム５０３が第３図
中上方向に変位している。従つて、圧縮機起動時
においては、弁体５０４が常に絞り部５０２を絞
つており、膨張弁５００がほとんど閉じられた状
態で圧縮機が起動することになる。そのため、当
初はコンデンサ４００から冷媒の供給を受けるこ
となく、エバポレータ６００内の冷媒が圧縮機側
に吸引されることになる。

ここで、起動当初においては、エバポレータ６
００内に液冷媒が溜まつているため、この液冷媒
が存在する間においては、上述したバイパス孔１
１３を通過する冷媒の脈動に起因する圧力変動が
エバポレータ６００に伝わりにくくなつている。
従つて、起動当初におけるエバポレータ６００で
の騒音レベルは低くなつている。しかし、起動後
４〜６秒経過して、エバポレータ６００内におけ
る液冷媒がなくなつてくれば、バイパス孔１１３
に起因する脈動がそのままエバポレータ６００に
従い、エバポレータ６００にて共鳴して騒音が発
生すると認められる。

なお、起動時にエバポレータ６００内の液冷媒
が圧縮機側に吸入された後、エバポレータ６００
内の液冷媒が減少していき、その状態を感温筒５
０１が検出して、膨張弁５００は絞り部５０２を
開くように作動する。しかしながら、感温筒５０
１が冷媒状態を検知してから、実際に弁体５０４
が絞り部５０２を開くまでには、所定の時間遅れ
を生じるので、この時間遅れの間においてはエバ
ポレータ６００において騒音が発生してしまう。

上述した第６図から第９図図示実験は、冷凍サ
イクルが高負荷状態におかれた場合におけるデー
タである。即ち、この高負荷状態とは、圧縮機が
起動する前にサイクル内の冷媒の圧力が６Kg／cm²
程度以上となつている状態である。この状態は、
夏期等の特に冷房負荷が高い状態に相当する。

冷凍サイクルが低負荷状態におかれた場合に、
圧縮機を小容量で移動した際の実験データを第１
０図に示す。この第１０図に示すように、圧縮機
を小容量で起動したとしても、冷凍サイクルが低
負荷状態であれば、吸入側圧力が低い為に、バイ
パス孔からの脈動レベルが低い為、エバポレータ
６００において特に騒音は発生しない。即ち、第
１０図に示すように起動後５秒経過時における騒
音レベルと10秒経過時における騒音レベルとの差
は１デシベル程度しかない。

なお、第１０図図示実験データは、第６図図示
データに係わる冷凍サイクルと同様の機器からな
る。即ち、圧縮機冷媒配管７００，７０１，７０
２、エバポレータ６００及び膨張弁５００とも第
６図図示実験データのものと同様のものを使用し
ている。そして、この冷凍サイクルの低負荷状態
とは、圧縮機が停止している状態において、サイ
クル内の冷媒圧力が４Kg／cm²程度となつている状
態である。

この第１０図図示実験データ及び第６図図示実
験データより明らかなように、圧縮機が小容量で
起動した際に、エバポレータ６００における騒音
が問題となるのは、冷凍サイクルの高熱負荷時の
みである。従つて、このような高熱負荷時におい
ては、４〜６秒経過後に圧縮機の容量を100％容
量まで増大させることが、冷凍サイクルの制御上
からも望まれるのである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本願発明の冷凍サイクル
においては、冷凍サイクルが高熱負荷時で、圧縮
機に高容量が必要とされる状態で圧縮機が起動す
る際、圧縮機を小容量として起動をさせる。即
ち、圧縮機が常に小容量で起動されることにな
り、起動時の負荷軽減が図れる。しかも、本願発
明では、この起動時小容量とする時間を７秒以下
の時間としている。従つて、本来であれば、エバ
ポレータにおいて騒音が発生する状態であるにも
かかわらず、本願発明によれば、起動時の騒音が
完全に防止することができる。そのため、本願発
明によれば、起動負荷の低減を図りつつ、かつエ
バポレータの騒音低減を維持することができると
いう優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる冷凍サイクルを示す構
成図、第２図は第１図図示冷媒配管部を示す斜視
図、第３図は第１図図示膨張弁を示す断面図、第
４図は第１図図示エバポレータを示す正面図、第
５図は圧縮機起動トルクを示す説明図、第６図乃
至第１０図は、それぞれ起動時のエバポレータに
おける騒音レベルを示す実験データである。 １００……シヤフト、１０１……ハウジング、
１０２……ロータ、１０５……ベーン溝、１０６
……ベーン、１０７……作動室、１０９……吸入
室、１１１……吐出口、１１２……吐出室、１１
３……バイパス孔、１１５……バイパス弁、２０
０……制御手段、４００……コンデンサ、５００
……膨張弁、５０１……感温筒、６００……エバ
ポレータ、７００……コントローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジング内に回転自在に配設されたシヤフ
   トと、前記ハウジング内に形成され前記シヤフト
   の回転を受けて容積変動する作動室と、前記作動
   室に吸入孔を介して連通し冷媒を作動室内に吸入
   させる吸入室と、前記作動室に吐出口を介して連
   通し、作動室で圧縮された冷媒が吐出される吐出
   室と、前記作動室の圧縮途中の部位と前記吸入室
   とを連通し、前記作動室内の冷媒を前記吸入室側
   にバイパスするバイパス孔と、このバイパス孔の
   開閉を行うバイパス弁と、このバイパス弁の作動
   を電気的に制御する制御手段とを備えた圧縮機
   と、 自動車走行用エンジンからの回転力を前記圧縮
   機の前記シヤフトに伝達する電磁クラツチと、 前記圧縮機の前記吐出室と連通し、冷媒の凝縮
   を行うコンデンサと、 前記圧縮機の前記吸入室に冷媒配管を介して連
   通するエバポレータと、 前記コンデンサの下流側に配置され、前記コン
   デンサで凝縮された液冷媒の減圧膨張を行い、か
   つその弁開度を前記エバポレータ出口側の冷媒状
   態において可変調整される膨張弁と、 冷凍サイクルの運転状態に応じて前記制御手段
   の作動室信号を制御するコントローラとを備え、 前記コントローラは前記圧縮機が最大容量で運
   転開始する場合、前記電磁クラツチに動力伝達
   ONの信号を出力すると同時もしくは出力する以
   前に、前記制御手段に前記バイパス孔を開とする
   信号を出力し、２〜７秒経過後に、前記制御手段
   に前記バイパス孔を閉とする信号を出力する冷凍
   サイクル制御方法。