JPH0743173B2

JPH0743173B2 - 冷凍システム

Info

Publication number: JPH0743173B2
Application number: JP61167961A
Authority: JP
Inventors: 憲一川島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-07-18
Filing date: 1986-07-18
Publication date: 1995-05-15
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: JPS6325455A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は自動車空調機用冷凍システムに係り、特に行程
容量可変の圧縮機を有する冷凍システムの圧縮機の容量
制御法に関する。

〔従来の技術〕

従来の行程容量可変の圧縮機を搭載した冷凍システムに
おける容量制御法はUSP3,861,829,USP4,428,718,特公昭
58-4195号や特開昭58-158382号などに開示されているよ
うに、アキシヤルピストン形圧縮機に於て、斜板をシヤ
フトの回転軸から離れた支点のまわりに回転可能な機構
とし、斜板の周囲を包囲するフロントカバーの内部即
ち、クランク室圧力を変化させることによつて、ピスト
ン裏面に作用する力を制御し、前記力とピストン表面に
作用するガス圧縮力との釣り合いによつて、前記斜板の
前記支点まわりの回転角度、即ち、ピストンストローク
を制御している。また、前述の引例では、クランク室圧
力制御法としては圧縮機吸入口冷媒圧力が所定の値以下
にはならないように、クランス室と圧縮機低圧室との連
通路中に設けた制御弁の弁開度を制御することによつ
て、ブローバイガスの流れを制御したり（USP3,861,829
特公昭58-4195号），これに加えて、吐出冷媒をクラン
ク室に導入する方法（USP4,482,718,特開昭58-158382
号）を用いていた。これらの方法では、圧縮機吸入圧力
が所定の値以下にはならないような内部制御方法である
ため、夏期などのように、室内が非常に高温の状態で空
調機を始動した場合、室内が十分冷房されないうちに吸
入圧力が低下する（例えばエンジン回転速度が上昇す
る）と、圧縮機容量が減少するため、室内の冷えが十分
でない（いわゆるプルダウン特性が悪い）といつた問題
があつた。これに対して、特公昭56-77578号では、上述
の引例とは異なり、蒸発器の熱負荷などに感応してクラ
ンク室圧力を制御している。しかし、この引例では先の
引例と同様に、容積の大きいクランク室の圧力を制御し
なければならいないので、制御の時間遅れを回避できな
い。特に時間的変化が早い圧縮機回転速度に対して圧縮
機容量が速やかに追従できない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このため、市街地走行のように、加速・減速の繰り返し
運転などでは圧縮機の容量が不足となつて、冷えが悪く
なるといつた問題があつた。

本発明の目的は、上述の欠点を解消し、プルダウン特性
が良くしかも、システムの運転条件の変化に速やかに追
従できる冷凍システムを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち、本発明では蒸発器から容量可変の圧縮機の吸入弁
までの間の冷媒配管途中に圧力制御装置を設けて、該圧
力制御装置の開度を冷凍システムの熱負荷に対応して制
御すると共に、前記圧力制御装置上流の配管と前記容量
可変の圧縮機のクランク室とを連通してある。

〔作用〕

本発明では圧力制御装置が冷凍サイクルの外部（これに
対して、内部とは冷媒の温度や圧力をさす）の状態に対
応して、その開度が変わるので、プルダウン特性が改善
でき、しかも、クランク室の圧力を制御することなく、
前記圧力制御装置前後に生ずる圧力差によつて、直接斜
板傾転角度即ち、ピストンストロークを制御するので、
時間に対する変化が激しい圧縮機回転速度にも速やかに
追従できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。第１図は
本発明の概念を説明するための冷凍システムの構成を示
す図である。一般に、冷凍システムは圧縮機1,凝縮器2,
受液器（受液器が設置されない冷凍システムもある）3,
膨張手段4,蒸発器５とこれらを連結する配管とから構成
される。本発明では上述の冷凍システムに、蒸発器５の
出口と圧縮機１の間に圧力制御装置６と、該圧力制御装
置上流と圧縮機クランク室とを連通する通路７と、冷凍
システムの熱負荷検出手段の一例として、蒸発器フイン
温度検出手段８、該検出手段の出力信号と設定値とを比
較し、温度検出手段の出力信号が設定値より大きい即
ち、フイン温度が設定値より高い場合には圧力制御装置
６の流路面積を最大とし、前記出力信号が設定値より小
さくなる、即ち、フイン温度が設定値より低温となつた
場合には前記圧力制御装置６の流路面積を小さくするた
めの信号を発生する制御回路手段９、該制御回路手段の
出力信号によつて、前記圧力制御装置６の流路を制御す
るためのアクチユエータ10とを加えた構成としてある。
圧縮機１は圧縮機プーリ11とエンジン12のクランクプー
リ13との間に掛けられたベルト14により、エンジン12で
駆動される。本システムに搭載される行程容積可変の圧
縮機の構造を第２図に示す。同図は斜板15が最大が最大
傾転即ち、ピストンストロークが最大の場合をを示して
いる。本圧縮機ではシヤフト16に圧入あるいはピンなど
でドライブプレート17を固定してある。該ドライブプレ
ートにはカム溝18が設けてあり、該溝内に支点ピン19が
カム曲線に沿つて移動可能に設けられ、同時に前記支点
ピンは斜板耳部20にすきまを設けて嵌合してある。ま
た、前記ドライブプレートのカム溝が設置された耳部21
と斜板耳部とは接触するような構造としてある。これに
より、シャフトの回転によつてドライブプレートが回転
すると、ドライブプレートの耳から斜板の耳に回転力が
与えられ、斜板が回転する。シヤフトにはスリーブ22が
シヤフトに対して少くとも軸方向に滑動可能に組み込ま
れており、該スリーブは斜板とはピン23によつて、スリ
ーブに対して斜板がピン23のまわりに回転自在に締結さ
れている。したがつて、シヤフトが回転すると、スリー
ブも回転する。斜板にはボールベアリング24及びスラス
トベアリング25を介してピストンサポート26が組み込ま
れており、該ベアリング24は斜板に固定された止め輪27
により、該ベアリングの内輪が斜板に、斜板の回転軸方
向には移動しないように固定されている。一方、ピスト
ンサポート26は突起28により、ベアリング24に対して図
の右方向への移動を規制されている。また、ピストンサ
ポートには半径方向に軸29が圧入などの方法で固着され
ており、該軸には回転及び軸方向移動が可能なように、
スライドボール30が嵌合されている。前記ピストンサポ
ートがシヤフトの軸まわりには回転しないように前記ス
ライドボール30はフロントカバー31の内壁に設けられた
軸方向溝32に組み込むことによつて、シヤフトの軸まわ
りの運動を規制されている。更に、ピストンサポートに
は両端にボール33,34を有する複数のコネクチングロツ
ド35が一方のボール33により、ボール中心のまわりに回
転自在に取りつけられ、他端のボール34にはピストン36
が該ボールの中心のまわりに回転自在に取りつけられて
いる。前記複数のピストン36にはピストンリング37が設
置されており、該ピストンはそれぞれシリンダブロツク
38に穿かれたシリンダ39に組み込まれている。シリンダ
ブロツク38には吸入弁が設けられた吸入弁板40,シリン
ダヘツド41,吐出弁42,吐出弁支え43兼用パツキング44と
リアカバー45とが設けられ、これらはドライブプレー
ト，斜板，ピストンサポートなどをとり囲むように設置
されたフロントカバーと一体的に、ボルトなどで固定さ
れている。前記シリンダヘツド41には各シリンダ39に対
応して吸入ポート46と吐出ポート47が設けられている。
リアカバー45には前記吸入ポート46のみが開口し、しか
も第１図の蒸発器２と連通する低圧室48、前記吐出ポー
トのみが開口し、しかも第１図の凝縮器２と連通する高
圧室49とが設けられいる。また、ガスを圧縮する際に作
用するスラスト力は前記ドライブプレートとフロントカ
バーとの間に設置されたスラストベアリング50で、ま
た、シヤフトに作用するラジアル力はフロントカバーと
シリンダブロツクにそれぞれ設けられたラジアルベアリ
ング51,52で受ける構造としてある。また、フロントカ
バーには第１図に示した通路７が開口しており、該通路
により、クランク室53は第１図の圧力制御装置６の上流
配管に接続されている。

以上述べた構成とすることによつて、エンジンによつて
圧縮機のシヤフトが駆動されると、ドライブプレート、
斜板が回転し、シヤフトの回転軸に対して斜板が垂直な
場合を除いては、ピストンサポートはシヤフトに対して
揺動運動する。したがつて、ピストンはシリンダ内を往
復運動し、ピストンヘツド，シリンダ，シリンダヘツド
で構成される圧縮室の空所体積は周期的に膨張，収縮を
繰り返し、これによつて、ガスを吸入・圧縮する。な
お、最大ストローク位置の規制にはスリーブをドライブ
プレートに当接させることによつて、また、最小ストロ
ーク位置の規制にはシヤフトに設けた溝に止め輪を設置
し、これにスリーブを当接することによつて達成する
が、本機ではフリーブがドライブプレートに衝突するの
を防止するために、ドライブプレートにねじなどで固定
した板ばね54が、また、スリーブが止め輪に衝突するの
を防止するために、前記シヤフト溝に止め輪兼ばね55を
設けてある。本実施例では最小傾転時の緩衝部材として
のばね55をシヤフトに固定したが、ばねをシリンダブロ
ツクに固定し、ピストンサポートのうごきを規制しても
良い。このような構造とすることによつて、ボールベア
リング24の止め輪27に作用する力を０にできるので、該
止め輪あるいは斜板の止め輪溝の摩耗を回避できる。

カム溝は一つの閉曲線であり、支点ピンがこのカム溝内
を移動しても常にピストンの上死点位置が変わらないよ
うな曲線にしてある。

つぎに、圧縮機の吐出圧力P_d，吸入圧力P_s，クランク室
圧力P_cと斜板傾転角度θとの関係を第３図，第４図によ
り説明する。第３図に於て、クランク室内圧を０とし、
複数のピストン表面に作用するガス圧縮力の合力をF_G，
支点ピン19の中心から前記F_Gの作用点までの距離をL_G、
各ピストンの配置円半径がシヤフト中心と同心でしかも
等ピツチに配置されているものとすると、各ピントンの
裏面に作用するクランク室内圧力の合力F_Cはシヤフト中
心に作用する。支点ピンからF_C作用点までの距離をL_Cと
すると、斜板がシヤフト軸に対して垂直な面からある角
度θで運転されているときの支点ピン19まわりのモーメ
ントは釣り合つているから、 F_G×L_G＋F_C×L_C＝０である。ここで、P_cを一定とし、P_dをパラメータとして
（P_c−P_s）／P_cに対する斜板傾点角度θを示したのが第
４図である。例えば、P_d／P_c＝３のとき、圧力制御装置
６による圧力損失（P_c−P_s）／P_cが0.25のときにはθ／
θmax＝0.5で運転されることを示している。

つぎに、圧力制御装置６と、該圧力制御装置を動作させ
るためのアクチユエータの構造を第５図に示す。圧力制
御装置６は外筒56の内部に設置されたケース57,ばね58,
ピストン59,ばね60,底板61とアクチユエータ62とシール
部材とから構成される。まず、外筒は両端部にねじ63,6
4が設けられ、ねじ63は蒸発器出口側配管との、ねじ64
は圧縮機側配管との接続に用いられ、Ｏリング溝65,66
は上記それぞれの配管の気密に用いられる。ケースフラ
ンジ部67の外周にはＯリング68が設けられ、外筒との間
をシールしている。また、フランジ部には冷媒流入口69
が設けてある。ケース57には冷媒流出口70が設置され、
前記ピストン59が図の上方に移動すると、冷媒流出口70
の開口面積が減少する。ピストン59はケース57内を僅か
なすきまを保つて滑動可能に設置され、ピストン上下の
圧力が等しい場合にはばね58とばね60の力の関係から、
ピストンは下方にあり、冷媒流出口70は全開となってい
る。また、ピストンにはリング溝71が設けられ、該溝内
にばね58が設置してある。該溝深さはピストンが最上位
置となつたとき、ばねの長さを吸収できるようになつて
いる。また、ピストンはその下部を凹設してあり、該凹
設部深さと底板61上面の凹設部深さの和はピストンが最
下位置になつたときのばね60の長さを吸収できるように
してある。底板61には底板の略中心部分と底板外周部と
を連通する通孔72が設けられ、該通孔は外筒内面との間
をＯリング73でシールされると共に、外筒56の通孔74に
連通している。該通孔74にはアクチユエータ62がねじな
どで固定されている。本実施例ではアクチユエータに電
磁弁を使用した場合を示しており、該電磁弁の構造は周
知であるので、詳述しない。電磁弁の流入口76は高圧ラ
インと連通しており、電磁弁がONすると、高圧冷媒が通
孔74,72を通ってピストン下部に導入する。したがつ
て、ピストン上下に圧力差が生じ、ピストンは上方向に
移動して、冷媒流出口70の開度を小さくする。又、電磁
弁がOFFすると、高圧冷媒の供給が断たれ、ピストン下
方の冷媒はピストンに設けた小孔75から逃げて、ピスト
ン上下の圧力差が０となり、ピストンは下方へ移動し
て、冷媒流出口の開度が大となる。

つぎに、フイン温度検出手段は一般的なサーミスタセン
サである。つぎに、制御回路手段９は、前記フイン温度
検出手段８の出力信号が、所定の温度以下を意味する信
号となると、前記アクチユエータ（電磁弁62）をONする
信号を生じ、該出力信号が所定の温度以上を意味する値
のときにはOFFとするような信号を生ずる回路構成とし
てある。ここでは、ON-OFF信号だけの制御について述べ
たが、前述の電磁弁OFFの状態ではデユーテイ制御を用
いて、デユーテイ比を大（即ち、電磁弁ON時間が大き
い）きくして行くような制御をし、フイン温度が一定
（所定の値）となるようにしても良い。

つぎに、本冷凍システムの動作を説明する。一般に、夏
期は車室内温度が高温であり、このとき冷凍システムを
運転すると、蒸発器熱負荷が大きいため、蒸発圧力が高
く（従つて、蒸発器内の冷媒温度も高い）フイン表面温
度が高い。この状態では制御回路手段９は信号を発生し
ないので、電磁弁はOFFの状態を保つており、圧力制御
弁は全開である。したがって、クランク室圧力とP_sが等
しいため、斜板は最大傾転角度（最大ストローク）を保
つ。冷凍サイクルの運転を継続すると車室内が冷房され
て、車内温度が低下する。蒸発器熱負荷が低下すると、
蒸発圧力が低下し、フイン温度が低下してくる。そし
て、フイン温度が設定値（例えば０℃）以下になると、
制御回路手段９は電磁弁を開くような信号を生ずる。こ
の状態では高圧冷媒が圧力制御装置ピストン59の下面に
印加されて、ピストンは上方に移動するので、冷媒流出
口開口面積が減少する。このため、圧力制御装置上流と
下流とに圧力差が生じ、上流側圧力はクランク室に導入
されていることから、P_d,P_c,P_sとの関係から、第４図の
線図に従って斜板傾転角度が減少（ストロークが減少）
する。このようにして、ストロークが減少すると、圧縮
機吸入圧力P_sが上昇し、圧力制御装置上流の圧力即ち蒸
発圧力（フイン温度）も上昇し、制御回路手段はデユー
テイ比を小さくし、あるデユーテイ比でフイン温度を所
定の値に保つように安定する。

特に、エンジンが高速で運転されているときにもプルダ
ウン時には、フイン表面温度が０℃となるまでの間は斜
板傾転角度が最大で運転されるので、車内温度を急速に
低下させることができる。

また、本発明では大きな容積のクランク室内圧力を制御
することなく、斜板傾転角度を制御できるので、システ
ムの運転条件の変化に速やかに追従できる。

つぎに、第６図は本発明の他の実施例を示すもので、圧
力制御装置６及び通路７を圧縮機に内蔵してある。リア
カバー45の冷媒吸入口77の流線延長上に凹所を設け、該
凹所に第５図に示した圧力制御装置の駆動機構部を装着
してある。即ち、前記凹所内にばね58,ピントン59,ばね
60を設け、ばね58は止め輪78で上方への移動を規制され
ている。また、ばね60が収納されている空所は通孔79で
リアカバーの高圧室49と連通されており、該通孔79の途
中で、電磁弁80の弁体81でその流路が開閉されるような
構造としてある。ピストン59が上方に移動すると、冷媒
流出口82の開口面積が減少し、ピストン上流と下流に圧
力差が生ずる。

冷媒吸入口はリアカバーに設けた通孔83,吐出し弁支え
兼パッキング44,シリンダヘッド41を貫通する通孔84,該
通孔と連通し、吸入弁板40で閉鎖された溝85及び吸入弁
板40とシリンダブロック38に設けた通孔86にてクランク
室と連通してある。したがって、圧力制御装置前後に圧
力差を生ずると、（P_c−P_s）が大となって、第４図に示
した図にしたがつて、斜板傾転角が小さくなる。

本実施例によれば、圧力制御装置を圧縮機に内蔵できる
ので、本発明の本来の効果の他に、複雑な配管が不要と
なるといった効果がある。

なお、本発明では、圧力制御装置のピストンの駆動にON
-OFF電磁弁を使用したが、比例電磁弁を用いても良い。
また、本発明では圧力制御装置とアクチユエータを別々
に設けたが、大形の比例電磁弁のみを用いて、蒸発器フ
イン温度が所定の値以下となると、直接主冷媒流路面積
を減じるようにしても良い。また、本発明では蒸発器フ
イン温度を所定の値以下にはならないようにする例につ
いてのみ説明したが、蒸発器フイン表面の着霜量が所定
の値以下にはならないようにしても良く、また、蒸発器
吹き出し空気温度を検出し、該温度が所定の値以下には
ならないようにしても良い。要は、蒸発器熱負荷を検出
し、蒸発器の熱負荷が大きいときには斜板傾転角度を最
大にして圧縮機を運転し、熱負荷が減少すると斜板傾転
角度を小さくして運動するようにすれば良い。また、プ
ログラム制御でも良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、蒸発器の熱負荷が大きい時には最大ス
トロークで運転できるので、急速冷房できるといった効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す冷凍システムの構成図、
第２図は本発明に使用される容量可変の圧縮機構造図、
第３図は圧縮機容量制御の原理を説明する図、第４図は
斜板傾転角度とクランク室圧力、吸入圧力及び吐出圧力
の関係を示す図、第５図は本発明の圧力制御装置とアク
チユエータの構造を示す図、第６図は本発明の他の実施
例を示す図である。１……容量可変の圧縮機、２……凝縮器、４……膨張手
段、５……蒸発器、６……圧力制御装置、８……蒸発器
フイン表面温度検出手段、９……制御回路手段、７……
通路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸に取り付けられた斜板の揺動運動に
よって回転運動を往復運動に変換し、この往復運動によ
ってシリンダに滑合するピストンを往復運動させて冷媒
を圧縮する圧縮機であって、前記斜板の傾斜角度を調整
して前記ピストンのストロークを制御し、もって圧縮機
の吐出容量を可変にした容量可変型の圧縮機を備え、こ
の圧縮機で蒸発器から送られてきた冷媒を圧縮するよう
に構成された冷凍システムにおいて、前記蒸発器と前記容量可変型の圧縮機のシリンダとの間
の冷媒通路内に設置され、前記冷媒通路の通路断面積を
制御して前記シリンダに滑合するピストンに作用する吸
入冷媒圧力を制御する圧力制御装置、前記圧力制御装置の上流側冷媒通路と前記圧縮機の斜板
が収納されたクランク室とを接続して前記クランク室の
圧力と前記圧力制御装置の上流側冷媒圧力とを実質的に
同じ圧力に維持する圧力伝達通路、前記蒸発器に掛かる熱負荷を検出して前記圧力制御装置
を駆動し、前記熱負荷が所定の小さな値になるまで前記
冷媒通路の通路断面積を所定の大きな値に維持して前記
斜板の傾斜角を所定の大きな値に維持する熱負荷応答装
置を設けたことを特徴とする冷凍システム。