JPH0825382B2 - 可変容量コンプレツサの外部制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、車両に装備される空調装置において、特に
内部容量可変型と呼ばれる可変容量コンプレッサを外部
から制御する制御装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より、この種の自動車用空調装置として、車載エ
ンジンに電磁クラッチ機構を介して駆動連結されたコン
プレッサと、該コンプレッサから吐出されたガス冷媒を
空気との熱交換により冷却して液状態に凝縮するコンデ
ンサ（凝縮器）と、このコンデンサを通過した液冷媒を
蒸発させてその気化熱により車室内を冷却するエバポレ
ータ（蒸発器）とを備えてなり、エバポレータでの冷媒
の蒸発温度が所温度以下に低下すると、そのことをフロ
ストスイッチにより検出して、電磁クラッチ機構のOFF
作動によりコンプレッサの駆動を停止させるようにした
ものが一般によく知られ、広く実写に装備されている。

すなわち、エンジン回転数が上昇すると、該エンジン
によって駆動されているコンプレッサからの冷媒吐出量
が増加して冷媒回路を多量の冷媒が循環するため、コン
プレッサの能力が増大するのに対し、車室に対する熱負
荷はほぼ一定であるので、能力が余剰となり、この余剰
部分をなくすために、コンプレッサの駆動を停止させる
ようになされている。

しかし、その場合、エンジンのコンプレッサ駆動のた
めの駆動力を低減してEER（エネルギ消費効率）を向上
させるという観点から、コンプレッサの運転を一旦停止
してその後に再凝縮するよりは、その間コンプレッサの
容量を定常時よりも低下させ継続して運転するほうが好
ましい。例えば、コンプレッサ、コンデンサおよびエバ
ポレータのうち、成績係数に対するこれら各機器の依存
度をみると、コンプレッサの容量が小さいほど、コンプ
レッサ自体の仕事能力が低くなるが、相対的にコンデン
サおよびエバポレータの寄与率が大になり、全体の成績
係数が増大する。つまり、コンプレッサの仕事能力は下
がっているのに、全体のエンタルピーは同等になるの
で、EERが増大することになる。

このため、斯かる要求を満たすコンプレッサとして、
従来、特開昭60−261721号公報に開示されるように、内
部容量可変型コンプレッサが提案されている。これは、
コンプレッサの能力が過剰になったときに、コンプレッ
サ本体に吸入された冷媒の一部を圧縮行程の途中からバ
イパスさせて吸入側に戻すことにより、コンプレッサの
能力を車室内の熱負荷に対応した能力に自動的に制御す
るようにしたものである。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、反面、この提案の内部容量可変型コンプレ
ッサを具備した空調装置では、コンプレッサの能力を車
室内の熱負荷に対応した能力に自動的に制御するため、
以下に示すような問題が生じる。

例えば、高地等の大気の圧力が低いところで走行する
場合、エンジンの吸気の密度が低くなるためにエンジン
の出力が低下する。さらに、高地等では、通常気温が低
いので暖房を行う必要があるのに加えて、除霜のために
空調装置をも同時に運転することが多い。したがって、
かかる場合には、コンプレッサへの負荷をできるだけ小
さくして、エンジン負荷を低減することが必要である。
しかし、上記内部容量可変変形のコンプレッサを使用し
たときには、室温状態に応じてしか運転容量の調節機能
を有しておらず、気圧の低下に応じてコンプレッサ負荷
を低減することができない。したがって、車両の走行の
ための駆動出力が小さくなってその走行性能が悪化す
る。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、上記の如く内部容量可変型のコン
プレッサにおける本来の自動的な内部容量制御に加え、
その容量を外部からエンジン負荷の状態に応じて適正に
制御するようにすることにより、可変容量コンプレッサ
の機能を活用しながら、車量の高地等での走行性能を向
上させることにある。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明の解決手段は、気
圧が所定値よりも低くなったときにはコンプレッサの内
部容量制御を一時的に禁止して、その容量を最小容量に
固定保持するようにしたものである。

具体的には、本発明の構成は、第１図に示すように、
自動車用空調装置１において、冷媒を吸入する吸入ポー
ト21と、該吸入ポート21から吸入されて圧縮行程を経た
冷媒を吐出させる吐出ポート22と、上記冷媒の圧縮行程
の途中で冷媒を吸入側へバイパスさせるバイパス通路39
と、該バイパス通路39を冷媒の吸入圧力に応じて開閉制
御する可変容量機構50とを有し、車両に搭載されたエン
ジン12によって駆動される車両用空調装置の可変容量コ
ンプレッサを外部から制御する外部制御装置を対象とす
る。

また、上記コンプレッサには、上記バイパス通路39が
全開になるように上記可変容量機構50を駆動して冷媒吐
出容量を最小に設定する最小容量設定機構SVを設けるも
のとする。

さらに、大気の圧力を検出する気圧検出手段PSと、該
気圧検出手段PSの出力を受け、気圧が所定値よりも低い
とき上記コンプレッサ２が最小容量に設定されるよう上
記最小容量設定機構SVを作動させる容量制御手段110を
設ける構成とする。

（作用） 以上の構成により、本発明では。車両の通常運転中に
は可変容量機構50により、車両の空調装置１のコンプレ
ッサ２の圧縮行程における冷媒の吸入側へのバイパス量
が調節され、高い高率でもって冷房運転が行われる。

そして、高地等における車両の走行時等、気圧が低下
して所定値よりも低くなったとき、気圧検出手段PSの出
力を受けて容量制御手段110により強制的にバイパス通
路39が全開に、つまりコンプレッサ２の吐出容量が最小
に設定されるよう最小容量設定機構SVが制御される。

したがって、通常の走行時において、内部容量可変型
コンプレッサ２による内部容量の自動制御を活かすこと
ができるとともに、気圧が所定値よりも低下したときに
は、コンプレッサ２の外部から強制的にその内部容量制
御が禁止されて、コンプレッサ２が最小容量状態に固定
されるため、コンプレッサ負荷を小さくして、その分、
エンジン負荷を低減して気圧の低下によるエンジン出力
の低下を補うことができ、車両の走行性能等を向上させ
ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の実施例の全体構成を示しており、１
は自動車に装備された空調装置であって、該空調装置１
は、車載された電子燃料噴射式エンジン12に電磁クラッ
チ機構13および伝動ベルト14を介して駆動連結されたコ
ンプレッサ２と、車体のエンジンルーム前端部に配置さ
れ、走行風等との熱交換によりガス冷媒を冷却して液冷
媒に凝縮するコンデンサ３と、液冷媒を蓄えるレシーバ
タンク４と、液冷媒を蒸発に適した圧力に減圧して膨脹
させ、冷媒の過熱度を一定に制御する温度式自動膨張弁
であるエキスパンションバルブ５と、車室内に配置さ
れ、液冷媒を蒸発させてその気化熱により車室内の空気
を冷却するエバポレータ６とを備えてなり、これらの機
器２〜６を冷媒配管７によって接続することにより冷媒
回路８が構成されている。尚、９は上記エバポレータ６
からコンプレッサ２に戻る冷媒配管７に付設された上記
エキスパンションバルブ５の感温筒である。また、11は
エバポレータ６に付設されたファンである。

上記コンプレッサ２は、ベーン式の可変容量コンプレ
ッサで構成されている。この可変容量コンプレッサの基
本的な構造は通常のベーン式コンプレッサと同様のもの
である。すなわち、このコンプレッサ２の本体20は、第
３図に拡大詳示するように、リング状のサイドハウジン
グ23と、該サイドハウジング23の前後面に気密状に接合
され、サイドハウジング23の内部に円柱状の作動室24を
形成するフロントおよびリヤハウジング25,26と、上記
サイドハウジング23の作動室24内に作動室24の中心に対
してオフセットして回転自在に嵌装された円柱状のロー
タ27と、該ロータ27にその外周部から出没自在に支持さ
れ、端部が作動室24の内周壁に摺接して作動室24を仕切
る１対のスルーベーン28,28とを備えてなり、上記フロ
ントハウジング25には上記作動室24内に冷媒を吸入する
吸入ポート21と、該吸入ポート21に連通する吸入室29と
が形成されている。また、サイドハウジング23には上記
吸入ポート21から吸入されて圧縮行程を経た冷媒を吐出
させる吐出ポート22が、リヤハウジング26には上記吐出
ポート22に連通する吐出室（図示せず）がそれぞれ形成
されている。さらに、上記ロータ27の回転軸31は上記電
磁クラッチ機構13に連結されており、電磁クラッチ機構
13のON作動時、エンジン12の出力によりロータ27を回転
駆動し、このロータ27の回転に伴い、サイドハウジング
23内の作動室24におけるベーン28,28で仕切られた部分
の体積を漸次減少変化させることにより、サイドハウジ
ング23の吸入ポート21から吸入されたガス冷媒を圧縮し
て吐出ポート22から吐出させるようになされている。

そして、この基本的な構成において、上記コンプレッ
サ本体20のフロントハウジング25内にはスプール弁32が
設けられている。また、サイドハウジング23およびリヤ
ハウジング26の双方に亘る下部にはニードル弁からなる
プレッシャレギュレータ40が取り付けられている。

上記スプール弁32は、第４図にも示すように、円柱状
のバルブハウジング33と、該バルブハウジング33内に摺
動自在に嵌装され、ハウジング33内をスプリング室35お
よび加圧室36に仕切る円柱状の弁体34とを備え、上記加
圧室36は、バルブハウジング33のポート33aおよび該ポ
ート33aに接続される連通路37を介してコンプレッサ本
体20におけるフロントハウジング25とサイドハウジング
23との間の所定の間隙部に連通されており、その内部の
圧力はガス冷媒の吸入圧力と吐出圧力との略中間の圧力
に設定されている。また、スプリング室35には弁体34を
加圧室36側に付勢するスプリング38が縮装されていると
ともに、スプリング室35はポート33bを介して上記フロ
ントハウジング25内の吸入室29に連通されている。さら
に、バルブハウジング33にはその内部の弁体34の摺動範
囲の中間部に４つのバイパス孔39a〜39bが、そのうちの
バイパス孔39a,39b同士をハウジング33の中心線方向に
対向させかつバイパス孔39a,39a（39b,39b）同士をハウ
ジング33の中心線方向に直列に配置せしめて開口され、
そのハウジング33の一側（第３図で右側）に位置するバ
イパス孔39a,39aは上記作動室24において冷媒の圧縮行
程の途中に対応する部分に、他側（同左側）のバイパス
孔39b,39bは上記吸入室29にそれぞれ連通されており、
このハウジング33の直径方向に対向するバイパス孔39a,
39bと該両バイパス孔39a,39b間に位置するスプリング室
35の一部とにより、作動室24内において圧縮される冷媒
の圧縮行程の途中で冷媒を吸入室29（吸入側）へバパス
させるバイパス通路39,39が構成されている。そして、
弁体34に対する加圧室36内の中間圧力による付勢力がス
プリング室35内の冷媒吸入圧力にその内部のスプリング
38のばね力を加えた付勢力よりも大きいときには、弁体
34を第４図で下方に移動させることにより、バイパス孔
39a〜39bを閉鎖してバイパス通路39を閉じる一方、逆に
小さいときには、弁体34を同図で上方に移動させること
により、バイパス孔39a〜39bを開放してバイパス通路39
を開くようになされている。

一方、上記プレッシャレギュレータ40は、弁口41を介
して連通する第１および第２の２つの圧力室42,43が内
部に形成されたバルブハウジング44と、該バルブハウジ
ング44内に上記弁口41を開閉可能に嵌装された弁体45
と、バルブハウジング44の第２圧力室43内に嵌装され、
該第２圧力室43を吸入圧室43aと大気圧室43bとに区画形
成するダイアフラム46とを備えてなり、上記ダイアフラ
ム46はロッド47を介して上記弁体45に移動一体に連結さ
れており、上記大気圧室43b内にはダイアフラム46を弁
体45の開弁方向（弁体45が第１および第２の両圧力室4
2,43を連通する方向）に付勢するスプリング48が縮装さ
れている。そして、上記第１圧力室42は上記連通路37
（コンプレッサ本体20におけるフロントハウジング25と
サイドハウジング23との間の所定の間隙部）に連通路49
を介して、また第２圧力室43における吸入圧室43aは上
記吸入室29にそれぞれ連通され、第２圧力室43の大気圧
室43bは大気に開放されており、ダイアフラム46に対す
る吸入圧室43a内の冷媒吸入圧力による付勢力が大気圧
室43b内の大気圧にその内部のスプリング48のばね力を
加えた付勢力よりも大きいときには、ダイアフラム46を
第４図で下方に移動させて該ダイアフラム46と一体の弁
体45により弁口41を閉鎖し、第１圧力室42と吸入室29と
の間の連通を遮断する一方、逆に小さいときには、ダイ
アフラム46を同図で上方に移動させて弁口41を開き、第
１圧力室42と吸入室29とを連通させるようになされてい
る。よって、上記スプール弁32およびプレッシャレギュ
レータ40により、コンプレッサ本体20の冷媒吸入圧力を
略一定に保つように自動的に制御し、コンプレッサ２の
回転数（エンジン回転数）が低くてその能力が低いとき
には、プレッシャレギュレータ40を閉弁させ、かつスプ
ール弁32の加圧室36内圧力の増大によってそのバイパス
通路39を閉じることにより、コンプレッサ２の容量を最
大容量に保つ一方、コンプレッサ２の回転数の上昇によ
りその能力が上昇すると、それに伴う吸入室29内の圧力
低下によってプレッシャレギュレータ40を開弁させると
ともに、その開弁動作に伴いスプール弁32における加圧
室36内の圧力を低下させてその弁体34を図で上方に移動
させ、バイパス通路39を開いてガス冷媒を内部でバイパ
スさせることにより、コンプレッサ２の容量をその回転
数の上昇に応じて低下させるように、つまり車室内の熱
負荷よりもコンプレッサ２の能力が増大したときに、そ
の余剰能力をなくすようにした可変容量機構50が構成さ
れている。

また、本発明の特徴として、第４図に示すように、上
記プレッシャレギュレータ40の第１圧力室42を連通路37
に連通する連通路49と吸入室29とは、さらに連通路51で
冷媒の流通可能に接続され、該連通路51には連通路51を
開閉する常時閉の電磁弁SVが配設されており、電磁弁SV
の閉状態では、上記可変容量機構50を作動させてコンプ
レッサ２を内部制御状態とする一方、電磁弁SVを開いた
ときには、吸入室29内の圧力を中間圧力と等しくなるよ
うにして、スプリング35の付勢力によってスプール弁32
の弁体34を図で上昇端位置に位置付け、バイパス通路39
を全開状態に保って冷媒のバイパス量を最大に保持する
ことにより、コンプレッサ２の容量を最小容量に設定す
るようにしている。すなわち、上記電磁弁SVは、上記バ
イパス通路39が全開になるよう上記可変容量機構50を駆
動して冷媒吐出容量を最小に設定する最小容量設定機構
として機能するものである。

なお、第４図において、52は冷媒の急激な流れを緩和
するためのオリフィスである。

そして、第２図に示すように、コンプレッサ２の外部
には、その外部から上記電磁弁SVを開閉制御するコント
ロールユニット100が配置されており、該コントロール
ユニット100にはエンジン12への燃料供給量を制御する
ためのEGIコントロールユニット101が制御信号の入力可
能に接続されている。該コントロールユニット101に
は、第５図に示すように、ベローズ等の利用により大気
の圧力を検出し気圧が所定値以下に低下するとON作動す
る気圧検出手段としての圧力スイッチPSが信号の入力可
能に接続されている。すなわち、大気圧の低下によりこ
の圧力スイッチPSがON作動したときには、EGIコントロ
ールユニット101により、エンジン12への燃料供給量を
気圧の低下に伴う吸気密度の減少に応じて増量補正する
ようになされている。

一方、上記空調装置の外部制御用コントロールユニッ
ト100には、直流電圧を増幅するためのコンパレータ106
が配置されており、該コンパレータ106の負入力端子106
aには上記圧力スイッチPSからEGIコントロールユニット
101への出力信号の一部が入力可能に接続されている。
また、その正入力端子106bは正の直流電源およびアース
側にそれぞれ抵抗体を介して接続され、その出力端子10
6cは抵抗体を介してトランジスタ107のベース107aに接
続されている。該トランジスタ107のコレクタ107bは電
磁リレー108のソレノイド108aを介して正の直流電源
に、そのエミッタ107cはアース側にそれぞれ接続されて
いる。そして、上記電磁リレー108の常時OFFのリレース
イッチ108bは上記電磁弁SVのコイルを介して接地されて
いる。以上により、気圧が所定値よりも低くなると、圧
力スイッチPSのON作動により、コンパレータ106、トラ
ンジスタ107および電磁リレー108が順次作動して、電磁
弁SVが開弁状態となり、上記可変量機構50が前述のよう
に作動してコンプレッサ２が最小容量状態に強制的に設
定されるように構成されている。よって、上記コンパレ
ータ106、トランジスタ107および電磁リレー108によ
り、圧力スイッチ（気圧検出手段）PSの出力を受けて、
気圧が所定値よりも低いときに、上記コンプレッサ２が
最小容量に設定されるよう上記最小容量設定機構50を作
動させる容量制御手段110が構成されている。

次に、本実施例の作動について説明するに、空調装置
１において、コンプレッサ２から吐出されたガス冷媒が
コンデンサ３により凝縮されて液冷媒になり、この液冷
媒はエキスパンションバルブ５で膨脹した後、エバポレ
ータ６において蒸発し、次いでコンプレッサ２に吸入さ
れ、上記エバポレータ６での冷媒の気化熱により車室内
が冷却される。

このような空調装置１の作動中において、自動車の平
地走行時には、圧力スイッチPSはOFF状態であり、コン
パレータ106および電磁リレー108も作動しないので、コ
ンプレッサ２における電磁弁SVは閉弁状態に保たれ、そ
の可変容量機構50の作動によりコンプレッサ２は容量制
御状態で運転される。すなわち、コンプレッサ２の回転
数が低くてその能力が低いときには、プレッシャレギュ
レータ40が閉じられ、かつスプール弁32の加圧室36内圧
力の増大によってそのバイパス通路39が閉じられること
により、コンプレッサ２の容量が最大容量に保たれる一
方、コンプレッサ２の回転数の上昇によりその能力が上
昇すると、それに伴う吸入室29内の圧力低下によって上
記プレッシャレギュレータ40が開弁するとともに、その
開弁動作に伴いスプール弁32における加圧室36内の圧力
が低下して、その弁体34がバイパス通路39を開くように
移動し、ガス冷媒がコンプレッサ２内部でバイパスされ
ることにより、コンプレッサ２の容量がその回転数の上
昇に応じて低下させるように制御される。

これに対し、自動車が高地等に移行して気圧が所定値
よりも低くなると、圧力スイッチPSがON作動して、コン
パレータ106、トランジスタ107および電磁リレー108が
順次作動し、電磁弁SVが開かれる。この電磁弁SVの開き
作動により、吸入室29が中間圧力状態になって上記吸入
室29内の圧力と中間圧力とがバランスする結果、スプリ
ング38の付勢力によりスプール弁32の弁体34が第４図で
上昇端位置に位置付けられ、バイパス通路39の全開状態
への保持によって冷媒の吸入室29側へのバイパス量が最
大となり、このことによりコンプレッサ２の容量が最小
容量に固定される。

したがって、こうして気圧が所定値よりも低いときに
は、コンプレッサ２の外部から強制的にその内部容量制
御を禁止して、コンプレッサ２を最小容量状態に固定す
るため、エンジン12のコンプレッサ２の駆動のための負
荷を小さくして、その分エンジン負荷を低減して吸気密
度の低下によるエンジンの出力の低下を補うことがで
き、高地における車両の走行性能を向上させることがで
きる。

尚、上記実施例では、可変容量型コンプレッサ２とし
て、スルーベーン式のものを採用したが、斜板式のもの
等、他のタイプの可変容量コンプレッサを採用してもよ
いのは勿論である。

また、気圧検出手段としては、ベローズ式のほか、半
導体のピエゾ効果を利用したもの、表面弾性波を利用し
たもの等があり、いずれを用いてもよいことはいうまで
もない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によると、車両用空調装
置において、車載エンジンにより駆動されるコンプレッ
サを冷媒の吸入圧力に応じた可変容量運転状態と最小容
量運転状態とに選択可能な可変容量コンプレッサとし、
高地等で気圧が所定値よりも低いときには、上記コンプ
レッサの内部容量制御を禁止して、その容量を最小容量
状態に固定保持するようにしたことにより、車両の平地
走行時等における内部容量可変型コンプレッサによる内
部容量の自動制御を活かしつつ、高地における走行時に
は、空調装置のコンプレッサの駆動負荷を小さく制御し
て、その分、エンジン負荷を低減して吸気密度の減少に
よるエンジン出力の低下を補うことができ、よって、高
地等での車両の走行性能を向上させることができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。第２図
以下の図面は本発明の実施例を示し、第２図は全体構成
図、第３図はコンプレッサの可変容量機構を示す展開断
面図、第４図はその模式断面図、第５図は空調装置の外
部制御用コントロールユニットの概略回路構成図であ
る。 １……空調装置、２……コンプレッサ、21……吸入ポー
ト、22……吐出ポート、39……バイパス通路、50……可
変容量機構、SV……電磁弁（最小容量設定機構）、100
……コントロールユニット、110……容量制御手段、PS
……圧力スイッチ（気圧検出手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒を吸入する吸入ポートと、該吸入ポー
   トから吸入されて圧縮行程を経た冷媒を吐出させる吐出
   ポートと、上記冷媒の圧縮行程の途中で冷媒を吸入側へ
   バイパスさせるバイパス通路と、該バイパス通路を冷媒
   の吸入圧力に応じて開閉制御する可変容量機構とを有
   し、車両に搭載されたエンジンによって駆動される空調
   装置用の可変容量コンプレッサを外部から制御する外部
   制御装置であって、上記コンプレッサには、上記バイパ
   ス通路が全開になるよう上記可変容量機構を駆動して冷
   媒吐出容量を最小に設定する最小容量設定機構が設けら
   れているとともに、大気の圧力を検出する気圧検出手段
   と、該気圧検出手段の出力を受け、気圧が所定値よりも
   低いとき上記コンプレッサが最小容量に設定されるよう
   上記最小容量設定機構を作動させる容量制御手段とを備
   えてなることを特徴とする可変容量コンプレッサの外部
   制御装置。