JPH11294876A - 冷房装置の制御方法 - Google Patents

冷房装置の制御方法

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JPH11294876A
JPH11294876A JP10106721A JP10672198A JPH11294876A JP H11294876 A JPH11294876 A JP H11294876A JP 10106721 A JP10106721 A JP 10106721A JP 10672198 A JP10672198 A JP 10672198A JP H11294876 A JPH11294876 A JP H11294876A
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尚也 横町
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孝志 伴
Toshiro Fujii
俊郎 藤井
Tatsuya Koide
達也 小出
Shin Nishida
伸 西田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】回転数が上昇した場合であっても、速やかに冷
房能力を調整して、過剰冷房を確実に防止する。 【解決手段】圧縮機１、放熱用熱交換器としてのガスク
ーラ２、絞り手段としての膨張弁３及び吸熱用熱交換器
としての蒸発器４及びアキュムレータ５が直列接続され
て閉回路を形成してなり、閉回路の高圧側圧力が該閉回
路を循環する冷媒の超臨界圧力となるように作動する。
高圧側圧力が高くなるに従い、低圧側蒸発圧力を高くす
る制御特性を持たせたことを特徴とする。低圧側蒸発圧
力及び高圧側圧力をそれぞれ検知し、予め定められた上
記制御特性に基づいて該高圧側圧力の検知値に対応して
決定される低圧側蒸発圧力の目標値よりも該低圧側蒸発
圧力の検知値が低い場合は、該低圧側蒸発圧力が該目標
値となるように圧縮機１の吐出容量を縮小する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷房装置の制御方法
に関し、詳しくは少なくとも圧縮機、放熱用熱交換器、
絞り手段及び吸熱用熱交換器が直列接続されて閉回路を
形成してなり、該閉回路の高圧側圧力が該閉回路を循環
する冷媒の超臨界圧力となるように作動する冷房装置の
制御方法に関する。本発明の冷房装置の制御方法は、例
えば車両空調用冷房装置に好適に利用することができ
る。
【０００２】
【従来の技術】特表平６−５１０１１１号公報には、圧
縮機、放熱用熱交換器（ガスクーラ）、絞り手段、吸熱
用熱交換器（蒸発器）及び気液分離器（アキュムレー
タ）が直列接続されて閉回路を形成してなる冷房装置で
あって、該閉回路の高圧側圧力が該閉回路を循環する冷
媒の超臨界圧力となるように作動する冷房装置が開示さ
れている。この冷房装置は、高圧側の放熱用熱交換器た
るガスクーラの出口温度等を検出し、これに基づいて該
ガスクーラの下流に配置された絞り手段を制御すること
により、冷房装置におけるエネルギー消費を最小とすべ
く、高圧側圧力を調整するものである。
【０００３】冷房装置におけるエネルギー消費を最小と
するには、圧縮機に外部から加えられる圧縮仕事（Ｗ）
に対する蒸発器における冷凍能力（Ｑ）の比として定義
される成績係数（ＣＯＰ＝Ｑ／Ｗ）が最大となるような
条件で冷凍装置を作動させればよい。なお、上記式から
も明らかなように、冷凍能力（Ｑ）及び圧縮仕事（Ｗ）
の双方の関与により上記ＣＯＰの値が決定され、蒸発器
における冷凍能力（Ｑ）、すなわち蒸発器内を冷媒が通
過する際に生じるエンタルピー変化（蒸発器出口と蒸発
器入口とにおけるエンタルピー差）が大きいほど、また
圧縮機で冷媒を圧縮するために要する圧縮仕事（Ｗ）が
小さいほど、上記ＣＯＰの値が大きくなる。
【０００４】ここに、冷房装置を構成する閉回路の高圧
側圧力が冷媒の超臨界圧力となるように作動する冷房装
置（以下、適宜「超臨界サイクルの冷房装置」とい
う。）においては、高圧側の放熱用熱交換器たるガスク
ーラの出口における冷媒温度がほぼ一定に保たれるとき
に、この高圧側圧力を上昇させることにより上記冷凍能
力（Ｑ）を増大させて上記ＣＯＰの値を増大させること
ができるという、高圧側圧力及び低圧側圧力がともに冷
媒の臨界圧力未満で作動するような冷房装置（以下、適
宜「亜臨界サイクルの冷房装置」という。）には見られ
ない特性があり、これに伴い絞り手段における作用も亜
臨界サイクルのものとは異なる。
【０００５】すなわち、二酸化炭素（ＣＯ2 ）を冷媒と
する超臨界サイクルにおける圧力−エンタルピー線図
（Ｐ−Ｈ線図、モリエル線図）を図７に示すように、蒸
発器における冷凍能力（Ｑ）は、蒸発器入口（Ｄ点）で
のエンタルピー（ＨD ）と蒸発器出口（Ａ点）でのエン
タルピー（ＨA ）との差（ΔＨ1 ＝ＨA −ＨD ）が大き
いほど、また蒸発器内を流れる冷媒の質量流量が大きい
ほど大きくなる。ここに、蒸発器出口（Ａ点）における
過熱度が高くなり過ぎると、圧縮機に吸入される冷媒の
比体積が大きくなること及び吐出ガス温度の上昇に伴っ
て圧縮機の体積効率が減少することにより、冷媒循環量
（単位時間当たりに蒸発器に供給される冷媒量、ｋｇ／
ｈ）が減少し、ひいては冷凍能力（Ｑ）が減少する。こ
のため、過熱度をほぼ一定に保って冷媒循環量の減少に
よる冷凍能力の低下を避ける観点より、蒸発器出口（Ａ
点）でのエンタルピー（ＨA ）はほぼ一定に保つ必要が
ある。一方、蒸発器入口（Ｄ点）でのエンタルピー（Ｈ
D ）は、絞り手段における膨張過程が等エンタルピー変
化であることから、ガスクーラの出口（Ｃ点）でのエン
タルピー（ＨC ）に等しい。したがって、蒸発器入口
（Ｄ点）でのエンタルピー（ＨD ）と蒸発器出口（Ａ
点）でのエンタルピー（ＨA ）との差（ΔＨ1 ）、ひい
ては冷凍能力（Ｑ）を大きくするには、ガスクーラの出
口（Ｃ点）でのエンタルピー（ＨC ）を小さくすればよ
い。冷媒の超臨界圧力となる高圧側のガスクーラ内は高
圧蒸気の単相領域であることから、高圧側圧力はガスク
ーラ出口（Ｃ点）での冷媒温度と無関係に調整可能であ
る。そして、ガスクーラの出口（Ｃ点）における冷媒温
度がほぼ一定に保たれるとき（例えば、４０℃。このガ
スクーラ出口の冷媒温度は、ガスクーラで冷媒と熱交換
する外気の温度とほぼ同一となる。）、図７のＰ−Ｈ線
図中に示される４０℃の等温線から明らかなように、高
圧側圧力が高くなるほどガスクーラの出口（Ｃ点）での
エンタルピー（ＨC ）は小さくなる。よって、ガスクー
ラの出口（Ｃ点）における冷媒温度がほぼ一定に保たれ
るとき、高圧側圧力を上昇させることにより、ガスクー
ラの出口（Ｃ点）でのエンタルピー（ＨC ）を小さくし
て、上記冷凍能力（Ｑ（＝ΔＨ1 ））、ひいては上記Ｃ
ＯＰを増大させることができる。
【０００６】一方、ガスクーラの出口（Ｃ点）における
冷媒温度をほぼ一定（例えば、４０℃）として、高圧側
圧力を高くしていくと、それに伴い圧縮機で必要とされ
る圧縮仕事（Ｗ＝ΔＨ2 ＝ＨB −ＨA ）が大きくなる。
なお、ここでは、圧縮機内での圧縮を断熱圧縮とみな
し、圧縮過程は等エントロピー変化となり、圧縮仕事
（Ｗ）は圧縮機入口（Ａ点）でのエンタルピー（ＨA ）
と圧縮機出口（Ｂ点）でのエンタルピー（ＨB ）との差
に等しいとしている。このため、かかる高圧側圧力を高
くし過ぎると、圧縮仕事（Ｗ）の増大により、かえって
上記ＣＯＰが減少する。
【０００７】このようなことから、ガスクーラの出口
（Ｃ点）における冷媒温度がある温度にあるときに、冷
凍能力（Ｑ）と圧縮仕事（Ｗ）との関係で決定される上
記ＣＯＰの値が最大となるような最適な高圧側圧力が存
在する。そして、ガスクーラの出口（Ｃ点）における冷
媒温度毎に存在する最適な高圧側圧力の軌跡を辿れば、
図７に示すような最適制御線を決定することができる。
【０００８】そこで、前記特表平６−５１０１１１号公
報に開示された超臨界サイクルの冷房装置では、ガスク
ーラの出口（Ｃ点）における冷媒温度及び冷媒圧力を検
出し、上記最適制御線に基づいてこの検出温度での最適
な高圧側圧力を決定する。そして、実際の高圧側圧力に
応じて絞り手段を制御することにより、実際の高圧側圧
力がこのようにして決定された最適圧力となるように調
整し、もって上記ＣＯＰの最大化、ひいては冷房装置に
おけるエネルギー消費の最小化を達成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、車両用冷房
装置においては、エンジンの回転が圧縮機の駆動源とさ
れていることから、エンジン回転数が上昇したとき、そ
れに応じて圧縮機の動力が増大して蒸発器での冷媒循環
量（ｋｇ／ｈ）が増大し、その結果冷凍能力（Ｑ）が過
大となることがある。このような回転数上昇時の過剰冷
房を防ぐには、絞り手段の開度を縮小して上記冷媒循環
量を減少させる必要がある。しかし、単に絞り手段の開
度を縮小するのみでは、蒸発器において冷媒圧力が低下
することに伴ってその圧力に対応する飽和温度まで冷媒
温度が低下してしまうので、過剰冷房を効果的に防ぐこ
とができない。そこで、エンジン回転数が上昇したとき
は、絞り手段の開度を縮小させるとともに、それに応じ
て圧縮機の吐出容量を縮小させることが行われている。
すなわち、吸入圧力（蒸発器出口での冷媒圧力）や蒸発
器出口での冷媒温度を検知することにより吐出容量が可
変となる可変容量型圧縮機を採用し、エンジン回転数が
上昇したときは圧縮機の吐出容量を縮小させるようにす
れば、吐出容量の縮小に基づく冷媒循環量の減少ととも
に、吐出容量の縮小に基づく吸入圧力の上昇（すなわち
蒸発器における冷媒圧力の上昇）による蒸発器における
冷媒温度の上昇を期待することができ、したがって回転
数上昇時の過剰冷房を効果的に防ぐことが可能となる。
【００１０】しかしながら、前述したような超臨界サイ
クルの冷房装置において、亜臨界サイクルの冷房装置と
同様の制御特性でもって圧縮機の吐出容量を可変にしよ
うとすると、超臨界サイクルでは上述したように絞り手
段の作用が亜臨界サイクルのものとは異なることに起因
して、エンジン回転数上昇時に圧縮機の容量制御を速や
かに行うことが困難になる等の問題がある。
【００１１】すなわち、亜臨界サイクルの冷房装置にお
ける絞り手段は、蒸発器出口における冷媒温度を検出
し、この検出温度に対応した最適圧力と実際の蒸発器出
口における冷媒圧力とを比較して、実際の蒸発器出口圧
力が最適圧力となるように絞り手段を制御する。なお、
ここでいう蒸発器出口圧力の最適圧力とは、蒸発器出口
における冷媒の過熱度が一定となる圧力をいう。詳しく
は、蒸発器出口における冷媒の検出温度が例えば８℃の
場合、この温度で一定の過熱度（例えば、５℃）となる
一つの最適圧力（この最適圧力に対応する飽和温度は３
℃になる）が特定される。したがって、実際の蒸発器出
口での冷媒圧力がこの最適圧力となるように、絞り手段
の開度を制御して蒸発器への冷媒循環量を調整する。こ
うして、蒸発器出口の冷媒温度に応じて絞り手段の開度
を制御することにより、過熱度が一定となるように蒸発
器出口の冷媒圧力が調整され、もって上記ＣＯＰが最大
となる条件での冷房運転が可能となる。
【００１２】このような絞り手段の作用を伴う亜臨界サ
イクルの冷房装置において、エンジン回転数、ひいては
圧縮機の駆動軸の回転数が上昇した場合、蒸発器に供給
される冷媒循環量の増大により、蒸発器内で冷媒が蒸発
しきれなくなり、蒸発器出口の冷媒温度が過熱度の分だ
け下がる。蒸発器出口での冷媒温度が低下すれば、それ
に応じて上記最適圧力も低下するので、上記蒸発器出口
における冷媒温度の低下に応じて低下する上記最適圧力
にまで実際の蒸発器出口圧力を低下させるべく、絞り手
段の開度が縮小される。この絞り手段の絞りにより、冷
媒流れに対する抵抗が増加するため、蒸発器へ供給され
る冷媒循環量が減少する。また、これに伴い蒸発器内の
冷媒圧力が低下して圧縮機の吸入圧力も低下するので、
圧縮機の体積効率が下がる。したがって、蒸発器内での
冷媒循環量の減少及び圧縮機の体積効率の低下により、
冷房能力が低下され、過剰冷房を防ぐことができる。さ
らに、絞り手段の絞りにより圧縮機の吸入圧力や蒸発器
出口温度が速やかに下がるので、これらを検知すること
による圧縮機の速やかな容量制御が可能となり、これに
よっても上記過剰冷房を防ぐことができる。
【００１３】このように亜臨界サイクルの冷房装置で
は、回転数が過剰に上昇した場合であっても、絞り手段
が速やかに絞り方向に作用するため、冷媒循環量の減少
等により過剰冷房を確実に防止することができるととも
に、絞り手段が絞り方向に作用することにより圧縮機の
吸入圧力等が速やかに低下するため、かかる吸入圧力等
の検知による圧縮機の容量制御を速やかに、かつ、確実
に行うこと、ひいては過剰冷房を確実に防止することが
可能となる。
【００１４】これに対し、超臨界サイクルの冷房装置に
おいては、前述したように、ガスクーラの出口（Ｃ点）
における冷媒温度及び冷媒圧力を検出し、ガスクーラ出
口（Ｃ点）における実際の冷媒圧力が上記検出温度での
最適圧力となるように、絞り手段の開度を調整して、Ｃ
ＯＰの最大化、ひいては冷房装置におけるエネルギー消
費の最小化を達成する。
【００１５】このような絞り手段の作用を伴う超臨界サ
イクルの冷房装置において、エンジン回転数、ひいては
圧縮機の駆動軸の回転数が上昇した場合、ガスクーラに
供給される冷媒の質量流量も増大するため、ガスクーラ
内での冷媒圧力（高圧側圧力、吐出圧力）が高くなる。
一方、絞り手段は前述の通りガスクーラの出口圧力が一
定となるように開度調整されるため、ガスクーラの出口
圧力の上昇を抑制すべく絞り手段の開度が拡大される。
このため、絞り手段の絞り方向への動作が遅れ、その結
果冷房能力の調整が遅れるという問題がある。また、絞
り手段の絞り方向への動作が遅れれば、吐出圧力は速や
かに上昇する一方で、吸入圧力の低下が遅れることにな
るので、吸入圧力等を検知することによる圧縮機の容量
制御が遅れることにもなり、これによっても冷房能力の
調整が遅れる。
【００１６】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、回転数が上昇した場合であっても、速やかに冷房
能力を調整することができ、したがって回転数上昇によ
る過剰冷房を確実に防止することのできる超臨界サイク
ルの冷房装置の制御方法を提供することを解決すべき技
術課題とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】（１）請求項１記載の冷
房装置の制御方法は、少なくとも圧縮機、放熱用熱交換
器、絞り手段及び吸熱用熱交換器が直列接続されて閉回
路を形成してなり、該閉回路の高圧側圧力が該閉回路を
循環する冷媒の超臨界圧力となるように作動する冷房装
置において、上記高圧側圧力が高くなるに従い、低圧側
蒸発圧力を高くする制御特性を持たせたことを特徴とす
るものである。
【００１８】この制御方法では、高圧側圧力をｘ軸と
し、低圧側蒸発圧力をｙ軸としたｘ−ｙ座標において、
予め決定された所定傾きの右上がりの直線又は曲線で示
される制御特性を持たせており、この制御特性に基づい
て実際の高圧側圧力に対応して決定される低圧側蒸発圧
力の目標値よりも実際の低圧側蒸発圧力が低い場合は、
該低圧側蒸発圧力が該目標値となるように冷媒循環量が
制御される。これは、低圧側蒸発圧力を設定圧力として
冷媒循環量を可変制御する場合、具体的には低圧側蒸発
圧力が設定圧力よりも低くなったときに冷媒循環量を減
少させるように可変制御する場合において、高圧側圧力
が高くなるに従い、該設定圧力が高くなるような制御特
性をもたせたこと（あるいは、低圧側蒸発圧力に対応す
る蒸発温度を設定温度として圧縮機をＯＮ／ＯＦＦ制御
する場合、具体的には蒸発温度が第１の設定温度ｔ1 以
下となったときに圧縮機の電磁クラッチをＯＦＦとし、
蒸発温度が第２の設定温度ｔ2 （＞ｔ1 ）以上となった
ときに圧縮機の電磁クラッチをＯＮとする場合におい
て、高圧側圧力が高くなるに従い、該第１の設定温度ｔ
1 が高くなるような制御特性をもたせたこと）を意味す
る。なお、冷媒循環量を可変制御する手段としては、圧
縮機の吐出容量を可変制御したり、あるいは圧縮機の上
流側に配置した吸入絞り弁の開度を可変制御したりする
手段がある。
【００１９】このため、エンジンの回転数、ひいては圧
縮機の駆動軸の回転数が上昇した場合、前述したように
高圧側圧力が速やかに高くなる一方で、絞り手段の絞り
方向への動作遅れにより低圧側蒸発圧力の低下が遅れた
としても、上記制御特性により高圧側圧力が高くなるに
従って低圧側蒸発圧力の設定圧力が高くなっていれば、
低圧側蒸発圧力は速やかに上記設定圧力よりも低くな
る。このため、冷媒循環量を速やかに減少させて冷房能
力を速やかに減少させることができ、したがってる回転
数上昇時の過剰冷房を確実に防止することが可能とな
る。 （２）請求項２記載の冷房装置の制御方法は、請求項１
記載の冷房装置の制御方法において、前記圧縮機は吐出
流量を可変できる可変容量型圧縮機であることを特徴と
するものである。
【００２０】圧縮機として吐出容量を可変できる可変容
量型圧縮機を用いるこの制御方法では、低圧側蒸発圧力
を設定圧力として圧縮機の吐出容量が可変とされる。す
なわち、低圧側蒸発圧力が設定圧力よりも低くなったと
きに圧縮機の吐出容量が縮小され、これにより蒸発器へ
の冷媒循環量、ひいては冷房能力が縮小される。 （３）請求項３記載の冷房装置の制御方法は、請求項２
記載の冷房装置の制御方法において、前記圧縮機は、ク
ランク室内の圧力増加に基づいて吐出容量が縮小される
ものであって、高圧側圧力の増加に従い、クランク室内
の圧力が増加されるものであることを特徴とするもので
ある。
【００２１】この制御方法では、高圧側圧力の増加に従
い、クランク室内の圧力が増加され、このクランク室内
の圧力増加に基づいて吐出容量が縮小されるような可変
容量型圧縮機が用いられる。このため、高圧側圧力の増
加に従い、クランク室内の圧力が増加されて圧縮機の吐
出容量が縮小されれば、これに基づいて低圧側蒸発圧力
が増加される。 （４）請求項４記載の冷房装置の制御方法は、請求項２
又は３記載の冷房装置の制御方法において、前記圧縮機
で圧縮される前の冷媒の低圧側蒸発圧力と、圧縮された
後の冷媒の高圧側圧力とをそれぞれ検知し、予め定めら
れた前記制御特性に基づいて該高圧側圧力の検知値に対
応して決定される低圧側蒸発圧力の目標値よりも該低圧
側蒸発圧力の検知値が低い場合は、該低圧側蒸発圧力が
該目標値となるように前記圧縮機の吐出容量を縮小する
ことを特徴とするものである。
【００２２】この制御方法では、低圧側蒸発圧力及び高
圧側圧力を検知する。そして、高圧側圧力が高くなるに
従って低圧側蒸発圧力が高くなるように予め定められた
制御特性に基づいて、該高圧側圧力の検知値に対応して
決定される低圧側蒸発圧力の目標値を求める。そして、
実際の低圧側蒸発圧力の検知値がこの目標値よりも低い
場合は、該低圧側蒸発圧力が該目標値と一致するように
圧縮機の吐出容量を縮小する。これにより、高圧側圧力
が高くなるに従って低圧側蒸発圧力が高くなるような制
御特性をもった冷房装置の運転が可能となる。 （５）請求項５記載の冷房装置の制御方法は、請求項１
記載の冷房装置の制御方法において、前記圧縮機は固定
容量型圧縮機であり、該固定容量型圧縮機の上流側には
吸入絞り弁が配設され、低圧側蒸発圧力に応じて該吸入
絞り弁の開度を制御することにより該固定容量型圧縮機
の吸入圧力を調整することを特徴とするものである。
【００２３】この制御方法では、吸入絞り弁の開度が低
圧側蒸発圧力に応じて制御されることにより、固定容量
型圧縮機の吸入圧力及び冷房能力が調整される。すなわ
ち、低圧側蒸発圧力が設定圧力よりも高い場合はその開
度が拡大され、低圧側蒸発圧力が設定圧力よりも低い場
合はその開度が縮小される。そして、吸入絞り弁の開度
が拡大されれば、圧縮機の吸入圧力が上昇されるととも
に、低圧側蒸発圧力が低下されて冷房能力が拡大され
る。一方、吸入絞り弁の開度が縮小されれば、圧縮機の
吸入圧力が低下されるとともに、低圧側蒸発圧力が上昇
されて冷房能力が縮小される。このようにして、吸入絞
り弁の作動により、低圧側蒸発圧力に応じて冷房能力が
調整される。 （６）請求項６記載の冷房装置の制御方法は、請求項
１、２、３、４又は５記載の冷房装置の制御方法におい
て、前記冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とす
るものである。
【００２４】なお、冷媒としては、二酸化炭素（Ｃ
Ｏ2 ）の他に、エチレン（Ｃ2 Ｈ4 ）、デイボラン（Ｂ
2 Ｈ6 ）、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）や酸化窒素等を採用する
こともできる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面を参照しつつ説明する。 （実施形態１）この冷房装置は、車両空調用に供するも
ので、図１に示すように、圧縮機１、放熱用熱交換器と
してのガスクーラ２、絞り手段としての膨張弁３、吸熱
用熱交換器としての蒸発器４及び気液分離器としてのア
キュムレータ５が直列接続された閉回路からなる。すな
わち、圧縮機１の吐出室２６が管路６ａによりガスクー
ラ２に接続され、このガスクーラ２が管路６ｂにより膨
張弁３に接続され、この膨張弁３が管路６ｃにより蒸発
器４に接続され、この蒸発器４が管路６ｄによりアキュ
ムレータ５に接続され、このアキュムレータ５が管路６
ｅにより再び圧縮機１の吸入室２７に接続されて、閉回
路としての冷凍回路を構成している。
【００２６】この冷房装置は、冷凍回路の高圧側圧力が
該回路を循環する冷媒の超臨界圧力となるように作動す
る。そして、冷媒として、二酸化炭素（ＣＯ2 ）が用い
られている。また膨張弁３は、前述したように、ガスク
ーラ２の出口における冷媒温度及び冷媒圧力の検知結果
に基づき、この冷媒温度及び冷媒圧力の関係が前記最適
制御線に対応するように、すなわちＣＯＰが最大となる
ように、その開度が制御される。
【００２７】上記圧縮機１は吐出流量を可変できる可変
容量型圧縮機であり、クランク室１４内の圧力増加に基
づいて吐出容量が縮小され、高圧側圧力の増加に従い、
クランク室１４内の圧力が増加されるるものである。こ
の圧縮機１では、シリンダブロック１０の前端側にフロ
ントハウジング１１が接合され、シリンダブロック１０
の後端側に弁板１２等を挟持してリアハウジング１３が
接合されている。フロントハウジング１１とシリンダブ
ロック１０とによって形成されるクランク室１４内に
は、一端がフロントハウジング１１から延出されて図示
しない電磁クラッチのアーマチュアに固定される駆動軸
１５が収容され、駆動軸１５はフロントハウジング１１
及びシリンダブロック１０との間に設けられた軸封装置
及びラジアル軸受によって回転可能に支持されている。
なお、駆動軸１５の他端と弁板１２等との間には図示し
ないスラスト軸受及び板ばねが介在されている。また、
シリンダブロック１０には駆動軸１５を取り囲む位置に
複数個のボア１０ａが穿設されており、各ボア１０ａに
はピストン１６がそれぞれ収容されている。
【００２８】クランク室１４内において、駆動軸１５に
はロータ１８がフロントハウジング１１との間にスラス
ト軸受を介して駆動軸１５と同期回転可能に固着され、
ロータ１８の後方にはヒンジ機構１９により回転斜板２
０がロータ１８と同期回転可能に係留されている。ま
た、クランク室１４内における駆動軸１５の周面にはス
リーブ２１が摺動可能に設けられており、スリーブ２１
に突設された枢軸２１ａに回転斜板２０が揺動可能に係
留されている。この回転斜板２０にはスラスト軸受２２
等を介して揺動斜板２３が係留されており、揺動斜板２
３にはフロントハウジング１１の回り止め溝１１ａ内を
軸方向にのみ摺動可能な図示しない回り止めピンが固着
されている。揺動斜板２３と各ピストン１６との間には
ロッド２４が係留されており、これにより各ピストン１
６は各ボア１０ａ内を揺動斜板２３の傾角に応じて往復
動可能になされている。
【００２９】スリーブ２１とシリンダブロック１０側の
駆動軸１５に固定されたサークリップとの間には押圧ば
ね２５が装備されている。そして、この押圧ばね２５に
より回転斜板２０はロータ１８と当接可能になされ、こ
れにより揺動斜板２３は起動時等には最大傾角に維持さ
れている。また、押圧ばね２５が最も縮小された状態で
揺動斜板２３は最小傾角に維持可能になされている。
【００３０】また、リアハウジング１３内では、中央側
に吐出室２６が形成され、この吐出室２６の外側に吸入
室２７が形成されている。各ピストン１６の端面が各ボ
ア１０ａとの間で形成する各圧縮室と吐出室２６とは、
弁板１２に形成された各吐出ポートにより連通されてお
り、各吐出ポートは吐出室２６側においてリテーナ２６
ａによって開度が規制される吐出弁によって開閉可能に
なされている。また、各圧縮室と吸入室２７とは、弁板
１２に形成された各吸入ポートにより連通されており、
各吸入ポートは各圧縮室側において吸入弁によって開閉
可能になされている。
【００３１】さらに、リアハウジング１３、弁板１２及
びシリンダブロック１０等には、クランク室１４と吸入
室２７とを連通する抽気通路２８が形成されているとと
もに、吐出室２６とクランク室１４とを連通する制御通
路としての給気通路２９が形成されており、リアハウジ
ング１３内には給気通路２９の途中に容量制御弁３０が
装備されている。
【００３２】この容量制御弁３０は、電磁ソレノイド３
１の作動によりボール状弁体３２が上下に変位可能にな
されており、このボール状弁体３２の変位により給気通
路２９の開度が調整可能になされている。上記電磁ソレ
ノイド３１は制御手段４０により制御可能とされてい
る。この制御手段４０には、圧縮機１の上流側たる管路
６ｅ内に配設された圧力センサ４１により検知された低
圧側蒸発圧力の検知値と、圧縮機１の下流側たる管路６
ａ内に配設された圧力センサ４２により検知された高圧
側圧力の検知値が入力される。また、制御手段４０に
は、高圧側圧力が高くなるに従い低圧側蒸発圧力が高く
なるように定められた制御特性（図２に示すように、ｘ
軸を高圧側圧力とするとともにｙ軸を低圧側蒸発圧力と
するｘ−ｙ座標において、右上がりの直線：ｙ＝ａｘ＋
ｂ，ａ＞０で示される制御特性）が予め入力されてい
る。
【００３３】以上のように構成された冷房装置では、駆
動源としての図示しないエンジンの回転が電磁クラッチ
により圧縮機１の駆動軸１５に伝達される。圧縮機１で
は、かかる駆動軸１５の回転によりロータ１８と同期し
て回転斜板２０が所定の傾角の下で回転され、揺動斜板
２３には回転斜板２０の揺動運動のみが伝達される。こ
のため、揺動斜板２３の揺動運動によりピストン１６が
ロッド２４を介してシリンダ１０ａ内を往復動する。こ
れにより圧縮室内において吸入室２７内の冷媒を圧縮し
た後、吐出室２６に吐出する。吐出室２６に吐出された
冷媒は、管路６ａによりガスクーラ２に吐出される。
【００３４】高温・高圧の冷媒はガスクーラ２により外
気温度とほぼ同一の温度まで冷却され、冷却された冷媒
は管路６ｂにより膨脹弁３に供給される。膨張弁３に供
給された冷媒は、上記したようにガスクーラ２の出口に
おける冷媒温度及び冷媒圧力に基づく制御の下、減圧さ
れて低温・低圧の霧状（気−液２相の冷媒）にされる。
そして、霧状にされた冷媒は管路６ｃにより蒸発器４に
供給され、蒸発器４により蒸発される。このとき、気化
熱により周囲の空気を冷却するため、車室内が冷房され
る。この後、冷媒は管路６ｄによりアキュムレータ５に
供給され、液状の冷媒がアキュムレータ５に保持される
一方、ガス状の冷媒が管路６ｅにより圧縮機１の吸入室
２７に再び吸入される。
【００３５】この間、圧縮機１は、制御手段４０によ
り、その吐出容量が随時制御されている。すなわち、制
御手段４０には、圧縮機１の上流側たる管路６ｅ内に配
設された圧力センサ４１により検知された低圧側蒸発圧
力の検知値と、圧縮機１の下流側たる管路６ａ内に配設
された圧力センサ４２により検知された高圧側圧力の検
知値とが随時入力される。そして、予め定められた上記
制御特性（ｙ＝ａｘ＋ｂの直線で表される制御特性）に
基づいて該高圧側圧力の検知値に対応して決定される低
圧側蒸発圧力の目標値よりも該低圧側蒸発圧力の検知値
が低い場合は、該低圧側蒸発圧力が該目標値となるよう
に圧縮機１の吐出容量を縮小する。この吐出容量の縮小
は、制御手段４０からの信号に基づくソレノイド３１の
作動によりボール状弁体３２を変位させて給気通路２９
の開度を拡大して、クランク室１４への吐出室２６内に
おける吐出圧力Ｐｄの冷媒の供給量を増大し、クランク
室１４内の圧力Ｐｃを高めることにより、行われる。ク
ランク室１４内の圧力Ｐｃが高められれば、ピストン１
６に作用する背圧が大きくなって回転斜板２０及び揺動
斜板２３の傾角が縮小され、ピストン１６のストローク
が縮小されて吐出容量が縮小される。そして、圧縮機１
の吐出容量が縮小されれば、これに基づき低圧側蒸発圧
力が上昇する。これにより、高圧側圧力と低圧側蒸発圧
力との関係はｙ≧ａｘ＋ｂを満たすものとなり、低圧側
蒸発圧力を設定圧力として圧縮機１の吐出容量を可変と
する場合において、高圧側圧力が高くなるに従い、低圧
側蒸発圧力、すなわち該設定圧力が高くなるような制御
特性を達成することができる。
【００３６】このため、エンジン回転数の上昇により圧
縮機１の駆動軸１５の回転数が上昇した場合、高圧側圧
力は速やかに上昇する一方で、絞り手段３の絞り方向へ
の動作遅れ等により低圧側蒸発圧力の低下が遅れること
になるが、上記したような制御特性でもって冷房装置が
運転されていれば、低圧側蒸発圧力は速やかに上記設定
圧力よりも低くなるので、冷媒循環量を速やかに減少さ
せることができ、したがって速やかに冷房能力を調整し
て高速回転時の過剰冷房を確実に防ぐこと可能となる。
【００３７】なお、上記実施形態１では、クランク室１
４と吐出室２６とを連通する給気通路２９に容量調整弁
３０を配設してクランク室１４への吐出圧力Ｐｄの供給
量によりクランク室１４内の圧力Ｐｃを調整する例につ
いて説明したが、クランク室１４内の圧力Ｐｃを調整す
る手段としては、これに限定されるものではない。例え
ば、クランク室１４と吸入室２７とを連通する抽気通路
２８に容量制御弁３０を配設して、クランク室１４から
吸入室２７への抽気量を調整することによりクランク室
１４内の圧力Ｐｃを調整することも可能である。
【００３８】また、上記実施形態１では、制御特性とし
て図２に示す直線を採用したが、直線に限らず曲線状の
制御特性としてもよい。 （実施形態２）図３に示す冷房装置は、圧縮機１’とし
て固定容量型の圧縮機を用いるとともに、この圧縮機
１’の上流側、すなわちアキュムレータ５と圧縮機１’
との間の管路６ｅに吸入絞り弁７を配設し、かつ、制御
手段４０及び圧力センサ４１，４２を無くしたこと以外
は、上記実施形態１と同様の構成である。
【００３９】この吸入絞り弁７は、蒸発気４の出口にお
ける冷媒圧力、つまり低圧側蒸発圧力の検知結果に基づ
いてその開度が制御されるもので、低圧側蒸発圧力が設
定圧力よりも高い場合はその開度が拡大され、低圧側蒸
発圧力が設定圧力よりも低い場合はその開度が縮小され
る。そして、吸入絞り弁７の開度が拡大されれば、圧縮
機１’の吸入圧力が上昇されるとともに、低圧側蒸発圧
力が低下されて冷房能力が拡大される。一方、吸入絞り
弁７の開度が縮小されれば、圧縮機１’の吸入圧力が低
下されるとともに、低圧側蒸発圧力が上昇されて冷房能
力が縮小される。このようにして、吸入絞り弁７の作動
により、低圧側蒸発圧力に応じて冷房能力が調整され
る。
【００４０】かかる冷房装置においても、上記実施形態
１と同様に、高圧側圧力が高くなるに従い低圧側蒸発圧
力が高くなるような制御特性を持たせれば、回転数上昇
時に冷房能力を速やかに調整することができ、過剰冷房
を確実に防ぐことが可能となる。 （実施形態３）図４に示す冷房装置は、圧縮機１’とし
て固定容量型の圧縮機を用いるとともに、蒸発温度の検
知結果に基づいて圧縮機１’をＯＮ／ＯＦＦ制御するよ
うにし、かつ、制御手段４０及び圧力センサ４１，４２
を無くしたこと以外は、上記実施形態１と同様の構成で
ある。
【００４１】すなわち、この冷房装置では、蒸発器４の
出口における冷媒温度を検出し、この検出温度が第１の
設定温度ｔ1 以下となったときに圧縮機１’の電磁クラ
ッチがＯＦＦとされ、蒸発温度が第２の設定温度ｔ
2 （＞ｔ1 ）以上となったときに圧縮機１’の電磁クラ
ッチがＯＮとされる。なお、蒸発温度は蒸発圧力に対応
するものである。
【００４２】かかる冷房装置において、高圧側圧力が高
くなるに従い、該第１の設定温度ｔ 1 が高くなるような
制御特性をもたせれば、高圧側圧力がより高いときほ
ど、蒸発温度（低圧側蒸発圧力）がより高いうちから第
１の設定温度ｔ1 以下となって圧縮機１’の電磁クラッ
チがＯＦＦとされる。このため、回転数上昇時の過剰冷
房を確実に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の車両用冷房装置の回路構成を示す
とともに、この冷房装置に用いられる圧縮機の縦断面を
示す図である。
【図２】実施形態１の冷房装置における制御特性を示す
図である。
【図３】実施形態２の車両用冷房装置の回路構成を示す
ブロック図である。
【図４】実施形態３の車両用冷房装置の回路構成を示す
ブロック図である。
【図５】実施形態３の冷房装置における圧縮機のＯＮ／
ＯＦＦ制御を説明する図である。
【図６】実施形態３の冷房装置における制御特性を示す
図である。
【図７】二酸化炭素（ＣＯ2 ）を冷媒とする超臨界サイ
クルにおける圧力−エンタルピー線図である。
【符号の説明】
１…可変容量型圧縮機 ２…放熱用熱交換器と
してのガスクーラ ３…絞り手段としての膨張弁 ４…吸熱用熱交換器と
しての蒸発器 ５…気液分離器としてのアキュムレータ １４…クランク室 ３０…容量制御弁 ４０…制御手段 １’…固定容量型圧縮
機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 俊郎 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 小出 達也 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 西田 伸 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも圧縮機、放熱用熱交換器、絞り
    手段及び吸熱用熱交換器が直列接続されて閉回路を形成
    してなり、該閉回路の高圧側圧力が該閉回路を循環する
    冷媒の超臨界圧力となるように作動する冷房装置におい
    て、 上記高圧側圧力が高くなるに従い、低圧側蒸発圧力を高
    くする制御特性を持たせたことを特徴とする冷房装置の
    制御方法。
  2. 【請求項２】前記圧縮機は吐出容量を可変できる可変容
    量型圧縮機であることを特徴とする請求項１記載の冷房
    装置の制御方法。
  3. 【請求項３】前記圧縮機は、クランク室内の圧力増加に
    基づいて吐出容量が縮小されるものであって、高圧側圧
    力の増加に従い、クランク室内の圧力が増加されるもの
    であることを特徴とする請求項２記載の冷房装置の制御
    方法。
  4. 【請求項４】前記圧縮機で圧縮される前の冷媒の低圧側
    蒸発圧力と、圧縮された後の冷媒の高圧側圧力とをそれ
    ぞれ検知し、予め定められた前記制御特性に基づいて該
    高圧側圧力の検知値に対応して決定される低圧側蒸発圧
    力の目標値よりも該低圧側蒸発圧力の検知値が低い場合
    は、該低圧側蒸発圧力が該目標値となるように前記圧縮
    機の吐出容量を縮小することを特徴とする請求項２又は
    ３記載の冷房装置の制御方法。
  5. 【請求項５】前記圧縮機は固定容量型圧縮機であり、該
    固定容量型圧縮機の上流側には吸入絞り弁が配設され、
    低圧側蒸発圧力に応じて該吸入絞り弁の開度を制御する
    ことにより該固定容量型圧縮機の吸入圧力を調整するこ
    とを特徴とする請求項１記載の冷房装置の制御方法。
  6. 【請求項６】前記冷媒として二酸化炭素を用いることを
    特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の冷房装置
    の制御方法。
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