JPS6325455A

JPS6325455A - 冷凍システム

Info

Publication number: JPS6325455A
Application number: JP61167961A
Authority: JP
Inventors: 川島　憲一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-07-18
Filing date: 1986-07-18
Publication date: 1988-02-02
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: JPH0743173B2

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Ｕ　Ｓ　Ｐ３．８６１．８２９゜Ｉ
Ｊ　Ｓ　Ｐ４．４２８．７１８．特公昭５８　４］９５
号や特開昭５８−１５８３８２号などに開示されている
ように、アキシャルビス１〜ン形圧縮機に於て、斜板を
シャツ１−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って、前記斜
板の前記支点まわりの回転角度、即ち、ビストンストロ
ークを制御している。

また、前述の引例では、フランス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、クランク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って、ブローバイガス
の流れを制御したり、（Ｕ　Ｓ　Ｐ３．８６１．８２９
と特公昭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（Ｕ　Ｓ　Ｐ４．４８２．
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）といった問題があった。

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っ〜工、パ冷え
が悪くなるといった問題があった。

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である。

〔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って、直接斜
板傾転角産卵追従できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。

第１図は本発明の詳細な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ず
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、蒸発器フィン温度検出手段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、フィ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、フィン温度が設定値よ
り低温となっ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って、前記圧力制御装置６
の流路を制御するためのアクチュエータ１０とを加えた
構成としである。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が最大傾転即ち、ピストンスドローり
が最大の場合を示している。本圧縮機ではシャフト１６
に圧入あるいはビンなどでドライブプレート１７を固定
しである。該ドライブプレートにはカム溝１８が設けて
あり、該溝内に支点ビン１９がカム曲線に沿って移動可
能に設けられ、同時に前記支点ビンは斜板耳部２０にす
きまを設けて嵌合しである。また、前記ドライブプレー
トのカム溝が設置された耳部２】と斜板耳部とは接触す
るような構造としである。これにより、シャツ１トの回
転によっ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。シャフトにはスリーブ２２がシャフトに対して
少くとも軸方向に滑動可能に組み込まれており、該スリ
ーブは斜板とはビン２３によって、スリーブに対して斜
板がビン２３のまわりに回転自在に締結されている。し
たがって、シャフトが回転すると、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輸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
トンサポートがシャ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って、シ
ャ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
のコネクチングロッド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ック３８に穿かれたシリン
ダ３９に組み込まれている。シリンダブロック３８には
吸入弁が設けられた吸入弁板４０．シリンダヘッド４１
．吐出弁４２．吐出弁支え４３兼用バツキング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。

前記シリンダヘッド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と連通ずる低圧室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と連通ず
る高圧室４９とが設けられている。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１へベアリング
５０で、また、シャ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ックにそれぞれ設けられたラジ
アルベアリング５１．５２で受ける構造としである。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って、エンジンによって
圧縮機のシャフトが駆動されると、ドライブプレート、
斜板が回転し、シャフトの回転軸に対して斜板が垂直な
場合を除いては、ビントンサポートはシャフトに対して
揺動運動する。したがって、ビントンはシリンダ内を往
復運動し、ピストンヘッド、シリンダ、シリンダヘッド
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、これによって、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って、また、最小スト
ローク位置の規制にはシャ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って達成する
が、本機ではス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、前記シャフト溝に止め軸数ばね５
５を設けである。本実施例では最小傾転時の緩衝部材と
してのばね５５をシャフトに固定したが、ばねをシリン
ダブロックに固定し、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って、ボー
ルベアリング２４の止め軸２７に作用する力を０にでき
るので、該止め軸あるいは斜板の止め軸溝の摩耗を回避
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
うな曲線にしである。

つぎに、圧縮機の吐出圧力Ｐａ、吸入圧力Ｐｓ。

クランク室圧力Ｐｃと斜板傾転角度０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Ｏ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Ｆａ　、支点ピン１９の中心から
前記Ｆｏの作用点までの距離をＬＯ１各ピストンの配置
円半径がシャフト中心と同心でしかも等ピッチに配置さ
れているものとすると、各ビントンの裏面に作用するク
ランク室内圧力の合力Ｆｃはシャツ１へ中心に作用する
。支点ピンからＦｃ作用点までの距離をＬｃとすると、
斜板がシャ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
釣り合っているから、ＦａＸＬａ＋ＦｃＸＬｃ＝０である。ここで、Ｐｃ　を一定とし、Ｐｄをパラメータ
として（ＰＣ−ＰＫ）／ＰＣに対する斜板傾転角度θを
示したのが第４図である。例えば、Ｐｄ／Ｐｃ＝３のと
き、圧力制御装置６による圧力損失（ｐｃ−ｐｓ）／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
るためのアクチュエー々の構造を第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とアクチュ
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６３．６４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、○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が設けである。

ケース５７には冷媒流出ロア０が設置され、前記ピスト
ン５９が図の上方に移動すると、冷媒流出ロア０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
すきまを保っ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、冷媒流出ロア０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が設置しである。該溝深さはビス１〜
ンが最上位置となったとき、ばねの長さを吸収できるよ
うになっている。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ったときのばね６０の長さを吸
収できるようにしである。底板６１には底抜の略中心部
分と底板外局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
はアクチュエータ６２がねじなどで固定されている。本
実施例ではアクチュ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。電磁弁の流入ロアロ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。

したがって、ピストン」二下に圧力差が生じ、ピストン
は上方向に移動して、冷媒流出ロア０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、フィ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、前記フィン温度
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、前記アクチュエータ（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
成としである。ここでは、０Ｎ−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
ーティ制御を用いて、デユーティ比を大（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、フィ
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。−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（従って、蒸発器内の冷媒温度も高い）フィン表面温
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の状態を保っており、圧力制
御弁は全開である。したがって、クランク室圧力とＰｓ
が等しいため、斜板は最大傾転角度（最大ストロ−り）
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、フィン温度が低下してくる。

そして、フィン温度が設定値（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、ビス１−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、Ｐａ。

Ｐｃ　、Ｐｓ　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Ｐ５が上昇し、圧力制御装置上流の圧力即ち蒸発圧
力（フィン温度）も上昇し、制御回路手段はデユーティ
比を小さくし、あるチューティ比でフィン温度を所定の
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、フィン表面温度が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ｗ６及び通路７を圧縮機に内蔵しである。リア
カバー４５の冷媒吸入ロア７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
装着しである。即ち、前記凹所内にばね５８．ビントン
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である。また、
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
え兼バッキング４４．シリンダヘッド４１を貫通する通
孔８４．該通孔と連通し、＠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３Ｂに設けた
通孔８６にてクランク室と連通しである。したがって、
ＩＦ力制御装置前後に圧力差を生ずると、（ｐｃ−ｐｓ
）が犬、−なって、第４図に示した図にしたがって、斜
板傾転角が小さくなる。

１、本実施例によれば５圧力制御装置を圧縮機に内雇で
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、圧力制御装置のビス！・ンの駆動に
０Ｎ−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ュエー
タを別々に設けたが、大形の比例電磁弁のみを用いて、
蒸発器フィ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、蒸発器フィン表面の着霜
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転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
チュ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
・・・蒸発器フィ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】

１．　冷媒を吸入圧縮する圧縮室と吸入圧縮の駆動部を
包囲するクランク室とを有する容量可変の圧縮機と、前
記圧縮室出口からの圧縮吐出冷媒を少くとも凝縮器、膨
張手段、蒸発器を経由し、前記圧縮機圧縮室入口に吸入
する順路を構成し、前記蒸発器出口と前記圧縮機の圧縮
室入口との間に圧力制御装置を有し、更に前記圧力制御
装置の上流側流路と前記クランク室とを連通する流路を
有する冷凍システムにおいて、蒸発器熱負荷を検出する
熱負荷検出手段、該検出手段の出力信号と設定値とを比
較して信号を発生する制御回路手段とを設け、該制御回
路手段の信号に応じて前記圧力制御装置が制御されるよ
うにしたことを特徴とする冷凍システム。
２．　請求範囲第１項記載の冷凍システムにおいて、制
御回路手段は蒸発器熱負荷検出手段の出力信号が所定の
熱負荷以下であることを意味する場合には前記圧力制御
装置前後の圧力差を増大させるようにしたことを特徴と
する冷凍システム。
３．　請求範囲第２項記載の冷凍システムにおいて、蒸
発器熱負荷検出手段は蒸発器フイン表面温度検出手段で
あることを特徴とする冷凍システム。