JPS63294466A - 冷凍サイクル制御方法 - Google Patents

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ずるバイパ
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っては、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
れなかったが、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っ
たものであり、本発明者らはこの騒音の原因究明につき
始終の検討を行った。

（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。

従って、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秒以上に渡って小容量運転を継続さ
せないようにする。

従って、本発明の制御方法によれば、起動待小容量とす
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
はシャフトであり、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。またシャ
フト１００の端部はロータ１０２と連結し、従って、ロ
ータ１０２はシャフトｌＯＯ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１０
１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１
０６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１０Ｂ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１０
９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１０７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］、　０９と連通ずる。

なお、このバイパス孔１１３の開口位置は、作動室１０
７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１１５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）１３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。従って、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によって、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に連通ずる。−力
制御手段２００には吸入室１０９と連通ずる低圧導入口
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によって導通される。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、従ってコイル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１１７
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
ラッチ３００（第２図図示）が配置されており、この電
磁クラッチ３００を介して自動車走行用エンジンの回転
駆動力がシャフト１００に伝達される。また、フロント
ハウジング１０Ｂとシャフト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
がシャフト１００に沿って、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５゜Ｏのダイヤフラム５０
３に印加され、従って、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の移動がシャフトを介し、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における絞り滑か変化
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ィン
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がらの
冷媒を導入する入口バイブ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バイブ６
０５が連通している。なお、上述の感温筒５０１はこの
出口バイブの保持部６０６上に位置される。

この出口バイブ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程度となっている。また、配管７
０２は可動性に冨むゴム材料よりなり、その内径は１２
ｍｍ程度となっている。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。

従って、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２
ｍ程度となっている。

次に上記構成よりなる冷凍サイクルの作動についで説明
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２０７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とが連通ずる。従って、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。従って、バイパス孔１１
３が開かれ、作動室１０７と吸入室１０９とが連通ずる
。この状Ｂ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２０４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１
１５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１１３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、電るｎク
ラッチ３００にも伝達され、この電気信号に基づき電磁
クラッチ３００が動力の伝達遮断を行う。電磁クラッチ
が動力遮断状態となった場合には、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、従って、
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ＩＩ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６００下流の
空気温度の変動によって制御される。即ち、空気温度が
３°Ｃ以下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ッチ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　’Ｃ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　”Ｃ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°Ｃ程度の差がもたさ
れている。

即ち、圧縮機を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°Ｃ）より１
°Ｃ低い４°Ｃ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°Ｃ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程度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デシベル程度となってお
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１４０ｃｃ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８２０ｃｃ程度となっており、また、内
部の通路部６０１は幅が９ｃｍ程度、厚さが３閣程度の
ものとなっている。また、エバポレータ６００の全体形
状は高さが２５ｃｍ、幅が２４ｃｍとなっている。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
程度を用いている。

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を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
ものとなっている。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程度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５０００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７０
１，７０２、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５
００を用いた冷凍サイクルであっても、８秒経過後程度
から騒音レベルが大きくなっている。そして、１３秒経
過時の騒音レヘルと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６
００はその大きさが縦が２３ｃｍ、高さが２４ｃｍ全体
の冷媒封入容量が８５０ＣＣ程度のものとなっている。

更に、このエバポレータでは通路部が幅が１１ｃｍ、厚
さが３．６　ｍｍ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程度度経過後
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象、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ｉ１１過する
冷媒の脈動が、冷媒配管７００，７０１．７０２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５１０における冷媒
圧力が十分高くなっており、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
って、圧縮機起動時においては、弁体５０４が常に絞り
部５０２を絞っており、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６００内に
液冷媒が溜まっているため、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１１３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
にくくなっている。

従って、起動当初におけるエバポレータ６００での騒音
レベルは低くなっている。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っ
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５０１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５０１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６　ｋｇ　／　ｃＩ！１程度以上とな
っている状態である。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１０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７００，７０１，７０２、エバポレータ６０
０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４　ｋｇ　／　ｃｎｌ程度と
なっている状態である。

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。従って、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、この起動待小容量とする時間を７秒以
下の時間としている。従って、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１Ｏ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・・・シャフト、１０１・・・ハウジング、１０
２・・・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、１１３・・・バイパス
孔、１１５・・・バイパス弁、２００・・・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。 第　１　図 第　２　図 筒　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ハウジング内に回転自在に配設されたシャフトと、前記
   ハウジング内に形成され前記シャ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ャフトに伝達する
   電磁クラッチと、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
   磁クラッチに動力伝達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。