KR20010078364A - 가변용량형 압축기의 제어장치 - Google Patents

Abstract

토출용량의 제어성이나 응답성을 향상시킬 수 있는 가변용량형 압축기의 제어장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 제어밸브 (46) 는, 냉매순환회로의 냉동사이클에 설정된 두점의 압력감시점 P1, P2 사이의 차압 (PdH-PdL) 에 감응하는 작동로드 (53) 를 구비하고, 솔레노이드부 (52) 로부터의 전자력 F 에 의해 결정되는 두점간 차압 (PdH-PdL) 의 목표치를 유지하도록, 작동로드 (53) 의 밸브부 (56) 에 의해 급기통로 (42, 44) 의 개도를 내부 자율적으로 조절한다.

Description

가변용량형 압축기의 제어장치{control device of variable capacity type compressor}

본 발명은, 예컨대 차량용 공조장치의 냉매순환회로를 구성하는 가변용량형 압축기의 토출용량을 제어하기 위한 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 공조장치의 냉매순환회로 (냉동사이클) 는, 응축기, 감압장치로서의 팽창밸브, 증발기 및 압축기를 구비하고 있다. 압축기는 증발기로부터의 냉매가스를 흡입하여 압축하고, 그 압축가스를 응축기에 향하여 토출한다. 증발기는 냉매순환회로를 흐르는 냉매와 차실내로 향하는 공기와의 열교환을 행한다. 냉방부하의 크기에 따라서, 증발기주변을 통과하는 공기의 열량이 증발기내를 흐르는 냉매에 전달되기 때문에, 증발기의 출구 또는 하류측에서의 냉매가스압력은 냉방부하의 크기를 반영한다.

차재용 (車載用) 의 압축기로서 널리 채용되어 있는 가변용량형 경사판식 압축기에는, 증발기의 출구압력 (흡입압 Ps 라고 함) 을 소정의 목표치 (설정흡입압 이라고 함) 로 유지하기 위해 동작하는 용량제어기구가 장착되어 있다. 용량제어기구는, 냉방부하의 크기에 적당한 냉매유량으로 되도록 흡입압 Ps 를 제어지표로서 압축기의 토출용량 즉 경사판각도를 피드백 제어한다. 이러한 용량제어기구의 전형예는, 내부제어밸브라고 불리는 제어밸브이다. 내부제어밸브로서는 벨로우즈나 다이어프램 등의 감압부재로 흡입압 Ps 을 감지하여, 감압부재의 변위동작을 밸브체의 위치결정에 이용하고 밸브 개도조절을 함으로써, 경사판실 (크랭크실이라고도 함) 의 압력 (크랭크 압력) 을 조절하여 경사판각도를 결정하고 있다.

또한, 단지 설정흡입압만을 가진 단순한 내부제어밸브에서는 미세한 공조제어 요구에 대응할 수 없기 때문에, 외부로부터의 전기제어에 의해서 설정흡입압을 변경 가능한 설정흡입압 가변형 제어밸브도 존재한다. 설정흡입압 가변형 제어밸브는 예컨대, 상기의 내부제어밸브에 전자솔레노이드 등의 전기적으로 탄성력이 조절 가능한 액츄에이터를 부가하여, 내부제어밸브의 설정흡입압을 결정하고 있는 감압부재에 작용하는 기계적 탄성력을 외부제어에 의해서 증감 변경함으로써, 설정흡입압의 변경을 실현하는 것이다.

그런데, 흡입압의 절대치를 지표로 하는 토출용량제어에 있어서는, 전기제어에 의해서 설정흡입압을 변경하였다고 해서, 즉시 현실의 흡입압이 설정흡입압 데로의 압력에 도달한다고는 한정되지 않는다. 즉, 설정흡입압의 설정변경에 대하여 현실의 흡입압이 응답성 좋게 추종하는가 아닌가는, 증발기에서의 열부하상황에 영향을 받기 쉽기 때문이다. 이 때문에, 전기제어에 의해서 설정흡입압을 섬세하고 치밀하게 차례차례 조절하고 있음에도 불구하고, 압축기의 토출용량변화가 늦는 경향이 있게 되거나, 토출용량이 연속적이고 또한 원활하게 변화하지 않고 급변한다고 하는 사태가 때때로 발생하고 있었다.

본 발명의 목적은, 토출용량의 제어성이나 응답성을 향상시킬 수 있는 가변용량형압축기의 제어장치를 제공하는 것에 있다.

도 1 은 가변용량형 경사판식 압축기의 단면도.

도 2 는 냉매순환회로의 개요를 나타내는 회로도.

도 3 은 제어밸브의 단면도.

도 4 는 제어밸브 제어의 개요를 설명하는 흐름도.

도 5 는 증발기 후 온도와 듀티비의 상한치와의 관계를 나타내는 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

35···가변용량형 압축기와 동시에 공조 장치의 냉매순환회로를 구성하는 외부 냉매회로

38···증발기, 46···압축기 제어수단을 구성하는 제어밸브

53···차압검출수단을 구성하는 작동로드

81···설정차압 산출수단, 제한치 설정수단, 설정차압 결정수단 및 압축기 제어수단을 구성하는 제어컴퓨터,

86···증발기 온도검출수단으로서의 증발기 후 온도센서,

P1···제 1 압력감시점, P2···제 2 압력감시점.

청구항 1 항의 발명은, 공조장치의 냉매순환회로를 구성하는 가변용량형 압축기의 토출용량을 제어하기 위한 제어장치에 있어서, 상기 냉매순환회로에 설정된, 가변용량형 압축기의 토출용량이 반영되는 두점의 압력감시점 사이의 차압을 검출하는 차압검출수단과, 상기 공조장치의 냉매순환회로를 구성하는 증발기의 냉각상태를 온도정보로서 검출하는 증발기 온도검출수단과, 상기 증발기 온도검출수단으로부터의 검출온도와, 이 증발기온도의 제어목표인 목표온도에 근거하여, 두점의 압력감시점 사이의 차압의 제어목표로 되는 설정차압을 산출하는 설정차압 산출수단과, 상기 증발기 온도검출수단으로부터의 검출온도가, 목표온도와 비교하여 높게 설정된 한계치 온도보다도 높은 상태로부터 낮은 상태로 하강한 경우에는, 두점의 압력감시점 사이의 차압에 제한치를 설정하여, 검출온도가 한계치 온도보다도 낮은 상태로부터 높은 상태로 상승한 경우에는 제한치의 설정을 해제하는 제한치 설정수단과, 상기 설정차압 산출수단에 의해 산출된 설정차압과 제한치 설정수단에 의해 설정된 제한치를 비교하여, 설정차압이 시사하는 가변용량형 압축기의 토출용량이 제한치가 시사하는 토출용량 이하이면 설정차압을 그대로 취급하고, 설정차압이 시사하는 토출용량이 제한치가 시사하는 토출용량을 상회하면, 제한치를 새로운 설정차압으로서 취급하는 설정차압 결정수단과, 상기 설정차압 결정수단으로부터의 설정차압에 차압검출수단이 검출한 차압이 가까워지도록 가변용량형 압축기의 토출용량을 제어하는 압축기제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기의 제어장치이다.

이 구성에 있어서는, 가변용량형 압축기의 토출용량제어에 영향을 미치는 압력요인으로서, 가변용량형 압축기의 토출용량이 반영되는, 냉매순환회로에 있어서두점의 압력감시점 사이의 차압을 이용하고 있다. 따라서, 설정차압 결정수단에 의해 결정된 설정차압에 근거하여, 이 설정차압을 유지하도록 압축기의 토출용량을 제어하는 압축기 제어수단을 채용함으로써, 압축기의 토출용량을 직접적으로 제어하는 것이 가능해져, 종래의 흡입압감응형 제어밸브가 내재하고 있었던 문제, 예컨대 토출용량의 제어성 및 응답성이 증발기에서의 열부하상황에 영향을 받는 문제를 해소할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 증발기온도가 한계치온도를 상회하는 상황에서는, 이 증발기온도가 목표온도를 크게 상회하여 냉방부하는 크다고 판단하고, 두점의 압력감시점 사이의 차압에 제한치를 설정하지 않는다. 따라서, 냉매순환회로 (냉동사이클) 에 대유량의 냉매를 흐르게 할 수 있고, 고냉방부하에도 충분히 대응할 수 있다. 그러나, 증발기온도가 한계치온도를 밑도는 상황이 되면, 이 증발기온도와 목표온도와의 차는 작고, 따라서 냉방부하는 발생하지 않던가 혹은 발생하였다 하여도 작다라고 판단하여, 두점의 압력감시점 사이의 차압에 제한치를 설정한다. 따라서, 예컨대 외부 구동원이 가변용량형 압축기를 고속도로 구동하였다고 해도, 냉매순환회로 (냉동사이클) 의 냉매유량이 대유량으로 되는 일은 없고, 압축기의 운전상태가 불필요하게 저효율 및 고부하의 영역으로 들어가는 것이 규제된다.

청구항 2 항의 발명은 청구항 1 항의 발명에 있어서, 상기 한계치온도에는 각각 다른 상한온도와 하한온도가 설정되고, 상기 제한치 설정수단은, 증발기 온도검출수단으로부터의 검출온도가 하한온도보다도 높은 상태로부터 낮은 상태로 하강한 경우에는 두점의 압력감시점 사이의 차압에 제한치를 설정하고, 검출온도가 상한온도보다도 낮은 상태로부터 높은 상태로 상승한 경우에는 제한치의 설정을 해제하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 구성에 있어서는, 한계치 온도에 하한 및 상한온도를 설정하고, 두점의 압력감시점 사이의 차압에 제한치가 설정될 때의 온도와, 이 제한치의 설정이 해제될 때의 온도를 각각 상이하도록 한다고 하는 히스테리시스 특성을 갖게 하였다. 이에 의해, 단일 한계치 온도만이 설정되어 있는 경우에 발생하기 쉬운 채터링 (chattering) 을 회피하여, 압축기에 무리가 없는 안정한 토출용량제어를 가능하게 한다. 또, 채터링이란, 증발기온도와 단일 한계치 온도와의 비교에 있어서의 양자의 대소관계 역전의 빈발 (頻發) 에 의한, 제한치의 설정/해제의 순간 다발 (多發) 을 말한다.

청구항 3 항의 발명은 청구항 1 항 또는 청구항 2 항의 발명에 있어서, 현시점에서 판명하고 있는 온도검출수단의 하나의 배치예를 한정한 것이다. 즉, 상기 증발기 온도검출수단은, 증발기의 근방에 형성되어, 증발기를 통과한 공기의 온도를 검출하는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 4 항의 발명은 청구항 1∼청구항 3 항의 중의 어느 한 항의 발명에 있어서, 상기 증발기온도의 목표온도를 조절 가능한 온도설정수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 구성에 있어서는, 온도설정수단에 의해서 증발기의 냉각상태를 변경할 수 있고, 예컨대 온도설정수단을 구비하지 않고서, 미리 고정된 증발기온도를 유지하는 구성과 비교하여, 가변용량형 압축기의 성 (省) 동력화나 공조의 쾌적성 향상 (예컨대 실내로 내뿜어지는 공기의 온도변동이 억제된다) 을 도모할 수 있다. 즉, 이 비교예의 경우, 냉방요구의 정도가 가장 큰 경우 (가장 낮은 실온이 요구되어 있는 경우) 를 상정하여, 그것에 응하도록 증발기온도의 목표온도를 낮게 고정하여 두지 않으면 안되고, 따라서 냉방요구의 정도가 작은 경우에는 불필요하게 증발기가 냉각되기 때문이다.

실시의 형태

이하에, 차량용 공조장치의 냉매순환회로를 구성하는 가변용량형 경사판식 압축기의 제어장치에 관해서 도 1 ∼ 도 5 를 참조하여 설명한다.

(가변용량형 경사판식 압축기)

도 1 에 나타낸 바와 같이 가변용량형 경사판식 압축기 (이하 단지 압축기라 한다) 는, 실린더블록 (11) 과, 그 전단에 접합고정된 프론트하우징 (12) 과, 실린더블록 (11) 의 후단에 밸브·포트형성체 (13) 를 통하여 접합고정된 리어하우징 (14) 을 구비하고 있다. 크랭크실 (15) 은, 실린더블록 (11) 과 프론트하우징 (12) 으로 에워싸인 영역에 구획되어 있다. 구동축 (16) 은, 크랭크실 (15) 을 삽입통과 하도록 하여, 실린더블록 (11) 및 프론트하우징 (12) 에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 래그 (rag) 플레이트 (17) 는, 크랭크실 (15) 에 있어서 구동축 (16) 에 일체로 회전 가능하게 고정되어 있다.

상기 구동축 (16) 의 전단부는 동력전달기구 PT 를 통하여, 외부 구동원으로서의 차량엔진 Eg 에 작동 연결되어 있다. 동력전달기구 PT 는, 외부에서의 전기제어에 의해서 동력의 전달/차단을 선택 가능한 클러치기구 (예컨대 전자클러치) 이어도 되고, 또는, 그와 같은 클러치기구를 갖지 않은 상시 전달형의 클러치레스기구 (예컨대 벨트/풀리의 조합) 이어도 된다. 또한, 본발명에서는, 클러치레스타입의 동력전달기구 PT가 채용되어 있는 것으로 한다.

캠플레이트로서의 경사판 (18) 은 상기 크랭크실 (15) 에 수용되어 있다. 경사판 (18) 은, 구동축 (16) 에 슬라이드이동 가능하고 또한, 경사동작 가능하게 지지되어 있다. 힌지기구 (19) 는, 래그플레이트 (17) 와 경사판 (18) 과의 사이에 개재되어 있다. 따라서, 경사판 (18) 은, 힌지기구 (19) 를 통하여 래그플레이트 (17) 와의 사이에서의 힌지연결, 및 구동축 (16) 의 지지에 의해, 래그플레이트 (17) 및 구동축 (16) 과 동기 회전가능함과 동시에 구동축 (16) 의 축선방향으로의 슬라이드이동을 수반하면서 구동축 (16) 에 대하여 경사동작 가능하게 되어있다.

복수 (도면에는 하나만을 나타낸다) 의 실린더보어 (20) 는, 상기 실린더블록 (11) 에 있어서 구동축 (16) 을 에워싸도록 하고 관통형성 되어 있다. 편두형의 피스톤 (21) 은, 각 실린더보어 (20) 에 왕복운동 가능하게 수용되어 있다. 실린더블록 (20) 의 전후 개구는, 밸브·포트형성체 (13) 및 피스톤 (21) 에 의해서 폐색되어 있고, 이 실린더보어 (20) 내에는 피스톤 (21) 의 왕복운동에 따라서 체적변화하는 압축실이 구획되어 있다. 피스톤 (21) 은 슈 (28) 를 통하여 경사판 (18) 의 외주부에 계류되어 있다. 따라서, 구동축 (16) 의 회전에 수반하는 경사판 (18) 의 회전운동이, 슈 (28) 를 통하여 피스톤 (21) 의 왕복운동으로 변환된다.

흡입압력 Ps 영역을 구성하는 흡입실 (22) 및 토출압력 Pd 영역을 구성하는토출실 (23) 은, 상기 밸브·포트형성체 (13) 와 리어하우징 (14) 으로 에워싸인 영역에 각각 구획되어 있다. 그리고, 흡입실 (22) 의 냉매가스는, 피스톤 (21) 의 상사점위치로부터 하사점측으로의 이동에 의해, 밸브·포트형성체 (13) 의 흡입포트 (24) 및 흡입밸브 (25) 를 통하여 실린더보어 (20:압축실) 로 흡입된다. 실린더보어 (20) 에 흡입된 냉매가스는, 피스톤 (21) 의 하사점위치로부터 상사점측으로의 이동에 의해 소정의 압력에까지 압축된 후에, 밸브·포트형성체 (13) 의 토출포트 (26) 및 토출밸브 (27) 를 통하여 토출실 (23) 로 토출된다.

상기 경사판 (18) 의 경사각도 (구동축 (16) 에 직교하는 가상평면과의 사이에서 이루는 각도) 는, 실린더보어 (20:압축실) 의 내압과, 피스톤 (21) 의 배압인 크랭크실 (15) 의 내압 (크랭크압력 Pc) 과의 관계를 변경함으로써 조절 가능하다. 본 실시형태에 있어서는, 크랭크압력 Pc 을 적극적으로 변경함으로써 경사판 (18) 의 경사각도를 조절한다.

(냉매순환회로)

도 1 및 도 2 에 나타낸 바와 같이, 차량용 공조장치의 냉매순환회로 (냉동사이클) 은, 상기한 압축기와 외부냉매회로 (35) 로 구성된다. 외부 냉매회로 (35) 는, 응축기 (36), 감압장치로서의 온도식 팽창밸브 (37) 및 증발기 (38) 를 구비하고 있다. 팽창밸브 (37) 의 개도는, 증발기 (38) 의 출구측 또는 하류측에 형성된 감온통로 (37a) 의 검지온도 및 증발압력 (증발기 (38) 의 출구압력) 에 따라서 피드백 제어된다. 팽창밸브 (37) 는, 열부하에 적당한 액체냉매를 증발기 (38) 에 공급하여 외부 냉매회로 (35) 에 있어서의 냉매유량을 조절한다. 유통관 (39) 은, 외부 냉매회로 (35) 의 하류영역에 있어서, 증발기 (38) 의 출구와 압축기의 흡입실 (22) 을 접속하고 있다. 유통관 (40) 은, 외부 냉매회로 (35) 의 상류영역에 있어서, 압축기의 토출실 (23) 과 응축기 (36) 의 입구를 접속하고 있다. 압축기는 외부 냉매회로 (35) 의 하류영역으로부터 흡입실 (22) 로 도입된 냉매가스를 흡입하여 압축하고, 압축한 가스를 외부냉매회로 (35) 의 상류영역으로 이어지는 토출실 (23) 에 토출한다.

그런데, 냉매순환회로를 흐르는 냉매의 유량이 커질수록, 회로 또는 배관의 단위길이당의 압력손실도 커진다. 예컨대, 냉매순환회로에 따라 설정된 제 1 압력감시점 P 1 과 제 2 압력감시점 P2 과의 사이의 압력손실 (차압) 은, 이 냉매순환회로에서의 냉매유량과 정 (正) 의 상관을 나타낸다. 따라서, 이 제 1 압력감시점 P1 의 가스압력 (P1 압력) PdH 과 제 2 압력감시점 P2 의 가스압력 (P2 압력) PdL 과의 차 (두점사이의 차압 (PdH-PdL)) 를 파악하는 것은, 냉매순환회로에서의 냉매유량을 간접적으로 검출하는 것이다. 본 실시형태에서는, 유통관 (40) 의 최상유역에 해당하는 토출실 (23) 내에 상류측 (고압측) 의 제 1 압력감시점 P1 을 결정하는 동시에, 거기에서 소정거리만큼 떨어진 유통관 (40) 의 도중에, 하류측 (저압측) 의 제 2 압력감시점 P2 을 결정하고 있다.

또, 상기 냉매순환회로에서의 냉매유량은, 압축기에 있어서 구동축 (16) 의 단위회전당의 냉매가스 토출양 (토출용량) 과, 구동축 (16) 의 회전속도와의 곱으로 나타낼 수 있다. 구동축 (16) 의 회전속도는, 차량엔진 Eg (그 출력축) 의 회전속도와 동력전달기구 PT 의 풀리비로부터 산출할 수 있다. 예컨대, 차량엔진 Eg 의회전속도가 일정의 조건하에서는, 압축기의 토출용량이 증대하면 냉매순환회로에서의 냉매유량도 증대하고, 압축기의 토출용량이 감소하면 냉매유량도 감소한다. 반대로, 압축기의 토출용량이 일정의 조건하에서는, 차량엔진 Eg 의 회전속도가 증대하면 냉매순환회로에서의 냉매유량도 증대하고, 차량엔진 Eg 의 회전속도가 감소하면 냉매유량도 감소한다.

상기 유통관 (40) 에 있어서 양 압력감시점 P1, P2 사이에는, 두점간 차압확대수단으로서의 고정조임 (43) 이 형성되어 있다. 고정조임 (43) 은, 양 압력감시점 P1, P2 을 그다지 사이를 두고 설정하지 않아도, 두점간차압 (PdH-PdL) 을 명확화 (확대) 하는 역할을 하고 있다. 이와 같이, 고정조임 (43) 을 양 압력감시점 P1, P2 사이에 구비하는 것으로, 특히 제 2 압력감시점 P2 을 압축기 (토출실 (23)) 부근에 설정할 수가 있고, 나아가서는 이 제 2 압력감시점 P2 과 압축기에 구비되어 있는 제어밸브 (46) 와의 사이의 후기 제 2 검압통로 (42) 를 짧게 할 수 있다.

(제어장치를 구성하는 크랭크실의 압력제어기구)

도 1 및 도 2 에 나타낸 바와 같이, 압축기의 크랭크압력 Pc 을 제어하기 위한 크랭크 압력제어기구는, 추기통로 (31), 제 1 검압통로 (41), 제 2 검압통로 (42), 및 크랭크통로 (44) 및 제어밸브 (46) 에 의해서 구성되어 있다. 추기통로 (31) 는 크랭크실 (15) 과 흡입실 (22) 을 연이어 통한다. 제 1 검압통로 (41) 는, 냉매순환회로의 제 1 압력감시점 P1 과 제어밸브 (46) 를 연이어 통한다. 제 2 검압통로 (42) 는, 냉매순환회로의 제 2 압력감시점 P2 과 제어밸브 (46) 를 연이어통한다. 크랭크통로 (44) 는 제어밸브 (46) 와 크랭크실 (15) 을 연이어 통한다.

그리고, 제어밸브 (46) 의 개방도를 조절함으로써, 제 2 검압통로 (42) 및 크랭크통로 (44:소위 급기통로) 를 통한 제 2 압력감시점 P2 으로부터 크랭크실 (15) 로의 고압인 토출가스의 도입양과, 추기통로 (31) 를 통하여 크랭크실 (15) 로부터 흡입실 (22) 로의 가스도출양과의 밸런스가 제어되어, 크랭크압력 Pc 이 결정된다. 크랭크 압력 Pc 의 변경에 따라서, 피스톤 (21) 을 통하여 크랭크압력 Pc 과 실린더보어 (20) 의 내압과의 차가 변경되어, 경사판 (18) 의 경사각도가 변경된다. 경사판 (18) 의 경사각도의 변경에 따라서, 피스톤 (21) 의 스트로크 즉, 토출용량이 조절된다.

(제어밸브)

도 3 에 나타낸 바와 같이, 압축기제어수단을 구성하는 제어밸브 (46) 는, 그 상반부를 점유하는 입측밸브부 (51) 와, 하반부를 점유하는 전기구동부로서의 솔레노이드부 (52) 를 구비하고 있다. 입측밸브부 (51) 는, 제 2 압력감시점 P2 과 크랭크실 (15) 을 접속하는 급기통로 (42, 44) 의 개도 (조임양) 를 조절한다. 솔레노이드부 (52) 는, 제어밸브 (46) 내에 형성된 작동로드 (53) 를, 외부로부터의 통전제어에 근거하여 탄성제어하기 위한 일종의 전자액츄에이터이다. 작동로드 (53) 는 그 도면상단부로부터 하단부에 향하여, 구획부 (54) , 연결부 (55) , 밸브체로서의 밸브부 (56) 및 가이드로드부 (57) 를 동일순서로 구비하고 있다. 밸브부 (56) 는 가이드로드부 (57) 의 일부에 해당한다.

상기 제어밸브 (46) 의 밸브하우징 (58) 은, 마개체 (栓體:58a) 와, 입측밸브부 (51) 의 주된 외곽을 구성하는 상반부본체 (58b) 와, 솔레노이드부 (52) 의 주된 외곽을 구성하는 하반부본체 (58c) 로 구성되어 있다. 밸브실 (59) 및 연통로 (60) 는, 밸브하우징 (58) 의 상반부본체 (58b) 내에 구획되어 있다. 고압실 (65) 은, 상반부본체 (58b) 와 그 상부에 나사식으로 삽입된 마개체 (58a) 와의 사이에 구획되어 있다. 작동로드 (53) 는, 밸브실 (59), 연통로 (60) 및 고압실 (65) 내에, 밸브하우징 (58) 의 축선방향 (도면 상하방향) 으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 밸브실 (59) 및 연통로 (60) 는 작동로드 (53) 의 배치대로 연이어 통할 수 있게 된다.

상기 밸브실 (59) 의 바닥벽은, 솔레노이드부 (52) 를 구성하는 고정철심 (70) 의 상단면에 의해서 제공되어 있다. 제 1 포트 (62) 는, 밸브실 (59) 을 에워싸는 밸브하우징 (58) 의 주벽에 있어서, 그 반경방향으로 연장되도록 형성되어 있다. 제 1 포트 (62) 는, 제 2 검압통로 (42) 를 통하여 밸브실 (59) 을 제 2 압력감시점 P2 에 연이어 통하게 한다. 따라서, 제 2 압력감시점 P2 의 P2 압력 PdL 이, 제 2 검압통로 (42) 및 제 1 포트 (62) 를 통하여 밸브실 (59) 에 도입되어 있다. 제 2 포트 (63) 는, 연통로 (60) 를 에워싸는 밸브하우징 (58) 의 주벽에서, 그 반경방향으로 연장되도록 형성되어 있다. 제 2 포트 (63) 는, 크랭크통로 (44) 를 통하여 연통로 (60) 를 크랭크실 (15) 에 연이어 통하게 한다. 따라서, 밸브실 (59) 및 연통로 (60) 는, 제 2 압력감시점 P2 의 압력을 크랭크실 (15) 에 공급하기 위한 제어밸브내 급기통로를 구성한다.

상기 작동로드 (53) 의 밸브부 (56) 는 밸브실 (59) 내에 배치되어 있다. 연통로 (60) 의 구경은, 가스유통이 방해하지 않도록, 그것에 삽입통과되는 작동로드 (53) 의 연결부 (55) 보다 크게되어 있다. 밸브실 (59) 과 연통로 (60) 와의 경계에 위치하는 단차는 밸브시트 (64) 로서 기능하고, 연통로 (60) 는 일종의 밸브구멍으로 되어있다. 작동로드 (53) 가 도면의 위치 (최하 작동위치) 로부터 밸브부 (56) 가 밸브시트 (64) 에 착석하는 최상 작동위치로 상작동되면, 연통로 (60) 가 차단된다. 예컨대 작동로드 (53) 의 밸브부 (56) 는, 급기통로 (42, 44) 의 개도를 임의로 조절 가능한 입측밸브체로서 기능한다.

상기 작동로드 (53) 의 구획부 (54) 는 고압실 (65) 에 삽입되어 있다. 이 구획부 (54) 는 고압실 (65) 과 연통로 (60) 와의 사이의 압력격벽의 역할을 하여, 양자 (60, 65) 의 직접연통을 허용하지 않는다.

제 3 포트 (67) 는, 상기 고압실 (65) 을 에워싸는 밸브하우징 (58) 의 주벽에 형성되어 있다. 고압실 (65) 은, 제 3 포트 (67) 및 제 1 검압통로 (41) 를 통하여, 제 1 압력감시점 P1 인 토출실 (23) 과 상시 연이어 통하여있다. 따라서, P1 압력 PdH 가 제 1 검압통로 (41) 및 제 3 포트 (67) 를 통하여 고압실 (65) 에 도입되어 있다. 복귀스프링 (68) 은 고압실 (65) 에 수용되어 있다. 이 복귀스프링 (68) 은, 구획부 (54) (작동로드 (53)) 를 고압실 (65) 로부터 밸브실 (59) 에 향하여 탄성 지지한다.

상기 솔레노이드부 (52) 는 유저원통형상의 수용통 (69) 을 구비하고 있다. 고정철심 (70) 은 수용통 (69) 의 상부에 끼워맞춤 되고, 이 끼워맞춤에 의해 수용통 (69) 내에는 플런저실 (71) 이 구획되어 있다. 플런저 (가동철심) (72) 는, 플런저실 (71) 내에 밸브하우징 (58) 의 축선방향으로 이동 가능하게 수용되어 있다. 가이드구멍 (73) 은 고정철심 (70) 에 형성되고, 이 가이드구멍 (73) 내에는 작동로드 (53) 의 가이드로드부 (57) 가, 밸브하우징 (58) 의 축선방향에 이동 가능하게 배치되어 있다. 가이드구멍 (73) 의 내벽면과 가이드로드부 (57) 와의 사이에는 약간의 극간 (도시생략) 이 확보되어 있고, 이 극간을 통하여 밸브실 (59) 과 플런저실 (71) 과는 상시 연이어 통하여있다. 예컨대, 플런저실 (71) 에는 밸브실 (59) 의 압력, 예컨대 제 2 압력감시점 P2 의 P2 압력 PdL 이 도입되어 있다.

상기 작동로드 (53) 의 가이드로드부 (57) 는 그 하단부가 플런저실 (71) 내에 연장돌출되고, 이 연장돌출부분에는 플런저 (72) 가 끼워맞춤 고정되어 있다. 따라서, 플런저 (72) 와 작동로드 (53) 와는 일체로 되어 상하 작동한다. 완충스프링 (74) 은 플런저실 (71) 에 수용되어 있다. 이 완충스프링 (74) 의 탄성력은, 플런저 (72) 를 고정철심 (70) 에 근접시키는 방향으로 작용하고 플런저 (72) 및 작동로드 (53) 를 도면상방으로 탄성 지지한다. 이 완충스프링 (74) 은 복귀스프링 (68) 보다도 스프링력이 약한 것이 이용되고 있다.

코일 (75) 은, 고정철심 (70) 및 플런저 (72) 의 주위에 있어서, 이들을 넘는 범위에 권회 되어 있다. 이 코일 (75) 에는 제어컴퓨터 (81) 의 지령에 근거하여 구동회로 (82) 로부터 구동신호가 공급되고, 코일 (75) 은 그 전력공급량에 따른 크기의 전자력 F 를 고정철심 (70) 과 플런저 (72) 와의 사이에 발생시킨다. 그리고, 그 전자력 F 에 의해서 플런저 (72) 가 고정철심 (70) 에 향하여 흡인되어 작동로드 (53) 가 상작동 한다. 또, 코일 (75) 로의 통전제어는, 이 코일 (75) 로의 인가전압을 조정함으로써 이루어진다. 본 실시형태에 있어서 코일 (75) 로의 인가전압의 조정에는, 듀티제어가 채용되어 있다.

그런데, 도 3 의 제어밸브 (46) 에 있어서 작동로드 (53) 에는, 구획부 (54) 가 수승 (受承) 하는 고압실 (65) 의 P1 압력 PdH 가 복귀스프링 (68) 의 탄성력 f1 에 의해서 힘이 인가되어 하향으로 작용되어 있다. 또한, 작동로드 (53) 에는, 플런저실 (71) 에 미치고 있는 P2 압력 PdL 이 가이드로드부 (57) 에 상향으로 작용되어 있다. 이와 같이, 제어밸브 (46) 는 차압검출수단 (고압실 (65) , 플런저실 (71) 및 작동로드 (53)) 을 내장하고 있고, 두점간 차압 APd = (PdH-PdL) 을 밸브부 (56) 의 위치 결정에 반영시키는 구성으로 되어있다. 한편, 고정철심 (70) 과 플런저 (72) 와의 사이에 발생하는 전자탄성력 F 은, 완충스프링 (74) 의 탄성력 f2 에 의해서 힘이 인가되어 작동로드 (53) 에 대하여 상향으로 작용되어 있다. 즉, 제어밸브 (46) 의 개도조절 예컨대 연통로 (60) 의 개도조절은, 두점간 차압 APd 의 변동에 근거하여 내부자율적으로 행해짐과 동시에, 전자탄성력 F 을 변경함으로써 외부 제어적으로도 행해진다.

즉, 전자탄성력 F 이 일정하다고 가정한 경우, 예컨대 차량엔진 Eg 의 회전속도가 감소하여 냉매순환회로의 냉매유량이 감소하면, 하향의 두점간 차압 APd 가 감소하여 그 시점에서의 전자탄성력 F 에서는 작동로드 (53) 에 작용하는 상하 탄성력의 균형을 도모할 수 없게 된다. 따라서, 작동로드 (53) 가 상작동하여 복귀스프링 (68) 이 축력 (蓄力) 되고, 이 복귀스프링 (68) 의 하향 탄성력 f1 의 증가분이 하향의 두점간 차압 APd 의 감소분을 보상하는 위치에 작동로드 (53) 의 밸브부(56) 가 위치 결정된다. 그 결과, 연통로 (60) 의 개도가 감소하고, 크랭크 압력 Pc 이 저하경향으로 되어, 이 크랭크 압력 Pc 과 실린더보어 (20) 의 내압과의 피스톤 (21) 을 통한 차이도 작게 되어, 경사판 (18) 이 경사각도 증대방향으로 경사동작하여, 압축기의 토출용량은 증대된다. 압축기의 토출용량이 증대하면 냉매순환회로에서의 냉매유량도 증대하여, 두점간 차압 APd 은 증가한다.

반대로, 차량엔진 Eg 의 회전속도가 증대하여 냉매순환회로의 냉매유량이 증대하면, 하향의 두점간 차압 APd 이 증대하여 그 시점에서의 전자탄성력 F 에서는 작동로드 (53) 에 작용하는 상하 탄성력의 균형을 도모할 수 없게 된다. 따라서, 작동로드 (53) 가 하작동 (下動) 하여 복귀스프링 (68) 의 축력도 줄고, 이 복귀스프링 (68) 의 하향 탄성력 f1 의 감소분이 하향의 두점간 차압 APd 의 증대분을 보상하는 위치에 작동로드 (53) 의 밸브부 (56) 가 위치 결정된다. 그 결과, 연통로 (60) 의 개방도가 증가하여, 크랭크 압력 Pc 이 증대경향으로 되고, 크랭크 압력 Pc 과 실린더보어 (20) 의 내압과의 피스톤 (21) 을 통한 차이도 커져, 경사판 (18) 이 경사각도 감소방향으로 경사동작하고, 압축기의 토출용량은 감소된다. 압축기의 토출용량이 감소하면, 냉매순환회로에 있어서의 냉매유량도 감소하여, 두점간 차압 APd 은 감소한다.

또한, 예컨대 코일 (75) 로의 듀티비 Dt 를 크게 하여 전자탄성력 F 을 크게 하면, 그 시점에서의 두점간 차압 APd 에서는 상하 탄성력의 균형을 도모할 수 없기 때문에, 작동로드 (53) 가 상작동하여 복귀스프링 (68) 이 축력되고, 이 복귀스프링 (68) 의 하향 탄성력 f1 의 증가분이 상향의 전자탄성력 F 의 증가분을 보상하는 위치에 작동로드 (53) 의 밸브부 (56) 가 위치 결정된다. 따라서, 제어밸브 (46) 의 개도, 즉 연통로 (60) 의 개도가 감소하여, 압축기의 토출용량이 증대된다. 그 결과, 냉매순환회로에 있어서의 냉매유량이 증대하여, 두점간 차압 APd 도 증대한다.

반대로, 듀티비 Dt 를 작게 하여 전자탄성력 F 을 작게 하면, 그 시점에서의 두점간 차압 APd 에서는 상하 탄성력의 균형을 도모할 수 없기 때문에, 작동로드 (53) 가 하작동하여 복귀스프링 (68) 의 축력도 감소하고, 이 복귀스프링 (68) 의 하향 탄성력 f1 의 감소분이 상향의 전자탄성력 F 의 감소분을 보상하는 위치에 작동로드 (53) 의 밸브부 (56) 가 위치 결정된다. 따라서, 연통로 (60) 의 개방도가 증가하여, 압축기의 토출용량이 감소한다. 그 결과, 냉매순환회로에 있어서의 냉매유량이 감소하여, 두점간 차압 APd 도 감소한다.

즉, 도 3 의 제어밸브 (46) 는, 전자탄성력 F 에 의해서 결정된 두점간 차압 APd 의 제어목표 (설정차압) 를 유지하도록, 이 두점간 차압 APd 에 따라서 내부자율적으로 작동로드 (53) 를 위치결정하는 구성으로 되어있다.

(제어체계)

도 2 및 도 3 에 나타낸 바와 같이, 차량용 공조장치는 그 제어전반을 담당하는 제어컴퓨터 (81) 를 구비하고 있다. 제어컴퓨터 (81) 는, CPU, ROM, RAM 및 I/O 인터-페이스를 구비하고 있다. A/C 스위치 (승무원이 조작하는 공조장치의 ON/OFF 스위치) (83), 차실온도를 검출하기 위한 내기온도센서 (84), 승무원이 차실의 온도를 설정하기 위한 온도설정기 (85), 증발기 온도검출수단으로서의 증발기후 온도센서 (86) 는, 제어컴퓨터 (81) 의 I/O의 입력단자에 접속되어 있다. 증발기 후 온도센서 (86) 는, 증발기 (86) 의 공기 취출측의 근방에 형성되어 있고, 증발기 (86) 를 통과함으로써 냉각된 공기의 온도 (이하 증발기 후 온도라고 함) 를 검출한다. 구동회로 (82) 는 제어컴퓨터 (81) 의 I/O 의 출력단자에 접속되어 있다.

상기 제어컴퓨터 (81) 는, 각 검지수단 (83∼86) 으로부터 제공되는 각종의 외부정보에 따라서 적절한 듀티비 Dt (설정차압) 를 연산하고, 구동회로 (82) 에 대하여 그 듀티비 Dt 에서의 구동신호의 출력을 지령한다. 구동회로 (82) 는, 명령된 듀티비 Dt 의 구동신호를 제어밸브 (46) 의 코일 (75) 에 출력한다. 코일 (75) 에 제공되는 구동신호의 듀티비 Dt 에 따라서, 제어밸브 (46) 의 솔레노이드부 (52) 의 전자탄성력 F 이 변화한다.

다음으로, 도 4 의 흐름도를 참조하여, 제어컴퓨터 (81) 에 의한 제어밸브 (46) 로의 듀티제어의 개요를 간단하게 설명한다.

차량의 이그니션 (ignition) 스위치 (또는 스타트스위치) 가 ON 되면, 제어컴퓨터 (81) 는 전력이 공급되어 연산처리를 시작한다. 제어컴퓨터 (81) 는, 단계 S101 (이하 단지「S101」이라고 함, 다른 단계도 이하 동일) 에 있어서 초기 유도프로그램에 따라서 각종의 초기설정을 행한다. 예컨대, 구동회로 (82) 로 지령하는 듀티비 Dt 에 초기치로서 0% 를 부여함과 동시에, 듀티비 Dt 의 상한치 DtMax 를 100% 로 설정한다. 듀티비 Dt 의 상한치 DtMax 를 100% 로 설정함으로써, 전자탄성력 F 의 크기 즉, 제어밸브 (46) 에 있어서의 밸브개도 조절동작의 기준으로 되는설정차압을, 이 제어밸브 (46) 의 구성상 설정할 수 있는 최대치까지의 사이로 변경하는 것이 허용된다. 또, 상한치 DtMax 는, 후술하는 바와 같이 100% 와 이 100% 미만의 값인 예컨대 40∼60% (본 실시형태에 있어서는 50%) 와의 사이에서 적절하게 전환된다. 상한치 DtMax 가 50% 로 설정되는 것은, 설정차압에 최대치까지의 사이에서 제한치 (상한치) 를 설정하는 것, 즉 공조장치의 냉방능력의 발휘에 제한이 가해지는 것을 의미한다.

S102 에서는, A/C 스위치 (83) 가 ON 될 때까지 이 스위치 (83) 의 ON/OFF 상황이 감시된다. A/C 스위치 (83) 가 ON 되면, S103 에 있어서 제어컴퓨터 (81) 는, 내기온도센서 (84) 로부터의 차실내 온도정보나 온도설정기 (85) 로부터의 설정온도정보에 근거하여 증발기 (38) 의 냉각상태를 결정한다. 즉 증발기 후 온도 Te(t) 의 목표온도 Te(set) 를, 예컨대 3∼12℃ 의 범위로 산출한다. 따라서, 내기온도센서 (84) 및 온도설정기 (85) 는 제어컴퓨터 (81) 와 동시에, 목표온도 Te(set) 를 설정하기 위한 온도설정수단을 이루고 있다.

S104 에 있어서 제어컴퓨터 (81) 는, 증발기 후 온도센서 (86) 의 검출온도 Te(t) 가 목표온도 Te(set) 보다 높은가 아닌가를 판정한다. S104 판정이 NO 의 경우, S105 에 있어서 검출온도 Te(t) 가 목표온도 Te(set) 보다 낮은가 아닌가를 판정한다. S105 판정도 NO 의 경우에는, 검출온도 Te(t) 가 목표온도 Te(set) 에 일치하고 있는 것으로 되기 때문에, 듀티비 Dt 는 그대로 유지된다.

S104 판정이 YES 의 경우, S106 에 있어서 제어컴퓨터 (81) 는 듀티비 Dt 를 단위량 AD 만큼 증대시킨다. 이「Dt + AD」의 구동신호가, 구동회로 (82) 로부터제어밸브 (46) 의 코일 (75) 로 출력되었다고 가정하면, 상술하였듯이 냉매순환회로에서의 냉매유량이 증대하여 증발기 (38) 의 냉각상태가 강해져, 증발기 후 온도 Te(t) 는 저하된다. S105 판정이 YES 의 경우, S107 에 있어서 제어컴퓨터 (81) 는 듀티 Dt 를 단위량 AD 만큼 감소시킨다. 이「Dt-AD」의 구동신호가, 구동회로 (82) 로부터 제어밸브 (46) 의 코일 (75) 에 출력되었다고 가정하면, 상술하였듯이 냉매순환회로에서의 냉매유량이 감소하여 증발기 (38) 의 냉각상태가 약해져, 증발기 후 온도 Te(t) 는 상승된다.

상기한 바와 같이 하여 냉방부하의 유무에 따라서 듀티비 Dt 가 수정된 후, 제어컴퓨터 (81) 는, 증발기 후 온도센서 (86) 로부터의 검출온도 Te(t) 와 미리 설정된 한계치온도 (예컨대 15-16℃) 와의 대소관계를 판정하여, 이 대소관계에 따라서 구동회로 (82) 로 지령하는 듀티비 Dt 의 상한치 DtMax 의 재설정을 행한다. 한계치온도 (15-16℃) 는, 목표온도 Te(set) 의 설정범위 (3∼12℃) 보다도 높게 설정되어 있다.

즉, S108 에 있어서 제어컴퓨터 (81) 는, 현재 설정되어 있는 상한치 DtMax 가 100% 인가 그렇지 않으면 50% 인가를 판정한다. S108 판정에서 상한치 DtMax 가 100% 로 판정된 경우, S109 에 있어서 증발기 후 온도센서 (86) 로부터의 검출온도 Te(t) 가, 한계치온도 (15-16℃) 의 하한온도 (15℃) 이하 인가 아닌가를 판정한다. S109 판정이 NO 의 경우, 상한치는 100% 로 유지된다. 반대로, S109 판정이 YES 의 경우, S110 에 있어서 상한치 DtMax 는, 100% 로부터 50% 로 설정변경된다.

한편, S108 판정에서 상한치 DtMax 가 50% 로 판정된 경우, S111 에 있어서증발기 후 온도센서 (86) 로부터의 검출온도 Te(t) 가, 한계치온도 (15-16℃) 의 상한온도 (16℃) 이상 인가 아닌가를 판정한다. S111 판정이 NO 의 경우, 상한치 DtMax 는 50% 로 유지된다. 반대로, S111 판정이 YES 의 경우, S112 에 있어서 상한치 DtMax 는, 50% 로부터 100% 로 설정변경된다.

도 5 는, 상술한 S108∼S112 처리를 그래프로 나타낸 것이다. 즉, 제어컴퓨터 (81) 는, 증발기 후 온도센서 (86) 로부터의 검출온도 Te(t) 가 한계치 (15-16℃) 의 하한온도 (15℃) 보다도 높은 상태로부터 낮은 상태로 하강한 경우, 듀티비 Dt 의 상한치 DtMax 를 100% 로부터 50% 로 설정변경함으로써 설정차압에 상한치를 설정한다. 반대로, 검출온도 Te(t) 가 한계치 (15-16℃) 의 상한온도 (16℃) 보다도 낮은 상태로부터 높은 상태로 상승한 경우, 듀티비 Dt 의 상한치 DtMax 를 50% 로부터 100% 로 설정변경 함으로써 설정차압의 상한치설정을 해제한다.

예컨대, 제어컴퓨터 (81) 는, 증발기 후 온도센서 (86) 의 검출온도 Te(t) 와 목표온도 Te(set) 와의 비교에 의해서 냉방부하의 유무를 판정할 뿐만 아니라, 목표온도 Te(set) 보다도 높게 설정된 한계치온도 (15-16℃) 와 검출온도 Te(t) 와의 비교에 의해서, 냉방부하의 정도를 판정하고 있다. 그리고, 검출온도 Te(t) 가 한계치온도 (15-16℃) 를 밑도는 경우에는, 냉방부하가 생기고 있지 않은가 혹은 생기고 있었다고 해도 작아서 공조장치의 냉방능력을 그다지 필요로 하지 않다고 판단하여, 이 냉방능력에 상한을 설정하는 것이다. 반대로, 검출온도 Te(t) 가 한계치온도 (15-16℃) 를 상회하고 있는 경우에는, 냉방부하가 커서 공조장치는 냉방능력을 최대한으로 발휘해야 할 필요가 있다고 판단하여, 이 냉방능력의 상한설정을 해제하는 것이다.

S113 에 있어서 제어컴퓨터 (81) 는, S104∼S107 의 처리에서 산출한 듀티비 Dt 가, 0% 를 밑돌고 있는가 아닌가를 판정한다. S113 판정이 YES 의 경우, S114 에 있어서 제어컴퓨터 (81) 는 듀티비 Dt 를 0% 에 수정한다. 한편, S113 판정이 NO 의 경우, S115 에 있어서 제어컴퓨터 (81) 는, S104∼S107 의 처리에서 산출한 듀티비 Dt 가, S108∼S112 의 처리에서 재설정한 상한치 DtMax 를 상회하고 있는가 아닌가를 판정한다. S115 판정이 NO 의 경우, S116 에 있어서 제어컴퓨터 (81) 는 S104∼S107 의 처리에서 산출한 듀티비 Dt 를 그대로 구동회로 (82) 로 지령한다. 한편, S115 판정이 YES 의 경우, S117 에 있어서 제어컴퓨터 (81) 는 상한치 DtMax 를 새로운 듀티비 Dt 로서 구동회로 (82) 로 지령한다.

상술한 S115 판정은, 상한치 DtMax 가 50% 로 설정되어 있는 경우에는, S104∼S107 의 처리로부터 산출된 설정차압이 상한치를 상회하고 있지 않은가를 감시하고 있는 것으로 된다. 그러나, 이 S115 판정은, 상한치 DtMax 가 100% 로 설정되어 있는 경우에는, 단지 듀티비 Dt 가, 구동회로 (82) 로부터 출력되는 구동신호의 실제 제어범위 (0∼100%) 를 상회하여 산출되어 있지 않은가 어떤가를 감시하고 있는 것에 지나지 않는다. 예컨대, 100% 를 상회하는 듀티비 Dt 가 구동회로 (82) 에 지령되었다고 해도, 당연히 설정차압은 100% 의 때와 동일한 최대치로 설정되는 것으로 된다. 그럼에도 관계하지 않고 100% 를 상회하는 듀티비 Dt 의 산출을 허용하지 않는 것은, 예컨대 구동회로 (82) 에 지령하는 듀티비 Dt 가 100% 를 상회한 상태에서 이 듀티비 Dt 를 감소시키려고 하면, 듀티비 Dt 가 100% 를 밑돌때까지는 설정차압이 최대치에 계속해서 유지되어 버리는 응답성악화의 문제가 생기기 때문이다. 이것은, 듀티비 Dt 가 0% 를 밑돌아 산출된 경우에 관해서도 동일하다고 말할 수 있다. 이 때문에, S113 및 S114 처리가 구비되고 있다.

상기 구성의 본 실시형태에 있어서는, 다음과 같은 효과를 얻는다.

(1) 본 실시형태에서는, 증발기 (38) 에서의 열부하상황에 영향을 받는 흡입압 Ps 그 자체를 제어밸브 (46) 의 개도제어에 있어서 직접 지표로 하는 일없이, 냉매순환회로에 있어서 두점의 압력감시점 P1, P2 사이의 차압 APd = PdH-PdL 을 직접 제어대상으로서 압축기 토출용량의 피드백제어를 실현하고 있다. 이 때문에, 증발기 (38) 에서의 열부하상황에 영향을 받는 일없이, 외부제어에 의해서 응답성 및 제어성이 높은 토출용량의 증가감소제어를 할 수 있다.

(2) 압축기의 운전효율은, 마찰의 증대 등의 요인으로 피스톤속도가 증대하면 악화하는 경향에 있다. 이 피스톤속도에는, 차량엔진 Eg 의 회전속도와 일의적인 관계에 있는 구동축 (16) 의 회전속도 (피스톤 (21) 의 1 왕복에 걸리는 시간이 결정된다), 및 토출용량 (피스톤 (21) 의 스트로크가 결정된다) 이 관계한다. 압축기는 차량엔진 Eg 에 보조기로서 구동되어 있는 입장에서, 자기편의를 이유로 차량엔진 Eg 의 회전속도를 변화시킬 수 없다. 따라서, 압축기를 효율 좋게 사용하기 위해서, 나아가서 차량엔진 Eg 의 운전효율을 향상시켜 그 연료소비량을 감소시키기 위해서는, 차량엔진 Eg의 회전속도가 고속도영역에 있어서는, 토출용량이 최대로 제어되지 않도록 할 필요가 있다. 이는, 압축기를 고부하상태에 빠지지 않게 하는 압축기보호의 관점에서도 중요하다. 그 것을 위해서는, 압축기가 최대 토출용량이고, 또한, 차량엔진 Eg 의 회전속도가 고속도영역보다도 낮은 영역에서 초래되는 두점간 차압 APd = PdH-PdL 을, 듀티비 Dt 가 100% 시에 초래되는 설정차압의 최대치로서 제어밸브 (46) 를 설계할 필요가 있다. 이와 같이하면, 차량엔진 Eg 의 회전속도가 고속도영역에 들어가면, 토출용량이 최대에서는 두점간 차압 APd 가 반드시 설정차압의 최대치를 상회하게 되어, 압축기는 내부 자율적으로 토출용량을 최대로부터 감소시키게 된다.

그런데, 차실내가 덥고, 증발기 후 온도 Te(t) 가 목표온도 Te(set) 을 훨씬 상회하고 있을 가능성이 있는 냉방초기에 있어서는, 차량엔진 Eg 의 회전속도에 관계하지 않고 그 시점에서의 최대한의 냉방능력을 발휘할 수 있는 것이 공조장치에 요구된다. 따라서, 공조장치로서는, 고효율 및 저부하 운전보다도 고냉방부하에 대응할 수 있는 것에 주안을 둔 설계의 제어밸브 (46) 를 채용하는 것으로 된다. 즉, 압축기가 최대 토출용량이고 또한, 차량엔진 Eg 의 회전속도가 고속도영역에 초래하는 두점간 차압 APd 을, 설정차압의 최대치로서 제어밸브 (46) 를 설계하는 것이다. 이와 같이하면, 토출용량이 최대이어도, 차량엔진 Eg의 회전속도가 그다지 높지 않은 한 (현실적으로는, 압축기의 효율악화로부터 차량엔진 Eg 의 회전속도가 고속도영역에 들어가면 냉매유량이 한계점으로 되어, 「차량엔진 Eg의 회전속도가 아무리 빠르게 되어도」로 환언할 수 있다), 두점간 차압 APd = PdH-PdL 이 설정차압의 최대치를 상회하는 일은 없다. 이 때문에, 압축기는, 듀티비 Dt 가 100% 로 되면 반드시 토출용량을 최대로 한다. 따라서, 공조장치는, 차량엔진 Eg의 회전속도에 관계하지 않고 그 시점에서의 최대한의 냉방능력을 발휘할 수 있고, 고냉방부하에도 충분히 대응할 수 있다.

본 실시형태의 차량용 공조장치는, 상술하였듯이 냉방초기 등의 고냉방부하에 주안을 둔 제어밸브 (46) 의 설계를 위해, S108∼S117 의 처리를 구비하고 있지 않다고 가정하면 다음과 같은 문제가 발생한다. 증발기 후 온도 Te(t) 가 목표온도 Te(set)에 향하여, 예컨대 한계치온도 (15-16℃) 정도에 까지 저하되었다고 하자. 증발기 후 온도 Te(t) 가 한계치온도 (15-16℃) 를 밑돌면, 냉방부하는 작게 되어 있다고 말할 수 있고, 그 이후 증발기 후 온도 Te(t) 를 목표온도 Te(set) 까지 저하시키는 데, 그 시점에서의 최대한의 냉방능력을 반드시 발휘할 필요는 없다.

그런데, S108∼S112의 처리를 구비하고 있지 않다는 것은, 듀티비 Dt 의 100% 까지의 사용을 항상 허용하는 구성이라는 것이다. 이 때문에, 증발기후 온도 Te(t) 가 목표온도 Te(set) 의 한계 부근까지 저하하여 냉방부하가 작은 상태이어도, 이 증발기 후 온도 Te(t) 가 목표온도 Te(set) 를 밑돌아 냉방부하가 없어졌다 라고 판단될 때까지는, 듀티비 Dt 가 100% 로 계속해서 설정되어 버리는 염려 있다. 듀티비 Dt 가 100% 로 설정되어 버리면, 상술한 제어밸브 (46) 의 특성으로부터, 차량엔진 Eg 의 회전속도가 고속도영역에 들어가더라도, 압축기의 토출용량은 최대로 유지되어 차량용 공조장치는 최대한의 냉방능력을 계속해서 발휘한다. 즉, 압축기는 불필요하게 저효율 및 고부하상태에 빠지고 있는 것으로 된다.

그러나, S108∼S112의 처리를 구비한 본 실시형태에 있어서는, 증발기후 온도 Te(t) 가 한계치온도 (15-16℃) 를 밑돌면 냉방부하는 작은 것으로 판단하여, 증발기후 온도 Te(t) 가 목표온도 Te(set) 에 까지 도달하지 않아도, 듀티비 Dt 의사용을 50% 까지로 하고 있다. 따라서, 증발기후 온도 Te(t) 가 한계치온도 (15-16℃) 를 밑돈 상태에서는, 설정차압이 상한치 (듀티비 Dt = 50%에 대응) 을 상회하여 설정되는 일은 없고, 가령 설정차압이 상한치로 설정되었다고 해도, 차량엔진 Eg 의 회전속도가 고속도영역에 들어가면, 토출용량이 최대에서는 두점간 차압 APd 이 설정차압의 상한치를 반드시 상회하게 되고 (그와 같이 상한치 50% 는 설정되어 있다), 압축기의 토출용량은 내부자율적으로 확실하게 감소된다. 이와 같이, 압축기가 불필요하게 저효율 및 고부하상태에 빠지는 일은 없으며, 나아가서는 차량엔진 Eg 의 운전효율을 향상시켜 그 연료소비량을 감소시킬 수 있고, 압축기의 보호도 되어 그 장기내용 (長期耐用) 을 달성할 수 있다. 또한, 차량엔진 Eg 의 회전속도가 고속도영역에 있어서, 바꿔 말하면 차량엔진 Eg 의 고부하상태에 있어서 압축기의 토출용량 (부하토크) 가 최대로 되지 않는 것은, 차량엔진 Eg 의 압축기 구동부하를 경감하여 차량의 고속주행성능이나 가속성능을 향상시키는 일이나, 차량엔진 Eg 의 발열량을 억제하여 그것을 냉각하기 위한 냉각장치 (특히 열교환기) 를 소형화하는 것에도 이어진다.

(3) 본 실시형태로서는, 한계치온도 (15-16℃) 에 하한 및 상한온도를 설정하여, 듀티비 Dt 의 상한치 DtMax 가 100% 로부터 50% 로 설정변경될 때의 증발기 후 온도 Te(t) 와, 상한치 DtMax 가 50% 로부터 100% 로 설정변경될 때의 증발기 후 온도 Te(t) 를 각각 다르도록 한다고 하는 히스테리시스특성을 갖게 하였다. 이에 의해, 단지 한계치온도만이 설정되어 있는 경우에 발생하기 쉬운 채터링을 회피하여, 압축기에 무리가 없는 안정한 토출용량제어를 가능하게 한다. 또한, 채터링이란, 증발기 후 온도 Te(t) 와 단지 한계치온도와의 비교에 있어서의 양자의 대소관계역전의 빈발에 의한, 상한치 DtMax 의 설정변경의 순간다발을 말한다.

(4) 제어컴퓨터 (81) 는, 내기온도센서 (84) 로부터의 차실온도나 온도설정기 (85) 로부터의 설정온도에 따라서 증발기 후 온도 Te(t) 의 목표온도 Te(set) 를 조절한다. 예컨대, 공조장치는, 냉방요구의 정도에 따라서 증발기 (38) 의 냉각상태를 변경가능한 구성이고, 예컨대 내기온도센서 (84) 나 온도설정기 (85) 를 구비하지 않고서, 미리 고정된 목표온도 Te(set) 를 유지하는 구성과 비교하여, 압축기의 성동력화나 공조의 쾌적성향상 (예컨대 차실내로 내뿜어지는 공기의 온도변동이 억제된다) 을 도모할 수 있다. 즉, 이 비교예의 경우, 냉방요구의 정도가 가장 큰 경우 (승무원이 가장 낮은 차실온도를 요구하고 있는 경우) 를 상정하고, 그것에 응하도록 목표온도 Te(set) 를 낮게 고정하여 두지 않으면 안되고, 따라서 냉방요구의 정도가 작은 경우에는 불필요하게 증발기 (38) 가 냉각되기 때문이다. 또, 이 비교예의 경우, 냉방요구의 정도가 작으면, 증발기 (38) 를 통과하여 냉각된 공기는, 예컨대 차량엔진 Eg 의 이동시의 발열을 이용한 도시하지 않은 히터에 의해서 적절히 온도상승 (재가열) 시켜진 후에 차실로 내뿜어지게 된다.

(5) 압축기는, 크랭크실 (15) 의 내압 Pc 을 제어함으로써 피스톤 (21) 의 스트로크를 변경 가능하게 구성된 경사판식의 가변용량형 압축기이고, 본 실시형태의 제어장치는 이 경사판식의 가변용량형 압축기의 용량제어에 가장 적합하다.

또한, 본 발명의 취지에서 일탈하지 않는 범위에서 이하의 태양에서도 실시할 수 있다.

● 한계치온도를 단일의 온도로 하여도 된다.

● 증발기 (38) 의 냉각상태로서, 이 증발기 (38) 의 표면의 온도를 직접 검출하도록 구성하여도 된다.

● 내기온도센서 (84) 나 온도설정기 (85) 를 구비하지 않고서, 목표온도 Te(set) 를 고정치로 하는 것.

● 제 1 압력감시점 P1 을 증발기 (38) 와 흡입실 (22) 과의 사이의 흡입압력영역에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 P2 을 동일 흡입압력영역에 있어서 제 1 압력감시점 P1 의 하류측에 설정하는 것.

● 제 1 압력감시점 P1 을 토출실 (23) 과 응축기 (36) 와의 사이의 토출압력영역에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 P2 을 증발기 (38) 와 흡입실 (22) 과의 사이의 흡입압력영역에 설정하는 것.

● 제 1 압력감시점 P1 을 토출실 (23) 과 응축기 (36) 와의 사이의 토출압력영역에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 P2 을 크랭크실 (15) 에 설정하는 것. 또는, 제 1 압력감시점 P1 을 크랭크실 (15) 에 설정함과 동시에, 제 2 압력감시점 P2 을 증발기 (38) 와 흡입실 (22) 과의 사이의 흡입압력영역에 설정하는 것. 예컨대, 압력감시점 P1, P2 은 상기 실시형태와 같이, 냉매순환회로의 소위 주회로 (외부냉매회로 (35) (증발기 (38)) →흡입실 (22) →실린더보어 (20) →토출실 (23) →외부냉매회로 (35) (응축기 (36))) 에 설정하는 것, 바꿔 말하면 고압영역 및/또는 저압영역에 설정하는 것에 한정되는 것이 아니라, 냉매순환회로의 부회로로서 위치를 부여받는다, 용량제어용의 냉매회로 (급기통로 (42, 44) →크랭크실 (15)→추기통로 (31)) 를 구성하는 중간압영역으로서의 크랭크실 (15) 에 설정하여도 된다. 또, 후자의 별도예의 경우에는, 압축기의 토출용량이 증대하면 두점간 차압 APd = Pc-Ps 이 감소하는 구성이다 (상기 실시형태와는 반대) . 따라서, 증발기 후 온도 Te(t)가 한계치온도 (15-16℃) 를 밑돌면, 두점의 압력감시점 사이의 차압 APd 에 제한치로서의 하한치를 설정하는 것으로 된다. 그리고, 설정차압결정수단 (81) 은, 설정차압산출수단에 의해 산출된 설정차압과 제한치 설정수단에 의해 설정된 하한치를 비교하여, 설정차압이 하한치 이상이면 설정차압을, 설정차압이 하한치를 밑돌면 하한치를 새로운 설정차압으로 취급하는 것으로 된다.

● 예컨대, 제어밸브를 전기밸브구동 구성만으로 하고, 두점의 압력감시점 P1, P2 의 압력 PdH, PdL 을 각각 압력센서에 의해 검출하는 것. 이 경우, 각 압력감시점 P1, P2 의 압력 PdH, PdL 을 검출하는 압력센서가 차압검출수단을 구성한다.

● 제어밸브를, 급기통로 (42, 44) 로가 아닌 추기통로 (31) 의 개도조절에 의해 크랭크 압력 Pc 을 조절한다, 소위 발측 (拔側) 제어밸브이어도 된다.

● 제어밸브를, 급기통로 (42, 44) 및 추기통로 (31) 의 양쪽의 개도조절에 의해 크랭크 압력 Pc 을 조절하는 3 방향 밸브 구성이어도 된다.

● 동력전달기구 PT 로서, 전자클러치 등의 클러치기구를 구비한 것을 채용하는 것.

● 워블식의 가변용량형 압축기의 제어장치에 있어서 구체화하는 것.

상기 실시형태로부터 파악할 수 있는 기술적 사상에 관해서 기재하면, 압축기는,크랭크실의 내압을 제어하는 것으로 피스톤의 스트로크를 변경 가능하게 구성된 경사판식 또는 워블식의 가변용량형 압축기인 청구항 1 항∼청구항 4 항의 중의 어느 한 항의 기재의 가변용량형 압축기의 제어장치.

상기 구성의 본 발명에 의하면, 종래의 흡입압감응형 제어밸브가 내재하고 있었던 문제, 예컨대 토출용량의 제어성 및 응답성이 증발기에서의 열부하상황에 영향받는 문제를 해소할 수 있다.

또한, 압축기의 운전상태가, 저효율 및 고부하의 영역에 불필요하게 들어가는 것을 규제할 수가 있고, 압축기의 외부구동원의 운전효율을 향상시킬 수 있으며, 압축기의 보호도 되어 그 장기내용을 달성할 수 있다.

Claims (4)

1. 공조장치의 냉매순환회로를 구성하는 가변용량형 압축기의 토출용량을 제어하기 위한 제어장치에 있어서,

   상기 냉매순환회로에 설정된, 가변용량형 압축기의 토출용량이 반영되는 두점의 압력감시점 사이의 차압을 검출하는 차압검출수단과,

   상기 공조장치의 냉매순환회로를 구성하는 증발기의 냉각상태를 온도정보로서 검출하는 증발기 온도검출수단과,

   상기 증발기 온도검출수단으로부터의 검출온도와, 이 증발기온도의 제어목표인 목표온도에 근거하여, 두점의 압력감시점 사이의 차압의 제어목표로 되는 설정차압을 산출하는 설정차압 산출수단과,

   상기 증발기 온도검출수단으로부터의 검출온도가, 목표온도와 비교하여 높게 설정된 한계치 온도보다도 높은 상태로부터 낮은 상태로 하강한 경우에는, 두점의 압력감시점 사이의 차압에 제한치를 설정하고, 검출온도가 한계치 온도보다도 낮은 상태로부터 높은 상태로 상승한 경우에는 제한치의 설정을 해제하는 제한치 설정수단과,

   상기 설정차압 산출수단에 의해 산출된 설정차압과 제한치 설정수단에 의해 설정된 제한치를 비교하고, 설정차압이 시사하는 가변용량형 압축기의 토출용량이 제한치가 시사하는 토출용량 이하이면 설정차압을 그대로 취급하고, 설정차압이 시사하는 토출용량이 제한치가 시사하는 토출용량을 상회하면, 제한치를 새로운 설정차압으로서 취급하는 설정차압 결정수단과,

   상기 설정차압 결정수단으로부터의 설정차압에 차압검출수단이 검출한 차압이 가까워지도록 가변용량형 압축기의 토출용량을 제어하는 압축기제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 가변용량형 압축기의 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 한계치온도에는 각각 다른 상한온도와 하한온도가 설정되고,

   상기 제한치 설정수단은, 증발기 온도검출수단으로부터의 검출온도가 하한온도보다도 높은 상태로부터 낮은 상태로 하강한 경우에는 두점의 압력감시점 사이의 차압에 제한치를 설정하고, 검출온도가 상한온도보다도 낮은 상태로부터 높은 상태로 상승한 경우에는 제한치의 설정을 해제하는 것인 가변용량형 압축기의 제어장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 증발기 온도검출수단은, 증발기의 근방에 설치되어, 증발기를 통과한 공기의 온도를 검출하는 가변용량형 압축기의 제어장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 증발기온도의 목표온도를 조절 가능한 온도설정수단을 구비하고 있는 가변용량형 압축기의 제어장치.