冷凍サイクル
【課題】可変容量圧縮機による負荷低減に際して制御弁への制御電流を急低下させてから復帰する際に、その可変容量圧縮機のソフトスタートを安定に実現できるようにする。
【解決手段】冷凍サイクルによれば、可変容量圧縮機用制御弁をいわゆるＰｄ−Ｐｃ弁として構成するとともに、可変容量圧縮機の吐出室の出口に逆止弁を設けた。これにより、加速カット時など設定差圧の設定変更に際して可変容量圧縮機の吐出容量が低減されるときには、逆止弁により吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧の低下が促進される。また、クランク圧力Ｐｃが制御対象のパラメータに含まれるため、仮に外部情報に基づいて可変容量圧縮機用制御弁への通電量が急低下したとしても、そのクランク圧力Ｐｃの急上昇を抑制できる。
【解決手段】冷凍サイクルによれば、可変容量圧縮機用制御弁をいわゆるＰｄ−Ｐｃ弁として構成するとともに、可変容量圧縮機の吐出室の出口に逆止弁を設けた。これにより、加速カット時など設定差圧の設定変更に際して可変容量圧縮機の吐出容量が低減されるときには、逆止弁により吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧の低下が促進される。また、クランク圧力Ｐｃが制御対象のパラメータに含まれるため、仮に外部情報に基づいて可変容量圧縮機用制御弁への通電量が急低下したとしても、そのクランク圧力Ｐｃの急上昇を抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍サイクルに関し、特に自動車用空調装置に好適な冷凍サイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用空調装置は、一般に、その冷凍サイクルを流れる冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒にして吐出する圧縮機、そのガス冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮された液冷媒を断熱膨張させることで低温・低圧の冷媒にする膨張装置、その冷媒を蒸発させることにより車室内空気との熱交換を行う蒸発器等を備えている。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻され、冷凍サイクルを循環する。
【０００３】
この圧縮機は、車両の走行状態によって回転数が変化するエンジンを駆動源としているため、回転数制御を行うことができない。そこで、エンジンの回転数によらず適切な冷房能力を得るために、冷媒の吐出容量を可変できる可変容量圧縮機が用いられている。
【０００４】
このような可変容量圧縮機では、エンジンによって回転駆動される軸に取り付けられた揺動板に圧縮用のピストンが連結されている。そして、揺動板の角度を変化させてピストンのストロークを変えることにより冷媒の吐出量を調整するようにしている。この揺動板の角度は、密閉されたクランク室内に吐出冷媒の一部を導入し、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることによって連続的に変えられる。このクランク室内の圧力は、例えば可変容量圧縮機の吐出室とクランク室との間に設けられた可変容量圧縮機用制御弁（以下、単に「制御弁」ともいう）により制御される。
【０００５】
ところで、このような可変容量圧縮機は、上述のようにエンジンを駆動源としているため、エンジンの大きな負荷になり得る。このため、例えば車両の加速時や登坂走行時など、エンジンの動力を車両の推進力に振り向けたい高負荷時には、その可変容量圧縮機の吐出容量を最小化してその負荷を低減する制御が行われる。例えば、可変容量圧縮機の冷媒の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に基づいて容量制御を行う構成を有するとともに、さらにその差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）の低下を促進するための逆止弁を設けた空調装置も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
この空調装置では、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が制御目標値である設定差圧に近づくように制御弁が自律的に動作する。このため、吐出圧力Ｐｄ自体の大きさに基づいた容量制御が行われ、吐出容量を変化させるのにレスポンスが良いというメリットがある。そして、さらに吐出室に逆止弁を設けることにより、吐出室から凝縮器への冷媒の流れのみを許容することで、吐出圧力Ｐｄが凝縮器側の圧力よりも低下することを促進するため、相対的に差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が速やかに低減される。吐出圧力Ｐｄを制御対象のパラメータに含むため、いわゆる加速カット制御等が行われた場合には、吐出容量を即座に減少させて可変容量圧縮機の負荷トルクを低減し、エンジンの動力を確保できるようになる。また、特許文献１によれば、このような技術により、その加速カット制御において制御弁に供給する制御電流のデューティ比がゼロにされても、その復帰時の戻し制御が予め設定された復帰パターンに沿って良好に行えるとされている。
【特許文献１】特開２００１−１５３０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、発明者らは、上述した技術では加速カット制御からの復帰時の戻し制御が必ずしも理想的には行われないという見解に到った。図５は、上記先行技術において想定される制御弁の通電制御の様子を表す説明図である。横軸は時間経過を表し、縦軸は上段から制御電流のデューティ比、各圧力、可変容量圧縮機の負荷トルクをそれぞれ表している。
【０００８】
すなわち、加速カット制御によってデューティ比がゼロにされた時間ｔ１１においては、クランク圧力Ｐｃが急上昇する。これは、制御電流の遮断により制御弁が全開状態となり、導入される高圧の吐出圧力Ｐｄの影響が一時的に大きくなるためと考えられる。一方、可変容量圧縮機が再び容量制御状態へ移行するためには、ピストンの両面にかかる圧力の偏りが小さくなってそのピストンが変位を開始できるよう、クランク圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が所定値以下となる必要がある。このため、クランク圧力Ｐｃが低下してその吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が所定値以下となるまで、ある程度の時間的インターバルが必要となる。このインターバルを待たずに図示のように時間ｔ１２にて制御電流のデューティ比を上げても、可変容量圧縮機の負荷トルクは上がらず、容量制御には到らない。この負荷トルクは、所定時間が経過して差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が所定値ΔＰ以下になった時間ｔ１３から上昇し始める。つまり、戻し制御の開始に対して容量制御の開始がΔｔだけ遅れることになる。このように、戻し制御の開始に対して実際の容量制御の開始が遅れると、制御の不整合によりいわゆるソフトスタートの理想的な実現ができなくなる可能性がある。
【０００９】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、可変容量圧縮機による負荷低減に際して制御弁への制御電流を急低下させてから復帰する際に、その可変容量圧縮機のソフトスタートを安定に実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の冷凍サイクルは空調装置を構成する。この冷凍サイクルは、吸入室から吸入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機と、可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、可変容量圧縮機の吐出室の吐出圧力とクランク室のクランク圧力との差圧に基づいて自律的に弁部を開閉し、その差圧が制御目標値である設定差圧に近づくように吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を調整して、可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる可変容量圧縮機用制御弁と、所定の外部情報に基づいて設定差圧を決定し、その設定差圧に基づいて可変容量圧縮機用制御弁への通電制御を行う制御部と、設定差圧の設定変更に際して可変容量圧縮機の吐出容量が低減されるときに、吐出圧力とクランク圧力との差圧の低下を促進する差圧低下促進部と、を備える。
【００１１】
この態様によれば、可変容量圧縮機用制御弁が、その弁部を自律的に開閉して可変容量圧縮機の吐出圧力とクランク圧力との差圧が設定圧力に近づくように制御する。そして、設定差圧の設定変更に際して可変容量圧縮機の吐出容量が低減されるときには、差圧低下促進部により吐出圧力とクランク圧力との差圧の低下が促進される。このように吐出圧力が制御対象のパラメータに含まれるため、その吐出容量の低減を速やかに行うことができる。また、吐出圧力とクランク圧力との差圧を一定に保持しようとするそれまでの自律的な動作の影響もあり、可変容量圧縮機用制御弁への通電量が急低下したとしても、クランク圧力の急上昇が抑制される。このため、クランク圧力と吸入圧力との差圧を相対的に小さく保持でき、可変容量圧縮機用制御弁への通電制御が再開される際には、可変容量圧縮機を速やかに容量制御状態へ移行させてそのソフトスタートを安定に実現することができる。
【００１２】
本発明の別の態様も空調装置を構成する冷凍サイクルである。この冷凍サイクルは、吸入室から吸入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機と、可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、可変容量圧縮機の吐出室の吐出圧力とクランク室のクランク圧力との差圧に基づいて自律的に弁部を開閉し、その差圧が制御目標値である設定差圧に近づくように吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を調整して、可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる可変容量圧縮機用制御弁と、所定の外部情報に基づいて設定差圧を決定し、その設定差圧に基づいて可変容量圧縮機用制御弁への通電制御を行うとともに、外部情報に基づいて可変容量圧縮機の負荷トルクを実質的にゼロにする際には、通電制御の電流値を、可変容量圧縮機が最小容量運転から容量制御運転に直ちに遷移可能な境界電流値に保持する制御部と、を備える。
【００１３】
この態様によれば、可変容量圧縮機用制御弁が、その弁部を自律的に開閉して可変容量圧縮機の吐出圧力とクランク圧力との差圧が設定圧力に近づくように制御する。そして、可変容量圧縮機の負荷トルクを実質的にゼロにする際には、通電制御の電流値がゼロにされるのではなく、可変容量圧縮機が最小容量運転から容量制御運転に直ちに遷移可能な境界電流値に保持される。すなわち、クランク圧力が制御対象のパラメータに含まれるため、上述のように可変容量圧縮機用制御弁への通電量が急激に低下したとしても、そのクランク圧力の急上昇を抑制でき、クランク圧力と吸入圧力との差圧を相対的に小さく保持できる。また、通電制御の電流値が境界電流値に保持されているため、弁部が全開状態にはならず、可変容量圧縮機用制御弁への通電制御が再開される際には、可変容量圧縮機を速やかに制御状態へ移行させてそのソフトスタートを安定に実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の冷凍サイクルによれば、可変容量圧縮機による負荷低減に際して可変容量圧縮機用制御弁への制御電流を急低下させてから復帰する際に、その可変容量圧縮機のソフトスタートを安定に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては、便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を上下と表現することがある。
【００１６】
図１は、実施の形態に係る冷凍サイクルを表すシステム構成図である。
この冷凍サイクルは、車両用空調装置を構成し、冷凍サイクルを循環する冷媒を圧縮する可変容量圧縮機１、圧縮された冷媒を凝縮して冷却する凝縮器２（「外部熱交換器」に該当する）、凝縮された冷媒を断熱膨張させる膨張装置３、および膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器４を備えている。
【００１７】
可変容量圧縮機１は、気密に形成されたクランク室５１内に回転自在に支持された図示しない回転軸を有している。この回転軸には揺動板が傾斜角可変に設けられており、その一端はクランク室５１の外部に延出してプーリを介してエンジンの出力軸と接続されている。この回転軸の回りには複数のシリンダ５２が配設され、揺動板の回転運動により往復運動を行うピストンが配置されている。各シリンダ５２は、吸入弁および吐出弁を介して吸入室５３、吐出室５４のそれぞれに接続されている。可変容量圧縮機１は、蒸発器４から送出されて吸入室５３を介してシリンダ５２に導入された冷媒を圧縮し、吐出室５４から凝縮器２へ向けて吐出する。クランク室５１と吸入室５３とを連通する冷媒通路にはオリフィス５６が設けられており、クランク室５１内の圧力を減圧して吸入室５３側へ導出可能になっている。
【００１８】
可変容量圧縮機１の揺動板は、その角度がクランク室５１内で揺動板を付勢するスプリングの荷重や、揺動板につながるピストンの両面にかかる圧力による荷重等がバランスした位置に保持される。この可変容量圧縮機１の揺動板の角度は、クランク室５１内に吐出冷媒の一部を導入してクランク圧力Ｐｃを変化させ、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることによって連続的に変えられる。この揺動板の角度の変化によってピストンのストロークを変えることにより、冷媒の吐出量を調整するようにしている。このクランク室５１内の圧力は、可変容量圧縮機１の吐出室５４とクランク室５１との間に設けられた可変容量圧縮機用制御弁５により制御される。
【００１９】
可変容量圧縮機用制御弁５は、可変容量圧縮機１の吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧に基づいて自律的に弁部を開閉し、その差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が制御目標値である設定差圧に近づくように吐出室５４からクランク室５１に導入する冷媒流量を調整する。これにより、可変容量圧縮機１の吐出容量が変化する。可変容量圧縮機用制御弁５は、ソレノイド駆動の電磁弁として構成され、制御部６により通電制御されるが、その構造の詳細については後述する。
【００２０】
制御部６は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース等を備える。制御部６は、エンジン回転数、車室内外の温度、蒸発器４の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて上記設定差圧を決定し、その設定差圧に基づいて可変容量圧縮機用制御弁５への通電制御を行う。例えば車両の加速時や登坂走行時などのエンジンの高負荷状態において可変容量圧縮機１の負荷トルク低減を目的とする加速カット要求があると、制御部６は、通電制御の電流値を、可変容量圧縮機が最小容量運転から容量制御運転に直ちに遷移可能な境界電流値まで降下させて保持する。
【００２１】
膨張装置３は、いわゆる温度式膨張弁として構成されており、蒸発器４の出口側の冷媒温度をフィードバックしてその弁開度を調整し、熱負荷に応じた液冷媒を蒸発器４へ供給する。蒸発器４を通過した冷媒は可変容量圧縮機１に戻され、再び圧縮される。
【００２２】
また、可変容量圧縮機１の吐出室５４と凝縮器２との間の冷媒通路には、差圧低下促進部としての逆止弁７が設けられている。この逆止弁７は、吐出室５４から凝縮器２への冷媒の流れのみを許容して凝縮器２側からの逆流を防止するとともに、吐出圧力Ｐｄが凝縮器２側の圧力よりも低下することを促進するものである。具体的には、逆止弁７は、冷媒通路に配置されるボディ、ボディに一体的に形成された弁座、弁座に接離して弁部を開閉する弁体、弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段としてのスプリング等を備えている。この逆止弁７は弁体の前後差圧が所定値以上になると自律的に開弁する。すなわち、逆止弁７の吐出室５４側の吐出圧力Ｐｄと凝縮器２側の圧力Ｐｄｌとの差圧による荷重がスプリングのばね荷重を上回る限りにおいて開弁状態となり、吐出室５４から凝縮器２への冷媒の流れのみを許容する。その結果、吐出圧力Ｐｄが凝縮器２側の圧力よりも低下することを促進する差圧低下促進部として機能する。なお、本実施の形態において、逆止弁７は機械式の弁であるが、電磁駆動により開閉されるものであってもよい。
【００２３】
図２は、可変容量圧縮機用制御弁の概略構成を示す断面図である。
可変容量圧縮機用制御弁５は、可変容量圧縮機１の吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）を設定差圧に保つように、吐出室５４からクランク室５１に導入する冷媒流量を制御するいわゆるＰｄ−Ｐｃ弁として構成されている。
【００２４】
この可変容量圧縮機用制御弁５は、吐出冷媒の一部をクランク室５１へ導入するための冷媒通路を開閉する弁本体８と、弁本体８の弁部の開度を調整してクランク室５１へ導入する冷媒流量を制御するソレノイド９とを一体に組み付けて構成される。
【００２５】
弁本体８は、そのボディ１０の内部に弁機構を備えている。ボディ１０の上部には、可変容量圧縮機１の吐出室５４に連通して吐出圧力Ｐｄを受けるポート１１が設けられている。ポート１１は、ボディ１０の側部に設けられたポート１３と内部で連通している。ポート１３は、可変容量圧縮機１のクランク室５１に連通し、そのクランク室５１に制御されたクランク圧力Ｐｃを導出する。
【００２６】
ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路には、円筒状の弁座形成部材１４が圧入されており、その内部通路により弁孔１５が形成されている。また、弁座形成部材１４のクランク室５１側の端面により弁座１６が形成されている。
【００２７】
また、弁座１６にクランク室５１側から対向して、長尺状の作動ロッド１７の一端部からなる弁体１８が接離自在に配置されている。弁体１８は、ボディ１０の中央に設けられたガイド孔１９に摺動可能に軸支されている。弁体１８は、弁孔１５の下流側でクランク室５１に連通する圧力室２１に配置され、その先端面の外周縁が弁座１６に着脱することにより弁孔１５を開閉する。作動ロッド１７とボディ１０との間には、作動ロッド１７をソレノイド９側、つまり開弁方向に付勢するスプリング４１が介装されている。
【００２８】
ボディ１０の側部のポート１３から下方に離間した位置には、同じくクランク室５１に連通してクランク圧力Ｐｃを受けるポート２２が形成されている。ボディ１０とソレノイド９とにより囲まれたこのポート２２と連通する内部空間は、クランク圧力Ｐｃが導入される圧力室２５を形成する。クランク圧力Ｐｃは、ソレノイド９の内部にも導入される。
【００２９】
一方、ソレノイド９は、ヨークとしても機能するケース３１と、ボディ１０の下端部とケース内上端部とをまたぐように配設されたコア３２と、コア３２と軸線方向に対向配置されたプランジャ３３と、外部からの供給電流により磁気回路を生成する電磁コイル３４とを備えている。ケース３１は、その上端部がボディ１０の下端部に接合されている。
【００３０】
コア３２には、その中央を軸線方向に貫通する挿通孔３５が設けられており、ソレノイド力を弁体１８へ伝達するためのシャフト２０を挿通している。コア３２の上端部とシャフト２０との間には、所定のクリアランスが設けられているため、このクリアランスを介して圧力室２５内のクランク圧力Ｐｃがソレノイド９の内部にも導入される。
【００３１】
コア３２には、また、筒状のスリーブ３６が外挿されている。スリーブ３６内においては、プランジャ３３がコア３２の下方で軸線方向に進退可能に配置されている。また、スリーブ３６内の下端部には軸受部材３７が固定配設され、シャフト２０の下端部が摺動可能に軸支されている。シャフト２０は、その下部にプランジャ３３が圧入されている。
【００３２】
プランジャ３３とコア３２との間には、プランジャ３３をコア３２から離間させる方向に付勢するスプリング４２が介装されている。また、プランジャ３３と軸受部材３７との間には、プランジャ３３をコア３２に近接させる方向に付勢するスプリング４３が介装されている。
【００３３】
以上の構成において、作動ロッド１７に関して圧力室２１導入されたクランク圧力Ｐｃと圧力室２５に導入されたクランク圧力Ｐｃとが部分的にキャンセルされる。このため、弁体１８には、ほぼ弁孔１５の大きさの受圧面積に対して吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が実質的に作用する。弁体１８は、差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）がソレノイド９に供給された制御電流にて設定された設定差圧に保持されるように動作する。
【００３４】
次に、可変容量圧縮機用制御弁の基本的動作について説明する。
図１に示した可変容量圧縮機用制御弁５において、スプリング４１およびスプリング４２による開弁方向のばね荷重は、スプリング４３による閉弁方向のばね荷重よりも大きく設定されている。このため、ソレノイド９が非通電のときには、吐出圧力Ｐｄにより弁体１８が弁座１６から離間して弁部が全開状態に保持される。このとき、可変容量圧縮機の吐出室５４からポート１１に導入された吐出圧力Ｐｄの高圧冷媒は、全開状態の弁部を通過し、ポート１３からクランク室５１へと流れることになる。したがって、クランク圧力Ｐｃが吐出圧力Ｐｄに近い圧力になるため、可変容量圧縮機は吐出容量が最小となる最小容量運転を行うことになる。
【００３５】
一方、自動車用空調装置の起動時または冷房負荷が最大のときには、ソレノイド９に供給される電流値は最大になり、プランジャ３３は、コア３２に最大の吸引力で吸引される。このとき、弁体１８を含む作動ロッド１７、シャフト２０およびプランジャ３３が、一体になって閉弁方向に動作し、弁体１８が弁座１６に着座する。この閉弁動作によってクランク圧力Ｐｃが低下するため、可変容量圧縮機は吐出容量が最大となる最大容量運転を行うことになる。
【００３６】
ここで、容量制御時においてソレノイド９に供給される電流値が所定値に設定されているときには、弁体１８を含む作動ロッド１７、シャフト２０およびプランジャ３３が一体動作する。このとき、弁体１８は、作動ロッド１７を開弁方向に付勢するスプリング４１のばね荷重と、プランジャ３３を開弁方向に付勢するスプリング４２のばね荷重と、プランジャ３３を閉弁方向に付勢するスプリング４３のばね荷重と、プランジャ３３を閉弁方向に付勢しているソレノイド９の荷重と、弁体１８が開弁方向に受圧する吐出圧力Ｐｄによる力と、弁体１８が閉弁方向に受圧するクランク圧力Ｐｃによる力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。
【００３７】
このバランスが取れた状態で、エンジンの回転数とともに可変容量圧縮機の回転数が上がって吐出容量が増えると、差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が大きくなって弁体１８に開弁方向の力が作用し、弁体１８は、さらにリフトして吐出室５４からクランク室５１へ流す冷媒の流量を増やす。これにより、クランク圧力Ｐｃが上昇し、可変容量圧縮機は、その吐出容量を減少させる方向に動作し、差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が設定差圧になるように制御される。エンジンの回転数が低下した場合には、その逆の動作が行われ、差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が設定差圧になるように制御される。
【００３８】
次に、本実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁のデューティ制御の概要およびその作用について説明する。図３は、本実施の形態における可変容量圧縮機用制御弁の通電制御の様子を表す説明図である。同図において横軸は時間経過を表し、縦軸は上段からソレノイド９に供給する制御電流のデューティ比、各圧力、可変容量圧縮機のトルクをそれぞれ表している。図示の例では、可変容量圧縮機１の容量制御状態から加速カット制御により制御電流が急減された後、元の容量制御状態へ復帰する戻し制御がなされたときの様子が示されている。図４は、制御電流と差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）との関係を表す説明図である。
【００３９】
例えば、車両用空調装置の作動中に車両が登坂走行に移行したり、急加速が要求されたりすると、エンジンの負荷を車両の推進力に優先的に振り向けるために、図示しないエンジン制御装置から加速カット要求がなされる。制御部６は、この加速カット要求を受けとると、可変容量圧縮機１を最小容量運転に移行させるために、ソレノイド９へ供給する制御電流のデューティ比を急激に低減させる。そして、加速カット要求が解除されると、制御電流を再び元のデューティ比に戻す戻し制御を行う。
【００４０】
図３に示すように、差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が設定差圧になるように制御される容量制御状態において時間ｔ１にて加速カット要求がなされると、制御部６は、制御電流が予め設定した境界電流値となるように、デューティ比をこれに対応する基準デューティ比Ｄ０に即座に低減する。この境界電流値は、可変容量圧縮機が最小容量運転から容量制御運転に直ちに遷移可能な電流値である。
【００４１】
すなわち、図４に示すように、ソレノイド９に供給する制御電流と設定差圧Δ（Ｐｄ−Ｐｃ）とはほぼ比例関係を有するが、スプリングの付勢力によりある電流値までは弁開度が大きくて弁部がその差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）を事実上感知することができず、その差圧制御を開始できない。したがって、この弁部が差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）を感知しない不感帯を超える制御電流を印加してはじめて容量制御状態へ移行できる。ここでは、その電流値を境界電流値として設定することにより、そこから制御電流を上げれば最小容量運転から容量制御運転に直ちに遷移可能な状態に保持しておく。それにより、通電制御による時間遅れを防止することができる。
【００４２】
図３に戻り、デューティ比が基準デューティ比Ｄ０に低減されると、可変容量圧縮機１の負荷トルクが実質的にゼロになり、エンジントルクが車両の推進力に振り向けられることになる。このデューティ比の低減直後においては、可変容量圧縮機用制御弁５の弁開度が急激に大きくなるが、その弁部は全開状態ではないため、クランク圧力Ｐｃの上昇が図示のようにある程度抑制される。同図の破線は、図５に示したようにデューティ比をゼロにして弁部を全開状態にした場合を参考に示したものである。このように、クランク圧力Ｐｃの上昇が抑えられるため、その後クランク圧力Ｐｃは速やかに吸入圧力Ｐｓに近づいていき、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が可変容量圧縮機が再び容量制御状態へ移行可能な所定値ΔＰ以下となる。その結果、図示のように時間ｔ２において比較的早期に戻し制御へ移行しても、可変容量圧縮機１の負荷トルクがこれに対応して大きくなり、時間ｔ３において差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）を設定差圧にすることができる。つまり、加速カットを行っている時間間隔（インターバル）が比較的短くても、安定したソフトスタートが実現されるため、車両のエンジントルクを有効に効率よく利用することができる。
【００４３】
以上に説明したように、本実施の形態の冷凍サイクルによれば、可変容量圧縮機用制御弁５をいわゆるＰｄ−Ｐｃ弁として構成するとともに、可変容量圧縮機１の吐出室５４側に逆止弁７を設けた。これにより、加速カット時など設定差圧の設定変更に際して可変容量圧縮機１の吐出容量が低減されるときには、逆止弁７により吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧の低下が促進され、その吐出容量の低減を速やかに行うことができる。また、クランク圧力Ｐｃが制御対象のパラメータに含まれるため、仮に外部情報に基づいて可変容量圧縮機用制御弁５への通電量が急激に低下したとしても、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）のオーバシュートを防止できるとともに、そのクランク圧力Ｐｃの急上昇を抑制できる。その結果、クランク圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧を相対的に小さく保持でき、可変容量圧縮機用制御弁５への通電制御が再開される際には、可変容量圧縮機１を短いインターバルでソフトスタートさせることができる。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００４５】
例えば、上記実施の形態では、差圧低下促進部としての逆止弁７を吐出室５４と凝縮器２との間、つまり高圧側に配置した例を示した。変形例においては、逆止弁等の差圧低下促進部を吸入室５３と蒸発器４との間、つまり低圧側に配置し、蒸発器４から可変容量圧縮機１への冷媒の流れのみを許容するようにしてもよい。これにより、吸入圧力Ｐｓが蒸発器４側の圧力よりも上昇することを促進するため、結果的にクランク圧力Ｐｃの上昇をも促進する。その結果、相対的に差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が速やかに低減される。
【００４６】
また、上記実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁は、冷媒として代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）など使用する冷凍サイクルに好適に適用されるが、本発明の可変容量圧縮機用制御弁は、二酸化炭素のように作動圧力が高い冷媒を用いる冷凍サイクルに適用することも可能である。その場合には、冷凍サイクルにおいて凝縮器に代わってガスクーラなどの外部熱交換器が配置される。
【００４７】
なお、上記実施の形態では、いわゆるＰｄ−Ｐｃ弁を適用した冷凍サイクルにおいてデューティ比の急低下時に電流値を境界電流値に設定する例を示したが、いわゆるＰｄ−Ｐｓ弁を適用した冷凍サイクルにおいて、同様に電流値を境界電流値に設定することも考えられる。
また、上記実施の形態では、可変容量圧縮機用制御弁５をＰｄ−Ｐｃ弁として構成するとともに、クランク室５１と吸入室５３とを連通する冷媒通路にはオリフィス５６を設けた構成を例示した。変形例においては、例えば特開２００１−１３２６５０号公報の図２に示される構成を採用してもよい。すなわち、吐出室とクランク室とを連通する冷媒通路にオリフィスを設ける一方、可変容量圧縮機用制御弁を吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧に基づいて自律的に弁部を開閉する弁としてもよい。この構成では、吐出圧力Ｐｄがオリフィスで減圧されてクランク圧力Ｐｃが生成されるが、クランク圧力Ｐｃが高くなって差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が小さくなると、弁部が開弁してクランク室の圧力が吸入室側へリリーフされ、クランク圧力Ｐｃを下げる。これにより、差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が設定差圧に保持される差圧制御が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施の形態に係る冷凍サイクルを表すシステム構成図である。
【図２】可変容量圧縮機用制御弁の概略構成を示す断面図である。
【図３】本実施の形態における可変容量圧縮機用制御弁の通電制御の様子を表す説明図である。
【図４】制御電流と差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）との関係を表す説明図である。
【図５】先行技術において想定される制御弁の通電制御の様子を表す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 可変容量圧縮機、 ２ 凝縮器、 ３ 膨張装置、 ４ 蒸発器、 ５ 可変容量圧縮機用制御弁、 ６ 制御部、 ７ 逆止弁、 ８ 弁本体、 ９ ソレノイド、 １０ ボディ、 １５ 弁孔、 １６ 弁座、 １７ 作動ロッド、 １８ 弁体、 ２０ シャフト、 ２１ 圧力室、 ２５ 圧力室、 ５１ クランク室、 ５２ シリンダ、 ５３ 吸入室、 ５４ 吐出室、 ５６ オリフィス。
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍サイクルに関し、特に自動車用空調装置に好適な冷凍サイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用空調装置は、一般に、その冷凍サイクルを流れる冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒にして吐出する圧縮機、そのガス冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮された液冷媒を断熱膨張させることで低温・低圧の冷媒にする膨張装置、その冷媒を蒸発させることにより車室内空気との熱交換を行う蒸発器等を備えている。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻され、冷凍サイクルを循環する。
【０００３】
この圧縮機は、車両の走行状態によって回転数が変化するエンジンを駆動源としているため、回転数制御を行うことができない。そこで、エンジンの回転数によらず適切な冷房能力を得るために、冷媒の吐出容量を可変できる可変容量圧縮機が用いられている。
【０００４】
このような可変容量圧縮機では、エンジンによって回転駆動される軸に取り付けられた揺動板に圧縮用のピストンが連結されている。そして、揺動板の角度を変化させてピストンのストロークを変えることにより冷媒の吐出量を調整するようにしている。この揺動板の角度は、密閉されたクランク室内に吐出冷媒の一部を導入し、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることによって連続的に変えられる。このクランク室内の圧力は、例えば可変容量圧縮機の吐出室とクランク室との間に設けられた可変容量圧縮機用制御弁（以下、単に「制御弁」ともいう）により制御される。
【０００５】
ところで、このような可変容量圧縮機は、上述のようにエンジンを駆動源としているため、エンジンの大きな負荷になり得る。このため、例えば車両の加速時や登坂走行時など、エンジンの動力を車両の推進力に振り向けたい高負荷時には、その可変容量圧縮機の吐出容量を最小化してその負荷を低減する制御が行われる。例えば、可変容量圧縮機の冷媒の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に基づいて容量制御を行う構成を有するとともに、さらにその差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）の低下を促進するための逆止弁を設けた空調装置も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
この空調装置では、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が制御目標値である設定差圧に近づくように制御弁が自律的に動作する。このため、吐出圧力Ｐｄ自体の大きさに基づいた容量制御が行われ、吐出容量を変化させるのにレスポンスが良いというメリットがある。そして、さらに吐出室に逆止弁を設けることにより、吐出室から凝縮器への冷媒の流れのみを許容することで、吐出圧力Ｐｄが凝縮器側の圧力よりも低下することを促進するため、相対的に差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が速やかに低減される。吐出圧力Ｐｄを制御対象のパラメータに含むため、いわゆる加速カット制御等が行われた場合には、吐出容量を即座に減少させて可変容量圧縮機の負荷トルクを低減し、エンジンの動力を確保できるようになる。また、特許文献１によれば、このような技術により、その加速カット制御において制御弁に供給する制御電流のデューティ比がゼロにされても、その復帰時の戻し制御が予め設定された復帰パターンに沿って良好に行えるとされている。
【特許文献１】特開２００１−１５３０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、発明者らは、上述した技術では加速カット制御からの復帰時の戻し制御が必ずしも理想的には行われないという見解に到った。図５は、上記先行技術において想定される制御弁の通電制御の様子を表す説明図である。横軸は時間経過を表し、縦軸は上段から制御電流のデューティ比、各圧力、可変容量圧縮機の負荷トルクをそれぞれ表している。
【０００８】
すなわち、加速カット制御によってデューティ比がゼロにされた時間ｔ１１においては、クランク圧力Ｐｃが急上昇する。これは、制御電流の遮断により制御弁が全開状態となり、導入される高圧の吐出圧力Ｐｄの影響が一時的に大きくなるためと考えられる。一方、可変容量圧縮機が再び容量制御状態へ移行するためには、ピストンの両面にかかる圧力の偏りが小さくなってそのピストンが変位を開始できるよう、クランク圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が所定値以下となる必要がある。このため、クランク圧力Ｐｃが低下してその吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が所定値以下となるまで、ある程度の時間的インターバルが必要となる。このインターバルを待たずに図示のように時間ｔ１２にて制御電流のデューティ比を上げても、可変容量圧縮機の負荷トルクは上がらず、容量制御には到らない。この負荷トルクは、所定時間が経過して差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が所定値ΔＰ以下になった時間ｔ１３から上昇し始める。つまり、戻し制御の開始に対して容量制御の開始がΔｔだけ遅れることになる。このように、戻し制御の開始に対して実際の容量制御の開始が遅れると、制御の不整合によりいわゆるソフトスタートの理想的な実現ができなくなる可能性がある。
【０００９】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、可変容量圧縮機による負荷低減に際して制御弁への制御電流を急低下させてから復帰する際に、その可変容量圧縮機のソフトスタートを安定に実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の冷凍サイクルは空調装置を構成する。この冷凍サイクルは、吸入室から吸入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機と、可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、可変容量圧縮機の吐出室の吐出圧力とクランク室のクランク圧力との差圧に基づいて自律的に弁部を開閉し、その差圧が制御目標値である設定差圧に近づくように吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を調整して、可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる可変容量圧縮機用制御弁と、所定の外部情報に基づいて設定差圧を決定し、その設定差圧に基づいて可変容量圧縮機用制御弁への通電制御を行う制御部と、設定差圧の設定変更に際して可変容量圧縮機の吐出容量が低減されるときに、吐出圧力とクランク圧力との差圧の低下を促進する差圧低下促進部と、を備える。
【００１１】
この態様によれば、可変容量圧縮機用制御弁が、その弁部を自律的に開閉して可変容量圧縮機の吐出圧力とクランク圧力との差圧が設定圧力に近づくように制御する。そして、設定差圧の設定変更に際して可変容量圧縮機の吐出容量が低減されるときには、差圧低下促進部により吐出圧力とクランク圧力との差圧の低下が促進される。このように吐出圧力が制御対象のパラメータに含まれるため、その吐出容量の低減を速やかに行うことができる。また、吐出圧力とクランク圧力との差圧を一定に保持しようとするそれまでの自律的な動作の影響もあり、可変容量圧縮機用制御弁への通電量が急低下したとしても、クランク圧力の急上昇が抑制される。このため、クランク圧力と吸入圧力との差圧を相対的に小さく保持でき、可変容量圧縮機用制御弁への通電制御が再開される際には、可変容量圧縮機を速やかに容量制御状態へ移行させてそのソフトスタートを安定に実現することができる。
【００１２】
本発明の別の態様も空調装置を構成する冷凍サイクルである。この冷凍サイクルは、吸入室から吸入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機と、可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、可変容量圧縮機の吐出室の吐出圧力とクランク室のクランク圧力との差圧に基づいて自律的に弁部を開閉し、その差圧が制御目標値である設定差圧に近づくように吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を調整して、可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる可変容量圧縮機用制御弁と、所定の外部情報に基づいて設定差圧を決定し、その設定差圧に基づいて可変容量圧縮機用制御弁への通電制御を行うとともに、外部情報に基づいて可変容量圧縮機の負荷トルクを実質的にゼロにする際には、通電制御の電流値を、可変容量圧縮機が最小容量運転から容量制御運転に直ちに遷移可能な境界電流値に保持する制御部と、を備える。
【００１３】
この態様によれば、可変容量圧縮機用制御弁が、その弁部を自律的に開閉して可変容量圧縮機の吐出圧力とクランク圧力との差圧が設定圧力に近づくように制御する。そして、可変容量圧縮機の負荷トルクを実質的にゼロにする際には、通電制御の電流値がゼロにされるのではなく、可変容量圧縮機が最小容量運転から容量制御運転に直ちに遷移可能な境界電流値に保持される。すなわち、クランク圧力が制御対象のパラメータに含まれるため、上述のように可変容量圧縮機用制御弁への通電量が急激に低下したとしても、そのクランク圧力の急上昇を抑制でき、クランク圧力と吸入圧力との差圧を相対的に小さく保持できる。また、通電制御の電流値が境界電流値に保持されているため、弁部が全開状態にはならず、可変容量圧縮機用制御弁への通電制御が再開される際には、可変容量圧縮機を速やかに制御状態へ移行させてそのソフトスタートを安定に実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の冷凍サイクルによれば、可変容量圧縮機による負荷低減に際して可変容量圧縮機用制御弁への制御電流を急低下させてから復帰する際に、その可変容量圧縮機のソフトスタートを安定に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては、便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を上下と表現することがある。
【００１６】
図１は、実施の形態に係る冷凍サイクルを表すシステム構成図である。
この冷凍サイクルは、車両用空調装置を構成し、冷凍サイクルを循環する冷媒を圧縮する可変容量圧縮機１、圧縮された冷媒を凝縮して冷却する凝縮器２（「外部熱交換器」に該当する）、凝縮された冷媒を断熱膨張させる膨張装置３、および膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器４を備えている。
【００１７】
可変容量圧縮機１は、気密に形成されたクランク室５１内に回転自在に支持された図示しない回転軸を有している。この回転軸には揺動板が傾斜角可変に設けられており、その一端はクランク室５１の外部に延出してプーリを介してエンジンの出力軸と接続されている。この回転軸の回りには複数のシリンダ５２が配設され、揺動板の回転運動により往復運動を行うピストンが配置されている。各シリンダ５２は、吸入弁および吐出弁を介して吸入室５３、吐出室５４のそれぞれに接続されている。可変容量圧縮機１は、蒸発器４から送出されて吸入室５３を介してシリンダ５２に導入された冷媒を圧縮し、吐出室５４から凝縮器２へ向けて吐出する。クランク室５１と吸入室５３とを連通する冷媒通路にはオリフィス５６が設けられており、クランク室５１内の圧力を減圧して吸入室５３側へ導出可能になっている。
【００１８】
可変容量圧縮機１の揺動板は、その角度がクランク室５１内で揺動板を付勢するスプリングの荷重や、揺動板につながるピストンの両面にかかる圧力による荷重等がバランスした位置に保持される。この可変容量圧縮機１の揺動板の角度は、クランク室５１内に吐出冷媒の一部を導入してクランク圧力Ｐｃを変化させ、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることによって連続的に変えられる。この揺動板の角度の変化によってピストンのストロークを変えることにより、冷媒の吐出量を調整するようにしている。このクランク室５１内の圧力は、可変容量圧縮機１の吐出室５４とクランク室５１との間に設けられた可変容量圧縮機用制御弁５により制御される。
【００１９】
可変容量圧縮機用制御弁５は、可変容量圧縮機１の吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧に基づいて自律的に弁部を開閉し、その差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が制御目標値である設定差圧に近づくように吐出室５４からクランク室５１に導入する冷媒流量を調整する。これにより、可変容量圧縮機１の吐出容量が変化する。可変容量圧縮機用制御弁５は、ソレノイド駆動の電磁弁として構成され、制御部６により通電制御されるが、その構造の詳細については後述する。
【００２０】
制御部６は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース等を備える。制御部６は、エンジン回転数、車室内外の温度、蒸発器４の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて上記設定差圧を決定し、その設定差圧に基づいて可変容量圧縮機用制御弁５への通電制御を行う。例えば車両の加速時や登坂走行時などのエンジンの高負荷状態において可変容量圧縮機１の負荷トルク低減を目的とする加速カット要求があると、制御部６は、通電制御の電流値を、可変容量圧縮機が最小容量運転から容量制御運転に直ちに遷移可能な境界電流値まで降下させて保持する。
【００２１】
膨張装置３は、いわゆる温度式膨張弁として構成されており、蒸発器４の出口側の冷媒温度をフィードバックしてその弁開度を調整し、熱負荷に応じた液冷媒を蒸発器４へ供給する。蒸発器４を通過した冷媒は可変容量圧縮機１に戻され、再び圧縮される。
【００２２】
また、可変容量圧縮機１の吐出室５４と凝縮器２との間の冷媒通路には、差圧低下促進部としての逆止弁７が設けられている。この逆止弁７は、吐出室５４から凝縮器２への冷媒の流れのみを許容して凝縮器２側からの逆流を防止するとともに、吐出圧力Ｐｄが凝縮器２側の圧力よりも低下することを促進するものである。具体的には、逆止弁７は、冷媒通路に配置されるボディ、ボディに一体的に形成された弁座、弁座に接離して弁部を開閉する弁体、弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段としてのスプリング等を備えている。この逆止弁７は弁体の前後差圧が所定値以上になると自律的に開弁する。すなわち、逆止弁７の吐出室５４側の吐出圧力Ｐｄと凝縮器２側の圧力Ｐｄｌとの差圧による荷重がスプリングのばね荷重を上回る限りにおいて開弁状態となり、吐出室５４から凝縮器２への冷媒の流れのみを許容する。その結果、吐出圧力Ｐｄが凝縮器２側の圧力よりも低下することを促進する差圧低下促進部として機能する。なお、本実施の形態において、逆止弁７は機械式の弁であるが、電磁駆動により開閉されるものであってもよい。
【００２３】
図２は、可変容量圧縮機用制御弁の概略構成を示す断面図である。
可変容量圧縮機用制御弁５は、可変容量圧縮機１の吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）を設定差圧に保つように、吐出室５４からクランク室５１に導入する冷媒流量を制御するいわゆるＰｄ−Ｐｃ弁として構成されている。
【００２４】
この可変容量圧縮機用制御弁５は、吐出冷媒の一部をクランク室５１へ導入するための冷媒通路を開閉する弁本体８と、弁本体８の弁部の開度を調整してクランク室５１へ導入する冷媒流量を制御するソレノイド９とを一体に組み付けて構成される。
【００２５】
弁本体８は、そのボディ１０の内部に弁機構を備えている。ボディ１０の上部には、可変容量圧縮機１の吐出室５４に連通して吐出圧力Ｐｄを受けるポート１１が設けられている。ポート１１は、ボディ１０の側部に設けられたポート１３と内部で連通している。ポート１３は、可変容量圧縮機１のクランク室５１に連通し、そのクランク室５１に制御されたクランク圧力Ｐｃを導出する。
【００２６】
ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路には、円筒状の弁座形成部材１４が圧入されており、その内部通路により弁孔１５が形成されている。また、弁座形成部材１４のクランク室５１側の端面により弁座１６が形成されている。
【００２７】
また、弁座１６にクランク室５１側から対向して、長尺状の作動ロッド１７の一端部からなる弁体１８が接離自在に配置されている。弁体１８は、ボディ１０の中央に設けられたガイド孔１９に摺動可能に軸支されている。弁体１８は、弁孔１５の下流側でクランク室５１に連通する圧力室２１に配置され、その先端面の外周縁が弁座１６に着脱することにより弁孔１５を開閉する。作動ロッド１７とボディ１０との間には、作動ロッド１７をソレノイド９側、つまり開弁方向に付勢するスプリング４１が介装されている。
【００２８】
ボディ１０の側部のポート１３から下方に離間した位置には、同じくクランク室５１に連通してクランク圧力Ｐｃを受けるポート２２が形成されている。ボディ１０とソレノイド９とにより囲まれたこのポート２２と連通する内部空間は、クランク圧力Ｐｃが導入される圧力室２５を形成する。クランク圧力Ｐｃは、ソレノイド９の内部にも導入される。
【００２９】
一方、ソレノイド９は、ヨークとしても機能するケース３１と、ボディ１０の下端部とケース内上端部とをまたぐように配設されたコア３２と、コア３２と軸線方向に対向配置されたプランジャ３３と、外部からの供給電流により磁気回路を生成する電磁コイル３４とを備えている。ケース３１は、その上端部がボディ１０の下端部に接合されている。
【００３０】
コア３２には、その中央を軸線方向に貫通する挿通孔３５が設けられており、ソレノイド力を弁体１８へ伝達するためのシャフト２０を挿通している。コア３２の上端部とシャフト２０との間には、所定のクリアランスが設けられているため、このクリアランスを介して圧力室２５内のクランク圧力Ｐｃがソレノイド９の内部にも導入される。
【００３１】
コア３２には、また、筒状のスリーブ３６が外挿されている。スリーブ３６内においては、プランジャ３３がコア３２の下方で軸線方向に進退可能に配置されている。また、スリーブ３６内の下端部には軸受部材３７が固定配設され、シャフト２０の下端部が摺動可能に軸支されている。シャフト２０は、その下部にプランジャ３３が圧入されている。
【００３２】
プランジャ３３とコア３２との間には、プランジャ３３をコア３２から離間させる方向に付勢するスプリング４２が介装されている。また、プランジャ３３と軸受部材３７との間には、プランジャ３３をコア３２に近接させる方向に付勢するスプリング４３が介装されている。
【００３３】
以上の構成において、作動ロッド１７に関して圧力室２１導入されたクランク圧力Ｐｃと圧力室２５に導入されたクランク圧力Ｐｃとが部分的にキャンセルされる。このため、弁体１８には、ほぼ弁孔１５の大きさの受圧面積に対して吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が実質的に作用する。弁体１８は、差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）がソレノイド９に供給された制御電流にて設定された設定差圧に保持されるように動作する。
【００３４】
次に、可変容量圧縮機用制御弁の基本的動作について説明する。
図１に示した可変容量圧縮機用制御弁５において、スプリング４１およびスプリング４２による開弁方向のばね荷重は、スプリング４３による閉弁方向のばね荷重よりも大きく設定されている。このため、ソレノイド９が非通電のときには、吐出圧力Ｐｄにより弁体１８が弁座１６から離間して弁部が全開状態に保持される。このとき、可変容量圧縮機の吐出室５４からポート１１に導入された吐出圧力Ｐｄの高圧冷媒は、全開状態の弁部を通過し、ポート１３からクランク室５１へと流れることになる。したがって、クランク圧力Ｐｃが吐出圧力Ｐｄに近い圧力になるため、可変容量圧縮機は吐出容量が最小となる最小容量運転を行うことになる。
【００３５】
一方、自動車用空調装置の起動時または冷房負荷が最大のときには、ソレノイド９に供給される電流値は最大になり、プランジャ３３は、コア３２に最大の吸引力で吸引される。このとき、弁体１８を含む作動ロッド１７、シャフト２０およびプランジャ３３が、一体になって閉弁方向に動作し、弁体１８が弁座１６に着座する。この閉弁動作によってクランク圧力Ｐｃが低下するため、可変容量圧縮機は吐出容量が最大となる最大容量運転を行うことになる。
【００３６】
ここで、容量制御時においてソレノイド９に供給される電流値が所定値に設定されているときには、弁体１８を含む作動ロッド１７、シャフト２０およびプランジャ３３が一体動作する。このとき、弁体１８は、作動ロッド１７を開弁方向に付勢するスプリング４１のばね荷重と、プランジャ３３を開弁方向に付勢するスプリング４２のばね荷重と、プランジャ３３を閉弁方向に付勢するスプリング４３のばね荷重と、プランジャ３３を閉弁方向に付勢しているソレノイド９の荷重と、弁体１８が開弁方向に受圧する吐出圧力Ｐｄによる力と、弁体１８が閉弁方向に受圧するクランク圧力Ｐｃによる力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。
【００３７】
このバランスが取れた状態で、エンジンの回転数とともに可変容量圧縮機の回転数が上がって吐出容量が増えると、差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が大きくなって弁体１８に開弁方向の力が作用し、弁体１８は、さらにリフトして吐出室５４からクランク室５１へ流す冷媒の流量を増やす。これにより、クランク圧力Ｐｃが上昇し、可変容量圧縮機は、その吐出容量を減少させる方向に動作し、差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が設定差圧になるように制御される。エンジンの回転数が低下した場合には、その逆の動作が行われ、差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が設定差圧になるように制御される。
【００３８】
次に、本実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁のデューティ制御の概要およびその作用について説明する。図３は、本実施の形態における可変容量圧縮機用制御弁の通電制御の様子を表す説明図である。同図において横軸は時間経過を表し、縦軸は上段からソレノイド９に供給する制御電流のデューティ比、各圧力、可変容量圧縮機のトルクをそれぞれ表している。図示の例では、可変容量圧縮機１の容量制御状態から加速カット制御により制御電流が急減された後、元の容量制御状態へ復帰する戻し制御がなされたときの様子が示されている。図４は、制御電流と差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）との関係を表す説明図である。
【００３９】
例えば、車両用空調装置の作動中に車両が登坂走行に移行したり、急加速が要求されたりすると、エンジンの負荷を車両の推進力に優先的に振り向けるために、図示しないエンジン制御装置から加速カット要求がなされる。制御部６は、この加速カット要求を受けとると、可変容量圧縮機１を最小容量運転に移行させるために、ソレノイド９へ供給する制御電流のデューティ比を急激に低減させる。そして、加速カット要求が解除されると、制御電流を再び元のデューティ比に戻す戻し制御を行う。
【００４０】
図３に示すように、差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が設定差圧になるように制御される容量制御状態において時間ｔ１にて加速カット要求がなされると、制御部６は、制御電流が予め設定した境界電流値となるように、デューティ比をこれに対応する基準デューティ比Ｄ０に即座に低減する。この境界電流値は、可変容量圧縮機が最小容量運転から容量制御運転に直ちに遷移可能な電流値である。
【００４１】
すなわち、図４に示すように、ソレノイド９に供給する制御電流と設定差圧Δ（Ｐｄ−Ｐｃ）とはほぼ比例関係を有するが、スプリングの付勢力によりある電流値までは弁開度が大きくて弁部がその差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）を事実上感知することができず、その差圧制御を開始できない。したがって、この弁部が差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）を感知しない不感帯を超える制御電流を印加してはじめて容量制御状態へ移行できる。ここでは、その電流値を境界電流値として設定することにより、そこから制御電流を上げれば最小容量運転から容量制御運転に直ちに遷移可能な状態に保持しておく。それにより、通電制御による時間遅れを防止することができる。
【００４２】
図３に戻り、デューティ比が基準デューティ比Ｄ０に低減されると、可変容量圧縮機１の負荷トルクが実質的にゼロになり、エンジントルクが車両の推進力に振り向けられることになる。このデューティ比の低減直後においては、可変容量圧縮機用制御弁５の弁開度が急激に大きくなるが、その弁部は全開状態ではないため、クランク圧力Ｐｃの上昇が図示のようにある程度抑制される。同図の破線は、図５に示したようにデューティ比をゼロにして弁部を全開状態にした場合を参考に示したものである。このように、クランク圧力Ｐｃの上昇が抑えられるため、その後クランク圧力Ｐｃは速やかに吸入圧力Ｐｓに近づいていき、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が可変容量圧縮機が再び容量制御状態へ移行可能な所定値ΔＰ以下となる。その結果、図示のように時間ｔ２において比較的早期に戻し制御へ移行しても、可変容量圧縮機１の負荷トルクがこれに対応して大きくなり、時間ｔ３において差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）を設定差圧にすることができる。つまり、加速カットを行っている時間間隔（インターバル）が比較的短くても、安定したソフトスタートが実現されるため、車両のエンジントルクを有効に効率よく利用することができる。
【００４３】
以上に説明したように、本実施の形態の冷凍サイクルによれば、可変容量圧縮機用制御弁５をいわゆるＰｄ−Ｐｃ弁として構成するとともに、可変容量圧縮機１の吐出室５４側に逆止弁７を設けた。これにより、加速カット時など設定差圧の設定変更に際して可変容量圧縮機１の吐出容量が低減されるときには、逆止弁７により吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧の低下が促進され、その吐出容量の低減を速やかに行うことができる。また、クランク圧力Ｐｃが制御対象のパラメータに含まれるため、仮に外部情報に基づいて可変容量圧縮機用制御弁５への通電量が急激に低下したとしても、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）のオーバシュートを防止できるとともに、そのクランク圧力Ｐｃの急上昇を抑制できる。その結果、クランク圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧を相対的に小さく保持でき、可変容量圧縮機用制御弁５への通電制御が再開される際には、可変容量圧縮機１を短いインターバルでソフトスタートさせることができる。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００４５】
例えば、上記実施の形態では、差圧低下促進部としての逆止弁７を吐出室５４と凝縮器２との間、つまり高圧側に配置した例を示した。変形例においては、逆止弁等の差圧低下促進部を吸入室５３と蒸発器４との間、つまり低圧側に配置し、蒸発器４から可変容量圧縮機１への冷媒の流れのみを許容するようにしてもよい。これにより、吸入圧力Ｐｓが蒸発器４側の圧力よりも上昇することを促進するため、結果的にクランク圧力Ｐｃの上昇をも促進する。その結果、相対的に差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が速やかに低減される。
【００４６】
また、上記実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁は、冷媒として代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）など使用する冷凍サイクルに好適に適用されるが、本発明の可変容量圧縮機用制御弁は、二酸化炭素のように作動圧力が高い冷媒を用いる冷凍サイクルに適用することも可能である。その場合には、冷凍サイクルにおいて凝縮器に代わってガスクーラなどの外部熱交換器が配置される。
【００４７】
なお、上記実施の形態では、いわゆるＰｄ−Ｐｃ弁を適用した冷凍サイクルにおいてデューティ比の急低下時に電流値を境界電流値に設定する例を示したが、いわゆるＰｄ−Ｐｓ弁を適用した冷凍サイクルにおいて、同様に電流値を境界電流値に設定することも考えられる。
また、上記実施の形態では、可変容量圧縮機用制御弁５をＰｄ−Ｐｃ弁として構成するとともに、クランク室５１と吸入室５３とを連通する冷媒通路にはオリフィス５６を設けた構成を例示した。変形例においては、例えば特開２００１−１３２６５０号公報の図２に示される構成を採用してもよい。すなわち、吐出室とクランク室とを連通する冷媒通路にオリフィスを設ける一方、可変容量圧縮機用制御弁を吐出圧力Ｐｄとクランク圧力Ｐｃとの差圧に基づいて自律的に弁部を開閉する弁としてもよい。この構成では、吐出圧力Ｐｄがオリフィスで減圧されてクランク圧力Ｐｃが生成されるが、クランク圧力Ｐｃが高くなって差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が小さくなると、弁部が開弁してクランク室の圧力が吸入室側へリリーフされ、クランク圧力Ｐｃを下げる。これにより、差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が設定差圧に保持される差圧制御が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施の形態に係る冷凍サイクルを表すシステム構成図である。
【図２】可変容量圧縮機用制御弁の概略構成を示す断面図である。
【図３】本実施の形態における可変容量圧縮機用制御弁の通電制御の様子を表す説明図である。
【図４】制御電流と差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）との関係を表す説明図である。
【図５】先行技術において想定される制御弁の通電制御の様子を表す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 可変容量圧縮機、 ２ 凝縮器、 ３ 膨張装置、 ４ 蒸発器、 ５ 可変容量圧縮機用制御弁、 ６ 制御部、 ７ 逆止弁、 ８ 弁本体、 ９ ソレノイド、 １０ ボディ、 １５ 弁孔、 １６ 弁座、 １７ 作動ロッド、 １８ 弁体、 ２０ シャフト、 ２１ 圧力室、 ２５ 圧力室、 ５１ クランク室、 ５２ シリンダ、 ５３ 吸入室、 ５４ 吐出室、 ５６ オリフィス。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調装置を構成する冷凍サイクルにおいて、
吸入室から吸入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機と、
前記可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、
前記外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、
前記膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに前記可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、
前記可変容量圧縮機の前記吐出室の吐出圧力とクランク室のクランク圧力との差圧に基づいて自律的に弁部を開閉し、その差圧が制御目標値である設定差圧に近づくように前記吐出室から前記クランク室に導入する冷媒流量を調整して、前記可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる可変容量圧縮機用制御弁と、
所定の外部情報に基づいて前記設定差圧を決定し、その設定差圧に基づいて前記可変容量圧縮機用制御弁への通電制御を行う制御部と、
前記設定差圧の設定変更に際して前記可変容量圧縮機の吐出容量が低減されるときに、前記吐出圧力と前記クランク圧力との差圧の低下を促進する差圧低下促進部と、
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】
前記制御部は、前記外部情報に基づいて前記可変容量圧縮機の負荷トルクを実質的にゼロにする際に、前記通電制御の電流値を、前記可変容量圧縮機が最小容量運転から容量制御運転に直ちに遷移可能な境界電流値に保持することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項３】
前記差圧低下促進部は、前記吐出圧力を低減するよう、前記可変容量圧縮機の吐出室側に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項４】
前記差圧低下促進部は、逆止弁からなることを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル。
【請求項５】
空調装置を構成する冷凍サイクルにおいて、
吸入室から吸入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機と、
前記可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、
前記外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、
前記膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに前記可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、
前記可変容量圧縮機の前記吐出室の吐出圧力とクランク室のクランク圧力との差圧に基づいて自律的に弁部を開閉し、その差圧が制御目標値である設定差圧に近づくように前記吐出室から前記クランク室に導入する冷媒流量を調整して、前記可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる可変容量圧縮機用制御弁と、
所定の外部情報に基づいて前記設定差圧を決定し、その設定差圧に基づいて前記可変容量圧縮機用制御弁への通電制御を行うとともに、前記外部情報に基づいて前記可変容量圧縮機の負荷トルクを実質的にゼロにする際には、前記通電制御の電流値を、前記可変容量圧縮機が最小容量運転から容量制御運転に直ちに遷移可能な境界電流値に保持する制御部と、
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項１】
空調装置を構成する冷凍サイクルにおいて、
吸入室から吸入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機と、
前記可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、
前記外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、
前記膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに前記可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、
前記可変容量圧縮機の前記吐出室の吐出圧力とクランク室のクランク圧力との差圧に基づいて自律的に弁部を開閉し、その差圧が制御目標値である設定差圧に近づくように前記吐出室から前記クランク室に導入する冷媒流量を調整して、前記可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる可変容量圧縮機用制御弁と、
所定の外部情報に基づいて前記設定差圧を決定し、その設定差圧に基づいて前記可変容量圧縮機用制御弁への通電制御を行う制御部と、
前記設定差圧の設定変更に際して前記可変容量圧縮機の吐出容量が低減されるときに、前記吐出圧力と前記クランク圧力との差圧の低下を促進する差圧低下促進部と、
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】
前記制御部は、前記外部情報に基づいて前記可変容量圧縮機の負荷トルクを実質的にゼロにする際に、前記通電制御の電流値を、前記可変容量圧縮機が最小容量運転から容量制御運転に直ちに遷移可能な境界電流値に保持することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項３】
前記差圧低下促進部は、前記吐出圧力を低減するよう、前記可変容量圧縮機の吐出室側に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項４】
前記差圧低下促進部は、逆止弁からなることを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル。
【請求項５】
空調装置を構成する冷凍サイクルにおいて、
吸入室から吸入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機と、
前記可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、
前記外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、
前記膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに前記可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、
前記可変容量圧縮機の前記吐出室の吐出圧力とクランク室のクランク圧力との差圧に基づいて自律的に弁部を開閉し、その差圧が制御目標値である設定差圧に近づくように前記吐出室から前記クランク室に導入する冷媒流量を調整して、前記可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる可変容量圧縮機用制御弁と、
所定の外部情報に基づいて前記設定差圧を決定し、その設定差圧に基づいて前記可変容量圧縮機用制御弁への通電制御を行うとともに、前記外部情報に基づいて前記可変容量圧縮機の負荷トルクを実質的にゼロにする際には、前記通電制御の電流値を、前記可変容量圧縮機が最小容量運転から容量制御運転に直ちに遷移可能な境界電流値に保持する制御部と、
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１６４２４１（Ｐ２００８−１６４２４１Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５５３９７（Ｐ２００６−３５５３９７）
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（０００１３３６５２）株式会社テージーケー (280)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（０００１３３６５２）株式会社テージーケー (280)
【Ｆターム（参考）】
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