JPH076503B2 - 可変容量圧縮機の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は揺動斜板を介して傾斜角可変な回転駆動板の回
転運動をピストンの往復直線運動に変換すると共に、回
転駆動板及び揺動斜板を収容するクランク室内の圧力と
吸入圧とのピストンを介した差圧により揺動斜板の傾斜
角を変えて圧縮容量を制御する可変容量圧縮機の制御方
法に関するものである。

（従来の技術） この種の圧縮機ではクランク室と吐出室とを連通する通
路を設けると共に、この通路上に電磁制御弁機構を介在
し、吐出室と吸入室とを接続する冷媒ガス循環回路上に
介在されたエバポレータからの吹き出し空気温度、エバ
ポレータからの吹き出し空気量を制御するブロワにおけ
る風量制御用電圧、圧縮機回転数等の情報に基づいて電
磁制御弁機構の開閉動作をデューティ比制御することに
よりクランク室内の圧力を制御する方法が一般的に採用
されており、このようなクランク室内の圧力制御により
圧縮容量制御が行われる。デューティ比は制御コンピュ
ータにおける比例積分微分制御式に基づく演算により算
出され、この算出結果のデューティ比の変動に応じたフ
ィードバック制御が行われる。比例積分微分制御におけ
る比例動作のみによる制御では目標値に一致しない定常
位置偏差（オフセット）が生じるが、積分動作を加える
ことによりオフセットの除去が可能となる。オフセット
除去可能な比例積分制御に微分動作を加えれば制御系の
変化に対する速応性が増し、制御性能が比例積分制御に
比して一段とよくなる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、積分動作ではこれを強め過ぎると制御安
定性能が悪くなると共に、弱くすると速応性能が悪くな
り、微分動作ではこれを強め過ぎると多少とも存在する
高周波ノイズの外乱に敏感に反応して制御経過が悪くな
るといったように、速応性能及び安定性能を達成する上
で互いに相反する阻害要因が内在する。従って、比例動
作、積分動作及び微分動作における各制御係数の設定で
はこの事情を踏まえて行なう必要があるが、設定吹き出
し空気温度あるいは設定吹き出し空気流量の人為的操作
による急激な変動に対しても適切なデューティ比変動を
得ること、即ちデューティ比の短期間における比較的大
きな変動を含み得る制御係数の設定を行なうには無理が
ある。そのため、設定吹き出し空気流量の急激な変動が
生じた場合には車室内の温度変動が大きくなり、設定吹
き出し空気温度の切換に対しては十分な速応性を得るこ
とができないという不都合が生じる。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明では、揺動斜板を介して傾斜角可変な回転
駆動板の回転運動をピストンの往復直線運動に変換する
と共に、クランク室内の圧力と吸入圧とのピストンを介
した差圧により揺動斜板の傾斜角を変えて圧縮容量を制
御し、吐出室とクランク室とを連通する圧力制御通路上
に介在された電磁制御弁機構の開閉により制御されるク
ランク室内の圧力と吸入圧とのピストンを介した差圧に
より揺動斜板の傾斜角を制御する揺動斜板式圧縮機を対
象とし、少なくとも比例動作制御及び積分動作制御の演
算制御機能を備えた制御コンピュータにより前記電磁制
御弁機構に対するデューティ比制御量を演算出力し、前
記吐出室と吸入室とを結ぶ冷媒ガス循環回路上に介在さ
れたエバポレータからの風量を設定する風量設定手段の
切換設定時あるいはエバポレータからの吹き出し空気温
度を設定する吹き出し空気温度設定手段の切換設定時に
はこれら切換設定に連動して前記デューティ比制御量に
切換補償量を加算するようにした。

（作用） 即ち、通常の状態では制御コンピュータは吹き出し空気
温度、圧縮機回転数、外気温、吹き出し空気流量等の情
報に基づいて比例積分制御式あるいは比例積分微分制御
式の演算を行い、この演算結果のデューティ比を電磁制
御弁機構に対して出力する。設定吹き出し空気温度ある
いは設定吹き出し空気流量が切換設定された場合には、
制御コンピュータはこの切換設定時にのみ前記比例積分
制御式あるいは比例積分微分制御式に切換補償値を加算
した制御式の演算を行い、この演算結果のデューティ比
で電磁制御弁機構に対して出力する。これにより比例積
分制御あるいは比例積分微分制御ではカバーし切れない
設定吹き出し空気温度あるいは設定吹き出し空気流量の
急激な変動に対しても前記切換補償値が有効に働き、制
御系の安定性及び速応性を共に満足し得るデューティ比
制御を達成することができる。

（実施例） 以下、本発明を具体化した一実施例を図面に基づいて説
明する。

圧縮機全体のハウジングの一部となるシリンダブロック
１の前後にはフロントハウジング２及びリヤハウジング
３が接合固定されており、シリンダブロック１及びフロ
ントハウジング２には回転軸４が回転可能に支持されて
いる。フロントハウジング２内にて回転軸４には回転支
持体５が止着されており、その後面側には支持アーム６
が突設されていると共に、支持アーム６先端部には長孔
6aが透設されている。長孔6aにはピン７がストライド可
能に嵌めこまれており、ピン７には回転駆動板８が傾斜
角可変に連結支持されている。

回転支持体５の後側にて回転軸４にはスリーブ９がスラ
イド可能に支持されていると共に、押圧ばね10により回
転支持体５側へ押圧付勢されており、スリーブ９の左右
両側に突設された軸ピン9a（一方のみ図示）が回転駆動
板８の図示しない係合孔に係合している。これにより回
転駆動板８が軸ピン9aを中心に回転軸４方向へ揺動可能
である。回転駆動板８の後面側には揺動斜板11が相対回
転可能に支持されており、フロントハウジング２内のク
ランク室2a、リヤハウジング３内の吸入室3a及び吐出室
3bを互いに接続するようにシリンダブロック１に貫設さ
れたシリンダボア12内のピストン13と揺動斜板11とがピ
ストンロッド14により連結されている。従って、回転軸
４の回転運動が回転駆動板８を介して揺動斜板11の前後
往復揺動に変換され、ピストン13がシリンダボア12内を
前後動する。これにより吸入室3aからシリンダボア12内
へ吸入された冷媒ガスが圧縮されつつ吐出室3bへ吐出さ
れるが、クランク室2a内の圧力と吸入圧とのピストン13
を介した差圧に応じてピストン13のストロークが変わ
り、圧縮容量を左右する揺動斜板11の傾斜角が変化す
る。

シリンダブロック１の下部には放圧通路1aがクランク室
2aと吸入室3aとを連通するように貫設されており、クラ
ンク室2a内の圧力上昇が抑制されるようになっている。

リヤハウジング３の後端突出部内には電磁制御弁機構15
が内蔵されており、その電磁コイル16の励磁により押圧
ばね17に抗して吸着される弁体18が常には弁座19に形成
された弁孔19aの上部開口を押圧ばね17の押圧作用によ
り閉塞している。弁孔19aの上部開口には吐出室3bが通
路20を介して接続されていると共に、弁孔19aの下部開
口にはクランク室2aが通路21を介して接続されており、
電磁コイル16が励磁されることにより吐出室3bとクラン
ク室2aとが通路20、弁孔19a及び通路21からなる圧力制
御通路を介して連通する。

吸入室3aと吐出室3bとを外部で接続する冷媒ガス循環回
路22上には凝縮器、膨脹弁24及びエバポレータ25が順次
介在されており、膨脹弁24はエバポレータ２の排出側に
設置された感温筒26による検出冷媒ガス圧力及び温度に
基づいて開放量を制御される。エバポレータ25により冷
却される空気を吹き出すブロワ27の風量制御電圧は車室
内の風量調整レバー28の切換操作により切換設定され、
この切換設定によりエバポレータ25の吹き出し出口から
車室内へ吹き出される空気流量が変更される。

電磁制御弁機構15は制御コンピュータＣから出力される
指令電圧信号Ｖ（ｔ）に基づいて開閉制御され、制御コ
ンピュータＣは、ブロワ27の風量調整電圧を検出するブ
ロワ電圧検出器30からの検出電圧、エバポレータ25から
の吹き出し温度を検出する温度検出器31、圧縮機の回転
軸４の回転数を検出する圧縮機回転数検出器32からの検
出回転数及び外気温検出器33からの検出外気温に基づ
き、車室内の室温調整レバー29の操作により設定される
吹き出し温度Tx（ｔ）を目標値として指令電圧信号Ｖ
（ｔ）を演算出力する。この指令電圧信号Ｖ（ｔ）は三
角波発振器34から出力される三角波信号Ｓと比較器35に
おいて重ね合わせ比較され、第３図に示すように三角波
信号Ｓと指令電圧信号Ｖ（ｔ）との重ね合わせ領域に対
応する方形列の制御電圧信号Ｕ（ｔ）が比較器35から駆
動回路36へ出力される。これにより方形列の制御電圧信
号Ｕ（ｔ）のデューティ比に応じた電磁制御弁機構15の
開閉制御が行われ、デューティ比を上げればクランク室
2a内の圧力が上昇し、デューティ比を下げればクランク
室2a内の圧力が低下する。

検出電圧、検出吹き出し温度、検出回転数及び検出外気
温を制御入力として遂行される指令電圧信号Ｖ（ｔ）の
演算では次に示す比例積分微分制御式が用いられる。

V(t)=Kp・E(t)+Ki・∫E(t)dt+Kd・d/dt*E(t) ・・・（１） 但し、d/dt＊は微分作用素を表し、Ｅ（ｔ）は設定吹き
出し温度Tx（ｔ）と検出吹き出し温度Ｔ（ｔ）との差、
Kp,Kr,Kdは設定吹き出し温度Tx（ｔ）、検出吹き出し温
度Ｔ（ｔ）、検出ブロワ電圧、検出圧縮機回転数及び検
出外気温に基づいて決定される制御係数である。

制御コンピュータＣは式（１）で表される基本の比例積
分微分制御式に加えて次に示す演算制御式（２），
（３），（４）に基づく演算制御機能を備えている。

V(t)=Kp・E(t)+Ki・∫E(t)dt+Kd・d/dt*E(t)+k・At ・・・
（２） V(t)=Kp・E(t)+Ki・∫E(t)dt+Kd・d/dt*E(t)+ΔT・Bt・・・
（３） V(t)=Kp・E(t)+Ki・∫E(t)dt+Kd・d/dt*E(t)+k・At+ΔT・Bt
・・・（４） 但し、ｋは風量調整レバー28の切換段数を表し、ΔＴは
設定吹き出し温度Tx（ｔ）の切換温度差を表す。又、定
数A,Bは次の関係に設定されている。

０＜|A| ０＜|B| 式（２）は風量調整レバー28の操作により行われる設定
電圧の切換設定に連動して所定時間の間でのみ用いら
れ、式（３）は室温調整レバー29の操作により行われる
吹き出し温度Ｔ（ｔ）の切換設定に連動して所定時間の
間でのみ用いられる。又、式（４）は風量調整レバー28
及び室温調整レバー29をほぼ同時に操作した時に用いら
れる。

第２図は電磁制御弁機構15を開閉制御するためのフロー
チャートを示し、以下このフローチャートに基づいて可
変容量圧縮機の制御方法を説明する。

制御コンピュータＣは第１図に実線で示す位置に風量調
整レバー28及び室温調整レバー29を配置して設定されて
いるブロワ電圧及び吹き出し温度Tx（ｔ）、検出吹き出
し温度Ｔ（ｔ）、検出ブロワ電圧、検出圧縮機回転数及
び検出外気温に基づいて演算制御式（１）の演算を行
い、算出された指令電圧信号Ｖ（ｔ）を比較器35に出力
する。比較器35はこの圧縮容量指令電圧信号Ｖ（ｔ）と
三角波信号Ｓとを重ね合わせ比較し、この重ね合わせ領
域に対応する方形列の圧縮容量制御電圧信号Ｕ（ｔ）を
所定の短時間間隔Δｔ毎に駆動回路36に出力する。圧縮
容量制御電圧信号Ｕ（ｔ）のデューティ比は第４図に示
す曲線C1のうち設定ブロワ電圧曲線C2のレベルＭ及び設
定吹き出し温度曲線C3のレベルT₁の領域に対応し、電磁
制御弁機構15はこのデューティ比で開閉制御される。

風量調整レバー28が設定ブロワ電圧曲線C2で示すように
時刻t₁にてレベルＭから例えばレベルＬへ２段階切換操
作された場合、この切替設定された吹き出し流量、即ち
設定ブロワ電圧の入力信号に応答して制御コンピュータ
Ｃは演算制御式（２）の演算を行ない、演算制御式
（２）により短時間間隔Δｔ毎に算出する指令電圧信号
を所定時間にわたって比較器35に出力する。即ち、指令
電圧信号Ｖ（ｔ）は短時間間隔Δｔ毎に次式（５）で示
す変化量でもって変動する。

ΔＶ（ｔ）＝δ（ｔ）＋2A ・・・（５） 但し、 δ(t)=Kp{T(t-Δt)-T(t)}+Kr{Tx(t)-T(t)} +Kd{2T(t-Δt)-T(t-2Δt)-T(t)} 式（５）内の変動要素δ（ｔ）は比例積分微分制御に基
づく変動量であり、変動要素2Aは変動量δ（ｔ）のみで
はカバーし得ないブロワ電圧、即ち吹き出し流量の切換
設定に対する速応性を補償する量である。この切換補償
量2Aを通常の変動量δ（ｔ）に加算することにより、風
量調整レバー28の操作による設定吹き出し流量の急激な
変動に対しても指令電圧信号Ｖ（ｔ）の変動が遅れるこ
となく追従する。これにより第４図に曲線C1で示すよう
に方形列の圧縮容量制御電圧信号Ｕ（ｔ）のデューティ
比が時刻t₁にて迅速に増大し、こデューティ比の迅速な
変動により実際の吹き出し温度が曲線C4で示すように時
刻t₁後に設定吹き出し温度T₁から大きく変動することは
ない。

式（２）を用いた演算は前記所定時間の間行われ、この
所定時間経過後には式（１）が再び用いられる。なお、
第４図に鎖線で示す曲線Ｃ′1,C′４は従来の比例積分
微分制御のみによるデューティ比及び吹き出し温度の変
動を示し、時刻t₁における風量調整レバー28の切換に伴
うデューティ比変動及び吹き出し温度の変動の差異は明
白である。

室温調整レバー29が設定吹き出し温度曲線C3で示すよう
に時間t₂にてレベルT₁から例えばレベルT₂に切換操作さ
れた場合、この切換設定された吹き出し温度の入力信号
に応答して制御コンピュータＣは演算制御式（３）の演
算を行ない、次式（６）で示す変化量でもって変動する
指令電圧信号Ｖ（ｔ）を所定時間にわたって比較器35に
出力する。

ΔＶ（ｔ）＝δ（ｔ）＋（T₁−T₂）Ｂ ・・・（６） 変動要素Ｂ（ｔ）は変動量δ（ｔ）のみではカバーし得
ない吹き出し温度の切換設定に対する速応性を補償する
量であり、これにより曲線C1で示すようにデューティ比
が時刻t₂にて迅速に減少し、このデューティ比の迅速な
変動により実際の吹き出し温度が曲線C4で示すように時
刻t₂後に設定吹き出し温度T₁から新たな設定吹き出し温
度T₂へ急速に移行する。そして、所定時間経過すれば指
令電圧信号Ｖ（ｔ）の算出は式（１）を用いて行われ
る。

風量調整レバー28及び室温調整レバー29の切換が前記所
定時間内で行われた場合には、指令電圧信号Ｖ（ｔ）の
算出は式（４）を用いて行われる。

本発明は勿論前記実施例にのみ限定されるものではな
く、例えば切換補償量を時間変数の関数として設定した
り、あるいは風量調整レバー28あるいは室温調整レバー
29の切換時以外に用いられる基本の制御として比例積分
制御を採用してもよい。比較積分制御は比較積分微分制
御に比して速応性で劣るが、風量調整レバー28あるいは
室温調整レバー29の切換時以外での制御では比例積分制
御でも速応性の上で不都合が生じないため、基本制御と
して比較積分制御の採用も可能である。

発明の効果 以上詳述したように本発明は、風量設定手段の切換設定
時あるいは吹き出し空気温度設定手段の切換設定時には
これら切換設定に連動してデューティ比制御量の時間的
変化量に切換補償量を加算するようにしたので、吹き出
し温度あるいは吹き出し流量の切換設定という大きな変
動が発生した場合にも前記切換補償量がデューティ比制
御量の迅速な変動要素として大きな役割を果たし、実際
の吹き出し温度が設定された吹き出し温度に精度良く追
随し得るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化した一実施例を示す圧縮機の縦
断面及びブロック回路の組み合わせ図、第２図はフロー
チャート、第３図は圧縮容量指令電圧信号と基準三角波
との重ね合わせ比較により得られる圧縮容量制御電圧信
号を示すグラフ、第４図は設定ブロワ電圧、設定吹き出
し温度、デューティ比及び実際の吹き出し温度の各曲線
を示すグラフである。 ハウジングを構成するシリンダブロック１、同じくフロ
ントハウジング２及びリヤハウジング３、クランク室2
a、吸入室3a、吐出室3b、回転軸４、回転駆動板８、揺
動斜板11、シリンダボア12、ピストン13、ピストンロッ
ド14、電磁制御弁機構15、圧力制御通路を構成する弁孔
19a及び通路20,21、冷媒ガス循環回路22、風量設定手段
としての風量調整レバー28、吹き出し温度設定手段とし
ての室温調整レバー29、制御コンピュータＣ、デューテ
ィ比制御量としての指令電圧信号Ｖ（ｔ）、デューティ
比制御量の時間的変化量ΔＶ（ｔ）、切換補償量A,B。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クランク室、吸入室、吐出室及びこれら各
   室を接続するシリンダボアを区画形成すると共に、シリ
   ンダボア内にピストンを往復直線運動可能に収容するハ
   ウジング内の回転軸上の回転支持体に回転駆動板を傾斜
   角可変に支持し、この回転駆動板上に相対回転可能に支
   持された揺動斜板、及びこの揺動斜板とピストンとの間
   に介在されたピストンロッドを介して回転駆動板の回転
   運動をピストンの往復直線運動に変換すると共に、吐出
   室とクランク室とを連通する圧力制御通路上に介在され
   た電磁制御弁機構の開閉により制御されるクランク室内
   の圧力と吸入圧とのピストンを介した差圧により揺動斜
   板の傾斜角を制御する可変容量圧縮機において、少なく
   とも比例動作制御及び積分動作制御の演算制御機能を備
   えた制御コンピュータにより前記電磁弁制御機構に対す
   るデューティ比制御量を演算出力し、前記吐出室と吸入
   室とを結ぶ冷媒ガス循環回路上に介在されたエバポレー
   タからの風量を設定する風量設定手段の切換設定時ある
   いはエバポレータからの吹き出し温度を設定する吹き出
   し温度設定手段の切換設定時にはこれら切換設定に連動
   して前記デューティ比制御量に切換補償量を加算した可
   変容量圧縮機の制御方法。