JPH0825381B2 - 可変容量コンプレツサの外部制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、車両に装備される空調装置において、特に
内部容量可変型と呼ばれる可変容量コンプレッサを外部
から制御する制御装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より、この種の自動車用空調装置として、車載エ
ンジンに電磁クラッチ機構を介して駆動連結されたコン
プレッサと、該コンプレッサから吐出されたガス冷媒を
空気との熱交換により冷却して液状態に凝縮するコンデ
ンサ（凝縮器）と、このコンデンサを通過した液冷媒を
蒸発させてその気化熱により車室内を冷却するエバポレ
ータ（蒸発器）とを備えてなり、エバポレータでの冷媒
の蒸発温度が所定温度以下に低下すると、そのことをフ
ロストスイッチにより検出して、電磁クラッチ機構のOF
F作動によりコンプレッサの駆動を停止させるようにし
たものが一般によく知られ、広く実車に装備されてい
る。

すなわち、エンジン回転数が上昇すると、該エンジン
によって駆動されているコンプレッサからの冷媒吐出量
が増加して冷媒回路を多量の冷媒が循環するため、コン
プレッサの能力が増大するのに対し、車室に対する熱負
荷はほぼ一定であるので、能力が余剰となり、この余剰
部分をなくすために、コンプレッサの駆動を停止させる
ようになされている。

しかし、その場合、エンジンのコンプレッサ駆動のた
めの駆動力を低減してEER（エネルギ消費効率）を向上
させるという観点から、コンプレッサの運転を一旦停止
してその後に再凝縮するよりは、その間コンプレッサの
容量を定常時よりも低下させ継続して運転するほうが好
ましい。例えば、コンプレッサ、コンデンサおよびエバ
ポレータのうち、成績係数に対するこれら各機器の依存
度をみると、コンプレッサの容量が小さいほど、コンプ
レッサ自体の仕事能力が低くなるが、相対的にコンデン
サおよびエバポレータの寄与率が大になり、全体の成績
係数が増大する。つまり、コンプレッサの仕事能力は下
がっているのに、全体のエンタルピーは同等になるの
で、EERが増大することになる。

このため、斯かる要求を満たすコンプレッサとして、
従来、特開昭60−261721号公報に開示されるように、内
部容量可変型コンプレッサが提案されている。これは、
コンプレッサの能力が過剰になったときに、コンプレッ
サ本体に吸入された冷媒の一部を圧縮行程の途中からバ
イパスさせて吸入側に戻すことにより、コンプレッサの
能力を車室内の熱負荷に対応した能力に自動的に制御す
るようにしたものである。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、反面、この提案の内部容量可変型コンプレ
ッサを具備した空調装置では、コンプレッサの能力を車
室内の熱負荷に対応した能力に自動的に制御するため、
以下に示すような問題が生じる。

例えば、車両に搭載されるエンジンにノッキングが発
生したときには、エンジンのコンプレッサの駆動負荷を
小さくすることにより、できるだけエンジン出力への負
担を小さくして、ノッキングを抑制することが必要であ
る。しかし、上記内部容量可変形のコンプレッサを使用
したときには、室温状態に応じてしか運転容量の調節機
能を有しておらず、エンジンのノッキングの発生に伴っ
てコンプレッサ負荷を低減することができない。したが
って、上記従来例の場合、ノッキングによる振動を低減
することができないという欠点がある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、上記の如く内部容量可変型のコン
プレッサにおける本来の自動的な内部容量制御に加え、
その容量を外部からエンジンのノッキングの発生に応じ
て適正に制御するようにすることにより、可変容量コン
プレッサの機能を活用しながら、エンジンのノッキング
による振動を低減させることにある。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明の解決手段は、エ
ンジンのノッキング時にはコンプレッサの内部容量制御
を一時的に禁止して、その容量を最小容量に固定保持す
るようにしたものである。

具体的には、本発明の構成は、第１図に示すように、
自動車用空調装置１において、冷媒を吸入する吸入ポー
ト21と、該吸入ポート21から吸入されて圧縮行程を経た
冷媒を吐出させる吐出ポート22と、上記冷媒の圧縮行程
の途中で冷媒を吸入側へバイパスさせるバイパス通路39
と、該バイパスト通路39を冷媒の吸入圧力に応じて開閉
制御する可変容量機構50とを有し、車両に搭載されたエ
ンジン12によって駆動される車両用空調装置用の可変容
量コンプレッサを外部から制御する外部制御装置を対象
とする。

そして、上記コンプレッサには、上記バイパス通路39
が全開になるよう上記可変容量機構50を駆動して冷媒吐
出容量を最小に設定する最小容量設定機構SVを設けるも
のとする。

さらに、エンジンのノッキングを検出するノッキング
検出手段111と、該ノッキング検出手段111の出力を受
け、エンジンのノッキング時には、上記コンプレッサ２
が最小容量に設定されるよう上記最小容量設定機構SVを
駆動させる容量制御手段100とを設ける構成とする。

（作用） 以上の構成により、本発明では、車両の通常運転中に
は可変容量機構50により、車両の空調装置１のコンプレ
ッサ２の圧縮行程における冷媒の吸入側へのバイパス量
が調節され、高い効率でもって冷房運転が行われる。

そして、車両の走行中にエンジンのノッキングが発生
すると、それがノッキング検出手段111により検出さ
れ、このノッキング検出手段111の出力を受けた容量制
御手段100により、強制的にバイパス通路39が全開に、
つまりコンプレッサ２の吐出容量が最小に設定されるよ
う最小容量設定機構SVが制御される。

したがって、通常の走行時において、内部容量可変型
コンプレッサ２による内部容量の自動制御を活かしつ
つ、エンジンのノッキング時には、コンプレッサ２の外
部から強制的にその内部容量制御が禁止されて、コンプ
レッサ２が最小容量状態に固定されるため、コンプレッ
サ負荷を小さくしてエンジン負荷を減少させ、よって、
エンジンのノッキングによる振動を低減することができ
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の実施例の全体構成を示しており、１
は自動車に装備された空調装置であって、該空調装置１
は、車載エンジン12に電磁クラッチ機構13および伝動ベ
ルト14を介して駆動連結されたコンプレッサ２と、車体
のエンジンルーム前端部に配置され、走行風等との熱交
換によりガス冷媒を冷却して液冷媒に凝縮するコンデン
サ３と、液冷媒を蓄えるレシーバタンク４と、液冷媒を
蒸発に適した圧力に減圧して膨脹させ、冷媒の加熱度を
一定に制御する温度式自動膨張弁であるエキスパンショ
ンバルブ５と、車室内に配置され、液冷媒を蒸発させて
その気化熱により車室内の空気を冷却するエバポレータ
６とを備えてなり、これらの機器２〜６を冷媒配管７に
よって接続することにより冷媒回路８が構成されてい
る。尚、９は上記エバポレータ６からコンプレッサに戻
る冷媒配管７に付設された上記エキスパンションバルブ
５の感温筒である。また、11はエバポレータ６に付設さ
れたファンである。

上記コンプレッサ２は、ベーン式の可変容量コンプレ
ッサで構成されている。この可変容量コンプレッサ２の
基本的な構造は通常のベーン式コンプレッサと同様のも
のである。すなわち、このコンプレッサ２の本体20は、
第３図に拡大詳示するように、リング状のサイドハウジ
ング23と、該サイドハウジング23の前後面に気密状に接
合され、サイドハウジング23の内部に円柱状の作動室24
を形成するフロントおよびリヤハウジング25,26と、上
記サイドハウジング23の作動室24内に作動室24の中心に
対してオフセットして回転自在に嵌装された円柱状のロ
ータ27と、該ロータ27にその外周部から出没自在に支持
され、端部が作動室24の内周壁に摺接して作動室24を仕
切る１対のスルーベーン28,28とを備えてなり、上記フ
ロントハウジング25には上記作動室24内に冷媒を吸入す
る吸入ポート21と、該吸入ポート21に連通する吸入室29
とが形成されている。また、サイドハウジング23には上
記吸入ポート21から吸入されて圧縮行程を経た冷媒を吐
出させる吐出ポート22が、リヤハウジング26には上記吐
出ポート22に連通する吐出室（図示せず）がそれぞれ形
成されている。さらに、上記ロータ27の回転軸31は上記
電磁クラッチ機構13に連結されており、電磁クラッチ機
構13のON作動時、エンジン12の出力によりロータ27を回
転駆動し、このロータ27の回転に伴い、サイドハウジン
グ23内の作動室24におけるベーン28,28で仕切られた部
分の体積を漸次減少変化させることにより、サイドハウ
ジング23の吸入ポート21から吸入されたガス冷媒を圧縮
して吐出ポート22から吐出させるようになされている。

そして、この基本的な構成において、上記コンプレッ
サ本体20のフロントハウジング25内にはスプール弁32が
設けられている。また、サイドハウジング23およびリヤ
ハウジング26の双方に亘る下部にはニードル弁からなる
プレッシャレギュレータ40が取り付けられている。

上記スプール弁32は、第４図にも示すように、円柱状
のバルブハウジング33と、該バルブハウジング33内に摺
動自在に嵌装され、ハウジング33内をスプリング室35お
よび加圧室36に仕切る円柱状の弁体34とを備え、上記加
圧室36は、バルブハウジング33のポート33aおよび該ポ
ート33aに接続される連通路37を介してコンプレッサ本
体20におけるフロントハウジング25とサイドハウジング
23との間の所定の間隙部に連通されており、その内部の
圧力はガス冷媒の吸入圧力と吐出圧力との略中間の圧力
に設定されている。また、スプリング室35には弁体34を
加圧室36側に付勢するスプリング38が縮装されていると
ともに、スプリング室35はポート33bを介して上記フロ
ントハウジング25内の吸入室29に連通されている。さら
に、バルブハウジング33にはその内部の弁体34の摺動範
囲の中間部に４つのバイパス孔39a〜39bが、そのうちの
バイパス孔39a,39b同士をハウジング33の中心線方向に
対向させかつバイパス孔39a,39a（39b,39b）同士をハウ
ジング33の中心線方向に直列に配置せしめて開口され、
そのハウジング33の一側（第３図で右側）に位置するバ
イパス孔39a,39aは上記作動室24において冷媒の圧縮行
程の途中に対応する部分に、他側（同左側）のバイパス
孔39b,39bは上記吸入室29にそれぞれ連通されており、
このハウジング33の直径方向に対向するバイパス孔39a,
39bと該両バイパス孔39a,39b間に位置するスプリング室
35の一部とにより、作動室24内において圧縮される冷媒
の圧縮行程の途中で冷媒を吸入室29（吸入側）へバパス
させるバイパス通路39,39が構成されている。そして、
弁体34に対する加圧室36内の中間圧力による付勢力がス
プリング室35内の冷媒吸入圧力にその内部のスプリング
38のばね力を加えた付勢力よりも大きいときには、弁体
34を第４図で下方に移動させることにより、バイパス孔
39a〜39bを閉鎖してバイパス通路39を閉じる一方、逆に
小さいときには、弁体34を同図で上方に移動させること
により、バイパス孔39a〜39bを開放してバイパス通路39
を開くようになされている。

一方、上記プレッシャレギュレータ40は、弁口41を介
して連通する第１および第２の２つの圧力室42,43が内
部に形成されたバルブハウジング44と、該バルブハウジ
ング44内に上記弁口41を開閉可能に嵌装された弁体45
と、バルブハウジング44の第２圧力室43内に嵌装され、
該第２圧力室43を吸入圧室43aと大気圧室43bとに区画形
成するダイアフラム46とを備えてなり、上記ダイアフラ
ム46はロッド47を介して上記弁体45に移動一体に連結さ
れており、上記大気圧室43b内にはダイアフラム46を弁
体45の開弁方向（弁体45が第１および第２の両圧力室4
2,43を連通する方向）に付勢するスプリング48が縮装さ
れている。そして、上記第１圧力室42は上記連通路37
（コンプレッサ本体20におけるフロントハウジング25と
サイドハウジング23との間の所定の間隙部）に連通路49
を介して、また第２圧力室43における吸入圧室43aは上
記吸入室29にそれぞれ連通され、第２圧力室43の大気圧
室43bは大気に開放されており、ダイアフラム46に対す
る吸入圧室43a内の冷媒吸入圧力による付勢力が大気圧
室43b内の大気圧にその内部のスプリング48のばね力を
加えた付勢力よりも大きいときには、ダイアフラム46を
第４図で下方に移動させて該ダイアフラム46と一体の弁
体45により弁口41を閉鎖し、第１圧力室42と吸入室29と
の間の連通を遮断する一方、逆に小さいときには、ダイ
アフラム46を同図で上方に移動させて弁口41を開き、第
１圧力室42と吸入室29とを連通させるようになされてい
る。よって、上記スプール弁32およびプレッシャレギュ
レータ40により、コンプレッサ本体20の冷媒吸入圧力を
略一定に保つように自動的に制御し、コンプレッサ２の
回転数（エンジン回転数）が低くてその能力が低いとき
には、プレッシャレギュレータ40を閉弁させ、かつスプ
ール弁32の加圧室36内圧力の増大によってそのバイパス
通路39を閉じることにより、コンプレッサ２の容量を最
大容量に保つ一方、コンプレッサ２の回転数の上昇によ
りその能力が上昇すると、それに伴う吸入室29内の圧力
低下によってプレッシャレギュレータ40を開弁させると
ともに、その開弁動作に伴いスプール弁32における加圧
室36内の圧力を低下させてその弁体34を図で上方に移動
させ、バイパス通路39を開いてガス冷媒を内部でバイパ
スさせることにより、コンプレッサ２の容量をその回転
数の上昇に応じて低下させるように、つまり車室内の熱
負荷よりもコンプレッサ２の能力が増大したときに、そ
の余剰能力をなくすようにした可変容量機構50が構成さ
れている。

また、本発明の特徴として、第４図に示すように、上
記プレッシャレギュレータ40の第１圧力室42を連通路37
に連通する連通路49と吸入室29とは、さらに連通路51で
冷媒の流通可能に接続され、該連通路51には連通路51を
開閉する常時閉の電磁弁SVが配設されており、電磁弁SV
の閉状態では、上記可変容量機構50を作動させてコンプ
レッサ２を内部制御状態とする一方、電磁弁SVを開いた
ときには、吸入室29内の圧力を中間圧力と等しくなるよ
うにして、スプリング35の付勢力によってスプール弁32
の弁体34を図で上昇端位置に位置付け、バイパス通路39
を全開状態に保って冷媒のバイパス量を最大に保持する
ことにより、コンプレッサ２の容量を最小容量に設定す
るようにしている。すなわち、上記電磁弁SVは、上記バ
イパス通路39が全開になるよう上記可変容量機構50を駆
動して冷媒吐出容量を最小に設定する最小容量設定機構
として機能するものである。

なお、第４図において、52は冷媒の急激な流れを緩和
するためのオリフィスである。

そして、第２図に示すように、コンプレッサ２の外部
には、その外部から空調装置１を制御するコントロール
ユニット100が配置されており、該コントロールユニッ
ト100は、エンジン12に配置されるノックセンサNSのノ
ッキング信号を受けて、該ノッキング信号の処理を行う
ノックコントロールユニット101が信号の授受可能に接
続されている。該ノックコントロールユニット101は、
第５図に示すように、上記ノックセンサNSからのノッキ
ング信号および点火装置102からの点火パルス信号を受
けて、前者の振動波形信号から実際のノッキングに関与
する部分のみを選択して出力するフィルタマスキング回
路103と、該フィルタマスキング回路103の出力を受け
て、一定の振幅を持ったノッキング信号に対してのみ１
つのパルス信号を出力する波形整形回路104とを備えて
いる。上記ノックセンサNS、フィルタマスキング回路10
3および波形整形回路104により、エンジン12にノッキン
グが発生したことを検出するノッキング検出手段111が
構成されている。そして、上記空調装置１の外部制御用
コントロールユニット100には、上記波形整形回路104の
パルス信号を受けて、そのパルス信号を一定時間保持す
るワンショットマルチ回路105と、直流電圧を増幅する
ためのコンパレータ106とが配置されている。該コンパ
レータ106の負入力端子106aには上記ワンショットマル
チ回路105の出力信号が接続されている一方、その正入
力端子106bは正の直流電源およびアース側にそれぞれ抵
抗体を介して接続されている。さらに、上記コンパレー
タ106の出力端子106cは抵抗体を介してトランジスタ107
のベース107aに接続され、一方、該トランジスタ107の
コレクタ107bは電磁リレー108のソレノイド108aを介し
て正の直流電源に、また、トランジスタ107のエミッタ1
07cはアース側にそれぞれ接続されている。そして、上
記電磁リレー108の常時OFFのリレースイッチ108bは上記
電磁弁SVのコイルを介して接地されている。

以上により、エンジン12のノッキングが発生して、上
記ノッキング検出手段111からパルス信号が出力される
と、上記ワンショットマルチ回路105から一定幅のパル
ス信号が出力され、コンパレータ106、トランジスタ10
7、電磁リレー108が順次作動して、電磁弁SVが開弁状態
となり、上記可変容量機構50が前述のように作動してコ
ンプレッサ２が最小容量状態に強制的に設定されるよう
に構成されている。よって、上記コントロールユニット
100により、ノッキング検出手段111で検出されるエンジ
ンのノッキングの大きさが所定値以上のとき、上記コン
プレッサ２が最小容量に設定されるよう上記最小容量設
定機構SVを作動させるようにした容量制御手段が構成さ
れている。

なお、109は、上記ノックコントロールユニット101の
波形整形回路104に接続され、ノッキングの大きさに応
じてエンジン12の点火時期や空燃比を補正制御してノッ
キングを抑制するためのメイン制御装置である。

次に、本実施例の作動について説明するに、空調装置
１において、コンデンサ２から吐出されたガス冷媒がコ
ンデンサ３により凝縮されて液冷媒になり、この液冷媒
はエキスパンションバルブ５で膨脹した後、エバポレー
タ６において蒸発し、次いでコンプレッサ２に吸入さ
れ、上記エバポレータ６での冷媒の気化熱により車室内
が冷却される。

このような空調装置１の作動中において、車両に積載
されているエンジン12のノッキングが所定値に達しない
安定した運転時には、上記ノックコントロールユニット
101においては、ワンショットマルチ回路105からパルス
信号が出力されず、電磁リレー108はON作動しないの
で、コンプレッサ２における電磁弁SVは閉弁状態に保た
れ、その可変容量機構50の作動によりコンプレッサ２は
容量制御状態で運転される。すなわち、コンプレッサ２
の回転数が低くてその能力が低いときには、プレッシャ
レギュレータ40が閉じられ、かつスプール弁32の加圧室
36内圧力の増大によってそのバイパス通路39が閉じられ
ることにより、コンプレッサ２の容量が最大容量に保た
れる一方、コンプレッサ２の回転数の上昇によりその能
力が上昇すると、それに伴う吸入室29内の圧力低下によ
って上記プレッシャレギュレータ40が開弁するととも
に、その開弁動作に伴いスプール弁32における加圧室36
内の圧力が低下して、その弁体34がバイパス通路39を開
くように移動し、ガス冷媒がコンプレッサ２内部でバイ
パスされることにより、コンプレッサ２の容量がその回
転数の上昇に応じて低下させるように制御される。

これに対し、エンジン12の運転中、ノックセンサNSで
検出されるエンジン12のノッキングの大きさが所定値以
上に大きくなると、上記ノックコントロールユニット10
1からパルス信号が出力され、このノックコントロール
ユニット101からの出力信号を受けた上記メイン制御装
置109において、エンジン12の点火時期が遅角補正され
る等してノッキングが抑制される。また、同時に、上記
コントロールユニット100において、ワンショットマル
チ回路105からパルス信号が出力され、コンパレータ106
およびトランジスタ107が作動状態になり、電磁リレー1
08が作動して電磁弁SVが開かれる。この電磁弁SVの開き
作動により、吸入室29が中間圧力状態になって上記吸入
室29内の圧力と中間圧力とがバランスする結果、スプリ
ング38の付勢力によりスプール弁32の弁体34が第４図で
上昇端位置に位置付けられ、バイパス通路39の全開状態
への保持によって冷媒の吸入室29側へのバイパス量が最
大となり、このことによりコンプレッサ２の容量が最小
容量に固定される。

したがって、こうして自動車のエンジン12のノッキン
グが大きくなったときには、コンプレッサ２の外部から
強制的にその内部容量制御を禁止して、コンプレッサ２
を最小容量状態に固定するため、エンジン12のコンプレ
ッサ２の駆動のための負荷を小さくして、その分、エン
ジン付加を低減させることができ、エンジン12のノッキ
ングによる振動を低減することができる。

尚、上記実施例では、可変容量型コンプレッサ２とし
て、スルーベーン式のものを採用したが、斜板式のもの
等、他のタイプの可変容量コンプレッサを採用してもよ
いのは勿論である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によると、車両用空調装
置において、車載エンジンにより駆動されるコンプレッ
サを冷媒の吸入圧力に応じた可変容量運転状態と最小容
量運転状態とに選択可能な可変容量コンプレッサとし、
エンジンのノッキング時には、上記コンプレッサの内部
容量制御を禁止して、その容量を最小容量状態に固定保
持するようにしたことにより、エンジンの通常運転時に
は内部容量可変型コンプレッサによる内部容量の自動制
御を活かしつつ、エンジンがノッキング時には、空調装
置のコンプレッサの駆動負荷を小さくしてエンジン負荷
を低減制御し、エンジンのノッキングによる振動を低減
することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。第２図
以下の図面は本発明の実施例を示し、第２図は全体構成
図、第３図はコンプレッサの可変容量機構を示す展開断
面図、第４図はその模式断面図、第５図はノックコント
ロールユニットの概略回路構成図である。 １……空調装置、２……コンプレッサ、21……吸入ポー
ト、22……吐出ポート、39……バイパス通路、50……可
変容量機構、SV……電磁弁（最小容量設定機構）、100
……コントロールユニット（容量制御手段）、111……
ノッキング検出手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒を吸入する吸入ポートと、該吸入ポー
   トから吸入されて圧縮行程を経た冷媒を吐出させる吐出
   ポートと、上記冷媒の圧縮行程の途中で冷媒を吸入側へ
   バイパスさせるバイパス通路と、該バイパス通路を冷媒
   の吸入圧力に応じて開閉制御する可変容量機構とを有
   し、車両に搭載されたエンジンによって駆動される空調
   装置用の可変容量コンプレッサを外部から制御する外部
   制御装置であって、上記コンプレッサには、上記バイパ
   ス通路が全開になるよう上記可変容量機構を駆動して冷
   媒吐出容量を最小に設定する最小容量設定機構が設けら
   れているとともに、エンジンのノッキングを検出するノ
   ッキング検出手段と、該ノッキング検出手段の出力を受
   け、エンジンのノッキング時には、上記コンプレッサが
   最小容量に設定されるよう上記最小容量設定機構を作動
   させる容量制御手段とを備えたことを特徴とする可変容
   量コンプレッサの外部制御装置。