JP2000111176A

JP2000111176A - 空調装置

Info

Publication number: JP2000111176A
Application number: JP10283117A
Authority: JP
Inventors: Takanori Okabe; 孝徳岡部; Toshiro Fujii; 俊郎藤井; Yoshiyuki Nakane; 芳之中根; Takashi Ban; 孝志伴
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2000-04-18
Also published as: US6212893B1; EP0992748A2; EP0992748A3

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ホットガスバイパスヒータを備えた空調装置
において、ホットガスバイパスヒータ回路内の作動流体
が冷房回路に放出され暖房能力が不足したり、高圧に昇
圧した作動流体を暖房回路外に無駄に放出して効率を悪
クすることや、追従性が不十分でホットガスバイパスヒ
ータ回路の異常昇圧を防ぐ。【解決手段】圧縮機１０１と冷房回路３０８と暖房回
路３０９と制御手段２０３を有し、圧縮機１０１は駆動
室１１１、吸入部１３１、吐出部１４１、容量制御弁１
８１を有し、冷房回路３０８は吐出部１４１から吸入部
１３１へと至る回路上に配置されたコンデンサ３０１と
熱交換器３０５とを有し、暖房回路３０９は吐出部から
熱交換器３０５へ至るバイパス回路３１０と熱交換器３
０５を有し、制御手段２０３は作動流体吐出圧が基準値
を超えた場合に容量制御弁１８１を開き、吐出圧変化値
が大きいときは基準値を小さくする制御手順を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は圧縮機によって圧
縮された作動流体を利用して作動する冷房回路と暖房回
路を有する空調装置に関し、詳しくは作動流体の吐出圧
の過度な上昇を良好な応答性をもって抑制制御すること
が可能な空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の空調装置の一例が特開平７−１
９６３０号公報に開示されている。この空調装置は、図
５に示すように、圧縮機１と冷房回路５１と暖房回路５
２と制御装置８３とを有する。冷房回路５１は、圧縮機
１の吐出部Ｄから吸入部Ｓへと至る経路上に設けられた
コンデンサ５５と第１の膨張弁５７と熱交換機５９とで
構成されており、圧縮機１から吐出された高圧の作動流
体は、上記各装置を経由して圧縮機１に吸入され、この
サイクルを繰り返す。暖房回路５２は、圧縮機１の吐出
部Ｄから熱交換機５９へと至るバイパス路５２ａと、そ
のバイパス路５２ａ上に設けられた第２の膨張弁６３
と、前記熱交換機５９とで構成されており、圧縮機１か
ら吐出された高温・高圧の作動流体は、コンデンサ５５
へ送られることなく、第２の膨張弁６３と熱交換機５９
を経由して圧縮機１に吸入され、このサイクルを繰り返
す。なお、かかる暖房回路５２は一般にホットガスバイ
パスヒータと呼ばれている。冷房回路５１および暖房回
路５２の切替は切替弁５３ａ，５３ｂの開閉動作によっ
ておこなわれ、この開閉動作は制御装置８３によって制
御される。

【０００３】この種の空調装置の場合、冷房回路５１を
選択している場合に比して、暖房回路５２を使用してい
る場合の方が、作動流体の吐出圧が高い状態で用いられ
ることから、暖房回路５２を使用している場合に暖房回
路５２に異常な高圧がかかりやすい。例えば暖房運転中
に圧縮機１の回転数が一時的に増大するような場合に異
常高圧状態が生じやすい。そこでこの従来技術では、圧
力リリーフ弁９３を途中に有する作動流体放出路９１を
備えている。作動流体放出路９１は、暖房回路５２と冷
房回路５１とを連絡する通路であり、暖房回路５２の作
動時に作動流体の吐出圧が異常高圧状態となった場合
に、圧力リリーフ弁９３を開放して作動流体を冷房回路
５１側へと放出する。この従来技術は、冷房回路５１と
暖房回路５２が切替弁５３ａ，５３ｂによって択一的に
選択されることに着目し、暖房回路５２の作動中に吐出
圧が異常に高圧になったときには、使用していない冷房
回路５１側に作動流体を放出することによって、暖房回
路５２に異常な高圧がかからないようにしているのであ
る。

【０００４】この従来の異常高圧対策技術は、暖房回路
５２から冷房作動５１に作動流体を放出する方式である
ために、例えば圧縮機の回転数が一時的に増大して吐出
圧が増大する度に暖房回路５２内の作動流体が冷房回路
５１に放出されてしまい、暖房回路５２内の作動流体が
減少していってしまう。このために、圧縮機１の通常運
転状態において暖房能力が不足するといった事態になり
やすい。また、従来の異常高圧対策技術は、圧縮機１に
仕事をさせて高圧に昇圧した作動流体を無駄に放出する
ものであり、エネルギー効率が悪い。

【０００５】また、従来から特開平１０−４７２４２号
公報に開示されている可変容量型の圧縮機が知られてい
る。このタイプの圧縮機は、特に図示しないものの、作
動流体の吐出部とハウジング内の駆動室（クランク室）
との間を連通させ、その連通路に容量制御弁を設ける。
そして吐出圧が高い場合には容量制御弁を開けて駆動室
内の圧力を高め、吐出圧が低い場合には容量制御弁を閉
じて駆動室内の圧力を低める。この可変容量型の圧縮機
は、駆動室内の圧力が高まると吐出容量が減少し、駆動
室内の圧力が低まると吐出容量が増大することから、吐
出圧が高くなると吐出容量が減少して吐出圧が低めら
れ、吐出圧が低くなると吐出容量が増大して吐出圧が高
められる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開平７−１９６３０
号公報に開示されているホットガスバイパスヒータ回路
を備えた空調装置に、特開平１０−４７２４２号公報に
開示されている可変容量型の圧縮機を用いれば、特開平
７−１９６３０号公報に開示されている異常高圧対策技
術の問題点、すなわち、ホットガスバイパスヒータ回路
内の作動流体が冷房回路に放出されてしまって暖房能力
が不足するということや、圧縮機に仕事をさせて高圧に
昇圧した作動流体を無駄に放出することからエネルギー
効率が悪いといった問題点は解消されるはずである。

【０００７】しかしながら、本発明者らが鋭意研究した
ところ、特開平７−１９６３０号公報に開示されている
ホットガスバイパスヒータを備えた空調装置に、特開平
１０−４７２４２号公報に開示されている可変容量型の
圧縮機を用いるというだけでは、異常高圧対策が不十分
であることを見出した。

【０００８】発明者らの研究によって、特開平１０−４
７２４２号公報に開示されている技術、即ち、「作動流
体の吐出圧が基準値を上回ったときに、圧縮機の容量制
御弁を開け、駆動室内の圧力を高め、吐出容量を減少さ
せ、吐出圧を低める」というプロセスを利用するだけで
は、吐出圧が低くなるまでに時間を要しすぎ、この間に
吐出圧が一時的に高くなりすぎ、この一時的な異常昇圧
によってホットガスバイパスヒータ回路が損傷する可能
性があることが見出されたのである。特開平１０−４７
２４２号公報に開示されている技術ではホットガスバイ
パスヒータ回路を有さず、冷房回路しか存在しない。こ
のような場合には、元々冷房回路を流れる作動流体の圧
力がホットガスバイパスヒータ回路を流れる作動流体の
圧力よりも低く、一時的な異常昇圧によって冷房回路が
損傷することはない。即ち、ホットガスバイパスヒータ
回路を有さずに冷房回路しか存在しない場合には、特開
平１０−４７２４２号公報に開示されている技術で十分
に対応可能であった。しかるに、ホットガスバイパスヒ
ータ回路を備えた空調装置の場合には、ホットガスバイ
パスヒータ回路の運転中の作動流体の圧力が元々高いた
めに、従来の可変容量型圧縮機の吐出容量制御技術によ
るだけでは追従性が不十分であり、異常昇圧対策に問題
が残るのである。そこで本発明では、ホットガスバイパ
スヒータ回路を備えた空調装置に従来の可変容量型圧縮
機の吐出容量制御技術を応用することで、特開平７−１
９６３０号公報に開示されているホットガスバイパスヒ
ータを備えた空調装置における異常高圧対策技術の問題
点、即ち、ホットガスバイパスヒータ回路内の作動流体
が冷房回路に放出されてしまって暖房能力が不足すると
いうことや、圧縮機に仕事をさせて高圧に昇圧した作動
流体を暖房回路外に無駄に放出することからエネルギー
効率が悪いというた問題点を解決し、さらにその上で、
ホットガスバイパスヒータ回路を備えた空調装置に従来
の可変容量型圧縮機の吐出容量制御技術を応用するだけ
では解決できない問題点、即ち、追従性が不十分であっ
てホットガスバイパスヒータ回路の異常昇圧対策に問題
が残るという点を合わせて解決しようとするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明では、圧縮機と、冷房回路と、暖房
回路と、制御手段とを有する空調装置を、下記の要件で
構成する。圧縮機は、駆動室と、作動流体を吸入する吸
入部と、圧縮された作動流体を吐出する吐出部と、圧縮
された作動流体を吐出部から駆動室へ導くことによって
吐出容量を変更する容量制御弁とを有するものとする。
冷房回路は、圧縮機の吐出部から吸入部へと至る経路上
に配置されたコンデンサとそのコンデンサよりも下流側
に配置された熱交換機とを有するものとする。暖房回路
は、圧縮機の吐出部から前記熱交換機へと至るバイパス
路と、前記熱交換機とを有するものとする。熱交換機
は、冷房回路と暖房回路に兼用される。制御手段は、作
動流体の吐出圧が基準値を超えた場合に容量制御弁を開
くとともに、前記作動流体の吐出圧の変化に関する値が
大きいときに前記基準値を小さくする制御手順を有する
ものとする。

【００１０】請求項１の発明によれば、作動流体の吐出
圧が基準値を超えた場合に容量制御弁が開かれ、圧縮機
の駆動室内の圧力が高められ、圧縮機の吐出容量が減少
し、吐出圧が低められるというプロセスに加え、作動流
体の吐出圧の変化に関する値が大きいときには基準値が
小さくされる。即ち、吐出圧が基準値に達する可能性の
ある上昇時に、その上昇速度が大きいときには基準値が
低められて比較的低い吐出圧で容量制御弁が開かれる一
方、その上昇速度が小さいときには比較的大きな値にあ
る基準値に達するまでは容量制御弁が開かれない。換言
すれば、急激に吐出圧が上昇する場合には、上昇の初期
段階で吐出容量の減少制御が開始されることから、吐出
容量の減少制御が効果を発揮するまでに時間を要して
も、暖房回路を損傷させるほどの高圧になる以前に吐出
容量の減少制御が効果を発揮するようにでき、一時的高
圧によって暖房回路が損傷することを防止でき、一方、
比較的ゆっくり上昇する場合には、高い基準値を用いる
ことから、暖房回路を流れる作動流体の圧力を常時低め
てしまうこともない。この吐出圧の変化に関する値とし
ては、吐出圧の変化速度を採用することが好ましい。変
化速度が早いときに基準値を小さくすると、上記の作用
が直接的に得られるからである。ただし、吐出圧の変化
に関する値は、吐出圧の変化速度である１回微分値に限
られず、２回微分値や３回微分値であっても良い。多回
微分値を採用すると、吐出圧の上昇初期段階で上昇速度
の大小を判別し易くなる。また、基準値を小さくすると
きの下げ幅は、前記吐出圧の変化に関する値に依存しな
い固定量であっても良いし、前記吐出圧の変化に関する
値に依存する可変量であってもよい。固定量を用いると
制御プログラムが簡単化でき、可変量を用いると暖房回
路の損傷を防止しながら暖房回路に流す作動流体の平均
圧力を高く維持することができる。なお本発明における
暖房回路においては、吐出部から熱交換機へと至るバイ
パス路上に膨張弁等の減圧装置を設けておくことが好ま
しい。

【００１１】請求項２の発明では、請求項１の空調装置
における吐出圧の変化に関する値が吐出圧の変化速度と
されている。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１の空調装置に
おける吐出圧の変化に関する値として、吐出圧の変化速
度（１回微分値）を採用するものである。請求項２の発
明によれば、吐出圧の変化速度が速いときに基準値を小
さくすることにより、請求項１で説明した効果、すなわ
ち、急激に吐出圧が上昇する場合には、低い基準値を用
いて上昇の初期段階で吐出容量の減少制御を開始し、一
時的高圧によって暖房回路が損傷することを防止し、一
方、吐出圧が比較的ゆっくり上昇する場合には、高い基
準値を用いることから、暖房回路を流れる作動流体の圧
力を常時低めてしまうことを防止する作用が直接的に得
られることになる。

【００１３】請求項３の発明では、請求項１または請求
項２の空調装置に用いられる制御手段において、基準値
の変化量は吐出圧の変化に関する値に依存しない固定量
とされている。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１の発明におけ
る基準値の変化量を固定量とした構成とされ、容量制御
弁を開放するための判断基準となる吐出圧の基準値は、
吐出圧の変化に関する値が小さいときの基準値（本来の
基準値）と、大きいときの基準値（一定量だけ減少され
た基準値）のいずれかとされることになる。基準値の変
化量を一定にすることで、制御プログラムの構成を簡便
としつつ、上記した請求項１の発明の作用を奏すること
が可能となる。

【００１５】請求項４の発明では、請求項１または請求
項２の空調装置に用いられる制御手段において、基準値
の変化量は吐出圧の変化に関する値に依存して可変とさ
れている。

【００１６】請求項４の発明によれば、基準値の変化量
を吐出圧の変化に関する値に依存して可変とされること
で、吐出圧の変化を忠実に反映した基準値の変化がおこ
なわれる。例えば吐出圧が急激に上昇する場合には、基
準値の低下量を大きくすることにより上昇の極めて早期
の段階で吐出容量の減少制御が開始されるようにして異
常高圧を抑制し、一方、吐出圧が比較的ゆっくり上昇す
る場合には、基準値の低下量を小さくすることにより比
較的遅めのタイミングで吐出容量の減少制御が開始され
るようにして、吐出圧が必要以上に減少してしまうこと
を防止する。つまり、基準値を吐出圧の変化に関する値
に依存して可変とした場合、暖房回路の損傷を防止しつ
つ暖房回路に流す作動流体の平均圧力を高く維持するこ
とができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態である
空調装置について、図面を参照しつつ説明していく。

【００１８】図１に示すように、本実施の形態における
空調装置１００は、可変容量型圧縮機１０１と冷房回路
３０８と暖房回路（ホットガスバイパスヒータ回路）３
０９と制御手段２０３によって構成されている。この空
調装置は、本実施の形態では車載用の空調装置として構
成されており、特に図示しないものの、可変容量型圧縮
機１０１の駆動軸１５１は車のエンジンに接続されて回
転される。本空調装置の冷房回路３０８は、可変容量型
圧縮機１０１で圧縮された高圧の作動流体を利用して作
動し、可変容量型圧縮機１０１の吐出口１４３から吸入
口１３３へと至る経路３０８ａ上に配置されたコンデン
サ３０１と第１の膨張弁３０３と熱交換機３０５とアキ
ュムレータ３１５とを有する。熱交換機３０５はエバポ
レータと通称される。暖房回路（ホットガスバイパスヒ
ータ回路）３０９も、可変容量型圧縮機１０１で圧縮さ
れた高温高圧の作動流体を利用して作動し、吐出口１４
３から吐出された作動流体を熱交換機３０５へ導くバイ
パス路３１０上に配置された第２の膨張弁３１１と上記
熱交換機３０５とアキュムレータ３１５とを有する。す
なわち暖房回路３０９は上記冷房回路３０８の構成要素
の一部を兼用する構造とされている。

【００１９】熱交換機３０５は、図示されていない温水
ヒータと並置されている。温水ヒータ内にはエンジンか
らの冷却温水が循環している。図１中、第１の開閉弁３
０７ａと第２の開閉弁３０７ｂは、冷房回路３０８と暖
房回路３０９のいずれか一方を択一的に作動させるため
の切替用弁である。

【００２０】また、図１に示されるＰｄ値検出手段２０
１は、可変容量型圧縮機１０１の吐出圧を検出し、検出
値たるＰｄ値を制御手段２０３に入力する。

【００２１】冷房回路３０８作動時には、可変容量型圧
縮機１０１で圧縮されて高圧となった作動流体がコンデ
ンサ３０１に送られ、そこで高温の作動流体が有する熱
を外部に捨て、作動流体は液化する。次に第１の膨張弁
３０３によって作動流体は減圧されて熱交換機３０５に
送られ、そこで外部の熱を奪ってガス化する。ガス化し
た作動流体はアキュムレータ３１５を経て再び可変容量
型圧縮機１０１に還流され再循環されることになる。暖
房回路３０９作動時には、可変容量型圧縮機１０１で圧
縮されて高温高圧となった作動流体は、第２の膨張弁３
１１によって減圧されて熱交換機３０５に送られ、そこ
で外部に熱を放出する。暖房回路３０９のサイクル中、
作動流体は常にガス状態で暖房回路３０９を循環する。
この暖房回路３０９は一般にホットガスバイパスヒータ
回路と呼ばれている。

【００２２】なお、本実施の形態においては、暖房回路
３０９は補助暖房装置として位置づけられている。すな
わち、暖房回路運転時に熱交換機３０５で発せられる熱
は、既に述べた温水ヒータに対する補助暖房用熱源とし
て用いられる。暖房回路３０９は、例えばエンジン起動
時、あるいは外気温が例えば−２０℃等といった低温環
境のときのように、エンジンの冷却温水では暖房用の熱
が足りない場合に、これを補うために用いられる。

【００２３】次に、冷房回路３０８および暖房回路３０
９に圧縮された作動流体を供給する可変容量型圧縮機１
０１の構造について説明する。この可変容量型圧縮機１
０１は、フロントハウジング１０３を有し、その内部に
駆動室１１１が形成されており、その駆動室１１１内で
斜板１６１が駆動軸１５１に支持されている。斜板１６
１は駆動軸１５１に支持されて、駆動軸１５１に対して
傾斜した状態で駆動軸１５１の回転に伴って回転する。
また駆動軸１５１に対する斜板１６１の傾斜角は可変と
なっており、以後、駆動軸１５１に直交する状態に近い
姿勢を「斜板１６１が立つ」といい、図示の状態で水平
に近づくことを「斜板１６１が寝る」という。斜板１６
１は、その周縁部において、可動シュー１６３を介し
て、ピストン１７１の頭部と連結されている。ピストン
１７１は、駆動軸１５１のまわりに計６本配置されてお
り、６個のシリンダボア１２３内にて図示左右方向にス
ライド可能に挿入されている。６個のシリンダボア１２
３の円周方向の位置はフロントハウジング１０３によっ
て固定されている。図示のごとく斜板１６１が傾斜して
駆動軸１５１と共に回転すると、円周方向については位
置が固定されたピストン１７１に対して、斜板１６１の
周縁が滑っていく。斜板１６１の最もピストン側に傾い
た周縁がピストン１７１に対応して位置しているとき
（図１はその状態を示す）、ピストン１７１はシリンダ
ボア１２３内に最も深く挿入される。斜板１６１の最も
反ピストン側に傾いた周縁（図１の場合図示下方に示さ
れている周縁）がピストン１７１に対応して位置してい
るとき（図１の状態から駆動軸１５１が１８０度回転し
た場合に相当する）、ピストン１７１はシリンダボア１
２３内から最も大きく抜き出される。駆動軸１５１が一
回転することで各ピストン１７１は各シリンダボア１２
３内で左右方向に一往復する。

【００２４】各シリンダボア１２３の底部には吸入孔１
３７ａと吐出孔１４７ａが設けられ、吸入孔１３７ａに
対して吸入弁１３７が対応位置し、吐出孔１４７ａに対
して吐出弁１４７が対応位置している。各吸入孔１３７
ａは吸入室１３１に連通し、各吐出孔１４７ａは吐出室
１４１に連通している。斜板１６１の回転によってピス
トン１７１が図中左方向に移動する場合、作動流体は吸
入口１３３から吸入室１３１・吸入孔１３７ａ・吸入弁
１３７を介してシリンダボア１２３内に導入される。次
いで、斜板１６１の回転によってピストン１７１が図中
右方向に移動する際には、吸入された作動流体は圧縮さ
れて高圧状態とされ、吐出孔１４７ａ・吐出弁１４７・
吐出室１４１を介して吐出口１４３から吐出される。こ
の可変容量型圧縮機１０１の吐出容量は、ピストン１７
１のストローク量によって定められる。ピストン１７１
のストローク量は斜板１６１の傾斜角度によって定めら
れる。斜板１６１が寝ているほどピストン１７１のスト
ローク量は大きく、可変容量型圧縮機１０１の吐出容量
は大きくなる。反対に、斜板１６１が立つほどピストン
１７１のストローク量は小さく、可変容量型圧縮機１０
１の吐出容量は小さくなる。

【００２５】この可変容量型圧縮機１０１では、図１に
示すように、吸入室１３１と駆動室１１１は減圧通路１
１３によって連通されている。また、吐出室１４１と駆
動室１１１は、圧力供給通路１１５によって連通されい
る。この圧力供給通路１１５の途中には容量制御弁１８
１が設けられている。容量制御弁１８１は、弁体２１１
とソレノイド２１３を有する電磁弁であり、ソレノイド
２１３の励磁・非励磁を通じて、圧力供給通路１１５を
開閉する。容量制御弁１８１は制御手段２０３によって
その開閉が制御される。

【００２６】斜板１６１の傾斜角度は、ピストン１７１
の両側の圧力差、すなわち駆動室１１１内の圧力とシリ
ンダボア１２３内の圧力の差によって決定される。この
差圧は上記した容量制御弁１８１の開閉動作によって調
整される。吐出容量を減少させる場合には、容量制御弁
１８１を開けて、吐出室１４１内の作動流体を駆動室１
１１へと導入して、駆動室１１１内の圧力を高める。す
ると、斜板１６１は立ち、ピストン１７１のストローク
量が減少して吐出容量が減少する。反対に容量を増加さ
せようとする場合には、容量制御弁１８１を閉じて、吐
出室１４１内の作動流体がクランク室１１１へ導入され
ないようにする。すると、駆動室１１１は減圧通路１１
３を介して吸入室１３１と連通しているため、駆動室１
１１内の圧力が低くなり、斜板１６１は寝てゆき、ピス
トン１７１のストローク量が増大して吐出容量が増大す
る。

【００２７】次に、本空調装置において吐出圧の異常高
圧の抑制制御を行うための制御手順が付加された制御手
段２０３の詳細について説明する。この制御手段２０３
は、冷房回路３０８の運転中は、図示しない吸入圧検出
手段の検出値を入力し、吸入圧が低すぎる場合には容量
制御弁を開いて吐出容量をを減少する。吸入圧は増加し
て、熱交換機３０５の着霜が防止される。この制御手順
は、特開平１０−４７２４２号公報に開示されている従
来の吐出容量制御手順であり、詳しい説明は省略する。
以上の制御の結果、冷房運転中、吐出圧はほぼ一定値以
下に抑制される。この一定値は、暖房運転中の吐出圧よ
りも低い。この場合、吐出圧が低いために、吐出容量を
減少側に制御し始めてもしばらくは吐出圧が上昇し続け
るが、実際の不都合には結びつかない。

【００２８】暖房回路３０９作動時に容量制御弁１８１
は通常閉じられているが、図１に示すＰｄ値検出手段２
０１（吐出圧検出手段）によって検出された吐出圧の値
であるＰｄ値が制御手段２０３に入力され、入力された
Ｐｄ値が基準値よりも大きい場合には、容量制御弁１８
１が開放されて吐出容量を減少させる制御が実行され
る。即ち、制御手段２０３は、吐出圧Ｐｄが所定の基準
値を超えるときに、制御信号を容量制御弁１８１に送出
してソレノイド２１３を通電・励磁して弁体２１１を操
作し、圧力供給通路１１５を連通状態とする。この結
果、吐出室１４１から駆動室１１１へと作動流体が導か
れる。吐出室１４１内の高圧作動流体が駆動室１１１に
放出される結果、吐出室１４１内の圧力は若干抑制され
るものの、放圧される量はわずかであって、放圧の直接
的効果として吐出室１４１内の圧力が低下する低下分は
小さい。むしろこの実施の形態では、駆動室１１１内の
圧力が高められて斜板１６１が立ち、吐出容量が減少す
る現象を通じて吐出室１４１内の圧力が抑制される要素
が強く働く。暖房運転時には、エネルギの効率的利用の
ため、吐出圧が比較的高い状態に維持されるために、吐
出容量を減少側に制御し始めてもしばらくは吐出圧が上
昇し続けることが実際の不都合に結びつくことから、下
記の改良が施されている。

【００２９】以下、かかる改良を、図２および図３を参
照しつつ説明する。図２にはかかる改良に係る制御手順
を現したフローチャートが示されている。このフローチ
ャートにおける制御手順がスタートすると、まずステッ
プＳ１では、基準値Ｃ１の値としてＰ１が入力される。
基準値Ｃ１は、暖房運転中に容量制御弁１８１を開放し
て駆動室１１１へ作動流体を放出すべきか否かを判定す
るための吐出圧Ｐｄに関する基準値である。またＰ１
は、通常状態（非異常高圧状態）における吐出圧Ｐｄに
関する基準値として与えられる値である。ステップＳ２
では、フラッグＦ１に０が入力される。このフラッグ
は、容量制御弁１８１の開閉状態を表現し、開放されて
いる場合には１、閉鎖されている場合には０が入力され
る。

【００３０】ステップＳ３では、吐出圧Ｐｄの上昇速度
（一回微分値）ｄ（Ｐｄ）／ｄｔ値が所定値Ｃ２を超え
るか否かが判断される。所定値Ｃ２は、吐出圧Ｐｄの上
昇速度が大きいか否かを判定するための基準となる値で
ある。もしＣ２を超えると判断された場合（Ｙｅｓの場
合）、ステップＳ４で基準値Ｃ１にＰ２が入力された後
でステップＳ５に進む。Ｐ２は、吐出圧Ｐｄの上昇速度
に基づいて異常高圧状態が生じるものと判断された場合
に、基準値Ｃ１にＰ１に代えて入力される値であり、Ｐ
１よりも小さい値である。もしＣ２を超えないと判断さ
れた場合（Ｎｏの場合）、吐出圧Ｐｄの上昇が急激では
ないと判断し基準値Ｃ１の変更は行われず、ステップ５
に進む。

【００３１】ステップＳ５では、吐出圧Ｐｄが基準値Ｃ
１を超えるか否かが判断される。この時の基準値Ｃ１に
はＰ１が入力されている場合と、Ｐ２が入力されている
場合とがある。もし吐出圧Ｐｄが基準値Ｃ１を超えると
判断された場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ６で容量
制御弁１８１（図１参照）が開放される。またステップ
Ｓ７で、容量制御弁１８１が開放されていることを示す
ため、フラッグＦ１に１が入力される。この容量制御弁
１８１の開放はステップ５において吐出圧Ｐｄが基準値
Ｃ１を超えないと判断されるまで繰り返される。換言す
れば吐出圧Ｐｄが基準値Ｃ１を下回るまで容量制御弁１
８１は開放されて、作動流体を駆動室１１１（図１参
照）へと放出し続ける。一方、ステップＳ５で、基準値
Ｃ１を超えないと判断された場合（Ｎｏの場合）、ステ
ップＳ８で、容量制御弁１８１の閉鎖処理が行われる。
これには吐出圧Ｐｄが一度も基準値Ｃ１を超えていない
場合と、一度基準値Ｃ１を超えて容量制御弁１８１が開
放処理されたことによって吐出圧Ｐｄが減圧されて基準
値Ｃ１を下回った場合とが含まれる。この二つの場合に
対処するべく、ステップＳ９ではフラッグＦ１のチェッ
クが行われ、Ｆ１が１であると判断された場合、つまり
容量制御弁１８１が開放処理された上でステップＳ８お
よびステップＳ９に進んだものと判断された場合には、
ステップＳ１０で基準値Ｃ１を元のＰ１とする。すなわ
ち基準値Ｃ１の値が増加されて元の値に復帰される。更
にステップＳ１１でフラッグＦ１に０を入力し、ステッ
プＳ３に戻る。一方、容量制御弁１８１の開放がされて
いないと判断された場合（Ｓ９でＮｏの場合）には、こ
れらの処理を行わずにステップＳ３に戻る。

【００３２】吐出圧Ｐｄの時間的変化の一例において上
記の制御処理が行われた様子が図３に示されている。

【００３３】図３では、吐出圧Ｐｄが時間ｔ０付近から
変動（上昇）していくケースが例示されている。吐出圧
Ｐｄの時間的変動は、図１に示すＰｄ値検出手段２０１
および制御手段２０３によって逐次モニタされている。
制御手段２０３は、吐出圧Ｐｄ値に基づいて吐出圧の上
昇速度（一回微分値）を算出する。図３の時間ｔ０で
は、吐出圧Ｐｄの上昇速度が未だ所定値に至っていない
と判断され、基準値Ｐ１については変更がなされない。
図２ではステップＳ３でＮｏと判断された場合に対応し
ている。その後、図３で上昇速度が上昇し、時間ｔ１に
おいて吐出圧の上昇速度が所定値に達したと判断される
と（図３中の傾きが吐出圧の上昇速度を現している）、
基準値Ｐ１の値が変更され、新たな基準値Ｐ２が与えら
れる。この新基準値Ｐ２は旧基準値Ｐ１から固定量を減
じた値として与えられる。図３ではステップＳ４に対応
している。この結果、時間ｔ１以降は吐出圧Ｐｄが基準
値Ｐ２を超えるものか否かが逐次判定されることにな
る。

【００３４】図３中、時間ｔ１において吐出圧Ｐｄの上
昇速度が所定値を超えると判断された場合、上記のごと
く基準値が旧基準値Ｐ１よりも低い新基準値Ｐ２とされ
るため、吐出圧がなおも上昇する場合には吐出圧の値は
程無く新基準値Ｐ２を超えることになる。図３では時間
ｔ２において吐出圧Ｐｄが新基準値Ｐ２を超えた場合を
示している。この時点において、図１に示す制御装置２
０３は、吐出圧Ｐｄが基準値を超えたと判定し、吐出容
量減少信号を発して容量制御弁１８１を開放する。図２
では、ステップＳ５およびＳ６に対応している。この開
放によって吐出室１４１内の作動流体が駆動室１１１へ
導かれることになる。すると、図１に示す斜板１６１が
立ち始め、ピストンストローク量が減少し、吐出容量が
減少して、吐出圧が下がり始める。このプロセスには時
間がかかり、図３のグラフに示されるように、容量制御
弁が開放された時刻ｔ１以後も吐出圧Ｐｄは基準値Ｐ２
を超えて上がり続ける。また、基準値に達したときの上
昇速度が速い程、吐出容量を減少させる制御が効果を奏
し出す前に、吐出圧が基準値を行き過ぎて増大する程度
は高い。しかしながら、この実施の形態では、上昇速度
が速い場合には基準値を低下させるので（Ｐ１からＰ２
にする）、基準値を行き過ぎて増大する程度は高くて
も、その基準値自体が低い値とされているため、圧力の
絶対値は本来の基準値を大きく超えて上昇し過ぎないよ
うにされている。

【００３５】吐出室１４１から駆動室１１１への作動流
体の放出が行われ、図１に示す制御装置２０３が、吐出
圧Ｐｄが基準値Ｐ２以下に降圧したと判断した場合（図
２では、時間ｔ３がそのタイミングを示してる）、吐出
圧の異常高圧状態が回避されたと判断して容量制御弁１
８１を閉鎖し、吐出室１４１から駆動室１１１への作動
流体の放出を終了させ（Ｓ８）、その上で基準値をＰ２
からＰ１へと設定し直す（Ｓ１０）。

【００３６】本実施の態様によれば、吐出圧Ｐｄの上昇
速度が予定された設定値を超えるような場合、すなわち
吐出圧の上昇が比較的急激な場合に、基準値を元の値
（直前の設定値）Ｐ１よりも低いＰ２に下方修正して与
えるため、上昇を続ける吐出圧Ｐｄは、その上昇の初期
の段階においてこの基準値を越えることになる（図２に
おける時間ｔ２）。その結果、吐出圧の上昇の初期段階
を捉えて、作動流体の駆動室１１１への放出が開始され
るため、吐出圧の上昇抑制制御が迅速に遂行されること
になる。なお本実施の態様における空調装置では冷房回
路および暖房回路の双方を有する空調装置として説明さ
れているが、上記した制御手段は主として暖房回路作動
時における吐出圧の異常高圧対策を講じるためのもので
あり、その意味において冷房回路を省略した空調装置と
して構成することが可能である。

【００３７】（第１の変更例）この変更例は新たな基準
値Ｐ２の設定の変更例に関する。この変更例では、新た
な基準値Ｐ２は、「Ｐ２＝Ｐ１―その時の吐出圧の上昇
速度×定数Ｃ」で表現される演算式によって算出される
可変量として与えられる。従って、特に図示しないもの
の、吐出圧の上昇速度が増加していく場合、つまり、吐
出圧の上昇の度合いが更に急激になっていくような場合
には、基準値Ｐ２は逐次的に減少していく形態で与えら
れることになる。この場合、吐出圧の上昇の度合いに対
応して基準値の低下量自体が可変とされるので、一層緻
密な制御態様を与えることができる。

【００３８】（第２の変更例）これは、低下された基準
値Ｐ２を元の基準値Ｐ１に復帰させるための条件を、吐
出圧が基準値Ｐ２以下となったか否かの判断ではなく、
吐出圧の上昇速度が所定値以下となったか否かの判断に
依存させる変更例に関する。図４に示すように、時間ｔ
１において吐出圧Ｐｄの上昇速度が所定値を超えると判
断された場合、基準値はＰ１からＰ２に変更される。そ
の後、ｔ２において吐出圧Ｐｄが基準値Ｐ２を超え、容
量制御弁が開放される。その後、吐出圧Ｐｄの上昇速度
が所定値以下になったと判断される場合（時間ｔ３）、
基準値はＰ２からＰ１へと復帰される。なお図４中の傾
きが吐出圧Ｐｄの上昇速度を現している。従って、この
変更例において容量制御弁１８１が開放されて作動流体
が駆動室１１１へ放出されるのは、図３中の時間ｔ２か
らｔ３の間とされる。

【００３９】（第３の変更例）この変更例は、上昇速度
の変化率、すなわち吐出圧Pdの描く曲線の二回微分値に
基づいて吐出圧Ｐｄの基準値を設定する変更例に関す
る。一般に、ある曲線の二回微分値の値が負であれば上
に凸の曲線、正であれば下に凸の曲線となることは数学
上周知の事項であるが、本変更例では、Ｐｄ曲線が上に
凸となる場合には、吐出圧Ｐｄが今後それ程増大してい
かないと予想し、設定値の変更を行わない。一方、Ｐｄ
曲線が下に凸となる場合には、今後吐出圧Ｐｄの急激な
上昇が予想されるので、基準値Ｐ１を低下させる。その
結果、吐出圧Ｐｄは急激な上昇の早期の段階で低下され
た基準値を超えることになり、この段階で（図１に示
す）制御手段２０３は容量制御弁１８１を開放し、吐出
室１４１内の作動流体を駆動室１１１へと放出する。

【００４０】（第４の変更例）以上述べてきたように、
本実施の形態およびその変更例では、吐出圧が急激に上
昇しようとする場合、吐出圧の基準値を低下させる制御
態様が遂行される。一方、吐出圧が基準値に近づくより
もずっと以前に、その上昇速度が所定値を超えるか否か
等の判定を随時行うことが合理的ではない場合もある。
従って、基準値変更のパラメータとして、吐出圧Ｐｄの
上昇速度あるいは上昇速度の変化率（二回微分値）以外
に、吐出圧Ｐｄが基準値近傍まで上昇しつつあるか否か
を併せて採用する構成が考えられる。吐出圧の値が基準
値の所定の割合（例えば８０％）以上である場合であっ
て、かつ、吐出圧の上昇速度が所定値を超えた場合にの
み基準値を低下させるといった構成が可能である。ま
た、吐出圧の値が基準値の所定の割合（８０％）以上で
ある場合であって、かつ、吐出圧の上昇速度の変化率が
上に凸となる場合にのみ基準値を低下させるといった構
成が可能である。（第５の変更例）第５の変更例は、図１に示される容量
制御弁１８１に関する変更例であり、弁の開度を、吐出
圧が基準値を上回る量に対応して可変とするものであ
る。この変更例では、特に図示しないものの、図１にお
いて弁を開閉するための駆動部材として、ソレノイド２
１３に代えて、ステップモータが用いられる。このステ
ップモータは、制御手段２０３の制御信号を受けて駆動
される。吐出圧の上昇抑制のため作動流体を駆動室１１
１へと放出する場合、この放出の態様としては、吐出圧
の上昇の度合いが急激である程、迅速に駆動室１１１へ
と放出することを考慮した変更例であり、本変更例で
は、容量制御弁の開度をステップモータによって可変と
し、きめこまかな開閉制御を行うこととしている。

【００４１】以上説明してきた実施態様や様々な変更例
の説明に鑑みた場合、本発明では、以下の各種の態様を
採用することが可能である。一の態様として、「前記吐
出圧の変化に関する値は、前記吐出圧の時間変化につい
ての二回微分値であることを特徴とする請求項１に記載
の空調装置」という構成が考えられる。

【００４２】この態様によれば、吐出圧の時間変化につ
いての二回微分値（上昇速度の変化率）に基づいて基準
値が変化される。例えば、上昇速度の変化率が正となる
場合（つまり吐出圧曲線が下に凸となる場合）、今後吐
出圧の急激な上昇が予想されるため、基準値を低下させ
て吐出圧の早目の抑制をおこなうという制御態様が与え
られることになる。

【００４３】また他の態様として、「前記制御手段は、
前記暖房回路作動時において前記作動流体の吐出圧が基
準値を超えた場合に前記容量制御弁を開くとともに、前
記作動流体の吐出圧の変化に関する値に基づいて前記基
準値を低下させ、更に、前記低下された基準値を、吐出
圧の変化に関する値に基づいて再度元の基準値に復帰さ
せることを特徴とする請求項１から請求項４までのいず
れかに記載の空調装置」という構成が考えられる。

【００４４】この態様によれば、作動流体の吐出圧の変
化に関する値に基づいて基準値は低下されることにな
る。そして、作動流体の吐出圧の変化に関する値に基づ
いて、一度低下された基準値は再度元の基準値に復帰さ
れる。例えば上昇速度や上昇速度の変化率等といった吐
出圧の変化に関する値に基づき、吐出圧の上昇が抑制さ
れたと判断される場合には、もはや早め早めの制御を行
う必要がなくなるため、低下された基準値を元の基準値
に復帰させるという制御態様に関する。吐出圧が基準値
を下回った段階まで待たないので、エネルギー効率の低
減を少なくすることができる。

【００４５】また他の態様として、「前記制御手段は、
前記暖房回路作動時において前記作動流体の吐出圧が基
準値を超えたときに圧縮された作動流体を前記吐出部か
ら前記駆動室へ導くとともに、前記作動流体の吐出圧の
変化に関する値に基づいて前記基準値を低下させるもの
であり、更に、前記吐出圧が前記低下された基準値以下
となった場合に、当該低下された基準値を再度元の基準
値に復帰させることを特徴とする請求項１から請求項４
までのいずれかに記載の空調装置」という構成が考えら
れる。

【００４６】この態様によれば、作動流体の吐出圧の変
化に関する値に基づいて基準値は低下されることにな
る。そして、吐出圧が低下された基準値以下となった場
合にはもはや早め早めの制御を行う必要がないものと判
断し、低下された基準値を元の基準値に復帰させる。低
下された基準値を吐出圧が下回るまで容量制御弁を開放
するので、異常高圧抑制の確度が増すことになる。

【００４７】また他の態様として、「前記制御手段にお
いて、作動流体の吐出圧が基準値の所定の割合に達した
場合にのみ、前記基準値は、前記作動流体の吐出圧の変
化に関する値に基づいて可変とされることを特徴とする
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の空調装
置」という構成が考えられる。

【００４８】この態様によれば、吐出圧の値が基準値の
所定の割合に達した場合にのみ基準値が変更されるもの
であり、吐出圧の異常高圧状態が問題とならないような
場合にまで基準値を変更することのない構成が与えられ
る。

【００４９】また他の態様として、「前記容量制御弁
は、前記吐出圧が前記基準値を超える量に対応して開度
が可変とされていることを特徴とする請求項１から請求
項４までのいずれかに記載の空調装置」という構成が考
えられる。

【００５０】この態様によれば、容量制御弁の開度は、
吐出圧が基準値を上回る量に対応して可変とされてお
り、従って、吐出圧の変化の度合いに応じて、容量制御
弁の開度を変化させて、作動流体を吐出部から駆動室へ
と逃がす時間を調節することが可能とされている。急激
な上昇の場合には、開度を大きくして作動流体を早く駆
動室へ逃がす等といったように、事案に応じた吐出圧の
上昇制御の迅速性および確度が一層向上されることにな
る。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、作動流体の吐出圧が基
準値に達する可能性のある上昇時に、その上昇の度合い
が大きいときには基準値が低められて比較的低い吐出圧
で容量制御弁が開かれる一方、その上昇の度合いが小さ
いときには比較的大きな値にある基準値に達するまでは
容量制御弁が開かれない。換言すれば、急激に吐出圧が
上昇する場合には、上昇の初期段階で吐出容量の減少制
御が開始されることから、吐出容量の減少制御が効果を
発揮するまでに時間を要しても、暖房回路を損傷させる
ほどの高圧になる以前に吐出容量の減少制御が効果を発
揮するようにでき、一時的高圧によって暖房回路が損傷
することを防止でき、一方、比較的ゆっくり上昇する場
合には、高い基準値を用いることから、暖房回路を流れ
る作動流体の圧力を常時低めてしまうこともない。本発
明では、通常の吐出容量制御では避けられない一時的昇
圧を効果的に抑制することに成功しているために、暖房
回路をエネルギ効率の高い高圧で用いながら、しかも一
時的な高圧で暖房回路が損傷することを禁止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る空調装置の構造を示す図で
ある。

【図２】本実施の形態に係る制御手順を示すフローチャ
ートである。

【図３】本実施の形態に係る制御態様を示すグラフであ
る。

【図４】本実施の形態の一変更例に係る制御態様を示す
グラフである。

【図５】従来の空調装置の構造を示す回路図である。

【符号の説明】

１０１可変容量型圧縮機１１１駆動室１３１吸入室１４１吐出室１５１駆動軸１６１斜板１７１ピストン１８１容量制御弁２０１Ｐｄ値検出手段２０３制御手段３０１コンデンサ３０３第１の膨張弁３０５熱交換機３１１第２の膨張弁３０８冷房回路３０９暖房回路

フロントページの続き (72)発明者中根芳之愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者伴孝志愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内Ｆターム(参考） 3H076 AA07 BB21 BB28 CC12 CC20 CC27 CC82 CC83 CC84 CC91 CC98 3L092 AA11 BA05 BA27 EA03 FA00 FA23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機と、冷房回路と、暖房回路と、制
御手段とを有し、前記圧縮機は、駆動室と、作動流体を吸入する吸入部
と、圧縮された作動流体を吐出する吐出部と、圧縮され
た作動流体を前記吐出部から前記駆動室へ導くことによ
って吐出容量を変更する容量制御弁とを有し、前記冷房回路は、前記吐出部から前記吸入部へと至る経
路上に配置されたコンデンサと前記コンデンサよりも下
流側に配置された熱交換機とを有し、前記暖房回路は、前記吐出部から前記熱交換機へと至る
バイパス路と、前記熱交換機とを有し、前記制御手段は、作動流体の吐出圧が基準値を超えた場
合に前記容量制御弁を開くとともに、前記作動流体の吐
出圧の変化に関する値が大きいときに前記基準値を小さ
くする制御手順を有することを特徴とする空調装置。
【請求項２】前記吐出圧の変化に関する値は、吐出圧
の変化速度であることを特徴とする請求項１に記載の空
調装置。
【請求項３】前記制御手段における前記基準値の変化
量は、前記吐出圧の変化に関する値に依存しない固定量
であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の空調装置。
【請求項４】前記制御手段における前記基準値の変化
量は、前記吐出圧の変化に関する値に依存して可変とさ
れていることを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の空調装置。