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JP2014080927A - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

可変容量圧縮機用制御弁 Download PDF

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Abstract

【課題】感圧部を備える可変容量圧縮機用制御弁において、その弁部と感圧部の設計自由度を向上させる。
【解決手段】制御弁1は、一端側から容量室22、弁室26、作動室28が形成されたボディ5と、ボディ5に摺動可能に支持され、一端側にて容量室22内のクランク圧力を受圧する一方、他端側にて作動室28内の被感知圧力を受圧し、弁室26と容量室22との間に設けられた弁座に着脱して弁部を開閉する弁体と、容量室22内のクランク圧力を感圧し、そのクランク圧力に応じて弁体を開弁方向に付勢するパワーエレメント6と、を備える。弁室26に対して容量室22とは反対側に、容量室22のクランク圧力が導入される圧力室88が形成され、弁体には圧力室88にてクランク圧力を受圧する作動面87が設けられている。
【選択図】図2

Description

本発明は、可変容量圧縮機の吐出容量を制御するのに好適な制御弁に関する。
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。
この圧縮機としては、エンジンの回転数によらず一定の冷房能力が維持されるように、冷媒の吐出容量を可変できる可変容量圧縮機(単に「圧縮機」ともいう)が用いられている。この圧縮機は、エンジンによって回転駆動される回転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、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。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で連続的に変えられる。このクランク室内の圧力(以下「クランク圧力」という)Pcは、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(単に「制御弁」ともいう)により制御される。
このような制御弁は、駆動部としてのソレノイドに外部から電流を供給することで、その弁開度が調整される。空調装置の起動時などその空調機能を速やかに発揮させる必要があるときには、例えばソレノイドに最大電流を流すことで弁部を閉弁状態とし、クランク圧力Pcを低くして揺動板を回転軸に対して大きく傾けることで、圧縮機を最大容量で運転させることができる。車両のエンジン負荷が大きいときにはソレノイドをオフにすることで弁部を全開状態とし、クランク圧力Pcを高くして揺動板を回転軸に対してほぼ直角にすることで、圧縮機を最小容量で運転させることができる。
このような制御弁として、例えば吸入圧力Psに応じてクランク室への冷媒の導入量を調整することにより、クランク圧力Pcを制御するものがある(例えば特許文献1参照)。この制御弁は、吸入圧力Psを感知して変位する感圧部と、感圧部の駆動力を受けて吐出室からクランク室へ通じる通路を開閉制御する弁部と、感圧部による駆動力の設定値を外部電流によって可変できるソレノイドとを備える。この制御弁は、吸入圧力Psが外部電流により設定された設定圧力に保持されるように弁部を開閉する。一般に、吸入圧力Psは蒸発器出口の冷媒温度に比例するため、その設定圧力を所定値以上に保持することにより、蒸発器の凍結等を防止できる。特に、引用文献1に記載の制御弁は、ボディのソレノイドとは反対側の端部に感圧部が設けられるため、感圧部材を弁体とソレノイドとの間に配置する必要がなく、制御弁を簡易な構成で実現できるといったメリットがある。
特開2008−240580号公報
ところで、このような制御弁においては構成上、感知すべき吸入圧力Psを感圧部から離れたポートから導入することになるため、吸入圧力Psを感圧部材で直接受圧することが難しい。そこで、弁体および感圧部材の受圧バランスを工夫し、それらに作用するクランク圧力Pcの影響をキャンセルすることで、感圧部が実質的に吸入圧力Psを感知して動作する構成が採用されている。すなわち、弁体と感圧部とが対向配置されるとともにクランク圧力Pcが導入される容量室において、弁体の有効受圧面積と感圧部材の有効受圧面積とを等しくすることにより、クランク圧力Pcの影響をキャンセルしている。
しかしながら、このような構成では、感圧部材に合わせて弁体の大きさを設定する、あるいは逆に弁体に合わせて感圧部材の大きさを設定しなければならず、弁部および感圧部の設計自由度に制約がかかるといった問題があった。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、感圧部を備える可変容量圧縮機用制御弁において、弁部および感圧部の設計自由度を向上させることを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のある態様は、吸入室に導入される冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機の吐出容量を、吐出室からクランク室に導入する冷媒、およびクランク室から吸入室へ導出する冷媒の少なくとも一方の流量又は圧力を調整することにより変化させる可変容量圧縮機用制御弁において、一端側からクランク室に連通する容量室、吐出室に連通する弁室、被感知圧力が導入される作動室が形成されたボディと、ボディに摺動可能に支持され、一端側にて容量室内のクランク圧力を受圧する一方、他端側にて作動室内の被感知圧力を受圧し、弁室と容量室との間に設けられた弁座に着脱して弁部を開閉する弁体と、容量室内のクランク圧力を感圧し、そのクランク圧力に応じて弁体を開弁方向に付勢する感圧部と、を備える。弁室に対して容量室とは反対側に、容量室のクランク圧力が導入される圧力室が形成され、弁体には圧力室にてクランク圧力を受圧する作動面が設けられている。
この態様によると、弁体は一端側で容量室内のクランク圧力を受圧し、他端側で作動室内の被感知圧力を受圧するところ、弁室に対して容量室とは反対側に形成された圧力室においても作動面にてクランク圧力を受圧する。このため、弁体を所望の大きさに形成したとしても、それに応じて作動面の大きさ、形状、受圧の方向などを調整することで、感圧部との受圧バランスを調整することが可能となる。その結果、弁部および感圧部の設計自由度を向上させることができる。
本発明によれば、感圧部を備える可変容量圧縮機用制御弁において、弁部および感圧部の設計自由度を向上させることができる。
第1実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。 図1の上半部に対応する部分拡大断面図である。 制御弁の動作を表す図である。 制御弁の動作を表す図である。 第2実施形態に係る制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。 第3実施形態に係る制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。 第4実施形態に係る制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。 第5実施形態に係る制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。
以下、本発明の実施形態を、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。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。
制御弁1は、自動車用空調装置の冷凍サイクルに設置される図示しない可変容量圧縮機(単に「圧縮機」という)の吐出容量を制御する電磁弁として構成されている。この圧縮機は、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。そのガス冷媒は凝縮器(外部熱交換器)にて凝縮され、さらに膨張装置により断熱膨張されて低温・低圧の霧状の冷媒となる。この低温・低圧の冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内空気を冷却する。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻されて冷凍サイクルを循環する。圧縮機は、自動車のエンジンによって回転駆動される回転軸を有し、その回転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。その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、冷媒の吐出量が調整される。制御弁1は、その圧縮機の吐出室からクランク室へ導入する冷媒流量を制御することで揺動板の角度、ひいてはその圧縮機の吐出容量を変化させる。
制御弁1は、圧縮機の吸入圧力Ps(「被感知圧力」に該当する)を設定圧力に保つように、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御するいわゆるPs感知弁として構成されている。制御弁1は、弁本体2とソレノイド3とを一体に組み付けて構成される。弁本体2は、圧縮機の運転時に吐出冷媒の一部をクランク室へ導入するための冷媒通路を開閉する主弁と、圧縮機の起動時にクランク室の冷媒を吸入室へ逃がすいわゆるブリード弁として機能する副弁とを含む。ソレノイド3は、主弁を開閉方向に駆動してその開度を調整し、クランク室へ導入する冷媒流量を制御する。弁本体2は、段付円筒状のボディ5、ボディ5内に設けられた主弁および副弁、主弁の開度を調整するためにソレノイド力に対抗する力を発生するパワーエレメント6等を備えている。パワーエレメント6は、「感圧部」として機能する。
制御弁1には、その上端側からポート12,14,16が設けられている。このうち、ポート12はボディ5の上端開口部に設けられ、ポート14はボディ5の側部に設けられている。ポート16は、ソレノイド3から上方に延出するコア46の延出部に設けられている。ポート12はクランク室に連通する「クランク室連通ポート」として機能し、ポート14は吐出室に連通する「吐出室連通ポート」として機能し、ポート16は吸入室に連通する「吸入室連通ポート」として機能する。ボディ5の上端開口部には端部部材13が固定されている。端部部材13の外周面に設けられた複数の連通溝15を介して冷媒が導入又は導出される。ボディ5の下端部はソレノイド3の上端部に連結されている。ボディ5内には、ポート12とポート14とを連通させる主通路と、ポート12とポート16とを連通させる副通路とが形成されている。主通路には主弁が設けられ、副通路には副弁が設けられている。主通路には主弁孔18が設けられ、その下端開口端縁のテーパ面に主弁座20が形成されている。
ポート14は、吐出室から吐出圧力Pdの冷媒を導入する。ポート12は、圧縮機の定常動作時に主弁を経由したクランク圧力Pcの冷媒をクランク室へ向けて導出する一方、圧縮機の起動時にはクランク室から排出されたクランク圧力Pcの冷媒を導入する。このとき導入された冷媒は、副弁に導かれる。ポート12と主弁孔18との間には、クランク圧力Pcが満たされる容量室22が形成される。パワーエレメント6は、容量室22に配置される。ポート16は、圧縮機の定常動作時に吸入圧力Psの冷媒を導入する一方、圧縮機の起動時には副弁を経由した吸入圧力Psの冷媒を吸入室へ向けて導出する。ポート14には環状のストレーナ17が取り付けられている。ストレーナ17は、ボディ5の内部への異物の侵入を抑制するためのフィルタを含む。一方、ポート12には有底円筒状のストレーナ11が取り付けられている。ストレーナ11は、ボディ5の内部への異物の侵入を抑制するためのフィルタを含む。
主弁孔18の容量室22とは反対側には弁室26が設けられ、ポート14と連通している。弁室26の主弁孔18とは反対側には、主弁孔18と同軸状にガイド孔24が形成されている。ガイド孔24の弁室26とは反対側には作動室28が形成され、ポート16と連通している。ガイド孔24には、段付円筒状の主弁体30が摺動可能に挿通されている。主弁体30は、弁室26側から主弁座20に着脱することにより主弁を開閉し、吐出室からクランク室へ流れる冷媒流量を調整する。一方、主弁体30には副弁孔32が設けられ、その副弁孔32の上端開口部に副弁座34が形成されている。主弁体30の下部は作動室28に延在している。容量室22には、段付円柱状の副弁体36が配設されている。副弁体36は、主弁体30と軸線方向に対向配置され、副弁座34に着脱することにより副弁を開閉する。
また、ボディ5の軸線に沿って長尺状の作動ロッド38が設けられている。作動ロッド38の上端部は副弁体36を介してパワーエレメント6と作動連結可能に接続され、下端部はソレノイド3の後述するプランジャ50に接続されている。作動ロッド38の上半部は主弁体30内に挿通され、その先端部にて副弁体36を下方から支持する。主弁体30とソレノイド3との間には、主弁体30を主弁の閉弁方向に付勢するスプリング42(「付勢部材」として機能する)が介装されている。一方、ボディ5の上半部にはばね受け部材25が圧入されており、ばね受け部材25と副弁体36との間には、副弁体36を副弁の閉弁方向に付勢するとともに、主弁体30を主弁の開弁方向に付勢可能なスプリング44(「付勢部材として機能する)が介装されている。
一方、パワーエレメント6は、クランク圧力Pcを感知して変位するベローズ45(「感圧部材」として機能する)を含み、そのベローズ45の変位によりソレノイド力に対抗する力を発生させる。この対抗力は、副弁体36を介して主弁体30にも伝達される。副弁体36が副弁座34に着座して副弁を閉じることにより、クランク室から吸入室への冷媒のリリーフが遮断される。また、副弁体36が副弁座34から離間して副弁を開くことにより、クランク室から吸入室への冷媒のリリーフが許容される。
一方、ソレノイド3は、段付円筒状のコア46と、コア46の下端開口部を封止するように組み付けられた有底円筒状のスリーブ48と、スリーブ48に収容されてコア46と軸線方向に対向配置された円筒状のプランジャ50と、コア46およびスリーブ48に外挿された円筒状のボビン52と、ボビン52に巻回され、通電により磁気回路を生成する電磁コイル54と、電磁コイル54を外方から覆うように設けられ、ヨークとしても機能する円筒状のケース56と、ケース56の下端開口部を封止するように設けられた端部部材58とを備える。なお、本実施形態においては、ボディ5、コア46、ケース56および端部部材58が制御弁1全体のボディを形成している。プランジャ50とコア46との間には、プランジャ50をコア46から離間する方向に付勢するスプリング47(「付勢部材」として機能する)が介装されている。
弁本体2とソレノイド3とは、ボディ5の下端部がコア46の上端開口部に圧入されることにより固定されている。コア46は、その上半部が拡径されて上方に延出し、その延出部の側部にポート16が設けられている。コア46とボディ5との間には、吸入圧力Psを満たすための作動室28が形成されている。一方、コア46の中央を軸線方向に貫通するように、作動ロッド38が挿通されている。作動ロッド38の下端部がプランジャ50の上半部に圧入され、作動ロッド38とプランジャ50とが同軸状に接続されている。
作動ロッド38は、プランジャ50により下方から支持され、主弁体30、副弁体36およびパワーエレメント6と作動連結可能に構成されている。作動ロッド38は、コア46とプランジャ50との吸引力であるソレノイド力を、一方で副弁体36に直接伝達し、他方で副弁体36を介して主弁体30に伝達する。また、作動ロッド38には、パワーエレメント6の伸縮動作による駆動力が副弁体36を介して伝達される。作動ロッド38は、そのパワーエレメント6の駆動力をソレノイド力に対抗する力としてプランジャ50に伝達する。
コア46の上端部にはリング状の軸支部材60が圧入されており、作動ロッド38は、その軸支部材60によって軸線方向に摺動可能に支持されている。軸支部材60の外周面の所定箇所には、軸線に平行な図示しない連通溝が形成されている。ポート16から導入出される吸入圧力Psは、その連通溝、作動ロッド38とコア46との間隙により形成される連通路62を通ってスリーブ48の内部にも導かれる。
連通路62は、スリーブ48内をオイルダンパ室とするためのオリフィスとして機能する。すなわち、本実施形態では、制御弁1の製造工程において、圧縮機の潤滑用として冷媒に含まれるオイルと同種のオイルを予めスリーブ48内に入れておく。本実施形態では、軸支部材60に設けられた連通溝が、スリーブ48へのオイルの出入りに対して抵抗となる絞り通路として機能する。このような構成により、スリーブ48をオイルダンパ室として機能させることができ、そのスリーブ48に配置されたプランジャ50の微小振動などが抑制される。その結果、そのような微小振動による騒音の発生が防止または抑制される。なお、変形例においては、連通路62が、スリーブ48へのオイルの出入りに対して抵抗となる絞り通路として機能するようにしてもよい。すなわち、軸支部材60に設けられた連通溝および連通路62の少なくとも一方が、絞り通路として機能するようにすればよい。なお、スプリング47が、コア46とプランジャ50とを両者を互いに離間させる方向に付勢するオフばねとして機能する。本実施形態では、スプリング44のばね荷重が、スプリング42のばね荷重よりも大きくなるように設定されている。
スリーブ48は非磁性材料からなる。プランジャ50の側面には軸線に平行な複数の連通溝66が設けられ、プランジャ50の下端面には半径方向に延びて内外を連通する複数の連通溝68が設けられている。このような構成により、図示のようにプランジャ50が下死点に位置しても、吸入圧力Psがプランジャ50とスリーブ48との間隙を通って背圧室70に導かれるようになっている。
ボビン52からは電磁コイル54につながる一対の接続端子72が延出し、それぞれ端部部材58を貫通して外部に引き出されている。同図には説明の便宜上、その一対の片方のみが表示されている。端部部材58は、ケース56に内包されるソレノイド3内の構造物全体を下方から封止するように取り付けられている。端部部材58は、耐食性を有する樹脂材のモールド成形(射出成形)により形成され、その樹脂材がケース56と電磁コイル54との間隙にも満たされている。このように樹脂材がケース56と電磁コイル54との間隙に樹脂材を満たすことで、電磁コイル54で発生した熱をケース56に伝達しやすくし、その放熱性能を高めている。端部部材58からは接続端子72の先端部が引き出されており、図示しない外部電源に接続される。
図2は、図1の上半部に対応する部分拡大断面図である。
ボディ5は、第1ボディ81と第2ボディ82とを組み付けて構成されている。第1ボディ81は、段付円筒状をなし、その内方に形成されたガイド孔24にて主弁体30の上半部を摺動可能に支持している。第2ボディ82は、有底円筒状をなし、第1ボディ81の下半部に外挿されるように圧入されている。第2ボディ82の底部には、主弁体30の下部を摺動可能に挿通する挿通孔84が設けられている。すなわち、主弁体30は、その上半部がガイド孔24に支持され、下部が挿通孔84に支持される態様で軸線方向に安定に動作する。
主弁体30は、下半部の外径がやや縮径された段付円筒状をなし、その縮径部85が挿通孔84を貫通している。主弁体30の内方には、容量室22と作動室28とを連通させる内部通路35が形成されている。一方、第1ボディ81は、その下部に内径がやや拡径された拡径部86を有する。この第1ボディ81の拡径部86と、主弁体30の縮径部85と第2ボディ82とに囲まれる空間により圧力室88が形成される。すなわち、圧力室88は、弁室26に対して容量室22とは反対側に設けられ、第2ボディ82により作動室28と区画されている。一方、第1ボディ81には、容量室22と圧力室88とを連通させる連通路89が形成されている。その結果、圧力室88には常に、クランク圧力Pcが満たされるようになる。主弁体30における縮径部85の基端部にはテーパ状の段差が形成され、そのテーパ面が作動面87を構成する。この作動面87は、圧力室88にてクランク圧力Pcを受圧し、弁体(主弁体30,副弁体36)とパワーエレメント6との受圧バランスを調整可能な機構を構成する。
主弁体30のガイド孔24との摺動面には、冷媒の流通を抑制するための複数の環状溝からなるラビリンスシール90が設けられている。主弁体30の軸線方向中間部には隔壁92が設けられている。隔壁92は、その下面にて作動ロッド38と適宜係合連結可能な「被係合部」として機能する。作動ロッド38は、上方に向かって段階的に縮径する段付円柱状をなし、隔壁92の中央に設けられた挿通孔を貫通する。作動ロッド38の上端部には、その縮径部の段差により係合部94が構成される。隔壁92の挿通孔の周囲には、冷媒を通過させるための複数の貫通孔95が形成されている。また、縮径部85の下端開口部がコア46の上端面に着脱することにより、内部通路35と作動室28との連通状態が遮断又は開放される。すなわち、主弁体30の下端開口部とコア46の上端面とにより、内部通路35を開閉する「遮断弁部」が構成される。
副弁体36には、主弁体30の内部通路35と容量室22とを連通させるためのT字状の連通路39が形成されている。副弁体36の側面の複数箇所と下面に連通路39の開口部が設けられている。副弁体36は、その下端面中央が平坦に形成され、作動ロッド38が下方から着脱可能に作動連結される。作動ロッド38が副弁体36と連結されると、その作動ロッド38の上端面が副弁体36の下端面中央に当接して連通路39の開口端を閉止する。すなわち、作動ロッド38の上端面と副弁体36の下端面とにより、連通路39を開閉する「開閉弁部」が構成される。なお、作動ロッド38は、副弁体36が副弁座34に着座した状態においては、係合部94が隔壁92から少なくとも所定間隔Lをあけて離間するように各段差の位置が設定されている。この所定間隔Lは、いわゆる「遊び」として機能する(図4参照)。
スプリング42は、隔壁92と軸支部材60との間に介装されている。ソレノイド力を大きくすると、作動ロッド38を主弁体30に対して相対変位させ、それにより副弁体36を副弁座34からリフトさせて副弁を開くことができる。また、係合部94と隔壁92とを係合(当接)させた状態でソレノイド力を主弁体30に直接伝達することができ、スプリング42の付勢力よりも大きな力で主弁体30を主弁の閉弁方向に押圧することができる。この構成は、主弁体30とガイド孔24との摺動部への異物の噛み込みにより主弁体30がロックした場合に、それを解除するロック解除機構として機能する。なお、本実施形態では、作動ロッド38の係合部94が隔壁92(被係合部)に面接触してこれを押圧する構成としたが、係合部94と被係合部との当接状態は面接触に限らず、線接触でも点接触でもよく、両者の係合によりソレノイド力が主弁体30に直接伝達できればよい。
パワーエレメント6は、有底円筒状のベローズ45の上端開口部をストッパ74(「ベース部材」に該当する)により閉止して構成されている。ストッパ74は、端部部材13と一体成形されている。したがって、ストッパ74は、ボディ5に対して固定された状態となる。ベローズ45は、その底面にて副弁体36の上端面に着脱可能に当接する。ベローズ45の内部は密閉された基準圧力室Sとなっており、その底部とストッパ74との間に、ベローズ45を伸長方向に付勢するスプリング78が介装されている。基準圧力室Sは、本実施形態では真空状態とされている。
スプリング78がベローズ45の底部とストッパ74とを互いに離間させる方向に付勢するため、ベローズ45は、容量室22のクランク圧力Pcと基準圧力室Sの基準圧力との差圧に応じて軸線方向(主弁および副弁の開閉方向)に伸長または収縮する。ただし、その差圧が大きくなってもベローズ45が所定量収縮すると、その底面がストッパ74の下面に当接して係止されるため、その収縮は規制される。
以上の構成において、主弁体30と主弁座20とにより主弁が構成され、その主弁の開度によって吐出室からクランク室へ導入される冷媒流量が調整される。また、副弁体36と副弁座34とにより副弁が構成され、その副弁の開閉によりクランク室から吸入室への冷媒の導出が許容または遮断される。すなわち、制御弁1は、主弁と副弁のいずれか一方を開弁させることにより冷媒の流れを切り替える三方弁としても機能する。
本実施形態においては、ベローズ45の有効受圧径Aと、主弁体30の縮径部85(挿通孔84との摺動部)の有効受圧径Dとが等しく設定されている。また、主弁体30の主弁における有効受圧径Bと、主弁体30の本体(ガイド孔24との摺動部)の有効受圧径Cとが等しく設定されている。すなわち、本実施形態では、弁体(主弁体30と副弁体36とを一体とみたときの弁体)の有効受圧面積が、ベローズ45の有効受圧面積よりも大きくされている。このため、容量室22にて弁体に作用するクランク圧力Pcの影響を完全にキャンセルすることはできない。
そこで、弁室26の容量室22とは反対側に圧力室88を設け、主弁体30の作動面87にクランク圧力Pcを受圧させる構成とし、ベローズ45の有効受圧面積と作動面87の受圧面積とを合わせた面積と弁体の有効受圧面積とが同一となるように構成することで、弁体に作用するクランク圧力Pcの影響をキャンセルしている。このような構成により、主弁体30,副弁体36およびパワーエレメント6が作動連結した状態においては、主弁体30に作用する吐出圧力Pdおよびクランク圧力Pcの影響が実質的にキャンセルされる。その結果、主弁の制御状態において、主弁体30は、その主弁体30が作動室28にて受圧し、副弁体36が内部通路35にて受圧する吸入圧力Psに基づいて開閉動作することになる。つまり、制御弁1は、いわゆるPs感知弁として機能する。なお、弁体(主弁体30,副弁体36)において作動室28の吸入圧力Psを受圧する受圧面が「感圧面」として機能する。
このような構成において、制御弁1の安定した制御状態においては、作動室28の吸入圧力Psが所定の設定圧力Psetとなるよう主弁が自律的に動作する。この設定圧力Psetは、基本的にはスプリング42,44,47,78のばね荷重によって予め調整され、蒸発器内の温度と吸入圧力Psとの関係から、蒸発器の凍結を防止できる圧力値として設定される。設定圧力Psetは、ソレノイド3への供給電流(設定電流)を変えることにより変化させることができる。本実施形態では、制御弁1の組み付けが概ね完了した状態で端部部材13の圧入量を再調整することで、スプリングの設定荷重を微調整することができ、設定圧力Psetを正確に調整することができる。
次に、制御弁の動作について説明する。
図3および図4は、制御弁の動作を表す図であり、図2に対応する。既に説明した図2は、制御弁の最小容量運転状態を示している。図3は、制御弁のブリード機能を動作させたときの状態を示している。図4は、比較的安定した制御状態を示している。以下においては、図1に基づき、適宜図2〜図4を参照しつつ説明する。
制御弁1においてソレノイド3が非通電のとき、つまり自動車用空調装置が動作していないときには、コア46とプランジャ50との間に吸引力が作用しない。一方、吸入圧力Psおよびクランク圧力Pcは比較的高い状態にある。このため、図2に示すように、ベローズ45が縮小し、パワーエレメント6は実質的に機能しない。また、スプリング44の付勢力が副弁体36を介して主弁体30に伝達され、主弁体30が主弁座20から離間して主弁が全開状態となる。このとき、スプリング44の付勢力により副弁体36が副弁座34に着座し、副弁は閉弁状態となるが、主弁体30の下端開口部がコア46に着座するため、遮断弁部は閉弁状態となる。
一方、スプリング47の付勢力によりプランジャ50が下方に変位するため、作動ロッド38もこれと一体に変位する。この結果、副弁体36の連通路39が開放される。すなわち、遮断弁部が閉じられた状態で開閉弁部が開かれる。その結果、主弁体30の内部通路35にクランク圧力Pcが満たされ、主弁体30および副弁体36に作用するクランク圧力Pcの影響がキャンセルされる。これにより、弁体には差圧(Pc−Ps)が作用しないため、次にソレノイド3へ通電したときには主弁体30を小さなソレノイド力で閉弁方向に駆動することができる。
一方、自動車用空調装置の起動時など、ソレノイド3の電磁コイル54に制御電流が供給されると、ソレノイド力により作動ロッド38が駆動される。このソレノイド力は、作動ロッド38および副弁体36を介して主弁体30にも伝達される。その結果、図3に示すように、主弁体30が主弁座20に着座して主弁を閉じ、その主弁の閉弁とともに副弁体36が副弁座34から離間して副弁を開弁させる。ただし、係合部94が隔壁92に係止されることにより作動ロッド38の変位が規制されるため、副弁体36のリフト量(つまり副弁の開度)は、図2に示した所定間隔Lに一致する。なお、起動時は通常、吸入圧力Psおよびクランク圧力Pcが比較的高いため、ベローズ45が縮小状態を維持し、副弁の開弁状態が維持される。
すなわち、ソレノイド3に起動電流が供給されると、主弁が閉じてクランク室への吐出冷媒の導入を規制すると同時に副弁が直ちに開いてクランク室内の冷媒を吸入室に速やかにリリーフさせる。その結果、圧縮機を速やかに起動させることができる。また、例えば車両が低温環境下におかれた場合のように、吸入圧力Psが低く、ベローズ45が伸長した状態においても、ソレノイド3に大きな電流を供給することで副弁を開弁させることができ、圧縮機を速やかに起動させることができる。
そして、ソレノイド3に供給される電流値が所定値に設定された制御状態にあるときには、図4に示すように、吸入圧力Psおよびクランク圧力Pcが比較的低いためにベローズ45が伸長し、副弁体36が副弁座34に着座して副弁を閉弁させる。一方、そのように副弁が閉じられた状態で主弁体30が動作して主弁の開度を調整する。このとき、主弁体30は、スプリング44,47による開弁方向の力と、スプリング42による閉弁方向の力と、ソレノイド3による閉弁方向のソレノイド力と、吸入圧力Psに応じて動作するパワーエレメント6によるソレノイド力に対抗する力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。
そして、たとえば冷凍負荷が大きくなり吸入圧力Psが設定圧力Psetよりも高くなると、ベローズ45が縮小するため、主弁体30が相対的に上方(閉弁方向)へ変位する。その結果、主弁の弁開度が小さくなり、圧縮機は吐出容量を増やすよう動作する。その結果、吸入圧力Psが低下する方向に変化する。逆に、冷凍負荷が小さくなって吸入圧力Psが設定圧力Psetよりも低くなると、ベローズ45が伸長する。その結果、パワーエレメント6による付勢力がソレノイド力に対抗する方向に作用する。この結果、主弁体30への閉弁方向の力が低減されて主弁の弁開度が大きくなり、圧縮機は吐出容量を減らすよう動作する。その結果、吸入圧力Psが設定圧力Psetに維持される。
このような定常制御が行われている間にエンジンの負荷が大きくなり、空調装置への負荷を低減させたい場合、制御弁1においてソレノイド3がオンからオフに切り替えられる。そうすると、コア46とプランジャ50との間に吸引力が作用しなくなるため、ベローズ45が伸長し、スプリング44の付勢力により主弁体30が主弁座20から離間し、主弁が全開状態となる。このとき、副弁体36は副弁座34に着座しているため、副弁は閉弁状態となる。このとき、圧縮機の吐出室からポート14に導入された吐出圧力Pdの冷媒は、全開状態の主弁を通過し、ポート12からクランク室へと流れることになる。したがって、クランク圧力Pcが高くなり、圧縮機は最小容量運転を行うようになる。
以上に説明したように、本実施形態では、弁体(主弁体30,副弁体36)が一端側で容量室22のクランク圧力を受圧し、他端側で作動室28の吸入圧力Psを受圧するところ、弁室26の容量室22とは反対側に圧力室88を設け、主弁体30の作動面87に受圧させる構成とした。そして、ベローズ45の有効受圧面積と作動面87の受圧面積とを合わせた面積と弁体の有効受圧面積とが同一となるように構成することで、弁体に作用するクランク圧力Pcの影響をキャンセルしている。このような構成により、本実施形態のように弁体をベローズ45と比較して大きく構成する必要がある場合にも、主弁の制御状態においては吐出圧力Pdおよびクランク圧力Pcの影響が実質的にキャンセルされ、Ps感知弁として有効に機能させることができる。すなわち、弁体を所望の大きさに形成したとしても、それに応じて作動面87の受圧面積を調整することで、パワーエレメント6との受圧バランスを調整することが可能となる。その結果、弁部と感圧部の設計自由度を向上させることができる。
[第2実施形態]
図5は、第2実施形態に係る制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。本実施形態の制御弁は、弁本体の構成が第1実施形態と若干異なる。このため、以下では第1実施形態との相異点を中心に説明する。なお、同図において第1実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。
制御弁201は、弁本体202における圧力室88と弁室26との間に、作動室28と連通可能な中間室220(「他の圧力室」に該当する)が設けられている。すなわち、主弁体230の隔壁92近傍の側部には、内外を連通する連通孔222が設けられている。一方、ボディ205の内周面における連通孔222との対向部、つまりガイド孔224の軸線方向の中間部には、凹溝226が周設されている。そして、凹溝226と主弁体230との間に中間室220が形成されている。本実施形態においては、ボディ205、コア46、ケース56および端部部材58が制御弁201全体のボディを形成している。なお、本実施形態では凹溝226をガイド孔224側に設けているが、主弁体230側に設けるようにしてもよい。
このような構成により、中間室220は、主弁体230の内部通路35に連通する。主弁の制御状態においては、主弁体230の下端開口部(遮断弁部)が開放されるため、中間室220が作動室28ひいてはポート16に連通するようになる。このため、ポート14から導入される高圧の吐出冷媒がガイド孔224に漏洩しようとしても、これを中間室220に導き、作動室28側へ排出することができる。すなわち、その漏洩冷媒が圧力室88に侵入してクランク圧力Pcに影響を及ぼすことを防止でき、上述したクランク圧力Pcのキャンセル機能を良好に保つことができる。また、吐出室からクランク室への漏洩部を主弁の弁部のみとすることができるため、最大容量運転の維持や制御状態における吸入圧力Psの設定圧力Psetからのずれを小さくすることができる。その結果、主弁の安定した制御状態を維持することができる。
[第3実施形態]
図6は、第3実施形態に係る制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。本実施形態の制御弁は、弁本体の構成が第2実施形態と異なる。このため、以下では第2実施形態との相異点を中心に説明する。なお、同図において第2実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。
制御弁301は、弁本体302における主弁体330の受圧態様が第2実施形態とは異なる。ボディ305の拡径部86には、ガイド孔224とは別に主弁体330を摺動可能に支持するガイド孔384が設けられている。一方、主弁体330は、その下端部の外径が拡径され、その拡径部385の基端部に作動面87が設けられている。そして、ボディ305の拡径部86と、主弁体330の本体と、主弁体330の拡径部385とに囲まれる空間により圧力室88が形成される。すなわち、主弁体330における作動面87の受圧方向は、第2実施形態とは逆となり、主弁の開弁方向となる。ボディ305には、容量室22と圧力室88とを連通させる連通路89が形成されている。ボディ305の下部には、連通路89の成形の際に形成された開口部を閉止する有底円筒状の閉止部材307が嵌着されている。本実施形態においては、ボディ305、コア46、ケース56および端部部材58が制御弁301全体のボディを形成している。
副弁体336は、連通路39の中間部に弁座337を有する。作動ロッド338は、その上端部が副弁体336に挿通され、弁座337に着脱して開閉弁部を開閉する。パワーエレメント306は、ベローズ45の底部が円板状のストッパ308により封止されている。ストッパ308の底面は平坦面となっているが、副弁体336の上端面はR形状とされている。このため、副弁体336がパワーエレメント306に対して作動連結する際には、副弁体336とストッパ308とがほぼ点接触となる。このため、仮に副弁体336とパワーエレメント306の一方に横荷重が生じても、その横荷重が他方に作用し難くなり、弁体の挙動が安定に保持される。なお、本実施形態ではパワーエレメント306と副弁体336との当接部において、パワーエレメント306側を平坦面とし、副弁体336側を曲面(R形状)としたが、逆に、副弁体336側を平坦面とし、パワーエレメント306側を曲面としてもよい。あるいは、副弁体336側とパワーエレメント306側との双方を曲面としてもよい。本実施形態においては、ボディ305、コア46、ケース56および端部部材58が制御弁301全体のボディを形成している。
本実施形態においては、ベローズ45の有効受圧径Aと、主弁体330の拡径部385(ガイド孔384との摺動部)の有効受圧径Dとが等しく設定されている。また、主弁体330の主弁における有効受圧径Bと、主弁体330の本体(ガイド孔224との摺動部)の有効受圧径Cとが等しく設定されている。すなわち、本実施形態では、弁体(主弁体330と副弁体336とを一体とみたときの弁体)の有効受圧面積が、ベローズ45の有効受圧面積よりも小さくされている。このため、容量室22にて弁体に作用するクランク圧力Pcの影響を完全にキャンセルすることはできない。
そこで、ベローズ45の有効受圧面積から作動面87の受圧面積を差し引いた面積と弁体の有効受圧面積とが同一となるように構成することで、弁体に作用するクランク圧力Pcの影響をキャンセルしている。このような構成により、主弁体330,副弁体336およびパワーエレメント306が作動連結した状態においては、主弁体330に作用する吐出圧力Pdおよびクランク圧力Pcの影響が実質的にキャンセルされる。その結果、主弁の制御状態において、主弁体330は、作動室28にて受ける吸入圧力Psに基づいて開閉動作することになる。つまり、制御弁301は、いわゆるPs感知弁として機能する。
[第4実施形態]
図7は、第4実施形態に係る制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。本実施形態の制御弁は、弁本体の構成が第3実施形態と異なる。このため、以下では第3実施形態との相異点を中心に説明する。なお、同図において第3実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。
制御弁401は、弁本体402における副弁の構成が第3実施形態とは異なる。副弁体436は、段付円柱状の本体の側面に複数の脚部438が等間隔で周設されている。副弁体436は、それらの脚部438を介してボディ305に摺動可能に支持されている。ただし、ボディ305に設けられた係止部19により、副弁体436の下方への変位が規制される。一方、副弁体436とボディ305との間には、隣接する脚部438の間隙により容量室22と主弁孔18とを連通させる連通路439が形成される。
一方、作動ロッド38の中間部には止輪410が嵌合され、その止輪410と隔壁92との間にスプリング42が介装されている。また、作動ロッド38の上端部には円筒状の係止部材412が圧入されている。このため、係合部94と係止部材412とにより隔壁92の相対的な移動範囲が規制されることになる。同図には、隔壁92が係止部材412に当接し、主弁体330が作動ロッド38に対して相対的に上死点に位置した状態が示されている。
このような構成により、ソレノイド3が非通電のときには、スプリング47の付勢力により作動ロッド38が押し下げられるが、その際、係止部材412が隔壁92に当接して主弁体330を開弁方向に付勢する。その結果、図示のように、主弁が全開状態となるとともに遮断弁部が閉弁状態となる。なお、このとき遮断弁部が確実に閉弁するように、本実施形態においてはソレノイド3がオフとなっても、プランジャ50の下面とスリーブ48の底面との間に間隙が形成されるような寸法構成とされている。
また、このときスプリング44の付勢力により副弁体436が下方に付勢されるが、脚部438が係止部19に係止されることでその変位が規制されるため、副弁体436が主弁体330から離間して副弁が開放される。その結果、クランク圧力Pcが連通路439を介して主弁体330の内部通路35に導入される。これにより、主弁体330および副弁体336に作用するクランク圧力Pcの影響がキャンセルされる。これにより、弁体には差圧(Pc−Ps)が作用しないため、次にソレノイド3へ通電したときには主弁体30を小さなソレノイド力で閉弁方向に駆動することができる。
また、仮に主弁体330とガイド孔224との摺動部への異物の噛み込みにより主弁体330がロックした場合には、ソレノイド力を大きくすることで、スプリング42の付勢力に抗して作動ロッド38を主弁体330に対して相対変位させることができる。それにより、係合部94と隔壁92とが係合(当接)したときにはソレノイド力を主弁体330に直接伝達することができ、スプリング42の付勢力よりも大きな力で主弁体330を主弁の閉弁方向に押圧することができる。それにより、作動ロッド38のロックを解除することができる。
[第5実施形態]
図8は、第5実施形態に係る制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。本実施形態の制御弁は、弁本体の構成が第2実施形態と異なる。このため、以下では第2実施形態との相異点を中心に説明する。なお、同図において第2実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。
制御弁501は、弁本体502における主弁および副弁の構成が第2施形態とは異なる。主弁体530は、その縮径部85の長さがやや短くされる一方、スプリング42により閉弁方向に付勢されているため、全開状態となってもその下端開口部はコア46に着座しない。すなわち、本実施形態においては遮断弁部は構成されない。一方、副弁体536は、段付円筒状をなし、作動ロッド38の上端部に圧入固定されている。このため、副弁体536を副弁の閉弁方向に直接付勢するスプリングは設けられていない。副弁体536には連通路は設けられていない。作動ロッド38の中間部には止輪410が嵌合され、その止輪410と隔壁92との間にスプリング42が介装されている。
このような構成により、主弁の制御状態においては第2実施形態と同様に、クランク圧力Pcの影響がキャンセルされるものの、主弁の全開時において弁体(主弁体530,副弁体536)に差圧(Pc−Ps)が作用することになる。このため、ソレノイド3の起動時には、その差圧(Pc−Ps)による力に抗して弁体を駆動しなければならない。しかし、ソレノイド3の起動前は通常、クランク圧力Pcと吸入圧力Psとの圧力差がない場合がほとんどであるため、実質的に問題となることは少ないと考えられる。一方、このように構成することで、スプリングの数を削減でき、また副弁体を比較的簡素に構成することができる。また、制御弁の全長を小さくできるといったメリットもある。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定実施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。
上記各実施形態では、制御弁として、吸入圧力Psを感知して動作するいわゆるPs感知弁を示したが、クランク圧力Pcを感知して動作するいわゆるPc感知弁として構成してもよい。その場合、ポート16をクランク室に連通させるようにする。
上記実施形態では、パワーエレメント6,306を構成する感圧部材としてベローズ45を採用する例を示したが、ダイヤフラムを採用してもよい。その場合、その感圧部材として必要な動作ストロークを確保するために、複数のダイヤフラムを軸線方向に連結する構成としてもよい。
上記各実施形態では、クランク室に連通するクランク室連通ポート(導入出ポート)として、単一のポート12を設ける例を示した。変形例においては、クランク室連通ポートを、容量室22の冷媒をクランク室へ導出する第1ポート(導出ポート)と、クランク室の冷媒を容量室22へ導入する第2ポート(導入ポート)とに分けて構成してもよい。
上記実施形態では、スプリング42,44,47,78等に関し、付勢部材としてスプリング(コイルスプリング)を例示したが、ゴムや樹脂等の弾性材料、あるいは板ばね等の弾性機構を採用してもよいことは言うまでもない。
上記実施形態では、可変容量圧縮機の吐出室からクランク室に導入する冷媒の流量又は圧力を調整するいわゆる入れ制御の制御弁を示したが、変形例においては、クランク室から前記吸入室へ導出する冷媒の流量又は圧力を調整するいわゆる抜き制御の制御弁として構成してもよい。
なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。
1 制御弁、 2 弁本体、 3 ソレノイド、 5 ボディ、 6 パワーエレメント、 20 主弁座、 22 容量室、 26 弁室、 28 作動室、 30 主弁体、 34 副弁座、 36 副弁体、 38 作動ロッド、 45 ベローズ、 87 作動面、 88 圧力室、 92 隔壁、 94 係合部、 201 制御弁、 202 弁本体、 205 ボディ、 220 中間室、 230 主弁体、 301 制御弁、 302 弁本体、 305 ボディ、 306 パワーエレメント、 330 主弁体、 336 副弁体、 337 弁座、 338 作動ロッド、 401 制御弁、 402 弁本体、 436 副弁体、 501 制御弁、 530 主弁体、 536 副弁体。

Claims (10)

  1. 吸入室に導入される冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機の吐出容量を、前記吐出室からクランク室に導入する冷媒、および前記クランク室から前記吸入室へ導出する冷媒の少なくとも一方の流量又は圧力を調整することにより変化させる可変容量圧縮機用制御弁において、
    一端側から前記クランク室に連通する容量室、前記吐出室に連通する弁室、被感知圧力が導入される作動室が形成されたボディと、
    前記ボディに摺動可能に支持され、一端側にて前記容量室内のクランク圧力を受圧する一方、他端側にて前記作動室内の被感知圧力を受圧し、前記弁室と前記容量室との間に設けられた弁座に着脱して弁部を開閉する弁体と、
    前記容量室内のクランク圧力を感圧し、そのクランク圧力に応じて前記弁体を開弁方向に付勢する感圧部と、
    を備え、
    前記弁室に対して前記容量室とは反対側に、前記容量室のクランク圧力が導入される圧力室が形成され、
    前記弁体には前記圧力室にてクランク圧力を受圧する作動面が設けられていることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
  2. 前記弁体の有効受圧面積が、前記感圧部の有効受圧面積よりも大きくされ、
    前記弁体の有効受圧面積が、前記感圧部の有効受圧面積と前記作動面の受圧面積とを合わせた面積と同一又はほぼ等しい面積に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
  3. 前記弁体の有効受圧面積が、前記感圧部の有効受圧面積よりも小さくされ、
    前記弁体の有効受圧面積が、前記感圧部の有効受圧面積から前記作動面の受圧面積を差し引いた面積と同一又はほぼ等しい面積に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
  4. 前記弁体において前記作動室内の被感知圧力を受圧する感圧面の有効受圧面積が、前記感圧部の有効受圧面積と同一又はほぼ等しい面積に構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
  5. 前記圧力室と前記弁室との間に、前記作動室と連通可能な他の圧力室が設けられることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の可変容量圧縮機用制御弁。
  6. 前記弁体として、前記弁室と前記容量室とを連通させる主通路に設けられた主弁座に着脱して主弁を開閉する一方、前記容量室と前記作動室とを連通させる内部通路が形成された主弁体と、
    前記内部通路の端部又は内部に設けられた副弁座に着脱して副弁を開閉する副弁体と、
    を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の可変容量圧縮機用制御弁。
  7. 供給される電流量に応じた大きさのソレノイド力を発生させるソレノイドと、
    前記ソレノイドに連結され、前記弁体に対して直接又は間接的に閉弁方向のソレノイド力を伝達可能な作動ロッドと、
    をさらに備え、
    前記作動ロッドは、前記副弁体に対して前記副弁の開弁方向のソレノイド力を伝達可能に構成され、
    前記ソレノイドがオフにされることによる前記主弁の全開時に、前記内部通路と前記作動室との連通を遮断する遮断弁部をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
  8. 前記副弁体に前記容量室と前記内部通路とを連通させる連通路が形成され、
    前記ソレノイドがオンにされた制御状態においては前記連通路を遮断し、前記ソレノイドがオフにされた非制御状態においては前記連通路を開放する開閉弁部をさらに備えることを特徴とする請求項7に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
  9. 前記副弁体が前記主弁体と前記感圧部との間に設けられるとともに、前記副弁体と前記感圧部とが接離可能に構成され、
    前記副弁体と前記感圧部との少なくとも一方の当接面がR形状となるように構成されていることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の可変容量圧縮機用制御弁。
  10. 供給される電流量に応じた大きさのソレノイド力を発生させるソレノイドと、
    前記ソレノイドに連結され、前記弁体に対して直接又は間接的に閉弁方向のソレノイド力を伝達可能な作動ロッドと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の可変容量圧縮機用制御弁。
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