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JP5878703B2 - 可変容量型圧縮機用制御弁 - Google Patents

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Description

本発明は、カーエアコン等に使用される可変容量型圧縮機用制御弁に係り、特に、圧縮機の運転効率を低下させることなく、圧縮機起動時において吐出容量を迅速に大きくすることのできる可変容量型圧縮機用制御弁に関する。
従来より、カーエアコン用圧縮機として、図10に簡略図示されている如くの斜板式可変容量型圧縮機が使用されている。この斜板式可変容量型圧縮機100は、車載エンジンに回転駆動される回転軸101、この回転軸101に取り付けられた斜板102、この斜板102が配在されたクランク室104、前記斜板102により往復運動せしめられるピストン105、このピストン105により圧縮された冷媒を吐出するための吐出室106、冷媒を吸入するための吸入室107、クランク室104の圧力Pcを吸入室107へ逃がすための機内逃がし通路(固定オリフィス)108等を有している。
一方、上記可変容量型圧縮機に用いられる制御弁1’は、圧縮機100の吐出室106から吐出圧力Pdが導入されるとともに、その吐出圧力Pdを圧縮機100の吸入圧力Psに応じて調圧することによりクランク室104の圧力Pcを制御するようになっており、基本構成として、弁口が設けられた弁室及び圧縮機100の吸入室107に連通するPs入出口を有し、前記弁口より上流側に圧縮機100の吐出室106に連通するPd導入口が設けられるとともに、前記弁口より下流側に前記圧縮機100のクランク室104に連通するPc入出口が設けられた弁本体と、前記弁口を開閉するための弁体(弁棒)と、該弁体を弁口開閉方向に移動させるためのプランジャを有する電磁式アクチュエータと、前記圧縮機100から吸入圧力Psが前記Ps入出口を介して導入される感圧室と、該感圧室の圧力に応じて前記弁体を弁口開閉方向に付勢する感圧応動部材と、を備えており、前記弁体と前記弁口とで図10において符号11’で示される弁部が構成される(例えば下記特許文献1等を参照)。
このような構成の制御弁1’においては、電磁式アクチュエータのコイル、ステータ及び吸引子等からなるソレノイド部が通電されると、吸引子にプランジャが引き寄せられ、弁体がプランジャに追従するように閉弁方向に移動せしめられる。一方、圧縮機100からPs導入口を介して導入された吸入圧力Psは、導入室からプランジャとその外周に配在された案内パイプとの間に形成される隙間等を介して感圧室に導入され、感圧応動部材(例えばベローズ装置)は感圧室の圧力(吸入圧力Ps)に応じて伸縮変位(吸入圧力Psが高いと収縮、低いと伸張)し、該変位(付勢力)が弁体に伝達され、それによって、弁口に対して弁体部が昇降して弁部11’の弁開度が調整される。すなわち、弁開度は、吸引子によるプランジャの吸引力と、感圧応動部材の伸縮変位による付勢力と、プランジャばね(開弁ばね)による付勢力とによって決定され、その弁開度に応じて、クランク室104の圧力Pcが制御される。
ここで、クランク室104の圧力Pcが高いと、斜板102が傾きにくくなって、ピストン105のストロークが短くなり、吐出圧力Pdが上がりにくくなって、圧縮機起動時において吐出容量が大きくなるまでに要する時間が長くなる。逆に、クランク室104の圧力Pcが低いと、斜板102が傾きやすくなって、ピストン105のストロークが長くなり、吐出圧力Pdが上がりやすくなって、圧縮機起動時において吐出容量が大きくなるまでに要する時間が短くなる。
特開2010−185285号公報(2010年8月26日公開)
上記した如くの圧縮機100及び制御弁1’においては、圧縮機を長時間停止しておくと、クランク室104内に冷媒が液化して溜まり、この状態から圧縮機を起動すると、クランク室104内の液冷媒が温度上昇により気化膨張してクランク室104内の圧力Pcが大幅に増大する。この場合、クランク室104の圧力Pcは機内逃がし通路108を通じて吸入室107に抜けるが、クランク室104の圧力Pcが過大であると、機内逃がし通路108だけでは、クランク室104の圧力Pcが吸入室107へ速やかには抜けず、圧力Pcが直ぐには下がらないため、圧縮機起動時において吐出容量が大きくなるまでに長時間を要することとなり、その結果、例えば冷房が効き始めるまでに時間がかかり、乗員等をいらつかさせたり、エアコンが故障したかと訝られるおそれがある。
かかる問題を解消すべく、機内逃がし通路108の実効通路断面積(固定オリフィスの孔径)を大きく設定すると、圧縮機起動時においてクランク室104の圧力Pcは速やかに下がるものの、圧縮機の運転効率が低下してしまう。
また、上記とは別に、電磁式アクチュエータのソレノイド部への通電停止(OFF)時において、制御弁内においてクランク室圧力PcがPs入出口を介して吸入室に逃がされると、クランク室圧力Pcを速やかに所要圧力に上昇・安定させることができなくなり、通電停止(OFF)状態をキープできなくなるという問題もある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、圧縮機の運転効率を低下させることなく、圧縮機起動時において吐出容量が大きくなるまでに要する時間を短縮することができ、かつ、電磁式アクチュエータへの通電停止時にはクランク室の圧力PcをPs入出口側へ逃がさないようにできる可変容量型圧縮機用制御弁を提供することにある。
前記の目的を達成すべく、本発明に係る第1の可変容量型圧縮機用制御弁は、基本的には、弁口が設けられた弁室及び圧縮機の吸入室に連通するPs入出口を有し、前記弁口より上流側に圧縮機の吐出室に連通するPd導入口が設けられるとともに、前記弁口より下流側に前記圧縮機のクランク室に連通するPc入出口が設けられた弁本体と、前記弁口を開閉するための主弁体と、該主弁体を弁口開閉方向に移動させるためのプランジャを有する電磁式アクチュエータと、前記圧縮機から吸入圧力Psが前記Ps入出口を介して導入される感圧室と、該感圧室の圧力に応じて前記主弁体を弁口開閉方向に付勢する感圧応動部材と、を備え、前記クランク室の圧力Pcを前記Ps入出口を介して前記圧縮機の吸入室に逃がすための弁内逃がし通路が設けられるとともに、該弁内逃がし通路を開閉する副弁体が設けられ、前記主弁体内に、前記弁内逃がし通路が形成されるとともに、前記副弁体の副弁体部が挿入されており、前記主弁体により前記弁口が閉じられているもとでは、前記副弁体に、前記弁内逃がし通路を開く方向に、前記吸入圧力Psに応じた力及び前記クランク室圧力Pcと前記吸入圧力Psとの差圧に応じた力の二つの力が作用するようにされていることを特徴としている。
他の好ましい態様では、前記弁本体に前記主弁体が摺動自在に嵌挿される案内孔が設けられ、該案内孔と前記弁口との間に前記Pc入出口が設けられるとともに、前記案内孔の上側に前記Ps入出口が設けられる。
本発明に係る第2の可変容量型圧縮機用制御弁は、弁口が設けられた弁室及び圧縮機の吸入室に連通するPs入出口を有し、前記弁口より上流側に圧縮機の吐出室に連通するPd導入口が設けられるとともに、前記弁口より下流側に前記圧縮機のクランク室に連通するPc入出口が設けられた弁本体と、前記弁口を開閉するための主弁体と、該主弁体を弁口開閉方向に移動させるためのプランジャを有する電磁式アクチュエータと、前記圧縮機から吸入圧力Psが前記Ps入出口を介して導入される感圧室と、該感圧室の圧力に応じて前記主弁体を弁口開閉方向に付勢する感圧応動部材とを備え、前記電磁式アクチュエータに通電され、かつ、前記主弁体により前記弁口が閉じられているとき、前記クランク室の圧力Pcを前記Ps入出口を介して前記圧縮機の吸入室に逃がすための弁内逃がし通路が設けられ、前記弁内逃がし通路は、前記主弁体内、前記プランジャ内、及び前記プランジャの底面と前記弁本体に設けられたストッパ部との間に形成される間隙及び前記プランジャの外周部に形成された縦溝を含んで構成され、前記電磁式アクチュエータへの通電停止時には、前記プランジャの底面を前記ストッパ部に押し付けることにより前記弁内逃がし通路を遮断するようにされる。
他の好ましい態様では、前記弁内逃がし通路を前記主弁体内で開閉するための副弁体が設けられ、前記主弁体により前記弁口が閉じられているときには、前記副弁体に、前記弁内逃がし通路を開く方向に、前記吸入圧力Psに応じた力及び前記クランク室圧力Pcと前記吸入圧力Psとの差圧に応じた力の二つの力が作用するようにされる。
他の好ましい態様では、前記弁本体に前記主弁体が摺動自在に嵌挿される案内孔が設けられ、該案内孔と前記弁口との間に前記Pc入出口が設けられるとともに、前記案内孔の上側に前記Ps入出口が設けられる。
なお、前記第1及び第2の可変容量型圧縮機用制御弁において、前記主弁体に対して閉弁方向と開弁方向に作用する冷媒圧を略相殺するべく、前記主弁体に冷媒圧を付与するキャンセル通路を設けることができる。
この場合、前記キャンセル通路は、前記主弁体内に形成され前記主弁体における前記弁口よりも上流側の端面に開口するとともに前記Pc入出口に連通する弁内キャンセル通路と、前記主弁体の前記端面に対向するとともに前記弁内キャンセル通路に連通する圧力室とを備えるものとすることができる。
この場合、前記主弁体内に形成される前記弁内逃がし通路と前記弁内キャンセル通路とを前記主弁体を貫通する1つの貫通孔により形成することが好ましい。
本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の好ましい態様においては、圧縮機起動時に、クランク室圧力Pcは機内逃がし通路と弁内逃がし通路の二つの通路を通じて吸入室に逃がされることになるため、圧縮機起動時において吐出容量が大きくなるまでに要する時間を従来のものに比べて大幅に短縮することができる。
また、通常制御時には、弁内逃がし通路は副弁体により閉じられているため、圧縮機の運転効率が低下することはない。
また、副弁体を吸入圧力Ps(ベローズ装置の収縮力)及びクランク室圧力Pcと吸入圧力Psとの差圧の二つの力により開かせるようにされているので、圧縮機起動時に副弁体をより確実に開かせることができる。
また、電磁式アクチュエータへの通電停止時には、弁内逃がし通路を例えばプランジャ弁部によって自動的に遮断して、クランク室圧力Pcを吸入室に逃がさないようにされるので、クランク室圧力Pcを速やかに所要圧力に上昇・安定させることができ、それによって、通電停止状態を安定してキープできる。
また、主弁体に対して閉弁方向と開弁方向に作用する冷媒圧を略相殺するべく、主弁体に冷媒圧を付与するキャンセル通路を設けることにより、冷媒圧により主弁体に作用する荷重が殆んど無くなるので、当該荷重による制御への悪影響を軽減することができる。
本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第一実施例(通常制御時)を示す縦断面図。 本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第一実施例(圧縮機起動時)を示す縦断面図。 本実施例の通常制御時における圧縮機と制御弁との間の冷媒圧力流通状況を示す図。 本実施例の圧縮機起動時における圧縮機と制御弁との間の冷媒圧力流通状況を示す図。 本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第二実施例を示す縦断面図(通常制御時)。 本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第二実施例を示す縦断面図(圧縮機起動時) 本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第二実施例を示す縦断面図(通電停止時) 本実施例の通電停止時における圧縮機と制御弁との間の冷媒圧力流通状況を示す図。 本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第三実施例を示す縦断面図(通常制御時)。 従来における圧縮機と制御弁との間の冷媒圧力流通状況を示す図。
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図1、図2は、本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第一実施例を示す縦断面図であり、図1は通常制御時、図2は圧縮機起動時を示している。
また、図3、図4は、従来例を示す図10に対応する図で、図3は通常制御時における圧縮機と制御弁との間の冷媒圧力流通状況を示し、また、図4は圧縮機起動時における圧縮機と制御弁との間の冷媒圧力流通状況を示している。
図示実施例の制御弁1は、弁口22が設けられた弁本体20と、弁口22を開閉するための主弁体15と、該主弁体15を弁口開閉方向に移動させるための電磁式アクチュエータ30と、感圧応動部材としてのベローズ装置40とを備えている。
弁本体20は、弁口22が設けられた弁室21及び圧縮機100の吸入室107に連通するPs入出口27を有し、弁口22より上流側(下側)に圧縮機100の吐出室106に連通するPd導入口25が設けられるとともに、前記弁口22より下流側(上側)に圧縮機100のクランク室104に連通するPc入出口26が設けられている。
電磁式アクチュエータ30は、通電励磁用のコイル32、該コイル32の上側に取り付けられたコネクタヘッド31、コイル32の内周側に配在されたステータ33及び吸引子34、ステータ33及び吸引子34の下端部外周(段差部)にその上端部がTIG溶接により接合された案内パイプ35、吸引子34の下方で案内パイプ35の内周側に上下方向に摺動自在に配在されたプランジャ37、前記コイル32及びコネクタヘッド31に外挿される段付き円筒状のハウジング60、及び、該ハウジング60の下端部と案内パイプ35(の鍔状部35a)との間に配在されてそれらを弁本体20の上部に固定するためのホルダ56を備えている。
また、前記ステータ33の上部には、六角穴付きの調節ねじ65が螺合せしめられ、ステータ33の内周側における前記調節ねじ65と吸引子34との間には、圧縮機100の吸入圧力Psが導入される感圧室45が形成され、この感圧室45には感圧応動部材としての、ベローズ41、逆凸字状の上ストッパ42、逆凹字状の下ストッパ43、及び圧縮コイルばね44からなるベローズ装置40が配在され、さらに、上記下ストッパ43の凹部内には後述する副弁体17の上端小径部17dが嵌挿され、副弁体17の大径係止部17c(ベローズ装置40)と吸引子34との間には、副弁体17をベローズ装置40の収縮方向(調節ねじ65側に圧縮する方向)に付勢する圧縮コイルばね(副弁ばね)46が配在されている。
この副弁ばね46は、副弁体17をベローズ装置40と一体で変位させるべく常に副弁体17をベローズ装置40の収縮方向に付勢している。なお、副弁ばね46を設ける代わりに副弁体17の上端をベローズ装置40に固定してもよい。
また、吸引子34と後述する主弁体15の上端ばね受け部(プランジャ37)との間には、主弁体15及びプランジャ37を下方(開弁方向)に付勢する圧縮コイルばね(開弁ばね)47が配在されている。
一方、前記弁本体20の上部には、プランジャ37の最下降位置を規制するためのストッパ部24が設けられ、弁本体20の中央部付近には、前記主弁体15が摺動自在に嵌挿される案内孔19が形成されている。また、弁本体20のストッパ部24内周には、圧縮機100の吸入圧力Psの入出室28が形成されるとともに、その外周側に複数個のPs入出口27が形成され、このPs入出口27から入出室28に導入された吸入圧力Psは、プランジャ37の外周に形成された縦溝37a等を介して前記感圧室45に導入される。
前記主弁体15は、下側弁棒部材15Aと上側筒状部材15Bとからなり、下側棒状部材15Aは、下から順に、下部嵌挿部15b、該下部嵌挿部15bより大径の主弁体部15a、小径部15c、上部嵌挿部15d、上部小径部15eからなっており、また、上側筒状部材15Bは、副弁体17の胴部17bが摺動自在に嵌挿される円筒状の大径案内部15g及びこの案内部15gより小径の下側円筒部15fからなり、下側円筒部15fの下部が上部小径部15eに圧入等により外嵌固定されて下側弁棒部材15Aと上側筒状部材15Bとが一体化されている。ここでは、主弁体部15aと弁口22とで主弁部11が構成される。
また、弁本体20の下端部中央には、組立時に弁体15を挿通させるための挿通穴18が設けられるとともに、該挿通穴18には、主弁体15の下部嵌挿部15bが摺動自在に嵌挿される段付き円筒状の栓状ガイド部材48が圧入等により固定されている。
また、主弁体15の下側弁棒部材15A内には、Pc入出口26に開口する横孔15iと縦孔15jとが形成され、上側筒状部材15Bには、入出室28に開口する横孔15k、内周穴15m、及び横孔15nが形成され、上記下側弁棒部材15Aの横孔15i及び縦孔15jや上側筒状部材15Bの横孔15Kなどでクランク室104の圧力PcをPs入出口27を介して圧縮機100の吸入室107に逃がすための弁内逃がし通路16が構成される。
また、主弁体15の内周穴15mには、副弁体17の下部が挿入され、副弁体17の下端の円錐面状副弁体部17aが縦孔15jの上端縁(副弁シート部23)に離接することにより前記弁内逃がし通路16が開閉されるようになっている。ここでは、副弁体部17aと副弁シート部23とで副弁部12が構成される。
したがって、主弁体15により弁口22が閉じられているもとでは、副弁体17に、弁内逃がし通路16を開く方向に、吸入圧力Psに応じたベローズ装置40の収縮力(副弁体17を引き上げようとする力)が作用するとともに、副弁体17を押し上げようとするクランク室圧力Pcと副弁体17を押し下げるようとする吸入圧力Psとの差圧に応じた力が作用することになる。
このような構成とされた制御弁1においては、通常制御時(Pd→Pc制御時)には、図1及び図3に示される如くに、コイル32、ステータ33及び吸引子34からなるソレノイド部が通電励磁されると、吸引子34にプランジャ37が引き寄せられ、これに伴い、主弁体15が上方(閉弁方向)に移動せしめられる。一方、圧縮機100からPs入出口27に導入された吸入圧力Psは、入出室28からプランジャ37の外周に形成された縦溝37a、横孔15k、内周穴15m、及び横孔15n等を介して前記感圧室45に導入され、ベローズ装置40(内部は真空圧)は感圧室45の圧力(吸入圧力Ps)に応じて伸縮変位(吸入圧力Psが高いと収縮、低いと伸張)し、該変位がプランジャ37や副弁体17を介して主弁体15に伝達され、それによって、弁開度(弁口22からの主弁体部15aのリフト量)が調整される。
すなわち、弁開度は、コイル32、ステータ33及び吸引子34からなるソレノイド部によるプランジャ37の吸引力と、ベローズ装置40の付勢力(伸張力、収縮力)と、開弁ばね47及び副弁ばね46による付勢力と、主弁体15に作用する開弁方向の力と閉弁方向の力とによって決定され、その弁開度に応じて、クランク室104の圧力Pcが調整され、これに伴い、圧縮機100の斜板102の傾斜角度及びピストン105のストロークが調整されて、吐出容量が増減される。
この場合、Pd→Pc制御時には、プランジャ37と一体に動く主弁体15は、ソレノイド吸引力により常に閉弁方向に付勢されているので、副弁体17を介してベローズ装置40と一体に変位する。よって、副弁体部17aは、副弁シート部23に押し付けられた状態(閉弁)となるため弁内逃がし通路16は閉じられている。そのため、弁内逃がし通路16を通じてクランク室圧力Pcが吸入室107に逃がされることはない。
それに対し、圧縮機起動時には、吸入圧力Ps及びクランク室圧力Pcが共に設定制御圧力よりも高い場合、ソレノイド部が通電励磁されると、吸引子34にプランジャ37が引き寄せられ、これに伴い、主弁体15が上方(閉弁方向)に移動せしめられて弁口22が主弁体部15aにより閉じられる(主弁部11が閉弁)。
このときは、図2及び図4に示される如くに、副弁体17を開かせ(引き上げ・押し上げ)ようとする二つの力、すなわち、ベローズ装置40の収縮方向に付勢する副弁ばね46のばね力及びクランク室圧力Pcと吸入圧力Psとの差圧が共に大きくなるので、副弁体17がベローズ装置40側と一体になって変位し、弁内逃がし通路16が開かれる(副弁部12が開弁)。そのため、クランク室104内の液冷媒が温度上昇により気化膨張してクランク室圧力Pcが過大となっても、クランク室圧力Pcは機内逃がし通路108を通じて吸入室107に逃がされることに加えて、クランク室圧力Pcは弁内逃がし通路16を通じても吸入室107に逃がされることになる。
このように、本実施例の制御弁1においては、圧縮機起動時に、クランク室104の圧力Pcは機内逃がし通路108と弁内逃がし通路16の二つの通路を通じて吸入室107に逃がされることになるため、圧縮機起動時において吐出容量が大きくなるまでに要する時間を従来のものに比べて大幅に短縮することができる。
また、通常時(Pd→Pc制御時)には、弁内逃がし通路16は副弁体17により閉じられているため、圧縮機の運転効率が低下することはない。
また、副弁体17を吸入圧力Ps(ベローズ装置40の収縮力)及びクランク室圧力Pcと吸入圧力Psとの差圧(Pc>Ps)の二つの力により開かせるようにされているので、圧縮機起動時に副弁体をより確実に開かせることができる。
図5、図6、図7は、それぞれ本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第二実施例を示す縦断面図であり、図5は通常制御時、図6は圧縮機起動時、図7は通電停止(OFF)時を示している。また、図3、図4、図8は、従来例を示す図10に対応する図で、図3は通常制御時、図4は圧縮機起動時、図8は通電停止(OFF)時における圧縮機と制御弁との間の冷媒圧力流通状況を示している。
図示実施例の制御弁1”は、弁口22が設けられた弁本体20と、弁口22を開閉するための主弁体15と、該主弁体15を弁口開閉方向に移動させるための電磁式アクチュエータ30と、感圧応動部材としてのベローズ装置40とを備えている。
弁本体20は、弁口22が設けられた弁室21及び圧縮機100の吸入室107に連通するPs入出口27を有し、弁口22より上流側(下側)に圧縮機100の吐出室106に連通するPd導入口25が設けられるとともに、前記弁口22より下流側(上側)に圧縮機100のクランク室104に連通するPc入出口26が設けられている。
電磁式アクチュエータ30は、通電励磁用のコイル32、該コイル32の上側に取り付けられたコネクタヘッド31、コイル32の内周側に配在されたステータ33及び吸引子34、ステータ33及び吸引子34の下端部外周(段差部)にその上端部がTIG溶接により接合された案内パイプ35、吸引子34の下方で案内パイプ35の内周側に上下方向に摺動自在に配在されたプランジャ37、前記コイル32及びコネクタヘッド31に外挿される段付き円筒状のハウジング60、及び、該ハウジング60の下端部と案内パイプ35(の鍔状部35a)との間に配在されてそれらを弁本体20の上部に固定するためのホルダ56を備えている。ここでは、電磁式アクチュエータ30のうちの、プランジャ37を除いた、コイル32、ステータ33、及び吸引子34等からなる部分をソレノイド部30Aと称する。
また、前記ステータ33の上部には、六角穴付きの調節ねじ65が螺合せしめられ、ステータ33の内周側における前記調節ねじ65と吸引子34との間には、圧縮機100の吸入圧力Psが導入される感圧室45が形成され、この感圧室45には感圧応動部材としての、ベローズ41、逆凸字状の上ストッパ42、逆凹字状の下ストッパ43、及び圧縮コイルばね44からなるベローズ装置40が配在され、さらに、上記下ストッパ43の凹部内には後述する副弁体17の上端小径部17dが嵌挿され、副弁体17の大径係止部17c(ベローズ装置40)と吸引子34との間には、副弁体17をベローズ装置40の収縮方向(調節ねじ65側に圧縮する方向)に付勢する圧縮コイルばね(副弁ばね)46が配在されている。
この副弁ばね46は、副弁体17をベローズ装置40と一体で変位させるべく常に副弁体17をベローズ措置40の収縮方向に付勢するようになっている。なお、副弁ばね46を設ける代わりに、例えば副弁体17の上端(小径部17d)をベローズ装置40の下ストッパ43に固定する等してもよい。
また、吸引子34と後述する主弁体15の大径係止部15q(プランジャ37)との間には、主弁体15及びプランジャ37を下方(開弁方向)に付勢する圧縮コイルばね(開弁ばね)47が配在されている。
一方、前記弁本体20の上部には、プランジャ37の最下降位置を規制するためのストッパ部24が設けられている。このストッパ部24とプランジャ37の底面37bとで、後述する弁内逃がし通路16を遮断するプランジャ弁部13が構成される(後で詳述)。
弁本体20の中央部付近には、前記主弁体15が摺動自在に嵌挿される案内孔19が形成されている。また、弁本体20の上部内周には、圧縮機100の吸入圧力Psの入出室28が形成されるとともに、その外周側に複数個のPs入出口27が形成され、このPs入出口27から入出室28に導入された吸入圧力Psは、プランジャ37の外周に形成された縦溝38(左右2カ所)等を介して前記感圧室45に導入される。
前記主弁体15は、下側弁棒部材15Aと上側筒状部材15Bとからなり、下側弁棒部材15Aは、下から順に、下部嵌挿部15b、該下部嵌挿部15bより大径の主弁体部15a、小径部15c、上部嵌挿部15d、上部小径部15eからなっており、また、上側筒状部材15Bは、副弁体17の胴部17bが摺動自在に嵌挿される大径係止部15q付き嵌挿部15g及びこの嵌挿部15gよりその内径が大きい下側円筒部15fからなり、下側円筒部15fの下部が上部小径部15eに圧入等により外嵌固定されて下側弁棒部材15Aと上側筒状部材15Bとが一体化されている。ここでは、主弁体部15aと弁口22とで主弁部11が構成される。
また、弁本体20の下端部中央には、組立時に弁棒15を挿通させるための挿通穴18が設けられるとともに、該挿通穴18には、主弁体15の下部嵌挿部15bが摺動自在に嵌挿される段付き円筒状の栓状ガイド部材48が圧入等により固定されている。
また、主弁体15の下側弁棒部材15A内には、Pc入出口26に開口する横孔15iと縦孔15jとが形成され、上側筒状部材15Bには、内周穴15mが形成されるとともに、プランジャ37内に位置する大径係止部15qに、前記内周穴15mに連なって横穴15nが形成されている。
ここで、本実施例では、下側弁棒部材15Aの横孔15i及び縦孔15j、上側筒状部材15Bの内周穴15m、横穴15n、プランジャ37内、プランジャ37の外周に形成された縦溝38、プランジャの底面と前記弁本体20に設けられたストッパ部24との間に形成される間隙β、入出室28などで、クランク室104の圧力PcをPs入出口27を介して圧縮機100の吸入室107に逃がすための弁内逃がし通路16が構成される。
また、主弁体15の内周穴15mには、副弁体17の下部が挿入され、副弁体17の下端の円錐面状副弁体部17aが縦孔15jの上端縁(副弁シート部23)に離接することにより、主弁体15内で前記弁内逃がし通路16が開閉されるようになっている。ここでは、副弁体部17aと副弁シート部23とで副弁部12が構成される。
したがって、主弁体15により弁口22が閉じられているもとでは、副弁体17に、弁内逃がし通路16を開く方向に、吸入圧力Psに応じたベローズ装置40の収縮力(副弁体17を引き上げようとする力)が作用するとともに、副弁体17を押し上げようとするクランク室圧力Pcと副弁体17を押し下げるようとする吸入圧力Psとの差圧に応じた力が作用することになる。
一方、弁内逃がし通路16は、プランジャ37の底面37bを弁本体20に設けられたストッパ部24に押し付けることによっても遮断されるようになっている。すなわち、電磁式アクチュエータ30のソレノイド部30Aへの通電が停止されると、ソレノイド部30Aに吸引力が無くなるので、プランジャ37は開弁ばね47の付勢力により主弁体15の大径係止部15qに押圧係止された状態でストッパ部24に押し付けられる。これにより、前記間隙βが無くなり、弁内逃がし通路16が自動的に遮断される。
このような構成とされた制御弁1”においては、通常制御時(Pd→Pc制御時)には、図4及び図7に示される如くに、コイル32、ステータ33及び吸引子34等からなるソレノイド部30Aが通電励磁されると、吸引子34にプランジャ37が引き寄せられ、これに伴い、主弁体15が上方(閉弁方向)に移動せしめられる。一方、圧縮機100からPs入出口27に導入された吸入圧力Psは、入出室28からプランジャ37の外周に形成された縦溝38等を介して前記感圧室45に導入され、ベローズ装置40(内部は真空圧)は感圧室45の圧力(吸入圧力Ps)に応じて伸縮変位(吸入圧力Psが高いと収縮、低いと伸張)し、該変位がプランジャ37や副弁体17を介して主弁体15に伝達され、それによって、弁開度(弁口22からの主弁体部15aのリフト量)が調整される。
すなわち、弁開度は、コイル32、ステータ33及び吸引子34等からなるソレノイド部30Aによるプランジャ37の吸引力と、ベローズ装置40の付勢力(伸張力、収縮力)と、開弁ばね47及び副弁ばね46による付勢力と、主弁体15に作用する開弁方向の力と閉弁方向の力とによって決定され、その弁開度に応じて、クランク室104の圧力Pcが調整され、これに伴い、圧縮機100の斜板102の傾斜角度及びピストン105のストロークが調整されて、吐出容量が増減される。
この場合、Pd→Pc制御時には、プランジャ37と一体に動く主弁体15は、ソレノイド部30Aの吸引力により常に閉弁方向に付勢されているので、副弁体17を介してベローズ装置40と一体に変位する。よって、副弁体部17aは副弁シート部23に押し付けられた状態(副弁部12が閉弁)となるため、弁内逃がし通路16は主弁体15内で遮断されている。そのため、弁内逃がし通路16を通じてクランク室圧力Pcが吸入室107に逃がされることはない。
それに対し、圧縮機起動時には、吸入圧力Ps及びクランク室圧力Pcが共に設定制御圧力よりも高い場合、ソレノイド部30Aが通電励磁されると、吸引子34にプランジャ37が引き寄せられ、これに伴い、主弁体15が上方(閉弁方向)に移動せしめられて弁口22が主弁体部15aにより閉じられる(主弁部11が閉弁)。このときは、図4及び図6に示される如くに、副弁体17を開かせ(引き上げ・押し上げ)ようとする二つの力、すなわち、ベローズ装置40の収縮方向に付勢する副弁ばね46のばね力(吸入圧力Psに応じた力)及びクランク室圧力Pcと吸入圧力Psとの差圧が共に大きくなるので、副弁体17がベローズ装置40と一体になって変位し、弁内逃がし通路16が開かれる(副弁部12が開弁)。そのため、クランク室104内の液冷媒が温度上昇により気化膨張してクランク室圧力Pcが過大となっても、クランク室圧力Pcは機内逃がし通路108を通じて吸入室107に逃がされることに加えて、クランク室圧力Pcは弁内逃がし通路16を通じても吸入室107に逃がされることになる。
このように、本実施例の制御弁1”においては、圧縮機起動時に、クランク室104の圧力Pcは機内逃がし通路108と弁内逃がし通路16の二つの通路を通じて吸入室107に逃がされることになるため、圧縮機起動時において吐出容量が大きくなるまでに要する時間を従来のものに比べて大幅に短縮することができる。
また、通常時(Pd→Pc制御時)には、弁内逃がし通路16は副弁体17により閉じられているため、圧縮機の運転効率が低下することはない。
また、副弁体17を吸入圧力Ps(ベローズ装置40の収縮力)及びクランク室圧力Pcと吸入圧力Psとの差圧(Pc>Ps)の二つの力により開かせるようにされているので、圧縮機起動時に副弁体をより確実に開かせることができる。
上記に加え、ソレノイド部30Aへの通電が停止(OFF)されると、図3及び図6に示される如くに、ソレノイド部30Aに吸引力が無くなるので、プランジャ37は開弁ばね47の付勢力により主弁体15の大径係止部15qに押圧係止された状態でストッパ部24に押し付けられ、主弁部11が全開状態となり、副弁部12も開く可能性があり、クランク室圧力Pcが弁内逃がし通路16を通じて吸入室107に逃がされるおそれがあるが、本実施例では、プランジャ37の底面37bがストッパ部24に押し付けられ、弁内逃がし通路16の一部を構成する前記間隙βが無くされるので(プランジャ弁部13が閉弁)、弁内逃がし通路16が自動的に遮断される。
このように、ソレノイド部30Aへの通電停止(OFF)時には、弁内逃がし通路16をプランジャ弁部13によって自動的に遮断して、クランク室圧力Pcを吸入室107に逃がさないようにすることにより、クランク室圧力Pcを速やかに所要圧力に上昇・安定させることができ、それによって、通電停止(OFF)状態を安定してキープできる。
図9は、本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第三実施例を示す断面図である。図示の制御弁1’’’は、電磁式アクチュエータ30と、弁本体20と、該弁本体20内に摺動自在に嵌挿された主弁体15と、感圧応動部材としてのベローズ装置40とを備えている。
電磁式アクチュエータ30は、通電励磁用のコイル32、該コイル32の上側に取り付けられたコネクタヘッド31、コイル32の内周側に配在された円筒状の吸引子34(ステータ)、吸引子34の下端部外周(段差部)にその上端部がTIG溶接により接合された階段状の段付き案内パイプ35、吸引子34の下方で段付き案内パイプ35の内周側に上下方向に移動自在に配在されたプランジャ37、コイル32及びコネクタヘッド31に外挿される段付き円筒状のハウジング60、及び、該ハウジング60の下端部と段付き案内パイプ35との間に配在されてそれらを弁本体20の上部に固定するためのホルダ50を備えている。
吸引子34の上部には、六角穴付きの調節ねじ65が螺合せしめられている。この調節ねじ65は細長い棒状のもので、吸引子34とプランジャ37を貫通して上下に延びており、その下端部が後述する上ストッパ42に当接せしめられている。
弁本体20は、主弁体15の弁体部15aが接離する弁座(弁口)22が設けられた弁室21を有し、この弁室21の外周部(弁座22より下側)に圧縮機から吐出圧力Pdの冷媒を導入するための複数のPd導入口25が設けられるとともに、弁座22の上側には、プランジャ37の最下降位置を規制するための凸状ストッパ部24が設けられている。また、弁本体20の下端部中央には、組立時に主弁体15を挿通させるための挿通穴18が設けられるとともに、該挿通穴18には、主弁体15の下端側の下部嵌挿部15bが摺動自在に嵌挿される有底段付き円筒状の栓状ガイド部材48が圧入等により固定されている。この栓状ガイド部材48の内底面と主弁体15の下端部(下部嵌挿部)15bの間には圧力室48aが形成されている。また、弁本体20における凸状ストッパ部24の上側にはPs入出口27及び吸入圧Psの入出室28が設けられている。
主弁体15は、前記凸状ストッパ部24に形成された案内孔19に摺動自在に嵌挿され、下から順に、下部嵌挿部15b、該下部嵌挿部15bより大径の主弁体部15a、小径部15c、上部嵌挿部15d、きのこ状頭部15eを有している。主弁体部15aと弁口22とで主弁部11が構成される。
また、主弁体15の内部には、Pc入出口26に連通する横孔15iと主弁体15を縦断する縦孔15jとが形成されている。縦孔15jにおける横孔15iよりも上側の部分15jaと横孔15iとにより、クランク室104の圧力PcをPs入出口27を介して圧縮機100の吸入室107に逃がすための弁内逃がし通路16が構成される。また、縦孔15jの下端は栓状ガイド部材48の圧力室48aに連通しており、縦孔15jにおける横孔15iよりも下側の部分15jb(弁内キャンセル通路)と圧力室48aとにより、主弁体15に対して下向きの冷媒圧を付与するキャンセル通路が構成される。
さらに、本実施例では、プランジャ37と主弁体15とを直結するため、板材からなる有底円筒状の連結筒体(連結部材)52が備えられ、この連結筒体52内に形成された感圧室45にベローズ装置40が収容されている。連結筒体52には複数個の貫通孔52aが設けられており、入出室28に導入された吸入圧力Psは、この貫通孔52aを介して感圧室45に導入される。
詳しくは、連結筒体52は、プランジャ37の下部外周に形成された環状溝37aにその上部がかしめ固定されており、また、その底部52bの内面中央には有底筒状のばね受け49が固定されている。このばね受け49の底部には、主弁体15におけるきのこ状頭部15eを係止するための係止孔49aが形成されている。この係止孔49aは、小径部と大径部からなる平面視だるま形に形成され、きのこ状頭部15eを前記大径部に下側から貫通させた後、主弁体15を径方向に移動させることにより、きのこ状頭部15eの下側に形成された環状溝が前記小径部に係合して主弁体15が係止されるようになっている。これにより、プランジャ37と主弁体15とが連結筒体52を介して直結され、それらは一体で上下動することになる。
ばね受け49内には、断面略十字形の副弁体17が上下に摺動自在に収容されている。この副弁体17の下端には円錐状の副弁体部17aが形成されており、この副弁体部17aが縦孔15jの上端縁(副弁シート部23)に離接することにより弁内逃がし通路16が開閉されるようになっている。すなわち、副弁体部17aと副弁シート部23とで副弁部12が構成される。
副弁体17の中間部には鍔状の大径係止部17cが形成されており、この大径係止部17cとばね受け49との間には、副弁体17をベローズ装置40の収縮方向に付勢する圧縮コイルばね(副弁ばね)46が配在されている。なお、大径係止部17cには、冷媒を通過させる貫通孔17eが複数個形成されている。そして、副弁体17の上部には小径部17dが形成されている。
副弁ばね46は、副弁体17をベローズ装置40と一体で変位させるべく常に副弁体17をベローズ措置40の収縮方向に付勢するようになっている。なお、副弁ばね46を設ける代わりに、例えば副弁体17の上端(小径部17d)をベローズ装置40の下ストッパ43(後述)に固定する等してもよい。
主弁体15により弁口22が閉じられているもとでは、副弁体17に、弁内逃がし通路16を開く方向に、吸入圧力Psに応じたベローズ装置40の収縮力(副弁体17を引き上げようとする力)が作用するとともに、副弁体17を押し上げようとするクランク室圧力Pcと副弁体17を押し下げるようとする吸入圧力Psとの差圧に応じた力が作用することになる。
前記連結筒体52内に配在されるベローズ装置40は、感圧応動部材としてのベローズ41、逆凸字状の上ストッパ42、逆凹字状の下ストッパ43、圧縮コイルばね44、円筒状ばね受け49等を備え、前記連結筒体52内に形成される空間が感圧室45となっている。ベローズ装置40の上端面(上ストッパ42)は調節ねじ65に当接せしめられ、下ストッパ43には、副弁体17の小径部17dが挿入当接せしめられている。
かかる構成とされた制御弁1においては、吸引子34にプランジャ37が引き寄せられると(通電時)、主弁体15はプランジャ37により連結筒体52を介して閉弁方向に強制的に引っ張られる。一方、圧縮機から吸入圧入出口27に導入された吸入圧力Psは感圧室45に導入され、ベローズ装置40(内部は真空圧)は感圧室45の圧力(吸入圧力Ps)に応じて伸縮変位(吸入圧力Psが高いと収縮、低いと伸張)し、該変位が主弁体15に伝達され、それによって、弁開度が調整される。
すなわち、弁開度は、吸引子34によるプランジャ37の吸引力と、ベローズ装置40の付勢力と、圧縮コイルばね46による付勢力とによって決定され、その弁開度に応じて、Pd導入口25から弁室21に導入された吐出圧力Pdの冷媒の出口であるPc入出口26側、つまりクランク室への導出量(絞り量)が調整され、これによって、クランク室内の圧力Pcが制御される。
この場合、Pd→Pc制御時には、プランジャ37と一体に動く主弁体15は、ソレノイド吸引力により常に閉弁方向に付勢されているので、副弁体17を介してベローズ装置40と一体に変位する。よって、副弁体部17aは、副弁シート部23に押し付けられた状態(閉弁)となるため弁内逃がす通路16は閉じられている。そのため、弁内逃がし通路16を通じてクランク室圧力Pcが吸入室107に逃がされることはない。
それに対し、圧縮機起動時には、吸入圧力Ps及びクランク室圧力Pcが共に設定制御圧力よりも高い場合、ソレノイド部が通電励磁されると、吸引子34にプランジャ37が引き寄せられ、これに伴い、主弁体15が上方(閉弁方向)に移動せしめられて弁口22が主弁体部15aにより閉じられる(主弁部11が閉弁)。
このときは、副弁体17を開かせ(引き上げ・押し上げ)ようとする二つの力、すなわち、ベローズ装置40の収縮方向に付勢する副弁ばね46のばね力及びクランク室圧力Pcと吸入圧力Psとの差圧が共に大きくなるので、副弁体17がベローズ装置40側と一体になって変位し、弁内逃がし通路16が開かれる(副弁部12が開弁)。そのため、クランク室104内の液冷媒が温度上昇により気化膨張してクランク室圧力Pcが過大となっても、クランク室圧力Pcは機内逃がし通路108を通じて吸入室107に逃がされることに加えて、クランク室圧力Pcは弁内逃がし通路16を通じても吸入室107に逃がされることになる。
このように、本実施例の制御弁1においては、圧縮機起動時に、クランク室104の圧力Pcは機内逃がし通路108と弁内逃がし通路16の二つの通路を通じて吸入室107に逃がされることになるため、圧縮機起動時において吐出容量が大きくなるまでに要する時間を従来のものに比べて大幅に短縮することができる。
そして、本実施例では、縦孔15jにおける横孔15iよりも下側の部分15jbと圧力室48aとにより構成されたキャンセル通路を設けたことで、主弁体15に作用する冷媒圧が制御に悪影響を及ぼす(制御精度の低下等を招く)のを軽減することができる。
すなわち、この制御弁1’’’においては、弁口22より上流側にPd導入口25が設けられるとともに、弁口22より下流側にPc入出口26が設けられ、かつ、主弁体部15aは弁口22をその下側から開閉するようになっている。この場合、主弁体15の主弁体部15aには、その下側から吐出圧力Pdが上向きに作用するとともに、上側からクランク室圧力Pcが下向きに作用する。Pc<Pdであるので、主弁体部15aには上向きに差圧(Pd−Pc)が作用することになる。
また、栓状ガイド部材48に収容されている主弁体15の下部嵌挿部15bの外周部には、吐出圧力Pdが下向きに作用するとともに、下部嵌挿部15bの下端面には、前記キャンセル通路により供給されるクランク室圧力Pcが上向きに作用するので、下部嵌挿部15bには下向きに差圧(Pd−Pc)が作用することになる。この差圧(Pd−Pc)と、主弁体部15aに上向きに作用する差圧(Pd−Pc)とが相殺するので、主弁体15に作用する(Pd−Pc)はキャンセルされることになる。
なお、主弁体15における横孔15iよりも上側の部分の外周部にはクランク室圧力Pcが上向きに作用するが、主弁体15の上端に下向きに作用する吸入圧力Psによって略相殺される(Pc≒Ps)。したがって、冷媒圧により主弁体15に作用する荷重が殆んど無くなるので、当該荷重による制御への悪影響を軽減することができる。
また、本実施例では、弁内逃がし通路16を構成する孔15jaと、弁内キャンセル通路15jbとを1つの貫通孔(縦孔15j)により形成するので、製造が容易であるという利点がある。
なお、本実施例の構造(主弁体15に対して閉弁方向と開弁方向に作用する冷媒圧を略相殺するべく、主弁体15に冷媒圧を付与するキャンセル通路)は、第二実施例のような構造(電磁式アクチュエータへの通電停止時に、プランジャの底面をストッパ部に押し付けることにより弁内逃がし通路を遮断する構造)の制御弁に設けることもできる。
1、1’、1”、1’ ’ ’可変容量型圧縮機用制御弁
11 主弁部
12 副弁部
13 プランジャ弁部
15 主弁体
15A 下側棒状部材
15B 上側筒状部材
15j 縦孔(貫通孔)
15jb 弁内キャンセル通路
16 弁内逃がし通路
17 副弁体
19 案内孔
20 弁本体
21 弁室
22 弁口
24 ストッパ部
25 Pd導入口
26 Pc入出口
27 Ps入出口
30 電磁式アクチュエータ
30A ソレノイド部
40 ベローズ装置
48a 圧力室

Claims (8)

  1. 弁口が設けられた弁室及び圧縮機の吸入室に連通するPs入出口を有し、前記弁口より上流側に圧縮機の吐出室に連通するPd導入口が設けられるとともに、前記弁口より下流側に前記圧縮機のクランク室に連通するPc入出口が設けられた弁本体と、前記弁口を開閉するための主弁体と、該主弁体を弁口開閉方向に移動させるためのプランジャを有する電磁式アクチュエータと、前記圧縮機から吸入圧力Psが前記Ps入出口を介して導入される感圧室と、該感圧室の圧力に応じて前記主弁体を弁口開閉方向に付勢する感圧応動部材と、を備えた可変容量型圧縮機用制御弁であって、
    前記クランク室の圧力Pcを前記Ps入出口を介して前記圧縮機の吸入室に逃がすための弁内逃がし通路が設けられるとともに、該弁内逃がし通路を開閉する副弁体が設けられ、
    前記主弁体内に、前記弁内逃がし通路が形成されるとともに、前記副弁体の副弁体部が挿入されており、
    前記主弁体により前記弁口が閉じられているもとでは、前記副弁体に、前記弁内逃がし通路を開く方向に、前記吸入圧力Psに応じた力及び前記クランク室圧力Pcと前記吸入圧力Psとの差圧に応じた力の二つの力が作用するようにされていることを特徴とする可変容量型圧縮機用制御弁。
  2. 前記弁本体に前記主弁体が摺動自在に嵌挿される案内孔が設けられ、該案内孔と前記弁口との間に前記Pc入出口が設けられるとともに、前記案内孔の上側に前記Ps入出口が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
  3. 弁口が設けられた弁室及び圧縮機の吸入室に連通するPs入出口を有し、前記弁口より上流側に圧縮機の吐出室に連通するPd導入口が設けられるとともに、前記弁口より下流側に前記圧縮機のクランク室に連通するPc入出口が設けられた弁本体と、前記弁口を開閉するための主弁体と、該主弁体を弁口開閉方向に移動させるためのプランジャを有する電磁式アクチュエータと、前記圧縮機から吸入圧力Psが前記Ps入出口を介して導入される感圧室と、該感圧室の圧力に応じて前記主弁体を弁口開閉方向に付勢する感圧応動部材とを備えた可変容量型圧縮機用制御弁であって、
    前記電磁式アクチュエータに通電され、かつ、前記主弁体により前記弁口が閉じられているとき、前記クランク室の圧力Pcを前記Ps入出口を介して前記圧縮機の吸入室に逃がすための弁内逃がし通路が設けられ、前記弁内逃がし通路は、前記主弁体内、前記プランジャ内、及び前記プランジャの底面と前記弁本体に設けられたストッパとの間に形成される間隙及び前記プランジャの外周部に形成された縦溝を含んで構成され、
    前記電磁式アクチュエータへの通電停止時には、前記プランジャの底面を前記ストッパに押し付けることにより前記弁内逃がし通路を遮断するようにされていることを特徴とする可変容量型圧縮機用制御弁。
  4. 前記弁内逃がし通路を前記主弁体内で開閉するための副弁体が設けられ、前記主弁体により前記弁口が閉じられているときには、前記副弁体に、前記弁内逃がし通路を開く方向に、前記吸入圧力Psに応じた力及び前記クランク室圧力Pcと前記吸入圧力Psとの差圧に応じた力の二つの力が作用するようにされていることを特徴とする請求項に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
  5. 前記弁本体に前記主弁体が摺動自在に嵌挿される案内孔が設けられ、該案内孔と前記弁口との間に前記Pc入出口が設けられるとともに、前記案内孔の上側に前記Ps入出口が設けられていることを特徴とする請求項3又は4に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
  6. 前記主弁体に対して閉弁方向と開弁方向に作用する冷媒圧を略相殺するべく、前記主弁体に冷媒圧を付与するキャンセル通路を設けたことを特徴とする請求項1又は記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
  7. 前記キャンセル通路は、前記主弁体内に形成され前記主弁体における前記弁口よりも上流側の端面に開口するとともに前記Pc入出口に連通する弁内キャンセル通路と、前記主弁体の前記端面に対向するとともに前記弁内キャンセル通路に連通する圧力室とを備えることを特徴とする請求項記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
  8. 前記主弁体内に形成される前記弁内逃がし通路と前記弁内キャンセル通路とが前記主弁体を貫通する1つの貫通孔により形成されることを特徴とする請求項記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
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