JP6663227B2 - 可変容量圧縮機の容量制御弁 - Google Patents
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Description
尚、前記制御圧室としては、特許文献1のように、ピストン背方のクランク室を用いるのが一般的であるが、特許文献2のように、クランク室とは別に、容量制御用のアクチュエータ(シリンダ)を設け、その圧力室を容量制御用の制御圧室とすることもある。
この容量制御弁は、その内部に、吐出室(11)と制御圧室(12)と連通する吐出側通路(31、32、33)と、吸入室(13)と制御圧室(12)とを連通する吸入側通路(34、44、33)と、吐出側通路の開度を調整する第1弁部(41)と、吸入側通路の開度を調整する第2弁部(42)及び第3弁部(43)とを備えている。ここで、第1弁部(41)と第2弁部(42)とは、1つの弁体に一体的に形成され、互いに逆向きの開閉作動を行う。第3弁部(43)は、感圧室(38)の圧力変化に応答するベローズ等の感圧体(50)に取付けられていて、エアコン起動時などに、液冷媒を吸入室に排出すべく、開となる。
第1弁部(41)が吐出側通路(31、32)を閉鎖しているときは、第3弁部(43)が吸入側通路(44)を常時開放していることが望ましい。しかし、第3弁部(43)は感圧室(38)の圧力変化に応答して開閉するので、吸入側通路(44)の開閉が第1弁部(41)と連動していない。
例えば、外気温があまり高くない季節では、感圧室(38)の圧力が比較的低く、エアコン起動時でも、感圧体(50)が伸長して第3弁部(43)が閉じ、吸入側通路(44)が閉鎖されて、液冷媒を排出できない。
ここにおいて、前記第1弁部と前記第2弁部は、1つの弁体にて、互いに逆向きの開閉動作を行うように構成される。そして、前記第1弁部が全閉のときに前記第2弁部が最大開度となり、前記第1弁部がゼロより大きい第1の最小開度よりも大きな開度で開度を調整しているときに、前記第2弁部がゼロより大きい第2の最小開度に維持され、前記第2弁部が前記最大開度から前記第2の最小開度まで変化する間、前記第1弁部が前記第1の最小開度に維持されるように構成される。
図1は本発明に係る容量制御弁が適用される可変容量圧縮機の概略構成を示している。本例の可変容量圧縮機は、車両用エアコンシステムに用いられるものであり、また、吐出容量ゼロ近傍での運転が可能で、それゆえクラッチレス可変容量圧縮機である。
可変容量圧縮機100は、複数のシリンダボア101aが形成されたシリンダブロック101と、シリンダブロック101の一端側に設けられたフロントハウジング102と、シリンダブロック101の他端側にバルブプレート103を介して設けられたシリンダヘッド104と、を備える。
従って、外部駆動源(車両のエンジン)からの動力が動力伝達装置に伝達され、駆動軸110は動力伝達装置と同期して回転する。
吸入室141は、バルブプレート103に設けられた吸入孔103a、及び、吸入弁形成シートに形成された吸入弁(図示せず)を介して、シリンダボア101aと連通する。吐出室142は、バルブプレート103に設けられた吐出孔103b、及び、吐出弁形成シートに形成された吐出弁(図示せず)を介して、シリンダボア101aと連通する。
従って、ピストン136は、その往復運動により、吸入室141からシリンダボア101a内に冷媒ガスを吸入し、吸入した冷媒ガスを圧縮して吐出室142に吐出する。
容量制御弁300は、吐出室142とクランク室140とを連通する圧力供給通路145A、145Bの一部を構成するように、圧力供給通路145A、145Bに介装される。容量制御弁300は、基本的には、圧力導入通路147を介して導入された吸入室141の圧力、及び、ソレノイドに流れる電流により発生する電磁力に応答して、圧力供給通路145A、145Bの開度を調整し、クランク室140への吐出冷媒ガス導入量を制御する。
クランク室140内の冷媒は、連通路101c、空間部101d及び固定絞り103cで構成される放圧通路146を介して、吸入室141へ流れる。
固定絞り103cは、シリンダブロック101側の空間部101dとシリンダヘッド104側の吸入室141とを連通させるようにバルブプレート103に穿設され、放圧通路146の最小流路断面積を規定している。
具体的には、クランク室140の圧力を低下させると、斜板111の傾角が増大し、これによってピストン136のストローク量を増大させることができる。これにより、可変容量圧縮機100の吐出容量を可変制御することができる。
また、エアコン非作動時、つまり可変容量圧縮機100の非作動状態では、ソレノイドの通電をOFFすることにより、圧力供給通路145A、145Bを全開状態にして、クランク室140の圧力を最大に制御し、可変容量圧縮機100の吐出容量を最小に制御する。
容量制御弁300は、ソレノイドユニット310と、弁ユニット320とから構成される。
弁室323aは、連通孔323dを介して、クランク室140(クランク室140への圧力供給通路145B)と連通する。
第1弁孔323bは、弁体321と同一軸線上に形成され、一端側で連通孔323cを介して吐出室142(吐出室142からの圧力供給通路145A)と連通し、他端側が弁室323aに開口する。
従って、第1弁孔323bは、吐出室142とクランク室140とをつなぐ圧力供給通路145A、145Bの一部をなす。
固定コア311の他端には、貫通孔311aの一部を構成する第2弁孔311bが形成される。第2弁孔311bは、第1弁孔323bと同一軸線上に設けられ、第1弁孔323bの開口部に相対するように、一端側で弁室323aに開口している。
感圧ロッド321a、弁体321、ソレノイドロッド313及び可動コア312の一体構成物は、一端側(感圧ロッド321a)で挿通孔323gに、他端側(可動コア312の外周面)で収容部材315の内周面に、摺動自在に支持され、その他の部位は非接触で軸線方向に移動可能となっている。
従って、弁室323aは、第2弁孔311b、連通孔321f、貫通孔321d、連通孔321eを介して、感圧室323eと連通するように構成されている。
また、第1弁孔323bは、弁室323aに開口し、流量調整部となる第1テーパ孔323b1と、第1テーパ孔323b1の最小径部に隣接し、第1先端部321b2が進入する第1円筒孔323b2と、を有する。
また、第2弁孔311bは、弁室323aに開口し、流量調整部となる第2テーパ孔311b1と、第2テーパ孔311b1の最小径部に隣接し、第2先端部321c2が進入する第2円筒孔311b2と、を有する。
第1弁部321bと第2弁部321cは、1つの弁体321の両端に配置されているため、両弁部の動作は以下のようになる。尚、図4は第1弁部及び第2弁部のリフト特性図であり、図3の(a)〜(c)に対応している。
第1弁部321bが第1弁孔323bを閉鎖しているとき、常時第2弁部321cが第2弁孔311bを最大に開放するようになっている。例えば、エアコンを起動してから車室内の空調状態が設定された所定の状態に近づくまで、このような状態が継続される。
第1先端部321b2の先端周縁が第1円筒孔323b2と第1テーパ孔323b1との境界に位置しているとき、第2先端部321c2の先端周縁が第2円筒孔311b2に位置するようにしてあるので、このとき弁室323aと感圧室323eとを連通する内部通路は最小開度となっている。
Ps=−(1/Sb)・F(I)+(F+f)/Sb ・・・(2)
F(I):ソレノイドの電磁力
f :圧縮コイルバネ314の付勢力
Ps:吸入室の圧力
Sb:ベローズ有効受圧面積
F :ベローズ付勢力
コイル316への通電をOFFすると、圧縮コイルバネ314の付勢力によって、このような状態となる。
本実施形態では、また、第2弁部321cが最大開度から前記第2の最小開度まで変化する間、第1弁部321bが前記第1の最小開度に維持されるように構成されている。これにより、過渡的にも両者が同時に大きく開くことはない。
可動コア312、ソレノイドロッド313、弁体321及び感圧ロッド321aの一体構成物は、感圧ロッド321aの挿通孔323gと、固定コア311の小径部311cとの2点で支持されている。従って、可動コア312の外周面は収容部材315の内周面に当接していない。
その一方、ソレノイドロッド313は可動コア312の端面より突出していて、その突出端部313dが収容部材315の内側の端壁315aに相対している。従って、第1弁部321bが最大開度のときに、ソレノイドロッド313の突出端部313dが収容部材315の内側の端壁315aに当接して、貫通孔313aの開口部が閉鎖される。
本実施形態での第2弁孔323hは、一端側で感圧室323eに開口する。第2弁部321cは、感圧室323eに配置されて、第2弁孔323hの開口部に相対する。
従って、第2弁孔323hの他端側は、連通孔321gを介して、ソレノイドロッド313、弁体321及び感圧ロッド321aの貫通孔321dに連通し、更に、収容部材315内の空間、及び、ソレノイドロッド313の外周部と固定コア311の貫通孔311aとの間の空隙を介して、弁室323aと連通する。
上記の内部通路は、ソレノイドロッド313の突出端部313dが収容部材315の端壁315aに当接することにより閉鎖される。
図1に示した可変容量圧縮機では、制御圧室としてのクランク室140が、内部圧力に応じて斜板111の傾角を変化させることでピストン136のストローク量を変化させて吐出容量を変化させる構成である。
これに対し、第5実施形態では、クランク室140とは別に、容量制御用のアクチュエータ(シリンダ)500を設け、その圧力室を容量制御用の制御圧室とする。容量制御用のアクチュエータ500は、斜板111に対し直接作用して、その傾角を変更する。
容量制御用のアクチュエータ500は、駆動軸110に固定されたロータ112に形成されたシリンダ部(摺動孔)501と、このシリンダ部501に軸方向に摺動自在に支持されて斜板111に当接するピストン502と、を含んで構成される。
ピストン502は、その一端側がシリンダ部501に摺動自在に挿入され、シリンダ部501の底部とピストン502との間に制御圧室503が形成される。
逆に、制御圧室503内の圧力を減少させると、斜板111の傾角が増大し、これによってピストン136のストローク量を増大させることができる。
従って、制御圧室503内の圧力の制御は、容量制御弁300によりなされる。
容量制御弁300は、また、吸入室141からの通路147と制御圧室503への通路145Bとの間に、第2弁孔及び第2弁部を有し、第2弁部による制御で、制御圧室503から吸入室141への圧力の逃がし量を制御することができる。
(a)第1弁部が全閉の場合、第2弁部は最大開度となる。このとき、制御圧室503は容量制御弁300内の第2弁部を経由する圧力逃がし通路145B、147により吸入室141と連通するので、制御圧室503内の冷媒を速やかに吸入室141に排出でき、制御圧室503の圧力は吸入室141の圧力と同等となり、斜板111の傾角が最大となってピストン136のストローク量が最大となる。例えば、エアコンを起動してから車室内の空調状態が設定された所定の状態に近づくまでこのような状態が継続される。
第2弁部が最小開度になると、第1弁部による流量調整が可能となる。このとき、第2弁部は最小開度に維持される。従って、第1弁部の開度調整により制御圧室503の圧力を容易に変化(昇圧、減圧)させることができ、斜板111の傾角を変更してピストン136のストローク量を制御できる。ピストン136のストローク量を制御することにより、エアコンシステムの冷媒回路を流れる冷媒流量を調整し、車室内の空調状態を設定された所定の状態に維持する。
101 シリンダブロック
101a シリンダボア
101b マフラ形成壁
101c 連通路
101d 空間部
102 フロントハウジング
102a ボス部
103 バルブプレート
103a 吸入孔
103b 吐出孔
103c 固定絞り
104 シリンダヘッド
104a 吸入ポート
104b 吸入通路
105 通しボルト
106 蓋部材
106a 吐出ポート
110 駆動軸
111 斜板
111a 第2アーム
111b 貫通孔
112 ロータ
112a 第1アーム
114 傾角減少バネ
115 傾角増大バネ
116 バネ支持部材
120 リンク機構
121 リンクアーム
122 第1連結ピン
123 第2連結ピン
130 軸封装置
131、132 軸受
133 軸受
134 スラストプレート
135 調整ネジ
136 ピストン
137 シュー
140 クランク室(制御圧室)
141 吸入室
142 吐出室
143 マフラ空間
144 連通路
145A、145B 圧力供給通路
146 放圧通路
147 圧力逃がし通路を兼ねる圧力導入通路
160 マフラ
200 逆止弁
300 容量制御弁
310 ソレノイドユニット
311 固定コア
311a 貫通孔(固定コアの貫通孔)
311b 第2弁孔
311b1 第2テーパ孔
311b2 第2円筒孔
311c 小径部
312 可動コア
313 ソレノイドロッド
313a ソレノイドロッドの貫通孔
313d ソレノイドロッドの突出端部
314 圧縮コイルバネ
315 収容部材
315a 収容部材の端壁
316 コイル
317 ソレノイドハウジング
320 弁ユニット
321 弁体
321a 感圧ロッド
321b 第1弁部
321b1 第1本体部
321b2 第1先端部
321b3 第1テーパ部
321c 第2弁部
321c1 第2本体部
321c2 第2先端部
321c3 第2テーパ部
321d 弁体及び感圧ロッドの貫通孔
321e 連通孔
321f 連通孔
321g 連通孔
322 感圧ユニット
322a ベローズ
322b 第1端部部材
322c 第2端部部材
322d 圧縮コイルバネ
323 バルブハウジング
323a 弁室
323b 第1弁孔
323b1 第1テーパ孔
323b2 第1円筒孔
323c 連通孔
323d 連通孔
323e 感圧室
323f 連通孔
323g 挿通孔
323h 第2弁孔
323h1 第2テーパ孔
323h2 第2円筒孔
500 容量制御用のアクチュエータ
501 シリンダ部
502 ピストン
503 圧力室(制御圧室)
504 圧縮コイルバネ(傾角減少バネ)
505 凸部
506、507 連通孔
Claims (15)
- 可変容量圧縮機(100)に用いられる容量制御弁(300)であって、
前記可変容量圧縮機(100)は、シリンダボア(101a)内で往復運動することにより、吸入室(141)から冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して吐出室(142)に吐出するピストン(136)と、内部圧力に応じて前記ピストン(136)のストローク量を変化させて吐出容量を変化させる制御圧室(140、503)と、を備え、
前記容量制御弁(300)は、
前記吐出室(142)と前記制御圧室(140、503)とつなぐ圧力供給通路(145A、145B)と、
前記圧力供給通路(145A、145B)の一部を構成する第1弁孔(323b)の開度を調整する第1弁部(321b)と、
前記第1弁部(321b)に対し閉弁方向に電磁力を作用させるソレノイドユニット(310)と、
前記吸入室(141)の圧力に応動し当該圧力の低下に伴って前記第1弁部(321b)に対し開弁方向に付勢力を作用させる感圧ユニット(322)と、
前記制御圧室(140、503)と前記吸入室(141)とをつなぐ圧力逃がし通路(147、145B)と、
前記圧力逃がし通路(147、145B)の一部を構成する第2弁孔(311b)の開度を調整する第2弁部(321c)と、
を含んで構成され、
前記第1弁部(321b)と前記第2弁部(321c)は、1つの弁体(321)にて、互いに逆向きの開閉動作を行うように構成されると共に、
前記第1弁部(321b)が全閉のときに前記第2弁部(321c)が最大開度となり、前記第1弁部(321b)がゼロより大きい第1の最小開度よりも大きな開度で開度を調整しているときに、前記第2弁部(321c)がゼロより大きい第2の最小開度に維持され、
前記第2弁部(321c)が前記最大開度から前記第2の最小開度まで変化する間、前記第1弁部(321b)が前記第1の最小開度に維持されるように構成されていることを特徴とする、容量制御弁。 - 前記第1弁部(321b)が最大開度になったときに、前記第2弁部(321c)が全閉となるように構成されていることを特徴とする、請求項1記載の容量制御弁。
- 前記第1弁部(321b)は、閉弁方向への動作により前記第1弁孔(323b)内に進入する円筒状の第1先端部(321b2)を有し、前記第1弁孔(323b)は、前記第1弁部(321b)に向かってテーパ状に拡径し流量調整部となる第1テーパ孔(323b1)と、前記第1テーパ孔(323b1)の最小径部に連なって前記第1先端部(321b2)の外周面との間の隙間で最小流路断面積を規定する円筒状の第1円筒孔(323b2)と、を有し、
前記第2弁部(321c)は、閉弁方向への動作により前記第2弁孔(311b)内に進入する円筒状の第2先端部(321c2)を有し、前記第2弁孔(311b)は、前記第2先端部(321c2)の外周面との間の隙間で最小流路断面積を規定する円筒状の第2円筒孔(311b2)を有し、
前記第1弁部(321b)が前記第1弁孔(323b)を閉じているときに、前記第2先端部(321c2)が前記第2円筒孔(311b2)から離脱して、前記第2弁孔(311b)の開度が最大となり、
前記第1先端部(321b2)の先端周縁が前記第1円筒孔(323b2)から離脱して、前記第1先端部(321b2)の先端周縁と前記第1テーパ孔(323b1)との間で前記第1弁孔(323b)の開度を調整しているときに、前記第2先端部(321c2)の先端周縁が前記第2円筒孔(311b2)内に進入して前記第2弁孔(311b)の開度が前記第2の最小開度となるように構成されていることを特徴とする、請求項1又は請求項2記載の容量制御弁。 - 前記第2弁部(321c)は、前記第2先端部(321c2)の周囲に前記第2弁孔(311b)の周縁に当接する環状の当接面(321c3)を有し、当該当接面が前記第2弁孔(311b)の周縁に当接することにより、全閉となることを特徴とする、請求項3記載の容量制御弁。
- 前記第1弁孔(323b)は、一端側で前記吐出室(142)と連通し、他端側が前記制御圧室(140、503)と連通する弁室(323a)に開口し、
前記第1弁部(321b)及び前記第2弁部(321c)を有する前記弁体(321)は、前記第1弁孔(323b)を貫通し、前記第1弁部(321b)が前記弁室(323a)内で前記第1弁孔(323b)の開口部に相対して、前記第1弁孔(323b)の開度を調整し、
前記ソレノイドユニット(310)は、前記弁体(321)の一端にソレノイドロッド(313)を介して一体的に連結された可動コア(312)と、前記ソレノイドロッド(313)が挿通され、一端面が前記可動コア(312)に所定の空隙を介して対峙する固定コア(311)と、前記固定コア(311)及び前記可動コア(312)の外周側に設けられ前記可動コア(312)を移動可能に収容する非磁性の収容部材(315)と、前記収容部材(315)の外周側に配置されたコイル(316)と、を含み、前記コイル(316)に通電することにより、前記弁体(321)に対し、前記第1弁部(321b)が前記第1弁孔(323b)の開度を減少させる方向に、電磁力による付勢力を作用させ、
前記感圧ユニット(322)は、前記吸入室(141)と連通する感圧室(323e)と、前記感圧室(323e)に配置され、前記吸入室(141)の圧力に応じて伸縮するベローズ(322a)と、前記弁体(321)の他端と前記ベローズ(322a)とを連結する感圧ロッド(321a)と、を含み、前記吸入室(141)の圧力が前記ソレノイドユニット(310)の前記コイル(316)に流れる電流により設定される所定値より低下すると、前記第1弁部(321b)を前記第1弁孔(323b)の開度が増大する方向に移動させ、前記吸入室(141)の圧力が前記所定値より高くなると、前記第1弁部(321b)を前記第1弁孔(323b)の開度が減少する方向に移動させ、
前記第2弁孔(311b)は、前記第1弁孔(323b)と同一軸線上に設けられて、一端側で前記弁室(323a)又は前記感圧室(323e)のいずれか一方に開口し、他端側で他方と連通し、前記第2弁部(321c)は、前記第2弁孔(311b)の前記弁室(323a)又は前記感圧室(323e)への開口部に相対して、前記第2弁孔(311b)の開度を調整することを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の容量制御弁。 - 前記第2弁孔(311b)は、前記第1弁孔(323b)の開口部に相対するように、一端側で前記弁室(323a)に開口し、
前記第2弁部(321c)は、前記弁室(323a)内に前記第1弁部(321b)と逆向きに配置されて、前記第2弁孔(311b)の開口部に相対することを特徴とする、請求項5記載の容量制御弁。 - 前記第2弁孔(311b)の他端側は、前記弁体(321)及び前記感圧ロッド(321a)の内部通路(321d)を介して、前記感圧室(323e)と連通することを特徴とする、請求項6記載の容量制御弁。
- 前記第2弁孔(311b)の他端側は、前記ソレノイドロッド(313)と前記固定コア(311)の貫通孔(311a)との間の空隙、前記収容部材(315)内の空間、及び、前記ソレノイドロッド(313)、前記弁体(321)及び前記感圧ロッド(321a)の内部通路(313a、321d)を介して、前記感圧室(323e)と連通することを特徴とする、請求項6記載の容量制御弁。
- 前記ソレノイドロッド(313)は、前記可動コア(312)を貫通して前記可動コア(312)の他端面より突出し、前記第1弁部(321b)の開度が最大のときに、前記ソレノイドロッド(313)の端面が前記収容部材(315)の端壁(315a)に当接することにより、前記ソレノイドロッド(313)の内部通路が閉止されて、前記第2弁部(321c)が全閉となることを特徴とする、請求項8記載の容量制御弁。
- 前記第2弁孔(311b)は、一端側で前記感圧室(323e)に開口し、
前記第2弁部(321c)は、前記感圧室(323e)に配置されて、前記第2弁孔(311b)に相対することを特徴とする、請求項5記載の容量制御弁。 - 前記第2弁孔(311b)の他端側は、前記感圧ロッド(321a)、前記弁体(321)及び前記ソレノイドロッド(313)の内部通路(321d)、前記収容部材(315)内の空間、前記ソレノイドロッド(313)と前記固定コア(311)の貫通孔(311a)との間の空隙を介して、前記弁室(323a)と連通することを特徴とする、請求項10記載の容量制御弁。
- 前記可動コア(312)、前記ソレノイドロッド(313)、前記弁体(321)及び前記感圧ロッド(321a)の一体構成物は、前記感圧ロッド(321a)の外周部でハウジング(323)の挿通孔(323g)に摺動自在に支持されると共に、前記可動コア(312)の外周部と前記収容部材(315)との間で、摺動自在に支持されることを特徴とする、請求項5〜請求項11のいずれか1つに記載の容量制御弁。
- 前記可動コア(312)、前記ソレノイドロッド(313)、前記弁体(321)及び前記感圧ロッド(321a)の一体構成物は、前記感圧ロッド(321a)の外周部でハウジング(323)の挿通孔(323g)に摺動自在に支持されると共に、前記ソレノイドロッド(313)の外周部と前記固定コア(311)の貫通孔(311a)との間で、摺動自在に支持されることを特徴とする、請求項5〜請求項11のいずれか1つに記載の容量制御弁。
- シリンダボア(101a)内で往復運動することにより、吸入室(141)から冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して吐出室(142)に吐出するピストン(136)と、
内部圧力に応じて前記ピストン(136)のストローク量を変化させて吐出容量を変化させる制御圧室(140、503)と、
請求項1〜請求項13のいずれか1つに記載の容量制御弁(300)と、
を含んで構成される、可変容量圧縮機(100)。 - 前記制御圧室(140)と前記吸入室(141)とをつなぐ固定絞り(103c)を有する放圧通路(146)を更に含んで構成され、
前記第2弁部(321c)の前記第2の最小開度は、前記放圧通路(146)の固定絞り(103c)の開口断面積より小さいことを特徴とする、請求項14記載の可変容量圧縮機(100)。
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