JP2004156575A

JP2004156575A - 可変容量圧縮機の容量制御弁

Info

Publication number: JP2004156575A
Application number: JP2002358845A
Authority: JP
Inventors: Hisatoshi Hirota; 久寿広田
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】弁閉位置近傍の特性を改善した可変容量圧縮機のためのデューティ比制御の容量制御弁を提供する。
【解決手段】弁部１０は、スプール弁体１６と、スプール弁体１６を弁孔に対して挿入方向に付勢するコイルスプリング１５と、そのばね力に抗してスプール弁体１６のリフト量を制御するシャフト１７とを有し、吐出圧力Ｐｄの冷媒の流量を制御してクランク室の圧力Ｐｃにする。ソレノイド部２０は、吸入室の吸入圧力Ｐｓ受けるダイヤフラム１９を介してスプール弁体１６を駆動し、弁部１０の開度を設定する。これにより、弁閉位置近傍にて、デューティ比制御により微振動しているスプール弁体１６が弁座１１ｂに衝突することがないので、リフト特性が改善され、構成部品の耐久性が向上する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用空調装置の冷凍サイクルに使用される可変容量圧縮機の容量制御弁に関し、特に、弁開度の設定を行う電磁ソレノイドをデューティ比制御する可変容量圧縮機の容量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置の冷凍サイクルに使用される可変容量圧縮機においては、容量制御弁が吐出室とクランク室とを連通する連通路を開閉して、吐出室から高圧冷媒が導入されるクランク室内の圧力を制御することにより、斜板の傾斜角を制御して、ピストンで圧縮される冷媒の吐出容量を制御するようにしている。
【０００３】
容量制御弁は、電磁ソレノイドの電磁コイルに設定容量に対応した値の電流を供給することによって容量制御を行っているが、４００Ｈｚ程度のパルス電流を供給し、そのデューティ比を変えることによって容量制御を行う場合もある。このデューティ比制御の容量制御弁は、デューティ比に応じた電磁ソレノイドへの平均電流値によってセット荷重が設定され、可変容量圧縮機からの冷媒の吐出容量を制御することができる（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
このような容量制御弁においては、弁体がボール形状のボール弁、テーパ形状のニードル弁またはテーパ弁、平面形状の平弁などが採用されている。吐出室からクランク室への冷媒の流量制御は、弁体のリフト量を変えることによって行っており、可変容量圧縮機が最少容量の運転時は、リフト量が最大、最大容量の運転時は、リフト量が最小、つまり、弁閉状態になるようにする。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３４２９４６号公報（段落番号〔００１９〕）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、デューティ比制御の容量制御弁では、弁体およびこれを駆動するシャフトはその長手方向に微振動しているので、弁閉動作時あるいは弁体が弁閉位置近傍にあるときに吸入圧力が上がって弁閉方向に制御されると、弁体が弁座に当たって弁体が弁開方向に移動してしまうので、リフト特性がリニアでなくなるという問題点があった。
【０００７】
また、弁閉時には、微振動している弁体が弁座に対して直接かつ繰り返し衝突するため、弁体や弁座の耐久性が低下するという問題もあった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、弁閉位置近傍の特性を改善した可変容量圧縮機のためのデューティ比制御の容量制御弁を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、弁開度の設定を電磁ソレノイドに供給するパルス電流のデューティ比の制御で行う可変容量圧縮機の容量制御弁において、冷媒が導入される第１ポートと冷媒が導出される第２ポートとの間の通路を開閉制御する弁部をスプール弁で構成したことを特徴とする可変容量圧縮機の容量制御弁が提供される。
【０００９】
このような可変容量圧縮機の容量制御弁によれば、弁部をスプール弁で構成したことにより、そのスプール弁の弁体が電磁ソレノイドによってデューティ比制御されることにより弁の開閉方向に微振動されていたとしても、弁閉位置近傍で振動による弁体の弁座への衝突がないため、弁閉直前で弁座に衝突することによる弁開現象がなく、リフト特性が改善されるだけでなく、部品の耐久性が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る容量制御弁を示す断面図である。
【００１１】
制御弁は、弁部１０とソレノイド部２０とからなり、外部可変制御式の制御弁を構成している。この制御弁は、図示しない可変容量圧縮機に組み込まれたときに、吐出室、吸入室、およびクランク室と連通する連通路に介在される。
【００１２】
弁部１０は、ボディ１１の長手方向一端部に圧力導入室１２が形成され、この圧力導入室１２の上部には可変容量圧縮機の吐出室に連通されて吐出圧力Ｐｄを受ける第１ポート１１ａが形成されている。この第１ポート１１ａに連通する空間には、フィルタ１３が取り付けられている。また、圧力導入室１２には、アジャストねじ１４、コイルスプリング１５、およびスプール弁体１６が設けられている。
【００１３】
このスプール弁体１６は、弁座１１ｂに対向して上流側から弁孔に挿抜自在に配置され、上部にはテーパ部１６ａおよびばね受け部が一体に形成され、コイルスプリング１５によって弁閉方向に付勢されている。このコイルスプリング１５は、上端がアジャストねじ１４により受けられており、その螺入量によりばね荷重が調節されている。
【００１４】
弁部１０の弁孔より下流側は、ボディ１１の側面にクランク室と連通する第２ポート１１ｃが形成されている。したがって、第１ポート１１ａから導入された冷媒が、スプール弁体１６と弁座１１ｂとによって制御された開口部を通ってクランク室に導出されることにより、クランク室内で斜板の角度を制御するためのクランク室内の圧力Ｐｃが決定される。
【００１５】
スプール弁体１６は、また、弁孔を介して下方へ延びるシャフト１７が一体に形成され、ボディ１１によってスプール弁体１６とともに軸線方向に摺動自在に保持されている。
【００１６】
シャフト１７の下端部は、センターディスク１８に嵌め込まれている。センターディスク１８は、外周縁部がボディ１１とソレノイド部２０とによって挾持されたダイヤフラム１９の中央部に当接するよう設けられている。センターディスク１８が配置されている空間は、第３ポート１１ｄに連通されており、可変容量圧縮機の吸入室からダイヤフラム１９が吸入圧力Ｐｓを受けるように構成されている。
【００１７】
ダイヤフラム１９は、導入された吸入圧力Ｐｓを受けて、図示の上下方向に変位することによってセンターディスク１８およびシャフト１７を介してスプール弁体１６のリフト量を制御することができる。
【００１８】
ソレノイド部２０は、電磁コイル２１が周設されたスリーブ２２を有し、その下端部には、固定鉄芯をなすコア２３が固定されている。また、可動鉄芯をなすプランジャ２４が、コイルスプリング２５によって軸線方向に図の上方に付勢された状態で、スリーブ２２内に摺動自在に配置されている。シャフト２６は、コア２３およびプランジャ２４の軸線位置に配置されており、その一端は、コア２３の開口部に圧入された軸受部２７によって支持され、他端はプランジャ２４と連結されている。これにより、電磁コイル２１が通電されてプランジャ２４がコア２３に吸引されたときには、スプール弁体１６がコイルスプリング１５によって弁孔内に挿入されて、弁閉状態になる。しかし、電磁コイル２１が非通電状態であれば、プランジャ２４にはコイルスプリング２５の付勢力が作用して、ダイヤフラム１９からセンターディスク１８を介してシャフト１７が図の上方へ押し上げられるから、スプール弁体１６を所定の距離だけ弁開方向にリフトされるようになっている。
【００１９】
このように、この容量制御弁は、弁部１０の弁開度がソレノイド部２０によるソレノイド力によって設定され、かつ吸入圧力Ｐｓを感知して変化されるため、可変容量圧縮機の吸入圧力Ｐｓが一定になるようにクランク室内の圧力Ｐｃを制御する弁を構成している。
【００２０】
次に、この発明の容量制御弁の動作を説明する。
このソレノイド部２０では、電磁コイル２１に流すパルス電流をデューティ比制御することによって、容量制御弁のセット値を外部から自由に変えることができる。すなわち、デューティ比を大きくして平均電流値を増やすと、プランジャ２４をコア２３に吸引する力が強くなって、弁開度が小さく設定され、デューティ比を小さくして平均電流値を減らすと、弁開度は大きく設定される。
【００２１】
ここで、電磁コイル２１にあるデューティ比のパルス電流が供給されていて弁部１０がある弁開度を有しているときに、たとえば、吸入圧力Ｐｓが低くなると、ダイヤフラム１９が図の上方へ変位してスプール弁体１６を弁開方向に駆動し、弁開度が大きくなる。これにより、クランク室に供給される冷媒流量が増えて中の圧力Ｐｃが大きくなり、斜板の傾斜角を小さくするように作用するから、ピストンのストロークが短くなり、吐出容量が減って、吸入圧力Ｐｓを高くしようとする。
【００２２】
反対に、吸入圧力Ｐｓが高くなると、ダイヤフラム１９が図の下方へ変位してスプール弁体１６を弁閉方向に駆動し、弁開度が小さくなる。これにより、クランク室に供給される冷媒流量が減少して中の圧力Ｐｃが小さくなり、斜板の傾斜角を大きくするように作用するから、ピストンのストロークは長くなり、吐出容量が増えて、吸入圧力Ｐｓを低くしようとする。
【００２３】
電磁コイル２１に流すパルス電流のデューティ比を大きくしていくと、スプール弁体１６は、弁閉方向に移動していく。このとき、スプール弁体１６は、弁の開閉方向に微少振動をしながら弁座１１ｂに近付いていく。あるいは、スプール弁体１６が弁閉位置近傍にあるときに吸入圧力Ｐｓが上がって弁閉方向に制御されるときにも、同様に、弁閉方向に移動していく。
【００２４】
しかし、スプール弁体１６の下端部が弁座１１ｂに到達し、さらに弁座１１ｂを通り過ぎて弁孔に挿入されることになっても、スプール弁体１６が弁座１１ｂに接触することはないので、スプール弁体１６が弁座１１ｂに衝突して振動のストローク分だけ弁開してしまうことがない。さらに、デューティ比を最大にすると、ソレノイド部２０は、シャフト１７を押し上げる力がなくなるので、スプール弁体１６はコイルスプリング１５に付勢されてテーパ部１６ａが弁座１１ｂに着座し、吐出室からクランク室への流路は全閉される。
【００２５】
したがって、スプール弁体１６が弁座１１ｂに到達する直前に、スプール弁体１６が弁座１１ｂに衝突して弁開方向に動いてしまうことがないため、スプール弁体１６の下端部が弁座１１ｂに到達するまでのリフト特性をリニアにすることができる。また、スプール弁体１６が弁座１１ｂに対して直接かつ繰り返し衝突することがないため、スプール弁体１６や弁座１１ｂの耐久性を維持することができる。
【００２６】
図２は、第２の実施の形態に係る容量制御弁を示す断面図である。なお、図２においては、図１に示した容量制御弁の構成要素と同一または同等の要素については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
第１の実施の形態と異なるのは、可変容量圧縮機の吐出室からの吐出圧力Ｐｄがスプール弁体１６に対して弁閉方向にかかっていたのに対し、弁開方向にかかっている点で異なる。したがって、ボディ１１の側面に形成された穴が吐出圧力Ｐｄを導入する第１ポート１１ａを構成し、ボディ１１の頂部に形成された穴がクランク室に圧力Ｐｃを供給する第２ポート１１ｃを構成している。この第１および第２ポート１１ａ，１１ｃの入れ換えにより、フィルタ１３は、第１ポート１１ａが形成された位置のボディ１１に周設されている。
【００２８】
また、この第２の実施の形態に係る容量制御弁においても、その動作および効果については、前述した図１のものとまったく変わりがないので、ここでは説明を省略する。
【００２９】
図３は、第３の実施の形態に係る容量制御弁を示す断面図である。なお、図３においては、図１に示した容量制御弁の構成要素と同一または同等の要素については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３０】
第１の実施の形態と異なるのは、弁部１０の弁体とダイヤフラム１９の動きを弁体に伝達するシャフト１７とが別体になっていて、弁体がボール弁体１６ｂになっている点と、ボール弁体１６ｂと当接する側のシャフト１７の先端形状をスプール形状にしてスプール弁の構成にしている点で異なる。
【００３１】
この容量制御弁においても、ボール弁体１６ｂが弁座１１ｂに着座する直前に、シャフト１７の先端部分が先に弁孔に進入して弁部１０を弁閉状態にしてしまうので、弁閉時にボール弁体１６ｂが弁座１１ｂに衝突して弁開方向に動いてしまうことがないため、弁閉状態に到達するまでのリフト特性をリニアにすることができる。デューティ比を最大側に変化させたときは、パルス電流のオフ時間がオン時間に比べて短くなるため、シャフト１７の軸線方向の微振動が少ない状態になり、その状態でボール弁体１６ｂが弁座１１ｂに着座することになるので、ボール弁体１６ｂが弁座１１ｂに着座するときの衝突力が弱まり、ボール弁体１６ｂや弁座１１ｂの耐久性を向上させることができる。
【００３２】
この第３の実施の形態に係る容量制御弁においても、その動作および効果は、前述した図１のものと同じであるので、ここでは説明を省略する。
なお、上記の実施の形態では、スプール弁とした弁構造を以って吐出圧力Ｐｄをクランク室に導入する、いわゆる入れ制御の容量制御弁について説明したが、クランク室の圧力Ｐｃを吸入室へ導出してクランク室の圧力Ｐｃを制御するようにした、いわゆる抜き制御を行う容量制御弁、さらには、入れ制御と抜き制御とを連動して同時に行う容量制御弁についても同様に適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、弁部を、弁体が弁孔に対して挿抜するよう動作するスプール弁の構成にした。これにより、弁閉位置近傍にて弁体と弁座が衝突することがないので、リフト特性を改善することができ、また、構成部品の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る容量制御弁を示す断面図である。
【図２】第２の実施の形態に係る容量制御弁を示す断面図である。
【図３】第３の実施の形態に係る容量制御弁を示す断面図である。
【符号の説明】
１０弁部
１１ボディ
１１ａ第１ポート
１１ｂ弁座
１１ｃ第２ポート
１１ｄ第３ポート
１２圧力導入室
１３フィルタ
１４アジャストねじ
１５コイルスプリング
１６スプール弁体
１６ａテーパ部
１６ｂボール弁体
１７シャフト
１８センターディスク
１９ダイヤフラム
２０ソレノイド部
２１電磁コイル
２２スリーブ
２３コア
２４プランジャ
２５コイルスプリング
２６シャフト
２７軸受部
Ｐｃクランク室の圧力
Ｐｄ吐出圧力
Ｐｓ吸入圧力

Claims

弁開度の設定を電磁ソレノイドに供給するパルス電流のデューティ比の制御で行う可変容量圧縮機の容量制御弁において、
冷媒が導入される第１ポートと冷媒が導出される第２ポートとの間の通路を開閉制御する弁部をスプール弁で構成したことを特徴とする可変容量圧縮機の容量制御弁。
前記弁部は、前記第１ポートと前記第２ポートとの間の通路に形成された弁座と、前記弁座の弁孔に対して上流側または下流側より挿脱自在に配置されたスプール弁体と、前記スプール弁体を弁閉方向に付勢するスプリングと、前記スプール弁体に前記電磁ソレノイドのソレノイド力を前記弁孔を介して伝達するシャフトとを有していることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
前記弁部の前記シャフトと前記電磁ソレノイドとの間に配置されて第３ポートに導入された圧力を感知して前記圧力が一定になるよう前記スプール弁体を制御するダイヤフラムを備えていることを特徴とする請求項２記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
前記弁部は、弁体をボール弁体とし、前記ボール弁体に前記電磁ソレノイドのソレノイド力を弁孔を介して伝達するシャフトの前記ボール弁体との当接側先端形状をスプール形状にして前記スプール弁の構成にしたことを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。