JP2005139979A - 可変容量型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部冷媒循環回路内を冷媒が循環している状態では、常に吐出脈動が発生しており、吐出圧領域にある二つの圧力監視点と連通している流量制御弁の感圧機構にも吐出脈動が伝播されている。二つの圧力監視点における吐出脈動の波形は、差圧顕在化手段や吐出通路形状により互いに異なっているため、この異なった二つの吐出脈動波形が流量制御弁の感圧機構に伝播すると、感圧部材が振動し、弁体の開閉挙動が不安定となり、良好な制御性を達成することが困難となる虞がある。
【解決手段】 感圧機構と冷媒循環回路の吐出圧領域に設けられた圧力監視点とを連通する二つの検圧通路の両方に、脈動低減手段を配設することにより、吐出脈動による感圧部材の振動を低減し、弁体の開閉挙動を安定させ、良好な制御性を達成する可変容量型圧縮機の流量制御弁を提供することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両用空調装置等に用いられる可変容量型圧縮機の流量制御弁に係り、特に該流量制御弁に連通する検圧通路に配設される吐出脈動低減手段に関する。

可変容量型圧縮機（以下、単に圧縮機という）において吐出容量を制御するための流量制御弁に関し、従来の技術として例えば特開２００２−１４７３４９号公報に示すような構成のものが知られている。

即ち、この流量制御弁では、冷媒循環回路の吐出圧領域に設定された二つの圧力監視点の圧力が、各々検圧通路を介して感圧室内に導入されている。二つの圧力監視点間には、差圧を明確化するための差圧顕在化手段が配設されており、感圧室内にはベローズよりなる感圧部材が収容配置されている。そして二つの圧力監視点間の差圧に基づいて感圧部材が変位することで、この差圧の変動を打ち消す側に流量制御弁内の弁体を動作させ、圧縮機の吐出容量を制御している。

そして、前記二つの圧力監視点の内、高圧側の第１圧力監視点と感圧室とを連通する第１検圧通路には、液圧縮時の急激かつ過大な圧力上昇を緩慢とするための緩和手段（固定絞り、差圧弁）が設けられている。
特開２００２−１４７３４９号公報

ところが、圧縮機が圧縮動作をし、外部冷媒循環回路内を冷媒が循環している状態では、常に吐出脈動が発生しており、吐出圧領域にある二つの圧力監視点と連通している流量制御弁の感圧機構にも吐出脈動が伝播されている。二つの圧力監視点における吐出脈動の波形は、差圧顕在化手段や吐出通路形状により互いに異なっているため、この異なった二つの吐出脈動波形が流量制御弁の感圧機構に伝播すると、感圧部材が振動し、弁体の開閉挙動が不安定となり、良好な制御性を達成することが困難となる虞がある。
前記特開２００２−１４７３４９号公報には、高圧側の第１圧力監視点と感圧室とを連通する第１検圧通路にのみ、液圧縮時の圧力上昇を緩慢とするための緩和手段が配設された構成が開示されているが、このような構成では、低圧側の第２圧力監視点から伝播する吐出脈動を低減することができない。従って、非常に高圧となる条件や高速運転時に良好な制御性を達成することが困難となる虞がある。

本発明の目的は、吐出脈動による感圧部材の振動を低減し、弁体の開閉挙動を安定させ、良好な制御性を達成する可変容量型圧縮機の流量制御弁を提供することにある。

前記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、冷媒循環回路を構成する可変容量型圧縮機の吐出容量を制御するための流量制御弁であって、前記冷媒循環回路の吐出圧領域に設定された第１圧力監視点と、前記冷媒循環回路の吐出圧領域に設定され前記第１圧力監視点よりも低圧側にある第２圧力監視点との差圧の変動に基づいて感圧部材が変位することで、前記可変容量型圧縮機の吐出容量が変更されるように弁体を動作させる感圧機構を備えた流量制御弁において、
前記第１圧力監視点の圧力を前記感圧機構に導く第１検圧通路上と、前記第２圧力監視点の圧力を前記感圧機構に導く第２検圧通路上との両方に、吐出脈動を低減するための脈動低減手段が配設されていることを特徴としている。

本発明により、圧力監視点の圧力を吐出脈動が低減した状態で流量制御弁の感圧機構に導き、吐出脈動による感圧部材の振動を抑制することができるため、弁体の挙動が安定し、良好な制御性を達成することができる。

請求項２に記載の発明は請求項１において、前記脈動低減手段は固定絞りであることを特徴としている。

本発明においては、脈動低減手段を簡単な構成で具体化することができる。

請求項３に記載の発明は請求項２において、前記固定絞りの径が互いに略等しいことを特徴としている。

流量制御弁において二つの圧力監視点間の差圧は、差圧顕在化手段における抵抗により明確化されている。この抵抗は、圧縮機の効率と制御性の両方を満足させるべく決定されているが、本発明により、差圧顕在化手段により明確化された二つの圧力監視点間の差圧に基づく制御性を維持した状態で、二つの圧力監視点の圧力を流量制御弁の感圧機構へと導くことができるため、差圧顕在化手段を設計変更せずとも良好な制御性を維持することができる。

請求項４に記載の発明は請求項２において、前記第１検圧通路上に配設された固定絞りの径が、前記第２検圧通路上に配設された固定絞りの径より小さいことを特徴としている。

差圧顕在化手段が配設されていることにより、第１圧力監視点における脈動は、第２圧力監視点における脈動と比較して大きい。従って、第１検圧通路上に配設された固定絞りの径が、第２検圧通路上に配設された固定絞りの径より小さいことで、流量制御弁の感圧機構に伝播される脈動の低減効果が大きくなる。

請求項５に記載の発明は請求項１から４のいずれかにおいて、前記可変容量型圧縮機は、冷媒としてＣＯ２を用いることを特徴としている。

ＣＯ２を冷媒として用いる圧縮機では、例えばフロンを冷媒として用いる圧縮機と比較して、冷媒循環回路中の圧力が非常に高圧となる。従って、吐出脈動も非常に大きくなるが、このようなＣＯ２を冷媒として用いる圧縮機に請求項１から４のいずれかの発明を用いると吐出脈動が低減でき、より好適である。

本発明によれば、吐出脈動による感圧部材の振動を抑制することができ、弁体の開閉挙動を安定させ、良好な制御性を達成する可変容量型圧縮機の流量制御弁を提供することができる。

以下、本発明を具体化した実施例を詳細に説明する。

（冷媒循環回路）
図１に示すように、冷媒循環回路は、圧縮機１と外部冷媒回路２とから構成される。外部冷媒回路２は、凝縮器３、膨張弁４及び蒸発器５から構成され、それぞれ配管によって連結されている。

圧縮機１のシリンダブロック６のリア側端面にはバルブプレート７を介してリアハウジング８が接合され、その内部には吐出室９、吸入室１０、吐出室９と連結されている吐出通路１１、及び吸入室１０と連結されている吸入通路１２とが形成されている。吐出通路１１は吐出配管１３により凝縮器３と連結されており、吸入通路１２は吸入配管１４により蒸発器５と連結されている。そして、冷媒循環回路の吐出圧領域は、吐出室９、吐出通路１１、及び吐出配管１３により構成されている。

（容量可変型圧縮機）
図１に示すようにシリンダブロック６のフロント側端面にフロントハウジング１５が接合され、その内側に制御室としてのクランク室１６が区画形成されている。シリンダブロック６とバルブプレート７との間には吸入弁１７を一体に形成した吸入弁形成板１８が介装され、バルブプレート７とリアハウジング８との間には吐出弁１９を一体に形成した吐出弁形成板２０とリテーナ２１を形成するリテーナ形成板２２とが介装されている。シリンダブロック６、フロントハウジング１５及びリアハウジング８は図示しないスルーボルトによって締付固定されている。

シリンダブロック６とフロントハウジング１５の中心部に形成された軸孔には駆動軸２３がラジアルベアリング２４ａ、２４ｂを介して回転可能に支持されている。駆動軸２３は、動力伝達機構ＰＴを介して外部駆動源であるエンジンＥに作動連結され、エンジンＥからの動力供給を受けて回転されている。クランク室１６において、駆動軸２３にはラグプレート２５が一体回転可能に固定されており、カムプレートとしての斜板２６が該斜板２６に形成された貫通孔に駆動軸２３が挿通された状態で配設されている。
ラグプレート２５と斜板２６との間にはヒンジ機構２７が介在されている。このヒンジ機構２７は、ラグプレート２５に突設された二つ（図１では一つのみ図示）のラグプレート側突起２５ａと、斜板２６においてラグプレート２５側に向かって突設された斜板側突起２６ａとから構成されている。斜板側突起２６ａは、先端側が二つのラグプレート側突起２５ａ間に入り込んでおり、ラグプレート２５の回転力は、ラグプレート側突起２６ａ及び斜板側突起２６ａを介して斜板２６に伝達される。従って斜板２６は、ヒンジ機構２７を介したラグプレート２５との間でのヒンジ連結及び駆動軸２３の支持により、該ラグプレート２５及び駆動軸２３と同期回転可能で、かつ駆動軸２３の軸線方向へのスライド移動を伴いながら駆動軸２３に対して傾動可能となっている。

前記シリンダブロック６内部に周方向に配設された複数のシリンダボア２８には、各々ピストン２９が往復動可能に収容されている。各ピストン２９とバルブプレート７との間には、ピストン２９の往復動に応じて容積変化する圧縮室３０が区画形成されている。前記ピストン２９は、シュー３１を介して斜板２６の周縁部に係留されている。

従って、エンジンＥの動力により動力伝達機構ＰＴを介して駆動軸２３が回転すると、ラグプレート２５及びヒンジ機構２７を介して斜板２６が回転され、シュー３１を介してピストン２９がシリンダボア２８内で往復運動される。ピストン２９の吸入工程時には、外部冷媒回路から吸入室１０内に導入された冷媒ガスが吸入ポート３２を通して吸入弁１７を押しのけて圧縮室３０に吸入される。更に、ピストン２９が圧縮、吐出工程に移行すると、圧縮室３０内の冷媒ガスは、吐出ポート３３を通して吐出弁１９を押しのけて吐出室９に吐出される。

シリンダブロック６及びリアハウジング８内には、クランク室１６と吸入室１０とを連通する抽気通路３４、及び吐出室９とクランク室１６とを連通する給気通路３５が設けられている。リアハウジング８内の給気通路３５の途中には、流量制御弁ＣＶが配設されている。

そして、流量制御弁ＣＶの開度を調節することで、給気通路３５を介したクランク室１６への高圧吐出冷媒ガスの導入量と抽気通路３４を介したクランク室１６からの冷媒ガス導出量とのバランスが制御され、クランク室１６の内圧が決定される。クランク室１６の内圧の変化に応じて、ピストン２９を介してのクランク室１６の内圧と圧縮室３０の内圧との差が変化し、斜板２６の傾斜角度が変更される。その結果、圧縮機１の吐出容量が調節される。

例えばクランク室１６の内圧が低下されると斜板２６の傾斜角度が増大し、圧縮機１の吐出容量が増大する。図１は、斜板２６のそれ以上の傾動がラグプレート２５によって当接規制された、最大傾斜角度状態を示している。逆にクランク室１６の内圧が上昇されると、斜板２６の傾斜角度が減少してピストン２９のストロークが減少し、圧縮機１の吐出容量が減少する。こうして斜板２６の傾斜角度を変え、圧縮機１の吐出容量を調節することで、車室内の冷房を最適な状態とすることができる。

（流量制御弁）
図２に示すように、流量制御弁ＣＶは、給気通路３５の開度を調節する圧縮機制御手段としての弁体５１と、弁体５１の図面上側に作動連結された差圧検出手段としての感圧機構５２と、弁体５１の図面下側に作動連結された設定差圧変更手段としての電磁アクチュエータ５３とをバルブハウジング５４内に備えてなる。バルブハウジング５４内には給気通路３５の一部を構成する弁孔５４ａが形成されており、弁体５１が下動することで弁孔５４ａの開度は増大し、逆に上動することで弁孔５４ａの開度は減少する。

感圧機構５２は、バルブハウジング５４内の上部に形成された感圧室５２ａと、感圧室５２ａ内に収容された感圧部材としてのベローズ５２ｂとから構成されている。感圧室５２ａはベローズ５２ｂによって、ベローズ５２ｂの内空間である第１圧力室５５と、ベローズ５２ｂの外空間である第２圧力室５６とに区画されている。第１圧力室５５と第１圧力監視点Ｐ１とは第１検圧通路５７を介して連通しており、第１検圧通路５７上には吐出脈動を低減するための脈動低減手段である第１固定絞り５９が配設されている。同様に、第２圧力室５６と第２圧力監視点Ｐ２とは第２検圧通路５８を介して連通しており、第２検圧通路５８上には吐出脈動低減手段である第２固定絞り６０が配設されている。

第１圧力監視点Ｐ１と第２圧力監視点Ｐ２との間には、Ｐ１とＰ２の二点間差圧△Ｐを拡大する差圧顕在化手段としての固定絞り３６が、吐出通路１１上に配設されている。前記冷媒循環回路を流れる冷媒の流量が多くなるほど、単位長さ当りの圧力損失（差圧）は大きくなる。つまり、前記冷媒循環回路に設定された二つの圧力監視点Ｐ１、Ｐ２間の差圧（以下、二点間差圧△Ｐとする）を把握することは、前記冷媒循環回路のおける冷媒流量を間接的に検出することを意味する。そして、差圧顕在化手段としての固定絞り３６は二点間差圧△Ｐを拡大することにより、冷媒流量の検出をより明確にする役目をなしている。
感圧機構５２において、第１圧力室５５には第１固定絞り５９を通して圧力ＰｄＨが導かれ、第２圧力室５６には第２固定絞り６０を通して圧力ＰｄＬが導かれている。ベローズ５２ｂは、圧力ＰｄＨと圧力ＰｄＬとの差圧△Ｐｄに基づく下向きの押圧力を弁体５１に作用させる。なお本実施例では、第１固定絞り５９の径と第２固定絞り６０の径とは略等しく設定されている。

電磁アクチュエータ５３は、固定鉄心５３ａ、可動鉄心５３ｂ及びコイル５３ｃから構成されており、可動鉄心５３ｂには弁体５１が作動連結されている。コイル５３ｃに供給される電力量に応じた上向きの電磁力が固定鉄心５３ａと可動鉄心５３ｂとの間に発生し、この電磁力は可動鉄心５３ｂを介して弁体５１に伝達される。
流量制御弁ＣＶにおいて、コイル５３ｃに通電されると可動鉄心５３ｂが弁体５１に作用させる前記上向きの電磁力が発生し、該上向きの電磁力とベローズ５２ｂが弁体５１に作用させる差圧△Ｐｄに基づく下向き押圧力及びベローズ５２ｂのバネ力に基づく下向き付勢力とのバランスにより、弁体５１の位置が決定される。

従って、本実施例においては、以下のような効果がある。

・第１検圧通路５７及び第２検圧通路５８のそれぞれに第１固定絞り５９及び第２固定絞り６０を配設することにより、吐出圧領域にある第１圧力監視点Ｐ１及び第２圧力監視点Ｐ２の吐出脈動を低減した状態で、流量制御弁ＣＶの感圧室５２ａ内に第１圧力監視点Ｐ１及び第２圧力監視点Ｐ２の圧力を導くことができる。従って、吐出脈動によるベローズ５２ｂの振動を低減することができ、弁体５１の挙動が安定し、流量制御弁ＣＶの制御性を向上させることができる。

・第１固定絞り５９及び第２固定絞り６０の絞り径によって、圧縮機１の起動時や運転中の圧力変動に対して、該圧力変動が感圧機構５２に伝播する速度が変化する。具体的には、絞り径が大きいと感圧機構５２に圧力変動が伝播する速度は速く、絞り径が小さいと圧力変動の伝播速度は遅くなる。つまり、第１固定絞り５９の径と第２固定絞り６０の径とが略等しく形成されていることにより、固定絞り３６により設定された二点間差圧△Ｐを圧力変動に対しても略維持した状態で、感圧機構５２に伝播することができる。

なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で、以下の態様でも実施できる。

・第１固定絞り５９の径と第２固定絞り６０の径とが異なっていてもよい。この場合においても、ベローズ５２ｂの振動を低減して弁体５１の挙動を安定させ、流量制御弁ＣＶの制御性を向上させることができる。又、差圧顕在化手段としての固定絞り３６により、第２圧力監視点Ｐ２のおける脈動は第１圧力監視点Ｐ１における脈動と比較して既に低減されている。従って、第１固定絞り５９の径を第２固定絞り６０の径よりも小さくすると、感圧機構５２に伝播する脈動の低減に対してより大きな効果をあげることができる。
・差圧顕在化手段としての固定絞り３６を廃止し、固定絞り３６における抵抗の分を、第１固定絞り５９の径と第２固定絞り６０の径との径差によって設定し、流量制御弁ＣＶの感圧室５２ａに圧力を導いた時点で差圧△Ｐｄを拡大して流量検出を行ってもよい。この場合、冷媒の流路中の抵抗となる固定絞り３６を無くすことができるため、圧縮機の性能も向上する。

・図４に示すように、バルブハウジング５４に設けられ、第１検圧通路５７上にある第１ポート６１に第１固定絞り５９を設けてもよい。同様に、バルブハウジング５４に設けられ、第２検圧通路５８上にある第２ポート６２に第２固定絞り６０を設けてもよい。この場合、本実施例の効果に加え、固定絞り５９、６０を形成する加工をリアハウジング８ではなく流量制御弁ＣＶの外郭を構成するバルブハウジング５４に行うため、簡便に加工を行うことができる。

・図５に示すように、固定絞り５９、６０の代わりの脈動低減手段として、第１検圧通路５７及び第２検圧通路５８上のそれぞれに、通路面積を拡縮した第１チャンバ室６３及び第２チャンバ室６４を設けてもよい。もしくは、チャンバ室６３、６４と固定絞り５９、６０とを併用してもよい。検圧通路の通路面積を拡縮するチャンバ室にも脈動を低減する効果があるため、流量制御弁ＣＶの制御性を向上させることができる。

・冷媒としてＣＯ２を用いること。ＣＯ２を冷媒として用いる場合、例えばフロンを冷媒として用いる場合と比較して約５〜１０倍の圧力となる。従って、吐出脈動も非常に大きくなるため、第１固定絞り５９及び第２固定絞り６０を配設することにより、制御性の向上に対して大きな効果を得ることができる。

・第１圧力監視点Ｐ１を吐出室９以外の吐出圧領域に、第２圧力監視点Ｐ２を吐出通路１１以外の吐出圧領域に設定してもよい。二点間差圧△Ｐを拡大するための差圧顕在化手段が設けられていれば、第１圧力監視点Ｐ１と第２圧力監視点Ｐ２は吐出圧領域内のどこに設定されていてもよい。

・差圧顕在化手段は固定絞り３６に限定されない。差圧顕在化手段は冷媒の流路に抵抗を設けることで二点間差圧△Ｐを拡大するのが目的であるので、差圧顕在化手段として、例えば可変絞りであってもよいし、又、第１圧力監視点Ｐ１と第２圧力監視点Ｐ２とを離して設定することにより、その二点間の流路の長さが抵抗となり差圧顕在化手段として機能させることもできる。

本実施例における圧縮機の断面図 本実施例における流量制御弁の断面図 別例における流量制御弁の断面図 別例における流量制御弁の断面図

符号の説明

９…吐出室 １１…吐出通路 １３…吐出配管 ３４…抽気通路 ３５…給気通路 ５２…感圧機構 ５２ａ…感圧室 ５２ｂ…ベローズ ５４…バルブハウジング ５５…第１圧力室 ５６…第２圧力室 ５７…第１検圧通路 ５８…第２検圧通路 ５９…第１固定絞り ６０…第２固定絞り ６１…第１ポート ６２…第２ポート ６３…第１チャンバ室 ６４…第２チャンバ室 Ｐ１…第１圧力監視点 Ｐ２…第２圧力監視点 ＣＶ…流量制御弁

Claims (5)

1. 冷媒循環回路を構成する可変容量型圧縮機の吐出容量を制御するための流量制御弁であって、前記冷媒循環回路の吐出圧領域に設定された第１圧力監視点と、前記冷媒循環回路の吐出圧領域に設定され前記第１圧力監視点よりも低圧側にある第２圧力監視点との差圧の変動に基づいて感圧部材が変位することで、前記可変容量型圧縮機の吐出容量が変更されるように弁体を動作させる感圧機構を備えた流量制御弁において、
   前記第１圧力監視点の圧力を前記感圧機構に導く第１検圧通路上と、前記第２圧力監視点の圧力を前記感圧機構に導く第２検圧通路上との両方に、吐出脈動を低減するための脈動低減手段が配設されていることを特徴とする可変容量型圧縮機の流量制御弁。
2. 前記脈動低減手段は固定絞りであ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の流量制御弁。
3. 前記固定絞りの径が互いに略等しいことを特徴とする請求項２に記載の可変容量型圧縮機の流量制御弁。
4. 前記第１検圧通路上に配設された固定絞りの径が、前記第２検圧通路上に配設された固定絞りの径より小さいことを特徴とする請求項２に記載の可変容量型圧縮機の流量制御弁。
5. 前記可変容量型圧縮機は、冷媒としてＣＯ２を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の可変容量型圧縮機の流量制御弁。

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