JP2005249154A - 逆止弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 可変容量圧縮機の冷媒が吐出される通路内に装着される逆止弁において、可変容量圧縮機が最小容量で運転されているときのハンチング現象を抑制できるようにする。
【解決手段】 弁座５に対向して圧縮された冷媒を導入する入口ポート２を開閉する小径の弁体６を有する第１の弁部と、その下流側の大径の弁孔７に対して挿脱自在な弁体８を有する第２の弁部とを有し、弁体６，８はボディ１内を軸線方向に摺動可能であってスプリング１４により閉弁方向に付勢されているプラグ４と一体に形成されている。第２の弁部の弁体８には、第１の弁部が閉じているときの弁孔７の開口端から距離ｄだけ第１の弁部側に離間された位置から第１の弁部に向かってテーパ部１０が形成されている。これにより、第１の弁部が開いて第２の弁部が寸開するとき、流量が絞られてハンチング減少を抑制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は逆止弁に関し、特に自動車用空調装置の可変容量圧縮機に用いて好適な逆止弁に関する。

自動車用空調装置は、車両用エンジンを動力源として駆動される冷媒圧縮用の圧縮機を備えている。この圧縮機は、車両の走行状態によって車両用エンジンの回転数が大幅に変動するため、その回転数に関係なく吐出容量を設定した容量に保持することができるよう可変容量圧縮機が用いられている。この可変容量圧縮機は、電磁クラッチを介して車両用エンジンに連結されており、自動車用空調装置を使用していないときには、電磁クラッチを切断して車両用エンジンの動力を可変容量圧縮機へ伝達しないようにし、自動車用空調装置の使用中は、電磁クラッチを繋いで可変容量圧縮機を車両用エンジンによって駆動するようにしている。

電磁クラッチを設けることは、その分、車両の重量が増加し、製造コストが上昇することになる。さらに、電磁クラッチの作動時には、大きな電力を消費する。このことから、電磁クラッチの搭載を廃止し、車両用エンジンと直結する構成にした、いわゆるクラッチレス方式の可変容量圧縮機が知られている。このクラッチレス方式の可変容量圧縮機は、車両用エンジンによって常時回転駆動されているため、特に自動車用空調装置を起動していないときには、吐出容量が最小となるような運転状態に制御されていることが必要である。しかしながら、可変容量圧縮機が最小容量の運転状態に制御されるといっても、吐出容量はゼロではないため、可変容量圧縮機は、最小容量分の冷媒を吐出し続けることになるため、冷凍サイクル内での冷媒の循環が継続的に行われ、膨張弁から冷えた冷媒が送り込まれる蒸発器では、その表面に霜が付着したり凍結したりすることがある。

そこで、クラッチレス方式の可変容量圧縮機では、その吐出室から冷媒が吐出される通路に逆止弁を設けるようにしている。逆止弁は、一般に弁座に対して冷媒流れの下流側に弁体を配し、その弁体をスプリングによって閉弁方向に付勢する構成がとられていて、開弁方向の流れに対してはできるだけ圧力損失を生じさせないように閉弁方向に作用するスプリングをばね荷重の弱いものにしている。これに対し、可変容量圧縮機に用いられる逆止弁は、ばね荷重の強いスプリングを用いており、吐出圧力がある程度以上高くなったときに、開弁して冷媒を吐出するようにしている。

このような可変容量圧縮機に用いられる逆止弁においては、可変容量圧縮機がその最小容量で運転されているときに、逆止弁が吐出室の出口を閉塞した状態で最小容量の圧縮を行っているため、吐出室の圧力は、徐々に高くなっていく。逆止弁の弁体に対して吐出圧力により開弁方向に作用する荷重が閉弁方向に作用しているスプリングの荷重を超えると逆止弁は開き始める。逆止弁が開くと、冷媒が下流側に流れて吐出室の圧力が低下するため、弁体がスプリングの荷重に押されて逆止弁は閉じ始める。つまり、可変容量圧縮機が最小容量で運転しているとき、逆止弁には、微少開度の開閉を繰り返すというハンチング現象が発生する。このハンチング現象が発生すると、弁体が弁座を叩くことになるので、その叩き音が振動音、騒音を発生させることになる。

このようなハンチング現象を抑える逆止弁が提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。この逆止弁では、弁が開き始めるときは、吐出室から冷媒が吐出されていく通路の開口面積を小さくし、吐出圧力に押されて弁体のリフト量が大きくなるに従って、通路の開口面積を大きくなるような構成にしている。これにより、弁が開き始めるときと弁が閉じ終えるときの通路の開口面積が小さく、吐出室の圧力が急減しないため、ハンチング現象の発生が抑えられている。
特開２０００−３４６２１７号公報

このように、特に、クラッチレス方式の可変容量圧縮機の冷媒吐出側に取り付けられる逆止弁では、漸増する吐出圧力によって開弁するときの開口面積を可変にして寸開時に下流側へ流出する冷媒流量を制限する流量調整機能を持たせて、ハンチング現象を抑えることが必要になる。

本発明は、そのような流量調整機能を備え、可変容量圧縮機がその最小容量で運転されているときのハンチング現象を抑制できるようにした別の構造の逆止弁を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、自動車用空調装置の可変容量圧縮機に用いられる逆止弁において、前記可変容量圧縮機によって圧縮された冷媒を導入する入口ポートの側に配置されて吐出圧力を小さな受圧径で受ける第１の弁部と、前記第１の弁部の下流側に配置されて前記第１の弁部よりも大きな受圧径を有し、前記第１の弁部が第１の所定量をリフトするまで全閉し、さらに第２の所定量をリフトするまでの間、冷媒通路の開口面積が連続的に漸増するよう可変し、前記第２の所定量を超えてリフトするときには前記開口面積が全開まで急増する第２の弁部と、を備えていることを特徴とする逆止弁が提供される。

このような逆止弁によれば、第２の弁部は、第１の弁部が第１の所定量をリフトするまで全閉している状態から、さらに第２の所定量をリフトするまでの間、冷媒通路の開口面積が連続的に可変するように構成している。これにより、可変容量圧縮機がその最小容量で運転されていて、吐出圧力が低い状態で漸増している場合、吐出圧力が所定の圧力に達することで第１の弁部が開いて第２の弁部が寸開するとき、冷媒は開口面積の小さい冷媒通路を流れる。このため、吐出圧力の低下が少なく、吐出圧力が低下することによって第１の弁部および第２の弁部が閉弁方向に押し戻される速度が抑制されるので、自励振動することによる振動音が抑制される。

本発明の逆止弁は、第１の弁部が開弁しても第２の弁部が同時に開弁しないので、受圧面積の大きな第２の弁部は第１の弁部を介して導入された吐出圧力を確実に受け止めることができ、開弁動作を確実に行うことができる。第２の弁部が開き始めるときには、可変の流量調整が行われて寸開時の吐出圧力の低下を小さくすることにより、自励振動が弱められ、ハンチング減少を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を、自動車用空調装置のクラッチレス方式の可変容量圧縮機に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明による逆止弁の構成を閉弁状態で示す断面図、図２は本発明による逆止弁の特性を示す図、図３は本発明による逆止弁の構成を開弁状態で示す断面図である。

本発明による逆止弁は、冷媒通路を構成するボディ１を有し、その一端には可変容量圧縮機の吐出室から吐出圧力Ｐｄの冷媒を受ける小径の入口ポート２が形成され、他端にはこの逆止弁を通過した冷媒を凝縮器へ送り出す大径の出口ポート３が開口されている。このボディ１の中には、その軸線方向に摺動自在にプラグ４が配置されている。このプラグ４は、ボディ１に形成された弁座５に対向するように配置された小径の弁体６と、ボディ１に形成された弁孔７に対して挿脱するように配置された大径の弁体８と、ボディ１の内壁を摺動してその軸線方向の進退動作を心決めされた状態でガイドする弁体ガイド９とが一体に形成され、大径の弁体８には、上流側に向かって径が小さくなるテーパ部１０を有している。プラグ４の弁体ガイド９は、その外周の一部を切除してある。すなわち、弁体ガイド９の外周は、たとえば円周方向の３箇所にＤカット面１１を有し、このＤカット面１１とボディ１の内壁とによって形成される空間で冷媒通路を構成している。

ボディ１の出口ポート３には、ホルダ１２が嵌合され、ボディ１の先端部を内側にかしめ加工することによってボディ１に固定されている。このホルダ１２は、その中心に筒状部１３が一体に形成されており、プラグ４と対向する端面は、プラグ４の下流側への移動を規制するストッパを構成している。ホルダ１２の筒状部１３の中には、プラグ４を閉弁方向に付勢するスプリング１４が配置されている。ホルダ１２はまた、筒状部１３の外周に沿って複数の連通孔１５が形成され、冷媒通路を構成している。

ここで、入口ポート２の側に配置された弁座５および弁体６は、受圧面積の小さな第１の弁部を構成し、下流側に配置された弁孔７および弁体８は、第１の弁部よりも受圧面積の大きな第２の弁部を構成している。第１の弁部の受圧面積を小さくしたことにより、吐出圧力Ｐｄに対抗して付勢するスプリング１４にスプリング荷重の小さなものを使用することができる。

冷媒の流れ方向に直列に配置された第１の弁部および第２の弁部は、ともに連動して同じ開閉動作をするが、リフト量が小さい領域では、異なった開閉動作をするように構成されている。すなわち、弁体６が弁座５に着座して第１の弁部が閉弁位置にあるとき、第２の弁部も、弁体８が弁孔７に挿入された位置にあって閉弁している。このとき、弁体８は、テーパ部１０を除き、弁孔７の開口端から所定の距離ｄだけ挿入された位置にある。したがって、プラグ４がリフトして第１の弁部は開弁しても、第２の弁部は、プラグ４が距離ｄだけリフトするまでは閉弁状態を維持し、プラグ４がそれ以上リフトして初めて開弁する構造になっている。

以上の構成の逆止弁において、自動車用空調装置が停止している場合などのように、可変容量圧縮機が最小容量運転状態にあって吐出圧力Ｐｄが小さいとき、逆止弁は、図１に示したように、閉弁状態にある。ただし、可変容量圧縮機は、その最小容量にて圧縮を継続しているので、吐出圧力Ｐｄは、漸増している。

このとき、まず、第１の弁部の弁体６は、その受圧面積で吐出圧力Ｐｄを受けているが、吐出圧力Ｐｄにより開弁方向に作用する荷重よりも閉弁方向に作用しているスプリング１４の荷重の方が大きいので、逆止弁は、その閉弁状態を維持している。吐出圧力Ｐｄが上昇していって吐出圧力Ｐｄにより開弁方向に作用する荷重が閉弁方向に作用しているスプリング１４の荷重を超えると、第１の弁部は開き始める。この第１の弁部が開いても第２の弁部はまだ閉じているので、第１の弁部の下流側に吐出圧力Ｐｄが導入され、今度は、第２の弁部が第１の弁部の受圧面積よりも大きな受圧面積で吐出圧力Ｐｄを受けることになる。このとき吐出圧力Ｐｄにより開弁方向に作用する荷重は、スプリング１４の閉弁方向の荷重よりも大きいため、プラグ４が速やかに開弁方向に移動して逆止弁は開こうとする。

プラグ４が開弁方向に移動していって距離ｄを超えると、次に、第２の弁部が開き始める。第２の弁部では、弁孔７の内径に略等しい弁体８の外径がテーパ部１０により第１の弁に向かって小さくなるように形成されているので、弁体８が弁孔７から抜け出るまでは、開口面積が次第に大きくなるように変化する。したがって、第２の弁部の開き始めは、冷媒の通路の開口面積が小さので、その第２の弁を通って下流側に流れる冷媒の流量は、少なく制限される。このため、この第２の弁が開弁することによってその上流側の圧力である吐出圧力Ｐｄは、急激には低下しない。第２の弁の寸開により吐出圧力Ｐｄが低下すると、その吐出圧力Ｐｄによる開弁方向の荷重が小さくなっていき、スプリング１４の閉弁方向の荷重よりも小さくなると、プラグ４はスプリング１４の荷重によって閉弁方向に戻っていき、第２の弁部が閉じて、第１の弁部が閉じることになる。ここで、また、吐出圧力Ｐｄが回復すると、第１の弁部が開き、その後、第２の弁部が開くようになる。このようにして、この逆止弁は、閉弁位置と第２の弁部が少し開いた位置との間のリフト量の小さい範囲でプラグ４が自励振動してハンチングを起こすことになるが、そのストロークは小さく、逆止弁のプラグ４を開弁方向に駆動する吐出圧力Ｐｄ自体も可変容量圧縮機が可変容量域で運転している場合に比較して遥かに小さいため、振動音を大幅に低減することが可能になる。

第２の弁部は、弁体８のテーパ部１０が流路の開口面積を連続的に可変できる流量調整機能を持っていることにより、逆止弁は図２に示したような特性を有している。この図において、横軸はプラグ４の前後の差圧、縦軸は開口面積の変化を示している。この特性によれば、吐出室の吐出圧力Ｐｄが大きくなって差圧が増えていくと、ある差圧で第１の弁部が開くことにより第２の弁部が開き始め、開口面積が増え始める。しばらくは、第２の弁部のテーパ部１０による流量調整機能が働いて、開口面積は緩やかに上昇する。第２の弁部のテーパ部１０が弁孔７から抜け出てテーパ部１０による流量調整機能が効かなくなると、開口面積の上昇率が急増していき、ある差圧以上になると、開口面積の増加はなくなって飽和し、この逆止弁は全開する。このように、開口面積が緩やかに上昇する微小面積の変化範囲では、差圧の変化に対する開口面積の変化が少なく、第２の弁部の弁体８の動きも小さくなるため、寸開時に起こるハンチングを抑制することができる。

そして、自動車用空調装置の起動時あるいは可変容量圧縮機が最小容量運転から可変容量運転へ移行したときには、吐出室から吐出される冷媒の吐出圧力Ｐｄは、急上昇するため、そのときには、この逆止弁は、プラグ４が振動することなく非常に短時間で全閉状態から図３に示すような全開状態へと移行する。

図４は逆止弁の可変容量圧縮機への装着状態を示す断面図である。
本発明による逆止弁は、可変容量圧縮機の圧縮機本体２０に取り付けられたヘッドシェル２１の中に装着される。すなわち、ヘッドシェル２１には、圧縮機本体２０の吐出室から吐出圧力Ｐｄが導入される通路２２と整合するような通路２３が形成されており、逆止弁は、そのヘッドシェル２１内の通路２３内に圧入することによって可変容量圧縮機内に装着される。

自動車用空調装置が運転停止しているとき、逆止弁は図示のように閉じているため、通路２２には小さい吐出圧力Ｐｄが導入されており、この吐出圧力Ｐｄが所定の圧力になると、スプリング１４の付勢力に抗してプラグ４が下流側へ移動する。これにより、第１の弁部が開き、さらに第２の弁部が開くことにより、通路２２内の冷媒が逆止弁の下流側に流れ、吐出圧力Ｐｄが低下する。このとき、第２の弁部は、テーパ部１０によって冷媒流量が制限されており、第２の弁部が開弁したことによる吐出圧力Ｐｄの低下は少ないので、スプリング１４によってプラグ４が閉弁方向に押し戻される速度が抑制される。これにより、プラグ４がボディ１に衝突する荷重が緩和され、プラグ４が自励振動することによる振動音が抑制される。

本発明による逆止弁の構成を閉弁状態で示す断面図である。 本発明による逆止弁の特性を示す図である。 本発明による逆止弁の構成を開弁状態で示す断面図である。 逆止弁の可変容量圧縮機への装着状態を示す断面図である。

符号の説明

１ ボディ
２ 入口ポート
３ 出口ポート
４ プラグ
５ 弁座
６ 弁体
７ 弁孔
８ 弁体
９ 弁体ガイド
１０ テーパ部
１１ Ｄカット面
１２ ホルダ
１３ 筒状部
１４ スプリング
１５ 連通孔
２０ 圧縮機本体
２１ ヘッドシェル
２２ 通路
２３ 通路
Ｐｄ 吐出圧力

Claims (4)

1. 自動車用空調装置の可変容量圧縮機に用いられる逆止弁において、
   前記可変容量圧縮機によって圧縮された冷媒を導入する入口ポートの側に配置されて吐出圧力を小さな受圧径で受ける第１の弁部と、
   前記第１の弁部の下流側に配置されて前記第１の弁部よりも大きな受圧径を有し、前記第１の弁部が第１の所定量をリフトするまで全閉し、さらに第２の所定量をリフトするまでの間、冷媒通路の開口面積が連続的に漸増するよう可変し、前記第２の所定量を超えてリフトするときには前記開口面積が全開まで急増する第２の弁部と、
   を備えていることを特徴とする逆止弁。
2. 前記第１の弁部は、前記冷媒通路を構成するボディの上流側に形成された前記入口ポートに対して前記入口ポートを開閉するよう下流側から接離自在に配置された第１の弁体を有し、前記第２の弁部は、前記第１の弁部の下流側に前記ボディによって形成されていて前記入口ポートよりも大きな径の弁孔と、前記弁孔に対して挿脱自在に配置された大径の第２の弁体とを有し、前記第２の弁体は、前記第１の弁部が前記第１の所定量をリフトしたときの前記弁孔の開口端に相当する位置から上流側に向かって径が小さくなるテーパ部を有し、かつ、前記第１の弁体および前記第２の弁体は、前記ボディ内を軸線方向に摺動可能であってスプリングにより前記入口ポートの方向に付勢されているプラグと一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の逆止弁。
3. 前記スプリングは、前記プラグと、前記ボディの下流側の出口ポートに固定されていて前記第２の弁部を通過した冷媒を流す連通孔が貫通して形成されたホルダとの間に配置されていることを特徴とする請求項２記載の逆止弁。
4. 前記プラグは、前記第１の弁体および前記第２の弁体を心決めしながら前記ボディ内を軸線方向に摺動するよう一体に形成された弁体ガイドを有し、前記弁体ガイドはその外周の一部を切除して前記ボディの内壁との間に軸線方向に延びる少なくとも１つの冷媒通路を形成するようにしたことを特徴とする請求項２記載の逆止弁。
   

Images