JP2007315189A - 可変容量圧縮機の容量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 吐出室圧力が弁体の開閉方向に作用せず、且つ弁体と弁座との当接部からの漏れが防止された容量制御弁を提供する。
【解決手段】 可変容量圧縮機の吐出圧領域１２０とクランク室１０５とを連通させる連通路１２４を開閉して吐出容量制御を行う可変容量圧縮機の容量制御弁３００であって、一端がクランク室１０５と連通し他端が弁室３０３に開口する弁孔３０１ｃと、吐出圧領域１２０と連通する弁室３０３に配設され一端が弁孔３０１ｃを開閉する弁体３０４と、弁体３０４の他端部を摺動可能に支持する支持孔３０１ｄが形成され弁体３０４の他端を弁室３０３から遮断する隔壁３０１ｄ’と、弁体３０４の他端部に吸入室圧力又はクランク室圧力を作用させる導圧路１２６と、弁体３０４を弁孔開閉方向へ駆動する駆動手段とを備え、弁体３０４は単一径の円筒外周面を有し、閉弁時に弁体３０４が当接する弁座３０１ｆは平面であり、弁体３０４の弁座３０１ｆとの当接部が円環状の尖端部３０４ｃを形成している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、可変容量圧縮機の容量制御弁に関するものである。

可変容量圧縮機の吐出圧領域とクランク室とを連通させる連通路を開閉して吐出容量制御を行う可変容量圧縮機の容量制御弁であって、一端がクランク室と連通し他端が弁室に開口する弁孔と、吐出圧領域と連通する弁室に配設され一端が弁孔を開閉する弁体と、弁体の他端部を摺動可能に支持する支持孔が形成され弁体の他端を弁室から遮断する隔壁と、弁体の他端に吸入室圧力又はクランク室圧力を作用させる導圧路と、弁体を弁孔開閉方向へ駆動する駆動手段とを備え、弁体は単一径の円筒外周面を有し、閉弁時に弁体が当接する弁座が環状斜面を形成していることを特徴とする容量制御弁が特許文献１、２に開示されている。
特許文献１、２に開示された従来の容量制御弁には、弁体と弁座とが線接触するので、吐出室圧力が弁体の開閉方向に作用しないという利点がある。
特開２００３−２５４２４６ 特開２００３−３２２０８６

特許文献１、２に開示された従来の容量制御弁において、弁体の円筒外周面と支持孔との間の隙間は微小値に設定されているが、当該微小隙間内でも弁体の軸がずれる場合がある。係る場合、環状斜面を形成する弁座と弁体との当接部に隙間ができて漏れが発生する。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、可変容量圧縮機の吐出圧領域とクランク室とを連通させる連通路を開閉して吐出容量制御を行う可変容量圧縮機の容量制御弁であって、一端がクランク室と連通し他端が弁室に開口する弁孔と、吐出圧領域と連通する弁室に配設され一端が弁孔を開閉する弁体と、弁体の他端部を摺動可能に支持する支持孔が形成され弁体の他端を弁室から遮断する隔壁と、弁体の他端に吸入室圧力又はクランク室圧力を作用させる導圧路と、弁体を弁孔開閉方向へ駆動する駆動手段とを備え、弁体は単一径の円筒外周面を有する容量制御弁において、吐出室圧力が弁体の開閉方向に作用せず、且つ弁体と弁座との当接部からの漏れが防止された容量制御弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、可変容量圧縮機の吐出圧領域とクランク室とを連通させる連通路を開閉して吐出容量制御を行う可変容量圧縮機の容量制御弁であって、一端がクランク室と連通し他端が弁室に開口する弁孔と、吐出圧領域と連通する弁室に配設され一端が弁孔を開閉する弁体と、弁体の他端部を摺動可能に支持する支持孔が形成され弁体の他端を弁室から遮断する隔壁と、弁体の他端に吸入室圧力又はクランク室圧力を作用させる導圧路と、弁体を弁孔開閉方向へ駆動する駆動手段とを備え、弁体は単一径の円筒外周面を有し、閉弁時に弁体が当接する弁座は平面であり、弁体の弁座との当接部が円環状の尖端部を形成していることを特徴とする容量制御弁を提供する。
本発明に係る容量制御弁においては、弁座は平面なので、支持孔との間の微小隙間内で弁体の軸がずれても、弁体と弁座との間には隙間はできない。従って弁体と弁座との当接からの漏れは発生しない。弁体の弁座との当接部が円環状の尖端部を形成しているので、弁体と弁座とは線接触する。従って、吐出室圧力は弁体の開閉方向に作用しない。

本発明の好ましい態様においては、弁体の弁座側端面に形成された凹部の外周縁部が前記尖端部を形成している。
弁体の弁座側端面に、狭幅の環状外周縁部を残して凹部を形成することにより、弁座と線接触する尖端部を容易に形成することができる。

本発明の好ましい態様においては、弁体の開弁時であって弁体のリフト量が少ない時に前記尖端部と協働して流量を規制する規制部が配設されている。弁体の開弁時に且つ弁体のリフト量が少ない時に流量を規制することにより、弁体が短周期で開閉を繰り返す事態の発生が防止される。
本発明の好ましい態様においては、規制部は、弁体のリフト量が少ない時に前記尖端部の近傍且つ径方向外方に位置する環状斜面である。本発明の好ましい態様においては、規制部は、弁体のリフト量が少ない時に前記尖端部の近傍且つ径方向外方に位置する階段状の環状面である。弁体のリフト量が少ない時に、環状斜面又は階段状の環状面と環状尖端部との間に狭幅の環状流路が形成されることにより、流量が減少する。
本発明の好ましい態様においては、前記尖端部は規制部の領域外へ移動可能である。前記尖端部が規制部の領域外へ移動可能であれば、弁体の強制開放時に、吐出室からクランク室へ冷媒を大流量で流入させ、クランク室圧力を迅速に上昇させて吐出容量を迅速に減少させることができる。

本発明の好ましい態様においては、駆動手段は、吸入室圧力又はクランク室圧力を自律制御する感圧機構と、感圧機構の動作点を変化させる電磁アクチュエータとを有する。
感圧機構を有することにより、吸入室圧力又はクランク室圧力の制御精度が向上し、感圧機構の動作点を変化させる電磁アクチュエータとを有することにより、制御電流に対して一義的に制御吸入室圧力又は制御クランク室圧力を決定することが可能になる。

本発明に係る容量制御弁においては、弁座は平面なので、支持孔との間の微小隙間内で弁体の軸がずれても、弁体と弁座との間には隙間はできない。従って弁体と弁座との当接からの漏れは発生しない。弁体の弁座との当接部が円環状の尖端部を形成しているので、弁体と弁座とは線接触する。従って、吐出室圧力は弁体の開閉方向に作用しない。

本発明の実施例を説明する。
図１に示すように、可変容量斜板式圧縮機１００は、複数のシリンダボア１０１ａを備えたシリンダブロック１０１と、シリンダブロック１０１の一端に設けられたフロントハウジング１０２と、バルブプレート１０３を介してシリンダブロック１０１の他端に設けられたリアハウジング１０４とを備えている。
シリンダブロック１０１とフロントハウジング１０２とによって画成されるクランク室１０５内を横断して、駆動軸１０６が配設されている。駆動軸１０６は斜板１０７に挿通されている。斜板１０７は、駆動軸１０６に固定されたロータ１０８と連結部１０９を介して結合し、駆動軸１０６により傾角可変に支持されている。ロータ１０８と斜板１０７との間に、斜板１０７を最小傾角へ向けて付勢するコイルバネ１１０が配設されている。斜板１０７を挟んでコイルバネ１１０の反対側に、最小傾角状態にある斜板１０７を傾角増大方向へ付勢するコイルバネ１１１が配設されている。

駆動軸１０６の一端はフロントハウジング１０２のボス部１０２ａを貫通してハウジング外まで延在しており、電磁クラッチを介することなく、図示しない動力伝達装置を介して図示しない車両エンジンに直結している。駆動軸１０６とボス部１０２ａとの間に軸封装置１１２が配設されている。
駆動軸１０６は、ベアリング１１３、１１４、１１５、１１６によりラジアル方向及びスラスト方向に支持されている。

シリンダボア１０１ａ内に、ピストン１１７が配設され、ピストン１１７の一端部の窪み１１７ａ内に収容された一対のシュー１１８が斜板１０７の外周部を相対摺動可能に挟持している。駆動軸１０６の回転は、斜板１０７とシュー１１８とを介してピストン１１７の往復動に変換される。

リアハウジング１０４には、吸入室１１９と吐出室１２０とが形成されている。吸入室１１９は、バルブプレート１０３に形成された連通孔１０３ａと図示しない吸入弁とを介してシリンダボア１０１ａに連通し、吐出室１２０は図示しない吐出弁とバルブプレート１０３に形成された連通孔１０３ｂとを介してシリンダボア１０１ａに連通している。吸入室１１９は吸入ポート１０４ａを介して図示しない車両空調装置の蒸発器に接続している。
フロントハウジング１０２、シリンダブロック１０１、バルブプレート１０３、リアハウジング１０４は、協働して、駆動軸１０６、ロータ１０８、連結部１０９、斜板１０７、シュー１１８、ピストン１１７、シリンダボア１０１ａ、吸入弁、吐出弁等で形成される圧縮機構を収容するハウジングを形成している。

シリンダブロック１０１の外側にマフラ１２１が配設されている。マフラ１２１は、シリンダブロック１０１とは別体の有底筒状の蓋部材１２２を、シリンダブロック１０１の外面に立設した筒状壁１０１ｂにシール部材を介して接合することにより、形成されている。蓋部材１２２に、吐出ポート１２２ａが形成されている。吐出ポート１２２ａは図示しない車両空調装置の凝縮器に接続している。
マフラ１２１を吐出室１２０に連通させる連通路１２３が、シリンダブロック１０１とバルブプレート１０３とリアハウジング１０４とに亙って形成されている。マフラ１２１と連通路１２３とは、吐出室１２０と吐出ポート１２２ａとの間で延在する吐出通路を形成しており、マフラ１２１は当該吐出通路の途上に配設された拡張空間を形成している。
マフラ１２１の入口を開閉する逆止弁２００がマフラ１２１内に配設されている。

フロントハウジング１０２、シリンダブロック１０１、バルブプレート１０３、リアハウジング１０４は図示しないガスケットを介して隣接し、複数の通しボルトを用いて一体に組付けられている。

リアハウジング１０４に容量制御弁３００が取り付けられている。容量制御弁３００は、吐出室１２０とクランク室１０５との間の連通路１２４の開度を調整し、クランク室１０５への吐出冷媒ガスの導入量を制御する。クランク室１０５内の冷媒ガスは、ベアリング１１５、１１６と駆動軸１０６との間の隙間と、シリンダブロック１０１に形成された空間１２５と、バルブプレート１０３に形成されたオリフィス孔１０３ｃとを介して吸入室１１９へ流入する。
容量制御弁３００により、クランク室１０５の内圧を可変制御して、可変容量斜板式圧縮機１００の吐出容量を可変制御することができる。容量制御弁３００は、外部信号に基づいて内蔵するソレノイドへの通電量を調整し、連通路１２６を介して容量制御弁３００の感圧室に導入される吸入室１１９の内圧が所定値になるように、可変容量斜板式圧縮機１００の吐出容量を可変制御し、また内蔵するソレノイドへの通電をＯＦＦすることにより連通路１２４を強制開放して、可変容量斜板式圧縮機１００の吐出容量を最小に制御する。容量制御弁３００は、外部環境に応じて、吸入圧力を最適制御することができる。

容量制御弁３００の構成を詳述する。
図２に示すように、容量制御弁３００は、バルブハウジング３０１に形成され、連通孔３０１ａを介してクランク室１０５と連通する第１感圧室３０２と、第１感圧室３０２に一端が開口し、連通孔３０１ｂを介して吐出室１２０と連通する弁室３０３に他端が開口する弁孔３０１ｃと、弁室３０３に配設された一端が弁孔３０１ｃを開閉し他端部が支持孔３０１ｄに摺動可能に支持された弁体３０４と、第１感圧室３０２に配設され、連通孔３０１ａを介してクランク室圧力を受圧し、内部を真空にしてバネを配設した感圧手段として機能するベローズ３０５と、一端がベローズ３０５に接離可能に連結し他端が弁体３０４の一端に固定されてベローズ３０５の変位を弁体３０４に伝達する連結部３０６と、弁体３０４の他端が配設され連通孔３０１ｅを介して吸入室１１９に連通する第２感圧室３０７とを備えている。
弁体３０４の他端部を摺動可能に支持する支持孔３０１ｄが形成された隔壁３０１ｄ’により、弁体３０４の他端は弁室３０３から遮断されている。
容量制御弁３００は更に、弁体３０４と一体形成され弁体３０４から離隔する端部に可動鉄心３０８が圧入固定されたソレノイドロッド３０４ａと、ソレノイドロッド３０４ａを内挿し、所定隙間を隔てて可動鉄心３０８に対向配置された固定鉄心３０９と、固定鉄心３０９と可動鉄心３０８の間に配設され、可動鉄心３０８を開弁方向に付勢するばね３１０と、固定鉄心３０９と可動鉄心３０８とを内挿してソレノイドケース３１１に固定された非磁性体からなる筒状部材３１２と、筒状部材３１２を取り囲み、ソレノイドケース３１１に収容された電磁コイル３１３とから構成されている。
弁体３０４は、弁孔３０１ｃの周囲に形成された平面状の弁座３０１ｆに当接する一端から支持孔３０１ｄにより支持される他端部を越えて第２感圧室３０７に配設された他端まで、単一径の円筒外周面を有している。弁体３０４の一端に凹部３０４ｂが形成され、凹部３０４ｂの周縁部が、弁座３０１ｆに当接する環状尖端部３０４ｃを形成している。尖端部の径方向の幅は０．５ｍｍ以下に設定されている。この結果、環状尖端部３０４ｃは弁座３０１ｆに実質上線接触する。

容量制御弁３００においては、弁座３０１ｆは平面なので、支持孔３０１ｄとの間の微小隙間内で弁体３０４の中心軸線が径方向にずれても、弁体３０４の環状尖端部３０４ｃと弁座３０１ｆとの間には隙間はできない。従って弁体３０４の環状尖端部３０４ｃと弁座３０１ｆとの当接部からの漏れは発生しない。弁体３０４の弁座３０１ｆとの当接部が円環状尖端部３０４ｃを形成しているので、弁体３０４と弁座３０１ｆとは線接触する。従って、吐出室圧力は弁体３０４の開閉方向に作用しない。
ベローズ３０５の有効受圧面積を弁体３０４の有効受圧面と同一値に設定しているので、弁体３０４に作用する力は図３の式（１）で表される。容量制御弁３００においては、吸入室圧力Ｐｓが式（１）で示される値よりも低いと、ベローズ３０５が伸長して弁体３０４の環状尖端部３０４ｃが弁座３０１ｆから離れて弁孔３０１ｃを開放し、第１感圧室３０２と弁室３０３とを弁孔３０１ｃを介して連通させ、吐出室１２０とクランク室１０５との間の連通路１２４を開放する。吐出室１２０の冷媒が連通路１２４を通ってクランク室１０５に供給され、クランク室圧力が上昇し、斜板１０７の傾角が減少して可変容量圧縮機１００の吐出容量が減少し、吸入室圧力が上昇する。吸入室圧力が式（１）で示される値よりも高いと、ベローズ３０５が収縮し弁体３０４の環状尖端部３０４ｃが弁座３０１ｆに当接して弁孔３０１ｃを閉鎖し、第１感圧室３０２と弁室３０３との弁孔３０１ｃを介する連通を遮断して、吐出室１２０とクランク室１０５との間の連通路１２４を閉鎖する。クランク室１０５内の冷媒ガスが、ベアリング１１５、１１６と駆動軸１０６との間の隙間と、シリンダブロック１０１に形成された空間１２５と、バルブプレート１０３に形成されたオリフィス孔１０３ｃとを介して吸入室１１９へ流出してクランク室圧力が低下し、斜板１０７の傾角が増加して圧縮機１００の吐出容量が増加し、吸入室圧力が低下する。ベローズ３０５と弁体３０４とが構成する感圧機構が吸入室圧力を式（１）で示される値に自律制御する。ソレノイドロッド３０４ａ、可動鉄心３０８、固定鉄心３０９、ばね３１０、ソレノイドケース３１１、筒状部材３１２、電磁コイル３１３により構成される電磁アクチュエータが、電磁コイル３１３を流れる電流値ｉに応じて感圧機構の作動点を変化させる。
容量制御弁３００では、電磁コイル３１３への通電量ｉが増加すると吸入室圧力が低下する制御特性が得られる。
弁体３０４の弁座３０１ｆ側端面に、狭幅の環状外周縁部を残して凹部３０４ｂを形成することにより、弁座３０１ｆと線接触する環状尖端部３０４ｃを容易に形成することができる。
容量制御弁３００においては、前述の感圧機構と電磁アクチュエータとが弁体３０４を駆動している。容量制御弁３００が感圧機構を有することにより、吸入室圧力の制御精度が向上し、感圧機構の動作点を変化させる電磁アクチュエータとを有することにより、制御電流ｉに対して一義的に制御吸入室圧力を決定することが可能になる。

図４に示すように、弁体３０４の開弁時で且つ弁体３０４のリフト量が少ない時に環状尖端部３０４ｃの近傍且つ径方向外方に位置する環状斜面３０１ｇを、弁座３０１ｆに連続して形成しても良い。環状斜面３０１ｇは、弁体３０４へ向けて延び且つ拡径する。弁体３０４の開弁時で且つ弁体３０４のリフト量が小さい時に、環状尖端部３０４ｃと環状斜面３０１ｇとが協働して弁座３０１ｆの近傍上流側に狭幅の環状流路Ｓが形成されることにより、吐出室１２０からクランク室１０５へ流入する冷媒流量が規制される。弁体３０４の開弁時に且つ弁体３０４のリフト量が少ない時に吐出室１２０からクランク室１０５へ流入する冷媒流量を規制することにより、弁体３０４が短周期で開閉を繰り返し、騒音を引き起こす事態の発生が防止される。
弁体３０４のリフト量が大きい時には、環状尖端部３０４ｃは環状斜面３０１ｇの領域外へ移動可能とするのが望ましい。電磁コイル３１３への通電を停止して、弁体３０４を強制開放する時に、吐出室１２０からクランク室１０５へ冷媒を大流量で流入させ、クランク室圧力を迅速に上昇させて吐出容量を迅速に減少させることができる。
環状斜面３０１ｇに代えて、弁体３０４へ向けて延び且つ不連続的に拡径する階段状の環状面を形成しても良い。

本発明に係る容量制御弁は、揺動板式可変容量圧縮機やモータで駆動される可変容量圧縮機にも使用でき、また電磁クラッチを装備した可変容量圧縮機、クラッチレス圧縮機の何れにも使用できる。
第２感圧室３０７にクランク室圧力を導入しても良い。この場合、容量制御弁はクランク室圧力を所定値に維持するように作動する。
弁体３０４に窒化等の表面硬化処理を施しても良い。弁座３０１ｆをバルブハウジング３０１とは別部材とし、且つバルブハウジング３０１より高硬度の素材で形成しても良い。バルブハウジング３０１を高硬度の素材で形成しても良い。弁体３０４と弁座３０１ｆとの当接部の磨耗を抑制することができる。
本発明に係る容量制御弁は、冷媒として現状のＲ１３４ａに代えて、ＣＯ２やＲ１５２ａを使用する可変容量圧縮機にも使用できる。

本発明の実施例に係る容量制御弁を備える可変容量斜板式圧縮機の断面図である。 本発明の実施例に係る容量制御弁の断面図である。（ａ）は全体断面図であり、（ｂ）は（ａ）の閉弁時の部分拡大図であり、（ｃ）は（ａ）の開弁時の部分拡大図である。 図２の容量制御弁の制御特性式を示す図である。 本発明の他の実施例に係る容量制御弁の要部を示す断面図である。（ａ）は要部の全体断面図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。

符号の説明

１００ 可変容量圧縮機
１１９ 吸入室
１２０ 吐出室
３００ 容量制御弁
３０１ｆ 弁座
３０１ｇ 環状斜面
３０４ 弁体
３０４ｃ 環状尖端部

Claims (7)

1. 可変容量圧縮機の吐出圧領域とクランク室とを連通させる連通路を開閉して吐出容量制御を行う可変容量圧縮機の容量制御弁であって、一端がクランク室と連通し他端が弁室に開口する弁孔と、吐出圧領域と連通する弁室に配設され一端が弁孔を開閉する弁体と、弁体の他端部を摺動可能に支持する支持孔が形成され弁体の他端を弁室から遮断する隔壁と、弁体の他端に吸入室圧力又はクランク室圧力を作用させる導圧路と、弁体を弁孔開閉方向へ駆動する駆動手段とを備え、弁体は単一径の円筒外周面を有し、閉弁時に弁体が当接する弁座は平面であり、弁体の弁座との当接部が円環状の尖端部を形成していることを特徴とする容量制御弁。
2. 弁体の弁座側端面に形成された凹部の外周縁部が前記尖端部を形成していることを特徴とする請求項１に記載の容量制御弁。
3. 弁体の開弁時であって弁体のリフト量が少ない時に前記尖端部と協働して流量を規制する規制部が配設されていることを特徴とする請求項２に記載の容量制御弁。
4. 規制部は、弁体のリフト量が少ない時に前記尖端部の近傍且つ径方向外方に位置する環状斜面であることを特徴とする請求項３に記載の容量制御弁。
5. 規制部は、弁体のリフト量が少ない時に前記尖端部の近傍且つ径方向外方に位置する階段状の環状面であることを特徴とする請求項３に記載の容量制御弁。
6. 前記尖端部は規制部の領域外へ移動可能であることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の容量制御弁。
7. 駆動手段は、吸入室圧力又はクランク室圧力を自律制御する感圧機構と、感圧機構の動作点を変化させる電磁アクチュエータとを有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の容量制御弁。

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