JP2010116888A - 圧縮機用制御弁及び、この制御弁を用いた圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な量の冷媒を冷凍サイクルに送り出すことができ、熱交換量を増大させることが可能な圧縮機用制御弁を提供する。
【解決手段】エンジンからの回転駆動力で冷媒を圧縮する圧縮機構９と、この圧縮機構９によって圧縮された冷媒が吐出される高圧室１１と、この高圧室１１内の冷媒を外方へ送り出す高圧吐出通路１５とを備えた圧縮機１に用いられ、前記高圧室１１と高圧吐出通路１５との間に設けられて高圧室１１内の冷媒圧力と高圧吐出通路１５内の冷媒圧力との差圧を感知して開閉する圧縮機用制御弁３３である。制御弁３３は、前記差圧を感知する差圧感知部３７，４３と、前記高圧室１１内の冷媒を高圧吐出通路１５へ導く冷媒通路部３３８，４４とが別に設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用エアコンに用いられる圧縮機用の制御弁及び、この制御弁を用いた圧縮機に関する。

クラッチレスコンプレッサ等の圧縮機では、斜板式の圧縮機構で圧縮された冷媒を高圧室に供給し、高圧室から高圧吐出通路を通って冷凍サイクルに吐出している。高圧室と高圧吐出通路の間には、高圧室の内部の冷媒が一定の圧力になるまで高圧吐出通路との遮断を行う一方、高圧室の内部が一定以上の圧力となってときに高圧吐出通路と連通させて冷媒を同通路に送り出すための制御弁（チェックバルブ）が配置されている。

特許文献１に記載されている従来の制御弁は、高圧室と高圧吐出通路とを仕切る筒状のハウジングと、ハウジング内にスライド自在に収容されたスライド弁と、スライド弁がハウジングに当接するように付勢するバネとを備えている。又、ハウジングには、冷媒穴が形成され、スライド弁の対向部位には、冷媒穴を塞ぐ閉鎖凸部が形成されている。

この構造の制御弁では、高圧室内の冷媒の圧力がバネの付勢力よりも小さいとき、閉鎖凸部が冷媒穴を塞ぐため、冷媒が高圧室から高圧吐出通路に流れ出ることがない。しかし、圧縮機構の作動によって高圧室の冷媒圧が増大して、高圧室内の圧力がバネの付勢力よりも大きくなると、冷媒穴部分でスライド弁が押されるため、閉鎖凸部が冷媒穴から離れて冷媒穴が開放される。この開放によって、冷媒は冷媒穴からハウジングの内部に流れ込み、ハウジングとスライド弁との間の通路を流れた後、高圧吐出通路に流れて冷凍サイクルに送り出される。

このような制御弁は、ハウジングの冷媒穴及びスライド弁の閉鎖凸部とによって、高圧室内の冷媒圧力と高圧吐出通路内の圧力との差圧を感知し、これらの間の差圧に応じて開閉が行われるものである。
ＷＯ２００２−６１２８０号公報

従来の制御弁では、高圧室の内部の圧力が大きくなってスライド弁が開いたとき、冷媒はハウジングの冷媒穴からハウジング内に流れ込んで外部の冷凍サイクルに送り出される。しかし、このような構造では、差圧を感知する冷媒穴を通じて冷媒がハウジング内に吐出されるため、十分な量の冷媒を冷凍サイクルに送り出すことができない。このため、冷凍サイクル内での熱交換量が低下し、車内の温度調整を迅速に行うことができない問題を有している。

そこで、本発明は、十分な量の冷媒を冷凍サイクルに送り出すことができ、熱交換量を増大させることが可能な圧縮機用制御弁及びこの圧縮機用制御弁を用いた圧縮機の提供を目的とする。

請求項１記載の発明の圧縮機用制御弁は、エンジンからの回転駆動力で冷媒を圧縮する圧縮機構と、この圧縮機構によって圧縮された冷媒が吐出される高圧室と、この高圧室内の冷媒を外方へ送り出す高圧吐出通路とを備えた圧縮機に用いられ、前記高圧室と高圧吐出通路との間に設けられて高圧室内の冷媒圧力と高圧吐出通路内の冷媒圧力との差圧を感知して開閉する圧縮機用制御弁であって、前記差圧を感知する差圧感知部と、前記高圧室内の冷媒を高圧吐出通路へ導く冷媒通路部とが別に設けられていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明であって、前記制御弁は、一側が開放され他側が底壁で閉塞された筒状のハウジングと、一側が開放され他側が底壁で閉塞されて前記ハウジング内にスライド自在に収容されたスライド弁と、前記スライド弁の内部に収容され前記高圧吐出通路の開口縁部に当接すると共に前記スライド弁の底壁に当接してスライド弁をハウジング側へ付勢するバネ体とからなり、前記ハウジングの底壁には差圧感知穴が貫通形成され、前記ハウジングの側壁にはハウジング冷媒通路穴が貫通形成され、前記スライド弁の底壁には前記差圧感知穴を開閉可能な差圧感知突起が形成され、前記スライド弁の側壁には、前記バネ体の付勢力より前記差圧が大きいときスライド弁がハウジング内をスライドして前記ハウジング冷媒通路穴と連通するスライド弁冷媒通路穴が貫通形成され、前記差圧感知部が前記差圧感知穴と前記差圧感知突起とで構成され、前記冷媒通路部が前記ハウジング冷媒通路穴と前記スライド弁冷媒通路穴とで構成されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明であって、 前記ハウジング冷媒通路穴とスライド弁冷媒通路穴との面積がスライド弁の内径面積より小さく、前記差圧と差圧感知穴の面積の積が前記バネ体の付勢力より大きいとき、前記高圧室と前記高圧吐出通路とが連通した開放状態となることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３の発明であって、前記スライド弁冷媒通路穴は、前記スライド弁の側壁の周方向全域にわたり形成された冷媒通路溝の底部に、周方向にわたり形成された複数個の貫通穴からなることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかにに記載の圧縮機用制御弁（３３）を圧縮機に用いたことを特徴とする。

本発明によれば、高圧室内の冷媒圧力と、高圧吐出通路内の圧力との差圧を感知する感知部と、冷媒を高圧吐出通路に導く冷媒通路部とが別に設けられているため、十分な量の冷媒を吐出することができる。これにより、冷凍サイクルの熱交換量を増大させることができ、車内の温度調整を迅速に行うことができる。

以下、本発明を図示する実施形態により具体的に説明する。図１は、本発明の一実施形態の制御弁３３が組み込まれた圧縮機１の全体断面図、図２〜図４は、制御弁３３の動作を示す図１におけるＭ部拡大断面図、図５は、制御弁３３の分解断面図、図６は、スライド弁３７の斜視図、図７及び図８は、この実施形態の作用を説明するグラフである。

この実施形態の圧縮機１は、クラッチレスコンプレッサであり、図１に示すように、内部にクランク室２が形成されたフロントハウジング３と、フロントハウジング３の後端面にバルブプレート４を介して接合されたリアハウジング５と、フロントハウジング３の内部に配置された圧縮機構９とを備えている。

フロントハウジング３の前端部分には、エンジンからの回転力を受ける動力伝達機構７が設けられている。

圧縮機構９は、フロントハウジング３の内部に設けられたシリンダブロック６を備えており、シリンダブロック６には、円周方向に複数の等間隔に配置されたシリンダボア８が形成されている。

リアハウジング５には、冷媒の吸気を行うための低圧室１０と、冷媒の吐出を行うための高圧室１１１とが形成されている。バルブプレート４のシリンダブロック６側には、シリンダボア８と低圧室１０とを連通する吸気孔を開閉するための吸気弁１２が設けられ、バルブプレート４のリアハウジング５側には、シリンダボア８と高圧室１１とを連通する吐出孔を開閉するための吐出弁１３が設けられている。又、リアハウジング５には、吸気通路１６が形成されると共に、容量制御弁１７が設けられている。

圧縮機構９は、上述したシリンダブロック６、駆動軸２０、斜板（ウォッブルプレート）２５及びピストン２７を備えている。駆動軸２０は、シリンダブロック６及びフロントハウジング３の中心の支持孔６ａ、３ａに、軸受を介して回転自在に軸支される。駆動軸２０の前端は、フロントハウジング３から外部に突出しており、この突出端には動力伝達機構７が連結されている。動力伝達機構７はベルトを介してエンジンに連結されており、これによりエンジンからの駆動力が駆動軸２０に伝達される。この伝達によって駆動軸２０がクランク室２内で回転する。

斜板２５は、クランク室２内に設けられている。クランク室２内には、駆動軸２０に固設されて駆動軸２０と共に一体回転するラグプレート２２と、駆動軸２０に摺動自在に嵌装したスリーブ３０と、ラグプレート２２のアーム２２ａにピン２３によって揺動自在に連結されたジャーナルアーム２４とが設けられており、斜板２５は、ジャーナルアーム２４の端部に軸受を介して回転及び揺動可能に設けられている。ジャーナルアーム２４の端部は、スリーブ３０の外周面に嵌合している。

ピストン２７は、ピストンシュー２８を介して斜板２５に連結されている。ピストン２７はそれぞれのシリンダボア８に進退自在に挿入されており、斜板２５の揺動によってシリンダボア８内を往復運動する。

斜板２５の傾斜角は、スリーブ３０がシリンダブロック６側に接近移動すると減少する。そして、斜板２５の傾斜角が略ゼロとなって斜板２５が駆動軸２０と略直交状態となると、冷媒が最小容量となる。一方、スリーブ３０がシリンダブロック６から離れる方向に移動する（図１参照）と、斜板２５の傾斜角が増大する。この傾斜角が最大に傾いて、冷媒が最大容量となる。なお、ラグプレート２２とスリーブ３０との間には、デスストロークスプリング２９が配置されている。

圧縮機１の基本機能は、ピストン２７のピストン運動により、低圧室９→バルブプレート４→シリンダボア８へと吸入した冷媒を圧縮し、シリンダボア８→バルブプレート４→高圧室１１へと吐出するものである。

高圧室１１には、高圧吐出通路１５が接続されている。高圧吐出通路１５は、冷媒を冷凍サイクルに送り出す通路である。この高圧吐出通路１５と高圧室１１とは、制御弁３３によって仕切られており、制御弁３３の作動によって冷媒の遮断及び流動が行われる。

図２〜図４に示すように、制御弁３３は、ハウジング３５と、ハウジング３５内に収容されたスライド弁４１と、スライド弁４１内に設けられたバネ体４６とを備えており、その全体が高圧室１１内に位置するように設けられている。

ハウジング３５は、筒状の側壁３５ｃを有した有底筒状となっており、開放された一側３５ａが高圧吐出通路１５に臨んでいる。ハウジング３５の他側３５ｂは、底壁３６により閉鎖されている。ハウジング３５の底壁３６の略中央部分には、差圧感知穴３７が貫通するように形成されている。ハウジング３５の側部３５ｃには、ハウジング冷媒通路穴３８が貫通して形成されている。

ハウジング３５は、一側３５ａにフランジ部３５ｄが形成されており、このフランジ部３５ｄをリアハウジング５における高圧吐出通路１５の開口縁部に当接された状態で、抜け止めリング３４によりリアハウジング５に固定される。

スライド弁４１は、ハウジング３５と同様に有底筒状に形成されている。すなわち、スライド弁４１は、筒状の側壁４１ｃを有しており、開放された一側４１ａが高圧吐出通路１５に臨むようにハウジング３５内に収容されている。スライド弁４１の他側４１ｂは、底壁４２によって閉鎖されている。

スライド弁４１には、差圧感知突起４３及びスライド弁冷媒通路穴４４が形成されている。差圧感知突起４３は、スライド弁４１の底壁４２から突出するように形成されている。

差圧感知突起４３は、ハウジング３５の差圧感知穴３７と対応した位置に形成されており、差圧感知突起４３がハウジング３５に当接することにより差圧感知穴３７が閉鎖され、差圧感知突起４３がハウジング３５から離れることにより差圧感知穴３７が開放される。そして、差圧感知穴３７の閉鎖により、高圧室１１内の冷媒がハウジング３５内に流入することが阻止され、差圧感知穴３７の開放により冷媒がハウジング３５内に流入する。これら差圧感知穴３７及び差圧感知突起４３は、高圧室１１内の冷媒圧力と、高圧吐出通路１５内の冷媒圧力との差圧を感知する差圧感知部となっている。

この実施形態において、ハウジング３５とスライド弁４１との間には、隙間４８が設けられている。隙間４８は、ハウジング３５の差圧感知穴３７が開放されて冷媒がハウジング３５内に流入したときの冷媒の通路となるものである。

図６に示すように、スライド弁４１の側壁４１ｃには、外周面よりも凹む冷媒通路溝４５が周方向全域にわたって形成されており、スライド弁冷媒通路穴４４は、この冷媒通路溝４５の底部に周方向にわたって複数が形成されている。図２に示すように、スライド弁冷媒通路穴４４がハウジング３５のハウジング冷媒通路穴３８とずれた位置にあるとき、ハウジング冷媒通路穴３８はスライド弁４１の側壁４１ｃにより閉鎖された状態となる。一方、図４に示すように、スライド弁冷媒通路穴４４がハウジング冷媒通路穴３８と一致した位置にあるとき、ハウジング冷媒通路穴３８は開放状態となる。そして、ハウジング冷媒通路穴３８が閉鎖した状態では高圧室１１内の冷媒がハウジング３５内に流入することがなく、ハウジング冷媒通路穴３８が開放された状態では冷媒がハウジング３５内に流入する。これらハウジング冷媒通路穴３８及びスライド弁冷媒通路穴４４は、高圧室１１内の冷媒を高圧吐出通路１５に導く冷媒通路部を構成する。

以上のような実施形態では、差圧感知穴３７及び差圧感知突起４３からなる差圧感知部と、ハウジング冷媒通路穴３８及びスライド弁冷媒通路穴４４からなる冷媒通路部とが別に設けられる構造となっている。

バネ体４６は、スライド弁４１内に収容される。バネ体４６は、圧縮された状態で、一端がリアハウジング５における高圧吐出通路１５の開放縁部に当接し、他端がスライド弁４１の底壁４２に当接する。これにより、バネ体４６は、スライド弁４１がハウジング３５の底壁３６側に移動するように付勢している。

次に、この実施形態の作動を説明する。

図２は、高圧室１１内の冷媒の圧力が、バネ体４６の付勢力を加味した高圧吐出通路１５内の冷媒の圧力よりも小さい状態であり、この場合には、差圧感知突起４３が差圧感知穴３７を閉鎖すると共に、ハウジング冷媒通路穴３８とスライド弁冷媒通路穴４４とがずれた状態となっている。これにより、高圧室１１内の冷媒（オイルを含む）はハウジング３５内に流入することがなく、高圧吐出通路１５に流入しない。このため、高圧室１１内の冷媒は冷凍サイクルに送出されることがないと共に、高圧室１１内の冷媒の圧力を高い状態で維持することができる。

圧縮機構９が駆動して高圧室１１内の冷媒の圧力が高くなると、差圧感知穴３７及び差圧感知突起４３を介してスライド弁４１に作用する冷媒の圧力が大きくなる。これにより、高圧室１１内の冷媒圧力と、バネ体４６の付勢力を加味した高圧吐出通路１５内の冷媒圧力との差圧が大きくなり、図３に示すように、スライド弁４１が高圧吐出通路１５側に移動する。この移動により、差圧感知突起４３が差圧感知穴３７から離れるため、差圧感知穴３７が開放状態となる。この開放により、高圧室１１内の冷媒（オイルを含む）が差圧感知穴３７からハウジング３５内に流入し、隙間４８を伝って高圧吐出通路１５に送り出される。図３の状態では、スライド弁冷媒通路穴４４がハウジング冷媒通路穴３８とずれた位置にあるため、ハウジング冷媒通路穴３８が閉じている。このため、冷媒（オイルを含む）は隙間４８から高圧吐出通路１５に流入するだけである。従って、高圧室１１内では、圧縮機構９の駆動により冷媒の圧力が高くなる。

図４は、さらに圧縮機構９が駆動した圧縮機１の通常運転時を示す。圧縮機構９の連続した駆動により、高圧室１１内の冷媒圧力が高くなってバネ体４６の付勢力を加味した高圧吐出通路１５内の冷媒圧力との差圧がさらに大きくなる。これにより、スライド弁４１がさらに高圧吐出通路１５側に移動する。この移動により、スライド弁冷媒通路穴４４がハウジング冷媒通路穴３８と一致して、ハウジング冷媒通路穴３８が開放状態となる。ハウジング冷媒通路穴３８の開放状態では、冷媒（オイルを含む）５０は、ハウジング冷媒通路穴３８からスライド弁４１の冷媒通路溝４５に流れ込み、さらにスライド弁冷媒通路穴４４を通過してスライド弁４１（ハウジング３５）内に流入し、高圧吐出通路１５から冷媒サイクルに送り出される。

このような実施形態では、差圧感知穴３７及び差圧感知突起４３からなる差圧感知部に対し、ハウジング冷媒通路穴３８及びスライド弁冷媒通路穴４４からなる冷媒通路部が別個に設けられているため、高圧室１１内の冷媒圧力と高圧吐出通路１５内の冷媒圧力の差圧が大きくなったとき、冷媒通路部から大量の冷媒が高圧吐出通路１５に流れ込む。このため、十分な量の冷媒を冷凍サイクルに迅速に吐出することができ、冷凍サイクルの熱交換量を増大させることができ、車内の温度調整を迅速に行うことができる。

この実施形態において、ハウジング冷媒通路穴３８の面積Ｓ１と、スライド弁冷媒通路穴４４の面積Ｓ２は、スライド弁４１の内径側の面積Ｓ３より小さくなるように設定される。このように設定することにより、スライド弁４１の内部の圧力を保つことができ、スライド弁４１が閉じることを防止することができる。

また、高圧室１１内の冷媒圧力と高圧吐出通路１５内の冷媒圧力との差圧と、差圧感知穴３７の面積の積は、バネ体４６の付勢力よりも大きくなるように設定される。これにより、スライド弁４１をスライドさせる力を保持することができる。

ハウジング冷媒通路穴３８、スライド弁冷媒通路穴４４及びスライド弁冷媒通路穴４４の面積を以上のように設定し、且つ差圧と差圧感知穴３７の面積の積をバネ体４６の付勢力よりも大きくなるように設定することにより、高圧室１１と高圧吐出通路１５とが連通した開放状態を維持することができる。

図７及び図８は、この実施形態における特性を従来例の特性と比較したグラフである。これらの図において、特性曲線Ｘはこの実施形態を、特性曲線Ｙは従来例を示す。

図７に示すように、従来例Ｙでは、制御弁の前後の圧力差（差圧）が、所定の勾配の直線に沿って徐々に増加するのに対し、この実施形態Ｘでは、差圧感知穴３７が開放されたとき（４ｂａｒ）の増加に加えて、ハウジング冷媒通路穴３８とスライド弁冷媒通路穴４４とが連通したとき（２ｂａｒ）の増加があるため、冷媒が流動するための開口面積が飛躍的に大きくなり、大量の冷媒を吐出することができる。

図８は、図７に対応した冷媒の流量であり、ハウジング冷媒通路穴３８とスライド弁冷媒通路穴４４とが連通したとき（２ｂａｒ）に急激に冷媒流量が増加する。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく種々変形が可能である。例えば、スライド弁冷媒通路穴４４を冷媒通路溝４５に形成することなく、スライド弁４１の側壁４１ｃに直接に形成してもよい。また、クラッチレス圧縮機以外の構造の圧縮機に適用することも可能である。

本発明の一実施形態が適用された圧縮機の全体断面図である。 制御弁が閉じた状態を示す図１におけるＭ部拡大断面図である。 制御弁が開き始めた状態を示す図１におけるＭ部拡大断面図である。 制御弁が開放した状態を示す図１におけるＭ部拡大断面図である。 制御弁の分解断面図である。 スライド弁の斜視図である。 差圧と開口面積との関係を示すグラフである。 差圧と冷媒流量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 圧縮機
９ 圧縮機構
１１ 高圧室
１５ 高圧吐出通路
２０ 駆動軸
２５ 斜板
３３ 制御弁
３５ ハウジング
３６ ハウジングの底壁
３７ 差圧感知穴
３８ ハウジング冷媒通路穴
４１ スライド弁
４２ スライド弁の底壁
４３ 差圧感知突起
４４ スライド弁冷媒通路穴
４５ 冷媒通路溝
４６ バネ体
４８ 隙間
５０ 冷媒

Claims (5)

1. エンジンからの回転駆動力で冷媒を圧縮する圧縮機構（９）と、この圧縮機構（９）によって圧縮された冷媒が吐出される高圧室（１１）と、この高圧室（１１）内の冷媒を外方へ送り出す高圧吐出通路（１５）とを備えた圧縮機（１）に用いられ、前記高圧室（１１）と高圧吐出通路（１５）との間に設けられて高圧室（１１）内の冷媒圧力と高圧吐出通路（１５）内の冷媒圧力との差圧を感知して開閉する圧縮機用制御弁（３３）であって、
   前記差圧を感知する差圧感知部（３７、４３）と、前記高圧室（１１）内の冷媒を高圧吐出通路（１５）へ導く冷媒通路部（３８、４４）とが別に設けられていることを特徴とする圧縮機用制御弁（３３）。
2. 請求項１記載の圧縮機用制御弁（３３）であって、
   前記制御弁（３３）は、一側（３５ａ）が開放され他側（３５ｂ）が底壁（３６）で閉塞された筒状のハウジング（３５）と、一側（４１ａ）が開放され他側（４１ｂ）が底壁（４２）で閉塞されて前記ハウジング（３５）内にスライド自在に収容されたスライド弁（４１）と、
   前記スライド弁（４１）の内部に収容され前記高圧吐出通路（１５）の開口縁部に当接すると共に前記スライド弁（４１）の底壁（４２）に当接してスライド弁（４１）をハウジング（３５）側へ付勢するバネ体（４６）とからなり、
   前記ハウジング（３５）の底壁（３６）には差圧感知穴（３７）が貫通形成され、
   前記ハウジング（３５）の側壁（３５ｃ）にはハウジング冷媒通路穴（３８）が貫通形成され、
   前記スライド弁（４１）の底壁（４２）には前記差圧感知穴（３７）を開閉可能な差圧感知突起（４３）が形成され、
   前記スライド弁（４１）の側壁（４１ｃ）には、前記バネ体（４６）の付勢力より前記差圧が大きいときスライド弁（４１）がハウジング（３５）内をスライドして前記ハウジング冷媒通路穴（３８）と連通するスライド弁冷媒通路穴（４４）が貫通形成され、
   前記差圧感知部（３７、４３）が前記差圧感知穴（３７）と前記差圧感知突起（４３）とで構成され、
   前記冷媒通路部（３８、４４）が前記ハウジング冷媒通路穴（３８）と前記スライド弁冷媒通路穴（４４）とで構成されていることを特徴とする圧縮機用制御弁（３３）。
3. 請求項２記載の圧縮機用制御弁（３３）であって、
   前記ハウジング冷媒通路穴（３８）とスライド弁冷媒通路穴（４４）との面積がスライド弁（４１）の内径面積より小さく、
   前記差圧と差圧感知穴（３７）の面積の積が前記バネ体（４６）の付勢力より大きいとき、
   前記高圧室（１１）と前記高圧吐出通路（１５）とが連通した開放状態となることを特徴とする圧縮機用制御弁（３３）。
4. 請求項２又は３の圧縮機用制御弁（３３）であって、
   前記スライド弁冷媒通路穴（４４）は、前記スライド弁（４１）の側壁（４１ｃ）の周方向全域にわたり形成された冷媒通路溝（４５）の底部に、周方向にわたり形成された複数個の貫通穴（４４）からなることを特徴とする圧縮機用制御弁（３３）。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧縮機用制御弁（３３）を用いたことを特徴とする圧縮機（１）。

Images