JP3996357B2 - 可変容量圧縮機および可変容量圧縮機用容量制御弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変容量圧縮機および可変容量圧縮機用容量制御弁に関し、特に自動車用空調装置の冷凍サイクルの中で冷媒ガスを圧縮するのに使用される可変容量圧縮機およびこれに使用される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中で冷媒を圧縮するために用いられる圧縮機は、エンジンを駆動源としているので、回転数制御を行うことができない。そこで、エンジンの回転数に制約されることなく適切な冷房能力を得るために、冷媒の圧縮容量を変えることができる可変容量圧縮機が用いられている。
【０００３】
このような可変容量圧縮機においては、エンジンによって回転駆動される軸に取り付けられた揺動板に圧縮用ピストンが連結され、揺動板の角度を変えることによってピストンのストロークを変えることで冷媒の吐出量を変えるようにしている。
【０００４】
揺動板の角度は、密閉されたクランク室内に圧縮された冷媒の一部を導入し、その導入する冷媒の圧力を変化させ、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることによって連続的に変えている。
【０００５】
冷媒の吐出口とクランク室との間またはクランク室と吸入口との間には、電磁制御弁が設けられている。この電磁制御弁は、クランク室または吸入口と吐出口との間の差圧を所定値に保つように連通または閉塞させる制御をしており、差圧の所定値を電流値によって外部から設定することができるようになっている。これにより、エンジンの回転数が上昇したときには、クランク室に導入される圧力が増加して圧縮できる容量を小さくし、回転数が低下したときには、クランク室に導入される圧力が減少して圧縮できる容量を大きくするようにして可変容量圧縮機から吐出される冷媒の圧力を一定に保つようにしている。
【０００６】
ところで、自動車用空調装置の冷凍サイクルに使用されている冷媒としては、代替フロンＨＦＣ−１３４ａが一般的に用いられるが、近年、冷媒の臨界温度を越えた超臨界域で冷凍作用を行わせる、たとえば二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルが開発されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧縮機の吐出圧力に応じてクランク室へ導入する圧力を制御する電磁制御弁において、二酸化炭素を冷媒とするような冷凍サイクルでは、冷媒を超臨界域まで昇圧させるため、冷媒の吐出口とクランク室または吸入口との間の差圧が非常に高くなり、差圧を制御するためのソレノイド力も大きくなって、大型のソレノイドが必要になり、その結果、電磁制御弁の大型化を招き、コストアップに繋がるという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、一般的なＨＦＣ−１３４ａを冷媒とする冷凍サイクルはもちろん、超臨界で作動するような高圧の冷媒を用いた冷凍サイクルにおいても大きなソレノイド力を必要としない電磁制御弁を使用することができる可変容量圧縮機を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、気密に形成されたクランク室内で回転軸に対して傾斜角可変に設けられて前記回転軸の回転駆動により揺動運動をする揺動体と、前記揺動体に連結されて前記揺動体の揺動運動で前記軸線の方向に往復動することにより冷媒の吸入室からシリンダ内への吸入、圧縮およびシリンダから吐出室への吐出を行うピストンとを有する可変容量圧縮機において、前記吐出室へ通じる吐出側冷媒流路内に配置したオリフィスと、前記吐出室から前記クランク室へ通じる第１の冷媒流路と、前記第１の冷媒流路に配置されて前記オリフィスの前後に発生する差圧を感知して前記差圧が所定値になるよう開度調整を行う容量制御弁と、前記クランク室から前記吸入室へ通じる第２の冷媒流路と、を備え、前記容量制御弁は、前記オリフィスの上流側の圧力を弁開方向に受けるように弁体が配置され、前記弁体の下流側が前記クランク室に連通されて前記第１の冷媒流路を流れる冷媒の流量を制御する弁部と、一方の面に前記オリフィスの上流側の圧力を受けている前記弁体が一体化され、他方の面に前記オリフィスの下流側の圧力を受けている感圧ピストンを有し、前記弁体とともに前記オリフィスの前後に発生する差圧を感知して前記差圧が所定値になるよう前記弁部の開度調整を行う圧力感知部とを備え、前記吐出室から吐出される冷媒の流量を略一定になるようにしたことを特徴とする可変容量圧縮機が提供される。
【００１０】
このような可変容量圧縮機によれば、容量制御弁は、第１のオリフィスの前後に発生する差圧を感知して、その差圧が一定になるようクランク室の圧力を制御する。これにより、流路面積が固定された第１のオリフィスの前後差圧が一定であるため、吐出側を流れる冷媒流量は一定に制御されることになる。また、冷媒流量は差圧を制御することで決定できるが、その差圧は小さなソレノイド力で制御することができ、ソレノイド部の小型化が可能である。
【００１１】
また、本発明によれば、容量制御弁は、差圧の所定値を電流値によって外部から設定できるソレノイドを備えた電磁式容量制御弁にしている。
さらに、本発明によれば、吐出室へ通じる吐出側冷媒流路内に配置したオリフィスと、前記吐出室からクランク室へ通じる第１の冷媒流路と、前記クランク室から吸入室へ通じる第２の冷媒流路とを備えた可変容量圧縮機に用いられ、前記第１の冷媒流路に配置されて前記オリフィスの前後差圧が所定値になるよう前記第１の冷媒流路を流れる冷媒の流量を制御する可変容量圧縮機用容量制御弁であって、前記オリフィスの上流側の圧力を弁開方向に受けるように弁体が配置され、前記弁体の下流側が前記クランク室に連通されて前記第１の冷媒流路を流れる冷媒の流量を制御する弁部と、一方の面に前記オリフィスの上流側の圧力を受けている前記弁体が一体化され、他方の面に前記オリフィスの下流側の圧力を受けている感圧ピストンを有し、前記弁体とともに前記オリフィスの前後に発生する差圧を感知して前記差圧が所定値になるよう前記弁部の開度調整を行う圧力感知部と、を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機用容量制御弁が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の関連技術について図面を参照して説明する。
図１は本発明の関連技術による可変容量圧縮機の原理的な構成を示す説明図である。
【００１３】
本発明の関連技術による可変容量圧縮機は、一定流量の冷媒を吐出するように構成したもので、図１はその一構成例を示している。可変容量圧縮機は、気密に形成されたクランク室１を有し、中には回転自在に支持された回転軸２を有している。この回転軸２の一端は、図示しない軸封装置を介してクランク室１の外まで延びていて、クラッチおよびベルトを介してエンジンの出力軸から駆動力が伝達されるプーリ３が固定されている。回転軸２には、揺動板４が傾斜角可変に設けられている。回転軸２の軸線の回りには、複数（図示の例では１つ）のシリンダ５が配置されている。各シリンダ５には、揺動板４の回転運動を往復運動に変換するピストン６が配置されている。各シリンダ５は、それぞれ吸入用リリーフ弁７および吐出用リリーフ弁８を介して吸入室および吐出室に接続されている。吸入室は、蒸発器に接続され、吐出室は、ガスクーラまたは凝縮器に接続される。
【００１４】
吸入室へ通じる吸入側冷媒流路９には、オリフィス１０が設けられ、吐出室からクランク室１へ通じる冷媒流路１１には、容量制御弁１２が設けられ、そして、クランク室１から吸入室へ通じる冷媒流路１３には、オリフィス１４が設けられている。容量制御弁１２は、オリフィス１０の前後に発生する差圧を受けるよう構成されている。
【００１５】
以上の構成の可変容量圧縮機において、エンジンから駆動力が伝達されて回転軸２が回転すると、その回転軸２に設けられた揺動板４が回転する。すると、揺動板４の外周部に連結されたピストン６が往復運動し、これによって吸入室の冷媒がシリンダ５に吸入され、シリンダ５内で圧縮され、圧縮された冷媒が吐出室へ吐出される。このとき、容量制御弁１２は、吐出室の高圧冷媒の一部をクランク室１へ導入する。これにより、クランク室１内の圧力Ｐｃが上昇し、ピストン６の下死点がシリンダ５内の圧力とクランク室１内の圧力Ｐｃとが釣り合う位置になるよう揺動板４の傾斜角が決められる。その後、クランク室１に導入された冷媒は、オリフィス１４を介して吸入室に戻される。
【００１６】
クランク室１に導入される冷媒の流量は、容量制御弁１２がオリフィス１０の前後差圧を感知し、その差圧があらかじめ設定された所定値になるよう開度を調整することによって制御される。つまり、エンジンの回転数が上昇すると、吸入圧力Ｐｓが低下し、吐出圧力Ｐｄが上昇する。それによって、吸入される冷媒の流量Ｑｓが増加しようとすると、オリフィス１０の前後差圧が高くなるため、容量制御弁１２は、その開度を開く方向に制御して、クランク室１へ導入する冷媒流量を増加させる。これにより、クランク室１内の圧力Ｐｃが上昇し、シリンダ５の圧縮容量が減る方向に作用して吸入される冷媒の流量を減らすようにする。このように、エンジンの回転数が上昇して吸入される冷媒の流量Ｑｓが増加しようとしても、容量制御弁１２がオリフィス１０の前後差圧を一定にするようにクランク室１へ導入する冷媒流量を制御するため、可変容量圧縮機に吸入される冷媒の流量Ｑｓが一定になり、吐出される冷媒の流量Ｑｄも一定になる。
【００１７】
逆に、エンジンの回転数が低下した場合は、吸入される冷媒の流量Ｑｓが減少しようとするが、容量制御弁１２がクランク室１へ導入する冷媒流量を減らすように制御することで、シリンダ５の圧縮容量を増加させ、可変容量圧縮機に吸入される冷媒の流量Ｑｓを増やしてオリフィス１０の前後差圧が所定値になるようにするため、可変容量圧縮機に吸入される冷媒の流量Ｑｓが一定になり、吐出される冷媒の流量Ｑｄも一定になる。
【００１８】
なお、図示の例では、可変容量圧縮機を通過する冷媒流量の検出を吸入側で行っているが、吐出側冷媒流路にオリフィスを設けて吐出側で検出するようにしてもよい。また、吐出室からクランク室１を通って吸入室へ流れる冷媒の制御を行うための容量制御弁１２を吐出室からクランク室１へ通じる冷媒流路１１に設け、オリフィス１４をクランク室１から吸入室へ通じる冷媒流路１３に設けるように構成したが、容量制御弁１２およびオリフィス１４は、冷媒流路１１および冷媒流路１３の任意の位置に設けてもよい。
【００１９】
図２は第１の関連技術に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図、図３は第１の関連技術に係る可変容量圧縮機の電磁差圧弁の詳細を示す断面図である。なお、図２において、図１と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２０】
可変容量圧縮機は、複数のシリンダ５を備え、各シリンダ５は、これに隣接してそれぞれ吸入室２０および吐出室２１が形成されている。各シリンダ５の吸入室２０は、互いに連通して１つの部屋になっていて吸入側冷媒流路９に接続されている。また、各シリンダ５の吐出室２１も、互いに連通して１つの部屋になっていて吐出側冷媒流路に接続されている。
【００２１】
第１の関連技術に係る可変容量圧縮機では、吸入室２０に連絡された吸入側冷媒流路９の途中にオリフィス１０を設け、吐出室２１とクランク室１とを連通させる冷媒流路の途中に吐出容量を制御する電磁差圧弁２２を設け、クランク室１と吸入室２０との間の冷媒流路の途中にオリフィス１４を設けている。また、オリフィス１０の上流側および下流側の圧力Ｐｅ，Ｐｓを電磁差圧弁２２に導入するための流路も形成されている。
【００２２】
電磁差圧弁２２は、図３に示したように、弁部２３と、圧力感知部２４と、ソレノイド部２５とからなり、外部制御式の容量制御弁を構成している。
弁部２３は、吐出圧力Ｐｄを導入するポート２６と、導入された吐出圧力Ｐｄをクランク室圧力Ｐｃに制御して出力する弁体２７と、クランク室圧力Ｐｃを出力するポート２８と、弁体２７を開く方向へ付勢するスプリング２９とを有している。
【００２３】
圧力感知部２４は、この電磁差圧弁２２の中央軸線位置にて進退自在に設けられた感圧ピストン３０と、この感圧ピストン３０の弁部２３の側にオリフィス１０の上流側の圧力Ｐｅを導入するポート３１と、感圧ピストン３０のソレノイド部２５の側にオリフィス１０の下流側の圧力Ｐｓを導入するポート３２とを有している。感圧ピストン３０は、シャフト３３によって弁部２３の弁体２７に当接または固定されている。
【００２４】
ソレノイド部２５は、円筒状の中空部を有する電磁コイル３４が設けられ、その円筒状の中空部にはスリーブ３５が設けられている。このスリーブ３５の一端には、固定鉄芯をなすコア３６が固定され、スリーブ３５の中には、可動鉄芯をなすプランジャ３７が軸線方向に移動可能に遊挿配置されている。コア３６の軸線位置にはシャフト３８が貫通配置され、その一端は感圧ピストン３０に、他端はプランジャ３７に当接されている。スリーブ３５の他端には、アジャストねじ３９が螺着されている。そして、コア３６とプランジャ３７との間には、スプリング４０ａが配置され、プランジャ３７とアジャストねじ３９との間には、スプリング４０ｂが配置されている。このソレノイド部２５は、オリフィス１０を通過する流量Ｑｓを制御するための差圧の大きさを設定するためのものであり、高圧を直接制御するものではないため、ソレノイド力は小さくて済み、したがって、この部分の構成を小型化することができる。
【００２５】
以上の構成の可変容量圧縮機において、エンジンの駆動力によって回転軸２が回転し、その回転軸２に設けられた揺動板４が回転すると、揺動板４に連結されたピストン６が往復運動し、これによって吸入室の冷媒がシリンダ５に吸入され、シリンダ５内で圧縮され、圧縮された冷媒が吐出室へ吐出される。このとき、電磁差圧弁２２は、吐出室の冷媒の吐出圧力Ｐｄを弁部２３を介してクランク室１へ導入する。これにより、クランク室１内の圧力Ｐｃが上昇し、シリンダ５の容量が所定値に制御される。その後、クランク室１の圧力Ｐｃは、オリフィス１４を介して吸入室に戻される。
【００２６】
このとき、ソレノイド部２５の電磁コイル３４には、この電磁差圧弁２２の差圧の設定値をいくつに設定するかを表す差圧制御信号４１が制御装置４２から供給される。制御装置４２は、エンジン、車室内外の温度、蒸発器温度、その他各種条件を検知する複数のセンサからの検知信号を入力して演算し、その演算結果に基づいて電磁コイル３４に供給される電流値を決定している。
【００２７】
したがって、電磁差圧弁２２は、オリフィス１０の前後に発生する差圧を感圧ピストン３０で受け、その差圧が差圧制御信号４１によって設定された所定値になるよう弁部２３の弁体２７を制御する。これにより、吸入室２０に吸入される冷媒の流量Ｑｓが一定に制御され、吐出室２１から吐出される冷媒の流量Ｑｄが一定に制御されることになる。
【００２８】
すなわち、エンジンの回転数が上昇すると、吸入圧力Ｐｓが低下し、吐出圧力Ｐｄが上昇する。それによって、吸入される冷媒の流量Ｑｓが増加しようとすると、吸入圧力Ｐｓが低くなるため、感圧ピストン３０はソレノイド部２５の側に移動し、弁体２７はスプリング２９によって弁部２３の開度を開く方向に移動して、クランク室１へ導入する冷媒流量を増加させる。これにより、クランク室１内の圧力Ｐｃが上昇し、可変容量圧縮機を最少運転側に制御し、吸入される冷媒の流量を減らすようにする。
【００２９】
逆に、エンジンの回転数が低下した場合は、吸入される冷媒の流量Ｑｓが減少しようとして吸入圧力Ｐｓが高くなると、感圧ピストン３０は弁部２３の側に移動し、弁体２７はスプリング２９の付勢力に抗して閉弁方向に移動してクランク室１へ導入する冷媒流量を減らすように制御する。これにより、クランク室１内の圧力Ｐｃが減少し、可変容量圧縮機を最大運転側に制御し、吸入される冷媒の流量を増やすようにする。
【００３０】
このように、エンジンの回転数が変動して吸入される冷媒の流量Ｑｓが変動しようとしても、電磁差圧弁２２がオリフィス１０の前後差圧を一定にするようにクランク室１へ導入する冷媒流量を制御するため、可変容量圧縮機に吸入される冷媒の流量Ｑｓが一定になり、吐出される冷媒の流量Ｑｄもエンジンの回転数変動に拘らず一定になる。
【００３１】
図４は第２の関連技術に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図である。なお、図４において、図２と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
この第２の関連技術では、第１の関連技術に係る可変容量圧縮機と比較して、電磁差圧弁２２に吐出圧力Ｐｄを導入するポートと電磁差圧弁２２からクランク室１へ通じるポートとを入れ換えた構成にしている。すなわち、吐出室２１は、電磁差圧弁２２の弁部２３の先端部に連通され、クランク室１は、電磁差圧弁２２の弁部２３の側部に連通されている。それ以外の構成は、第１の関連技術に係る可変容量圧縮機と同じである。
【００３３】
また、このような構成の動作も、第１の関連技術に係る可変容量圧縮機と同じであり、電磁差圧弁２２が吸入側冷媒流路９に設けられたオリフィス１０の前後差圧を感知し、その差圧が所定値になるよう開度調整を行って、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の吐出流量Ｑｄが一定になるようにしている。
【００３４】
図５は第３の関連技術に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図である。なお、図５において、図２と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
この第３の関連技術では、容量制御弁として図３に示した電磁差圧弁２２と同様の構成の電磁差圧弁５１を使用し、吐出側冷媒流路５２の途中にオリフィス５０を設け、そのオリフィス５０の前後差圧、すなわち、上流側の圧力Ｐｄおよび下流側の圧力Ｐｄ’を電磁差圧弁の圧力感知部に導入するように構成している。
【００３６】
以上の構成の可変容量圧縮機において、エンジンがある一定の回転数で駆動されているとき、エバポレータからの冷媒が吸入室２０より流量Ｑｓで吸引され、吐出室２１へ流量Ｑｄで吐出される。このとき、電磁差圧弁５１は、吐出室の冷媒の吐出圧力Ｐｄを弁部を介してクランク室１へ導入する。これにより、可変容量圧縮機の吐出容量は、クランク室１内の圧力Ｐｃに応じた容量に制御される。クランク室１の圧力Ｐｃは、オリフィス１４を介して吸入室２０に戻される。
【００３７】
このとき、ソレノイド部２５の電磁コイル３４には、外部条件に応じた電磁差圧弁５１の差圧に対応する電流信号が供給される。
したがって、電磁差圧弁５１は、オリフィス５０の前後に発生する差圧を圧力感知部で感知し、その差圧が設定された所定値になるよう弁部の弁体を制御して、吐出側冷媒流路５２を流れる冷媒流量を一定の流量Ｑｄに保持するように制御する。
【００３８】
すなわち、エンジンの回転数が上昇すると、吐出圧力Ｐｄが上昇し、それによって、吐出される冷媒の流量Ｑｄが増加しようとする。すると、吐出圧力Ｐｄが高くなるため、圧力感知部の感圧ピストンはソレノイド部の側に移動し、弁体はスプリングの付勢力によって弁部の開度を開く方向に移動して、クランク室１へ導入する冷媒流量を増加させる。クランク室１内の圧力Ｐｃが上昇することにより、可変容量圧縮機を最少運転側に制御し、吐出される冷媒の流量を減らすようにする。
【００３９】
逆に、エンジンの回転数が低下した場合は、吐出される冷媒の流量Ｑｄが減少しようとして吐出圧力Ｐｄが低くなると、圧力感知部の感圧ピストンは弁部の側に移動し、弁体は閉弁方向に移動してクランク室１へ導入する冷媒流量を減らすように制御する。これにより、クランク室１内の圧力Ｐｃが減少し、可変容量圧縮機を最大運転側に制御し、吐出される冷媒の流量を増やすようにする。
【００４０】
この結果、エンジンの回転数が変動しても、電磁差圧弁５１はオリフィス５０の前後差圧を一定にするようにクランク室１へ導入する冷媒流量を制御するため、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の流量Ｑｄが一定になる。
【００４１】
図６は第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図、図７は第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機の電磁差圧弁の詳細を示す断面図である。なお、図６および図７において、図２および図３と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
この第１の実施の形態では、第３の関連技術に係る可変容量圧縮機と比較して、容量制御弁として構成の異なる電磁差圧弁５３を使用し、容量制御弁に吐出圧力Ｐｄを導入するポートと容量制御弁からクランク室１へ通じるポートとを入れ換えた構成にしている。すなわち、吐出室２１は、電磁差圧弁５３の弁部の先端部に連通され、クランク室１は、電磁差圧弁５３の弁部の側部に連通されている。それ以外の部分については、第３の関連技術に係る可変容量圧縮機と同じ構成である。
【００４３】
電磁差圧弁５３は、図７に示したように、圧力感知兼弁部５４とソレノイド部５５とからなり、外部制御式の容量制御弁を構成している。
圧力感知兼弁部５４は、吐出圧力Ｐｄを導入するポート５６と、導入された吐出圧力Ｐｄをクランク室圧力Ｐｃに制御して出力する弁体５７と、クランク室圧力Ｐｃ出力するポート５８と、弁体５７を開く方向へ付勢するスプリング５９と、オリフィス５０の下流側の圧力Ｐｄ’を導入するポート６０と、導入した圧力Ｐｄ’を感知する感圧ピストン６１とを有している。
【００４４】
ソレノイド部５５は、円筒状の中空部を有する電磁コイル６２が設けられ、その円筒状の中空部にはスリーブ６３が設けられている。そのスリーブ６３の一端には、固定鉄芯をなすコア６４が固定され、スリーブ６３の中には、可動鉄芯をなすプランジャ６５が軸線方向に移動可能に遊挿配置されている。コア６４の軸線位置にはシャフト６６が貫通配置され、その一端は感圧ピストン６１に、他端はプランジャ６５に当接されている。スリーブ６３の他端には、アジャストねじ６７が螺着されている。そして、コア６４とプランジャ６５との間には、スプリング６８が配置され、プランジャ６５とアジャストねじ６７との間には、スプリング６９が配置されている。このソレノイド部５５は、オリフィス５０を通過する流量Ｑｓを制御するための差圧の大きさを設定するためのものであるため、ソレノイド力は小さくて済み、この部分の構成を小型化することができる。
【００４５】
また、このような構成の動作も、第３の関連技術に係る可変容量圧縮機と同じであり、電磁差圧弁５３が吐出側冷媒流路５２に設けられたオリフィス５０の前後差圧を感知し、その差圧が所定値になるよう開度調整を行って、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の吐出流量Ｑｄが一定になるようにしている。
【００４６】
図８は第４の関連技術に係る可変容量圧縮機の容量制御弁の配置を示す模式図である。
この第４の実施の形態に係る可変容量圧縮機によれば、容量制御弁として図５に示した電磁差圧弁５１と同じ構成の電磁差圧弁７２を使用し、吐出室２１からクランク室１へ通じる冷媒流路の途中にオリフィス７１を設け、クランク室１から吸入室２０へ通じる冷媒流路の途中に電磁差圧弁７２を配置している。電磁差圧弁７２の圧力感知部には、吐出側冷媒流路５２の途中に設けたオリフィス７３の前後差圧、すなわち、上流側の圧力Ｐｄおよび下流側の圧力Ｐｄ’をそれぞれ導入するようにしている。
【００４７】
このような構成の可変容量圧縮機においても、その動作は、第３の関連技術に係る可変容量圧縮機と同じであり、電磁差圧弁５３が吐出側冷媒流路５２に設けられたオリフィス５０の前後差圧を感知し、その差圧が所定値になるよう開度調整を行って、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の吐出流量Ｑｄが一定になるようにしている。
【００４８】
図９は第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図、図１０は第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機の電磁差圧弁の詳細を示す断面図である。なお、図９および図１０において、図６および図７と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
この第２の実施の形態では、容量制御弁として吐出室２１からクランク室１へ向かう冷媒通路に第１の弁部を介在させ、クランク室１から吸入室２０へ向かう冷媒流路に上述のオリフィス１４と同じ減圧作用を生じさせる機能を持った第２の弁部を介在させるような構成の電磁差圧弁８１を使用し、冷媒の流量を測定するためのオリフィス５０を吐出側冷媒流路５２の途中に設け、オリフィス５０の前後差圧、すなわち、上流側の圧力Ｐｄおよび下流側の圧力Ｐｄ’を電磁差圧弁８１の圧力感知部に導入するように構成している。
【００５０】
電磁差圧弁８１は、図１０に示したように、第１の弁部８２と、第２の弁部８３と、圧力感知部８４と、ソレノイド部８５とからなり、外部制御式の容量制御弁を構成している。
【００５１】
第１の弁部８２は、吐出圧力Ｐｄを導入するポート８６と、導入された吐出圧力Ｐｄをクランク室圧力Ｐｃに制御して出力するボール形状の弁体８７と、クランク室圧力Ｐｃを出力するポート８８と、弁体８７を閉じる方向へ付勢するスプリング８９とを有している。
【００５２】
第２の弁部８３は、クランク室圧力Ｐｃを導入するポート９０と、導入されたクランク室圧力Ｐｃを制御する弁体９１と、制御された圧力を吸入室２０へ出力するポート９２と、スプリング９３とを有している。弁体９１の先端は、一端が第１の弁部８２の弁体８７に固着され軸線方向に進退可能に貫通配置されたシャフト９４の他端に当接されている。
【００５３】
圧力感知部８４は、この電磁差圧弁８１の中央軸線位置に進退自在に設けられた感圧ピストン９５と、この感圧ピストン９５の第２の弁部８３の側にオリフィス５０の下流側の圧力Ｐｄ’を導入するポート９６と、感圧ピストン９５のソレノイド部８５の側に吐出圧力Ｐｄを導入するポート９７とを有し、感圧ピストン９５は、これと一体に形成されたシャフト９８によって第２の弁部８３の弁体９１に当接または固定されている。これにより、弁体８７，９１および感圧ピストン９５は連動して軸線方向に動くことになる。
【００５４】
ソレノイド部８５は、上述の実施の形態で使用の電磁差圧弁と同様に、電磁コイル１００と、固定鉄芯をなすコア１０１と、可動鉄芯をなすプランジャ１０２と、感圧ピストン９５およびプランジャ１０２の間に配置されたシャフト１０３と、アジャストねじ１０４と、コア１０１およびプランジャ１０２の間に配置されたスプリング１０５と、プランジャ１０２およびアジャストねじ１０４の間に配置されたスプリング１０６とを有している。
【００５５】
このような構成の可変容量圧縮機において、エンジンの駆動力が伝達されてピストン６が往復運動すると、吸入室の冷媒がシリンダ５に吸入され、シリンダ５内で圧縮され、圧縮された冷媒が吐出室へ吐出される。このとき、電磁差圧弁８１は、吐出室２１の冷媒の吐出圧力Ｐｄを第１の弁部８２を介してクランク室１へ導入する。クランク室１の圧力Ｐｃは、第２の弁部８３により減圧されて吸入室２０に戻される。また、圧力感知部８４には、オリフィス５０の前後に発生する吐出圧力Ｐｄおよび圧力Ｐｄ’が導入されている。
【００５６】
ここで、エンジン回転数が上昇するなどしてオリフィス５０の前後に発生する差圧が大きくなった場合、冷媒の吐出圧力Ｐｄが上昇するので、圧力感知部８４の感圧ピストン９５は、図１０の上方へ移動し、これに伴って第２の弁部８３の弁体９１は閉じる方向へ作用する。これにより、クランク室１内の冷媒が吸入室２０に戻る流路が絞られるとともに、第１の弁部８２の弁体８７が開く方向へ作用するため、クランク室１へ導入される冷媒が増えると同時にクランク室１から流出する冷媒が減少するようになる。すると、クランク室圧力Ｐｃが上昇し、可変容量圧縮機は、最少運転側に制御されて吐出する冷媒の流量を減らすようにする。これは、オリフィス５０の前後の差圧がソレノイド部８５によって設定された差圧になるまで継続され、この結果、冷媒の吐出流量Ｑｄは、一定に保たれることになる。
【００５７】
逆に、エンジン回転数が低下するなどしてオリフィス５０の前後に発生する差圧が小さくなった場合、冷媒の吐出圧力Ｐｄが低下するので、圧力感知部８４の感圧ピストン９５は、図１０の下方へ移動し、これに伴って第２の弁部８３の弁体９１は開く方向へ作用する。これと同時に、第１の弁部８２の弁体８７が閉じる方向へ作用するため、クランク室１へ導入される冷媒が減少するようになる。これにより、クランク室圧力Ｐｃが低下し、可変容量圧縮機は、最大運転側に制御されて吐出する冷媒の流量を増やすようにする。これは、オリフィス５０の前後の差圧がソレノイド部８５によって設定された差圧になるまで継続され、この結果、冷媒の吐出流量Ｑｄは、一定に保たれることになる。
【００５８】
このように、電磁差圧弁８１が吐出側冷媒流路５２に設けられたオリフィス５０の前後差圧を感知し、その差圧が所定値になるよう開度調整を行って、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の吐出流量Ｑｄを一定にしている。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、吐出側冷媒流路内に冷媒流量を測定する第１のオリフィスを配置し、吐出室からクランク室、さらにはクランク室から吸入室へ通じる冷媒流路に容量制御弁および第２のオリフィスを配置し、容量制御弁が第１のオリフィスの前後に発生する差圧を感知してその差圧が所定値になるよう、すなわち吐出流量が一定になるよう開度調整を行う構成にした。冷媒流路に固定のオリフィスを配置することで、小さい差圧を発生することが可能になり、容量制御弁が感知する差圧が小さくなって、容量制御弁を小型化することが可能になる。また、容量制御弁を外部からの信号により吐出流量が設定できるよう電磁式の制御弁にした場合は、小さな差圧を感知する部分に対して制御力を与えるよう構成できるため、ソレノイド力の小さな電磁装置にすることができ、電磁式容量制御弁を小型化することができる。
【００６０】
定流量の可変容量圧縮機にしたことにより、エンジン回転数の変化などに拘らず、常に一定流量の冷媒を供給できることから、システム全体の運転を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の関連技術による可変容量圧縮機の原理的な構成を示す説明図である。
【図２】 第１の関連技術に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図である。
【図３】 第１の関連技術に係る可変容量圧縮機の電磁差圧弁の詳細を示す断面図である。
【図４】 第２の関連技術に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図である。
【図５】 第３の関連技術に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図である。
【図６】 第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図である。
【図７】 第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機の電磁差圧弁の詳細を示す断面図である。
【図８】 第４の関連技術に係る可変容量圧縮機の容量制御弁の配置を示す模式図である。
【図９】 第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図である。
【図１０】 第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機の電磁差圧弁の詳細を示す断面図である。
【符号の説明】
１ クランク室
２ 回転軸
３ プーリ
４ 揺動板
５ シリンダ
６ ピストン
７ 吸入用リリーフ弁
８ 吐出用リリーフ弁
９ 吸入側冷媒流路
１０ オリフィス
１１ 冷媒流路
１２ 容量制御弁
１３ 冷媒流路
１４ オリフィス
２０ 吸入室
２１ 吐出室
２２ 電磁差圧弁
２３ 弁部
２４ 圧力感知部
２５ ソレノイド部
２７ 弁体
２９ スプリング
３０ 感圧ピストン
３３ シャフト
３４ 電磁コイル
３５ スリーブ
３６ コア
３７ プランジャ
３８ シャフト
３９ アジャストねじ
４０ａ，４０ｂ スプリング
４１ 差圧制御信号
４２ 制御装置
５０ オリフィス
５１ 電磁差圧弁
５２ 吐出側冷媒流路
５３ 電磁差圧弁
５４ 圧力感知兼弁部
５５ ソレノイド部
５７ 弁体
５９ スプリング
６１ 感圧ピストン
６２ 電磁コイル
６３ スリーブ
６４ コア
６５ プランジャ
６６ シャフト
６７ アジャストねじ
６８ スプリング
６９ スプリング
７１ オリフィス
７２ 電磁差圧弁
７３ オリフィス
８１ 電磁差圧弁
８２ 第１の弁部
８３ 第２の弁部
８４ 圧力感知部
８５ ソレノイド部
８７ 弁体
８９ スプリング
９１ 弁体
９３ スプリング
９４ シャフト
９５ 感圧ピストン
９８ シャフト
１０１ コア
１０２ プランジャ
１０３ シャフト
１０４ アジャストねじ
１０５ スプリング
１０６ スプリング
Ｐｃ クランク室圧力
Ｐｄ 吐出圧力
Ｐｓ 吸入圧力
Ｑｄ 吐出流量
【発明の属する技術分野】
本発明は可変容量圧縮機および可変容量圧縮機用容量制御弁に関し、特に自動車用空調装置の冷凍サイクルの中で冷媒ガスを圧縮するのに使用される可変容量圧縮機およびこれに使用される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中で冷媒を圧縮するために用いられる圧縮機は、エンジンを駆動源としているので、回転数制御を行うことができない。そこで、エンジンの回転数に制約されることなく適切な冷房能力を得るために、冷媒の圧縮容量を変えることができる可変容量圧縮機が用いられている。
【０００３】
このような可変容量圧縮機においては、エンジンによって回転駆動される軸に取り付けられた揺動板に圧縮用ピストンが連結され、揺動板の角度を変えることによってピストンのストロークを変えることで冷媒の吐出量を変えるようにしている。
【０００４】
揺動板の角度は、密閉されたクランク室内に圧縮された冷媒の一部を導入し、その導入する冷媒の圧力を変化させ、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることによって連続的に変えている。
【０００５】
冷媒の吐出口とクランク室との間またはクランク室と吸入口との間には、電磁制御弁が設けられている。この電磁制御弁は、クランク室または吸入口と吐出口との間の差圧を所定値に保つように連通または閉塞させる制御をしており、差圧の所定値を電流値によって外部から設定することができるようになっている。これにより、エンジンの回転数が上昇したときには、クランク室に導入される圧力が増加して圧縮できる容量を小さくし、回転数が低下したときには、クランク室に導入される圧力が減少して圧縮できる容量を大きくするようにして可変容量圧縮機から吐出される冷媒の圧力を一定に保つようにしている。
【０００６】
ところで、自動車用空調装置の冷凍サイクルに使用されている冷媒としては、代替フロンＨＦＣ−１３４ａが一般的に用いられるが、近年、冷媒の臨界温度を越えた超臨界域で冷凍作用を行わせる、たとえば二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルが開発されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧縮機の吐出圧力に応じてクランク室へ導入する圧力を制御する電磁制御弁において、二酸化炭素を冷媒とするような冷凍サイクルでは、冷媒を超臨界域まで昇圧させるため、冷媒の吐出口とクランク室または吸入口との間の差圧が非常に高くなり、差圧を制御するためのソレノイド力も大きくなって、大型のソレノイドが必要になり、その結果、電磁制御弁の大型化を招き、コストアップに繋がるという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、一般的なＨＦＣ−１３４ａを冷媒とする冷凍サイクルはもちろん、超臨界で作動するような高圧の冷媒を用いた冷凍サイクルにおいても大きなソレノイド力を必要としない電磁制御弁を使用することができる可変容量圧縮機を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、気密に形成されたクランク室内で回転軸に対して傾斜角可変に設けられて前記回転軸の回転駆動により揺動運動をする揺動体と、前記揺動体に連結されて前記揺動体の揺動運動で前記軸線の方向に往復動することにより冷媒の吸入室からシリンダ内への吸入、圧縮およびシリンダから吐出室への吐出を行うピストンとを有する可変容量圧縮機において、前記吐出室へ通じる吐出側冷媒流路内に配置したオリフィスと、前記吐出室から前記クランク室へ通じる第１の冷媒流路と、前記第１の冷媒流路に配置されて前記オリフィスの前後に発生する差圧を感知して前記差圧が所定値になるよう開度調整を行う容量制御弁と、前記クランク室から前記吸入室へ通じる第２の冷媒流路と、を備え、前記容量制御弁は、前記オリフィスの上流側の圧力を弁開方向に受けるように弁体が配置され、前記弁体の下流側が前記クランク室に連通されて前記第１の冷媒流路を流れる冷媒の流量を制御する弁部と、一方の面に前記オリフィスの上流側の圧力を受けている前記弁体が一体化され、他方の面に前記オリフィスの下流側の圧力を受けている感圧ピストンを有し、前記弁体とともに前記オリフィスの前後に発生する差圧を感知して前記差圧が所定値になるよう前記弁部の開度調整を行う圧力感知部とを備え、前記吐出室から吐出される冷媒の流量を略一定になるようにしたことを特徴とする可変容量圧縮機が提供される。
【００１０】
このような可変容量圧縮機によれば、容量制御弁は、第１のオリフィスの前後に発生する差圧を感知して、その差圧が一定になるようクランク室の圧力を制御する。これにより、流路面積が固定された第１のオリフィスの前後差圧が一定であるため、吐出側を流れる冷媒流量は一定に制御されることになる。また、冷媒流量は差圧を制御することで決定できるが、その差圧は小さなソレノイド力で制御することができ、ソレノイド部の小型化が可能である。
【００１１】
また、本発明によれば、容量制御弁は、差圧の所定値を電流値によって外部から設定できるソレノイドを備えた電磁式容量制御弁にしている。
さらに、本発明によれば、吐出室へ通じる吐出側冷媒流路内に配置したオリフィスと、前記吐出室からクランク室へ通じる第１の冷媒流路と、前記クランク室から吸入室へ通じる第２の冷媒流路とを備えた可変容量圧縮機に用いられ、前記第１の冷媒流路に配置されて前記オリフィスの前後差圧が所定値になるよう前記第１の冷媒流路を流れる冷媒の流量を制御する可変容量圧縮機用容量制御弁であって、前記オリフィスの上流側の圧力を弁開方向に受けるように弁体が配置され、前記弁体の下流側が前記クランク室に連通されて前記第１の冷媒流路を流れる冷媒の流量を制御する弁部と、一方の面に前記オリフィスの上流側の圧力を受けている前記弁体が一体化され、他方の面に前記オリフィスの下流側の圧力を受けている感圧ピストンを有し、前記弁体とともに前記オリフィスの前後に発生する差圧を感知して前記差圧が所定値になるよう前記弁部の開度調整を行う圧力感知部と、を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機用容量制御弁が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の関連技術について図面を参照して説明する。
図１は本発明の関連技術による可変容量圧縮機の原理的な構成を示す説明図である。
【００１３】
本発明の関連技術による可変容量圧縮機は、一定流量の冷媒を吐出するように構成したもので、図１はその一構成例を示している。可変容量圧縮機は、気密に形成されたクランク室１を有し、中には回転自在に支持された回転軸２を有している。この回転軸２の一端は、図示しない軸封装置を介してクランク室１の外まで延びていて、クラッチおよびベルトを介してエンジンの出力軸から駆動力が伝達されるプーリ３が固定されている。回転軸２には、揺動板４が傾斜角可変に設けられている。回転軸２の軸線の回りには、複数（図示の例では１つ）のシリンダ５が配置されている。各シリンダ５には、揺動板４の回転運動を往復運動に変換するピストン６が配置されている。各シリンダ５は、それぞれ吸入用リリーフ弁７および吐出用リリーフ弁８を介して吸入室および吐出室に接続されている。吸入室は、蒸発器に接続され、吐出室は、ガスクーラまたは凝縮器に接続される。
【００１４】
吸入室へ通じる吸入側冷媒流路９には、オリフィス１０が設けられ、吐出室からクランク室１へ通じる冷媒流路１１には、容量制御弁１２が設けられ、そして、クランク室１から吸入室へ通じる冷媒流路１３には、オリフィス１４が設けられている。容量制御弁１２は、オリフィス１０の前後に発生する差圧を受けるよう構成されている。
【００１５】
以上の構成の可変容量圧縮機において、エンジンから駆動力が伝達されて回転軸２が回転すると、その回転軸２に設けられた揺動板４が回転する。すると、揺動板４の外周部に連結されたピストン６が往復運動し、これによって吸入室の冷媒がシリンダ５に吸入され、シリンダ５内で圧縮され、圧縮された冷媒が吐出室へ吐出される。このとき、容量制御弁１２は、吐出室の高圧冷媒の一部をクランク室１へ導入する。これにより、クランク室１内の圧力Ｐｃが上昇し、ピストン６の下死点がシリンダ５内の圧力とクランク室１内の圧力Ｐｃとが釣り合う位置になるよう揺動板４の傾斜角が決められる。その後、クランク室１に導入された冷媒は、オリフィス１４を介して吸入室に戻される。
【００１６】
クランク室１に導入される冷媒の流量は、容量制御弁１２がオリフィス１０の前後差圧を感知し、その差圧があらかじめ設定された所定値になるよう開度を調整することによって制御される。つまり、エンジンの回転数が上昇すると、吸入圧力Ｐｓが低下し、吐出圧力Ｐｄが上昇する。それによって、吸入される冷媒の流量Ｑｓが増加しようとすると、オリフィス１０の前後差圧が高くなるため、容量制御弁１２は、その開度を開く方向に制御して、クランク室１へ導入する冷媒流量を増加させる。これにより、クランク室１内の圧力Ｐｃが上昇し、シリンダ５の圧縮容量が減る方向に作用して吸入される冷媒の流量を減らすようにする。このように、エンジンの回転数が上昇して吸入される冷媒の流量Ｑｓが増加しようとしても、容量制御弁１２がオリフィス１０の前後差圧を一定にするようにクランク室１へ導入する冷媒流量を制御するため、可変容量圧縮機に吸入される冷媒の流量Ｑｓが一定になり、吐出される冷媒の流量Ｑｄも一定になる。
【００１７】
逆に、エンジンの回転数が低下した場合は、吸入される冷媒の流量Ｑｓが減少しようとするが、容量制御弁１２がクランク室１へ導入する冷媒流量を減らすように制御することで、シリンダ５の圧縮容量を増加させ、可変容量圧縮機に吸入される冷媒の流量Ｑｓを増やしてオリフィス１０の前後差圧が所定値になるようにするため、可変容量圧縮機に吸入される冷媒の流量Ｑｓが一定になり、吐出される冷媒の流量Ｑｄも一定になる。
【００１８】
なお、図示の例では、可変容量圧縮機を通過する冷媒流量の検出を吸入側で行っているが、吐出側冷媒流路にオリフィスを設けて吐出側で検出するようにしてもよい。また、吐出室からクランク室１を通って吸入室へ流れる冷媒の制御を行うための容量制御弁１２を吐出室からクランク室１へ通じる冷媒流路１１に設け、オリフィス１４をクランク室１から吸入室へ通じる冷媒流路１３に設けるように構成したが、容量制御弁１２およびオリフィス１４は、冷媒流路１１および冷媒流路１３の任意の位置に設けてもよい。
【００１９】
図２は第１の関連技術に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図、図３は第１の関連技術に係る可変容量圧縮機の電磁差圧弁の詳細を示す断面図である。なお、図２において、図１と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２０】
可変容量圧縮機は、複数のシリンダ５を備え、各シリンダ５は、これに隣接してそれぞれ吸入室２０および吐出室２１が形成されている。各シリンダ５の吸入室２０は、互いに連通して１つの部屋になっていて吸入側冷媒流路９に接続されている。また、各シリンダ５の吐出室２１も、互いに連通して１つの部屋になっていて吐出側冷媒流路に接続されている。
【００２１】
第１の関連技術に係る可変容量圧縮機では、吸入室２０に連絡された吸入側冷媒流路９の途中にオリフィス１０を設け、吐出室２１とクランク室１とを連通させる冷媒流路の途中に吐出容量を制御する電磁差圧弁２２を設け、クランク室１と吸入室２０との間の冷媒流路の途中にオリフィス１４を設けている。また、オリフィス１０の上流側および下流側の圧力Ｐｅ，Ｐｓを電磁差圧弁２２に導入するための流路も形成されている。
【００２２】
電磁差圧弁２２は、図３に示したように、弁部２３と、圧力感知部２４と、ソレノイド部２５とからなり、外部制御式の容量制御弁を構成している。
弁部２３は、吐出圧力Ｐｄを導入するポート２６と、導入された吐出圧力Ｐｄをクランク室圧力Ｐｃに制御して出力する弁体２７と、クランク室圧力Ｐｃを出力するポート２８と、弁体２７を開く方向へ付勢するスプリング２９とを有している。
【００２３】
圧力感知部２４は、この電磁差圧弁２２の中央軸線位置にて進退自在に設けられた感圧ピストン３０と、この感圧ピストン３０の弁部２３の側にオリフィス１０の上流側の圧力Ｐｅを導入するポート３１と、感圧ピストン３０のソレノイド部２５の側にオリフィス１０の下流側の圧力Ｐｓを導入するポート３２とを有している。感圧ピストン３０は、シャフト３３によって弁部２３の弁体２７に当接または固定されている。
【００２４】
ソレノイド部２５は、円筒状の中空部を有する電磁コイル３４が設けられ、その円筒状の中空部にはスリーブ３５が設けられている。このスリーブ３５の一端には、固定鉄芯をなすコア３６が固定され、スリーブ３５の中には、可動鉄芯をなすプランジャ３７が軸線方向に移動可能に遊挿配置されている。コア３６の軸線位置にはシャフト３８が貫通配置され、その一端は感圧ピストン３０に、他端はプランジャ３７に当接されている。スリーブ３５の他端には、アジャストねじ３９が螺着されている。そして、コア３６とプランジャ３７との間には、スプリング４０ａが配置され、プランジャ３７とアジャストねじ３９との間には、スプリング４０ｂが配置されている。このソレノイド部２５は、オリフィス１０を通過する流量Ｑｓを制御するための差圧の大きさを設定するためのものであり、高圧を直接制御するものではないため、ソレノイド力は小さくて済み、したがって、この部分の構成を小型化することができる。
【００２５】
以上の構成の可変容量圧縮機において、エンジンの駆動力によって回転軸２が回転し、その回転軸２に設けられた揺動板４が回転すると、揺動板４に連結されたピストン６が往復運動し、これによって吸入室の冷媒がシリンダ５に吸入され、シリンダ５内で圧縮され、圧縮された冷媒が吐出室へ吐出される。このとき、電磁差圧弁２２は、吐出室の冷媒の吐出圧力Ｐｄを弁部２３を介してクランク室１へ導入する。これにより、クランク室１内の圧力Ｐｃが上昇し、シリンダ５の容量が所定値に制御される。その後、クランク室１の圧力Ｐｃは、オリフィス１４を介して吸入室に戻される。
【００２６】
このとき、ソレノイド部２５の電磁コイル３４には、この電磁差圧弁２２の差圧の設定値をいくつに設定するかを表す差圧制御信号４１が制御装置４２から供給される。制御装置４２は、エンジン、車室内外の温度、蒸発器温度、その他各種条件を検知する複数のセンサからの検知信号を入力して演算し、その演算結果に基づいて電磁コイル３４に供給される電流値を決定している。
【００２７】
したがって、電磁差圧弁２２は、オリフィス１０の前後に発生する差圧を感圧ピストン３０で受け、その差圧が差圧制御信号４１によって設定された所定値になるよう弁部２３の弁体２７を制御する。これにより、吸入室２０に吸入される冷媒の流量Ｑｓが一定に制御され、吐出室２１から吐出される冷媒の流量Ｑｄが一定に制御されることになる。
【００２８】
すなわち、エンジンの回転数が上昇すると、吸入圧力Ｐｓが低下し、吐出圧力Ｐｄが上昇する。それによって、吸入される冷媒の流量Ｑｓが増加しようとすると、吸入圧力Ｐｓが低くなるため、感圧ピストン３０はソレノイド部２５の側に移動し、弁体２７はスプリング２９によって弁部２３の開度を開く方向に移動して、クランク室１へ導入する冷媒流量を増加させる。これにより、クランク室１内の圧力Ｐｃが上昇し、可変容量圧縮機を最少運転側に制御し、吸入される冷媒の流量を減らすようにする。
【００２９】
逆に、エンジンの回転数が低下した場合は、吸入される冷媒の流量Ｑｓが減少しようとして吸入圧力Ｐｓが高くなると、感圧ピストン３０は弁部２３の側に移動し、弁体２７はスプリング２９の付勢力に抗して閉弁方向に移動してクランク室１へ導入する冷媒流量を減らすように制御する。これにより、クランク室１内の圧力Ｐｃが減少し、可変容量圧縮機を最大運転側に制御し、吸入される冷媒の流量を増やすようにする。
【００３０】
このように、エンジンの回転数が変動して吸入される冷媒の流量Ｑｓが変動しようとしても、電磁差圧弁２２がオリフィス１０の前後差圧を一定にするようにクランク室１へ導入する冷媒流量を制御するため、可変容量圧縮機に吸入される冷媒の流量Ｑｓが一定になり、吐出される冷媒の流量Ｑｄもエンジンの回転数変動に拘らず一定になる。
【００３１】
図４は第２の関連技術に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図である。なお、図４において、図２と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
この第２の関連技術では、第１の関連技術に係る可変容量圧縮機と比較して、電磁差圧弁２２に吐出圧力Ｐｄを導入するポートと電磁差圧弁２２からクランク室１へ通じるポートとを入れ換えた構成にしている。すなわち、吐出室２１は、電磁差圧弁２２の弁部２３の先端部に連通され、クランク室１は、電磁差圧弁２２の弁部２３の側部に連通されている。それ以外の構成は、第１の関連技術に係る可変容量圧縮機と同じである。
【００３３】
また、このような構成の動作も、第１の関連技術に係る可変容量圧縮機と同じであり、電磁差圧弁２２が吸入側冷媒流路９に設けられたオリフィス１０の前後差圧を感知し、その差圧が所定値になるよう開度調整を行って、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の吐出流量Ｑｄが一定になるようにしている。
【００３４】
図５は第３の関連技術に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図である。なお、図５において、図２と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
この第３の関連技術では、容量制御弁として図３に示した電磁差圧弁２２と同様の構成の電磁差圧弁５１を使用し、吐出側冷媒流路５２の途中にオリフィス５０を設け、そのオリフィス５０の前後差圧、すなわち、上流側の圧力Ｐｄおよび下流側の圧力Ｐｄ’を電磁差圧弁の圧力感知部に導入するように構成している。
【００３６】
以上の構成の可変容量圧縮機において、エンジンがある一定の回転数で駆動されているとき、エバポレータからの冷媒が吸入室２０より流量Ｑｓで吸引され、吐出室２１へ流量Ｑｄで吐出される。このとき、電磁差圧弁５１は、吐出室の冷媒の吐出圧力Ｐｄを弁部を介してクランク室１へ導入する。これにより、可変容量圧縮機の吐出容量は、クランク室１内の圧力Ｐｃに応じた容量に制御される。クランク室１の圧力Ｐｃは、オリフィス１４を介して吸入室２０に戻される。
【００３７】
このとき、ソレノイド部２５の電磁コイル３４には、外部条件に応じた電磁差圧弁５１の差圧に対応する電流信号が供給される。
したがって、電磁差圧弁５１は、オリフィス５０の前後に発生する差圧を圧力感知部で感知し、その差圧が設定された所定値になるよう弁部の弁体を制御して、吐出側冷媒流路５２を流れる冷媒流量を一定の流量Ｑｄに保持するように制御する。
【００３８】
すなわち、エンジンの回転数が上昇すると、吐出圧力Ｐｄが上昇し、それによって、吐出される冷媒の流量Ｑｄが増加しようとする。すると、吐出圧力Ｐｄが高くなるため、圧力感知部の感圧ピストンはソレノイド部の側に移動し、弁体はスプリングの付勢力によって弁部の開度を開く方向に移動して、クランク室１へ導入する冷媒流量を増加させる。クランク室１内の圧力Ｐｃが上昇することにより、可変容量圧縮機を最少運転側に制御し、吐出される冷媒の流量を減らすようにする。
【００３９】
逆に、エンジンの回転数が低下した場合は、吐出される冷媒の流量Ｑｄが減少しようとして吐出圧力Ｐｄが低くなると、圧力感知部の感圧ピストンは弁部の側に移動し、弁体は閉弁方向に移動してクランク室１へ導入する冷媒流量を減らすように制御する。これにより、クランク室１内の圧力Ｐｃが減少し、可変容量圧縮機を最大運転側に制御し、吐出される冷媒の流量を増やすようにする。
【００４０】
この結果、エンジンの回転数が変動しても、電磁差圧弁５１はオリフィス５０の前後差圧を一定にするようにクランク室１へ導入する冷媒流量を制御するため、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の流量Ｑｄが一定になる。
【００４１】
図６は第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図、図７は第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機の電磁差圧弁の詳細を示す断面図である。なお、図６および図７において、図２および図３と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
この第１の実施の形態では、第３の関連技術に係る可変容量圧縮機と比較して、容量制御弁として構成の異なる電磁差圧弁５３を使用し、容量制御弁に吐出圧力Ｐｄを導入するポートと容量制御弁からクランク室１へ通じるポートとを入れ換えた構成にしている。すなわち、吐出室２１は、電磁差圧弁５３の弁部の先端部に連通され、クランク室１は、電磁差圧弁５３の弁部の側部に連通されている。それ以外の部分については、第３の関連技術に係る可変容量圧縮機と同じ構成である。
【００４３】
電磁差圧弁５３は、図７に示したように、圧力感知兼弁部５４とソレノイド部５５とからなり、外部制御式の容量制御弁を構成している。
圧力感知兼弁部５４は、吐出圧力Ｐｄを導入するポート５６と、導入された吐出圧力Ｐｄをクランク室圧力Ｐｃに制御して出力する弁体５７と、クランク室圧力Ｐｃ出力するポート５８と、弁体５７を開く方向へ付勢するスプリング５９と、オリフィス５０の下流側の圧力Ｐｄ’を導入するポート６０と、導入した圧力Ｐｄ’を感知する感圧ピストン６１とを有している。
【００４４】
ソレノイド部５５は、円筒状の中空部を有する電磁コイル６２が設けられ、その円筒状の中空部にはスリーブ６３が設けられている。そのスリーブ６３の一端には、固定鉄芯をなすコア６４が固定され、スリーブ６３の中には、可動鉄芯をなすプランジャ６５が軸線方向に移動可能に遊挿配置されている。コア６４の軸線位置にはシャフト６６が貫通配置され、その一端は感圧ピストン６１に、他端はプランジャ６５に当接されている。スリーブ６３の他端には、アジャストねじ６７が螺着されている。そして、コア６４とプランジャ６５との間には、スプリング６８が配置され、プランジャ６５とアジャストねじ６７との間には、スプリング６９が配置されている。このソレノイド部５５は、オリフィス５０を通過する流量Ｑｓを制御するための差圧の大きさを設定するためのものであるため、ソレノイド力は小さくて済み、この部分の構成を小型化することができる。
【００４５】
また、このような構成の動作も、第３の関連技術に係る可変容量圧縮機と同じであり、電磁差圧弁５３が吐出側冷媒流路５２に設けられたオリフィス５０の前後差圧を感知し、その差圧が所定値になるよう開度調整を行って、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の吐出流量Ｑｄが一定になるようにしている。
【００４６】
図８は第４の関連技術に係る可変容量圧縮機の容量制御弁の配置を示す模式図である。
この第４の実施の形態に係る可変容量圧縮機によれば、容量制御弁として図５に示した電磁差圧弁５１と同じ構成の電磁差圧弁７２を使用し、吐出室２１からクランク室１へ通じる冷媒流路の途中にオリフィス７１を設け、クランク室１から吸入室２０へ通じる冷媒流路の途中に電磁差圧弁７２を配置している。電磁差圧弁７２の圧力感知部には、吐出側冷媒流路５２の途中に設けたオリフィス７３の前後差圧、すなわち、上流側の圧力Ｐｄおよび下流側の圧力Ｐｄ’をそれぞれ導入するようにしている。
【００４７】
このような構成の可変容量圧縮機においても、その動作は、第３の関連技術に係る可変容量圧縮機と同じであり、電磁差圧弁５３が吐出側冷媒流路５２に設けられたオリフィス５０の前後差圧を感知し、その差圧が所定値になるよう開度調整を行って、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の吐出流量Ｑｄが一定になるようにしている。
【００４８】
図９は第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図、図１０は第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機の電磁差圧弁の詳細を示す断面図である。なお、図９および図１０において、図６および図７と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
この第２の実施の形態では、容量制御弁として吐出室２１からクランク室１へ向かう冷媒通路に第１の弁部を介在させ、クランク室１から吸入室２０へ向かう冷媒流路に上述のオリフィス１４と同じ減圧作用を生じさせる機能を持った第２の弁部を介在させるような構成の電磁差圧弁８１を使用し、冷媒の流量を測定するためのオリフィス５０を吐出側冷媒流路５２の途中に設け、オリフィス５０の前後差圧、すなわち、上流側の圧力Ｐｄおよび下流側の圧力Ｐｄ’を電磁差圧弁８１の圧力感知部に導入するように構成している。
【００５０】
電磁差圧弁８１は、図１０に示したように、第１の弁部８２と、第２の弁部８３と、圧力感知部８４と、ソレノイド部８５とからなり、外部制御式の容量制御弁を構成している。
【００５１】
第１の弁部８２は、吐出圧力Ｐｄを導入するポート８６と、導入された吐出圧力Ｐｄをクランク室圧力Ｐｃに制御して出力するボール形状の弁体８７と、クランク室圧力Ｐｃを出力するポート８８と、弁体８７を閉じる方向へ付勢するスプリング８９とを有している。
【００５２】
第２の弁部８３は、クランク室圧力Ｐｃを導入するポート９０と、導入されたクランク室圧力Ｐｃを制御する弁体９１と、制御された圧力を吸入室２０へ出力するポート９２と、スプリング９３とを有している。弁体９１の先端は、一端が第１の弁部８２の弁体８７に固着され軸線方向に進退可能に貫通配置されたシャフト９４の他端に当接されている。
【００５３】
圧力感知部８４は、この電磁差圧弁８１の中央軸線位置に進退自在に設けられた感圧ピストン９５と、この感圧ピストン９５の第２の弁部８３の側にオリフィス５０の下流側の圧力Ｐｄ’を導入するポート９６と、感圧ピストン９５のソレノイド部８５の側に吐出圧力Ｐｄを導入するポート９７とを有し、感圧ピストン９５は、これと一体に形成されたシャフト９８によって第２の弁部８３の弁体９１に当接または固定されている。これにより、弁体８７，９１および感圧ピストン９５は連動して軸線方向に動くことになる。
【００５４】
ソレノイド部８５は、上述の実施の形態で使用の電磁差圧弁と同様に、電磁コイル１００と、固定鉄芯をなすコア１０１と、可動鉄芯をなすプランジャ１０２と、感圧ピストン９５およびプランジャ１０２の間に配置されたシャフト１０３と、アジャストねじ１０４と、コア１０１およびプランジャ１０２の間に配置されたスプリング１０５と、プランジャ１０２およびアジャストねじ１０４の間に配置されたスプリング１０６とを有している。
【００５５】
このような構成の可変容量圧縮機において、エンジンの駆動力が伝達されてピストン６が往復運動すると、吸入室の冷媒がシリンダ５に吸入され、シリンダ５内で圧縮され、圧縮された冷媒が吐出室へ吐出される。このとき、電磁差圧弁８１は、吐出室２１の冷媒の吐出圧力Ｐｄを第１の弁部８２を介してクランク室１へ導入する。クランク室１の圧力Ｐｃは、第２の弁部８３により減圧されて吸入室２０に戻される。また、圧力感知部８４には、オリフィス５０の前後に発生する吐出圧力Ｐｄおよび圧力Ｐｄ’が導入されている。
【００５６】
ここで、エンジン回転数が上昇するなどしてオリフィス５０の前後に発生する差圧が大きくなった場合、冷媒の吐出圧力Ｐｄが上昇するので、圧力感知部８４の感圧ピストン９５は、図１０の上方へ移動し、これに伴って第２の弁部８３の弁体９１は閉じる方向へ作用する。これにより、クランク室１内の冷媒が吸入室２０に戻る流路が絞られるとともに、第１の弁部８２の弁体８７が開く方向へ作用するため、クランク室１へ導入される冷媒が増えると同時にクランク室１から流出する冷媒が減少するようになる。すると、クランク室圧力Ｐｃが上昇し、可変容量圧縮機は、最少運転側に制御されて吐出する冷媒の流量を減らすようにする。これは、オリフィス５０の前後の差圧がソレノイド部８５によって設定された差圧になるまで継続され、この結果、冷媒の吐出流量Ｑｄは、一定に保たれることになる。
【００５７】
逆に、エンジン回転数が低下するなどしてオリフィス５０の前後に発生する差圧が小さくなった場合、冷媒の吐出圧力Ｐｄが低下するので、圧力感知部８４の感圧ピストン９５は、図１０の下方へ移動し、これに伴って第２の弁部８３の弁体９１は開く方向へ作用する。これと同時に、第１の弁部８２の弁体８７が閉じる方向へ作用するため、クランク室１へ導入される冷媒が減少するようになる。これにより、クランク室圧力Ｐｃが低下し、可変容量圧縮機は、最大運転側に制御されて吐出する冷媒の流量を増やすようにする。これは、オリフィス５０の前後の差圧がソレノイド部８５によって設定された差圧になるまで継続され、この結果、冷媒の吐出流量Ｑｄは、一定に保たれることになる。
【００５８】
このように、電磁差圧弁８１が吐出側冷媒流路５２に設けられたオリフィス５０の前後差圧を感知し、その差圧が所定値になるよう開度調整を行って、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の吐出流量Ｑｄを一定にしている。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、吐出側冷媒流路内に冷媒流量を測定する第１のオリフィスを配置し、吐出室からクランク室、さらにはクランク室から吸入室へ通じる冷媒流路に容量制御弁および第２のオリフィスを配置し、容量制御弁が第１のオリフィスの前後に発生する差圧を感知してその差圧が所定値になるよう、すなわち吐出流量が一定になるよう開度調整を行う構成にした。冷媒流路に固定のオリフィスを配置することで、小さい差圧を発生することが可能になり、容量制御弁が感知する差圧が小さくなって、容量制御弁を小型化することが可能になる。また、容量制御弁を外部からの信号により吐出流量が設定できるよう電磁式の制御弁にした場合は、小さな差圧を感知する部分に対して制御力を与えるよう構成できるため、ソレノイド力の小さな電磁装置にすることができ、電磁式容量制御弁を小型化することができる。
【００６０】
定流量の可変容量圧縮機にしたことにより、エンジン回転数の変化などに拘らず、常に一定流量の冷媒を供給できることから、システム全体の運転を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の関連技術による可変容量圧縮機の原理的な構成を示す説明図である。
【図２】 第１の関連技術に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図である。
【図３】 第１の関連技術に係る可変容量圧縮機の電磁差圧弁の詳細を示す断面図である。
【図４】 第２の関連技術に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図である。
【図５】 第３の関連技術に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図である。
【図６】 第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図である。
【図７】 第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機の電磁差圧弁の詳細を示す断面図である。
【図８】 第４の関連技術に係る可変容量圧縮機の容量制御弁の配置を示す模式図である。
【図９】 第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機の構成を示す断面図である。
【図１０】 第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機の電磁差圧弁の詳細を示す断面図である。
【符号の説明】
１ クランク室
２ 回転軸
３ プーリ
４ 揺動板
５ シリンダ
６ ピストン
７ 吸入用リリーフ弁
８ 吐出用リリーフ弁
９ 吸入側冷媒流路
１０ オリフィス
１１ 冷媒流路
１２ 容量制御弁
１３ 冷媒流路
１４ オリフィス
２０ 吸入室
２１ 吐出室
２２ 電磁差圧弁
２３ 弁部
２４ 圧力感知部
２５ ソレノイド部
２７ 弁体
２９ スプリング
３０ 感圧ピストン
３３ シャフト
３４ 電磁コイル
３５ スリーブ
３６ コア
３７ プランジャ
３８ シャフト
３９ アジャストねじ
４０ａ，４０ｂ スプリング
４１ 差圧制御信号
４２ 制御装置
５０ オリフィス
５１ 電磁差圧弁
５２ 吐出側冷媒流路
５３ 電磁差圧弁
５４ 圧力感知兼弁部
５５ ソレノイド部
５７ 弁体
５９ スプリング
６１ 感圧ピストン
６２ 電磁コイル
６３ スリーブ
６４ コア
６５ プランジャ
６６ シャフト
６７ アジャストねじ
６８ スプリング
６９ スプリング
７１ オリフィス
７２ 電磁差圧弁
７３ オリフィス
８１ 電磁差圧弁
８２ 第１の弁部
８３ 第２の弁部
８４ 圧力感知部
８５ ソレノイド部
８７ 弁体
８９ スプリング
９１ 弁体
９３ スプリング
９４ シャフト
９５ 感圧ピストン
９８ シャフト
１０１ コア
１０２ プランジャ
１０３ シャフト
１０４ アジャストねじ
１０５ スプリング
１０６ スプリング
Ｐｃ クランク室圧力
Ｐｄ 吐出圧力
Ｐｓ 吸入圧力
Ｑｄ 吐出流量
Claims (6)
- 気密に形成されたクランク室内で回転軸に対して傾斜角可変に設けられて前記回転軸の回転駆動により揺動運動をする揺動体と、前記揺動体に連結されて前記揺動体の揺動運動で前記回転軸の軸線の方向に往復動することにより冷媒の吸入室からシリンダ内への吸入、圧縮およびシリンダから吐出室への吐出を行うピストンとを有する可変容量圧縮機において、
前記吐出室へ通じる吐出側冷媒流路内に配置したオリフィスと、
前記吐出室から前記クランク室へ通じる第１の冷媒流路と、
前記第１の冷媒流路に配置されて前記オリフィスの前後に発生する差圧を感知して前記差圧が所定値になるよう開度調整を行う容量制御弁と、
前記クランク室から前記吸入室へ通じる第２の冷媒流路と、
を備え、
前記容量制御弁は、前記オリフィスの上流側の圧力を弁開方向に受けるように弁体が配置され、前記弁体の下流側が前記クランク室に連通されて前記第１の冷媒流路を流れる冷媒の流量を制御する弁部と、一方の面に前記オリフィスの上流側の圧力を受けている前記弁体が一体化され、他方の面に前記オリフィスの下流側の圧力を受けている感圧ピストンを有し、前記弁体とともに前記オリフィスの前後に発生する差圧を感知して前記差圧が所定値になるよう前記弁部の開度調整を行う圧力感知部とを備え、前記吐出室から吐出される冷媒の流量を略一定になるようにしたことを特徴とする可変容量圧縮機。 - 気密に形成されたクランク室内で回転軸に対して傾斜角可変に設けられて前記回転軸の回転駆動により揺動運動をする揺動体と、前記揺動体に連結されて前記揺動体の揺動運動で前記回転軸の軸線の方向に往復動することにより冷媒の吸入室からシリンダ内への吸入、圧縮およびシリンダから吐出室への吐出を行うピストンとを有する可変容量圧縮機において、
前記吐出室へ通じる吐出側冷媒流路内に配置したオリフィスと、
前記吐出室から前記クランク室へ通じる第１の冷媒流路と前記クランク室から前記吸入室へ通じる第２の冷媒流路とにそれぞれ連動して動作する２つの弁部が配置され、前記オリフィスの前後に発生する差圧を感知して前記差圧が所定値になるよう前記２つの弁部が連動して互いに逆方向の開度調整を行う容量制御弁と、
を備え、前記吐出室から吐出される冷媒の流量を略一定になるようにしたことを特徴とする可変容量圧縮機。 - 吐出室へ通じる吐出側冷媒流路内に配置したオリフィスと、前記吐出室からクランク室へ通じる第１の冷媒流路と、前記クランク室から吸入室へ通じる第２の冷媒流路とを備えた可変容量圧縮機に用いられ、前記第１の冷媒流路に配置されて前記オリフィスの前後差圧が所定値になるよう前記第１の冷媒流路を流れる冷媒の流量を制御する可変容量圧縮機用容量制御弁であって、
前記オリフィスの上流側の圧力を弁開方向に受けるように弁体が配置され、前記弁体の下流側が前記クランク室に連通されて前記第１の冷媒流路を流れる冷媒の流量を制御する弁部と、
一方の面に前記オリフィスの上流側の圧力を受けている前記弁体が一体化され、他方の面に前記オリフィスの下流側の圧力を受けている感圧ピストンを有し、前記弁体とともに前記オリフィスの前後に発生する差圧を感知して前記差圧が所定値になるよう前記弁部の開度調整を行う圧力感知部と、
を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機用容量制御弁。 - 前記圧力感知部の感圧ピストンの前記他方の面を付勢して前記差圧の所定値を可変できるようにした電磁付勢手段を備えていることを特徴とする請求項３記載の可変容量圧縮機用容量制御弁。
- 吐出室へ通じる吐出側冷媒流路内に配置したオリフィスを備えた可変 容量圧縮機に用いられ、前記吐出室からクランク室へ通じる第１の冷媒流路と前記クランク室から吸入室へ通じる第２の冷媒流路とにそれぞれ配置されて前記オリフィスの前後差圧が所定値になるよう前記第１の冷媒流路および前記第２の冷媒流路を流れる冷媒の流量を制御する可変容量圧縮機用容量制御弁であって、
上流側に前記吐出室の吐出圧力を受けるよう配置された第１の弁体を有し、下流側が前記クランク室に連通されて前記第１の冷媒流路を流れる冷媒の流量を制御する第１の弁部と、
前記第１の弁部の前記第１の弁体の開閉動作に連動して逆方向の開閉動作を行うよう配置された第２の弁体を有する第２の弁部と、
前記第２の弁部の側の面に前記オリフィスの下流側の圧力を受け、反対側の面に前記オリフィスの上流側の圧力を受けるようにした感圧ピストンを有し、前記感圧ピストンの両面にかかる圧力の差による動きに応じて前記第２の弁部の前記第２の弁体を連動させる圧力感知部と、
を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機用容量制御弁。 - 前記圧力感知部の感圧ピストンの前記反対側の面を付勢して前記差圧の所定値を可変できるようにした電磁付勢手段を備えていることを特徴とする請求項５記載の可変容量圧縮機用容量制御弁。
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