JP4418309B2 - 可変容量型圧縮機用の制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車両用空調装置の冷媒循環回路を構成し、クランク室の圧力に基づいて吐出容量を変更可能な容量可変型圧縮機用の制御弁に関する。

この種の制御弁としては、下記の特許文献１に開示されたものが存在する。この刊行物記載の制御弁は、冷媒循環回路を構成し、クランク室の圧力に基づいて吐出容量を変更可能な容量可変型圧縮機に用いられるもので、クランク室と冷媒循環回路の吸入圧力領域とを接続する抽気通路の一部を構成すべくバルブハウジング内に区画された弁室と、弁室内に変位可能に収容され同弁室内での位置に応じて前記抽気通路の開度を調節可能な弁体と、バルブハウジング内に区画された感圧室と、該感圧室内に配設され感圧室を第１圧室と第２圧室とに区画するベローズよりなる感圧部材とを備え、高圧側に位置する第１圧力監視点の圧力は第１圧室に導入され、低圧側に位置する第２圧力監視点の圧力は第２圧室に導入され、第１圧室と第２圧室との圧力差の変動に基づく感圧部材の変位は、同圧力差の変動を打ち消す側に容量可変型圧縮機の吐出容量が変更されるように弁体の位置決めに反映されるものである。

特開２００２−８９４４２号公報

ところが、上記刊行物記載の制御弁は、冷媒ポートを４つ具備することから、容量可変型圧縮機・制御弁共に構成が複雑になり、さらに構成が簡単な制御弁の開発が望まれていた。
従って、本発明の目的は、構成が簡単で、吐出側冷媒圧とクランク室冷媒圧との差圧変動を速やかに弁開度に反映させることが可能な容量可変型圧縮機の制御弁を提供することにある。

上記課題を達成するために、下記の手段を講じた。即ち、
請求項１の容量可変型圧縮機の制御弁は、冷媒循環回路を構成し、吐出室とクランク室の圧力差に基づいて吐出容量を変更可能な容量可変型圧縮機用の制御弁であって、冷媒循環回路の吐出室４とクランク室１２とを接続する給気流路の一部を構成すべく本体ハウジング５１内に区画された感圧部ハウジング室５２と、前記感圧部ハウジング室５２内で変位可能に収容され、同感圧部ハウジング室５２内での位置に応じて前記給気流路の開度を調節可能な給気弁体６５と、前記感圧部ハウジング室５２内に区画された感圧室６４と、前記感圧室６４内に配設され前記給気弁体６５と共に同感圧室６４を高圧室６４ａと低圧室６４ｂとに区画するベローズ６２とを備え、前記吐出冷媒圧Ｐｄは高圧室６４ａに導入されるとともに、クランク室冷媒圧Ｐｃは低圧室６４ｂに導入され、前記高圧室６４ａと低圧室６４ｂとの圧力差の変動に基づくベローズ６２の変位は、同圧力差の変動を打ち消す側に容量可変型圧縮機の吐出容量が変更されるように給気弁体６５の位置決めに反映されると共に、前記給気弁体６５には、高圧室６４ａから低圧室６４ｂに冷媒が流動可能な絞り流路６６が形成されていることを特徴とし、かかる特徴により、給気流路の開度を調節する制御によってクランク室の圧力調節を行う。

請求項２の容量可変型圧縮機の制御弁は、請求項１に記載の容量可変型圧縮機の制御弁において、前記ベローズ６２に付与する力を外部からの制御によって変更可能で、同ベローズ６２による前記給気弁体６５の位置決め動作の基準となる設定差圧を変更可能な外部制御手段を備えたことを特徴とし、かかる特徴により、外部制御手段によって設定差圧を変更可能としており、同外部制御手段を備えない、言い換えれば、単一の設定差圧しか持ち得ない制御弁と比較して、細やかな空調制御が可能となる。

請求項３の容量可変型圧縮機の制御弁は、請求項２に記載の容量可変型圧縮機の制御弁において、前記外部制御手段は、前記ベローズ６２に付与する力を外部からの電気制御によって変更可能な電磁駆動部を具備してなることを特徴とし、かかる特徴により、外部制御手段の好適な構成を限定するものである。

請求項４の容量可変型圧縮機の制御弁は、請求項１から３のいずれかに記載の容量可変型圧縮機の制御弁において、前記絞り流路６６の入口は高圧室６４ａに開口し、出口は前記低圧室６４ｂに開口して形成されていることを特徴とし、かかる特徴により、制御弁における構成・容量可変型圧縮機の冷媒流路共に簡略化される。
なお、上記構成要素の記載において、下記の実施形態との対応関係を明確にするために図面符号を付しているが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明によれば、構成が簡単で、吐出側冷媒圧とクランク室冷媒圧との差圧変動を速やかに弁開度に反映させることが可能な容量可変型圧縮機の制御弁を提供することができる。また、本発明は、容量可変型圧縮機と連通する冷媒ポートが２箇所であるために、制御弁・容量可変型圧縮機共に、構成を簡略化できる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図１は本実施形態の可変容量型圧縮機に用いられる制御弁の縦断面図、図２は上記可変容量型圧縮機の概略説明図、図３は上記可変容量型圧縮機内に配置された状態の制御弁の縦断面図である。なお、以下の説明において、上・下・左・右の表現を用いるが、これは図面上で説明するための便宜上のものであり、実際の位置関係はこれに限るものではない。

先ず、実施形態の制御弁を適用する可変容量型圧縮機について説明する。図２において符号２０は斜板式の可変容量型圧縮機であり、例えば、自動車の空調用冷凍サイクルに用いられているものである。冷媒としてはフロンガスが用いられるが、二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルに適用してもよく、冷媒についてその種類を限定するものではない。この可変容量型圧縮機２０は、フロントハウジング５と、該フロントハウジング５と一体のリヤハウジング６に支持されている。
図２において、符号１１は、気密に構成されたクランク室１２（調圧室）内に配置された回転軸であり、エンジンに直結された駆動ベルト１３ａによって回転駆動されるプーリ１３に連結されていて、回転軸１１の回転に従って、回転軸１１に対して傾斜してクランク室１２内に配置された揺動板１４が揺動する。クランク室１２内の周辺部に配置されたシリンダ１５内には、ピストン１７が往復動自在に配置されており、ロッド１８によってピストン１７と揺動板１４とが連結されている。

その結果、揺動板１４が回転・揺動すると、ピストン１７がシリンダ１５内で往復動して、吸入室３からシリンダ１５内に低圧（吸入冷媒圧）の冷媒が吸入され、その冷媒がシリンダ１５内で圧縮されて、高圧（吐出冷媒圧Ｐｄ）になり、その冷媒が吐出室４から吐出される。吸入室３には、上流側の蒸発器３０側から吸入管路１を経由して冷媒が送り込まれ、吐出室４からはその下流側の凝縮器４０側へ吐出管路２を経由して高圧冷媒が送り出される。

上記揺動板１４の傾斜角度はクランク室１２内の冷媒圧（クランク室冷媒圧Ｐｃ）によって変化し、その揺動板１４の傾斜角度によってピストン１７のストロークの長さが変化し、シリンダ１５からの冷媒の吐出量（即ち、圧縮容量）が変化する。吐出量は揺動板１４が実線で示されるように傾斜しているときが多く、二点鎖線で示されるように傾斜していないときは少ない。そして、揺動板１４が回転軸１１に対して垂直になれば吐出量はゼロになる。ただし、揺動板１４が次第に傾斜のない状態（二点鎖線に近づく状態）に移行するにしたがって、回転軸１１を囲んで装着された最低流量保持スプリング１９が揺動板１４によって次第に圧縮される。

その結果、最低流量保持スプリング１９から揺動板１４への反力が次第に大きくなって、揺動板１４が回転軸１１に対して垂直の向きまでは到達せず、吐出量が最大吐出量の例えば３〜５％程度より少なくならないようになっている。

次に、上記可変容量型圧縮機２０に適用される制御弁１００について詳細に説明する。図１，３に示す制御弁１００は、図２に示す可変容量型圧縮機２０のリヤハウジング６側に設けられ、該リヤハウジング６に形成された制御弁用空間８内に、Ｏリングs1,s2を介して気密性を保った状態で配設される。

図１に示すように、制御弁１００は、本体部５０と、クランク室１２内の冷媒圧Ｐｃを制御して可変圧縮容量制御を行うためのソレノイド励磁部７０と、感圧部６１とで形成されており、前記ソレノイド励磁部７０は制御弁１００の下部に配置され、前記本体部５０の内側には前記感圧部６１が配置されている。

前記本体部５０を構成する本体ハウジング５１には、図１に示すように、上下に長い筒状体で、その軸芯部には孔部、即ち、上方の大径孔部５２ａ及び小径孔部５２ｂからなる感圧部ハウジング室５２と、下方のスプリング室５５が連通して形成され、スプリング室５５の側部にはクランク室連通ポート５４が形成されている。

また、上記感圧部ハウジング室５２内には、その底部にベローズ受環６３が嵌合されると共に、該ベローズ受環６３の上面に当接するように、感圧部ハウジング６０がＯリングs3を介して嵌合・装着されている。なお、前記ベローズ受環６３の下面は、本体ハウジング５１に形成されている受け段部５３に支持されている。

また、上記感圧部ハウジング６０は、筒部６０ａと上底部６０ｂとからなり、筒部６０ａの下端部が上記ベローズ受環６３に当接すると共に本体ハウジング５１の内壁に嵌合されている。また、前記上底部６０ｂの中心部には吐出冷媒ポート６０ｃが穿設され、該吐出冷媒ポート６０ｃは、図３に示すように、吐出管連通路１０に連通している。

上記感圧部ハウジング室５２内には、上下に所定長さの感圧室６４が形成される。該感圧室６４には、全体として円筒状のベローズ６２が配置され、該ベローズ６２の下部はベローズ受環６３に気密状態で固定・支持されると共に、その上部は給気弁体６５の周部に気密状態で固定される。そして、このベローズ６２の内部は低圧室６４ｂとして下方のスプリング室５５に連通させると共に、ベローズ６２の外部は高圧室６４ａとして吐出冷媒ポート６０ｃに連通させている。つまり、ベローズ６２の長さ（上下高さ）は、高圧室６４ａに作用する冷媒圧（Ｐｄ）と低圧室６４ｂに作用する冷媒圧（Ｐｃ）との差圧によって決定される。

上記ベローズ６２の上端部に密閉・固定されている給気弁体６５は、その上部が上底部６０ｂに形成されている給気弁座部６０ｄに離接するように、配置されている。即ち、給気弁体６５の下部に設けられているベローズ６２が伸長すると給気弁体６５は給気弁座部６０ｄに当接して閉弁する。また、ベローズ６２が縮小すると給気弁体６５はベローズ６２の縮小度に応じてその分だけ給気弁座部６０ｄから離れる。上記給気弁体６５には、上記高圧室６４ａと低圧室６４ｂとを連通させる絞り流路６６が形成される。
絞り流路６６の流路は小断面積であり、冷媒は高圧室６４ａから低圧室６４ｂに徐々に流れることになり、低圧室６４ｂの冷媒は、スプリング室５５及びクランク室連通ポート５４を介して、図２，３に示すように、クランク室連通路９に流れる。

上記給気弁体６５の下部にはシャフト８０が装着されている。該シャフト８０は、断面円形で異径の棒状体からなり、上記給気弁体６５の下部に装着される細径部（上端部）８３と、該細径部８３に連続し低圧室６４ｂ及びスプリング室５５に位置する小径部８２と、該小径部８２に連続し大径の吸引子７６に摺接して支持される吸引子摺接部８５と、後述のプランジャ７４に連結されるプランジャ連結部８４と、からなる。また、小径部８２と吸引子摺接部８５との間には、スプリング受け段部８１が形成され、該スプリング受け段部８１と前記ベローズ受環６３の下面との間には開弁スプリング８６が縮装され、前記シャフト８０を下方に、つまり、給気弁体６５を開弁方向に弾発している。

前記シャフト８０と前記吸引子７６との間には、プランジャ７４を吸引子７６側から離す方向に付勢する開弁スプリング８６が設けられている。
電磁駆動部としてのソレノイド励磁部７０は、本体ハウジング５１の下部に装着されているソレノイドハウジング７１を備え、該ソレノイドハウジング７１の内部には、ソレノイド７３と、該ソレノイド７３の励磁によって上下方向に移動するプランジャ７４と、吸引子７６と、を備え、前記プランジャ７４を配置したプランジャ室７２は、前記本体ハウジング５１に備えられたクランク室連通ポート５４と連通している。また、前記ソレノイド７３には、制御部（図示なし）によって制御される励磁電流を供給できるリード線９１がコイルアセンブリ９０を介して接続されている。

次に、制御弁１００の作用について可変容量型圧縮機２０の作動と共に説明する。可変容量型圧縮機２０が運転状態において、ソレノイド励磁部７０への通電がオフの状態では、図１に示すように、給気弁体６５は「全開」の状態にある。したがって、この状態では、吐出冷媒圧Ｐｄの変動に伴うクランク室冷媒圧Ｐｃの冷媒圧制御はなされない。
リード線９１からソレノイド励磁部７０へ通電されて制御開始の後には、通電量に応じて吸引子７６が磁化し、プランジャ７４が吸引子７６に吸引されてシャフト８０が所定長さ上動し、給気弁体６５は「全開」から「開」の状態となる。

そして、ソレノイド７３への通電電流値を変化させて吸引子７６の磁力を変えると、それに対応して、クランク室冷媒圧Ｐｃが変化し、それによって圧縮容量（吐出量）が変更され、クランク室冷媒圧Ｐｃが異なるレベルで一定に維持された状態になる。

即ち、ソレノイド励磁部７０の電磁力が小さくなると、プランジャ７４が開弁スプリング８６により所定量下動することからシャフト８０を介して給気弁体６５が下動する（一層、「開」となる）結果、図２，３に示すように、吐出冷媒ポート６０cに流入した高圧冷媒（吐出冷媒圧Ｐｄ）は、給気弁座部６０ｄと給気弁体６５との間、高圧室６４ａ、絞り横流路６６ａ及び絞り縦流路６６ｂ、低圧室６４ｂ、スプリング室５５、クランク室連通ポート５４、及び、クランク室連通路９を通ってクランク室１２へ流れる冷媒の冷媒流量が増大し、クランク室冷媒圧Ｐｃが速やかに上昇し、揺動板１４が回転軸１１に対して垂直になる方向に近づいて冷媒の吐出量が速やかに少なくなる。

逆に、制御弁１００の電磁力が大きくなると、プランジャ７４が吸引子７６の吸引力により所定量上動してシャフト８０が上動し、給気弁体６５が上動する（一層、「閉」となる）結果、吐出冷媒ポート６０ｃからクランク室への冷媒流量が減少し、クランク室冷媒圧Ｐｃが速やかに下降し、揺動板１４が回転軸１１に対して傾斜角度が小さくなり冷媒の吐出量が速やかに多くなる。

なお、ソレノイド７３への通電電流値の制御は、エンジン、車室内外の温度、蒸発器センサ、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が、ＣＰＵ等を内蔵する制御部に入力され、その演算結果に基づく制御信号が制御部からソレノイド７３に送られて行われる。ソレノイド７３の駆動回路は、図示が省略されている。

そして、ソレノイド７３への通電が停止された状態では、シャフト８０を付勢する開弁スプリング８６の付勢力により、給気弁体６５が給気弁座部６０ｄから離れて全開状態になる。

電流値が一定でソレノイド励磁部７０の電磁力が一定の状態（制御状態）において、給気弁体６５には、開弁スプリング８６による下向き（弁開方向）のバネ力の外に、吐出冷媒ポート６０ｃ（吐出冷媒圧Ｐｄ）から下向きの冷媒圧が作用し、クランク室冷媒圧Ｐｃが給気弁体６５の下面に、また、プランジャ７４に作用するクランク室冷媒圧Ｐｃがシャフト８０を介して上向き（弁閉方向）の冷媒圧が作用し、更に、ベローズ６２に対しては、高圧室６４ａから吐出冷媒圧Ｐｄより低い圧（吐出冷媒圧Ｐｄとクランク室冷媒圧Ｐｃとの中間圧）の冷媒圧と、低圧室６４ｂ側のクランク室圧力Ｐｃとの差圧による縮小力、即ち、下向きの力が作用する。

いずれの力も、吐出冷媒圧Ｐｄとクランク室冷媒圧Ｐｃとの差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）によるもので、この差圧の変動に伴って給気弁体６５が上下動して、開度調整（開閉）がなされ、速やかなクランク室冷媒圧Ｐｃの調整がなされる。
なお、本実施形態に係る制御弁は、容量可変型圧縮機用として開発したものであるが、その他の流量制御弁として用いることができることは言うまでもない。

実施形態１に係る可変容量型圧縮機に用いられる制御弁の縦断面図。 同可変容量型圧縮機の概略説明図。 同可変容量型圧縮機内に配置された状態の制御弁の縦断面図。

符号の説明

Ｐｄ・・吐出冷媒圧、Ｐｃ・・クランク室冷媒圧、
１・・吸入管路、１ａ・・支管、２・・吐出管路、３・・吸入室、
４・・吐出室、 ５・・フロントハウジング、６・・リヤハウジング、
８・・制御弁用空間、９・・クランク室連通路、１０・・吐出管連通路、
１１・・回転軸、１２・・クランク室、
１３・・プーリ、１３ａ・・駆動ベルト、１４・・揺動板、
１５・・シリンダ、１７・・ピストン、１８・・ロッド、
１９・・最低流量保持スプリング、２０・・可変容量型圧縮機、３０・・蒸発器、

４０・・凝縮器、５０・・本体部、５１・・本体ハウジング、
５２・・感圧部ハウジング室、５２ａ・・大径孔部、５２ｂ・・小径孔部、
５３・・受け段部、５４・・クランク室連通ポート、５５・・スプリング室、
６０・・感圧部ハウジング、６０ａ・・筒部、６０ｂ・・上底部、
６０ｃ・・吐出冷媒ポート、６０ｄ・・給気弁座部、６１・・感圧部、
６２・・ベローズ、６３・・ベローズ受環、
６４・・感圧室、６４ａ・・高圧室、６４ｂ・・低圧室、
６５・・給気弁体、６６・・絞り流路、
６６ａ・・絞り横流路、６６ｂ・・絞り縦流路、

７０・・ソレノイド励磁部、７１・・ソレノイドハウジング、
７２・・プランジャ室、７３・・ソレノイド、７４・・プランジャ、
７５・・ソレノイド部支持筒、７６・・吸引子、
８０・・シャフト、８１・・スプリング受け段部、８２・・小径部、
８３・・細径部、８４・・プランジャ連結部、８５・・吸引子摺接部、
８６・・開弁スプリング、９０・・コイルアセンブリ、９１・・リード線、
１００・・（可変容量型圧縮機用の）制御弁

Claims (4)

1. 冷媒循環回路を構成し、吐出室とクランク室の圧力差に基づいて吐出容量を変更可能な容量可変型圧縮機用の制御弁であって、
   冷媒循環回路の吐出室とクランク室とを接続する給気流路の一部を構成する本体ハウジング内に区画された感圧部ハウジング室と、前記感圧部ハウジング室内で変位可能に収容され、同感圧部ハウジング室内の位置に応じて前記給気流路の開度を調節可能な給気弁体と、前記感圧部ハウジング室内に区画された感圧室と、前記感圧室内に配設され前記給気弁体と共に同感圧室を高圧室と低圧室とに区画するベローズとを備え、前記吐出冷媒圧は高圧室に導入されるとともに、クランク室冷媒圧は低圧室に導入され、前記高圧室と低圧室との圧力差の変動に基づくベローズの変位は、同圧力差の変動を打ち消す側に容量可変型圧縮機の吐出容量が変更されるように給気弁体の位置決めに反映されると共に、前記給気弁体には、高圧室から低圧室に冷媒が流動可能な絞り流路が形成されていることを特徴とする容量可変型圧縮機の制御弁。
2. 前記ベローズに付与する力を外部からの制御によって変更可能で、同ベローズによる前記給気弁体の位置決め動作の基準となる設定差圧を変更可能な外部制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の容量可変型圧縮機の制御弁。
3. 前記外部制御手段は、前記ベローズに付与する力を外部からの電気制御によって変更可能な電磁駆動部を具備してなることを特徴とする請求項２に記載の容量可変型圧縮機の制御弁。
4. 前記絞り流路の入口は前記高圧室に開口し、出口は前記低圧室に開口して形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の容量可変型圧縮機の制御弁。

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