JP4959525B2 - 可変容量型圧縮機用制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、可変容量型圧縮機に適用される冷凍サイクルの制御弁に係り、特に、必要に応じて吐出圧領域からクランク室内における冷媒の供給と、クランク室内における冷媒の吸込側領域への排出を制御する可変容量型圧縮機用の制御弁に関する。

自動車用空調装置の冷凍サイクルに用いられる圧縮機は、エンジンにベルト等で直結されていることから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圧縮容量（吐出量）を変えることができる可変容量型圧縮機が用いられている。

この可変容量型圧縮機は、一般的に、吸入管路に通じる吸入室から吸入した冷媒を圧縮して吐出管路に通じる吐出室に吐出し、制御弁で冷媒圧制御される調圧室（クランク室）の冷媒圧変化により冷媒の吐出量を変化させる構成となっている。

下記特許文献１には、可変容量型圧縮機の吸入圧Ｐｓとベローズ等の感圧応動部材の反力との圧力バランスにより吸気側に配置される弁体部を開閉して、吐出通路（吐出圧Ｐｄ）からクランク室（クランク室圧Ｐｃ）に吐出冷媒を流動（吸気）させてクランク室圧Ｐｃを制御する冷凍サイクル用の制御弁が開示されている。この制御弁によれば、可変容量型圧縮機のクランク室圧Ｐｃの制御が可能である。

しかしながら、上記制御弁では、可変容量型圧縮機のクランク室圧Ｐｃの制御には吸入圧Ｐｓの変動から制御終了までに相当の時間がかかる等、応答性等に課題があった。

そこで、本願の出願人は先に、応答性等を向上させるべく、次のような構成の制御弁を提案している（特許文献２等を参照）。

かかる提案の制御弁は、基本的には、弁棒と、弁本体と、弁棒を弁開閉方向に駆動するための電磁式アクチュエータと、圧縮機の吸入圧Ｐｓに応動して弁棒を弁開閉方向に駆動するベローズ等の感圧応動部材とを備える。

そして、この制御弁の下半分程度が図３に示されているように、弁棒１５には、下から順に、給気弁体部１５ａ、下部小径部１５ｂ、中間大径部１５ｃ、中間小径部１５ｄ、上部大径部１５ｅが設けられており、上部大径部１５の下端部（下端段丘面）が抽気弁体部１５ｇとなっている。また、弁棒１５の上端部（縦穴１５ｆ）には、前記感圧応動部材により上下方向に駆動される作動棒１４の下部小径部１４ｃが圧入等で連結固定され、弁棒１５の上端面と作動棒１４の大径部（図示せず）とで前記電磁式アクチュエータのプランジャ３７を挟持するようにされて、弁棒１５とプランジャ３７とが一体的に昇降するようになっている。

一方、弁本体２０は、下から順に、圧縮機のクランク室に連通するクランク室圧ポート２６Ａ、前記給気弁体部１５ａがその下面側に接離する給気弁シート部２２Ａ、吐出圧Ｐｄを導入するための吐出圧ポート２５を有する給気弁室２１Ａ、弁棒１５の中間大径部１５ｃが摺動自在に嵌挿された案内孔１９、外部から前記クランク室圧Ｐｃを導入するためのクランク室圧導入ポート２６Ｂ、弁棒１５の中間小径部１５ｄより大径で、前記抽気弁体部１５ｇが接離する抽気弁シート部２２Ｂを有する抽気弁室２１Ｂ、吸入圧Ｐｓを導出するための吸入圧ポート２７を有する吸入圧室２３等が設けられている。

かかる構成の制御弁では、可変容量型圧縮機の運転状態において、電磁式アクチュエータ（のソレノイド）への通電がオフの状態では、図示のように、給気弁体部１５ａは全開、抽気弁体部１５ｇは全閉の状態である。この状態では、吐出圧Ｐｄ及び吸入圧Ｐｓの変動に伴うクランク室圧Ｐｃの制御はなされない。

ソレノイドが通電されてその電磁力が一定の状態（制御状態）では、給気弁体部１５ａは吸入圧Ｐｓの変動に伴って開度調整（開閉）され、また、同時に、抽気弁体部１５ｇも弁棒１５を介して給気弁体部１５ａと同じ上下動による開度調整（閉開）が行われる。この間において、吸入圧Ｐｓが上昇すると、給気弁体部１５ａは上方（閉方向）に移動し、同時に抽気弁体部１５ｇも上方（開方向）に移動するから、給気弁体部１５ａと抽気弁体部１５ｇとの協同作用により、従来の弁体部が一つだけのものに比して、速やかにクランク室圧Ｐｃが下降する。

また、逆に、吸入圧Ｐｓが下降すると、給気弁体部１５ａは下方（開方向）に移動し、同時に抽気弁体部１５ｇも下方（閉方向）に移動するから、給気弁体部１５ａと抽気弁体部１５ｇの協同作用により、従来の弁体部が一つだけのものに比して、速やかにクランク室圧Ｐｃが上昇する。

そして、ソレノイドの電磁力を変えると、それに対応して、クランク室圧Ｐｃが変化し、それによって圧縮容量（吐出量）が変更され、吸入圧Ｐｓが異なるレベルで一定に維持された状態になる。

すなわち、ソレノイドの電磁力が小さくなると、プランジャ３７に対する上向きの吸引力が弱くなるため、プランジャ３７が下動し、それと一緒に弁棒１５、給気弁体部１５ａ、及び抽気弁体部１５ｇも下動し、給気弁体部１５ａの弁開度は大きくなるが、抽気弁体部１５ｇの弁開度は小さくなる結果、吐出圧ポート２５からクランク室圧ポート２６Ａへの冷媒流量が増大するとともに、クランク室圧導入ポート２６Ｂから吸入圧ポート２７への冷媒流量が減少し、この給気弁体部１５ａと抽気弁体部１５ｇとの協同作用により、従来の弁体部が一つだけのものに比して、クランク室圧Ｐｃが速やかに上昇し、圧縮機の吐出量が速やかに減少する。

逆に、ソレノイドの電磁力が大きくなると、プランジャ３７に対する上向きの吸引力が強くなるため、プランジャ３７が上動し、それと一緒に弁棒１５、給気弁体部１５ａ、及び抽気弁体部１５ｇも上動し、給気弁体部１５ａの弁開度は小さくなるが、抽気弁体部１５ｇの弁開度は大きくなる結果、吐出圧ポート２５からクランク室圧ポート２６Ａへの冷媒流量が減少するとともに、クランク室圧導入ポート２６Ｂから吸入圧ポート２７への冷媒流量が増大し、この給気弁体部１５ａと抽気弁体部１５ｇとの協同作用により、従来の弁体部が一つだけのものに比して、クランク室圧Ｐｃが速やかに下降し、圧縮機の吐出量が速やかに増大する。

このように、上記提案の制御弁では、弁棒１５に給気弁体部１５ａと抽気弁体部１５ｇを設け、給気弁体部１５ａの開度が大きくなるときは抽気弁体部１５ｇの開度が小さくなり、逆に、給気弁体部１５ａの開度が小さくなるときは抽気弁体部１５ｇの開度が大きくなるようにして、給気弁体部１５ａと抽気弁体部１５ｇとが協同してクランク室圧Ｐｃを制御するようにしているので、従来の弁体部が一つだけのものに比して、クランク室圧（制御圧）Ｐｃを目標値（所望値）に素早く近づけることが可能となり、応答性や制御効率が向上する。

特開２００２−３０３２６２号公報 特開２００４−３１６４２９号公報

しかしながら、前記提案の可変容量型圧縮機用制御弁では、当該制御弁の外部からクランク室圧導入ポート２６Ｂにクランク室圧Ｐｃを導入して、これを抽気弁体部１５ｇを介して吸入圧ポート２７に導出するようにしているので、弁本体２０に別途にクランク室圧導入ポート２６Ｂを設けることが必要となるとともに、当該制御弁が使用される圧縮機に前記クランク室圧Ｐｃをクランク室圧導入ポート２６Ｂに導くための通路等が必要となるため、構造面やコスト面、さらに冷媒の流動（経路）面等において改善すべき課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、構造の単純化を図ってコスト上昇を抑えながら、クランク室圧Ｐｃの制御の応答性を高めることができるとともに、冷媒の無駄な流動を低減し得て、制御効率の向上を図ることのできる可変容量型圧縮機用制御弁を提供することを目的とする。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁は、基本的には、弁棒と、弁本体と、前記弁棒を弁開閉方向に駆動するための電磁式アクチュエータと、圧縮機の吸入圧に応動して前記弁棒を弁開閉方向に駆動する感圧応動部材とを備え、前記弁棒には、下から順に、給気弁体部、該給気弁体部より小径の小径部、該小径部より大径の中間大径部、及び抽気弁体部が設けられ、前記弁本体には、下から順に、圧縮機のクランク室に連通するクランク室圧ポート、前記給気弁体部が接離する給気弁シート部、圧縮機の吐出圧を導入するための吐出圧ポートを有する給気弁室、前記弁棒の中間大径部が摺動自在に嵌挿される案内孔、前記抽気弁体部が接離する抽気弁シート部を有する抽気弁室、吸入圧を導出するための吸入圧ポートを有する吸入圧室が設けられ、かつ、前記弁棒に、前記クランク室圧ポートと前記抽気弁室とを連通するクランク室圧通路が設けられて、前記弁棒が上下動すると、前記給気弁体部の開度と前記抽気弁体部の開度が逆方向に変化するようにされていることを特徴としている。

好ましい態様では、前記給気弁体部が前記給気弁シート部の下側に位置せしめられるとともに、前記抽気弁体部が前記抽気弁シート部の上側に位置せしめられる。

本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁では、弁棒が上下動すると、給気弁体部の開度と抽気弁体部の開度が逆方向に変化するようにされて、給気弁体部と抽気弁体部とが協同してクランク室圧を制御するようにされているので、クランク室圧（制御圧）Ｐｃを目標値（所望値）に素早く近づけることが可能となる。

しかも、弁棒に、クランク室圧ポートと抽気弁室とを連通するクランク室圧通路が設けられているので、クランク室圧Ｐｃは前記クランク室圧ポートから外部を迂回することなく当該制御弁内の前記クランク室圧通路及び抽気弁体部を介して吸入圧ポートに導かれる。

このため、図３に示される従来の制御弁に設けられていたクランク室圧導入ポート（２６Ｂ）が不要となるとともに、圧縮機にクランク室圧Ｐｃを前記クランク室圧導入ポート（２６Ｂ）に導くための通路等も不要となる。

その結果、構造が単純となるとともに、コスト低減を図れ、さらに、クランク室圧Ｐｃの制御の応答性を高めることができるとともに、冷媒の無駄な流動を低減できて、制御効率の向上等も図ることができる。

以下、本発明の可変容量型圧縮機用制御弁の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の一実施形態を示す縦断面図、図２は図１の要部拡大図である。なお、図１及び図２に示される可変容量型圧縮機用制御弁１においては、前述した図３に示される従来例の各部に対応する部分には同一の符号を付している。

図示実施形態の制御弁１は、弁棒１５と、弁本体２０と、弁棒１５を弁開閉方向に駆動するための電磁式アクチュエータ３０と、圧縮機の吸入圧に応動して弁棒１５を弁開閉方向（上下方向）に駆動する感圧応動部材としてのベローズ本体４０とを備える。

前記電磁式アクチュエータ３０は、通電励磁用のコネクタ部３１を有するコイル３２、該コイル３２の内周側に配在された円筒状のステータ３３、該ステータ３３の下端部内周に圧入固定された断面凹字状の吸引子３４、ステータ３３の下端部外周（段差部）にその上端部がＴＩＧ溶接により接合された鍔状部３５ａ付きパイプ３５、吸引子３４の下方でパイプ３５の内周側に上下方向に摺動自在に配在されたプランジャ３７、及び、前記コイル３２の外周を覆うように配在された有底穴付き円筒状のハウジング６０を備えている。

また、前記ステータ３３の上部には、六角穴付きの調節ねじ６５が螺合せしめられ、ステータ３３の内周側における前記調節ねじ６５と吸引子３４との間には、圧縮機の吸入圧Ｐｓが導入される感圧室４５が形成され、この感圧室４５には感圧応動部材としての、ベローズ４１、逆凸字状の上ストッパ４２、逆凹字状の下ストッパ４３、及び圧縮コイルばね４４からなるベローズ本体４０が配在され、さらに、ベローズ本体４０と吸引子３４との間には、ベローズ本体４０を収縮させる方向（調節ねじ６５側に圧縮する方向）に付勢する圧縮コイルばね４６が配在されている。また、ベローズ本体４０の下ストッパ４３（の逆凹部）とプランジャ３７（の凹部３７ｂ）との間には、前記吸引子３４を貫通する段付きの作動棒１４が配在され、さらに、吸引子３４とプランジャ３７の凹部３７ｂ内に位置する作動棒１４の中間大径部１４ｂとの間には、プランジャ３７を下方（開弁方向）に付勢する圧縮コイルばねからなる開弁ばね４７が配在されている。

弁本体２０の上端部には、Ｏリング５７を介して前記パイプ３５の下端鍔状部３５ａが乗せられ、この鍔状部３５ａと前記コイル３２との間には鍔状部５６ａ付き短円筒状のパイプホルダ５６が介装され、それらの鍔状部３５ａ、５６ａが弁本体２０の上端外周かしめ部２９により共締め固定されている。また、パイプホルダ５６の上端部には、前記ハウジング６０の穴付き底部６１が圧入固定され、ハウジング６０の上端部６２は、前記コネクタ部３１の鍔状部３１ｃ上にかしめ固定され、ハウジング６０とコネクタ部３１とコイル３２との間にはＯリング６６が介装されている。なお、コネクタ部３１の中央下部には、前記調節ねじ６５の六角穴に嵌合せしめられる凸部３１ｂが突設された凹部３１ａが形成されており、この凹部３１ａ内に前記ステータ３３及び調節ねじ６５の上部が挿入されている。

そして、図１に加えて、本制御弁１の下半分程度を拡大して示す図２に参照すればよくわかるように、弁棒１５には、下から順に、給気弁体部１５ａ、この給気弁体部１５ａより小径の小径部１５ｂ、該小径部１５ｂより大径の中間大径部１５ｃ、後述する案内孔１９との間に抽気弁室２１Ｂを画成するための環状凹部１５ｈ、抽気弁体部１５ｇ、及び、上部大径部１５ｅが設けられている。

一方、前記弁本体２０には、下から順に、圧縮機のクランク室に連通するクランク室圧ポート２６Ａ、前記給気弁体部１５ａがその下面側に接離する給気弁シート部２２Ａ、圧縮機の吐出圧を導入するための吐出圧ポート２５を有する給気弁室２１Ａ、前記弁棒１５の中間大径部１５ｃが摺動自在に嵌挿される案内孔１９、前記抽気弁体部が接離する抽気弁シート部２２Ｂを有する抽気弁室２１Ｂ、及び、吸入圧Ｐｓを導出するための吸入圧ポート２７を有する吸入圧室２３が設けられている。

また前記弁棒１５には、前記クランク室圧ポート２６と前記抽気弁室２１Ｂとを連通する複数本の横孔７２と縦貫孔７１とからなるクランク室圧通路７０が設けられている。

なお、弁棒１５の上端部（縦貫孔７１の上端部）には、前記ベローズ本体４０等により上下方向に駆動される作動棒１４の下部小径部１４ｃが圧入等で連結固定され、弁棒１５の上端面と作動棒１４の中間大径部１４ｂとで電磁式アクチュエータ３０のプランジャ３７を挟持するようにされて、弁棒１５とプランジャ３７とが一体的に昇降するようになっている。

一方、前記弁本体２０の上部中央には、プランジャ３７の最下降位置を規制するための凸状ストッパ部２８が突設され、この凸状ストッパ部２８を含む弁室上方の中央部分には、前記弁棒１５の上部大径部１５ｅが緩く挿入されている。また、前記プランジャ３７と弁本体２０の上部外周（凸状ストッパ部２８外周）との間には、圧縮機の吸入圧Ｐｓの冷媒が導入される吸入圧冷媒導入室２３が形成されるとともに、その外周側に複数個の吸入圧ポート２７が形成され、この吸入圧ポート２７から吸入圧冷媒導入室２３に導入された吸入圧力Ｐｓの冷媒は、プランジャ３７の外周に形成された縦溝３７ａ、３７ａ、…や吸引子３４と作動棒１４との間に形成される隙間３９等を介して前記感圧室４５に導入される。

このような構成とされた本実施形態の制御弁１では、可変容量型圧縮機の運転状態において、電磁式アクチュエータ（のソレノイド）への通電がオフの状態では、図示のように、給気弁体部１５ａは全開、抽気弁体部１５ｇは全閉の状態である。この状態では、吐出圧Ｐｄ及び吸入圧Ｐｓの変動に伴うクランク室圧Ｐｃの制御はなされない。

それに対し、ソレノイドへの通電がオンになると、ソレノイドの電磁力により、プランジャ３７が吸引子３４側（上方）に引き寄せられて、弁棒１５が給気弁体部１５ａ及び抽気弁体部１５ｇを伴って上動し、給気弁体部１５ａが給気弁シート部２２Ａに近づく（開度が小さくなる）とともに、抽気弁体部１５ｇが抽気弁シート部２２Ｂから離れ（開き）、クランク室圧Ｐｃが弁棒１５に設けられたクランク室圧通路７０から抽気弁室２１Ｂ及び抽気弁体部１５ｇを介して吸入圧室２３及び吸入圧ポート２７に導出される。

より詳細には、ソレノイドが通電されてその電磁力が一定の状態（制御状態）では、給気弁体部１５ａは吸入圧Ｐｓの変動に伴って開度調整（開閉）され、また、同時に、抽気弁体部１５ｇも弁棒１５を介して給気弁体部１５ａと同じ上下動による開度調整（閉開）が行われる。この間において、吸入圧Ｐｓが上昇すると、給気弁体部１５ａは上方（閉方向）に移動し、同時に抽気弁体部１５ｇも上方（開方向）に移動するから、給気弁体部１５ａと抽気弁体部１５ｇとの協同作用により、従来の弁体部が一つだけのものに比して、速やかにクランク室圧Ｐｃが下降する。

また、逆に、吸入圧Ｐｓが下降すると、給気弁体部１５ａは下方（開方向）に移動し、同時に抽気弁体部１５ｇも下方（閉方向）に移動するから、給気弁体部１５ａと抽気弁体部１５ｇの協同作用により、従来の弁体部が一つだけのものに比して、速やかにクランク室圧Ｐｃが上昇する。

そして、ソレノイドの電磁力を変えると、それに対応して、クランク室圧Ｐｃが変化し、それによって圧縮容量（吐出量）が変更され、吸入圧Ｐｓが異なるレベルで一定に維持された状態になる。

すなわち、ソレノイドの電磁力が小さくなると、プランジャ３７に対する上向きの吸引力が弱くなるため、プランジャ３７が下動し、それと一緒に弁棒１５、給気弁体部１５ａ、及び抽気弁体部１５ｇも下動し、給気弁体部１５ａの弁開度は大きくなるが、抽気弁体部１５ｇの弁開度は小さくなる結果、吐出圧ポート２５からクランク室圧ポート２６Ａへの冷媒流量が増大するとともに、クランク室圧導入ポート２６Ｂから吸入圧ポート２７への冷媒流量が減少し、この給気弁体部１５ａと抽気弁体部１５ｇとの協同作用により、従来の弁体部が一つだけのものに比して、クランク室圧Ｐｃが速やかに上昇し、圧縮機の吐出量が速やかに減少する。

逆に、ソレノイドの電磁力が大きくなると、プランジャ３７に対する上向きの吸引力が強くなるため、プランジャ３７が上動し、それと一緒に弁棒１５、給気弁体部１５ａ、及び抽気弁体部１５ｇも上動し、給気弁体部１５ａの弁開度は小さくなるが、抽気弁体部１５ｇの弁開度は大きくなる結果、吐出圧ポート２５からクランク室圧ポート２６Ａへの冷媒流量が減少するとともに、クランク室圧導入ポート２６Ｂから吸入圧ポート２７への冷媒流量が増大し、この給気弁体部１５ａと抽気弁体部１５ｇとの協同作用により、従来の弁体部が一つだけのものに比して、クランク室圧Ｐｃが速やかに下降し、圧縮機の吐出量が速やかに増大する。

このように、本実施形態の制御弁１では、弁棒１５に給気弁体部１５ａと抽気弁体部１５ｇを設け、給気弁体部１５ａの開度が大きくなるときは抽気弁体部１５ｇの開度が小さくなり、逆に、給気弁体部１５ａの開度が小さくなるときは抽気弁体部１５ｇの開度が大きくなるようにして、給気弁体部１５ａと抽気弁体部１５ｇとが協同してクランク室圧Ｐｃを制御するようにしているので、従来の弁体部が一つだけのものに比して、クランク室圧（制御圧）Ｐｃを目標値（所望値）に素早く近づけることが可能となる。

しかも、弁棒１５に、クランク室圧ポート２６と抽気弁室２１Ｂとを連通するクランク室圧通路７０が設けられているので、クランク室圧Ｐｃは前記クランク室圧ポート２６から外部を迂回することなく当該制御弁１内の前記クランク室圧通路７０及び抽気弁体部１５ｇを介して吸入圧室２３及び吸入圧ポート２７に導かれる。

このため、図３に示される従来の制御弁に設けられていたクランク室圧導入ポート（２６Ｂ）が不要となるとともに、圧縮機にクランク室圧Ｐｃを前記クランク室圧導入ポート（２６Ｂ）に導くための通路等も不要となる。

その結果、構造が単純となるとともに、コスト低減を図れ、さらに、クランク室圧Ｐｃの制御の応答性を高めることができるとともに、冷媒の無駄な流動を低減できて、制御効率の向上等も図ることができる。

本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の一実施形態を示す縦断面図。 図１に示される制御弁の要部の拡大縦断面図。 従来の可変容量型圧縮機用制御弁の一例の要部の拡大縦断面図。

符号の説明

１ 可変容量型圧縮機用制御弁
１５ 弁棒
１５ａ 給気弁体部
１５ｇ 抽気弁体部
１９ 案内孔
２０ 弁本体
２１Ａ 給気弁室
２１Ａ 抽気弁室
２２Ａ 給気弁シート部
２２Ｂ 抽気弁シート部
２３ 吸入圧室
２５ 吐出圧ポート
２６ クランク室圧ポート
２７ 吸入圧ポート
３０ 電磁式アクチュエータ
３７ プランジャ
４０ ベローズ本体
４５ 感圧室
４７ 開弁ばね
７０ クランク室圧通路

Claims (2)

1. 弁棒と、弁本体と、前記弁棒を弁開閉方向に駆動するための電磁式アクチュエータと、圧縮機の吸入圧に応動して前記弁棒を弁開閉方向に駆動する感圧応動部材とを備えた可変容量型圧縮機用制御弁であって、
   前記弁棒には、下から順に、給気弁体部、該給気弁体部より小径の小径部、該小径部より大径の中間大径部、及び、抽気弁体部が設けられ、前記弁本体には、下から順に、圧縮機のクランク室に連通するクランク室圧ポート、前記給気弁体部が接離する給気弁シート部、圧縮機の吐出圧を導入するための吐出圧ポートを有する給気弁室、前記弁棒の中間大径部が摺動自在に嵌挿される案内孔、前記抽気弁体部が接離する抽気弁シート部を有する抽気弁室、及び、吸入圧を導出するための吸入圧ポートを有する吸入圧室が設けられ、
   かつ、前記弁棒に、前記クランク室圧ポートと前記抽気弁室とを連通するクランク室圧通路が設けられるとともに、前記弁棒が上下動すると、前記給気弁体部の開度と前記抽気弁体部の開度が逆方向に変化するようにされていることを特徴とする可変容量型圧縮機用制御弁。
2. 前記給気弁体部が前記給気弁シート部の下側に位置せしめられるとともに、前記抽気弁体部が前記抽気弁シート部の上側に位置せしめられていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。

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