JP5053740B2 - 可変容量圧縮機の容量制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、空調システム、とくに車両用空調システムに適用される可変容量圧縮機の容量制御弁に関するものである。

例えば、車両用空調システムに用いられる往復動型の可変容量圧縮機は、吐出室、クランク室、吸入室及びシリンダボアが内部に区画形成されたハウジングと、このハウジングのシリンダボアに配設されたピストンと、ハウジング内に回転可能に支持されてエンジンを動力源として回転する駆動軸と、この駆動軸の回転をピストンの往復運動に変換する変換機構を備えており、このピストンが駆動軸の回転力を得て往復運動することで、吸入室からシリンダボア内への作動流体の吸入が成されると共に、この吸入した作動流体の圧縮及び圧縮された作動流体の吐出室への吐出が成されるようになっている。

この往復動型の可変容量圧縮機において、ピストンのストローク長、即ち圧縮機の吐出容量は、クランク室の圧力（制御圧力）を変化させることで可変となっており、吐出容量を制御する容量制御弁は、吐出室とクランク室とを連通する給気通路に配置され、一方、クランク室と吸入室とを連通する抽気通路には絞りが配置されている。
容量制御弁は制御装置によって制御されるようになっていて、この制御装置は、吐出室の圧力（吐出圧力）と吸入室の圧力（吸入圧力）との間の圧力差（差圧）が目標値に近づくように、吐出容量をフィードバック制御するものとなっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１３２６５０号公報

上記した車両用空調システムに用いられる往復動型の可変容量圧縮機において、エンジンを動力源として作動する都合上、その駆動軸の回転数は、アイドリング状態における低回転数領域から加速状態あるいは高速走行状態における高回転領域までの広い範囲で変化する。
とくに、加速時のような回転数が急激に上昇する状況では、吐出圧力あるいは吸入圧力が急激に変化することから（空調システムの冷媒がＣＯ_２である場合には吐出圧力がとくに急変し易いことから）、吐出室とクランク室とを連通する給気通路上に位置している容量制御弁の弁体、即ち吐出室の圧力と吸入室の圧力との圧力差が作用している容量制御弁の弁体が過敏に反応して、いわゆるハンチング現象が生じてしまう可能性がある。

そして、このハンチング現象によりもたらされる吐出容量制御の不安定さによって、車両空調の快適性や可変容量圧縮機の信頼性が損なわれる可能性がないとは言えないという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
本発明は、上記した課題を解決するためになされたもので、例えば、車両用空調システムにおける往復動型の可変容量圧縮機に用いた場合において、急激なエンジン回転数変動時に吐出圧力あるいは吸入圧力が急変したとしても、吐出圧力及び吸入圧力の差が作用している弁体を安定して開閉作動させることが可能であり、その結果、車両空調の快適性や可変容量圧縮機の信頼性を維持ないし向上させることができる可変容量圧縮機の容量制御弁を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、吐出室，クランク室，吸入室及びシリンダボアが内部に区画形成されたハウジングと、前記シリンダボアに配設されたピストンと、前記ハウジングに回転可能に支持された駆動軸と、前記クランク室に収容されて前記駆動軸の回転を前記ピストンの往復運動に変換する変換機構を備えた可変容量圧縮機における容量制御弁であって、前記可変容量圧縮機の吐出室と連通する弁孔と、この弁孔と連通し且つ前記可変容量圧縮機のクランク室と連通する弁室と、この弁室と区画され且つ前記可変容量圧縮機の吸入室と連通する第一感圧室を具備したバルブハウジングと、前記弁室と第一感圧室との間の区画部分で支持されていると共に前記弁室内に位置する一端側に形成されて前記弁孔を開閉して前記吐出室の圧力を受ける第一受圧面を有し且つ前記第一感圧室側に位置する他端側に形成されて前記吸入室の圧力を受ける第二受圧面を有する弁体と、前記弁体に電磁力を作用させて前記吐出室の圧力による力と対向する方向の力を付与するソレノイドを備えた容量制御弁において、前記吐出室と絞りを介して連通する第二感圧室を設けると共に、この第二感圧室の圧力を第三受圧面で受けてこの圧力による力を前記弁体の一端側に作用させる伝達部を設け、第二感圧室の圧力を受ける前記伝達部における第三受圧面の面積は、前記弁体の第一受圧面で弁孔を閉塞した状態において規定されるシール面積と同等ないし小さく設定してある構成としたことを特徴としており、この可変容量圧縮機の容量制御弁の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

また、請求項２に係る発明において、前記吸入室の圧力を受ける前記弁体の第二受圧面の面積は、前記弁室と第一感圧室との間の区画部分で支持される弁体の断面積に基づいて規定される面積であって、前記弁体の第一受圧面で弁孔を閉塞した状態において規定されるシール面積と同等ないし小さく設定してある構成としている。

さらに、請求項３に係る発明は、第二感圧室に連なる挿通孔に挿通可能に支持され且つ弁体の一端側に一体又は別体で配置したロッドを前記伝達部とした構成としている。
さらにまた、請求項４に係る発明において、第二感圧室の圧力を受ける第三受圧面の面積は、第二感圧室に連なる挿通孔に挿通可能に支持されたロッドの断面積である構成としている。

さらにまた、請求項５に係る発明は、前記伝達部に対して前記弁体に向かう方向の力を与える付与手段を備えている構成としている。
さらにまた、請求項６に係る発明は、前記付与手段から伝達部に与える前記弁体に向かう方向の力を調整する調整部材を備えている構成としている。
さらにまた、請求項７に係る発明は、前記調整部材と前記バルブハウジングとで第二感圧室を形成している構成としている。

さらにまた、請求項８に係る発明は、第二感圧室に連なる挿通孔とこの挿通孔に支持されるロッドとの間の微小隙間を前記絞りとした構成としている。
さらにまた、請求項９に係る発明は、前記バルブハウジングとともに第二感圧室を形成する調整部材に前記絞りを設置した構成としている。
さらにまた、請求項１０に係る発明は、第二感圧室を構成する前記バルブハウジングに前記絞りを設置した構成としている。

さらにまた、請求項１１に係る発明において、前記弁体及び前記伝達部としてのロッドが同軸を成し、前記弁室と第一感圧室との間の区画部分における弁体支持孔及び第二感圧室に連なる挿通孔は、前記弁体及びロッドをそれぞれ僅かな隙間をもって支持すると共に、前記弁体及びロッドが前記隙間の範囲で傾いた状態において前記弁体及びロッドにそれぞれ一点を当接させて支持する構成としている。

本発明の請求項１に係る可変容量圧縮機の容量制御弁によれば、上記した構成としているので、吐出圧力及び吸入圧力の差が作用している弁体の応答性を鈍くすることができ、即ち、弁体が吐出圧力あるいは吸入圧力の急変に反応して急激に開閉作動するのを抑制することができ、例えば、車両用空調システムにおける往復動型の可変容量圧縮機に用いた場合には、急激なエンジン回転数変動時に吐出圧力が急変したとしても、ハンチング現象の発生を抑えつつ弁体を安定して開閉作動させることが可能であり、したがって、車両空調の快適性や可変容量圧縮機の信頼性を維持ないし向上させることができる。

また、この請求項１に係る可変容量圧縮機の容量制御弁によれば、弁体の第一受圧面で弁孔を閉塞した状態において規定されるシール面積に対して、第二感圧室の圧力を受ける伝達部の第三受圧面の面積を等しく設定したり小さく設定したりすることで、弁体の開閉作動の安定度を調整することが可能である。
さらに、本発明の請求項２に係る可変容量圧縮機の容量制御弁によれば、弁体の第一受圧面で弁孔を閉塞した状態において規定されるシール面積に対して、吸入室の圧力を受ける弁体の第二受圧面の面積、即ち、弁室と第一感圧室との間の区画部分で支持される弁体の断面積に基づいて規定される面積を同等ないしは小さ目に設定することで、クランク室の圧力が弁体の開閉作動に影響するのを排除したり、弁体の開閉作動を安定させるべくクランク室の圧力を作用させたりすることが可能である。

さらにまた、本発明の請求項３に係る可変容量圧縮機の容量制御弁によれば、弁体の一端側に一体又は別体で配置したロッドを伝達部としているので、伝達部の構造の簡略化が図られるのに加えて、弁体及び伝達部としてのロッドが、弁室と第一感圧室との間の区画部分及び第二感圧室に連なる挿通孔でそれぞれ支持されているので、弁体の安定度を向上させることができる。

さらにまた、本発明の請求項４に係る可変容量圧縮機の容量制御弁では、第二感圧室に連なる挿通孔に支持されたロッドの断面積を第二感圧室の圧力を受ける第三受圧面の面積としているので、第三受圧面を簡単に形成することができる。
さらにまた、本発明の請求項５に係る可変容量圧縮機の容量制御弁では、ソレノイドを消磁した状態において、弁体を開放方向に迅速に移動させることができる。

さらにまた、本発明の請求項６に係る可変容量圧縮機の容量制御弁では、付与手段から伝達部に与える力の調整を行うことができ、本発明の請求項７に係る可変容量圧縮機の容量制御弁では、付与手段から伝達部に与える力の調整を行う調整部材が、バルブハウジングとともに第二感圧室を形成する部材を兼ねているので、構造の簡略化を実現することができる。

さらにまた、本発明の請求項８に係る可変容量圧縮機の容量制御弁によれば、絞りを別途形成する必要がない分だけ構造の簡略化及び製造工数の低減化を実現することが可能である。
さらにまた、本発明の請求項９及び１０に係る可変容量圧縮機の容量制御弁によれば、いずれも絞りを簡単に形成することができる。

さらにまた、本発明の請求項１１に係る可変容量圧縮機の容量制御弁では、上記した構成としたから、弁体と弁体支持孔との隙間及びロッドと第二感圧室に連なる挿通孔との隙間によって生じる弁体の傾きを少なく抑えることができるうえ、例え弁体が傾いたとしても円滑に動作させることが可能である。

以下、本発明に係る可変容量圧縮機の容量制御弁を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は本発明に係る可変容量圧縮機の容量制御弁の一実施形態を示し、この実施形態では、本発明に係る可変容量圧縮機の容量制御弁を車両用空調システムの冷凍サイクルに採用した場合を示している。
図１に示すように、車両用空調システムの冷凍サイクル１０は、作動流体としての冷媒が循環する循環路１２を備えている。この循環路１２には、可変容量圧縮機１００、放熱器（凝縮器）１４、膨張器（膨張弁）１６及び蒸発器１８が冷媒の流動方向に沿って順次配置してあり、可変容量圧縮機１００が作動して冷媒の吸入工程，吸入した冷媒の圧縮工程及び圧縮した冷媒の吐出工程からなる一連のプロセスを行うと、循環路１２を冷媒が循環するようになっている。

この場合、蒸発器１８は、車両用空調システムの空気回路の一部も構成しており、蒸発器１８を通過する空気流は、蒸発器１８内の冷媒によって気化熱を奪われることで冷却される。
この実施形態において、可変容量圧縮機１００は斜板式のクラッチレス圧縮機であり、複数のシリンダボア１０１ａを有するシリンダブロック１０１を備えている。このシリンダブロック１０１の一端にはフロントハウジング１０２が連結されており、シリンダブロック１０１の他端には、バルブプレート１０３を介してリアハウジング（シリンダヘッド）１０４が連結されている。

シリンダブロック１０１及びフロントハウジング１０２で囲まれる内部はクランク室１０５として形成されており、このクランク室１０５内を縦断して駆動軸１０６が配置されている。駆動軸１０６は、同じくクランク室１０５内に配置された環状の斜板１０７を貫通しており、斜板１０７は、駆動軸１０６に固定されたロータ１０８と連結部１０９を介してヒンジ結合されている。従って、斜板１０７は、駆動軸１０６に沿って移動しながら傾動可能である。

駆動軸１０６のロータ１０８と斜板１０７との間に位置する部分には、斜板１０７を最小傾角に向けて付勢するコイルばね１１０が装着され、一方、斜板１０７を挟んで反対側の部分、即ち駆動軸１０６の斜板１０７とシリンダブロック１０１との間に位置する部分には、斜板１０７を最大傾角に向けて付勢するコイルばね１１１が装着されている。
駆動軸１０６のフロントハウジング１０２側の端部は、フロントハウジング１０２に外側に向けて形成したボス部１０２ａを貫通して外部に突出しており、この駆動軸１０６の端部には、動力伝達装置としてのプーリ１１２が連結されている。プーリ１１２は、ボール軸受１１３を介してボス部１０２ａに回転自在に支持されており、このプーリ１１２と外部駆動源としてのエンジン１１４との間にはベルト１１５が架け回されている。

ボス部１０２ａの内側には軸封装置１１６が配置され、フロントハウジング１０２の内部と外部とを遮断している。駆動軸１０６はラジアル方向及びスラスト方向にベアリング１１７，１１８，１１９，１２０によって回転自在に支持され、エンジン１１４からの動力がプーリ１１２に伝達され、プーリ１１２の回転と同期して回転可能である。
上記シリンダボア１０１ａ内にはピストン１３０が配置されており、ピストン１３０には、クランク室１０５内に突出するテール部が一体に形成されている。テール部に形成された凹所１３０ａ内には一対のシュー１３２が配置されていて、これらのシュー１３２は斜板１０７の外周部に対して挟み込むように摺接している。従って、シュー１３２を介してピストン１３０と斜板１０７とは互いに連動するようになっており、駆動軸１０６の回転によってピストン１３０がシリンダボア１０１ａ内を往復動するようになっている。

リアハウジング１０４には、吸入室１４０及び吐出室１４２が区画形成され、吸入室１４０は、バルブプレート１０３に設けられた吸入孔１０３ａを介してシリンダボア１０１ａと連通可能となっている。吐出室１４２は、バルブプレート１０３に設けられた吐出孔１０３ｂを介してシリンダボア１０１ａと連通している。なお、吸入孔１０３ａ及び吐出孔１０３ｂは、図示しない吸入弁及び吐出弁によってそれぞれ開閉される。

シリンダブロック１０１の側部にはマフラ１５０が設けられており、マフラケーシング１５２は、シリンダブロック１０１に一体に形成されたマフラベース１０１ｂに図示しないシール部材を介して接合されている。マフラケーシング１５２及びマフラベース１０１ｂはマフラ空間１５４を形成していて、マフラ空間１５４は、リアハウジング１０４、バルブプレート１０３及びマフラベース１０１ｂを貫通する吐出通路１５６を介して吐出室１４２と連通している。

マフラケーシング１５２には吐出ポート１５２ａが形成され、マフラ空間１５４には、吐出通路１５６と吐出ポート１５２ａとの間を遮るように逆止弁２００が配置されている。具体的には、逆止弁２００は、吐出通路１５６側の圧力とマフラ空間１５４側の圧力との圧力差に応じて開閉し、圧力差が所定値より小さい場合閉作動し、圧力差が所定値より大きい場合開作動する。

したがって吐出室１４２は、吐出通路１５６、マフラ空間１５４及び吐出ポート１５２ａを介して循環路１２の往路部分と連通可能であり、マフラ空間１５４は逆止弁２００によって断続される。一方、吸入室１４０は、リアハウジング１０４に形成された吸入ポート１０４ａを介して循環路１２の復路部分と連通している。
この可変容量圧縮機１００の容量制御弁（電磁制御弁）３００は、リアハウジング１０４に収容されており、容量制御弁３００は給気通路１６０に配置されている。給気通路１６０は、吐出室１４２とクランク室１０５との間を連通するように、リアハウジング１０４からバルブプレート１０３を経てシリンダブロック１０１にまで亘って形成されている。

一方、吸入室１４０は、クランク室１０５と抽気通路１６２を介して連通している。抽気通路１６２は、駆動軸１０６とベアリング１１９，１２０との間の隙間を含めて、空間１６４及びバルブプレート１０３に形成された固定オリフィス１０３ｃからなる。
また、吸入室１４０は、リアハウジング１０４に形成された感圧通路１６６を通じて、給気通路１６０とは独立して容量制御弁３００に接続されている。

より詳述すれば、図２に示すように、容量制御弁３００は、弁ユニットと弁ユニットを開閉作動させる駆動ユニットとからなる。弁ユニットは、円筒状の弁ハウジング３０１を有し、弁ハウジング３０１の一端側には弁孔３０２が形成されている。弁孔３０２は、入口ポート３０１ａ及び給気通路１６０の上流側部分を介して吐出室１４２と連通し、且つ、弁ハウジング３０１の内部に区画された弁室３０３に開口している。

弁室３０３内には、円柱状の弁体３０４が収容されている。弁体３０４は、弁室３０３内を弁ハウジング３０１の軸線方向に移動可能であり、弁ハウジング３０１の端面に当接することで弁孔３０２を閉塞可能である。すなわち、弁ハウジング３０１の端面は弁座として機能する。
また、弁ハウジング３０１の外周面には出口ポート３０１ｂが形成され、出口ポート３０１ｂは、給気通路１６０の下流側部分を介してクランク室１０５と連通する。出口ポート３０１ｂも弁室３０３に開口しており、弁孔３０２、弁室３０３及び出口ポート３０１ｂを通じて、吐出室１４２とクランク室１０５とは連通可能となっている。

さらに、弁ハウジング３０１の他端側には区画部材３０５を間にして弁室３０３と隣接する第一感圧室３０６が形成されており、この第一感圧室３０６は、感圧ポート３０７及び感圧通路１６６を介して吸入室１４０と連通している。
この場合、弁体３０４は、弁体本体である大径部（第一受圧面，第二受圧面）３０４ａ及びこの大径部３０４ａに一体且つ同軸に形成されて弁孔３０２側に突出する小径のロッド３０４ｂを有しており、大径部３０４ａは区画部材３０５に形成された挿通孔３０５ａに摺動可能に支持されていると共に、小径のロッド３０４ｂは弁ハウジング３０１に弁孔３０２と連続して形成された挿通孔３０１ｃに摺動可能に支持されている。

つまり、弁体３０４を概ね両端部で支持することで、大径部３０４ａと挿通孔３０５ａとのクリアランス及び小径のロッド３０４ｂと挿通孔３０１ｃとのクリアランスによって生じる弁体３０４の傾きを少なく抑え得るようにしており、例え弁体３０４が傾いたとしても、両挿通孔３０５ａ，３０１ｃのそれぞれにおいて一点で支える構造（二点支持構造）とすることで、弁体３０４のかじり付きを起こり難くして、弁体３０４の動作が円滑に成されるようにしてある。

さらにまた、弁ハウジング３０１の一端部には環状の段差３０１ｄが形成されており、この段差３０１ｄにはキャップ３０８が圧入固定されていて、弁ハウジング３０１の一端面及びキャップ３０８で閉塞される内部空間には第二感圧室３０９が形成されている。
この第二感圧室３０９には上記弁体３０４の小径のロッド３０４ｂが突出していて、この小径のロッド３０４ｂには、第二感圧室３０９内に配置されたばね３１０からばねガイド３１１を介して常時開弁方向の力が付与されている。この際、ばね３１０の端部をキャップ３０８に当接させており、ばね３１０からロッド３０４ｂに付与する力の調整は、段差３０１ｄに対するキャップ３０８の圧入量を変えることで成されるようにしてある。

上記第二感圧室３０９は弁体３０４のロッド３０４ｂと挿通孔３０１ｃとの微小な隙間を介して弁孔３０２と連通しており、即ち、第二感圧室３０９は上記微小な隙間を介して吐出室１４２と連通しており、弁体３０４の小径のロッド３０４ｂは、第二感圧室３０９内の圧力を弁体３０４に作用させる伝達部であり且つ第三受圧面として機能するものとなっている。

一方、駆動ユニットは弁ハウジング３０１の他端側に配置されたソレノイドユニット３１５であって、弁ハウジング３０１に同軸的に連結された円筒状のソレノイドハウジング３２１と、このソレノイドハウジング３２１の弁ハウジング３０１とは反対側の開口端を閉塞するエンドキャップ３２２を備えている。
このソレノイドハウジング３２１の軸心上には、弁ハウジング３０１側で開口する有底の円筒状を成すスリーブ３２３が配置されており、このスリーブ３２３の開口端から中央にかけての部分には固定コア３２４が収容されていると共に、スリーブ３２３のエンドキャップ３２２側の閉塞端と固定コア３２４との間に形成されたコア収容空間３２５には可動コア３２６が軸方向に移動可能に収容されている。

固定コア３２４の軸心に位置する挿通孔３２４ａにはソレノイドロッド３２７が摺動可能に設けられていて、このソレノイドロッド３２７の第一感圧室３０６に突出する一端は弁体３０４に一体的に連結され、コア収容空間３２５に突出する他端は可動コア３２６に形成された貫通孔に嵌合固定され、これにより、可動コア３２６とソレノイドロッド３２７とは一体的に動作するようになっている。

ソレノイドハウジング３２１内におけるスリーブ３２３の周囲には、ボビン３２８に巻回されてモールドされて成るコイル３２９が配置されており、ソレノイドハウジング３２１，エンドキャップ３２２，固定コア３２４及び可動コア３２６はいずれも磁性材料で形成されて磁気回路を構成し、一方、スリーブ３２３は非磁性材料のステンレス系材料で形成されている。

固定コア３２４には、フランジ部３２４ｂが設けられており、このフランジ部３２４ｂには、弁ハウジング３０１の第一感圧室３０６と固定コア３２４の挿通孔３２４ａとを連通する連通孔３２４ｃが形成されていて、このように、第一感圧室３０６，連通孔３２４ｃ及び挿通孔３２４ａを通じて吸入室１４０と可動コア収容空間３２５とを連通させることで、吸入室１４０の圧力がソレノイドロッド３２７及び弁体３０４に対して閉弁方向の力として作用するようにしてある。

このソレノイドユニット３１５には、可変容量圧縮機１００の外部に設けられた制御装置４００が接続され、制御装置４００から制御電流Ｉが供給されると、電磁力Ｆ（Ｉ）を発生する。このソレノイドユニット３１５の電磁力Ｆ（Ｉ）は、可動コア３２６を固定コア３２４側に吸引して、弁体３０４に閉弁作動を行わせる。
この容量制御弁３００を有する可変容量圧縮機１００を備えた車両用空調システムの冷凍サイクル１０において、エンジン作動状態でエアコンを作動させない場合には、可変容量圧縮機１００の容量制御弁３００のソレノイドユニット３１５に対して電流が流れないので、弁体３０４がばね３１０の弾性力によって弁孔３０２から強制的に離間させられて開弁状態となっており、吐出容量は最小となっている。

このとき、逆止弁２００には常時閉じる方向の力が付与されているので、空調システム側への冷媒循環は遮断されており、その結果、最小の吐出容量で吐出室１４２に吐出された冷媒は、容量制御弁３００を含む吐出室１４２とクランク室１０５との給気通路１６０を経てクランク室１０５に流入し、次いで、駆動軸１０６とベアリング１１９，１２０との間の隙間，空間１６４及び固定オリフィス１０３ｃから成る抽気通路１６２を介してクランク室１０５から吸入室１４０に戻る内部循環回路を循環するようになっている。

一方、エアコンを作動させた場合には、可変容量圧縮機１００の容量制御弁３００のソレノイドユニット３１５に対して電流が流れて、図３に示すように、弁体３０４がばね３１０の弾性力に抗して弁孔３０２に当接して閉弁状態となり、吐出室１４２とクランク室１０５との給気通路１６０が遮断されることから、クランク室１０５内の圧力が低下して吸入圧力と同等になる。

これにより、斜板１０７の傾角が増してピストン１３０のストロークが増大するので、吐出室１４２の圧力が高まり、逆止弁２００の前後差圧が所定値を越えると、この逆止弁２００が開弁して圧縮冷媒が空調システム側へ流れることとなる。
そして、このような可変容量圧縮機１００の作動中において、制御装置４００は、容量制御弁３００のソレノイドユニット３１５に対して制御電流Ｉを供給して電磁力Ｆ（Ｉ）を発生させ、可変容量圧縮機１００の吐出容量を制御する。

次に、上記した可変容量圧縮機１００の容量制御弁３００の制御特性について説明する。この容量制御弁３００において、弁体３０４の一端側に位置する第一受圧面としての大径部３０４ａには吐出室１４２の圧力（以下、吐出圧力Ｐｄ１と呼ぶ）が作用すると共に伝達部であり且つ第三受圧面としての小径のロッド３０４ｂには第二感圧室３０９の圧力（以下、第二感圧室圧力Ｐｄ２と呼ぶ）が作用し、一方、弁体３０４の他端側に位置する第二受圧面としての大径部３０４ａには吸入室１４０の圧力（以下、吸入圧力Ｐｓと呼ぶ）が作用しており、したがって、弁体３０４は感圧部材として機能する。

ここで、弁体３０４が弁孔３０２を閉じた時の弁体３０４の受圧面積（シール面積Ｓｖと呼ぶ）と、区画部材３０５の挿通孔３０５ａに支持された弁体３０４の大径部３０４ａの断面積とを同等に形成すると、弁体３０４には、クランク室１０５の圧力（以下、クランク圧力と呼ぶ）は開方向及び閉方向のいずれにも作用しない。
したがって、この状況において弁体３０４に作用する力は、弁体３０４のロッド３０４ｂの断面積をＳｒ、ばね３１０から小径部３０４ｂに常時付与される開弁方向の力をｆｓとすると、式（１）で示され、この式（１）を変形すると式（２）となる。
ｆｓ＋Ｓｒ・Ｐｄ２＋（Ｓｖ−Ｓｒ）・Ｐｄ１−Ｓｖ・Ｐｓ−Ｆ（Ｉ）＝０ 式（１）
Ｐｄ１−Ｐｓ＝（１／Ｓｖ）・Ｆ（Ｉ）＋（Ｓｒ／Ｓｖ）・（Ｐｄ１−Ｐｄ２） −（ｆｓ／Ｓｖ） （但し、Ｐｄ２≦Ｐｄ１，Ｓｒ≦Ｓｖ） 式（２）
式（２）は、吐出圧力Ｐｄ１と吸入圧力Ｐｓとの圧力差をソレノイドユニット３１５で発生する電磁力Ｆ（Ｉ）、即ち、電流Ｉで調整し得ることを示している。

つまり、電流Ｉを増加させると、ソレノイドユニット３１５で発生する電磁力Ｆ（Ｉ）は弁体３０４を閉弁方向に移動させるべく作用するので、図４に示すように、電流Ｉを増加させる従って、吐出圧力Ｐｄ１と吸入圧力Ｐｓとの圧力差を大きく設定し得ることとなる。
上記制御部４００では、外部情報検知手段からの種々の外部情報に基づいて、目標とする吐出圧力Ｐｄ１と吸入圧力Ｐｓとの圧力差（目標差圧ΔＰ）を設定するので、即ち、制御電流Ｉを設定するので、吐出圧力Ｐｄ１と吸入圧力Ｐｓとの圧力差が目標差圧ΔＰになるように、吐出容量がフィードバック制御されることとなる。

この際、制御電流Ｉをゼロとすると、ばね３１０から小径部３０４ｂに常時付与されている力により、弁体３０４が開弁方向に動作して弁孔３０２が開放され、これにより、吐出ガスがクランク室１０５に導入されて吐出容量が最小に維持されることとなる。
ここで、上記式（２）の右辺には、（Ｐｄ１−Ｐｄ２）を変数とする第二項があるので、この式（２）において、Ｐｄ１＝Ｐｄ２とすれば第二項が消滅して、式（３）となる。

Ｐｄ１−Ｐｓ＝（１／Ｓｖ）・Ｆ（Ｉ）−（ｆｓ／Ｓｖ）
（但し、Ｐｄ２＝Ｐｄ１，Ｓｒ≦Ｓｖ） 式（３）
つまり、第二感圧室３０９は弁体３０４の小径のロッド３０４ｂと挿通孔３０１ｃとの微小な隙間を介して弁孔３０２と連通しているので、即ち、第二感圧室３０９は上記微小な隙間を介して吐出室１４２と連通しているので、吐出圧力Ｐｄ１の変化が緩やかであれば、上記微小な隙間における絞り効果はほとんどなく、Ｐｄ２＝Ｐｄ１となる。このような状態では、吐出圧力Ｐｄ１と吸入圧力Ｐｓとの圧力差が単純に所定値となるように吐出容量がフィードバック制御されることとなる。

一方、吐出圧力Ｐｄ１の変化が急激であれば、例えば、吐出圧力Ｐｄ１が急上昇したとすれば、上記微小な隙間において絞り効果が生じて、Ｐｄ２＜Ｐｄ１となる。この際、式（２）及び図４に示すように、本来のＰｄ２＝Ｐｄ１のラインから、吐出圧力Ｐｄ１と吸入圧力Ｐｓとの圧力差が増大する方向（図示上方向）に特性がシフトする（目標差圧ΔＰ→目標差圧ΔＰ‘）。言い換えれば、本来のＰｄ２＝Ｐｄ１のラインで制御電流をＩからＩ‘まで増大させたのと同様の効果がもたらされ、その結果、弁体３０４が吐出圧力Ｐｄ１の急上昇に反応して急激に開弁作動するのを抑え得る効果、及び、弁体３０４が吐出圧力Ｐｄ１の急降下に反応して急激に閉弁作動するのを抑え得る効果がもたらされる。

このように、この実施形態に係る可変容量圧縮機の容量制御弁３００では、弁体３０４の伝達部であり且つ第三受圧面としての小径のロッド３０４ｂに第二感圧室３０９の圧力Ｐｄ２を作用させるようにしているので、弁体３０４の開閉作動の応答性を鈍くすることができ、したがって、急激なエンジン回転数変動に伴う吐出圧力Ｐｄ１の急変に起因するハンチング現象の発生を抑え得ることとなる。

なお、弁体３０４の伝達部としてのロッド３０４ｂの断面積Ｓｒが上記シール面積Ｓｖに近づけば近づくほど、弁体３０４の開閉作動の応答性が鈍くなり、Ｓｒ＝Ｓｖとすれば、式（４）となる。
Ｐｄ２−Ｐｓ＝（１／Ｓｖ）・Ｆ（Ｉ）−（ｆｓ／Ｓｖ） （但し、Ｓｒ＝Ｓｖ）
式（４）
このように、Ｓｒ＝Ｓｖとなると、弁体３０４は吐出圧力Ｐｄ１にまったく応答せずに、第二感圧室３０９の圧力Ｐｄ２と吸入圧力Ｐｓとの圧力差が目標圧力差となるように吐出容量がフィードバック制御されることとなる。

上記弁体３０４の開閉作動の応答性を鈍くする方法として、絞りの面積を調整する方法や、第二感圧室３０９の容積を調整する方法を適宜採用することができ、これらの方法及び伝達部としてのロッド３０４ｂの断面積Ｓｒの調整を組み合わせて、開閉作動の応答性を調整するように成すことも可能である。
上記した実施形態において、弁体３０４の小径のロッド３０４ｂと挿通孔３０１ｃとの微小な隙間を介して第二感圧室３０９と吐出室１４２とを連通するようにしているが、これに限定されるものではなく、他の構成として、例えば、図５に示すように、弁ハウジング３０１とともに第二感圧室３０９を形成するキャップ３０８に絞り３０８ａを設けたり、図６に示すように、弁ハウジング３０１に絞り３０１ｅを設けたりしてもよい。

また、上記した実施形態では、弁体３０４が、大径部３０４ａ及びこの大径部３０４ａに一体且つ同軸に形成された小径のロッド３０４ｂから成っている場合を示したが、他の構成として、例えば、図７に示すように、大径部３０４ａ及びロッド３０４ｂが互いに別体を成すものとしてもよい。
さらに、可変容量圧縮機の容量制御弁における弁体に、吐出圧力及び吸入圧力の他にクランク室内の圧力を作用させる構造としてもよく、さらにまた、上記した容量制御弁とは異なる構成として、例えば、小型のベローズを感圧部材として採用して、このベローズの一端側に弁体を連結して吐出圧力を受圧すると共に、ベローズの内側に吸入圧力を作用させ、ベローズの端面にソレノイドロッドを連結する構成を採用することも可能である。

さらにまた、第二感圧室３０９内に配置するばね３１０から小径部３０４ｂに付与する力を大きく設定したうえで、ソレノイドロッドユニット３１５の可動コア３２６に閉弁方向の力を付与する弾性体を設置する構成とすることも可能である。
さらにまた、上記した実施形態では、吐出圧力と吸入圧力との圧力差が所定値となるように吐出容量をフィードバック制御する場合を例示したが、この制御に限定されるものではない。即ち、一端に吐出圧力が作用すると共に他端に吸入圧力が作用する感圧部材を有する容量制御弁を使用した吐出容量のフィードバック制御であればよく、例えば、感圧部材に作用する吸入圧力又は吐出圧力が所定値となるように吐出容量をフィードバック制御する場合であってもよい。

さらにまた、上記した実施形態では、可変容量圧縮機１００がクラッチレス圧縮機である場合を示したが、電磁クラッチを装着した可変容量圧縮機であってもよい。
さらにまた、上記した実施形態では、可変容量圧縮機１００が斜板式の往復動圧縮機である場合を示したが、揺動板式の可変容量圧縮機であってもよいほか、電動モータを内蔵した密閉型可変容量圧縮機であってもよい。

さらにまた、上記した実施形態における可変容量圧縮機１００において、クランク室１０５内の圧力を高めるべく流量を規制する抽気通路１６２の絞り要素として、バルブプレート１０３に形成された固定オリフィス１０３ｃを採用しているが、これに限定されるものではなく、他の構成として、例えば、可変の絞りや弁を採用して流量を規制するようにしてもよい。

さらにまた、本発明の可変容量圧縮機の容量制御弁は、車両用空調システム以外の室内用空調システムの冷凍サイクルや、冷凍・冷蔵庫等の冷凍装置の冷凍サイクル等、冷凍サイクル全般に適用可能であり、加えて、Ｒ１３４ａや二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルのみならず、Ｒ１３４ａや二酸化炭素以外の新規の冷媒を使用する冷凍サイクルにも適用可能である。

車両用空調システムの冷凍サイクルの概略構成を可変容量縮機の縦断面とともに示す説明図である。 図１の可変容量圧縮機における容量制御弁の開弁状態を示す断面説明図である。 図１の可変容量圧縮機における容量制御弁の閉弁状態を示す断面説明図である。 制御電流に対する目標吐出圧力と吸入圧力との圧力差の関係を示すグラフである。 図１の可変容量圧縮機における容量制御弁の他の構成例を示す第二感圧室部分の拡大断面説明図である。 図１の可変容量圧縮機における容量制御弁のさらに他の構成例を示す第二感圧室部分の拡大断面説明図である。 図１の可変容量圧縮機における容量制御弁のさらに他の構成例を示す閉弁状態の断面説明図である。

符号の説明

１００ 可変容量圧縮機
１０１ ハウジング
１０１ａ シリンダボア
１０５ クランク室
１０６ 駆動軸
１３０ ピストン
１４０ 吸入室
１４２ 吐出室
３００ 容量制御弁
３０１ バルブハウジング
３０１ｃ 挿通孔
３０１ｅ 絞り
３０２ 弁孔
３０３ 弁室
３０４ 弁体
３０４ａ 大径部（第一受圧面，第二受圧面）
３０４ｂ 小径のロッド(伝達部；第三受圧面)
３０６ 第一感圧室
３０８ キャップ（調整部材）
３０８ａ 絞り
３０９ 第二感圧室
３１０ ばね（付与手段）
３１５ ソレノイドユニット

Claims (11)

1. 吐出室，クランク室，吸入室及びシリンダボアが内部に区画形成されたハウジングと、前記シリンダボアに配設されたピストンと、前記ハウジングに回転可能に支持された駆動軸と、前記クランク室に収容されて前記駆動軸の回転を前記ピストンの往復運動に変換する変換機構を備えた可変容量圧縮機における容量制御弁であって、
   前記可変容量圧縮機の吐出室と連通する弁孔と、この弁孔と連通し且つ前記可変容量圧縮機のクランク室と連通する弁室と、この弁室と区画され且つ前記可変容量圧縮機の吸入室と連通する第一感圧室を具備したバルブハウジングと、
   前記弁室と第一感圧室との間の区画部分で支持されていると共に前記弁室内に位置する一端側に形成されて前記弁孔を開閉して前記吐出室の圧力を受ける第一受圧面を有し且つ前記第一感圧室側に位置する他端側に形成されて前記吸入室の圧力を受ける第二受圧面を有する弁体と、
   前記弁体に電磁力を作用させて前記吐出室の圧力による力と対向する方向の力を付与するソレノイドを備えた容量制御弁において、
   前記吐出室と絞りを介して連通する第二感圧室を設けると共に、この第二感圧室の圧力を第三受圧面で受けてこの圧力による力を前記弁体の一端側に作用させる伝達部を設け、第二感圧室の圧力を受ける前記伝達部における第三受圧面の面積は、前記弁体の第一受圧面で弁孔を閉塞した状態において規定されるシール面積と同等ないし小さく設定してある
   ことを特徴とする可変容量圧縮機の容量制御弁。
2. 前記吸入室の圧力を受ける前記弁体の第二受圧面の面積は、前記弁室と第一感圧室との間の区画部分で支持される弁体の断面積に基づいて規定される面積であって、前記弁体の第一受圧面で弁孔を閉塞した状態において規定されるシール面積と同等ないし小さく設定してある請求項１に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
3. 第二感圧室に連なる挿通孔に挿通可能に支持され且つ弁体の一端側に一体又は別体で配置したロッドを前記伝達部とした請求項１又は２に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
4. 第二感圧室の圧力を受ける第三受圧面の面積は、第二感圧室に連なる挿通孔に挿通可能に支持されたロッドの断面積である請求項３に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
5. 前記伝達部に対して前記弁体に向かう方向の力を与える付与手段を備えている請求項１乃至４の何れかに記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
6. 前記付与手段から伝達部に与える前記弁体に向かう方向の力を調整する調整部材を備えている請求項５に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
7. 前記調整部材と前記バルブハウジングとで第二感圧室を形成している請求項６に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
8. 第二感圧室に連なる挿通孔とこの挿通孔に支持されるロッドとの間の微小隙間を前記絞りとした請求項３乃至７の何れかに記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
9. 前記バルブハウジングとともに第二感圧室を形成する調整部材に前記絞りを設置した請求項７に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
10. 第二感圧室を構成する前記バルブハウジングに前記絞りを設置した請求項１乃至９の何れかに記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
11. 前記弁体及び前記伝達部としてのロッドが同軸を成し、前記弁室と第一感圧室との間の区画部分における弁体支持孔及び第二感圧室に連なる挿通孔は、前記弁体及びロッドをそれぞれ僅かな隙間をもって支持すると共に、前記弁体及びロッドが前記隙間の範囲で傾いた状態において前記弁体及びロッドにそれぞれ一点を当接させて支持する請求項３乃至１０の何れかに記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。

Images