JP6804443B2 - 可変容量型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、制御圧室の圧力を調整することで吐出容量を可変させる可変容量型圧縮機に関し、特に、吐出室と制御圧室とを連通する給気通路、及び、制御圧室と吸入室とを連通する抽気通路を有し、給気通路上に設けられた制御弁と抽気通路上に設けられた制御弁とにより制御圧室の圧力を調節する可変容量型圧縮機に関する。

可変容量型圧縮機は、制御圧室の圧力を調整することによって斜板の傾斜角度を変えてピストンのストローク量を調整し、これにより吐出容量を可変させる機構が採用されている。このような圧縮機としては、吐出室と制御圧室とを給気通路を介して連通すると共に制御圧室と吸入室とを抽気通路を介して連通し、給気通路上に設けられた制御弁により給気通路の開度を調整して制御圧室に流入する冷媒量を調節することで制御圧室の圧力を制御する構成が知られている。

このような構成において、制御弁によって給気通路を閉鎖すると、吐出室から制御圧室への高圧ガスの導入がなくなると共に、制御圧室は抽気通路を介して吸入室と常時連通しているので、制御圧室の圧力は、吸入室の圧力とほぼ同じ値まで低下し、圧縮機は最大容量で運転されることになる。また、制御弁によって給気通路を開くと、吐出室から制御圧室へ高圧ガスが導入され、抽気通路を介して冷媒ガスは制御圧室から吸入室へ流出されるものの、制御圧室の圧力は高められるので、圧縮機の吐出容量は制御弁による給気通路の開度調節によって制御される。

ところで、圧縮機が稼働されずに長時間停止していると、冷凍サイクル内の圧力が平衡してくるとともに、冷凍サイクル中の最も温度の低い部位で冷凍サイクル中の冷媒が液化することとなる。圧縮機は、冷凍サイクルを構成する要素の中で最も熱容量が大きく、外気温度の変化に追随して温まりにくいため、圧縮機内にて冷凍サイクル中の冷媒が液化する事象が発生する。そして圧縮機内で冷媒が液化すると、制御圧室にも液冷媒が溜まることとなる。

圧力が平衡した状態から圧縮機を起動させた場合、圧縮機の稼働により吸入室の圧力が低下し、これに伴い制御圧室の冷媒が抽気通路を介して吸入室に排出されるようになる。しかしながら、制御圧室内に液冷媒が溜まっていると、制御圧室内は気相冷媒と液相冷媒が共存する飽和状態となるため、制御圧室の冷媒が抽気通路を介して吸入室に排出されても、制御圧室の圧力は飽和圧力のまま維持されることとなる。このため、全ての液冷媒が気化して抽気通路から排出されるまでは制御圧室の圧力が下がらず、吐出容量制御が行えない（吐出容量が増加しない）という不都合が知られている。

そこで、上述の問題を解決するために、図８に示されるような構成が公知となっている（特許文献１参照）。これは、吐出室１０１と制御圧室１０２とを接続する給気通路１０３上にこの給気通路の開度を調節する第１制御弁１０４を設け、また、制御圧室１０２と吸入室１０５とを接続する抽気通路１０６上に第２制御弁１０７を設けたもので、この第２制御弁１０７を、ハウジングに形成されたスプール収容凹部１０８と、このスプール収容凹部１０８内に移動可能に収容されたスプール１０９と、スプール収容凹部１０８のスプール１０９の背後に区画形成された背圧室１１０と、スプール１０９を弁形成体１１１から離間する方向に付勢する付勢バネ１１２とを有して構成し、給気通路１０３の第１制御弁１０４とこれより下流側に設けられた固定絞り１１３との間の中間領域Ｋを分岐通路１１４を介して背圧室１１０に接続するようにしたものである。

このような構成によれば、吐出室１０１の圧力Ｐｄと吸入室１０５の圧力Ｐｓとの差が小さい起動時においては、第１制御弁１０４は給気通路２８を全閉状態とし、吐出室１０１と制御圧室１０２との連通状態を遮断する。すると、給気通路１０３の第１制御弁１０４よりも下流側の中間領域Ｋの圧力Ｐｋ、即ち背圧室１１０の圧力は制御圧室１０２の圧力Ｐｃとほぼ等しい状態に維持されるので、スプール１０９は、付勢バネ１１２のバネ力によって抽気通路１０６を全開状態とする。

その結果、制御圧室１０２に液冷媒が溜まっていても、制御圧室１０２の圧力を開度が大きい抽気通路を介して吸入室１０５に逃がして早期に低下させることが可能となり（制御圧室１０２に溜まっていた液冷媒が全て気化して吸入室１０５に排出されるまでの時間が短くなり）、吐出容量制御が行えるまでの時間が長くなる不都合を回避することが可能となる。したがって、制御圧室１０２の圧力Ｐｃは、第１制御弁１０４の全閉によって速やかに低下し、斜板の傾斜角が速やかに増大して吐出容量を増大させることが可能となる。

その後、制御圧室１０２に溜まっていた液冷媒が全て気化して吸入室１０５に排出された後に、徐々に吐出室１０１の圧力Ｐｄと吸入室１０５の圧力Ｐｓとの差が大きくなってくると、第１制御弁１０４の全閉状態が解除されて給気通路１０３が開き、中間領域Ｋの圧力（背圧室１１０の圧力）が制御圧室１０２の圧力Ｐｃよりも高くなる。すると、スプール１０９は、付勢バネ１１２に抗して移動して弁形成体１１１に当接し、抽気通路１０６はスプール１０９の先端部に形成された連通溝１０９ａによって大きく絞られた状態となる。したがって、抽気通路１０６を介して制御圧室１０２から吸入室１０５へ導出される冷媒量は大幅に減少され、制御圧室１０２の圧力Ｐｃは上昇し、斜板の傾斜角が減少して吐出容量は小さくなる。

特開２００２−０２１７２１号公報 特開２０００−１７０６５４号公報

車両用空調装置においては、車両の急加速等の事情に対応して、一時的に圧縮機の動力を急激に低下させる必要が生じることがある（いわゆるカットオフ制御）。可変容量圧縮機を用いた冷凍サイクルの場合、このような要請に応じて、吐出室と制御圧室とを接続する給気通路上に設けた制御弁により、給気通路を開放させることによって、吐出室の高圧圧力を制御圧室に導き、圧縮機の吐出容量を最小とすることが知られている（例えば特許文献２）。上述した特許文献１に記載した圧縮機に、このような急加速制御を行う場合には、第１の制御弁１０４により吐出室１０１と制御圧室１０２の連通を開放することとにより、吐出室１０１の高圧冷媒を制御圧室１０２に導いて、圧縮機の吐出容量を最小にすることができる。このとき、給気通路１０３の第１制御弁１０４の下流側の中間領域の圧力Ｐｋは制御圧室の圧力よりも高められている。この中間領域の圧力Ｐｋはスプール収容凹部１０８の背圧室１１０にも導かれ、これによりスプール１０９が付勢バネ１１２のバネ力に抗して抽気通路１０６を閉鎖する方向に移動し、これにより御圧室の圧力をさらに高い値に保持しやすくなるようになっている。

上述のカットオフ制御による最小吐出容量から再び最大吐出容量に移行する場合、第１の制御弁に通電して給気通路を閉鎖して吐出室１０１からの高圧圧力の供給を遮断することとなるが、第２制御弁の１０７のスプール収容凹部１０８のスプール１０９の背後に設けられた背圧室１１０の圧力は、第１制御弁の下流に設けられた固定絞り１１３を介して制御圧室１０２に開放することでしか低下させることができず、さらには制御圧室１０２の圧力が急加速制御に対応して高い値となっていることから、背圧室１１０の圧力の低下に時間がかかり、第２の制御弁の開放が遅れる（スプール１０９が開方向に移動しにくい）という不都合がある。このため、制御圧室から吸入室への圧力の開放が遅くなり、最大容量制御への移行が遅れるという不都合がある。

この点を解消するために、付勢バネ１１２のバネ力を強くすることが考えられるが、付勢バネ１１２のバネ力を強くすると、中間ストローク状態で圧縮機を運転しようとした場合に、第２制御弁が閉じにくくなり、制御圧室から吸入室への漏れ量が多くなるため、ＣＯＰが悪化するという不都合がある。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成によって圧縮機の起動性能を高めると共に、中間ストローク時の内部循環冷媒を少なくすることが可能な可変容量型圧縮機を提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、本発明に係る可変容量型圧縮機は、作動流体を圧縮する圧縮室と、この圧縮室で圧縮される作動流体を収容する吸入室と、前記圧縮室で圧縮され吐出された作動流体を収容する吐出室と、駆動軸が貫通されると共にこの駆動軸の回転に伴って回転する斜板を収容する制御圧室と、前記吐出室と前記制御圧室とを連通する給気通路と、前記制御圧室と前記吸入室とを連通する抽気通路と、前記給気通路の開度を調節することが可能な第１の弁部を備える第１の制御弁と、前記抽気通路上に設けられた第２の制御弁とを備え、前記第２の制御弁は、前記抽気通路上に形成されたスプール収容凹部と、このスプール収容凹部内に前記抽気通路を開閉するように移動可能に収容されたスプールと、前記スプール収容凹部の前記スプールの背後に区画形成された背圧室と、前記スプールを前記抽気通路の開方向に付勢する付勢手段とを備え、前記給気通路の前記第１の制御弁の前記第１の弁部より下流側を前記背圧室に接続して前記背圧室の圧力に基づき前記抽気通路を開閉する可変容量型圧縮機であって、前記第１の制御弁は、前記給気通路の前記第１の弁部の下流から分岐して前記吸入室と連通する低圧側通路と、この低圧側通路の開度を調整することが可能な第２の弁部と、をさらに備え、前記第１の弁部と前記第２の弁部とは、一方が対応する通路を閉状態とする場合に他方が対応する通路を開状態とする連動関係にあり（前記第１の弁部により前記給気通路が閉状態となる場合に前記第２の弁部により前記低圧側通路が開状態となり、また、前記第２の弁部により前記低圧側通路が閉状態となる場合に前記第１の弁部により前記給気通路が開状態となる関係にあり）、前記背圧室は、前記第１の制御弁の第１の弁部または第２の弁部を介して吐出室または吸入室に選択的に接続されることを特徴としている。

このような構成において、圧縮機が長時間停止して、冷凍サイクル内の圧力が平衡している状態から圧縮機を起動させる場合（コールドスタート時）、背圧室を第１の制御弁の第２の弁部を介して吸入室に接続することで、背圧室の圧力を吸入室の圧力とほぼ同じ圧力まで低下させることができる。これにより、背圧室の圧力に基づいて抽気通路を開放する第２の制御は、抽気通路を確実に開放し、制御圧室の気化冷媒は、抽気通路を介して吸入室へ排出される。
これにより、制御圧室の冷媒を吸入室に速やかに逃がすことが可能となり、制御圧室に溜まっていた液冷媒が全て気化して吸入室に排出されるまでの時間を短縮することが可能となる。

制御圧室の液冷媒が全て排出され、ピストンストローク（吐出容量）が大きくなった後、車両の急加速運転等の事情により、圧縮機の吐出容量を急激に低減させて冷凍サイクルを停止させる場合には、第１の制御弁の第１の弁部により給気通路を開放することにより、吐出室の高圧ガスを制御圧室に導き、ピストンストロークを急劇に減少させるとともに、吐出室の高圧ガスは、第２の制御弁の背圧室に導かれ、抽気通路は第２の制御弁により閉鎖される。これにより、制御圧室に導入された冷媒の吸入室への流出を低減させて、最小限の冷媒ガスの導入だけで圧縮機の吐出容量を低減させることが可能となる。すなわち、背圧室を第１の制御弁の第１の弁部を介して吐出室に接続することにより、抽気通路を閉鎖し、制御圧室から吸入室への冷媒の流出を低減させることが可能となる。

その後、圧縮機の吐出容量を再び増大させる場合に、背圧室を第１の制御弁の第２の弁部によって吸入室に接続することで、背圧室に停留していた高圧ガスを第１の制御弁を介して吸入室に排出することができるので、スプール収容凹部に収容されているスプールは、付勢手段により開方向に移動し、抽気通路は開状態となる。
これにより、制御圧室の圧力を抽気通路を介して吸入室へ速やかに逃がすことが可能になり、再起動時の吐出容量を速やかに増大させることが可能となる。

このように、スプール収容凹部の背圧室を第１の制御弁によって吐出室または吸入室に選択的に接続することで抽気通路を開閉制御することが可能となるので、圧縮機の起動性能を高めると共に、吐出容量低減時の内部循環冷媒を少なくすることが可能となる。

なお、上述の構成において、給気通路の背圧室が接続される箇所より下流側に、固定絞りを設けるようにしてもよい。
このような固定絞りを設けることで、第１の制御弁により給気通路が開状態である場合に、固定絞りの上流側の圧力（背圧室の圧力）を高めて、スプールにより抽気通路を着実に閉じることが可能となる。

また、抽気通路には、第２の制御弁をバイパスして吸入室に接続するバイパス通路を接続し、このバイパス通路に固定絞りを設けるようにしてもよい。
このような構成とすることで、第１の制御弁により給気通路を開いて抽気通路が閉じた状態となっても、バイパス通路の固定絞りにより、制御圧室内に最低量の冷媒ガスの循環を確保することが可能となる。また、背圧室を第１の制御弁を介して吸入室に連通させる場合には、第２の制御弁を介した抽気の他に、このバイパス通路の固定絞りを介しても制御圧室の冷媒を吸入室に逃がすことができ、制御圧室の圧力を速やかに低下することが可能となる。

以上述べたように、本発明によれば、吐出室と制御圧室とを連通する給気通路の開度を第１の制御弁によって調節し、また、制御圧室と吸入室とを連通する抽気通路の開度を第２の制御弁によって調節することで制御圧室の圧力を調節する可変容量型圧縮機において、第２の制御弁を、抽気通路上に形成されたスプール収容凹部と、このスプール収容凹部内に抽気通路を開閉するように移動可能に収容されたスプールと、スプール収容凹部のスプールの背後に区画形成された背圧室と、スプールを抽気通路の開方向に付勢する付勢手段とを備え、給気通路の第１の制御弁より下流側を背圧室に接続した可変容量型圧縮機において、スプール収容凹部の背圧室を、第１の制御弁によって吐出室または吸入室に選択的に接続するようにしたので、起動時に背圧室を第１の制御弁を介して吸入室に接続することで、背圧室の圧力を吸入室に速やかに排出することが可能となり、圧縮機の起動性能を高めることが可能となる。

また、第１の制御弁の第１の弁部により給気通路を開状態とするストローク低減時には、背圧室を第１の制御弁を介して吐出室に接続することで、抽気通路を閉状態とすることが可能となるので、制御圧室から吸入室への冷媒の流れを遮断することができ、ストローク低減時の内部循環冷媒を少なくすることが可能となる。

なお、上述した構成において、給気通路の背圧室が接続される箇所より下流側に、固定絞りをさらに設けるようにすれば、第１の制御弁により給気通路が開状態である場合に、固定絞りの上流側の圧力（背圧室の圧力）を確実に高めて、スプールにより抽気通路を着実に閉塞することが可能となる。

また、抽気通路には、第２の制御弁をバイパスして吸入室に接続するバイパス通路を接続し、このバイパス通路に固定絞りを設ける構成を更に付加することで、第１の制御弁により給気通路を開いて抽気通路が閉じられた状態となった場合でも、バイパス通路の固定絞りにより、制御圧室内に最低量の冷媒ガスの循環を確保することができ、また、第１の制御弁により給気通路の該第１の制御弁より下流側を吸入室に連通させる場合には、第２の制御弁を介した抽気の他に、このバイパス通路の固定絞りを介しても制御圧室の冷媒を吸入室に逃がすことができるので、制御圧室の圧力を速やかに低下させることが可能となる。

図１は、本発明に係る圧縮機を示す断面図であり、圧縮機が停止して圧縮機内部の圧力が平衡状態になっている状態、及び、圧縮機の起動初期の状態を示す図である。 図２は、本発明に係る圧縮機を示す断面図であり、フルストローク時の状態を示す図である。 図３は、本発明に係る圧縮機を示す断面図であり、ストローク減少時の状態を示す図である。 図４は、第１の制御弁と第２の制御弁を示す詳細図である。 図５は、第２の制御弁（背圧室）と第１の制御弁との関係を示す図であり、（ａ）は、圧縮機が停止して圧縮機内部の圧力が平衡状態になっている場合の状態を説明する図、（ｂ）は、いままで停止していた圧縮機が起動する初期（Cold Start）の状態を説明する図である。 図６は、第２の制御弁（背圧室）と第１の制御弁との関係を示す図であり、（ａ）は、圧縮機の吐出容量制御が行われて中間吐出容量である場合から強制的に最小吐出容量に移行する場合の状態を説明する図、（ｂ）は、最小吐出容量に移行した圧縮機を再び稼働させる場合の状態を説明する図である。 図７は、図５の構成の変形例を示す図である。 図８は、可変容量型圧縮機において従来において提案された構成を示す図である。

以下、この発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

図１乃至図３において、本発明に係る可変容量型圧縮機が示されている。この可変容量型圧縮機は、シリンダブロック１と、このシリンダブロック１のリア側（図中、右側）にバルブプレート２を介して組み付けられたリアヘッド３と、シリンダブロック１のフロント側（図中、左側）を閉塞するように組み付けられて制御圧室４を画成するフロントヘッド５とを有して構成されているもので、これらフロントヘッド５、シリンダブロック１、バルブプレート２、及び、リアヘッド３は、締結ボルト６により軸方向に締結され、圧縮機のハウジングを構成している。

フロントヘッド５とシリンダブロック１とによって画設される制御圧室４には、前端がフロントヘッド５から突出する駆動軸７が収容されている。この駆動軸７のフロントヘッド５から突出した部分には、図示しない駆動プーリが設けられ、駆動プーリに与えられる回転動力を電磁クラッチを介して駆動軸７に伝達するようにしている。

また、この駆動軸７の前端側は、フロントヘッド５との間に設けられたシール部材１１を介してフロントヘッド５との間が気密よく封じられると共にラジアル軸受１２にて回転自在に支持されており、駆動軸７の後端側は、シリンダブロック１の略中央に形成された収容孔１３に収容されるラジアル軸受１４を介して回転自在に支持されている。ここで、ラジアル軸受け１３，１４は、転がり軸受けであっても、プレーンベアリングであってもよい。

シリンダブロック１には、ラジアル軸受１４が収容される収容孔１３と、この収容孔１３を中心とする円周上に等間隔に配された複数のシリンダボア１５とが形成されており、それぞれのシリンダボア１５には、片頭ピストン１６が往復摺動可能に挿入されている。

前記駆動軸７には、制御圧室４において、該駆動軸７と一体に回転するスラストフランジ１７が固装されている。このスラストフランジ１７は、フロントヘッド５の内面に対してスラスト軸受１８を介して回転自在に支持されており、このスラストフランジ１７には、リンク部材１９を介して斜板２０が連結されている。

斜板２０は、駆動軸７上に摺動自在に設けられたヒンジボール２１を中心に傾動可能に設けられているもので、リンク部材１９を介してスラストフランジ１７の回転に同期して一体に回転するようになっている。そして、斜板２０には、その周縁部分に一対のシュー２２を介して片頭ピストン１６の係合部１６ａが係留されている。

したがって、駆動軸７が回転すると、これに伴って斜板２０が回転し、この斜板２０の回転運動がシュー２２を介して片頭ピストン１６の往復直線運動に変換され、シリンダボア１５内において片頭ピストン１６とバルブプレート２との間に形成された圧縮室２３の容積が変更されるようになっている。

前記バルブプレート２には、それぞれのシリンダボア１５に対応して吸入孔３１と吐出孔３２とが形成され、また、リアヘッド３には、圧縮室２３で圧縮される作動流体を収容する吸入室３３と、圧縮室２３で圧縮吐出された作動流体を収容する吐出室３４とが画設されている。この例において、吸入室３３は、リアヘッド３の中央寄りの部分に形成され、蒸発器の出口側に通じる図示しない吸入口に連通すると共に図示しない吸入弁によって開閉される前記吸入孔３１を介して圧縮室２３に連通可能となっている。また、吐出室３４は、吸入室３３の周囲に形成されており、図示しない吐出弁によって開閉される前記吐出孔３２を介して圧縮室２３に連通可能になっていると共に、バルブプレート２及びシリンダブロック１に形成された通路２ａ，１ａを介してシリンダブロック１の周壁部に形成された吐出空間３５に連通している。この吐出空間３５は、シリンダブロック１とこれに取り付けられたカバー３６とによって画成され、カバー３６には、凝縮器の入口側に通じる吐出口３７が形成されると共に、凝縮器から吐出空間３５への冷媒の逆流を防ぐ逆止弁３８が設けられている。

この圧縮機の吐出容量は、ピストン１６のストロークによって決定され、このストロークは、駆動軸７と垂直な面に対する斜板２０の傾斜角度によって決定される。斜板２０の傾斜角度は、それぞれのピストン１６に作用する圧縮室２３の圧力（シリンダボア内の圧力）と制御圧室４の圧力との差に由来するモーメント、斜板やピストンの慣性力に由来するモーメント、及び、ヒンジボール２１を付勢するデストロークスプリング２４の付勢力に由来するモーメントの総和がゼロとなる角度にてバランスする。これによりピストンストロークが決定されて吐出容量が決定されるようになっている。

すなわち、制御圧室４の圧力が低くなれば、圧縮室２３と制御圧室４との差圧が大きくなるので、斜板２０の傾斜角度を大きくする方向にモーメントが働く。したがって、図２に示されるように、斜板２０の傾斜角度が大きくなると、デストロークスプリング２４からの付勢力に抗してヒンジボール２１がスラストフランジ１７側へ移動し、ピストン１６のストローク量が大きくなって吐出容量が大きくなる。

これに対して、制御圧室４の圧力が高くなって、圧縮室２３と制御圧室４との差圧が小さくなると、斜板２０の傾斜角度を小さくする方向にモーメントが働く。したがって、図３に示されるように、斜板２０の傾斜角度が小さくなると、ヒンジボール２１がスラストフランジ１７から遠ざかる方向に移動し、ピストン１６のストローク量が小さくなって吐出容量が小さくなる。

そして、本構成例においては、シリンダブロック１に形成された通路１ｂ、バルブプレート２に形成された固定絞り（オリフィス孔）２ｂ、及びリアヘッド３に亘って形成された通路３ｂによって吐出室３４と制御圧室４とを連通する給気通路４０が形成されている。

また、シリンダブロック１に形成された収容孔１３に収容されるラジアル軸受１４の隙間や駆動軸７に形成されたオイル分離通路７ｃ、収容孔１３に続いて形成されたシリンダブロック１の連通孔１ｃ、この連通孔１ｃに連通されるバルブプレート２に形成されたオリフィス孔２ｃを介して制御圧室４と吸入室３３とを連通する第２の抽気通路４１と、シリンダブロック１及びバルブプレート２に形成された通路１ｄ、２ｄによって制御圧室と吸入室とを連通する第１の抽気通路４２が形成されている。

ここで、第２の抽気通路４１の一部を構成する駆動軸７に形成されたオイル分離通路７ｃは、駆動軸７の軸心上に後端から前端に向かって先端近傍まで穿設される軸方向通孔７ｃ−１と、この軸方向通孔７ｃ−１に連通し、駆動軸７の径方向に穿設されて、制御圧室４に開口する径方向通孔７ｃ−２とにより構成され、駆動軸７の回転により生ずる遠心力によって径方向通孔７ｃ−２から流入する作動流体からオイルを分離する機能を有する。

給気通路４０上には、第１の制御弁５０が設けられ、この第１の制御弁５０より吐出室３４から給気通路４０を介して制御圧室４へ流入する冷媒ガス量を調節するようにしている。また、第１の抽気通路４２上には、第２の制御弁４５が設けられ、この第２の制御弁４５により制御圧室４から第１の抽気通路４２を介して吸入室３３に流入する冷媒ガス量を調節するようにしている。

ここで、第２の制御弁４５から説明すると、第２の制御弁４５は、図４にも示されるように、リアヘッド３に形成された吸入室内壁のバルブプレート２に形成された通孔２ｄと対峙する箇所にスプール収容凹部４６が形成され、このスプール収容凹部４６内に第１の抽気通路４２を開閉するように（バルブプレート２に対して遠近する方向に）移動可能に収容された有底円筒状のスプール４７と、スプール収容凹部４６のスプール４７の背後に区画形成された背圧室４８と、スプール４７を第１の抽気通路４２の開方向（バルブプレート２から離反する方向）に付勢する付勢手段（圧縮ばね４９）とを備えて構成されている。

したがって、スプール４７の位置は、スプール４７に作用する力のバランスにより決定され、背圧室４８の圧力に基づく力が、第１の抽気通路４２を介して作用する制御圧室４の圧力に基づく力と付勢手段（圧縮ばね４９）による付勢力との和よりも大きくなった場合には、スプール４７は付勢手段（圧縮ばね４９）の付勢力に抗して図中左方へ移動し、第１の抽気通路４２を閉とする。また、背圧室４８の圧力に基づく力が、第１の抽気通路４２を介して作用する制御圧室４の圧力に基づく力と付勢手段（圧縮ばね４９）による付勢力との和よりも小さくなった場合には、スプール４７は、付勢手段により図中右方へ移動し、第１の抽気通路４２を開とする。

そして、第２の制御弁４５の背圧室４８は、給気通路４０の第１の制御弁５０より下流側に分岐通路４０ａを介して接続されており、したがって、第２の制御弁４５の背圧室４８は、第１の制御弁５０によって導入圧力が調整可能となっている。

第１の制御弁５０は、リアヘッド３に形成された装着孔３９に挿着され、吸入圧力が目標値となるよう給気通路４０の開度を調節して制御圧室４の圧力を制御すると共に、通電を停止することで給気通路４０を全開状態とし、制御圧室４の圧力を高めて吐出容量を最小とし、また、起動初期においては、通電量を最大（デューティー比を１００％）とすることで給気通路４０を全閉状態とし、制御圧室４への圧力供給を停止するなどの動作を行う。

この第１の制御弁５０は、図４にもされるように、流路切換部５１と駆動部５２とから構成されている。
流路切換部５１は、筒状の頭部ケース５３と、この頭部ケース５３内に中心軸上で進退可能に収容された作動棒５４と、頭部ケース５３の先端部に組み付けられた弁受け体５５とを有して構成されている。

作動棒５４は、先端部に設けられた球体状の第１の弁部５４ａと、基端部に設けられた径を拡大した円柱状の第２の弁部５４ｂと、これら第１の弁部５４ａと第２の弁部５４ｂとを連結する中継ロッド５４ｃとを備え、中継ロッドの第１の弁部と連接する部分には、径を小さくした細径部５４ｄが形成されている。

中継ロッド５４ｃは、第２の弁部５４ｂよりも径が小さく形成され、頭部ケース５３の中程で内周面から内側に突設された弁受け部５６を挿通している。弁受け部５６は、その内周面が中継ロッド５４ｃの基端部の径よりも大きく、また、第２の弁部５４ｂの径よりも小さく形成されており、頭部ケース５３内に、この弁受け部５６を境にして、中継ロッド５４ｃの周囲に圧力調整室５７が形成され、また、第２の弁部５４ｂの周囲に低圧室５８が形成され、弁受け部５６の内周面と中継ロッド５４ｃとの間には、これら圧力調整室５７と低圧室５８とを連通する低圧側連通孔５９が形成されている。

また、頭部ケース５３の先端部に組み付けられる弁受け体５５は、先端が大きく開放された筒状に形成されているもので、基端部に内周面から内側に突設された弁受け部６０が形成され、それより先端側に弁収容空間６１が形成されている。前記作動棒５４の細径部５４ｄは、この弁受け部６０に挿通され、また作動棒５４の第１の弁部５４ａは、弁収容空間６１に収容されている。弁受け部６０は、その内周面が作動棒５４の細径部５４ｄの径よりも大きく、また、第１の弁部５４ａの径よりも小さく形成され、弁受け部６０の内周面と細径部５４ｄとの間には、これら弁収容空間６１と圧力調整室５７とを連通する高圧側連通孔６２が形成されている。

また、弁受け体５５の弁収容空間６１には、開放端部に形成されたばね受け６３と第１の弁部５４ａとの間に圧縮ばね６４が弾装され、この圧縮ばね６４により、第１の弁部５４ａは、高圧側連通孔６２を閉鎖する方向に常時付勢されている。

したがって、作動棒５４が圧縮バネの付勢力に抗して図中上方へ移動すると、第１の弁部５４ａが弁受け部６０から離反して高圧側連通孔６２を開放し、また、第２の弁部５４ｂが弁受け部５６に当接して低圧側連通孔５９を閉鎖するようになっている。また、作動棒５４が圧縮バネ６４の付勢力によって図中下方へ移動すると、第１の弁部５４ａが弁受け部６０に当接して高圧側連通孔６２を閉鎖し、また、第２の弁部５４ｂが弁受け部５６から離反して低圧側連通孔５９を開放するようになっている。

そして、前記圧力調整室５７は、前記頭部ケース５３の側面に開口する制御圧室連通孔６５、及び前記給気通路４０を介して制御圧室４に連通し、前記低圧室５８は、前記頭部ケース５３の側面に開口する低圧室連通孔６６、及び、リアヘッド３に形成された低圧通路３ｃを介して吸入室３３に連通し、前記弁受け体５５の弁収容空間６１は、リアヘッド３に形成された通路３ｂを介して吐出室３４に連通している。

したがって、第１の制御弁５０の内部には、弁収容空間６１、高圧側連通孔６２、圧力調整室５７、及び制御圧室連通孔６５により、給気通路４０の第１の制御弁５０の上流側と下流側とを連通する高圧側通路４３が構成され、この高圧側通路４３の開度（給気通路４０の開度）が第１の弁部５４ａにより調節される。また、低圧側連通孔５９、低圧室５８、及び低圧室連通孔６６により、給気通路４０の第１の弁部５４ａの下流から分岐して吸入室３３に連通する低圧通路３ｃと接続する低圧側通路４４が構成され、この低圧側通路４４の開度が第２の弁部５４ｃにより調整される。

駆動部５２は、流路切換部５１の頭部ケース５３に対してシール用のＯリングを介して気密に組み付けられる中間ケース６７とこの中間ケース６７に収容される励磁コイル６８と、この励磁コイル６８の中心軸上を進退可能に収容された磁性体である鉄片６９と、中間ケース６７の頭部ケース５３とは反対側の端部を塞ぐように設けられた底部ケース７１とを有して構成されている。

頭部ケース５３と中間ケース６７との間には、薄膜よりなるダイアフラム７０が挟持固定され、このダイアフラム７０によって流路切換部５１と駆動部５２との間が仕切られ、低圧室５８の圧力を受けるようになっている。

そして、ダイアフラム７０の低圧室５８に臨む端面の中央には、前記作動棒５４の基端が気密に固着されている。また、ダイアフラム７０の駆動部側の端面には、鉄片６９がダイアフラム７０を介して作動棒５４に連結されている。

底部ケース７１は、鉄製のものであり、中間ケース６７の頭部ケース５３とは反対側の端部を塞ぐフランジ部７２と、このフランジ部７２から突設された鉄心部７３と、この鉄心部７３とは反対側にフランジ部７２から延設されたスプリング収容部７４とを備え、鉄心部７３を励磁コイル６８内に挿入して配置し、鉄片６９に対して軸方向で所定の間隔を隔てて固定されている。

スプリング収容部７４には、鉄片６９と一体をなすロッド６９ａが鉄心部７３を軸方向に貫通して突出し、このロッド６９ａの端部に固定されたバネ受け７５と、軸方向に螺進退可能に開放端に取り付けられた調整ナット７６と、バネ受け７５と調整ナット７６との間に弾装された圧縮バネ７７とが収容され、圧縮バネ７７によって鉄片６９をロッド６９ａを介して鉄心部７３から離反する方向に付勢している。そして、調整ナット７６の進退量を調節することにより、圧縮バネ７７の付勢力を任意に調整できるようにしている。

したがって、このような構成によれば、励磁コイル６８への通電により、鉄片６９が底部ケース７１の鉄心部７３に吸着されるので、これと連結する作動棒５４は引き寄せられ、第１の弁部５４ａが高圧側連通孔６２を閉状態にすると共に第２の弁部５４ｂが低圧側連通孔５９を開状態とし、制御圧室連通孔６５と低圧室連通孔６６とが低圧側連通孔５９を介して連通し、制御圧室４と吸入室３３とが第１の制御弁５０の低圧側連通孔５９を介して連通する。また、励磁コイル６８への通電がない場合には、鉄片６９を吸着する電磁力は生じないので、圧縮バネ７７により鉄片６９が底部ケース７１の鉄心部７３から離反し、これに伴って作動棒５４が圧縮バネ６４に抗して押し上げられ、第１の弁部５４ａが高圧側連通孔６２を開状態にすると共に第２の弁部５４ｂが低圧側連通孔５９を閉状態とし、制御圧室連通孔６５とバネ受け体５５の弁収容空間６１とが高圧側連通孔６２を介して連通し、制御圧室４と吐出室３４とが第１の制御弁５０の高圧側連通孔６２を介して連通する。
すなわち、第１の制御弁の第１の弁部と第２の弁部とは、一方が対応する通路を閉状態とする場合に他方が対応する通路を開状態とする連動関係にあり、よって、第１の制御弁５０は、第２の制御弁４５の背圧室４８を吐出室３４に連通させる場合と吸入室３３に連通させる場合とを切り替える三方弁として機能している。

以上の構成において、圧縮機が長時間停止している状態においては、図５（ａ）に示されるように、吐出室３４の圧力Ｐｄ、制御圧室４の圧力Ｐｃ、及び吸入室３３の圧力Ｐｓは、ほぼ等しくなっており、また、第１の制御弁５０は、通電が停止していることから、高圧側連通孔６２（高圧側通路４３）は全開状態、低圧側連通孔５９（低圧側通路４４）は全閉状態となっており、第２の制御弁４５の背圧室４８は、第１の制御弁５０を介して吐出室３４に接続されている。
したがって、スプール収容凹部に収容されているスプール４７は、その前後に作用する圧力が均衡しているため、付勢手段（圧縮ばね４９）により付勢されて第１の抽気通路４２は開状態となっている。

この状態から圧縮機を稼働させると共に第１の制御弁５０に通電すると、図５（ｂ）に示されるように、高圧側連通孔６２（高圧側通路４３）は第１の弁部５４ａにより閉状態、低圧側連通孔５９（低圧側通路４４）は第２の弁部５４ｂにより開状態となるので、第２の制御弁４５の背圧室４８は、第１の制御弁５０の低圧側連通孔５９（低圧側通路４４）を介して吸入室３３に接続される。したがって、背圧室４８は第１の制御弁５０を介して吸入室３３に連通しているので、背圧室４８の圧力を吸入室３３とほぼ同じ圧力まで低下させることができ、第１の抽気通路４２の開状態は維持される。このため、制御圧室４で発生する気化冷媒は、第１及び第２の抽気通路４２，４１を介して吸入室３３へ排出される。
これにより、制御圧室４の冷媒を吸入室３３に速やかに逃がすことが可能となり、制御圧室４に溜まっていた液冷媒が全て気化して吸入室３３に排出されるまでの時間を短縮することが可能となる。

制御圧室４内の液冷媒が全て排出され、制御圧室４の圧力が低下してくると、圧縮機の吐出容量が大きくなり、吐出室３４の圧力が上昇してくるが、第１の制御弁５０の第１の弁部５４ａが高圧側連通孔６２を開放しない限り、制御圧室４や背圧室４８には給気通路４０を介して吐出室３４から高圧ガスは供給されないので、第１の抽気通路４２は開状態が維持され、制御圧室４の冷媒ガスは、第２の抽気通路４１のみならず第１の抽気通路４２を介して吸入室３３へ放出され、ピストンストローク（吐出量）は最大に向かう。

その後、熱負荷に見合った中間吐出容量とする場合には、図６（ａ）に示されるように、励磁コイルへの通電量およびダイアフラム７０が受圧する低圧室の圧力に応じて、第１の制御弁５０の高圧側連通孔６２（高圧側通路４３）を開状態とし、低圧側連通孔５９（低圧側通路４４）を閉状態とする。すると、吐出室３４の高圧ガスが給気通路４０を介して制御圧室４に供給されると共に背圧室４８にも供給され、背圧室４８に供給された高圧ガスによってスプール４７に作用する力が制御圧室４の圧力に基づく力と付勢手段（圧縮ばね４９）の付勢力との和を上回ると、スプール４７が付勢手段（圧縮ばね４９）の付勢力に抗して移動し、第１の抽気通路４２を閉状態にする。
したがって、第１の抽気通路４２が塞がれた状態で給気通路４０を介して高圧ガスが制御圧室４に供給されるので、制御圧室４の圧力は上昇し、ピストンストローク（吐出量）は小さくなる。

そして、車両の急加速運転等の事情により、圧縮機の吐出容量を最小にして圧縮機の動力を低減させる場合には、第１の制御弁５０への通電を解除することにより、第１の制御弁の第１の弁部が高圧側通路６２（高圧側通路４３）を開状態にする。これにより、背圧室４８は、第１の制御弁５０を介して吐出室３４に連通した状態に維持されるので、第１の抽気通路４２の閉状態は維持される（図６（ａ）参照）。これにより、制御圧室４に導入された冷媒が吸入室３３に漏れることはなくなり、最小限の冷媒ガスの導入だけで圧縮機の吐出容量を低減させることが可能となる。

その後、圧縮機の吐出容量を再び増加（再稼働）させる場合には、第１の制御弁５０に通電して、図６（ｂ）に示されるように、高圧側連通孔６２（高圧側通路４３）を閉状態、低圧側連通孔５９（低圧側通路４４）を開状態として、第２の制御弁４５の背圧室４８を第１の制御弁５０を介して吸入室３３に接続する。
これにより、背圧室４８は吸入室に連通するので、背圧室４８に停留している高圧ガスを第１の制御弁５０を介して吸入室３３に排出することができるので、スプール４７は、付勢手段（圧縮ばね４９）の付勢力により開方向に移動し、第１の抽気通路４２を開状態とする。
したがって、制御圧室４の圧力を第２の抽気通路４１と第１の抽気通路４２とを介して吸入室３３へ速やかに逃がすことが可能になり、再稼働時の吐出容量を速やかに増大させることが可能となる。

このように、第２の制御弁４５の背圧室４８を第１の制御弁５０を介して吐出室３４または吸入室３３に選択的に連通させることで第１の抽気通路４２を開閉制御することが可能となるので、圧縮機の起動性能（コールドスタート時のみならず、再稼働時の起動性）を高めると共に、中間ストローク時の内部循環冷媒を少なくすることが可能となる。

なお、上述の構成においては、給気通路４０の背圧室４８が接続される箇所より下流側に、固定絞り２ｂが設けられているので、第１の抽気通路４２が開状態である場合に、背圧室４８を第１の制御弁５０を介して吐出室３４に接続した場合には、固定絞りの上流側の圧力（背圧室の圧力）を速やかに高めて、スプール４７により第１の抽気通路４２を着実に閉じることが可能となる。

また、上述した構成に対して、図７に示されるように、第１の抽気通路４２に、第２の制御弁４５をバイパスして吸入室３３に接続するバイパス通路４２ａを接続し、このバイパス通路４２ａに固定絞り（オリフィス孔）２ｅを設けるようにしてもよい。
このような構成とすることで、第１の制御弁５０により給気通路４０を開いて第１の抽気通路４２が閉じられた状態となっても、バイパス通路４２ａの固定絞り２ｅにより、第２の抽気通路４１が無い場合でも、制御圧室内に最低量の冷媒ガスの循環を確保することが可能となる。また、第１の制御弁５０により背圧室４８を吸入室３３に連通させる場合には、第２の抽気通路４１を介して抽気と第１の抽気通路４２の第２の制御弁４５を介した抽気の他に、このバイパス通路４２ａの固定絞り２ｅを介しても制御圧室４の冷媒を吸入室３３に逃がすことができ、制御圧室４の圧力を速やかに低下することが可能となる。

なお、上述の構成例においては、第２の抽気通路４１に加えて第１の抽気通路４２を設けた例を示したが、第２の抽気通路４１を設けずに上述した第２の制御弁４５で開閉される第１の抽気通路４２のみを設けるようにしてもよい。この場合、第１の抽気通路４２を開閉する第２の制御弁４５に僅かな冷媒の流れを許容する固定絞りを設けてもよい。

２ｂ 固定絞り
２e 固定絞り
４ 制御圧室
７ 駆動軸
２０ 斜板
２３ 圧縮室
３３ 吸入室
３４ 吐出室
４０ 給気通路
４１ 第２の抽気通路
４２ 第１の抽気通路
４２ａ バイパス通路
４５ 第２の制御弁
４６ スプール収容凹部
４７ スプール
４８ 背圧室
４９ 圧縮ばね
５０ 第１の制御弁

Claims (4)

1. 作動流体を圧縮する圧縮室と、この圧縮室で圧縮される作動流体を収容する吸入室と、前記圧縮室で圧縮され吐出された作動流体を収容する吐出室と、駆動軸が貫通されると共にこの駆動軸の回転に伴って回転する斜板を収容する制御圧室と、前記吐出室と前記制御圧室とを連通する給気通路と、前記制御圧室と前記吸入室とを連通する抽気通路と、前記給気通路の開度を調節することが可能な第１の弁部を備える第１の制御弁と、前記抽気通路上に設けられた第２の制御弁とを備え、
   前記第２の制御弁は、前記抽気通路上に形成されたスプール収容凹部と、このスプール収容凹部内に前記抽気通路を開閉するように移動可能に収容されたスプールと、前記スプール収容凹部の前記スプールの背後に区画形成された背圧室と、前記スプールを前記抽気通路の開方向に付勢する付勢手段とを備え、前記給気通路の前記第１の制御弁の前記第１の弁部より下流側を前記背圧室に接続して前記背圧室の圧力に基づき前記抽気通路を開閉する可変容量型圧縮機であって、
   前記第１の制御弁は、前記給気通路の前記第１の弁部の下流から分岐して前記吸入室と連通する低圧側通路と、この低圧側通路の開度を調整することが可能な第２の弁部と、をさらに備え、
   前記第１の弁部と前記第２の弁部とは、前記第１の弁部により前記給気通路が閉状態となる場合に前記第２の弁部により前記低圧側通路が開状態となり、また、前記第２の弁部により前記低圧側通路が閉状態となる場合に前記第１の弁部により前記給気通路が開状態となる、一方が対応する通路を閉状態とする場合に他方が対応する通路を開状態とする連動関係にあり、
   前記背圧室は、前記第１の制御弁の第１の弁部または第２の弁部を介して吐出室または吸入室に選択的に接続されることを特徴とする可変容量型圧縮機。
2. 圧縮機の起動時には、前記背圧室を前記第１の制御弁の第２の弁部を介して前記吸入室に接続することを特徴とする請求項１記載の可変容量方圧縮機。
3. 前記給気通路の前記背圧室が接続される箇所より下流側には、固定絞りが設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の可変容量型圧縮機。
4. 前記抽気通路には、前記第２の制御弁をバイパスして前記吸入室に接続するバイパス通路を接続し、このバイパス通路に固定絞りを設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の可変容量型圧縮機。

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