JP7451064B2

JP7451064B2 - 容量制御弁

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Publication number: JP7451064B2
Application number: JP2021516129A
Authority: JP
Inventors: 真弘葉山; 康平福留; 敏智神崎; 渉 ▲高▼橋; 啓吾白藤
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2024-03-18
Anticipated expiration: 2040-04-21
Also published as: EP3961075A4; EP4242504A3; KR102568391B1; CN113692510B; WO2020218285A1; EP3961075A1; EP4242504A2; US20230358331A1; JPWO2020218285A1; KR102634942B1; KR20230112738A; KR20210150494A; US20220186853A1; CN113692510A; US11988296B2

Description

本発明は、作動流体の容量を可変制御する容量制御弁に関し、例えば、自動車の空調システムに用いられる容量可変型圧縮機の吐出量を圧力に応じて制御する容量制御弁に関する。

自動車等の空調システムに用いられる容量可変型圧縮機は、エンジンにより回転駆動される回転軸、回転軸に対して傾斜角度を可変に連結された斜板、斜板に連結された圧縮用のピストン等を備え、斜板の傾斜角度を変化させることにより、ピストンのストローク量を変化させて流体の吐出量を制御するものである。この斜板の傾斜角度は、電磁力により開閉駆動される容量制御弁を用いて、流体を吸入する吸入室の吸入圧力Ｐｓ、ピストンにより加圧された流体を吐出する吐出室の吐出圧力Ｐｄ、斜板を収容した制御室の制御圧力Ｐｃを利用しつつ、制御室内の圧力を適宜制御することで連続的に変化させ得るようになっている。

容量可変型圧縮機の連続駆動時において、容量制御弁は、制御コンピュータにより通電制御され、ソレノイドで発生する電磁力により弁体を軸方向に移動させ、吐出圧力Ｐｄの吐出流体が通過する吐出ポートと制御圧力Ｐｃの制御流体が通過する制御ポートとの間に設けられるＤＣ弁を開閉して容量可変型圧縮機の制御室の制御圧力Ｐｃを調整する通常制御を行っている。

容量制御弁の通常制御時においては、容量可変型圧縮機における制御室の圧力が適宜制御されており、回転軸に対する斜板の傾斜角度を連続的に変化させることにより、ピストンのストローク量を変化させて吐出室に対する流体の吐出量を制御し、空調システムが目標の冷却能力となるように調整している。

特許文献１の容量制御弁は、ＤＣ弁を開閉して容量可変型圧縮機の制御室に供給する吐出圧力Ｐｄの流体を制御し、ピストンのストローク方向にそれぞれ作用する吐出室の吐出圧力Ｐｄと制御室の制御圧力Ｐｃとの圧力差を目標値に近付けることにより、吐出室から吐出される流体の吐出量を変化させている。また、ソレノイドへの印加電流による電磁力に応じてＤＣ弁の弁開度が変化し、これに対応して圧力差の目標値が変更され、吐出室から吐出される流体の吐出量を変化させるようになっている。

また、特許文献１においては、制御室に対して吐出圧力Ｐｄの流体を供給して制御圧力Ｐｃを高めるように調整するＰｄ－Ｐｃ制御により、迅速に圧力調整を行うことができるが、より精密な圧力調整を行うために、容量制御弁の感圧室にベローズを有する感圧体を設け、当該感圧体を吸入圧力Ｐｓに応じて弁体の移動方向に伸縮させることで弁体の開弁方向に付勢力を作用させ、ＤＣ弁の弁開度を調整している。このように、ソレノイドへの印加電流に応じた一定の電磁力に対して吸入圧力Ｐｓを感知する感圧体によりＤＣ弁の弁開度を調整することで、制御圧力Ｐｃは吸入圧力Ｐｓを加味して細かく調整され、吐出室から吐出される流体の吐出量の制御精度が高められている。

特開２０１７－３１８３４号公報（第６頁、第２図）

特許文献１の容量制御弁は、Ｐｄ－Ｐｃ制御に加えて、吸入圧力Ｐｓを感知する感圧体を使用して弁体の動作を補正することにより、ＤＣ弁の弁開度を調整して吐出室から吐出される流体の吐出量の制御精度が高められているが、吸入圧力Ｐｓは圧力が低く、弁体の動作に及ぼす影響が小さいため、弁開度の調整により空調システムの制御圧力を目標の値に到達させるまでに時間がかかってしまうという問題があった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、弁開度を好適に調整することができる容量制御弁を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の容量制御弁は、
吸入圧力の吸入流体が通過する吸入ポートおよび制御圧力の制御流体が通過する制御ポートが形成されたバルブハウジングと、
ソレノイドにより駆動される弁体と、
前記弁体を前記ソレノイドによる駆動方向と反対方向に付勢するスプリングと、
ＣＳ弁座と前記弁体とにより構成され前記弁体の移動により前記制御ポートと前記吸入ポートとの連通を開閉するＣＳ弁と、を備え、
前記ＣＳ弁の開閉により制御圧力の制御を行い、
吐出圧力に応じた力を前記弁体の軸方向に作用させる受圧部を有している。
これによれば、圧力の高い吐出圧力により弁体の動作を補正することができる。そのため、ＣＳ弁の弁開度の調整を行いやすくなり空調システムの制御圧力を目標の値までより短時間で到達させることができる。

前記受圧部は、前記弁体に設けられていてもよい。
これによれば、ソレノイドの電磁力により動作する弁体に吐出圧力に応じた力を作用させることができるため、弁体の動作の補正に対する応答性が高い。

前記受圧部は、前記弁体と対向して離間する別体の摺動ロッドに設けられていてもよい。
これによれば、ソレノイドにより駆動される弁体の動作と、吐出圧力に応じた力が軸方向に作用することによる摺動ロッドの動作とを組み合わせることにより、弁体の動作を補正する領域と補正しない領域とを設定することができるため、補正による制御特性を適宜変更しやすい。

前記摺動ロッドは、前記弁体と接離可能に離間していてもよい。
これによれば、摺動ロッドが弁体と接するまでの領域を、弁体の動作に吐出圧力に応じた力が作用しない緩衝領域として設定することができる。

前記摺動ロッドと前記弁体との間には、付勢手段が介在していてもよい。
これによれば、摺動ロッドに作用する吐出圧力に応じた力が付勢手段を介して弁体に作用するため、摺動ロッドが弁体と接するまでの領域を、弁体の動作に吐出圧力に応じた力が作用し難い緩衝領域として設定することができる。

前記摺動ロッドと前記バルブハウジングとの間には、付勢手段が介在していてもよい。
これによれば、摺動ロッドが弁体と接するまでの領域を、弁体の動作に吐出圧力に応じた力が作用しない緩衝領域として設定することができ、かつ摺動ロッドが弁体と接することにより、摺動ロッドに作用する吐出圧力に応じた力を付勢手段の付勢力により抑制した状態で弁体に作用させることができる。

前記ソレノイドと軸方向反対側において前記バルブハウジングに設けられるガイド孔と前記弁体との間をシールするシール部が設けられていてもよい。
これによれば、弁体の受圧部に作用する吐出圧力の吐出流体がバルブハウジング内に侵入しないようにシールされるため、吐出圧力が制御圧力や吸入圧力に直接影響を与え難い。

前記ソレノイドと軸方向反対側において前記バルブハウジングに設けられるガイド孔と前記摺動ロッドとの間をシールするシール部が設けられていてもよい。
これによれば、摺動ロッドの受圧部に作用する吐出圧力の吐出流体がバルブハウジング内に侵入しないようにシールされるため、吐出圧力が制御圧力や吸入圧力に直接影響を与え難い。

前記弁体は、前記スプリングにより前記ＣＳ弁の開弁方向に付勢されていてもよい。
これによれば、非通電時において弁体を開弁方向に移動させることにより制御圧力と吸入圧力を一致させやすく、かつ最大通電状態から通常制御に瞬時に復帰させることができる。

本発明に係る実施例１の容量制御弁の非通電状態においてＣＳ弁が開放された様子を示す断面図である。実施例１の容量制御弁の通電状態（通常制御時）においてＣＳ弁が閉塞された様子を示す断面図である。実施例１の容量制御弁の通電状態（通常制御時）、特に電流一定時において吐出圧力Ｐｄに応じたＣＳ弁の開口面積の変化特性を示すグラフである。実施例１の容量制御弁の変形例を示す断面図である。本発明に係る実施例２の容量制御弁の非通電状態においてＣＳ弁が開放された様子を示す断面図である。実施例２の容量制御弁の通電状態（通常制御時）においてＣＳ弁が閉塞された様子を示す断面図である。実施例２の容量制御弁の通電状態（通常制御時）、特に電流一定時において吐出圧力Ｐｄに応じたＣＳ弁の開口面積の変化特性を示すグラフである。実施例２の容量制御弁の変形例を示す断面図である。本発明に係る実施例３の容量制御弁の非通電状態においてＣＳ弁が開放された様子を示す断面図である。実施例３の容量制御弁の通電状態（通常制御時）においてＣＳ弁が閉塞された様子を示す断面図である。実施例３の容量制御弁の通電状態（通常制御時）、特に電流一定時において吐出圧力Ｐｄに応じたＣＳ弁の開口面積の変化特性を示すグラフである。実施例３の容量制御弁の変形例を示す断面図である。本発明に係る実施例４の容量制御弁の非通電状態においてＣＳ弁が開放された様子を示す断面図である。実施例４の容量制御弁の通電状態（通常制御時）においてＣＳ弁が閉塞された様子を示す断面図である。実施例４の容量制御弁の通電状態（通常制御時）、特に電流一定時において吐出圧力Ｐｄに応じたＣＳ弁の開口面積の変化特性を示すグラフである。

本発明に係る容量制御弁を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例１に係る容量制御弁につき、図１から図３を参照して説明する。以下、図１の正面側から見て左右側を容量制御弁の左右側として説明する。

本発明の容量制御弁Ｖ１は、自動車等の空調システムに用いられる図示しない容量可変型圧縮機に組み込まれ、冷媒である作動流体（以下、単に「流体」と表記する）の圧力を可変制御することにより、容量可変型圧縮機の吐出量を制御し空調システムを目標の冷却能力となるように調整している。

先ず、容量可変型圧縮機について説明する。容量可変型圧縮機は、吐出室と、吸入室と、制御室と、複数のシリンダと、を備えるケーシングを有している。尚、容量可変型圧縮機には、吐出室と制御室とを直接連通する連通路が設けられており、この連通路には吐出室と制御室との圧力を平衡調整させるための固定オリフィス９が設けられている（図１および図２参照）。

また、容量可変型圧縮機は、ケーシングの外部に設置される図示しないエンジンにより回転駆動される回転軸と、制御室内において回転軸に対してヒンジ機構により偏心状態で連結される斜板と、斜板に連結され各々のシリンダ内において往復動自在に嵌合された複数のピストンと、を備え、電磁力により開閉駆動される容量制御弁Ｖ１を用いて、流体を吸入する吸入室の吸入圧力Ｐｓ、ピストンにより加圧された流体を吐出する吐出室の吐出圧力Ｐｄ、斜板を収容した制御室の制御圧力Ｐｃを利用しつつ、制御室内の圧力を適宜制御することで斜板の傾斜角度を連続的に変化させることにより、ピストンのストローク量を変化させて流体の吐出量を制御している。

図１および図２に示されるように、容量可変型圧縮機に組み込まれる容量制御弁Ｖ１は、ソレノイド８０を構成するコイル８６に通電する電流を調整し、容量制御弁Ｖ１におけるＣＳ弁５０の開閉制御を行うことにより、制御室から吸入室に流出する流体を制御することで制御室内の制御圧力Ｐｃを可変制御している。尚、吐出室の吐出圧力Ｐｄの吐出流体が固定オリフィス９を介して制御室に常時供給されており、容量制御弁Ｖ１におけるＣＳ弁５０を閉塞させることにより制御室内の制御圧力Ｐｃを上昇させられるようになっている。

本実施例１において、ＣＳ弁５０は、弁体としてのＣＳ弁体５１とバルブハウジング１０の内周面に形成されたＣＳ弁座１０ａとにより構成されており、ＣＳ弁体５１の大径部５１ｂの軸方向左端部に形成される段部５１ａがＣＳ弁座１０ａに接離することで、ＣＳ弁５０が開閉するようになっている。

次いで、容量制御弁Ｖ１の構造について説明する。図１および図２に示されるように、容量制御弁Ｖ１は、金属材料または樹脂材料により形成されたバルブハウジング１０と、バルブハウジング１０内に軸方向左端部が配置されるＣＳ弁体５１と、バルブハウジング１０に接続されＣＳ弁体５１に駆動力を及ぼすソレノイド８０と、から主に構成されている。

図１および図２に示されるように、ソレノイド８０は、軸方向左方に開放する開口部８１ａを有するケーシング８１と、ケーシング８１の開口部８１ａに対して軸方向左方から挿入されケーシング８１の内径側に固定される略円筒形状のセンタポスト８２と、センタポスト８２に挿通され軸方向に往復動自在、かつその軸方向左端部がバルブハウジング１０内に配置されるＣＳ弁体５１と、ＣＳ弁体５１の大径部５１ｂの軸方向右端部が挿嵌・固定される可動鉄心８４と、センタポスト８２と可動鉄心８４との間に設けられ可動鉄心８４をＣＳ弁５０の開弁方向である軸方向右方に付勢するスプリングとしてのコイルスプリング８５と、センタポスト８２の外側にボビンを介して巻き付けられた励磁用のコイル８６と、から主に構成されている。

図１および図２に示されるように、ＣＳ弁体５１は、軸方向左端に段部５１ａが形成される大径部５１ｂと、大径部５１ｂの軸方向左側に連設され大径部５１ｂよりも小径に形成される小径部５１ｃと、が一体に構成される段付きの柱状体であり、ソレノイド８０のコイル８６に対して貫通配置されるロッドを兼ねている。尚、小径部５１ｃは、大径部５１ｂの段部５１ａに連設される部分に、該小径部５１ｃの軸方向左端よりも小径のくびれ部５１ｅを有しているため、ＣＳ弁５０の開弁時に一定断面の流路が確保されている。

図１および図２に示されるように、バルブハウジング１０には、容量可変型圧縮機の吸入室と連通する吸入ポートとしてのＰｓポート１１と、容量可変型圧縮機の制御室と連通する制御ポートとしてのＰｃポート１２が形成されている。

バルブハウジング１０の内部には、軸方向右側、すなわちソレノイド８０側にＰｓポート１１と連通されＣＳ弁体５１の大径部５１ｂの軸方向左端部が軸方向に往復動自在に配置される第１弁室２０が形成されるとともに、軸方向左側にＰｃポート１２と連通されＣＳ弁体５１の小径部５１ｃが軸方向に往復動自在に配置される第２弁室３０が形成されている。

バルブハウジング１０の内周面には、第１弁室２０と第２弁室３０とを連通し、ＣＳ弁体５１の小径部５１ｃが挿通される弁孔１０ｂが形成されている。また、バルブハウジング１０の内周面には、弁孔１０ｂの第１弁室２０側の開口端縁にＣＳ弁座１０ａが形成されている。

また、バルブハウジング１０の内周面には、第２弁室３０の軸方向左側、すなわちソレノイド８０と軸方向反対側にＣＳ弁体５１の小径部５１ｃの外周面が略密封状態で摺動可能なガイド孔１０ｃが形成されている。尚、ガイド孔１０ｃの内周面とＣＳ弁体５１の小径部５１ｃの外周面との間は、径方向に僅かに離間することにより微小な隙間が形成されており、ＣＳ弁体５１は、バルブハウジング１０に対して軸方向に円滑に相対移動可能となっている。

尚、ＣＳ弁体５１の小径部５１ｃは、バルブハウジング１０のガイド孔１０ｃから軸方向左方に突出しており、ＣＳ弁体５１の軸方向左端、すなわち小径部５１ｃの軸方向左端には、容量可変型圧縮機の吐出室の吐出圧力Ｐｄを受圧する受圧部としての受圧面５１ｄが形成されている。

次いで、容量制御弁Ｖ１の動作、主にＣＳ弁５０の開閉動作について説明する。

先ず、容量制御弁Ｖ１の非通電状態について説明する。図１に示されるように、容量制御弁Ｖ１は、非通電状態において、可動鉄心８４がコイルスプリング８５の付勢力により軸方向右方へと押圧されることで、ＣＳ弁体５１が軸方向右方へ共に移動し、ＣＳ弁体５１の段部５１ａがＣＳ弁座１０ａから離間し、ＣＳ弁５０が開放されている。

このとき、ＣＳ弁体５１には、軸方向右方に向けて、コイルスプリング８５の付勢力（Ｆ_ｓｐ）と、ＣＳ弁体５１の小径部５１ｃの断面積に等しい受圧面積Ｂを有する受圧面５１ｄに対する吐出流体の吐出圧力Ｐｄによる力（Ｆ_Ｐｄ）と、ＣＳ弁体５１に対する制御流体の制御圧力Ｐｃによる力（Ｆ_Ｐｃ）が作用し、軸方向左方に向けてＣＳ弁体５１に対する吸入流体の吸入圧力Ｐｓによる力（Ｆ_Ｐｓ）が作用している。すなわち、右向きを正として、ＣＳ弁体５１には、力Ｆ_ｒｏｄ＝Ｆ_ｓｐ＋Ｆ_Ｐｄ＋Ｆ_Ｐｃ－Ｆ_Ｐｓが作用している。尚、ＣＳ弁体５１の段部５１ａとＣＳ弁座１０ａとが接離する弁口部面積Ａと、ＣＳ弁体５１の受圧面積Ｂを略同一にすることにより、ＣＳ弁体５１に作用する制御圧力Ｐｃの影響をキャンセルすることができる。

次に、容量制御弁Ｖ１の通電状態について説明する。図２に示されるように、容量制御弁Ｖ１は、通電状態、すなわち通常制御時、いわゆるデューティ制御時において、ソレノイド８０に電流が印加されることにより発生する電磁力（Ｆ_ｓｏｌ）が力Ｆ_ｒｏｄを上回る（Ｆ_ｓｏｌ＞Ｆ_ｒｏｄ）と、可動鉄心８４が軸方向左側、すなわちセンタポスト８２へ向けて引き寄せられ、可動鉄心８４に固定されたＣＳ弁体５１が軸方向左方へ共に移動することにより、ＣＳ弁体５１の段部５１ａがＣＳ弁座１０ａに着座し、ＣＳ弁５０が閉塞されている。

このとき、ＣＳ弁体５１には、軸方向左方に電磁力（Ｆ_ｓｏｌ）、軸方向右方に力Ｆ_ｒ _ｏｄが作用している。すなわち、右向きを正として、ＣＳ弁体５１には、力Ｆ_ｒｏｄ－Ｆ_ｓｏｌ、詳しくは、力Ｆ_ｓｐ＋Ｆ_Ｐｄ＋Ｆ_Ｐｃ－Ｆ_Ｐｓ－Ｆ_ｓｏｌが作用している。

ここで、ＣＳ弁体５１の受圧面５１ｄに作用する吐出圧力Ｐｄは、空調システムから要求される容量可変型圧縮機の吐出量に応じて随時変化している。そのため、吐出圧力Ｐｄに応じてＣＳ弁体５１に対して軸方向右方に作用する力Ｆ_Ｐｄが変化することとなり、ソレノイド８０に通電される電流が一定の場合、図３において実線のグラフで示されるように、吐出圧力Ｐｄに応じてＣＳ弁５０の開口面積が比例的に増加するようになっている。尚、図３において点線のグラフで示されるように、ＣＳ弁体５１の受圧面５１ｄに吐出圧力Ｐｄを作用させなければ、ソレノイド８０に通電される電流Ｉが一定の場合、ＣＳ弁５０の開口面積は変化しない（後述する図７、図１１、図１５における点線のグラフも同じく）。

これによれば、容量制御弁Ｖ１は、ＣＳ弁５０を開閉してＰｃポート１２から供給される制御圧力Ｐｃの制御流体をＰｓポート１１を介して吸入室に供給して制御室の制御圧力Ｐｃを低下させるＰｃ－Ｐｓ制御を行うとともに、制御圧力Ｐｃ、吸入圧力Ｐｓと比較して圧力の高い吐出圧力ＰｄをＣＳ弁体５１の受圧面５１ｄに対して軸方向右方、すなわちＣＳ弁５０の開弁方向に作用させてＣＳ弁体５１の動作の補正に使用することができる。そのため、ＣＳ弁５０の弁開度の調整を行いやすくなり、空調システムの制御圧力Ｐｃを目標の値まで短時間で到達させることができる。

また、ＣＳ弁体５１に吐出圧力Ｐｄが作用する受圧面５１ｄが形成されることにより、ＣＳ弁５０を開閉する段部５１ａを有するＣＳ弁体５１に対して、吐出圧力Ｐｄに応じた力（Ｆ_Ｐｄ）を作用させることができるため、ＣＳ弁体５１の動作の補正に対する応答性が高い。加えて、従来のように感圧体を用いてＣＳ弁体５１の動作を調整する必要がなくなるとともに、ＣＳ弁体５１の動作の補正に圧力の高い吐出圧力Ｐｄを使用することにより、柱状体からなるＣＳ弁体５１における軸方向の端面を受圧面５１ｄとして利用して、その受圧面積を小さくすることができるため、部品点数が少なく小型化された容量制御弁Ｖ１を提供できる。

また、ＣＳ弁体５１の動作の補正に吐出圧力Ｐｄを使用することにより、容量可変型圧縮機に設けられる固定オリフィス９を介して制御室に供給される吐出流体の供給量や、容量可変型圧縮機のシリンダとピストンとの間に形成される隙間から制御室に漏れるブローバイガスによる吐出流体の漏れ量に応じた吐出圧力Ｐｄの変化に追従させてＣＳ弁５０の弁開度を調整することができるため、空調システムの制御圧力Ｐｃを目標値までより短時間で到達させることができる。

また、容量制御弁Ｖ１は、ＣＳ弁体５１がコイルスプリング８５によりＣＳ弁５０の開弁方向に付勢されるノーマルオープンタイプとして構成されるため、ソレノイド８０への印加電流の電流値の低下によりＣＳ弁体５１を確実に開弁位置に移動させることができ、最大デューティの最大通電状態からそれ未満通電状態、いわゆるデューティ制御に瞬時に復帰させることができる。また、容量制御弁Ｖ１の非通電状態においてＣＳ弁体５１を開弁方向に移動させることで制御圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓを一致させやすくすることができる。

また、本実施例１の容量制御弁Ｖ１の変形例として、図４に示されるように、ソレノイド８０と軸方向反対側、すなわちバルブハウジング１０の軸方向左端部には、ガイド孔１０ｃとＣＳ弁体５１の小径部５１ｃとの間をシールするシール部としてのＯリング１１３が設けられていてもよい。これによれば、ＣＳ弁体５１の受圧面５１ｄに作用する吐出圧力Ｐｄの吐出流体がガイド孔１０ｃを通じてバルブハウジング１０内に侵入することが防止されるため、制御圧力Ｐｃの制御性を高めることができる。尚、Ｏリング１１３は、バルブハウジング１０の軸方向左端に設けられる固定部材１１４により略固定されることにより、ＣＳ弁体５１の動作に関わらずシール性を維持することができる。

実施例２に係る容量制御弁につき、図５から図７を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

本実施例２の容量制御弁Ｖ２において、図５および図６に示されるように、弁体としてのＣＳ弁体２５１は、軸方向左端に段部２５１ａが形成される大径部２５１ｂと、大径部２５１ｂの軸方向左側に連設され大径部２５１ｂよりも小径に形成される小径部２５１ｃと、が一体に構成される段付きの柱状体であり、ソレノイド８０のコイル８６に対して貫通配置されるロッドを兼ねている。尚、小径部２５１ｃは、大径部２５１ｂの段部２５１ａに連設される部分に、該小径部２５１ｃの軸方向左端よりも小径のくびれ部２５１ｅを有しているため、ＣＳ弁２５０の開弁時に一定断面の流路が確保されている。

本実施例２では、バルブハウジングとして、第１バルブハウジング２１０と、この第１バルブハウジング２１０に挿嵌された第２バルブハウジング２１１とが主として構成されている。第１バルブハウジング２１０には、容量可変型圧縮機の吸入室と連通する吸入ポートとしてのＰｓポート１１が形成されている。また、第２バルブハウジング２１１には、容量可変型圧縮機の制御室と連通する制御ポートとしてのＰｃポート１２が形成されている。また、第１バルブハウジング２１０は、軸方向左端の内径側が軸方向右方に凹む凹部２１０ｅが形成されており、第２バルブハウジング２１１の軸方向右端部が軸方向左方から挿嵌されることにより一体に略密封状態で接続固定されている。

第１バルブハウジング２１０の内部には、Ｐｓポート１１と連通されＣＳ弁体２５１の大径部２５１ｂの軸方向左端部が軸方向に往復動自在に配置される第１弁室２２０が形成されている。第２バルブハウジング２１１の内部には、Ｐｃポート１２と連通されＣＳ弁体２５１の小径部２５１ｃが軸方向に往復動自在に配置される第２弁室２３０が形成されている。

第１バルブハウジング２１０の内周面には、第１弁室２２０と第２弁室２３０とを連通し、ＣＳ弁体２５１の小径部２５１ｃが挿通される弁孔２１０ｂが形成されている。また、第１バルブハウジング２１０の内周面には、弁孔２１０ｂの第１弁室２２０側の開口端縁にＣＳ弁座２１０ａが形成されている。さらに、第１バルブハウジング２１０の内周面には、ＣＳ弁座２１０ａおよび第１弁室２２０よりもソレノイド８０側にＣＳ弁体２５１の大径部２５１ｂの外周面が略密封状態で摺動可能なガイド孔２１０ｆが形成されている。尚、ガイド孔２１０ｆの内周面とＣＳ弁体２５１の大径部２５１ｂの外周面との間は、径方向に僅かに離間することにより微小な隙間が形成されており、ＣＳ弁体２５１は、第１バルブハウジング２１０に対して軸方向に円滑に相対移動可能となっている。

第２バルブハウジング２１１の内周面には、第２弁室２３０の軸方向左側、すなわちソレノイド８０の軸方向反対側にＣＳ弁体２５１と軸方向に対向して離間する別体の摺動ロッド２５２の外周面が略密封状態で摺動可能なガイド孔２１１ａが形成されている。尚、ガイド孔２１１ａの内周面と摺動ロッド２５２の外周面との間は、径方向に僅かに離間することにより微小な隙間が形成されており、摺動ロッド２５２は、第２バルブハウジング２１１に対して軸方向に円滑に相対移動可能となっている。また、摺動ロッド２５２は、ＣＳ弁体２５１と同軸位置に配置されている。

摺動ロッド２５２は、軸方向左端部が第２バルブハウジング２１１のガイド孔２１１ａから軸方向左方に突出しており、その軸方向左端には、容量可変型圧縮機の吐出室の吐出圧力Ｐｄを受圧する受圧部としての受圧面２５２ａが形成されている。尚、摺動ロッド２５２の第２弁室２３０内に配置される軸方向右端部には、軸方向右方から支持キャップ２５４が挿嵌されている。

また、摺動ロッド２５２とＣＳ弁体２５１との間には、付勢手段としてのコイルスプリング２５３が介在している。詳しくは、コイルスプリング２５３は、第２弁室２３０内に配置されており、コイルスプリング２５３の軸方向左端が支持キャップ２５４の軸方向左端から外径側に延びるフランジ部２５４ａの軸方向右端面に当接し、コイルスプリング２５３の軸方向右端がＣＳ弁体２５１の小径部２５１ｃに外嵌される支持プレート２５５の軸方向左端面に当接した状態で保持されている。すなわち、摺動ロッド２５２とＣＳ弁体２５１は、互いに対向する軸方向端部同士がコイルスプリング２５３を介して接離可能に接続された状態となっている。

ここで、摺動ロッド２５２の断面積に等しい受圧面積Ｂを有する受圧面２５２ａに作用する吐出流体の吐出圧力Ｐｄは、空調システムから要求される容量可変型圧縮機の吐出量に応じて随時変化している。そのため、吐出圧力Ｐｄに応じてＣＳ弁体２５１に対して軸方向右方に作用する力Ｆ_Ｐｄが変化することとなり、ソレノイド８０に通電される電流Ｉが一定の場合、図７において実線のグラフで示されるように、吐出圧力Ｐｄに応じて摺動ロッド２５２からコイルスプリング２５３を介してＣＳ弁体２５１に対して軸方向右方に作用する力Ｆ_Ｐｄが変化するようになっている。

詳しくは、吐出圧力Ｐｄが低い状態では、図５に示されるように、摺動ロッド２５２がコイルスプリング２５３の付勢力により軸方向左方へと押圧されることで、摺動ロッド２５２に挿嵌される支持キャップ２５４のフランジ部２５４ａの軸方向左端が第２バルブハウジング２１１の第２弁室２３０の内面に当接している。この状態から吐出圧力Ｐｄが上昇すると、摺動ロッド２５２がコイルスプリング２５３の付勢力に抗して軸方向右方へ移動を開始し、所定の吐出圧力Ｐｄとなったときに、摺動ロッド２５２とともに移動した支持キャップ２５４の軸方向右端がＣＳ弁体２５１の軸方向左端、すなわち小径部２５１ｃの軸方向左端に当接する（図６参照）。これによれば、支持キャップ２５４の軸方向右端が移動を開始してからＣＳ弁体２５１の軸方向左端に当接するまでの領域、すなわち図７における変曲点Ｃまでの緩衝領域においては、コイルスプリング２５３の付勢力が吐出圧力Ｐｄの上昇により摺動ロッド２５２を軸方向右方に移動させる力の抵抗となるため、吐出圧力Ｐｄに応じた力がＣＳ弁体２５１に対して作用し難くなっている。また、図７における変曲点Ｃ以降は、支持キャップ２５４の軸方向右端がＣＳ弁体２５１の軸方向左端に当接した状態を維持することにより、コイルスプリング２５３の圧縮幅は変動せず、吐出圧力Ｐｄに応じた力の上昇に対してコイルスプリング２５３の付勢力が一定となるため、吐出圧力Ｐｄに応じた力がＣＳ弁体２５１に対して作用しやすくなっている。

また、ソレノイド８０により駆動されるＣＳ弁体２５１の動作と、吐出圧力Ｐｄに応じた力による摺動ロッド２５２の動作とを組み合わせることにより、ＣＳ弁体２５１の動作を補正することができるため、吐出圧力Ｐｄを使用した補正による制御特性を適宜変更しやすい。尚、摺動ロッド２５２とＣＳ弁体２５１との離間距離やコイルスプリング２５３のバネ定数を変更することにより、補正による制御特性を適宜変更してもよい。

また、ＣＳ弁体２５１の段部２５１ａとＣＳ弁座２１０ａとが接離する弁口部面積Ａと、摺動ロッド２５２の受圧面積Ｂとを略同一にすることにより、ＣＳ弁体２５１に作用する制御圧力Ｐｃの影響をキャンセルすることができる。尚、ＣＳ弁体２５１と摺動ロッド２５２とが別体に構成されることにより、弁口部面積Ａと受圧面積Ｂを自由に設定することができる。

また、本実施例２の容量制御弁Ｖ２の変形例として、図８に示されるように、ソレノイド８０と軸方向反対側、すなわち第２バルブハウジング２１１の軸方向左端部には、ガイド孔２１１ａと摺動ロッド２５２との間をシールするシール部としてのＯリング２１３が設けられていてもよい。これによれば、摺動ロッド２５２の受圧面２５２ａに作用する吐出圧力Ｐｄの吐出流体がガイド孔２１１ａを通じて第１バルブハウジング２１０および第２バルブハウジング２１１内に侵入することが防止されるため、制御圧力Ｐｃの制御性を高めることができる。尚、Ｏリング２１３は、第２バルブハウジング２１１の軸方向左端に設けられる固定部材２１４により略固定されることにより、摺動ロッド２５２の動作に関わらずシール性を維持することができる。

実施例３に係る容量制御弁につき、図９から図１１を参照して説明する。尚、前記実施例２と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

本実施例３の容量制御弁Ｖ３において、図９および図１０に示されるように、弁体としてのＣＳ弁体３５１は、軸方向左端に段部３５１ａが形成される大径部３５１ｂと、大径部３５１ｂの軸方向左側に連設され大径部３５１ｂよりも小径に形成される小径部３５１ｃと、が一体に構成される段付きの柱状体であり、ソレノイド８０のコイル８６に対して貫通配置されるロッドを兼ねている。尚、ＣＳ弁体３５１に小径部３５１ｃが形成されることにより、ＣＳ弁３５０の開弁時に一定断面の流路が確保されている。

また、ＣＳ弁体３５１と軸方向に対向して離間する別体の摺動ロッド２５２と第１バルブハウジング２１０の軸方向左端との間には、付勢手段としてのコイルスプリング３５３が介在している。詳しくは、コイルスプリング３５３は、第２弁室２３０に配置されており、コイルスプリング３５３の軸方向左端が支持キャップ２５４に形成されるフランジ部２５４ａの軸方向右端面に当接し、コイルスプリング３５３の軸方向右端が第１バルブハウジング２１０の軸方向左端面に当接した状態で保持されている。すなわち、摺動ロッド２５２とＣＳ弁体３５１は、互いに対向する軸方向端部同士が接離可能に配置された状態となっている。

これによれば、図１０に示されるように、支持キャップ２５４の軸方向右端が移動を開始してからＣＳ弁体３５１の軸方向左端に当接するまでの領域、すなわち図１１における変曲点Ｄまでの緩衝領域においては、ＣＳ弁３５０の弁開度に吐出圧力Ｐｄに応じた力が作用しないようになっている。また、図１１における変曲点Ｄ以降は、支持キャップ２５４の軸方向右端が小径部３５１ｃの軸方向左端に当接することにより、コイルスプリング３５３の付勢力が吐出圧力Ｐｄの上昇により摺動ロッド２５２を軸方向右方に移動させる力の抵抗となるため、吐出圧力Ｐｄに応じた力がＣＳ弁体３５１に対して作用し難くなっている。

また、ソレノイド８０により駆動されるＣＳ弁体３５１の動作と、吐出圧力Ｐｄに応じた力による摺動ロッド２５２の動作とを組み合わせることにより、ＣＳ弁体３５１の動作を補正する領域と補正しない領域とを設定することができるため、吐出圧力Ｐｄを使用した補正による制御特性を適宜変更しやすい。尚、摺動ロッド２５２とＣＳ弁体３５１との離間距離やコイルスプリング３５３のバネ定数を変更することにより、補正による制御特性を適宜変更してもよい。

また、本実施例３の容量制御弁Ｖ３の変形例として、図１２に示されるように、ソレノイド８０と軸方向反対側、すなわち第２バルブハウジング２１１に設けられるガイド孔２１１ａと摺動ロッド２５２との間をシールするシール部としてのＯリング３１３が設けられていてもよい。これによれば、摺動ロッド２５２の受圧面２５２ａに作用する吐出圧力Ｐｄの吐出流体がガイド孔２１１ａを通じて第１バルブハウジング２１０および第２バルブハウジング２１１内に侵入することが防止されるため、制御圧力Ｐｃの制御性を高めることができる。尚、Ｏリング３１３は、第２バルブハウジング２１１の軸方向左端に設けられる固定部材３１４により略固定されることにより、摺動ロッド２５２の動作に関わらずシール性を維持することができる。

実施例４に係る容量制御弁につき、図１３から図１５を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

本実施例４の容量制御弁Ｖ４において、図１３および図１４に示されるように、弁体としてのＣＳ弁体４５１は、断面略一定の一体の柱状体であり、ソレノイド８０のコイル８６に対して貫通配置されるロッドを兼ねている。また、ＣＳ弁体４５１の軸方向右端には、容量可変型圧縮機の吐出室の吐出圧力Ｐｄを受圧する受圧部としての受圧面４５１ｂが形成されている。

バルブハウジング４１０には、容量可変型圧縮機の吸入室と連通する吸入ポートとしてのＰｓポート１１と、容量可変型圧縮機の制御室と連通する制御ポートとしてのＰｃポート１２と、容量可変型圧縮機の吐出室と連通するＰｄポート１３が形成されている。

バルブハウジング４１０の内部には、軸方向左側にＣＳ弁体４５１の軸方向左端部が軸方向に往復動自在に配置される第１弁室４２０が形成されており、Ｐｓポート１１は、バルブハウジング４１０の外周面から内径方向に延びて第１弁室４２０と連通し、Ｐｃポート１２は、バルブハウジング４１０の軸方向左端の内径側から軸方向右方に延びて第１弁室４２０と連通している。また、バルブハウジング４１０の内部には、軸方向右側、すなわちソレノイド８０側にＰｄポート１３と連通される第２弁室４３０が形成されている。

バルブハウジング４１０の内周面には、第１弁室４２０と第２弁室４３０との間に貫通しＣＳ弁体４５１の軸方向左端部の外周面が略密封状態で摺動可能なガイド孔４１０ｂが形成されている。また、バルブハウジング４１０の内周面には、Ｐｃポート１２の第１弁室４２０側の開口端縁にＣＳ弁座４１０ａが形成されている。尚、ガイド孔４１０ｂの内周面とＣＳ弁体４５１の外周面との間は、径方向に僅かに離間することにより微小な隙間が形成されており、ＣＳ弁体４５１は、バルブハウジング４１０に対して軸方向に円滑に相対移動可能となっている。

また、第１弁室４２０と第２弁室４３０とは、ガイド孔４１０ｂの内周面とＣＳ弁体４５１の外周面とにより形成されるシール部としてのクリアランスシールにより、略密封状態にシールされているため、Ｐｄポート１３から第２弁室４３０に供給される吐出圧力Ｐｄの吐出流体が第１弁室４２０内に侵入することが防止されている。また、Ｐｄポート１３から第２弁室４３０に供給される吐出圧力Ｐｄの吐出流体は、ソレノイド８０を構成するセンタポスト８２において軸方向に延びる挿通孔８２ａの内周面と、該挿通孔８２ａに挿通されるＣＳ弁体４５１の外周面との間の隙間を通して、可動鉄心８４が挿嵌されるＣＳ弁体４５１の背面側、すなわちＣＳ弁体４５１の軸方向右端に形成される受圧面４５１ｂまで回り込めるようになっている。

次いで、容量制御弁Ｖ４の動作、主にＣＳ弁４５０の開閉動作について説明する。

先ず、容量制御弁Ｖ４の非通電状態について説明する。図１３に示されるように、容量制御弁Ｖ４は、非通電状態において、可動鉄心８４がコイルスプリング８５の付勢力により軸方向右方へと押圧されることで、ＣＳ弁体４５１が軸方向右方へ共に移動し、ＣＳ弁体４５１の軸方向左端４５１ａがＣＳ弁座４１０ａから離間し、ＣＳ弁４５０が開放されている。

このとき、ＣＳ弁体４５１には、軸方向右方に向けてコイルスプリング８５の付勢力（Ｆ_ｓｐ）と、ＣＳ弁体４５１に対する制御流体の制御圧力Ｐｃによる力（Ｆ_Ｐｃ）が作用し、軸方向左方に向けてＣＳ弁体４５１の受圧面４５１ｂに対する吐出流体の吐出圧力Ｐｄによる力（Ｆ_Ｐｄ）が作用している。すなわち、右向きを正として、ＣＳ弁体４５１には、力Ｆ_ｒｏｄ＝Ｆ_ｓｐ＋Ｆ_Ｐｃ－Ｆ_Ｐｄが作用している。

次に、容量制御弁Ｖ４の通電状態について説明する。図１４に示されるように、容量制御弁Ｖ４は、通電状態、すなわち通常制御時、いわゆるデューティ制御時において、ソレノイド８０に電流が印加されることにより発生する電磁力（Ｆ_ｓｏｌ）が力Ｆ_ｒｏｄを上回る（Ｆ_ｓｏｌ＞Ｆ_ｒｏｄ）と、可動鉄心８４が軸方向左側、すなわちセンタポスト８２へ向けて引き寄せられ、可動鉄心８４に固定されたＣＳ弁体４５１が軸方向左方へ共に移動することにより、ＣＳ弁体４５１の軸方向左端４５１ａがＣＳ弁座４１０ａに着座し、ＣＳ弁４５０が閉塞されている。

このとき、ＣＳ弁体４５１には、軸方向左方に電磁力（Ｆ_ｓｏｌ）、軸方向右方に力Ｆ_ｒｏｄが作用している。すなわち、右向きを正として、ＣＳ弁体４５１には、力Ｆ_ｒｏｄ－Ｆ_ｓｏｌ、詳しくは、力Ｆ_ｓｐ＋Ｆ_Ｐｃ－Ｆ_Ｐｄ－Ｆ_ｓｏｌが作用している。

ここで、ＣＳ弁体４５１の受圧面４５１ｂに作用する吐出圧力Ｐｄは、空調システムから要求される容量可変型圧縮機の吐出量に応じて随時変化している。そのため、吐出圧力Ｐｄに応じてＣＳ弁体４５１に対して軸方向右方に作用する力Ｆ_Ｐｄが変化することとなり、ソレノイド８０に通電される電流Ｉが一定の場合、図１５において実線のグラフで示されるように、吐出圧力Ｐｄに応じてＣＳ弁４５０の開口面積が比例的に減少するようになっている。

これによれば、容量制御弁Ｖ４は、ＣＳ弁４５０を開閉してＰｃポート１２から供給される制御圧力Ｐｃの制御流体をＰｓポート１１を介して吸入室に供給して制御室の制御圧力Ｐｃを低下させるＰｃ－Ｐｓ制御を行うとともに、Ｐｄポート１３から供給され、制御圧力Ｐｃ、吸入圧力Ｐｓと比較して圧力の高い吐出圧力ＰｄをＣＳ弁体４５１の受圧面４５１ｂに対して軸方向左方、すなわちＣＳ弁４５０の閉弁方向に作用させてＣＳ弁体４５１の動作の補正に使用することができる。そのため、ＣＳ弁４５０の弁開度の調整を行いやすくなり、空調システムの制御圧力Ｐｃを目標値まで短時間で到達させることができる。

尚、ガイド孔４１０ｂの内周面またはＣＳ弁体４５１の外周面に環状の溝を形成することにより、溝によるラビリンス効果によりクリアランスシールにおけるシール性を高めてもよい。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、ＣＳ弁体はソレノイド８０のコイル８６に貫通配置されるロッドを兼ねるものとして説明したが、これに限らず、ＣＳ弁体が別体のロッドと軸方向に共に往復動自在となるように構成されていてもよい。

前記実施例では、容量制御弁Ｖ１～Ｖ４は、ＣＳ弁体がコイルスプリング８５によりＣＳ弁の開弁方向に付勢されるノーマルオープンタイプとして構成されるものとして説明したが、これに限らず、ＣＳ弁体がコイルスプリング８５によりＣＳ弁の閉弁方向に付勢されるノーマルクローズタイプとして構成されてもよい。

また、前記実施例では、Ｐｃポート１２がＰｓポート１１に対して軸方向左側に形成される構成について説明したが、Ｐｃポート１２がＰｓポート１１に対して軸方向右側に形成されるように配置が入れ替わっていてもよい。この場合、ＣＳ弁体およびＣＳ弁座の形状や配置は適宜変更されるものとする。

また、前記実施例１～３では、受圧面が形成されるＣＳ弁体または摺動ロッドの軸方向左端部が、ガイド孔から軸方向左方に突出しているものとして説明したが、これに限らず、ＣＳ弁体または摺動ロッドの軸方向左端、すなわち受圧面がガイド孔の内部に常時配置されるものであってもよい。

また、前記実施例１～３では、変形例としてガイド孔とＣＳ弁体または摺動ロッドとの間をシールするシール部としてのＯリングが設けられる構成について説明したが、これに限らず、受圧面に作用する吐出圧力Ｐｄの吐出流体がバルブハウジング内に侵入することが防止できるものであれば、シール部は自由に構成されてよい。

また、前記実施例２において、摺動ロッド２５２とＣＳ弁体２５１とは当接せずに常時軸方向に離間していてもよい。

また、前記実施例３において、コイルスプリング３５３は、摺動ロッド２５２と第１バルブハウジング２１０の軸方向左端との間に介在しているものに限らず、コイルスプリング３５３の軸方向右端が例えば第２バルブハウジング２１１の内周面に形成される内向きフランジ部に当接していてもよい。

また、受圧部は、ＣＳ弁体または摺動ロッドの軸方向端面に形成されるものに限らない。例えば、前記実施例４では、ＣＳ弁体の軸方向右端が可動鉄心により完全に被覆され、可動鉄心の軸方向右端が受圧部としてＣＳ弁体に吐出圧力Ｐｄに応じた力を作用させてもよい。

９固定オリフィス
１０バルブハウジング
１０ａＣＳ弁座
１０ｃガイド孔
１１Ｐｓポート（吸入ポート）
１２Ｐｃポート（制御ポート）
１３Ｐｄポート
２０第１弁室
３０第２弁室
５０ＣＳ弁
５１ＣＳ弁体（弁体）
５１ａ段部
５１ｄ受圧面（受圧部）
８０ソレノイド
８５コイルスプリング（スプリング）
１１３Ｏリング（シール部）
２１０第１バルブハウジング（バルブハウジング）
２１０ａＣＳ弁座
２１１第２バルブハウジング（バルブハウジング）
２１１ａガイド孔
２１３Ｏリング（シール部）
２５０ＣＳ弁
２５１ＣＳ弁体（弁体）
２５１ａ段部
２５２摺動ロッド
２５２ａ受圧面（受圧部）
２５３コイルスプリング（付勢手段）
２５４支持キャップ
２５５支持プレート
３１３Ｏリング（シール部）
３５０ＣＳ弁
３５１ＣＳ弁体（弁体）
３５１ａ段部
３５３コイルスプリング（付勢手段）
４１０バルブハウジング
４１０ａＣＳ弁座
４１０ｂガイド孔
４５０ＣＳ弁
４５１ＣＳ弁体（弁体）
４５１ｂ受圧面（受圧部）
Ｐｃ制御圧力
Ｐｄ吐出圧力
Ｐｓ吸入圧力
Ｖ１～Ｖ４容量制御弁

Claims

吸入圧力の吸入流体が通過する吸入ポートおよび制御圧力の制御流体が通過する制御ポートが形成されたバルブハウジングと、
ソレノイドにより駆動される弁体と、
前記弁体を前記ソレノイドによる駆動方向と反対方向に付勢するスプリングと、
ＣＳ弁座と前記弁体とにより構成され前記弁体の移動により前記制御ポートと前記吸入ポートとの連通を開閉するＣＳ弁と、を備え、
前記ＣＳ弁の開閉により制御圧力の制御を行い、
前記バルブハウジングには、前記ＣＳ弁が存在する空間と、吐出圧力が導入される空間と、を接続するガイド孔が形成され、
該ガイド孔に、前記弁体又は、該弁体と対向して離間する別体の摺動ロッドが、軸方向に摺動可能に挿入され、
前記弁体又は前記摺動ロッドは、前記吐出圧力に応じた力を前記弁体の軸方向に作用させる受圧部を有している容量制御弁。
前記受圧部は、前記弁体に設けられている請求項１に記載の容量制御弁。
前記受圧部は、前記摺動ロッドに設けられている請求項１に記載の容量制御弁。
前記摺動ロッドは、前記弁体と接離可能に離間している請求項３に記載の容量制御弁。
前記摺動ロッドと前記弁体との間には、付勢手段が介在している請求項３または４に記載の容量制御弁。
前記摺動ロッドと前記バルブハウジングとの間には、付勢手段が介在している請求項４に記載の容量制御弁。
前記ガイド孔は、前記ソレノイドと軸方向反対側に形成されており、
前記ガイド孔と前記弁体との間をシールするシール部が設けられている請求項２に記載の容量制御弁。
前記ガイド孔は、前記ソレノイドと軸方向反対側に形成されており、
前記ガイド孔と前記摺動ロッドとの間をシールするシール部が設けられている請求項３ないし６のいずれかに記載の容量制御弁。
前記弁体は、前記スプリングにより前記ＣＳ弁の開弁方向に付勢されている請求項１ないし８のいずれかに記載の容量制御弁。