JP2004011454A - 可変容量圧縮機用容量制御弁 - Google Patents
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Abstract
【課題】実運転時における調圧室の圧力の影響を受けないようにした可変容量圧縮機用容量制御弁を提供するようにすることを目的とする。
【解決手段】可変容量圧縮機の吐出圧力Ｐｄを調圧室に導入する高圧側の弁座２５の弁孔の断面積をＡ、調圧室の圧力Ｐｃ１（＝Ｐｃ２）を吸入室に導入する低圧側の弁座２８の弁孔の断面積をＢ、低圧用弁体２４の実運転時のほとんどの制御期間における弁開時における冷媒の平均通路断面積をｂとすると、高圧側の弁の有効受圧面積（≒Ａ）と低圧側の弁の有効受圧面積（≒Ｂ−ｂ）とがほぼ等しくなるように、Ａ＜Ｂにした。これにより、実運転時の制御期間では、高圧用弁体２３および低圧用弁体２４に対する調圧室の圧力Ｐｃ１（＝Ｐｃ２）による影響をキャンセルすることができ、可変容量域のどの位置でも吐出容量に関係なく差圧Ｐｄ−Ｐｓが一定の特性を得ることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】可変容量圧縮機の吐出圧力Ｐｄを調圧室に導入する高圧側の弁座２５の弁孔の断面積をＡ、調圧室の圧力Ｐｃ１（＝Ｐｃ２）を吸入室に導入する低圧側の弁座２８の弁孔の断面積をＢ、低圧用弁体２４の実運転時のほとんどの制御期間における弁開時における冷媒の平均通路断面積をｂとすると、高圧側の弁の有効受圧面積（≒Ａ）と低圧側の弁の有効受圧面積（≒Ｂ−ｂ）とがほぼ等しくなるように、Ａ＜Ｂにした。これにより、実運転時の制御期間では、高圧用弁体２３および低圧用弁体２４に対する調圧室の圧力Ｐｃ１（＝Ｐｃ２）による影響をキャンセルすることができ、可変容量域のどの位置でも吐出容量に関係なく差圧Ｐｄ−Ｐｓが一定の特性を得ることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変容量圧縮機用容量制御弁に関し、特に自動車用空気調和装置の冷凍サイクルの中で冷媒ガスを圧縮する可変容量圧縮機に使用される可変容量圧縮機用容量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置の冷凍サイクル中で冷媒を圧縮するために用いられる圧縮機は、エンジンを駆動源としているので、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、冷媒の圧縮容量を変えることができる可変容量圧縮機が用いられている。
【０００３】
このような可変容量圧縮機においては、エンジンによって回転駆動される軸に取り付けられた揺動板に圧縮用ピストンが連結され、揺動板の角度を変えることによってピストンのストロークを変えることで冷媒の吐出量、すなわちコンプレッサの容量を変えるようにしている。
【０００４】
揺動板の角度は、密閉された調圧室内に圧縮された冷媒の一部を導入し、その導入する冷媒の圧力を変化させ、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることによって連続的に変えている。
【０００５】
可変容量圧縮機において、その調圧室へ導入する冷媒の量を制御するのに、たとえば特開２００１−１３２６５０号公報に記載の圧縮容量制御装置では、可変容量圧縮機の吐出室と調圧室との間に容量制御弁を設け、調圧室と吸入室との間にオリフィスを設けた構成と、吐出室と調圧室との間にオリフィスを設け、調圧室と吸入室との間に容量制御弁を設けた構成とを提案している。
【０００６】
容量制御弁は、それらの前後差圧を所定値に保つように連通または閉塞させる制御をしており、差圧の所定値を電流値によって外部から設定することができる電磁制御弁としている。これにより、エンジンの回転数が上昇したときには、吐出室と調圧室との間の容量制御弁を開ける、または調圧室と吸入室との間の容量制御弁を閉じるよう制御し、調圧室に導入される圧力を増加させて圧縮できる容量を小さくし、回転数が低下したときには、容量制御弁を逆に制御し、調圧室に導入される圧力を減少させて圧縮できる容量を大きくするように制御することで、エンジンの回転数に関係なく可変容量圧縮機から吐出される冷媒の圧力を一定に保つようにしている。
【０００７】
このような可変容量圧縮機用容量制御弁では、圧縮機の運転容量を最小にしようとするとき、吐出室から調圧室へ導入する冷媒の量を最大または調圧室から吸入室へ導出する冷媒の量を最小にし、逆に、圧縮機の運転容量を最大にしようとするときには、吐出室から調圧室へ導入する冷媒の量を最小または調圧室から吸入室に導出する冷媒の量を最大にする必要がある。可変容量圧縮機の吐出室と調圧室との間、または、調圧室と吸入室との間にオリフィスがあると、そのオリフィスが通過する冷媒の流量を制限することになる。そのため、圧縮機が最大または最小運転に移行しようとするとき、そのオリフィスが吐出室から調圧室へ、または、調圧室から吸入室への冷媒流量を制限することになり、最小または最大運転への移行に時間がかかることがあった。
【０００８】
そのため、可変容量圧縮機用容量制御弁として、吐出室と調圧室との間と調圧室と吸入室との間に互いに連動して連通または閉塞制御される容量制御弁を設けた構成が特願２００１−２２４２０９号明細書に提案されている。この可変容量圧縮機用容量制御弁では、吐出室と調圧室との間および調圧室と吸入室との間に配置された２つの弁を有し、一方が閉じているときにはこれに連動して他方が開き、逆に、一方が開いているときにはこれに連動して他方が閉じるといった三方弁の構成を有している。この三方弁は、吐出室と調圧室との間に配置された高圧側の弁と調圧室と吸入室との間に配置された低圧側の弁とは、調圧室の圧力の影響を受けることなく吐出圧力と吸入圧力との差圧だけで動かすことができるように、高圧側および低圧側の弁の有効受圧面積を同じにしてあり、それぞれの弁がオリフィスよりも十分に大きな通路断面積を有していることから、最小または最大運転への移行時には、冷媒を十分多く流すことができ、移行時間を短縮することができる。
【０００９】
特に、最小運転に近い状態で運転しているときには、吐出室から吐出された冷媒は、常に調圧室に導入するようになっているため、導入された冷媒が調圧室内に溜まることがある。この状態で、最大容量の運転に移行するときには、調圧室内の圧力をできるだけ早く下げたいが、調圧室が吸入室と連通して中の圧力が低下したときに、調圧室内に溜まっている冷媒が蒸発し、蒸発している間は、最小運転を維持することになるため、調圧室内の圧力が実際に低下するまでに時間がかかることがある。このような場合であっても、大きな通路断面積を有する三方弁が、調圧室と吸入室との間を全開状態にするため、調圧室内の冷媒を速やかに吸入室へ流すことができ、最小運転から最大運転への移行時間を短縮することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の可変容量圧縮機用容量制御弁では、高圧側および低圧側の弁の有効受圧面積を同じにしてあるが、実運転時の制御では、高圧側の弁が全閉、低圧側の弁が全開に近い位置で制御していることが大半である。ここで、高圧側の弁の弁孔の断面積をＡ、弁開時における冷媒の平均通路断面積をａ、低圧側の弁の弁孔の断面積をＢ、弁開時における冷媒の平均通路断面積をｂとすると、高圧側の弁の有効受圧面積はＡ−ａ、低圧側の弁の有効受圧面積はＢ−ｂとなるが、実運転時には、ほとんどの制御期間で、高圧側の弁の有効受圧面積がほぼＡとなり、低圧側の弁の有効受圧面積がＢ−ｂとなって、高圧側および低圧側の弁の有効受圧面積が相違するために、調圧室の圧力の影響を受けることになるという問題点があった。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、実運転時における高圧側の弁の有効受圧面積Ａと低圧側の弁の有効受圧面積（Ｂ−ｂ）とを同じにして調圧室の圧力の影響を受けることがないようにした可変容量圧縮機用容量制御弁を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、吸入室の圧力と吐出室の圧力との差圧を所定の差圧に保つように前記吐出室から調圧室に導入する冷媒量を制御して可変容量圧縮機から吐出される冷媒の容量を変化させる可変容量圧縮機用容量制御弁において、前記吐出室に連通する第１のポートと前記調圧室に連通する第２のポートとの間の第１の冷媒流路に介挿されて前記第１の冷媒流路を連通または閉塞する第１の弁と、前記調圧室に連通する前記第２のポートと前記吸入室に連通する第３のポートとの間の第２の冷媒流路に介挿され、前記第１の弁の弁孔より大きな径を有し、前記第１の弁に連動して前記第２の冷媒流路を連通または閉塞する第２の弁と、を備えていることを特徴とする可変容量圧縮機用容量制御弁が提供される。
【００１３】
このような可変容量圧縮機用容量制御弁によれば、実運転時のほとんどの制御期間においては、第１の弁は閉じ側、第２の弁は開き側に位置していることが多いため、高圧側の弁の有効受圧面積がその弁孔の断面積とほぼ等しいのに対し、低圧側の弁の有効受圧面積はその弁孔の断面積から弁開時における冷媒の平均通路断面積を差し引いた大きさになることから、第２の弁を第１の弁の弁孔よりも大きな弁孔にして、実運転時では、第１および第２の弁の有効受圧面積が同じになるようにした。これにより、第１および第２の弁に共通に連通している第２のポートを介して受ける調圧室の圧力がキャンセルされ、第１および第２の弁は容量制御の動作時に調圧室の圧力の影響を受けずに吸入室の圧力と吐出室の圧力との差圧のみで容量制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明による容量制御弁を適用した可変容量圧縮機の概略を示す断面図である。
【００１５】
可変容量圧縮機は、気密に形成された調圧室１を有し、中には回転自在に支持された回転軸２を有している。この回転軸２の一端は、図示しない軸封装置を介して調圧室１の外まで延びていて、クラッチおよびベルトを介してエンジンの出力軸から駆動力が伝達されるプーリ３が固定されている。回転軸２には、この回転軸２の軸線に対して傾斜角可変となる揺動板４が設けられている。回転軸２の軸線の回りには、複数（図示の例では１つ）のシリンダ５が配置されている。各シリンダ５には、揺動板４の回転運動を往復運動に変換するピストン６が配置されている。各シリンダ５は、それぞれ吸入用リリーフ弁７および吐出用リリーフ弁８を介して吸入室９および吐出室１０に接続されている。各シリンダ５の吸入室９は、互いに連通して１つの部屋になっており、冷凍サイクルの蒸発器に接続される。各シリンダ５の吐出室１０も、互いに連通していて１つの部屋になっており、冷凍サイクルのガスクーラまたは凝縮器に接続される。
【００１６】
この可変容量圧縮機では、また、吐出室１０から調圧室１へ連通する冷媒流路および調圧室１から吸入室９へ連通する冷媒流路の途中に、三方弁を備えた容量制御弁１１が設けられ、吐出室１０と調圧室１との間、および調圧室１と吸入室９との間には、冷媒に溶解されている潤滑オイルの最小循環量を確保するためのオリフィス１２，１３がそれぞれ設けられている。なお、これらのオリフィス１２，１３は、可変容量圧縮機のボディの側に形成したが、容量制御弁１１の中に設けてもよい。
【００１７】
以上の構成の可変容量圧縮機において、エンジンの駆動力によって回転軸２が回転し、その回転軸２に設けられた揺動板４が回転すると、揺動板４に連結されたピストン６が往復運動し、これによって吸入室９の冷媒がシリンダ５に吸入され、シリンダ５内で圧縮され、圧縮された冷媒が吐出室１０へ吐出される。
【００１８】
ここで、通常運転のとき、容量制御弁１１は、吐出室１０の冷媒の吐出圧力Ｐｄを受けて、吸入室９の吸入圧力Ｐｓとの差圧が所定の差圧に保つように、調圧室１へ導入する冷媒量（このときの調圧室１の圧力をＰｃ１で示してある）と調圧室１から吸入室９へ導入される冷媒量（このときの調圧室１の圧力をＰｃ２で示してある）とを連動して制御する。これによって、調圧室１内の圧力Ｐｃ（＝Ｐｃ１＝Ｐｃ２）が所定値に保たれるので、シリンダ５の容量が所定値に制御される。
【００１９】
また、最小運転のとき、容量制御弁１１は、吐出室１０から調圧室１へ冷媒を導入する冷媒流路を全開にし、調圧室１から吸入室９へ冷媒を導入する冷媒流路を全閉にする。このとき、容量制御弁１１は、調圧室１から吸入室９への冷媒流路を遮断するが、オリフィス１３を介して、冷媒の微少流れはある。
【００２０】
最大運転のとき、容量制御弁１１は、吐出室１０から調圧室１へ冷媒を導入する冷媒流路を全閉にし、調圧室１から吸入室９へ冷媒を導入する冷媒流路を全開にする。このとき、容量制御弁１１は、吐出室１０から調圧室１への冷媒流路を遮断するが、オリフィス１２を介して微少の冷媒を調圧室１へ導入するようにして、冷媒に混入された潤滑オイルを調圧室１へ供給するようにしている。
【００２１】
次に、本発明による容量制御弁１１について詳細に説明する。
図２は第１の実施の形態に係る容量制御弁を示す中央縦断面図である。
この容量制御弁１１は、電磁三方弁を構成している。すなわち、ボディ２１の中央開口部に軸線方向に進退自在に保持された三方弁の弁体２２を有している。この弁体２２は、ボディ２１の軸線方向両端に高圧用弁体２３および低圧用弁体２４が一体に形成されている。
【００２２】
ボディ２１の中央開口部の内側端部には、高圧用弁体２３の弁座２５を構成するプラグ２６が嵌合され、外側端部には、フィルタ２７が嵌合されている。ボディ２１は、また、その軸線位置に低圧用弁体２４のための弁座２８が一体に形成されている。プラグ２６と弁体２２との間には、高圧用弁体２３を弁座２５から離れる方向、かつ低圧用弁体２４がその弁座２８に着座する方向に弁体２２を付勢するスプリング２９が配置されている。
【００２３】
この三方弁において、低圧側の弁座２８の弁孔の径は、高圧側の弁座２５の弁孔の径より大きなサイズにしてある。すなわち、高圧側の弁座２５の弁孔の断面積をＡ、低圧側の弁座２８の弁孔の断面積をＢとすると、Ａ＜Ｂとなるようにしてある。
【００２４】
ボディ２１の軸線位置に形成された弁座２８の弁孔は、図の下端部まで同じ内径サイズで貫通形成されており、その貫通孔には、シャフト３０が軸線方向に進退自在に保持されている。このシャフト３０は、弁体２２側が縮径されて貫通孔の内壁との間に冷媒流路を形成し、上側の先端部は、低圧用弁体２４に当接している。そして、ボディ２１は、別のボディ３１の中央開口部に嵌合され、ボディ３１と同一軸線上に配置されている。
【００２５】
なお、ボディ２１の弁体２２を支持している部分は、高圧導入側の空間と低圧導出側の空間との間を仕切っており、ボディ２１には、可変容量圧縮機の調圧室１に連通する２つの冷媒流路に対応して高圧用弁体２３の下流側と低圧用弁体２４の上流側とにポート３２，３３が形成されている。また、ボディ３１には、可変容量圧縮機の吸入室９に連通する冷媒流路に対応して低圧用弁体２４の下流側にポート３４が形成されている。ポート３３の入口には、フィルタ３５が周設されている。
【００２６】
ボディ３１の下端部には、ソレノイドが設けられている。このソレノイドは、上端部がボディ２１の下端部に嵌合された固定鉄芯３６を有している。ボディ３１の下端部には、スリーブ３７の上端部が固定されており、その下端部は、ストッパ３８によって閉止されている。このストッパ３８の上部中央空間には、ガイド４０が圧入固定されている。ガイド４０およびボディ２１の下方の中央貫通孔は、軸線方向に摺動自在にシャフト３０を２点支持している。固定鉄芯３６とストッパ３８との間には、可動鉄芯４２が配置され、シャフト３０に支持されている。可動鉄芯４２は、シャフト３０に嵌め込まれたＥリング４３によって上端が当接されている。Ｅリング４３と固定鉄芯３６との間には、ワッシャ４４およびスプリング４５が配置され、ストッパ３８と可動鉄芯４２との間には、スプリング４６が配置されている。スリーブ３７の外周には、電磁コイル４７、ヨーク４８および磁気閉回路を形成するためのプレート４９が設けられている。
【００２７】
そして、ポート３２を挟んでその上下位置のボディ２１には、Ｏリング５０，５１がそれぞれ周設され、ポート３４を挟んでその上下位置のボディ３１には、Ｏリング５２，５３がそれぞれ周設されている。
【００２８】
ここで、プラグ２６に穿設された高圧側の弁の弁孔の断面積をＡ、高圧用弁体２３の弁開時における冷媒の平均通路断面積をａ、ボディ２１に貫通形成された低圧側の弁の弁孔の断面積をＢ、低圧用弁体２４の弁開時における冷媒の平均通路断面積をｂとする。弁が開くと、その有効受圧面積は減るので、高圧側の弁の有効受圧面積はＡ−ａ、低圧側の弁の有効受圧面積はＢ−ｂとなる。実運転時のほとんどの制御期間では、弁体２２は高圧用弁体２３の閉じ側に位置していることが多いため、高圧側の弁の有効受圧面積がほぼＡとなるの対し、低圧側の弁の有効受圧面積はＢ−ｂとなる。したがって、このような弁開度にあるときに調圧室１の圧力Ｐｃ（＝Ｐｃ１＝Ｐｃ２）の影響を受けないようにするには、Ａ＝Ｂ−ｂとする必要がある。つまり、低圧用弁体２４の弁開時における冷媒の平均通路断面積ｂの分だけ、ボディ２１に貫通形成された低圧側の弁の弁孔の断面積Ｂをプラグ２６に穿設された高圧側の弁の弁孔の断面積Ａより大きくしてある。これにより、実運転時における高圧側の弁の有効受圧面積Ａと低圧側の弁の有効受圧面積（Ｂ−ｂ）とが実質的に同じになり、高圧用弁体２３および低圧用弁体２４には、調圧室１の圧力Ｐｃと実質的に等しい圧力Ｐｃ１，Ｐｃ２が同じ受圧面積に対して軸線方向逆向きにかかるため、弁体２２に対する圧力Ｐｃによる影響はキャンセルされていることになる。したがって、三方弁は、基本的に吐出室１０からの吐出圧力Ｐｄと吸入室９からポート３４を介して受ける吸入圧力Ｐｓとの差圧だけで動くことになる。
【００２９】
また、ポート３４における吸入圧力Ｐｓは、ボディ３１と固定鉄芯３６との間、スリーブ３７と固定鉄芯３６との間を介して固定鉄芯３６と可動鉄芯４２との間の空間、さらにはシャフト３０と固定鉄芯３６との間の隙間に導入されており、また、スリーブ３７と可動鉄芯４２との間の隙間を介して可動鉄芯４２とストッパ３８との間の空間、さらにはシャフト３０とガイド４０との間のクリアランスを介してシャフト３０とストッパ３８との間の空間にも導入されていて、ソレノイドの内部は低圧の吸入圧力Ｐｓによって充満されている。
【００３０】
以上のような三方弁を有する容量制御弁１１において、ソレノイドの電磁コイル４７に制御電流が供給されていないときには、図２に示したように、可動鉄芯４２はスプリング４５によって固定鉄芯３６から離れる方向に付勢され、弁体２２はスプリング２９よってソレノイド側に付勢されているので、高圧用弁体２３は全開、低圧用弁体２４は全閉になっている。ここで、吐出圧力Ｐｄが導入されると、その吐出圧力Ｐｄは三方弁を介して調圧室１に導入される。調圧室１から吸入室９に抜ける冷媒流路は三方弁により閉塞されているので、調圧室１の圧力Ｐｃ１は吐出圧力Ｐｄに近い値になり、ピストン６の両面にかかる圧力差が最も小さくなって、揺動板４はピストン６のストロークが最も小さくなるような傾斜角になり、これにより、可変容量圧縮機は速やかに最小容量の運転に移行するようになる。
【００３１】
ソレノイドの電磁コイル４７に最大の制御電流が供給されると、可動鉄芯４２は固定鉄芯３６に吸引されて図の上方へ移動し、三方弁は、高圧用弁体２３が全閉、低圧用弁体２４が全開になる。すると、今まで、オリフィス１３を介して調圧室１の冷媒が吸入室９へ導入されていたのに加えて、調圧室１に連通されたポート３３から三方弁およびポート３４を介して冷媒が吸入室９へ導出される。調圧室１の圧力Ｐｃ２は吸入圧力Ｐｓに近い値になり、ピストン６の両面にかかる圧力差が最も大きくなって、揺動板４はピストン６のストロークが最も大きくなるような傾斜角になり、これにより、可変容量圧縮機は速やかに最大容量の運転に移行するようになる。
【００３２】
ソレノイド部の電磁コイル４７に所定の制御電流が供給される通常の制御をしている場合は、その制御電流の大きさに応じて可動鉄芯４２が固定鉄芯３６に吸引されて図の上方へ移動する。これにより、高圧用弁体２３が閉じているときには、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧が制御電流の大きさによって決まる設定値より大きくなった場合にだけ、高圧用弁体２３が開いて容量制御を開始する。
【００３３】
図３は可変容量圧縮機のポンプ特性を示す図である。
このポンプ特性において、縦軸は容量制御弁１１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧を示し、横軸は可変容量圧縮機の吐出流量を示している。ここで、曲線は、可変容量圧縮機がある回転数で回転しているときの圧縮機可変容量率を示しており、原点から最も遠い曲線は圧縮機可変容量率が１００％、つまり、可変容量圧縮機が最大で運転しているときを示している。
【００３４】
容量制御弁１１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧がある値になるように電磁コイル４７への電流値を設定したとする。このとき、可変容量圧縮機が最大運転を開始すると、吐出流量は最初、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧がない最大の流量から開始し、その後、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧が徐々に生まれ、それに伴って冷媒の吐出流量も徐々に減っていき、可変容量圧縮機の動作は、圧縮機可変容量率１００％の線上をたどっていく。そして、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧が設定差圧に達すると、高圧用弁体２３が開いて吐出圧力Ｐｄを調圧室１に導入し、これにより、調圧室１の圧力Ｐｃが上昇し、揺動板４が回転軸２に直角な方向に動いて、圧縮容量が小さくなる方向への制御を開始する。その後は、吐出流量が少なくなっても、可変容量圧縮機は吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧は一定になるよう制御される。
【００３５】
ところで、高圧側の弁の弁孔の断面積Ａと低圧側の弁の弁孔の断面積Ｂとが同じサイズに形成されている容量制御弁では、実運転時のほとんどの制御期間では、高圧側の弁の有効受圧面積がほぼＡ、低圧側の弁の有効受圧面積はＢ−ｂとなり、その面積差の分だけ調圧室１の圧力Ｐｃの影響を受けることになるので、可変容量域では、吐出容量が減るにつれて、差圧Ｐｄ−Ｐｓが大きくなる傾向を示す。これに対し、低圧用弁体２４の弁開時における冷媒の平均通路断面積ｂを考慮してＡ＜Ｂとした場合には、実運転時のほとんどの制御期間では、高圧側および低圧側の弁の有効受圧面積はほぼ等しくなるため、調圧室１の圧力Ｐｃの影響は受けなくなり、可変容量域のどの位置でも吐出容量に関係なく差圧Ｐｄ−Ｐｓが一定の特性になり、差圧性のよい容量制御弁を得ることができる。
【００３６】
図４は本発明による別の容量制御弁を適用した可変容量圧縮機の概略を示す断面図である。この図４において、図１に示した構成要素と同じ要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３７】
この可変容量圧縮機では、吐出室１０から調圧室１へ連通する冷媒流路および調圧室１から吸入室９へ連通する冷媒流路の途中に、三方弁を備えた容量制御弁６０が設けられ、容量制御弁６０と調圧室１との間の冷媒流路は共通にしてある。
【００３８】
以上の構成の可変容量圧縮機において、エンジンの駆動力によって回転軸２が回転し、その回転軸２に設けられた揺動板４が回転すると、揺動板４に連結されたピストン６が往復運動し、これによって吸入室９の冷媒がシリンダ５に吸入され、シリンダ５内で圧縮され、圧縮された冷媒が吐出室１０へ吐出される。
【００３９】
このとき、通常運転のときは、容量制御弁６０は、吐出室１０の冷媒の吐出圧力Ｐｄを受けて、吸入室９の吸入圧力Ｐｓとの差圧が所定の差圧に保つように調圧室１へ導入する冷媒量と調圧室１へ導入される冷媒量の一部を吸入室９へバイパスする量とを制御する。これにより、調圧室１内の圧力Ｐｃが所定値に保たれ、シリンダ５の容量が所定値に制御される。その後、調圧室１の圧力Ｐｃは、オリフィス１３を介して吸入室９に戻される。
【００４０】
最小運転のとき、容量制御弁６０は、吐出室１０から調圧室１へ冷媒を導入する冷媒流路を全開にし、調圧室１から吸入室９へ冷媒を導入する冷媒流路を全閉にする。このとき、容量制御弁１１は、調圧室１から吸入室９への冷媒流路を遮断するが、オリフィス１３を介して、冷媒の微少流れはある。
【００４１】
最大運転のとき、容量制御弁６０は、吐出室１０から調圧室１へ冷媒を導入する冷媒流路を全閉にし、調圧室１から吸入室９へ冷媒を導入する冷媒流路を全開にする。このとき、容量制御弁１１は、吐出室１０から調圧室１への冷媒流路を遮断するが、オリフィス１２を介して微少の冷媒を調圧室１へ導入するようにして、冷媒に混入された潤滑オイルを調圧室１へ供給するようにしている。
【００４２】
次に、このような制御を行う容量制御弁６０について詳細に説明する。
図５は第２の実施の形態に係る容量制御弁を示す中央縦断面図である。
この容量制御弁６０も同様に、低圧側の弁座２８の弁孔の径は、高圧側の弁座２５の弁孔の径より大きなサイズ、すなわち、Ａ＜Ｂに形成されている。この容量制御弁６０では、高圧用弁体２３および低圧用弁体２４が一体に形成された弁体２２を、高圧用弁体２３の弁座２５を構成するプラグ２６と一体に形成されたガイド６１によってボディ２１の軸線方向に進退自在に保持している。ガイド６１は、調圧室１に連通するポート３３とスプリング２９を収容している空間と連通するよう連通孔６２を有している。なお、低圧用弁体２４より図の下方部分のソレノイドと、そのソレノイドによりシャフト３０を介して弁体２２を付勢する構造については、図２に示した第１の実施の形態に係る容量制御弁１１と同じである。
【００４３】
以上の三方弁構造を持った容量制御弁６０において、ソレノイドの電磁コイル４７に制御電流が供給されていないときには、図５に示したように、吐出圧力Ｐｄと調圧室１の圧力Ｐｃとの間の高圧用弁体２３は全開、調圧室１の圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの間の低圧用弁体２４は全閉になっている。ソレノイドの可動鉄芯４２は、スプリング２９，４５，４６のばね荷重のバランスで固定鉄芯３６から離されている。したがって、調圧室１の圧力Ｐｃは吐出圧力Ｐｄに近い値になり、ピストン６の両面にかかる圧力差が最も小さくなって、揺動板４はピストン６のストロークが最も小さくなるような傾斜角になり、可変容量圧縮機は最小容量の運転になる。
【００４４】
ソレノイドの電磁コイル４７に最大の制御電流が供給されると、可動鉄芯４２は固定鉄芯３６に吸引されて図の上方へ移動し、三方弁は、高圧用弁体２３が全閉、低圧用弁体２４が全開になる。すると、今まで、オリフィス１３を介して調圧室１の冷媒が吸入室９へ微少に導出されていたのに加え、三方弁を介して調圧室１の冷媒が吸入室９へ導出される。したがって、調圧室１の圧力Ｐｃは吸入圧力Ｐｓに近い値になり、ピストン６の両面にかかる圧力差が最も大きくなって、揺動板４はピストン６のストロークが最も大きくなるような傾斜角になり、可変容量圧縮機は最大容量の運転になる。
【００４５】
ソレノイド部の電磁コイル４７に所定の制御電流が供給される通常の制御をしているときは、可動鉄芯４２が固定鉄芯３６に吸引されて図の上方へ制御電流の大きさに応じて移動する。これにより、高圧用弁体２３が閉じているときには、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧が制御電流の大きさによって決まる設定値より大きくなった場合にだけ、高圧用弁体２３が開き始めて、可変容量の制御を開始する。
【００４６】
なお、上記の実施の形態では、実運転時のほとんどの制御期間において、高圧側の弁の有効受圧面積はその弁の弁孔の断面積とほぼ等しいことを前提に説明したが、実運転時において、高圧用弁体２３の弁開時における冷媒の平均通路断面積ａが無視できないほど大きい場合、低圧側の弁の弁孔の断面積は、低圧側の弁の有効受圧面積が高圧用弁体２３の弁開時における冷媒の平均通路断面積ａを差し引いた値になるような大きさに設定される。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、三方弁の低圧側の弁の弁孔の断面積を高圧側の弁の弁孔の断面積より大きく構成した。これにより、実運転時の制御期間では、高圧側の弁の有効受圧面積と低圧側の弁の有効受圧面積とがほぼ等しくなり、三方弁の高圧用弁体および低圧用弁体に対する調圧室の圧力による影響をキャンセルすることができ、差圧性のよい特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による容量制御弁を適用した可変容量圧縮機の概略を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る容量制御弁を示す中央縦断面図である。
【図３】可変容量圧縮機のポンプ特性を示す図である。
【図４】本発明による別の容量制御弁を適用した可変容量圧縮機の概略を示す断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る容量制御弁を示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
１ 調圧室
２ 回転軸
３ プーリ
４ 揺動板
５ シリンダ
６ ピストン
７ 吸入用リリーフ弁
８ 吐出用リリーフ弁
９ 吸入室
１０ 吐出室
１１ 容量制御弁
１２，１３ オリフィス
２１ ボディ
２２ 弁体
２３ 高圧用弁体
２４ 低圧用弁体
２５ 弁座
２６ プラグ
２７ フィルタ
２８ 弁座
２９ スプリング
３０ シャフト
３１ ボディ
３２，３３，３４ ポート
３５ フィルタ
３６ 固定鉄芯
３７ スリーブ
３８ ストッパ
４０ ガイド
４２ 可動鉄芯
４３ Ｅリング
４４ ワッシャ
４５，４６ スプリング
４７ 電磁コイル
４８ ヨーク
４９ プレート
５０，５１，５２，５３ Ｏリング
６０ 容量制御弁
６１ ガイド
６２ 連通孔
【発明の属する技術分野】
本発明は可変容量圧縮機用容量制御弁に関し、特に自動車用空気調和装置の冷凍サイクルの中で冷媒ガスを圧縮する可変容量圧縮機に使用される可変容量圧縮機用容量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置の冷凍サイクル中で冷媒を圧縮するために用いられる圧縮機は、エンジンを駆動源としているので、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、冷媒の圧縮容量を変えることができる可変容量圧縮機が用いられている。
【０００３】
このような可変容量圧縮機においては、エンジンによって回転駆動される軸に取り付けられた揺動板に圧縮用ピストンが連結され、揺動板の角度を変えることによってピストンのストロークを変えることで冷媒の吐出量、すなわちコンプレッサの容量を変えるようにしている。
【０００４】
揺動板の角度は、密閉された調圧室内に圧縮された冷媒の一部を導入し、その導入する冷媒の圧力を変化させ、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることによって連続的に変えている。
【０００５】
可変容量圧縮機において、その調圧室へ導入する冷媒の量を制御するのに、たとえば特開２００１−１３２６５０号公報に記載の圧縮容量制御装置では、可変容量圧縮機の吐出室と調圧室との間に容量制御弁を設け、調圧室と吸入室との間にオリフィスを設けた構成と、吐出室と調圧室との間にオリフィスを設け、調圧室と吸入室との間に容量制御弁を設けた構成とを提案している。
【０００６】
容量制御弁は、それらの前後差圧を所定値に保つように連通または閉塞させる制御をしており、差圧の所定値を電流値によって外部から設定することができる電磁制御弁としている。これにより、エンジンの回転数が上昇したときには、吐出室と調圧室との間の容量制御弁を開ける、または調圧室と吸入室との間の容量制御弁を閉じるよう制御し、調圧室に導入される圧力を増加させて圧縮できる容量を小さくし、回転数が低下したときには、容量制御弁を逆に制御し、調圧室に導入される圧力を減少させて圧縮できる容量を大きくするように制御することで、エンジンの回転数に関係なく可変容量圧縮機から吐出される冷媒の圧力を一定に保つようにしている。
【０００７】
このような可変容量圧縮機用容量制御弁では、圧縮機の運転容量を最小にしようとするとき、吐出室から調圧室へ導入する冷媒の量を最大または調圧室から吸入室へ導出する冷媒の量を最小にし、逆に、圧縮機の運転容量を最大にしようとするときには、吐出室から調圧室へ導入する冷媒の量を最小または調圧室から吸入室に導出する冷媒の量を最大にする必要がある。可変容量圧縮機の吐出室と調圧室との間、または、調圧室と吸入室との間にオリフィスがあると、そのオリフィスが通過する冷媒の流量を制限することになる。そのため、圧縮機が最大または最小運転に移行しようとするとき、そのオリフィスが吐出室から調圧室へ、または、調圧室から吸入室への冷媒流量を制限することになり、最小または最大運転への移行に時間がかかることがあった。
【０００８】
そのため、可変容量圧縮機用容量制御弁として、吐出室と調圧室との間と調圧室と吸入室との間に互いに連動して連通または閉塞制御される容量制御弁を設けた構成が特願２００１−２２４２０９号明細書に提案されている。この可変容量圧縮機用容量制御弁では、吐出室と調圧室との間および調圧室と吸入室との間に配置された２つの弁を有し、一方が閉じているときにはこれに連動して他方が開き、逆に、一方が開いているときにはこれに連動して他方が閉じるといった三方弁の構成を有している。この三方弁は、吐出室と調圧室との間に配置された高圧側の弁と調圧室と吸入室との間に配置された低圧側の弁とは、調圧室の圧力の影響を受けることなく吐出圧力と吸入圧力との差圧だけで動かすことができるように、高圧側および低圧側の弁の有効受圧面積を同じにしてあり、それぞれの弁がオリフィスよりも十分に大きな通路断面積を有していることから、最小または最大運転への移行時には、冷媒を十分多く流すことができ、移行時間を短縮することができる。
【０００９】
特に、最小運転に近い状態で運転しているときには、吐出室から吐出された冷媒は、常に調圧室に導入するようになっているため、導入された冷媒が調圧室内に溜まることがある。この状態で、最大容量の運転に移行するときには、調圧室内の圧力をできるだけ早く下げたいが、調圧室が吸入室と連通して中の圧力が低下したときに、調圧室内に溜まっている冷媒が蒸発し、蒸発している間は、最小運転を維持することになるため、調圧室内の圧力が実際に低下するまでに時間がかかることがある。このような場合であっても、大きな通路断面積を有する三方弁が、調圧室と吸入室との間を全開状態にするため、調圧室内の冷媒を速やかに吸入室へ流すことができ、最小運転から最大運転への移行時間を短縮することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の可変容量圧縮機用容量制御弁では、高圧側および低圧側の弁の有効受圧面積を同じにしてあるが、実運転時の制御では、高圧側の弁が全閉、低圧側の弁が全開に近い位置で制御していることが大半である。ここで、高圧側の弁の弁孔の断面積をＡ、弁開時における冷媒の平均通路断面積をａ、低圧側の弁の弁孔の断面積をＢ、弁開時における冷媒の平均通路断面積をｂとすると、高圧側の弁の有効受圧面積はＡ−ａ、低圧側の弁の有効受圧面積はＢ−ｂとなるが、実運転時には、ほとんどの制御期間で、高圧側の弁の有効受圧面積がほぼＡとなり、低圧側の弁の有効受圧面積がＢ−ｂとなって、高圧側および低圧側の弁の有効受圧面積が相違するために、調圧室の圧力の影響を受けることになるという問題点があった。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、実運転時における高圧側の弁の有効受圧面積Ａと低圧側の弁の有効受圧面積（Ｂ−ｂ）とを同じにして調圧室の圧力の影響を受けることがないようにした可変容量圧縮機用容量制御弁を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、吸入室の圧力と吐出室の圧力との差圧を所定の差圧に保つように前記吐出室から調圧室に導入する冷媒量を制御して可変容量圧縮機から吐出される冷媒の容量を変化させる可変容量圧縮機用容量制御弁において、前記吐出室に連通する第１のポートと前記調圧室に連通する第２のポートとの間の第１の冷媒流路に介挿されて前記第１の冷媒流路を連通または閉塞する第１の弁と、前記調圧室に連通する前記第２のポートと前記吸入室に連通する第３のポートとの間の第２の冷媒流路に介挿され、前記第１の弁の弁孔より大きな径を有し、前記第１の弁に連動して前記第２の冷媒流路を連通または閉塞する第２の弁と、を備えていることを特徴とする可変容量圧縮機用容量制御弁が提供される。
【００１３】
このような可変容量圧縮機用容量制御弁によれば、実運転時のほとんどの制御期間においては、第１の弁は閉じ側、第２の弁は開き側に位置していることが多いため、高圧側の弁の有効受圧面積がその弁孔の断面積とほぼ等しいのに対し、低圧側の弁の有効受圧面積はその弁孔の断面積から弁開時における冷媒の平均通路断面積を差し引いた大きさになることから、第２の弁を第１の弁の弁孔よりも大きな弁孔にして、実運転時では、第１および第２の弁の有効受圧面積が同じになるようにした。これにより、第１および第２の弁に共通に連通している第２のポートを介して受ける調圧室の圧力がキャンセルされ、第１および第２の弁は容量制御の動作時に調圧室の圧力の影響を受けずに吸入室の圧力と吐出室の圧力との差圧のみで容量制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明による容量制御弁を適用した可変容量圧縮機の概略を示す断面図である。
【００１５】
可変容量圧縮機は、気密に形成された調圧室１を有し、中には回転自在に支持された回転軸２を有している。この回転軸２の一端は、図示しない軸封装置を介して調圧室１の外まで延びていて、クラッチおよびベルトを介してエンジンの出力軸から駆動力が伝達されるプーリ３が固定されている。回転軸２には、この回転軸２の軸線に対して傾斜角可変となる揺動板４が設けられている。回転軸２の軸線の回りには、複数（図示の例では１つ）のシリンダ５が配置されている。各シリンダ５には、揺動板４の回転運動を往復運動に変換するピストン６が配置されている。各シリンダ５は、それぞれ吸入用リリーフ弁７および吐出用リリーフ弁８を介して吸入室９および吐出室１０に接続されている。各シリンダ５の吸入室９は、互いに連通して１つの部屋になっており、冷凍サイクルの蒸発器に接続される。各シリンダ５の吐出室１０も、互いに連通していて１つの部屋になっており、冷凍サイクルのガスクーラまたは凝縮器に接続される。
【００１６】
この可変容量圧縮機では、また、吐出室１０から調圧室１へ連通する冷媒流路および調圧室１から吸入室９へ連通する冷媒流路の途中に、三方弁を備えた容量制御弁１１が設けられ、吐出室１０と調圧室１との間、および調圧室１と吸入室９との間には、冷媒に溶解されている潤滑オイルの最小循環量を確保するためのオリフィス１２，１３がそれぞれ設けられている。なお、これらのオリフィス１２，１３は、可変容量圧縮機のボディの側に形成したが、容量制御弁１１の中に設けてもよい。
【００１７】
以上の構成の可変容量圧縮機において、エンジンの駆動力によって回転軸２が回転し、その回転軸２に設けられた揺動板４が回転すると、揺動板４に連結されたピストン６が往復運動し、これによって吸入室９の冷媒がシリンダ５に吸入され、シリンダ５内で圧縮され、圧縮された冷媒が吐出室１０へ吐出される。
【００１８】
ここで、通常運転のとき、容量制御弁１１は、吐出室１０の冷媒の吐出圧力Ｐｄを受けて、吸入室９の吸入圧力Ｐｓとの差圧が所定の差圧に保つように、調圧室１へ導入する冷媒量（このときの調圧室１の圧力をＰｃ１で示してある）と調圧室１から吸入室９へ導入される冷媒量（このときの調圧室１の圧力をＰｃ２で示してある）とを連動して制御する。これによって、調圧室１内の圧力Ｐｃ（＝Ｐｃ１＝Ｐｃ２）が所定値に保たれるので、シリンダ５の容量が所定値に制御される。
【００１９】
また、最小運転のとき、容量制御弁１１は、吐出室１０から調圧室１へ冷媒を導入する冷媒流路を全開にし、調圧室１から吸入室９へ冷媒を導入する冷媒流路を全閉にする。このとき、容量制御弁１１は、調圧室１から吸入室９への冷媒流路を遮断するが、オリフィス１３を介して、冷媒の微少流れはある。
【００２０】
最大運転のとき、容量制御弁１１は、吐出室１０から調圧室１へ冷媒を導入する冷媒流路を全閉にし、調圧室１から吸入室９へ冷媒を導入する冷媒流路を全開にする。このとき、容量制御弁１１は、吐出室１０から調圧室１への冷媒流路を遮断するが、オリフィス１２を介して微少の冷媒を調圧室１へ導入するようにして、冷媒に混入された潤滑オイルを調圧室１へ供給するようにしている。
【００２１】
次に、本発明による容量制御弁１１について詳細に説明する。
図２は第１の実施の形態に係る容量制御弁を示す中央縦断面図である。
この容量制御弁１１は、電磁三方弁を構成している。すなわち、ボディ２１の中央開口部に軸線方向に進退自在に保持された三方弁の弁体２２を有している。この弁体２２は、ボディ２１の軸線方向両端に高圧用弁体２３および低圧用弁体２４が一体に形成されている。
【００２２】
ボディ２１の中央開口部の内側端部には、高圧用弁体２３の弁座２５を構成するプラグ２６が嵌合され、外側端部には、フィルタ２７が嵌合されている。ボディ２１は、また、その軸線位置に低圧用弁体２４のための弁座２８が一体に形成されている。プラグ２６と弁体２２との間には、高圧用弁体２３を弁座２５から離れる方向、かつ低圧用弁体２４がその弁座２８に着座する方向に弁体２２を付勢するスプリング２９が配置されている。
【００２３】
この三方弁において、低圧側の弁座２８の弁孔の径は、高圧側の弁座２５の弁孔の径より大きなサイズにしてある。すなわち、高圧側の弁座２５の弁孔の断面積をＡ、低圧側の弁座２８の弁孔の断面積をＢとすると、Ａ＜Ｂとなるようにしてある。
【００２４】
ボディ２１の軸線位置に形成された弁座２８の弁孔は、図の下端部まで同じ内径サイズで貫通形成されており、その貫通孔には、シャフト３０が軸線方向に進退自在に保持されている。このシャフト３０は、弁体２２側が縮径されて貫通孔の内壁との間に冷媒流路を形成し、上側の先端部は、低圧用弁体２４に当接している。そして、ボディ２１は、別のボディ３１の中央開口部に嵌合され、ボディ３１と同一軸線上に配置されている。
【００２５】
なお、ボディ２１の弁体２２を支持している部分は、高圧導入側の空間と低圧導出側の空間との間を仕切っており、ボディ２１には、可変容量圧縮機の調圧室１に連通する２つの冷媒流路に対応して高圧用弁体２３の下流側と低圧用弁体２４の上流側とにポート３２，３３が形成されている。また、ボディ３１には、可変容量圧縮機の吸入室９に連通する冷媒流路に対応して低圧用弁体２４の下流側にポート３４が形成されている。ポート３３の入口には、フィルタ３５が周設されている。
【００２６】
ボディ３１の下端部には、ソレノイドが設けられている。このソレノイドは、上端部がボディ２１の下端部に嵌合された固定鉄芯３６を有している。ボディ３１の下端部には、スリーブ３７の上端部が固定されており、その下端部は、ストッパ３８によって閉止されている。このストッパ３８の上部中央空間には、ガイド４０が圧入固定されている。ガイド４０およびボディ２１の下方の中央貫通孔は、軸線方向に摺動自在にシャフト３０を２点支持している。固定鉄芯３６とストッパ３８との間には、可動鉄芯４２が配置され、シャフト３０に支持されている。可動鉄芯４２は、シャフト３０に嵌め込まれたＥリング４３によって上端が当接されている。Ｅリング４３と固定鉄芯３６との間には、ワッシャ４４およびスプリング４５が配置され、ストッパ３８と可動鉄芯４２との間には、スプリング４６が配置されている。スリーブ３７の外周には、電磁コイル４７、ヨーク４８および磁気閉回路を形成するためのプレート４９が設けられている。
【００２７】
そして、ポート３２を挟んでその上下位置のボディ２１には、Ｏリング５０，５１がそれぞれ周設され、ポート３４を挟んでその上下位置のボディ３１には、Ｏリング５２，５３がそれぞれ周設されている。
【００２８】
ここで、プラグ２６に穿設された高圧側の弁の弁孔の断面積をＡ、高圧用弁体２３の弁開時における冷媒の平均通路断面積をａ、ボディ２１に貫通形成された低圧側の弁の弁孔の断面積をＢ、低圧用弁体２４の弁開時における冷媒の平均通路断面積をｂとする。弁が開くと、その有効受圧面積は減るので、高圧側の弁の有効受圧面積はＡ−ａ、低圧側の弁の有効受圧面積はＢ−ｂとなる。実運転時のほとんどの制御期間では、弁体２２は高圧用弁体２３の閉じ側に位置していることが多いため、高圧側の弁の有効受圧面積がほぼＡとなるの対し、低圧側の弁の有効受圧面積はＢ−ｂとなる。したがって、このような弁開度にあるときに調圧室１の圧力Ｐｃ（＝Ｐｃ１＝Ｐｃ２）の影響を受けないようにするには、Ａ＝Ｂ−ｂとする必要がある。つまり、低圧用弁体２４の弁開時における冷媒の平均通路断面積ｂの分だけ、ボディ２１に貫通形成された低圧側の弁の弁孔の断面積Ｂをプラグ２６に穿設された高圧側の弁の弁孔の断面積Ａより大きくしてある。これにより、実運転時における高圧側の弁の有効受圧面積Ａと低圧側の弁の有効受圧面積（Ｂ−ｂ）とが実質的に同じになり、高圧用弁体２３および低圧用弁体２４には、調圧室１の圧力Ｐｃと実質的に等しい圧力Ｐｃ１，Ｐｃ２が同じ受圧面積に対して軸線方向逆向きにかかるため、弁体２２に対する圧力Ｐｃによる影響はキャンセルされていることになる。したがって、三方弁は、基本的に吐出室１０からの吐出圧力Ｐｄと吸入室９からポート３４を介して受ける吸入圧力Ｐｓとの差圧だけで動くことになる。
【００２９】
また、ポート３４における吸入圧力Ｐｓは、ボディ３１と固定鉄芯３６との間、スリーブ３７と固定鉄芯３６との間を介して固定鉄芯３６と可動鉄芯４２との間の空間、さらにはシャフト３０と固定鉄芯３６との間の隙間に導入されており、また、スリーブ３７と可動鉄芯４２との間の隙間を介して可動鉄芯４２とストッパ３８との間の空間、さらにはシャフト３０とガイド４０との間のクリアランスを介してシャフト３０とストッパ３８との間の空間にも導入されていて、ソレノイドの内部は低圧の吸入圧力Ｐｓによって充満されている。
【００３０】
以上のような三方弁を有する容量制御弁１１において、ソレノイドの電磁コイル４７に制御電流が供給されていないときには、図２に示したように、可動鉄芯４２はスプリング４５によって固定鉄芯３６から離れる方向に付勢され、弁体２２はスプリング２９よってソレノイド側に付勢されているので、高圧用弁体２３は全開、低圧用弁体２４は全閉になっている。ここで、吐出圧力Ｐｄが導入されると、その吐出圧力Ｐｄは三方弁を介して調圧室１に導入される。調圧室１から吸入室９に抜ける冷媒流路は三方弁により閉塞されているので、調圧室１の圧力Ｐｃ１は吐出圧力Ｐｄに近い値になり、ピストン６の両面にかかる圧力差が最も小さくなって、揺動板４はピストン６のストロークが最も小さくなるような傾斜角になり、これにより、可変容量圧縮機は速やかに最小容量の運転に移行するようになる。
【００３１】
ソレノイドの電磁コイル４７に最大の制御電流が供給されると、可動鉄芯４２は固定鉄芯３６に吸引されて図の上方へ移動し、三方弁は、高圧用弁体２３が全閉、低圧用弁体２４が全開になる。すると、今まで、オリフィス１３を介して調圧室１の冷媒が吸入室９へ導入されていたのに加えて、調圧室１に連通されたポート３３から三方弁およびポート３４を介して冷媒が吸入室９へ導出される。調圧室１の圧力Ｐｃ２は吸入圧力Ｐｓに近い値になり、ピストン６の両面にかかる圧力差が最も大きくなって、揺動板４はピストン６のストロークが最も大きくなるような傾斜角になり、これにより、可変容量圧縮機は速やかに最大容量の運転に移行するようになる。
【００３２】
ソレノイド部の電磁コイル４７に所定の制御電流が供給される通常の制御をしている場合は、その制御電流の大きさに応じて可動鉄芯４２が固定鉄芯３６に吸引されて図の上方へ移動する。これにより、高圧用弁体２３が閉じているときには、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧が制御電流の大きさによって決まる設定値より大きくなった場合にだけ、高圧用弁体２３が開いて容量制御を開始する。
【００３３】
図３は可変容量圧縮機のポンプ特性を示す図である。
このポンプ特性において、縦軸は容量制御弁１１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧を示し、横軸は可変容量圧縮機の吐出流量を示している。ここで、曲線は、可変容量圧縮機がある回転数で回転しているときの圧縮機可変容量率を示しており、原点から最も遠い曲線は圧縮機可変容量率が１００％、つまり、可変容量圧縮機が最大で運転しているときを示している。
【００３４】
容量制御弁１１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧がある値になるように電磁コイル４７への電流値を設定したとする。このとき、可変容量圧縮機が最大運転を開始すると、吐出流量は最初、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧がない最大の流量から開始し、その後、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧が徐々に生まれ、それに伴って冷媒の吐出流量も徐々に減っていき、可変容量圧縮機の動作は、圧縮機可変容量率１００％の線上をたどっていく。そして、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧が設定差圧に達すると、高圧用弁体２３が開いて吐出圧力Ｐｄを調圧室１に導入し、これにより、調圧室１の圧力Ｐｃが上昇し、揺動板４が回転軸２に直角な方向に動いて、圧縮容量が小さくなる方向への制御を開始する。その後は、吐出流量が少なくなっても、可変容量圧縮機は吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧は一定になるよう制御される。
【００３５】
ところで、高圧側の弁の弁孔の断面積Ａと低圧側の弁の弁孔の断面積Ｂとが同じサイズに形成されている容量制御弁では、実運転時のほとんどの制御期間では、高圧側の弁の有効受圧面積がほぼＡ、低圧側の弁の有効受圧面積はＢ−ｂとなり、その面積差の分だけ調圧室１の圧力Ｐｃの影響を受けることになるので、可変容量域では、吐出容量が減るにつれて、差圧Ｐｄ−Ｐｓが大きくなる傾向を示す。これに対し、低圧用弁体２４の弁開時における冷媒の平均通路断面積ｂを考慮してＡ＜Ｂとした場合には、実運転時のほとんどの制御期間では、高圧側および低圧側の弁の有効受圧面積はほぼ等しくなるため、調圧室１の圧力Ｐｃの影響は受けなくなり、可変容量域のどの位置でも吐出容量に関係なく差圧Ｐｄ−Ｐｓが一定の特性になり、差圧性のよい容量制御弁を得ることができる。
【００３６】
図４は本発明による別の容量制御弁を適用した可変容量圧縮機の概略を示す断面図である。この図４において、図１に示した構成要素と同じ要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３７】
この可変容量圧縮機では、吐出室１０から調圧室１へ連通する冷媒流路および調圧室１から吸入室９へ連通する冷媒流路の途中に、三方弁を備えた容量制御弁６０が設けられ、容量制御弁６０と調圧室１との間の冷媒流路は共通にしてある。
【００３８】
以上の構成の可変容量圧縮機において、エンジンの駆動力によって回転軸２が回転し、その回転軸２に設けられた揺動板４が回転すると、揺動板４に連結されたピストン６が往復運動し、これによって吸入室９の冷媒がシリンダ５に吸入され、シリンダ５内で圧縮され、圧縮された冷媒が吐出室１０へ吐出される。
【００３９】
このとき、通常運転のときは、容量制御弁６０は、吐出室１０の冷媒の吐出圧力Ｐｄを受けて、吸入室９の吸入圧力Ｐｓとの差圧が所定の差圧に保つように調圧室１へ導入する冷媒量と調圧室１へ導入される冷媒量の一部を吸入室９へバイパスする量とを制御する。これにより、調圧室１内の圧力Ｐｃが所定値に保たれ、シリンダ５の容量が所定値に制御される。その後、調圧室１の圧力Ｐｃは、オリフィス１３を介して吸入室９に戻される。
【００４０】
最小運転のとき、容量制御弁６０は、吐出室１０から調圧室１へ冷媒を導入する冷媒流路を全開にし、調圧室１から吸入室９へ冷媒を導入する冷媒流路を全閉にする。このとき、容量制御弁１１は、調圧室１から吸入室９への冷媒流路を遮断するが、オリフィス１３を介して、冷媒の微少流れはある。
【００４１】
最大運転のとき、容量制御弁６０は、吐出室１０から調圧室１へ冷媒を導入する冷媒流路を全閉にし、調圧室１から吸入室９へ冷媒を導入する冷媒流路を全開にする。このとき、容量制御弁１１は、吐出室１０から調圧室１への冷媒流路を遮断するが、オリフィス１２を介して微少の冷媒を調圧室１へ導入するようにして、冷媒に混入された潤滑オイルを調圧室１へ供給するようにしている。
【００４２】
次に、このような制御を行う容量制御弁６０について詳細に説明する。
図５は第２の実施の形態に係る容量制御弁を示す中央縦断面図である。
この容量制御弁６０も同様に、低圧側の弁座２８の弁孔の径は、高圧側の弁座２５の弁孔の径より大きなサイズ、すなわち、Ａ＜Ｂに形成されている。この容量制御弁６０では、高圧用弁体２３および低圧用弁体２４が一体に形成された弁体２２を、高圧用弁体２３の弁座２５を構成するプラグ２６と一体に形成されたガイド６１によってボディ２１の軸線方向に進退自在に保持している。ガイド６１は、調圧室１に連通するポート３３とスプリング２９を収容している空間と連通するよう連通孔６２を有している。なお、低圧用弁体２４より図の下方部分のソレノイドと、そのソレノイドによりシャフト３０を介して弁体２２を付勢する構造については、図２に示した第１の実施の形態に係る容量制御弁１１と同じである。
【００４３】
以上の三方弁構造を持った容量制御弁６０において、ソレノイドの電磁コイル４７に制御電流が供給されていないときには、図５に示したように、吐出圧力Ｐｄと調圧室１の圧力Ｐｃとの間の高圧用弁体２３は全開、調圧室１の圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの間の低圧用弁体２４は全閉になっている。ソレノイドの可動鉄芯４２は、スプリング２９，４５，４６のばね荷重のバランスで固定鉄芯３６から離されている。したがって、調圧室１の圧力Ｐｃは吐出圧力Ｐｄに近い値になり、ピストン６の両面にかかる圧力差が最も小さくなって、揺動板４はピストン６のストロークが最も小さくなるような傾斜角になり、可変容量圧縮機は最小容量の運転になる。
【００４４】
ソレノイドの電磁コイル４７に最大の制御電流が供給されると、可動鉄芯４２は固定鉄芯３６に吸引されて図の上方へ移動し、三方弁は、高圧用弁体２３が全閉、低圧用弁体２４が全開になる。すると、今まで、オリフィス１３を介して調圧室１の冷媒が吸入室９へ微少に導出されていたのに加え、三方弁を介して調圧室１の冷媒が吸入室９へ導出される。したがって、調圧室１の圧力Ｐｃは吸入圧力Ｐｓに近い値になり、ピストン６の両面にかかる圧力差が最も大きくなって、揺動板４はピストン６のストロークが最も大きくなるような傾斜角になり、可変容量圧縮機は最大容量の運転になる。
【００４５】
ソレノイド部の電磁コイル４７に所定の制御電流が供給される通常の制御をしているときは、可動鉄芯４２が固定鉄芯３６に吸引されて図の上方へ制御電流の大きさに応じて移動する。これにより、高圧用弁体２３が閉じているときには、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧が制御電流の大きさによって決まる設定値より大きくなった場合にだけ、高圧用弁体２３が開き始めて、可変容量の制御を開始する。
【００４６】
なお、上記の実施の形態では、実運転時のほとんどの制御期間において、高圧側の弁の有効受圧面積はその弁の弁孔の断面積とほぼ等しいことを前提に説明したが、実運転時において、高圧用弁体２３の弁開時における冷媒の平均通路断面積ａが無視できないほど大きい場合、低圧側の弁の弁孔の断面積は、低圧側の弁の有効受圧面積が高圧用弁体２３の弁開時における冷媒の平均通路断面積ａを差し引いた値になるような大きさに設定される。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、三方弁の低圧側の弁の弁孔の断面積を高圧側の弁の弁孔の断面積より大きく構成した。これにより、実運転時の制御期間では、高圧側の弁の有効受圧面積と低圧側の弁の有効受圧面積とがほぼ等しくなり、三方弁の高圧用弁体および低圧用弁体に対する調圧室の圧力による影響をキャンセルすることができ、差圧性のよい特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による容量制御弁を適用した可変容量圧縮機の概略を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る容量制御弁を示す中央縦断面図である。
【図３】可変容量圧縮機のポンプ特性を示す図である。
【図４】本発明による別の容量制御弁を適用した可変容量圧縮機の概略を示す断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る容量制御弁を示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
１ 調圧室
２ 回転軸
３ プーリ
４ 揺動板
５ シリンダ
６ ピストン
７ 吸入用リリーフ弁
８ 吐出用リリーフ弁
９ 吸入室
１０ 吐出室
１１ 容量制御弁
１２，１３ オリフィス
２１ ボディ
２２ 弁体
２３ 高圧用弁体
２４ 低圧用弁体
２５ 弁座
２６ プラグ
２７ フィルタ
２８ 弁座
２９ スプリング
３０ シャフト
３１ ボディ
３２，３３，３４ ポート
３５ フィルタ
３６ 固定鉄芯
３７ スリーブ
３８ ストッパ
４０ ガイド
４２ 可動鉄芯
４３ Ｅリング
４４ ワッシャ
４５，４６ スプリング
４７ 電磁コイル
４８ ヨーク
４９ プレート
５０，５１，５２，５３ Ｏリング
６０ 容量制御弁
６１ ガイド
６２ 連通孔
Claims (5)
- 吸入室の圧力と吐出室の圧力との差圧を所定の差圧に保つように前記吐出室から調圧室に導入する冷媒量を制御して可変容量圧縮機から吐出される冷媒の容量を変化させる可変容量圧縮機用容量制御弁において、
前記吐出室に連通する第１のポートと前記調圧室に連通する第２のポートとの間の第１の冷媒流路に介挿されて前記第１の冷媒流路を連通または閉塞する第１の弁と、
前記調圧室に連通する前記第２のポートと前記吸入室に連通する第３のポートとの間の第２の冷媒流路に介挿され、前記第１の弁の弁孔より大きな径を有し、前記第１の弁に連動して前記第２の冷媒流路を連通または閉塞する第２の弁と、
を備えていることを特徴とする可変容量圧縮機用容量制御弁。 - 前記第２の弁の弁孔の径は、弁孔が前記第１の弁の有効受圧面積に弁開時における冷媒の平均通路断面積を加えた面積になるような大きさにしたことを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機用容量制御弁。
- 前記第１の弁の第１の弁体と前記第２の弁の第２の弁体とが同一軸線上にて軸線方向両側に配置され、かつ一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機用容量制御弁。
- 前記第２のポートは、前記第１の弁の下流側から前記調圧室に向かう出口ポートと前記調圧室から前記第２の弁の上流側に向かう入口ポートとに分離して形成されていることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機用容量制御弁。
- 前記第１の弁に対して閉じる方向に、前記第２の弁に対しては開く方向に、供給電流値に応じた荷重を与えるソレノイドを備えていることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機用容量制御弁。
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