JP2004076920A - 差圧制御弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】主弁を駆動するピストンの外周から冷媒がリークしないようにした差圧制御弁を提供すること。
【解決手段】環状に形成されたダイヤフラム８の内周縁部を主弁ピストン７とこの主弁ピストン７に固着された固定リング９とで挾持し、外周縁部を主弁ピストン７とボディ１に固着された円筒体１０とで挾持し、この円筒体１０が主弁ピストン７を摺動自在に保持する構成にした。これにより、主弁ピストン７の外周は、ダイヤフラム８によって完全にシールされるため、冷媒導入室からピストン室１３への入口圧力Ｐ１の導入は、オリフィス１２だけとなり、差圧制御弁の特性を安定化させることができる。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は弁の前後の差圧がソレノイドにより設定された差圧になるよう流量を制御する差圧制御弁に関し、特に自動車用空調装置の冷凍サイクルにおける減圧装置として好適な差圧制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば自動車用エアコンシステムの冷凍サイクルにおいて、コンプレッサによって圧縮された高温・高圧のガス冷媒をコンデンサまたはガスクーラで凝縮または冷却し、凝縮または冷却された冷媒を減圧装置にて低温・低圧の冷媒にし、この低温の冷媒をエバポレータで蒸発させ、蒸発された冷媒をアキュムレータで気液分離し、分離されたガス冷媒をコンプレッサに戻すような構成が知られている。このシステムの減圧装置として差圧制御弁を使用することがある。
【０００３】
冷媒としてたとえば炭酸ガスを使用した冷凍サイクルでは、代替フロンを冷媒とする冷凍サイクルに比較して、制御しようとする冷媒の圧力が非常に高くて、弁体を直接制御するには巨大なソレノイドが必要なことから、このような減圧装置として使用される差圧制御弁は、パイロット作動式の流量調整弁の構成をとっている。
【０００４】
従来のパイロット作動式の差圧制御弁は、たとえば特開２００１−２７３５５号公報に開示されているように、入口ポートと出口ポートとの間に配置された主弁と、この主弁と同一軸線上にて主弁の主弁体とともに軸線方向に進退自在に配置されたピストンと、このピストンの主弁体と反対側に位置するピストン室の圧力を制御するパイロット弁とを備えている。入口ポートの高圧冷媒がパイロット弁を介してピストン室に導入され、その導入された冷媒をピストンに設けられたオリフィスを介して出口ポートにリークする。このとき、ピストンは、ピストン室の圧力と出口ポートの圧力との差圧によってこれを収容しているシリンダボア内を軸線方向に摺動移動する。このピストンの動きは、主弁の弁孔を介して挿通されたシャフトにより主弁の主弁体に伝達され、主弁の弁開度を制御する。パイロット弁によるピストン室への冷媒導入量が多くなると、ピストンは、主弁の主弁体を弁開方向に駆動する。逆に、パイロット弁の弁開度が小さく制御されると、ピストン室への冷媒導入量が少なくなり、ピストンは、主弁体を弁閉方向に駆動することになる。
【０００５】
ここで、パイロット弁は、ソレノイドによって駆動されるが、その弁開度は、ソレノイドの内蔵スプリングと通電電流値とによって設定され、これが主弁の前後差圧を設定する。これにより、差圧制御弁は、入口と出口との前後差圧が設定された一定の差圧になるように冷媒流量を制御する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパイロット作動式の差圧制御弁は、主弁体をピストンで駆動しており、そのピストンは、シリンダボアに摺動自在に配置されている。しかしながら、このピストンは、その外周面にピストンリングを周設して、ピストン室に導入された冷媒がピストンの外周を介して出口ポート側にリークするのを抑えるようにしているが、ピストンリングは一部切れていてピストンの全周をシールしている訳ではないため、どうしてもそこからリークしてしまい、実質的にピストン室から出口ポートへ冷媒をリークさせるためのオリフィス径を大きくしてしまうことになるだけでなく、ピストンリングが冷媒を吸収して大きくなるような膨潤性を有する材料の場合は、切れている部分の寸法が変わってしまうため、冷媒のリーク量が一定せず、差圧−流量特性が変化してしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、主弁を駆動するピストンの外周から冷媒がリークしないようにした差圧制御弁を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、流体の出入口の差圧がソレノイドに流す電流値により設定された差圧になるよう流量を制御するパイロット作動式の差圧制御弁において、主弁の主弁体を開閉駆動する主弁ピストンの外周の摺動部に、前記摺動部を介しての流体のリークを完全に防止するダイヤフラムを設けたことを特徴とする差圧制御弁が提供される。
【０００９】
このような差圧制御弁によれば、主弁ピストンの外周にダイヤフラムを配置したことにより、主弁ピストンおよび主弁体を軸線方向に進退可能にしながら、主弁ピストンの外周をシール可能にした。これにより、主弁を駆動する主弁ピストンの外周を介して流体がリークしてしまうことがなくなり、差圧制御弁の特性を安定化させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、出入口の設定差圧を外部信号によって自由に設定できる差圧制御式の減圧装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る差圧制御弁の構成を示す縦断面図、図２は図１のＡ部拡大断面図である。
本発明による差圧制御弁は、そのボディ１の側面に穿設されて入口圧力Ｐ１の高圧の冷媒を受ける入口ポート２が設けられている。この入口ポート２には、その通路を塞ぐようにストレーナ３が配置されている。入口ポート２の反対側のボディ１には、出口ポート４が設けられ、これらの間には、主弁座５がボディ１と一体に形成されている。この主弁座５に上流側から対向して主弁体６が配置され、主弁座５とともに主弁を構成している。主弁体６は、これを開閉駆動する主弁ピストン７と一体に形成されている。主弁ピストン７は、主弁体６が主弁座５に対して接離する方向に進退自在に配置されており、主弁座５との間には冷媒導入室が構成されている。
【００１２】
主弁ピストン７は、図の上部が小径、下部が大径に形成されていて、その間に段差部が形成されている。この段差部には、環状に形成されたダイヤフラム８の内周縁部が乗せられ、その上から主弁ピストン７の小径部に固定リング９を圧入することによってダイヤフラム８の内周が主弁ピストン７に固定されている。ダイヤフラム８の外周縁部は、主弁ピストン７を摺動自在に保持する円筒体１０をボディ１に圧入することによってボディ１に固定されている。このように、主弁ピストン７の摺動部を遮るようにダイヤフラム８を配置したことによって、主弁ピストン７の摺動部における冷媒のリークを完全に防止している。このダイヤフラム８には、好ましくは、引っ張り強度に強いポリイミド製のフィルムが使われる。
【００１３】
主弁ピストン７は、その中心軸線位置に冷媒通路１１が形成され、その冷媒通路１１は主弁体６に横から穿設されたオリフィス１２によって冷媒導入室と連通されている。このオリフィス１２が、冷媒導入室の入口圧力Ｐ１を減圧し、冷媒通路１１を介して主弁ピストン７の図の下方に形成されたピストン室１３に導く絞り流路を構成している。冷媒導入室とピストン室１３との間には、この絞り流路しか存在せず、しかも、オリフィス１２は流路面積が変らないため、差圧制御弁の特性を安定化させることができる。
【００１４】
ピストン室１３は、アジャストねじ１４によって閉止されており、主弁ピストン７とアジャストねじ１４との間には、主弁ピストン７を主弁の弁閉方向に付勢するスプリング１５が配置されている。アジャストねじ１４は、スプリング１５の荷重を調整することができるようボディ１に螺着されている。
【００１５】
ピストン室１３は、ボディ１に形成されたパイロット通路１６を介して主弁の下流側、すなわち、出口ポート４に連通する空間に連通されており、その出口ポート４に連通する空間への開口端がパイロット弁座１７になっている。このパイロット弁座１７に対向して下流側からボール形状のパイロット弁体１８が配置され、パイロット弁座１７とともにパイロット弁を構成している。パイロット弁体１８は、パイロット弁座１７に対して接離する方向に進退自在に配置されたシャフト１９によって保持されている。
【００１６】
パイロット弁と同一軸線上にパイロットピストン２０が軸線方向に進退自在に配置されている。パイロットピストン２０は、その上端部がパイロット弁体１８に当接するよう下端部からスプリング２１によって付勢されている。そのスプリング２１を収容している部屋は、冷媒導入室と連通しており、その入口圧力Ｐ１を受けてパイロットピストン２０をパイロット弁の弁開方向に作用する構成になっている。
【００１７】
また、このパイロットピストン２０は、パイロット弁座１７の弁孔の内径と同じ内径を有するシリンダに配置されており、パイロット弁体１８およびパイロットピストン２０の受圧面積を等しくしてある。したがって、パイロット弁体１８およびパイロットピストン２０は、互いに逆方向に同じピストン室１３の中間圧力Ｐ２を受圧していることになるので、中間圧力Ｐ２がパイロット弁の動作に何ら影響を与えることがなく、パイロット弁は、純粋に入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ３との差圧で動作することになる。
【００１８】
ボディ１の上部には、パイロット弁を制御するソレノイドが設けられている。このソレノイドは、パイロット弁と同一軸線上に配置されたスリーブ２２を有している。このスリーブ２２の下端部は、リング状のパッキン２３に圧着されることによってボディ１との結合部が外部シールされている。
【００１９】
スリーブ２２の中には、プランジャ２４が軸線方向に進退自在に配置され、スリーブ２２の上端部は、これを塞ぐようにコア２５が固着されている。このコア２５は、中空になっていて、その中に軸受２６が螺着されている。この軸受２６は、スリーブ２２の下方に螺着された軸受２７とともに、プランジャ２４を支持しているシャフト２８の両端を２点支持してプランジャ２４の外周面がスリーブ２２の内壁に接触しない構造にして、摺動抵抗を低減させている。プランジャ２４と軸受２６との間には、スプリング２９が配置されており、プランジャ２４をパイロット弁の方へ付勢している。そのスプリング２９の荷重は、軸受２６の螺入量で調節されている。スプリング２９によって付勢されているプランジャ２４は、その下端面がシャフト２８に設けられたＥリング３０に当接されており、スプリング２９の付勢力をシャフト２８に伝達し、このシャフト２８がパイロット弁を弁閉方向に付勢している。
【００２０】
コア２５の上部開口部は、止め栓３１および止めねじ３２によって閉止されている。スリーブ２２およびコア２５の外周には、電磁コイル３３が配置され、さらにその外周は、ヨークを兼ねたケース３４によって囲繞されており、このケース３４は、ボディ１の上部に螺着されている。
【００２１】
このように構成された差圧制御弁において、まず、電磁コイル３３が通電されていなく、入口ポート２に冷媒が導入されていないとき、主弁体６はスプリング１５によって主弁座５に着座され、主弁は閉じた状態にある。パイロット弁体１８もまた、スプリング２１よりも大きなばね力を有するスプリング２９によってパイロット弁座１７に着座され、パイロット弁は閉じた状態にある。
【００２２】
ここで、入口ポート２に入口圧力Ｐ１を有する高圧の冷媒が導入されると、その冷媒は、主弁ピストン７の上部の冷媒導入室に導入される。この入口圧力Ｐ１は、パイロットピストン２０の下端面で受圧するが、その受圧面積が小さいために、パイロットピストン２０が入口圧力Ｐ１によってパイロット弁体１８を押し開けるまでは至らず、パイロット弁は全閉状態を維持する。冷媒導入室に導入された冷媒は、また、主弁体６のオリフィス１２および主弁ピストン７の冷媒通路１１のみを介して主弁ピストン７の下部のピストン室１３に徐々に導入される。これにより、ピストン室１３の中間圧力Ｐ２は徐々に上昇し、その中間圧力Ｐ２は、ボディ１に形成されたパイロット通路１６を介してパイロット弁に導入される。この中間圧力Ｐ２は、パイロット弁の動作に何ら関与しない。
【００２３】
次に、ソレノイドの電磁コイル３３に所定の制御電流が供給されると、プランジャ２４がコア２５へ吸引され、パイロット弁体１８を弁閉方向に付勢しているスプリング２９のばね力が減少されるため、パイロットピストン２０は、入口圧力Ｐ１によりパイロット弁体１８を押し上げ、パイロット弁を所定開度に設定する。これにより、ピストン室１３の冷媒は、パイロット弁を介して出口ポート４へ流れるので、中間圧力Ｐ２が低下する。ピストン室１３の中間圧力Ｐ２が低下することにより、主弁ピストン７は、スプリング１５のばね力に打ち勝って図の下方へ下がるため、主弁が開き、入口ポート２に導入された冷媒は、主弁を介して出口ポート４へと流れる。
【００２４】
このとき、パイロット弁は、パイロットピストン２０とパイロット弁体１８とが入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ３との差圧に応答して動作する。すなわち、入口圧力Ｐ１が高くなると、パイロットピストン２０がパイロット弁を弁開方向へ移動して、ピストン室１３の圧力を下げ、これによって主弁ピストン７が図の下方へ移動して主弁をさらに開けて入口圧力Ｐ１を下げる。逆に、入口圧力Ｐ１が低くなると、パイロットピストン２０がパイロット弁を弁閉方向へ移動して、ピストン室１３の圧力を上げ、これによって主弁ピストン７が図の上方へ移動して主弁をさらに閉じて入口圧力Ｐ１を上げる。したがって、入口ポート２に導入された冷媒は、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ３との差圧が一定になるように制御される。しかも、パイロット弁は、パイロットピストン２０が入口圧力Ｐ１を直接受けていて、入口ポート２の圧力変動がリアルタイムに伝達されることから、入口圧力Ｐ１の圧力変動に敏感に応答して動作し、これに連動して主弁も動作する。主弁が入口圧力Ｐ１の圧力変動にほぼリアルタイムに応動することから、ハンチングを抑えることができる。
【００２５】
図３は本発明の第２の実施の形態に係る差圧制御弁の構成を示す縦断面図である。この図３において、図１および図２に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２６】
この第２の実施の形態に係る差圧制御弁は、第１の実施の形態に係る差圧制御弁が、ピストン室１３への圧力導入をオリフィス１２で行い、ピストン室１３からの圧力導出をパイロット弁が行っていたのに対し、ピストン室１３への圧力導入をパイロット弁が行い、ピストン室１３からの圧力導出を主弁ピストン７に設けたオリフィス３５が行うようにしている。
【００２７】
この差圧制御弁は、入口ポート２に連通する空間に冷媒導入室を区画するようプラグ３６が設けられている。このプラグ３６は、その軸線位置に主弁の弁孔が形成され、主弁座５に対向して上流側から主弁体６が接離自在に配置されている。主弁体６はスプリング１５によって弁閉方向に付勢されている。主弁の下流側の主弁と同一軸線上には、主弁体６よりも大きな受圧面積を有する主弁ピストン７が軸線方向に進退自在に配置されている。主弁ピストン７は、主弁の弁孔を介して延びるシャフト３７によって主弁体６と連結されている。プラグ３６と主弁ピストン７との間の空間は、出口ポート４に連通されている。
【００２８】
主弁ピストン７は、プラグ３６と反対側の端面が開口するように中空になっており、その中空部がピストン室１３を構成している。ピストン室１３には、主弁の弁開方向に主弁ピストン７を付勢するスプリング３８が配置されている。主弁ピストン７は、また、ピストン室１３と出口ポート４とを連通するようオリフィス３５が設けられている。
【００２９】
主弁ピストン７は、また、その摺動部分がダイヤフラム８によってシールされている。すなわち、ダイヤフラム８の内周縁部が主弁ピストン７と固定リング９とによって挾持され、ダイヤフラム８の外周縁部が主弁ピストン７と円筒体１０とによって挾持されている。このように、ダイヤフラム８を設けたことにより、主弁ピストン７がその軸線方向に進退移動を可能にしながら主弁ピストン７の摺動部における冷媒のリークを完全に防止している。
【００３０】
ボディ１には、また、主弁の上流側の圧力導入室からピストン室１３に連通するパイロット通路３９が設けられており、ピストン室１３に連通する空間に開口されている部分がパイロット弁座１７になっている。このピストン室１３に連通する空間には、パイロット弁座１７に対して接離自在なパイロット弁体１８が配置され、このパイロット弁体１８は、パイロット弁座１７の内径と同じ外径を有するパイロットピストン２０を介してソレノイド力を受けるように構成されている。パイロットピストン２０は、ボディ１に嵌着されたホルダ４０によって保持され、ソレノイド側の端面が受圧する空間は、通路４１を介して出口ポート４に連通している。これにより、パイロット弁体１８およびパイロットピストン２０は、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ３とを受けてそれらの差圧により動作することになる。
【００３１】
このように構成された差圧制御弁において、まず、電磁コイル３３が通電されていなく、入口ポート２に冷媒が導入されていないときには、主弁およびパイロット弁は全閉状態にある。また、この状態で入口ポート２に入口圧力Ｐ１を有する高圧の冷媒が導入されても、パイロット弁は閉じているので、主弁の全閉状態は、維持される。
【００３２】
ここで、ソレノイドの電磁コイル３３に所定の制御電流が供給されると、プランジャ２４がコア２５へ吸引されて、パイロット弁体１８およびパイロットピストン２０は、入口圧力Ｐ１により押し上げられ、パイロット弁は所定開度に設定される。これにより、入口圧力Ｐ１がパイロット弁を介してピストン室１３に導入されることで中間圧力Ｐ２が上昇し、主弁ピストン７は、シャフト３７を介して主弁を開ける。これにより、入口ポート２に導入された冷媒は、主弁を介して出口ポート４へと流れる。
【００３３】
このとき、パイロット弁は、パイロットピストン２０とパイロット弁体１８とが入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ３との差圧に応答して動作し、これに応動する主弁によって、入口ポート２に導入された冷媒は、入口圧力Ｐ１と出口圧力Ｐ３との差圧が一定になるように制御される。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、主弁を駆動する主弁ピストンの摺動部をダイヤフラムでシールする構成にした。これにより、主弁を駆動する主弁ピストンの外周を介して流体がリークしてしまうことがなくなり、差圧制御弁の特性を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る差圧制御弁の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る差圧制御弁の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１　ボディ
２　入口ポート
３　ストレーナ
４　出口ポート
５　主弁座
６　主弁体
７　主弁ピストン
８　ダイヤフラム
９　固定リング
１０　円筒体
１１　冷媒通路
１２　オリフィス
１３　ピストン室
１４　アジャストねじ
１５　スプリング
１６　パイロット通路
１７　パイロット弁座
１８　パイロット弁体
１９　シャフト
２０　パイロットピストン
２１　スプリング
２２　スリーブ
２３　パッキン
２４　プランジャ
２５　コア
２６，２７　軸受
２８　シャフト
２９　スプリング
３０　Ｅリング
３１　止め栓
３２　止めねじ
３３　電磁コイル
３４　ケース
３５　オリフィス
３６　プラグ
３７　シャフト
３８　スプリング
３９　パイロット通路
４０　ホルダ
４１　通路

Claims (5)

  1. 流体の出入口の差圧がソレノイドに流す電流値により設定された差圧になるよう流量を制御するパイロット作動式の差圧制御弁において、
    主弁の主弁体を開閉駆動する主弁ピストンの外周の摺動部に、前記摺動部を介しての流体のリークを完全に防止するダイヤフラムを設けたことを特徴とする差圧制御弁。
  2. 前記ダイヤフラムは、環状に形成されたフィルムであって、その内周縁部が前記主弁ピストンと前記主弁ピストンに固着された固定リングとによって挾持され、外周縁部が前記主弁ピストンと前記主弁ピストンを収容しているボディに固着されていて前記主弁ピストンを摺動自在に保持する円筒体とによって挾持されていることを特徴とする請求項１記載の差圧制御弁。
  3. 前記ダイヤフラムは、ポリイミドフィルムであることを特徴とする請求項２記載の差圧制御弁。
  4. 前記主弁ピストンは、前記主弁体と一体に形成されているとともに、流体が導入される空間と前記主弁体の反対側に位置するピストン室とを連通させるオリフィスを有し、前記ピストン室と前記主弁の下流側の空間との間に配置されたパイロット弁が前記ピストン室の圧力を制御することにより前記主弁の弁開度を制御するようにしたことを特徴とする請求項２記載の差圧制御弁。
  5. 前記主弁ピストンは、前記主弁の弁孔に挿通されたシャフトにより前記主弁体に固定されているとともに、前記主弁の下流側の空間と前記主弁体の反対側に位置するピストン室とを連通させるオリフィスを有し、流体を導入する空間と前記ピストン室との間に配置されたパイロット弁が前記ピストン室の圧力を制御することにより前記主弁の弁開度を制御するようにしたことを特徴とする請求項２記載の差圧制御弁。
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