JP2004138375A

JP2004138375A - 差圧弁

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Publication number: JP2004138375A
Application number: JP2002367739A
Authority: JP
Inventors: Hisatoshi Hirota; 広田　久寿; Tokumi Tsugawa; 津川　徳巳
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: EP1335160A3; EP1335160A2; US20030151011A1; DE60302679D1; US6986498B2; EP1335160B1; JP4056378B2; DE60302679T2

Abstract

【課題】構造をシンプルにした差圧弁を提供することを目的とする。
【解決手段】主弁体７と主弁座６とからなる主弁の上流側に主弁体７と一体に形成されたピストン８を配置して入口ポート２からの冷媒が導入される部屋を構成し、ピストン８にはその背面側の部屋に連通するオリフィス１０および冷媒通路９を設けている。この背面側の部屋は冷媒通路１５とパイロット弁座１６およびパイロット弁体１７とからなるパイロット弁とを介して出口ポート５に連通する主弁の下流側の部屋へ繋げるようにして、パイロット弁には、入口ポート２からの冷媒をオリフィス１０、冷媒通路９，１５を介して供給する構成にした。ピストン８と主弁体７と一体にしたことで、ピストン８の動きを主弁体７に伝達する部材が不要になり、構造をシンプルにすることができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は差圧弁に関し、特に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に分離し、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弁として、入口側の高圧冷媒を主弁およびパイロット弁に導き、パイロット弁にて制御された圧力をピストンによって閉じられた圧力室に導入してピストンを動かし、そのピストンから主弁の下流側にオリフィスを介して冷媒を微少漏れさせながらピストンが主弁の下流側から主弁の弁孔を介して主弁体を駆動する構成を有しているものがある（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
パイロット弁は、ソレノイドによって駆動されており、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決定され、これが主弁の前後差圧を設定する。差圧弁は、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】
また、従来の膨張弁は、冷凍サイクル内にて冷媒が一定の方向にしか流れないので、冷媒の入口および出口が決まっている。しかし、近年の自動車は、エンジンの燃焼効率が向上したことにより、暖房の熱源として使用していた冷却水の温度が暖房に必要な温度まで上昇しなくなってきている。そこで、自動車用エアコンシステムにおいても、冷暖房運転が可能なヒートポンプ方式のシステムが考えられている。このシステムでは、冷房運転時には、コンプレッサから供給された高温・高圧の冷媒を外部熱交換器を通し、膨張弁で低温・低圧の冷媒にして室内の内部熱交換器へ流し、暖房運転時には、コンプレッサからの高温・高圧の冷媒を直接室内の内部熱交換器に供給してから膨張弁に流す構成がとられている。つまり、膨張弁を通る冷媒の流れが冷房運転時と暖房運転時とでは逆になる。そこで、一方向にしか冷媒を流すことができない差圧弁を膨張弁として使用する場合には、２組の差圧弁および逆止弁を冷媒が双方向に流れることができるように互いに流れ方向を逆にした状態で並列に設ける必要がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２７３５５号公報（段落番号〔００１５〕〜〔００２５〕、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の差圧弁は、主弁の主弁体を、主弁の下流側に設けてパイロット弁により作動されるピストンによって駆動するようにしているため、ピストンの駆動力を主弁の弁孔を介して伝達する手段が必要になり、弁構造が複雑になるという問題点があった。
【０００９】
また、冷暖房運転が可能なヒートポンプ方式のシステムでは、冷房運転用と暖房運転用とにそれぞれ独立して膨張作用を行わせる差圧弁が２組必要であるため、コストが高くなるという問題があった。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、構造をシンプルにした差圧弁を提供することを目的とする。
また、本発明は、ヒートポンプ方式のエアコンシステムの膨張弁として使用することができる双方向の流れに対応した差圧弁を提供することを目的とする。
【００１１】
【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弁において、入口と出口との間の流路内に形成された主弁座に上流側から対向して主弁体が配置された主弁と、前記主弁体と一体に形成されて前記主弁座との間に前記入口に連通する第１の部屋を形成し、前記第１の部屋とその反対側に形成される第２の部屋との間を連通させる絞り流路を有するピストンと、前記第２の部屋と前記出口に連通する第３の部屋との間に配置されて前記第２の部屋の圧力を制御するパイロット弁と、を備えていることを特徴とする差圧弁が提供される。
【００１２】
このような差圧弁によれば、パイロット弁の冷媒経路中に存在する絞り流路をパイロット弁の上流側であるピストンに設け、その絞り流路で減圧された冷媒をパイロット弁が制御する構成にした。これにより、ピストンが主弁体のある側に配置できることから主弁体と一体に構成でき、ピストンの動きを主弁体に伝達する部材が不要になり、構造をシンプルにすることが可能になる。
【００１３】
また、本発明は、第１のポートおよび第２のポートと前記第１の部屋との間にそれぞれ配置されて前記第１のポートおよび前記第２のポートから前記第１の部屋への流体の流れを許可する第１および第２の逆止弁と、前記第１のポートおよび前記第２のポートと前記第３の部屋との間にそれぞれ配置されて前記第３の部屋から前記第１のポートおよび前記第２のポートへの流体の流れを許可する第３および第４の逆止弁とをさらに備えて、双方向に流体を流すことができる構成にした。
【００１４】
この差圧弁では、第１のポートに流体が導入されると、その流体の圧力によって第１の逆止弁が開いて第２の逆止弁が閉じ、かつ、第３の逆止弁が閉じて第４の逆止弁が開くので、流体は、第１の逆止弁、パイロット作動式の差圧弁、第４の逆止弁を通って第２のポートに流れる。逆に、第２のポートに流体が導入されると、その流体の圧力によって第１の逆止弁が閉じて第２の逆止弁が開き、かつ、第３の逆止弁が開いて第４の逆止弁が閉じるので、流体は、第２の逆止弁、パイロット作動式の差圧弁、第３の逆止弁を通って第１のポートに流れるようになる。このように、４つの逆止弁を付加することにより、第１のポートおよび第２のポートのいずれかに流体が導入された場合、導入された流体の圧力によって第１ないし第４の逆止弁の開閉状態が切り換えられて、パイロット作動式の差圧弁には一定方向にしか流体が流れないので、双方向の流れに対応した差圧弁にすることができ、ヒートポンプ方式のエアコンシステムの膨張弁にコストを上げることなく適用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、自動車用エアコンシステムの冷凍サイクルに減圧装置として用いられている電子制御膨張弁に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る差圧弁の構成を示す縦断面図、図２は図１のａ−ａ矢視断面図である。
本発明による差圧弁は、そのボディ１の側面に、図１の図面に垂直な方向に穿設されて高圧の冷媒を受ける入口ポート２が設けられている。図２に示したように、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は、冷媒通路４を介して出口ポート５に連通されている。この冷媒通路４の途中には、主弁座６がボディ１と一体に形成されている。この主弁座６に上流側から対向して主弁体７が配置され、主弁座６とともに主弁を構成している。主弁体７は、主弁体７が主弁座６に対して接離する方向に進退自在なピストン８と一体に形成されている。ピストン８は、主弁座６との間に入口ポート２からの冷媒が導入される部屋を構成している。ピストン８は、また、中心軸線位置にて図の下端面に開口する冷媒通路９が形成され、その冷媒通路９は主弁体７に横から穿設されたオリフィス１０と連通されている。この冷媒通路９およびオリフィス１０は、ピストン８の図の上部の部屋に導入された高圧の冷媒を減圧してピストン８の図の下部の部屋に導く絞り流路を構成している。ピストン８の図の下部の部屋は、アジャストねじ１１によって閉止されており、ピストン８とアジャストねじ１１との間には、ピストン８を主弁の弁閉方向に付勢するスプリング１２が配置されている。アジャストねじ１１は、スプリング１２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、Ｏリング１１ａによって外界と外部シールされている。ピストン８は、その外周に溝が周設されており、その溝には、テンションリング１３とバックアップリング１４とが嵌め込まれている。テンションリング１３は、バックアップリング１４をピストン８が収容されているシリンダの内壁へ押し付けて、ピストン８の摺動抵抗を増加させ、主弁の微少開度での弁開閉時に発生する振動音を抑制するとともに、ピストン８の回りからの冷媒の漏れを抑制する。
【００１７】
ピストン８とアジャストねじ１１とによって形成された部屋は、ピストン８を収容しているシリンダの横に形成された冷媒通路１５を介して主弁の下流側、すなわち、出口ポート５に連通する部屋に連通されており、その途中にパイロット弁座１６が成形されている。このパイロット弁座１６に対向して下流側からボール形状のパイロット弁体１７が配置され、パイロット弁座１６とともにパイロット弁を構成している。パイロット弁体１７は、パイロット弁座１６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１８によって保持されている。
【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、ボディ１の上部に螺着されたキャップ１９と、下端部がキャップ１９に固定されたスリーブ２０と、そのスリーブ２０の中に軸線方向に進退自在に配置されたプランジャ２１と、スリーブ２０の上端部を塞ぐように固定配置されたコア２２と、プランジャ２１の軸線位置に貫通配置され、下端部がキャップ１９に圧入された軸受２３によって支持され、上端部がコア２２の軸線位置に貫通形成された孔に螺入されているアジャストねじ２４に軸支されたシャフト２５と、プランジャ２１とアジャストねじ２４との間に配置され、パイロット弁体１７を保持しているシャフト１８をパイロット弁の弁閉方向にシャフト２５を介して付勢するスプリング２６と、スリーブ２０の外側に配置された電磁コイル２７とから構成されている。アジャストねじ２４は、ソレノイドに内蔵されたスプリング２６の荷重を調整するのに用いられる。ここで、プランジャ２１は、シャフト２５の両端を軸受２３とアジャストねじ２４とで２点支持して外周面がスリーブ２０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。アジャストねじ２４が螺入されているコア２２の中心開口部はボール２８で閉止され、このボール２８は、コア２２の上部開口部に螺着されたねじ２９によって押さえられている。
【００１９】
このように構成された差圧弁において、まず、電磁コイル２７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、図１に示したように、主弁体７はスプリング１２によって主弁座６に着座され、主弁は閉じた状態にある。パイロット弁体１７もまた、ソレノイドに内蔵されたスプリング２６によってパイロット弁座１６に着座され、パイロット弁は閉じた状態にある。
【００２０】
ここで、入口ポート２に高圧の冷媒が導入されると、その冷媒は、ピストン８の上部の部屋に導入される。ピストン８は、主弁体７よりも大きな受圧面積を有しているため、導入された冷媒の圧力によりスプリング１２のばね力に打ち勝って図の下方に押し下げられ、冷媒は、主弁を介して出口ポート５に連通する部屋に流出する。
【００２１】
ピストン８の上部の部屋に導入された冷媒は、また、主弁体７のオリフィス１０およびピストン８の冷媒通路９を介してピストン８の下部の部屋に導入され、さらにボディ１に形成された冷媒通路１５を介してパイロット弁に供給される。このとき、パイロット弁は閉じているので、ピストン８の下部の部屋の圧力が次第に増加し、これによってピストン８が上昇し、主弁を閉じようとする。
【００２２】
ピストン８の下部の部屋の圧力が高くなって、パイロット弁の前後差圧がある値を越えると、冷媒がパイロット弁体１７を押し開き、出口ポート５に連通する空間に流れる。これにより、ピストン８の下部の部屋が低圧になるので、ピストン８が図の下方へ移動し、主弁を通って出口ポート５に流出する冷媒の流量が増加する。
【００２３】
出口ポート５への冷媒の流出により、主弁の上流側の冷媒圧力が下がると、パイロット弁に供給される冷媒の圧力も低下するので、パイロット弁体１７は、弁閉方向に移動する。これにより、ピストン８の下部の部屋に導入される冷媒の圧力が上昇するため、ピストン８は図の上方へ移動し、これに伴って、主弁体７は弁閉方向へ付勢されるため、主弁は冷媒の流量を絞り、主弁の上流側の冷媒圧力を上げる。以上の動作を繰り返すことで、主弁の前後差圧が一定に制御される。このときの主弁の前後の差圧は、ソレノイド内のスプリング２６の荷重によって決められる。
【００２４】
また、電磁コイル２７を通電すると、プランジャ２１がコア２２へ吸引され、パイロット弁体１７を弁閉方向に付勢しているスプリング２６のばね力が減少され、パイロット弁の設定差圧を小さくする。電磁コイル２７の通電電流値を増加すると、プランジャ２１のコア２２への吸引力が増加し、パイロット弁の差圧、すなわち差圧弁の前後差圧をさらに小さく設定することができる。
【００２５】
図３はソレノイド電流値に対する設定差圧の変化を示す図である。
この図３において、横軸は電磁コイル２７に供給される電流値を表し、縦軸はこの差圧弁の設定された差圧を示している。
【００２６】
以上の構成の差圧弁において、電磁コイル２７に流す電流値を大きくすることにより、プランジャ２１はコア２２に吸引される力が強くなってスプリング２６のばね力を弱める方向に作用するため、図３に示したように、差圧を小さく設定することができる。逆に、電流値を小さくする程、差圧を大きく設定することができ、電流値を０にすると、設定差圧は最大になる。このようにして、ソレノイドの電磁コイル２７に流す電流値によって差圧弁の前後の差圧を比例的に変えるように設定することができる。
【００２７】
ところで、この差圧弁は、自動車用エアコンシステムに膨張弁として用いる場合、冷凍サイクル内のコンプレッサの制御方法に応じて、冷媒の流量に関係なく前後の差圧を一定に制御するという差圧弁本来の特性を変更する必要が出てきており、以下、その点について説明する。
【００２８】
自動車用エアコンシステムの冷凍サイクルは、主としてコンプレッサ、コンデンサまたはガスクーラ、膨張弁、エバポレータ、およびアキュムレータで構成されるが、この中で、冷媒の流量を制御しているのは、コンプレッサおよび膨張弁である。可変容量コンプレッサでは、冷媒の流量を制御するのにコンプレッサの吐出圧力と吸入圧力との差が冷媒の流量に関係なく一定になるように差圧制御を行う電子制御弁が用いられている場合がある。可変容量コンプレッサの制御方法として、差圧制御を採用した場合、膨張弁として差圧弁を使用する場合には注意が必要である。
【００２９】
すなわち、可変容量コンプレッサと膨張弁との両方で差圧制御した場合にそれぞれの制御が競合する可能性がある。可変容量コンプレッサと膨張弁とで目標となる設定差圧が同じでなら競合することはないが、設定差圧が異なると、膨張弁側の制御が不能になることがある。ここで、コンデンサまたはガスクーラ、エバポレータおよびアキュムレータでの圧力損失を無視すると考えると、可変容量コンプレッサの吐出圧力と膨張弁の入口圧力とがほぼ同じで、膨張弁の出口圧力と可変容量コンプレッサの吸入圧力とがほぼ同じと考えることができるので、たとえば膨張弁の設定差圧が可変容量コンプレッサの設定差圧より小さく設定した場合、膨張弁は常に全開、逆の場合には、膨張弁は常に全閉というような制御になる。このような場合、冷媒の流量が変化しても膨張弁の前後の差圧が変化しないという差圧弁本来の特性を変えてやることで、膨張弁の制御不能を回避することができる。
【００３０】
この差圧弁の特性を変更する手段として４つの方法がある。第１の方法は、主弁のばね定数を変更する方法であり、第２の方法は、主弁の弁角度を変更する方法であり、第３の方法は、パイロット弁のばね定数を変更する方法であり、第４の方法は、パイロット弁の弁角度を変更する方法である。
【００３１】
図４は設定された差圧に対する冷媒流量のばね定数変更時の変化を示す図である。
この図４において、横軸は差圧、縦軸は冷媒流量を示している。差圧弁は、設定された差圧が冷媒の流量の変化に拘らず一定に維持しようとする特性を有している。ソレノイドの電流値をたとえば電流値Ａにして、差圧をａに設定した場合、破線で示したように、冷媒の流量が変化しても、差圧はほぼ一定である。この差圧−流量特性曲線は、ソレノイドの電流値を変えた場合も同じであり、たとえば少ない電流値Ｂにして差圧をｂに設定した場合にも同様の特性を得ることができ、定差圧弁として働く。実際には、主弁体７を弁閉方向に付勢しているスプリング１２のばね定数を０にすることができないのと、主弁が開いてくると有効受圧面積が変化するため、差圧−流量特性は若干の傾きが存在する。この定差圧特性の差圧弁は、可変容量コンプレッサの制御を差圧制御以外の別の制御、たとえば流量制御で行う場合に、制御の競合が発生しないため、そのまま適用できる。
【００３２】
一方、可変容量コンプレッサの制御を差圧制御で行うシステムの場合、主弁体７を弁閉方向に付勢しているスプリング１２は、そのばね定数を大きな値に設定する。これにより、差圧−流量特性曲線は、図４に実線で示したように、大きく傾いた曲線になる。つまり、冷媒の流量が増加するに従って差圧弁の前後差圧がソレノイドの電流値によって設定される差圧より大きくなる特性にしている。このような差圧弁を膨張弁として使うと、可変容量コンプレッサの制御を行う流量制御弁の差圧−流量特性曲線とこの差圧弁の差圧−流量特性曲線とが、平行にならずに交差するようになる。したがって、差圧弁は、その交差する点に向かって整定するような制御をするようになるため、システムとして安定した制御をすることが可能になる。
【００３３】
この冷媒の流量が増加するに従って差圧弁の前後差圧がソレノイドの電流値によって設定される差圧より大きくなる、つまり、曲線の傾きが大きくなる特性は、パイロット弁体１７を付勢しているスプリング２６のばね定数を大きな値に設定することによっても実現することができる。
【００３４】
また、差圧弁の特性は、上記したように主弁およびパイロット弁の弁角度を変更することによっても傾きを変えることができる。
図５は主弁の弁角度を示す図であって、（Ａ）は弁角度を大きくした例を示し、（Ｂ）は弁角度を小さくした例を示している。図６はパイロット弁の弁角度を示す図であって、（Ａ）は弁角度を大きくした例を示し、（Ｂ）は弁角度を小さくした例を示している。図７は設定された差圧に対する冷媒流量の弁角度変更時の変化を示す図である。
【００３５】
主弁において、図５の（Ａ）に示したように、主弁体７の先端部における弁角度θが大きい場合は、図７に示したように、冷媒の流量が増加しても差圧弁の前後の差圧はあまり変化しない。しかし、図５の（Ｂ）に示したように、弁角度θを小さくしていくと、主弁体７が同じリフト量を移動したとしてもその変化率は小さいので、冷媒の流量が増加すれば、差圧弁の前後の差圧も大きくなり、図７に示したように、特性曲線が大きく傾くようになる。
【００３６】
この主弁の弁角度の変化による特性変化は、パイロット弁においても同様の傾向を示す。パイロット弁において、図６の（Ａ）に示したように、パイロット弁体１７のボール径が大きくて弁角度θが大きい場合は、図７に示したように、冷媒の流量が増加しても差圧弁の前後の差圧はあまり変化しない。しかし、図６の（Ｂ）に示したように、ボール径を小さくして弁角度θを小さくしていくと、図７に示したように、特性曲線が大きく傾くようになる。
【００３７】
このように、主弁のスプリング１２のばね定数を大きくするか、主弁の弁角度θを小さくするか、パイロット弁のスプリング２６のばね定数を大きくするか、または、パイロット弁の弁角度θを小さくすることによって、差圧弁の差圧特性を可変容量コンプレッサの制御と競合しない特性に調整することができる。
【００３８】
図８は本発明の第２の実施の形態に係る差圧弁の構成を示す縦断面図である。なお、図８において、図１および図２に示した差圧弁の構成要素と同じまたは同等の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。
【００３９】
この第２の実施の形態に係る差圧弁は、主弁と一体のピストン８の背圧側の部屋から出口ポート５に抜ける冷媒通路の途中にパイロット弁を配置し、主弁の前後の差圧をそのパイロット弁によって設定される値に一定に制御するという点で、第１の実施の形態に係る差圧弁と同じであるが、パイロット弁の配置を変えて主弁とパイロット弁とを同一軸線上に配置した構造にしている。
【００４０】
すなわち、一体になった主弁体７およびピストン８が主弁体７を図の下方に向けて入口ポート２と出口ポート５との間の冷媒通路４を開閉するよう配置され、その上に主弁体７およびピストン８を弁閉方向に付勢するスプリング１２およびアジャストねじ１１が配置されている。アジャストねじ１１の上方には、プラグ１６ａが配置されている。このプラグ１６ａは、パイロット弁座１６と、パイロット弁体１７を保持しているシャフト１８を軸線方向に進退自在に支持するガイドとを一体に形成しており、ボディ１との間はＯリング１６ｂによってシールされている。パイロット弁座１６より上方の空間は、冷媒通路１５を介して出口ポート５に連通している。そして、シャフト１８の上方には、第１の実施の形態に係る差圧弁と同じ構成のソレノイドが配置されている。
【００４１】
この構成によれば、冷媒が通過する通路の途中に外界との間でシールを行う部分がないため、冷媒の外部漏れの心配がなくなっている。つまり、第１の実施の形態に係る差圧弁では、Ｏリング１１ａがピストン８の背圧側の部屋と外界との間をシールしていたが、この第２の実施の形態に係る差圧弁では、そのようなシール部材はない。なお、プラグ１６ａの回りにＯリング１６ｂが設けられているが、これは、外部漏れをシールするものではなくて、内部漏れを防止するためのものである。
【００４２】
この第２の実施の形態に係る差圧弁の作用については、第１の実施の形態に係る差圧弁と同じであるので、その詳細な説明は省略する。
以上の差圧弁は、冷媒の入口および出口が決まっているため、冷凍サイクル内にて冷媒が片方向にしか流れないエアコンシステムに適用される。一方、ヒートポンプ方式のエアコンシステムでは、暖房運転時と冷房運転時とでは、冷媒の流れ方向が逆転するため、第１または第２の実施の形態の差圧弁を適用しようとすると、このような差圧弁と逆止弁とが２つずつ必要になる。これを１つの差圧弁で双方向の冷媒流れに対応できるようにしたのが第３の実施の形態であり、以下、その差圧弁について説明する。
【００４３】
図９は本発明の第３の実施の形態に係る差圧弁の構成を示す縦断面図、図１０は図９の差圧弁の要部断面を示す図であって、（Ａ）は図９のｂ−ｂ矢視断面図、（Ｂ）は（Ａ）のｃ−ｃ矢視断面図であり、図１１は本発明の第３の実施の形態に係る差圧弁の動作を説明する図であって、（Ａ）は第１の冷媒流れ方向における動作を示し、（Ｂ）は第２の冷媒流れ方向における動作を示している。なお、図９において、図１、図２および図８に示した差圧弁の構成要素と同じまたは同等の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。
【００４４】
この第２の実施の形態に係る差圧弁は、ボディ１に冷媒の出入口を構成する第１および第２のポート３０，３１を有している。これら第１および第２のポート３０，３１の間には、異なる流れ方向から導入された冷媒を主弁およびパイロット弁には一方向に流すように冷媒の流れ方向を切り換える流路切り換え機構を備え、図９の（Ａ）に詳細示したように、第１および第２のポート３０，３１を繋ぐように入口冷媒通路３２および出口冷媒通路３３が形成されている。
【００４５】
入口冷媒通路３２は、その両端側に弁座３４，３５が内設され、これら弁座３４，３５の第１および第２のポート３０，３１の側にそれぞれストレーナ３６，３７が嵌め込まれている。これらの弁座３４，３５に対向して内側から弁体３８，３９が接離可能に配置され、かつ、これらの弁体３８，３９は、シャフト４０によって連結されている。これによって、これらの弁体３８，３９および弁座３４，３５は、入口冷媒通路３２の両外側から内側の方向へ冷媒を流すことができる２つの連動して互いに逆の動作をする逆止弁を構成している。これらの弁体３８，３９に挟まれた空間は、主弁座６とピストン８との間に構成された主弁の上流側の部屋に連通している。
【００４６】
出口冷媒通路３３は、その中央近傍に弁座４１，４２が内設され、これらの弁座４１，４２に対向して外側から弁体４３，４４が接離可能に配置され、かつ、これらの弁体４３，４４は、シャフト４５によって連結されている。これによって、これらの弁体４３，４４および弁座４１，４２は、出口冷媒通路３３の内側から外側の方向へ冷媒を流すことができる２つの連動して互いに逆の動作をする逆止弁を構成している。これらの弁座４１，４２に挟まれた空間は、主弁およびパイロット弁の下流側の空間に連通している。
【００４７】
弁体３８，３９および弁体４３，４４は、図９の（Ｂ）に弁体４３の断面を代表して示したように、それぞれ外周に複数の、図示の例では３つの切り欠き４６を有して冷媒通路を形成している。これにより、各逆止弁が弁開しているときの冷媒通路を確保している。
【００４８】
以上の構成の差圧弁において、まず、電磁コイル２７が通電されていなく、第１のポート３０または第２のポート３１に冷媒が導入されていないときには、図９に示したように、主弁体７はスプリング１２によって主弁座６に着座されて、主弁は閉じた状態にある。パイロット弁体１７もまた、ソレノイド内のスプリング２６によってパイロット弁座１６に着座されて、パイロット弁は閉じた状態にある。
【００４９】
ここで、たとえば第１のポート３０に高圧の冷媒が導入されたとすると、図１１の（Ａ）に示したように、導入された冷媒の圧力により弁体３８，４３が押されて図の右側に移動する。これにより、入口冷媒通路３２内に配置された弁体３８は弁座３４から離れ、弁体３９は弁座３５に着座するとともに、出口冷媒通路３３内に配置された弁体４３は弁座４１に着座し、弁体４４は弁座４２から離れる。これにより、入口冷媒通路３２の中央の空間は、第１のポート３０と連通し、第２のポート３１とは遮断されるようになる。また、出口冷媒通路３３の中央の空間は、第１のポート３０と遮断され、第２のポート３１とは連通されるようになる。
【００５０】
その結果、第１のポート３０からストレーナ３６を通り、入口冷媒通路３２の第１のポート３０側の逆止弁を押し開けて流入した冷媒は、弁体３８に周設された切り欠き４６からなる冷媒通路を通って弁体３８，３９で囲まれた空間に入り、主弁の上流側の部屋に入る。この冷媒は、オリフィス１０および冷媒通路９，１５を介してパイロット弁に供給される。パイロット弁の前後差圧がある値を越えると、冷媒がパイロット弁体１７を押し開き、弁座４１，４２で挟まれた出口冷媒通路３３の中央の空間に流入する。これにより、ピストン８の下部の部屋が低圧になるので、ピストン８が図の下方へ移動し、主弁体７が主弁座６から離れて主弁が開き、入口ポート２に導入された冷媒が主弁を通って出口冷媒通路３３の弁座４１，４２の間の空間に流出し、さらに、弁体４４がその弁座４２から離れている逆止弁およびその弁体４４に周設された切り欠き４６からなる冷媒通路を通って第２のポート３１に流出するようになる。
【００５１】
出口ポート５への冷媒の流出により、主弁の上流側の冷媒圧力が下がると、パイロット弁に供給される冷媒の圧力も低下するので、パイロット弁体１７は、弁閉方向に移動する。これにより、ピストン８の下部の部屋に導入される冷媒の圧力が上昇するため、ピストン８は図の上方へ移動し、これに伴って、主弁体７は弁閉方向へ付勢されるため、主弁は冷媒の流量を絞り、主弁の上流側の冷媒圧力を上げる。以上の動作を繰り返すことで、主弁の前後差圧が一定になるように制御される。このときの主弁の前後の差圧、つまり、ソレノイドが非通電時の最大設定差圧は、ソレノイド内のスプリング２６の荷重によって決められ、その荷重は、アジャストねじ２４によって設定される。
【００５２】
次に、第２のポート３１に高圧の冷媒が導入された場合には、図１１の（Ｂ）に示したように、その冷媒は、出口冷媒通路３３の弁体４４を押してその弁座４２に着座させるとともに、ストレーナ３７を介して入口冷媒通路３２に流入した冷媒は、弁体３９を押してその弁座３５から離す。これにより、出口冷媒通路３３のもう一方の弁体４３は、弁体４４の着座に連動してその弁座４１から離され、出口冷媒通路３３の中央の空間は、第１のポート３０と連通するようになる。また、入口冷媒通路３２のもう一方の弁体３８は、弁体３９がその弁座から離れることに連動して弁座３４に着座され、入口冷媒通路３２の中央の空間は、第１のポート３０と遮断されるようになる。
【００５３】
その結果、第２のポート３１からストレーナ３７を通り、入口冷媒通路３２の第２のポート３１側の逆止弁を押し開けて流入した冷媒は、主弁の上流側の部屋に入り、オリフィス１０および冷媒通路９，１５を介してパイロット弁に供給される。パイロット弁の前後差圧がある値を越えると、冷媒がパイロット弁体１７を押し開き、出口冷媒通路３３の中央の空間、第１のポート３０側の逆止弁を通って第１のポート３０に流れる。これにより、ピストン８の下部の部屋が低圧になるので、ピストン８が図の下方へ移動し、主弁体７が主弁座６から離れて主弁が開き、出口冷媒通路３３の中央の空間、第１のポート３０側の逆止弁を通って第１のポート３０に流出するようになる。その後の動作は、第１のポート３０に高圧の冷媒が導入された場合の動作と同じである。
【００５４】
また、電磁コイル２７に通電すると、プランジャ２１がコア２２へ吸引され、パイロット弁体１７を弁閉方向に付勢しているスプリング２６のばね力が減少されてパイロット弁の設定差圧を小さくする。電磁コイル２７の通電電流値を増加すると、プランジャ２１のコア２２への吸引力が増加し、パイロット弁の差圧、すなわち差圧弁の前後差圧をさらに小さく設定することができる。
【００５５】
図１２は本発明の第４の実施の形態に係る差圧弁の構成を示す縦断面図、図１３は図１２のｄ−ｄ矢視断面図、図１４は差圧弁の流路切り換え機構を示す図であって、（Ａ）は図１３のｅ−ｅ矢視断面図、（Ｂ）は（Ａ）のｆの方向から見た矢視図である。なお、図１２ないし図１４において、図８ないし図１０に示した差圧弁の構成要素と同じまたは同等の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。
【００５６】
この第４の実施の形態に係る差圧弁は、第２の実施の形態に係る差圧弁と同様に、主弁とパイロット弁とを同一軸線上に配置し、第３の実施の形態に係る差圧弁の流路切り換え機構を備えて、冷媒を双方向に流すことができるような構造になっている。
【００５７】
この差圧弁では、流路切り換え機構を主弁およびパイロット弁の軸線に対して斜めに配置している。図１２および図１３に示したように、主弁のポートの図の下方に、主弁を通過した冷媒を第１または第２のポート３０，３１に振り分ける２つの逆止弁を収容した出口冷媒通路３３が配置され、第１または第２のポート３０，３１から導入した冷媒を主弁の上流側の部屋へ流すように流路を切り換える２つの逆止弁を収容した入口冷媒通路３２が出口冷媒通路３３の斜め上方に配置されている。
【００５８】
この流路切り換え機構は、入口冷媒通路３２および出口冷媒通路３３の軸線を通る平面でカットして表した図１４の（Ａ）によれば、入口冷媒通路３２では、第１のポート３０側の弁体３８に対応する弁座をボディ１と一体に形成し、第２のポート３１側の弁体３９に対応する弁座３５を螺着または圧入構造の部材で形成している。弁体３８，３９は、螺着などによりあらかじめシャフト４０に結合した状態で入口冷媒通路３２に挿入してから弁座３５を取り付ける。また、たとえば一方の弁体４３は、螺着などによりあらかじめシャフト４５に結合した状態で出口冷媒通路３３に挿入してから他方の弁体４４をシャフト４０に結合することによって出口冷媒通路３３内に装着される。弁体３８，３９，４３，４４は、その外周をたとえば３箇所Ｄカットして断面略三角形になるような形状にされており、弁開時に冷媒を流すための冷媒通路を確保している。
【００５９】
この第４の実施の形態に係る差圧弁においても、その作用については、第３の実施の形態に係る差圧弁と同じであるので、その詳細な説明は省略する。
以上、本発明をその好適な実施の形態について詳述したが、本発明はそれらの特定の実施の形態に限定されるものではない。たとえば、上記の実施の形態では、パイロット弁に減圧された冷媒を供給するために主弁体７にオリフィス１０、ピストン８に冷媒通路９を設けて絞り流路を構成したが、このオリフィス１０は、ピストン８に直接貫通形成したオリフィスにすることもできる。また、その絞り流路としては、オリフィス１０に代えて、ピストン８の外周に進退方向に沿って設けた溝としてもよく、あるいは、ピストン８とこれを進退可能にボディ１に収容しているシリンダとの間に存在するクリアランスを利用してもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、パイロット弁の冷媒経路中に存在する絞り流路をパイロット弁の上流側であるピストンに設け、その絞り流路で減圧された冷媒をパイロット弁が制御する構成にした。これにより、ピストンが主弁体のある側に配置できることから主弁体と一体に構成でき、ピストンの動きを主弁体に伝達する部材が不要になり、構造をシンプルにすることができ、差圧弁のコストを低減することができる。
【００６１】
また、４つの逆止弁をさらに備えることにより、２つのポートのいずれに流体が導入された場合でも、パイロット作動式の差圧弁には一定方向にしか流体が流れないような構成にした。これにより、双方向の流れに対応した差圧弁にすることができ、ヒートポンプ方式のエアコンシステムの膨張弁を１個の差圧弁で構成できるため、システムのコストを低減することができる。
【００６２】
さらに、本発明による差圧弁では、受圧する部分に可撓性の部材は存在せず、かつ主弁を大口径化することができるので、冷媒を炭酸ガスにした自動車用エアコンシステムの減圧装置に適用した場合のように、差圧が非常に高く、かつ高流量の冷媒を安定して制御するのに特に有用である。
【００６３】
また、主弁と、ピストンと、パイロット弁とを同一軸線上に配置した場合には、一体となった主弁およびピストンを弁閉方向に付勢するスプリングの荷重調整のためのアジャストねじをピストンの背圧側の部屋とパイロット弁との間のボディ内に配置することになるため、外部シールが不要になり、この結果、外部漏れに対する信頼性を向上させることができるとともに、アジャストねじにシール部材を設ける部分が不要であることと、アジャストねじのねじ山の数を多くして耐圧を上げる必要もないことから、軸線方向の寸法を短くすることができる。
【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弁の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のａ−ａ矢視断面図である。
【図３】ソレノイド電流値に対する設定差圧の変化を示す図である。
【図４】設定された差圧に対する冷媒流量のばね定数変更時の変化を示す図である。
【図５】主弁の弁角度を示す図であって、（Ａ）は弁角度を大きくした例を示し、（Ｂ）は弁角度を小さくした例を示している。
【図６】パイロット弁の弁角度を示す図であって、（Ａ）は弁角度を大きくした例を示し、（Ｂ）は弁角度を小さくした例を示している。
【図７】設定された差圧に対する冷媒流量の弁角度変更時の変化を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る差圧弁の構成を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る差圧弁の構成を示す縦断面図である。
【図１０】図９の差圧弁の要部断面を示す図であって、（Ａ）は図９のｂ−ｂ矢視断面図、（Ｂ）は（Ａ）のｃ−ｃ矢視断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る差圧弁の動作を説明する図であって、（Ａ）は第１の冷媒流れ方向における動作を示し、（Ｂ）は第２の冷媒流れ方向における動作を示している。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る差圧弁の構成を示す縦断面図である。
【図１３】図１２のｄ−ｄ矢視断面図である。
【図１４】差圧弁の流路切り換え機構を示す図であって、（Ａ）は図１３のｅ−ｅ矢視断面図、（Ｂ）は（Ａ）のｆの方向から見た矢視図である。
【符号の説明】
１　ボディ
２　入口ポート
３　ストレーナ
４　冷媒通路
５　出口ポート
６　主弁座
７　主弁体
８　ピストン
９　冷媒通路
１０　オリフィス
１１　アジャストねじ
１１ａ　Ｏリング
１２　スプリング
１３　テンションリング
１４　バックアップリング
１５　冷媒通路
１６　パイロット弁座
１６ａ　プラグ
１６ｂ　Ｏリング
１７　パイロット弁体
１８　シャフト
１９　キャップ
２０　スリーブ
２１　プランジャ
２２　コア
２３　軸受
２４　アジャストねじ
２５　シャフト
２６　スプリング
２７　電磁コイル
２８　ボール
２９　ねじ
３０　第１のポート
３１　第２のポート
３２　入口冷媒通路
３３　出口冷媒通路
３４，３５　弁座
３６，３７　ストレーナ
３８，３９　弁体
４０　シャフト
４１，４２　弁座
４３，４４　弁体
４５　シャフト
４６　切り欠き

Claims

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弁において、
入口と出口との間の流路内に形成された主弁座に上流側から対向して主弁体が配置された主弁と、
前記主弁体と一体に形成されて前記主弁座との間に前記入口に連通する第１の部屋を形成し、前記第１の部屋とその反対側に形成される第２の部屋との間を連通させる絞り流路を有するピストンと、
前記第２の部屋と前記出口に連通する第３の部屋との間に配置されて前記第２の部屋の圧力を制御するパイロット弁と、
を備えていることを特徴とする差圧弁。
前記絞り流路は、前記ピストンに貫通形成されて前記第１の部屋と前記第２の部屋との間を連通させるオリフィスとしたことを特徴とする請求項１記載の差圧弁。
前記絞り流路は、前記ピストンの外周に進退方向に沿って設けられた溝としたことを特徴とする請求項１記載の差圧弁。
前記絞り流路は、前記ピストンと前記ピストンを進退可能に収容するシリンダとの間のクリアランスとしたことを特徴とする請求項１記載の差圧弁。
流体の流量が増加するにつれて流体の出入口の差圧が前記ソレノイドへの通電電流により設定される差圧より大きくする差圧特性調整手段を有していることを特徴とする請求項１記載の差圧弁。
前記差圧特性調整手段は、前記ピストンを前記主弁体の弁閉方向に付勢するスプリングのばね定数であり、前記ばね定数を大きくすることで流量増加に対する前記出入口の差圧を設定差圧より大きくしたことを特徴とする請求項５記載の差圧弁。
前記差圧特性調整手段は、前記主弁体の弁角度であり、前記弁角度を小さくすることで流量増加に対する前記出入口の差圧を設定差圧より大きくしたことを特徴とする請求項５記載の差圧弁。
前記差圧特性調整手段は、前記パイロット弁をパイロット弁体の弁閉方向に付勢するソレノイド内蔵スプリングのばね定数であり、前記ばね定数を大きくすることで流量増加に対する前記出入口の差圧を設定差圧より大きくしたことを特徴とする請求項５記載の差圧弁。
前記差圧特性調整手段は、前記パイロット弁のパイロット体の弁角度であり、前記弁角度を小さくすることで流量増加に対する前記出入口の差圧を設定差圧より大きくしたことを特徴とする請求項５記載の差圧弁。
第１のポートおよび第２のポートと前記第１の部屋との間にそれぞれ配置されて前記第１のポートおよび前記第２のポートから前記第１の部屋への流体の流れを許可する第１および第２の逆止弁と、前記第１のポートおよび前記第２のポートと前記第３の部屋との間にそれぞれ配置されて前記第３の部屋から前記第１のポートおよび前記第２のポートへの流体の流れを許可する第３および第４の逆止弁とを有する流路切り換え機構を備えて、前記第１のポートと前記第２のポートとの間で流体を双方向に流すことができるようにしたことを特徴とする請求項１記載の差圧弁。
前記流路切り換え機構は、前記第１の逆止弁の第１の弁体と前記第２の逆止弁の第２の弁体とを第１のシャフトで連結し、前記第３の逆止弁の第３の弁体と前記第４の逆止弁の第４の弁体とを第２のシャフトで連結し、前記第１のポートから流体が導入されたとき、その流体の圧力によって前記第１の逆止弁を全開するのに連動して前記第２の逆止弁を全閉にするとともに、前記第３の逆止弁を全閉するのに連動して前記第４の逆止弁を全開にし、前記第２のポートから流体が導入されたときには、その流体の圧力によって前記第２の逆止弁を全開するのに連動して前記第１の逆止弁を全閉にするとともに前記第４の逆止弁を全閉するのに連動して前記第３の逆止弁を全開にするようにしたことを特徴とする請求項１０記載の差圧弁。
前記主弁と、前記ピストンと、前記パイロット弁とを同一軸線上に配置したことを特徴とする請求項１または１０記載の差圧弁。
差圧が大きく高流量の流量制御が要求される炭酸ガスの減圧装置に適用したことを特徴とする請求項１記載の差圧弁。