JP2005061253A - 可変容量圧縮機の制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 吐出圧力のキャンセル機構を有する制御弁において、いかなる負荷条件においても、ソレノイド部の非通電時の強制的な開弁を確実にする。
【解決手段】 弁孔の内径Ａを感圧ピストン２０の外径Ｂよりも大きくして弁体１７および感圧ピストン２０にかかる吐出圧力Ｐｄの受圧バランスを変更することによって、クランク室内の圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧により自閉方向に働く荷重に反発した吐出圧力Ｐｄによる自開方向の荷重を発生させるようにした。これにより、吐出圧力Ｐｄが高圧になるほど大きくなる自閉方向の荷重が軽減され、ソレノイド部の非通電時において弁体１７を開弁方向に付勢するスプリングの荷重を実質的に増やすことができるので、ソレノイド部の非通電時に制御弁は開きやすくなり、確実に開弁させることができるようになる。
【選択図】 図２

Description

本発明は可変容量圧縮機の制御弁に関し、特に自動車用空調装置の可変容量圧縮機にて冷媒の吐出容量を制御する可変容量圧縮機の制御弁に関する。

自動車用空調装置の冷凍サイクルに用いられる圧縮機は、走行状態によって回転数が変化する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、一般的には、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、冷媒の吐出容量を可変することのできる可変容量圧縮機が用いられている。

可変容量圧縮機は、一般に、気密に形成されたクランク室内で傾斜角可変に設けられた揺動板が回転軸の回転運動によって駆動されて揺動運動をし、その揺動板の揺動運動により回転軸と平行な方向に往復運動するピストンが吸入室の冷媒をシリンダ内に吸入して圧縮した後、吐出室に吐出する構成を有している。このとき、クランク室内の圧力を変化させることにより、揺動板の傾斜角度を変化させ、これによって冷媒の吐出量を変化させるようにしている。このクランク室内の圧力を変化させるよう制御するのが、可変容量圧縮機の制御弁である。

このような圧縮機の容量を可変制御する制御弁は、吐出室から吐出された吐出圧力Ｐｄの冷媒の一部を気密に形成されたクランク室に導入するようにし、その導入する流量を制御することによってクランク室内の圧力Ｐｃを制御している。その冷媒流量は、吸入室の吸入圧力Ｐｓが一定に保たれるように制御することが一般に行われている。このような制御弁には、高圧で圧力変動の大きな吐出圧力Ｐｄの影響を受けずに、吸入圧力Ｐｓによってクランク室内の圧力Ｐｃを正確に制御することができるように構成されているものがある（たとえば、特許文献１参照。）。

すなわち、この制御弁は、可変容量圧縮機の吐出室からクランク室に導入される冷媒流量を制御する弁部と、可変容量圧縮機の吐出容量を設定するソレノイド部と、吸入圧力Ｐｓを感知する感圧体とを備えている。弁部は、吐出室に連通するポートとクランク室に連通するポートとの間に形成された冷媒通路に弁座を有し、その弁座に対してクランク室に連通するポートの側から接離自在に弁体が配置され、さらに、その弁体には弁孔を介して延びる感圧ピストンが一体に形成されている。この感圧ピストンは、弁孔の内径とほぼ同じ外径を有し、弁体が開弁方向に吐出圧力Ｐｄを受ける受圧面積と感圧ピストンが閉弁方向に吐出圧力Ｐｄを受ける受圧面積とが同じになるようにしている。これにより、弁部に導入された吐出圧力Ｐｄが弁体を開弁方向に作用する力を感圧ピストンを閉弁方向に作用する力によってキャンセルすることができる。弁体には、吸入圧力Ｐｓを受圧する感圧体の動きが伝達するようになっており、したがって、制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感知してその値が一定になるように吐出室からクランク室へ流れる冷媒の流量を制御する。その一定に制御しようとする値は、感圧体を付勢するソレノイド部によって設定される。

ソレノイド部は、弁部と感圧体との間に配置され、非通電時は、プランジャがスプリングによって感圧ピストンを開弁方向に付勢して弁部を強制的に全開状態にする。通電時は、電流値に応じて発生されるソレノイド力が感圧体に与えられ、これによって制御弁は、制御すべき吸入圧力Ｐｓの値が設定される。

このように、感圧体がソレノイド部を中心にして弁部と反対側に配置された制御弁では、ソレノイド部の非通電時は、プランジャが感圧体の影響から外れて弁部を強制的に全開状態にする構成になっているので、吸入圧力Ｐｓがいかなる圧力状態にあっても、制御弁は、ソレノイド部が非通電状態になると速やかに全開状態になることができ、吐出室からクランク室に導入する冷媒の流量を最大にすることで、可変容量圧縮機をその最小容量運転に移行することができる。このことは、エンジンと可変容量圧縮機との間でエンジンの駆動力を伝達したり遮断したりする電磁クラッチを用いないでも、吐出容量を実質的にゼロに近づけることができるので、電磁クラッチを排除した自動車用空調装置を構成することができる。
特開２０００−１１０７３１号公報（段落番号〔００４２〕〜〔００４３〕，図７）

しかしながら、弁部および感圧ピストンの吐出圧力Ｐｄの受圧バランスを同じにして、吐出圧力Ｐｄをキャンセルする機構を持った可変容量圧縮機の制御弁では、弁体がクランク室の圧力Ｐｃを閉弁方向に受け、感圧ピストンには吸入圧力Ｐｓを開弁方向に受けているが、クランク室の圧力Ｐｃは吸入圧力Ｐｓよりも常に高いため、弁体はクランク室の圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧で自閉方向に荷重がかかっていることになり、ソレノイド部を非通電状態にして制御弁を強制的に全開状態にしようとしたときに、制御弁が開きにくいといった状況が発生し、負荷条件により吐出圧力Ｐｄが大きくなればなるほどその影響が大きくなるという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、いかなる負荷条件においても、ソレノイド部の非通電時における強制的な開弁動作を可及的速やかに行うことができる可変容量圧縮機の制御弁を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、吐出圧力を弁体には開弁方向に、感圧ピストンには閉弁方向に受圧させる弁部を備え、吐出室からクランク室へ流す冷媒の流量を制御する可変容量圧縮機の制御弁において、前記弁部における弁孔の内径を前記感圧ピストンの外径よりも大きく設定して開弁方向の荷重が発生するように前記吐出圧力の受圧バランスを変更したことを特徴とする可変容量圧縮機の制御弁が提供される。

このような可変容量圧縮機の制御弁によれば、クランク室内の圧力と吸入圧力との差圧により自閉方向に働く荷重に対し、これに反発した吐出圧力による自開方向の荷重を発生させることができ、これにより、自閉方向に働く荷重を軽減させて、ソレノイド部を非通電状態にしたときに制御弁を開けやすくしている。

本発明の可変容量圧縮機の制御弁は、吐出圧力の受圧バランスを変更したことにより、クランク室の圧力と吸入圧力との差圧に反発する自開方向の力を発生させるようにしたので、弁を強制的に開けやすくすることができる。また、負荷が大きいときには、制御弁は全閉して可変容量圧縮機は最大容量運転を行うが、吐出圧力が高くなった場合には、吐出圧力による自開方向に働く力も大きくなるので、吐出圧力が異常高圧になると制御弁を開けてクランク室に圧力を逃がすことができるという利点もある。

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は本発明による可変容量圧縮機の制御弁の構成を示す中央縦断面図、図２は本発明による可変容量圧縮機の制御弁の弁部の構成を説明する部分拡大中央縦断面図である。

この制御弁は、その一端部に感圧部１、中央部にソレノイド部２、他端部に弁部３を配置した構成を有し、かつ、可変容量圧縮機に装着されたときにその内部と接続されるポート配列が感圧部１の側から、吸入圧力Ｐｓのポート１１、吐出圧力Ｐｄのポート１２およびクランク室内の圧力Ｐｃのポート１３の順になっている。

この制御弁の図の上部に示される弁部３は、ボディ１４の上部開口部が可変容量圧縮機のクランク室に連通して制御されたクランク室内の圧力Ｐｃを導出するポート１３を構成している。このポート１３は、可変容量圧縮機の吐出室に連通していて吐出圧力Ｐｄを受けるようボディ１４に形成されているポート１２と内部で連通していて、そのポート１２とポート１３とを内部で連通している冷媒通路に弁座１６がボディ１４と一体に形成されている。この弁座１６のポート１３の側から対向して弁体１７が軸線方向に進退自在に配置されている。この弁体１７は、スプリング１８によって閉弁方向に付勢されており、そのスプリング１８は、ポート１３に螺着されたアジャストねじ１９によって荷重が調整されている。弁体１７は、また、ボディ１４に軸線方向に進退自在に支持された感圧ピストン２０と一体に形成され、その外径は、後述するように、弁孔の内径よりも若干小さく形成されている。ボディ１４の吐出圧力Ｐｄが導入されるポート１２の位置には、ストレーナ２１が周設され、その図の下方には、可変容量圧縮機の吸入室に連通して吸入圧力Ｐｓを受けるポート１１が形成され、そのポート１１は、ボディ１４の下端面に開口している開口部と連通している。

ボディ１４の下端部には、ソレノイド部２のケース部を兼ねたヨーク２２が螺着されている。このヨーク２２内には、スリーブ２３が配置されている。このスリーブ２３は、その図の上端部がヨーク２２にろう付けにより固定され、図の下方部分にはソレノイド部２のコア２４が挿入され、ろう付けにより固定されている。このコア２４の中心は、その軸線方向に貫通形成された貫通孔を有し、この貫通孔には、シャフト２５が挿通されている。シャフト２５は、ボディ１４内に圧入により固定された摺動抵抗の小さい材料のガイド２６とコア２４内に圧入により固定された摺動抵抗の小さい材料のガイド２７とによって軸線方向に進退自在に両端支持されており、一方の端面は、感圧ピストン２０の端面に当接されている。

シャフト２５は、また、コア２４とボディ１４との間のスリーブ２３内に配置されたプランジャ２８が固定されており、このプランジャ２８は、シャフト２５に嵌合されたＥリング２９によってコア２４の方向への移動が規制されている。したがって、プランジャ２８がコア２４に吸引されて移動するときには、シャフト２５も一体となって移動することになる。

さらに、コア２４とＥリング２９との間には、スプリング３０が配置されていて、シャフト２５を弁部３の方向へ付勢している。このスプリング３０は、弁部３のスプリング１８よりもスプリング力が大きく、したがって、プランジャ２８とコア２４との間に吸引力が発生していないときには、シャフト２５および感圧ピストン２０を介して弁体１７を開弁方向に付勢して全開状態にする。そして、スリーブ２３とヨーク２２との間には、コイル３１が配置されている。

ソレノイド部２の図の下方に位置する感圧部１は、感圧体としてダイヤフラム３２を備えている。このダイヤフラム３２は、ソレノイド部２のコア２４に固着されているフランジ３３とコネクタハウジングを兼ねたボディ３４とによって外周部が挟持され、Ｏリング３５によって大気への冷媒漏れに対するシールを行っている。ダイヤフラム３２の中央部分は、ディスク３６，３７によって挟持され、ダイヤフラム３２の内側に配置されたディスク３６は、シャフト２５の先端に保持されている。ダイヤフラム３２の外側に配置されたディスク３７は、スプリング３８によってダイヤフラム３２の方向に付勢されており、そのスプリング３８は、ボディ３４に螺着されたアジャストねじ３９によって荷重が調整されている。

この制御弁の弁部３は、図２に拡大して示したように、弁孔の内径Ａを感圧ピストン２０の外径Ｂよりもたとえば３％程度大きくし、弁体１７の受圧面積が感圧ピストン２０の受圧面積よりも若干大きくなるよう吐出圧力Ｐｄの受圧バランスを変更し、その受圧バランスの差によって弁体１７に自閉方向の荷重をかけているクランク室の圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）に反発した自開方向の力を発生させるようにしている。これにより、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が小さいときには、自閉方向に働く荷重は小さいので強制的に全開状態にするには何ら問題はないが、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が大きくなって、自閉方向にかかる荷重が大きくなると、その自閉方向にかかる荷重が吐出圧力Ｐｄの受圧バランスの差による荷重によって軽減されるため、ソレノイド部２への給電をオフにした非通電のときに、弁部をスプリング３０の付勢力によって確実に全開させることができるようになる。

以上の構成において、空調装置が動作しているとき、可変容量圧縮機の吐出室から吐出されてポート１２に導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒は、弁部３の弁体１７と弁座１６との間の隙間を通り、クランク室内の圧力Ｐｃとなってポート１３よりクランク室に供給される。このとき、ポート１１に導入された吸入室の吸入圧力Ｐｓは、スリーブ２３とプランジャ２８との間の隙間、プランジャ２８とコア２４との間の隙間、コア２４とシャフト２５との間の隙間、ガイド２７に設けた図示しない均圧用の通路を介してダイヤフラム３２が受圧している。

したがって、冷房負荷が高いときのように吸入圧力Ｐｓが高いときには、ダイヤフラム３２は図の下方へ変位するので、シャフト２５を介してダイヤフラム３２の変位が伝達される弁体１７は、その閉じ方向に移動し、クランク室内の圧力Ｐｃを下げて可変容量圧縮機を吐出容量が大きくなる方向へ制御する。

逆に、冷房負荷が小さくなると、ダイヤフラム３２は図の上方へ変位し、弁体１７を開く方向に移動させ、クランク室内の圧力Ｐｃを上げて可変容量圧縮機を吐出容量が小さくなる方向へ制御する。

このようにして、この制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感知して吸入圧力Ｐｓが所定の値になるよう吐出室からクランク室へ供給する冷媒流量を制御する。その制御しようとする吸入圧力Ｐｓの所定値は、ソレノイド部２のコイル３１に外部から供給される電流値によって設定される。電流値を増やすことにより、プランジャ２８がコア２４に吸引される力が増して、スプリング３８の力を増す方向へ作用し、電流値を減らすと、スプリング３８の力を減らす方向へ作用するので、電流値の値によってこの制御弁のセット値を可変することになる。

空調装置を停止するときは、ソレノイド部２を非通電にし、制御弁を強制的かつ速やかに全開にして可変容量圧縮機の吐出容量を最小に制御する必要がある。この制御弁では、弁孔の内径Ａを感圧ピストン２０の外径Ｂよりも大きくして、吐出圧力Ｐｄにより自開方向の荷重を発生させるようにし、弁体１７を開弁方向に付勢するスプリング３０の荷重を実質的に増やすようにしている。これにより、特に、吐出圧力Ｐｄが高い状況では、クランク室内の圧力Ｐｃも高く、弁体１７にかかる自閉方向の荷重も大きくなって開きにくくなる傾向が強まるが、吐出圧力Ｐｄにより弁体１７に対し自開方向の荷重が働いて弁部３を開けやすくしていることで、弁部３をスプリング３０の付勢力によって確実に全開させることができる。

しかも、吐出圧力Ｐｄがあまりにも高くなるような場合には、弁体１７と感圧ピストン２０との受圧バランスが崩れていることにより、制御弁が自開して高圧をクランク室へ逃がすリリーフ弁として働かせることができる。

なお、弁体１７と感圧ピストン２０との受圧バランスを崩したことにより、吐出圧力Ｐｄが上がるにつれてこの制御弁のセット値も上がるが、これは、ソレノイド部２へ供給する電流値を吐出圧力Ｐｄに応じて補正することにより校正することができる。

本発明による可変容量圧縮機の制御弁の構成を示す中央縦断面図である。 本発明による可変容量圧縮機の制御弁の弁部の構成を説明する部分拡大中央縦断面図である。

符号の説明

１ 感圧部
２ ソレノイド部
３ 弁部
１１，１２，１３ ポート
１４ ボディ
１６ 弁座
１７ 弁体
１８ スプリング
１９ アジャストねじ
２０ 感圧ピストン
２１ ストレーナ
２２ ヨーク
２３ スリーブ
２４ コア
２５ シャフト
２６，２７ ガイド
２８ プランジャ
２９ Ｅリング
３０ スプリング
３１ コイル
３２ ダイヤフラム
３３ フランジ
３４ ボディ
３５ Ｏリング
３６，３７ ディスク
３８ スプリング
３９ アジャストねじ
Ｐｃ クランク室内の圧力
Ｐｄ 吐出圧力
Ｐｓ 吸入圧力
Ａ 弁孔の内径
Ｂ 感圧ピストンの外径

Claims (2)

1. 吐出圧力を弁体には開弁方向に、感圧ピストンには閉弁方向に受圧させる弁部を備え、吐出室からクランク室へ流す冷媒の流量を制御する可変容量圧縮機の制御弁において、
   前記弁部における弁孔の内径を前記感圧ピストンの外径よりも大きく設定して開弁方向の荷重が発生するように前記吐出圧力の受圧バランスを変更したことを特徴とする可変容量圧縮機の制御弁。
2. 吸入室の吸入圧力を感知して前記弁部の前記弁体を開閉駆動する感圧体と、前記吸入圧力を外部より供給される電流の値によって設定するソレノイド部とを備え、前記弁部、前記ソレノイド部および前記感圧体がこの順序で配置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の制御弁。
   

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