JP2005291142A

JP2005291142A - 可変容量型圧縮機の制御装置及び圧力制御弁

Info

Publication number: JP2005291142A
Application number: JP2004109706A
Authority: JP
Inventors: Sakae Hayashi; 栄林; Masao Futami; 正男二見; Kazuto Toshima; 和人戸嶋
Original assignee: Zexel Valeo Climate Control Corp; Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp; Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2005-10-20
Also published as: WO2005095796A1

Abstract

【課題】最小吐出容量時に圧縮機内部に十分な冷媒循環経路を確保しつつ、中間吐出容量時に制御ガス量を減らして圧縮機効率を高め、省動力化を図る可変容量型圧縮機の制御装置を提供する。
【解決手段】制御圧室と吸入圧領域とを連通する通路の面積と吐出圧領域と制御圧室とを連通する通路の面積を変化させて制御圧室の圧力を制御するようにしている可変容量型圧縮機の制御装置において、制御圧室と吸入圧領域とを連通する通路の面積を、吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が小さくなるにつれて、第１の所定値までは徐々に小さくし、第１の所定値以下においては徐々に大きくし、吐出圧領域と制御圧室とを連通する通路の面積を、吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が小さくなるにつれて、第２の所定値までは徐々に大きくし、第２の所定値以下においては変化割合を第２の所定値までの変化割合よりも大きくして徐々に大きくする。
【選択図】図７

Description

本発明は、吐出圧領域から制御圧室へ流入される制御ガス流量、及び、制御圧室から吸入圧領域へ放出される制御ガス流量を制御することで制御圧室を調節し、吐出容量を可変させるようにしている可変容量型圧縮機の制御装置及び圧力制御弁に関し、特に、クラッチレスタイプの圧縮機に対応しうる技術に関する。

近年、車両用空調装置の省動力化のニーズが高まり、吐出容量を任意に変更し得る可変容量型圧縮機が用いられつつある。中でも、圧縮機の軽量化、コストの低減等の観点からクラッチレスタイプの可変容量型圧縮機が注目されている。

このような可変容量型圧縮機の容量可変制御は、クランク室の圧力を制御することにより行われるが、特許文献１に示されるように、吐出圧領域とクランク室とを連通する給気通路に圧力制御弁を設け、クランク室と吸入圧領域とを連通する抽気通路に固定オリフィスを設ける構成が主流となっている（特許文献１参照）。また、吐出圧領域とクランク室とを連通する給気通路とクランク室と吸入圧領域とを連通する抽気通路とを同時に制御する３方弁方式の制御弁なども提案されている（特許文献２参照）

特開２００１−１５３０４２号公報（００３０欄、図１、図３）特開２００１−１２３５８号公報（００２４〜００２９欄、図３）

ところで、クラッチレスタイプの可変容量型圧縮機においては、エアコンオフ時においても圧縮機に車両エンジンの回転動力が伝達されるので、このようなオフ時にはクランク室圧を高めて吐出容量を最小に維持する必要がある。このため、エアコンオフ時においても、圧縮冷媒は微小ながら吐出されることになるので、冷凍サイクルへの冷媒流出を避ける必要から圧縮機の吐出通路に逆止弁を設け、また、給気通路を開放して吐出された冷媒をクランク室へ導き、このクランク室を介して吸入圧領域へ冷媒を戻す内部循環経路を形成しておく必要がある。

ところが、特許文献１に示されるような構成においては、図９に示されるように、抽気通路（Ｐｃ−Ｐｓ間）が常時開放されているので、中間容量運転時にクランク室圧を所定圧に保つために多くの制御ガス（冷凍効果に寄与しない内部循環する冷媒ガス）の供給が必要となり、圧縮機効率が悪く、省動力化を図りづらいという欠点がある。

この点、特許文献２に示されるような三方弁方式の制御弁を用いれば、図１０に示されるように、圧縮機の吐出容量が小さくなるにつれて、給気通路の開度が大きくなると共に抽気通路の開度が小さくなるので、クランク室圧を一定に保つために特許文献１の構成と比較して多くの圧縮ガスが必要とならず、圧縮機効率に優れ、省動力化のニーズに適うものである。しかしながら、このような構成によれば、圧縮機の最小吐出容量時に抽気通路が全閉となるので、圧縮機内部に冷媒循環経路が形成できなくなり、クラッチレスタイプの可変容量型圧縮機には対応できない不都合がある。また、抽気通路が全閉になるので、クランク室圧が必要以上に上昇し、シャフトシールなどに大きな負荷がかかり、機械損失を増大させる等の不都合もある。

以上のような点を考慮して、吐出圧領域（吐出室）とそれ以外の領域、例えば、吸入圧領域との圧力差が所定値以下となった場合に制御圧室（クランク室）と吸入圧領域（吸入室）とを連通させる差圧弁を付加して図１１に示されるような開度特性を形成し、省動力化を図りつつ、この差圧弁により最小吐出容量時に制御圧室と吸入圧領域との連通状態を確保して圧縮機内部の冷媒循環を確保することが本出願人により検討されている。

ところが、本発明者らの更なる研究により、このような構成においても、さらに省動力化を図る余地があることが見出されている。即ち、最小吐出容量時においては、この状態を維持するために給気通路の通路面積を大きく確保しておく必要があるが、吐出圧、クランク室圧、吸入圧、吸入温度などの諸条件を同一にし、給気通路と抽気通路の通路径のみを異ならせた２つの圧縮機で同一の冷凍効果を得るために必要な単位時間当たりの制御ガス量（冷凍効果に寄与しない内部循環する冷媒ガス量）を調べると、通路径を小さくした方が制御ガス量を少なくできるので、圧縮機効率が高くなるという知見を得ている。

本発明は、このような知見に基づき完成されたもので、最小吐出容量時においては圧縮機内部に十分な冷媒循環経路を確保し、中間吐出容量時においては冷凍効果に寄与しない制御ガス量を減らして圧縮機効率を高め、一層の省動力化を図ることが可能な可変容量型圧縮機の制御装置及び圧力制御弁を提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、本発明に係る可変容量型圧縮機の制御装置は、制御圧室の圧力が高くなると吐出容量が減少し、前記制御圧室の圧力が低くなると吐出容量が増加するように構成された可変容量型圧縮機に用いられ、前記制御圧室と吸入圧領域とを連通する通路の面積と吐出圧領域と前記制御圧室とを連通する通路の面積を変化させて前記制御圧室の圧力を制御するようにしている構成において、前記制御圧室と前記吸入圧領域とを連通する通路の面積を、前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が小さくなるにつれて、第１の所定値までは徐々に小さくし、且つ、前記第１の所定値以下においては徐々に大きくし、前記吐出圧領域と前記制御圧室とを連通する通路の面積を、前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が小さくなるにつれて、第２の所定値までは徐々に大きくし、且つ、前記第２の所定値以下においては変化割合を前記第２の所定値までの変化割合よりも大きくして徐々に大きくしたことを特徴としている（請求項１）。

したがって、吐出容量が小さくなると、吐出圧領域の圧力とそれ以外の領域（吸入圧領域又は制御圧室）の圧力との差が小さくなってくるので、この圧力差が第１の所定値以下となった場合に第１の差圧弁が作動して制御圧室と吸入圧領域とが連通される。このため、最小吐出容量時においても制御圧室と吸入圧領域との連通状態がこの差圧弁によって確保されるので、最小吐出容量時において圧縮機内部に冷媒循環経路を確保することが可能となる。また、吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が第２の所定値以下となった場合に第２の差圧弁が作動して吐出圧領域と制御圧室とが連通されるので、最小吐出容量時においては、吐出圧領域と制御圧室との連通状態が大きく確保されて制御圧室へ供給される制御ガスが多くなり、最小吐出容量の状態を維持することが可能となり、また、中間吐出領域においては、吐出圧領域と制御圧室とを連通する通路の面積を第２の所定値までの変化割合を小さくすることで抑えることが可能となるので、冷凍効果に寄与しない制御ガス量を減らすことが可能となる。

ここで、吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が最小となる場合において最小吐出容量の状態を確実に維持するために、吐出圧領域と制御圧室とを連通する通路の面積を、制御圧室と吸入圧領域とを連通する通路の面積よりも大きくすることが好ましい（請求項２）。また、前記第１の所定値以下における前記制御圧室と前記吸入圧領域とを連通する通路の面積特性は、前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が前記第１の所定値以下となった場合に前記制御圧室と前記吸入圧領域とを連通させる第１の差圧弁を設けることによって実現し、前記第２の所定値以下における前記吐出圧領域と前記制御圧室とを連通する通路の面積特性は、前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が前記第２の所定値以下となった場合に前記吐出圧領域と前記制御圧室とを連通させる第２の差圧弁を設けることによって実現するとよい（請求項３）。

上述のような制御装置を構成するために、第１の差圧弁と第２の差圧弁は、圧縮機を構成するハウジングに設けるようにしても、制御圧室と吸入圧領域とを連通する通路の面積と、制御圧室と吸入圧領域とを連通する通路の面積とを変化させる圧力制御弁に設けるようにしてもよい。

このうち、圧力制御弁に設ける構成としては、吐出圧領域と制御圧室とを連通する給気通路と、前記制御圧室と吸入圧領域とを連通する抽気通路とを備えた可変容量型圧縮機に用いられ、前記給気通路及び前記抽気通路の連通状態を調節して前記制御圧室の圧力を制御する可変容量型圧縮機の圧力制御弁において、前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が小さくなるにつれて、前記吐出圧領域と前記制御圧室とを連通する前記給気通路の通路面積を徐々に大きくし、且つ、制御圧室と吸入圧領域とを連通する前記抽気通路の通路面積を徐々に小さくする弁機構と、前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が第１の所定値以下となった場合に前記制御圧室と前記吸入圧領域とを連通させる第１の差圧弁と、前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が第２の所定値以下となった場合に前記吐出圧領域と前記制御圧室とを連通させる第２の差圧弁とを具備する構成にするとよい（請求項４）。

尚、上述の可変容量圧縮機としては、シリンダブロック内に設けられる駆動軸と、駆動軸と共に回転し、該駆動軸に対する傾斜角度が可変自在である駆動斜板と、前記シリンダブロック内に設けられ、駆動軸と平行な軸を有するシリンダと、シリンダに摺動自在に配され、駆動斜板の回転に伴ってシリンダ内を往復動するピストンと、シリンダとピストンとによって画成される圧縮室と、ピストンの反圧縮室側に形成される制御圧室を構成するクランク室と、ピストンの吸入行程において圧縮室と連通する吸入圧領域を構成する吸入室と、及び、ピストンの圧縮行程において圧縮室と連通する吐出圧領域を構成する吐出室とを有して構成される斜板式可変容量型圧縮機などを用いるとよい。

以上述べたように請求項１に係る発明によれば、制御圧室と吸入圧領域とを連通する通路の面積を、吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が小さくなるにつれて、第１の所定値までは徐々に小さくすると共に、第１の所定値以下においては徐々に大きくし、吐出圧領域と制御圧室とを連通する通路の面積を、吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が小さくなるにつれて、第２の所定値までは徐々に大きくすると共に、第２の所定値以下においては変化割合を第２の所定値までの変化割合よりも大きくして徐々に大きくするようにしたので、クラッチレスタイプの可変容量型圧縮機の最小吐出容量時において、内部循環経路を確保しつつ、吐出圧領域と制御圧室との間の通路面積を大きく確保して、最小吐出容量の状態を維持することが可能となり、また、中間吐出領域において、吐出圧領域と制御圧室とを連通する通路の面積を小さくすることが可能となるので、冷凍効果に寄与しない制御ガス量を減らして圧縮機効率を高め、一層の省動力化を図ることが可能になる。

また、請求項２に係る発明によれば、吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が最小となる場合に、吐出圧領域と制御圧室とを連通する通路の面積を制御圧室と吸入圧領域とを連通する通路の面積よりも大きくしたので、最小吐出容量時には制御圧室の圧力を高く保つことが可能となり、最小吐出容量の状態を確実に維持することが可能となる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、第１の所定値以下における制御圧室と吸入圧領域とを連通する通路の面積特性を、吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が第１の所定値以下となった場合に制御圧室と吸入圧領域とを連通させる第１の差圧弁を設けることによって実現し、第２の所定値以下における吐出圧領域と制御圧室とを連通する通路の面積特性を、吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が第２の所定値以下となった場合に吐出圧領域と制御圧室とを連通させる第２の差圧弁を設けることによって実現するようにしたので、既存の構成に第１及び第２の差圧弁を付設することで対応することが可能となる。

請求項４に係る発明によれば、吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が小さくなるにつれて、吐出圧領域と制御圧室とを連通する給気通路の通路面積を徐々に大きくし、且つ、制御圧室と吸入圧領域とを連通する抽気通路の通路面積を徐々に小さくする弁機構を備えた圧力制御弁に、吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が第１の所定値以下となった場合に制御圧室と吸入圧領域とを連通させる第１の差圧弁と、吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が第２の所定値以下となった場合に吐出圧領域と制御圧室とを連通させる第２の差圧弁とを設けるようにしたので、圧力制御弁を取り替えることでクラッチレス圧縮機の最小吐出容量時において、圧縮機内部に冷媒循環経路を確保しつつ、最小吐出容量状態を維持することが可能となり、中間吐出容量時において、冷凍効果に寄与しない制御ガス量を減らして圧縮機効率を高め、省動力化を図ることが可能となる。

以下、この発明の最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

図１において、車両に搭載される可変容量型圧縮機を用いた冷凍サイクルの構成例が示されている。この冷凍サイクル１は、後述する圧力制御弁２を備えた可変容量型圧縮機（以下、圧縮機という）３、冷媒を冷却する放熱器４、冷媒を減圧する膨張装置５、冷媒を蒸発気化する蒸発器６を有して構成され、圧縮機３の吐出室２７から放熱器４を介して膨張装置５の流入側に至る経路によって高圧ライン７が形成され、膨張装置５の流出側から蒸発器６を介して圧縮機３の吸入室２６に至る経路によって低圧ライン８が形成されている。

９は、低圧ライン８に設けられた圧縮機の吸入圧力Ｐｓを検出する圧力センサであり、この圧力センサ９からの信号は、車室内温度などを検出する各種センサ１１からの信号や、車室内の目標温度などを設定する操作パネル１２からの信号などと共にコントロールユニット１３に入力される。

このコントロールユニット１３は、前述した各種信号をデータとして入力する入力回路、読出専用メモリ（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）からなるメモリ部、前記メモリ部に格納されたプログラムを呼び出して前記データを加工したり制御信号を演算する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、圧力制御弁２へ制御信号を出力する制御信号出力回路などから構成されている。

前記圧縮機３は、例えば図２に示されるようなクラッチレスタイプの斜板型可変容量圧縮機であり、この圧縮機３のハウジング２０は、クランク室２４を画成するフロントヘッド２１と、複数のシリンダ２５が画成されたシリンダブロック２２と、このシリンダブロック２２にバルブプレート１９を介して組みつけられ、吸入室２６及び吐出室２７を画成するリアヘッド２３とによって構成されている。

前記ハウジング２０内を貫通して配される駆動軸２８は、フロントヘッド２１及びシリンダブロック２２にベアリング２９ａ，２９ｂを介して回転自在に保持されており、この駆動軸２８は、図示しない走行用エンジンとベルト及びプーリを介して接続され、エンジンの動力が伝達されて回転するようになっている。また、この駆動軸２８には、駆動軸２８の回転と共に回転し、この駆動軸２８に対して傾斜自在である斜板３０が設けられている。

前記シリンダブロック２２に形成されたシリンダ２５は、前記駆動軸２８の周囲に所定の間隔を空けて複数形成され、前記駆動軸２８に平行な中心軸を有する円筒状に形成されているもので、このシリンダ２５には、ロッド３１を介して前記斜板３０に保持されたピストン３２が摺動自在に挿入されている。

以上の構成において、駆動軸２８が回転すると斜板３０が所定の傾斜を有して回転するので、斜板３０の縁部は駆動軸２８の軸方向に所定の幅で揺動することとなる。これによって、この斜板３０の縁部に保持されたピストン３２は、駆動軸２８の軸方向に往復動して、シリンダ２５内に画成された圧縮室３３の容積を変化させ、吸入弁３４によって開閉されるバルブプレート１９に形成された吸入口３５を介して吸入室２６から冷媒を吸引し、吐出弁３６によって開閉されるバルブプレート１９に形成された吐出口３７を介して圧縮された冷媒を吐出室２７に吐出するようにしている。

この圧縮機３の吐出容量はピストン３２のストロークによって決定され、このピストンストロークは、ピストン３２の前面にかかる圧力、即ち圧縮室３３の圧力と、ピストン３２の背面にかかる圧力、即ちクランク室２４内の圧力（クランク室圧Ｐｃ）との差圧によって決定される。具体的には、クランク室２４内の圧力を高くすれば、圧縮室３３とクランク室２４との差圧が大きくなって斜板３０の傾斜角度（揺動角度）が小さくなり、ピストンストロークが小さくなって吐出容量が少なくなる。逆に、クランク室２４の圧力を低くすれば、圧縮室３３とクランク室２４との差圧が小さくなって斜板３０の傾斜角度（揺動角度）が大きくなり、ピストンストロークが大きくなって吐出容量が大きくなる。

そして、クランク室２４の圧力Ｐｃは、吐出室２７からクランク室２４に流入する冷媒量とクランク室２４から吸入室２６へ流出する冷媒量とを例えばリアヘッド２３に設けられた圧力制御弁２によって制御することで可変させるようにしている。ここで用いられる圧力制御弁２は、吐出室２７（吐出圧領域）とクランク室２４（制御圧室）とを連通する給気通路３８の連通状態とクランク室（制御圧室）と吸入室（吸入圧領域）とを連通する抽気通路３９の連通状態とを同時に調節する三方弁式の制御弁から成るもので、例えば、外部からのデューティ信号によって決定される給気通路の開放時間と抽気通路の開放時間との割合によりそれぞれの通路の開度が決定されるものである。この圧力制御弁２は、前記コントロールユニット１３からの制御信号によって制御され、吸入圧力が目標値となるようにクランク室圧Ｐｃを調整し、吐出容量を制御するようにしている。

図３、図４に圧力制御弁２の具体的構成例が示され、この例において、圧力制御弁２は、駆動部４０、中間ブロック部５０、及び先端ブロック部６０から構成されている。駆動部４０は、中間ブロック部５０の一端と螺合する固定鉄心４１と、この固定鉄心４１と螺合する円板上の下ケース４９にかしめ固定される円筒状のケース４２と、このケース４２内に収納されると共に固定鉄心４１に固定される円筒状のシリンダ４３と、このシリンダ４３の周囲に巻回される励磁コイル４４と、シリンダ４３の内部に摺動自在に挿入され、前記固定鉄心４１側で弁体駆動ロッド４５に当接するプランジャ４６と、シリンダ４３の開口端部に気密に螺合されたアジャストブロック４７と、プランジャ４６とアジャストブロック４７との間に弾装されたスプリング４８とによって構成されている。

中間ブロック部５０は、固定鉄心を挿通する弁体駆動ロッド４５を挿入する貫通孔５１と、この貫通孔５１から径方向に形成された低圧側連通孔５３とを有している。貫通孔５１には、弁体６２が挿入され、弁体６２の頭部には、弁体駆動ロッド４５の先端部と接して貫通孔５１に摺接する摺動部６２ｄが形成され、また、弁体６２の中間部６２ｅは、所定のクリアランスで貫通孔５１に遊動自在に挿入され、貫通孔５１との間で前記低圧側連通孔５３に通じる低圧連通空間５２を画成している。

先端ブロック部６０は、前記中間ブロック部５０の先端にかしめ固定されているもので、中間ブロック部５０との間に圧力調整室６１が画成され、この圧力調整室６１に弁体６２の開閉部６２ａが収容されている。弁体６２は、前記圧力調整室６１に収容された開閉部６２ａと、先端ブロック部６０に形成された貫通孔６３に摺動自在に挿入される摺動部６２ｂと、前記開閉部６２ａと摺動部６２ｂとを連結する小径部６２ｃとを有して構成され、貫通孔６３の先端開口部に設置された調整部材６４との間に弾装されたスプリング６５により弁体駆動ロッド４５側へ付勢されている。

そして、前記低圧側連通孔５３は、リアヘッド２３に形成された図示しない通路（抽気通路３９）を介して圧縮機３の吸入室２６に連通され、圧力調整室６１は、中間ブロック部５０に形成された連通孔５５及びリアヘッド２３に形成された図示しない通路を介してクランク室２４に連通されている。また、弁体６２の小径部６２ｃの周囲に画成された高圧連通空間６６は、先端ブロック部６０に形成された高圧側連通孔６７、この高圧側連通孔６７が開口するように先端ブロック部６０の周壁に形成された環状凹部６８、及びリアヘッド２３に形成された図示しない通路（給気通路３８）を介して吐出室２７に連通されている。

したがって、吐出室２７に通じる高圧側連通孔６７とクランク室２４に通じる圧力調整室６１とは、高圧連通空間６６を介して連通可能となっており、吐出室２７とクランク室２４を連通する給気通路３８は、弁体６２の開閉部６２ａにより連通状態が調節されるようになっている。また、吸入室２６に通じる低圧側連通孔５３とクランク室２４に通じる圧力調整室６１とは、低圧連通空間５２を介して連通可能となっており、クランク室２４と吸入室２６とを連通する抽気通路３９は、弁体６２の開閉部６２ａにより連通状態が調節されるようになっている。以上のような弁機構による給気通路３８と抽気通路３９との開度特性は、図１０に示されるように、吐出容量を小さくする要請があるほど、給気通路３８の開度（吐出室−クランク室間の通路面積）を大きくし、また、抽気通路３９の開度（クランク室−吸入室間の通路面積）を小さくして、最小吐出容量時においては、給気通路３８を全開、抽気通路３９を全閉とするようにしている。

以上の弁機構を備えた構成において、クランク室２４に連通する圧力調整室６１と吸入室２６に連通する低圧側連通孔５３との間には、吐出室２７の圧力Ｐｄと吸入室２６の圧力Ｐｓとの差が所定圧以下となった場合に、圧力調整室６１を低圧側連通孔５３に接続し、クランク室２４と吸入室２６とを連通させる第１の差圧弁７０が設けられている。

また、吐出室２７に連通する環状凹部６８とクランク室２４に連通する圧力調整室６１との間には、吐出室２７の圧力Ｐｄとクランク室２４の圧力Ｐｃとの差が所定圧以下となった場合に、環状凹部６８と圧力調整室６１とを接続し、吐出室２７とクランク室２４とを連通させる第２の差圧弁８０が設けられている。

ここで、第１の差圧弁７０は、具体的には、中間ブロック部５０に圧力調整室６１と接続する弁体収容孔７１を設け、この弁体収容孔７１に弁体７２を摺動可能に収容し、この弁体７２の弁頭部７２ａを弁体収容孔７１と低圧側連通孔５３とを連通する弁孔７３の周縁に形成された弁座７４に着座可能とし、弁体収容孔７１において弁体７２と弁座７４の周囲との間に弾装された圧縮スプリング７５により弁体７１を弁孔７３から離反する方向に付勢するようにしている。この弁体収容孔７１及び弁孔７３によって前記弁機構（前記弁体駆動ロッド４５と弁体６２とによる開閉機構）の低圧連通空間５２をバイパスして抽気通路３９に通じるバイパス通路が構成されている。また、弁体７２の基部７２ｂには、弁体収容孔７１の内壁に摺接する径方向に突設された複数のガイド片７２ｃが設けられ、このガイド片間に弁体７２の前後で冷媒を通過可能とする通路が形成されている。さらに、先端ブロック部６０に環状凹部６８から軸方向に形成されて圧力調整室６１に開口する通孔７６を形成し、この通孔７６に弁体７２の基部７２ｂから延設された感圧ロッド７２ｄを摺動可能に挿入するようにしている。

したがって、弁体７２は、感圧ロッド７２ｄの先端に作用する吐出室２７の圧力Ｐｄと、弁頭部７２ａに作用する吸入室２６の圧力Ｐｓと、圧縮スプリング７５のばね力とが釣り合った位置に変位することとなり、吐出室２７の圧力Ｐｄと吸入室２６の圧力Ｐｓとの差が所定圧以下となった場合に開きはじめる。この開きはじめるＰｄとＰｓの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を第１の所定圧Ｐ１とすると、第１の差圧弁７０は図５に示されるような開度特性を有している。

また、第２の差圧弁８０は、具体的には、先端ブロック部６０に環状凹部６８と接続する弁体収容孔８１を設け、この弁体収容孔８１に弁体８２を摺動可能に収容し、この弁体８２を弁体収容孔８１と圧力調整室６１とを連通する弁孔８３の近傍に設けられた端部８４に着地可能とし、弁体収容孔８１において弁体７２と弁孔８３の周囲との間に弾装された圧縮スプリング８５により弁体８２を弁孔８３から離反する方向に付勢するようにしている。また、ここで用いられる弁体８２は、弁頭部が閉塞された筒状のスプール弁によって構成され、周壁が弁体収容孔８１の内面に摺接し、開口端が弁体収容孔８１の環状凹部６８側に設けられたストッパ部材８６によって変位量が規制されるようになっている。

そして、弁体収容孔８１の弁体８２の周壁に臨む位置には、径方向に形成されて貫通孔６３に開口する横通路８７が形成され、また、弁体８２の周壁には、弁体８２が弁座８４から所定量変位した時点から横通路８７に連通し始める開口８８が形成され、この開口８８を介して弁体８２の周壁の内外、即ち、環状凹部６８と横通路８７とが連通されるようになっている。

したがって、弁体８２は、内部に作用する吐出室２７の圧力Ｐｄと、弁頭部に作用するクランク室２４の圧力Ｐｃと、圧縮スプリング８５のばね力とが釣り合った位置に変位することとなり、吐出室２７の圧力Ｐｄとクランク室２４の圧力Ｐｃとの差が所定圧以下となった場合に開きはじめる。この開きはじめるＰｄとＰｃの差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）を第２の所定圧Ｐ２とすると、第２の差圧弁８０は図６に示されるような開度特性を有している。

よって、上述した圧力制御弁２は、図１０で示される弁体駆動ロッド４５と弁体６２とによる弁機構の開度特性と、図５で示される第１の差圧弁７０の開度特性と、図６で示される第２の差圧弁８０の開度特性とを合成したものとなり、図７で示されるように、クランク室２４と吸入室２６とを連通する通路の面積を、吐出室２７とそれ以外の領域（この例では吸入室６）との圧力差が小さくなるにつれて、第１の所定値Ｐ１までは徐々に小さくし、且つ、第１の所定値Ｐ１以下においては徐々に大きくし、吐出室２７とクランク室２４とを連通する通路の面積を、吐出室２７とそれ以外の領域（この例ではクランク室２４）との圧力差が小さくなるにつれて、第２の所定値Ｐ２までは徐々に大きくし、且つ、第２の所定値Ｐ２以下においては変化割合を第２の所定値Ｐ２までの変化割合よりも大きくして徐々に大きくしたものとなる。尚、吐出室２７とそれ以外の領域との圧力差が最小となる最小吐出容量時においては、吐出室２７とクランク室２４とを連通する通路の面積がクランク室２４と吸入室２６とを連通する通路の面積よりも大きくなるように設定されている。

以上の構成において、吐出容量を多くする要請があり、圧力制御弁２の励磁コイル４４への通電時間が長くなると（デューティ比が大きくなると）、プランジャ４６が固定鉄心４１に吸引されて、スプリング６５の付勢力に抗して弁体６２が移動し、弁体６２の開閉部６２ａが高圧連通空間６６を閉塞すると共に低圧連通空間５２を開放する方向へ変位する。このため、圧力調整室６１と低圧側連通孔５３との連通が大きく確保され、高圧側連通孔６７と圧力調整室６１との連通が絞られるので、クランク室２４と吸入室２６との間の通路面積は大きくなり、吐出室２７とクランク室２４との間の通路面積は小さくなる。このため、クランク室圧が低下し、ピストンストロークが大きくなって圧縮機３の吐出容量が増大することとなる。

これに対して、吐出容量を少なくする要請があり、圧力制御弁２の電磁コイル４４への通電時間が短くなると（デューティ比が小さくなると）、プランジャ４６の固定鉄心４１への吸引力は弱くなり、スプリング６５のばね力により、プランジャ４６が固定鉄心４１から離反する方向へ移動し、弁体６２の開閉部６２ａが高圧連通空間６６を開放すると共に低圧連通空間５２を閉塞する方向へ変位する。このため、圧力調整室６１と低圧側連通孔５３との連通が絞られると共に高圧側連通孔６７と圧力調整室６１の連通が大きく確保されるので、クランク室２４と吸入室２６との間の通路面積が小さくなり、吐出室２７とクランク室２４との間の通路面積は大きくなる。このため、クランク室圧が増大し、ピストンストロークが小さくなって圧縮機３の吐出容量が減少することとなる。

以上のような制御は、第１及び第２の差圧弁７０，８０が閉塞している図４（ａ）の状態において行われるが、圧縮機３の吐出容量が小さくなると、圧縮機３の吐出室２７と吸入室２６との差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が小さくなるので、この差圧がＰ１以下になると、第１の差圧弁７０が作動してクランク室２４と吸入室２６との間が連通し始める（図４（ｂ）参照）。このため、最小吐出容量時においては圧力制御弁２の弁体６２によってクランク室２４と吸入室２６との間の連通は遮断されることとなるが、第１の差圧弁７０を介してクランク室２４と吸入室２６との連通が確保されるので、圧縮機の内部に冷媒循環経路を確保することが可能となる。

また、圧縮機３の吐出容量が小さくなると、吐出室２７とクランク室２４との差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）も小さくなるので、この差圧がＰ２以下になると、第２の差圧弁８０が作動して吐出室２７とクランク室２４との間が連通し始める（図４（ｃ）参照）。このため、吐出室２７とクランク室２４との差圧がＰ２と至るまでは吐出室２７とクランク室２４との間の通路面積を小さくすることがあっても、最小吐出容量時においては吐出室２７とクランク室２４との通路面積を大きく確保することができるので、クランク室２４を高い圧力に保って最小吐出容量を維持することが可能になり、また、中間吐出容量時においては吐出室２７とクランク室２４との通路面積を小さくして作動ガスの循環量を減らすことができるので、圧縮機効率を高めることが可能となる。

さらに、最小吐出容量時には、吐出室２７とクランク室２４とを連通する通路の面積がクランク室２４と吸入室２６とを連通する通路の面積よりも大きくなるので、クランク室２４の高い圧力を確実に保って最小吐出容量を維持することが可能になる。

図８に上記構成例の変形例が示されている。この構成においては、第２の差圧弁８０を第１の差圧弁７０と同様の構成にした点で前記構成例と異なっている。即ち、第２の差圧弁８０は、先端ブロック部６０に圧力調整室６１と接続する弁体収容孔９０を設け、この弁体収容孔９０に弁体９１を摺動可能に収容し、この弁体収容孔９０の開口端部に弁体９１の弁頭部９１ｂにて開閉される弁孔９２を備えた環状部材９３を嵌入してバネ材９４にて位置決めし、弁体９１と環状部材９２との間に圧縮スプリング９５を弾装して弁体９１を弁孔９２から離反する方向に付勢するようにしている。弁体収容孔９０の環状部材９３が設けられた側と反対側には、環状凹部６８に連通し、弁体収容孔９０よりも径が小さく形成された連通孔９６が形成されている。また、弁体９１の基部９１ｂには、弁体収容孔９０の内壁に摺接する径方向に突設された複数のガイド片９１ｃが設けられ、このガイド片間に弁体９１の前後で冷媒を通過可能とする通路が形成されている。

したがって、弁体９１は、基部９１ｂに作用する吐出室２７の圧力Ｐｄと、弁頭部９１ａに作用するクランク室２４の圧力Ｐｃと、圧縮スプリング９５のばね力とが釣り合った位置に変位することになり、吐出室２７の圧力Ｐｄとクランク室２４の圧力Ｐｃとの差が所定圧以下となった場合に開きはじめる。この開きはじめるＰｄとＰｃの差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）は前記第２の所定圧Ｐ２であり、第２の差圧弁８０は前記図６と同様の開度特性を有している。尚、他の構成は前記構成例と同様であるので、同一箇所に同一番号を付して説明を省略する。

このような構成においても、圧縮機３の吐出容量が小さくなると、吐出室２７とクランク室２４との差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）も小さくなるので、この差圧がＰ２以下になると、第２の差圧弁８０が作動して吐出室２７とクランク室２４との間が連通し始め、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す状態から図８（ｃ）に示す状態となる。このため、吐出室２７とクランク室２４との差圧がＰ２に至るまでは吐出室２７とクランク室２４との間の通路面積を小さくしても、最小吐出容量時においては吐出室とクランク室との通路面積を大きく確保することが可能となるので、クランク室を高い圧力に保って最小吐出容量を維持することが可能になり、また、中間吐出容量時においては吐出室２７とクランク室２４との通路面積を小さくして作動ガスの循環量を減らすことができるので、圧縮機効率を高めることが可能となり、前記構成例と同様の作用効果を有することとなる。

なお、上述の構成においては、第１の差圧弁７０は吐出室２７と吸入室２６との差圧を利用して作動させるようにしたが、吐出室２７とクランク室２４との差圧を利用して作動させるようにしてもよい。また、第２の差圧弁８０は吐出室２７とクランク室２４との差圧を利用して作動させるようにしたが、吐出室２７と吸入室２６との差圧を利用して作動させるようにしてもよい。

さらに、以上の構成においては、圧力制御弁２に第１及び第２の差圧弁を設けて図７に示される特性を得るようにしたが、第１及び第２の差圧弁は、圧力制御弁２以外の圧縮機構成部材、例えば、リアヘッド２３などに設けるようにしてもよい。また、上述の構成においては、外部から駆動制御信号を供給して作動させる外部制御式の圧力制御弁の例を示したが、差圧を検知する感応部材を有して給気通路や抽気通路を開度制御する三方弁式制御弁に適用してもよい。

さらにまた、可変容量型圧縮機３の構成は、上述した斜板式に限るものではなく、クランク室２４の圧力が高くなると吐出容量が減少し、低くなると吐出容量が増加するように構成される他形式の圧縮機に対して同様の構成を採用してもよい。

本発明は、クランク室の圧力を制御して吐出容量を制御する圧縮機を製造し、又は使用する各種産業に利用することが可能である。

図１は、本願発明の実施形態に係る冷凍サイクルと可変容量型圧縮機の制御装置を示す概略構成図である。図２は、本発明の実施形態に係るクラッチレスタイプの可変容量型圧縮機の構成例を示す断面図である。図３は、図２の圧縮機に用いられる圧力制御弁を示す断面図である。図４は、圧力制御弁に第１及び第２の差圧弁を設けた構成例を示す部分拡大断面図であり、（ａ）は第１及び第２の差圧弁が閉じられた状態を示し、（ｂ）は第１の差圧弁が開かれ、第２の差圧弁が閉じられた状態を示し、（ｃ）は第１及び第２の差圧弁が開かれた状態を示す。図５は、第１の差圧弁の開度特性を示す線図である。図６は、第２の差圧弁の開度特性を示す線図である。図７は、本発明に係る可変容量型圧縮機のクランク室−吸入室間の開度特性と吐出室−クランク室間の開度特性を示す線図である。図８は、圧力制御弁に第１及び第２の差圧弁を設けた他の構成例を示す部分拡大断面図であり、（ａ）は第１及び第２の差圧弁が閉じられた状態を示し、（ｂ）は第１の差圧弁が開かれ、第２の差圧弁が閉じられた状態を示し、（ｃ）は第１及び第２の差圧弁が開かれた状態を示す。図９は、抽気通路に固定オリフィスを設けた従来の圧縮機の開度特性を示す線図である。図１０は、従来の三方弁式制御弁の開度特性を示す線図である。図１１は、図１０を改良した開度特性を示す線図である。

符号の説明

３圧縮機
２４クランク室
２６吸入室
２７吐出室
３８給気通路
３９抽気通路
７０第１の差圧弁
８０第２の差圧弁

Claims

制御圧室の圧力が高くなると吐出容量が減少し、前記制御圧室の圧力が低くなると吐出容量が増加するように構成された可変容量型圧縮機に用いられ、前記制御圧室と吸入圧領域とを連通する通路の面積と吐出圧領域と前記制御圧室とを連通する通路の面積を変化させて前記制御圧室の圧力を制御するようにしている可変容量型圧縮機の制御装置において、
前記制御圧室と前記吸入圧領域とを連通する通路の面積を、前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が小さくなるにつれて、第１の所定値までは徐々に小さくし、且つ、前記第１の所定値以下においては徐々に大きくし、前記吐出圧領域と前記制御圧室とを連通する通路の面積を、前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が小さくなるにつれて、第２の所定値までは徐々に大きくし、且つ、前記第２の所定値以下においては変化割合を前記第２の所定値までの変化割合よりも大きくして徐々に大きくしたことを特徴とする可変容量型圧縮機の制御装置。
前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が最小となる場合に、前記吐出圧領域と前記制御圧室とを連通する通路の面積を、前記制御圧室と前記吸入圧領域とを連通する通路の面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項１記載の可変容量型圧縮機の制御装置。
前記第１の所定値以下における前記制御圧室と前記吸入圧領域とを連通する通路の面積特性は、前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が前記第１の所定値以下となった場合に前記制御圧室と前記吸入圧領域とを連通させる第１の差圧弁を設けることによって実現し、前記第２の所定値以下における前記吐出圧領域と前記制御圧室とを連通する通路の面積特性は、前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が前記第２の所定値以下となった場合に前記吐出圧領域と前記制御圧室とを連通させる第２の差圧弁を設けることによって実現したことを特徴とする請求項１記載の可変容量型圧縮機の制御装置。
吐出圧領域と制御圧室とを連通する給気通路と、前記制御圧室と吸入圧領域とを連通する抽気通路とを備えた可変容量型圧縮機に用いられ、前記給気通路及び前記抽気通路の連通状態を調節して前記制御圧室の圧力を制御する可変容量型圧縮機の圧力制御弁において、
前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が小さくなるにつれて、前記吐出圧領域と前記制御圧室とを連通する前記給気通路の通路面積を徐々に大きくし、且つ、前記制御圧室と前記吸入圧領域とを連通する前記抽気通路の通路面積を徐々に小さくする弁機構と、
前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が第１の所定値以下となった場合に前記制御圧室と前記吸入圧領域とを連通させる第１の差圧弁と、
前記吐出圧領域とそれ以外の領域との圧力差が第２の所定値以下となった場合に前記吐出圧領域と前記制御圧室とを連通させる第２の差圧弁と
を具備することを特徴とする可変容量型圧縮機の圧力制御弁。