JP2006002592A - 圧縮機の電磁弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成により騒音が防止されるとともに吐出量制御の安定性が向上した長寿命の圧縮機の電磁弁装置を提供する。
【解決手段】 電磁弁装置は、クランク室２０及び吐出室７０を備えた可変容量型の圧縮機において、クランク室２０と吐出室７０との間を延びる連通路８６,８８,９０と、連通路８６,８８,９０に介挿され、連通路８６,８８,９０を開閉する電磁弁７２とを備えている。電磁弁７２は、その内部に設けられた弁孔１３８と、弁孔内１３８に挿抜自在に嵌合される弁体部１４４を備えた弁スプール１４２とを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車用空調システムの冷媒回路に好適した圧縮機の電磁弁装置に関する。

この種の可変容量型の圧縮機は、例えば自動車用空調システムの冷凍回路に適用され、循環管路の復路から吸入した冷媒（作動流体）を圧縮した後、循環管路の往路にその吐出量を制御しながら圧縮冷媒を吐出することができる（例えば、特許文献１）。より詳しくは、特許文献１が開示する斜板式圧縮機は、シリンダブロックの一端側に区画されたクランク室からそのシリンダボア内に挿入されたピストンを有し、これらのピストンは、駆動軸に対して傾動可能に取り付けられた斜板の回転運動により往復運動させられる。シリンダブロックの他端側には、吸入室及び吐出室が区画されている。ピストンの往復運動に伴い、吸入室を通じて循環管路の復路から吸入された冷媒がシリンダボア内で圧縮され、そして圧縮冷媒が吐出室を経て循環管路の往路へと吐出される。この圧縮機は、冷媒吐出量の制御がクランク室内の圧力（斜板の傾斜角）、つまりピストンの背圧を調整してそのストローク量を変化させることにより実行され、この圧力調整手段として、クランク室と吐出室との間を延びる連通路及びこの連通路に介挿された容量制御弁を有する。例えば、この容量制御弁が駆動されて連通路が開くと、圧縮冷媒が供給されてクランク室内の圧力（背圧）が上昇してストローク長が減少し、これにより吐出量が減少する。
特開平１０−２２８４号公報

しかしながら、特許文献１の可変容量型の圧縮機に適用された容量制御弁は、デューティ比制御されていることから弁体が常に振動（脈動）し、弁座に対して弁体が繰り返し衝突する。このため、この容量制御弁には、弁体の衝突による騒音が大きいという問題がある。また、衝突の反動で弁開度が目標値よりも大きくなり易く、吐出量制御が安定しないという問題もある。更には、衝突により弁体及び弁座が早期に摩耗し、寿命が短くなるという問題もある。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、簡単な構成により騒音が防止されるとともに吐出量制御の安定性が向上した長寿命の圧縮機の電磁弁装置を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、本発明によれば、クランク室及び吐出室を備えた可変容量型の圧縮機において、前記クランク室と前記吐出室との間を延びる連通路と、前記連通路に介挿され、前記連通路を開閉する電磁弁とを備え、前記電磁弁は、その内部に設けられた弁孔と、前記弁孔内に挿抜自在に嵌合される弁体部を備えた弁スプールとを含むことを特徴とする圧縮機の電磁弁装置が提供される（請求項１）。

上記した構成によれば、嵌合された弁体部により弁孔が閉塞されるので、弁孔に対して弁体部が衝突することがなく、弁体部の挿抜が円滑に行われる。
好適な態様として、前記弁体部は、その閉作動時、前記弁孔内への挿入に連れ、前記弁孔の開度を徐々に減少させる溝を有し（請求項２）、そして、前記弁体部の全開時、前記弁体部の切欠は一部が前記弁孔内に位置付けられる（請求項３）。

上記した構成によれば、弁体部の一部が常に弁孔内に位置付けられているので、弁孔により弁体部が案内され、弁孔に対する弁体部の衝突を一層確実に防止することができる。

以上説明したように、請求項１〜３の圧縮機用の電磁弁装置によれば、弁孔に対する弁体部の衝突が防止され、弁体部の挿抜が円滑に行われるので、騒音の発生を防止することができる。そして、衝突による弁開度の不所望の増大が抑制されるので、吐出量制御の安定性を高めることができる。更に、弁孔及び弁体部の早期摩耗が防止されるので、長寿命化を図ることができる。

図１は、一実施例の電磁弁装置を適用した可変容量型の斜板式圧縮機１０を示しており、この圧縮機１０は、例えば、自動車用空調システムの冷媒回路に適用される。
圧縮機１０はシリンダブロック１２を備え、シリンダブロック１２はその一端側から軸線方向に延びる外周壁１４を有する。外周壁１４の開口端には、締結ボルト１６を用いてボトムカバー１８が気密に取り付けられ、シリンダブロック１２とボトムカバー１８との間にはクランク室２０が区画される。

クランク室２０内には、主軸２２が配置され、主軸２２は、軸受２４,２６を介してシリンダブロック１２及びボトムカバー１８に回転自在に支持されている。主軸２２の一端は、ボトムカバー１８の小径部を通じて外部に突出し、ソレノイド２８を内蔵した電磁クラッチ３０に連結されている。電磁クラッチ３０は、球軸受３２を介してボトムカバー１８の小径部に回転自在に支持される一方、その外周にプーリ３４を有する。

また、クランク室２０内には、主軸２２によって貫通された環状の斜板３６が収容され、斜板３６は、傾動ユニットを介して主軸２２とともに一体的に回転可能であるとともに、主軸２２に対して傾動可能である。より詳しくは、斜板３６は円筒状のチルトロータ３８に嵌合されている。チルトロータ３８は、その内側に配置されたスリーブ４０に対してピン４２を用いて傾動自在に連結され、スリーブ４０は主軸２２に対して外側から往復動自在に嵌合している。スリーブ４０とボトムカバー１８との間には、付勢バネ４４を挟んでベースロータ４６が設けられ、ベースロータ４６は主軸２２に対して傾動不能に固定されている。チルト及びベースロータ３８,４６の双方は、ピン４２の軸線方向と直交する周方向位置にて他方の側に立ち上がるアーム部４８,５０が設けられ、これらアーム部４８,５０の先端に形成された係合孔５２及び係合突起５４を介して互いに連結されている。ここで、係合突起５４は、ピン４２と平行に延び、係合孔５２は、主軸２２に対するチルトロータ３８の傾動及び往復動を許容すべく、長円形状をなしている。

クランク室２０に隣接したシリンダブロック１２には、複数のシリンダボア５６が形成され、これらシリンダボア５６は、シリンダブロック１２を軸線方向に貫通するとともに、周方向に等間隔を存して配置されている。各シリンダボア５６内には、ピストン５８が摺動自在に嵌合され、これらピストン５８の一端は、そのシリンダボア５６からクランク室２０内に突出している。ピストン５８の突出端にはテール部６０が形成され、テール部６０は、一対のシュー６２を介して斜板３６の外周縁を摺動自在に挟んでいる。

シリンダブロック１２の他端面には、バルブプレート６４を介してシリンダヘッド６６が締結ボルト１６を用いて気密に固定されている。シリンダヘッド６６は、バルブプレート６４に向けて開口したカップ形状をなし、シリンダヘッド６６内には吸入室６８及び吐出室７０と、後述する電磁制御弁７２を収容するための制御弁室７４が区画されている。
吸入室６８は、バルブプレート６４に形成された複数の吸入孔７６を介して各シリンダボア５６に連通し、各吸入孔７６はシリンダボア５６側から吸入リード弁（図示せず）により開閉される。そして、吸入室６８は、バルブプレート６４に形成された固定絞り７８を介してクランク室２０と常時連通している。

吐出室７０は、バルブプレート６４に形成された複数の吐出孔８０を介して各シリンダボア５６に連通し、各吐出孔８０はリード弁体８２及び弁押さえ８４からなる吐出リード弁により吐出室７０側から開閉される。なお、図１中、後述する出力側連通路８８が、これらリード弁体８２及び弁押さえ８４を貫通しているが、作図の都合上であって実際とは異なる。

また、シリンダヘッド６６には、吐出室７０と制御弁室７４との間を連通する入力側連通路８６が形成される一方、制御弁室７４からバルブプレート６４まで延びる出力側連通路８８が形成されている。この出力側連通路８８は、バルブプレート６４及びシリンダブロック１２を貫通して延びる貫通孔９０に接続され、これにより制御弁室７４とクランク室２０との間が連通されている。そして、電磁制御弁７２を駆動させることにより、入力側連通路８６と出力側連通路８８との間を連結又は遮断することができる。

更に、シリンダヘッド６６には、吸入室６８と制御弁室７４との間を延びる感圧連通路９２が形成されており、電磁制御弁７２は、吐出室７０内の圧力変化によっても駆動され、入力側連通路８６と出力側連通路８８との間を連結又は遮断する。
以下、上述した圧縮機１０の動作について説明する。
圧縮機１０のプーリ３４には、例えばエンジンからの動力を伝達するベルト（図示せず）が架け回され、電磁クラッチ３０がオン作動されている間、プーリ４０により主軸２２が回転駆動される。この主軸２２の回転に伴って、ベースロータ４６及びチルトロータ３８を介して斜板３６も回転駆動され、この斜板３６の回転運動は、シュー６２を介してピストン５８の往復動に変換される。そして、各ピストン５８の往復動によって、吸入室６８内の冷媒が吸入弁を介してシリンダボア５６に吸入される吸入プロセスと、シリンダボア５６内の冷媒が圧縮を経て吐出リード弁を介して吐出室７０に吐出される圧縮／吐出プロセスとが交互に実施される。

そしてこの間、圧縮機１０から吐出される圧縮冷媒の吐出量は、電磁制御弁７２を駆動することにより調整される。
より詳しくは、冷媒の吐出量を減少させる場合には、電磁制御弁７２を開作動させ、吐出室７０から入力側連通路８６及び出力側連通路８８を通じてクランク室２０へと圧縮冷媒の一部を供給する。これにより、クランク室２０内の圧力（背圧）が、吸入室６８内の圧力、即ち吸入プロセスを実行しているシリンダボア５６内の圧力よりも大きくなると、そのピストン５８に対して前方（バルブプレート６４側）に向かう付勢力が加えられる。このためピストン５８のストローク量が減少し、各シリンダボア５６からの吐出室７０内への圧縮冷媒吐出量が減少する。なお、ピストン５８に加わる前方への付勢力はテール部６０を介して斜板３６にも伝達されるので、この付勢力によって、斜板３６は、主軸２２と直交する仮想面に対して平行に近づくように傾動される。

一方、冷媒の吐出量を増大させる場合には、電磁制御弁７２を閉作動させ、吐出室７０からクランク室２０への圧縮冷媒の供給を遮断する。ここで、クランク室２０は固定絞り７８を介して吸入室６８と常時連通しているので、クランク室２０内の圧力は徐々に吸入室６８の圧力まで減少する。従って、ピストン５８に加わる前方への付勢力が減少するので、ピストン５８のストローク量が増大し、各シリンダボア５６からの吐出室７０内への圧縮冷媒吐出量が増大する。なお、ピストン５８に加わる前方への付勢力が減少するのに伴い、斜板３６は、主軸２２と直交する仮想面に対して傾斜するように傾動する。

また、冷媒の吐出量が過剰となって、例えば蒸発器で気化した後の冷媒圧力が低くなり、吸入室６８の圧力が極度に低下した場合、電磁制御弁７２は、感圧連通路９２を通じてこの圧力低下を感知し、自ら開作動する。これにより、クランク室２０内に圧縮冷媒の一部が供給され、吐出量が減少する。
上述の圧縮機１０に適用された電磁制御弁７２は、図２に示したように、電磁駆動ユニット９４及びその一端側に接続されたスプール弁ユニット９６を有する。

電磁駆動ユニット９４は、制御弁室７４に嵌合される円筒状のソレノイドハウジング９８を有し、ソレノイドハウジング９８はソレノイド１００を内蔵している。ソレノイド１００には、外部に設けられた駆動回路１０２からパルス幅変調（ＰＷＭ）方式にてパルス状の電流が供給されるが、そのデューティ比（パルスオン時間とパルスオフ時間との比）は、電子制御装置（ＥＣＵ）１０４からの駆動信号に基づいて調整される。ここで、ＥＣＵ１０４は、例えば車室内に設置されたセンサ１０６からの検知信号、乗員による操作パネルからの入力信号及びメモリに記憶されたデータベースに基づいてデューティ比の目標値を演算し、この目標値に対応した駆動信号を駆動回路１０２に出力する。

ソレノイドハウジング９８内には、開口した一端側に固定鉄心１０８が配置され、その他端側の端壁と固定鉄心１０８との間にはプランジャ室１１０が区画されている。このプランジャ室１１０には、可動鉄心１１２が往復動自在に配置され、可動鉄心１１２は、ソレノイド１００が励磁されたときに固定鉄心１０８に吸引されて固定鉄心１０８側に変位する。なお、可動鉄心１１２は、端壁との間に配置された圧縮ばね１１４により端壁に対する衝突が防止されている。

スプール弁ユニット９６は、ソレノイドハウジング９８の一端側に連結された弁ハウジング１１６を有し、弁ハウジング１１６内には、柱状部１１８を挟んで弁室１２０及び感圧室１２２が区画されている。より詳しくは、弁室１２０は柱状部１１８と固定鉄心１０８との間に区画される一方、感圧室１２２は注状部１１８と弁ハウジング１１６の先端側の端壁との間に区画されている。

そして、弁ハウジング１１６には、弁室１２０にて開口する入力ポート１２４、柱状部１１８を横断して延び、後述する弁孔１３８に連通した出力ポート１２６及び感圧室１２２にて開口する感圧ポート１２８が形成されている。入力ポート１２４はシリンダヘッド６６の入力側連通路８６に接続され、これにより吐出室７０と連通しており、出力ポート１２６はシリンダヘッド６６の出力側連通路８８に接続され、これによりクランク室２０と連通している。そして、感圧ポート１２８はシリンダヘッド６６の感圧連通路９２に接続され、これにより吸入室６８と連通している。

感圧室１２２内には、感圧室１２２内の圧力に応じて軸線方向に伸縮する感圧器１３０が配置され、具体的には、感圧器１３０は、ベローズ１３２、ベローズ１３２の両端を気密に閉塞するフランジ付きのキャップ１３４,１３５及びキャップ１３４,１３５間に配置された圧縮スプリング１３６とからなる。
柱状部１１８には、その軸線方向に貫通して弁孔１３８が形成されており、また、固定鉄心１０８には、弁孔１３８と同軸上に貫通孔１４０が形成されている。そして、電磁制御弁７２内には、この弁孔１３８を通じて感圧室１２２からプランジャ室１１０まで延びるスプール弁体（弁スプール）１４２が配置され、スプール弁体１４２は、感圧器１３０又は可動鉄心１１２に当接される両端を有する。また、スプール弁体１４２は、弁室１２０から弁孔１３８に亘る領域に円柱形状の弁体部１４４を有し、弁体部１４４は、弁室１２０側から弁孔１３８内に挿抜自在に嵌合し、弁孔１３８を閉塞することができる。更に、スプール弁体１４２は、弁体部１４４に連なる小径軸部１４６を有し、小径軸部１４６が弁孔１３８から弁室１２０内に突出したとき、小径軸部１４６の外周面と弁孔１３８の内周面との間の隙間を介して、弁室１２０と出力ポート１２６との間が連通される。

なお、図示されていないが、シリンダヘッド６６には吸入室６８及び吐出室７０にそれぞれ連通する吸入口及び吐出口が形成されており、吸入口は冷凍回路の循環管路の復路に接続され、吐出口は循環管路の往路に接続されている。
以下、上述した電磁制御弁７２の動作を説明する。
電磁制御弁７２のスプール弁体１４２は開位置及び閉位置を有し、開位置では、弁体部１４４が挿入されて弁孔１３８が閉塞され、入力ポート１２４と出力ポート１２６との間が遮断される。また、閉位置では、弁体部１４４が弁孔１３８から抜け出して弁孔１３８が開かれ、入力ポート１２４と出力ポート１２６との間が連結される。具体的には、電磁制御弁７２のソレノイド１００が非励磁状態のときには、可動鉄心１１２は固定鉄心１０８から離間しており、スプール弁体１４２は開位置に位置付けられる。この状態からソレノイド１００が励磁状態になると、可動鉄心１１２が固定鉄心１０８に吸引されてスプール弁体１４２を感圧器１３０側に向けて付勢し、これによりスプール弁体１４２は、開位置から閉位置まで変位する。この際、スプール弁体１４２の弁体部１４４は、弁室１２０側から弁孔１３８内に挿入されて嵌合し、弁孔１３８を閉塞する。再びソレノイド１００が励磁状態から非励磁状態になると、可動鉄心１１２の吸引が解かれるので、スプール弁体１４２は感圧器１３０により可動鉄心１１２側に向けて付勢され、元の開位置まで変位する。そしてこの際、弁体部１４４が弁孔１３８から抜け出す一方、小径軸部１４６が弁室１２０内に突出し、弁孔１３８が開かれる。

なお、ソレノイド１００が励磁状態にあっても、感圧室１２２の圧力が極度に低下した場合には、感圧器１３０内の圧力が感圧室１２２の圧力よりも大きくなることで感圧器１３０が伸びて大きくなり、これにより、スプール弁体１４２は閉位置から開位置側に変位される。
ここで、電磁制御弁７２のソレノイド１００は、駆動回路１０２からパルス幅変調（ＰＷＭ）方式にてパルス状の電流が供給され、パルスオンのときに励磁状態となりパルスオフのときに非励磁状態となる。従って、ソレノイド１００は、デューティ比に対応して繰り返し励磁されるので、スプール弁体１４２も、デューティ比に対応して開位置と閉位置との間を往復動し、これにより、弁体部１４４は弁孔１３８に対して繰り返し挿抜される。つまり、弁孔１３８は弁体部１４４によって単に開閉されるのではなく、デューティ比に対応した弁開度にて開閉される。

上述した電磁制御弁７２によれば、弁体部１４４の嵌合により弁孔１３８が閉塞されるので、弁孔１３８に対して弁体部１４４が衝突しない。このため、弁孔１３８に対する弁体部１４４の挿抜が円滑に行われ、騒音の発生を防止することができる。そして、衝突による弁開度の不所望の増大が抑制されるので、吐出量制御の安定性を高めることができる。更に、弁孔１３８及び弁体部１４４の早期摩耗が防止されるので、その長寿命化、又は材料強度を小さくしてコスト低減を図ることができる。また更に、フランジ状の弁体を設けないことからスプール弁体１４２が軽量になるので、励磁力の小さなソレノイド１００を用いることができ、電磁制御弁７２の小型化を図ることができる。

本発明は上述した一実施例に限定されることはなく種々変更が可能である。
図３は、電磁制御弁７２に適用される変形例のスプール弁体１４８の弁体部１４４近傍を示しており、弁体部１４４には３つの溝１５０が形成され、これらの溝１５０は、弁体部１４４の周方向に等間隔に配置されている。各溝１５０は、弁体部１４４の端面及び外周面にて開口し、端面から軸線方向に離間するに連れて深さが浅くなっている。この変形例の場合、スプール弁体１４８が開位置にあるときに、上述の一実施例の場合と同様に弁体部１４４が弁孔１３８から抜け出していてもよいが、図４に示したように、先端の一部を嵌合したままにするのが好ましい。この場合、弁体部１４４の一部が常に弁孔１３８内に位置付けられているので、弁孔１３８により弁体部１４４が案内され、弁孔１３８に対する弁体部１４４の衝突を一層確実に防止することができる。また、弁孔１３８は溝１５０を介して開閉されるので、開位置近傍で弁体部１４４が弁孔１３８に対して変位したときに、弁開度の変化率が小さく、吐出量制御の精度を高めることができる。

図５は、電磁制御弁７２に適用される他の変形例のスプール弁体１５２の弁体部１４４近傍を示しており、この弁体部１４４の場合、その外周面に設けられた雄テーパ面１５４として溝が形成される。
最後に、上述した一実施例では、斜板式圧縮機１０への電磁制御弁７２の適用について説明したが、電磁制御弁は、斜板と揺動板とピストンとを組み合わせた揺動板式圧縮機にも適用可能である。

本発明の一実施例の電磁弁装置を適用した可変容量型の斜板式圧縮機の縦断面図である。 図１の電磁制御弁を拡大して示した縦断面図である。 図１の電磁制御弁に適用される変形例のスプール弁体における弁体部近傍の斜視図である。 図３の弁体部が（ａ）開位置又は（ｂ）閉位置にあるときの弁孔との位置関係を説明するための断面図である。 図１の電磁制御弁に適用される他の変形例のスプール弁体における弁体部近傍の斜視図である。

符号の説明

２０ クランク室
７０ 吐出室
７２ 電磁制御弁（電磁弁）
８６ 入力側連通路
８８ 出力側連通路
９０ 貫通孔
１３８ 弁孔
１４２ スプール弁体（弁スプール）
１４４ 弁体部

Claims (3)

1. クランク室及び吐出室を備えた可変容量型の圧縮機において、
   前記クランク室と前記吐出室との間を延びる連通路と、
   前記連通路に介挿され、前記連通路を開閉する電磁弁と
   を備え、
   前記電磁弁は、
   その内部に設けられた弁孔と、
   前記弁孔内に挿抜自在に嵌合される弁体部を備えた弁スプールと
   を含むことを特徴とする圧縮機の電磁弁装置。
2. 前記弁体部は、その閉作動時、前記弁孔内への挿入に連れ、前記弁孔の開度を徐々に減少させる溝を有することを特徴とする請求項１記載の圧縮機の電磁弁装置。
3. 前記弁体部の全開時、前記弁体部の切欠は一部が前記弁孔内に位置付けられていることを特徴とする請求項２記載の圧縮機の電磁弁装置。

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