JP2007064056A - 可変容量型圧縮機の制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 吐出容量の制御安定性及び冷凍回路の安全性等の向上を図ることができる可変容量型圧縮機の制御弁を提供する。
【解決手段】 吐出圧力領域(6,8)の圧力と吸入圧力領域(12)の圧力との圧力差から中間圧力領域(10)の圧力を制御する制御弁(16)は、励磁によって可動室(26)内を移動する可動子(30)を備えたソレノイド励磁部(20)に連結され、吐出圧力領域に連通する第１圧力室(46)、及び、第１圧力室と可動室との間に設けられて中間圧力領域に連通する第２圧力室(48)、並びに、可動子の移動によって第１圧力室と第２圧力室との間の弁口(58)を開閉する開閉部材(42)を含む制御弁本体(40)を備え、制御弁本体には、弁口を有し、第１圧力室の圧力が所定値を超える場合には吐出圧力領域内の冷媒を中間圧力領域に導入させる弁座(44)が配設される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、可変容量型圧縮機の制御弁に係り、詳しくは、車両用空調装置等の冷媒回路の制御に用いられて好適な可変容量型圧縮機の制御弁に関する。

この種の圧縮機は冷凍回路に備えられ、例えば自動車ではエンジンルーム内に配置される。具体的には、この圧縮機は、エンジンルームと車室との間を区画するインストルメントパネル内に配置された蒸発器に循環経路の復路を介して接続され、この循環経路の往路には凝縮器及び膨張弁が介挿されている。そして、圧縮機は冷媒を上記循環経路の復路から吸入して圧縮し、この圧縮された冷媒を往路に向けて吐出する。

この圧縮機としては、上記復路に連なる吸入圧力領域から吸入された冷媒を自動車のエンジンからの動力に基づいて圧縮し、この圧縮機内の中間圧力領域の圧力調整に応じて吐出容量を変更し、圧縮された冷媒を上記往路に連なる吐出圧力領域に吐出する可変容量型圧縮機が用いられる。
当該吐出容量は、例えばシャフトの回転運動をピストンの往復運動に変換する斜板式の可変容量型圧縮機の場合には、クランク室内の圧力調整に伴う斜板の傾角変更によって変更される。より詳しくは、クランク室内に収容された斜板の傾角は、ピストンで区画されたシリンダ内の圧力の変化、換言すれば、クランク室と吸入室との圧力差の変化に応じて変更される。つまり、クランク室と吸入室との圧力差が大きくなると、上記斜板の傾角は小さくなり、上記吐出容量は減少傾向に変更されることになる。ピストンのストローク量が小さくなるからである。

そして、上記クランク室内の圧力調整は圧縮機に配設された制御弁によって実施されるが、圧縮機に対する負荷軽減等を図るべく、吐出圧力領域内の圧力を一定に保持させる制御弁が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開平１１−２２３１８３号公報 特開２００１−１３２６５０号公報

ところで、上述の制御弁にはソレノイドが備えられており、この制御弁よる上記クランク室内の圧力調整はソレノイドに印加される電気信号のデューティ比を変えることによって実施されている。
しかしながら、圧縮機の負荷増大等によって上記シャフトの回転速度が高くなれば、冷凍回路を循環する冷媒の流量が増加する。この場合に上記制御弁の如くデューティ比を単に変えるのみではクランク室内の圧力調整が困難になり易く、これでは吐出容量の制御が不安定になるとの問題が生ずる。

また、上記シャフトの回転速度が高くなれば、吐出圧力領域内の圧力が上昇することにも留意する必要がある。圧縮機の作動停止や循環経路の破損を招く要因になるからである。特に、地球温暖化係数（ＧＷＰ）の小さな値を有する冷媒、例えば、自然系のＣＯ_２（炭酸）ガスを用いた場合には環境負荷の低減に大きく貢献できるものの、当該冷媒の臨界温度はフロン系冷媒のそれよりも低い故、ＣＯ_２冷媒の冷却はＣＯ_２冷媒の臨界温度を超える超臨界域で実施されることになる。つまり、ＣＯ_２冷媒は蒸発圧力が高いので、上述の冷凍回路の安全性がより一層懸念される。

このように、上記従来の技術では、吐出容量の制御安定性及び冷凍回路の安全性等の点については依然として課題が残されている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、吐出容量の制御安定性及び冷凍回路の安全性等の向上を図ることができる可変容量型圧縮機の制御弁を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の可変容量型圧縮機の制御弁は、冷媒回路の吸入圧力領域から吸入した冷媒を圧縮し、中間圧力領域の圧力調整によって吐出容量を変更して圧縮冷媒ガスを吐出圧力領域に吐出する可変容量型圧縮機であって、圧縮機は、吐出圧力領域の圧力と吸入圧力領域の圧力との圧力差から中間圧力領域の圧力を制御する制御弁を具備し、制御弁は、圧縮機のハウジングに設けられ、励磁によって可動室内を移動する可動子を備えたソレノイド励磁部と、ソレノイド励磁部に連結され、吐出圧力領域に連通する第１圧力室、及び、第１圧力室と可動室との間に設けられて中間圧力領域に連通する第２圧力室、並びに、可動子の移動によって第１圧力室と第２圧力室との間の弁口を開閉する開閉部材を含む制御弁本体とを備え、制御弁本体には、弁口を有し、第１圧力室の圧力が所定値を超える場合には吐出圧力領域内の冷媒を中間圧力領域に導入させる弁座が配設されていることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、第１圧力室には、弁座に連結され、第１圧力室の圧力を弁座の移動変位に変換する感圧部材が配設され、弁座は、第１圧力室の圧力が所定値を超える場合には、弁口と開閉部材との当接を解除する方向に移動されることを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明の可変容量型圧縮機の制御弁によれば、制御弁本体には、第１圧力室の圧力が所定値を超える場合には吐出圧力領域内の冷媒を中間圧力領域に導入させる弁座が配設されている。よって、仮に圧縮機の負荷増大等により吐出圧力領域内の圧力が上昇し、冷凍回路を循環する冷媒の流量が増加しても、吐出圧力領域内の圧力が速やかに低下可能となり、従来に比してクランク室内の圧力調整が困難にならず、吐出容量の制御安定性が向上する。また、冷媒の圧力の異常な上昇も回避され、圧縮機では作動停止に至り難くなって冷凍回路の安全性が向上する。これらの結果、冷凍回路の信頼性が向上する。

また、請求項２記載の発明によれば、第１圧力室の圧力が所定値を超える場合には、弁座が弁口と開閉部材との当接を解除する方向に移動し、この弁座の変位は第１圧力室内の感圧部材で調整される。よって、簡易な構成で冷凍回路の信頼性向上が可能となる。

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
本実施形態の制御弁は斜板式の可変容量型圧縮機に適用されている。この圧縮機２は車両用空調装置の冷媒回路に配置され、図１に示されるように、当該制御弁１６は圧縮機２のシリンダヘッド（ハウジング）４に固定されている。
シリンダヘッド４にはシリンダブロックを介してフロントハウジングに接合され、このフロントハウジング内にはクランク室（中間圧力領域）が形成されている。なお、このクランク室内にはシャフトが配置されており、このシャフトの一端側には駆動プーリを介して電磁クラッチが配設され、また、このシャフトの適宜位置には、シャフトの回転軸線に直交する仮想面に対して傾斜可能に構成された斜板が配設されている。更に、上記シリンダブロックにはシャフトを中心とした周方向に所定間隔を存して複数のシリンダボアが配設されており、各シリンダボア内にはピストンがそれぞれ収容されている。そして、上記駆動プーリの回転がシャフトに伝達されると、シャフトは斜板を回転させ、この斜板の回転運動はピストンの往復動に変換される。また、斜板の傾角が変更されると、ピストンのストローク量が変更され、圧縮機２の吐出容量が調整される。

シリンダヘッド４内には自然系冷媒であるＣＯ_２冷媒或いは代替冷媒ＨＦＣ−１５２ａ等の冷媒（以下、単に冷媒と称す）の吸入室（吸入圧力領域）と吐出室（吐出圧力領域）６とが形成され、この吸入室は吐出室６の周囲に配置されており、この吸入室及び吐出室６はバルブプレートを介して上記シリンダボアに連通可能に構成されている。
また、吐出室６は上記クランク室にも連通し、この連通途中に本実施形態の電磁制御弁１６が介挿されている。この制御弁１６はその開閉作動に応じて吐出室６内の吐出冷媒をクランク室に供給する。

具体的には、電磁制御弁１６は、本体固定部４１がボルト１４で固定されることにより、シリンダヘッド４の略中央部分に配置される。なお、シリンダヘッド４の周壁には吸入室及び吐出室６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、この吸入口は循環経路の復路に接続され、吐出口は循環経路の往路に接続されている。また、この制御弁１６は電子コントロールユニット（エアコンＥＣＵ）からの出力信号によって作動する。なお、このエアコンＥＣＵは、入出力装置、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、ＣＰＵ等を備えており、圧縮機２の容量制御を含めた総合的な制御を行う。

当該制御弁１６は、ソレノイド励磁部２０と、制御弁本体４０とを備え、この制御弁本体４０内にはソレノイド２２の励磁及び消磁によって作動する弁体（開閉部材）４２が配置されている。
ソレノイド励磁部２０においてソレノイド２２の内側には、制御弁本体４０に向けて開口するカップ状の有底部２４が配設されており、その有底部２４の内側が可動室２６として形成されている。この可動室２６には、有底部２４の開口部分を閉塞するコア２８と、ソレノイド２２の励磁によってコア２８に向けて移動するプランジャ（可動子）３０とが備えられている。プランジャ３０の一端側にはばね座３２が設けられ、プランジャ３０の内部にはスプリング３６が備えられている。このスプリング３６の付勢力は、ソレノイド２２の消磁を受けてプランジャ３０をコア２８から離間する方向に移動させ、弁体４２に連結された大径嵌合部３８が有底部２４に設けられたストッパ３４に当接するまで移動される。

制御弁本体４０の弁体４２はプランジャ３０とともに移動し、制御弁本体４０内の弁口５８を開閉する。より詳しくは、制御弁本体４０の内部には弁口５８を挟んでＰｄ室（第１圧力室）４６及びＰｃ室（第２圧力室）４８がそれぞれ形成され、このＰｄ室４６は吐出ポート（吐出圧力領域）４７及び吐出ポート連通路（吐出圧力領域）８を介して吐出室６に連通されている。一方、Ｐｃ室４８はクランクポート（中間圧力領域）４９及びクランクポート連通路（中間圧力領域）１０を介してクランク室に連通されている。

上述した弁体４２は、大径部５２、拡径部５４、シャフト部５６及び大径嵌合部３８と一体的に形成されている。具体的には、この大径嵌合部３８はプランジャ３０内に嵌合され、大径嵌合部３８の一端側が上記スプリング３６に当接されている。また、大径嵌合部３８の他端側はシャフト部５６に連結されており、このシャフト部５６はコア２８を挿通してＰｓ室５０内に向けて延設されている。更に、シャフト部５６の他端側は同じくＰｓ室５０に位置する拡径部５４に連結されている。この拡径部５４の他端側はＰｃ室４８内に向けて延設された大径部５２に連結され、大径部５２の他端側がこのＰｃ室４８内にて弁体４２に連結されている。なお、上記Ｐｓ室５０は吸入ポート（吸入圧力領域）５１及び吸入ポート連通路（吸入圧力領域）１２を介して吸入室に連通されている。

ここで、本実施形態の制御弁本体４０内には、Ｐｄ室４６とＰｃ室４８との間に可動弁座（弁座）４４が配設されており、Ｐｄ室４６内の圧力に応じて制御弁本体４０内を上記シャフトの軸線方向に移動する。より具体的には、可動弁座４４の一端側には弁体４２に開閉される弁口５８が形成されており、この弁口５８には可動弁座４４の他端側に向けて延びる連通孔６０が連なっている。また、この可動弁座４４の他端側にはベローズ（感圧部材）６２が接続され、これら可動弁座４４の他端側とベローズ６２の一端側との間には、連通孔６０とＰｄ室４６とを連通させる連通溝６６が形成されている。このように、上記制御弁１６の弁体４２には、連通溝６６及び連通孔６０を介したＰｄ室４６の圧力と、拡径部５４及び大径部５２を介したＰｓ室５０の圧力との両圧力、すなわち、吐出室６内の圧力と吸入室内の圧力との圧力差が作用しており、この圧力差の変化によってクランク室内の圧力調整が実施される。

上記ベローズ６２の一端側には連通溝６６を介して可動弁座４４に連結される連結部６４が設けられている。一方、ベローズ６２の他端側はストッパ７０を囲繞して制御弁本体４０に固定されている。また、このベローズ６２の内部には、連結部６４の他端側からストッパ７０に向けて延設された当接部６８と、これら当接部６８及びストッパ７０の外周側に設けられたスプリング７２とが備えられており、ベローズ６２の収縮力は、このスプリング７２の付勢力に抗し、制御弁本体４０内にて可動弁座４４を弁体４２から離間する方向に移動させ、当接部６８がストッパ７０に当接するまで移動される。

ここで、図１に示されるように、冷凍サイクルの熱負荷が大きくなり、上記エアコンＥＣＵからの出力信号によってソレノイド２２が励磁される場合には、プランジャ３０はスプリング３６の付勢力に抗してコア２８に引き付けられる。これに伴い、弁体４２は、プランジャ３０内の大径嵌合部３８、シャフト部５６、拡径部５４及び大径部５２とともに、Ｐｄ室４６側に向けて移動し、可動弁座４４の弁口５８を遮断する。つまり、この場合には吐出室６内の冷媒はクランク室には供給されない。これにより、クランク室内の圧力は次第に減少し、ピストンに加わる背圧も減少する。よって、クランク室と吸入室との圧力差が小さくなり、斜板の傾角が大きくなってピストンのストローク量が大きくなる。この結果、圧縮機２の吐出容量は増加傾向に変更される。

これに対し、図２に示されるように、冷凍サイクルの熱負荷が小さくなってソレノイド２２が消磁される場合には、プランジャ３０はスプリング３６の付勢力によってコア２８から離間する方向に移動する。この際、弁体４２もまたプランジャ３０とともに、Ｐｄ室４６側から離間する方向に移動し、可動弁座４４の弁口５８を開く。つまり、この場合には、吐出室６内の冷媒が、Ｐｄ室４６、連通溝６６、連通孔６０及びＰｓ室４８を介してクランク室に供給される。これにより、クランク室内の圧力は次第に上昇し、ピストンに加わる背圧も増加する。よって、クランク室と吸入室との圧力差が大きくなり、斜板の傾角が小さくなってピストンのストローク量が小さくなる結果、圧縮機２の吐出容量は減少傾向に変更される。

一方、再び図１の如くの圧縮機２の最大容量運転時であっても、吐出室６内の圧力値が圧縮機２の運転維持等を図るための所定の許容圧力値を超える場合にはＰｄ室４６内の圧力値も閾値を超えることから、ベローズ６２の作用により、吐出室６とクランク室とを強制的にバイパスさせる。
すなわち、図３に示されるように、エアコンＥＣＵからの出力信号によってソレノイド２２が励磁され、プランジャ３０がコア２８に引き付けられた状態であるにも拘わらず、ベローズ６２がＰｄ室４６内の圧力を受けて収縮する。これに伴い、可動弁座４４はスプリング７２の付勢力に抗して弁体４２から離間する方向に移動し、弁口５８と弁体４２との当接が解除される。これにより、吐出室６内の吐出冷媒は、Ｐｄ室４６、連通溝６６、連通孔６０及びＰｓ室４８を介してクランク室に供給され、吐出室６内の圧力が速やかに減少する。

以上のように、本発明は、クランク室内の圧力調整を実施する制御弁１６が吐出室６内の圧力を制限する機能を備えたものである。
つまり、制御弁本体４０は、Ｐｄ室４６の圧力が所定の許容圧力値を超える場合には、吐出室６内の冷媒をクランク室に導入させる可動弁座４４を備えている。よって、仮に圧縮機２の負荷増大等により吐出室６内の圧力が上昇し、冷凍回路を循環する冷媒の流量が増加しても、吐出室６内の圧力は速やかに低下可能となり、従来に比してクランク室内の圧力調整が困難にならず、吐出容量の制御安定性が向上する。

また、万一、シャフトの回転速度が急激に上昇した場合にも、上述の如く吐出室６内の圧力を直ちに一定値に抑制可能となり、冷凍回路を循環する冷媒の圧力の異常な上昇が回避される。よって、圧縮機２の作動停止や循環経路の破損が回避され、冷凍回路の安全性が向上する。
これらの結果、冷凍回路の信頼性が向上する。

更に、Ｐｄ室４６の圧力が所定の許容圧力値を超える場合には、可動弁座４４が弁口５８と弁体４２との当接を解除する方向に移動し、この可動弁座４４の変位はＰｄ室４６内に配設されたベローズ６２で調整されている。つまり、制御弁自体が吐出室６内の圧力を調整できるので、フィードバック制御用の吐出圧力センサ等が不要になり、簡易な構成で冷凍回路の信頼性向上が達成可能となる。

そして、冷凍回路にて蒸発圧力等の高いＣＯ_２冷媒が用いられても、室温の安定維持を図るための通常時の吐出容量制御と、冷凍回路の保護を図るための非常時の吐出容量制御とを両立できる。これにより、ＣＯ_２冷媒の使用に対する懸念が取り除かれ、この冷媒の積極的な使用に寄与する。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。

例えば、上記実施形態では、Ｐｄ室４６内にはベローズ６２が設けられているが、Ｐｄ室４６内の圧力を可動弁座４４の変位に変換できるものである限り、他の感圧部材を用いても良く、この場合にも上記と同様に、吐出容量の制御安定性及び冷凍回路の安全性等の向上が図られるとの効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る可変容量型圧縮機の制御弁の断面図であり、圧縮機の最大容量運転時を示す図である。 図１の制御弁の構成図であって、圧縮機の最小容量運転時を示す図である。 図１の制御弁の構成図であって、圧縮機の最大容量運転時を示す図である。

符号の説明

２ 可変容量型圧縮機
４ シリンダヘッド（ハウジング）
６ 吐出室（吐出圧力領域）
１６ 制御弁
２０ ソレノイド励磁部
２６ 可動室
３０ プランジャ（可動子）
４０ 制御弁本体
４２ 弁体（開閉部材）
４４ 可動弁座（弁座）
４６ Ｐｄ室（第１圧力室）
４８ Ｐｃ室（第２圧力室）
４９ クランクポート（中間圧力領域）
５１ 吸入ポート（吸入圧力領域）
５８ 弁口
６２ ベローズ（感圧部材）
６６ 連通溝

Claims (2)

1. 冷媒回路の吸入圧力領域から吸入した冷媒を圧縮し、中間圧力領域の圧力調整によって吐出容量を変更して圧縮冷媒ガスを吐出圧力領域に吐出する可変容量型圧縮機であって、
   該圧縮機は、前記吐出圧力領域の圧力と前記吸入圧力領域の圧力との圧力差から前記中間圧力領域の圧力を制御する制御弁を具備し、
   該制御弁は、
   前記圧縮機のハウジングに設けられ、励磁によって可動室内を移動する可動子を備えたソレノイド励磁部と、
   該ソレノイド励磁部に連結され、前記吐出圧力領域に連通する第１圧力室、及び、該第１圧力室と前記可動室との間に設けられて前記中間圧力領域に連通する第２圧力室、並びに、前記可動子の移動によって前記第１圧力室と前記第２圧力室との間の弁口を開閉する開閉部材を含む制御弁本体とを備え、
   該制御弁本体には、前記弁口を有し、前記第１圧力室の圧力が所定値を超える場合には前記吐出圧力領域内の冷媒を前記中間圧力領域に導入させる弁座が配設されている
   ことを特徴とする可変容量型圧縮機の制御弁。
2. 前記第１圧力室には、前記弁座に連結され、前記第１圧力室の圧力を前記弁座の移動変位に変換する感圧部材が配設され、
   前記弁座は、前記第１圧力室の圧力が前記所定値を超える場合には、前記弁口と前記開閉部材との当接を解除する方向に移動されることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型圧縮機の制御弁。

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