JP2007231961A

JP2007231961A - 容量制御弁機構及びそれを備えた可変容量圧縮機

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Publication number: JP2007231961A
Application number: JP2007163424A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Taguchi; 幸彦田口
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2018-07-07
Also published as: JP4592731B2

Abstract

【課題】吸入室圧力制御精度を向上させ、かつ強制的に最小容量に維持できるようにした可変容量圧縮機を提供すること。
【解決手段】可変容量圧縮機５０のクランク室５５内の圧力を容量制御弁機構１０により調整することによってピストンストロークを制御する。容量制御弁機構には、可変容量圧縮機の吸入室６５の圧力又はクランク室の圧力を感知するベローズ部２と、ベローズ部２の伸縮に応じて吐出室６４とクランク室との連通路６６、６８を開閉する弁体５と、弁体に電磁力による力を作用させるソレノイド１２とを設ける。さらに、弁体を閉弁方向に押圧する吸入室の圧力を受ける圧力受圧面積を、弁体を開弁方向に押圧する弁体の弁座との当接側のクランク室の圧力を受ける圧力受圧面積（弁体シール面積）と同等か、又はそれより大きく設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車用空調装置に使用する可変容量圧縮機に関し、特にそれに用いられる容量制御弁機構に関する。

従来、自動車用空調装置の冷媒回路には、可変容量圧縮機が用いられている。この可変容量圧縮機の圧縮する冷却媒体の容量を変化させるように、図４の部分断面図にに示すような容量制御弁機構１００が設けられている。

図４を参照すると、リアハウジング５３の一端側に設けられた容量制御弁機構１００を収容する収容部５３ａに、容量制御弁機構１００が収容されている。容量制御弁機構１００は、軸方向に沿って設けられた貫通孔１０１ｃを備えたケーシング本体１０１ａと、この一端に装着されたキャップ状の蓋部材１０１ｂとよりなる弁ケーシング１０１を備えている。この弁ケーシング１０１のケーシング本体１０１ａの一端の窪みと蓋部材１０１ｂとによって形成された感圧空間内に、感圧手段としてのベローズ部１０２が配置されている。ベローズ部１０２は、ベローズ本体１０２ｃの両端に軸部材１０２ｄが設けられ、ベローズ本体１０１ｃの内部が真空にされ、この内部の軸部材１０２ｄ間に、内部ばね１０２ａが配置されている。このベローズ部１０２の配置された空間は、吸入室６５に連絡通路６７を介して連絡しており、感圧空間内部に配置されたベローズ部１０２は、吸入室６５内の圧力を受けるように構成されている。このベローズ部２の外側一端には、軸部材１０２の一端に連続して支持部材１０２ｂが設けられ、その周囲にばね１０３が設けられており、ベローズ本体１０２ｃを図中下方に押圧するように構成されている。

弁ケーシング１０１ａに設けられた貫通孔１０１ｃに挿通可能なように伝達ロッド１０４が支持され、このベローズ部１０２の支持部材１０２ｂに一端が当接している。この伝達ロッド１０４の他端側は、ケーシング本体１０１ａの他端側の窪みに連絡しており、ボール弁１０５が当接して設けられている。

ボール弁１０５は、ベローズ部１０２の伸縮に連動して、軸方向に移動し、貫通孔１０１ｃの一端に連絡した吐出室６４とクランク室５５との連通路１０１ｄを開閉する。

また、ボール弁１０５が配設された弁ケーシング本体１０１ａの他端部には、吐出室６４と連通孔１０１ｅを介して連通した弁室１０６が形成されている。弁ケーシング本体１０１ａの他端（図では上端）には、ステーター１０７が設けられており、また、その内部には、ボール弁１０５の図中上端に、カップ状の収容部１０８ａを一端に備えて当接し、このステーター１０７に挿通可能に支持されたソレノイドロッド１０８が設けられている。ソレノイドロッド１０８が挿通されたステーター１０７の上部に当接してプランジャー１０９が設けられ、これらステーター１０７の上部及びプランジャー１０９の周囲を覆ってチューブ１１０が設けられている。チューブ１１０内で、ステーター１０７の上部には、プランジャー室１１１が形成されている。また、このチューブ１１０の周囲を覆うように、磁界印加手段としてのソレノイド１１２が配置されている。このソレノイド１１２は、プランジャー１０９とステーター１０７の間隙に電磁力を作用させ、その電磁力をソレノイドロッド１０８を介してボ−ル弁１０５に作用させる。

具体的には、冷房の際に、冷房負荷が大きくなると、電磁力が大きくなり、ボール弁１０５の開度が小さくなるように力が働く。弁開度が小さくなると、クランク室に流入する冷媒量が減少し、クランク室内の圧力が減少して、斜板の傾き（駆動軸に垂直な面に対してなす角度）が大きくなる。一方、冷房負荷が小さい場合には、電磁力が小さくなり、ボール弁１０５の開度が大きくなるように力が働き、クランク室に流入する冷媒量が増加し、クランク室内の圧力が増加して、斜板の傾きが小さくなる。

このような構成の従来の容量制御弁機構１００においては、ボ−ル弁１０５を閉弁方向に押圧する力Ｆｖ及びベローズ部１０２及び伝達ロッド１０４に作用し、ボ−ル弁１０５を開弁方向に押圧する力Ｆｂは、それぞれ以下の数１式及び数２式のように示される。

ここで、Ｆｖ＜Ｆｂの時、ボール弁１０５からなる弁体は、開弁することになるが、上記数１式及び数２式から、次の数３式が成り立つ。

ここで、Ｐｃ＝Ｐｓ＋αとおいて、上記数３式に代入して整理すると次の数４式が成り立つ。

上記数４式が容量制御弁機構１００の吸入室圧力制御特性となり、図５に示すようにソレノイド１１２からなる電磁コイルへの通電量（Ｉ）を変化させることにより、吸入室圧力が変化する特性となっている。この構造の容量制御弁を採用した可変容量圧縮機は、いわゆる外部制御方式と呼ばれており、外部信号により自在に容量を変化させることが可能となる。

しかしながら、従来の外部制御方式の可変容量圧縮機では、車両の加速状態を検出して強制的に圧縮機を最小容量に維持し、圧縮機の消費動力を低減して車両の加速性能を向上させることが提案されている。

従来の容量制御弁機構では、ソレノイド１１２への通電をＯＦＦしても、上記数１式からＦｖ＝（Ｐｄ−Ｐｃ）・Ｓｖ＞０となり、ボール弁１０５を閉弁させようとする圧力差の力が残っており、例えば、吸入室圧力が制御上限を超えてしまうとベローズが収縮し、上記数２式からＦｂ＜０となるため、弁体は閉じてしまい、吐出ガスがクランク室に供給されず、最小容量に維持できないという問題があった。

また、上記数４式に示すように、電磁コイル１１２ヘー定の電流を通電しても吐出室圧力によって吸入室圧力が変化してしまい、安定な制御が損なわれるという問題があった。

したがって、吐出室圧力の影響を小さくするためには、弁体であるボール弁１０５のシール面積を小さくする必要があるが、この場合クランク室５５に供給する吐出ガス導入量が不足し、容量制御が不安定になる問題があった。

そこで、本発明の技術的課題は、吸入室圧力制御精度を向上させ、かつ強制的に最小容量に維持できるようにした可変容量圧縮機を提供することにある。

また、本発明の技術的課題は、上述した可変容量圧縮機に用いられる容量制御弁機構を提供することにある。

本発明の一態様によれば、吐出室、吸入室、及びクランク室を備えた可変容量圧縮機の前記クランク室内の圧力を調整することによってピストンストロークを制御する容量制御弁機構において、前記吸入室の圧力又は前記クランク室の圧力を感知する感圧手段と、前記感圧手段の伸縮に応じて前記吐出室と前記クランク室との連通路を開閉する弁体と、前記弁体に電磁力による力を作用させる磁界印加手段とを設け、前記弁体を閉弁方向に押圧する前記吸入室の圧力を受ける圧力受圧面積を、前記弁体を開弁方向に押圧する前記弁体の弁座との当接側の前記クランク室の圧力を受ける圧力受圧面積（弁体シール面積）と同等か、又はそれより大きく設定したことを特徴とする、可変容量圧縮機の容量制御弁機構が得られる。

本発明の他の態様によれば、吸入室及び吐出室が区画形成されたリアハウジングと、シリンダボアを備えたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの一端に設けられたフロントハウジングと、前記シリンダブロックと前記フロントハウジングとによって規定される前記クランク室内を横断して設けられた駆動軸と、前記駆動軸に固着されたロータと、前記ロータに連結部を介して結合している斜板と、シューを介して前記斜板と連動し、前記シリンダボアに配置されたピストンと、前記リアハウジングに設けられた、請求項１に記載の容量制御弁機構とを備えたことを特徴とする可変容量圧縮機が得られる。

本発明では、吸入室圧力制御精度を向上させ、かつ強制的に最小容量に維持できるようにした可変容量圧縮機、及びそれに用いられる容量制御弁機構を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態による容量可変制御弁を用いた可変容量圧縮機を示す図である。図１を参照すると、可変容量圧縮機５０は、複数のシリンダボア５１ａを備えたシリンダブロック５１と、シリンダブロック５１の一端に設けられたフロントハウジング５２と、シリンダブロック５１に弁板装置５４を介して設けられたリアハウジング５３とを備えている。シリンダブロック５１と、フロントハウジング５２とによって規定されるクランク室５５内を横断して、駆動軸５６が設けられ、その中心部の周囲には、斜板５７が配置されている。

斜板５７は、駆動軸５６に固着されたロータ５８と連結部５９を介して結合している。

駆動軸５６の一端は、フロントハウジング５２の外側に突出したボス部５２ａ内を貫通して、外側まで延在しており、ボス部５２ａの周囲にベアリング６０を介して電磁クラッチ７０が設けられている。

電磁クラッチ７０は、ボス部５２ａの周囲に設けられたロータ７１と、ロータ内に収容された電磁石装置７２と、ロータの外側一端面に設けられたクラッチ板７３とを備えている。駆動軸５６の一端は、ボルト等の固定部材７４を介してクラッチ板７３と連結している。

駆動軸５６とボス部５２ａとの間には、シール部材５２ｂが挿入され、内部と外部とを遮断している。また、駆動軸５６の他端は、シリンダブロック５１内にあり、支持部材７８によって、他端を支持している。尚、符号７５，７６，及び７７は、ベアリングである。

シリンダボア５１ａ内には、ピストン６２が配置され、ピストン６２の内側の一端のくぼみ６２ａ内には、斜板５７の外周部の周囲が収容され、シュー６３を介して、ピストン６２と斜面５７とが互いに連動する構成となっている。

リアハウジング５３は、吸入室６５及び吐出室６４が区画形成され、吸入室６５は、シリンダボア５１ａとは、弁板装置５４に設けられた図示しない吸入弁を介して連絡し、吐出室６４は、シリンダボア５１ａとは、弁板装置５４に設けられた吐出弁を介して連絡している。吸入室６５は、開口８３を介して、駆動軸５６の一端に形成された気室８４と連絡している。

また、リアハウジング５３の後壁の窪み内に容量制御弁機構１０が設けられている。

以上までの構成は、容量制御弁機構を除いて、従来技術と同様の構造を備えている。

図２は本発明の第１の実施の形態による可変容量圧縮機の容量制御弁機構を示す図である。図２を参照すると、容量制御弁機構１０は、従来技術と同様に可変容量圧縮機のリアハウジング５３内の一端にくぼんで形成された制御機構の収容部５３ａに設けられている。容量制御弁機構１０は、弁ケーシング本体１ａとこの一端に設けられたキャップ状の蓋部材１ｂとを備えた弁ケーシング１を備えている。この弁ケーシング１内の一端の感圧空間には、ベローズ部２が配設されている。

ベローズ部２は、ベローズ本体２ｂと、ベローズ本体２ｂの両端から内部に突出して先端が離間して設けられた軸部材２ｄと、軸部材２ｄの周囲で、ベローズ本体２ｂ内部に配置された内部ばね２ａと、ベローズ本体２ｂの軸部材２ｄの一端に連続して設けられた支持部材２ｃとを備え、ベローズ本体２ｂの内部が真空にされている。また、支持部材２ｃの周囲には、ベローズ本体２ｂを軸部材２ｄを介して図中下方に押圧するように、ばね３が配置されている。

ベローズ部２は、吸入室６５の圧力（以下、吸入室圧力と呼ぶ）を受圧する感圧手段として機能する。

ケーシング本体１ａには、軸方向に貫通して、貫通孔１ｃが設けられている。この貫通孔１ｃには、ベローズ部２の支持部材２ｃの上端に、一端が当接して弁ケーシング本体１ａに挿通可能なように支持された伝達ロッド４を備えている。この伝達ロッド４の他端には、弁体５の一端の大径部５ａが当接している。この弁体５は、ベローズ部２の伸縮に応じて吐出室６４とクランク室５５との連通路６６，１ｄ，１ｅ，６８を開閉する。この弁体５の周囲には、ケーシング本体１ａの上端に接触して設けられ、弁体５の弁軸５ｂを挿通可能に支持するステーター７が配置され、ケーシング本体１ａとステーター７の一端部とによって弁室６を形成している。即ち、この弁体５の一端は、弁室６内に収容されている。

弁室６は、吐出室６４，通路６８，空間１４，及び通路１ｅを介して連通している。また、ステーター７の他端部には、プランジャー９が設けられ、このプランジャー９をステーター７を含めて覆うように、チューブ８が設けられている。ステーター７とチューブ８とによってプランジャー室１１が区画形成されている。このプランジャー室１１と、吸入室６５とを通路６７，孔部１ｆ，感圧空間１５を介して連通するように、連通路１３が設けられている。

チューブ１０の外周部には、プランジャー９とステーター７の間隙に電磁力を作用させ、その電磁力を弁軸５ｂを介して弁体の大径部５ａに作用させる磁界印加手段としてのソレノイド１２からなる電磁コイルが配設されている。

このような構成の容量制御弁機構１００において、弁体５を閉弁方向に押圧する力Ｆｖ及びベローズ部２及び伝達ロッド４に作用し、弁体５を開弁方向に押圧する力Ｆｂはそれぞれ以下の数５式及び数６式のように示される。

ここでＰｃ＝Ｐｓ＋αとおくと次の数７式及び数８式が成り立つ。

ここで、ソレノイド１２からなる電磁コイルへの通電量（Ｉ）をゼロとした場合、電磁力ｆ（Ｉ）＝０となり、Ｆｖ＝（Ｓｖ−Ｓｐ）・（Ｐｄ−Ｐｓ）一α・Ｓｖとなるが、Ｐｄ−Ｐｓ＞０、α＝Ｐｃ−Ｐｓ＞０であること、また、Ｓｖ≦Ｓｐと設定すれば常時Ｆｖ＜０が成立する。すなわち、弁軸５ｂの吸入室圧力受圧面積（Ｓｐ）を弁体５のシール面積（Ｓｖ）と同等か、または大きく設定することにより、吸入室６５内の圧力が制御上限を越えてベローズ部２が収縮しＦｂ＜０となっても、電磁コイル１２への通電量（Ｉ）をゼロにすれば常時Ｆｖ＜０となり、弁体は圧力差による力で、常時図中上方に押し上げられ、開弁する。これにより常時吐出ガスがクランク室５５に導入され、最小容量が維持できる。

尚、Ｆｖ＜Ｆｂの時、弁体は開弁することになるが、数７式及び数８式から次の数９式が成り立つ。

上記数９式が第１の実施の形態による容量制御弁機構の吸入圧力制御特性となる。

したがって、弁体の弁軸５ｂの吸入室圧力受圧面積（Ｓｐ）を弁体シール面積（Ｓｖ）よりわずかに大きく設定すれば、吐出室内の圧力（以下、吐出室圧力と呼ぶ）の影響の少ない吸入室圧力制御特性が得られる。

尚、上記数９式で、Ｓｖ＝Ｓｐとすれば吐出室圧力の影響を受けない吸入室圧力制御特性が得られ、さらにＳｖ＝Ｓｒとすればα、つまりクランク室の圧力の影響を受けない下記数１０式で示されるような吸入室圧力制御特性が得られる。

図３は本発明の第２の実施の形態による可変容量圧縮機の容量制御弁機構を示す断面図である。図３に示される第２の実施の形態による可変容量圧縮機の容量制御弁機構２０は、図２で示される第１の実施の形態による可変容量圧縮機の容量制御弁機構に対して、ベローズ２の図中下側で、蓋部材１ｂの下部にくぼんだカップ部１ｇにベローズ部２を開弁方向に押し上げるためのばね３´を配置したことのみが異なる。このばね３´は、従来技術と同様に、特にベローズ部２が収縮した時ベローズ２を支持する目的があるが、さらに電磁力ｆ（Ｉ）がゼロとなった場合、ベローズ部２の全体を図中上方に押し上げ、弁体５を開弁させる機能がある。

このような本発明の実施の形態による可変容量圧縮機の容量制御弁機構においては、ソレノイドへの通電量をＯＦＦすると、弁体の開閉方向に作用する圧力差により弁体５が常時開弁し、最小容量を維持することができるとともに吸入室圧力の制御精度が向上する。

また、ベローズ部２と弁ケーシング１ａの間にばねを介在させた構成でも、ソレノイドへの通電量をＯＦＦすると、弁体が常時開弁し、最小容量を維持することができる。

本発明の第１の実施の形態による容量可変制御弁機構を用いた可変容量圧縮機の全体構造を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態による可変容量圧縮機の容量制御弁機構を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態による可変容量圧縮機の容量制御弁機構を示す断面図である。従来技術による可変容量圧縮機の容量制御弁機構を示す断面図である。従来技術による可変容量圧縮機の容量制御弁機構の吸入室圧力制御特性を示す図である。

符号の説明

１弁ケーシング
１ａケーシング本体
１ｂ蓋部材
１ｃ貫通孔
１ｄ，１ｅ，６６，６８連通路
１ｆ孔部
２ベローズ部
２ａ内部ばね
２ｂベローズ本体
２ｃ支持部材
２ｄ軸部材
３、３´ ばね
４伝達ロッド
５弁体
５ｂ弁軸
６弁室
７ステーター
８チューブ
９プランジャー
１０容量制御弁機構
１１プランジャー室
１２ソレノイド
１３連通路
１４空間
１５感圧空間
５０可変容量圧縮機
５１ａシリンダボア
５１シリンダブロック
５２フロントハウジング
５２ａボス部
５３リアハウジング
５３ａ収容部
５５クランク室
５６駆動軸
５７斜板
５８駆動体
５９連結部
６０ベアリング
６１ばね
６２ピストン
６２ａくぼみ
６３シュー
６４吐出室
６５吸入室
６６連絡通路
６７連絡通路
７０電磁クラッチ
７１ロータ
７２電磁石装置
７３クラッチ板
７４固定部材
７５、７６、７７ベアリング
８１吸入口
８２吐出口
８３開口
８４気室
１００容量制御弁機構
１０１ａケーシング本体
１０１ｂ蓋部材
１０１ｃ貫通孔
１０１ｄ，１０１ｅ連通路
１０１弁ケーシング
１０２ベローズ部
１０２ａ内部ばね
１０２ｂ支持部材
１０２ｃベローズ本体
１０２ｄ軸部材
１０３ばね
１０４伝達ロッド
１０５ボール弁
１０６弁室
１０７ステーター
１０８ａ収容部
１０８ソレノイドロッド
１０９プランジャー
１１０チューブ
１１１プランジャー室
１１２ソレノイド

Claims

吐出室、吸入室、及びクランク室を備えた可変容量圧縮機の前記クランク室内の圧力を調整することによってピストンストロークを制御する容量制御弁機構において、
前記吸入室の圧力又は前記クランク室の圧力を感知する感圧手段と、前記感圧手段の伸縮に応じて前記吐出室と前記クランク室との連通路を開閉する弁体と、前記弁体に電磁力による力を作用させる磁界印加手段とを設け、
前記弁体を閉弁方向に押圧する前記吸入室の圧力を受ける圧力受圧面積を、前記弁体を開弁方向に押圧する前記弁体の弁座との当接側の前記クランク室の圧力を受ける圧力受圧面積（弁体シール面積）と同等か、又はそれより大きく設定したことを特徴とする、可変容量圧縮機の容量制御弁機構。
吸入室及び吐出室が区画形成されたリアハウジングと、シリンダボアを備えたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの一端に設けられたフロントハウジングと、前記シリンダブロックと前記フロントハウジングとによって規定される前記クランク室内を横断して設けられた駆動軸と、前記駆動軸に固着されたロータと、前記ロータに連結部を介して結合している斜板と、シューを介して前記斜板と連動し、前記シリンダボアに配置されたピストンと、前記リアハウジングに設けられた、請求項１に記載の容量制御弁機構とを備えたことを特徴とする可変容量圧縮機。