JP2008223664A - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】可変容量圧縮機の吸入圧力に基づいて弁部の開閉制御を行う可変容量圧縮機用制御弁を、簡易な構成で実現する。
【解決手段】可変容量圧縮機用制御弁によれば、ボディ５のソレノイド３とは反対側の端部にパワーエレメント６が設けられる。弁体２２の有効受圧面積Ａと感圧部材の有効受圧面積Ｂとを実質的に等しくすることで、弁体２２に作用するクランク圧力Ｐｃが実質的にキャンセルされる。その結果、弁体２２は、実質的に吸入圧力Ｐｓを感知して弁部の開閉動作を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は可変容量圧縮機用制御弁に関し、特に自動車用空調装置の冷凍サイクルを構成する可変容量圧縮機の吐出容量を制御するのに好適な可変容量圧縮機用制御弁に関する。

自動車用空調装置は、一般に、その冷凍サイクルを流れる冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒にして吐出する圧縮機、そのガス冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮された液冷媒を断熱膨張させることで低温・低圧の冷媒にする膨張装置、その冷媒を蒸発させることにより車室内空気との熱交換を行う蒸発器等を備えている。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻され、冷凍サイクルを循環する。

この圧縮機は、車両の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ため、回転数制御を行うことができない。そこで、エンジンの回転数によらず適切な冷房能力を得るために、冷媒の吐出容量を可変できる可変容量圧縮機が用いられている。

このような可変容量圧縮機では、エンジンによって回転駆動される軸に取り付けられた揺動板に圧縮用のピストンが連結されている。そして、揺動板の角度を変化させてピストンのストロークを変えることにより冷媒の吐出量を調整するようにしている。この揺動板の角度は、密閉されたクランク室内に吐出冷媒の一部を導入し、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることによって連続的に変えられる。クランク室内の圧力（以下「クランク圧力」という）Ｐｃは、可変容量圧縮機の吐出室とクランク室との間、またはクランク室と吸入室との間に設けられた可変容量圧縮機用制御弁により制御される。

このような可変容量圧縮機用制御弁として、吸入圧力Ｐｓに応じてクランク室への冷媒の導入量を調整することにより、クランク圧力Ｐｃを制御するものがある。この可変容量圧縮機用制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感知して変位する感圧部と、感圧部の駆動力を受けて吐出室からクランク室へ通じる通路を開閉制御する弁部と、感圧部の設定値を外部電流によって可変できるソレノイドとを備える。このような可変容量圧縮機用制御弁は、吸入圧力Ｐｓが外部電流により設定された設定圧力に保持されるように弁部を開閉する。一般に、吸入圧力Ｐｓは蒸発器出口の冷媒温度に比例するため、その設定圧力を所定値以上に保持することにより、蒸発器の凍結等を防止できる。また、ソレノイドが非通電のときには弁部が全開状態となり、クランク圧力Ｐｃを吐出圧力Ｐｄに近い圧力に維持でき、これによって揺動板が回転軸に対してほぼ直角になり、可変容量圧縮機を最小容量で運転させることができる。エンジンと回転軸とが直結されていても、実質的に吐出容量をゼロに近くすることができる。

近年、このような可変容量圧縮機用制御弁として、ソレノイドを圧力室外に配置することにより、ソレノイドの部分についての耐圧を考慮しなくてよいものも提案されている。例えば、ソレノイドのプランジャを第１プランジャと第２プランジャの２つに分割して両者間に吸入圧力Ｐｓを感知する薄膜状の感圧部材を配置し、分割された第２プランジャ側でクランク圧力Ｐｃを制御する弁部の開度制御を行うようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−２１４０５９号公報

しかしながら、このようなプランジャ分割型の可変容量圧縮機用制御弁は、ソレノイド力を弁部へ伝達するプランジャを２つに分割し、その間に感圧部材を配置することから構造が複雑になる。また、このような可変容量圧縮機用制御弁は、ソレノイドのオン／オフごとに第１プランジャと第２プランジャとが感圧部材を挟んで連結／解除され、従来１つのプランジャで実現していた機能を２つのプランジャの協働により実現する。このため、感圧部材を介して隔てられる両プランジャ間で構造面および機能面で整合をとる必要があり、その点において煩雑であった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、可変容量圧縮機の吸入圧力に基づいて弁部の開閉制御を行う可変容量圧縮機用制御弁を、簡易な構成で実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の可変容量圧縮機用制御弁は、可変容量圧縮機の吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御して、可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる。この可変容量圧縮機用制御弁は、内部に冷媒通路が形成されたボディと、吐出室とクランク室とを連通させる冷媒通路を形成する弁孔に接離可能に配置され、その一端側でクランク室のクランク圧力を受ける一方、他端側で吸入室の吸入圧力を受け、軸線方向に動作して弁部を開閉する弁体と、ボディの一端側に設けられたハウジングと、ハウジング内をクランク圧力が導入される開放空間と密閉空間とに仕切るように配設され、弁部の開閉方向に変位する薄膜または薄板状の感圧部材とを含み、感圧部材の軸線方向の変位による駆動力を弁体へ付与可能な感圧部と、ボディの他端側に設けられ、供給される電流量に応じた閉弁方向のソレノイド力を弁体に付与可能なソレノイドと、を備える。

そして、弁体の有効受圧面積と感圧部材の有効受圧面積とが実質的に等しく形成されることにより弁体に作用するクランク圧力が実質的にキャンセルされ、吸入圧力が電流量に応じた設定圧力となるよう、弁体が自律的に動作するように構成されている。

この態様によると、ボディのソレノイドとは反対側の端部に感圧部が設けられる。このため、感圧部材を弁体とソレノイドとの間に配置する必要がなく、可変容量圧縮機用制御弁を簡易な構成で実現することができる。

本発明によれば、可変容量圧縮機の吸入圧力に基づいて弁部の開閉制御を行う可変容量圧縮機用制御弁を、簡易な構成で実現することができる。

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。なお、以下の説明においては、便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を上下と表現することがある。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。

可変容量圧縮機用制御弁１は、可変容量圧縮機に設けられた所定の冷媒通路に配設され、可変容量圧縮機の吸入圧力Ｐｓを設定圧力に保つように、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御するいわゆるＰｓ感知弁として構成されている。

可変容量圧縮機用制御弁１は、吐出冷媒の一部をクランク室へ導入するための冷媒通路を開閉する弁部を含む弁本体２と、その弁部の開度を調整してクランク室へ導入する冷媒流量を制御するソレノイド３とを、接続部材４を介して一体に組み付けて構成される。

弁本体２は、段付円筒状のボディ５、ボディ５の内部に設けられた弁部、ボディ５の上端に設けられて弁部を開閉するための駆動力を発生するパワーエレメント６（「感圧部」に該当する）等を備えている。

ボディ５の側部には、可変容量圧縮機の吐出室に連通して吐出圧力Ｐｄを受けるポート１１（「吐出室連通ポート」に該当する）が設けられている。ポート１１は、ボディ５の上端部に設けられたポート１３（「クランク室連通ポート」に該当する）と内部で連通している。ポート１３は、可変容量圧縮機のクランク室に連通し、そのクランク室に弁部を介して制御された圧力であるクランク圧力Ｐｃを導出する。

ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路には、パワーエレメント６を構成するハウジング５０（後に詳述する）の下部が挿通されており、その内部通路により弁孔１５が形成されている。また、ハウジング５０において弁孔１５の吐出室側の開口端縁により弁座１６が形成されている。さらに、弁孔１５を貫通するように、円柱状の伝達ロッド１７が挿通されており、ハウジング５０によって摺動可能に支持されている。この伝達ロッド１７の外周面に設けられた凹部１８と弁孔１５との間隙により、ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路が形成される。伝達ロッド１７の上端は、パワーエレメント６を構成するダイヤフラム１９に当接可能となっている。

また、弁座１６に吐出室側から対向して、長尺円柱状の作動ロッド２１の一端部からなる弁体２２が接離自在に配置されている。作動ロッド２１は、ボディ５の中央に設けられたガイド孔２３に摺動可能に軸支されている。弁体２２は、弁孔１５の上流側で吐出室に連通する圧力室２４に配置され、その先端面の外周縁が弁座１６に着脱することにより弁孔１５を開閉する。作動ロッド２１の上端面は、伝達ロッド１７の下端面に下方から当接し、これを軸線方向に支持している。なお、本実施の形態では、作動ロッド２１の一端部により弁体２２が形成されるとしたが、作動ロッド２１の全体を弁体と捉えることもできる。

ボディ５の下部は、有底円筒状の接続部材４に圧入されている。なお、このボディ５の接続部材４への圧入量によりソレノイド３の磁気ギャップを設定可能となっている。接続部材４の底部近傍の側部には内外を連通する連通孔が設けられており、ボディ５の下端部と接続部材４の底部との間には、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２６（「吸入室連通ポート」に該当する）が形成されている。ポート２６は、ボディ５の下端中央に設けられた所定深さの開口孔２７に連通している。ボディ５とソレノイド３とにより囲まれたこの開口孔２７が位置する内部空間は、吸入圧力Ｐｓが導入される圧力室２８を形成する。なお、吸入圧力Ｐｓはソレノイド３の内部にも導入可能となっている。さらに、作動ロッド２１とボディ５との間には、作動ロッド２１を開弁方向に付勢するスプリング３０が介装されている。

一方、ソレノイド３は、ヨークとしても機能するケース３１と、ケース３１内に固定されたコア３２と、コア３２と軸線方向に対向配置されたプランジャ３３と、外部からの供給電流により磁気回路を生成する電磁コイル３４とを備えている。接続部材４とソレノイド３とは、接続部材４の下端部とケース３１の上端部とを突き合わせ、その接合部をコア３２の上端部を加締めることにより固定することで連結されている。

コア３２には、その中央を軸線方向に貫通する挿通孔３５が設けられており、ソレノイド力を弁体２２へ伝達するためのシャフト３６を挿通している。コア３２の上端部には、リング状の軸受け部材３８が圧入されており、シャフト３６の上端部がこの軸受け部材３８に摺動可能に支持されている。圧力室２８内の吸入圧力Ｐｓは、シャフト３６と軸受け部材３８との微少な間隙を介してソレノイド３の内部にも導入可能となっている。

コア３２には、また、下端が閉じた有底スリーブ３９が外挿されている。有底スリーブ３９内においては、プランジャ３３がコア３２の下方で軸線方向に進退可能に配置されている。有底スリーブ３９は、その下端部が縮管されており、その縮管部によってシャフト３６の下端部を摺動可能に軸支している。プランジャ３３は、円筒状をなし、シャフト３６の下半部に圧入されている。

ケース３１の下端開口部には、ソレノイド３の内部を下方から封止するように樹脂材からなる取っ手４０が設けられている。この取っ手４０には、ケース３１とともに磁気回路を構成する磁性部材からなるカラー４２が埋設されている。取っ手４０はまた、電磁コイル３４につながる端子の一端を露出させるコネクタ部としても機能する。

以上のように構成された可変容量圧縮機用制御弁１は、取り付け用のワッシャ４５を介して可変容量圧縮機１００の所定の冷媒通路内に固定される。

次に、感圧部および弁部周辺の構成および動作について詳細に説明する。
図２は、図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。同図は、可変容量圧縮機用制御弁が大気に放置された状態を表している。

パワーエレメント６は、ボディ５の上端開口部に固定された中空のハウジング５０と、ハウジング５０内を密閉空間Ｓ１と開放空間Ｓ２とに仕切るように配設された金属薄膜からなるダイヤフラム１９と、密閉空間Ｓ１に配置された金属薄板からなる皿ばね５１とを含んで構成されている。ダイヤフラム１９は、例えばベリリウム銅やステンレス鋼等の金属薄板からなるものでもよい。皿ばね５１は、例えばステンレス鋼からなるものでもよい。さらに、ダイヤフラム１９と皿ばね５１との間には、両者間の摩耗を抑制するための薄膜状の耐摩耗シート５２（「薄膜状部材」に該当する）が介装されている。この耐摩耗シート５２によりダイヤフラム１９の寿命を長くしている。この耐摩耗シート５２としては、例えばテフロン（登録商標）などのフッ素樹脂からなる薄膜シートあるいはポリイミドフィルム等を使用することができる。開放空間Ｓ２が弁孔１５に連通している。本実施の形態では、ダイヤフラム１９と皿ばね５１とを重ねて構成された部材が「感圧部材」として機能する。

ハウジング５０は、いずれもステンレス等をプレス成形して得られた皿状の第１ハウジング５３および第２ハウジング５４からなり、これらの開口部を突き合わせてその外縁部にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２の外縁部を挟むようにして組み付けられる。すなわち、ハウジング５０は、第１ハウジング５３側に皿ばね５１を配置するとともに、第１ハウジング５３と第２ハウジング５４との間にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２を挟んだ状態でその接合部に沿って外周溶接（ＴＩＧ溶接）が施されることにより、容器状に形成されている。両ハウジングの溶接は真空雰囲気内で行われ、その溶接の後、第１ハウジング５３の底部中央に形成された真空引き用の孔部を封止するようにボール部材５５を溶接する。このため、密閉空間Ｓ１は真空状態となっているが、密閉空間Ｓ１内に大気等を満たすようにしてもよい。密閉空間Ｓ１に配置された皿ばね５１は、ダイヤフラム１９に沿って中央部が下側にやや膨らんだ凸形状をなしている。このため、パワーエレメント６が大気に放置された状態ではダイヤフラム１９も皿ばね５１に沿った凸形状となる。

第２ハウジング５４は、その中央部が下方に円筒状に延出してボス部５７となっており、そのボス部５７がボディ５の上端開口部に圧入されている。ボス部５７の下部により弁孔１５が形成されている。第２ハウジング５４には、その内外を連通する複数の連通孔５８が設けられており、第２ハウジング５４、ダイヤフラム１９および弁体２２（作動ロッド２１）に囲まれた空間が、ポート１３および開放空間Ｓ２に連通する圧力室２９を形成している。ダイヤフラム１９には、この圧力室２９に導入されるクランク圧力Ｐｃが作用する。

一方、伝達ロッド１７は円柱状をなし、曲面状の上端面中央がダイヤフラム１９の下面中央に当接している。伝達ロッド１７の側面には、圧力室２９とを連通する凹部１８が形成されている。伝達ロッド１７の下面はフラットになっており、作動ロッド２１のフラットな上端面に当接している。本実施の形態において、伝達ロッド１７と作動ロッド２１とは固定されておらず、両者のそれぞれに加わる力の関係によっては離間可能となるが、変形例においてはこれらが一体に固定あるいは、一体成形されていてもよい。その場合、伝達ロッド１７はボス部５７に対して摺動する必要はなく、両者の間に冷媒通路となる間隙が形成されていてもよい。

ガイド孔２３のポート１１側の開口端縁には、ポリイミドフィルム等からなる薄膜状のダイヤフラム６０（「シール部材」に該当する）が配設されている。作動ロッド２１がこのダイヤフラム６０の中央部を貫通しているが、ダイヤフラム６０の内縁が作動ロッド２１の外周面に密着しているため、ダイヤフラム６０の上下で冷媒の漏洩が防止され、吐出圧力Ｐｄが圧力室２８に及び難くなっている。作動ロッド２１の軸線方向中央部の外周面には、凹部２５が形成されている。この凹部２５は、仮にポート１１から導入された冷媒がポート２６側に漏れた場合に、その冷媒に含まれるごみを滞留させ、作動ロッド２１の摺動部の間隙に詰まるのを防止する。

本実施の形態においては、弁体２２の有効受圧面積Ａ（弁孔１５の断面積と実質的に等しい）と、ダイヤフラム１９および皿ばね５１からなる感圧部材のみかけの有効受圧面積Ｂとが実質的に等しく形成されている。なお、ここでいう「みかけの有効受圧面積」とは、感圧部材を制御点近傍の所定位置まで軸線方向に一定量変位させるのに要する軸線に沿った集中荷重を、同時に感圧部材の前後に付与する等分布圧力を変化させて測定し、その集中荷重の変化量をその等分布圧力の変化量にて除算して得られる面積として定義される。なお、ここでいう「制御点」とは、ソレノイド３がオンにされた制御状態における感圧部材の中央部の位置を意味し、感圧部材がほぼフラットになった状態に対応する。

具体的には、感圧部材の片側（例えば凸側）に等分布圧力Ｐ＝Ｐ１を付与した状態でその中心に軸線に沿った集中荷重Ｆを付与する。このとき、その感圧部材がフラットな形状まで変位するのに集中荷重Ｆ＝Ｆ１を要したとする。一方、同様に感圧部材の片側に等分布圧力Ｐ＝Ｐ２を付与した状態で集中荷重Ｆを付与する。このとき、その感圧部材がフラットな形状まで変位するのに集中荷重Ｆ＝Ｆ２を要したとする。このとき、みかけの有効受圧面積Ｂは、下記式（１）により算出される。
Ｂ＝ΔＦ／ΔＰ ・・・（１）
ΔＦ＝｜Ｆ２−Ｆ１｜
ΔＰ＝｜Ｐ２−Ｐ１｜

すなわち、感圧部材の形状はその軸線方向への変位にともなってやや変化するため、微視的にみればその有効受圧面積もその変位にともなって変化する。ここでは、感圧部材の平均的な有効受圧面積として「みかけの有効受圧面積」を用いている。

なお、変形例においては、ソレノイド３がオンにされた制御状態における感圧部材の軸線方向の変位による密閉空間Ｓ１の体積変化を、その軸線方向の変位量で除算して得られる面積を、みかけの有効受圧面積Ｂとしてもよい。

このように、弁体２２の有効受圧面積Ａと感圧部材のみかけの有効受圧面積Ｂとを実質的に等しくしたため、感圧部材、伝達ロッド１７および作動ロッド２１の結合体に作用するクランク圧力Ｐｃによる力が実質的にキャンセルされる。その結果、弁体２２は、ソレノイド３がオンにされた制御状態においては、圧力室２８にて受ける吸入圧力Ｐｓに基づいて開閉動作することになる。つまり、可変容量圧縮機用制御弁１は、いわゆるＰｓ感知弁として機能することになる。

すなわち、感圧部材による付勢力ｆｓ(x)（ｘ：軸線方向の変位量）、ソレノイド力ｆ(i)（ｉ：供給される電流値）、スプリング３０による付勢力ｆｓとすると、弁体２２に作用する力として、概ね下記式（２）のような力のつり合いの関係がある。

Ａ・Ｐｓ＝ｆｓ(x)−ｆ(i)＋ｆｓ＋（Ａ−Ｂ）・Ｐｃ ・・・（２）
ここで、Ａ＝Ｂとすると、下記式（３）が成立する。
Ｐｓ＝（ｆｓ(x)−ｆ(i)＋ｆｓ）／Ａ ・・・（３）
ここで、制御状態において弁体２２の変位が安定すると、ｆｓ(x)およびｆｓはほとんど変化しないため、吸入圧力Ｐｓはソレノイド力ｆ(i)に応じて決まることになる。

本実施の形態の感圧部材は、ダイヤフラム１９および皿ばね５１の個々の剛性を合わせた剛性を有し、ダイヤフラム１９のしなやかさを保持する一方、皿ばね５１によって耐圧強度が高められている。皿ばね５１は、片側に凸状に膨らんだ形状を有するため、その凸部側から荷重が負荷されると、その荷重が小さい間は変形量も小さいが、荷重が大きくなるにつれてフラットになる側に徐々に変形し、さらに荷重が大きくなると反転して中央部が大きく変位する。このため、感圧部材の荷重に対する変形の特性は全体としてみれば非線形となるが、その形状がフラットになる前後の所定の変位幅においては線形性を有する。本実施の形態では、この線形領域を制御領域に利用することにより、正確な弁開度制御を行っている。

このダイヤフラム１９および皿ばね５１からなる感圧部材を変位させるのに要する吸入圧力Ｐｓは、ソレノイド３に供給する電流量を変化させることによって変更することができる。つまり、供給電流値を変化させてソレノイド力ｆ(i)が変化すると、それに合わせて吸入圧力Ｐｓによる力も変化する。さらに、パワーエレメント６のボディ５に対する圧入量を変化させることにより、皿ばね５１の設定荷重を微調整することもできる。これにより、吸入圧力Ｐｓがソレノイド３に供給する電流量により設定された設定圧力になるように、弁体２２が動作するようになる。

図３および図４は、可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。各図は図２に対応する部分拡大断面図である。図３は、ソレノイド３がオフにされ、クランク圧力Ｐｃが高いときの状態を示している。図４は、ソレノイド３がオンにされ、弁部が微少開度に保持された制御状態を示している。

ソレノイド３の非通電状態においてクランク圧力Ｐｃが高くなると、図３に示すように、開放空間Ｓ２に導入されたそのクランク圧力Ｐｃと、密閉空間Ｓ１内の内部圧力との差圧が大きくなり、その差圧による荷重がダイヤフラム１９および皿ばね５１に作用する。このため、皿ばね５１がその周縁部を支点にしてその凸形状が反転する側に弾性変形し、第１ハウジング５３の内壁にほぼ沿うようになる。本実施の形態では、このように皿ばね５１が第１ハウジング５３の内壁面によって係止されるため、完全に反転する手前の状態に保持される。その結果、クランク圧力Ｐｃが低くなれば、皿ばね５１がその弾性力により元の形状に復帰できる。言い換えれば、第１ハウジング５３は、このように皿ばね５１が反転する手前の状態に変形したときの形状に沿う浅い形状に形成されている。これは、パワーエレメント６ひいては可変容量圧縮機用制御弁１のコンパクト化に寄与している。

一方、ソレノイド３に通電された安定した制御状態においては、図４に示すように、シャフト３６を介してソレノイド力が弁体２２に伝達される。それにより、弁体２２は、クランク圧力Ｐｃを感知して動作するパワーエレメント６による開弁方向の力、スプリング３０による開弁方向の付勢力、ソレノイド３による閉弁方向のソレノイド力等がつり合った位置に変位する。上述のように、弁体２２は、実質的に吸入圧力Ｐｓを感知して自律的に動作し、弁部を所定開度に制御する。本実施の形態では、この安定した状態において図示のように皿ばね５１がほぼフラットになるように設定されている。

次に、可変容量圧縮機用制御弁の全体の動作について説明する。
図１に示した可変容量圧縮機用制御弁１において、ソレノイド３が非通電のときには、スプリング３０の付勢力により弁体２２が弁座１６から離間して弁部が全開状態に保持される。このとき、可変容量圧縮機の吐出室からポート１１に導入された吐出圧力Ｐｄの高圧冷媒は、全開状態の弁部を通過し、ポート１３からクランク室へと流れることになる。したがって、クランク圧力Ｐｃが吐出圧力Ｐｄに近い圧力になるため、可変容量圧縮機は最小容量運転を行うことになる。

一方、自動車用空調装置の起動時または冷房負荷が最大のときには、ソレノイド３に供給される電流値は最大になり、プランジャ３３は、コア３２に最大の吸引力で吸引される。このとき、プランジャ３３、シャフト３６、作動ロッド２１、伝達ロッド１７、およびダイヤフラム１９等が、一体になって閉弁方向に動作し、弁体２２が弁座１６に着座する。この閉弁動作によってクランク圧力Ｐｃが低下するため、可変容量圧縮機は最大容量運転を行うことになる。

そして、ソレノイド３に供給される電流値が所定値に設定された制御状態においては、弁体２２は、クランク圧力Ｐｃを感知して動作するパワーエレメント６による開弁方向の力と、スプリング３０による開弁方向の付勢力と、ソレノイド３による閉弁方向のソレノイド力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。上述のようにクランク圧力Ｐｃがキャンセルされるため、弁体２２には冷媒圧力として実質的に吸入圧力Ｐｓのみが作用することになる。

このバランスが取れた状態で、エンジンの回転数とともに可変容量圧縮機の回転数が上がって吐出容量が増えると、吐出圧力Ｐｄが上がって吸入圧力Ｐｓが下がる。その結果、弁体２２は、さらにリフトして吐出室からクランク室へ流す冷媒の流量を増やす。これにより、クランク圧力Ｐｃが上昇し、可変容量圧縮機は、その吐出容量を減少させる方向に動作し、吸入圧力Ｐｓが設定圧力になるように制御される。エンジンの回転数が低下した場合には、その逆の動作が行われ、吸入圧力Ｐｓが設定圧力になるように制御される。すなわち、可変容量圧縮機用制御弁１においてはソレノイド３に供給される電流量により設定圧力が設定される。弁体２２は、吸入圧力Ｐｓがその設定圧力に近づくように自律的に動作する。

以上に説明したように、本実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁１によれば、ボディ５のソレノイド３とは反対側の端部にパワーエレメント６が設けられる。このため、ボディ５とソレノイド３との間にダイヤフラム１９を介装させる態様のように、感圧部の構成が複雑になることがない。また、ソレノイド３のプランジャを分割する構成とする必要もなくなる。その結果、簡易な構成で実現することができる。また、パワーエレメント６内にダイヤフラム１９に加えて皿ばね５１を設けた構成としたため、感圧部材の耐圧強度を高く保持することができる。さらに、パワーエレメント６のハウジング５０の形状を皿ばね５１の形状に合わせるようにしたため、パワーエレメント６そのもの、ひいては可変容量圧縮機用制御弁１をコンパクトに構成することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁は、感圧部の構成が異なる点を除けば第１の実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁とほぼ同様の構成を有する。このため、上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図５は、第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。

可変容量圧縮機用制御弁２０１において、弁本体２０２のボディ５の上端開口部には、パワーエレメント２０６が固定されている。

パワーエレメント２０６は、第１の実施の形態のパワーエレメント６とは異なる構成を有する。ハウジング２５０は、第１ハウジング２５３と第２ハウジング２５４との間にダイヤフラム１９を介装するが、皿ばね５１とダイヤフラム１９との間に、図２に示された耐摩耗シート５２のような薄膜状部材は設けられていない。一方、第１ハウジング２５３と皿ばね５１との間には、皿ばね５１の荷重を調整するためのスプリング２１０が介装されている。第１ハウジング２５３は、ボール部材５５が接合された中央部とダイヤフラム１９を挟む周縁部との間の中間部の肉厚が小さくなるように形成されており、パワーエレメント２０６をボディ５に圧入した後に、第１ハウジング２５３の薄肉部を変形させてスプリング２１０による荷重の微調整ができるようになっている。

また、第２ハウジング２５４のボス部２５７がボディ５の上端開口部に圧入されているが、その下端内周縁がテーパ状に形成されて弁座２１６を構成している。このテーパ形状により、弁孔１５の下端の断面積とガイド孔２３の断面積とを正確に一致させ、弁体２２に吸入圧力Ｐｓ以外の冷媒圧力が実質的にキャンセルされて作用しないようにしている。

本実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁２０１も、ボディ５のソレノイド３とは反対側の端部にパワーエレメント２０６が設けられているため、簡易な構成で実現される。さらに、パワーエレメント２０６のボディ５への圧入量により皿ばね５１による設定荷重を調整し、第１ハウジング２５３の変形によりこれを微調整することもでき、開弁特性の設定を比較的容易に行えるというメリットもある。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁は、弁部等の構成が異なる点を除けば第１の実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁とほぼ同様の構成を有する。このため、上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図６は、第３の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。

可変容量圧縮機用制御弁３０１において、弁本体３０２のポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路には、弁孔１５を貫通するように長尺円筒状の伝達ロッド３１７（「伝達部」に該当する）が挿通されており、この伝達ロッド３１７と弁孔１５との間隙により、ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路が形成される。伝達ロッド３１７の上端は、パワーエレメント６を構成するダイヤフラム１９に当接可能となっている。

また、弁座１６に吐出室側から対向して、長尺有底円筒状の作動ロッド３２１の一端部からなる弁体２２が接離自在に配置されている。作動ロッド３２１は、ガイド孔２３に摺動可能に軸支されている。作動ロッド３２１の上端部には、伝達ロッド３１７の下端部が挿通され、一体的に連結されている。なお、本実施の形態では、作動ロッド３２１の一端部により弁体２２が形成されるとしたが、作動ロッド３２１の全体を弁体と捉えることもできる。

伝達ロッド３１７は、その上端開口部の先端３２０がＲ形状に形成されており、ダイヤフラム１９の下面中央に当接している。一方、作動ロッド３２１は、その上半部が段付円筒状をなし、その上端開口部３３０に伝達ロッド３１７の下端部が圧入されている。作動ロッド３２１の側部には、内部通路３１９と圧力室２８とを連通させる連通孔３２３が形成されている。

このような構成により、ポート２６を介して導入された吸入圧力Ｐｓは、作動ロッド３２１の内部通路３１９および伝達ロッド３１７の内部通路３１８に導入される。ソレノイド３がオンにされた制御状態においては、伝達ロッド３１７の先端３２０とダイヤフラム１９との当接状態が保持され、内部通路３１８が圧力室２９に対して封止された状態となる。このとき、ダイヤフラム１９および皿ばね５１にて構成される感圧部材の駆動力が、伝達ロッド３１７を介して弁体２２に伝達される。一方、ソレノイド３がオフにされた状態でクランク圧力Ｐｃが高くなると、伝達ロッド３１７がダイヤフラム１９から離間して内部通路３１８を圧力室２９に対して開放し、ポート２６とポート１３とを連通させる。その結果、弁体２２の前後差圧が小さくなり、再びソレノイド３をオンにしたときに、全開状態にある弁体２２が速やかに閉弁方向に動作して制御状態へ移行できるようになる。

なお、ボディ５とソレノイド３とを接続する接続部材３０４には絞り部となるオリフィス３２２が設けられ、このオリフィス３２２によってポート２６が形成されている。オリフィス３２２が設けられたことにより、伝達ロッド３１７の先端３２０が開放されてポート１３のクランク圧力Ｐｃが圧力室２８に導入されたとしても、ポート１３を介して導出される吸入圧力Ｐｓへの影響が大きくならないようになっている。

図７および図８は、可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。図７は、ソレノイド３がオンにされ、弁部が微少開度に保持された制御状態を示している。図８は、ソレノイド３がオフにされ、クランク圧力Ｐｃが高いときの状態を示している。

ソレノイド３に通電された安定した制御状態においては、図７に示すように、伝達ロッド３１７の先端３２０とダイヤフラム１９との当接状態が保持され、内部通路３１８が圧力室２９に対して封止された状態となる。このとき、ダイヤフラム１９および皿ばね５１にて構成される感圧部材の駆動力が、伝達ロッド３１７を介して弁体２２に伝達される。弁体２２は、実質的に吸入圧力Ｐｓを感知して、その吸入圧力Ｐｓがソレノイド３に供給された電流量に応じた設定圧力となるように自律的に動作する。その結果、弁部が所定開度に制御される。本実施の形態では、この安定した状態において図示のように皿ばね５１がほぼフラットになるように設定されている。

一方、ソレノイド３の非通電状態において吸入圧力Ｐｓが高くなると、図８に示すように、開放空間Ｓ２に導入されたそのクランク圧力Ｐｃと、密閉空間Ｓ１内の内部圧力との差圧が大きくなり、その差圧による荷重がダイヤフラム１９および皿ばね５１に作用する。このため、皿ばね５１がその周縁部を支点にしてその凸形状が反転する側に弾性変形し、第１ハウジング５３の内壁にほぼ沿うようになる。一方、弁体２２は、作動ロッド３２１がスプリング３０により開弁方向に付勢されているため、弁部が全開状態となり、可変容量圧縮機用制御弁３０１の運転状態は最小容量運転に移行する。一方、伝達ロッド３１７の先端３２０がダイヤフラム１９から離間して内部通路３１８を圧力室２９に対して開放し、ポート２６とポート１３とを連通させる。その結果、弁体２２の前後差圧が小さくなり、再びソレノイド３をオンにしたときに、全開状態にある弁体２２が速やかに閉弁方向に動作して制御状態へ移行できるようになる。

以上に説明したように、本実施の形態の可変容量圧縮機用制御弁３０１も、ボディ５のソレノイド３とは反対側の端部にパワーエレメント６が設けられているため、簡易な構成で実現される。さらに、ソレノイド３がオフにされてクランク圧力Ｐｃが高いときに、ポート１３とポート２６とを連通させることができる構成としたことで、最小容量運転から制御状態への制御の応答性を高めることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

例えば、上記各実施の形態においては、感圧部としてのパワーエレメントを、ハウジングと、これを密閉空間と開放空間とに仕切る金属製のダイヤフラムと、密閉空間に配置されてダイヤフラムの剛性を補う皿ばねとを含んで構成する例を示した。図９は、変形例に係る感圧部の構成を表す部分断面図である。同図においては、図１に示したパワーエレメント６と同様の構成部分については同一の符号を付している。

この変形例では、パワーエレメント４０６を構成する感圧部材として、比較的厚みのある金属製のダイヤフラム４１９を用いる。このダイヤフラム４１９は、薄膜状の本体の中央部にて片面側に突出する凸部４２０を有する。ダイヤフラム４１９の周縁部は、第１ハウジング５３と第２ハウジング５４との間に挟まれるように、ハウジング５０に固定されている。ダイヤフラム４１９は、その凸部４２０の部分において皿ばねのような反転動作が可能なものであるが、この例においても反転側に変形したときには第１ハウジング５３により係止されるため、反転動作の手前の段階までしか変形しないようになっている。つまり、ダイヤフラム４１９そのものが皿ばねのような機能を有しているため、別部材として皿ばねを設ける必要がない。

あるいは逆に、ダイヤフラムをなくし、皿ばねをハウジングに直接固定する構成としてもよい。例えば図９のダイヤフラム４１９を皿ばねに置き換え、その周縁部が第１ハウジング５３と第２ハウジング５４との間に挟まれるようにして、溶接等によりハウジング５０に固定してもよい。ただし、変形例のように可撓性を有するダイヤフラムを用いるほうが、皿ばねよりもしなやかな動作を実現することができ、所望の特性を得やすいというメリットがあると考えられる。

また、上記第１の実施の形態では、ガイド孔２３のポート１１側の開口部にシール部材としてのダイヤフラム６０を設けた構成を示したが、作動ロッド３２１のガイド孔２３との摺動部近傍にシール用のＯリング等を取り付けるようにしてもよい。

第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。 図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。 可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。 可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。 第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。 第３の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の上半部に対応する部分拡大断面図である。 可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。 可変容量圧縮機用制御弁の動作を表す説明図である。 変形例に係る感圧部の構成を表す部分断面図である。

符号の説明

１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ２ 弁本体、 ３ ソレノイド、 ５ ボディ、 ６ パワーエレメント、 １１ ポート、 １３ ポート、 １５ 弁孔、 １６ 弁座、 １７ 伝達ロッド、 １９ ダイヤフラム、 ２１ 作動ロッド、 ２２ 弁体、 ２３ ガイド孔、 ２４ 圧力室、 ２６ ポート、 ２８ 圧力室、 ２９ 圧力室、 ３０ スプリング、 ５０ ハウジング、 ５２ 耐摩耗シート、 ６０ ダイヤフラム、 １００ 可変容量圧縮機、 ２０１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ２０２ 弁本体、 ２０６ パワーエレメント、 ２１６ 弁座、 ２５０ ハウジング、 ３０１ 可変容量圧縮機用制御弁、 ３０２ 弁本体、 ３１７ 伝達ロッド、 ３１８ 内部通路、 ３１９ 内部通路、 ３２１ 作動ロッド、 ３２２ オリフィス、 ４０６ パワーエレメント、 ４１９ ダイヤフラム、 ４２０ 凸部、 Ｓ１ 密閉空間、 Ｓ２ 開放空間。

Claims (13)

1. 可変容量圧縮機の吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御して、可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる可変容量圧縮機用制御弁において、
   内部に冷媒通路が形成されたボディと、
   前記吐出室と前記クランク室とを連通させる冷媒通路を形成する弁孔に接離可能に配置され、その一端側で前記クランク室のクランク圧力を受ける一方、他端側で吸入室の吸入圧力を受け、軸線方向に動作して弁部を開閉する弁体と、
   前記ボディの一端側に設けられたハウジングと、前記ハウジング内を前記クランク圧力が導入される開放空間と密閉空間とに仕切るように配設され、前記弁部の開閉方向に変位する薄膜または薄板状の感圧部材とを含み、前記感圧部材の軸線方向の変位による駆動力を前記弁体へ付与可能な感圧部と、
   前記ボディの他端側に設けられ、供給される電流量に応じた閉弁方向のソレノイド力を前記弁体に付与可能なソレノイドと、
   を備え、
   前記弁体の有効受圧面積と前記感圧部材の有効受圧面積とが実質的に等しく形成されることにより前記弁体に作用する前記クランク圧力が実質的にキャンセルされ、前記吸入圧力が前記電流量に応じた設定圧力となるよう、前記弁体が自律的に動作するように構成されたことを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
2. 前記感圧部材の有効受圧面積は、前記感圧部材を制御点近傍の所定位置まで軸線方向に一定量変位させるのに要する軸線に沿った集中荷重を、同時に前記感圧部材の前後に付与する等分布圧力を変化させて測定し、その集中荷重の変化量をその等分布圧力の変化量にて除算して得られるみかけの有効受圧面積として定義されることを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
3. 前記感圧部材は、ダイヤフラムと、前記密閉空間内に前記ダイヤフラムに沿うように配設され、前記弁体に対して開弁方向の付勢力を付与可能な薄板状の皿ばねとを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
4. 前記ダイヤフラムが金属製ダイヤフラムからなり、
   前記ダイヤフラムと前記皿ばねとの間に両者間の摩耗を抑制するための薄膜状部材が介装されていることを特徴とする請求項３に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
5. 前記感圧部材が金属製のダイヤフラムからなり、
   前記ダイヤフラムは、その中央部に片方の面側に突出する凸部を有し、周縁部が前記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
6. 前記感圧部材が皿ばねからなり、
   前記皿ばねの周縁部が前記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
7. 前記皿ばねは、その中央部が前記弁体側に突出した形状を有し、その周縁部を支点にして前記中央部の突出する向きが変化可能なものであることを特徴とする請求項３に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
8. 前記ハウジングの内壁が、前記皿ばねが反転する側に変形したときの形状にほぼ沿う形状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
9. 前記ボディの一端側から順に前記クランク室に連通するクランク室連通ポート、前記吐出室に連通する吐出室連通ポート、前記吸入室に連通する吸入室連通ポートが設けられ、
   前記ボディ内において、前記吐出室連通ポートと前記クランク室連通ポートとをつなぐ冷媒通路に前記弁孔が設けられる一方、前記弁体が前記吐出室連通ポートと前記吸入室連通ポートとの間に形成されたガイド孔に沿って軸線方向に摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
10. 前記弁体の前記ソレノイドとは反対側に前記弁孔を貫通するように延設されるとともに、その先端が前記感圧部材に接離可能な伝達部と、
    前記弁体および前記伝達部を貫通するように設けられた内部通路と、
    をさらに備え、
    前記伝達部は、前記ソレノイドがオンにされた制御状態においては前記感圧部材との当接状態を保持して前記内部通路を封止しつつ前記感圧部材の駆動力を前記弁体に伝達する一方、前記ソレノイドがオフにされた状態で前記クランク圧力が高くなったときには前記感圧部材から離間し、前記内部通路を開放して前記クランク室連通ポートと前記吸入室連通ポートとを連通させることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
11. 前記吸入室連通ポートをオリフィスにて構成したことを特徴とする請求項１０に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
12. 前記伝達部が前記弁体に一体に形成され、
    前記弁体に対して開弁方向の付勢力を付与する付勢部材が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
13. 前記ガイド孔の開口部に、前記吐出室連通ポート側から前記吸入室連通ポート側への冷媒の漏洩を抑制するためのシール部材が配設されていることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機用制御弁。

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