JP2008261281A - 可変容量圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】可変容量圧縮機の出口と吐出室の出口との間の冷媒通路を開閉する吐出弁におけるゴミ詰まりによる動作不良を防止する。
【解決手段】可変容量圧縮機１においては、吐出室５３の出口と可変容量圧縮機１の出口とをつなぐ冷媒通路に吐出弁７を設け、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に基づいてその冷媒通路を開閉するようにしている。吐出弁７には、吐出室５３と吸入室５１とをつなぐ冷媒通路を仕切るようにダイヤフラム６７を配置したため、その冷媒通路において高圧の吐出室５３側から低圧の吸入室５１への冷媒の流れが生じない。
【選択図】図２

Description

本発明は可変容量圧縮機に関し、特に自動車用空調装置に好適な冷凍サイクルを構成する可変容量圧縮機に関する。

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回転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。このクランク室内の圧力は、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（単に「制御弁」ともいう）により制御される。

ところで、このような可変容量圧縮機は、エンジンの大きな負荷になり得る。このため、例えば車両の急加速時や登坂走行時など、エンジンの動力を車両の推進力に振り向けたい高負荷時には、その可変容量圧縮機の負荷トルクを低減する必要がある。従来においては、この負荷トルクを一時的にカットできるように、回転軸の一端にエンジンの駆動力を伝達または遮断する電磁クラッチが設けられた可変容量圧縮機も採用されていた。しかし、低コスト化等の理由から近年では電磁クラッチを用いずにエンジンと回転軸とを直結したいわゆるクラッチレス式の可変容量圧縮機が主流になりつつある。

このクラッチレス式の可変容量圧縮機には、例えば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、その弁部を閉じ方向に作用させるような電磁力を発生させるソレノイドとを備えた外部制御方式の制御弁が用いられる。この制御弁では、ソレノイドへの通電を遮断すると弁部が全開状態となり、クランク室内の圧力（「クランク圧力」という）Ｐｃを吐出圧力Ｐｄに近い圧力に維持できる。その結果、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運転に移行させることができる。つまり、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づけることができ、それにより負荷トルクを最小化することができるのである。

このような制御弁としては、例えば可変容量圧縮機の吸入圧力Ｐｓに基づいて弁開度を調整して容量制御を行ういわゆるＰｓ感知弁や、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に基づいて容量制御を行ういわゆるＰｄ−Ｐｓ弁などが採用される。Ｐｓ感知弁は、蒸発器出口側の冷媒温度に比例する吸入圧力Ｐｓを制御するため、過剰冷房による蒸発器の凍結を防止する等の観点からは好ましい。しかし、吸入圧力Ｐｓに基づく制御であるため、吐出容量を制御するうえでは応答性に欠ける場合がある。一方、Ｐｄ−Ｐｓ弁は、吐出圧力Ｐｄ自体の大きさに基づいた容量制御を行うため、吐出容量を変化させるのに応答性が良いという利点がある。ただし、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）の制御に伴って吸入圧力Ｐｓが下がると、過剰冷房となることもあり得るため、通常は蒸発器の出口温度がフィードバックされて吸入圧力Ｐｓが下がり過ぎないような制御が行われる。

ところで、このような制御弁により可変容量圧縮機が最小容量運転に移行しても、揺動板に若干の傾きがあるため、通常はその吐出容量を完全にゼロにすることはできない。このため、特に冬場などの低温環境下においてはその僅かな冷媒の流れによって蒸発器が凍結する可能性もあり得る。また、ソレノイドへの通電を遮断した際に吐出圧力Ｐｄが急激に低下すると、一時的にその可変容量圧縮機出口の圧力Ｐｄｌが吐出室出口の圧力Ｐｄｈよりも高くなって、吐出冷媒が吐出室へ逆流する可能性もある。

これに対し、例えば可変容量圧縮機の冷媒の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に基づいて吐出室出口と可変容量圧縮機出口との間の吐出通路を開閉する吐出制御弁を設けた可変容量圧縮機も提案されている（例えば特許文献１参照）。この可変容量圧縮機では、ソレノイドの非通電時などに差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が所定値以下になると、吐出通路が遮断されて可変容量圧縮機からの冷媒の流出が阻止される。その結果、蒸発器の凍結や吐出冷媒の逆流などが防止される。
特開平１１−１７３２７４号公報

しかしながら、特許文献１の従来の構成においては、吐出制御弁が吐出室と吸入室とをつなぐ冷媒通路に配設され、その弁体が吐出通路に対して進退してこれを開閉する構成を有する。このため、吐出室から吐出された冷媒の一部が弁体の摺動部の隙間を通って吸入室側に漏洩する。その際、冷媒に含まれるゴミがその摺動部に詰まり、場合によっては弁体の円滑な動作を阻害するといった問題が生じる。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、可変容量圧縮機の出口と吐出室の出口との間の冷媒通路を開閉する吐出弁におけるゴミ詰まりによる動作不良を防止することを目的とする。

上記課題を解決する本発明のある態様の可変容量圧縮機は、冷凍サイクルを構成し、蒸発器側から吸入室に導入された冷媒を圧縮して吐出室から外部熱交換器側へ吐出する。この可変容量圧縮機は、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量、およびクランク室から吸入室へ導出する冷媒流量の少なくとも一方を制御して可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる制御弁と、吐出室と吸入室とをつなぐ第１冷媒通路に配設され、吐出室の出口と可変容量圧縮機の出口とをつなぐ第２冷媒通路に対して進退してその第２冷媒通路を開閉可能な弁体を有し、吐出室の吐出圧力と吸入室の吸入圧力との差圧が設定差圧以上になったときに開弁して第２冷媒通路を開放する吐出弁と、吐出室から吸入室への冷媒の漏洩を防止するシール部材と、を備える。

この態様によると、吐出室から吸入室への冷媒の漏洩を防止するシール部材が設けられているため、吐出室から吸入室へ向かう冷媒の流れが生じない。このため、その冷媒に含まれるゴミが吐出弁の摺動部に詰まることを防止でき、弁体の動作を円滑に保持できる。

本発明によれば、可変容量圧縮機の出口と吐出室の出口との間の冷媒通路を開閉する吐出弁におけるゴミ詰まりによる動作不良を防止できる。

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冷凍サイクルを表すシステム構成図である。
この冷凍サイクルは、車両用空調装置を構成し、冷凍サイクルを循環する冷媒を圧縮する可変容量圧縮機１、圧縮された冷媒を凝縮して冷却する凝縮器２（「外部熱交換器」に該当する）、凝縮された冷媒を断熱膨張させる膨張装置３、および膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器４を備えている。

可変容量圧縮機１は、蒸発器４側から吸入室５１に導入された冷媒ガスをシリンダ５２に導入して圧縮し、吐出室５３から凝縮器２側へ高温・高圧の冷媒を吐出する。この吐出冷媒の一部は可変容量圧縮機用制御弁５を介してクランク室５４内に導入され、可変容量圧縮機１の容量制御に供される。可変容量圧縮機用制御弁５は、ソレノイド駆動の電磁弁として構成され、制御部６により通電制御される。クランク室５４と吸入室５１とを連通する冷媒通路にはオリフィス５６が設けられており、クランク室５４内の圧力を減圧して吸入室５１側へ導出可能になっている。また、可変容量圧縮機１の吐出室５３と凝縮器２との間の冷媒通路には、後に詳述する吐出弁７が設けられている。

図２は、可変容量圧縮機の構成を表す断面図である。
可変容量圧縮機１は、そのハウジングとして、複数のシリンダ５２が形成されたシリンダブロック１０１と、その前端側に接合されたフロントハウジング１０２と、後端側にバルブプレート１０３を介して接合されたリアハウジング１０４とを備えている。シリンダブロック１０１とフロントハウジング１０２とにより囲まれた内部空間によりクランク室５４が形成されている。

クランク室５４には、その中心を貫通するように回転軸１０６が配置されている。この回転軸１０６は、シリンダブロック１０１に設けられた軸受１０７と、フロントハウジング１０２に設けられた軸受１０８とによって回転自在に支持されている。回転軸１０６にはラグプレート１０９が固定されており、そのラグプレート１０９に突設された支持アーム１１０等を介して揺動板１１１が支持されている。揺動板１１１は、回転軸１０６の軸線に対して傾動可能となっており、複数のシリンダ５２に摺動自在に配置されたピストン１１２にシュー１１４を介して連結されている。回転軸１０６は、その前端部分がフロントハウジング１０２を貫通して外部に延出しており、その先端部分にはブラケット１１７が螺着されている。また、回転軸１０６とフロントハウジング１０２との前端部分の隙間を外側からシールするように、リップシール１１５が設けられている。

フロントハウジング１０２の前端部分には、エンジンからの駆動力を伝達するプーリ１１８が軸受１１９を介して回転自在に支持されている。このプーリ１１８は、エンジンの駆動力をブラケット１１７を介して回転軸１０６に伝達する。

リアハウジング１０４の内部には、吸入室５１、吐出室５３、可変容量圧縮機用制御弁５および吐出弁７が配設されている。吸入室５１は、バルブプレート１０３に設けられた吸入用リリーフ弁１２１を介してシリンダ５２に連通するとともに蒸発器４にも連通している。吐出室５３は、バルブプレート１０３に設けられた吐出用リリーフ弁１２２を介してシリンダ５２に連通するとともに凝縮器２にも連通している。可変容量圧縮機用制御弁５は、吐出室５３とクランク室５４との間を連通する冷媒通路に配置されている。吐出弁７は、吐出室５３と吸入室５１とをつなぐ冷媒通路に配置されている。

可変容量圧縮機１の揺動板１１１は、その角度がクランク室５４内でその揺動板１１１を付勢するスプリング１２５、１２６の荷重や、揺動板１１１につながるピストン１１２の両面にかかる圧力による荷重等がバランスした位置に保持される。この可変容量圧縮機１の揺動板１１１の角度は、クランク室５４内に吐出冷媒の一部を導入してクランク圧力Ｐｃを変化させ、ピストン１１２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。この揺動板１１１の角度の変化によってピストン１１２のストロークを変えることにより、冷媒の吐出容量を調整するようにしている。このクランク室５４内の圧力は、可変容量圧縮機用制御弁５により制御される。

可変容量圧縮機用制御弁５は、可変容量圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧に基づいて自律的に弁部を開閉し、その差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が制御目標値である設定差圧（「第１の差圧」に該当する）に近づくように吐出室５３からクランク室５４に導入する冷媒流量を調整する。これにより、可変容量圧縮機１の吐出容量が変化する。

図１に戻り、制御部６は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース等を備える。制御部６は、エンジン回転数、車室内外の温度、蒸発器４の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて上記設定差圧を決定し、その設定差圧が保持されるソレノイド力が得られるように可変容量圧縮機用制御弁５への通電制御を行う。また、車両の加速時や登坂走行時などのエンジンの高負荷状態において可変容量圧縮機１の負荷トルク低減を目的とする加速カット要求があると、制御部６は、その通電を遮断または所定の下限値に抑制して、可変容量圧縮機を最小容量運転に移行させたりする。

膨張装置３は、いわゆる温度式膨張弁として構成されており、蒸発器４の出口側の冷媒温度をフィードバックしてその弁開度を調整し、熱負荷に応じた液冷媒を蒸発器４へ供給する。蒸発器４を通過した冷媒は可変容量圧縮機１に戻され、再び圧縮される。

吐出弁７は、可変容量圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が所定の開弁差圧ΔＰ（「第２の差圧」に該当する）以上になると自律的に開弁する差圧弁として構成されている。この開弁差圧ΔＰは、可変容量圧縮機１の最小容量運転時において揺動板１１１のわずかな傾きにより生じ得る吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの微少差圧よりも大きく設定される一方、容量制御時において可変容量圧縮機用制御弁５に設定され得る設定差圧よりも小さくなるように設定されている。このため、吐出弁７は、可変容量圧縮機１の最小容量運転時には閉弁状態となって凝縮器２側からの逆流を防止するが、可変容量圧縮機１の容量制御時には開弁状態を保持するので冷媒の流れを阻害することはない。

図３は、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５は、可変容量圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を設定差圧に保つように、吐出室５３からクランク室５４に導入する冷媒流量を制御するいわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧弁として構成されている。

この可変容量圧縮機用制御弁５は、吐出冷媒の一部をクランク室５４へ導入するための冷媒通路を開閉する弁本体８と、弁本体８の弁部の開度を調整してクランク室５４へ導入する冷媒流量を制御するソレノイド９とを一体に組み付けて構成される。

弁本体８は、プレス成形により得られたボディ１０の内部に弁機構を備えている。ボディ１０の上部には、可変容量圧縮機１の吐出室５３に連通して吐出圧力Ｐｄ（正確には吐出室５３の出口の圧力Ｐｄｈ）を受けるポート１１が設けられている。ポート１１は、ボディ１０の側部に設けられたポート１３と内部で連通している。ポート１３は、可変容量圧縮機１のクランク室５４に連通し、そのクランク室５４に制御されたクランク圧力Ｐｃを導出する。

ボディ１０の上部においてポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路には、円筒状の弁座形成部材１４が圧入されており、その内部通路により弁孔１５が形成されている。弁座形成部材１４のクランク室５４側の端面により弁座１６が形成されている。弁座１６にクランク室５４側から対向して、長尺状の作動ロッド１７の一端部からなる弁体１８が接離自在に配置されている。

ボディ１０の中央部には、円筒状のガイド部材１９が圧入され、その内部通路によりガイド孔２０が形成されている。作動ロッド１７は、このガイド孔２０に摺動可能に軸支されている。弁体１８は、弁孔１５の下流側でクランク室５４に連通する圧力室２１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１７の下端部とガイド部材１９の下端面との間には、作動ロッド１７をソレノイド９側、つまり開弁方向に付勢するスプリング４１が介装されている。

ボディ１０の側部のポート１３から下方に離間した位置には、吸入室５１に連通して吸入圧力Ｐｓを受けるポート２２が形成されている。ボディ１０とソレノイド９とにより囲まれたこのポート２２と連通する内部空間は、吸入圧力Ｐｓが導入される圧力室２３を形成する。吸入圧力Ｐｓは、ソレノイド９の内部にも導入される。

また、ボディ１０の上端開口部にはストレーナ２５が嵌着され、外部からポート１１への異物の流入を防止している。さらに、ボディ１０の側部にも、ポート１３を外部から覆うようにストレーナ２６が装着されている。

一方、ソレノイド９は、ヨークとしても機能する段付円筒状のケース３１と、ケース３１内に配設されたコア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。ケース３１は、その上端部が縮径してボディ１０の下端部に圧入されている。コア３２は、その上端部がケース３１の縮径部に圧入されている。

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１８へ伝達するためのシャフト２７を挿通している。コア３２の上端開口部にはリング状の軸受部材２８が圧入されており、シャフト２７の上端部を摺動可能に支持している。この軸受部材２８には連通孔２９が設けられており、この連通孔２９を介して圧力室２３内の吸入圧力Ｐｓがソレノイド９の内部に導入される。

コア３２には、また、下端が閉じた有底スリーブ３６が外挿されている。有底スリーブ３６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３６は、その下端部が縮管されており、その縮管部にリング状の軸受部材３７が圧入されている。この軸受部材３７は、シャフト２７の下端部を摺動可能に軸支している。この軸受部材３７には連通孔３８が設けられており、この連通孔３８を介して吸入圧力Ｐｓが縮管部の内部にまで導入される。一方、プランジャ３３は、段付円筒状をなし、その上部がシャフト２７の下半部に圧入されている。プランジャ３３とコア３２との間には、プランジャ３３をコア３２から離間させる方向に付勢するスプリング４２が介装されている。

ケース３１の下端開口部には、ソレノイド９の内部を下方から封止するように取っ手３９が設けられている。取っ手３９は、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。

以上の構成において、作動ロッド１７の径は弁孔１５の内径よりもやや大きいものの、ほぼ同じ大きさを有するため、開弁時においては圧力室２１に導入されたクランク圧力Ｐｃがほぼキャンセルされる。このため、弁体１８には、ほぼ弁孔１５の大きさの受圧面積に対して吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が実質的に作用する。弁体１８は、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）がソレノイド９に供給された制御電流にて設定された設定差圧に保持されるように動作する。

次に、可変容量圧縮機用制御弁の基本的動作について説明する。
図３に示した可変容量圧縮機用制御弁５において、ソレノイド９が非通電のときには、スプリング４１およびスプリング４２による開弁方向のばね荷重により弁体１８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１の吐出室５３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５４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１は吐出容量が最小となる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９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、弁体１８を含む作動ロッド１７、シャフト２７およびプランジャ３３が、一体になって閉弁方向に動作し、弁体１８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１は吐出容量が最大となる最大容量運転を行うことになる。

ここで、容量制御時においてソレノイド９に供給される電流値が所定値に設定されているときには、弁体１８を含む作動ロッド１７、シャフト２７およびプランジャ３３が一体動作する。このとき、弁体１８は、作動ロッド１７を開弁方向に付勢するスプリング４１のばね荷重と、プランジャ３３を開弁方向に付勢するスプリング４２のばね荷重と、プランジャ３３を閉弁方向に付勢しているソレノイド９の荷重と、弁体１８が開弁方向に受圧する吐出圧力Ｐｄによる力と、弁体１８が閉弁方向に受圧する吸入圧力Ｐｓによる力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。

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１の回転数が上がって吐出容量が増えると、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が大きくなって弁体１８に開弁方向の力が作用し、弁体１８は、さらにリフトして吐出室５３からクランク室５４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１は、その吐出容量を減少させる方向に動作し、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧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、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧になるように制御される。

図４は、吐出弁の構成を示す断面図である。
吐出弁７は、可変容量圧縮機１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）（正確には差圧（Ｐｄｈ−Ｐｓ））が所定の開弁差圧ΔＰ以上になったときに自律的に開弁する機械式の差圧弁として構成されている。

この吐出弁７は、筒状のボディ６１内にピストン６２を摺動可能に配置して構成されている。ボディ６１は、有底円筒状の第１ボディ６３と段付円筒状の第２ボディ６４とをその軸線方向に連設して構成されている。第２ボディ６４の上端部には外方にやや延出したフランジ部６５が設けられており、このフランジ部６５を第１ボディ６３の下端開口部に突き当てた状態で第１ボディ６３の下端縁を内方に加締めることにより、両ボディが接合されている。第１ボディ６３と第２ボディ６４との間には、金属薄板からなる可撓性を有するダイヤフラム６７（「シール部材」に該当し、「感圧部」を構成する）が介装され、ボディ６１内を仕切るように配置されている。なお、本実施の形態においては、ダイヤフラム６７を金属薄膜により構成したが、ポリイミドフィルム等から構成することもできる。

第１ボディ６３の上底部中央には、吸入圧力Ｐｓを内部へ導入するための連通孔７９が形成されている。また、第１ボディ６３の内部には、ダイヤフラム６７の一方の面に溶接されたばね受け部材６９が摺動可能に配置され、ばね受け部材６９と第１ボディ６３の内壁との間には、ダイヤフラム６７を下方、つまり閉弁方向に付勢するスプリング７０（「付勢部材」に該当する）が介装されている。このスプリング７０により吐出弁７の開弁差圧が調整されている。

第２ボディ６４は、その下半部にやや小径化したガイド部６６を有し、そのガイド部６６の基端部により弁座７１が形成されている。第２ボディ６４の側部には、吐出室５３の出口と可変容量圧縮機１の出口とを連通する連通孔７２が形成されている。第２ボディ６４の内部には、有底筒状の弁体７３が摺動可能に配設されている。弁体７３の上底部はダイヤフラム６７の他方の面に溶接されており、この弁体７３とばね受け部材６９とによりピストン６２が構成される。弁体７３の下端縁は、弁座７１に着脱して連通孔７２を開閉可能になっている。弁体７３の下端面からは３つの脚部７５が下方に延出するように設けられており（なお、同図には１つのみ表記されている）、ガイド部６６にガイドされることにより、弁体７３の軸線方向に沿った安定した動作を確保している。

図２にも示すように、ボディ６１は、シール用のＯリング７７、７８を介してリアハウジング１０４に固定される。その結果、ダイヤフラム６７が吐出室５３と吸入室５１とをつなぐ冷媒通路（「第１冷媒通路」に該当する）を仕切るように配置される。つまり、その冷媒通路は、吸入圧力Ｐｓが導入される第１ボディ６３側の領域と、吐出圧力Ｐｄが導入される第２ボディ６４側の領域とに気密に区画される。また、吐出弁７の弁部が吐出室５３の出口と可変容量圧縮機１の出口とをつなぐ冷媒通路（「第２冷媒通路」に該当する）に配置されることになる。吐出室５３の出口から第２ボディ６４に導入された圧力Ｐｄｈは、連通孔７２を通過することにより圧力Ｐｄｌとなって可変容量圧縮機１の出口から吐出される。

次に、吐出弁の動作について説明する。図５は、吐出弁の動作を表す説明図である。（Ａ）はその閉弁状態を表し、（Ｂ）はその開弁状態を表している。

吐出弁７は、その前後差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が所定の開弁差圧ΔＰ（例えば０．１Ｍｐａ）以上になったときに自律的に開弁し、吐出室５３の吐出冷媒を凝縮器側へ導出させる。このため、図５（Ａ）に示すように、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が開弁差圧ΔＰに満たなければ、スプリング７０による閉弁方向の付勢力がダイヤフラム６７が受ける差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）による開弁方向の荷重に打ち勝つため、弁体７３が弁座７１に着座して閉弁状態を保持する。このため、例えば可変容量圧縮機１の最小容量運転時などにはその閉弁状態が保持され、凝縮器２側からの吐出冷媒の逆流が防止される。

一方、同図（Ｂ）に示すように、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が開弁差圧ΔＰ以上になると、ダイヤフラム６７が受ける差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）による開弁方向の荷重がスプリング７０による閉弁方向の付勢力に打ち勝つため、弁体７３が弁座７１から離間して開弁状態を保持する。この開弁差圧ΔＰは、可変容量圧縮機用制御弁５の容量制御時に想定される設定差圧よりも小さく設定されているため、可変容量圧縮機１の容量制御時などにはその開弁状態が保持される。したがって、吐出弁７が凝縮器２側への冷媒の流れを阻害することはない。

また、弁部がその前後差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）ではなく、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）により開弁状態となるため、吐出弁７の前後で圧力損失が生じることがない。このため、吐出室５３の出口の圧力Ｐｄｈと可変容量圧縮機１の出口の圧力Ｐｈｌとの間に圧力降下はなく、可変容量圧縮機１における圧縮エネルギーの無駄な消費がなくなる。

以上に説明したように、本実施の形態の可変容量圧縮機１においては、吐出弁７に吐出室５３と吸入室５１とをつなぐ冷媒通路を仕切るようにダイヤフラム６７を配置したため、その冷媒通路において高圧の吐出室５３側から低圧の吸入室５１への冷媒の流れが生じない。このため、ピストン６２の摺動部にゴミが詰まる等の問題が発生せず、吐出弁７の動作を円滑に保持できるという利点がある。

また、吐出室５３の出口と可変容量圧縮機１の出口とをつなぐ冷媒通路に吐出弁７を設け、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に基づいてその冷媒通路を開閉するようにした。すなわち、吐出弁７は、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が開弁差圧ΔＰ以上になるまでは閉弁状態を保持するため、可変容量圧縮機の最小容量運転時にはその閉弁状態が保持されて吐出冷媒の逆流が防止される。一方、その開弁差圧ΔＰは可変容量圧縮機用制御弁５の容量制御時の設定差圧よりも小さくなるように設定されているため、可変容量圧縮機１の容量制御中においては開弁状態が保持され、吐出室５３の出口の圧力Ｐｄｈと可変容量圧縮機１の出口の圧力Ｐｄｌとの間には差圧は生じない。したがって、吐出弁７において実質的に圧力損失が発生せず、可変容量圧縮機１における圧縮エネルギーの無駄な消費がなくなり、冷凍サイクルにおけるエネルギー効率を高めることができる。

［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。本実施の形態は、可変容量圧縮機内における吐出弁の配置構成が異なる以外は第１の実施の形態とほぼ同様である。このため、第１の実施の形態とほぼ同様の構成部分については必要に応じて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２の実施の形態に係る可変容量圧縮機の吐出弁周辺の構成を表す断面図である。

可変容量圧縮機２０１においては、吐出弁２０７が、リアハウジング２０４に対して横向きに設置されている。すなわち、吐出弁２０７の軸線と可変容量圧縮機２０１の回転軸（図示せず）の軸線とが平行になるような配置関係となっている。

これに伴い、リアハウジング２０４自体の形状、吐出弁２０７の第１ボディ２６３および第２ボディ２６４の形状、吐出室５３と吸入室５１とをつなぐ冷媒通路の形状、吐出室５３の出口と可変容量圧縮機２０１の出口とをつなぐ冷媒通路の形状等も、これに合わせた形状に変更されている。

具体的には、第１ボディ２６３は、第１の実施の形態の第１ボディ６３のように吸入室５１に突出してはおらず、吐出室５３と吸入室５１とをつなぐ冷媒通路（第１冷媒通路）を構成する細い冷媒通路２２１を介して吸入圧力Ｐｓが導入される。また、第２ボディ２６４に導入された吐出圧力Ｐｄは、吐出弁２０７と可変容量圧縮機用制御弁５との間に形成された冷媒通路２２２を通って可変容量圧縮機２０１の出口側へと導出される。この冷媒通路２２２は、吐出室５３の出口と可変容量圧縮機１の出口とをつなぐ冷媒通路（第２冷媒通路）を構成する。

本実施の形態によれば、吐出弁２０７を、リアハウジング２０４がバルブプレート１０３に取り付けられる前に、そのリアハウジング２０４の開口部から容易に挿入して取り付けることができる。

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、第１の実施の形態の吐出弁７においては、ダイヤフラム６７の一方の面にばね受け部材６９を溶接し、他方の面に弁体７３を溶接してピストン６２を構成した例を示した。変形例においては、ばね受け部材と弁体とを、両者の間にダイヤフラム６７を挟むようにして直接接合してもよい。

図７は、変形例にかかる吐出弁の構成を示す断面図である。なお、同図に示す吐出弁の構成は、弁体とばね受け部材との接合態様が異なる以外は吐出弁７の構成と同様である。このため、第１の実施の形態と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。

すなわち、吐出弁３０７においては、ばね受け部材３６９にその中央を軸線方向に貫通する連結孔３８１が形成される一方、弁体３７３の上底部中央には、連結部３８２がダイヤフラム３６７および連結孔３８１を貫通するように突設されている。そして、連結孔３８１から露出した連結部３８２の上端周縁部を外方に加締めることにより、弁体３７３、ダイヤフラム３６７、ばね受け部材３６９が一体的に接合されて固定され、ピストン３６２が構成されている。なお、図示のようにダイヤフラム３６７の中央には、弁体３７３の連結部３８２が貫通する孔が形成されているが、ダイヤフラム３６７の中央部は、弁体３７３とばね受け部材３６９との加締め接合により両者に密着している。このため、吐出室５３と吸入室５１との間の気密性は保持される。なお、この変形例は、第１の実施の形態のみならず、第２の実施の形態の吐出弁２０７を構成するピストンについても同様に適用可能であることはもちろんである。

各実施の形態では、吐出室５３から吸入室５１への冷媒の漏洩を防止するシール部材としてダイヤフラム６７を用いた例を示した。変形例においては、ダイヤフラムではなくＯリングその他のシール部材を用いてもよい。例えば、図４に示したダイヤフラム６７を省略してばね受け部材６９と弁体７３とを一体成形したピストンを形成し、その弁体７３とこれが摺動するボディとの間にＯリングを配設するなどして冷媒の漏洩を防止するようにしてもよい。

各実施の形態では、弁体７３をダイヤフラム６７に固定した例を示したが、弁体７３をダイヤフラム６７に接離可能に当接させる構成としてもよい。その場合、例えば吐出圧力Ｐｄが急低下して可変容量圧縮機１の出口の圧力Ｐｄｌが吐出室５３の出口の圧力Ｐｄｈよりも高くなると、弁体７３がダイヤフラム６７から離間して弁部を閉じる。つまり、吐出弁が逆止弁として機能する。このような構成においても、ダイヤフラム６７によって吐出室５３から吸入室５１への冷媒の漏洩が防止されるとともに、吐出冷媒の逆流が防止される。

各実施の形態では、吐出弁を、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が所定の開弁差圧ΔＰ以上となったときに自律的に開弁する機械式の差圧弁として構成した例を示したが、ソレノイド駆動の電磁弁として構成してもよい。その場合には、その開弁差圧を適宜設定変更することができ、より幅広い制御を行うことができる。

各実施の形態では、可変容量圧縮機用制御弁５を、吐出室５３とクランク室５４との間の冷媒通路に配置し、吐出室５３からクランク室５４に導入する冷媒流量を制御するいわゆる入れ制御を行う制御弁として構成した例を示した。変形例においては、可変容量圧縮機用制御弁をクランク室５４と吸入室５１との間の冷媒通路に配置し、クランク室５４から吸入室５１へ導出する冷媒流量を制御するいわゆる抜き制御を行う制御弁として構成してもよい。その場合、吐出室５３とクランク室５４とを連通させる冷媒通路にオリフィスを設けてもよい。あるいは、可変容量圧縮機用制御弁を吐出室５３からクランク室５４に導入する冷媒流量、およびクランク室５４から吸入室５１へ導出する冷媒流量の双方を制御する三方弁として構成してもよい。

各実施の形態では、吐出弁のボディを可変容量圧縮機のハウジングと別体で構成した例を示した。変形例においては、吐出弁のボディを可変容量圧縮機のハウジングに一体に形成してもよい。例えば、リアハウジング１０４，２０４に吐出弁のボディを一体成形してもよい。

各実施の形態では、可変容量圧縮機用制御弁５を、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に基づいて容量制御を行ういわゆるＰｄ−Ｐｓ弁として構成した例を示した。変形例においては、可変容量圧縮機用制御弁を可変容量圧縮機の吸入圧力Ｐｓに基づいて弁開度を調整して容量制御を行ういわゆるＰｓ感知弁として構成してもよい。

各実施の形態では、膨張装置３としていわゆる温度式膨張弁を採用した例を示したが、例えば固定オリフィスを有するオリフィスチューブを採用することもできる。

各実施の形態の可変容量圧縮機は、冷媒として代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）など使用する冷凍サイクルに好適に適用されるが、本発明の可変容量圧縮機は、二酸化炭素のように作動圧力が高い冷媒を用いる冷凍サイクルに適用することも可能である。その場合には、冷凍サイクルにおいて凝縮器に代わってガスクーラなどの外部熱交換器が配置される。

第１の実施の形態に係る冷凍サイクルを表すシステム構成図である。 可変容量圧縮機の構成を表す断面図である。 可変容量圧縮機用制御弁の構成を示す断面図である。 吐出弁の構成を示す断面図である。 吐出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の吐出弁周辺の構成を表す断面図である。 変形例にかかる吐出弁の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 可変容量圧縮機、 ２ 凝縮器、 ３ 膨張装置、 ４ 蒸発器、 ５ 可変容量圧縮機用制御弁、 ６ 制御部、 ７ 吐出弁、 ８ 弁本体、 ９ ソレノイド、 １０ ボディ、 ５１ 吸入室、 ５２ シリンダ、 ５３ 吐出室、 ５４ クランク室、 ５６ オリフィス、 ６１ ボディ、 ６２ ピストン、 ６３ 第１ボディ、 ６４ 第２ボディ、 ６７ ダイヤフラム、 ６９ ばね受け部材、 ７０ スプリング、 ７１ 弁座、 ７３ 弁体、 １１１ 揺動板、 １１２ ピストン、 １２１ 吸入用リリーフ弁、 １２２ 吐出用リリーフ弁、 ２０１ 可変容量圧縮機、 ２０７ 吐出弁、 ２２１ 冷媒通路、 ２２２ 冷媒通路、 ２６３ 第１ボディ、 ２６４ 第２ボディ、 ３０７ 吐出弁、 ３６２ ピストン、 ３６７ ダイヤフラム、 ３６９ ばね受け部材、 ３７３ 弁体。

Claims (6)

1. 冷凍サイクルを構成し、蒸発器側から吸入室に導入された冷媒を圧縮して吐出室から外部熱交換器側へ吐出する可変容量圧縮機において、
   前記吐出室からクランク室に導入する冷媒流量、および前記クランク室から前記吸入室へ導出する冷媒流量の少なくとも一方を制御して前記可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる制御弁と、
   前記吐出室と前記吸入室とをつなぐ第１冷媒通路に配設され、前記吐出室の出口と前記可変容量圧縮機の出口とをつなぐ第２冷媒通路に対して進退してその第２冷媒通路を開閉可能な弁体を有し、前記吐出室の吐出圧力と前記吸入室の吸入圧力との差圧が設定差圧以上になったときに開弁して前記第２冷媒通路を開放する吐出弁と、
   前記吐出室から前記吸入室への冷媒の漏洩を防止するシール部材と、
   を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機。
2. 前記吐出弁は、
   前記第１冷媒通路に配設されたボディと、
   前記ボディに支持された前記弁体と、
   前記ボディと前記弁体との間に介装された前記シール部材としてのダイヤフラムと、
   を備え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。
3. 前記吐出弁は、
   筒状に形成された前記ボディと、
   前記ボディ内に摺動可能に設けられ、その一端側に前記弁体が設けられたピストンと、
   前記ピストンおよび前記ボディの双方に固定されて前記第１冷媒通路を気密に区画するとともに、前記吐出圧力と前記吸入圧力との差圧を感知する感圧部を構成する前記ダイヤフラムと、
   前記ピストンの前記弁体と反対側に設けられて、前記ピストンを閉弁方向に付勢する付勢部材と、
   を備えていることを特徴とする請求項２に記載の可変容量圧縮機。
4. 前記ボディは、前記ダイヤフラムの外周部を挟むようにして軸線方向に連結された第１ボディおよび第２ボディを含んで構成され、
   前記ピストンは、前記第２ボディ内において前記ダイヤフラムの一方の面側に配置された前記弁体と、前記第１ボディ内において前記ダイヤフラムの他方の面側に配置されたばね受け部材とを、前記ダイヤフラムの中央部を挟むように接合して構成され、
   前記第１ボディと前記ばね受け部材との間に前記付勢部材としてのスプリング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。
5. 前記弁体と前記ばね受け部材とが加締め接合されていることを特徴とする請求項４に記載の可変容量圧縮機。
6. 前記吐出弁は、
   筒状に形成された前記ボディと、
   前記ボディに固定されて前記第１冷媒通路を気密に区画するとともに、前記吐出圧力と前記吸入圧力との差圧を感知する感圧部を構成する前記ダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラムの前記吐出室側の面に接離可能に配置され、前記ボディに沿って弁部の開閉方向に動作可能な前記弁体と、
   前記ダイヤフラムの前記弁体と反対側に設けられて、前記弁体に対して閉弁方向の付勢力を付与可能な付勢部材と、
   を備えていることを特徴とする請求項２に記載の可変容量圧縮機。

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