JP2008297974A - 可変容量型圧縮機用制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】構成を複雑にすることなく、吐出圧力Ｐｄによる制御への悪影響を受け難くできる可変容量型圧縮機用制御弁を提供する。
【解決手段】軸部１５ｂと弁体部１５ａを有する弁棒１５と、該弁棒１５の軸部１５ｂが摺動自在に嵌挿された案内孔１９と前記弁体部１５ａが接離する弁口２２が設けられた弁室２１とを有し、吐出圧冷媒入口２５及び冷媒出口２６が設けられた弁本体２０と、を備え、吸入圧力（Ｐｓ）は、吐出圧力（Ｐｄ）の変化に影響を受けずに一定値を保つか又は前記吐出圧力（Ｐｄ）の上昇に対して僅かに低下するように、前記弁棒や弁本体における各部の寸法形状等が設定されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、可変容量型圧縮機用制御弁に係り、特に、案内孔に摺動自在に嵌挿された弁棒が圧力の影響を受け難くされたカーエアコン等に使用される可変容量型圧縮機用制御弁に関する。

一般に、カーエアコン等に使用される可変容量型圧縮機用制御弁は、圧縮機のクランク室内の圧力Ｐｃを調整すべく、圧縮機（の吐出室）から吐出圧力Ｐｄの冷媒が導入されるとともに、その吐出圧力Ｐｄの冷媒を絞ってクランク室へ導出するようにされ、このクランク室への導出量（絞り量）を、圧縮機の吸入圧力Ｐｓに応じて制御するようになっており、下記特許文献１等にも見られるように、電磁式アクチュエータ（ソレノイド）を用いたものが種々提案ないし実用に供されている。

かかる可変容量型圧縮機用制御弁の従来例を図１０に示す。図示の制御弁５は、軸部１５ｂ及び該軸部１５ｂより大径の弁体部１５ａを有する弁棒１５と、弁体部１５ａにより開閉される弁口（弁座）２２が設けられた弁室２１を有し、この弁室２１の外周部（弁口２２より上流側）に圧縮機から吐出圧力Ｐｄの冷媒を導入するための複数のフィルタ２５Ａ付き吐出圧冷媒導入口２５が設けられるとともに、弁口２２の下方（下流側）に圧縮機のクランク室に連通する冷媒出口２６が設けられた弁本体２０と、電磁式アクチュエータ３０と、を備えている。

電磁式アクチュエータ３０は、通電励磁用のコネクタ部３１を有するコイル３２、該コイル３２の内周側に配在された円筒状のステータ３３、該ステータ３３の下端部内周に圧入固定された断面凹字状の吸引子３４、ステータ３３の下端部外周（段差部）にその上端部がＴＩＧ溶接により接合された鍔状部３５ａ付きパイプ３５、吸引子３４の下方でパイプ３５の内周側に上下方向に摺動自在に配在されたプランジャ３７、及び、前記コイル３２の外周を覆うように配在された有底穴付き円筒状のハウジング６０を備えている。

また、前記ステータ３３の上部には、六角穴付きの調節ねじ６５が螺合せしめられ、ステータ３３の内周側における前記調節ねじ６５と吸引子３４との間には、圧縮機の吸入圧力Ｐｓが導入される感圧室４５が形成され、この感圧室４５には感圧応動部材としての、ベローズ４１、逆凸字状の上ストッパ４２、逆凹字状の下ストッパ４３、及び圧縮コイルばね４４からなるベローズ本体４０が配在され、さらに、ベローズ本体４０と吸引子３４との間には、ベローズ本体４０を収縮させる方向（調節ねじ６５側に圧縮する方向）に付勢する圧縮コイルばね４６が配在されている。また、ベローズ本体４０の下ストッパ４３（の逆凹部）とプランジャ３７（の凹部３７ｃ）との間には、前記吸引子３４を貫通する段付きの作動棒１４が配在され、さらに、吸引子３４とプランジャ３７（の凹部３７ｂ）との間には、プランジャ３７を介して弁棒１５を下方（開弁方向）に付勢する圧縮コイルばねからなる開弁ばね４７が配在されている。

一方、前記弁本体２０の上部中央には、プランジャ３７の最下降位置を規制するための凸状ストッパ部２８が突設され、この凸状ストッパ部２８を含む弁室上方の中央部分には、前記弁棒１５が摺動自在に嵌挿された案内孔１９が形成されている。また、前記プランジャ３７と弁本体２０の上部外周（凸状ストッパ部２８外周）との間には、圧縮機の吸入圧力の冷媒が導入される吸入圧冷媒導入室２３が形成されるとともに、その外周側に複数個の吸入圧冷媒導入口２７が形成され、この吸入圧冷媒導入口２７から吸入圧冷媒導入室２３に導入された吸入圧力Ｐｓの冷媒は、プランジャ３７の外周に形成された縦溝３７ａ、３７ａ、…及び中央部に穿設された連通孔３７ｄや吸引子３４に形成された連通孔３９等を介して前記感圧室４５に導入される。

前記弁本体２０の下部（冷媒出口２６）には、前記弁棒１５を上方に付勢する円錐状の圧縮コイルばねからなる閉弁ばね４８が配在されており、この閉弁ばね４８の付勢力により、弁棒１５の上端部は、常時プランジャ３７（の連通孔３７ｄ部分）に圧接するようにされている。

また、弁本体２０の上端部には、Ｏリング５７を介して前記パイプ３５の下端鍔状部３５ａが乗せられ、この鍔状部３５ａと前記コイル３２との間には鍔状部５６ａ付き短円筒状のパイプホルダ５６が介装され、それらの鍔状部３５ａ、５６ａが弁本体２０の上端外周かしめ部２９により共締め固定されている。また、パイプホルダ５６の上端部には、前記ハウジング６０の穴付き底部６１が圧入固定され、ハウジング６０の上端部６２は、前記コネクタ部３１の鍔状部３１ｃ上にかしめ固定され、ハウジング６０とコネクタ部３１とコイル３２との間にはＯリング６６が介装されている。なお、コネクタ部３１の中央下部には、前記調節ねじ６５の六角穴に嵌合せしめられる凸部３１ｂが突設された凹部３１ａが形成されており、この凹部３１ａ内に前記ステータ３３及び調節ねじ６５の上部が挿入されている。

このような構成とされた制御弁５においては、コイル３２、ステータ３３及び吸引子３４からなるソレノイド部が通電励磁されると、吸引子３４にプランジャ３７が引き寄せられ、これに伴い、弁棒１５が閉弁ばね４８の付勢力により上方（閉弁方向）に移動せしめられる。一方、圧縮機から吸入圧導入口２７に導入された吸入圧力Ｐｓの冷媒は、導入室２３からプランジャ３７の外周に形成された縦溝３７ａ、３７ａ、…や吸引子３９に形成された連通孔３９等を介して前記感圧室４５に導入され、ベローズ本体４０（内部は真空圧）は感圧室４５の圧力（吸入圧力Ｐｓ）に応じて伸縮変位（吸入圧力Ｐｓが高いと収縮、低いと伸張）し、該変位が作動棒１４及びプランジャ３７を介して弁棒１５に伝達され、それによって、弁開度（弁口２２からの弁体部１５ａのリフト量）が調整される。すなわち、弁開度は、コイル３２、ステータ３３及び吸引子３４からなるソレノイド部によるプランジャ３７の吸引力と、ベローズ本体４０の付勢力と、開弁ばね４７及び閉弁ばね４８による付勢力と、弁棒１５に作用する開弁方向荷重と閉弁方向荷重とによって決定され、その弁開度に応じて、吐出圧冷媒導入口２５から弁室２１に導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒の絞り量、つまり、クランク室への導出量（絞り量）が調整される。言い換えれば、弁開度に応じて、冷媒出口２６側の圧力Ｐｃ（以下、出口側圧力Ｐｃと称す）、すなわち、クランク室内の圧力が制御され、これに伴い、圧縮機の斜板の傾斜角度及びピストンのストロークが調整されて、吐出量が増減される。

特開２００６−２９１８６７号公報

前記した如くの従来の可変容量型圧縮機用制御弁５においては、次のような改善すべき課題があった。

すなわち、制御弁５においては、弁口２２より上流側に吐出圧冷媒入口２１が設けられるとともに、弁口２２より下流側に冷媒出口２６が設けられ、かつ、弁体部１５ａは弁棒１５の軸部１５ｂの下端部に設けられて前記弁口２２をその下側から開閉するようにされていて、軸部１５ｂに吐出圧力Ｐｄが作用するようになっているが、弁体部１５ａの外径（及び弁口２２の口径）が軸部１５ａの外径より大径とされているので、弁棒１５における開弁方向受圧面積（開弁方向荷重）が閉弁方向受圧面積（閉弁方向荷重）より大きくなり、そのため、図９に示される如くに、吸入圧力Ｐｓは、吐出圧力Ｐｄの影響を受け、これが制御に悪影響を及ぼす（制御精度の低下等を招く）という問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、構成を複雑にすることなく、吐出圧力Ｐｄによる制御への悪影響を受け難くできる可変容量型圧縮機用制御弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁は、基本的には、軸部と弁体部を有する弁棒と、該弁棒の軸部が摺動自在に嵌挿された案内孔と前記弁体部が接離する弁口が設けられた弁室とを有し、圧縮機から吐出圧力（Ｐｄ）の冷媒を導入するための吐出圧冷媒入口が設けられるとともに、前記圧縮機のクランク室に連通する冷媒出口が設けられた弁本体と、前記弁棒を弁口開閉方向に駆動するための電磁式アクチュエータと、前記圧縮機の吸入圧力（Ｐｓ）に応動して前記弁棒を弁口開閉方向に駆動する感圧応動部材とを備える。

そして、前記吸入圧力（Ｐｓ）は、前記吐出圧力（Ｐｄ）の変化に影響を受けずに一定値を保つか又は前記吐出圧力（Ｐｄ）の上昇に対して僅かに低下するように、前記弁棒や弁本体における各部の寸法形状等が設定されていることを特徴としている。
好ましい態様では、前記弁口より上流側に前記吐出圧冷媒入口が設けられるとともに、前記弁口より下流側に前記冷媒出口が設けられ、かつ、前記弁体部は前記弁棒の下端部に設けられて前記弁口をその下側から開閉するようにされる。
より好ましい態様では、前記弁棒に対する吐出圧力Ｐｄによる開弁方向荷重と閉弁方向荷重とが略同等、あるいは、前記開弁方向荷重より前記閉弁方向荷重が僅かに大きくなるようにされる。

さらに好ましい態様では、前記弁棒における開弁方向受圧面積と閉弁方向受圧面積とが略同等、あるいは、開弁方向受圧面積より閉弁方向受圧面積が僅かに大きくなるようにされる。
より具体的な好ましい態様では、前記弁棒の軸部に、該軸部より大径で前記案内孔に摺動自在に嵌挿される大径部が設けられる。
この場合、好ましくは、前記軸部と前記大径部とが別体とされる。
より具体的な好ましい態様では、前記弁体部の外径が前記軸部と略同等ないし小径とされ、かつ、前記弁口の口径が前記弁体部の外径より小径とされる。
より具体的な好ましい態様では、前記案内孔の上部に大径孔部が設けられるとともに、前記軸部の上部に前記軸部より大径の大径受圧部材が摺動自在に外嵌され、かつ、前記弁棒に前記大径受圧部材の受圧荷重を伝えるばね部材が配在される。

本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁は、吸入圧力（Ｐｓ）が吐出圧力（Ｐｄ）の変化に影響を受けずに一定値を保つか又は吐出圧力（Ｐｄ）の上昇に対して僅かに低下するように、例えば、弁棒に対する吐出圧力Ｐｄによる開弁方向荷重（開弁方向受圧面積）と閉弁方向荷重（閉弁方向受圧面積）とが略同等、あるいは、開弁方向荷重より閉弁方向荷重が僅かに大きくなるようにされるので、構成を複雑にすることなく、吐出圧力Ｐｄによる制御への悪影響を受け難くできる。

以下、本発明の可変容量型圧縮機用制御弁の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の一実施形態（第１実施例）を示す縦断面図、図２は図１の要部拡大図である。図１及び図２に示される可変容量型圧縮機用制御弁１Ａにおいて、前述した図１０に示される従来例の可変容量型圧縮機用制御弁５の各部に対応する部分には同一の符号を付して重複説明を省略し、以下においては、相違点を重点的に説明する。

図示実施例１の制御弁１Ａでは、吸入圧力（Ｐｓ）が吐出圧力（Ｐｄ）の変化に影響を受けずに一定値を保つか又は吐出圧力（Ｐｄ）の上昇に対して僅かに低下するように、弁棒１５や弁本体２０における各部の寸法形状等が設定されている。

具体的には、弁口２２の口径Ｄｂと同径の、孔径がＤｄ（Ｄｄ＝Ｄｂ）の案内孔１９の上部に、孔径がＤｅ（Ｄｅ＞Ｄｄ）の大径孔部１９ａが設けられるとともに、外径がＤａ（Ｄａ＞Ｄｂ）の弁体部１５ａを持つ弁棒１５の軸部１５ｂ（外径Ｄｃ）の上部に、該軸部１５ｂより大径で前記案内孔１９の大径孔部１９ａに摺動自在に嵌挿される外径がＤｆ（孔径Ｄｅと略同じ）の大径部７１が設けられている。大径部７１は、軸部１５ｂとは別体に円筒状に作製されて後で圧入等の手法で軸部１５ｂの上部小径部１５ｃに圧入されたものである。

かかる構成の制御弁１Ａでは、弁棒１５に対する吐出圧力Ｐｄによる開弁方向荷重は、開弁方向受圧面積Ａ２、つまり、弁口２２の口径Ｄｂと弁体部１５ａの外径Ｄａで定まり、弁棒１５に対する吐出圧力Ｐｄによる閉弁方向荷重は、閉弁方向受圧面積Ａ１、つまり、大径部７１の外径Ｄｆで定まる。ここでは、開弁方向荷重（開弁方向受圧面積Ａ２）より閉弁方向荷重（閉弁方向受圧面積Ａ１）が僅かに大きくなるように、前記Ｄａ〜Ｄｆが設定されているので、弁棒１５に上向き（閉弁方向）の力が与えられる。

そのため、電磁式アクチュエータ３０のコイル３２に供給される電流値Ｉを一定とすると、図７にＰｄ−Ｐｓ特性が示される如くに、吐出圧力Ｐｄが高くなるほど、弁棒１５（弁体部１５ａ）は閉方向に動き、出口圧力Ｐｃひいては吸入圧力Ｐｓは低くなる。

また、図８に、吐出圧力Ｐｄを一定として、電磁式アクチュエータ３０のコイル３２に供給される電流値Ｉを変化させた際の制御圧力特性が示されているように、電流値Ｉが上昇すると、吸引子３４の吸引力が増加するので、弁棒１５（弁体部１５ａ）は閉方向に動き、制御圧力Ｐｓ（出口圧力Ｐｃ）は、右下がりとなる。また、前記Ｐｄ−Ｐｓ特性と同様に、吐出圧力Ｐｄが高くなるほど（ｃ＞ｂ＞ａ）、弁棒１５に作用する閉弁方向荷重も増加するので、制御圧力Ｐｓが低下する。

このように、本実施例の可変容量型圧縮機用制御弁１Ａでは、吸入圧力（Ｐｓ）が吐出圧力（Ｐｄ）の変化に影響を受けずに一定値を保つか又は吐出圧力（Ｐｄ）の上昇に対して僅かに低下するように、構成を複雑にすることなく、吐出圧力Ｐｄによる制御への悪影響を受け難くできる。

図３は、本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第２実施例を示す縦断面図、図４は図３の要部拡大図である。

本実施例の制御弁１Ｂでは、弁体部１５ａの外径Ｄａが弁棒１５の軸部１５ｂの外径Ｄｃと略同等ないし小径とされ、かつ、前記弁口２２の口径Ｄｂが前記弁体部１５ａの外径Ｄａより小径とされている。なお、組立上の便宜を図るため、弁体部１５ａは軸部１５ｂと別体に作製されて後で固定されたものである。

かかる構成の制御弁１Ｂにおいても、開弁方向荷重（開弁方向受圧面積Ａ２）より閉弁方向荷重（閉弁方向受圧面積Ａ１）が僅かに大きくなるため、前述した実施例１と略同様な作用効果が得られる。

図５は、本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第３実施例を示す縦断面図、図６は図５の要部拡大図である。

本実施例の制御弁１Ｃでは、前記案内孔１９の上部に大径孔部１９ｂが設けられるとともに、前記プランジャ３７の下部に凹穴３７ｅが設けられ、前記軸部１５ｂの上部に、該軸部１５ｂより大径の外径Ｄｇ（Ｄｇ＞Ｄｃ、）を持つ、Ｌ形断面を有する円環状の大径受圧部材７３が摺動自在に外嵌され、かつ、前記弁棒１５の上部小径部１５ｄにはばね受け部材７６が外嵌固定されて、該ばね受け部材７６と前記大径受圧部材７３との間に、前記大径受圧部材７３の受圧荷重を弁棒１５に伝える圧縮コイルばね７５が介装されている。

かかる構成の制御弁１Ｃにおいても、実施例１、２と同様に、開弁方向荷重（開弁方向受圧面積Ａ２）より閉弁方向荷重（閉弁方向受圧面積Ａ１）が僅かに大きくなるため、前述した実施例１と略同様な作用効果が得られる。なお、本実施例の大径受圧部材７３は、実施例１の大径部７１のように、案内孔１９（の大径穴部１９ａ）に嵌挿する必要がないため、寸法加工精度をさほど高くしなくて済むという利点が得られる。

本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第１実施例を示す縦断面図。 図１に示される制御弁の要部の拡大縦断面図。 本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第２実施例を示す縦断面図。 図３に示される制御弁の要部の拡大縦断面図。 本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第３実施例を示す縦断面図。 図５に示される制御弁の要部の拡大縦断面図。 本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第１実施例のＰｄ−Ｐｓ特性を示すグラフ。 本発明に係る可変容量型圧縮機用制御弁の第１実施例の制御特性を示すグラフ。 従来の可変容量型圧縮機用制御弁の一例のＰｄ−Ｐｓ特性を示すグラフ。 従来の可変容量型圧縮機用制御弁の一例を示す縦断面図。

符号の説明

１ 可変容量型圧縮機用制御弁
１４ 作動棒
１５ 弁棒
１５ａ 弁体部
１５ｂ 軸部
１９ 案内孔
１９ａ 大径孔部
２０ 弁本体
２１ 弁室
２２ 弁口
２５ 吐出圧冷媒導入口
２６ 冷媒出口
２７ 吸入圧冷媒導入口
３０ 電磁式アクチュエータ
３２ コイル
３３ ステータ
３４ 吸引子
３５ パイプ
３７ プランジャ
４０ ベローズ本体
４５ 感圧室
４７ 開弁ばね
４８ 閉弁ばね
５２ 連通孔
７１ 大径部
７３ 大径受圧部材
７５ 圧縮コイルばね

Claims (8)

1. 軸部と弁体部を有する弁棒と、該弁棒の軸部が摺動自在に嵌挿された案内孔と前記弁体部が接離する弁口が設けられた弁室とを有し、圧縮機から吐出圧力（Ｐｄ）の冷媒を導入するための吐出圧冷媒入口が設けられるとともに、前記圧縮機のクランク室に連通する冷媒出口が設けられた弁本体と、前記弁棒を弁口開閉方向に駆動するための電磁式アクチュエータと、前記圧縮機の吸入圧力（Ｐｓ）に応動して前記弁棒を弁口開閉方向に駆動する感圧応動部材とを備えた可変容量型圧縮機用制御弁であって、
   前記吸入圧力（Ｐｓ）は、前記吐出圧力（Ｐｄ）の変化に影響を受けずに一定値を保つか又は前記吐出圧力（Ｐｄ）の上昇に対して僅かに低下するように、前記弁棒や弁本体における各部の寸法形状等が設定されていることを特徴とする可変容量型圧縮機用制御弁。
2. 前記弁口より上流側に前記吐出圧冷媒入口が設けられるとともに、前記弁口より下流側に前記冷媒出口が設けられ、かつ、前記弁体部は前記弁棒の下端部に設けられて前記弁口をその下側から開閉するようにされていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
3. 前記弁棒に対する吐出圧力Ｐｄによる開弁方向荷重と閉弁方向荷重とが略同等、あるいは、前記開弁方向荷重より前記閉弁方向荷重が僅かに大きくなるようにされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
4. 前記弁棒における開弁方向受圧面積と閉弁方向受圧面積とが略同等、あるいは、開弁方向受圧面積より閉弁方向受圧面積が僅かに大きくなるようにされていることを特徴とする請求項３に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
5. 前記弁棒の軸部に、該軸部より大径で前記案内孔に摺動自在に嵌挿される大径部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
6. 前記軸部と前記大径部とが別体とされていることを特徴とする請求項５に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
7. 前記弁体部の外径が前記軸部と略同等ないし小径とされ、かつ、前記弁口の口径が前記弁体部の外径より小径とされていることを特徴とする請求項４に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
8. 前記案内孔の上部に大径孔部が設けられるとともに、前記軸部の上部に前記軸部より大径の大径受圧部材が摺動自在に外嵌され、かつ、前記弁棒に前記大径受圧部材の受圧荷重を伝えるばね部材が配在されていることを特徴とする請求項４に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。

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