JP2008298050A - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク室内の不要な圧力上昇を抑制し、可変容量圧縮機の耐久性を向上させる。
【解決手段】可変容量圧縮機においては、制御弁の弁部近傍に設けた規制構造により、弁体１８のリフト量が規制基準値Ｓ１を超えると、弁部の開口面積が一定に規制される。そして、さらにリフト量が抑制基準値をＳ２超えると、弁部の開口面積が減少する。その結果、吐出室からクランク室へ導入される冷媒流量が規制され、クランク室内の不要な圧力上昇が抑制される。
【選択図】図４

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に好適な冷凍サイクルを構成する可変容量圧縮機に組み込まれる制御弁に関する。

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。

この可変容量圧縮機（単に「圧縮機」ともいう）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。クランク室内の圧力（以下、「クランク圧力」という）が高まると揺動板の角度が小さくなる（回転軸に対して垂直に近づく）ため、ピストンのストロークが小さくなり、圧縮機の運転状態は最小容量運転側に移行する。逆に、クランク圧力が低くなると揺動板の角度が大きくなるため、ピストンのストロークが大きくなり、圧縮機の運転状態は最大容量運転側に移行する。このクランク圧力は、例えば圧縮機の吐出室とクランク室との間に設けられてクランク室内に導入する吐出冷媒の流量を制御する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。

このような圧縮機は、一般に、その回転軸の一端に軸シール室が設けられており、その軸シール室には、回転軸の周面に沿ったいわゆるリップシールとも呼ばれる軸シール部材が配設されている（例えば特許文献１参照）。この軸シール部材は、回転軸の周面に摺接しつつ、その周面に沿った冷媒ガスの漏洩を防止している。
特開２００７−２３９００号公報

ところで、この圧縮機をシャットダウンさせて最小容量運転に移行させる際には、制御弁の駆動部への通電が遮断される。その結果、弁体の開弁方向へのストロークが急激に増加し、弁開度が大きくなってクランク圧力が急上昇する。クランク圧力がこのように高くなると、軸シール部材等の内部構造物にも大きな負荷が作用する。このような内部構造物への高負荷が繰り返されるとその耐久性がおよび信頼性が低下する可能性がある。一方、圧縮機の最小容量運転への移行に際してクランク圧力を過度に上昇させる必要もない。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、クランク室内の不要な圧力上昇を抑制し、可変容量圧縮機の耐久性を向上させ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、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クランク室側から接離するように配置されて弁部を開閉する弁体と、ボディに連結され、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、弁体の弁孔からのリフト量が所定の規制基準値を超えたときに、弁部の開口面積の増加を規制する規制構造と、を備える。

ここで、「規制基準値」は、クランク室内の圧力について容量制御のための必要圧力を確保するとともに、その圧力が不要に上昇するのを抑制するための指標となる値として予め設定される。ここでは、クランク室内の圧力上昇を必要な範囲に留めるために、弁部の開度が必要以上に大きくなるのを抑制する。この規制基準値は、少なくとも可変容量圧縮機の最小容量運転への移行に必要な下限冷媒流量を確保するものであればよいが、弁部を通過する冷媒流量を実質的にその下限冷媒流量に制限するものでもよい。

この態様によると、弁体のリフト量が規制基準値を超えると、弁部の開口面積の増加が規制される。その結果、吐出室からクランク室へ導入される冷媒流量が規制され、クランク室内の不要な圧力上昇が抑制される。

本発明によれば、クランク室内の不要な圧力上昇を抑制することができる。

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。

図１は、本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（以下、単に「圧縮機」と表記する）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。

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（以下、単に「制御弁」と表記する）５を介してクランク室５４内に導入され、圧縮機１の容量制御に供される。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断面積が固定されたオリフィス５６（「冷媒漏洩通路」に該当する）が配設されており、クランク室５４から吸入室５１へ予め設定した最低流量の冷媒の漏れを許容している。それにより、例えば圧縮機１の潤滑用オイルの循環が確保されている。さらに、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。
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、軸シール部材としてのリップシール１１５が設けられている。リップシール１１５は、回転軸１０６の周面に摺接しつつ、その周面に沿った冷媒ガスの漏洩を防止している。

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、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。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。

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、制御弁５により制御される。

制御弁５は、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、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を通過した冷媒は圧縮機１に戻され、再び圧縮される。

吐出弁７は、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、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、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、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。
制御弁５は、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、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、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に一体成形された弁体１８が接離自在に配置されている。

ボディ１０の中央部にはガイド孔１９が形成されている。作動ロッド１７は、このガイド孔１９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の下端部とボディ１０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。

作動ロッド１７には、その上端面中央から上方に延出する延出部８３が設けられている。延出部８３は、弁孔１５の内径よりも小さい外径を有する円柱状をなし、弁孔１５を貫通してポート１１側に突出している。延出部８３は、軸線方向に沿って概ね一定断面を有する固定断面領域を有し、その先端に半径方向外向きに突出したフランジ部８４が設けられている。このフランジ部８４の外径は弁孔１５の内径とほぼ同じ大きさを有するが、若干小さくなっている。ポート１１から導入された冷媒は、開弁時において延出部８３と弁孔１５との間隙を通ってポート１３側へ導出される。すなわち、図示のように長尺状の延出部８３を設けたことにより、弁体１８が開弁方向へストロークしても、延出部８３と弁孔１５との間隙が一定以上に大きくならない構造となっている。つまり、弁部の開口面積の増加を規制する規制構造が設けられているが、その詳細については後述する。

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２５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。

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、その上端部がボディ１０の下端部に接合固定されている。コア３２は、その上端部がボディ１０の下端開口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２０を挿通している。コア３２の上端開口部には内方に突出した軸受部が形成されており、シャフト２０の上端部を摺動可能に支持している。この軸受部には軸線方向の連通孔が設けられており、この連通孔を介して圧力室２５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、円筒状のスリーブ３６が外挿されている。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。ケース３１の下端部には、その内部を下方から封止する有底筒状の軸受部材３７が圧入されている。この軸受部材３７は、シャフト２０の下端部を挿通してこれを摺動可能に支持している。一方、プランジャ３３は、円筒状をなし、シャフト２０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。また、プランジャ３３と軸受部材３７との間には、プランジャ３３をコア３２に近接させる方向に付勢するスプリング４３が介装されている。本実施の形態において、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はスプリング４３による閉弁方向の荷重よりも大きくなるように設定されている。

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４は、弁部周辺の動作を示す断面図である。（Ａ）は閉弁状態を表し、（Ｂ）および（Ｃ）は、可変容量圧縮機がシャットダウンされてソレノイド９への通電が遮断されたときの過渡期の状態を表している。図５は、弁体のストロークと弁部の開口面積との関係を示す図である。同図の横軸は弁体の開弁方向へのストローク量を表し、縦軸は弁部の開口面積を表している。

図３に示した制御弁５において、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２０およびプランジャ３３が、一体になって閉弁方向に動作する。その結果、図４（Ａ）に示すように、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、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。

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２０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（ソレノイド力）およびスプリング４３のばね荷重と、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。この容量制御は、一般に図４（Ａ）に示した状態よりも弁部がやや開いた寸開の状態にて行われる。

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、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。

一方、圧縮機１のシャットダウンに際してソレノイド９への通電が遮断されると、図４（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、弁体１８が弁座１６からリフトして弁部は全開状態へ移行する。このとき、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て制御された圧力となり、ポート１３からクランク室５４へと流れる。その結果、クランク室５４内のクランク圧力Ｐｃが上昇し、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。すなわち、図２に示した揺動板１１１が回転軸１０６に対してほぼ垂直な状態となる。その結果、ピストン１１２のストロークが最小となり、吐出容量がゼロに近い値となる。

この弁部の全開状態への移行に際しては、弁体１８が弁座１６（つまり弁孔１５の開口部）からリフトするにつれて弁部が徐々に開弁する。そして、そのリフト量が図４（Ｂ）に示すＳ１（「規制基準値」に対応する）となったときに、弁部は実質的に全開状態となる。リフト量がＳ１を超えると、弁孔１５に開口部に延出部８３の固定断面領域が位置するため、その延出部８３と弁孔１５との間隙による弁部の開口面積はしばらく一定状態となる。本実施の形態において、この開口面積は、圧縮機１の最小容量運転への移行時に最低限必要な冷媒流量（「下限冷媒流量」に対応する）に実質的に等しくなるように設定されている。

さらに、弁体１８がリフトしてそのリフト量が図４（Ｃ）に示すＳ２（「抑制基準値」に対応する）を超えると、フランジ部８４が弁孔１５に近接し、延出部８３と弁孔１５との間隙Ｓ３を狭くする方向に変位するため、弁部の開口面積が徐々に減少していく。すなわち、図５に示すように、弁部の開口面積は、弁体１８の閉弁位置からのストロークがＳ１になるまで徐々に増加し、そこからストロークがＳ２になるまでは一定状態となる。そして、ストロークがＳ２を超えると、その開口面積は徐々に減少する。このように弁部の開口面積を減少させることにより、クランク圧力Ｐｃの高まりを確実に抑制している。

図６は、可変容量圧縮機において制御弁により実現される圧力特性を表す図である。同図の横軸は最小容量運転への移行時の時間の経過を表し、縦軸はクランク圧力Ｐｃを表している。図中実線は、弁部の開口面積が２段階に規制される本実施の形態による圧力特性を示している。図中一点鎖線は、開口面積が１段階に規制される場合の圧力特性を示している。ここでは、弁体のストロークに応じた抑制基準値は設けられていない。すなわち、作動ロッド１７の延出部８３においてフランジ部８４を省略した態様であり、弁体１８のリフト量が規制基準値を超えると、弁部の開度は一定状態を保持することになる。図中破線は、延出部８３による規制構造を設けない比較例を示している。

図示の例では、時刻ｔ０においてソレノイド９への供給電流が遮断され、最小容量運転への移行が開始されている。同図より、比較例において時刻ｔ０の後にクランク圧力Ｐｃが高く上昇しているのに対し、本実施の形態においてはクランク圧力Ｐｃの上昇が低く抑制されているのが分かる。また、開口面積が一定となる１段階の態様でも比較例に比べてクランク圧力Ｐｃの上昇を低く抑えられるが、開口面積がさらに減少される２段階の態様のほうがクランク圧力Ｐｃの高まりをより効果的に抑制できることが分かる。

図７は、吐出弁の構成を示す断面図である。
吐出弁７は、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とばね受け部材６９とによりピストン６２が構成される。

ばね受け部材６９には、その中央を軸線方向に貫通する連結孔９１が形成される一方、弁体７３の上底部中央には、連結部９２がダイヤフラム６７および連結孔９１を貫通するように突設されている。そして、連結孔９１から露出した連結部９２の上端周縁部を外方に加締めることにより、弁体７３、ダイヤフラム６７、ばね受け部材６９が一体的に接合されて固定され、ピストン６２が構成されている。なお、図示のようにダイヤフラム６７の中央には、弁体７３の連結部９２が貫通する孔が形成されているが、ダイヤフラム６７の中央部は、弁体７３とばね受け部材６９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。

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となって圧縮機１の出口から吐出される。

次に、吐出弁７の動作について説明する。
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、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、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、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、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と圧縮機１の出口の圧力Ｐｈｌとの間に圧力降下はなく、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、本実施の形態の圧縮機１においては、制御弁５の弁部近傍に設けた規制構造により、弁体１８のリフト量が規制基準値を超えると、弁部の開口面積が一定に規制される。そして、さらにリフト量が抑制基準値を超えると、弁部の開口面積が減少する。その結果、吐出室５３からクランク室５４へ導入される冷媒流量が規制され、クランク室５４内の不要な圧力上昇が抑制される。また、クランク室５４内の圧力上昇を抑制しているため、圧縮機１をシャットダウンさせた直後に起動させる場合の起動性（応答性）を向上させることができるというメリットもある。

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。

上記実施の形態では、圧縮機１の最小容量運転への移行に際し、弁部を通過する冷媒流量を実質的に下限冷媒流量に規制する例を示したが、必ずしも下限冷媒流量に設定することは要しない。弁部を通過する冷媒流量を規制しつつ、下限冷媒流量よりも所定量多くの流量が得られるように設定してもよい。

上記実施の形態では、弁部の冷媒流量を規制する規制構造の一例について述べたが、具体的構造はこれに限られず、同様の機能を発揮するものであれば種々の構造を採用することができる。すなわち、弁体と弁孔の相対的な形状の違いによって冷媒流量を段階的に規制するものであればよい。
図８は、変形例に係る制御弁の弁部周辺の構成を表す部分拡大断面図である。同図の構成は、図６において一点鎖線にて示した圧力特性を有する制御弁に対応する。図９は、その変形例による弁体のストロークと弁部の開口面積との関係を示す図である。
図８に示すように、この制御弁は、作動ロッド２１７の延出部８３において、図３に示されるようなフランジ部８４を省略したものである。この制御弁によれば、弁体１８が大きくストロークしても弁部の開口面積が減少する段階が実質的に存在しない。すなわち、図９に示すように、弁体１８のリフト量がＳ１（規制基準値）を超えると、弁部の開度が一定状態を保持することになる。このような構成によっても弁部の開口面積の増加が抑制されるので、上記実施の形態には及ばないものの、クランク室５４内の圧力上昇を抑制する効果は得られる。

上記実施の形態では、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。

また、上記実施の形態では、制御弁５を、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の弁として構成した例を示したが、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に導出する冷媒流量の双方を制御するいわゆる三方弁として構成することもできる。すなわち、制御弁５を、最小容量運転時にクランク室５４と吸入室５１との間の弁部を閉じる方向に作用するとともに、クランク室５４へ導入する冷媒流量を規制する三方弁として構成してもよい。

上記実施の形態では、吐出弁７において吐出室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６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。

上記実施の形態では、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。

上記実施の形態では、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。

上記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、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を配置してよい。

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。 弁部周辺の動作を示す断面図である。 弁体のストロークと弁部の開口面積との関係を示す図である。 可変容量圧縮機において制御弁により実現される圧力特性を表す図である。 吐出弁の構成を示す断面図である。 変形例に係る制御弁の弁部周辺の構成を表す部分拡大断面図である。 変形例による弁体のストロークと弁部の開口面積との関係を示す図である。

符号の説明

１ 圧縮機、 ２ 凝縮器、 ３ 膨張装置、 ４ 蒸発器、 ５ 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、 １５ 弁孔、 １６ 弁座、 １７ 作動ロッド、 １８ 弁体、 ２０ シャフト、 ３２ コア、 ３３ プランジャ、 ３４ 電磁コイル、 ５１ 吸入室、 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、 ６７ ダイヤフラム、 ７１ 弁座、 ７３ 弁体、 ８３ 延出部、 ８４ フランジ部、 １０１ シリンダブロック、 １０６ 回転軸、 １１１ 揺動板、 １１２ ピストン、 １１５ リップシール、 １１８ プーリ。

Claims (7)

1. 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前記クランク室側から接離するように配置されて弁部を開閉する弁体と、
   前記ボディに連結され、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、
   前記弁体の前記弁孔からのリフト量が所定の規制基準値を超えたときに、前記弁部の開口面積の増加を規制する規制構造と、
   を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
2. 前記規制構造は、前記可変容量圧縮機の最小容量運転への移行に必要な下限冷媒流量を確保す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. 前記規制構造は、前記可変容量圧縮機の最小容量運転への移行に際し、前記弁部を通過する冷媒流量を実質的に前記下限冷媒流量に規制することを特徴とする請求項２に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
4. 前記弁体が一体に形成されて前記弁部の開閉方向に動作するとともに、前記弁孔内に延出する延出部が設けられた作動ロッドを備え、
   前記規制構造は、前記弁体が前記規制基準値を超えて開弁方向に移動したときに、前記弁孔内における前記延出部の配置によって前記弁部の開口面積の増加が規制されることにより実現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。
5. 前記延出部は、前記弁体の前記弁孔からのリフト量が前記規制基準値よりも大きい所定の抑制基準値を超えると、前記弁部の開口面積を減少させる流量抑制部が形成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用制御弁。
6. 前記延出部は、前記弁体の前記弁孔からのリフト量が前記規制基準値から前記抑制基準値に変化するまでの間、前記弁部の開口面積を一定に保持する固定断面領域を有することを特徴とする請求項５に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
7. 前記流量抑制部は、前記延出部において前記弁孔の前記弁体と反対側に突出した突出部からなり、前記弁孔に近接するにつれて前記弁孔との間隙に形成される冷媒通路を小さくすることを特徴とする請求項５に記載の可変容量圧縮機用制御弁。

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