JP2009041547A - 冷凍サイクルおよび可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】いわゆるＰｓ感知弁を組み込んだ圧縮機においてソフトスタートを実現する。
【解決手段】制御弁の付勢部材として、弁体の開弁方向への変位に対するその付勢力ｆｓの変化量がソレノイド力ｆｉの変化量よりも大きくなるものが用いられる。すなわち、弁体の開弁方向への変位に対する両者の変化率（傾き）が異なるため、ソレノイドへ供給する電流値を変化させれば、付勢部材の付勢力ｆｓとソレノイド力ｆｉとがバランスする弁体の変位を変化させることができる。したがって、制御部は、その制御弁を通電量に比例した冷媒流量を得るための比例弁として機能させることができ、必要に応じて冷媒流量を増加させて圧縮機を最小容量運転状態へ移行させることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、冷凍サイクルを構成する可変容量圧縮機に組み込まれてその吐出容量を調整する制御弁の制御技術に関する。

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。

この圧縮機としては、エンジンの回転数によらず一定の冷房能力が維持されるように、冷媒の吐出容量を可変できる可変容量圧縮機（単に「圧縮機」ともいう）が用いられている。この圧縮機は、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、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。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で連続的に変えられる。このクランク室内の圧力（以下「クランク圧力」という）は、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。

このような制御弁として、例えば吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に応じてクランク室への冷媒の導入量を制御し、クランク圧力Ｐｃを制御するいわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧感知弁が知られている（例えば特許文献１参照）。

この制御弁は、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を設定差圧に保つように、吐出室とクランク室との間の通路を連通または閉塞させる弁部を開閉制御するものであり、内部の弁体に対して開閉方向の駆動力を発生させるソレノイドを備えている。その設定差圧は、外部からソレノイドへ供給する電流値により変化させることができる。この制御弁によれば、吐出圧力Ｐｄ自体の大きさに基づいた容量制御が行われるため、吐出容量を変化させる制御の応答性に優れるというメリットがある。また、一般に差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）は圧縮機の負荷トルクを反映するため、その負荷トルクを変化させる応答性にも優れる。例えば、車両の加速カット制御時など負荷トルクの低減が要求されるような場合、設定差圧を小さくしてその負荷トルクを速やかに低減させることができる。また、その後に圧縮機が再起動される際には、最小容量運転から差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を徐々に大きくして負荷トルクを安定に上げていくいわゆるソフトスタートが可能となる。
特開２００１−１３２６５０号公報（図４）

しかしながら、このようなＰｄ−Ｐｓ差圧感知弁は、安定した冷房性能を実現する上では問題もかかえている。例えば、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が大きくなってその吸入圧力Ｐｓが低下しすぎると、低圧側の温度も低くなる。場合によっては過剰冷房により蒸発器の凍結を招き、冷房能力が著しく低下するおそれがある。そこで、通常は蒸発器の出口温度が検出され、制御装置にフィードバックされる。制御装置は、この蒸発器の出口温度が所定の基準値よりも低くなると、ソレノイドへの通電量を制御して設定差圧を小さくし、吸入圧力Ｐｓが下がりすぎないように調整する。しかし、このようなフィードバック制御を常時行うと、吸入圧力Ｐｓがその出口温度の基準値に対応した圧力値付近で比較的大きな変動を繰り返してしまう。このため、低圧側の温度のばらつきを所定範囲内に抑えるという要求仕様があった場合、それを十分に満足できない可能性がある。

一方、このような低圧側の温度を安定させるために、吸入圧力Ｐｓが供給される電流値に対応する設定圧力に保たれるように制御するいわゆるＰｓ感知弁も知られている。この制御弁は、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。しかしながら、このようなＰｓ感知弁を採用した場合、Ｐｄ−Ｐｓ差圧感知弁のように吐出容量を迅速に変化させることができないため、圧縮機を再起動させるときのソフトスタートが困難であ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、いわゆるＰｓ感知弁を組み込んだ圧縮機においてソフトスタートを実現できる制御技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、空調装置を構成する冷凍サイクルにかかる。この冷凍サイクルは、吸入室から導入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出するとともに、クランク室の圧力に応じて吐出容量が変化する可変容量圧縮機と、可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、可変容量圧縮機の吐出冷媒の一部をクランク室に導入するために吐出室とクランク室とを連通する冷媒導入通路と、その冷媒導入通路を開閉する弁体と、その弁体に開弁方向の付勢力を付与する付勢部材と、供給電流に応じた閉弁方向のソレノイド力を発生させるソレノイドと、吸入圧力を感知し、その吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに弁体に開弁方向の力を作用させて弁開度を拡大させる感圧部とを含んで構成される制御弁と、所定の外部情報に基づいて制御弁への通電制御を行う制御部と、を備える。

付勢部材は、弁体の開弁方向への変位に応じてその付勢力が小さくなるとともに、その弁体の変位量に対するその付勢力の変化量が、弁体の変位量に対するソレノイド力の変化量よりも大きくなる特性を有する。制御部は、吸入圧力が設定圧力よりも大きいときに、外部情報に基づいて制御弁へ供給する電流値を変化させ、その電流値に応じた弁開度となるように制御する。

ここでいう「所定の外部情報」は、車両に搭載された各種センサにて検出された検出情報や、車両を制御する制御装置からの指令情報であってもよい。例えば、圧縮機をソフトスタートさせるための条件を表す情報や指令情報であってもよい。「付勢部材」は、スプリングその他の弾性体であってもよい。付勢部材の付勢力は、弁体の変位量に実質的に比例して変化し、その変位量が大きくなるほど小さくなるものでもよい。一方、ソレノイドは、弁体の変位量に実質的に比例して磁気ギャップが大きくなるものでもよい。その場合、弁体の変位量が大きくなるほどソレノイド力は小さくなる。ただし、ソレノイド力は、ソレノイドに供給される電流値が大きくなるほど大きくなる。つまり、弁体の変位量が同じであっても電流値を変化させればソレノイド力はシフトする。

この態様では、制御弁が吸入圧力を感知する感圧部を含んで構成され、その吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに弁体に開弁方向の力を作用させて弁開度を拡大させ、圧縮機を最小容量運転側へ移行させる。その結果、吸入圧力の低下が抑制され、蒸発器付近における過剰冷房が防止される。

一方、制御弁の付勢部材として、弁体の開弁方向への変位に対するその付勢力の変化量がソレノイド力の変化量よりも大きくなるものが用いられる。すなわち、弁体の開弁方向への変位に対する両者の変化率（傾き）が異なるため、ソレノイドへ供給する電流値を変化させれば、付勢部材の付勢力とソレノイド力とがバランスする弁体の変位を変化させることができる。したがって、制御部は、その制御弁への通電量に応じて冷媒流量を調整することができる。圧縮機を再起動させる際には、冷媒流量を徐々に変化させることによりソフトスタートを実現することもできる。

本発明の別の態様は、可変容量圧縮機用制御弁である。この制御弁は、吸入室から導入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機に組み込まれ、吐出室からクランク室へ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。この制御弁は、吐出室とクランク室とを連通する冷媒導入通路が形成されたボディと、冷媒導入通路を開閉する弁体と、弁体に開弁方向の付勢力を付与する付勢部材と、供給電流に応じた閉弁方向のソレノイド力を発生させるソレノイドと、吸入圧力を感知し、その吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに弁体に開弁方向の力を作用させて弁開度を拡大させる感圧部と、を備える。付勢部材は、弁体の開弁方向への変位に応じてその付勢力が小さくなるとともに、その弁体の変位量に対するその付勢力の変化量が、弁体の変位量に対するソレノイド力の変化量よりも大きくなる特性を有する。制御弁の弁体は、吸入圧力が設定圧力より大きいときに、供給される電流値に応じた弁開度となるように自律的に動作する。

この態様の制御弁は、吸入圧力を感知する感圧部を含んで構成され、その吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに弁体に開弁方向の力を作用させて弁開度を拡大させる。この制御弁を圧縮機に組み込むことにより、吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに圧縮機が最小容量運転側へ移行され、その吸入圧力の低下が抑制される。

一方、付勢部材として、弁体の開弁方向への変位に対するその付勢力の変化量がソレノイド力の変化量よりも大きくなるものが用いられるため、ソレノイドへの供給電流値が変化すると、付勢部材の付勢力とソレノイド力とがバランスする弁体の変位が変化する。したがって、通電量に応じた冷媒流量を得ることができる。この制御弁を圧縮機に組み込むことにより、通電量を変化させてクランク室への冷媒流量を調整することができる。圧縮機を再起動させる際には、冷媒流量を徐々に変化させることによりソフトスタートを実現することもできる。

本発明のさらに別の態様は、空調装置を構成する冷凍サイクルである。この冷凍サイクルは、吸入室から導入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出するとともに、クランク室の圧力に応じて吐出容量が変化する可変容量圧縮機と、可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、可変容量圧縮機の吐出冷媒の一部をクランク室に導入するために吐出室とクランク室とを連通する冷媒導入通路と、その冷媒導入通路を開閉する弁体と、その弁体に開弁方向の付勢力を付与する付勢部材と、供給電流に応じた閉弁方向のソレノイド力を発生させるソレノイドと、吸入圧力を感知し、その吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに弁体に開弁方向の力を作用させて弁開度を拡大させる感圧部とを含んで構成される制御弁と、所定の外部情報に基づいて制御弁への通電制御を行う制御部と、を備える。

制御部は、吸入圧力が設定圧力よりも大きいときに、外部情報に基づいて制御弁への通電をオン・オフさせて冷媒導入通路を開閉させ、吐出冷媒のクランク室への導入量がその通電周期に応じた流量となるように制御する。

この態様によれば、圧縮機の吸入圧力が設定圧力よりも低くなると、制御弁の感圧部の動作により弁開度が拡大し、圧縮機を最小容量運転側へ移行させる。その結果、吸入圧力の低下が抑制され、蒸発器付近における過剰冷房が防止される。一方、制御部は、制御弁への通電をオン・オフしてクランク室への冷媒導入量を変化させることができる。すなわち、圧縮機を再起動させる際には、冷媒流量を徐々に変化させることによりソフトスタートを実現することもできる。

本発明のさらに別の態様は、可変容量圧縮機用制御弁である。この制御弁は、吸入室から導入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機に組み込まれ、ソレノイド駆動により吐出室からクランク室へ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。この制御弁は、可変容量圧縮機の吸入圧力が設定圧力よりも大きいときに、ソレノイドに供給される電流値に比例した弁開度となるように自律的に動作する弁体と、吸入圧力を感知し、その吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに弁体を開弁方向に付勢し、ソレノイドに供給される電流値にかかわらず弁開度を拡大させる感圧部と、を備える。

この制御弁を圧縮機に組み込むことにより、通電量を変化させてクランク室への冷媒流量を調整することができる。圧縮機を再起動させる際には、冷媒流量を徐々に変化させることによりソフトスタートを実現することもできる。

本発明によれば、いわゆるＰｓ感知弁を組み込んだ圧縮機においてソフトスタートを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、その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」という）１００、圧縮された冷媒を凝縮して冷却する凝縮器１０２（「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１０３、および膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器１０４を備えている。

圧縮機１００は、蒸発器１０４側から吸入室１５１に導入された冷媒ガスをシリンダ１５２に導入し、そのシリンダ１５２内に往復動可能に収容されたピストンにて圧縮し、吐出室１５３から凝縮器１０２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」という）１を介してクランク室１５４内に導入され、圧縮機１００の容量制御に供される。制御弁１は、ソレノイド駆動の電磁弁として構成され、制御部１０６により通電制御される。クランク室１５４と吸入室１５１とを連通する冷媒通路１５５にはオリフィス１５６が設けられており、クランク室１５４内の圧力を減圧して吸入室１５１側へ導出可能になっている。

圧縮機１００の回転軸には、図示しないエンジンの駆動力がプーリを介して伝達される。その回転軸に傾斜角可変に支持された揺動板は、その角度がクランク室１５４内で揺動板を付勢するスプリングの荷重や、揺動板に作動連結されたピストン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。この揺動板の角度は、クランク室１５４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。圧縮機１００は、いわゆるクラッチレス式の圧縮機であり、揺動板の角度の変化によってピストンのストロークを変えることにより、冷媒の吐出容量を調整するようにしている。クランク圧力は、圧縮機１００の吐出室１５３とクランク室１５４との間に設けられた制御弁１により制御される。

制御弁１は、ソレノイド駆動の電磁制御弁として構成され、吐出室１５３からクランク室１５４に導入する冷媒流量を調整する。制御弁１は、容量制御状態においてソレノイドに供給される電流値にほぼ比例してその弁開度が変化する比例弁として動作する。制御弁１は、制御部１０６により駆動回路１５０を動作させることにより通電制御される。本実施の形態では、制御部１０６が駆動回路１５０に所定のデューティ比に設定されたパルス信号を出力し、駆動回路１５０からそのデューティ比に対応した電流パルスを出力させてソレノイドを駆動するデューティ制御を行う。

制御部１０６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１０６は、指定したデューティ比の例えば４００Ｈｚ程度のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。制御部１０６は、エンジン回転数、車室内外の温度、蒸発器１０４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、あるいはエンジンを制御する制御装置（「エンジン制御装置」ともいう）からの指令情報に基づいて制御弁１への通電制御を行う。

膨張装置１０３は、いわゆる温度式膨張弁として構成されており、蒸発器１０４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１０４へ供給する。蒸発器１０４を通過した冷媒は圧縮機１００に戻される。

また、圧縮機１００の吐出室１５３と凝縮器１０２との間の冷媒通路には逆止弁１０７が設けられている。この逆止弁１０７は、吐出室１５３から凝縮器１０２への冷媒の流れのみを許容して凝縮器１０２側からの逆流を防止するものである。逆止弁１０７は、機械式の弁であってもよいし、電磁駆動により開閉されるものでもよい。

さらに、圧縮機１００の吐出室１５３と凝縮器１０２との間の冷媒通路には、圧縮機１００の吐出圧力を検出するための圧力センサ１０８（「吐出圧検出部」に該当する）が設けられている。この圧力センサ１０８は、図示の例では吐出室１５３と凝縮器１０２とをつなぐ配管に設けられているが、高圧側の冷媒通路に設けられていればよい。例えば、圧縮機１００の出口、凝縮器１０２の入口または出口、あるいは膨張装置１０３の入口等に配設されていてもよい。

図２は、制御弁の構成を示す断面図である。

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、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の周囲には、ボディ５の内部へのごみ等の侵入を防止するためのストレーナ１２が取り付けられている。ポート１１は、ボディ５の上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、圧縮機のクランク室に連通し、そのクランク室に制御されたクランク圧力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、段付円筒状の弁座形成部材１４が配設されており、その内部通路により弁孔１５が形成されている。また、弁座形成部材１４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、長尺有底円筒状の伝達ロッド１７が挿通されており、その上端部が弁座形成部材１４によって摺動可能に支持されている。この伝達ロッド１７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の上端部には、伝達ロッド１７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することが可能となっている。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、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。この圧力室２８は、作動ロッド２１および伝達ロッド１７にそれぞれ設けられた連通孔を介してパワーエレメント６の圧力室２９に連通しており、吸入圧力Ｐｓがその圧力室２９に導入されるように構成されている。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。

コア３２とプランジャ３３との間には、プランジャ３３をコア３２から離間する方向、つまり開弁方向に付勢するスプリング３７が介装されている。本実施の形態において、このスプリング３７および上述したスプリング３０が、弁体２２に開弁方向の付勢力を付与する付勢部材を構成する。

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制御弁１は、取り付け用のワッシャ４５を介して圧縮機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３は、図２の上半部に対応する部分拡大断面図である。同図は、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、弁座形成部材１４の上端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が上述の圧力室２９を構成している。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延出しており、弁座形成部材１４の上端部に圧入されている。第２ハウジング５４、ダイヤフラム１９、弁座形成部材１４および伝達ロッド１７に囲まれた空間が圧力室２９を形成している。

一方、伝達ロッド１７は、下方に開口する有底円筒状をなし、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の上端近傍の側部には、内部通路６１と圧力室２９とを連通する連通孔６２が形成されている。一方、作動ロッド２１は、その上半部が段付円筒状をなし、その上端開口部６３に伝達ロッド１７の下端部が内挿されている。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、両者間にはその接続部において微少なクリアランスが設けられている。これにより、弁座形成部材１４の軸心とガイド孔２３の軸心とが微妙にずれていたとしても、そのクリアランスがこれを吸収し、伝達ロッド１７および作動ロッド２１の軸線方向の動きが妨げられないようになっている。作動ロッド２１の側部には、内部通路６４と圧力室２８とを連通させる連通孔６５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２１の内部通路６４および伝達ロッド１７の内部通路６１を介して圧力室２９に導入される。ダイヤフラム１９は、この吸入圧力Ｐｓを感知して弁部の開閉方向に伸縮動作する。

弁座形成部材１４は、その下端面とボディ５との間にポリイミドフィルム等からなる薄膜状のダイヤフラム６７（「シール部材」に該当する）を挟んだ状態でボディ５の上半部に挿通されている。弁座形成部材１４は、ボディ５の上端開口部が部分的に内方に加締められることによってボディ５に固定されている。作動ロッド２１がこのダイヤフラム６７の中央部を貫通しているが、ダイヤフラム６７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６７の上下で冷媒の漏洩が防止され、吐出圧力Ｐｄが圧力室２８に及ばないようになっている。弁座形成部材１４の側部の上下には内外を連通する連通孔７１，７２がそれぞれ設けられており、ポート１１とポート１３とを連通させている。

本実施の形態においては、弁座形成部材１４における伝達ロッド１７の摺動部（摺動孔）の断面積Ａと弁孔１５の断面積Ｂとが等しく形成されている。したがって、伝達ロッド１７と作動ロッド２１との結合体（以下「ロッド結合体」という）に作用するクランク圧力Ｐｃによる力がキャンセルされる。一方、ガイド孔２３の断面積Ｃは断面積Ａ，Ｂよりやや大きいものの、実質的に等しく形成されている。したがって、作動ロッド２１に作用する吐出圧力Ｐｄによる力がキャンセルされ、さらに、ロッド結合体に作用する吸入圧力Ｐｓによる力がキャンセルされる。したがって、パワーエレメント６による駆動力が作用していないときには、ロッド結合体には、シャフト３６を介して伝達される閉弁方向のソレノイド力と、スプリング３０およびスプリング３７（図１参照）からなる付勢部材による開弁方向の付勢力とが作用する。つまり、弁体２２は、これらの力のバランスにより弁部の開閉方向に動作し、その弁開度はソレノイド力に比例する。

一方、吸入圧力Ｐｓが低くなると、パワーエレメント６におけるダイヤフラム１９の前後差圧が小さくなる。その結果、相対的に皿ばね５１の荷重が大きくなり、感圧部材が開弁方向に変位する。このパワーエレメント６による駆動力が作用すると、ロッド結合体は開弁方向に変位する。

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、皿ばね５１の荷重に対する変形の特性は全体としては非線形となるが、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。この皿ばね５１の荷重を調整することにより、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も変化する。パワーエレメント６の弁座形成部材１４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が設定圧力Ｐsetを下回ると、感圧部材が変位して伝達ロッド１７を介して弁体２２に開弁方向の駆動力を作用させる。本実施の形態では、蒸発器の凍結防止を保証できる吸入圧力Ｐｓの値を実験等により予め取得し、その値を設定圧力Ｐsetとして設定している。

図４は、弁体の変位と弁体に作用しうる荷重（力）との関係を表す図である。同図において、横軸は閉弁位置を基準とする弁体の開弁方向への変位量（ストローク）ｘ、つまり弁開度を表し、縦軸は弁体に作用する各力Ｆの大きさを表している。図中一点鎖線はソレノイド力を表し、実線はスプリングによる力を表している。

すなわち、ソレノイド力ｆｉは、供給電流ｉ（Ａ）とストロークｘ（ｍｍ）の関数ｆ（ｉ，ｘ）となっており、その絶対値は、電流値によって図示のように変化する。同図に示すように、外部から供給される電流値が大きくなるほど、閉弁方向に作用する力が大きくなる。一方、スプリング３０およびスプリング３７（これらを合わせて単に「スプリング」とも表現する）による付勢力ｆｓは、ストロークｘ（ｍｍ）の関数ｆｓ（ｘ）となっており、ストロークｘが大きくなるほど、開弁方向に作用する付勢力が小さくなる。図示のように、ストロークｘの変化に対するスプリングの付勢力ｆｓの変化量は、ソレノイド力ｆｉの変化量よりも大きい。そのような特性が得られるように、各スプリングのばね定数が選定されている。すなわち、弁体２２の開弁方向への変位に対するソレノイド力ｆｉおよび付勢力ｆｓの各変化率（傾き）が異なるため、ソレノイド３へ供給する電流値を変化させれば、スプリングの付勢力ｆｓとソレノイド力ｆｉとがバランスする弁体２２の変位を変化させることができる。同図においては、電流値ｉ＝０．３Ａとすればストロークｘをｘ１にでき、電流値ｉ＝０．２Ａとすればストロークｘをｘ２にできることが例示されている。したがって、制御部１０６は、その制御弁１を通電量に比例した冷媒流量を得るための比例弁として機能させることができる。

参考までに、図中破線は、スプリングの変化率が小さい場合を例示している。スプリングがこのような特性を有する場合、ソレノイド力ｆｉとのバランス点を複数設けることができない。このため、ソレノイド３に供給する電流値を変化させても、弁体２２は、ある電流値を境に閉弁状態または全開状態に変化してしまうことになる。本実施の形態では、スプリングのばね定数を比較的大きく設定することにより比例弁を実現している。

図５〜図７は、制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。各図は、図３に対応する部分拡大断面図である。図５は、ソレノイド３がオフにされ、吸入圧力Ｐｓが高いときの状態を示している。図６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容量制御中の状態を示している。図７は、容量制御中において吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetを下回ったときの状態を示している。

ソレノイド３の非通電状態においては吸入圧力Ｐｓが高いため、図５に示すように、開放空間Ｓ２に導入されたその吸入圧力Ｐｓと、密閉空間Ｓ１内の内部圧力との差圧が大きく、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。なお、後述のように吸入圧力Ｐｓ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ひいては制御弁１のコンパクト化にも寄与している。一方、ソレノイド３が非通電状態であるためにソレノイド力は発生せず、弁体２２には、実質的にスプリングによる付勢力のみが作用し、弁部は全開状態となっている。

ソレノイド３に通電された容量制御状態において、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも高いときには（Ｐｓ＞Ｐset）、図６に示すように感圧部材が伝達ロッド１７から離れている。このため、制御弁１は、スプリングによる付勢力とソレノイド力とがバランスした開弁状態を保持する。すなわち、弁開度がソレノイド３に供給される電流値にほぼ比例するように変化し、制御弁１が比例弁として動作する。

制御部１０６は、例えばエンジンを制御する制御装置（「エンジン制御装置」ともいう）からの要求に応じて圧縮機１００の負荷トルクを小さくすることができる。その際、急を要する場合には制御弁１への通電を遮断してソレノイド３をシャットダウンさせればよいが、安定に負荷トルクを小さくさせるために、ソレノイド３への供給電流値を徐々に小さくしてクランク室１５４への冷媒導入量を増加させてもよい。ソレノイド３を再起動させる場合には、制御部１０６は、圧力センサ１０８により検出された吐出圧力Ｐｄに基づき、その吐出圧力Ｐｄが徐々に大きくなるように制御弁１へ供給する電流値を変化させ、クランク室１５４へ導入する冷媒流量を徐々に増加させてもよい。これにより、圧縮機１００のソフトスタートを実現できる。

そして、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetを下回ろうとすると（吸入圧力Ｐｓ≦設定圧力Ｐset）、図７のように感圧部材が伝達ロッド１７に接触し、これを押圧して弁開度を拡大する。それにより、弁体２２が開弁方向へ変位して弁部の開度を拡大し、クランク圧力Ｐｃが上昇して吐出容量を低減させる。その結果、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetに維持され、過剰冷房が防止される。すなわち、制御弁１は、吸入圧力Ｐｓを設定圧力Ｐsetに保持しようするいわゆるＰｓ感知弁として動作する。

以上に説明したように、本実施の形態によれば、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも低くなったときにパワーエレメント６が動作し、弁体２２に開弁方向の力を作用させて弁開度を拡大させる。これにより吸入圧力Ｐｓの低下が抑制され、蒸発器付近における過剰冷房が防止される。一方、スプリングのばね定数を比較的大きく設定することにより、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも高いときには、制御弁１が比例弁として機能するようにした。これにより、例えば圧縮機１００をシャットダウンした状態から再起動させる際には、冷媒流量を徐々に変化させることによりソフトスタートを実現することもできる。さらに、制御弁１においては、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、そのハウジング５０の形状を皿ばね５１の形状に合わせるようにした。このため、パワーエレメント６そのもの、ひいては制御弁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制御弁は、受圧形態が異なる点を除けば第１の実施の形態の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８は、第２の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。同図は、制御弁が大気に放置された状態を表している。

制御弁２０１は、弁本体２０２とソレノイド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。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２０６のハウジング２５０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２５０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２１７が挿通されており、ハウジング２５０によって摺動可能に支持されている。この伝達ロッド２１７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２１７の上端は、パワーエレメント２０６のダイヤフラム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２２１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２２１は、ボディ２０５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。作動ロッド２２１の上端面は、伝達ロッド２１７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２２１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２２１の全体を弁体と捉えることもできる。作動ロッド２２１とボディ２０５との間には、作動ロッド２２１を開弁方向に付勢するスプリング３０が介装されている。

パワーエレメント２０６は、ハウジング２５０、ハウジング２５０内を仕切るダイヤフラム１９、密閉空間Ｓ１に配置された皿ばね５１を含んで構成されている。ハウジング２５０の第２ハウジング２５４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２０５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２５４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２５４、ダイヤフラム１９および弁体２２（作動ロッド２２１）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２１７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２１７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２１７の下面はフラットになっており、作動ロッド２２１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２１７と作動ロッド２２１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２１７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２２１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２２１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２２１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２２１の摺動部の間隙に詰まるのを防止する。

なお、本実施の形態においても、ソレノイド３のコア３２とプランジャ３３との間には、プランジャ３３を介して弁体２２を開弁方向に付勢するスプリング３７が介装されているが、その図示については省略する（図２参照）。

本実施の形態においても、弁体２２の有効受圧面積Ｂ２（弁孔１５の断面積と実質的に等しい）と、ガイド孔２３の断面積Ｃ２とが実質的に等しく形成されている。したがって、作動ロッド２２１に作用する吐出圧力Ｐｄによる力がキャンセルされる。

また、弁体２２の有効受圧面積Ｂ２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Ｄ２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Ｄ２は、下記式（１）により算出される。

Ｄ２＝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Ｄ２としてもよい。なお、第１の実施の形態においては述べなかったが、上述した感圧部材の有効受圧面積Ｄについても「みかけの有効受圧面積」を用いることができる。

したがって、パワーエレメント２０６による駆動力が作用していないときには、弁体２２には、シャフト３６を介して伝達される閉弁方向のソレノイド力と、スプリング３０およびスプリング３７（図２参照）からなる付勢部材による開弁方向の付勢力と、クランク圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）による力とが作用する。すなわち、弁体２２は、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも高いときには、ソレノイド３に供給される電流値に応じて弁開度を変化させるとともに、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）をその電流値により決まる設定差圧に保持するように動作する。

図９〜図１１は、制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。各図は、図８に対応する部分拡大断面図である。図９は、ソレノイド３がオフにされ、吸入圧力Ｐｓが高いときの状態を示している。図１０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容量制御中の状態を示している。図１１は、容量制御中において吸入圧力Ｐｓが設定圧力を下回ったときの状態を示している。

ソレノイド３の非通電状態においては吸入圧力Ｐｓが高く、クランク圧力Ｐｃもこれに近い値となる。このため、図９に示すように、開放空間Ｓ２に導入されたクランク圧力Ｐｃと、密閉空間Ｓ１内の内部圧力との差圧が大きくなる。その結果、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、ソレノイド３が非通電状態であるためにソレノイド力は発生しない。このため、弁体２２は、スプリングによる付勢力と、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）による力とを受けて開弁方向に動作し、弁部が全開状態となっている。

一方、ソレノイド３に通電された容量制御状態において吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも高いときには（Ｐｓ＞Ｐset）、図１０に示すように作動ロッド２２１が伝達ロッド２１７から離れている。制御弁２０１は、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）を設定差圧に保持するいわゆるＰｃ−Ｐｓ弁として動作する。

そして、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetを下回ろうとすると（吸入圧力Ｐｓ≦設定圧力Ｐset）、図１１のように感圧部材が伝達ロッド２１７に接触し、これを押圧して弁開度を拡大する。それにより、弁体２２が開弁方向へ変位して弁部の開度を拡大し、クランク圧力Ｐｃが上昇して吐出容量を低減させる。その結果、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetに維持され、過剰冷房が防止される。すなわち、制御弁２０１は、吸入圧力Ｐｓを設定圧力Ｐsetに保持しようするいわゆるＰｓ感知弁として動作する。

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。

上記実施の形態においては、圧力センサ１０８により検出される吐出圧力Ｐｄが徐々に大きくなるように制御することで圧縮機１００のソフトスタートを実現する例を示した。変形例においては、より確実なソフトスタートの実現のために、吸入圧力Ｐｓを検出する圧力センサをさらに設け、両圧力センサにより検出された圧力の差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が徐々に大きくなるように、制御弁１への通電量を制御するようにしてもよい。

上記実施の形態では述べなかったが、制御弁を比例弁としてではなく、いわゆるオン・オフ弁として機能させてもよい。例えば１０Ｈｚ程度の低周波によるデューティ制御によりソレノイドへの通電をオン・オフし、制御弁の弁部を繰り返し開閉させて制御してもよい。なお、この周波数は、弁体がその周波数に追従して動作できる程度であればよい。このようにして弁部の開閉タイミングを調整することにより、クランク室への冷媒導入量を変化させることができる。すなわち、圧縮機を再起動させる際には、冷媒流量を徐々に変化させてソフトスタートを実現することができる。

上記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。変形例においては、感圧部材として皿ばねをなくし、比較的厚みがあり皿ばねのような反転動作が可能な金属製ダイヤフラムを用いてもよい。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。

上記実施の形態の制御弁は、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、冷凍サイクルに凝縮器に代わってガスクーラなどの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。 制御弁の構成を示す断面図である。 図２の上半部に対応する部分拡大断面図である。 弁体の変位と弁体に作用しうる荷重（力）との関係を表す図である。 制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。 制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。 制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。 第２の実施の形態に係る制御弁の上半部の部分拡大断面図である。 制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。 制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。 制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。

符号の説明

１ 制御弁、 ３ ソレノイド、 ５ ボディ、 ６ パワーエレメント、 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、 ３０ スプリング、 ３７ スプリング、 ５０ ハウジング、 ６０ ダイヤフラム、 ６７ ダイヤフラム、 １００ 圧縮機、 １０２ 凝縮器、 １０３ 膨張装置、 １０４ 蒸発器、 １０６ 制御部、 １０７ 逆止弁、 １０８ 圧力センサ、 １５０ 駆動回路、 １５１ 吸入室、 １５２ シリンダ、 １５３ 吐出室、 １５４ クランク室、 １５６ オリフィス、 ２０１ 制御弁、 ２０５ ボディ、 ２０６ パワーエレメント、 ２１７ 伝達ロッド、 ２２１ 作動ロッド、 ２５０ ハウジング、 Ｓ１ 密閉空間、 Ｓ２ 開放空間。

Claims (9)

1. 空調装置を構成する冷凍サイクルにおいて、
   吸入室から導入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出するとともに、クランク室の圧力に応じて吐出容量が変化する可変容量圧縮機と、
   前記可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、
   前記外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、
   前記膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに前記可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、
   前記可変容量圧縮機の吐出冷媒の一部を前記クランク室に導入するために前記吐出室と前記クランク室とを連通する冷媒導入通路と、その冷媒導入通路を開閉する弁体と、その弁体に開弁方向の付勢力を付与する付勢部材と、供給電流に応じた閉弁方向のソレノイド力を発生させるソレノイドと、吸入圧力を感知し、その吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに前記弁体に開弁方向の力を作用させて弁開度を拡大させる感圧部とを含んで構成される制御弁と、
   所定の外部情報に基づいて前記制御弁への通電制御を行う制御部と、
   を備え、
   前記付勢部材は、前記弁体の開弁方向への変位に応じてその付勢力が小さくなるとともに、その弁体の変位量に対するその付勢力の変化量が、前記弁体の変位量に対する前記ソレノイド力の変化量よりも大きくなる特性を有し、
   前記制御部は、前記吸入圧力が前記設定圧力よりも大きいときに、前記外部情報に基づいて前記制御弁へ供給する電流値を変化させ、その電流値に応じた弁開度となるように制御することを特徴とする冷凍サイクル。
2. 吐出圧力を検出する吐出圧検出部をさらに備え、
   前記制御部は、検出された吐出圧力に基づき、その吐出圧力が徐々に大きくなるように前記制御弁へ供給する電流値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
3. 前記吸入圧力を検出する吸入圧検出部をさらに備え、
   前記制御部は、検出された吐出圧力および吸入圧力に基づき、その吐出圧力と吸入圧力との差圧が徐々に大きくなるように前記制御弁へ供給する電流値を変化させることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル。
4. 吸入室から導入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機に組み込まれ、前記吐出室からクランク室へ導入する冷媒流量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可変容量圧縮機用制御弁において、
   前記吐出室と前記クランク室とを連通する冷媒導入通路が形成されたボディと、
   前記冷媒導入通路を開閉する弁体と、
   前記弁体に開弁方向の付勢力を付与する付勢部材と、
   供給電流に応じた閉弁方向のソレノイド力を発生させるソレノイドと、
   吸入圧力を感知し、その吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに前記弁体に開弁方向の力を作用させて弁開度を拡大させる感圧部と、
   を備え、
   前記付勢部材が、前記弁体の開弁方向への変位に応じてその付勢力が小さくなるとともに、その弁体の変位量に対するその付勢力の変化量が、前記弁体の変位量に対する前記ソレノイド力の変化量よりも大きくなる特性を有し、前記吸入圧力が前記設定圧力よりも大きいときに、供給される電流値に応じた弁開度となるように前記弁体が自律的に動作するように構成されていることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
5. 前記冷媒導入通路を形成する弁孔に接離するように配置された前記弁体と、
   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吸入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た感圧部材とを含み、前記吸入圧力が前記設定圧力よりも低くなったときに前記感圧部材が開弁方向に変位するように構成された前記感圧部と、
   前記ボディの他端側に設けられた前記ソレノイドと、
   一端側が前記弁体に支持され他端側が前記感圧部材に接離可能な本体を有し、前記吸入圧力が前記設定圧力よりも低くなったときに、前記感圧部材による開弁方向の駆動力を前記弁体へ伝達可能な伝達ロッドと、
   を備えたこと特徴とする請求項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、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、
   前記吸入室連通ポートが、前記弁体および前記伝達ロッドのそれぞれを貫通するように設けられた内部通路を介して前記開放空間へ連通するように構成され、
   前記伝達ロッドは、一端側が前記ボディ内に設けられた摺動孔に沿って摺動可能に支持される一方、他端側が前記弁孔を貫通して前記弁体に接続され、
   前記ガイド孔の断面積と前記弁孔の断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吐出圧力がキャンセルされるように構成され、前記摺動孔の断面積と前記弁孔の断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室の圧力がキャンセルされるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
7. 前記冷媒導入通路を形成する弁孔に接離するように配置され、その一端側で前記クランク室の圧力を受ける一方、他端側で前記吸入圧力を受け、軸線方向に動作して弁部を開閉する前記弁体と、
   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室の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た感圧部材とを含んで構成された前記感圧部と、
   前記ボディの他端側に設けられた前記ソレノイドと、
   前記感圧部材と前記弁体との間に配設され、前記吸入圧力が前記設定圧力よりも低くなったときに、前記感圧部材の駆動力を前記弁体へ伝達可能な伝達ロッドと、
   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、前記吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに、前記弁体に作用する前記クランク室の圧力が実質的にキャンセルされるとともに、前記感圧部材が変位して前記弁体に開弁方向の駆動力を付与する一方、前記吸入圧力が設定圧力よりも高いときには、前記弁体が前記クランク室の圧力と前記吸入圧力との差圧を、前記ソレノイドに供給される電流値により決まる設定差圧に保持するように動作す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。
8. 空調装置を構成する冷凍サイクルにおいて、
   吸入室から導入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出するとともに、クランク室の圧力に応じて吐出容量が変化する可変容量圧縮機と、
   前記可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、
   前記外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、
   前記膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに前記可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、
   前記可変容量圧縮機の吐出冷媒の一部を前記クランク室に導入するために前記吐出室と前記クランク室とを連通する冷媒導入通路と、その冷媒導入通路を開閉する弁体と、その弁体に開弁方向の付勢力を付与する付勢部材と、供給電流に応じた閉弁方向のソレノイド力を発生させるソレノイドと、吸入圧力を感知し、その吸入圧力が設定圧力よりも低くなったときに前記弁体に開弁方向の力を作用させて弁開度を拡大させる感圧部とを含んで構成される制御弁と、
   所定の外部情報に基づいて前記制御弁への通電制御を行う制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記吸入圧力が前記設定圧力よりも大きいときに、前記外部情報に基づいて前記制御弁への通電をオン・オフさせて前記冷媒導入通路を開閉させ、前記吐出冷媒のクランク室への導入量がその通電周期に応じた流量となるように制御することを特徴とする冷凍サイクル。
9. 吸入室から導入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機に組み込まれ、前記吐出室からクランク室へ導入する冷媒流量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ソレノイド駆動の可変容量圧縮機用制御弁において、
   前記可変容量圧縮機の吸入圧力が設定圧力よりも大きいときに、前記ソレノイドに供給される電流値に比例した弁開度となるように自律的に動作する弁体と、
   前記吸入圧力を感知し、その吸入圧力が前記設定圧力よりも低くなったときに前記弁体を開弁方向に付勢し、前記ソレノイドに供給される電流値にかかわらず弁開度を拡大させる感圧部と、
   を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。

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