JP2010090834A - 可変容量圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク室圧力の昇圧感度を容易に最適な感度に調整可能な容量制御弁を備えた可変容量圧縮機を提供する。
【解決手段】吐出室とクランク室とを連通する通路を開閉する容量制御弁の開度調整によりクランク室の圧力を変化させてピストンのストロークを調整する可変容量圧縮機において、容量制御弁は、吐出室と連通する弁室と、弁孔と、弁孔を開閉する弁体と、吸入室と連通する感圧室と、感圧室に配設された感圧部材と、一端が感圧部材に連結され他端が弁体に連結されて感圧部材の変位に応答して弁体を駆動する感圧ロッドとを備えており、弁体には弁孔側よりクランク室圧力が弁体を開く方向に作用し、感圧ロッドには弁孔側よりクランク室圧力が弁体を閉じる方向に作用するとともに、感圧ロッドのクランク室圧力の受圧面積Ｓｒが、弁体のクランク室圧力の受圧面積Ｓｖよりも大きく設定されていることを特徴とする可変容量圧縮機。
【選択図】図２

Description

本発明は、可変容量圧縮機に関し、特に車輌空調装置の冷凍回路に用いて好適な可変容量圧縮機に関する。

吐出室とクランク室とを連通する給気通路を吸入圧力を感知して開閉する容量制御弁と、クランク室と吸入室とを連通する抽気通路に配置された絞りとを備え、容量制御弁の開度調整によりクランク室の圧力を変化させ、ピストンの往復運動のストロークを調整して吸入室からシリンダボアに吸入された冷媒を圧縮して吐出室に吐出する可変容量圧縮機が知られている（例えば、特許文献１）。

このような可変容量圧縮機が例えば車両用空調装置の冷凍回路に設けられ、冷媒の圧縮機として用いられている。抽気通路を通して絞りによって絞られた少量の冷媒ガスがクランク室から抽気されつつ、吐出室内の冷媒ガスが容量制御弁の開度調整により制御された量クランク室に導入されることにより、クランク室の圧力が目標圧力に制御され、それによって斜板要素の傾角制御を介してピストンのストロークが調整され、圧縮機の吐出容量が目標容量に制御される。
特開昭６２−２８２１８２号公報

上記のような可変容量圧縮機においては、吸入圧力を感知する感圧部材（例えば、ダイアフラム）の変位に応答して容量制御弁の弁体が給気通路を開閉するが、吐出圧力が高い場合と、吐出圧力が低い場合とで、同じ弁開度でもクランク室への吐出ガス導入量が大きく異なるため、特にクランク室と吸入室とを連通する抽気通路に配置された絞りが開度固定である場合には、クランク室圧力の昇圧感度（つまり、吸入圧力の変化量に対するクランク室圧力の変化量）も大きく変化する。

特に、吐出圧力が高い場合、クランク室への吐出ガス導入量が増大するため、クランク室圧力の昇圧感度も増大する傾向となるが、クランク室圧力の昇圧感度が過剰に増大すると、吐出容量が過剰に減少し、上記弁体の動作が不安定となって、いわゆるハンティング現象を引き起こす場合がある。このようなハンティング現象が発生すると、例えばこの可変容量圧縮機を用いた車両用空調装置による空調制御において、車室内の温度変動が発生し、空調制御に悪影響があるばかりでなく、圧縮機のトルク変動を引き起こし、圧縮機の駆動源がエンジンである場合にはエンジン制御にも悪影響を及ぼすおそれがある。

そこで本発明の課題は、クランク室圧力の昇圧感度を容易に最適な感度に調整可能な容量制御弁を備えた可変容量圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る可変容量圧縮機は、内部に吐出室、吸入室、クランク室及びシリンダボアが区画形成されたハウジングと、前記シリンダボア内に挿入されたピストンと、前記ハウジング内に回転可能に支持された駆動軸と、前記駆動軸の回転を前記ピストンの往復運動に変換する傾角可変の斜板要素を含む運動変換機構と、前記吐出室と前記クランク室とを連通する給気通路を開閉する容量制御弁と、前記クランク室と前記吸入室とを連通する抽気通路に配置された絞り要素とを備え、前記容量制御弁の開度調整により前記クランク室の圧力を変化させて前記ピストンの往復運動のストロークを調整し、前記ピストンの往復運動により前記吸入室から前記シリンダボアに冷媒を吸入し吸入された冷媒を圧縮して前記吐出室に吐出する可変容量圧縮機において、
前記容量制御弁は、前記吐出室と連通する弁室と、一端が前記弁室と連通し、他端が前記クランク室と連通する弁孔と、前記弁室に面して前記弁孔の周囲に形成された弁座と、前記弁室に配設され、前記弁座に当接・離間して前記弁孔を開閉する弁体と、前記吸入室と連通する感圧室と、前記感圧室に配設され、前記吸入室の圧力に応答して変位する感圧部材と、一端が前記感圧部材に連結され、他端が前記弁孔側より前記弁体に連結されて、前記感圧部材の変位に応答して前記弁体を駆動する感圧ロッドと、を備え、
前記弁体には前記弁孔側より前記クランク室の圧力が前記弁体を開く方向に作用し、前記感圧ロッドには前記弁孔側より前記クランク室の圧力が前記弁体を閉じる方向に作用するとともに、前記感圧ロッドが前記クランク室の圧力を受ける受圧面積をＳｒとし、前記弁体が前記クランク室の圧力を受ける受圧面積をＳｖとしたとき、Ｓｒ＞Ｓｖを満足するようにＳｒとＳｖが設定されていることを特徴とするものからなる。

このような本発明に係る可変容量圧縮機においては、弁体を閉じる方向に作用する、感圧ロッドのクランク室圧力を受ける受圧面積Ｓｒを、弁体を開く方向に作用する、弁体のクランク室圧力の受圧面積Ｓｖよりも大きく設定することにより、クランク室圧力は常に弁体を閉じる方向に作用することになる。このクランク室圧力が常に弁体を閉じる方向に作用するという状態は、吐出圧力が変化しても基本的に変化しないから、クランク室圧力の昇圧感度（つまり、吸入圧力の変化量に対するクランク室圧力の変化量）は、弁体を開閉させるための各部の受圧面積を適宜調整することにより変化させることが可能になり、該各部の受圧面積を適切に設定することにより、弁体の開閉動作の安定化（つまり、前述したようなハンティング現象を発生させない安定した動作）及び吸入圧力制御精度の向上を図ることが可能になる。そして、実際には、単に感圧ロッドのクランク室圧力の受圧面積を変更するだけで、他の部位を変更しなくても上記Ｓｒ＞Ｓｖを満足させることが可能であるから、極めて容易にクランク室圧力の昇圧感度を調整することが可能となり、弁体の開閉状態を安定化させて安定な吐出容量制御状態を得ることが可能になる。

上記本発明に係る可変容量圧縮機においては、上記弁体には上記吐出室の圧力が弁体を閉じる方向に作用し、上記感圧部材が上記吸入室の圧力を受ける受圧面積をＳｂとしたとき、Ｓｂ＋Ｓｖ＞２Ｓｒを満足するようにＳｒ、Ｓｖ及びＳｂが設定されている態様とすることができる。このような態様においては、特に、吐出室の圧力が弁体を閉じる方向に作用する容量制御弁構造の場合に、吸入圧力制御精度を向上することが可能になる。

また、上記本発明に係る可変容量圧縮機においては、上記容量制御弁は、さらに上記吸入室と連通する圧力室を備え、弁体の一端は上記弁座に当接・離間して上記弁孔を開閉し、弁体の他端は上記圧力室に配置されて、上記吸入室の圧力が弁体を閉じる方向に作用するように構成され、上記感圧部材が上記吸入室の圧力を受ける受圧面積をＳｂとし、弁体が上記吸入室の圧力を受ける受圧面積をＳｐとしたとき、Ｓｂ＋Ｓｐ＋Ｓｖ＞２Ｓｒを満足するようにＳｒ、Ｓｖ、Ｓｐ及びＳｂが設定されている態様とすることもできる。このような態様においては、特に、吸入室の圧力が弁体を閉じる方向に作用する容量制御弁構造の場合に、吸入圧力制御精度を向上することが可能になる。
が向上する。

また、上記後者の態様においては、Ｓｐ＞Ｓｖを満足するようにＳｐ及びＳｖが設定されていることが好ましい。これにより、吐出容量減少時に弁体が過度に開くことが抑制され、弁体の開閉動作をより安定化させることが可能になる。

さらに、上記抽気通路に配置された絞り要素は、開度調整可能な絞り要素とすることも可能であるが、開度固定のオリフィスである場合に本発明は特に有効である。すなわち、本発明では、本発明に係る構造を適用することにより、クランク室圧力の昇圧感度を容量制御弁のみにより容易に調整可能となるため、クランク室と吸入室とを連通する抽気通路に配置された絞り要素が開度固定のオリフィスである場合において、特に吐出ガス導入量が大きく変動した場合のクランク室圧力の昇圧感度の変動を小さく抑えることが可能になる。

本発明に係る可変容量圧縮機の構造は、容量制御弁の開度調整によりクランク室の圧力を変化させてピストンの往復運動のストロークを調整するようにしたあらゆる可変容量圧縮機に適用可能である。特に、車両用空調装置の冷凍回路に設けられる圧縮機からなる場合に好適なものであり、容量制御弁の弁体のハンティング現象を抑えることができることから、弁体の動作を安定化させて車室内の温度変動の発生を防止することができる。また、圧縮機のトルク変動の抑制も可能であるので、特に圧縮機駆動源がエンジンである場合、エンジン制御に悪影響を及ぼすことも防止できる。

本発明に係る可変容量圧縮機によれば、容量制御弁における感圧ロッドのクランク室圧力の受圧面積Ｓｒと弁体のクランク室圧力の受圧面積Ｓｖとの関係をＳｒ＞Ｓｖとすることにより、クランク室圧力の昇圧感度を容易に調整することが可能になり、弁体のハンティング現象の発生等を抑えて安定して目標とする容量制御を行うことが可能になる。特に、単に感圧ロッドのクランク室圧力の圧力受圧面積を変更することによりクランク室圧力の昇圧感度を容易に調整可能となり、弁体の開閉動作を安定化させて安定な吐出容量制御状態を得ることができる。

また、吐出室の圧力が弁体を閉じる方向に作用する容量制御弁構造においては、上記Ｓｒ及びＳｖと感圧部材の吸入室圧力の受圧面積Ｓｂとの関係を、Ｓｂ＋Ｓｖ＞２Ｓｒを満足するように設定することにより、吸入圧力制御精度を向上することができる。

また、吸入室の圧力が弁体を閉じる方向に作用する容量制御弁構造においては、上記Ｓｒ、Ｓｖ及びＳｂと弁体の吸入室圧力の受圧面積Ｓｐとの関係を、Ｓｂ＋Ｓｐ＋Ｓｖ＞２Ｓｒを満足するように設定することにより、吸入圧力制御精度を向上することができる。特に、Ｓｐ＞Ｓｖを満足するように設定すれば、吐出容量減少時に弁体が過度に開くことが抑制され、弁体の開閉動作のさらなる安定化に寄与することができる。

本発明では、クランク室圧力の昇圧感度を容量制御弁のみにより容易に調整可能となるため、クランク室と吸入室とを連通する抽気通路に配置された絞り要素が開度固定のオリフィスである場合に、本発明は特に有効である。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図４は、本発明の第１実施形態に係る可変容量圧縮機の縦断面図、それに用いられている容量制御弁の縦断面図、及びそれらの動作説明図を示している。

（１）可変容量圧縮機の構造（図１）
可変容量圧縮機１００は、複数のシリンダボア１０１ａを備えたシリンダーブロック１０１と、シリンダーブロック１０１の一端に設けられたフロントハウジング１０２と、シリンダーブロック１０１の他端にバルブプレート１０３を介して設けられたリアハウジング１０４とを備えており、これらは本発明で言うハウジングを構成している。

シリンダーブロック１０１と、フロントハウジング１０２とによって規定されるクランク室１０５内を横断して、駆動軸１０６が設けられ、その中心部の周囲には、斜板１０７が配置されている。斜板１０７は、駆動軸１０６に固着されたロータ１０８と連結部１０９を介して結合し、駆動軸１０６に沿ってその傾角が変化可能となっている。ロータ１０８と斜板１０７との間には斜板１０７をその最小傾角側に向けて付勢するコイルばね１１０が装着されており、また、斜板１０７を挟んで反対側には斜板１０７をその傾角を増大する方向に向けて付勢するコイルばね１１１が装着されている。

駆動軸１０６の一端は、フロントハウジング１０２の外側に突出したボス部１０２ａ内を貫通して、外側まで延在しており、図示しない電磁クラッチに連結されている。駆動軸１０６とボス部１０２ａとの間には、軸封装置１１２が挿入され、圧縮機内部と外部とを遮断している。駆動軸１０６はラジアル方向及びスラスト方向にベアリング１１３、１１４、１１５、１１６で支持され、外部駆動源（例えば、車両のエンジン）からの動力が電磁クラッチを介して伝達されて回転可能となっている。

シリンダボア１０１ａ内には、ピストン１１７が往復動自在に挿入されており、ピストン１１７内側の一端のくぼみ１１７ａ内には、斜板１０７の外周部の周囲が収容され、斜板１０７の外周両側面に摺接する一対のシュー１１８を介して、ピストン１１７と斜板１０７とが互いに連動する構成となっている。したがって、駆動軸１０６の回転によりピストン１１７がシリンダボア１０１ａ内を往復動することが可能となり、これら一連の部材は、本発明で言う運動変換機構を構成している。

リアハウジング１０４には、吸入室１１９及び吐出室１２０が区画形成され、吸入室１１９は、シリンダボア１０１ａとは、バルブプレート１０３に設けられた連通孔１０３ａ（吸入孔）、図示しない吸入弁を介して連通し、吐出室１２０は、シリンダボア１０１ａとは、図示しない吐出弁、バルブプレート１０３に設けられた連通孔１０３ｂ（吐出孔）を介して連通している。吸入室１１９は吸入ポート１０４ａを介して空調装置システム側と接続され、吐出室１２０は吐出ポート１０４ｂを介して空調装置システム側と接続されている。

リアハウジング１０４には容量制御弁２００が設けられている。容量制御弁２００は吐出室１２０とクランク室１０５とを連通する給気通路１２１（１２１ａ、１２１ｂ）の開度を調整し、クランク室１０５への吐出ガス導入量を制御する。また、クランク室１０５内の冷媒は、駆動軸１０６外周とベアリング１１５、１１６との隙間、空間１２２及び弁板１０３に形成された開度固定の固定オリフィス１０３ｃを経由した抽気通路を介して吸入室１１９に流れる。したがって、容量制御弁２００によりクランク室１０５への吐出ガス導入量を調整してクランク室１０５の圧力を変化させることにより吐出容量を制御することができる。

（２）容量制御弁の構造（図２）
図２（Ａ）に示すように、容量制御弁２００は、バルブハウジング２１０と、弁体２２０と、感圧ロッド２３０と、感圧部材としてのベローズ組立体２４０と、ばね２５０と、ばねガイド２６０と、シール部材２７０、２７１及び２７２とから構成されている。

バルブハウジング２１０は、ベローズ組立体２４０を収容する部材２１０ａと、感圧ロッド２３０を摺動可能に支持し弁体２２０が配置される部材２１０ｂとから構成され、部材２１０ｂが部材２１０ａに圧入固定されている。部材２１０ａと部材２１０ｂとで感圧室２１１が区画形成され、感圧室２１１は連通孔２１２及び連通路１２３（図１）を介して吸入室１１９と連通している。

部材２１０ｂには弁室２１３が形成され、弁室２１３の一方はばねガイド２６０に形成された連通孔２６１及び給気通路１２１ａを介して吐出室１２０と連通し、弁室２１３の他方は、弁孔２１４、連通孔２１５及び給気通路１２１ｂを介してクランク室１０５と連通している。

弁室２１３には弁体２２０が配設され、弁体２２０は弁孔２１４の周囲に形成された弁座２１６に当接・離間して弁孔２１４を開閉する。ばね２５０の一端は弁体２２０に当接し、他端はばねガイド２６０に当接してばね２５０の付勢力により弁体２２０は閉弁方向に付勢されている。ばねガイド２６０は弁室２１３の周壁に圧入固定されている。

部材２１０ｂには感圧ロッド２３０を摺動可能に支持する挿通孔２１７が形成され、感圧ロッド２３０の外周と挿通孔２１７との隙間は極小に設定されて感圧室２１１と弁孔２１４とがほぼ気密に画成されている。

図２（Ｂ）に示すように、ベローズ組立体２４０は、ベローズ２４１と、ベローズ２４１の両端を閉塞する端部部材２４２と、感圧ロッド２３０の一端を受けるガイド部材２４３と、部材２１０ａに位置決めされる位置決め部材２４４と、ベローズ２４１内部に配置され、ベローズ組立体２４０を伸張する方向に付勢する圧縮コイルばね２４５とから構成されている。このベローズ組立体２４０の内部は実質的に真空状態に保持されている。

ベローズ組立体２４０は感圧室２１１内に配設され、位置決め部材２４４が部材２１０ａに形成された位置決め孔２１８に嵌合固定されている。また、ガイド部材２４３は感圧ロッド２３０の一端を受けており、感圧ロッド２３０の他端は弁孔２１４側より弁体２２０に当接するため、ベローズ組立体２４０の伸縮に応じて弁体２２０が弁孔２１４を開閉する。

シール部材２７０は大気側と吸入室１１９の圧力が作用する領域との気密を確保しており、シール部材２７１は吸入室１１９の圧力が作用する領域とクランク室１０５の圧力が作用する領域との気密を確保しており、さらにシール部材２７２はクランク室１０５の圧力が作用する領域と吐出室１２０の圧力が作用する領域との気密を確保している。

（３）容量制御弁の特性
弁体２２０には閉弁方向に吐出室１２０の圧力（以下、吐出圧力Ｐｄと呼ぶ）、開弁方向にクランク室１０５の圧力（以下、クランク室圧力Ｐｃと呼ぶ）が作用し、感圧ロッド２３０には閉弁方向にクランク室圧力Ｐｃが作用し、開弁方向に吸入室１１９の圧力（以下、吸入圧力Ｐｓと呼ぶ）が作用している。また、ベローズ組立体２４０には閉弁方向に吸入圧力Ｐｓが作用している。

ここで弁座２１６は弁孔２１４の開口端部のエッジ部であるため、弁体２２０に作用するクランク室圧力Ｐｃの受圧面積Ｓｖは弁孔２１４の断面積とほぼ等しい。また、感圧ロッド２３０に作用するクランク室圧力Ｐｃの受圧面積Ｓｒは挿通孔２１７に支持されている領域の感圧ロッド２３０の断面積であり、Ｓｒ＞Ｓｖに設定されている。これによりクランク室圧力Ｐｃは常に弁体２２０を閉じる方向に作用する。ベローズ組立体２４０の伸縮方向に作用する吸入圧力Ｐｓの受圧面積（有効面積）をＳｂ，ばね２５０の付勢力をｆｓ、ベローズ組立体２４０の付勢力をＦｂとすれば、弁体２２０に作用する力は以下の数式〔数１〕（式（１）と式（２）を含む）で表すことができる。

上記〔数１〕における各記号の表す意味は以下の通りである。
Ｐｓ：吸入圧力
Ｐｃ：クランク室圧力
Ｐｄ：吐出圧力
Ｓｖ：弁体に作用するクランク室圧力の受圧面積
Ｓｒ：感圧ロッドに作用するクランク室圧力の受圧面積
Ｓｂ：ベローズの伸縮方向に作用する吸入圧力の受圧面積（有効面積）
ｆｓ：ばね２５０の付勢力
Ｆｂ：ベローズ組立体２４０の付勢力

上記〔数１〕における式（２）において、Ｐｄを一定とした場合、ＰｃはＰｓの一次関数となり、ＰｃはＰｓが上昇すると低下し、逆にＰｓが低下すると上昇する特性を持ち、その傾きは（Ｓｂ−Ｓｒ）／（Ｓｒ−Ｓｖ）で決定される。つまり、Ｐｓの係数（Ｓｂ−Ｓｒ）／（Ｓｒ−Ｓｖ）はＰｓ変化に対するＰｃ変化の感度である。

例えば図３の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、（Ｓｂ−Ｓｒ）／（Ｓｒ−Ｓｖ）の大きさにより、吸入圧力Ｐｓが変化したときのクランク室圧力Ｐｃの感度が変化する。Ｓｂ、Ｓｖ、Ｓｒは各圧力の受圧面積であるから、各受圧面積を調整することにより吸入圧力Ｐｓが変化したときのクランク室圧力Ｐｃの感度を調整可能となる。

ここで、（Ｓｂ−Ｓｒ）／（Ｓｒ−Ｓｖ）＝１、つまりＳｂ＋Ｓｖ＝２Ｓｒとすれば吸入圧力Ｐｓの変化量とクランク室圧力Ｐｃの変化量が同等となり、（Ｓｂ−Ｓｒ）／（Ｓｒ−Ｓｖ）＞１とすれば吸入圧力Ｐｓの変化量に対するクランク室圧力Ｐｃの変化量が増大し、また、（Ｓｂ−Ｓｒ）／（Ｓｒ−Ｓｖ）＜１とすれば吸入圧力Ｐｓの変化量に対するクランク室圧力Ｐｃの変化量が減少する。

したがって、（Ｓｂ−Ｓｒ）／（Ｓｒ−Ｓｖ）＞１、つまりＳｂ＋Ｓｖ＞２Ｓｒを満足するように、Ｓｂ、Ｓｒ、Ｓｖを設定すれば、吸入圧力Ｐｓを精度良く制御することができる。

このようにＳｒ＞Ｓｖとすれば、クランク室圧力Ｐｃが弁体２２０を閉じる方向に作用し、その結果〔数１〕に示すように、吸入圧力Ｐｓが変化したときのクランク室圧力Ｐｃの感度をＳｂ、Ｓｒ、Ｓｖを適宜調整することにより変化させることが可能となり、弁体２２０の開閉状態の安定化及び吸入圧力制御精度の向上が図れる。

なお、上述の説明はＰｄ＝一定としたが、式（２）よりＰｃをＰｓの一次関数としたとき、Ｐｄはパラメータに過ぎず、Ｐｄが変化しても上述の説明に変化はない。つまり、Ｓｒ＞Ｓｖとすることにより、上記の作用、効果が得られる。

（４）可変容量圧縮機の容量制御動作
式（２）を変形すると式（３）（下記〔数２〕）になる。式（３）は容量制御弁２００の吸入圧力制御特性を示しており、図４に示すように、吐出圧力Ｐｄが上昇すると制御する吸入圧力Ｐｓを少し低下させて補正するような特性としてある。

可変容量圧縮機１００が作動していない状態では、冷媒圧力はバランスしており、例えば外気温度が高ければ、吸入圧力Ｐｓは式（３）よりも著しく高くなっている。この場合、ベローズ組立体２４０は吸入圧力Ｐｓの力により収縮し、これにより弁体２２０は弁孔２１４を閉じている。

この状態から可変容量圧縮機１００を起動すると、吐出ガスがクランク室１０５に導入されないため、クランク室１０５内の冷媒ガス（ブローバイガス）は抽気通路を介して吸入室１１９に流出し、クランク室圧力Ｐｃが吸入圧力Ｐｓと同等となり、その結果斜板１０７の傾角が増大してピストンストロークが最大に維持される。

可変容量圧縮機１００の作動により吸入圧力Ｐｓが徐々に低下すると、ベローズ組立体２４０が伸長し、吸入圧力Ｐｓが式（３）の特性に到達すると、感圧ロッド２３０が弁体２２０を押し上げて弁孔２１４が開放され、その結果吐出ガスがクランク室１０５に導入される。

抽気通路の固定オリフィス１０３ｃによりクランク室１０５から吸入室１１９に流出する冷媒は制限されるため、クランク室圧力Ｐｃが上昇し、これにより斜板１０７の傾角が減少してピストンストロークが減少する。

なお、クランク室圧力Ｐｃの上昇の程度、つまり吸入圧力Ｐｓの変化量に対するクランク室圧力Ｐｃの変化量は、Ｓｂ、Ｓｒ、Ｓｖの設定（Ｓｂ＋Ｓｖ＞２Ｓｒ）により適切に調整されている。

ピストンストロークが減少すると吸入圧力Ｐｓが上昇しようとするが、吸入圧力Ｐｓが上昇するとベローズ組立体２４０が収縮しようとするため、弁体２２０は閉じる方向に変位する。これによりクランク室１０５に導入される吐出ガス量が減少し、クランク室圧力Ｐｃが低下するため、ピストンストロークの減少が止まり、弁体２２０が所定開度に維持される。

何らかの外乱により吸入圧力Ｐｓが低下すれば、再びベローズ組立体２４０が伸長して弁体２２０を押し上げ、クランク室１０５に導入される吐出ガス量が増大されてクランク室圧力Ｐｃが上昇し、これにより斜板１０７の傾角が減少してピストンストロークが減少する。

このような動作により吸入圧力Ｐｓが上記式（３）の吸入圧力制御特性に近づくようにピストンストロークが制御される。

このように、本発明によれば、上記式（２）からわかるように、単に感圧ロッド２３０の断面積Ｓｒのみ変更すれば、吸入圧力Ｐｓの変化量に対するクランク室圧力Ｐｃの変化量を変化させることができる。したがって、流量特性に影響する弁孔２１４の断面積Ｓｖやベローズ組立体２４０の伸縮方向に作用する吸入圧力の受圧面積（有効面積）Ｓｂといった、容量制御弁の基本構造にかかわる主要要素の設計変更をしなくても、吸入圧力Ｐｓの変化量に対するクランク室圧力Ｐｃの変化量を変化させることができ、種々の可変容量圧縮機に合わせて容易に容量制御弁のクランク室圧力昇圧感度の最適化が図れる。これにより、容量制御弁に各種仕様が要求される場合にあっても、容量制御弁の主要要素の共通化を図ることができる。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２の実施形態における容量制御弁３００を示している。
この第２の実施形態において前述の第１実施形態と基本的に異なる部分は、図２の容量制御弁２００では弁体を閉じる方向に吐出圧力Ｐｄが作用していたが、図５の容量制御弁３００では弁体を閉じる方向に吸入圧力Ｐｓが作用し、弁体には吐出圧力Ｐｄは作用しない構造であること、また、弁体に電磁力を作用させるいわゆる外部制御方式による容量制御弁であることである。

容量制御弁の構造：
図５を参照すると、容量制御弁３００は、バルブハウジング３０１に形成された感圧室３０２に配設され、連通孔３０１ａ及び連通路１２３を介して吸入圧力を受圧し、内部を真空にしてばねを配置した感圧部材として機能するベローズ組立体３０３と、このベローズ組立体３０３にその一端が当接し、バルブハウジング３０１に摺動可能に支持された感圧ロッド３０４と、この感圧ロッド３０４と一体形成されて、他端側が固定コア３０５の支持孔３０５ａに摺動可能に支持され、弁室３０６に配設されてベローズ組立体３０３の伸縮に応じて弁孔３０１ｂを開閉する弁体３０４ａと、弁体３０４ａの他端側の面に一端が当接し、他端に固定コア３０５と所定の隙間を有して対向配置された可動コア３０７が固定されたソレノイドロッド３０８と、可動コア３０７を閉弁方向に押圧するばね３０９と、可動コア３０７外周部を摺動可能に支持し、固定コア３０５を内挿してソレノイドケース３１０に固定された非磁性体のスリーブ３１１と、スリーブ３１１の外周かつソレノイドケース３１０内部に配置され、電磁力を発生させるコイル３１２から構成されている。なお、ソレノイドは、固定コア３０５と、可動コア３０７と、ソレノイドロッド３０８と、スリーブ３１１と、ソレノイドケース３１０と、電磁コイル３１２で構成される。

さらに、ベローズ組立体３０３の感圧ロッド３０４とは反対側の端部は、ベローズガイド３１３により支持され、このベローズガイド３１３は、圧力設定部材３１４に摺動可能に支持されている。また、圧力設定部材３１４とベローズガイド３１３の間にはベローズ組立体３０３を開弁方向に押圧する強制開放バネ３１５が配置されている。圧力設定部材３１４は、容量制御弁３００が所定の圧力設定になるようにバルブハウジング３０１へ圧入固定される。

弁室３０６は連通孔３０１ｃにより吐出室１２０と連通している。弁孔３０１ｂは連通孔３０１ｄによりクランク室１０５と連通している。したがって、連通孔３０１ｃ、弁室３０６、弁孔３０１ｂ、連通孔３０１ｄは給気通路１２１の一部を構成している。

可動コア３０７と、ソレノイドロッド３０８及び弁体３０４ａの他端側の面が配置されているスリーブ３１１内部の空間は、連通孔３０１ｅにより感圧室３０２と連通している。したがって、弁体３０４ａの一端側の面（弁孔３０１ｂ側）にはクランク室圧力Ｐｃが作用し、弁体３０４ａの他端側の面には吸入圧力Ｐｓが作用している。

弁孔３０１ｂの断面積Ｓｖより支持孔３０５ａに支持される弁体３０４ａの断面積Ｓｐは僅かに大きく設定されているため、弁体３０４ａの開弁方向に弁室３０６内の吐出圧力Ｐｄの力が僅かに作用している。また、感圧ロッド３０４の断面積Ｓｒは、弁孔３０１ｂの断面積Ｓｖより大きく設定され、弁体を閉じる方向にクランク室圧力Ｐｃが作用している。

したがって、容量制御弁３００の弁体３０４ａに作用する力は以下の数式〔数３〕（式（４）、式（５）を含む）で表すことができる。

上記数３における各記号の表す意味は以下の通りである。
Ｐｓ：吸入圧力
Ｐｃ：クランク室圧力
Ｐｄ：吐出圧力
Ｓｖ：弁体に作用するクランク室圧力の受圧面積
Ｓｐ：弁体に作用する吸入圧力の受圧面積
Ｓｒ：感圧ロッドに作用するクランク室圧力の受圧面積
Ｓｂ：ベローズの伸縮方向に作用する吸入圧力の受圧面積（有効面積）
ｆｓ１：ばね３０９の付勢力
ｆｓ２：ばね３１５の付勢力
Ｆｂ：ベローズ組立体３０３の付勢力
Ｆ（Ｉ）：ソレノイドの電磁力

上記式（５）において、Ｐｄ及びＦ（Ｉ）を一定とした場合、ＰｃはＰｓの一次関数となり、ＰｃはＰｓが上昇すると低下し、逆にＰｓが低下すると上昇する特性を持ち、その傾きは（Ｓｂ＋Ｓｐ−Ｓｒ）／（Ｓｒ−Ｓｖ）で決定される。つまり、Ｐｓの係数（Ｓｂ＋Ｓｐ−Ｓｒ）／（Ｓｒ−Ｓｖ）は、Ｐｓ変化に対するＰｃ変化の感度である。

Ｓｂ、Ｓｖ、Ｓｐ、Ｓｒは各圧力の受圧面積であるから、各受圧面積を調整することにより吸入圧力Ｐｓが変化したときのクランク室圧力Ｐｃの感度を調整できる。

ここで、（Ｓｂ＋Ｓｐ−Ｓｒ）／（Ｓｒ−Ｓｖ）＝１、つまりＳｂ＋Ｓｐ＋Ｓｖ＝２Ｓｒとすれば、吸入圧力Ｐｓの変化量とクランク室圧力Ｐｃの変化量が同等となり、（Ｓｂ＋Ｓｐ−Ｓｒ）／（Ｓｒ−Ｓｖ）＞１とすれば吸入圧力Ｐｓの変化量に対するクランク室圧力Ｐｃの変化量が増大し、また（Ｓｂ＋Ｓｐ−Ｓｒ）／（Ｓｒ−Ｓｖ）＜１とすれば吸入圧力Ｐｓの変化量に対するクランク室圧力Ｐｃの変化量が減少する。したがって、（Ｓｂ＋Ｓｐ−Ｓｒ）／（Ｓｒ−Ｓｖ）＞１、つまりＳｂ＋Ｓｐ＋Ｓｖ＞２Ｓｒを満足するように、Ｓｂ、Ｓｐ、Ｓｒ、Ｓｖを設定すれば、吸入圧力Ｐｓを精度良く制御することができる。

このようにＳｒ＞Ｓｖとすれば、クランク室圧力Ｐｃが弁体３０４ａを閉じる方向に作用し、その結果〔数３〕に示すように、吸入圧力Ｐｓが変化したときのクランク室圧力Ｐｃの感度をＳｂ、Ｓｐ、Ｓｒ、Ｓｖを適宜調整することにより変化させることが可能となり、弁体３０４ａの開閉状態の安定化及び吸入圧力制御精度の向上が図れる。

さらに容量制御弁３００ではＳｐをＳｖより僅かに大きく設定している。例えば弁体３０４ａの開度が増大してクランク室圧力Ｐｃが上昇すれば吐出容量が減少するが、吐出容量減少に伴って吐出圧力Ｐｄが低下することになる。Ｓｐ＞Ｓｖに設定して吐出圧力Ｐｄが開弁方向に作用するようにしておけば、吐出容量減少時においては、弁体３０４ａに作用する吐出圧力Ｐｄによる開弁方向の力が減少するので、弁体３０４ａを過度に開くことを抑制する効果があり、弁体３０４ａの開閉状態の安定化に寄与する。

上述の説明ではＰｄ及びＦ（Ｉ）一定としたが、上記式（５）よりＰｃをＰｓの一次関数としたとき、Ｐｄ及びＦ（Ｉ）はパラメータに過ぎず、ＰｄやＦ（Ｉ）が変化しても前述の説明に変化はない。

なお、上記式（５）を変形すれば式（６）（以下の〔数４〕）が得られる。式（６）は容量制御弁３００の吸入圧力制御特性であり、図６に示すようにソレノイド（電磁コイル）の電流が増加するに従い制御吸入圧力が低下する特性となっている。

上記各実施形態ではベローズ組立体内部を真空圧としたが、ベローズ組立体内部は大気圧であってもよい。また、感圧部材としては、ダイアフラムを用いてもよい。また、図２に示した容量制御弁は機械式制御弁であるが、これにソレノイドを付加して弁体に電磁力を作用させる外部制御式容量制御弁としてもよい。また、図５に示した容量制御弁ではＳｐ＞Ｓｖとしたが、Ｓｐ＝ＳｖあるいはＳｐ＜Ｓｖとしてもよい。

また、本発明は、揺動板式可変容量圧縮機やモータで駆動される可変容量圧縮機にも使用でき、また、電磁クラッチを装備した可変容量圧縮機、クラッチレス圧縮機の何れにも使用できる。また、抽気通路の絞り要素として、上述の開度固定のオリフィスの他に、流量可変の絞りや、弁体で開閉制御する構造を採用することも可能である。

さらに、本発明は、冷媒として現状のＲ１３４ａに代えて、新冷媒（例えば、地球温暖化防止のために最近公表された冷媒）を使用する可変容量圧縮機にも適用できる。

本発明は、容量制御弁の開度調整によりクランク室の圧力を変化させてピストンのストロークを調整するようにしたあらゆる可変容量圧縮機に適用可能であり、特に、車両用空調装置の冷凍回路に設けられる可変容量圧縮機に好適なものである。

本発明の第１実施形態に係る可変容量圧縮機の縦断面図である。 図１の圧縮機における容量制御弁の縦断面図（Ａ）、及びその容量制御弁の部分拡大縦断面図（Ｂ）である。 図２の容量制御弁の各条件時の動作を示す吸入圧力とクランク室圧力との関係図である。 図２の容量制御弁による制御特性の一例を示す吐出圧力と吸入圧力との関係図である。 本発明の第２実施形態に係る可変容量圧縮機における容量制御弁の縦断面図である。 図５の容量制御弁による制御特性の一例を示す電磁コイルの電流と制御吸入圧力との関係図である。

符号の説明

１００ 可変容量圧縮機
１０１ シリンダーブロック
１０１ａ シリンダボア
１０２ フロントハウジング
１０２ａ ボス部
１０３ バルブプレート
１０３ａ、１０３ｂ 連通孔
１０３ｃ 固定オリフィス
１０４ リアハウジング
１０４ａ 吸入ポート
１０４ｂ 吐出ポート
１０５ クランク室
１０６ 駆動軸
１０７ 斜板
１０８ ロータ
１０９ 連結部
１１０、１１１ コイルばね
１１２ 軸封装置
１１３、１１４、１１５、１１６ ベアリング
１１７ ピストン
１１８ シュー
１１９ 吸入室
１２０ 吐出室
１２１、１２１ａ、１２１ｂ 給気通路
１２２ 空間
１２３ 連通路
２００ 容量制御弁
２１０ バルブハウジング
２１０ａ、２１０ｂ バルブハウジング構成部材
２１１ 感圧室
２１２ 連通孔
２１３ 弁室
２１４ 弁孔
２１５ 連通孔
２１６ 弁座
２１７ 挿通孔
２１８ 位置決め孔
２２０ 弁体
２３０ 感圧ロッド
２４０ 感圧部材としてのベローズ組立体
２４１ ベローズ
２４２ 端部部材
２４３ ガイド部材
２４４ 位置決め部材
２４５ 圧縮コイルばね
２５０ ばね
２６０ ばねガイド
２６１ 連通孔
２７０、２７１、２７２ シール部材
３００ 容量制御弁
３０１ バルブハウジング
３０１ａ、３０１ｃ、３０１ｄ、３０１ｅ 連通孔
３０１ｂ 弁孔
３０２ 感圧室
３０３ ベローズ組立体
３０４ 感圧ロッド
３０４ａ 弁体
３０５ 固定コア
３０５ａ 支持孔
３０６ 弁室
３０７ 可動コア
３０８ ソレノイドロッド
３０９ ばね
３１０ ソレノイドケース
３１１ 非磁性体のスリーブ
３１２ 電磁コイル
３１３ ベローズガイド
３１４ 圧力設定部材
３１５ 強制開放バネ

Claims (6)

1. 内部に吐出室、吸入室、クランク室及びシリンダボアが区画形成されたハウジングと、前記シリンダボア内に挿入されたピストンと、前記ハウジング内に回転可能に支持された駆動軸と、前記駆動軸の回転を前記ピストンの往復運動に変換する傾角可変の斜板要素を含む運動変換機構と、前記吐出室と前記クランク室とを連通する給気通路を開閉する容量制御弁と、前記クランク室と前記吸入室とを連通する抽気通路に配置された絞り要素とを備え、前記容量制御弁の開度調整により前記クランク室の圧力を変化させて前記ピストンの往復運動のストロークを調整し、前記ピストンの往復運動により前記吸入室から前記シリンダボアに冷媒を吸入し吸入された冷媒を圧縮して前記吐出室に吐出する可変容量圧縮機において、
   前記容量制御弁は、前記吐出室と連通する弁室と、一端が前記弁室と連通し、他端が前記クランク室と連通する弁孔と、前記弁室に面して前記弁孔の周囲に形成された弁座と、前記弁室に配設され、前記弁座に当接・離間して前記弁孔を開閉する弁体と、前記吸入室と連通する感圧室と、前記感圧室に配設され、前記吸入室の圧力に応答して変位する感圧部材と、一端が前記感圧部材に連結され、他端が前記弁孔側より前記弁体に連結されて、前記感圧部材の変位に応答して前記弁体を駆動する感圧ロッドと、を備え、
   前記弁体には前記弁孔側より前記クランク室の圧力が前記弁体を開く方向に作用し、前記感圧ロッドには前記弁孔側より前記クランク室の圧力が前記弁体を閉じる方向に作用するとともに、前記感圧ロッドが前記クランク室の圧力を受ける受圧面積をＳｒとし、前記弁体が前記クランク室の圧力を受ける受圧面積をＳｖとしたとき、Ｓｒ＞Ｓｖを満足するようにＳｒとＳｖが設定されていることを特徴とする可変容量圧縮機。
2. 前記弁体には前記吐出室の圧力が前記弁体を閉じる方向に作用し、前記感圧部材が前記吸入室の圧力を受ける受圧面積をＳｂとしたとき、Ｓｂ＋Ｓｖ＞２Ｓｒを満足するようにＳｒ、Ｓｖ及びＳｂが設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。
3. 前記容量制御弁は、さらに前記吸入室と連通する圧力室を備え、前記弁体の一端は前記弁座に当接・離間して前記弁孔を開閉し、前記弁体の他端は前記圧力室に配置されて、前記吸入室の圧力が前記弁体を閉じる方向に作用するように構成され、前記感圧部材が前記吸入室の圧力を受ける受圧面積をＳｂとし、前記弁体が前記吸入室の圧力を受ける受圧面積をＳｐとしたとき、Ｓｂ＋Ｓｐ＋Ｓｖ＞２Ｓｒを満足するようにＳｒ、Ｓｖ、Ｓｐ及びＳｂが設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。
4. Ｓｐ＞Ｓｖを満足するようにＳｐ及びＳｖが設定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. 前記抽気通路に配置された絞り要素は開度固定のオリフィスであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の可変容量圧縮機。
6. 車両用空調装置の冷凍回路に設けられる圧縮機からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の可変容量圧縮機。

Images