JP2011038411A - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】特に高負荷時において可変容量圧縮機を速やかに起動可能な制御弁を提供する。
【解決手段】本発明のある態様の制御弁１０１においては、作動ロッド１１９とシャフト１３６とが弾性部材などを介することなくハウジング１８１を介して剛に連結され、ソレノイド力がそのまま主弁の弁体１８に伝達される。このため、ソレノイド１０３がオフからオンに切り替えられて起動電流が供給されたときに、主弁を速やかに閉じることができる。また、特に夏場などの高負荷時においては圧縮機起動時の吸入圧力Ｐｓが高いため、副弁の開弁状態を維持できる。つまり、圧縮機起動時に主弁が閉じると同時に副弁を開弁状態とできるため、クランク室への冷媒の導入を規制すると同時にクランク室から冷媒を排出することができ、圧縮機を速やかに起動させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車用空調装置の冷凍サイクルを構成する可変容量圧縮機の吐出容量を制御するのに好適な制御弁に関する。

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）Ｐｃ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、例えば吸入圧力Ｐｓに応じてクランク室への冷媒の導入量を調整することにより、クランク圧力Ｐｃを制御するものがある（例えば特許文献１参照）。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。また、車両のエンジン負荷が大きいときにはソレノイドをオフにすることで弁部を全開状態とし、クランク圧力Ｐｃを高くして揺動板を回転軸に対してほぼ直角にすることで、圧縮機を最小容量で運転させることができる。

特開２００８−４５５２６号公報

ところで、このような制御弁は、その定常制御状態においては上述のように吸入圧力Ｐｓが設定圧力となるよう安定した制御を行うが、車両搭乗者に空調装置の利きが良いと感じさせるためには、特に圧縮機の起動時の応答性を高める必要がある。特に、夏場など冷凍負荷の大きい環境下においてはなおさらである。一方、そのような高い応答性を実現するための制御弁を簡易な構成にて低コストに実現したいという要請もある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、特に高負荷時において可変容量圧縮機を速やかに起動可能な制御弁を提供することを目的とする。

本発明のある態様の可変容量圧縮機用制御弁は、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の吐出容量を、吐出室からクランク室に導入する冷媒の流量を制御することにより変化させるものである。この可変容量圧縮機用制御弁は、吸入室に連通する吸入室連通ポート、吐出室に連通する吐出室連通ポート、およびクランク室に連通するクランク室連通ポートが設けられたボディと、吐出室連通ポートとクランク室連通ポートとを連通させる主通路に設けられた主弁と、クランク室連通ポートと吸入室連通ポートとを連通させる副通路に設けられた副弁と、供給電流に応じて主弁の閉弁方向のソレノイド力を付与可能なソレノイドと、吸入室連通ポートに連通する圧力室と、圧力室の圧力を感知し、圧力室の圧力がソレノイドへの供給電流により設定される第１設定圧力に維持されるようソレノイド力に対抗する力を発生させて主弁の開度を調整する一方、圧力室の圧力が第１設定圧力よりも高い予め定める第２設定圧力よりも高くなったときに副弁を開弁させる感圧部と、を備える。

ここで、「第１設定圧力」は、当該制御弁が組み込まれる圧縮機が適用される冷凍サイクルの低圧側の温度を規定するものであってよく、ソレノイドへの供給電流値を変更することにより変化させることができるものでもよい。具体的には、その冷凍サイクルに設けられる蒸発器が凍結しない程度の温度を保持できるよう設定された圧力であってもよい。「第２設定圧力」は、所定の高負荷時における制御弁の起動時（ソレノイドに起動電流が供給されたとき）に副弁を開弁させることができるよう、その感圧部の機械的構造（受圧部の構造）や動作に基づいて決まる値でもよい。例えば、一般に空調装置が多用される夏場などの高負荷時に開弁可能な値であってもよい。

この態様によると、圧力室の圧力が第２設定圧力よりも高い高負荷時にソレノイドがオフからオンに切り替えられて起動電流が供給されると、主弁を速やかに閉じるとともに副弁を開弁状態とすることができる。その結果、クランク室への冷媒の導入を規制すると同時にクランク室から冷媒を排出することができ、可変容量圧縮機を速やかに起動させることができる。

本発明によれば、特に高負荷時において可変容量圧縮機を速やかに起動可能な制御弁を提供することができる。

実施の形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。 図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。 制御弁の動作を表す図である。 制御弁の動作を表す図である。 制御弁の動作を表す図である。 制御弁の動作を表す図である。

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、実施の形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。
本実施の形態の制御弁１０１は、自動車用空調装置の冷凍サイクルに設置される図示しない可変容量圧縮機（単に「圧縮機」という）を制御する制御弁（電磁弁）として構成されている。この圧縮機は、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。そのガス冷媒は凝縮器（外部熱交換器）にて凝縮され、さらに膨張装置により断熱膨張されて低温・低圧の霧状の冷媒となる。この低温・低圧の冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内空気を冷却する。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻されて冷凍サイクルを循環する。圧縮機は、自動車の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。制御弁１０１は、その圧縮機の吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御することで揺動板の角度、ひいてはその圧縮機の吐出容量を変化させる。

制御弁１０１は、圧縮機の吸入圧力Ｐｓを設定圧力に保つように、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御するいわゆるＰｓ感知弁として構成されている。制御弁１０１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１０２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１０３とを一体に組み付けて構成される。弁本体１０２は、段付円筒状のボディ１０５、ボディ１０５の内部に設けられた弁部、ボディ１０５の内部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１０４（「感圧部」に該当する）等を備えている。ボディ１０５とソレノイド１０３とは接続部材１０６を介して接続固定されている。なお、ボディ１０５と接続部材１０６とを合わせたものを制御弁１０１のボディと捉えることもできる。

ボディ１０５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には、ボディ１０５の内部へのごみ等の侵入を抑制するためのフィルタ１２が取り付けられている。ポート１１は、ボディ１０５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、主弁を経由した冷媒をクランク室へ向けて導出する一方、圧縮機の起動時にはクランク室から排出された冷媒を導入する。このとき導入された冷媒は、副弁を介して吸入室へ導出される。ボディ１０５の下端開口部は、ソレノイド１０３との間に形成された空間を介して圧縮機の吸入室に連通する。ボディ１０５の下端部の側部には、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。

ボディ１０５内のポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路（主通路）には弁孔１６が形成され、その弁孔１６のポート１１側の開口端部に弁座１７（主弁座）が形成されている。また、ボディ１０５には、円筒状の弁形成部材１１５が軸線方向に変位可能に設けられている。弁形成部材１１５は、その上端部が縮径されて弁孔１６に挿通され、その縮径部の基端部により弁体１８（主弁体）が形成されている。すなわち、弁体１８は、弁形成部材１１５の一部として形成され、弁座１７にポート１１側から接離可能に対向するように配置されている。弁形成部材１１５の内部通路は、ポート１３とポート２６とを連通させる冷媒通路（副通路）を形成する。

弁形成部材１１５は、ボディ１０５の中央部に設けられたガイド孔２４に摺動可能な摺動部と、弁孔１６の上端部に摺動可能な摺動部を有し、これらの摺動部がガイドされることで軸線方向に動作する。弁形成部材１１５の縮径部には、内外を連通する連通孔１１６が設けられている。弁座１７はテーパ面をなし、弁体１８の先端外周縁部が弁座１７に着脱することによって主弁（第１の弁部）を開閉し、吐出室からクランク室へ流れる冷媒流量を調整する。

ボディ１０５は、その下半部の内径が複数段に拡径されており、その下半部の軸線方向中央付近に円板状のストッパ１２３が圧入されている。ストッパ１２３の中央部には、段付円筒状の弁座形成部材１２０が加締接合されている。弁座形成部材１２０には、円柱状の作動ロッド１１９が軸線方向に摺動可能に挿通されている。弁座形成部材１２０は、ストッパ１２３の上面に当接するように配設され、その上端部には半径方向外向きに延出するフランジ部が設けられている。このフランジ部の下面により弁座２０（副弁座）が形成されている。また、そのフランジ部を外側から囲むように段付円筒状の弁体形成部材１２２が配設されている。

弁体形成部材１２２は、その上端部が弁形成部材１１５の下端部に摺動可能に支持され、下端部には半径方向内向きに延出するフランジ部が設けられている。このフランジ部により弁体２１（副弁体）が形成されている。弁体２１は、下方から弁座２０に着脱して第１の副弁（第２の弁部）を開閉し、クランク室から吸入室へリリーフする冷媒流量を調整する。 接続部材１０６は有底段付円筒状をなし、その拡径された上半部にボディ１０５の下端部が内挿されるように圧入され、底部にソレノイド１０３が接続されている。ボディ１０５、接続部材１０６およびソレノイド１０３により囲まれる内部空間は、吸入圧力Ｐｓが導入される圧力室２８を形成する。圧力室２８には、吸入圧力Ｐｓを感知して軸線方向に動作するパワーエレメント１０４が配置されている。

一方、ソレノイド１０３は、ヨークとしても機能する有底円筒状のケース１３０と、ケース１３０に対して固定された有底円筒状のスリーブ１３１と、ケース１３０に固定されるとともにスリーブ１３１の開口部側である上半部に内挿された円筒状のコア３２と、スリーブ１３１の底部側である下半部に収容されてコア３２と軸線方向に対向配置された円柱状のプランジャ１３３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、ケース１３０の下端開口部を封止するように設けられた端部部材１３５とを備えている。接続部材１０６の底部とケース１３０の底部とが突き合わされ、その底部中央を貫通するように挿通孔２９が形成されている。そして、コア３２の上端部がその挿通孔２９に挿通されて外方に加締められることにより、接続部材１０６とケース１３０とを内方から挟み込むように連結固定している。

コア３２の中央を軸線方向に貫通するように、長尺柱状のシャフト１３６が挿通されている。シャフト１３６は、その下端部がプランジャ１３３の上端部に同軸状に圧入されている。コア３２とシャフト１３６との間隙には、圧力室２８と連通する冷媒通路が形成されている。プランジャ１３３の外周面の所定箇所には軸線方向に沿った溝部１３７が形成されている。コア３２とシャフト１３６との間隙を通過した吸入圧力Ｐｓの冷媒は、さらにその溝部１３７とスリーブ１３１との間に形成された通路を通ってプランジャ１３３の下部、つまり背圧室３９に導入される。シャフト１３６は、その上端部がパワーエレメント１０４に連結されており、ソレノイド力をパワーエレメント１０４を介して作動ロッド１１９に伝達する。

スリーブ１３１は、非磁性材料からなり、その底部中央部が上方にやや凸となり、プランジャ１３３を下方から支持できるように構成されている。また、スリーブ１３１には円筒状のボビン４１が外挿されており、そのボビン４１に電磁コイル３４が巻回されている。このボビン４１に電磁コイル３４が巻回されたコイル組立体とケース１３０との間には、樹脂材からなる段付円筒状の熱伝達部材１３４が介装されている。熱伝達部材１３４は、電磁コイル３４で発生した熱をケース１３０に伝達してその放熱効率を高める。コア３２の上端部外周面、スリーブ１３１の上端面、およびケース１３０の底部内面により囲まれた空間にはシールリング４７が介装され、ソレノイド１０３の内外のシールを確保している。

ケース１３０の下端部は拡径され、半径方向外向きに突出した拡径部４０となっており、その内方に円板状のカラー１４２が配設されている。カラー１４２は、その拡径部４０の下端部が内方に加締められることによりケース１３０に固定されている。カラー１４２は、磁性材料からなり、ケース１３０とともに磁気回路を構成する。カラー１４２の底部中央には挿通孔４３が設けられ、スリーブ１３１の下端部がその挿通孔４３を介して露出している。ボビン４１からは電磁コイル３４につながる一対の接続端子４４が延出し、それぞれカラー１４２および端部部材１３５を貫通して外部に引き出されている。同図には説明の便宜上、その一対の片方のみが表示されている。

端部部材１３５は、ケース１３０に内包されるソレノイド１０３内の構造物全体を下方から封止するように取り付けられている。端部部材１３５からは接続端子４４の先端部が引き出されており、図示しない外部電源に接続される。なお、端部部材１３５を形成する樹脂材としては、例えばガラスを含有した６６ナイロン等のように適度な硬さと弾性を有するものが好ましい。一定以上の取付精度を確保するために、ゴムよりも硬度の高いものであるのが好ましい。

端部部材１３５の上端外周面とケース１３０の下端内周面との間に比較的小さなＯリング４８が介装されている。また、ケース１３０の拡径部の上方には、Ｏリング４９がケース１３０に外挿されるように取り付けられている。Ｏリング４９は、Ｏリング４８よりも大きく、図示しない圧縮機のハウジングに設けられた取付孔に制御弁１０１が取り付けられた際に、その取付孔とケース１３０との間に介装されるように配置され、外部からハウジング内部への異物の侵入を規制する。

図２は、図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。
ボディ１０５の外周部のポート１１が含まれる位置には、ボディ１０５の内方に向かって段階的に幅が大きくなる溝状の嵌合部１５９が形成され、その嵌合部１５９に環状のフィルタ１２が嵌着されている。すなわち、嵌合部１５９は、小幅部１６０と、その小幅部１６０より幅が大きい大幅部１６２とからなる。本実施の形態では、この嵌合部１５９を旋盤による切削加工により成形する。具体的には、ボディ１０５のポート１１が含まれる位置にＴ字状の先端形状を有するバイトを突き当てるようにして、まず小幅部１６０と同幅で大幅部１６２と同じ深さの溝部を形成し、その溝部の形成後にそのままバイトをボディ１０５の上方および下方に所定量ずつずらして切削を進める。その後、バイトを上下方向の元の位置に戻してから退避させることにより、図示のような段付溝が形成される。

このようにして嵌合部１５９が形成された後、フィルタ１２を挿入嵌合させる。フィルタ１２は、長尺帯状の金属メッシュをその長手方向に丸めてその両端部を所定量オーバラップさせ、そのオーバラップ部にスポット溶接を施すことにより環状に形成されている。フィルタ１２は、図示のように大幅部１６２の幅よりも大きな幅を有するため、その上下端がそれぞれ折り曲げられた状態で嵌合部１５９に嵌合状態で組み付けられる。このため、フィルタ１２の脱落は確実に防止されている。

弁形成部材１１５は、有底円筒状をなし、その底部に内外を連通する連通孔１４０が設けられている。弁形成部材１１５の下端部と、弁体形成部材１２２と、弁座形成部材１２０とにより囲まれた空間は、連通孔１４０を介してポート１３に連通し、クランク圧力Ｐｃが満たされる圧力室１５０を形成する。弁形成部材１１５の下部には凹溝が周設され、その凹溝とボディ１０５との間には、弁形成部材１１５を主弁の開弁方向に付勢するスプリング７５が介装されている。作動ロッド１１９は、弁座形成部材１２０を軸線方向に貫通し、その一端側が圧力室１５０に延出して弁形成部材１１５に連結され、他端側が圧力室２８に延出してパワーエレメント１０４に連結されている。

なお、本実施の形態では省略したが、変形例においては、ボディ１０５と弁形成部材１１５との間にシール部材を設け、ポート１１から導入された吐出冷媒が圧力室２８へ漏れることを規制するようにしてもよい。例えば、ガイド孔２４のポート１１側の開口端部に薄膜シート状（リング状）のパッキンを設けてもよい。そのパッキンに前後差圧が作用したときにセルフシール作用によりその内周部が弁形成部材１１５の摺動面に圧着するように構成してもよい。

パワーエレメント１０４は、作動ロッド１１９とシャフト１３６との間に介装されて弁部の開閉方向に変位可能に支持された中空のハウジング１８１と、ハウジング１８１内に密閉された基準圧力室Ｓを形成するように支持された感圧部材１８２と、感圧部材１８２の上端部に連結された反力伝達部材１６９とを備えている。ハウジング１８１は、ステンレス鋼板をプレス成形して得られた有底円筒状の第１ハウジング１８４と第２ハウジング１８５を、それらの開口部を突き合わせるように接合して形成され、内部に感圧部材１８２および反力伝達部材１６９の収容空間を形成する。

第１ハウジング１８４は、その底部中央に上方に突出した嵌合凸部１８６が設けられ、その嵌合凸部１８６にシャフト１３６の上端部を収容するようにしてシャフト１３６に連結されている。第１ハウジング１８４は、その側面が周方向に波形状となっており、その波形状の外側頂点部において接続部材１０６に摺動可能に支持されている。第２ハウジング１８５は、その下端部が第１ハウジング１８４の上端部に接合（溶接）されている。第２ハウジング１８５は、その底部中央にて作動ロッド１１９を下方から支持している。第２ハウジング１８５の上端外周縁には、反力伝達部材１６９の一部を露出させる複数の挿通孔９０がそれぞれ設けられている。

感圧部材１８２は、上下（弁部の開閉方向）に対向する一対のダイヤフラム１９１，１９２と、その一対のダイヤフラムに挟まれるガイド部材１８８と、その一対のダイヤフラムのそれぞれに接合された一対のストッパ部材１９３，１９４と、その一対のストッパ部材の間に介装されたスプリング１９５を含んで構成される。ダイヤフラム１９１、１９２はともに薄膜円板状の金属ダイヤフラムからなり、円筒状のガイド部材１８８の上端開口部、下端開口部をそれぞれ封止するように装着されている。すなわち、ガイド部材１８８とリング部材９６との間にダイヤフラム１９１の外周縁部が挟まれるようにして外周溶接を施し、ガイド部材１８８とリング部材９７との間にダイヤフラム１９２の外周縁部が挟まれるようにして外周溶接を施すことにより密閉された基準圧力室Ｓが形成されている。この溶接は真空雰囲気内で行われるため、基準圧力室Ｓは真空状態となっているが、基準圧力室Ｓ内に大気等を満たすようにしてもよい。

ストッパ部材１９３は段付円柱状をなし、その上面がダイヤフラム１９１の下面中央に接合されている。ストッパ部材１９３の上端部には半径方向外向きに延出するフランジ部１４５が設けられている。一方、ストッパ部材１９４も段付円柱状をなし、その下面がダイヤフラム１９２の上面中央に接合されている。ストッパ部材１９４の下端部には半径方向外向きに延出するフランジ部１４６が設けられている。スプリング１９５は、フランジ部１４５とフランジ部１４６との間に介装され、ストッパ部材１９３とストッパ部材１９４とを互いに離間させる方向に付勢している。このため、感圧部材１８２は、圧力室２８の吸入圧力Ｐｓと基準圧力室Ｓの基準圧力との差圧に応じて軸線方向（弁部の開閉方向）に伸長または収縮する。ただし、その差圧が大きくなっても感圧部材１８２が所定量収縮すると、ストッパ部材１９３とストッパ部材１９４の互いの先端面が当接して係止されるため、その収縮が規制される。

スプリング１９５は、隣接するコイルが密着したときの密着高さが、各コイルの厚みの合計よりも小さくなる圧縮コイルスプリングからなる。すなわち、スプリング１９５は、隣接するコイルの外径が徐々に変化し、軸線方向の端部よりも中央部の外径が大きな樽型形状をなすように形成され、その一端部がストッパ部材１９３を支持軸として支持され、他端部がストッパ部材１９４を支持軸として支持されるように組み付けられている。このように、樽形の圧縮コイルスプリングを採用することにより、スプリング１９５をその荷重の大きさに比してコンパクトに形成することができる。

反力伝達部材１６９は、円板状をなし、その外周縁部からハウジング１８１を貫通して上方に延びる３つの脚部７０を有する（同図には１つのみ表示）。反力伝達部材１６９の中央位置は、感圧部材１８２の上端中央に接合されるよう凹形状に形成されている。すなわち、その凹形状とストッパ部材１９３とによりダイヤフラム１９１の中央部が挟まれるように固定されている。反力伝達部材１６９と第２ハウジング１８５との間には、両者を離間する方向に付勢するスプリング７９が介装されている。

ストッパ１２３の脚部７０に対向する位置には挿通孔１２８が設けられており、脚部７０の上端部はこの挿通孔１２８を貫通してその上部の空間に延出している。弁座形成部材１２０は、このように延出した３つの脚部７０の内方に圧入され、脚部７０と一体動作するように構成されている。したがって、脚部７０は、図示のように弁体２１が弁座２０に着座して第１の副弁が閉じた状態になると、それより上方へ変位することはない。

このような構成において、制御弁１０１の定常制御中に圧力室２８内の吸入圧力Ｐｓが所定の設定圧力Ｐsetよりも低くなると、感圧部材１８２が伸長方向に変形する。このとき、第１の副弁が閉弁状態にあるため、反力伝達部材１６９が感圧部材１８２の上方への変位を規制するため、感圧部材１８２は相対的に下方に変位する。すなわち、反力伝達部材１６９に作用する弁座形成部材１２０からの反力が、感圧部材１８２およびハウジング１８１を介してシャフト１３６に伝達され、ソレノイド１０３によるソレノイド力を低減する方向の力が作用する。この設定圧力Ｐsetは、基本的にはスプリング１９５のばね荷重によって予め調整され、蒸発器内の温度と吸入圧力Ｐｓとの関係から、蒸発器の凍結を防止できる圧力値として設定されている。設定圧力Ｐsetは、ソレノイド１０３への供給電流（設定電流）を変えることにより変化させることができる。

本実施の形態においては、主弁の有効受圧径Ａ（弁孔１６の開口端部の内径）と、ガイド孔２４の内径Ｂと、作動ロッド１１９の弁体形成部材１２２との摺動部の外径Ｃと、第１の副弁の有効受圧径Ｄ（弁座２０の外径）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１１９に作用する吐出圧力Ｐｄによる力、およびクランク圧力Ｐｃによる力はキャンセルされる。また、弁体形成部材１２２に作用する吸入圧力Ｐｓによる力もキャンセルされる。このため、圧縮機の制御状態においては、弁体１８は、ソレノイド１０３による閉弁方向のソレノイド力、スプリング７５による開弁方向の力、およびパワーエレメント１０４による開弁方向の反力に基づいて開閉動作することになる。一方、スプリング１９５の荷重がスプリング７９の荷重よりも相当大きく設定されている。このため、制御弁１０１の定常制御状態において第１の副弁の閉弁状態を保持することができる。

次に、制御弁の動作について説明する。
図３〜図６は、制御弁の動作を表す図であり、図２に対応する。既に説明した図２は、制御弁の最大容量運転状態を示している。図３は、自動車用空調装置が動作していないときの状態を示している。図４は、制御弁のブリード機能を動作させたときの状態を示している。図５は、比較的安定した制御状態を示している。図６は、定常状態からソレノイドがオフにされたときの状態を示している。以下においては、図１に基づき、適宜図２〜図６を参照しつつ説明する。

制御弁１０１において、ソレノイド１０３が非通電のとき、つまり自動車用空調装置が動作していないときには、コア３２とプランジャ１３３との間に吸引力が作用しない。また、スプリング７５が作動ロッド１１９およびパワーエレメント１０４を介してシャフト１３６を下方に付勢しているため、弁体１８が弁座１７から離間して主弁が全開状態となる。このとき、圧縮機の吐出室からポート１１に導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒は、全開状態の主弁を通過し、ポート１３からクランク室へと流れることになる。したがって、クランク圧力Ｐｃが高くなり、圧縮機は最小容量運転を行うようになる。

また、図３に示すように、この場合には吸入圧力Ｐｓが比較的高いので、感圧部材１８２が収縮した状態となる。このとき、ソレノイド力が作用しないため、パワーエレメント１０４が下死点に変位し、その結果、弁体２１が弁座２０から離間して第１の副弁が開放された状態となる。また、弁体形成部材１２２が弁座形成部材１２０から離間した状態となるため、パワーエレメント１０４は作動ロッド１１９とシャフト１３６との間に介装されてはいるが、実質的に機能しない。一方、弁形成部材１１５が全開状態で下死点へ変位して図示のように弁座形成部材１２０に当接した状態となり、作動ロッド１１９の下端部は封止される。すなわち、作動ロッド１１９の下端面と弁座形成部材１２０の上端面によって第２の副弁が閉じられることになり、それによってポート１３を介したクランク室からの冷媒の導出が規制されるため、最小容量運転状態は維持される。すなわちこの場合、弁形成部材１１５の下端部が弁体２１０（第２の副弁体）を構成し、弁座形成部材１２０の上端面が弁座２１２（第２の副弁座）を構成する。弁体２１０が上方から弁座２１２に着座して第２の副弁（第３の弁部）を閉じることになる。

一方、自動車用空調装置の起動時など、ソレノイド１０３の電磁コイル３４に最大の制御電流が供給されると、プランジャ１３３は、コア３２に最大の吸引力で吸引される。このとき、図４に示すように、ソレノイド力がパワーエレメント１０４を介して作動ロッド１１９にそのまま伝達されて弁体１８が弁座１７に着座して主弁が閉じられる。このとき、作動ロッド１１９が下死点から上昇するため、上述した第２の副弁は開放される。一方、夏場などの高負荷時における圧縮機の起動直後は吸入圧力Ｐｓが高く感圧部材１８２が収縮状態にあるため、弁体２１が弁座２０から離間する第１の副弁の開放状態が維持される。

なお、本実施の形態では、このように感圧部材１８２を収縮状態とできる吸入圧力Ｐｓとして、空調装置が多用される夏場などの所定の高負荷時に開弁可能な値を設定している。本実施の形態におけるその設定値は、ダイヤフラム１９１およびダイヤフラム１９２の有効受圧面積と吸入圧力Ｐｓ（正確には吸入圧力Ｐｓと基準圧力室Ｓの基準圧力との差圧）とにより算出される荷重にスプリング７９の荷重を加えた感圧部材１８２の収縮方向の荷重が、スプリング１９５による感圧部材１８２の伸張方向の荷重に打ち勝つことができる吸入圧力Ｐｓとなっている。

すなわち、ソレノイド１０３に起動電流を供給することで主弁を閉じてクランク室への吐出冷媒の導入を規制する一方、副弁を開弁状態とするため、クランク室内の冷媒を吸入室に速やかにリリーフさせる。本実施の形態では、圧縮機に形成された減圧通路（クランク室と吸入室とをつなぐオリフィス等）を介してもクランク室の減圧が行われるが、このように副弁を速やかに開弁させてその減圧応答性を最大限に高めることができ、圧縮機を速やかに起動させることができる。この状態から、吸入圧力Ｐｓが低下すると、図２に示したように、主弁および副弁の双方が閉じた最大容量運転状態となる。

ここで、ソレノイド１０３に供給される電流値が所定値に設定された制御状態にあるときには、吸入圧力Ｐｓもある程度低い状態にあるため、図５に示すように、弁体２１が弁座２０に着座して第１の副弁を閉じた状態で、弁体１８が動作して主弁を開閉する。このとき、弁体１８は、スプリング７５による開弁方向の力と、ソレノイド１０３による閉弁方向のソレノイド力と、吸入圧力Ｐｓにより動作するパワーエレメント１０４によるソレノイド力を低減する方向の力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。

そして、たとえば冷凍負荷が大きくなり吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも高くなると、感圧部材１８２が縮小するため、パワーエレメント１０４ひいては弁体１８が相対的に上方（閉弁方向）へ変位する。その結果、主弁の弁開度が小さくなり、圧縮機は吐出容量を増やすよう動作する。その結果、吸入圧力Ｐｓが低下する方向に変化する。逆に、冷凍負荷が小さくなって吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも低くなると、感圧部材１８２が伸長する。その結果、反力伝達部材１６９の反力がシャフト１３６に対してソレノイド力を低減させる方向に作用する。この結果、弁体１８への閉弁方向の力が低減されて主弁の弁開度が大きくなり、圧縮機は吐出容量を減らすよう動作する。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。

このように制御弁１０１が定常的な制御状態にあるときに自動車用空調装置による負荷を低減するなどのためにソレノイド１０３がオフにされると、コア３２とプランジャ１３３との間の吸引力がなくなり、図６に示すように、弁体１８が弁座１７から離間して主弁が全開状態となる。その結果、圧縮機は最小容量運転を行うようになる。この最小容量運転移行直後はそれ以前の定常制御によって吸入圧力Ｐｓが比較的低くされているため、感圧部材１８２は伸長した状態となっている。このとき、ソレノイド力が作用しないため、パワーエレメント１０４が下死点に変位し、その結果、弁体２１が弁座２０から離間して第１の副弁が開放された状態となる。また、弁体形成部材１２２が弁座形成部材１２０から離間した状態となるため、パワーエレメント１０４は作動ロッド１１９とシャフト１３６との間に介装されてはいるが、実質的に機能しない。一方、弁形成部材１１５が全開状態で下死点へ変位して図示のように弁座形成部材１２０に当接した状態となり、作動ロッド１１９の下端部は封止される。すなわち、第２の副弁が閉じられることになり、それによってポート１３を介したクランク室からの冷媒の導出が規制されるため、最小容量運転状態は維持される。

以上に説明したように、本実施の形態の制御弁１０１においては、作動ロッド１１９とシャフト１３６とが弾性部材などを介することなくハウジング１８１を介して剛に連結され、ソレノイド力がそのまま主弁の弁体１８に伝達される。このため、ソレノイド１０３がオフからオンに切り替えられて起動電流が供給されたときに、主弁を速やかに閉じることができる。また、特に夏場などの高負荷時においては圧縮機起動時の吸入圧力Ｐｓが高いため、副弁の開弁状態を維持できる。つまり、主弁が閉じると同時に副弁を開弁状態とできるため、クランク室への冷媒の導入を規制すると同時にクランク室から冷媒を排出することができ、圧縮機を速やかに起動させることができる。また、作動ロッド１１９がソレノイド１０３により直接的に駆動されるため、仮にポート１１を通過した異物がボディ１０５と弁形成部材１１５との間隙に侵入したとしても、制御弁１０１の駆動時に作動ロッド１１９が大きく変位することにより、その異物を間隙から掻き出すことができる。このため、ガイド孔２４のポート１１側の開口部にシール部材を配置しなくとも、異物の噛み込みの発生を防止または抑制することができる。

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。

１６ 弁孔、 １７ 弁座、 １８ 弁体、 ２０ 弁座、 ２１ 弁体、 ２４ ガイド孔、 ２８ 圧力室、 １０１ 制御弁、 １０２ 弁本体、 １０３ ソレノイド、 １０４ パワーエレメント、 １０５ ボディ、 １１５ 弁形成部材、 １１９ 作動ロッド、 １２０ 弁座形成部材、 １２２ 弁体形成部材、 １３６ シャフト、 １６９ 反力伝達部材、 １８１ ハウジング、 １８２ 感圧部材。

Claims (4)

1. 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の吐出容量を、前記吐出室からクランク室に導入する冷媒の流量を制御することにより変化させる可変容量圧縮機用制御弁において、
   前記吸入室に連通する吸入室連通ポート、前記吐出室に連通する吐出室連通ポート、および前記クランク室に連通するクランク室連通ポートが設けられたボディと、
   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連通させる主通路に設けられた主弁と、
   前記クランク室連通ポートと前記吸入室連通ポートとを連通させる副通路に設けられた副弁と、
   供給電流に応じて前記主弁の閉弁方向のソレノイド力を付与可能なソレノイドと、
   前記吸入室連通ポートに連通する圧力室と、
   前記圧力室の圧力を感知し、前記圧力室の圧力が前記ソレノイドへの供給電流により設定される第１設定圧力に維持されるよう前記ソレノイド力に対抗する力を発生させて前記主弁の開度を調整する一方、前記圧力室の圧力が前記第１設定圧力よりも高い予め定める第２設定圧力よりも高くなったときに前記副弁を開弁させる感圧部と、
   を備えることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
2. 前記ボディに対して固定される一方、前記主通路の所定位置に配設された主弁座と、
   前記副通路を形成する一方、前記ボディに対して変位可能に設けられた弁形成部材と、
   前記弁形成部材に一体形成され、前記主弁座に着脱して前記主弁を開閉する主弁体と、
   前記ボディに対して固定される一方、前記副通路の所定位置に配設された副弁座と、
   前記副弁座に着脱して前記副弁を開閉する副弁体と、
   を備え、
   前記感圧部は、前記圧力室の圧力が前記第２設定圧力よりも高くなったときに前記副弁体を前記副弁座から離間させ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. 前記ソレノイドに連結されたシャフトと、
   前記弁形成部材に連結された作動ロッドと、
   をさらに備え、
   前記圧力室が、前記ボディと前記ソレノイドとの間に形成され、
   前記感圧部は、
   前記圧力室内で前記作動ロッドと前記シャフトとの間に挟まれつつ変位可能に支持されたハウジングと、
   前記ハウジング内に密閉された基準圧力室を形成するように支持され、前記圧力室の圧力に応じて前記シャフトの軸線方向に変形する可撓性部材と、
   前記可撓性部材の前記シャフトと反対側に接続されるとともに前記ハウジングの外部に延出する脚部を有し、その脚部の延出部に前記副弁体が一体に設けられ、常には前記可撓性部材により前記副弁座側に付勢されて前記副弁の閉弁状態を保持するとともに、前記副弁体が前記副弁座を押圧する反力によって前記シャフトに前記ソレノイド力に対抗する力を付与する一方、前記圧力室の圧力が前記第２設定圧力よりも高くなったときには、前記可撓性部材が前記シャフト側に変位することにより、前記副弁体を前記副弁座から離間させて前記副弁を開弁させる反力伝達部材と、
   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用制御弁。
4. 前記ボディに対して固定される一方、前記副通路の前記副弁座と異なる位置に配設された第２の副弁座と、
   前記弁形成部材に一体形成され、前記第２の副弁座に着脱して前記副通路に設けられた第２の副弁を開閉する第２の副弁体と、
   をさらに備え、
   前記ソレノイドがオフにされたときに、前記第２の副弁体が前記第２の副弁座に着座して前記第２の副弁を閉じるように動作することを特徴とする請求項３に記載の可変容量圧縮機用制御弁。

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