JP2012162181A - 制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の冷媒通路を切り替えて運転がなされる車両用冷暖房装置において、その冷媒通路の切り替える制御弁に嵩むコストをトータル的に抑制する。
【解決手段】ある態様の制御弁は、第１冷媒通路および第２冷媒通路が内部に形成され、第１冷媒通路の冷媒の流れを調整するために開度が制御される第１弁５１と、第２冷媒通路の冷媒の流れを調整するために開度が制御される第２弁５２とを収容する共用のボディ３０４と、第１弁５１と第２弁５２の開度を電気的に調整するための共用のモータユニット１０２と、モータユニット１０２による第１弁５１および第２弁５２の一方の開度の制御状態において他方を閉弁状態に維持可能な作動切替機構と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は制御弁に関し、特に車両用冷暖房装置の冷媒通路の切り替えに好適な制御弁に関する。

近年、内燃機関を搭載した車両においてはエンジンの燃焼効率が向上したこともあり、熱源として利用してきた冷却水が暖房に必要な温度にまで上昇し難くなっている。一方、内燃機関と電動機を併用したハイブリッド車両においては内燃機関の稼働率が低いため、そのような冷却水の利用がさらに難しい。電気自動車に至っては内燃機関による熱源そのものがない。このため、冷房のみならず暖房にも冷媒を用いたサイクル運転を行い、車室内を除湿暖房可能なヒートポンプ式の車両用冷暖房装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

このような車両用冷暖房装置は、圧縮機、室外熱交換器、蒸発器、室内熱交換器等を含む冷凍サイクルを有し、暖房運転時と冷房運転時とで室外熱交換器の機能が切り替えられる。暖房運転時においては室外熱交換器が蒸発器として機能する。その際、冷凍サイクルを冷媒が循環する過程で室内熱交換器が放熱し、その熱により車室内の空気が加熱される。一方、冷房運転時においては室外熱交換器が凝縮器として機能する。その際、室外熱交換器にて凝縮された冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。その際、除湿も行われる。

特開平９−２４０２６６号公報

ところで、車室内の快適性を維持するとともに、寒冷下においても車両運転中の視界を良好に維持するために、このような車両用冷暖房装置においては特に除湿運転が重要視される。そのため、複数の熱交換器が比較的複雑な経路で配管されることが多く、冷媒通路の切り替えのために二方向弁や三方向弁といった制御弁が数多く用いられる。二方向弁は、その開閉により冷媒通路を開放または遮断したり、その開度調整により冷媒通路の開度を調整したりする。三方向弁は、１つの共用通路と２つの個別通路との接続点に設けられ、共用通路と連通させる個別通路を切り替える。これらの制御弁は、ソレノイドやステッピングモータなどのアクチュエータを用いる電気駆動弁として構成されることが多い。

しかしながら、このような制御弁が数多く用いられると、当然にコストが嵩み、車両の設置スペース上の問題も生じる。このため、このような制御弁を冷媒通路を切り替えるだけの切替弁としてだけではなく、その開度を比例的に変化させて冷媒流量の調整を行う比例弁として機能させたり、その開度を絞ることで冷媒を膨張させて状態遷移させる膨張弁として機能させるなど、複数種の制御弁の機能を兼用させることもある。しかし、その制御弁の複数の弁部の開度を外部から調整可能とする場合には、その弁部の数に応じたアクチュエータが必要となり、依然として改善の余地があった。

本発明の目的は、複数の冷媒通路を切り替えて運転がなされる車両用冷暖房装置において、その冷媒通路の切り替える制御弁に嵩むコストをトータル的に抑制することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の制御弁は、第１冷媒通路および第２冷媒通路が内部に形成され、第１冷媒通路の冷媒の流れを調整するために開度が制御される第１弁と、第２冷媒通路の冷媒の流れを調整するために開度が制御される第２弁とを収容する共用のボディと、第１弁と第２弁の開度を電気的に調整するための共用のアクチュエータと、アクチュエータによる第１弁および第２弁の一方の開度の制御状態において他方を閉弁状態に維持可能な作動切替機構と、を備える。

この態様によると、複数の冷媒通路の開度をそれぞれ調整するために複数の弁が設けられるところ、その複数の弁が共用のボディに収容されて共用のアクチュエータにより開閉駆動される制御弁（複合弁）として構成される。そして、一方の弁による冷媒の流量制御がなされている状態において、他方の弁を閉弁させて冷媒の流通を遮断状態とする配置構成を有することで、その他方の弁の状態が一方の弁の流量制御に実質的に影響を及ぼさないようにしている。言い換えれば、このように第１弁と第２弁とがその弁配置によって制御上影響を及ぼさないようにすることで、一つのアクチュエータによる複数の弁の駆動が可能とされている。それにより、弁の数に対してボディやアクチュエータの数を抑えることができる。このため、このような制御弁を車両用冷暖房装置の冷媒循環通路に複数設ければ、弁の数に対してトータルのコストをさらに抑制可能となる。

本発明によれば、複数の冷媒通路を切り替えて運転がなされる車両用冷暖房装置において、その冷媒通路の切り替える制御弁に嵩むコストをトータル的に抑制できる。

実施形態に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。 車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。 実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。 実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。 実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、実施形態に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。本実施形態は、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車の冷暖房装置として具体化したものである。

車両用冷暖房装置１００は、圧縮機２、室内凝縮器３、室外熱交換器５、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。車両用冷暖房装置１００は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の冷暖房装置として構成されている。

車両用冷暖房装置１００は、また、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。この冷凍サイクルは、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として直列に動作可能に構成され、また、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として並列に動作可能に構成されている。すなわち、冷房運転時（除湿時）に冷媒が循環する第１冷媒循環通路、暖房運転時に冷媒が循環する第２冷媒循環通路、暖房運転中の除湿時に冷媒が循環する第３冷媒循環通路が形成される。

第１冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→室外熱交換器５→蒸発器７→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第２冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→室外熱交換器５→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第３冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→蒸発器７→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。室外熱交換器５を流れる冷媒の流れは、第１冷媒循環通路と第２冷媒循環通路とで逆方向となっている。

具体的には、圧縮機２の吐出室は第１通路２１を介して室内凝縮器３の入口に接続され、室内凝縮器３の出口は第２通路２２を介して室外熱交換器５の一方の出入口に接続されている。室外熱交換器５の他方の出入口は第３通路２３を介して蒸発器７の入口に接続され、蒸発器７の出口は第４通路２４（戻り通路）を介してアキュムレータ８の入口に接続されている。これら第１通路２１、第２通路２２、第３通路２３および第４通路２４により第１冷媒循環通路が形成される。

第２通路２２には、室内凝縮器３の側から第１分岐点、第２分岐点、第３分岐点が設けられている。すなわち、第２通路２２は、第１分岐点にてバイパス通路２５に分岐し、第２分岐点にてバイパス通路２６に分岐し、第３分岐点にてバイパス通路２７に分岐している。そして、バイパス通路２５が第３通路２３に接続されることにより、室内凝縮器３から導出された冷媒の少なくとも一部を室外熱交換器５を迂回させて蒸発器７へ供給可能な第３冷媒循環通路が形成される。また、バイパス通路２６が室外熱交換器５の他方の出入口に接続され、バイパス通路２７がアキュムレータ８の入口に接続されることにより、第２冷媒循環通路が形成される。

室内凝縮器３の出口と室外熱交換器５の一方の出入口との間には第１制御弁４が設けられている。また、その室外熱交換器５の一方の出入口と蒸発器７の出口との間には第２制御弁６が設けられている。さらに、室外熱交換器５の他方の出入口と蒸発器７の入口との間には第３制御弁９が設けられている。

圧縮機２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示しないバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。

室内凝縮器３は、車室内に設けられ、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室内凝縮器３を通過する際に放熱する。車室内に導入された空気は、室内凝縮器３を通過する過程で温められる。

室外熱交換器５は、車室外に配置され、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外熱交換器５が蒸発器として機能する際には、膨張装置（第２弁３２）の通過により低温・低圧となった冷媒が、室外熱交換器５を通過する際に蒸発する。

蒸発器７は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。すなわち、膨張装置（第１弁５１または第２弁５２）の通過により低温・低圧となった冷媒は、蒸発器７を通過する際に蒸発する。車室内に導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却され、除湿される。このとき冷却・除湿された空気は、室内凝縮器３の通過過程で加熱される。

アキュムレータ８は、蒸発器から送出された冷媒を気液分離して溜めておく装置であり、液相部と気相部とを有する。このため、仮に蒸発器７から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、その液冷媒を液相部に溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機２に導出することができる。

第１制御弁４は、共用のボディに第１弁３１と第２弁３２とを収容し、それらを１つのアクチュエータにて駆動する複合弁として構成されている。第１制御弁４のボディには、第２通路２２における第２分岐点と第３分岐点とをつなぐ第１冷媒通路と、バイパス通路２６を構成する第２冷媒通路が設けられている。第１弁３１は大口径の弁であり、第１冷媒通路に設けられてその開度を調整する。第２弁３２は小口径の弁であり、第２冷媒通路に設けられてその開度を調整する。第２弁３２は膨張装置としても機能する。本実施形態では、第１制御弁４として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。

第２制御弁６は、共用のボディに第１弁４１と第２弁４２とを収容し、それらを１つのアクチュエータにて駆動する複合弁として構成されている。第２制御弁６のボディには、第４通路２４を構成する第１冷媒通路とバイパス通路２７を構成する第２冷媒通路が設けられている。第１弁４１は大口径の弁であり、第１冷媒通路に設けられてその開度を調整する。第２弁４２も大口径の弁であり、第２冷媒通路に設けられてその開度を調整する。本実施形態では、第２制御弁６として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。

第３制御弁９は、共用のボディに第１弁５１と第２弁５２とを収容し、それらを１つのアクチュエータにて駆動する複合弁として構成されている。第３制御弁９のボディには、第３通路２３を構成する第１冷媒通路とバイパス通路２５を構成する第２冷媒通路が設けられている。第１弁５１は小口径の弁であり、第１冷媒通路に設けられてその開度を調整する。第２弁５２も小口径の弁であり、第２冷媒通路に設けられてその開度を調整する。第１弁５１および第２弁５２は膨張装置としても機能する。本実施形態では、第３制御弁９として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。第３制御弁９の具体的構成については後述する。

以上のように構成された車両用冷暖房装置１００は、図示しない制御部により制御される。制御部は、車両の乗員によりセットされた室温を実現するために各アクチュエータの制御量を演算し、各アクチュエータの駆動回路に制御信号を出力する。制御部は、車室内外の温度、蒸発器７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各制御弁の制御量（弁開度や開閉状態）を決定し、その制御量が実現されるようアクチュエータに電流を供給する。本実施例ではアクチュエータとしてステッピングモータを用いるため、制御部は、各制御弁の制御量が実現されるようステッピングモータに制御パルス信号を出力する。このような制御により、圧縮機２は、その吸入室を介して吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入し、これを圧縮して吐出圧力Ｐｄの冷媒として吐出する。なお、本実施形態ではこのような制御を実現するために、室内凝縮器３の出口、室外熱交換器５の一方の出入口と他方の出入口、蒸発器７の入口と出口のそれぞれの温度を検出するための複数の温度センサが設置されている。

次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図２は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は通常暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は特殊暖房運転時の状態を示している。なお、「特定暖房運転」は、暖房運転において特に除湿の機能を高めた運転状態である。「特殊暖房運転」は、室外熱交換器５を機能させない運転状態である。なお、図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。

図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁４において第１弁３１が開弁状態とされ第２弁３２が閉弁状態とされる。また、第２制御弁６において第１弁４１が開弁状態とされ第２弁４２が閉弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において第１弁５１が開弁状態とされ第２弁５２が閉弁状態とされる。それにより第１冷媒循環通路のみが開放される。このため、バイパス通路２５，２６，２７が遮断され、圧縮機２から吐出冷媒は室外熱交換器５および蒸発器７に導かれる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。

すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３および室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室外熱交換器５を経由した冷媒が第３制御弁９の第１弁５１にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器７に導入される。蒸発器７の入口に導入された冷媒は、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。蒸発器７から導出された冷媒は、第２制御弁６の第１弁４１を経てアキュムレータ８に導入される。制御部は、室外熱交換器５の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう第１弁５１の開度を制御する。

図２（Ｂ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁４の第１弁３１が閉弁状態とされ第２弁３２が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において第１弁４１および第２弁４２が共に開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において第１弁５１が閉弁状態とされ第２弁５２が開弁状態とされる。それにより第１冷媒循環通路が遮断され、第２冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が開放される。このため、室内凝縮器３から導出された冷媒は、一方でバイパス通路２６を介して室外熱交換器５に導かれ、他方でバイパス通路２５を介して蒸発器７に導かれる。

すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮される。室内凝縮器３から導出された冷媒は、一方で第１制御弁４の第２弁３２にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器５を通過する際に蒸発される。室外熱交換器５から導出された冷媒は、第２制御弁６の第２弁４２を経てアキュムレータ８に導入される。また、室内凝縮器３から導出された冷媒は、他方で第３制御弁９の第２弁５２にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器７を通過する際に蒸発される。蒸発器７から導出された冷媒は、第２制御弁６の第１弁４１を経てアキュムレータ８に導入される。

このとき、制御部は、室外熱交換器５による熱吸収と蒸発器７による除湿とを適正に行うべく、室外熱交換器５における冷媒の蒸発量と蒸発器７における冷媒の蒸発量との比率を適正に調整する。具体的には、制御部は、室内凝縮器３の出口側の温度に基づいて第２弁３２と第２弁５２のトータルの開度を調整することにより、室内凝縮器３の出口側の過冷却度が適正となるよう制御する。制御部は、また、車両用冷暖房装置１００の運転負荷に応じて第２弁３２と第２弁５２の開度の比率を制御することにより、両弁をそれぞれ通過する冷媒流量の比率を調整し、室外熱交換器５および蒸発器７のそれぞれにおける蒸発量を調整する。また、制御部は、第２制御弁６における第１弁４１および第２弁４２の一方の全開状態を維持したまま他方の開度を調整する。本実施形態では、室外熱交換器５よりも蒸発器７の温度が低い場合には第１弁４１を全開状態にして第２弁４２の開度を制御する。一方、蒸発器７よりも室外熱交換器５の温度が低い場合には第２弁４２を全開状態にして第１弁４１の開度を制御する。

例えば、前者のように室外熱交換器５よりも蒸発器７の温度が低い場合、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏと蒸発器７の出口の圧力Ｐｅとの差圧ΔＰ＝Ｐｏ−Ｐｅが適正となるように制御することで、循環する冷媒を室外熱交換器５と蒸発器７とで蒸発させる比率を調整することができる。すなわち、差圧ΔＰが大きくなると、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に小さくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に大きくなる）。逆に、差圧ΔＰが小さくなると、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に大きくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に小さくなる）。制御部は、その差圧ΔＰが適正となるように制御することで、特定暖房運転時における除湿機能を確保する。なお、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏについては室外熱交換器５の入口側の温度Ｔｏを検出することで特定することができる。また、蒸発器７の出口の圧力Ｐｅについては蒸発器７の入口側の温度Ｔｅを検出することで特定することができる。

逆に、後者のように蒸発器７よりも室外熱交換器５の温度が低い場合、蒸発器７の出口の圧力Ｐｅと室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏとの差圧ΔＰ＝Ｐｅ−Ｐｏが適正となるように制御する。制御部は、その差圧ΔＰが適正となるように制御することで、特定暖房運転時における除湿機能を確保する。その場合、蒸発器７の出口の圧力Ｐｅについては蒸発器７の入口側の温度Ｔｅを検出することで特定することができる。また、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏについては室外熱交換器５の入口側の温度Ｔｏを検出することで特定することができる。
なお、このように室外熱交換器５や蒸発器７の入口側の温度を検出するのは、それぞれの出口側に過熱度（スーパーヒート）が発生している場合、出口側の温度を検出してもその温度は蒸発圧力に対応しないためである。なお、出口側の温度と入口側の温度との温度差に基づき、過熱度がどの程度発生しているかを判定することができるため、その温度差に応じて第１弁４１や第２弁４２の開度を調整することで、適正な蒸発状態を実現することが可能となる。

図２（Ｃ）に示すように、通常暖房運転時においては、第１制御弁４の第１弁３１が閉弁状態とされ第２弁３２が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において第１弁４１が閉弁状態とされ、第２弁４２が開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において第１弁５１および第２弁５２が共に閉弁状態とされる。それにより第２冷媒循環通路のみが開放される。このため、室内凝縮器３から導出された冷媒はバイパス通路２６を介して室外熱交換器５に導かれる。このとき、蒸発器７には冷媒が供給されないため、蒸発器７は実質的に機能しなくなり、室外熱交換器５のみが蒸発器として機能するようになる。制御部は、室内凝縮器３の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう第２弁３２の開度を制御する。

図２（Ｄ）に示すように、特殊暖房運転時においては、第１制御弁４の第１弁３１および第２弁３２が共に閉弁状態とされる。また、第２制御弁６において第１弁４１が開弁状態とされ、第２弁４２が閉弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において第１弁５１が閉弁状態とされ、第２弁５２が開弁状態とされる。それにより第３冷媒循環通路のみが開放される。このため、室内凝縮器３から導出された冷媒はバイパス通路２５を介して蒸発器７に導かれる。つまり、冷媒が室外熱交換器５を迂回するため室外熱交換器５が実質的に機能しなくなる。蒸発器７に導入された冷媒は、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を除湿する。このような特殊冷暖房運転は、外部からの吸熱が困難な場合、例えば車両が極寒状況におかれた場合などに有効に機能する。制御部は、室内凝縮器３の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう第２弁５２の開度を制御する。

次に、本実施形態の制御弁の具体的構成について説明する。
図３〜図５は、実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。図３に示すように、第３制御弁９は、ステッピングモータ駆動式の電動弁として構成され、弁本体３０１とモータユニット１０２とを組み付けて構成されている。弁本体３０１は、有底筒状のボディ３０４に小口径の第１弁５１と小口径の第２弁５２とを同軸状に収容して構成され、一方の弁の閉弁状態を維持しつつ他方の弁の開度を設定開度に調整する比例弁として構成されている。

ボディ３０４の一方の側部には第１導入ポート３１０および第２導入ポート３１２が設けられ、他方の側部には導出ポート３１４が設けられている。第１導入ポート３１０は第３通路２３の上流側に連通し、第２導入ポート３１２はバイパス通路２５に連通し、導出ポート３１４は第３通路２３の下流側に連通する。すなわち、ボディ３０４には、第１導入ポート３１０と導出ポート３１４とをつなぐ第１冷媒通路と、第２導入ポート３１２と導出ポート３１４とをつなぐ第２冷媒通路が形成される。

ボディ３０４の中間部には、段付円筒状の区画部材３２０（「区画部」に該当する）が内挿されている。区画部材３２０は、ボディ３０４に同心状に組み付けられている。そして、区画部材３２０の上端開口部に上方から弁体３２２が挿通され、下端開口部に下方から弁体３２４が挿通されている。また、区画部材３２０の側面には、上方から第１導入ポート３１０に連通する連通孔３２６、導出ポート３１４に連通する連通孔３２８、第２導入ポート３１２に連通する連通孔３３０が設けられている。区画部材３２０の下端部はボディ３０４との間に背圧室３２９を形成している。区画部材３２０の外周面における連通孔３２６と連通孔３２８との間、連通孔３２８と連通孔３３０との間、連通孔３３０と背圧室３２９との間には、それぞれシール用のＯリングが嵌着されている。

区画部材３２０における連通孔３２６と連通孔３２８とをつなぐ通路には弁孔３３２が形成され、その上端開口端縁により弁座３３４が形成されている。弁孔３３２は、区画部材３２０の上端開口部よりも内径がやや小さく構成されている。弁体３２２が上方から弁座３３４に着脱することにより第１弁５１が開閉される。また、区画部材３２０における連通孔３２８と連通孔３３０とをつなぐ通路には弁孔３３６が形成され、その下端開口端縁により弁座３３８が形成されている。弁孔３３６は、区画部材３２０の下端開口部よりも内径がやや小さく構成されている。弁体３２４が下方から弁座３３８に着脱することにより第２弁５２が開閉される。また、区画部材３２０には、その軸線からずれた位置にその軸線に平行な複数の貫通孔３４０が設けられている。貫通孔３４０の一端は第１導入ポート３１０に連通し、他端は背圧室３２９に連通している。そして、その複数の貫通孔３４０を貫通するように長尺状の伝達ロッド３４２がそれぞれ配設されている。なお、本実施形態では区画部材３２０の軸線の周りに３つの貫通孔３４０と３つの伝達ロッド３４２が設けられるが（同図には１つのみ表示）、変形例においては貫通孔３４０と伝達ロッド３４２を２つずつ設けてもよい。

ボディ３０４の内方には、小径の弁体３２２、小径の弁体３２４、および弁作動体１３４が同軸状に配設されている。弁体３２２と弁体３２４は、軸線に沿って対向配置されている。弁体３２２は段付円柱状をなし、その下半部が区画部材３２０の上端開口部に摺動可能に挿通され、その先端部が弁座３３４に対向配置されている。弁体３２２は、いわゆるニードル弁体として構成され、その尖った先端部が弁孔３３２に挿抜される。そして、弁体３２２が弁座３３４に着脱することにより第１弁５１が開閉される。弁体３２２の上半部はやや縮径されて弁作動体１３４の底部を貫通し、その先端部が外方に加締められて係止部１５６となっている。弁作動体１３４の上端部と係止部１５６との間には、弁体３２２を閉弁方向（係止部１５６を弁作動体１３４の底部に押しつける方向）に付勢するスプリング３４４（「付勢部材」として機能する）が介装されている。

ボディ１０４の上端部には、円板状の区画部材１２４が配設されている。区画部材１２４は、弁本体１０１の内部とモータユニット１０２の内部とを区画する。区画部材１２４の中央部には、円ボス状の軸受部１２６が設けられている。軸受部１２６の内周面には雌ねじ部が設けられ、外周面は滑り軸受として機能する。

区画部材１２４と区画部材３２０との間には、円板状の伝達部材３４６が配設されている。伝達部材３４６の中央には貫通孔が設けられ、弁体３２２の上半部がこれを貫通している。伝達部材３４６の下面は伝達ロッド３４２の上端面に当接している。一方、伝達部材３４６と区画部材１２４との間には、伝達部材３４６を下方に付勢するスプリング３４８が介装されている。このような構成により、伝達部材３４６に作用する付勢力は伝達ロッド３４２を介して下方に伝達されるようになる。

一方、弁体３２４は段付円柱状をなし、区画部材３２０の下端開口部に摺動可能に挿通され、その上端部が弁座３３８に対向配置されている。弁体３２４の外周面にはシール部材としてのＯリング３５１が嵌着されている。弁体３２４は、いわゆるニードル弁体として構成され、その尖った先端部が弁孔３３６に挿抜される。そして、弁体３２４が弁座３３８に着脱することにより第２弁５２が開閉される。弁体３２４の下端部には半径方向外向きに延出するフランジ部３４９が設けられ、背圧室３２９に配置されている。フランジ部３４９の上面は伝達ロッド３４２の下端面に当接している。一方、フランジ部３４９の下面とボディ３０４の底部との間には、弁体３２４を閉弁方向に付勢するスプリング３５０（「付勢部材」として機能する）が介装されている。このような構成により、伝達ロッド３４２による伝達力が弁体３２４に伝達されるようになる。

一方、モータユニット１０２は、ロータ１７２とステータ１７３とを含むステッピングモータとして構成されている。モータユニット１０２は、有底円筒状のスリーブ１７０の内方にロータ１７２を回転自在に支持するようにして構成されている。スリーブ１７０の外周には、励磁コイル１７１を収容したステータ１７３が設けられている。スリーブ１７０は、その下端開口部がボディ１０４に組み付けられており、ボディ１０４とともに第２制御弁６のボディを構成する。

ロータ１７２は、円筒状に形成された回転軸１７４と、その回転軸１７４の外周に配設されたマグネット１７６を備える。本実施形態では、マグネット１７６は２４極に磁化されている。回転軸１７４の内方にはモータユニット１０２のほぼ全長にわたる内部空間が形成されている。回転軸１７４の内周面の特定箇所には、軸線に平行に延びるガイド部１７８が設けられている。ガイド部１７８は、後述する回転ストッパと係合するための突部を形成するものであり、軸線に平行に延びる一つの突条により構成されている。

回転軸１７４の下端部はやや縮径され、その内周面に軸線に平行に延びる４つのガイド部１８０が設けられている。ガイド部１８０は、軸線に平行に延びる一対の突条により構成され、回転軸１７４の内周面に９０度おきに設けられている。この４つのガイド部１８０には、上述した弁作動体１３４の４つの脚部１５５が嵌合し、ロータ１７２と弁作動体１３４とが一体に回転できるようになっている。ただし、弁作動体１３４は、ロータ１７２に対する回転方向の相対変位は規制されるものの、そのガイド部１８０にそった軸線方向の変位は許容される。すなわち、弁作動体１３４は、ロータ１７２とともに回転しつつ弁体１３２の開閉方向に駆動される。

ロータ１７２の内方には、その軸線に沿って長尺状のシャフト１８２が配設されている。シャフト１８２は、その上端部がスリーブ１７０の底部中央に圧入されることにより片持ち状に固定され、ガイド部１７８に平行に内部空間に延在している。シャフト１８２は、弁作動体１３４と同一軸線上に配置されている。シャフト１８２には、そのほぼ全長にわたって延在する螺旋状のガイド部１８４が設けられている。ガイド部１８４は、コイル状の部材からなり、シャフト１８２の外面に嵌着されている。ガイド部１８４の上端部は折り返されて係止部１８６となっている。

ガイド部１８４には、螺旋状の回転ストッパ１８８が回転可能に係合している。回転ストッパ１８８は、ガイド部１８４に係合する螺旋状の係合部１９０と、回転軸１７４に支持される動力伝達部１９２とを有する。係合部１９０は一巻きコイルの形状をなし、その下端部に半径方向外向きに延出する動力伝達部１９２が連設されている。動力伝達部１９２の先端部がガイド部１７８に係合している。すなわち、動力伝達部１９２は、ガイド部１７８の一つの突条に当接して係止される。このため、回転ストッパ１８８は、回転軸１７４により回転方向の相対変位は規制されるが、ガイド部１７８に摺動しつつその軸線方向の変位が許容される。

すなわち、回転ストッパ１８８は、ロータ１７２と一体に回転し、その係合部１９０がガイド部１８４にそってガイドされることで、軸線方向に駆動される。ただし、回転ストッパ１８８の軸線方向の駆動範囲はガイド部１７８の両端に形成された係止部により規制される。同図には、回転ストッパ１８８が中間位置にある状態が示されている。回転ストッパ１８８が上方へ変位して係止部１８６に係止されると、その位置が上死点となる。回転ストッパ１８８が下方へ変位すると、その下死点にて係止される。

ロータ１７２は、その上端部がシャフト１８２に回転自在に支持され、下端部が軸受部１２６に回転自在に支持されている。具体的には、回転軸１７４の上端開口部を封止するように有底円筒状の端部部材１９４が設けられ、その端部部材１９４の中央に設けられた円筒軸１９６の部分がシャフト１８２に支持されている。すなわち、軸受部１２６が一端側の軸受部となり、シャフト１８２における円筒軸１９６との摺動部が他端側の軸受部となっている。

以上のように構成された第３制御弁９は、モータユニット１０２の駆動制御によってその弁開度を調整可能なステッピングモータ作動式の制御弁として機能する。すなわち、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第１弁５１を開弁状態とし、第２弁５２を閉弁状態とする場合、図３に示す状態とされる。このとき、弁作動体１３４が伝達部材３４６から離間して作動連結が解除されているため、モータユニット１０２の駆動力が弁体３２４に伝わることはない。一方、スプリング３４４の付勢力により係止部１５６が弁作動体１３４の底部に押しつけられており、弁体３２２が弁作動体１３４に対して下死点に位置して作動連結されているため、モータユニット１０２の駆動力がそのまま弁体３２２に作用する。その結果、弁体３２２は、ロータ１７２の回転量に応じて変位し、第１弁５１が設定開度に制御される。すなわち、弁体３２２が図３に示す全開状態と図４に示す全閉位置との間の範囲で駆動されることにより第１弁５１の開度が調整される。なお、ここでいう「作動連結」とは、一体変位可能に連結されて一体に作動することをいう。

一方、第１弁５１および第２弁５２をともに閉弁状態とする場合、図３の状態からロータ１７２を一方向に回転駆動（正転）する。それにより、図４に示すように、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４がねじ機構によって下降し、弁体３２２が弁座３３４に着座し、第１弁５１が閉弁状態となる。このとき、弁作動体１３４が伝達部材３４６に当接するまでにロータ１７２の回転を停止させることで、第２弁５２についても閉弁状態を維持することができる。なお、弁体３２２が弁座３３４に着座すると、図３に示すように、弁体３２２がその反力によりスプリング３４４を押し縮めることで弁作動体１３４に対して相対変位可能となり作動連結が解除されるため、弁体３２２が弁座３３４に対して過度に押しつけられることはない。

また、第２弁５２を開弁状態とする場合、図４の状態からロータ１７２をさらに同方向に回転駆動する。それにより、図５に示すように、弁作動体１３４が、伝達部材３４６および伝達ロッド３４２を介して弁体３２４と作動連結された状態となる。その結果、モータユニット１０２による駆動力が弁作動体１３４、伝達部材３４６および伝達ロッド３４２を介して弁体３２４に伝達され、弁体３２４が押し下げられ、第２弁５２が開弁状態となる。すなわち、弁体３２４が図４に示す全閉状態と図５に示す全開位置との間の範囲で駆動されることにより第２弁５２の開度が調整される。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施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。

上記実施形態では、第３制御弁９のアクチュエータとしてステッピングモータを用いる例を示したが、ソレノイドを用いてもよい。

上記実施形態では、本発明の制御弁を電気自動車の車両用冷暖房装置に適用した例を示したが、内燃機関を搭載した自動車や、内燃機関と電動機を同載したハイブリッド式の自動車の車両用冷暖房装置に提供することが可能であることは言うまでもない。上記実施形態では、圧縮機２として電動圧縮機を採用した例を示したが、エンジンの回転を利用して容量可変を行う可変容量圧縮機を採用することもできる。

上記実施形態においては、補助凝縮器として室内凝縮器を設ける例を示した。変形例においては、補助凝縮器を室外熱交換器とは別に設けられる熱交換器として構成してもよい。その熱交換器は、例えば車室外に配置され、冷却水（ブラインなどでもよい）を利用して熱交換を行うものでもよい。具体的には、例えば図１におけるバイパス通路２５への分岐点と圧縮機２との間に熱交換器を設ける一方、車室内に放熱器を配置し、これら熱交換器と放熱器とを冷却水の循環回路にて接続してもよい。その循環回路には冷却水を汲み上げるポンプを設けてもよい。このようにすれば、圧縮機２から第１制御弁４へ向かう高温の冷媒と、循環回路を循環する冷却水との間で熱交換を行うことができる。このような構成においても、圧縮機２から吐出された冷媒を熱交換器により凝縮させて第１制御弁４や第３制御弁９に供給することが可能となる。

２ 圧縮機、 ３ 室内凝縮器、 ４ 第１制御弁、 ５ 室外熱交換器、 ６ 第２制御弁、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 ９ 第３制御弁、 ３１ 第１弁、 ３２ 第２弁、 ４１ 第１弁、 ４２ 第２弁、 ５１ 第１弁、 ５２ 第２弁、 １００ 車両用冷暖房装置、 １０１ 弁本体、 １０２ モータユニット、 １０４ ボディ、 １３２ 弁体、 １３４ 弁作動体、 １７２ ロータ、 １７３ ステータ、 １７４ 回転軸、 １７６ マグネット、 １８２ シャフト、 １８４ ガイド部、 １８８ 回転ストッパ、 １９０ 係合部、 １９２ 動力伝達部、 ３０１ 弁本体、 ３０４ ボディ、 ３２０ 区画部材、 ３２２，３２４ 弁体、 ３２９ 背圧室、 ３３２ 弁孔、 ３３４ 弁座、 ３３６ 弁孔、 ３３８ 弁座、 ３４２ 伝達ロッド、 ３４４ スプリング、 ３４６ 伝達部材、 ３４８，３５０ スプリング、 ３５１ Ｏリング。

Claims (8)

1. 第１冷媒通路および第２冷媒通路が内部に形成され、前記第１冷媒通路の冷媒の流れを調整するために開度が制御される第１弁と、前記第２冷媒通路の冷媒の流れを調整するために開度が制御される第２弁とを収容する共用のボディと、
   前記第１弁と前記第２弁の開度を電気的に調整するための共用のアクチュエータと、
   前記アクチュエータによる前記第１弁および前記第２弁の一方の開度の制御状態において他方を閉弁状態に維持可能な作動切替機構と、
   を備えることを特徴とする制御弁。
2. 前記作動切替機構は、
   前記第１弁を開閉する第１弁体と、前記第２弁を開閉する第２弁体と、前記アクチュエータにより軸線方向に駆動される弁作動体とを同一軸線上に配置して構成され、
   前記第１弁の開度を制御する際には、前記弁作動体と前記第１弁体とを一体変位可能に作動連結するとともに、前記弁作動体と前記第２弁体との作動連結を解除して相対変位可能とし、
   前記第２弁の開度を制御する際には、前記弁作動体と前記第２弁体とを一体変位可能に作動連結するとともに、前記弁作動体と前記第１弁体との作動連結を解除して相対変位可能とすることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
3. 前記第１冷媒通路と前記第２冷媒通路とが接続される前記ボディの中間部において軸線方向に対向配置された第１弁孔および第２弁孔と、
   前記第１弁孔および前記第２弁孔の軸線と平行に設けられた挿通孔と、
   前記挿通孔を摺動可能に貫通する伝達ロッドと、
   前記第１弁を開閉する第１弁体を閉弁方向に付勢する第１付勢部材と、
   前記第２弁を開閉する第２弁体を閉弁方向に付勢する第２付勢部材と、
   を備え、
   前記第１弁体と前記第２弁体とが前記第１弁孔および前記第２弁孔を挟むように軸線方向に対向配置され、前記第１弁体が前記第１弁孔に接離して前記第１弁の開度を調整する一方、前記第２弁体が前記第２弁孔に接離して前記第２弁の開度を調整し、
   前記第１弁体が前記伝達ロッドを介さずに前記弁作動体に作動連結可能に設けられる一方、前記第２弁体が前記伝達ロッドを介して前記弁作動体に作動連結可能に構成され、
   前記第１弁の開度を制御する際には、前記第１付勢部材の付勢力により前記第１弁体が前記弁作動体に作動連結されるとともに、前記第２付勢部材の付勢力により前記伝達ロッドと前記弁作動体との作動連結が解除され、
   前記第２弁の開度を制御する際には、前記第１弁体が前記第１弁孔を閉じるときの反力により前記第１弁体と前記弁作動体との作動連結が解除される一方、前記弁作動体が前記伝達ロッドを介して前記第２弁体に作動連結されることを特徴とする請求項２に記載の制御弁。
4. 前記ボディの中間部に設けられて前記第１冷媒通路と前記第２冷媒通路とを区画し、その軸線方向一端側に前記第１冷媒通路の一部として前記第１弁孔が形成される一方、軸線方向他端側に前記第２冷媒通路の一部として前記第２弁孔が形成された区画部を備え、
   前記第１弁体が前記区画部の一端側から前記第１弁孔に接離して前記第１弁の開度を調整する一方、前記第２弁体が前記区画部の他端側から前記第２弁孔に接離して前記第２弁の開度を調整するように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の制御弁。
5. 前記区画部の他端部と前記ボディとの間に背圧室が形成され、
   前記区画部に前記挿通孔が設けられ、その挿通孔の一端が前記第１弁の上流側の圧力室に連通する一方、他端側が前記背圧室に連通し、
   前記第１弁体が前記区画部の一端側に摺動可能に支持される一方、前記第２弁体が前記区画部の他端側に摺動可能に支持され、
   前記第２弁体の前記第２弁孔とは反対側端部が前記背圧室に配置されて前記伝達ロッドに連結されていることを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
6. 前記第２弁体の摺動部に、前記背圧室から前記第２弁孔への冷媒の漏洩を規制するシール部材が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の制御弁。
7. 前記アクチュエータとして、回転駆動されるロータを含むステッピングモータと、
   前記ロータとともに回転し、その軸線周りの回転運動を前記弁作動体の軸線方向の並進運動に変換する作動変換機構と、
   を備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の制御弁。
8. 前記ボディに固定され、前記ロータの軸線方向に延びるシャフトと、
   前記シャフトの外周面に軸線方向にそって延設された螺旋状のガイド部と、
   前記ガイド部にそって係合する係合部と前記ロータに支持される動力伝達部とを有し、前記ロータの回転とともに前記シャフトの軸線方向に変位し、前記動力伝達部が前記シャフトの一端側および他端側のそれぞれで係止されることにより前記ロータの回転を規制する回転ストッパと、
   を備え、
   前記弁作動体は、前記ロータに係合して軸線方向に並進可能に支持され、
   前記ロータがその一端側と他端側に軸受部を有する中空形状をなし、
   前記シャフトが前記ロータの内部空間に延設されることにより、前記回転ストッパがその内部空間において変位するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の制御弁。

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