JP2020148133A - 可変容量型圧縮機用制御弁 - Google Patents

可変容量型圧縮機用制御弁 Download PDF

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慎太郎 田野
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Abstract

【課題】弁軸と弁軸支持孔との隙間に異物が進入することを効果的に抑制できる可変容量型圧縮機用制御弁を提供する。【解決手段】可変容量型圧縮機用制御弁である制御弁1は、主弁体40が下端に連結される弁軸31の胴部34の外周面34aに、第2ポート18からPs出入室16まで通じるらせん溝36が設けられている。そして、弁軸31(胴部34)と弁軸支持孔23との隙間26における流体通過面積A1より、らせん溝36における流体通過面積A2の方が大きい。【選択図】図4

Description

本発明は、可変容量型圧縮機用制御弁に関する。
車両に搭載されるエアコン用の圧縮機として、斜板式可変容量型圧縮機が用いられる。この圧縮機は、車両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斜板を有している。この斜板は、クランク室に配置されており、流体である冷媒を圧縮するピストンを往復運動させる。冷媒はクランク室にも導入されており、クランク室内の冷媒の圧力Pcに応じて斜板の傾斜角度が変化する。斜板の傾斜角度に応じてピストンのストローク量が変化する。圧縮機は、ピストンにより圧縮された冷媒を吐出するための吐出室と、冷媒を吸入するための吸入室と、を有している。
上記圧縮機に用いられる制御弁は、吸入室の冷媒の圧力Psに応じて吐出室(冷媒の圧力Pd)からクランク室に供給する冷媒の量を調整することにより、クランク室の冷媒の圧力Pcを制御する。クランク室の冷媒の圧力Pcを制御することにより、斜板の傾斜角度を制御する。これにより、ピストンのストローク量を増減させて冷媒の吐出量を調整する。
特許文献1に可変容量型圧縮機用制御弁が開示されている。特許文献1の制御弁は、吸入室に接続された感圧室と、吐出室に接続された弁室と、が弁本体としての弁ケーシングに設けられている。感圧室にはベローズが配置されている。弁室には弁体が配置されている。この弁体は、吐出室とクランク室との連通路を開閉する。弁ケーシングに設けられた弁軸支持孔に、弁体に連結される弁軸が挿通されている。この制御弁は、ベローズによって感知した吸入室の圧力に応じて弁軸を介して弁体を移動させ、吐出室とクランク室との連通路の開度を調節する。
この制御弁は、弁軸支持孔と弁軸との隙間に入った異物を排出するためのらせん溝が弁軸の外周面に設けられている。
特許4031945号
しかしながら、上記制御弁では、弁軸の外周面にらせん溝が設けられているものの、弁軸支持孔と弁軸との隙間にも冷媒が比較的多く流れることから当該隙間への異物の進入を十分に抑制することができなかった。そのため、当該隙間に進入した異物がらせん溝に到達する前に止まってしまうと、弁軸の動作を妨げてしまうことがあった。
そこで、本発明は、弁軸と弁軸支持孔との隙間に異物が進入することを効果的に抑制できる可変容量型圧縮機用制御弁を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る可変容量型圧縮機用制御弁は、弁室が設けられた弁本体と、前記弁室に収容される弁体と、前記弁体に連結される弁軸と、を有する可変容量型圧縮機用制御弁であって、前記弁本体には、前記弁室と区画されたPs出入室と、前記弁室と前記Ps出入室との間に配置されたPd導入口と、前記弁室と前記Pd導入口とを接続し、前記弁体により開閉される弁ポートと、前記Pd導入口から前記Ps出入室まで延び、前記弁軸を摺動可能に支持する弁軸支持孔と、が設けられ、前記弁軸の外周面または前記弁軸支持孔の内周面には、前記Pd導入口から前記Ps出入室まで通じるらせん溝が設けられ、前記弁軸と前記弁軸支持孔との隙間における流体通過面積より、前記らせん溝における流体通過面積の方が大きいことを特徴とする。
本発明において、前記らせん溝が複数条設けられていることが好ましい。また、前記らせん溝が前記弁軸の外周面に設けられていることが好ましい。
本発明によれば、弁体に連結される弁軸の外周面、または、弁軸を摺動可能に支持する弁軸支持孔の内周面には、Pd導入口からPs出入室まで通じるらせん溝が設けられている。そして、弁軸と弁軸支持孔との隙間における流体通過面積より、らせん溝における流体通過面積の方が大きい。このようにしたことから、弁軸と弁軸支持孔との隙間よりもらせん溝の方に流体が流れやすくなるので、らせん溝の方に積極的に流体を誘導することができる。そのため、弁軸と弁軸支持孔との隙間に異物が進入することを効果的に抑制できる
また、らせん溝が複数条設けられていることで、弁軸と弁軸支持孔との隙間に進入してしまった異物がらせん溝に到達する機会を増やすことができる。そのため、弁軸と弁軸支持孔との隙間に異物が進入してしまった場合でも、らせん溝を通じて速やかに排出することができる。
また、らせん溝が弁軸の外周面に設けられることにより、簡単な加工により弁軸と弁軸支持孔との間に異物排出を行う通路を形成することができる。
本発明の一実施例に係る可変容量型圧縮機用制御弁の断面図である。 図1の可変容量型圧縮機用制御弁の拡大断面図である。 図1の可変容量型圧縮機用制御弁が有する弁部材を示す図である。 弁軸と弁軸支持孔との隙間およびらせん溝を説明する断面図である。 図1の可変容量型圧縮機用制御弁の変形例の構成を示す断面図である。 図5の可変容量型圧縮機用制御弁の拡大断面図である。 図5の可変容量型圧縮機用制御弁が有するシート部材の断面図である。
以下、本発明の一実施例に係る可変容量型圧縮機用制御弁について、図1〜図4を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施例に係る可変容量型圧縮機用制御弁の軸方向(軸線L方向)の断面図(縦断面図)である。図2は、図1の可変容量型圧縮機用制御弁の弁本体およびその近傍の拡大断面図である。図3は、図1の可変容量型圧縮機用制御弁が有する弁部材を示す図である。図3(a)は斜視図であり、図3(b)は正面図である。図4は、弁軸と弁軸支持孔との隙間を示す断面図である。図4(a)は、軸方向(軸線L方向)と直交する方向の断面図(横断面図)である。図4(b)は、弁軸と弁軸支持孔との隙間における流体通過面積を模式的に示す図である。図4(c)は、らせん溝の延在方向と直交する方向の断面図である。図4(d)は、らせん溝における流体通過面積を模式的に示す図である。
本実施例の可変容量型圧縮機用制御弁(以下、単に「制御弁1」という)は、例えば、自動車に搭載される可変容量型圧縮機(以下、単に「圧縮機」という)に用いられる制御弁である。この制御弁1は、圧縮機の吸入室の冷媒の圧力に応じて吐出室からクランク室に供給する冷媒の量を調整するものである。
図1、図2に示すように、制御弁1は、弁本体10と、弁部材30と、副弁体50と、弁体駆動部60と、を有している。
弁本体10は、弁ハウジング11と、シート部材12と、エンドキャップ13と、フィルター部材14と、を有している。
弁ハウジング11は、全体的に見て円筒状に形成されている。弁ハウジング11の内側に円筒状のシート部材12が嵌合されている。シート部材12は、弁ハウジング11の内側の空間を上下に区画している。弁ハウジング11の下方寄りの空間は弁室15であり、上方寄りの空間は吸入圧力Psの冷媒が出入りするPs出入室16である。
弁ハウジング11の下端には、弁室15に連なる第1ポート17が設けられている。弁ハウジング11およびシート部材12には、弁室15とPs出入室16との間に配置され、横方向に貫通する第2ポート18が設けられている。第2ポート18は、吐出圧力Pdの冷媒が導入される。第2ポート18は、Pd導入口である。弁ハウジング11には、横方向に貫通してPs出入室16に連なる第3ポート19が設けられている。第1ポート17は、圧縮機のクランク室に接続される。第2ポート18は、圧縮機の吐出室に接続される。第3ポート19は、圧縮機の吸入室に接続される。圧縮機の動作中は、吐出室の冷媒の圧力(吐出圧力Pd)の方が、吸入室の冷媒の圧力(吸入圧力Ps)より高い。
シート部材12には、弁ポート21と、弁座22と、弁軸支持孔23と、が設けられている。弁ポート21は、弁室15と第2ポート18とを接続している。弁座22は、シート部材12の下端面12aに弁ポート21を囲むように設けられている。弁軸支持孔23は、シート部材12を第2ポート18から上端面12bまで貫通して設けられている。すなわち、弁軸支持孔23は、第2ポート18からPs出入室16まで延びている。弁ハウジング11と、シート部材12と、弁ポート21と、弁座22と、弁軸支持孔23とは、それぞれの軸が軸線L上で一致するように同軸に設けられている。
エンドキャップ13は、第1ポート17を覆うようにして弁ハウジング11に取り付けられている。エンドキャップ13には、フィルター13aが設けられている。フィルター部材14は、第2ポート18を覆うようにして弁ハウジング11に取り付けられている。
図3に示すように、弁部材30は、弁軸31と、主弁体40と、を一体に有している。
弁軸31は、上方から下方に向けて順に同軸に連なる、頭部32と、首部33と、胴部34と、脚部35と、を一体に有している。頭部32は、円板状に形成されている。首部33は、頭部32より小径の短い円柱状に形成されている。胴部34は、頭部32より若干大径の円柱状に形成されている。脚部35は、胴部34より小径の円柱状に形成されている。
胴部34は、シート部材12の弁軸支持孔23に挿通される。これにより、弁軸31は、弁軸支持孔23によって上下方向に摺動可能に支持される。胴部34の径は、弁軸支持孔23の径よりわずかに小さい。そのため、胴部34とシート部材12との間には、周方向全体にわたって隙間26が設けられている。
胴部34の外周面34aには、上端から下端にわたってらせん状に形成されたらせん溝36が設けられている。らせん溝36の一端は、胴部34の上端面34bに開口している。らせん溝36の他端は、胴部34の下端面34cに開口している。
らせん溝36は、全体にわたってらせん溝36の延在方向と直交する断面形状が一定となるように形成されている。本実施例において、らせん溝36は、断面形状がU字状である。らせん溝36は、断面形状がV字状や矩形状などであってもよい。
胴部34の上端面34bはPs出入室16に面しており、下端面34cは第2ポート18に面している。これにより、らせん溝36は、第2ポート18からPs出入室16まで通じている。そのため、第2ポート18とPs出入室16とに圧力差が生じた場合、隙間26、および、らせん溝36に冷媒が流れる。隙間26を流れる冷媒に含まれる異物がらせん溝36に到達すると、それ以降はらせん溝36内を流れる。
本実施例では、隙間26における軸線Lと直交する断面の面積(流体通過面積A1)より、一条のらせん溝36における延在方向と直交する断面の面積(流体通過面積A2)の方が大きい。流体通過面積とは、流路における流体の流動方向(隙間26においては軸線L方向、らせん溝36においては延在方向)と直交する方向の断面の面積である。このようにすることで、隙間26よりもらせん溝36の方に冷媒が流れやすくなり、らせん溝36の方に積極的に冷媒を誘導することができる。
一般的に、流路を流れる流体の量Qは、以下の式(1)で表すことができる。ただし、Cは流量係数であり、Aは流路面積であり、vは流速である。
Figure 2020148133
また、非円形断面の直管での圧力損失(差圧ΔP)は、ダルシー・ワイスバッハの式を用いると、以下の式(2)で表すことができる。ただし、λは管摩擦係数であり、lは管長さであり、mは管断面積をその周長で割ったもの(「流体平均深さ」ともいう)であり、ρは流体の密度である。
Figure 2020148133
上記式(1)、(2)から、以下の式(3)が導かれる。
Figure 2020148133
上記式(3)から、流路を流れる流体の量は、流路面積に比例し、管長さに反比例することが分かる。
そして、らせん溝36は、らせん状に形成されているので、例えば、軸線L方向に延びる直線状の溝に比べて長くすることができる。そのため、流体である冷媒を流れやすくするためにらせん溝36の流路面積である流体通過面積A2を比較的大きくしたときでも、胴部34の軸線L方向の長さの範囲内で巻き数を増減させてらせん溝36の長さを調整することで、らせん溝36を流れる冷媒の量を適正な値に調整することができる。また、流体通過面積A2を大きくすることで、らせん溝36内での異物の詰まりを抑制できる。
本実施例において、らせん溝36は一条のみ設けられているが、らせん溝36は複数条設けられていてもよい。このようにすることで、弁軸31と弁軸支持孔23との隙間26に進入してしまった異物がらせん溝36に到達する機会を増やすことができる。そのため、弁軸31と弁軸支持孔23との隙間に異物が進入してしまった場合でも、らせん溝36を通じて速やかに排出することができる。
主弁体40は、大径部41と、その下端に連なる小径部42と、を一体に有している。大径部41は、弁軸31の脚部35の下端(弁軸31の一端)に連結されている。大径部41は、弁室15に弁座22と上下方向に対向して配置されている。主弁体40は、円錐台状の圧縮コイルばねからなる主弁体閉弁ばね43によって弁座22に向けて上方に押されている。主弁体40は、上下方向に移動することにより大径部41が弁座22から離れたり、弁座22に接したりして、弁ポート21を開閉する。また、大径部41と弁座22との距離により弁ポート21の開度が調整される。主弁体40は、弁軸31と同軸に設けられている。
副弁体50は、全体的に見て円筒状に形成されている。副弁体50は、Ps出入室16に収容されている。副弁体50は、副弁体本体部51と、弁部52と、引っ掛け部53と、を一体に有している。副弁体本体部51は、円筒状に形成されており、内側にシート部材12の上部が挿入される。弁部52は、副弁体本体部51の下端に全周にわたって径方向外方に突出するフランジ状に形成されている。引っ掛け部53は、副弁体本体部51の上端の一部に径方向内方に突出するように設けられている。副弁体50は、上下方向に移動することにより、弁部52が弁ハウジング11に接したり、弁ハウジング11から離れたりして、シート部材12と弁ハウジング11との隙間24を開閉する。隙間24は、接続流路25を介して弁室15に接続されている。副弁体50は、圧縮コイルばねからなる副弁体閉弁ばね54によって下方に押されている。
弁体駆動部60は、弁本体10の上部に取り付けられている。弁体駆動部60は、主弁体40および副弁体50を上下方向に移動させる。弁体駆動部60は、ケース61と、コイル部62と、吸引子63と、調整ねじ64と、パイプ65と、ベローズ66と、プッシュロッド67と、プランジャー68と、コイルばね69と、弁体連結部70と、コネクタヘッド73と、ホルダー74と、を有している。
ケース61は円筒状に形成されている。ケース61には外側から順にコイル部62および円筒状の吸引子63が収容されている。コイル部62および吸引子63は、ケース61に固定されている。吸引子63の上部には、調整ねじ64が螺合されている。吸引子63の下部には円筒状のパイプ65が同軸に固定されている。吸引子63の内側には感圧室75が設けられている。感圧室75は、パイプ65を介してPs出入室16に接続されている。感圧室75には、感圧部材であるベローズ66が収容されている。ベローズ66の上端は調整ねじ64に当接されている。調整ねじ64の吸引子63への螺合量によりベローズ66における圧力に対する感度を調整する。
プッシュロッド67の上端部はベローズ66の下端部に設けられた凹部66aに挿入されている。プッシュロッド67の下端部は、有底円筒状のプランジャー68の底壁部に設けられた挿入穴68aに挿入されている。プッシュロッド67の中間部にはフランジ67aが設けられている。フランジ67aとプランジャー68との間には圧縮コイルばねからなるプランジャーばね69が配置されている。プランジャーばね69は、プランジャー68を下方に向けて押しているとともに、プッシュロッド67をベローズ66に向けて上方に押している。
プランジャー68は、有底円筒状の弁体連結部70の内側に固定されている。プランジャー68および弁体連結部70は、パイプ65に上下方向に移動可能に収容されている。弁体連結部70の円板状の底壁部71には周縁から中央まで径方向(図1において左右方向)に延びるスリット71aが設けられている。スリット71aの幅は、弁軸31の頭部32より小さく、首部33より大きい。スリット71aには弁軸31の首部33が挿入されている。底壁部71の厚さは、首部33の軸線L方向の長さより小さくされており、弁軸31は底壁部71に対して上下方向に移動可能である。また、底壁部71には下方に延びる足部72が設けられている。足部72は、円筒の一部が軸方向に沿って切り欠かれた形状を有している。足部72の下端には径方向外方に突出する突部72aが設けられている。突部72aは、副弁体50の引っ掛け部53と軸線L方向に対向して配置されている。
ケース61の上部にはコネクタヘッド73がかしめにより取り付けられている。コネクタヘッド73にはコイル部62に電源を供給するための図示しないリード線が接続される。ホルダー74は円環状に形成されている。ホルダー74の上部にはケース61の下端部が溶接などにより固着されている。ホルダー74の内側には上方からパイプ65の下端部が嵌合されており、下方から弁ハウジング11の上端部が嵌合されている。ホルダー74と弁ハウジング11とは圧入などにより固着されている。
弁体駆動部60は、コイル部62が通電されていない状態(オフ状態)において、図1、図2に示すように、副弁体50の弁部52が弁ハウジング11に接して、シート部材12と弁ハウジング11との隙間24を閉じる。
弁体駆動部60は、コイル部62が通電されている状態(オン状態)において、吸引子63に生じた磁力によりプランジャー68および弁体連結部70が上方に移動する。弁体連結部70が上方に移動すると、主弁体閉弁ばね43によって主弁体40も上方に移動して弁ポート21が閉じられる。また、弁体連結部70が上方に移動し、主弁体40の大径部41が弁座に当接すると、足部72の突部72aが副弁体50の引っ掛け部53に引っ掛かり、副弁体50も上方に移動して、隙間24が開かれる。これにより、弁室15とPs出入室16とが接続流路25によって接続される。
制御弁1は、圧縮機の起動時においてオン状態とすることで、圧縮機のクランク室(弁室15)と吸入室(Ps出入室16)とを接続する。これにより、吐出容量が大きくなるまでに要する時間を短縮することができる。また、圧縮機の通常動作時においてオフ状態とすることで、圧縮機のクランク室と吸入室との接続が切断されるので、圧縮機の運転効率の低下を防ぐことができる。
以上より、本実施例の制御弁1によれば、主弁体40が下端に連結される弁軸31の胴部34の外周面34aには、第2ポート18からPs出入室16まで通じるらせん溝36が設けられている。そして、弁軸31(胴部34)と弁軸支持孔23との隙間26における流体通過面積A1より、らせん溝36における流体通過面積A2の方が大きい。このようにすることで、弁軸31と弁軸支持孔23との隙間26よりもらせん溝36の方に冷媒が流れやすくなるので、らせん溝36の方に積極的に冷媒を誘導することができる。そのため、弁軸31と弁軸支持孔23との隙間26に異物が進入することを効果的に抑制できる。
図5〜図7に、上述した本実施例の制御弁1の変形例である制御弁1Aを示す。
図5は、図1の可変容量型圧縮機用制御弁の変形例の構成を示す縦断面図である。図6は、図5の可変容量型圧縮機用制御弁の弁部材およびその近傍の拡大断面図である。図7は、図5の可変容量型圧縮機用制御弁が有するシート部材の縦断面図である。
制御弁1Aは、上述した本実施例の制御弁1において、(i)らせん溝36に代えて、弁軸支持孔23の内周面に第2ポート18からPs出入室16まで通じるらせん溝29を設けたこと、(ii)弁軸31の胴部34の外周面34aの下部にオイル溜まり溝37を設けたこと、以外は、制御弁1と同一の構成を有する。オイル溜まり溝37は、冷媒中に含まれる油を留めてその表面張力により隙間26を封止し、当該隙間26に冷媒が流れることを抑制する。
らせん溝29の一端は、シート部材12の上端面12bに開口している。らせん溝29の他端は、シート部材12の第2ポート18の内周面に開口している。これにより、らせん溝29は、第2ポート18からPs出入室16まで通じている。本変形例において、らせん溝29は、断面形状がU字状で、全体にわたってらせん溝29の延在方向と直交する断面形状が一定となるように形成されている。らせん溝29は、断面形状がV字状や矩形状などであってもよい。
制御弁1Aでは、隙間26における軸線Lと直交する断面の面積(流体通過面積A1)より、一条のらせん溝29における延在方向と直交する断面の面積(流体通過面積A2)の方が大きい。このようにすることで、隙間26よりもらせん溝29の方に冷媒が流れやすくなり、らせん溝29の方に積極的に冷媒を誘導することができる。
制御弁1Aにおいても、上述した本実施例の制御弁1と同様の作用効果を奏する。
上記に本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。
1、1A…制御弁、10…弁本体、11…弁ハウジング、12…シート部材、12a…下端面、12b…上端面、13…エンドキャップ、13a…フィルター、14…フィルター部材、15…弁室、16…Ps出入室、17…第1ポート、18…第2ポート、19…第3ポート、21…弁ポート、22…弁座、23…弁軸支持孔、24…隙間、25…接続流路、26…弁軸と弁軸支持孔との隙間、29…らせん溝、30…弁部材、31…弁軸、32…頭部、33…首部、34…胴部、34a…外周面、34b…上端面、34c…下端面、35…脚部、36…らせん溝、40…主弁体、43…主弁体閉弁ばね、50…副弁体、51…副弁体本体部、52…弁部、53…引っ掛け部、54…副弁体閉弁ばね、60…弁体駆動部、61…ケース、62…コイル部、63…吸引子、64…調整ねじ、65…パイプ、66…ベローズ、66a…凹部、67…プッシュロッド、67a…フランジ、68…プランジャー、68a…挿入穴、69…プランジャーばね、70…弁体連結部、71…底壁部、71a…スリット、72…足部、72a…突部、73…コネクタヘッド、74…ホルダー、75…感圧室

Claims (3)

  1. 弁室が設けられた弁本体と、前記弁室に収容される弁体と、前記弁体に連結される弁軸と、を有する可変容量型圧縮機用制御弁であって、
    前記弁本体には、前記弁室と区画されたPs出入室と、前記弁室と前記Ps出入室との間に配置されたPd導入口と、前記弁室と前記Pd導入口とを接続し、前記弁体により開閉される弁ポートと、前記Pd導入口から前記Ps出入室まで延び、前記弁軸を摺動可能に支持する弁軸支持孔と、が設けられ、
    前記弁軸の外周面または前記弁軸支持孔の内周面には、前記Pd導入口から前記Ps出入室まで通じるらせん溝が設けられ、
    前記弁軸と前記弁軸支持孔との隙間における流体通過面積より、前記らせん溝における流体通過面積の方が大きいことを特徴とする可変容量型圧縮機用制御弁。
  2. 前記らせん溝が複数条設けられている、請求項1に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
  3. 前記らせん溝が前記弁軸の外周面に設けられている、請求項1または請求項2に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。
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