JP3648374B2

JP3648374B2 - 電磁式制御弁

Info

Publication number: JP3648374B2
Application number: JP05835398A
Authority: JP
Inventors: 真広川口; 健水藤; 正和村瀬; 敦之森下; 伴雄岡田
Original assignee: Toyota Industries Corp; Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Toyota Industries Corp; Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2018-03-10
Also published as: JPH10318155A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変容量コンプレッサの電磁式制御弁、特に、車両の冷房装置に使用される可変容量コンプレッサの電磁式制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者は、車両起動時のエンジンへの負荷を軽減し、弁全体を小型化することができ、しかも、弁特性を容易に変化させることができる、車両の冷房装置に用いられる可変容量コンプレッサの電磁式制御弁（以下、「従来技術Ａ」という）を先に開発した（特願平８−１０９７９７号）。
【０００３】
図５は、かかる電磁式制御弁が使用される容量可変コンプレッサにおける容量制御機構を示す概略図である。
【０００４】
コンプレッサ２０には、その取付凹部４０に図６に示される容量制御用の電磁式制御弁１−３が固着されている。コンプレッサ２０のクランクケース２１に連続するヘッド部４１内には、複数個のシリンダ２５が設けられ、各シリンダ２５内には、ピストン２６が摺動自在に設けられている。クランクケース２１からヘッド部４１にかけた部分には、駆動軸２７が回動自在に設けられている。この駆動軸２７は、外端に設けたプーリ３４を介してベルト３５によりエンジン（図示せず）によって駆動される。
【０００５】
駆動軸２７には、公知の如くに角度可変ウオブル斜板２９が設けられており、ウオブル斜板２９は、ピストン桿２４によりピストン２６に連結されている。駆動軸２７によりウオブル斜板２９が傾斜状態において回動することにより、ピストン桿２４あるいはピストン２６が往復動作し、クランクケース２１内の制御室圧力Ｐｃとシリンダ２５内の吸入側圧力Ｐｓとの差圧に応じてウオブル斜板２９の取付角度が自動的に調整され、そして、ウオブル斜板２９の角度変化によりピストン２６のストローク量が変化する。
【０００６】
各シリンダ２５には、吸入口Ｓと吐出口Ｄとが設けられ、シリンダ２５には、通路ｄ、ｓを介して冷凍サイクルを構成する凝縮器３１と、蒸発器３２と、膨張弁３３とが接続される。電磁式制御弁１−３は、クランクケース２１内のクランク室、即ち、圧力制御室Ｃと冷媒通路３６を介して連通すると共に吸入口Ｓと冷媒通路３７を介して連通し、さらに冷媒通路３８を介して吐出口Ｄと連通している。
【０００７】
図６は、上記従来技術Ａの電磁式制御弁の無通電時の状態を示す断面図である。
【０００８】
この電磁式制御弁１−３は、（イ）上本体７と、弁本体１７とで構成される弁室１８内に配置され、コンプレッサ２０のクランク室Ｃに通じるＰｃ圧力導入口１７ｈとの間の通路における弁口１７ｋに形成された弁座１７ｄに接離する弁体８ａと、（ロ）弁本体１７の前記Ｐｃ圧力導入口１７ｈを挟んで弁室１８の反対側に形成され、コンプレッサ２０の吐出側配管３８に連通する、Ｐｄ圧力導入口１７ｉと、（ハ）Ｐｄ圧力導入口１７ｉとＰｃ圧力導入口１７ｈとの間を連通する弁ガイド１７ｅと、（ニ）弁体８ａと一体に形成され、弁ガイド１７ｅの中を上下方向に移動可能な弁軸８ｂと、（ホ）弁体８ａを開弁方向に付勢する付勢手段９と、（ヘ）上本体７の上方に位置し、電磁コイル１５の吸引力により上下方向に移動可能であって、上本体７の貫通口７ｂの中を上下方向に移動可能な連結棒６を介して前記弁体８ａを閉弁方向に付勢するプランジャ５と、（ト）弁本体１７に穿設され、弁室１８と、Ｐｄ圧力導入口１７ｉとの間を連通する均圧穴１７ｑと、（チ）弁本体１７の前記Ｐｄ圧力導入口１７ｉの下方に形成され、コンプレッサ２０の吸入側Ｓに連通する空間１７ｇに配置された圧力応動体（ベローズ）１１と、（リ）前記Ｐｄ圧力導入口１７ｉ内において前記弁軸８ｂの下面と上端部において点接触し、圧力応動体１１と下端部において接触すると共に、前記Ｐｄ圧力導入口１７ｉと前記空間１７ｇとの間を連通するガイド穴１７ｆ中を移動可能な補正ピン１０と、を有している。
【０００９】
圧力応動体１１は、図５に示される、シリンダ２５の吸入圧力Ｐｓにより、コンプレッサ２０の吐出側から、冷媒通路（吐出圧力供給通路）３８に続けて設けたクランクケース２１内に連通する冷媒通路の弁体８ａの開度を制御するものである。
【００１０】
外函２、コイルガイド３、プランジャ５、連結棒６、固定吸引子（上本体）７、電磁コイル１５及びプランジャチューブ１６が、全体として、電磁アクチュエータを構成しており、この電磁アクチュエータが電磁コイルに供給する電流値により弁体の開度を制御するものとなっている。
【００１１】
また、特開平５−９９１３６号公報には、可変容量コンプレッサの電磁式制御弁（以下、「従来技術Ｂ」という）が記載されている。この電磁式制御弁は、高圧のコンプレッサ吐出側（Ｐｄ）よりクランクケース側（Ｐｃ）に通じる冷媒通路に第１の弁を設けると共に、クランクケース側（Ｐｃ）よりコンプレッサ吸入側（Ｐｓ）に通じる冷媒通路に第２の弁を設けて、ＰｓがＰｄの影響を直接受けないようにし、吐出ガス（Ｐｄ）をクランク室に導入しても吐出容量減少時にＰｃが過大にならないようしたものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来技術Ａの電磁式制御弁においては、吸入圧力（Ｐｓ）の設定点を変えることにより、コンプレッサの容量可変点を変える方式がとられている。この方式は、Ｐｓの絶対値をとらえるので、圧力応動体（ベローズ）等の密封構造に高い信頼が要求される。そこで、これらの密封構造を形成するためにビーム溶接等が行われているが、かかる密封構造を形成するための手段は、生産コストを高くするという問題があった。
【００１３】
また、従来技術Ａ、Ｂの電磁式制御弁においては、コンプレッサ吸入圧力（Ｐｓ）は、負荷条件により、１．５〜４Ｋｇｆ／ｍ²と大きく変わり、始動時には、１０Ｋｇｆ／ｍ² 近くになることもある。このように負荷が高くなった時に好みの制御をするには、これらの圧力に対向するために大きな電磁力を必要とし、そのためにコイルを大きくしなければならない、という問題があった。
【００１４】
さらに、従来の電磁式制御弁においては、大きな圧力変化幅を得るために大きな電磁力を必要とすることや密封構造を形成するための構造がヒステリシスを大きくし、それらのために、精緻な制御ができないという問題があった。
【００１５】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
即ち、本発明は、弱い電磁力で精緻な制御が可能な電磁式制御弁を低コストで提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本第１発明は、
上本体と弁本体とで構成される弁室内に配置され、該弁室と該弁室の下方において前記弁本体に形成されたコンプレッサの吐出側配管に通じる吐出圧力（Ｐｄ）導入口との間の通路における弁口に形成された弁座に接離する弁体、
前記弁本体の前記Ｐｄ導入口を挟んで前記弁室の反対側に形成され、前記コンプレッサのクランク室に連通するクランクケース内圧力（Ｐｃ）導入口、
前記Ｐｃ導入口と前記Ｐｄ導入口との間を連通する弁ガイド、
前記ガイドの中を上下方向に移動可能な弁棒、
前記上本体の上方に位置し、電磁コイルの吸引力により上下方向に移動可能であって、前記上本体の貫通口の中を上下方向に移動可能な連結棒を介して前記弁体を閉弁方向に付勢するプランジャ、
前記弁本体に穿設され、前記弁室と前記Ｐｃ導入口との間を連通する内部均圧孔、
コンプレッサ吸入側に連通する吸入圧力（Ｐｓ）導入口、
前記弁本体の前記Ｐｃ導入口に面するように前記コンプレッサの吸入側に連通する空間に配置された感圧調整機構、及び、
ピストン圧力に対向するピストンばね、を備えた電磁式制御弁において、
前記感圧調整機構を、弁棒の下面に当接するように配置した、ピストンで構成することにより、前記ピストンで前記Ｐｃと前記Ｐｓとの差圧を検出し、この差圧により高圧のコンプレッサ吐出側（Ｐｄ）よりクランクケース側（Ｐｃ）への冷媒の流れを制御する弁体を作動させることを特徴とする。
【００１７】
本第２発明は、
第１発明の電磁式制御弁において、ピストンの上面角部を面取りしてその側面をスライド部とする逃し弁とすると共に弁本体下部の上端又は上端近傍にスライド部を設けて、ＰｃとＰｓとの差圧が一定値を越えたときに、逃し弁が弁棒の下端から離れ、且つ、逃し弁のスライド部が弁本体下部のスライド部から離れて、クランクケース側（Ｐｃ）からコンプレッサ吸入側（Ｐｓ）に冷媒圧力を開放させる機能を持たせたことを特徴とする。
【００１８】
本第３発明は、
第１発明又は第２発明の電磁式制御弁において、該電磁式制御弁に設置した温度センサ及び圧力センサからの検知信号並びに例えば自動車の運転モードの制御装置より送信される外部信号を受けて高圧のコンプレッサ吐出側（Ｐｄ）よりクランクケース側（Ｐｃ）への冷媒の流れを制御する弁体を電磁力により作動させる、外部制御装置を設けたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本第１発明の一実施形態を示す電磁式制御弁の断面説明図であり、図２は、本第２発明の一実施形態を示す電磁式制御弁の断面説明図であり、図３は、図２における逃し弁が開いた状態を示す断面説明図であり、図４は、本第３発明の一実施形態を示す外部制御装置の概略説明図である。
【００２０】
（実施の形態１）
電磁式制御弁が使用される容量可変コンプレッサにおける容量制御機構は、前述のとおり、図５に示されている。図１は、かかる容量制御機構に取り付けられる電磁式制御弁１−１を示している。
【００２１】
電磁式制御弁１−１は、制御弁部１ａ及び電磁比例制御部１ｂよりなる。弁本体１７は、弁本体上部１７ａ、弁本体中間部１７ｂ及び弁本体下部１７ｃに分けられている。
【００２２】
弁本体上部１７ａには凹状部が形成され、その上面１７ｊと上本体７の下端部７ｂとによって弁室１８が形成され、また、この弁本体上部１７ａには、弁座１７ｄが形成されている。
【００２３】
さらに、弁本体下部１７ｃにも凹状部が形成されている。そこに、上部に細孔１２−１ｂを有する断面コの字状のピストン１２−１ａの上部が前記弁本体のＰｃ導入口１７ｈに面するように前記コンプレッサの吸入側に連通するピストン下部空間１７ｇに設けられている。細孔１２−１ｂは、Ｐｃの流体をＰｓに逃すことで制御の安定性を計るもので、従来の容量制御機構（図５）に設置されている大がかりなオリフイスＯよりも簡単な構造でその代用ができるものである。
【００２４】
弁本体下部１７ｃの下端部内面には、ばね調整部材１４が螺合うれて、前記ピストン下部空間１７ｇが形成されている。そして、前記ピストン１２−１ａは、付勢手段、即ち、ピストンばね１３により前記弁体８の開弁方向に付勢されて、弁棒８ｂの下面に当接されるように設けられており、また、ばね調整部材１４の略中央には、Ｐｓ圧力導入口１７ｓが設けられている。
【００２５】
弁本体上部１７ａと弁本体中間部１７ｂとの間には、コンプレッサー２０の吐出口Ｄに通じるＰｄ圧力導入口１７ｉが形成され、弁口１７ｋを介して弁室１８に連通している。さらに、弁本体中間部１７ｂと弁本体下部１７ｃとの間には、Ｐｃ圧力導入口１７ｈが設けられている。このＰｃ圧力導入口１７ｈは上記弁室１８と内部均圧孔１７ｑによって連通している。
【００２６】
弁本体下部１７ｃのピストン下部空間（シリンダ室）１７ｇは、Ｐｓ導入口１７ｓを介してコンプレッサ２０の吸入側Ｓに通じている。また、弁本体上部１７ａ、中間部１７ｂ、下部１７ｃの外周部のそれぞれには密封用Ｏリング４２、４３、４４の収容環状溝がそれぞれ設けられている。
【００２７】
弁室１８内には、弁棒８ｂと一体的に接合された弁体８が連結棒６の下端と接離自在に設けられ、その弁部８ａが弁座１７ｄに対向されている。また、弁体８には、その上方に位置する連結棒６を介してガイドピン３ｂによってガイドされたプランジャ５に作用するコイルの吸引力とプランジャバネ４による付勢力が加えられる。
【００２８】
プランジャチューブ１６内には、上本体７及びコイルガイド３が溶接にて固定され、外函２内に電磁コイル１５がプランジャチューブ１６を囲んで設置される。上本体７とコイルガイド３間のプランジャ室１９内にはプランジャ５が軸方向に移動可能に設けられ、該プランジャ５には、プランジャ室１９におけるプランジャ５の上下空間を連通するための貫通口５ｂが形成される。
【００２９】
さらに、プランジャ５の下方には、上本体７の中心に穿設されたガイド孔７ａに上下方向に摺動可能に連結棒６が挿入され、この連結棒６の上端は、ガイドピン３ｂにガイドされたプランジャ５の下面に当接するとともに、その下端は、弁体８に当接している。
【００３０】
コイルガイド３の中央凹陥部３ａ内において、このコイルガイド３とプランジャ５との間にプランジャバネ４が設けられており、プランジャ５は、プランジャバネ４により弁室１８方向に付勢されている。
【００３１】
電磁式制御弁１−１は、従来のもの（図６）と同様に、コンプレッサーの取付凹部４０内に外函２がヘッド部４１の外面に当接するまで挿入される。この状態においてＰｃ圧力導入口１７ｈはＰｃ冷媒通路（図示せず）に連通し、ピストン下部空間（シリンダ室）１７ｇはＰｓ圧力導入口１７ｓを介してＰｓ冷媒通路（図示せず）に連通し、そして、Ｐｄ圧力導入口１７ｉはＰｄ冷媒通路（図示せず）に連通する。
【００３２】
図５に示すように、可変容量コンプレッサ２０は、制御室圧力Ｐｃが吸入側圧力Ｐｓに比べて高くなるとウオブル斜板２９が立って圧縮行程が短くなるアンロード運転になり、Ｐｃ＝Ｐｓ圧力になるとフルロード運転になる。即ち、圧力制御室Ｃと吐出側Ｄ間を連通させれば、ＰｄがＰｃに流入してＰｃ＞Ｐｓの圧力関係となり、圧力制御室Ｃと吐出側Ｄ間を遮断すれば、Ｐｃ＝Ｐｓの圧力関係となるので、圧力制御室Ｃと吐出側Ｄ間に吸入側圧力Ｐｓにより冷媒の流量を調整する電磁式制御弁１−１を設けることによりフルロードからフルアンロードまでコンプレッサ２０の容量を可変できる。
【００３３】
この電磁式制御弁１−１においては、ピストン１２−１ａによりＰｃとＰｓの差圧を検出し、この差圧により高圧側（Ｐｄ）より圧力制御室（Ｐｃ）への流れを制御する弁が作動することとなる。即ち、電磁力（電流値）を変えることにより、ＰｃとＰｓとの差が決定され、この差でコンプレッサの斜板角度が変えられ、容量が可変されることとなる。
【００３４】
（実施の形態２）
図３に示されているように、Ｐｃ圧力逃し機能付き逃し弁（以下、「逃し弁」という）１２−２ａは、その上面角部が面取りされている。そして、逃し弁１２−２ａは、上面中央に凹部１２−２ｂを有し、側部にスライド部１２−２ｃを有し、下面にばね受け部１２−２ｄを有している。また、逃し弁１２−２ａは、弁本体上部１７ａと弁本体下部１７ｃとの間に形成されたＰｃ圧力導入口１７ｈに面するように前記コンプレッサの吸入側に連通する空間に設けられている。さらに、逃し弁１２−２ａは、そのスライド部１２−２ｃが弁本体下部１７ｃの上端に形成されたスライド部１７ｃ−１と離接するように設けられている。
【００３５】
そして、ＰｃとＰｓとの差圧が一定値を越えたときに、逃し弁１２−２ａが弁棒８ｂの下端から離れ、且つ、逃し弁１２−２ａのスライド部１２−２ｃが弁本体下部１７ｃのスライド部１７ｃ−１から離れて、クランクケース側（Ｐｃ）からコンプレッサ吸入側（Ｐｓ）に冷媒圧力を開放させる。
【００３６】
（実施の形態３）
図４は、上記実施形態１、２の電磁式制御弁１−１、１−２の端子部５０に外部制御装置６０を接続した実施の形態が示されている。この外部制御装置６０は、電磁式制御弁１−１、１−２に設置した温度センサ及び圧力センサからの検知信号６４、６５並びに例えば自動車の運転モードの制御装置より送信される外部信号６６をそれぞれコントローラ６１のコントローラ設定器６７にあらがじめ入力しておいた設定値と比較して得た偏差により、コントローラ６１が外部可変弁、即ち、電磁式制御弁１−１、１−２に偏差に比例した電流を送るものとなっている。
【００３７】
電磁式制御弁１−１、１−２の電磁部は、電流の大きさにより電磁力を発生し、その力が弁体８の球面部に作用して、冷媒が吐出側（Ｐｄ）よりクランクケース内（Ｐｃ）へ流出するのを制御する。その結果、電磁式制御弁１−１、１−２の容量可変点を変更することができる。なお、６３電源であり、６８は、コントローラ表示部である。
【００３８】
【発明の効果】
従来技術のように、Ｐｓをコントロールする場合には、０〜約４Ｋｇｆ／ｃｍ₂ まで可変する必要があるが、本発明のように、ＰｃとＰｓとの差をコントロールする場合には、ＰｃとＰｓとの差は、約１Ｋｇｆ／ｃｍ₂ で無負荷（フルアンロード）とすることができるので、弱い電磁力で制御可能な電磁式制御弁を提供することができる。また、ＰｃとＰｓとの差の検出にピストンのように簡単な構造のものを用いることができ、弱い電磁力を用いるので、電磁コイルの小型化が可能となり、コストの低減化、取付省スペース化及び軽量化がはかれる。さらに、Ｐｃ−Ｐｓ制御方式のものと比較すると、ＰｄとＰｃとの差圧が２Ｋｇｆ／ｃｍ₂ 以上あるので、それよりも弁口径を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本第１発明一実施形態を示す電磁式制御弁の断面説明図である。
【図２】本第２発明の一実施形態を示す電磁式制御弁の断面説明図である。
【図３】図２における逃し弁が開いた状態を示す断面説明図である。
【図４】本第３発明の一実施形態を示す外部制御装置の概略説明図である。
【図５】従来の電磁式制御弁が使用される容量可変コンプレッサにおける容量制御機構を示す概略図である。
【図６】従来の電磁式制御弁の無通電時の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１−１、１−２、１−３電磁式制御弁
５プランジャ
６連結棒
７上本体
７ａ固定吸引子の中央凹陥部
８弁体
８ｂ弁棒
１２−１ａピストン
１２−１ｂ細孔
１２−２ａ（Ｐｃ圧力逃し機能付き）逃し弁
１２−２ｂ凹部
１２−２ｃ（ピストンの）スライド部
１２−２ｄばね受け部
１３ピストンばね
１５電磁コイル
１６プランジャチューブ
１７弁本体
１７ｃ−１（弁本体下部の）スライド部
１７ｄ弁座
１７ｅ弁ガイド
１７ｈＰｃ圧力導入口
１７ｇピストン下部空間
１７ｉＰｄ圧力導入口
１７ｋ弁口
１７ｑ内部均圧孔
１８弁室
２０コンプレッサ
２１クランクケース
Ｃクランク室
６０外部制御装置
６４温度センサからの検知信号
６５圧力センサからの検知信号
６６外部信号

Claims

上本体と弁本体とで構成される弁室内に配置され、該弁室と該弁室の下方において前記弁本体に形成されたコンプレッサの吐出側配管に通じる吐出圧力（Ｐｄ）導入口との間の通路における弁口に形成された弁座に接離する弁体、
前記弁本体の前記Ｐｄ導入口を挟んで前記弁室の反対側に形成され、前記コンプレッサのクランク室に連通するクランクケース内圧力（Ｐｃ）導入口、
前記Ｐｃ導入口と前記Ｐｄ導入口との間を連通する弁ガイド、
前記ガイドの中を上下方向に移動可能な弁棒、
前記上本体の上方に位置し、電磁コイルの吸引力により上下方向に移動可能であって、前記上本体の貫通口の中を上下方向に移動可能な連結棒を介して前記弁体を閉弁方向に付勢するプランジャ、
前記弁本体に穿設され、前記弁室と前記Ｐｃ導入口との間を連通する内部均圧孔、
コンプレッサ吸入側に連通する吸入圧力（Ｐｓ）導入口、
前記弁本体の前記Ｐｃ導入口に面するように前記コンプレッサの吸入側に連通する空間に配置された感圧調整機構、及び、
ピストン圧力に対向するピストンばね、を備えた電磁式制御弁において、
前記感圧調整機構を、弁棒の下面に当接するように配置した、ピストンで構成することにより、前記ピストンで前記Ｐｃと前記Ｐｓとの差圧を検出し、この差圧により高圧のコンプレッサ吐出側（Ｐｄ）よりクランクケース側（Ｐｃ）への冷媒の流れを制御する弁体を作動させることを特徴とする電磁式制御弁。
ピストンの上面角部を面取りしてその側面をスライド部とする逃し弁とすると共に弁本体下部の上端又は上端近傍にスライド部を設けて、ＰｃとＰｓとの差圧が一定値を越えたときに、逃し弁が弁棒の下端から離れ、且つ、逃し弁のスライド部が弁本体下部のスライド部から離れて、クランクケース側（Ｐｃ）からコンプレッサ吸入側（Ｐｓ）に冷媒圧力を開放させる機能を持たせたことを特徴とする請求項１記載の電磁式制御弁。
電磁式制御弁に、該電磁式制御弁に設置した温度センサ及び圧力センサからの検知信号並びに例えば自動車の運転モードの制御装置より送信される外部信号を受けて高圧のコンプレッサ吐出側（Ｐｄ）よりクランクケース側（Ｐｃ）への冷媒の流れを制御する弁体を電磁力により作動させる、外部制御装置を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の電磁式制御弁。