JP3925006B2 - 容量可変型圧縮機の制御弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量可変型圧縮機の制御弁に関し、特に傾動可能な斜板を収容したクランク室の内圧を制御することで吐出容量を変更可能な容量可変型斜板式圧縮機に用いられる制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機内部のクランク室に傾動可能に設けられた斜板の角度を制御することで圧縮機からの吐出容量を変更可能な容量可変型斜板式圧縮機が知られている。この種の圧縮機では、クランク室内に満たされた冷媒ガス圧力（クランク圧Ｐｃ）を特殊な制御弁を用いて調節することで斜板角度を適宜調節している。例えば、特開平６−２６４５４号公報は、圧縮機のクランク室と吸入室（蒸発器の出口側に連通する）とをむすぶ抽気通路の途中に設けられた抜き側制御弁を開示する。その抜き側制御弁では、電磁コイルへの通電量制御によって設定吸入圧を可変とすると共に、ベローズとその可動端に取着された弁体とを収めた部屋に吸入圧Ｐｓを導いている。そして、クランク室と吸入室とを連通させる弁口（弁孔）に対し、前記吸入圧Ｐｓに応じて弁体を接離位置決めして該制御弁の開度を制御し、クランク室からのガス放出量を調節してクランク圧Ｐｃを自律制御している。この弁構造では、ベローズ自体の付勢作用によって弁体が弁口（弁孔）を閉塞しようとするのに対し、クランク圧Ｐｃは弁体を弁口から離す方向に作用する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平６−２６４５４号公報の第００１８段落には、その抜き側制御弁において弁体を含む作動機構に働く力の釣り合いが考察されている。仮にその段落中に示された上向きの力に関する式と下向きの力に関する式とで等式を立てその等式を吸入圧Ｐｓを左辺とする式に整理したとすると、そのＰｓ式の右辺にはクランク圧Ｐｃの項が必ず含まれる。換言すれば、電磁コイルへの通電量制御に基づいて設定吸入圧Ｐｓｅｔを一義的に定めようとしても、吸入圧Ｐｓはクランク圧Ｐｃの影響を常に受ける。即ち、その抜き側制御弁では弁自体の構造的要因のために、圧縮機の運転状況によって様々に変化するクランク圧Ｐｃが不可避的に吸入圧Ｐｓの外乱要因となってしまう。このため、電磁コイルへの通電量制御にどれほどの正確を期そうとも、設定吸入圧Ｐｓｅｔの可変精度を向上させることが難しい。
【０００４】
本発明の目的は、容量可変型斜板式圧縮機のクランク室の圧力（Ｐｃ）に影響されることなく、設定吸入圧を正確に設定することが可能な容量可変型斜板式圧縮機の制御弁を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１、３の発明は、クランク室の内圧を制御することで吐出容量を変更可能な容量可変型圧縮機に用いる制御弁であって、前記圧縮機のクランク室と吸入室とを結ぶ抽気通路の一部となるようにバルブハウジング内に設けられた通路室と、前記通路室内に設けられて該通路室をクランク室側領域と吸入室側領域とに区分すると共に両者を連通する弁孔が形成された弁座と、前記通路室のクランク室側領域に配設されて前記弁座に離接可能な弁体と、前記通路室のクランク室側領域に配設されクランク室内圧に感応して変位可能であり、且つ、前記弁体に作動連結されて該弁体を弾性支持しながらそれを弁座に着座させる方向に常に付勢可能な感圧部材とを備えており、前記弁体が弁座に着座するときの当該弁体によるシール面積と、前記感圧部材の有効面積とが一致又は近似するように設定されていることを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、制御弁の弁開度つまり通路室内での弁体の配置は少なくとも、クランク室の内圧（クランク圧Ｐｃ）に感応する感圧部材に影響される。感圧部材はそれ自体が持つ付勢力（ｆ１とする）によって弁体を弁座に着座させる方向に付勢する一方、感圧部材に作用するクランク圧Ｐｃは、弁体を弁座から離間させる方向に感圧部材を変位させるべく働く。その力は、感圧部材の有効面積をＡとするとＰｃ・Ａで表される。他方、弁体はクランク室側領域のクランク圧Ｐｃによって着座方向に押圧される一方で、吸入室側領域の吸入圧Ｐｓによって弁座から離間させる方向に押圧される。弁体が弁座に着座するときの当該弁体によるシール面積をＢとし、弁体を弁座に着座させる方向を正方向として、弁体に働く力を式にまとめると、ｆ１−Ｐｃ・Ａ＋Ｐｃ・Ｂ−Ｐｓ・Ｂ＝０となり、これを整理すると、ｆ１＝Ｐｓ・Ｂ＋Ｐｃ（Ａ−Ｂ）となる。本発明では、弁体によるシール面積Ｂと、感圧部材の有効面積Ａとが一致又は近似するように設定されるため、前記式のＰｃ（Ａ−Ｂ）項はゼロ又は無視できるほどに小さいと考えてよい。すると結局、弁体に作用する力の関係式は、ｆ１＝Ｐｓ・Ｂとなり、この式にＰｃは全く含まれない。即ちこの構成によれば、一見クランク圧Ｐｃが弁体に作用しているようで、実際にはクランク圧Ｐｃは弁体の位置決めに一切関与せず、弁体の位置決めに関与する力は、感圧部材自体が弁体を弁座に着座させようとする力ｆ１と、吸入圧Ｐｓが弁体を弁座から離間させようとする力（Ｐｓ・Ｂ）だけとなる。そして、両者のバランスに基づいて通路室内での弁体の配置が決まり、制御弁の開度すなわち抽気通路の開度（絞り量）が決定されてクランク圧Ｐｃが制御される。そして上記計算結果から、この制御弁の弁開度調節動作によって最終的に実現される吸入圧（設定吸入圧）は、Ｐｓ＝ｆ１／Ｂとなる。このように本発明によれば、弁体によるシール面積Ｂと感圧部材の有効面積Ａとを一致又は近似させることにより、クランク圧Ｐｃの影響を弁開度決定の力学関係からほぼ排除できると共に、吸入圧Ｐｓの変化に呼応した自律的な弁開度調節動作を従来例よりも正確なものとすることができる。
【０００９】
また、請求項１、３の発明は、前記通路室の吸入室側領域において前記弁体に作動連結された先端部を有するロッドと、外部からの電気制御によって調節可能な電磁付勢力でもって前記弁体を弁座から離す方向に前記ロッドを付勢可能なソレノイド部とを更に備えていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、ソレノイド部による電磁付勢が行われるとき、通路室内での弁体の位置決めに関与する力は、前述の感圧部材が弁体を弁座に着座させようとする力（ｆ１）と、吸入圧が弁体を弁座から離そうとする力（Ｐｓ・Ｂ）と、ソレノイド部の電磁付勢力が弁体を弁座から離そうとする力（Ｆ）の少なくとも三者となる。故にこれら三者のバランス関係（ｆ１＝Ｐｓ・Ｂ＋Ｆ）に基づいて弁体の配置が決定され、制御弁の開度ひいては抽気通路の開度（絞り量）が決定される。前記電磁付勢力Ｆは外部からの電気制御によって調節可能であることから、請求項１、３の制御弁は、外部制御によって設定吸入圧Ｐｓｅｔ＝（ｆ１−Ｆ）／Ｂを変更可能な設定吸入圧可変型の制御弁となる。設定吸入圧可変弁を用いれば、圧縮機の容量制御が周辺状況の変化に柔軟に対応可能となる。
【００１１】
また、請求項１の発明は、前記感圧部材は前記弁体を弁座に着座させる方向に付勢する第１バネ機構を構成すると共に、前記通路室の吸入室側領域の側には、前記弁体を弁座から離間させる方向に付勢する第２バネ機構が設けられており、前記第１バネ機構と前記第２バネ機構とによって前記弁体は弁座に対し接離可能に弾性支持され、前記第２バネ機構は、前記ソレノイド部の電磁付勢力が発生しないときに前記弁体を弁座から離間させる方向に付勢することを特徴とする。
この構成によれば、通路室のクランク室側領域内に配置された弁体は、第１バネ機構と第２バネ機構との協働により弁座に対し接離可能に弾性支持される。故に、吸入圧Ｐｓの僅かな変化も感知して、弁体の配置つまり弁開度を迅速に変化させることができる。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の容量可変型圧縮機の制御弁において、前記ロッドの先端部と反対側の端部を収容する領域には、前記圧縮機の吸入室の圧力（Ｐｓ）が導かれ、且つ、前記弁体によるシール面積（Ｂ）は、前記感圧部材の有効面積（Ａ）に一致することを特徴とする（図２，図３及び図４参照）。また、請求項３の発明は、前記ロッドの先端部と反対側の端部を収容する領域には、前記圧縮機のクランク室の圧力（Ｐｃ）が導かれ、且つ、前記弁体によるシール面積（Ｂ）は、前記感圧部材の有効面積（Ａ）と前記ロッドの反対側端部における有効受圧面積（Ｓ）との和に一致することを特徴とする（図５参照）。請求項２及び３は本発明の最も好ましい態様を限定したものであり、その技術的意義は、後記「発明の実施の形態」の説明で明らかとなる。
請求項４の発明は、請求項３に記載の容量可変型圧縮機の制御弁において、前記感圧部材は前記弁体を弁座に着座させる方向に付勢する第１バネ機構を構成すると共に、前記通路室の吸入室側領域の側には、前記弁体を弁座から離間させる方向に付勢する第２バネ機構が設けられており、前記第１バネ機構と前記第２バネ機構とによって前記弁体は弁座に対し接離可能に弾性支持されていることを特徴とする。
この構成によれば、通路室のクランク室側領域内に配置された弁体は、第１バネ機構と第２バネ機構との協働により弁座に対し接離可能に弾性支持される。故に、吸入圧Ｐｓの僅かな変化も感知して、弁体の配置つまり弁開度を迅速に変化させることができる。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の容量可変型圧縮機の制御弁において、前記容量可変型圧縮機は、外部駆動源の動力を該圧縮機に選択的に伝達するためのクラッチを備えたものであることを特徴とする。これは、本発明の制御弁が特にクラッチ付きの容量可変型圧縮機に適する旨を明確化したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した車載用の容量可変型斜板式圧縮機に組み込まれる抜き側制御弁の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（圧縮機本体の概要）
図１に示すように、複数のシリンダボア１ａ（一つのみ図示）が形成されたシリンダブロック１のフロント側端面にはフロントハウジング２が接合固定され、フロントハウジング２内にはクランク室３が区画形成されている。又、シリンダブロック１のリヤ側端面には、リヤハウジング４がバルブプレート５を介して接合固定されている。シリンダブロック１、フロントハウジング２、リヤハウジング４及びバルブプレート５は圧縮機のハウジングを構成する。バルブプレート５の前後には、吸入弁６ａを備えた吸入プレート６及び吐出弁７ａを備えた吐出プレート７が介在されている。前記リヤハウジング４には、内側に位置する吐出室９と、それを取り囲むように設けられた吸入室８とが区画されている。そして、バルブプレート５に形成した吸入孔５ａを介して吸入室８と各シリンダボア１ａとが連通され、バルブプレート５に形成した吐出孔５ｂを介して各シリンダボア１ａと吐出室９とが連通される。
【００１５】
シリンダブロック１及びフロントハウジング２には回転軸１２が前後一対のベアリング１３により回転可能に支持されている。回転軸１２の外端部は、電磁クラッチ４０を介して外部駆動源としての車輌エンジンＥに作動連結されている。電磁クラッチ４０は、フロントハウジング２の前方筒部上にベアリング４１により回動可能に支持されたプーリ４２と、環状のソレノイドコイル４３と、回転軸１２の前端域にて板バネ４４付勢された状態で前後摺動可能に設けられたアーマチュア４５とを備えている。図１には、板バネ４４の付勢力に抗してアーマチュア４５がプーリ４２の端面に接合した状態が示されている。ソレノイドコイル４３への通電に基づく電磁力によってアーマチュア４５がプーリ４２の端面に吸引接合されると、動力伝達ベルト４６、プーリ４２及びアーマチュア４５を介してエンジンＥの駆動力が回転軸１２に伝達される。コイル４３への通電停止によって電磁力が消失すれば、アーマチュア４５は板バネ４４の付勢力によってプーリ４２から離間し動力伝達が遮断される。このようにコイル４３への通電制御によってエンジン動力が回転軸１２に選択的に伝達される。
【００１６】
クランク室３内において回転軸１２上には回転支持体１４が一体回転可能に固定されている。この回転支持体１４とフロントハウジング２の内側面との間にはスラストベアリング１５が介在されている。更に回転支持体１４の外周側に対しシリンダブロック１に向かって突出形成された支持アーム部１４ａには長孔１４ｂが形成され、ヒンジ機構を構成する連結ピン１６を介して回転斜板１７が前後方向に揺動可能に連結されている。他方、回転軸１２上にはスリーブ１９が前後方向にスライド可能に設けられ、該スリーブ１９は左右一対の連結ピン２０（図１では一つのみ図示）を介して回転斜板１７のボス部１７ａ内周部に連結されている。回転斜板１７のボス部１７ａ外周側には揺動斜板１８が相対回転可能に設けられている。この揺動斜板１８はクランク室３内の固定位置に設けた回転防止用の案内ロッド２１により回転不能且つ前後方向の傾動可能に支持されている。又、揺動斜板１８は、各シリンダボア１ａに収容した各ピストン２２に対しピストンロッド２３を介してそれぞれ連結されている。又、回転軸１２にはバネ受け２４が取り付けられ、該バネ受け２４とスリーブ１９との間にはバネ２５が介装されている。バネ２５は好ましくはコイルバネであり、斜板１７，１８をその傾角が最大となる方向（図１では左方）へ付勢する。
【００１７】
図１の斜板式圧縮機では、エンジンＥからの動力伝達により回転軸１２が回転されると、それに伴い所定角度に傾斜した回転斜板１７が回転し、それによって揺動斜板１８が波打ち揺動運動を行う。すると、各ピストン２２が斜板傾角に応じたストロークで往復動され、各シリンダボア１ａでは、吸入室８（吸入圧Ｐｓの領域）からの冷媒ガスの吸入、圧縮、吐出室９（吐出圧Ｐｄの領域）への圧縮冷媒ガスの吐出が順次繰り返される。
【００１８】
圧縮機の回転斜板１７及び揺動斜板１８（以下両者を併せて「斜板」と呼ぶ）の傾角決定要因として、斜板回転時の遠心力に基づく回転運動のモーメント、バネ２５の付勢作用に基づくバネ力によるモーメント、ピストンの往復慣性力によるモーメント、ガス圧によるモーメント等の各種のモーメントがあげられる。これらモーメントの相互バランスに基づいて斜板の傾角が決定される。ガス圧によるモーメントとは、圧縮行程にあるシリンダボアのピストンに作用する圧縮反力と、吸入行程にあるシリンダボアの内圧と、ピストン背圧にあたるクランク室３の内圧（クランク圧Ｐｃ）との相互関係に基づいて発生するモーメントであり、クランク圧Ｐｃに応じて傾角減少方向にも増大方向にも作用し得る。そして、本実施形態ではクランク圧Ｐｃを大きく維持することでガス圧によるモーメントが前記回転運動及びバネ力による傾角増大方向のモーメントを凌駕し、斜板を最小傾角（例えば回転軸１２に直交する面と斜板とのなす角が３°〜５°）に設定できるように設計されている。又、クランク圧Ｐｃを小さくし、ガス圧によるモーメントと、前記回転運動及びバネ力によるモーメントとをバランスさせることで斜板の傾角を前記最小傾角と最大傾角との間の任意の角度に設定することができるようになっている。このように、クランク圧Ｐｃの制御に基づいて斜板の傾角が決定され、その傾角に応じて各ピストン２２のストローク即ち圧縮機の吐出容量が可変調節される。
【００１９】
なお、図１の圧縮機におけるクランク圧Ｐｃの制御構成は、クランク室３と吸入室８とをつなぐように圧縮機ハウジング内に設けられた通路５８，５９と、その通路５８，５９の途中に介在された抜き側制御弁５０とからなる。このクランク圧の制御構成については後ほど詳述する。
【００２０】
図１及び図２に示す圧縮機の吐出室９と吸入室８とは外部冷媒回路３０を介して接続されている。この外部冷媒回路３０は該圧縮機とともに車輌用空調システムの冷房回路を構成する。外部冷媒回路３０には、凝縮器（コンデンサ）３１、温度式の膨張弁３２及び蒸発器（エバポレータ）３３が設けられている。膨張弁３２の開度は、蒸発器３３の出口側に設けられた感温筒３２ａの検知温度および蒸発圧力に基づいてフィードバック制御され、膨張弁３２は熱負荷に見合った液冷媒を蒸発器３３に供給する。これにより、蒸発器３３での冷媒の蒸発状態が適度な過熱度を持つように外部冷媒回路３０における冷媒流量が調節される。
【００２１】
更に図２に示すように、蒸発器３３の近傍には温度センサ３４が設置されている。この温度センサ３４は蒸発器３３の温度を検出し、その蒸発器温度情報を制御コンピュータ３８に提供する。この制御コンピュータ３８は、車輌用空調システムの冷暖房に関する一切の制御を司る。制御コンピュータ３８の入力側には、温度センサ３４の他に、車輌の室内温度を検出する室温センサ３５、車輌の室内温度を設定するための室温設定器３６、空調システム作動スイッチ３７およびエンジンＥの電子制御装置（ＥＣＵ）が接続されている。他方、制御コンピュータ３８の出力側には、前述の電磁クラッチ４０のソレノイドコイル４３への通電を制御する駆動回路３９Ａと、後述する制御弁５０のコイル７７への通電を制御する駆動回路３９Ｂが接続されている。制御コンピュータ３８は、温度センサ３４から得られる蒸発器温度、室温センサ３５から得られる車室内温度、室温設定器３６によって設定された所望室温、空調システム作動スイッチ３７からのＯＮ／ＯＦＦ設定状況、及び、ＥＣＵからエンジンＥの起動・停止やエンジン回転数に関する情報等の外部情報に基づき、電磁クラッチ４０を制御すると共に、制御弁５０のコイル７７への適切な通電量Ｉを演算する。そして、その演算した電流値の電流を駆動回路３９Ｂから制御弁５０に供給させ、制御弁５０の開度あるいは設定吸入圧Ｐｓｅｔを外部制御する。
【００２２】
（抜き側制御弁５０の構成）
クランク室３からの冷媒ガスの放出量を調節することでクランク圧Ｐｃを制御する抜き側制御弁５０の構成を図２を参照して説明する。なお、図１の斜板式圧縮機におけるクランク室３へのガス供給は、圧縮行程にあるピストン２２とシリンダボア１ａの内周壁との間からクランク室３へ漏れ出るブローバイガス（及び／又は図示しない絞り付き給気通路）によって確保される。
【００２３】
抜き側制御弁５０は、バルブハウジング５１内に設けられた弁機構部５２と、その下側に接合されたソレノイド部７０とを備えている。バルブハウジング５１は、本体部５１ａと、その上に設けられたキャップ状のカバー部５１ｂとからなり、バルブハウジング５１内には、通路室としての弁室５３が区画形成されている。弁室５３を区画するバルブハウジング本体部５１ａの内周壁には、弁室５３の軸方向略中央において環状の弁座部５４が形成され、その弁座部５４の中心には弁孔５５が存在している。そして、その弁座部５４を境界として弁室５３は上部領域（クランク室側領域）５３ａと下部領域（吸入室側領域）５３ｂとに区分されている。
【００２４】
弁室５３を区画するバルブハウジング５１の周壁には、弁室の上部領域５３ａに開口形成された導入ポート５６と、弁室の下部領域５３ｂに開口形成された導出ポート５７とが設けられている。導入ポート５６は、圧縮機内に設けられた通路５８を介して弁室の上部領域５３ａをクランク室３に連通する。導出ポート５７は、圧縮機内に設けられた通路５９を介して弁室の下部領域５３ｂを吸入室８に連通する。こうしてクランク室３と吸入室８との間には、通路５８、導入ポート５６、弁室５３、導出ポート５７及び通路５９からなる抽気通路が設定されている。
【００２５】
弁室の上部領域５３ａには、弁体６０が垂直方向（制御弁の軸方向）に移動可能に収容され、その移動に応じて弁体６０は弁座部５４に接離可能となっている。弁体６０が弁座部５４に着座すると、弁体６０によって弁孔５５が閉塞され、前記上部領域５３ａと下部領域５３ｂとの連通が遮断される。尚、弁体６０は、図２に示すように弁体６０の上方に突出した係入凸部６０ａと下方に開口した係入凹部６０ｂとを備えている。更に、弁室の上部領域５３ａには感圧部材としてのベローズ６１が設けられている。ベローズ６１の上端部は、バルブハウジングカバー部５１ｂの頭頂に形成された窪みに固定され、ベローズ６１の上端部が固定端となり下端部が可動端となっている。ベローズ６１内は真空又は減圧状態にされると共に、ベローズ６１内には伸張バネ６２が配設されている。この伸張バネ６２はベローズ６１の下端（可動端）を下方（伸張方向）に付勢する。ベローズ６１の可動端には下側に開口した凹部が形成され、その凹部内にはボール６３及び弁体６０の係入凸部６０ａが係入されている。それ故、ベローズ６１の可動端と弁体６０とは互いに力を伝達し合う関係にある。従って、ベローズ６１は雰囲気圧力（この場合クランク圧Ｐｃ）に感応して伸縮（即ち変位）することができると共に、弁体６０に作動連結されて弁体６０を弾性支持する。更に伸張バネ６２を内包したベローズ６１は弁体６０を弁座部５４に着座する方向に常に付勢する。なお、感圧部材としてのベローズ６１の有効面積Ａと、前記弁孔５５（又は弁室の下部領域５３ｂ）の口径面積Ｂ（即ち弁体６０が弁座部５４に着座したときの弁体によるシール面積Ｂ）とは等しくされている（Ａ＝Ｂ）。
【００２６】
制御弁５０の下半部を占めるソレノイド部７０は、有底円筒状の収容筒７１を備えている。収容筒７１の上部には固定鉄心７２が嵌合され、この嵌合により収容筒７１内にはソレノイド室７３が区画されている。ソレノイド室７３には、プランジャとしての可動鉄心７４が垂直方向に移動可能に収容されている。可動鉄心７４はその中心に支持ピン７４ａを備え両者は一体化されている。又、固定鉄心７２の中心には、伝達部材としてのソレノイドロッド７５が垂直方向に移動可能に支持されている。このソレノイドロッド７５の一端（上端）は、前記弁室の下部領域５３ｂに進入して前記弁体６０の係入凹部６０ｂ内に係入している。他方、ソレノイドロッド７５の他端（下端）はソレノイド室７３内に配置されて可動鉄心７４の上面に接触している。それ故、ベローズ６１の可動端、弁体６０、ソレノイドロッド７５及び可動鉄心７４の四者は互いに軸方向の力を伝達し合う関係にある。尚、制御弁内に配設されたソレノイドロッド７５の外周面と、それに摺接状態で対向するバルブハウジング５１及び固定鉄心７２の内周面との間には微少な隙間ＣＬが確保されている。この隙間ＣＬを介して前記弁室の下部領域５３ｂとソレノイド室７３が連通している。つまりソレノイド室７３には、前記弁室の下部領域５３ｂと同様、吸入圧Ｐｓが及んでいる（図３参照）。
【００２７】
図２に示すように、可動鉄心７４の内部（又は下側）には支持ピン７４ａの周りに付勢バネ７６が配設されている。この付勢バネ７６は、可動鉄心７４及びソレノイドロッド７５を上方（即ち弁体６０に向かう方向）に付勢する。それ故、弁体６０は、ベローズ６１の可動端を介してベローズ６１自体及び伸張バネ６２からの下向き付勢力と、可動鉄心７４及びロッド７５を介して付勢バネ７６からの上向き付勢力とを受けており、上下二方向の付勢力バランスに基づいて弁室５３内での初期位置が決定されている。換言すれば、ベローズ６１、弁体６０、ソレノイドロッド７５及び可動鉄心７４の四者の間には常に作動連結関係が存在する。加えて、固定鉄心７２及び可動鉄心７４の周囲には、これら鉄心７２，７４を跨ぐ範囲においてコイル７７が設けられている。このコイル７７には制御コンピュータ３８の指令に基づき駆動回路３９Ｂから所定電流が供給され、コイル７７はその供給電流量Ｉに応じた大きさの電磁力を発生する。その電磁力によって可動鉄心７４が固定鉄心７２に吸引されてソレノイドロッド７５が上動し、その上動に伴って弁体６０が上方付勢される。
【００２８】
抜き側制御弁５０の開度、即ち抽気通路の開度は、制御弁５０を構成する各種バネ材６２，７６、クランク圧Ｐｃに影響されるベローズ６１の伸張付勢力およびソレノイド部７０の電磁付勢力のバランスによって決定されるが、前記電磁付勢力を外部から電気的に可変調節することで制御弁５０の設定吸入圧Ｐｓｅｔを適宜変更でき、制御弁の作動特性を状況に応じて変えることができる。なお、制御弁５０では、ベローズ６１及び伸張バネ６２により弁体６０を弁座部５４に着座させる方向に付勢する第１バネ機構が構成され、プランジャ７４、ロッド７５及び付勢バネ７６により弁体６０を弁座部５４から離間させる方向に付勢する第２バネ機構が構成され、両バネ機構により弁体６０を弁座部５４に接離可能に弾性支持する弾性支持機構が構成される。
【００２９】
（圧縮機の容量制御に関する作用）
空調システム作動スイッチ３７がＯＦＦされた状態では電磁クラッチ４０は遮断状態にありエンジンＥから圧縮機への動力供給はなく圧縮機は運転を停止し、又、制御弁５０のコイル７７への通電もない。圧縮機の運転停止状態が長時間続いた場合、圧縮機の各室３，８，９は均圧化し斜板は初期角度に保持される。
【００３０】
エンジンＥの駆動中で空調システム作動スイッチ３７がＯＮの場合、制御コンピュータ３８は、電磁クラッチのソレノイドコイル４３への通電を行いエンジンＥと圧縮機とを接続して圧縮機を運転すると共に、制御弁５０のコイル７７への通電を行う。コイル７７への通電量Ｉは、室温センサ３５の検出室温と室温設定器３６の設定温度との温度格差や温度センサ３４からの蒸発器温度情報等に基づき、空調制御プログラムに予め定められた計算方式に従って演算される。すると、両鉄心７２，７４間には通電量Ｉに応じた電磁吸引力が生じ、それに応じてソレノイドロッド７５の上向き電磁付勢力Ｆが決定される。その結果、制御弁５０は前記電磁付勢力Ｆに応じた弁開度に調節され、それに応じてクランク圧Ｐｃ及び吸入圧Ｐｓがそれぞれ決まってくる。この点を以下に説明する。
【００３１】
（クランク圧Ｐｃの制御に基づく斜板の傾角制御）：コイル７７への通電によって制御弁５０が開かれると、抽気通路を介してクランク室３から吸入室８へガスが放出される。弁開度が大きいためにブローバイガス等によるクランク室３へのガス供給量よりも抽気通路を介してのガス放出量の方が優る場合には、クランク圧Ｐｃは低下傾向となる（斜板傾角は増大傾向）。他方、弁開度が小さいために抽気通路を介してのガス放出量よりもブローバイガス等によるクランク室３へのガス供給量の方が優る場合には、クランク圧Ｐｃは上昇傾向となる（斜板傾角は減少傾向）。かかる自律的な弁開度調節の結果、クランク室３へのガス供給量と抽気通路経由のガス放出量とが釣り合うと、クランク圧Ｐｃは一定化し、そのクランク圧Ｐｃに応じた角度に斜板傾角が調節される。
【００３２】
（クランク圧Ｐｃに影響されない吸入圧Ｐｓの設定）：この点を図３を参照して説明する。図３は、制御弁内部機構の力学的関係を単純化して模式的に表現したものである。図３では、ベローズ６１の可動端と弁体６０とを細い線材で連結したように描いているが、これは一種の等価表現でありこの等価図に基づいて図２の弁体６０及びベローズ６１に作用するクランク圧Ｐｃの影響を考察しても結論は同じである。図３では、ベローズ６１と伸張バネ６２とを併せたベローズ全体の下向き付勢力をｆ１、付勢バネ７６の上向き付勢力をｆ２、コイル７７への通電時における可動鉄心７４の電磁吸引力（ソレノイドロッド７５の上向き付勢力）をＦとしている。前述のようにベローズ６１の有効面積はＡ、弁室の下部領域５３ｂの口径面積（つまり弁体６０によるシール面積）はＢである。又、ソレノイドロッド７５の軸直交断面積をＳとし、当該ロッド７５及び可動鉄心７４の全表面に作用する吸入圧Ｐｓの影響がロッドの下端部端面に集約されると考えた場合、一体状態で動作するロッド７５及び可動鉄心７４の吸入圧Ｐｓに関する有効受圧面積は、ロッド７５の軸直交断面積Ｓに一致する。とすれば、ロッド下端部に作用する吸入圧Ｐｓは、（Ｐｓ・Ｓ）相当の力でソレノイドロッド７５を上向き付勢する。
【００３３】
すると、弁体６０がソレノイド部７０から受ける開弁方向（上向き）の付勢力は、（Ｆ＋ｆ２＋Ｐｓ・Ｓ）である。又、弁体６０がベローズ６１から受ける閉弁方向（下向き）の付勢力は、（ｆ１−Ｐｃ・Ａ）である。更に弁体６０の上面側には閉弁方向（下向き）の力Ｐｃ・Ｂが作用し、弁体６０の下面側には開弁方向（上向き）の力Ｐｓ（Ｂ−Ｓ）が作用する。これらの力の間には次の数１に示す関係が成立し、それを整理すると数２の式のようになる。なお、数１式を整理する過程で有効受圧面積Ｓを含む項がきれいに消去される。
【００３４】
【数１】

【００３５】
【数２】

本実施形態ではＡ＝Ｂとされているから、この面積条件を数２式に代入するとＰｃ（Ｂ−Ａ）項がゼロとなり、吸入圧Ｐｓは次の数３式のように表される。
【００３６】
【数３】

数３の式中、ｆ１，ｆ２及びＢ（＝Ａ）は機械構成上予め定められた定数値と見ることができ、且つ電磁付勢力Ｆはコイル７７への通電量Ｉの関数である。それ故、制御弁５０の弁開度調節動作に起因して最終的に実現される吸入圧Ｐｓつまり設定吸入圧はコイル７７への通電量Ｉによって可変設定でき、クランク圧Ｐｃに依存しない物理量となる。なお、この式からわかるように、制御弁５０では、コイル７７への通電を停止した場合にはＦ＝０となって吸入圧Ｐｓが最大となり、コイル７７への通電量を増すに連れ吸入圧Ｐｓが低下傾向となる。
【００３７】
このように、制御コンピュータ３８が各種入力情報に基づいてコイル７７への通電量Ｉを演算して制御弁５０の開度を外部制御することにより、斜板傾角を調節して圧縮機の吐出容量を可変調節することができると共に、蒸発器３３の出口圧力Ｐｓ’にほぼ等しい吸入室８の内圧（吸入圧Ｐｓ）を所望の圧力値（即ち設定吸入圧Ｐｓｅｔ）付近に維持することが可能となる。制御弁５０及び制御コンピュータ３８による圧縮機制御の目的は、蒸発器３３での冷房負荷の変動にかかわらず、冷房負荷を反映した蒸発器３３の出口圧力Ｐｓ’を設定吸入圧Ｐｓｅｔ付近に安定させるべく圧縮機の吐出容量を可変調節することにある。この意味で制御弁５０のソレノイド部７０と制御コンピュータ３８は、吸入圧Ｐｓが設定吸入圧Ｐｓｅｔとなるように弁開度を外部制御するための手段と位置づけられる。又、設定吸入圧Ｐｓｅｔは制御コンピュータ３８によるコイル通電量Ｉの制御だけで設定変更できるため、制御弁５０のソレノイド部７０と制御コンピュータ３８は制御弁５０の設定吸入圧Ｐｓｅｔを外部的に設定変更する手段でもある。
【００３８】
なお、圧縮機の運転中でも、冷房負荷が非常に小さくなり蒸発器３３の温度がフロスト発生温度に近づくと、制御コンピュータ３８はコイル７７への通電を停止し、ソレノイドロッド７５の上向き付勢力Ｆを消失させる（Ｆ＝０）。こうして、設定吸入圧Ｐｓｅｔを最大にすることで制御弁開度を閉じ傾向とし、クランク圧Ｐｃを高め誘導して斜板角度を最小にし、圧縮機の吐出容量を最小化してフロストの発生を回避する。
【００３９】
（効果）本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
○ 制御弁５０においてベローズ６１の有効面積Ａと前記弁孔５５の口径面積Ｂ（つまり弁体６０によるシール面積Ｂ）とを等しくすることで、コイル７７への通電量Ｉの制御に応じて吸入圧Ｐｓを、クランク圧Ｐｃ（ＰｃはＰｄの影響を受ける）に依存すること無く正確に決定することができる。故に、制御弁５０によれば、設定吸入圧Ｐｓｅｔを従来よりも正確に設定することができる。
【００４０】
○ 実際に制御可能な通電量Ｉの範囲（ゼロから最大値）に対応した吸入圧Ｐｓの範囲内に所望の設定吸入圧Ｐｓｅｔ（即ち蒸発器３３の出口圧力Ｐｓ’の所望値）を包含させることが容易となり、結果として、制御弁５０における設定吸入圧Ｐｓｅｔの可変幅を実用上大きく確保することが可能となる。
【００４１】
（別例）本発明の実施形態を以下のように変更してもよい。
〇 図２の構成ではベローズ６１の可動端と弁体６０との間にボール６３を介在させることで力の伝達の偏心を防止する連結構造を採用したが、図４に示すようなより簡易な連結構造を採用してもよい。即ち図４では、ベローズ６１の可動端がそのまま弁体６０と一体化されている。この場合、弁体６０の上面側の大部分がベローズ６１の下端部で覆われてしまうが、クランク圧Ｐｃの影響に関して図４の構造と図２の構造とは等価である。図４の弁体６０の上半部がクランク圧Ｐｃの影響にさらされる有効受圧面積は、シール面積Ｂから、弁体の上面を覆い隠しているベローズの有効面積Ａを控除した面積（Ｂ−Ａ）である。他方、弁体６０の下半部が吸入圧Ｐｓの影響にさらされる面積は（Ｂ−Ｓ）である。この点を考慮して前記と同様に式をたてると、次の数４式が得られる。
【００４２】
【数４】

数４式は前記数１式と同じであり、これを整理すれば前記数２式と全く同じ式が得られ、更にＡ＝Ｂの条件を適用すれば前記数３式と全く同じ結果となる。故に図４の構造は図２の構造と等価であり、図４の構造も図３の等価図で表現できる。この結果から本発明においては、感圧部材としてのベローズ６０の可動端と弁体６０とが同期して移動可能な関係を保持する限り、両者の連結部分の太さ又は径がどのように設定されても発明の本質に変わりはない。
【００４３】
〇 図５に示すように、ソレノイドロッド７５の下端部が収容されたソレノイド室７３に、吸入圧Ｐｓではなくクランク圧Ｐｃを導いてもよい。もちろんその場合には、弁室の下部領域５３ｂとソレノイド室７３との間の圧力隔絶を確実ならしめる必要がある。図５の構成に従う制御弁では、次の数５式に示すような力学関係式が成立し、それを整理すると数６式が得られる。
【００４４】
【数５】

【００４５】
【数６】

図５の制御弁で仮に、弁体６０によるシール面積Ｂが、ベローズ６１の有効面積Ａとソレノイドロッド７５の下端部の有効受圧面積Ｓとの和に等しくなるように設定された場合には、Ｂ＝Ａ＋Ｓの面積条件から数６式中のＰｃ（Ｂ−Ａ−Ｓ）項がゼロとなり、又、（Ｂ−Ｓ）＝Ａとなる。これらを数６式に代入して整理すると、次の数７式が得られる。
【００４６】
【数７】

数７式中、ｆ１，ｆ２及びＡは機械構成上予め定められた定数値と見ることができ、且つ電磁付勢力Ｆはコイル７７への通電量Ｉの関数であるから、数７式も前記数３式と同様の物理的意味を持つ。故に図５の構成に従う制御弁も、クランク圧Ｐｃに依存しない設定吸入圧可変型の抜き側制御弁として機能し、図２及び図３に示す制御弁と同様の作用及び効果を奏する。
【００４７】
○ 前記実施形態及び別例では、感圧部材としてベローズ６１を用いたが、これに代えてダイヤフラムが用いられてもよい。
○ この明細書でいう「斜板式圧縮機」とは、図１に示すようなワッブル型の圧縮機のみならず、斜板たるスワッシュプレートを備えた圧縮機をも含むものであり、傾斜したカムプレートによってピストンを往復動させる方式の圧縮機のすべてを意味するものである。
【００４８】
（前記請求項に記載した事項以外の技術的思想の要点）：
（イ）前記第１バネ機構をベローズ６１及び伸張バネ６２によって構成し、前記第２バネ機構をプランジャ７４、ソレノイドロッド７５及び付勢バネ７６によって構成すること。第１及び第２バネ機構により、通路室内において弁体を弁座に接離可能に弾性支持する弾性支持機構が構成される。（ロ）前記感圧部材はベローズであること。ベローズは伸縮変位の自由度が大きく、通路室内にあってクランク圧Ｐｃに感応して弁体に作用を及ぼす感圧部材として極めて適している。（ハ）弁体によるシール面積は通路室の吸入室側領域の口径面積に等しいこと。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述したように各請求項に記載の制御弁によれば、容量可変型圧縮機のクランク室の圧力（Ｐｃ）に影響されることなく、設定吸入圧を正確に設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に従う容量可変型斜板式圧縮機の縦断面図。
【図２】抜き側制御弁の縦断面図。
【図３】図２の制御弁についての力学関係の等価図。
【図４】感圧部材と弁体との連結構造の別例を示す要部断面図。
【図５】別例となる制御弁の力学関係の等価図。
【符号の説明】
３…クランク室、８…吸入室、９…吐出室、１７…回転斜板、１８…揺動斜板（１７，１８は斜板を構成する）、４０…クラッチ、５０…制御弁、５１…バルブハウジング、５３…弁室（通路室）、５３ａ…弁室の上部領域（クランク室側領域）、５３ｂ…弁室の下部領域（吸入室側領域）、５４…弁座部（弁座）、５５…弁孔、５６，５７…導入ポート，導出ポート、５８，５９…通路（５３，５６，５７，５８，５９は抽気通路を構成する）、６０…弁体、６１…ベローズ（感圧部材）、６２…伸張バネ（６１，６２は第１バネ機構を構成する）、７０…ソレノイド部、７３…ソレノイド室（ロッドの先端部と反対側の端部を収容する領域）、７４…可動鉄心（プランジャ）、７５…ソレノイドロッド（ロッド）、７６…付勢バネ（７４，７５，７６は第２バネ機構を構成する）、Ｐｃ…クランク圧、Ｐｓ…吸入圧。

Claims (5)

1. クランク室の内圧を制御することで吐出容量を変更可能な容量可変型圧縮機に用いる制御弁であって、
   前記圧縮機のクランク室と吸入室とを結ぶ抽気通路の一部となるようにバルブハウジング内に設けられた通路室と、
   前記通路室内に設けられて該通路室をクランク室側領域と吸入室側領域とに区分すると共に両者を連通する弁孔が形成された弁座と、
   前記通路室のクランク室側領域に配設されて前記弁座に離接可能な弁体と、
   前記通路室のクランク室側領域に配設されクランク室内圧に感応して変位可能であり、且つ、前記弁体に作動連結されて該弁体を弾性支持しながらそれを弁座に着座させる方向に常に付勢可能な感圧部材とを備えており、
   前記弁体が弁座に着座するときの当該弁体によるシール面積と、前記感圧部材の有効面積とが一致又は近似するように設定され、
   前記通路室の吸入室側領域において前記弁体に作動連結された先端部を有するロッドと、外部からの電気制御によって調節可能な電磁付勢力でもって前記弁体を弁座から離す方向に前記ロッドを付勢可能なソレノイド部とを更に備え、
   前記感圧部材は前記弁体を弁座に着座させる方向に付勢する第１バネ機構を構成すると共に、前記通路室の吸入室側領域の側には、前記弁体を弁座から離間させる方向に付勢する第２バネ機構が設けられており、前記第１バネ機構と前記第２バネ機構とによって前記弁体は弁座に対し接離可能に弾性支持され、
   前記第２バネ機構は、前記ソレノイド部の電磁付勢力が発生しないときに前記弁体を弁座から離間させる方向に付勢することを特徴とする容量可変型圧縮機の制御弁。
2. 前記ロッドの先端部と反対側の端部を収容する領域には、前記圧縮機の吸入室の圧力（Ｐｓ）が導かれ、且つ、前記弁体によるシール面積（Ｂ）は、前記感圧部材の有効面積（Ａ）に一致することを特徴とする請求項１に記載の容量可変型圧縮機の制御弁。
3. クランク室の内圧を制御することで吐出容量を変更可能な容量可変型圧縮機に用いる制御弁であって、
   前記圧縮機のクランク室と吸入室とを結ぶ抽気通路の一部となるようにバルブハウジング内に設けられた通路室と、
   前記通路室内に設けられて該通路室をクランク室側領域と吸入室側領域とに区分すると共に両者を連通する弁孔が形成された弁座と、
   前記通路室のクランク室側領域に配設されて前記弁座に離接可能な弁体と、
   前記通路室のクランク室側領域に配設されクランク室内圧に感応して変位可能であり、且つ、前記弁体に作動連結されて該弁体を弾性支持しながらそれを弁座に着座させる方向に常に付勢可能な感圧部材とを備えており、
   前記弁体が弁座に着座するときの当該弁体によるシール面積と、前記感圧部材の有効面積とが一致又は近似するように設定され、
   前記通路室の吸入室側領域において前記弁体に作動連結された先端部を有するロッドと、外部からの電気制御によって調節可能な電磁付勢力でもって前記弁体を弁座から離す方向に前記ロッドを付勢可能なソレノイド部とを更に備え、
   前記ロッドの先端部と反対側の端部を収容する領域には、前記圧縮機のクランク室の圧力（Ｐｃ）が導かれ、且つ、前記弁体によるシール面積（Ｂ）は、前記感圧部材の有効面積（Ａ）と前記ロッドの反対側端部における有効受圧面積（Ｓ）との和に一致することを特徴とする容量可変型圧縮機の制御弁。
4. 前記感圧部材は前記弁体を弁座に着座させる方向に付勢する第１バネ機構を構成すると共に、前記通路室の吸入室側領域の側には、前記弁体を弁座から離間させる方向に付勢する第２バネ機構が設けられており、前記第１バネ機構と前記第２バネ機構とによって前記弁体は弁座に対し接離可能に弾性支持されていることを特徴とする請求項３に記載の容量可変型圧縮機の制御弁。
5. 前記容量可変型圧縮機は、外部駆動源の動力を該圧縮機に選択的に伝達するためのクラッチを備えたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の容量可変型圧縮機の制御弁。

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