JP4326601B2

JP4326601B2 - パイロット式電磁弁

Info

Publication number: JP4326601B2
Application number: JP00098697A
Authority: JP
Inventors: 正幸今井; 俊樹沖井
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 1997-01-07
Filing date: 1997-01-07
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: JPH10196838A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、パイロット式電磁弁に係り、特に、空調機の冷凍サイクル等において膨張弁とエバポレータとの間に介装するのに好適なパイロット式電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のパイロット式電磁弁の従来例を図６（弁閉時の全体断面図）及び図７（弁開時の要部拡大断面図）に示す。図示例のパイロット式電磁弁２は、車載用空調機等における膨張弁とエバポレータとの間に介装されるもので、流体として液・ガス混合状態の冷媒が流入するようになっており、弁部５と、該弁部５に螺着されたフランジ３１付きの管状取付台３０と、この管状取付台３０を介して前記弁部５に取付固定されたヨーク１３、コイル１４，ステータ１５、止めネジ１７、案内スリーブ２１、ゴム製パッキン１９、等からなる概略有底円筒状のソレノイド３と、を備えている。なお、３５は気密用のパッキンであり、図６では電源コードは省略している。
【０００３】
前記弁部５における前記管状取付台３０の下側には弁室１０が形成されるとともに、該弁室１０の中央に段付き円筒状の弁シート１１が突設され、前記弁室１０に冷媒流入口８が開口せしめられるとともに、前記弁シート１１を介して冷媒流出口９が開口せしめられている。
【０００４】
前記ソレノイド３の案内スリーブ２１内には、前端部に円錐状のパイロット弁体２５が下向きに突設されたプランジャ２０が摺動自在に嵌挿されており、このプランジャ２０は、それと前記ステータ１５との間に縮装された主コイルスプリング２３により常時弁シート１１側（下側）に付勢されている。
【０００５】
そして、前記プランジャ２０と前記弁シート１１との間に、それらに対して接離可能な状態、つまり、前記管状取付台３０内を上下方向に摺動自在な状態で主弁体４０が配置されており、この主弁体４０と前記プランジャ２０との間に、容積（最小容積）Ｓ' のパイロット室７が形成されている。
【０００６】
前記主弁体４０は、円柱状の基体部４１とそれに外嵌固定された筒状外周部４２とからなっており、その基体部４１の中央部にはそれを縦貫するように、前記パイロット室７と前記冷媒流出口９とを選択的に連通・遮断すべく、前記プランジャ２０に突設された補助弁体２５により開閉せしめられるパイロットオリフィス４５が穿孔されている。
また、前記主弁体４０の筒状外周部４２には、前記パイロット室７と前記弁室１０とを連通させる均圧穴４３が形成されている。
【０００７】
なお、上記したパイロット式電磁弁２は、前記主弁体４０とプランジャ２０との間に形成されたパイロット室７の容積Ｓ' は６０ｍｍ³〜７０ｍｍ³程度とされ、ＪＩＳＢ８６１９Ａの性能試験方法で求められる冷媒の流量特性、例えば、公称３．４９ｋｗ（３０００ｋｃｌ／ｈ）、最大６．７４ｋｗ（５８００ｋｃｌ／ｈ）の膨張弁の下流に配置される。
このような構成のパイロット式電磁弁２においては、ソレノイド３を通電励磁してそれをＯＮ状態にすると、プランジャ２０が主コイルスプリング２３の付勢力に抗してステータ１５側（上側）に引き上げられ、パイロット弁体２５が主弁体４０から離れてパイロットオリフィス４５を開く。
【０００８】
これにより、主弁体４０とプランジャ２０との間に形成されたパイロット室７の冷媒がパイロットオリフィス４５を通じて冷媒流出口９に排出されてパイロット室７の圧力が低下し、パイロット室７の圧力が冷媒流入口８及び弁室１０の圧力より小さくなり（冷媒流入口８及び弁室１０の圧力＞パイロット室７の圧力≧冷媒流出口９の圧力）、主弁体４０は、図７に示される如くに、パイロット室７の圧力と弁室１０の圧力との差圧によって上方にリフトせしめられて弁シート１１から離間し、開弁状態となる。
この開弁状態では、冷媒流入口８から弁室１０に流入した冷媒が主弁体４０と弁シート１１との間を通って冷媒流出口９に流出する。
【０００９】
一方、ソレノイド３への通電励磁を解除してそれをＯＦＦ状態にすると、プランジャ２０が主コイルスプリング２３の付勢力によって弁シート１１側（下側）に押し下げられ、補助弁体２５が主弁体４０に圧接してパイロットオリフィス４５を閉じ、均圧穴４３及び主弁体４０と管状取付台３０内周面とのクリアランスを通じてパイロット室に流入する圧力により主弁体４０が弁シート１１側に押し下げられられてそれに圧接せしめられ、閉弁状態となる。
この閉弁状態では、弁室１１と冷媒流出口９との間が遮断され、冷媒の流出が阻止される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した如くの構成のパイロット式電磁弁を実際に車載用空調機等における膨張弁とエバポレータとの間に組み込んで使用すると、異音が発生することがあった。
即ち、本願の発明者等は、前記異音について研究を重ねたところ、以下に述べる如くの究明結果を得た。
【００１１】
（ａ）前記した従来のパイロット式電磁弁２を、特に、膨張弁に近接して設置したときにおいて、前記弁容量のものでは、１．１６〜２．３３ｋｗ（１０００〜２０００ｋｃｌ／ｈ）の近辺で不快な異音が発生しやすい。
【００１２】
（ｂ）パイロット式電磁弁においては、入出流体がフロン系冷媒等のように、液状態からガス化するときに急激な膨張作用を伴う場合、パイロット室の圧力が断続的に変化するため、主弁体が振動し、異音が発生しやすい。
【００１３】
（ｃ）前記冷媒のような急激な膨張作用を伴わない流体が入出せしめられる場合には、通常、ソレノイド３がＯＮ状態の開弁時には、前記したように、冷媒流入口８及び弁室１０の圧力＞パイロット室７の圧力≧冷媒流出口９の圧力、となり、主弁体４０は正常にリフトし、流体は流れ続け、主弁体４０が振動したり異音が発生したりすることはない。
【００１４】
（ｄ）前記冷媒のような液・ガス混合状態の流体が弁室４３に流入すると、その流体の一部は、均圧穴４５→パイロット室７→パイロットオリフィス４５→流出口９へと流れる。この場合、パイロット室７の圧力は、流出口９の圧力に近似しているため、前記液・ガス混合状態の流体のうちの液状の部分が、前記パイロット室７に流入すると、それが該パイロット室７で膨張し、その体積が増加した分、主弁体４０は弁シート１１側へ押されることとなる。
【００１５】
（ｅ）それに対し、前記液・ガス混合状態の流体のうちのガス化した部分がパイロット室７に流入すると、膨張作用が発生しないため、冷媒流入口８及び弁室１０の圧力＞パイロット室７の圧力≧冷媒流出口９の圧力、となり、主弁体４０は弁シート１１から離れる方向に動く。
【００１６】
（ｆ）入出流体が液・ガス混合状態の場合、その不連続な流れの中で、前記（ｄ）と（ｅ）とに記述した現象（液状部分は膨張、ガス化部分はそのまま）が瞬間的に繰り返されることから、主弁体４０が振動し、異音が発生する。
【００１７】
（ｇ）前記現象が発生すると、主弁体４０の摺動面（外周面）が短時間で摩耗するため、主弁体４０と管状取付台３０内周面との間のクリアランスが拡大し、この部分からもパイロット室７に冷媒が流れ込み、パイロット室７への冷媒流入量が増大するとともに、主弁体４０の径方向の移動量も増すことから、主弁体４０はさらに振動しやすくなり、異音が増大することとなる。
【００１８】
（ｈ）前記（ｆ）及び（ｇ）の現象は、相乗効果をもたらし、主弁体４０をより一層激しく振動させるので、異音が増幅せしめられる。
【００１９】
本発明は、かかる本発明者等の研究結果、並びに、それに基づく実験に立脚した、前述の如き問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、大きな改造を施すことを要しないで、異音の発生を防止できるパイロット式電磁弁を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明のパイロット式電磁弁は、空調機の冷凍サイクルにおける冷媒の流量が公称３．４９ｋｗ（３０００ｋｃｌ／ｈ）、最大６．７４ｋｗ（５８００ｋｃｌ／ｈ）の膨張弁とエバポレータとの間に介装されるパイロット式電磁弁であって、弁室、冷媒の流入口と流出口、及び弁シートを有する弁部と、一方の端部にパイロット弁体が設けられたプランジャと、該プランジャを進退させるべくその外周に配置されたソレノイドと、前記プランジャと前記弁シートとの間にそれらに対して接離可能な状態で配置された主弁体と、該主弁体と前記プランジャとの間に形成されるパイロット室と、前記主弁体に形成され、前記パイロット室と前記流出口とを選択的に連通・遮断すべく前記パイロット弁体により開閉せしめられるパイロットオリフィスと、前記パイロット室と前記弁室とを連通させる均圧穴とを備え、前記流入口又は前記流出口における冷媒圧力が実質的に２ｋg f ／ｃm ²Ｇ〜３ｋg f ／ｃm ²Ｇであって、前記パイロット室の容積は、３０ｍｍ³以上で４０ｍｍ³以下に設定されていることを特徴としている。
【００２１】
なお、パイロット室の容積を従来のものより小さくするには、例えばプランジャの長さを従来のものより長くしたり、主弁体の長さを従来のものより長くすること等によりなされる。
【００２２】
このような構成とされた本発明に係るパイロット式電磁弁においては、パイロット室の容積が従来のものに比して大幅に縮小されるので、パイロット室に液・ガス混合状態の流体が流入しても、該流体はパイロット室では殆ど膨張せず、膨張しても主弁体を弁シート側に押す力は小さくなる。
【００２３】
そのため、入出流体が液・ガス混合状態のものであっても、主弁体の振動が抑えられ、異音の発生が効果的に防止される。また、従来のものに対して大きな改造は必要ないので、コストアップには殆どつながらないという利点も得られる。
本発明のパイロット式電磁弁では、前記主弁体を前記プランジャ側に付勢するコイルスプリング等の補助付勢手段が配設される。
【００２４】
即ち、弁室、流入口、流出口、及び弁シートを有する弁部と、前端部にパイロット弁体が設けられたプランジャと、該プランジャを進退させるべくその外周に配置されたソレノイドと、前記プランジャと前記弁シートとの間にそれらに対して接離可能な状態で配置された主弁体とを備え、前記主弁体に、該主弁体と前記プランジャとの間に形成されるパイロット室と前記流出口とを選択的に連通・遮断すべく、前記パイロット弁体により開閉せしめられるパイロットオリフィスが形成されるとともに、前記パイロット室と前記弁室とを連通させる均圧穴が形成されてなるパイロット式電磁弁において、上記主弁体を上記プランジャ側に付勢する付勢手段を具備したことを特徴とする。
【００２５】
このように補助付勢手段を配設することにより、該補助付勢手段が主弁体を弁シートから離れる方向、言い換えれば全開方向に付勢するので、パイロット室に流入した液・ガス混合状態の流体が膨張しても、主弁体が押し下げられ難くなり、その結果、主弁体の振動がより確実に抑えられ、異音の発生が一層効果的に防止される。
【００２６】
さらに、本発明のパイロット式電磁弁では、弁室、流入口、流出口、及び弁シートを有する弁部と、前端部にパイロット弁体が設けられたプランジャと、該プランジャを進退させるべくその外周に配置されたソレノイドと、前記プランジャと前記弁シートとの間にそれらに対して接離可能な状態で配置された主弁体とを備え、前記主弁体に、該主弁体と前記プランジャとの間に形成されるパイロット室と前記流出口とを選択的に連通・遮断すべく、前記パイロット弁体により開閉せしめられるパイロットオリフィスが形成されるとともに、前記パイロット室と前記弁室とを連通させる均圧穴が形成されてなるパイロット式電磁弁において、上記均圧穴の入口側にストッパを設けたことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１及び図２は、本発明に係るパイロット式電磁弁の一実施形態を示し、図１はその弁閉時の全体断面図、図２は弁開時の要部拡大断面図である。図示実施形態のパイロット式電磁弁１は、基本的には、前記した図６及び図７に示される従来のパイロット式電磁弁２と同様な構成を有しており、従来のものの各部に対応する部分には同一の符号を付して説明する。
【００２８】
本実施形態のパイロット式電磁弁１も、車載用空調機等における膨張弁とエバポレータとの間に介装されるもので、流体として液・ガス混合状態の冷媒が流入するようになっており、弁部５と、該弁部５に螺着されたフランジ３１付きの管状取付台３０と、この管状取付台３０を介して前記弁部５に取付固定されたヨーク１３、コイル１４，ステータ１５、止めネジ１７、電源コード１８、案内スリーブ２１、ゴム製パッキン１９、等からなる概略有底円筒状のソレノイド３と、を備えている。
【００２９】
前記弁部５における前記管状取付台３０の下側には弁室１０が形成されるとともに、該弁室１０の中央に段付き円筒状の弁シート１１が突設され、前記弁室１０に冷媒流入口８が開口せしめられるとともに、前記弁シート１１を介して冷媒流出口９が開口せしめられている。
【００３０】
前記ソレノイド３の案内スリーブ２１内には、前端部に円錐状の補助弁体２５が下向きに突設されたプランジャ２０が摺動自在に嵌挿されており、このプランジャ２０は、それと前記ステータ１５との間に縮装された主コイルスプリング２３により常時弁シート１１側（下側）に付勢されている。
【００３１】
そして、前記プランジャ２０と前記弁シート１１との間に、それらに対して接離可能な状態、つまり、前記管状取付台３０内を上下方向に摺動自在な状態で主弁体４０が配置されており、この主弁体４０と前記プランジャ２０との間に、容積（最小容積）がＳのパイロット室７が形成されている。ここで、本実施形態においては、前記主弁体４０の長さが図６及び図７に示される従来のものより長くされており、前記パイロット室７の容積Ｓが、前記した図６及び図７に示される従来のパイロット式電磁弁２におけるパイロット室７の容積Ｓ' の約半分乃至１／３程度、具体的には、３０ｍｍ³〜４０ｍｍ³の範囲内に設定されている。
【００３２】
前記主弁体４０は、円柱状の基体部４１とそれに外嵌固定された段部４２ａ付きの筒状外周部４２とからなっており、その基体部４１の中央部にはそれを縦貫するように、前記パイロット室７と前記冷媒流出口９とを選択的に連通・遮断すべく、前記プランジャ２０に突設された補助弁体２５により開閉せしめられるパイロットオリフィス４５が穿孔されている。
また、前記主弁体４０の筒状外周部４２には、前記パイロット室７と前記弁室１０とを連通させる均圧穴４３が形成されている。
【００３３】
そして、前記管状取付台３０の下端内周側の均圧穴４３の冷媒流入口には邪魔板としても作用する縦断面がＬ字状で全体が円環状のストッパ５２が固着されており、このストッパ５２と前記主弁体４０の外周部４２に形成された段部４２ａとの間に、前記主弁体４０を前記プランジャ２０側に付勢する付勢手段としてのコイルスプリング５０が介装されている。
【００３４】
なお、本実施形態のパイロット式電磁弁１は、前記した従来のパイロット式電磁弁２と同様に、ＪＩＳＢ８６１９Ａの性能試験方法で求められる冷媒の流量特性、例えば、公称３．４９ｋｗ（３０００ｋｃｌ／ｈ）、最大６．７４ｋｗ（５８００ｋｃｌ／ｈ）の膨張弁の下流に配置されて使用され、その弁容量、つまり、開弁状態で通過する冷媒の流量は、前記膨張弁の流量と同等で、冷媒流出口９の圧力が概ね２ｋg f ／ｃm ²Ｇ〜３ｋg f ／ｃm ² Ｇで使用される。
このような構成の本実施形態のパイロット式電磁弁１においては、ソレノイド３を通電励磁してそれをＯＮ状態にすると、プランジャ２０が主コイルスプリング２３の付勢力に抗してステータ１５側（上側）に引き上げられ、パイロット弁体２５が主弁体４０から離れてパイロットオリフィス４５を開く。
【００３５】
これにより、主弁体４０とプランジャ２０との間に形成されたパイロット室７の冷媒がパイロットオリフィス４５を通じて冷媒流出口９に排出されてパイロット室７の圧力が低下し、パイロット室７の圧力が冷媒流入口８及び弁室１０の圧力より小さくなり（冷媒流入口８及び弁室１０の圧力＞パイロット室７の圧力≧冷媒流出口９の圧力）、主弁体４０は、図２に示される如くに、パイロット室７の圧力と弁室１０の圧力との差圧によって上方にリフトせしめられて弁シート１１から離間し、開弁状態となる。
この開弁状態では、冷媒流入口８から弁室１０に流入した冷媒が主弁体４０と弁シート１１との間を通って冷媒流出口９に流出する。
【００３６】
一方、ソレノイド３への通電励磁を解除してそれをＯＦＦ状態にすると、プランジャ２０が主コイルスプリング２３の付勢力によって弁シート１１側（下側）に押し下げられ、補助弁体２５が主弁体４０に圧接してパイロットオリフィス４５を閉じるとともに、主弁体４０が弁シート１１側に押し下げられられてそれに圧接せしめられ、閉弁状態となる。
この閉弁状態では、弁室１１と冷媒流出口９との間が遮断され、冷媒の流出が阻止される。なお、前記弁室１０に流入した冷媒の一部は均圧穴４３を通じてパイロット室７に流入する。
【００３７】
そして、本実施形態のパイロット式電磁弁１においては、前記のように、閉弁時におけるパイロット室７の容積Ｓが従来のパイロット室７の容積Ｓ' の約半分乃至１／３程度とされているので、パイロット室７に液・ガス混合状態の冷媒が流入しても、該冷媒はパイロット室では殆ど膨張せず、膨張しても主弁体４０を弁シート１１側に押す力は小さくなる。
そのため、入出流体が液・ガス混合状態の冷媒であっても、主弁体４０の振動が抑えられ、異音の発生が効果的に防止される。
【００３８】
また、本発明に係るパイロット式電磁弁では、図１の実施形態に示すように前記主弁体４０を前記プランジャ２０側に付勢する補助付勢手段としての補助コイルスプリング５０が配設されているので、該補助コイルスプリング５０が主弁体４０を弁シート１１から離れる方向、言い換えれば全開方向に付勢するので、パイロット室７に流入した液・ガス混合状態の冷媒が膨張しても、主弁体４０が押し下げられ難くなり、その結果、主弁体４０の振動がより確実に抑えられ、異音の発生が一層効果的に防止される。さらに、本発明に係るパイロット式電磁弁では、図１の実施形態に示すように均圧孔４３の冷媒流入口に設けたストッパ５２により、冷媒流入口より流入した冷媒が主弁体４０に直接当たらないようにしているので、主弁体４０の振動が抑制され、異音の発生を低減せしめることができる。
【００３９】
図３及び図４は、本発明に係るパイロット式電磁弁の他の実施形態を示しており、図３に示されるパイロット式電磁弁１は、プランジャ２０の長さを長くすることにより、パイロット室７の容積Ｓを従来のものより小さくしたものであり、図４に示されるパイロット式電磁弁１は、主弁体４０の長さを長くすることにより、パイロット室７の容積Ｓを従来のものより小さくしたものであり、両方とも補助付勢手段（補助コイルスプリング５０）は配設されていないが、前記実施形態のものと略同様な作用効果が得られる。
【００４０】
また、従来のものに対して大きな改造は必要ないので、コストアップには殆どつながらないという利点も得られる。
上記の如くの作用効果を確認すべく、パイロット室７の容積が異なる何種類かのパイロット式電磁弁を試作して、従来のパイロット式電磁弁２との比較実験を行ったところ、図５に示される如くの実験結果が得られた。
【００４１】
すなわち、図５は、横軸に従来のパイロット式電磁弁２におけるパイロット室７の容積Ｓ' を１００として各パイロット式電磁弁のパイロット室の容積比（パーセント表示）をとり、縦軸に冷媒流出口９における圧力（ｋg f ／ｃm ²Ｇ）をとって表したもので、図の曲線Ｋより左側及び上側の領域Ｐが異音が発生しなかった領域を示している。この図５から、パイロット室７の容積を従来のものの半分（５０パーセント）以下にすることより、異音の発生が防止されることが理解されよう。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明に係るパイロット式電磁弁は、パイロット室の容積を可及的に小さくすることで、大きな改造を施すことを要さず異音の発生を確実に防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパイロット式電磁弁の一実施形態の閉弁状態での全体断面図。
【図２】図１に示されるパイロット式電磁弁の開弁状態での要部拡大断面図。
【図３】本発明に係るパイロット式電磁弁の他の実施形態を示す要部拡大断面図。
【図４】本発明に係るパイロット式電磁弁の他の別の実施形態を示す要部拡大断面図。
【図５】本発明のパイロット式電磁弁の作用効果を確認すべく行った比較実験結果を示すグラフ。
【図６】従来のパイロット式電磁弁の一例の閉弁状態での全体断面図。
【図７】従来のパイロット式電磁弁の一例の開弁状態での要部拡大断面図。
【符号の説明】
１パイロット式電磁弁
３ソレノイド
５弁部
７パイロット室
８冷媒流入口
９冷媒流出口
１０弁室
１１弁シート
２０プランジャ
３０管状取付台
４０主弁体
４３均圧穴
４５パイロットオリフィス
Ｓパイロット室の容積

Claims

空調機の冷凍サイクルにおいて、冷媒の流量が公称３．４９ｋｗ（３０００ｋｃｌ／ｈ）、最大６．７４ｋｗ（５８００ｋｃｌ／ｈ）の膨張弁とエバポレータとの間に介装されるパイロット式電磁弁であって、
弁室、前記冷媒の流入口と流出口、及び弁シートを有する弁部と、一方の端部にパイロット弁体が設けられたプランジャと、該プランジャを進退させるべくその外周に配置されたソレノイドと、前記プランジャと前記弁シートとの間にそれらに対して接離可能な状態で配置された主弁体と、該主弁体と前記プランジャとの間に形成されるパイロット室と、前記主弁体に形成され、前記パイロット室と前記流出口とを選択的に連通・遮断すべく前記パイロット弁体により開閉せしめられるパイロットオリフィスと、前記パイロット室と前記弁室とを連通させる均圧穴とを備え、
前記流入口又は前記流出口における冷媒圧力が実質的に２ｋg f ／ｃm ²Ｇ〜３ｋg f ／ｃm ²Ｇであって、前記パイロット室の容積は、３０ｍｍ³以上で４０ｍｍ³以下に設定されていることを特徴とするパイロット式電磁弁。