JP4352087B2 - 可変容量圧縮機の容量制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、容量制御弁に関する。特に、車両、自動車等の空調装置に使用する可変容量圧縮機の容量制御弁に関する。

従来の技術としては、米国特許第４６０６７０５号明細書、実開昭６４ー２７４８７号公報等がある。

従来の容量制御弁は、例えば、前記特許明細書である図４に示すように、ベローズ２は吸入室圧力を感知し、吸入室圧力に応答して、クランク室から吸入室に至る通路の開度を調整する第１の弁機構４、そして吐出室からクランク室に至る通路の開度を調整する第２の弁機構１１を連動して開閉制御する、いわゆる内部制御タイプの圧力制御弁構造をベースに、さらにベローズ２の下部に電磁アクチェーターを配置し、電磁力が第１の弁機構に作用するように構成したものである。
したがって図５に示すように、電磁アクチェーターへの通電量によりベローズ弁の動作点、つまり吸入室圧力制御点を変化させることが可能となる。

米国特許第４６０６７０５号明細書 実開昭６４−２７４８７号公報

従来の構造では、第２の弁機構の弁体が、吐出室圧力を受ける構造となっているため、図５に示すように、電磁アクチェーターの通電量が一定でも吐出室圧力により吸入室圧力制御点が変化してしまう。
つまり通電量に対して、吸入室圧力制御点が―義的に決まらず、最適な吐出容量制御を行わせるための制御方法が複雑になるという問題がある。

また従来の構造では制御吸入室圧力に上限があり、例えば、図５では３.７kg/cm^２Ｇ以上の吸入室圧力で制御させることができない。

通常の車両走行時では吸入室圧力は２kg/cm^２Ｇ前後に制御されている場合が多いが、車両加速時等にこの状態から吐出容量を減少させようとする場合、吐出容量が減少して、吸入室圧力が３.７kg/cm^２Ｇまで上昇すると、この圧力を維持するように吐出容量制御され、運転条件によっては、最小容量が維持できない場合が発生し、車両の走行性能に重大な影響を与えかねない。

本発明は、上記問題に着目し、電磁アクチェーターへの通電量に対して吸入室圧力制御点が一義的に決まるようにし、かつ強制的に最小容量に維持できることを目的としたものである。

本発明は、上記課題を解決する為に、吐出室、吸入室及びクランク室を備え、クランク室圧力を調整することによりピストンストロークを制御する可変容量圧縮機の容量制御弁において、吸入室圧力またはクランク室圧力を感知する感圧部材の伸縮に応答して開閉され、吐出室からクランク室に至る通路の開度を調整する弁機構と、前記弁機構の実質的な開度を調整する外力付勢機構を備え、前記弁体は前記弁座に対して、線接触で当接し、かつ前記弁体の側面は弁ケーシングに可動に支持され、前記弁体の側面と前記弁ケーシング側の挿入部との間隙は極小となるように設定され、前記弁体と弁座との接点と前記弁体の側面とが軸方向の同一線上に並んでおり、前記弁体の弁座との当接側のクランク室圧力を受ける受圧面積と反対側のクランク室圧力または吸入室圧力の背圧を受ける受圧面積とが等しく調整されている可変容量圧縮機の容量制御弁を提供するものである。
更に、前記弁座は平面状に形成され、前記弁座はテーパ形状とすることで可変容量圧縮機の容量制御弁の応答性を改善するものである。

本発明は、前記弁座は平面状に形成され、前記弁体の弁座との当接側はテーパ形状である可変容量圧縮機の容量制御弁を提供する。

本発明は、上記の構成によって以下のような効果が期待できる。

本発明の弁機構の弁体の弁座との当接側と反対側の面の受圧面積を調整し、弁体の開閉方向へ作用する吐出室圧力を実質的に排除したため、吐出室圧力に影響しない安定した吸入室圧力制御特性が得られる。
特に弁体と弁座が線接触で当接し、さらに弁体と弁座との接点と弁体の側面とが軸方向の同一線上に並んでいる構造としたため、一層吐出室圧力の影響を受けない安定した吸入圧力制御特性が得られる。

従って、車両や自動車用の空調用として適用すれば、常時最小容量が維持されるために、過分な負荷を与えずに安定した自動車の走行が保証される。

本発明の実施の形態を、図を参照して、実施例に基づき説明する。
本発明の容量制御弁は、図１に示すように、主な部分は、弁機構と電磁コイル機構からなる。

第１の弁機構は、弁ケーシング１と、この弁ケーシング１内に配設され、内部を真空にして、ばねを配置し、クランク室圧力を受圧するベローズ２と、このベローズ２に固着され、クランク室と吸入室との連通路３を開閉する弁体と、該弁体４をバイパスする固定絞り５と、ベローズ２の図中下端を受け、弁ケーシング１に可動可能なように支持されたガイド６と、このガイド６を図中上方に付勢するばね７と、ベローズ２の伸縮量を調整し、弁ケーシング１の一部を構成する調整ネジ８を設けている。

これに対して、本発明の弁機構である、第２の弁体１１及び関連機構が次のように構成されている。

第１の弁体４の図中上端に当接して、弁ケーシング１に可動可能なように支持された伝達ロッド９と、この伝達ロッド９の他端に当接し、ベローズ２の伸縮に応じて、吐出室とクランク室との連通路を開閉する第２の弁体１１が設けられる。

図１で、１０１が吐出室と連通する連通路、１０２がクランク室と連通する連通路である。

電磁コイル機構では、電磁コイル１４は、第２の弁体１１の上に設けられ、第２の弁体１１をプランジャ１２及び伝達ロッド１３を介して閉弁方向に付勢する電磁力を発生させる。

尚第２の弁体１１の側面１１ａは、弁ケーシング１に可動可能なように支持され、かつ側面１１ａと弁ケーシング１側の挿入部との隙間は極小となるように設定されている。

また第２の弁体１１の弁座との当接面１１ｂとの反対側の面１１ｃは、導圧路１５によってクランク室圧力を受圧するように構成され、弁座との当接面１１ｂ側のクランク室圧力受圧面積と反対側の面１１ｃのクランク室圧力受圧面積を調整し、第２の弁体１１の開閉方向に作用する吐出室圧力の力を排除している。

クランク室圧力の背圧を受ける面１１cに働く圧力Ｐｋと面積Ａｂ、当接面１１bの圧力Ｐｋと面積Ａｋとして、Ｐｋ×Ａｋ＝Ｐｋ×Ａｂ
となるように面積を調整し打ち消し合わせる。そこで、クランク室圧による弁への影響はなくなる。又弁体は、前記弁座に対して線接触又は線接触に近い状態で当接しているのは、上記のように当該面積を調整し打ち消し合わせるのに対し、設定が容易となるためである。

更に、第２の弁体１１の弁座との当接面１１ｂ側の形状は、図６のようになっており、吐出圧力Ｐｄは、弁体の上下でお互いに打ち消し合うので、吐出室圧の影響は、少ないか又はなくすことができる。

この場合に、 この場合に、第２の弁体１１の下方の接点は、上方から下方へ向かう圧力と下方から上に向かう圧力が釣り合うように、図で云えば、接点と上方の圧力の作用点は、当然同じ線上に並んでいるのが好ましい。すなわち、弁体と弁座との接点と、弁体の側面とが軸方向の同一線上に並んでいることにより、弁体の弁開閉方向への吐出室圧力の影響を実質的に排除できる。もし、接点が内側にずれれば、弁体は弁開閉方向への吐出室圧力の影響を受けることになる（例えば、弁座が面接触の場合が考えられる）。

このため第１の弁体４及び第２の弁体１１は、実質的に吸入室圧力と電磁力に応答して動作するようになる。

なお、上記の例では、クランク室圧を用いたが、吸入室圧であっても、平衡を保つだけであるので構わない。

尚第２の弁体１１が閉弁しているとき、第１の弁体４は開弁しており、第１の弁体４が閉じる方向に移動すると第２の弁体１１は開弁し、弁開度が増加するように構成されている。
また、固定絞り５の開度は第２の弁体１１の最大開度より充分小さく設定されている。

次に図１ａ、図１ｂ及び図２を参照して容量制御弁の動作について説明する。

電磁コイル１４に通電しない状態では、電磁力は発生しないため、圧カバランス状態では第２の弁体１１を閉弁方向に付勢する力は無く、またバランス圧力が高い場合ベローズ２は収縮するが、ばね７によって、図中上方に付勢されているため、第１の弁体４は、閉弁し、かつ第２の弁体１１は最大開度で開弁している（図１ｂ）。

この状態で圧縮機を起動した場合、第１の弁体４が閉じているため、クランク室ガスは固定絞り５を介してのみ吸入室に流れることが可能であるが、固定絞り５の開度は、第２の弁体１１の最大開度より充分小さいため、吐出室ガスの供給過剰となり、この結果クランク室と吸入室との圧力差が増加し最小容量に維持される。この時クランク室と吸入室との圧力差は１kg/cm^２以下になるように設定されている。

尚、ばね７の付勢力は小さく、また最小容量状態において第１の弁体４を閉じる方向に作用するクランク室と吸入室との圧力差も１kg/cm^２以下と小さいため、例えば電磁コイル１４への微小通電量ｉｏＡ以上の電流領域では、第２の弁体１１は閉弁し第１の弁体４は開弁することが可能である。

例えば、圧力が６kg/cm^２Ｇでバランスしている状態から圧縮機を起動し、吸入室圧力が２kg/cm^２Ｇになるように、電磁コイル１４への通電量を調整すると(電流値ｉ３Ａ)、第２の弁体１１は閉弁し、かつ第１の弁体４は開弁する。これによりクランク室圧力が低下し吸入室圧力と同等になるため、圧縮機は最大容量に維持され、吸入室圧力が徐々に低下する。

吸入室圧力が低下するに従いベローズ２が伸長し、ガイド６の図中下端が調整ネジ８に当接するため(図１ａ)、ばね７の機能が消失する。
この時、第２の弁体１１に作用するクランク室圧力による力は面１１ｂ側と面１１c側で相殺され、吐出室圧力は第２の弁体１１の軸方向には作用しないため、第１の弁体４及び第２の弁体１１は、電磁力とベローズ２に作用する吸入室圧力に応じて開閉制御される。

つまり、吸入室圧力が２kg/cm^２Ｇまで低下すると、ベローズ２が、伸長し、第１の弁体４が閉じる方向に動作し、かつ第２の弁体１１が開く方向に動作するため、吐出室ガスがクランク室に導入され、また連通路３の開度が減少するため、クランク室と吸入室との圧力差が増大し吐出容量が減少する。

これにより、吸入室圧力が上昇すると、ベローズ２が収縮して第１の弁体４が開く方向に動作し、かつ第２の弁体１１が閉じる方向に動作するため、クランク室に導入される吐出室ガス量が滅少し、また連通路３の開度が増大するため、クランク室と吸入室との圧力差が滅少し吐出容量が増加する。

このようにして、吸入室圧力が所定値になるように第１の弁体４および第２の弁体１１の開度が調整され、吐出容量が制御される。
したがって、図２に示すように電流値により実質的に吸入室圧力制御点が−義的に決まる。

尚この状態から電流値をゼロにすると、ベローズ２が伸長して、第１の弁体４が全閉となり、かつ第２の弁体１１が全開となるため、クランク室と吸入室との圧力差が著しく増加し瞬時に最小容量に移行する。
これにより吸入室圧力が上昇し（図５で３.５kg/cm^２Ｇ以上）、ベローズ２が収縮するような状態になっても、ベローズ２は、ばね７により図中上方に付勢されているため、第１の弁体４は閉弁し、かつ第２の弁体１１は開弁状態を維持する。
これにより電流値ゼロの場合、常時最小容量に維持される。

図３は本発明の他の実施例である。
図１の実施例では、ベローズを図中上方に押し上げるばね７で、第１の弁体４が閉じるように構成されているが、図３の実施例では、第１の弁体４は、ベローズ２に固定されたガイド６に可動可能なように支持され、第１の弁体４とベローズ２の間にばね７を介在させ、第１の弁体４が閉じるように構成されたものである。

その他の構成は同じであって、これにより、図１の実施例と最小容量の維持に関して、同じ効果が得られる。本発明は可変容量圧縮機用として、その他の種々の形式のものに適用可能である。

本発明の可変容量圧縮機の容量制御弁の１実施例を示す。 図１の実施例の圧力制御特性を示す。 本発明の可変容量圧縮機の容量制御弁の他の実施例を示す。 従来の可変容量圧縮機の容量制御弁の構成を示す。 従来の容量制御弁の圧力制御特性を示す。 図１における実施例の第２の弁体にかかる圧力の関係を示す。

符号の説明

１ 弁ケーシング
２ ベローズ
３ 連通路（クランク室から吸入室）
４ 第１の弁体
５ 固定絞り
６ ガイド
７ ばね
８ 調整ネジ
９ 伝達ロッド
１０１ 連通路（吐出室）
１０２ 連通路（クランク室）
１１ 第２の弁体（本願発明の弁体）
１１ａ 側面
１１ｂ 当接面
１１ｃ 反対側の面
１２ プランジャ
１３ 伝達ロッド
１４ 電磁コイル
１５ 導圧路

Claims (2)

1. 吐出室、吸入室及びクランク室を備え、クランク室圧力を調整することによりピストンストロークを制御する可変容量圧縮機の容量制御弁において、吸入室圧力またはクランク室圧力を感知する感圧部材の伸縮に応答して開閉され、吐出室からクランク室に至る通路の開度を調整する弁機構と、前記弁機構の実質的な開度を調整する外力付勢機構を備え、前記弁体は前記弁座に対して、線接触で当接し、かつ前記弁体の側面は弁ケーシングに可動に支持され、前記弁体の側面と前記弁ケーシング側の挿入部との間隙は極小となるように設定され、前記弁体と弁座との接点と前記弁体の側面とが軸方向の同一線上に並んでおり、前記弁体の弁座との当接側のクランク室圧力を受ける受圧面積と反対側のクランク室圧力または吸入室圧力の背圧を受ける受圧面積とが等しく調整されていることを特徴とする可変容量圧縮機の容量制御弁。
2. 前記弁座は平面状に形成され、前記弁体の弁座との当接側はテーパ形状であることを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。

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