JP4429931B2 - 開度調整弁 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を順次接続して成る冷媒回路に使用され、蒸発器出口から圧縮機吸入室に至る冷媒回路の開度を、冷媒流量の増減に応じて増減させる開度調整弁に関するものである。

圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を順次接続して成る空調装置に使用され、蒸発器出口から圧縮機吸入室に至る冷媒回路の開度を、冷媒流量の増減に応じて増減させる開度調整弁であって、弁体が着座する弁座を挟んで配設された入口開口と出口開口とを有し、出口開口面積は弁体が弁座に着座している時に零よりも大きな最小面積になる開度調整弁が特許文献１に開示されている。
特許文献１の開度調整弁は、空調装置を流れる冷媒の低流量時に、圧縮機吸入弁の自励振動に起因する吸入圧力脈動が、蒸発器出口から圧縮機吸入室に至る冷媒回路を通り蒸発器に伝播して騒音を発生させるのを、蒸発器出口から圧縮機吸入室に至る冷媒回路の開度を絞ることにより防止すると共に、開度調整弁の弁体を弁座に着座させて開度調整弁の弁体の自励振動を防止し、当該自励振動に起因する吸入圧力脈動をも防止するものである。
特開２００１−２８９１７７

文献１の開度調整弁においては、出口開口は略矩形に形成されている。従って、図４に破線で示すように、横軸に弁体のリフト量を縦軸に出口開口面積を取った座標上で、弁体のリフト量の増加と共に出口開口面積が最小面積から直線的に増加する。この場合、出口開口の最小面積が小さいと、微小リフト領域において、弁体のリフトに伴う出口開口面積の増分と出口開口の最小面積との比（面積の増分／最小面積）が大になる。この結果、弁体が離座して僅かにリフトすると、出口開口面積が急増して、蒸発器出口側から弁体に加わる圧力（一次圧）と圧縮機吸入室側から弁体に加わる圧力（二次圧）との差が急減し、バネに付勢されて弁体が直ちに着座する。弁体が着座すると出口開口面積が急減して弁体に加わる一次圧と二次圧との差が急増し、弁体が直ちに離座する。弁体の離座と着座とが繰り返されて弁体が自励振動し、吸入圧力脈動を引き起こし、当該脈動が空調装置の蒸発器へ伝播して騒音を引き起こす。従って、文献１の開度調整弁では出口開口の最小面積を余り小さくすることができず、低流量時に蒸発器出口から圧縮機吸入室に至る冷媒回路の開度をあまり絞ることができず、圧縮機吸入弁の自励振動に起因する吸入圧力脈動の蒸発器への伝播を効果的に防止することができない。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を順次接続して成る空調装置に使用され、蒸発器出口から圧縮機吸入室に至る冷媒回路の開度を、冷媒流量の増減に応じて増減させる開度調整弁であって、弁体が着座する弁座を挟んで配設された入口開口と出口開口とを有し、出口開口面積は弁体が弁座に着座している時に零よりも大きな最小面積になる開度調整弁において、低流量時に圧縮機吸入弁の自励振動に起因する吸入圧力脈動の蒸発器への伝播を効果的に防止できると共に、自らの弁体の自励振動も防止できる開度調整弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を順次接続して成る空調装置に使用され、蒸発器出口から圧縮機吸入室に至る冷媒回路の開度を、冷媒流量の増減に応じて増減させる開度調整弁であって、弁体が着座する弁座を挟んで配設された入口開口と出口開口とを有し、出口開口面積は弁体が弁座に着座している時に零よりも大きな最小面積になる開度調整弁において、弁体のリフト量を横軸に出口開口面積を縦軸に取った座標上において、弁体リフト量の増加と共に下に凸の曲線を描いて出口開口面積が最小面積から増加するように、出口開口の形状が設定され、前記最小面積が、空調装置を流れる冷媒の低流量時に、弁座から離座した弁体の自励振動を防止できる値に設定されていることを特徴とする開度調整弁を提供する。

本発明に係る開度調整弁においては、弁体のリフト量を横軸に出口開口面積を縦軸に取った座標上において、弁体リフト量の増加と共に下に凸の曲線を描いて出口開口面積が最小面積から増加する。この場合、出口開口の最小面積が小さくても、微小リフト領域において、弁体のリフトに伴う出口開口面積の増分と出口開口の最小面積との比（面積の増分／最小面積）は大にならない。従って、弁体が離座して僅かにリフトした時に、出口開口面積は最小面積から急増せず、弁体に加わる一次圧と二次圧との差は急減せず、バネに付勢されても弁体は着座せず、あるリフト位置に保持される。従って、低流量時に弁体の離座と着座とは繰り返されず、弁体は自励振動せず、吸入圧力脈動を引き起こさず、騒音を引き起こさない。従って、空調装置を流れる冷媒の低流量時に、弁座から離座した開度調整弁の弁体が自励振動を起こさない値まで出口開口の最小面積を小さくした場合、本発明に係る開度調整弁においては、当該最小面積を従来に比べて小さくすることができ、ひいては、圧縮機吸入弁の自励振動に起因する吸入圧脈動が圧縮機外に伝播するのを効果的に防止できる値まで、出口開口の最小面積を小さくすることができる。

本発明の好ましい態様においては、出口開口は、一つの頂点を弁座方向へ差し向けた三角形である。

出口開口が、一つの頂点を弁座方向へ差し向けた三角形であれば、弁済が離座すると、弁体のリフト量を横軸に出口開口面積を縦軸に取った座標上において、弁体リフト量の増加と共に下に凸の曲線を描いて出口開口面積が最小面積から増加する。

本発明の好ましい態様においては、開度調整弁は、入口開口と弁座とが形成された環状の弁座部と、側壁に出口開口が形成された有底筒状のケース部と、ケース部に摺動可能に内嵌合する弁体と、ケース部内に収容され弁体を弁座へ向けて付勢するバネとを備える。
上記開度調整弁は、構成が単純であり、製造コストが安価である。

本発明においては、請求項１乃至３の何れか１項に記載の開度調整弁を、吸入ポートと吸入室との接続部に備えることを特徴とする可変容量圧縮機を提供する。
可変容量圧縮機は、吐出容量が小さい低流量域で運転される場合があるので、本発明に係る開度調整弁の吸入圧力脈動低減効果が期待できる。

本発明に係る開度調整弁においては、弁体のリフト量を横軸に出口開口面積を縦軸に取った座標上において、弁体リフト量の増加と共に下に凸の曲線を描いて出口開口面積が最小面積から増加する。この場合、出口開口の最小面積が小さくても、微小リフト領域において、弁体のリフトに伴う出口開口面積の増分と出口開口の最小面積との比（面積の増分／最小面積）は大にならない。従って、弁体が離座して僅かにリフトした時に、出口開口面積は最小面積から急増せず、弁体に加わる一次圧と二次圧との差は急減せず、バネに付勢されても弁体は着座せず、あるリフト位置に保持される。従って、低流量時に弁体の離座と着座とは繰り返されず、弁体は自励振動せず、吸入圧力脈動を引き起こさず、騒音を引き起こさない。従って、本発明に係る開度調整弁においては、出口開口の最小面積を小さくすることができ、低流量時に蒸発器出口から圧縮機吸入室に至る冷媒回路の開度を十分絞ることができ、圧縮機吸入弁の自励振動に起因する吸入圧力脈動の蒸発器への伝播を効果的に防止することができる。

車載空調装置の冷媒回路に使用された本発明の実施例に係る開度調整弁を説明する。

図１に示すように、可変容量型斜板式圧縮機Ａは、主軸１０と、主軸１０に固定されたローター１１と、傾角可変に主軸１０に支持された斜板１２とを備えている。斜板１２は、斜板１２の傾角変動を許容するリンク機構１３を介してローター１１に連結され、ローター１１ひいては主軸１０に同期して回転する。
斜板１２の周縁部に摺接する一対のシュー１４を介してピストン１５が斜板１２に係留されている。ピストン１５は、シリンダブロック１６に形成されたシリンダボア１６ａに挿入されている。
周方向に互いに間隔を隔てて、複数のピストン１５が配設されている。

主軸１０、ローター１１、斜板１２を収容するクランク室１７を、シリンダブロック１６と協働して形成する皿状のフロントハウジング１８が配設されている。主軸１０は、フロントハウジング１８を貫通して外部へ延びている。主軸１０のフロントハウジング貫通部を密封する軸封部材１９が配設されている。
主軸１０の先端部に固定されたプーリー２０が図示しないベルトを介して、図示しない車両エンジンに連結されている。

吸入室２１と吐出室２２とを形成するシリンダヘッド２３が配設されている。吸入室２１は吸入ポート２４を介して、車載空調装置の図示しない蒸発器に接続している。吐出室２２は図示しない吐出ポートを介して、車載空調装置の図示しない凝縮器に接続している。凝縮器は膨張機構を介して蒸発器に接続している。
シリンダブロック１６とシリンダヘッド２３との間にボア１６ａに連通する吸入穴２５ａと吐出穴２５ｂとが形成された弁板２５が配設されている。リード弁形式の吸入弁２６と吐出弁２７とが弁板２５に装着されている。
弁板２５に形成されたオリフィス孔２５ａを介して、クランク室１７と吸入室２１とが連通している。

フロントハウジング１８、シリンダブロック１６、弁板２５、シリンダヘッド２３は、主軸１０を中心とする円周に沿って互いに間隔を隔てて配設された複数の通しボルト２８により一体に締結されている

吐出室２２に隣接してシリンダヘッド２３に形成された凹部２９に、可変容量斜板式圧縮機Ａの吐出容量を制御する吐出容量制御弁Ｂが嵌合固定されている。
車載空調装置の蒸発器から吸入ポート２４と吸入室２１と吸入穴２５ａと吸入弁２６とを通ってシリンダボア１６ａに冷媒ガスが吸引され、シリンダボア１６ａから吐出穴２５ｂと吐出弁２７と吐出室２２と吐出ポートとを通って車載空調装置の凝縮器へ冷媒ガスが吐出する。吐出容量制御弁Ｂの作動により、吐出室２２内高圧冷媒ガスのクランク室１７への導入が切り入りされ、クランク室１７の内圧が可変制御されて斜板１２の傾角が可変制御されて、可変容量斜板式圧縮機Ａの吐出容量が可変制御される。

開度調整弁３０が、吸入ポート２４と吸入室２１との接続部に配設されている。開度調整弁３０はシリンダヘッド２３内に収容されており、開度調整弁３０を装着してもシリンダヘッド２３の周側面は径方向外方へ局部的に突出しない。
図２、３に示すように、開度調整弁３０は、入口開口３１ａと弁座３１ｂとが形成された円環状の弁座部材３１と、周側壁に複数の出口開口３２ａが形成された有底円筒状のケース部材３２と、ケース部材３２に摺動可能に内嵌合する有底円筒状の弁体３３と、ケース部材３２に収容され弁体３３を弁座３１ｂへ向けて付勢するバネ３４とを備えている。弁体３３は、吸入ポート２４側から弁体３３に印加される圧力（一次圧）と吸入室２１側から弁体３３に印加される圧力（二次圧）との差圧に応じてケース部材３２内を周側壁に沿って軸線方向へ移動する。前記差圧が大きいと弁体３３のリフト量が増加し、前記差圧が小さいと弁体３３のリフト量が減少する。

ケース部材３２は樹脂成形されており、開口端部が弁座部材３１に係合固定されている。出口開口３２ａは入口開口３１ａに直交する方向へ差し向けられている。出口開口３２ａは一つの頂点を弁座３１ｂの方向へ差し向けた略三角形に形成されている。ケース部材３２の底壁に小穴３２ｂが形成されている。小穴３２ｂの面積は、弁体３３の外周面とケース部材３２の周側壁内周面との間の円環状隙間の面積よりも小さな値に設定されている。
弁座部材３１には止着部３１ｃが形成されており、止着部３１ｃがシリンダヘッド２３に形成された被止着部２３ａに圧入されて開度調整弁３０がシリンダヘッド２３に固定されている。

図２から分かるように、弁体３３が弁座３１ｂに着座した状態では、出口開口３２ａは前記一つの頂点近傍の微小三角形３２ａ’となり、開口面積は零よりも大きな最小値となる。図３から分かるように、弁体３３が弁座３１ｂから離座すると、弁体３３のリフト量に応じて出口開口３２ａの底辺長が連続的に増加し、出口開口３２ａは微小三角形３２ａ’から相似拡大した拡大三角形３２ａ”となる。この結果、図４に実線で示すように、出口開口３２ａの開口面積は、横軸に弁体３３のリフト量を縦軸に出口開口３２ａの開口面積を取った座標上で、弁体３３のリフト量の増加と共に下に凸の曲線を描いて最小面積から増加する。

開度調整弁３０においては、空調装置を流れる冷媒の流量が少なく、弁体３３の前後差圧（一次圧と二次圧との差圧）が小さい時には、バネ３４の付勢力を受けた弁体３３が弁座３１ｂに着座して出口開口３２ａの開口面積が最小値になり、空調装置を流れる冷媒の流量が増加し、弁体３３の前後差圧が増加すると弁体３３が弁座３１ｂから離座して出口開口３２ａの開口面積が最小値から増加する。
従って開度調整弁３０は、空調装置を流れる冷媒の低流量時に、圧縮機吸入弁２６の自励振動に起因する吸入圧力脈動が、空調装置の蒸発器出口から吸入ポート２４を通って圧縮機吸入室２１に至る冷媒回路を通り蒸発器に伝播して騒音を発生させるのを、蒸発器出口から吸入ポート２４を通って圧縮機吸入室２１に至る冷媒回路の開度を絞ることにより防止すると共に、開度調整弁３０の弁体３３を弁座３１ｂに着座させて弁体３３の自励振動を防止し、当該自励振動に起因する吸入圧力脈動をも防止するものである。

開度調整弁３０においては、前述の如く、弁体３３のリフト量を横軸に出口開口３２ａの開口面積を縦軸に取った座標上において、弁体３３のリフト量の増加と共に下に凸の曲線を描いて出口開口３２ａの開口面積が最小面積から増加する。この場合、図４から分かるように、出口開口３２ａの最小開口面積が小さくても、微小リフト領域において、弁体３３のリフトに伴う出口開口３２ａの開口面積の増分と出口開口３２ａの最小開口面積との比（開口面積の増分／最小開口面積）は大にならない。従って、弁体３３が弁座３１ｂから離座して僅かにリフトした時に、出口開口３２ａの開口面積は最小開口面積から急増せず、弁体３３に加わる一次圧と二次圧との差は急減せず、バネ３４に付勢されても弁体３３は弁座３１ｂに着座せず、あるリフト位置に保持される。従って、低流量時に弁体３３の離座と着座とは繰り返されず、弁体３３は自励振動せず、吸入圧力脈動を引き起こさず、騒音を引き起こさない。従って、開度調整弁３０においては、出口開口３２ａの最小開口面積を小さくすることができ、低流量時に蒸発器出口から圧縮機吸入室２１に至る冷媒回路の開度を十分絞ることができ、圧縮機吸入弁２６の自励振動に起因する吸入圧力脈動の蒸発器への伝播を効果的に防止することができる。

出口開口３２ａが、一つの頂点を弁座３１ｂの方向へ差し向けた三角形であれば、弁体３３が離座すると、弁体３３のリフト量を横軸に出口開口３２ａの開口面積を縦軸に取った座標上において、弁体３３のリフト量の増加と共に下に凸の曲線を描いて、出口開口３２ａの開口面積が最小開口面積から増加する。従って、一つの頂点を弁座３１ｂの方向へ差し向けた三角形は、開度調整弁３０の出口開口として好適である。

入口開口３１ａと弁座３１ｂとが形成された円環状の弁座部材３１と、周側壁に出口開口３２ａが形成された有底円筒状のケース部材３２と、ケース部材３２に摺動可能に内嵌合する弁体３３と、ケース部材３２内に収容され弁体３３を弁座３１ｂへ向けて付勢するバネ３４とにより構成される開度調整弁３０は、構成が単純であり、製造コストが安価である。

ケース部材３２の底壁に弁体３３の外周面とケース部材３２の側壁内周面との間の環状隙間の面積よりも小さい面積を有する小穴３２ｂを形成することにより、ケース部材３２の内部空間を、当該空間内の冷媒ガスを作動流体としたダンパーとして利用し、弁体３３の自励振動を更に効果的に防止することができる。ケース部材３２の側壁の底壁近傍部位であって、弁体３３に覆われない部位に小穴３２ｂを形成しても良い。

開度調整弁３０を圧縮機Ａのシリンダヘッド２３に内蔵することにより、吸入弁２６の自励振動に起因する吸入圧力脈動の吸入側冷媒回路への伝播を防止し、当該脈動が吸入側冷媒回路へ与える悪影響を防止することができる。開度調整弁３０の収容部はシリンダヘッド２３から径方向へ局部的に突出しないので、圧縮機Ａを車両エンジンルーム等へ装着する際の作業性が向上する。

可変容量圧縮機Ａは、吐出容量が小さい低流量域で運転される場合があるので、開度調整弁３０の吸入圧力脈動低減効果が期待できる。

出口開口３２ａは、弁体３３のリフト量を横軸に出口開口３２ａの開口面積を縦軸に取った座標上において、弁体３３のリフト量の増加と共に下に凸の曲線を描いて、開口面積が最小開口面積から増加するものであれば良い。従って、出口開口３２ａの形状は、図５（ａ）〜（ｅ）に示すような変形の三角形や、図５（ｆ）に示すような五角形であっても良い。

本発明に係る開度調整弁は、低流量時に自励振動を起こす可能性のある吸入弁を備える種々の圧縮機に広く利用可能である。

本発明の実施例に係る開度調整弁を備える可変容量斜板式圧縮機の断面図である。 本発明の実施例に係る開度調整弁の断面図である。 本発明の実施例に係る開度調整弁の断面図である。 弁体のリフト量と出口開口の開口面積との相関線を示す図である。 出口開口の変形例を示す図である。

符号の説明

Ａ 可変容量斜板式圧縮機
Ｂ 吐出容量制御弁
２１ 吸入室
２４ 吸入ポート
２６ 吸入弁
３０ 開度調整弁
３１ 弁座部材
３２ ケース部材
３３ 弁体
３４ バネ

Claims (4)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器を順次接続して成る空調装置に使用され、蒸発器出口から圧縮機吸入室に至る冷媒回路の開度を、冷媒流量の増減に応じて増減させる開度調整弁であって、弁体が着座する弁座を挟んで配設された入口開口と出口開口とを有し、出口開口面積は弁体が弁座に着座している時に零よりも大きな最小面積になる開度調整弁において、弁体のリフト量を横軸に出口開口面積を縦軸に取った座標上において、弁体リフト量の増加と共に下に凸の曲線を描いて出口開口面積が最小面積から増加するように、出口開口の形状が設定され、前記最小面積が、空調装置を流れる冷媒の低流量時に、弁座から離座した弁体の自励振動を防止できる値に設定されていることを特徴とする開度調整弁。
2. 出口開口は、一つの頂点を弁座方向へ差し向けた三角形であることを特徴とする請求項１に記載の開度調整弁。
3. 入口開口と弁座とが形成された環状の弁座部と、側壁に出口開口が形成された有底筒状のケース部と、ケース部に摺動可能に内嵌合する弁体と、ケース部内に収容され弁体を弁座へ向けて付勢するバネとを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の開度調整弁。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の開度調整弁を、吸入ポートと吸入室との接続部に備えることを特徴とする可変容量圧縮機。

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