JP4521484B2 - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、可変容量圧縮機用制御弁に関し、特に可変容量圧縮機に装着されて吐出される冷媒の流量を一定に制御することができる可変容量圧縮機用制御弁に関する。

自動車用空調装置の冷凍サイクル中で冷媒を圧縮するために用いられる圧縮機は、エンジンを駆動源としているので、回転数制御を行うことができない。そこで、エンジンの回転数に制約されることなく適切な冷房能力を得るために、冷媒の容量（吐出量）を変えることができる可変容量圧縮機が用いられている。

このような可変容量圧縮機においては、エンジンによって回転駆動される軸に取り付けられた揺動板（斜板）にピストンが連結され、クランク室内で揺動板の傾斜角度を変えながら回転させることによってピストンのストロークを変更して、圧縮機の容量、すなわち冷媒の吐出量を変えるようにしている。

揺動板の傾斜角度を変更するには、密閉されたクランク室内に圧縮された冷媒の一部を導入し、クランク室内の圧力を変化させることによって、揺動板に連結されたピストンの両面に加わる圧力の釣り合いを変化させて、揺動板の傾斜角度を連続的に変えている。

クランク室内の圧力の変化は、冷媒の吐出口とクランク室との間、またはクランク室と吸入口との間に設けられた可変容量圧縮機用制御弁により行っている。この可変容量圧縮機用制御弁は、その前後差圧を所定の圧力値に保つように連通または閉塞させるように制御するものであって、具体的には外部から可変容量圧縮機用制御弁の制御電流値を変化させることによって、差圧を所定の圧力値に設定することができるようになっている。これにより、エンジンの回転数が上昇したときには、クランク室に導入される圧力が増加して圧縮できる冷媒の容量を小さくし、回転数が低下したときには、クランク室に導入される圧力が減少して圧縮できる冷媒の容量を大きくして、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の容量が一定に保たれるようにしている。

このような可変容量圧縮機の容量を制御する方法の１つとして、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の流量が一定になるように制御する可変容量圧縮機用制御弁が知られている。吐出される冷媒の流量は、冷媒が通過する流路の断面積とその流路の前後の差圧とから決定することができる。したがって、流量を一定に制御するには、流路断面積および前後差圧の一方を固定値とし、他方を可変制御すればよい。

その一例として、可変容量圧縮機から吐出された冷媒が通過する流路の流路断面積を外部から供給される信号によって自由に設定することができる第１の制御弁と、その第１の制御弁の前後の差圧が所定値になるように吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御する第２の制御弁とを備えた可変容量圧縮機用制御弁が公知である（たとえば、特許文献１参照。）。

この可変容量圧縮機用制御弁は、吐出された冷媒を通過させる第１の制御弁に対して、ソレノイド部が外部信号を受けて流路断面積を直接可変させ、第２の制御弁がその第１の制御弁の前後の差圧が所定値になるようにクランク室内の圧力を制御している。第１の制御弁によってある流路断面積に設定された流路の前後差圧が第２の制御弁によって所定値に保持されることにより、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の流量は、一定に制御されることになる。

その第１の制御弁は、高圧の冷媒が大量に通過する流路の断面積を直接可変するよう構成され、その断面積可変の制御をソレノイド部が行うようにしている。このため、特に、冷媒を二酸化炭素のような自然冷媒を使用した冷凍サイクルでは、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の圧力は、その臨界点を超える高圧になることから、ソレノイド部は、その駆動力を十分に確保することによって制御性の安定化を図ることができる。

このような構成に対して、ソレノイドの駆動力を小さくすることが可能な可変容量圧縮機用制御弁を本出願人により出願している（特願２００４−１９６２３０）。この可変容量圧縮機用制御弁は、可変容量圧縮機から吐出された冷媒が通過したときの流量に応じた第１弁リフトに設定される逆止弁構造の主弁と、外部信号によって第２弁リフトが設定され、設定された第２弁リフトに対する第１弁リフトとの相対的な変化量に応じて吐出室からクランク室へ流す冷媒の流量を制御するソレノイド弁とを備えている。この構成では、高圧の冷媒が大量に通過する流路の断面積を主弁が直接可変するのではなく、ソレノイド弁が主弁よりも小さな弁部を持った弁部を駆動するよう構成されているので、ソレノイドの駆動力を小さくすることが可能になっている。これにより、制御動作時においては、主弁は、冷媒の流量に応じた第１弁リフトに設定され、ソレノイド弁は、設定したい冷媒流量に対応した第２弁リフトに設定される。ここで、冷媒の吐出流量が増加すると、第１弁リフトが大きくなることで第２弁リフトとの相対値が大きくなって、クランク室へ導入される冷媒流量が増加し、その結果、可変容量圧縮機の吐出容量が低下されて、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の流量が減少させられる。逆に、吐出流量が減少したとき、可変容量圧縮機は、その吐出容量を増やすように制御される。したがって、可変容量圧縮機用制御弁は、主弁が検出した吐出流量の変化に基づいてソレノイド弁がその変化方向と逆の方向に吐出流量が変化するようクランク室の圧力を制御しているので、主弁を通過して可変容量圧縮機から吐出される冷媒の流量を一定に保つことができる。
特開２００４−１１６３４９号公報

この主弁とソレノイド弁とを備えた可変容量圧縮機用制御弁は、主弁とソレノイド弁とが同一軸線上に配置され、主弁とソレノイド弁との間に吐出室から吐出された冷媒を導入し、その冷媒を、一方では、主弁を介して可変容量圧縮機の出口へ流し、他方は、ソレノイド弁を介して可変容量圧縮機のクランク室へ流すように構成されている。ソレノイド弁は、ボディによって弁体が軸線方向に進退自在に支持され、ソレノイドによって第２弁リフトに設定されていて、第２弁リフトと主弁に冷媒が流れることによって設定された第１弁リフトとの相対値に応じた流量の冷媒をクランク室へ流す構成になっている。つまり、ソレノイド弁は、その冷媒の入口が吐出室に連通され、出口がクランク室に連通されていて、それら入口と出口との間には、ボディに開閉動作方向に進退自在に支持された弁体が配置されている。このため、可変容量圧縮機がたとえば起動直後のように最大容量運転にあるとき、ソレノイド弁は全閉状態になるが、弁体とこれを支持しているボディとの間にはクリアランスが存在しているため、吐出室から導入された冷媒がそのクリアランスを介してクランク室に不可避的に漏れてしまう。クランク室の圧力は、可変容量圧縮機の吐出容量を直接的に決めるものであるので、クランク室へのこのような冷媒漏れは、可変容量圧縮機の容量制御の正確さを損ねてしまうという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、制御に影響するような冷媒漏れのない可変容量圧縮機用制御弁を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の流量を一定に制御する可変容量圧縮機用制御弁において、前記可変容量圧縮機の吐出室に接続される第１ポートと前記可変容量圧縮機の出口ポートに接続される第２ポートとの間を連通させる冷媒主通路に形成された弁座と、前記弁座より下流側にて閉弁方向に付勢された状態で前記弁座に対して接離自在に配置された弁体とを有する逆止弁構成の主弁と、前記主弁と同軸上に配置され、中空部を有して一方の開口端が前記吐出室に接続される前記第１ポートに開口され他方の開口端が前記可変容量圧縮機のクランク室に接続される第３ポートに開口されていてソレノイドにより前記主弁と同一軸線方向に駆動される筒状部材を有し、前記主弁の前記弁体から軸線方向に延出された延出部の前記筒状部材の端面に対向する端面が可動弁座または可動弁体として機能するとともに前記筒状部材と協動して弁部を構成するソレノイド弁と、を備え、前記ソレノイド弁は、前記第１ポートと前記第３ポートとの間に設けられて前記筒状部材とこれを軸線方向に進退可能に保持しているボディとの間のクリアランスを前記可変容量圧縮機の吸入室へ連通させる第４ポートを有していることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁が提供される。

このような可変容量圧縮機用制御弁によれば、ソレノイド弁の筒状部材の両端が開口している第１ポートと第３ポートとの間に第４ポートを設け、筒状部材とこれを軸線方向に進退可能に保持しているボディとの間のクリアランスを介して第１ポートから漏れる冷媒を第４ポートに流すように構成した。これにより、第１ポートから第３ポートへ流す冷媒の流量を制御しているソレノイド弁において、筒状部材とボディとの間のクリアランスを介して第１ポートから漏れた冷媒は、第３ポートに流れていくことなく途中で第４ポートに捕らえられ、その捕らえられた冷媒は、吸入室へ流れていくことになる。したがって、第３ポートが接続されて可変容量圧縮機の吐出容量を直接的に決めるクランク室に対して冷媒漏れが発生しないので、クランク室内の圧力が変化することがなくなり、可変容量圧縮機の容量制御を正確に行うことができる。

本発明の可変容量圧縮機用制御弁は、ソレノイドによって軸線方向に駆動される筒状部材がボディに保持されているソレノイド弁において、吐出室に接続される第１ポートとクランク室に接続される第３ポートとの間に吸入室に接続される第４ポートを設けて、吐出室からの冷媒が筒状部材とボディとの間のクリアランスを介してクランク室へ漏れようとするのを吸入室へ漏らすように構成したので、冷媒漏れによるクランク室の圧力変動がなくなり、可変容量圧縮機の容量制御を正確に行うことができるという利点がある。

また、本発明の可変容量圧縮機用制御弁は、ソレノイド弁が吐出室からの冷媒を導入する第５ポートを、主弁が吐出室からの冷媒を導入する第１ポートとは独立して設けるように構成したので、その第５ポートに可変容量圧縮機に内蔵された油分離器の出口に接続して潤滑油を多く含む冷媒を導入することが可能である。これにより、第５ポートに導入された潤滑油は、筒状部材とボディとの間のクリアランスをシールすることができ、そのクリアランスにおける冷媒漏れを十分に減らすことができる。

さらに、主弁は、吐出室の吐出圧力と可変容量圧縮機の出口ポートの吐出圧力との差圧を感知して動作するものであるので、ソレノイド弁の一部として機能する弁体には、ソレノイド弁によって制御された圧力を受けてしまうことから、そのような圧力を弁体が感知しないよう弁体にはこれを軸線方向に貫通した貫通孔を形成し、その貫通孔に弁体に対して軸線方向に進退自在なシャフトを挿置し、そのシャフトにソレノイド弁によって制御された圧力を受圧させるようにしているが、本発明の可変容量圧縮機用制御弁は、主弁が逆止弁として機能するときに、シャフトと弁体とのクリアランスを可変容量圧縮機の出口ポートの吐出圧力によって閉止する可撓性薄膜を設けてある。これにより、可変容量圧縮機が容量制御を行っている状態から最少容量運転に移行して主弁が全閉状態になったとき、シャフトと弁体とのクリアランスを介して下流側から上流側へ逆流する冷媒漏れが発生しないので、下流側の圧力を最少容量運転に移行する前の高い圧力に維持しておくことができ、再度容量制御運転に移行するときの再起動時間を短縮することができる。

以下、本発明の実施の形態を、吐出される冷媒の流量が一定になるように制御する定流量制御式の可変容量圧縮機に適用される制御弁を例に図面を参照して詳細に説明する。
図１は可変容量圧縮機の概念的な構成を示す断面図である。

可変容量圧縮機は、気密に形成されたクランク室１を有し、中には回転自在に支持された回転軸２を有している。この回転軸２の一端は、図示しない軸封装置を介してクランク室１の外まで延びていて、車輌用エンジンから駆動力が伝達されるプーリ３が固定されている。回転軸２には、揺動板４が傾斜角可変に設けられている。回転軸２の軸線の回りには、複数（図示の例では１つ）のシリンダ５が配置されている。各シリンダ５には、揺動板４の回転運動を往復運動に変換するピストン６が配置されている。各シリンダ５は、それぞれ吸入用リリーフ弁７および吐出用リリーフ弁８を介して吸入室９および吐出室１０に接続されている。この吐出室１０とこれに連通するよう形成された出口ポート１１との間、および吐出室１０とクランク室１との間には、可変容量圧縮機用制御弁１２が設けられ、クランク室１と吸入室９との間には、オリフィス１３が設けられている。この可変容量圧縮機は、さらに、吐出室１０から可変容量圧縮機用制御弁１２へ連通する通路、および吸入室９から可変容量圧縮機用制御弁１２へ連通する図中破線で示した通路も有している。

この可変容量圧縮機は、その出口ポート１１が高圧冷媒管路を介して凝縮器１４に接続され、この凝縮器１４から膨脹弁１５、蒸発器１６および低圧冷媒管路を経由して吸入室９に連通するよう形成された入口ポートまで配管されることによって、閉回路の冷凍サイクルが構成されている。

以上の構成の可変容量圧縮機において、車輌用エンジンから駆動力が伝達されて回転軸２が回転すると、その回転軸２に設けられた揺動板４が回転しながら揺動する。すると、揺動板４の外周部に連結されたピストン６が回転軸２の軸線方向と平行な方向に往復運動し、これによって吸入室９における吸入圧力Ｐｓの冷媒がシリンダ５に吸入され、シリンダ５内で圧縮され、圧縮された吐出圧力Ｐｄｈの冷媒が吐出室１０へ吐出される。このとき、吐出室１０の高圧の冷媒は、可変容量圧縮機用制御弁１２を通るときに吐出圧力Ｐｄｌに減圧され、出口ポート１１から凝縮器１４へ送り出されるが、その一部の吐出圧力Ｐｄｈ２の冷媒は、可変容量圧縮機用制御弁１２を介してクランク室１へ導入される。これにより、クランク室１内の圧力Ｐｃが上昇し、ピストン６の下死点がシリンダ５内の圧力とクランク室１内の圧力Ｐｃとが釣り合う位置になるよう揺動板４の傾斜角が決められる。その後、クランク室１に導入された冷媒は、オリフィス１３を介して吸入室９に戻される。

可変容量圧縮機用制御弁１２は、吐出室１０から凝縮器１４へ送り出される冷媒の流量を検出し、その検出流量に応じた流量の冷媒をクランク室１に導入して、吐出室１０から凝縮器１４へ送り出される冷媒の流量が一定になるように制御する。すなわち、車輌用エンジンの回転数が上昇すると、吸入圧力Ｐｓが低下し、吐出圧力Ｐｄｈが上昇する。これによって、この可変容量圧縮機用制御弁１２を介して吐出室１０から凝縮器１４へ送り出される冷媒の流量が増加すると、それに伴ってクランク室１に導入される吐出圧力Ｐｄｈ２の冷媒の流量も増加するので、クランク室１内の圧力Ｐｃが上昇する。したがって、可変容量圧縮機は、揺動板４が回転軸２に対して直角になる方向に傾動してピストン６のストロークを小さくするので、シリンダ５の圧縮容量が減る方向に作用し、冷媒の吐出流量を減らすようにする。このように、エンジンの回転数が上昇して吐出される冷媒の流量が増加しようとしても、可変容量圧縮機用制御弁１２が冷媒流量の増加に応じてクランク室１へ導入する冷媒流量を増やし、クランク室１の圧力Ｐｃを増加させて、吐出容量を減少させるように制御するため、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の流量は、一定に制御されることになる。

逆に、車輌用エンジンの回転数が低下した場合は、可変容量圧縮機用制御弁１２を介して吐出室１０から凝縮器１４へ送り出される吐出圧力Ｐｄｌの冷媒の流量が減少するので、クランク室１に導入される吐出圧力Ｐｄｈ２の冷媒の流量も減少して、クランク室１内の圧力Ｐｃが低下するので、可変容量圧縮機は、冷媒の吐出容量が増加するよう制御されて、吐出される冷媒の流量が一定になるように制御される。

次に、可変容量圧縮機用容量制御弁の具体的な構成例について説明する。
図２は第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の具体的な構成を非通電時の状態で示す断面図である。なお、この図において、冷媒の通路を見やすくするため、部分的に省略し、簡略化して示してある。

可変容量圧縮機用制御弁１２は、主弁２０とソレノイド作動のソレノイド弁２１とを有し、主弁２０とソレノイド弁２１の弁部とは、ボディ２２内に収容されている。このボディ２２には、複数のポート２３，２４，２５，２６，２７が形成されている。ポート２３は、この可変容量圧縮機用制御弁１２を可変容量圧縮機への装着したときに、吐出室１０に連通されて吐出圧力Ｐｄｈの冷媒を導入する。ポート２４は、可変容量圧縮機の出口ポート１１に連通されて吐出圧力Ｐｄｌの冷媒を導出する。ポート２５は、吐出室１０に連通されるものであるが、可変容量圧縮機がその吐出室１０の下流側に油分離器を備えているタイプのものである場合には、その油分離器の出口における吐出圧力Ｐｄｈ２の冷媒を導入するようにする。ポート２６は、可変容量圧縮機の吸入室９に連通されてソレノイド弁２１の弁部を漏れた冷媒を吸入室９へ導出する。そして、ポート２７は、可変容量圧縮機のクランク室１に連通されて制御された圧力Ｐｃの冷媒を導出する。

ボディ２２の図の上部には、ポート２３とポート２４との間を内部で連通する冷媒主通路２８が形成されていて、その冷媒主通路２８には、主弁２０の弁座２９がボディ２２と一体に形成されている。この弁座２９の下流側には、弁座２９に対向して接離自在な弁体３０が配置されている。この弁体３０は、弁孔内に延出されていてその内壁を部分的に摺接することによって心決めを行うガイドが一体に形成され、さらに、ボディ２２の軸線方向に貫通孔を有し、その中に、ボディ２２の図の上端部に冠着されたホルダ３１に懸吊されているシャフト３２が挿入されている。弁体３０とホルダ３１との間には、スプリング３３が介挿され、弁体３０を閉弁方向に付勢していて、主弁２０は、逆止弁構造の構成となっている。シャフト３２は、また、その長手方向中央部に縮径部を有し、そこには、ゴムシートまたは樹脂フィルムのようなシール用薄膜３４が嵌め込まれている。このシール用薄膜３４は、主弁２０が全閉状態にあるときに、シャフト３２の縮径部における図の下方の段差面がスプリング３３を受けている弁体３０の面と同一平面になるように形成されているので、シャフト３２と弁体３０との間に形成されるクリアランスを跨いで塞ぐ役目をしており、スプリング３３によって弁体３０に押し付けられている。

ソレノイド弁２１は、主弁２０の弁体３０と一体に形成されていてポート２３を通過してポート２５に連通する空間まで延長された筒状体３５の下端面を可動弁座３６とし、その可動弁座３６に対して軸線方向に接離自在な筒状部材からなる筒状弁体３７を有し、この筒状弁体３７の弁リフトをソレノイドによって制御する構成にしている。筒状弁体３７は、両端がポート２５とポート２７とに開口するようにそれらの間においてボディ２２にその軸線方向に進退自在に保持され、ポート２５とポート２７との間の外周部は、ポート２６に連通されている。筒状弁体３７の下端部には、ばね受け部材３８が固着されており、そのばね受け部材３８を介して筒状弁体３７を可動弁座３６から離れる方向に付勢するようスプリング３９が設けられている。なお、筒状弁体３７は、その外径をシャフト３２の外径と同じにしてある。

ソレノイドは、上部にボディ２２が圧入により固着されたコア４０を有している。そのコア４０は、有底スリーブ４１の開口部に嵌合されている。有底スリーブ４１の中には、プランジャ４２が配置され、その両端面にはスプリング４３，４４が配置されている。プランジャ４２は、その軸線方向にコア４０を介して延びるシャフト４５が結合されており、シャフト４５の図の上端面は、筒状弁体３７に固着されたばね受け部材３８に当接されている。有底スリーブ４１の外側には、コイル４６が周設され、このコイル４６を囲撓するようにヨーク４７が設けられている。

ヨーク４７の外周の一部には、可変容量圧縮機へ螺着するためのねじ山４８が刻設されており、有底スリーブ４１のフランジには、ガスケット４９が設けられている。そして、各ポート２３，２４，２５，２６，２７の間には、Ｏリング５０，５１，５２，５３が設けられている。

以上の構成の可変容量圧縮機用制御弁１２において、図２に示したように、ソレノイドが非通電状態にあるとき、主弁２０は、スプリング３３によって弁体３０が弁座２９に着座されて全閉状態にあり、ソレノイド弁２１は、ソレノイド力が発生していないので、スプリング３９によって筒状弁体３７が弁体３０と一体の可動弁座３６から離れる方向に付勢されていて、全開状態になっている。

したがって、この状態で、車輌用エンジンから可変容量圧縮機に駆動力が伝達されて回転軸２が回転すると、可変容量圧縮機は、その回転軸２に設けられた揺動板４が回転しながら揺動運動する。すると、揺動板４の外周部に連結されたピストン６が往復運動し、これによって吸入室９の冷媒がシリンダ５に吸入されて圧縮され、圧縮された冷媒が吐出室１０へ吐出される。このとき、主弁２０は、全閉状態にあるので、吐出室１０へ吐出された冷媒は、ポート２５から導入され、全開状態のソレノイド弁２１を介してポート２７からクランク室１へ導出される。このため、可変容量圧縮機は最少容量の運転状態になる。主弁２０は、この最少容量で運転しているときの吐出圧力Ｐｄｈによる開弁方向の力よりもスプリング３３によって閉弁方向に作用する力を多少大きく設定してあるので、閉弁状態が維持されている。

次に、ソレノイドが通電されたときの動作について説明する。
図３は第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の通電直後の起動状態を示す断面図、図４は第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の容量制御状態を示す断面図である。

ソレノイドのコイル４６に所定の制御電流が供給されると、ソレノイド弁２１は、プランジャ４２がコア４０の方向に吸引されるので、プランジャ４２に固定されたシャフト４５が筒状弁体３７をスプリング３９の付勢力に抗して図の上方へ押し上げる。その筒状弁体３７は、図３に示したように、可動弁座３６に着座して停止する。これにより、ソレノイド弁２１は全閉状態になるので、クランク室１への冷媒導入がなくなるとともに、クランク室１の冷媒がオリフィス１３を介して吸入室９へ流れることにより、クランク室１の圧力Ｐｃが急激に低下して、可変容量圧縮機は、最少容量の運転から最大容量の運転へ向けて速やかに移行していくことになる。

吐出圧力Ｐｄｈが急増していって、この吐出圧力Ｐｄｈが主弁２０の下流側の吐出圧力Ｐｄｌよりも所定値以上に大きくなると、図４に示したように、ポート２３に導入された吐出圧力Ｐｄｈがスプリング３３の付勢力に抗して弁体３０を押し開け、吐出圧力Ｐｄｌとなってポート２４から導出する。これにより、主弁２０は、冷媒の流量に応じたリフト量だけ弁体３０がリフトされ、吐出される冷媒の流量に応じた流路断面積に設定されることになる。

このとき、ソレノイド弁２１は、主弁２０の弁体３０がリフトすることによって可動弁座３６が筒状弁体３７から離れることにより開弁する。これにより、ポート２５に導入された吐出圧力Ｐｄｈ２の冷媒が可動弁座３６と筒状弁体３７との隙間、筒状弁体３７の中空部を通ってポート２７から導出されるようになる。つまり、筒状弁体３７と弁体３０との間の隙間からそれらの相対位置の大きさに応じた冷媒流量が可変容量圧縮機のクランク室１へ導入されるようになる。その結果、クランク室１内の圧力Ｐｃが増加して吐出容量の増加率が抑えられるようになる。このように、主弁２０は、冷媒の流量に応じた弁リフトに設定され、ソレノイド弁２１は、外部信号（コイル４６への制御電流）に応じた弁リフトに設定され、最終的には、弁体３０がその前後の差圧を一定に保持するように弁リフト、すなわち流路断面積を自動調整することになるので、この可変容量圧縮機用制御弁１２は、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の流量を外部信号に応じた一定の流量に制御することになる。

なお、主弁２０において、弁体３０を貫通してシャフト３２が配置されていることにより、弁体３０には、その上流側から吐出圧力Ｐｄｈを受圧し、下流側から吐出圧力Ｐｄｌを受圧し、ソレノイド弁２１がクランク室１への流量を制御することによって筒状体３５の中が圧力Ｐｃになっていて、その圧力Ｐｃをシャフト３２が受圧している。これにより、弁体３０は、吐出圧力Ｐｄｈと吐出圧力Ｐｄｌとの差圧のみを感知し、筒状体３５の圧力Ｐｃを感知しないようにしている。

ここで、車輌用エンジンの回転数が上昇すると、吸入圧力Ｐｓが低下し、吐出圧力Ｐｄｈが上昇する。これによって、吐出室１０から吐出される冷媒の流量が増加すると、それに応じて主弁２０の弁体３０がさらにリフトして主弁２０の流路面積が増え、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の流量が増えようとする。弁体３０がさらにリフトすることで、ソレノイド弁２１の筒状弁体３７とその可動弁座３６との相対位置が大きくなり、クランク室１に導入される冷媒の流量が増加して、クランク室１内の圧力Ｐｃが上昇する。したがって、可変容量圧縮機は、その容量が減る方向に作用し、冷媒の吐出流量が増えないように制御される。

逆に、車輌用エンジンの回転数が低下した場合は、吐出室１０から吐出される冷媒の流量が減少し、クランク室１に導入される冷媒の流量も減少してクランク室１内の圧力Ｐｃが低下するので、可変容量圧縮機は、吐出容量が減少しないように方向に作用する。

このようにして、可変容量圧縮機用制御弁１２が常に、図４に示したようなバランスした位置を取るように作用することによって、エンジンの回転数が変動して吐出される冷媒の流量が変化しようとしても、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の流量の変化が小さくなる方向へ可変容量圧縮機が制御されるため、結局、可変容量圧縮機から吐出される冷媒の流量は、一定に制御されることになる。

可変容量圧縮機が可変容量制御を行っているとき、ソレノイド弁２１は、その筒状弁体３７が軸線方向に進退自在にボディ２２に保持されているため、その筒状弁体３７とボディ２２との間には所定のクリアランスが存在し、そのクリアランスを介して必ず冷媒漏れが発生する。しかしながら、この可変容量圧縮機用制御弁１２では、吐出圧力Ｐｄｈ２が導入されるポート２５と制御された圧力Ｐｃをクランク室１へ導出するポート２７との間に吸入室９へ連通するポート２６を設けてあるので、ポート２５に導入された吐出圧力Ｐｄｈ２の冷媒が筒状弁体３７とボディ２２との間のクリアランスを介して漏れたとしても、その冷媒は吸入室９へ流れていき、クランク室１へは流れていかない。したがって、可変容量圧縮機の吐出容量を直接的に決めるクランク室１に対して冷媒漏れが発生しないので、クランク室１内の圧力Ｐｃが変化することがなく、可変容量圧縮機の容量制御を正確に行うことができる。なお、制御された圧力Ｐｃを導出するポート２７と吸入圧力Ｐｓのポート２６との間においても、筒状弁体３７とボディ２２との間のクリアランスを介して冷媒漏れが発生するが、このクリアランスは、可変容量圧縮機内にてクランク室１と吸入室９との間に設けられているオリフィス１３よりは小さいので、可変容量圧縮機の容量制御に影響を与えることはなく、そのクリアランスを考慮してオリフィス１３の流路断面積を設定すれば、このクリアランスにおける冷媒漏れは、可変容量圧縮機の容量制御に影響を与えることはまったくなくなる。

さらに、油分離器を備えた可変容量圧縮機では、吐出圧力Ｐｄｈ２が導入されるポート２５は、油分離器の出口に接続される。この場合、油分離器を出た冷媒は、可変容量圧縮機の潤滑油を多量に含んでいて、その潤滑油を含んだ吐出圧力Ｐｄｈ２の冷媒がソレノイド弁２１に導入される。その潤滑油は、ソレノイド弁２１の筒状弁体３７とボディ２２との間のクリアランスをシールする働きをし、このクリアランスにおける冷媒漏れを実質的になくすことができる。

次に、可変容量圧縮機が可変容量制御を行っている状態から、ソレノイドが非通電状態になったときは、図２に示したように、ソレノイド弁２１が全開になって、可変容量圧縮機用制御弁１２は、可変容量圧縮機を最少容量の運転へ速やかに移行させる。

このとき、吐出室１０の吐出圧力Ｐｄｈと可変容量圧縮機の出口ポート１１の吐出圧力Ｐｄｌとの圧力関係が逆転して、上流側の吐出圧力Ｐｄｈが下流側の吐出圧力Ｐｄｌよりも小さくなって、その差圧により主弁２０は全閉状態になる。吐出圧力Ｐｄｈよりも高い吐出圧力Ｐｄｌによって主弁２０が全閉状態にあるときには、その吐出圧力Ｐｄｌがシール用薄膜３４をシャフト３２の縮径部における段差面と弁体３０の上面とに押し付けてシャフト３２と弁体３０との間のクリアランスを塞ぎ、そのクリアランスを介して逆流する冷媒漏れを防止することができる。なお、主弁２０が全閉状態にあるときに、シャフト３２の縮径部における図の下方の段差面が弁体３０の上面と同一平面になるように形成されているが、この主弁２０の構成要素の製造公差および組立公差により、縮径部の段差面は、弁体３０の上面と厳密に同一平面上になる保証はない。しかし、シャフト３２と弁体３０との間のクリアランスのシールを可撓性のシール用薄膜３４が行っているため、シャフト３２の縮径部の段差面と弁体３０の上面とのずれは、シール用薄膜３４によって吸収することができる。

図５は第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の具体的な構成を非通電時の状態で示す断面図である。なお、この図５において、図２に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁１２ａは、第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁１２がソレノイド弁２１によって制御された圧力Ｐｃの影響をまったく受けないよう主弁２０を構成したのに対して、圧力Ｐｃの影響を無視した構成の主弁２０としている。すなわち、主弁２０は、冷媒主通路２８に形成された弁座２９と、その下流側に配置された弁体３０とを有し、その弁体３０は、ソレノイド弁２１の可動弁座３６を構成する筒状体３５と、弁孔内に延出されて心決めを行うガイドとが一体に形成されている。

このような構成の主弁２０によれば、可変容量圧縮機用制御弁１２ａが容量制御を行っているときに、弁体３０には、その下流側から吐出圧力Ｐｄｌを受圧しているのに対し、上流側からは、吐出圧力Ｐｄｈとソレノイド弁２１によって制御された圧力Ｐｃとを受圧している。しかしながら、制御された圧力Ｐｃを受圧している弁体３０の有効受圧面積は、吐出圧力Ｐｄｌを受圧している有効受圧面積よりも十分に小さく、かつ、可変容量圧縮機用制御弁１２ａが容量制御を行っているときの圧力Ｐｃと吐出圧力Ｐｄｌとの差が大きくないので、主弁２０前後の差圧のみを感知すべき弁体３０に対する圧力Ｐｃの影響は、非常に小さく、実用上無視することができる。そのため、この可変容量圧縮機用制御弁１２ａは、第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁１２よりも主弁２０の構成を簡略化することができ、コストを低減させることができる。

なお、上記の実施の形態では、可変容量圧縮機の吐出室１０から吐出された冷媒を主弁２０およびソレノイド弁２１に導入するためのポート２３，２５を独立して形成したが、１つのポートで共用するようにしても良い。

可変容量圧縮機の概念的な構成を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の具体的な構成を非通電時の状態で示す断面図である。 第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の通電直後の起動状態を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の容量制御状態を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機用制御弁の具体的な構成を非通電時の状態で示す断面図である。

符号の説明

１ クランク室
２ 回転軸
３ プーリ
４ 揺動板
５ シリンダ
６ ピストン
７ 吸入用リリーフ弁
８ 吐出用リリーフ弁
９ 吸入室
１０ 吐出室
１１ 出口ポート
１２，１２ａ 可変容量圧縮機用制御弁
１３ オリフィス
１４ 凝縮器
１５ 膨脹弁
１６ 蒸発器
２０ 主弁
２１ ソレノイド弁
２２ ボディ
２３，２４，２５，２６，２７ ポート
２８ 冷媒主通路
２９ 弁座
３０ 弁体
３１ ホルダ
３２ シャフト
３３ スプリング
３４ シール用薄膜
３５ 筒状体
３６ 可動弁座
３７ 筒状弁体
３８ ばね受け部材
３９ スプリング
４０ コア
４１ 有底スリーブ
４２ プランジャ
４３，４４ スプリング
４５ シャフト
４６ コイル
４７ ヨーク
４８ ねじ山
４９ ガスケット
５０，５１，５２，５３ Ｏリング

Claims (4)

1. 可変容量圧縮機から吐出される冷媒の流量を一定に制御する可変容量圧縮機用制御弁において、
   前記可変容量圧縮機の吐出室に接続される第１ポートと前記可変容量圧縮機の出口ポートに接続される第２ポートとの間を連通させる冷媒主通路に形成された弁座と、前記弁座より下流側にて閉弁方向に付勢された状態で前記弁座に対して接離自在に配置された弁体とを有する逆止弁構成の主弁と、
   前記主弁と同軸上に配置され、中空部を有して一方の開口端が前記吐出室に接続される前記第１ポートに開口され他方の開口端が前記可変容量圧縮機のクランク室に接続される第３ポートに開口されていてソレノイドにより前記主弁と同一軸線方向に駆動される筒状部材を有し、前記主弁の前記弁体から軸線方向に延出された延出部の前記筒状部材の端面に対向する端面が可動弁座または可動弁体として機能するとともに前記筒状部材と協動して弁部を構成するソレノイド弁と、
   を備え、
   前記ソレノイド弁は、前記第１ポートと前記第３ポートとの間に設けられて前記筒状部材とこれを軸線方向に進退可能に保持しているボディとの間のクリアランスを前記可変容量圧縮機の吸入室へ連通させる第４ポートを有していることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
2. 前記ソレノイド弁は、前記第１ポートとは独立に設けられて前記吐出室に接続される第５ポートを有し、前記主弁の前記弁体と一体に形成された前記延出部を前記第５ポートまで延出してその端面を前記弁部の前記可動弁座または可動弁体とし、前記第４ポートが前記第５ポートと前記第３ポートとの間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機用制御弁。
3. 前記主弁の前記弁体は、これと一体に形成された前記延出部を含めて軸線方向に穿設された貫通孔にシャフトを前記弁体に対し軸線方向に進退自在に挿置して前記ソレノイド弁の前記筒状部材内の圧力を前記シャフトに受圧させ、前記主弁が全閉状態にあるときには、前記シャフトと前記弁体との間のクリアランスを可撓性薄膜によってシールするよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機用制御弁。
4. 前記シャフトは、前記主弁が全閉状態にあるときに、閉弁方向に付勢するスプリングを受けている前記弁体の面と同一平面となる段差面を有するような縮径部を有し、前記可撓性薄膜は、前記弁体の面および前記段差面に跨設され、前記スプリングによって前記弁体の面に押し付けられていることを特徴とする請求項３記載の可変容量圧縮機用制御弁。
   

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