JP4572273B2 - 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、特に自動車用空調装置の冷凍サイクルを構成する可変容量圧縮機の吐出容量を制御するのに用いられ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、エンジンによって駆動されているので、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には、冷媒の吐出容量を可変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では、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に圧縮用ピストンが連結され、揺動板の角度を変えることによって圧縮用ピストンのストロークを変更し、これによって冷媒の吐出容量を変更するようにしている。

揺動板の角度は、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、その導入する冷媒の圧力を変化させ、圧縮用ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることによって連続的に変えている。

クランク室内の圧力は、可変容量圧縮機の吐出室とクランク室との間またはクランク室と吸入室との間に制御弁を設け、吐出室からクランク室に導入する冷媒の流量を変えるか、クランク室から吸入室に導出する冷媒の流量を変えることにより制御している。その制御には、吸入圧力を感知し、その吸入圧力が所定の圧力になるようクランク室内の圧力を制御することにより吐出容量を制御する方法、および吐出圧力と吸入圧力との差圧を感知し、その差圧が所定の値になるようクランク室内の圧力を制御することにより吐出容量を制御する方法（例えば特許文献１参照。）、さらには、冷媒が流れる冷媒通路の任意の２点間の差圧を感知し、その差圧が所定の値になるようクランク室内の圧力を制御することにより吐出容量を制御する方法が知られている。

特許文献１に記載の制御弁は、可変容量圧縮機の吐出室とクランク室との間に配置され、クランク室と吸入室との間にはオリフィスを設けて吐出室から吸入室へ冷媒が流れる経路を形成し、制御弁は、開弁方向に吐出圧力Ｐｄを受ける弁体と、この弁体の背面側に弁孔とほぼ同じ径を有しかつ弁体と連動して動くピストンロッドとを備え、そのピストンロッドの端面に閉弁方向に吸入圧力Ｐｓおよびソレノイド力を受けるように構成されている。制御弁は、また、その弁体の下流側の空間を可変容量圧縮機のクランク室に連通するようにしている。これにより、この制御弁は、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を所定値に保つように吐出室とクランク室との間の通路を連通または閉塞させる制御をし、その差圧の所定値をソレノイドに供給する電流の値によって外部から設定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、クランク室に導入する圧力Ｐｃを増加させて吐出できる容量を小さくし、回転数が低下したときには、クランク室に導入する冷媒流量よりもオリフィスを介して吸入室へ逃がす流量を増やし、クランク室の圧力Ｐｃを減少させて吐出できる容量を大きくするようにし、これによって可変容量圧縮機の吐出容量を一定に保つようにしている。

その吐出容量を設定しているソレノイドは、弁体およびピストンロッドと同軸上に配置されたコア、プランジャ、このプランジャに固定されてピストンロッドを閉弁方向に付勢するシャフトおよびコイルを有している。プランジャは、その軸線方向両側にスプリングを有していて非通電時には、それらスプリングの付勢力がバランスした位置、すなわちプランジャに固定されたシャフトが弁体を全開状態にするような位置に保持され、通電磁には、コアとプランジャとの間に発生する吸引力がシャフトを介してピストンロッドに伝えられ、弁体を所定の弁リフトにするような位置に保持される。
特開２００４−２３２５３４号公報（段落番号〔００３５〕〜〔００３６〕，図１）

しかしながら、そのような制御弁のソレノイドにおいては、プランジャがその軸線方向両側に配置されたスプリングによって保持されているので、非通電状態のときに、プランジャがその軸線方向に振動してしまい、シャフトがピストンロッドに衝突してピストンロッド、弁体および弁座を傷め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、ソレノイドの非通電時に、スプリングによって保持されているプランジャが振動してしまわないようにした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、可変容量圧縮機のクランク室の圧力を制御する弁部と、前記弁部の弁リフトを外部から供給される制御電流に応じて設定するソレノイドとを備え、前記ソレノイドのプランジャがその軸線方向両側に配置されたスプリングによって保持されている構造を有する可変容量圧縮機用制御弁において、非通電時における前記プランジャの軸線方向中心よりも磁気中心がコアから離れた位置に配置された永久磁石を備え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、ソレノイドの非通電時にスプリングによってのみ保持されていたプランジャの軸線方向中心よりコアと反対側の位置に永久磁石を配置することにより、プランジャには、その軸線方向中心が永久磁石の磁極中心に一致しようとする力が働くので、それが、プランジャの軸線方向の振動に対して、それを増幅させることなく抑制させる側に作用する。

本発明の可変容量圧縮機用制御弁は、プランジャに作用する永久磁石を設けるという非常に単純かつ簡単な構成で実現できたので、実績ある従来構造の可変容量圧縮機用制御弁に大幅な設計変更することなく容易に適用することができるという利点がある。

また、永久磁石は、ソレノイドの非通電時に弁部を全開状態にした後、さらにプランジャを開弁方向に吸引することになるので、非通電時には、弁部をより確実に全開状態に維持することができるという利点がある。

以下、本発明の実施の形態を、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧を感知し、その差圧が所定の値になるようクランク室内の圧力Ｐｃを制御するようにしたＰｄ−Ｐｓ差圧制御式の可変容量圧縮機用制御弁に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明による可変容量圧縮機用制御弁の構成を非通電時の状態で示す中央縦断面図、図２は本発明による可変容量圧縮機用制御弁の構成を通電時の状態で示す中央縦断面図である。

この可変容量圧縮機用制御弁は、ボディ１を有し、その先端（図の上端）には、可変容量圧縮機の吐出室に連通して吐出圧力Ｐｄの冷媒を受けるポート２が設けられ、ボディ１の側部には、可変容量圧縮機のクランク室に連通して制御された圧力Ｐｃの冷媒をクランク室に供給するポート３および可変容量圧縮機の吸入室に連通して吸入圧力Ｐｓを受けるポート４が設けられている。ボディ１において、ポート２とポート３との間には通路が形成され、ポート２側の通路には、中央に弁孔５が貫通形成された弁座形成部材６が圧入されている。弁孔５の下流側には、その弁孔５よりも大きな径を有し、弁孔５を開閉するよう軸線方向に進退自在な弁体７が配置され、可変容量圧縮機の吐出室からクランク室へ流す冷媒の流量を制御するこの可変容量圧縮機の弁部を構成している。

弁体７は、その背面側から軸線方向に延出され弁孔５とほぼ同じ径を有するピストンロッド８が一体に形成されている。そのピストンロッド８は、ポート３に連通する空間とポート４に連通する空間との間のボディ１に形成された、弁孔５と同軸の貫通孔に挿入されている。これにより、弁体７は、軸線方向に進退自在に動くことができるようボディ１に保持されている。ピストンロッド８の弁体７が形成されている側と反対側の端部には、ばね受け部材９が固着されており、そのばね受け部材９には、弁体７を開弁方向に付勢するようスプリング１０が係止されている。

ボディ１の図の上端には、ポート２を覆うようにストレーナ１１が冠着されており、吐出室から吐出した吐出圧力Ｐｄの冷媒に含まれる異物が弁部に入ることながないようにしている。

ボディ１の図の下部には、ソレノイドが設けられている。このソレノイドは、有底スリーブ１２の開口部に圧入されたコア１３を有し、有底スリーブ１２の開口部より突出されたコア１３の上端部をポート４に連通する空間に圧入することによってボディ１に固定されている。有底スリーブ１２の中には、プランジャ１４が配置され、そのプランジャ１４は、コア１３を軸線方向に形成された貫通孔に遊嵌されているシャフト１５に固着されている。シャフト１５は、コア１３の弁部側の端部に設けられた軸受部材１６と有底スリーブ１２の底部に配置された軸受部材１７とによって軸線方向に進退可能に両端が支持されている。プランジャ１４の軸線方向両側には、スプリング１８，１９がそれぞれ配置されている。

有底スリーブ１２の外周には、ボビンに巻線が巻回されたコイル２０が設けられ、さらにそのコイル２０を覆うようにヨーク２１が設けられている。ヨーク２１の先端部には、プランジャ１４との間で磁気回路を形成する環状のプレート２２が設けられている。

さらに、この可変容量圧縮機用制御弁では、プランジャ１４のコア１３と反対側の端面近傍にて、ソレノイドのコイル２０によって発生される磁束により形成される磁気回路と並列にプランジャ１４に作用する別の磁気回路を形成して、常時、プランジャ１４を吸引するように構成している。すなわち、その別の磁気回路は、環状のプレート２２に永久磁石２３を設けることによって形成している。図示の例では、環状のプレート２２の内周側に溝が形成されていて、そこに永久磁石２３を埋設するようにしている。これにより、ソレノイドが非通電のときには、永久磁石２３によって小規模の磁気回路が形成され、プランジャ１４には、永久磁石２３の磁気中心へ向かって移動するような吸引力が働くことになる。

なお、ボディ１には、この可変容量圧縮機用制御弁を可変容量圧縮機に装着したときに、ポート２とポート３との間、およびポート３とポート４との間で冷媒の漏れが生じないようＯリング２４，２５が設けられ、さらに、ポート４と大気との間で冷媒の漏れが生じないよう有底スリーブ１２の開口端側に形成されたフランジ部にパッキン２６が配置され、ヨーク２１のボディ１側の外周面には、可変容量圧縮機に螺着するためのねじ部２７が形成されている。

このような可変容量圧縮機用制御弁において、ソレノイドのコイル２０に制御電流が供給されていない非通電状態のときには、図１に示したように、コア１３とプランジャ１４との間に吸引力は働かないので、プランジャ１４は、スプリング１８，１９によってバランスした、コア１３から離間した位置に静止しており、さらに、永久磁石２３により吸引されて、その静止位置に保持されている。これにより、車両が振動することによってプランジャ１４がその軸線方向に振動するようなことがあっても、永久磁石２３の吸引力によってプランジャ１４の振動が抑制されるので、プランジャ１４の振動の振幅が増幅されることもない。

また、プランジャ１４の静止位置では、シャフト１５の先端がソレノイドの中に十分に引っ込んでいる。このため、弁部では、ピストンロッド８がスプリング１０により開弁方向に付勢されていることにより、弁体７は、ボディ１に係止される位置まで開弁方向に移動していて、弁部は全開状態になっている。なお、ソレノイドの非通電状態のときにこの弁部の全開状態を確実にするため、シャフト１５は、図１に示したように、ピストンロッド８から離れるようにしている。

弁部が全開状態になっていることにより、可変容量圧縮機では、クランク室の圧力Ｐｃが吐出圧力Ｐｄに近い圧力に制御されることになる。これにより、冷媒を圧縮するピストンのストロークは最小になり、可変容量圧縮機は最小容量の運転を行うことになる。

次に、自動車用空調装置の起動時または冷房負荷が最大のときのように、ソレノイドのコイル２０に最大の制御電流が供給されると、プランジャ１４がコア１３に吸引されて図の上方向に移動する。これにより、プランジャ１４に固定されたシャフト１５がピストンロッド８に当接し、さらにピストンロッド８を図の上方向に押し上げ、弁体７を弁座形成部材６に当接させて、弁孔５を塞ぎ、弁部を全閉状態にする。

弁部が全閉状態になることにより、可変容量圧縮機では、クランク室の冷媒がオリフィスを介して吸入室へ流れていき、やがて、クランク室の圧力Ｐｃが吸入室の吸入圧力Ｐｓに近い値まで低下する。これにより、冷媒を圧縮するピストンのストロークは最大になり、可変容量圧縮機は最大容量の運転に移行する。

ここで、ソレノイドのコイル２０に所定の制御電流が供給される通常の制御が行われている場合には、図２に示したように、弁部は、制御電流の大きさに応じた弁リフトになり、可変容量圧縮機は、その弁リフトに対応した吐出容量に設定されたことになる。このような状態で、エンジンの回転数が上昇して吐出圧力Ｐｄが上昇し、吸入圧力Ｐｓが低下すると、それらの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が大きくなるので、弁体７およびピストンロッド８は図の下方を移動して弁リフトを大きくし、クランク室へ供給する冷媒の圧力Ｐｃを大きくする。これにより、可変容量圧縮機は、回転数上昇により増加した吐出容量を小さくする方向に移行する。逆に、エンジンの回転数が低下して吐出圧力Ｐｄが減少し、吸入圧力Ｐｓが増加すると、それらの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が小さくなるので、弁体７およびピストンロッド８は図の上方を移動して弁リフトを小さくし、クランク室へ供給する冷媒の圧力Ｐｃを小さくする。これにより、可変容量圧縮機は、回転数低下により減少した吐出容量を大きくする方向に移行する。このようにして、この可変容量圧縮機用制御弁は、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧を感知し、その差圧がソレノイドによって設定された値に対応する差圧を保つように、吐出室からクランク室へ流れる冷媒の流量を制御するという動作をして、可変容量圧縮機の回転数の変動に関係なく、ソレノイドによって設定された吐出容量に可変容量圧縮機を制御することになる。

なお、ソレノイドを通電させることによって発生する磁力は、永久磁石２３によって発生される磁力に比べて非常に大きいので、永久磁石２３を設けたことによる影響は実質上無視することができる。

図３は永久磁石の形状例を示す図であって、（Ａ）は第１の形状例を示し、（Ｂ）は第２の形状例を示し、（Ｃ）は第３の形状例を示している。
永久磁石２３は、図３の（Ａ）に示したように、環状の形状を有することができる。この場合、永久磁石２３は、環状の内周側と外周側とで異なる磁極に着磁されることになる。また、図３の（Ｂ）は、有底スリーブ１２を介して２個の永久磁石２３が対向するようにプレート２２の内周部に配置した例を示している。それぞれの永久磁石２３は、有底スリーブ１２に面する端面とその反対側の端面を有底スリーブ１２の外周面に倣った形状に形成され、これによって、有底スリーブ１２とは密着するようにしている。なお、この例では、有底スリーブ１２の周りに２個の永久磁石２３を配置しているが、複数個の永久磁石２３を周方向に均等配置するようにしてもよい。さらに、図３の（Ｃ）は、有底スリーブ１２を介して２個の永久磁石２３が対向するようにプレート２２の内周部に配置した例を示したものであるが、それぞれの永久磁石２３は、単に長さの短い棒磁石によって構成されている。

以上の実施の形態では、Ｐｄ−Ｐｓ差圧制御式の可変容量圧縮機用制御弁に適用した場合について詳述したが、同じようなソレノイド構造を有する他の方式の可変容量圧縮機用制御弁に適用できることはもちろんである。

また、上記の実施の形態では、永久磁石２３は、コア１３と反対側のプランジャ１４の端面近傍に配置した例で示したが、永久磁石２３の配置位置は、永久磁石２３がプランジャ１４に作用する位置ならどこでも可能である。しかし、プランジャ１４がその軸線方向に振動したときに、シャフト１５がピストンロッド８に衝突しないようシャフト１５をピストンロッド８から離れる方向にプランジャ１４を吸引しておくのが好ましいでので、永久磁石２３は、その磁気中心が、非通電時におけるプランジャ１４の軸線方向中心とコア１３と反対側のプランジャ１４の端面近傍との間に配置されるのがよい。これにより、プランジャ１４は、その軸線方向中心が永久磁石２３の磁極中心に一致する方向に動こうとし、その方向がコア１３から離れる方向にすることができるのである。

本発明による可変容量圧縮機用制御弁の構成を非通電時の状態で示す中央縦断面図である。 本発明による可変容量圧縮機用制御弁の構成を通電時の状態で示す中央縦断面図である。 永久磁石の形状例を示す図であって、（Ａ）は第１の形状例を示し、（Ｂ）は第２の形状例を示し、（Ｃ）は第３の形状例を示している。

符号の説明

１ ボディ
２，３，４ ポート
５ 弁孔
６ 弁座形成部材
７ 弁体
８ ピストンロッド
９ ばね受け部材
１０ スプリング
１１ ストレーナ
１２ 有底スリーブ
１３ コア
１４ プランジャ
１５ シャフト
１６，１７ 軸受部材
１８，１９ スプリング
２０ コイル
２１ ヨーク
２２ プレート
２３ 永久磁石
２４，２５ Ｏリング
２６ パッキン
２７ ねじ部

Claims (8)

1. 可変容量圧縮機のクランク室の圧力を制御する弁部と、前記弁部の弁リフトを外部から供給される制御電流に応じて設定するソレノイドとを備え、前記ソレノイドのプランジャがその軸線方向両側に配置されたスプリングによって保持されている構造を有する可変容量圧縮機用制御弁において、
   非通電時における前記プランジャの軸線方向中心よりも磁気中心がコアから離れた位置に配置された永久磁石を備えていることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
2. 前記永久磁石は、前記プランジャの前記コアと反対側の端面近傍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. 前記永久磁石は、前記ソレノイドの最外周に配置されているヨークの先端部と前記プランジャとの間で磁気回路を形成している環状のプレートに設けら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. 前記永久磁石は、前記環状のプレートに埋設さ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。
5. 前記永久磁石は、前記環状のプレートの内周部に沿って配置された環状の形状を有し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。
6. 前記永久磁石は、前記環状のプレートの内周部に沿って周方向に複数個均等配置さ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。
7. 吐出圧力を開弁方向に受ける弁体と、前記弁体の背面側に前記弁体と一体に形成され、弁孔とほぼ同じ径を有し、開弁方向に付勢状態にされながら吸入圧力を閉弁方向に受けるピストンロッドと、前記ピストンロッドを介して前記弁体を所定の弁リフトに設定するよう閉弁方向に付勢するソレノイドとを備え、前記ソレノイドのプランジャがその軸線方向両側に配置されたスプリングによって保持されている構造を有する可変容量圧縮機用制御弁において、
   前記プランジャのコアと反対側の端面近傍に配置されて前記プランジャを吸引する永久磁石を備えていることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
8. 前記ピストンロッドに前記プランジャの閉弁方向の付勢力を伝達するシャフトは、前記ソレノイドの非通電時に前記ピストンロッドから離れた位置にあることを特徴とする請求項７記載の可変容量圧縮機用制御弁。
   

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