JP4663579B2 - 可変容量圧縮機の容量制御弁 - Google Patents
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特許文献1、2に開示された従来の容量制御弁には、弁体と弁座とが線接触するので、吐出室圧力が弁体の開閉方向に作用しないという利点がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、可変容量圧縮機の吐出圧領域とクランク室とを連通させる連通路を開閉して吐出容量制御を行う可変容量圧縮機の容量制御弁であって、一端がクランク室と連通し他端が弁室に開口する弁孔と、吐出圧領域と連通する弁室に配設され一端が弁孔を開閉する弁体と、弁体の他端部を摺動可能に支持する支持孔が形成され弁体の他端を弁室から遮断する隔壁と、弁体の他端に吸入室圧力又はクランク室圧力を作用させる導圧路と、弁体を弁孔開閉方向へ駆動する駆動手段とを備え、弁体は単一径の円筒外周面を有する容量制御弁において、吐出室圧力が弁体の開閉方向に作用せず、且つ弁体と弁座との当接部からの漏れが防止された容量制御弁を提供することを目的とする。
本発明に係る容量制御弁においては、弁座は平面なので、支持孔との間の微小隙間内で弁体の軸がずれても、弁体と弁座との間には隙間はできない。従って弁体と弁座との当接からの漏れは発生しない。弁体は弁座に当接する一端から支持孔に支持される他端部を越えて単一径の円筒外周面を有し、弁体の前記一端の円筒外周縁部が円環状尖端部を形成しており、弁体と弁座とは線接触する。従って、吐出室圧力は弁体の開閉方向に作用しない。
本発明の好ましい態様においては、前記円環状尖端部は前記環状斜面の領域外へ移動可能である。円環状尖端部が環状斜面の領域外へ移動可能であれば、弁体の強制開放時に、吐出室からクランク室へ冷媒を大流量で流入させ、クランク室圧力を迅速に上昇させて吐出容量を迅速に減少させることができる。
感圧機構を有することにより、吸入室圧力又はクランク室圧力の制御精度が向上し、感圧機構の動作点を変化させる電磁アクチュエータとを有することにより、制御電流に対して一義的に制御吸入室圧力又は制御クランク室圧力を決定することが可能になる。
図1に示すように、可変容量斜板式圧縮機100は、複数のシリンダボア101aを備えたシリンダブロック101と、シリンダブロック101の一端に設けられたフロントハウジング102と、バルブプレート103を介してシリンダブロック101の他端に設けられたリアハウジング104とを備えている。
シリンダブロック101とフロントハウジング102とによって画成されるクランク室105内を横断して、駆動軸106が配設されている。駆動軸106は斜板107に挿通されている。斜板107は、駆動軸106に固定されたロータ108と連結部109を介して結合し、駆動軸106により傾角可変に支持されている。ロータ108と斜板107との間に、斜板107を最小傾角へ向けて付勢するコイルバネ110が配設されている。斜板107を挟んでコイルバネ110の反対側に、最小傾角状態にある斜板107を傾角増大方向へ付勢するコイルバネ111が配設されている。
駆動軸106は、ベアリング113、114、115、116によりラジアル方向及びスラスト方向に支持されている。
フロントハウジング102、シリンダブロック101、バルブプレート103、リアハウジング104は、協働して、駆動軸106、ロータ108、連結部109、斜板107、シュー118、ピストン117、シリンダボア101a、吸入弁、吐出弁等で形成される圧縮機構を収容するハウジングを形成している。
マフラ121を吐出室120に連通させる連通路123が、シリンダブロック101とバルブプレート103とリアハウジング104とに亙って形成されている。マフラ121と連通路123とは、吐出室120と吐出ポート122aとの間で延在する吐出通路を形成しており、マフラ121は当該吐出通路の途上に配設された拡張空間を形成している。
マフラ121の入口を開閉する逆止弁200がマフラ121内に配設されている。
容量制御弁300により、クランク室105の内圧を可変制御して、可変容量斜板式圧縮機100の吐出容量を可変制御することができる。容量制御弁300は、外部信号に基づいて内蔵するソレノイドへの通電量を調整し、連通路126を介して容量制御弁300の感圧室に導入される吸入室119の内圧が所定値になるように、可変容量斜板式圧縮機100の吐出容量を可変制御し、また内蔵するソレノイドへの通電をOFFすることにより連通路124を強制開放して、可変容量斜板式圧縮機100の吐出容量を最小に制御する。容量制御弁300は、外部環境に応じて、吸入圧力を最適制御することができる。
図2に示すように、容量制御弁300は、バルブハウジング301に形成され、連通孔301aを介してクランク室105と連通する第1感圧室302と、第1感圧室302に一端が開口し、連通孔301bを介して吐出室120と連通する弁室303に他端が開口する弁孔301cと、弁室303に配設された一端が弁孔301cを開閉し他端部が支持孔301dに摺動可能に支持された弁体304と、第1感圧室302に配設され、連通孔301aを介してクランク室圧力を受圧し、内部を真空にしてバネを配設した感圧手段として機能するベローズ305と、一端がベローズ305に接離可能に連結し他端が弁体304の一端に固定されてベローズ305の変位を弁体304に伝達する連結部306と、弁体304の他端が配設され連通孔301eを介して吸入室119に連通する第2感圧室307とを備えている。
弁体304の他端部を摺動可能に支持する支持孔301dが形成された隔壁301d’により、弁体304の他端は弁室303から遮断されている。
容量制御弁300は更に、弁体304と一体形成され弁体304から離隔する端部に可動鉄心308が圧入固定されたソレノイドロッド304aと、ソレノイドロッド304aを内挿し、所定隙間を隔てて可動鉄心308に対向配置された固定鉄心309と、固定鉄心309と可動鉄心308の間に配設され、可動鉄心308を開弁方向に付勢するばね310と、固定鉄心309と可動鉄心308とを内挿してソレノイドケース311に固定された非磁性体からなる筒状部材312と、筒状部材312を取り囲み、ソレノイドケース311に収容された電磁コイル313とから構成されている。
弁体304は、弁孔301cの周囲に形成された平面状の弁座301fに当接する一端から支持孔301dにより支持される他端部を越えて第2感圧室307に配設された他端まで、単一径の円筒外周面を有している。弁体304の一端に凹部304bが形成され、凹部304bの周縁部が、弁座301fに当接する環状尖端部304cを形成している。尖端部の径方向の幅は0.5mm以下に設定されている。この結果、環状尖端部304cは弁座301fに実質上線接触する。
ベローズ305の有効受圧面積を弁体304の有効受圧面と同一値に設定しているので、弁体304に作用する力は図3の式(1)で表される。容量制御弁300においては、吸入室圧力Psが式(1)で示される値よりも低いと、ベローズ305が伸長して弁体304の環状尖端部304cが弁座301fから離れて弁孔301cを開放し、第1感圧室302と弁室303とを弁孔301cを介して連通させ、吐出室120とクランク室105との間の連通路124を開放する。吐出室120の冷媒が連通路124を通ってクランク室105に供給され、クランク室圧力が上昇し、斜板107の傾角が減少して可変容量圧縮機100の吐出容量が減少し、吸入室圧力が上昇する。吸入室圧力が式(1)で示される値よりも高いと、ベローズ305が収縮し弁体304の環状尖端部304cが弁座301fに当接して弁孔301cを閉鎖し、第1感圧室302と弁室303との弁孔301cを介する連通を遮断して、吐出室120とクランク室105との間の連通路124を閉鎖する。クランク室105内の冷媒ガスが、ベアリング115、116と駆動軸106との間の隙間と、シリンダブロック101に形成された空間125と、バルブプレート103に形成されたオリフィス孔103cとを介して吸入室119へ流出してクランク室圧力が低下し、斜板107の傾角が増加して圧縮機100の吐出容量が増加し、吸入室圧力が低下する。ベローズ305と弁体304とが構成する感圧機構が吸入室圧力を式(1)で示される値に自律制御する。ソレノイドロッド304a、可動鉄心308、固定鉄心309、ばね310、ソレノイドケース311、筒状部材312、電磁コイル313により構成される電磁アクチュエータが、電磁コイル313を流れる電流値iに応じて感圧機構の作動点を変化させる。
容量制御弁300では、電磁コイル313への通電量iが増加すると吸入室圧力が低下する制御特性が得られる。
弁体304の弁座301f側端面に、狭幅の環状外周縁部を残して凹部304bを形成することにより、弁座301fと線接触する環状尖端部304cを容易に形成することができる。
容量制御弁300においては、前述の感圧機構と電磁アクチュエータとが弁体304を駆動している。容量制御弁300が感圧機構を有することにより、吸入室圧力の制御精度が向上し、感圧機構の動作点を変化させる電磁アクチュエータとを有することにより、制御電流iに対して一義的に制御吸入室圧力を決定することが可能になる。
弁体304のリフト量が大きい時には、環状尖端部304cは環状斜面301gの領域外へ移動可能とするのが望ましい。電磁コイル313への通電を停止して、弁体304を強制開放する時に、吐出室120からクランク室105へ冷媒を大流量で流入させ、クランク室圧力を迅速に上昇させて吐出容量を迅速に減少させることができる。
環状斜面301gに代えて、弁体304へ向けて延び且つ不連続的に拡径する階段状の環状面を形成しても良い。
第2感圧室307にクランク室圧力を導入しても良い。この場合、容量制御弁はクランク室圧力を所定値に維持するように作動する。
弁体304に窒化等の表面硬化処理を施しても良い。弁座301fをバルブハウジング301とは別部材とし、且つバルブハウジング301より高硬度の素材で形成しても良い。バルブハウジング301を高硬度の素材で形成しても良い。弁体304と弁座301fとの当接部の磨耗を抑制することができる。
本発明に係る容量制御弁は、冷媒として現状のR134aに代えて、CO2やR152aを使用する可変容量圧縮機にも使用できる。
119 吸入室
120 吐出室
300 容量制御弁
301f 弁座
301g 環状斜面
304 弁体
304c 環状尖端部
Claims (5)
- 可変容量圧縮機の吐出圧領域とクランク室とを連通させる連通路を開閉して吐出容量制御を行う可変容量圧縮機の容量制御弁であって、吐出圧領域と連通する弁室と、一端がクランク室と連通し他端が弁室に開口する弁孔と、弁孔の弁室側開口の周囲に形成された平面の弁座と、弁室に配設され一端が弁座に当接離間して弁孔を開閉する弁体と、弁体の他端部を摺動可能に支持する支持孔が形成され弁体の他端を弁室から遮断する隔壁と、弁体の他端に吸入室圧力又はクランク室圧力を作用させる導圧路と、弁体を弁孔開閉方向へ駆動する駆動手段とを備え、弁体は弁座に当接する一端から支持孔に支持される他端部を越えて単一径の円筒外周面を有し、弁体の前記一端の円筒外周縁部が円環状尖端部を形成し、閉弁時に前記円環状尖端部が前記平面の弁座に線接触することを特徴とする容量制御弁。
- 弁座の外周縁に接続して環状斜面が形成され、開弁時であって弁体のリフト量が少ない時に前記円環状尖端部の外周側面と前記環状斜面とが協働して弁座の近傍上流側に狭幅の環状流路を形成することを特徴とする請求項1に記載の容量制御弁。
- 前記円環状尖端部は前記環状斜面の領域外へ移動可能であることを特徴とする請求項2に記載の容量制御弁。
- 駆動手段は、吸入室圧力又はクランク室圧力を自律制御する感圧機構と、感圧機構の動作点を変化させる電磁アクチュエータとを有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の容量制御弁。
- 請求項1乃至4の何れか1項に記載の容量制御弁を備えることを特徴とする可変容量圧縮機。
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