JP5430401B2

JP5430401B2 - 可変容量圧縮機

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Publication number: JP5430401B2
Application number: JP2009536072A
Authority: JP
Inventors: 幸彦田口
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2014-02-26
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Description

本発明は、車両エアコンシステムに使用される可変容量圧縮機に関する。

例えば車両エアコンシステムに用いられる往復動型の可変容量圧縮機は、ハウジングを備え、ハウジングの内部には吐出室、吸入室、クランク室及びシリンダボアが区画形成されている。クランク室内を延びる駆動軸には斜板が傾動可能に連結され、斜板を含む変換機構は、駆動軸の回転をシリンダボア内に配置されたピストンの往復運動に変換する。ピストンの往復運動は、吸入室からシリンダボア内への作動流体の吸入、吸入した作動流体の圧縮及び圧縮された作動流体の吐出室への吐出工程を実行する。
ピストンのストローク長、即ち圧縮機の吐出容量は、クランク室の圧力（制御圧力）を変化させることにより可変である。吐出容量を制御するために、吐出室とクランク室とを連通する給気通路には容量制御弁が配置されるとともに、クランク室と吸入室との間には絞りが設けられている。

容量制御弁では、例えば文献１（特開２００２−２８５９７３号公報）に記載されているように、エンジンの運転状態等に基づいてソレノイドの作動が制御されることで弁体が開閉作動させられる。これにより吐出室からクランク室への作動流体の供給が制御され、圧縮機の吐出容量が変更される。
文献１の図２に記載された容量制御弁において、弁体２５に作用する力は、以下の式（１）により表される。また、この式（１）を、作動圧力差ΔＰ（吐出圧力Ｐdと吸入圧力Ｐsとの差）を求めるよう変形すると式（２）となる。ここで、Ｓvは弁体が吐出圧力を受ける面積、Ｐdは吐出圧力、Ｐsは吸入圧力、ｆ1は圧縮コイルスプリング２８による付勢力、ｆ2は圧縮コイルスプリング２７による付勢力、Ｆ（Ｉ）は制御電流がＩの場合のソレノイドによる電磁力を示す。また、ｆ1＞ｆ2に設定されている。

ここで、Ｆ（Ｉ）＝Ａ・Ｉ（Ａは係数）となるようにソレノイドを設定しておけば、式（２）は以下の式（３）に変形できる。この式（３）をグラフに表すと図６となる。

図６から、作動圧力差ΔＰ、即ちＰｄ−Ｐｓは制御電流に比例し、最高の作動圧力差ΔＰmaxを得るためには、最大の制御電流Ｉmaxが必要であることがわかる。つまり、制御電流を０からImaxの範囲で調整したときに、これに対応して作動圧力差ΔＰは０からΔＰmaxまで変化する。
ここで、Ｐd−Ｐsが０となる制御電流をＩminとすれば、式（３）はＩmin＝（f1−f2）/Ａとなる。ｆ1＞ｆ2に設定されているので、制御電流Ｉが０からＩminまでの間は、弁体は開位置にある。このため、容量制御弁として機能させるためには、制御電流ＩをＩmin以上にしなければならない。つまり、圧縮コイルばねの付勢力とソレノイドの電磁力とが対抗しているため、ソレノイド本来の電磁力を制御電流０から有効に使用できていないという問題がある。

そして、Ｉminが０でないため、電流変化に対する作動圧力差ΔＰの傾きが大きくなり、制御電流Ｉのわずかな変動によりＰd−Ｐsが変動し易くなってしまう。
また、電流変化に対する作動圧力差の傾きが大きくなるということは、最高作動圧力差ΔＰmaxを得るために、式（３）の電流Ｉの係数Ａ/Ｓvを大きくしなければならないということである。これはＳvを小さく設定しなければならないことを意味している。Ｓvは吐出圧力を受ける面積であると同時に吸入圧力を受ける面積でもある。この面積Ｓvを小さくすると吐出圧力または吸入圧力変化に対する弁体の感度が鈍くなり、吐出容量制御の安定性が損なわれる虞がある。

本発明の目的の一つは、ソレノイドの電磁力を有効に活用し、制御安定性に優れた容量制御弁を備えた可変容量圧縮機を提供することにある。
上記の目的を達成するべく、本発明の一態様によれば、内部に吐出圧力領域、吸入圧力領域、クランク室及びシリンダボアが区画形成されたハウジングと、前記シリンダボアに配設されたピストンと、前記ハウジング内に回転可能に支持された駆動軸と、前記駆動軸の回転を前記ピストンの往復運動に変換する傾角可変の斜板要素を含む変換機構と、前記吐出圧力領域と前記クランク室とを連通する第１連通路を開閉する容量制御弁と、前記クランク室と前記吸入圧力領域とを連通する第２連通路に配置された絞り要素とを備え、前記容量制御弁の開度調整により前記クランク室の圧力を変化させ、前記ピストンのストロークを調整する可変容量圧縮機において、前記容量制御弁は、前記吐出圧力領域の圧力を受ける吐出圧力受圧面及び前記吐出圧力受圧面に作用する前記吐出圧力領域の圧力と対抗する方向に前記吸入圧力領域の圧力を受ける吸入圧力受圧面が形成された弁体と、前記弁体に電磁力を作用させるソレノイドと、前記ソレノイドの電磁力が作用していないときに前記弁体が閉弁位置に位置付けられるように閉弁方向に前記弁体を付勢する付勢手段とを有し、前記ソレノイドの電磁力が前記弁体に作用していないときに、前記吐出圧力受圧面に作用する吐出圧力領域の圧力と前記吸入圧力受圧面に作用する吸入圧力領域の圧力との圧力差が、前記付勢手段の付勢力に基づいて規定される設定圧力差に維持されるように、前記容量制御弁を介して前記第１連通路を開閉制御することを特徴とする可変容量圧縮機が提供される。

一態様の可変容量圧縮機では、容量制御弁のソレノイドが励磁されていないとき、即ちソレノイドの電磁力が０となったときに弁体が閉弁位置に位置付けられる。これにより、ソレノイドの電磁力を０から有効に使用しながら吐出容量が制御される。
これに伴い、電流変化に対する作動圧力差の傾きが抑制され、電流変化に対する作動圧力差の制御安定性が改善される。さらに、この電磁力の制御範囲の拡大に伴い弁体の圧力受圧面積を増加させることが可能となり、これにより制御安定性に優れた吐出容量制御が可能となる。
そして、ソレノイドの電磁力が弁体に作用していないときに、吐出圧力受圧面に作用する吐出圧力領域の圧力と吸入圧力受圧面に作用する吸入圧力領域の圧力との圧力差が、付勢手段の付勢力に基づいて規定される設定圧力差に維持されるように、容量制御弁を介して第１連通路が開閉制御されるので、ソレノイドが励磁されていない状態でも付勢手段の付勢力に応じた設定差圧で吐出容量が自律制御される。

好ましくは、前記可変容量圧縮機は前記吐出圧力領域に逆止弁を備えたクラッチレス圧縮機であって、前記逆止弁は自身の上流と下流との間での差圧が設定差圧を超えると開弁する一方、前記設定差圧以下では閉弁し、前記付勢手段の付勢力に基づいて規定される前記設定圧力差は前記逆止弁の設定差圧未満に設定されている。
好ましい態様の可変容量圧縮機では、ソレノイドが励磁されていない状態において、冷媒が外部に吐出されない。このため、この可変容量圧縮機をエアコンシステムに適用した場合、ソレノイドが励磁されていないときにエアコンシステムを冷媒が循環することが無く、蒸発器の凍結が防止される。

好ましくは、前記ソレノイドにより発生する電磁力は、前記弁体を閉弁方向に付勢する。
好ましい態様の可変容量圧縮機では、ソレノイドの制御電流が０で最低作動圧力差が得られ、制御電流を０から増大させると作動圧力差が上昇する。このため、この可変容量圧縮機は、クラッチレス圧縮機に好適である。
好ましくは、前記可変容量圧縮機は電磁クラッチを備えた可変容量圧縮機であって、前記ソレノイドにより発生させられる電磁力は前記弁体を開弁方向に付勢するとともに、前記ソレノイドの電磁力が前記弁体に作用していないときに、前記吐出圧力受圧面に作用する吐出圧力領域の圧力と前記吸入圧力受圧面に作用する吸入圧力領域の圧力との圧力差が最大になる。
好ましい態様の可変容量圧縮機では、ソレノイドの制御電流０で最高作動圧力差が得られ、制御電流を０から増大させると作動圧力差が低下する。このため、この可変容量圧縮機は、電磁クラッチを装着するのに好適である。

本発明は、以下の詳細な説明及び添付の図面によってより十分に理解されるけれども、図面は一例であって本発明を限定するものではない。

車両エアコンシステムの冷凍サイクルの概略構成を本実施形態の可変容量圧縮機の縦断面とともに示す図であり、第１実施形態の容量制御弁の構造を開弁状態にて示す全体断面図であり、第１実施形態の容量制御弁の構造を閉弁状態にて示す一部断面図であり、第１実施形態での制御電流と作動圧力差との関係を示すグラフである。第２実施形態の容量制御弁の構造を示す断面図であり、第２実施形態での制御電流と作動圧力差との関係を示すグラフであり、そして、従来技術での制御電流と作動圧力差との関係を示すグラフである。

＜符号の説明＞
１００圧縮機
３００、３５０容量制御弁
１０１シリンダーブロック
１０２フロントハウジング
１１７ピストン
１０６駆動軸
１０７斜板
１０３c 固定オリフィス
３０２、３５２弁体
３１６、３５７モールドコイル
３１４、３５５圧縮コイルばね

図１は、車両エアコンシステムの冷凍サイクルの概略構成を可変容量圧縮機の縦断面とともに示す。
車両エアコンシステムの冷凍サイクル１０は、作動流体としての冷媒（例えばＲ１３４ａ）が循環する循環路１２を備える。循環路１２には、冷媒の流動方向で順番に、可変容量圧縮機(以下、単に圧縮機１００という)、放熱器（凝縮器）１４、膨張器（膨張弁）１６及び蒸発器１８が介挿されている。圧縮機１００は、冷媒の吸入工程、吸入した冷媒の圧縮工程及び圧縮した冷媒の吐出工程からなる一連のプロセスを行い、循環路１２に冷媒を循環させる。
蒸発器１８は、車両エアコンシステムの空気回路の一部をも構成しており、蒸発器１８を通過する空気流は、蒸発器１８内の冷媒によって気化熱を奪われて冷却される。
圧縮機１００は、クラッチレスタイプの斜板式可変容量圧縮機であり、複数のシリンダボア１０１aを備えたシリンダーブロック１０１と、シリンダーブロック１０１の一端に連結されたフロントハウジング１０２と、シリンダーブロック１０１の他端にバルブプレート１０３を介して連結されたリアハウジング１０４とを備えている。

シリンダーブロック１０１とフロントハウジング１０２とによってクランク室１０５が規定され、クランク室１０５内を縦断して駆動軸１０６が延びている。駆動軸１０６は、クランク室１０５内に配置された環状の斜板１０７を貫通し、斜板１０７は、駆動軸１０６に固定されたロータ１０８と連結部１０９を介してヒンジ結合されている。従って、斜板１０７は、駆動軸１０６に沿って移動しながら傾動可能である。
ロータ１０８と斜板１０７との間を延びる駆動軸１０６の部分には、斜板１０７を最小傾角に向けて付勢するコイルばね１１０が装着されている。斜板１０７を挟んで反対側の部分、即ち斜板１０７とシリンダーブロック１０１との間を延びる駆動軸１０６の部分には、斜板１０７を最大傾角に向けて付勢するコイルばね１１１が装着されている。
駆動軸１０６は、フロントハウジング１０２の外側に突出したボス部１０２ａ内を貫通して、その先端が外側まで到達している。駆動軸１０６とボス部１０２aとの間には、軸封装置１１２が挿入されており、軸封装置１１２はフロントハウジング１０２の内部と外部とを遮断している。駆動軸１０６はラジアル方向及びスラスト方向にベアリング１１３，１１４，１１５，１１６によって回転自在に支持されている。駆動軸１０６は、ボス部１０２ａから突出した先端にエンジン等の外部駆動源から駆動力が伝達されて、回転駆動される。

シリンダボア１０１ａ内にはピストン１１７が配置され、ピストン１１７には、クランク室１０５内に突出したテール部が一体に形成されている。テール部に形成された凹所１１７ａ内には一対のシュー１１８が配置され、シュー１１８は斜板１０７の外周部に対し挟み込むように摺接している。従って、シュー１１８を介して、ピストン１１７と斜板１０７とは互いに連動し、駆動軸１０６の回転によりピストン１１７がシリンダボア１０１ａ内を往復動する。つまり、シュー１１８は、駆動軸１０６の回転運動をピストン１１７の往復運動に変換する変換機構を構成している。
リアハウジング１０４には、吸入室１１９及び吐出室１２０が区画形成されている。吸入室１１９は、バルブプレート１０３に設けられた吸入孔１０３ａを介してシリンダボア１０１ａと連通可能である。吐出室１２０は、バルブプレート１０３に設けられた吐出孔１０３ｂを介してシリンダボア１０１ａと連通可能である。なお、吸入孔１０３ａ及び吐出孔１０３ｂは、図示しない吸入弁及び吐出弁によってそれぞれ開閉される。

シリンダーブロック１０１の外側にはマフラ１２１が設けられ、マフラベース１０１ｂがシリンダーブロック１０１に一体に形成されている。マフラ１２１を構成するマフラケーシング１２２は、マフラベース１０１ｂに図示しないシール部材を介して接合されている。マフラケーシング１２２及びマフラベース１０１ｂはマフラ空間１２３を規定し、マフラ空間１２３は、リアハウジング１０４、バルブプレート１０３及びマフラベース１０１ｂを貫通する吐出通路１２４を介して吐出室１２０と連通している。
マフラケーシング１２２には吐出ポート１２２ａが形成されている。マフラ空間１２３には吐出通路１２４と吐出ポート１２２ａとの間を遮るように逆止弁２００が配置されている。具体的には、逆止弁２００は、吐出通路１２４側の圧力とマフラ空間１２３側の圧力との圧力差に応じて開閉する。逆止弁２００は、圧力差が所定の設定圧力差ΔＰset以下の場合閉作動する一方、設定圧力差ΔＰsetより大きい場合は開作動する。

吐出室１２０は、吐出通路１２４、マフラ空間１２３及び吐出ポート１２２ａを介して循環路１２の往路部分と連通可能であり、逆止弁２００はマフラ空間１２３を開閉可能である。一方、吸入室１１９は、リアハウジング１０４に設けられた吸入ポート１０４ａを介して循環路１２の復路部分と連通している。
リアハウジング１０４には、容量制御弁３００が接続されており、容量制御弁３００は給気通路１２５（第１連通路）に介挿されている。給気通路１２５は、吐出室１２０とクランク室１０５との間を連通するように、その一部はリアハウジング１０４からバルブプレート１０３を経てシリンダーブロック１０１にまで亘っている。
一方、吸入室１１９は、クランク室１０５と抽気通路１２６（第２連通路）を介して連通している。抽気通路１２６は、駆動軸１０６とベアリング１１５、１１６との隙間、空間１２８及びバルブプレート１０３に形成された固定オリフィス１０３ｃ（絞り要素）からなる。

また、吸入室１１９は、リアハウジング１０４に形成された感圧通路１２７を通じて、給気通路１２５とは独立して容量制御弁３００に接続されている。
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の第１実施形態に係る容量制御弁３００の構造を示し、図２Ａは開弁状態での全体断面図、図２Ｂは閉弁状態での部分断面図である。
図２Ａに示すように、容量制御弁３００は、バルブユニットとバルブユニットを開閉作動させる駆動ユニット（ソレノイド）とから構成されている。バルブユニットは、略円筒形状のバルブハウジング３０１を有し、バルブハウジング３０１の内部に弁室３０１ｂ及び感圧室３０１ｅがバルブハウジング３０１の軸方向に並んで形成されている。
バルブハウジング３０１には、外周面に連通孔３０１ｃ及び連通孔３０１ｆが、端部に弁孔３０１ａが形成されている。弁室３０１ｂは、弁孔３０１ａ及び給気通路１２５の上流側部分を介して吐出室１２０と連通可能であるとともに、連通孔３０１ｃ及び給気通路１２５の下流側部分を介してクランク室１０５と連通している。感圧室３０１ｅは、連通孔３０１ｆ及び感圧通路１２７を介して吸入室１１９と連通している。

バルブハウジング３０１の中央には挿通孔３０１ｄが設けられ、挿通孔３０１ｄは、弁室３０１ｂと感圧室３０１ｅとの間をバルブハウジング３０１の軸方向に延びている。挿通孔３０１ｄには弁体３０２が挿入され、弁体３０２はバルブハウジング３０１に摺動可能に支持されている。
弁体３０２の一端は弁室３０１ｂ内に、他端は感圧室３０１ｅ内に位置している。弁体３０２は、その一端が弁孔３０１ａを開閉することで、給気通路１２５を開閉する機能を有している。
感圧室３０１ｅ内には圧縮コイルばね３０３が設けられている。圧縮コイルばね３０３は、一端が感圧室３０１ｅの内壁に当接し、他端は弁体３０２に形成された段差部３０２ａに当接しており、弁体３０２を開弁方向に付勢している。

ソレノイドは、ソレノイドロッド３１０、固定コア３１１、可動コア３１２、筒状部材３１３、圧縮コイルばね３１４、支持部材３１５、モールドコイル３１６、及び、ソレノイドハウジング３１７により構成されている。
ソレノイドハウジング３１７は、略円筒形状に形成され、バルブハウジング３０１に同軸的に連結されている。固定コア３１１は、略円筒形状に形成され、ソレノイドハウジング３１７に収容されている。固定コア３１１の内部にソレノイドロッド３１０が挿入されている。
ソレノイドロッド３１０の一端は弁体３０２に当接し、ソレノイドロッド３１０の他端は固定コア３１１から突出している。ソレノイドロッド３１０の他端は、略円筒形状の可動コア３１２に挿通され、可動コア３１２はソレノイドロッド３１０に固定されている。可動コア３１２は、固定コア３１１と所定の隙間を有して対向配置されている。

筒状部材３１３は、ソレノイドハウジング３１７内に固定され、ソレノイドロッド３１０及び固定コア３１１の一部を収容するとともに、可動コア３１２、圧縮コイルばね３１４及び支持部材３１５を収容している。支持部材３１５は、略円板形状に形成され、固定コア３１１とともに可動コア３１２を挟むようにして、筒状部材３１３内に収容されている。
圧縮コイルばね３１４は、支持部材３１５と可動コア３１２との間に設けられ、可動コア３１２をバルブハウジング３０１に向かって、即ちソレノイドロッド３１０及び弁体３０２を閉弁方向に付勢している。
固定コア３１１には、突出部３１１ａが形成され、突出部３１１ａにはソレノイドロッド３１０を挿通可能に支持する挿通孔３１１ｂが形成されている。また、連通孔３１１ｃにより可動コア３１２が収容された領域は感圧室３０１ｅと連通している。ソレノイドロッド３１０の一端側は、固定コア３１１の挿通孔３１１ｂに支持され、その他端側は支持部材３１５によって軸方向に移動可能に支持されている。可動コア３１２の外周面は筒状部材３１３の内周面には接触しない構造となっている。

可動コア３１２、固定コア３１１、ソレノイドハウジング３１７は磁性材料で形成され、磁気回路を構成する。なお筒状部材３１３は非磁性材料のステンレス系材料で形成されている。
モールドコイル３１６には、圧縮機１００の外部に設けられた制御装置４００が接続されている。制御装置４００から制御電流Ｉが供給されると、モールドコイル３１６を有するソレノイドは電磁力Ｆ(Ｉ)を発生する。ソレノイドの電磁力Ｆ(Ｉ)は、可動コア３１２を固定コア３１０に向けて吸引し、弁体３０２に対して閉弁方向に作用する。
容量制御弁３００では、弁体３０２の一端側には吐出室１２０内の圧力（吐出圧力Ｐd）が作用し、弁体３０２の他端側には吸入室１１９内の圧力（吸入圧力Ｐs）が作用している。したがって弁体３０２は吐出圧力Ｐdと吸入圧力Ｐsとの圧力差である作動圧力差ΔＰに応答して動作する感圧部材としても機能する。
図２Ｂに示すように、弁体３０２が弁孔３０１ａを閉じたときに、吐出圧力Ｐdが作用する弁体３０２の受圧面積（シール面積）と、吸入圧力Ｐsが作用する挿通孔３０１ｄに支持された弁体３０２の断面積を略同等としてある。このため、弁体３０２の開閉方向にはクランク室１０５内の圧力（クランク圧力Ｐc）は作用せず、したがって弁体３０２に作用する力は、以下の式（４）に表される。また、この式（４）を、作動圧力差ΔＰを求めるよう変形すると式（５）となる。

ここで式（４）及び式（５）中、Ｓv’は弁体３０２が吐出圧力Ｐdを受ける面積（＝吸入圧力を受ける面積）、ｆ3は圧縮コイルばね３０３による付勢力、ｆ4は圧縮コイルばね３１４による付勢力、Ａ・Ｉはソレノイドによる電磁力をそれぞれ示す。Ａは定数であり、電磁力は、制御電流Ｉに対して比例関係となるように設定されている。
なお、圧縮コイルばね３０３の付勢力ｆ3は、圧縮コイルばね３１４の付勢力ｆ4により僅かに小さく設定されており、ｆ3−ｆ4＜０となる。従って、ソレノイドによる電磁力が０である場合は、弁体３０２は圧縮コイルばね３１４の付勢力により弁孔３０１ａを閉じている。
図３は、式（５）によって示された制御電流Ｉと作動圧力差ΔＰとの関係を示したグラフである。図３中の破線は、Ｓv’＝Ｓvとして圧力受圧面積を従来技術から変えなかった場合の関係を示している。この場合、従来技術と同じ最高作動圧力差ΔＰmaxを得るための制御電流Ｉmax’は、従来技術の制御電流Ｉmaxより小さくなる。この結果として、消費電力が低減される。

また、最大制御電流を従来技術と同様にＩmaxに設定すれば、従来技術の最高作動圧力差ΔＰmaxより大きな最高作動圧力差ΔＰmax’が得られる。
更に、図３中に実線で示したように、最大制御電流Ｉmaxで最高作動圧力差ΔＰmax’が得られるようにすれば、ΔＰmax’とΔＰmaxとの差に対応して、弁体３０２が吐出圧力Pdを受ける面積Ｓv’をＳvより大きく設定することが可能となる。この結果として、吐出圧力Ｐdと吸入圧力Ｐsとの作動圧力差ΔＰの変化に対する感度が良くなり、制御安定性が改善される。
次に、上記容量制御弁３００を用いた圧縮機１００の制御について説明する。
まず、ソレノイドに通電しない状態、則ちソレノイドが励磁されていない状態で圧縮機１００が所定の回転速度で運転されている場合について説明する。この場合、容量制御弁３００の動作特性式、詳しくは最小作動圧力差ΔＰ0は、以下の式（６）に表される。

ΔＰ0＝Ｐd−Ｐs＝（ｆ4−ｆ3）/Ｓv’・・・（６）

したがって、作動圧力差ΔＰが最小作動圧力差ΔＰ0を超えれば弁体３０２は開弁し、吐出室１２０とクランク室１０５とが連通路１２５により連通して吐出ガスがクランク室１０５に導入される。クランク室１０５から吸入室１１９への流出量は、固定オリフィス１０３ｃで制限されているので、吐出ガスのクランク室１０５への流入によってクランク圧力Ｐcが上昇し、斜板１０７の傾角が減少して吐出容量が減少する。
その後、吐出容量が減少して作動圧力差ΔＰが最小作動圧力差ΔＰ0以下になると弁体３０２は閉弁方向に移動し、吐出室１２０とクランク室１０５との連通状態が弁体３０２により制限されて、クランク室１０５への吐出ガス導入量が減少する。これによりクランク圧力Ｐcが低下し、斜板１０７の傾角が増大して吐出容量が増大する。
このような動作により、ソレノイドに通電しない状態であっても、作動圧力差ΔＰが最小作動圧力差ΔＰ0を維持するよう吐出容量が自律制御される。なお、式（６）から明らかなように、最小作動圧力差ΔＰ0は、圧縮コイルばね３０３、圧縮コイルばね３１４及び弁体３０２が吐出圧力Ｐdを受ける面積Ｓv’で規定される。換言すれば、最小作動圧力差ΔＰ0は、弁体３０２を閉弁方向に付勢する付勢手段の付勢力に基づいて規定される。

次に、ソレノイドに通電している状態、則ちソレノイドが励磁されている状態の場合について説明する。この場合、ソレノイドに通電する制御電流Ｉを調整することにより作動圧力差ΔＰを自在に変化させられ、作動圧力差ΔＰが所望の値を維持するように吐出容量が制御される。例えば、制御装置４００において、蒸発器出口空気温度が目標温度に近づくように制御電流Ｉを調整すれば、所定の空調状態が得られるように吐出容量が自律制御される。
本実施形態では、特にソレノイドが励磁されていないときでも吐出容量が自律制御されるので、ソレノイドの電磁力を０から有効に使用することができる。
なお、最小作動圧力差ΔＰ0は逆止弁２００の設定圧力差ΔＰsetより小さく設定されている。したがって最小作動圧力差ΔＰ0を維持するように圧縮機１００の吐出容量が制御されても逆止弁２００は開放されず、閉じたままの状態となる。これにより、吐出された冷媒は圧縮機１００の内部を循環し、エアコンシステムの循環路１２を冷媒が循環することがなく、蒸発器１８の凍結が防止される。したがって、ソレノイドに通電しない状態において圧縮コイルばね３１４で弁体３０２を閉弁方向に付勢しても問題はない。

図４は、本発明の第２実施形態に係る容量制御弁３５０の構造を示す断面図である。
本実施形態の容量制御弁３５０のバルブハウジング３５１には、吐出室１２０と連通する弁孔３５１ａ、弁体３５２の一端側が配置された弁室３５１ｂ、クランク室１０５と連通する連通孔３５１ｃが形成されている。弁体３５２は挿通孔３５１ｄに挿通されて摺動可能に支持され、挿通孔３５１ｄが開口する感圧室３５１ｅには弁体３０２の他端側が配置されている。感圧室３５１ｅは、連通孔３５１ｆを経由して吸入室１１９と連通している。
弁体３５２の他端側は可動コア３５３に圧入され、可動コア３５３は弁体３５２に固定されている。弁体３５２は可動コア３５３を貫通しており、弁体３５２の他端は、固定コア３５４の支持孔に摺動自在に挿入されている。弁体３５２と可動コア３５３の一体構成物は、可動コア３５３と固定コア３５４との間に配置された圧縮コイルばね３５５の付勢力により閉弁方向に付勢されている。
固定コア３５４は可動コア３５３と所定隙間を介して対抗配置され、その周囲に固定コア３５４と可動コア３５３を収容する筒状部材３５６が配置されている。筒状部材３５６の周囲にはモールドコイル３５７が配置され、モールドコイル３５７はソレノイドハウジング３５８に収容されている。

可動コア３５３、固定コア３５４、及び、ソレノイドハウジング３５８は磁性材料で形成され、磁気回路を構成する。なお筒状部材３５６は非磁性材料のステンレス系材料で形成されている。
弁体３５２は一端側が挿通孔３５１ｄに挿入されて支持され、他端側は固定コア３５４に支持されている。可動コア３５３の外周面は筒状部材３５６及びソレノイドハウジング３５８の内周面には接触しない構造となっている。そして、バルブハウジング３５１の端部がソレノイドハウジング３５８の端部に圧入固定されて、バルブハウジング３５１とソレノイドハウジング３５８は容量制御弁３５０として一体化されている。
上記のような構成の容量制御弁３５０において、弁体３５２に作用する力は、以下の式（７）で示される。また、式（７）を、作動圧力差ΔＰを求めるよう変形すると式（８）が得られる。ここで、Ｓv”は弁体３５２が吐出圧力Ｐdを受ける面積（＝吸入圧力を受ける面積）、ｆ5は圧縮コイルばね３５５による付勢力、Ａ・Ｉはソレノイドによる電磁力を示している。Ａは定数である。

図５は、式（８）によって示された制御電流Ｉと作動圧力差ΔＰとの関係を示したグラフである。
本実施形態では、第１実施形態とは逆に、ソレノイドに通電しない状態で最大作動圧力差ΔＰmaxが設定されている。図５に示すように、制御電流Ｉを０から増加させると、開弁方向に電磁力が作用することから作動圧力差ΔＰが減少し、最大制御電流Ｉmaxで作動圧力差ΔＰが０となる。したがって、この容量制御弁３５０は、容量制御弁３００と同様に電磁力を０から有効に使用することができ、特に電磁クラッチを装着する可変容量圧縮機に最適である。
また、上述の式（５）あるいは式（８）から、制御電流Ｉのときの吐出圧Ｐdの絶対値が得られれば、吸入圧Ｐsを間接的に知ることができる。したがって、容量制御弁３００、３５０を使用し、吐出圧力検知手段をエアコンシステムに設置して吐出圧力Ｐdを検知すれば、吸入圧力Ｐsが所定値になるように吐出容量を制御することもできる。これとは逆に、制御電流Ｉのときの吸入圧Ｐsの絶対値が得られれば、吐出圧Ｐdを間接的に知ることもできる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、種々変形が可能である。
例えば、上記の第１実施形態において、弁体３０２とソレノイドロッド３１０を一体形成してもよい。
上記の第１実施形態及び第２実施形態では、圧縮コイルばね３０３、３１４、３５５が、ソレノイドが励磁されていないときに、弁体３０２、弁体３５１が閉弁位置に位置付けられるように弁体３０２、３５１を付勢する付勢手段を構成していたが、付勢手段の構成はこれらに限定されない。例えば、圧縮コイルばね３０３を削除して圧縮コイルばね３１４のみとしてもよく、あるいは、３つ以上のばねを組み合わせて弁体３０２を閉弁方向に付勢してもよい。更に、圧縮コイルばね以外のばねを付勢手段として使用してもよい。

また、弁体３０２、３５２にクランク圧Ｐcを作用させる構造でもよく、感圧部材として小型のベローズを使用してもよい。この場合、ベローズの一端側に弁体３０２を連結することによりベローズに吐出圧力Ｐdを作用させながら、ベローズの内側に吸入圧力Ｐsを作用させ、更にベローズの内端面にソレノイドロッド３１０を連結する構造とすればよい。
また、可動コア３１２の外周面を筒状部材３１３の内周面で支持する構造でもよい。
圧縮機としては、揺動板式可変容量圧縮機、あるいはモータにより駆動される可変容量圧縮機を採用してもよい。また、抽気通路１２６の絞り要素として、流量可変絞りや弁体で開閉制御する絞りを備えた可変容量圧縮機にも本発明を適用できる。
また、冷媒としては、Ｒ１３４ａに限定されず、二酸化炭素やその他の新冷媒を使用してもよい。

Claims

内部に吐出圧力領域、吸入圧力領域、クランク室及びシリンダボアが区画形成されたハウジングと、前記シリンダボアに配設されたピストンと、前記ハウジング内に回転可能に支持された駆動軸と、前記駆動軸の回転を前記ピストンの往復運動に変換する傾角可変の斜板要素を含む変換機構と、前記吐出圧力領域と前記クランク室とを連通する第１連通路を開閉する容量制御弁と、前記クランク室と前記吸入圧力領域とを連通する第２連通路に配置された絞り要素とを備え、前記容量制御弁の開度調整により前記クランク室の圧力を変化させ、前記ピストンのストロークを調整する可変容量圧縮機において、
前記容量制御弁は、
前記吐出圧力領域の圧力を受ける吐出圧力受圧面及び前記吐出圧力受圧面に作用する前記吐出圧力領域の圧力と対抗する方向に前記吸入圧力領域の圧力を受ける吸入圧力受圧面が形成された弁体と、
前記弁体に電磁力を作用させるソレノイドと、
前記ソレノイドの電磁力が作用していないときに前記弁体が閉弁位置に位置付けられるように前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段とを有し、
前記ソレノイドの電磁力が前記弁体に作用していないときに、前記吐出圧力受圧面に作用する吐出圧力領域の圧力と前記吸入圧力受圧面に作用する吸入圧力領域の圧力との圧力差が、前記付勢手段の付勢力に基づいて規定される設定圧力差に維持されるように、前記容量制御弁を介して前記第１連通路を開閉制御することを特徴とする可変容量圧縮機。
前記可変容量圧縮機は前記吐出圧力領域に逆止弁を備えたクラッチレス圧縮機であって、前記逆止弁は自身の上流と下流との間での差圧が設定差圧を超えると開弁する一方、前記設定差圧以下では閉弁し、前記ソレノイドの電磁力が作用していないときに、前記付勢手段の付勢力に基づいて規定される前記設定圧力差は前記逆止弁の設定差圧未満に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機。
前記ソレノイドにより発生させられる電磁力は、前記弁体を閉弁方向に付勢することを特徴とする請求項２に記載の可変容量圧縮機。
前記可変容量圧縮機は電磁クラッチを備えた可変容量圧縮機であって、前記ソレノイドにより発生する電磁力は前記弁体を開弁方向に付勢するとともに、前記ソレノイドの電磁力が作用していないときに、前記吐出圧力受圧面に作用する吐出圧力領域の圧力と前記吸入圧力受圧面に作用する吸入圧力領域の圧力との圧力差が最大になることを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機。