JP6500184B2 - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、可変容量圧縮機の吐出容量を制御する制御弁に関する。

自動車用空調装置は、一般に、圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器等を冷凍サイクルに配置して構成される。圧縮機としては、エンジンの回転数によらず一定の冷房能力が維持されるように、冷媒の吐出容量を可変できる可変容量圧縮機（単に「圧縮機」ともいう）が用いられている。この圧縮機は、エンジンによって駆動される回転軸に取り付けられた揺動板に圧縮用のピストンが連結され、揺動板の角度を変化させてピストンのストロークを変えることにより冷媒の吐出量を調整する。揺動板の角度は、密閉された制御室内に吐出冷媒の一部を導入し、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で連続的に変えられる。この制御室内の圧力（以下「制御圧力」という）Ｐｃは、例えば圧縮機の吐出室と制御室との間に設けられた制御弁により制御される。

ところで、このような制御弁として、吐出室と制御室とを連通させる主通路に主弁を設ける一方、制御室と吸入室とを連通させる副通路に副弁を設け、それらの弁を単一のソレノイドにより駆動するものがある（例えば特許文献１参照）。この制御弁によれば、空調装置の定常運転時には副弁を閉じた状態で主弁の開度が調整される。それにより、上述のように制御圧力Ｐｃを調整して圧縮機の吐出容量を制御することができる。一方、空調装置の起動時には主弁を閉じた状態で副弁が開かれ、それにより制御圧力Ｐｃを速やかに低下させることで、圧縮機を比較的速やかに最大容量運転状態へ移行させるいわゆるブリード機能を発揮することができる。

特開２０１４−９５４６３号公報

しかしながら、このような制御弁は、主弁の作動が全開状態においてロックした場合に、制御圧力Ｐｃを低減できず、圧縮機を起動できなくなる可能性がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、主弁の作動が全開状態においてロックした場合でも圧縮機を起動可能な可変容量圧縮機用制御弁を提供することにある。

本発明のある態様は、吸入室に導入される冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機の吐出容量を、吐出室から制御室に導入する冷媒の流量、又は制御室から吸入室へ導出する冷媒の流量を調整することにより変化させる制御弁である。この制御弁は、吐出室と制御室とを連通させる主通路と、制御室と吸入室とを連通させる副通路とが形成されたボディと、主通路に設けられた主弁座と、主弁座に着脱して主弁を開閉する主弁体と、副通路に設けられた副弁座と、副弁座に着脱して副弁を開閉する副弁体と、主弁の閉弁方向の駆動力を発生するソレノイドと、ソレノイドの駆動力を主弁体及び副弁体に伝達するための作動ロッドと、主弁に開弁方向の付勢力を付与するための第１の付勢部材と、副弁に閉弁方向の付勢力を付与するための第２の付勢部材と、を備える。当該制御弁の設置対象となる可変容量圧縮機が、副弁とは別に制御室と吸入室とを連通して制御室内の冷媒を吸入室側へ常に漏洩させる漏洩用オリフィスを有するものである。ソレノイドの駆動力の大きさに応じて作動ロッドを主弁体に対して相対変位させることが可能に構成されている。主弁および副弁は、副弁の全開時において副弁および漏洩用オリフィスを流れる冷媒の総流量が、主弁の全開時に主弁を流れる流量よりも大きくなるように構造が定められている。

この態様によると、例えば主弁の全開状態において主弁体の作動がロックした場合でも、制御室の圧力をある程度低減して圧縮機を起動させることができる。

本発明によれば、主弁の作動が全開状態においてロックした場合でも圧縮機を起動可能な可変容量圧縮機用制御弁を提供することができる。

第１実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。 図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。 制御弁の動作を表す図である。 制御弁の動作を表す図である。 制御弁の動作を表す図である。 制御弁の開弁特性を表す図である。 第２実施形態に係る制御弁の開弁特性を表す図である。 第３実施形態に係る制御弁の開弁特性を表す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を上下と表現することがある。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。
制御弁１は、自動車用空調装置の冷凍サイクルに設置される対象装置としての図示しない可変容量圧縮機（単に「圧縮機」という）の吐出容量を制御する電磁弁として構成されている。この圧縮機は、冷凍サイクルを流れる冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒にして吐出する。そのガス冷媒は凝縮器（外部熱交換器）にて凝縮され、さらに膨張装置により断熱膨張されて低温・低圧の霧状の冷媒となる。この低温・低圧の冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内空気を冷却する。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻されて冷凍サイクルを循環する。圧縮機は、自動車のエンジンによって回転駆動される回転軸を有し、その回転軸に取り付けられた揺動板に圧縮用のピストンが連結されている。その揺動板の角度を変化させてピストンのストロークを変えることにより、冷媒の吐出量が調整される。制御弁１は、その圧縮機の吐出室から制御室へ導入する冷媒流量を制御することで揺動板の角度、ひいてはその圧縮機の吐出容量を変化させる。なお、本実施形態の制御室はクランク室からなるが、変形例においてはクランク室内又はクランク室外に別途設けられた圧力室であってもよい。

制御弁１は、圧縮機の吸入圧力Ｐｓ（「被感知圧力」に該当する）を設定圧力に保つように、吐出室から制御室に導入する冷媒流量を制御するいわゆるＰｓ感知弁として構成されている。制御弁１は、弁本体２とソレノイド３とを一体に組み付けて構成される。弁本体２は、圧縮機の運転時に吐出冷媒の一部を制御室へ導入するための冷媒通路を開閉する主弁と、圧縮機の起動時に制御室の冷媒を吸入室へ逃がすいわゆるブリード弁として機能する副弁とを含む。ソレノイド３は、主弁を開閉方向に駆動してその開度を調整し、制御室へ導入する冷媒流量を制御する。弁本体２は、段付円筒状のボディ５、ボディ５の内部に設けられた主弁および副弁、主弁の開度を調整するためにソレノイド力に対抗する力を発生するパワーエレメント６等を備えている。パワーエレメント６は、「感圧部」として機能する。

ボディ５には、その上端側からポート１２，１４，１６が設けられている。ポート１２は「吸入室連通ポート」として機能し、圧縮機の吸入室に連通する。ポート１４は「制御室連通ポート」として機能し、圧縮機の制御室に連通する。ポート１６は「吐出室連通ポート」として機能し、圧縮機の吐出室に連通する。ボディ５の上端開口部を閉じるように端部材１３が固定されている。ボディ５の下端部はソレノイド３の上端部に連結されている。

ボディ５内には、ポート１６とポート１４とを連通させる内部通路である主通路と、ポート１４とポート１２とを連通させる内部通路である副通路とが形成されている。主通路には主弁が設けられ、副通路には副弁が設けられる。すなわち、制御弁１は、一端側からパワーエレメント６、副弁、主弁、ソレノイド３が順に配置される構成を有する。主通路には主弁孔２０と主弁座２２が設けられる。副通路には副弁孔３２と副弁座３４が設けられる。

ポート１２は、ボディ５の上部に区画された作動室２３と吸入室とを連通させる。パワーエレメント６は、作動室２３に配置されている。ポート１６は、吐出室から吐出圧力Ｐｄの冷媒を導入する。ポート１６と主弁孔２０との間には主弁室２４が設けられ、主弁が配置されている。ポート１４は、圧縮機の定常動作時に主弁を経由して制御圧力Ｐｃとなった冷媒を制御室へ向けて導出する一方、圧縮機の起動時には制御室から排出された制御圧力Ｐｃの冷媒を導入する。ポート１４と主弁孔２０との間には副弁室２６が設けられ、副弁が配置されている。副弁室２６は「容量室」として機能する。ポート１２は、圧縮機の定常動作時に吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入する一方、圧縮機の起動時には副弁を経由して吸入圧力Ｐｓとなった冷媒を吸入室へ向けて導出する。

すなわち、主弁の開弁時には、ポート１６が吐出室からの冷媒を導入するための「導入ポート」として機能するとともに、ポート１４が制御室へ向けて冷媒を導出するための「導出ポート」として機能する。一方、副弁の開弁時には、ポート１４が制御室からの冷媒を導入するための「導入ポート」として機能するとともに、ポート１２が吸入室へ向けて冷媒を導出するための「導出ポート」として機能する。ポート１４は、主弁および副弁の開閉状態に応じて冷媒を導入又は導出する「導入出ポート」として機能する。

主弁室２４と副弁室２６との間に主弁孔２０が設けられ、その下端開口端部に主弁座２２が形成されている。ポート１４と作動室２３との間にはガイド孔２５が設けられている。ボディ５の下部（主弁室２４の主弁孔２０とは反対側）にはガイド孔２７が設けられている。ガイド孔２７には、段付円筒状の弁駆動体２９が摺動可能に挿通されている。

弁駆動体２９の上半部が縮径し、主弁孔２０を貫通しつつ内外を区画する区画部３３となっている。弁駆動体２９の中間部に形成された段部が、主弁座２２に着脱して主弁を開閉する主弁体３０となっている。主弁体３０が主弁室２４側から主弁座２２に着脱することにより主弁を開閉し、吐出室から制御室へ流れる冷媒流量を調整する。区画部３３の上部が上方に向かってテーパ状に拡径し、その上端開口部に副弁座３４が構成されている。副弁座３４は、弁駆動体２９と共に変位する可動弁座として機能する。なお、本実施形態では、弁駆動体２９と主弁体３０とを区別しているが、弁駆動体２９を「主弁体」として捉えてもよい。

一方、ガイド孔２５には、円筒状の副弁体３６が摺動可能に挿通されている。副弁体３６の内部通路が副弁孔３２となっている。この内部通路は、副弁の開弁により副弁室２６と作動室２３とを連通させる。副弁体３６と副弁座３４とは軸線方向に対向配置されている。副弁体３６が副弁室２６にて副弁座３４に着脱することにより副弁を開閉する。

また、ボディ５の軸線に沿って長尺状の作動ロッド３８が設けられている。作動ロッド３８の上端部は、副弁体３６を貫通してパワーエレメント６と作動連結可能に接続される。作動ロッド３８の下端部は、ソレノイド３の後述するプランジャ５０に連結されている。作動ロッド３８の上半部は弁駆動体２９を貫通し、その上部が縮径されている。その縮径部には副弁体３６が外挿され、圧入により固定されている。その縮径部の先端がパワーエレメント６に接続されている。

作動ロッド３８の軸線方向中間部にはリング状のばね受け４０が嵌着され、支持されている。弁駆動体２９とばね受け４０との間には、弁駆動体２９を主弁および副弁の閉弁方向に付勢するスプリング４２（「第２の付勢部材」として機能する）が介装されている。主弁の制御時には、スプリング４２の弾性力によって弁駆動体２９とばね受け４０とが突っ張った状態となり、主弁体３０と作動ロッド３８とが一体に動作する。

パワーエレメント６は、吸入圧力Ｐｓを感知して変位するベローズ４５を含み、そのベローズ４５の変位によりソレノイド力に対抗する力を発生させる。この対抗力は、作動ロッド３８および副弁体３６を介して主弁体３０にも伝達される。副弁体３６が副弁座３４に着座して副弁を閉じることにより、制御室から吸入室への冷媒のリリーフが遮断される。また、副弁体３６が副弁座３４から離間して副弁を開くことにより、制御室から吸入室への冷媒のリリーフが許容される。

一方、ソレノイド３は、段付円筒状のコア４６と、コア４６の下端開口部を封止するように組み付けられた有底円筒状のスリーブ４８と、スリーブ４８に収容されてコア４６と軸線方向に対向配置された段付円筒状のプランジャ５０と、コア４６およびスリーブ４８に外挿された円筒状のボビン５２と、ボビン５２に巻回され、通電により磁気回路を生成する電磁コイル５４と、電磁コイル５４を外方から覆うように設けられる円筒状のケース５６と、ケース５６の下端開口部を封止するように設けられた端部材５８と、ボビン５２の下方にて端部材５８に埋設された磁性材料からなるカラー６０を備える。なお、コア４６、ケース５６およびカラー６０がヨークを構成する。また、ボディ５、端部材１３、コア４６、ケース５６および端部材５８が制御弁１全体のボディを形成している。

弁本体２とソレノイド３とは、ボディ５の下端部がコア４６の上端開口部に圧入されることにより固定されている。コア４６と弁駆動体２９との間には作動室２８が形成されている。一方、コア４６の中央を軸線方向に貫通するように、作動ロッド３８が挿通されている。作動室２８は、弁駆動体２９および副弁体３６のそれぞれの内部通路を介して作動室２３に連通する。このため、作動室２８には作動室２３の吸入圧力Ｐｓが導入される。この吸入圧力Ｐｓは、作動ロッド３８とコア４６との間隙により形成される連通路６２を通ってスリーブ４８の内部にも導かれる。

コア４６とプランジャ５０との間には、両者を互いに離間させる方向に付勢するスプリング４４（「第１の付勢部材」として機能する）が介装されている。スプリング４４は、ソレノイド３のオフ時に主弁を開弁させるいわゆるオフばねとして機能する。作動ロッド３８は、副弁体３６およびプランジャ５０のそれぞれに対して同軸状に接続されている。作動ロッド３８は、その上部が副弁体３６に圧入され、下端部がプランジャ５０の上部に圧入されている。これら作動ロッド３８、副弁体３６およびプランジャ５０は、主弁の制御時において弁駆動体２９と一体変位する「可動部材」を構成する。

作動ロッド３８は、コア４６とプランジャ５０との吸引力であるソレノイド力を、主弁体３０および副弁体３６に適宜伝達する。一方、作動ロッド３８には、パワーエレメント６の伸縮作動による駆動力（「感圧駆動力」ともいう）がソレノイド力と対抗するように負荷される。すなわち、主弁の制御状態においては、ソレノイド力と感圧駆動力とにより調整された力が主弁体３０に作用し、主弁の開度を適切に制御する。圧縮機の起動時には、ソレノイド力の大きさに応じて作動ロッド３８がスプリング４４の付勢力に抗してボディ５に対して相対変位し、主弁を閉じた後に副弁体３６を押し上げて副弁を開弁させる。また、主弁の制御中であっても、吸入圧力Ｐｓが相当高まると、作動ロッド３８がベローズ４５の付勢力に抗してボディ５に対して相対変位し、主弁を閉じた後に副弁体３６を押し上げて副弁を開弁させる。それによりブリード機能を発揮させる。

スリーブ４８は非磁性材料からなる。プランジャ５０の側面には軸線に平行な連通溝６６が設けられ、プランジャ５０の下部には内外を連通する連通孔６８が設けられている。このような構成により、図示のようにプランジャ５０が下死点に位置しても、吸入圧力Ｐｓがプランジャ５０とスリーブ４８との間隙を通って背圧室７０に導かれる。

ボビン５２からは電磁コイル５４につながる一対の接続端子７２が延出し、それぞれ端部材５８を貫通して外部に引き出されている。同図には説明の便宜上、その一対の片方のみが表示されている。端部材５８は、ケース５６に内包されるソレノイド３内の構造物全体を下方から封止するように取り付けられている。端部材５８は、耐食性を有する樹脂材のモールド成形（射出成形）により形成され、その樹脂材がケース５６と電磁コイル５４との間隙にも満たされている。このように樹脂材がケース５６と電磁コイル５４との間隙に樹脂材を満たすことで、電磁コイル５４で発生した熱をケース５６に伝達しやすくし、その放熱性能を高めている。端部材５８からは接続端子７２の先端部が引き出されており、図示しない外部電源に接続される。

図２は、図１の上半部に対応する部分拡大断面図である。
弁駆動体２９のガイド孔２７との摺動面には、冷媒の流通を抑制するための複数の環状溝からなるラビリンスシール７４が設けられている。ばね受け４０は、いわゆるＥリングからなり、作動ロッド３８の中間部に形成された環状溝に嵌合するようにして支持され、作動室２８内に配置されている。

弁駆動体２９の下半部は内径が拡径されており、スプリング４２がその拡径部に収容されるように配置されている。このような構成により、スプリング４２と弁駆動体２９との当接ポイントが、ガイド孔２７における摺動部の中央よりも主弁室２４側に位置するため、弁駆動体２９がいわゆるやじろべいのような態様でスプリング４２に安定に支持される。その結果、主弁体３０が開閉駆動されるときのぐらつきによるヒステリシスの発生を防止又は抑制することができる。

副弁体３６は、その中央を軸線方向に貫通する挿通孔４３を有する。作動ロッド３８の上部は、その挿通孔４３を貫通してパワーエレメント６まで延在している。副弁体３６は、作動ロッド３８における縮径部の基端である段部７９に係止されることにより、作動ロッド３８に対する位置決めがなされている。副弁体３６における挿通孔４３の周囲には、弁駆動体２９の内部通路３７と作動室２３とを連通させるための複数の内部通路３９が形成されている。内部通路３９は、挿通孔４３と平行に延在し、副弁体３６を貫通している。副弁体３６のガイド孔２５との摺動面にはラビリンスシール７５が設けられている。なお、作動ロッド３８は、副弁体３６が副弁座３４に着座した図示の状態においては、ばね受け４０の上面が弁駆動体２９の下面から少なくとも所定間隔Ｌをあけて離間するように、段部７９の位置が設定されている。所定間隔Ｌは、いわゆる「遊び」として機能する。

ソレノイド力を大きくすると、作動ロッド３８を主弁体３０（弁駆動体２９）に対して相対変位させて副弁体３６を押し上げることもできる。それにより、副弁体３６と副弁座３４とを離間させて副弁を開くことができる。また、ばね受け４０と弁駆動体２９とを係合（当接）させた状態でソレノイド力を主弁体３０に直接的に伝達することができ、主弁体３０を主弁の閉弁方向に大きな力で押圧することができる。この構成は、弁駆動体２９とガイド孔２７との摺動部への異物の噛み込みにより主弁体３０の作動がロックした場合に、それを解除するロック解除機構として機能する。

主弁室２４は、ボディ５と同軸状に設けられ、主弁孔２０よりも大径の圧力室として構成される。このため、主弁とポート１６との間には比較的大きな空間が形成され、主弁を開弁させたときに主通路を流れる冷媒の流量を十分に確保することができる。同様に、副弁室２６もボディ５と同軸状に設けられ、主弁孔２０よりも大径の圧力室として構成される。このため、副弁とポート１４との間にも比較的大きな空間が形成される。そして図示のように、弁駆動体２９の上端と副弁体３６の下端との着脱部が、副弁室２６の中央部に位置するように設定されている。つまり、副弁座３４が常に副弁室２６に位置するよう主弁体３０の可動範囲が設定され、副弁室２６にて副弁が開閉されるようになる。このため、副弁を開弁させたときに副通路を流れる冷媒の流量を十分に確保することができる。つまり、ブリード機能を効果的に発揮することができる。

パワーエレメント６は、ベローズ４５の上端開口部を第１ストッパ８２により閉止し、下端開口部を第２ストッパ８４により閉止して構成されている。ベローズ４５は「感圧部材」として機能し、第１ストッパ８２および第２ストッパ８４は、それぞれ「ベース部材」として機能する。第１ストッパ８２は、端部材１３により同軸状に支持されている。ストッパ８２，８４は、金属材をプレス成形して有底円筒状に構成されており、その開口端部に半径方向外向きに延出するフランジ部８６を有する。ベローズ４５は、蛇腹状の本体を有し、その本体の上端開口部が第１ストッパ８２のフランジ部８６に気密に溶接され、その本体の下端開口部が第２ストッパ８４のフランジ部８６に気密に溶接されている。ベローズ４５の内部は密閉された基準圧力室Ｓとなっており、ベローズ４５の内方には、第１ストッパ８２と第２ストッパ８４との間に、ベローズ４５を伸長方向に付勢するスプリング８８が介装されている。基準圧力室Ｓは、本実施形態では真空状態とされている。

端部材１３は、パワーエレメント６の固定端となっている。端部材１３の下面中央には、下方に向けて支持部８９が突設されている。その支持部８９が、第１ストッパ８２に同軸状に嵌合し、第１ストッパ８２を上方から支持している。支持部８９の先端が第１ストッパ８２の底部を係止することにより、パワーエレメント６の上方への変位が規制されている。ボディ５への圧入量を調整することにより、パワーエレメント６の設定荷重（スプリング８８の設定荷重）を調整できるようにされている。

第１ストッパ８２の中央部がベローズ４５の内方に向けて下方に延在し、第２ストッパ８４の中央部がベローズ４５の内方に向けて上方に延在し、それらがベローズ４５の軸芯を形成している。作動ロッド３８の上端部が第２ストッパ８４に嵌合している。ベローズ４５は、作動室２３の吸入圧力Ｐｓと基準圧力室Ｓの基準圧力との差圧に応じて軸線方向（主弁および副弁の開閉方向）に伸長または収縮する。ベローズ４５の変位に応じて主弁体３０に開弁方向の駆動力が付与される。その差圧が大きくなっても、ベローズ４５が所定量収縮すると、第２ストッパ８４が第１ストッパ８２に当接して係止されるため、その収縮は規制される。

本実施形態においては、ベローズ４５の有効受圧径Ａと、主弁体３０の主弁における有効受圧径Ｂ（シール部径）と、弁駆動体２９の摺動部径Ｃ（シール部径）と、副弁体３６の摺動部径Ｄ（シール部径）とが等しく設定されている。なお、ここでいう「等しい」とは、完全に等しい概念はもちろん、ほぼ等しい（実質的に等しい）概念を含むとみなしてよい。このため、弁駆動体２９とパワーエレメント６とが作動連結した状態においては、主弁体３０と副弁体３６との結合体に作用する吐出圧力Ｐｄ，制御圧力Ｐｃおよび吸入圧力Ｐｓの影響がキャンセルされる。その結果、主弁の制御状態において、主弁体３０は、パワーエレメント６が作動室２３にて受ける吸入圧力Ｐｓに基づいて開閉動作することになる。つまり、制御弁１は、いわゆるＰｓ感知弁として機能する。

本実施形態ではこのように、径Ｂ，Ｃ，Ｄを等しくするとともに、弁体（主弁体３０および副弁体３６）の内部通路を上下に貫通させることで、弁体に作用する圧力（Ｐｄ，Ｐｃ，Ｐｓ）の影響をキャンセルすることができる。つまり、副弁体３６，弁駆動体２９，作動ロッド３８およびプランジャ５０の結合体の前後（図では上下）の圧力を同じ圧力（吸入圧力Ｐｓ）とすることができ、それにより圧力キャンセルが実現される。これにより、ベローズ４５の径に依存することなく各弁体の径を設定することもでき、設計自由度が高い。このため、変形例においては、径Ｂ，Ｃ，Ｄを等しくする一方、有効受圧径Ａをこれらと異ならせてもよい。すなわち、ベローズ４５の有効受圧径Ａを、径Ｂ，Ｃ，Ｄより小さくしてもよいし、径Ｂ，Ｃ，Ｄより大きくしてもよい。

一方、本実施形態では、副弁体３６の副弁におけるシール部径Ｅが、主弁体３０の主弁におけるシール部径有効受圧径Ｂよりも小さくされ、制御圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が弁駆動体２９に対して副弁の開弁方向に作用する。このような受圧構造とスプリング４２による付勢構造とが、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が設定差圧ΔＰset以上となったときに副弁を開弁させる「差圧開弁機構」を実現している。

ボディ５の外周面において、ポート１２とポート１４との間にはＯリング９２が嵌着され、ポート１４とポート１６との間にはＯリング９４が嵌着されている。さらに、コア４６の上端近傍の外周面にもＯリング９６が嵌着されている。これらのＯリング９２，９４，９６は、シール機能を有し、制御弁１が圧縮機の取付孔に取り付けられた際に冷媒の漏洩を規制する。

次に、制御弁の動作について説明する。
本実施形態では、ソレノイド３への通電制御にＰＷＭ（Pulse Width Modulation ）方式が採用される。このＰＷＭ制御は、所定のデューティ比に設定した４００Ｈｚ程度のパルス電流を供給して制御を行うものであり、図示しない制御部により実行される。この制御部は、指定したデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。

図３〜図５は、制御弁の動作を表す図である。既に説明した図２は、制御弁の最小容量運転状態を示している。図３は、制御弁の起動時等にブリード機能を動作させたときの状態を示している。図４は、比較的安定した制御状態を示している。図５は、ソレノイド３のオフ時に制御圧力Ｐｃが過大となったときの状態を示している。以下では図１に基づき、適宜図２〜図５を参照しつつ説明する。

制御弁１においてソレノイド３が非通電（オフ）のとき、つまり自動車用空調装置が動作していないときには、コア４６とプランジャ５０との間に吸引力が作用しない。一方、スプリング４４の付勢力が、プランジャ５０、作動ロッド３８および副弁体３６を介して弁駆動体２９に伝達される。その結果、図２に示すように、主弁体３０が主弁座２２から離間して主弁が全開状態となる。このとき、副弁は閉弁状態を維持する。

一方、自動車用空調装置の起動時にソレノイド３の電磁コイル５４に起動電流が供給されると、図３に示すように、吸入圧力Ｐｓがその供給電流値により定まる開弁圧力（「副弁開弁圧力」ともいう）よりも高ければ、副弁が開弁する。すなわち、ソレノイド力がスプリング４２の付勢力に打ち勝ち、副弁体３６が一体的に押し上げられる。その結果、副弁体３６が副弁座３４から離間して副弁が開かれ、ブリード機能が有効に発揮される。この動作過程で主弁体３０がスプリング４２の付勢力により押し上げられ、主弁座２２に着座する。その結果、主弁は閉弁状態となる。すなわち、主弁が閉じて制御室への吐出冷媒の導入を規制した後、副弁が開いて制御室内の冷媒を吸入室に速やかにリリーフさせる。その結果、圧縮機を速やかに起動させることができる。なお、「副弁開弁圧力」については、車両がおかれる環境下に応じて後述する設定圧力Ｐsetが変化されると、それに応じて変化する。

ソレノイド３に供給される電流値が主弁の制御電流値範囲にあるときには、吸入圧力Ｐｓが供給電流値により設定された設定圧力Ｐsetとなるよう主弁の開度が自律的に調整される。この主弁の制御状態においては、図４に示すように、副弁体３６が副弁座３４に着座し、副弁は閉弁状態を維持する。一方、吸入圧力Ｐｓが比較的低いためにベローズ４５が伸長し、主弁体３０が動作して主弁の開度を調整する。このとき、主弁体３０は、スプリング４４による開弁方向の力と、閉弁方向のソレノイド力と、吸入圧力Ｐｓに応じたパワーエレメント６による開弁方向の力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。

そして、例えば冷凍負荷が大きくなり吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも高くなると、ベローズ４５が縮小するため、主弁体３０が相対的に上方（閉弁方向）へ変位する。その結果、主弁の弁開度が小さくなり、圧縮機は吐出容量を増やすよう動作する。その結果、吸入圧力Ｐｓが低下する方向に変化する。逆に、冷凍負荷が小さくなって吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも低くなると、ベローズ４５が伸長する。その結果、パワーエレメント６が主弁体３０を開弁方向に付勢して主弁の弁開度が大きくなり、圧縮機は吐出容量を減らすよう動作する。その結果、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetに維持される。なお、吸入圧力Ｐｓが設定圧力Ｐsetよりも相当高くなると、その吸入圧力Ｐｓの高さによっては主弁が閉弁し、副弁が開くことも想定される。ただし、主弁が閉じた後に副弁が開くまでに圧力範囲（不感帯）があるため、主弁と副弁が不安定に開閉する等の事態は防止される。

このような定常制御が行われている間にエンジンの負荷が大きくなり、空調装置への負荷を低減させたい場合、制御弁１においてソレノイド３がオンからオフに切り替えられる。そうすると、コア４６とプランジャ５０との間に吸引力が作用しなくなるため、スプリング４４の付勢力により主弁体３０が主弁座２２から離間し、主弁が全開状態となる。このとき、基本的に副弁体３６は副弁座３４に着座しているため、副弁は閉弁状態となる。それにより、圧縮機の吐出室からポート１６に導入された吐出圧力Ｐｄの冷媒は、全開状態の主弁を通過し、ポート１４から制御室へと流れることになる。したがって、制御圧力Ｐｃが高くなり、圧縮機は最小容量運転を行うようになる。

ただし、この最小容量運転への切り替えに際して差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が設定差圧ΔＰset以上となると、図５に示すように、差圧開弁機構が作動する。すなわち、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）による力がスプリング４２の付勢力に打ち勝ち、弁駆動体２９を下方へ押し下げて副弁を開弁させる。このため、制御圧力Ｐｃの急上昇を防止又は抑制することができる。なお、設定差圧ΔＰsetとしては、主弁の安定した制御中に弁駆動体２９に作用し得る差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）の最大値を超える値が設定されている。このため、主弁の制御中に副弁が開かれることは基本的にない。この差圧開弁機構による副弁の開弁は、主弁の開弁状態において実現されるものである点で、図３に示したソレノイド３による副弁の強制開弁機構とは異なる。

なお、本実施形態では、主弁体３０と副弁座３４とを弁駆動体２９に対して一体に設けたため、差圧開弁機構の作動により副弁が開く一方で主弁の開度も増加する。しかも、主弁のシール部径のほうが副弁のシール部径のほうが大きい。このため、単に主弁と副弁との開度の大きさのみに着目すると、差圧開弁機構による効果を期待するのは難しいとの見方もある。しかしながら、圧縮機には通常、当該制御弁１の副弁とは別に、制御室と吸入室とを連通するオリフィス（「漏洩用オリフィス」ともいう）が設けられ、制御室内の冷媒を吸入室側へ常に漏洩させている。この漏洩用オリフィスおよび差圧開弁機構の各機能の相乗効果により、トータルとして制御圧力Ｐｃの上昇を抑えることが可能となっている。なお、後述のように、変形例においては主弁体と副弁座とを別体とし、差圧開弁機構による効果が直接的に得られるようにしてもよい。

図６は、制御弁１の開弁特性を表す図である。（Ａ）は副弁の開弁特性を表し、横軸は副弁ストローク（副弁座３４からの副弁体３６のリフト量）を示し、縦軸は副弁の開口面積を示す。（Ｂ）は副弁の開弁特性を表し、横軸は吸入圧力Ｐｓを示し、縦軸は副弁ストロークを示す。（Ｃ）は主弁および副弁の開弁特性を表し、横軸は吸入圧力Ｐｓを示し、縦軸は各弁の開口面積を示す。なお、供給電流値を一定とした場合、吸入圧力Ｐｓが低くなるほどソレノイド３の磁気ギャップは大きくなり、吸入圧力Ｐｓが高くなるほど磁気ギャップは小さくなる。

図６（Ａ）に示すように、副弁の開口面積の変化量が、副弁が開き始めの領域、つまりストロークが小さい領域では小さく、所定のストロークに達した後に大きくなるように設定されている。これは、図３等に示したように、副弁座３４と副弁体３６との当接面を軸線に対して傾斜させてテーパ状にしたことによる。このような構成により、仮に主弁の制御中に副弁が寸開したとしても、その制御への影響を小さくすることができる。すなわち、本実施形態ではＰＷＭ制御を採用するため、その振動により副弁が開く可能性がある。例えば、主弁の寸開時に主弁体３０が主弁座２２を叩くようなことがあると、その衝撃で副弁が開く可能性がある。特にスプリング４２の荷重を小さめに設定した場合にその可能性が高い。そのような場合に副弁が寸開しても、主弁の制御に実質的に影響を与えないようにしたものである。

一方、図６（Ｂ）に示すように、吸入圧力Ｐｓに対して副弁ストロークがリニアに（比例的に）変化するように設定している。このようにすることで、図６（Ｃ）に示すように、吸入圧力Ｐｓが上昇してある値を超えたときに副弁が大きく開くようにしている。それにより、吸入圧力Ｐｓが高い状態においてブリード機能が速やかに発揮され、空調機能が効率的に得られるようにしている。

以上に説明したように、本実施形態では、ソレノイド３のオフにより制御圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が設定差圧ΔＰset以上となると、差圧開弁機構が作動して副弁が開かれる。それにより、制御圧力Ｐｃが上昇し過ぎることを防止又は抑制でき、冷媒が圧縮機内部のシール部から外部へ漏れるなどの問題を回避することができる。

また、本実施形態では、副弁が開き始めの領域において副弁の開口面積の変化量が小さくなるようにしたため、仮に主弁の制御中に副弁が開弁するようなことがあったとしても、主弁の制御に影響が及ぶことはない。なお、このように「副弁の開弁により主弁の制御性能に影響を与えないようにする」ことをメインの課題とする場合には、上述した差圧開弁機構を必須としなくてもよい。

［第２実施形態］
図７は、第２実施形態に係る制御弁の開弁特性を表す図である。（Ａ）は副弁の開弁特性を表し、横軸は副弁ストロークを示し、縦軸は副弁の開口面積を示す。（Ｂ）は副弁の開弁特性を表し、横軸は吸入圧力Ｐｓを示し、縦軸は副弁ストロークを示す。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態は、副弁の開弁特性が第１実施形態とは異なる。すなわち、図７（Ａ）に示すように、副弁の開口面積の変化量が、副弁が開き始めから全開状態に到るまでリニアに（比例的に）変化するように設定されている。この設定は、例えば図３等において、副弁座３４と副弁体３６との当接面を軸線に対して直角な平面とすることで実現できる。

一方、図７（Ｂ）に示すように、副弁の開度が吸入圧力Ｐｓが高くなるにしたがって徐々に大きくなり、予め定める全開圧力を境に急峻に全開状態へ変化するように開弁特性が設定されている。このような開弁特性は、ソレノイド３の吸引力特性とパワーエレメント６の駆動力特性（荷重特性）との関係により設定することができる。具体的には、吸入圧力Ｐｓに応じて変化するソレノイド３の磁気ギャップに対する特性として、ソレノイド３の吸引力特性の傾きを、全開圧力を境にパワーエレメント６の駆動力特性の傾きよりも大きく設定することにより、上記開弁特性が実現することができる。なお、変形例においては、副弁の開弁特性として、例えば図６（Ａ）に示す特性と図７（Ｂ）に示す特性とを併せ持つように設定してもよい。

本実施形態および変形例によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１実施形態と同様に、「副弁の開弁により主弁の制御性能に影響を与えないようにする」という課題に対処することができる。

［第３実施形態］
図８は、第３実施形態に係る制御弁の開弁特性を表す図である。（Ａ）は本実施形態の開弁特性を表し、（Ｂ）は比較例の開弁特性を示す。各図の上段は主弁と副弁の双方が閉じる不感帯の設定を示し、下段はその設定による各弁の開閉状態を示す。各図において、横軸は吸入圧力Ｐｓを示し、縦軸は弁ストロークを示す。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、主弁が閉じた後に副弁が開くまでに双方の弁が閉じる状態である「不感帯」を小さく設定し、主弁体３０の主弁座２２に対する跳ね返りを抑制する。すなわち、上述したＰＷＭ制御がなされる制御弁では、その周波数（例えば４００Ｈｚ程度）に合わせて主弁体３０が微小振動しながらストロークする。このため、図８（Ｂ）に示す比較例のように不感帯を大きく設定すると（図８（Ｂ）上段）、主弁が寸開状態となったときに、その振幅により主弁体３０が主弁座２２を叩き、その反動で跳ね返る可能性がある（図８（Ｂ）下段）。なお、図中の実線と二点鎖線との間隔が各弁体の振幅を例示している。その主弁体３０の跳ね返りにより主弁の開度が大きくなると（一点鎖線参照）、意図しない吸入圧力Ｐｓの上昇を招く虞がある。

そこで本実施形態では、図８（Ａ）に示すように、上記不感帯を小さく設定することで（図８（Ａ）上段）、主弁の寸開状態で副弁を開き易くする。このような構成により、仮に主弁体３０が跳ね返りにより主弁の開度を大きくしようとしても、副弁の開弁により制御圧力Ｐｃひいては吸入圧力Ｐｓの上昇を抑えることができる（図８（Ａ）下段）。なお、図中の実線と二点鎖線との間隔が各弁体の振幅を例示している。言い換えれば、主弁体３０の衝突エネルギーを副弁の作動エネルギーとして逃がすことができる。このような制御圧力Ｐｃの安定化が、結果的に主弁体３０の振動を吸収し、その跳ね返りそのものを抑制する。その結果、意図しない吸入圧力Ｐｓの上昇が抑制される。

このようにして主弁の寸開状態で副弁を開き易くすると、例えば圧縮機の漏洩用オリフィスを小さくすることができる。それにより、ソレノイド３をオフにしたときに圧縮機を速やかに最小容量運転に移行させることができ、空調装置の運転効率を高めることが可能となる。なお、この「不感帯」の大きさは、スプリング４２の荷重により設定でき、例えば主弁の寸開時（主弁が完全閉となる前）に副弁が開き始める程度に設定することができる。具体的には、ＰＷＭ制御による振動により主弁体３０が主弁座２２を叩く範囲に入ったときに副弁が開き始めるよう不感帯を設定してもよい。あるいは、主弁の開度がＰＷＭ制御による振幅以下となったときに、その主弁が完全閉となる前に副弁が開き始めるよう不感帯を設定してもよい。本実施形態によれば、主弁が完全に閉じる前に、主弁と副弁とが同時に開く状態を経ることになる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態では述べなかったが、副弁の最大開口面積と漏洩用オリフィスの開口面積とを合わせた大きさが、主弁の最大開口面積よりも大きくなるように構成してもよい。また、副弁全開時において副弁および漏洩用オリフィスを流れる冷媒の総流量が、主弁全開時に主弁を流れる流量よりも大きくなるように構成してもよい。このような構成により、例えば主弁が全開状態において主弁体の作動がロックした場合でも、制御圧力Ｐｃをある程度低減して圧縮機を起動させることができる。すなわち、空調装置の空調機能をある程度確保することができる。

上記実施形態では、主弁体３０と副弁座３４とが一体に設けられる例を示した。変形例においては、これらを互いに別体で構成してもよい。具体的には、主弁体３０とは別に弁駆動体を設け、その弁駆動体に副弁座３４を形成して「可動弁座」としてもよい。その場合も、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が設定差圧ΔＰset以上となると、その弁駆動体が変位することにより副弁が開かれるようにする。

上記実施形態では、副弁体３６を作動ロッド３８に対して固定する例を示した。変形例においては、両者を相対変位可能に構成してもよい。具体的には、図２に示される副弁体３６を作動ロッド３８に摺動可能に挿通し、副弁体３６を閉弁方向に付勢するスプリング（「付勢部材」として機能する）を介装させてもよい。例えば、副弁体３６とパワーエレメント６との間にスプリングを介装させてもよい。ただし、副弁体３６の閉弁方向への変位は、作動ロッド３８の段部７９により規制される。このような構成において、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が設定差圧ΔＰset以上となると、その設定差圧ΔＰsetによる荷重がそのスプリングの荷重を上回り、副弁体３６が副弁座３４から離間する方向に変位するようにしてもよい。このような構成により、差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が設定差圧ΔＰset以上となったときに、副弁をより大きく開くことができ、制御圧力Ｐｃの上昇抑制効果を高めることが可能となる。

上記実施形態では、図２に示したように、スプリング４２が弁駆動体２９と作動ロッド３８との間に介装される例を示した。変形例においては、スプリング４２が弁駆動体２９とコア４６（制御弁１のボディ）との間に介装されるようにしてもよい。

上記実施形態では、制御弁として、吸入圧力Ｐｓが満たされる作動室２３にパワーエレメント６を配置し、吸入圧力Ｐｓを直接感知して動作するいわゆるＰｓ感知弁を例示した。変形例においては、吸入圧力Ｐｓではなく制御圧力Ｐｃを被感知圧力として感知して動作するいわゆるＰｃ感知弁としてもよい。あるいは、パワーエレメントを設けることなく、弁体を含む可動部材が差圧を感知して動作する差圧弁として構成してもよい。例えば、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧となるように動作するＰｄ−Ｐｓ差圧弁としてもよい。あるいは、吐出圧力Ｐｄと制御圧力Ｐｃとの差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）が設定差圧となるように動作するＰｄ−Ｐｃ差圧弁としてもよい。

上記実施形態では、パワーエレメント６を構成する感圧部材としてベローズ４５を採用する例を示したが、ダイヤフラムを採用してもよい。その場合、その感圧部材として必要な動作ストロークを確保するために、複数のダイヤフラムを軸線方向に連結する構成としてもよい。

上記実施形態では、スプリング４２，４４等に関し、付勢部材（弾性体）としてスプリングを例示したが、ゴムや樹脂等の弾性材料を採用してもよいことは言うまでもない。

上記実施形態では、ベローズ４５の内部の基準圧力室Ｓを真空状態としたが、大気を満たしたり、基準となる所定のガスを満たすなどしてもよい。あるいは、吐出圧力Ｐｄ、制御圧力Ｐｃ、および吸入圧力Ｐｓのいずれかを満たすようにしてもよい。そして、パワーエレメントが適宜ベローズの内外の圧力差を感知して作動する構成としてもよい。また、上記実施形態では、主弁体が直接受ける圧力Ｐｄ，Ｐｃ，Ｐｓをキャンセルする構成としたが、これらの少なくともいずれかの圧力をキャンセルしない構成としてもよい。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１ 制御弁、３ ソレノイド、５ ボディ、６ パワーエレメント、１２ ポート、１４ ポート、１６ ポート、２２ 主弁座、２３ 作動室、２４ 主弁室、２５ ガイド孔、２６ 副弁室、２７ ガイド孔、２８ 作動室、２９ 弁駆動体、３０ 主弁体、３４ 副弁座、３６ 副弁体、３８ 作動ロッド。

Claims (1)

1. 吸入室に導入される冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機の吐出容量を、前記吐出室から制御室に導入する冷媒の流量を調整することにより変化させる可変容量圧縮機用制御弁であって、
   前記吐出室と前記制御室とを連通させる主通路と、前記制御室と前記吸入室とを連通させる副通路とが形成されたボディと、
   前記主通路に設けられた主弁座と、
   前記ボディに摺動可能に支持され、前記主弁座に着脱して主弁を開閉する主弁体と、
   前記副通路において前記主弁体に一体に設けられた副弁座と、
   前記副弁座に着脱して副弁を開閉する副弁体と、
   前記主弁の閉弁方向の駆動力を発生するソレノイドと、
   前記副弁体が一体に設けられ、前記ソレノイドの駆動力を前記副弁体に直接伝達するための作動ロッドと、
   前記主弁に開弁方向の付勢力を付与するための第１の付勢部材と、
   前記副弁に閉弁方向の付勢力を付与するための第２の付勢部材と、
   を備え、
   当該制御弁の設置対象となる前記可変容量圧縮機が、前記副弁とは別に前記制御室と前記吸入室とを連通して前記制御室内の冷媒を前記吸入室側へ常に漏洩させる漏洩用オリフィスを有するものであり、
   前記ソレノイドの駆動力の大きさに応じて前記作動ロッドを前記主弁体に対して相対変位させることが可能に構成され、
   前記主弁および前記副弁は、前記副弁の最大開口面積と前記漏洩用オリフィスの開口面積とを合わせた大きさが、前記主弁の最大開口面積よりも大きくなるように構造が定められ、それにより、前記副弁の全開時において前記副弁および前記漏洩用オリフィスを流れる冷媒の総流量が、前記主弁の全開時に前記主弁を流れる流量よりも大きくなるように構造が定められていることを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。

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