JP6998953B2 - 容量制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、容量可変型圧縮機の流量又は圧力を制御する容量制御弁に関し、特に、自動車等の空調システムに用いられる容量可変型圧縮機等の吐出量を圧力負荷に応じて制御する容量制御弁に関する。

自動車等の空調システムに用いられる斜板式容量可変型圧縮機は、エンジンの回転力により回転駆動される回転軸、回転軸に対して傾斜角度を可変に連結された斜板、斜板に連結された圧縮用のピストン等を備え、斜板の傾斜角度を変化させることにより、ピストンのストロークを変化させて冷媒の吐出量を制御するものである。

この斜板の傾斜角度は、冷媒を吸入する吸入室の吸入圧力、ピストンにより加圧した冷媒を吐出する吐出室の吐出圧力、斜板を収容した制御室（クランク室）の制御室圧力を利用しつつ、電磁力により開閉駆動される容量制御弁を用いて、制御室内の圧力を適宜制御し、ピストンの両面に作用する圧力のバランス状態を調整することで連続的に変化させ得るようになっている。

このような容量制御弁１６０としては、図１１に示すように、吐出室と第２連通路１７３を介して連通する第２弁室１８２、吸入室と第１連通路１７１を介して連通する第１弁室１８３、制御室と第３連通路１７４を介して連通する第３弁室１８４を有するバルブ部１７０と、第３弁室内に配置されて周囲の圧力によって伸縮するとともに伸縮方向の自由端に設けられた弁座体１８０を有する感圧体１７８と、第２弁室１８２と第３弁室１８４を連通する弁孔１７７を開閉する第２弁部１７６、第１連通路１７１と流通溝１７２を開閉する第１弁部１７５、及び第３弁室１８４にて弁座体１８０との係合及び離脱により第３弁室１８４と流通溝１７２を開閉する第３弁部１７９を有する弁体１８１と、弁体１８１に電磁駆動力を及ぼすソレノイド部１９０等を備えている。

そして、この容量制御弁１６０では、容量可変型圧縮機にクラッチ機構を設けなくても、制御室圧力を変更する必要が生じた場合には、吐出室と制御室とを連通させて制御室内の圧力（制御室圧力）Ｐｃ、吸入室の圧力Ｐｓ（吸入圧力）を制御できるようにしたものである（以下、「従来技術」という。例えば、特許文献１参照。）。

特許第５１６７１２１号公報

従来技術において、斜板式容量可変型圧縮機を停止して、長時間放置した後に起動させようとした場合、制御室（クランク室）には液冷媒（放置中に冷却されて冷媒が液化したもの）が溜まるため、この液冷媒を排出しない限り冷媒を圧縮して設定とおりの吐出量を確保することができない。このため、起動直後から所望の容量制御を行うには、制御室（クランク室）の液冷媒をできるだけ素早く排出させる必要がある。

そこで、図１２、図１３に示すように、従来の容量制御弁１６０においては起動時に制御室（クランク室）の液冷媒をできるだけ素早く排出させるために液冷媒排出機能を備えている。すなわち、容量可変型圧縮機を停止して、長時間放置した後に起動させようとした場合に、制御室（クランク室）に溜まった高圧の液冷媒が、第３連通路１７４から第３弁室１８４へ流入する。すると、感圧体（ベローズ）１７８は収縮して第３弁部１７９と弁座体１８０との間が開弁して、第３弁室１８４から補助連通路１８５、中間連通路１８６及び流通溝１７２を通じて、液冷媒を制御室（クランク室）から吸入室を介して吐出室に排出して急速に気化させ、短時間で冷房運転状態とすることができるようになっている。

つぎに、制御室（クランク室）の液冷媒の排出を完了すると制御室圧力Ｐｃ及び吸入圧力Ｐｓは低下して、第３弁部１７９と弁座体１８０は閉弁状態となる。同時に、ソレノイド部Ｓによって第２弁部１７６は全閉状態から制御状態となり、吐出圧力Ｐｄの流体が第２弁室１８２から第３弁室１８４へ供給されることで、吸入圧力Ｐｓと制御室圧力Ｐｃとの差圧が変化して、斜板の傾斜角度が変化してピストンのストローク（吐出容量）が制御される。

しかしながら、上記の従来技術では、制御室（クランク室）の液冷媒の排出が完了し制御運転状態に移行し、第３弁部１７９と弁座体１８０の弁座面との間は閉弁状態となっても、吸入圧力Ｐｓを制御するため、制御室に通じる第３弁室１８４と吸入室に通じる第１弁室１８３とは補助連通路１８５及び中間連通路１８６を介して常時連通している。このため、制御室の圧力を制御するために吐出室から制御室へ供給された冷媒は、制御室から中間連通路を通り吸入室へ流れてしまい、容量可変型圧縮機の運転効率の悪化を招くという問題があった。

本発明は、上記従来技術の有する問題点を解決するためになされたものであって、バルブ部の開弁度に応じて容量可変型圧縮機の流量又は圧力を制御する容量制御弁において、容量可変型圧縮機の運転効率を向上できる容量制御弁を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の容量制御弁は
バルブ部の開弁度に応じて容量可変型圧縮機の流量又は圧力を制御する容量制御弁において、
第１圧力の流体を通す第１連通路と連通する第１弁室、第３圧力の流体を通す第３連通路に連通する第３弁室、並びに、前記第１連通路と前記第３連通路との間に配設され第２圧力の流体を通す第２連通路に連通するとともに前記第３弁室と連通する弁孔及び該弁孔に配設される第２弁座を有する第２弁室を有するバルブ本体と、
前記第３弁室内に配置され周囲の圧力によって伸縮する感圧体と、
前記第１弁室と前記第３弁室とを連通する中間連通路、前記第１弁室に配設される第１弁部、前記第２弁座と離接し前記弁孔を開閉する第２弁部、及び、前記第３弁室に配設される弁体端部を有する弁体と、
前記第３弁室内に配設され前記第３弁室と前記中間連通路とに連通する第３連通孔と、
電磁コイル部、第１プランジャ、固定子鉄心、及び、前記弁体と前記第１プランジャを接続するロッドを有するソレノイドと、
前記固定子鉄心と前記弁体との間に配設される第２プランジャ、とを備え、
前記第２プランジャは、前記第１弁部と並列して前記第１弁室と前記中間連通路とを連通する補助連通孔を備える。
この構成により、固定子鉄心と弁体との間に配設される第２プランジャの補助連通孔によって、第１弁室と第３弁室とを連通する中間連通路の流れを規制するので、容量可変型圧縮機の運転効率を向上することができる。

本発明の容量制御弁は、
前記第２プランジャは、前記第１弁部と離接して前記第１弁室と前記中間連通路との連通を開閉する補助弁座を備える。
この構成により、第１弁部と第２プランジャの補助弁座との離接によって、第３弁室から中間連通路を介して第１弁室に至る流れを調整できるので、容量可変型圧縮機の運転効率を向上することができる。

本発明の容量制御弁は、
前記補助連通孔は前記第３連通孔より小さい開口面積を備え、前記第３連通孔は前記第１弁部と前記第２プランジャとの間の開口面積より小さい開口面積を備える。
この構成により、第１弁部が閉状態において最も小さい開口面積を有する補助連通孔によって、第３弁室から中間連通路を介して第１弁室へ流れる流体量を規制できる。また、第１弁部を開状態においては補助連通孔のボトルネックが解消して第３弁室から第１弁部への多くの流量を流すことができるとともに、第１弁部が全開となっても第３連通孔がボトルネックとなり流量を制限するので、不必要に流体が流れることがない。

本発明の容量制御弁は、
前記補助連通孔は、前記中間連通路の流路断面積より小さい開口面積を備える。
この構成により、補助連通孔がボトルネックとなるので、第３弁室から中間連通路を介して第１弁室へ流れる流量を規制でき、第３弁室から第１弁室への流量を減少させて容量可変型圧縮機の運転効率を向上することができる。

本発明の容量制御弁は、
前記第２プランジャは前記ロッドに対し相対移動可能となる嵌合隙間を有する。
この構成により、第２プランジャはロッドの移動と関係なく、第１弁室と第３弁室とを連通する中間連通路を絞り、第３弁室から第１弁室への流量を減少させて容量可変型圧縮機の運転効率を向上することができる。

前記弁体の弁体端部は、前記感圧体と離接して前記中間連通路と前記第３弁室との連通を開閉する第３弁部をさらに備える。
この構成により、中間連通路と第３弁室を開閉する第３弁部によって、起動時に液冷媒を短時間で排出することができる。

本発明の容量制御弁は、
前記第１圧力は前記容量可変型圧縮機の吸入圧力、前記第２圧力は前記容量可変型圧縮機の吐出圧力、前記第３圧力は前記容量可変型圧縮機のクランク室の圧力である。
前記第１圧力は前記容量可変型圧縮機のクランク室の圧力、前記第２圧力は前記容量可変型圧縮機の吐出圧力、前記第３圧力は前記容量可変型圧縮機の吸入圧力である。
この構成により、様々な容量可変型圧縮機に対応することができる。

本発明の実施例１に係る容量制御弁を示す正面断面図である。 図１のバルブ本体、弁体及びソレノイドの一部の拡大図である。 本発明の実施例１に係る容量制御弁を示す正面断面図で、低電流制御時の状態を示す図である。 本発明の実施例１に係る容量制御弁を示す正面断面図で、高電流制御時の状態を示す図である。 本発明の実施例１に係る容量制御弁を示す正面断面図で、液冷媒排出時の状態を示す図である。 実施例１に係る容量制御弁のＰｃ－Ｐｓ流路、Ｐｄ－Ｐｃ流路の開口面積と弁体のソレノイド電流との関係を説明する説明図である。 本発明の実施例２に係る容量制御弁で、低電流制御の制御時の容量制御弁の状態を示す図である。 図７のバルブ本体、弁体及びソレノイドの一部の拡大図である。 本発明の実施例２に係る容量制御弁を示す正面断面図で、高電流制御時の状態を示す図である。 実施例２に係る容量制御弁のＰｃ－Ｐｓ流路、Ｐｄ－Ｐｃ流路の開口面積とソレノイド電流との関係を説明する説明図である。 従来の容量制御弁で、低電流制御の制御時の容量制御弁の状態を示す図である。 従来の容量制御弁で、液冷媒排出時の容量制御弁の状態を示す図である。 従来の容量制御弁のＰｃ－Ｐｓ流路、Ｐｄ－Ｐｃ流路の開口面積とソレノイド電流との関係を説明する説明図である。

以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的な位置などは、特に明示的な記載がない限り、それらのみに限定する趣旨のものではない。

図１ないし図６を参照して、本発明の実施例１に係る容量制御弁について説明する。図１において、１は容量制御弁である。容量制御弁１は、バルブ本体１０、弁体２０、感圧体２４及びソレノイド３０から主に構成される。以下、図１及び図２を参照して容量制御弁１を構成するそれぞれの構成について説明する。

バルブ本体１０は、真鍮、鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属または合成樹脂材等で構成される。バルブ本体１０は軸方向へ貫通する貫通孔を有する中空円筒状の部材で、貫通孔の区画には第１弁室１４、第１弁室１４に隣接する第２弁室１５、第２弁室１５に隣接する第３弁室１６が連続して配設される。

第２弁室１５には第２連通路１２が連設される。この第２連通路１２は、容量可変型圧縮機の吐出室内（図示省略）に連通して吐出圧力Ｐｄの流体が容量制御弁１の開閉によって第２弁室１５から第３弁室１６に流入できるように構成される。

第３弁室１６には第３連通路１３が連設される。第３連通路１３は、容量可変型圧縮機の制御室（図示省略）と連通しており、容量制御弁１の開閉によって第２弁室１５から第３弁室１６へ流入した吐出圧力Ｐｄの流体を容量可変型圧縮機の制御室（クランク室）へ流出させたり、第３弁室１６へ流入した制御室圧力Ｐｃの流体を後述する中間連通路２６を介して第１弁室１４を経て容量可変型圧縮機の吸入室へ流出させる。

さらに、第１弁室１４には第１連通路１１が連設される。この第１連通路１１は、容量可変型圧縮機の制御室（クランク室）から第３弁室１６に流入した制御室圧力Ｐｃの流体を後述する中間連通路２６を介して第１弁室１４を経て吸入室へ流出させる。

第２弁室１５と第３弁室１６との間にはこれらの室の径より小径の弁孔１７が連設され、第２弁室１５側の弁孔１７の周りには第２弁座１５ｂが形成される。また、第１弁室１４と第２弁室１５との間にはこれらの室の径より小径の孔部１８が連設される。

なお、第１連通路１１、第２連通路１２、第３連通路１３は、バルブ本体１０の周面に各々、例えば、２等配から６等配に貫通している。さらに、バルブ本体１０の外周面にはＯリング用の取付溝が軸方向に離間して３カ所に設けられる。そして、この各取付溝には、バルブ本体１０と、バルブ本体１０を嵌合するケーシングの装着孔（図示省略）との間をシールするＯリング４１、４２、４３が取り付けられ、第１連通路１１、第２連通路１２、第３連通路１３の各流路は独立した流路として構成される。

第３弁室１６内には感圧体２４が配設される。この感圧体２４は、金属製のベローズ２４ａの一端部が仕切調整部３に密封状に結合される。このベローズ２４ａは、リン青銅、ステンレス等により製作するが、そのばね定数は所定の値に設計されている。感圧体２４の内部空間は真空又は空気が内在している。そして、この感圧体２４のベローズ２４ａの有効受圧面積に対し、感圧体２４の周囲の圧力が作用して感圧体２４を伸縮作動させるように構成されている。第３弁室１６内の吸入圧力に応動して伸縮移動する感圧体２４の自由端部側には弁座２４ｃが配設される。

そして、感圧体２４の仕切調整部３は、バルブ本体１０の第３弁室１６を塞ぐように密封嵌着、固定される。なお、仕切調整部３はねじ込みにして止めねじ（図示省略）により固定すれば、ベローズ２４ａ内に並列に配置した圧縮ばね又はベローズ２４ａのばね力を軸方向へ移動調整できるようになる。

つぎに弁体２０について説明する。弁体２０は中空円筒状の部材からなる弁体第１部材２１と弁体第２部材２３（本発明に係る弁体端部）とからなる。最初に弁体第１部材２１について説明する。弁体第１部材２１は第１弁室１４に配置される第１軸部２１ｇと、第１軸部２１ｇに連設され第１軸部２１ｇより大径に形成された第２軸部２１ｃとから主に形成される。第２軸部２１ｃの軸方向の中間位置の外周部にはラビリンス２１ｆが形成される。第２軸部２１ｃはラビリンス２１ｆを挟んで第１弁室１４側と第２弁室１５側に配置され、ラビリンス２１ｆは第１弁室１４側と第２弁室１５側との間に形成された孔部１８と摺動して第１弁室１４と第２弁室１５とをシールする。これにより、第１弁室１４と第２弁室１５とは独立した弁室として構成される。

第２弁室１５に配置される第２軸部２１ｃの端部には第２弁部２１ｂが形成され、第２弁部２１ｂは第２弁座１５ｂと離接して第２弁室１５と第３弁室１６とを連通する弁孔１７を開閉する。また、第１弁室１４に配置される第２軸部２１ｃの端部には第１弁部２１ａが形成され、第１弁部２１ａは後述する第２プランジャと離接して、中間連通路２６と第１弁室１４との連通を開閉する。第１軸部２１ｇの端部２１ｈは後述するソレノイドロッド３６と一体に結合され弁体２０とソレノイドロッド３６は一体に駆動する。

さらに、弁体第１部材２１は、弁体第１部材２１を軸方向に貫通する第１中間連通路２６ａと、第１軸部２１ｇに形成され第１中間連通路２６ａと第１弁室１４とを連通する第１連通孔２６ｂと、を備える。

つぎに、弁体２０を構成する弁体第２部材２３について説明する。弁体第２部材２３は第３弁室１６に配置される第３弁部２３ｃと、第３弁部２３ｃより小径に形成される筒部２３ｄとから主に構成され、筒部２３ｄは弁体第１部材２１の第２弁部２１ｂに形成された開放端部と嵌合する。また、弁体第２部材２３は、弁体第２部材２３の中心部を軸方向に貫通する第２中間連通路２３ａと、弁体第２部材２３の筒部２３ｄを径方向に貫通する第３連通孔２３ｂと、を備え、第３連通孔２３ｂによって第３弁室１６は第２中間連通路２３ａに連通する。また、第３連通孔２３ｂに並列して、第３弁部２３ｃは感圧体２４の弁座２４ｃと接触、離間して、第３弁室１６と第２中間連通路２３ａとの連通を開閉する。以下、第２中間連通路２３ａ、第１中間連通路２６ａ及び第１連通孔２６ｂから構成される流路を中間連通路２６と記す。ここで、すなわち、第３弁室１６から中間連通路２６に至る経路は並列した２つの経路が存在する。すなわち、第３弁室１６から第３連通孔２３ｂを通り中間連通路２６に至る第１経路と、第３弁室１６から第３弁部２３ｃを通り中間連通路２６に至る第２経路がある。そして、第１経路の最小流路断面積は第３連通孔２３ｂの開口面積Ｓ２であり、第２経路の最小流路断面積は第３弁部２３ｃの開口面積、すなわち第３弁部２３ｃと感圧体２４の弁座２４ｃとの間の開口面積Ｓ５であり、開口面積Ｓ５は開口面積Ｓ２より十分大きく設定されている。

つぎに、ソレノイド３０について説明する。ソレノイド３０は、ソレノイドロッド３６（本発明に係るロッド）、プランジャケース３８、プレート３４、電磁コイル３１、電磁コイル３１の内周部に配置されるセンターポスト３２ａとベース部３２ｂとからなる固定子鉄心３２、第１プランジャ３５、及び第１プランジャ３５とセンターポスト３２ａとの間に配設される付勢手段３９ａがソレノイドケース３３に収容され構成される。弁体２０と第１プランジャ３５は、固定子鉄心３２の貫通孔３２ｄ内に移動自在に嵌合されるソレノイドロッド３６によって結合され、弁体２０と第１プランジャ３５は一体に駆動する。

固定子鉄心３２のセンターポスト３２ａと第１プランジャ３５との間には、第１プランジャ３５を固定子鉄心３２から引き離すように付勢する付勢手段３９ａが配置されている。つまり、付勢手段３９ａは第２弁部２１ｂを閉状態から開状態になるように付勢する。

また、ソレノイド３０の固定子鉄心３２と弁体２０との間には第２プランジャ３７が配設されている。第１プランジャ３５と第２プランジャ３７は固定子鉄心３２を挟んで配設される。第２プランジャ３７は、ソレノイドロッド３６と隙間を有して嵌合される孔部３７ｆを有する基部３７ａ、基部３７ａから軸方向に延設される筒部３７ｂ、筒部３７ｂに形成された補助連通孔３７ｃ、及び筒部３７ｂの端部に配設される補助弁座３７ｄから主に構成される。第２プランジャ３７の補助弁座３７ｄは、第１弁部２１ａと接触、離間して中間連通路２６と第１弁室１４との連通を開閉する。さらに、第２プランジャ３７は、第１弁部に並列して補助連通孔３７ｃを有するので、第１弁部２１ａが閉状態であっても、中間連通路２６と第１弁室１４とは、第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃのみによって連通することができる。また、第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃの開口面積Ｓ１は、中間連通路２６の開口面積よりも小さく設定されている。これにより、第１弁部２１ａが閉状態では、第３弁室１６から中間連通路２６を通り第１弁室１４へ至る流路における最小面積となる補助連通孔３７ｃによって、流路を一定に絞ることができ、並列する第１弁部を開状態にすれば補助連通孔による規制を解除して流路を大きく変化させることができる。なお、基部３７ａの孔部３７ｅは、ソレノイドロッド３６と隙間を有して嵌合され、第２プランジャ３７はソレノイドロッド３６に対して移動自在に取り付けられている。

固定子鉄心３２と第２プランジャ３７との間には、第２プランジャ３７を固定子鉄心３２から離間するように付勢する付勢手段３９ｂが配置されている。つまり、付勢手段３９ｂは補助弁座３７ｄを第１弁部２１ａに接触させて、開状態から閉状態になるように付勢する。

プランジャケース３８は一方が開放された有底状の中空円筒部材である。プランジャケース３８の開放端は固定子鉄心３２のベース部３２ｂに密封状に固定され、プランジャケース３８の底部と固定子鉄心３２のセンターポスト３２ａとの間には第１プランジャ３５が軸方向に移動自在に配置される。これにより、電磁コイル３１はプランジャケース３８、固定子鉄心３２のベース部３２ｂ、及びソレノイドケース３３によって密封され、冷媒と接触することがないので絶縁抵抗の低下を防止することができる。

以上説明した構成を有する容量制御弁１の動作について説明する。図１から図６を参照しながら説明する。なお、第３弁室１６から中間連通路２６を通り第１弁室１４へ至る流路を、以下「Ｐｃ－Ｐｓ流路」と記す。また、第２弁室１５から弁孔１７を通り第３弁室１６へ至る流路を、以下「Ｐｄ－Ｐｃ流路」と記す。図６は、ソレノイド電流と各流路の流路断面積の最小値の関係を示す。図６の一点鎖線はソレノイド電流とＰｃ－Ｐｓ流路における最小開口面積の関係を示し、図６の実線はソレノイド電流とＰｄ－Ｐｃ流路における最小開口面積の関係を示す。ここで、第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃの開口面積Ｓ１、弁体第２部材２３の第３連通孔２３ｂの開口面積Ｓ２、第１弁部２１ａと第２プランジャ３７の補助弁座３７ｄとの間の開口面積Ｓ３は、Ｓ３＞Ｓ２＞Ｓ１となるように形成される。また、中間連通路２６を構成する第２中間連通路２３ａ及び第１中間連通路２６ａの流路断面積並びに第１連通孔２６ｂの開口面積は、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３より大きく形成されている。なお、第１弁部２１ａと第２プランジャ３７の補助弁座３７ｄとの間の開口面積Ｓ３は、略して、第１弁部２１ａの開口面積Ｓ３、また、第２弁部２１ｂと第２弁座１５ｂとの間の開口面積Ｓ４は、略して第２弁部２１ｂの開口面積Ｓ４、さらに、第３弁部２３ｃと感圧体２４の弁座２４ｃとの間の開口面積Ｓ５は、略して第３弁部２３ｃの開口面積Ｓ５と記す場合がある。

図１に示すように、ソレノイド３０の電磁コイル３１の無通電状態、すなわち図６のソレノイド電流Ｉ＝０の状態では、付勢手段３９ａの反発により固定子鉄心３２の吸引面３２ｃと第１プランジャ３５の作動面３５ｃの間は最大空隙となって第２弁部２１ｂは開弁する。したがって、ソレノイド電流Ｉ＝０の状態ではＰｄ－Ｐｃ流路の第２弁部２１ｂの開口面積Ｓ４は最大となる。一方、第２プランジャ３７は、付勢手段３９ｂの反発により補助弁座３７ｄは第１弁部２１ａに接触して、第１弁部２１ａは閉状態となり中間連通路２６と第１弁室１４とは、第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃのみによって連通する。しかも、補助連通孔３７ｃの開口面積Ｓ１は中間連通路２６の開口面積より小さく形成されているので、ソレノイド電流Ｉ＝０の状態では、補助連通孔３７ｃの開口面積Ｓ１がＰｃ－Ｐｓ流路における最小開口面積となっている。

つぎに、ソレノイド３０に通電が開始され、ソレノイド電流が第１電流値Ｉ１以下の状態、すなわち制御状態について図１～図３及び図６を参照して説明する。制御状態は、吸入室の圧力を設定値Ｐｓｅｔになるように制御する状態である。ソレノイドに通電が開始されると、第１プランジャ３５の作動面３５ｃは固定子鉄心３２の吸引面３２ｃに徐々に吸引され、第２弁部２１ｂの開口面積はソレノイド電流に反比例して徐々に絞られる。したがって、図６に示すように、ソレノイド電流が第１電流値Ｉ１以下の状態（０＜Ｉ＜Ｉ１）において、第２弁部２１ｂの開口面積Ｓ４は徐々に狭くなるので、Ｐｄ－Ｐｃ流路の面積も電流の増加に応じて徐々に小さくなる。

一方、ソレノイド電流が第１電流値Ｉ１以下の状態（０＜Ｉ＜Ｉ１）において、第２プランジャ３７の付勢手段３９ｂの付勢力は、第２プランジャ３７が固定子鉄心３２に吸引される力よりも常に大きくなるように設定されているため、第２プランジャ３７の補助弁座３７ｄは、付勢手段３９ｂの付勢力によって第１弁部２１ａと接触した状態が維持され、第１弁部２１ａは閉状態となり中間連通路２６と第１弁室１４とは、第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃのみによって連通する。ソレノイド電流Ｉが０＜Ｉ＜Ｉ１において、補助連通孔３７ｃの開口面積Ｓ１がＰｃ－Ｐｓ流路における最小開口面積となっている。
これにより、制御状態（０＜Ｉ＜Ｉ１）において、中間連通路２６と第１弁室１４との間は、最小開口面積Ｓ１となる第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃによって絞られるので、第３弁室１６から中間連通路２６を通り第１弁室１４へ流れる冷媒量を低減でき、延いては制御室から吸入室へ流れる冷媒を制限して効率の低下を防止することができる。

また、制御状態において、容量可変型圧縮機の制御応答性を高めるために、吸入室に制御室圧力Ｐｃの流体を多く供給する場合を図４及び図６を参照して説明する。ソレノイド通電を増やして第１電流値Ｉ１以上、第２電流値Ｉ２以下の状態（Ｉ１＜Ｉ＜Ｉ２）となる制御を行う。ソレノイド通電を第１電流値Ｉ１以上になると、第１プランジャ３５は固定子鉄心３２に吸引される状態が維持され、第２弁部２１ｂの開口面積は非常に小さく絞られ、Ｐｄ－Ｐｃ流路の開口面積も小さく絞られる。

一方、ソレノイド通電がＩ１＜Ｉ＜Ｉ２（第２電流）の範囲では、第２プランジャ３７が固定子鉄心３２に吸引される力は付勢手段３９ｂの付勢力より大きく設定されているので、第２プランジャ３７は固定子鉄心３２に吸引されて補助弁座３７ｄは第１弁部２１ａから離脱して第１弁部２１ａは開弁する。ここで、第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃの開口面積Ｓ１、弁体第２部材２３の第３連通孔２３ｂの開口面積Ｓ２、第１弁部２１ａと第２プランジャ３７の補助弁座３７ｄとの間の開口面積Ｓ３は、Ｓ３＞Ｓ２＞Ｓ１となるように形成されている。しかも、第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃ（開口面積Ｓ１）と第１弁部２１ａ（開口面積Ｓ３）は並列して設けられているので、第１弁部２１ａが開状態では、Ｐｃ－Ｐｓ流路の最小開口面積は補助連通孔３７ｃの開口面積Ｓ１から第３連通孔２３ｂの開口面積Ｓ２に移行する。これにより、図６に示すようにＰｃ－Ｐｓ流路の開口面積は拡大し、制御室から吸入室へ多くの冷媒を供給できるようになり、吸入室の圧力Ｐｓを設定値Ｐｓｅｔに迅速に収束させることができ、延いては容量可変型圧縮機の制御応答性を高めることができる。

さらに、容量可変型圧縮機を停止して長時間放置した後に制御室（クランク室）に溜まった高圧の液冷媒を排出する状態を図５及び図６を参照して説明する。このような液冷媒排出時には、ソレノイド電流を第２電流値Ｉ２に設定して第２プランジャ３７を固定子鉄心３２に最大の磁気吸引力で吸引させて第１弁部２１ａを開く。さらに、第３弁室１６には高圧の液冷媒が流入するので感圧体２４は収縮して、第３弁部２３ｃは感圧体２４の弁座２４ｃから離間して開弁する。ここで、第３弁部２３ｃの開口面積Ｓ５は、第３弁室１６と中間連通路２６を連通する第３連通孔２３ｂの開口面積Ｓ２よりはるかに大きく設定されている。これにより、第３弁室から第１弁室に至るボトルネックとなる最小開口面積Ｓ２が解消されるので、図６に示すようにＰｃ－Ｐｓ流路の開口面積は急拡大し、冷媒は制御室（クランク室）から吸入室へ液冷媒は急速に排出される。

本発明の実施例１に係る容量制御弁１の構成は上記のとおりであり、以下のような優れた効果を奏する。

本発明に係る容量可変型圧縮機の容量制御弁１は、ソレノイド電流が０＜Ｉ＜Ｉ１（第１電流）の通常制御状態においては、第２プランジャ３７の磁気吸引力よりも付勢手段３９ｂの付勢力が大きく設定される。したがって、補助弁座３７ｄは第１弁部２１ａに接触して第１弁部２１ａは閉弁するので、Ｐｃ－Ｐｓ流路面積は、ボトルネックとなる第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃによって絞られ、第３弁室１６から第１弁室１４に流れる冷媒量を低減できる。これにより、制御室から吸入室へ流れる冷媒を制限して効率の低下を防止することができる。

第３弁室１６から第１弁室１４への冷媒供給量を多くしたい場合には、ソレノイド電流をＩ１＜Ｉ＜Ｉ２（第２電流）として、付勢手段３９ｂの付勢力よりも第２プランジャ３７の磁気吸引力を大きくする。これにより、第２プランジャ３７の補助弁座３７ｄは第１弁部２１ａから離脱して第１弁部２１ａは開弁するので、図６に示すようにＰｃ－Ｐｓ流路の開口面積は拡大し、制御室から吸入室へ多くの冷媒を供給できるようになる。

さらに、容量可変型圧縮機を停止して長時間放置した後に制御室（クランク室）に溜まった液冷媒を排出する時には、ソレノイド電流を第２電流値Ｉ２に設定して最大磁気吸引力によって第１弁部２１ａの開口面積を最大にすると同時に、高圧の液冷媒により感圧体２４を収縮させて第３弁部２３ｃを開弁させることで、図６に示すようにＰｃ－Ｐｓ流路の開口面積を急拡大させ、冷媒を制御室（クランク室）から吸入室へ急速に排出することができる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

上記実施例において、第２プランジャ３７に中間連通路２６の面積より狭い補助連通孔３７ｃを設けることによって、中間連通路２６から第１弁室１４への流れを絞ったが、中間連通路２６から第１弁室１４への流れの絞り方はこれに限らない。たとえば、第２プランジャ３７に補助連通孔３７ｃを設けずに、ソレノイド３０の電流を制御して第１弁部２１ａと第２プランジャ３７の補助弁座３７ｄとの間の開口面積Ｓ３を制御することにより、中間連通路２６から第１弁室１４への流れを絞ってもよい。また、第２プランジャ３７の孔部３７ｆとソレノイドロッド３６との嵌合隙間を調整して、この嵌合隙間を利用して中間連通路２６から第１弁室１４への流れを絞ってもよい。

また、実施例１において、第１弁室１４の第１圧力は容量可変型圧縮機の吸入圧力Ｐｓ、第２弁室１５の第２圧力は容量可変型圧縮機の吐出圧力Ｐｄ、第３弁室１６の第３圧力は容量可変型圧縮機のクランク室の圧力Ｐｃとしたが、これに限らず、第１弁室１４の第１圧力は容量可変型圧縮機のクランク室の圧力Ｐｃ、第２弁室１５の第２圧力は容量可変型圧縮機の吐出圧力Ｐｄ、第３弁室１６の第３圧力は容量可変型圧縮機の吸入圧力Ｐｓとして、様々な容量可変型圧縮機に対応させることができる。

上記実施例において、弁体２０は中空円筒状の部材からなる弁体第１部材２１と弁体第２部材２３とを別個に製作して一体に組み立てていたが、弁体第１部材２１と弁体第２部材２３とを一体に製作してもよい。

図６において、第２弁部の最大開口面積Ｓ４は、第１弁部２１ａの最大開口面積Ｓ３より大きく設定されているが、図６は一例であり、第１弁部２１ａの最大開口面積Ｓ３を第２弁部の最大開口面積Ｓ４より大きくしてもよい。また、第３連通孔２３ｂは弁体２０に設けられていたが、感圧体２４の弁座２４ｃ側に設けてもよい。

図７ないし図１０を参照して、本発明の実施例２に係る容量制御弁１について説明する。実施例１に係る容量制御弁１の弁体２０は、第１弁部、第２弁部及び第３弁部を有し、第３弁部は、第３弁室１６に配設される感圧体２４と接触、離間して、第３弁室１６と中間連通路２６との連通を開閉していた。実施例２の容量制御弁５０の弁体７０は、第１弁部及び第２弁部を有するが、第３弁部はない。第３弁室１６に配設される弁体７０の端部は、感圧体２４と常に接触して閉じた状態となっている点で主に相違するが、その他の基本構成は実施例１と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

弁体７０について説明する。弁体７０は軸方向に貫通する第１中間連通路７６ａを有する中空円筒状の部材からなる。弁体７０は第１弁室１４に配置される第１軸部７１ｇと、第１軸部７１ｇに連接され第１軸部７１ｇより大径に形成された第２軸部７１ｃと、第２軸部７１ｃに連接され第２軸部７１ｃより小径に形成された第３軸部７１ｊ（本発明に係る弁体端部）から主に形成される。第２軸部７１ｃの軸方向の中間位置の外周部にはラビリンス７１ｆが形成される。第２軸部７１ｃはラビリンス７１ｆを挟んで第１弁室１４側と第２弁室１５側に配置され、ラビリンス７１ｆは第１弁室１４側と第２弁室１５側との間に形成された孔部１８と摺動して第１弁室１４と第２弁室１５とをシールする。これにより、第１弁室１４と第２弁室１５とは独立した弁室として構成される。

第２弁室１５に配置される第２軸部７１ｃの端部には第２弁部７１ｂが形成され、第２弁部７１ｂは第２弁座１５ｂと離接して第２弁室１５と第３弁室１６とを連通する弁孔１７を開閉する。また、第１弁室１４に配置される第２軸部７１ｃの端部には第１弁部７１ａが形成され、第１弁部７１ａは第２プランジャ３７の補助弁座３７ｄと離接して第１中間連通路７６ａと第１弁室１４との連通を開閉する。また、弁体７０は、第１軸部７１ｇに形成され第１弁室１４と第１中間連通路７６ａを連通する第１連通孔７１ｋ、第３軸部７１ｊには第３弁室１６と第１中間連通路７６ａとを連通する第３連通孔７１ｍを備える。第１軸部７１ｇの端部７１ｈは後述するソレノイドロッド３６と一体に結合され弁体７０とソレノイドロッド３６は一体に駆動される。以下、第１中間連通路７６ａ及び第１連通孔７１ｋから構成される流路を中間連通路７６と記す。なお、第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃの開口面積Ｓ１、第３軸部７１ｊの第３連通孔７１ｍの開口面積Ｓ２、第１弁部７１ａと第２プランジャ３７の補助弁座３７ｄとの間の開口面積Ｓ３は、Ｓ３＞Ｓ２＞Ｓ１となるように形成される。また、中間連通路７６を構成する第１中間連通路７６ａ及び第１連通孔７１ｋは、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３より大きく形成されている。

第３弁室１６内には感圧体７４が配設される。この感圧体７４は、金属製のベローズ７４ａの一端部が仕切調整部３に密封に結合される。このベローズ７４ａは、リン青銅、ステンレス等により製作するが、そのばね定数は所定の値に設計されている。感圧体７４の内部空間は真空又は空気が内在している。そして、この感圧体７４のベローズ７４ａの有効受圧面積に対し、感圧体７４の周囲の圧力が作用して感圧体７４を伸縮作動させるように構成されている。第３弁室１６内の吸入圧力に応動して伸縮移動する感圧体７４の端部側には弁体７０の第３軸部７１ｊと相対移動可能に嵌合する端部７４ｃが形成され、弁体７０の第３軸部７１ｊと感圧体７４の端部７４ｃとの隙間からの漏れはほとんど無視できる程度の隙間に形成される。なお、第３弁室１６内の吸入圧力によって感圧体７４が最大縮んでも、弁体７０の第３軸部７１ｊと感圧体７４の端部７４ｃとは嵌合状態を維持するように形成されている。

ソレノイド３０の電磁コイル３１に無通電状態、すなわち図１０のソレノイド電流Ｉ＝０の状態では、付勢手段３９ａの反発により固定子鉄心３２の吸引面３２ｃと第１プランジャ３５の作動面３５ｃの間は最大空隙となって第２弁部７１ｂは開弁する。したがって、ソレノイド電流Ｉ＝０の状態ではＰｄ－Ｐｃ流路開口面積Ｓ４は最大となる。一方、第２プランジャ３７は、付勢手段３９ｂの反発により補助弁座３７ｄは第１弁部７１ａに接触して、第１弁部７１ａは閉状態となり、中間連通路７６と第１弁室１４とは、第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃのみによって連通する。しかも、補助連通孔３７ｃの開口面積Ｓ１は中間連通路７６の開口面積より小さく形成されているので、ソレノイド電流Ｉ＝０の状態では、補助連通孔３７ｃの開口面積Ｓ１がＰｃ－Ｐｓ流路における最小開口面積となっている。

つぎに、ソレノイド３０に通電が開始され、ソレノイド電流が第１電流値Ｉ１以下の状態、すなわち制御状態について図７、図８及び図１０を参照して説明する。制御状態は、吸入室の圧力を設定値Ｐｓｅｔになるように制御する状態である。ソレノイドに通電が開始されると、第１プランジャ３５の作動面３５ｃは固定子鉄心３２の吸引面３２ｃに徐々に吸引され、第２弁部７１ｂの開口面積はソレノイド電流に反比例して徐々に絞られる。したがって、図１０に示すように、ソレノイド電流が第１電流値Ｉ１以下の状態（０＜Ｉ＜Ｉ１）において、第２弁部７１ｂの開口面積は徐々に狭くなるので、Ｐｄ－Ｐｃ流路の面積も電流の増加に応じて徐々に小さくなる。

一方、ソレノイド電流が第１電流値Ｉ１以下の状態（０＜Ｉ＜Ｉ１）において、第２プランジャ３７の付勢手段３９ｂの付勢力は、第２プランジャ３７が固定子鉄心３２に吸引される力よりも常に大きくなるように設定されているため、第２プランジャ３７の補助弁座３７ｄは、付勢手段３９ｂの付勢力によって第１弁部７１ａと接触し、第１弁部７１ａは閉状態を維持する。中間連通路７６と第１弁室１４とは、第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃのみによって連通し、しかも補助連通孔３７ｃの開口面積Ｓ１は中間連通路７６の開口面積より小さく形成されている。したがって、制御状態（０＜Ｉ＜Ｉ１）において、Ｐｃ－Ｐｓ流路面積は、ボトルネックとなる第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃによって絞られ、第３弁室１６から第１弁室１４に流れる冷媒量を低減でき、延いては制御室から吸入室へ流れる冷媒を制限して効率の低下を防止することができる。

また、制御状態において、容量可変型圧縮機の制御応答性を高めるために、吸入室に制御室圧力Ｐｃの流体を多く供給する場合を図８～図１０を参照して説明する。この場合ソレノイド通電を増やして第１電流値Ｉ１以上、第２電流値Ｉ２以下の状態（Ｉ１＜Ｉ＜Ｉ２）となる制御を行う。ソレノイド通電を第１電流値Ｉ１以上になると、第１プランジャ３５は固定子鉄心３２に吸引される状態が維持され、第２弁部７１ｂの開口面積は非常に小さく絞られ、図１０に示すようにＰｄ－Ｐｃ流路の開口面積も小さく絞られる。

一方、ソレノイド通電がＩ１＜Ｉ＜Ｉ２（第２電流）の範囲では、第２プランジャ３７が固定子鉄心３２に吸引される力は付勢手段３９ｂの付勢力より大きく設定されているので、第２プランジャ３７は固定子鉄心３２に吸引されて補助弁座３７ｄは第１弁部７１ａから離脱して第１弁部７１ａは開弁する。第１弁部７１ａの開口面積Ｓ３は第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃの開口面積Ｓ１より大きく設定されているので、図１０に示すようにＰｃ－Ｐｓ流路の開口面積は拡大し、制御室から吸入室へ多くの冷媒を供給できるようになる。これにより、制御室から吸入室へ多くの冷媒を供給して、容量可変型圧縮機の制御応答性を高めることができる。

本発明の実施例２に係る容量制御弁５０は実施例１の効果に加え、以下のような優れた効果を奏する。

実施例２の容量制御弁５０の弁体７０は、感圧体７４と開閉する第３弁部がないため、構造を簡略化でき、製作が容易になるとともに、制御室から吸入室へ流れる冷媒を制限して効率の低下を防止することができ、容量可変型圧縮機の制御応答性を高めることができる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

上記実施例において、第２プランジャ３７に中間連通路７６の面積より狭い補助連通孔３７ｃを設けることによって、中間連通路７６から第１弁室１４への流れを絞ったが、中間連通路７６から第１弁室１４への流れの絞り方はこれに限らない。たとえば、第２プランジャ３７に補助連通孔３７ｃを設けずに、ソレノイド３０の電流を制御して第１弁部７１ａと第２プランジャ３７の補助弁座３７ｄとの間の開口面積Ｓ３を制御することにより、中間連通路７６から第１弁室１４への流れを絞ってもよい。また、第２プランジャ３７に補助連通孔３７ｃを設けずに、第２プランジャ３７の孔部３７ｆとソレノイドロッド３６との隙間を調整して、この隙間を利用して中間連通路７６から第１弁室１４への流れを絞ってもよい。

また、実施例２において、第１弁室１４の第１圧力は容量可変型圧縮機の吸入圧力Ｐｓ、第２弁室１５の第２圧力は容量可変型圧縮機の吐出圧力Ｐｄ、第３弁室１６の第３圧力は容量可変型圧縮機のクランク室の圧力Ｐｃとしたが、これに限らず、第１弁室１４の第１圧力は容量可変型圧縮機のクランク室の圧力Ｐｃ、第２弁室１５の第２圧力は容量可変型圧縮機の吐出圧力Ｐｄ、第３弁室１６の第３圧力は容量可変型圧縮機の吸入圧力Ｐｓとして、様々な容量可変型圧縮機に対応させることができる。

１、５０ 容量制御弁
３ 仕切調整部
１０ バルブ本体
１１ 第１連通路
１２ 第２連通路
１３ 第３連通路
１４ 第１弁室
１５ 第２弁室
１６ 第３弁室
２０ 弁体
２１ 弁体第１部材
２１ａ 第１弁部
２１ｂ 第２弁部
２３ 弁体第２部材
２３ａ 第２中間連通路
２３ｂ 第３連通孔
２３ｃ 第３弁部
２４ 感圧体
２４ｃ 弁座
２６ 中間連通路
２６ａ 第１中間連通路
２６ｂ 第１連通孔
３０ ソレノイド
３１ 電磁コイル
３２ 固定鉄心
３３ ソレノイドケース
３５ 第１プランジャ
３６ ソレノイドロッド
３７ 第２プランジャ
３７ｃ 補助連通孔
７０ 弁体
７１ 弁体第１部材
７１ａ 第１弁部
７１ｂ 第２弁部
７４ 感圧体
７４ｃ 端部
７６ 中間連通路
Ｐｄ 吐出圧力
Ｐｓ 吸入圧力
Ｐｃ 制御室圧力
Ｓ１ 第２プランジャ３７の補助連通孔３７ｃの開口面積
Ｓ２ 弁体第２部材２３の第３連通孔２３ｂの開口面積
Ｓ３ 第１弁部２１ａと第２プランジャ３７の補助弁座３７ｄとの間の開口面積
Ｓ４ 第２弁部２１ｂと第２弁座１５ｂとの間の開口面積
Ｓ５ 第３弁部２３ｃと感圧体２４の弁座２４ｃとの間の開口面積

Claims (8)

1. バルブ部の開弁度に応じて容量可変型圧縮機の流量又は圧力を制御する容量制御弁において、
   第１圧力の流体を通す第１連通路と連通する第１弁室、第３圧力の流体を通す第３連通路に連通する第３弁室、並びに、前記第１連通路と前記第３連通路との間に配設され第２圧力の流体を通す第２連通路に連通するとともに前記第３弁室と連通する弁孔及び該弁孔に配設される第２弁座を有する第２弁室を有するバルブ本体と、
   前記第３弁室内に配置され周囲の圧力によって伸縮する感圧体と、
   前記第１弁室と前記第３弁室とを連通する中間連通路、前記第１弁室に配設される第１弁部、前記第２弁座と離接し前記弁孔を開閉する第２弁部、及び、前記第３弁室に配設される弁体端部を有する弁体と、
   前記第３弁室内に配設され前記第３弁室と前記中間連通路とに連通する第３連通孔と、
   電磁コイル部、第１プランジャ、固定子鉄心、及び、前記弁体と前記第１プランジャを接続するロッドを有するソレノイドと、
   前記固定子鉄心と前記弁体との間に配設される第２プランジャ、とを備え、
   前記第２プランジャは、前記第１弁部と並列して前記第１弁室と前記中間連通路とを連通する補助連通孔を備える容量制御弁。
2. 前記第２プランジャは、前記第１弁部と離接して前記第１弁室と前記中間連通路との連通を開閉する補助弁座を備える請求項１に記載の容量制御弁。
3. 前記補助連通孔は前記第３連通孔より小さい開口面積を備え、前記第３連通孔は前記第１弁部と前記第２プランジャとの間の開口面積より小さい開口面積を備える請求項２に記載の容量制御弁。
4. 前記補助連通孔は、前記中間連通路の流路断面積より小さい開口面積を備える請求項２又は３に記載の容量制御弁。
5. 前記第２プランジャは前記ロッドに対し相対移動可能となる嵌合隙間を有する請求項１ないし４のいずれかに記載の容量制御弁。
6. 前記弁体の前記弁体端部は、前記感圧体と離接して前記中間連通路と前記第３弁室との連通を開閉する第３弁部をさらに備える請求項１ないし５のいずれかに記載の容量制御弁。
7. 前記第１圧力は前記容量可変型圧縮機の吸入圧力、前記第２圧力は前記容量可変型圧縮機の吐出圧力、前記第３圧力は前記容量可変型圧縮機のクランク室の圧力である請求項１ないし６のいずれかに記載の容量制御弁。
8. 前記第１圧力は前記容量可変型圧縮機のクランク室の圧力、前記第２圧力は前記容量可変型圧縮機の吐出圧力、前記第３圧力は前記容量可変型圧縮機の吸入圧力である請求項１ないし６のいずれかに記載の容量制御弁。

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