JP7467494B2 - 容量制御弁 - Google Patents

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Description

本発明は、作動流体の容量を可変制御する容量制御弁に関し、例えば、自動車の空調システムに用いられる容量可変型圧縮機の吐出量を圧力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容量可変型圧縮機は、エンジン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量を変化させて流体の吐出量を制御するものである。この斜板の傾斜角度は、電磁力により開閉駆動される容量制御弁を用いて、流体を吸入する吸入室の吸入圧力Ps、ピストンにより加圧された流体を吐出する吐出室の吐出圧力Pd、斜板を収容した制御室の制御圧力Pcを利用しつつ、制御室内の圧力を適宜制御することで連続的に変化させ得るようになっている。
容量可変型圧縮機の連続駆動時において、容量制御弁は、制御コンピュータにより通電制御され、ソレノイドで発生する電磁力により弁体を軸方向に移動させ、制御圧力Pcの制御流体が通過する制御ポートと吸入圧力Psの吸入流体が通過する吸入ポートとの間に設けられるCS弁を開閉して容量可変型圧縮機の制御室の制御圧力Pcを調整する通常制御を行っている。
容量制御弁の通常制御時においては、容量可変型圧縮機における制御室の圧力が適宜制御されており、回転軸に対する斜板の傾斜角度を連続的に変化させることにより、ピストンのストローク量を変化させて吐出室に対する流体の吐出量を制御し、空調システムが目標の冷却能力となるように調整している。
特許文献1の容量制御弁は、CS弁を開閉して容量可変型圧縮機の制御室から吸入室へ抜けていく制御圧力Pcの流体を制御し、ピストンのストローク方向にそれぞれ作用する吐出室の吐出圧力Pdと制御室の制御圧力Pcとの圧力差を目標値に近付けることにより、吐出室から吐出される流体の吐出量を変化させている。また、ソレノイドへの印加電流による電磁力に応じてCS弁の弁開度が変化し、これに対応して圧力差の目標値が変更され、吐出室から吐出される流体の吐出量を変化させるようになっている。
また、特許文献1においては、容量制御弁の感圧室にダイアフラムを有する感圧部を設け、当該感圧部を吸入圧力Psに応じて弁体を移動させる力を変化させることでCS弁の弁開度を調整している。また、感圧室に供給される吸入圧力Psの吸入流体は、弁体、ソレノイドを構成するシャフトおよびプランジャに形成される連通路を介して弁体の背面側まで導かれ、弁体の移動方向両側に作用する吸入圧力Psの影響がキャンセルされている。
特開2011-94554号公報(第10頁、第2図)
しかしながら、特許文献1にあっては、吸入圧力Psの影響がキャンセルされているためCS弁の制御性に優れるものの、CS弁の開弁時において、弁体における制御圧力Pcの受圧面積は、制御圧力Pcが開弁方向に作用する受圧面側で大きくなっているため、吸入圧力Psよりも高い制御圧力Pcが弁体を開弁方向に付勢するように作用してしまい、容量制御弁の応答性が悪くなるという問題があった。また、CS弁の開放時に、制御圧力の流体が弁体の背面側に回りこむことがあり、エネルギー効率が悪かった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、応答性を高めることができる容量制御弁を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の容量制御弁は、
吸入圧力の吸入流体が通過する吸入ポートおよび制御圧力の制御流体が通過する制御ポートが形成されたバルブハウジングと、
ソレノイドにより駆動される弁体と、
前記弁体を前記ソレノイドによる駆動方向と反対方向に付勢するスプリングと、
CS弁座と前記弁体とにより構成され前記弁体の移動により前記制御ポートと前記吸入ポートとの連通を開閉するCS弁と、を備え、
前記CS弁の開閉により制御圧力の制御を行う容量制御弁であって、
制御圧力の制御流体を前記弁体の背面側に供給可能となっており、
前記CS弁の開閉によって生じる流体圧と前記弁体の背面側の圧力を利用して前記弁体の背面側の圧力を低下させる流路制御手段を備えている。
これによれば、弁体の背面側の流体の圧力が高まっている場合に、流路制御手段がCS弁の開閉によって生じる流体圧と弁体の背面側の圧力との圧力差を利用して流路を通して弁体の背面側の流体を排出することにより、弁体の背面側の圧力を低下させて弁体に作用する制御圧力の影響力を小さくすることができるため、容量制御弁の応答性を高めることができる。
前記流路制御手段は、作動弁体と、付勢手段と、を備え、
前記流体圧による力および前記付勢手段の付勢力を前記弁体の背面側の圧力による力と対向させた弁であってもよい。
これによれば、CS弁の開放による制御圧力の低下によって生じる流体圧と弁体の背面側の圧力との圧力差に応じて付勢手段により付勢される作動弁体を動作させることができるため、弁体の背面側の圧力を低下させる流路制御手段を簡単に構成することができる。
前記流体圧は、前記CS弁の下流側の圧力であって、前記付勢手段は、前記作動弁体を開弁方向に付勢していてもよい。
これによれば、CS弁の開放によりCS弁の上流側から下流側に制御圧力の制御流体の流れが生じてCS弁の下流側の圧力が高まることから、流体圧による力と付勢手段の付勢力とが弁体の背面側の圧力による力を上回ったときに、弁体の背面側の流体を排出する流路を開放するように流路制御手段を構成することができ、弁体の背面側の圧力を迅速に低下させ、容量制御弁の応答性をより高めることができる。尚、CS弁の上流側、下流側とはそれぞれCS弁よりも制御ポート側、吸入ポート側のことであり、以下同様である。
前記流体圧は、前記CS弁の上流側の圧力であって、前記付勢手段は、前記作動弁体を閉弁方向に付勢していてもよい。
これによれば、CS弁の開放によりCS弁の上流側から下流側に制御圧力の制御流体の流れが生じてCS弁の上流側の圧力が低下することから、流体圧による力と付勢手段の付勢力とが弁体の背面側の圧力による力を下回ったときに、弁体の背面側の流体を排出する流路を開放するように流路制御手段を構成することができ、弁体の背面側の圧力とCS弁の上流側の圧力との圧力差が小さい状態に維持されるため、容量制御弁の制御性を高めることができる。
前記CS弁の上流側と前記弁体の背面側との連通を圧力差により開閉する圧力作動弁を備えていてもよい。
これによれば、CS弁の上流側の制御圧力が高まったときに圧力作動弁を開放させ、CS弁の上流側と弁体の背面側とを連通させ、制御圧力の制御流体を弁体の背面側に供給することにより、弁体の背面側の圧力を高めて弁体に作用する制御圧力の影響力を小さくすることができるため、容量制御弁の応答性を高めることができる。また、制御圧力が低下したときには、圧力作動弁を閉塞させ、弁体の背面側への制御圧力の制御流体の供給を遮断することにより、流路制御手段により弁体の背面側の流体を排出する流路が開放されたときに、弁体の背面側の圧力を効率よく低下させることができるため、容量制御弁の応答性をより高めることができる。
前記流路制御手段は、前記吸入ポートと連通する前記バルブハウジングの貫通孔に設けられていてもよい。
これによれば、既存の吸入ポートと連通するバルブハウジングの貫通孔を利用して流路制御手段を構成することができるため、容量制御弁の構造が簡素にできる。
前記流路制御手段は、前記CS弁の上流側と連通する前記バルブハウジングの貫通孔に設けられていてもよい。
これによれば、バルブハウジングの貫通孔を利用して流路制御手段を構成することができるため、容量制御弁の構造が簡素にできる。
本発明に係る実施例の容量制御弁が組み込まれる斜板式容量可変型圧縮機を示す概略構成図である。 実施例1の容量制御弁の非通電状態においてCS弁が開放された様子を示す断面図である。 実施例1の容量制御弁の非通電状態においてCS弁が開放された様子を示し、かつ制御圧力が低い場合において第1圧力作動弁が閉塞され、第2圧力作動弁が開放された状態における圧力分布を示す要部拡大図である。尚、圧力分布を示すために、各部材の断面の表示を省略している。 実施例1の容量制御弁の通電状態においてCS弁が閉塞された様子を示し、かつ制御圧力が高い場合において第1圧力作動弁が開放され、第2圧力作動弁が閉塞された状態における圧力分布を示す要部拡大図である。尚、圧力分布を示すために、各部材の断面の表示を省略している。 実施例1の容量制御弁が図4の通電状態から非通電状態に切り換えられCS弁が開放されることにより、第1圧力作動弁が開放され、第2圧力作動弁が閉塞された状態における圧力分布を示す要部拡大図である。尚、圧力分布を示すために、各部材の断面の表示を省略している。 本発明に係る実施例2の容量制御弁の非通電状態においてCS弁が開放された様子を示す断面図である。 実施例2の容量制御弁の非通電状態においてCS弁が開放された様子を示し、かつ制御圧力が低い場合において第1圧力作動弁および第2圧力作動弁が閉塞された状態における圧力分布を示す要部拡大図である。尚、圧力分布を示すために、各部材の断面の表示を省略している。 実施例2の容量制御弁の通電状態においてCS弁が閉塞された様子を示し、かつ制御圧力が高い場合において第1圧力作動弁が開放され、第2圧力作動弁が閉塞された状態における圧力分布を示す要部拡大図である。尚、圧力分布を示すために、各部材の断面の表示を省略している。 実施例2の容量制御弁が図8の通電状態から非通電状態に切り換えられCS弁が開放されることにより、第1圧力作動弁が閉塞され、第2圧力作動弁が開放された状態における圧力分布を示す要部拡大図である。尚、圧力分布を示すために、各部材の断面の表示を省略している。
本発明に係る容量制御弁を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
実施例1に係る容量制御弁につき、図1から図5を参照して説明する。以下、図2の正面側から見て左右側を容量制御弁の左右側として説明する。詳しくは、バルブハウジング10が配置される紙面左側を容量制御弁の左側、ソレノイド80が配置される紙面右側を容量制御弁の右側として説明する。
本発明の容量制御弁Vは、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Mに組み込まれ、冷媒である作動流体(以下、単に「流体」と表記する)の圧力を可変制御することにより、容量可変型圧縮機Mの吐出量を制御し空調システムを目標の冷却能力となるように調整している。
先ず、容量可変型圧縮機Mについて説明する。図1に示されるように、容量可変型圧縮機Mは、吐出室2と、吸入室3と、制御室4と、複数のシリンダ4aと、を備えるケーシング1を有している。尚、容量可変型圧縮機Mには、吐出室2と制御室4とを直接連通する連通路が設けられており、この連通路には吐出室2と制御室4との圧力を平衡調整させるための固定オリフィス9が設けられている(図2参照)。
また、容量可変型圧縮機Mは、ケーシング1の外部に設置される図示しないエンジンにより回転駆動される回転軸5と、制御室4内において回転軸5に対してヒンジ機構8により傾斜可能に連結される斜板6と、斜板6に連結され各々のシリンダ4a内において往復動自在に嵌合された複数のピストン7と、を備え、電磁力により開閉駆動される容量制御弁Vを用いて、流体を吸入する吸入室3の吸入圧力Ps、ピストン7により加圧された流体を吐出する吐出室2の吐出圧力Pd、斜板6を収容した制御室4の制御圧力Pcを利用しつつ、制御室4内の圧力を適宜制御することで斜板6の傾斜角度を連続的に変化させることにより、ピストン7のストローク量を変化させて流体の吐出量を制御している。尚、説明の便宜上、図1においては、容量可変型圧縮機Mに組み込まれる容量制御弁Vの図示を省略している。
具体的には、制御室4内の制御圧力Pcが高圧であるほど、回転軸5に対する斜板6の傾斜角度は小さくなりピストン7のストローク量が減少するが、一定以上の圧力となると、回転軸5に対して斜板6が略垂直状態、すなわち垂直よりわずかに傾斜した状態となる。このとき、ピストン7のストローク量は最小となり、ピストン7によるシリンダ4a内の流体に対する加圧が最小となることで、吐出室2への流体の吐出量が減少し、空調システムの冷却能力は最小となる。一方で、制御室4内の制御圧力Pcが低圧であるほど、回転軸5に対する斜板6の傾斜角度は大きくなりピストン7のストローク量が増加するが、一定以下の圧力となると、回転軸5に対して斜板6が最大傾斜角度となる。このとき、ピストン7のストローク量は最大となり、ピストン7によるシリンダ4a内の流体に対する加圧が最大となることで、吐出室2への流体の吐出量が増加し、空調システムの冷却能力は最大となる。
図2に示されるように、容量可変型圧縮機Mに組み込まれる容量制御弁Vは、ソレノイド80を構成するコイル86に通電する電流を調整し、容量制御弁VにおけるCS弁50の開閉制御を行うことにより、制御室4から吸入室3に流出する流体を制御することで制御室4内の制御圧力Pcを可変制御している。尚、吐出室2の吐出圧力Pdの吐出流体が固定オリフィス9を介して制御室4に常時供給されており、容量制御弁VにおけるCS弁50を閉塞させることにより制御室4内の制御圧力Pcを上昇させられるようになっている。
本実施例において、CS弁50は、弁体としてのCS弁体51とバルブハウジング10の内周面に形成されたCS弁座10aとにより構成されており、CS弁体51の大径部52の軸方向左端52aがCS弁座10aに接離することで、CS弁50が開閉するようになっている。
次いで、容量制御弁Vの構造について説明する。図2に示されるように、容量制御弁Vは、金属材料または樹脂材料により形成されたバルブハウジング10と、バルブハウジング10内に軸方向左端部が配置されるCS弁体51と、バルブハウジング10に接続されCS弁体51に駆動力を及ぼすソレノイド80と、から主に構成されている。
図2に示されるように、CS弁体51は、断面一定の柱状体である大径部52と、大径部52よりも小径であり軸方向右方に延出する小径部54と、から構成されており、ソレノイド80のコイル86に対して貫通配置されるロッドを兼ねている。
図2に示されるように、ソレノイド80は、軸方向左方に開放する開口部81aを有するケーシング81と、ケーシング81の開口部81aに対して軸方向左方から挿入されケーシング81の内径側とバルブハウジング10の内径側との間に配置される略円筒形状のセンタポスト82と、センタポスト82に挿通され軸方向に往復動自在、かつその軸方向左端部がバルブハウジング10内に配置されるCS弁体51と、CS弁体51の軸方向右端部が挿嵌・固定される可動鉄心84と、センタポスト82と可動鉄心84との間に設けられ可動鉄心84をCS弁50の開弁方向である軸方向右方に付勢するスプリングとしてのコイルスプリング85と、センタポスト82の外側にボビンを介して巻き付けられた励磁用のコイル86と、から主に構成されている。
センタポスト82は、鉄やケイ素鋼等の磁性材料である剛体から形成され、軸方向に延びCS弁体51が挿通される挿通孔82cが形成される円筒部82bと、円筒部82bの軸方向左端部の外周面から外径方向に延びる環状のフランジ部82dとを備えている。
図2および図3に示されるように、バルブハウジング10には、径方向に貫通し、容量可変型圧縮機Mの吸入室3と連通する吸入ポートとしてのPsポート11が形成されている。また、バルブハウジング10の軸方向左端の内径側には、容量可変型圧縮機Mの制御室4と連通する制御ポートとしてのPcポート12が形成されている。
バルブハウジング10の内部には、弁室20が形成され、弁室20内にはCS弁体51の大径部52の軸方向左端52aが軸方向に往復動自在に配置される。また、Psポート11は、バルブハウジング10の外周面から内径方向に延びて弁室20と連通している。また、Pcポート12は、バルブハウジング10の軸方向左端の内径側から軸方向右方に延びて弁室20と連通している。
バルブハウジング10の内周面には、Pcポート12の弁室20側の開口端縁にCS弁座10aが形成されている。また、バルブハウジング10の内周面には、CS弁座10aおよび弁室20よりもソレノイド80側にCS弁体51の外周面が摺動可能なガイド孔10bが形成されている。すなわち、バルブハウジング10には、その内周面にCS弁座10aとガイド孔10bとが一体に形成されている。尚、ガイド孔10bの内周面とCS弁体51の外周面との間は、径方向に僅かに離間することにより微小な隙間が形成されており、CS弁体51は、バルブハウジング10に対して軸方向に円滑に相対移動可能となっている。
また、バルブハウジング10は、軸方向右側に軸方向左方に凹む凹部10cが形成されており、センタポスト82のフランジ部82dが軸方向右方から略密封状に挿嵌・固定され、さらにその軸方向右方からケーシング81が略密封状に挿嵌・固定されることにより一体に接続されている。尚、バルブハウジング10の凹部10cの底面の内径側には、ガイド孔10bのソレノイド80側の開口端が形成されている。このように、バルブハウジング10、センタポスト82、ケーシング81が一体に接続された状態では、ケーシング81の軸方向左側に形成される凹部81bの底面にバルブハウジング10の軸方向右側の端面とセンタポスト82のフランジ部82dの軸方向右側の側面がそれぞれ当接し、バルブハウジング10の凹部10cの底面とセンタポスト82の軸方向左側の端面とは軸方向に離間して隙間が形成されている。
また、バルブハウジング10には、軸方向左側の端面と凹部10cの底部との間に軸方向に延びる貫通孔21が形成されており、貫通孔21は、軸方向左端が容量可変型圧縮機Mの制御室4に連通する小径孔部211と、小径孔部211の軸方向右端から連続して延びる該小径孔部211よりも大径の大径孔部212と、から構成されている。大径孔部212の軸方向右端は、凹部10cの底面とセンタポスト82の軸方向左側の端面との間に形成される隙間に開放している。尚、Pcポート12内と貫通孔21の小径孔部211内には、容量可変型圧縮機Mの制御室4から制御圧力Pcの制御流体が供給されている。
貫通孔21の大径孔部212には、ボール状の作動弁体31と、軸方向右端がセンタポスト82の軸方向左側の端面に固定され、軸方向左端が作動弁体31に軸方向右方から当接する復帰バネ32と、が配置されており、作動弁体31が復帰バネ32により軸方向左方に付勢されている。これら作動弁体31および復帰バネ32は、流路である貫通孔21において容量可変型圧縮機Mの制御室4とケーシング81内部の空間Sとの連通を制御する圧力作動弁としての第1圧力作動弁30を構成している。尚、ケーシング81内部の空間Sは、センタポスト82内部の空間およびバルブハウジング10の凹部10cの底面とセンタポスト82の軸方向左側の端面との間に形成される隙間と連通している。
また、バルブハウジング10には、径方向に延びる貫通孔であるPsポート11の内周面と軸方向右端の凹部10cの底部との間に軸方向に延びる貫通孔22が形成されており、貫通孔22は、軸方向左端がPsポート11内に連通する小径孔部221と、小径孔部221の軸方向右端から連続して延びる該小径孔部221よりも大径の大径孔部222と、から構成されている。大径孔部222の軸方向右端は、バルブハウジング10の凹部10cの底面とセンタポスト82の軸方向左端との間に形成される隙間に開放している。尚、バルブハウジング10において弁室20内、Psポート11内、小径孔部221内の圧力は、CS弁50の開閉によって生じるCS弁50の下流側の流体圧となっている。
貫通孔22の大径孔部222には、ボール状の作動弁体41と、軸方向左端が小径孔部221内に固定され軸方向右端が作動弁体41に軸方向左方から当接する付勢手段としての復帰バネ42と、が配置されており、作動弁体41が軸方向右方に付勢されている。これら作動弁体41および復帰バネ42は、流路である貫通孔22においてPsポート11とケーシング81内部の空間Sとの連通を制御する流路制御手段としての第2圧力作動弁40を構成している。
尚、ケーシング81内部の空間Sは、絞りを介してPsポート11と常時連通している。具体的には、ガイド孔10bの内周面とCS弁体51の外周面との微小な隙間が絞りとして機能しており、ケーシング81内部の空間Sの流体をPsポート11に緩やかに逃がすことができ、長時間不使用時には弁室20内の流体の圧力とケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差が小さい状態が維持される。
次いで、容量制御弁Vの動作、主にCS弁50の開閉動作について説明する。
先ず、容量制御弁Vの非通電状態について説明する。図2および図3に示されるように、容量制御弁Vは、非通電状態において、可動鉄心84がコイルスプリング85の付勢力により軸方向右方へと押圧されることで、CS弁体51が軸方向右方へ移動し、CS弁体51の大径部52の軸方向左端52aがCS弁座10aから離間し、CS弁50が開放されている。
このとき、CS弁体51には、軸方向右方に向けてコイルスプリング85の付勢力(Fsp1)と、CS弁体51の軸方向左端面に対する流体の圧力による力(FP1)が作用し、軸方向左方に向けてCS弁体51の軸方向右端面に対する流体の圧力による力(FP2)が作用している。すなわち、右向きを正として、CS弁体51には、力Frod=Fsp1+FP1-FP2が作用している。尚、CS弁50の開放時には、CS弁体51の軸方向左端面に対する流体の圧力による力(FP1)は、CS弁体51の大径部52の軸方向左端52aに作用する弁室20内の流体の圧力による力である。一方、CS弁体51の軸方向右端面に対する流体の圧力による力(FP2)は、弁室20からバルブハウジング10のガイド孔10bの内周面とCS弁体51の外周面との間の隙間を介してCS弁体51の背面側に回り込んだ流体、つまりケーシング81内部の空間Sに存在する流体の圧力による力である。このCS弁体51の軸方向左端面に対する流体の圧力による力(FP1)は、CS弁体51の軸方向右端面に対する流体の圧力による力(FP2)よりも相対的に高くなっている(FP1>FP2)。
次に、容量制御弁Vの通電状態について図4を参照して概略的に説明する。図4に示されるように、容量制御弁Vは、通電状態、すなわち通常制御時、いわゆるデューティ制御時において、ソレノイド80に電流が印加されることにより発生する電磁力(Fsol)が力Frodを上回る(Fsol>Frod)と、可動鉄心84がセンタポスト82側、すなわち軸方向左側に引き寄せられ、可動鉄心84に固定されたCS弁体51が軸方向左方へ共に移動することにより、CS弁体51の軸方向左端52aがバルブハウジング10のCS弁座10aに着座し、CS弁50が閉塞されている。
このとき、CS弁体51には、軸方向左方に電磁力(Fsol)、軸方向右方に力Frodが作用している(すなわち、右向きを正として、CS弁体51には、力Frod-Fsolが作用している)。尚、CS弁50の閉塞時には、CS弁体51の軸方向左端面に対する流体の圧力による力(FP1)は、Pcポート12内の制御流体の制御圧力Pcによる力である。
次いで、制御圧力Pcが高い場合や制御圧力Pcを急激に高めたい場合における、CS弁50の全開状態、すなわち容量制御弁Vの非通電状態からCS弁50の全閉状態、すなわち容量制御弁Vの最大通電状態となるまでの状態を説明する。図3に示されるCS弁50の全開状態において、制御圧力Pcが高いときには、Pcポート12内の制御流体の制御圧力Pcと弁室20内の流体の圧力およびケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差が大きくなり、Pcポート12内の制御流体の制御圧力Pcによる力(FP1)がCS弁体51に大きく作用して軸方向右方、すなわち開弁方向に付勢するので、CS弁体51を軸方向左方に移動させるために大きな印加電流が必要になる。また、制御圧力Pcを急激に高めたい場合にもCS弁体51を軸方向左方に移動させるために大きな印加電流が必要になる。
図4に示されるように、制御圧力Pcが高い場合には、第1圧力作動弁30の作動弁体31が復帰バネ32の付勢力およびケーシング81内部の空間Sの流体の圧力に抗して軸方向右方に移動し、貫通孔21の小径孔部211の軸方向右端と大径孔部212の軸方向左端との接続部分に形成されるテーパ状の弁座213から離間することで第1圧力作動弁30が開放される。このとき、作動弁体31には、軸方向右方に向けて復帰バネ32の付勢力(Fsp11)およびケーシング81内部の空間Sの流体の圧力による力(FP12)を上回る小径孔部211内の制御圧力Pcによる力(FP11)が軸方向右方に向けて作用している(FP11>Fsp11+FP12,図4において白矢印で図示)。
これにより、容量可変型圧縮機Mの制御室4とケーシング81内部の空間Sとが貫通孔21を介して連通し、容量可変型圧縮機Mの制御室4から貫通孔21を通ってケーシング81内部の空間Sに制御圧力Pcの制御流体が供給され、容量可変型圧縮機Mの制御室4の制御圧力Pcとケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差が小さくなるので、CS弁体51に作用するPcポート12内の制御流体の制御圧力Pcによる力(FP1)の影響力が小さくなり、CS弁体51を軸方向左方、すなわち閉弁方向にスムーズに動作させることができ、容量可変型圧縮機Mの高出力時の制御に対する応答性を高めることができる。
また、制御圧力Pcの制御流体がケーシング81内部の空間Sに供給されることにより、CS弁50の下流側においてPsポート11と連通する貫通孔22の小径孔部221内の流体の圧力とケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差が大きくなるので、第2圧力作動弁40の作動弁体41は、復帰バネ42の付勢力および小径孔部221内の流体の圧力に抗して軸方向左方に移動し、貫通孔22の小径孔部221の軸方向右端と大径孔部222の軸方向左端との接続部分に形成されるテーパ状の弁座223に着座することで第2圧力作動弁40が略密封状に閉塞される。このとき、作動弁体41には、軸方向左方に向けて復帰バネ42の付勢力(Fsp21)と、小径孔部221内の流体の圧力による力(FP21)を合わせた力を上回るケーシング81内部の空間Sの流体の圧力による力(FP22)が作用している(Fsp21+FP21<FP22,図4において白矢印で図示)。
これにより、Psポート11とケーシング81内部の空間Sとが非連通状態となり、貫通孔21を通して容量可変型圧縮機Mの制御室4からケーシング81内部の空間Sに供給された流体が貫通孔22を通ってPsポート11に排出されることがなくなるため、ケーシング81内部の空間Sの流体の圧力を効率よく高めることができる。
ここで、図4に示されるように、制御圧力Pcが高まることにより、第1圧力作動弁30が開放され制御圧力Pcとケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差が小さくなった状態から、容量制御弁Vが非通電状態に切り換わりCS弁50が開弁する(図5参照)と、Pcポート12とPsポート11とが連通されて容量可変型圧縮機Mの制御室4から吸入室3に制御圧力Pcの制御流体が排出されて制御圧力Pcが低下する。
図5に示されるように、容量制御弁Vが通電状態から非通電状態に切り換わることによりCS弁50が開放するとPcポート12の制御圧力Pcが低下する。このとき、第1圧力作動弁30は開弁状態となっていたためケーシング81内部の空間Sの流体の圧力はPcポート12の制御圧力Pcに近い圧力まで低下し、作動弁体31に働く差圧による力を復帰ばね32の付勢力が上回ると、第1圧力作動弁30は閉弁する。また、Pcポート12から弁室20を介してPsポート11に排出される流体の一部が貫通孔22の小径孔部221内に流れ込むとともに小径孔部221内の圧力は開放直前よりも上昇することにより(図5における実線の矢印参照)、第2圧力作動弁40は開放されており、ケーシング81内部の空間SはPsポート11に連通しているため、ケーシング81内部の空間Sの流体の圧力はPsポート11の吸入圧力Psに近い圧力まで低下し、作動弁体41に働く差圧による力を復帰ばね42の付勢力が上回ると、第2圧力作動弁40は開弁状態を維持する。このとき、作動弁体41には、軸方向右方に向けてケーシング81内部の空間Sの流体の圧力による力(FP22)を上回る復帰バネ42の付勢力(Fsp21)とCS弁50の下流側の圧力、すなわち小径孔部221内の流体の圧力による力(FP21)を合わせた力が作用している(Fsp21+FP21>FP22,図5において白矢印で図示)。
これにより、ケーシング81内部の空間SとPsポート11とが貫通孔22を介して連通し、ケーシング81内部の空間Sから貫通孔22を通ってPsポート11にケーシング81内部の空間Sの流体が排出され、ケーシング81内部の空間Sの流体の圧力が速やかに低下するため、Pcポート12内の制御流体の制御圧力Pcとケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差が小さくなるので、CS弁体51に作用するケーシング81内部の空間Sの流体の圧力による力(FP2)の影響力が小さくなり、CS弁体51を軸方向右方、すなわち開弁方向にスムーズに動作させることができ、CS弁50が閉弁状態から開弁し始めるときの応答性を高めることができる。尚、図5においては、通電状態から非通電状態になった直後の圧力分布をドットにより示しており、時間の経過とともに容量制御弁V内の圧力が均一になることは言うまでもない。
また、CS弁50が開弁して制御圧力Pcが低下することにより、第1圧力作動弁30の作動弁体31には、復帰バネ32により閉弁方向である軸方向左方に付勢力が作用し、作動弁体31は弁座213に着座することで第1圧力作動弁30が略密封状に閉塞される。このとき、作動弁体31には、軸方向左方に向けて小径孔部211内の制御圧力Pcによる力(FP11)を上回る復帰バネ32の付勢力(Fsp11)と、ケーシング81内部の空間Sの流体の圧力による力(FP12)を合わせた力が作用している(FP11<Fsp11+FP12,図5において白矢印で図示)。
これにより、容量可変型圧縮機Mの制御室4とケーシング81内部の空間Sとが非連通状態となり、ケーシング81内部の空間Sへの制御圧力Pcの制御流体の供給が遮断されるため、上述した第2圧力作動弁40の開放によりケーシング81内部の空間Sの流体の圧力をより迅速に低下させることができ、CS弁50が閉弁状態から開弁し始める制御に対する応答性をさらに高めることができる。
また、本実施例の流路制御手段は、CS弁50の下流側の流体圧による力、すなわちPsポート11と連通する貫通孔22の小径孔部221内の流体の圧力による力(FP21)および復帰バネ42の付勢力(Fsp21)をケーシング81内部の空間Sの流体の圧力による力(FP22)と対向させた第2圧力作動弁40として構成されており、復帰バネ42の付勢力を第2圧力作動弁40の開閉動作に利用することにより、CS弁50の開閉によって生じるCS弁50の下流側の流体圧とケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差に応じてケーシング81内部の空間Sの流体の圧力を排出する流路の開閉を確実に行うことができ、第2圧力作動弁40の開閉動作の信頼性が高い。
また、第2圧力作動弁40は、CS弁50の開放による制御圧力Pcの低下によって生じる流体圧とケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差に応じて復帰バネ42により付勢される作動弁体41を動作させることができるため、ケーシング81内部の空間Sの流体の圧力を低下させる流路制御手段を簡単に構成することができる。
また、第2圧力作動弁40は、Psポート11と連通するバルブハウジング10の貫通孔22に設けられており、既存のPsポート11と連通させた貫通孔22を利用して流路制御手段を構成することができるため、容量制御弁Vの構造が簡素にできる。
また、バルブハウジング10にCS弁座10aとガイド孔10bとが一体に形成されているので、CS弁体51の動作の精度を高めることができる。
実施例2に係る容量制御弁につき、図6~図9を参照して説明する。尚、前記実施例1と同一構成で重複する構成の説明を省略する。
図6に示されるように、本実施例において、バルブハウジング110には、軸方向左側の端面と凹部10cの底部との間に軸方向に延びる貫通孔23が形成されており、貫通孔23は、軸方向左端が容量可変型圧縮機Mの制御室4に連通する大径孔部231と、大径孔部231の軸方向右端から連続して延びる該大径孔部231よりも小径の小径孔部232と、から構成されている。尚、バルブハウジング110においてPcポート12内、貫通孔21の小径孔部211内、貫通孔23の大径孔部231内は、CS弁50の上流側の流体圧、すなわち容量可変型圧縮機Mの制御室4から供給される制御流体の制御圧力Pcとなっている。
貫通孔23の大径孔部231には、ボール状の作動弁体61と、軸方向左端が大径孔部231の軸方向左方の開口端部に挿嵌・固定される固定リング63の軸方向右端に固定され軸方向右端が作動弁体61に軸方向左方から当接する付勢手段としての復帰バネ62と、が配置されており、作動弁体61が復帰バネ62により軸方向左方に付勢されている。これら作動弁体61および復帰バネ62は、CS弁50の上流側とケーシング81内部の空間Sとの連通を制御する流路制御手段としての第2圧力作動弁60を構成している。
図7に示されるように、制御圧力Pcが低く、制御圧力Pcとケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差が小さい場合には、第1圧力作動弁30の作動弁体31が復帰バネ32の付勢力およびケーシング81内部の空間Sの流体の圧力により軸方向左方に移動し、弁座213に着座することで第1圧力作動弁30が略密封状に閉塞される。このとき、作動弁体31には、軸方向左方に向けて小径孔部211内の制御圧力Pcによる力(FP11)を上回る復帰バネ32の付勢力(Fsp11)およびケーシング81内部の空間Sの流体の圧力による力(FP12)を合わせた力が作用している(FP11<Fsp11+FP12,図7において白矢印で図示)。
また、第2圧力作動弁60の作動弁体61は、復帰バネ62の付勢力および貫通孔23の大径孔部231内の流体の圧力により軸方向右方に移動し、貫通孔23の大径孔部231の軸方向右端と小径孔部232の軸方向左端との接続部分に形成されるテーパ状の弁座233に着座することで第2圧力作動弁60が略密封状に閉塞される。このとき、作動弁体61には、軸方向右方に向けてケーシング81内部の空間Sの流体の圧力による力(FP32)を上回る復帰バネ62の付勢力(Fsp31)および大径孔部231内の流体の圧力による力(FP31)を合わせた力が作用している(Fsp31+FP31>FP32,図7において白矢印で図示)。
図8に示されるように、制御圧力Pcが高く、制御圧力Pcとケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差が大きい場合には、第1圧力作動弁30の作動弁体31が復帰バネ32の付勢力およびケーシング81内部の空間Sの流体の圧力による力に抗して軸方向右方に移動し、弁座213から離間することで第1圧力作動弁30が開放される。このとき、作動弁体31には、軸方向右方に向けて復帰バネ32の付勢力(Fsp11)およびケーシング81内部の空間Sの流体の圧力による力(FP12)を合わせた力を上回る小径孔部211内の制御圧力Pcによる力(FP11)が作用している(FP11>Fsp11+FP12,図8において白矢印で図示)。
これにより、容量可変型圧縮機Mの制御室4とケーシング81内部の空間Sとが貫通孔21を介して連通し、容量可変型圧縮機Mの制御室4から貫通孔21を通ってケーシング81内部の空間Sに制御圧力Pcの制御流体が供給され、容量可変型圧縮機Mの制御室4の制御圧力Pcとケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差が小さくなるので、CS弁体51に作用するPcポート12内の制御流体の制御圧力Pcによる力(FP1)の影響力が小さくなり、CS弁体51を軸方向左方、すなわち閉弁方向にスムーズに動作させることができ、容量可変型圧縮機Mの高出力時の制御に対する応答性を高めることができる。
また、制御圧力Pcの制御流体がケーシング81内部の空間Sに供給されることにより、貫通孔23の大径孔部231内の制御流体の制御圧力Pcとケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差が小さくなるので、第2圧力作動弁60の作動弁体61は、主に復帰バネ62の付勢力により弁座233に押し付けられ、第2圧力作動弁60が略密封状に閉塞された状態が維持される。
次いで、図9に示されるように、容量制御弁Vが通電状態から非通電状態に切り換わることによりCS弁50が開弁すると、Pcポート12から弁室20を介してPsポート11に制御流体が排出される(図9における実線矢印参照)ことにより、貫通孔23の大径孔部231内の流体の圧力が低下し、貫通孔23における大径孔部231内の流体の圧力と小径孔部232内の流体の圧力、すなわちケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差が大きくなるので、第2圧力作動弁60の作動弁体61は、復帰バネ62の付勢力および大径孔部231内の流体の圧力による力に抗して軸方向左方に移動し、弁座233から離間することで第2圧力作動弁60が開放される。このとき、作動弁体61には、軸方向左方に向けて復帰バネ62の付勢力(Fsp31)および大径孔部231内の流体の圧力による力(FP31)を合わせた力を上回るケーシング81内部の空間Sの流体の圧力による力(FP32)が作用している(FP31+Fsp31<FP32,図9において白矢印で図示)。
これにより、ケーシング81内部の空間Sと容量可変型圧縮機Mの制御室4とが貫通孔23を介して連通し、ケーシング81内部の空間Sから貫通孔23、Pcポート12、Psポート11を通ってケーシング81内部の空間Sの流体が排出され、ケーシング81内部の空間Sの流体の圧力が速やかに低下するため、Pcポート12内の制御流体の制御圧力Pcとケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差が小さくなるので、CS弁体51に作用するケーシング81内部の空間Sの流体の圧力による力(FP2)の影響力が小さくなり、CS弁体51を軸方向右方、すなわち開弁方向にスムーズに動作させることができ、CS弁50が閉弁状態から開弁し始めるときの応答性を高めることができる。尚、図9においては、通電状態から非通電状態になった直後の圧力分布をドットにより示しており、時間の経過とともに容量制御弁V内の圧力が均一になることは言うまでもない。
また、第2圧力作動弁60の開放により、ケーシング81内部の空間Sの流体の圧力が低下し、大径孔部231内の流体の圧力とケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差が小さくなると、第2圧力作動弁60は閉塞するようになっており、大径孔部231内の流体の圧力とケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差に応じて第2圧力作動弁60が開閉を繰り返すことで大径孔部231内の流体の圧力、すなわち制御圧力Pcとケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差が小さい状態を維持することができ、容量制御弁Vの通常制御時においても制御性を高めることができる。
また、CS弁50が開弁して制御圧力Pcが低下することにより、第1圧力作動弁30の作動弁体31には、復帰バネ32により閉弁方向である軸方向左方に付勢力が作用し、作動弁体31は弁座213に着座することで第1圧力作動弁30が略密封状に閉塞される。尚、第1圧力作動弁30は、制御圧力Pcが高まるまでは閉塞された状態が維持されるため、上述した第2圧力作動弁60の開閉動作による制御圧力Pcとケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差の調整を行いやすくなっている。
また、本実施例の流路制御手段は、CS弁50の上流側の流体圧による力、すなわち大径孔部231内の流体の圧力による力(FP31)および復帰バネ62の付勢力(Fsp21)をケーシング81内部の空間Sの流体の圧力による力(FP32)と対向させた第2圧力作動弁60として構成されており、復帰バネ62の付勢力を第2圧力作動弁60の開閉動作に利用することにより、CS弁50の開閉によって生じるCS弁50の上流側の流体圧、すなわち制御圧力Pcとケーシング81内部の空間Sの流体の圧力との圧力差に応じてケーシング81内部の空間Sの流体の圧力を排出する流路の開閉を確実に行うことができ、第2圧力作動弁60の開閉動作の信頼性が高い。
また、第2圧力作動弁60は、容量可変型圧縮機Mの制御室4と連通するバルブハウジング110の貫通孔23に設けられており、既存のバルブハウジング110に形成した貫通孔23を利用して流路制御手段を構成することができるため、容量制御弁Vの構造が簡素にできる。
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。
例えば、前記実施例1,2では、CS弁体はソレノイド80のコイル86に貫通配置される駆動ロッドに設けられる形態を説明したが、これに限らず、CS弁体が別体のロッドと軸方向に一体に往復動自在となるように構成されていてもよい。
また、前記実施例1,2では、バルブハウジングの内周面にCS弁座とガイド孔とが一体に形成されるものとして説明したが、これに限らず、CS弁座を有するバルブハウジングとガイド孔を有するバルブハウジングとが別体に設けられていてもよい。
また、ガイド部は、バルブハウジングに形成されるものに限らず、例えばセンタポスト82の挿通孔82cの一部に形成されていてもよい。
また、前記実施例1,2では、CS弁体51は、ソレノイド80を構成するコイルスプリング85により軸方向に付勢されるものとして説明したが、これに限らず、CS弁体の軸方向左端部においてCS弁体を軸方向に付勢する補助スプリングを設けることにより、CS弁体の軸方向両側でコイルスプリング85と補助スプリングとにより軸方向に付勢されることとなりCS弁体の軸方向の動作が安定させるようにしてもよい。
また、前記実施例1,2では、流路制御手段は圧力作動弁として構成されるものとして説明したが、これに限らず、流路制御手段は絞りの開度を調整するようなものであってもよい。
また、前記実施例1,2では、CS弁50の上流側とケーシング81内部の空間Sとの連通を圧力差により開閉する第1圧力作動弁30が設けられるものとして説明したが、これに限らず、必ずしも第1圧力作動弁は設けられなくてもよい。
1 ケーシング
2 吐出室
3 吸入室
4 制御室
10 バルブハウジング
10a CS弁座
11 Psポート(吸入ポート)
12 Pcポート(制御ポート)
20 弁室
21,22,23 貫通孔
30 第1圧力作動弁(圧力作動弁)
31 作動弁体
32 復帰バネ
40 第2圧力作動弁(流路制御手段)
41 作動弁体
42 復帰バネ(付勢手段)
50 CS弁
51 CS弁体(弁体)
60 第2圧力作動弁(流路制御手段)
61 作動弁体
62 復帰バネ(付勢手段)
63 固定リング
80 ソレノイド
85 コイルスプリング(スプリング)
110 バルブハウジング
M 容量可変型圧縮機
Pc 制御圧力
Pd 吐出圧力
Ps 吸入圧力
S 空間
V 容量制御弁

Claims (6)

  1. 吸入圧力の吸入流体が通過する吸入ポートおよび制御圧力の制御流体が通過する制御ポートが形成されたバルブハウジングと、
    ソレノイドにより駆動される弁体と、
    前記弁体を前記ソレノイドによる駆動方向と反対方向に付勢するスプリングと、
    CS弁座と前記弁体とにより構成され前記弁体の移動により前記制御ポートと前記吸入ポートとの連通を開閉するCS弁と、を備え、
    前記CS弁の開閉により制御圧力の制御を行う容量制御弁であって、
    制御圧力の制御流体を前記弁体の背面側に供給可能となっており、
    前記CS弁の開閉によって生じる流体圧と前記弁体の背面側の圧力を利用して前記弁体の背面側の圧力を低下させる流路制御手段を備え
    前記流路制御手段は、作動弁体と、付勢手段と、を備え、
    前記流体圧による力および前記付勢手段の付勢力を前記弁体の背面側の圧力による力と対向させた弁である容量制御弁。
  2. 前記流体圧は、前記CS弁の下流側の圧力であって、前記付勢手段は、前記作動弁体を開弁方向に付勢している請求項に記載の容量制御弁。
  3. 前記流体圧は、前記CS弁の上流側の圧力であって、前記付勢手段は、前記作動弁体を閉弁方向に付勢している請求項に記載の容量制御弁。
  4. 前記CS弁の上流側と前記弁体の背面側との連通を圧力差により開閉する圧力作動弁を備えている請求項1ないしのいずれかに記載の容量制御弁。
  5. 前記流路制御手段は、前記吸入ポートと連通する前記バルブハウジングの貫通孔に設けられている請求項に記載の容量制御弁。
  6. 前記流路制御手段は、前記CS弁の上流側と連通する前記バルブハウジングの貫通孔に設けられている請求項に記載の容量制御弁。
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