JPH11351148A - 空調装置の可変容量型圧縮機用制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｐｃ−Ｐｓ特性におけるヒステリシスを極小
にし、かつ前記Ｐｃ−Ｐｓ特性のチューニングを容易に
する。 【解決手段】 弁体５の開閉面５１ａを円錐面状とす
る。この円錐面の頂角は切削によって変更可能であり、
これによって、Ｐｃ−Ｐｓ特性の微妙なチューニングが
可能である。また、弁体５は、その摺動面５２ａによっ
て同心に保持されるので、弁体の偏心動作に起因するＰ
ｃ−Ｐｓ特性のヒステリシスが極小に抑えられ、圧縮機
の容量制御動作が高精度で行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両の空調
装置の可変容量型圧縮機に用いられ、この圧縮機の制御
室圧力を制御して吐出量を可変とするための制御弁に関
する。

【０００２】

【従来の技術】空調装置の圧縮機はエンジンの駆動力が
伝達されることによって駆動し、車室内に配置された蒸
発器で吸熱気化した冷媒ガスを吸入ポートから吸入し、
高温・高圧に圧縮しつつ吐出ポートから吐出し、凝縮器
へ送るものである。凝縮器により外気中へ放熱して液化
した冷媒は、膨張弁で急膨張させられることにより低温
・低圧の霧状になって蒸発器に送られ、ここで車室内の
空気から吸熱することによって気化し、再び圧縮機へ吸
入されるといった冷凍サイクルを繰り返す。車両用の空
調装置においては、エンジンの回転数の変化に伴う圧縮
機の駆動速度の変化や、車両の走行速度による凝縮器で
の放熱効率の変化等によって、冷房能力の過不足を生じ
ることがないように、可変容量型圧縮機が採用され、エ
ンジン回転数や、車室内外の気温、走行速度等に応じて
前記圧縮機の吐出容量が適切に制御されるようになって
いる。

【０００３】可変容量型圧縮機における吐出容量の制御
方式としては、例えば吸入圧と吐出圧の関係に応じて制
御圧を発生する制御弁が用いられ、この制御圧が上昇す
ることによって、圧縮機に内蔵された制御装置が冷媒の
吐出容量を増大させ、前記制御圧が低下することによっ
て前記制御装置が吐出容量を減少させるように制御動作
するものがある。図５は、上述のような容量制御に用い
られている従来の制御弁１００を示すものである。

【０００４】すなわち図５に示す制御弁１００は、可変
容量型圧縮機２００の弁ハウジング部２０１に装着され
るボディ１０１の周囲に、密封部材１０２，１０３によ
って、前記圧縮機２００の吸入ポート２０２に連通され
る吸入圧導入部１００Ａと、前記圧縮機２００の制御ポ
ート２０３に連通される制御圧導入部１００Ｂと、前記
圧縮機２００の吐出ポート２０４に連通される吐出圧導
入部１００Ｃとを画成し、ボディ１０１の内部に制御圧
導入部１００Ｂと吐出圧導入部１００Ｃとを互いに連通
する連通孔１０４を開設し、この連通孔１０４に形成し
た弁座１０４ａに対して接離自在に配置された弁体１０
５を、コイルスプリングを内蔵したベローズ１０７によ
って前記制御圧導入部１００Ｂ側から前記弁座１０４ａ
へ向けて付勢すると共に、前記ボディ１０１と一体のケ
ース１０６に収納されて吸入ポート２０２の吸入圧Ｐｓ
により感圧応動するベローズ１０７の可動端と弁体１０
５との間にボディ１０１を軸方向移動自在に貫通した弁
ロッド１０９を介在させてなる構成を備える。

【０００５】この制御弁１００は、吸入圧Ｐｓがある設
定値になった時に弁体１０５が開弁又は閉弁動作するよ
うに、ベローズ１０７の軸方向受圧面積、弁ロッド１０
９の軸方向受圧面積や摩擦係数等による力のバランスが
設定されている。そして図６に示すように、前記設定吸
入圧は弁体１０５より受ける吐出圧Ｐｄの大きさによっ
て変化する。

【０００６】冷房対象の車室内の温度が比較的高い場合
には、前記圧縮機２００は図６に示すＰｄ−Ｐｓ線図に
おける領域Ａで運転が開始される。すなわち車室内が高
温であ場合は、蒸発器で車室内の空気からの熱吸収によ
り気化されて可変容量型圧縮機２００に戻る冷媒ガスの
体積が増大し、吸入圧Ｐｓが設定値より高い状態となる
ため、制御弁１００は、図５（Ｂ）に示すようにベロー
ズ１０７が収縮し、吐出圧Ｐｄによって弁体１０５が弁
座１０４ａに対する開度を拡大するように図中左側へ軸
方向変位する。したがって、吐出ポート２０４に連通す
る吐出圧導入部１００Ｃと、制御ポート２０３に連通す
る制御圧導入部１００Ｂとの間が開放されることによっ
て、圧縮機２００においては、吸入ポート２０２に連通
されている制御ポート２０３の制御圧Ｐｃが上昇し、こ
のため図示されていない制御機構によってこの圧縮機２
００は最大吐出容量で運転され、前記車室での冷房効果
を高める。

【０００７】また、やがて冷房効果によって車室内の温
度が徐々に低下して行くと、これに伴って蒸発器での吸
熱による負荷も減少するので、吸入圧導入部１００Ａに
導入される吸入圧Ｐｓが低下する。そしてこの吸入圧Ｐ
ｓが設定圧力未満まで低下した場合は、可変容量型圧縮
機２００は図６に示すＰｄ−Ｐｓ線図の領域Ｂで運転さ
れることになる。すなわち吸入圧Ｐｓの低下によって、
図５（Ａ）に示すようにベローズ１０７が伸長し、吐出
圧Ｐｄによる開弁力に抗して、弁体１０５を弁座１０４
ａに対する開度が縮小又は閉塞する方向に変位させるた
め、吐出圧導入部１００Ｃと制御圧導入部１００Ｂとの
間が絞られ又は遮断され、吐出ポート２０４における吐
出圧Ｐｄが制御ポート２０３に導入されて制御圧Ｐｃが
上昇するので、可変容量型圧縮機２００の冷媒吐出容量
が減少し、車室での冷房効果を抑制する。

【０００８】そしてその後は制御弁１００は、弁体１０
５の開度を微小に変化させながら圧縮機２００の吸入圧
Ｐｓと吐出圧Ｐｄが図６のＰｄ−Ｐｓ線上を推移するよ
うに制御を行い、これによって図７のＰｃ−Ｐｓ線図に
示すような特性を得て、蒸発器における冷風の吹き出し
温度を安定させるものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】圧縮機２００に要求さ
れるＰｃ−Ｐｓ特性は、制御弁１００のユーザである空
調機メーカー毎に微妙に異なるため、制御弁１００の特
性は、このような個別の要求に対応してチューニングす
る必要がある。上記従来技術によれば、Ｐｃ−Ｐｓ特性
のチューニングは、弁体１０５として用いている鋼球の
直径を変更することによって行われる。

【００１０】しかしながら、弁体１０５には、通常はコ
ストダウンを図るために市販の鋼球が用いられており、
この場合は既成の寸法系列による直径の鋼球しか選択で
きないため、微妙に異なる特性の要求には必ずしも完璧
に対応することができない。また、このような微妙なチ
ューニングを目的として、市販のものにはない直径の鋼
球を製作する場合は、鋼球はその形状の特殊性によっ
て、通常の機械設備での切削等による製作は不可能であ
るため、専用の特殊な製造装置が必要になり、製造コス
トが高騰してしまう。

【００１１】更に、圧縮機２００が信頼性の高い容量制
御動作を行うには、ヒステリシスのないＰｃ−Ｐｓ特性
を得ることが必要で、そのためには、弁体１０５は弁座
１０４ａに対して常に同心的に保持されていなければな
らない。すなわち吸入圧Ｐｓの変化に伴うベローズ１０
７の感圧動作による弁体１０５の変位が、弁座１０４ａ
に対して確実に同心性を保持した状態で行われないと、
図７のＰｃ−Ｐｓ線図に破線で示すように、吸入圧Ｐｓ
と、弁体１０５の変位により変化する制御圧Ｐｃとの関
係において過大なヒステリシスが発生しやすく、このよ
うなヒステリシスが発生すると、吸入圧Ｐｓと制御圧Ｐ
ｃとの差圧ΔＰが一定であっても、吸入圧導入部１０Ａ
の圧力Ｐｓ_１からＰｓ_２の領域で、冷風の吹き出し温度
を決定する吸入圧Ｐｓと制御圧Ｐｃが変動してしまう。
そしてこの状態では、蒸発器における冷風の吹き出し温
度を決定する吸入圧Ｐｓ、前記差圧ΔＰが一定であるた
めに吐出容量が変化せず、結果的に、冷媒ガスの吐出容
量の制御によって冷風の吹き出し温度を安定させるとい
った可変容量型圧縮機２００の目的を十分に実現するこ
とができない。

【００１２】本発明は、上記のような事情のもとになさ
れたもので、その主な技術的課題とするところは、空調
装置における可変容量型圧縮機の容量制御機能の信頼性
を高めると共に、この圧縮機の要求性能に応じて確実に
対応可能な制御弁を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述した技術的課題は、
本発明によって有効に解決することができる。すなわち
本発明に係る空調装置の可変容量型圧縮機用制御弁は、
空調装置の可変容量型圧縮機の吸入圧が導入される吸入
圧導入部、吐出圧が導入される吐出圧導入部及び制御圧
が導入される制御圧導入部と、前記吐出圧導入部と制御
圧導入部の間を連通する連通孔に形成された弁体収納部
に前記連通孔に形成された弁座に対して進退移動自在に
保持された弁体と、前記吸入圧に感応して変位され前記
弁体を開閉動作させる感圧応動体とを備えるものにおい
て、前記弁体の開閉面は、前記弁座側を向いた先端が前
記弁座より小径でその反対側の基部が前記弁座より大径
となる円錐状を呈し、また、前記開閉面の外周側に弁体
収納部の内周面と摺接され前記弁座に対して前記弁体の
同心性を保持する摺動面及び前記弁体収納部の内周面に
対して非接触であって軸方向に延びる非接触面を有する
ものである。

【００１４】本発明の構成によれば、弁体は、円錐状の
開閉面で弁座と接離するため、その円錐頂角の変更によ
ってＰｃ−Ｐｓ特性のチューニングを行うことができ
る。すなわち、前記頂角が大きいほど、感圧応動体によ
り動作される弁体の軸方向変位量に対する弁開度の変化
率が大きくなり、このため吸入圧の変化に対する制御圧
の変化が鋭敏になり、前記頂角が小さいほど、弁体の軸
方向変位量に対する弁開度の変化率が大きくなり、この
ため吸入圧の変化に対する制御圧の変化が緩慢になる。

【００１５】弁体の開閉面の外周側に形成された摺動面
は、弁体収納部の内周面と摺接されることによって、前
記弁体は前記弁座に対する同心性を保持した状態で開閉
動作を行うため、Ｐｃ−Ｐｓ特性のヒステリシスを有効
に抑えることができる。また、前記摺動面の間に形成さ
れた非接触面は、前記弁体収納部の内周面との間に制御
圧導入部側と前記摺動面の外周空間とを連通する導圧経
路を形成するものであり、開弁状態では吐出圧導入部側
からの吐出圧がこの導圧経路及び前記摺動面の外周空間
と弁座との隙間を介して、連通孔から制御圧導入部へ導
入される。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る制御弁の好
ましい一実施形態を空調装置の可変容量型圧縮機２００
の一部と共に示す断面図である。この図において、参照
符号１はボディ、２はこのボディ１に一体的に固定され
たケースである。ボディ１の外周面にはパッキン等の密
封部材３，４が、可変容量型圧縮機２００の弁ハウジン
グ２０１の内周面と密接することによって、前記ボディ
１の周囲に、圧縮機２００の吸入ポート２０２と連通し
た吸入圧導入部１０Ａ、制御ポート２０３に連通した制
御圧導入部１０Ｂ及び吐出ポート２０４に連通した吐出
圧導入部１０Ｃが画成されている。

【００１７】ボディ１には、制御圧導入部１０Ｂと吐出
圧導入部１０Ｃとを互いに連通する連通路１１が形成さ
れており、この連通路１１は、ボディ１の軸心部に制御
圧導入部１０Ｂ側に臨んで形成された円形の弁座１１ａ
と、この弁座１１ａから径方向に拡張形成され制御圧導
入部１０Ｂに開放された弁体収納部１１ｂとを有する。
この弁体収納部１１ｂは弁座１１ａと同心の円筒面状に
形成され、その内周には、弁座１１ａに対して軸方向に
進退動作される弁体５が配置されている。

【００１８】弁体５は、図２の斜視図に示すように、弁
座１１ａ側に突出した円錐台状の頭部５１と、その後方
の大径部５２からなり、前記頭部５１の外周面は弁座１
１ａに接離する開閉面５１ａとなっている。この開閉面
５１ａは、頭部５１の先端５１ｂ側が弁座１１ａよりも
小径でその反対側の基部５１ｃが弁座１１ａよりも大径
となる円錐面状を呈する。また、前記大径部５２の外側
面は、弁体収納部１１ｂの内周面に摺動自在に隙間嵌め
される摺動面５２ａ及び前記弁体収納部１１ｂの内周面
に対して非接触である平坦な非接触面５２ｂを円周方向
交互に有するものである。また、吐出圧導入部１０Ｃに
臨んで開放された連通路１１の端部にはフィルタ６が装
着されている。

【００１９】ケース２はボディ１における吸入圧導入部
１０Ａ側の端部に固定されており、その外周壁の一部に
は圧力導入孔２１が開設されている。ケース２の内室に
は、感圧応動部材であるベローズ７が配置されていて、
その固定端７１がケース２における吸入圧導入部１０Ａ
側の端部内壁に固定されており、可動端７２には、ボデ
ィ１の軸心部に軸方向往復動自在に貫通されて先端が弁
体５における頭部５１の先端面に当接した弁ロッド８の
一端が保持されている。また、ベローズ７の内部には、
このベローズ７を軸方向に伸長させる補助付勢手段とし
てコイルスプリング７３がスプリングホルダ７４を介し
て設けられている。なお、スプリングホルダ７４は、そ
の中央突起部が前記可動端７２の内方突出部と近接対向
してベローズ７の過度な収縮変形を規制するストッパと
しての機能も有する。

【００２０】なお、可変容量型圧縮機２００は制御圧Ｐ
ｃに応じて吐出容量を可変とする制御機構を内蔵してお
り、その制御方式には種々のものがあるためここでは詳
細には述べないが、図示の圧縮機２００は、制御圧Ｐｃ
が上昇することによって吐出容量を増大させ、前記制御
圧Ｐｃが低下することによって吐出容量を減少させる容
量可変機構を備えるものである。

【００２１】上記構成の制御弁１０によれば、可変容量
型圧縮機２００の吸入ポート２０２における吸入圧Ｐｓ
は吸入圧導入部１０Ａに導入され、更に圧力導入孔２１
を通じてベローズ７に作用する。一方、前記圧縮機２０
０の吐出ポート２０４から吐出圧導入部１０Ｃに導入さ
れている吐出圧Ｐｄは、弁体５の開弁力として作用す
る。また、コイルスプリング７３の付勢力及びベローズ
７の内圧は、弁ロッド８を介して弁体５を閉弁させる方
向に作用する。このため、吸入圧Ｐｓが所定の値になっ
た時に弁体５が開弁又は閉弁動作するように、コイルス
プリング７３の付勢力や、ベローズ７の受圧面積、弁ロ
ッド８の受圧面積及び摩擦係数等による力のバランスが
設定されている。

【００２２】この実施形態の制御弁１０は、基本的には
先に説明した従来のものと同様に制御動作を行うもので
ある。すなわち、車室内が高温であることによって、蒸
発器から可変容量型圧縮機２００に戻る冷媒ガスの体積
が増大し、吸入圧導入部１０Ａの吸入圧Ｐｓが設定圧よ
り高くなると、圧力導入孔２１を介してケース２の内室
に導入されるこの吸入圧Ｐｓによってベローズ７が収縮
して弁ロッド８が図中左側へ変位するので、弁体５は吐
出圧Ｐｄによって弁座１１ａに対する開度を拡大するよ
うに軸方向変位する。また、冷房効果によって車室内の
温度が低下し、蒸発器での吸熱による負荷が減少するこ
とによって吸入圧Ｐｓが設定圧より低下すると、ベロー
ズ７はその内圧及びコイルスプリング７３の付勢力によ
って伸長し、弁ロッド８を介して弁体５を押圧するの
で、この弁体５は弁座１１ａに対する開度を縮小又は閉
塞するように軸方向変位する。

【００２３】上述の動作において、弁体５はその大径部
５２の摺動面５２ａが弁体収納部１１ｂの内周面に摺動
自在に隙間嵌めされているので、弁座１１ａに対する同
心性が保持された状態で開閉動作を行う。このため、先
に説明した図７に示すＰｃ−Ｐｓ特性のヒステリシス
（Ｐｓ_１−Ｐｓ_２）を極小にすることができる。

【００２４】ここで、図３（Ａ）に示す弁体５の円錐面
状の開閉面５１ａの頂角をα°、図４（Ａ）に示す弁体
５の開閉面５１ａの頂角をβ°（α＜β）とすると、図
３（Ａ）のものは、弁体５の軸方向変位量に対する弁開
度の変化率が図４（Ａ）のものに比較して緩慢である。
このため、図３（Ａ）に示す弁体５の場合は同（Ｂ）に
示すように吸入圧Ｐｓの変化に対する制御圧Ｐｃの変化
（Ｐｃ−Ｐｓ線の変化率）が緩慢であるのに対し、図４
（Ａ）に示す弁体５の場合は同（Ｂ）に示すようにＰｃ
−Ｐｓ線の変化率が鋭敏になる。そして、この弁体５
は、鋼材等の切削によって製作することができ、その開
閉面５１ａの円錐頂角も、切削によって自在に設計可能
であるため、Ｐｃ−Ｐｓ特性を、可変容量型圧縮機２０
０の要求性能に応じて自在にチューニングすることがで
きる。

【００２５】

【発明の効果】本発明に係る空調装置の可変容量型圧縮
機用制御弁によれば、弁体の開閉面を円錐面状とし、Ｐ
ｃ−Ｐｓ特性は前記円錐面の頂角によって決まり、しか
も前記頂角は切削によって任意に変更可能であるため、
Ｐｃ−Ｐｓ特性の微妙なチューニングが可能である。ま
た、前記切削には専用の特殊な装置が不要であるため、
製造コストの高騰を来すことなく、微妙に異なる特性変
更の要求に対応することができる。

【００２６】また、本発明によれば、弁体が自らを弁座
に対して同心に保持する形状となっているため、弁体の
偏心動作に起因するＰｃ−Ｐｓ特性のヒステリシスが極
小に抑えられ、圧縮機の容量制御動作が高精度で行われ
るので、冷風の吹き出し温度を安定させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい一実施形態の制御弁の開弁状
態を可変容量型圧縮機の一部と共に示す断面図である。

【図２】上記実施形態における弁体の斜視図である。

【図３】上記実施形態において、弁体の開閉面の頂角と
Ｐｃ−Ｐｓ特性との関係を示す図で、（Ａ）は開閉面の
頂角がα°である弁体の開弁状態を示す部分的な断面
図、（Ｂ）はＰｃ−Ｐｓ線図である。

【図４】上記実施形態において、弁体の開閉面の頂角と
Ｐｃ−Ｐｓ特性との関係を示す図で、（Ａ）は開閉面の
頂角がβ°である弁体の開弁状態を示す部分的な断面
図、（Ｂ）はＰｃ−Ｐｓ線図である。

【図５】従来技術による制御弁を可変容量型圧縮機の一
部と共に示すもので、（Ａ）は開弁状態、（Ｂ）は閉弁
状態の断面図である。

【図６】可変容量型圧縮機の特性を示すＰｄ−Ｐｓ線図
である。

【図７】従来の制御弁を用いた可変容量型圧縮機の特性
を示すＰｃ−Ｐｓ線図である。

【符号の説明】

１ ボディ ５ 弁体 ７ ベローズ（感圧応動体） １０Ａ 吸入圧導入部 １０Ｂ 制御圧導入部 １０Ｃ 吐出圧導入部 １１ 連通孔 １１ａ 弁座 １１ｂ 弁体収納部 ５１ａ 開閉面 ５２ａ 摺動面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調装置の可変容量型圧縮機の吸入圧
   が導入される吸入圧導入部、吐出圧が導入される吐出圧
   導入部及び制御圧が導入される制御圧導入部と、 前記吐出圧導入部と制御圧導入部の間を連通する連通孔
   に形成された弁体収納部に前記連通孔に形成された弁座
   に対して進退移動自在に保持された弁体と、 前記吸入圧に感応して変位され前記弁体を開閉動作させ
   る感圧応動体と、を備え、 前記弁体の開閉面は前記弁座側を向いた先端側が前記弁
   座より小径でその反対側の基部が前記弁座より大径とな
   る円錐状を呈し、 前記開閉面の外周側に弁体収納部の内周面と摺接され前
   記弁座に対して前記弁体の同心性を保持する摺動面及び
   前記弁体収納部の内周面に対して非接触であって軸方向
   に連続した非接触面を有することを特徴とする空調装置
   の可変容量型圧縮機用制御弁。