JPWO2007111040A1 - 可変容量型圧縮機用制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁の移動に伴う摺動抵抗を極力小さくして、通気流量を安定かつ正確に調整してソレノイド推力に応じた適正な吸入圧力の保持が可能な可変容量型圧縮機用制御弁を提供すること。【解決手段】感圧部４０に導入した圧縮機の吐出圧力Ｐｄが移動部材５０に付勢力を与えると共に、ソレノイド部３６は該付勢力と協働して、入力信号に応じて移動部材５０に付勢力を与え、移動部材５０に設けた弁体５６は前記移動部材５０の位置に応じてその弁開度が設定されて圧縮機の吐出圧領域と圧縮機内室とを連通する連通路の通気流量を調整し、圧縮機の吸入圧力Ｐｓは制御弁に導入されて移動部材５０に付勢力を与えると共に、感圧部４０に導入した吐出圧力Ｐｄを有する流体と、制御弁に導入した吸入圧力Ｐｓを有する流体との連通が遮断されている。【選択図】図２

Description

本発明は、感圧部と、ソレノイド部と、移動部材に設けた弁体から成るバルブ部とを備え、該弁体の弁開度により圧縮機内圧が調整されて吐出容量が変更される可変容量型圧縮機用制御弁に関する。

感圧部に導入された圧力に応じて移動部材に付勢力を与える感圧部を有し、前記付勢力により前記移動部材を移動させて弁開度を調整する制御弁として、例えば、車両の空調装置の冷媒圧縮に用いられる可変容量型圧縮機のための制御弁（特許文献１参照）が知られている。この制御弁は感圧部にベローズ組立体を用いたもので、図５はこのような可変容量型圧縮機用制御弁の概略断面図である。

図５に示すように制御弁１はソレノイド部２とバルブ部３とベローズ組立体４により構成されている。ソレノイド部２は円筒状のバルブボディ５の一端に配置され、電流をコイル６に供給することにより磁力を発生し、可動鉄芯７をスプリング８に抗して左方に配置した固定鉄芯９側に移動させ、バルブロッド１０に電流値の二乗に比例した大きさの付勢力を与える。そしてバルブボディ５には可変容量型圧縮機の吐出圧Ｐｄ領域と連通するポート１１と可変容量型圧縮機の内室（室圧Ｐｃ）と連通するポート１２が形成されており、バルブ部３は、バルブロッド１０の端部に形成した弁体１３の弁座１４に対する弁開度に基づき、吐出冷媒ガスの圧縮機の内室へ向かって流れる流量が調整できるように構成されている。

一方、バルブボディ５のソレノイド部２と反対側の他方端部には、ケース１５とバルブボディ５とで構成した感圧室１６にベローズ組立体４が配置され、この感圧室１６には圧縮機の吸入圧力Ｐｓが作用している。ベローズ組立体４は両端をホルダ１７，１８により紳縮自在に保持されたベローズ１９を有し、両ホルダ間にはスプリング２０が装架され、ホルダ１８とバルブロッド１０の左端１０ａ間には、両部材に当接接続した接続ロッド２１が配置されている。したがって、感圧室１６に導入されている吸入圧力Ｐｓの変化によってベローズ１９が伸縮し、バルブロッド１０に作用する付勢力が変わり、弁開度位置が可変となる。

このようにして構成した制御弁１の開弁時のバルブロッド１０に作用する力のバランス式は、Ｆ１をスプリング２０の付勢力、Ｆ２をスプリング８の付勢力、Ｆをソレノイド推力、Ａをベローズの有効受圧面積とすると、Ｐｓ＝（Ｆ１＋Ｆ２−Ｆ）／Ａが成立する。この式からも解るように、ソレノイド推力Ｆを増大させると吸入圧力Ｐｓが低い値でバランスし、逆にソレノイド推力Ｆを減少させると吸入圧力Ｐｓは高い値でバランスするので、空調装置の冷媒圧縮に用いられる可変容量型圧縮機のための制御弁として多く利用されている。

特開２００１−１４１０８６号公報（段落００１５〜００１８及び図１、図４）

しかしながら、特許文献１における制御弁１は、吸入圧力Ｐｓが感圧室１６に配置したベローズ１９に作用するように構成されており、一方、吐出圧力Ｐｄは感圧室１６に隣接したバルブボディ５のポート１１より導入されており、感圧室１６とポート１１側とは接続ロッド２１により殆どその連通が遮断されているが、完全に遮断されているわけではなく、接続ロッド２１とバルブボディ５間の隙間から冷媒ガスが移動してしまい、吐出圧力Ｐｄ側から吸入圧力Ｐｓ側にガスが漏れて効率が悪化する。これを避けるために接続ロッド２１にリングシールを用いて感圧室１６とポート１１側との連通を遮断させることもできるが、今度は移動部材が移動するときにこれと連動する接続ロッド２１の移動にリングシールによる摺動抵抗が加わり、正確な移動部材の開弁位置がとれず、ソレノイド推力に応じた適正な吸入圧力の保持が困難であった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、弁の移動に伴う摺動抵抗を極力小さくして、通気流量を安定かつ正確に調整してソレノイド推力に応じた適正な吸入圧力の保持が可能な可変容量型圧縮機用制御弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の可変容量型圧縮機用制御弁は、感圧部と、ソレノイド部と、移動部材に設けた弁体から成るバルブ部とを備え、該弁体の弁開度により圧縮機内圧が調整されて吐出容量が変更される可変容量型圧縮機用制御弁であって、前記感圧部に導入した圧縮機の吐出圧力が前記移動部材に付勢力を与えると共に、前記ソレノイド部は該付勢力と協働して、入力信号に応じて移動部材に付勢力を与え、前記弁体は前記移動部材の位置に応じてその弁開度が設定されて圧縮機の吐出圧領域と圧縮機内室とを連通する連通路の通気流量を調整し、前記圧縮機の吸入圧力は制御弁に導入されて移動部材に付勢力を与えると共に、前記感圧部に導入した前記吐出圧力を有する流体と、前記制御弁に導入した吸入圧力を有する流体とは、感圧部を構成する伸縮部材と前記移動部材の当接で両者の連通が遮断されていることを特徴としている。
この特徴によれば、感圧部に導入した圧縮機の吐出圧力を有する流体と、制御弁に導入した圧縮機の吸入圧力を有する流体とは、シール部材等を用いることなく、感圧部を構成する伸縮部材と移動部材の当接でその連通を遮断しているので、移動部材の移動に伴う摺動抵抗をなくして、連通路を介する通気流量を安定かつ正確に調整することができるとともに、制御弁の非制御時には吐出圧力の増大に対して、移動部材の弁閉鎖方向への移動を防ぐことができる。

本発明の請求項２に記載の可変容量型圧縮機用制御弁は、請求項１に記載の可変容量型圧縮機用制御弁であって、前記伸縮部材と移動部材の当接部に、前記圧縮機の吸入圧力が作用する密封室を形成したことを特徴としている。
この特徴によれば、伸縮部材と移動部材の当接部に、前記圧縮機の吸入圧力が作用する密封室を形成することで、制御時のシール性と非制御時の弁開放保持性を極めて簡単な制御弁構成で確保できる。

本発明の実施例における可変容量型圧縮機の冷房サイクルの制御フロー図である。 図１で用いられている制御弁の断面図である。 感圧室の拡大断面図である。 バルブロッドに掛かる付勢力のバランス状態模式図である。 従来の可変容量型圧縮機用制御弁の概略断面図である。

符号の説明

２０ 可変容量型圧縮機
２２ 蒸発器
２４ 凝縮器
２６ 膨張弁
２８ 制御弁
３０ 温度センサ
３２ 制御器
３４ 温度設定器
３６ ソレノイド部
３８ バルブ部
４０ 感圧部
４２ バルブボディ
４４ コイル
４６ 可動鉄芯
４８ スプリング
４９ 固定鉄芯
５０ バルブロッド（移動部材）
５０ａ 連通孔
５２，５４ ポート
５６ 弁体
５８ 弁座
６０ ケース
６２ 感圧室
６４ ベローズ組立体（伸縮部材）
６６．６８ ホルダ
７０ ベローズ
７２ スプリング
７４ キャップ体
７６ 吸入室
７７ シールリング
７８ 密封室
Ｐｓ 吸入圧力
Ｐｄ 吐出圧力
Ｐｃ 圧縮機の室圧

本発明の実施例を以下に説明する。

図１は、本発明の実施例における可変容量型圧縮機の冷房サイクルの制御フロー図であり、図２は、図１で用いられている可変容量型圧縮機用制御弁の断面図であり、図３は、感圧室の拡大断面図であり、図４はバルブロッドに掛かる付勢力のバランス状態模式図である。

本発明の可変容量型圧縮機用制御弁は、例えば、カーエアコン等の車両用空調装置の冷媒圧縮に用いられる可変容量型圧縮機の出力制御を行うためのものであり、この制御弁の冷却サイクルにおける機能を図１に基づき説明する。図１に示す冷却サイクルは、可変容量型圧縮機２０で蒸発器２２から吸入した吸入圧力Ｐｓの冷媒ガスを高圧の吐出圧力Ｐｄまで圧縮し、この圧縮した冷媒ガスを凝縮器２４で液冷媒とし、その後、膨張弁２６で一気に気化させて蒸発器２２に導き、蒸発潜熱で車室内を冷房したあと再び可変容量型圧縮機２０に吸入される周知のサイクルであって、制御弁２８が冷房負荷に応じて可変容量型圧縮機２０の吐出容量を制御するように構成されている。

そして、図１に示されるように、蒸発器２２の近傍には温度センサ３０が配置され、蒸発器２２の温度情報が入力信号として制御器３２に送られる。またこの制御器３２には車室の温度を指定する温度設定器３４からの設定情報Ｘや車室内の温度情報Ｙが入力信号として入力され、これらの入力信号に基づき最適な値の出力信号Ｚを算出して制御弁２８に出力する。

可変容量型圧縮機２０から吐出された吐出圧力Ｐｄの冷媒ガスの一部（吐出圧領域）はこの制御弁２８を通り可変容量型圧縮機２０の内室へと流れている。制御弁２８の作用については後で詳述するが、出力信号Ｚを受けたときは、その信号の大きさに応じて制御弁２８の弁開度が変わり、この弁開度により可変容量型圧縮機２０の内室（クランクケース室）へ流れる冷媒ガスの流量が調整される。

可変容量型圧縮機２０は、その内室の圧力Ｐｃの大きさにより吐出容量が変更できる、例えば可変揺動傾斜板型の圧縮機が用いられる。図示していないが可変容量型圧縮機２０の室圧は絞り等の制限器を介して圧縮機の吸入側と連通しており、制御弁２８の弁開度が大きくて冷媒ガスの流量が大きくなると、吸入圧力Ｐｓとほぼ等しい状態の室圧Ｐｃが増大し斜板が立って圧縮機の吐出量が減じ、反対に、制御弁２８の弁開度が小さくなれば、室圧Ｐｃが減少し、斜板が傾斜して圧縮機の吐出量が増えるように作用する。この可変容量型圧縮機の室圧Ｐｃの変化により吐出量が変動する構成は、上述の如く、圧縮機の室圧が制限器を介して圧縮機の吸入側と連通するものに限らず、例えば、特開昭６３−１６１７７号公報に記載の従来公知の容量可変型圧縮機を採用することができる。

次に図２、図３により制御弁２８の具体的構造と作用について説明する。制御弁２８はソレノイド部３６とバルブ部３８と感圧部４０により構成されている。ソレノイド部３６は円筒状のバルブボディ４２の一端に配置され、制御器３２からの出力信号Ｚを電流値に変換してコイル４４に供給することにより磁力を発生し、可動鉄芯４６をスプリング４８に抗して左方に配置した固定鉄芯４９側に移動させ、バルブロッド５０に電流値の二乗に比例した大きさの付勢力を与える。

そしてバルブボディ４２には可変容量型圧縮機２０の吸入圧力Ｐｓと連通するポート５２と、ポート５２と可変容量型圧縮機２０の内室（室圧Ｐｃ）と連通するポート５４が形成されており、バルブ部３８は、移動部材として作用するバルブロッド５０の端部に形成した弁体５６の弁座５８に対する弁開度に基づき、吐出冷媒ガスの圧縮機２０の内室へ向かって流れる流量が調整できるように構成されている。

一方、感圧部４０を構成するバルブボディ４２のソレノイド部３６と反対側の他方端部側には、ケース６０とバルブボディ４２とで構成した感圧室６２にベローズ組立体６４（伸縮部材）が配置され、この感圧室６２には圧縮機の吐出圧力Ｐｄが作用している。図３に示すように、ベローズ組立体６４は両端をホルダ６６，６８により紳縮自在に保持されたベローズ７０を有し、両ホルダ６６，６８間にはスプリング７２が装架されている。バルブロッド５０の左端には弾性変形可能なキャップ体７４が被冠し、ホルダ６８と常時当接している。

また、このベローズ組立体６４の外周部にはスプリング７２が配置されているので、ベローズ７０が伸縮時に傾く方向に偏倚力を受けても、スプリング７２によりその偏倚力を抑えることができるので、吐出圧力Ｐｄによりベローズ組立体６４に生起した推力を安定した状態でバルブロッド５０に伝達できる。

感圧室６２に導入された吐出圧力Ｐｄを有する冷媒ガスは、その圧力によってベローズ１９が伸縮し、バルブロッド５０に作用する付勢力が変わり、弁開度位置が可変となる。そして感圧室６２の冷媒ガスは弁体５６の弁座５８に対する弁開度に基づき、ポート５４を介して圧縮機２０の内室へ向かって流れる流量が調整される。

一方、ポート５２と連通している吸入室７６には吸入圧力Ｐｓを有する冷媒ガスが導入され、バルブロッド５０に形成した連通孔５０ａを介してキャップ体７４とホルダ６８の右端部とで形成される密封室７８に連通している。またバルブロッド５０の外周部に嵌合したシールリング７７は、吸入室７６と、室圧Ｐｃが作用しているポート５４側の部屋との連通を遮断している。

このようにして構成した制御弁２８の開弁時のバルブロッド５０に作用する力のバランス式は、Ｆ１をスプリング７２の付勢力、Ｆ２をスプリング４８の付勢力、Ｆをソレノイド推力、Ａをベローズの有効受圧面積とすると、図４に示すように、バルブロッド５０に掛かる右向きの力は、スプリング７２の付勢力Ｆ１と、スプリング４８の付勢力Ｆ２と、吐出圧力Ｐｄと室圧Ｐｃとの差圧に基づくバルブロッド５０に掛かる力（Ｐｄ−Ｐｃ）Ｂ１、（ただしＢ１は弁体５６の有効受圧面積）と、室圧Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧に基づくバルブロッド５０に掛かる力（Ｐｃ−Ｐｓ）Ｂ２、（ただしＢ２はバルブロッド外径に嵌合したシールリング７７の有効受圧面積）となり、バルブロッド５０に掛かる左向きの力は、吐出圧力Ｐｄがベローズ組立体に掛かる力ＰｄＡと、ソレノイド推力Ｆと成るので、Ｆ１＋Ｆ２＋（Ｐｄ−Ｐｃ）Ｂ１＋（Ｐｃ−Ｐｓ）Ｂ２＝ＰｄＡ＋Ｆとなり、Ｂ１とＢ２とをＡとほぼ同じ大きさに設計すると、Ｐｓ＝（Ｆ１＋Ｆ２−Ｆ）／Ａが成立する。

この式からも解るように、ソレノイド推力Ｆを増大させると吸入圧力Ｐｓが低い値でバランスし、逆にソレノイド推力Ｆを減少させると吸入圧力Ｐｓは高い値でバランスするので、空調装置の冷媒圧縮に用いられる可変容量型圧縮機のための制御弁として適している。

即ち、可変容量型圧縮機の冷房能力の調整において、車室内の温度情報Ｙの値が温度設定器３４による設定情報Ｘの値を超える場合は、制御器３２よりソレノイド部３６のコイル４４にＹ−Ｘ＝Ｚの差分に相当する電流を加算供給し、スプリング４８の付勢力に抗して可動鉄芯４６を固定鉄芯４９側に吸引し、その推力はバルブロッド５０に対し左方向の付勢力として働く。この付勢力によりバルブロッド５０は、弁体５６が弁座５８に向けて弁開度が閉鎖する方向に移動し、可変容量型圧縮機２０の吐出領域からその圧縮機の内室に向かう冷媒ガスの流れが減少し室圧Ｐｃが低下する。

圧縮機の室圧Ｐｃが低下すると、斜板が傾斜して圧縮機２０の吐出量が増えるように作用し、吐出圧力Ｐｄが増大し吸入圧力Ｐｓが低下し、前述のバランス式からも解るように、ソレノイド部３６で与えた推力と、低下した吸入圧力Ｐｓとが釣り合った弁開度位置でバルブロッド５０は保持される。したがって、制御器３２からの出力信号Ｚに応じた最適な吸入圧力Ｐｓを得て、車室内の温度が設定温度になるように低下させることができる。

本発明においては、感圧部に導入した圧縮機の吐出冷媒ガスと、制御弁に導入した圧縮機の吸入冷媒ガスとは、ホルダ６８とキャップ体７４とで連通を遮断しているので、バルブロッド５０の移動が摺動抵抗なく円滑に行え、連通路を介する冷媒ガスの通気流量が安定かつ正確に調整することができる。なお、弁開度が通常全開となっている非制御状態において、真夏時などでは非制御時であっても吐出圧力Ｐｄが高圧となってベローズ７０を収縮することが起きるが、この場合、密封室７８が開放されて吸入圧力側とバルブロッド５０に形成した連通孔５０ａを介して一時的に連通することで開弁状態を保持することができる。このように、バルブロッド５０に連通孔５０ａを形成して密封室７８と連通させる簡素な制御弁構成で、制御時には密封室のシール性を確保でき、非制御時には開弁状態を保持できる。

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、例えば上記実施例では、制御弁を冷媒圧縮する可変容量型圧縮機の出力制御のために用いた例で説明したが、冷媒ガスに限らず、他の一般的な流体にも適用可能である。

Claims (2)

1. 感圧部と、ソレノイド部と、移動部材に設けた弁体から成るバルブ部とを備え、該弁体の弁開度により圧縮機内圧が調整されて吐出容量が変更される可変容量型圧縮機用制御弁であって、前記感圧部に導入した圧縮機の吐出圧力が前記移動部材に付勢力を与えると共に、前記ソレノイド部は該付勢力と協働して、入力信号に応じて移動部材に付勢力を与え、前記弁体は前記移動部材の位置に応じてその弁開度が設定されて圧縮機の吐出圧領域と圧縮機内室とを連通する連通路の通気流量を調整し、前記圧縮機の吸入圧力は制御弁に導入されて移動部材に付勢力を与えると共に、前記感圧部に導入した前記吐出圧力を有する流体と、前記制御弁に導入した吸入圧力を有する流体とは、感圧部を構成する伸縮部材と前記移動部材の当接で両者の連通が遮断されていることを特徴とする可変容量型圧縮機用制御弁。
2. 前記伸縮部材と移動部材の当接部に、前記圧縮機の吸入圧力が作用する密封室を形成した請求項１に記載の可変容量型圧縮機用制御弁。

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