JPWO2018151018A1 - 容量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】容量可変型圧縮機の起動時における制御室の液冷媒の排出機能を改善した容量制御弁において、容量可変型圧縮機の起動時間の短縮と、制御時における容量制御の応答性の向上とを同時に達成できる容量制御弁を提供する。【解決手段】制御圧力の流体を通すと共に第１弁座面３１Ａを有する第１弁室７及び吸入圧力の流体を通す内部空間４を有するバルブ本体２と、第１弁室７と内部空間４とを連通する中間連通路２６、第１弁座面３１Ａと離接して中間連通路２６を開閉する第１弁部２１Ｃを有する弁体２１と、を備える容量制御弁において、第１弁部２１Ｃの開口面積は中間連通路２６の開口面積より小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、作動流体の容量又は圧力を可変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としては、図７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Ｓ等を備えたものが知られている（以下、「従来技術」という。例えば、特許文献１参照。）。

そして、この容量制御弁１７０では、容量制御時において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を調整できるようにしたものである。また、容量可変型圧縮機が停止状態において制御室圧力Ｐｃが上昇した場合には、第３弁部（開弁連結部）１７９を弁座体（係合部）１８０から離脱させて吸入側通路を開放し、吸入室と制御室とを連通させるような構成となっている。

ところで、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、上記の従来技術においては、第３弁部１７９に補助連通路１８５を設け、第３弁室１８４から補助連通路１８５と中間連通路１８６及び流通溝１７２を介して、制御室と連通する第３弁室１８４と吸入室と連通する第１連通路１７１とを連通可能に構成している。これにより、図７の矢印で示すように、液冷媒容量可変型圧縮機を起動して冷房するときには、制御室（クランク室）から吸入室を介して吐出室に液冷媒を排出して制御室の冷媒液を気化させている。これにより、補助連通路１８５を有しない容量制御弁よりも１／１０から１／１５の早さで冷房運転状態とすることができる。

図７及び図８（ａ）は、ソレノイド部Ｓに通電され、開放ばね手段１８７が縮み、第１弁部１７５は開弁している状態を示す。一方、図８（ｃ）は、ソレノイド部ＳがＯＦＦ時の状態において、開放ばね手段１８７の伸長により第１弁部１７５は閉弁し、第２弁部１７６は開弁状態になるとともに、第３弁部１７９は吸入室圧力Ｐｓ及び制御室圧力Ｐｃを受けて開弁している状態を示している。

たとえば、起動時においては、制御室内の冷媒液が気化して第３連通路１７４から第３弁室１８４へ制御室圧力Ｐｃの流体が流入する。この状態では、制御室圧力Ｐｃ及び吸入室圧力Ｐｓが高く、感圧体（ベローズ）１７８は収縮して第３弁部１７９と弁座体１８０の弁座面との間が開弁する。しかし、第３弁部１７９と弁座体１８０の弁座面との開弁量は機能的な制限があるため、この開弁状態だけでは第３弁室１８４内の冷媒液は気化が細々としか促進しない。そこで、中間連通路１８６に連通する補助連通路１８５を設けると、急速に制御室の冷媒液を気化させることができる。

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及び吸入室圧力Ｐｓは低下して、第３弁部１７９と弁座体１８０の弁座面との間は閉弁状態となる。同時に、ソレノイド部Ｓによって第２弁部１７６は全閉状態から開弁状態となり、吐出室圧力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、吸入室圧力と制御室の圧力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。具体的には、クランク室の圧力が低下すると、斜板の傾斜角度が増大し、圧縮機の吐出容量が増大する。逆に、クランク室の圧力が上昇すると、斜板の傾斜角度が減少し、圧縮機の吐出容量が減少する。

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、第３弁室１８４と第１弁室１８３とは補助連通路１８５、中間連通路１８６、第１連通路１７１、流通溝１７２及び第１弁部１７５によって連通している。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冷媒を供給しても、冷媒は制御室から吸入室へ流れてしまい、制御室の圧力を迅速に所定の圧力に制御することができなかった。

この点について、図７〜図９を参照しながら詳しく説明する。第３弁室１８４と第１弁室１８３とを連通させるＰｃ−Ｐｓ流路は、補助連通路１８５、中間連通路１８６、第１連通路１７１、流通溝１７２からなり、図９の点線で示すようにＰｃ−Ｐｓ流路の開口部の面積Ｓａは一定である。また、液冷媒排出時の弁体１８１のストロークＬｓ、ソレノイドＯＦＦ時の弁体１８１のストロークＬｅであり、制御域における弁体１８１のストロークＬは、Ｌｓ＜Ｌ＜Ｌｍの間で制御される。

図９の実線で示すように制御域（Ｌｓ＜Ｌ＜Ｌｍ）において、Ｐｃ−Ｐｓ流路の面積は弁体１８１のストロークに関係なくほぼ一定であり、弁体１８１のストロークＬｍを超えて初めて絞られる。このため、容量可変型圧縮機の制御域（Ｌｓ＜Ｌ＜Ｌｍ）において、制御室の圧力を制御するために第２弁室１８２から制御室と連通する第３弁室１８４へ冷媒を供給しても、冷媒は第３弁室１８４からＰｃ−Ｐｓ流路及び第１弁部１７５を通り第１弁室１８３へ流れてしまい、制御室の圧力を迅速に所定の圧力に制御することができなかった。

また上記の従来技術において、容量制御弁を制御する制御装置は、圧力を感知するための感圧体（ベローズ）１７８が制御室に連通する第３弁室１８４に配置され、制御室圧力Ｐｃを検出して容量制御を行っていた。しかし、容量可変型圧縮機の負荷に応じた圧力の変動は吸入室圧力Ｐｓに迅速に現れるため、吸入室圧力Ｐｓを感圧体（ベローズ）によって検出する方が好ましい。

特許第５１６７１２１号公報

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、容量可変型圧縮機の起動時における制御室の液冷媒の排出機能を改善した容量制御弁において、容量可変型圧縮機の起動時間の短縮と、制御時における容量制御の応答性の向上とを同時に達成できる容量制御弁を提供することを目的としている。

バルブ部の開弁度に応じて制御室内の流量又は圧力を制御する容量制御弁において、
制御圧力の流体を通す第１連通路と連通すると共に第１弁座面及び第２弁座面を有する第１弁室、前記第１弁室と連通する弁孔を有すると共に吐出圧力の流体を通す第２連通路に連通する第２弁室、及び吸入圧力の流体を通す第３連通路に連通する内部空間を有するバルブ本体と、
前記内部空間内に配置されて吸入圧力に応動して伸縮移動する自由端部側に前記内部空間に連通する連通部を有する感圧体と、
前記第１弁室と前記内部空間とを連通する中間連通路、前記第２弁座面と離接して前記第１弁室と前記第２弁室を連通させる前記弁孔を開閉する第２弁部、前記第２弁部と反対方向に連動して前記第１弁座面と離接して前記中間連通路を開閉する第１弁部、及び前記感圧体の自由端部と当接する当接部を少なくとも備える弁体と、
前記バルブ本体に取り付けられ前記弁体の各弁部を開閉作動させるソレノイド部と、を備え、
前記第１弁部の開口面積は前記中間連通路の開口面積より小さいことを特徴としている。

この特徴によれば、第１弁室から第１弁部及び中間連通路を通り内部空間に至る流路の抵抗は開口面積の小さい第１弁部がボトルネックとなるので、第２弁部が第２弁座面から離脱して第２弁部が開弁する同時にボトルネックとなる第１弁部が絞られると、第１弁室から内部空間へ流出する制御圧力の冷媒量は減少し、第２弁室から第１弁室へ流入する吐出圧の冷媒量は増加するので、第１弁室と連通する制御室の圧力を迅速に制御できる。

本発明の容量制御弁は、
前記第２弁部が前記第２弁座面から離脱すると同時に、前記第１弁室から前記内部空間に至る流路の抵抗は前記弁体のストロークに応じて増加するとともに、前記第２弁室から前記第１弁室に至る流路の抵抗は前記弁体のストロークに応じて減少することを特徴としている。

この特徴によれば、第２弁部が第２弁座面から離脱して第２弁部が開弁する同時にボトルネックとなる第１弁部が絞られるので、第１弁室から第１弁部及び中間連通路を通り内部空間へ流出する冷媒量を弁体のストロークに応じて減少させるとともに、第２弁室から第１弁室へ流れる冷媒量を弁体のストロークに応じて増加させることができるので、ストロークに応じて制御室の圧力を迅速に制御することができ、容量可変型圧縮機の制御時の応答性を向上させることができる。

本発明の容量制御弁は、
前記第２弁部が閉時の前記第１弁部の開口面積はブローバイガス量を上回るように設定されていることを特徴としている。

この特徴によれば、第２弁室から第１弁室への流れを遮断した状態で、ブローバイガス量を上回る冷媒を第１弁室から内部空間に排出できるので、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弁部は前記第１弁座面と対向する第１弁部面を有し、前記第１弁部面と前記第１弁座面との間に前記弁体のストロークによって大きさが変化する軸方向間隙部を備えることを特徴としている。

この特徴によれば、第１弁部の開度は弁体のストロークに応じた軸方向間隙部の大きさによって調整することができるとともに、第１弁部面と第１弁座面との離接により第１弁部を開閉できるので構造をシンプルにできる。

本発明の容量制御弁は、
前記第１弁部は前記第１弁座面と対向し径方向に形成された第１弁部面及び前記第１弁部面の内径部から軸方向に向かって縮径するテーパ面を有し、前記第１弁部面と前記第１弁座面との間に前記弁体のストロークによって大きさが変化する軸方向間隙部及び前記テーパ面と前記第１弁座面との間に前記弁体のストロークによって大きさが変化する径方向間隙部を備えることを特徴としている。

この特徴によれば、軸方向間隙部は弁体のストロークの大きさに依存し、径方向間隙部の大きさはテーパの角度によって依存するため、軸方向間隙部の大きさと径方向間隙部の大きさは独立して決定することができる。このため、弁体のストローク幅を小さくすることなく、テーパの角度を調整することによって第１弁部の開度を小さくできるので、弁体のストローク幅を確保して容量制御弁の制御性の悪化を防ぐことができる。

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Ａ部の拡大図であり、各状態における第１弁部の開口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ストロークの関係を説明する説明図である。 本発明の実施例２に係る容量制御弁を示す正面断面図である。 図４のＢ部の拡大図であり、各状態における第１弁部の開口状態を示す図である。 実施例１及び実施例２に係る容量制御弁のＰｃ−Ｐｓ流路、Ｐｄ−Ｐｃ流路の開口面積と弁体のストロークの関係を説明する説明図である。 従来技術の容量制御弁を示す正面断面図である。 従来技術に係る容量制御弁の第１弁部の開口状態を示す図である。 従来技術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ストローク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３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２、弁体２１、感圧体２２及びソレノイド部３０から主に構成される。以下、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２は、内部に機能が付与された貫通孔を有する第１バルブ本体２Ａと、この第１バルブ本体２Ａの一端部に一体に嵌合された第２バルブ本体２Ｂとから構成される。また、第１バルブ本体２Ａ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。一方、第２バルブ本体２Ｂは、ソレノイド部３０の磁路として機能するため磁気抵抗の小さい鉄等の磁性体から構成される。第２バルブ本体２Ｂは、第１バルブ本体２Ａの材質と機能的を異にするために分離して設けられているものである。この点を考慮すれば、図１に示す形状は適宜に変更しても良い。

第１バルブ本体２Ａ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、貫通孔の区画には内部空間４、第２弁室６及び第１弁室７が連続して配設される。すなわち、貫通孔の区画において一端側に内部空間４が形成され、内部空間４と隣接してソレノイド部３０側には第２弁室６が連続して配設され、第２弁室６と隣接してソレノイド部３０側には第１弁室７が連設される。また、内部空間４と第２弁室６との間にはこれらの室の径より小径のクリアランスシール部１２が連続して配設される。さらに、第２弁室６と第１弁室７との間にはこれらの室の径より小径の弁孔５が連設され、該弁孔５の周りの第１弁室７の側には第２弁座面６Ａが形成される。

内部空間４には第３連通路９が連接される。第３連通路９には、図示しない容量可変型圧縮機の吸入室と連通して吸入室圧力Ｐｓの流体が容量制御弁１の開閉によって内部空間４へ流入、流出できるように構成される。

第２弁室６には第２連通路８が連設される。この第２連通路８は、容量可変型圧縮機の吐出室内に連通して吐出室圧力Ｐｄの流体が容量制御弁１の開閉によって第２弁室６に流入できるように構成される。

さらに、第１弁室７には第１連通路１０が形成される。この第１連通路１０には、容量可変型圧縮機の制御室（クランク室）と連通しており、容量制御弁１の開閉によって第２弁室６から流入した吐出室圧力Ｐｄの流体を容量可変型圧縮機の制御室（クランク室）へ流出させる。

なお、第１連通路１０、第２連通路８、第３連通路９は、バルブ本体２の周面に各々、例えば、２等配から６等配に貫通している。更に、バルブ本体２の外周面は４段面に形成されており、この外周面には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２と、バルブ本体２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４６が取り付けられ、第１連通路１０、第２連通路８、第３連通路９の各流路は独立した流路として構成される。

内部空間４内には感圧体２２が配設される。この感圧体２２は、金属製のベローズ２２Ａ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２２Ａは、リン青銅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２２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２２のベローズ２２Ａの有効受圧面積に対し、内部空間４内の吸入室圧力Ｐｓが作用して感圧体２２を伸縮作動させるように構成されている。内部空間４内の吸入圧力に応動して伸縮移動する自由端部側には内部空間４と連通する連通部２２Ｃを有する自由端部２２Ｂが配設される。

そして、感圧体２２の仕切調整部３は、第１バルブ本体２Ａの内部空間４を塞ぐように嵌着、固定される。なお、ねじ込みにして図示省略の止めねじにより固定すれば、ベローズ２２Ａ内に並列に配置した圧縮ばね又はベローズ２２Ａ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２１について説明する。弁体２１は中空円筒状の部材で、弁体２１の内部には中間連通路２６を有し、中間連通路２６は、感圧体２２の連通部２２Ｃを介して内部空間４と連通する開放端部２６Ａ、該開放端部２６Ａに連通して弁体２１を軸方向に貫通する管路部２６Ｂ及び管路部２６Ｂと第１弁室７とを連通させる連通孔２６Ｃからなる。また、弁体２１の外部には、内部空間４に配置される弁体第２端部２１Ａ、弁体第２端部２１Ａに連続して弁体第２端部２１Ａより小径に形成された第２弁部２１Ｂ、第２弁部２１Ｂに連続して第２弁部２１Ｂより大径に形成された第１弁部２１Ｃ、及び第１弁部２１Ｃに連続して第１弁部２１Ｃより小径に形成されるとともに連通孔２６Ｃが径方向に貫通する弁体第１端部２１Ｅを有する。さらに、第１弁部２１Ｃの一方の端部、すなわち弁体第１端部２１Ｅと第１弁部２１Ｃとの境界部分に弁体２１の中心軸に略直交し径方向に形成される第１弁部面２１Ｃ１が配設され、第１弁部２１Ｃの他方の端部、すなわち第１弁部２１Ｃと第２弁部２１Ｂとの境界部分に弁体２１の中心軸に略直交し径方向に形成される第２弁部面２１Ｂ１が配設される。

第１弁部２１Ｃは第１弁室７内に配設され、第１弁部面２１Ｃ１は、ソレノイド部３０の固定子鉄心３１の下端面に形成された第１弁座面３１Ａと係合、離脱することによって中間連通路２６を開閉する。そして、第１弁部２１Ｃが開弁すると、制御室は、第１連通路１０、第１弁室７、中間連通路２６、内部空間４及び第３連通路９を介して吸入室へ連通し、制御室圧力Ｐｃの流体が制御室から吸入室へ流入できるようになっている。以下、制御室と連通する第１弁室７から第１弁部２１Ｃ、中間連通路２６を経由して吸入室に連通する内部空間４へ至る流路をＰｃ−Ｐｓ流路と記す。

第２弁部２１Ｂは第２弁室６内に配置され、第２弁部面２１Ｂ１は第２弁座面６Ａと係合、離脱することによって、第１弁室７と第２弁室とを連通させる弁孔５を開閉する。第２弁部２１Ｂが開弁すると、吐出室は、第２連通路８から第２弁室６、弁孔５、第１弁室７及び第１連通路１０を介して制御室へ連通し、吐出室圧力Ｐｄの流体が吐出室から制御室へ流入できるようになっている。以下、吐出室と連通する第２弁室６から弁孔５、第２弁部２１Ｂを経由して制御室に連通する第１弁室７へ至る流路をＰｄ−Ｐｃ流路と記す。

弁体第２端部２１Ａは内部空間４内に配置され、弁体第２端部２１Ａは感圧体２２の自由端部２２Ｂと当接し、感圧体２２の伸縮に伴って弁体２１を第１バルブ本体２Ａの貫通孔内を軸方向に移動させる。また、弁体第２端部２１Ａは感圧体２２の自由端部２２Ｂと当接した状態で連通部２２Ｃを介して、内部空間４は中間連通路２６の開放端部２６Ａ、管路部２６Ｂ及び連通孔２６Ｃと常時連通している。なお、連通部２２Ｃは、開放端部２６Ａ、管路部２６Ｂ及び連通孔２６Ｃより大きな開口面積を有している。

つぎに、ソレノイド部３０について説明する。ソレノイド部３０は、ソレノイドロッド２５、プランジャケース３４、電磁コイル３５、固定子鉄心３１、プランジャ３２、及びばね手段２８がソレノイドケース３３に収容して構成される。弁体２１とプランジャ３２との間には第２バルブ本体２Ｂに固着された固定子鉄心３１が設けられ、ソレノイドロッド２５は固定子鉄心３１の貫通孔３１Ｄ内に移動自在に嵌合され、ソレノイドロッド２５は弁体２１とプランジャ３２を結合する。なお、ソレノイドロッド２５の下端部に設けられた結合部２５Ａは弁体第１端部２１Ｅの嵌合部２１Ｄと嵌着され、反対の他端部は、プランジャ３２の嵌合孔３２Ａに嵌着して結合されている。

プランジャケース３４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３４は電磁コイル３５の内径部に嵌着されるとともに、プランジャケース３４の開放端部側が第２バルブ本体２Ｂの嵌合孔と密封状に嵌着固定され、有底部側がソレノイドケース３３の端部の嵌着孔に固定される。これにより、電磁コイル３５はプランジャケース３４、第２バルブ本体２Ｂ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。

プランジャケース３４の内径部の開放端部側には、固定子鉄心３１が嵌合され、プランジャケース３４の内径部の有底部側にはプランジャ３２が軸方向に移動自在に嵌合される。この固定子鉄心３１のプランジャ３２側には、ばね座室３１Ｃが形成される。このばね座室３１Ｃにはプランジャ３２を固定子鉄心３１から引き離すように付勢するばね手段２８が配置されている。つまり、ばね手段２８は第１弁部２１Ｃを開状態から閉状態、第２弁部２１Ｂを閉弁状態から開弁状態になるように付勢する。また、固定子鉄心３１の第１弁座面３１Ａと貫通孔３１Ｄとの間には連通空間２７が形成される。連通空間２７には弁体２１の管路部２６Ｂに連通する連通孔２６Ｃが配置される。

この固定子鉄心３１の吸着面３１Ｂとプランジャ３２の接合面３２Ｂの離接は、電磁コイル３５に流れる電流の強さにより行われる。すなわち、電磁コイル３５に無通電状態では、ばね手段２８の反発により固定子鉄心３１の吸着面３１Ｂとプランジャ３２の接合面３２Ｂの間には最大空隙となり、第１弁部２１Ｃは閉弁し、第２弁部２１Ｂが開弁する。一方、通電状態では磁気吸引力により、プランジャ３２の接合面３２Ｂは固定子鉄心３１の吸着面３１Ｂに吸引され、第１弁部２１Ｃが開弁し、同時に第２弁部２１Ｂは閉弁方向へ移動する。この電磁コイル３５に供給される電流の大きさは、弁体２１の各弁部の開閉度合いに応じて図示しない制御部により制御される。

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及び図２を参照しながら、第１弁部２１Ｃの動作状態について説明する。なお、図１、図２（ａ）において、太い曲線はＰｃ−Ｐｓ流路を示す。

第１弁部２１Ｃは第２弁部２１Ｂと互いに逆方向に連動する。すなわち、図２（ａ）の液冷媒排出時において、第２弁部面２１Ｂ１は第２弁座面６Ａと係合して第２弁部２１Ｂは全閉状態にあり、一方第１弁部面２１Ｃ１はソレノイド部３０の固定子鉄心３１の第１弁座面３１Ａと離間して第１弁部２１Ｃは全開状態にある。図２（ｂ）の制御域において、第２弁部２１Ｂの第２弁部面２１Ｂ１が第２弁座面６Ａから離脱すると同時に、第１弁部２１Ｃは全開状態から絞り状態へ移行する。図２（ｃ）のＯＦＦ時において、第２弁部２１Ｂが全開状態となり、第１弁部面２１Ｃ１は第１弁座面３１Ａと係合して全閉状態となる。以下、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の状態について詳しく説明する。

図２（ａ）において、第１弁部２１Ｃは全開状態にあるので、第１弁部面２１Ｃ１と第１弁座面３１Ａとの間に形成される軸方向間隙部は最大軸方向間隙部ΔＬｍａｘとなり、第１弁部２１Ｃの開口面積Ｓ１も液冷媒排出時において最大Ｓ１ｍａｘとなる。また、中間連通路２６を開閉制御する第１弁部２１Ｃの最大開口面積Ｓ１ｍａｘは、中間連通路２６の開放端部２６Ａ、管路部２６Ｂ及び連通孔２６Ｃの開口部面積Ｓａよりも小さく設定されているため、Ｐｃ−Ｐｓ流路において第１弁部２１Ｃの開口面積が最も小さく、第１弁部２１ＣがＰｃ−Ｐｓ流路のボトルネックとなる。このため、第１弁室７からＰｃ−Ｐｓ流路を通り内部空間４へ流入する冷媒量はボトルネックとなる第１弁部２１Ｃの開口面積の大きさによって決定され、中間連通路２６の開放端部２６Ａ、管路部２６Ｂ及び連通孔２６Ｃの開口面積を大きくしても、Ｐｃ−Ｐｓ流路を流れる冷媒量はほとんど変化しない。

しかし、Ｐｃ−Ｐｓ流路のボトルネックとなる第１弁部２１Ｃの最大開口面積Ｓ１ｍａｘを小さくし過ぎると、液冷媒の排出機能を阻害する虞がある。したがって、第１弁部２１Ｃの最大開口面積Ｓ１ｍａｘの最小値も規定する必要がある。すなわち、第１弁部面２１Ｃ１と第１弁座面３１Ａとの間の第１弁部２１Ｃの最大開口面積Ｓ１ｍａｘは、容量可変型圧縮機のピストンとシリンダーの間隙から制御室（クランク室）に漏れ出すブローバイガスの量を上回るように設定されている。これにより吐出圧が最も高くなる容量可変型圧縮機の液冷媒排出時（全容量運転時）において、ピストンと摺動部との相対的摩耗等の因子によりブローバイガスの漏入量が増加したとしても、第１弁部２1Ｃの最大開口面積Ｓ１ｍａｘを確保して、制御室（クランク室）から吸入室へ効率良く液冷媒を排出できるようにしている。

つぎに、Ｐｃ−Ｐｓ流路を利用する液冷媒の排出が完了すると、ソレノイド部３０が制御されることによってＰｄ−Ｐｃ流路を利用して制御室の圧力を制御する制御域に移行する。図２（ｂ）に示す制御域において、第２弁部２１Ｂの第２弁部面２１Ｂ１が第２弁座面６Ａから離脱してＰｄ−Ｐｃ流路の連通が開始される同時に、第２弁部２１Ｂと逆方向に連動する第１弁部２１Ｃは全開状態から絞り状態へ移行しＰｃ−Ｐｓ流路は絞られる。このためＰｃ−Ｐｓ流路のボトルネックとなる第１弁部２１Ｃの開度が絞られるので第１弁室７から内部空間４へ流出する冷媒は減少し、Ｐｄ−Ｐｃ流路の第２弁部が開弁して第２弁室６から制御室へ連通する第１弁室７へ流入する冷媒量は増加して、制御室の圧力を迅速に制御することができる。

さらに、図２（ｃ）に示すソレノイド部３０がＯＦＦ時となると、弁体２１はばね手段２８の付勢力によって移動して、第２弁部２１Ｂが全開状態となってＰｄ−Ｐｃ流路は全開となり、第１弁部２１Ｃの第１弁部面２１Ｃ１が第１弁部面３１Ａと係合して全閉状態となりＰｃ−Ｐｓ流路は遮断される。

つぎに、図３に弁体２１のストロークに対する第１弁部の開口面積、Ｐｄ−Ｐｃ流路の開口面積及び中間通路の開口部面積の関係を説明する。図３の横軸は弁体２１のストロークを示し、弁体２１は最大ストローク幅ΔＬｍａｘ＝Ｌｅ−Ｌｓの範囲で移動する。縦軸は開口部面積を示し、図３の２点鎖線で示される中間通路の開口部面積Ｓａは中間連通路２６の開放端部２６Ａ、管路部２６Ｂ及び連通孔２６Ｃのうち最も小さい面積を示し、一定である。図３の実線で示されるＰｄ−Ｐｃ流路の開口面積Ｓ３は、第２弁部２１Ｂの開口面積Ｓ３を示し、液冷媒排出時においてゼロであり、弁体１８１のストロークに応じて徐々に大きくなり、ソレノイドＯＦＦ時に最大となる。図３の点線で示される第１弁部の開口面積Ｓ１は液冷媒排出時において最大開口面積Ｓ１ｍａｘであり、弁体２１のストロークに応じて徐々に小さくなり、ソレノイドＯＦＦ時にゼロとなる。

図３の弁体２１のストロークＬｓ（液冷媒排出時）において、第２弁部２１Ｂが全閉、すなわちＰｄ−Ｐｃ流路の開口面積はゼロ、第１弁部２１Ｃは最大開口面積Ｓ１ｍａｘ、中間連通路の開口部面積Ｓａである。したがって、Ｐｄ−Ｐｃ流路を遮断して吐出室から制御室へ流入する冷媒量をゼロとし、Ｐｃ−Ｐｓ流路を開閉制御する第１弁部２１Ｃを最大開口面積Ｓ１ｍａｘとして制御室から吸入室への抵抗を最小とすることによって、冷媒を制御室から吸入室へ短時間で排出できる。

つぎに、図３の弁体２１のストロークＬｓ＜Ｌ＜Ｌｍ、すなわち制御域に移行すると、第２弁部２１Ｂは第２弁座面６Ａから離脱すると同時に第１弁部２１Ｃは絞られ、図３の点線で示すように第１弁部２１Ｃの開口面積Ｓ１はストロークに比例して減少し、第２弁部２１Ｂの開口面積Ｓ３は実線で示すようにストロークに比例して増加する。この結果、制御域（Ｌｓ＜Ｌ＜Ｌｍ）において、Ｐｃ−Ｐｓ流路の抵抗は弁体２１のストロークＬに応じて増加するので、制御室と連通する第１弁室７から吸入室へ連通する内部空間４へ流出する制御圧力の冷媒量は減少するとともに、Ｐｄ−Ｐｃ流路の抵抗は弁体２１のストロークＬに応じて減少するので、吐出室と連通する第２弁室６から制御室へ連通する第１弁室７へ流入する吐出圧の冷媒量は増加し、制御室の圧力を迅速に制御することができる。

本発明の実施例１に係る容量制御弁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。

容量可変型圧縮機の液冷媒排出運転時には、Ｐｄ−Ｐｃ流路を遮断して吐出室から制御室へ冷媒の流入を遮断するとともに、Ｐｃ−Ｐｓ流路を開閉する第１弁部２１Ｃの開口面積を最大開口面積Ｓ１ｍａｘとすることによって、制御室からＰｃ−Ｐｓ流路を通り吸入室へ流れる冷媒量を最大にできるので、制御室に溜まった液冷媒を短時間で排出して容量可変型圧縮機の起動時間を短縮することができる。

容量可変型圧縮機の液冷媒排出が完了すると、弁体２１の第２弁部２１Ｂは第２弁座面６Ａから離脱して弁体２１のストロークＬに応じて開度が大きくなると同時にＰｃ−Ｐｓ流路のボトルネックとなる第１弁部２１Ｃは弁体２１のストロークＬに応じて絞られる。これにより、Ｐｃ−Ｐｓ流路の抵抗は弁体２１のストロークＬに応じて増加するので、制御室から吸入室へ流出する制御圧力の冷媒量は減少するとともに、Ｐｄ−Ｐｃ流路の抵抗は弁体２１のストロークＬに応じて減少するので、吐出室から制御室へ流入する吐出圧力の冷媒量は増加し、制御室の圧力を迅速に制御することができる。

図４ないし図６を参照して、本発明の実施例２に係る容量制御弁について説明する。実施例２に係る容量制御弁５０は、弁体２１の弁体第１端部２１Ｅと第１弁部２１Ｇとの境界部分に形成される第１弁部面２１Ｈがテーパ面から形成される点で実施例１と主に相違するが、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。

図４は本発明の実施例２に係る容量制御弁を示す正面断面図である。図５は図４のＢ部の拡大図及び弁体２１の動作状態を示す。

弁体２１は中空円筒状の部材で、弁体２１の内部には中間連通路２６を有し、また、弁体２１の外部には、内部空間４に配置される弁体第２端部２１Ａ、弁体第２端部２１Ａに連続して弁体第２端部２１Ａより小径に形成された第２弁部２１Ｂ、第２弁部２１Ｂに連続して第２弁部２１Ｂより大径に形成された第１弁部２１Ｇ、及び第１弁部２１Ｇに連続して第１弁部２１Ｇより小径に形成されるとともに中間連通路２６に連通する連通孔２６Ｃが配設された弁体第１端部２１Ｅを有する。さらに、第１弁部２１Ｇの一方の端部、すなわち弁体第１端部２１Ｅと第１弁部２１Ｇとの境界部分に第１弁部面２１Ｈが配設され、第１弁部２１Ｇの他方の端部、すなわち第１弁部２１Ｇと第２弁部２１Ｂとの境界部分に第２弁部面２１Ｂ１が配設される。また、第１弁部面２１Ｈは第１弁座面３１Ａと対向し径方向に形成された端面２１Ｈ２及び端面２１Ｈ２の内径部から軸方向に向かって縮径するテーパ面２１Ｈ１からなる。

ソレノイド部３０の固定子鉄心３１の下端面に形成された第１弁座面３１Ａは、内壁部３１Ａ１と端面３１Ａ２からなる。そして、第１弁部面２１Ｈの端面２１Ｈ２と第１弁座面３１Ａの端面３１Ａ２との間に形成された軸方向間隙部の大きさΔＬが弁体２１のストロークによって変化し、第１弁部面２１Ｈの端面２１Ｈ２と第１弁座面３１Ａの端面３１Ａ２とが係合、離脱してＰｃ−Ｐｓ流路を開閉する。また、テーパ面２１Ｈ１と第１弁座面３１Ａとの間に形成される径方向間隙部ΔＲの大きさも弁体のストロークによって変化する。

つぎに、図５に基づいて弁体２１の動作について説明する。図５（ａ）において、第１弁部面２１Ｈのテーパ面２１Ｈ１と第１弁座面３１Ａの内壁部３１Ａ１との間に形成される径方向間隙部ΔＲが最も狭く、液冷媒排出時において、径方向間隙部は最大径方向間隙部ΔＲｍａｘとなり、開口面積も最大開口面積Ｓ２ｍａｘとなる。また最大開口面積Ｓ２ｍａｘは、開放端部２６Ａ、管路部２６Ｂ及び連通孔２６Ｃの開口部よりも小さく設定されている。したがって、Ｐｃ−Ｐｓ流路の中で第１弁部２１Ｇの抵抗が最も大きく、第１弁部２１Ｇがボトルネックとなる。このため、第１弁室７から内部空間４への流入する冷媒量はボトルネックとなる第１弁部２１Ｇの径方向間隙部ΔＲの大きさによって決定されるので、中間連通路２６の開放端部２６Ａ、管路部２６Ｂ及び連通孔２６Ｃの開口面積を大きくしても、Ｐｃ−Ｐｓ流路を流れる冷媒量はほとんど変化しない。

また、実施例１と同じく第１弁部２１Ｇの最大開口面積Ｓ２ｍａｘは、ピストンと摺動部との相対的摩耗等の因子を考慮してピストンとシリンダーの間隙から制御室（クランク室）に漏れ出すブローバイガスの量を上回るように設定されている。

第１弁部面２１Ｈの端面２１Ｈ２と第１弁座面３１Ａの端面３１Ａ２との軸方向の間隙は、弁体２１のストローク幅ΔＬ２となる。実施例２の第１弁部２１Ｇの最大開口面積Ｓ２ｍａｘは実施例１の第１弁部２１Ｃの最大開口面積Ｓ１ｍａｘよりも小さくなっているが、実施例２のストローク幅ΔＬ２は実施例１のストローク幅ΔＬ１とほぼ同じ大きさとなっている。

図２に示す実施例１の場合には、第１弁部２１Ｃの開口面積は第１弁部面２１Ｃ１と第１弁座面３１Ａとの間に形成される軸方向間隙部からなるので、最大開口面積Ｓ１ｍａｘはストローク幅ΔＬ１によって決定される。すなわち、実施例１において最大開口面積Ｓ１ｍａｘを小さくする場合には弁体２１のストローク幅ΔＬ１を小さくする必要があり、最大開口面積Ｓ１ｍａｘが小さい場合には、弁体２１のストローク幅ΔＬ１が小さくなり過ぎて容量制御弁の制御性が悪化する虞がある。

これに対し、図５に示す実施例２の場合には、制御域における第１弁部２１Ｇの開口部は、第１弁部面２１Ｈのテーパ面２１Ｈ１と第１弁座面３１Ａの内壁部３１Ａ１との間に形成される径方向間隙部ΔＲからなる。したがって、実施例２において最大開口面積Ｓ２ｍａｘを小さくする場合には、第１弁部面２１Ｈのテーパ面２１Ｈ１の角度θを調整すればよく、弁体２１のストローク幅ΔＬ２を必ずしも調整する必要がない。このため、第１弁部２１Ｇの最大開口面積Ｓ２ｍａｘを小さくしても、弁体２１のストローク幅ΔＬ２を小さくする必要がないので容量制御弁の制御性に影響を与えない。

図５（ｂ）に示す制御域において、第２弁部２１Ｂの第２弁部面２１Ｂ１が第２弁座面６Ａから離脱してＰｄ−Ｐｃ流路の連通が開始される同時に、第１弁部２１Ｇは全開状態から絞り状態へ移行しＰｃ−Ｐｓ流路は絞られる。このとき、第２弁部２１Ｂが開弁すると同時に弁体２１のストロークに応じて、Ｐｃ−Ｐｓ流路のボトルネックとなる第１弁部２１Ｇは絞られるので制御室からＰｃ−Ｐｓ流路を通り吸入室へ流出する冷媒は減少するとともに、吐出室からＰｄ−Ｐｃ流路を介して制御室へ流入する冷媒は増加するので、制御室の圧力を迅速に制御することができる。

さらに、図５（ｃ）に示すソレノイド部３０がＯＦＦ時となると、弁体２１はばね手段２８の付勢力によって移動して、第２弁部２１Ｂが全開状態となってＰｄ−Ｐｃ流路は全開となり、第１弁部２１Ｇの第１弁部面２１Ｈの端面２１Ｈ２が第１弁座面３１Ａの端面３１Ａ２と係合して全閉状態となりＰｃ−Ｐｓ流路は遮断される。なお、Ｐｃ−Ｐｓ流路が遮断された状態で第１弁部面２１Ｈのテーパ面２１Ｈ１は第１弁座面３１Ａと空隙を有し接触していない。

つぎに、図６に実施例１と実施例２の弁体２１のストロークに対する第１弁部の開口面積、Ｐｄ−Ｐｃ流路の開口面積、中間連通路２６の開口面積の関係を説明する。実施例１における弁体２１のストロークに対する第１弁部の開口面積Ｓ１の変化を点線で示す。また、実施例２における弁体２１のストロークに対する第１弁部の開口面積Ｓ２の変化を一点鎖線で示す。中間連通路２６の開口部面積Ｓａは弁体２１のストロークに対し一定で２点鎖線で示す。さらに、弁体２１のストロークに対するＰｄ−Ｐｃ流路の開口面積Ｓ３の変化を実線で示す。なお、Ｐｄ−Ｐｃ流路において開口面積が最小となる第２弁部の開口面積を示す。

図６に示すように、実施例１の第１弁部の開口面積Ｓ１、実施例２のＰｃ−Ｐｓ流路の第１弁部の開口面積Ｓ２は、それぞれストロークＬｓにおいて最大開口面積Ｓ１ｍａｘ、Ｓ２ｍａｘとなり、Ｓ１ｍａｘはＳ２ｍａｘよりも大きくなっている。一方、実施例１における弁体のストローク幅ΔＬ１ｍａｘ（図２参照）と実施例２における弁体のストローク幅ΔＬ２ｍａｘ（図５）はほぼ同じに設定されている。このため、弁体２１のストロークに対するＰｃ−Ｐｓ流路の開口部面積の変化割合、すなわちストロークに対するＰｃ−Ｐｓ流路の開口部面積変化の傾きは、実施例２の方が実施例１より小さくなっている。すなわち、第１弁部面２１Ｈのテーパ面２１Ｈ１の角度θによって最大径方向間隙部ΔＲｍａｘを調整することによって、弁体２１のストロークに対するＰｃ−Ｐｓ流路の開口部面積変化の傾きを調整できるので、弁体２１のストローク幅ΔＬ＝Ｌｅ−Ｌｓを小さくすることなく、最大開口面積Ｓ２ｍａｘを小さくすることができる。これにより、最大開口面積Ｓ２ｍａｘが小さくなっても弁体２１のストローク幅ΔＬを確保することができるので、容量制御弁の制御性の悪化を防ぐことができる。

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

第１弁部２１Ｇの最大開口面積Ｓ２ｍａｘは中間連通路２６の開放端部２６Ａ、管路部２６Ｂ及び連通孔２６Ｃの開口部よりも小さく設定する必要があるが、実施例１のように最大開口面積Ｓ２ｍａｘが弁体２１のストローク幅ΔＬに依存する構造の場合には、第１弁部２１Ｇの最大開口面積Ｓ２ｍａｘが小さくなるとストローク幅ΔＬが小さくなり過ぎて、制御性が悪化する虞がある。実施例２の容量制御弁５０においては、第１弁部面２１Ｈのテーパ面２１Ｈ１の角度θを調整することで、弁体２１のストローク幅ΔＬ＝Ｌｅ−Ｌｓを小さくすることなく、最大開口面積Ｓ２ｍａｘを小さくすることができる。したがって、最大開口面積Ｓ２ｍａｘが小さくなっても弁体２１のストローク幅ΔＬを確保することができるので、容量制御弁の制御性の悪化を防ぐことができる。

１、５０ 容量制御弁
２ バルブ本体
３ 仕切調整部
４ 内部空間（制御室）
５ 弁孔
６ 第２弁室
７ 第１弁室
８ 第２連通路
９ 第３連通路
１０ 第１連通路
２１ 弁体
２１Ａ 弁体第２端部（当接部）
２１Ｂ 第２弁部
２１Ｂ１ 第２弁部面
２１Ｃ 第１弁部
２１Ｃ１ 第１弁部面
２１Ｇ 第１弁部
２１Ｈ 第１弁部面
２２ 感圧体
２２Ａ ベローズ
２２Ｂ 自由端部
２６ 中間連通路
２８ ばね手段
３０ ソレノイド部
３１ 固定鉄心
３１Ａ 第１弁座面
３２ プランジャ
３３ ソレノイドケース
３４ プランジャケース
３５ 電磁コイル
Ｐｄ 吐出室圧力
Ｐｓ 吸入室圧力
Ｐｃ 制御室圧力
Ｓ１ 中間連通路の開口面積（実施例１）
Ｓ２ 中間連通路の開口面積（実施例２）

Claims (5)

1. バルブ部の開弁度に応じて制御室内の流量又は圧力を制御する容量制御弁において、
   制御圧力の流体を通す第１連通路と連通すると共に第１弁座面及び第２弁座面を有する第１弁室、前記第１弁室と連通する弁孔を有すると共に吐出圧力の流体を通す第２連通路に連通する第２弁室、及び吸入圧力の流体を通す第３連通路に連通する内部空間を有するバルブ本体と、
   前記内部空間内に配置されて吸入圧力に応動して伸縮移動する自由端部側に前記内部空間に連通する連通部を有する感圧体と、
   前記第１弁室と前記内部空間とを連通する中間連通路、前記第２弁座面と離接して前記第１弁室と前記第２弁室を連通させる前記弁孔を開閉する第２弁部、前記第２弁部と反対方向に連動して前記第１弁座面と離接して前記中間連通路を開閉する第１弁部、及び前記感圧体の自由端部と当接する当接部を少なくとも備える弁体と、
   前記バルブ本体に取り付けられ前記弁体の各弁部を開閉作動させるソレノイド部と、を備え、
   前記第１弁部の開口面積は前記中間連通路の開口面積より小さいことを特徴とする容量制御弁。
2. 前記第２弁部が前記第２弁座面から離脱すると同時に、前記第１弁室から前記内部空間に至る流路の抵抗は前記弁体のストロークに応じて増加するとともに、前記第２弁室から前記第１弁室に至る流路の抵抗は前記弁体のストロークに応じて減少することを特徴とする請求項１に記載の容量制御弁。
3. 前記第２弁部が閉時の前記第１弁部の開口面積はブローバイガス量を上回るように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の容量制御弁。
4. 前記第１弁部は前記第１弁座面と対向する第１弁部面を有し、前記第１弁部面と前記第１弁座面との間に前記弁体のストロークによって変化する軸方向間隙部を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の容量制御弁。
5. 前記第１弁部は前記第１弁座面と対向し径方向に形成された第１弁部面及び前記第１弁部面の内径部から軸方向に向かって縮径するテーパ面を有し、前記第１弁部面と前記第１弁座面との間に前記弁体のストロークによって大きさが変化する軸方向間隙部及び前記テーパ面と前記第１弁座面との間に前記弁体のストロークによって大きさが変化する径方向間隙部を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の容量制御弁。

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