(57)【要約】【課題】可変容量圧縮機の吐出温度の上昇を、吐出圧力の検知を介さずに、抑制できるようにした容量制御弁を提供する。【解決手段】可変容量圧縮機に内蔵され、クランク室圧力を導入するクランク室圧導入路と吸入圧力を導入する吸入圧力導入路との連通を制御する手段を介してクランク室圧力を制御することにより圧縮機の吐出容量を制御する容量制御弁であって、吐出圧力を検知することなく吐出温度のみを検知し、吐出温度の上昇を検知して容量を減少させる手段が設けられていることを特徴とする容量制御弁。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変容量圧縮機に内蔵され、クランク室圧力を導入するクランク室圧導入路と吸入圧力を導入する吸入圧力導入路との連通を制御する手段を介してクランク室圧力を制御することにより圧縮機の吐出容量を制御する容量制御弁であって、吐出圧力を検知することなく吐出温度のみを検知し、吐出温度の上昇を検知して容量を減少させる手段が設けられていることを特徴とする可変容量圧縮機の容量制御弁。
【請求項２】
前記吐出温度検知手段が、吐出温度に応じて伸縮するベローズを有するとともに、該ベローズの伸縮動作を前記連通制御手段に伝達するロッドを有する、請求項１に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
【請求項３】
前記吐出温度検知手段が、吐出温度に応じて膨張／縮小する封入作動流体を有し、該作動流体の膨張／縮小により前記ベローズが伸縮される、請求項２に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
【請求項４】
前記作動流体が気液混合冷媒またはワックスからなる、請求項３に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
【請求項５】
吐出温度の上昇に伴い目標吸入圧力を低下させる機能を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
【請求項６】
前記吐出温度検知手段が、吐出温度に応じて膨張／縮小する封入作動流体を有するとともに、該作動流体の膨張／縮小動作を前記連通制御手段に伝達するロッドを有する、請求項１に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
【請求項７】
前記作動流体が気液混合冷媒またはワックスからなる、請求項６に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
【請求項８】
前記作動流体の膨張／縮小動作が、弾性膜を介して前記ロッドに伝達される、請求項７に記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
【請求項９】
前記ロッドに、前記吸入圧力導入路を開閉可能な弁体が設けられている、請求項２〜８のいずれかに記載の可変容量圧縮機の容量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量圧縮機の容量制御弁に関し、とくに、吐出圧力を検知することなく吐出温度に応じて目標とする容量に制御できるようにした、車両用空調装置等に用いて好適な可変容量圧縮機の容量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変容量圧縮機に内蔵された容量制御弁は、通常、吐出圧力、吸入圧力、クランク室圧力を感知し、感知した３つの圧力に応じてクランク室側の圧力と吸入側圧力との導通を制御し、それによってクランク室内の圧力を制御し、クランク室内の圧力に応じたピストンストロークとすることにより吐出容量を制御するようにしている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
例えば、車両用空調装置は広範囲な使用環境の中で使用されるが、高負荷や高回転の運転時は圧縮機の吐出温度が上昇しやすい。また、冷媒不足時も圧縮機に戻る冷媒の温度が高くなるため、圧縮機の吐出温度が上昇しやすくなる。このような状態が続くと空調システムの各所が劣化し耐久性の低下につながるおそれがある。したがって、様々な運転状態の中で圧縮機の吐出ガス温度が上昇したときに、空調システム保護のために圧縮機の吐出容量を適切に低減させることが望まれる。
【０００４】
このような要求を精度良く満たすためには、従来の可変容量圧縮機の容量制御弁では、基本的に吐出圧力、吸入圧力、クランク室圧力によって容量を制御し、吐出温度を直接的に感知して制御する構成とはなっていないことから、望ましい制御が困難な場合がある。すなわち、従来の可変容量圧縮機内蔵容量制御弁は、狙いの吸入圧力に到達するとその圧力を維持するために、クランク室の圧力をこの容量制御弁で増減させ、圧縮機の容量を変化させることで吸入圧力を制御するようになっており、更に吐出圧力によっては、この狙いの吸入圧力が変わってくる。そのため、単純に吐出温度の上昇を抑える制御構造とはなっておらず、上記のような吐出ガス温度が上昇し、その状態が続くような場合に対して、適切な対応が困難な場合が生じてくる。
【０００５】
このような問題に対し、圧縮機の吐出温度が上昇した時に、圧縮機の筐体に取り付けた温度センサにより異常温度を検知し、クラッチを強制的にオフにする保護装置をつけているものなどは知られているが、内蔵された容量制御弁自体にて、自律的に吐出温度の上昇を抑制できるようにしたものは見当たらない。
【特許文献１】特開２００３−３０１７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、車両用空調装置等に用いられる圧縮機は、高負荷時、高回転時、冷媒不足時などに圧縮機の吐出温度の上昇があることに鑑み、この圧縮機の吐出温度の上昇を自律的に抑制できるようにした可変容量圧縮機の容量制御弁を提供することにあり、それによって空調システムなどの耐久性を向上できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る可変容量圧縮機の容量制御弁は、可変容量圧縮機に内蔵され、クランク室圧力を導入するクランク室圧導入路と吸入圧力を導入する吸入圧力導入路との連通を制御する手段を介してクランク室圧力を制御することにより圧縮機の吐出容量を制御する容量制御弁であって、吐出圧力を検知することなく吐出温度のみを検知し、吐出温度の上昇を検知して容量を減少させる手段が設けられていることを特徴とするものからなる。
【０００８】
すなわち、従来の容量制御弁は、前述したように吸入圧力、クランク室圧力、吐出圧力の感知を基本構成としていたが、本発明では、吐出圧力を検知することなく吐出温度を検知し、吐出温度の上昇を検知して容量を減少させる手段が設けられる。そのため、吐出圧力に左右されることなく吐出温度の上昇が直接的に検知されることになり、検知された吐出温度の上昇に基づき、吐出容量を小さくする方向に作動されることにより、吐出温度の上昇を抑える方向に容量制御弁が作動されることになる。つまり、内蔵された容量制御弁自体によって、自律的に吐出温度の上昇が抑えられる方向に制御されることになる。
【０００９】
上記吐出温度検知手段としては、例えば、吐出温度に応じて伸縮するベローズを有するとともに、該ベローズの伸縮動作を上記連通制御手段に伝達するロッドを有する構造に構成できる。このように構成すれば、吐出温度に正確に対応してベローズが伸縮され、その伸縮動作に応じロッドを介して連通制御手段が作動され、それによってクランク室圧力が自動的に制御され、吐出温度の上昇が適切に抑えられる。
【００１０】
この場合、上記吐出温度検知手段が、さらに、吐出温度に応じて膨張／縮小する封入作動流体を有し、該作動流体の膨張／縮小により上記ベローズが伸縮される構成とすることもできる。作動流体としては、例えば、温度に応じて膨張／縮小する気液混合冷媒やワックス等を使用できる。このように構成すれば、後述の実施の形態に示すように、吐出温度が容易に封入作動流体の膨張／縮小に変換され、該膨張／縮小が容易に上記ベローズの伸縮動作に変換される。
【００１１】
このような本発明に係る可変容量圧縮機の容量制御弁においては、吐出温度の上昇に伴い目標吸入圧力を低下させる機能を有する構成とすることもできる。つまり、吐出圧力と吐出温度とが比例的な関係を有することに着目し、吐出圧力が上昇したとき、つまり吐出温度が上昇したとき、目標吸入圧力を低下させるようにし、その特性に沿って制御できるようにすることにより、吐出圧力と吸入圧力の関係を所望の関係に制御しつつ、吐出温度の上昇を抑えることが可能となる。
【００１２】
また、本発明においては、上記吐出温度検知手段として、上記のようなベローズを設けることなく、吐出温度に応じて膨張／縮小する封入作動流体を有するとともに、該作動流体の膨張／縮小動作を上記連通制御手段に伝達するロッドを有する構造に構成することもできる。この場合にも、作動流体としては、例えば、温度に応じて膨張／縮小する気液混合冷媒やワックス等を使用できる。このような構成においても、吐出温度が容易に封入作動流体の膨張／縮小に変換され、該膨張／縮小の動作が容易に上記ロッドを介して上記連通制御手段に伝達される。この伝達については、例えば後述の実施の形態に示すように、作動流体の膨張／縮小動作が、弾性膜を介してロッドに伝達される構成を採用できる。
【００１３】
さらに本発明に係る可変容量圧縮機の容量制御弁においては、上記ロッドに、吸入圧力導入路を開閉可能な弁体が設けられている構造に構成することができる。このように構成すれば、該弁体により、直接的に吸入圧力導入路を開閉することが可能になり、該吸入圧力導入路の開閉により、クランク室圧力を吸入圧力側へ逃がしたり遮断したりするのを直接的に制御することが可能になり、それによって圧縮機の最大容量や最小容量への制御を迅速に行うことができるようになる。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本発明に係る可変容量圧縮機の容量制御弁によれば、吐出温度を直接的に検知し、その検知に基づく作動により、容量制御弁にて自律的に、吐出温度の上昇を適切に抑制できるようにしたので、吐出温度の上昇が続く望ましくない状態を確実にかつ容易に回避できる。その結果、車両用空調装置等において、高負荷時、高回転時、冷媒不足時などに圧縮機の吐出温度の上昇がある場合にも、その圧縮機の吐出温度の上昇を適切に抑えることができ、複雑な保護装置を付けることなく、空調システムの耐久性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
まず、本発明との比較のために、従来の可変容量圧縮機の容量制御弁の代表的な構造について、図１を参照しながら説明する。図１に例示する従来の容量制御弁１では、クランク室側２の圧力Ｐｃが、クランク室圧導入路３を介して、ばね４が収容されたベローズ５の周囲に導入され、吸入室側６の圧力Ｐｓが、吸入圧力導入路７を介して、ベローズ５の先端に設けられた弁８のベローズ５と反対側に導入され、ベローズ５の付勢力と吸入圧力とのバランスに応じて弁８が開閉される。弁８が開けばクランク室圧力が吸入側に逃げ、クランク室圧力が低下されて圧縮機は最大容量方向に容量制御され、弁８が閉じれば、クランク室圧力が増大されて圧縮機は最小容量方向に容量制御される。さらにこの弁８の作動は、吐出室側９の圧力を感知するプッシュロッド１０のばね１１を介した作動によってコントロールされ、結局、吐出圧力に応じた容量制御が行われるようになっている。
【００１６】
このような容量制御弁では、図８に示すような制御特性を目標制御特性としている。すなわち、図８の制御曲線に沿って制御するように、図１の容量制御弁１が、吐出圧力、吸入圧力、クランク室圧力と、ベローズ５およびばねのバランスにより弁８の開閉を行う。この弁８は、閉じるとクランク室圧力が上昇して圧縮機の容量が減少し、圧縮機容量が低下して吸入圧力は高くなる。反対に弁８が開くとクランク室圧力が下降し、圧縮機容量が増加して吸入圧力は低くなる。この弁８の開閉を継続することで、図８の制御曲線に沿った制御が可能となる。また、吐出圧力に関しては、吐出圧力が高くなると、プッシュロッド１０を介して弁８を開く方向の力が働き、狙いの吸入圧力が低くなるような制御となる（吐出圧力補正）。これが、図８のような、ある圧力以上で右下がりの制御をさせている。前述したように、吐出圧力によっては、この狙いの吸入圧力が変わってくる。
【００１７】
これに対し本発明に係る容量制御弁では、目標制御特性としては図８に示したのと同等の制御特性であるが、吐出圧力を検知することなく、吐出温度を直接的に検知し、その検知した吐出温度に応じて、吸入圧力、クランク室圧力を制御するようにしたものである。具体的な構造を例示すると、図２に示すように、容量制御弁２１は、クランク室側２２の圧力Ｐｃが、クランク室圧導入路２３を介して、ばね２４が収容されたベローズ２５の周囲に導入され、吸入室側２６の圧力Ｐｓが、吸入圧力導入路２７を介して、ベローズ２５の先端に設けられた弁２８のベローズ２５と反対側に導入され、ばね２４が収容したベローズ２５の付勢力と吸入圧力とのバランスに応じて弁２８が開閉される。したがって、これらの部材は、クランク室圧導入路２３と吸入圧力導入路２７との連通を制御する手段を構成している。弁２８の吸入圧力導入路２７側には、ばね２９を介してプッシュロッド３０の一端側が係合されており、本実施態様では、ばね２９の一端は、プッシュロッド３０に一体的に設けられ、吸入圧力導入路２７を開閉可能な弁体３１に係合されている。
【００１８】
プッシュロッド３０の他端側には、吐出室側３２の吐出圧力を検知することなく吐出温度のみを検知し、吐出温度の上昇を検知して容量を減少させることが可能な吐出温度検知手段３３が設けられている。本実施態様では、吐出温度検知手段３３は、吐出温度に応じて伸縮するベローズ３４を有するとともに、該ベローズ３４の伸縮動作を前述の連通制御手段に伝達する上記プッシュロッド３０を備えた構造に構成されている。ベローズ３４の伸縮は、本実施態様では、ベローズ３４配置部に封入され、吐出温度に応じて膨張／縮小する作動流体３５の膨張／縮小動作を介して行われるようになっている。この封入作動流体３５としては、例えば、温度に応じて膨張／縮小する気液混合冷媒（気液混合冷媒は、温度上昇に伴い体積が膨張する特性を持つ）を使用する。つまり、この構成では、吐出温度が気液混合冷媒等の封入作動流体３５の膨張／縮小に変換され、該膨張／縮小動作がベローズ３４の伸縮動作に変換され、そのベローズ３４の伸縮動作がプッシュロッド３０を介して連通制御手段側に伝達される。
【００１９】
このように構成された可変容量圧縮機の容量制御弁２１においては、吐出圧力を検知することなく吐出温度のみを検知し、吐出温度の上昇を検知して容量を減少させるために、吐出温度検知手段３３が設けられている。したがって、吐出圧力に左右されることなく吐出温度の上昇が直接的に吐出温度検知手段３３によって検知されることになり、検知された吐出温度の上昇に基づき、吐出容量を小さくする方向に作動されることにより、吐出温度の上昇を抑える方向に、容量制御弁２１が自律的に作動される。
【００２０】
すなわち、吐出圧力が低いときには、吐出温度（例えば、吐出冷媒温度）も低いため、図２に示すように、封入作動流体３５は膨張せず、それに伴ってベローズ３４も動作せず、プッシュロッド３０は動かず、ばね２９を介した補正機能は働かない。したがって、制御は、クランク室圧力Ｐｃを受けるベローズ２５と吸入圧力Ｐｓを受ける弁２８、およびばね２４の力の釣り合いにより決定される。また、吐出圧力がある程度高いときには、それに対応して吐出温度も高いため、図３に示すように、該吐出温度に応じた封入作動流体３５の膨張動作、それに伴うベローズ３４の縮小動作によりプッシュロッド３０は弁２８を開く方向の力を発生するため、従来の吐出圧力補正と同様の機能を発揮する。さらに、吐出温度が高くなる状態においては、図４に示すように、さらなる封入作動流体３５の膨張動作、それに伴うベローズ３４の縮小動作により、プッシュロッド３０に設けた弁体３１がクランク室圧導入路２３と吸入圧力導入路２７との間の通路（Ｐｃ−Ｐｓ間の通路）を塞ぐため、クランク室圧力Ｐｃが上昇して強制的に圧縮機吐出容量が減少される。この動作により、高負荷時、高回転時、冷媒不足時などに吐出温度が高くなるのを吐出容量の減少により防止、抑制することができる。
【００２１】
このような図２〜図４の動作に対応する制御特性は、例えば図１０に示すような目標制御特性として表すことができる。すなわち、最小容量領域以下では、吐出温度と吸入圧力との関係は、図８に示した吐出圧力と吸入圧力との関係に沿った目標特性に制御されることになる。
【００２２】
図５は、上記図２に示した容量制御弁２１の変形例を示しており、図２の容量制御弁２１から吐出温度補正機能を除いた構成、具体的には図２におけるばね２９を介したプッシュロッド３０と弁２８との係合構造を除いた構成を示している。このような構成においても、プッシュロッド３０と一体的に作動される弁体３１が、吐出温度が高くなったときの封入作動流体３５の膨張動作、それに伴うベローズ３４の縮小動作によるプッシュロッド３０の作動によって、クランク室圧導入路２３と吸入圧力導入路２７との間の通路（Ｐｃ−Ｐｓ間の通路）を塞ぐことができるため、クランク室圧力Ｐｃを上昇させて強制的に圧縮機吐出容量を減少させることができる。この動作により、やはり、高負荷時、高回転時、冷媒不足時などに吐出温度が高くなるのを吐出容量の減少により防止、抑制することができる。
【００２３】
上記のような容量制御弁２１は、例えば図９に示すように、複数のシリンダボア４１内にそれぞれ往復動自在にピストン４２を挿入した可変容量圧縮機４３に内蔵された組み込まれる。なお、４４は、吐出室３２とクランク室間のオリフィス通路を示している。
【００２４】
図６は、本発明の別の実施態様に係る可変容量圧縮機の容量制御弁を示している。本実施態様に係る容量制御弁５１では、一端にクランク室圧導入路２３と吸入圧力導入路２７との間の通路（Ｐｃ−Ｐｓ間の通路）の連通／連通遮断が可能な弁体５２を備えたプッシュロッド５３の他端に設けられる吐出温度検知手段５４が、前記ベローズ３４を設けることなく、吐出温度に応じて膨張／縮小する封入作動流体５５（例えば、前述と同様の気液混合冷媒やワックス等）と、その作動流体５５の膨張／縮小動作をプッシュロッド５３に伝達する弾性膜５６とを備えた構造に構成されている。そのたの構成は図５に示した構成に準じるので、図５に付したのと同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００２５】
このような容量制御弁５１においては、吐出温度が高くなったときには、図７に示すように、封入作動流体５５の膨張に伴って弾性膜５６がプッシュロッド５３の挿入穴に入り込むように作動してプッシュロッド５３を押し込み、そのプッシュロッド５３の作動によって先端に設けられた弁体５２がクランク室圧導入路２３と吸入圧力導入路２７との間の通路（Ｐｃ−Ｐｓ間の通路）を塞ぐ。この動作により、クランク室圧力Ｐｃを上昇させて強制的に圧縮機吐出容量を減少させ、高負荷時、高回転時、冷媒不足時などに吐出温度が高くなるのを吐出容量の減少により防止、抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明に係る容量制御弁は、吐出温度が高くなるのを吐出容量の減少により抑制することが望まれる可変容量圧縮機に適用でき、とくに負荷、回転数が変動する車両用空調装置に使用される可変容量圧縮機に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の可変容量圧縮機の容量制御弁の断面図である。
【図２】本発明の一実施態様に係る可変容量圧縮機の容量制御弁の断面図である。
【図３】図２の容量制御弁の一作動状態を示す断面図である。
【図４】図２の容量制御弁の吐出温度が高いときの作動状態を示す断面図である。
【図５】図２の変形例に係る容量制御弁の断面図である。
【図６】本発明の別の実施態様に係る容量制御弁の断面図である。
【図７】図６の容量制御弁の吐出温度が高いときの作動状態を示す断面図である。
【図８】容量制御弁における吐出圧力と吸入圧力との目標制御特性を示す特性図である。
【図９】本発明に係る容量制御弁の組み付け状態の一例を示す可変容量圧縮機の部分断面図である。
【図１０】図２〜図４に示した作動に対応する吐出温度と吸入圧力の目標制御特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００２８】
２１、５１  容量制御弁
２２  クランク室（側）
２３  クランク室圧導入路
２４  ばね
２５  ベローズ
２６  吸入室（側）
２７  吸入圧力導入路
２８  弁
２９  ばね
３０、５３  プッシュロッド
３１、５２  弁体
３２  吐出室（側）
３３、５４  吐出温度検知手段
３４  ベローズ
３５、５５  封入作動流体
４１  シリンダボア
４２  ピストン
４３  可変容量圧縮機
５６  弾性膜
【図１】
2008144593.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008144593.tif 000009
【図８】
2008144593.tif 000010
【図９】
2008144593.tif 000011
【図１０】
2008144593.tif 000012