(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入室の圧力と吐出室の圧力との差圧を所定の差圧に保つように調圧室から前記吸入室に導出する冷媒量を制御して可変容量圧縮機から吐出される冷媒の容量を変化させる容量制御弁において、
前記調圧室と前記吸入室との間の冷媒通路を連通および閉塞して前記調圧室から前記吸入室に導出する冷媒量を制御する弁部と、
前記弁部と分離して構成され前記吐出室の圧力と前記吸入室の圧力との差圧を感知して前記弁部の開度を制御する差圧感知部と、
供給する電流値を変化させて前記弁部の弁体に与えるソレノイド力を変化させることにより前記所定の差圧を変化させて冷媒の吐出量を制御するソレノイド部と、
を備えていることを特徴とする容量制御弁。
【請求項２】
前記差圧感知部は、両端に前記吐出室の圧力と前記吸入室の圧力とを受けるとともに前記吸入室の圧力を受ける側の端部が前記弁部の弁体に当接しているピストンロッドを有していることを特徴とする請求項１記載の容量制御弁。
【請求項３】
前記弁部は、前記差圧感知部の前記ピストンロッドより大きな径を有して前記調圧室と前記吸入室との間の冷媒通路を連通および閉塞する弁体と、前記弁体と前記ソレノイド部との間に配置されて前記弁体の前後にかかる前記調圧室の圧力と前記吸入室の圧力との影響をキャンセルするシャフトとを有することを特徴とする請求項２記載の容量制御弁。
【請求項４】
前記シャフトは、前記調圧室の圧力を受ける前記弁体の受圧面積と同じ断面積を有する大径部と、前記弁体と前記大径部との間を連結する縮径部とを有し、前記縮径部の空間に前記調圧室からの冷媒通路が連通され、前記弁体の前記ピストンロッドに当接している側の空間と前記ソレノイド部の側の前記大径部の端面のある空間とが連通孔によって連通されていることを特徴とする請求項３記載の容量制御弁。
【請求項５】
前記ソレノイド部は、前記弁体の前記ピストンロッドに当接している側の空間と連通されて前記吸入室の圧力によって満たされていることを特徴とする請求項４記載の容量制御弁。
【請求項６】
冷媒の臨界温度を越えた超臨界域で冷凍作用を行わせる冷凍サイクルに用いる可変容量圧縮機に適用したことを特徴とする請求項１記載の容量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は容量制御弁に関し、特に自動車用空調装置の冷凍サイクルの中で冷媒ガスを圧縮する可変容量圧縮機に使用される容量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置の冷凍サイクル中で冷媒を圧縮するために用いられる圧縮機は、エンジンを駆動源としているので、回転数制御を行うことができない。そこで、エンジンの回転数に制約されることなく適切な冷房能力を得るために、冷媒の圧縮容量を変えることができる可変容量圧縮機が用いられている。
【０００３】
このような可変容量圧縮機においては、エンジンによって回転駆動される軸に取り付けられた揺動板に圧縮用ピストンが連結され、揺動板の角度を変えてピストンのストロークを変えることにより冷媒の吐出量を変えるようにしている。
【０００４】
揺動板の角度は、密閉された調圧室内に圧縮された冷媒の一部を導入し、その導入する冷媒の圧力を変化させ、ピストンの両面にかかる圧力の釣り合いを変化させることによって連続的に変えている。
【０００５】
たとえば特開２００１−１３２６５０号公報に記載の圧縮容量制御装置では、圧縮機の吐出口と調圧室との間または吐出口と吸入口との間に電磁制御弁を備えている。この電磁制御弁は、それらの前後差圧を所定値に保つように連通または閉塞させる制御をしており、差圧の所定値を電流値によって外部から設定することができるようになっている。これにより、エンジンの回転数が上昇したときには、調圧室に導入される圧力を増加させ、ピストンストロークを短くして圧縮できる容量を小さくし、回転数が低下したときには、調圧室に導入される圧力を減少させ、ピストンストロークを長くして圧縮できる容量を大きくするようにして圧縮機から吐出される冷媒の圧力を一定に保つようにしている。
【０００６】
ところで、自動車用空調装置の冷凍サイクルに使用されている冷媒としては、代替フロンＨＦＣ−１３４ａが一般的に用いられるが、近年、冷媒の臨界温度を越えた超臨界域で冷凍作用を行わせる、たとえば二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルが開発されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧縮容量制御装置の電磁制御弁では、可変容量圧縮機の運転容量を最大にしようとするとき、調圧室から吸入室へ導出する冷媒量をできるだけ多くして調圧室の圧力を低下させる必要があるが、そのとき弁の大きさが小さいと、導出される冷媒量が少ないため、最大運転への移行に時間がかかり、制御性が悪化する場合があった。
【０００８】
また、導出される冷媒量を増やそうと弁の大きさを大きくすると、弁の受圧面積も大きくなるため、弁を制御するのに大きなソレノイド力が必要になる。特に、冷媒に二酸化炭素を使用しているような冷凍サイクルでは、冷媒を超臨界域まで昇圧させるため、冷媒の吐出圧力が非常に高くなり、弁を制御するためのソレノイド力も大きくなって、巨大なソレノイドが必要になり、その結果、電磁制御弁の大型化を招き、コストアップに繋がるという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、運転容量移行時の時間を短縮するとともに、冷媒量を増やすために弁の大きさを大きくしても大きなソレノイド力を必要としないで動作す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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、吸入室の圧力と吐出室の圧力との差圧を所定の差圧に保つように調圧室から前記吸入室に導出する冷媒量を制御して可変容量圧縮機から吐出される冷媒の容量を変化させる容量制御弁において、前記調圧室と前記吸入室との間の冷媒通路を連通および閉塞して前記調圧室から前記吸入室に導出する冷媒量を制御する弁部と、前記弁部と分離して構成され前記吐出室の圧力と前記吸入室の圧力との差圧を感知して前記弁部の開度を制御する差圧感知部と、供給する電流値を変化させて前記弁部の弁体に与えるソレノイド力を変化させることにより前記所定の差圧を変化させて冷媒の吐出量を制御するソレノイド部と、を備えていることを特徴とする容量制御弁が提供される。
【００１１】
このような容量制御弁によれば、弁部と差圧感知部とを分離する構成にした。これにより、両端に吸入室の圧力と吐出室の圧力とを受けてそれらの差圧を感知する部分の直径を小さくすることができ、小さなソレノイド力でも差圧を設定できて、ソレノイド部を小型化することができる。また、弁部の弁体を大きくすることができるため、運転容量の移行時に多量の冷媒を流すことができ、最大容量への移行時間を短縮することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明による容量制御弁を適用した可変容量圧縮機の概略を示す断面図である。
【００１３】
可変容量圧縮機は、気密に形成された調圧室１を有し、中には回転自在に支持された回転軸２を有している。この回転軸２の一端は、図示しない軸封装置を介して調圧室１の外まで延びていて、クラッチおよびベルトを介してエンジンの出力軸から駆動力が伝達されるプーリ３が固定されている。回転軸２には、揺動板４が傾斜角可変に設けられている。回転軸２の軸線の回りには、複数（図示の例では１つ）のシリンダ５が配置されている。各シリンダ５には、揺動板４の回転運動を往復運動に変換するピストン６が配置されている。各シリンダ５は、それぞれ吸入用リリーフ弁７および吐出用リリーフ弁８を介して吸入室９および吐出室１０に接続されている。各シリンダ５の吸入室９は、互いに連通して１つの部屋になっており、冷凍サイクルの蒸発器に接続される。また、各シリンダ５の吐出室１０も、互いに連通して１つの部屋になっており、冷凍サイクルのガスクーラまたは凝縮器に接続される。
【００１４】
この可変容量圧縮機では、吐出室１０の吐出圧力Ｐｄおよび吸入室９の吸入圧力Ｐｓを受ける差圧感知部と、調圧室１から吸入室９へ向かう冷媒流路の途中に設けられ差圧感知部によって感知された吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧によって冷媒流量を制御する弁体とを備えた容量制御弁１１が設けられ、吐出室１０と調圧室１との間には、オリフィス１２が設けられている。
【００１５】
以上の構成の可変容量圧縮機において、エンジンの駆動力によって回転軸２が回転し、その回転軸２に設けられた揺動板４が回転すると、揺動板４に連結されたピストン６が往復運動し、これによって吸入室９の冷媒がシリンダ５に吸入され、シリンダ５内で圧縮され、圧縮された冷媒が吐出室１０へ吐出される。
【００１６】
このとき、通常運転のときは、容量制御弁１１は、その差圧感知部が吐出室１０の冷媒の吐出圧力Ｐｄと吸入室９の吸入圧力Ｐｓとを受けて、その差圧が所定の差圧に保つように調圧室１から吸入室９へ流れる冷媒の量を制御する。これにより、調圧室１内の圧力Ｐｃが所定値に保たれ、シリンダ５の容量が所定値に制御される。
【００１７】
また、運転容量を最小に移行するとき、容量制御弁１１は、弁を全閉にして調圧室１から吸入室９へ導出される冷媒量をゼロにすることで調圧室１の圧力Ｐｃが上昇する時間を短縮する。
【００１８】
運転容量を最大に移行するとき、容量制御弁１１は、弁を全開にして、調圧室１から吸入室９へ導出される冷媒量を最大にするよう制御する。このとき、吐出室１０から調圧室１への冷媒の導入は、オリフィス１２を介して行なわれるのに対し、吐出室１０から調圧室１への冷媒の流れは、弁孔の大きな弁を介して流れるため、調圧室１の圧力Ｐｃは速やかに低下し、最大運転に移行する時間を短縮する。
【００１９】
次に、本発明による容量制御弁１１について詳細に説明する。
図２は第１の実施の形態に係る容量制御弁を示す中央縦断面図である。
この容量制御弁１１は、吐出室１０の吐出圧力Ｐｄと吸入室９の吸入圧力Ｐｓとを感知する差圧感知部と、調圧室１から吸入室９へ導出される冷媒量を制御する弁部と、この弁部が吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧によって流量制御を開始する値を外部から設定するソレノイド部とが同一軸線上に配置されて構成されている。
【００２０】
差圧感知部は、ボディ２１の図の上端側の開口内部に螺着されたホルダ２２と、このホルダ２２の軸線上にて軸線方向に進退自在に保持された小径のピストンロッド２３とを有している。ボディ２１の図の上端部には、キャップ２４が螺着され、そのキャップ２４には、吐出室１０の吐出圧力Ｐｄを導入する複数の連通孔２５が設けられている。
【００２１】
弁部は、ボディ２１の軸線位置に配置された弁体２６と、ボディ２１に形成された弁座２７とを有している。弁体２６は、これとホルダ２２との間に配置されたスプリング２９によって弁閉方向に付勢されている。この弁座２７の弁孔は、ボディ２１に穿設されたポート３０と連通している。このポート３０は、調圧室１から冷媒を導入する冷媒流路に接続される部分であり、このポート３０の外周を覆うようにボディ２１にストレーナ３１が嵌め込まれている。
【００２２】
ボディ２１は、その軸線位置に弁孔の内径と同じ内径を有する筒状開口部が形成され、この中にシャフト３２が配置されている。このシャフト３２は、ポート３０に連通する筒状開口部に位置する部分が縮径されており、その上端部は弁体２６に圧入されている。シャフト３２の大径部分には、複数の溝が周設されていて、ラビリンスシールを形成している。このボディ２１には、また、その軸線と平行に、弁体２６が配置されている空間から複数の連通孔３３が貫通形成されている。
【００２３】
ボディ２１は、ボディ３４の上部開口部へ螺着されている。ボディ２１の下方におけるボディ３４内の空間は、このボディ３４に穿設されたポート３５と連通されている。このポート３５は、吸入室９へ冷媒を導出する冷媒流路に接続される部分である。また、このボディ３４の下方開口部には、ソレノイド部の固定鉄芯３６の上部とスリーブ３７の上端部とが固定されている。そのスリーブ３７の下端部は、ストッパ３８によって閉止されている。このソレノイド部の軸線位置には、シャフト３９が固定鉄芯３６を貫通して配置されており、その上端部は、固定鉄芯３６の上部の中央開口部に螺着されたガイド４０により、下端部は、ストッパ３８に設けられたガイド４１によって軸線方向に摺動自在に保持されている。そのシャフト３９の下方には、可動鉄芯４２が嵌合されており、その可動鉄芯４２は、その上端がシャフト３９に嵌め込まれた止め輪４３によって当接されており、ガイド４１との間に配置されたスプリング４４によって図の上方へ付勢されている。そして、スリーブ３７の外周には、電磁コイル４５が配置されている。
【００２４】
また、ポート３０より先端側のボディ２１には、Ｏリング４６が周設され、ポート３５を挟んでその上下位置のボディ３４には、Ｏリング４７，４８がそれぞれ周設されている。
【００２５】
ここで、この容量制御弁１１の中の圧力関係について説明する。まず、弁体２６とこれに固着されたシャフト３２において、シャフト３２の縮径部には、ポート３０を介して導入された調圧室１の圧力Ｐｃを受け、弁体２６とシャフト３２の有効受圧面積は同じにしてある。このため、圧力Ｐｃは、弁体２６に対して図の上向きの方向の力が働き、シャフト３２に対しては図の下向きの方向へ働く。一方、ポート３５における吸入圧力Ｐｓは、シャフト３２の下方側の端面と連通孔３３を介して弁体２６にもかかっている。したがって、一体となった弁体２６とシャフト３２は、調圧室１の圧力Ｐｃや吸入室９の吸入圧力Ｐｓの影響を受けない構造になっている。
【００２６】
また、差圧感知部では、ピストンロッド２３の上端部に吐出室１０の吐出圧力Ｐｄを受け、下端部に吸入室９の吸入圧力Ｐｓを受けているため、ピストンロッド２３には、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧に応じた図の下向きの力が働き、弁体２６を弁閉方向に付勢している。ピストンロッド２３は、シャフト３２に比べて十分に小径であり、受圧面積が小さくなっている。このため、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧を小さい受圧面積で感知できることから、冷媒として、超臨界域まで昇圧されるような、たとえば二酸化炭素を用いた冷凍サイクルにも使用することができる。
【００２７】
さらに、ソレノイド部は、電磁コイル４５に供給する電流に応じたソレノイド力を発生し、シャフト３９が弁体２６と一体となったシャフト３２を図の上向き方向に付勢する。
【００２８】
また、ポート３５における吸入圧力Ｐｓは、固定鉄芯３６とガイド４０との間、固定鉄芯３６とシャフト３９との間、固定鉄芯３６と可動鉄芯４２との間、スリーブ３７と可動鉄芯４２との間、可動鉄芯４２とストッパ３８との間の隙間にも行っており、ソレノイド部の内部は吸入圧力Ｐｓによって充満されている。
【００２９】
以上のような構造を持った容量制御弁１１において、ソレノイド部の電磁コイル４５に制御電流が供給されていないときには、ソレノイド力はないため、図２に示したように、ソレノイド部の可動鉄芯４２は、スプリング２９とスプリング４４とのばね荷重のバランスで固定鉄芯３６から離れている。ピストンロッド２３に当接された弁体２６は、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧で弁座２７に着座されている。したがって、調圧室１から吸入室９に冷媒を流す流路が閉塞されたことにより、調圧室１の圧力Ｐｃは、吐出圧力Ｐｄに近い値になり、ピストン６の両面にかかる圧力差が最も小さくなる。これにより、揺動板４はピストン６のストロークが最も小さくなるような傾斜角になり、可変容量圧縮機は、運転容量が最小の状態で運転することになる。
【００３０】
ソレノイド部の電磁コイル４５に最大の制御電流が供給されると、可動鉄芯４２が固定鉄芯３６に吸着されて図の上方へ移動し、弁体２６は全開になる。これにより、調圧室１から、ポート３０、弁体２６と弁座２７との間、連通孔３３、ポート３５を介して、吸入室９へ流れる冷媒の量が最大となって、調圧室１の圧力Ｐｃは急減するので、運転容量が最大に移行する速度を早くすることができるようになる。
【００３１】
また、ソレノイド部の電磁コイル４５に所定の制御電流が供給される通常の制御をしている場合は、その制御電流の大きさに応じて可動鉄芯４２が固定鉄芯３６に吸引されて図の上方へ移動する。これにより、弁体２６は、所定の開度に保持される。ここで、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧がソレノイド部によって設定されたソレノイド力より大きくなると、弁体２６は弁閉方向に移動され、調圧室１から吸入室９に流れる冷媒量を絞り、運転容量を少なくする方向へ容量制御する。
【００３２】
図３は第２の実施の形態に係る容量制御弁を示す中央縦断面図である。この図３において、図２に示した構成要素と同じ要素については、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３３】
この第２の実施の形態に係る容量制御弁１１ａによれば、調圧室１に連通するポート３０と吸入室９に連通するポート３５との配置が逆になっており、また、ボディ２１と固定鉄芯３６とが一体に形成され、吸入室９に連通するポート３５とソレノイド部およびシャフト３２の図の下端側とを均圧にする連通孔３３が固定鉄芯３６をも貫通して形成されている。
【００３４】
この容量制御弁１１ａにおいても第１の実施の形態の容量制御弁１１と同様に、一体となった弁体２６およびシャフト３２は、調圧室１の圧力Ｐｃおよび吸入室９の吸入圧力Ｐｓの影響がキャンセルされ、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧だけで制御される構成になっている。また、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧を感知する部分を弁部と分離した小径のピストンロッド２３とし、このピストンロッド２３と弁体２６とが当接された構成になっている。
【００３５】
したがって、上記構成により、この容量制御弁１１ａは、第１の実施の形態に係る容量制御弁１１と同じように動作する。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、差圧感知部を弁部と分離し、差圧感知部を小径のピストンロッドで感知するようにして、差圧の設定を行うソレノイド力を小さくするようにし、ピストンロッドによって開度が制御される弁体を大きくして、冷媒が流れる量を増やすように構成した。また、弁体は、ピストンロッドが感知した差圧だけで制御できるように、調圧室の圧力および吸入室の吸入圧力の影響をキャンセルする構成にした。これにより、ソレノイド力を小さくできるため、ソレノイド部を小型化した小型で低コストの容量制御弁を提供でき、また、調圧室から吸入室へ冷媒を流す量を制御する弁体を大きくしたので、運転容量最大に移行するときの移行時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による容量制御弁を適用した可変容量圧縮機の概略を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る容量制御弁を示す中央縦断面図である。
【図３】第２の実施の形態に係る容量制御弁を示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
１  調圧室
２  回転軸
３  プーリ
４  揺動板
５  シリンダ
６  ピストン
７  吸入用リリーフ弁
８  吐出用リリーフ弁
９  吸入室
１０  吐出室
１１，１１ａ  容量制御弁
１２  オリフィス
２１  ボディ
２２  ホルダ
２３  ピストンロッド
２４  キャップ
２５  連通孔
２６  弁体
２７  弁座
２９  スプリング
３０  ポート
３１  ストレーナ
３２  シャフト
３３  連通孔
３４  ボディ
３５  ポート
３６  固定鉄芯
３７  スリーブ
３８  ストッパ
３９  シャフト
４０  ガイド
４１  ガイド
４２  可動鉄芯
４３  止め輪
４４  スプリング
４５  電磁コイル
４６，４７，４８  Ｏリング
【図１】
0003942851.tif 000002
【図２】
0003942851.tif 000003
【図３】
0003942851.tif 000004