(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧流体が導入される第１の配管と、前記高圧流体の流路を開閉する第１および第２の主弁と、前記第１および第２の主弁の下流側に配置された第２および第３の配管と、前記第１および第２の主弁の開弁時に閉じられ、閉弁時に開けられる第１および第２の筒状弁と、前記第１または第２の筒状弁が開けられたときに前記第２または第３の配管と連通される第４の配管とを備え、前記第１および第２の筒状弁を前記第１および第２の主弁の軸線方向に移動して前記第１および第２の主弁および前記第１および第２の筒状弁の切り換えを行う四方向切換弁において、
前記第１および第２の主弁と前記第１および第２の筒状弁との間に配置されて、前記第１または第２の主弁の下流側を前記第２または第３の配管との間の連通状態を保持しながら、前記第１および第２の筒状弁が前記第１および第２の主弁の閉弁位置よりも所定距離以上離れると前記第１および第２の筒状弁を開弁させる第１および第２の低圧閉じ弁と、前記第１および第２の主弁に設けられ、前記第１および第２の主弁の開弁直前位置から開弁方向への移動の間、前記第１および第２の低圧閉じ弁が前記第１および第２の主弁を連通状態にする第１および第２のパイロット弁とを備え、
前記第１および第２の筒状弁は、切り換え途中の中立位置にあるときに前記第１および第２の低圧閉じ弁によって同時に閉じられるとともに前記第１および第２の低圧閉じ弁を介して前記第１および第２の主弁を同時に開くような全長を有していることを特徴とする四方向切換弁。
【請求項２】
前記第１および第２の筒状弁の互いに対向する側にそれぞれ有するラックと、前記第１の筒状弁と前記第２の筒状弁との間に配置されて前記ラックにそれぞれ噛合されたギヤと、出力軸を前記ギヤに固定して前記ギヤの回動方向に応じて互いに前記第１および第２の筒状弁を逆方向に移動させるモータとを備えていることを特徴とする請求項１記載の四方向切換弁。
【請求項３】
外部に設けられたアクチュエータと、前記アクチュエータの出力軸に設けられて前記出力軸の回動に従って前記第１および第２の筒状弁を互いに逆方向に移動させるクランクシャフトとを備えていることを特徴とする請求項１記載の四方向切換弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は四方向切換弁に関し、特に自動車のヒートポンプ方式冷暖房装置などにおいて冷暖房モードの切り換え時に冷媒管路の切り換えを行う四方向切換弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の冷暖房装置は、冷房運転では冷凍サイクルが用いられ、暖房運転には、エンジンの冷却水が熱源として用いられている。しかしながら、この暖房用の熱源は、近年、エンジンの燃焼効率が向上したことにより、冷却水の温度が高くならず、冬期に十分な暖房温度を得ることができなくなってきている。そこで、フロンガスなどを使って冷房と一緒に暖房もできるようなシステムのニーズが増えている。
【０００３】
図１２は従来の冷暖房装置の一例を示す構成図である。
従来の冷暖房装置は、コンプレッサ２０１と、このコンプレッサ２０１の出力をポートＡに受ける四方向切換弁２０２と、この四方向切換弁２０２のポートＢに接続され、エンジンルームに設置されて外気との熱交換を行う外部熱交換器２０３と、この外部熱交換器２０３の下流側管路に配置された定差圧弁２０４およびオリフィス２０５と、四方向切換弁２０２のポートＣに接続され、車室内に配置されて車室内の空気と熱交換を行う内部熱交換器２０６と、この内部熱交換器２０６のおよびオリフィス２０５の下流側の管路に接続された定差圧弁２０７およびオリフィス２０８と、四方向切換弁２０２のポートＤからオリフィス２０８の下流側管路へ向かう管路に配置された電磁弁２０９および逆止弁２１０と、オリフィス２０８および逆止弁２１０の下流側管路に接続された水熱交換器２１１と、この水熱交換器２１１とコンプレッサ２０１との間に配置されたアキュムレータ２１２とを備えている。水熱交換器２１１は、自動車内の余熱であるエンジンの冷却水との間で熱交換を行うもので、その冷却水の供給配管には流量を制御する電磁弁２１３が設けられている。
【０００４】
四方向切換弁２０２は、冷房運転モードでは、ポートＡとポートＢ、ポートＣとポートＤとをそれぞれ連通し、暖房運転モードでは、ポートＡとポートＣ、ポートＢとポートＤとをそれぞれ連通するよう冷媒流路を切り換える。
【０００５】
冷房運転モードでは、四方向切換弁２０２は図示の実線で示した通路位置になるよう切り換えられ、また、ポートＤに接続された電磁弁２０９は開けられ、さらに、水熱交換器２１１の電磁弁２１３は冷却水との熱交換が行われないよう閉じられている。
【０００６】
コンプレッサ２０１によって断熱圧縮された高温高圧の冷媒は、四方向切換弁２０２を介して外部熱交換器２０３に送られ、ここで外気と熱交換されて凝縮される。凝縮された冷媒は、定差圧弁２０４およびオリフィス２０５を通ることで断熱膨張され、減圧された低温の冷媒になる。その後、その冷媒は、内部熱交換器２０６に送られ、ここで車室内の空気と熱交換されて蒸発される。内部熱交換器２０６で熱交換された気液混合の冷媒は、四方向切換弁２０２、電磁弁２０９、逆止弁２１０を通り、水熱交換器２１１を単に通過してアキュムレータ２１２に送られ、ここで気液分離され、分離されたガス冷媒がコンプレッサ２０１に供給される。
【０００７】
暖房運転モードでは、四方向切換弁２０２は図示の破線で示した通路位置になるよう切り換えられ、また、ポートＤに接続された電磁弁２０９は開けられ、さらに、水熱交換器２１１の電磁弁２１３はエンジンの冷却水と熱交換されるよう開いている。
【０００８】
コンプレッサ２０１によって出力された高温高圧の冷媒は、四方向切換弁２０２を介して内部熱交換器２０６に送られ、ここで車室内の空気と熱交換されて凝縮される。凝縮された冷媒は、定差圧弁２０７およびオリフィス２０８を通って減圧された低温の冷媒になり、水熱交換器２１１で加熱され、アキュムレータ２１２に送られて気液分離され、分離された冷媒ガスがコンプレッサ２０１に供給されることになる。このとき、外部熱交換器２０３の管路に配置された定差圧弁２０４は逆止弁として機能し、内部熱交換器２０６を出た冷媒が外部熱交換器２０３の側へ流れることはない。
【０００９】
また、外部熱交換器２０３は、四方向切換弁２０２、電磁弁２０９および逆止弁２１０を介して水熱交換器２１１の上流側の管路に接続され、かつ逆止弁２１０は四方向切換弁２０２から水熱交換器２１１の方へ流れる向きに設けられている。つまり、外部熱交換器２０３は、アキュムレータ２１２を介してコンプレッサ２０１の吸引側に接続されている。冷媒は、極寒時の駐車中に最も冷える外部熱交換器２０３に集まる傾向を有しているため、冷暖房装置を始動するときに暖房のサイクル内に冷媒が少なく、そのまま暖房運転モードで運転しても暖房性能が得られないような状態に陥る場合がある。しかし、この暖房運転モードでは、暖房運転中に外部熱交換器２０３にある冷媒を吸い出し、回収してくれるため、運転を継続しているうちに十分な暖房性能を得ることができるようになる。
【００１０】
また、運転モードの切り換えは、四方向切換弁２０２で行う。ここで、たとえば冷房運転していてコンプレッサ２０１からの高圧の冷媒がポートＡからポートＢに流れている状態から暖房運転時のポートＡからポートＣへの流れに切り換えるとき、ポートＡを閉じ、残りのポートＢ，Ｃ，Ｄを連通し、その後、ポートＢとポートＤとだけを連通させ、最後にポートＡとポートＣとを連通させることで、暖房運転モードへの切り換えが完了する。この切り換え途中において、今迄、高圧に繋がっていたポートＢが低圧のポートＤとこれから高圧が繋がるポートＣとが同時に連通する状態がある。この状態のとき、ポートＢの高圧の冷媒ガスがポートＣとポートＤとに入ってくる。ポートＣについては、切り換えによって高圧のポートＡに繋がるので高圧が入ってきてもいいが、低圧のポートＤへ高圧が流れてしまうのは、システム効率の観点から好ましくない。そこで、この運転モードの切り換えのときには、電磁弁２０９を閉じて高圧の冷媒が低圧側にリークしないようにしている。
【００１１】
次に、運転モードの切り換えに使用される四方向切換弁２０２の構成例について説明する。
図１３は従来の四方向切換弁の一例を示す断面図である。
【００１２】
この四方向切換弁２０２は、４本の外部配管が接続される４つのポートＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを有し、冷房運転モードで、ポートＡとポートＢとが連通し、かつポートＣとポートＤとが連通する状態（以下、冷媒の流れ方向を考慮してＡ→Ｂ，Ｃ→Ｄと記すことがある）になり、暖房運転モードでは、ポートＡとポートＣとが連通し、かつポートＢとポートＤとが連通する状態（以下、Ａ→Ｃ，Ｂ→Ｄと記すことがある）になる。
【００１３】
図示の四方向切換弁２０２は、左右対称構造になっていて、それぞれ２つの筒状弁２２１ａ，２２１ｂと、２つの主弁２２２ａ，２２２ｂとを備え、モータ軸２２３に取り付けられた回動アーム２２４を回動することにより、筒状弁２２１ａ，２２１ｂを交互に昇降させて、運転モードに応じたポートの連通状態の切り換えを行う。
【００１４】
ここで、冷房運転モードのときには、可動要素は図示の位置にあって、Ａ→Ｂ，Ｃ→Ｄの状態にある。すなわち、回動アーム２２４が時計回りの方向に回転されて、筒状弁２２１ａが押し上げられ、それによって筒状弁２２１ａが主弁２２２ａにより閉じられ、筒状弁２２１ａによって弁座より押し上げられた主弁２２２ａが開けられている。一方、回動アーム２２４によって押し下げられた筒状弁２２１ｂは主弁２２２ｂから離れて開き、主弁２２２ｂはその弁座に着座されて閉じている。これにより、コンプレッサ２０１からポートＡに導入された高圧流体は、主弁２２２ａの外周を通ってポートＢに流れ、外部熱交換器２０３に供給される。また、内部熱交換器２０６からポートＣに導入された冷媒は、筒状弁２２１ｂの中を通ってポートＤに流れる。
【００１５】
この状態で暖房運転モードに切り換えるときには、回動アーム２２４が反時計回りの方向に回転される。これにより、筒状弁２２１ａが主弁２２２ａとともに下がってきて最初に主弁２２２ａがその弁座に着座してポートＡからポートＢへの通路を閉じ、筒状弁２２１ａがさらに下がることにより、筒状弁２２１ａが主弁２２２ａから離れて、筒状弁２２１ａが開くことになる。これにより、ポートＡが閉じられ、残りのポートＢ，Ｃ，Ｄが連通することになる。このとき、低圧のポートＤの管路に設けられている電磁弁２０９は閉じられ、低圧側への冷媒の流れを阻止している。
【００１６】
さらに回動アーム２２４を反時計回りの方向に回転すると、今度は筒状弁２２１ｂが上昇していくことにより、まず、筒状弁２２１ｂが主弁２２２ｂに当接して閉じられ、さらに上昇していくと、主弁２２２ｂがその弁座から持ち上げられて開けられる。これにより、ポートＡとポートＣとが連通してコンプレッサ２０１からの高圧冷媒が内部熱交換器２０６へ流れるようになる。また、ポートＢとポートＤとが連通して外部熱交換器２０３から冷媒を回収することができる経路が形成されるようになることで、運転モードの切り換えが完了し、Ａ→Ｃ，Ｂ→Ｄの状態になる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の四方向切換弁では、その基本的な切り換えモードとして、Ａ→Ｂ，Ｃ→ＤとＡ→Ｃ，Ｂ→Ｄとの２つがあり、その切り換え途中では、低圧のポートＤに設けられた電磁弁と協働して、高圧のポートＡが閉じ、他のポートＢ，Ｃ，Ｄが連通するモードがある。しかしながら、切り換えの際に、高圧冷媒が供給されているポートＡを一時的に閉じるため、高圧対策が必要なことと、連通状態にあるポートＤから低圧の管路に冷媒が流出しないよう電磁弁でポートＤを閉じるようにしているため、外部に切り換え動作に連動した電磁弁のような制御弁が必要になり、コスト高になるという問題点があった。
【００１８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、通路の切り換えを、高圧のポートを閉じることなく行うことができ、外部に制御弁がなくても低圧のポートへの連通がないような切り換えモードを有する四方向切換弁を提供することを目的とする。
【００１９】
【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、高圧流体が導入される第１の配管と、前記高圧流体の流路を開閉する第１および第２の主弁と、前記第１および第２の主弁の下流側に配置された第２および第３の配管と、前記第１および第２の主弁の開弁時に閉じられ、閉弁時に開けられる第１および第２の筒状弁と、前記第１または第２の筒状弁が開けられたときに前記第２または第３の配管と連通される第４の配管とを備え、前記第１および第２の筒状弁を前記第１および第２の主弁の軸線方向に移動して前記第１および第２の主弁および前記第１および第２の筒状弁の切り換えを行う四方向切換弁において、前記第１および第２の主弁と前記第１および第２の筒状弁との間に配置されて、前記第１または第２の主弁の下流側を前記第２または第３の配管との間の連通状態を保持しながら、前記第１および第２の筒状弁が前記第１および第２の主弁の閉弁位置よりも所定距離以上離れると前記第１および第２の筒状弁を開弁させる第１および第２の低圧閉じ弁と、前記第１および第２の主弁に設けられ、前記第１および第２の主弁の開弁直前位置から開弁方向への移動の間、前記第１および第２の低圧閉じ弁が前記第１および第２の主弁を連通状態にする第１および第２のパイロット弁とを備え、前記第１および第２の筒状弁は、切り換え途中の中立位置にあるときに前記第１および第２の低圧閉じ弁によって同時に閉じられるとともに前記第１および第２の低圧閉じ弁を介して前記第１および第２の主弁を同時に開くような全長を有していることを特徴とする四方向切換弁が提供される。
【００２０】
このような四方向切換弁によれば、高圧の第１の配管と第２または第３の配管とが連通状態にあり、第３または第２の配管と低圧の第４の配管とが連通状態にある切り換えモードから、高圧の第１の配管と第３または第２の配管とが連通状態にあり、第２または第３の配管と低圧の第４の配管とが連通状態にある切り換えモードへ切り換えるとき、第１および第２の筒状弁が同時に閉じられることによって低圧の第４の配管が非連通状態であって、第１の配管と第２の配管との間のみが連通状態にある切り換えモードと、第１の配管と第２および第３の配管とが同時に連通状態にある切り換えモードと、第１の配管と第３の配管との間のみが連通状態にある切り換えモードとが存在する。以上の５つの切り換えモードを有することにより、四方向切換弁の切り換えの際に、低圧の第４の配管が閉じられた状態で、第１の配管に導入された高圧流体を流す配管を、第２の配管から第３の配管へ、または第３の配管から第２の配管へスムーズに切り換えることができるようになる。この切り換えは、高圧流体が導入される第１の配管を閉じることなく行うことができるため、高圧冷媒を供給する側に過大な負荷がかかることがなく、また、第１および第２の筒状弁が第１および第２の低圧閉じ弁によって同時に閉じられることで低圧の第４の配管は閉じられているので、第４の配管を閉じるための制御弁を必要としなくなる。
【００２１】
【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は第１の実施形態に係る四方向切換弁の構成を示す断面図である。
【００２２】
この四方向切換弁において、ヒートポンプ方式の冷暖房装置では、ポートＡにコンプレッサから吐出された高圧冷媒を受ける配管が接続され、ポートＢには外部熱交換器に通じる配管が接続され、ポートＣには内部熱交換器に通じる配管が接続され、そして、ポートＤにはコンプレッサの吸入側に通じる低圧冷媒配管が接続される。
【００２３】
この四方向切換弁は、ボディ１の中に昇降可能に配置された２つの筒状弁２，３があり、その上方には、それぞれ低圧閉じ弁４，５および主弁６，７が配置され、その主弁６，７の中央部には、パイロット弁８，９が配置されている。低圧閉じ弁４，５と主弁６，７との間にはスプリング１０，１１が配置され、パイロット弁８，９とボディ１の上部を閉止しているキャップ１２，１３との間にはスプリング１４，１５が配置されている。キャップ１２，１３は、Ｃリング１６，１７によって止められ、Ｏリング１８，１９によってシールされている。
【００２４】
主弁６，７は、ボディ１と一体に形成された弁座２０，２１と協働して高圧流体の開閉弁を構成する。低圧閉じ弁４，５の下方には、主弁６，７が弁座２０，２１に着座しているときに、スプリング１０，１１によって下方に付勢されている低圧閉じ弁４，５のストローク下限を規制する段差部２２，２３がボディ１と一体に形成されている。低圧閉じ弁４，５が段差部２２，２３に当接しているとき、主弁６，７に設けられたパイロット弁８，９は、低圧閉じ弁４，５から離れており、閉弁状態にある。
【００２５】
筒状弁２，３の下方部分には、ラック２４，２５が刻設されており、ボディ１の下部中央部には、筒状弁２，３のラック２４，２５と噛合するギヤ２６が配置されている。このギヤ２６は、モータの出力軸２７に固定されており、ギヤ２６がモータによって回動されることにより、筒状弁２，３を互いに逆方向に昇降させるようにしている。また、筒状弁２，３の外周部には、ポートＤに通じる低圧室とポートＢ，ＣとをシールするＶパッキン２９，３０が周設されている。
【００２６】
ここで、筒状弁２，３と主弁６，７との間に配置された低圧閉じ弁４，５の構成について説明する。
図２は低圧閉じ弁を示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はａ−ａ矢視断面図である。
【００２７】
低圧閉じ弁４，５は、筒状弁２，３の内部通路を開閉する弁体の周囲に３つのガイド部３１が弁体と一体に形成されている。このガイド部３１は、低圧閉じ弁４，５の軸線方向の進退移動時に弁体を心決めするとともにこの低圧閉じ弁４，５を進退可能に収容するボディ１との間にて弁体の周囲に高圧冷媒を流す通路を形成している。なお、このガイド部を有して外周部に冷媒通路を形成する構造は、主弁６，７に設けられたパイロット弁８，９も採用している。
【００２８】
次に、筒状弁２，３を昇降動作させる駆動部の詳細を説明する。
図３は四方向切換弁の駆動部の例を示す図１のｂ−ｂ矢視断面図である。
筒状弁２，３の昇降動作は、これらに形成されたラック２４，２５と噛合されたギヤ２６によって行われる。ギヤ２６は、出力軸２７に固定され、この出力軸２７は、ボディ１に一体に形成された軸受４１とキャップ４２の内側に嵌合された軸受４３とによって軸支されている。キャップ４２を介してボディ１の外側に延びる出力軸２７の端部には、モータアクチュエータ４４が接続されている。キャップ４２は、Ｏリング４５によってボディ１との間をシールし、出力軸２７とは、２つのＯリング４６，４７によって軸封され、さらに、Ｃリング４８によってボディ１に固定されている。
【００２９】
冷暖房装置の運転モード切り換え時にモータアクチュエータ４４が作動されると、その回転駆動は出力軸２７に伝達され、出力軸２７に固定されたギヤ２６をある方向に回転させる。このギヤ２６の回転運動は、ラック２４，２５を介して筒状弁２，３に伝達されることで、上下方向で互いに逆方向の直線運動に変換される。筒状弁２，３は、低圧閉じ弁４，５との開閉、および主弁６，７の開閉を制御するが、主弁６，７の開閉は、直接主弁６，７を駆動するのではなく、パイロット弁８，９を介して高圧の冷媒により駆動するようにしたことで、主弁６，７を開けるための駆動部であるモータアクチュエータ４４の駆動力は小さくて済み、このため、消費電力が小さく、小型の駆動部が採用される。
【００３０】
次に、駆動部を別の構成にした四方向切換弁について説明する。
図４は第２の実施形態に係る四方向切換弁を図１のｂ−ｂ矢視位置で見た断面図である。
【００３１】
ボディ１の側部に設けられた開口部には、キャップ５１が設けられている。このキャップ５１は、Ｏリング５２によってボディ１とシールされ、Ｃリング５３によってボディ１に固定されている。キャップ５１の中央部には軸受５４が設けられている。また、キャップ５１には、スリーブ５５が溶着されている。このスリーブ５５の中には、回転中心にシャフト５６を有するロータ５７が介挿されている。スリーブ５５は、その外方端部にキャップ５８が溶着されている。シャフト５６は、キャップ５１に設けられた軸受５４とキャップ５８に形成された軸受とによって軸支されている。スリーブ５５の外側には、ヨーク５９およびコイル６０が配置されている。シャフト５６の先端部には、二段減速ギヤを構成する２つのギヤ６１，６２が設けられ、ギヤ６２は、筒状弁２，３のラック２４，２５と噛合しているギヤ２６に噛合されている。
【００３２】
四方向切換弁のこの駆動部によれば、スリーブ５５の両端がキャップ５１，５８に溶着されているため、モータの回転部分は、ボディ１の低圧室２８内に設けられ、軸封装置を必要としない構造になっている。
【００３３】
冷暖房装置の運転モード切り換え時には、コイル６０への通電によりロータ５７を回転し、この回転運動は、シャフト５６、ギヤ６１，６２を介してギヤ２６に伝達され、ラック２４，２５を介して筒状弁２，３を昇降運動させ、主弁６，７および筒状弁２，３を開閉させる。
【００３４】
次に、以上のような構成の四方向切換弁の動作について説明する。まず、この四方向切換弁は、以下の５つの切り換えモードを有している。
（１）第１の切り換えモード：Ａ→Ｂ，Ｃ→Ｄ
（２）第２の切り換えモード：Ａ→Ｂ
（３）第３の切り換えモード：Ａ→Ｂ，Ｃ
（４）第４の切り換えモード：Ａ→Ｃ
（５）第５の切り換えモード：Ａ→Ｃ，Ｂ→Ｄ
第１の切り換えモードは、冷房運転時の切り換えモードであって、コンプレッサからの高圧冷媒をポートＡに受けてポートＢから外部熱交換器へ送るように接続するとともに、内部熱交換器からの冷媒をポートＣに受けてポートＤからコンプレッサへ送るように接続することができるモードである。
【００３５】
第２の切り換えモードは、コンプレッサからの高圧冷媒をポートＡに受けてポートＢから外部熱交換器へ送るように接続した状態を維持しながら、ポートＤに通じる通路を閉じるモードである。
【００３６】
第３の切り換えモードは、ポートＤに通じる通路を閉じたまま、ポートＡとポートＢおよびポートＣとを同時に連通するように接続して、コンプレッサからポートＡに受けた高圧冷媒をポートＢおよびポートＣから外部熱交換器および内部熱交換器へ同時に送るようにするモードである。
【００３７】
第４の切り換えモードは、ポートＤに通じる通路を閉じたまま、ポートＢに通じる通路を閉じて、コンプレッサからポートＡに受けた高圧冷媒をポートＣから内部熱交換器へ送るように接続するモードである。
【００３８】
第５の切り換えモードは、暖房運転時の切り換えモードであって、コンプレッサからの高圧冷媒をポートＡに受けてポートＣから内部熱交換器へ送るように接続するとともに、外部熱交換器をポートＢおよびポートＤを介してコンプレッサの吸引側へ接続するモードである。
【００３９】
次に、以上の第１ないし第５の切り換えモードに従って四方向切換弁の動作を順次説明する。
まず、第１の切り換えモードの冷房運転モードでは、四方向切換弁は、図１に示した状態にあるとする。すなわち、ポートＡとポートＢとが連通し、かつポートＣとポートＤとが連通する状態にあるとする。この状態は、モータの出力軸２７が図の時計方向に回転して筒状弁２が降下し、筒状弁３が上昇していることで達せられる。
【００４０】
これにより、コンプレッサからポートＡに導入された高圧冷媒が主弁６の外周に形成された隙間を通ってその上部の高圧室３２に入ることにより、主弁６は、弁座２０に着座される。パイロット弁８は、スプリング１４によって閉弁状態に保持されている。低圧閉じ弁４は、スプリング１０によって下方に付勢され、そのガイド部３１が段差部２２に当接されている。筒状弁２の頂部は、低圧閉じ弁４より下方に位置しているため、ポートＣとポートＤとは筒状弁２の中央の通路を通って連通している状態にある。
【００４１】
また、もう一方の低圧閉じ弁５および主弁７は、筒状弁３によって主弁７の頂部がキャップ１３に当接するまで押し上げられている。これにより、筒状弁３の頂部は低圧閉じ弁５によって閉じられ、主弁７は開けられているため、ポートＡは、低圧閉じ弁５の外周に形成された通路を介してポートＢと連通される。
【００４２】
したがって、コンプレッサからポートＡに導入された高圧冷媒は、低圧閉じ弁５の周囲の通路を通ってポートＢへ流れ、外部熱交換器へ供給される。その後、外部熱交換器で凝縮された冷媒は膨張弁を通って断熱膨張され、低温低圧の冷媒となって内部熱交換器に入り、ここで車室内の空気と熱交換により蒸発され、ポートＣに入る。ポートＣに入った冷媒は、筒状弁２の中央の通路を通って低圧室２８に入る。さらに、低圧室２８内の冷媒は、ポートＤより出ていき、アキュムレータを介してコンプレッサに戻る。
【００４３】
図５は第２の切り換えモードの状態を示す四方向切換弁の断面図である。
第１の切り換えモードの状態でモータの出力軸２７が図の反時計方向に回転されると、筒状弁２が上昇され、筒状弁３が降下されて、第２の切り換えモードになる。すなわち、筒状弁２が上昇されることにより、筒状弁２は低圧閉じ弁４によって閉じられ、ポートＣとポートＤとの間を非連通状態にする。このとき、低圧閉じ弁４はまだ、そのガイド部３１が段差部２２に当接されているままで、主弁６は閉じている。
【００４４】
一方、筒状弁３が降下すると、主弁７の上部の高圧室３３がポートＡからの高圧媒体によって満たされているため、筒状弁３の降下とともに主弁７および低圧閉じ弁５が一緒に押し下げられる。この状態では、主弁７はまだ開いているので、ポートＡに導入された高圧冷媒は、低圧閉じ弁５の周囲の通路を通ってポートＢへ流れ、外部熱交換器へ供給し続けられている。
【００４５】
図６は第３の切り換えモードの状態を示す四方向切換弁の断面図である。
さらに、モータの出力軸２７が図の反時計方向に回転されると、筒状弁２が上昇され、筒状弁３が降下されて、筒状弁２および筒状弁３が同じ高さの中立位置となる第３の切り換えモードに切り換わる。すなわち、筒状弁２が上昇されることにより、筒状弁２に乗った低圧閉じ弁４がパイロット弁８の先端に当接してこのパイロット弁８を開ける。パイロット弁８の通路面積はポートＡから高圧室３２へ通じる主弁６の隙間の通路面積よりも大きいので、高圧室３２の圧力がパイロット弁８を通って低圧側のポートＣへ逃げる量が多い。これにより、高圧室３２の圧力が減り、主弁６の前後差圧が少なくなって主弁６を弁座２０に押し付ける力がなくなる。低圧閉じ弁４のさらなる上昇で、低圧閉じ弁４が主弁６に当接し、主弁６を押し開ける。これによって、ポートＡとポートＣとは連通状態になる。
【００４６】
この中立位置では、もう一方の主弁７は、まだ弁座２１に着座しない位置にある。このとき、２つの筒状弁２，３は低圧閉じ弁４，５によって閉じられているため、ポートＤは閉鎖状態にある。したがって、ポートＡに導入された高圧冷媒は、開いている主弁６，７および低圧閉じ弁４，５の周囲の通路を通ってポートＣ，Ｂへと流れ、内部熱交換器および外部熱交換器の両方に供給されることになる。
【００４７】
図７は第４の切り換えモードの状態を示す四方向切換弁の断面図である。
さらに、モータの出力軸２７が図の反時計方向に回転されると、筒状弁２が上昇され、筒状弁３が降下されて、第４の切り換えモードに切り換わる。すなわち、筒状弁２が上昇されることにより、主弁６はさらに開き、筒状弁３が降下されることで、主弁７が弁座２１に着座し、筒状弁３のさらなる降下でパイロット弁９の先端が低圧閉じ弁５から離れてパイロット弁９が閉じ、主弁７は完全に閉じた状態になる。そして、筒状弁３の降下とともに降下してくる低圧閉じ弁５は、そのガイド部３１がボディ１にある段差部２３に当接するまで、筒状弁３は低圧閉じ弁５によって閉じられている。
【００４８】
したがって、この第４の切り換えモードでは、ポートＡに導入された高圧冷媒は、開いている主弁６、低圧閉じ弁４の周囲の通路を通ってポートＣへ流れ、内部熱交換器に供給される。
【００４９】
図８は第５の切り換えモードの状態を示す四方向切換弁の断面図である。
さらに、モータの出力軸２７が図の反時計方向に回転されると、主弁６がキャップ１２に当接するまで筒状弁２が上昇され、その上昇分だけ筒状弁３が降下されると、第５の切り換えモードに切り換わり、暖房運転モードとなる。
【００５０】
筒状弁３のさらなる降下により、低圧閉じ弁５は、段差部２３に当接することでそこに取り残され、その結果、筒状弁３が開いて、ポートＢとポートＤとが連通状態になる。
【００５１】
したがって、コンプレッサからポートＡに導入された高圧冷媒は、低圧閉じ弁４の周囲の通路を通ってポートＣへ流れ、内部熱交換器へ供給される。一方、外部熱交換器は、ポートＢ、筒状弁３およびポートＤを介してコンプレッサの吸引側に接続される。
【００５２】
次に、駆動部をさらに別の構成にした四方向切換弁について説明する。
図９は第３の実施形態に係る四方向切換弁を第１の切り換えモードの状態で示す断面図、図１０は第３の実施形態に係る四方向切換弁を第５の切り換えモードの状態で示す断面図である。
【００５３】
この四方向切換弁は、ボディ７１の中に昇降可能に並置された２つの筒状弁７２，７３があり、その上方には、それぞれ低圧閉じ弁７４，７５、スプリング７６，７７、ガイド７８，７９、主弁８０，８１およびスプリング８２，８３が配置され、キャップ８４，８５によって閉止されている。
【００５４】
主弁８０，８１は、ガイド７８，７９の中を軸線方向に進退自在に配置され、スプリング８２，８３によって閉弁方向に付勢されている。主弁８０，８１は、その下端がガイド７８，７９と一体に形成された弁座の内側の弁孔を貫通して延びており、筒状弁７２，７３が上昇してきたときに、低圧閉じ弁７４，７５により押されて開弁方向に駆動される。主弁８０，８１は、ガイド７８，７９と一体に形成された弁座と協働して高圧流体の開閉弁を構成する。
【００５５】
低圧閉じ弁７４，７５は、ガイド７８，７９との間に設けられたスプリング７６，７７によって筒状弁７２，７３の側へ付勢されており、筒状弁７２，７３が上方位置に移動している状態では、筒状弁７２，７３の上端部に当接して筒状弁７２，７３を閉弁状態にし、筒状弁７２，７３が下方位置に移動している状態では、途中の段差部に係止されて筒状弁７２，７３から離間され、筒状弁７２，７３を開弁状態にする。筒状弁７２，７３は、低圧閉じ弁７４，７５と協働して低圧流体の開閉弁を構成する。
【００５６】
ボディ７１内の下方部には、クランクシャフト８６が回転可能に横架され、一端はボディ７１に嵌合された軸受８７によって軸支されている。クランクシャフト８６の他端は、ボディ７１の外側に設けられたモータアクチュエータ８８の出力軸に連結されている。クランクシャフト８６のモータアクチュエータ８８の側は、軸受８９で軸支され、この軸受８９はボディ７１の下部側面に設けられた開口部に嵌合されているガイド９０に嵌合されている。ガイド９０は、ボディ７１との間にてＯリング９１でシールされ、Ｃリング９２にてボディ７１に固定されている。また、クランクシャフト８６は、ガイド９０内にてＯリング９３により軸封され、Ｅリング９４が軸受８９の端面により規制されて抜け止めされている。さらに、クランクシャフト８６は、筒状弁７２，７３の下端部に設けられた連結部９５，９６に挿設されている。
【００５７】
したがって、クランクシャフト８６が図９に示した回転位置にあるとき、筒状弁７２は最も下まで降下され、筒状弁７３は最も上まで上昇されている。これにより、筒状弁７２は低圧閉じ弁７４から離間されて開弁状態にあり、筒状弁７３は低圧閉じ弁７５に圧接されて閉弁状態にある。
【００５８】
そして、主弁８０，８１の上部空間は、コンプレッサの吐出側に接続されるポートＡに連通され、低圧閉じ弁７５の下方空間は、外部熱交換器に接続されるポートＢに連通され、低圧閉じ弁７４の下方空間は、内部熱交換器に接続されるポートＣに連通され、筒状弁７２，７３の下方空間は、水熱交換器を介してアキュムレータに接続されるポートＤに連通されている。
【００５９】
以上の構成の四方向切換弁において、冷房運転モードの第１の切り換えモードのときは、クランクシャフト８６が図９に示した回転位置にあり、筒状弁７２が降下することで開弁状態になり、低圧閉じ弁７４がスプリング７６に付勢されて降下することで主弁８０が閉弁状態になって、ポートＣとポートＤとが連通する。また、筒状弁７３が上昇することで低圧閉じ弁７５により閉弁状態になり、低圧閉じ弁７５が主弁８１を押し上げることで主弁８１が開弁状態になって、ポートＡとポートＢとが連通する。
【００６０】
クランクシャフト８６が図９に示した回転位置からある方向に回転していくと、筒状弁７２が上昇され、筒状弁７３が降下されて、第２の切り換えモードになる。すなわち、筒状弁７２は低圧閉じ弁７４によって閉じられ、ポートＣとポートＤとの間を非連通状態にする。このとき、低圧閉じ弁７４はまだ、途中の段差部に当接されているままで、主弁８０は閉弁状態にある。一方、筒状弁７３が降下することにより、低圧閉じ弁７５もポートＡからの高圧媒体によって閉弁状態を維持しながら同時に降下しているため、ポートＡとポートＢとの連通は維持されている。
【００６１】
さらに、クランクシャフト８６が回転していくと、筒状弁７２および筒状弁７３が同じ高さの中立位置となる第３の切り換えモードに切り換わる。このとき、筒状弁７２に乗った低圧閉じ弁７４が主弁８０を押し開け、ポートＡとポートＣとを連通状態にする。また、他方の低圧閉じ弁７５は、主弁８１を開けている状態にあるため、ポートＡとポートＢ，Ｃとが連通状態になっている。
【００６２】
さらに、クランクシャフト８６が回転していくと、第４の切り換えモードに切り換わる。すなわち、主弁８０は低圧閉じ弁７４によってさらに開くことで、ポートＡとポートＣとの連通は維持され、主弁８１がガイド７９の弁座に着座して閉じることで、ポートＡとポートＢとは非連通状態になる。
【００６３】
さらに、クランクシャフト８６が回転して図１０に示した回転位置になると、筒状弁７２は低圧閉じ弁７４により閉弁状態になり、低圧閉じ弁７４が主弁８０を開けることで主弁８１が開弁状態になって、ポートＡとポートＣとが連通する。一方、筒状弁７３は、途中で段差部に係止された低圧閉じ弁７５から離間されて開弁状態になり、主弁８１が高圧媒体により閉弁状態になって、ポートＢとポートＤとが連通する。すなわち、暖房運転モードの第５の切り換えモードに切り換わる。
【００６４】
図１１は本発明による四方向切換弁を適用した冷暖房装置の構成例を示す図である。
この冷暖房装置によれば、コンプレッサ１０１の出力は四方向切換弁１０２のポートＡに入り、ポートＢから外部熱交換器１０３へ接続される。この外部熱交換器１０３の下流側は、定差圧弁１０４およびオリフィス１０５を介して内部熱交換器１０６に接続され、さらに四方向切換弁１０２のポートＣ、ポートＤを介して逆止弁１０７へ接続される。また、オリフィス１０５と内部熱交換器１０６との間の管路には、定差圧弁１０８およびオリフィス１０９が接続され、そのオリフィス１０９は、逆止弁１０７の下流側と合流し、水熱交換器１１０を介してアキュムレータ１１１に接続され、そしてコンプレッサ１０１の吸引側へ接続される。
【００６５】
ここで、四方向切換弁１０２を切り換えて冷房運転モードから暖房運転モードに切り換える場合、まず、四方向切換弁１０２は冷房運転時の第１の切り換えモードにある。このとき、ポートＡとポートＢとが連通し、ポートＣとポートＤとが連通している。
【００６６】
次に、第２の切り換えモードでは、連通していたポートＣとポートＤとが非連通状態になり、第３の切り換えモードで、ポートＡとポートＢおよびポートＣとが連通状態になり、第４の切り換えモードで、ポートＡとポートＣとが連通状態になる。この過程で、ポートＡは閉じられることがないため、コンプレッサ１０１に負担がかかることはなく、また、ポートＤはポートＢおよびポートＣから隔離されるため、ポートＤに接続される管路に従来の冷暖房装置で必要であった電磁弁は必要ない。
【００６７】
最後に、第５の切り換えモードで、ポートＢとポートＤとが連通状態になり、暖房運転モードに切り換わる。これにより、コンプレッサ１０１からの高圧冷媒は、内部熱交換器１０６に供給されるようになり、外部熱交換器１０３はコンプレッサ１０１の吸引側に接続されることになって、外部熱交換器１０３の中にある冷媒を回収することができるようになる。なお、外部熱交換器１０３からのこの冷媒の回収量は、第４の切り換えモードで外部熱交換器１０３との連通状態を遮断できることから、この第５の切り換えモードと第４の切り換えモードとを切り換えることにより、調整することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、従来よりも筒状弁の全長を長くして中立の位置のときに低圧のポートに連通する両方の筒状弁が閉じている状態を保持しながら両方の主弁が開くような切り換えモードを有し、かつ両方の筒状弁が閉じている状態を保持しながら主弁が片方ずつ開くような切り換えモードを有するように構成した。これにより、１つの四方向切換弁だけで、５つの切り換えモードを持つことができるようになり、この四方向切換弁を使用した冷暖房装置では、切り換え時に低圧側のポートを閉じる電磁弁が不要となるため、冷暖房装置のコストダウンおよび小型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る四方向切換弁の構成を示す断面図である。
【図２】低圧閉じ弁を示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はａ−ａ矢視断面図である。
【図３】四方向切換弁の駆動部の例を示す図１のｂ−ｂ矢視断面図である。
【図４】第２の実施形態に係る四方向切換弁を図１のｂ−ｂ矢視位置で見た断面図である。
【図５】第２の切り換えモードの状態を示す四方向切換弁の断面図である。
【図６】第３の切り換えモードの状態を示す四方向切換弁の断面図である。
【図７】第４の切り換えモードの状態を示す四方向切換弁の断面図である。
【図８】第５の切り換えモードの状態を示す四方向切換弁の断面図である。
【図９】第３の実施形態に係る四方向切換弁を第１の切り換えモードの状態で示す断面図である。
【図１０】第３の実施形態に係る四方向切換弁を第５の切り換えモードの状態で示す断面図である。
【図１１】本発明による四方向切換弁を適用した冷暖房装置の構成例を示す図である。
【図１２】従来の冷暖房装置の一例を示す構成図である。
【図１３】従来の四方向切換弁の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ボディ
２，３  筒状弁
４，５  低圧閉じ弁
６，７  主弁
８，９  パイロット弁
１０，１１  スプリング
１２，１３  キャップ
１４，１５  スプリング
１６，１７  Ｃリング
１８，１９  Ｏリング
２０，２１  弁座
２２，２３  段差部
２４，２５  ラック
２６  ギヤ
２７  出力軸
２８  低圧室
２９，３０  Ｖパッキン
３１  ガイド部
３２，３３  高圧室
４１  軸受
４２  キャップ
４３  軸受
４４  モータアクチュエータ
４５，４６，４７  Ｏリング
４８  Ｃリング
５１  キャップ
５２  Ｏリング
５３  Ｃリング
５４  軸受
５５  スリーブ
５６  シャフト
５７  ロータ
５８  キャップ
５９  ヨーク
６０  コイル
６１，６２  ギヤ
７１  ボディ
７２，７３  筒状弁
７４，７５  低圧閉じ弁
７６，７７  スプリング
７８，７９  ガイド
８０，８１  主弁
８２，８３  スプリング
８４，８５  キャップ
８６  クランクシャフト
８７  軸受
８８  モータアクチュエータ
８９  軸受
９０  ガイド
９１  Ｏリング
９２  Ｃリング
９３  Ｏリング
９４  Ｅリング
９５，９６  連結部
１０１  コンプレッサ
１０２  四方向切換弁
１０３  外部熱交換器
１０４  定差圧弁
１０５  オリフィス
１０６  内部熱交換器
１０７  逆止弁
１０８  定差圧弁
１０９  オリフィス
１１０  水熱交換器
１１１  アキュムレータ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ  四方向切換弁のポート
【図１】
0003993984.tif 000002
【図２】
0003993984.tif 000003
【図３】
0003993984.tif 000004
【図４】
0003993984.tif 000005
【図５】
0003993984.tif 000006
【図６】
0003993984.tif 000007
【図７】
0003993984.tif 000008
【図８】
0003993984.tif 000009
【図９】
0003993984.tif 000010
【図１０】
0003993984.tif 000011
【図１１】
0003993984.tif 000012
【図１２】
0003993984.tif 000013
【図１３】
0003993984.tif 000014