(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前記吐出室からクランク室に導入する冷媒量を制御して可変容量圧縮機からの冷媒の吐出容量を変化させる可変容量圧縮機用容量制御弁において、
前記吐出室と前記クランク室とに連通する冷媒通路の間に前記クランク室の側から着座するように配置されて前記冷媒通路を開閉する弁体と、
前記弁体の軸線方向に延びていて一端が弁孔を介して前記弁体に固定されるとともに前記弁体の有効受圧面積より小さな受圧面積を有し、前記弁体と一体に形成されている第１のピストンロッドと、
前記弁体に隣接して同軸上に配置され、前記弁体の有効受圧面積と同じ受圧面積を有し、かつ、前記弁体の側と反対の側の端部に前記吸入室の吸入圧力を受ける第２のピストンロッドと、
前記弁体に対して前記所定の差圧に対応したソレノイド力を与えるソレノイド部と、
を備えていることを特徴とする可変容量圧縮機用容量制御弁。
【請求項２】
前記弁体の軸線方向に延びていて一端が前記第２のピストンロッドに固定されるとともに前記第１のピストンロッドと同じ受圧面積を有する第３のピストンロッドを備え、前記第１のピストンロッドの他端と前記第３のピストンロッドの他端とに前記クランク室の圧力を互いに軸線方向逆向きに受けるようにして前記クランク室の圧力の影響をキャンセルし、前記第３のピストンロッドは、前記第２のピストンロッドと一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機用容量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変容量圧縮機用容量制御弁に関し、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可変容量圧縮機用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冷媒圧縮用のピストンが連結され、揺動板の角度を変えることによってピストンのストロークを変えることで圧縮機の吐出容量を変えるようにしている。
【０００４】
揺動板の角度は、密閉されたクランク室に圧縮された冷媒の一部を導入してクランク室内の圧力を変化させ、ピストンの両端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。その圧縮された冷媒の導入量を制御するのが可変容量圧縮機用容量制御弁である。
【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、圧縮機の吐出室とクランク室との間またはクランク室と吸入室との間に電磁制御の可変容量圧縮機用容量制御弁を備えている。この可変容量圧縮機用容量制御弁は、吐出室の圧力とクランク室の圧力との差圧または吐出室の圧力と吸入室の圧力との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、制御される差圧の所定値をソレノイドの電流値によって外部から設定することができるようにしている。これにより、エンジンの回転数が上昇したときには、クランク室に導入される圧力を増加させ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、クランク室に導入される圧力を減少させ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吐出量がエンジンの回転数変動によって変らないようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の可変容量圧縮機用容量制御弁では、圧縮機の運転容量を最小にしようとするとき、クランク室へ導入する冷媒量を最大にする必要があるが、そのとき弁の大きさが小さいと、導入される冷媒量が少ないため、最小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。
【０００７】
そのために、導入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、弁を制御するには大きなソレノイド力が必要になり、その結果、ソレノイドが大型化して、コストアップに繋がるという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、弁のサイズ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可変容量圧縮機用容量制御弁を提供することを目的とする。
【０００９】
【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前記吐出室からクランク室に導入する冷媒量を制御して可変容量圧縮機からの冷媒の吐出容量を変化させる可変容量圧縮機用容量制御弁において、前記吐出室と前記クランク室とに連通する冷媒通路の間に前記クランク室の側から着座するように配置されて前記冷媒通路を開閉する弁体と、前記弁体の軸線方向に延びていて一端が弁孔を介して前記弁体に固定されるとともに前記弁体の有効受圧面積より小さな受圧面積を有し、前記弁体と一体に形成されている第１のピストンロッドと、前記弁体に隣接して同軸上に配置され、前記弁体の有効受圧面積と同じ受圧面積を有し、かつ、前記弁体の側と反対の側の端部に前記吸入室の吸入圧力を受ける第２のピストンロッドと、前記弁体に対して前記所定の差圧に対応したソレノイド力を与えるソレノイド部と、を備えていることを特徴とする可変容量圧縮機用容量制御弁が提供される。
【００１０】
このような可変容量圧縮機用容量制御弁によれば、受圧面積が大きく弁開の方向に吐出圧力がかかる弁体と受圧面積が小さく弁閉の方向に吐出圧力がかかる第１のピストンロッドとを備えるようにしたことで、弁サイズが大きいにも拘らず、受圧面積の差に相当する作動力の小さな弁を構成することができる。これにより、制御しようとする差圧値を設定するソレノイド力は小さくてよいので、容量制御弁を小型化することができる。
【００１１】
【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。
【００１２】
可変容量圧縮機は、気密に形成されたクランク室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クランク室１の外まで延びていて、その端部にプーリ３が固定されている。このプーリ３には、エンジンの出力軸から駆動力がクラッチおよびベルトを介して伝達される。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。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。
【００１３】
この可変容量圧縮機は、また、吐出室１０からクランク室１へ向かう冷媒流路の途中に冷媒流量を制御する弁を備えた容量制御弁１１が設けられ、吐出室１０とクランク室１との間、およびクランク室１と吸入室９との間には、それぞれオリフィス１２，１３が設けられている。
【００１４】
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。
【００１５】
このとき、通常運転のときは、容量制御弁１１は、吐出室１０の冷媒の吐出圧力Ｐｄを受けて、吸入室９の吸入圧力Ｐｓとの差圧が所定の差圧に保つように、クランク室１へ導入する冷媒量を制御する。これによって、クランク室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。
【００１６】
なお、最大運転のとき、容量制御弁１１は、吐出室１０からクランク室１への冷媒流路を閉塞するように動作するが、吐出室１０からオリフィス１２を介してクランク室１へ、さらにクランク室１からオリフィス１３を介して吸入室９へ微小の冷媒が流れる循環路を有しているので、冷媒に混入された潤滑オイルをクランク室１へ供給することができ、ピストン６が焼き付くなどの圧縮機の故障を回避している。
【００１７】
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は容量制御弁の構造を示す中央縦断面図である。
この容量制御弁１１は、上部ボディ２０に形成されて、一方は、吐出室１０に連通し、他方はクランク室１に連通する冷媒通路に配置された大径の弁体２１を有している。この弁体２１は、上部ボディ２０に形成された弁座２２にクランク室に連通する空間の側から対向しており、弁座２２から離れる方向にスプリング２３によって付勢されている。弁体２１は、また、弁孔２２ａを介して軸線方向に延びるピストンロッド２４が一体に形成されている。このピストンロッド２４は、弁座２２の直径よりも小さな直径を有し、上部ボディ２０を貫通してその軸線方向に進退自在に配置されている。上部ボディ２０は、その軸線と平行に延びる通路２５が貫通形成されており、図の上端部にはプレート２６により閉止された空間を有している。これにより、ピストンロッド２４の上端面には、クランク室の圧力Ｐｃを受圧するようになっている。
【００１８】
上部ボディ２０は、中間ボディ２７の上部開口部に圧入されており、その上縁部には、上部ボディ２０を覆うようにストレーナ２８が冠着されている。中間ボディ２７の軸線位置には、径の異なる２つのピストンロッド２９，３０が軸線方向に進退自在に配置されている。その上側のピストンロッド２９は、弁座２２の直径と同じ直径を有し、その上端部は弁体２１に当接している。下側のピストンロッド３０は、弁体２１と一体に形成されたピストンロッド２４と同じ直径を有している。これらのピストンロッド２９，３０の連結部は、縮径されていて、吸入室に連通した空間を構成している。中間ボディ２７は、その軸線と平行に延びる通路３１が貫通形成されている。
【００１９】
中間ボディ２７は、下部ボディ３２の上部開口部へ螺着されている。この下部ボディ３２の中央開口部には、ソレノイド部５０の固定鉄芯３３およびスリーブ３４のそれぞれの上端部が固着されている。固定鉄芯３３の中央開口部の上部は、中間ボディ２７の下部と螺着されている。その固定鉄芯３３の螺着部分は、その軸線と平行に穿設されかつ半径方向に貫通形成された通路３５を有し、弁体２１が収容されている空間とソレノイド部５０の内部とを連通するようにしている。
【００２０】
固定鉄芯３３の中央開口部の中には、ソレノイド部５０のシャフト３６の上端部を軸線方向に摺動自在に保持するガイド３７が内設されている。このシャフト３６の下端部は、スリーブ３４の下端部を閉止しているストッパ３８に設けられたガイド３９によって軸線方向に摺動自在に保持されている。このシャフト３６の上端部は、下側のピストンロッド３０に当接している。
【００２１】
シャフト３６の下方部分には、ソレノイド部５０の可動鉄芯４０が嵌合されている。可動鉄芯４０は、シャフト３６に嵌め込まれたＥ型止め輪４１によって上方への移動が規制されている。この可動鉄芯４０は、また、固定鉄芯３３との間にスプリング４２が配置され、反対側のストッパ３８との間には、スプリング４３が配置されている。また、スリーブ３４の外周には、電磁コイル４４およびヨーク４５が配置されている。
【００２２】
この容量制御弁１１が可変容量圧縮機に装着されたときにおいて、吐出室１０に連通して吐出圧力Ｐｄを受ける部分とクランク室１に連通して圧力Ｐｃを受ける部分との間をシールするために、中間ボディ２７にＯリング４６が周設されている。下部ボディ３２には、クランク室１に連通して圧力Ｐｃを受ける部分と吸入室に連通して吸入圧力Ｐｓを受ける部分との間をシールするためのＯリング４７と、吸入室に連通して吸入圧力Ｐｓを受ける部分とソレノイド部５０との間をシールするためのＯリング４８とが周設されている。さらに、下部ボディ３２と固定鉄芯３３との間にも、Ｏリング４９が設けられて、ソレノイド部５０内のクランク室１の圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの間のシールを行っている。
【００２３】
なお、クランク室１の圧力Ｐｃは、中間ボディ２７の通路３１および下部ボディ３２の通路３５を介してピストンロッド３０の下部の空間に導入されており、この圧力Ｐｃは、さらに、ソレノイド部５０の中に充満されている。スリーブ３４の中が圧力Ｐｃによって均圧になっているので、この圧力Ｐｃが可動鉄芯４０の動作に影響を与えることはない。
【００２４】
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、吐出室１０から導入される冷媒の吐出圧力Ｐｄは、弁体２１とピストンロッド２４とに軸線方向逆向きにかかる。弁体２１の有効受圧面積をＡ、ピストンロッド２４の有効受圧面積をＢとすると、弁体２１には図の下向きの方向にＰｄ・Ａの力が働き、ピストンロッド２４には図の上向きの方向にＰｄ・Ｂの力が働く。弁体２１の有効受圧面積Ａおよびピストンロッド２４の有効受圧面積Ｂは、Ａ＞Ｂの関係にしてあるため、弁体２１およびピストンロッド２４には、図の下向き方向に開弁する力Ｐｄ（Ａ−Ｂ）が働く。この差（Ａ−Ｂ）が従来の弁体の有効受圧面積に相当するものであり、従来では、その有効受圧面積が冷媒を流す量を制限していた。しかし、本発明では、Ａという大きな有効受圧面積を有し、冷媒量を増やすことができるにも拘らず、その弁体２１に対して開弁方向に働く力は、Ｐｄ（Ａ−Ｂ）という小さな力となる。しかも、クランク室１における圧力Ｐｃは、一方では通路２５を介してピストンロッド２４に図の下向き方向の力Ｐｃ・Ｂが働き、他方では通路３１を介してピストンロッド２４と同じ直径を有するピストンロッド３０に図の上向き方向の力Ｐｃ・Ｂが働いているため、弁体２１に対する圧力Ｐｃによる影響はキャンセルされている。このように、弁体２１は、弁サイズが大きいにも拘らず、実質的に小さな受圧面積（Ａ−Ｂ）を持った弁を構成することができる。
【００２５】
また、弁体２１に当接しているピストンロッド２９は、弁座２２の直径と同じ直径を有しており、吸入圧力Ｐｓを受ける受圧面積はＡであり、ピストンロッド２９には、図の上向き方向の力Ｐｓ・Ａが働いている。したがって、吐出室１０からクランク室１へ流れる冷媒の流量を制御する弁体２１は、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧を感じて動作する差圧弁を構成していることになる。
【００２６】
以上の容量制御弁１１において、ソレノイド部５０の電磁コイル４４に制御電流が供給されていないときには、図２に示したように、吐出圧力Ｐｄが弁体２１を押し開くため、弁体２１は全開である。したがって、クランク室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って、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、可変容量圧縮機は最小容量の運転になっている。
【００２７】
ソレノイド部５０の電磁コイル４４に最大の制御電流が供給されると、可動鉄芯４０が固定鉄芯３３に吸引されて図の上方へ移動し、弁体２１は全閉する。これにより、クランク室１の冷媒がオリフィス１３を介して吸入室９へ流れ、クランク室１の圧力Ｐｃが吸入室９の吸入圧力Ｐｓに近い値まで低下し、ピストン６の両面にかかる圧力差が最も大きくなって、揺動板４はピストン６のストロークが最も大きくなるような傾斜角になり、可変容量圧縮機は、最大容量の運転に移行する。
【００２８】
ソレノイド部５０の電磁コイル４４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４０が固定鉄芯３３に吸引されて図の上方へ移動する力が生じる。この力が、差圧弁として動作する弁体２１の設定値になる。したがって、この容量制御弁１１は、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧を感知し、その差圧がソレノイド部５０によって設定された値の差圧に保つように、吐出室１０からクランク室１へ流れる冷媒の流量を制御するように動作することになる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、受圧面積の大きな弁体と受圧面積の小さなピストンロッドと一体に形成し、実質的にそれらの受圧面積の差の大きさを有する弁にし、かつ、クランク室の圧力の影響をキャンセルする構成にした。弁サイズを大きくすることができるため、吐出室からクランク室へ流れる冷媒の流量を多くすることができるとともに、弁サイズに依らず実質的な受圧面積を小さく設定できることから、ソレノイド力は小さくてよく、その結果、容量制御弁を小型化することができる。
【００３０】
また、一体に形成された弁体とピストンロッドとの受圧面積の差が同じであるならば、同じソレノイド部５０を用いながら任意サイズの弁を自由に作ることができるため、適用される可変容量圧縮機の特性に応じて適正な冷媒の導入量が設定される弁サイズにすることが容易であり、汎用性を持たせることができる。
【００３１】
さらに、クランク室の圧力の影響がなく、純粋に吐出圧力と吸入圧力との差で弁体が動いて流量を制御し、しかも、それらの吐出圧力および吸入圧力は、それぞれ一体に形成した弁体とピストンロッドとの受圧面積の差および一体に形成された２つのピストンロッドの受圧面積の差であるため、冷媒にたとえば二酸化炭素を使用した場合のように、冷凍サイクルの作動圧力が非常に高い可変容量圧縮機にも有効に適用することができる。
【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】  容量制御弁の構造を示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
１  クランク室
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  容量制御弁
１２，１３  オリフィス
２０  上部ボディ
２１  弁体
２２  弁座
２２ａ  弁孔
２３  スプリング
２４  ピストンロッド
２５  通路
２６  プレート
２７  中間ボディ
２８  ストレーナ
２９，３０  ピストンロッド
３１  通路
３２  下部ボディ
３３  固定鉄芯
３４  スリーブ
３５  通路
３６  シャフト
３７  ガイド
３８  ストッパ
３９  ガイド
４０  可動鉄芯
４１  Ｅ型止め輪
４２，４３  スプリング
４４  電磁コイル
４５  ヨーク
４６，４７，４８，４９  Ｏリング
５０  ソレノイド部
【図１】
0004046530.tif 000002
【図２】
0004046530.tif 000003