JP2006112271A - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸入圧力の変化を弁体へ伝達するシャフトの摺動性を改善し、制御性を向上させた可変容量圧縮機用制御弁を提供する。
【解決手段】 ソレノイドのプランジャを第１プランジャ２６と第２プランジャ２２との２つに分割してそれらの間に吸入圧力Ｐｓを感知するダイヤフラム２９を配置して構成される構造の可変容量圧縮機用制御弁において、第２プランジャ２２を、これがダイヤフラム２９から離れる方向に付勢するスプリング２４によって保持し、ダイヤフラム２９によって感知された吸入圧力Ｐｓの変化を弁体１６へ伝達するシャフト１７とは単に当接するようにした。これにより、ソレノイドによる吸引力が発生して第２プランジャ２２が動いてもシャフト１７に偶力がかかることがなく、摺動性が損なわれないので、制御性を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は可変容量圧縮機用制御弁に関し、特に自動車用空調装置の可変容量圧縮機にて冷媒の吐出容量を制御するのに好適な可変容量圧縮機用制御弁に関する。

自動車用空調装置の冷凍サイクルに用いられる圧縮機は、走行状態によって回転数が変化する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、一般的には、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、冷媒の吐出容量を可変することのできる可変容量圧縮機が用いられている。

可変容量圧縮機は、一般に、気密に形成されたクランク室内で傾斜角可変に設けられた揺動板が回転軸の回転運動によって駆動されて揺動運動をし、その揺動板の揺動運動により回転軸と平行な方向に往復運動するピストンが吸入室の冷媒をシリンダ内に吸入して圧縮した後、吐出室に吐出する。このとき、クランク室内の圧力を変化させることにより、揺動板の傾斜角度を変化させることができ、これによってピストンのストロークが変化され、冷媒の吐出量が変化させられる。このクランク室内の圧力を変化させるよう制御するのが、可変容量圧縮機用制御弁である。

このような可変容量圧縮機の吐出容量を可変制御するための可変容量圧縮機用制御弁は、一般に、吐出室から吐出された吐出圧力Ｐｄの冷媒の一部を気密に形成されたクランク室に導入するようにし、その導入量を制御することによってクランク室内の圧力Ｐｃを制御している。そのクランク室への冷媒導入量の制御は、たとえば吸入室の吸入圧力Ｐｓに応じて行うものが知られている。つまり、可変容量圧縮機用制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感じて、その吸入圧力Ｐｓが一定に保たれるように吐出室からクランク室に導入される吐出圧力Ｐｄの冷媒の流量を制御している。

このため、可変容量圧縮機用制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感知する感圧部と、その感圧部が感知した吸入圧力Ｐｓに応じて吐出室からクランク室へ通じる通路を開閉制御する弁部とを備えている。さらに、可変容量動作に入るときの吸入圧力Ｐｓの値を外部から自由に設定することができるようにした可変容量圧縮機用制御弁では、感圧部の設定値を外部電流によって可変できるソレノイドを備えている。

ところで、外部制御が可能な従来の可変容量圧縮機用制御弁の中には、エンジンと揺動板が設けられた回転軸との間にエンジンに駆動力を伝達したり遮断したりする電磁クラッチを用いないで、エンジンと回転軸とを直結した、いわゆるクラッチレス可変容量圧縮機を制御するための制御弁がある（たとえば、特許文献１参照。）。

この制御弁は、吐出室からクランク室へ通じる通路を開閉制御する弁部と、その弁部を閉じ方向に作用させるような電磁力を発生させるソレノイドと、大気圧と比較して吸入圧力Ｐｓが低くなるにつれて弁部を開き方向に作用させる感圧部とをこの順序で配置された構成を有している。このため、ソレノイドが通電されていないときには、弁部は全開状態になっていて、クランク室内の圧力Ｐｃを吐出圧力Ｐｄに近い圧力に維持することができ、これによって揺動板が回転軸に対してほぼ直角方向に傾動し、可変容量圧縮機を最小容量で運転させることができる。このことは、エンジンと回転軸とが直結されていても、実質的に吐出容量をゼロに近くすることができるので、電磁クラッチを排除することができるのである。

しかしながら、電磁クラッチを不要とした可変容量圧縮機を制御するための従来の制御弁では、感圧部および弁部がソレノイドを挟んで配置されており、吸入圧力Ｐｓと大気圧とを比較する感圧部には、ソレノイドを介して吸入圧力Ｐｓを導くように構成されているため、ソレノイドの全体を圧力室内に収容しなければならず、ソレノイドの部分についても耐圧を考慮した設計をしなければならない。

そこで、本出願人は、ソレノイドのプランジャを第１プランジャと第２プランジャの２つに分割してそれらの間に吸入圧力Ｐｓを感知するダイヤフラムまたはベローズのような感圧部材を配置して、吸入圧力Ｐｓをソレノイドが配置される大気圧から隔離する構成を持った可変容量圧縮機用制御弁を出願している（特願２００３−２８９５８１）。

また、本出願人は、真空容器内に分離したプランジャの一方とコアとを収容し、真空容器の開口部をダイヤフラムで封止し、そのダイヤフラムによって吸入圧力Ｐｓをソレノイドのコイルが配置される大気圧から隔離する構成にした可変容量圧縮機用制御弁を出願している（特願２００４−１２５５３２）。以下、この可変容量圧縮機用制御弁の具体的な構成について説明する。

図２は可変容量圧縮機用制御弁の他の構成例を示す断面図である。
この可変容量圧縮機用制御弁は、図の上方に、可変容量圧縮機の吐出室から吐出圧力Ｐｄを受けて制御された圧力Ｐｃをクランク室へ向けて供給する弁部を備えている。この弁部は、弁座１０１と、この弁座１０１に対抗して下流側に配置された弁体１０２と、この弁体１０２を閉弁方向に付勢するスプリング１０３とを有している。弁体１０２は、外径が弁孔の内径と同じに形成されたシャフト１０４と一体に形成され、ボディに軸線方向に進退自在に保持されている。

図の下方には、ソレノイドが配置されている。このソレノイドは、有底スリーブ１０５内に配置されたコア１０６および第１プランジャ１０７と、有底スリーブ１０５の外に配置された第２プランジャ１０８およびコイル１０９とを有し、第１プランジャ１０７と第２プランジャ１０８との間には、有底スリーブ１０５の開口端を封止するように感圧部のダイヤフラム１１０が設けられている。有底スリーブ１０５内では、コア１０６の中心を貫通して配置されたシャフト１１１に第１プランジャ１０７が固定されており、そのシャフト１１１は、スプリング１１２によって第１プランジャ１０７をコアから離れる方向に付勢されており、これによって第１プランジャ１０７がダイヤフラム１１０の内側の面に当接するようにされている。

第２プランジャ１０８が配置されている空間には、可変容量圧縮機の吸入室における吸入圧力Ｐｓが導入されており、ダイヤフラム１１０によってその吸入圧力Ｐｓが感知されるようにしている。第２プランジャ１０８は、また、シャフト１０４の弁体１０２が設けられている側と反対側の端部に固定されており、さらに、弁部のスプリング１０３よりも荷重の大きなスプリング１１３によってダイヤフラム１１０から離れる方向に付勢されている。これにより、シャフト１０４は、図の上方に付勢されていて、この可変容量圧縮機用制御弁が動作していないときには、弁部は、図示のように、全開状態に維持されている。したがって、この状態で、可変容量圧縮機の回転軸がエンジンによって回転駆動されていても、可変容量圧縮機は吐出容量が最小の状態で運転されることになる。

ここで、ソレノイドのコイル１０９に制御電流が供給されているときには、第１プランジャ１０７および第２プランジャ１０８は、ダイヤフラムを挟んで磁気的に結合され、１つのプランジャとして振舞う。このときの第１プランジャ１０７および第２プランジャ１０８の軸線方向の位置が弁部の弁リフトを規定し、その弁リフトは、コイル１０９への制御電流に応じて設定される。一方、ダイヤフラム１１０は、吸入圧力Ｐｓを受圧しているので、その吸入圧力Ｐｓに応じて軸線方向に変位し、その変位は、第２プランジャ１０８およびシャフト１０４を介して弁体１０２に伝達される。

したがって、この可変容量圧縮機用制御弁は、吐出圧力Ｐｄの冷媒をコイル１０９への制御電流に応じた流量に制御して圧力Ｐｃの冷媒をクランク室に導入するので、可変容量圧縮機は、制御電流に対応した吐出容量で運転する。この状態で、吸入圧力Ｐｓが高くなると、ダイヤフラム１１０は、図の下方へ変位し、吸入圧力Ｐｓが低くなると、図の上方へ変位する。このダイヤフラム１１０の変位に伴って弁部の弁リフトが変化することにより、クランク室の圧力Ｐｃが調整されるので、結局、可変容量圧縮機は、吸入圧力Ｐｓがソレノイドによって設定された値になるよう吐出容量が制御されることになる。
特開２０００−１１０７３１号公報（段落番号〔００１０〕，〔００４４〕，図１）

しかしながら、上記の可変容量圧縮機用制御弁では、弁体と一体に形成されたシャフトが第２プランジャのガイド機能を担っているため、第２プランジャにソレノイドによる吸引力が発生して第２プランジャが軸線方向に動くときに、これを軸線方向に付勢しているスプリングの状態によっては、第２プランジャが傾いてボディに保持されているシャフトに偶力がかかり、その軸線方向の摺動性が著しく損なわれて弁体がスムーズに動かなくなるという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、吸入圧力の変化を弁体へ伝達するシャフトの摺動性を改善し、制御性を向上させた可変容量圧縮機用制御弁を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、ソレノイドのプランジャを第１プランジャと第２プランジャとの２つに分割してそれらの間に吸入圧力を感知する感圧部材が配置され、前記感圧部材によって感知された前記吸入圧力の変化を前記第２プランジャがシャフトを介して弁体へ伝達するようにした可変容量圧縮機用制御弁において、前記第２プランジャを、これが前記感圧部材から離れる方向に付勢するスプリングによって保持し、前記シャフトとは当接させるようにしたことを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁が提供される。

このような可変容量圧縮機用制御弁によれば、第２プランジャのガイド機能をスプリングに持たせ、第２プランジャとシャフトとは当接するだけの構造にした。これにより、通電時に、第２プランジャが第１プランジャに吸引されて軸線方向に動くときに、軸線に対して傾いてしまったとしても、その傾いたことによりシャフトに偶力が発生することがなくなり、制御性を向上させることができる。

本発明の可変容量圧縮機用制御弁は、吸入圧力の変化を弁体へ伝達するシャフトから第２プランジャのガイド機能をなくしたことで、ソレノイドによる吸引力が発生して、第２プランジャが軸線方向に動くときに傾いたとしても、それによる影響をシャフトに与えることがないので、制御性を向上させることができるという利点がある。

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は本発明による可変容量圧縮機用制御弁の構成を示す中央縦断面図である。
この可変容量圧縮機用制御弁は、図の上方に弁部を備えている。弁部は、ボディ１１の側部開口部が可変容量圧縮機の吐出室に連通して吐出圧力Ｐｄを受けるポート１２を構成し、そのポート１２の周りには、ストレーナ１３が周着されている。吐出圧力Ｐｄを受けるポート１２は、ボディ１１の上部に開口されたポート１４と内部で連通しており、そのポート１４は、可変容量圧縮機のクランク室に連通していてクランク室に制御された圧力Ｐｃを導出する。

ポート１２とポート１４とがボディ１１の内部で連通する冷媒通路には、弁座１５がボディ１１と一体に形成されている。この弁座１５の圧力Ｐｃを導出する側から対向して弁体１６が軸線方向に進退自在に配置されている。この弁体１６は、弁孔を介して図の下方へ延びていてボディ１１に軸線方向に進退自在に保持されたシャフト１７と一体に形成されている。弁体１６とシャフト１７とを結合している細径部には、吐出室からの吐出圧力Ｐｄが導入される。シャフト１７の外径は、弁座１５を構成する弁孔の内径と同じにして、弁体１６の受圧面積とシャフト１７の受圧面積とを同じにしてある。これにより、吐出圧力Ｐｄが弁体１６を図の上方へ作用する力を、シャフト１７を図の下方へ作用する力によってキャンセルして、弁部の制御が高圧の吐出圧力Ｐｄの影響を受けないようにしている。

弁体１６は、スプリング１８によって閉弁方向に付勢されており、そのスプリング１８は、ポート１４内に螺着されたアジャストねじ１９によって荷重が調整されている。
さらに、ボディ１１の図の下方には、可変容量圧縮機の吸入室に連通して吸入圧力Ｐｓを受けるポート２０が形成されている。

ボディ１１の下端部は、ソレノイドの一部を構成する磁性材料のボディ２１に圧入によって固定されている。そのボディ２１の中には、ソレノイドの分割したプランジャの一方である第２プランジャ２２が配置されている。この第２プランジャ２２は、図の上端面中央にシャフト１７の外径よりも十分大きな内径を有する穴が凹設されていて、その穴の底部に、ボディ１１とはほとんどクリアランスがない状態で軸線方向に進退可能に保持されているシャフト１７の下端面が当接するようにしている。このシャフト１７の下端面は、断面円弧状に形成されていて、穴の底部に当接する角度が正確に直角でなくても、第２プランジャ２２が上下動することによりシャフト１７に偶力が発生することがないようにしている。第２プランジャ２２は、また、断面Ｔ字型の形状に形成されていて、そのフランジ部２３の図の下側の面は、ボディ２１の図の上側の面と対向させるようにしている。これにより、ソレノイドの通電開始時に、フランジ部２３とボディ２１との対向面の間で軸線方向の吸引力を発生させて、弁部が閉弁方向へ迅速に移動するのを助けている。第２プランジャ２２は、さらに、ボディ２１内に形成された段差部との間に配置されたスプリング２４によって図の上方へ付勢されている。このスプリング２４は、弁体１６を閉弁方向に付勢しているスプリング１８よりも大きな荷重を有していて、ソレノイドへの通電がないときには、図示のように、第２プランジャ２２は、ポート２０に連通する部屋の天井に当接するまでシャフト１７を押し上げ、弁体１６をその全開位置に維持させることができる。このスプリング２４は、また、第２プランジャ２２のフランジ部２３より下の部分を保持しており、第２プランジャ２２のガイド機能を担っている。

第２プランジャ２２の図の下方には、感圧部とソレノイドの残りの構成要素とが配置されている。すなわち、第２プランジャ２２の図の下方には、真空容器をなす有底スリーブ２５の中にソレノイドの分割したプランジャの他方である第１プランジャ２６、コア２７およびスプリング２８を収容し、有底スリーブ２５の開口部を金属製のダイヤフラム２９で封止したアセンブリが配置され、有底スリーブ２５の外側には、コイル３０と、磁気回路を形成するためのヨークを成す、ボディ２１と一体のケース３１および把手３２とが配置されている。

有底スリーブ２５の中には、コア２７が圧入により固定されていて、これより弁部の側に第１プランジャ２６が軸線方向に進退自在に配置されている。第１プランジャ２６は、コア２７の中心を軸線方向に延びるシャフト３３の一端に圧入により固定されており、シャフト３３の他端は、コア２７の中に摺動可能に配置された軸受部３４によって支持されている。シャフト３３の途中には、止輪３５が嵌合され、その止輪３５によって図の上方への移動が規制されるようにばね受け部３６が設けられていて、そのばね受け部３６と軸受部３４との間にスプリング２８が配置されている。このスプリング２８により、第１プランジャ２６は、コア２７から離れる方向へシャフト３３を介して付勢されている。なお、このスプリング２８は、有底スリーブ２５の底部を押して内側に変形させることによって軸受部３４の軸線方向の位置を変え、スプリング２８の荷重を調節し、この可変容量圧縮機用制御弁のセット値を調整している。

第１プランジャ２６およびコア２７が収容された有底スリーブ２５は、その開口端に形成されたフランジ部にダイヤフラム２９を溶接することによって封止され、これによって、内部が真空状態に保持された気密のアセンブリが構成されている。

以上の構成において、ボディ２１、ケース３１および把手３２は、磁性体によって形成されていて、ソレノイドの磁気回路におけるヨークの機能を果たし、コイル３０によって発生された磁力線は、ケース３１、ボディ２１、第２プランジャ２２、第１プランジャ２６、コア２７および把手３２からなる磁気回路を通ることになる。

この可変容量圧縮機用制御弁の図示の状態は、ソレノイドが通電されていなくて、吸入圧力Ｐｓが高い場合の状態、すなわち、空調装置が動作していないときの状態を示している。吸入圧力Ｐｓが高いので、ダイヤフラム２９は、スプリング２８の荷重に抗して図の下方へ変位し、第１プランジャ２６をコア２７へ当接させている。一方、第２プランジャ２２は、スプリング２４によってダイヤフラム２９から離れるよう図の上方へ付勢されているため、シャフト１７を介して弁体１６をその全開位置に付勢している。したがって、この状態で、可変容量圧縮機の回転軸がエンジンによって回転駆動されていても、可変容量圧縮機は吐出容量が最小の状態で運転されることになる。

ここで、自動車用空調装置が起動されたときのように、ソレノイドのコイル３０に最大の制御電流が供給されると、第１プランジャ２６については、高い吸入圧力Ｐｓにより図の下方へ押されてコア２７に当接しているので、コア２７との間で吸引状態になってもそのままの位置にある。したがって、このときには、第１プランジャ２６およびコア２７は、固定鉄芯のように振る舞い、第１プランジャ２６がダイヤフラム２９を介しスプリング２４の付勢力に抗して第２プランジャ２２を吸引する。第２プランジャ２２は、吸引されてダイヤフラム２９に当接されることにより図の下方へ移動し、これに伴って、弁体１６がスプリング１８により押し下げられて弁座１５に着座され、弁部は全閉になる。これにより、吐出室からクランク室への通路は遮断されるので、可変容量圧縮機は、速やかに最大容量の運転に移行するようになる。このとき、第２プランジャ２２は、単にシャフト１７に当接していてシャフト１７に拘束されることはないため、第２プランジャ２２をガイドしているスプリング２４の状態によって第２プランジャ２２が傾きながら移動しようとしたとしても、シャフト１７に偶力がかかることはなく、その軸線方向の摺動性を損ねてしまうことはない。

可変容量圧縮機が最大容量の運転を続けて、吸入室の吸入圧力Ｐｓが十分に低くなると、ダイヤフラム２９がその吸入圧力Ｐｓを感知して図の上方へ変位しようとする。このとき、ソレノイドのコイル３０に供給される制御電流を空調の設定温度に応じて小さくすると、第２プランジャ２２および第１プランジャ２６は吸着状態のまま一体となって、吸入圧力Ｐｓとスプリング１８，２４，２８の荷重とソレノイドの吸引力とがバランスした位置まで図の上方へ移動する。これにより、弁体１６が第２プランジャ２２により押し上げられ、弁座１５から離れて所定の開度に設定される。したがって、吐出圧力Ｐｄの冷媒が開度に応じた流量に制御されてクランク室に導入され、可変容量圧縮機は、制御電流に対応した容量の運転に移行するようになる。

そして、ソレノイドのコイル３０に供給される制御電流が一定の場合、ダイヤフラム２９は吸入圧力Ｐｓを絶対圧で感知して弁部の弁リフトを制御する。たとえば冷凍負荷が大きくなって、吸入圧力Ｐｓが高くなった場合は、第１プランジャ２６は図の下方へ変位するので、弁体１６も下方へ移動して弁リフトが小さくなり、可変容量圧縮機は、吐出容量を増やすよう動作する。逆に、冷凍負荷が小さくなって吸入圧力Ｐｓが低くなった場合には、第１プランジャ２６は図の上方へ変位して弁リフトを大きくするので、可変容量圧縮機は、吐出容量を減らすよう動作する。このようにして、可変容量圧縮機用制御弁は、吸入圧力Ｐｓがソレノイドによって設定された値になるよう可変容量圧縮機の吐出容量を制御する。

以上、本発明をその好適な実施の形態について詳述したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。たとえば、上記の実施の形態では、第１プランジャ２６を真空容器に収容して吸入圧力Ｐｓを絶対圧で感知するようにしているが、第１プランジャ２６を収容している部分を大気に開放して吸入圧力Ｐｓを大気圧と比較するタイプの可変容量圧縮機用制御弁においても、同じように適用することができる。また、上記の実施の形態では、感圧部をダイヤフラムで構成しているが、ベローズで構成することもできる。

本発明による可変容量圧縮機用制御弁の構成を示す中央縦断面図である。 可変容量圧縮機用制御弁の他の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１１ ボディ
１２ ポート
１３ ストレーナ
１４ ポート
１５ 弁座
１６ 弁体
１７ シャフト
１８ スプリング
１９ アジャストねじ
２０ ポート
２１ ボディ
２２ 第２プランジャ
２３ フランジ部
２４ スプリング
２５ 有底スリーブ
２６ 第１プランジャ
２７ コア
２８ スプリング
２９ ダイヤフラム
３０ コイル
３１ ケース
３２ 把手
３３ シャフト
３４ 軸受部
３５ 止輪
３６ ばね受け部

Claims (3)

1. ソレノイドのプランジャを第１プランジャと第２プランジャとの２つに分割してそれらの間に吸入圧力を感知する感圧部材が配置され、前記感圧部材によって感知された前記吸入圧力の変化を前記第２プランジャがシャフトを介して弁体へ伝達するようにした可変容量圧縮機用制御弁において、
   前記第２プランジャを、これが前記感圧部材から離れる方向に付勢するスプリングによって保持し、前記シャフトとは当接させるようにしたことを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
2. 前記第２プランジャは、前記シャフトと対向する側の面の中央に前記シャフトの外径よりも大きな内径を有する穴が凹設され、前記穴の底部に前記シャフトの端面が当接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制御弁。
3. 前記シャフトは、前記穴の底部と当接する面が断面円弧状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の可変容量圧縮機用制御弁。
   

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