JP6340663B2 - 可変容量圧縮機用制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、可変容量圧縮機の吐出容量を制御する制御弁に関する。

自動車用空調装置は、一般に、圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器等を冷凍サイクルに配置して構成される。圧縮機としては、エンジンの回転数によらず一定の冷房能力が維持されるように、冷媒の吐出容量を可変できる可変容量圧縮機（単に「圧縮機」ともいう）が用いられている。この圧縮機は、エンジンによって回転駆動される回転軸に取り付けられた揺動板に圧縮用のピストンが連結され、揺動板の角度を変化させ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調整する。揺動板の角度は、密閉されたクランク室内に吐出冷媒の一部を導入し、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で連続的に変えられる。このクランク室内の圧力（以下「クランク圧力」という）Ｐｃは、圧縮機の吐出室とクランク室との間に設けられた可変容量圧縮機用制御弁（単に「制御弁」ともいう）により制御される。

このような制御弁は、電磁弁として構成されることが多く、ボディ内に吐出室とクランク室とを連通させる弁孔を有し、そのボディ内に配置した弁体を弁孔に接離させて弁部の開度を調整することにより、クランク室に導入する冷媒流量を制御する。弁開度は、弁体に作用する冷媒圧力による力と、ソレノイドによる駆動力と、制御設定値を調整するために配置されたスプリングの付勢力とのバランスによって調整される。

特開２００５−２１４０５９号公報

ところで近年、地球温暖化の問題もあり、冷凍サイクルに用いる冷媒を従来の代替フロンから二酸化炭素等へ移行させる提案がなされている。しかしながら、例えば二酸化炭素を使用する冷凍サイクルでは、冷媒をその臨界温度を超える超臨界域まで昇圧させることになるため、冷媒の吐出圧力が非常に高くなる。このため、圧縮機と制御弁との取付部にも耐圧性が要求されるようになる。

本発明の目的は、可変容量圧縮機と制御弁との取付部の耐圧性を確保することにある。

本発明のある態様は、吸入室に導入される冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機の吐出容量を、吐出室からクランク室に導入する冷媒の流量を調整することにより変化させる可変容量圧縮機用制御弁である。この制御弁は、吐出室に連通する吐出室連通ポートと、クランク室に連通するクランク室連通ポートと、吐出室連通ポートとクランク室連通ポートとをつなぐ通路に設けられた弁孔とを有するボディと、弁孔に接離するように配置されて弁部を開閉する弁体と、ボディの端部に接続され、供給される電流量に応じて弁体を閉弁方向に駆動するためのソレノイド力を発生させるソレノイドと、ボディ内に軸線方向に摺動可能に支持され、ソレノイド力を弁体に伝達する伝達ロッドと、ボディとソレノイドとの間に形成される作動室に配置され、伝達ロッドに対して開弁方向の付勢力を付与可能なスプリングと、ボディとソレノイドとの接続部の外周面に設けられた環状溝からなり、当該制御弁が圧縮機の取付孔に取り付けられた際にシール機能を発揮するＯリングを嵌着可能な嵌合部と、を備える。

スプリングは、ボディ側からソレノイド側に向けて外径が小さくなる形状を有する。

この態様によると、ボディとソレノイドとの接続部の内方に収容されるスプリングが、ボディ側からソレノイド側に向けて小径化する形状とされている。このため、そのスプリングの外方に位置する接続部の外径を小さくし、Ｏリングとして外径の小さいものを選定することができる。これにより、当該制御弁が圧縮機の取付孔に取り付けられた際に、その取付方向とは逆向きに作用する冷媒圧力の影響を小さくすることができる。すなわち、圧縮機と制御弁との取付部の耐圧性を確保することができる。

本発明によれば、圧縮機と制御弁との取付部の耐圧性を確保することができる。

実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクルを表すシステム図である。 実施形態に係る制御弁の構成を示す断面図である。 図２の上半部に対応する部分拡大断面図である。 制御弁の部分拡大図である。 制御弁の部分拡大図である。 ソレノイドの制御特性を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を上下と表現することがある。

図１は、実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクルを表すシステム図である。
本実施形態の空調装置は、高圧で作動する二酸化炭素を冷媒とするいわゆる超臨界冷凍サイクルを備える。この空調装置は、冷凍サイクルを循環する気相状態の冷媒を圧縮する可変容量圧縮機（単に「圧縮機」という）１０１、圧縮された高温高圧の気相状態の冷媒を冷却する外部熱交換器としてのガスクーラ１０２、冷却された冷媒を断熱膨張させて減圧する膨張装置１０３、膨張された冷媒を蒸発させて蒸発潜熱を奪って車室内の空気を冷却する蒸発器１０４、蒸発された冷媒を気液分離し、分離された気相状態の二酸化炭素を圧縮機１０１に戻す受液器１０５を備える。

圧縮機１０１は、クランク室１１６内に回転自在に支持された図示しない回転軸を有する。この回転軸には揺動板が傾斜角可変に設けられており、その回転軸の一端はクランク室１１６の外部に延出してプーリを介してエンジンの出力軸と接続されている。この回転軸の周りには複数のシリンダ１１２が配設され、各シリンダ１１２には揺動板の回転運動により往復運動を行うピストンが配置されている。各シリンダ１１２は、吸入弁を介して吸入室１１０に接続され、吐出弁を介して吐出室１１４に接続されている。圧縮機１０１は、吸入室１１０を介してシリンダ１１２に導入された冷媒を圧縮し、吐出室１１４を介して吐出する。

圧縮機１０１の揺動板の角度は、クランク室１１６内で揺動板を付勢するスプリングの荷重や、揺動板につながるピストンの両面にかかる圧力による荷重等がバランスした位置に保持される。この揺動板の角度は、クランク室１１６に吐出冷媒の一部を導入してクランク圧力Ｐｃ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られる。この揺動板の角度の変化によってピストンのストロークを変えることにより、冷媒の吐出容量が調整される。クランク圧力Ｐｃは、圧縮機１０１の吐出室１１４とクランク室１１６との間に設けられた制御弁１により制御される。

すなわち、圧縮機１０１の吐出冷媒の一部は、制御弁１を介してクランク室１１６内に導入され、圧縮機１０１の容量制御に供される。制御弁１は、ソレノイド駆動の電磁弁として構成され、制御部１２０により通電制御される。本実施形態では、制御部１２０が駆動回路１２２に所定のデューティ比に設定されたパルス信号を出力し、駆動回路１２２からそのデューティ比に対応した電流パルスを出力させてソレノイドを駆動する。制御弁１は、圧縮機１０１の吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が制御目標値である設定差圧に近づくように吐出室１１４からクランク室１１６に導入する冷媒流量を調整する。これにより、圧縮機１０１の吐出容量が変化する。すなわち、制御弁１は、いわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧弁として機能する。

クランク室１１６と吸入室１１０とを連通する冷媒通路１１８にはオリフィス１１９が設けられ、クランク室１１６内の冷媒を吸入室１１０側へ漏洩させ、クランク圧力Ｐｃが過度に高まらないようにされている。また、圧縮機１０１における吐出室１１４と冷媒出口との間の冷媒通路には、逆止弁１３０が設けられている。

制御部１２０は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース等を備える。制御部１２０は、指定したデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。制御部１２０は、エンジン回転数、車室内外の温度、蒸発器１０４の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて上記設定差圧を決定し、その設定差圧を維持するためのソレノイド力が得られるよう制御弁１への通電制御を行う。車両の加速時や登坂走行時などのエンジンの高負荷状態において圧縮機１０１の負荷トルク低減を目的とする加速カット要求があると、制御部１２０は、その通電を遮断又は所定の下限値に抑制して、可変容量圧縮機を最小容量運転に移行させたりする。

膨張装置１０３は、いわゆる温度式膨張弁として構成されており、蒸発器１０４の出口側の冷媒温度をフィードバックしてその弁開度を調整し、熱負荷に応じた液冷媒を蒸発器１０４へ供給する。蒸発器１０４を通過した冷媒は受液器１０５を経由して圧縮機１０１に戻され、再び圧縮される。

逆止弁１３０は、圧縮機１０１の吐出容量がある程度大きく、吐出室１１４の吐出圧力Ｐｄと冷媒出口の出口圧力Ｐｄｌとの差圧（Ｐｄ−Ｐｄｌ）がその開弁差圧を上回る限り、開弁状態を維持する。この開弁差圧は、逆止弁１３０が内蔵するスプリングの荷重により設定されている。これに対し、例えば最小容量運転時など、圧縮機１０１の吐出容量が小さくなって吐出圧力Ｐｄが充分に高まらない場合には、スプリングの付勢力により逆止弁１３０が閉弁状態となり、ガスクーラ１０２側から吐出室１１４への冷媒の逆流を阻止する。なお、圧縮機１０１の最小容量運転時には逆止弁１３０が閉じてしまうが、吐出室１１４からの吐出冷媒が制御弁１およびクランク室１１６を介して吸入室１１０に戻されるため、圧縮機１０１内での冷媒ガスの内部循環が確保される。

図２は、実施形態に係る制御弁１の構成を示す断面図である。
制御弁１は、弁本体２とソレノイド３とを一体に組み付けて構成される。弁本体２は、段付円筒状のボディ５を有する。ボディ５は、本実施形態では真鍮からなるが、アルミニウム合金からなるものとしてもよい。ボディ５には、その上端側からポート１０，１２，１４が設けられている。このうち、ポート１０はボディ５の上端部に設けられ、ポート１２，１４はボディ５の側部に設けられている。ポート１０は吐出室１１４に連通する「吐出室連通ポート」として機能し、ポート１２はクランク室に１１６連通する「クランク室連通ポート」として機能し、ポート１４は吸入室１１０に連通する「吸入室連通ポート」として機能する。

ボディ５においてポート１０とポート１２とを連通させる通路には、段付円筒状の弁座形成部材１６が配設されている。弁座形成部材１６は、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ４２０）を焼き入れして形成され、ボディ５よりも硬度が高い。弁座形成部材１６は、ボディ５の上部に同軸状に挿通され、ボディ５の上部を内方に加締めることにより固定されている。弁座形成部材１６には軸線に沿った貫通孔が設けられており、その下半部により弁孔１８が形成されている。ボディ５における弁座形成部材１６の下方には、ポート１２に連通する弁室２０が形成されている。弁座形成部材１６の下半部は、下方に向けて外径が小さくなるテーパ状をなし、弁室２０内に延在している。弁座形成部材１６の下端面に弁座２２が形成されている。弁室２０には、弁座２２に下方から対向するように弁体２４が配設されている。弁体２４が弁座２２に接離することにより弁部の開度が調整される。

ボディ５の内部空間を上下に区画するように隔壁２６が設けられている。隔壁２６の上方には弁室２０が形成され、下方には作動室２８が形成されている。弁室２０は、ポート１２を介してクランク室１１６に連通する。作動室２８は、ポート１４を介して吸入室１１０に連通する。隔壁２６の中央には軸線方向に延在するガイド部３０が設けられている。そのガイド部３０を軸線に沿って貫通するようにガイド孔３２が形成され、そのガイド孔３２には長尺状の作動ロッド３４が軸線方向に摺動可能に挿通されている。弁体２４は、作動ロッド３４の上端に同軸状に設けられている。弁体２４と作動ロッド３４とは、ステンレス鋼を切削加工することにより一体成形されている。

ガイド部３０は、隔壁２６の上面側に小さく突出し、下面側に大きく突出している。ガイド部は、下方に向けて外径が小さくなるテーパ状をなし、作動室２８内に延在している。それによりガイド孔３２の長さが十分に確保され、作動ロッド３４が安定に支持されている。弁体２４は、作動ロッド３４と一体に動作し、その上端面にて弁座２２に着脱して弁部を開閉する。弁座形成部材１６の硬度が十分に高いため、弁体２４が繰り返し着座しても弁座２２は変形し難く、弁部の耐久性が確保されている。

作動ロッド３４の下部には止輪３６（Ｅリング）が嵌合され、その止輪３６によって下方への移動が規制されるように円板状のばね受け３８が設けられている。ばね受け３８と隔壁２６との間には、作動ロッド３４を下方（閉弁方向）に付勢するスプリング４０（「第１スプリング」として機能する）が介装されている。スプリング４０は、隔壁２６の下面から下方のばね受け３８に向けて小径化するテーパスプリングとされている。上述のようにガイド部３０をテーパ状としたことで、このようなテーパ状のスプリング４０が配置可能となっている。ボディ５の下部は小径部４２とされ、ソレノイド３との連結部を構成する。

ボディ５の上端開口部には、ポート１０への異物の侵入を抑制するストレーナ４４が嵌着されている。圧縮機１０１の吐出冷媒には金属粉等の異物が含まれることがあるため、ストレーナ４４は、その異物が制御弁１の内部に侵入することを防止又は抑制する。ストレーナ４４は、有底筒状のフィルタ４６を有し、そのフィルタ４６の開口端部をリング状の金属プレート４８にて補強して構成される。フィルタ４６は金属メッシュからなる。ストレーナ４４は、その底部を上にした状態で金属プレート４８をボディ５に圧入することにより固定される。ストレーナ４４は、図示のようにボディ５の内側に装着されることにより、外部構造物との接触による変形が防止されている。

一方、ソレノイド３は、円筒状のコア５０と、コア５０に外挿された有底円筒状のスリーブ５２と、スリーブ５２に収容され、コア５０と軸線方向に対向配置されたプランジャ５４と、スリーブ５２に外挿された円筒状のボビン５６と、ボビン５６に巻回された電磁コイル５８と、電磁コイル５８を外方から覆うように設けられた円筒状のケース６０と、ボビン５６の上方にてコア５０とケース６０との間に組み付けられた段付円筒状の接続部材６２と、ケース６０の下端開口部を封止するように設けられた端部材６４とを備える。

スリーブ５２は非磁性材料からなり、その下半部にプランジャ５４を収容している。端部材６４には、環状のカラー６６が埋設されている。カラー６６は、ボビン５６の下方にてスリーブ５２とケース６０との間に介装されている。ケース６０、接続部材６２およびカラー６６は磁性材料からなり、ソレノイド３のヨークを形成する。弁本体２とソレノイド３とは、ボディ５の小径部４２（下端部）が接続部材６２の上端開口部に圧入されることにより固定されている。なお、本実施形態においては、ボディ５、弁座形成部材１６、接続部材６２、ケース６０および端部材６４が制御弁１全体のボディを形成している。

コア５０の中央を軸線方向に貫通するように挿通孔６７が形成され、その挿通孔６７を貫通するようにシャフト６８が挿通されている。シャフト６８は、作動ロッド３４と同軸状に設けられ、作動ロッド３４を下方から支持する。シャフト６８の径は作動ロッド３４のそれよりも大きい。そのシャフト６８の下半部にプランジャ５４が組み付けられている。本実施形態において、シャフト６８と作動ロッド３４とが、ソレノイド力を弁体２４に伝達する「伝達ロッド」を構成する。

プランジャ５４は、その上部にてシャフト６８に同軸状に支持されている。シャフト６８の軸線方向中間部の所定位置には止輪７０（Ｅリング）が嵌合され、その止輪７０によってプランジャ５４の上方への移動が規制されている。プランジャ５４の側面には軸線に平行な複数の連通溝７１が設けられており、プランジャ５４とスリーブ５２との間に冷媒を通過させる連通路が形成される。

コア５０の上端部にはリング状の軸支部材７２が圧入されており、シャフト６８の上端部がその軸支部材７２によって軸線方向に摺動可能に支持されている。軸支部材７２の外周の一部が切り欠かれることにより、コア５０と軸支部材７２との間に連通路が形成されている。この連通路を介して作動室２８の吸入圧力Ｐｓがソレノイド３の内部にも導びかれる。

また、スリーブ５２の下端部がやや縮径されており、その縮径部７４にリング状の軸支部材７６（「支持部材」として機能する）が圧入されている。この軸支部材７６は、シャフト６８の下端部を摺動可能に軸支している。すなわち、シャフト６８が上方の軸支部材７２と下方の軸支部材７６とにより２点支持されることにより、プランジャ５４を軸線方向に安定に動作することができる。軸支部材７６の外周の一部が切り欠かれることにより、スリーブ５２と軸支部材７６との間に連通路が形成されている。ソレノイド３に導入された吸入圧力Ｐｓは、コア５０とシャフト６８との間の連通路、プランジャ５４とスリーブ５２との間の連通路、軸支部材７６とスリーブ５２との間の連通路を介してスリーブ５２内に満たされる。

軸支部材７６とプランジャ５４との間には、プランジャ５４を上方、つまり閉弁方向に付勢するスプリング７８（「第２スプリング」として機能する）が介装されている。すなわち、弁体２４は、ばね荷重として、スプリング４０による開弁方向の力とスプリング７８による閉弁方向の力との合力を受ける。ただし、スプリング４０の荷重がスプリング７８のそれよりも大きいため、スプリング４０，７８によるばね荷重は、開弁方向に作用するようになる。このばね荷重は、スリーブ５２における軸支部材７６の圧入位置を調整することにより設定できる。この圧入位置は、スリーブ５２への軸支部材７６への仮圧入を行った後、所定の工具を用いてスリーブ５２の底部中央を軸線方向に変形させることにより微調整することができる。

ボビン５６からは電磁コイル５８につながる一対の接続端子８０が延出し、それぞれ端部材６４を貫通して外部に引き出されている。同図には説明の便宜上、その一対の片方のみが表示されている。端部材６４は、ケース６０に内包されるソレノイド３内の構造物全体を下方から封止するように取り付けられている。端部材６４からは接続端子８０の先端部が引き出されており、図示しない外部電源に接続される。端部材６４は、接続端子８０を露出させるコネクタ部としても機能する。

以上のように構成された制御弁１は、圧縮機１０１に設けられた図示しない取付孔にワッシャを介して固定される。制御弁１の外周面には、その取付孔との間に介装されてシール機能を発揮する複数のＯリングが嵌着されている。すなわち、ボディ５におけるポート１２の上方および下方にそれぞれ環状溝が周設され、Ｏリング８２，８４が嵌着されている。また、接続部材６２におけるポート１４の下方にも環状溝が周設され、Ｏリング８６が嵌着されている。さらに、ケース６０と端部材６４との接続部にもＯリング８８が嵌着されている。

図３は、図２の上半部に対応する部分拡大断面図である。
弁座形成部材１６の中央に設けられた貫通孔９０は、その下半部が縮径されて弁孔１８を形成している。すなわち、貫通孔９０の上半部が大径部９２、下半部が小径部９４となっており、小径部９４が弁孔１８を形成する。大径部９２と小径部９４との接続部は、下方に向けて内径が縮径するテーパ面とされている。貫通孔９０は、上流側から下流側に向けて段階的に縮径されている。

また、弁座形成部材１６における貫通孔９０の半径方向外側には、貫通孔９０と平行なブリード孔９６が設けられている。ブリード孔９６は、閉弁時にもクランク室１１６へ最低限の冷媒を流入させることにより、圧縮機１０１におけるオイル循環を確保するためのものである。圧縮機１０１の安定した作動を確保するために、冷媒には潤滑用のオイルが含まれており、ブリード孔９６は、クランク室１１６の内外でのオイル循環を確保するものである。

ブリード孔９６は、その上部のリーク通路９８とそれより下方の連通路９９とを接続して構成されている。リーク通路９８の内径は、冷媒を漏洩させる程度の大きさとされ、弁孔１８の内径よりも相当小さい。連通路９９の内径は、貫通孔９０の大径部９２よりも小さく、小径部９４よりも大きくされている。変形例においては、連通路９９の内径を、貫通孔９０の大径部９２の内径以上としてもよいし、小径部９４の内径以下としてもよい。

リーク通路９８と連通路９９との接続部は、下方に向けて内径が拡径するテーパ面とされている。ブリード孔９６は、上流側から下流側に向けて段階的に拡径されている。弁座形成部材１６の上面は、貫通孔９０を囲むように環状の突部１５０が設けられており、その突部１５０の半径方向内側と外側とが一段低くなる段差形状とされている。突部１５０の幅は十分に小さく、本実施形態では弁孔１８の幅以下とされている。リーク通路９８は、その突部１５０の位置にて上方に開口している。

このように、ブリード孔９６については冷媒の入口を小径とし、その入口を段差形状の上面に開口させることで、ブリード孔９６を介した異物の侵入を防止又は抑制している。すなわち、仮にストレーナ４４のメッシュ幅よりも小さな異物がポート１０に侵入したとしても、突部１５０の幅が十分に小さく、ブリード孔９６の入口はさらに小さいため、その異物がブリード孔９６を介して侵入する可能性は極めて低い。異物は突部１５０に突き当たったとしても、その内外の低位置に落ちる可能性が高い。特に閉弁時にはブリード孔９６を介した冷媒の流れができるものの、冷媒に含まれる異物がブリード孔９６に導かれる可能性は低い。なお、開弁時においては、仮に異物がポート１０に侵入したとしても、そのほとんどは弁孔１８を通過してポート１２から排出される。

また、弁室２０においては、隔壁２６の上面中央部にガイド部３０が突出することにより、その周囲に環状溝１５２が形成されている。また、弁体２４の外径が直下の作動ロッド３４よりもやや大きくされている。このため、仮に異物が弁孔１８を介して弁室２０に侵入したとしても、その異物が作動ロッド３４とガイド孔３２との摺動部に侵入する可能性は極めて低い。弁孔１８を通過した異物は、そのほとんどがポート１２から排出されるか、弁室２０に残留するとしても環状溝１５２に溜まるようになり、作動ロッド３４とガイド孔３２との間隙に侵入する可能性は低い。すなわち、環状溝１５２は、異物トラップとして機能することができる。このため、作動ロッド３４とガイド孔３２との摺動部に異物が噛み込むことによる弁体２４の作動ロックが防止される。

なお、本実施形態では、弁体２４の弁部における有効受圧径ａ（弁孔１８の内径）を、作動ロッド３４の摺動部径ｂよりも微少量大きくし（ａ＞ｂ）、弁体２４の圧力感度を最適に設定している。すなわち、このような設定により開弁時におけるクランク圧力Ｐｃの閉弁方向への寄与分を大きくすることで、弁部を少し開き難くしている。それにより、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が緩やかに立ち上がるようになり、両者の径が同じ場合に比べてクランク圧力Ｐｃの影響を大きくし、圧縮機１０１の斜板の作動応答性を下げ、開弁時における制御ハンチングを防止又は抑制している。なお、この圧力感度の調整については、例えば特開２００６−５７５０６号公報に記載の技術を用いることができる。

また、本実施形態では上述のように、ガイド部３０が弁室２０よりも作動室２８側に大きく突出する構成とし、それにより、作動ロッド３４の下端部がボディ５の下端位置（つまり小径部４２の下端開口部）から突出できる構成とした。これは、作動ロッド３４への止輪３６の装着を容易にするものである。すなわち、作動ロッド３４に止輪３６を嵌合させるためには、まず作動ロッド３４を弁室２０の側から挿入しなければならない。弁体２４の外径がガイド孔３２よりも大きいためである。一方、止輪３６を作動ロッド３４に嵌合させるためには、作業性を考慮して、作動ロッド３４に形成された嵌合部をボディ５の開口端部から露出させるか、少なくともその開口端部近傍に位置させる必要がある。このため、仮にガイド部３０が隔壁２６の上下に均等に延在しているとすると、作動ロッド３４を無用に長くする必要があり、好ましくない。そこで、本実施形態ではガイド部３０を下方に寄せることにより、ガイド部３０による安定したガイド機能を確保しつつ、止輪３６を装着する際の良好な作業性も維持している。また、作動ロッド３４を無用に長くしないことで、ボディ５ひいては制御弁１のコンパクト化を実現している。

さらに、本実施形態では上述のように、ガイド部３０およびスプリング４０を下方に向けて外径が小さくなるテーパ形状としている。これにより、スプリング４０の下半部がコア５０の上端開口部に収まるようにし、小径部４２の外径を極力小さくしている。これにより、接続部材６２の外径を小さくし、Ｏリング８６として外径の小さいものを選定することを可能にしている。これにより、制御弁１が圧縮機１０１の取付孔に取り付けられた際に、その取付方向とは逆向きに作用する冷媒圧力の影響を小さくしている。すなわち、Ｏリング８６よりも下方部分は大気圧となるため、仮にＯリング８６が大きい場合、制御弁１の抜け落ちを防止するために耐圧性の高い固定構造が必要となる。この点、本実施形態ではＯリング８６を小さくすることができるため、ワッシャ等の簡易な固定構造で足りる。

図４および図５は、制御弁１の部分拡大図である。図４（Ａ）は図２のＡ部拡大図であり、図４（Ｂ）は図２のＢ部拡大図である。図５（Ａ）は図３のＣ−Ｃ矢視断面図であり、図５（Ｂ）は図４（Ｂ）のＤ−Ｄ矢視断面図である。

図４（Ａ）に示すように、コア５０とプランジャ５４の互いの対向面は、概ね相補形状とされており、各対向面の外周縁部がテーパ状に構成されている。すなわち、コア５０の下端面は、中央部の平坦面１６０と外周縁部のテーパ面１６２とを有する。平坦面１６０はコア５０の軸線Ｌ１に対して直角をなし、テーパ面１６２は下方に向かって内径を大きくし、コア５０の軸線Ｌ１に対して角度θ１をなす。一方、プランジャ５４の上端面は、中央部の平坦面１６４と外周縁部のテーパ面１６６とを有する。平坦面１６４はプランジャ５４の軸線Ｌ２に対して直角をなし、テーパ面１６６は下方に向かって内径を大きくし、プランジャ５４の軸線Ｌ２に対して角度θ２をなす。本実施形態では、θ１＝θ２＝４５度としている。このテーパ面の設定によりソレノイド３の特性が調整されているが、その詳細については後述する。

プランジャ５４の平坦面１６４の中央には、所定深さの凹部１６８が形成されており、止輪７０が収容されている。すなわち、止輪７０とコア５０との干渉が防止されている。

図４（Ｂ）に示すように、スリーブ５２における縮径部７４の下面中央には、凹状の押圧調整部１７０が形成されている。この押圧調整部１７０に工具の先端を突き当てて押圧することにより、スリーブ５２の底面を軸線方向上方（スリーブ５２の内方）に変形させつつ、軸支部材７６の圧入位置をずらすことができ、スプリング４０，７８による設定荷重を微調整することができる。

また、このように軸支部材７６をスリーブ５２に対して圧入したことにより、仮にその設定荷重の調整後にスリーブ５２の底部が変形したとしても、その設定荷重を変化させることなく維持することができる。すなわち、本実施形態では上述のように、高圧で作動する二酸化炭素を冷媒とするため、吸入圧力Ｐｓであっても高い圧力が作用する。このため、押圧調整部１７０により変形させたスリーブ５２の底部が、その吸入圧力Ｐｓにより元に戻る方向に変形する可能性がある。仮にそのようなことがあったとしても、軸支部材７６がスリーブ５２の内壁に対してしっかりと圧入されているため、その底部の変形による影響を受けることはない。すなわち、本実施形態によれば、軸支部材７６の圧入位置を調整する構造としたことにより、高圧環境下においてもスプリングによる設定荷重を安定に維持することができる。

図示のように、端部材６４とスリーブ５２との間には空間が形成されている。そして、端部材６４の底部には、その空間と外部とを連通させる連通孔１７２が設けられている。この連通孔１７２は、スリーブ５２と端部材６４とを組み付ける際に、その空間の空気を外部に逃がすための空気孔であり、その組み付け時にその空間に発生する圧力を逃がす圧力逃がし通路として機能する。

図５（Ａ）に示すように、軸支部材７２は、円板状の本体の外周にいわゆるＤカットがなされており、一対の平坦面１８０が形成されている。その平坦面１８０とコア５０の内周面との間に連通路１８２が形成される。また、図５（Ｂ）に示すように、軸支部材７６も、円板状の本体の外周にいわゆるＤカットがなされており、一対の平坦面１８４が形成されている。その平坦面１８４とスリーブ５２との間に連通路１８６が形成される。作動室２８の吸入圧力Ｐｓは、これらの連通路１８２，１８６を通ってスリーブ５２の内部に満たされる。

以上の構成において、作動ロッド３４の径が弁孔１８の内径よりやや小さいものの、ほぼ同じ大きさを有するため、弁室２０において弁体２４に作用するクランク圧力Ｐｃの影響はほぼキャンセル（相殺）される。このため、弁体２４には、ほぼ弁孔１８の大きさの受圧面積に対して吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が実質的に作用する。弁体２４は、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）がソレノイド３に供給された制御電流にて設定された設定差圧に保持されるように動作する。

次に、可変容量圧縮機用制御弁の基本的動作について説明する。
制御弁１において、ソレノイド３が非通電のときには、スプリング４０，７８の合力による開弁方向の荷重により弁体２４が弁座２２から離間して弁部が全開状態に保持される。このとき、圧縮機１０１の吐出室１１４からポート１０に導入された吐出圧力Ｐｄの高圧冷媒は、全開状態の弁部を通過し、ポート１２からクランク室１１６へと流れることになる。その結果、クランク圧力Ｐｃが高められ、圧縮機１０１は吐出容量が最小となる最小容量運転を行うことになる。

一方、自動車用空調装置の起動時または冷房負荷が最大のときには、ソレノイド３への供給電流値が最大になり、プランジャ５４は、コア５０に最大の吸引力で吸引される。このとき、弁体２４を含む作動ロッド３４、シャフト６８およびプランジャ５４が、一体になって閉弁方向に動作し、弁体２４が弁座２２に着座する。この閉弁動作によってクランク圧力Ｐｃが低下するため、圧縮機１０１は吐出容量が最大となる最大容量運転を行うことになる。

ここで、容量制御時においてソレノイド３に供給される電流値が所定値に設定されているときには、弁体２４を含む作動ロッド３４、シャフト６８およびプランジャ５４が一体動作する。このとき、弁体２４は、作動ロッド３４を開弁方向に付勢するスプリング４０のばね荷重と、プランジャ５４を開弁方向に付勢するスプリング７８のばね荷重と、プランジャ５４を閉弁方向に付勢しているソレノイド３の荷重と、弁体２４が開弁方向に受圧する吐出圧力Ｐｄによる力と、弁体２４が閉弁方向に受圧する吸入圧力Ｐｓによる力とがバランスした弁リフト位置にて停止する。

このバランスが取れた状態で、エンジンの回転数とともに圧縮機１０１の回転数が上がって吐出容量が増えると、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が大きくなって弁体２４に開弁方向の力が作用し、弁体２４は、さらにリフトして吐出室１１４からクランク室１１６へ流す冷媒の流量を増やす。これにより、クランク圧力Ｐｃが上昇し、圧縮機１０１は、その吐出容量を減少させる方向に動作し、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧になるように制御される。エンジンの回転数が低下した場合には、その逆の動作が行われ、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が設定差圧になるように制御される。

図６は、ソレノイド３の制御特性を示す図である。同図の横軸はソレノイド３への供給電流値Ｉsol（Ａ）を示し、縦軸は制御目標値としての設定差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）（Ｍｐａ）を示している。本実施形態では、上述のようにコア５０とプランジャ５４との対向面にテーパ形状とすることにより、制御電流の範囲（「制御電流値範囲」ともいう）において、高電流側の分解能を向上させている。

すなわち、上述のようにコア５０側およびプランジャ５４側のテーパ面の角度を４５度（図４（Ａ）におけるθ１＝θ２＝４５度）としたことで、図中実線にて示すように、制御電流値範囲の中間値以降の特性を変化させている。すなわち、ソレノイド３の制御特性として、供給電流値Ｉsolに対する設定差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）の傾き（変化量）が、その中間値よりも高電流側において小さくなるようにされている。具体的には、制御電流値範囲を０．２Ａ〜０．６８Ａとし、その中間値である０．４５Ａを境界に制御特性を変化させている。これにより、高電流側の分解能が向上する。このことは、設定差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）を大きくするときにその設定差圧についてより細かい調整が可能となることを意味する。言い換えれば、高電流側ほどソレノイド３の電磁力の変化量を小さくできることを意味する。本実施形態では高圧で作動する二酸化炭素を冷媒とするため、このように差圧が大きくなる範囲で制御の精度を高められることは非常に都合がよい。

なお、図中の一点鎖線はテーパ面の角度を３０度（θ１＝θ２＝３０度）とした場合を示し、破線はテーパ面の角度を２０度（θ１＝θ２＝２０度）とした場合を示している。このように、テーパ角度を大きくすることで中間値前後の特性変化を大きくすることができ、逆にテーパ角度を小さくすることで、中間値前後の特性変化を小さくすることができる。このため、仕様に応じてテーパ角度を変更することにより、最適な制御特性を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態では、軸支部材７６のスリーブ５２への圧入調整構造をいわゆるＰｄ−Ｐｓ差圧弁に適用する例を示した。変形例においては、例えばクランク圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）を制御目標値である設定差圧に近づけるいわゆるＰｃ−Ｐｓ差圧弁に適用してもよい。すなわち、吸入室に導入される冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機の吐出容量を、クランク室から吸入室へ導出する冷媒の流量を調整することにより変化させる制御弁に対し、上記圧入調整構造を適用してもよい。あるいは、吸入圧力Ｐｓを制御目標値である設定圧力に近づけるいわゆるＰｓ制御弁に適用してもよい。特に二酸化炭素等を冷媒とする超臨界冷凍サイクルにそれらの制御弁が適用される場合、上記圧入調整構造の機能が有効に発揮される。

上記実施形態では、軸支部材７６がスプリング７８を支持するばね受けとして機能するとともに、シャフト６８を軸支する軸受けとしても機能する例を示した。変形例においては、スプリング７８を支持するばね受けと、シャフト６８を軸支する軸受けとを個別に設け、そのばね受けについて上記圧入調整構造を適用してもよい。

上記実施形態では、上記圧入調整構造を有する制御弁を、二酸化炭素を冷媒とする超臨界冷凍サイクルに適用する例を示した。変形例においては、同様の制御弁を二酸化炭素以外を冷媒とする超臨界冷凍サイクルに適用してもよい。あるいは、超臨界域での動作はしないものの、冷媒の圧力が高圧となる冷凍サイクルに適用してもよい。

上記実施形態では、作動ロッド３４とシャフト６８とを別体にて作製した後、両者を軸線方向に同軸状に当接させる形で連結し、ソレノイド力を弁体２４に伝達する伝達ロッドとして構成する例を示した。変形例においては、作動ロッド３４とシャフト６８とを単一の部材により一体成形してもよい。

上記実施形態では、弁座形成部材１６において、ブリード孔９６の冷媒入口を小径とし、その入口を段差形状の上面に開口させる構成を示した（図３参照）。この構成は、上記実施形態のように冷媒圧力が高圧となる冷凍サイクルにおいてその異物侵入抑制機能を顕著に発揮する。すなわち、吐出圧力Ｐｄが高圧であるほど、異物がストレーナ４４を通過してポート１０に侵入し易くなるという問題があるところ、上記異物侵入抑制機能により少なくとも異物がブリード孔９６を介して弁室２０にまで到達する可能性を低くすることができる。そのことが、結果的に制御弁１の高圧環境下における制御特性を良好に維持することにつながる。

なお、上記実施形態では、弁座形成部材１６の上面に突部１５０を環状に形成する例を示したが、それ以外の形状を採用してもよいことは言うまでもない。例えば、ブリード孔９６の冷媒入口周辺のみを突部としてもよい。また、上記実施形態では、ブリード孔９６を一箇所のみ設ける例を示したが、複数箇所に設けてもよい。その場合も、各ブリード孔９６の冷媒入口を突部（段差形状）の上面に設けるとよい。

上記実施形態では、隔壁２６の周縁部を一段低くして環状溝１５２を形成する例を示した（図３参照）。この構成も、上記実施形態のように冷媒圧力が高圧となる冷凍サイクルにおいてその異物トラップ機能を顕著に発揮する。すなわち、吐出圧力Ｐｄが高圧であるほど、異物がストレーナ４４を通過してポート１０ひいては弁室２０に侵入し易くなるという問題があるところ、上記異物トラップ機能により少なくとも異物が作動ロッド３４とガイド孔３２との間隙まで到達する可能性を低くすることができる。そのことが、結果的に制御弁１の高圧環境下における制御特性を良好に維持することにつながる。

なお、上記実施形態では、異物トラップ構造として環状溝を一つ形成する例を示したが、それ以外の構造を採用してもよい。例えば、環状溝を同心状に複数形成してもよい。あるいは、ガイド部３０の上面中央の小さな領域のみを凸形状とし、その凸部の上面にガイド孔３２を開口させてもよい。例えば、その凸部の径を弁室２０の内径の１／３以下にするなど十分に小さくしてもよい。その凸部の径を弁体２４と同程度としてもよい。すなわち、隔壁２６の外周縁部に溝を設けるというよりも、ガイド部３０の上端位置をその周囲よりも高くするように構成してもよい。

上記実施形態では述べなかったが、図４（Ｂ）に示した連通孔１７２を押圧調整部１７０の直下に位置させることで、工具の挿入孔としても機能させるようにしてもよい。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１ 制御弁、 ２ 弁本体、 ３ ソレノイド、 ５ ボディ、 １０，１２，１４ ポート、 １６ 弁座形成部材、 １８ 弁孔、 ２０ 弁室、 ２２ 弁座、 ２４ 弁体、 ２６ 隔壁、 ２８ 作動室、 ３０ ガイド部、 ３２ ガイド孔、 ３４ 作動ロッド、 ４０ スプリング、 ４２ 小径部、 ４４ ストレーナ、 ５０ コア、 ５２ スリーブ、 ５４ プランジャ、 ５８ 電磁コイル、 ６２ 接続部材、 ６８ シャフト、 ７２ 軸支部材、 ７４ 縮径部、 ７６ 軸支部材、 ７８ スプリング、 ９０ 貫通孔、 ９６ ブリード孔、 １０１ 圧縮機、 １１０ 吸入室、 １１４ 吐出室、 １１６ クランク室、 １５０ 突部、 １５２ 環状溝、 １７２ 連通孔。

Claims (5)

1. 吸入室に導入される冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機の吐出容量を、前記吐出室からクランク室に導入する冷媒の流量を調整することにより変化させる可変容量圧縮機用制御弁において、
   前記吐出室に連通する吐出室連通ポートと、前記クランク室に連通するクランク室連通ポートと、前記吐出室連通ポートと前記クランク室連通ポートとをつなぐ通路に設けられた弁孔とを有するボディと、
   前記弁孔に接離するように配置されて弁部を開閉する弁体と、
   前記ボディの端部に接続され、供給される電流量に応じて前記弁体を閉弁方向に駆動するためのソレノイド力を発生させるソレノイドと、
   前記ボディ内に軸線方向に摺動可能に支持され、前記ソレノイド力を前記弁体に伝達する伝達ロッドと、
   前記ボディと前記ソレノイドとの間に形成される作動室に配置され、前記伝達ロッドに対して開弁方向の付勢力を付与可能なスプリングと、
   前記ボディと前記ソレノイドとの接続部の外周面に設けられた環状溝からなり、当該制御弁が前記圧縮機の取付孔に取り付けられた際にシール機能を発揮するＯリングを嵌着可能な嵌合部と、
   を備え、
   前記ボディは、前記弁孔と前記クランク室連通ポートとの間に形成された弁室と前記作動室とを区画する隔壁と、前記隔壁の中央部から前記作動室側へ突出するガイド部と、前記隔壁および前記ガイド部を軸線方向に貫通するように設けられたガイド孔とを有し、
   前記弁体が前記弁室に配置され、
   前記伝達ロッドが、前記ガイド孔に摺動可能に支持され、一端側が前記弁室にて前記弁体と連結され、他端側が前記ソレノイドと連結され、
   前記ガイド部は、前記隔壁側から前記ソレノイド側に向けて外径が小さくなる形状を有し、
   前記スプリングは、前記ボディ側から前記ソレノイド側に向けて外径が小さくなる形状を有し、前記ガイド部および前記伝達ロッドを同軸状に挿通することを特徴とする可変容量圧縮機用制御弁。
2. 前記ソレノイドは、
   前記ボディに対して固定されるスリーブと、
   前記スリーブに同軸状に固定されるコアと、
   前記スリーブに収容されて前記コアと軸線方向に対向配置され、前記伝達ロッドと軸線方向に一体変位可能なプランジャと、
   を備え、
   前記スプリングは、
   前記隔壁と前記伝達ロッドとの間に介装され、
   前記ソレノイド側の端部が、前記コアの内方に位置することを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
3. 前記ボディは、前記吸入室に連通する吸入室連通ポートを有し、
   前記吸入室連通ポートが前記作動室を介して前記ソレノイドの内部に連通していることを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量圧縮機用制御弁。
4. 冷媒の臨界温度を超える超臨界域で冷凍作用を行わせる冷凍サイクルに適用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可変容量圧縮機用制御弁。
5. 前記吐出室の吐出圧力と前記吸入室の吸入圧力との差圧が、前記ソレノイドへの供給電流値に応じた設定差圧に保持されるように制御されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可変容量圧縮機用制御弁。

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