冷凍サイクルおよび可変容量圧縮機
【課題】コンパクトでありながら感圧部の耐圧強度が高い外部制御方式の制御弁を実現するとともに、その制御弁を搭載した可変容量圧縮機を低温環境下でも有効に機能させる。
【解決手段】制御弁１によれば、パワーエレメント６の動作により中間圧力Ｐｓｈが基準圧力となるように第１制御弁部が開閉動作する。一方、第２制御弁部の開閉動作により、その基準圧力が設定差圧だけ減圧されて設定圧力となる。この設定差圧はソレノイド３への供給電流量により変化する。第１制御弁部の基準圧力を比較的高く設定することで、高圧で作動する冷媒を扱うことが可能となる。一方、ソレノイド３が関与する第２制御弁部の設定差圧を小さく抑えることで、その大型化を回避できる。さらに吐出弁７を設けることにより、圧縮機２０１の低負荷時に所定の差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）を保持することで吐出圧力Ｐｄｈを高く保持し、中間圧力Ｐｓｈを確保できるようにした。
【解決手段】制御弁１によれば、パワーエレメント６の動作により中間圧力Ｐｓｈが基準圧力となるように第１制御弁部が開閉動作する。一方、第２制御弁部の開閉動作により、その基準圧力が設定差圧だけ減圧されて設定圧力となる。この設定差圧はソレノイド３への供給電流量により変化する。第１制御弁部の基準圧力を比較的高く設定することで、高圧で作動する冷媒を扱うことが可能となる。一方、ソレノイド３が関与する第２制御弁部の設定差圧を小さく抑えることで、その大型化を回避できる。さらに吐出弁７を設けることにより、圧縮機２０１の低負荷時に所定の差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）を保持することで吐出圧力Ｐｄｈを高く保持し、中間圧力Ｐｓｈを確保できるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用空調装置に好適な冷凍サイクル、およびその冷凍サイクルを構成する可変容量圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用空調装置は、一般に、その冷凍サイクルを流れる冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒にして吐出する圧縮機、そのガス冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮された液冷媒を断熱膨張させることで低温・低圧の冷媒にする膨張装置、その冷媒を蒸発させることにより車室内空気との熱交換を行う蒸発器等を備えている。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻され、冷凍サイクルを循環する。
【０００３】
この圧縮機としては、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、またはクランク室と吸入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。
【０００４】
このような制御弁として、例えば吸入圧力Ｐｓに応じてクランク室への冷媒の導入量を調整することにより、クランク圧力Ｐｃを制御するものがある（例えば特許文献１参照）。この制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感知して変位する感圧部材を有する感圧部と、感圧部の駆動力を受け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、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とを備える。このような制御弁は、吸入圧力Ｐｓが外部電流により設定された設定圧力に保持されるように弁部を開閉する。一般に、吸入圧力Ｐｓは蒸発器出口の冷媒温度に比例するため、その設定圧力を所定値以上に保持することにより、蒸発器の凍結等を防止できる。また、ソレノイドが非通電のときには弁部が全開状態となり、クランク圧力Ｐｃが高くなって揺動板が回転軸に対してほぼ直角になり、可変容量圧縮機を最小容量で運転させることができる。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。
【０００５】
ところで、このような制御弁は、感圧部材としてダイヤフラム等の可撓性部材を用いるため、その耐圧性には限界がある。このため、現状では例えば代替フロン（例えばＨＦＣ−１３４ａ）など、比較的低圧域で作動する冷媒を使用した冷凍サイクルに用いられている。この代替フロンを用いた場合、例えば冷媒の温度変化が０〜１５℃程度とすると、吸入圧力Ｐｓは０．３〜０．４５ＭＰａの範囲で変化する。
【０００６】
しかし、地球温暖化の問題もあり、近年では冷凍サイクルに用いる冷媒としてその代替フロンから二酸化炭素への移行が提案されている。この二酸化炭素を冷媒とした冷凍サイクルでは、例えば冷媒の温度変化が０〜１５℃程度とすると、圧縮機の吸入圧力Ｐｓは３．５〜５ＭＰａ程度にもなり、冷媒にフロンを使用した場合よりも格段に高くなる。このため、ダイヤフラム等の感圧部材では耐圧強度が不足するといった問題がある。
【０００７】
こうした中、出願人は、このような電気的な制御による外部制御方式ではなく、制御を可変容量圧縮機内の機械的構造のみにより行う内部制御方式の制御弁について、この問題を解消可能な技術を提案している（例えば特許文献２参照）。この技術は、感圧部においてダイヤフラムに重畳させて皿ばねの積層体を配置している。これにより、二酸化炭素を冷媒とした冷凍サイクルにおいても十分な耐圧強度を確保している。しかし、このような内部制御方式の制御弁では、吸入圧力Ｐｓの設定圧力は当初の機械的構成により固定され、制御状態に応じて変更することができない。一方、このような構成をそのまま外部制御方式の制御弁に適用すると、その感圧部材の駆動力とバランスさせるソレノイド力も大きくなり、ソレノイドひいては制御弁全体の大型化やコストアップを伴う。
【０００８】
そこで、出願人は、先行する未公開の特許出願（特願２００７−２７４３７３号）において、外部制御方式であっても電磁コイル等の大型化を伴うことなく感圧部の耐圧強度を向上させることができる制御弁を提案している。この制御弁の一態様は、感圧部材に皿ばね等を含めてその荷重を大きくすることにより感圧部の耐圧強度を高め、高圧の冷媒を扱えるようにしている。この制御弁は、内部の中圧室に満たされる中間圧力を基準圧力に保持するように、吐出室からクランク室へ導出する冷媒流量を制御する第１弁部と、その中間圧力を減圧して吸入圧力Ｐｓを生成する第２弁部とを備える。減圧対象となる中間圧力は吸入圧力Ｐｓの設定圧力よりも高くする必要があるため、中圧室には吐出冷媒の一部が減圧されて導入される。第２弁部は、その中間圧力を設定圧力だけ減圧させて吸入圧力Ｐｓを生成する。この設定差圧はソレノイドへの供給電流量により変化する。この態様によれば、感圧部が感知する基準圧力を高く設定しておくことで高圧の冷媒を扱うことができる。一方、ソレノイドが関与する第２弁部は前後差圧のみを扱うため、設定差圧を小さく抑えることでソレノイド、ひいては制御弁全体をコンパクトに構成することができる。
【特許文献１】特開２００５−２１４０５９号公報
【特許文献２】特開２００７−２３１８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記態様の制御弁を用いる場合、中間圧力が確保されなければ吸入圧力Ｐｓを設定圧力に制御することはできない。すなわち、高圧作動の冷媒を用いるために感圧部の基準圧力を高く設定したにもかかわらず中間圧力を高く維持できなければ、圧縮機が強制的に最小容量運転に移行してしまうこともあり得る。特に、冬場などの低温環境下において除湿等のために空調装置が運転される場合に問題が生じる可能性がある。この場合、圧縮機が低負荷で運転されるため吐出圧力Ｐｄが低くて十分な中間圧力を確保することができず、吸入圧力Ｐｓを設定圧力に制御できなくなる可能性がある。その結果、圧縮機が強制的に最小容量運転に移行してしまうと、空調装置が十分な除湿運転をできなくなる可能性がある。特に、圧縮機の出口側に逆流防止等のための弁装置を設けたようなシステムでは、このような最小容量運転への移行により弁装置が閉弁状態となり、吐出冷媒が蒸発器まで到らず、除湿運転ができなくなってしまう。
【００１０】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、コンパクトでありながら感圧部の耐圧強度が高い外部制御方式の制御弁を実現するとともに、その制御弁を搭載した可変容量圧縮機を低負荷時においても有効に機能させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のある態様の冷凍サイクルは、空調装置を構成する。この冷凍サイクルは、吸入室から吸入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機と、可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、可変容量圧縮機の吐出室および吸入室の少なくとも一方とクランク室とを連通させる制御通路に設けられた第１制御弁部と、吐出圧力が減圧されて得られた設定圧力以上の中間圧力が満たされる中圧室と、中間圧力を感知し、その中間圧力が予め設定された基準圧力となるように第１制御弁部の開閉方向の力を発生させる感圧部と、吸入室またはクランク室と中圧室とを連通させる調圧通路に設けられ、その開閉によりその前後差圧を発生させる第２制御弁部と、その第２制御弁部の前後差圧が供給電流量に応じた設定差圧となるようソレノイド力を発生させ、その設定差圧の変更により設定圧力を変化させるソレノイドとを含み、可変容量圧縮機の吸入圧力またはクランク圧力を設定圧力に保つように、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量およびクランク室から吸入室へ導出する冷媒流量の少なくとも一方を制御して可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる制御弁と、所定の外部情報に基づいて設定圧力を決定し、その設定圧力を得るために必要な設定差圧に応じて制御弁への通電制御を行う制御部と、可変容量圧縮機の吐出室と外部熱交換器との間の冷媒通路に設けられた吐出弁部と、吸入室またはクランク室と外部熱交換器との間の冷媒通路に設けられた差圧応動部とを含み、吸入圧力またはクランク圧力と吐出圧力との差圧が開弁差圧以上になると吐出弁部が開弁する一方、差圧応動部の前後差圧が設定値以下になると差圧応動部が吐出弁部を閉弁方向に付勢し、吐出弁部の前後差圧を大きくして吐出圧力の低下を抑制する吐出弁と、を備える。
【００１２】
ここで、可変容量圧縮機の制御弁は、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御するいわゆる「入れ制御」に用いられてもよいし、クランク室から吸入室へ導出する冷媒流量を制御するいわゆる「抜き制御」に用いられてもよい。あるいは、双方の冷媒流量を制御するいわゆる三方弁として機能してもよい。また、吸入圧力を感知してそれを設定圧力に保持するものであってもよいし、クランク圧力を感知してそれを設定圧力に保持するものでもよい。吐出弁の差圧応動部は、可変容量圧縮機の出口側の圧力と吸入圧力との差圧に応じて動作するものでもよいし、可変容量圧縮機の出口側の圧力とクランク圧力との差圧に応じて動作するものでもよい。
【００１３】
この態様では、制御弁の感圧部の動作により中間圧力が基準圧力となるように第１制御弁部が開閉動作する一方、第２制御弁部の開閉動作によりその基準圧力が設定差圧だけ減圧されて設定圧力となる。この設定差圧は、制御部が制御するソレノイドへの供給電流量により変化する。すなわち、常に一定に制御される基準圧力に対し、設定差圧という形で外部的に減圧量を設定することで設定圧力を自由に調整できる。この制御弁によれば、第１制御弁部の基準圧力を高く設定しておくことで高圧の冷媒を扱うことができる。一方、ソレノイドが関与する第２制御弁部は前後差圧のみを扱うため、設定差圧を小さく抑えることでそのソレノイド、ひいては制御弁全体をコンパクトに構成することができる。すなわち、高圧冷媒を扱う場合に感圧部の耐圧強度を高くしても制御弁全体としてのコンパクト化を実現することができる。
【００１４】
この態様によれば、圧縮機の低負荷時に吐出圧力の低下により差圧応動部の前後差圧が設定値以下になると、差圧応動部が吐出弁部を閉弁方向に付勢し、吐出弁部の前後差圧を大きくして吐出圧力の低下を抑制する。この結果、中間圧力を確保することができ、吸入圧力を設定圧力に維持する制御を有効に機能させることができる。また、その低負荷時において吐出弁部の前後差圧を大きくしつつも、所定量の吐出冷媒を蒸発器側に導出することができるため、除湿運転等も良好に行うことができる。
【００１５】
本発明の別の態様は、空調装置の冷凍サイクルを構成する可変容量圧縮機である。この可変容量圧縮機は、蒸発器側から吸入室に導入された冷媒を圧縮して吐出室から外部熱交換器側へ吐出する可変容量圧縮機において、可変容量圧縮機の吐出室および吸入室の少なくとも一方とクランク室とを連通させる制御通路に設けられた第１制御弁部と、吐出圧力が減圧されて得られた設定圧力以上の中間圧力が満たされる中圧室と、中間圧力を感知し、その中間圧力が予め設定された基準圧力となるように第１制御弁部の開閉方向の力を発生させる感圧部と、吸入室またはクランク室と中圧室とを連通させる調圧通路に設けられ、その開閉によりその前後差圧を発生させる第２制御弁部と、その第２制御弁部の前後差圧が供給電流量に応じた設定差圧となるようソレノイド力を発生させ、その設定差圧の変更により設定圧力を変化させるソレノイドとを含み、可変容量圧縮機の吸入圧力またはクランク圧力を設定圧力に保つように、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量およびクランク室から吸入室へ導出する冷媒流量の少なくとも一方を制御して可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる制御弁と、可変容量圧縮機の出口と吐出室との間の冷媒通路に設けられた吐出弁部と、可変容量圧縮機の出口と吸入室またはクランク室との間の冷媒通路に設けられた差圧応動部とを含み、吸入圧力またはクランク圧力と吐出圧力との差圧が開弁差圧以上になると吐出弁部が開弁する一方、差圧応動部の前後差圧が設定値以下になると差圧応動部が吐出弁部を閉弁方向に付勢し、吐出弁部の前後差圧を大きくして吐出圧力の低下を抑制する吐出弁と、を備える。
【００１６】
この態様においても、可変容量圧縮機の制御弁について、高圧冷媒を扱う場合に感圧部の耐圧強度を高くしても制御弁全体としてのコンパクト化を実現することができる。また、吐出弁を設けた結果、圧縮機の低負荷時においても中間圧力を確保することができ、吸入圧力を設定圧力に維持する制御を有効に機能させることができる。また、その低負荷時において吐出弁部の前後差圧を大きくしつつも、所定量の吐出冷媒を蒸発器側に導出することができるため、除湿運転等も良好に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、コンパクトでありながら感圧部の耐圧強度が高い外部制御方式の制御弁を実現するとともに、その制御弁を搭載した可変容量圧縮機を低負荷時においても有効に機能させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。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。
【００１９】
図１は、実施の形態に係る冷凍サイクルを表すシステム構成図である。
この冷凍サイクルは、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として車両用空調装置を構成している。すなわち、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）２０１、圧縮された高温高圧の気相状態の冷媒を冷却するガスクーラ２０２（「外部熱交換器」に該当する）、冷却された冷媒を断熱膨張させて減圧する膨張装置２０３、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２０４、および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再び圧縮機２０１に戻す受液器２０５を備えている。
【００２０】
圧縮機２０１の吐出冷媒の一部は可変容量圧縮機用制御弁（単に「制御弁」という）１を介してクランク室２５４内に導入され、圧縮機２０１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２０６により駆動回路２５０を介して通電制御される。クランク室２５４と吸入室２５１とを連通する冷媒通路２５５にはオリフィス２５６が設けられており、クランク室２５４内の圧力を減圧して吸入室２５１側へ導出可能になっている。また、圧縮機２０１の吐出室２５３とガスクーラ２０２との間の冷媒通路には、後に詳述する吐出弁７が設けられている。
【００２１】
図２は、圧縮機の構成を表す断面図である。
圧縮機２０１は、そのハウジングとして、複数のシリンダ２５２が形成されたシリンダブロック１０１と、その前端側に接合されたフロントハウジング１０２と、後端側にバルブプレート１０３を介して接合されたリアハウジング１０４とを備えている。シリンダブロック１０１とフロントハウジング１０２とにより囲まれた内部空間によりクランク室２５４が形成されている。
【００２２】
クランク室２５４には、その中心を貫通するように回転軸１０６が配置されている。この回転軸１０６は、シリンダブロック１０１に設けられた軸受１０７と、フロントハウジング１０２に設けられた軸受１０８とによって回転自在に支持されている。回転軸１０６にはラグプレート１０９が固定されており、そのラグプレート１０９に突設された支持アーム１１０等を介して揺動板１１１が支持されている。揺動板１１１は、回転軸１０６の軸線に対して傾動可能となっており、複数のシリンダ２５２に摺動自在に配置されたピストン１１２にシュー１１４を介して連結されている。回転軸１０６は、その前端部分がフロントハウジング１０２を貫通して外部に延出しており、その先端部分にはブラケット１１７が螺着されている。また、回転軸１０６とフロントハウジング１０２との前端部分の隙間を外側からシールするように、リップシール１１５が設けられている。
【００２３】
フロントハウジング１０２の前端部分には、エンジンからの駆動力を伝達するプーリ１１８が軸受１１９を介して回転自在に支持されている。このプーリ１１８は、エンジンの駆動力をブラケット１１７を介して回転軸１０６に伝達する。
【００２４】
リアハウジング１０４の内部には、吸入室２５１、吐出室２５３、制御弁１および吐出弁７が配設されている。吸入室２５１は、バルブプレート１０３に設けられた吸入用リリーフ弁１２１を介してシリンダ２５２に連通するとともに受液器２０５にも連通している。吐出室２５３は、バルブプレート１０３に設けられた吐出用リリーフ弁１２２を介してシリンダ２５２に連通するとともにガスクーラ２０２にも連通している。制御弁１は、吐出室２５３とクランク室２５４との間を連通する冷媒通路に配置されている。吐出弁７は、吐出室２５３と圧縮機２０１の出口とをつなぐ冷媒通路に配置されている。
【００２５】
圧縮機２０１の揺動板１１１は、その角度がクランク室２５４内でその揺動板１１１を付勢するスプリング１２５、１２６の荷重や、揺動板１１１につながるピストン１１２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。この圧縮機２０１の揺動板１１１の角度は、クランク室２５４内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１１２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１１１の角度の変化によってピストン１１２のストロークを変えることにより、冷媒の吐出容量を調整するようにしている。このクランク室２５４内の圧力は、制御弁１により制御される。
【００２６】
制御弁１は、圧縮機２０１の吸入圧力Ｐｓが制御目標値である設定圧力に近づくように吐出室２５３からクランク室２５４に導入する冷媒流量を調整する。これにより、圧縮機２０１の吐出容量が変化する。制御弁１は、ソレノイド駆動の電磁制御弁として構成され、制御部２０６により駆動回路２５０を動作させることにより通電制御される。本実施の形態では、制御部２０６が駆動回路２５０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２５０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デューティ制御を行う。
【００２７】
図１に戻り、制御部２０６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２０６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２０６は、エンジン回転数、車室内外の温度、蒸発器２０４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、その設定差圧が保持されるソレノイド力が得られるように制御弁１への通電制御を行う。また、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２０１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２０６は、その通電を遮断また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。
【００２８】
膨張装置２０３は、いわゆる温度式膨張弁として構成されており、蒸発器２０４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２０４へ供給する。蒸発器２０４を通過した冷媒は受液器２０５を経由して圧縮機２０１に戻され、再び圧縮される。
【００２９】
吐出弁７は、圧縮機２０１の出口と吐出室２５３との間の冷媒通路（「第１冷媒通路」に該当する）に設けられた吐出弁部と、圧縮機２０１の出口と吸入室２５１との間の冷媒通路（「第２冷媒通路」に該当する）に設けられた差圧応動部とを含んで構成されている。吐出弁部は、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が開弁差圧以上になると開弁動作をして吐出冷媒を導出する。差圧応動部は、その前後差圧が設定値以下になると吐出弁部を閉弁方向に付勢し、吐出弁部の前後差圧を大きくして吐出圧力Ｐｄの低下を抑制する。なお、圧縮機２０１の通常の容量制御時には吐出弁部がその開弁状態を保持するため、冷媒の順方向の流れが阻害されることはない。吐出弁７の構成および機能の詳細については後述する。
【００３０】
図３は、制御弁の構成を示す断面図である。
制御弁１は、圧縮機２０１の吸入圧力Ｐｓを設定圧力に保つように、吐出室２５３からクランク室２５４に導入する冷媒流量を制御するいわゆるＰｓ感知弁として構成されている。
【００３１】
制御弁１は、吐出冷媒の一部をクランク室２５４へ導入するための冷媒通路を開閉する弁部を含む弁本体２と、その弁部の開度を調整してクランク室へ導入する冷媒流量を制御するソレノイド３とを、接続部材４を介して一体に組み付けて構成される。
【００３２】
弁本体２は、段付円筒状のボディ５、ボディ５の内部に設けられた弁部、ボディ５の上端に設けられて弁部を開閉するための駆動力を発生するパワーエレメント６（「感圧部」に該当する）等を備えている。
【００３３】
ボディ５の側部には、圧縮機２０１の吐出室２５３に連通して吐出圧力Ｐｄを受けるポート１１（「吐出室連通ポート」に該当する）が設けられている。ポート１１の周囲には、ボディ５の内部へのゴミ等の侵入を抑制するためのストレーナ１２が取り付けられている。ポート１１は、ボディ５の上部に設けられたポート１３（「クランク室連通ポート」に該当する）と内部で連通している。ポート１３は、圧縮機２０１のクランク室２５４に連通し、そのクランク室２５４に制御されたクランク圧力Ｐｃを導出する。
【００３４】
ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路には弁孔１５（「第１弁孔」に該当する）が形成され、その弁孔１５の吐出室側の開口端縁により弁座１６が形成されている。ボディ５の中央をその軸線方向に延びるように、長尺状の作動ロッド１７が挿通されている。作動ロッド１７は、例えばステンレス鋼を押出成形したパイプ材を加工して有底円筒状に構成され、その底部を上にして配設されている。作動ロッド１７は、弁孔１５を貫通してボディ５の中央を軸線方向に延びるように配設されている。作動ロッド１７の上端部は、ボディ５の上端開口部に設けられた摺動孔１４に摺動可能に支持されている。作動ロッド１７の長手方向中央部には、部分的にくびれるように小径化された段差部１８が設けられ、その段差部１８の基端部が弁体２０（「第１弁体」に該当する）を構成している。作動ロッド１７の段差部１８と弁孔１５との間隙により、ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路（「制御通路」に該当する）が形成される。作動ロッド１７の上底部は、パワーエレメント６を構成するダイヤフラム１９に当接可能となっている。弁体２０は、弁座１６に吐出室側から対向し、その先端面の外周縁が弁座１６に着脱することにより弁孔１５を開閉する。弁体２０および弁座１６により吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を調整する第１制御弁部が構成されている。
【００３５】
ボディ５の下端開口部は、その内径が下方に向かって段階的に拡径されており、リング状の弁座形成部材２１が圧入されている。弁座形成部材２１の下端開口端縁により弁座２２が形成されている。
【００３６】
ボディ５の下部は、有底円筒状の接続部材４に圧入されている。接続部材４の底部近傍の側部には内外を連通する連通孔が設けられており、ボディ５の下端部と接続部材４の底部との間には、圧縮機の吸入室に連通して吸入圧力Ｐｓを受けるポート２６（「吸入室連通ポート」に該当する）が形成されている。ポート２６は、弁座形成部材２１の内部を経て作動ロッド１７の下端開口部に連通している。作動ロッド１７の下端部は、ポート１１とポート２６とを連通するガイド孔２３に摺動可能に支持されている。ボディ５とソレノイド３とに囲まれた内部空間は、吸入圧力Ｐｓが導入出される圧力室２８を形成する。なお、吸入圧力Ｐｓはソレノイド３の内部にも導入可能となっている。弁座２２に圧力室２８側から対向するように、有底筒状の弁体２５（「第２弁体」に該当する）が配置されている。弁体２５および弁座２２により第２制御弁部が構成されている。
【００３７】
作動ロッド１７とパワーエレメント６との間にはスプリング４５（「付勢部材」に該当する）が介装され、作動ロッド１７と弁体２５との間には、ばね受け部材２７およびスプリング４６（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００３８】
一方、ソレノイド３は、ヨークとしても機能するケース３１と、ケース３１内に固定されたコア３２と、コア３２と軸線方向に対向配置されたプランジャ３３と、外部からの供給電流により磁気回路を生成する電磁コイル３４とを備えている。接続部材４とソレノイド３とは、接続部材４の下端部とケース３１の上端部とを突き合わせ、その接合部をコア３２の上端部を加締めることにより固定することで連結されている。
【００３９】
コア３２には、その中央を軸線方向に貫通する挿通孔３５が設けられており、ソレノイド力を弁体２０へ伝達するためのシャフト３６が挿通されている。コア３２の上端部には、リング状の軸受け部材３８が圧入されており、シャフト３６がこの軸受け部材３８に摺動可能に支持されている。シャフト３６は、軸受け部材３８を貫通して圧力室２８まで延設され、その先端に弁体２５が圧入されている。圧力室２８内の吸入圧力Ｐｓは、シャフト３６と軸受け部材３８との微少な間隙を介してソレノイド３の内部にも導入される。
【００４０】
コア３２には、また、下端が閉じた有底スリーブ３９が外挿されている。有底スリーブ３９内においては、プランジャ３３がコア３２の下方で軸線方向に進退可能に配置されている。有底スリーブ３９は、その下端部が縮管されており、その縮管部によってシャフト３６の下端部を摺動可能に軸支している。プランジャ３３は、円筒状をなし、シャフト３６の下部に圧入されている。コア３２とプランジャ３３との間には、両者を離間させて弁体２５を開弁方向に付勢するスプリング４７（「付勢部材」に該当する）が介装されている。
【００４１】
ケース３１の下端開口部には、ソレノイド３の内部を下方から封止するように樹脂材からなる取っ手４０が設けられている。この取っ手４０には、ケース３１とともに磁気回路を構成する磁性部材からなるカラー４２が埋設されている。取っ手４０はまた、電磁コイル３４につながる端子の一端を露出させるコネクタ部としても機能する。
【００４２】
以上のように構成された制御弁１は、図示しない取り付け用のワッシャ等を介して圧縮機２０１の所定の冷媒通路内に固定される。
【００４３】
次に、感圧部および弁部周辺の構成および動作について詳細に説明する。
図４は、図３の上半部に対応する部分拡大断面図である。同図は、制御弁１が大気に放置された状態を表している。
【００４４】
パワーエレメント６は、ボディ５の上端開口部を封止するように加締め接合された中空のハウジング５０と、ハウジング５０内を密閉空間Ｓ１と開放空間Ｓ２とに仕切るように配設された金属薄膜からなるダイヤフラム１９と、密閉空間Ｓ１に配置された金属薄板からなる皿ばね５１の積層体とを含んで構成されている。ダイヤフラム１９は、例えばベリリウム銅やステンレス鋼等の金属薄板からなるものでもよい。皿ばね５１は、例えばステンレス鋼からなるものでもよい。本実施の形態では、３つの皿ばね５１がその厚み方向に重畳されて積層体を構成しているが、皿ばね５１の数については必要とされる耐圧強度およびばね荷重に応じて適宜変更することができる。皿ばね５１の積層体とダイヤフラム１９との間には、両者間の摩耗を抑制するための薄膜状の耐摩耗シート５２（「薄膜状部材」に該当する）が介装されている。この耐摩耗シート５２によりダイヤフラム１９の寿命を長くしている。この耐摩耗シート５２としては、例えばテフロン（登録商標）などのフッ素樹脂からなる薄膜シートあるいはポリイミドフィルム等を使用することができる。開放空間Ｓ２は、ボディ５の上端開口部とパワーエレメント６とに囲まれた圧力室２９に連通している。本実施の形態では、ダイヤフラム１９と皿ばね５１の積層体とを重ねて構成された部材が「感圧部材」として機能する。
【００４５】
ハウジング５０は、いずれもステンレス等をプレス成形して得られた皿状の第１ハウジング５３および第２ハウジング５４からなり、これらの開口部を突き合わせてその外縁部にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２の外縁部を挟むようにして組み付けられる。すなわち、ハウジング５０は、第１ハウジング５３側に皿ばね５１を配置するとともに、第１ハウジング５３と第２ハウジング５４との間にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２を挟んだ状態でその接合部に沿って外周溶接（ＴＩＧ溶接）が施されることにより、容器状に形成されている。両ハウジングの溶接は真空雰囲気内で行われ、その溶接の後、第１ハウジング５３の底部中央に形成された真空引き用の孔部を封止するようにボール部材５５を溶接する。このため、密閉空間Ｓ１は真空状態となっているが、密閉空間Ｓ１内に大気等を満たすようにしてもよい。密閉空間Ｓ１に配置された皿ばね５１は、ダイヤフラム１９に沿って中央部が下側にやや膨らんだ凸形状をなしている。このため、パワーエレメント６が大気に放置された状態ではダイヤフラム１９も皿ばね５１に沿った凸形状となる。第２ハウジング５４の中央部には開口部が設けられ、作動ロッド１７の上端部がその開口部を介してダイヤフラム１９に当接できるように構成されている。また、その開口部の周辺にも、第２ハウジング５４の内外を連通させる小さな連通孔が設けられている。ボディ５の上端開口部、第２ハウジング５４、ダイヤフラム１９、および作動ロッド１７に囲まれた空間が圧力室２９を形成している。
【００４６】
作動ロッド１７は、下方に開口する有底円筒状をなし、曲面状の上端面中央がダイヤフラム１９の下面中央に当接している。作動ロッド１７には内部通路６１が形成されており、作動ロッド１７の上端近傍の側部には、内部通路６１と圧力室２９とを連通する連通孔６２が形成されている。内部通路６１はその下端部で拡径されており、その拡径部にスプリング４６が収容されている。ばね受け部材２７は、弁体２５の上端面中央に下方から支持された円柱状の本体を有し、その上半部が作動ロッド１７の下端開口部に挿通されている。ばね受け部材２７の上端部には、半径方向外向きにやや延出したフランジ部５９が設けられている。フランジ部５９は、作動ロッド１７の拡径部の内周面に沿って摺動可能となっており、その拡径部の基端部との間にスプリング４６を介装している。作動ロッド１７の下端開口部６３はやや内方に加締められて係止部５６を形成している。スプリング４６がほぼ自由長に伸長するまでばね受け部材２７が下方へ変位しても、係止部５６に引っかかることにより作動ロッド１７からの脱落が防止されるようになっている。一方、フランジ部５９の一部には切欠き５７が設けられ、ばね受け部材２７と下端開口部６３との間の冷媒通路を確保している。
【００４７】
作動ロッド１７、ガイド孔２３、弁座形成部材２１および弁体２５により囲まれる空間により中圧室６５が形成されている。弁体２５は、中圧室６５とポート２６とを連通させる調圧通路に配置されている。この中圧室６５には、ポート１１から導入された吐出冷媒が作動ロッド１７とガイド孔２３との摺動面の隙間（「冷媒漏洩通路」に該当する）を介して漏洩してくるため、通常は圧力室２８の圧力（吸入圧力Ｐｓ）よりも高い圧力（「中間圧力Ｐｓｈ」という）が満たされる。本実施の形態では、ポート１１を介して吐出圧力Ｐｄが満たされる空間が「高圧室」を構成する。
【００４８】
この中間圧力Ｐｓｈは、作動ロッド１７の下端開口部６３から内部通路６１に導入され、連通孔６２を介して圧力室２９に導かれる。ダイヤフラム１９は、この中間圧力Ｐｓｈを感知して第１制御弁部の開閉方向に伸縮する。なお、作動ロッド１７の下端側摺動面には所定深さの凹部５８が周設されており、吐出冷媒にゴミが含まれている場合にこれを滞留させ、摺動面に詰まることを防止している。
【００４９】
本実施の形態においては、摺動孔１４の断面積Ａと弁孔１５の断面積Ｂとが等しく形成され、ガイド孔２３の断面積Ｃはこれらよりやや大きいものの、実質的に等しく形成されている。したがって、作動ロッド１７に作用する吐出圧力Ｐｄやクランク圧力Ｐｃの影響がキャンセルされる。弁体２０は、制御状態においてはパワーエレメント６の感圧部材が感知する中間圧力Ｐｓｈに基づいて開閉動作することになる。
【００５０】
本実施の形態の感圧部材は、ダイヤフラム１９および皿ばね５１の個々の剛性を合わせた剛性を有し、ダイヤフラム１９のしなやかさを保持する一方、皿ばね５１によって耐圧強度が高められている。皿ばね５１は、片側に凸状に膨らんだ形状を有するため、その凸部側から荷重が負荷されると、その荷重が小さい間は変形量も小さいが、荷重が大きくなるにつれてフラットになる側に徐々に変形し、さらに荷重が大きくなると反転して中央部が大きく変位する。このため、皿ばね５１の荷重に対する変形の特性は全体としてみれば非線形となるが、その形状がフラットになる前後の所定の変位幅においては線形性を有する。本実施の形態では、この線形領域を制御領域に利用することにより、正確な弁開度制御を行っている。感圧部材は、皿ばね５１を複数重畳した積層体を含むことで、二酸化炭素のような作動圧力の高い冷媒が使用されても十分な耐圧強度を有する。パワーエレメント６は、感圧部材が中間圧力Ｐｓｈを感知して変位することで第１制御弁部の開度を調整し、その中間圧力Ｐｓｈが皿ばね５１等の荷重により設定された基準圧力（例えば５Ｍｐａ）となるように動作する。つまり、中間圧力Ｐｓｈがその基準圧力になるように、弁体２０が自律的に動作するようになる。
【００５１】
一方、第２制御弁部は、吸入圧力Ｐｓの設定圧力を調整するために前後差圧を発生させる差圧弁として機能する。すなわち、第２制御弁部の開度（弁体２５の弁座２２からのリフト量）を調整することにより、第２制御弁部の前後差圧（中圧室６５と圧力室２８との差圧）を設定差圧に保持する。この設定差圧は、外部からソレノイド３に供給される電流量により設定される。上述のように、中圧室６５の中間圧力Ｐｓｈは圧力室２８の吸入圧力Ｐｓよりも基本的に高く保持されているため、中間圧力Ｐｓｈよりも設定差圧だけ低い圧力が吸入圧力Ｐｓの設定圧力として設定されることになる。例えば、中間圧力Ｐｓｈが５Ｍｐａであり設定差圧が１Ｍｐａである場合には、Ｐｓ感知弁の設定圧力として４Ｍｐａが設定されることになる。つまり、中間圧力Ｐｓｈの設定値である基準圧力は機械的に固定されるが、吸入圧力Ｐｓの設定圧力についてはソレノイド３への供給電流量を変化させて設定差圧を調整することにより自由に変更することができる。パワーエレメント６は、結果的に、吸入圧力Ｐｓが第２制御弁部により調整された設定圧力よりも低くなったときに感圧部材が変位し、その吸入圧力Ｐｓを設定圧力に保持するように動作することになる。
【００５２】
なお、作動ロッド１７は、第２ハウジング５４との間に介装されたスプリング４５と、ばね受け部材２７との間に介装されたスプリング４６とにより弾性的に支持されているが、スプリング４６の荷重のほうがスプリング４５の荷重より大きい。このため、通常の制御状態においては作動ロッド１７の上端がダイヤフラム１９に当接した状態となり、弁体２０は、感圧部材およびスプリング４５による開弁方向の力と、スプリング４６による閉弁方向の力を受けて動作することになる。一方、ソレノイド３の非通電時においては、ばね受け部材２７が弁体２５の全開動作とともに下方へ変位してスプリング４６がほぼ自由長となるため、弁体２０は、スプリング４５の付勢力によって全開状態となる。
【００５３】
図５〜図７は、制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。各図は、図４に対応する部分拡大断面図である。図５は、ソレノイド３がオフにされて吸入圧力Ｐｓが高いときの状態を示している。図６は、ソレノイド３がオンにされて弁部が微少開度に保持された制御状態を示している。図７は、圧縮機の最大運転時の制御状態を示している。
【００５４】
図５に示すように、ソレノイド３の非通電状態においては弁体２５が全開状態に変位し、ばね受け部材２７も下死点に位置するため、弁体２０は、スプリング４５の付勢力によって全開位置に変位する。その結果、クランク室への吐出冷媒の導入量が増加し、圧縮機は最小容量運転へと移行する。ソレノイド３が非通電で安定した状態においては吸入圧力Ｐｓが高くなるが、第２制御弁部が全開状態であるため中間圧力Ｐｓｈもほぼ同程度に高くなり、開放空間Ｓ２に導入される中間圧力Ｐｓｈと密閉空間Ｓ１内の内部圧力との差圧が大きくなる。このため、その差圧による荷重がダイヤフラム１９および皿ばね５１に作用し、皿ばね５１の積層体がその周縁部を支点にしてその凸形状が反転する側に弾性変形し、第１ハウジング５３の内壁にほぼ沿うようになる。
【００５５】
本実施の形態では、最上段の皿ばね５１が第１ハウジング５３の内壁面によって係止されるため、積層された皿ばね５１は反転する手前の状態に保持される。その結果、吸入圧力Ｐｓが低くなれば、皿ばね５１がその弾性力により元の形状に復帰できる。言い換えれば、第１ハウジング５３は、このように皿ばね５１が反転する手前の状態に変形したときの形状に沿う浅い形状に形成されている。これは、パワーエレメント６ひいては制御弁１のコンパクト化にも寄与している。
【００５６】
一方、ソレノイド３に通電された安定した制御状態においては、図６に示すように、シャフト３６を介してソレノイド力が弁体２５に伝達される。それにより、弁体２５は、その前後差圧（Ｐｓｈ−Ｐｓ）による開弁方向の力とソレノイド３による閉弁方向のソレノイド力等がつり合った位置に変位し、第２制御弁部が所定開度に制御される。その結果、その前後差圧（Ｐｓｈ−Ｐｓ）がソレノイド３に設定された設定差圧に保持される。なお、弁体２５は、このときスプリング４６による荷重も受けることになるが、ソレノイド力がこれよりも十分に大きいため、実質的にその荷重の影響を受けることはない。一方、弁体２０は、中間圧力Ｐｓｈを感知して動作するパワーエレメント６（感圧部材）による開弁方向の力、スプリング４５による開弁方向の付勢力、スプリング４６による閉弁方向の付勢力がつり合った位置に変位し、第１制御弁部が所定開度に制御される。その結果、その中間圧力Ｐｓｈが予め設定された基準圧力に保持される。本実施の形態では、この安定した状態において図示のように皿ばね５１がほぼフラットになるように設定されている。
【００５７】
なお、弁体２０は、弁体２５の変位に伴うスプリング４５，４６による荷重の変化を受けることになるが、その荷重は皿ばね５１の積層体の荷重よりも十分に小さいため、実質的にその荷重の変化の影響を受けることはない。このようにして中間圧力Ｐｓｈが基準圧力に保持され、さらに第２制御弁部に設定された前後差圧が発生するため、吸入圧力Ｐｓをその中間圧力Ｐｓｈから設定差圧を差し引いた圧力、つまり設定圧力に保持することができる。設定差圧はソレノイド３への供給電流量を変化させることで調整できるため、吸入圧力Ｐｓの設定圧力については自由に変更することができる。
【００５８】
冷凍サイクルの熱負荷が大きくなって吸入圧力Ｐｓが高くなると、図７に示すように、中間圧力Ｐｓｈが基準圧力よりも高くなり、感圧部材が反転方向に動作する。このとき、吸入圧力Ｐｓを設定圧力に保持すべく設定差圧を大きくする必要があるため、弁体２５が閉弁方向に動作する。一方、作動ロッド１７には感圧部材の付勢力が作用せず、スプリング４６の荷重がスプリング４５の荷重よりも大きいため、弁体２０が弁座１６に着座して第１制御弁部を閉弁させる。この結果、クランク室への吐出冷媒の導入量が減少し、圧縮機は最大容量運転へと移行する。その結果、吐出圧力Ｐｄが高くなるため、その吐出冷媒の漏洩により中間圧力Ｐｓｈが基準圧力へ近づいていく。そして、制御状態が安定すると、再び図６に示した状態へ移行する。
【００５９】
図８は、吐出弁の構成を示す断面図である。
【００６０】
吐出弁７は、吐出室２５３の圧力（「吐出圧力Ｐｄｈ」と表記する）と吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄｈ−Ｐｓ）が所定の開弁差圧ΔＰを超えると自律的に開弁する機械式の差圧弁として構成されている。一方、吐出弁７は、圧縮機２０１が低負荷のときなど、圧縮機２０１の出口の圧力（「出口圧力Ｐｄｌ」と表記する）と吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）が設定値以下になると、閉弁方向に動作してその前後差圧を大きくし、吐出圧力Ｐｄｈの低下を抑制するように動作する。なお、通常の容量制御時においては、吐出圧力Ｐｄｈと出口圧力Ｐｄｌは吐出冷媒の圧力として実質的に同じ圧力となる。このため、本明細書において両者を特に区別しない場合には吐出圧力Ｐｄと総称している。
【００６１】
吐出弁７は、段付円筒状のボディ７１内に、差圧応動部として機能する差圧応動部材７２と、吐出弁部として機能する弁体７３とを収容して構成されている。ボディ７１の上端開口端部を封止するように断面凸状のストッパ７４が加締め接合されている。ボディ７１の下半部は段階的に小径化されており、その下端開口端部が吐出室２５３に連通するポート７５（「高圧室連通ポート」に該当する）を構成している。また、ボディ７１の側部には、その上端側で吸入室２５１に連通するポート７６（「低圧室連通ポート」に該当する）と、下端側で圧縮機２０１の出口に連通するポート７７（「出口連通ポート」に該当する）が設けられている。ポート７６とポート７７とを連通する冷媒通路には、差圧応動部材７２がボディ７１の内壁に摺動可能に配設されている。一方、ポート７５とポート７７とを連通する冷媒通路には、弁体７３が吐出弁部の開閉方向に変位可能に配設されている。弁体７３は、ボディ７１の軸線に沿って差圧応動部材７２に対向配置されている。ボディ７１の下端開口部近傍で小径化された段部により、弁座７８が形成されている。
【００６２】
弁体７３は、円柱状の本体の下端部に半径方向外向きに延出したフランジ部７９となっており、そのフランジ部７９の下端周端縁がポート７７側から弁座７８に着脱可能に構成されている。
【００６３】
差圧応動部材７２は、段付有底円筒状の本体を有する。その本体の外周面中央にはＯリング８１が嵌合されており、ポート７６側からポート７７側への吐出冷媒の漏洩を防止または抑制している。差圧応動部材７２は、弁体７３の本体上部を挿通し、これを軸線方向に摺動可能に支持している。弁体７３のフランジ部７９と差圧応動部材７２との間には、弁体７３を閉弁方向に付勢するスプリング８２（「第２付勢部材」に該当する）が介装されている。
【００６４】
ストッパ７４は、その中央部が下方に延出し、その先端面にて差圧応動部材７２の底部を係止可能に構成されている。ストッパ７４と差圧応動部材７２との間には、差圧応動部材７２をストッパ７４から離間させる方向に付勢するスプリング８３（「第１付勢部材」に該当する）が介装されている。このため、差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）が十分に大きいときには、差圧応動部材７２がストッパ７４に係止されるため、弁体７３は、差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）による力とスプリング８２による付勢力とがバランスした位置に変位する。差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）が設定値よりも小さくなると、差圧応動部材７２がストッパ７４から離間して閉弁方向に変位するため、弁体７３も閉弁方向に動作することになる。
【００６５】
一方、ボディ７１において差圧応動部材７２が摺動する大径部と弁体７３が変位する小径部との境界である段部によって係止部８８が形成されており、差圧応動部材７２が弁体７３に近接する側への変位が規制されている。
【００６６】
図２にも示すように、ボディ７１は、シール用のＯリング８５，８６を介してリアハウジング１０４に固定される。その結果、弁体７３が圧縮機２０１の出口と吐出室２５３とをつなぐ冷媒通路に配置され、差圧応動部材７２が圧縮機２０１の出口と吸入室２５１とをつなぐ冷媒通路に配置される。吐出室２５３から吐出弁７に導入された圧力Ｐｄｈは、吐出弁部を通過することにより圧力Ｐｄｌとなって圧縮機２０１の出口から吐出される。
【００６７】
次に、吐出弁の動作について説明する。図９〜図１１は、吐出弁の動作の主要部を表す図である。既に説明した図８は、圧縮機２０１が高負荷で運転されている通常の制御状態を表している。図９〜図１１は、圧縮機２０１が低負荷で運転されるときの制御状態の変化の過程を表している。
【００６８】
圧縮機２０１の高負荷運転時には、差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）が十分に大きいため、図８に示すように、差圧応動部材７２は、その差圧による力でストッパ７４に当接した状態となる。図示の例では、圧縮機２０１が最大容量運転を行っており吐出冷媒の流量も多く、吐出弁部が全開状態となっている。このため、差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）が実質的にゼロとなり、スプリング８２が伸びきっている。
【００６９】
一方、車両が低温環境下におかれた場合など、圧縮機２０１の低負荷運転時には、差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）が小さくなる。この差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）が設定値（例えば３Ｍｐａ）以下になると、スプリング８３の付勢力により差圧応動部材７２がストッパ７４から離間する。図９〜図１１に示すように、差圧応動部材７２は、低負荷になるほどストッパ７４から離間する方向に動作する。その結果、スプリング８２の付勢力によって弁体７３が相対的に閉弁方向に動作する。そして吐出弁部の開度が小さくなると、弁体７３には前後差圧が発生し、スプリング８２による付勢力も発生する。弁体７３は、差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）による力とスプリング８２による付勢力とがバランスした位置に保持される。図１１の例では、圧縮機２０１が極低負荷の運転状態にあり差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）が小さいため（例えば１．５Ｍｐａ程度）、差圧応動部材７２が係止部８８に係止される位置まで変位している。吐出弁部は微少開度で開弁されており、差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）が比較的大きく（例えば１．３Ｍｐａ程度）なっている。
【００７０】
このように、低負荷になるほど、差圧応動部材７２が弁体７３を閉弁方向に付勢して吐出冷媒の導出を規制し、吐出弁部の前後差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）を大きくしている。これにより、極低負荷状態であるために出口圧力Ｐｄｌが低くなっても、吐出圧力Ｐｄｈについてはその差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）分だけ高く保持できるようにしている。その結果、圧縮機２０１の低負荷時においても吐出圧力Ｐｄｈの低下を抑制でき、圧力の供給先となる中圧室６５の中間圧力Ｐｓｈを確保することができる。
【００７１】
以上に説明したように、本実施の形態の制御弁１によれば、パワーエレメント６の動作により中間圧力Ｐｓｈが基準圧力となるように第１制御弁部が開閉動作する一方、第２制御弁部の開閉動作によりその基準圧力が設定差圧だけ減圧されて設定圧力となる。この設定差圧はソレノイド３への供給電流量により変化する。すなわち、常に一定に制御される基準圧力に対し、設定差圧という形で外部的に減圧量を設定することで設定圧力を自由に調整できる。本実施の形態では、第１制御弁部の基準圧力を比較的高く（例えば５Ｍｐａ程度）設定することで、高圧で作動する二酸化炭素を冷媒とすることを可能としている。一方、ソレノイド３が関与する第２制御弁部の設定差圧を小さく（例えば１Ｍｐａ程度）抑えることで、その大型化を回避している。
【００７２】
また、吐出弁７を設け、圧縮機２０１の低負荷時においても吐出圧力Ｐｄｈを高く保持し、中圧室６５の中間圧力Ｐｓｈを確保することができるようにした。このため、例えば低温環境下においても、吸入圧力Ｐｓを設定圧力に維持する制御を有効に機能させることができ、除湿運転等も良好に行うことができる。一方、通常の容量運転時においては、吐出弁部がその前後差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）ではなく、差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）により開弁状態を保持するため、吐出弁７の前後で圧力損失が生じにくい。圧縮機２０１における圧縮エネルギーの無駄な消費が抑制される。
【００７３】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の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。
【００７４】
上記実施の形態では、吐出弁７の差圧応動部材７２を、出口圧力Ｐｄｌと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）を感知して動作するように構成したが、出口圧力Ｐｄｌとクランク圧力Ｐｃとの差圧（Ｐｄｌ−Ｐｃ）を感知して動作するように構成してもよい。その場合、吐出弁７のポート７６をクランク室２５４に連通させるようにするとよい。一般に吸入圧力Ｐｓとクランク圧力Ｐｃとの差は小さいため、クランク圧力Ｐｃを基準にしても上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、上記実施の形態では、吐出弁７の弁体７３が差圧応動部材７２との協働により自律的に開弁する機械式の差圧弁として構成した例を示したが、ソレノイド駆動の電磁弁として構成してもよい。その場合には、吐出弁部の開弁差圧を適宜設定変更することができ、より幅広い制御を行うことができる。
【００７５】
上記実施の形態では、制御弁１を二酸化炭素等の高圧で作動する冷媒を対象とし、吸入圧力Ｐｓを感知して動作するいわゆるＰｓ感知弁として構成した例を示した。変形例においては、代替フロン（例えばＨＦＣ−１３４ａ）等の比較的低圧で作動する冷媒を扱う制御弁として構成してもよい。例えば、パワーエレメントの感圧部材を構成する皿ばねの数を少なくし、耐圧強度および荷重を小さくしてもよい。その場合には、冷凍サイクルにおいてガスクーラに代わって凝縮器などの外部熱交換器が配置される。また、吸入圧力Ｐｓではなく、クランク圧力Ｐｃを感知するいわゆるＰｃ感知弁として構成してもよい。その場合、中圧室には、吐出圧力Ｐｄの漏洩により、クランク圧力Ｐｃの設定圧力よりも高い中間圧力Ｐｃｈが満たされる。また、上記実施の形態では、制御弁１を吐出室２５３からクランク室２５４へ導入する冷媒流量を制御するいわゆる「入れ制御」の制御弁として構成した例を示した。変形例においては、クランク室から吸入室へ導出する冷媒流量を制御するいわゆる「抜き制御」の制御弁として構成してもよい。あるいは、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量およびクランク室から吸入室へ導出する冷媒流量の双方を制御するいわゆる三方弁として構成してもよい。各変形例の構成は、例えば先行する未公開の特許出願（特願２００７−２７４３７３号）の各実施の形態として開示したものを採用することができる。
【００７６】
上記実施の形態では、吐出弁７を圧縮機２０１の出口と吐出室２５３との間に配設した例を示したが、例えば圧縮機２０１の出口とガスクーラ２０２との間に配設してもよい。また、上記実施の形態では、膨張装置２０３としていわゆる温度式膨張弁を採用した例を示したが、例えば固定オリフィスを有するオリフィスチューブを採用してもよい。
【００７７】
上記実施の形態においては、感圧部としてのパワーエレメントを、ハウジングと、これを密閉空間と開放空間とに仕切る金属製のダイヤフラムと、密閉空間に配置されてダイヤフラムの剛性を補う皿ばねとを含んで構成する例を示した。変形例においては、皿ばねをハウジングに直接固定する構成としてもよい（皿ばねは積層体でもよい）。具体的には、皿ばねの周縁部を第１ハウジングと第２ハウジングとの間に挟まれるようにして、溶接等によりハウジングに固定してもよい。
【００７８】
上記実施の形態においては、パワーエレメント６の動作により中間圧力を基準圧力に保持する第１制御弁部と、ソレノイドにより前後差圧が設定差圧に制御される第２制御弁部とを、一つの制御弁の中に構成した例を示した。変形例においては、これらの各制御弁部を個々に有する圧力感知弁と差圧弁とを別体で構成し、直列に配置して用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施の形態に係る冷凍サイクルを表すシステム構成図である。
【図２】圧縮機の構成を表す断面図である。
【図３】制御弁の構成を示す断面図である。
【図４】図３の上半部に対応する部分拡大断面図である。
【図５】制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。
【図６】制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。
【図７】制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。
【図８】吐出弁の構成を示す断面図である。
【図９】吐出弁の動作の主要部を表す図である。
【図１０】吐出弁の動作の主要部を表す図である。
【図１１】吐出弁の動作の主要部を表す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 制御弁、 ２ 弁本体、 ３ ソレノイド、 ５ ボディ、 ６ パワーエレメント、 ７ 吐出弁、 １５ 弁孔、 １６ 弁座、 １７ 作動ロッド、 １９ ダイヤフラム、 ２０ 弁体、 ２１ 弁座形成部材、 ２２ 弁座、 ２３ ガイド孔、 ２５ 弁体、 ５０ ハウジング、 ５２ 耐摩耗シート、 ６１ 内部通路、 ６５ 中圧室、 ７１ ボディ、 ７２ 差圧応動部材、 ７３ 弁体、 ７４ ストッパ、 ７８ 弁座、 ７９ フランジ部、 ８２ スプリング、 ８３ スプリング、 ８８ 係止部、 １１１ 揺動板、 ２０１ 圧縮機、 ２０２ ガスクーラ、 ２０３ 膨張装置、 ２０４ 蒸発器、 ２０５ 受液器、 ２０６ 制御部、 ２５０ 駆動回路、 ２５１ 吸入室、 ２５２ シリンダ、 ２５３ 吐出室、 ２５４ クランク室、 ２５５ 冷媒通路、 ２５６ オリフィス、 Ｓ１ 密閉空間、 Ｓ２ 開放空間。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用空調装置に好適な冷凍サイクル、およびその冷凍サイクルを構成する可変容量圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用空調装置は、一般に、その冷凍サイクルを流れる冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒にして吐出する圧縮機、そのガス冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮された液冷媒を断熱膨張させることで低温・低圧の冷媒にする膨張装置、その冷媒を蒸発させることにより車室内空気との熱交換を行う蒸発器等を備えている。蒸発器で蒸発された冷媒は、再び圧縮機へと戻され、冷凍サイクルを循環する。
【０００３】
この圧縮機としては、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、またはクランク室と吸入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。
【０００４】
このような制御弁として、例えば吸入圧力Ｐｓに応じてクランク室への冷媒の導入量を調整することにより、クランク圧力Ｐｃを制御するものがある（例えば特許文献１参照）。この制御弁は、吸入圧力Ｐｓを感知して変位する感圧部材を有する感圧部と、感圧部の駆動力を受け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、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とを備える。このような制御弁は、吸入圧力Ｐｓが外部電流により設定された設定圧力に保持されるように弁部を開閉する。一般に、吸入圧力Ｐｓは蒸発器出口の冷媒温度に比例するため、その設定圧力を所定値以上に保持することにより、蒸発器の凍結等を防止できる。また、ソレノイドが非通電のときには弁部が全開状態となり、クランク圧力Ｐｃが高くなって揺動板が回転軸に対してほぼ直角になり、可変容量圧縮機を最小容量で運転させることができる。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。
【０００５】
ところで、このような制御弁は、感圧部材としてダイヤフラム等の可撓性部材を用いるため、その耐圧性には限界がある。このため、現状では例えば代替フロン（例えばＨＦＣ−１３４ａ）など、比較的低圧域で作動する冷媒を使用した冷凍サイクルに用いられている。この代替フロンを用いた場合、例えば冷媒の温度変化が０〜１５℃程度とすると、吸入圧力Ｐｓは０．３〜０．４５ＭＰａの範囲で変化する。
【０００６】
しかし、地球温暖化の問題もあり、近年では冷凍サイクルに用いる冷媒としてその代替フロンから二酸化炭素への移行が提案されている。この二酸化炭素を冷媒とした冷凍サイクルでは、例えば冷媒の温度変化が０〜１５℃程度とすると、圧縮機の吸入圧力Ｐｓは３．５〜５ＭＰａ程度にもなり、冷媒にフロンを使用した場合よりも格段に高くなる。このため、ダイヤフラム等の感圧部材では耐圧強度が不足するといった問題がある。
【０００７】
こうした中、出願人は、このような電気的な制御による外部制御方式ではなく、制御を可変容量圧縮機内の機械的構造のみにより行う内部制御方式の制御弁について、この問題を解消可能な技術を提案している（例えば特許文献２参照）。この技術は、感圧部においてダイヤフラムに重畳させて皿ばねの積層体を配置している。これにより、二酸化炭素を冷媒とした冷凍サイクルにおいても十分な耐圧強度を確保している。しかし、このような内部制御方式の制御弁では、吸入圧力Ｐｓの設定圧力は当初の機械的構成により固定され、制御状態に応じて変更することができない。一方、このような構成をそのまま外部制御方式の制御弁に適用すると、その感圧部材の駆動力とバランスさせるソレノイド力も大きくなり、ソレノイドひいては制御弁全体の大型化やコストアップを伴う。
【０００８】
そこで、出願人は、先行する未公開の特許出願（特願２００７−２７４３７３号）において、外部制御方式であっても電磁コイル等の大型化を伴うことなく感圧部の耐圧強度を向上させることができる制御弁を提案している。この制御弁の一態様は、感圧部材に皿ばね等を含めてその荷重を大きくすることにより感圧部の耐圧強度を高め、高圧の冷媒を扱えるようにしている。この制御弁は、内部の中圧室に満たされる中間圧力を基準圧力に保持するように、吐出室からクランク室へ導出する冷媒流量を制御する第１弁部と、その中間圧力を減圧して吸入圧力Ｐｓを生成する第２弁部とを備える。減圧対象となる中間圧力は吸入圧力Ｐｓの設定圧力よりも高くする必要があるため、中圧室には吐出冷媒の一部が減圧されて導入される。第２弁部は、その中間圧力を設定圧力だけ減圧させて吸入圧力Ｐｓを生成する。この設定差圧はソレノイドへの供給電流量により変化する。この態様によれば、感圧部が感知する基準圧力を高く設定しておくことで高圧の冷媒を扱うことができる。一方、ソレノイドが関与する第２弁部は前後差圧のみを扱うため、設定差圧を小さく抑えることでソレノイド、ひいては制御弁全体をコンパクトに構成することができる。
【特許文献１】特開２００５−２１４０５９号公報
【特許文献２】特開２００７−２３１８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記態様の制御弁を用いる場合、中間圧力が確保されなければ吸入圧力Ｐｓを設定圧力に制御することはできない。すなわち、高圧作動の冷媒を用いるために感圧部の基準圧力を高く設定したにもかかわらず中間圧力を高く維持できなければ、圧縮機が強制的に最小容量運転に移行してしまうこともあり得る。特に、冬場などの低温環境下において除湿等のために空調装置が運転される場合に問題が生じる可能性がある。この場合、圧縮機が低負荷で運転されるため吐出圧力Ｐｄが低くて十分な中間圧力を確保することができず、吸入圧力Ｐｓを設定圧力に制御できなくなる可能性がある。その結果、圧縮機が強制的に最小容量運転に移行してしまうと、空調装置が十分な除湿運転をできなくなる可能性がある。特に、圧縮機の出口側に逆流防止等のための弁装置を設けたようなシステムでは、このような最小容量運転への移行により弁装置が閉弁状態となり、吐出冷媒が蒸発器まで到らず、除湿運転ができなくなってしまう。
【００１０】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、コンパクトでありながら感圧部の耐圧強度が高い外部制御方式の制御弁を実現するとともに、その制御弁を搭載した可変容量圧縮機を低負荷時においても有効に機能させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のある態様の冷凍サイクルは、空調装置を構成する。この冷凍サイクルは、吸入室から吸入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機と、可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、可変容量圧縮機の吐出室および吸入室の少なくとも一方とクランク室とを連通させる制御通路に設けられた第１制御弁部と、吐出圧力が減圧されて得られた設定圧力以上の中間圧力が満たされる中圧室と、中間圧力を感知し、その中間圧力が予め設定された基準圧力となるように第１制御弁部の開閉方向の力を発生させる感圧部と、吸入室またはクランク室と中圧室とを連通させる調圧通路に設けられ、その開閉によりその前後差圧を発生させる第２制御弁部と、その第２制御弁部の前後差圧が供給電流量に応じた設定差圧となるようソレノイド力を発生させ、その設定差圧の変更により設定圧力を変化させるソレノイドとを含み、可変容量圧縮機の吸入圧力またはクランク圧力を設定圧力に保つように、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量およびクランク室から吸入室へ導出する冷媒流量の少なくとも一方を制御して可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる制御弁と、所定の外部情報に基づいて設定圧力を決定し、その設定圧力を得るために必要な設定差圧に応じて制御弁への通電制御を行う制御部と、可変容量圧縮機の吐出室と外部熱交換器との間の冷媒通路に設けられた吐出弁部と、吸入室またはクランク室と外部熱交換器との間の冷媒通路に設けられた差圧応動部とを含み、吸入圧力またはクランク圧力と吐出圧力との差圧が開弁差圧以上になると吐出弁部が開弁する一方、差圧応動部の前後差圧が設定値以下になると差圧応動部が吐出弁部を閉弁方向に付勢し、吐出弁部の前後差圧を大きくして吐出圧力の低下を抑制する吐出弁と、を備える。
【００１２】
ここで、可変容量圧縮機の制御弁は、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を制御するいわゆる「入れ制御」に用いられてもよいし、クランク室から吸入室へ導出する冷媒流量を制御するいわゆる「抜き制御」に用いられてもよい。あるいは、双方の冷媒流量を制御するいわゆる三方弁として機能してもよい。また、吸入圧力を感知してそれを設定圧力に保持するものであってもよいし、クランク圧力を感知してそれを設定圧力に保持するものでもよい。吐出弁の差圧応動部は、可変容量圧縮機の出口側の圧力と吸入圧力との差圧に応じて動作するものでもよいし、可変容量圧縮機の出口側の圧力とクランク圧力との差圧に応じて動作するものでもよい。
【００１３】
この態様では、制御弁の感圧部の動作により中間圧力が基準圧力となるように第１制御弁部が開閉動作する一方、第２制御弁部の開閉動作によりその基準圧力が設定差圧だけ減圧されて設定圧力となる。この設定差圧は、制御部が制御するソレノイドへの供給電流量により変化する。すなわち、常に一定に制御される基準圧力に対し、設定差圧という形で外部的に減圧量を設定することで設定圧力を自由に調整できる。この制御弁によれば、第１制御弁部の基準圧力を高く設定しておくことで高圧の冷媒を扱うことができる。一方、ソレノイドが関与する第２制御弁部は前後差圧のみを扱うため、設定差圧を小さく抑えることでそのソレノイド、ひいては制御弁全体をコンパクトに構成することができる。すなわち、高圧冷媒を扱う場合に感圧部の耐圧強度を高くしても制御弁全体としてのコンパクト化を実現することができる。
【００１４】
この態様によれば、圧縮機の低負荷時に吐出圧力の低下により差圧応動部の前後差圧が設定値以下になると、差圧応動部が吐出弁部を閉弁方向に付勢し、吐出弁部の前後差圧を大きくして吐出圧力の低下を抑制する。この結果、中間圧力を確保することができ、吸入圧力を設定圧力に維持する制御を有効に機能させることができる。また、その低負荷時において吐出弁部の前後差圧を大きくしつつも、所定量の吐出冷媒を蒸発器側に導出することができるため、除湿運転等も良好に行うことができる。
【００１５】
本発明の別の態様は、空調装置の冷凍サイクルを構成する可変容量圧縮機である。この可変容量圧縮機は、蒸発器側から吸入室に導入された冷媒を圧縮して吐出室から外部熱交換器側へ吐出する可変容量圧縮機において、可変容量圧縮機の吐出室および吸入室の少なくとも一方とクランク室とを連通させる制御通路に設けられた第１制御弁部と、吐出圧力が減圧されて得られた設定圧力以上の中間圧力が満たされる中圧室と、中間圧力を感知し、その中間圧力が予め設定された基準圧力となるように第１制御弁部の開閉方向の力を発生させる感圧部と、吸入室またはクランク室と中圧室とを連通させる調圧通路に設けられ、その開閉によりその前後差圧を発生させる第２制御弁部と、その第２制御弁部の前後差圧が供給電流量に応じた設定差圧となるようソレノイド力を発生させ、その設定差圧の変更により設定圧力を変化させるソレノイドとを含み、可変容量圧縮機の吸入圧力またはクランク圧力を設定圧力に保つように、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量およびクランク室から吸入室へ導出する冷媒流量の少なくとも一方を制御して可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる制御弁と、可変容量圧縮機の出口と吐出室との間の冷媒通路に設けられた吐出弁部と、可変容量圧縮機の出口と吸入室またはクランク室との間の冷媒通路に設けられた差圧応動部とを含み、吸入圧力またはクランク圧力と吐出圧力との差圧が開弁差圧以上になると吐出弁部が開弁する一方、差圧応動部の前後差圧が設定値以下になると差圧応動部が吐出弁部を閉弁方向に付勢し、吐出弁部の前後差圧を大きくして吐出圧力の低下を抑制する吐出弁と、を備える。
【００１６】
この態様においても、可変容量圧縮機の制御弁について、高圧冷媒を扱う場合に感圧部の耐圧強度を高くしても制御弁全体としてのコンパクト化を実現することができる。また、吐出弁を設けた結果、圧縮機の低負荷時においても中間圧力を確保することができ、吸入圧力を設定圧力に維持する制御を有効に機能させることができる。また、その低負荷時において吐出弁部の前後差圧を大きくしつつも、所定量の吐出冷媒を蒸発器側に導出することができるため、除湿運転等も良好に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、コンパクトでありながら感圧部の耐圧強度が高い外部制御方式の制御弁を実現するとともに、その制御弁を搭載した可変容量圧縮機を低負荷時においても有効に機能させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。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。
【００１９】
図１は、実施の形態に係る冷凍サイクルを表すシステム構成図である。
この冷凍サイクルは、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として車両用空調装置を構成している。すなわち、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）２０１、圧縮された高温高圧の気相状態の冷媒を冷却するガスクーラ２０２（「外部熱交換器」に該当する）、冷却された冷媒を断熱膨張させて減圧する膨張装置２０３、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２０４、および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再び圧縮機２０１に戻す受液器２０５を備えている。
【００２０】
圧縮機２０１の吐出冷媒の一部は可変容量圧縮機用制御弁（単に「制御弁」という）１を介してクランク室２５４内に導入され、圧縮機２０１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２０６により駆動回路２５０を介して通電制御される。クランク室２５４と吸入室２５１とを連通する冷媒通路２５５にはオリフィス２５６が設けられており、クランク室２５４内の圧力を減圧して吸入室２５１側へ導出可能になっている。また、圧縮機２０１の吐出室２５３とガスクーラ２０２との間の冷媒通路には、後に詳述する吐出弁７が設けられている。
【００２１】
図２は、圧縮機の構成を表す断面図である。
圧縮機２０１は、そのハウジングとして、複数のシリンダ２５２が形成されたシリンダブロック１０１と、その前端側に接合されたフロントハウジング１０２と、後端側にバルブプレート１０３を介して接合されたリアハウジング１０４とを備えている。シリンダブロック１０１とフロントハウジング１０２とにより囲まれた内部空間によりクランク室２５４が形成されている。
【００２２】
クランク室２５４には、その中心を貫通するように回転軸１０６が配置されている。この回転軸１０６は、シリンダブロック１０１に設けられた軸受１０７と、フロントハウジング１０２に設けられた軸受１０８とによって回転自在に支持されている。回転軸１０６にはラグプレート１０９が固定されており、そのラグプレート１０９に突設された支持アーム１１０等を介して揺動板１１１が支持されている。揺動板１１１は、回転軸１０６の軸線に対して傾動可能となっており、複数のシリンダ２５２に摺動自在に配置されたピストン１１２にシュー１１４を介して連結されている。回転軸１０６は、その前端部分がフロントハウジング１０２を貫通して外部に延出しており、その先端部分にはブラケット１１７が螺着されている。また、回転軸１０６とフロントハウジング１０２との前端部分の隙間を外側からシールするように、リップシール１１５が設けられている。
【００２３】
フロントハウジング１０２の前端部分には、エンジンからの駆動力を伝達するプーリ１１８が軸受１１９を介して回転自在に支持されている。このプーリ１１８は、エンジンの駆動力をブラケット１１７を介して回転軸１０６に伝達する。
【００２４】
リアハウジング１０４の内部には、吸入室２５１、吐出室２５３、制御弁１および吐出弁７が配設されている。吸入室２５１は、バルブプレート１０３に設けられた吸入用リリーフ弁１２１を介してシリンダ２５２に連通するとともに受液器２０５にも連通している。吐出室２５３は、バルブプレート１０３に設けられた吐出用リリーフ弁１２２を介してシリンダ２５２に連通するとともにガスクーラ２０２にも連通している。制御弁１は、吐出室２５３とクランク室２５４との間を連通する冷媒通路に配置されている。吐出弁７は、吐出室２５３と圧縮機２０１の出口とをつなぐ冷媒通路に配置されている。
【００２５】
圧縮機２０１の揺動板１１１は、その角度がクランク室２５４内でその揺動板１１１を付勢するスプリング１２５、１２６の荷重や、揺動板１１１につながるピストン１１２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。この圧縮機２０１の揺動板１１１の角度は、クランク室２５４内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１１２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１１１の角度の変化によってピストン１１２のストロークを変えることにより、冷媒の吐出容量を調整するようにしている。このクランク室２５４内の圧力は、制御弁１により制御される。
【００２６】
制御弁１は、圧縮機２０１の吸入圧力Ｐｓが制御目標値である設定圧力に近づくように吐出室２５３からクランク室２５４に導入する冷媒流量を調整する。これにより、圧縮機２０１の吐出容量が変化する。制御弁１は、ソレノイド駆動の電磁制御弁として構成され、制御部２０６により駆動回路２５０を動作させることにより通電制御される。本実施の形態では、制御部２０６が駆動回路２５０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２５０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デューティ制御を行う。
【００２７】
図１に戻り、制御部２０６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２０６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２０６は、エンジン回転数、車室内外の温度、蒸発器２０４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、その設定差圧が保持されるソレノイド力が得られるように制御弁１への通電制御を行う。また、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２０１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２０６は、その通電を遮断また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。
【００２８】
膨張装置２０３は、いわゆる温度式膨張弁として構成されており、蒸発器２０４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２０４へ供給する。蒸発器２０４を通過した冷媒は受液器２０５を経由して圧縮機２０１に戻され、再び圧縮される。
【００２９】
吐出弁７は、圧縮機２０１の出口と吐出室２５３との間の冷媒通路（「第１冷媒通路」に該当する）に設けられた吐出弁部と、圧縮機２０１の出口と吸入室２５１との間の冷媒通路（「第２冷媒通路」に該当する）に設けられた差圧応動部とを含んで構成されている。吐出弁部は、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が開弁差圧以上になると開弁動作をして吐出冷媒を導出する。差圧応動部は、その前後差圧が設定値以下になると吐出弁部を閉弁方向に付勢し、吐出弁部の前後差圧を大きくして吐出圧力Ｐｄの低下を抑制する。なお、圧縮機２０１の通常の容量制御時には吐出弁部がその開弁状態を保持するため、冷媒の順方向の流れが阻害されることはない。吐出弁７の構成および機能の詳細については後述する。
【００３０】
図３は、制御弁の構成を示す断面図である。
制御弁１は、圧縮機２０１の吸入圧力Ｐｓを設定圧力に保つように、吐出室２５３からクランク室２５４に導入する冷媒流量を制御するいわゆるＰｓ感知弁として構成されている。
【００３１】
制御弁１は、吐出冷媒の一部をクランク室２５４へ導入するための冷媒通路を開閉する弁部を含む弁本体２と、その弁部の開度を調整してクランク室へ導入する冷媒流量を制御するソレノイド３とを、接続部材４を介して一体に組み付けて構成される。
【００３２】
弁本体２は、段付円筒状のボディ５、ボディ５の内部に設けられた弁部、ボディ５の上端に設けられて弁部を開閉するための駆動力を発生するパワーエレメント６（「感圧部」に該当する）等を備えている。
【００３３】
ボディ５の側部には、圧縮機２０１の吐出室２５３に連通して吐出圧力Ｐｄを受けるポート１１（「吐出室連通ポート」に該当する）が設けられている。ポート１１の周囲には、ボディ５の内部へのゴミ等の侵入を抑制するためのストレーナ１２が取り付けられている。ポート１１は、ボディ５の上部に設けられたポート１３（「クランク室連通ポート」に該当する）と内部で連通している。ポート１３は、圧縮機２０１のクランク室２５４に連通し、そのクランク室２５４に制御されたクランク圧力Ｐｃを導出する。
【００３４】
ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路には弁孔１５（「第１弁孔」に該当する）が形成され、その弁孔１５の吐出室側の開口端縁により弁座１６が形成されている。ボディ５の中央をその軸線方向に延びるように、長尺状の作動ロッド１７が挿通されている。作動ロッド１７は、例えばステンレス鋼を押出成形したパイプ材を加工して有底円筒状に構成され、その底部を上にして配設されている。作動ロッド１７は、弁孔１５を貫通してボディ５の中央を軸線方向に延びるように配設されている。作動ロッド１７の上端部は、ボディ５の上端開口部に設けられた摺動孔１４に摺動可能に支持されている。作動ロッド１７の長手方向中央部には、部分的にくびれるように小径化された段差部１８が設けられ、その段差部１８の基端部が弁体２０（「第１弁体」に該当する）を構成している。作動ロッド１７の段差部１８と弁孔１５との間隙により、ポート１１とポート１３とを連通する冷媒通路（「制御通路」に該当する）が形成される。作動ロッド１７の上底部は、パワーエレメント６を構成するダイヤフラム１９に当接可能となっている。弁体２０は、弁座１６に吐出室側から対向し、その先端面の外周縁が弁座１６に着脱することにより弁孔１５を開閉する。弁体２０および弁座１６により吐出室からクランク室に導入する冷媒流量を調整する第１制御弁部が構成されている。
【００３５】
ボディ５の下端開口部は、その内径が下方に向かって段階的に拡径されており、リング状の弁座形成部材２１が圧入されている。弁座形成部材２１の下端開口端縁により弁座２２が形成されている。
【００３６】
ボディ５の下部は、有底円筒状の接続部材４に圧入されている。接続部材４の底部近傍の側部には内外を連通する連通孔が設けられており、ボディ５の下端部と接続部材４の底部との間には、圧縮機の吸入室に連通して吸入圧力Ｐｓを受けるポート２６（「吸入室連通ポート」に該当する）が形成されている。ポート２６は、弁座形成部材２１の内部を経て作動ロッド１７の下端開口部に連通している。作動ロッド１７の下端部は、ポート１１とポート２６とを連通するガイド孔２３に摺動可能に支持されている。ボディ５とソレノイド３とに囲まれた内部空間は、吸入圧力Ｐｓが導入出される圧力室２８を形成する。なお、吸入圧力Ｐｓはソレノイド３の内部にも導入可能となっている。弁座２２に圧力室２８側から対向するように、有底筒状の弁体２５（「第２弁体」に該当する）が配置されている。弁体２５および弁座２２により第２制御弁部が構成されている。
【００３７】
作動ロッド１７とパワーエレメント６との間にはスプリング４５（「付勢部材」に該当する）が介装され、作動ロッド１７と弁体２５との間には、ばね受け部材２７およびスプリング４６（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００３８】
一方、ソレノイド３は、ヨークとしても機能するケース３１と、ケース３１内に固定されたコア３２と、コア３２と軸線方向に対向配置されたプランジャ３３と、外部からの供給電流により磁気回路を生成する電磁コイル３４とを備えている。接続部材４とソレノイド３とは、接続部材４の下端部とケース３１の上端部とを突き合わせ、その接合部をコア３２の上端部を加締めることにより固定することで連結されている。
【００３９】
コア３２には、その中央を軸線方向に貫通する挿通孔３５が設けられており、ソレノイド力を弁体２０へ伝達するためのシャフト３６が挿通されている。コア３２の上端部には、リング状の軸受け部材３８が圧入されており、シャフト３６がこの軸受け部材３８に摺動可能に支持されている。シャフト３６は、軸受け部材３８を貫通して圧力室２８まで延設され、その先端に弁体２５が圧入されている。圧力室２８内の吸入圧力Ｐｓは、シャフト３６と軸受け部材３８との微少な間隙を介してソレノイド３の内部にも導入される。
【００４０】
コア３２には、また、下端が閉じた有底スリーブ３９が外挿されている。有底スリーブ３９内においては、プランジャ３３がコア３２の下方で軸線方向に進退可能に配置されている。有底スリーブ３９は、その下端部が縮管されており、その縮管部によってシャフト３６の下端部を摺動可能に軸支している。プランジャ３３は、円筒状をなし、シャフト３６の下部に圧入されている。コア３２とプランジャ３３との間には、両者を離間させて弁体２５を開弁方向に付勢するスプリング４７（「付勢部材」に該当する）が介装されている。
【００４１】
ケース３１の下端開口部には、ソレノイド３の内部を下方から封止するように樹脂材からなる取っ手４０が設けられている。この取っ手４０には、ケース３１とともに磁気回路を構成する磁性部材からなるカラー４２が埋設されている。取っ手４０はまた、電磁コイル３４につながる端子の一端を露出させるコネクタ部としても機能する。
【００４２】
以上のように構成された制御弁１は、図示しない取り付け用のワッシャ等を介して圧縮機２０１の所定の冷媒通路内に固定される。
【００４３】
次に、感圧部および弁部周辺の構成および動作について詳細に説明する。
図４は、図３の上半部に対応する部分拡大断面図である。同図は、制御弁１が大気に放置された状態を表している。
【００４４】
パワーエレメント６は、ボディ５の上端開口部を封止するように加締め接合された中空のハウジング５０と、ハウジング５０内を密閉空間Ｓ１と開放空間Ｓ２とに仕切るように配設された金属薄膜からなるダイヤフラム１９と、密閉空間Ｓ１に配置された金属薄板からなる皿ばね５１の積層体とを含んで構成されている。ダイヤフラム１９は、例えばベリリウム銅やステンレス鋼等の金属薄板からなるものでもよい。皿ばね５１は、例えばステンレス鋼からなるものでもよい。本実施の形態では、３つの皿ばね５１がその厚み方向に重畳されて積層体を構成しているが、皿ばね５１の数については必要とされる耐圧強度およびばね荷重に応じて適宜変更することができる。皿ばね５１の積層体とダイヤフラム１９との間には、両者間の摩耗を抑制するための薄膜状の耐摩耗シート５２（「薄膜状部材」に該当する）が介装されている。この耐摩耗シート５２によりダイヤフラム１９の寿命を長くしている。この耐摩耗シート５２としては、例えばテフロン（登録商標）などのフッ素樹脂からなる薄膜シートあるいはポリイミドフィルム等を使用することができる。開放空間Ｓ２は、ボディ５の上端開口部とパワーエレメント６とに囲まれた圧力室２９に連通している。本実施の形態では、ダイヤフラム１９と皿ばね５１の積層体とを重ねて構成された部材が「感圧部材」として機能する。
【００４５】
ハウジング５０は、いずれもステンレス等をプレス成形して得られた皿状の第１ハウジング５３および第２ハウジング５４からなり、これらの開口部を突き合わせてその外縁部にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２の外縁部を挟むようにして組み付けられる。すなわち、ハウジング５０は、第１ハウジング５３側に皿ばね５１を配置するとともに、第１ハウジング５３と第２ハウジング５４との間にダイヤフラム１９および耐摩耗シート５２を挟んだ状態でその接合部に沿って外周溶接（ＴＩＧ溶接）が施されることにより、容器状に形成されている。両ハウジングの溶接は真空雰囲気内で行われ、その溶接の後、第１ハウジング５３の底部中央に形成された真空引き用の孔部を封止するようにボール部材５５を溶接する。このため、密閉空間Ｓ１は真空状態となっているが、密閉空間Ｓ１内に大気等を満たすようにしてもよい。密閉空間Ｓ１に配置された皿ばね５１は、ダイヤフラム１９に沿って中央部が下側にやや膨らんだ凸形状をなしている。このため、パワーエレメント６が大気に放置された状態ではダイヤフラム１９も皿ばね５１に沿った凸形状となる。第２ハウジング５４の中央部には開口部が設けられ、作動ロッド１７の上端部がその開口部を介してダイヤフラム１９に当接できるように構成されている。また、その開口部の周辺にも、第２ハウジング５４の内外を連通させる小さな連通孔が設けられている。ボディ５の上端開口部、第２ハウジング５４、ダイヤフラム１９、および作動ロッド１７に囲まれた空間が圧力室２９を形成している。
【００４６】
作動ロッド１７は、下方に開口する有底円筒状をなし、曲面状の上端面中央がダイヤフラム１９の下面中央に当接している。作動ロッド１７には内部通路６１が形成されており、作動ロッド１７の上端近傍の側部には、内部通路６１と圧力室２９とを連通する連通孔６２が形成されている。内部通路６１はその下端部で拡径されており、その拡径部にスプリング４６が収容されている。ばね受け部材２７は、弁体２５の上端面中央に下方から支持された円柱状の本体を有し、その上半部が作動ロッド１７の下端開口部に挿通されている。ばね受け部材２７の上端部には、半径方向外向きにやや延出したフランジ部５９が設けられている。フランジ部５９は、作動ロッド１７の拡径部の内周面に沿って摺動可能となっており、その拡径部の基端部との間にスプリング４６を介装している。作動ロッド１７の下端開口部６３はやや内方に加締められて係止部５６を形成している。スプリング４６がほぼ自由長に伸長するまでばね受け部材２７が下方へ変位しても、係止部５６に引っかかることにより作動ロッド１７からの脱落が防止されるようになっている。一方、フランジ部５９の一部には切欠き５７が設けられ、ばね受け部材２７と下端開口部６３との間の冷媒通路を確保している。
【００４７】
作動ロッド１７、ガイド孔２３、弁座形成部材２１および弁体２５により囲まれる空間により中圧室６５が形成されている。弁体２５は、中圧室６５とポート２６とを連通させる調圧通路に配置されている。この中圧室６５には、ポート１１から導入された吐出冷媒が作動ロッド１７とガイド孔２３との摺動面の隙間（「冷媒漏洩通路」に該当する）を介して漏洩してくるため、通常は圧力室２８の圧力（吸入圧力Ｐｓ）よりも高い圧力（「中間圧力Ｐｓｈ」という）が満たされる。本実施の形態では、ポート１１を介して吐出圧力Ｐｄが満たされる空間が「高圧室」を構成する。
【００４８】
この中間圧力Ｐｓｈは、作動ロッド１７の下端開口部６３から内部通路６１に導入され、連通孔６２を介して圧力室２９に導かれる。ダイヤフラム１９は、この中間圧力Ｐｓｈを感知して第１制御弁部の開閉方向に伸縮する。なお、作動ロッド１７の下端側摺動面には所定深さの凹部５８が周設されており、吐出冷媒にゴミが含まれている場合にこれを滞留させ、摺動面に詰まることを防止している。
【００４９】
本実施の形態においては、摺動孔１４の断面積Ａと弁孔１５の断面積Ｂとが等しく形成され、ガイド孔２３の断面積Ｃはこれらよりやや大きいものの、実質的に等しく形成されている。したがって、作動ロッド１７に作用する吐出圧力Ｐｄやクランク圧力Ｐｃの影響がキャンセルされる。弁体２０は、制御状態においてはパワーエレメント６の感圧部材が感知する中間圧力Ｐｓｈに基づいて開閉動作することになる。
【００５０】
本実施の形態の感圧部材は、ダイヤフラム１９および皿ばね５１の個々の剛性を合わせた剛性を有し、ダイヤフラム１９のしなやかさを保持する一方、皿ばね５１によって耐圧強度が高められている。皿ばね５１は、片側に凸状に膨らんだ形状を有するため、その凸部側から荷重が負荷されると、その荷重が小さい間は変形量も小さいが、荷重が大きくなるにつれてフラットになる側に徐々に変形し、さらに荷重が大きくなると反転して中央部が大きく変位する。このため、皿ばね５１の荷重に対する変形の特性は全体としてみれば非線形となるが、その形状がフラットになる前後の所定の変位幅においては線形性を有する。本実施の形態では、この線形領域を制御領域に利用することにより、正確な弁開度制御を行っている。感圧部材は、皿ばね５１を複数重畳した積層体を含むことで、二酸化炭素のような作動圧力の高い冷媒が使用されても十分な耐圧強度を有する。パワーエレメント６は、感圧部材が中間圧力Ｐｓｈを感知して変位することで第１制御弁部の開度を調整し、その中間圧力Ｐｓｈが皿ばね５１等の荷重により設定された基準圧力（例えば５Ｍｐａ）となるように動作する。つまり、中間圧力Ｐｓｈがその基準圧力になるように、弁体２０が自律的に動作するようになる。
【００５１】
一方、第２制御弁部は、吸入圧力Ｐｓの設定圧力を調整するために前後差圧を発生させる差圧弁として機能する。すなわち、第２制御弁部の開度（弁体２５の弁座２２からのリフト量）を調整することにより、第２制御弁部の前後差圧（中圧室６５と圧力室２８との差圧）を設定差圧に保持する。この設定差圧は、外部からソレノイド３に供給される電流量により設定される。上述のように、中圧室６５の中間圧力Ｐｓｈは圧力室２８の吸入圧力Ｐｓよりも基本的に高く保持されているため、中間圧力Ｐｓｈよりも設定差圧だけ低い圧力が吸入圧力Ｐｓの設定圧力として設定されることになる。例えば、中間圧力Ｐｓｈが５Ｍｐａであり設定差圧が１Ｍｐａである場合には、Ｐｓ感知弁の設定圧力として４Ｍｐａが設定されることになる。つまり、中間圧力Ｐｓｈの設定値である基準圧力は機械的に固定されるが、吸入圧力Ｐｓの設定圧力についてはソレノイド３への供給電流量を変化させて設定差圧を調整することにより自由に変更することができる。パワーエレメント６は、結果的に、吸入圧力Ｐｓが第２制御弁部により調整された設定圧力よりも低くなったときに感圧部材が変位し、その吸入圧力Ｐｓを設定圧力に保持するように動作することになる。
【００５２】
なお、作動ロッド１７は、第２ハウジング５４との間に介装されたスプリング４５と、ばね受け部材２７との間に介装されたスプリング４６とにより弾性的に支持されているが、スプリング４６の荷重のほうがスプリング４５の荷重より大きい。このため、通常の制御状態においては作動ロッド１７の上端がダイヤフラム１９に当接した状態となり、弁体２０は、感圧部材およびスプリング４５による開弁方向の力と、スプリング４６による閉弁方向の力を受けて動作することになる。一方、ソレノイド３の非通電時においては、ばね受け部材２７が弁体２５の全開動作とともに下方へ変位してスプリング４６がほぼ自由長となるため、弁体２０は、スプリング４５の付勢力によって全開状態となる。
【００５３】
図５〜図７は、制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。各図は、図４に対応する部分拡大断面図である。図５は、ソレノイド３がオフにされて吸入圧力Ｐｓが高いときの状態を示している。図６は、ソレノイド３がオンにされて弁部が微少開度に保持された制御状態を示している。図７は、圧縮機の最大運転時の制御状態を示している。
【００５４】
図５に示すように、ソレノイド３の非通電状態においては弁体２５が全開状態に変位し、ばね受け部材２７も下死点に位置するため、弁体２０は、スプリング４５の付勢力によって全開位置に変位する。その結果、クランク室への吐出冷媒の導入量が増加し、圧縮機は最小容量運転へと移行する。ソレノイド３が非通電で安定した状態においては吸入圧力Ｐｓが高くなるが、第２制御弁部が全開状態であるため中間圧力Ｐｓｈもほぼ同程度に高くなり、開放空間Ｓ２に導入される中間圧力Ｐｓｈと密閉空間Ｓ１内の内部圧力との差圧が大きくなる。このため、その差圧による荷重がダイヤフラム１９および皿ばね５１に作用し、皿ばね５１の積層体がその周縁部を支点にしてその凸形状が反転する側に弾性変形し、第１ハウジング５３の内壁にほぼ沿うようになる。
【００５５】
本実施の形態では、最上段の皿ばね５１が第１ハウジング５３の内壁面によって係止されるため、積層された皿ばね５１は反転する手前の状態に保持される。その結果、吸入圧力Ｐｓが低くなれば、皿ばね５１がその弾性力により元の形状に復帰できる。言い換えれば、第１ハウジング５３は、このように皿ばね５１が反転する手前の状態に変形したときの形状に沿う浅い形状に形成されている。これは、パワーエレメント６ひいては制御弁１のコンパクト化にも寄与している。
【００５６】
一方、ソレノイド３に通電された安定した制御状態においては、図６に示すように、シャフト３６を介してソレノイド力が弁体２５に伝達される。それにより、弁体２５は、その前後差圧（Ｐｓｈ−Ｐｓ）による開弁方向の力とソレノイド３による閉弁方向のソレノイド力等がつり合った位置に変位し、第２制御弁部が所定開度に制御される。その結果、その前後差圧（Ｐｓｈ−Ｐｓ）がソレノイド３に設定された設定差圧に保持される。なお、弁体２５は、このときスプリング４６による荷重も受けることになるが、ソレノイド力がこれよりも十分に大きいため、実質的にその荷重の影響を受けることはない。一方、弁体２０は、中間圧力Ｐｓｈを感知して動作するパワーエレメント６（感圧部材）による開弁方向の力、スプリング４５による開弁方向の付勢力、スプリング４６による閉弁方向の付勢力がつり合った位置に変位し、第１制御弁部が所定開度に制御される。その結果、その中間圧力Ｐｓｈが予め設定された基準圧力に保持される。本実施の形態では、この安定した状態において図示のように皿ばね５１がほぼフラットになるように設定されている。
【００５７】
なお、弁体２０は、弁体２５の変位に伴うスプリング４５，４６による荷重の変化を受けることになるが、その荷重は皿ばね５１の積層体の荷重よりも十分に小さいため、実質的にその荷重の変化の影響を受けることはない。このようにして中間圧力Ｐｓｈが基準圧力に保持され、さらに第２制御弁部に設定された前後差圧が発生するため、吸入圧力Ｐｓをその中間圧力Ｐｓｈから設定差圧を差し引いた圧力、つまり設定圧力に保持することができる。設定差圧はソレノイド３への供給電流量を変化させることで調整できるため、吸入圧力Ｐｓの設定圧力については自由に変更することができる。
【００５８】
冷凍サイクルの熱負荷が大きくなって吸入圧力Ｐｓが高くなると、図７に示すように、中間圧力Ｐｓｈが基準圧力よりも高くなり、感圧部材が反転方向に動作する。このとき、吸入圧力Ｐｓを設定圧力に保持すべく設定差圧を大きくする必要があるため、弁体２５が閉弁方向に動作する。一方、作動ロッド１７には感圧部材の付勢力が作用せず、スプリング４６の荷重がスプリング４５の荷重よりも大きいため、弁体２０が弁座１６に着座して第１制御弁部を閉弁させる。この結果、クランク室への吐出冷媒の導入量が減少し、圧縮機は最大容量運転へと移行する。その結果、吐出圧力Ｐｄが高くなるため、その吐出冷媒の漏洩により中間圧力Ｐｓｈが基準圧力へ近づいていく。そして、制御状態が安定すると、再び図６に示した状態へ移行する。
【００５９】
図８は、吐出弁の構成を示す断面図である。
【００６０】
吐出弁７は、吐出室２５３の圧力（「吐出圧力Ｐｄｈ」と表記する）と吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄｈ−Ｐｓ）が所定の開弁差圧ΔＰを超えると自律的に開弁する機械式の差圧弁として構成されている。一方、吐出弁７は、圧縮機２０１が低負荷のときなど、圧縮機２０１の出口の圧力（「出口圧力Ｐｄｌ」と表記する）と吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）が設定値以下になると、閉弁方向に動作してその前後差圧を大きくし、吐出圧力Ｐｄｈの低下を抑制するように動作する。なお、通常の容量制御時においては、吐出圧力Ｐｄｈと出口圧力Ｐｄｌは吐出冷媒の圧力として実質的に同じ圧力となる。このため、本明細書において両者を特に区別しない場合には吐出圧力Ｐｄと総称している。
【００６１】
吐出弁７は、段付円筒状のボディ７１内に、差圧応動部として機能する差圧応動部材７２と、吐出弁部として機能する弁体７３とを収容して構成されている。ボディ７１の上端開口端部を封止するように断面凸状のストッパ７４が加締め接合されている。ボディ７１の下半部は段階的に小径化されており、その下端開口端部が吐出室２５３に連通するポート７５（「高圧室連通ポート」に該当する）を構成している。また、ボディ７１の側部には、その上端側で吸入室２５１に連通するポート７６（「低圧室連通ポート」に該当する）と、下端側で圧縮機２０１の出口に連通するポート７７（「出口連通ポート」に該当する）が設けられている。ポート７６とポート７７とを連通する冷媒通路には、差圧応動部材７２がボディ７１の内壁に摺動可能に配設されている。一方、ポート７５とポート７７とを連通する冷媒通路には、弁体７３が吐出弁部の開閉方向に変位可能に配設されている。弁体７３は、ボディ７１の軸線に沿って差圧応動部材７２に対向配置されている。ボディ７１の下端開口部近傍で小径化された段部により、弁座７８が形成されている。
【００６２】
弁体７３は、円柱状の本体の下端部に半径方向外向きに延出したフランジ部７９となっており、そのフランジ部７９の下端周端縁がポート７７側から弁座７８に着脱可能に構成されている。
【００６３】
差圧応動部材７２は、段付有底円筒状の本体を有する。その本体の外周面中央にはＯリング８１が嵌合されており、ポート７６側からポート７７側への吐出冷媒の漏洩を防止または抑制している。差圧応動部材７２は、弁体７３の本体上部を挿通し、これを軸線方向に摺動可能に支持している。弁体７３のフランジ部７９と差圧応動部材７２との間には、弁体７３を閉弁方向に付勢するスプリング８２（「第２付勢部材」に該当する）が介装されている。
【００６４】
ストッパ７４は、その中央部が下方に延出し、その先端面にて差圧応動部材７２の底部を係止可能に構成されている。ストッパ７４と差圧応動部材７２との間には、差圧応動部材７２をストッパ７４から離間させる方向に付勢するスプリング８３（「第１付勢部材」に該当する）が介装されている。このため、差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）が十分に大きいときには、差圧応動部材７２がストッパ７４に係止されるため、弁体７３は、差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）による力とスプリング８２による付勢力とがバランスした位置に変位する。差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）が設定値よりも小さくなると、差圧応動部材７２がストッパ７４から離間して閉弁方向に変位するため、弁体７３も閉弁方向に動作することになる。
【００６５】
一方、ボディ７１において差圧応動部材７２が摺動する大径部と弁体７３が変位する小径部との境界である段部によって係止部８８が形成されており、差圧応動部材７２が弁体７３に近接する側への変位が規制されている。
【００６６】
図２にも示すように、ボディ７１は、シール用のＯリング８５，８６を介してリアハウジング１０４に固定される。その結果、弁体７３が圧縮機２０１の出口と吐出室２５３とをつなぐ冷媒通路に配置され、差圧応動部材７２が圧縮機２０１の出口と吸入室２５１とをつなぐ冷媒通路に配置される。吐出室２５３から吐出弁７に導入された圧力Ｐｄｈは、吐出弁部を通過することにより圧力Ｐｄｌとなって圧縮機２０１の出口から吐出される。
【００６７】
次に、吐出弁の動作について説明する。図９〜図１１は、吐出弁の動作の主要部を表す図である。既に説明した図８は、圧縮機２０１が高負荷で運転されている通常の制御状態を表している。図９〜図１１は、圧縮機２０１が低負荷で運転されるときの制御状態の変化の過程を表している。
【００６８】
圧縮機２０１の高負荷運転時には、差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）が十分に大きいため、図８に示すように、差圧応動部材７２は、その差圧による力でストッパ７４に当接した状態となる。図示の例では、圧縮機２０１が最大容量運転を行っており吐出冷媒の流量も多く、吐出弁部が全開状態となっている。このため、差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）が実質的にゼロとなり、スプリング８２が伸びきっている。
【００６９】
一方、車両が低温環境下におかれた場合など、圧縮機２０１の低負荷運転時には、差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）が小さくなる。この差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）が設定値（例えば３Ｍｐａ）以下になると、スプリング８３の付勢力により差圧応動部材７２がストッパ７４から離間する。図９〜図１１に示すように、差圧応動部材７２は、低負荷になるほどストッパ７４から離間する方向に動作する。その結果、スプリング８２の付勢力によって弁体７３が相対的に閉弁方向に動作する。そして吐出弁部の開度が小さくなると、弁体７３には前後差圧が発生し、スプリング８２による付勢力も発生する。弁体７３は、差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）による力とスプリング８２による付勢力とがバランスした位置に保持される。図１１の例では、圧縮機２０１が極低負荷の運転状態にあり差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）が小さいため（例えば１．５Ｍｐａ程度）、差圧応動部材７２が係止部８８に係止される位置まで変位している。吐出弁部は微少開度で開弁されており、差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）が比較的大きく（例えば１．３Ｍｐａ程度）なっている。
【００７０】
このように、低負荷になるほど、差圧応動部材７２が弁体７３を閉弁方向に付勢して吐出冷媒の導出を規制し、吐出弁部の前後差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）を大きくしている。これにより、極低負荷状態であるために出口圧力Ｐｄｌが低くなっても、吐出圧力Ｐｄｈについてはその差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）分だけ高く保持できるようにしている。その結果、圧縮機２０１の低負荷時においても吐出圧力Ｐｄｈの低下を抑制でき、圧力の供給先となる中圧室６５の中間圧力Ｐｓｈを確保することができる。
【００７１】
以上に説明したように、本実施の形態の制御弁１によれば、パワーエレメント６の動作により中間圧力Ｐｓｈが基準圧力となるように第１制御弁部が開閉動作する一方、第２制御弁部の開閉動作によりその基準圧力が設定差圧だけ減圧されて設定圧力となる。この設定差圧はソレノイド３への供給電流量により変化する。すなわち、常に一定に制御される基準圧力に対し、設定差圧という形で外部的に減圧量を設定することで設定圧力を自由に調整できる。本実施の形態では、第１制御弁部の基準圧力を比較的高く（例えば５Ｍｐａ程度）設定することで、高圧で作動する二酸化炭素を冷媒とすることを可能としている。一方、ソレノイド３が関与する第２制御弁部の設定差圧を小さく（例えば１Ｍｐａ程度）抑えることで、その大型化を回避している。
【００７２】
また、吐出弁７を設け、圧縮機２０１の低負荷時においても吐出圧力Ｐｄｈを高く保持し、中圧室６５の中間圧力Ｐｓｈを確保することができるようにした。このため、例えば低温環境下においても、吸入圧力Ｐｓを設定圧力に維持する制御を有効に機能させることができ、除湿運転等も良好に行うことができる。一方、通常の容量運転時においては、吐出弁部がその前後差圧（Ｐｄｈ−Ｐｄｌ）ではなく、差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）により開弁状態を保持するため、吐出弁７の前後で圧力損失が生じにくい。圧縮機２０１における圧縮エネルギーの無駄な消費が抑制される。
【００７３】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の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。
【００７４】
上記実施の形態では、吐出弁７の差圧応動部材７２を、出口圧力Ｐｄｌと吸入圧力Ｐｓとの差圧（Ｐｄｌ−Ｐｓ）を感知して動作するように構成したが、出口圧力Ｐｄｌとクランク圧力Ｐｃとの差圧（Ｐｄｌ−Ｐｃ）を感知して動作するように構成してもよい。その場合、吐出弁７のポート７６をクランク室２５４に連通させるようにするとよい。一般に吸入圧力Ｐｓとクランク圧力Ｐｃとの差は小さいため、クランク圧力Ｐｃを基準にしても上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、上記実施の形態では、吐出弁７の弁体７３が差圧応動部材７２との協働により自律的に開弁する機械式の差圧弁として構成した例を示したが、ソレノイド駆動の電磁弁として構成してもよい。その場合には、吐出弁部の開弁差圧を適宜設定変更することができ、より幅広い制御を行うことができる。
【００７５】
上記実施の形態では、制御弁１を二酸化炭素等の高圧で作動する冷媒を対象とし、吸入圧力Ｐｓを感知して動作するいわゆるＰｓ感知弁として構成した例を示した。変形例においては、代替フロン（例えばＨＦＣ−１３４ａ）等の比較的低圧で作動する冷媒を扱う制御弁として構成してもよい。例えば、パワーエレメントの感圧部材を構成する皿ばねの数を少なくし、耐圧強度および荷重を小さくしてもよい。その場合には、冷凍サイクルにおいてガスクーラに代わって凝縮器などの外部熱交換器が配置される。また、吸入圧力Ｐｓではなく、クランク圧力Ｐｃを感知するいわゆるＰｃ感知弁として構成してもよい。その場合、中圧室には、吐出圧力Ｐｄの漏洩により、クランク圧力Ｐｃの設定圧力よりも高い中間圧力Ｐｃｈが満たされる。また、上記実施の形態では、制御弁１を吐出室２５３からクランク室２５４へ導入する冷媒流量を制御するいわゆる「入れ制御」の制御弁として構成した例を示した。変形例においては、クランク室から吸入室へ導出する冷媒流量を制御するいわゆる「抜き制御」の制御弁として構成してもよい。あるいは、吐出室からクランク室に導入する冷媒流量およびクランク室から吸入室へ導出する冷媒流量の双方を制御するいわゆる三方弁として構成してもよい。各変形例の構成は、例えば先行する未公開の特許出願（特願２００７−２７４３７３号）の各実施の形態として開示したものを採用することができる。
【００７６】
上記実施の形態では、吐出弁７を圧縮機２０１の出口と吐出室２５３との間に配設した例を示したが、例えば圧縮機２０１の出口とガスクーラ２０２との間に配設してもよい。また、上記実施の形態では、膨張装置２０３としていわゆる温度式膨張弁を採用した例を示したが、例えば固定オリフィスを有するオリフィスチューブを採用してもよい。
【００７７】
上記実施の形態においては、感圧部としてのパワーエレメントを、ハウジングと、これを密閉空間と開放空間とに仕切る金属製のダイヤフラムと、密閉空間に配置されてダイヤフラムの剛性を補う皿ばねとを含んで構成する例を示した。変形例においては、皿ばねをハウジングに直接固定する構成としてもよい（皿ばねは積層体でもよい）。具体的には、皿ばねの周縁部を第１ハウジングと第２ハウジングとの間に挟まれるようにして、溶接等によりハウジングに固定してもよい。
【００７８】
上記実施の形態においては、パワーエレメント６の動作により中間圧力を基準圧力に保持する第１制御弁部と、ソレノイドにより前後差圧が設定差圧に制御される第２制御弁部とを、一つの制御弁の中に構成した例を示した。変形例においては、これらの各制御弁部を個々に有する圧力感知弁と差圧弁とを別体で構成し、直列に配置して用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施の形態に係る冷凍サイクルを表すシステム構成図である。
【図２】圧縮機の構成を表す断面図である。
【図３】制御弁の構成を示す断面図である。
【図４】図３の上半部に対応する部分拡大断面図である。
【図５】制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。
【図６】制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。
【図７】制御弁の感圧部を中心とした動作を表す説明図である。
【図８】吐出弁の構成を示す断面図である。
【図９】吐出弁の動作の主要部を表す図である。
【図１０】吐出弁の動作の主要部を表す図である。
【図１１】吐出弁の動作の主要部を表す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 制御弁、 ２ 弁本体、 ３ ソレノイド、 ５ ボディ、 ６ パワーエレメント、 ７ 吐出弁、 １５ 弁孔、 １６ 弁座、 １７ 作動ロッド、 １９ ダイヤフラム、 ２０ 弁体、 ２１ 弁座形成部材、 ２２ 弁座、 ２３ ガイド孔、 ２５ 弁体、 ５０ ハウジング、 ５２ 耐摩耗シート、 ６１ 内部通路、 ６５ 中圧室、 ７１ ボディ、 ７２ 差圧応動部材、 ７３ 弁体、 ７４ ストッパ、 ７８ 弁座、 ７９ フランジ部、 ８２ スプリング、 ８３ スプリング、 ８８ 係止部、 １１１ 揺動板、 ２０１ 圧縮機、 ２０２ ガスクーラ、 ２０３ 膨張装置、 ２０４ 蒸発器、 ２０５ 受液器、 ２０６ 制御部、 ２５０ 駆動回路、 ２５１ 吸入室、 ２５２ シリンダ、 ２５３ 吐出室、 ２５４ クランク室、 ２５５ 冷媒通路、 ２５６ オリフィス、 Ｓ１ 密閉空間、 Ｓ２ 開放空間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調装置を構成する冷凍サイクルにおいて、
吸入室から吸入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機と、
前記可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、
前記外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、
前記膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに前記可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、
前記可変容量圧縮機の吐出室および吸入室の少なくとも一方とクランク室とを連通させる制御通路に設けられた第１制御弁部と、吐出圧力が減圧されて得られた設定圧力以上の中間圧力が満たされる中圧室と、前記中間圧力を感知し、その中間圧力が予め設定された基準圧力となるように前記第１制御弁部の開閉方向の力を発生させる感圧部と、前記吸入室または前記クランク室と前記中圧室とを連通させる調圧通路に設けられ、その開閉によりその前後差圧を発生させる第２制御弁部と、その第２制御弁部の前後差圧が供給電流量に応じた設定差圧となるようソレノイド力を発生させ、その設定差圧の変更により前記設定圧力を変化させるソレノイドとを含み、前記可変容量圧縮機の吸入圧力またはクランク圧力を前記設定圧力に保つように、前記吐出室から前記クランク室に導入する冷媒流量および前記クランク室から前記吸入室へ導出する冷媒流量の少なくとも一方を制御して前記可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる制御弁と、
所定の外部情報に基づいて前記設定圧力を決定し、その設定圧力を得るために必要な設定差圧に応じて前記制御弁への通電制御を行う制御部と、
前記可変容量圧縮機の吐出室と前記外部熱交換器との間の冷媒通路に設けられた吐出弁部と、前記吸入室または前記クランク室と前記外部熱交換器との間の冷媒通路に設けられた差圧応動部とを含み、前記吸入圧力または前記クランク圧力と前記吐出圧力との差圧が開弁差圧以上になると前記吐出弁部が開弁する一方、前記差圧応動部の前後差圧が設定値以下になると前記差圧応動部が前記吐出弁部を閉弁方向に付勢し、前記吐出弁部の前後差圧を大きくして前記吐出圧力の低下を抑制する吐出弁と、
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】
前記制御弁が、前記吐出室に連通する高圧室から前記中圧室へ冷媒を漏洩させる冷媒漏洩通路を有していることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項３】
前記吐出弁は、前記可変容量圧縮機の内部に設けられ、
前記吐出弁部が、前記可変容量圧縮機の出口と前記吐出室とをつなぐ第１冷媒通路に配設され、
前記差圧応動部が、前記可変容量圧縮機の出口と前記吸入室または前記クランク室とをつなぐ第２冷媒通路に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル。
【請求項４】
前記吐出弁は、
前記吐出室に連通する高圧室連通ポートと、前記可変容量圧縮機の出口に連通する出口連通ポートと、前記吸入室または前記クランク室に連通する低圧室連通ポートとが形成されたボディと、
前記ボディの前記低圧室連通ポートと前記出口連通ポートとの間に摺動可能に設けられて、前記差圧応動部として機能する差圧応動部材と、
前記ボディの前記出口連通ポートと前記高圧室連通ポートとの間に設けられて、前記吐出弁部として機能する弁体と、
前記差圧応動部材を前記弁体の閉弁方向に付勢する第１付勢部材と、
前記弁体と前記差圧応動部材との間に設けられて、前記弁体を閉弁方向に付勢する第２付勢部材と、
を備えていることを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル。
【請求項５】
空調装置の冷凍サイクルを構成し、蒸発器側から吸入室に導入された冷媒を圧縮して吐出室から外部熱交換器側へ吐出する可変容量圧縮機において、
前記可変容量圧縮機の吐出室および吸入室の少なくとも一方とクランク室とを連通させる制御通路に設けられた第１制御弁部と、吐出圧力が減圧されて得られた設定圧力以上の中間圧力が満たされる中圧室と、前記中間圧力を感知し、その中間圧力が予め設定された基準圧力となるように前記第１制御弁部の開閉方向の力を発生させる感圧部と、前記吸入室または前記クランク室と前記中圧室とを連通させる調圧通路に設けられ、その開閉によりその前後差圧を発生させる第２制御弁部と、その第２制御弁部の前後差圧が供給電流量に応じた設定差圧となるようソレノイド力を発生させ、その設定差圧の変更により前記設定圧力を変化させるソレノイドとを含み、前記可変容量圧縮機の吸入圧力またはクランク圧力を前記設定圧力に保つように、前記吐出室から前記クランク室に導入する冷媒流量および前記クランク室から前記吸入室へ導出する冷媒流量の少なくとも一方を制御して前記可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる制御弁と、
前記可変容量圧縮機の出口と前記吐出室との間の冷媒通路に設けられた吐出弁部と、前記可変容量圧縮機の出口と前記吸入室または前記クランク室との間の冷媒通路に設けられた差圧応動部とを含み、前記吸入圧力または前記クランク圧力と前記吐出圧力との差圧が開弁差圧以上になると前記吐出弁部が開弁する一方、前記差圧応動部の前後差圧が設定値以下になると前記差圧応動部が前記吐出弁部を閉弁方向に付勢し、前記吐出弁部の前後差圧を大きくして前記吐出圧力の低下を抑制する吐出弁と、
を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機。
【請求項６】
前記中圧室に連通する高圧室を備え、
前記制御弁は、前記高圧室から前記中圧室へ冷媒を漏洩させる冷媒漏洩通路を有していることを特徴とする請求項５に記載の可変容量圧縮機。
【請求項７】
前記吐出弁は、
前記吐出室に連通する高圧室連通ポートと、前記可変容量圧縮機の出口に連通する出口連通ポートと、前記吸入室または前記クランク室に連通する低圧室連通ポートとが形成されたボディと、
前記ボディの前記低圧室連通ポートと前記出口連通ポートとの間に摺動可能に設けられて、前記差圧応動部として機能する差圧応動部材と、
前記ボディの前記出口連通ポートと前記高圧室連通ポートとの間に設けられて、前記吐出弁部として機能する弁体と、
前記差圧応動部材を前記弁体の閉弁方向に付勢する第１付勢部材と、
前記弁体と前記差圧応動部材との間に設けられて、前記弁体を閉弁方向に付勢する第２付勢部材と、
を備えていることを特徴とする請求項６に記載の可変容量圧縮機。
【請求項８】
前記制御弁は、
前記制御通路を形成する第１弁孔に接離するように配置されて前記第１制御弁部を開閉する第１弁体と、
前記感圧部による力を受けて前記第１弁体と一体に動作可能な作動ロッドと、
前記調圧通路を形成する第２弁孔に接離するように配置され、前記ソレノイド力を受けて前記第２制御弁部を開閉する第２弁体と、
を備え、
前記感圧部は、ボディに設けられたハウジングと、前記ハウジング内を前記中間圧力が導入される開放空間と密閉空間とに仕切るように配設された感圧部材とを含んで構成され、前記吸入圧力またはクランク圧力が前記設定圧力よりも低くなったときに前記感圧部材が変位して、前記作動ロッドを介して前記第１弁体に開弁方向の駆動力を付与し、
前記ソレノイドは、前記第２弁体に閉弁方向のソレノイド力を付与することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の可変容量圧縮機。
【請求項９】
前記制御弁は、
前記感圧部が前記ボディの一端側に設けられる一方、前記ソレノイドが前記ボディの他端側に設けられ、
前記ボディの一端側から順に前記クランク室に連通するクランク室連通ポート、前記吐出室に連通する吐出室連通ポート、前記吸入室に連通する吸入室連通ポートが設けられ、
前記ボディ内において、前記感圧部と前記クランク室連通ポートとの間に摺動孔、前記クランク室連通ポートと前記吐出室連通ポートとの間に前記第１弁孔、前記吐出室連通ポートと前記吸入室連通ポートとの間にガイド孔がそれぞれ設けられ、
前記作動ロッドは前記第１弁孔を貫通し、その一端側が前記摺動孔に摺動可能に支持される一方、他端側が前記ガイド孔に摺動可能に支持され、
前記中圧室が、前記作動ロッドと前記ガイド孔とに囲まれる空間に形成され、前記作動ロッドを貫通するように設けられた内部通路を介して前記開放空間へ連通するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の可変容量圧縮機。
【請求項１０】
前記制御弁は、前記摺動孔の断面積、前記第１弁孔の断面積、および前記ガイド孔の断面積が実質的に等しく形成されることにより、前記作動ロッドに作用する吐出圧力および前記クランク圧力の影響をキャンセルし、前記中間圧力が前記基準圧力に保持されるように前記第１弁体が自律的に動作するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機。
【請求項１】
空調装置を構成する冷凍サイクルにおいて、
吸入室から吸入された冷媒を圧縮して吐出室から吐出する可変容量圧縮機と、
前記可変容量圧縮機から吐出された冷媒を冷却する外部熱交換器と、
前記外部熱交換器から送出された冷媒を減圧する膨張装置と、
前記膨張装置にて減圧された冷媒を蒸発させるとともに前記可変容量圧縮機に向けて送出する蒸発器と、
前記可変容量圧縮機の吐出室および吸入室の少なくとも一方とクランク室とを連通させる制御通路に設けられた第１制御弁部と、吐出圧力が減圧されて得られた設定圧力以上の中間圧力が満たされる中圧室と、前記中間圧力を感知し、その中間圧力が予め設定された基準圧力となるように前記第１制御弁部の開閉方向の力を発生させる感圧部と、前記吸入室または前記クランク室と前記中圧室とを連通させる調圧通路に設けられ、その開閉によりその前後差圧を発生させる第２制御弁部と、その第２制御弁部の前後差圧が供給電流量に応じた設定差圧となるようソレノイド力を発生させ、その設定差圧の変更により前記設定圧力を変化させるソレノイドとを含み、前記可変容量圧縮機の吸入圧力またはクランク圧力を前記設定圧力に保つように、前記吐出室から前記クランク室に導入する冷媒流量および前記クランク室から前記吸入室へ導出する冷媒流量の少なくとも一方を制御して前記可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる制御弁と、
所定の外部情報に基づいて前記設定圧力を決定し、その設定圧力を得るために必要な設定差圧に応じて前記制御弁への通電制御を行う制御部と、
前記可変容量圧縮機の吐出室と前記外部熱交換器との間の冷媒通路に設けられた吐出弁部と、前記吸入室または前記クランク室と前記外部熱交換器との間の冷媒通路に設けられた差圧応動部とを含み、前記吸入圧力または前記クランク圧力と前記吐出圧力との差圧が開弁差圧以上になると前記吐出弁部が開弁する一方、前記差圧応動部の前後差圧が設定値以下になると前記差圧応動部が前記吐出弁部を閉弁方向に付勢し、前記吐出弁部の前後差圧を大きくして前記吐出圧力の低下を抑制する吐出弁と、
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２】
前記制御弁が、前記吐出室に連通する高圧室から前記中圧室へ冷媒を漏洩させる冷媒漏洩通路を有していることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
【請求項３】
前記吐出弁は、前記可変容量圧縮機の内部に設けられ、
前記吐出弁部が、前記可変容量圧縮機の出口と前記吐出室とをつなぐ第１冷媒通路に配設され、
前記差圧応動部が、前記可変容量圧縮機の出口と前記吸入室または前記クランク室とをつなぐ第２冷媒通路に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル。
【請求項４】
前記吐出弁は、
前記吐出室に連通する高圧室連通ポートと、前記可変容量圧縮機の出口に連通する出口連通ポートと、前記吸入室または前記クランク室に連通する低圧室連通ポートとが形成されたボディと、
前記ボディの前記低圧室連通ポートと前記出口連通ポートとの間に摺動可能に設けられて、前記差圧応動部として機能する差圧応動部材と、
前記ボディの前記出口連通ポートと前記高圧室連通ポートとの間に設けられて、前記吐出弁部として機能する弁体と、
前記差圧応動部材を前記弁体の閉弁方向に付勢する第１付勢部材と、
前記弁体と前記差圧応動部材との間に設けられて、前記弁体を閉弁方向に付勢する第２付勢部材と、
を備えていることを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル。
【請求項５】
空調装置の冷凍サイクルを構成し、蒸発器側から吸入室に導入された冷媒を圧縮して吐出室から外部熱交換器側へ吐出する可変容量圧縮機において、
前記可変容量圧縮機の吐出室および吸入室の少なくとも一方とクランク室とを連通させる制御通路に設けられた第１制御弁部と、吐出圧力が減圧されて得られた設定圧力以上の中間圧力が満たされる中圧室と、前記中間圧力を感知し、その中間圧力が予め設定された基準圧力となるように前記第１制御弁部の開閉方向の力を発生させる感圧部と、前記吸入室または前記クランク室と前記中圧室とを連通させる調圧通路に設けられ、その開閉によりその前後差圧を発生させる第２制御弁部と、その第２制御弁部の前後差圧が供給電流量に応じた設定差圧となるようソレノイド力を発生させ、その設定差圧の変更により前記設定圧力を変化させるソレノイドとを含み、前記可変容量圧縮機の吸入圧力またはクランク圧力を前記設定圧力に保つように、前記吐出室から前記クランク室に導入する冷媒流量および前記クランク室から前記吸入室へ導出する冷媒流量の少なくとも一方を制御して前記可変容量圧縮機の吐出容量を変化させる制御弁と、
前記可変容量圧縮機の出口と前記吐出室との間の冷媒通路に設けられた吐出弁部と、前記可変容量圧縮機の出口と前記吸入室または前記クランク室との間の冷媒通路に設けられた差圧応動部とを含み、前記吸入圧力または前記クランク圧力と前記吐出圧力との差圧が開弁差圧以上になると前記吐出弁部が開弁する一方、前記差圧応動部の前後差圧が設定値以下になると前記差圧応動部が前記吐出弁部を閉弁方向に付勢し、前記吐出弁部の前後差圧を大きくして前記吐出圧力の低下を抑制する吐出弁と、
を備えたことを特徴とする可変容量圧縮機。
【請求項６】
前記中圧室に連通する高圧室を備え、
前記制御弁は、前記高圧室から前記中圧室へ冷媒を漏洩させる冷媒漏洩通路を有していることを特徴とする請求項５に記載の可変容量圧縮機。
【請求項７】
前記吐出弁は、
前記吐出室に連通する高圧室連通ポートと、前記可変容量圧縮機の出口に連通する出口連通ポートと、前記吸入室または前記クランク室に連通する低圧室連通ポートとが形成されたボディと、
前記ボディの前記低圧室連通ポートと前記出口連通ポートとの間に摺動可能に設けられて、前記差圧応動部として機能する差圧応動部材と、
前記ボディの前記出口連通ポートと前記高圧室連通ポートとの間に設けられて、前記吐出弁部として機能する弁体と、
前記差圧応動部材を前記弁体の閉弁方向に付勢する第１付勢部材と、
前記弁体と前記差圧応動部材との間に設けられて、前記弁体を閉弁方向に付勢する第２付勢部材と、
を備えていることを特徴とする請求項６に記載の可変容量圧縮機。
【請求項８】
前記制御弁は、
前記制御通路を形成する第１弁孔に接離するように配置されて前記第１制御弁部を開閉する第１弁体と、
前記感圧部による力を受けて前記第１弁体と一体に動作可能な作動ロッドと、
前記調圧通路を形成する第２弁孔に接離するように配置され、前記ソレノイド力を受けて前記第２制御弁部を開閉する第２弁体と、
を備え、
前記感圧部は、ボディに設けられたハウジングと、前記ハウジング内を前記中間圧力が導入される開放空間と密閉空間とに仕切るように配設された感圧部材とを含んで構成され、前記吸入圧力またはクランク圧力が前記設定圧力よりも低くなったときに前記感圧部材が変位して、前記作動ロッドを介して前記第１弁体に開弁方向の駆動力を付与し、
前記ソレノイドは、前記第２弁体に閉弁方向のソレノイド力を付与することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の可変容量圧縮機。
【請求項９】
前記制御弁は、
前記感圧部が前記ボディの一端側に設けられる一方、前記ソレノイドが前記ボディの他端側に設けられ、
前記ボディの一端側から順に前記クランク室に連通するクランク室連通ポート、前記吐出室に連通する吐出室連通ポート、前記吸入室に連通する吸入室連通ポートが設けられ、
前記ボディ内において、前記感圧部と前記クランク室連通ポートとの間に摺動孔、前記クランク室連通ポートと前記吐出室連通ポートとの間に前記第１弁孔、前記吐出室連通ポートと前記吸入室連通ポートとの間にガイド孔がそれぞれ設けられ、
前記作動ロッドは前記第１弁孔を貫通し、その一端側が前記摺動孔に摺動可能に支持される一方、他端側が前記ガイド孔に摺動可能に支持され、
前記中圧室が、前記作動ロッドと前記ガイド孔とに囲まれる空間に形成され、前記作動ロッドを貫通するように設けられた内部通路を介して前記開放空間へ連通するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の可変容量圧縮機。
【請求項１０】
前記制御弁は、前記摺動孔の断面積、前記第１弁孔の断面積、および前記ガイド孔の断面積が実質的に等しく形成されることにより、前記作動ロッドに作用する吐出圧力および前記クランク圧力の影響をキャンセルし、前記中間圧力が前記基準圧力に保持されるように前記第１弁体が自律的に動作するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の可変容量圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１０８７７０（Ｐ２００９−１０８７７０Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８２１６３（Ｐ２００７−２８２１６３）
【出願日】平成１９年１０月３０日（２００７．１０．３０）
【出願人】（０００１３３６５２）株式会社テージーケー (280)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月３０日（２００７．１０．３０）
【出願人】（０００１３３６５２）株式会社テージーケー (280)
【Ｆターム（参考）】
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