制御弁
【課題】パイロット作動式の制御弁において、背圧室に導入される流体の利用効率を高める。
【解決手段】複合弁３５は、切替弁３１と逆止弁３２とを一体化して構成される。切替弁３１は、パイロット弁１０６の開閉により背圧室１５２の冷媒の圧力を変化させることにより主弁１０５を開閉制御するパイロット作動式の制御弁である。パイロット弁体１７０は、背圧室１５２から冷媒を導出させる際に、その背圧室１５２からの冷媒の導出通路となるパイロット弁孔１４０の開度を絞るとともに、その背圧室１５２への冷媒の導入通路となるリーク通路１６６の開度を絞る。
【解決手段】複合弁３５は、切替弁３１と逆止弁３２とを一体化して構成される。切替弁３１は、パイロット弁１０６の開閉により背圧室１５２の冷媒の圧力を変化させることにより主弁１０５を開閉制御するパイロット作動式の制御弁である。パイロット弁体１７０は、背圧室１５２から冷媒を導出させる際に、その背圧室１５２からの冷媒の導出通路となるパイロット弁孔１４０の開度を絞るとともに、その背圧室１５２への冷媒の導入通路となるリーク通路１６６の開度を絞る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイロット弁の開閉により主弁を開閉制御するパイロット作動式の制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用空調装置は、一般に、圧縮機、凝縮器、蒸発器等を冷媒循環通路に配置して構成される（例えば特許文献１参照）。例えば、圧縮機と凝縮器との間には、冷媒を凝縮器を通過させる通路と迂回させる通路との分岐点が設けられる。そして、冷房運転時には主として凝縮器を通過させる通路を形成し、暖房運転時には主として凝縮器を迂回させる通路を形成するなどして蒸発器に送り込む冷媒の状態（温度）を変化させ、空調制御を行っている。このような制御を行うために、その分岐点には冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れを切り替える切替弁が設けられている。
【０００３】
特許文献１に記載の空調装置においては、上流側通路を２つの下流側通路の一方に選択的に連通させる三方向切替弁が設けられている。この切替弁は、１つのソレノイドで一方の弁部を開放させると同時に他方の弁部を閉弁させる主弁体を有する。また、その主弁体をパイロット作動式とすることで、弁全体のコンパクト化が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２８７３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このようなパイロット作動式の制御弁は、パイロット弁の開閉により背圧室の圧力を変化させることによって主弁を開閉制御する。この背圧室の圧力は、その背圧室に導入される冷媒の流量と、背圧室から導出される冷媒の流量とのバランスにより調整される。すなわち、主弁の開閉状態を維持するために、上流側から背圧室への冷媒の導入と背圧室から下流側への冷媒の導出が継続されることになる。したがって、主弁の開閉作動に直接寄与しない冷媒が背圧室に導入されてそのまま導出されるという無駄な現象が生じ、圧縮機の作動効率の面から改善の余地があった。
【０００６】
本発明の目的の一つは、パイロット作動式の制御弁において背圧室に導入される流体の利用効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の制御弁は、パイロット弁の開閉により背圧室の圧力を変化させることによって主弁を開閉制御するパイロット作動式の制御弁であって、背圧室へ流体を導入する導入通路の開度を絞るとともに、背圧室から流体を導出する導出通路の開度を絞る機構を備える。
【０００８】
この態様によると、パイロット作動式の制御弁において背圧室の圧力を維持する際、その背圧室への流体の導入通路の開度が絞られるとともに、その背圧室からの流体の導出通路の開度が絞られる。このため、背圧室の圧力を維持するためにパイロット弁を通過する流体の流量を抑制することができ、流体の利用効率を高めることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、パイロット作動式の制御弁において背圧室に導入される流体の利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図３】複合弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【図４】複合弁の動作を表す説明図である。
【図５】複合弁の動作を表す説明図である。
【図６】複合弁の動作を表す説明図である。
【図７】複合弁の動作を表す説明図である。
【図８】複合弁の動作を表す説明図である。
【図９】複合弁の動作を表す説明図である。
【図１０】過熱度制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。図１は、実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。本実施形態は、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車の冷暖房装置として具体化したものである。
【００１２】
車両用冷暖房装置１は、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁ユニット４、室外熱交換器５、第２制御弁ユニット６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。車両用冷暖房装置１は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の冷暖房装置として構成されている。
【００１３】
車両用冷暖房装置１は、また、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。そして、この冷凍サイクルは、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として並列に動作可能に構成され、また、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として並列に動作可能に構成されている。すなわち、冷房運転時および暖房運転時に冷媒が循環する第１冷媒循環通路、暖房運転時にのみ冷媒が循環する第２冷媒循環通路、冷房運転時にのみ冷媒が循環する第３冷媒循環通路が形成される。
【００１４】
第１冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→第２制御弁ユニット６→蒸発器７→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第２冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→第２制御弁ユニット６→室外熱交換器５→第１制御弁ユニット４→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第３冷媒循環通路は、圧縮機２→第１制御弁ユニット４→室外熱交換器５→第２制御弁ユニット６→蒸発器７→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。室外熱交換器５を流れる冷媒の流れは、第２冷媒循環通路が開放された場合と第３冷媒循環通路が開放された場合とで逆転する。つまり、室外熱交換器５における冷媒の入口と出口は、第２冷媒循環通路が開放された場合と第３冷媒循環通路が開放された場合とで切り替わる。
【００１５】
具体的には、圧縮機２の吐出室につながる通路が分岐し、その一方である第１通路２１が室内凝縮器３の入口につながり、他方である第２通路２２が室外熱交換器５の一方の出入口につながっている。室内凝縮器３の出口につながる第３通路２３は、その下流側で分岐し、その一方である第１分岐通路２６が第４通路２４を介して蒸発器７につながり、他方である第２分岐通路２７が第５通路２５を介して室外熱交換器５の他方の出入口につながっている。第４通路２４と第５通路２５とは、接続通路２８により接続されている。また、第２通路２２の中間部においてバイパス通路２９が分岐し、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。さらに、蒸発器７の出口につながる戻り通路３０が、バイパス通路２９と逆止弁３２（後述する）の下流側にて接続され、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。
【００１６】
第１冷媒循環通路は、第１通路２１，第３通路２３，第１分岐通路２６，第４通路２４，戻り通路３０を接続して構成される。第２冷媒循環通路は、第１通路２１，第３通路２３，第２分岐通路２７，第５通路２５，第２通路２２，バイパス通路２９を接続して構成される。第３冷媒循環通路は、第２通路２２，第５通路２５，接続通路２８，第４通路２４，戻り通路３０を接続して構成される。そして、このような冷媒循環通路の切り替えを実現するために、圧縮機２と室外熱交換器５との接続部に第１制御弁ユニット４が設けられ、室内凝縮器３と室外熱交換器５と蒸発器７との接続部に第２制御弁ユニット６が設けられている。
【００１７】
車両用冷暖房装置１は、空気の熱交換が行われるダクト１０を有し、そのダクト１０における空気の流れ方向上流側から室内送風機１２、蒸発器７、室内凝縮器３が配設されている。室内凝縮器３の上流側には、エアミックスドア１４が回動自在に設けられ、室内凝縮器３を通過する風量と室内凝縮器３を迂回する風量との比率が調節される。また、室外熱交換器５に対向するように室外送風機１６が配置されている。
【００１８】
圧縮機２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示しないバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。この圧縮機２としては、レシプロ式、ロータリ式、スクロール式など、様々な形式の圧縮機を採用することができるが、電動圧縮機そのものは公知であるため、その説明については省略する。
【００１９】
室内凝縮器３は、車室内に設けられ、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室内凝縮器３を通過する際に放熱する。エアミックスドア１４の開度に応じて振り分けられた空気は、室内凝縮器３を通過する過程でその熱交換が行われる。
【００２０】
室外熱交換器５は、車室外に配置され、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外送風機１６は、吸い込み式の送風機であり、軸流ファンをモータにより回転駆動することにより外気を導入する。室外熱交換器５は、その外気と冷媒との間で熱交換をさせる。
【００２１】
蒸発器７は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。すなわち、第２制御弁ユニット６を構成する各制御弁（後述する）の通過により低温・低圧となった冷媒は、蒸発器７を通過する際に蒸発する。ダクト１０の上流側から導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却される。このとき冷却・除湿された空気は、エアミックスドア１４の開度に応じて室内凝縮器３を通過するものと、室内凝縮器３を迂回するものとに振り分けられる。室内凝縮器３を通過する空気は、その通過過程で加熱される。室内凝縮器３を通過した空気と迂回した空気とが室内凝縮器３の下流側にて混合されて目標の温度に調整され、図示しない吹出口から車内に供給される。例えば、ベント吹出口、フット吹出口、デフ吹出口等から車室内所定場所に向かって吹き出される。
【００２２】
アキュムレータ８は、蒸発器から送出された冷媒を気液分離して溜めておく装置であり、液相部と気相部とを有する。このため、仮に蒸発器７から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、その液冷媒を液相部に溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機２に導出することができる。その結果、圧縮機２の圧縮動作に支障をきたすこともない。一方、本実施形態では、その液相部の冷媒の一部を圧縮機２に供給できるようにされており、圧縮機２に必要量の潤滑オイルを戻すことができるようになっている。
【００２３】
第１制御弁ユニット４は、切替弁３１、逆止弁３２および過熱度制御弁３３を含む。切替弁３１は、第２通路２２を開閉する第１弁部と、バイパス通路２９を開閉する第２弁部と、各弁部を駆動するソレノイドとを備える三方向電磁弁からなる。第１弁部は、その開弁により圧縮機２から第２通路２２を介した室外熱交換器５への冷媒の流れを許容する。第２弁部は、その開弁により室外熱交換器５からバイパス通路２９を介したアキュムレータ８への冷媒の流れを許容する。本実施形態では、切替弁３１として、ソレノイドへの通電有無によって第１弁部および第２弁部の一方を開弁させて他方を閉弁させる開閉弁（オン／オフ弁）が用いられる。なお、切替弁３１を弁部を駆動するアクチュエータはソレノイドでなくてもよく、ステッピングモータ等の電動機であってもよい。この切替弁３１の具体的構成については後に詳述する。
【００２４】
逆止弁３２は、バイパス通路２９において切替弁３１側への冷媒の逆流を防止する機械式の弁として構成されている。逆止弁３２は、前後差圧（逆止弁３２の上流側圧力と下流側圧力との差圧）が設定値（予め設定する開弁差圧）を超えると自律的に開弁する差圧弁であってもよい。
【００２５】
過熱度制御弁３３は、暖房運転時において室外熱交換器５の出口側の過熱度（スーパーヒート）が予め設定された一定の過熱度（設定過熱度ＳＨ）に近づくよう冷媒の流れを制御する制御弁である。本実施形態では、過熱度制御弁３３として、室外熱交換器５の出口側の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。過熱度制御弁３３は、感知した過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きければ弁開度を絞り、室外熱交換器５の蒸発圧力を上昇させることにより、室外熱交換器５を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を小さくし、それにより過熱度を小さくして設定過熱度ＳＨに近づける。逆に、感知された過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さければ、過熱度制御弁３３は、弁開度を大きくし、室外熱交換器５の蒸発圧力を低下させることにより、室外熱交換器５を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を大きくし、それにより過熱度を大きくして設定過熱度ＳＨに近づける。このように、過熱度制御弁３３は、室外熱交換器５の出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨに近づくよう自律的に動作する。この過熱度制御弁３３の具体的構成については後に詳述する。
【００２６】
第２制御弁ユニット６は、過冷却度制御弁４１（第１の過冷却度制御弁）、比例弁４２、過冷却度制御弁４３（第２の過冷却度制御弁）、逆止弁４４を含む。過冷却度制御弁４１は、室内凝縮器３から第３通路２３を介して導入された冷媒を絞り膨張させて下流側に導出する「膨張装置」として機能するとともに、室内凝縮器３から蒸発器７および室外熱交換器５へ供給される冷媒の総流量を調整する「総流量弁」としても機能する。
【００２７】
過冷却度制御弁４１は、室内凝縮器３の出口側の過冷却度（サブクール）が予め設定された一定の過冷却度（設定値ＳＣ１）に近づくよう冷媒の流れを制御する制御弁である。本実施形態では、過冷却度制御弁４１として、室内凝縮器３の出口側の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。過冷却度制御弁４１は、室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣ１よりも大きくなると開弁方向に動作し、室内凝縮器３を流れる冷媒の流量を増加させる。このように冷媒の流量が増加すると、室内凝縮器３における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が小さくなるため、その過冷却度は小さくなる方向に変化する。
【００２８】
逆に、室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣ１よりも小さくなると、過冷却度制御弁４１は、閉弁方向に動作し、室内凝縮器３を流れる冷媒の流量を減少させる。このように冷媒の流量が減少すると、室内凝縮器３における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が大きくなるため、その過冷却度は大きくなる方向に変化する。このように、過冷却度制御弁４１は、その入口（室内凝縮器３の出口側）の過冷却度が設定値ＳＣ１となるよう自律的に動作する。
【００２９】
比例弁４２は、三方向電磁比例弁として構成され、第３通路２３から第１分岐通路２６と第２分岐通路２７とに分岐する分岐点に設けられている。すなわち、比例弁４２は、第１分岐通路２６の開度を制御する第１比例弁と、第２分岐通路２７の開度を制御する第２比例弁とを含む「複合弁」として構成されている。
【００３０】
第１比例弁は、その弁部の開度が制御されることにより第１冷媒循環通路の開度を調整する。第２比例弁は、その弁部の開度が制御されることにより第２冷媒循環通路の開度を調整する。第１比例弁と第２比例弁は、各弁部を構成する弁体が一体に設けられ、一つのアクチュエータにて同時にリニア制御される。それにより、各弁部の開度の比率が制御される。すなわち、暖房運転時においては、過冷却度制御弁４１により蒸発器７および室外熱交換器５へ供給される冷媒の総流量が調整され、その総流量が比例弁４２によって設定された比率に振り分けられる。つまり、比例弁４２は、アクチュエータの駆動量に応じて冷媒の流量を振り分ける「振分弁」として機能する。本実施形態では、比例弁４２のアクチュエータがソレノイドからなるが、変形例においてはステッピングモータからなるものでもよい。
【００３１】
過冷却度制御弁４３は、冷房運転時において室外熱交換器５から第５通路２５および接続通路２８を介して導入された冷媒を絞り膨張させて蒸発器７側に導出する「膨張装置」として機能する。過冷却度制御弁４３は、冷房運転時において室外熱交換器５の出口側の過冷却度が予め設定された一定の過冷却度（設定値ＳＣ２）に近づくよう冷媒の流れを制御する制御弁である。本実施形態では、過冷却度制御弁４３として、冷房運転時における室外熱交換器５の出口側の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。過冷却度制御弁４３は、室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値ＳＣ２よりも大きくなると開弁方向に動作し、室外熱交換器５を流れる冷媒の流量を増加させる。このように冷媒の流量が増加すると、室外熱交換器５における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が小さくなるため、その過冷却度は小さくなる方向に変化する。
【００３２】
逆に、室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値ＳＣ２よりも小さくなると、過冷却度制御弁４３は、閉弁方向に動作し、室外熱交換器５を流れる冷媒の流量を減少させる。このように冷媒の流量が減少すると、室外熱交換器５における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が大きくなるため、その過冷却度は大きくなる方向に変化する。このように、過冷却度制御弁４３は、その入口（室外熱交換器５の出口側）の過冷却度が設定値ＳＣ２となるよう自律的に動作する。
【００３３】
逆止弁４４は、接続通路２８において過冷却度制御弁４３側への冷媒の逆流を防止する機械式の弁として構成されている。
【００３４】
以上のように構成された車両用冷暖房装置１は、制御部１００により制御される。制御部１００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１００には、車両用冷暖房装置１に設置された図示しない各種センサ・スイッチ類からの信号が入力される。制御部１００は、車両の乗員によりセットされた室温を実現するために各アクチュエータの制御量を演算し、各アクチュエータの駆動回路に制御信号を出力する。制御部１００は、切替弁３１や比例弁４２の開閉制御のほか、圧縮機２，室内送風機１２，室外送風機１６およびエアミックスドア１４の駆動制御も実行する。
【００３５】
制御部１００は、比例弁４２の駆動回路に設定したパルス信号を出力する駆動信号出力部を有する。具体的には、制御部１００にて演算され、設定されたデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部が設けられるが、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１００は、車室内外の温度、蒸発器７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比例弁４２の設定開度を決定し、その開度がその設定開度となるようソレノイドに電流を供給する。なお、変形例として比例弁４２のアクチュエータをステッピングモータにより構成する場合には、その開度がその設定開度となるようステッピングモータに制御パルス信号を出力する。
【００３６】
このような制御により、図示のように、圧縮機２は、その吸入室を介して吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入し、これを圧縮して吐出圧力Ｐｄの冷媒として吐出する。このとき、第２制御弁ユニット６における圧力は図示のようになる。すなわち、過冷却度制御弁４１の上流側は高圧の上流側圧力ｐ１となり、比例弁４２における第１比例弁の下流側は低圧の下流側圧力ｐ３となる。また、比例弁４２における第２比例弁の下流側で過冷却度制御弁４３の上流側は中間圧力ｐ２となる。
【００３７】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図２は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は特殊冷暖房運転時の状態を示している。ここでいう「冷房運転」は、冷房機能が暖房機能よりも大きく機能する運転状態であり、「暖房運転」は、暖房機能が冷房機能よりも大きく機能する運転状態である。また、「特定暖房運転」は、蒸発器７を機能させない暖房運転（実質的に冷房機能なし）である。「特殊冷暖房運転」は、室外熱交換器５を機能させない冷房運転および暖房運転である。
【００３８】
各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。その横軸がエンタルピーを表し、縦軸が各種圧力を表している。各図の下段には、冷凍サイクルの動作状態が示されている。図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、符号ａ〜ｇはモリエル線図のそれと対応している。また、図中の「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。なお、同図の下段は図１に対応するが、エアミックスドア１４等の図示を省略するなど便宜上簡略表記されている。
【００３９】
図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁ユニット４において切替弁３１の第１弁部が開弁され、第２弁部が閉弁される。一方、第２制御弁ユニット６において比例弁４２の第１比例弁が開弁され、第２比例弁が閉弁される。このため、バイパス通路２９が遮断され、圧縮機２から吐出冷媒は室外熱交換器５に導かれるようになる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、過冷却度制御弁４１、比例弁４２の第１比例弁、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように第１冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻り、他方で切替弁３１、室外熱交換器５、過冷却度制御弁４３、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように第３冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
【００４０】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室内凝縮器３を、他方で室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室内凝縮器３を経由した冷媒が過冷却度制御弁４１にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。このとき、過冷却度制御弁４１は、室内凝縮器３の出口側（ｃ点）の過冷却度が設定値ＳＣ１となるように弁部の開度を自律的に調整する。比例弁４２の第２比例弁が閉じられているため、過冷却度制御弁４１にて膨張された冷媒は、全て比例弁４２の第１比例弁を通過して蒸発器７に供給される。
【００４１】
また、室外熱交換器５を経由した冷媒が過冷却度制御弁４３にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。このとき、過冷却度制御弁４３は、室内凝縮器３の出口側（ｆ点）の過冷却度が設定値ＳＣ２となるように弁部の開度を自律的に調整する。なお、本実施形態では、これらの設定値ＳＣ１とＳＣ２とが等しく設定されているが（「ＳＣ」と表記する）、変形例においては両者を異ならせてもよい。蒸発器７の入口に導入された冷媒は、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。このとき、蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００４２】
一方、図２（Ｂ）に示すように、暖房運転時においては、第１制御弁ユニット４において切替弁３１の第１弁部が閉弁され、第２弁部が開弁される。一方、第２制御弁ユニット６において比例弁４２の第１比例弁および第２比例弁がともに開弁され、両比例弁の開度の比率が調整されることで、蒸発器７および室外熱交換器５に向かう冷媒の流量が振り分けられる。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、過冷却度制御弁４１、比例弁４２の第１比例弁、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように第１冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻り、他方で室内凝縮器３、過冷却度制御弁４１、比例弁４２の第２比例弁、室外熱交換器５、過熱度制御弁３３、アキュムレータ８を経由するように第２冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
【００４３】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され。そして、過冷却度制御弁４１にて断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒が比例弁４２により振り分けられ、その振り分けられた一方の冷媒が蒸発器７に供給されて蒸発し、振り分けられた他方の冷媒が室外熱交換器５に供給されて蒸発する。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が、第１比例弁と第２比例弁の開度の比率により制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保でき、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。なお、過冷却度制御弁４３の入口側は過冷却状態にないため、過冷却度制御弁４３は閉弁状態を維持する。
【００４４】
この暖房運転においては除湿運転を良好に行うことが必要となるが、その除湿制御の概要については以下のとおりである。すなわち、図２（Ｂ）に示すように、過冷却度制御弁４１により室内凝縮器３の出口における所定の過冷却度ＳＣが維持されることで（ｃ点）、室内凝縮器３における凝縮能力が適正に維持され、効率の良い熱交換が行われる（ｄ点）。一方、アキュムレータ８によって圧縮機２の入口の冷媒の状態が常に飽和蒸気圧曲線上に保持される（ａ点）。一方、蒸発器７の出口の冷媒の状態（ｅ点）は、室外熱交換器５の出口の冷媒の状態（ｇ点）とバランスするように変化する。
【００４５】
このとき、室外熱交換器５における外部からの熱吸収量は、この過熱度制御弁３３の絞り量により調整される。すなわち、過熱度制御弁３３は、室外熱交換器５の出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きくなると、閉弁方向に動作して室外熱交換器５における蒸発圧力Ｐｏを上昇させる。その結果、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏと蒸発器７の蒸発圧力Ｐｅとの差圧Ｐoeが発生する。それにより、室外熱交換器５を通過する冷媒の温度が高くなり外気との熱交換量が少なくなるため、過熱度は小さくなる方向に変化する。
【００４６】
逆に、その過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さくなると、開弁方向に動作して室外熱交換器５における蒸発圧力Ｐｏを低下させる。それにより、室外熱交換器５を通過する冷媒の温度が低くなり外気との熱交換量が多くなるため、過熱度は大きくなる方向に変化する。このように、室外熱交換器５の出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨとなるよう過熱度制御弁３３が自律的に動作するため、室外熱交換器５の出口側の過熱度が過大になるのが防止される。それにより、室外熱交換器５の温度ムラを抑制することができ、室外熱交換器５に潤滑オイルが滞留することを防止または抑制することができる。
【００４７】
制御部１００は、室外熱交換器５に潤滑オイルを滞留するとして予め設定された条件が成立した場合、圧縮機２の回転数に応じて第２比例弁の開度を大きくして室外熱交換器５の出口側まで湿り度を有する冷媒を流すようにして潤滑オイルの循環を確保する。その場合、過熱度制御弁３３が開弁方向に動作して過熱度を戻そうとするが、その感温部が感知するまでのタイムラグがあるため、その湿り度のある冷媒とともに潤滑オイルを導出することが可能になる。なお、本実施形態では、室外熱交換器５において過熱度が発生させる例を示したが、蒸発器７において過熱度を発生させる仕様とする場合には、蒸発器７の下流側に過熱度制御弁３３と同様の制御弁を設けてもよい。
【００４８】
また、図２（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁ユニット４において切替弁３１の第２弁部が開弁され、第１弁部が閉弁される。一方、第２制御弁ユニット６において比例弁４２の第１比例弁が閉弁され、第２比例弁が開弁される。このため、冷媒は蒸発器７を通過せず、蒸発器７は実質的に機能しなくなる。つまり、室外熱交換器５のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、比例弁４２の第２比例弁、室外熱交換器５、過熱度制御弁３３、アキュムレータ８を経由するように第２冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。なお、過冷却度制御弁４３の入口側は過冷却状態にないため、過冷却度制御弁４３は閉弁状態を維持する。
【００４９】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、過冷却度制御弁４１にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器５を通過して蒸発される。室外熱交換器５を通過した冷媒は、過熱度制御弁３３およびアキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。すなわち、冷温・低圧の冷媒が蒸発器７にて熱交換されないため、車室内に導入された空気は室内凝縮器３により加熱されるのみとなる。このように、一時的に蒸発器７に低温・低圧の液冷媒が供給されなくなるため、ダクト１０を通過する空気により蒸発器７が温められる。制御部１００は、外部温度等に応じて外部環境が極低温であると判定すると、暖房運転から特定暖房運転に適宜切り替えることにより、蒸発器７が凍結するのを防止または抑制する。
【００５０】
また、図２（Ｄ）に示すように、特殊冷暖房運転時においては、第１制御弁ユニット４において切替弁３１の第１弁部が閉弁される。また、第２制御弁ユニット６において比例弁４２の第１比例弁が開弁され、第２比例弁が閉弁される。このため、冷媒は室外熱交換器５を通過せず、室外熱交換器５は実質的に機能しなくなる。つまり、蒸発器７のみが蒸発器として機能する内気循環の状態となる。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、過冷却度制御弁４１、比例弁４２の第１比例弁、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように第１冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。このとき、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏが圧縮機２の吸入圧力Ｐｓよりも低くなるが、逆止弁４４によって過冷却度制御弁４３側への冷媒の逆流は防止され、また、逆止弁３２によって切替弁３１側への冷媒の逆流も防止される。
【００５１】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、過冷却度制御弁４１にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。蒸発器７を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。車室内に導入された空気は、蒸発器７を経由して冷却・除湿され、室内凝縮器３により加熱されることでその温度調整が行われる。このような特殊冷暖房運転は、外部からの吸熱が困難な場合、例えば車両が極寒状況におかれた場合などに有効に機能する。
【００５２】
次に、第１制御弁ユニット４の具体的構成および動作について説明する。上述のように、第１制御弁ユニット４は、切替弁３１、逆止弁３２、過熱度制御弁３３を含む。本実施例では、切替弁３１と逆止弁３２とが複合弁３５として一体に設けられている。まず、複合弁３５の構成および動作について説明する。図３は、複合弁の具体的構成および動作を表す断面図である。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表現することがある。
【００５３】
複合弁３５は、弁本体１０１とソレノイド１０２とを組み付けて構成されている。弁本体１０１は、有底筒状のボディ１０３に主弁１０５（「第１弁」として機能する）、パイロット弁１０６、副弁１０７（「第２弁」として機能する）を同軸状に収容して構成される。ボディ１０３は、金属材を切削加工して得られた第１ボディ１０８の内方に、樹脂材の射出成形により得られた第２ボディ１０９を組み付けて構成された二重構造を有する。第１ボディ１０８の一方の側部には入口ポート１１０および出入口ポート１１２が設けられ、他方の側部には出口ポート１１４が設けられている。入口ポート１１０は上流側通路（第１通路２１）に連通し、出入口ポート１１２は中間通路（第２通路２２）に連通し、出口ポート１１４は下流側通路（バイパス通路２９）に連通する。
【００５４】
第２ボディ１０９は、ボディ１０３の内部通路を形成するとともに弁機構を収容する。第２ボディ１０９の入口ポート１１０との対向部および出入口ポート１１２との対向部には、内外を連通する連通孔がそれぞれ設けられ、その第１ボディ１０８との境界部を跨ぐようにシール部材１１８，１２０が嵌着されている。第２ボディ１０９の軸線方向中央部には、半径方向内向きにフランジ部１１５が突設され、その内周部によりガイド孔１１６が形成されている。ガイド孔１１６の内周面には、シール用のＯリング１１９が嵌着されている。
【００５５】
第２ボディ１０９の内部はフランジ部１１５により上方の圧力室１２０と下方の圧力室１２２とに区画され、第２ボディ１０９の下方には圧力室１２４が形成されている。圧力室１２０は入口ポート１１０に連通し、圧力室１２２は出入口ポート１１２に連通し、圧力室１２４は出口ポート１１４に連通している。そして、第２ボディ１０９の内部には、これらの圧力室を区画するように弁駆動体１２６、複合弁体１２８、可動弁体１３０が収容されている。
【００５６】
第２ボディ１０９の外周部には、長手方向に沿って延びる連通溝１３４が形成されており、ボディ１０３との間に連通路１３６を形成している。一方、第１ボディ１０８の上端開口部を封止するように段付円板状の区画部材１３８が設けられている。区画部材１３８は、下方に向けてその外径が段階的に縮径し、下半部が第２ボディ１０９の上端開口部に嵌合している。区画部材１３８と第２ボディ１０９との接合面にはシール用のＯリングが介装されている。区画部材１３８には軸線に沿って貫通孔が設けられ、その貫通孔の下半部によりパイロット弁孔１４０が形成されている。また、その貫通孔から半径方向外向きに連通路１４２が延設され、区画部材１３８の内外を連通させている。この連通路１４２と連通路１３６とによりパイロット通路１４４が形成されている。パイロット通路１４４は、パイロット弁孔１４０と圧力室１２４とを連通させる。
【００５７】
弁駆動体１２６は段付円筒状をなし、その下半部がガイド孔１１６に摺動可能に支持されている。弁駆動体１２６の上端開口部には、半径方向外向きに延出するフランジ部１４６が設けられ、第２ボディ１０９の上部内周面に摺動可能に支持されている。フランジ部１４６の外周面にはシール用のＯリングが嵌着されている。また、弁駆動体１２６の上端開口部を封止するように有底円筒状の区画部材１４８が嵌着されている。区画部材１４８と第２ボディ１０９との接合面にはシール用のＯリングが介装されている。この区画部材１４８とフランジ部１４６とにより可動の区画部が形成されており、その区画部により圧力室１２０が高圧室１５０と背圧室１５２とに区画される。すなわち、弁駆動体１２６の区画部と区画部材１３８とに挟まれる空間により背圧室１５２が形成される。区画部材１３８は、弁駆動体１２６を上方から係止して上死点を規定する係止部としても機能する。弁駆動体１２６は、その長手方向中央部に縮径部を有し、その内周部により主弁孔１５４が形成され、その上流側開口端部に主弁座１５６が形成されている。
【００５８】
複合弁体１２８は、長尺状の作動ロッドの上端部に主弁体１６０が一体形成され、下端部に副弁体１６２が螺合接続されて構成されている。複合弁体１２８は、弁駆動体１２６の主弁孔１５４を貫通するように同軸状に配設されている。主弁体１６０にはリング状の弾性体が嵌着され、その弾性体が主弁座１５６に上流側から着脱して主弁１０５を開閉する。同様に、副弁体１６２にもリング状の弾性体が嵌着されている。主弁体１６０と副弁体１６２とは作動ロッドを介して一体化されているため、いずれか一方の動作に他方が連動することになる。
【００５９】
主弁体１６０と区画部材１４８との間には、主弁体１６０を閉弁方向に付勢するスプリング１６４が介装されている。区画部材１４８の下面には、図示のように主弁体１６０が当接した際にも内外を連通させるための連通溝が形成されている。また、区画部材１４８の中央部には小断面のリーク通路１６６が形成され、そのリーク通路１６６を背圧室１５２側で囲むように円ボス状の弁座形成部１６８が設けられている。この弁座形成部１６８は、その上端面においてパイロット弁１０６のパイロット弁体１７０に着脱するが、その上端面の所定位置にはごく小さな連通溝１７２が設けられている。すなわち、連通溝１７２は、弁座形成部１６８がパイロット弁体１７０に当接した際にも少量の冷媒の通過を許容する微少通路を形成するものである。この微少通路の流路断面はリーク通路１６６の流路断面よりもさらに小さくなるが、その詳細については後述する。
【００６０】
区画部材１４８と区画部材１３８との間には、区画部材１４８を介して主弁体１６０を閉弁方向に付勢するスプリング１７４が介装されている。また、区画部材１３８におけるパイロット弁孔１４０の開口端縁によりパイロット弁座１７６が形成されている。パイロット弁体１７０は、背圧室１５２に配設されたボール状の弁体であり、パイロット弁座１７６に着脱してパイロット弁１０６を開閉する。パイロット弁体１７０と区画部材１４８との間には、パイロット弁体１７０を閉弁方向に付勢するスプリング１８０が介装されている。パイロット弁体１７０は、ソレノイド１０２により開弁方向の力を受けるが、その詳細については後述する。
【００６１】
可動弁体１３０は、リング状の本体を有し、第２ボディ１０９の下端部に摺動可能に支持されている。可動弁体１３０の外周面には、弾性体からなるリング状のシール部材１８２が嵌着されている。可動弁体１３０の上流側開口端部に弁座１８４が設けられている。可動弁体１３０は、副弁１０７の弁座として機能するとともに、逆止弁３２の弁体としても機能する。すなわち図示のように、副弁体１６２が圧力室１２２側から弁座１８４に着脱することにより副弁１０７を開閉する。また、可動弁体１３０が圧力室１２４側から副弁体１６２に着脱することにより逆止弁３２を開閉する。ボディ１０３の底部と可動弁体１３０との間には、可動弁体１３０を閉弁方向に付勢するスプリング１８６が介装されている。
【００６２】
このような構成において、主弁１０５の開弁状態において入口ポート１１０から導入された上流側圧力Ｐ１は、リーク通路１６６を通過することで背圧室１５２にて中間圧力Ｐｐとなる。また、上流側圧力Ｐ１は、主弁１０５を経て中間圧力Ｐ２となり、出入口ポート１１２を介して室外熱交換器５側へ導出される。また、副弁１０７の開弁状態において出入口ポート１１２から導入された中間圧力Ｐ２は、副弁１０７を経て下流側圧力Ｐ３となって出口ポート１１４からバイパス通路２９へ導出される。
【００６３】
一方、ソレノイド１０２は、ボディ１０３の上端部を封止するように取り付けられている。ソレノイド１０２とボディ１０３との間にはシールリングが介装されている。ソレノイド１０２は、円筒状のスリーブ１８８と、スリーブ１８８の下部に固定された円筒状のコア１９０と、スリーブ１８８内でコア１９０と軸線方向に対向配置された円筒状のプランジャ１９２とを有する。スリーブ１８８の外周部にはボビン１９３が設けられ、そのボビン１９３に電磁コイル１９４が巻回されている。そして、電磁コイル１９４を外部から覆うようにケース１９６が設けられている。スリーブ１８８は、ケース１９６を軸線方向に貫通している。電磁コイル１９４からは通電用のハーネスが引き出されている。
【００６４】
コア１９０は、その下部がケース１９６の貫通孔に圧入されるようにして固定されている。また、長尺状の作動ロッド１９５が、コア１９０をその軸線にそって貫通し、その上端部がプランジャ１９２の中央部に圧入されるようにして固定されている。作動ロッド１９５は、その下端部がパイロット弁体１７０と作動連結可能となっており、ソレノイド１０２がオンされたときにパイロット弁体１７０に開弁方向の力を伝達する。
【００６５】
プランジャ１９２とコア１９０との間にはスプリング１９７（「付勢部材」に該当する）が介装されている。また、プランジャ１９２とスリーブ１８８との間にはスプリング１９８（「付勢部材」に該当する）が介装されている。スプリング１９７は、プランジャ１９２を介してパイロット弁体１７０を開弁方向に付勢する。スプリング１９８は、スプリング１９７の荷重調整用のスプリングである。
【００６６】
以上のように構成された複合弁３５は、ソレノイド１０２への通電有無に応じて主弁および副弁の開閉状態を切り替えるパイロット作動式の制御弁として機能する。以下、その動作について詳細に説明する。図４〜図９および既に説明した図３は、複合弁３５の動作を表す説明図である。図３はソレノイド１０２がオフ（非通電状態）にされた定常状態を示し、図２（Ａ）に対応する。図６はソレノイド１０２がオン（通電状態）にされた定常状態を示し、図２（Ｂ）および（Ｃ）に対応する。図４および図５はソレノイド１０２がオフからオンに切り替えられたときの途中過程を順次示し、図７および図８はソレノイド１０２がオンからオフに切り替えられたときの途中過程を順次示している。図９は、ソレノイド１０２がオンにされた状態において下流側圧力Ｐ３が中間圧力Ｐ２よりも高くなった逆圧状態を示し、図２（Ｄ）に対応する。
【００６７】
すなわち、冷房運転時にはソレノイド１０２がオフにされるため、図３に示すように、スプリング１９７の付勢力により作動ロッド１９５がパイロット弁体１７０から離間する。このため、スプリング１８０の付勢力によりパイロット弁体１７０がパイロット弁座１７６に着座してパイロット弁１０６が閉弁状態となる。その結果、背圧室１５２の中間圧力Ｐｐが上流側圧力Ｐ１となり、差圧（Ｐｐ−Ｐ２）が大きくなるため、弁駆動体１２６が下方に駆動される。その結果、主弁座１５６が主弁体１６０から離間し、主弁１０５は開弁状態を維持する。一方、弁駆動体１２６の駆動により複合弁体１２８が押し下げられるため、副弁体１６２が弁座１８４に着座して副弁１０７は閉弁状態を維持する。このため、入口ポート１１０から導入された冷媒が主弁１０５を通過し、出入口ポート１１２から室外熱交換器５へ向けて導出される。
【００６８】
暖房運転時および特定暖房運転時にはソレノイド１０２がオンにされるため、コア１９０とプランジャ１９２との間に吸引力が作用し、作動ロッド１９５がパイロット弁１０６の開弁方向に駆動される。すなわち、ソレノイド１０２がオンにされると、作動ロッド１９５によってパイロット弁体１７０が開弁方向に付勢されるため、図４に示すように、パイロット弁１０６が開弁する。その結果、背圧室１５２の冷媒がパイロット弁孔１４０およびパイロット通路１４４を介して導出される。
【００６９】
このため、図５に示すように、差圧（Ｐ１−Ｐｐ）が大きくなって弁駆動体１２６が上方に駆動される。その結果、主弁体１６０が主弁座１５６に着座して主弁１０５が閉弁するとともに、副弁体１６２が弁座１８４から離間して副弁１０７が開弁する。このため、入口ポート１１０から導入される冷媒の通過が遮断され、出入口ポート１１２から導入される冷媒が副弁１０７を通過して、出口ポート１１４からバイパス通路２９に導出される。このとき、パイロット弁体１７０が弁座形成部１６８に着座するため、リーク通路１６６で絞られた冷媒が連通溝１７２によるリーク通路にてさらに絞られるようにして背圧室１５２に導入され、パイロット弁孔１４０を介して導出される。そして、図６に示すように、パイロット弁１０６が微少開度を保つ状態となる。
【００７０】
このように、ソレノイド１０２がオンにされて定常状態となるまでに、弁駆動体１２６が上昇するとともに背圧室１５２へのリーク通路がさらに絞られつつ、パイロット弁１０６の開度が絞られるように動作する。すなわち、ソレノイド１０２がオンにされた際に、入口ポート１１０から背圧室１５２に導入される冷媒は、そのままパイロット弁孔１４０から導出されるだけで無駄な流量となるところ、本実施形態では背圧室１５２へのリーク通路が絞られることで、その無駄を抑制することができる。
【００７１】
一方、ソレノイド１０２がオンからオフにされると、コア１９０とプランジャ１９２との間に吸引力が作用しなくなるため、図７に示すように、作動ロッド１９５がパイロット弁体１７０から離間する。このため、スプリング１８０の付勢力によりパイロット弁体１７０がパイロット弁座１７６に着座してパイロット弁１０６が閉弁状態となる。その結果、背圧室１５２の中間圧力Ｐｐが上流側圧力Ｐ１となり、差圧（Ｐｐ−Ｐ２）が大きくなるため、図８に示すように、弁駆動体１２６が下方に駆動される。このとき、上流側圧力Ｐ１が中間圧力Ｐ２よりも高く、中間圧力Ｐ２が下流側圧力Ｐ３よりも高くなっているため、弁駆動体１２６の駆動とともに複合弁体１２８も閉弁方向に動作し、主弁１０５は閉弁状態を保ち、副弁１０７は閉弁方向に動作する。そして、図８に示すように副弁１０７が閉弁状態となると、それ以降、弁駆動体１２６が下方へ駆動されても複合弁体１２８は係止されたまま動けない状態となる。このため、図３に示したように、主弁１０５が開弁されるようになる。
【００７２】
このように、ソレノイド１０２がオフにされて定常状態となるまでに、背圧室１５２の中間圧力Ｐｐの上昇により弁駆動体１２６が駆動されることになるが、上述のように、連通溝１７２によりリーク通路が確保されたことで、中間圧力Ｐｐを速やかに上昇させることができ、弁駆動体１２６を速やかに駆動することができる。
【００７３】
特殊冷暖房運転時にはソレノイド１０２がオンにされるため、主弁１０５は閉弁状態を維持する。一方、図２（Ｄ）にも示したように第２冷媒循環通路が遮断され、室外熱交換器５が極低温下に置かれることにより室外熱交換器５における圧力も相当低くなる。つまり、下流側圧力Ｐ３が中間圧力Ｐ２よりも高くなる。このため、図９に示すように、可動弁体１３０に逆圧がかかり、逆止弁３２が閉弁状態となる。その結果、冷媒の逆流は防止される。
【００７４】
次に、過熱度制御弁３３の構成および動作について説明する。図１０は、過熱度制御弁３３の具体的構成および動作を表す断面図である。
過熱度制御弁３３は、ボディ２０３に主弁２０５とパイロット弁２０６とを同軸状に収容して構成される。ボディ２０３の一方の側部には入口ポート２１０が設けられ、他方の側部には出口ポート２１２が設けられている。ボディ２０３の内方には、さらに円筒状の内部ボディ２０４が同軸状に設けられている。
【００７５】
内部ボディ２０４の上端部には、有底円筒状の区画部材２２０が圧入され、その上端開口部を封止するようにパワーエレメント２２２が設けられている。また、内部ボディ２０４の下端部の入口ポート２１０との対向位置には、内外を連通させる連通孔２１３が設けられ、下端開口部には主弁孔２１４が設けられている。区画部材２２０の側部には、内外を連通させる連通路２２１が設けられ、底部中央には内外を連通させるパイロット弁孔２２３が設けられている。
【００７６】
パワーエレメント２２２は、入口ポート２１０から導入される冷媒の温度と圧力を感知してパイロット弁２０６ひいては主弁２０５を開閉駆動するものである。パワーエレメント２２２は、中空のハウジング２２４と、ハウジング２２４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ダイアフラム２２６とを含んで構成されている。密閉空間Ｓ１は感温室を構成し、基準ガスとして、冷凍サイクルを循環する冷媒ガス（ＨＦＣ−１３４ａ）と窒素ガスとの混合ガスが封入されている。なお、変形例においては、基準ガスとして、冷凍サイクルを循環する冷媒ガスと同種類のガスを用いてもよい。
【００７７】
そして、ダイアフラム２２６の下面に当接するようにパイロット弁体２２８が配設されている。パイロット弁体２２８は、パイロット弁孔２２３に着脱してパイロット弁２０６を開閉する。パイロット弁体２２８と区画部材２２０との間には、パイロット弁体２２８を開弁方向に付勢するスプリング２３０が介装されている。
【００７８】
内部ボディ２０４の下半部には、段付円筒状の弁駆動体２３２が配設されている。弁駆動体２３２は、その上端部が内部ボディ２０４に摺動可能に支持されている。また、弁駆動体２３２は、主弁孔２１４を貫通して下方に延び、その下端部に主弁体２１５が設けられている。主弁体２１５は、下流側から主弁孔２１４に接離して主弁２０５を開閉する。主弁体２１５とボディ２０３との間には、主弁体２１５を閉弁方向に付勢するスプリング２１７が介装されている。
【００７９】
弁駆動体２３２の上端部と区画部材２２０との間に背圧室２３４が形成される。また、弁駆動体２３２を軸線方向に貫通するようにパイロット通路２３６が設けられ、その上端部が縮径されて小断面のリーク通路２３８となっている。一方、パイロット通路２３６の下端開口部を開閉可能な小弁体２４０が配設されている。小弁体２４０と弁駆動体２３２との間には、小弁体２４０を閉弁方向に付勢するスプリング２４２が介装されている。小弁体２４０は、過熱度制御弁３３に逆圧がかかったときにパイロット通路２３６を閉じる逆止弁として機能する。
【００８０】
このような構成において、入口ポート２１０を介して導入された上流側圧力Ｐinの冷媒は、一方で主弁２０５を経て減圧膨張されて下流側圧力Ｐoutとなり、他方でパイロット弁２０６を経て背圧室２３４にて中間圧力Ｐｐ２となり、リーク通路２３８を経て下流側圧力Ｐoutとなる。中間圧力Ｐｐ２は、パイロット弁２０６の開閉状態によって変化する。
【００８１】
ここで、パワーエレメント２２２は、入口ポート２１０から導入される冷媒の温度と圧力を感知し、その冷媒の過熱度が設定過熱度ＳＨ（例えば５deg）に近づくように動作し、パイロット弁２０６の開度を調整する。すなわち、パワーエレメント２２２は、暖房運転時において過熱度制御弁３３の入口側（つまり、室外熱交換器５の出口側）の過熱度が設定過熱度ＳＨとなるように動作し、パイロット弁２０６ひいては主弁２０５の開度を調整する。
【００８２】
すなわち、過熱度の制御状態において、上流側の過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きくなると、パワーエレメント２２２が高温を感知してパイロット弁２０６の閉弁方向に動作する。その結果、パイロット弁２０６の弁開度が小さくなるため中間圧力Ｐｐ２が低下し、弁駆動体２３２が閉弁方向に動作する。その結果、上流側圧力Ｐinが上昇するため、その上流側での熱交換量が少なくなり、過熱度が小さくなる方向に変化する。逆に、過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さくなると、パワーエレメント２２２が低温を感知してパイロット弁２０６の開弁方向に動作する。その結果、パイロット弁２０６の弁開度が大きくなるため中間圧力Ｐｐ２が上昇し、弁駆動体２３２が開弁方向に動作する。その結果、上流側圧力Ｐinが低下するため、その上流側での熱交換量が増加し、過熱度が大きくなる方向に変化する。このようにして過熱度が設定過熱度ＳＨに保たれるようになる。
【００８３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその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。
【００８４】
上記実施形態では、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車に適用した例を示したが、内燃機関を搭載した自動車や、内燃機関と電動機を同載したハイブリッド式の自動車に提供することが可能であることは言うまでもない。上記実施形態では、圧縮機２として電動圧縮機を採用した例を示したが、エンジンの回転を利用して容量可変を行う可変容量圧縮機を採用することもできる。
【００８５】
上記実施形態では、第２通路２２のバイパス通路２９との分岐点に切替弁３１を配置し、その切替弁３１を三方電磁弁にて構成する例を示した。変形例においては、第２通路２２におけるバイパス通路２９との分岐点よりも圧縮機２側に切替弁を設け、その切替弁を二方電磁弁にて構成してもよい。そして、その切替弁を切替弁３１と同様にパイロット作動式の制御弁としてもよい。具体的には、図３に示した切替弁３１において、副弁１０７をなくし、出入口ポート１１２を出口ポートとして構成してもよい。そして、パイロット通路１４４をその出口ポートに接続してもよい。このような構成においても、背圧室へ流体を導入する導入通路の開度を絞るとともに、背圧室から流体を導出する導出通路の開度を絞る機構を備えるため、上記実施形態と同様の作用効果を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００８６】
１ 車両用冷暖房装置、 ２ 圧縮機、 ３ 室内凝縮器、 ４ 第１制御弁ユニット、 ５ 室外熱交換器、 ６ 第２制御弁ユニット、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 ３１ 切替弁、 ３２ 逆止弁、 ３３ 過熱度制御弁、 ３５ 複合弁、 ４１ 過冷却度制御弁、 ４２ 比例弁、 ４３ 過冷却度制御弁、 ４４ 逆止弁、 １００ 制御部、 １０１ 弁本体、 １０２ ソレノイド、 １０３ ボディ、 １０５ 主弁、 １０６ パイロット弁、 １０７ 副弁、 １１０ 入口ポート、 １１２ 出入口ポート、 １１４ 出口ポート、 １２６ 弁駆動体、 １２８ 複合弁体、 １３０ 可動弁体、 １４０ パイロット弁孔、 １４４ パイロット通路、 １４８ 区画部材、 １５０ 高圧室、 １５２ 背圧室、 １５４ 主弁孔、 １５６ 主弁座、 １６０ 主弁体、 １６２ 副弁体、 １６６ リーク通路、 １７０ パイロット弁体、 １７２ 連通溝、 １７６ パイロット弁座、 １８４ 弁座、 １９０ コア、 １９２ プランジャ、 １９５ 作動ロッド、 ２０３ ボディ、 ２０４ 内部ボディ、 ２０５ 主弁、 ２０６ パイロット弁、 ２１０ 入口ポート、 ２１２ 出口ポート、 ２１４ 主弁孔、 ２１５ 主弁体、 ２２２ パワーエレメント、 ２２３ パイロット弁孔、 ２２８ パイロット弁体、 ２３２ 弁駆動体、 ２３４ 背圧室、 ２３６ パイロット通路、 ２３８ リーク通路、 ２４０ 小弁体、 Ｓ１ 密閉空間、 Ｓ２ 開放空間。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイロット弁の開閉により主弁を開閉制御するパイロット作動式の制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用空調装置は、一般に、圧縮機、凝縮器、蒸発器等を冷媒循環通路に配置して構成される（例えば特許文献１参照）。例えば、圧縮機と凝縮器との間には、冷媒を凝縮器を通過させる通路と迂回させる通路との分岐点が設けられる。そして、冷房運転時には主として凝縮器を通過させる通路を形成し、暖房運転時には主として凝縮器を迂回させる通路を形成するなどして蒸発器に送り込む冷媒の状態（温度）を変化させ、空調制御を行っている。このような制御を行うために、その分岐点には冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れを切り替える切替弁が設けられている。
【０００３】
特許文献１に記載の空調装置においては、上流側通路を２つの下流側通路の一方に選択的に連通させる三方向切替弁が設けられている。この切替弁は、１つのソレノイドで一方の弁部を開放させると同時に他方の弁部を閉弁させる主弁体を有する。また、その主弁体をパイロット作動式とすることで、弁全体のコンパクト化が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２８７３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このようなパイロット作動式の制御弁は、パイロット弁の開閉により背圧室の圧力を変化させることによって主弁を開閉制御する。この背圧室の圧力は、その背圧室に導入される冷媒の流量と、背圧室から導出される冷媒の流量とのバランスにより調整される。すなわち、主弁の開閉状態を維持するために、上流側から背圧室への冷媒の導入と背圧室から下流側への冷媒の導出が継続されることになる。したがって、主弁の開閉作動に直接寄与しない冷媒が背圧室に導入されてそのまま導出されるという無駄な現象が生じ、圧縮機の作動効率の面から改善の余地があった。
【０００６】
本発明の目的の一つは、パイロット作動式の制御弁において背圧室に導入される流体の利用効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の制御弁は、パイロット弁の開閉により背圧室の圧力を変化させることによって主弁を開閉制御するパイロット作動式の制御弁であって、背圧室へ流体を導入する導入通路の開度を絞るとともに、背圧室から流体を導出する導出通路の開度を絞る機構を備える。
【０００８】
この態様によると、パイロット作動式の制御弁において背圧室の圧力を維持する際、その背圧室への流体の導入通路の開度が絞られるとともに、その背圧室からの流体の導出通路の開度が絞られる。このため、背圧室の圧力を維持するためにパイロット弁を通過する流体の流量を抑制することができ、流体の利用効率を高めることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、パイロット作動式の制御弁において背圧室に導入される流体の利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。
【図２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図３】複合弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【図４】複合弁の動作を表す説明図である。
【図５】複合弁の動作を表す説明図である。
【図６】複合弁の動作を表す説明図である。
【図７】複合弁の動作を表す説明図である。
【図８】複合弁の動作を表す説明図である。
【図９】複合弁の動作を表す説明図である。
【図１０】過熱度制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。図１は、実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成を表すシステム構成図である。本実施形態は、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車の冷暖房装置として具体化したものである。
【００１２】
車両用冷暖房装置１は、圧縮機２、室内凝縮器３、第１制御弁ユニット４、室外熱交換器５、第２制御弁ユニット６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。車両用冷暖房装置１は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の冷暖房装置として構成されている。
【００１３】
車両用冷暖房装置１は、また、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。そして、この冷凍サイクルは、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として並列に動作可能に構成され、また、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として並列に動作可能に構成されている。すなわち、冷房運転時および暖房運転時に冷媒が循環する第１冷媒循環通路、暖房運転時にのみ冷媒が循環する第２冷媒循環通路、冷房運転時にのみ冷媒が循環する第３冷媒循環通路が形成される。
【００１４】
第１冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→第２制御弁ユニット６→蒸発器７→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第２冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→第２制御弁ユニット６→室外熱交換器５→第１制御弁ユニット４→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第３冷媒循環通路は、圧縮機２→第１制御弁ユニット４→室外熱交換器５→第２制御弁ユニット６→蒸発器７→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。室外熱交換器５を流れる冷媒の流れは、第２冷媒循環通路が開放された場合と第３冷媒循環通路が開放された場合とで逆転する。つまり、室外熱交換器５における冷媒の入口と出口は、第２冷媒循環通路が開放された場合と第３冷媒循環通路が開放された場合とで切り替わる。
【００１５】
具体的には、圧縮機２の吐出室につながる通路が分岐し、その一方である第１通路２１が室内凝縮器３の入口につながり、他方である第２通路２２が室外熱交換器５の一方の出入口につながっている。室内凝縮器３の出口につながる第３通路２３は、その下流側で分岐し、その一方である第１分岐通路２６が第４通路２４を介して蒸発器７につながり、他方である第２分岐通路２７が第５通路２５を介して室外熱交換器５の他方の出入口につながっている。第４通路２４と第５通路２５とは、接続通路２８により接続されている。また、第２通路２２の中間部においてバイパス通路２９が分岐し、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。さらに、蒸発器７の出口につながる戻り通路３０が、バイパス通路２９と逆止弁３２（後述する）の下流側にて接続され、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。
【００１６】
第１冷媒循環通路は、第１通路２１，第３通路２３，第１分岐通路２６，第４通路２４，戻り通路３０を接続して構成される。第２冷媒循環通路は、第１通路２１，第３通路２３，第２分岐通路２７，第５通路２５，第２通路２２，バイパス通路２９を接続して構成される。第３冷媒循環通路は、第２通路２２，第５通路２５，接続通路２８，第４通路２４，戻り通路３０を接続して構成される。そして、このような冷媒循環通路の切り替えを実現するために、圧縮機２と室外熱交換器５との接続部に第１制御弁ユニット４が設けられ、室内凝縮器３と室外熱交換器５と蒸発器７との接続部に第２制御弁ユニット６が設けられている。
【００１７】
車両用冷暖房装置１は、空気の熱交換が行われるダクト１０を有し、そのダクト１０における空気の流れ方向上流側から室内送風機１２、蒸発器７、室内凝縮器３が配設されている。室内凝縮器３の上流側には、エアミックスドア１４が回動自在に設けられ、室内凝縮器３を通過する風量と室内凝縮器３を迂回する風量との比率が調節される。また、室外熱交換器５に対向するように室外送風機１６が配置されている。
【００１８】
圧縮機２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示しないバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。この圧縮機２としては、レシプロ式、ロータリ式、スクロール式など、様々な形式の圧縮機を採用することができるが、電動圧縮機そのものは公知であるため、その説明については省略する。
【００１９】
室内凝縮器３は、車室内に設けられ、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室内凝縮器３を通過する際に放熱する。エアミックスドア１４の開度に応じて振り分けられた空気は、室内凝縮器３を通過する過程でその熱交換が行われる。
【００２０】
室外熱交換器５は、車室外に配置され、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外送風機１６は、吸い込み式の送風機であり、軸流ファンをモータにより回転駆動することにより外気を導入する。室外熱交換器５は、その外気と冷媒との間で熱交換をさせる。
【００２１】
蒸発器７は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。すなわち、第２制御弁ユニット６を構成する各制御弁（後述する）の通過により低温・低圧となった冷媒は、蒸発器７を通過する際に蒸発する。ダクト１０の上流側から導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却される。このとき冷却・除湿された空気は、エアミックスドア１４の開度に応じて室内凝縮器３を通過するものと、室内凝縮器３を迂回するものとに振り分けられる。室内凝縮器３を通過する空気は、その通過過程で加熱される。室内凝縮器３を通過した空気と迂回した空気とが室内凝縮器３の下流側にて混合されて目標の温度に調整され、図示しない吹出口から車内に供給される。例えば、ベント吹出口、フット吹出口、デフ吹出口等から車室内所定場所に向かって吹き出される。
【００２２】
アキュムレータ８は、蒸発器から送出された冷媒を気液分離して溜めておく装置であり、液相部と気相部とを有する。このため、仮に蒸発器７から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、その液冷媒を液相部に溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機２に導出することができる。その結果、圧縮機２の圧縮動作に支障をきたすこともない。一方、本実施形態では、その液相部の冷媒の一部を圧縮機２に供給できるようにされており、圧縮機２に必要量の潤滑オイルを戻すことができるようになっている。
【００２３】
第１制御弁ユニット４は、切替弁３１、逆止弁３２および過熱度制御弁３３を含む。切替弁３１は、第２通路２２を開閉する第１弁部と、バイパス通路２９を開閉する第２弁部と、各弁部を駆動するソレノイドとを備える三方向電磁弁からなる。第１弁部は、その開弁により圧縮機２から第２通路２２を介した室外熱交換器５への冷媒の流れを許容する。第２弁部は、その開弁により室外熱交換器５からバイパス通路２９を介したアキュムレータ８への冷媒の流れを許容する。本実施形態では、切替弁３１として、ソレノイドへの通電有無によって第１弁部および第２弁部の一方を開弁させて他方を閉弁させる開閉弁（オン／オフ弁）が用いられる。なお、切替弁３１を弁部を駆動するアクチュエータはソレノイドでなくてもよく、ステッピングモータ等の電動機であってもよい。この切替弁３１の具体的構成については後に詳述する。
【００２４】
逆止弁３２は、バイパス通路２９において切替弁３１側への冷媒の逆流を防止する機械式の弁として構成されている。逆止弁３２は、前後差圧（逆止弁３２の上流側圧力と下流側圧力との差圧）が設定値（予め設定する開弁差圧）を超えると自律的に開弁する差圧弁であってもよい。
【００２５】
過熱度制御弁３３は、暖房運転時において室外熱交換器５の出口側の過熱度（スーパーヒート）が予め設定された一定の過熱度（設定過熱度ＳＨ）に近づくよう冷媒の流れを制御する制御弁である。本実施形態では、過熱度制御弁３３として、室外熱交換器５の出口側の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。過熱度制御弁３３は、感知した過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きければ弁開度を絞り、室外熱交換器５の蒸発圧力を上昇させることにより、室外熱交換器５を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を小さくし、それにより過熱度を小さくして設定過熱度ＳＨに近づける。逆に、感知された過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さければ、過熱度制御弁３３は、弁開度を大きくし、室外熱交換器５の蒸発圧力を低下させることにより、室外熱交換器５を通過する冷媒と外部の空気との熱交換量を大きくし、それにより過熱度を大きくして設定過熱度ＳＨに近づける。このように、過熱度制御弁３３は、室外熱交換器５の出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨに近づくよう自律的に動作する。この過熱度制御弁３３の具体的構成については後に詳述する。
【００２６】
第２制御弁ユニット６は、過冷却度制御弁４１（第１の過冷却度制御弁）、比例弁４２、過冷却度制御弁４３（第２の過冷却度制御弁）、逆止弁４４を含む。過冷却度制御弁４１は、室内凝縮器３から第３通路２３を介して導入された冷媒を絞り膨張させて下流側に導出する「膨張装置」として機能するとともに、室内凝縮器３から蒸発器７および室外熱交換器５へ供給される冷媒の総流量を調整する「総流量弁」としても機能する。
【００２７】
過冷却度制御弁４１は、室内凝縮器３の出口側の過冷却度（サブクール）が予め設定された一定の過冷却度（設定値ＳＣ１）に近づくよう冷媒の流れを制御する制御弁である。本実施形態では、過冷却度制御弁４１として、室内凝縮器３の出口側の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。過冷却度制御弁４１は、室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣ１よりも大きくなると開弁方向に動作し、室内凝縮器３を流れる冷媒の流量を増加させる。このように冷媒の流量が増加すると、室内凝縮器３における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が小さくなるため、その過冷却度は小さくなる方向に変化する。
【００２８】
逆に、室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣ１よりも小さくなると、過冷却度制御弁４１は、閉弁方向に動作し、室内凝縮器３を流れる冷媒の流量を減少させる。このように冷媒の流量が減少すると、室内凝縮器３における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が大きくなるため、その過冷却度は大きくなる方向に変化する。このように、過冷却度制御弁４１は、その入口（室内凝縮器３の出口側）の過冷却度が設定値ＳＣ１となるよう自律的に動作する。
【００２９】
比例弁４２は、三方向電磁比例弁として構成され、第３通路２３から第１分岐通路２６と第２分岐通路２７とに分岐する分岐点に設けられている。すなわち、比例弁４２は、第１分岐通路２６の開度を制御する第１比例弁と、第２分岐通路２７の開度を制御する第２比例弁とを含む「複合弁」として構成されている。
【００３０】
第１比例弁は、その弁部の開度が制御されることにより第１冷媒循環通路の開度を調整する。第２比例弁は、その弁部の開度が制御されることにより第２冷媒循環通路の開度を調整する。第１比例弁と第２比例弁は、各弁部を構成する弁体が一体に設けられ、一つのアクチュエータにて同時にリニア制御される。それにより、各弁部の開度の比率が制御される。すなわち、暖房運転時においては、過冷却度制御弁４１により蒸発器７および室外熱交換器５へ供給される冷媒の総流量が調整され、その総流量が比例弁４２によって設定された比率に振り分けられる。つまり、比例弁４２は、アクチュエータの駆動量に応じて冷媒の流量を振り分ける「振分弁」として機能する。本実施形態では、比例弁４２のアクチュエータがソレノイドからなるが、変形例においてはステッピングモータからなるものでもよい。
【００３１】
過冷却度制御弁４３は、冷房運転時において室外熱交換器５から第５通路２５および接続通路２８を介して導入された冷媒を絞り膨張させて蒸発器７側に導出する「膨張装置」として機能する。過冷却度制御弁４３は、冷房運転時において室外熱交換器５の出口側の過冷却度が予め設定された一定の過冷却度（設定値ＳＣ２）に近づくよう冷媒の流れを制御する制御弁である。本実施形態では、過冷却度制御弁４３として、冷房運転時における室外熱交換器５の出口側の冷媒の温度と圧力を感知して弁部を駆動する感温部を有する機械式の制御弁が用いられる。過冷却度制御弁４３は、室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値ＳＣ２よりも大きくなると開弁方向に動作し、室外熱交換器５を流れる冷媒の流量を増加させる。このように冷媒の流量が増加すると、室外熱交換器５における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が小さくなるため、その過冷却度は小さくなる方向に変化する。
【００３２】
逆に、室外熱交換器５の出口側の過冷却度が設定値ＳＣ２よりも小さくなると、過冷却度制御弁４３は、閉弁方向に動作し、室外熱交換器５を流れる冷媒の流量を減少させる。このように冷媒の流量が減少すると、室外熱交換器５における冷媒の単位流量あたりの凝縮能力が大きくなるため、その過冷却度は大きくなる方向に変化する。このように、過冷却度制御弁４３は、その入口（室外熱交換器５の出口側）の過冷却度が設定値ＳＣ２となるよう自律的に動作する。
【００３３】
逆止弁４４は、接続通路２８において過冷却度制御弁４３側への冷媒の逆流を防止する機械式の弁として構成されている。
【００３４】
以上のように構成された車両用冷暖房装置１は、制御部１００により制御される。制御部１００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１００には、車両用冷暖房装置１に設置された図示しない各種センサ・スイッチ類からの信号が入力される。制御部１００は、車両の乗員によりセットされた室温を実現するために各アクチュエータの制御量を演算し、各アクチュエータの駆動回路に制御信号を出力する。制御部１００は、切替弁３１や比例弁４２の開閉制御のほか、圧縮機２，室内送風機１２，室外送風機１６およびエアミックスドア１４の駆動制御も実行する。
【００３５】
制御部１００は、比例弁４２の駆動回路に設定したパルス信号を出力する駆動信号出力部を有する。具体的には、制御部１００にて演算され、設定されたデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部が設けられるが、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１００は、車室内外の温度、蒸発器７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比例弁４２の設定開度を決定し、その開度がその設定開度となるようソレノイドに電流を供給する。なお、変形例として比例弁４２のアクチュエータをステッピングモータにより構成する場合には、その開度がその設定開度となるようステッピングモータに制御パルス信号を出力する。
【００３６】
このような制御により、図示のように、圧縮機２は、その吸入室を介して吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入し、これを圧縮して吐出圧力Ｐｄの冷媒として吐出する。このとき、第２制御弁ユニット６における圧力は図示のようになる。すなわち、過冷却度制御弁４１の上流側は高圧の上流側圧力ｐ１となり、比例弁４２における第１比例弁の下流側は低圧の下流側圧力ｐ３となる。また、比例弁４２における第２比例弁の下流側で過冷却度制御弁４３の上流側は中間圧力ｐ２となる。
【００３７】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図２は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は特殊冷暖房運転時の状態を示している。ここでいう「冷房運転」は、冷房機能が暖房機能よりも大きく機能する運転状態であり、「暖房運転」は、暖房機能が冷房機能よりも大きく機能する運転状態である。また、「特定暖房運転」は、蒸発器７を機能させない暖房運転（実質的に冷房機能なし）である。「特殊冷暖房運転」は、室外熱交換器５を機能させない冷房運転および暖房運転である。
【００３８】
各図の上段には冷凍サイクルの動作を説明するモリエル線図が示されている。その横軸がエンタルピーを表し、縦軸が各種圧力を表している。各図の下段には、冷凍サイクルの動作状態が示されている。図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、符号ａ〜ｇはモリエル線図のそれと対応している。また、図中の「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。なお、同図の下段は図１に対応するが、エアミックスドア１４等の図示を省略するなど便宜上簡略表記されている。
【００３９】
図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁ユニット４において切替弁３１の第１弁部が開弁され、第２弁部が閉弁される。一方、第２制御弁ユニット６において比例弁４２の第１比例弁が開弁され、第２比例弁が閉弁される。このため、バイパス通路２９が遮断され、圧縮機２から吐出冷媒は室外熱交換器５に導かれるようになる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、過冷却度制御弁４１、比例弁４２の第１比例弁、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように第１冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻り、他方で切替弁３１、室外熱交換器５、過冷却度制御弁４３、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように第３冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
【００４０】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室内凝縮器３を、他方で室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室内凝縮器３を経由した冷媒が過冷却度制御弁４１にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。このとき、過冷却度制御弁４１は、室内凝縮器３の出口側（ｃ点）の過冷却度が設定値ＳＣ１となるように弁部の開度を自律的に調整する。比例弁４２の第２比例弁が閉じられているため、過冷却度制御弁４１にて膨張された冷媒は、全て比例弁４２の第１比例弁を通過して蒸発器７に供給される。
【００４１】
また、室外熱交換器５を経由した冷媒が過冷却度制御弁４３にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。このとき、過冷却度制御弁４３は、室内凝縮器３の出口側（ｆ点）の過冷却度が設定値ＳＣ２となるように弁部の開度を自律的に調整する。なお、本実施形態では、これらの設定値ＳＣ１とＳＣ２とが等しく設定されているが（「ＳＣ」と表記する）、変形例においては両者を異ならせてもよい。蒸発器７の入口に導入された冷媒は、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。このとき、蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入されるが、そのとき圧縮機２に潤滑オイルを戻すようになる。
【００４２】
一方、図２（Ｂ）に示すように、暖房運転時においては、第１制御弁ユニット４において切替弁３１の第１弁部が閉弁され、第２弁部が開弁される。一方、第２制御弁ユニット６において比例弁４２の第１比例弁および第２比例弁がともに開弁され、両比例弁の開度の比率が調整されることで、蒸発器７および室外熱交換器５に向かう冷媒の流量が振り分けられる。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室内凝縮器３、過冷却度制御弁４１、比例弁４２の第１比例弁、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように第１冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻り、他方で室内凝縮器３、過冷却度制御弁４１、比例弁４２の第２比例弁、室外熱交換器５、過熱度制御弁３３、アキュムレータ８を経由するように第２冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
【００４３】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され。そして、過冷却度制御弁４１にて断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒が比例弁４２により振り分けられ、その振り分けられた一方の冷媒が蒸発器７に供給されて蒸発し、振り分けられた他方の冷媒が室外熱交換器５に供給されて蒸発する。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が、第１比例弁と第２比例弁の開度の比率により制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保でき、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。なお、過冷却度制御弁４３の入口側は過冷却状態にないため、過冷却度制御弁４３は閉弁状態を維持する。
【００４４】
この暖房運転においては除湿運転を良好に行うことが必要となるが、その除湿制御の概要については以下のとおりである。すなわち、図２（Ｂ）に示すように、過冷却度制御弁４１により室内凝縮器３の出口における所定の過冷却度ＳＣが維持されることで（ｃ点）、室内凝縮器３における凝縮能力が適正に維持され、効率の良い熱交換が行われる（ｄ点）。一方、アキュムレータ８によって圧縮機２の入口の冷媒の状態が常に飽和蒸気圧曲線上に保持される（ａ点）。一方、蒸発器７の出口の冷媒の状態（ｅ点）は、室外熱交換器５の出口の冷媒の状態（ｇ点）とバランスするように変化する。
【００４５】
このとき、室外熱交換器５における外部からの熱吸収量は、この過熱度制御弁３３の絞り量により調整される。すなわち、過熱度制御弁３３は、室外熱交換器５の出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きくなると、閉弁方向に動作して室外熱交換器５における蒸発圧力Ｐｏを上昇させる。その結果、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏと蒸発器７の蒸発圧力Ｐｅとの差圧Ｐoeが発生する。それにより、室外熱交換器５を通過する冷媒の温度が高くなり外気との熱交換量が少なくなるため、過熱度は小さくなる方向に変化する。
【００４６】
逆に、その過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さくなると、開弁方向に動作して室外熱交換器５における蒸発圧力Ｐｏを低下させる。それにより、室外熱交換器５を通過する冷媒の温度が低くなり外気との熱交換量が多くなるため、過熱度は大きくなる方向に変化する。このように、室外熱交換器５の出口側の過熱度が設定過熱度ＳＨとなるよう過熱度制御弁３３が自律的に動作するため、室外熱交換器５の出口側の過熱度が過大になるのが防止される。それにより、室外熱交換器５の温度ムラを抑制することができ、室外熱交換器５に潤滑オイルが滞留することを防止または抑制することができる。
【００４７】
制御部１００は、室外熱交換器５に潤滑オイルを滞留するとして予め設定された条件が成立した場合、圧縮機２の回転数に応じて第２比例弁の開度を大きくして室外熱交換器５の出口側まで湿り度を有する冷媒を流すようにして潤滑オイルの循環を確保する。その場合、過熱度制御弁３３が開弁方向に動作して過熱度を戻そうとするが、その感温部が感知するまでのタイムラグがあるため、その湿り度のある冷媒とともに潤滑オイルを導出することが可能になる。なお、本実施形態では、室外熱交換器５において過熱度が発生させる例を示したが、蒸発器７において過熱度を発生させる仕様とする場合には、蒸発器７の下流側に過熱度制御弁３３と同様の制御弁を設けてもよい。
【００４８】
また、図２（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁ユニット４において切替弁３１の第２弁部が開弁され、第１弁部が閉弁される。一方、第２制御弁ユニット６において比例弁４２の第１比例弁が閉弁され、第２比例弁が開弁される。このため、冷媒は蒸発器７を通過せず、蒸発器７は実質的に機能しなくなる。つまり、室外熱交換器５のみが蒸発器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、比例弁４２の第２比例弁、室外熱交換器５、過熱度制御弁３３、アキュムレータ８を経由するように第２冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。なお、過冷却度制御弁４３の入口側は過冷却状態にないため、過冷却度制御弁４３は閉弁状態を維持する。
【００４９】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、過冷却度制御弁４１にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器５を通過して蒸発される。室外熱交換器５を通過した冷媒は、過熱度制御弁３３およびアキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。すなわち、冷温・低圧の冷媒が蒸発器７にて熱交換されないため、車室内に導入された空気は室内凝縮器３により加熱されるのみとなる。このように、一時的に蒸発器７に低温・低圧の液冷媒が供給されなくなるため、ダクト１０を通過する空気により蒸発器７が温められる。制御部１００は、外部温度等に応じて外部環境が極低温であると判定すると、暖房運転から特定暖房運転に適宜切り替えることにより、蒸発器７が凍結するのを防止または抑制する。
【００５０】
また、図２（Ｄ）に示すように、特殊冷暖房運転時においては、第１制御弁ユニット４において切替弁３１の第１弁部が閉弁される。また、第２制御弁ユニット６において比例弁４２の第１比例弁が開弁され、第２比例弁が閉弁される。このため、冷媒は室外熱交換器５を通過せず、室外熱交換器５は実質的に機能しなくなる。つまり、蒸発器７のみが蒸発器として機能する内気循環の状態となる。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３、過冷却度制御弁４１、比例弁４２の第１比例弁、蒸発器７、アキュムレータ８を経由するように第１冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。このとき、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏが圧縮機２の吸入圧力Ｐｓよりも低くなるが、逆止弁４４によって過冷却度制御弁４３側への冷媒の逆流は防止され、また、逆止弁３２によって切替弁３１側への冷媒の逆流も防止される。
【００５１】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮され、過冷却度制御弁４１にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器７を通過して蒸発される。蒸発器７を通過した冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に戻る。車室内に導入された空気は、蒸発器７を経由して冷却・除湿され、室内凝縮器３により加熱されることでその温度調整が行われる。このような特殊冷暖房運転は、外部からの吸熱が困難な場合、例えば車両が極寒状況におかれた場合などに有効に機能する。
【００５２】
次に、第１制御弁ユニット４の具体的構成および動作について説明する。上述のように、第１制御弁ユニット４は、切替弁３１、逆止弁３２、過熱度制御弁３３を含む。本実施例では、切替弁３１と逆止弁３２とが複合弁３５として一体に設けられている。まず、複合弁３５の構成および動作について説明する。図３は、複合弁の具体的構成および動作を表す断面図である。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表現することがある。
【００５３】
複合弁３５は、弁本体１０１とソレノイド１０２とを組み付けて構成されている。弁本体１０１は、有底筒状のボディ１０３に主弁１０５（「第１弁」として機能する）、パイロット弁１０６、副弁１０７（「第２弁」として機能する）を同軸状に収容して構成される。ボディ１０３は、金属材を切削加工して得られた第１ボディ１０８の内方に、樹脂材の射出成形により得られた第２ボディ１０９を組み付けて構成された二重構造を有する。第１ボディ１０８の一方の側部には入口ポート１１０および出入口ポート１１２が設けられ、他方の側部には出口ポート１１４が設けられている。入口ポート１１０は上流側通路（第１通路２１）に連通し、出入口ポート１１２は中間通路（第２通路２２）に連通し、出口ポート１１４は下流側通路（バイパス通路２９）に連通する。
【００５４】
第２ボディ１０９は、ボディ１０３の内部通路を形成するとともに弁機構を収容する。第２ボディ１０９の入口ポート１１０との対向部および出入口ポート１１２との対向部には、内外を連通する連通孔がそれぞれ設けられ、その第１ボディ１０８との境界部を跨ぐようにシール部材１１８，１２０が嵌着されている。第２ボディ１０９の軸線方向中央部には、半径方向内向きにフランジ部１１５が突設され、その内周部によりガイド孔１１６が形成されている。ガイド孔１１６の内周面には、シール用のＯリング１１９が嵌着されている。
【００５５】
第２ボディ１０９の内部はフランジ部１１５により上方の圧力室１２０と下方の圧力室１２２とに区画され、第２ボディ１０９の下方には圧力室１２４が形成されている。圧力室１２０は入口ポート１１０に連通し、圧力室１２２は出入口ポート１１２に連通し、圧力室１２４は出口ポート１１４に連通している。そして、第２ボディ１０９の内部には、これらの圧力室を区画するように弁駆動体１２６、複合弁体１２８、可動弁体１３０が収容されている。
【００５６】
第２ボディ１０９の外周部には、長手方向に沿って延びる連通溝１３４が形成されており、ボディ１０３との間に連通路１３６を形成している。一方、第１ボディ１０８の上端開口部を封止するように段付円板状の区画部材１３８が設けられている。区画部材１３８は、下方に向けてその外径が段階的に縮径し、下半部が第２ボディ１０９の上端開口部に嵌合している。区画部材１３８と第２ボディ１０９との接合面にはシール用のＯリングが介装されている。区画部材１３８には軸線に沿って貫通孔が設けられ、その貫通孔の下半部によりパイロット弁孔１４０が形成されている。また、その貫通孔から半径方向外向きに連通路１４２が延設され、区画部材１３８の内外を連通させている。この連通路１４２と連通路１３６とによりパイロット通路１４４が形成されている。パイロット通路１４４は、パイロット弁孔１４０と圧力室１２４とを連通させる。
【００５７】
弁駆動体１２６は段付円筒状をなし、その下半部がガイド孔１１６に摺動可能に支持されている。弁駆動体１２６の上端開口部には、半径方向外向きに延出するフランジ部１４６が設けられ、第２ボディ１０９の上部内周面に摺動可能に支持されている。フランジ部１４６の外周面にはシール用のＯリングが嵌着されている。また、弁駆動体１２６の上端開口部を封止するように有底円筒状の区画部材１４８が嵌着されている。区画部材１４８と第２ボディ１０９との接合面にはシール用のＯリングが介装されている。この区画部材１４８とフランジ部１４６とにより可動の区画部が形成されており、その区画部により圧力室１２０が高圧室１５０と背圧室１５２とに区画される。すなわち、弁駆動体１２６の区画部と区画部材１３８とに挟まれる空間により背圧室１５２が形成される。区画部材１３８は、弁駆動体１２６を上方から係止して上死点を規定する係止部としても機能する。弁駆動体１２６は、その長手方向中央部に縮径部を有し、その内周部により主弁孔１５４が形成され、その上流側開口端部に主弁座１５６が形成されている。
【００５８】
複合弁体１２８は、長尺状の作動ロッドの上端部に主弁体１６０が一体形成され、下端部に副弁体１６２が螺合接続されて構成されている。複合弁体１２８は、弁駆動体１２６の主弁孔１５４を貫通するように同軸状に配設されている。主弁体１６０にはリング状の弾性体が嵌着され、その弾性体が主弁座１５６に上流側から着脱して主弁１０５を開閉する。同様に、副弁体１６２にもリング状の弾性体が嵌着されている。主弁体１６０と副弁体１６２とは作動ロッドを介して一体化されているため、いずれか一方の動作に他方が連動することになる。
【００５９】
主弁体１６０と区画部材１４８との間には、主弁体１６０を閉弁方向に付勢するスプリング１６４が介装されている。区画部材１４８の下面には、図示のように主弁体１６０が当接した際にも内外を連通させるための連通溝が形成されている。また、区画部材１４８の中央部には小断面のリーク通路１６６が形成され、そのリーク通路１６６を背圧室１５２側で囲むように円ボス状の弁座形成部１６８が設けられている。この弁座形成部１６８は、その上端面においてパイロット弁１０６のパイロット弁体１７０に着脱するが、その上端面の所定位置にはごく小さな連通溝１７２が設けられている。すなわち、連通溝１７２は、弁座形成部１６８がパイロット弁体１７０に当接した際にも少量の冷媒の通過を許容する微少通路を形成するものである。この微少通路の流路断面はリーク通路１６６の流路断面よりもさらに小さくなるが、その詳細については後述する。
【００６０】
区画部材１４８と区画部材１３８との間には、区画部材１４８を介して主弁体１６０を閉弁方向に付勢するスプリング１７４が介装されている。また、区画部材１３８におけるパイロット弁孔１４０の開口端縁によりパイロット弁座１７６が形成されている。パイロット弁体１７０は、背圧室１５２に配設されたボール状の弁体であり、パイロット弁座１７６に着脱してパイロット弁１０６を開閉する。パイロット弁体１７０と区画部材１４８との間には、パイロット弁体１７０を閉弁方向に付勢するスプリング１８０が介装されている。パイロット弁体１７０は、ソレノイド１０２により開弁方向の力を受けるが、その詳細については後述する。
【００６１】
可動弁体１３０は、リング状の本体を有し、第２ボディ１０９の下端部に摺動可能に支持されている。可動弁体１３０の外周面には、弾性体からなるリング状のシール部材１８２が嵌着されている。可動弁体１３０の上流側開口端部に弁座１８４が設けられている。可動弁体１３０は、副弁１０７の弁座として機能するとともに、逆止弁３２の弁体としても機能する。すなわち図示のように、副弁体１６２が圧力室１２２側から弁座１８４に着脱することにより副弁１０７を開閉する。また、可動弁体１３０が圧力室１２４側から副弁体１６２に着脱することにより逆止弁３２を開閉する。ボディ１０３の底部と可動弁体１３０との間には、可動弁体１３０を閉弁方向に付勢するスプリング１８６が介装されている。
【００６２】
このような構成において、主弁１０５の開弁状態において入口ポート１１０から導入された上流側圧力Ｐ１は、リーク通路１６６を通過することで背圧室１５２にて中間圧力Ｐｐとなる。また、上流側圧力Ｐ１は、主弁１０５を経て中間圧力Ｐ２となり、出入口ポート１１２を介して室外熱交換器５側へ導出される。また、副弁１０７の開弁状態において出入口ポート１１２から導入された中間圧力Ｐ２は、副弁１０７を経て下流側圧力Ｐ３となって出口ポート１１４からバイパス通路２９へ導出される。
【００６３】
一方、ソレノイド１０２は、ボディ１０３の上端部を封止するように取り付けられている。ソレノイド１０２とボディ１０３との間にはシールリングが介装されている。ソレノイド１０２は、円筒状のスリーブ１８８と、スリーブ１８８の下部に固定された円筒状のコア１９０と、スリーブ１８８内でコア１９０と軸線方向に対向配置された円筒状のプランジャ１９２とを有する。スリーブ１８８の外周部にはボビン１９３が設けられ、そのボビン１９３に電磁コイル１９４が巻回されている。そして、電磁コイル１９４を外部から覆うようにケース１９６が設けられている。スリーブ１８８は、ケース１９６を軸線方向に貫通している。電磁コイル１９４からは通電用のハーネスが引き出されている。
【００６４】
コア１９０は、その下部がケース１９６の貫通孔に圧入されるようにして固定されている。また、長尺状の作動ロッド１９５が、コア１９０をその軸線にそって貫通し、その上端部がプランジャ１９２の中央部に圧入されるようにして固定されている。作動ロッド１９５は、その下端部がパイロット弁体１７０と作動連結可能となっており、ソレノイド１０２がオンされたときにパイロット弁体１７０に開弁方向の力を伝達する。
【００６５】
プランジャ１９２とコア１９０との間にはスプリング１９７（「付勢部材」に該当する）が介装されている。また、プランジャ１９２とスリーブ１８８との間にはスプリング１９８（「付勢部材」に該当する）が介装されている。スプリング１９７は、プランジャ１９２を介してパイロット弁体１７０を開弁方向に付勢する。スプリング１９８は、スプリング１９７の荷重調整用のスプリングである。
【００６６】
以上のように構成された複合弁３５は、ソレノイド１０２への通電有無に応じて主弁および副弁の開閉状態を切り替えるパイロット作動式の制御弁として機能する。以下、その動作について詳細に説明する。図４〜図９および既に説明した図３は、複合弁３５の動作を表す説明図である。図３はソレノイド１０２がオフ（非通電状態）にされた定常状態を示し、図２（Ａ）に対応する。図６はソレノイド１０２がオン（通電状態）にされた定常状態を示し、図２（Ｂ）および（Ｃ）に対応する。図４および図５はソレノイド１０２がオフからオンに切り替えられたときの途中過程を順次示し、図７および図８はソレノイド１０２がオンからオフに切り替えられたときの途中過程を順次示している。図９は、ソレノイド１０２がオンにされた状態において下流側圧力Ｐ３が中間圧力Ｐ２よりも高くなった逆圧状態を示し、図２（Ｄ）に対応する。
【００６７】
すなわち、冷房運転時にはソレノイド１０２がオフにされるため、図３に示すように、スプリング１９７の付勢力により作動ロッド１９５がパイロット弁体１７０から離間する。このため、スプリング１８０の付勢力によりパイロット弁体１７０がパイロット弁座１７６に着座してパイロット弁１０６が閉弁状態となる。その結果、背圧室１５２の中間圧力Ｐｐが上流側圧力Ｐ１となり、差圧（Ｐｐ−Ｐ２）が大きくなるため、弁駆動体１２６が下方に駆動される。その結果、主弁座１５６が主弁体１６０から離間し、主弁１０５は開弁状態を維持する。一方、弁駆動体１２６の駆動により複合弁体１２８が押し下げられるため、副弁体１６２が弁座１８４に着座して副弁１０７は閉弁状態を維持する。このため、入口ポート１１０から導入された冷媒が主弁１０５を通過し、出入口ポート１１２から室外熱交換器５へ向けて導出される。
【００６８】
暖房運転時および特定暖房運転時にはソレノイド１０２がオンにされるため、コア１９０とプランジャ１９２との間に吸引力が作用し、作動ロッド１９５がパイロット弁１０６の開弁方向に駆動される。すなわち、ソレノイド１０２がオンにされると、作動ロッド１９５によってパイロット弁体１７０が開弁方向に付勢されるため、図４に示すように、パイロット弁１０６が開弁する。その結果、背圧室１５２の冷媒がパイロット弁孔１４０およびパイロット通路１４４を介して導出される。
【００６９】
このため、図５に示すように、差圧（Ｐ１−Ｐｐ）が大きくなって弁駆動体１２６が上方に駆動される。その結果、主弁体１６０が主弁座１５６に着座して主弁１０５が閉弁するとともに、副弁体１６２が弁座１８４から離間して副弁１０７が開弁する。このため、入口ポート１１０から導入される冷媒の通過が遮断され、出入口ポート１１２から導入される冷媒が副弁１０７を通過して、出口ポート１１４からバイパス通路２９に導出される。このとき、パイロット弁体１７０が弁座形成部１６８に着座するため、リーク通路１６６で絞られた冷媒が連通溝１７２によるリーク通路にてさらに絞られるようにして背圧室１５２に導入され、パイロット弁孔１４０を介して導出される。そして、図６に示すように、パイロット弁１０６が微少開度を保つ状態となる。
【００７０】
このように、ソレノイド１０２がオンにされて定常状態となるまでに、弁駆動体１２６が上昇するとともに背圧室１５２へのリーク通路がさらに絞られつつ、パイロット弁１０６の開度が絞られるように動作する。すなわち、ソレノイド１０２がオンにされた際に、入口ポート１１０から背圧室１５２に導入される冷媒は、そのままパイロット弁孔１４０から導出されるだけで無駄な流量となるところ、本実施形態では背圧室１５２へのリーク通路が絞られることで、その無駄を抑制することができる。
【００７１】
一方、ソレノイド１０２がオンからオフにされると、コア１９０とプランジャ１９２との間に吸引力が作用しなくなるため、図７に示すように、作動ロッド１９５がパイロット弁体１７０から離間する。このため、スプリング１８０の付勢力によりパイロット弁体１７０がパイロット弁座１７６に着座してパイロット弁１０６が閉弁状態となる。その結果、背圧室１５２の中間圧力Ｐｐが上流側圧力Ｐ１となり、差圧（Ｐｐ−Ｐ２）が大きくなるため、図８に示すように、弁駆動体１２６が下方に駆動される。このとき、上流側圧力Ｐ１が中間圧力Ｐ２よりも高く、中間圧力Ｐ２が下流側圧力Ｐ３よりも高くなっているため、弁駆動体１２６の駆動とともに複合弁体１２８も閉弁方向に動作し、主弁１０５は閉弁状態を保ち、副弁１０７は閉弁方向に動作する。そして、図８に示すように副弁１０７が閉弁状態となると、それ以降、弁駆動体１２６が下方へ駆動されても複合弁体１２８は係止されたまま動けない状態となる。このため、図３に示したように、主弁１０５が開弁されるようになる。
【００７２】
このように、ソレノイド１０２がオフにされて定常状態となるまでに、背圧室１５２の中間圧力Ｐｐの上昇により弁駆動体１２６が駆動されることになるが、上述のように、連通溝１７２によりリーク通路が確保されたことで、中間圧力Ｐｐを速やかに上昇させることができ、弁駆動体１２６を速やかに駆動することができる。
【００７３】
特殊冷暖房運転時にはソレノイド１０２がオンにされるため、主弁１０５は閉弁状態を維持する。一方、図２（Ｄ）にも示したように第２冷媒循環通路が遮断され、室外熱交換器５が極低温下に置かれることにより室外熱交換器５における圧力も相当低くなる。つまり、下流側圧力Ｐ３が中間圧力Ｐ２よりも高くなる。このため、図９に示すように、可動弁体１３０に逆圧がかかり、逆止弁３２が閉弁状態となる。その結果、冷媒の逆流は防止される。
【００７４】
次に、過熱度制御弁３３の構成および動作について説明する。図１０は、過熱度制御弁３３の具体的構成および動作を表す断面図である。
過熱度制御弁３３は、ボディ２０３に主弁２０５とパイロット弁２０６とを同軸状に収容して構成される。ボディ２０３の一方の側部には入口ポート２１０が設けられ、他方の側部には出口ポート２１２が設けられている。ボディ２０３の内方には、さらに円筒状の内部ボディ２０４が同軸状に設けられている。
【００７５】
内部ボディ２０４の上端部には、有底円筒状の区画部材２２０が圧入され、その上端開口部を封止するようにパワーエレメント２２２が設けられている。また、内部ボディ２０４の下端部の入口ポート２１０との対向位置には、内外を連通させる連通孔２１３が設けられ、下端開口部には主弁孔２１４が設けられている。区画部材２２０の側部には、内外を連通させる連通路２２１が設けられ、底部中央には内外を連通させるパイロット弁孔２２３が設けられている。
【００７６】
パワーエレメント２２２は、入口ポート２１０から導入される冷媒の温度と圧力を感知してパイロット弁２０６ひいては主弁２０５を開閉駆動するものである。パワーエレメント２２２は、中空のハウジング２２４と、ハウジング２２４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ダイアフラム２２６とを含んで構成されている。密閉空間Ｓ１は感温室を構成し、基準ガスとして、冷凍サイクルを循環する冷媒ガス（ＨＦＣ−１３４ａ）と窒素ガスとの混合ガスが封入されている。なお、変形例においては、基準ガスとして、冷凍サイクルを循環する冷媒ガスと同種類のガスを用いてもよい。
【００７７】
そして、ダイアフラム２２６の下面に当接するようにパイロット弁体２２８が配設されている。パイロット弁体２２８は、パイロット弁孔２２３に着脱してパイロット弁２０６を開閉する。パイロット弁体２２８と区画部材２２０との間には、パイロット弁体２２８を開弁方向に付勢するスプリング２３０が介装されている。
【００７８】
内部ボディ２０４の下半部には、段付円筒状の弁駆動体２３２が配設されている。弁駆動体２３２は、その上端部が内部ボディ２０４に摺動可能に支持されている。また、弁駆動体２３２は、主弁孔２１４を貫通して下方に延び、その下端部に主弁体２１５が設けられている。主弁体２１５は、下流側から主弁孔２１４に接離して主弁２０５を開閉する。主弁体２１５とボディ２０３との間には、主弁体２１５を閉弁方向に付勢するスプリング２１７が介装されている。
【００７９】
弁駆動体２３２の上端部と区画部材２２０との間に背圧室２３４が形成される。また、弁駆動体２３２を軸線方向に貫通するようにパイロット通路２３６が設けられ、その上端部が縮径されて小断面のリーク通路２３８となっている。一方、パイロット通路２３６の下端開口部を開閉可能な小弁体２４０が配設されている。小弁体２４０と弁駆動体２３２との間には、小弁体２４０を閉弁方向に付勢するスプリング２４２が介装されている。小弁体２４０は、過熱度制御弁３３に逆圧がかかったときにパイロット通路２３６を閉じる逆止弁として機能する。
【００８０】
このような構成において、入口ポート２１０を介して導入された上流側圧力Ｐinの冷媒は、一方で主弁２０５を経て減圧膨張されて下流側圧力Ｐoutとなり、他方でパイロット弁２０６を経て背圧室２３４にて中間圧力Ｐｐ２となり、リーク通路２３８を経て下流側圧力Ｐoutとなる。中間圧力Ｐｐ２は、パイロット弁２０６の開閉状態によって変化する。
【００８１】
ここで、パワーエレメント２２２は、入口ポート２１０から導入される冷媒の温度と圧力を感知し、その冷媒の過熱度が設定過熱度ＳＨ（例えば５deg）に近づくように動作し、パイロット弁２０６の開度を調整する。すなわち、パワーエレメント２２２は、暖房運転時において過熱度制御弁３３の入口側（つまり、室外熱交換器５の出口側）の過熱度が設定過熱度ＳＨとなるように動作し、パイロット弁２０６ひいては主弁２０５の開度を調整する。
【００８２】
すなわち、過熱度の制御状態において、上流側の過熱度が設定過熱度ＳＨよりも大きくなると、パワーエレメント２２２が高温を感知してパイロット弁２０６の閉弁方向に動作する。その結果、パイロット弁２０６の弁開度が小さくなるため中間圧力Ｐｐ２が低下し、弁駆動体２３２が閉弁方向に動作する。その結果、上流側圧力Ｐinが上昇するため、その上流側での熱交換量が少なくなり、過熱度が小さくなる方向に変化する。逆に、過熱度が設定過熱度ＳＨよりも小さくなると、パワーエレメント２２２が低温を感知してパイロット弁２０６の開弁方向に動作する。その結果、パイロット弁２０６の弁開度が大きくなるため中間圧力Ｐｐ２が上昇し、弁駆動体２３２が開弁方向に動作する。その結果、上流側圧力Ｐinが低下するため、その上流側での熱交換量が増加し、過熱度が大きくなる方向に変化する。このようにして過熱度が設定過熱度ＳＨに保たれるようになる。
【００８３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその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。
【００８４】
上記実施形態では、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車に適用した例を示したが、内燃機関を搭載した自動車や、内燃機関と電動機を同載したハイブリッド式の自動車に提供することが可能であることは言うまでもない。上記実施形態では、圧縮機２として電動圧縮機を採用した例を示したが、エンジンの回転を利用して容量可変を行う可変容量圧縮機を採用することもできる。
【００８５】
上記実施形態では、第２通路２２のバイパス通路２９との分岐点に切替弁３１を配置し、その切替弁３１を三方電磁弁にて構成する例を示した。変形例においては、第２通路２２におけるバイパス通路２９との分岐点よりも圧縮機２側に切替弁を設け、その切替弁を二方電磁弁にて構成してもよい。そして、その切替弁を切替弁３１と同様にパイロット作動式の制御弁としてもよい。具体的には、図３に示した切替弁３１において、副弁１０７をなくし、出入口ポート１１２を出口ポートとして構成してもよい。そして、パイロット通路１４４をその出口ポートに接続してもよい。このような構成においても、背圧室へ流体を導入する導入通路の開度を絞るとともに、背圧室から流体を導出する導出通路の開度を絞る機構を備えるため、上記実施形態と同様の作用効果を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００８６】
１ 車両用冷暖房装置、 ２ 圧縮機、 ３ 室内凝縮器、 ４ 第１制御弁ユニット、 ５ 室外熱交換器、 ６ 第２制御弁ユニット、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 ３１ 切替弁、 ３２ 逆止弁、 ３３ 過熱度制御弁、 ３５ 複合弁、 ４１ 過冷却度制御弁、 ４２ 比例弁、 ４３ 過冷却度制御弁、 ４４ 逆止弁、 １００ 制御部、 １０１ 弁本体、 １０２ ソレノイド、 １０３ ボディ、 １０５ 主弁、 １０６ パイロット弁、 １０７ 副弁、 １１０ 入口ポート、 １１２ 出入口ポート、 １１４ 出口ポート、 １２６ 弁駆動体、 １２８ 複合弁体、 １３０ 可動弁体、 １４０ パイロット弁孔、 １４４ パイロット通路、 １４８ 区画部材、 １５０ 高圧室、 １５２ 背圧室、 １５４ 主弁孔、 １５６ 主弁座、 １６０ 主弁体、 １６２ 副弁体、 １６６ リーク通路、 １７０ パイロット弁体、 １７２ 連通溝、 １７６ パイロット弁座、 １８４ 弁座、 １９０ コア、 １９２ プランジャ、 １９５ 作動ロッド、 ２０３ ボディ、 ２０４ 内部ボディ、 ２０５ 主弁、 ２０６ パイロット弁、 ２１０ 入口ポート、 ２１２ 出口ポート、 ２１４ 主弁孔、 ２１５ 主弁体、 ２２２ パワーエレメント、 ２２３ パイロット弁孔、 ２２８ パイロット弁体、 ２３２ 弁駆動体、 ２３４ 背圧室、 ２３６ パイロット通路、 ２３８ リーク通路、 ２４０ 小弁体、 Ｓ１ 密閉空間、 Ｓ２ 開放空間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイロット弁の開閉により背圧室の圧力を変化させることによって主弁を開閉制御するパイロット作動式の制御弁であって、
前記背圧室へ流体を導入する導入通路の開度を絞るとともに、前記背圧室から流体を導出する導出通路の開度を絞る機構を備えることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
上流側通路と中間通路と下流側通路との間に設けられ、各通路間の流体の流れを切り替え可能な制御弁であって、
前記上流側通路につながる入口ポートと、前記中間通路につながる中間ポートと、前記下流側通路につながる出口ポートとを有し、前記入口ポートと前記中間ポートとを直接つなぐ第１内部通路と、前記中間ポートと前記出口ポートとを直接つなぐ第２内部通路と、前記入口ポートと前記出口ポートとを前記背圧室を介してつなぐ副通路とが形成されるボディと、
前記第１内部通路に設けられた主弁孔に接離することにより前記第１内部通路を開閉する主弁体を有する主弁と、
前記第２内部通路に設けられた副弁孔に接離することにより前記第２内部通路を開閉する副弁体を有する副弁と、
前記ボディとの間に前記背圧室を形成しつつ前記ボディに相対変位可能に支持され、前記導入通路および前記導出通路の一方であるリーク通路が形成された区画部を有し、前記主弁体と連動して前記主弁を開閉する弁駆動体と、
前記導入通路および前記導出通路の他方であるパイロット弁孔に接離することにより前記副通路を開閉するパイロット弁体を有するパイロット弁と、
前記パイロット弁を駆動するアクチュエータと、
を備え、
前記弁駆動体が前記背圧室を小さくする方向に動作したときに、前記パイロット弁体が前記パイロット弁孔に近接して前記パイロット弁孔の開度を絞るとともに、前記リーク通路に近接して前記リーク通路の開度を絞ることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記弁駆動体に前記主弁孔が形成され、
前記主弁が閉弁状態のときに前記主弁体と前記弁駆動体とが一体動作可能となり、前記主弁が開弁状態のときに前記主弁体と前記弁駆動体とが独立動作可能となることを特徴とする請求項２に記載の制御弁。
【請求項４】
前記主弁体と前記副弁体とが一体に設けられた複合弁体を備え、
前記副弁が閉弁状態のときに前記主弁が開弁可能となり、前記主弁が閉弁状態のときに前記副弁が開弁可能となり、前記主弁と前記副弁とが開弁状態を切り替える際に、双方が閉弁する状態を経ることを特徴とする請求項２または３に記載の制御弁。
【請求項５】
前記副弁が形成されるとともに前記副弁体に接離可能となるよう前記ボディに変位可能に支持され、前記下流側通路の圧力が前記中間通路の圧力よりも高くなったときに前記副弁体に近接する方向に動作して前記副弁を強制的に閉じる逆止弁をさらに備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の制御弁。
【請求項６】
上流側通路と下流側通路との間に設けられ、前記上流側通路から前記下流側通路への冷媒の流れを制御可能な制御弁であって、
前記上流側通路につながる入口ポートと、前記下流側通路につながる出口ポートとを有し、前記入口ポートと前記出口ポートとを直接つなぐ主通路と、前記入口ポートと前記出口ポートとを前記背圧室を介してつなぐ副通路とが形成されるボディと、
前記主通路に設けられた主弁孔に接離することにより前記主通路を開閉する主弁体を有する主弁と、
前記ボディとの間に前記背圧室を形成しつつ前記ボディに相対変位可能に支持され、前記導入通路および前記導出通路の一方であるリーク通路が形成された区画部と、
前記導入通路および前記導出通路の他方であるパイロット弁孔に接離することにより前記副通路を開閉するパイロット弁体を有するパイロット弁と、
前記パイロット弁を駆動するアクチュエータと、
を備え、
前記区画部が前記背圧室を小さくする方向に動作したときに、前記パイロット弁体が前記パイロット弁孔に近接して前記パイロット弁孔の開度を絞るとともに、前記リーク通路に近接して前記リーク通路の開度を絞ることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項１】
パイロット弁の開閉により背圧室の圧力を変化させることによって主弁を開閉制御するパイロット作動式の制御弁であって、
前記背圧室へ流体を導入する導入通路の開度を絞るとともに、前記背圧室から流体を導出する導出通路の開度を絞る機構を備えることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
上流側通路と中間通路と下流側通路との間に設けられ、各通路間の流体の流れを切り替え可能な制御弁であって、
前記上流側通路につながる入口ポートと、前記中間通路につながる中間ポートと、前記下流側通路につながる出口ポートとを有し、前記入口ポートと前記中間ポートとを直接つなぐ第１内部通路と、前記中間ポートと前記出口ポートとを直接つなぐ第２内部通路と、前記入口ポートと前記出口ポートとを前記背圧室を介してつなぐ副通路とが形成されるボディと、
前記第１内部通路に設けられた主弁孔に接離することにより前記第１内部通路を開閉する主弁体を有する主弁と、
前記第２内部通路に設けられた副弁孔に接離することにより前記第２内部通路を開閉する副弁体を有する副弁と、
前記ボディとの間に前記背圧室を形成しつつ前記ボディに相対変位可能に支持され、前記導入通路および前記導出通路の一方であるリーク通路が形成された区画部を有し、前記主弁体と連動して前記主弁を開閉する弁駆動体と、
前記導入通路および前記導出通路の他方であるパイロット弁孔に接離することにより前記副通路を開閉するパイロット弁体を有するパイロット弁と、
前記パイロット弁を駆動するアクチュエータと、
を備え、
前記弁駆動体が前記背圧室を小さくする方向に動作したときに、前記パイロット弁体が前記パイロット弁孔に近接して前記パイロット弁孔の開度を絞るとともに、前記リーク通路に近接して前記リーク通路の開度を絞ることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記弁駆動体に前記主弁孔が形成され、
前記主弁が閉弁状態のときに前記主弁体と前記弁駆動体とが一体動作可能となり、前記主弁が開弁状態のときに前記主弁体と前記弁駆動体とが独立動作可能となることを特徴とする請求項２に記載の制御弁。
【請求項４】
前記主弁体と前記副弁体とが一体に設けられた複合弁体を備え、
前記副弁が閉弁状態のときに前記主弁が開弁可能となり、前記主弁が閉弁状態のときに前記副弁が開弁可能となり、前記主弁と前記副弁とが開弁状態を切り替える際に、双方が閉弁する状態を経ることを特徴とする請求項２または３に記載の制御弁。
【請求項５】
前記副弁が形成されるとともに前記副弁体に接離可能となるよう前記ボディに変位可能に支持され、前記下流側通路の圧力が前記中間通路の圧力よりも高くなったときに前記副弁体に近接する方向に動作して前記副弁を強制的に閉じる逆止弁をさらに備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の制御弁。
【請求項６】
上流側通路と下流側通路との間に設けられ、前記上流側通路から前記下流側通路への冷媒の流れを制御可能な制御弁であって、
前記上流側通路につながる入口ポートと、前記下流側通路につながる出口ポートとを有し、前記入口ポートと前記出口ポートとを直接つなぐ主通路と、前記入口ポートと前記出口ポートとを前記背圧室を介してつなぐ副通路とが形成されるボディと、
前記主通路に設けられた主弁孔に接離することにより前記主通路を開閉する主弁体を有する主弁と、
前記ボディとの間に前記背圧室を形成しつつ前記ボディに相対変位可能に支持され、前記導入通路および前記導出通路の一方であるリーク通路が形成された区画部と、
前記導入通路および前記導出通路の他方であるパイロット弁孔に接離することにより前記副通路を開閉するパイロット弁体を有するパイロット弁と、
前記パイロット弁を駆動するアクチュエータと、
を備え、
前記区画部が前記背圧室を小さくする方向に動作したときに、前記パイロット弁体が前記パイロット弁孔に近接して前記パイロット弁孔の開度を絞るとともに、前記リーク通路に近接して前記リーク通路の開度を絞ることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２２５１（Ｐ２０１２−２２５１Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３５７１３（Ｐ２０１０−１３５７１３）
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【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２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【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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