制御弁
【課題】作動流体が流れる複数の流体通路の切り替える制御弁に嵩むコストをトータル的に抑制する。
【解決手段】第１制御弁４は、比例弁３４，３７，３８を収容する共用のボディと、比例弁３４，３７，３８の開度を電気的に調整するための共用のモータユニット１０２と、モータユニット１０２により軸線方向に駆動される弁作動体１３４と、第１弁体１５３、第２弁体１５５、弁体１３８のそれぞれと弁作動体１３４とを一体変位可能に作動連結または相対変位可能に連結解除する作動切替機構と、を備える。
【解決手段】第１制御弁４は、比例弁３４，３７，３８を収容する共用のボディと、比例弁３４，３７，３８の開度を電気的に調整するための共用のモータユニット１０２と、モータユニット１０２により軸線方向に駆動される弁作動体１３４と、第１弁体１５３、第２弁体１５５、弁体１３８のそれぞれと弁作動体１３４とを一体変位可能に作動連結または相対変位可能に連結解除する作動切替機構と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御弁に関し、特に作動流体が流れる複数の流体通路の切り替えに好適な制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両においてはエンジンの燃焼効率が向上したこともあり、熱源として利用してきた冷却水が暖房に必要な温度にまで上昇し難くなっている。一方、内燃機関と電動機を併用したハイブリッド車両においては内燃機関の稼働率が低いため、そのような冷却水の利用がさらに難しい。電気自動車に至っては内燃機関による熱源そのものがない。このため、冷房のみならず暖房にも冷媒を用いたサイクル運転を行い、車室内を除湿暖房可能なヒートポンプ式の車両用冷暖房装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような車両用冷暖房装置は、圧縮機、室外熱交換器、蒸発器、室内熱交換器等を含む冷凍サイクルを有し、暖房運転時と冷房運転時とで室外熱交換器の機能が切り替えられる。暖房運転時においては室外熱交換器が蒸発器として機能する。その際、冷凍サイクルを冷媒が循環する過程で室内熱交換器が放熱し、その熱により車室内の空気が加熱される。一方、冷房運転時においては室外熱交換器が凝縮器として機能する。その際、室外熱交換器にて凝縮された冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。その際、除湿も行われる。そして、このように暖房運転時と冷房運転時とで装置の機能を切り替えるために、冷凍サイクルには複数の冷媒循環通路が設けられ、各冷媒循環通路の冷媒の流れを切り替えるための種々の制御弁が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４０２６６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、このような車両用冷暖房装置において制御弁が数多く用いられると、当然にコストが嵩み、また設置スペース上の問題も生じる。このため、制御弁のトータルの数や部品コストをできる限り少なくするのが望ましい。一方、そのように制御弁の数やコストを抑えつつも、運転状態に応じた空調性能を良好に確保する必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、作動流体が流れる複数の流体通路の切り替える制御弁に嵩むコストをトータル的に抑制することにある。
【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、第１内部通路、第２内部通路および第３内部通路が形成され、第１内部通路の作動流体の流れを調整する第１弁と、第２内部通路の作動流体の流れを調整する第２弁と、第３内部通路の作動流体の流れを調整する第３弁とを収容する共用のボディと、第１弁、第２弁および第３弁の開度を電気的に調整するための共用のアクチュエータと、アクチュエータにより軸線方向に駆動される弁作動体と、第１内部通路に設けられた第１弁孔に接離して第１弁を開閉する第１弁体と、第２内部通路に設けられた第２弁孔に接離して第２弁を開閉する第２弁体と、第３内部通路に設けられた第３弁孔に接離して第３弁を開閉する第３弁体と、第１弁体、第２弁体および第３弁体のそれぞれと弁作動体とを一体変位可能に作動連結または相対変位可能に連結解除する作動切替機構と、を備える。
【０００８】
この態様によると、第１内部通路、第２内部通路および第３内部通路の開度をそれぞれ調整するために第１弁、第２弁および第３弁が設けられるところ、それらの弁が共用のボディに収容されて共用のアクチュエータにより開閉駆動される制御弁（複合弁）として構成される。そして、第１弁、第２弁および第３弁と弁作動体との作動連結状態が適宜切り替えられることで、一つのアクチュエータによる３つの弁の駆動が可能とされている。それにより、弁の数に対してボディやアクチュエータの数を抑えることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、作動流体が流れる複数の流体通路の切り替える制御弁に嵩むコストをトータル的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。
【図２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図３】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図４】第１制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図５】第１制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図６】第１制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図７】第１制御弁の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システム構成を表す図である。この車両用冷暖房装置は、電気自動車の冷暖房装置として具体化されたものである。
【００１２】
車両用冷暖房装置１００は、圧縮機２、補助凝縮器３、室外熱交換器５、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１００は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）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】
圧縮機２、室外熱交換器５およびアキュムレータ８は、車室外（エンジンルーム）に設けられている。一方、車室内には空気の熱交換が行われるダクトが設けられ、そのダクトにおける空気の流れ方向上流側に蒸発器７が配設され、下流側に補助凝縮器３が配設されている。補助凝縮器３は、室内凝縮器として構成されている。
【００１４】
車両用冷暖房装置１００は、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。この冷凍サイクルは、補助凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として直列又は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。この冷凍サイクルでは、冷房運転時に冷媒が循環する第１冷媒循環通路、暖房運転時に冷媒が循環する第２冷媒循環通路、除湿運転時に冷媒が循環する第３冷媒循環通路が形成される。
【００１５】
第１冷媒循環通路は、圧縮機２→室外熱交換器５→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→補助凝縮器３→室外熱交換器５→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→補助凝縮器３→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１冷媒循環通路と第２冷媒循環通路とで逆方向となっている。
【００１６】
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が室外熱交換器５の一方の出入口につながり、他方である第２通路２２が補助凝縮器３の入口につながっている。室外熱交換器５の他方の出入口は第３通路２３を介して蒸発器７の入口に接続され、蒸発器７の出口は第４通路２４（戻り通路）を介してアキュムレータ８の入口に接続されている。第１通路２１、第３通路２３および第４通路２４により第１冷媒循環通路が形成される。
【００１７】
補助凝縮器３の出口は第５通路２５を介して第３通路２３に接続されている。第１通路２１は室外熱交換器５の近傍でバイパス通路２６に分岐し、バイパス通路２６はアキュムレータ８の入口に接続されている。さらに、第５通路２５は中間部においてバイパス通路２７に分岐し、バイパス通路２７は第１通路２１に接続されている。第２通路２２、第５通路２５、第３通路２３およびバイパス通路２６により第２冷媒循環通路が形成される。一方、第２通路２２、第５通路２５、第３通路２３および第４通路２４により第３冷媒循環通路が形成される。
【００１８】
第１冷媒循環通路と第３冷媒循環通路とは、冷房運転時において補助凝縮器３と室外熱交換器５を圧縮機２に対して並列につなぐ並列循環通路を形成する。一方、冷房運転時においてバイパス通路２７が開放されることにより、補助凝縮器３と室外熱交換器５を圧縮機２に対して直列につなぐ直列循環通路が形成されるようになるが、その詳細については後述する。
【００１９】
第４通路２４におけるバイパス通路２６との合流点よりも下流側は、第１冷媒循環通路、第２冷媒循環通路および第３冷媒循環通路の共用の通路である第１共用通路４１となっている。また、第３通路２３における第５通路２５との合流点よりも下流側は、第１冷媒循環通路と第３冷媒循環通路との共用の通路である第２共用通路４２となっている。そして、第１共用通路４１と第２共用通路４２を部分的に挿通するように内部熱交換器１０が配設されている。
【００２０】
第１通路２１と第２通路２２との分岐点および第１通路２１とバイパス通路２７との合流点を含むように第１制御弁４が設けられている。第３通路２３と第５通路２５との合流点には第２制御弁６が設けられている。第４通路２４とバイパス通路２６との合流点には第３制御弁９が設けられている。さらに、第３通路２３における内部熱交換器１０の下流側には比例弁３３が設けられている。
【００２１】
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。
【００２２】
補助凝縮器３は、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助的な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・高圧の冷媒が補助凝縮器３を通過する際に放熱する。車室内に導入された空気は、補助凝縮器３を通過する過程で温められる。すなわち、ダクトに取り込まれて蒸発器７にて冷却および除湿された空気のうち、図示しないエアミックスドアにて振り分けられた空気が補助凝縮器３を通過することにより適度に加熱される。補助凝縮器３を通過した空気と迂回した空気とが補助凝縮器３の下流側にて混合されて目標の温度に調整される。
【００２３】
室外熱交換器５は、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。室外熱交換器５が蒸発器として機能する際には、膨張装置（後述の比例弁５２）の通過により低温・低圧となった冷媒が、室外熱交換器５を通過する際に蒸発する。
【００２４】
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、膨張装置（後述の比例弁３３）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。車室内に導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却され、除湿される。このとき冷却・除湿された空気は、補助凝縮器３の通過過程で加熱される。
【００２５】
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。
【００２６】
第１制御弁４は、共用のボディに比例弁３４，３７，３８を収容し、それらを１つのアクチュエータにて駆動する複合弁として構成されている。第１制御弁４のボディには、第１通路２１を構成する第１内部通路と、第２通路２２を構成する第２内部通路と、バイパス通路２７を構成する第３内部通路が設けられている。比例弁３４は「第１弁」として機能する大口径の弁であり、第１通路２１の開度を調整する。比例弁３７は「第２弁」として機能する大口径の弁であり、第２通路２２の開度を調整する。比例弁３８は「第３弁」として機能する大口径の弁であり、バイパス通路２７の開度を調整する。本実施形態では、第１制御弁４として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。第１制御弁４の具体的構成については後述する。
【００２７】
第２制御弁６は、共用のボディに比例弁５１と比例弁５２を収容する複合弁として構成されている。比例弁５１と比例弁５２は共用のアクチュエータにて駆動される。比例弁５１は「第４弁」として機能する大口径の弁であり、第５通路２５を開閉する。比例弁５２は大口径の第１弁と小口径の第２弁とを有する複合弁であり、第３通路２３の開度を調整する。比例弁５２は膨張装置としても機能する。本実施形態では、第２制御弁６として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。
【００２８】
比例弁３３は、室外熱交換器５から第３通路２３を介して導入された冷媒、または補助凝縮器３から第５通路２５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」としても機能する。本実施形態では、比例弁３３として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。なお、変形例においては、比例弁３３に代えて、例えば蒸発器７の出口側の温度を感知してその出口側の過熱度が適正となるよう冷媒流量を調整する温度式膨張弁を設けてもよい。あるいは、オリフィスその他の膨張装置を設けてもよい。
【００２９】
第３制御弁９は、共用のボディに比例弁３５と比例弁３６とを収容し、それらを１つのアクチュエータにて駆動する複合弁として構成されている。第３制御弁９のボディには、第４通路２４を構成する第１内部通路とバイパス通路２６を構成する第２内部通路が設けられている。比例弁３５は大口径の弁であり、第２内部通路に設けられてその開度を調整する。比例弁３６は大口径の弁であり、第１内部通路に設けられてその開度を調整する。本実施形態では、第３制御弁９として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。
【００３０】
内部熱交換器１０は、第１共用通路４１と第２共用通路４２を部分的に挿通して両共用通路を流れる冷媒の熱交換をさせる。これにより、補助凝縮器３または室外熱交換器５から蒸発器７に向かって流れる冷媒が、アキュムレータ８から圧縮機２に向かって流れる冷媒によって冷却される一方、アキュムレータ８から圧縮機２に向かって流れる冷媒が、補助凝縮器３または室外熱交換器５から蒸発器７に向かって流れる冷媒によって加熱され、冷凍サイクルの熱交換率が高められる。なお、図示のように、第３通路２３と第５通路２５との合流点は、内部熱交換器１０の入口の上流側に設けられている。また、比例弁３３は、内部熱交換器１０の出口の下流側に設けられている。
【００３１】
以上のように構成された車両用冷暖房装置１００は、図示しない制御部により制御される。制御部は、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各制御弁の制御量（弁開度や開閉状態）を決定し、その制御量が実現されるようアクチュエータに電流を供給する。本実施例ではアクチュエータとしてステッピングモータを用いるため、制御部は、各制御弁の制御量が実現され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。このような制御により、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。なお、本実施形態ではこのような制御を実現するために、補助凝縮器３の出口、室外熱交換器５の出入口、蒸発器７の入口と出口、内部熱交換器１０の入口と出口のそれぞれの温度を検出するための複数の温度センサが設置されている。
【００３２】
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および図３は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。図２は冷房運転時の状態を示し、（Ａ）は通常冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は特定冷房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特殊冷房運転時の状態を示している。なお、「特定冷房運転」は、冷房運転において除湿の機能を高めた運転状態である。「特殊冷房運転」は、冷房運転において除湿の機能を高めるとともに熱交換効率を高めた運転状態である。図３は暖房運転時の状態を示し、（Ａ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｂ）は通常暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特殊暖房運転時の状態を示している。「特定暖房運転」は、暖房運転において除湿の機能を高めた運転状態である。「特殊暖房運転」は、室外熱交換器５を機能させない運転状態である。
【００３３】
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〜ｈ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。
【００３４】
図２（Ａ）に示すように、通常冷房運転時においては、第１制御弁４において比例弁３４が開弁状態とされ、比例弁３７，３８が閉弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁５１が閉弁状態とされ比例弁５２が開弁状態とされる。比例弁３３は開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が閉弁状態とされ比例弁３６が開弁状態とされる。それにより、第１冷媒循環通路のみが開放される。このため、圧縮機２から吐出冷媒は室外熱交換器５および蒸発器７に導かれる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。
【００３５】
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、室外熱交換器５を経ることで凝縮され、比例弁３３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に導入される。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。蒸発器７から導出された冷媒は、比例弁３６を経てアキュムレータ８に導入される。制御部は、室外熱交換器５の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御するか、または圧縮機２の入口側の温度に基づき、その入口側の過熱度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御する。前者の場合、比例弁３３の入口または内部熱交換器１０の入口の温度に基づいてその過冷却度を調整するようにしてもよい。
【００３６】
なお、このとき、内部熱交換器１０により、アキュムレータ８から圧縮機２に送られる冷媒と室外熱交換器５から比例弁３３に送られる冷媒との熱交換が行われる。その結果、蒸発器７の入口と出口の入口とのエンタルピの差が大きくなり、冷凍サイクルの成績係数を大きくできるため、システムの効率および冷凍能力を向上させることができる。
【００３７】
図２（Ｂ）に示すように、特定冷房運転時においては、第１制御弁４において比例弁３４が閉弁状態とされ、比例弁３７，３８が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁５１が閉弁状態とされ比例弁５２が開弁状態とされる。比例弁３３は開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が閉弁状態とされ比例弁３６が開弁状態とされる。それにより、バイパス通路２７が開放されて直列循環通路が形成される。この直列循環通路は、第１冷媒循環通路に対して補助凝縮器３を経由する冷媒通路を追加した構成を有し、補助凝縮器３を室内凝縮器、室外熱交換器５を室外凝縮器として直列につなぐ構成を実現する。このため、圧縮機２から吐出冷媒は、補助凝縮器３および室外熱交換器５を通過して蒸発器７に導かれる。
【００３８】
このとき、比例弁３８の開度が調整されて差圧制御が実行される。このとき、比例弁３８には前後差圧ΔＰが発生する。その結果、補助凝縮器３の凝縮圧力（凝縮温度）が、室外熱交換器５の凝縮圧力（凝縮温度）よりも高く維持され、車室内の温度が必要以上に低下することが抑制される。具体的には、ドライバの足元の温度をある程度高く維持することができる。制御部は、室外熱交換器５の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御するか、または圧縮機２の入口側の温度に基づき、その入口側の過熱度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御する。
【００３９】
図２（Ｃ）に示すように、特定冷房運転時においては、第１制御弁４において比例弁３４および比例弁３７が共に開弁状態とされ、比例弁３８が閉弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁５１および比例弁５２が共に開弁状態とされる。比例弁３３は開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が閉弁状態とされ比例弁３６が開弁状態とされる。それにより第１冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が開放され、第２冷媒循環通路は遮断される。このため、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室外熱交換器５を経て蒸発器７に導かれ、他方で補助凝縮器３を経て蒸発器７に導かれる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。
【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、一方で補助凝縮器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、補助凝縮器３を経由した冷媒と室外熱交換器５を経由した冷媒とが合流して比例弁３３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。そして、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。制御部は、比例弁３３の入口または内部熱交換器１０の入口の温度に基づいてその過冷却度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御するか、または圧縮機２の入口側の温度に基づき、その入口側の過熱度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御する。
【００４１】
ここで、図２（Ｂ）に示す特定冷房運転と図２（Ｃ）に示す特殊冷房運転とを適宜切り替えることにより、除湿機能を高めた冷房運転の効率を高く維持することができる。すなわち、図２（Ｂ）に示す特定冷房運転においては、圧縮機２から吐出された冷媒の全てが補助凝縮器３を経由することになるため、その補助凝縮器３での圧力損失を見越して圧縮機２の動力を大きくする必要がある。しかし、圧縮機２から吐出された高温のガス冷媒を全て補助凝縮器３に供給できるため、その補助凝縮器３のヒータとしての機能を最大限に発揮させることができる。一方、図２（Ｃ）に示す特殊冷房運転においては、圧縮機２から吐出された冷媒が室外熱交換器５へ向かうものと補助凝縮器３へ向かうものに所定の比率で振り分けられるため、圧縮機２から吐出された高温のガス冷媒はその比率に応じた流量のみが補助凝縮器３に供給されることになる。このため、補助凝縮器３はそのヒータとしての機能を最大限に発揮させることはできない。しかし、補助凝縮器３へ供給される冷媒がその比率に応じた流量に留まるため、補助凝縮器３での圧力損失は少なくなり、その分、圧縮機２の動力は小さくて済む。
【００４２】
すなわち、補助凝縮器３のヒータとしての機能の必要性に応じて特定冷房運転と特殊冷房運転とを適宜切り替えることにより、その機能を担保しつつ、冷凍サイクルの効率（成績係数）を高く維持できるようになる。しかも、特定冷房運転による凝縮器の直列運転と、特殊冷房運転による凝縮器の並列運転とが、バイパス通路２７を設けるという簡易な構成と、第１制御弁４の開閉状態を切り替えるという簡易な制御により実現されている。
【００４３】
図３（Ａ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁４の比例弁３４，３８が閉弁状態とされ比例弁３７が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁５１および比例弁５２が共に開弁状態とされる。比例弁３３は開弁状態とされる。このとき、比例弁５２は、小口径の第２弁が開弁状態となる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５および比例弁３６が共に開弁状態とされる。このとき、比例弁５２が膨張装置として機能する。それにより、第１冷媒循環通路が遮断され、第２冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が開放される。このため、補助凝縮器３から導出された冷媒は、一方で室外熱交換器５に導かれ、他方で蒸発器７に導かれる。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。
【００４４】
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、補助凝縮器３を経て凝縮される。補助凝縮器３から導出された冷媒は、一方で比例弁５２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を通過する際に蒸発される。室外熱交換器５から導出された冷媒は、比例弁３５を経てアキュムレータ８に導入される。また、補助凝縮器３から導出された冷媒は、他方で比例弁３３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を通過する際に蒸発される。蒸発器７から導出された冷媒は、比例弁３６を経てアキュムレータ８に導入される。
【００４５】
このとき、制御部は、室外熱交換器５による熱吸収と蒸発器７による除湿とを適正に行うべく、室外熱交換器５における冷媒の蒸発量と蒸発器７における冷媒の蒸発量との比率を適正に調整する。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は、比例弁５２と比例弁３３の弁開度の比率により制御される。制御部は、比例弁５２の開度と比例弁３３の開度との比率を調整することにより両蒸発器における蒸発量を調整する。その際、制御部は、蒸発器７が凍結することがないよう、蒸発器７の出口側の温度が適正範囲に保たれるように制御する。
【００４６】
また、制御部は、比例弁３５および比例弁３６の一方の全開状態を維持したまま他方の開度を調整する。本実施形態では、図３（Ａ）の左上段のモリエル線図に示すように、室外熱交換器５よりも蒸発器７の温度が低い場合には比例弁３６を全開状態にして比例弁３５の開度を制御する。一方、図３（Ａ）の右上段のモリエル線図に示すように、蒸発器７よりも室外熱交換器５の温度が低い場合には比例弁３５を全開状態にして比例弁３６の開度を制御する。
【００４７】
例えば、前者のように室外熱交換器５よりも蒸発器７の温度が低く、室外熱交換器５の出口側に過熱度（スーパーヒート）が発生している場合、比例弁３５の開度を絞ることによりその過熱度が設定値（ゼロまたは小さな適正値）に近づくように制御する。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、その比例弁３５の絞り量により調整される。すなわち、比例弁３６を全開状態に維持しつつ比例弁３５の開度を絞ることで、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏと蒸発器７の出口の圧力Ｐｅとの差圧ΔＰ＝Ｐｏ−Ｐｅが適正となり、循環する冷媒を室外熱交換器５と蒸発器７とで蒸発させる比率を調整することができる。すなわち、差圧ΔＰが大きくなると、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に小さくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に大きくなる）。逆に、差圧ΔＰが小さくなると、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に大きくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に小さくなる）。制御部は、室外熱交換器５の出口側に過熱度に応じて比例弁３５の開度を制御して差圧ΔＰを適正に調整することで、特定暖房運転時における除湿機能を確保する。なお、室外熱交換器５の出口側の過熱度の有無およびその大きさは、室外熱交換器５の入口側の温度と出口側の温度を検出することで特定することができる。
【００４８】
逆に、後者のように蒸発器７よりも室外熱交換器５の温度が低く、蒸発器７の出口側に過熱度が発生している場合、比例弁３６の開度を絞ることによりその過熱度が設定過熱度（ゼロまたは小さな適正値）に近づくように制御する。すなわち、比例弁３５を全開状態に維持しつつ比例弁３６の開度を絞ることで、蒸発器７の出口の圧力Ｐｅと室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏとの差圧ΔＰ＝Ｐｅ−Ｐｏが適正となり、特定暖房運転時における除湿機能を確保することができる。なお、蒸発器７の出口側の過熱度の有無およびその大きさは、蒸発器７の入口側の温度と出口側の温度を検出することで特定することができる。
【００４９】
図３（Ｂ）に示すように、通常暖房運転時においては、第１制御弁４の比例弁３４，３８が閉弁状態とされ比例弁３７が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁５１，５２が開弁状態とされる。比例弁３３は閉弁状態とされる。このとき、比例弁５２が膨張装置として機能する。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が開弁状態とされ、比例弁３６が閉弁状態とされる。それにより第２冷媒循環通路のみが開放される。このため、補助凝縮器３から導出された冷媒は第３通路２３を介して室外熱交換器５に導かれる。このとき、蒸発器７には冷媒が供給されないため、蒸発器７は実質的に機能しなくなり、室外熱交換器５のみが蒸発器として機能するようになる。制御部は、補助凝縮器３の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁５２の開度を制御する。
【００５０】
図３（Ｃ）に示すように、特殊暖房運転時においては、第１制御弁４の比例弁３４，３８が閉弁状態とされ、比例弁３７が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁５１が開弁状態とされ、比例弁５２が閉弁状態とされる。比例弁３３は開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が閉弁状態とされ、比例弁３６が開弁状態とされる。それにより第３冷媒循環通路のみが開放される。このため、補助凝縮器３から導出された冷媒は第２通路２２を介して蒸発器７に導かれる。室外熱交換器５は実質的に機能しなくなる。蒸発器７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、車室内の空気を除湿する。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。制御部は、補助凝縮器３の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御するか、または圧縮機２の入口側の温度に基づき、その入口側の過熱度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御する。
【００５１】
次に、本実施形態の制御弁の具体的構成について説明する。
図４〜図７は、第１制御弁４の構成および動作を表す断面図である。図４に示すように、第１制御弁４は、ステッピングモータ駆動式の電動弁として構成され、弁本体１０１とモータユニット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１０４に大口径の比例弁３４，３７，３８を同軸状に収容して構成されている。
【００５２】
ボディ１０４の一方の側部には第１導入ポート１１０と第２導入ポート１１２が設けられ、他方の側部には第１導出ポート１１４と第２導出ポート１１６が設けられている。ボディ１０４の上方から順に第２導入ポート１１２、第１導出ポート１１４、第１導入ポート１１０、第２導出ポート１１６が配置されている。第１導入ポート１１０は圧縮機２の吐出室に連通し、第２導入ポート１１２はバイパス通路２７に連通し、第１導出ポート１１４は第１通路２１に連通し、第２導出ポート１１６は第２通路２２に連通する。第１導入ポート１１０と第１導出ポート１１４とをつなぐ通路により第１内部通路が構成され、第１導入ポート１１０と第２導出ポート１１６とをつなぐ通路により第２内部通路が構成され、第２導入ポート１１２と第１導出ポート１１４とをつなぐ通路により第３内部通路が構成されている。
【００５３】
ボディ１０４の上半部には、円筒状の区画部材１１８が配設されている。区画部材１１８は、シール部材を介してボディ１０４に同心状に組み付けられている。区画部材１１８の下部の内径が縮径されて弁孔１２０が形成され、その下端開口端縁により弁座１２２が形成されている。また、区画部材１１８の中央部の内径も縮径されて弁孔１２４が形成され、その上端開口端縁により弁座１２６が形成されている。区画部材１１８における第２導入ポート１１２との対向面および第１導出ポート１１４との対向面には、それぞれ内外を連通する連通孔が設けられている。区画部材１１８の下端開口部は第１導入ポート１１０に連通している。
【００５４】
区画部材１１８とボディ１０４との間（２つのＯリングの間）には所定の間隙１１９が形成され、第３内部通路の温度が第２内部通路に伝達され難くなっている。また、ボディ１０４における第１導入ポート１１０と第２導入ポート１１２との間、および第１導出ポート１１４と第２導出ポート１１６との間には、比較的大きな切り欠きによる肉盗みがなされている。これにより、図２（Ｂ）に示したように直列循環通路が形成された際（図７参照）、圧縮機２から第２内部通路を介して補助凝縮器３に供給される高温の冷媒と、補助凝縮器３から第３内部通路を介して室外熱交換器５へ供給される冷媒との間で熱交換がなされることを抑制している。それにより、第１導出ポート１１４から補助凝縮器３へ導出される冷媒が冷却されて補助凝縮器３での凝縮効率が低下することを抑制している。
【００５５】
ボディ１０４の下半部は内径が縮径された小径部となっており、その上端部には弁孔１２８が形成され、その上端開口端縁により弁座１３０が形成されている。ボディ１０４の下部にはガイド孔１３２が形成されている。
【００５６】
ボディ１０４の上端部には、段付円筒状の区画部材１２５が配設されている。区画部材１２５は、弁本体１０１の内部とモータユニット１０２の内部とを区画する。区画部材１２５の上端中央部には、円ボス状の軸受部１２７が設けられている。軸受部１２７の内周面には雌ねじ部が設けられ、外周面は滑り軸受として機能する。区画部材１２５の内方にはガイド孔１２９が形成されている。弁孔１２０，１２４，１２８およびガイド孔１２９，１３２は、モータユニット１０２の軸線に沿って同軸状に配置されている。
【００５７】
ボディ１０４の内方には、弁作動体１３４、伝達部材１３６、弁体１３８、弁駆動体１４０が同軸状に配設されている。弁体１３８は、弁孔１２４と第２導入ポート１１２との間の圧力室に配置され、弁孔１２４に接離して比例弁３８の開度を調整する。弁体１３８は、有底円筒状をなし、その下端部の外周面にはリング状の弾性体（例えばゴム）が嵌着されており、その弾性体が弁座１２６に着座することにより、比例弁３８を完全に閉じることが可能になる。
【００５８】
弁体１３８は、その上端部がガイド孔１２９に摺動可能に支持されている。弁体１３８の摺動面には、シール部材としてのＯリング１４２が嵌着されている。弁体１３８の下端部には、弁孔１２４に摺動しつつ支持される複数の脚部（同図にはその１つのみ表示）が延設されている。弁体１３８は、その下端部の複数の脚部が弁孔１２４に沿って摺動し、上端部がガイド孔１２９に沿って摺動することにより、軸線方向に安定に動作することができる。区画部材１２５と弁体１３８とに囲まれた空間により背圧室１４４（「第２背圧室」として機能する）が形成されている。伝達部材１３６と弁体１３８との間に所定のクリアランスが存在するため、弁孔１２４の下流側の下流側圧力Ｐout1がそのクリアランスを介して背圧室１４４に導入される。区画部材１２５と弁体１３８との間には、弁体１３８を閉弁方向に付勢するスプリング１４６（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００５９】
弁作動体１３４の下端部には、伝達部材１３６が連結されている。伝達部材１３６は、長尺状をなし、弁体１３８の中央部を軸線方向に貫通している。伝達部材１３６の上端部は弁作動体１３４の底部に固定されている。なお、本実施形態においては、弁作動体１３４と伝達部材１３６とがモータユニット１０２により軸線方向に駆動される「弁作動体」として機能する。すなわち、伝達部材１３６は、弁作動体１３４の「伝達部」として機能する。伝達部材１３６は、弁駆動体１４０の側に延在し、その軸線方向中間部には半径方向外向きに突出した係止部１４８が設けられている。伝達部材１３６は、弁体１３８に対して相対変位可能であるが、係止部１４８が弁体１３８に係止されることによりその上方への相対変位が規制される。
【００６０】
弁体１３８の内方には緩衝部材１５０がスプリング１５１（「付勢部材」として機能する）を介して支持されている。緩衝部材１５０は、スプリング１５１の付勢力によりその上端部が弁作動体１３４の側に突出する。弁作動体１３４が弁体１３８に当接する際には、まず緩衝部材１５０が弁作動体１３４に当接してスプリング１５１の反力を伝達することにより、弁作動体１３４が弁体１３８に過度な負荷を与えることを防止する。
【００６１】
弁駆動体１４０は段付円筒状をなし、その軸線方向中央の縮径部が弁孔１２８を貫通するように配設されている。弁駆動体１４０の上端部には共用弁体１５４（「弁体部」を構成する）が設けられ、下端部には区画部１５６が設けられている。共用弁体１５４は、縮径部を介して区画部１５６に連設されている。すなわち、共用弁体１５４は、弁孔１２０および弁孔１２８の上流側にて第１導入ポート１１０に連通する圧力室に配置されている。一方、区画部１５６は、弁孔１２８の下流側にて第２導出ポート１１６に連通する圧力室に配置され、ガイド孔１３２に摺動可能に支持されている。
【００６２】
共用弁体１５４は段付円柱状をなし、その上端部に第１弁体１５３が嵌着され、下端部に第２弁体１５５が嵌着されている。第１弁体１５３および第２弁体１５５は、ともに環状の弾性体（本実施形態ではゴム）からなる。第１弁体１５３は、弁座１２２に接離して比例弁３４の開度を調整する。一方、第２弁体１５５は、弁座１３０に接離して比例弁３７の開度を調整する。
【００６３】
共用弁体１５４の上端部には、弁孔１２０に摺動しつつ支持される複数の脚部（同図にはその１つのみ表示）が延設されている。区画部１５６の外周面にはシール部材としてのＯリング１５７が嵌着されている。弁駆動体１４０は、その上端部の複数の脚部が弁孔１２０に沿って摺動し、下端部の区画部１５６がガイド孔１３２に沿って摺動することにより、軸線方向に安定に動作することができる。ボディ１０４の底部と区画部１５６との間には背圧室１５８（「第１背圧室」として機能する）が形成されている。また、共用弁体１５４および縮径部を軸線方向に貫通する連通路１５９（管路部）が形成されている。この連通路１５９は、第１導出ポート１１４と背圧室１５８とを連通させる。このため、背圧室１５８には常に、第１導出ポート１１４から導出される下流側圧力Ｐout1が満たされる。ボディ１０４の底部と区画部１５６との間には、スプリング１６０（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００６４】
また、共用弁体１５４の脚部の内方には有蓋状のストッパ１６２が設けられ、そのストッパ１６２に囲まれる空間に円板状のばね受け１６４が配設されている。ストッパ１６２は、ばね受け１６４を上方から係止可能であり、その外部への脱落を阻止する。共用弁体１５４の上端部とばね受け１６４との間には、スプリング１６６（「付勢部材」として機能する）が介装されている。伝達部材１３６は、その下端部がストッパ１６２を貫通してばね受け１６４に当接可能となっている。
【００６５】
弁作動体１３４と弁駆動体１４０とが伝達部材１３６を介して作動連結可能に構成されている。すなわち、図示のように伝達部材１３６がばね受け１６４に当接した状態となることで、モータユニット１０２の駆動力が弁作動体１３４、伝達部材１３６、ばね受け１６４、スプリング１６６を介して弁駆動体１４０に伝達される。弁駆動体１４０と弁作動体１３４とは、比例弁３４と比例弁３７がともに開弁状態であるときはスプリング１６６の付勢力により突っ張った状態で一体変位するが、いずれか一方が閉弁状態になれば軸線方向に相対変位可能となる。
【００６６】
なお、スプリング１６６の荷重は、Ｏリング１５７とガイド孔１３２との間の摺動抵抗（弁駆動体１４０の摺動力）とスプリング１６０の荷重との合力よりも大きくなるように設定されている。それにより、弁作動体１３４と弁駆動体１４０とが一体動作しているときにスプリング１６６が縮むことなく、比例弁３４および比例弁３７の弁開度を正確に制御できるようになっている。
【００６７】
弁作動体１３４は、段付円筒状をなし、その外周部に雄ねじ部が形成されている。雄ねじ部は、軸受部１２７の雌ねじ部に螺合する。弁作動体１３４の上端部には半径方向外向きに延出する複数（本実施形態では４つ）の脚部１５２が設けられており、モータユニット１０２のロータに嵌合している。弁作動体１３４は、モータユニット１０２の回転駆動力を受けて回転し、その回転力を並進力に変換する。すなわち、弁作動体１３４が回転すると、ねじ機構（「作動変換機構」として機能する）によって弁作動体１３４が軸線方向に変位し、伝達部材１３６を介して共用弁体１５４を軸線方向（比例弁３４、比例弁３７の開閉方向）に駆動する。また、弁作動体１３４が回転して伝達部材１３６が引き上げられることにより、係止部１４８を介して弁体１３８に開弁方向の駆動力を付与することができる。
【００６８】
本実施形態においては、弁孔１２０の有効径Ａと弁孔１２８の有効径Ｂとガイド孔１３２の有効径Ｃとが等しく設定されている。また、弁孔１２４の有効径Ｄとガイド孔１２９の有効径Ｅとが等しく設定されている。このため、弁駆動体１４０、弁体１３８に作用する冷媒圧力の影響がキャンセルされる。なお、本実施形態では、有効径Ａ〜Ｅが等しく設定されている。
【００６９】
一方、モータユニット１０２は、ロータ１７２とステータ１７３とを含むステッピングモータとして構成されている。モータユニット１０２は、有底円筒状のスリーブ１７０の内方にロータ１７２を回転自在に支持するようにして構成されている。スリーブ１７０の外周には、励磁コイル１７１を収容したステータ１７３が設けられている。スリーブ１７０は、その下端開口部がボディ１０４に組み付けられており、ボディ１０４とともに第１制御弁４のボディを構成する。
【００７０】
ロータ１７２は、円筒状に形成された回転軸１７４と、その回転軸１７４の外周に配設されたマグネット１７６を備える。本実施形態では、マグネット１７６は２４極に磁化されている。回転軸１７４の内方にはモータユニット１０２のほぼ全長にわたる内部空間が形成されている。回転軸１７４の内周面の特定箇所には、軸線に平行に延びるガイド部１７８が設けられている。ガイド部１７８は、後述する回転ストッパと係合するための突部を形成するものであり、軸線に平行に延びる一つの突条により構成されている。
【００７１】
回転軸１７４の下端部はやや縮径され、その内周面に軸線に平行に延びる４つのガイド部１８０が設けられている。ガイド部１８０は、軸線に平行に延びる一対の突条により構成され、回転軸１７４の内周面に９０度おきに設けられている。この４つのガイド部１８０には、上述した弁作動体１３４の４つの脚部１５２が嵌合し、ロータ１７２と弁作動体１３４とが一体に回転できるようになっている。ただし、弁作動体１３４は、ロータ１７２に対する回転方向の相対変位は規制されるものの、そのガイド部１８０にそった軸線方向の変位は許容される。すなわち、弁作動体１３４は、ロータ１７２とともに回転しつつ各弁体の開閉方向に駆動される。
【００７２】
ロータ１７２の内方には、その軸線に沿って長尺状のシャフト１８２が配設されている。シャフト１８２は、その上端部がスリーブ１７０の底部中央に圧入されることにより片持ち状に固定され、ガイド部１７８に平行に内部空間に延在している。シャフト１８２は、弁作動体１３４と同一軸線上に配置されている。シャフト１８２には、そのほぼ全長にわたって延在する螺旋状のガイド部１８４が設けられている。ガイド部１８４は、コイル状の部材からなり、シャフト１８２の外面に嵌着されている。ガイド部１８４の上端部は折り返されて係止部１８６となっている。
【００７３】
ガイド部１８４には、螺旋状の回転ストッパ１８８が回転可能に係合している。回転ストッパ１８８は、ガイド部１８４に係合する螺旋状の係合部１９０と、回転軸１７４に支持される動力伝達部１９２とを有する。係合部１９０は一巻きコイルの形状をなし、その下端部に半径方向外向きに延出する動力伝達部１９２が連設されている。動力伝達部１９２の先端部がガイド部１７８に係合している。すなわち、動力伝達部１９２は、ガイド部１７８の一つの突条に当接して係止される。このため、回転ストッパ１８８は、回転軸１７４により回転方向の相対変位は規制されるが、ガイド部１７８に摺動しつつその軸線方向の変位が許容される。
【００７４】
すなわち、回転ストッパ１８８は、ロータ１７２と一体に回転し、その係合部１９０がガイド部１８４にそってガイドされることで、軸線方向に駆動される。ただし、回転ストッパ１８８の軸線方向の駆動範囲はガイド部１７８の両端に形成された係止部により規制される。同図には、回転ストッパ１８８が中間位置にある状態が示されている。回転ストッパ１８８が上方へ変位して係止部１８６に係止されると、その位置が上死点となる。回転ストッパ１８８が下方へ変位すると、その下死点にて係止される。
【００７５】
ロータ１７２は、その上端部がシャフト１８２に回転自在に支持され、下端部が軸受部１２７に回転自在に支持されている。具体的には、回転軸１７４の上端開口部を封止するように有底円筒状の端部部材１９４が設けられている。そして、その端部部材１９４の中央に設けられた円筒軸１９６の部分が、スリーブ１７０の底部に突設された円ボス部に支持されている。すなわち、軸受部１２７が一端側の軸受部となり、スリーブ１７０における円筒軸１９６との摺動部が他端側の軸受部となっている。
【００７６】
以上のように構成された第１制御弁４は、モータユニット１０２の駆動制御によってその弁開度を調整可能なステッピングモータ作動式の制御弁として機能する。すなわち、第１制御弁４による流量制御に際し、車両用冷暖房装置の図示しない制御部は、設定開度に応じたステッピングモータの駆動ステップ数を演算し、励磁コイル１７１に駆動電流（駆動パルス）を供給する。それによりロータ１７２が回転し、弁作動体１３４が回転駆動されて比例弁３４，３７，３８の開閉状態および開度が調整される。一方、回転ストッパ１８８がガイド部１８４にそって駆動されることにより、各弁体の動作範囲が規制される。
【００７７】
図４は、比例弁３４が全開状態となり、比例弁３７，３８が閉弁状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば図２（Ａ）に示した通常冷房運転時においてこのような状態をとる。
【００７８】
図５は、比例弁３４，３７が開弁状態となり、比例弁３８が閉弁状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば図２（Ｃ）に示した特殊冷房運転時においてこのような状態をとり得る。すなわち、図４の状態からロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されると、伝達部材１３６が引き上げられる。その結果、スプリング１６０の付勢力によって弁駆動体１４０が押し上げられ、比例弁３７が開弁するとともに比例弁３４が閉弁方向に動作する。その動作過程において比例弁３４および比例弁３７のそれぞれの開度が調整される。
【００７９】
図６は、比例弁３４，３８が閉弁状態となり、比例弁３７が全開状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば図３（Ａ）〜（Ｃ）に示した暖房運転時においてこのような状態をとり得る。すなわち、図５の状態からロータ１７２が一方向にさらに回転駆動されると、スプリング１６０の付勢力によって弁駆動体１４０がさらに押し上げられ、比例弁３４が閉弁する。
【００８０】
図７は、比例弁３４が閉弁状態となり、比例弁３７，３８が全開状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば図２（Ｂ）に示した特定冷房運転時においてこのような状態をとり得る。すなわち、図６の状態からロータ１７２が一方向にさらに回転駆動されると、係止部１４８が弁体１３８に当接する。その後、弁体１３８が伝達部材１３６を介して吊り上げられるようにして比例弁３８が開弁し、その開度が調整される。
【００８１】
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。
【００８２】
上記実施形態では、ポート１１０，１１２を作動流体としての冷媒が導入される導入ポートとし、ポート１１４，１１６を作動流体が導出される導出ポートとする例を示した。また、ポート１１４をポート１１０またはポート１１２から導入された作動流体を導出する共用の導出ポートとする例を示した。変形例においては、例えばポート１１４を作動流体が導入される共用の導入ポートとし、ポート１１２，１１４をそれぞれ作動流体が導出される導出ポートとしてもよい。また、ポート１１０をポート１１４またはポート１１６から導入された作動流体を導出する共用の導出ポートとしてもよい。
【００８３】
上記実施形態では、弁体１３８を弁孔１２４の上流側に配置する例を示したが、下流側に配置してもよい。また、共用弁体１５４を弁孔１２０，１２８の上流側に配置する例を示したが、下流側に配置する構成としてもよい。
【００８４】
上記実施形態では、第１弁体１５３と第２弁体１５５とを共用弁体１５４として一体に構成する例を示したが、これらを接離可能に別体に構成してもよい。
【００８５】
なお、上記実施形態では特に述べなかったが、図５のように第１弁体１５３と第２弁体１５５とが中間位置（中立位置）に開弁されたときに、両弁体が共に全開状態となるものであってもよい。すなわち、作動切替機構は、弁作動体と作動連結した弁体の駆動状態において他の弁体を閉弁状態または全開状態に維持するものであってもよい。作動切替機構は、第１弁または第２弁の開度の制御状態において弁作動体と弁駆動体とを作動連結し、第１弁および第２弁の一方の開度の制御状態において他方を全開状態に維持し、第３弁の開度の制御状態において、弁作動体と第３弁体とを作動連結するとともに弁作動体と弁駆動体との作動連結を解除し、第１弁および第２弁の一方を閉弁状態に維持し、他方を全開状態に維持するものであってもよい。
【００８６】
上記実施形態では、本発明の制御弁を電気自動車の車両用冷暖房装置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の車両用冷暖房装置に提供することが可能であることは言うまでもない。さらに、車両以外の冷暖房装置に適用することも可能である。
【００８７】
上記実施形態では、複合弁のアクチュエータとしてステッピングモータを採用する例を示したが、ソレノイド等により構成してもよい。
【符号の説明】
【００８８】
２ 圧縮機、 ３ 補助凝縮器、 ４ 第１制御弁、 ５ 室外熱交換器、 ６ 第２制御弁、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 ９ 第３制御弁、 １０ 内部熱交換器、 ３３，３４，３５，３６，３７，３８，５１，５２ 比例弁、 １００ 車両用冷暖房装置、 １０１ 弁本体、 １０２ モータユニット、 １０４ ボディ、 １２０，１２４，１２８ 弁孔、 １３４ 弁作動体、 １３６ 伝達部材、 １３８ 弁体、 １４０ 弁駆動体、 １４４ 背圧室、 １４８ 係止部、 １５３ 第１弁体、 １５４ 共用弁体、 １５５ 第２弁体、 １５６ 区画部、 １５８ 背圧室、 １７２ ロータ、 １７３ ステータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御弁に関し、特に作動流体が流れる複数の流体通路の切り替えに好適な制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両においてはエンジンの燃焼効率が向上したこともあり、熱源として利用してきた冷却水が暖房に必要な温度にまで上昇し難くなっている。一方、内燃機関と電動機を併用したハイブリッド車両においては内燃機関の稼働率が低いため、そのような冷却水の利用がさらに難しい。電気自動車に至っては内燃機関による熱源そのものがない。このため、冷房のみならず暖房にも冷媒を用いたサイクル運転を行い、車室内を除湿暖房可能なヒートポンプ式の車両用冷暖房装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような車両用冷暖房装置は、圧縮機、室外熱交換器、蒸発器、室内熱交換器等を含む冷凍サイクルを有し、暖房運転時と冷房運転時とで室外熱交換器の機能が切り替えられる。暖房運転時においては室外熱交換器が蒸発器として機能する。その際、冷凍サイクルを冷媒が循環する過程で室内熱交換器が放熱し、その熱により車室内の空気が加熱される。一方、冷房運転時においては室外熱交換器が凝縮器として機能する。その際、室外熱交換器にて凝縮された冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。その際、除湿も行われる。そして、このように暖房運転時と冷房運転時とで装置の機能を切り替えるために、冷凍サイクルには複数の冷媒循環通路が設けられ、各冷媒循環通路の冷媒の流れを切り替えるための種々の制御弁が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４０２６６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、このような車両用冷暖房装置において制御弁が数多く用いられると、当然にコストが嵩み、また設置スペース上の問題も生じる。このため、制御弁のトータルの数や部品コストをできる限り少なくするのが望ましい。一方、そのように制御弁の数やコストを抑えつつも、運転状態に応じた空調性能を良好に確保する必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、作動流体が流れる複数の流体通路の切り替える制御弁に嵩むコストをトータル的に抑制することにある。
【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、第１内部通路、第２内部通路および第３内部通路が形成され、第１内部通路の作動流体の流れを調整する第１弁と、第２内部通路の作動流体の流れを調整する第２弁と、第３内部通路の作動流体の流れを調整する第３弁とを収容する共用のボディと、第１弁、第２弁および第３弁の開度を電気的に調整するための共用のアクチュエータと、アクチュエータにより軸線方向に駆動される弁作動体と、第１内部通路に設けられた第１弁孔に接離して第１弁を開閉する第１弁体と、第２内部通路に設けられた第２弁孔に接離して第２弁を開閉する第２弁体と、第３内部通路に設けられた第３弁孔に接離して第３弁を開閉する第３弁体と、第１弁体、第２弁体および第３弁体のそれぞれと弁作動体とを一体変位可能に作動連結または相対変位可能に連結解除する作動切替機構と、を備える。
【０００８】
この態様によると、第１内部通路、第２内部通路および第３内部通路の開度をそれぞれ調整するために第１弁、第２弁および第３弁が設けられるところ、それらの弁が共用のボディに収容されて共用のアクチュエータにより開閉駆動される制御弁（複合弁）として構成される。そして、第１弁、第２弁および第３弁と弁作動体との作動連結状態が適宜切り替えられることで、一つのアクチュエータによる３つの弁の駆動が可能とされている。それにより、弁の数に対してボディやアクチュエータの数を抑えることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、作動流体が流れる複数の流体通路の切り替える制御弁に嵩むコストをトータル的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。
【図２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図３】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図４】第１制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図５】第１制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図６】第１制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図７】第１制御弁の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システム構成を表す図である。この車両用冷暖房装置は、電気自動車の冷暖房装置として具体化されたものである。
【００１２】
車両用冷暖房装置１００は、圧縮機２、補助凝縮器３、室外熱交換器５、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１００は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）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】
圧縮機２、室外熱交換器５およびアキュムレータ８は、車室外（エンジンルーム）に設けられている。一方、車室内には空気の熱交換が行われるダクトが設けられ、そのダクトにおける空気の流れ方向上流側に蒸発器７が配設され、下流側に補助凝縮器３が配設されている。補助凝縮器３は、室内凝縮器として構成されている。
【００１４】
車両用冷暖房装置１００は、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。この冷凍サイクルは、補助凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として直列又は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。この冷凍サイクルでは、冷房運転時に冷媒が循環する第１冷媒循環通路、暖房運転時に冷媒が循環する第２冷媒循環通路、除湿運転時に冷媒が循環する第３冷媒循環通路が形成される。
【００１５】
第１冷媒循環通路は、圧縮機２→室外熱交換器５→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→補助凝縮器３→室外熱交換器５→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→補助凝縮器３→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１冷媒循環通路と第２冷媒循環通路とで逆方向となっている。
【００１６】
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が室外熱交換器５の一方の出入口につながり、他方である第２通路２２が補助凝縮器３の入口につながっている。室外熱交換器５の他方の出入口は第３通路２３を介して蒸発器７の入口に接続され、蒸発器７の出口は第４通路２４（戻り通路）を介してアキュムレータ８の入口に接続されている。第１通路２１、第３通路２３および第４通路２４により第１冷媒循環通路が形成される。
【００１７】
補助凝縮器３の出口は第５通路２５を介して第３通路２３に接続されている。第１通路２１は室外熱交換器５の近傍でバイパス通路２６に分岐し、バイパス通路２６はアキュムレータ８の入口に接続されている。さらに、第５通路２５は中間部においてバイパス通路２７に分岐し、バイパス通路２７は第１通路２１に接続されている。第２通路２２、第５通路２５、第３通路２３およびバイパス通路２６により第２冷媒循環通路が形成される。一方、第２通路２２、第５通路２５、第３通路２３および第４通路２４により第３冷媒循環通路が形成される。
【００１８】
第１冷媒循環通路と第３冷媒循環通路とは、冷房運転時において補助凝縮器３と室外熱交換器５を圧縮機２に対して並列につなぐ並列循環通路を形成する。一方、冷房運転時においてバイパス通路２７が開放されることにより、補助凝縮器３と室外熱交換器５を圧縮機２に対して直列につなぐ直列循環通路が形成されるようになるが、その詳細については後述する。
【００１９】
第４通路２４におけるバイパス通路２６との合流点よりも下流側は、第１冷媒循環通路、第２冷媒循環通路および第３冷媒循環通路の共用の通路である第１共用通路４１となっている。また、第３通路２３における第５通路２５との合流点よりも下流側は、第１冷媒循環通路と第３冷媒循環通路との共用の通路である第２共用通路４２となっている。そして、第１共用通路４１と第２共用通路４２を部分的に挿通するように内部熱交換器１０が配設されている。
【００２０】
第１通路２１と第２通路２２との分岐点および第１通路２１とバイパス通路２７との合流点を含むように第１制御弁４が設けられている。第３通路２３と第５通路２５との合流点には第２制御弁６が設けられている。第４通路２４とバイパス通路２６との合流点には第３制御弁９が設けられている。さらに、第３通路２３における内部熱交換器１０の下流側には比例弁３３が設けられている。
【００２１】
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。
【００２２】
補助凝縮器３は、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助的な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・高圧の冷媒が補助凝縮器３を通過する際に放熱する。車室内に導入された空気は、補助凝縮器３を通過する過程で温められる。すなわち、ダクトに取り込まれて蒸発器７にて冷却および除湿された空気のうち、図示しないエアミックスドアにて振り分けられた空気が補助凝縮器３を通過することにより適度に加熱される。補助凝縮器３を通過した空気と迂回した空気とが補助凝縮器３の下流側にて混合されて目標の温度に調整される。
【００２３】
室外熱交換器５は、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。室外熱交換器５が蒸発器として機能する際には、膨張装置（後述の比例弁５２）の通過により低温・低圧となった冷媒が、室外熱交換器５を通過する際に蒸発する。
【００２４】
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、膨張装置（後述の比例弁３３）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。車室内に導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却され、除湿される。このとき冷却・除湿された空気は、補助凝縮器３の通過過程で加熱される。
【００２５】
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。
【００２６】
第１制御弁４は、共用のボディに比例弁３４，３７，３８を収容し、それらを１つのアクチュエータにて駆動する複合弁として構成されている。第１制御弁４のボディには、第１通路２１を構成する第１内部通路と、第２通路２２を構成する第２内部通路と、バイパス通路２７を構成する第３内部通路が設けられている。比例弁３４は「第１弁」として機能する大口径の弁であり、第１通路２１の開度を調整する。比例弁３７は「第２弁」として機能する大口径の弁であり、第２通路２２の開度を調整する。比例弁３８は「第３弁」として機能する大口径の弁であり、バイパス通路２７の開度を調整する。本実施形態では、第１制御弁４として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。第１制御弁４の具体的構成については後述する。
【００２７】
第２制御弁６は、共用のボディに比例弁５１と比例弁５２を収容する複合弁として構成されている。比例弁５１と比例弁５２は共用のアクチュエータにて駆動される。比例弁５１は「第４弁」として機能する大口径の弁であり、第５通路２５を開閉する。比例弁５２は大口径の第１弁と小口径の第２弁とを有する複合弁であり、第３通路２３の開度を調整する。比例弁５２は膨張装置としても機能する。本実施形態では、第２制御弁６として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。
【００２８】
比例弁３３は、室外熱交換器５から第３通路２３を介して導入された冷媒、または補助凝縮器３から第５通路２５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」としても機能する。本実施形態では、比例弁３３として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。なお、変形例においては、比例弁３３に代えて、例えば蒸発器７の出口側の温度を感知してその出口側の過熱度が適正となるよう冷媒流量を調整する温度式膨張弁を設けてもよい。あるいは、オリフィスその他の膨張装置を設けてもよい。
【００２９】
第３制御弁９は、共用のボディに比例弁３５と比例弁３６とを収容し、それらを１つのアクチュエータにて駆動する複合弁として構成されている。第３制御弁９のボディには、第４通路２４を構成する第１内部通路とバイパス通路２６を構成する第２内部通路が設けられている。比例弁３５は大口径の弁であり、第２内部通路に設けられてその開度を調整する。比例弁３６は大口径の弁であり、第１内部通路に設けられてその開度を調整する。本実施形態では、第３制御弁９として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。
【００３０】
内部熱交換器１０は、第１共用通路４１と第２共用通路４２を部分的に挿通して両共用通路を流れる冷媒の熱交換をさせる。これにより、補助凝縮器３または室外熱交換器５から蒸発器７に向かって流れる冷媒が、アキュムレータ８から圧縮機２に向かって流れる冷媒によって冷却される一方、アキュムレータ８から圧縮機２に向かって流れる冷媒が、補助凝縮器３または室外熱交換器５から蒸発器７に向かって流れる冷媒によって加熱され、冷凍サイクルの熱交換率が高められる。なお、図示のように、第３通路２３と第５通路２５との合流点は、内部熱交換器１０の入口の上流側に設けられている。また、比例弁３３は、内部熱交換器１０の出口の下流側に設けられている。
【００３１】
以上のように構成された車両用冷暖房装置１００は、図示しない制御部により制御される。制御部は、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各制御弁の制御量（弁開度や開閉状態）を決定し、その制御量が実現されるようアクチュエータに電流を供給する。本実施例ではアクチュエータとしてステッピングモータを用いるため、制御部は、各制御弁の制御量が実現され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。このような制御により、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。なお、本実施形態ではこのような制御を実現するために、補助凝縮器３の出口、室外熱交換器５の出入口、蒸発器７の入口と出口、内部熱交換器１０の入口と出口のそれぞれの温度を検出するための複数の温度センサが設置されている。
【００３２】
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および図３は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。図２は冷房運転時の状態を示し、（Ａ）は通常冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は特定冷房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特殊冷房運転時の状態を示している。なお、「特定冷房運転」は、冷房運転において除湿の機能を高めた運転状態である。「特殊冷房運転」は、冷房運転において除湿の機能を高めるとともに熱交換効率を高めた運転状態である。図３は暖房運転時の状態を示し、（Ａ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｂ）は通常暖房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特殊暖房運転時の状態を示している。「特定暖房運転」は、暖房運転において除湿の機能を高めた運転状態である。「特殊暖房運転」は、室外熱交換器５を機能させない運転状態である。
【００３３】
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〜ｈ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。
【００３４】
図２（Ａ）に示すように、通常冷房運転時においては、第１制御弁４において比例弁３４が開弁状態とされ、比例弁３７，３８が閉弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁５１が閉弁状態とされ比例弁５２が開弁状態とされる。比例弁３３は開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が閉弁状態とされ比例弁３６が開弁状態とされる。それにより、第１冷媒循環通路のみが開放される。このため、圧縮機２から吐出冷媒は室外熱交換器５および蒸発器７に導かれる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。
【００３５】
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、室外熱交換器５を経ることで凝縮され、比例弁３３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に導入される。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。蒸発器７から導出された冷媒は、比例弁３６を経てアキュムレータ８に導入される。制御部は、室外熱交換器５の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御するか、または圧縮機２の入口側の温度に基づき、その入口側の過熱度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御する。前者の場合、比例弁３３の入口または内部熱交換器１０の入口の温度に基づいてその過冷却度を調整するようにしてもよい。
【００３６】
なお、このとき、内部熱交換器１０により、アキュムレータ８から圧縮機２に送られる冷媒と室外熱交換器５から比例弁３３に送られる冷媒との熱交換が行われる。その結果、蒸発器７の入口と出口の入口とのエンタルピの差が大きくなり、冷凍サイクルの成績係数を大きくできるため、システムの効率および冷凍能力を向上させることができる。
【００３７】
図２（Ｂ）に示すように、特定冷房運転時においては、第１制御弁４において比例弁３４が閉弁状態とされ、比例弁３７，３８が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁５１が閉弁状態とされ比例弁５２が開弁状態とされる。比例弁３３は開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が閉弁状態とされ比例弁３６が開弁状態とされる。それにより、バイパス通路２７が開放されて直列循環通路が形成される。この直列循環通路は、第１冷媒循環通路に対して補助凝縮器３を経由する冷媒通路を追加した構成を有し、補助凝縮器３を室内凝縮器、室外熱交換器５を室外凝縮器として直列につなぐ構成を実現する。このため、圧縮機２から吐出冷媒は、補助凝縮器３および室外熱交換器５を通過して蒸発器７に導かれる。
【００３８】
このとき、比例弁３８の開度が調整されて差圧制御が実行される。このとき、比例弁３８には前後差圧ΔＰが発生する。その結果、補助凝縮器３の凝縮圧力（凝縮温度）が、室外熱交換器５の凝縮圧力（凝縮温度）よりも高く維持され、車室内の温度が必要以上に低下することが抑制される。具体的には、ドライバの足元の温度をある程度高く維持することができる。制御部は、室外熱交換器５の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御するか、または圧縮機２の入口側の温度に基づき、その入口側の過熱度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御する。
【００３９】
図２（Ｃ）に示すように、特定冷房運転時においては、第１制御弁４において比例弁３４および比例弁３７が共に開弁状態とされ、比例弁３８が閉弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁５１および比例弁５２が共に開弁状態とされる。比例弁３３は開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が閉弁状態とされ比例弁３６が開弁状態とされる。それにより第１冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が開放され、第２冷媒循環通路は遮断される。このため、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室外熱交換器５を経て蒸発器７に導かれ、他方で補助凝縮器３を経て蒸発器７に導かれる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。
【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、一方で補助凝縮器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、補助凝縮器３を経由した冷媒と室外熱交換器５を経由した冷媒とが合流して比例弁３３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。そして、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。制御部は、比例弁３３の入口または内部熱交換器１０の入口の温度に基づいてその過冷却度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御するか、または圧縮機２の入口側の温度に基づき、その入口側の過熱度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御する。
【００４１】
ここで、図２（Ｂ）に示す特定冷房運転と図２（Ｃ）に示す特殊冷房運転とを適宜切り替えることにより、除湿機能を高めた冷房運転の効率を高く維持することができる。すなわち、図２（Ｂ）に示す特定冷房運転においては、圧縮機２から吐出された冷媒の全てが補助凝縮器３を経由することになるため、その補助凝縮器３での圧力損失を見越して圧縮機２の動力を大きくする必要がある。しかし、圧縮機２から吐出された高温のガス冷媒を全て補助凝縮器３に供給できるため、その補助凝縮器３のヒータとしての機能を最大限に発揮させることができる。一方、図２（Ｃ）に示す特殊冷房運転においては、圧縮機２から吐出された冷媒が室外熱交換器５へ向かうものと補助凝縮器３へ向かうものに所定の比率で振り分けられるため、圧縮機２から吐出された高温のガス冷媒はその比率に応じた流量のみが補助凝縮器３に供給されることになる。このため、補助凝縮器３はそのヒータとしての機能を最大限に発揮させることはできない。しかし、補助凝縮器３へ供給される冷媒がその比率に応じた流量に留まるため、補助凝縮器３での圧力損失は少なくなり、その分、圧縮機２の動力は小さくて済む。
【００４２】
すなわち、補助凝縮器３のヒータとしての機能の必要性に応じて特定冷房運転と特殊冷房運転とを適宜切り替えることにより、その機能を担保しつつ、冷凍サイクルの効率（成績係数）を高く維持できるようになる。しかも、特定冷房運転による凝縮器の直列運転と、特殊冷房運転による凝縮器の並列運転とが、バイパス通路２７を設けるという簡易な構成と、第１制御弁４の開閉状態を切り替えるという簡易な制御により実現されている。
【００４３】
図３（Ａ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁４の比例弁３４，３８が閉弁状態とされ比例弁３７が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁５１および比例弁５２が共に開弁状態とされる。比例弁３３は開弁状態とされる。このとき、比例弁５２は、小口径の第２弁が開弁状態となる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５および比例弁３６が共に開弁状態とされる。このとき、比例弁５２が膨張装置として機能する。それにより、第１冷媒循環通路が遮断され、第２冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が開放される。このため、補助凝縮器３から導出された冷媒は、一方で室外熱交換器５に導かれ、他方で蒸発器７に導かれる。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。
【００４４】
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、補助凝縮器３を経て凝縮される。補助凝縮器３から導出された冷媒は、一方で比例弁５２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を通過する際に蒸発される。室外熱交換器５から導出された冷媒は、比例弁３５を経てアキュムレータ８に導入される。また、補助凝縮器３から導出された冷媒は、他方で比例弁３３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を通過する際に蒸発される。蒸発器７から導出された冷媒は、比例弁３６を経てアキュムレータ８に導入される。
【００４５】
このとき、制御部は、室外熱交換器５による熱吸収と蒸発器７による除湿とを適正に行うべく、室外熱交換器５における冷媒の蒸発量と蒸発器７における冷媒の蒸発量との比率を適正に調整する。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は、比例弁５２と比例弁３３の弁開度の比率により制御される。制御部は、比例弁５２の開度と比例弁３３の開度との比率を調整することにより両蒸発器における蒸発量を調整する。その際、制御部は、蒸発器７が凍結することがないよう、蒸発器７の出口側の温度が適正範囲に保たれるように制御する。
【００４６】
また、制御部は、比例弁３５および比例弁３６の一方の全開状態を維持したまま他方の開度を調整する。本実施形態では、図３（Ａ）の左上段のモリエル線図に示すように、室外熱交換器５よりも蒸発器７の温度が低い場合には比例弁３６を全開状態にして比例弁３５の開度を制御する。一方、図３（Ａ）の右上段のモリエル線図に示すように、蒸発器７よりも室外熱交換器５の温度が低い場合には比例弁３５を全開状態にして比例弁３６の開度を制御する。
【００４７】
例えば、前者のように室外熱交換器５よりも蒸発器７の温度が低く、室外熱交換器５の出口側に過熱度（スーパーヒート）が発生している場合、比例弁３５の開度を絞ることによりその過熱度が設定値（ゼロまたは小さな適正値）に近づくように制御する。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、その比例弁３５の絞り量により調整される。すなわち、比例弁３６を全開状態に維持しつつ比例弁３５の開度を絞ることで、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏと蒸発器７の出口の圧力Ｐｅとの差圧ΔＰ＝Ｐｏ−Ｐｅが適正となり、循環する冷媒を室外熱交換器５と蒸発器７とで蒸発させる比率を調整することができる。すなわち、差圧ΔＰが大きくなると、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に小さくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に大きくなる）。逆に、差圧ΔＰが小さくなると、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に大きくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に小さくなる）。制御部は、室外熱交換器５の出口側に過熱度に応じて比例弁３５の開度を制御して差圧ΔＰを適正に調整することで、特定暖房運転時における除湿機能を確保する。なお、室外熱交換器５の出口側の過熱度の有無およびその大きさは、室外熱交換器５の入口側の温度と出口側の温度を検出することで特定することができる。
【００４８】
逆に、後者のように蒸発器７よりも室外熱交換器５の温度が低く、蒸発器７の出口側に過熱度が発生している場合、比例弁３６の開度を絞ることによりその過熱度が設定過熱度（ゼロまたは小さな適正値）に近づくように制御する。すなわち、比例弁３５を全開状態に維持しつつ比例弁３６の開度を絞ることで、蒸発器７の出口の圧力Ｐｅと室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏとの差圧ΔＰ＝Ｐｅ−Ｐｏが適正となり、特定暖房運転時における除湿機能を確保することができる。なお、蒸発器７の出口側の過熱度の有無およびその大きさは、蒸発器７の入口側の温度と出口側の温度を検出することで特定することができる。
【００４９】
図３（Ｂ）に示すように、通常暖房運転時においては、第１制御弁４の比例弁３４，３８が閉弁状態とされ比例弁３７が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁５１，５２が開弁状態とされる。比例弁３３は閉弁状態とされる。このとき、比例弁５２が膨張装置として機能する。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が開弁状態とされ、比例弁３６が閉弁状態とされる。それにより第２冷媒循環通路のみが開放される。このため、補助凝縮器３から導出された冷媒は第３通路２３を介して室外熱交換器５に導かれる。このとき、蒸発器７には冷媒が供給されないため、蒸発器７は実質的に機能しなくなり、室外熱交換器５のみが蒸発器として機能するようになる。制御部は、補助凝縮器３の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁５２の開度を制御する。
【００５０】
図３（Ｃ）に示すように、特殊暖房運転時においては、第１制御弁４の比例弁３４，３８が閉弁状態とされ、比例弁３７が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁５１が開弁状態とされ、比例弁５２が閉弁状態とされる。比例弁３３は開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が閉弁状態とされ、比例弁３６が開弁状態とされる。それにより第３冷媒循環通路のみが開放される。このため、補助凝縮器３から導出された冷媒は第２通路２２を介して蒸発器７に導かれる。室外熱交換器５は実質的に機能しなくなる。蒸発器７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、車室内の空気を除湿する。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。制御部は、補助凝縮器３の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御するか、または圧縮機２の入口側の温度に基づき、その入口側の過熱度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御する。
【００５１】
次に、本実施形態の制御弁の具体的構成について説明する。
図４〜図７は、第１制御弁４の構成および動作を表す断面図である。図４に示すように、第１制御弁４は、ステッピングモータ駆動式の電動弁として構成され、弁本体１０１とモータユニット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１０４に大口径の比例弁３４，３７，３８を同軸状に収容して構成されている。
【００５２】
ボディ１０４の一方の側部には第１導入ポート１１０と第２導入ポート１１２が設けられ、他方の側部には第１導出ポート１１４と第２導出ポート１１６が設けられている。ボディ１０４の上方から順に第２導入ポート１１２、第１導出ポート１１４、第１導入ポート１１０、第２導出ポート１１６が配置されている。第１導入ポート１１０は圧縮機２の吐出室に連通し、第２導入ポート１１２はバイパス通路２７に連通し、第１導出ポート１１４は第１通路２１に連通し、第２導出ポート１１６は第２通路２２に連通する。第１導入ポート１１０と第１導出ポート１１４とをつなぐ通路により第１内部通路が構成され、第１導入ポート１１０と第２導出ポート１１６とをつなぐ通路により第２内部通路が構成され、第２導入ポート１１２と第１導出ポート１１４とをつなぐ通路により第３内部通路が構成されている。
【００５３】
ボディ１０４の上半部には、円筒状の区画部材１１８が配設されている。区画部材１１８は、シール部材を介してボディ１０４に同心状に組み付けられている。区画部材１１８の下部の内径が縮径されて弁孔１２０が形成され、その下端開口端縁により弁座１２２が形成されている。また、区画部材１１８の中央部の内径も縮径されて弁孔１２４が形成され、その上端開口端縁により弁座１２６が形成されている。区画部材１１８における第２導入ポート１１２との対向面および第１導出ポート１１４との対向面には、それぞれ内外を連通する連通孔が設けられている。区画部材１１８の下端開口部は第１導入ポート１１０に連通している。
【００５４】
区画部材１１８とボディ１０４との間（２つのＯリングの間）には所定の間隙１１９が形成され、第３内部通路の温度が第２内部通路に伝達され難くなっている。また、ボディ１０４における第１導入ポート１１０と第２導入ポート１１２との間、および第１導出ポート１１４と第２導出ポート１１６との間には、比較的大きな切り欠きによる肉盗みがなされている。これにより、図２（Ｂ）に示したように直列循環通路が形成された際（図７参照）、圧縮機２から第２内部通路を介して補助凝縮器３に供給される高温の冷媒と、補助凝縮器３から第３内部通路を介して室外熱交換器５へ供給される冷媒との間で熱交換がなされることを抑制している。それにより、第１導出ポート１１４から補助凝縮器３へ導出される冷媒が冷却されて補助凝縮器３での凝縮効率が低下することを抑制している。
【００５５】
ボディ１０４の下半部は内径が縮径された小径部となっており、その上端部には弁孔１２８が形成され、その上端開口端縁により弁座１３０が形成されている。ボディ１０４の下部にはガイド孔１３２が形成されている。
【００５６】
ボディ１０４の上端部には、段付円筒状の区画部材１２５が配設されている。区画部材１２５は、弁本体１０１の内部とモータユニット１０２の内部とを区画する。区画部材１２５の上端中央部には、円ボス状の軸受部１２７が設けられている。軸受部１２７の内周面には雌ねじ部が設けられ、外周面は滑り軸受として機能する。区画部材１２５の内方にはガイド孔１２９が形成されている。弁孔１２０，１２４，１２８およびガイド孔１２９，１３２は、モータユニット１０２の軸線に沿って同軸状に配置されている。
【００５７】
ボディ１０４の内方には、弁作動体１３４、伝達部材１３６、弁体１３８、弁駆動体１４０が同軸状に配設されている。弁体１３８は、弁孔１２４と第２導入ポート１１２との間の圧力室に配置され、弁孔１２４に接離して比例弁３８の開度を調整する。弁体１３８は、有底円筒状をなし、その下端部の外周面にはリング状の弾性体（例えばゴム）が嵌着されており、その弾性体が弁座１２６に着座することにより、比例弁３８を完全に閉じることが可能になる。
【００５８】
弁体１３８は、その上端部がガイド孔１２９に摺動可能に支持されている。弁体１３８の摺動面には、シール部材としてのＯリング１４２が嵌着されている。弁体１３８の下端部には、弁孔１２４に摺動しつつ支持される複数の脚部（同図にはその１つのみ表示）が延設されている。弁体１３８は、その下端部の複数の脚部が弁孔１２４に沿って摺動し、上端部がガイド孔１２９に沿って摺動することにより、軸線方向に安定に動作することができる。区画部材１２５と弁体１３８とに囲まれた空間により背圧室１４４（「第２背圧室」として機能する）が形成されている。伝達部材１３６と弁体１３８との間に所定のクリアランスが存在するため、弁孔１２４の下流側の下流側圧力Ｐout1がそのクリアランスを介して背圧室１４４に導入される。区画部材１２５と弁体１３８との間には、弁体１３８を閉弁方向に付勢するスプリング１４６（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００５９】
弁作動体１３４の下端部には、伝達部材１３６が連結されている。伝達部材１３６は、長尺状をなし、弁体１３８の中央部を軸線方向に貫通している。伝達部材１３６の上端部は弁作動体１３４の底部に固定されている。なお、本実施形態においては、弁作動体１３４と伝達部材１３６とがモータユニット１０２により軸線方向に駆動される「弁作動体」として機能する。すなわち、伝達部材１３６は、弁作動体１３４の「伝達部」として機能する。伝達部材１３６は、弁駆動体１４０の側に延在し、その軸線方向中間部には半径方向外向きに突出した係止部１４８が設けられている。伝達部材１３６は、弁体１３８に対して相対変位可能であるが、係止部１４８が弁体１３８に係止されることによりその上方への相対変位が規制される。
【００６０】
弁体１３８の内方には緩衝部材１５０がスプリング１５１（「付勢部材」として機能する）を介して支持されている。緩衝部材１５０は、スプリング１５１の付勢力によりその上端部が弁作動体１３４の側に突出する。弁作動体１３４が弁体１３８に当接する際には、まず緩衝部材１５０が弁作動体１３４に当接してスプリング１５１の反力を伝達することにより、弁作動体１３４が弁体１３８に過度な負荷を与えることを防止する。
【００６１】
弁駆動体１４０は段付円筒状をなし、その軸線方向中央の縮径部が弁孔１２８を貫通するように配設されている。弁駆動体１４０の上端部には共用弁体１５４（「弁体部」を構成する）が設けられ、下端部には区画部１５６が設けられている。共用弁体１５４は、縮径部を介して区画部１５６に連設されている。すなわち、共用弁体１５４は、弁孔１２０および弁孔１２８の上流側にて第１導入ポート１１０に連通する圧力室に配置されている。一方、区画部１５６は、弁孔１２８の下流側にて第２導出ポート１１６に連通する圧力室に配置され、ガイド孔１３２に摺動可能に支持されている。
【００６２】
共用弁体１５４は段付円柱状をなし、その上端部に第１弁体１５３が嵌着され、下端部に第２弁体１５５が嵌着されている。第１弁体１５３および第２弁体１５５は、ともに環状の弾性体（本実施形態ではゴム）からなる。第１弁体１５３は、弁座１２２に接離して比例弁３４の開度を調整する。一方、第２弁体１５５は、弁座１３０に接離して比例弁３７の開度を調整する。
【００６３】
共用弁体１５４の上端部には、弁孔１２０に摺動しつつ支持される複数の脚部（同図にはその１つのみ表示）が延設されている。区画部１５６の外周面にはシール部材としてのＯリング１５７が嵌着されている。弁駆動体１４０は、その上端部の複数の脚部が弁孔１２０に沿って摺動し、下端部の区画部１５６がガイド孔１３２に沿って摺動することにより、軸線方向に安定に動作することができる。ボディ１０４の底部と区画部１５６との間には背圧室１５８（「第１背圧室」として機能する）が形成されている。また、共用弁体１５４および縮径部を軸線方向に貫通する連通路１５９（管路部）が形成されている。この連通路１５９は、第１導出ポート１１４と背圧室１５８とを連通させる。このため、背圧室１５８には常に、第１導出ポート１１４から導出される下流側圧力Ｐout1が満たされる。ボディ１０４の底部と区画部１５６との間には、スプリング１６０（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００６４】
また、共用弁体１５４の脚部の内方には有蓋状のストッパ１６２が設けられ、そのストッパ１６２に囲まれる空間に円板状のばね受け１６４が配設されている。ストッパ１６２は、ばね受け１６４を上方から係止可能であり、その外部への脱落を阻止する。共用弁体１５４の上端部とばね受け１６４との間には、スプリング１６６（「付勢部材」として機能する）が介装されている。伝達部材１３６は、その下端部がストッパ１６２を貫通してばね受け１６４に当接可能となっている。
【００６５】
弁作動体１３４と弁駆動体１４０とが伝達部材１３６を介して作動連結可能に構成されている。すなわち、図示のように伝達部材１３６がばね受け１６４に当接した状態となることで、モータユニット１０２の駆動力が弁作動体１３４、伝達部材１３６、ばね受け１６４、スプリング１６６を介して弁駆動体１４０に伝達される。弁駆動体１４０と弁作動体１３４とは、比例弁３４と比例弁３７がともに開弁状態であるときはスプリング１６６の付勢力により突っ張った状態で一体変位するが、いずれか一方が閉弁状態になれば軸線方向に相対変位可能となる。
【００６６】
なお、スプリング１６６の荷重は、Ｏリング１５７とガイド孔１３２との間の摺動抵抗（弁駆動体１４０の摺動力）とスプリング１６０の荷重との合力よりも大きくなるように設定されている。それにより、弁作動体１３４と弁駆動体１４０とが一体動作しているときにスプリング１６６が縮むことなく、比例弁３４および比例弁３７の弁開度を正確に制御できるようになっている。
【００６７】
弁作動体１３４は、段付円筒状をなし、その外周部に雄ねじ部が形成されている。雄ねじ部は、軸受部１２７の雌ねじ部に螺合する。弁作動体１３４の上端部には半径方向外向きに延出する複数（本実施形態では４つ）の脚部１５２が設けられており、モータユニット１０２のロータに嵌合している。弁作動体１３４は、モータユニット１０２の回転駆動力を受けて回転し、その回転力を並進力に変換する。すなわち、弁作動体１３４が回転すると、ねじ機構（「作動変換機構」として機能する）によって弁作動体１３４が軸線方向に変位し、伝達部材１３６を介して共用弁体１５４を軸線方向（比例弁３４、比例弁３７の開閉方向）に駆動する。また、弁作動体１３４が回転して伝達部材１３６が引き上げられることにより、係止部１４８を介して弁体１３８に開弁方向の駆動力を付与することができる。
【００６８】
本実施形態においては、弁孔１２０の有効径Ａと弁孔１２８の有効径Ｂとガイド孔１３２の有効径Ｃとが等しく設定されている。また、弁孔１２４の有効径Ｄとガイド孔１２９の有効径Ｅとが等しく設定されている。このため、弁駆動体１４０、弁体１３８に作用する冷媒圧力の影響がキャンセルされる。なお、本実施形態では、有効径Ａ〜Ｅが等しく設定されている。
【００６９】
一方、モータユニット１０２は、ロータ１７２とステータ１７３とを含むステッピングモータとして構成されている。モータユニット１０２は、有底円筒状のスリーブ１７０の内方にロータ１７２を回転自在に支持するようにして構成されている。スリーブ１７０の外周には、励磁コイル１７１を収容したステータ１７３が設けられている。スリーブ１７０は、その下端開口部がボディ１０４に組み付けられており、ボディ１０４とともに第１制御弁４のボディを構成する。
【００７０】
ロータ１７２は、円筒状に形成された回転軸１７４と、その回転軸１７４の外周に配設されたマグネット１７６を備える。本実施形態では、マグネット１７６は２４極に磁化されている。回転軸１７４の内方にはモータユニット１０２のほぼ全長にわたる内部空間が形成されている。回転軸１７４の内周面の特定箇所には、軸線に平行に延びるガイド部１７８が設けられている。ガイド部１７８は、後述する回転ストッパと係合するための突部を形成するものであり、軸線に平行に延びる一つの突条により構成されている。
【００７１】
回転軸１７４の下端部はやや縮径され、その内周面に軸線に平行に延びる４つのガイド部１８０が設けられている。ガイド部１８０は、軸線に平行に延びる一対の突条により構成され、回転軸１７４の内周面に９０度おきに設けられている。この４つのガイド部１８０には、上述した弁作動体１３４の４つの脚部１５２が嵌合し、ロータ１７２と弁作動体１３４とが一体に回転できるようになっている。ただし、弁作動体１３４は、ロータ１７２に対する回転方向の相対変位は規制されるものの、そのガイド部１８０にそった軸線方向の変位は許容される。すなわち、弁作動体１３４は、ロータ１７２とともに回転しつつ各弁体の開閉方向に駆動される。
【００７２】
ロータ１７２の内方には、その軸線に沿って長尺状のシャフト１８２が配設されている。シャフト１８２は、その上端部がスリーブ１７０の底部中央に圧入されることにより片持ち状に固定され、ガイド部１７８に平行に内部空間に延在している。シャフト１８２は、弁作動体１３４と同一軸線上に配置されている。シャフト１８２には、そのほぼ全長にわたって延在する螺旋状のガイド部１８４が設けられている。ガイド部１８４は、コイル状の部材からなり、シャフト１８２の外面に嵌着されている。ガイド部１８４の上端部は折り返されて係止部１８６となっている。
【００７３】
ガイド部１８４には、螺旋状の回転ストッパ１８８が回転可能に係合している。回転ストッパ１８８は、ガイド部１８４に係合する螺旋状の係合部１９０と、回転軸１７４に支持される動力伝達部１９２とを有する。係合部１９０は一巻きコイルの形状をなし、その下端部に半径方向外向きに延出する動力伝達部１９２が連設されている。動力伝達部１９２の先端部がガイド部１７８に係合している。すなわち、動力伝達部１９２は、ガイド部１７８の一つの突条に当接して係止される。このため、回転ストッパ１８８は、回転軸１７４により回転方向の相対変位は規制されるが、ガイド部１７８に摺動しつつその軸線方向の変位が許容される。
【００７４】
すなわち、回転ストッパ１８８は、ロータ１７２と一体に回転し、その係合部１９０がガイド部１８４にそってガイドされることで、軸線方向に駆動される。ただし、回転ストッパ１８８の軸線方向の駆動範囲はガイド部１７８の両端に形成された係止部により規制される。同図には、回転ストッパ１８８が中間位置にある状態が示されている。回転ストッパ１８８が上方へ変位して係止部１８６に係止されると、その位置が上死点となる。回転ストッパ１８８が下方へ変位すると、その下死点にて係止される。
【００７５】
ロータ１７２は、その上端部がシャフト１８２に回転自在に支持され、下端部が軸受部１２７に回転自在に支持されている。具体的には、回転軸１７４の上端開口部を封止するように有底円筒状の端部部材１９４が設けられている。そして、その端部部材１９４の中央に設けられた円筒軸１９６の部分が、スリーブ１７０の底部に突設された円ボス部に支持されている。すなわち、軸受部１２７が一端側の軸受部となり、スリーブ１７０における円筒軸１９６との摺動部が他端側の軸受部となっている。
【００７６】
以上のように構成された第１制御弁４は、モータユニット１０２の駆動制御によってその弁開度を調整可能なステッピングモータ作動式の制御弁として機能する。すなわち、第１制御弁４による流量制御に際し、車両用冷暖房装置の図示しない制御部は、設定開度に応じたステッピングモータの駆動ステップ数を演算し、励磁コイル１７１に駆動電流（駆動パルス）を供給する。それによりロータ１７２が回転し、弁作動体１３４が回転駆動されて比例弁３４，３７，３８の開閉状態および開度が調整される。一方、回転ストッパ１８８がガイド部１８４にそって駆動されることにより、各弁体の動作範囲が規制される。
【００７７】
図４は、比例弁３４が全開状態となり、比例弁３７，３８が閉弁状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば図２（Ａ）に示した通常冷房運転時においてこのような状態をとる。
【００７８】
図５は、比例弁３４，３７が開弁状態となり、比例弁３８が閉弁状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば図２（Ｃ）に示した特殊冷房運転時においてこのような状態をとり得る。すなわち、図４の状態からロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されると、伝達部材１３６が引き上げられる。その結果、スプリング１６０の付勢力によって弁駆動体１４０が押し上げられ、比例弁３７が開弁するとともに比例弁３４が閉弁方向に動作する。その動作過程において比例弁３４および比例弁３７のそれぞれの開度が調整される。
【００７９】
図６は、比例弁３４，３８が閉弁状態となり、比例弁３７が全開状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば図３（Ａ）〜（Ｃ）に示した暖房運転時においてこのような状態をとり得る。すなわち、図５の状態からロータ１７２が一方向にさらに回転駆動されると、スプリング１６０の付勢力によって弁駆動体１４０がさらに押し上げられ、比例弁３４が閉弁する。
【００８０】
図７は、比例弁３４が閉弁状態となり、比例弁３７，３８が全開状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば図２（Ｂ）に示した特定冷房運転時においてこのような状態をとり得る。すなわち、図６の状態からロータ１７２が一方向にさらに回転駆動されると、係止部１４８が弁体１３８に当接する。その後、弁体１３８が伝達部材１３６を介して吊り上げられるようにして比例弁３８が開弁し、その開度が調整される。
【００８１】
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。
【００８２】
上記実施形態では、ポート１１０，１１２を作動流体としての冷媒が導入される導入ポートとし、ポート１１４，１１６を作動流体が導出される導出ポートとする例を示した。また、ポート１１４をポート１１０またはポート１１２から導入された作動流体を導出する共用の導出ポートとする例を示した。変形例においては、例えばポート１１４を作動流体が導入される共用の導入ポートとし、ポート１１２，１１４をそれぞれ作動流体が導出される導出ポートとしてもよい。また、ポート１１０をポート１１４またはポート１１６から導入された作動流体を導出する共用の導出ポートとしてもよい。
【００８３】
上記実施形態では、弁体１３８を弁孔１２４の上流側に配置する例を示したが、下流側に配置してもよい。また、共用弁体１５４を弁孔１２０，１２８の上流側に配置する例を示したが、下流側に配置する構成としてもよい。
【００８４】
上記実施形態では、第１弁体１５３と第２弁体１５５とを共用弁体１５４として一体に構成する例を示したが、これらを接離可能に別体に構成してもよい。
【００８５】
なお、上記実施形態では特に述べなかったが、図５のように第１弁体１５３と第２弁体１５５とが中間位置（中立位置）に開弁されたときに、両弁体が共に全開状態となるものであってもよい。すなわち、作動切替機構は、弁作動体と作動連結した弁体の駆動状態において他の弁体を閉弁状態または全開状態に維持するものであってもよい。作動切替機構は、第１弁または第２弁の開度の制御状態において弁作動体と弁駆動体とを作動連結し、第１弁および第２弁の一方の開度の制御状態において他方を全開状態に維持し、第３弁の開度の制御状態において、弁作動体と第３弁体とを作動連結するとともに弁作動体と弁駆動体との作動連結を解除し、第１弁および第２弁の一方を閉弁状態に維持し、他方を全開状態に維持するものであってもよい。
【００８６】
上記実施形態では、本発明の制御弁を電気自動車の車両用冷暖房装置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の車両用冷暖房装置に提供することが可能であることは言うまでもない。さらに、車両以外の冷暖房装置に適用することも可能である。
【００８７】
上記実施形態では、複合弁のアクチュエータとしてステッピングモータを採用する例を示したが、ソレノイド等により構成してもよい。
【符号の説明】
【００８８】
２ 圧縮機、 ３ 補助凝縮器、 ４ 第１制御弁、 ５ 室外熱交換器、 ６ 第２制御弁、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 ９ 第３制御弁、 １０ 内部熱交換器、 ３３，３４，３５，３６，３７，３８，５１，５２ 比例弁、 １００ 車両用冷暖房装置、 １０１ 弁本体、 １０２ モータユニット、 １０４ ボディ、 １２０，１２４，１２８ 弁孔、 １３４ 弁作動体、 １３６ 伝達部材、 １３８ 弁体、 １４０ 弁駆動体、 １４４ 背圧室、 １４８ 係止部、 １５３ 第１弁体、 １５４ 共用弁体、 １５５ 第２弁体、 １５６ 区画部、 １５８ 背圧室、 １７２ ロータ、 １７３ ステータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１内部通路、第２内部通路および第３内部通路が形成され、前記第１内部通路の作動流体の流れを調整する第１弁と、前記第２内部通路の作動流体の流れを調整する第２弁と、前記第３内部通路の作動流体の流れを調整する第３弁とを収容する共用のボディと、
前記第１弁、前記第２弁および前記第３弁の開度を電気的に調整するための共用のアクチュエータと、
前記アクチュエータにより軸線方向に駆動される弁作動体と、
前記第１内部通路に設けられた第１弁孔に接離して前記第１弁を開閉する第１弁体と、
前記第２内部通路に設けられた第２弁孔に接離して前記第２弁を開閉する第２弁体と、
前記第３内部通路に設けられた第３弁孔に接離して前記第３弁を開閉する第３弁体と、
前記第１弁体、前記第２弁体および前記第３弁体のそれぞれと前記弁作動体とを一体変位可能に作動連結または相対変位可能に連結解除する作動切替機構と、
を備えることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記第１弁体および前記第２弁体を一体に含み、前記弁作動体と作動連結されることにより前記第１弁および前記第２弁の開閉方向に駆動される弁駆動体を備え、
前記作動切替機構は、
前記第１弁または前記第２弁の開度の制御状態において前記弁作動体と前記弁駆動体とを作動連結する一方、前記弁作動体と前記第３弁体との作動連結を解除し、
前記第３弁の開度の制御状態において、前記弁作動体と前記第３弁体とを作動連結する一方、前記弁作動体と前記弁駆動体との作動連結を解除することを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記弁作動体は、
前記第３弁体を貫通して前記弁駆動体と軸線方向に対向配置される伝達部を有し、
前記伝達部の先端部が前記弁駆動体に接離することにより前記弁駆動体に作動連結または連結解除され、
前記伝達部の中間部が前記第３弁体に係止または係止解除されることにより前記第３弁体に作動連結または連結解除されることを特徴とする請求項２に記載の制御弁。
【請求項４】
前記ボディの一端部と前記弁駆動体との間に第１背圧室を形成し、前記第１内部通路の作動流体を前記第１背圧室に導入することにより、前記第１弁体および前記第２弁体に作用する流体圧力の影響をキャンセルする第１背圧キャンセル構造と、
前記ボディの他端部と前記第３弁体との間に第２背圧室を形成し、前記第３内部通路の作動流体を前記第２背圧室に導入することにより、前記第３弁体に作用する流体圧力の影響をキャンセルする第２背圧キャンセル構造と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の制御弁。
【請求項５】
前記弁駆動体は、
前記第１弁孔と前記第２弁孔との間に配置され、前記第１弁孔に接離して前記第１弁の開度を調整する前記第１弁体と、前記第２弁孔に接離して前記第２弁の開度を調整する前記第２弁体とが一体に設けられた弁体部と、
前記弁体部を貫通するように連設され、軸線方向の一方の側に延出する管路部と、
前記管路部の前記弁体部と反対側端部に連設され、前記ボディとの間に前記第１背圧室を形成する区画部と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
【請求項６】
前記アクチュエータとして、回転駆動されるロータを含むステッピングモータと、
前記ロータとともに回転し、その軸線周りの回転運動を前記弁作動体の軸線方向の並進運動に変換する作動変換機構と、
を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の制御弁。
【請求項１】
第１内部通路、第２内部通路および第３内部通路が形成され、前記第１内部通路の作動流体の流れを調整する第１弁と、前記第２内部通路の作動流体の流れを調整する第２弁と、前記第３内部通路の作動流体の流れを調整する第３弁とを収容する共用のボディと、
前記第１弁、前記第２弁および前記第３弁の開度を電気的に調整するための共用のアクチュエータと、
前記アクチュエータにより軸線方向に駆動される弁作動体と、
前記第１内部通路に設けられた第１弁孔に接離して前記第１弁を開閉する第１弁体と、
前記第２内部通路に設けられた第２弁孔に接離して前記第２弁を開閉する第２弁体と、
前記第３内部通路に設けられた第３弁孔に接離して前記第３弁を開閉する第３弁体と、
前記第１弁体、前記第２弁体および前記第３弁体のそれぞれと前記弁作動体とを一体変位可能に作動連結または相対変位可能に連結解除する作動切替機構と、
を備えることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記第１弁体および前記第２弁体を一体に含み、前記弁作動体と作動連結されることにより前記第１弁および前記第２弁の開閉方向に駆動される弁駆動体を備え、
前記作動切替機構は、
前記第１弁または前記第２弁の開度の制御状態において前記弁作動体と前記弁駆動体とを作動連結する一方、前記弁作動体と前記第３弁体との作動連結を解除し、
前記第３弁の開度の制御状態において、前記弁作動体と前記第３弁体とを作動連結する一方、前記弁作動体と前記弁駆動体との作動連結を解除することを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記弁作動体は、
前記第３弁体を貫通して前記弁駆動体と軸線方向に対向配置される伝達部を有し、
前記伝達部の先端部が前記弁駆動体に接離することにより前記弁駆動体に作動連結または連結解除され、
前記伝達部の中間部が前記第３弁体に係止または係止解除されることにより前記第３弁体に作動連結または連結解除されることを特徴とする請求項２に記載の制御弁。
【請求項４】
前記ボディの一端部と前記弁駆動体との間に第１背圧室を形成し、前記第１内部通路の作動流体を前記第１背圧室に導入することにより、前記第１弁体および前記第２弁体に作用する流体圧力の影響をキャンセルする第１背圧キャンセル構造と、
前記ボディの他端部と前記第３弁体との間に第２背圧室を形成し、前記第３内部通路の作動流体を前記第２背圧室に導入することにより、前記第３弁体に作用する流体圧力の影響をキャンセルする第２背圧キャンセル構造と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の制御弁。
【請求項５】
前記弁駆動体は、
前記第１弁孔と前記第２弁孔との間に配置され、前記第１弁孔に接離して前記第１弁の開度を調整する前記第１弁体と、前記第２弁孔に接離して前記第２弁の開度を調整する前記第２弁体とが一体に設けられた弁体部と、
前記弁体部を貫通するように連設され、軸線方向の一方の側に延出する管路部と、
前記管路部の前記弁体部と反対側端部に連設され、前記ボディとの間に前記第１背圧室を形成する区画部と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
【請求項６】
前記アクチュエータとして、回転駆動されるロータを含むステッピングモータと、
前記ロータとともに回転し、その軸線周りの回転運動を前記弁作動体の軸線方向の並進運動に変換する作動変換機構と、
を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の制御弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２２５３６６（Ｐ２０１２−２２５３６６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１３００（Ｐ２０１１−９１３００）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【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１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【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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