差圧弁、制御弁および車両用冷暖房装置
【課題】暖房運転時の除湿性能を良好に確保可能な車両用冷暖房装置、およびその車両用冷暖房装置に好適な制御弁を提供する。
【解決手段】制御弁６に組み込まれる差圧オリフィス２０は、上流側通路と下流側通路とを接続する連通路１５９が設けられ、その連通路１５９における上流側に弁座１６１が設けられ下流側にガイド孔１６８が設けられたボディと、一端が上流側通路側に開口し他端が下流側通路側に開口するオリフィス通路１５７が貫通形成され、ガイド孔１６８に摺動可能に支持されるオリフィス部１６５と、弁座１６１に着脱して連通路１５９を開閉する弁体部１６４とが一体形成された弁体１６３と、弁体１６３を閉弁方向に付勢するスプリング１６９と、を備える。
【解決手段】制御弁６に組み込まれる差圧オリフィス２０は、上流側通路と下流側通路とを接続する連通路１５９が設けられ、その連通路１５９における上流側に弁座１６１が設けられ下流側にガイド孔１６８が設けられたボディと、一端が上流側通路側に開口し他端が下流側通路側に開口するオリフィス通路１５７が貫通形成され、ガイド孔１６８に摺動可能に支持されるオリフィス部１６５と、弁座１６１に着脱して連通路１５９を開閉する弁体部１６４とが一体形成された弁体１６３と、弁体１６３を閉弁方向に付勢するスプリング１６９と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上流側から下流側への冷媒の流れを制御可能な差圧弁、およびその差圧弁を含む制御弁に関し、特に、車両用冷暖房装置に好適に適用可能な制御弁に関する。
【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、冷媒が冷凍サイクルを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。
【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】
しかしながら、このような車両用冷暖房装置においては、暖房運転時に室外熱交換器を蒸発器として機能させたときにその蒸発量が必要以上に大きくなると、車室内の蒸発器に十分な液冷媒が供給されない事態が生じる可能性がある。そうなると、実質的に蒸発器での熱交換がなされなくなるため、車室内の除湿機能を適正に維持できなくなり、窓ガラスの曇り等の問題を発生させる可能性がある。一方、例えば極低温下において蒸発器に必要以上に低温の冷媒を流すと、蒸発器を凍結させてしまう可能性もある。そこで、発明者は、このように室外熱交換器を蒸発器として機能させるときにも車室内の蒸発器に適正量の液冷媒が供給されるように調整できれば、こうした問題を解決できると考えた。
【０００６】
本発明の目的の一つは、暖房運転時の除湿性能等を良好に確保可能な車両用冷暖房装置、およびその車両用冷暖房装置に好適な制御弁を提供することにある。
【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差圧弁は、上流側と下流側との差圧が設定値より大きくなったときに開弁する差圧弁において、上流側から流体を導入する導入ポートと、下流側へ流体を導出する導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ連通路と、連通路を開放または遮断するために開閉される弁部とを含むボディと、ボディに支持されつつ弁部の開閉方向に動作する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、弁体を貫通するように形成され、弁部の開閉方向に延びるオリフィスと、を備える。
【０００８】
この態様によると、弁体が上流側と下流側との差圧（「前後差圧」ともいう）を受けて弁部の開閉方向に動作することにより連通路を開閉する。すなわち、当該差圧弁は、付勢部材の付勢力により設定された設定差圧（設定値）よりもその前後差圧が大きくなると開弁し、上流側通路から下流側通路へ向かう流体の流れを許容する。一方、当該差圧弁は、その前後差圧が設定差圧よりも小さくなると閉弁するので、逆方向の冷媒の流れを阻止する逆止弁としても機能する。そして特に、オリフィスが弁体に一体形成されているため、弁体が開弁して流体がオリフィスを通過すると、その流体がオリフィスを通過する際の圧力損失（流体の摩擦力）による開弁方向の力が弁体に作用するようになる。このため、差圧弁が開弁を開始すると、その開度を速やかに大きくすることができ、差圧弁を実質的にオリフィスとしてのみ機能させることができる。すなわち、当該差圧弁を車両用冷暖房装置を構成する膨張装置として機能させる場合、そのオリフィスの特性に応じて冷媒を適正に膨張させることができるようになる。
【０００９】
本発明の別の態様は、制御弁である。この制御弁は、上流側から下流側への冷媒の流れを制御可能なパイロット作動式の制御弁において、上流側通路と下流側通路とを直接つなぐ主通路を、両通路を接続する主弁孔に接離して開閉する主弁体を有し、その主弁体が、上流側通路と下流側通路と背圧室とを区画するように設けられる主弁と、上流側通路と下流側通路とを背圧室を介してつなぐ副通路の開度を、副弁孔に接離して調整可能な電磁駆動のパイロット弁体を有し、そのパイロット弁体が、主弁の開弁時には主弁の上流側と下流側との差圧を供給電流値に応じた設定差圧近づけるよう動作するパイロット弁と、主通路および副通路とは別に上流側通路と下流側通路とを接続する連通路を開閉可能な差圧弁と、を備える。差圧弁は、上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ連通路と、連通路を開放または遮断するために開閉される弁部とを含むボディと、ボディに支持されつつ弁部の開閉方向に動作する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、弁体を貫通するように形成され、弁部の開閉方向に延びるオリフィスと、を含む。
【００１０】
この態様によると、電磁駆動によりパイロット弁が作動し、副通路の開度を調整することで、主弁の開度を調整可能となる。主弁体そのものに副弁孔が形成され、パイロット弁体がこれを開閉する構成としたため、パイロット作動式の制御弁が簡易な構成にて実現可能となる。また、主弁およびパイロット弁がともに閉弁状態となっても、上流側と下流側との差圧（前後差圧）が設定差圧（設定値）よりも大きければ、差圧弁が開弁されるため、上流側通路から下流側通路へ向かう冷媒の流れを形成することができる。特に、その差圧弁においてはオリフィスが弁体に一体形成されているため、弁体が開弁して冷媒がオリフィスを通過すると、その冷媒がオリフィスを通過する際の圧力損失（流体の摩擦力）による開弁方向の力が弁体に作用するようになる。このため、差圧弁が開弁を開始すると、その開度を速やかに大きくすることができ、差圧弁を実質的にオリフィスとしてのみ機能させることができる。すなわち、当該制御弁を車両用冷暖房装置を構成する膨張装置として機能させる場合、そのオリフィスの特性に応じて冷媒を適正に膨張させることができ、冷房運転時および暖房運転時の空調性能を良好に確保できるようになる。
【００１１】
本発明のさらに別の態様は、車両用冷暖房装置である。この装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、車室外に配置され、冷房運転時に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と、車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、室内蒸発器が機能するとともに室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに室外熱交換器の下流側となる位置に設けられ、上流側から下流側への冷媒の流れを制御する電動の制御弁と、制御弁への供給電流を制御して制御弁の前後差圧を調整する制御部と、を備える車両用冷暖房装置であって、制御弁は、上流側から下流側への冷媒の流れを制御可能なパイロット作動式の制御弁において、上流側通路と下流側通路とを直接つなぐ主通路を、両通路を接続する主弁孔に接離して開閉する主弁体を有し、その主弁体が、上流側通路と下流側通路と背圧室とを区画するように設けられる主弁と、上流側通路と下流側通路とを背圧室を介してつなぐ副通路の開度を、副弁孔に接離して調整可能な電磁駆動のパイロット弁体を有し、そのパイロット弁体が、主弁の開弁時には主弁の上流側と下流側との差圧を供給電流値に応じた設定差圧近づけるよう動作するパイロット弁と、主通路および副通路とは別に上流側通路と下流側通路とを接続する連通路を開閉可能な差圧弁と、を備える。差圧弁は、上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ連通路と、連通路を開放または遮断するために開閉される弁部とを含むボディと、ボディに支持されつつ弁部の開閉方向に動作する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、弁体を貫通するように形成され、弁部の開閉方向に延びるオリフィスと、を含む。
【００１２】
この態様によると、暖房運転時において室内蒸発器が機能するとともに室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに、制御弁の前後差圧（上流側と下流側との差圧）が制御されることにより、室外熱交換器における冷媒の蒸発温度ひいては蒸発量を調整することができる。その結果、室内蒸発器における冷媒の蒸発量を調整することができる。すなわち、その室内蒸発器の蒸発量を確保することで、暖房運転時においても室内蒸発器に導入される液冷媒の流量を確保することができる。つまり、制御弁の前後差圧を調整することで暖房運転時においても室内蒸発器の機能を確保することができ、それにより車室内の湿度機能を適正に維持することができる。
【００１３】
また、主弁およびパイロット弁がともに閉弁状態となっても、上流側と下流側との差圧（前後差圧）が設定差圧（設定値）よりも大きければ、差圧弁が開弁されるため、上流側通路から下流側通路へ向かう冷媒の流れを形成することができる。特に、その差圧弁においてはオリフィスが弁体に一体形成されているため、弁体が開弁して冷媒がオリフィスを通過すると、その冷媒がオリフィスを通過する際の圧力損失（流体の摩擦力）による開弁方向の力が弁体に作用するようになる。このため、差圧弁が開弁を開始すると、その開度を速やかに大きくすることができ、差圧弁を実質的にオリフィスとしてのみ機能させることができる。その結果、オリフィスにて膨張させた冷媒を適正な状態で蒸発器に供給することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、暖房運転時の除湿性能等を良好に確保可能な車両用冷暖房装置、およびその車両用冷暖房装置に好適な制御弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１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。
【図２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図３】第２制御弁の具体的構成を表す断面図である。
【図４】第２制御弁の動作状態を表す説明図である。
【図５】第２制御弁の動作状態を表す説明図である。
【図６】第２実施形態に係る弁ユニットの具体的構成を表す断面図である。
【図７】第３実施形態に係る差圧オリフィスの構成および動作を表す断面図である。
【図８】第４実施形態に係る差圧オリフィス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】
【００１６】
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。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１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。
【００１７】
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４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて順次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。なお、本実施形態においては、室外熱交換器５と第２制御弁６とをつなぐ通路と、蒸発器７とアキュムレータ８とをつなぐ通路とを接続するバイパス通路９が設けられ、そのバイパス通路９に切替弁１１が配設されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
第１制御弁４は、室内凝縮器３と室外熱交換器５とをつなぐ主通路の開度を調整する。第１制御弁４は、その主通路を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流の有無によって弁部を開閉する。また、主通路を第１制御弁４の前後で迂回するバイパス通路が設けられ、そのバイパス通路にオリフィス１８が設けられている。オリフィス１８の開口面積は、第１制御弁４の開弁時の開口面積よりも十分に小さいが、このように第１制御弁４と並列にオリフィス１８が設けられることで、第１制御弁４の閉弁時においても所定流量の冷媒の流れが許容される。
【００２２】
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。
【００２３】
第２制御弁６は、室外熱交換器５と蒸発器７とをつなぐ主通路の開度を調整する。第２制御弁６は、その主通路を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流値に応じて弁部の開度を調整する。第２制御弁６は、その前後差圧（第２制御弁６の上流側圧力と下流側圧力との差圧）が供給電流値に応じた一定の値（第１設定差圧）となるように動作する定差圧弁として機能可能に構成されている。すなわち、第２制御弁６の弁部は、前後差圧がソレノイドへの供給電流値に対応づけられた値となるよう自律的に動作する。また、第２制御弁６には差圧オリフィス２０（「差圧弁」として機能する）が設けられ、その主弁の閉弁時においても前後差圧が予め設定された第２設定差圧よりも高くなると、所定流量の冷媒の流れを許容する。差圧オリフィス２０は、差圧弁とオリフィスとを一体に形成したものであり、そのオリフィスの開口面積は、第２制御弁６の全開時の開口面積よりも十分に小さい。なお、第２制御弁６の構造については後に詳述する。
【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、第２制御弁６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。
【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。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。
【００２６】
切替弁１１は、室外熱交換器５から導出された冷媒をバイパス通路９を経由するように流すか否かを切り替える。本実施形態において、切替弁１１は通電により開弁する電磁駆動の開閉弁からなり、特に外部温度が低くなり、蒸発器７の凍結が予測される状況下にある場合には、適宜、第２制御弁６を閉弁させて蒸発器７へつながる通路を遮断するとともに、切替弁１１を開弁させて蒸発器７を迂回させるバイパス通路９を開放する。その間にダクト１０を通過する空気により蒸発器７が温められ、凍結防止を図ることができる。なお、このような開閉弁そのものについては公知のものを用いることができるため、その詳細な説明については省略する。
【００２７】
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。図示の例では、制御部１００は、第１制御弁４の開閉制御、第２制御弁６の開閉制御（開度調整制御）、切替弁１１の開閉切替制御のほか、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。
【００２８】
制御部１００は、第２制御弁６の駆動回路に設定したデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。制御部１００は、特に暖房運転時において、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設定差圧（第１設定差圧）を決定し、第２制御弁６の前後差圧（上流側と下流側との差圧）がその設定差圧となるよう通電制御を行う。言い換えれば、第２制御弁６の弁部が供給電流値に対応した前後差圧が得られるよう自律的に動作し、その開度を調整する。また、制御部１００は、特に冷房運転時において、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設定流量を決定し、第２制御弁６の前後差圧に対して必要な弁開度が得られるよう通電制御を行う。言い換えれば、第２制御弁６の弁部が供給電流値に対応した弁開度が得られるよう自律的に動作する。
【００２９】
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ている。なお、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り、「特定暖房運転」は、蒸発器７を実質的に機能させない暖房運転であり、外部環境等に応じて暖房運転時に適宜実行される。
【００３０】
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〜ｆ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。
【００３１】
図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁４が開弁される一方、第２制御弁６の主弁（後述する）は閉弁される。切替弁１１は、バイパス通路９を遮断する。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、室内凝縮器３、第１制御弁４、室外熱交換器５、差圧オリフィス２０、蒸発器７、アキュムレータ８の順に経由するように循環して圧縮機２に戻る。室内凝縮器３から導出された冷媒の一部は、オリフィス１８を通過するが、その流量は第１制御弁４を通過する流量に比べて相当少ない。
【００３２】
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および室外熱交換器５を経ることで凝縮され、差圧オリフィス２０にて断熱膨張され、冷温・低圧の液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・除湿する。このとき、エアミックスドア１４の開度が適度に調整され、その空気の温度調整が行われる。
【００３３】
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４が閉弁される一方、第２制御弁６が開弁される。切替弁１１は、バイパス通路９を遮断する。このとき、エアミックスドア１４は温度設定に応じた適切な開度となるよう駆動される。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、室内凝縮器３、オリフィス１８、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７、アキュムレータ８の順に経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００３４】
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、オリフィス１８にて断熱膨張され、室外熱交換器５にて蒸発され、さらに第２制御弁６にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７を通過する。すなわち、液冷媒は、室外熱交換器５および蒸発器７を通過する過程で順次蒸発するが、後段の蒸発器７における蒸発潜熱により車室内の空気が冷却され、除湿される。すなわち、蒸発器７によって冷却・除湿された空気は、室内凝縮器３を経由することで加熱され、適度に温められて車内に供給される。
【００３５】
図２（Ｂ）の上段に示すように、このとき室外熱交換器５および第２制御弁６の両蒸発器にて蒸発される比率が第２制御弁６の前後差圧ΔＰにより制御される。図示のように、前後差圧ΔＰが比較的大きく設定されると、実線部分にて示されるように、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、前後差圧ΔＰが比較的小さく設定されると、点線部分にて示されるように、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１００は、設定温度を実現する過程で蒸発器７における熱交換量を制御するが、その際、前後差圧ΔＰを適切に設定することで、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。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、除湿機能を確保することができる。
【００３６】
また、図２（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、暖房運転時と同様に第１制御弁４が閉弁される。このとき、第２制御弁６が閉弁されるとともに切替弁１１が開弁され、冷媒通路がバイパス通路９に切り替えられる。その結果、第２制御弁６の前後差圧が小さくなり（ほぼゼロとなり）、差圧オリフィス２０の閉弁状態も維持される。すなわち、蒸発器７へつながる通路が遮断されるとともに、バイパス通路９が開放される。このため、冷媒は蒸発器７を通過せずに迂回する。それにより、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、蒸発器７の温度が極低温となって凍結するのを抑制できる。このとき、ダクト１０を通過する空気により蒸発器７が温められる。
【００３７】
本実施形態において、制御部１００は、外気温が予め設定する極低温（例えば−１０℃以下）となっている場合、図２（Ｂ）に示す暖房運転と図２（Ｃ）に示す特定暖房運転とを併用し、これらを交互に切り替えるように制御する。これにより、暖房運転により除湿性能を確保するとともに、特定暖房運転により蒸発器７の凍結を防止することができる。
【００３８】
次に、第２制御弁６の具体的構成について説明する。
図３は、第２制御弁の具体的構成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。
第２制御弁６は、その上流側と下流側との差圧が供給電流値に応じた差圧となるよう流体の流れを制御可能なパイロット作動式の制御弁として構成されている。第２制御弁６は、弁本体１０１とソレノイド１０２とを組み付けて構成される。
【００３９】
弁本体１０１は、有底円筒状のボディ１０３に主弁１０５とパイロット弁１０６とを同軸状に収容して構成される。ボディ１０３の一方の側部には、冷凍サイクルの上流側通路に連通する入口ポート１１０が設けられ、他方の側部には、冷凍サイクルの下流側通路に連通する出口ポート１１２が設けられている。ボディ１０３の内部中央には、半径方向内向きに延出した区画壁１１４が設けられている。区画壁１１４は、ボディ１０３内を高圧側の圧力室１１６と低圧側の圧力室１１８とに区画している。圧力室１１６は入口ポート１１０に連通し、圧力室１１８は出口ポート１１２に連通している。
【００４０】
区画壁１１４の環状の内周部により主弁孔１２０が形成され、その上流側開口端部により主弁座１２２が形成されている。圧力室１１６には段付円筒状の主弁体１２４が配設されている。主弁体１２４は、主弁座１２２に着脱して主弁１０５を開閉する。主弁体１２４は、円筒状の本体の下部に半径方向外向きに突出するフランジ部１３０が設けられ、そのフランジ部１３０にて主弁座１２２に着脱する。そのフランジ部１３０の外周縁近傍からは下方に向けて複数の脚部１３２が延設されており（同図には１つのみ表示）、主弁孔１２０の内周面によって摺動可能に支持されている。
【００４１】
一方、主弁体１２４の中央部には半径方向外向きに延出するフランジ部１３４が設けられ、ボディ１０３の内周面に摺動可能に支持されている。フランジ部１３４の外周面にはシール用のＯリング１３６が嵌着されている。フランジ部１３４は、圧力室１１６を高圧室１３８と背圧室１４０とに区画する。また、フランジ部１３４から上方に向けて複数の脚部１４２が延設されており（同図には１つのみ表示）、ソレノイド１０２の内部まで延出している。
【００４２】
また、主弁体１２４には、高圧室１３８と圧力室１１８とを連通する連通路１５９が設けられ、その連通路１５９を開閉するよに差圧オリフィス２０が設けられている。既に述べたように、差圧オリフィス２０は、主弁１０５およびパイロット弁１０６が閉弁状態にあっても所定流量の冷媒の流れを許容する。なお、高圧室１３８と圧力室１１８とを主弁１０５を介してつなぐ通路が第２制御弁６における「主通路」を構成し、高圧室１３８と圧力室１１８とをパイロット弁１０６を介してつなぐ通路が第２制御弁６における「副通路」を構成する。連通路１５９は、これら主通路および副通路とは別に高圧室１３８と圧力室１１８とをつなぐ通路として形成されている。
【００４３】
主弁体１２４の内部中央には、その軸線方向に圧力室１１６と圧力室１１８とを連通させるパイロット通路１４４が形成され、そのパイロット通路１４４の上端部がやや縮径して副弁孔１４６を形成している。そして、副弁孔１４６の下流側開口端部により弁座１４８が形成され、上流側開口端部により弁座１４９が形成されている。後述のように、パイロット弁１０６を構成するパイロット弁体１５０が、制御状態に応じて弁座１４８または弁座１４９に着脱して副弁孔１４６を開閉する。
【００４４】
パイロット弁体１５０は、ステンレス材からなる長尺状の本体を有し、副弁孔１４６を貫通するように配設されている。パイロット弁体１５０は、差圧弁として機能する差圧弁体１５６と開閉弁として機能する開閉弁体１５８とが一体に設けられている。差圧弁体１５６は、パイロット弁体１５０の本体の下端部に設けられ、パイロット通路１４４に配置されている。差圧弁体１５６は、上方に向かって縮径するテーパ面にて弁座１４８に着脱する。一方、開閉弁体１５８は、背圧室１４０に配置されている。開閉弁体１５８は、差圧弁体１５６が弁座１４８から所定量リフトしたときに（つまり、パイロット弁１０６が所定開度となったときに）、図示のように弁座１４９に着座してパイロット弁１０６を閉じるものである。
【００４５】
また、連通路１５９と背圧室１４０との間には連通孔１５３が設けられ、その連通孔１５３を閉止するように弁座形成部材１６０が嵌合されている。弁座形成部材１６０は、弾性材（ゴム等）からなり、その連通路１５９側の面にはテーパ状の弁座１６１が突設されている。弁座形成部材１６０の周縁部近傍には小断面のリーク通路１６２が形成され、連通路１５９と背圧室１４０とを連通させている。
【００４６】
差圧オリフィス２０は、その前後差圧が所定値以上になると開弁する差圧弁（逆止弁）として機能するとともに、その開弁時の冷媒流量を制限するオリフィスとしても機能する。すなわち、差圧オリフィス２０は、弁体部１６４とオリフィス部１６５とが一体に形成された段付円筒状の弁体１６３を有する。そして、弁体部１６４が弁座１６１に着脱することにより連通路１５９を開閉する。オリフィス部１６５は、その長手方向中央部に外径がやや拡径されたガイド部１６６を有し、そのガイド部１６６にて主弁体１２４に支持されている。オリフィス部１６５の下半部は、主弁体１２４の下端部を貫通して下方に延びている。オリフィス部１６５を弁体１６３の軸線に沿って貫通するようにオリフィス通路１５７が設けられ、その上端が連通路１５９にて開口し、下端が圧力室１１８にて開口している。すなわち、オリフィス通路１５７は、弁体１６３の開閉方向に延びるように形成されている。
【００４７】
主弁体１２４において連通路１５９を構成する部分は、その内径が下方に向けて段階的に縮径され、その下端部がガイド部１６６を下方から係止する係止部１６７となっている。また、係止部１６７の上部にガイド孔１６８が設けられ、ガイド部１６６を摺動可能に支持している。弁体部１６４と主弁体１２４との間には、弁体１６３を閉弁方向に付勢するスプリング１６９が介装されている。
【００４８】
以上のような構成において、上流側の高圧室１３８の圧力Ｐ１（「上流側圧力Ｐ１」という）は、連通路１５９に導入された後、リーク通路１６２を経ることで背圧室１４０にて中間圧力Ｐｐとなる一方、主弁１０５または差圧オリフィス２０を経て減圧されて圧力Ｐ２（「下流側圧力Ｐ２」という）となる。中間圧力Ｐｐは、パイロット弁１０６の開閉状態によって変化する。主弁体１２４の側部には、連通路１５９を外方から囲むようにフィルタ１５５が設けられ、背圧室１４０への異物の侵入を防止している。
【００４９】
一方、ソレノイド１０２は、ボディ１０３の上端開口部を封止するように取り付けられた有底円筒状のスリーブ１７０を有する。スリーブ１７０内には、第１プランジャ１７１（「第１の可動鉄心」に該当する）および第２プランジャ１７２（「第２の可動鉄心」に該当する）が軸線方向に対向配置されるように収容されている。スリーブ１７０の外周部にはボビン１７３が設けられ、そのボビン１７３に電磁コイル１７４が巻回されている。そして、電磁コイル１７４を外部から覆うようにケース１７６が設けられている。スリーブ１７０は、ケース１７６を軸線方向に貫通している。電磁コイル１７４からは通電用のハーネス１７８が引き出されている。
【００５０】
第１プランジャ１７１は、円筒状をなし、その外周部には軸線方向に延びる複数のスリット１８０（同図にはその１つを表示）が設けられている。前述の主弁体１２４の脚部１４２は、このスリット１８０を介して上方に延出している。パイロット弁体１５０は、第１プランジャ１７１をその軸線にそって貫通し、その上端部が加締められることにより第１プランジャ１７１に固定されている。すなわち、パイロット弁体１５０は、第１プランジャ１７１と一体的に動作する。
【００５１】
第２プランジャ１７２は、円筒状をなし、その内部中央に隔壁１８２が設けられている。第２プランジャ１７２は、その下端面にて脚部１４２の上端面に当接してこれを支持する。第１プランジャ１７１と第２プランジャ１７２との間には、第１プランジャ１７１を介してパイロット弁体１５０を開弁方向（差圧弁体１５６の開弁方向であり、開閉弁体１５８の閉弁方向）に付勢するスプリング１８４（「付勢部材」に該当する）が介装されている。第２プランジャ１７２とスリーブ１７０との間には、第２プランジャ１７２を介して主弁体１２４を閉弁方向に付勢するスプリング１８６が介装されている。すなわち、主弁体１２４は、第２プランジャ１７２と一体的に動作可能となっている。
【００５２】
以上のように構成された第２制御弁６は、上流側と下流側との差圧が供給電流値に応じた差圧となるよう流体の流れを制御可能な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および図５は、第２制御弁の動作状態を表す説明図である。図４は、ソレノイド１０２がオン（通電状態）にされた差圧制御状態を表している（図２（Ｂ）に対応）。図５は、ソレノイド１０２がオフ（非通電状態）にされ、前後差圧が第２設定差圧（差圧オリフィス２０の開弁差圧）よりも低い状態を表している（図２（Ｃ）に対応）。なお、既に説明した図３は、ソレノイド１０２がオフにされ、前後差圧が第２設定差圧よりも高い状態を表している（図２（Ａ）に対応）。
【００５３】
図２（Ａ）に示したように、切替弁１１が閉弁された状態でソレノイド１０２がオフにされると、第２制御弁６は、差圧制御は行わず、膨張装置としてのみ機能する。すなわち図３に示すように、ソレノイド力が作用しないため、スプリング１８４によってパイロット弁体１５０が開閉弁体１５８の閉弁方向に付勢され、パイロット弁１０６が閉弁状態となる。このとき、図示のように差圧弁体１５６は開弁状態となるが、開閉弁体１５８により副弁孔１４６が閉じられる。一方、スプリング１８６によって第２プランジャ１７２を介して主弁体１２４が閉弁方向に付勢され、主弁１０５も閉弁状態となる。このとき、背圧室１４０には上流側からリーク通路１６２を介して冷媒が導入されるため、中間圧力Ｐｐは、上流側圧力Ｐ１に等しくなる。
【００５４】
このとき、弁体１６３の前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が第２設定差圧（開弁差圧）よりも大きくなると、弁体１６３がスプリング１６９の付勢力に抗して開弁方向に動作し、差圧オリフィス２０が開弁状態となる。その結果、上流側から入口ポート１１０を介して導入された冷媒は、オリフィス通路１５７を通過することにより減圧膨張され、出口ポート１１２を介して下流側へ導出される。このとき、弁体１６３が弁座１６１から離間するとともに、オリフィス通路１５７内に差圧が発生する。
【００５５】
すなわち、弁体１６３が弁座１６１に着座した状態においては、オリフィス通路１５７の内部にはその全長にわたって下流側圧力Ｐ２が作用していたところ、弁体１６３が弁座１６１から離間を開始すると同時にオリフィス通路１５７の上流部に上流側圧力Ｐ１が作用するようになる。オリフィス通路１５７の圧力損失もあることから、その上流端から下流端に向けて圧力勾配が形成され、オリフィス通路１５７の内部を通過する冷媒により弁体１６３に開弁方向の流体摩擦が作用するようになる。この結果、弁体１６３の開弁開始と同時にその開弁が促進され、弁体１６３が速やかに図示のような全開状態に落ち着くことができる。その結果、弁体１６３が微小開度に留まることを防止でき、オリフィスとしての機能（オリフィスに設定された特性）を良好に発揮することができる。
【００５６】
一方、図２（Ｂ）に示したように、切替弁１１が閉弁された状態でソレノイド１０２がオンにされると、第２制御弁６は、その上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が供給電流値に応じた設定差圧（第１設定差圧）となるよう動作する定差圧弁として機能するとともに、膨張装置としても機能する。すなわち図４に示すように、ソレノイド力によって第１プランジャ１７１と第２プランジャ１７２との間に吸引力が作用するため、パイロット弁体１５０が開閉弁体１５８の開弁方向に付勢され、パイロット弁１０６が開弁状態となる。このとき、図示のように差圧弁体１５６および開閉弁体１５８がともに開弁して副弁孔１４６を開放する。それにより、中間圧力Ｐｐが低下するため、主弁体１２４が上流側圧力Ｐ１と中間圧力Ｐｐとの差圧（Ｐ１−Ｐｐ）の影響を受けて開弁する。
【００５７】
このとき、上流側から入口ポート１１０を介して導入された冷媒は、開弁された主弁１０５を介して減圧膨張され、出口ポート１１２を介して下流側へ導出される。また、入口ポート１１０を介して導入された冷媒の一部は、リーク通路１６２を介して背圧室１４０に導入され、パイロット弁１０６を介して圧力室１１８に導出され、出口ポート１１２を介して下流側へ導出される。このとき、主弁１０５がスリーブ１７０に係止されるまでリフトする全開状態となっても、主弁体１２４においてパイロット通路１４４を形成する部分の下端が主弁座１２２よりも下流側に位置するようになる。このため、パイロット弁体１５０の下面には、下流側圧力Ｐ２が確実に作用する。
【００５８】
この差圧制御状態において、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧よりも小さくなると、中間圧力Ｐｐと下流側圧力Ｐ２との差圧（Ｐｐ−Ｐ２）が小さくなるため、パイロット弁体１５０が閉弁方向（差圧弁体１５６の閉弁方向）に動作する。この結果、中間圧力Ｐｐが上昇し、主弁体１２４が閉弁方向に動作して主弁１０５の開度を小さくする。その結果、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が大きくなる方向に変化する。一方、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧よりも大きくなると、中間圧力Ｐｐと下流側圧力Ｐ２との差圧（Ｐｐ−Ｐ２）が大きくなるため、パイロット弁体１５０が開弁方向（差圧弁体１５６の開弁方向）に動作する。この結果、中間圧力Ｐｐが低下し、主弁体１２４が開弁方向に動作して主弁１０５の開度を大きくする。その結果、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が小さくなる方向に変化する。すなわち、パイロット弁１０６の動作により、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧となるよう主弁１０５の開度が調整される。
【００５９】
また、図２（Ｃ）に示したように、第２制御弁６が閉弁された状態で切替弁１１が開弁されると、差圧オリフィス２０の前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が実質的にゼロに近づく。このため、図５に示すように、主弁１０５、パイロット弁１０６および差圧オリフィス２０の全てを閉弁状態とすることができる。その結果、冷媒は蒸発器７を通過せずに迂回する。それにより、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、蒸発器７の温度が極低温となって凍結するのが防止される。
【００６０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、第２制御弁と切替弁とが一体化された弁ユニットが構成される点を除き、第１実施形態と同様である。このため、第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図６は、第２実施形態に係る弁ユニットの具体的構成を表す断面図である。
【００６１】
弁ユニット２６は、図１に示した第２制御弁６と切替弁２１１（切替弁１１に対応する）とを一体化したものに相当する。弁ユニット２６は、共用のボディ２０３に対し、第２制御弁６と切替弁２１１を隣接させるように組み付けて構成される。ボディ２０３は、上流側通路に連通する入口ポート１１０、蒸発器７につながる下流側通路に連通する出口ポート１１２、およびバイパス通路９につながる出口ポート２１２を有する。ボディ２０３は、その入口ポート１１０に連通する導入通路２１０と隔壁２１４によって、第２制御弁６として機能する領域と切替弁２１１として機能する領域とに区画されている。
【００６２】
第２制御弁６は、符号にて示すように、図３に示したものとほぼ同様の構成を有する。一方、切替弁２１１は、パイロット弁体２５０の構成がパイロット弁体１５０とは異なり、また、差圧オリフィス２０が設けられていない点を除き、符号にて示すように、第２制御弁６とほぼ同様の構成を有する。
【００６３】
すなわち、切替弁２１１の弁本体２０１は、主弁２０５およびパイロット弁２０６を含む。入口ポート１１０と出口ポート２１２とをつなぐ通路（「バイパス接続通路」ともいう）には、主弁２０５を構成する主弁座２２２が設けられている。主弁２０５は、主弁体２２４が主弁座２２２に着脱することによりバイパス接続通路を開閉する。主弁体２２４には、差圧オリフィス２０は設けられていないが、側部に高圧室１３８と背圧室１４０とを連通する小断面のリーク通路１６２が設けられている。
【００６４】
パイロット弁２０６は、パイロット弁体２５０が弁座１４９に着脱することにより副通路を開閉する。パイロット弁体２５０は、パイロット弁体１５０から差圧弁体１５６を除いたような構成を有し、背圧室１４０側からのみ副弁孔１４６に接離する。制御部１００は、第２制御弁６および切替弁２１１のそれぞれを通電制御することにより各弁を開閉し、図２に示したものと同様の制御を実現する。図示のように、第２制御弁６と切替弁２１１とは多くの共通した構成部分を有する。言い換えれば、第２制御弁６および切替弁２１１の一方の構成を少し変更することで他方を構成することができ、これら異なる種類の制御弁の設計および製造が簡素化されるといったメリットがある。
【００６５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、第２制御弁およびその周辺構造を除き、第１実施形態と同様である。このため、第１実施形態と同様の構成部分についてはその説明を省略する。図７は、第３実施形態に係る差圧オリフィスの構成および動作を表す断面図である。（Ａ）は閉弁開始状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示し、（Ｃ）は全開状態を示している。
【００６６】
本実施形態の車両用冷暖房装置は、図１に示した第２制御弁６において差圧オリフィス２０を除いたものを第２制御弁とし、その第２制御弁と並列に差圧オリフィス３２０を設けるようにして構成されている。なお、本実施形態の第２制御弁は、図３に示した第２制御弁６の主弁体１２４から連通路１５９および差圧オリフィス２０を除き、その代わりに高圧室１３８と背圧室１４０とを連通させる小断面のリーク通路を設けるようにして構成される。それ以外は第２制御弁６と同様の構成を有するため、その図示および詳細な説明については省略する。
【００６７】
一方、図７に示す差圧オリフィス３２０は、第２制御弁を迂回するように設けられた冷媒通路に配置される。なお、変形例においては、その第２制御弁のボディに主通路および副通路とは別に入口ポート１１０と出口ポート１１２とをつなぐバイパス通路を設け、そのバイパス通路に差圧オリフィス３２０を設けるようにしてもよい。
【００６８】
差圧オリフィス３２０は、円筒状のボディ３２２と、そのボディ３２２内に配設された有底段付円筒状の弁体３６３とを含んで構成される。ボディ３２２の上流側端部には上流側通路に連通するポート３２４が設けられ、下流側端部には下流側通路に連通するポート３２６が設けられている。ボディ３２２の長手方向中央部には、段付円筒状のガイド部材３２８が同軸状に配設されている。ガイド部材３２８は、その上流側半部に半径方向外向きに延出するフランジ部３３０を有し、そのフランジ部３３０を介してボディ３２２に圧入されている。ガイド部材３２８の内方にはガイド孔３２９が形成されている。
【００６９】
また、ボディ３２２におけるガイド部材３２８の上流側位置には、半径方向内向きに延出した区画壁３３２が設けられている。区画壁３３２の環状の内周部により弁孔３３３が形成されている。弁孔３３３の下流側開口縁により弁座３３５が形成されている。そして、区画壁３３２の上流側に高圧室３３６、区画壁３３２とガイド部材３２８との間に中間圧力室３３８、ガイド部材３２８の下流側に低圧室３４０が、それぞれ形成されている。
【００７０】
弁体３６３は、弁体部３６４とオリフィス部３６５とが一体に形成されたものであり、そのオリフィス部３６５がガイド孔３２９を貫通するように配置され、ガイド部材３２８に摺動可能に支持されている。弁体部３６４は、中間圧力室３３８に配置され、オリフィス部３６５の上流側に連設されている。弁体部３６４の先端部には、弾性材（本実施形態ではゴム）からなる弁部材３４２が嵌着されている。弁体３６３は、この弁部材３４２が弁座３３５に着脱することにより連通路１５９を開閉する。
【００７１】
オリフィス部３６５は、その上流側端部が中間圧力室３３８にて開口し、下流側端部が低圧室３４０にて開口している。すなわち、オリフィス部３６５の内部には、中間圧力室３３８と低圧室３４０とを連通する小断面のオリフィス通路３６６が形成されている。図示のように、オリフィス通路３６６は、弁体３６３の開閉方向に延びるように形成されている。オリフィス部３６５は、弁体部３６４との接続部において外径がやや拡径されており、その拡径部がフランジ部３３０に係止されることにより、下流側への変位が規制される。弁体部３６４とフランジ部３３０との間には、弁体３６３を閉弁方向に付勢するスプリング１６９（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００７２】
このような構成により、上流側通路からポート３２４を介して導入された上流側圧力Ｐ１は、弁部を経て減圧されることで中間圧力室３３８にて中間圧力Ｐｐ３となり、さらにオリフィス通路３６６を経て減圧されることで下流側圧力Ｐ２となる。ただし、弁孔３３３の内径Ａとガイド孔３２９の内径Ｂとが等しくされているため、弁体３６３に作用する中間圧力Ｐｐ３の影響はキャンセルされる。すなわち、差圧オリフィス３２０は、その前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定値（第２設定差圧）を超えると開弁する差圧弁として機能するとともに、冷媒の逆流を防止する逆止弁として機能する。この設定値は、スプリング１６９の荷重により設定されている。
【００７３】
すなわち、差圧オリフィス３２０は、前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定値よりも小さい状態においては、図７（Ａ）に示すように閉弁状態となる。このとき、連通路１５９における冷媒の流れが遮断される。前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定値よりも大きくなると、差圧オリフィス３２０が図７（Ｂ）および（Ｃ）に示すように開弁し、連通路１５９における冷媒の流れが許容される。
【００７４】
以上のような構成において、図７（Ａ）に示すように、弁体３６３が弁座３３５に着座した状態においては、中間圧力室３３８にも下流側圧力Ｐ２（中間圧力Ｐｐ３＝下流側圧力Ｐ２）が満たされ、オリフィス通路３６６の内部にはその全長にわたって下流側圧力Ｐ２が作用する。そして、図７（Ｂ）に示すように、弁体３６３が弁座３３５から離間を開始すると同時に中間圧力Ｐｐ３が上流側圧力Ｐ１に近づき、オリフィス通路３６６の上流部に上流側圧力Ｐ１が作用するようになる。オリフィス通路３６６の圧力損失もあることから、その上流端から下流端に向けて圧力勾配が形成され、オリフィス通路３６６の内部を通過する冷媒により弁体３６３に開弁方向の流体摩擦が作用するようになる。この結果、弁体３６３の開弁開始と同時にその開弁が促進され、弁体３６３が速やかに図７（Ｃ）に示すような全開状態に落ち着くことができる。つまり、弁体３６３が図７（Ｂ）に示すような微小開度に留まることを防止でき、オリフィスとしての機能（オリフィスに設定された特性）を良好に発揮することができる。
【００７５】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、差圧オリフィスの構造を除き、第３実施形態と同様である。このため、既に説明した第３実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図８は、第４実施形態に係る差圧オリフィスの構成および動作を表す断面図である。（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示し、（Ｃ）は全開状態を示している。
【００７６】
本実施形態の差圧オリフィス４２０は、ガイド部材４２８に形成されたガイド孔３２９の内径Ｂが、弁孔３３３の内径Ａよりも大きく設定されることにより、中間圧力Ｐｐ３が弁体４６３の開弁方向に作用するように構成されている。このため、前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定値よりも大きくなると、弁体４６３がより速やかに全開状態になる。すなわち、第３実施形態よりも速やかに全開状態となり、弁体４６３が中間圧力室３３８の中間部に留まって不安定な動作となることを防止することができる。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【符号の説明】
【００７９】
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、 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 バイパス通路、 １１ 切替弁、 ２０ 差圧オリフィス、 ２６ 弁ユニット、 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、 １１０ 入口ポート、 １１２ 出口ポート、 １２０ 主弁孔、 １２２ 主弁座、 １２４ 主弁体、 １３８ 高圧室、 １４０ 背圧室、 １４４ パイロット通路、 １４６ 副弁孔、 １４８，１４９ 弁座、 １５０ パイロット弁体、 １５６ 差圧弁体、 １５７ オリフィス通路、 １５８ 開閉弁体、 １５９ 連通路、 １６１ 弁座、 １６２ リーク通路、 １６３ 弁体、 １６４ 弁体部、 １６５ オリフィス部、 １６８ ガイド孔、 １６９ スプリング、 ２０１ 弁本体、 ２０３ ボディ、 ２０５ 主弁、 ２０６ パイロット弁、 ２１０ 導入通路、 ２１１ 切替弁、 ２１２ 出口ポート、 ２２２ 主弁座、 ２２４ 主弁体、 ２５０ パイロット弁体、 ３２０ 差圧オリフィス、 ３２９ ガイド孔、 ３３３ 弁孔、 ３３５ 弁座、 ３３６ 高圧室、 ３３８ 中間圧力室、 ３４０ 低圧室、 ３６３ 弁体、 ３６４ 弁体部、 ３６５ オリフィス部、 ３６６ オリフィス通路、 ４０２ ソレノイド、 ４２０ 差圧オリフィス、 ４６３ 弁体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上流側から下流側への冷媒の流れを制御可能な差圧弁、およびその差圧弁を含む制御弁に関し、特に、車両用冷暖房装置に好適に適用可能な制御弁に関する。
【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、冷媒が冷凍サイクルを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。
【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】
しかしながら、このような車両用冷暖房装置においては、暖房運転時に室外熱交換器を蒸発器として機能させたときにその蒸発量が必要以上に大きくなると、車室内の蒸発器に十分な液冷媒が供給されない事態が生じる可能性がある。そうなると、実質的に蒸発器での熱交換がなされなくなるため、車室内の除湿機能を適正に維持できなくなり、窓ガラスの曇り等の問題を発生させる可能性がある。一方、例えば極低温下において蒸発器に必要以上に低温の冷媒を流すと、蒸発器を凍結させてしまう可能性もある。そこで、発明者は、このように室外熱交換器を蒸発器として機能させるときにも車室内の蒸発器に適正量の液冷媒が供給されるように調整できれば、こうした問題を解決できると考えた。
【０００６】
本発明の目的の一つは、暖房運転時の除湿性能等を良好に確保可能な車両用冷暖房装置、およびその車両用冷暖房装置に好適な制御弁を提供することにある。
【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差圧弁は、上流側と下流側との差圧が設定値より大きくなったときに開弁する差圧弁において、上流側から流体を導入する導入ポートと、下流側へ流体を導出する導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ連通路と、連通路を開放または遮断するために開閉される弁部とを含むボディと、ボディに支持されつつ弁部の開閉方向に動作する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、弁体を貫通するように形成され、弁部の開閉方向に延びるオリフィスと、を備える。
【０００８】
この態様によると、弁体が上流側と下流側との差圧（「前後差圧」ともいう）を受けて弁部の開閉方向に動作することにより連通路を開閉する。すなわち、当該差圧弁は、付勢部材の付勢力により設定された設定差圧（設定値）よりもその前後差圧が大きくなると開弁し、上流側通路から下流側通路へ向かう流体の流れを許容する。一方、当該差圧弁は、その前後差圧が設定差圧よりも小さくなると閉弁するので、逆方向の冷媒の流れを阻止する逆止弁としても機能する。そして特に、オリフィスが弁体に一体形成されているため、弁体が開弁して流体がオリフィスを通過すると、その流体がオリフィスを通過する際の圧力損失（流体の摩擦力）による開弁方向の力が弁体に作用するようになる。このため、差圧弁が開弁を開始すると、その開度を速やかに大きくすることができ、差圧弁を実質的にオリフィスとしてのみ機能させることができる。すなわち、当該差圧弁を車両用冷暖房装置を構成する膨張装置として機能させる場合、そのオリフィスの特性に応じて冷媒を適正に膨張させることができるようになる。
【０００９】
本発明の別の態様は、制御弁である。この制御弁は、上流側から下流側への冷媒の流れを制御可能なパイロット作動式の制御弁において、上流側通路と下流側通路とを直接つなぐ主通路を、両通路を接続する主弁孔に接離して開閉する主弁体を有し、その主弁体が、上流側通路と下流側通路と背圧室とを区画するように設けられる主弁と、上流側通路と下流側通路とを背圧室を介してつなぐ副通路の開度を、副弁孔に接離して調整可能な電磁駆動のパイロット弁体を有し、そのパイロット弁体が、主弁の開弁時には主弁の上流側と下流側との差圧を供給電流値に応じた設定差圧近づけるよう動作するパイロット弁と、主通路および副通路とは別に上流側通路と下流側通路とを接続する連通路を開閉可能な差圧弁と、を備える。差圧弁は、上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ連通路と、連通路を開放または遮断するために開閉される弁部とを含むボディと、ボディに支持されつつ弁部の開閉方向に動作する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、弁体を貫通するように形成され、弁部の開閉方向に延びるオリフィスと、を含む。
【００１０】
この態様によると、電磁駆動によりパイロット弁が作動し、副通路の開度を調整することで、主弁の開度を調整可能となる。主弁体そのものに副弁孔が形成され、パイロット弁体がこれを開閉する構成としたため、パイロット作動式の制御弁が簡易な構成にて実現可能となる。また、主弁およびパイロット弁がともに閉弁状態となっても、上流側と下流側との差圧（前後差圧）が設定差圧（設定値）よりも大きければ、差圧弁が開弁されるため、上流側通路から下流側通路へ向かう冷媒の流れを形成することができる。特に、その差圧弁においてはオリフィスが弁体に一体形成されているため、弁体が開弁して冷媒がオリフィスを通過すると、その冷媒がオリフィスを通過する際の圧力損失（流体の摩擦力）による開弁方向の力が弁体に作用するようになる。このため、差圧弁が開弁を開始すると、その開度を速やかに大きくすることができ、差圧弁を実質的にオリフィスとしてのみ機能させることができる。すなわち、当該制御弁を車両用冷暖房装置を構成する膨張装置として機能させる場合、そのオリフィスの特性に応じて冷媒を適正に膨張させることができ、冷房運転時および暖房運転時の空調性能を良好に確保できるようになる。
【００１１】
本発明のさらに別の態様は、車両用冷暖房装置である。この装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、車室外に配置され、冷房運転時に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と、車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、室内蒸発器が機能するとともに室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに室外熱交換器の下流側となる位置に設けられ、上流側から下流側への冷媒の流れを制御する電動の制御弁と、制御弁への供給電流を制御して制御弁の前後差圧を調整する制御部と、を備える車両用冷暖房装置であって、制御弁は、上流側から下流側への冷媒の流れを制御可能なパイロット作動式の制御弁において、上流側通路と下流側通路とを直接つなぐ主通路を、両通路を接続する主弁孔に接離して開閉する主弁体を有し、その主弁体が、上流側通路と下流側通路と背圧室とを区画するように設けられる主弁と、上流側通路と下流側通路とを背圧室を介してつなぐ副通路の開度を、副弁孔に接離して調整可能な電磁駆動のパイロット弁体を有し、そのパイロット弁体が、主弁の開弁時には主弁の上流側と下流側との差圧を供給電流値に応じた設定差圧近づけるよう動作するパイロット弁と、主通路および副通路とは別に上流側通路と下流側通路とを接続する連通路を開閉可能な差圧弁と、を備える。差圧弁は、上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ連通路と、連通路を開放または遮断するために開閉される弁部とを含むボディと、ボディに支持されつつ弁部の開閉方向に動作する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、弁体を貫通するように形成され、弁部の開閉方向に延びるオリフィスと、を含む。
【００１２】
この態様によると、暖房運転時において室内蒸発器が機能するとともに室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに、制御弁の前後差圧（上流側と下流側との差圧）が制御されることにより、室外熱交換器における冷媒の蒸発温度ひいては蒸発量を調整することができる。その結果、室内蒸発器における冷媒の蒸発量を調整することができる。すなわち、その室内蒸発器の蒸発量を確保することで、暖房運転時においても室内蒸発器に導入される液冷媒の流量を確保することができる。つまり、制御弁の前後差圧を調整することで暖房運転時においても室内蒸発器の機能を確保することができ、それにより車室内の湿度機能を適正に維持することができる。
【００１３】
また、主弁およびパイロット弁がともに閉弁状態となっても、上流側と下流側との差圧（前後差圧）が設定差圧（設定値）よりも大きければ、差圧弁が開弁されるため、上流側通路から下流側通路へ向かう冷媒の流れを形成することができる。特に、その差圧弁においてはオリフィスが弁体に一体形成されているため、弁体が開弁して冷媒がオリフィスを通過すると、その冷媒がオリフィスを通過する際の圧力損失（流体の摩擦力）による開弁方向の力が弁体に作用するようになる。このため、差圧弁が開弁を開始すると、その開度を速やかに大きくすることができ、差圧弁を実質的にオリフィスとしてのみ機能させることができる。その結果、オリフィスにて膨張させた冷媒を適正な状態で蒸発器に供給することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、暖房運転時の除湿性能等を良好に確保可能な車両用冷暖房装置、およびその車両用冷暖房装置に好適な制御弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１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。
【図２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図３】第２制御弁の具体的構成を表す断面図である。
【図４】第２制御弁の動作状態を表す説明図である。
【図５】第２制御弁の動作状態を表す説明図である。
【図６】第２実施形態に係る弁ユニットの具体的構成を表す断面図である。
【図７】第３実施形態に係る差圧オリフィスの構成および動作を表す断面図である。
【図８】第４実施形態に係る差圧オリフィス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】
【００１６】
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。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１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。
【００１７】
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４、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて順次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。なお、本実施形態においては、室外熱交換器５と第２制御弁６とをつなぐ通路と、蒸発器７とアキュムレータ８とをつなぐ通路とを接続するバイパス通路９が設けられ、そのバイパス通路９に切替弁１１が配設されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
第１制御弁４は、室内凝縮器３と室外熱交換器５とをつなぐ主通路の開度を調整する。第１制御弁４は、その主通路を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流の有無によって弁部を開閉する。また、主通路を第１制御弁４の前後で迂回するバイパス通路が設けられ、そのバイパス通路にオリフィス１８が設けられている。オリフィス１８の開口面積は、第１制御弁４の開弁時の開口面積よりも十分に小さいが、このように第１制御弁４と並列にオリフィス１８が設けられることで、第１制御弁４の閉弁時においても所定流量の冷媒の流れが許容される。
【００２２】
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。
【００２３】
第２制御弁６は、室外熱交換器５と蒸発器７とをつなぐ主通路の開度を調整する。第２制御弁６は、その主通路を開閉する弁部と、その弁部を駆動するソレノイドを備え、供給電流値に応じて弁部の開度を調整する。第２制御弁６は、その前後差圧（第２制御弁６の上流側圧力と下流側圧力との差圧）が供給電流値に応じた一定の値（第１設定差圧）となるように動作する定差圧弁として機能可能に構成されている。すなわち、第２制御弁６の弁部は、前後差圧がソレノイドへの供給電流値に対応づけられた値となるよう自律的に動作する。また、第２制御弁６には差圧オリフィス２０（「差圧弁」として機能する）が設けられ、その主弁の閉弁時においても前後差圧が予め設定された第２設定差圧よりも高くなると、所定流量の冷媒の流れを許容する。差圧オリフィス２０は、差圧弁とオリフィスとを一体に形成したものであり、そのオリフィスの開口面積は、第２制御弁６の全開時の開口面積よりも十分に小さい。なお、第２制御弁６の構造については後に詳述する。
【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、第２制御弁６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。
【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。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。
【００２６】
切替弁１１は、室外熱交換器５から導出された冷媒をバイパス通路９を経由するように流すか否かを切り替える。本実施形態において、切替弁１１は通電により開弁する電磁駆動の開閉弁からなり、特に外部温度が低くなり、蒸発器７の凍結が予測される状況下にある場合には、適宜、第２制御弁６を閉弁させて蒸発器７へつながる通路を遮断するとともに、切替弁１１を開弁させて蒸発器７を迂回させるバイパス通路９を開放する。その間にダクト１０を通過する空気により蒸発器７が温められ、凍結防止を図ることができる。なお、このような開閉弁そのものについては公知のものを用いることができるため、その詳細な説明については省略する。
【００２７】
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。図示の例では、制御部１００は、第１制御弁４の開閉制御、第２制御弁６の開閉制御（開度調整制御）、切替弁１１の開閉切替制御のほか、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。
【００２８】
制御部１００は、第２制御弁６の駆動回路に設定したデューティ比のパルス信号を出力するＰＷＭ出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。制御部１００は、特に暖房運転時において、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設定差圧（第１設定差圧）を決定し、第２制御弁６の前後差圧（上流側と下流側との差圧）がその設定差圧となるよう通電制御を行う。言い換えれば、第２制御弁６の弁部が供給電流値に対応した前後差圧が得られるよう自律的に動作し、その開度を調整する。また、制御部１００は、特に冷房運転時において、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設定流量を決定し、第２制御弁６の前後差圧に対して必要な弁開度が得られるよう通電制御を行う。言い換えれば、第２制御弁６の弁部が供給電流値に対応した弁開度が得られるよう自律的に動作する。
【００２９】
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ている。なお、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り、「特定暖房運転」は、蒸発器７を実質的に機能させない暖房運転であり、外部環境等に応じて暖房運転時に適宜実行される。
【００３０】
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〜ｆ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。
【００３１】
図２（Ａ）に示すように、冷房運転時においては、第１制御弁４が開弁される一方、第２制御弁６の主弁（後述する）は閉弁される。切替弁１１は、バイパス通路９を遮断する。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、室内凝縮器３、第１制御弁４、室外熱交換器５、差圧オリフィス２０、蒸発器７、アキュムレータ８の順に経由するように循環して圧縮機２に戻る。室内凝縮器３から導出された冷媒の一部は、オリフィス１８を通過するが、その流量は第１制御弁４を通過する流量に比べて相当少ない。
【００３２】
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および室外熱交換器５を経ることで凝縮され、差圧オリフィス２０にて断熱膨張され、冷温・低圧の液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・除湿する。このとき、エアミックスドア１４の開度が適度に調整され、その空気の温度調整が行われる。
【００３３】
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４が閉弁される一方、第２制御弁６が開弁される。切替弁１１は、バイパス通路９を遮断する。このとき、エアミックスドア１４は温度設定に応じた適切な開度となるよう駆動される。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、室内凝縮器３、オリフィス１８、室外熱交換器５、第２制御弁６、蒸発器７、アキュムレータ８の順に経由するように循環して圧縮機２に戻る。
【００３４】
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、オリフィス１８にて断熱膨張され、室外熱交換器５にて蒸発され、さらに第２制御弁６にて断熱膨張され、冷温・低圧の液冷媒となって蒸発器７を通過する。すなわち、液冷媒は、室外熱交換器５および蒸発器７を通過する過程で順次蒸発するが、後段の蒸発器７における蒸発潜熱により車室内の空気が冷却され、除湿される。すなわち、蒸発器７によって冷却・除湿された空気は、室内凝縮器３を経由することで加熱され、適度に温められて車内に供給される。
【００３５】
図２（Ｂ）の上段に示すように、このとき室外熱交換器５および第２制御弁６の両蒸発器にて蒸発される比率が第２制御弁６の前後差圧ΔＰにより制御される。図示のように、前後差圧ΔＰが比較的大きく設定されると、実線部分にて示されるように、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、前後差圧ΔＰが比較的小さく設定されると、点線部分にて示されるように、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１００は、設定温度を実現する過程で蒸発器７における熱交換量を制御するが、その際、前後差圧ΔＰを適切に設定することで、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。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保することができ、除湿機能を確保することができる。
【００３６】
また、図２（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、暖房運転時と同様に第１制御弁４が閉弁される。このとき、第２制御弁６が閉弁されるとともに切替弁１１が開弁され、冷媒通路がバイパス通路９に切り替えられる。その結果、第２制御弁６の前後差圧が小さくなり（ほぼゼロとなり）、差圧オリフィス２０の閉弁状態も維持される。すなわち、蒸発器７へつながる通路が遮断されるとともに、バイパス通路９が開放される。このため、冷媒は蒸発器７を通過せずに迂回する。それにより、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、蒸発器７の温度が極低温となって凍結するのを抑制できる。このとき、ダクト１０を通過する空気により蒸発器７が温められる。
【００３７】
本実施形態において、制御部１００は、外気温が予め設定する極低温（例えば−１０℃以下）となっている場合、図２（Ｂ）に示す暖房運転と図２（Ｃ）に示す特定暖房運転とを併用し、これらを交互に切り替えるように制御する。これにより、暖房運転により除湿性能を確保するとともに、特定暖房運転により蒸発器７の凍結を防止することができる。
【００３８】
次に、第２制御弁６の具体的構成について説明する。
図３は、第２制御弁の具体的構成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。
第２制御弁６は、その上流側と下流側との差圧が供給電流値に応じた差圧となるよう流体の流れを制御可能なパイロット作動式の制御弁として構成されている。第２制御弁６は、弁本体１０１とソレノイド１０２とを組み付けて構成される。
【００３９】
弁本体１０１は、有底円筒状のボディ１０３に主弁１０５とパイロット弁１０６とを同軸状に収容して構成される。ボディ１０３の一方の側部には、冷凍サイクルの上流側通路に連通する入口ポート１１０が設けられ、他方の側部には、冷凍サイクルの下流側通路に連通する出口ポート１１２が設けられている。ボディ１０３の内部中央には、半径方向内向きに延出した区画壁１１４が設けられている。区画壁１１４は、ボディ１０３内を高圧側の圧力室１１６と低圧側の圧力室１１８とに区画している。圧力室１１６は入口ポート１１０に連通し、圧力室１１８は出口ポート１１２に連通している。
【００４０】
区画壁１１４の環状の内周部により主弁孔１２０が形成され、その上流側開口端部により主弁座１２２が形成されている。圧力室１１６には段付円筒状の主弁体１２４が配設されている。主弁体１２４は、主弁座１２２に着脱して主弁１０５を開閉する。主弁体１２４は、円筒状の本体の下部に半径方向外向きに突出するフランジ部１３０が設けられ、そのフランジ部１３０にて主弁座１２２に着脱する。そのフランジ部１３０の外周縁近傍からは下方に向けて複数の脚部１３２が延設されており（同図には１つのみ表示）、主弁孔１２０の内周面によって摺動可能に支持されている。
【００４１】
一方、主弁体１２４の中央部には半径方向外向きに延出するフランジ部１３４が設けられ、ボディ１０３の内周面に摺動可能に支持されている。フランジ部１３４の外周面にはシール用のＯリング１３６が嵌着されている。フランジ部１３４は、圧力室１１６を高圧室１３８と背圧室１４０とに区画する。また、フランジ部１３４から上方に向けて複数の脚部１４２が延設されており（同図には１つのみ表示）、ソレノイド１０２の内部まで延出している。
【００４２】
また、主弁体１２４には、高圧室１３８と圧力室１１８とを連通する連通路１５９が設けられ、その連通路１５９を開閉するよに差圧オリフィス２０が設けられている。既に述べたように、差圧オリフィス２０は、主弁１０５およびパイロット弁１０６が閉弁状態にあっても所定流量の冷媒の流れを許容する。なお、高圧室１３８と圧力室１１８とを主弁１０５を介してつなぐ通路が第２制御弁６における「主通路」を構成し、高圧室１３８と圧力室１１８とをパイロット弁１０６を介してつなぐ通路が第２制御弁６における「副通路」を構成する。連通路１５９は、これら主通路および副通路とは別に高圧室１３８と圧力室１１８とをつなぐ通路として形成されている。
【００４３】
主弁体１２４の内部中央には、その軸線方向に圧力室１１６と圧力室１１８とを連通させるパイロット通路１４４が形成され、そのパイロット通路１４４の上端部がやや縮径して副弁孔１４６を形成している。そして、副弁孔１４６の下流側開口端部により弁座１４８が形成され、上流側開口端部により弁座１４９が形成されている。後述のように、パイロット弁１０６を構成するパイロット弁体１５０が、制御状態に応じて弁座１４８または弁座１４９に着脱して副弁孔１４６を開閉する。
【００４４】
パイロット弁体１５０は、ステンレス材からなる長尺状の本体を有し、副弁孔１４６を貫通するように配設されている。パイロット弁体１５０は、差圧弁として機能する差圧弁体１５６と開閉弁として機能する開閉弁体１５８とが一体に設けられている。差圧弁体１５６は、パイロット弁体１５０の本体の下端部に設けられ、パイロット通路１４４に配置されている。差圧弁体１５６は、上方に向かって縮径するテーパ面にて弁座１４８に着脱する。一方、開閉弁体１５８は、背圧室１４０に配置されている。開閉弁体１５８は、差圧弁体１５６が弁座１４８から所定量リフトしたときに（つまり、パイロット弁１０６が所定開度となったときに）、図示のように弁座１４９に着座してパイロット弁１０６を閉じるものである。
【００４５】
また、連通路１５９と背圧室１４０との間には連通孔１５３が設けられ、その連通孔１５３を閉止するように弁座形成部材１６０が嵌合されている。弁座形成部材１６０は、弾性材（ゴム等）からなり、その連通路１５９側の面にはテーパ状の弁座１６１が突設されている。弁座形成部材１６０の周縁部近傍には小断面のリーク通路１６２が形成され、連通路１５９と背圧室１４０とを連通させている。
【００４６】
差圧オリフィス２０は、その前後差圧が所定値以上になると開弁する差圧弁（逆止弁）として機能するとともに、その開弁時の冷媒流量を制限するオリフィスとしても機能する。すなわち、差圧オリフィス２０は、弁体部１６４とオリフィス部１６５とが一体に形成された段付円筒状の弁体１６３を有する。そして、弁体部１６４が弁座１６１に着脱することにより連通路１５９を開閉する。オリフィス部１６５は、その長手方向中央部に外径がやや拡径されたガイド部１６６を有し、そのガイド部１６６にて主弁体１２４に支持されている。オリフィス部１６５の下半部は、主弁体１２４の下端部を貫通して下方に延びている。オリフィス部１６５を弁体１６３の軸線に沿って貫通するようにオリフィス通路１５７が設けられ、その上端が連通路１５９にて開口し、下端が圧力室１１８にて開口している。すなわち、オリフィス通路１５７は、弁体１６３の開閉方向に延びるように形成されている。
【００４７】
主弁体１２４において連通路１５９を構成する部分は、その内径が下方に向けて段階的に縮径され、その下端部がガイド部１６６を下方から係止する係止部１６７となっている。また、係止部１６７の上部にガイド孔１６８が設けられ、ガイド部１６６を摺動可能に支持している。弁体部１６４と主弁体１２４との間には、弁体１６３を閉弁方向に付勢するスプリング１６９が介装されている。
【００４８】
以上のような構成において、上流側の高圧室１３８の圧力Ｐ１（「上流側圧力Ｐ１」という）は、連通路１５９に導入された後、リーク通路１６２を経ることで背圧室１４０にて中間圧力Ｐｐとなる一方、主弁１０５または差圧オリフィス２０を経て減圧されて圧力Ｐ２（「下流側圧力Ｐ２」という）となる。中間圧力Ｐｐは、パイロット弁１０６の開閉状態によって変化する。主弁体１２４の側部には、連通路１５９を外方から囲むようにフィルタ１５５が設けられ、背圧室１４０への異物の侵入を防止している。
【００４９】
一方、ソレノイド１０２は、ボディ１０３の上端開口部を封止するように取り付けられた有底円筒状のスリーブ１７０を有する。スリーブ１７０内には、第１プランジャ１７１（「第１の可動鉄心」に該当する）および第２プランジャ１７２（「第２の可動鉄心」に該当する）が軸線方向に対向配置されるように収容されている。スリーブ１７０の外周部にはボビン１７３が設けられ、そのボビン１７３に電磁コイル１７４が巻回されている。そして、電磁コイル１７４を外部から覆うようにケース１７６が設けられている。スリーブ１７０は、ケース１７６を軸線方向に貫通している。電磁コイル１７４からは通電用のハーネス１７８が引き出されている。
【００５０】
第１プランジャ１７１は、円筒状をなし、その外周部には軸線方向に延びる複数のスリット１８０（同図にはその１つを表示）が設けられている。前述の主弁体１２４の脚部１４２は、このスリット１８０を介して上方に延出している。パイロット弁体１５０は、第１プランジャ１７１をその軸線にそって貫通し、その上端部が加締められることにより第１プランジャ１７１に固定されている。すなわち、パイロット弁体１５０は、第１プランジャ１７１と一体的に動作する。
【００５１】
第２プランジャ１７２は、円筒状をなし、その内部中央に隔壁１８２が設けられている。第２プランジャ１７２は、その下端面にて脚部１４２の上端面に当接してこれを支持する。第１プランジャ１７１と第２プランジャ１７２との間には、第１プランジャ１７１を介してパイロット弁体１５０を開弁方向（差圧弁体１５６の開弁方向であり、開閉弁体１５８の閉弁方向）に付勢するスプリング１８４（「付勢部材」に該当する）が介装されている。第２プランジャ１７２とスリーブ１７０との間には、第２プランジャ１７２を介して主弁体１２４を閉弁方向に付勢するスプリング１８６が介装されている。すなわち、主弁体１２４は、第２プランジャ１７２と一体的に動作可能となっている。
【００５２】
以上のように構成された第２制御弁６は、上流側と下流側との差圧が供給電流値に応じた差圧となるよう流体の流れを制御可能な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および図５は、第２制御弁の動作状態を表す説明図である。図４は、ソレノイド１０２がオン（通電状態）にされた差圧制御状態を表している（図２（Ｂ）に対応）。図５は、ソレノイド１０２がオフ（非通電状態）にされ、前後差圧が第２設定差圧（差圧オリフィス２０の開弁差圧）よりも低い状態を表している（図２（Ｃ）に対応）。なお、既に説明した図３は、ソレノイド１０２がオフにされ、前後差圧が第２設定差圧よりも高い状態を表している（図２（Ａ）に対応）。
【００５３】
図２（Ａ）に示したように、切替弁１１が閉弁された状態でソレノイド１０２がオフにされると、第２制御弁６は、差圧制御は行わず、膨張装置としてのみ機能する。すなわち図３に示すように、ソレノイド力が作用しないため、スプリング１８４によってパイロット弁体１５０が開閉弁体１５８の閉弁方向に付勢され、パイロット弁１０６が閉弁状態となる。このとき、図示のように差圧弁体１５６は開弁状態となるが、開閉弁体１５８により副弁孔１４６が閉じられる。一方、スプリング１８６によって第２プランジャ１７２を介して主弁体１２４が閉弁方向に付勢され、主弁１０５も閉弁状態となる。このとき、背圧室１４０には上流側からリーク通路１６２を介して冷媒が導入されるため、中間圧力Ｐｐは、上流側圧力Ｐ１に等しくなる。
【００５４】
このとき、弁体１６３の前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が第２設定差圧（開弁差圧）よりも大きくなると、弁体１６３がスプリング１６９の付勢力に抗して開弁方向に動作し、差圧オリフィス２０が開弁状態となる。その結果、上流側から入口ポート１１０を介して導入された冷媒は、オリフィス通路１５７を通過することにより減圧膨張され、出口ポート１１２を介して下流側へ導出される。このとき、弁体１６３が弁座１６１から離間するとともに、オリフィス通路１５７内に差圧が発生する。
【００５５】
すなわち、弁体１６３が弁座１６１に着座した状態においては、オリフィス通路１５７の内部にはその全長にわたって下流側圧力Ｐ２が作用していたところ、弁体１６３が弁座１６１から離間を開始すると同時にオリフィス通路１５７の上流部に上流側圧力Ｐ１が作用するようになる。オリフィス通路１５７の圧力損失もあることから、その上流端から下流端に向けて圧力勾配が形成され、オリフィス通路１５７の内部を通過する冷媒により弁体１６３に開弁方向の流体摩擦が作用するようになる。この結果、弁体１６３の開弁開始と同時にその開弁が促進され、弁体１６３が速やかに図示のような全開状態に落ち着くことができる。その結果、弁体１６３が微小開度に留まることを防止でき、オリフィスとしての機能（オリフィスに設定された特性）を良好に発揮することができる。
【００５６】
一方、図２（Ｂ）に示したように、切替弁１１が閉弁された状態でソレノイド１０２がオンにされると、第２制御弁６は、その上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が供給電流値に応じた設定差圧（第１設定差圧）となるよう動作する定差圧弁として機能するとともに、膨張装置としても機能する。すなわち図４に示すように、ソレノイド力によって第１プランジャ１７１と第２プランジャ１７２との間に吸引力が作用するため、パイロット弁体１５０が開閉弁体１５８の開弁方向に付勢され、パイロット弁１０６が開弁状態となる。このとき、図示のように差圧弁体１５６および開閉弁体１５８がともに開弁して副弁孔１４６を開放する。それにより、中間圧力Ｐｐが低下するため、主弁体１２４が上流側圧力Ｐ１と中間圧力Ｐｐとの差圧（Ｐ１−Ｐｐ）の影響を受けて開弁する。
【００５７】
このとき、上流側から入口ポート１１０を介して導入された冷媒は、開弁された主弁１０５を介して減圧膨張され、出口ポート１１２を介して下流側へ導出される。また、入口ポート１１０を介して導入された冷媒の一部は、リーク通路１６２を介して背圧室１４０に導入され、パイロット弁１０６を介して圧力室１１８に導出され、出口ポート１１２を介して下流側へ導出される。このとき、主弁１０５がスリーブ１７０に係止されるまでリフトする全開状態となっても、主弁体１２４においてパイロット通路１４４を形成する部分の下端が主弁座１２２よりも下流側に位置するようになる。このため、パイロット弁体１５０の下面には、下流側圧力Ｐ２が確実に作用する。
【００５８】
この差圧制御状態において、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧よりも小さくなると、中間圧力Ｐｐと下流側圧力Ｐ２との差圧（Ｐｐ−Ｐ２）が小さくなるため、パイロット弁体１５０が閉弁方向（差圧弁体１５６の閉弁方向）に動作する。この結果、中間圧力Ｐｐが上昇し、主弁体１２４が閉弁方向に動作して主弁１０５の開度を小さくする。その結果、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が大きくなる方向に変化する。一方、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧よりも大きくなると、中間圧力Ｐｐと下流側圧力Ｐ２との差圧（Ｐｐ−Ｐ２）が大きくなるため、パイロット弁体１５０が開弁方向（差圧弁体１５６の開弁方向）に動作する。この結果、中間圧力Ｐｐが低下し、主弁体１２４が開弁方向に動作して主弁１０５の開度を大きくする。その結果、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が小さくなる方向に変化する。すなわち、パイロット弁１０６の動作により、差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定差圧となるよう主弁１０５の開度が調整される。
【００５９】
また、図２（Ｃ）に示したように、第２制御弁６が閉弁された状態で切替弁１１が開弁されると、差圧オリフィス２０の前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が実質的にゼロに近づく。このため、図５に示すように、主弁１０５、パイロット弁１０６および差圧オリフィス２０の全てを閉弁状態とすることができる。その結果、冷媒は蒸発器７を通過せずに迂回する。それにより、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、蒸発器７の温度が極低温となって凍結するのが防止される。
【００６０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、第２制御弁と切替弁とが一体化された弁ユニットが構成される点を除き、第１実施形態と同様である。このため、第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図６は、第２実施形態に係る弁ユニットの具体的構成を表す断面図である。
【００６１】
弁ユニット２６は、図１に示した第２制御弁６と切替弁２１１（切替弁１１に対応する）とを一体化したものに相当する。弁ユニット２６は、共用のボディ２０３に対し、第２制御弁６と切替弁２１１を隣接させるように組み付けて構成される。ボディ２０３は、上流側通路に連通する入口ポート１１０、蒸発器７につながる下流側通路に連通する出口ポート１１２、およびバイパス通路９につながる出口ポート２１２を有する。ボディ２０３は、その入口ポート１１０に連通する導入通路２１０と隔壁２１４によって、第２制御弁６として機能する領域と切替弁２１１として機能する領域とに区画されている。
【００６２】
第２制御弁６は、符号にて示すように、図３に示したものとほぼ同様の構成を有する。一方、切替弁２１１は、パイロット弁体２５０の構成がパイロット弁体１５０とは異なり、また、差圧オリフィス２０が設けられていない点を除き、符号にて示すように、第２制御弁６とほぼ同様の構成を有する。
【００６３】
すなわち、切替弁２１１の弁本体２０１は、主弁２０５およびパイロット弁２０６を含む。入口ポート１１０と出口ポート２１２とをつなぐ通路（「バイパス接続通路」ともいう）には、主弁２０５を構成する主弁座２２２が設けられている。主弁２０５は、主弁体２２４が主弁座２２２に着脱することによりバイパス接続通路を開閉する。主弁体２２４には、差圧オリフィス２０は設けられていないが、側部に高圧室１３８と背圧室１４０とを連通する小断面のリーク通路１６２が設けられている。
【００６４】
パイロット弁２０６は、パイロット弁体２５０が弁座１４９に着脱することにより副通路を開閉する。パイロット弁体２５０は、パイロット弁体１５０から差圧弁体１５６を除いたような構成を有し、背圧室１４０側からのみ副弁孔１４６に接離する。制御部１００は、第２制御弁６および切替弁２１１のそれぞれを通電制御することにより各弁を開閉し、図２に示したものと同様の制御を実現する。図示のように、第２制御弁６と切替弁２１１とは多くの共通した構成部分を有する。言い換えれば、第２制御弁６および切替弁２１１の一方の構成を少し変更することで他方を構成することができ、これら異なる種類の制御弁の設計および製造が簡素化されるといったメリットがある。
【００６５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、第２制御弁およびその周辺構造を除き、第１実施形態と同様である。このため、第１実施形態と同様の構成部分についてはその説明を省略する。図７は、第３実施形態に係る差圧オリフィスの構成および動作を表す断面図である。（Ａ）は閉弁開始状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示し、（Ｃ）は全開状態を示している。
【００６６】
本実施形態の車両用冷暖房装置は、図１に示した第２制御弁６において差圧オリフィス２０を除いたものを第２制御弁とし、その第２制御弁と並列に差圧オリフィス３２０を設けるようにして構成されている。なお、本実施形態の第２制御弁は、図３に示した第２制御弁６の主弁体１２４から連通路１５９および差圧オリフィス２０を除き、その代わりに高圧室１３８と背圧室１４０とを連通させる小断面のリーク通路を設けるようにして構成される。それ以外は第２制御弁６と同様の構成を有するため、その図示および詳細な説明については省略する。
【００６７】
一方、図７に示す差圧オリフィス３２０は、第２制御弁を迂回するように設けられた冷媒通路に配置される。なお、変形例においては、その第２制御弁のボディに主通路および副通路とは別に入口ポート１１０と出口ポート１１２とをつなぐバイパス通路を設け、そのバイパス通路に差圧オリフィス３２０を設けるようにしてもよい。
【００６８】
差圧オリフィス３２０は、円筒状のボディ３２２と、そのボディ３２２内に配設された有底段付円筒状の弁体３６３とを含んで構成される。ボディ３２２の上流側端部には上流側通路に連通するポート３２４が設けられ、下流側端部には下流側通路に連通するポート３２６が設けられている。ボディ３２２の長手方向中央部には、段付円筒状のガイド部材３２８が同軸状に配設されている。ガイド部材３２８は、その上流側半部に半径方向外向きに延出するフランジ部３３０を有し、そのフランジ部３３０を介してボディ３２２に圧入されている。ガイド部材３２８の内方にはガイド孔３２９が形成されている。
【００６９】
また、ボディ３２２におけるガイド部材３２８の上流側位置には、半径方向内向きに延出した区画壁３３２が設けられている。区画壁３３２の環状の内周部により弁孔３３３が形成されている。弁孔３３３の下流側開口縁により弁座３３５が形成されている。そして、区画壁３３２の上流側に高圧室３３６、区画壁３３２とガイド部材３２８との間に中間圧力室３３８、ガイド部材３２８の下流側に低圧室３４０が、それぞれ形成されている。
【００７０】
弁体３６３は、弁体部３６４とオリフィス部３６５とが一体に形成されたものであり、そのオリフィス部３６５がガイド孔３２９を貫通するように配置され、ガイド部材３２８に摺動可能に支持されている。弁体部３６４は、中間圧力室３３８に配置され、オリフィス部３６５の上流側に連設されている。弁体部３６４の先端部には、弾性材（本実施形態ではゴム）からなる弁部材３４２が嵌着されている。弁体３６３は、この弁部材３４２が弁座３３５に着脱することにより連通路１５９を開閉する。
【００７１】
オリフィス部３６５は、その上流側端部が中間圧力室３３８にて開口し、下流側端部が低圧室３４０にて開口している。すなわち、オリフィス部３６５の内部には、中間圧力室３３８と低圧室３４０とを連通する小断面のオリフィス通路３６６が形成されている。図示のように、オリフィス通路３６６は、弁体３６３の開閉方向に延びるように形成されている。オリフィス部３６５は、弁体部３６４との接続部において外径がやや拡径されており、その拡径部がフランジ部３３０に係止されることにより、下流側への変位が規制される。弁体部３６４とフランジ部３３０との間には、弁体３６３を閉弁方向に付勢するスプリング１６９（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００７２】
このような構成により、上流側通路からポート３２４を介して導入された上流側圧力Ｐ１は、弁部を経て減圧されることで中間圧力室３３８にて中間圧力Ｐｐ３となり、さらにオリフィス通路３６６を経て減圧されることで下流側圧力Ｐ２となる。ただし、弁孔３３３の内径Ａとガイド孔３２９の内径Ｂとが等しくされているため、弁体３６３に作用する中間圧力Ｐｐ３の影響はキャンセルされる。すなわち、差圧オリフィス３２０は、その前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定値（第２設定差圧）を超えると開弁する差圧弁として機能するとともに、冷媒の逆流を防止する逆止弁として機能する。この設定値は、スプリング１６９の荷重により設定されている。
【００７３】
すなわち、差圧オリフィス３２０は、前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定値よりも小さい状態においては、図７（Ａ）に示すように閉弁状態となる。このとき、連通路１５９における冷媒の流れが遮断される。前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定値よりも大きくなると、差圧オリフィス３２０が図７（Ｂ）および（Ｃ）に示すように開弁し、連通路１５９における冷媒の流れが許容される。
【００７４】
以上のような構成において、図７（Ａ）に示すように、弁体３６３が弁座３３５に着座した状態においては、中間圧力室３３８にも下流側圧力Ｐ２（中間圧力Ｐｐ３＝下流側圧力Ｐ２）が満たされ、オリフィス通路３６６の内部にはその全長にわたって下流側圧力Ｐ２が作用する。そして、図７（Ｂ）に示すように、弁体３６３が弁座３３５から離間を開始すると同時に中間圧力Ｐｐ３が上流側圧力Ｐ１に近づき、オリフィス通路３６６の上流部に上流側圧力Ｐ１が作用するようになる。オリフィス通路３６６の圧力損失もあることから、その上流端から下流端に向けて圧力勾配が形成され、オリフィス通路３６６の内部を通過する冷媒により弁体３６３に開弁方向の流体摩擦が作用するようになる。この結果、弁体３６３の開弁開始と同時にその開弁が促進され、弁体３６３が速やかに図７（Ｃ）に示すような全開状態に落ち着くことができる。つまり、弁体３６３が図７（Ｂ）に示すような微小開度に留まることを防止でき、オリフィスとしての機能（オリフィスに設定された特性）を良好に発揮することができる。
【００７５】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、差圧オリフィスの構造を除き、第３実施形態と同様である。このため、既に説明した第３実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図８は、第４実施形態に係る差圧オリフィスの構成および動作を表す断面図である。（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は開弁状態を示し、（Ｃ）は全開状態を示している。
【００７６】
本実施形態の差圧オリフィス４２０は、ガイド部材４２８に形成されたガイド孔３２９の内径Ｂが、弁孔３３３の内径Ａよりも大きく設定されることにより、中間圧力Ｐｐ３が弁体４６３の開弁方向に作用するように構成されている。このため、前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）が設定値よりも大きくなると、弁体４６３がより速やかに全開状態になる。すなわち、第３実施形態よりも速やかに全開状態となり、弁体４６３が中間圧力室３３８の中間部に留まって不安定な動作となることを防止することができる。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【符号の説明】
【００７９】
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、 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 バイパス通路、 １１ 切替弁、 ２０ 差圧オリフィス、 ２６ 弁ユニット、 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、 １１０ 入口ポート、 １１２ 出口ポート、 １２０ 主弁孔、 １２２ 主弁座、 １２４ 主弁体、 １３８ 高圧室、 １４０ 背圧室、 １４４ パイロット通路、 １４６ 副弁孔、 １４８，１４９ 弁座、 １５０ パイロット弁体、 １５６ 差圧弁体、 １５７ オリフィス通路、 １５８ 開閉弁体、 １５９ 連通路、 １６１ 弁座、 １６２ リーク通路、 １６３ 弁体、 １６４ 弁体部、 １６５ オリフィス部、 １６８ ガイド孔、 １６９ スプリング、 ２０１ 弁本体、 ２０３ ボディ、 ２０５ 主弁、 ２０６ パイロット弁、 ２１０ 導入通路、 ２１１ 切替弁、 ２１２ 出口ポート、 ２２２ 主弁座、 ２２４ 主弁体、 ２５０ パイロット弁体、 ３２０ 差圧オリフィス、 ３２９ ガイド孔、 ３３３ 弁孔、 ３３５ 弁座、 ３３６ 高圧室、 ３３８ 中間圧力室、 ３４０ 低圧室、 ３６３ 弁体、 ３６４ 弁体部、 ３６５ オリフィス部、 ３６６ オリフィス通路、 ４０２ ソレノイド、 ４２０ 差圧オリフィス、 ４６３ 弁体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側と下流側との差圧が設定値より大きくなったときに開弁する差圧弁において、
上流側から流体を導入する導入ポートと、下流側へ流体を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ連通路と、前記連通路を開放または遮断するために開閉される弁部とを含むボディと、
前記ボディに支持されつつ前記弁部の開閉方向に動作する弁体と、
前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
前記弁体を貫通するように形成され、前記弁部の開閉方向に延びるオリフィスと、
を備えることを特徴とする差圧弁。
【請求項２】
前記連通路における上流側に弁座が設けられる一方、下流側にガイド孔が設けられ、
前記弁体は、前記オリフィスが貫通形成されたオリフィス部と、前記弁座に着脱して前記弁部を開閉する弁体部とを一体に有し、前記オリフィス部が前記ガイド孔に摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の差圧弁。
【請求項３】
前記連通路における上流側に弁孔が設けられ、前記ボディにおける前記弁孔の開口縁部により前記弁座が形成され、
前記ボディにおける前記弁孔と前記ガイド孔との間に、前記弁孔を通過した流体が導入される中間圧力室が形成され、
前記オリフィスの一端が前記中間圧力室に開口するように前記弁体が配置され、前記中間圧力室に導入された流体が前記オリフィスを介して前記中間圧力室の下流側に導出されるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の差圧弁。
【請求項４】
前記弁孔の内径と前記ガイド孔の内径とが等しく設定されることにより、前記弁体に作用する前記中間圧力室の圧力の影響がキャンセルされるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の差圧弁。
【請求項５】
前記ガイド孔の内径が前記弁孔の内径よりも大きく設定されることにより、前記中間圧力室の圧力が前記弁体の開弁方向に作用するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の差圧弁。
【請求項６】
上流側から下流側への冷媒の流れを制御可能なパイロット作動式の制御弁において、
上流側通路と下流側通路とを直接つなぐ主通路を、両通路を接続する主弁孔に接離して開閉する主弁体を有し、その主弁体が、前記上流側通路と前記下流側通路と背圧室とを区画するように設けられる主弁と、
前記上流側通路と前記下流側通路とを前記背圧室を介してつなぐ副通路の開度を、副弁孔に接離して調整可能な電磁駆動のパイロット弁体を有し、そのパイロット弁体が、前記主弁の開弁時には前記主弁の上流側と下流側との差圧を供給電流値に応じた設定差圧近づけるよう動作するパイロット弁と、
前記主通路および前記副通路とは別に前記上流側通路と前記下流側通路とを接続する連通路を開閉可能な差圧弁と、
を備え、
前記差圧弁は、
上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ前記連通路と、前記連通路を開放または遮断するために開閉される弁部とを含むボディと、
前記ボディに支持されつつ前記弁部の開閉方向に動作する弁体と、
前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
前記弁体を貫通するように形成され、前記弁部の開閉方向に延びるオリフィスと、
を含むことを特徴とする制御弁。
【請求項７】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
車室外に配置され、冷房運転時に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と、
車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、
前記室内蒸発器が機能するとともに前記室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに前記室外熱交換器の下流側となる位置に設けられ、上流側から下流側への冷媒の流れを制御する電動の制御弁と、
前記制御弁への供給電流を制御して前記制御弁の前後差圧を調整する制御部と、
を備える車両用冷暖房装置であって、
前記制御弁は、
上流側通路と下流側通路とを直接つなぐ主通路を、両通路を接続する主弁孔に接離して開閉する主弁体を有し、その主弁体が、前記上流側通路と前記下流側通路と背圧室とを区画するように設けられる主弁と、
前記上流側通路と前記下流側通路とを前記背圧室を介してつなぐ副通路の開度を、副弁孔に接離して調整可能な電磁駆動のパイロット弁体を有し、そのパイロット弁体が、前記主弁の開弁時には前記主弁の上流側と下流側との差圧を供給電流値に応じた設定差圧近づけるよう動作するパイロット弁と、
前記主通路および前記副通路とは別に前記上流側通路と前記下流側通路とを接続する連通路を開閉可能な差圧弁と、
を備え、
前記差圧弁は、
上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ前記連通路と、前記連通路を開放または遮断するために開閉される弁部とを含むボディと、
前記ボディに支持されつつ前記弁部の開閉方向に動作する弁体と、
前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
前記弁体を貫通するように形成され、前記弁部の開閉方向に延びるオリフィスと、
を含むことを特徴とする車両用冷暖房装置。
【請求項１】
上流側と下流側との差圧が設定値より大きくなったときに開弁する差圧弁において、
上流側から流体を導入する導入ポートと、下流側へ流体を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ連通路と、前記連通路を開放または遮断するために開閉される弁部とを含むボディと、
前記ボディに支持されつつ前記弁部の開閉方向に動作する弁体と、
前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
前記弁体を貫通するように形成され、前記弁部の開閉方向に延びるオリフィスと、
を備えることを特徴とする差圧弁。
【請求項２】
前記連通路における上流側に弁座が設けられる一方、下流側にガイド孔が設けられ、
前記弁体は、前記オリフィスが貫通形成されたオリフィス部と、前記弁座に着脱して前記弁部を開閉する弁体部とを一体に有し、前記オリフィス部が前記ガイド孔に摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の差圧弁。
【請求項３】
前記連通路における上流側に弁孔が設けられ、前記ボディにおける前記弁孔の開口縁部により前記弁座が形成され、
前記ボディにおける前記弁孔と前記ガイド孔との間に、前記弁孔を通過した流体が導入される中間圧力室が形成され、
前記オリフィスの一端が前記中間圧力室に開口するように前記弁体が配置され、前記中間圧力室に導入された流体が前記オリフィスを介して前記中間圧力室の下流側に導出されるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の差圧弁。
【請求項４】
前記弁孔の内径と前記ガイド孔の内径とが等しく設定されることにより、前記弁体に作用する前記中間圧力室の圧力の影響がキャンセルされるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の差圧弁。
【請求項５】
前記ガイド孔の内径が前記弁孔の内径よりも大きく設定されることにより、前記中間圧力室の圧力が前記弁体の開弁方向に作用するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の差圧弁。
【請求項６】
上流側から下流側への冷媒の流れを制御可能なパイロット作動式の制御弁において、
上流側通路と下流側通路とを直接つなぐ主通路を、両通路を接続する主弁孔に接離して開閉する主弁体を有し、その主弁体が、前記上流側通路と前記下流側通路と背圧室とを区画するように設けられる主弁と、
前記上流側通路と前記下流側通路とを前記背圧室を介してつなぐ副通路の開度を、副弁孔に接離して調整可能な電磁駆動のパイロット弁体を有し、そのパイロット弁体が、前記主弁の開弁時には前記主弁の上流側と下流側との差圧を供給電流値に応じた設定差圧近づけるよう動作するパイロット弁と、
前記主通路および前記副通路とは別に前記上流側通路と前記下流側通路とを接続する連通路を開閉可能な差圧弁と、
を備え、
前記差圧弁は、
上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ前記連通路と、前記連通路を開放または遮断するために開閉される弁部とを含むボディと、
前記ボディに支持されつつ前記弁部の開閉方向に動作する弁体と、
前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
前記弁体を貫通するように形成され、前記弁部の開閉方向に延びるオリフィスと、
を含むことを特徴とする制御弁。
【請求項７】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
車室外に配置され、冷房運転時に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と、
車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器と、
前記室内蒸発器が機能するとともに前記室外熱交換器が室外蒸発器として機能するときに前記室外熱交換器の下流側となる位置に設けられ、上流側から下流側への冷媒の流れを制御する電動の制御弁と、
前記制御弁への供給電流を制御して前記制御弁の前後差圧を調整する制御部と、
を備える車両用冷暖房装置であって、
前記制御弁は、
上流側通路と下流側通路とを直接つなぐ主通路を、両通路を接続する主弁孔に接離して開閉する主弁体を有し、その主弁体が、前記上流側通路と前記下流側通路と背圧室とを区画するように設けられる主弁と、
前記上流側通路と前記下流側通路とを前記背圧室を介してつなぐ副通路の開度を、副弁孔に接離して調整可能な電磁駆動のパイロット弁体を有し、そのパイロット弁体が、前記主弁の開弁時には前記主弁の上流側と下流側との差圧を供給電流値に応じた設定差圧近づけるよう動作するパイロット弁と、
前記主通路および前記副通路とは別に前記上流側通路と前記下流側通路とを接続する連通路を開閉可能な差圧弁と、
を備え、
前記差圧弁は、
上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ前記連通路と、前記連通路を開放または遮断するために開閉される弁部とを含むボディと、
前記ボディに支持されつつ前記弁部の開閉方向に動作する弁体と、
前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
前記弁体を貫通するように形成され、前記弁部の開閉方向に延びるオリフィスと、
を含むことを特徴とする車両用冷暖房装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２２６６２２（Ｐ２０１１−２２６６２２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９９３４９（Ｐ２０１０−９９３４９）
【出願日】平成２２年４月２３日（２０１０．４．２３）
【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２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２３日（２０１０．４．２３）
【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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