車両用冷暖房装置に用いられる制御弁
【課題】複数の蒸発器が機能する運転状態を有する車両用冷暖房装置において、その除湿性能を安定に確保する。
【解決手段】車両用冷暖房装置は、第１の蒸発器および第２の蒸発器を含む冷媒循環通路を備え、第１の蒸発器の下流側に設けられた制御弁５０の上流側圧力と下流側圧力との差圧を調整することにより、第１の蒸発器の蒸発圧力を第２の蒸発器の蒸発圧力よりも高くする運転状態を実行可能な車両用冷暖房装置であって、制御弁５０として、その上流側圧力と下流側圧力との差圧により開弁方向の力が作用する弁体１１８と、通電量に応じて弁体に作用する閉弁方向の力を変化させる駆動部とを有する電気駆動弁が設けられる。
【解決手段】車両用冷暖房装置は、第１の蒸発器および第２の蒸発器を含む冷媒循環通路を備え、第１の蒸発器の下流側に設けられた制御弁５０の上流側圧力と下流側圧力との差圧を調整することにより、第１の蒸発器の蒸発圧力を第２の蒸発器の蒸発圧力よりも高くする運転状態を実行可能な車両用冷暖房装置であって、制御弁５０として、その上流側圧力と下流側圧力との差圧により開弁方向の力が作用する弁体１１８と、通電量に応じて弁体に作用する閉弁方向の力を変化させる駆動部とを有する電気駆動弁が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用冷暖房装置および制御弁に関し、特に車両用冷暖房装置の蒸発器の下流側に設けられるの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。
【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、このように冷凍サイクルの運転状態によって複数の蒸発器が機能する場合、一方の蒸発器による熱吸収と他方の蒸発器による除湿とを適正に行うことで、その除湿性能を確保する必要がある。この点につき、一方の蒸発器の蒸発圧力を他方の蒸発器の蒸発圧力よりも高くすることで、その蒸発圧力の差圧により各蒸発器における冷媒の蒸発量の比率を調整することが考えられるが、安定した制御状態を保つためには、その蒸発圧力の差圧を安定に維持する必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、複数の蒸発器が機能する運転状態を有する車両用冷暖房装置において、その除湿性能を安定に確保することにある。
【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車両用冷暖房装置は、第１の蒸発器および第２の蒸発器を含む冷媒循環通路を備え、第１の蒸発器の下流側に設けられた制御弁の上流側圧力と下流側圧力との差圧を調整することにより、第１の蒸発器の蒸発圧力を第２の蒸発器の蒸発圧力よりも高くする運転状態を実行可能な車両用冷暖房装置であって、制御弁として、その上流側圧力と下流側圧力との差圧により開弁方向の力が作用する弁体と、通電により前記弁体に閉弁方向の力を作用させる駆動部とを有する電気駆動弁が設けられる。
【０００８】
この態様によると、第１の蒸発器の下流側に設けられた制御弁へ通電することにより、その上流側圧力と下流側圧力との差圧を調整することができ、それにより第１の蒸発器の蒸発圧力と第２の蒸発器の蒸発圧力との差圧を調整することができる。その結果、その制御弁への通電により各蒸発器における冷媒の蒸発量の比率を調整でき、車両用冷暖房装置における除湿性能を良好に保つことができる。また、制御弁への通電をオフにするとたとえその前後差圧が小さくても速やかに全開状態となるため、制御弁における圧力損失を抑制することができ、安定した冷媒循環を維持することができる。
【０００９】
本発明の別の態様は、制御弁である。この制御弁は、第１の蒸発器および第２の蒸発器を含む車両用冷暖房装置における第１の蒸発器の下流側に設けられ、その上流側圧力と下流側圧力との差圧を調整することにより、第１の蒸発器の蒸発圧力を第２の蒸発器の蒸発圧力よりも高くする制御弁であって、上流側圧力と下流側圧力との差圧により開弁方向の力が作用する弁体と、通電により前記弁体に閉弁方向の力を作用させる駆動部と、を備える。
【００１０】
この態様の制御弁を車両用冷暖房装置に適用すれば、その制御弁へ通電することにより、その上流側圧力と下流側圧力との差圧を調整することができ、それにより第１の蒸発器の蒸発圧力と第２の蒸発器の蒸発圧力との差圧を調整することができる。その結果、その制御弁への通電により各蒸発器における冷媒の蒸発量の比率を調整でき、車両用冷暖房装置における除湿性能を良好に保つことができる。また、制御弁への通電をオフにするとたとえその前後差圧が小さくても速やかに全開状態となるため、制御弁における圧力損失を抑制することができ、安定した冷媒循環を維持することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数の蒸発器が機能する運転状態を有する車両用冷暖房装置において、その除湿性能を安定に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成および動作を表す図である。
【図２】第１実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【図３】第１実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【図４】第２実施形態に係る制御弁の具体的構成を表す断面図である。
【図５】第３実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【図６】第３実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【図７】第４実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【図８】第４実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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および動作を表す図である。同図下段にシステム構成が示され、同図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。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。
【００１４】
車両用冷暖房装置１は、圧縮機２、室内凝縮器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１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。
【００１５】
車両用冷暖房装置１は、また、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。そして、この冷凍サイクルは、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として並列に動作可能に構成され、また、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として並列に動作可能に構成されている。
【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が室内凝縮器３の入口につながり、他方である第２通路２２が室外熱交換器５の一方の出入口につながっている。室内凝縮器３の出口につながる第３通路２３は、その下流側で分岐し、その一方である第１分岐通路２６が第４通路２４を介して蒸発器７につながり、他方である第２分岐通路２７が第５通路２５を介して室外熱交換器５の他方の出入口につながっている。
【００１７】
第４通路２４と第５通路２５とは、接続通路２８により接続されている。また、第２通路２２の中間部においてバイパス通路２９が分岐し、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。さらに、蒸発器７の出口につながる戻り通路３０が、バイパス通路２９と第２制御弁３２（後述する）の下流側にて接続され、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。
【００１８】
圧縮機２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示しないバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。
【００１９】
室内凝縮器３は、車室内に設けられ、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室内凝縮器３を通過する際に放熱する。車室内に導入された空気は、室内凝縮器３を通過する過程で温められる。
【００２０】
室外熱交換器５は、車室外に配置され、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外熱交換器５が室内蒸発器として機能する際には、膨張装置（後述する第２比例弁４２）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。
【００２１】
蒸発器７は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。すなわち、膨張装置（後述する第１比例弁４１）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、室内凝縮器３の通過過程で加熱される。
【００２２】
アキュムレータ８は、蒸発器から送出された冷媒を気液分離して溜めておく装置であり、液相部と気相部とを有する。このため、仮に蒸発器７から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、その液冷媒を液相部に溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機２に導出することができる。
【００２３】
室内凝縮器３と室外熱交換器５との間には、第１制御弁３１および第２制御弁３２が設けられている。第１制御弁３１は、第２通路２２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ことにより第２通路２２の開度を調整する。本実施形態では、第１制御弁３１として、通電有無によって開閉する開閉弁（オン／オフ弁）が用いられる。一方、第２制御弁３２は、バイパス通路２９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、電流供給によって弁部の開度を調整することによりバイパス通路２９の開度を調整する。なお、本実施形態では、第２制御弁３２として通電有無によって開閉する開閉弁（オン／オフ弁）が用いられ、その開弁頻度により一定時間あたりの開弁時間を調整することにより開度を調整する。変形例においては、弁部の開口面積そのものを調整可能な比例弁や差圧弁として構成してもよい。
【００２４】
室内凝縮器３の出口と蒸発器７の入口との間には第１比例弁４１が設けられ、室内凝縮器３の出口と室外熱交換器５の出入口との間には第２比例弁４２が設けられている。第１比例弁４１は、第１分岐通路２６を開閉する弁部と、その弁部を駆動するアクチュエータを備える。第２比例弁４２は、第２分岐通路２７を開閉する第１弁と、接続通路２８を開閉する第２弁と、これら第１弁および第２弁を駆動する共通のアクチュエータを備える。
【００２５】
さらに、蒸発器７の出口とアキュムレータ８の入口との間には、第３制御弁３３が設けられている。第３制御弁３３は、戻り通路３０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、電流供給によって弁部の開度を調整することにより戻り通路３０の開度を調整する。なお、本実施形態では、第３制御弁３３として通電有無によって開閉する開閉弁（オン／オフ弁）が用いられ、その開弁頻度により一定時間あたりの開弁時間を調整することにより開度を調整する。変形例においては、弁部の開口面積そのものを調整可能な比例弁や差圧弁として構成してもよい。
【００２６】
以上のように構成された車両用冷暖房装置１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ソレノイドに電流を供給する。制御部は、第２制御弁３２および第３制御弁３３への電流供給に際してそのオン・オフのデューティ比を設定し、そのデューティ比にそって各制御弁への通電を制御する。なお、変形例においては各制御弁のアクチュエータとしてステッピングモータ等の電動機を設けてもよく、その場合には、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。
【００２７】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの主要動作について説明する。図１には、車両用冷暖房装置の特定暖房運転時の状態が例示されている。ここでいう「特定暖房運転」は、暖房運転において特に除湿の機能を高めた運転状態である。同図上段のモリエル線図は、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。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。
【００２８】
図示のように、特定暖房運転時においては、第１制御弁３１が閉弁され、第２制御弁３２および第３制御弁３３が開弁される。一方、第１比例弁４１が開弁される。また、第２比例弁４２の第１弁が開弁され、第２弁が閉弁される。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、一方で室内凝縮器３、第１比例弁４１、蒸発器７、第３制御弁３３、アキュムレータ８を経由するように冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻り、他方で室内凝縮器３、第２比例弁４２の第１弁、室外熱交換器５、第２制御弁３２、アキュムレータ８を経由するように冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
【００２９】
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を経て凝縮される（ｂ点→ｃ点）。そして、第１比例弁４１にて断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒となり（ｃ点→ｆ点）、蒸発器７にて蒸発する（ｆ点→ｇ点）。一方、第２比例弁４２の第１弁にて断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒は、室外熱交換器５にて蒸発する（ｄ点→ｅ点）。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が、第１比例弁４１と第２比例弁４２の第１弁の各開度の設定により制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保でき、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００３０】
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。そのために、例えば第３制御弁３３を全開状態とし、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏと蒸発器７の蒸発圧力Ｐｅとの差圧ΔＰ＝Ｐｏ−Ｐｅが適正となるよう第２制御弁３２を開閉制御する。このとき、蒸発圧力Ｐｅは、圧縮機２の吸入圧力Ｐｓに実質的に等しくなる。
【００３１】
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、その差圧ΔＰが適正となるように制御することで、特定暖房運転時における除湿機能を確保する。なお、本実施形態では、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏを室外熱交換器５の入口側の温度Ｔｏを検出することで特定する。また、蒸発器７の出口の圧力Ｐｅを蒸発器７の入口側の温度Ｔｅを検出することで特定する。
【００３２】
なお、運転状態によっては室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏよりも蒸発器７の蒸発圧力Ｐｅを高く設定する場合もある。その場合には、第２制御弁３２を全開状態とし、蒸発器７の蒸発圧力Ｐｅと室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏとの差圧ΔＰ＝Ｐｅ−Ｐｏが適正となるよう第３制御弁３３を開閉制御する。このとき、蒸発圧力Ｐｏは、圧縮機２の吸入圧力Ｐｓに実質的に等しくなる。
【００３３】
本実施形態では第２制御弁３２および第３制御弁３３をソレノイドの非通電時に開弁状態となる常開型の電磁弁として構成している。このため、以上のような制御を実行する場合、第２制御弁３２および第３制御弁３３は、ソレノイドの非通電時には全開状態となって流動抵抗を生じさせない構成とするのが望ましい。本実施形態では、第２制御弁３２および第３制御弁３３を、そのような全開状態を確保可能な構造を有する電磁弁として構成している。
【００３４】
次に、本実施形態の主要部である第２制御弁３２および第３制御弁３３の具体的構成について説明する。図２および図３は、第１実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。なお、本実施形態では第２制御弁３２と第３制御弁３３とが同様の構成を有するため、これらを制御弁５０として説明する。
【００３５】
図２に示すように、制御弁５０は、内部に弁機構を収容した弁本体１０２と、その弁機構を駆動するソレノイド１０４とを組み付けて構成される。弁本体１０２におけるボディ１０５の下端中央には上流側通路につながる導入ポート１１０が設けられ、側部には下流側通路につながる導出ポート１１２が設けられている。導入ポート１１０と導出ポート１１２とをつなぐ内部通路には、弁孔１１４が設けられ、その下流側開口端部に弁座１１６が形成されている。
【００３６】
弁孔１１４の下流側の圧力室には、有底円筒状の弁体１１８が配設されている。弁体１１８の下面から下方に複数の脚部が延設されている。その脚部が弁孔１１４に摺動可能に内挿されることで、弁体１１８の軸線方向への安定した開閉動作が担保されている。弁体１１８とボディ１０５との間には、弁体１１８を開弁方向に付勢するスプリング１２０が介装されている。
【００３７】
一方、ソレノイド１０４は、ボディ１０５の上端開口部を封止するように取り付けられている。ソレノイド１０４は、ボディ１０５を封止するように連結されたコア１３０と、コア１３０の上半部を固定するように収容する有底円筒状のスリーブ１３２と、スリーブ１３２内でコア１３０に軸線方向に対向配置されたプランジャ１３４と、スリーブ１３２に外挿嵌合されたボビン１３６と、ボビン１３６に巻回された電磁コイル１３８と、電磁コイル１３８を外部から覆うようにコア１３０に組み付けられたケース１４０とを含む。
【００３８】
プランジャ１３４の下半部には、長尺円筒状の作動ロッド１４２の上端部が圧入されている。作動ロッド１４２は、プランジャ１３４から下方に延出してコア１３０を貫通し、その先端が弁体１１８の底部に当接している。作動ロッド１４２は、プランジャ１３４および弁体１１８と一体に動作する。プランジャ１３４は、円筒状をなし、その軸線方向に沿って連通路１４４が形成されている。連通路１４４は、スリーブ１３２内の底部側に形成される背圧室１４６と連通する。
【００３９】
また、コア１３０の下面中央には、円ボス状のガイド部１４８が下方に延設されており、弁体１１８がガイド部１４８に摺動可能に外挿されている。すなわち、弁体１１８は、その上半部がガイド部１４８にガイドされ、下半部が弁孔１１４にガイドされつつ安定に支持されている。このような構成により、弁体１１８とコア１３０との間に背圧室１５０が区画形成される。弁体１１８の底部には、背圧室１５０と上流側の圧力室とを連通させる連通孔１１９が形成されている。このため、図３に示すような制御弁５０の制御時には背圧室１５０に上流側圧力Ｐinが満たされるようになる。
【００４０】
以上のように構成された制御弁５０は、図２に示すようにソレノイド１０４がオフにされた状態（非通電状態）では、コア１３０とプランジャ１３４との間に吸引力が作用しないため、スプリング１２０によって開弁方向に付勢されて全開状態となる。一方、図３に示すようにソレノイド１０４がオンにされた状態（通電状態）では、コア１３０とプランジャ１３４との間に吸引力が作用するため、そのソレノイド力が作動ロッド１４２を介して弁体１１８に伝達される。その結果、弁体１１８が閉弁方向に動作する。
【００４１】
本実施形態では、背圧室１５０に上流側圧力Ｐinを導入することにより、弁体１１８において上流側圧力Ｐinと下流側圧力Ｐoutとの差圧（Ｐin−Ｐout）が開弁方向に作用する面積（Ａ−Ｂ）を、弁孔１１４の断面積Ａよりも小さくしている。それにより、比較的小さなソレノイド力で弁体１１８を閉弁方向に駆動することが可能となっている。一方、その差圧（Ｐin−Ｐout）が開弁方向に作用するため、ソレノイド１０４がオンの状態からオフにされると、弁体１１８が速やかに開弁方向に動作するようになる。なお、変形例においては、ガイド部１４８および連通孔１１９をなくすことにより、背圧室１５０が形成されない構成としてもよい。
本実施形態においては、制御弁５０のソレノイド１０４の通電状態（オン）と非通電状態（オフ）との時間の比率、つまりオン・オフのデューティ比を調整することにより、その前後差圧の平均値である平均差圧を適切な値に制御することができる。
【００４２】
［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３２および第３制御弁３３の構成が第１実施形態と異なるが、その他の部分については共通する。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４は、第２実施形態に係る制御弁の具体的構成を表す断面図である。なお、本実施形態においても第２制御弁３２と第３制御弁３３とが同様の構成を有するため、これらを制御弁２５０として説明する。
【００４３】
制御弁２５０においては、ボディ１０５の側部に上流側通路につながる導入ポート１１０が設けられ、下端中央に下流側通路につながる導出ポート１１２が設けられている。そして、弁体２１８が弁孔１１４の上流側の圧力室に配設されている。弁体２１８は、その内径Ｂが弁孔１１４の内径Ａよりも大きくなるよう、第１実施形態の弁体１１８よりも大きく構成されている。それに伴い、コア１３０から下方に延出するガイド部１４８の外径も大きく形成されている。弁体２１８の底部には、背圧室１５０と下流側の圧力室とを連通させる連通孔２２０が形成されている。このため、制御弁２５０の制御時には背圧室１５０に下流側圧力Ｐoutが満たされるようになる。
【００４４】
以上のように構成された制御弁２５０は、ソレノイド１０４がオフにされた状態（非通電状態）では、スプリング１２０によって開弁方向に付勢されて全開状態となる。一方、ソレノイド１０４がオンにされた状態（通電状態）では、ソレノイド力が作動ロッド１４２を介して弁体２１８に伝達され、弁体２１８が閉弁方向に動作する。
【００４５】
本実施形態では上述のように、背圧室１５０に下流側圧力Ｐoutを導入することにより、弁体２１８において上流側圧力Ｐinと下流側圧力Ｐoutとの差圧（Ｐin−Ｐout）が開弁方向に作用する面積（Ｂ−Ａ）を、弁孔１１４の断面積Ａよりも小さくしている。それにより、比較的小さなソレノイド力で弁体２１８を閉弁方向に駆動することが可能となっている。一方、その差圧（Ｐin−Ｐout）が開弁方向に作用するため、ソレノイド１０４がオンの状態からオフにされると、弁体２１８が速やかに開弁方向に動作するようになる。 本実施形態においても、制御弁２５０のソレノイド１０４のオン・オフのデューティ比を調整することにより、その前後差圧の平均値である平均差圧を適切な値に制御することができる。
【００４６】
［第３実施形態］
本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、第２制御弁３２および第３制御弁３３の構成が第１実施形態と異なるが、その他の部分については共通する。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５および図６は、第３実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。なお、本実施形態においても第２制御弁３２と第３制御弁３３とが同様の構成を有するため、これらを制御弁３５０として説明する。
【００４７】
制御弁３５０においては、弁体１１８の内方に段付円柱状の伝達ロッド３４０（「伝達部材」に該当する）が設けられている。伝達ロッド３４０は、その下端部が弁体１１８の中央を貫通し、弁体１１８に対して軸線方向に相対変位可能となっている。一方、伝達ロッド３４０の下端部には係止リング３４２が嵌着されており、伝達ロッド３４０の軸線方向の相対変位が規制されている。伝達ロッド３４０の上端部中央には凹部が形成され、作動ロッド１４２の下端部が挿通されるようにして連結されている。
【００４８】
伝達ロッド３４０の上端部には、半径方向外向きに延出するフランジ部が設けられ、そのフランジ部と弁体１１８の底部との間に弁体１１８を閉弁方向に付勢するスプリング３４４が介装されている。ソレノイド１０４がオンにされることで伝達ロッド３４０が下死点に変位することでスプリング３４４による設定荷重が負荷される。そして、スプリング３４４とスプリング１２０の荷重のバランスにより差圧弁としての設定差圧が決まる。すなわち、制御弁３５０は、上流側圧力Ｐinと下流側圧力Ｐoutとの差圧（Ｐin−Ｐout）がスプリング３４４とスプリング１２０とにより設定された設定差圧となるよう弁体１１８が動作する差圧弁として機能する。
【００４９】
すなわち、制御弁３５０は、図５に示すようにソレノイド１０４がオフにされた状態（非通電状態）では、スプリング１２０によって開弁方向に付勢されて全開状態となる。一方、図６に示すようにソレノイド１０４がオンにされた状態（通電状態）では、ソレノイド力が作動ロッド１４２を介して伝達ロッド３４０に伝達され、伝達ロッド３４０が下死点に変位する。それにより、上流側圧力Ｐinと下流側圧力Ｐoutとの差圧（Ｐin−Ｐout）が設定差圧となるよう弁体１１８が動作するようになる。すなわち、伝達ロッド３４０と弁体１１８とが相対変位可能な構成であることから、弁体１１８は、スプリング１２０による開弁方向の力、スプリング３４４による閉弁方向の力、および差圧（Ｐin−Ｐout）による開弁方向の力がバランスする位置に保持される。一方、ソレノイド１０４がオンの状態からオフにされると、ソレノイド１０４による閉弁方向の力が作用しなくなるため、スプリング１２０の付勢力により弁体１１８が速やかに開弁方向に動作する。
なお、本実施形態においては、制御弁３５０のソレノイド１０４の通電状態（オン）と非通電状態（オフ）との時間の比率、つまりオン・オフのデューティ比を調整することにより、設定差圧を変化させることができる。
【００５０】
［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。第２制御弁３２および第３制御弁３３の構成が第１実施形態と異なるが、その他の部分については共通する。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７および図８は、第４実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。なお、本実施形態においても第２制御弁３２と第３制御弁３３とが同様の構成を有するため、これらを制御弁４５０として説明する。
【００５１】
制御弁４５０は、アクチュエータとしてのモータユニット４２０により駆動される。ボディ１０５の上端開口部はモータユニット４２０のボディ４３０により封止されている。モータユニット４２０は、ロータ４３２とステータ４３４とを含むステッピングモータとして構成されている。ロータ４３２の下端部には弁作動体４３６が嵌合している。弁作動体４３６の外周面には雄ねじ部が形成され、ボディ４３０の下端部内面に形成された雌ねじ部と螺合する。このような構成により、弁作動体４３６は、モータユニット４２０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。
【００５２】
ボディ４３０の下端面からはガイド部１４８が下方に延設されている。弁体４１８は、その上半部がガイド部１４８に内挿されるようにして摺動可能に支持されている。弁体４１８とボディ４３０との間には背圧室１５０が形成されている。背圧室１５０には、弁作動体４３６の下端面に当接するようにばね受け４４０が配設されている。ばね受け４４０と弁体４１８との間には、弁体４１８を閉弁方向に付勢するスプリング４４２が介装されている。弁体４１８の底部中央には、背圧室１５０と上流側の圧力室とを連通させる連通孔４４６が設けられている。
【００５３】
このような構成により、弁作動体４３６は回転により軸線方向に変位し、ばね受け４４０およびスプリング４４２を介して弁体４１８を開閉方向に駆動する。制御部は、設定開度に応じた駆動ステップ数を演算し、ステータ４３４の励磁コイルに駆動電流（駆動パルス）を供給する。それによりロータ４３２が回転し、図８に示すように弁作動体４３６が回転駆動されて制御弁４５０の開度が設定開度に調整される。図７に示すように弁作動体４３６を上死点に変位させることで、弁体１１８を確実に全開状態とすることができる。
【００５４】
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。
【００５５】
上記実施形態では、図１の下段に示したように、蒸発器７の下流側と、室外熱交換器５（室外蒸発器として作用するとき）の下流側との双方に制御弁５０（第２制御弁３２，第３制御弁３３）を設ける例を示したが、いずれかの蒸発器の下流側にのみ設けるようにしてもよい。例えば、蒸発器７の下流側に制御弁５０を設け、室外熱交換器５（室外蒸発器として作用するとき）の下流側には制御弁５０を設けない構成としてもよい。
【００５６】
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】
【００５７】
１ 車両用冷暖房装置、 ２ 圧縮機、 ３ 室内凝縮器、 ５ 室外熱交換器、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 ３１ 第１制御弁、 ３２ 第２制御弁、 ３３ 第３制御弁、 ４１ 第１比例弁、 ４２ 第２比例弁、 ５０ 制御弁、 １０２ 弁本体、 １０４ ソレノイド、 １０５ ボディ、 １１０ 導入ポート、 １１２ 導出ポート、 １１４ 弁孔、 １１６ 弁座、 １１８，２１８ 弁体、 ２５０ 制御弁、 ３４０ 伝達ロッド、 ３５０ 制御弁、 ４１８ 弁体、 ４２０ モータユニット、 ４３０ ボディ、 ４３２ ロータ、 ４３４ ステータ、 ４３６ 弁作動体、 ４５０ 制御弁。
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用冷暖房装置および制御弁に関し、特に車両用冷暖房装置の蒸発器の下流側に設けられるの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。
【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、このように冷凍サイクルの運転状態によって複数の蒸発器が機能する場合、一方の蒸発器による熱吸収と他方の蒸発器による除湿とを適正に行うことで、その除湿性能を確保する必要がある。この点につき、一方の蒸発器の蒸発圧力を他方の蒸発器の蒸発圧力よりも高くすることで、その蒸発圧力の差圧により各蒸発器における冷媒の蒸発量の比率を調整することが考えられるが、安定した制御状態を保つためには、その蒸発圧力の差圧を安定に維持する必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、複数の蒸発器が機能する運転状態を有する車両用冷暖房装置において、その除湿性能を安定に確保することにある。
【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車両用冷暖房装置は、第１の蒸発器および第２の蒸発器を含む冷媒循環通路を備え、第１の蒸発器の下流側に設けられた制御弁の上流側圧力と下流側圧力との差圧を調整することにより、第１の蒸発器の蒸発圧力を第２の蒸発器の蒸発圧力よりも高くする運転状態を実行可能な車両用冷暖房装置であって、制御弁として、その上流側圧力と下流側圧力との差圧により開弁方向の力が作用する弁体と、通電により前記弁体に閉弁方向の力を作用させる駆動部とを有する電気駆動弁が設けられる。
【０００８】
この態様によると、第１の蒸発器の下流側に設けられた制御弁へ通電することにより、その上流側圧力と下流側圧力との差圧を調整することができ、それにより第１の蒸発器の蒸発圧力と第２の蒸発器の蒸発圧力との差圧を調整することができる。その結果、その制御弁への通電により各蒸発器における冷媒の蒸発量の比率を調整でき、車両用冷暖房装置における除湿性能を良好に保つことができる。また、制御弁への通電をオフにするとたとえその前後差圧が小さくても速やかに全開状態となるため、制御弁における圧力損失を抑制することができ、安定した冷媒循環を維持することができる。
【０００９】
本発明の別の態様は、制御弁である。この制御弁は、第１の蒸発器および第２の蒸発器を含む車両用冷暖房装置における第１の蒸発器の下流側に設けられ、その上流側圧力と下流側圧力との差圧を調整することにより、第１の蒸発器の蒸発圧力を第２の蒸発器の蒸発圧力よりも高くする制御弁であって、上流側圧力と下流側圧力との差圧により開弁方向の力が作用する弁体と、通電により前記弁体に閉弁方向の力を作用させる駆動部と、を備える。
【００１０】
この態様の制御弁を車両用冷暖房装置に適用すれば、その制御弁へ通電することにより、その上流側圧力と下流側圧力との差圧を調整することができ、それにより第１の蒸発器の蒸発圧力と第２の蒸発器の蒸発圧力との差圧を調整することができる。その結果、その制御弁への通電により各蒸発器における冷媒の蒸発量の比率を調整でき、車両用冷暖房装置における除湿性能を良好に保つことができる。また、制御弁への通電をオフにするとたとえその前後差圧が小さくても速やかに全開状態となるため、制御弁における圧力損失を抑制することができ、安定した冷媒循環を維持することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数の蒸発器が機能する運転状態を有する車両用冷暖房装置において、その除湿性能を安定に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る車両用冷暖房装置の概略構成および動作を表す図である。
【図２】第１実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【図３】第１実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【図４】第２実施形態に係る制御弁の具体的構成を表す断面図である。
【図５】第３実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【図６】第３実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【図７】第４実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【図８】第４実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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および動作を表す図である。同図下段にシステム構成が示され、同図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。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。
【００１４】
車両用冷暖房装置１は、圧縮機２、室内凝縮器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１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。
【００１５】
車両用冷暖房装置１は、また、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。そして、この冷凍サイクルは、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として並列に動作可能に構成され、また、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として並列に動作可能に構成されている。
【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が室内凝縮器３の入口につながり、他方である第２通路２２が室外熱交換器５の一方の出入口につながっている。室内凝縮器３の出口につながる第３通路２３は、その下流側で分岐し、その一方である第１分岐通路２６が第４通路２４を介して蒸発器７につながり、他方である第２分岐通路２７が第５通路２５を介して室外熱交換器５の他方の出入口につながっている。
【００１７】
第４通路２４と第５通路２５とは、接続通路２８により接続されている。また、第２通路２２の中間部においてバイパス通路２９が分岐し、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。さらに、蒸発器７の出口につながる戻り通路３０が、バイパス通路２９と第２制御弁３２（後述する）の下流側にて接続され、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。
【００１８】
圧縮機２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示しないバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。
【００１９】
室内凝縮器３は、車室内に設けられ、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室内凝縮器３を通過する際に放熱する。車室内に導入された空気は、室内凝縮器３を通過する過程で温められる。
【００２０】
室外熱交換器５は、車室外に配置され、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外熱交換器５が室内蒸発器として機能する際には、膨張装置（後述する第２比例弁４２）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。
【００２１】
蒸発器７は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。すなわち、膨張装置（後述する第１比例弁４１）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、室内凝縮器３の通過過程で加熱される。
【００２２】
アキュムレータ８は、蒸発器から送出された冷媒を気液分離して溜めておく装置であり、液相部と気相部とを有する。このため、仮に蒸発器７から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、その液冷媒を液相部に溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機２に導出することができる。
【００２３】
室内凝縮器３と室外熱交換器５との間には、第１制御弁３１および第２制御弁３２が設けられている。第１制御弁３１は、第２通路２２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ことにより第２通路２２の開度を調整する。本実施形態では、第１制御弁３１として、通電有無によって開閉する開閉弁（オン／オフ弁）が用いられる。一方、第２制御弁３２は、バイパス通路２９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、電流供給によって弁部の開度を調整することによりバイパス通路２９の開度を調整する。なお、本実施形態では、第２制御弁３２として通電有無によって開閉する開閉弁（オン／オフ弁）が用いられ、その開弁頻度により一定時間あたりの開弁時間を調整することにより開度を調整する。変形例においては、弁部の開口面積そのものを調整可能な比例弁や差圧弁として構成してもよい。
【００２４】
室内凝縮器３の出口と蒸発器７の入口との間には第１比例弁４１が設けられ、室内凝縮器３の出口と室外熱交換器５の出入口との間には第２比例弁４２が設けられている。第１比例弁４１は、第１分岐通路２６を開閉する弁部と、その弁部を駆動するアクチュエータを備える。第２比例弁４２は、第２分岐通路２７を開閉する第１弁と、接続通路２８を開閉する第２弁と、これら第１弁および第２弁を駆動する共通のアクチュエータを備える。
【００２５】
さらに、蒸発器７の出口とアキュムレータ８の入口との間には、第３制御弁３３が設けられている。第３制御弁３３は、戻り通路３０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、電流供給によって弁部の開度を調整することにより戻り通路３０の開度を調整する。なお、本実施形態では、第３制御弁３３として通電有無によって開閉する開閉弁（オン／オフ弁）が用いられ、その開弁頻度により一定時間あたりの開弁時間を調整することにより開度を調整する。変形例においては、弁部の開口面積そのものを調整可能な比例弁や差圧弁として構成してもよい。
【００２６】
以上のように構成された車両用冷暖房装置１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ソレノイドに電流を供給する。制御部は、第２制御弁３２および第３制御弁３３への電流供給に際してそのオン・オフのデューティ比を設定し、そのデューティ比にそって各制御弁への通電を制御する。なお、変形例においては各制御弁のアクチュエータとしてステッピングモータ等の電動機を設けてもよく、その場合には、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。
【００２７】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの主要動作について説明する。図１には、車両用冷暖房装置の特定暖房運転時の状態が例示されている。ここでいう「特定暖房運転」は、暖房運転において特に除湿の機能を高めた運転状態である。同図上段のモリエル線図は、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。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。
【００２８】
図示のように、特定暖房運転時においては、第１制御弁３１が閉弁され、第２制御弁３２および第３制御弁３３が開弁される。一方、第１比例弁４１が開弁される。また、第２比例弁４２の第１弁が開弁され、第２弁が閉弁される。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、一方で室内凝縮器３、第１比例弁４１、蒸発器７、第３制御弁３３、アキュムレータ８を経由するように冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻り、他方で室内凝縮器３、第２比例弁４２の第１弁、室外熱交換器５、第２制御弁３２、アキュムレータ８を経由するように冷媒循環通路を循環して圧縮機２に戻る。
【００２９】
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を経て凝縮される（ｂ点→ｃ点）。そして、第１比例弁４１にて断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒となり（ｃ点→ｆ点）、蒸発器７にて蒸発する（ｆ点→ｇ点）。一方、第２比例弁４２の第１弁にて断熱膨張された冷温・低圧の気液二相冷媒は、室外熱交換器５にて蒸発する（ｄ点→ｅ点）。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率が、第１比例弁４１と第２比例弁４２の第１弁の各開度の設定により制御される。それにより、蒸発器７での蒸発量を確保でき、除湿機能を確保することができる。また、潤滑オイルを蒸発器７に滞留させることなく圧縮機２へ戻すことができる。
【００３０】
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。そのために、例えば第３制御弁３３を全開状態とし、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏと蒸発器７の蒸発圧力Ｐｅとの差圧ΔＰ＝Ｐｏ−Ｐｅが適正となるよう第２制御弁３２を開閉制御する。このとき、蒸発圧力Ｐｅは、圧縮機２の吸入圧力Ｐｓに実質的に等しくなる。
【００３１】
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、その差圧ΔＰが適正となるように制御することで、特定暖房運転時における除湿機能を確保する。なお、本実施形態では、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏを室外熱交換器５の入口側の温度Ｔｏを検出することで特定する。また、蒸発器７の出口の圧力Ｐｅを蒸発器７の入口側の温度Ｔｅを検出することで特定する。
【００３２】
なお、運転状態によっては室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏよりも蒸発器７の蒸発圧力Ｐｅを高く設定する場合もある。その場合には、第２制御弁３２を全開状態とし、蒸発器７の蒸発圧力Ｐｅと室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏとの差圧ΔＰ＝Ｐｅ−Ｐｏが適正となるよう第３制御弁３３を開閉制御する。このとき、蒸発圧力Ｐｏは、圧縮機２の吸入圧力Ｐｓに実質的に等しくなる。
【００３３】
本実施形態では第２制御弁３２および第３制御弁３３をソレノイドの非通電時に開弁状態となる常開型の電磁弁として構成している。このため、以上のような制御を実行する場合、第２制御弁３２および第３制御弁３３は、ソレノイドの非通電時には全開状態となって流動抵抗を生じさせない構成とするのが望ましい。本実施形態では、第２制御弁３２および第３制御弁３３を、そのような全開状態を確保可能な構造を有する電磁弁として構成している。
【００３４】
次に、本実施形態の主要部である第２制御弁３２および第３制御弁３３の具体的構成について説明する。図２および図３は、第１実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。なお、本実施形態では第２制御弁３２と第３制御弁３３とが同様の構成を有するため、これらを制御弁５０として説明する。
【００３５】
図２に示すように、制御弁５０は、内部に弁機構を収容した弁本体１０２と、その弁機構を駆動するソレノイド１０４とを組み付けて構成される。弁本体１０２におけるボディ１０５の下端中央には上流側通路につながる導入ポート１１０が設けられ、側部には下流側通路につながる導出ポート１１２が設けられている。導入ポート１１０と導出ポート１１２とをつなぐ内部通路には、弁孔１１４が設けられ、その下流側開口端部に弁座１１６が形成されている。
【００３６】
弁孔１１４の下流側の圧力室には、有底円筒状の弁体１１８が配設されている。弁体１１８の下面から下方に複数の脚部が延設されている。その脚部が弁孔１１４に摺動可能に内挿されることで、弁体１１８の軸線方向への安定した開閉動作が担保されている。弁体１１８とボディ１０５との間には、弁体１１８を開弁方向に付勢するスプリング１２０が介装されている。
【００３７】
一方、ソレノイド１０４は、ボディ１０５の上端開口部を封止するように取り付けられている。ソレノイド１０４は、ボディ１０５を封止するように連結されたコア１３０と、コア１３０の上半部を固定するように収容する有底円筒状のスリーブ１３２と、スリーブ１３２内でコア１３０に軸線方向に対向配置されたプランジャ１３４と、スリーブ１３２に外挿嵌合されたボビン１３６と、ボビン１３６に巻回された電磁コイル１３８と、電磁コイル１３８を外部から覆うようにコア１３０に組み付けられたケース１４０とを含む。
【００３８】
プランジャ１３４の下半部には、長尺円筒状の作動ロッド１４２の上端部が圧入されている。作動ロッド１４２は、プランジャ１３４から下方に延出してコア１３０を貫通し、その先端が弁体１１８の底部に当接している。作動ロッド１４２は、プランジャ１３４および弁体１１８と一体に動作する。プランジャ１３４は、円筒状をなし、その軸線方向に沿って連通路１４４が形成されている。連通路１４４は、スリーブ１３２内の底部側に形成される背圧室１４６と連通する。
【００３９】
また、コア１３０の下面中央には、円ボス状のガイド部１４８が下方に延設されており、弁体１１８がガイド部１４８に摺動可能に外挿されている。すなわち、弁体１１８は、その上半部がガイド部１４８にガイドされ、下半部が弁孔１１４にガイドされつつ安定に支持されている。このような構成により、弁体１１８とコア１３０との間に背圧室１５０が区画形成される。弁体１１８の底部には、背圧室１５０と上流側の圧力室とを連通させる連通孔１１９が形成されている。このため、図３に示すような制御弁５０の制御時には背圧室１５０に上流側圧力Ｐinが満たされるようになる。
【００４０】
以上のように構成された制御弁５０は、図２に示すようにソレノイド１０４がオフにされた状態（非通電状態）では、コア１３０とプランジャ１３４との間に吸引力が作用しないため、スプリング１２０によって開弁方向に付勢されて全開状態となる。一方、図３に示すようにソレノイド１０４がオンにされた状態（通電状態）では、コア１３０とプランジャ１３４との間に吸引力が作用するため、そのソレノイド力が作動ロッド１４２を介して弁体１１８に伝達される。その結果、弁体１１８が閉弁方向に動作する。
【００４１】
本実施形態では、背圧室１５０に上流側圧力Ｐinを導入することにより、弁体１１８において上流側圧力Ｐinと下流側圧力Ｐoutとの差圧（Ｐin−Ｐout）が開弁方向に作用する面積（Ａ−Ｂ）を、弁孔１１４の断面積Ａよりも小さくしている。それにより、比較的小さなソレノイド力で弁体１１８を閉弁方向に駆動することが可能となっている。一方、その差圧（Ｐin−Ｐout）が開弁方向に作用するため、ソレノイド１０４がオンの状態からオフにされると、弁体１１８が速やかに開弁方向に動作するようになる。なお、変形例においては、ガイド部１４８および連通孔１１９をなくすことにより、背圧室１５０が形成されない構成としてもよい。
本実施形態においては、制御弁５０のソレノイド１０４の通電状態（オン）と非通電状態（オフ）との時間の比率、つまりオン・オフのデューティ比を調整することにより、その前後差圧の平均値である平均差圧を適切な値に制御することができる。
【００４２】
［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３２および第３制御弁３３の構成が第１実施形態と異なるが、その他の部分については共通する。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４は、第２実施形態に係る制御弁の具体的構成を表す断面図である。なお、本実施形態においても第２制御弁３２と第３制御弁３３とが同様の構成を有するため、これらを制御弁２５０として説明する。
【００４３】
制御弁２５０においては、ボディ１０５の側部に上流側通路につながる導入ポート１１０が設けられ、下端中央に下流側通路につながる導出ポート１１２が設けられている。そして、弁体２１８が弁孔１１４の上流側の圧力室に配設されている。弁体２１８は、その内径Ｂが弁孔１１４の内径Ａよりも大きくなるよう、第１実施形態の弁体１１８よりも大きく構成されている。それに伴い、コア１３０から下方に延出するガイド部１４８の外径も大きく形成されている。弁体２１８の底部には、背圧室１５０と下流側の圧力室とを連通させる連通孔２２０が形成されている。このため、制御弁２５０の制御時には背圧室１５０に下流側圧力Ｐoutが満たされるようになる。
【００４４】
以上のように構成された制御弁２５０は、ソレノイド１０４がオフにされた状態（非通電状態）では、スプリング１２０によって開弁方向に付勢されて全開状態となる。一方、ソレノイド１０４がオンにされた状態（通電状態）では、ソレノイド力が作動ロッド１４２を介して弁体２１８に伝達され、弁体２１８が閉弁方向に動作する。
【００４５】
本実施形態では上述のように、背圧室１５０に下流側圧力Ｐoutを導入することにより、弁体２１８において上流側圧力Ｐinと下流側圧力Ｐoutとの差圧（Ｐin−Ｐout）が開弁方向に作用する面積（Ｂ−Ａ）を、弁孔１１４の断面積Ａよりも小さくしている。それにより、比較的小さなソレノイド力で弁体２１８を閉弁方向に駆動することが可能となっている。一方、その差圧（Ｐin−Ｐout）が開弁方向に作用するため、ソレノイド１０４がオンの状態からオフにされると、弁体２１８が速やかに開弁方向に動作するようになる。 本実施形態においても、制御弁２５０のソレノイド１０４のオン・オフのデューティ比を調整することにより、その前後差圧の平均値である平均差圧を適切な値に制御することができる。
【００４６】
［第３実施形態］
本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、第２制御弁３２および第３制御弁３３の構成が第１実施形態と異なるが、その他の部分については共通する。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５および図６は、第３実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。なお、本実施形態においても第２制御弁３２と第３制御弁３３とが同様の構成を有するため、これらを制御弁３５０として説明する。
【００４７】
制御弁３５０においては、弁体１１８の内方に段付円柱状の伝達ロッド３４０（「伝達部材」に該当する）が設けられている。伝達ロッド３４０は、その下端部が弁体１１８の中央を貫通し、弁体１１８に対して軸線方向に相対変位可能となっている。一方、伝達ロッド３４０の下端部には係止リング３４２が嵌着されており、伝達ロッド３４０の軸線方向の相対変位が規制されている。伝達ロッド３４０の上端部中央には凹部が形成され、作動ロッド１４２の下端部が挿通されるようにして連結されている。
【００４８】
伝達ロッド３４０の上端部には、半径方向外向きに延出するフランジ部が設けられ、そのフランジ部と弁体１１８の底部との間に弁体１１８を閉弁方向に付勢するスプリング３４４が介装されている。ソレノイド１０４がオンにされることで伝達ロッド３４０が下死点に変位することでスプリング３４４による設定荷重が負荷される。そして、スプリング３４４とスプリング１２０の荷重のバランスにより差圧弁としての設定差圧が決まる。すなわち、制御弁３５０は、上流側圧力Ｐinと下流側圧力Ｐoutとの差圧（Ｐin−Ｐout）がスプリング３４４とスプリング１２０とにより設定された設定差圧となるよう弁体１１８が動作する差圧弁として機能する。
【００４９】
すなわち、制御弁３５０は、図５に示すようにソレノイド１０４がオフにされた状態（非通電状態）では、スプリング１２０によって開弁方向に付勢されて全開状態となる。一方、図６に示すようにソレノイド１０４がオンにされた状態（通電状態）では、ソレノイド力が作動ロッド１４２を介して伝達ロッド３４０に伝達され、伝達ロッド３４０が下死点に変位する。それにより、上流側圧力Ｐinと下流側圧力Ｐoutとの差圧（Ｐin−Ｐout）が設定差圧となるよう弁体１１８が動作するようになる。すなわち、伝達ロッド３４０と弁体１１８とが相対変位可能な構成であることから、弁体１１８は、スプリング１２０による開弁方向の力、スプリング３４４による閉弁方向の力、および差圧（Ｐin−Ｐout）による開弁方向の力がバランスする位置に保持される。一方、ソレノイド１０４がオンの状態からオフにされると、ソレノイド１０４による閉弁方向の力が作用しなくなるため、スプリング１２０の付勢力により弁体１１８が速やかに開弁方向に動作する。
なお、本実施形態においては、制御弁３５０のソレノイド１０４の通電状態（オン）と非通電状態（オフ）との時間の比率、つまりオン・オフのデューティ比を調整することにより、設定差圧を変化させることができる。
【００５０】
［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。第２制御弁３２および第３制御弁３３の構成が第１実施形態と異なるが、その他の部分については共通する。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７および図８は、第４実施形態に係る制御弁の具体的構成および動作を表す断面図である。なお、本実施形態においても第２制御弁３２と第３制御弁３３とが同様の構成を有するため、これらを制御弁４５０として説明する。
【００５１】
制御弁４５０は、アクチュエータとしてのモータユニット４２０により駆動される。ボディ１０５の上端開口部はモータユニット４２０のボディ４３０により封止されている。モータユニット４２０は、ロータ４３２とステータ４３４とを含むステッピングモータとして構成されている。ロータ４３２の下端部には弁作動体４３６が嵌合している。弁作動体４３６の外周面には雄ねじ部が形成され、ボディ４３０の下端部内面に形成された雌ねじ部と螺合する。このような構成により、弁作動体４３６は、モータユニット４２０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。
【００５２】
ボディ４３０の下端面からはガイド部１４８が下方に延設されている。弁体４１８は、その上半部がガイド部１４８に内挿されるようにして摺動可能に支持されている。弁体４１８とボディ４３０との間には背圧室１５０が形成されている。背圧室１５０には、弁作動体４３６の下端面に当接するようにばね受け４４０が配設されている。ばね受け４４０と弁体４１８との間には、弁体４１８を閉弁方向に付勢するスプリング４４２が介装されている。弁体４１８の底部中央には、背圧室１５０と上流側の圧力室とを連通させる連通孔４４６が設けられている。
【００５３】
このような構成により、弁作動体４３６は回転により軸線方向に変位し、ばね受け４４０およびスプリング４４２を介して弁体４１８を開閉方向に駆動する。制御部は、設定開度に応じた駆動ステップ数を演算し、ステータ４３４の励磁コイルに駆動電流（駆動パルス）を供給する。それによりロータ４３２が回転し、図８に示すように弁作動体４３６が回転駆動されて制御弁４５０の開度が設定開度に調整される。図７に示すように弁作動体４３６を上死点に変位させることで、弁体１１８を確実に全開状態とすることができる。
【００５４】
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。
【００５５】
上記実施形態では、図１の下段に示したように、蒸発器７の下流側と、室外熱交換器５（室外蒸発器として作用するとき）の下流側との双方に制御弁５０（第２制御弁３２，第３制御弁３３）を設ける例を示したが、いずれかの蒸発器の下流側にのみ設けるようにしてもよい。例えば、蒸発器７の下流側に制御弁５０を設け、室外熱交換器５（室外蒸発器として作用するとき）の下流側には制御弁５０を設けない構成としてもよい。
【００５６】
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】
【００５７】
１ 車両用冷暖房装置、 ２ 圧縮機、 ３ 室内凝縮器、 ５ 室外熱交換器、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 ３１ 第１制御弁、 ３２ 第２制御弁、 ３３ 第３制御弁、 ４１ 第１比例弁、 ４２ 第２比例弁、 ５０ 制御弁、 １０２ 弁本体、 １０４ ソレノイド、 １０５ ボディ、 １１０ 導入ポート、 １１２ 導出ポート、 １１４ 弁孔、 １１６ 弁座、 １１８，２１８ 弁体、 ２５０ 制御弁、 ３４０ 伝達ロッド、 ３５０ 制御弁、 ４１８ 弁体、 ４２０ モータユニット、 ４３０ ボディ、 ４３２ ロータ、 ４３４ ステータ、 ４３６ 弁作動体、 ４５０ 制御弁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の蒸発器および第２の蒸発器を含む車両用冷暖房装置における前記第１の蒸発器の下流側に設けられ、その上流側圧力と下流側圧力との差圧を調整することにより、前記第１の蒸発器の蒸発圧力を前記第２の蒸発器の蒸発圧力よりも高くする制御弁であって、
上流側圧力と下流側圧力との差圧により開弁方向の力が作用する弁体と、
通電により前記弁体に閉弁方向の力を作用させる駆動部と、
を備えることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記弁体が下流側に開弁する弁構造を有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】
前記弁体が上流側に開弁する弁構造を有することを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項４】
前記駆動部への通電時に前記弁体に閉弁方向の力を作用させる電磁弁であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の制御弁。
【請求項５】
前記駆動部への通電時に前記弁体に閉弁方向の力を作用させることにより、上流側圧力と下流側圧力との差圧の設定値である設定差圧を設定可能な電気駆動弁であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の制御弁。
【請求項６】
前記駆動部による閉弁方向の力により閉弁方向の所定位置に駆動される伝達部材と、
前記弁体と前記伝達部材との間に介装されて前記弁体を閉弁方向に付勢するスプリングと、を備え、
前記弁体と前記伝達部材とが相対変位可能に設けられ、前記伝達部材が閉弁方向に変位したときの前記スプリングの荷重により前記設定差圧が設定されることを特徴とする請求項５に記載の制御弁。
【請求項７】
前記弁体において上流側圧力と下流側圧力との差圧が開弁方向に作用する面積が、弁孔の断面積よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の制御弁。
【請求項１】
第１の蒸発器および第２の蒸発器を含む車両用冷暖房装置における前記第１の蒸発器の下流側に設けられ、その上流側圧力と下流側圧力との差圧を調整することにより、前記第１の蒸発器の蒸発圧力を前記第２の蒸発器の蒸発圧力よりも高くする制御弁であって、
上流側圧力と下流側圧力との差圧により開弁方向の力が作用する弁体と、
通電により前記弁体に閉弁方向の力を作用させる駆動部と、
を備えることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記弁体が下流側に開弁する弁構造を有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】
前記弁体が上流側に開弁する弁構造を有することを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項４】
前記駆動部への通電時に前記弁体に閉弁方向の力を作用させる電磁弁であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の制御弁。
【請求項５】
前記駆動部への通電時に前記弁体に閉弁方向の力を作用させることにより、上流側圧力と下流側圧力との差圧の設定値である設定差圧を設定可能な電気駆動弁であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の制御弁。
【請求項６】
前記駆動部による閉弁方向の力により閉弁方向の所定位置に駆動される伝達部材と、
前記弁体と前記伝達部材との間に介装されて前記弁体を閉弁方向に付勢するスプリングと、を備え、
前記弁体と前記伝達部材とが相対変位可能に設けられ、前記伝達部材が閉弁方向に変位したときの前記スプリングの荷重により前記設定差圧が設定されることを特徴とする請求項５に記載の制御弁。
【請求項７】
前記弁体において上流側圧力と下流側圧力との差圧が開弁方向に作用する面積が、弁孔の断面積よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１〜６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８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１０６５７４（Ｐ２０１２−１０６５７４Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５６１２４（Ｐ２０１０−２５６１２４）
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【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６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【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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