車両用冷暖房装置
【課題】車両用冷暖房装置において、各運転状態における装置の機能を担保しつつ、システムの構築に嵩むコストをトータル的に抑制する。
【解決手段】ある態様の車両用冷暖房装置１００は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機２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５と、車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器７と、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる室内凝縮器３と、いずれかの凝縮器といずれかの蒸発器とを配し、その凝縮器と蒸発器の組合せが異なる複数の冷媒循環通路と、各冷媒循環通路における凝縮器と蒸発器との間に一つずつ配設され、その凝縮器から導入された冷媒を膨張させてその蒸発器に導出可能な複数の膨張装置と、を備える。
【解決手段】ある態様の車両用冷暖房装置１００は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機２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５と、車室内に配置されて冷媒を蒸発させる室内蒸発器７と、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる室内凝縮器３と、いずれかの凝縮器といずれかの蒸発器とを配し、その凝縮器と蒸発器の組合せが異なる複数の冷媒循環通路と、各冷媒循環通路における凝縮器と蒸発器との間に一つずつ配設され、その凝縮器から導入された冷媒を膨張させてその蒸発器に導出可能な複数の膨張装置と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の冷媒循環通路を備えた車両用冷暖房装置に関する。
【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、運転状態に応じて冷媒循環通路が切り替えられる車両用冷暖房装置において、各運転状態における装置の機能を担保しつつ、システムの構築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車両用冷暖房装置は、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、室外熱交換器とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器と、いずれかの凝縮器といずれかの蒸発器とを配し、その凝縮器と蒸発器の組合せが異なる複数の冷媒循環通路と、各冷媒循環通路における凝縮器と蒸発器との間に一つずつ配設され、その凝縮器から導入された冷媒を膨張させてその蒸発器に導出可能な複数の膨張装置と、を備える。
【０００８】
この態様によると、複数の冷媒循環通路のそれぞれにおいて凝縮器と蒸発器との間に膨張装置が一つずつ配設されるよう、冷媒循環通路の形成および各機器の配置構成がなされている。すなわち、圧縮機を中心とする冷媒循環システムが構成される都合上、複数の冷媒循環通路には他の冷媒循環通路との共用通路と個別通路とが存在するところ、この態様では、各冷媒循環通路の個別通路に膨張装置が配置される。それにより、各膨張装置が各冷媒循環通路の冷媒の流れを調整するようになり、複数の膨張装置間で制御が干渉し合うこともなく、安定した適正な運転状態が得られるようになる。また、仮に共用通路に膨張装置を設けるとした場合、各冷媒循環通路におけるその膨張装置の上流側に通路を開放または遮断するための機器を設ける必要があるところ、この態様では、そうした機器を設けない構成とすることもできる。その結果、部品点数を抑えることができ、システムの構築に嵩むコストをトータル的に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、運転状態に応じて冷媒循環通路が切り替えられる車両用冷暖房装置において、各運転状態における装置の機能を担保しつつ、システムの構築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】第１制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【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２制御弁の構成を表す断面図である。
【図７】第２制御弁の弁本体の部分を示す拡大断面図である。
【図８】第３制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図９】第３制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１０】第３制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１１】変形例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。
【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。本実施形態は、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車の冷暖房装置として具体化したものである。
【００１２】
車両用冷暖房装置１００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】
車両用冷暖房装置１００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。この冷凍サイクルは、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として並列に動作可能に構成され、また、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として並列に動作可能に構成されている。すなわち、冷房運転時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。
【００１４】
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→室内凝縮器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→室内凝縮器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。
【００１５】
具体的には、圧縮機２の吐出室につながる通路が分岐し、その一方である第１通路２１が室外熱交換器５の一方の出入口につながり、他方である第２通路２２が室内凝縮器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の入口につながっている。室内凝縮器３の出口につながる第４通路２４は、その下流側にて第１分岐通路２５と第２分岐通路２６とに分岐しており、それぞれ第３通路２３に接続されている。蒸発器７の出口は第５通路２７（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。また、第１通路２１の中間部においてバイパス通路２８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。
【００１６】
第１通路２１と第２通路２２との分岐点には第１制御弁４が設けられている。第１分岐通路２５と第２分岐通路２６との分岐点には第２制御弁６が設けられている。さらに、第５通路２７とバイパス通路２８との合流点には第３制御弁９が設けられている。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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が蒸発器として機能する際には、膨張装置（後述する比例弁３２）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。
【００２０】
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（後述する比例弁３１や比例弁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、室内凝縮器３の通過過程で加熱される。
【００２１】
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。
【００２２】
第１制御弁４は、共用のボディに比例弁３４（「第４比例弁」に対応する）と比例弁３７（「第７比例弁」に対応する）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。比例弁３４は大口径の弁であり、第１通路２１の開度を調整する。比例弁３７は大口径の弁であり、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。
【００２３】
第２制御弁６は、共用のボディに比例弁３１（「第１比例弁」に対応する）、比例弁３２（「第２比例弁」に対応する）および比例弁３３（「第３比例弁」に対応する）を収容する複合弁として構成されている。比例弁３１と比例弁３２は共用のアクチュエータにて駆動され、比例弁３３はもう１つのアクチュエータにて駆動される。比例弁３１は、第３通路２３における第１分岐通路２５との合流点と第２分岐通路２６との合流点との間に設けられている。
【００２４】
比例弁３１は小口径の弁であり、第３通路２３の開度を調整する。比例弁３２は小口径の弁であり、第１分岐通路２５の開度を調整する。比例弁３３小口径の弁であり、第２分岐通路２６の開度を調整する。これら比例弁３１，比例弁３２および比例弁３３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。第２制御弁６の具体的構成については後述する。
【００２５】
第３制御弁９は、共用のボディに比例弁３５（「第５比例弁」に対応する）と比例弁３６（「第６比例弁」に対応する）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。比例弁３５は大口径の弁であり、バイパス通路２８の開度を調整する。比例弁３６は大口径の弁であり、第５通路２７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。第３制御弁９の具体的構成については後述する。
【００２６】
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、室内凝縮器３の出口、室外熱交換器５の一方の出入口と他方の出入口、蒸発器７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。
【００２７】
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）は特殊冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は通常冷房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は通常暖房運転時の状態を示し、（Ｅ）は特殊暖房運転時の状態を示している。なお、「特殊冷房運転」は、冷房運転において室内凝縮器３を機能させない運転状態である。「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。「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。なお、図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。
【００２８】
図２（Ａ）に示すように、特殊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が閉弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁３１が開弁状態とされ、比例弁３２および比例弁３３が閉弁状態とされる。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冷媒循環通路が開放され、第２冷媒循環通路および第３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、室外熱交換器５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。
【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、室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室外熱交換器５を経由した冷媒が比例弁３１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３１の開度を制御する。
【００３０】
図２（Ｂ）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および比例弁３７がともに開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁３１および比例弁３３が開弁状態とされ、比例弁３２が閉弁状態とされる。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、他方で室内凝縮器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。
【００３１】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室内凝縮器３を、他方で室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室内凝縮器３を経由した冷媒が比例弁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。また、室外熱交換器５を経由した冷媒が比例弁３１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、室内凝縮器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。制御部は、また、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３１の開度を制御する。
【００３２】
図２（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁４の比例弁３４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３１が閉弁状態とされ、比例弁３２および比例弁３３が開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５および比例弁３６がともに開弁状態とされる。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、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３にて凝縮され、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。
【００３３】
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。室内凝縮器３から導出された冷媒は、一方で比例弁３２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、室内凝縮器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。
【００３４】
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。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は、比例弁３２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３２の開度と比例弁３３の開度を調整することにより室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣとなるように調整するとともに、その開度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。
【００３５】
また、制御部は、第３制御弁９における比例弁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、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、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
図２（Ｄ）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３１および比例弁３３が閉弁状態とされ、比例弁３２が開弁状態とされる。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１冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が遮断され、第２冷媒循環通路が開放される。このため、室内凝縮器３から導出された冷媒は、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、室内凝縮器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３２の開度を制御する。
【００３９】
図２（Ｅ）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３１および比例弁３２が閉弁状態とされ、比例弁３３が開弁状態とされる。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２冷媒循環通路が遮断され、第３冷媒循環通路が開放される。このため、室内凝縮器３から導出された冷媒は、蒸発器７に導かれる。つまり、冷媒が室外熱交換器５を迂回するため室外熱交換器５が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。
【００４０】
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３〜図５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３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と大口径の比例弁３７とを同軸状に収容して構成されている。第１制御弁４は、一方の比例弁の全開状態を維持しつつ他方の比例弁の開度が設定開度に調整される複合弁として構成されている。
【００４１】
ボディ１０４の一方の側部には導入ポート１１０が設けられ、他方の側部には上下に第１導出ポート１１２、第２導出ポート１１４が設けられている。導入ポート１１０は圧縮機２の吐出室に連通し、第１導出ポート１１２は第１通路２１に連通し、第２導出ポート１１４は第２通路２２に連通する。すなわち、ボディ１０４には、導入ポート１１０と第１導出ポート１１２とをつなぐ第１内部通路と、導入ポート１１０と第２導出ポート１１４とをつなぐ第２内部通路が形成される。
【００４２】
ボディ１０４の上半部には、円筒状の区画部材１１６が配設されている。区画部材１１６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１１６の下端部は弁孔１２０を形成している。また、弁孔１２０の下端開口端縁により弁座１２２が形成されている。区画部材１１６における第１導出ポート１１２との対向面には、内外を連通する連通孔が設けられている。
【００４３】
ボディ１０４の上端部には、段付円筒状の区画部材１２４が配設されている。区画部材１２４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１２４の上端部中央には、円ボス状の軸受部１２６が設けられている。軸受部１２６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１２４の内方にはガイド孔１２８が形成され、その下端部にシール部材としてのＯリング１３０が嵌着されている。
【００４４】
ボディ１０４の内方には、弁駆動体１３２、弁作動体１３４、伝達部材１３６が同軸状に配設されている。弁駆動体１３２は段付円筒状をなし、その軸線方向中央の縮径部が弁孔１２０を貫通するように配設されている。弁駆動体１３２の下端部には共用弁体１３８が設けられ、上端部にはガイド部１４０が設けられている。すなわち、共用弁体１３８は弁孔１２０の上流側にて導入ポート１１０に連通する圧力室に配置されている。一方、ガイド部１４０は、弁孔１２０の下流側にて第１導出ポート１１２に連通する圧力室に配置され、区画部材１２４に摺動可能に支持されている。
【００４５】
共用弁体１３８は段付円柱状をなし、その上端部に第１弁部材１４１が嵌着され、下端部に第２弁部材１４２が嵌着されている。第１弁部材１４１および第２弁部材１４２は、ともに環状の弾性体（本実施形態ではゴム）からなる。導入ポート１１０と第２導出ポート１１４とをつなぐ通路には弁孔１４４が設けられ、その上端開口端縁に弁座１４６が形成されている。第１弁部材１４１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弁部材１４２は、弁座１４６に接離して比例弁３７の開度を調整する。
【００４６】
共用弁体１３８の下端部には弁孔１４４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。すなわち、弁駆動体１３２は、その下端部の複数の脚部が弁孔１４４に沿って摺動し、上端部のガイド部１４０がガイド孔１２８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。ガイド部１４０と区画部材１２４との間には背圧室１４８が形成される。また、共用弁体１３８を軸線方向に貫通する連通路１５０が形成されている。このため、背圧室１４８には常に、第２導出ポート１１４から導出される下流側圧力Ｐout2が満たされる。
【００４７】
本実施形態においては、弁孔１２０の有効径Ａと、弁孔１４４の有効径Ｂ（正確にはＯリング１３０の内径）と、ガイド孔１２８の有効径Ｃとが等しく設定されている。このため、共用弁体１３８に作用する冷媒圧力の影響はキャンセルされる。特にＯリング１３０を設けたことにより、ガイド部１４０の摺動部のシール性が確保されるとともに、その摺動部にゴミなどが挟み込まれることが防止されている。
【００４８】
弁駆動体１３２のガイド部１４０の内方には、ばね受け１５２と伝達部材１３６が同軸状に挿通されている。ばね受け１５２は円板状をなし、その中央部を伝達部材１３６が貫通している。ガイド部１４０の上端開口部とばね受け１５２との間には、スプリング１５４（「付勢部材」として機能する）が介装されている。一方、弁駆動体１３２の縮径部の内方には、円板状のばね受け１５６が挿通されている。共用弁体１３８とばね受け１５６との間には、スプリング１５８（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００４９】
そして、弁作動体１３４と弁駆動体１３２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、伝達部材１３６の上端部は弁作動体１３４の底部を貫通し、その先端部が外方に加締められて連結されている。伝達部材１３６の側部には半径方向外向きに突出した係止部１６０が設けられ、その係止部１６０がばね受け１５２に係止されることで、弁作動体１３４と弁駆動体１３２とが上方に一体動作可能となるように構成されている。また、伝達部材１３６の下端がばね受け１５６に係止されることで、弁作動体１３４と弁駆動体１３２とが下方に一体動作可能となるように構成されている。弁駆動体１３２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１５４，１５８の付勢力により突っ張った状態で一体変位するが（図４参照）、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（図３，図５参照）。
【００５０】
なお、スプリング１５４，１５８は、いずれもその荷重が弁駆動体１３２とＯリング１３０との間の摺動抵抗（弁駆動体１３２の摺動力）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１３２とが一体動作しているときにスプリング１５４，１５８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。
【００５１】
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１２６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１５３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、共用弁体１３８を軸線方向（比例弁３４、比例弁３７の開閉方向）に駆動する。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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１５３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共用弁体１３８の開閉方向に駆動される。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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が下死点にて係止された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。
【００５８】
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１２６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、その端部部材１９４の中央に設けられた円筒軸１９６の部分がシャフト１８２に支持されている。すなわち、軸受部１２６が一端側の軸受部となり、シャフト１８２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。
【００５９】
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。以下、その動作について詳細に説明する。
第１制御弁４の流量制御において、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、一方で弁作動体１３４が回転駆動されて比例弁３４および比例弁３７の開度が設定開度に調整され、他方で回転ストッパ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。
【００６０】
図３は、比例弁３４が全開状態となり、比例弁３７が閉弁状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば特殊冷房運転時においてこのような状態をとる。したがって、特殊冷房運転時においては、圧縮機２から吐出された高温のガス冷媒が室内凝縮器３へ漏洩することが防止される。
【００６１】
図４は、比例弁３４および比例弁３７がともに開弁状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば通常冷房運転時において状況に応じてこのような状態をとり得る。すなわち、図３の状態からロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されることにより弁駆動体１３２が比例弁３７の開弁方向に変位し、図４に示すように比例弁３４と比例弁３７がともに開弁した状態となる。すなわち、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４がねじ機構によって上昇し、伝達部材１３６がその係止部１６０にてばね受け１５２に係止された状態で、弁作動体１３４が弁駆動体１３２を吊り上げるようにして変位させる。なお、図４は比例弁３４および比例弁３７がともに全開となった状態を示している。比例弁３７の弁開度は、共用弁体１３８が図３に示す位置と図４に示す位置との間の範囲で駆動されることで調整される。そのように比例弁３７の弁開度が調整される状態においては、比例弁３４の全開状態が維持される。なお、ここでいう「全開状態」とは、弁開度が大きくなって冷媒の流量が飽和状態となることを意味する。
【００６２】
図５は、比例弁３４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、例えば暖房運転時においてこのような状態をとる。図４の状態からロータ１７２がさらに同方向に回転駆動されることにより弁駆動体１３２が比例弁３４の閉弁方向に変位し、図５の状態となる。したがって、暖房運転時においては、圧縮機２から吐出された高温のガス冷媒が室外熱交換器５へ漏洩することが防止される。なお、図５の状態からロータ１７２を逆方向に回転駆動することにより、比例弁３４を開弁させることができることは言うまでもない。比例弁３４の弁開度は、共用弁体１３８が図５に示す位置と図４に示す位置との間の範囲で駆動されることで調整される。
【００６３】
なお、図５には、比例弁３４が閉弁した後にロータ１７２が所定量回転した状態が示されている。すなわち、比例弁３４の閉弁と同時にロータ１７２が停止しなくとも、図示のように伝達部材１３６がばね受け１５６から離間することで弁座１２２に過度な面圧がかかるのを防止する遊び機構が設けられている。同様に、図３には比例弁３７が閉弁した後にロータ１７２が所定量回転した状態が示されている。すなわち、比例弁３７の閉弁と同時にロータ１７２が停止しなくとも、図示のように伝達部材１３６がばね受け１５２から離間することで弁座１４６に過度な面圧がかかるのを防止する遊び機構が設けられている。
【００６４】
このように、比例弁３４と比例弁３７は共用のモータユニット１０２により駆動され、一方の開度の制御状態において他方は全開状態に維持される。それにより、複合弁でありながら、その一方の比例弁の開度を正確に制御することが可能となっている。
【００６５】
図６は、第２制御弁６の構成を表す断面図である。図７は、第２制御弁６の弁本体の部分を示す拡大断面図である。なお、各図において図３に示した第１制御弁４と実質的に同様の構成部分には同一の符号を付している。
図６に示すように、第２制御弁６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２０１と２つのモータユニット１０２，２０２とを組み付けて構成されている。弁本体２０１は、有底筒状のボディ２０４に小口径の比例弁３１と小口径の比例弁３２とを同軸状に収容するとともに、その軸線に対して小口径の比例弁３３を直角方向に組み付けるようにして構成されている。比例弁３１と比例弁３２は共用のモータユニット１０２により駆動され、比例弁３３はもう一つのモータユニット２０２により駆動される。なお、モータユニット２０２は、モータユニット１０２と同様の構成を有する。２つのモータユニット１０２，２０２は、互いの軸線が直交するようにボディ２０４に組み付けられている。第２制御弁６は、比例弁３１および比例弁３２の一方の閉弁状態を維持しつつ他方の開度が設定開度に調整される複合弁として構成され、また、その複合弁と比例弁３３とを共用のボディ２０４に組み込んだ集合弁として構成されている。
【００６６】
ボディ２０４の一方の側部には導入ポート２１０、導入出ポート２１２および導出ポート２１４が設けられている。導入ポート２１０は第４通路２４を介して室内凝縮器３に連通し、導入出ポート２１２は第３通路２３を介して室外熱交換器５に連通し、導出ポート２１４は第３通路２３を介して蒸発器７に連通する。すなわち、ボディ２０４には、導入ポート２１０と導入出ポート２１２とをつなぐ第１内部通路と、導入ポート２１０と導出ポート２１４とをつなぐ第２内部通路と、導入出ポート２１２と導出ポート２１４とをつなぐ第３内部通路が形成される。第１分岐通路２５および第２分岐通路２６は、ボディ２０４の内部に形成されている。
【００６７】
図７に示すように、ボディ２０４の中間部には、段付円筒状の区画部材２２０が上下に延在するように組み付けられている。そして、区画部材２２０の上端開口部に上方から弁体２１８が挿通され、下端開口部に下方から弁体２２４が挿通されている。また、区画部材２２０の側面には、上方から導入ポート２１０に連通する連通孔２２６、導入出ポート２１２に連通する連通孔２２８、導出ポート２１４に連通する連通孔２３０が設けられている。区画部材２２０の下端部はボディ２０４との間に室２２９を形成している。区画部材２２０の外周面における連通孔２２６と連通孔２２８との間、連通孔２２８と連通孔２３０との間、連通孔２３０と室２２９との間には、それぞれシール用のＯリングが嵌着されている。
【００６８】
区画部材２２０における連通孔２２６と連通孔２２８とをつなぐ通路には弁孔２３２が形成され、その上端開口端縁により弁座２３４が形成されている。弁孔２３２は、区画部材２２０の上端開口部よりも内径がやや小さく構成されている。弁体２１８が上方から弁座２３４に接離することにより比例弁３２の開度が調整される。また、区画部材２２０における連通孔２２８と連通孔２３０とをつなぐ通路には弁孔２３６が形成され、その下端開口端縁により弁座２３８が形成されている。弁孔２３６は、区画部材２２０の下端開口部よりも内径がやや小さく構成されている。弁体２２４が下方から弁座２３８に接離することにより比例弁３１の開度が調整される。また、区画部材２２０には、その軸線からずれた位置にその軸線に平行な複数の貫通孔２４０が設けられている。貫通孔２４０の一端は導入ポート２１０に連通し、他端は室２２９に連通している。そして、その複数の貫通孔２４０を貫通するように長尺状の伝達ロッド２４２がそれぞれ配設されている。なお、本実施形態では区画部材２２０の軸線の周りに３つの貫通孔２４０と３つの伝達ロッド２４２が設けられるが（同図には１つのみ表示）、変形例においては貫通孔２４０と伝達ロッド２４２を２つずつ設けてもよい。
【００６９】
ボディ２０４の内方には、小径の弁体２１８、小径の弁体２２４、および弁作動体１３４が同軸状に配設されている。弁体２１８と弁体２２４は、軸線に沿って対向配置されている。弁体２１８は段付円柱状をなし、その下半部が区画部材２２０の上端開口部に摺動可能に挿通され、その先端部が弁座２３４に対向配置されている。弁体２１８は、いわゆるニードル弁体として構成され、その尖った先端部が弁孔２３２に挿抜される。そして、弁体２１８が弁座２３４に接離することにより比例弁３２の開度が調整される。弁体２１８の上半部はやや縮径されて弁作動体１３４の底部を貫通し、その先端部が外方に加締められて係止部２３５となっている。弁作動体１３４の上端部と係止部２３５との間には、弁体２１８を閉弁方向（係止部２３５を弁作動体１３４の底部に押しつける方向）に付勢するスプリング２４４（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００７０】
ボディ１０４の上端部には、円板状の区画部材１２４が配設されている。区画部材１２４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１２４の中央部には軸受部１２６が設けられている。区画部材１２４と区画部材２２０との間には、円板状の伝達部材２４６が配設されている。伝達部材２４６の中央には貫通孔が設けられ、弁体２１８の上半部がこれを貫通している。伝達部材２４６の下面は伝達ロッド２４２の上端面に当接している。一方、伝達部材２４６と区画部材１２４との間には、伝達部材２４６を下方に付勢するスプリング２４８が介装されている。このような構成により、伝達部材２４６に作用する付勢力は伝達ロッド２４２を介して下方に伝達される。
【００７１】
弁体２２４は段付円柱状をなし、区画部材２２０の下端開口部に摺動可能に挿通され、その上端部が弁座２３８に対向配置されている。弁体２２４の外周面にはシール部材としてのＯリング２５１が嵌着されている。弁体２２４は、いわゆるニードル弁体として構成され、その尖った先端部が弁孔２３６に挿抜される。そして、弁体２２４が弁座２３８に接離することにより比例弁３１の開度が調整される。弁体２２４の下端部には半径方向外向きに延出するフランジ部２４９が設けられ、室２２９に配置されている。フランジ部２４９の上面は伝達ロッド２４２の下端面に当接している。一方、フランジ部２４９の下面とボディ２０４の底部との間には、弁体２２４を閉弁方向に付勢するスプリング２５０（「付勢部材」として機能する）が介装されている。このような構成により、伝達ロッド２４２による伝達力が弁体２２４に伝達されるようになる。
【００７２】
一方、ボディ２０４の下半部には、側方から比例弁３３が組み込まれている。比例弁３３は、比例弁３２と近似した構造を有する。すなわち、ボディ２０４の下半部には、段付円筒状の区画部材２６０が左右に延在するように組み付けられている。区画部材２６０は、区画部材２２０の上半部と区画部材１２４とを一体化したような構造を有する。区画部材２６０には、弁体２６２および弁作動体１３４が同軸状に挿通されている。また、区画部材２６０には、導入ポート２１０に連通する連通孔２６４、導出ポート２１４に連通する連通孔２６６が設けられている。
【００７３】
区画部材２６０における連通孔２６４と連通孔２６６とをつなぐ通路には弁孔２６８が形成され、その開口端縁により弁座２７０が形成されている。弁孔２６８が弁座２７０に接離することにより比例弁３３の開度が調整される。弁体２６２は段付円柱状をなし、その一端側が区画部材２６０に摺動可能に挿通され、その先端部が弁座２７０に対向配置されている。弁体２６２は、いわゆるニードル弁体として構成され、その尖った先端部が弁孔２６８に挿抜される。そして、弁体２６２が弁座２７０に着脱することにより比例弁３３が開閉される。弁体２６２の他端側はやや縮径されて弁作動体１３４の底部を貫通し、その先端部が外方に加締められて係止部２３５となっている。弁作動体１３４の上端部と係止部２３５との間には、弁体２６２を閉弁方向に付勢するスプリング２４４が介装されている。
【００７４】
以上のように構成された第２制御弁６は、モータユニット１０２，２０２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、例えば通常暖房運転時など比例弁３１を閉弁状態、比例弁３２を開弁状態、比例弁３３を閉弁状態とする場合、図６および図７に示す状態とされる。このとき、弁作動体１３４が伝達部材２４６から離間しているため、モータユニット１０２の駆動力が弁体２２４に伝わることはない。一方、スプリング２４４の付勢力により係止部２３５が弁作動体１３４の底部に押しつけられており、弁体２１８が弁作動体１３４に対して下死点に位置するため、モータユニット１０２の駆動力がそのまま弁体２１８に作用する。その結果、弁体２１８は、ロータ１７２の回転量に応じて変位し、比例弁３２が設定開度に制御される。すなわち、弁体２１８が全開状態と全閉位置との間の範囲で駆動されることにより比例弁３２の開度が調整される。
【００７５】
一方、特定暖房運転時など比例弁３１を閉弁状態とし、比例弁３２および比例弁３３を開弁状態とする場合、図６の状態からモータユニット２０２のロータ１７２を一方向に回転駆動（正転）する。それにより、弁体２６２が弁座２７０から離間し、比例弁３３が開弁状態となる。弁体２６２は、ロータ１７２の回転量に応じて変位し、比例弁３３が設定開度に制御される。すなわち、弁体２６２が全開状態と全閉位置との間の範囲で駆動されることにより比例弁３３の開度が調整される。
【００７６】
特殊暖房運転時など比例弁３１および比例弁３２をともに閉弁状態とし、比例弁３３を開弁状態とする場合、図６の状態からモータユニット１０２のロータ１７２を一方向に回転駆動（正転）する。それにより、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４がねじ機構によって下降し、弁体２１８が弁座２３４に着座し、比例弁３２が閉弁状態となる。このとき、弁作動体１３４が伝達部材２４６に当接するまでにロータ１７２の回転を停止させることで、比例弁３１についても閉弁状態を維持することができる。なお、弁体２１８が弁座２３４に着座すると、弁体２１８がその反力によりスプリング２４４を押し縮めることで弁作動体１３４に対して相対変位可能となるため、弁体２１８が弁座２３４に対して過度に押しつけられることはない。また、図６の状態からモータユニット２０２のロータ１７２を一方向に回転駆動（正転）する。それにより、弁体２６２が弁座２７０から離間し、比例弁３３が開弁状態となる。弁体２６２は、ロータ１７２の回転量に応じて変位し、比例弁３３が設定開度に制御される。すなわち、弁体２６２が全開状態と全閉位置との間の範囲で駆動されることにより比例弁３３の開度が調整される。
【００７７】
通常冷房運転時など比例弁３１を開弁状態とし、比例弁３２を閉弁状態とし、比例弁３３を開弁状態とする場合、モータユニット１０２のロータ１７２をさらに同方向に回転駆動する。それにより、モータユニット１０２による駆動力が弁作動体１３４、伝達部材２４６および伝達ロッド２４２を介して弁体２２４に伝達され、弁体２２４が押し下げられ、比例弁３１が開弁状態となる。すなわち、弁体２２４が全閉状態と全開位置との間の範囲で駆動されることにより比例弁３１の開度が調整される。
【００７８】
特殊冷房運転時など比例弁３１を開弁状態とし、比例弁３２および比例弁３３を閉弁状態とする場合、モータユニット２０２のロータ１７２を他方向に回転駆動（逆転）する。それにより、比例弁３３については図６の閉弁状態に戻す。
【００７９】
このように、比例弁３１と比例弁３２は、共用のモータユニット１０２により駆動され、一方の開度の制御状態において他方は閉弁状態に維持される。それにより、複合弁でありながら、その一方の比例弁の開度を正確に制御することが可能となっている。一方、比例弁３３については個別のモータユニット２０２により駆動するため、比例弁３１および比例弁３２とは独立して弁開度が制御可能となっている。
【００８０】
図８〜図１０は、第３制御弁９の構成および動作を表す断面図である。なお、各図において図３に示した第１制御弁４と実質的に同様の構成部分には同一の符号を付している。 図８に示すように、第３制御弁９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３０１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３０１は、有底筒状のボディ３０４に大口径の比例弁３５と大口径の比例弁３６とを同軸状に収容して構成され、一方の弁の全開状態を維持しつつ他方の弁の開度を設定開度に調整する比例弁として構成されている。
【００８１】
ボディ３０４の一方の側部には第１導入ポート３１０および第２導入ポート３１２が設けられ、他方の側部には導出ポート３１４が設けられている。第１導入ポート３１０は第５通路２７に連通し、第２導入ポート３１２はバイパス通路２８に連通し、導出ポート３１４は下流側通路に連通する。その下流側通路はアキュムレータ８の入口につながっている。すなわち、ボディ３０４には、第１導入ポート３１０と導出ポート３１４とをつなぐ第１内部通路と、第２導入ポート３１２と導出ポート３１４とをつなぐ第２内部通路が形成される。
【００８２】
ボディ３０４は、その上端開口部から底部に向けてその上部、中央部、下部の内径が段階的に小さくなる穴形状を有し、その上部に第２導入ポート３１２が設けられ、中央部に導出ポート３１４が設けられ、下部に第１導入ポート３１０が設けられている。そして、下部の上端開口部に弁孔３２０が設けられ、その上端開口縁により弁座３２５が形成されている。
【００８３】
ボディ３０４の上部には、円筒状の区画部材３３０が内挿されている。区画部材３３０は、ボディ３０４に同心状に組み付けられており、その第２導入ポート３１２との対向面には内外を連通する連通孔が形成されている。また、区画部材３３０の下端面とボディ３０４との間に挟まれるようにシール部材としてのＯリング３２２が設けられている。
【００８４】
ボディ３０４の上端部には、円板状の区画部材３２３が配設されている。区画部材３２３は、弁本体３０１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３２３の中央部には軸受部１２６が設けられている。区画部材３２３の下面には、リング状の弁座部材３３６が嵌着されるとともに、ガイド部材３３８が固定されている。ガイド部材３３８は、複数の脚部（本実施形態では３本）がボディ３０４に同心状に立設されるようにして構成されている。ガイド部材３３８の底部が弁座部材３３６に部分的にオーバラップすることにより、弁座部材３３６の脱落が防止されている。
【００８５】
ボディ３０４の内方には、弁駆動体３４０、弁作動体１３４および伝達ロッド３４５が同軸状に（同一軸線上に）配設されている。区画部材３２３の軸受部１２６の内周面には雌ねじ部が設けられている。弁作動体１３４の下端部には、伝達ロッド３４５が連結されている。弁駆動体３４０は段付円筒状をなし、大径の弁体部３４２と大径のガイド部３４４とが小径の縮径部３４６を介して一体に設けられている。
【００８６】
弁体部３４２は、その上端開口部に設けられた第１弁体３５０と、下端部に設けられた第２弁体３５２とを一体に含む。第１弁体３５０が弁座部材３３６に接離することにより比例弁３５の開度が調整される。また、第２弁体３５２が弁座３２５に接離することにより比例弁３６の開度が調整される。弁体部３４２の側部には、その内部と導出ポート３１４とを連通させる連通孔が設けられている。弁体部３４２の外周部のシールは、Ｏリング３２２により実現されている。Ｏリング３２２は、弁体部３４２を摺動可能に支持するガイド部を構成する。ガイド部３４４は円板状をなし、その外周面がボディ３０４の下部内周面に摺動可能に支持されている。すなわち、ボディ３０４の下部は、ガイド部３４４を摺動可能に支持するガイド孔３４７を形成する。縮径部３４６は、弁孔３２０を貫通するように配設されている。
【００８７】
伝達ロッド３４５は段付円柱状をなし、弁駆動体３４０を軸線方向に貫通している。伝達ロッド３４５の上端部は小径化されて弁作動体１３４の底部を貫通し、その先端部が外方に加締められて係止部３５５となっている。弁作動体１３４の底部と係止部３５５との間には、伝達ロッド３４５を上方に付勢するスプリング３４８（「付勢部材」として機能する）が介装されている。このため、通常の状態においては図示のように、弁作動体１３４と伝達ロッド３４５とが互いを係止して一体化した状態となる。
【００８８】
伝達ロッド３４５の下半部は小径化されて弁駆動体３４０の縮径部３４６を貫通し、その先端部が半径方向外向きに加締められて係止部となっている。伝達ロッド３４５の下半部の基端と第２弁体３５２との間には、弁駆動体３４０を下方に付勢するスプリング３４９（「付勢部材」として機能する）が介装されている。このため、通常の状態においては図示のように、伝達ロッド３４５と弁駆動体３４０とが互いを係止して一体化した状態となる。
【００８９】
なお、スプリング３４８，３４９は、いずれもその荷重が弁駆動体３４０とＯリング３２２との間の摺動抵抗（弁駆動体３４０の摺動力）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３４０とが一体動作しているときにスプリング３４８，３４９が縮むことなく、比例弁３５および比例弁３６の弁開度を正確に制御できるようになっている。
【００９０】
ここで、本実施形態においては、第１弁体３５０の弁部の有効径Ａと弁駆動体３４０の摺動部の有効径Ｂとが等しく設定され、また、弁孔３２０の有効径Ｃとガイド孔３４７の有効径Ｄとが等しく設定されているため、弁駆動体３４０に作用する冷媒圧力の影響が実質的にキャンセルされる。このため、冷媒圧力の変化によりモータユニット１０２に過度な負荷がかかることがなく、弁開度の制御を安定に行うことができる。
【００９１】
以上のように構成された第３制御弁９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、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて比例弁３５を閉弁状態とし、比例弁３６を全開状態とする場合、図８に示す状態とされる。第３制御弁９は、例えば特殊冷房運転時、通常冷房運転時、特殊暖房運転時などにおいてこのような状態をとる。
【００９２】
一方、比例弁３５または比例弁３６の開度を調整する場合、図８の状態からロータ１７２を一方向に回転駆動（正転）する。それにより、図９に示すように、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４がねじ機構によって下降し、弁駆動体３４０（つまり第１弁体３５０および第２弁体３５２）を押し下げるようにして変位させ、比例弁３５が開弁状態となる。なお、図９には比例弁３５および比例弁３６の双方が全開となる中立状態が示されているが、いずれか一方の開度を小さくしてその開度を制御することにより、その小さくした側の弁を流れる冷媒の流量を調整することができる。このとき、開度が大きくなる側の弁は、その開度が大きくなっても冷媒の流量は飽和状態となり、図９に示す状態と実質的に変わらない全開状態を維持する。すなわち、第１弁体３５０が図８に示す全閉状態と図９に示す全開位置との間の範囲で駆動されることにより比例弁３５の開度が調整される。
【００９３】
また、比例弁３６の開度を調整する場合、図９の状態からロータ１７２をさらに同方向に回転駆動する。それにより、図１０に示すように、弁駆動体３４０がさらに押し下げられ、第２弁体３５２が弁座３２５に近接する方向に動作し、比例弁３６の開度が調整される。このとき、第１弁体３５０が図９の状態からさらに開弁方向に駆動されるが、比例弁３５は、その開度が大きくなっても冷媒の流量は飽和状態となり、図９に示す状態と実質的に変わらない全開状態を維持する。比例弁３６を閉弁させる場合には、図１０の状態からロータ１７２をさらに同方向に回転駆動させればよい。すなわち、第２弁体３５２が全閉状態と図９に示す全開位置との間の範囲で駆動されることにより比例弁３６の開度が調整される。
【００９４】
なお、本実施形態では、比例弁３６の閉弁と同時にロータ１７２が停止しなくとも、スプリング３４９が押し縮められて伝達ロッド３４５が弁駆動体３４０に対して相対変位することで、弁座３２５に過度な面圧がかかるのを防止する遊び機構が設けられている。同様に、比例弁３５の閉弁と同時にロータ１７２が停止しなくとも、スプリング３４８が押し縮められて弁作動体１３４が伝達ロッド３４５に対して相対変位することで、弁座３３６に過度な面圧がかかるのを防止する遊び機構が設けられている。
【００９５】
なお、本実施形態では図示のように、比例弁３５については弁座部材３３６やＯリング３２２を配置して閉弁時のシール性を厳密に確保するのに対し、比例弁３６についてはそのような構成としていない。これは、図２（Ｄ）に示したように、比例弁３６を閉弁させるのは通常暖房運転時のみであるところ、その場合には図示のように蒸発器７が休止状態にあり、また、比例弁３１および比例弁３３が閉弁状態であるため、比例弁３６には実質的に冷媒が流れ込んでこないためである。また、この運転は室外熱交換器５が低温状態で低圧となるときに行われるため、室外熱交換器５側からの逆流の心配も少ないためである。なお、このようにＯリング３２２を比例弁３５側のみに設け、比例弁３６側には設けないようにすることで、弁駆動体３４０に作用するシール部材からの摺動抵抗を抑えることができ、モータユニット１０２に過度な負荷をかけずに済むといったメリットもある。
【００９６】
このように、比例弁３５と比例弁３６は、共用のモータユニット１０２により駆動され、一方の開度の制御状態において他方の全開状態が維持される。それにより、複合弁でありながら、その一方の比例弁の開度を正確に制御することが可能となっている。
【００９７】
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。
【００９８】
上記実施形態では、第１制御弁４、第２制御弁６および第３制御弁９を、それぞれ複数の比例弁に対して共用のボディと共用のモータユニットを備える複合弁として構成する例を示した。変形例においては、比例弁３１〜３７のそれぞれを個別のボディとモータユニットとを備える制御弁として独立に構成してもよい。また、上記実施形態では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、少なくともいずれかの複合弁のアクチュエータをソレノイド等により構成してもよい。比例弁３１〜３７のそれぞれを独立に構成する場合には、その少なくともいずれかの比例弁のアクチュエータをソレノイド等により構成してもよい。
【００９９】
上記実施形態では、図６に示したように、第２制御弁６として、比例弁３１および比例弁３２に対して比例弁３３を直角方向に組み付ける構成例を示した。変形例においては、比例弁３１および比例弁３２に対して比例弁３３を平行に組み付けるようにしてもよい。それにより、モータユニット１０２とモータユニット２０２とをその軸線が互いに平行となるように共用のボディに組み付けてもよい。すなわち、第２制御弁６としての集合弁の構成を車両への設置スペースに応じて変化させてもよい。
【０１００】
上記実施形態では、車両用冷暖房装置１００として、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るものを例示した。変形例においては、これとは異なるシステム構成としてもよい。図１１は、変形例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。同図において、図１に示した実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付している。
【０１０１】
すなわち、図１１に示すように、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として直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る車両用冷暖房装置２００としてもよい。車両用冷暖房装置２００では、冷房運転時（除湿時）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、暖房運転中の除湿時に冷媒が循環する第３冷媒循環通路が形成される。
【０１０２】
第１冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→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→室内凝縮器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→室内凝縮器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。
【０１０３】
具体的には、圧縮機２の吐出室は第１通路２２１を介して室内凝縮器３の入口に接続され、室内凝縮器３の出口は第２通路２２２を介して室外熱交換器５の一方の出入口に接続されている。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５通路２７を介してアキュムレータ８の入口に接続されている。これら第１通路２２１、第２通路２２２、第３通路２３および第５通路２７により第１冷媒循環通路が形成される。
【０１０４】
第２通路２２２には、室内凝縮器３の側から第１分岐点、第２分岐点、第３分岐点が設けられている。すなわち、第２通路２２２は、第１分岐点にてバイパス通路２２５に分岐し、第２分岐点にてバイパス通路２２３に分岐し、第３分岐点にてバイパス通路２８に分岐している。そして、バイパス通路２２５が第３通路２３に接続されることにより、室内凝縮器３から導出された冷媒の少なくとも一部を室外熱交換器５を迂回させて蒸発器７へ供給可能な第３冷媒循環通路が形成される。また、バイパス通路２２３が室外熱交換器５の他方の出入口に接続され、バイパス通路２８がアキュムレータ８の入口に接続されることにより、第２冷媒循環通路が形成される。
【０１０５】
室内凝縮器３の出口と室外熱交換器５の一方の出入口との間には第１制御弁４０４が設けられている。また、室外熱交換器５の他方の出入口と蒸発器７の入口との間には第２制御弁４０６が設けられている。さらに、室外熱交換器５の一方の出入口と蒸発器７の出口との間には第３制御弁９が設けられている。第１制御弁４０４は、比例弁３２および比例弁３４に対して共用のボディと共用のモータユニットを備える複合弁として構成される。第２制御弁４０６は、比例弁３１および比例弁３３に対して共用のボディと共用のモータユニットを備える複合弁として構成される。第３制御弁９は、上記実施形態と同様である。なお、別の変形例においては、本変形例の比例弁３１〜３６のそれぞれを個別のボディとモータユニットを備える制御弁として独立に構成してもよい。
【０１０６】
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。
【０１０７】
上記実施形態においては、補助凝縮器として室内凝縮器を設ける例を示した。変形例においては、補助凝縮器を室外熱交換器とは別に設けられる熱交換器として構成してもよい。その熱交換器は、例えば車室外に配置され、冷却水（ブラインなどでもよい）を利用して熱交換を行うものでもよい。具体的には、例えば図１における第１制御弁４と第２制御弁６との間に熱交換器を設ける一方、車室内に放熱器を配置し、これら熱交換器と放熱器とを冷却水の循環回路にて接続してもよい。あるいは、図１１におけるバイパス通路２２５への分岐点と圧縮機２との間に熱交換器を設ける一方、車室内に放熱器を配置し、これら熱交換器と放熱器とを冷却水の循環回路にて接続してもよい。その循環回路には冷却水を汲み上げるポンプを設けてもよい。このようにすれば、圧縮機２から第１制御弁４へ向かう高温の冷媒と、循環回路を循環する冷却水との間で熱交換を行うことができる。このような構成においても、圧縮機２から吐出された冷媒を熱交換器により凝縮させて循環させることが可能となる。
【符号の説明】
【０１０８】
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 第３制御弁、 ３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７ 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、 １１０ 導入ポート、 １１２ 第１導出ポート、 １１４ 第２導出ポート、 １２０ 弁孔、 １２２ 弁座、 １３２ 弁駆動体、 １３４ 弁作動体、 １３６ 伝達部材、 １３８ 共用弁体、 １４０ ガイド部、 １４４ 弁孔、 １４６ 弁座、 １４８ 背圧室、 １７２ ロータ、 １７３ ステータ、 ２００ 車両用冷暖房装置、 ２０１ 弁本体、 ２０２ モータユニット、 ２０４ ボディ、 ２１０ 導入ポート、 ２１２ 導入出ポート、 ２１４ 導出ポート、 ２１８，２２４ 弁体、 ２３２ 弁孔、 ２３４ 弁座、 ２３６ 弁孔、 ２３８ 弁座、 ２４２ 伝達ロッド、 ２４４ スプリング、 ２４６ 伝達部材、 ２６２ 弁体、 ２６８ 弁孔、 ２７０ 弁座、 ３０１ 弁本体、 ３０４ ボディ、 ３１０ 第１導入ポート、 ３１２ 第２導入ポート、 ３１４ 導出ポート、 ３２０ 弁孔、 ３２５ 弁座、 ３４０ 弁駆動体、 ３４２ 弁体部、 ３４４ ガイド部、 ３４５ 伝達ロッド、 ３５０ 第１弁体、 ３５２ 第２弁体、 ４０４ 第１制御弁、 ４０６ 第２制御弁。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の冷媒循環通路を備えた車両用冷暖房装置に関する。
【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、運転状態に応じて冷媒循環通路が切り替えられる車両用冷暖房装置において、各運転状態における装置の機能を担保しつつ、システムの構築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車両用冷暖房装置は、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、室外熱交換器とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器と、いずれかの凝縮器といずれかの蒸発器とを配し、その凝縮器と蒸発器の組合せが異なる複数の冷媒循環通路と、各冷媒循環通路における凝縮器と蒸発器との間に一つずつ配設され、その凝縮器から導入された冷媒を膨張させてその蒸発器に導出可能な複数の膨張装置と、を備える。
【０００８】
この態様によると、複数の冷媒循環通路のそれぞれにおいて凝縮器と蒸発器との間に膨張装置が一つずつ配設されるよう、冷媒循環通路の形成および各機器の配置構成がなされている。すなわち、圧縮機を中心とする冷媒循環システムが構成される都合上、複数の冷媒循環通路には他の冷媒循環通路との共用通路と個別通路とが存在するところ、この態様では、各冷媒循環通路の個別通路に膨張装置が配置される。それにより、各膨張装置が各冷媒循環通路の冷媒の流れを調整するようになり、複数の膨張装置間で制御が干渉し合うこともなく、安定した適正な運転状態が得られるようになる。また、仮に共用通路に膨張装置を設けるとした場合、各冷媒循環通路におけるその膨張装置の上流側に通路を開放または遮断するための機器を設ける必要があるところ、この態様では、そうした機器を設けない構成とすることもできる。その結果、部品点数を抑えることができ、システムの構築に嵩むコストをトータル的に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、運転状態に応じて冷媒循環通路が切り替えられる車両用冷暖房装置において、各運転状態における装置の機能を担保しつつ、システムの構築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】第１制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【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２制御弁の構成を表す断面図である。
【図７】第２制御弁の弁本体の部分を示す拡大断面図である。
【図８】第３制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図９】第３制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１０】第３制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１１】変形例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。
【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。本実施形態は、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車の冷暖房装置として具体化したものである。
【００１２】
車両用冷暖房装置１００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】
車両用冷暖房装置１００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。この冷凍サイクルは、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として並列に動作可能に構成され、また、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として並列に動作可能に構成されている。すなわち、冷房運転時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。
【００１４】
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→室内凝縮器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→室内凝縮器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。
【００１５】
具体的には、圧縮機２の吐出室につながる通路が分岐し、その一方である第１通路２１が室外熱交換器５の一方の出入口につながり、他方である第２通路２２が室内凝縮器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の入口につながっている。室内凝縮器３の出口につながる第４通路２４は、その下流側にて第１分岐通路２５と第２分岐通路２６とに分岐しており、それぞれ第３通路２３に接続されている。蒸発器７の出口は第５通路２７（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。また、第１通路２１の中間部においてバイパス通路２８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。
【００１６】
第１通路２１と第２通路２２との分岐点には第１制御弁４が設けられている。第１分岐通路２５と第２分岐通路２６との分岐点には第２制御弁６が設けられている。さらに、第５通路２７とバイパス通路２８との合流点には第３制御弁９が設けられている。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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が蒸発器として機能する際には、膨張装置（後述する比例弁３２）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。
【００２０】
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（後述する比例弁３１や比例弁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、室内凝縮器３の通過過程で加熱される。
【００２１】
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。
【００２２】
第１制御弁４は、共用のボディに比例弁３４（「第４比例弁」に対応する）と比例弁３７（「第７比例弁」に対応する）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。比例弁３４は大口径の弁であり、第１通路２１の開度を調整する。比例弁３７は大口径の弁であり、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。
【００２３】
第２制御弁６は、共用のボディに比例弁３１（「第１比例弁」に対応する）、比例弁３２（「第２比例弁」に対応する）および比例弁３３（「第３比例弁」に対応する）を収容する複合弁として構成されている。比例弁３１と比例弁３２は共用のアクチュエータにて駆動され、比例弁３３はもう１つのアクチュエータにて駆動される。比例弁３１は、第３通路２３における第１分岐通路２５との合流点と第２分岐通路２６との合流点との間に設けられている。
【００２４】
比例弁３１は小口径の弁であり、第３通路２３の開度を調整する。比例弁３２は小口径の弁であり、第１分岐通路２５の開度を調整する。比例弁３３小口径の弁であり、第２分岐通路２６の開度を調整する。これら比例弁３１，比例弁３２および比例弁３３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。第２制御弁６の具体的構成については後述する。
【００２５】
第３制御弁９は、共用のボディに比例弁３５（「第５比例弁」に対応する）と比例弁３６（「第６比例弁」に対応する）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。比例弁３５は大口径の弁であり、バイパス通路２８の開度を調整する。比例弁３６は大口径の弁であり、第５通路２７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。第３制御弁９の具体的構成については後述する。
【００２６】
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、室内凝縮器３の出口、室外熱交換器５の一方の出入口と他方の出入口、蒸発器７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。
【００２７】
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）は特殊冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は通常冷房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は通常暖房運転時の状態を示し、（Ｅ）は特殊暖房運転時の状態を示している。なお、「特殊冷房運転」は、冷房運転において室内凝縮器３を機能させない運転状態である。「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。「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。なお、図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。
【００２８】
図２（Ａ）に示すように、特殊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が閉弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁３１が開弁状態とされ、比例弁３２および比例弁３３が閉弁状態とされる。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冷媒循環通路が開放され、第２冷媒循環通路および第３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、室外熱交換器５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。
【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、室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室外熱交換器５を経由した冷媒が比例弁３１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３１の開度を制御する。
【００３０】
図２（Ｂ）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および比例弁３７がともに開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁３１および比例弁３３が開弁状態とされ、比例弁３２が閉弁状態とされる。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、他方で室内凝縮器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。
【００３１】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室内凝縮器３を、他方で室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室内凝縮器３を経由した冷媒が比例弁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。また、室外熱交換器５を経由した冷媒が比例弁３１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、室内凝縮器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。制御部は、また、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３１の開度を制御する。
【００３２】
図２（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁４の比例弁３４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３１が閉弁状態とされ、比例弁３２および比例弁３３が開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５および比例弁３６がともに開弁状態とされる。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、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３にて凝縮され、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。
【００３３】
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。室内凝縮器３から導出された冷媒は、一方で比例弁３２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、室内凝縮器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。
【００３４】
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。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は、比例弁３２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３２の開度と比例弁３３の開度を調整することにより室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣとなるように調整するとともに、その開度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。
【００３５】
また、制御部は、第３制御弁９における比例弁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、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、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
図２（Ｄ）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３１および比例弁３３が閉弁状態とされ、比例弁３２が開弁状態とされる。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１冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が遮断され、第２冷媒循環通路が開放される。このため、室内凝縮器３から導出された冷媒は、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、室内凝縮器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３２の開度を制御する。
【００３９】
図２（Ｅ）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３１および比例弁３２が閉弁状態とされ、比例弁３３が開弁状態とされる。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２冷媒循環通路が遮断され、第３冷媒循環通路が開放される。このため、室内凝縮器３から導出された冷媒は、蒸発器７に導かれる。つまり、冷媒が室外熱交換器５を迂回するため室外熱交換器５が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。
【００４０】
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３〜図５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３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と大口径の比例弁３７とを同軸状に収容して構成されている。第１制御弁４は、一方の比例弁の全開状態を維持しつつ他方の比例弁の開度が設定開度に調整される複合弁として構成されている。
【００４１】
ボディ１０４の一方の側部には導入ポート１１０が設けられ、他方の側部には上下に第１導出ポート１１２、第２導出ポート１１４が設けられている。導入ポート１１０は圧縮機２の吐出室に連通し、第１導出ポート１１２は第１通路２１に連通し、第２導出ポート１１４は第２通路２２に連通する。すなわち、ボディ１０４には、導入ポート１１０と第１導出ポート１１２とをつなぐ第１内部通路と、導入ポート１１０と第２導出ポート１１４とをつなぐ第２内部通路が形成される。
【００４２】
ボディ１０４の上半部には、円筒状の区画部材１１６が配設されている。区画部材１１６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１１６の下端部は弁孔１２０を形成している。また、弁孔１２０の下端開口端縁により弁座１２２が形成されている。区画部材１１６における第１導出ポート１１２との対向面には、内外を連通する連通孔が設けられている。
【００４３】
ボディ１０４の上端部には、段付円筒状の区画部材１２４が配設されている。区画部材１２４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１２４の上端部中央には、円ボス状の軸受部１２６が設けられている。軸受部１２６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１２４の内方にはガイド孔１２８が形成され、その下端部にシール部材としてのＯリング１３０が嵌着されている。
【００４４】
ボディ１０４の内方には、弁駆動体１３２、弁作動体１３４、伝達部材１３６が同軸状に配設されている。弁駆動体１３２は段付円筒状をなし、その軸線方向中央の縮径部が弁孔１２０を貫通するように配設されている。弁駆動体１３２の下端部には共用弁体１３８が設けられ、上端部にはガイド部１４０が設けられている。すなわち、共用弁体１３８は弁孔１２０の上流側にて導入ポート１１０に連通する圧力室に配置されている。一方、ガイド部１４０は、弁孔１２０の下流側にて第１導出ポート１１２に連通する圧力室に配置され、区画部材１２４に摺動可能に支持されている。
【００４５】
共用弁体１３８は段付円柱状をなし、その上端部に第１弁部材１４１が嵌着され、下端部に第２弁部材１４２が嵌着されている。第１弁部材１４１および第２弁部材１４２は、ともに環状の弾性体（本実施形態ではゴム）からなる。導入ポート１１０と第２導出ポート１１４とをつなぐ通路には弁孔１４４が設けられ、その上端開口端縁に弁座１４６が形成されている。第１弁部材１４１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弁部材１４２は、弁座１４６に接離して比例弁３７の開度を調整する。
【００４６】
共用弁体１３８の下端部には弁孔１４４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。すなわち、弁駆動体１３２は、その下端部の複数の脚部が弁孔１４４に沿って摺動し、上端部のガイド部１４０がガイド孔１２８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。ガイド部１４０と区画部材１２４との間には背圧室１４８が形成される。また、共用弁体１３８を軸線方向に貫通する連通路１５０が形成されている。このため、背圧室１４８には常に、第２導出ポート１１４から導出される下流側圧力Ｐout2が満たされる。
【００４７】
本実施形態においては、弁孔１２０の有効径Ａと、弁孔１４４の有効径Ｂ（正確にはＯリング１３０の内径）と、ガイド孔１２８の有効径Ｃとが等しく設定されている。このため、共用弁体１３８に作用する冷媒圧力の影響はキャンセルされる。特にＯリング１３０を設けたことにより、ガイド部１４０の摺動部のシール性が確保されるとともに、その摺動部にゴミなどが挟み込まれることが防止されている。
【００４８】
弁駆動体１３２のガイド部１４０の内方には、ばね受け１５２と伝達部材１３６が同軸状に挿通されている。ばね受け１５２は円板状をなし、その中央部を伝達部材１３６が貫通している。ガイド部１４０の上端開口部とばね受け１５２との間には、スプリング１５４（「付勢部材」として機能する）が介装されている。一方、弁駆動体１３２の縮径部の内方には、円板状のばね受け１５６が挿通されている。共用弁体１３８とばね受け１５６との間には、スプリング１５８（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００４９】
そして、弁作動体１３４と弁駆動体１３２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、伝達部材１３６の上端部は弁作動体１３４の底部を貫通し、その先端部が外方に加締められて連結されている。伝達部材１３６の側部には半径方向外向きに突出した係止部１６０が設けられ、その係止部１６０がばね受け１５２に係止されることで、弁作動体１３４と弁駆動体１３２とが上方に一体動作可能となるように構成されている。また、伝達部材１３６の下端がばね受け１５６に係止されることで、弁作動体１３４と弁駆動体１３２とが下方に一体動作可能となるように構成されている。弁駆動体１３２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１５４，１５８の付勢力により突っ張った状態で一体変位するが（図４参照）、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（図３，図５参照）。
【００５０】
なお、スプリング１５４，１５８は、いずれもその荷重が弁駆動体１３２とＯリング１３０との間の摺動抵抗（弁駆動体１３２の摺動力）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１３２とが一体動作しているときにスプリング１５４，１５８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。
【００５１】
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１２６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１５３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、共用弁体１３８を軸線方向（比例弁３４、比例弁３７の開閉方向）に駆動する。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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１５３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共用弁体１３８の開閉方向に駆動される。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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が下死点にて係止された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。
【００５８】
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１２６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、その端部部材１９４の中央に設けられた円筒軸１９６の部分がシャフト１８２に支持されている。すなわち、軸受部１２６が一端側の軸受部となり、シャフト１８２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。
【００５９】
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。以下、その動作について詳細に説明する。
第１制御弁４の流量制御において、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、一方で弁作動体１３４が回転駆動されて比例弁３４および比例弁３７の開度が設定開度に調整され、他方で回転ストッパ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。
【００６０】
図３は、比例弁３４が全開状態となり、比例弁３７が閉弁状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば特殊冷房運転時においてこのような状態をとる。したがって、特殊冷房運転時においては、圧縮機２から吐出された高温のガス冷媒が室内凝縮器３へ漏洩することが防止される。
【００６１】
図４は、比例弁３４および比例弁３７がともに開弁状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば通常冷房運転時において状況に応じてこのような状態をとり得る。すなわち、図３の状態からロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されることにより弁駆動体１３２が比例弁３７の開弁方向に変位し、図４に示すように比例弁３４と比例弁３７がともに開弁した状態となる。すなわち、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４がねじ機構によって上昇し、伝達部材１３６がその係止部１６０にてばね受け１５２に係止された状態で、弁作動体１３４が弁駆動体１３２を吊り上げるようにして変位させる。なお、図４は比例弁３４および比例弁３７がともに全開となった状態を示している。比例弁３７の弁開度は、共用弁体１３８が図３に示す位置と図４に示す位置との間の範囲で駆動されることで調整される。そのように比例弁３７の弁開度が調整される状態においては、比例弁３４の全開状態が維持される。なお、ここでいう「全開状態」とは、弁開度が大きくなって冷媒の流量が飽和状態となることを意味する。
【００６２】
図５は、比例弁３４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、例えば暖房運転時においてこのような状態をとる。図４の状態からロータ１７２がさらに同方向に回転駆動されることにより弁駆動体１３２が比例弁３４の閉弁方向に変位し、図５の状態となる。したがって、暖房運転時においては、圧縮機２から吐出された高温のガス冷媒が室外熱交換器５へ漏洩することが防止される。なお、図５の状態からロータ１７２を逆方向に回転駆動することにより、比例弁３４を開弁させることができることは言うまでもない。比例弁３４の弁開度は、共用弁体１３８が図５に示す位置と図４に示す位置との間の範囲で駆動されることで調整される。
【００６３】
なお、図５には、比例弁３４が閉弁した後にロータ１７２が所定量回転した状態が示されている。すなわち、比例弁３４の閉弁と同時にロータ１７２が停止しなくとも、図示のように伝達部材１３６がばね受け１５６から離間することで弁座１２２に過度な面圧がかかるのを防止する遊び機構が設けられている。同様に、図３には比例弁３７が閉弁した後にロータ１７２が所定量回転した状態が示されている。すなわち、比例弁３７の閉弁と同時にロータ１７２が停止しなくとも、図示のように伝達部材１３６がばね受け１５２から離間することで弁座１４６に過度な面圧がかかるのを防止する遊び機構が設けられている。
【００６４】
このように、比例弁３４と比例弁３７は共用のモータユニット１０２により駆動され、一方の開度の制御状態において他方は全開状態に維持される。それにより、複合弁でありながら、その一方の比例弁の開度を正確に制御することが可能となっている。
【００６５】
図６は、第２制御弁６の構成を表す断面図である。図７は、第２制御弁６の弁本体の部分を示す拡大断面図である。なお、各図において図３に示した第１制御弁４と実質的に同様の構成部分には同一の符号を付している。
図６に示すように、第２制御弁６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２０１と２つのモータユニット１０２，２０２とを組み付けて構成されている。弁本体２０１は、有底筒状のボディ２０４に小口径の比例弁３１と小口径の比例弁３２とを同軸状に収容するとともに、その軸線に対して小口径の比例弁３３を直角方向に組み付けるようにして構成されている。比例弁３１と比例弁３２は共用のモータユニット１０２により駆動され、比例弁３３はもう一つのモータユニット２０２により駆動される。なお、モータユニット２０２は、モータユニット１０２と同様の構成を有する。２つのモータユニット１０２，２０２は、互いの軸線が直交するようにボディ２０４に組み付けられている。第２制御弁６は、比例弁３１および比例弁３２の一方の閉弁状態を維持しつつ他方の開度が設定開度に調整される複合弁として構成され、また、その複合弁と比例弁３３とを共用のボディ２０４に組み込んだ集合弁として構成されている。
【００６６】
ボディ２０４の一方の側部には導入ポート２１０、導入出ポート２１２および導出ポート２１４が設けられている。導入ポート２１０は第４通路２４を介して室内凝縮器３に連通し、導入出ポート２１２は第３通路２３を介して室外熱交換器５に連通し、導出ポート２１４は第３通路２３を介して蒸発器７に連通する。すなわち、ボディ２０４には、導入ポート２１０と導入出ポート２１２とをつなぐ第１内部通路と、導入ポート２１０と導出ポート２１４とをつなぐ第２内部通路と、導入出ポート２１２と導出ポート２１４とをつなぐ第３内部通路が形成される。第１分岐通路２５および第２分岐通路２６は、ボディ２０４の内部に形成されている。
【００６７】
図７に示すように、ボディ２０４の中間部には、段付円筒状の区画部材２２０が上下に延在するように組み付けられている。そして、区画部材２２０の上端開口部に上方から弁体２１８が挿通され、下端開口部に下方から弁体２２４が挿通されている。また、区画部材２２０の側面には、上方から導入ポート２１０に連通する連通孔２２６、導入出ポート２１２に連通する連通孔２２８、導出ポート２１４に連通する連通孔２３０が設けられている。区画部材２２０の下端部はボディ２０４との間に室２２９を形成している。区画部材２２０の外周面における連通孔２２６と連通孔２２８との間、連通孔２２８と連通孔２３０との間、連通孔２３０と室２２９との間には、それぞれシール用のＯリングが嵌着されている。
【００６８】
区画部材２２０における連通孔２２６と連通孔２２８とをつなぐ通路には弁孔２３２が形成され、その上端開口端縁により弁座２３４が形成されている。弁孔２３２は、区画部材２２０の上端開口部よりも内径がやや小さく構成されている。弁体２１８が上方から弁座２３４に接離することにより比例弁３２の開度が調整される。また、区画部材２２０における連通孔２２８と連通孔２３０とをつなぐ通路には弁孔２３６が形成され、その下端開口端縁により弁座２３８が形成されている。弁孔２３６は、区画部材２２０の下端開口部よりも内径がやや小さく構成されている。弁体２２４が下方から弁座２３８に接離することにより比例弁３１の開度が調整される。また、区画部材２２０には、その軸線からずれた位置にその軸線に平行な複数の貫通孔２４０が設けられている。貫通孔２４０の一端は導入ポート２１０に連通し、他端は室２２９に連通している。そして、その複数の貫通孔２４０を貫通するように長尺状の伝達ロッド２４２がそれぞれ配設されている。なお、本実施形態では区画部材２２０の軸線の周りに３つの貫通孔２４０と３つの伝達ロッド２４２が設けられるが（同図には１つのみ表示）、変形例においては貫通孔２４０と伝達ロッド２４２を２つずつ設けてもよい。
【００６９】
ボディ２０４の内方には、小径の弁体２１８、小径の弁体２２４、および弁作動体１３４が同軸状に配設されている。弁体２１８と弁体２２４は、軸線に沿って対向配置されている。弁体２１８は段付円柱状をなし、その下半部が区画部材２２０の上端開口部に摺動可能に挿通され、その先端部が弁座２３４に対向配置されている。弁体２１８は、いわゆるニードル弁体として構成され、その尖った先端部が弁孔２３２に挿抜される。そして、弁体２１８が弁座２３４に接離することにより比例弁３２の開度が調整される。弁体２１８の上半部はやや縮径されて弁作動体１３４の底部を貫通し、その先端部が外方に加締められて係止部２３５となっている。弁作動体１３４の上端部と係止部２３５との間には、弁体２１８を閉弁方向（係止部２３５を弁作動体１３４の底部に押しつける方向）に付勢するスプリング２４４（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００７０】
ボディ１０４の上端部には、円板状の区画部材１２４が配設されている。区画部材１２４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１２４の中央部には軸受部１２６が設けられている。区画部材１２４と区画部材２２０との間には、円板状の伝達部材２４６が配設されている。伝達部材２４６の中央には貫通孔が設けられ、弁体２１８の上半部がこれを貫通している。伝達部材２４６の下面は伝達ロッド２４２の上端面に当接している。一方、伝達部材２４６と区画部材１２４との間には、伝達部材２４６を下方に付勢するスプリング２４８が介装されている。このような構成により、伝達部材２４６に作用する付勢力は伝達ロッド２４２を介して下方に伝達される。
【００７１】
弁体２２４は段付円柱状をなし、区画部材２２０の下端開口部に摺動可能に挿通され、その上端部が弁座２３８に対向配置されている。弁体２２４の外周面にはシール部材としてのＯリング２５１が嵌着されている。弁体２２４は、いわゆるニードル弁体として構成され、その尖った先端部が弁孔２３６に挿抜される。そして、弁体２２４が弁座２３８に接離することにより比例弁３１の開度が調整される。弁体２２４の下端部には半径方向外向きに延出するフランジ部２４９が設けられ、室２２９に配置されている。フランジ部２４９の上面は伝達ロッド２４２の下端面に当接している。一方、フランジ部２４９の下面とボディ２０４の底部との間には、弁体２２４を閉弁方向に付勢するスプリング２５０（「付勢部材」として機能する）が介装されている。このような構成により、伝達ロッド２４２による伝達力が弁体２２４に伝達されるようになる。
【００７２】
一方、ボディ２０４の下半部には、側方から比例弁３３が組み込まれている。比例弁３３は、比例弁３２と近似した構造を有する。すなわち、ボディ２０４の下半部には、段付円筒状の区画部材２６０が左右に延在するように組み付けられている。区画部材２６０は、区画部材２２０の上半部と区画部材１２４とを一体化したような構造を有する。区画部材２６０には、弁体２６２および弁作動体１３４が同軸状に挿通されている。また、区画部材２６０には、導入ポート２１０に連通する連通孔２６４、導出ポート２１４に連通する連通孔２６６が設けられている。
【００７３】
区画部材２６０における連通孔２６４と連通孔２６６とをつなぐ通路には弁孔２６８が形成され、その開口端縁により弁座２７０が形成されている。弁孔２６８が弁座２７０に接離することにより比例弁３３の開度が調整される。弁体２６２は段付円柱状をなし、その一端側が区画部材２６０に摺動可能に挿通され、その先端部が弁座２７０に対向配置されている。弁体２６２は、いわゆるニードル弁体として構成され、その尖った先端部が弁孔２６８に挿抜される。そして、弁体２６２が弁座２７０に着脱することにより比例弁３３が開閉される。弁体２６２の他端側はやや縮径されて弁作動体１３４の底部を貫通し、その先端部が外方に加締められて係止部２３５となっている。弁作動体１３４の上端部と係止部２３５との間には、弁体２６２を閉弁方向に付勢するスプリング２４４が介装されている。
【００７４】
以上のように構成された第２制御弁６は、モータユニット１０２，２０２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、例えば通常暖房運転時など比例弁３１を閉弁状態、比例弁３２を開弁状態、比例弁３３を閉弁状態とする場合、図６および図７に示す状態とされる。このとき、弁作動体１３４が伝達部材２４６から離間しているため、モータユニット１０２の駆動力が弁体２２４に伝わることはない。一方、スプリング２４４の付勢力により係止部２３５が弁作動体１３４の底部に押しつけられており、弁体２１８が弁作動体１３４に対して下死点に位置するため、モータユニット１０２の駆動力がそのまま弁体２１８に作用する。その結果、弁体２１８は、ロータ１７２の回転量に応じて変位し、比例弁３２が設定開度に制御される。すなわち、弁体２１８が全開状態と全閉位置との間の範囲で駆動されることにより比例弁３２の開度が調整される。
【００７５】
一方、特定暖房運転時など比例弁３１を閉弁状態とし、比例弁３２および比例弁３３を開弁状態とする場合、図６の状態からモータユニット２０２のロータ１７２を一方向に回転駆動（正転）する。それにより、弁体２６２が弁座２７０から離間し、比例弁３３が開弁状態となる。弁体２６２は、ロータ１７２の回転量に応じて変位し、比例弁３３が設定開度に制御される。すなわち、弁体２６２が全開状態と全閉位置との間の範囲で駆動されることにより比例弁３３の開度が調整される。
【００７６】
特殊暖房運転時など比例弁３１および比例弁３２をともに閉弁状態とし、比例弁３３を開弁状態とする場合、図６の状態からモータユニット１０２のロータ１７２を一方向に回転駆動（正転）する。それにより、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４がねじ機構によって下降し、弁体２１８が弁座２３４に着座し、比例弁３２が閉弁状態となる。このとき、弁作動体１３４が伝達部材２４６に当接するまでにロータ１７２の回転を停止させることで、比例弁３１についても閉弁状態を維持することができる。なお、弁体２１８が弁座２３４に着座すると、弁体２１８がその反力によりスプリング２４４を押し縮めることで弁作動体１３４に対して相対変位可能となるため、弁体２１８が弁座２３４に対して過度に押しつけられることはない。また、図６の状態からモータユニット２０２のロータ１７２を一方向に回転駆動（正転）する。それにより、弁体２６２が弁座２７０から離間し、比例弁３３が開弁状態となる。弁体２６２は、ロータ１７２の回転量に応じて変位し、比例弁３３が設定開度に制御される。すなわち、弁体２６２が全開状態と全閉位置との間の範囲で駆動されることにより比例弁３３の開度が調整される。
【００７７】
通常冷房運転時など比例弁３１を開弁状態とし、比例弁３２を閉弁状態とし、比例弁３３を開弁状態とする場合、モータユニット１０２のロータ１７２をさらに同方向に回転駆動する。それにより、モータユニット１０２による駆動力が弁作動体１３４、伝達部材２４６および伝達ロッド２４２を介して弁体２２４に伝達され、弁体２２４が押し下げられ、比例弁３１が開弁状態となる。すなわち、弁体２２４が全閉状態と全開位置との間の範囲で駆動されることにより比例弁３１の開度が調整される。
【００７８】
特殊冷房運転時など比例弁３１を開弁状態とし、比例弁３２および比例弁３３を閉弁状態とする場合、モータユニット２０２のロータ１７２を他方向に回転駆動（逆転）する。それにより、比例弁３３については図６の閉弁状態に戻す。
【００７９】
このように、比例弁３１と比例弁３２は、共用のモータユニット１０２により駆動され、一方の開度の制御状態において他方は閉弁状態に維持される。それにより、複合弁でありながら、その一方の比例弁の開度を正確に制御することが可能となっている。一方、比例弁３３については個別のモータユニット２０２により駆動するため、比例弁３１および比例弁３２とは独立して弁開度が制御可能となっている。
【００８０】
図８〜図１０は、第３制御弁９の構成および動作を表す断面図である。なお、各図において図３に示した第１制御弁４と実質的に同様の構成部分には同一の符号を付している。 図８に示すように、第３制御弁９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３０１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３０１は、有底筒状のボディ３０４に大口径の比例弁３５と大口径の比例弁３６とを同軸状に収容して構成され、一方の弁の全開状態を維持しつつ他方の弁の開度を設定開度に調整する比例弁として構成されている。
【００８１】
ボディ３０４の一方の側部には第１導入ポート３１０および第２導入ポート３１２が設けられ、他方の側部には導出ポート３１４が設けられている。第１導入ポート３１０は第５通路２７に連通し、第２導入ポート３１２はバイパス通路２８に連通し、導出ポート３１４は下流側通路に連通する。その下流側通路はアキュムレータ８の入口につながっている。すなわち、ボディ３０４には、第１導入ポート３１０と導出ポート３１４とをつなぐ第１内部通路と、第２導入ポート３１２と導出ポート３１４とをつなぐ第２内部通路が形成される。
【００８２】
ボディ３０４は、その上端開口部から底部に向けてその上部、中央部、下部の内径が段階的に小さくなる穴形状を有し、その上部に第２導入ポート３１２が設けられ、中央部に導出ポート３１４が設けられ、下部に第１導入ポート３１０が設けられている。そして、下部の上端開口部に弁孔３２０が設けられ、その上端開口縁により弁座３２５が形成されている。
【００８３】
ボディ３０４の上部には、円筒状の区画部材３３０が内挿されている。区画部材３３０は、ボディ３０４に同心状に組み付けられており、その第２導入ポート３１２との対向面には内外を連通する連通孔が形成されている。また、区画部材３３０の下端面とボディ３０４との間に挟まれるようにシール部材としてのＯリング３２２が設けられている。
【００８４】
ボディ３０４の上端部には、円板状の区画部材３２３が配設されている。区画部材３２３は、弁本体３０１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３２３の中央部には軸受部１２６が設けられている。区画部材３２３の下面には、リング状の弁座部材３３６が嵌着されるとともに、ガイド部材３３８が固定されている。ガイド部材３３８は、複数の脚部（本実施形態では３本）がボディ３０４に同心状に立設されるようにして構成されている。ガイド部材３３８の底部が弁座部材３３６に部分的にオーバラップすることにより、弁座部材３３６の脱落が防止されている。
【００８５】
ボディ３０４の内方には、弁駆動体３４０、弁作動体１３４および伝達ロッド３４５が同軸状に（同一軸線上に）配設されている。区画部材３２３の軸受部１２６の内周面には雌ねじ部が設けられている。弁作動体１３４の下端部には、伝達ロッド３４５が連結されている。弁駆動体３４０は段付円筒状をなし、大径の弁体部３４２と大径のガイド部３４４とが小径の縮径部３４６を介して一体に設けられている。
【００８６】
弁体部３４２は、その上端開口部に設けられた第１弁体３５０と、下端部に設けられた第２弁体３５２とを一体に含む。第１弁体３５０が弁座部材３３６に接離することにより比例弁３５の開度が調整される。また、第２弁体３５２が弁座３２５に接離することにより比例弁３６の開度が調整される。弁体部３４２の側部には、その内部と導出ポート３１４とを連通させる連通孔が設けられている。弁体部３４２の外周部のシールは、Ｏリング３２２により実現されている。Ｏリング３２２は、弁体部３４２を摺動可能に支持するガイド部を構成する。ガイド部３４４は円板状をなし、その外周面がボディ３０４の下部内周面に摺動可能に支持されている。すなわち、ボディ３０４の下部は、ガイド部３４４を摺動可能に支持するガイド孔３４７を形成する。縮径部３４６は、弁孔３２０を貫通するように配設されている。
【００８７】
伝達ロッド３４５は段付円柱状をなし、弁駆動体３４０を軸線方向に貫通している。伝達ロッド３４５の上端部は小径化されて弁作動体１３４の底部を貫通し、その先端部が外方に加締められて係止部３５５となっている。弁作動体１３４の底部と係止部３５５との間には、伝達ロッド３４５を上方に付勢するスプリング３４８（「付勢部材」として機能する）が介装されている。このため、通常の状態においては図示のように、弁作動体１３４と伝達ロッド３４５とが互いを係止して一体化した状態となる。
【００８８】
伝達ロッド３４５の下半部は小径化されて弁駆動体３４０の縮径部３４６を貫通し、その先端部が半径方向外向きに加締められて係止部となっている。伝達ロッド３４５の下半部の基端と第２弁体３５２との間には、弁駆動体３４０を下方に付勢するスプリング３４９（「付勢部材」として機能する）が介装されている。このため、通常の状態においては図示のように、伝達ロッド３４５と弁駆動体３４０とが互いを係止して一体化した状態となる。
【００８９】
なお、スプリング３４８，３４９は、いずれもその荷重が弁駆動体３４０とＯリング３２２との間の摺動抵抗（弁駆動体３４０の摺動力）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３４０とが一体動作しているときにスプリング３４８，３４９が縮むことなく、比例弁３５および比例弁３６の弁開度を正確に制御できるようになっている。
【００９０】
ここで、本実施形態においては、第１弁体３５０の弁部の有効径Ａと弁駆動体３４０の摺動部の有効径Ｂとが等しく設定され、また、弁孔３２０の有効径Ｃとガイド孔３４７の有効径Ｄとが等しく設定されているため、弁駆動体３４０に作用する冷媒圧力の影響が実質的にキャンセルされる。このため、冷媒圧力の変化によりモータユニット１０２に過度な負荷がかかることがなく、弁開度の制御を安定に行うことができる。
【００９１】
以上のように構成された第３制御弁９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、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて比例弁３５を閉弁状態とし、比例弁３６を全開状態とする場合、図８に示す状態とされる。第３制御弁９は、例えば特殊冷房運転時、通常冷房運転時、特殊暖房運転時などにおいてこのような状態をとる。
【００９２】
一方、比例弁３５または比例弁３６の開度を調整する場合、図８の状態からロータ１７２を一方向に回転駆動（正転）する。それにより、図９に示すように、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４がねじ機構によって下降し、弁駆動体３４０（つまり第１弁体３５０および第２弁体３５２）を押し下げるようにして変位させ、比例弁３５が開弁状態となる。なお、図９には比例弁３５および比例弁３６の双方が全開となる中立状態が示されているが、いずれか一方の開度を小さくしてその開度を制御することにより、その小さくした側の弁を流れる冷媒の流量を調整することができる。このとき、開度が大きくなる側の弁は、その開度が大きくなっても冷媒の流量は飽和状態となり、図９に示す状態と実質的に変わらない全開状態を維持する。すなわち、第１弁体３５０が図８に示す全閉状態と図９に示す全開位置との間の範囲で駆動されることにより比例弁３５の開度が調整される。
【００９３】
また、比例弁３６の開度を調整する場合、図９の状態からロータ１７２をさらに同方向に回転駆動する。それにより、図１０に示すように、弁駆動体３４０がさらに押し下げられ、第２弁体３５２が弁座３２５に近接する方向に動作し、比例弁３６の開度が調整される。このとき、第１弁体３５０が図９の状態からさらに開弁方向に駆動されるが、比例弁３５は、その開度が大きくなっても冷媒の流量は飽和状態となり、図９に示す状態と実質的に変わらない全開状態を維持する。比例弁３６を閉弁させる場合には、図１０の状態からロータ１７２をさらに同方向に回転駆動させればよい。すなわち、第２弁体３５２が全閉状態と図９に示す全開位置との間の範囲で駆動されることにより比例弁３６の開度が調整される。
【００９４】
なお、本実施形態では、比例弁３６の閉弁と同時にロータ１７２が停止しなくとも、スプリング３４９が押し縮められて伝達ロッド３４５が弁駆動体３４０に対して相対変位することで、弁座３２５に過度な面圧がかかるのを防止する遊び機構が設けられている。同様に、比例弁３５の閉弁と同時にロータ１７２が停止しなくとも、スプリング３４８が押し縮められて弁作動体１３４が伝達ロッド３４５に対して相対変位することで、弁座３３６に過度な面圧がかかるのを防止する遊び機構が設けられている。
【００９５】
なお、本実施形態では図示のように、比例弁３５については弁座部材３３６やＯリング３２２を配置して閉弁時のシール性を厳密に確保するのに対し、比例弁３６についてはそのような構成としていない。これは、図２（Ｄ）に示したように、比例弁３６を閉弁させるのは通常暖房運転時のみであるところ、その場合には図示のように蒸発器７が休止状態にあり、また、比例弁３１および比例弁３３が閉弁状態であるため、比例弁３６には実質的に冷媒が流れ込んでこないためである。また、この運転は室外熱交換器５が低温状態で低圧となるときに行われるため、室外熱交換器５側からの逆流の心配も少ないためである。なお、このようにＯリング３２２を比例弁３５側のみに設け、比例弁３６側には設けないようにすることで、弁駆動体３４０に作用するシール部材からの摺動抵抗を抑えることができ、モータユニット１０２に過度な負荷をかけずに済むといったメリットもある。
【００９６】
このように、比例弁３５と比例弁３６は、共用のモータユニット１０２により駆動され、一方の開度の制御状態において他方の全開状態が維持される。それにより、複合弁でありながら、その一方の比例弁の開度を正確に制御することが可能となっている。
【００９７】
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。
【００９８】
上記実施形態では、第１制御弁４、第２制御弁６および第３制御弁９を、それぞれ複数の比例弁に対して共用のボディと共用のモータユニットを備える複合弁として構成する例を示した。変形例においては、比例弁３１〜３７のそれぞれを個別のボディとモータユニットとを備える制御弁として独立に構成してもよい。また、上記実施形態では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、少なくともいずれかの複合弁のアクチュエータをソレノイド等により構成してもよい。比例弁３１〜３７のそれぞれを独立に構成する場合には、その少なくともいずれかの比例弁のアクチュエータをソレノイド等により構成してもよい。
【００９９】
上記実施形態では、図６に示したように、第２制御弁６として、比例弁３１および比例弁３２に対して比例弁３３を直角方向に組み付ける構成例を示した。変形例においては、比例弁３１および比例弁３２に対して比例弁３３を平行に組み付けるようにしてもよい。それにより、モータユニット１０２とモータユニット２０２とをその軸線が互いに平行となるように共用のボディに組み付けてもよい。すなわち、第２制御弁６としての集合弁の構成を車両への設置スペースに応じて変化させてもよい。
【０１００】
上記実施形態では、車両用冷暖房装置１００として、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るものを例示した。変形例においては、これとは異なるシステム構成としてもよい。図１１は、変形例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。同図において、図１に示した実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付している。
【０１０１】
すなわち、図１１に示すように、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として直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る車両用冷暖房装置２００としてもよい。車両用冷暖房装置２００では、冷房運転時（除湿時）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、暖房運転中の除湿時に冷媒が循環する第３冷媒循環通路が形成される。
【０１０２】
第１冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→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→室内凝縮器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→室内凝縮器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。
【０１０３】
具体的には、圧縮機２の吐出室は第１通路２２１を介して室内凝縮器３の入口に接続され、室内凝縮器３の出口は第２通路２２２を介して室外熱交換器５の一方の出入口に接続されている。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５通路２７を介してアキュムレータ８の入口に接続されている。これら第１通路２２１、第２通路２２２、第３通路２３および第５通路２７により第１冷媒循環通路が形成される。
【０１０４】
第２通路２２２には、室内凝縮器３の側から第１分岐点、第２分岐点、第３分岐点が設けられている。すなわち、第２通路２２２は、第１分岐点にてバイパス通路２２５に分岐し、第２分岐点にてバイパス通路２２３に分岐し、第３分岐点にてバイパス通路２８に分岐している。そして、バイパス通路２２５が第３通路２３に接続されることにより、室内凝縮器３から導出された冷媒の少なくとも一部を室外熱交換器５を迂回させて蒸発器７へ供給可能な第３冷媒循環通路が形成される。また、バイパス通路２２３が室外熱交換器５の他方の出入口に接続され、バイパス通路２８がアキュムレータ８の入口に接続されることにより、第２冷媒循環通路が形成される。
【０１０５】
室内凝縮器３の出口と室外熱交換器５の一方の出入口との間には第１制御弁４０４が設けられている。また、室外熱交換器５の他方の出入口と蒸発器７の入口との間には第２制御弁４０６が設けられている。さらに、室外熱交換器５の一方の出入口と蒸発器７の出口との間には第３制御弁９が設けられている。第１制御弁４０４は、比例弁３２および比例弁３４に対して共用のボディと共用のモータユニットを備える複合弁として構成される。第２制御弁４０６は、比例弁３１および比例弁３３に対して共用のボディと共用のモータユニットを備える複合弁として構成される。第３制御弁９は、上記実施形態と同様である。なお、別の変形例においては、本変形例の比例弁３１〜３６のそれぞれを個別のボディとモータユニットを備える制御弁として独立に構成してもよい。
【０１０６】
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。
【０１０７】
上記実施形態においては、補助凝縮器として室内凝縮器を設ける例を示した。変形例においては、補助凝縮器を室外熱交換器とは別に設けられる熱交換器として構成してもよい。その熱交換器は、例えば車室外に配置され、冷却水（ブラインなどでもよい）を利用して熱交換を行うものでもよい。具体的には、例えば図１における第１制御弁４と第２制御弁６との間に熱交換器を設ける一方、車室内に放熱器を配置し、これら熱交換器と放熱器とを冷却水の循環回路にて接続してもよい。あるいは、図１１におけるバイパス通路２２５への分岐点と圧縮機２との間に熱交換器を設ける一方、車室内に放熱器を配置し、これら熱交換器と放熱器とを冷却水の循環回路にて接続してもよい。その循環回路には冷却水を汲み上げるポンプを設けてもよい。このようにすれば、圧縮機２から第１制御弁４へ向かう高温の冷媒と、循環回路を循環する冷却水との間で熱交換を行うことができる。このような構成においても、圧縮機２から吐出された冷媒を熱交換器により凝縮させて循環させることが可能となる。
【符号の説明】
【０１０８】
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 第３制御弁、 ３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７ 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、 １１０ 導入ポート、 １１２ 第１導出ポート、 １１４ 第２導出ポート、 １２０ 弁孔、 １２２ 弁座、 １３２ 弁駆動体、 １３４ 弁作動体、 １３６ 伝達部材、 １３８ 共用弁体、 １４０ ガイド部、 １４４ 弁孔、 １４６ 弁座、 １４８ 背圧室、 １７２ ロータ、 １７３ ステータ、 ２００ 車両用冷暖房装置、 ２０１ 弁本体、 ２０２ モータユニット、 ２０４ ボディ、 ２１０ 導入ポート、 ２１２ 導入出ポート、 ２１４ 導出ポート、 ２１８，２２４ 弁体、 ２３２ 弁孔、 ２３４ 弁座、 ２３６ 弁孔、 ２３８ 弁座、 ２４２ 伝達ロッド、 ２４４ スプリング、 ２４６ 伝達部材、 ２６２ 弁体、 ２６８ 弁孔、 ２７０ 弁座、 ３０１ 弁本体、 ３０４ ボディ、 ３１０ 第１導入ポート、 ３１２ 第２導入ポート、 ３１４ 導出ポート、 ３２０ 弁孔、 ３２５ 弁座、 ３４０ 弁駆動体、 ３４２ 弁体部、 ３４４ ガイド部、 ３４５ 伝達ロッド、 ３５０ 第１弁体、 ３５２ 第２弁体、 ４０４ 第１制御弁、 ４０６ 第２制御弁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記室外熱交換器とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器と、
いずれかの凝縮器といずれかの蒸発器とを配し、その凝縮器と蒸発器の組合せが異なる複数の冷媒循環通路と、
各冷媒循環通路における凝縮器と蒸発器との間に一つずつ配設され、その凝縮器から導入された冷媒を膨張させてその蒸発器に導出可能な複数の膨張装置と、
を備えることを特徴とする車両用冷暖房装置。
【請求項２】
前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外凝縮器および前記室内蒸発器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第１冷媒循環通路と、
前記圧縮機から吐出された冷媒が前記補助凝縮器および前記室外蒸発器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第２冷媒循環通路と、
前記圧縮機から吐出された冷媒が前記補助凝縮器および前記室内蒸発器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第３冷媒循環通路と、
前記第１冷媒循環通路に前記膨張装置として設けられ、その弁開度が電気的に設定可能な第１比例弁と、
前記第２冷媒循環通路に前記膨張装置として設けられ、その弁開度が電気的に設定可能な第２比例弁と、
前記第３冷媒循環通路に前記膨張装置として設けられ、その弁開度が電気的に設定可能な第３比例弁と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項３】
前記第１冷媒循環通路における前記圧縮機と前記室外凝縮器との間に設けられ、その弁開度が電気的に設定可能な第４比例弁と、
前記第２冷媒循環通路における前記室外蒸発器と前記圧縮機との間に設けられ、その弁開度が電気的に設定可能な第５比例弁と、
前記第３冷媒循環通路における前記室内蒸発器と前記圧縮機との間に設けられ、その弁開度が電気的に設定可能な第６比例弁と、
をさらに備え、
前記第１比例弁、前記第２比例弁、前記第３比例弁、前記第４比例弁、前記第５比例弁および前記第６比例弁が、いずれもステッピングモータにより駆動される制御弁であることを特徴とする請求項２に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項４】
前記第２冷媒循環通路において前記圧縮機と前記補助凝縮器とをつなぐ通路が、前記第３冷媒循環通路と共用の共用通路として構成されていることを特徴とする請求項３に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項５】
前記共用通路に設けられ、その弁開度が電気的に設定可能であり、ステッピングモータにより駆動される第７比例弁をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項６】
前記第４比例弁と前記第７比例弁とを収容する共用のボディと、前記第４比例弁と前記第７比例弁の開度を電気的に調整するための共用のステッピングモータと、前記ステッピングモータによる前記第４比例弁および前記第７比例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可能な作動切替機構と、を有する複合弁を備えることを特徴とする請求項５に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項７】
前記第５比例弁と前記第６比例弁とを収容する共用のボディと、前記第５比例弁と前記第６比例弁の開度を電気的に調整するための共用のステッピングモータと、前記ステッピングモータによる前記第５比例弁および前記第６比例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可能な作動切替機構と、を有する複合弁を備えることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の車両用冷暖房装置。
【請求項８】
前記第１比例弁と前記第２比例弁とを収容する共用のボディと、前記第１比例弁と前記第２比例弁の開度を電気的に調整するための共用のステッピングモータと、前記ステッピングモータによる前記第１比例弁および前記第２比例弁の一方の開度の制御状態において他方を閉弁状態に維持可能な作動切替機構と、を有する複合弁を備えることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の車両用冷暖房装置。
【請求項１】
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、
前記室外熱交換器とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器と、
いずれかの凝縮器といずれかの蒸発器とを配し、その凝縮器と蒸発器の組合せが異なる複数の冷媒循環通路と、
各冷媒循環通路における凝縮器と蒸発器との間に一つずつ配設され、その凝縮器から導入された冷媒を膨張させてその蒸発器に導出可能な複数の膨張装置と、
を備えることを特徴とする車両用冷暖房装置。
【請求項２】
前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外凝縮器および前記室内蒸発器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第１冷媒循環通路と、
前記圧縮機から吐出された冷媒が前記補助凝縮器および前記室外蒸発器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第２冷媒循環通路と、
前記圧縮機から吐出された冷媒が前記補助凝縮器および前記室内蒸発器を順次経由して前記圧縮機に戻るように循環可能な第３冷媒循環通路と、
前記第１冷媒循環通路に前記膨張装置として設けられ、その弁開度が電気的に設定可能な第１比例弁と、
前記第２冷媒循環通路に前記膨張装置として設けられ、その弁開度が電気的に設定可能な第２比例弁と、
前記第３冷媒循環通路に前記膨張装置として設けられ、その弁開度が電気的に設定可能な第３比例弁と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項３】
前記第１冷媒循環通路における前記圧縮機と前記室外凝縮器との間に設けられ、その弁開度が電気的に設定可能な第４比例弁と、
前記第２冷媒循環通路における前記室外蒸発器と前記圧縮機との間に設けられ、その弁開度が電気的に設定可能な第５比例弁と、
前記第３冷媒循環通路における前記室内蒸発器と前記圧縮機との間に設けられ、その弁開度が電気的に設定可能な第６比例弁と、
をさらに備え、
前記第１比例弁、前記第２比例弁、前記第３比例弁、前記第４比例弁、前記第５比例弁および前記第６比例弁が、いずれもステッピングモータにより駆動される制御弁であることを特徴とする請求項２に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項４】
前記第２冷媒循環通路において前記圧縮機と前記補助凝縮器とをつなぐ通路が、前記第３冷媒循環通路と共用の共用通路として構成されていることを特徴とする請求項３に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項５】
前記共用通路に設けられ、その弁開度が電気的に設定可能であり、ステッピングモータにより駆動される第７比例弁をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項６】
前記第４比例弁と前記第７比例弁とを収容する共用のボディと、前記第４比例弁と前記第７比例弁の開度を電気的に調整するための共用のステッピングモータと、前記ステッピングモータによる前記第４比例弁および前記第７比例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可能な作動切替機構と、を有する複合弁を備えることを特徴とする請求項５に記載の車両用冷暖房装置。
【請求項７】
前記第５比例弁と前記第６比例弁とを収容する共用のボディと、前記第５比例弁と前記第６比例弁の開度を電気的に調整するための共用のステッピングモータと、前記ステッピングモータによる前記第５比例弁および前記第６比例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可能な作動切替機構と、を有する複合弁を備えることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の車両用冷暖房装置。
【請求項８】
前記第１比例弁と前記第２比例弁とを収容する共用のボディと、前記第１比例弁と前記第２比例弁の開度を電気的に調整するための共用のステッピングモータと、前記ステッピングモータによる前記第１比例弁および前記第２比例弁の一方の開度の制御状態において他方を閉弁状態に維持可能な作動切替機構と、を有する複合弁を備えることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の車両用冷暖房装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１８３９０５（Ｐ２０１２−１８３９０５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８００１（Ｐ２０１１−４８００１）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【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９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【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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