CN102459897A - 可变容量压缩机 - Google Patents

Abstract

一种可变容量压缩机，能实现脉动的降低、耐久性及耐压性的提高等压缩机性能的提高，并能通过轴向移动构件来顺畅且高精度地将斜板的倾角控制为目标倾角。该可变容量压缩机包括：形成有吸入室及排出室的汽缸盖；具有能供活塞往复运动地插入的缸膛的缸体；由该缸体和前壳形成的曲柄室；配置于该曲柄室内，与主轴一起旋转并被支承成能相对于该主轴改变自身的倾角的斜板；以及将该斜板的旋转运动转换为活塞的往复运动的运动转换机构，其特征是，将吸入气体朝压缩机吸入的吸入路朝向曲柄室开口，在缸体中设有使曲柄室与吸入室连通的连通路，在主轴周围设有轴向移动构件，其与斜板的倾角实质上一一对应地在沿主轴的轴心的方向上移动，该轴向移动构件配置成在其一端侧施加有曲柄室内的压力，而在其另一端侧施加有排出室内的压力与吸入室内的压力之间的中间压力，且设有能对该中间压力进行控制的中间压力控制机构。

Description

可变容量压缩机

技术领域

本发明涉及一种可变容量压缩机，特别地，涉及一种能实现脉动的降低、耐久性及耐压性的提高等，并能通过轴向移动构件更顺畅且高精度地控制斜板的倾角的可变容量压缩机。

背景技术

众所周知有一种可变容量压缩机，其包括：形成有吸入室及排出室的汽缸盖；具有能供活塞往复运动地插入的缸膛的缸体；由该缸体和前壳形成的曲柄室；配置于该曲柄室内，与主轴一起旋转并被支承成自身的倾角能相对于该主轴改变角度的斜板；以及将该斜板的旋转运动转换为上述活塞的往复运动的运动转换机构。

另外，作为与本发明相关联的可变容量压缩机，已由本申请人提出一种摆动板式的可变容量压缩机(专利文献1)，该可变容量压缩机具有以下结构，上述运动转换机构包括：摆动板，该摆动板将斜板的旋转运动转换为自身的摆动运动，并通过连结杆将该摆动运动传递至活塞，以使活塞往复运动；以及该摆动板的旋转阻止机构，该摆动板的旋转阻止机构由具有以下构件的机构构成：(a)内圈，该内圈的旋转被阻止了但可沿轴向移动地设于外壳内，并具有用于对为进行动力传递而设置的多个球进行引导的多个导向槽；(b)外圈，该外圈在与上述内圈的各导向槽相对的位置具有用于对上述球进行引导的多个导向槽，在外周连结有摆动板，并被支承成能与摆动板一起摆动；以及(c)多个球，这些球被形成于上述内圈和外圈的彼此相对的导向槽保持，在该导向槽之间被压缩来进行动力传递。在这种结构的可变容量压缩机中，上述内圈构成与斜板的倾角实质上一一对应地在沿着主轴的轴心的方向上移动的轴向移动构件。

具体而言，上述已由本申请人提出的可变容量压缩机具有例如图11、图12所示的结构。图11表示最大容量(最大凸轮角[最大斜板角])状态，图12表示最小容量(最小凸轮角[最小斜板角])状态。在图中，斜板206被设成能通过铰链机构205相对于插通由前壳201和缸体202形成的曲柄室203内的主轴204改变其倾角且能与主轴204一体旋转。斜板206的旋转运动被转换为摆动板207的摆动运动，该摆动运动通过连结杆208而转换为活塞209的往复运动。在图示例中，摆动板207的旋转阻止机构210由具有(i)内圈213、(ii)套筒214、(iii)外圈215及(iv)多个球212的机构构成，其中，上述内圈213设成其旋转被花键卡合机构211阻止了但能在轴向上移动，并设成能相对于主轴204自由地相对旋转，且具有用于对为进行动力传递而设置的多个球212进行引导的多个导向槽，上述套筒214作为摆动板207的摆动运动的摆动中心构件起作用，并设成能相对于主轴204旋转及能在轴向上移动，与内圈213卡合成能和该内圈213一起在轴向上移动，上述外圈215在与内圈213的各导向槽相对的位置具有用于对球212进行引导的多个导向槽，被套筒214支承成能摆动，并将摆动板207固定支承于外周，上述多个球212被内圈213及外圈215的彼此相对的导向槽保持，在该导向槽间被压缩而进行动力传递。在汽缸盖216内形成有吸入室217和排出室218。在图示例中，朝压缩机吸入的吸入气体从吸入端口219经由吸入节流阀220被吸入到吸入室217，在缸膛221内被活塞209压缩后的气体排出至排出室218，在图示例中，从排出室218经由排出截止阀222、排出端口223而被输送至外部回路。

此外，在包括上述现有一般的可变容量压缩机及上述已由本申请人提出的摆动板式的可变容量压缩机的现有可变容量压缩机中，也如图11例示的那样，通常，设置有连通路225和连通路227，通过改变控制阀224的开度，来对曲柄室203的气体压力Pc进行控制，其中，上述连通路225将利用控制阀224或节流孔对排出室218的压力Pd调节后的排出气体导入曲柄室203，上述连通路227使曲柄室气体经由控制阀或节流孔226而朝吸入室217侧(压力Ps)返回。

对于具有这种结构的可变容量压缩机，为了与后述的本发明进行比较，对压缩机内的力偶矩的平衡进行说明。在压缩机内，因包括斜板206类零件(在具有摆动板207的情况下是包括该摆动板207的结构)的旋转类零件的旋转而产生的力偶矩、包括活塞209类零件的往复运动类零件的往复运动而产生的力偶矩，作为因压缩机运转而起作用的凸轮变角方向的力偶矩，是根据凸轮角而如图13所示那样产生的，因这些零件的旋转、往复运动而产生的整体的力偶矩如图13所示(在图示例中，在所有的凸轮角上，整体的力偶矩朝容量(凸轮角)增大方向起作用)。此外，与因这些零件的旋转、往复运动而产生的力偶矩不同，由于压缩机的压缩作用和控制阀的调压作用而在压缩机内部的各空间中产生气体压力的分布，因此，例如图14所示，根据这些气体压力的分布，会产生使凸轮角增大或减小的方向上的力偶矩。实际上，由于压缩机的主轴204旋转而产生压缩作用，因此，在压缩机运转中，因上述各零件的旋转、往复运动而产生的力偶矩和因气体压力的分布而产生的力偶矩同时起作用，利用这两种力偶矩的综合平衡(整体平衡)来进行调节以使凸轮角处于任意的规定角度，从而将压缩机的容量控制为期望的容量。

在此，图14中的各符号的意义如下。

Pc：曲柄室压力(控制气体压力)

Ps：吸入压力

Pd：排出压力

Ap：活塞(缸膛)面积

L1：从凸轮角变化的瞬时旋转中心到压缩行程活塞的压力作用线为止的距离

L2：从凸轮角变化的瞬时旋转中心到吸入行程活塞的压力作用线为止的距离

M1：凸轮角增大方向的力矩

M2：凸轮角减小方向的力矩

M1＝Pc·Ap·L1+Ps·Ap·L2

M2＝-Pd·Ap·L1-Pc·Ap·L2

M1+M2＝Pc·Ap·L1+Ps·Ap·L2-Pd·Ap·L1-Pc·Ap·L2

＝Pc(Ap·L1-Ap·L2)+Ps·Ap·L2-Pd·Ap·L1

≈(-Pc+Ps)Ap·L2(L1≈0的情况)

在上述现有结构中，将L1设定得较小，以使排出压力的负载对斜板凸轮角的控制不产生影响。因此，若调节曲柄室压力与吸入压力之间的压力差，则能控制凸轮角以与图13的因各零件的旋转、往复运动而产生的力偶矩平衡。另外，图14中的M1和M2实际上是在所有的活塞中计算出的M1和M2。

在具有这种现有结构的可变容量压缩机中，由于朝曲柄室导入将排出压力减压后的温度较高、压力较高的控制气体，因此，对于旋转、驱动零件和密封部的耐久性是不利的。另外，为了消除或减轻因吸入、排出脉动等而引起的噪声问题，有时在汽缸盖中内置节流阀、消声器等脉动降低元件，但若这样，则会降低控制阀、因非离合器方式而必要的制冷剂截止阀等的布局上的设计自由度。此外，基本而言，通过改变控制阀的开度，来调节曲柄室压力与排出室压力或曲柄室压力与吸入室压力之间的压力差，对曲柄室的气体压力进行控制，从而来进行容量(斜板倾角)的控制，即仅通过气体压力的控制来进行容量(斜板倾角)的控制，因此，与利用后述本发明的轴向移动构件的轴向位置与斜板倾角一一对应的机械性关系的控制相比，在控制精度上存在限度。

作为与本发明相关联的技术，已知有一种压缩机的结构：为了实现各滑动部的冷却、润滑和吸入脉动的降低，抑制排出温度的上升，在曲柄室开口有与外部回路连接的制冷剂气体的吸入孔，将吸入气体从曲柄室经由形成于缸体的连通路而引导至形成于汽缸盖内的吸入室中(例如，专利文献2、3)。然而，在这些现有技术中，未公开、启示后述本发明的轴向移动构件、在该轴向移动构件的一端侧施加曲柄室的压力而在另一端侧施加排出压力与吸入压力之间的中间压力的结构、控制该中间压力的结构和技术思想，因而不能进行本发明这样的控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2008-138637号公报

专利文献2：日本专利特开平8-189464号公报

专利文献3：日本专利特开平9-273483号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明的技术问题在于提供一种可变容量压缩机，其能实现脉动的降低、耐久性及耐压性的提高等压缩机性能的提高，并能通过轴向移动构件更顺畅且高精度地将斜板的倾角控制成目标倾角，且性能、特性优异。

解决技术问题所采用的技术方案

为解决上述技术问题，本发明的可变容量压缩机包括：汽缸盖，在该汽缸盖中形成有吸入室及排出室；缸体，该缸体具有能供活塞往复运动地插入的缸膛；曲柄室，该曲柄室由上述缸体和前壳形成；斜板，该斜板配置于上述曲柄室内，与主轴一起旋转并被支承成能相对于该主轴改变自身的倾角；以及运动转换机构，该运动转换机构将上述斜板的旋转运动转换为上述活塞的往复运动，其特征是，将吸入气体朝压缩机吸入的吸入路朝上述曲柄室开口，在上述缸体中设有使上述曲柄室与上述吸入室连通的连通路，在上述主轴周围设有轴向移动构件，该轴向移动构件与上述斜板的倾角实质上一一对应地在沿上述主轴的轴心的方向上移动，该轴向移动构件配置成在其一端侧施加有上述曲柄室内的压力，而在其另一端侧施加有上述排出室内的压力与上述吸入室内的压力之间的中间压力，且设有能对上述中间压力进行控制的中间压力控制机构。

在这种本发明的可变容量压缩机中，将吸入气体从外部朝压缩机吸入的吸入路并未直接朝向形成于汽缸盖内的吸入室开口，而是首先朝曲柄室开口，将导入曲柄室内的吸入气体经由设于缸体的连通路而导入吸入室。因此，容量较大的曲柄室相对于外部回路成为吸入腔，因此，可防止或降低因吸入脉动而产生的噪声。另外，利用该结构能降低形成于汽缸盖内的吸入室的容积，相应地，能增加排出室的容积，因此，也可防止或降低因排出脉动而引起的噪声。另外，曲柄室内处于吸入气体环境下，温度、压力降低，因此，可提高主轴的密封构件、各驱动零件的耐久性，另外，还可相对提高形成曲柄室的筐体零件的耐压性。当筐体零件、尤其是前壳的耐压性得到提高时，能通过薄壁化等而实现轻量化。此外，在与斜板的倾角实际上一一对应地在沿着主轴的轴心的方向上移动的轴向移动构件的各端部侧施加有曲柄室内的压力和被中间压力控制机构控制的中间压力，藉此，可高精度地控制轴向移动构件的轴向位置，通过该位置控制能高精度地控制斜板的倾角、压缩机容量。因此，与以往仅通过使因各零件的旋转、往复运动而产生的力偶矩与因气体压力的分布而产生的力偶矩实现综合平衡(整体平衡)而进行的容量(斜板倾角)控制相比，可通过轴向移动构件的轴向位置控制来进行容量(斜板倾角)控制，因此，可提高控制的稳定性，并能提高控制精度。该轴向移动构件的轴向位置控制是根据施加于轴向移动构件的一端侧的曲柄室侧的气体压力(吸入气体压力)与施加于另一端侧的排出气体压力和上述吸入气体压力之间的中间压力的压力差而进行的，但该中间压力不会比施加于相反一侧的吸入气体压力低，因此，仅根据施加于该轴向移动构件的两端侧的气体压力，只能在凸轮角(斜板倾角)增大方向上控制轴向移动构件。然而，凸轮角(斜板倾角)实际上是根据在凸轮角增减方向上作用的因压缩机内部的各空间的气体压力而产生的力偶矩与因压缩机内部的各零件的旋转、往复运动而产生的力偶矩的综合平衡来确定的，因此，例如，通过设定凸轮轮廓以利用朝活塞的排出气体压力作用产生合适大小的凸轮角减小方向上的力偶矩，或通过设定以使因压缩机内部的各零件的旋转、往复运动而产生的力偶矩的整体平衡在所有凸轮角(斜板倾角)上处于凸轮角减小方向(斜板的倾角减小方向、即容量减小方向)，或通过并用上述两种设定，从而能仅以上述中间压力的控制来进行轴向移动构件的轴向位置控制，由此能高精度地进行顺畅的容量控制，尤其可缓和高速时等的启动震动，从而能获得顺畅的启动性。另外，若构成为因压缩机内部的各零件的旋转、往复运动而产生的力偶矩的整体平衡在凸轮角变角区域的整个区域中都在凸轮角减小方向上作用，则例如在驱动力传递方式为非离合器方式的情况下，不进行曲柄室的增压等，就能维持压缩机工作关闭模式(日文：オフモ一ド)(即，将斜板的倾角保持为最小倾角的模式)，因此，压缩机工作关闭模式时的压缩机内的制冷剂循环量会减少，从而能实现相应程度的动力消耗的降低。即，在非离合器方式的情况下，在压缩机工作关闭模式时，使被保持为最小倾角的斜板等旋转零件就那样旋转，因此，通过降低此时的动力消耗，也可降低压缩机整体的动力消耗。

在上述本发明的可变容量压缩机中，作为以朝曲柄室开口的方式形成的上述吸入路的通路，能采用如下各种实施方式。例如，上述吸入路形成于前壳，能从外部回路直接将吸入气体吸入曲柄室内。或者，上述吸入路也可从缸体形成至前壳，将来自外部回路的吸入气体暂时吸入缸体部分，并由此经由前壳部分吸入曲柄室内。或者，上述吸入路也可穿过缸体(使缸体处于中间)从汽缸盖形成至前壳，将来自外部回路的吸入气体暂时吸入汽缸盖部分(与形成于汽缸盖内的吸入室不同的部分)，并由此经由缸体部分、前壳部分吸入曲柄室内。

另外，关于本发明的对上述轴向移动构件的两端侧施加压力的结构，基本上需使该构件两端侧的压力相互被密封。因此，较为理想的是，在上述轴向移动构件的另一端侧形成有被控制成上述中间压力的上述中间压力室，该中间压力室相对于曲柄室被密封。

在设有这种中间压力室的结构中，能采用例如以下各种实施方式作为上述中间压力控制机构。例如，上述中间压力控制机构能构成为以下机构，具有：连通路，该连通路位于排出室与中间压力室之间；控制阀，该控制阀设于上述连通路中，并能对从排出室内的压力朝规定的中间压力的减压进行控制；连通路，该连通路位于中间压力室与吸入室之间；以及节流孔，该节流孔设于上述连通路中。或者，上述中间压力控制机构也能构成为以下机构，具有：连通路，该连通路位于排出室与中间压力室之间；连通路，该连通路位于中间压力室与吸入室之间；以及控制阀，该控制阀设于该两连通路中，能对从排出室内的压力朝规定的中间压力的减压进行控制，且能对从中间压力室朝吸入室的气流的节流程度进行控制。或者，上述中间压力控制机构也能构成为以下机构，具有：连通路，该连通路位于排出室与中间压力室之间；节流孔，该节流孔设于上述连通路中；连通路，该连通路位于中间压力室与吸入室之间；以及控制阀，该控制阀设于上述连通路中，能对朝中间压力室内的规定的中间压力的减压进行控制。在中间压力控制机构设于排出室与中间压力室之间的连通路中的形式的情况下，设于轴向移动构件的另一端侧的密封构件也可以是允许从中间压力室朝曲柄室泄漏与流过中间压力室和吸入室之间的节流孔的气体流量相当的流量的密封构件，在该情况下，也能省略从中间压力室朝吸入室的连通路和该连通路中的节流孔。

另外，在本发明中，上述运动转换机构能采用以下各种实施方式。例如，上述运动转换机构能由以下机构构成，该机构包括：摆动板，该摆动板将斜板的旋转运动转换为自身的摆动运动，并通过连结杆将该摆动运动传递至活塞，以使活塞往复运动；以及该摆动板的旋转阻止机构。即，构成为所谓的摆动板式的可变容量压缩机。

在构成为这种摆动板式的可变容量压缩机的情况下，能适用本申请人的在先申请即上述专利文献1中记载的结构。即，能适用以下结构，上述摆动板的旋转阻止机构由具有下述构件的机构构成：(a)内圈，该内圈在外壳内设置成旋转被阻止了但可沿轴向移动，并具有用于对为进行动力传递而设置的多个球进行导向的多个导向槽；(b)外圈，该外圈在与上述内圈的各导向槽相对的位置具有用于对上述球进行导向的多个导向槽，在外周连结有上述摆动板，并被支承成能与上述摆动板一起摆动；以及(c)多个球，这些球被形成于上述内圈和外圈的彼此相对的导向槽保持，在该导向槽之间被压缩来进行动力传递，在该情况下，内圈只要构成为本发明的上述轴向移动构件即可。

另外，在该情况下，如上述专利文献1所记载的那样，也能采用以下结构：上述摆动板的旋转阻止机构还包括(d)套筒，该套筒作为上述摆动板的摆动运动的摆动中心构件起作用，能相对于上述主轴相对旋转和沿轴向移动地设于该主轴上，并与上述内圈卡合成能和该内圈一起沿轴向移动，在上述结构中，外圈被该套筒支承成能摆动。

或者，在本发明的可变容量压缩机中，除了构成为上述摆动板式的可变容量压缩机以外，例如，也能采用以下结构：上述运动转换机构由通过与斜板的外周侧两面滑动接触的一对滑履而转换为活塞的往复运动的机构构成。

此外，在本发明的可变容量压缩机中，为了高效率且高精度迅速地将斜板的倾角控制成目标倾角，较为理想的是，对使斜板的倾角改变角度的凸轮机构进行改进。例如，较为理想的是，通过设于上述主轴与上述斜板之间的凸轮机构使斜板的倾角改变角度，对上述凸轮机构的凸轮轮廓进行设定，以在以下负载作为容量减小方向的力偶矩对斜板作用的位置具有斜板的瞬时旋转中心，其中，上述负载是因处于压缩行程的多个活塞中的至少一个活塞的压缩反力而产生的。关于该机构的具体例，将在后述本发明的实施方式中详细说明。

另外，这种机构能如下所述地实现。例如，能由以下机构来实现：上述凸轮机构由包括形成于从主轴侧延伸出的臂部和从斜板侧延伸出的臂部中的一个臂部的长孔与设于另一个臂部的销的滑动卡合机构构成，通过将上述长孔的形状形成为S字形来设定上述凸轮轮廓。

另外，在本发明的可变容量压缩机中，较为理想的是，对各零件进行设定，以使至少因各零件的旋转、往复运动而在上述斜板的倾角变化面内所产生的力偶矩的整体平衡在整个斜板倾角中朝向倾角减小方向。在这种结构中，因各零件的旋转、往复运动而产生的斜板的力偶矩的整体平衡始终在斜板倾角减小方向上作用，即，始终在期望的一方向上作用，因此，只要控制施加于上述轴向移动构件的另一端侧的中间压力，就能将斜板的倾角容易且高精度地控制为目标倾角。换言之，如上所述，由于施加于轴向移动构件的另一端侧的中间压力不会比施加于相反一侧的吸入压力低，因此，仅通过施加于轴向移动构件的两端侧的气体压力，就能只在凸轮角(斜板倾角)增大方向上作用于轴向移动构件。然而，若设定成因各零件的旋转、往复运动而产生的斜板的力偶矩的整体平衡始终在斜板倾角减小方向上作用，则通过中间压力的控制，能容易地将凸轮角(斜板倾角)控制为任意的期望的角度。另外，由于对斜板始终朝倾角减小方向作用有力偶矩，因此，例如在欲维持压缩机工作关闭模式的情况等下，仅通过驱动压缩机旋转，就能使斜板自然地朝最小倾角方向改变角度，并在朝最小倾角改变角度后，能维持在该最小倾角。

在该情况下，还可采用以下方式：设有弹簧，该弹簧至少对斜板朝倾角减小方向施力，对各零件进行设定，以使包括该弹簧的作用力在内的、因旋转、往复运动而在上述斜板的倾角变化面内产生的力偶矩的整体平衡在整个斜板倾角中朝向倾角减小方向。根据该实施方式，如后述例示所述，对于无论倾角怎样变化都始终欲朝倾角减小方向按压倾角变化的斜板的情况等是有效的。例如，即便在上述轴向移动构件和斜板或斜板支承构件未被机械地连结在一起的情况等下，也始终能使斜板的中央部或斜板支承构件和轴向移动构件在轴向上彼此按压，从而能使两构件始终在轴向上一体地移动，藉此，能使轴向移动构件的轴向位置与斜板倾角始终正确地一一对应。

发明效果

这样，根据本发明的可变容量压缩机，利用经由朝曲柄室开口的吸入路将吸入气体吸入曲柄室的结构，能将容量较大的曲柄室作为吸入腔来防止或降低因吸入脉动而引起的噪声。另外，由于能删除吸入节流阀，因此，提高了汽缸盖的布置上的设计自由度。此外，利用将吸入气体从曲柄室经由连通路而导入形成于汽缸盖内的吸入室的结构，能降低吸入室容积，并能相应地增加排出室容积，因此，也能防止或降低因排出脉动而引起的噪声。另外，由于能降低曲柄室内的温度、压力，因此，能提高各驱动零件的耐久性、筐体零件的耐压性，并能实现筐体零件的薄壁化、压缩机整体的小型、轻量化。此外，由于采用朝轴向移动构件的各端部侧施加曲柄室内的压力和被中间压力控制机构控制后的中间压力以对轴向移动构件的轴向位置高精度地进行控制的结构，因此通过该位置控制能稳定且高精度地对斜板的倾角、压缩机的容量进行控制。特别地，若设定成因压缩机内部的各零件的旋转、往复运动而产生的力偶矩的整体平衡始终朝向凸轮角减小方向(斜板的倾角减小方向、即容量减小方向)，则仅使用中间压力的控制就能通过轴向移动构件的轴向位置控制来容易地进行更顺畅的容量控制，尤其能缓和高速时等的启动震动，从而能获得顺畅的启动性。此外，通过这种力偶矩的整体平衡的设定，能降低非离合器方式的压缩机的情况下的动力消耗。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的可变容量压缩机的最大斜板倾角时的纵剖视图。

图2是图1的可变容量压缩机的局部放大剖视图。

图3是图1的可变容量压缩机的最小斜板倾角时的纵剖视图。

图4是图3的可变容量压缩机的局部放大剖视图。

图5表示因图1的可变容量压缩机的各零件的旋转、往复运动而产生的力偶矩的平衡，是凸轮角与力偶矩的关系图。

图6是表示因图1的可变容量压缩机的气体压力而产生的力偶矩的平衡的说明图。

图7是本发明第二实施方式的可变容量压缩机的局部纵剖视图。

图8是本发明第三实施方式的可变容量压缩机的纵剖视图。

图9是本发明第四实施方式的可变容量压缩机的纵剖视图。

图10是本发明第五实施方式的可变容量压缩机的纵剖视图。

图11是现有的可变容量压缩机的最大斜板倾角时的纵剖视图。

图12是图11的可变容量压缩机的最小斜板倾角时的纵剖视图。

图13表示因图11的可变容量压缩机的各零件的旋转、往复运动而产生的力偶矩的平衡，是凸轮角与力偶矩的关系图。

图14是表示因图11的可变容量压缩机的气体压力而产生的力偶矩的平衡的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的具体实施方式进行说明。

图1～图6表示本发明第一实施方式的可变容量压缩机。图1表示可变容量压缩机1的最大容量(最大凸轮角[最大斜板倾角])时的状态，图3表示最小容量(最小凸轮角[最小斜板倾角])时的状态。图1中，在由前壳2和缸体3形成的曲柄室4内插入有主轴5，相对于主轴5，设有固定于主轴5且与主轴5一体旋转的转动件6，并配置有能相对于主轴5改变倾角且能与主轴5一体旋转的斜板7。在转动件6与斜板7之间设有铰链机构12，该铰链机构12具有从转动件6侧(主轴5侧)延伸出的臂部8和从斜板7侧延伸出的臂部9，并形成在臂部9侧设有长孔10且在臂部8侧设有与长孔10卡合的销11的滑动卡合机构，斜板7设置成通过该铰链机构12能改变其倾角且能与主轴5一体旋转。为了实现包括斜板7和铰链机构12在内的旋转机构的旋转平衡，在该斜板7的与铰链机构12相反的一侧，埋设或附设有平衡块13。该铰链机构12的长孔10与销11的滑动卡合机构构成用于改变斜板7的倾角的凸轮机构，在本实施方式中，如后述使用图5进行详细叙述的那样，为了设定铰链机构12所形成的凸轮机构的凸轮轮廓，以使在以下负载作为容量减小方向上的力偶矩对斜板7作用的位置具有斜板7的瞬时旋转中心，将长孔10形成S字形的形状，其中，上述负载是因处于压缩行程的多个活塞中的至少一个活塞的压缩反力而产生的。此外，在本实施方式中，在前壳2上直接设有吸入端口14，将来自外部的吸入气体吸入曲柄室4内的吸入路15仅形成于前壳2。

在本实施方式中，摆动板式的可变容量压缩机1采用以下结构：设有摆动板18，该摆动板18被设成能通过轴承16、17相对于斜板7自由地相对旋转，并在自身的旋转被阻止了的状态下仅允许摆动运动。斜板7的旋转运动转换为摆动板18的摆动运动，该摆动运动通过连结杆19而转换为能自由往复运动地插入缸膛20内的活塞21的往复运动。摆动板18的旋转阻止机构22由具有(i)内圈27、(ii)套筒、(iii)外圈30及(iv)多个球25的机构构成，其中，上述内圈27被设成其旋转被形成于内圈27与缸体3的中央孔23之间的花键卡合机构24阻止了，但能在轴向上移动，并被设成能通过轴承48相对于主轴5自由地相对旋转，且具有用于对为进行动力传递而设置的多个球25进行引导的多个导向槽26，上述套筒28作为摆动板18的摆动运动的摆动中心构件起作用，并被设成能相对于主轴5相对旋转及能在轴向上移动，与内圈27卡合成能和该内圈27一起在轴向上移动，上述外圈30在与内圈27的各导向槽26相对的位置具有用于对球25进行引导的多个导向槽29，该外圈30被套筒28支承成能摆动，并在外周固定支承摆动板18，上述多个球25被内圈27及外圈30的彼此相对的导向槽26、29保持，因在该导向槽26、29之间被压缩而进行动力传递。该摆动板18的旋转阻止机构22的内圈27构成本发明中的、与斜板7的倾角实质上是一一对应地在沿着主轴5的轴心的方向上移动的轴向移动构件。

在汽缸盖31内，在径向外侧形成有吸入室32，在径向内侧形成有排出室33。也能相反地进行该配置。朝压缩机吸入的吸入气体首先从吸入端口14经由吸入路15而被吸入曲柄室4内，并从曲柄室4经由形成于缸体3的连通路34而被导入吸入室32内，由此，被吸入缸膛20内而用于活塞21的压缩行程。在缸膛20内被活塞21压缩后的气体被排出至排出室33内，在图示例中，由此经由排出截止阀35、排出端口36而被输送至外部回路。

在作为上述轴向移动构件的内圈27的一端侧施加有曲柄室4侧的气体压力(Ps)，在另一端侧施加有排出室33内的压力(Pd)与吸入室32内的压力(Ps)的中间压力(Pm)。在该内圈27的另一端侧形成有相对于曲柄室4侧被密封构件37、45密封的中间压力室38，中间压力室38内的压力被中间压力控制机构39控制为上述规定的中间压力(Pm)。

该中间压力控制机构39在本实施方式中构成如下。

在排出室33与中间压力室38之间设有连通路40，在该连通路40中配置有能对从排出室33内的压力(Pd)朝规定的中间压力(Pm)的减压进行控制的控制阀41，在中间压力室38与吸入室32之间设有连通路42，在该连通路42中形成有能从中间压力(Pm)朝吸入室32内的压力(Ps)减压的节流孔43(孔口)。

上述中间压力室38在主轴5的后端部形成于内圈27的后端部(另一端部)与阀板44之间，但对应于图1的状态，该中间压力室38变为图2所示的状态，被密封构件37、45相对于曲柄室4侧加压密封，上述密封构件37、45夹设于主轴5与内圈27之间，将两构件支承成能自由相对旋转并将内圈27支承成能相对于主轴5在轴向上自由移动。如图2所示，在作为轴向移动构件的内圈27上，因施加于被密封构件37、45围住的圆环状的受压面46的中间压力Pm与施加于相反侧的曲柄室4侧的压力之间的压力差而产生轴向的负载。对应于图3的状态，中间压力室38变为图4所示的状态，密封构件37、45以能在轴向上滑动的方式被密封，在凸轮角最小时(斜板倾角最小时)，随着内圈27的滑动移动，中间压力室38的容积缩小。

上述实施方式例示了来自动力源(未图示)的旋转驱动力经由带轮47而直接传递至主轴5的非离合器方式的压缩机，但也能构成为在动力源与主轴5之间存在能进行传递动力的切断和动力传递状态的切换的离合器(特别是电磁离合器)(未图示)的离合器方式的压缩机。

在这样构成的可变容量压缩机1中，将从外部朝向压缩机1的吸入气体吸入的吸入路15仅形成于前壳2，经由吸入路15而被吸入的吸入气体首先被吸入曲柄室4内，由此经由连通路34而被导入吸入室32。因此，容量较大的曲柄室4相对于外部回路成为吸入腔，因此，可防止或降低因吸入脉动而产生的噪声。另外，由于能删除吸入节流阀，因此，提高了汽缸盖31的布置上的设计自由度。另外，与现有的朝吸入室直接地吸入吸入气体的情况相比，形成于汽缸盖31内的吸入室32的容积可以较小，相应地，即便是相同尺寸的汽缸盖31，也增加排出室33的容积，因此，也可防止或降低因排出脉动而产生的噪声。另外，由于曲柄室4内形成为吸入气体环境，从而与现有结构相比降低了温度、压力，因此，提高了包括主轴5的密封构件(例如，设于前侧的密封构件)、转动件6、转动件6的支承轴承、铰链机构12等在内的各驱动零件的耐久性，另外，还相对提高了形成曲柄室4的筐体零件(特别是前壳2)的耐压性。特别地，当前壳2的耐压性得到提高时，能实现其薄壁化，从而能实现小型、轻量化。

另外，可通过轴向移动构件(内圈27)的位置控制来控制斜板7的倾角、压缩机1的容量，因此，能使斜板7的倾角控制依赖于机械精度，从而能实现控制精度的大幅提高，其中，上述轴向移动构件与斜板7的倾角实质上一一对应地在沿着主轴5的轴心的方向上移动。该轴向移动构件(内圈27)的位置控制在轴向移动构件的各端部侧施加有曲柄室4内的压力和被中间压力控制机构39控制的中间压力室32内的压力，并利用上述压力的压力差高精度地控制轴向移动构件的轴向位置，从而可通过该轴向移动构件的位置控制来高精度且稳定地控制斜板7的倾角、压缩机1的容量。

另外，在上述斜板7的倾角控制中，通过设定为下面的力偶矩的整体平衡，从而能实现更稳定的理想的控制，更具体而言，能实现更顺畅的容量控制，尤其能缓和高速时等的启动震动，以能获得顺畅的启动性

参照图5、图6，对因上述压缩机1内部的各零件的旋转、往复运动而产生的力偶矩进行说明。图5表示因压缩机1中的各零件的旋转、往复运动而产生的力偶矩的平衡，图6表示因作用于压缩机1的各部分的气体压力而产生的力偶矩的平衡。图6中的各符号的意义如下。

Pm：中间压力(施加于作为轴向移动构件的内圈27的后端部侧的控制压力)

Ps：吸入压力

Pd：排出压力

Ap：活塞(缸膛)面积

As：作为轴向移动构件的内圈27的受压面积

L1：从凸轮机构(铰链机构12)的凸轮角变化时的斜板7的瞬时旋转中心(C)到压缩行程活塞的压力作用线为止的距离。

L2：从凸轮角变化时的斜板7的瞬时旋转中心(C)到吸入行程活塞的压力作用线为止的距离

L3：从凸轮角变化时的斜板7的瞬时旋转中心(C)到施加于内圈27的压力作用线为止的距离

M1：凸轮角(斜板倾角)增大方向上的力矩

M2：凸轮角(斜板倾角)减小方向上的力矩

M1＝Ps·Ap·L1+Pm·As·L3+Ps·Ap·L2

M2＝-Pd·Ap·L1-Ps·As·L3-Ps·Ap·L2

M1+M2＝Ps·Ap·L1+Pm·As·L3+Ps·Ap·L2-Pd·Ap·L1-Ps·As·L3-Ps·Ap·L2

＝(Ps-Pd)Ap·L1+(Pm-Ps)As·L3

≈(Ps-Pd+Pm-Ps)As·L3(Ap≈As，L1≈L3的情况)

＝(Pm-Pd)As·L3

图6中的M1和M2实际上是计算所有的活塞21而得出的M1和M2。另外，Ap和As、L1和L3被设定为合适的关系是较为理想的。

在此，处于吸入行程中的活塞21的力矩因前后压力差相同(Ps)而相互抵消。另外，通过将瞬时旋转中心(C)的位置设定于合适的位置(即，合适地设定凸轮机构的凸轮轮廓)，在将内圈27的受压面积设定为合适大小的状态下对Pm与Ps之间的压力差进行控制，从而能将斜板凸轮角控制为最佳。更准确地说，利用Pd与Ps之间的压力差来确定包括活塞21在内的零件的力矩，并利用Pm与Ps之间的压力差来确定包括内圈27在内的零件的力矩，从而能获得各力矩的平衡。此时，为了使因Pd与Ps的压力差而产生的力矩有效地起作用，将上述L1特意设定得较大是较为理想的，藉此，能实现下面说明的理想的力偶矩的整体平衡。如图6所示，通过将凸轮机构12的长孔10形成为S字形状，能将上述L1特意设定得较大。

较为理想的是，因上述压缩机1的各零件的旋转、往复运动而产生的力偶矩的平衡被设定为图5所示的特性。即，因上述压缩机1的气体压力而产生的力偶矩平衡形成为在增大中间压力Pm时变为朝凸轮角增大侧施力的力矩，因此，作为因各零件的旋转、往复运动而产生的力偶矩的平衡，如图5所示，将该力偶矩的平衡设定成在所有的凸轮角朝凸轮角减小方向施力是较为理想的。即，在图5中，设定成即便当凸轮角最小时，也肯定有整体的力偶矩朝凸轮角减小方向起作用。通过这种设定，能实现更理想且稳定的高精度的容量控制。另外，平衡块13也有助于该理想的设定。

即，例如在图6中，当处于Pd降低的低负载条件等时，力矩M2减小，因此，难以进行例如关闭模式的维持。此时，若设为图5的特性，则与气体压力的力偶矩不同地，始终作用有凸轮角减小方向的力偶矩，因此，可容易地进行关闭模式等的维持。另外，在图6中，在瞬时中心与以往相同位于远离主轴中心(如图14所示)的位置的情况下，图6的L1较小，因此，因Pd而产生的凸轮角减小方向上的力矩M2不起作用。由于轴向移动构件不能使施加于后侧的表面的Pm比相反受压面侧的Ps小，因此，仅在凸轮角增大方向上起作用，一旦增大凸轮角，就不能使其减小。因此，在因气体压力而产生的力偶矩如上所述具有凸轮角减小方向上的力矩M2不起作用的特性的情况下，需要将因旋转、往复运动而产生(或并用还原弹簧(日文：リデユ一ススプリング)109)的力偶矩设为图5的特性，从而始终确保凸轮角减小方向上的力偶矩。然而，图5的特性在压缩机的转速较小时作用较小，因此，在维持关闭模式时等，需使用其它方法来确保凸轮角减小方向上的力偶矩。因此，图6的特性是较为理想的。

图7表示本发明第二实施方式的可变容量压缩机51的主要部分。在本实施方式中，与上述第一实施方式相比，中间压力(Pm)在被配置于排出气体从汽缸盖31内的排出室33朝中间压力室38的连通路40中的控制阀52控制后，被导入中间压力室38，并在从中间压力室38朝吸入室32的连通路53中再次经由控制阀52而返回至吸入室32。即，通过控制阀52的控制对朝中间压力室38的导入量和从中间压力室38释放的释放量进行调节，从而来控制中间压力(Pm)。其它结构与图1所示的第一实施方式相同。在这种结构中，也能获得与上述第一实施方式相同的作用效果，此外，还能简化中间压力控制机构。

图8表示本发明第三实施方式的可变容量压缩机61。在本实施方式中，与上述第一实施方式相比，吸入路62从设于汽缸盖63的吸入端口64形成至缸体65、前壳66。另外，从曲柄室67朝汽缸盖63内的吸入室32的连通路68是利用前壳66、缸体65、汽缸盖63的紧固螺栓69的通孔而形成的。此外，中间压力(Pm)作为从排出室33的压力(Pd)被节流孔70减压后的压力而导入中间压力室38，并经由配置于从中间压力室38朝吸入室32的连通路71的控制阀72而返回至吸入室32。其它结构与图1所示的第一实施方式相同。在这种结构中，也能获得与上述第一实施方式相同的作用效果。

图9表示本发明第四实施方式的可变容量压缩机81。在本实施方式中，与上述第一实施方式相比，在汽缸盖82内，在内径侧形成有吸入室83，在外径侧形成有排出室84。吸入气体的朝曲柄室85的吸入路86穿过设于缸体87的吸入端口88、吸入消音室89形成至前壳90。另外，从曲柄室85朝汽缸盖82内的吸入室83的连通路91呈直线状地配置于缸体87的缸膛20间的内径侧。此外，中间压力(Pm)在被配置于从排出室84朝中间压力室38的连通路92的控制阀93控制后，被导入中间压力室38，并从中间压力室38经节流孔94减压后，返回至吸入室32。其它结构与图1所示的第一实施方式相同。在这种结构中，也能获得与上述第一实施方式相同的作用效果，此外，还可使朝缸体87的连通路91的形成变得容易。另外，由于在吸入消音室89中被衰减的吸入脉动在曲柄室85中被进一步衰减，因此，能更可靠地使吸入脉动衰减。另外，若对于排出气体也能通过排出消音室95并经由排出截止阀96、排出端口97将其排出，则也能使排出脉动衰减。

图10表示本发明第五实施方式的可变容量压缩机101。未设有上述第一实施方式～第四实施方式的摆动板18，而构成为所谓单斜板式的可变容量压缩机101。即，从斜板102的旋转运动朝活塞103的往复运动转换的运动转换机构由通过与斜板102的外周侧两面滑动接触的一对滑履104而转换为活塞103的往复运动的机构构成。由于不需要上述第一实施方式～第四实施方式的摆动板18的旋转阻止机构，因此，作为本发明的轴向移动构件，在主轴105周围设有套筒106以加以替换，该套筒106能在旋转被花键机构24阻止了的状态下在主轴105上沿轴向移动。在套筒106的前侧设有滑动轴承107，斜板102的中央部分构成为能与该滑动轴承107、在轴向上自由移动的套环108一起和套筒106一体地在轴向上移动。在套环108的前侧设有对斜板102朝倾角减小方向(即，朝由铰链机构12构成的凸轮机构的凸轮角减小方向)施力的还原弹簧109，从而可始终对斜板102朝最小倾角方向施力。套环108、还原弹簧109与斜板102一起和主轴105一体地旋转，但斜板102以在倾角变化面内能改变倾角的方式支承于套环108上。与第一实施方式相同，在套筒106的另一端侧形成有中间压力室38，在中间压力室38内设有用于对朝最小倾角侧改变角度的斜板102向倾角增大方向施力的回位弹簧110。其它结构与第一实施方式相同，因此，标注与图1中所标注的符号相同的符号并省略说明。这种单斜板式的可变容量压缩机101也能获得与第一实施方式的作用效果相同的作用效果。

这样，不管是摆动板式的可变容量压缩机还是单斜板式的可变容量压缩机，均能适用本发明。

工业上的可利用性

本发明的可变容量压缩机能适用于具有规定的轴向移动构件的所有可变容量压缩机。

(符号说明)

1、51、61、81、101可变容量压缩机

2前壳

3缸体

4曲柄室

5主轴

6转动件

7斜板

8、9臂部

10长孔

11销

12作为凸轮机构的铰链机构

13平衡块

14吸入端口

15吸入路

16、17轴承

18摆动板

19连结杆

20缸膛

21活塞

22摆动板的旋转阻止机构

23中央孔

24花键卡合机构

25球

26、29导向槽

27内圈

28套筒

30外圈

31汽缸盖

32吸入室

33排出室

34连通路

35排出截止阀

36排出端口

37、45密封构件

38中间压力室

39中间压力控制机构

40、42连通路

41控制阀

43节流孔

44阀板

46受压面

47带轮

48轴承

52控制阀

53连通路

62吸入路

63汽缸盖

64吸入端口

65缸体

66前壳

67曲柄室

68连通路

69紧固螺栓

70节流孔

71连通路

72控制阀

82汽缸盖

83吸入室

84排出室

85曲柄室

86吸入路

87缸体

88吸入端口

89吸入消音室

90前壳

91、92连通路

93控制阀

94节流孔

95排出消音室

96排出截止阀

97排出端口

102斜板

103活塞

104滑履

105主轴

106套筒

107滑动轴承

108套环

109还原弹簧

110回位弹簧

C瞬时旋转中心

Ps吸入压力

Pd排出压力

Pm中间压力

Claims (16)

1.一种可变容量压缩机，包括：

汽缸盖，在该汽缸盖中形成有吸入室及排出室；

缸体，该缸体具有供活塞往复运动地插入的缸膛；

曲柄室，该曲柄室由所述缸体和前壳形成；

斜板，该斜板配置于所述曲柄室内，与主轴一起旋转并被支承成能相对于该主轴改变自身的倾角；以及

运动转换机构，该运动转换机构将所述斜板的旋转运动转换为所述活塞的往复运动，其特征在于，

将吸入气体朝压缩机吸入的吸入路朝所述曲柄室开口，

在所述缸体中设置使所述曲柄室与所述吸入室连通的连通路，

在所述主轴周围设有轴向移动构件，该轴向移动构件与所述斜板的倾角实质上一一对应地在沿所述主轴的轴心的方向上移动，该轴向移动构件配置成在其一端侧施加有所述曲柄室内的压力，而在其另一端侧施加有所述排出室内的压力与所述吸入室内的压力之间的中间压力，且设有能对所述中间压力进行控制的中间压力控制机构。

2.如权利要求1所述的可变容量压缩机，其特征在于，

所述吸入路形成于所述前壳。

3.如权利要求1所述的可变容量压缩机，其特征在于，

所述吸入路从所述缸体形成至所述前壳。

4.如权利要求1所述的可变容量压缩机，其特征在于，

所述吸入路穿过所述缸体，从所述汽缸盖形成至所述前壳。

5.如权利要求1至4中任一项所述的可变容量压缩机，其特征在于，

在所述轴向移动构件的另一端侧形成有被控制成所述中间压力的中间压力室，该中间压力室相对于所述曲柄室被密封。

6.如权利要求5所述的可变容量压缩机，其特征在于，

所述中间压力控制机构具有：

连通路，该连通路位于所述排出室与所述中间压力室之间；

控制阀，该控制阀设于所述连通路中，并能对从排出室内的压力朝规定的中间压力的减压进行控制；

连通路，该连通路位于所述中间压力室与所述吸入室之间；以及

节流孔，该节流孔设于所述连通路中。

7.如权利要求5所述的可变容量压缩机，其特征在于，

所述中间压力控制机构具有：

连通路，该连通路位于所述排出室与所述中间压力室之间；

连通路，该连通路位于所述中间压力室与所述吸入室之间；以及

控制阀，该控制阀设于所述两连通路中，能对从排出室内的压力朝规定的中间压力的减压进行控制，且能对从中间压力室朝向吸入室的气流的节流程度进行控制。

8.如权利要求5所述的可变容量压缩机，其特征在于，

所述中间压力控制机构具有：

连通路，该连通路位于所述排出室与所述中间压力室之间；

节流孔，该节流孔设于所述连通路中；

连通路，该连通路位于所述中间压力室与所述吸入室之间；以及

控制阀，该控制阀设于所述连通路中，能对朝中间压力室内的规定的中间压力的减压进行控制。

9.如权利要求1至8中任一项所述的可变容量压缩机，其特征在于，

所述运动转换机构包括：

摆动板，该摆动板将所述斜板的旋转运动转换为自身的摆动运动，并通过连结杆将该摆动运动传递至所述活塞，以使活塞往复运动；以及

该摆动板的旋转阻止机构。

10.如权利要求9所述的可变容量压缩机，其特征在于，

所述摆动板的旋转阻止机构由具有以下构件的机构构成：(a)内圈，该内圈在外壳内设置成旋转被阻止了但能沿轴向移动，并具有用于对为进行动力传递而设置的多个球进行引导的多个导向槽；(b)外圈，该外圈在与所述内圈的各导向槽相对的位置具有用于对所述球进行引导的多个导向槽，在外周连结有所述摆动板，并被支承成能与所述摆动板一起摆动；以及(c)多个球，这些球被形成于所述内圈和外圈的彼此相对的导向槽保持，在该导向槽之间被压缩来进行动力传递，

所述内圈构成为所述轴向移动构件。

11.如权利要求10所述的可变容量压缩机，其特征在于，

所述摆动板的旋转阻止机构还包括(d)套筒，该套筒作为所述摆动板的摆动运动的摆动中心构件起作用，能相对于所述主轴旋转和沿轴向移动地设于该主轴上，并与所述内圈卡合成能和该内圈一起沿轴向移动，

所述外圈被该套筒支承成能摆动。

12.如权利要求1至8中任一项所述的可变容量压缩机，其特征在于，

所述运动转换机构由通过与所述斜板的外周侧两面滑动接触的一对滑履而转换为活塞的往复运动的机构构成。

13.如权利要求1至12中任一项所述的可变容量压缩机，其特征在于，

通过设于所述主轴与所述斜板之间的凸轮机构使所述斜板的倾角改变，

对所述凸轮机构的凸轮轮廓进行设定，以在以下负载作为容量减小方向的力偶矩对所述斜板作用的位置具有所述斜板的瞬时旋转中心，其中，所述负载是因处于压缩行程的多个活塞中的至少一个活塞的压缩反力而产生的。

14.如权利要求13所述的可变容量压缩机，其特征在于，

所述凸轮机构由包括形成于从主轴侧延伸出的臂部和从斜板侧延伸出的臂部中的一个臂部的长孔与设于另一个臂部的销的滑动卡合机构构成，

通过将所述长孔的形状形成为S字形来设定所述凸轮轮廓。

15.如权利要求1至14中任一项所述的可变容量压缩机，其特征在于，

对各零件进行设定，以使至少因各零件的旋转、往复运动而在所述斜板的倾角变化面内所产生的力偶矩的整体平衡在整个斜板倾角中朝向倾角减小方向。

16.如权利要求15所述的可变容量压缩机，其特征在于，

还设有弹簧，该弹簧至少对斜板朝倾角减小方向施力，

并设定成包括所述弹簧的作用力在内的、因旋转、往复运动而在所述斜板的倾角变化面内产生的力偶矩的整体平衡在整个斜板倾角中朝向倾角减小方向。

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