JP2003090284A - 可変容量型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルクを高精度に検出できるようにして制御
性を向上させた可変容量型圧縮機を提供する。 【解決手段】 シャフト５と、シャフト５の両端部を回
転可能に支持する軸受２５，２６と、シャフト５に摺動
かつ傾斜可能に取り付けられる斜板１０と、吐出室１２
と斜板１０が収容されるクランク室８とを連通する通路
５７の途中に設けられ、通路５７を開閉する制御弁６０
とを備え、制御弁６０の開閉動作によりクランク室８内
の圧力が変化し、斜板１０の傾斜角度が変わり、吐出容
量が増減する可変容量型圧縮機において、軸受２５，２
６に設けられた荷重センサ５２，５１の出力値に基いて
制御弁６０の開度を制御するコントローラ７０を設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は可変容量型圧縮機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両等の空調装置に使用される可変容量
型圧縮機では、クランク室内の圧力を調整することによ
って斜板の傾斜角度を変更して吐出容量を変更する。

【０００３】クランク室の圧力調整は、例えば吐出室と
クランク室とを連通する通路の途中に設けられた制御弁
の開度を調整することによって行われる。

【０００４】上記可変容量型圧縮機はエンジンから動力
を得ている。そのため、車両の加速時や登坂走行時には
エンジンに大きな負荷がかかり、燃料消費量が増大する
とともに、二酸化炭素の排出量が多くなる。

【０００５】燃料消費量や二酸化炭素の排出量を低減す
るため、車両の加速時や登坂走行時に圧縮機の吐出容量
を低下させて圧縮機に起因するエンジンの負荷を低減さ
せ、エンジンの動力を加速等に振り向けるようにした技
術が知られている。

【０００６】従来、この種の技術を適用した可変容量型
圧縮機として、例えば特開２００１−７３９４１号公報
に記載されているものが知られている。

【０００７】この可変容量型圧縮機では、シャフトに負
荷トルク検出器を設け、この負荷トルク検出器によって
圧縮動作の反作用として圧縮機に作用する負荷トルクを
検出する。検出された負荷トルクに関する情報はエンジ
ン回転数等の情報と共に制御装置に出力される。制御装
置は前記情報に基いてソレノイドコイルの通電を制御し
て制御弁の開度を調節し、車両の加速時や登坂走行時に
吐出容量を低下させる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この可変容量
型圧縮機には、次のような問題がある。

【０００９】シャフトから負荷トルクを検出するために
は高性能な負荷トルク検出器が必要になり、製造コスト
が高くなる。また、シール部材よりもシャフトの先端側
に負荷トルク検出器を設けているため、圧縮機が大型化
する。

【００１０】トルクをシャフトから直接検出する構成で
あるため、信号を取得するための特別なカップリングや
無線構造（磁性膜及びコイルで構成される磁歪検出部
等）が必要となり、信号以外の電気量（ノイズ）が検出
回路に侵入し易い。

【００１１】そのため、制御装置における所期の信号処
理機能が害され、演算データが不正確となり、トルクを
高精度に検出することができなくなる。

【００１２】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題はトルクを高精度に検出できるよう
にして制御性を向上させた可変容量型圧縮機を提供する
ことである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明は、シャフトと、前記シャフトを
回転可能に支持する複数の軸受と、前記シャフトに摺動
かつ傾斜可能に取り付けられる傾斜回転板と、吐出室及
び吸入室の少なくとも一方と前記傾斜回転板が収容され
るクランク室とを連通する通路の途中に設けられ、前記
通路を開閉する制御弁とを備え、前記制御弁の開閉動作
により前記クランク室内の圧力が変化し、前記傾斜回転
板の傾斜角度が変わり、吐出容量が増減する可変容量型
圧縮機において、前記複数の軸受の少なくとも１つに設
けられた荷重センサと、この荷重センサの出力値に基い
て前記制御弁の開度を制御する制御手段とを備えている
ことを特徴とする。

【００１４】軸受に設けられた荷重センサの出力値に基
いて車両の加速と圧縮機の運転負荷とを判断し、圧縮機
の吐出容量を低下させエンジンの動力を加速や登坂のエ
ネルギとして使用する。信号を取得するための特別なカ
ップリングや無線構造が不要であるため、ノイズが検出
回路に侵入し難く、制御手段における所期の信号処理機
能が害されず、正確な演算データを取得できる。

【００１５】請求項２記載の発明は、シリンダブロック
に固定され、クランク室が形成されたシリンダヘッド
と、前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドの中
心部に支持されたシャフトと、前記シリンダブロック及
び前記シリンダヘッドに設けられ、前記シャフトを回転
可能に支持する複数の軸受と、前記シャフトに摺動かつ
傾斜可能に取り付けられる傾斜回転板と、吐出室及び吸
入室の少なくとも一方と前記傾斜回転板が収容される前
記クランク室とを連通する通路の途中に設けられ、前記
通路を開閉する制御弁とを備え、前記制御弁の開閉動作
により前記クランク室内の圧力が変化し、前記傾斜回転
板の傾斜角度が変わり、吐出容量が増減する可変容量型
圧縮機において、前記シリンダブロック及び前記シリン
ダヘッドの少なくとも一方に設けられ、前記軸受の近傍
に位置する荷重センサと、この荷重センサの出力値に基
いて前記制御弁の開度を制御する制御手段とを備えてい
ることを特徴とする。

【００１６】シリンダブロック及び前記シリンダヘッド
の少なくとも一方に設けられた荷重センサの出力値に基
いて車両の加速と圧縮機の運転負荷とを判断し、圧縮機
の吐出容量を低下させてエンジンの動力を加速や登坂の
エネルギとして使用する。信号を取得するための特別な
カップリングや無線構造が不要であるため、ノイズが検
出回路に侵入し難く、制御手段における所期の信号処理
機能が害されず、正確な演算データを取得できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００１８】図１はこの発明の第１実施形態に係る可変
容量型斜板式圧縮機の断面図、図２（ａ）は歪センサを
固着したラジアル軸受の平面図、図２（ｂ）は図２
（ａ）の２ｂ−２ｂ線に沿う断面図、図３は他のラジア
ル軸受への歪センサの固着を説明する断面図、図４は歪
センサを固着したスラスト軸受の断面図である。

【００１９】この可変容量型斜板式圧縮機は冷凍システ
ムの一構成部品として用いられる。

【００２０】この可変容量型斜板式圧縮機のシリンダブ
ロック１の一端面にはバルブプレート２を介してリヤヘ
ッド３が、他端面にはフロントヘッド（シリンダヘッ
ド）４が配置されている。

【００２１】フロントヘッド４、シリンダブロック１、
バルブプレート２及びリヤヘッド３は通しボルト３１で
軸方向に一体的に結合されている。

【００２２】シリンダブロック１に形成されたシリンダ
ボア６内にはピストン７が摺動可能に挿入されている。

【００２３】フロントヘッド４には、後述する斜板１０
やスラストフランジ４０等を収容するクランク室８が形
成されている。

【００２４】リヤヘッド３には吸入室１３と吐出室１２
とが形成されている。

【００２５】吸入室１３は吐出室１２の周囲に位置して
いる。吸入室１３には圧縮室２２に供給する低圧の冷媒
ガスが収容される。

【００２６】シャフト５の一端部はラジアル軸受２６を
介してフロントヘッド４に回転可能に支持されている。

【００２７】ラジアル軸受２６は、外レース２６ａと、
外レース２６ａの内周面に組み付けられたコロ２６ｂ
と、コロ２６ｂを保持する保持器２６ｃとを有する。ラ
ジアル軸受２６の外周面には歪センサ（荷重センサ）５
１が接着剤によって固着されている（図２（ｂ）参
照）。ラジアル軸受２６のフロント側にはシール部材２
８が設けられている。

【００２８】なお、図３に示すように外レース１２６ａ
の外周面に円周方向へ延びる溝１２６ｄを形成してもよ
い。この構成によれば、外レース１２６ａが撓み易くな
り、歪をより正確に検出することができる。

【００２９】また、シャフト５の他端部はスラスト軸受
２４及びラジアル軸受２５を介してシリンダブロック１
に回転可能に支持されている。ラジアル軸受２５には歪
センサ（荷重センサ）５２が接着剤によって固着されて
いる。

【００３０】シャフト５にはスラストフランジ４０が固
定されているとともに、斜板１０がヒンジボール９を介
して摺動かつ傾斜可能に装着されている。

【００３１】スラストフランジ４０と斜板１０とはリン
ク機構４１を介して連結され、リンク機構４１を介して
シャフト５の回転がスラストフランジ４０から斜板１０
へと伝達される。

【００３２】スラストフランジ４０は、スラスト軸受３
３を介してフロントヘッド４の内壁面に回転可能に支持
されている。

【００３３】スラスト軸受３３は鍔付きレース３３ａと
鍔付きレース３３ａの鍔部３３ｂに組み付けられたコロ
３３ｃとコロ３３ｃを保持する保持器３３ｄとを有す
る。スラスト軸受３３の外側面には歪センサ（荷重セン
サ）５３が接着剤によって固着されている。

【００３４】歪センサ５１，５２，５３には、樹脂フィ
ルムの上に細い金属線や厚さ数ミクロンの銅−ニッケル
合金箔を接着した金属抵抗式歪ゲージや抵抗体に半導体
を使用した半導体歪ゲージが用いられる。なお、歪セン
サ５１，５２，５３の出力は微小であるので、増幅器
（図示せず）によって所定の大きさに増幅される。

【００３５】斜板１０の周縁部とピストン７の一端部と
はシュー６０，６１を介して連結されている。

【００３６】ピストン７に対してそれぞれ一組のシュー
６０，６１が斜板１０を挟むように配置され、シュー６
０，６１はシャフト５の回転につれて斜板１０の摺動面
１０ａ，１０ｂ上を相対回転する。斜板１０の回転によ
りピストン７がシリンダボア６内を直線往復運動する。

【００３７】バルブプレート２には、圧縮室２２と吐出
室１２とを連通させる吐出ポート１６と、圧縮室２２と
吸入室１３とを連通させる吸入ポート１５とが、それぞ
れ周方向に沿って一定間隔おきに設けられている。

【００３８】吐出ポート１６は吐出弁１７により開閉さ
れ、吐出弁１７はバルブプレート２のリヤヘッド側端面
に弁押さえ１８とともにボルト１９により固定されてい
る。

【００３９】また、吸入ポート１５は吸入弁２１により
開閉され、吸入弁２１はバルブプレート２のフロント側
端面に配設されている。

【００４０】吐出室１２とクランク室８とは通路５７を
介して連通する。通路５７の途中には制御弁６０が設け
られている。制御弁６０はソレノイドをアクチュエータ
として用いた電磁弁で構成される。この制御弁６０の作
動は後述する圧縮機コントロ−ラ（制御手段）７０によ
って制御される。なお、図１には通路５７の一部だけが
描かれている。

【００４１】吸入室１３とクランク室８とはオリフィス
を備える通路（図示せず）を介して連通する。

【００４２】前述のようにスラストフランジ４０と斜板
１０とはリンク機構４１を介して連結され、斜板１０は
シャフト５と直角な面に対して傾斜可能である。

【００４３】リンク機構４１はリンクピン４３とガイド
溝１０ｄとで構成される。

【００４４】リンクピン４３はスラストフランジ４０の
リヤ側端面にブラケット４３ａに設けられている。

【００４５】ガイド溝１０ｄは斜板１０のフロント側端
面のブラケット１０ｃに設けられ、リンクピン４３をガ
イドする。

【００４６】コントローラ７０は歪センサ５１，５２，
５３、エンジンコントローラ８０、制御弁６０及び電磁
クラッチ（ＭＧ／ＣＬ）に接続されている。

【００４７】エンジンコントローラ８０は図示しないエ
ンジン回転数センサやスロットルセンサ等から供給され
る検知信号に基いてエンジン回転数等に応じた圧縮機の
目標動力を演算する。

【００４８】コントローラ７０は歪センサ５１，５２，
５３から供給される検知出力信号（軸受に作用する反
力）に基いて回転数と動力とを演算し、目標動力となる
ように制御弁６０の開度を制御する。

【００４９】なお、反力とトルクとは比例関係にあるた
め、コントローラ７０ではトルクを演算することができ
る。

【００５０】図５は時間に対する検知出力信号の変化を
示す図である。図５において、縦軸は検知出力信号を示
し、横軸は時間を示す。

【００５１】コントローラ７０は、検知出力信号の間隔
が時間の経過とともに短くなったとき（Δｔ１＞Δｔ
２）、加速していると判断し、時間の経過とともに検知
出力信号の強弱差が大きくなったとき（ΔＡ１＜ΔＡ
２）、動力が増加したと判断する。

【００５２】以上の構成であるから、可変容量型斜板式
圧縮機は次のように動作する。

【００５３】図示しないエンジンの回転動力がシャフト
５に伝達されると、シャフト５の回転力はスラストフラ
ンジ４０からリンク機構４１を経て斜板１０に伝達さ
れ、斜板１０が回転する。

【００５４】斜板１０の回転によりシュー６０，６１が
斜板１０の摺動面１０ａ，１０ｂ上を相対回転し、斜板
１０からの回転力がピストン７の直線往復運動に変換さ
れる。

【００５５】ピストン７がシリンダボア６内を往復運動
すると、シリンダボア６内の圧縮室２２の容積が変化す
る。この容積変化によって冷媒ガスの吸入、圧縮及び吐
出が順次行われ、斜板１０の傾斜角度に応じた容量の冷
媒ガスが吐出される。

【００５６】吸入時、吸入弁２１が開き、吸入室１３か
らシリンダボア６内の圧縮室２２への低圧の冷媒ガスが
吐出される。

【００５７】吐出時、吐出弁１７が開き、圧縮室２２か
ら吐出室１２へ高圧の冷媒がスが吐出される。

【００５８】コントローラ７０は歪センサ５１，５２，
５３の信号を入力すると、時間に対する検知出力信号の
変化を求め、エンジンの加速や動力の増加を検出する。

【００５９】コントローラ７０は、エンジンの加速や動
力の増加を検出したとき、圧縮機が目標動力になるよう
に通路５７の通路面積を大きくする制御信号を制御弁６
０へ出力し、通路５７を介して吐出室１２からクランク
室８へ送り込まれる高圧の冷媒ガスの量を増やし、クラ
ンク室８の圧力を高くして斜板１０の傾斜角度を小さく
する。

【００６０】そのため、エンジンの動力を車両の加速等
のエネルギとして使用することができ、エンジンの負荷
が軽減されて燃料消費量を低減することができる。

【００６１】また、コントローラ７０は、動力の強弱差
が所定値より大きくなったことや信号間隔が異常に大き
くなったことを検知したとき、圧縮機の異常（焼付き
等）が発生したとして電源を遮断する制御信号を電磁ク
ラッチ（ＭＧ／ＣＬ）へ出力する。

【００６２】この実施形態によれば、以下の効果を奏す
る。

【００６３】ノイズの侵入によって所期の信号処理機
能が害されず、正確な演算データを取得できるため、ト
ルクを高精度に検出でき、制御性を向上させることがで
きる。

【００６４】圧縮機の異常（焼付き等）が発生したと
き、電磁クラッチ（ＭＧ／ＣＬ）の電源が遮断されるの
で、損害を最小限に抑えることができる。

【００６５】高性能なトルク検出器が不要になり、従
来より製造コストを低減することができる。

【００６６】シール部材２８よりもシャフトの先端側
にトルク検出器を設ける構成でないため、従来例のよう
に圧縮機が大型化することがない。

【００６７】各歪センサ５１，５２，５３から得られ
る反力によって斜板１０の傾斜角度を推定できるため、
圧縮機が制御範囲に有るか否かを判断し易くなる。

【００６８】図６はこの発明の第２実施形態に係る可変
容量型斜板式圧縮機の断面図であり、第１実施形態と共
通する部分には同一符合を付してその説明を省略する。

【００６９】この第２実施形態は、フロントヘッド４や
シリンダブロック１に歪センサ（荷重センサ）１５１，
１５２，１５３を固着し、フロントヘッド４やシリンダ
ブロック１の歪からトルクを検出するようにした点で第
１実施形態と異なる。

【００７０】歪センサ１５１，１５２は、Ｕ字形のボデ
ィ１５１Ａ，１５２Ａに貼り付けられ、フロントヘッド
４やシリンダブロック１に形成された孔４Ａ，１Ａに圧
入されている。

【００７１】歪センサ１５３はフロントヘッド４に形成
された孔４Ｂに接着剤等によって固着されている。

【００７２】歪センサ１５１，１５２，１５３は軸受２
６、２５，３３の近傍に位置する。これらの歪センサ１
５１，１５２，１５３によってシリンダヘッド４やシリ
ンダブロック１に発生した歪が検知される。

【００７３】この第２実施形態によれば、第１実施形態
と同様の効果を奏する。

【００７４】なお、上記各実施形態では、制御弁６０を
吐出室１２とクランク室８との間（通路５７）に設けた
が、吸入室１３とクランク室８との間に制御弁を設けて
も、吐出室１２とクランク室８との間及び吸入室１３と
クランク室８との間に三方弁を用いた制御弁を設けても
よい。

【００７５】また、上記各実施形態では、本願発明を可
変容量型斜板式圧縮機に適用した場合について述べた
が、本願発明を可変容量型揺動板式圧縮機に適用するこ
ともできる

【００７６】

【発明の効果】以上に説明したようにこの発明の可変容
量型圧縮機によれば、ノイズによって所期の信号処理機
能を害されずに正確な演算データを取得できるため、ト
ルクを高精度に検出でき、制御性を向上させることがで
きる。また、高性能なトルク検出器が不要になり、従来
例より製造コストを低減することができる。更に、シー
ル部材よりもシャフトの先端側にトルク検出器を設ける
構成でないため、従来例のように圧縮機が大型化するこ
とがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１実施形態に係る可変容量
型斜板式圧縮機の断面図である。

【図２】図２（ａ）は歪センサを固着したラジアル軸受
の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の２ｂ−２ｂ線に沿
う断面図である。

【図３】図３は他のラジアル軸受への歪センサの固着を
説明する断面図である。

【図４】図４は歪センサを固着したスラスト軸受の断面
図である。

【図５】図５は時間に対する検知出力信号の変化を示す
図である。

【図６】図６はこの発明の第２実施形態に係る可変容量
型斜板式圧縮機の断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダブロック ４ フロントハウジング ５ シャフト １２ 吐出室 １３ 吸入室 ２４，２５，２６ 軸受 ５１，５２，５３，１５１，１５２，１５３ 歪センサ
（荷重センサ） ７０ コントローラ（制御手段）

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H045 AA04 AA10 AA13 AA27 BA19 BA28 CA00 CA29 DA25 EA33 3H076 AA06 BB32 CC12 CC20 CC36 CC83 CC98

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シャフトと、 前記シャフトを回転可能に支持する複数の軸受と、 前記シャフトに摺動かつ傾斜可能に取り付けられる傾斜
   回転板と、 吐出室及び吸入室の少なくとも一方と前記傾斜回転板が
   収容されるクランク室とを連通する通路の途中に設けら
   れ、前記通路を開閉する制御弁とを備え、 前記制御弁の開閉動作により前記クランク室内の圧力が
   変化し、前記傾斜回転板の傾斜角度が変わり、吐出容量
   が増減する可変容量型圧縮機において、 前記複数の軸受の少なくとも１つに設けられた荷重セン
   サと、 この荷重センサの出力値に基いて前記制御弁の開度を制
   御する制御手段とを備えていることを特徴とする可変容
   量型圧縮機。
2. 【請求項２】 シリンダブロックに固定され、クランク
   室が形成されたシリンダヘッドと、 前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドの中心部
   に支持されたシャフトと、 前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドに設けら
   れ、前記シャフトを回転可能に支持する複数の軸受と、 前記シャフトに摺動かつ傾斜可能に取り付けられる傾斜
   回転板と、 吐出室及び吸入室の少なくとも一方と前記傾斜回転板が
   収容される前記クランク室とを連通する通路の途中に設
   けられ、前記通路を開閉する制御弁とを備え、 前記制御弁の開閉動作により前記クランク室内の圧力が
   変化し、前記傾斜回転板の傾斜角度が変わり、吐出容量
   が増減する可変容量型圧縮機において、 前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドの少なく
   とも一方に設けられ、前記軸受の近傍に位置する荷重セ
   ンサと、 この荷重センサの出力値に基いて前記制御弁の開度を制
   御する制御手段とを備えていることを特徴とする可変容
   量型圧縮機。