JP2004036548A - ピストン式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】静寂性に優れたピストン式圧縮機を安価に提供すること。
【解決手段】圧縮機の吸入弁機構３５としてロータリバルブ４１が用いられている。ロータリバルブ４１は、駆動軸１６と同期回転することで圧縮室２６と吸入室２８との間の冷媒ガス通路を開閉可能である。ロータリバルブ４１の外周面４１ｂには、冷媒ガス通路を開口する吸入案内溝４５を回転方向に長軸を持つ楕円形状に形成し、吸入案内溝４５が同時に二つの吸入連通路４３に連通している時でも、吸入の重なりによるロータリバルブからの吸入総量の変動すなわち脈動を抑制し、騒音を低減する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンの往復動によってガス圧縮を行うピストン式圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、リード弁タイプの吸入弁は自励振動に起因した異音を発生し、圧縮機の静寂性が阻害される問題がある。従って、例えば、特開平５−１６４０４４号公報（従来技術）においては、自励振動を生じることのないロータリバルブを吸入弁として用いることが提案されている。
【０００３】
従来技術のロータリバルブは、シリンダボア内のトップクリアランスに残留した圧縮ガスが再膨張を終了する時点よりも遅れて、吸入案内溝のロータリバルブ回転方向先行側に位置する先行端面が、吸入連通路と対応するようにタイミング調整し、吸入案内溝の先行端面付近のロータリバルブ外周面又は吸入連通路付近のバルブ収容室内周面に対し、残留圧縮ガスの再膨張終了時点から先行端面が吸入連通路と対応するまでの間、ガスの流入出を少量許容する切欠通路を設けている。
【０００４】
この従来技術では、圧縮機の吸入工程において、シリンダボア内作動室の残留ガスの再膨張終了時期が切欠通路によるロータリバルブの吸入開始時期より遅れた場合には、切欠き通路により吸入連通路からロータリバルブの吸入案内溝側へ逆流する残留ガスを低減することにより動力損失を防ぎ、また、実際の残留ガスの再膨張終了時期がロータリバルブの吸入開始時期、つまり切欠通路を介して吸入案内溝と吸入連通路とが連通を開始する時期よりも早くなった場合には、シリンダボア内作動室が吸入案内溝と連通されない期間に作動室内が少し負圧となるが、その直後に切欠通路により作動室と吸入案内溝とが連通させることにより、作動室内の圧力が過度に低下するのを抑制し、作動室への急激なガスの吸入を行なわないことにより、吸入脈動による圧縮機の騒音を防ぐことを目的としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術においては、吸入案内溝の先行端面に対して、ごく小さな切欠通路を設けたのみにすぎず、後行端面に対しては何も施してはいなかった。そのため、ロータリバルブが複数のシリンダボアに同時に連通する構成をもつ圧縮機では吸入量が複数のシリンダボア分重ねられることになるが、その場合図４（ａ）に示すように、吸入案内溝と連通するシリンダボア内作動室へ吸入されるガスの急激な増加に起因する吸入脈動を十分に低減できてはいなかった。そのため、圧縮機の騒音を抑制するという目的を十分に達成しているとはいえなかった。
【０００６】
本発明の目的は、吸入脈動を低減し、騒音の少ないピストン式圧縮機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明では、ハウジングに回転可能に支持された駆動軸と、前記ハウジングの一部を構成するシリンダブロックに形成されたシリンダボアと、前記駆動軸にカムプレートを介してシリンダボアに往復動可能に収容されたピストンと、前記シリンダボア内に区画形成され、駆動軸の回転によってピストンが往復動することによって体積変化することでガス圧縮が行われる圧縮室と、前記シリンダブロックに形成されたバルブ収容室内に収容され、駆動軸に一体的に設けられたロータリバルブと、前記ロータリバルブは、駆動軸と同期回転することで圧縮室と吸入圧力領域との間の冷媒ガス通路を開閉し、吸入工程の少なくとも最初と最後には複数の圧縮室に連通する吸入案内溝とを備え、前記吸入案内溝の回転方向における単位長さ当りの面積は、先行端面から中心側に向かうにつれて漸増し、中心側から後行端面に向かうにつれて漸減することを特徴としている。
【０００８】
従って、ロータリバルブが複数の圧縮室に同時に連通する構成をもつ圧縮機であっても、ロータリバルブと連通する圧縮室への吸入量が、ロータリバルブが連通する複数の圧縮室分重ねられるが、急激な吸入総量の変動に起因する吸入脈動を十分に低減でき、騒音の少ないピストン式圧縮機を安価に提供することが可能となる。
【０００９】
請求項２の発明は請求項１において、前記吸入案内溝の穴幅は、該吸入案内溝の先行側から中心に向かうにつれ増加し、中心から後行側に向かうにつれ減少していることを特徴としている。従って、容易に吸入案内溝を形成することができる。
【００１０】
請求項３の発明は請求項１又は２において、前記吸入案内溝は、略楕円形状であることを特徴としている。従って、ロータリバルブに連通している圧縮室への吸入総量の変動を抑えることができる。
【００１１】
請求項４の発明は請求項１又は２において、前記吸入案内溝は、略菱形形状であることを特徴としている。従って、ロータリバルブに連通している圧縮室への吸入総量の変動を抑えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、車両用空調装置に用いられるピストン式容量可変型圧縮機において具体化した第１実施形態について説明する。
【００１３】
（ピストン式容量可変型圧縮機）
図１に示すように、ピストン式容量可変型圧縮機（以下単に圧縮機とする）は、アルミニウム系の金属材料よりなるシリンダブロック１１と、その前端に接合固定されたフロントハウジング１２と、シリンダブロック１１の後端に弁・ポート形成体１３を介して接合固定されたリヤハウジング１４とを備えている。これらシリンダブロック１１、フロントハウジング１２及びリヤハウジング１４が圧縮機のハウジングを構成する。なお、図面の左方を前方とし、右方を後方とする。
【００１４】
前記シリンダブロック１１とフロントハウジング１２とで囲まれた領域にはクランク室１５が区画されている。クランク室１５内には駆動軸１６が回転可能に配設されている。駆動軸１６は鉄系の金属材料により構成されている。駆動軸１６は、車両の走行駆動源である図示しないエンジンに作動連結されており、エンジンから動力の供給を受けて回転される。
【００１５】
前記クランク室１５において駆動軸１６上には、ラグプレート２１が一体回転可能に固定されている。前記クランク室１５内にはカムプレートとしての斜板２３が収容されている。ヒンジ機構２４は、ラグプレート２１と斜板２３との間に介在されている。斜板２３は、ヒンジ機構２４を介したラグプレート２１との間でのヒンジ連結、及び駆動軸１６の支持により、ラグプレート２１及び駆動軸１６と同期回転可能であるとともに、駆動軸１６の軸線方向へのスライド移動を伴いながら駆動軸１６に対し傾動可能となっている。
【００１６】
複数のシリンダボア１１ａ（図１においては一箇所のみ示す）は、前記シリンダブロック１１において駆動軸１６の後端側を取り囲むようにして貫通形成されている。片頭型のピストン２５は、各シリンダボア１１ａに往復動可能に収容されている。シリンダボア１１ａの前後開口は、弁・ポート形成体１３及びピストン２５によって閉塞されており、このシリンダボア１１ａ内にはピストン２５の往復動に応じて体積変化する圧縮室２６が区画されている。各ピストン２５は、シュー２７を介して斜板２３の外周部に係留されている。従って、駆動軸１６の回転にともなう斜板２３の回転が、シュー２７を介してピストン２５の往復動に変換される。
【００１７】
前記リヤハウジング１４内には、吸入室２８及び吐出室２９がそれぞれ区画形成されている。吸入室２８はリヤハウジング１４の中央部に形成されているとともに、吐出室２９は吸入室２８の外周を取り囲むようにして形成されている。弁・ポート形成体１３は、圧縮室２６と吐出室２９とを連通する吐出ポート３２及び吐出ポート３２を開閉するリード弁よりなる吐出弁３３から形成されている。シリンダブロック１１には、ロータリバルブ４１を備えた吸入弁機構３５が設けられている。
【００１８】
そして、前記吸入室２８の冷媒ガスは、各ピストン２５の上死点位置から下死点側への移動により、吸入弁機構３５を介して圧縮室２６に吸入される（吸入行程）。圧縮室２６に吸入された冷媒ガスは、ピストン２５の下死点位置から上死点側への移動により所定の圧力にまで圧縮され、弁・ポート形成体１３の吐出ポート３２及び吐出弁３３を介して吐出室２９に吐出される（吐出工程）。
【００１９】
（吸入弁機構）
図１及び図２（ａ）に示すように、前記圧縮機のハウジングには、シリンダブロック１１においてシリンダボア１１ａに囲まれた中心部からリヤハウジング１４の中心部にかけてバルブ収容室４２が形成されている。バルブ収容室４２は、円柱状をなすとともに後方側で吸入室２８に連通されている。バルブ収容室４２と各圧縮室２６とは、シリンダブロック１１に吸入工程と対応する位置に形成された（図３参照）の吸入連通路４３を介してそれぞれ連通されている。
【００２０】
前記バルブ収容室４２内には、ロータリバルブ４１が回転可能に収容されている。ロータリバルブ４１は、吸入室２８側及びクランク室１５側に開口する円筒状をなしており、クランク室１５側の開口部には取付孔４１ａが形成されている。ロータリバルブ４１は、例えば、アルミニウム系の金属材料により構成されている。駆動軸１６の後端はバルブ収容室４２内に配置され、この後端の小径部１６ａには、ロータリバルブ４１が取付孔４１ａを以って圧入固定されている。従って、ロータリバルブ４１と駆動軸１６とは一体化されて一軸様をなしており、ロータリバルブ４１は駆動軸１６の回転つまりはピストン２５の往復動に同期して回転される。
【００２１】
図３に示すように、前記ロータリバルブ４１の筒内空間は、吸入室２８と連通する導入室４４をなしている。すなわち、吸入室２８及び導入室４４が吸入圧力領域となっている。ロータリバルブ４１の外周面４１ｂには、導入室４４と常時連通され、図２（ａ）に示すように回転方向に長軸を持つ楕円形状の吸入案内溝４５が回転方向の一定区間に形成されている。すなわち、図２（ｂ）に示すように、吸入案内溝４５の回転方向における単位長さΔＬ当りの面積Ｓｎ（ｎ＝１，２・・・）は先行端面４５ａから中心４５ｃに向かうにつれ漸増し、中心４５ｃから後行端面４５ｂに向かうにつれ漸減することになる。この吸入案内溝４５と吸入連通路４３とが、導入室４４と圧縮室２６との間の冷媒ガス通路をなしている。この冷媒ガス通路をロータリバルブ４１がその回転によって開閉する。
【００２２】
すなわち、前記ロータリバルブ４１は、ピストン２５が吸入行程に移行した場合に、バルブ回転方向に関して先行する吸入案内溝４５の先行端面４５ａが、シリンダブロック１１の吸入連通路４３を開放する方向に通過される。従って、吸入室２８の冷媒ガスは、ロータリバルブ４１の導入室４４及び吸入案内溝４５、並びにシリンダブロック１１の吸入連通路４３を経由して圧縮室２６に吸入される。
【００２３】
前記ピストン２５の吸入工程中には、吸入案内溝４５と吸入連通路４３は常に連通しているが、前述のとおり、吸入案内溝４５は楕円形状に形成されているので、吸入工程が開始されてから吸入連通路４３が、吸入案内溝４５の中心４５ｃに到達するまでは、圧縮室２６に吸入される冷媒ガス量は増加を続ける、すなわち漸増することになる。一方、吸入連通路４３が吸入案内溝４５の中心４５ｃを通過した後は圧縮室２６に吸入される冷媒ガス量は減少を続ける、すなわち漸減することになる。
【００２４】
前記ピストン２５の吸入行程の終了時には、ロータリバルブ４１の回転方向に関して吸入案内溝４５の後行端面４５ｂが吸入連通路４３を閉鎖する方向に通過して、圧縮室２６内への冷媒ガスの吸入が停止される。ピストン２５が吐出行程に移行されると、ロータリバルブ４１の外周面４１ｂによって吸入連通路４３が閉鎖状態に保持され、吸入連通路４３からの漏れによる冷媒ガスの圧縮及び吐出室２９への吐出が妨げられることはない。
【００２５】
また図３に示すように、本実施形態においては、吸入工程の最初（吸入連通路４３と吸入案内溝４５との連通面積が漸増する時期：図３Ａ）と最後（吸入連通路４３と吸入案内溝４５との連通面積が漸減する時期：図３Ｅ）には、吸入案内溝４５が二つの圧縮室２６に連通し、一つのボアのみ連通する時期がわずかに存在するように吸入案内溝４５の開口角度αを設定している。
【００２６】
上記構成の本実施形態においては次のような効果を奏する。
【００２７】
（１）吸入案内溝４５の回転方向における単位長さ当りの面積は、先行端面４５ａから中心４５ｃ側に向かうにつれて漸増し、中心４５ｃ側から後行端面４５ｂに向かうにつれて漸減する様に構成したので、ロータリバルブ４１から圧縮室２６へ吸入される冷媒ガス量は、先行端面４５ａから中心４５ｃ側に向かうにつれ漸増し、中心４５ｃ側から後行端面４５ｂに向かうにつれ漸減する。また、吸入案内溝４５が吸入工程の最初と最後に二つの圧縮室２６に連通するように吸入案内溝４５の開口角度αを設定している。
【００２８】
従って、図４（ｂ）に示すように、吸入案内溝４５が二つの吸入連通路４３、すなわち二つの圧縮室２６に連通した時に起こる吸入の重なりによるロータリバルブからの吸入総量の変動、すなわち吸入脈動を抑制することができ、吸入脈動に起因する騒音を低減することができる。
【００２９】
（２）吸入案内孔４５を回転方向を長軸とする楕円形状にしたので、容易に吸入案内溝４５を形成することができる。
【００３０】
（３）吸入案内溝４５の形状を回転方向を長軸とする楕円形状に形成したので、吸入案内溝４５の先行端面４５ａ及び後行端面４５ｂ近傍の穴幅は中心４５ｃに比べ非常に小さくなっている。そのため、先行端面４５ａが吸入連通孔４３に連通するとき、圧縮室２６に残留した冷媒ガスの再膨張終了時期にかかわらず、冷媒ガスの逆流による圧縮機の動力損失及び、負圧による吸入脈動に起因する圧縮機の騒音を抑制することができる。
【００３１】
なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で例えば以下の態様でも実施できる。
【００３２】
・上記実施形態を変更し、図５に示すように吸入案内溝４５を菱形形状とすること。このようにしても同様な効果を奏することができる。
【００３３】
・上記実施形態を変更し、吸入工程の最初と最後には、吸入案内溝４５と二つの圧縮室２６が連通していたが、これに限定されるものではなく、吸入工程の最初と最後には、吸入案内溝４５と三つの圧縮室２６とを連通するように吸入案内溝４５の開口角度を設定してもよい。このようにしても同じ効果を奏する。また、常に二つ以上の圧縮室２６が吸入工程を行なうことにより、全体としての吸入量が増え、圧縮機の冷房能力が増加する。
【００３４】
・上記実施形態においては、ロータリバルブ４１の材質はアルミニウム系の材料としたが、これに限定されるものではなく、鉄系或いは樹脂材料であってもよい。また、ロータリバルブ４１に樹脂コーティングを行なってもよい。
【００３５】
・上記実施形態においては片頭ピストン式の圧縮機において具体化されていた。しかし、これに限定されるものではなく、両頭ピストン式の圧縮機において具体化してもよい。
【００３６】
・斜板２３に換えてウエーブカムをカム体として用いた、ウエーブカムタイプのピストン式圧縮機において具体化すること。
【００３７】
【発明の効果】
上記構成の本発明によれば、静寂性に優れたピストン式圧縮機を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピストン式容量可変型圧縮機の縦断面図。
【図２】（ａ）ロータリバルブの側面図、（ｂ）ロータリバルブの吸入案内溝の拡大図。
【図３】図１の１−１断面図
【図４】ロータリバルブからの吸入総量の変化を示すグラフ。（ａ）従来技術、（ｂ）本発明。
【図５】別例を示すロータリバルブの側面図。
【符号の説明】
１１…ハウジングを構成するシリンダブロック、１１ａ…シリンダボア、１２…ハウジングを構成するフロントハウジング、１４…同じくリヤハウジング、１６…駆動軸、２３…斜板、２５…ピストン、２６…圧縮室、４１…ロータリバルブ、４３…冷媒ガス通路を構成する吸入連通路、４４…吸入圧力領域を構成する導入室、４５…冷媒ガス通路を構成する吸入案内溝、４５ａ…吸入案内溝の先行端面、４５ｂ…吸入案内溝の後行端面、４５ｃ…吸入案内溝の中心、ΔＬ…単位長さ、Ｓｎ…吸入案内溝の単位長さ当りの面積。

Claims (4)

1. ハウジングに回転可能に支持された駆動軸と、
   前記ハウジングの一部を構成するシリンダブロックに形成されたシリンダボアと、
   前記駆動軸にカムプレートを介してシリンダボアに往復動可能に収容されたピストンと、
   前記シリンダボア内に区画形成され、駆動軸の回転によってピストンが往復動することによって体積変化することでガス圧縮が行われる圧縮室と、
   前記シリンダブロックに形成されたバルブ収容室内に収容され、駆動軸に一体的に設けられたロータリバルブと、
   前記ロータリバルブは、駆動軸と同期回転することで圧縮室と吸入圧力領域との間の冷媒ガス通路を開閉し、吸入工程の少なくとも最初と最後には複数の圧縮室に連通する吸入案内溝と
   を備え、
   前記吸入案内溝の回転方向における単位長さ当りの面積は、先行端面から中心側に向かうにつれて漸増し、中心側から後行端面に向かうにつれて漸減することを特徴とするピストン式圧縮機。
2. 前記吸入案内溝の穴幅は、該吸入案内溝の先行側から中心に向かうにつれ増加し、中心から後行側に向かうにつれ減少している請求項１に記載のピストン式圧縮機。
3. 前記吸入案内溝は、略楕円形状である請求項１又は２に記載のピストン式圧縮機。
4. 前記吸入案内溝は、略菱形形状である請求項１又は２に記載のピストン式圧縮機。

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