JP2004124867A - 可変容量圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【課題】構成がシンプルで応答性のよい安価な可変容量圧縮機を提供すること。
【解決手段】エンジンの駆動力を受けるプーリ１８と斜板１１を回転させる回転軸６に固定されたブラケット１７とを圧縮コイルスプリングを介して接続し、プーリ１８にある値以上のトルクが加わるとブラケット１７との間にねじれが発生し、ブラケット１７に係止されたディスク２１とプーリ１８との間に介挿された螺旋変位部材２３がねじれによる回転変化を回転軸６の軸線方向の変化に変換し、シャフト２０を介して容量制御弁２８を制御することで、クランク室５の圧力を上げ、吐出容量を下げて可変容量圧縮機の所要トルクを抑制する。圧縮コイルスプリングによって検出したトルクで直接容量制御を行うというシンプルな構成にしたことで精度や応答性のよい制御が可能になり、エンジンの効率や応答性を向上させることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】エンジンの駆動力を受けるプーリ１８と斜板１１を回転させる回転軸６に固定されたブラケット１７とを圧縮コイルスプリングを介して接続し、プーリ１８にある値以上のトルクが加わるとブラケット１７との間にねじれが発生し、ブラケット１７に係止されたディスク２１とプーリ１８との間に介挿された螺旋変位部材２３がねじれによる回転変化を回転軸６の軸線方向の変化に変換し、シャフト２０を介して容量制御弁２８を制御することで、クランク室５の圧力を上げ、吐出容量を下げて可変容量圧縮機の所要トルクを抑制する。圧縮コイルスプリングによって検出したトルクで直接容量制御を行うというシンプルな構成にしたことで精度や応答性のよい制御が可能になり、エンジンの効率や応答性を向上させることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変容量圧縮機に関し、特に自動車用空調装置に用いられエンジンによって駆動されるときのトルクに応じて吐出容量を可変することができる可変容量圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変容量圧縮機は、エンジンによって駆動される回転軸に取り付けられた斜板に回転軸と平行に往復運動するピストンが連結され、ピストンが受けるクランク室内の圧力と吸入行程にある吸入室の圧力との差に基づいて斜板の傾斜角度を制御することにより吐出容量を可変にするようにしている。斜板の傾斜角度と吐出容量とは対応関係にあるので、斜板の傾斜角度または斜板に連結されたピストンのストロークを検知することができれば可変容量圧縮機の吐出容量を正確に知ることができる。しかし、吐出容量が同じでも、可変容量圧縮機を駆動するのに必要な動力は、吸入圧力および吐出圧力によって大幅に変動することが知られており、使用条件によっては可変容量圧縮機の所要負荷トルクが大きくなる場合がある。負荷トルクが大きくなると、エンジンの動力が不足してくるため、エンジンが停止することがある。
【０００３】
そこで、エンジンの駆動力を受けるプーリから回転軸に伝わる駆動トルクをトルク検出器により計測して電気信号に変換し、それを可変容量圧縮機を駆動するときの負荷トルクとして、吐出圧力Ｐｄのクランク室への冷媒導入量を制御する容量制御弁の制御装置にフィードバックし、負荷トルクが大きくなった場合は、その目標値になるように容量制御弁を制御することが提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１３２６４５号公報（段落番号〔００４０〕，図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の可変容量圧縮機では、駆動トルクを検出することにより負荷トルクを予測して制御するため、誤差および応答性が問題となり、また、駆動トルクを検出するための機構が複雑で高価であるため、可変容量圧縮機のコストが高くなるという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、構成がシンプルで応答性のよい安価な可変容量圧縮機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、吐出容量を可変することができる斜板式の可変容量圧縮機において、プーリが弾性体を介して斜板の回転軸に固定されたブラケットにエンジンの駆動力を伝達させることにより発生する前記プーリと前記ブラケットとの相対回転角度の変化を前記回転軸を駆動するトルクとして検出するトルク検出部と、前記相対回転角度の変化を前記回転軸の軸線方向の変化に変換する伝達方向変換部と、前記伝達方向変換部による軸線方向の変化に応じて容量可変を行う容量制御部と、前記伝達方向変換部による軸線方向の変化を直接前記容量制御部へ伝達させるシャフトと、を備えていることを特徴とする可変容量圧縮機が提供される。
【０００８】
このような可変容量圧縮機によれば、エンジンの駆動力を回転軸に伝達するプーリとブラケットとの間に配置された弾性体がエンジンの駆動トルクが増えるにつれて圧縮方向に変形する性質を利用している。トルク検出部は、弾性体が変形することによってプーリとブラケットとの間の相対回転角度が変化するので、その変化を伝達方向変換部により回転軸の軸線方向の変化に変換し、その変化量が可変容量圧縮機を駆動するトルクとしてシャフトを介して容量制御部に伝達され、容量制御部がクランク室内の圧力を制御して吐出容量を減らすようにしている。これにより、プーリから回転軸にエンジンの駆動力が伝達する過程で、エンジンの負荷変動に伴い増加したエンジンの駆動トルクを直接検出し、そのトルクの増加分を伝達方向変換部およびシャフトを介して容量制御部に直接伝達して容量制御するようにしたので、シンプルな構成で精度および応答性のよい制御を可能にし、エンジンの効率や応答性を向上させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機の中央断面図である。
【００１０】
可変容量圧縮機は、その中央にシリンダブロック１を有し、その前端部分（図の左側を前方とする）には、フロントハウジング２が接合されている。シリンダブロック１は、また、その後端部にバルブプレート３を介してリアハウジング４が接合されている。
【００１１】
シリンダブロック１とフロントハウジング２とによって形成された内部空間はクランク室５を構成している。クランク室５の中心を貫通するように回転軸６が配置され、その回転軸６は、シリンダブロック１およびフロントハウジング２に設けられた軸受７ａ，７ｂによって回転自在に支持されている。回転軸６には、ラグプレート８が固定されており、このラグプレート８に突設された支持アーム９およびガイドピン１０を介して斜板１１が回転軸６の軸線に対して傾動可能に支持されている。斜板１１は、シリンダブロック１に形成された複数のシリンダボア１２に摺動自在に配置されたピストン１３の頭部にシュー１４を介して連結されている。
【００１２】
回転軸６は、その前端部分がフロントハウジング２を貫通して外部に突出しており、回転軸６とフロントハウジング２との隙間を外側からシールするようリップシール１５が設けられている。回転軸６は、また、その先端部分に固定部材１６が螺着されており、その固定部材１６には回転軸６と一体に回転するようブラケット１７が固着されている。
【００１３】
フロントハウジング２の前端部分には、エンジンからの駆動力が伝達されるプーリ１８が軸受１９によって回転自在に支持されている。このプーリ１８は、後述するスプリングを介してブラケット１７にエンジンの駆動力が伝達されるようになっている。
【００１４】
回転軸６の軸線位置には、これを貫通してシャフト２０が配置され、その先端部分には、ディスク２１が固定されている。このディスク２１は、その内周部に切り欠き２２を有し、その切り欠き２２にブラケット１７の外周に突設された部分が嵌入され、ブラケット１７に当接されて同時に回転するようになっている。また、ディスク２１の外周部には、螺旋溝が形成されており、プーリ１８に固定された螺旋変位部材２３と係合している。この螺旋変位部材２３は、ディスク２１に当接されているブラケット１７に対してプーリ１８の回転位置が相対的に変化した場合に、ディスク２１を回転軸６の軸線方向の動きに変換する機能を有する。
【００１５】
シャフト２０の後端部分は、リアハウジング４まで延びている。リアハウジング４は、バルブプレート３に設けられた吸入用リリーフ弁２４を介してシリンダボア１２に連通された吸入室２５と、バルブプレート３に設けられた吐出用リリーフ弁２６を介してシリンダボア１２に連通された吐出室２７と、容量制御弁２８とを有している。吐出室２７は、図示はしないが、空調装置の冷凍サイクルの凝縮器に連通され、吸入室２５は、冷凍サイクルの蒸発器に接続されている。
【００１６】
容量制御弁２８は、吐出室２７とクランク室５との間を連通するよう形成された冷媒通路に配置され、吐出室２７に吐出された高圧の冷媒の一部をクランク室に導入することにより、クランク室５内の圧力を制御し、これによってこの可変容量圧縮機の吐出容量を制御するためのものである。容量制御弁２８には、シャフト２０の後端部分が連結されており、ディスク２１の軸線方向の動きを感知して弁を開閉することにより、クランク室５に導入する冷媒の流量を制御するようにしている。なお、図示はしないが、クランク室５は、固定オリフィスを介して吸入室２５に連通しており、クランク室５から吸入室２５に冷媒が微少漏れするようにしている。
【００１７】
次に、プーリ１８から回転軸６へエンジンの駆動力を伝達する機構およびその駆動力伝達時に発生するトルク変動をシャフト２０に伝達する機構の詳細について説明する。
【００１８】
図２はプーリとブラケットとの関係を示す可変容量圧縮機の側面図である。
この図２では、エンジンからの駆動力を受けるプーリ１８と回転軸６に固定部材を介して固定されたブラケット１７との関係を示すために、シャフト２０に固定されたディスク２１およびプーリ１８に固定された螺旋変位部材２３を取り外した状態を示している。
【００１９】
プーリ１８は、外側環状部２９と軸受１９によって支持されている内側環状部３０と、これらの間でリア側に凹設されて環状の溝部３１を構成する連結部と、その環状の溝部３１に均等配置された６つの仕切板３２とが一体に形成されている。外側環状部２９は、段差を有していて、その内周面には螺旋変位部材２３の回り止め用の凹凸部３３が形成されている。ブラケット１７は、外周に均等配置されて半径方向外方へ延びるとともにそこから環状の溝部３１まで延びる６つの係止部３４が一体に形成されている。そして、プーリ１８の環状の溝部３１内には、両端が仕切板３２と係止部３４とに当接するよう６つの圧縮コイルスプリング３５が弾性体として配置されている。
【００２０】
これにより、プーリ１８がエンジンの駆動力を受けて反時計回り方向へ回転すると、仕切板３２が駆動爪として働いて圧縮コイルスプリング３５を円周方向に押し、係止部３４が被動爪として働いて圧縮コイルスプリング３５により円周方向に押される構成になっている。
【００２１】
図３はブラケットとディスクとの関係を示す断面図、図４はブラケットおよびディスクを内側から見た側面図である。
ブラケット１７は、その内周部が回転軸６に螺着される固定部材１６が固定されており、外周には放射状に突出した係止部３４が一体に形成されている。ディスク２１は、その内周部にブラケット１７の係止部３４に対応する位置に切り欠き２２が設けられていて、その切り欠き２２にブラケット１７の係止部３４が遊嵌されている。したがって、ブラケット１７が回転すると、その係止部３４が切り欠き２２に当接してディスク２１も一緒に回転されることになる。なお、ディスク２１の外周には、縁環状の螺旋変位部材２３が螺嵌されており、その螺旋変位部材２３の外周部には、プーリ１８に嵌入されたときに、その凹凸部３３と嵌合するための凹凸部３７が回り止めとして形成されている。
【００２２】
図５は容量制御弁の構成を示す断面図である。
容量制御弁２８は、図の中央に配置されてリアハウジング４に固定するためのフランジ３８と、これより図の左側に配置された弁部３９と、図の右側に配置されたソレノイド部４０とから構成されている。
【００２３】
弁部３９は、ボディ４１に形成されて、リアハウジング４の吐出室２７に連通して吐出圧力Ｐｄを受けるポート４２と、クランク室５に連通して制御された圧力Ｐｃを出力するポート４３とを有している。ポート４２とポート４３との間の冷媒通路には、弁座４４が配置され、その弁座４４に対向してポート４２に連通する空間の側から接離自在に弁体４５が配置されている。
【００２４】
弁体４５は、弁孔を介して延びるシャフト４６と一体に形成されている。そのシャフト４６の先端部には、ばね受け部４７が設けられている。ボディ４１の先端部には、シャフト２０を受けるシャフト受け部４８が軸線方向に進退自在にボディ４１に嵌入されている。ばね受け部４７とシャフト受け部４８との間には、スプリング４９が配置され、シャフト受け部４８のフランジ部とボディ４１との間にはスプリング５０が配置されている。
【００２５】
そして、ボディ４１の外周において、吐出圧力Ｐｄを受けるポート４２とフランジ３８との間に大気とシールを行うＯリング５１が周設され、ポート４２とポート４３との間にも、この弁部３９の入口と出口との間をシールするＯリング５２が周設されている。
【００２６】
ソレノイド部４０は、弁部３９のボディ４１に圧入して固定された固定鉄芯５３を有している。この固定鉄芯５３は、その軸線位置に、弁体４５と一体に形成されたシャフト５４を軸線方向に進退自在に支持している。シャフト５４の端面には、可動鉄芯５５が当接されている。この可動鉄芯５５は、スプリング５６によって弁体４５を閉じる方向に付勢されており、そのスプリング５６の荷重は、アジャストねじ５７によって調節される。固定鉄芯５３および可動鉄芯５５の回りには、固定鉄芯５３および可動鉄芯５５とともに磁気回路を構成する電磁コイル５８およびヨーク５９ａ，５９ｂが設けられている。
【００２７】
次に、以上の構成の可変容量圧縮機の動作について説明する。
まず、電磁コイル５８が通電されていないとき、弁体４５は可動鉄芯５５を付勢しているスプリング５６よりもばね力の大きなスプリング４９によって付勢されていて、容量制御弁２８は全開になっている。
【００２８】
このとき、プーリ１８がエンジンからの駆動力を受けると、その駆動力は、仕切板３２、圧縮コイルスプリング３５および係止部３４を介してブラケット１７に伝えられ、さらに固定部材１６を介して回転軸６に伝えられることにより、回転軸６が回転駆動され、回転軸６に固定されたラグプレート８が回転して斜板１１が揺動運動し、ピストン１３が往復運動する。これにより、吸入圧力Ｐｓの冷媒が吸入室２５から吸入用リリーフ弁２４を介してシリンダボア１２に吸入され、圧縮された吐出圧力Ｐｄの冷媒が吐出用リリーフ弁２６を介して吐出室２７に吐出される。
【００２９】
吐出室２７の冷媒は、全開になっている容量制御弁２８を介してクランク室５へ導入されるので、クランク室５内の圧力Ｐｃが最大となって、斜板１１が回転軸６に対して直角方向に傾動し、可変容量圧縮機は、最小容量の運転を行う。
【００３０】
次に、電磁コイル５８に所定の値の電流が供給されると、可動鉄芯５５が固定鉄芯５３に吸引される電磁力が働くため、固定鉄芯５３を貫通しているシャフト５４を介して弁体４５が弁閉方向に付勢される。これにより、クランク室５に導入される冷媒の流量が減るため、クランク室内の圧力Ｐｃが低下し、可変容量圧縮機は、電磁コイル５８への通電電流値に対応した吐出容量に制御されることになる。
【００３１】
ここで、車輌が登坂走行状態、急加速走行状態などの高負荷状態になると、エンジンの駆動力が増加し、可変容量圧縮機は必要以上の駆動力で駆動されることになる。このため、駆動力伝達途中に設けられた圧縮コイルスプリング３５は圧縮され、プーリ１８とブラケット１７とがねじれて相対的に回転することになる。そのねじれによる相対的な回転角度の変化分が可変容量圧縮機を駆動するのに与えられたトルクに相当する。相対的な回転角度の変化分は、ブラケット１７に係止されているディスク２１をプーリ１８に対して回転させる。ディスク２１は、プーリ１８に対して回転させられることで、その間に介在する螺旋変位部材２３が回転運動を軸線方向の運動に変換する。その軸線方向の動きは、シャフト２０を介して容量制御弁２８のシャフト受け部４８に伝達され、スプリング４９を圧縮する。これにより、スプリング４９の荷重が増えるため、弁体４５は弁開方向に付勢される。この結果、クランク室５に導入される冷媒の流量が増え、可変容量圧縮機は吐出容量が小さくなる方向に制御される。このことは、可変容量圧縮機の負荷トルクが小さくなることを意味し、エンジンは、その負荷が減少するため、エンジンの効率や応答性を向上させることができる。このように、可変容量圧縮機は、エンジンの負荷変動による駆動トルクの増加を圧縮コイルスプリング３５で感知し、それを直接、容量制御弁２８のスプリング４９を介して弁体４５に伝達して吐出容量が少なくなるように制御する構成にしたことで、構成がシンプルになり、精度および応答性のよい制御が可能になる。
【００３２】
図６は第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機の中央断面図、図７はプーリとブラケットとの関係を示す可変容量圧縮機の側面図である。この図６および図７において、図１および図２に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３３】
この第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機は、第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機と比較して、トルクを検出する弾性体を圧縮コイルスプリング３５からねじりコイルスプリング６０にした点で異なる。
【００３４】
すなわち、ブラケット１７の固定部材１６と重なる内壁面には同心円上に均等配置された６つのボス６１が突設されており、それらのボス６１にねじりコイルスプリング６０の螺旋部分が嵌め込まれている。そのねじりコイルスプリング６０の一方のアーム端は、プーリ１８の環状の溝部３１に形成された仕切板３２に挿入され、他方のアーム端は、ブラケット１７の外周部に突設された突出部３６の係止穴に挿入されている。これにより、ブラケット１７およびプーリ１８は、ブラケット１７の突出部３６がプーリ１８の仕切板３２に当接するまで互いに逆回転方向に付勢されている状態になり、プーリ１８に伝達された駆動力はねじりコイルスプリング６０を介してブラケット１７に伝達されるようになる。
【００３５】
ここで、プーリ１８を駆動するトルクが回転軸６を駆動するトルクより小さい場合には、ねじりコイルスプリング６０は変形されることなくプーリ１８が受けた駆動力をブラケット１７に伝達する。プーリ１８を駆動するトルクが大きくなり、あるトルク以上になった場合には、ねじりコイルスプリング６０は変形されるので、ブラケット１７とプーリ１８とがねじれて相対的に回転するようになる。その後は、第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機と同様に、そのねじれによる回転運動が螺旋変位部材２３とディスク２１とによって回転軸６の軸線方向の直線運動に変換され、シャフト２０を介して容量制御弁２８に伝達される。容量制御弁２８は、シャフト２０から過剰なトルクに相当する付勢力を受けると、弁開度を大きくし、クランク室５に導入する吐出圧力Ｐｄの冷媒流量を増やし、吐出容量を減らしてこの可変容量圧縮機を駆動するのに必要なトルクを小さくするよう制御する。
【００３６】
なお、以上の実施の形態では、クランク室５の圧力を制御する容量制御弁２８を吐出室２７とクランク室５との間に配置し、クランク室５と吸入室２５との間に固定オリフィスを形成して、クランク室５へ導入する高圧の冷媒の流量を制御する場合を例に示したが、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、吐出室２７とクランク室５との間に固定オリフィスを形成し、クランク室５と吸入室２５との間に容量制御弁２８を配置して、クランク室５から抜く冷媒の流量を制御するようにしてもよいし、吐出室２７とクランク室５との間およびクランク室５と吸入室２５との間に配置されて、クランク室５へ入れる冷媒の流量とクランク室５から抜く冷媒の流量とを連動して制御することによりクランク室５内の圧力Ｐｃを制御するような容量制御弁でもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、プーリと斜板の回転軸に固定されたブラケットとの間に弾性体を介在させ、エンジンの負荷変動により弾性体が変形することによるプーリとブラケットとのねじれを回転軸の軸線方向の動きに変え、これを直接シャフトによって機械的に容量制御部に伝達させる構成にした。これにより、エンジンの負荷変動による駆動トルクの増加があると、即座に容量制御部に伝達されて吐出容量を小さくする方向に制御するため、精度および応答性のよい制御が可能になり、エンジンの効率や応答性を向上させることができる。また、検出したトルクを機械的に容量制御部に伝達するというシンプルな構成であるため、安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機の中央断面図である。
【図２】プーリとブラケットとの関係を示す可変容量圧縮機の側面図である。
【図３】ブラケットとディスクとの関係を示す断面図である。
【図４】ブラケットおよびディスクを内側から見た側面図である。
【図５】容量制御弁の構成を示す断面図である。
【図６】第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機の中央断面図である。
【図７】プーリとブラケットとの関係を示す可変容量圧縮機の側面図である。
【符号の説明】
１ シリンダブロック
２ フロントハウジング
３ バルブプレート
４ リアハウジング
５ クランク室
６ 回転軸
７ａ，７ｂ 軸受
８ ラグプレート
９ 支持アーム
１０ ガイドピン
１１ 斜板
１２ シリンダボア
１３ ピストン
１４ シュー
１５ リップシール
１６ 固定部材
１７ ブラケット
１８ プーリ
１９ 軸受
２０ シャフト
２１ ディスク
２２ 切り欠き
２３ 螺旋変位部材
２４ 吸入用リリーフ弁
２５ 吸入室
２６ 吐出用リリーフ弁
２７ 吐出室
２８ 容量制御弁
２９ 外側環状部
３０ 内側環状部
３１ 環状の溝部
３２ 仕切板
３３ 凹凸部
３４ 係止部
３５ 圧縮コイルスプリング
３６ 突出部
３７ 凹凸部
３８ フランジ
３９ 弁部
４０ ソレノイド部
４１ ボディ
４２，４３ ポート
４４ 弁座
４５ 弁体
４６ シャフト
４７ ばね受け部
４８ シャフト受け部
４９，５０ スプリング
５１，５２ Ｏリング
５３ 固定鉄芯
５４ シャフト
５５ 可動鉄芯
５６ スプリング
５７ アジャストねじ
５８ 電磁コイル
５９ａ，５９ｂ ヨーク
６０ ねじりコイルスプリング
６１ ボス
【発明の属する技術分野】
本発明は可変容量圧縮機に関し、特に自動車用空調装置に用いられエンジンによって駆動されるときのトルクに応じて吐出容量を可変することができる可変容量圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変容量圧縮機は、エンジンによって駆動される回転軸に取り付けられた斜板に回転軸と平行に往復運動するピストンが連結され、ピストンが受けるクランク室内の圧力と吸入行程にある吸入室の圧力との差に基づいて斜板の傾斜角度を制御することにより吐出容量を可変にするようにしている。斜板の傾斜角度と吐出容量とは対応関係にあるので、斜板の傾斜角度または斜板に連結されたピストンのストロークを検知することができれば可変容量圧縮機の吐出容量を正確に知ることができる。しかし、吐出容量が同じでも、可変容量圧縮機を駆動するのに必要な動力は、吸入圧力および吐出圧力によって大幅に変動することが知られており、使用条件によっては可変容量圧縮機の所要負荷トルクが大きくなる場合がある。負荷トルクが大きくなると、エンジンの動力が不足してくるため、エンジンが停止することがある。
【０００３】
そこで、エンジンの駆動力を受けるプーリから回転軸に伝わる駆動トルクをトルク検出器により計測して電気信号に変換し、それを可変容量圧縮機を駆動するときの負荷トルクとして、吐出圧力Ｐｄのクランク室への冷媒導入量を制御する容量制御弁の制御装置にフィードバックし、負荷トルクが大きくなった場合は、その目標値になるように容量制御弁を制御することが提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１３２６４５号公報（段落番号〔００４０〕，図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の可変容量圧縮機では、駆動トルクを検出することにより負荷トルクを予測して制御するため、誤差および応答性が問題となり、また、駆動トルクを検出するための機構が複雑で高価であるため、可変容量圧縮機のコストが高くなるという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、構成がシンプルで応答性のよい安価な可変容量圧縮機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、吐出容量を可変することができる斜板式の可変容量圧縮機において、プーリが弾性体を介して斜板の回転軸に固定されたブラケットにエンジンの駆動力を伝達させることにより発生する前記プーリと前記ブラケットとの相対回転角度の変化を前記回転軸を駆動するトルクとして検出するトルク検出部と、前記相対回転角度の変化を前記回転軸の軸線方向の変化に変換する伝達方向変換部と、前記伝達方向変換部による軸線方向の変化に応じて容量可変を行う容量制御部と、前記伝達方向変換部による軸線方向の変化を直接前記容量制御部へ伝達させるシャフトと、を備えていることを特徴とする可変容量圧縮機が提供される。
【０００８】
このような可変容量圧縮機によれば、エンジンの駆動力を回転軸に伝達するプーリとブラケットとの間に配置された弾性体がエンジンの駆動トルクが増えるにつれて圧縮方向に変形する性質を利用している。トルク検出部は、弾性体が変形することによってプーリとブラケットとの間の相対回転角度が変化するので、その変化を伝達方向変換部により回転軸の軸線方向の変化に変換し、その変化量が可変容量圧縮機を駆動するトルクとしてシャフトを介して容量制御部に伝達され、容量制御部がクランク室内の圧力を制御して吐出容量を減らすようにしている。これにより、プーリから回転軸にエンジンの駆動力が伝達する過程で、エンジンの負荷変動に伴い増加したエンジンの駆動トルクを直接検出し、そのトルクの増加分を伝達方向変換部およびシャフトを介して容量制御部に直接伝達して容量制御するようにしたので、シンプルな構成で精度および応答性のよい制御を可能にし、エンジンの効率や応答性を向上させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機の中央断面図である。
【００１０】
可変容量圧縮機は、その中央にシリンダブロック１を有し、その前端部分（図の左側を前方とする）には、フロントハウジング２が接合されている。シリンダブロック１は、また、その後端部にバルブプレート３を介してリアハウジング４が接合されている。
【００１１】
シリンダブロック１とフロントハウジング２とによって形成された内部空間はクランク室５を構成している。クランク室５の中心を貫通するように回転軸６が配置され、その回転軸６は、シリンダブロック１およびフロントハウジング２に設けられた軸受７ａ，７ｂによって回転自在に支持されている。回転軸６には、ラグプレート８が固定されており、このラグプレート８に突設された支持アーム９およびガイドピン１０を介して斜板１１が回転軸６の軸線に対して傾動可能に支持されている。斜板１１は、シリンダブロック１に形成された複数のシリンダボア１２に摺動自在に配置されたピストン１３の頭部にシュー１４を介して連結されている。
【００１２】
回転軸６は、その前端部分がフロントハウジング２を貫通して外部に突出しており、回転軸６とフロントハウジング２との隙間を外側からシールするようリップシール１５が設けられている。回転軸６は、また、その先端部分に固定部材１６が螺着されており、その固定部材１６には回転軸６と一体に回転するようブラケット１７が固着されている。
【００１３】
フロントハウジング２の前端部分には、エンジンからの駆動力が伝達されるプーリ１８が軸受１９によって回転自在に支持されている。このプーリ１８は、後述するスプリングを介してブラケット１７にエンジンの駆動力が伝達されるようになっている。
【００１４】
回転軸６の軸線位置には、これを貫通してシャフト２０が配置され、その先端部分には、ディスク２１が固定されている。このディスク２１は、その内周部に切り欠き２２を有し、その切り欠き２２にブラケット１７の外周に突設された部分が嵌入され、ブラケット１７に当接されて同時に回転するようになっている。また、ディスク２１の外周部には、螺旋溝が形成されており、プーリ１８に固定された螺旋変位部材２３と係合している。この螺旋変位部材２３は、ディスク２１に当接されているブラケット１７に対してプーリ１８の回転位置が相対的に変化した場合に、ディスク２１を回転軸６の軸線方向の動きに変換する機能を有する。
【００１５】
シャフト２０の後端部分は、リアハウジング４まで延びている。リアハウジング４は、バルブプレート３に設けられた吸入用リリーフ弁２４を介してシリンダボア１２に連通された吸入室２５と、バルブプレート３に設けられた吐出用リリーフ弁２６を介してシリンダボア１２に連通された吐出室２７と、容量制御弁２８とを有している。吐出室２７は、図示はしないが、空調装置の冷凍サイクルの凝縮器に連通され、吸入室２５は、冷凍サイクルの蒸発器に接続されている。
【００１６】
容量制御弁２８は、吐出室２７とクランク室５との間を連通するよう形成された冷媒通路に配置され、吐出室２７に吐出された高圧の冷媒の一部をクランク室に導入することにより、クランク室５内の圧力を制御し、これによってこの可変容量圧縮機の吐出容量を制御するためのものである。容量制御弁２８には、シャフト２０の後端部分が連結されており、ディスク２１の軸線方向の動きを感知して弁を開閉することにより、クランク室５に導入する冷媒の流量を制御するようにしている。なお、図示はしないが、クランク室５は、固定オリフィスを介して吸入室２５に連通しており、クランク室５から吸入室２５に冷媒が微少漏れするようにしている。
【００１７】
次に、プーリ１８から回転軸６へエンジンの駆動力を伝達する機構およびその駆動力伝達時に発生するトルク変動をシャフト２０に伝達する機構の詳細について説明する。
【００１８】
図２はプーリとブラケットとの関係を示す可変容量圧縮機の側面図である。
この図２では、エンジンからの駆動力を受けるプーリ１８と回転軸６に固定部材を介して固定されたブラケット１７との関係を示すために、シャフト２０に固定されたディスク２１およびプーリ１８に固定された螺旋変位部材２３を取り外した状態を示している。
【００１９】
プーリ１８は、外側環状部２９と軸受１９によって支持されている内側環状部３０と、これらの間でリア側に凹設されて環状の溝部３１を構成する連結部と、その環状の溝部３１に均等配置された６つの仕切板３２とが一体に形成されている。外側環状部２９は、段差を有していて、その内周面には螺旋変位部材２３の回り止め用の凹凸部３３が形成されている。ブラケット１７は、外周に均等配置されて半径方向外方へ延びるとともにそこから環状の溝部３１まで延びる６つの係止部３４が一体に形成されている。そして、プーリ１８の環状の溝部３１内には、両端が仕切板３２と係止部３４とに当接するよう６つの圧縮コイルスプリング３５が弾性体として配置されている。
【００２０】
これにより、プーリ１８がエンジンの駆動力を受けて反時計回り方向へ回転すると、仕切板３２が駆動爪として働いて圧縮コイルスプリング３５を円周方向に押し、係止部３４が被動爪として働いて圧縮コイルスプリング３５により円周方向に押される構成になっている。
【００２１】
図３はブラケットとディスクとの関係を示す断面図、図４はブラケットおよびディスクを内側から見た側面図である。
ブラケット１７は、その内周部が回転軸６に螺着される固定部材１６が固定されており、外周には放射状に突出した係止部３４が一体に形成されている。ディスク２１は、その内周部にブラケット１７の係止部３４に対応する位置に切り欠き２２が設けられていて、その切り欠き２２にブラケット１７の係止部３４が遊嵌されている。したがって、ブラケット１７が回転すると、その係止部３４が切り欠き２２に当接してディスク２１も一緒に回転されることになる。なお、ディスク２１の外周には、縁環状の螺旋変位部材２３が螺嵌されており、その螺旋変位部材２３の外周部には、プーリ１８に嵌入されたときに、その凹凸部３３と嵌合するための凹凸部３７が回り止めとして形成されている。
【００２２】
図５は容量制御弁の構成を示す断面図である。
容量制御弁２８は、図の中央に配置されてリアハウジング４に固定するためのフランジ３８と、これより図の左側に配置された弁部３９と、図の右側に配置されたソレノイド部４０とから構成されている。
【００２３】
弁部３９は、ボディ４１に形成されて、リアハウジング４の吐出室２７に連通して吐出圧力Ｐｄを受けるポート４２と、クランク室５に連通して制御された圧力Ｐｃを出力するポート４３とを有している。ポート４２とポート４３との間の冷媒通路には、弁座４４が配置され、その弁座４４に対向してポート４２に連通する空間の側から接離自在に弁体４５が配置されている。
【００２４】
弁体４５は、弁孔を介して延びるシャフト４６と一体に形成されている。そのシャフト４６の先端部には、ばね受け部４７が設けられている。ボディ４１の先端部には、シャフト２０を受けるシャフト受け部４８が軸線方向に進退自在にボディ４１に嵌入されている。ばね受け部４７とシャフト受け部４８との間には、スプリング４９が配置され、シャフト受け部４８のフランジ部とボディ４１との間にはスプリング５０が配置されている。
【００２５】
そして、ボディ４１の外周において、吐出圧力Ｐｄを受けるポート４２とフランジ３８との間に大気とシールを行うＯリング５１が周設され、ポート４２とポート４３との間にも、この弁部３９の入口と出口との間をシールするＯリング５２が周設されている。
【００２６】
ソレノイド部４０は、弁部３９のボディ４１に圧入して固定された固定鉄芯５３を有している。この固定鉄芯５３は、その軸線位置に、弁体４５と一体に形成されたシャフト５４を軸線方向に進退自在に支持している。シャフト５４の端面には、可動鉄芯５５が当接されている。この可動鉄芯５５は、スプリング５６によって弁体４５を閉じる方向に付勢されており、そのスプリング５６の荷重は、アジャストねじ５７によって調節される。固定鉄芯５３および可動鉄芯５５の回りには、固定鉄芯５３および可動鉄芯５５とともに磁気回路を構成する電磁コイル５８およびヨーク５９ａ，５９ｂが設けられている。
【００２７】
次に、以上の構成の可変容量圧縮機の動作について説明する。
まず、電磁コイル５８が通電されていないとき、弁体４５は可動鉄芯５５を付勢しているスプリング５６よりもばね力の大きなスプリング４９によって付勢されていて、容量制御弁２８は全開になっている。
【００２８】
このとき、プーリ１８がエンジンからの駆動力を受けると、その駆動力は、仕切板３２、圧縮コイルスプリング３５および係止部３４を介してブラケット１７に伝えられ、さらに固定部材１６を介して回転軸６に伝えられることにより、回転軸６が回転駆動され、回転軸６に固定されたラグプレート８が回転して斜板１１が揺動運動し、ピストン１３が往復運動する。これにより、吸入圧力Ｐｓの冷媒が吸入室２５から吸入用リリーフ弁２４を介してシリンダボア１２に吸入され、圧縮された吐出圧力Ｐｄの冷媒が吐出用リリーフ弁２６を介して吐出室２７に吐出される。
【００２９】
吐出室２７の冷媒は、全開になっている容量制御弁２８を介してクランク室５へ導入されるので、クランク室５内の圧力Ｐｃが最大となって、斜板１１が回転軸６に対して直角方向に傾動し、可変容量圧縮機は、最小容量の運転を行う。
【００３０】
次に、電磁コイル５８に所定の値の電流が供給されると、可動鉄芯５５が固定鉄芯５３に吸引される電磁力が働くため、固定鉄芯５３を貫通しているシャフト５４を介して弁体４５が弁閉方向に付勢される。これにより、クランク室５に導入される冷媒の流量が減るため、クランク室内の圧力Ｐｃが低下し、可変容量圧縮機は、電磁コイル５８への通電電流値に対応した吐出容量に制御されることになる。
【００３１】
ここで、車輌が登坂走行状態、急加速走行状態などの高負荷状態になると、エンジンの駆動力が増加し、可変容量圧縮機は必要以上の駆動力で駆動されることになる。このため、駆動力伝達途中に設けられた圧縮コイルスプリング３５は圧縮され、プーリ１８とブラケット１７とがねじれて相対的に回転することになる。そのねじれによる相対的な回転角度の変化分が可変容量圧縮機を駆動するのに与えられたトルクに相当する。相対的な回転角度の変化分は、ブラケット１７に係止されているディスク２１をプーリ１８に対して回転させる。ディスク２１は、プーリ１８に対して回転させられることで、その間に介在する螺旋変位部材２３が回転運動を軸線方向の運動に変換する。その軸線方向の動きは、シャフト２０を介して容量制御弁２８のシャフト受け部４８に伝達され、スプリング４９を圧縮する。これにより、スプリング４９の荷重が増えるため、弁体４５は弁開方向に付勢される。この結果、クランク室５に導入される冷媒の流量が増え、可変容量圧縮機は吐出容量が小さくなる方向に制御される。このことは、可変容量圧縮機の負荷トルクが小さくなることを意味し、エンジンは、その負荷が減少するため、エンジンの効率や応答性を向上させることができる。このように、可変容量圧縮機は、エンジンの負荷変動による駆動トルクの増加を圧縮コイルスプリング３５で感知し、それを直接、容量制御弁２８のスプリング４９を介して弁体４５に伝達して吐出容量が少なくなるように制御する構成にしたことで、構成がシンプルになり、精度および応答性のよい制御が可能になる。
【００３２】
図６は第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機の中央断面図、図７はプーリとブラケットとの関係を示す可変容量圧縮機の側面図である。この図６および図７において、図１および図２に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３３】
この第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機は、第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機と比較して、トルクを検出する弾性体を圧縮コイルスプリング３５からねじりコイルスプリング６０にした点で異なる。
【００３４】
すなわち、ブラケット１７の固定部材１６と重なる内壁面には同心円上に均等配置された６つのボス６１が突設されており、それらのボス６１にねじりコイルスプリング６０の螺旋部分が嵌め込まれている。そのねじりコイルスプリング６０の一方のアーム端は、プーリ１８の環状の溝部３１に形成された仕切板３２に挿入され、他方のアーム端は、ブラケット１７の外周部に突設された突出部３６の係止穴に挿入されている。これにより、ブラケット１７およびプーリ１８は、ブラケット１７の突出部３６がプーリ１８の仕切板３２に当接するまで互いに逆回転方向に付勢されている状態になり、プーリ１８に伝達された駆動力はねじりコイルスプリング６０を介してブラケット１７に伝達されるようになる。
【００３５】
ここで、プーリ１８を駆動するトルクが回転軸６を駆動するトルクより小さい場合には、ねじりコイルスプリング６０は変形されることなくプーリ１８が受けた駆動力をブラケット１７に伝達する。プーリ１８を駆動するトルクが大きくなり、あるトルク以上になった場合には、ねじりコイルスプリング６０は変形されるので、ブラケット１７とプーリ１８とがねじれて相対的に回転するようになる。その後は、第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機と同様に、そのねじれによる回転運動が螺旋変位部材２３とディスク２１とによって回転軸６の軸線方向の直線運動に変換され、シャフト２０を介して容量制御弁２８に伝達される。容量制御弁２８は、シャフト２０から過剰なトルクに相当する付勢力を受けると、弁開度を大きくし、クランク室５に導入する吐出圧力Ｐｄの冷媒流量を増やし、吐出容量を減らしてこの可変容量圧縮機を駆動するのに必要なトルクを小さくするよう制御する。
【００３６】
なお、以上の実施の形態では、クランク室５の圧力を制御する容量制御弁２８を吐出室２７とクランク室５との間に配置し、クランク室５と吸入室２５との間に固定オリフィスを形成して、クランク室５へ導入する高圧の冷媒の流量を制御する場合を例に示したが、本発明は、これに限定されるものではない。たとえば、吐出室２７とクランク室５との間に固定オリフィスを形成し、クランク室５と吸入室２５との間に容量制御弁２８を配置して、クランク室５から抜く冷媒の流量を制御するようにしてもよいし、吐出室２７とクランク室５との間およびクランク室５と吸入室２５との間に配置されて、クランク室５へ入れる冷媒の流量とクランク室５から抜く冷媒の流量とを連動して制御することによりクランク室５内の圧力Ｐｃを制御するような容量制御弁でもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、プーリと斜板の回転軸に固定されたブラケットとの間に弾性体を介在させ、エンジンの負荷変動により弾性体が変形することによるプーリとブラケットとのねじれを回転軸の軸線方向の動きに変え、これを直接シャフトによって機械的に容量制御部に伝達させる構成にした。これにより、エンジンの負荷変動による駆動トルクの増加があると、即座に容量制御部に伝達されて吐出容量を小さくする方向に制御するため、精度および応答性のよい制御が可能になり、エンジンの効率や応答性を向上させることができる。また、検出したトルクを機械的に容量制御部に伝達するというシンプルな構成であるため、安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る可変容量圧縮機の中央断面図である。
【図２】プーリとブラケットとの関係を示す可変容量圧縮機の側面図である。
【図３】ブラケットとディスクとの関係を示す断面図である。
【図４】ブラケットおよびディスクを内側から見た側面図である。
【図５】容量制御弁の構成を示す断面図である。
【図６】第２の実施の形態に係る可変容量圧縮機の中央断面図である。
【図７】プーリとブラケットとの関係を示す可変容量圧縮機の側面図である。
【符号の説明】
１ シリンダブロック
２ フロントハウジング
３ バルブプレート
４ リアハウジング
５ クランク室
６ 回転軸
７ａ，７ｂ 軸受
８ ラグプレート
９ 支持アーム
１０ ガイドピン
１１ 斜板
１２ シリンダボア
１３ ピストン
１４ シュー
１５ リップシール
１６ 固定部材
１７ ブラケット
１８ プーリ
１９ 軸受
２０ シャフト
２１ ディスク
２２ 切り欠き
２３ 螺旋変位部材
２４ 吸入用リリーフ弁
２５ 吸入室
２６ 吐出用リリーフ弁
２７ 吐出室
２８ 容量制御弁
２９ 外側環状部
３０ 内側環状部
３１ 環状の溝部
３２ 仕切板
３３ 凹凸部
３４ 係止部
３５ 圧縮コイルスプリング
３６ 突出部
３７ 凹凸部
３８ フランジ
３９ 弁部
４０ ソレノイド部
４１ ボディ
４２，４３ ポート
４４ 弁座
４５ 弁体
４６ シャフト
４７ ばね受け部
４８ シャフト受け部
４９，５０ スプリング
５１，５２ Ｏリング
５３ 固定鉄芯
５４ シャフト
５５ 可動鉄芯
５６ スプリング
５７ アジャストねじ
５８ 電磁コイル
５９ａ，５９ｂ ヨーク
６０ ねじりコイルスプリング
６１ ボス
Claims (9)
- 吐出容量を可変することができる斜板式の可変容量圧縮機において、
プーリが弾性体を介して斜板の回転軸に固定されたブラケットにエンジンの駆動力を伝達させることにより発生する前記プーリと前記ブラケットとの相対回転角度の変化を前記回転軸を駆動するトルクとして検出するトルク検出部と、
前記相対回転角度の変化を前記回転軸の軸線方向の変化に変換する伝達方向変換部と、
前記伝達方向変換部による軸線方向の変化に応じて容量可変を行う容量制御部と、
前記伝達方向変換部による軸線方向の変化を直接前記容量制御部へ伝達させるシャフトと、
を備えていることを特徴とする可変容量圧縮機。 - 前記トルク検出部の弾性体は、前記プーリおよび前記ブラケットの同心円上に前記プーリおよび前記ブラケットから交互に突出して配置された複数の爪の間に介挿される圧縮コイルスプリングであることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機。
- 前記トルク検出部の弾性体は、前記プーリおよび前記ブラケットの同心円上に前記プーリおよび前記ブラケットから交互に突出して配置された複数の爪の間に介挿されるねじりコイルスプリングであることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機。
- 前記伝達方向変換部は、前記プーリに固定され、前記シャフトに固定されたディスクの外周端面と係合されて前記プーリと前記ブラケットとの相対回転に伴い前記ディスクが前記回転軸の軸線方向に沿って並進する螺旋変位部材であることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機。
- 前記容量制御部は、前記シャフトにより伝達されたトルクが所定値以上になるとクランク室の圧力を制御して容量可変を行う制御弁であることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機。
- 前記制御弁は、外部から供給される電流の値に対応した電磁力によって前記所定値を変更できることを特徴とする請求項５記載の可変容量圧縮機。
- 前記容量制御部は、吐出室とクランク室との間に形成された通路内に配置されて前記吐出室から前記クランク室へ流れる冷媒の流量を制御し、前記クランク室と吸入室との間には固定オリフィスが形成されていることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機。
- 前記容量制御部は、クランク室と吸入室との間に形成された通路内に配置されて前記クランク室から前記吸入室へ流れる冷媒の流量を制御し、吐出室と前記クランク室との間には固定オリフィスが形成されていることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機。
- 前記容量制御部は、吐出室とクランク室との間に形成された第１の通路および前記クランク室と吸入室との間に形成された第２の通路内に配置されて前記吐出室から前記クランク室へ流れる冷媒の流量と前記クランク室から前記吸入室へ流れる冷媒の流量とを連動して制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機。
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