JP2004137924A

JP2004137924A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2004137924A
Application number: JP2002301509A
Authority: JP
Inventors: Masataka Tsunoda; 角田　正隆
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】スラスト荷重の低減と制御性を向上することができる圧縮機を提供すること。
【解決手段】ハウジング２に形成したシリンダボア３１内に摺動自在に挿入されて往復動するピストン５と、前記ハウジング２に回転自在に配置された駆動軸３と、該駆動軸３に傾斜させて装着され前記駆動軸３と共に回転する斜板４とを備え、該斜板を狭持するようにして前記ピストン５に摺動自在に保持され前記斜板４の揺動運動を直線往復運動に変換して前記ピストン５に伝達する圧縮機において、最大容量で運転中に、前記ハウジング２内におけるクランク室２５側の圧力Ｐｃを可変開始圧の近傍まで昇圧しておく。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車の空調装置に用いられる圧縮機に属し、特に、駆動軸を支持する軸受部分へ潤滑油を供給するための構成を備えている圧縮機に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧縮機としては、図３に示すような容量可変型の斜板式圧縮機がある。図３を参照して、圧縮機１は、一端側が略漏斗形状に作られているハウジング２と、駆動軸３と、駆動軸３の回転に伴って回転・揺動する斜板４と、ピストン５と、ほぼ半球形状の一対のシュー部材（伝達部材）６と、ハウジング２に設けたシリンダヘッド７などを具備している。
【０００３】
ハウジング２の一側には、軸線に駆動軸３を貫通させるための筒形状の軸貫通孔２１が形成されている。ハウジング２内には、第１のラジアルニードルベアリング部材２２、第１のスラストニードルベアリング部材（スラスト軸受）２３、及び軸シール部材２４が設けられている。第１のラジアルニードルベアリング部材２２、及び軸シール部材２４は、軸貫通孔２１の内壁と駆動軸３との間に設けられている。
【０００４】
ハウジング２の内部には、大きな空間であるクランク室２５が形成されている。ハウジング２の開口端は、弁板装置２６を介在させてシリンダヘッド７によって閉塞されている。ハウジング２の空間を作っているシリンダブロック２８には、中心孔３０と、この中心孔３０の回りに複数のシリンダボア３１とが形成されている。複数のシリンダボア３１は、軸線の回りで互いに角度間隔をもってシリンダブロック２８に形成されている。
【０００５】
中心孔３０の中には、第２のラジアルニードルベアリング部材３３、第２のスラストニードルベアリング部材（スラスト軸受）３４を介して駆動軸３が挿入されている。
【０００６】
シリンダボア３１は、シリンダブロック２８の外周部に、かつ中心孔３０を取り囲むようにして、等間隔に複数個が形成されている。さらに、シリンダヘッド７には、高圧側である吸入室３５及び低圧側である吐出室３６が画設するように形成されている。
【０００７】
シリンダヘッド７は、複数のボルト（図示せず）によって弁板装置２６を介在させてハウジング２に固定されている。すなわち、ハウジング２及びシリンダヘッド７は、互いにボルトによって一体に固定されている。ボルトは、シリンダボア３１の中心線と平行に延在し、かつ隣り合うシリンダボア３１間を通るように挿通されている。
【０００８】
駆動軸３は、第１及び第２のラジアルニードルベアリング部材２２，３３を介してハウジング２、シリンダブロック２８に回転自在に支持されている。この駆動軸３は、ハウジング２の中心線上に位置している。駆動軸３の一方の先端部分は、軸貫通孔２１から外部へ突出している。外部へ突出している駆動軸３の先端部分は、電磁クラッチ（図示せず）を介して、例えば、エンジン（図示せず）からの力が伝達されるように成っている。
【０００９】
斜板４は、駆動軸３に固定されているロータ９へアーム部材１３を介してヒンジ結合されている。すなわち、斜板４は駆動軸３とともに回転する。この斜板４は、駆動軸３に対する傾斜角度（カム角）を可変になすように駆動軸３に装着されている。これにより、斜板４は駆動軸３と共に回転するように成っている。
【００１０】
斜板４とロータ９との間には、駆動軸３に装着されたコイルスプリング１０が介在されている。斜板４はコイルスプリング１０により、斜板４の傾斜角度が小さくなる方へ付勢されている。ロータ９は、アーム部材１３によって斜板４と連結されている。斜板４のアーム部材１３の先端部分は、ロータ９にヒンジ結合されている。また、ロータ９は、アーム部材１３の反対側にバランス部材９ａを有している。このロータ９は、第１のスラストニードルベアリング部材２３を介してしハウジング２の内壁面上に保持されている。
【００１１】
クランク室２５側のハウジング２の内壁面には、軸貫通孔２１の回りで径方向に延びている大きな大径溝４１が形成されている。大径溝４１はハウジング２の内壁面とバランス部材９ａとに干渉することなくロータ９を回転させるように軸貫通孔２１を囲んでいる。バランス部材９ａとハウジング２の内壁面とは、互いに接近した構成になっている。
【００１２】
複数のシリンダボア３１に一対一に対応するように組み込まれている複数のピストン５のそれぞれは、ピストン部５０、ロッド部５１、及びシュー受部５２を有している。ピストン部５０は、シリンダボア３１内に摺動自在に挿入されている。ロッド部５１は、ピストン部５０とシュー受部５２とを連結している。シュー受部５２は、球面形状に窪んだシュー受面５２ａを有している。
【００１３】
ここで、一対のシュー部材６は斜板４の外周側の端部を板厚方向で挟むようにして摺動自在に保持している。シュー部材６のそれぞれは、ピストン５のシュー受部５２上に摺動自在に配置されて斜板４を摺動自在に挟持する。この構成によって、シュー部材６は、斜板４が駆動軸３と共に回転することによって行う揺動運動の中から、往復直線運動のみをシュー受部５２に伝達し、ピストン部５０をシリンダボア３１内で往復直線運動させるように成っている。
【００１４】
冷媒ガスは、シリンダボア３１内におけるピストン部５０の往復直線運動によって、吸入室３５から弁板装置２６を通して吸い込まれ、ピストン部５０におって圧縮されたガスが弁板装置２６を通して吐出室３６へ排出される。
【００１５】
クランク室２５には、圧縮機における種々の部分の動きを円滑にするために、潤滑油が貯溜されている。潤滑油は、駆動軸３とともに回転するロータ９及び斜板４によってクランク室２５の内壁面へかき上げられ飛ばされる。潤滑油は、種々の部分と内壁面に流れて動きを円滑にする。
【００１６】
クランク室２５と軸シール部材２４が対向している軸貫通孔２１の内壁面との間に油通路２０ａが形成されている。油通路２０ａは、駆動軸３の回転によりクランク室１５に貯溜されている潤滑油をかき上げて油通路２０ａを通して軸貫通孔２１へ潤滑油が供給されるようになっている。すなわち、クランク室２５の内壁面の潤滑油は、第１のラジアルニードルベアリング部材２２と軸シール部材２４と油通路２０ａを通して軸貫通孔２１へ供給されるようになっている。
【００１７】
図４は、上記圧縮機１を利用した圧縮式冷凍装置を示している。圧縮式冷凍装置は、圧縮機１と、圧縮機１の出口側に連通した凝縮器８１と、凝縮器８１からの冷媒を受け膨張させる膨張機構８２と、膨張機構８２に連通し圧縮機１の入口側に接続された蒸発器８３と、受液器８４とから構成されている。これらの要素は、流動閉回路に構成されて連結され、回路で冷媒が循環される。
【００１８】
さらに、吐出室３６には、クランク室２５側の圧力Ｐｃと吐出室３６側の圧力Ｐｄとをコントローラ８５によってＯＮ−ＯＦＦ制御する第１の電磁弁（容量制御弁Ｖ１）８６が設けられている。また、吸入室３５には、クランク室２５側の圧力Ｐｃと吸入室３５側の圧力Ｐｓとをコントローラ８５によってＯＮ−ＯＦＦ制御する第２の電磁弁（容量制御弁Ｖ２）８７が設けられている。なお、コントローラ８５には、蒸発器８３の温度を検出する温度センサ９１が接続されている。
【００１９】
即ち、第１の電磁弁８６による圧力Ｖ１は、吐出室３６側の圧力Ｐｄ−クランク室２５側の圧力Ｐｃ間でＯＮ−ＯＦＦ、第２の電磁弁８７による圧力Ｖ２は、クランク室２５側の圧力Ｐｃ−吸入室３５側の圧力Ｐｓ間でＯＮ−ＯＦＦする。
【００２０】
クランク室２５と第１の電磁弁８６との間は、通路６１によって連通されており、吐出室３６と第１の電磁弁８６との間は通路６２によって連通されている。クランク室２５と第２の電磁弁８７との間は、通路５３によって連通されている。
【００２１】
上記圧縮式冷凍装置の運転原理を説明すると、冷媒蒸気の圧力及び温度は、圧縮機１によって増大され、次いで、その冷媒蒸気が凝縮器８１に入り、凝縮器８１によって冷却及び凝縮され、熱が二次冷却材に与えられる。この後、高圧液状冷媒は、膨張機構８２によって蒸発圧力及び温度に絞られる。冷媒は、蒸発器８３において気化し、その周辺から熱を吸収する。蒸発器８３の出口における蒸気は、圧縮機１に吸い込まれ、サイクルが完了する。
【００２２】
図５には、クランク室２５側の圧力Ｐｃ，吸入室３５側の圧力Ｐｓ、斜板４のカム角である最小傾斜角（ｍｉｎ）及び最大傾斜角（ｍａｘ）、回転数（ＲＰＭ）、第１及び第２の電磁弁８６、８７による圧力Ｖ１，Ｖ２との関係を示した。
【００２３】
圧縮機１の斜板４が最大傾斜角（ｍａｘ）から可変し始める場合、圧縮機１が高速回転されるか、又は車室内の温度が低下して冷房負荷が低減されて、吸入室３５側の圧力Ｐｓが低下すると、第１及び第２の電磁弁８６，８７が通路（クランク室２５側から受ける圧力）５３，６１及び作動面（圧縮時に受ける圧力）に作用する差圧が増大する。このため、斜板４の傾斜角が減少してピストン５のストロークが減少し、圧縮機１の吐出容量が減少される。
【００２４】
なお、圧縮式冷凍装置の冷媒には、二酸化炭素を使用する。この二酸化炭素冷媒は可燃性、毒性がないことに加えて、地球温暖化係数も小さく、フロン冷媒の代替え冷媒と目されている。二酸化炭素冷媒はフロン冷媒と比べて最適なサイクル効率が得られるための使用圧力が１０ＭＰａと高い圧力である（例えば、特許文献１参照）。
【００２５】
【特許文献１】
特開平１１−３５１１４６号公報（第４頁−第６頁、図１）
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常、クランク室２５側の圧力は、吸入室３５側の圧力に比べてやや高いか、ほぼ同じくらいであるが、二酸化炭素を冷媒とした冷凍装置では、ピストン５の吐出室３６側の圧力Ｐｄと、吸入室３５側の圧力Ｐｓとの差（Ｐｄ−Ｐｓ）が大きく、スラスト荷重が大きい。このように、スラスト荷重は、吐出室３６側の圧力Ｐｄとクランク室２５側の圧力Ｐｃとの差圧の合力が主な荷重となる。即ち、スラスト荷重Ｆ＝Σ（Ｐｄ−Ｐｃ）Ａとなる。ここで、Ａはピストン断面積である。
【００２７】
二酸化炭素を冷媒として使用する圧縮機においては、斜板４の可変が始まるクランク室２５側の圧力Ｐｃは、吸入室３５側の圧力Ｐｓ＋１ＭＰａも必要であるため、斜板４が可変するくらいの圧力に上昇するまでに時間（Ｈ４）がかかり、回転数の変化に対してクランク室２５側の圧力Ｐｃの上昇遅れが発生するという問題がある。
【００２８】
また、最大容量で運転中は、クランク室３６側の圧力Ｐｃと吸入室３５側の圧力Ｐｓとがほぼ等しく制御されているが、斜板４の傾斜角を可変する際、クランク室３６側の圧力Ｐｃは、吸入室３５側の圧力Ｐｓ＋１ＭＰａと大きく、クランク室３６側のＰｃ昇圧の追従が遅れる。
【００２９】
さらに、第１のスラストニードルベアリング部材２３が受ける荷重は、主に、吐出室３６側の圧力Ｐｄ−クランク室２５側の圧力Ｐｃに影響されるが、クランク室３６側の圧力Ｐｃが上昇するのには時間がかかる。つまり、二酸化炭素を冷媒として使用した圧縮機１の場合、圧縮時に高い圧力を必要とするため、もともと第１のスラストニードルベアリング部材２３は、長い時間（Ｈ５）、高い圧力を受ける。そのため、Ｐｄ−Ｐｃの差が大きい状態が長く続くため、その分、さらに第１のスラストニードルベアリング部材２３は長い間高い荷重を受けることになる。
【００３０】
それ故に、本発明の課題は、スラスト荷重の低減と制御性の向上を図ることができる圧縮機を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ハウジングに形成したシリンダボアと、該シリンダボア内に摺動自在に挿入されて往復動するピストンと、前記ハウジングの中心部に回転自在に配置された駆動軸と、前記駆動軸に傾斜させて装着され、該駆動軸と共に回転する斜板と、吸入室と吐出室とを画設しかつ前記ハウジングに弁板装置を介して設けたシリンダヘッドとを備え、該斜板を狭持するようにして前記ピストンに摺動自在に保持され前記斜板の揺動運動を直線往復運動に変換して前記ピストンに伝達する圧縮機において、前記斜板が前記駆動軸に対する傾斜角度を可変になすように前記駆動軸に装着されており、最大容量で運転中に、前記ハウジング内に形成したクランク室側の圧力が可変開始圧の近傍にまで昇圧されていることを特徴とする圧縮機が得られる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る圧縮機の一実施の形態例を説明する。なお、圧縮機を用いた圧縮式冷凍装置は、図３によって説明した圧縮機１、及びこの圧縮機１を用いた図４の圧縮式冷凍装置を採用し、発明の要部となる部分のみを説明する。
【００３３】
図１は、係る圧縮機１における、クランク室２５側の圧力Ｐｃ、吸入室３５の圧力Ｐｓ、斜板４のカム角である最小傾斜角（ｍｉｎ）及び最大傾斜角（ｍａｘ）、駆動軸３の回転数（ｒｐｍ）、第１及び第２の電磁弁８６、８７における開閉状態との関係を示している。
【００３４】
前述したように、圧縮式冷凍装置の冷媒に二酸化炭素を使用した場合、二酸化炭素冷媒は、フロン冷媒と比べて最適なサイクル効率が得るための使用圧力が１０ＭＰａと高い圧力である。冷媒として二酸化炭素を使用する圧縮式冷凍装置では、圧縮機１が吐出ガスを冷媒の超臨界圧力（１０ＭＰａ程度）で吐出する。この場合、吐出圧力が特に高いことから、吐出圧力が高くなる分だけシリンダボア３１との摺動隙間から吐出する冷媒（ブローバイガス）によってクランク室２５側の圧力Ｐｃも高くなる。
【００３５】
図２に示すグラフは、縦軸に圧力［Ｐｒｅｓｓｕｒｅ（ＭＰａＧ）］，［Ｃｏｍｐ．ｒｅｖ．；コンプレッサの回転数（＊１０ｒｐｍ）］，圧縮機１のトルク［Ｃｏｍｐ．ｔｏｒｑｅ（＊０．１Ｎｍ）］，圧縮機１の吐出容量［Ｍａｓｓｆｌｏｗ（ｋｇ／ｈ）］，電流［ＰＷＭ（パルス幅波形制御）　ｃｕｒｒｅｎｔ（ｍＡ）］を示し、横軸に時間［Ｔｉｍｅ（ｓｅｃ）］を示している。
【００３６】
二酸化炭素を冷媒とした圧縮式冷凍装置では、通常、ピストン５の吐出室３６側の圧力Ｐｄと、吸入室３５側の圧力Ｐｓの差（Ｐｄ−Ｐｓ）とが大きく、スラスト荷重が大きくなる。このように、スラスト荷重は、吐出室３６側の圧力Ｐｄとクランク室２５側の圧力Ｐｃとの差圧の合力が主な荷重となる。
【００３７】
また、二酸化炭素を冷媒とする可変容量型の圧縮機においては、斜板４の可変が始まるクランク室２５側の圧力Ｐｃは、Ｐｓ＋１ＭＰａであり、回転数の変化に対して、クランク室２５側の圧力Ｐｃの上昇遅れが発生する。
【００３８】
圧縮機１の最大容量における運転中には、クランク室３６側の圧力Ｐｃと吸入室３５側の圧力Ｐｓとがほぼ等しく制御されているが、可変する際に、クランク室３６側の圧力Ｐｃは、Ｐｓ＋１ＭＰａと大きく、Ｐｃ昇圧の追従が遅れる。
【００３９】
このとき、スラスト荷重Ｆ＝Σ（Ｐｄ−Ｐｃ）Ａであり、Ａはピストン断面積であり、ΔＰ＝（Ｐｄ−Ｐｃ）を下げれば、スラスト荷重の低減となる。そこで、最大容量で運転中、クランク室２５側の圧力Ｐｃを可変開始（図２に符号Ｃｂにより示した個所）圧の近傍まで昇圧しておく。図１に示したように、クランク室２５側の圧力Ｐｃは、高い圧力に維持され、図５に示した時間Ｈ３，Ｈ４よりも時間Ｈ１，Ｈ２が短くなる。
【００４０】
このような圧縮機１を用いた図４の圧縮式冷凍装置では、コントローラ８５によって温度センサ９１の信号により第１の電磁弁８６による第２の電磁弁８７の開度を調整し、圧縮機１内の斜板４の斜板角を変え、吐出容量を変えることによって、蒸発器８３の吹き出し温度を設定値に近づける。最大吐出量（斜板４が最大角）のとき、クランク室２５側の圧力Ｐｃを斜板４が可変する圧力よりもわずかに低い圧力になるように、第１の電磁弁８６による圧力Ｖ１及び第２の電磁弁８７による圧力Ｖ２の開度を調整する。
【００４１】
クランク室２５側の圧力Ｐｃを、図１及び図２に示すＩ部分に示すように制御する。これによって、スラスト荷重の低減と制御性の向上を図る。図２に示すＩ部分で明らかなように、圧縮機１における圧力は、４８０秒付近で、４ＭＰａよりも大きくなるように制御される。ちなみに、図２及び図５に示したように、従来の圧縮機１によるＩＩ部分の圧力は、４８０秒付近で、４ＭＰａよりも小さいものである。
【００４２】
また、クランク室２５側の圧力Ｐｃを斜板４の傾斜角が変角する圧力よりも、わずかに小さい圧力に制御することによっても、スラスト荷重の低減と制御性の向上を図ることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上、実施の形態例によって説明したように、本発明の圧縮機にれば、最大容量で運転中に、クランク室側の圧力を可変開始圧の近傍まで昇圧しておくことによって、スラスト荷重の低減と制御性の向上を図ることができる。
【００４４】
また、クランク室側の圧力を斜板のカム角が変角する圧力よりわずかに小さい圧力に制御することによって、スラスト荷重の低減と制御性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧縮機における、クランク室側の圧力、吸入室の圧力、斜板の最小傾斜角及び最大傾斜角、回転数、第１及び第２の電磁弁による圧力との関係を示している。
【図２】圧縮機における圧力を時間で表したグラフである。
【図３】従来の圧縮機を示す縦断面図である。
【図４】図３に示した圧縮機を用いた圧縮式冷凍装置を示す冷凍回路図である。
【図５】従来の圧縮機における、圧縮機における、クランク室側の圧力、吸入室の圧力、斜板の最小傾斜角及び最大傾斜角、回転数、第１及び第２の電磁弁による圧力との関係を示している。
【符号の説明】
１　　圧縮機
２　　ハウジング
３　　駆動軸
４　　斜板
５　　ピストン
６　　シュー部材
７　　シリンダヘッド
９　　ロータ
２０ａ　　油通路
２１　　軸貫通孔
２２　　第１のラジアルニードルベアリング部材
２４　　軸シール部材
２５　　クランク室
２８　　シリンダブロック
３１　　シリンダボア
３３　　第２のラジアルニードルベアリング部材
３５　　吸入室
３６　　吐出室
８１　　凝縮器
８２　　膨張機構
８３　　蒸発器
Ｐｄ　　吐出室側の圧力
Ｐｃ　　クランク室側の圧力
Ｐｓ　　吸入室側の圧力

Claims

ハウジングに形成したシリンダボアと、該シリンダボア内に摺動自在に挿入されて往復動するピストンと、前記ハウジングの中心部に回転自在に配置された駆動軸と、前記駆動軸に傾斜させて装着され、該駆動軸と共に回転する斜板と、吸入室と吐出室とを画設しかつ前記ハウジングに弁板装置を介して設けたシリンダヘッドとを備え、該斜板を狭持するようにして前記ピストンに摺動自在に保持され前記斜板の揺動運動を直線往復運動に変換して前記ピストンに伝達する圧縮機において、
前記斜板が前記駆動軸に対する傾斜角度を可変になすように前記駆動軸に装着されており、最大容量で運転中に、前記ハウジング内に形成したクランク室側の圧力が可変開始圧の近傍にまで昇圧されていることを特徴とする圧縮機。
請求項１記載の圧縮機において、前記吐出室と前記クランク室とを連通する通路に第１の電磁弁を有し、前記クランク室と前記吸入室とを連通する通路に第２の電磁弁を有することを特徴とする圧縮機。
請求項１記載の圧縮機において、前記吐出室から吐出する吐出ガスを冷媒の超臨界圧力で吐出することを特徴とする圧縮機。
請求項１記載の圧縮機において、前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする圧縮機。