JP2005120972A - 往復式可変容量型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の圧縮機は、（１）フィルタ機能を充分に発揮させるために制御弁とは別体で大型フィルタを配置する、（２）この際、フィルタの設置スペースは省スペースとする、（３）リアハウジングに吐出室と吸入室を設けた形態においても異物を除去し、固定オリフィスに異物を停留させない、ことを目的とする。
【解決手段】 本発明に係る往復式可変容量型圧縮機１は、駆動シャフト１７の軸に沿って冷媒経路の一部を構成する軸内通路５０を設け、バルブプレート１２に通孔４２を設け、駆動シャフト１７の一端側を配したシリンダブロック１１内に、軸内通路５０の一端側及び通孔４２と連通して冷媒経路の一部を構成する空隙部４６を設け、空隙部４６に冷媒が濾過されるようにフィルタ６０を配設し、軸内通路５０の他端側とクランク室１６とを連通させたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば空調装置の冷凍サイクルを構成する圧縮機に関する。

近年、カーエアコンに対する省動力ニーズ及び圧縮機のオン−オフ制御時の車室吹出し温度変化やショック低減といった快適性ニーズがある。また自動車用空調装置では、その動力源であるエンジンの回転数が一定でないことから、エンジンの回転数に関係なく冷凍能力が一定に維持されるような制御を行なう必要がある。このような状況下、空調装置の冷凍サイクルを構成する圧縮機の可変容量化が望まれるようになった。容量可変型圧縮機は冷媒吐出量を変更可能とし、冷媒吐出量が一定の容量固定型圧縮機と区別される。この可変容量型圧縮機は、クランク室内に傾斜角度可変に設けられた斜板が回転軸の回転によって揺動運動をし、その揺動運動によって複数のピストンが回転軸と平行な方向に往復運動することにより、冷媒の吸入、圧縮、吐出を行なう。このとき、クランク室内の圧力を制御弁で変化させることにより、斜板の傾斜角度を変え、ピストンストロークを変えて冷媒の吐出容量を可変させるようにしている。

このような制御弁は、吐出室とクランク室とを連通させる冷媒経路に配置されて、吐出室からクランク室へ導入する吐出圧力Ｐｄの冷媒の流量を制御することによってクランク室内の圧力Ｐｃを制御している。クランク室内に導入された冷媒は、固定オリフィスを介して吸入室に抜かれる。

また、制御弁をクランク室と吸入室とを連通させる冷媒経路に配置し、吐出室とクランク室との間に固定オリフィスを設けて、クランク室から抜き出す冷媒の流量を制御することも行なわれている。

これら両タイプの制御弁を使用した可変容量型圧縮機は、いずれも、吐出室からクランク室、またはクランク室から吸入室に至る経路に、流路面積が変化しない固定オリフィスが直列に入っている。したがって、このような可変容量型圧縮機は、その内部で循環する冷媒量が多くなるため、どうしても圧縮効率の悪いものになっていた。

この圧縮効率の低下を防止するため、固定オリフィスの開口径を小さくして圧縮機の内部で循環する冷媒量を減らす試みがある。このとき、固定オリフィスの開口径を小さくするため、異物が停留されやすいとの問題の指摘がなされている。異物停留の問題を解決するために冷媒経路にフィルタを設置して異物除去を試みている技術が開示されている（たとえば特許文献１から３を参照。）。

特許文献１では、制御弁の各ポートすべてにフィルタを配置している。また特許文献２では、圧力供給通路の吐出圧領域側の入口部分にフィルタを配設している。特許文献３では、圧縮機の駆動シャフトにフィルタを配設し、同フィルタを経由するようにガス経路を設けている。特に駆動シャフト内に軸内通路を設けてガス経路とすると共にこの軸内経路にフィルタを配設している。

特開平６-３３６９７８号公報、図１、図２ 特開平９−２０９９２９号公報、図３ 特開２００２−７０７４５号公報、図３

しかし、特許文献１のようにフィルタを制御弁自身に装着させる方法が一般的であるが、弁部に連通する孔の形状や位置によっては、冷媒流路がその孔に対応する部分のみに限定され、フィルタとしての機能が結局十分でない場合がある。また、特許文献２のように制御弁が挿入されるリアヘッド内のガス流入入口部にフィルタを装着させる方法も考えられるが、制御弁への連通孔の数と大きさがそれなりに必要で、それ以上にフィルタを装着させるスペースを確保することが難しい。さらに特許文献３の図３の発明は駆動シャフト内に設けた軸内通路に冷媒が通るときにフィルタで異物を濾過させるものである。駆動シャフトが回転するため、フィルタも一体となって軸回転し、フィルタで濾過されて異物が除去されフィルタのメンテナンスの手間が省ける効果があるとする。しかし図３に示すリアハウジングに吐出室と吸入室を設ける形態とすると、フィルタは軸内通路の出口を覆うように配置されるため、異物は軸内通路から排出されず、フィルタのメンテナンスの手間が省ける効果は得られない。したがって、特許文献３の効果を奏する形態は文献３の図１に示した形態、すなわちフロントハウジングに吐出室と吸入室を設け、フィルタは軸内通路の入口を覆うように配置した場合に限られる。なお、形態上の制約により特許文献３のフィルタ面積はきわめて小さい。

特許文献１〜３が示す発明では、フィルタ機能が充分に発揮されながら、フィルタをかさばることなく配置しうる圧縮機は開示されていない。本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、（１）フィルタ機能を充分に発揮させるために制御弁とは別体で大型フィルタを配置する、（２）この際、フィルタの設置スペースは省スペースとする、（３）リアハウジングに吐出室と吸入室を設けた形態においても異物を除去し、固定オリフィスに異物を停留させない、ことを実現することを目的とする。

また本発明の目的は、駆動シャフトの一端側に駆動シャフトの軸径とほぼ同一径の円筒空間である空隙部にフィルタを配設することで、フィルタを例えば籠形状とすることでフィルタ面積を確保することであり、さらにフィルタ収容のための特別な収容空間を設けないことである。

さらに本発明では、フィルタにより分離されたオイル・異物等の分離物をクランク室へ戻すように流出させるオイル流路を設けることで、フィルタメンテナンスを不要とすることを目的とする。フィルタには、冷媒と共に軸内通路を通過するオイルの一部をトラップする効果が期待でき、圧縮機以外の冷凍サイクル中へのオイルの流出を低減することも目的とする。

また本発明では、駆動シャフトの軸線とバルブプレートとの交点よりも上方にずらした位置に冷媒経路の一部である通孔を設けたことで、オイルと冷媒との分離をフィルタの濾過時だけでなく、通孔の通過時に行なわせることを目的とする。すなわち、オイルと冷媒との重量差を利用して軽量の冷媒を通孔に通させることを目的とする。

ところで、デストローク時の圧縮機効率を向上させるため、デストローク時の制御ガス流量を必要量に抑え、圧縮機としての有効仕事を相対的に増やす考え方がある。この考えを実現するために本発明者らは出口側通路径を抑えた３ｗａｙタイプの制御弁を発明した。この制御弁の詳細は後述するとして、弁部に連通する孔が１８０度に対向した位置に２個の孔が設けられている形状に対して、その孔の周囲にフィルタを設けるのではフィルタ機能が十分でない。そこでこのような孔径が小さい３ｗａｙタイプの制御弁を搭載した際に十分に濾過機能が発揮される圧縮機を提供することを目的とする。

一方、本発明は、従来の制御弁、例えば特許文献３の図３符合４３の制御弁を搭載した際に十分に濾過機能が発揮される圧縮機を提供することを目的とする。

近年、冷凍サイクルの冷媒として二酸化炭素が検討されている。しかし、冷媒圧力がフロン冷媒を使用した場合よりも高くなるため、固定オリフィス径がフロン冷媒を用いた場合よりもさらに小さくなる。このとき、３ｗａｙ制御弁の場合と同様、異物除去率を高めることが要求される。本発明では、高異物除去率を実現してメンテナンスフリーで二酸化炭素冷媒を使用しうる圧縮機を提案することを目的とする。

本発明に係る往復式可変容量型圧縮機は、ハウジングに回転可能に支持された駆動シャフトの回転によってピストンが往復して冷媒圧縮がなされ、前記ハウジングに設けたクランク室内の圧力を制御することにより前記ピストンのストローク量を可変させて冷媒の吐出容量を可変させることができる往復式可変容量型圧縮機において、前記駆動シャフトの軸に沿って冷媒経路の一部を構成する軸内通路を設け、前記ハウジングを構成するシリンダヘッド及びシリンダブロックとの間に介装したバルブプレートに通孔を設け、前記駆動シャフトの一端側を配した前記シリンダブロック内に、前記軸内通路の一端側及び前記通孔と連通して冷媒経路の一部を構成する空隙部を設け、該空隙部に冷媒が濾過されるようにフィルタを配設し、前記軸内通路の他端側と前記クランク室とを連通させたことを特徴とする。この発明は、フィルタ機能を充分に発揮させ、この際、フィルタの設置スペースは省スペースとし、リアハウジングに吐出室と吸入室を設けた形態においても異物を除去し、固定オリフィスに異物を停留させない。

本発明に係る往復式可変容量型圧縮機では、前記空隙部は、前記駆動シャフトの軸径とほぼ同一径の円筒空間であり、前記フィルタは該円筒空間に収容しうる籠形状のフィルタであることが好ましい。この発明は、フィルタ面積を確保すると共にフィルタ収容のための新たな収容空間の確保を不要とすることができる。

本発明に係る往復式可変容量型圧縮機では、前記フィルタにより分離されて前記空隙部に集まる圧縮機のオイル等の分離物を前記クランク室へ流出させるオイル流路を設けることが好ましい。この発明は、フィルタメンテナンスが不要であり、フィルタのオイルトラップ効果により圧縮機以外の冷凍サイクル中へのオイルの流出を低減することができる。

本発明に係る往復式可変容量型圧縮機では、前記通孔は、前記駆動シャフトの軸線と前記バルブプレートとの交点よりも上方にずらした位置に設けることが好ましい。この発明は、オイルと冷媒との分離をフィルタの濾過時だけでなく、通孔の通過時にも行なわせることが可能となる。

本発明に係る往復式可変容量型圧縮機では、前記通孔は、前記冷媒経路を流れる冷媒の流量を制御する制御弁を介して前記ハウジングに設けた吸入室に連通していることが好ましい。

本発明に係る往復式可変容量型圧縮機では、前記往復式可変容量型圧縮機は、前記ハウジングに設けた吐出室から前記クランク室へ導入する冷媒の流量と前記クランク室から前記ハウジングに設けた吸入室へ導入する冷媒の流量とを制御する制御弁によりクランク室内の圧力を制御することで前記ピストンのストローク量を可変させる圧縮機であって、前記軸内通路、前記空隙部及び前記通孔が形成する冷媒経路は、前記制御弁を介して、前記クランク室と前記吸入室とを連通する冷媒経路の一部を構成することが好ましい。

本発明に係る往復式可変容量型圧縮機では、前記制御弁は、前記吐出室と前記クランク室との間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する第１の弁と、前記クランク室と前記吸入室との間に配置されて前記第１の弁が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ているときに前記クランク室から前記吸入室へ流れる冷媒の流量を最小の所定量に制御すると共に前記第１の弁が全閉又は全閉近傍にあるときに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するスプール弁構成の第２の弁と、前記吸入室における吸入圧力を感知して該吸入圧力が所定値となるよう前記第１の弁及び第２の弁のリフト量を制御する感圧部と、前記吸入圧力の前記所定値を設定する圧力設定部と、を備えていることが好ましい。この発明は、孔径が小さい上記構成を有する３ｗａｙタイプの制御弁を搭載することができる。このとき、デストローク時の圧縮機効率の向上が見込める。

本発明に係る往復式可変容量型圧縮機では、前記往復式可変容量型圧縮機は、前記ハウジングに設けた吐出室から前記クランク室へ導入する冷媒の流量を制御する制御弁によりクランク室内の圧力を制御すると共に、前記クランク室に導入された冷媒を前記ハウジングに設けた吸入室に固定オリフィスを介して抜くことで前記ピストンのストローク量を可変させる圧縮機であって、前記軸内通路、前記空隙部及び前記通孔が形成する冷媒経路は、前記クランク室から前記吸入室へ冷媒を抜く冷媒経路の一部を構成し、且つ前記通孔は前記固定オリフィスを兼ねることが好ましい。この発明は、３ｗａｙタイプの制御弁の他、従来の制御弁を搭載することもできる。

本発明に係る往復式可変容量型圧縮機では、前記冷媒は、冷凍サイクルの冷媒として用いられる二酸化炭素であることが好ましい。この発明は、冷媒の高圧化のため固定オリフィスの径を小さくした際に、固定オリフィスでの異物停留を防止できる。

本発明よれば、径の小さな孔への異物の停留を防止でき、スムーズな制御ガス流量の確保ができる。これにより制御弁の信頼性が確保できる。このとき、オイルと共にろ過した異物をフィルタ面から流れ落とすことができ、フィルタのメンテナンスも不要である。さらにオイルと冷媒との分離効果を併せ持つので、冷凍サイクルにオイルが流出することを低減できる。これにより、ハウジングのシェル内のオイル量増加が見込める。

以下、本発明について図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。図１は、車両用空調装置に用いる往復式可変容量型圧縮機（以下、圧縮機という）の第１形態を示したものである。この圧縮機１は、走行用エンジン２からの動力を受け、走行用エンジン２と同期して回転するマグネチッククラッチタイプのもので、凝縮器３、減圧装置４、蒸発器５などと共に配管結合されて、冷凍サイクル６を構成し、吐出容量を制御して吸入圧力を調整するようにしている。図１に示すように圧縮機１は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１のリア側（図中、右側）にバルブプレート１２を介して組みつけられたリアヘッド１３と、シリンダブロック１１のフロント側（図中、左側）を閉塞するように組み付けられたフロントヘッド１４とを有して構成されている。これらのフロントヘッド１４、シリンダブロック１１、バルブプレート１２及びリアヘッド１３は、締結ボルト１５によって軸方向に締結されており、圧縮機全体のハウジングを構成している。

フロントヘッド１４とシリンダブロック１１とによって画設されるクランク室１６には、一端がフロントヘッド１４から突出する駆動シャフト１７が収容されている。この駆動シャフト１７のフロントヘッド１４から突出した部分には、ボルト１８によって軸方向に取り付けられた中継部材１９が固定されており、この中継部材１９にフロントヘッド１４の側部に回転自在に外嵌され、且つ走行用エンジン２にベルトを介して連結される駆動プーリ２０がネジ止めなどの手段によって固定されている。また、この駆動シャフト１７の一端側は、フロントヘッド１４との間に設けられたシール部材２１を介してフロントヘッド１４との間が気密良く封じられると共にラジアル軸受２２にて回転自在に支持されており、駆動シャフト１７の他端側は、シリンダブロック１１に収容されたラジアル軸受２３にて回転自在に支持されている。

シリンダブロック１１には、ラジアル軸受２３が収容される貫通孔２４と、貫通孔２４に連通し、駆動シャフト１７の他端側に隣接した空隙部４６と、貫通孔２４及び空隙部４６を中心とする円周上に等間隔に配された複数のシリンダボア２５とが形成されている。それぞれのシリンダボア２５には、片頭ピストン２６が往復摺動可能に挿入されている。この片頭ピストン２６は、シリンダボア２５内に挿入される頭部２６ａとクランク室１６に突出する係合部２６ｂとを軸方向に接合して中空に形成される。

駆動シャフト１７には、クランク室１６内において駆動シャフト１７と一体に回転するスラストフランジ２７が固定されている。スラストフランジ２７は、フロントヘッド１４に対してスラスト軸２８を介して回転自在に支持されている。スラストフランジ２７には、リンク部材２９を介して斜板３０が連結されている。斜板３０は、駆動シャフト１７上に設けられたヒンジボール３１を中心に、傾動可能に取り付けられているもので、スラストフランジ２７の回転に同期して一体に回転するようになっている。そして、斜板３０は、その周縁部分の表裏に設けられた一対のシュー３２を介して片頭ピストン２６の係合部２６ｂに係留されている。

したがって、駆動シャフト１７が回転すると、これに伴って斜板３０が回転し、この斜板３０の回転運動がシュー３２を介して片頭ピストン２６の往復直線運動に変換され、シリンダボア２５内において片頭ピストン２６とバルブプレート１２との間に形成される圧縮室の容積が変更されるようになっている。

バルブプレート１２にはそれぞれのシリンダボア２５に対応して吸入孔３４と吐出孔３５とが形成されている。また、リアヘッド１３には圧縮室に供給する冷媒を収容する吸入室３６と、圧縮室から吐出した冷媒を収容する吐出室３７とが画設されている。吸入室３６は、リアヘッド１３の中央部分に形成されて、蒸発器５の出口側に通じる吸入口（不図示）に連通すると共にバルブプレート１２の吸入孔３４を介して圧縮室に連通可能となっている。また、吐出室３７は、吸入室３６の周囲に連続的に形成されており、凝縮器３の入口側に通じる吐出口(不図示)に連通すると共にバルブプレート１２の吐出孔３５を介して圧縮室に連通可能となっている。ここで、吸入孔３４は、バルブプレート１２のフロント側端面に設けられた吸入弁３９によって開閉され、吐出孔３５は、バルブプレート１２のリア側端面に設けられた吐出弁４０によって開閉されるようになっている。吸入室は、バルブプレート１２に設けた通孔４２及び制御弁４３を介して空隙部４６と連通している。

この圧縮機１の吐出容量は、ピストン２６のストロークによって決定され、このストロークは、ピストン２６の前面にかかる圧力、即ち圧縮室の圧力(シリンダボア２５内の圧力)と、ピストンの背面にかかる圧力、即ちクランク室１６内の圧力(クランク室圧Ｐｃ)との差圧によって決定される。具体的には、クランク室１６内の圧力を高くすれば、圧縮室とクランク室１６との差圧が小さくなるので、斜板３０の傾斜角度(揺動角度)が小さくなり、このため、ピストン２６のストロークが小さくなって吐出容量が小さくなり、逆に、クランク室１６の圧力を低くすれば、圧縮室とクランク室１６との差圧が大きくなるので、斜板３０の傾斜角度(揺動角度)が大きくなり、このため、ピストン２６のストロークが大きくなって吐出容量が大きくなる。

圧縮機１では、シリンダブロック１１、バルブプレート１２及びリアヘッド１３に亘って形成された、吐出室３７とクランク室１６とを連通する給気通路４１が形成されている。この給気通路４１の途中には制御弁４３が配置されている。なお、図１の２個の☆印は、不図示の給気経路によって連通している。

また圧縮機１では、駆動シャフト１７の軸に沿って冷媒経路の一部を構成する軸内通路５０が設けられている。軸内通路５０の一端側(図１では右側)には空隙部４６と連通するように開口部５３が設けられている。また、駆動シャフト１７にはその側壁から軸内通路５０に連通する軸内通孔５１ａと、スラストベアリング５２と駆動シャフト１７との接触部付近において駆動シャフト１７の側壁から軸内通路５０に連通する軸内通孔５１ｂとが設けられている。そして、クランク室１６にある冷媒は、スラストフランジ２７を支持するスラスト軸２８とクランク室１６の内壁との隙間を流れ、さらにラジアル軸受２２の隙間へ流れる。さらに軸内通孔５１ａを介して軸内通路５０へ冷媒が流れる。またクランク室１６から軸内通孔５１ｂを介して軸内通路５０へ冷媒が流れる。こうして、軸内通路５０に流入した冷媒は開口部５３から空隙部４６内へ吹出す。そして、冷媒はバルブプレート１２に設けた通孔４２を通過し、制御弁４３を介して吸入室３６へ送られる。このようにクランク室１６と吸入室３６とを連通する抽気通路が形成される。軸内通路５０、空隙部４６及び通孔４２が形成する冷媒経路は、冷媒の流量を制御する制御弁４３を介して、クランク室１６と吸入室３７とを連通する冷媒経路の一部を構成することとなる。なお図１中の矢印は冷媒（オイル）の流れ方向を示す(他の図でも同じ)。

この圧縮機１では、上述のように給気通路４１上及び抽気通路上の両方に制御弁４３が設けられている。この制御弁４３は、リアヘッド１３に形成された制御弁装着孔４５に装着され、給気通路４１の開度及び抽気通路の開度を調節することで、クランク室１６の圧力(クランク室圧Ｐｃ)を制御しているもので、電磁ソレノイドなどのアクチュエータを有し、ソレノイドに供給される電流量を調節して給気通路の開度が制御されるようになっている。

制御弁４３についてさらに詳細に説明する。制御弁４３の一形態を示す概略図を図２に示す。この制御弁４３を３ウェイ型（３ｗａｙ）と呼ぶこととする。制御弁４３は、吐出室（図１の３７）とクランク室（図１の１６）との間に配置されて吐出室からクランク室へ流れる冷媒の流量を制御する第１の弁を構成するボール弁１１１と、クランク室と吸入室（図１の３６）との間に配置されてボール弁１１１が吐出室からクランク室へ流れる冷媒の流量を制御しているときにクランク室から吸入室へ流れる冷媒の流量を最小の所定量に制御すると共にボール弁１１１が全閉又は全閉近傍にあるときにクランク室から吸入室へ流れる冷媒の流量を制御する第２の弁を構成するスプール弁１１２と、吸入室における吸入圧力を感知して吸入圧力が所定値となるようボール弁１１１及びスプール弁１１２のリフト量を制御する感圧部を構成するダイヤフラム１１３と、吸入圧力の所定値を設定する圧力設定部を構成するソレノイド１１４と、を備えている。

ボール弁１１１は、圧縮機の吐出室から吐出圧力Ｐｄの冷媒を導入し、流量制御した圧力Ｐｃ１の冷媒を圧縮機のクランク室に供給する。スプール弁１１２は、クランク室から圧力Ｐｃ２の冷媒を導入し、ボール弁１１１の動作に連動して圧縮機の吸入室に供給する冷媒の流量を制御する。ダイヤフラム１１３は、吸入室の吸入圧力Ｐｓを受圧して吸入圧力Ｐｓが一定になるようボール弁１１１及びスプール弁１１２を制御する。ソレノイド１１４はクランク室内の圧力を設定するもので、その圧力は、外部から供給される電流値に応じて設定される。

スプール弁１１２は、弁座１１５と弁孔に対して挿抜自在な弁体１１６とを有し、弁座１１５と弁体１１６との間には、所定のクリアランス１１７が設けられている。このクリアランス１１７は、弁体１１６が弁孔内に挿入されたときに、クランク室と吸入室との間に流路面積が変化しない固定オリフィスを構成するもので、圧縮機の斜板の安定性によって決定される。また、弁体１１６は、ボール弁１１１を駆動するシャフト１１８と一体に形成されており、弁体１１６及びシャフト１１８は、断面がテーパ状に形成された裁頭円錐形状の接合部分１１９によって接合されている。

このスプール弁１１２は、圧縮機のハンチング、制御性、安定性などの特性に応じて、連動するボール弁１１１の開閉タイミングとは別の開閉タイミングを持つように自由に変更することができる。この開閉タイミングの変更は、接合部分１１９との境界である弁体１１６の先端とボール弁１１１の弁体１２０に当接するシャフト１１８の先端との間の距離を変えて、ボール弁１１１が全閉したときの弁体１１６の先端を軸線方向にずらすことによって容易に行うことができる。

なお、ボール弁１１１は、シャフト１８が図の右方向に移動することによって弁体１２０が弁開方向に移動するが、その最大開度は、シャフト１１８に設けた段部１２１がボディに形成された段部１２２に当接することによって規制されている。

図３は制御弁を示す部分拡大説明図、図４はこの制御弁の特性を示す図である。この制御弁の開閉タイミングは、ボール弁１１１の開閉タイミングとスプール弁１１２の開閉タイミングとを一致させたもので、ボール弁１１１が全閉したときに、スプール弁１１２の弁体１１６の先端が弁座１１５のソレノイド側の開口端面と一致するようにしている。

これにより、スプール弁１１２の弁体１１６が軸線方向に移動したときのこの制御弁の特性は、図４に示したようになる。この図４おいて、横軸はシャフト１１８のストロークを示しており、原点はシャフト１１８の段部１２１がボディの段部１２２に当接されてシャフト１１８が最もボール弁１１１の側に位置しているとき（または、ソレノイドが非通電のとき）を表している。図４の縦軸は、ボール弁１１１及びスプール弁１１２の開口面積を示している。また、Ｐｄ−Ｐｃで表した線は、ボール弁１１１の開口面積の変化を示し、Ｐｃ−Ｐｓで表した線は、スプール弁１１２の開口面積の変化を示している。

この開閉タイミングでは、ボール弁１１１が開いている間、スプール弁１１２は、クリアランス１１７に相当する開口面積を有し、固定オリフィスになっている。シャフト１１８がソレノイド１１４の側に移動して位置ｓ１に達すると、ボール弁１１１はその弁体１２０が着座することによって全閉する。シャフト１１８がソレノイド１１４の側にさらに移動すると、シャフト１１８の先端はボール弁１１１の弁体１２０から離れてボール弁１１１は全閉状態を維持し、スプール弁１１２は固定オリフィスの状態から開き始め、ストロークに応じて開口面積が増えていく。このボール弁１１１が全閉のとき、この制御弁を介して圧縮された冷媒がクランク室へ流出することはないが、冷媒を吸入圧縮するピストンとこのピストンを摺動自在に収容しているシリングとの間の隙間を通ってブローバイガスがクランク室へ微少リークしていることによりクランク室内の圧力Ｐｃ（＝Ｐｃ１＝Ｐｃ２）の制御が可能になっている。

制御弁の開閉タイミングは、接合部分１１９との境界である弁体１１６の先端とボール弁１１１の弁体１２０に当接するシャフト１１８の先端との間の距離を変えて、ボール弁１１１が全閉したときの弁体１１６の先端を軸線方向にずらすことによって変えても良い。

３ウェイの制御弁では、第１の弁と第２の弁の制御の切り替えのときに、第１の弁と第２の弁が同時に大きな弁開状態にある領域がなくなるため、吐出室からクランク室、さらにはクランク室から吸入室へ流れる冷媒の流量、つまり圧縮機の内部を循環して冷凍作用に寄与しない冷媒の流量を最小限に抑えることができるようになって、圧縮機の効率向上に寄与する。

図１の圧縮機１には、空隙部４６に冷媒が濾過されるようにフィルタ６０を配設している。３ウェイの制御弁では、スプール弁の孔径が小さいため摩耗粉やごみ等の異物の混入を嫌い、また冷媒として二酸化炭素を使用する場合には、冷媒圧力を上げるために固定オリフィスの孔径を小さくするため同様に異物の混入を嫌うからである。ここで、空隙部４６は円筒空間とし、フィルタ６０は円筒空間に収容しうる籠形状のフィルタであることが好ましい。図５に本実施形態に係る圧縮機の空隙部の部分拡大概略図（ａ）と、空隙部に収容されるフィルタの斜視概略図（ｂ）を示した。このとき図５（ａ）に示すように籠形状のフィルタ６０の底部６０ａが通孔４２に隣接する向きとなるように、空隙部４６内にフィルタ６０を配置することがより好ましい。籠形状の内壁面がフィルタ面となり、籠形状とすることで濾過面積を増やすことができる。フィルタのメッシュは冷媒と一緒に流れてくる摩耗粉等の異物を除去できる大きさとし、例えば１００〜２００メッシュとする。また、駆動シャフトは８００〜１００００ｒ.ｐ.ｍの高速で回転しているため、軸内通路５０から流れてきた冷媒は空隙部４６内に吹出す際に層流とはならずにスパイラル状且つ放射状に拡がると思われる。したがって、開口部５３とフィルタ面との距離を大きくすることは、フィルタ面と冷媒とが衝突する箇所の集中を防ぎ、濾過効率を高めることができる。さらに、開口部５３から吹出した冷媒には圧縮機のオイルが混入しているが、このオイルの一部はフィルタ６０と衝突してトラップされるため、冷媒とオイルの分離を行なうことができる。

図６に第２形態に係る圧縮機の概略図を示す。第２形態の圧縮機の通孔４２は、駆動シャフト１７の軸線とバルブプレート１２との交点よりも上方にずらした位置に設けている。例えば、２〜５ｍｍ程度上方にオフセットする。斜め上方にオフセットしても良い。上述したように開口部５３から吹出した冷媒には圧縮機のオイルが混入している。通孔４２を上方にずらすことで、軽い冷媒を通孔４２から抜くことができる。重いオイルは通孔４２の位置よりも下方に向かって吹出すので、冷媒との分離をフィルタの濾過時だけでなく、オイルと冷媒との重量差を利用して通孔の通過時に行なわせることができる。

本実施形態に係る圧縮機では、フィルタ６０により分離されて空隙部４６に集まる圧縮機１のオイル等の分離物をクランク室１６へ流出させるオイル流路を設けることが好ましい。図１又は図６では、ラジアル軸受２３の下方に、空隙部４６、好ましくは空隙部４６の底部と連通する空間６１、及びこの空間６１とクランク室１６とを連通する通路６２を設けている。フィルタにより濾過された分離物は、空隙部４６から空間６１、さらには通路６２を通ってクランク室１６へ戻される。なお、空間６１及び通路６２は、吐出室３７とクランク室１６とを連通する給気通路４１の一部を兼ねている。このようにオイル流路を確保することで分離物を常にクランク室１６へ戻すことができ、フィルタメンテナンスが不要となる。さらに上記の２種類のオイルトラップ効果により圧縮機１以外の冷凍サイクル６中へのオイルの流出を低減することができる。

空隙部４６の圧力は、クランク室１６の圧力と吸入室３７の圧力との中間値をとり、下流に制御弁の絞りがあるためにクランク室１６の圧力よりわずかに低い程度である。したがって、原理的には静的圧力では空隙部４６の圧力はクランク室１６の圧力よりも低いためにオイル等の分離物が通路６２等のオイル流路を流れないのではないかとの懸念もある。しかし、高速回転する軸内通路５０内でオイルと冷媒がスパイラル流れを形成し空隙部４６内に動圧が生じること、及びオイル溜りの液圧が生じることなどの理由により、前記オイル流路を介して空隙部４６からクランク室１６へ多少の摩耗粉等の異物を含んだオイルが流れることとなる。

次に２ウェイ（２ｗａｙ）型の制御弁を用いた圧縮機について図７を参照しながら説明する。図７は、第３形態に係る圧縮機の断面概念図である。図７の圧縮機は、２ウェイ（２ｗａｙ）型の制御弁７０を用いたため、リアヘッド１３の構成が図１の圧縮機と異なるがそれ以外のシリンダブロック１１、フロントヘッド１４は同じ構成とした。以下、図１の圧縮機と相違する点を説明する。図７の圧縮機では、シリンダブロック１１、バルブプレート１２及びリアヘッド１３に亘って形成された、吐出室３７とクランク室１６とを連通する給気通路４１が形成されている。さらに図７の圧縮機では、空隙部４６と連通するバルブプレート１２に形成された通孔４２やラジアル軸受２３の隙間などによってクランク室１６と吸入室３６とを連通する絞り通路が形成され、給気通路４１上に制御弁７０が設けられている。軸内通路５０、空隙部４６及び通孔４２が形成する冷媒経路は、クランク室１６から吸入室３６へ冷媒を抜く冷媒経路の一部を構成している。そして、通孔４２は固定オリフィスを兼ねている。制御弁７０は、リアヘッド１３に形成された制御弁装着孔４５に装着され、給気通路４１の開度を調節することで、クランク室１６の圧力(クランク室圧Ｐｃ)を制御しているもので、電磁ソレノイドなどのアクチュエータを有し、ソレノイドに供給される電流量を調節して給気通路の開度が制御されるようになっている。

図７の制御弁７０についてさらに詳細に説明する。制御弁７０によって給気通路４１の開度が調節されることで、同給気通路４１を介したクランク室１５への高圧な吐出ガスの導入量と前記絞り通路を介したクランク室１５からのガス導出量とのバランスが制御され、クランク室圧が決定される。クランク室圧の変更に応じて、ピストン２６を介してのクランク室圧と圧縮室３７の内圧との差が変更され、斜板３０の傾斜角度（駆動シャフト１７に直交する仮想平面との間でなす角度）が変更される結果、ピストン２６のストロークすなわち吐出容量が調節される。

例えば、前記制御弁７０（給気通路４１）の開度が小さくされると、クランク室圧が低下され、同クランク室圧と圧縮室３７の内圧とのピストン２６を介した差も小さくなって斜板３０が傾斜角度増大方向に傾動し、圧縮機の吐出容量は増大される。

逆に、前記制御弁７０（給気通路４１）の開度が大きくされると、クランク室圧が上昇され、同クランク室圧と圧縮室３７の内圧とのピストン２６を介した差も大きくなって斜板３０が傾斜角度減少方向に傾動し、圧縮機の吐出容量は減少される。

図７の圧縮機には、３ウェイ型制御弁を使用する場合と同様に、空隙部４６に冷媒が濾過されるようにフィルタ６０を配設している。２ウェイの制御弁においても、冷媒として二酸化炭素を使用する場合には、冷媒圧力を上げるために固定オリフィスの孔径を小さくする必要があり、また、スプール弁の孔への摩耗粉やごみ等の異物の混入を嫌うので、通孔４２の手前にフィルタを配設することが好ましい。空隙部４６の形状、フィルタ６０の形状、通孔４２の位置、オイル流路の位置などは図１から図６で示した３ウェイ制御弁を使用する圧縮機と同様である。ここで通孔４２は、孔径を小さくして固定オリフィスとしても良い。通孔４２の孔径を小さくすることにより、冷媒とオイルとの分離をさらに効率的に行なうことが可能である。

実施形態の圧縮機は、スムーズな冷媒の流量が確保でき、制御弁の信頼性が向上し、フィルタでのオイルの分離により圧縮機内のオイル量が増加すると共に圧縮機以外の冷凍サイクルへのオイル流出を低減できる。さらにデストローク時の圧縮機効率が向上する。

本実施形態に係る往復式可変容量型圧縮機の第１形態を示す断面概略図である。 本実施形態に係る３ウェイ型制御弁の一形態を示す概略図である。 図２の制御弁の部分拡大説明図である。 図２の制御弁の特性を示す図である。 本実施形態に係る圧縮機部分拡大図を示す図であり、（ａ）は空隙部の部分拡大概略図、（ｂ）は空隙部に収容されるフィルタの斜視概略図である。 本実施形態に係る往復式可変容量型圧縮機の第２形態を示す断面概略図である。 本実施形態に係る往復式可変容量型圧縮機の第３形態を示す断面概略図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 走行用エンジン
３ 凝縮器
４ 減圧装置
５ 蒸発器
６ 冷凍サイクル
１１ シリンダブロック
１２ バルブプレート
１３ リアヘッド
１４ フロントヘッド
１５ 締結ボルト
１６ クランク室
１７ 駆動シャフト
１８ ボルト
１９ 中継部材
２０ 駆動プーリ
２１ シール部材
２２ ２３ ラジアル軸受
２４ 貫通孔
２５ シリンダボア
２６ 片頭ピストン
２６ａ 頭部２６ａ
２６ｂ 係合部
２７ スラストフランジ
２８ スラスト軸
２９ リンク部材
３０ 斜板
３１ ヒンジボール
３２ シュー
３４ 吸入孔
３５ 吐出孔
３６ 吸入室
３７ 吐出室
３９ 吸入弁
４０ 吐出弁
４１ 給気通路
４２ 通孔
４３ ７０ 制御弁
４５ 制御弁装着孔
４６ 空隙部
５０ 軸内通路
５３ 開口部
５１ａ ５１ｂ 軸内通孔
５２ スラストベアリング
６０ フィルタ
６０ａ フィルタの底部
６１ 空間
６２ 通路
１１１ ボール弁
１１２ スプール弁
１１３ ダイヤフラム
１１４ ソレノイド１１４
１１５ 弁座
１１６ １２０弁体

Claims (9)

1. ハウジングに回転可能に支持された駆動シャフトの回転によってピストンが往復して冷媒圧縮がなされ、前記ハウジングに設けたクランク室内の圧力を制御することにより前記ピストンのストローク量を可変させて冷媒の吐出容量を可変させることができる往復式可変容量型圧縮機において、
   前記駆動シャフトの軸に沿って冷媒経路の一部を構成する軸内通路を設け、
   前記ハウジングを構成するシリンダヘッド及びシリンダブロックとの間に介装したバルブプレートに通孔を設け、
   前記駆動シャフトの一端側を配した前記シリンダブロック内に、前記軸内通路の一端側及び前記通孔と連通して冷媒経路の一部を構成する空隙部を設け、
   該空隙部に冷媒が濾過されるようにフィルタを配設し、
   前記軸内通路の他端側と前記クランク室とを連通させたことを特徴とする往復式可変容量型圧縮機。
2. 前記空隙部は、前記駆動シャフトの軸径とほぼ同一径の円筒空間であり、前記フィルタは該円筒空間に収容しうる籠形状のフィルタであることを特徴とする請求項１記載の往復式可変容量型圧縮機。
3. 前記フィルタにより分離されて前記空隙部に集まる圧縮機のオイル等の分離物を前記クランク室へ流出させるオイル流路を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の往復式可変容量型圧縮機。
4. 前記通孔は、前記駆動シャフトの軸線と前記バルブプレートとの交点よりも上方にずらした位置に設けたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の往復式可変容量型圧縮機。
5. 前記通孔は、前記冷媒経路を流れる冷媒の流量を制御する制御弁を介して前記ハウジングに設けた吸入室に連通していることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の往復式可変容量型圧縮機。
6. 前記往復式可変容量型圧縮機は、前記ハウジングに設けた吐出室から前記クランク室へ導入する冷媒の流量と前記クランク室から前記ハウジングに設けた吸入室へ導入する冷媒の流量とを制御する制御弁によりクランク室内の圧力を制御することで前記ピストンのストローク量を可変させる圧縮機であって、
   前記軸内通路、前記空隙部及び前記通孔が形成する冷媒経路は、前記制御弁を介して、前記クランク室と前記吸入室とを連通する冷媒経路の一部を構成することを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の往復式可変容量型圧縮機。
7. 前記制御弁は、前記吐出室と前記クランク室との間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する第１の弁と、
   前記クランク室と前記吸入室との間に配置されて前記第１の弁が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ているときに前記クランク室から前記吸入室へ流れる冷媒の流量を最小の所定量に制御すると共に前記第１の弁が全閉又は全閉近傍にあるときに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するスプール弁構成の第２の弁と、
   前記吸入室における吸入圧力を感知して該吸入圧力が所定値となるよう前記第１の弁及び第２の弁のリフト量を制御する感圧部と、
   前記吸入圧力の前記所定値を設定する圧力設定部と、を備えていることを特徴とする請求項６記載の往復式可変容量型圧縮機。
8. 前記往復式可変容量型圧縮機は、前記ハウジングに設けた吐出室から前記クランク室へ導入する冷媒の流量を制御する制御弁によりクランク室内の圧力を制御すると共に、前記クランク室に導入された冷媒を前記ハウジングに設けた吸入室に固定オリフィスを介して抜くことで前記ピストンのストローク量を可変させる圧縮機であって、
   前記軸内通路、前記空隙部及び前記通孔が形成する冷媒経路は、前記クランク室から前記吸入室へ冷媒を抜く冷媒経路の一部を構成し、且つ前記通孔は前記固定オリフィスを兼ねることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の往復式可変容量型圧縮機。
9. 前記冷媒は、冷凍サイクルの冷媒として用いられる二酸化炭素であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の往復式可変容量型圧縮機。
   

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