JP2005315176A - ピストン式可変容量圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】最大容量時の性能を低下させることなく可変容量時における圧力変動の低減を図ることができるピストン式可変容量圧縮機を提供する。
【解決手段】ロータリーバルブ２１の円筒状部材２２に最大容量時の流量を確保するためのメイン吸入口２３と可変容量時に圧力変動を抑制するに十分な流量に絞るためのサブ吸入口２４とを形成し、前面に吸入室圧を受けると共に後面にクランク圧を受けるスプール２５を円筒状部材２２内に軸方向に移動自在に配置し、最大容量時には吸入ガス流によりスプール２５が後退してメイン吸入口２３とサブ吸入口２４の双方が全開され、可変容量時には吸入室圧とクランク圧との差圧によりスプール２５が前進してサブ吸入口２４を開いたままメイン吸入口２３を閉じる。
【選択図】図１

Description

この発明は、ピストン式可変容量圧縮機に係り、特に可変容量時における圧力変動の低減に関する。

駆動シャフトの回転に応じてシリンダボア内でピストンが往復移動するピストン式可変容量圧縮機においては、ピストンのストロークを可変制御することにより容量を変化させることができる。ところが、低流量時には、吸入弁を通過するガス量の減少により、吸入弁がストッパに当接しない自由振動領域において吸入弁の自励振動が発生しやすくなる。この自励振動が発生すると、圧力変動が生じ、圧縮機に連結された蒸発器に圧力変動が伝播して騒音発生を来すことがある。

例えば特許文献１には、ピストンにより区画されるシリンダボア内の作動室に吸入圧力領域から吸入ガスを導入するための案内通路として多段状に切り欠き溝が形成されたロータリーバルブを用いて吸入流路の開口面積を制御し、起動時のショックを低減しようとする圧縮機が開示されている。

特開平７−３２４６７８号公報

このようなロータリーバルブの使用によっても低流量時における圧力変動をある程度低減することは可能であるが、上記特許文献１のロータリーバルブはスプリングによって軸方向において開口面積を最小にする方向に付勢されており、クランク室の圧力が吸入室の圧力より高くなるほどスプリングの付勢力に抗してロータリーバルブが移動され、開口面積が増加して流量が増大するように構成されている。このため、特に最大容量時にはスプリングを大きく圧縮して開口面積を最大限に増加させる必要があり、圧縮機としての性能が低下する虞があった。
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、最大容量時の性能を低下させることなく可変容量時における圧力変動の低減を図ることができるピストン式可変容量圧縮機を提供することを目的とする。

この発明に係るピストン式可変容量圧縮機は、駆動シャフトの周囲に配列された複数のシリンダボア内にそれぞれピストンを収容し、ピストンにより区画されるシリンダボア内の作動室に吸入ガスを導入するための案内通路が形成されたロータリーバルブを駆動シャフトに同期して回転可能に配置すると共にクランク室圧を調整することによりシリンダボア内のピストンのストロークが可変制御されるピストン式可変容量圧縮機において、ロータリーバルブは、最大容量時の流量を確保するためのメイン吸入口と可変容量時に圧力変動を抑制するに十分な流量に絞るためのサブ吸入口とを案内通路として有すると共に吸入室圧とクランク室圧を受けて軸方向に移動自在に配置されたスプールを有し、最大容量時には吸入ガス流によりスプールが移動してメイン吸入口とサブ吸入口の双方を全開し、可変容量時には吸入室圧とクランク室圧との差圧によりスプールが移動して前記円筒状部材のサブ吸入口を開いたままメイン吸入口を閉じるものである。

最大容量時にはロータリーバルブのスプールが吸入ガス流により後退してメイン吸入口とサブ吸入口の双方を全開状態とし、可変容量時にはロータリーバルブのスプールが吸入室圧とクランク室圧との差圧により前進してメイン吸入口を閉じることによりサブ吸入口のみの吸入となる。

なお、ロータリーバルブが、駆動シャフトに同期して回転すると共にメイン吸入口及びサブ吸入口が形成された円筒状部材を有し、スプールを円筒状部材内に軸方向に移動自在に配置することができる。あるいは、スプールを、駆動シャフトに同期して回転すると共に軸方向に移動自在に配置し、このスプールにメイン吸入口及びサブ吸入口を形成することもできる。

また、スプールを、円筒状部材のメイン吸入口を開閉するために移動自在に配置され且つ吸入室圧を受ける第１のスプールと、第１のスプールの背部に移動自在に配置され且つクランク室圧を受ける第２のスプールと、第１のスプールと第２のスプールとの間に配置されたバネとから構成し、最大容量時には第２のスプールが第１のスプールから離れる方向へ移動して第１のスプールにバネによる荷重を作用させることなくメイン吸入口を全開し、可変容量時には第２のスプールが第１のスプールの方向へ移動して第１のスプールにバネによる荷重を作用させてメイン吸入口を閉じるようにすることもできる。
また、メイン吸入口として、最大容量時の流量を確保するための第１吸入口と、第１吸入口に対してロータリーバルブの回転方向に隣接して形成された第２吸入口とを用いることもできる。
また、好ましくは、サブ吸入口がスプールの移動に関わらずに常時開いている。

この発明によれば、最大容量時にはロータリーバルブのスプールが吸入ガス流により移動してメイン吸入口とサブ吸入口の双方を全開状態とし、可変容量時にはロータリーバルブのスプールが吸入室圧とクランク室圧との差圧により移動してサブ吸入口を開いたままメイン吸入口を閉じるので、最大容量時の性能を低下させることなく可変容量時における圧力変動の低減を図ることが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に実施の形態１に係るピストン式可変容量圧縮機の構造を示す。シリンダブロック１の前端部にフロントハウジング２が連結され、後端部に弁形成体３を介してリヤハウジング４が連結されている。シリンダブロック１とフロントハウジング２とによりクランク室５が区画形成されており、このクランク室５を貫通するようにシリンダブロック１及びフロントハウジング２に駆動シャフト６が回転可能に支持されている。駆動シャフト６の前端部はフロントハウジング２から外部に突出しており、車両のエンジンやモータ等の図示しない回転駆動源に連結される。フロントハウジング２内において駆動シャフト６に回転支持体７が固着されると共に回転支持体７に係合するように斜板８が取り付けられている。斜板８は、その中心部に形成された貫通孔に駆動シャフト６が貫通した状態で、斜板８に突出形成されたガイドピン９が回転支持体７に形成されたガイド孔１０にスライド可能に嵌入されており、ガイドピン９とガイド孔１０との連係により駆動シャフト６と一体的に回転すると共に駆動シャフト６の軸方向にスライド可能に且つ傾動可能に支持されている。また、回転支持体７はフロントハウジング２の前端内壁部に配設されたスラストベアリング１１により回転可能に支持されている。

シリンダブロック１には駆動シャフト６の周りに複数のシリンダボア１２が配列形成され、各シリンダボア１２にピストン１３がスライド可能に収容されている。各ピストン１３はシュー１４を介して斜板８の外周部に係合しており、斜板８が駆動シャフト６と共に回転すると、各ピストン１３はシュー１４を介してシリンダボア１２内を駆動シャフト６の軸方向に往復運動する。

リヤハウジング４の中央部には弁形成体３に面して吸入室１５が区画形成され、吸入室１５の外周部には吸入室１５を取り囲むように吐出室１６が区画形成されている。
また、シリンダブロック１とリヤハウジング４には、クランク室５と吐出室１６とを連通する連通路１７が形成されており、この連通路１７の途中に電磁弁からなる容量制御弁１８が配設されている。さらに、シリンダブロック１には、クランク室５と吸入室１５とを連通する抽気通路１９が形成されている。

シリンダブロック１の中央部にはバルブ収容室２０が軸方向に貫通形成されており、このバルブ収容室２０内に駆動シャフト６の後端に配設されたロータリーバルブ２１が収容されている。ロータリーバルブ２１は、駆動シャフト６に同期して回転すると共に内部が吸入室１５に連通する有底円筒状部材２２を有している。円筒状部材２２には、メイン吸入口２３とサブ吸入口２４とが形成されている。
円筒状部材２２の内部には、円筒状のスプール２５が移動自在に収容されている。また、円筒状部材２２の底部２２ａは駆動シャフト６に形成された連通路２６を介してクランク室５に連通されている。

ピストン１３により区画される各シリンダボア１２内の作動室とシリンダブロック１のバルブ収容室２０とがそれぞれ導通路２７を介して連通されている。ロータリーバルブ２１の円筒状部材２２のメイン吸入口２３及びサブ吸入口２４は各導通路２７に対応した軸方向の位置に形成されている。

図２に示されるように、メイン吸入口２３は最大容量時の流量を確保するために大きな開口面積Ｓ１を有し、一方、サブ吸入口２４は、メイン吸入口２３に対して軸方向に隣接して形成され、可変容量時に圧力変動を抑制するに十分な流量に絞るために小さな開口面積Ｓ２を有している。メイン吸入口２３はスプール２５の移動に応じて選択的に開閉され、サブ吸入口２４はスプール２５の移動に関わらずに常時開いている。スプール２５には、吸入ポート２０を臨む前面に吸入室１５の圧力Ｐｉが、円筒状部材２２の底部２２ａを臨む後面にクランク室５の圧力Ｐｃがそれぞれ作用している。
スプール２５が円筒状部材２２内を底部２２ａに向かって後退すると、図２に示されるように、メイン吸入口２３とサブ吸入口２４の双方が全開状態となる。一方、スプール２５が円筒状部材２２内を吸入ポート２０に向かって前進すると、図３に示されるように、メイン吸入口２３を全閉したところでスプール２５がストッパに当接し、サブ吸入口２４のみが開いた状態となる。

次に、この実施の形態１に係るピストン式可変容量圧縮機の動作について説明する。駆動シャフト６の回転駆動に伴うピストン１３の復動動作すなわちシリンダボア１２内を後退する動作により、吸入室１５内の冷媒ガスがロータリーバルブ２１の円筒状部材２２内に入る。このとき、駆動シャフト６と同期して回転するロータリーバルブ２１の円筒状部材２２のメイン吸入口２３及びサブ吸入口２４がこのシリンダボア１２に接続された導通路２７に対応した位置となり、冷媒ガスは、メイン吸入口２３、サブ吸入口２４及び導通路２７を通ってシリンダボア１２内へ流入する。

続くピストン１３の往動動作すなわちシリンダボア１２内を前進する際には、駆動シャフト６と同期して回転するロータリーバルブ２１の円筒状部材２２のメイン吸入口２３及びサブ吸入口２４がこのシリンダボア１２に接続された導通路２７とは異なる回転位置となり、シリンダボア１２内の冷媒ガスが弁形成体３の吐出ポート２８から吐出リード部を押しのけて吐出室１６へ吐出される。

容量制御弁１８の開度を設定することにより、連通路１７を介したクランク室５へのガス導入量と抽気通路１９を介したクランク室５からのガス導出量とのバランスが制御されてクランク室５の圧力Ｐｃが決定される。容量制御弁１８の開度を変えてクランク室５の圧力Ｐｃが変更されると、ピストン１３を介したクランク室５内とシリンダボア１２内との差圧が変更され、斜板８の傾斜角度が変化する。その結果、ピストン１３のストロークすなわち圧縮機の吐出容量が調整される。

例えば、クランク室５の圧力Ｐｃが下げられると、斜板８の傾斜角度が増加してピストン１３のストロークが増大し、吐出容量が大きくなる。逆に、クランク室５の圧力Ｐｃが上げられると、斜板８の傾斜角度が減少してピストン１３のストロークが縮小し、吐出容量が小さくなる。

ここで、最大容量時には、容量制御弁１８の開度設定によりクランク室５の圧力Ｐｃが低下されて吸入室１５の圧力Ｐｉとほぼ等しくなる。このため、吸入室１５から円筒状部材２２内へ流れ込む吸入ガス流によってスプール２５が円筒状部材２２内を底部２２ａに向かって後退する。これにより、図２に示されるように、メイン吸入口２３とサブ吸入口２４の双方が全開して開口面積はＳ１＋Ｓ２となる。これにより、最大容量の吐出が可能となる。このとき、スプール２５にはスプリング等による付勢力は作用していないため、スプール２５の後退に際してほとんどエネルギーの損失はなく、最大容量時の性能が確保される。

一方、可変容量時には、容量制御弁１８の開度設定によりクランク室５の圧力Ｐｃが上昇されて吸入室１５の圧力Ｐｉより高くなる。このため、スプール２５が円筒状部材２２内を吸入室１５に向かって前進し、図３に示されるように、メイン吸入口２３を全閉してサブ吸入口２４のみが開いた状態となる。すなわち、開口面積はＳ２となる。これにより、吸入ガスの通路が絞られ、圧力変動が十分に抑制される。

実施の形態２
図４に実施の形態２に係るピストン式可変容量圧縮機のロータリーバルブの構造を示す。円筒状部材２２内に第１のスプール２９が移動自在に収容されると共に第１のスプール２９の後部側に第２のスプール３０が移動自在に収容され、これら第１のスプール２９と第２のスプール３０との間にバネ３１が配置されている。第１のスプール２９の前面に吸入室１５の圧力Ｐｉが、第２のスプール３０の後面にクランク室５の圧力Ｐｃがそれぞれ作用している。なお、その他の部分の構造は実施の形態１と同様である。

最大容量時には、クランク室５の圧力Ｐｃが吸入室１５の圧力Ｐｉとほぼ等しくなるので、吸入ガス流によって第１のスプール２９が円筒状部材２２内を底部２２ａに向かって押圧され、第２のスプール３０と共に後退する。これにより、図４に示されるように、メイン吸入口２３とサブ吸入口２４の双方が全開して開口面積はＳ１＋Ｓ２となる。このとき、バネ３１は第１のスプール２９及び第２のスプール３０と共に後退するだけで付勢力は作用していないため、ほとんどエネルギーの損失はなく、最大容量時の性能が確保される。

一方、可変容量時には、クランク室５の圧力Ｐｃが上昇されて吸入室１５の圧力Ｐｉより高くなるので、第２のスプール３０が円筒状部材２２内を前進し、バネ３１を介して第１のスプール２９を前進させる。これにより、図５に示されるように、メイン吸入口２３が第１のスプール２９で全閉し、サブ吸入口２４のみが開いた状態となり、圧力変動が十分に抑制される。

このように、最大容量時には、第１のスプール２９にバネ３１の付勢力が作用しない状態として性能を確保し、可変容量時には、第１のスプール２９にバネ３１の付勢力を作用させてメイン吸入口２３の閉鎖動作の補助力とすることができる。

実施の形態３
図６に実施の形態３に係るピストン式可変容量圧縮機のロータリーバルブの構造を示す。この実施の形態３は、図１〜３に示した実施の形態１において、メイン吸入口２３の代わりに、ロータリーバルブ２１の円筒状部材２２に最大容量時の流量を確保するための第１吸入口３２と、第１吸入口３２に対してロータリーバルブの回転方向先行側に隣接する第２吸入口３３とを形成したものである。第１吸入口３２は開口面積Ｓ３を有し、第２吸入口３３は第１吸入口３２の開口面積Ｓ３に対して小さな開口面積Ｓ４を有している。また、サブ吸入口２４は第１吸入口３２に対して軸方向に隣接して形成されている。その他の部分の構造は実施の形態１と同様である。

第１吸入口３２に対してロータリーバルブの回転方向先行側に隣接して小さな開口面積Ｓ４の第２吸入口３３が形成されているので、シリンダボア１２内の作動室と吸入室１５との連通開始時において作動室へ冷媒ガスが少量だけ流入出することとなり、これにより圧縮機の運転条件により実際の吸入タイミングが最適な吸入タイミングに対してずれた場合でも、吸入脈動による圧力変動の発生を抑制することができる。

最大容量時には、スプール２５が円筒状部材２２内を底部に向かって後退し、図６に示されるように、第１吸入口３２と第２吸入口３３とサブ吸入口２４のすべてが全開して開口面積はＳ３＋Ｓ４＋Ｓ２となる。これにより、最大容量の吐出が可能となる。
一方、可変容量時には、スプール２５が円筒状部材２２内を吸入室１５に向かって前進し、図７に示されるように、第１吸入口３２と第２吸入口３３を全閉してサブ吸入口２４のみが開いた状態となる。すなわち、開口面積はＳ２となり、圧力変動が十分に抑制される。

また、上記の実施の形態１〜３では、スプール２５あるいは第１のスプール２９の移動に関わらずにサブ吸入口２４が常時開いていたが、これに限るものではなく、スプール２５あるいは第１のスプール２９の移動に伴ってメイン吸入口２３、第１吸入口３２及び第１吸入口３２と同様にサブ吸入口２４を開閉するように構成することもできる。

この発明の実施の形態１に係るピストン式可変容量圧縮機の構造を示す断面図である。 実施の形態１における最大容量時のロータリーバルブの様子を模式的に示す図である。 実施の形態１における可変容量時のロータリーバルブの様子を模式的に示す図である。 実施の形態２における最大容量時のロータリーバルブの様子を模式的に示す図である。 実施の形態２における可変容量時のロータリーバルブの様子を模式的に示す図である。 実施の形態３における最大容量時のロータリーバルブの様子を模式的に示す図である。 実施の形態３における可変容量時のロータリーバルブの様子を模式的に示す図である。

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 弁形成体、４ リヤハウジング、５ クランク室、６ 駆動シャフト、７ 回転支持体、８ 斜板、１２ シリンダボア、１３ ピストン、１５ 吸入室、１６ 吐出室、１７，２６ 連通路、１８ 容量制御弁、２０ 吸入ポート、２１ ロータリーバルブ、２２ 円筒状部材、２２ａ 底部、２３ メイン吸入口、２４ サブ吸入口、２５ スプール、２７ 導通路、２９ 第１のスプール、３０ 第２のスプール、３１ バネ、３２ 第１吸入口、３３ 第２吸入口。

Claims (6)

1. 駆動シャフトの周囲に配列された複数のシリンダボア内にそれぞれピストンを収容し、ピストンにより区画されるシリンダボア内の作動室に吸入ガスを導入するための案内通路が形成されたロータリーバルブを駆動シャフトに同期して回転可能に配置すると共にクランク室圧を調整することによりシリンダボア内のピストンのストロークが可変制御されるピストン式可変容量圧縮機において、
   ロータリーバルブは、
   最大容量時の流量を確保するためのメイン吸入口と可変容量時に圧力変動を抑制するに十分な流量に絞るためのサブ吸入口とを案内通路として有すると共に吸入室圧とクランク室圧を受けて軸方向に移動自在に配置されたスプールを有し、
   最大容量時には吸入ガス流により前記スプールが移動してメイン吸入口とサブ吸入口の双方を全開し、可変容量時には吸入室圧とクランク室圧との差圧により前記スプールが移動して前記円筒状部材のサブ吸入口を開いたままメイン吸入口を閉じることを特徴とするピストン式可変容量圧縮機。
2. ロータリーバルブは、駆動シャフトに同期して回転すると共にメイン吸入口及びサブ吸入口が形成された円筒状部材を有し、
   前記スプールは前記円筒状部材内を軸方向に移動自在に配置された請求項１に記載のピストン式可変容量圧縮機。
3. 前記スプールは、駆動シャフトに同期して回転すると共に軸方向に移動自在に配置され、メイン吸入口及びサブ吸入口は前記スプールに形成された請求項１に記載のピストン式可変容量圧縮機。
4. 前記スプールは、
   メイン吸入口を開閉するために移動自在に配置され且つ吸入室圧を受ける第１のスプールと、
   第１のスプールの背部に移動自在に配置され且つクランク室圧を受ける第２のスプールと、
   第１のスプールと第２のスプールとの間に配置されたバネと
   を有し、最大容量時には第２のスプールが第１のスプールから離れる方向へ移動して第１のスプールにバネによる荷重を作用させることなくメイン吸入口を全開し、可変容量時には第２のスプールが第１のスプールの方向へ移動して第１のスプールにバネによる荷重を作用させてメイン吸入口を閉じる請求項１〜３のいずれか一項に記載のピストン式可変容量圧縮機。
5. メイン吸入口は、最大容量時の流量を確保するための第１吸入口と、第１吸入口に対してロータリーバルブの回転方向に隣接して形成された第２吸入口とを有する請求項１〜４のいずれか一項に記載のピストン式可変容量圧縮機。
6. サブ吸入口は前記スプールの移動に関わらずに常時開いている請求項１〜５のいずれか一項に記載のピストン式可変容量圧縮機。

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