JP2006052704A - 可変容量斜板式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸入圧力の高い高熱負荷領域でも吐出容量制御が可能であり、且つ安定した吐出容量制御が可能な可変容量斜板式圧縮機を提供する。
【解決手段】 吐出圧領域とクランク室とを連通させる連通路の開度を調整する開度調整手段によりクランク室の内圧を制御して斜板の傾角を制御し、吐出容量を制御する可変容量斜板式圧縮機であって、開度調整手段は、吐出圧領域を構成する吐出室内部に形成された収容室に収容され、一端が吐出室に面し他端が吐出室よりも下流の冷媒通路に面し、前記一端と前記他端との間の差圧に応答して変位する差圧応答部材と、差圧応答部材の変位に追随して変位し前記連通路の開度を調整する弁体と、弁体の開閉動作点設定手段とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可変容量斜板式圧縮機に関するものである。

車載空調装置に使用される圧縮機であって吐出圧領域とクランク室とを連通させる連通路の開度を調整する開度調整手段によりクランク室の内圧を制御して斜板の傾角を制御し、吐出容量を制御する可変容量斜板式圧縮機であって、吸入圧力を感知する感圧部材の変位によって連通路の開度を調整するように構成された可変容量斜板式圧縮機が特許文献１、２等に開示されている。
特開昭６２−２８２１８２ 特開平９−２６８９７３

特許文献１、２等に開示された従来の可変容量斜板式圧縮機には以下の問題がある。
（１）吸入圧が所定値まで低下しないと連通路が開放されず吐出容量が減少しないので、空調装置蒸発器の熱負荷が非常に大きい場合には、吸入圧が所定値まで低下せず、圧縮機が最大容量で動作する。係る状態で車両エンジンの回転数が増加し圧縮機の回転数が増加すると、圧縮機の負荷が過大になり、圧縮機が破損する場合がある。
（２）空調装置の冷凍回路で、温度膨張弁のハンチングに起因して吸入圧力変動が発生すると、当該圧力変動を抑制するように圧縮機の吐出容量が制御されるので、温度膨張弁のハンチング現象が増幅され、冷媒循環量が大きく変動して蒸発器出口側の冷風温度が大きく変動する。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、吸入圧力の高い高熱負荷領域でも吐出容量制御が可能であり、且つ安定した吐出容量制御が可能な可変容量斜板式圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、吐出圧領域とクランク室とを連通させる連通路の開度を調整する開度調整手段によりクランク室の内圧を制御して斜板の傾角を制御し、吐出容量を制御する可変容量斜板式圧縮機であって、開度調整手段は、吐出圧領域を構成する吐出室内部に形成された収容室に収容され、一端が吐出室に面し他端が吐出室よりも下流の冷媒通路に面し、前記一端と前記他端との間の差圧に応答して変位する差圧応答部材と、差圧応答部材の変位に追随して変位し前記連通路の開度を調整する弁体と、弁体の開閉動作点設定手段とを有することを特徴とする可変容量斜板式圧縮機を提供する。
本発明においては、差圧応答部材の前後差圧に応じて吐出容量が制御されるので、吸入圧力が高い高熱負荷領域でも吐出容量制御が可能となり、且つ吐出容量制御に与える吐出圧力や吸入圧力の変動の影響が減少して安定した吐出容量制御が可能となる。

本発明の好ましい態様においては、弁体は吐出室内に配設されている。
弁体を吐出室内に配設することにより、専用のバルブハウジングが不要になり、圧縮機製造コストが低減する。

本発明の好ましい態様においては、弁体が当接する弁座面及び弁体が開閉する弁孔は弁板に形成されている。
弁孔を弁板に形成することにより、弁板に形成される他の連通孔との一体加工が可能になり、圧縮機の製造コストが低減する。弁板に弁座面を形成することにより、弁板の表面研磨加工による弁座面の表面仕上げが可能となり、弁座加工を別途行う必要が無くなり、圧縮機の製造コストが低減する。

本発明の好ましい態様においては、差圧応答部材は収容室に摺動可能に内嵌合している。
差圧応答部材が収容室に摺動可能に内嵌合することにより、差圧応答部材の支持部材を別途配設する必要がなくなり、圧縮機の製造コストが低減する。

本発明の好ましい態様においては、差圧応答部材外周面及び／又は収容室内周面に、周溝が形成されている。
差圧応答部材外周面及び／又は収容室内周面に、周溝が形成されることにより、冷媒が流れる差圧応答部材外周面と収容室内周面との間の隙間内の静圧の周方向分布が均一化され、差圧応答部材の片当たりがなくなり、差圧応答部材の作動がスムーズになる。

本発明の好ましい態様においては、差圧応答部材外周面と収容室内周面との間の隙間が、冷媒通路を形成している。
差圧応答部材外周面と収容室内周面との間の隙間が冷媒通路中に絞り部を形成し、差圧応答部材の前後差圧を発生させ、当該差圧による吐出容量制御を可能にする。絞り部の形成により、吐出圧力脈動の空調装置への伝播が抑制される。

本発明の好ましい態様においては、開閉作動点設定手段は弾性部材である。
弾性部材が開閉作動点設定手段を構成することにより、開閉作動点設定手段の構成が簡素化され、圧縮機の製造コストが低減する。

本発明の好ましい態様においては、可変容量斜板式圧縮機は、吐出圧領域又は吸入圧領域とクランク室とを連通させる第２連通路と、第２連通路の開度を調整する第２開度調整手段とを備える。
作動応答部材の前後差圧が所定値よりも小さく、吐出圧領域とクランク室とを連通させる連通路を弁体が閉じている時に、第２連通路を開閉制御して吐出容量を制御できるので、きめ細かな空調が可能となる。

本発明においては、差圧応答部材の前後差圧に応じて吐出容量が制御されるので、吸入圧力が高い高熱負荷領域でも吐出容量制御が可能となり、且つ吐出容量制御に与える吐出圧力や吸入圧力の変動の影響が減少して安定した吐出容量制御が可能となる。

本発明の実施例に係る可変容量斜板式圧縮機を説明する。

図１に示すように、可変容量型斜板式圧縮機１００は、複数のシリンダボア１０１ａが形成されたシリンダブロック１０１と、シリンダブロック１０１の一端側に設けられたフロントハウジング１０２と、シリンダブロック１０１の他端側に弁板１０３を介して設けられたリアハウジング１０４とを備えている。シリンダブロック１０１とフロントハウジング１０２とによって画成されたクランク室１０５を横断して、駆動軸１０６が設けられ、駆動軸１０６に中心部を貫通された斜板１０７が、駆動軸１０６に固定されたロータ１０８に、連結部１０９を介して連結されている。駆動軸１０６の一端は、フロントハウジング１０２のボス部１０２ａを貫通して、フロントハウジング１０２外へ延びている。

電磁クラッチ１５０が、ベアリング１１０を介してボス部１０２ａに取り付けられている。電磁クラッチ１５０は、ボス部１０２ａの周囲に設けられたプーリー１５１と、プーリー１５１内に収容された電磁石装置１５２と、プーリー１５１の摩擦面１５１ａに対向配置されたクラッチ板１５３とを有している。駆動軸１０６の一端はボルト等の固定部材１１１を介してクラッチ板１５３に連結している。駆動軸１０６とボス部１０２ａとの間には、シール部材１１２が介挿され、フロントハウジング１０２の内部と外部とを遮断している。駆動軸１０６の一端近傍部はベアリング１１４を介してフロントハウジング１０２に回転可能に支持され、駆動軸１０６の他端はベアリング１１６を介してシリンダブロック１０１により回転可能に支持され、ロータ１０８はベアリング１１５を介してフロントハウジング１０２により回転可能に支持されている。
電磁クラッチ１５０は、エアコンスイッチ１６０及び蒸発器出口空気温度を検出する温度センサー１６１の出力信号に応じて接点をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御装置１６２により着脱制御される。これにより、蒸発器の凍結が防止され、所望の冷房性能が得られる。

シリンダボア１０１ａ内には、ピストン１１７が配設され、ピストン１１７のシューポケット１１７ａに一対のシュー１１８が保持され、シュー１１８が斜板１０７の外縁部を相対摺動可能に挟持し、シュー１１８を介して、斜板１０７の回転が往復運動に変換されてピストン１１７に伝達される。

リアハウジング１０４内に、吸入室１１９と吐出室１２０とが形成されている。吸入室１１９は、弁板１０３に形成された吸入孔と弁板１０３に装着された吸入弁とを介してシリンダボア１０１ａに連通し、吐出室１２０は、弁板１０３に装着された吐出弁と弁板１０３に形成された吐出孔とを介してシリンダボア１０１ａに連通している。吸入室１１９は、図示しない固定オリフィスを介して、駆動軸１０６の他端に隣接して形成された室１２１に連通している。従って、クランク室１０５内の冷媒ガスは、駆動軸１０６の他端とベアリング１１６との間の隙間と室１２１と図示しない固定オリフィスとを介して、吸入室１１９へ流出する。

リアハウジング１０４に、吐出ポート１０４ａが形成されている。吐出ポート１０４ａは、差圧応答部材１２２外周面と、吐出室１２０内に形成されて差圧応答部材１２２を収容する収容室１０４ｂ内周面との間の隙間、すなわち絞り部を介して、吐出室１２０に連通している。差圧応答部材１２２の一端は吐出室１２０に面し、他端は吐出室１２０よりも下流の冷媒通路である収容室１０４ｂに面している。シリンダボア１０１ａから吐出室１２０へ吐出された冷媒ガスは、前記絞り部により流量が制限されて吐出ポート１０４ａへ流出する。
差圧応答部材１２２には弁体１２２ａが一体形成されている。弁体１２２ａは、吐出室１２０内で延在しており、弁板１０３に形成された弁孔１０３ａ周囲の弁板１０３表面が形成する弁座に当接離隔して弁孔１０３ａを開閉し、弁孔１０３ａとシリンダブロック１０１にされた貫通孔１２３とにより形成される、吐出圧領域とクランク室１０５との間の連通路を開閉する。差圧応答部材１２２は収容室１０４ｂに摺動可能に内嵌合しており、差圧応答部材１２２の外周面と収容室１０４ｂの内周面１０４ｃとの間の隙間が絞り部を形成している。差圧応答部材１２２の外周面に、周溝１２２ｂが形成されている。差圧応答部材１２２は、バネ１２４により閉弁方向へ付勢されている。
弁体１２２ａを一体形成した差圧応答部材１２２と、収容室１０４ｂと、弁孔１０３ａとバネ１２４とで差圧応答弁が構成されている。

差圧応答弁の作動特性は下式で表される。
△Ｐｄ＝（Ｓｖ／Ｓｐ）・（Ｐｄ−Ｐｓ）＋（Ｆｓ−α・Ｓｖ）／Ｓｐ・・・・・（１）
Ｐ１：差圧応答部材１２２の入口側圧力（吐出室圧力Ｐｄ）
Ｐ２：差圧応答部材１２２の出口側圧力
△Ｐｄ：Ｐ１−Ｐ２（差圧応答部材１２２の前後差圧）
Ｐｄ：吐出室圧力
Ｐｓ：吸入室圧力
α：Ｐｃ−Ｐｓ
Ｐｃ：クランク室圧力
Ｓｖ：弁孔１０３ａの面積
Ｓｐ：差圧応答部材１２２の有効面積
Ｆｓ：バネ１２４の付勢力

可変容量斜板式圧縮機の作動を説明する。
圧縮吐出される冷媒循環量が通常の範囲、すなわち差圧応答部材１２２の前後差圧△Ｐｄが、式（１）で表される所定値より小さい場合は、図２（ａ）に示すように、弁体１２２ａが弁孔１０３ａを閉じ、吐出室１２０とクランク室１０５との連通が遮断され、吐出冷媒ガスはクランク室１０５に導入されない。ピストン１１７が冷媒ガスを圧縮する際に発生するブローバイガスがクランク室１０５から固定オリフィスを介して吸入室１１９へ流出し、クランク室１０５の内圧が低下して吸入室１１９の内圧と同等になり、斜板１０７の傾角が増加して圧縮機１００の吐出量は最大に維持される。

圧縮吐出される冷媒循環量が所定値を越えて、差圧応答部材１２２の前後差圧△Ｐｄが、式（１）で表される所定値より大きくなると、図２（ｂ）に示すように、差圧応答部材１２２がバネ１２４の付勢力に抗して吐出ポート１０４ａ側へ移動し、弁孔１０３ａが開放されて、吐出冷媒ガスがクランク室１０５に導入される。クランク室１０５の内圧が上昇し、斜板１０７の傾角が減少して圧縮機１００の吐出量が減少する。
圧縮機１００の吐出量が減少すると、冷媒循環量も減少するので、差圧応答部材１２２の前後差圧△Ｐｄが減少し、差圧応答部材１２２が弁孔１０３ａを閉じる方向へ移動し、クランク室１０５への吐出冷媒ガス導入量が減少してクランク室１０５の内圧が低下し、斜板１０７の傾角が増加して圧縮機１００の吐出量が増加する。
上記動作が繰り返され、差圧応答部材１２２の前後差圧△Ｐｄが、式（１）で表される所定値に漸近するように、圧縮機１００の吐出量が自律的に制御される。

式（１）で表される前後差圧△Ｐｄの所定値は、吐出圧力と吸入圧力の差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）の関数であり、図３に示すように、前記差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）の増加と共に増加する。すなわち、圧縮機１００の吐出容量は、吐出圧力と吸入圧力の差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が増加すると増加するように制御される。吐出圧力と吸入圧力の差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）は、空調装置の熱負荷をある程度反映するので、空調装置の熱負荷に見合った吐出容量制御がなされることになる。
式（１）で表される前後差圧△Ｐｄの所定値は、バネ１２４の付勢力Ｆｓの関数なので、バネ１２４の付勢力Ｆｓが変わると、式（１）で表される前後差圧△Ｐｄの所定値、すなわち弁孔１０３を閉じていた弁体１２２ａが開弁方向への移動を開始する弁体１２２ａの開閉動作点が変わる。すなわちバネ１２４は、弁体１２２ａの開閉動作点を決める開閉動作点設定手段として機能する。

本実施例に係る可変容量斜板式圧縮機においては、差圧応答部材１２２の前後差圧に応じて吐出容量が制御されるので、吸入圧力が高い高熱負荷領域でも吐出容量制御が可能となる。Ｓｐ＞Ｓｖなので、差圧応答部材１２２の前後差圧△Ｐｄに与える（Ｐｄ−Ｐｓ）の影響は小さい。従って、ＰｄやＰｓの変動にあまり影響されない安定した吐出容量制御が可能となる。
弁体１２２ａを吐出室１２０内に配設することにより、専用のバルブハウジングが不要になり、圧縮機製造コストが低減する。
弁孔１０３ａを弁板１０３に形成することにより、吸入孔、吐出孔等の弁板１０３に形成される他の連通孔との一体加工が可能になり、圧縮機の製造コストが低減する。弁板１０３に弁座面を形成することにより、弁板１０３の表面研磨加工による弁座面の表面仕上げが可能となり、弁座加工を別途行う必要が無くなり、圧縮機の製造コストが低減する。
差圧応答部材１２２が収容室１０４ｂに摺動可能に内嵌合することにより、差圧応答部材１２２の支持部材を別途配設する必要がなくなり、圧縮機の製造コストが低減する。
差圧応答部材１２２の外周面に、周溝１２２ｂが形成されることにより、冷媒が流れる差圧応答部材１２２外周面と収容室１０４ｂ内周面との間の隙間内の静圧の周方向分布が均一化され、差圧応答部材１２２の片当たりが防止されて、差圧応答部材１２２の作動がスムーズになる。周溝１２２ｂに代えて、収容室１０４ｂ内周面に周溝を形成しても良い。
差圧応答部材１２２外周面と収容室１０４ｂ内周面との間の隙間が冷媒通路中に絞り部を形成し、差圧応答部材１２２の前後差圧を発生させ、当該差圧による吐出容量制御を可能にする。絞り部の形成により、吐出圧力脈動の空調装置への伝播が抑制される。
弾性部材であるバネ１２４が弁体１２２ａの開閉作動点設定手段を構成することにより、開閉作動点設定手段の構成が簡素化され、圧縮機の製造コストが低減する。

閉弁状態でのバネ１２４の圧縮量を調整する調整螺子等の、バネ１２４の付勢力Ｆｓを調整する部材を配設しても良い。差圧応答部材１２２の移動量を規制する部材を配設しても良い。

実施例１においては、差圧応答部材１２２は、吐出室１２０と吐出ポート１０４ａとを連結する冷媒通路に配設されたが、図４に示すように、本実施例においては、差圧応答部材１２２は、吐出室１２０と吐出ポート１０４ａとを連結する冷媒通路１０４ｄに配設されていない。収容室１０４ｂは冷媒通路を形成しておらず、連通路１０４ｅを介して吐出ポート１０４ａと連通している。差圧応答部材１２２の一端は吐出室１２０に面し、他端は吐出室１２０よりも下流の冷媒通路である吐出ポート１０４ａに連通路１０４ｅを介して面している。差圧応答部材１２２は、吐出室１２０の内圧と吐出ポート１０４ａの内圧との差圧に応じて作動するように構成されている。差圧応答部材１２２の外周面と収容室１０４ｂの内周面との間の隙間は極小に設定され、吐出室１２０から収容室１０４ｂと連通路１０４ｅとを介して吐出ポート１０４ａへ流れる冷媒は殆ど無く、吐出室１２０から排出される冷媒は、冷媒通路１０４ｄをへて吐出ポート１０４ａへ流れ、空調装置の凝縮器に至る。
本実施例においては、差圧応答部材１２２をベローズ、ダイアフラム等の通常の感圧部材としても良い。

図５に示すように、本実施例においては、実施例１の差圧応答弁に加えて、吐出室１２０とクランク室１０５とを連通させる第２連通路２００を形成し、第２連通路２００の途上に、電磁弁２１０を配設している。圧縮機は、電磁クラッチを介することなく無端ベルト等の動力伝達装置を介して車両エンジンに直結したクラッチレス可変容量斜板式圧縮機としている。
電磁弁２１０は、エアコンスイッチ２２０及び蒸発器出口空気温度を検出する温度センサー２２１の出力信号に応じて接点をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御装置２２２により開閉され、蒸発器の凍結を防止し、かつ所望の冷房性能が得られるように制御される。空調装置をＯＦＦする時は電磁弁２１０を開放し、吐出室１２０内の吐出冷媒ガスを常時クランク室１０５に導入してクランク室内圧を上昇させ、斜板傾角を減少させて最小吐出容量を維持する。
圧縮吐出される冷媒循環量が通常の範囲にある時、すなわち差圧応答弁が閉じている時は、電磁弁２１０による吐出容量制御が行われ、圧縮吐出される冷媒循環量が予め設定された所定値を超えると、電磁弁２１０の作動に関わらず、差圧応答弁による吐出容量制御が行われる。
冷媒循環量の多少に関わらず吐出容量が制御されるので、きめ細かな空調が可能となる。

本発明は、可変容量斜板式圧縮機に広く利用可能である。

本発明の第１実施例に係る可変容量斜板式圧縮機の構造図である。（ａ）は断面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図である。 図１の可変容量斜板式圧縮機が備える差圧応答弁の拡大断面図である。 図１の可変容量斜板式圧縮機が備える差圧応答弁の作動特性を示す図である。 本発明の第２実施例に係る可変容量斜板式圧縮機の断面図である。 本発明の第３実施例に係る可変容量斜板式圧縮機の断面図である。

符号の説明

１００ 可変容量斜板式圧縮機
１０１ シリンダブロック
１０２ フロントハウジング
１０３ 弁板
１０３ａ 弁孔
１０４ リアハウジング
１０４ａ 吐出ポート
１０４ｂ 収容室
１０５ クランク室
１０６ 駆動軸
１０７ 斜板
１１７ ピストン
１１９ 吸入室
１２０ 吐出室
１２２ 差圧応答部材
１２２ａ 弁体
１２３ 貫通孔
１２４ バネ
２１０ 電磁弁

Claims (8)

1. 吐出圧領域とクランク室とを連通させる連通路の開度を調整する開度調整手段によりクランク室の内圧を制御して斜板の傾角を制御し、吐出容量を制御する可変容量斜板式圧縮機であって、開度調整手段は、吐出圧領域を構成する吐出室内部に形成された収容室に収容され、一端が吐出室に面し他端が吐出室よりも下流の冷媒通路に面し、前記一端と前記他端との間の差圧に応答して変位する差圧応答部材と、差圧応答部材の変位に追随して変位し前記連通路の開度を調整する弁体と、弁体の開閉動作点設定手段とを有することを特徴とする可変容量斜板式圧縮機。
2. 弁体は吐出室内に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量斜板式圧縮機。
3. 弁体が当接する弁座面及び弁体が開閉する弁孔は弁板に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変容量斜板式圧縮機。
4. 差圧応答部材は収容室に摺動可能に内嵌合していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の可変容量斜板式圧縮機。
5. 差圧応答部材外周面及び／又は収容室内周面に、周溝が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の可変容量斜板式圧縮機。
6. 差圧応答部材外周面と収容室内周面との間の隙間が、冷媒通路を形成していることを特徴とする請求項４又は５に記載の可変容量斜板式圧縮機。
7. 開閉作動点設定手段は弾性部材であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の可変容量斜板式圧縮機。
8. 吐出圧領域又は吸入圧領域とクランク室とを連通させる第２連通路と、第２連通路の開度を調整する第２開度調整手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の可変容量斜板式圧縮機。

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