JP2006214346A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 バルブプレートの強度維持を図りつつ、吸入圧力の損失低減を図ることができる圧縮機を提供する。
【解決手段】 バルブプレート(64)内に形成され、吸入室(70)とシリンダボア(50)とを連通する吸入ポート(66)は、吸入室側に対向配置され、吸入室からシリンダボアに向けて一定の断面を有する開口部(82)と、開口部に連なり、吸入室からシリンダボアに向けて縮径される縮径断面を有する通路部(84)とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、圧縮機に係り、詳しくは、車両の空調システムの冷凍回路等に組み込まれて好適な圧縮機に関する。

この種の圧縮機は冷凍回路の循環経路に介挿されており、この循環経路から吸入した冷媒を圧縮し、高圧の圧縮冷媒を循環経路に供給している。
詳しくは、上記圧縮機はシリンダブロック及びシリンダヘッドを有し、これらシリンダブロックとシリンダヘッドとの間にはバルブプレートが狭持され、当該バルブプレートにはシリンダヘッド内の吸入室とシリンダブロック内のシリンダボアとを連通する吸入ポートが形成されている（特許文献１）。そして、この吸入ポートが吸入室の開口よりも小さな開口を備えていると、吸入室からシリンダボアに向かう吸入冷媒の流路断面積が急激に減少し、この吸入ポートの開口部分では大きな圧力損失が生ずる。このため、吸入ポートを吸入室側からシリンダボア側に向けて縮径させるバルブプレートが開示されている（特許文献２）。
特開昭６１−１９７７７４号公報 特開２００２−３１００６９号公報

ところで、上記バルブプレートには吸入ポートの近傍に吐出ポートも形成されているが、一般に、バルブプレートは比較的薄い板厚の円板状に形成されている。つまり、圧力損失の低減を図るべく、吸入ポートをシリンダボア側から吸入室側に向けて単に拡開させると、吸入ポートの吸入室側開口部の径が過大となって、吸入ポートと吐出ポートとの距離が足りなくなり、バルブプレートの強度面の懸念がある。

特に、地球環境への配慮から、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が１である自然系のＣＯ₂（炭酸）ガスを冷媒として用いた冷凍システムでは、環境負荷の低減に大きく貢献できる一方、作動圧力が非常に高い故にバルブプレートの強度面の低下は大きな問題になる。このように、従来の技術ではバルブプレートの強度の点については格別な配慮がなされていない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、バルブプレートの強度維持を図りつつ、吸入圧力の損失低減を図ることができる圧縮機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の圧縮機は、冷凍回路の循環経路に介挿され、循環経路から吸入した冷媒を圧縮し、圧縮冷媒を循環経路に向けて吐出する圧縮機であって、圧縮機は、シリンダブロック及びシリンダブロックにバルブプレートを介して気密に嵌合されたシリンダヘッドを有するハウジングと、シリンダヘッド内に形成され、循環経路からの冷媒が吸入される吸入室と、圧縮冷媒が循環経路に向けて吐出される吐出室と、シリンダブロック内に形成され、ピストンの往復運動により冷媒の圧縮が行われるシリンダボアと、バルブプレート内に形成され、吸入室とシリンダボアとを連通する吸入ポートと、シリンダボアと吐出室とを連通する吐出ポートとを具備し、吸入ポートは、吸入室側に対向配置され、吸入室からシリンダボアに向けて一定の断面を有する開口部と、開口部に連なり、吸入室からシリンダボアに向けて縮径される縮径断面を有する通路部とを備えることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、通路部には、吸入ポートの中心軸線に対して２０°〜３０°のテーパ角度が設けられていることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、開口部は、吸入室からシリンダボアに向けて一定の断面を有する円柱状をなし、連通部は、吸入室からシリンダボアに向けて縮径される裁頭円錐状をなしていることを特徴としている。

更にまた、請求項４記載の発明では、吸入ポートは、シリンダボア側に対向配置され、通路部に連なり、シリンダボアの中心軸線方向に向けて一定の断面を有する円柱状の開口部を備えることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、吸入ポートの開口部と吐出ポートとの間には、シール部材が配設されていることを特徴としている。

更に、請求項６記載の発明では、冷媒はＣＯ₂冷媒であることを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明の圧縮機によれば、吸入室内の吸入冷媒は、バルブプレート内に形成された吸入ポートを介してシリンダボア内に導入されるが、この吸入ポートがシリンダボアに向けて縮径断面を有する通路部を備えている。換言すれば、その吸入ポートの吸入室側がシリンダボア側に比して拡径されており、バルブプレートを通過する際の吸入冷媒はその圧力の損失低減が図られる。これにより、吸入冷媒の温度上昇が抑制されて冷凍能力の低下が防止されるし、実際に必要な圧縮動力が大きくならずに圧縮効率の低下も防止される。

そして、開口部が吸入室側に対向配置され、この開口部に通路部が連なることにより、従来の如く吸入ポートをシリンダボア側から吸入室側に向けて単に拡開させた場合に比して吸入ポートと吐出ポートとの間の肉厚不足は解消され、バルブプレートの強度は確実に維持される。
また、請求項２記載の発明によれば、吸入室に向けて拡径される通路部が、吸入ポートの中心振りで２０°〜３０°のテーパ角度が設けられているので、吸入圧力の損失低減とバルブプレートの強度維持との両立可能となる。

更に、請求項３記載の発明によれば、円柱状の開口部が吸入室側に対向配置され、この開口部に裁頭円錐状の通路部が連なることにより、バルブプレートに上記縮径断面を有する通路部のみを形成する場合よりも製造が容易となって、圧縮機の製造コストの削減にも寄与する。
更にまた、請求項４記載の発明によれば、吸入室側に対向配置された上記開口部の構成と相俟って、バルブプレートに上記通路部のみを形成する場合よりも製造がより一層容易となり、圧縮機の製造コストの更なる削減に寄与する。

また、請求項５記載の発明によれば、圧縮冷媒は吸入ポート側に漏れることなく、吐出ポートから吐出室に確実に送られる。
更に、請求項６記載の発明によれば、自然系冷媒であるが作動圧力の非常に高いＣＯ₂冷媒を用いても、バルブプレートの強度面が確保され、圧縮機の信頼性が向上する。

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る圧縮機４を示す。
当該圧縮機４はハウジング２０を備えた斜板式の電動圧縮機であり、この圧縮機４は車両の空調システムの冷凍回路２に組み込まれている。具体的には、この冷凍回路２には圧縮機４、ガスクーラ６、膨張弁８及び蒸発器１０が順次配置され、圧縮機４は蒸発器１０から自然系冷媒であるＣＯ₂冷媒（以下、単に冷媒と称す）を吸入し、この冷媒を圧縮してガスクーラ６に向けて吐出する。

ハウジング２０はシリンダブロック２４を備え、このシリンダブロック２４の一端側には駆動ケーシング２２が、他端側にはシリンダヘッド２６がそれぞれ図示しないボルトによって連結されている。シリンダブロック２４はその両端が開口されており、駆動ケーシング２２はシリンダブロック２４に向けて開口したカップ形状をなし、この開口端とシリンダブロック２４の一端側とが気密に嵌合されている。また、シリンダヘッド２６もシリンダブロック２４に向けて開口したカップ形状をなし、この開口端とシリンダブロック２４の他端側とが気密に嵌合されている。そして、駆動ケーシング２２の内側が圧縮機４の駆動部として構成され、シリンダブロック２４及びシリンダヘッド２６の内側が圧縮機４の圧縮部として構成される。

シリンダブロック２４内にはその中央に駆動軸３０が配置され、この駆動軸３０の一端３２はシリンダブロック２４を貫通し、軸受３８を介して駆動ケーシング２２のボス４８に回転自在に支持されている。一方、駆動軸３０の他端３４はシリンダブロック２４の中央に形成された中央孔３５に進入し、軸受３６を介してシリンダブロック２４に回転自在に支持されている。

駆動ケーシング２２内、具体的には、シリンダブロック２４の一端側と駆動ケーシング２２の有底部分との空間にはモータ室２８が形成され、駆動軸３０は電動モータ４０への通電により駆動される。詳しくは、モータ室２８にはブラシレスの電動モータ４０が配設されており、希土類の永久磁石、例えばネオジウム磁石を有するロータ４２が駆動軸３０の外周側に固着され、このロータ４２の外周側には電機子巻線４６を有するステータ４４が配置されている。そして、電機子巻線４６が通電されると、ロータ４２は電機子巻線４６で発生した磁界の回転に伴って回転し、駆動軸３０と一体的に回転する。なお、駆動ケーシング２２の周壁にはモータ室２８に連通する吸入口２３が形成されており、吸入口２３は前述した蒸発器１０に接続され、冷凍回路２の吸入冷媒としてモータ室２８内に導入させる。

シリンダブロック２４内には例えば６個のシリンダボア５０が形成されている。これらシリンダボア５０はシリンダブロック２４の周方向に等間隔を存して配置され、駆動軸３０と平行にしてシリンダブロック２４をその軸線方向に貫通している。
各シリンダボア５０内にはピストン５２が摺動自在に嵌合され、これらピストン５２の一端はシリンダブロック２４内、すなわち、クランク室５４に突出したテール５６として形成されている。テール５６は一対のシュー５８を有し、これらシュー５８間に斜板６０の外周縁部が摺動自在に挟み付けられている。

この斜板６０はロータ６１に一体に形成されて駆動軸３０に取り付けられ、駆動軸３０と一体に回転する。そして、ロータ６１の一端側はスラスト軸受６２を介してシリンダブロック２４に回転自在に支持されている。
一方、シリンダヘッド２６はシリンダブロック２４との間に円板状のバルブプレート６４を挟持している。このシリンダヘッド２６はその内部に互いに独立した環状の吸入室７０と、吐出室７２とを有している。吐出室７２はシリンダヘッド２６の中央部分に配置され、吸入室７０はその外周側に配置されている。

吸入室７０は各シリンダボア５０内にそれぞれ吸入弁７４を介して連通することができる。これに対し、吐出室７２は各シリンダボア５０内にそれぞれ吐出弁７６を介して連通することができる。詳しくは、吸入弁７４はシリンダブロック２４とバルブプレート６４との間に挟持され、取付け具８０を介してバルブプレート６４に固定されている。これに対し、吐出弁７６はバルブプレート６４の吐出室７２側の面にその弁開度を制限するストッパ７８とともに取り付けられ、上記取付け具８０を介してバルブプレート６４に固定されている。

ここで、本実施形態のバルブプレート６４にはシリンダボア５０毎に吸入ポート６６及び吐出ポート６８がそれぞれ形成されている。吸入ポート６６は吸入室７０とシリンダボア５０とを連通し、吐出ポート６８はシリンダボア５０と吐出室７２とを連通する。図から明らかなように、バルブプレート６４の径方向でみて、吸入ポート６６は対応する吐出ポート６８の外側に位置付けられている。

そして、図２に示されるように、吸入ポート６６は、吸入室７０に対向配置される吸入室側開口部（開口部）８２を備えている。この吸入室側開口部８２は円柱状の孔として形成され、吸入室７０からシリンダボア５０の中心軸線方向に沿って一定の断面を有している。この円柱状部分の母線長さＣはバルブプレート６４の板厚ｔに対して約１０％程度の長さとされる。

一方、吸入ポート６６は、シリンダボア５０に対向配置されるボア側開口部（開口部）８６を備えている。このボア室側開口部８６もまた円柱状の孔として形成され、吸入室７０からシリンダボア５０の中心軸線方向に沿って一定の断面を有している。この円柱状部分の母線長さＬもバルブプレート６４の板厚ｔに対して約１０％程度の長さとされる。なお、ボア室側開口部８６の径Ｄは、シリンダボア５０に対する吸入ポート６６と吐出ポート６８とのシール９０の位置を確保すべく適宜設定される。

また、吸入室側開口部８２及びボア室側開口部８６はそれぞれ吸入通路部（通路部）８４に連なる。この吸入通路部８４は裁頭円錐状の孔として形成され、吸入室７０からシリンダボア５０の中心軸線方向に向けて縮径される断面を有している。詳しくは、吸入通路部８４は吸入ポート６６の中心軸線に対して２０°〜３０°で規定されたテーパ角度θにて形成されている。そして、当該テーパ角度θの範囲の規定と、上述した吸入室側開口部８２による円柱状の断面との形状により、吸入ポート６６と吐出ポート６８との間には剛性部８８が形成される。

再び図１に戻ると、上記圧縮機４では、電動モータ４０の通電による駆動軸３０の回転に伴って斜板６０が回転されると、この斜板６０の回転は各ピストン５２の往復運動に変換される。ここで、ピストン５２がそのシリンダボア５０内の容積を増加させる方向に移動すると、吸入弁７４が開かれ、吸入ポート６６を通じて圧力損失の少ない冷媒ガスが吸入室７０からシリンダボア５０内に吸い込まれる。この後、ピストン５２がシリンダヘッド２６側に向けて移動すると、シリンダボア５０内に吸い込まれた冷媒は圧縮され、この圧縮圧が吐出弁７６の締切圧を越えた時点で吐出弁７６が開かれる。この結果、圧縮冷媒ガスはシリンダボア５０から吐出ポート６８を通じて吐出室７２内に吐出され、吐出口７３を介してガスクーラ６に供給される。

この吐出された高温高圧ガス状態の冷媒はガスクーラ６内で冷却され、膨張弁８に供給され、絞り作用による膨張を受けて蒸発器１０内に噴出され、冷媒の気化熱により蒸発器１０の周囲の空気が冷却される。次いで、冷気が車室内に送り込まれて車室内の冷房が行われる。なお、この蒸発器１０内の冷媒は圧縮機４の吸入口２３からモータ室２８に戻って電動モータ４０を冷却した後、本実施形態ではシリンダブロック２４内に穿設された連通孔２５、バルブプレート６４内に穿設された連通孔６５及びシリンダヘッド２６内に穿設された連通孔２７を介して吸入室７０に至り、圧縮機４により再度圧縮され、上述の如く循環する。

以上のように、本実施形態の圧縮機４では、吸入室７０内の吸入冷媒はバルブプレート６４内に形成された吸入ポート６６を介してシリンダボア５０内に導入されるが、この吸入ポート６６がシリンダボア５０に向けて縮径断面を有する裁頭円錐状の吸入通路部８４を備えている。すなわち、その吸入ポート６６の吸入室７０側がシリンダボア５０側に比して拡径されており、バルブプレート６４を通過する際の吸入冷媒はその圧力の損失低減が図られる。

具体的には、吸入室７０に向けて拡径される吸入通路部８４は吸入ポート６６の中心振りで２０°〜３０°のテーパ角度が設けられている。ここで、当該テーパ角度が２０°に満たないと、バルブプレート６４を通過する際の吸入冷媒はその圧力の大きな損失が生じてしまうが、吸入通路部８４によれば吸入圧力の損失を確実に低減できる。この点については、図３の駆動軸３０の回転速度と圧縮機４の成績係数ＣＯＰとの関係図に示されるように、吸入ポート６６が２０°〜３０°の範囲内のテーパ角度θを有する吸入通路部８４を備えることにより、図中に実線で示される如く、駆動軸３０の使用回転速度の範囲内のほぼ総てにおいてＣＯＰが従来例（図中、一点鎖線で示す）よりも高くなることが分かる。つまり、吸入圧力の損失が低減された故に、吸入冷媒ガスの温度上昇が抑制され、冷凍能力の低下が防止される。しかも、吸入冷媒ガスの温度上昇が抑制された故に、圧縮機４にて実際に必要な圧縮動力が大きくならず、圧縮効率の低下も防止される。これらの結果、ＣＯＰが高くなるのである。

一方、当該テーパ角度が３０°を超えると、バルブプレート６４の強度面が低下し、吐出ポート６８や吐出弁７６の設計変更が必要になる。しかしながら、円柱状の吸入室側開口部８２が吸入室７０に対向配置され、この吸入室側開口部８２に上記テーパ角度θを有する裁頭円錐状の吸入通路部８４が連なることにより、吸入ポート６６と吐出ポート６８との間には剛性部８８が備えられ、作動圧力の非常に高いＣＯ₂冷媒を用いても、バルブプレート６４の強度が確実に維持される。つまり、吸入室側開口部８２及び吸入通路部８４の形状により、吸入ポートをシリンダボア側から吸入室側に向けて単に拡開させた場合に比してバルブプレート６４の径方向、具体的には吸入ポート６６と吐出ポート６８との間の肉厚不足は解消される。従って、例えばシリンダボア５０の径が小さく、吸入ポート６６と吐出ポート６８とが近接されている場合でも、吐出ポート６８や吐出弁７６の設計変更をしなくて済む。更に、バルブプレート６４に縮径断面を有する通路部のみを形成する場合よりも製造が容易となって、圧縮機４の製造コストの削減にも寄与する。

更に、一定の断面を有するボア側開口部８６がシリンダボア５０側に対向配置されているので、例えばシリンダボア５０の径が小さく、吸入ポート６６の近傍にシール９０が施され、吸入ポート６６と吐出ポート６８との間の冷媒の漏れを防止している場合でも、シリンダボア５０の径や吸入弁７４の設計変更もしなくて済む。また、上述した吸入室側開口部８４の構成と相俟って、バルブプレート６４に縮径断面を有する通路部のみを形成する場合よりも製造がより一層容易となって、圧縮機４の製造コストの更なる削減に寄与する。なお、吸入ポート６６の上記形状は鍛造や鋳造にて成形可能であり、この点からも圧縮機４の製造コストの削減に寄与する。

また、自然系冷媒であるＣＯ₂冷媒を用いれば、環境負荷の低減に大きく貢献する。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、本発明は斜板式の圧縮機に必ずしも限定されるものではなく、例えば揺動板式の圧縮機等にも適用可能であり、また、圧縮機の動力源についても上述した電動モータの他、車両のエンジンを用いても良い。更に、シリンダボア５０の数も何ら制約されるものではない。

また、上述した円柱状の吸入ポート開口部や裁頭円錐状の吸入ポート連通部であれば応力集中が少なく強度面で最も優れているが、吸入ポート開口部は半円柱状や角柱状であっても良く、吸入ポート連通部は偏心円錐状であっても良い。更に、上記圧縮機はＣＯ₂冷媒以外の冷媒にも適用可能である。

本発明の一実施形態に係る圧縮機を示した縦断面図である。 図１のバルブプレートの部分拡大図である。 図１の圧縮機における効果を示す図である。

符号の説明

２ 冷凍回路
４ 圧縮機
２０ ハウジング
２４ シリンダブロック
２６ シリンダヘッド
５０ シリンダボア
５２ ピストン
６４ バルブプレート
６６ 吸入ポート
６８ 吐出ポート
７０ 吸入室
７２ 吐出室
８２ 吸入室側開口部（開口部）
８４ 吸入通路部（通路部）
８６ ボア側開口部（開口部）
８８ 剛性部
９０ シール（シール部材）

Claims (6)

1. 冷凍回路の循環経路に介挿され、該循環経路から吸入した冷媒を圧縮し、圧縮冷媒を前記循環経路に向けて吐出する圧縮機であって、
   該圧縮機は、シリンダブロック及び該シリンダブロックにバルブプレートを介して気密に嵌合されたシリンダヘッドを有するハウジングと、
   前記シリンダヘッド内に形成され、前記循環経路からの冷媒が吸入される吸入室と、前記圧縮冷媒が前記循環経路に向けて吐出される吐出室と、
   前記シリンダブロック内に形成され、ピストンの往復運動により前記冷媒の圧縮が行われるシリンダボアと、
   前記バルブプレート内に形成され、前記吸入室と前記シリンダボアとを連通する吸入ポートと、前記シリンダボアと前記吐出室とを連通する吐出ポートとを具備し、
   前記吸入ポートは、前記吸入室側に対向配置され、該吸入室から前記シリンダボアに向けて一定の断面を有する開口部と、該開口部に連なり、前記吸入室から前記シリンダボアに向けて縮径される縮径断面を有する通路部とを備えることを特徴とする圧縮機。
2. 前記通路部には、前記吸入ポートの中心軸線に対して２０°〜３０°のテーパ角度が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記開口部は、前記吸入室から前記シリンダボアに向けて一定の断面を有する円柱状をなし、前記連通部は、前記吸入室から前記シリンダボアに向けて縮径される裁頭円錐状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
4. 前記吸入ポートは、前記シリンダボア側に対向配置され、前記通路部に連なり、前記シリンダボアの中心軸線方向に向けて一定の断面を有する円柱状の開口部を備えることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
5. 前記吸入ポートの開口部と前記吐出ポートとの間には、シール部材が配設されていることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
6. 前記冷媒は、ＣＯ₂冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。

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