JP2009102989A

JP2009102989A - 可変容量圧縮機

Info

Publication number: JP2009102989A
Application number: JP2007272719A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Takai; 和彦高井
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2009-05-14
Also published as: EP2206919B1; US20100209272A1; EP2206919A1; CN101828034A; EP2206919A4; KR20100065399A; WO2009051006A1; KR101194431B1; US8529219B2

Abstract

【課題】圧縮機の起動時等における液圧縮を防止し装置の耐久性、信頼性を向上するとともに、優れた容量制御応答性を発揮する可変容量圧縮機を提供する。
【解決手段】吸入ポートとシリンダボアへの吸入孔との間の流路に配設され、該流路の開口面積を可変制御する開度調整弁を備えた可変容量圧縮機において、前記開度調整弁の弁体の前記流路の開口面積を増大させる方向の動きに対する抵抗を、開口面積を減少させる方向の動きに対する抵抗よりも大きくしたことを特徴とする可変容量圧縮機。
【選択図】図２

Description

本発明は、吸入ポートとシリンダボアへの吸入孔との間の流路に、該流路の開口面積を可変制御する開度調整弁を備えた可変容量圧縮機に関し、とくに車両用空調装置の圧縮機に好適な可変容量圧縮機に関する。

従来、車両用空調装置等の圧縮機の吸入ポートとシリンダボアへの吸入孔との間の流路に配設され、該流路の開口面積を可変制御する開度調整弁としては、図６に示すようなものが知られている。図６において、１００は開度調整弁を示している。開度調整弁１００は、圧縮機の吸入ポートとシリンダボアの吸入孔との間の流路（吸入通路）に設けられており、吸入通路内に配置されるケーシング１０１と、該ケーシング１０１内に移動自在に収納された弁体１０２とを有している。ケーシング１０１は有底円筒状に形成されており、ケーシング１０１の側面には、小開口部１０３と大開口部１０４が設けられている。また、ケーシング１０１内には、スプリング１０５が設けられており、該スプリング１０５により弁体１０２は開口１０４を閉塞する方向（流路の開口面積が減少する方向）に付勢されている。なお、スプリング１０５により弁体１０２が流路の開口面積を減少する方向に付勢された状態においても、小開口部１０３は閉塞されずに、常に開口されるようになっている。

このような開度調整弁１００においては、圧縮機の起動時等において吸入室内のガスがシリンダボア内に吸入されることで、吸入室の圧力が低下し、弁体１０２が図６の下方（つまり、大開口部１０４の開口面積が増大する方向）に押し下げられ流路の開口面積が増大する。一方、圧縮機の停止時等吸入ポート側からの流体の吸入が低下した場合には、弁体１０２はスプリング１０５の付勢力により図６の上方（つまり、大開口部１０４の開口面積が減少する方向）に押し上げられ流路の開口面積が減少する。また、開度調整弁１００内には、ケーシング１０１と弁体１０２により、弁体１０２の移動に伴い容量が変更される空間１０６が設けられており、該空間１０６は連通路１０７を介して空間以外の流路に連通されている。弁体１０２が移動する際には、弁体１０２とケーシング１０１の内周面１０１ａの間に隙間が形成され、該隙間、連通路１０７から空間１０６内に冷媒が流入流出されるので、弁体１０２の共振動作が抑制されるようになっている。

しかしながら、上記開度調整弁１００においては、開度調整弁１００前後の差圧が略一定となるような開度を保つため、圧縮機の起動時等において、車両用空調装置のエバポレータ内に液冷媒が存在した場合には、圧縮機の運転開始とともに開度調整弁１００が作動し流体通路の開口面積が急激に増大し、エバポレータ内の液冷媒が一気に圧縮機内に流入し液圧縮状態を生じさせ圧縮機に悪影響を与えるおそれがある。また、圧縮機がクラッチレス圧縮機である場合には、トルクリミッタが作動するおそれがある。

また、図７に示すように、車両走行時に圧縮機の駆動源であるエンジン回転数が増加した場合においては、可変容量型圧縮機の吐出容量が一時的に増加し該吐出容量が制御され減少するまでの間はエンジン回転数の増加分に吐出容量を乗じた分の冷媒流量が増大し消費動力が増加する。このため、エンジン制御や車両の加速性能に悪影響を及ぼすおそれがある。圧縮機の容量制御動作を遅らせる原因としては、エンジン回転数増加の際に、圧縮機の冷媒流量が増加してもエバポレータ内部の冷媒容量が大きいためエバポレータの内圧の変化が緩和され、吸入圧の低下も緩慢になることが挙げられる。さらに、中低負荷運転時は吐出圧力が低くなり吐出室からの容量制御用の冷媒流量が減少するためクランク室の内圧の上昇が緩慢になることも圧縮機の容量制御動作を遅らせる原因として挙げられる。
特開２００１−２８９１７７号公報

そこで、本発明の課題は、圧縮機の起動時等における液圧縮を防止し装置の耐久性、信頼性を向上するとともに、優れた容量制御応答性を発揮する可変容量圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る可変容量圧縮機は、吸入ポートとシリンダボアへの吸入孔との間の流路に配設され、該流路の開口面積を可変制御する開度調整弁を備えた可変容量圧縮機において、前記開度調整弁の弁体の前記流路の開口面積を増大させる方向の動きに対する抵抗を、開口面積を減少させる方向の動きに対する抵抗よりも大きくしたことを特徴とするものからなる。このような構成においては、弁体の流路の開口面積を増大させる方向の動きに対する抵抗が、開口面積を減少させる方向の動きに対する抵抗よりも大きくなっているので、圧縮機の起動時等に、エバポレータ内に液冷媒が存在しても液冷媒が一気に圧縮機内に吸入されるような不都合が防止され、液圧縮を確実に防止できる。また、開度調整弁は流路の開口面積を増大する方向の抵抗が大きくなっているので、エンジン回転数が増加した場合には開度調整弁の下流域での圧損が増大する。したがって、クランク室の内圧と吸入室の内圧との差圧が増大するため、速やかに吐出容量が低減され過剰動力の発生を低減でき容量制御応答性を向上できる。

上記開度調整弁は、たとえば上記流路内に配置されたケーシングと、該ケーシングに対し移動可能に設けられ、スプリングにより流路の開口面積が減少する方向に付勢された弁体とから構成することができる。このような構成においては、流路の開口面積が増大する際には、弁体を流路の開口面積を減少させる方向に付勢するスプリングの付勢力に抗して流路の開口面積が増大する方向に移動されるが、弁体が流路の開口面積を減少させる方向に移動される際には、弁体はスプリングにより速やかに移動されることになるので、弁体の流路の開口面積を増大させる方向の動きに対する抵抗を、開口面積を減少させる方向の動きに対する抵抗よりも大きくすることができる。

上記開度調整弁内には、ケーシングと弁体により、流路の開口面積の増減に応じて容積が変更される空間が形成されることが好ましい。また、該空間には、空間と空間外の流路との間を連通可能な連通路を設け、流路の開口面積が増大されるときに連通路を閉とし、開口面積が減少されるときに連通路を開とする弁機構を設けることが好ましい。このような構成においては、流路の開口面積が減少される際には、上記弁機構により連通路が開かれ空間内に冷媒が流入されるので、弁体の流路の開口面積を減少させる方向への移動を迅速に行なうことができる。

上記弁体はケーシングに対し摺動可能に設けることも可能である。この場合、該弁体の摺動抵抗を、流通路の開口面積を減少させる方向よりも開口面積を増大させる方向の摺動抵抗が大きくなるようにすればよい。

上記摺動抵抗は、たとえば弁体とケーシングとの間に摺動部材を介装することにより調整することができる。摺動部材としては、弁体の周方向に延びる樹脂製リング部材、弁体の周方向に延びるゴム製リップ部材を用いることができる。

上記開度調整弁を、吸入通路絞り機能を有する弁に構成すれば、吸入通路の絞り効果よる吸入弁振動より生じる吸入脈動の蒸発器等への伝達を低減することができる。

本発明に係る可変容量圧縮機によれば、弁体の流路の開口面積を増大させる方向の動きに対する抵抗が、開口面積を減少させる方向の動きに対する抵抗よりも大きくなっているので、圧縮機の起動時等に、エバポレータ内の液冷媒が一気に圧縮機内に吸入されるような不都合が防止され、液圧縮を確実に防止できる。また、開度調整弁は流路の開口面積を増大する方向の抵抗が大きくなっているので、エンジン回転数が増加した場合には開度調整弁の下流域での圧損が増大し、速やかに吐出容量が低減される。したがって、過剰動力の発生を低減でき容量制御応答性を向上できる。

以下に、本発明に係る可変容量圧縮機の望ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施態様に係る可変容量圧縮機を示している。なお、以下の実施態様における可変容量圧縮機は、車両用空調装置の冷凍回路に用いられる可変容量圧縮機に構成されている。図１において、１は可変容量圧縮機を示している。可変容量圧縮機１は、フロントハウジング２とシリンダブロック３とシリンダヘッド４とを有している。フロントハウジング２とシリンダブロック３との間にはクランク室５が形成されている。シリンダブロック３の周方向には複数のシリンダボア６が設けられている。各シリンダボア６内にはピストン７が往復動自在に挿入されている。ピストン７の一端には、一対のシュー８を介して斜板９が摺接されている。斜板９はヒンジ機構１０を介して駆動軸１２と一体回転するロータ１１に連結されている。

駆動軸１２の一端はシリンダブロック３に固定されたラジアルベアリング１３に回転自在に支持されている。また、シリンダブロック３内には吐出容量制御する容量制御弁１４が設けられている。駆動軸１２の他端にはクラッチ機構１５が設けられており、クラッチ機構１５のオンオフによりエンジン（図示略）からの駆動力が駆動軸１２に伝達されたり遮断されたりするようになっている。

シリンダヘッド４内は、内壁１６により吸入室１７と吐出室１８とに区画されている。シリンダブロック３とシリンダヘッド４との間には弁板１９が設けられている。弁板１９には、各シリンダボア６に対応する吸入孔２０と吐出孔２１が穿設されている。

冷凍回路の低圧側に接続される吸入ポート２２から吸入室１７内に吸入された冷媒は、吸入孔２０を介してシリンダボア６内に吸入され、ピストン７の往復動によりシリンダボア６内で圧縮され吐出孔２１を介して吐出室１８内に吐出されるようになっている。吐出室１８には吐出ポート２３が連通されており、該吐出ポート２３は冷凍回路の高圧側に接続されている。

吸入ポート２２から吸入室１７、そして吸入孔２０に至る流路２４には、該流路２４の開口面積を制御する開度調整弁２５が設けられている。開度調整弁２５は、図２に示すように流路２４内（本実施態様においては吸入ポート２０の下端）に配置されるケーシング２６と、該ケーシング２６に対し移動可能に設けられスプリング２７により流路２４の開口面積を減少する方向に付勢される弁体２８とを有している。本実施態様においては、ケーシング２６の鍔部２６ａが吸入ポート２２の下端に設けられた溝２９に嵌合されている。

開度調整弁２５のケーシング２６には、小開口部３０と大開口部３１が設けられており、スプリング２７により弁体２８は大開口３１を閉塞する方向（流路２４の開口面積が減少する方向）に付勢されている。なお、スプリング２７により弁体２８が流路２４の開口面積を減少する方向に付勢された状態においても、小開口部３０は閉塞されずに、常に開口されるようになっている。

また、開度調整弁２５内には、ケーシング２６と弁体２８により、流路２４の開口面積の増減に応じて容積が変更される空間３２が形成されている。空間３２は、ケーシング２６の底部に設けられた連通路３３を介して空間外の流路と連通されるようになっている。連通路３３には、弁機構３４が設けられている。開度調整弁２５においては、吸入弁２０を介してシリンダボア６内に冷媒が吸入され開度調整弁２５の下流の圧力が低下すると弁体２８がスプリング２７の付勢力に抗して図２の下側に移動され、大開口部３２の開口面積が増大し、流路２４の開口面積が増大する。この状態においては、弁機構３４により連通路３３は閉塞されているが弁体２８とケーシング２６の内面２６ｂの間からは、空間３２内の冷媒の排出が許容されている。しかし、弁機構３４により連通路３３が閉塞されているため空間３２内の冷媒排出速度は遅くなり流路２４の開口面積増加に対する抵抗が大きくなる。一方、冷媒の吸入圧が低下すると弁体２８がスプリング２７の付勢力により図２の上側に移動され、大開口部３２の開口面積が減少し、流路２４の開口面積が減少することになる。そして、弁体２８が流路２４の開口面積を減少する方向に移動されるときには、弁機構３４により連通路３３が開放され空間３２と該空間外の流路とが連通され、空間３２に冷媒が流入する。このため、スプリング２７の付勢力と空間３２内に流入される冷媒により弁体２８は速やかに流路２４の開口面積を減少する方向に移動される。すなわち、弁体２８の流路２４の開口面積を増大させる方向の動きに対する抵抗は、流路２４の開口面積を減少させる方向の動きに対する抵抗より大きくなっている。

本実施態様においては、弁体２８の流路２４の開口面積を増大させる方向の動きに対する抵抗が、開口面積を減少させる方向の動きに対する抵抗よりも大きくなっているので、圧縮機の起動時等に、エバポレータ内に液冷媒が存在しても液冷媒が一気に圧縮機内に吸入されるような不都合が防止され、液圧縮を確実に防止できる。また、開度調整弁２５は流路２４の開口面積を増大する方向の抵抗が大きくなっているので、図５に示すように、エンジン回転数が増加した場合には開度調整弁２５の下流域での圧損が増大するので、クランク室の内圧と吸入圧の差圧が略一定に制御される可変容量圧縮機においては差圧が増大するので、速やかに吐出容量が低減される。したがって、過剰動力の発生を低減でき容量制御応答性を向上できる。

図３は、本発明の第２実施態様に係る可変容量圧縮機の開度調整弁３５を示している。なお、上記第１実施態様の開度調整弁２５と本実施態様の開度調整弁３５の基本的構造は同じであるので、同一の部材には同一の番号を付しその説明を省略する。本実施態様おいては、弁体２８はケーシング２６に対し摺動自在に設けられており、弁体２８の摺動抵抗が、流路２４の開口面積を減少させる方向よりも開口面積を増大させる方向の方が大きくなっている。本実施態様においては、弁体２８の外面には周方向に延びる溝３６が設けられており、該溝３６に樹脂製リング部材３７が嵌合され、該樹脂製リング部材３７により弁体２８の上記摺動抵抗が制御されるようになっている。

樹脂製リング部材３７は、図３に示すように下端側がケーシング２６の内周面２６ｂに張り出すように溝３６内に嵌合されている。このような構成においては、弁体２８が流路の開口面積を増大する方向（図３の下方）に移動する際には、樹脂製リング部材３７の下端側が撓りながら弁体２８が摺動することになるので、弁体２８の摺動抵抗は流路２４の開口面積を減少させる方向よりも開口面積を増大させる方向の方が大きくなる。

本実施態様においても、弁体２８の流路２４の開口面積を増大させる方向の動きに対する抵抗が、開口面積を減少させる方向の動きに対する抵抗よりも大きくなっているので、上記第１実施態様の作用に準じ液圧縮を防止しつつ、エンジン回転数増加の際の圧縮機の容量制御応答性を向上できる。

なお、本実施態様は上記第１実施態様と併用することも可能であり、このような構成によれば、一層効果的に液圧縮を防止しつつ、エンジン回転数増加の際の圧縮機の容量制御応答性をより向上できる。

図４は、本発明の第３実施態様に係る可変容量圧縮機の開度調整弁３８を示している。なお、上記第１実施態様の開度調整弁２５と本実施態様の開度調整弁３８の基本的構造は同じであるので、同一の部材には同一の番号を付しその説明を省略する。本実施態様おいては、弁体２８はケーシング２６に対し摺動自在に設けられており、弁体２８の摺動抵抗が、流路２４の開口面積を減少させる方向よりも開口面積を増大させる方向の方が大きくなっている。本実施態様においては、弁体２８の外面には周方向に延びる溝３６が設けられており、該溝３６にゴム製リップ部材３９が嵌合され、該ゴム製リップ部材３９により弁体２８の上記摺動抵抗が制御されるようになっている。

ゴム製リップ部材３９は、図４に示すように先端側がケーシング２６の内周面２６ｂに張り出すように溝３６内に嵌合されている。このような構成においては、弁体２８が開口面積を増大させる方向（図４の下方）に動く時はゴムリップ部材３９の先端部とケーシングの内周面２６ｂとの間でシール構造が形成され空間３２内にあるガスは連通路３３のみから排出される。一方、弁体２８が開口面積を減少させる方向（図４の上方）に動く時はゴムリップ部材３９の先端部とケーシングの内周面２６ｂとの間のシール効果が低下し、その隙間からも空間３２内にガスが入り込むことになる。したがって、弁体２８の摺動抵抗は流路２４の開口面積を減少させる方向よりも開口面積を増大させる方向の方が大きくなる。本実施態様においても、弁体２８の流路２４の開口面積を増大させる方向の動きに対する抵抗が、開口面積を減少させる方向の動きに対する抵抗よりも大きくなっているので、上記第１実施態様の作用に準じ液圧縮を防止しつつ、エンジン回転数増加の際の圧縮機の容量制御応答性を向上できる。

本発明に係る可変容量圧縮機は、流路の開口面積を可変制御する開度調整弁を備えた可変容量圧縮機に適用でき、とくに車両用空調装置の可変容量圧縮機として好適なものである。

本発明の第１実施態様に係る可変容量圧縮機の縦断面図である。図１の可変容量圧縮機の開度調整弁の拡大断面図である。本発明の第２実施態様に係る圧縮機の開度調整弁の拡大断面図である。本発明の第３実施態様に係る圧縮機の開度調整弁の拡大断面図である。図１の可変容量圧縮機においてエンジン回転数が増加した際の圧縮機動力、シャフトトルク、クランク室内圧、吸入圧の変化を示す特性図である。従来の可変容量圧縮機の開度調整弁の拡大断面図である。図６の圧縮機においてエンジン回転数が増加した際の圧縮機動力、シャフトトルク、クランク室内圧、吸入圧の変化を示す特性図である。

符号の説明

１可変容量圧縮機
２フロントハウジング
３シリンダブロック
４シリンダヘッド
５クランク室
６シリンダボア
７ピストン
８シュー
９斜板
１０ヒンジ機構
１１ロータ
１２駆動軸
１３ラジアルベアリング
１４容量制御弁
１５クラッチ機構
１６内壁
１７吸入室
１８吐出室
１９弁板
２０吸入孔
２１吐出孔
２２吸入ポート
２３吐出ポート
２４吸入ポートから吸入孔に至る流路
２５、３５、３８開度調整弁
２６ケーシング
２６ａケーシングの鍔部
２６ｂケーシングの内周面
２７スプリング
２８弁体
２９溝
３０小開口部
３１大開口部
３２空間
３３連通路
３４弁機構
３６溝
３７樹脂製リング部材
３９ゴム製リップ部材

Claims

吸入ポートとシリンダボアへの吸入孔との間の流路に配設され、該流路の開口面積を可変制御する開度調整弁を備えた可変容量圧縮機において、前記開度調整弁の弁体の前記流路の開口面積を増大させる方向の動きに対する抵抗を、開口面積を減少させる方向の動きに対する抵抗よりも大きくしたことを特徴とする可変容量圧縮機。
前記開度調整弁が、前記流路内に配置されたケーシングと、該ケーシングに対し移動可能に設けられスプリングにより前記流路の開口面積が減少する方向に付勢された弁体とからなる、請求項１に記載の可変容量圧縮機。
前記開度調整弁内に前記ケーシングと弁体により、前記流路の開口面積の増減に応じて容積が変更される空間が形成されており、該空間と該空間外の前記流路との間を連通可能な連通路が設けられているとともに、該連通路に対し、前記開口面積が増大されるときに連通路を閉とし、前記開口面積が減少されるときに連通路を開とする弁機構が設けられている、請求項２に記載の可変容量圧縮機。
前記弁体がケーシングに対し摺動自在に設けられており、該弁体の摺動抵抗が、前記流路の開口面積を減少させる方向よりも開口面積を増大させる方向の方が大きくされている、請求項２または３に記載の可変容量圧縮機。
前記弁体と前記ケーシングとの間に、前記摺動抵抗を制御可能な摺動部材が介装されている、請求項４に記載の可変容量圧縮機。
前記摺動部材が、前記弁体の周方向に延びる樹脂製リング部材からなる、請求項５に記載の可変容量圧縮機。
前記摺動部材が、前記弁体の周方向に延びるゴム製リップ部材からなる、請求項５に記載の可変容量圧縮機。
前記開度調整弁が、吸入通路絞り機能を有する弁からなる、請求項１〜７のいずれかに記載の可変容量圧縮機。