JP2009299642A

JP2009299642A - 圧縮機

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Publication number: JP2009299642A
Application number: JP2008157525A
Authority: JP
Inventors: Kanetaka Miyazawa; 金敬宮澤
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2008-06-17
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2028-06-17
Also published as: US8568116B2; JP5414088B2; WO2009154076A1; US20110097230A1; DE112009001474T5

Abstract

【課題】吐出ガスの流動断面積の大幅な増大を可能にして流路抵抗の大幅な低減を可能にし、過圧縮を抑制して圧縮機効率の大幅な改善をはかる。
【解決手段】シリンダヘッドとシリンダブロックの間に、吸入孔および吐出孔が形成された弁板が介装され、該弁板の吐出孔に対しリード弁からなる吐出弁が設けられている圧縮機において、吐出孔を、リード弁の先端側をＵ字の底部側とするＵ字形状に形成するとともに、リード弁を、吐出孔のＵ字形状に対応して延びるＵ字形状に形成したことを特徴とする圧縮機。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機に関し、とくに、吐出孔および吐出弁部の構造を改良した圧縮機に関する。

圧縮機、例えば車両用空調装置に使用される冷媒を圧縮するピストン往復動式多気筒圧縮機においては、吸入室および吐出室が形成されたシリンダヘッドとシリンダボアが形成されたシリンダブロックとの間に、吸入室とシリンダボアとの間を連通可能な吸入孔および吐出室とシリンダボアとの間を連通可能な吐出孔が形成された弁板が介装され、該弁板の吐出孔に対し、吐出孔開閉用のリード弁からなる吐出弁が設けられているとともに、該リード弁の先端側に吐出孔が配置されている構成とされることが多い。吐出孔は通常円形に形成され、吐出弁を構成するリード弁は、この円形吐出孔を塞ぐ形状に形成されている。このような圧縮機において、とくに、外側に吐出室、内側に吸入室を配置した圧縮機においては、吐出弁開時の吐出弁のリフト量を制限するストッパーとしてリテーナ一体型ガスケットが用いられることが一般的である。

しかしながら、吐出行程においては吐出弁はそのリフト量が制限されるため、開口される流路の断面積が比較的小さく抑えられて流路抵抗が発生し、これに伴う過圧縮により、（１）クランク室側へ冷媒が洩れるブローバイによる冷凍能力の低下、
（２）圧縮機駆動のための消費動力の増加、
などを招き、圧縮機の効率が悪化する原因となっていた。

このような問題に対し、吐出弁に弾性力を与える弁ばねに吐出ガスが通過可能な孔を形成して、吐出ガスの流動損失を低減するようにした構造が特許文献１に開示されているが、流路の断面積の大幅な増大は望めないため、流路抵抗の低減効果としては不十分なものであった。
特開２００５−９０４９５号公報

そこで本発明の課題は、吐出孔および吐出弁部の構造を従来にない新規な構造とすることにより、リテーナにより吐出弁のリフト量が制限されている場合にあっても、吐出ガスの流動断面積の大幅な増大を可能にして流路抵抗の大幅な低減を可能にし、過圧縮を抑制して圧縮機効率の大幅な改善をはかることにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る圧縮機は、吸入室および吐出室が形成されたシリンダヘッドとシリンダボアが形成されたシリンダブロックとの間に、吸入室とシリンダボアとの間を連通可能な吸入孔および吐出室とシリンダボアとの間を連通可能な吐出孔が形成された弁板が介装され、該弁板の吐出孔に対し、吐出孔開閉用のリード弁からなる吐出弁が設けられているとともに、該リード弁の先端側に吐出孔が配置されている圧縮機において、前記吐出孔を、前記リード弁の先端側をＵ字の底部側とするＵ字形状に形成するとともに、前記リード弁を、前記吐出孔のＵ字形状に対応して延びるＵ字形状に形成したことを特徴とするものからなる。

このような本発明に係る圧縮機においては、弁板吐出孔をＵ字形状に形成し、リード弁からなる吐出弁をＵ字形状の吐出孔に対応した形状に形成することにより、従来の円形の吐出孔とそれを塞ぐ形状の吐出弁に比べ、吐出弁が開いた時のガス流路面積の拡大が可能になり、それにより流路抵抗が低減されて過圧縮が抑制され、圧縮機効率の大幅な改善が可能になる。また、吐出孔をＵ字形状とすることで、吐出孔の幅（Ｕ字形状の吐出孔の各部の幅）は、容易に、円形の吐出孔の直径よりは大きくならならないようにすることができ、それによって、たとえ圧縮時の高圧力が吐出弁にかかっても、吐出弁に過大な応力が発生しないようにすることも可能になる。さらに、吐出孔をＵ字形状とすることで、吐出孔を広い範囲にわたって延在させることができ、吐出孔の存在位置がリード弁先端部付近のみに集中しなくなるので、弁先端部を大型にしなくても済む。

このような本発明に係る圧縮機の構造においては、上記Ｕ字形状に形成される吐出孔は、Ｕ字に沿って延びる方向に、全長にわたって連続して延びていてもよく、Ｕ字に沿って延びる方向に、断続して延びていてもよい。前者の構造の場合には、より大きなガス流路面積の確保が可能であり、後者の構造の場合には、断続部分が弁板自体で構成できるため、Ｕ字に沿って延びる方向に長い吐出孔であっても、弁板の吐出孔形成部の強度を十分に高く維持できる。

また、上記Ｕ字形状に形成された吐出孔のＵ字各腕部の吐出孔幅をａ、ｂとし、上記Ｕ字形状に形成されたリード弁のＵ字両腕間の間隙をｃとするとき、ほぼａ＝ｂ＝ｃとされていることが好ましい。このような構成によって、吐出弁が開いた時のガス流路面積の拡大をはかりつつ、吐出孔から吐出されるガスの流れの均一化をはかることができる。

また、上記Ｕ字形状に形成された吐出孔のＵ字底部の吐出孔幅をｄとし、該Ｕ字形状のＵ字底部の底点と該Ｕ字形状の一方のＵ字腕部の（長い方のＵ字腕部の）頂点との距離で定義される擬似吐出孔全長をｅとするとき、ｅ≧２ｄを満足することが好ましい。このような構成によって、吐出孔をＵ字形状とすることによる上述の効果、つまり、流路抵抗を低減しつつ吐出弁に過大な応力が発生しないようにするとともに、弁先端部の大型化防止の効果がより確実に得られるようになる。

また、上記Ｕ字形状に形成された吐出孔のＵ字両腕の長さが等しい構成を採用することもでき、Ｕ字両腕の長さが互いに異なっている構成を採用することもできる。後者の構成では、吐出孔は、より正確に表現すると、Ｊ字形状に形成されることになる。本発明では、このようなＪ字形状の吐出孔も、本発明で言うＵ字形状の吐出孔に含まれるものとする。このようなＪ字形状の吐出孔の場合にあっても、上記リード弁を、この吐出孔のＪ字形状に対応して延びるＵ字形状に形成すればよい。

また、本発明に係る構造は、とくに上記リード弁のリフト量を制限するリテーナが設けられている場合に好適なものである。前述の如く、リード弁のリフト量を制限するリテーナの存在により、吐出弁開時の開口の流路断面積は抑えられようとするが、このようなリテーナが存在する場合にあっても、吐出孔をＵ字形状に形成し、リード弁からなる吐出弁をＵ字形状の吐出孔に対応した形状に形成することにより、従来構造に比べ、吐出弁が開いた時のガス流路面積の拡大が可能になるので、それによって流路抵抗が低減されて過圧縮が抑制され、圧縮機効率の改善が可能になる。

とくに、本発明に係る構造は、上記リテーナが、弁板とシリンダヘッドとの間に介装されるガスケットと一体的に形成されたガスケット一体型リテーナとして形成されている場合に好適なものである。このようなガスケットでは、本発明の技術思想に沿った構造のリテーナを容易に形成できる。

また、上記リテーナまたは上記ガスケット、またはそれらの両方に、吐出ガスが通過可能な連通孔が形成されている形態を採用することもできる。このような連通孔を形成しておくことにより、吐出ガスはより円滑にかつ容易に通過することになり、それによって流路抵抗の一層の低減が可能になる。

また、上記リテーナが、上記リード弁開時に該リード弁の先端部を係止可能な形状に形成されている形態を採用することもできる。このように、とくにリード弁の先端部を係止させることにより、それほど剛性を高めることなく比較的強度の低い構造にて、所望の係止部、つまり、所望の吐出弁ストッパ機能を有するリテーナ構造が構成できることになる。

また、上記吐出孔の面積をＳ１とし、上記リード弁からなる吐出弁が開弁したときの該弁と弁板との隙間の該弁の側方からみた開口面積をＳ２とするとき、Ｓ１＜２×Ｓ２とされていることが好ましい。すなわち、開弁時の吐出弁と弁板との隙間の吐出ガス流れ用の流路面積Ｓ２は、ほぼＳ１の半分あるいは、それよりも大きい面積として表すことができるから、吐出孔の面積Ｓ１が２×Ｓ２よりも小さいことによって、この吐出孔を通して吐出されるガスは大きな抵抗を受けることなく円滑にシリンダボア内から吐出室内に流入することができるようになり、効率の改善に寄与することができる。

また、本発明においては、とくに、上記吐出弁開時に、吐出弁横断面方向に見て流体（例えば、冷媒）の主要な通過経路が３つ以上形成される構成とされていることが好ましい。すなわち、例えば、Ｕ字形状の吐出孔のＵ字両腕部を通過して吐出されてきた吐出ガスは、Ｕ字形状の吐出弁のＵ字各腕部の両側へと分岐されるようにした構成である。この場合、各腕部の位置で分岐された一方の流れ同士がたとえ合流したとしても、合計３つの主要な通過経路が形成されることになる。

さらに、本発明において、前述のＵ字形状は、拡張された形状の概念まで含むものである。例えば、本発明は、上記吐出孔および上記リード弁からなる吐出弁の少なくとも一方が、Ｕ字形状が２つ接続されたＷ字形、Ｓ字形、Ｘ字形の形状に形成されている形態まで含む。すなわち、Ｕ字形状を２つ並列に接続すれば、疑似Ｗ字形の形状となり、２つのＵ字形状のうち一方のＵ字形状を反転させた状態で並列に接続すれば、疑似Ｓ字形の形状となり、２つのＵ字形状のうち一方のＵ字形状を反転させた状態でＵ字形状の頂部同士を接続すれば、疑似Ｘ字形の形状となる。これらのＷ字形、Ｓ字形、Ｘ字形の形状以外にも、Ｕ字形状が２つ接続された形状を採ることも可能である。

このように、本発明に係る圧縮機によれば、Ｕ字形状の吐出孔およびそれに対応した形状の吐出弁により、吐出ガス流路面積を拡大し、流路抵抗を低減して、圧縮機の効率を大幅に改善することができる。とくに、リテーナにより吐出弁のリフト量が制限されていても、流路抵抗を低減できるので、過圧縮を低減して圧縮機の効率を大幅に改善することができる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１〜図６は、本発明の一実施態様に係る圧縮機の吐出孔および吐出弁部の構造を示している。図１において、吸入室１および吐出室２が形成されたシリンダヘッド３とシリンダボア４が形成されたシリンダブロック５との間に、吸入室１とシリンダボア４との間を連通可能な吸入孔６および吐出室２とシリンダボア４との間を連通可能な吐出孔７が形成された弁板８が介装されている。弁板８の吸入孔６に対しては、吸入孔開閉用のリード弁からなる吸入弁９が設けられている。吐出孔７に対しては、吐出孔開閉用のリード弁からなる吐出弁１０が設けられ、該リード弁１０の先端側に吐出孔７が配置されている。この吐出弁１０に対しては、吐出弁１０開時に吐出弁１０のストッパとなり吐出弁１０のリフト量を制限するリテーナ１１が設けられている。吐出弁１０は、図２にも示すように、円板状の吐出弁部材１２中に形成され、気筒数に対応する複数、周方向に配設されている。リテーナ１１は、本実施態様では、弁板８とシリンダヘッド３との間に介装されるガスケット１３と一体的に形成されたガスケット一体型リテーナとして形成されている。本実施態様では、図２に示すように、圧縮機径方向に見て、吸入孔６が径方向内側に、したがって吸入室１が径方向内側に、吐出孔７が径方向外側に、したがって吐出室２が径方向外側に、配置されている。シリンダボア４内には往復動自在にピストン１４が挿入されており、該往復動に伴って、吸入室１からシリンダボア４内への被圧縮流体（例えば、冷媒ガス）の吸入、圧縮された流体のシリンダボア４内から吐出室２内への吐出が行われる。

図２の透視図に示すように、吐出孔７は、吐出弁１０（リード弁）の先端側をＵ字の底部側とするＵ字形状に形成されている。また、リード弁からなる吐出弁１０は、吐出孔７のＵ字形状に対応して延びるＵ字形状に形成されている。この吐出弁１０のＵ字形状への形成のために、吐出弁部材１２には、吐出弁１０の外側にＵ字形状の切り欠き孔１５と、吐出弁１０の外側に直線的に延びる切り欠き孔１６が設けられている。

図３は、上記のような吐出孔７および吐出弁１０部の拡大透視図であり、本実施態様におけるこの部分の寸法関係を示している。図３に示すように、Ｕ字形状に形成された吐出孔７のＵ字各腕部の吐出孔幅をａ、ｂとし、Ｕ字形状に形成された吐出弁１０（リード弁）のＵ字両腕間の間隙をｃとするとき、ほぼａ＝ｂ＝ｃとされている。このような寸法関係とすることで、吐出弁１０が開いた時のガス流路面積の拡大をはかりつつ、吐出孔７から吐出されるガスの流れの均一化をはかることができる。また、Ｕ字形状に形成された吐出孔７のＵ字底部の吐出孔幅をｄとし、該Ｕ字形状のＵ字底部の底点と該Ｕ字形状の一方のＵ字腕部（長い方のＵ字腕部：図示例では両Ｕ字腕部は同じ長さ）の頂点との距離で定義される擬似吐出孔全長をｅとするとき、ｅ≧２ｄを満足している。このような寸法関係とすることで、流路抵抗を低減しつつ吐出弁１０に過大な応力が発生しないようにすることが可能になる。なお、図３におけるＬは、吐出孔７のＵ字の形状に沿って（倣って）見た吐出孔７の全長を示している。

上記のようなＵ字形状に形成された吐出孔７と、それに対応させてＵ字形状に形成された吐出弁１０を備えた部分の断面、つまり図２のＩＶ−ＩＶ線に沿って見た横断面を図４に示すように、リード弁からなる吐出弁１０開時には、吐出弁１０のリフト量はリテーナ１１によって制限される。このとき、図３に矢印でガス流れを示すように、Ｕ字形状の吐出孔７の各Ｕ字腕部を通過した吐出ガスは、開かれている吐出弁１０の各Ｕ字腕部近傍に至り、そこで左右に分岐され、両側の開口を通して吐出室２内へと吐出される。吐出弁１０の各Ｕ字腕部近傍で左右に分岐されたガス流れのうち一方のガス流れ同士は合流され、吐出弁１０のＵ字両腕部間の隙間およびリテーナ１１に形成された吐出ガスが通過可能な連通孔２１を通して吐出室２内へと吐出される。したがって、本実施態様では、吐出弁横断面方向に見て、合計３つの流体の主要な通過経路が形成されることになる。

また、この吐出弁１０の開弁状態において、図５も参照しながら説明するに、吐出孔７の面積（開口面積）をＳ１とし、リード弁からなる吐出弁１０が開弁したときの該弁１０と弁板８との隙間の該弁１０の側方からみた開口面積（図５の方向から見た開口面積）をＳ２とするとき、Ｓ１＜２×Ｓ２とされている。このような開口面積の大小関係とすることで、吐出孔７を通して吐出されるガスは大きな抵抗を受けることなく円滑にシリンダボア４内から吐出室２内に流入することができるようになる。

さらに本実施態様では、図５に示すように、リテーナ一体型ガスケット２２に設けられたリテーナ１１の中央部に連通孔２１が形成され、このリテーナ１１が、とくにリテーナ１１の弁先端側に対応する部位が、リード弁からなる吐出弁１０が開弁したときに弁先端部を係止可能な形状に、つまり、弁先端部のストッパ２３として形成されている。この部分を、斜視図で示すと図６のようになる。図６に示すように、リテーナ一体型ガスケット２２から盛り上げられて形成されたリテーナ１１に連通孔２１とストッパ２３が形成され、図示例では、ストッパ２３に係止される吐出弁１０先端側の係止部２４が、吐出弁１０先端側に弁延長部として形成されている。図６における２５は、図５の方向から見た弁１０およびリテーナ１１の側方の開口を示している。

このように、本発明においては、Ｕ字形状の吐出孔７およびそれに対応した形状の吐出弁１０とすることにより、吐出ガス流路面積を大幅に拡大でき、それによってガス吐出時の流路抵抗を大幅に低減でき、圧縮機の効率を大幅に改善することができる。そして、リテーナ１１により吐出弁１０のリフト量制限機能を保ちつつ、流路抵抗を大幅に低減でき、過圧縮を低減して圧縮機の効率を大幅に改善することができる。

本発明に係る圧縮機の構造は、吐出孔を有する弁板およびリード弁からなる吐出弁を備えたあらゆる圧縮機に適用可能である。とくに、効率の改善が求められる車両用の冷媒圧縮機等に好適である。

本発明の一実施態様に係る圧縮機の吐出孔および吐出弁部の構造を示す圧縮機の部分縦断面図である。図１の圧縮機の弁板部および吐出弁部材部分のシリンダヘッド側から見た透視平面図である。図１の圧縮機の吐出孔および吐出弁部の拡大透視平面図である。図１の圧縮機における吐出ガス通過経路を示す概略部分断面図である。図１の圧縮機におけるリテーナ部分を示す拡大部分縦断面図である。図５に示した部分およびその周囲部分の透視斜視図である。

符号の説明

１吸入室
２吐出室
３シリンダヘッド
４シリンダボア
５シリンダブロック
６吸入孔
７吐出孔
８弁板
９吸入弁
１０吐出弁
１１リテーナ
１２吐出弁部材
１３ガスケット
１４ピストン
１５、１６切り欠き孔
２１連通孔
２２リテーナ一体型ガスケット
２３ストッパ
２４吐出弁先端側の係止部
２５開口

Claims

吸入室および吐出室が形成されたシリンダヘッドとシリンダボアが形成されたシリンダブロックとの間に、吸入室とシリンダボアとの間を連通可能な吸入孔および吐出室とシリンダボアとの間を連通可能な吐出孔が形成された弁板が介装され、該弁板の吐出孔に対し、吐出孔開閉用のリード弁からなる吐出弁が設けられているとともに、該リード弁の先端側に吐出孔が配置されている圧縮機において、前記吐出孔を、前記リード弁の先端側をＵ字の底部側とするＵ字形状に形成するとともに、前記リード弁を、前記吐出孔のＵ字形状に対応して延びるＵ字形状に形成したことを特徴とする圧縮機．
前記Ｕ字形状に形成された吐出孔が、Ｕ字に沿って延びる方向に、全長にわたって連続して延びている、請求項１に記載の圧縮機。
前記Ｕ字形状に形成された吐出孔が、Ｕ字に沿って延びる方向に、断続して延びている、請求項１に記載の圧縮機。
前記Ｕ字形状に形成された吐出孔のＵ字各腕部の吐出孔幅をａ、ｂとし、前記Ｕ字形状に形成されたリード弁のＵ字両腕間の間隔をｃとするとき、ほぼａ＝ｂ＝ｃとされている、請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮機。
前記Ｕ字形状に形成された吐出孔のＵ字底部の吐出孔幅をｄとし、該Ｕ字形状のＵ字底部の底点と該Ｕ字形状一方のＵ字腕部の頂点との距離で定義される擬似吐出孔全長をｅとするとき、ｅ≧２ｄを満足する、請求項１〜４のいずれかに記載の圧縮機。
前記Ｕ字形状に形成された吐出孔のＵ字両腕の長さが等しい、請求項１〜５のいずれかに記載の圧縮機。
前記Ｕ字形状に形成された吐出孔のＵ字両腕の長さが互いに異なっている、請求項１〜５のいずれかに記載の圧縮機。
前記リード弁のリフト量を制限するリテーナが設けられている、請求項１〜７のいずれかに記載の圧縮機。
前記リテーナが、前記弁板と前記シリンダヘッドとの間に介装されるガスケットと一体的に形成されたガスケット一体型リテーナとして形成されている、請求項８に記載の圧縮機。
前記リテーナおよび／または前記ガスケットに、吐出ガスが通過可能な連通孔が形成されている、請求項８または９に記載の圧縮機。
前記リテーナが、前記リード弁開時に該リード弁の先端部を係止可能な形状に形成されている、請求項８〜１０のいずれかに記載の圧縮機。
前記吐出孔の面積をＳ１とし、前記リード弁からなる吐出弁が開弁したときの該弁と弁板との隙間の該弁の側方からみた開口面積をＳ２とするとき、Ｓ１＜２×Ｓ２とされている、請求項１〜１１のいずれかに記載の圧縮機。
前記吐出弁開時に、吐出弁横断面方向に見て流体の主要な通過経路が３つ以上形成される構成とされている、請求項１〜１２のいずれかに記載の圧縮機。
前記吐出孔および前記リード弁からなる吐出弁の少なくとも一方が、Ｕ字形状が２つ接続されたＷ字形、Ｓ字形、Ｘ字形の形状に形成されている、請求項１〜１３のいずれかに記載の圧縮機。