JP2684892B2 - 往復動型圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両空調用に供して好
適な斜板式圧縮機、揺動斜板式圧縮機等の往復動型圧縮
機の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば斜板式圧縮機のよう
に、シリンダブロックに駆動軸と平行に形成されたボア
内でピストンが往復動することにより冷媒の圧縮を行う
ようにした往復動型圧縮機が知られている。この往復動
型圧縮機では、シリンダブロックの端面に弁板を介して
ハウジングが接合され、このハウジングにはボア内に冷
媒を供給する吸入室と、ボア内でピストンによって圧縮
された冷媒が吐出される吐出室とが形成されている。そ
して、吸入室からボア内への冷媒の吸入は、前記弁板に
形成された吸入ポートと、該吸入ポートのボア側に設け
られてボア内の圧力に応じて吸入ポートを弾性的に開放
するフラッパ吸入弁とを介して行われる。また、ボア内
から吐出室への冷媒の吐出は、弁板に形成された吐出ポ
ートと、該吐出ポートの吐出室側に設けられてボア内の
圧力に応じて吐出ポートを弾性的に開放するフラッパ吐
出弁とを介して行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、吸入ポート
及び吐出ポートの弾性的な開放を行なうフラッパ吸入弁
及びフラッパ吐出弁は、閉弁状態を維持する方向に働く
それ自身の弾性力に打ち勝って開弁するように構成され
ているため、圧力損失が大きく、体積効率が悪いという
問題がある。また、高負荷運転時や高速運転時などにお
いては、圧力損失がさらに大きくなるとともに、閉弁時
に吸入弁及び吐出弁が弁板と衝突することにより、大き
な騒音が発生したり、フラッパ吸入弁及びフラッパ吐出
弁が疲労を生じやすいという問題がある。

【０００４】このため、往復動型圧縮機において、各ボ
アの頂部と中心軸孔との間に放射状に導通路を形成し、
駆動軸に回転弁を固着し、この回転弁が吸入行程にある
各ボアの導通路と吸入室とを順次連通する吸入通路を有
するとともに吐出行程にある各ボアの導通路と吐出室と
を順次連通する吐出通路を有するとする構成が考えられ
る。この回転弁を用いた往復動型圧縮機では、駆動軸と
同期して回転弁が回転すると、吸入行程にある各ボアの
導通路と吸入室とが回転弁の吸入通路を介して所定時間
連通されることにより、吸入室の冷媒が順次各ボア内に
吸入される。また、吸入室の冷媒が順次各ボア内に吸入
され圧縮された後、予め定められた吐出行程の特定時期
にある各ボアの導通路と吐出室とが回転弁の吐出通路を
介して所定時間連通されることにより、各ボア内の冷媒
が順次吐出室へ吐出される。したがって、この往復動型
圧縮機では、回転弁が回転することにより開閉が行われ
るため、吸入行程及び吐出行程における圧力損失が小さ
く、騒音や疲労の発生は少なくなる。

【０００５】しかしながら、上記回転弁のみにより冷媒
の吸入及び吐出を行う往復動型圧縮機では、吐出行程
時、最終ボア内圧力の高低にかかわらず、回転弁によっ
て予め定められた吐出行程の特定時期に各ボア内の冷媒
が吐出室へ吐出される。このため、設定による吐出行程
の特定時期により、最終ボア内圧力と吐出圧力とが等し
いうちは問題はないが、この往復動型圧縮機が車両用冷
凍回路に接続され、車両の運転状況等により圧縮比が変
化する場合に問題を生じる。

【０００６】すなわち、例えば車両の速度が適切で凝縮
器内の冷媒が適切に冷却されていれば、凝縮器内の圧
力、つまり吐出圧力が適切であって、適切な圧縮比でこ
の往復動型圧縮機が運転されることとなる。この場合、
この往復動型圧縮機では、最終ボア内圧力と吐出圧力と
がほぼ等しいときにボアと吐出室とが連通する。つま
り、図７に示すように、ボア内圧力は下死点Ｂから点Ａ
を超えて点Ｃとなる曲線を描き、点Ｃにおける最終ボア
内圧力Ｔ₀ ＝吐出圧力でボアが吐出室と連通する。この
ため、このときは無駄な圧縮仕事は生じない。

【０００７】しかし、例えば吐出圧力が高く、高圧縮比
でこの往復動型圧縮機が運転されれば、この往復動型圧
縮機では、最終ボア内圧力が充分高くなる前にボアと吐
出室とが連通し、高い吐出圧力の吐出室からボア内に冷
媒が逆流してしまう。つまり、図７に示すように、ボア
内圧力は下死点Ｂから点Ａ及び点Ｃを超えて点Ｄとなる
曲線を描く。ここで、回転弁は時期Ｓでボアと吐出室と
を連通させるため、点Ｃで吐出圧力が最終ボア内圧力を
Ｔ₁ まで高めてしまう。このため、面積ＣＤＥが無駄な
圧縮仕事に供されたことになる。

【０００８】また、例えば逆に吐出圧力が低く、低圧縮
比でこの往復動型圧縮機が運転されれば、この往復動型
圧縮機では、最終ボア内圧力が吐出圧力を超えて高くな
った後からボアと吐出室とが連通し、必要以上に高い最
終ボア内圧力のボアから吐出室へ冷媒が吐出されること
となる。つまり、図７に示すように、ボア内圧力は下死
点Ｂから点Ａとなる曲線を描くが、点Ａでは未だ回転弁
がボアと吐出室とを連通させていないため、点Ｃまでボ
ア内圧力を高めてから時期Ｓで点Ｆに低下する。このた
め、最終ボア内圧力がＴ₂ まで低下させられて吐出圧力
とされてしまい、やはり面積ＡＣＦが無駄な圧縮仕事に
供されたことになる。

【０００９】これら吐出行程の際の無駄な圧縮仕事は、
圧力損失となり、体積効率の低下を生じてしまう。本発
明は、往復動型圧縮機において、吸入行程における圧力
損失の発生と騒音や疲労の発生の防止を図り、かつ吐出
行程における高圧縮比運転時の圧力損失の発生と騒音や
疲労の発生とを確実に軽減するとともに低圧縮比運転時
の圧力損失の発生を確実に防止することを解決すべき課
題とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の往復動型圧縮機
は、上記課題を解決するため、前記各ボアと前記中心軸
孔との間には放射状に導通路を形成し、前記駆動軸には
回転弁を同期回転可能に結合し、該回転弁は、吸入行程
にある各ボアの導通路と前記吸入室とを順次連通する吸
入通路と、吐出行程にある各ボアの導通路と前記吐出室
とを順次連通する吐出通路とを有するとともに、該各ボ
アの頂部と該吐出室との間にはボア内圧力と吐出圧力と
の圧力差に応じて開閉する弁を装備するという新規な構
成を採用している。

【００１１】

【作用】本発明の往復動型圧縮機では、駆動軸と同期し
て回転弁が回転すると、吸入行程にある各ボアの導通路
と吸入室とが回転弁の吸入通路を介して所定時間連通さ
れることにより、吸入室の冷媒が順次各ボア内に吸入さ
れる。こうして、この往復動型圧縮機では、吸入行程
時、回転弁が回転することによりボアへの冷媒の吸入が
可能であるため、吸入行程における圧力損失の発生と騒
音や疲労の発生とが少なくなる。そして、吸入室の冷媒
が順次各ボア内に吸入され圧縮される。

【００１２】この後、高圧縮比でこの往復動型圧縮機が
運転されれば、予め定められた高圧縮比時のボア内圧力
で吐出行程の特定時期にある各ボアの導通路と吐出室と
が回転弁の吐出通路を介して所定時間連通される。これ
により、各ボア内の冷媒が順次吐出室へ吐出される。こ
のとき、回転弁により導通路と吐出室とが連通するとき
のボア内圧力が高圧縮比時のものであるため、高い吐出
圧力とボア内圧力とが等しくなってからボアと吐出室と
が連通し、吐出室からボア内への冷媒の逆流はない。

【００１３】逆に、低圧縮比でこの往復動型圧縮機が運
転されれば、ボア内から吐出室への冷媒の吐出は、低圧
縮比時のボア内圧力でも開く弁を介して行われる。この
とき、ボア内圧力が吐出圧力をやや超えて高くなった時
点でこの弁によりボアと吐出室とが連通し、ボア内圧力
を必要以上に高めることはない。こうして、この往復動
型圧縮機では、吐出行程時、高圧縮比で運転されれば、
回転弁が回転することにより開閉が行われるため、騒音
や疲労の発生は少なくなる。また、この往復動型圧縮機
では、吐出行程時、低圧縮比で運転されれば、ボア内圧
力と吐出圧力との差圧で開く弁を介して冷媒を吐出する
ため、無駄な圧縮仕事がほとんど行われず、圧力損失を
少なくする。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は本実施例に係る揺動斜板式圧縮機の断面図で
ある。図において、１は軸方向に貫通する中心軸孔１ａ
及び５個のボア１ｂを有するシリンダブロックであっ
て、このシリンダブロック１の一端面にはフロントハウ
ジング２が接合され、他端面には弁板３を介してリアハ
ウジング４が接合されている。フロントハウジング２内
のクランク室５には、駆動軸６がフロントハウジング２
及びシリンダブロック１の中心軸孔１ａに嵌挿され回転
可能に支承されている。この駆動軸６上にはロータ７が
固着され、該ロータ７の後面側に延出した支持アーム８
の先端部には長孔８ａが貫設されている。そして、該長
孔８ａにはピン８ｂがスライド可能に嵌入されており、
同ピン８ｂには斜板９が傾動可能に連結されている。ま
た、ロータ７の後端に隣接して駆動軸６上にはスリーブ
１０が遊嵌され、コイルばね１１により常にロータ７側
へ付勢されるとともに、スリーブ１０の左右両側に突設
された図示しない枢軸が斜板９の図示しない係合孔に嵌
入されて、該斜板９は枢軸の周りを揺動しうるように支
持されている。斜板９の後面側には揺動板１２が相対回
転可能に支持され、かつ外縁部に設けた案内部１２ａが
通しボルト１６と係合することにより自転が拘束される
とともに、シリンダブロック１に貫設されたボア１ｂ内
のピストン１５と該揺動板１２とはコンロッド１４によ
り連節されている。

【００１５】リアハウジング４の吸入室１７外側にはリ
ング状の吐出室１８が形成されており、弁板３とリアハ
ウジング４との間には弁板３の吐出ポート１８ａの開閉
を弾性力により行なうフラッパ吐出弁１９がリテーナ一
体ガスケット２０によって挟持されている。また、リア
ハウジング４のほぼ中央には、リア側端面に開口すると
ともに、弁板３の中央孔３ａを介してシリンダブロック
１の中心軸孔１ａと連通する吸入室１７が設けられてい
る。

【００１６】弁板３には、図２に示すように、中央孔３
ａから放射状に延在し各ボア１ｂの頂部と連通する導通
路２１が放射状に設けられている。また、図１に示すよ
うに、中心軸孔１ａ内に延出した駆動軸６の先端には、
中心軸孔１ａ及び中央孔３ａと滑合する円柱状の回転弁
２２がキー２３により装着されている。この回転弁２２
には、図３及び図４に示すように、吸入室１７側の端面
中央部から軸心中央を経て直角に曲がり外周面に向かっ
て貫通する吸入通路２５が設けられている。この吸入通
路２５の外周面側開口部は、全周の約半分の長さで周方
向に沿って延在する溝状に形成されており、この溝状部
が予め定められた高圧縮比時のボア内圧力で吸入行程に
ある各ボア１ｂの導通路２１と対向したときに、吸入通
路２５を介して吸入室１７と導通路２１とが連通するよ
うになっている。また、回転弁２２の外周面には、周方
向に延在する吸入通路２５の溝状部先端部と隣接し所定
距離離間した位置で軸方向に延在する溝状の吐出通路２
７が形成されている。吸入通路２５と吐出通路２７との
間隔は導通路２１の幅より広くすることが望ましい。こ
の吐出通路２７は、回転弁２２のリア側端面近傍から弁
板３に形成された導通路２１と対向する位置まで延在し
ており、回転弁２２で冷媒の吸入のみを行う場合よりも
幅がやや狭くされている。一方、リアハウジング４に
は、図５に示すように、吐出通路２７のリア側端部と対
向して管状溝６７が形成されているとともに、この管状
溝６７には吐出室１８に貫通する吐出孔６８が角度間隔
毎に形成されている。これにより、吐出通路２７が吐出
行程にある各ボア１ｂの導通路２１と対向したときに
は、吐出通路２６を介して吐出室１８と導通路２１とが
連通するようになっている。

【００１７】以上のように構成された圧縮機は、車両空
調用冷凍回路中に配設され、使用に供される。この圧縮
機が運転されて図１における駆動軸６が回転すると、斜
板８は駆動軸６とともに回転しつつ揺動運動する。揺動
板１２は斜板８に対して回転規制状態とされて揺動運動
のみを行い、ピストン１５がボア１ｂ内で往復動する。
これにより、中心軸孔１ａと連通する吸入室１７からボ
ア１ｂ内へ冷媒が吸入され、吸入された冷媒が圧縮さ
れ、吸入室１７の外方域に形成された吐出室１８へ吐出
される。そして、クランク室５内の圧力とボア１ｂ内の
吸入圧力とのピストン１５を介した差圧に応じてピスト
ン１５のストロークが変動し、揺動板１２の傾角が変化
する。なお、クランク室５内の圧力はリアハウジング４
の後端突出部内に配設された図示しない電磁制御弁機構
により冷房負荷に基づいて制御される。

【００１８】かかる運転中、ボア１ｂ内でピストン１５
が下死点に向かって移動を開始して吸入行程に入ると、
駆動軸６と同期して回転する回転弁２２の吸入通路２５
の溝状部先端側がそのボア１ｂの導通路２１と対向し、
吸入通路２５を介して吸入室１７と導通路２１とが連通
する。これにより、吸入室１７からそのボア１ｂに冷媒
が吸入される。こうして、この往復動型圧縮機では、吸
入行程時、回転弁２２が回転することによりボア１ｂへ
の冷媒の吸入が可能であるため、吸入行程における圧力
損失の発生と騒音や疲労の発生とが少なくなる。

【００１９】その後、回転弁２２の回転に伴って吸入通
路２５の溝状部後端側が導通路２１を通過すると、吸入
室１７と導通路２１とが遮断されて、そのボア１ｂは圧
縮行程に移る。そして、駆動軸６がさらに回転すると、
圧縮比の高低によって吐出経路が異なる。すなわち、例
えば車両の速度が遅いことにより冷凍回路の凝縮器内の
冷媒が充分に冷却されなければ、凝縮器内の圧力、つま
り吐出圧力が高く、高圧縮比でこの揺動斜板式圧縮機が
運転される。この場合、予め定められた高圧縮比時のボ
ア内圧力で吐出行程の特定時期にある各ボア１ｂの導通
路２１と吐出室１８とが回転弁２２の吐出通路２７を介
して所定時間連通される。これにより、各ボア１ｂ内の
冷媒が順次吐出室１８へ吐出される。ここでは、回転弁
２２により導通路２１と吐出室１８とが連通するときの
ボア内圧力が高圧縮比時のものであるため、高い吐出圧
力とボア内圧力とが等しくなってからボア１ｂと吐出室
１８とが連通し、吐出室１８からボア１ｂ内へ冷媒が逆
流することはない。つまり、図６に示すように、ボア内
圧力は下死点Ｂから点Ｇを超えて点Ｈとなる曲線を描
き、時期Ｓで回転弁２２がボア１ｂと吐出室１８とを連
通させるため、点Ｈで高い吐出圧力と最終ボア内圧力と
が等しいＴ₁ となる。このため、無駄な圧縮仕事はおこ
なわれない。

【００２０】逆に、例えば車両の速度が速いことにより
冷凍回路の凝縮器内の冷媒が過剰に冷却されれば、凝縮
器内の圧力、つまり吐出圧力が低く、低圧縮比でこの揺
動斜板式圧縮機が運転される。この場合、図１における
ボア１ｂ内から吐出室１８への冷媒の吐出は、低圧縮比
時のボア内圧力で弾性変形するフラッパ吐出弁１９を介
して行われる。このとき、ボア内圧力が吐出圧力をやや
超えて高くなった時点でフラッパ吐出弁１９によりボア
１ｂと吐出室１８とが連通し、ボア内圧力を必要以上に
高めることはない。つまり、図６に示すように、ボア内
圧力は下死点Ｂから点Ｇとなる曲線を描き、点Ｇから次
第に高くなるボア内圧力によってフラッパ吐出弁１９が
弾性変形し、弁板３の吐出ポート１８ａから冷媒が吐出
室１８に吐出される。そして、点Ｉで低い吐出圧力とボ
ア内圧力とが等しいＴ₂ となる。このため、やはり無駄
な圧縮仕事は行われない。

【００２１】こうして、この揺動斜板式圧縮機では、吐
出行程時、高圧縮比で運転されれば、回転弁２２が回転
することにより冷媒を吐出するため、騒音や疲労の発生
を少なくすることができる。また、この揺動斜板式圧縮
機では、低圧縮比で運転されれば、ボア内圧力と吐出圧
力との関係で開くフラッパ吐出弁１９を介して冷媒を吐
出するため、無駄な圧縮仕事がほとんど行われず、圧力
損失を少なくすることができる。

【００２２】なお、上記実施例では揺動斜板式圧縮機に
本発明を具体化したが、両頭型ピストンを用いた斜板式
圧縮機等の他の往復動型圧縮機に本発明を具体化できる
ことはいうまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の往復動型
圧縮機では、冷媒の吸入を行うとともに高圧縮比時のボ
ア内圧力でボアと吐出室とを連通させる回転弁を備え、
かつボア内圧力と吐出圧力との圧力差に応じて開閉する
弁をも備えているため、吸入行程における圧力損失の発
生と騒音や疲労の発生の防止を図り、かつ吐出行程にお
ける高圧縮比運転時の圧力損失の発生と騒音や疲労の発
生とを確実に軽減するとともに低圧縮比運転時の圧力損
失の発生を確実に防止することができる。

【００２４】したがって、この往復動型圧縮機では、吸
入行程と吐出行程の高圧縮比運転時及び低圧縮比運転時
とにおいて確実に圧力損失の発生を防止することができ
るため、体積効率を上昇させることができる。また、こ
の往復動型圧縮機では、吸入行程と吐出行程の高圧縮比
運転時とにおいて騒音や疲労の発生を防止することがで
きるため、車両等での優れた静粛性及び耐久性を発揮す
ることができる。なお、低圧縮比運転時に騒音や疲労の
発生があるとしても、それらは過酷な運転状況でないこ
とから微小なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る揺動斜板式圧縮機の断面図であ
る。

【図２】実施例の揺動斜板式圧縮機に用いた弁板の平面
図である。

【図３】実施例の揺動斜板式圧縮機に用いた回転弁の斜
視図である。

【図４】実施例の揺動斜板式圧縮機に用いた回転弁の平
面図である。

【図５】実施例の揺動斜板式圧縮機に用いたリヤハウジ
ングの斜視図である。

【図６】実施例に係る揺動斜板式圧縮機におけるピスト
ン位置とボア内圧力との関係を示すグラフである。

【図７】回転弁のみを用いた往復動型圧縮機におけるピ
ストン位置とボア内圧力との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…シリンダブロック １ａ…中心軸孔 １
ｂ…ボア ２…フロントハウジング ３…弁板 ４
…リアハウジング ６…駆動軸 ９…斜板 １
５…ピストン １７…吸入室 １８…吐出室 ２
１…導通路 ２２…回転弁 ２５…吸入通路 ２
７…吐出通路 １９…フラッパ吐出弁

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸心と平行な複数のボアを有するシリンダ
   ブロックと、該シリンダブロックの中心軸孔内に嵌挿支
   承された駆動軸と、該駆動軸と共動する斜板に連係され
   て該ボア内を直動するピストンと、該中心軸孔と連通す
   る吸入室及び該吸入室の外方域に形成された吐出室を有
   して該シリンダブロックの端面を閉塞するハウジングと
   を有する往復動型圧縮機において、前記各ボアと前記中
   心軸孔との間には放射状に導通路が形成され、前記駆動
   軸には回転弁が同期回転可能に結合され、該回転弁は、
   吸入行程にある各ボアの導通路と前記吸入室とを順次連
   通する吸入通路と、吐出行程にある前記各ボアの導通路
   と前記吐出室とを順次連通する吐出通路とを有するとと
   もに、該各ボアの頂部と該吐出室との間にはボア内圧力
   と吐出圧力との圧力差に応じて開閉する弁が装備されて
   いることを特徴とする往復動型圧縮機。