JP3550872B2

JP3550872B2 - 容量制御スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP3550872B2
Application number: JP11248896A
Authority: JP
Inventors: 雅彦牧野; 昭彦清水; 辰久田口; 大輔伊藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-05-07
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2016-05-07
Also published as: US5885063A; JPH09296787A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用空調装置に使用されるスクロール圧縮機の容量制御機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バイパス孔を開閉するバルブ機構を備えた容量制御型スクロール圧縮機として、例えば特開平４−１７９８８６号公報に開示されているように、固定スクロールの端板にバイパス孔を貫設し、このバイパス孔をハウジング内に形成された吸入室に連通するバイパス通路とこの通路を開閉するバルブ機構とを内蔵する容量制御ブロックを固定スクロールとは別体に構成したものがある。
【０００３】
また他の例として、特開平５−２８０４７６号公報に開示されているように、固定スクロール部材にシリンダを設け、このシリンダと圧縮室を連通させるバイパス孔群を順次開塞することができるプランジャをシリンダ内に挿入したものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では容量制御ブロックを別体で設ける必要があるために部品点数及び加工、組立工数が増加し、その結果コスト及び重量増になるという問題がある。
【０００５】
一方、後者の例では固定スクロール内に制御機構を構成しているが、バイパス孔群を同一圧縮過程にある一対の流体ポケットの異なる位置に開口しているため、圧力バランスが不均衡になり、振動、騒音が大きくなるという問題がある。
【０００６】
また、高速回転時には、上流側の流体ポケットに連通するバイパス孔からのバイパスガス量が増え、その結果、圧縮ガスが完全に吸入室へバイパスされず、下流側の流体ポケットに連通するバイパス孔へ逆流するため、圧力損失が大きくなり性能に影響を及ぼすという問題もある。
【０００７】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、シンプルかつコンパクトな構造で、円滑に吐出容量を変化させることができる制御効率の高い容量制御スクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、同時に圧縮されつつある一対の第１流体ポケットに連通する少なくとも一対の第１バイパス孔を、該第１流体ポケットに関して対称な位置に貫設し、さらに前記第１流体ポケットとは異なる位置にある第２流体ポケットに、第２バイパス孔を設け、前記第１、第２各パイパス孔を介して前記流体ポケットと連通するように形成された一本のシリンダを前記固定鏡板内に設け、このシリンダ内に往復運動可能な一本のシャトル弁を配設し、このシャトル弁によって前記第１、第２各バイパス孔を順次開閉し、前記第１流体ポケット内及び第２流体ポケット内の各流体を、一方は固定鏡板に設けられ、かつ前記シリンダと連通する連通路により、他方は前記シリンダにより構成される独立したバイパス通路により圧縮機ハウジング内部の吸入室へ導き、吐出容量を連続的に変化させる容量制御スクロール型圧縮機を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、固定鏡板内に組み込まれた１本のシャトル弁を作動させることで、少なくとも一対の同等な形状を有する第１流体ポケットに連通する一対の第１バイパス孔および第１流体ポケットと異なる位置にある第２流体ポケットに連通する第２バイパス孔の開口面積を変え、前記第１流体ポケット内及び第２流体ポケット内の各流体を、独立したバイパス通路により圧縮機ハウジング内部の吸入室へ導くものである。
【００１０】
そしてこの構成によれば、シンプルな構造で最大容量運転から最少容量運転まで段階的にスムーズに容量制御運転をすることができ、さらにバイパスガスを独立したバイパス通路で流すため、圧力の高い流体ポケットのバイパスガスが圧力の低い流体ポケットのバイパス孔に逆流することもない。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記シャトル弁の外周面に凹所を設け、前記第１流体ポケットを、第１バイパス孔からシャトル弁の内部を介して圧縮機の吸入室へ連通し、前記第２流体ポケットを前記第２バイパス孔と前記凹所を介して吸入室と連通させるものである。
【００１２】
そしてこの構成によれば、上流側の第２流体ポケットに連通する第２バイパス孔からの圧縮ガスが下流側の第１流体ポケットに連通するバイパス孔へ逆流することなく、完全に吸入室へ戻すことができるため圧力損失が小さくなり、制御効率の高い容量制御運転をすることができる。
【００１３】
請求項３及び請求項４に記載の発明は、前記シャトル弁を作動させるための制御圧力をコントロールする圧力制御弁を固定鏡板内に組み込み、この制御圧力をシリンダ内に供給する通路をリアカバーとの間に設けたもので、シンプルな構成でコストダウンを図ることができる。
【００１４】
【実施例】
以下本発明の実施例の基本構造について図１を参照して説明する。
【００１５】
図１において、圧縮機ハウジング３はフロントハウジング３１とリアプレート３５に分割されて構成されていて、その内部に、固定鏡板１ａと固定鏡板１ａに直立した渦巻状のラップ１ｂを有する固定スクロール１と、旋回鏡板２ａと旋回鏡板２ａに直立した渦巻状ラップ２ｂを有し、両ラップ１ｂ、２ｂを互いに内側にして固定スクロール１と噛み合った旋回スクロール２が配置せられている。
【００１６】
旋回機構部として、旋回スクロール２の渦巻状のラップ２ｂと反対側の旋回鏡板２ａの背面に、円筒状のボス部２ｃを形成し、そのボス部２ｃに旋回軸受け７を設けている。
【００１７】
駆動軸９はフロントハウジング３１に取り付けられた主軸受け１５を介して回転可能に支持され、軸封装置１７と副軸受け１６を貫通してフロントハウジング３１の外側へ主軸部分９ａを延出している。
【００１８】
この駆動軸９の旋回スクロール２側の端部の駆動ピン９ｂは、旋回軸受け７に挿入された駆動伝達機構としての旋回ブッシュ８と連結していて、駆動軸９からの駆動力を伝達させることにより旋回スクロール２に旋回運動を与えている。
【００１９】
旋回鏡板２ａとフロントハウジング３１との間には、旋回鏡板２ａと平行して旋回スクロール２に掛かるスラスト力を軸方向に支える平板状のスラスト軸受け４と、旋回スクロール２の自転を拘束して旋回のみをさせる自転拘束部品としての機能を有するオルダムリング５を駆動軸９に直角な一方向のみに運動を拘束する回転拘束部品６が配置されている。
【００２０】
固定スクロール１の固定鏡板１ａの外周部分１ｅのシール溝１ｆに圧縮機ハウジング３内部を高圧室１１と低圧室１２とに仕切るシール部材としてＯリング１８が挿入されている。この固定スクロール１は固定鏡板１ａ背面に備えられた締結穴１ｄと吐出口１４を有するリアプレート３５とをボルト１９で締結されることにより高圧室１１を形成している。
【００２１】
そして吸入口１３を有するフロントハウジング３１内の前面端部３２に回転拘束部品６を固定させ、スラスト力によって旋回スクロール２をスラスト軸受け４を介して回転拘束部品６に押し当てている。そしてこのフロントハウジング３１は固定スクロール１の固定鏡板１ａの外周近傍で、スラスト隙間の調整用シム２０を介在させてリアプレート３５によって閉塞されている。
【００２２】
旋回スクロール２の旋回運動によって、冷媒は圧縮機ハウジング３の外部よりフロントハウジング３１の吸入口１３を通り内部の低圧室（本発明の吸入室に相当）１２に取り込まれ、固定スクロール１と旋回スクロール２の両ラップ１ｂ、２ｂの外周付近に導かれる。
【００２３】
そして旋回スクロール２の旋回運動によって両ラップ１ｂ、２ｂの間で閉塞された流体ポケット１０に吸入され、両ラップ１ｂ、２ｂの外周から中心に向かって容積を縮小させながら圧縮され、固定鏡板１ａの吐出ガス穴１ｃを通して高圧室１１に吐き出される。吐出ガス穴１ｃには高圧室１１側からリード弁２１が取り付けられ、吐出ガスの逆流を防止している。
【００２４】
次に、容量制御機構の構造について図２、図３を参照して説明する。
固定鏡板１ａには、同一圧縮過程にある一対の流体ポケット（以下、第１流体ポケットと称す）５０及び５１に連通する一対のバイパス孔（以下、第１バイパス孔と称す）５０ａ、５０ｂ及び５１ａ、５１ｂが貫設され、さらに圧縮過程が進んでこれらの一対の流体ポケットが合わさって一つの流体ポケット（以下、第２流体ポケットと称す）５２となる領域に連通するバイパス孔（以下、第２バイパス孔と称す）５２ａ、５２ｂが貫設されている。
【００２５】
これらの第１、第２の各バイパス孔５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂを順次閉塞するシャトル弁６０が固定鏡板１ａ内に設けられたシリンダ６１に往復運動が可能なように挿入されている。
【００２６】
シリンダ６１の一端は固定鏡板１ａの外周部分１ｅに形成された切り欠き部１ｇに開口しており、低圧室１２と連通している。シャトル弁６０はスプリング６２によって先端方向に押し付けられており、スプリング６２の一端はホルダー６３と止め輪６４によって固定鏡板１ａ内に保持されている。
【００２７】
シャトル弁６０は２カ所の凹部６０ａ、６０ｂが設けられている。凹部６０ａはシャトル弁６０が先端方向に押し付けられた状態の時に、一方の第１バイパス孔５１ａ、５１ｂと連通している位置に設けられ、同様に凹部６０ｂは第２バイパス孔５２ａ、５２ｂと連通している位置に設けられている。
【００２８】
さらに凹部６０ａはシャトル弁６０の内部を通して低圧室１２に連通させる連通孔６６が穿孔されている。
【００２９】
もう一方の凹部６０ｂは、固定鏡板１ａに貫設された通路６７と外周部分１ｅに形成された切り欠き部１ｈを介して低圧室１２と連通している。
【００３０】
シリンダ６１の先端には、スプリング６２の押し付け力に打ち勝ってシャトル弁６０を作動可能にするための制御圧力Ｐｍを導入するための導入孔６８が穿孔されている。
【００３１】
一方、固定鏡板１ａ内には制御圧力Ｐｍをコントロールする圧力制御弁７０が制御圧室７１に組み込まれ、ホルダー７８と止め輪７９によって保持されている。
【００３２】
制御圧室７１には、制御圧力Ｐｍを発生させるための中間圧力Ｐｃを取り込む流入孔７２と流出孔７３が穿孔されており、流出孔７３は固定鏡板１ａの外周部分１ｅに形成された切り欠き部１ｉを介して低圧室１２と連通している。この流出孔７３は低圧信号としての吸入圧力Ｐｓを取り込む通路も兼ねている。
【００３３】
また、ベース信号としての大気圧Ｐａを取り込む連通孔７４が固定鏡板１ａの背面に穿孔されており、Ｏリング７５とリアプレート３５に設けられた孔３６を介して大気に開口している。
【００３４】
圧力制御弁７０は中間圧力Ｐｃと吸入圧力Ｐｓの変化に応じて適正な制御圧力Ｐｍを発生する。この制御圧力Ｐｍは固定鏡板１ａの背面に形成された通路７６と前記導入孔６８を通してシリンダ６１に流入される。通路７６はリアプレート３５とＯリング７７でシールされている。
【００３５】
次に、容量制御機構の作動について図４、図５を参照して説明する。
シャトル弁６０が最も上方（シリンダ先端方向）に位置している時は、全てのバイパス孔は全開状態にあり最小容量運転となる。反対に、シャトル弁６０が最も下方（ホルダー側）に位置している時は、全てのバイパス孔は全閉状態にあり最大容量運転となる。
【００３６】
図４に示すように、一方の第１バイパス孔５１ａ、５１ｂは最大圧縮容量Ｖmax の１００％〜約６０％の領域までの流体ポケットに連通しており、同様に他方の第１バイパス孔５０ａ、５０ｂは１００％〜約５０％、第２バイパス孔５２ａ、５２ｂは約６０％〜約７％の領域に連通している。
【００３７】
これらのバイパス孔をシャトル弁によって開度を調整することにより、図５に示す制御容量Ｖｃ〜シャトル弁ストロークＬｓの関係が得られる。
【００３８】
図５において、縦軸の制御容量Ｖｃは、圧縮機の最大閉込容積に対する制御時の閉込容積の比率を％で表したものであり、横軸Ｌｓ＝０〔ｍｍ〕は、シャトル弁が最下方に位置している状態である。
【００３９】
Ｌｓ＝０〔ｍｍ〕からＬｓ＝７〔ｍｍ〕までは、第１バイパス孔５０ａ、５１ａ、５０ｂ、５１ｂが順次開口して、約５０％まで容量制御範囲をカバーする。
【００４０】
Ｌｓ＝７〔ｍｍ〕以降は、第２バイパス孔５２ａ、５２ｂが順次開口し、シャトル弁６０が最上方（Ｌｓ＝１３〔ｍｍ〕）に達した時に約７％容量運転となる。
【００４１】
第２バイパス孔５２ａ、５２ｂは、前述したように、バイパス通路が独立しており、バイパスガスが下流側の第１バイパス孔（５０ａ、５１ａ、５０ｂ、５１ｂ）に逆流することがなく、制御効率を低下させずに容量制御することが可能である。
【００４２】
次に、シャトル弁６０の作動について下記の記号を用いて説明する。
スプリング６２のバネ定数：ｋ
スプリング６２の初期たわみ：Ｘ_ｏ
シャトル弁６０の最大ストローク量：Ｘ_１（＝１３〔ｍｍ〕）
シリンダ６１の断面積：Ｓｖ
とすると、シャトル弁６０に作用する力として下記の関係が得られる。
【００４３】
制御圧力Ｐｍによってシャトル弁６０を下方に移動させる力Ｆｐは、
Ｆｐ＝（Ｐｍ−Ｐｓ）×Ｓｖ
スプリング６２によってシャトル弁６０を上方に移動させる力Ｆｓは、
Ｆｓ＝ｋ×（Ｘ_０＋Ｘ_１−Ｌｓ）
上式より、シャトル弁６０が最下方にあるとき（Ｌｓ＝０）、シャトル弁６０に作用しているバネ力Ｆｓ０は、
Ｆｓ_０＝ｋ×（Ｘ_０＋Ｘ_１）
シャトル弁６０が最上方にあるとき（Ｌｓ＝Ｘ_１）、シャトル弁６０に作用しているバネ力Ｆｓ_１は、
Ｆｓ_１＝ｋ×Ｘ_０
となる。
【００４４】
したがって、最大容量運転時においては、Ｆｐ≧Ｆｓ_０でシャトル弁６０は最下方に位置しており、最小容量運転時においては、Ｆｐ≦Ｆｓ_１でシャトル弁６０は最上方に位置している。
【００４５】
また、容量制御運転においては、Ｆｐ＝Ｆｓでシャトル弁６０は中間位置でバランスしている。
【００４６】
本発明の実施例である圧縮機における圧力制御弁７０の圧力特性（Ｐｍ〜Ｐｓ特性）は、例えば中間圧力Ｐｃが１５〔ｋｇｆ／ｃｍ^２〕の時、図６に示されるように設定されている。また、スプリング６２の荷重特性は、
Ｆｓ_０／Ｓｖ＝３．０〔ｋｇｆ／ｃｍ^２〕
Ｆｓ_１／Ｓｖ＝０．５〔ｋｇｆ／ｃｍ^２〕
となるように設定されている。
【００４７】
冷房負荷が高い時には吸入圧力Ｐｓが上昇し、それに伴って制御圧力Ｐｍも上昇する。図６において、Ｐｓ≧１．８〔ｋｇｆ／ｃｍ^２〕になると、
Ｐｍ−Ｐｓ≧３〔ｋｇｆ／ｃｍ^２〕（＝Ｆｓ_０／Ｓｖ）
すなわち、Ｆｐ≧Ｆｓ_０となり、シャトル弁６０は最下方まで押し下げられ最大容量運転となって冷房能力が増大する。
【００４８】
逆に冷房負荷が低い時には吸入圧力Ｐｓが下降し、それに伴って制御圧力Ｐｍも下降する。Ｐｓ≦１．３〔ｋｇｆ／ｃｍ^２〕になると、Ｆｐ≦Ｆｓ_１となり、シャトル弁６０は最上方まで押し上げられ最小容量運転となって、冷房能力が低下する。
【００４９】
１．８〔ｋｇｆ／ｃｍ^２〕＜Ｐｓ＜１．３〔ｋｇｆ／ｃｍ^２〕では、制御運転域となって、吸入圧力Ｐｓを冷房負荷に応じた最適値に安定させるように制御機構が働く。
【００５０】
また、圧縮機の停止時は中間圧力Ｐｃが減少し、それに伴って制御圧力Ｐｍも減少してＰｍ≒Ｐｓとなり、Ｆｐ≒０〔ｋｇｆ／ｃｍ^２〕となってシャトル弁６０は最上方へ押し上げられ、全てのバイパス孔は開口状態となる。したがって、次の起動時は最小容量から運転が開始されるため、起動ショックが緩和されてスムーズな立ち上がり効果が得られる。
【００５１】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、容量制御機構に関連する部品を固定鏡板内に配設し、かつ最小限の部品で構成されているため、シンプルな構造でコストの安い高い容量制御スクロール圧縮機を提供することができ、また、各バイパス孔からのバイパス通路を独立して設けているため、高い制御効率で容量制御運転を行うことが可能である。
【００５２】
また、請求項２記載の発明によれば、各バイパス孔からのバイパス通路を独立させる構成もシリンダとシャトル弁を用いて構成できる。
【００５３】
また、請求項３記載の発明では、最重要構成部品である圧力制御弁を固定鏡板内に組み込むことで、さらに圧縮機のコンパクト化を図ることができる。
【００５４】
さらに、請求項４記載の発明では、制御圧力通路を固定鏡板背面に構成できるため加工性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す容量制御スクロール圧縮機の断面図（一部透視図）
【図２】同一実施例の固定鏡板部分の断面図（一部透視図）
【図３】同一実施例の圧縮室の横断面図（一部透視図）
【図４】同一実施例の旋回角度と閉込容積の関係を示す特性線図
【図５】同一実施例のシャトル弁ストロークと制御容量の関係を示す特性線図
【図６】同一実施例の圧力制御弁の圧力特性線図
【符号の説明】
１固定スクロール
１ａ固定鏡板
１ｂ固定スクロールの渦巻状のラップ
１ｃ吐出ガス穴
１ｄ締結穴
１ｅ固定鏡板外周部分
１ｆシール溝
１ｇ固定鏡板外周切り欠き溝
１ｈ固定鏡板外周切り欠き溝
１ｉ固定鏡板外周切り欠き溝
２旋回スクロール
２ａ旋回鏡板
２ｂ旋回スクロールの渦巻状のラップ
２ｃボス部
３圧縮機ハウジング
４スラスト軸受け
５オルダムリング
６回転拘束部品
７旋回軸受け
８旋回ブッシュ
９駆動軸
９ａ主軸部分
９ｂ駆動ピン
１０流体ポケット
１１高圧室
１２低圧室（吸入室）
１３吸入口
１４吐出口
１５主軸受け
１６副軸受け
１７軸封装置
１８Ｏリング
１９ボルト
２０シム
２１吐出弁
３１フロントハウジング
３２前面端部
３５リアプレート
３６穴
５０第１流体ポケット
５０ａ第１バイパス孔
５０ｂ第１バイパス孔
５１第１流体ポケット
５１ａ第１バイパス孔
５１ｂ第１パイパス孔
５２第２流体ポケット
５２ａ第２バイパス孔
５２ｂ第２バイパス孔
６０シャトル弁
６０ａ凹所
６０ｂ凹所
６１シリンダ
６２スプリング
６３ホルダー
６４止め輪
６６連通孔
６７通路
６８導入孔
７０圧力制御弁
７１制御圧室
７２流入孔
７３流出孔
７４連通孔
７５Ｏリング
７６通路
７７Ｏリング
７８ホルダー
７９止め輪

Claims

圧縮機ハウジングの内部に、固定鏡板及びこの固定鏡板に直立した渦巻状のラップを有する固定スクロールと、旋回鏡板及びこの旋回鏡板に直立した渦巻状のラップを有し、ラップを互いに内側にして前記固定スクロールと噛み合って配置せられた旋回スクロールと、前記旋回スクロールの渦巻状のラップと反対側の旋回鏡板背面に形成した旋回機構部と、前記旋回スクロールに掛かるスラスト力を軸方向に支える平板状のスラスト軸受けと、前記圧縮機ハウジングに主軸受けを介して回転可能に支持され軸封装置と副軸受けを貫通して該圧縮機ハウジングの外側へ主軸部分を延出した駆動軸と、前記駆動軸からの駆動力を前記旋回機構部に伝達する駆動伝達機構と、前記旋回スクロールの自転を拘束して旋回させる自転拘束部品と、前記自転拘束部品に近接して該自転拘束部品を前記駆動軸に直角な一方向に運動を拘束する回転拘束部品とを具備し、前記旋回スクロールの旋回運動によって両ラップ間で閉塞された流体ポケットを形成しつつ両ラップの外周から中心に向かって流体ポケット内にある流体の圧縮作用を行い、吐出口より吐出するスクロール圧縮機において、同時に圧縮されつつある一対の前記第１流体ポケットに連通する少なくとも一対の第１バイパス孔を該第１流体ポケットの形状に関して同等な位置に貫設し、さらに第１流体ポケットと異なる位置にある第２流体ポケットに第２バイパス孔を設け、前記第１、第２各バイパス孔を介して前記第１、第２各流体ポケットと連通するように形成された一本のシリンダを前記固定鏡板内に設け、このシリンダ内に往復運動可能な一本のシャトル弁を配設し、このシャトル弁の往復運動によって順次前記第１、第２各バイパス孔の開口面積を変え、前記第１流体ポケット内及び第２流体ポケット内の各流体を、一方は固定鏡板に設けられ、かつ前記シリンダと連通する連通路により、他方は前記シリンダにより構成される独立したバイパス通路により圧縮機ハウジング内部の吸入室へ導き、吐出容量を連続的に変化させることを特徴とする容量制御スクロール圧縮機。
独立したバイパス通路を、一つはシャトル弁の内部を通して吸入室に連通させ、一つは前記固定鏡板内に貫設され、かつ圧縮機ハウジングの吸入室とシリンダとを連通させる連通孔と、前記シャトル弁の外周面に設けた凹所とシリンダ内径で形成される空間とより構成し、前記連通孔の前記シリンダ側の開口端は前記シャトル弁の往復運動領域内で前記凹内に臨む位置に設けたことを特徴とする請求項１記載の容量制御スクロール圧縮機。
シャトル弁をシリンダ内で往復運動させるための制御圧力を供給する圧力制御弁を固定鏡板内に配設したことを特徴とする請求項１または２記載の容量制御スクロール圧縮機。
圧縮機ハウジングをフロントハウジングとリアプレートに分割して構成し、圧力制御弁からの制御圧力を供給する通路を固定鏡板背面と前記リアプレートとの間にシールリングを介して構成したことを特徴とする請求項３記載の容量制御スクロール圧縮機。