JP3707242B2 - 可変容量型圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両走行用エンジンにより駆動される、冷凍サイクル用の可変容量型圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍サイクル用の可変容量型圧縮機として、例えば特公平６−１５８７２号公報に記載の発明では、吸入圧と吐出圧との差圧を利用して可変容量機構を作動させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、燃費向上への要求が強まってきている。そして、この要求に対して上記公報に記載の可変容量型圧縮機（以下、圧縮機と略す。）では、冷凍サイクルの熱負荷、つまり吸入圧（蒸発器内圧力）が所定値以下となるように可変容量機構を制御しているので、例えば吸入圧（熱負荷）が高い状態でエンジン回転数が増大しても、吸入圧が所定値以下となるまで吐出容量が減少変化しない。
【０００４】
このため、エンジン回転数の増大に比例して圧縮機を稼動させるに必要な機械仕事が増大するので、燃費が悪化してしまうという問題が発生する。
この問題に対しては、電磁弁にて吐出側の圧力を調節することにより、エンジン回転数に応じて圧縮機の吐出容量を制御するといった手段が知られている（特公平２−５５６３６号公報等）。
【０００５】
しかし、この手段では、電磁弁に加えて、電磁弁を制御するための制御装置等の電気部品を必要とするので、圧縮機（冷凍サイクル）の製造原価上昇を招くという新たな問題が発生する。
本発明は、上記点に鑑み、圧縮機（冷凍サイクル）の製造原価上昇を招くことなく、燃費向上に適した可変容量型圧縮機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１、２に記載の発明では、圧縮機構（Ｃｐ）から吐出する冷媒の冷媒通路（１１２）に設けらたオリフィス（１１３）を挟んで冷媒流れ上流側と下流側との差圧（ΔＰ）に機械的に連動して作動して、可変容量機構（ＶＶｃ）の作動を機械的に制御する制御機構（Ｃｖ）を備え、可変容量機構（ＶＶｃ）は、圧縮機構（Ｃｐ）の吸入側及び吐出側に連通する制御圧力室（１２０、１３３）を有しているとともに、その制御圧力室（１２０、１３３）内の圧力を変化させることにより前記吐出容量を変化させるものであり、さらに、制御機構（Ｃｖ）は、差圧（ΔＰ）に機械的に連動して、制御圧力室（１２０、１３３）と吸入側又は吐出側とを連通させる通路を開閉する弁手段（１２５）を有していることを特徴とする。
【０００７】
第１に、差圧ΔＰに機械的に連動して可変容量機構（ＶＶｃ）の作動制御を行っているので、特公平２−５５６３６号公報のように、電磁弁を用いて吐出容量を制御するものに比べて、可変容量型圧縮機の製造原価低減を図ることができる。
第２に、差圧（ΔＰ）は、吐出流量の略２乗に比例して変化するので、可変容量型圧縮機の吐出容量は、後述するように、オリフィス（１１３）及び制御機構（Ｃｖ）の設定値によって自ずと決定される所定の吐出容量となるように機械的に制御されることとなる。したがって、エンジンの回転数が増大しても、吐出容量が減少変化して吐出容量が略一定に維持されるので、可変容量型圧縮機を稼動させるに必要な機械仕事が増大することを防止できる。
【０００８】
以上に述べたように、本発明に係る可変容量型圧縮機では、可変容量型圧縮機の製造原価上昇を招くことなく、車両（エンジン）の燃費向上を図ることができる。
【０００９】
なお、請求項２に記載の発明のごとく、弁手段（１２５）は、差圧（ΔＰ）に機械的に連動して可動する圧力応動部材（１２８）により開閉作動させられるようにすることができる。因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は本実施形態に係るスクロール式可変容量型圧縮機（以下、圧縮機と略す。）１００を用いた車両用冷凍サイクルの模式図であり、２００は圧縮機１００から吐出した冷媒を冷却する凝縮器（放熱器）である。また、３００は凝縮器２００から流出した冷媒を減圧するとともに、後述する蒸発器４００の出口側の加熱度が所定値となるように開度が制御される膨張弁（減圧器）であり、４００は膨張弁３００にて減圧された液相冷媒を蒸発させる蒸発器である。
【００１１】
なお、圧縮機１００は、Ｖベルトおよび電磁クラッチ（図示せず）を介して車両走行用エンジン（以下、エンジンと略す。）５００により駆動される。
次に、圧縮機１００の構造について述べる。
図２は圧縮機１００の断面を示しており、１０１は電磁クラッチを介して回転駆動されるシャフトである。１０２はシャフト１０１を回転可能に支持する転がり軸受１０３を保持するフロントハウジングであり、このフロントハウジング１０２には、渦巻き状の歯部１０４ａが形成された固定スクロール（固定部）１０４が固定されている。
【００１２】
また、固定スクロール１０４とフロントハウジング１０２とによって形成される空間には、歯部１０４ａに噛み合う渦巻き状の歯部１０５ａが形成された可動スクロール（可動部）１０５が配設されている。なお、可動スクロール１０５は、シャフト１０１の回転中心から所定量偏心した位置に形成されたクランク部（偏心部）１０１ａに軸受１０１ｂを介して回転可能に組付けれている。
【００１３】
そして、可動スクロール１０５が、シャフト１０１の回転とともにシャフト１０１周りを旋回することにより、両スクロール１０４、１０５によって構成された作動室Ｖｃの体積を拡大縮小させて冷媒を吸入圧縮する。なお、以下、両スクロール１０４、１０５等の冷媒を吸入圧縮する機構を圧縮機構Ｃｐと呼ぶ。
また、１０６は蒸発器４００の出口側に接続される吸入口（図示せず）に連通する吸入室であり、１０７は凝縮器２００の入口側に接続される吐出口１０８に連通する吐出室である。そして、吐出室１０７は、固定スクロール１０４の端板部１０４ｂに形成された吐出ポート１０９を介して作動室Ｖｃと連通しており、吐出ポート１０９のうち吐出室１０７側には、冷媒が吐出室１０７から作動室Ｖｃ に逆流することを防止するリード弁状の吐出弁１１０が配設されている。
【００１４】
因みに、吐出弁１１０は、吐出弁１１０の最大開度を規制する弁止板（弁押さえ）１１１とともに端板部１０４ｂに共締め固定されている。
そして、吐出ポート１０９（吐出室１０７）から吐出口１０８に至る冷媒通路１１２の途中には、冷媒を減圧するとともに開度が固定された第１オリフィス（第１固定絞り）１１３が配設されており、この第１オリフィス１１３の冷媒流れ上流側の圧力は、後述する第４制御室１３０に導かれ、下流側の圧力は後述する第３制御室１２９に導かれている。
【００１５】
ところで、端板部１０４ｂには、圧縮行程中の作動室Ｖｃに連通するバイパスポート１１４が形成されており、このバイパスポート１１４は、中間室１１５及びバイパス通路１１６を介して吸入室（吸入側）１０６に連通している。また、バイパスポート１１４のうち中間室１１５側には、バイパスポート１１４を開閉するリード弁状のバイパス弁（バイパス弁体）１１７が配設されている。そして、このバイパス弁１１７は、中間室１１５内の圧力が、バイパスポート１１４が連通する作動室Ｖｃ（以下、この作動室Ｖｃを中間圧作動室と呼ぶ。）内の圧力より高いときにはバイパスポート１１４を閉じ、一方、中間室１１５内の圧力が中間圧作動室内の圧力より低いときにはバイパスポート１１４を開くように構成されている。
【００１６】
因みに、１１８はバイパス弁１１７の最大開度を規制する弁止板（弁押さえ）であり、この弁止板１１８はバイパス弁１１７とともに端板部１０４ｂに共締め固定されている。また、バイパス通路１１６には、バイパス通路１１６（中間室ポート１１５ａ）を開閉するスプール型のバイパス弁１１９がバイパス通路１１６内に摺動可能に配設されており、このバイパス弁１１９と固定スクロール１０４とによって第１制御室（制御圧力室）１２０が形成されている。そして、第１制御室１２０は、バイパス弁１１９の開閉作動を制御するとともに、吐出室１０７（吐出側）及び吸入室１０６（吸入側）の両者に連通している。
【００１７】
また、第１制御室１２０と吐出室１０７とは、比較的大きな圧力損失を発生させる第２オリフィス（第２固定絞り）１２１を介して常に連通しており、一方、第１制御室１２０と吸入室１０６とは、制御通路１２２（１２２ａ〜１２２ｃ）を介して連通している。
そして、バイパス弁１１９を挟んで第１制御室１２０と反対側には、吸入室１０６内の圧力が導かれるとともに、第１制御室１２０の体積を縮小させる向きの弾性力をバイパス弁１１９に作用させる第１コイルバネ（第１弾性体）１２３が配設された第２制御室１２４が形成されている。
【００１８】
このため、第１制御室１２０の圧力が第２制御室１２４の圧力より高いときには、バイパス通路１１６（中間室ポート１１５ａ）が閉じられ、一方、第１制御室１２０の圧力が第２制御室１２４の圧力より低いとき又は等しいときには、バイパス通路１１６（中間室ポート１１５ａ）が開かれる。
また、制御通路１２２には、制御通路１２２（１２２ａ）を開閉する制御弁（弁体）１２５が配設されている。そして、この制御弁１２５を挟んで一方側には、制御通路１２２（１２２ａ）を閉じる向きの弾性力を制御弁１２５に作用させる第２コイルバネ（第２弾性体）１２６が配設され、他方側には、制御通路１２２（１２２ａ）を開く向きの力を制御弁１２５に作用させるリテーナ（プッシュロッド）１２７が配設されている。
【００１９】
ところで、１２８は、第３制御室１２９と第４制御室１３０とを区画するとともに、両制御室１２９、１３０の差圧に連動する可動するダイヤフラム（圧力応動部材）であり、このダイヤフラム１２８にリテーナ１２７が連結（固定）されている。
次に、圧縮機１００の特徴的作動について述べる。
【００２０】
１．最大容量運転時（図２参照）
シャフト１０１が回転し圧縮機１００が稼動すると、圧縮された冷媒は、吐出ポート１０９から吐出室１０７に吐出され、冷媒通路１１２を経由して吐出口１０８から凝縮器２００に向けて吐出される。このとき、冷媒が第１オリフィス１１３を通過する際の圧力損失により、第３制御室１２９の圧力が第４制御室１３０の圧力より低くなるような差圧ΔＰが発生するので、ダイヤフラム１２８及びリテーナ１２７は、制御通路１２２を開く向きの力（以下、この力を開弁力と呼ぶ。）を制御弁１２５に対して作用させる。
【００２１】
そして、第２コイルバネ１２６の弾性力（以下、この力を閉弁力）と呼ぶ。）が開弁力より大きい場合には、制御通路１２２が閉じられるので、第１制御室１２０内の圧力は吐出室１０７と等しくなり、バイパス通路１１６（中間室ポート１１５ａ）が閉じられる。したがって、中間室１１５内の圧力が中間圧作動室内の圧力より高くなり、バイパスポート１１４が閉じられる（閉じた状態が維持される）ので、圧縮された冷媒は、バイパスポート１１４から吸入室１０６（吸入側）に流出することなく、吐出ポート１０９から吐出される。すなわち、圧縮機１００の理論吐出量に近い吐出容量（１００％容量）にて圧縮機１００が稼動する。
【００２２】
２．可変容量運転時（図２参照）
エンジンの回転数が上昇し、冷媒通路１１２を流通する冷媒流量（冷媒流速）が増大すると、これに連動して差圧ΔＰが大きくなるので、開弁力が閉弁力より大きくなり、制御通路１２２が開く。
このため、第１制御室１２０内の圧力が低下するため、バイパス通路１１６（中間室ポート１１５ａ）が開いて中間室１１５内の圧力が低下するので、バイパスポート１１４が開き、吐出容量が減少変化する。
【００２３】
なお、吐出室１０７と第１制御室１２０とが常に連通しているが、第２オリフィス１２１の開口面積（絞り径）は、制御通路１２２に比べて十分に小さく選定されているため、制御通路１２２を開閉することにより、第１制御室１２０内の圧力を変化させる（制御する）ことができる。
一方、パイパスポート１１４が開くと、中間圧作動室から吸入室１０６（吸入側）に流出するので、冷媒通路１１２を流通する冷媒流量が減少するため、差圧ΔＰが小さくなる。このため、制御弁１２５は制御通路１２２を閉じる向き（紙面右向き）に移動するので、バイパスポート１１４が閉じていき、最大容量運転状態に移行していく。
【００２４】
したがって、本実施形態に係る圧縮機１００では、冷媒通路１１２を流通する冷媒量（圧縮機１００の吐出容量）が増大して開弁力が閉弁力を上回ると、吐出容量が減少するように変化し、一方、吐出容量が減少して開弁力が小さくなると、吐出容量が増大するように変化することとなる。
つまり、本実施形態に係る圧縮機１００では、差圧ΔＰによって決定する開弁力と、第２コイルバネ１２６による閉弁力とによって自ずと決定される所定の吐出容量となるように圧縮機１００が機械的に制御されることとなる。
【００２５】
ところで、上述の作動説明から明らかなように、本実施形態では、バイパスポート１１４及びバイパス弁１１９等により、圧縮機構Ｃｐから吐出する冷媒の吐出容量を変化させる可変容量機構ＶＶｃ（図２参照）を構成し、また、制御通路１２２、制御弁１２５及びダイヤフラム１２８等により、可変容量機構ＶＶｃの作動を機械的に制御する制御機構Ｃｖ（図２参照）を構成している。
【００２６】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態によれば、差圧ΔＰに機械的に連動して制御通路１２２を開閉することにより吐出容量の制御を行っているので、特公平２−５５６３６号公報のように、電磁弁を用いて吐出容量を制御するものに比べて、圧縮機１００の製造原価低減を図ることができる。
【００２７】
また、エンジンの回転数が増大しても、吐出容量が減少変化して吐出容量が略一定に維持されるので、圧縮機１００を稼動させるに必要な機械仕事が増大することを防止できる。
以上に述べたように、本実施形態に係る圧縮機１００では、圧縮機１００の製造原価上昇を招くことなく、車両（エンジン）の燃費向上を図ることができる。
【００２８】
（第２実施形態）
上述の実施形態では、スクロール式の圧縮機に本発明を適用したが、本実施形態は、図３示すように、斜板圧縮機に適用したものである。
すなわち、本実施形態に係る圧縮機１００の可変容量機構ＶＶｃは、周知のごとく、斜板１３１の傾き角を変化させることにより、ピストン１３２の往復行程（ストローク）を変化させるものである。また、制御機構Ｃｖは第１実施形態と同様である。
【００２９】
そして、斜板１３１が収納された斜板室１３３は、連通路１３４を介して吸入室１０６側と常に連通しているとともに、制御弁１２５により開閉される制御通路１２２を介して吐出ポート１０９側に連通している。なお、後述する作動説明から明らかなように、斜板室１３３は、第１実施形態でいう第１制御室１２０に相当するものである。
【００３０】
次に、本実施形態の概略作動を述べる。
１．最大容量運転時
最大容量運転時では、第１実施形態と同様に、制御通路１２２が閉じているので、斜板室１３３の圧力が吸入室１０６（吸入側）の圧力と略等しくなり、斜板１３１が最も傾いた状態で圧縮機１００が稼動する。このため、ピストン１３２の往復行程が最大となるため、最大容量運転（１００％運転）状態となる。
【００３１】
２．可変容量運転時
最大容量運転時では、第１実施形態と同様に、制御通路１２２が開くので、斜板室１３３内の圧力が上昇していく。このため、作動室Ｖｃ内の圧力と斜板室１３３内の圧力との釣り合いにより、次第に斜板１３１とシャフト１０１とのなす角（以下、この角度を斜板角θと呼ぶ。）が９０°に近づいていくので、吐出容量が減少していく。
【００３２】
そして、吐出容量が減少していくと、制御通路１２２が再び閉じるので、斜板角θが小さくなって、ピストン１３２の往復行程が拡大していき、吐出容量が増大する。
つまり、本実施形態に係る圧縮機１００も第１実施形態に係る圧縮機１００と同様に、差圧ΔＰによって決定する開弁力と、第２コイルバネ１２６による閉弁力とによって決定される所定の吐出容量となるように圧縮機１００が機械的に制御される。
【００３３】
ところで、第１実施形態では、吐出室１０７と第１制御室１２０とを常に連通させ、第１制御室１２０と吸入室１０６側とを連通させる制御通路１２２を開閉制御することにより、可変容量機構ＶＶｃの作動を機械的に制御する制御機構Ｃｖを構成したが、第１実施形態はこれに限定されるものではなく、第１制御室１２０と吸入室１０６側とを常に連通させ、吐出室１０７と第１制御室１２０との連通状態を制御することにより、制御機構Ｃｖを構成してもよい。
【００３４】
また、本発明に係る圧縮機１００の圧縮機構Ｃｐは、スクロール式又は斜板式に限定されるものではなく、その他形式の圧縮機構を採用してもよい。
また、上述の実施形態では、差圧ΔＰに機械的に連動して可動する圧力応動部材として、薄膜状のダイヤフラム１２８を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、蛇腹状のベローズ等その他の部材でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷凍サイクルの模式図である。
【図２】第１実施形態に係る圧縮機の断面図である（最大容量運転時）。
【図３】可変容量運転時における圧縮機の断面図である。
【図４】第２実施形態に係る圧縮機の断面図である（最大容量運転時）。
【符号の説明】
Ｖｃ…作動室、Ｃｐ…圧縮機構、ＶＶｃ…可変容量機構、
１０９…吐出ポート、１１３…第１オリフィス、１１４…バイパスポート、
１２２…制御通路、１２５…制御弁（弁手段）、
１２８…ダイヤフラム（圧力応動部材）。

Claims (2)

1. 車両走行用エンジンにより駆動される、冷凍サイクル用の可変容量型圧縮機であって、
   冷媒を吸入圧縮する作動室（Ｖｃ）を有する圧縮機構（Ｃｐ）と、
   前記圧縮機構（Ｃｐ）から吐出する冷媒の吐出容量を変化させる可変容量機構（ＶＶｃ）と、
   前記圧縮機構（Ｃｐ）から吐出する冷媒の冷媒通路（１１２）に設けられ、冷媒を減圧するオリフィス（１１３）と、
   前記オリフィス（１１３）を挟んで冷媒流れ上流側と下流側との差圧（ΔＰ）に機械的に連動して作動し、前記可変容量機構（ＶＶｃ）の作動を機械的に制御する制御機構（Ｃｖ）とを備え、
   前記可変容量機構（ＶＶｃ）は、前記圧縮機構（Ｃｐ）の吸入側及び吐出側に連通する制御圧力室（１２０、１３３）を有しているとともに、その制御圧力室（１２０、１３３）内の圧力を変化させることにより前記吐出容量を変化させるものであり、
   さらに、前記制御機構（Ｃｖ）は、前記差圧（ΔＰ）に機械的に連動して、前記制御圧力室（１２０、１３３）と、前記吸入側又は吐出側とを連通させる通路を開閉する弁手段（１２５）を有していることを特徴とする可変容量圧縮機。
2. 前記弁手段（１２５）は、前記差圧（ΔＰ）に機械的に連動して可動する圧力応動部材（１２８）により開閉作動させられることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型圧縮機。

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