JP3767129B2

JP3767129B2 - 可変容量圧縮機

Info

Publication number: JP3767129B2
Application number: JP29450497A
Authority: JP
Inventors: 重樹岩波; 猛酒井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2017-10-27
Also published as: JPH11132153A; US6149401A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用冷凍サイクルの可変容量圧縮機に関するもので、車両用空調装置の冷凍サイクルに適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
車両用空調装置の圧縮機は、車両走行用エンジン（以下、エンジンと略す。）から駆動力を得て稼働するので、特公平２−５５６３６号公報に記載の可変容量圧縮機では、加速時には圧縮機の吐出容量を減少させて、車両加速感および空調装置の空調感が悪化することを抑制している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載の可変容量圧縮機は、エンジンの負荷等エンジンの稼働状態を検出して、この検出結果に基づいて電磁弁の作動を制御することにより吐出容量を変化させるものであるので、エンジンの稼働状態を検出するためのセンサ等の検出手段および検出手段の検出値に基づいて電磁弁を制御するための制御装置を必要とする。したがって、上記公報に記載の可変容量圧縮機では、製造原価上昇を招いてしまう。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、製造原価上昇を抑制しつつ、車両加速時など圧縮機の回転数が加速上昇する時に吐出容量を減少させることができる可変容量圧縮機を提供することを目的とする。
【０００５】
【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１〜５に記載の発明では、圧縮機構（ＣＰ）の吸入側および吐出側に連通する第１制御室（１１８、１３２）を有し、制御室（１１８、１３２）内の圧力が変化したときに圧縮機構（ＣＰ）から吐出される冷媒の吐出容量を減少させる可変容量機構（ＶＤ）と、吸入側および吐出側のいずれか一方側と第１制御室（１１８、１３２）とを連通させる制御通路（１２０、１３３）の開閉を行う弁体（１２３）と、制御通路（１２０、１３３）を閉じる向きの圧力を弁体（１２３）に作用させる第２制御室（１２４）と、第２制御室（１２３）に連通するとともに、制御通路（１２０、１３３）を開く向きの圧力を弁体（１２３）に作用させる第３制御室（１２５）と、制御通路（１２０、１３３）を閉じる向きの弾性力を前記弁体（１２４）に作用させる弾性体（１２６）とを具備し、吸入側および吐出側のいずれか一方側を第２、３制御室（１２４、１２５）のいずれか一方に連通させ、圧縮機構（ＣＰ）の回転数が加速上昇する時には、第２、３制御室（１２４、１２５）間に圧力差が発生するように第２、３制御室（１２４、１２５）が連通していることを特徴とする。
【０００６】
これにより、加速上昇時には第２、３制御室（１２４、１２５）間に圧力差（ΔＰ）が発生するので、その圧力差（ΔＰ）により制御通路（１２０、１３３）を開き、第１制御室（１１８、１３２）内の圧力を変化させて吐出容量を減少させることができる。
したがって、本発明によれば、上記公報に記載のごとく、エンジン５００の稼働状態を検出するためのセンサ等の検出手段および検出手段の検出値に基づいて電磁弁を制御するための制御装置を必要とすることなく、圧縮機の回転数が加速上昇する時に吐出容量を減少させることができる。延いては、上記公報に記載の可変容量圧縮機に比べて、製造原価低減を図りつつ、車両加速時に吐出容量を減少させることができる。
【０００７】
なお、第２、３制御室（１２４、１２５）は、請求項２に記載の発明のごとく、弁体（１２３）に形成された絞り手段（１２７）を介して連通させることが望ましい。
また、請求項３に記載の発明のごとく、制御通路（１２０）は、吸入側と第１制御室（）とを連通させるようにし、かつ、第１制御室（１１８）の内圧が減少したときに、作動室（Ｖ_C）に吸入された冷媒を吸入側に還流させるバイパス通路（１１３）を開くようにしてもよい。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明のごとく、第１制御室（１３２）の内圧が吸入側側の圧力より上昇したときときに、斜板（１３０）の傾き角を大きくして吐出容量を減少させるようにしてもよい。
また、第２制御室（１２４）は、請求項５に記載の発明のごとく、吸入側に連通させてもよい。
【０００９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【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Ｖ_C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（図示せず）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１０８を介して作動室Ｖ_Cと連通しており、吐出ポート１０８のうち吐出室１０７側には、冷媒が吐出室１０７から作動室Ｖ_Cに逆流することを防止するリード弁状の吐出弁１０９が配設されている。
【００１４】
因みに、吐出弁１０９は、吐出弁１０９の最大開度を規制する弁止板（弁押さえ）１１０とともに端板部１０４ｂに共締め固定されている。
ところで、端板部１０４ｂには、圧縮行程中の作動室Ｖ_Cに連通するパイパスポート１１１が形成されており（図３参照）、このバイパポート１１１は、中間室１１２およびバイパス通路１１３を介して吸入室（吸入側）１０６に連通している（図４参照）。なお、中間室１１２およびバイパス通路１１３は、固定スクロール１０４および固定スクロール１０４に固定されたリアハウジング１１４により形成されている。
【００１５】
また、バイパポート１１１のうち中間室１１２側には、バイパポート１１１を開閉するリード弁状のバイパス弁（バイパス弁体）１１５が配設されており、このバイパス弁１１５は、中間室１１２内の圧力が、バイパポート１１１が連通する作動室Ｖ_C（以下、この作動室Ｖ_C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ポート１１１を閉じ、一方、中間室１１２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ポート１１１を開く。
【００１６】
因みに、１１６はバイパス弁１１５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１１６はバイパス弁１１５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１１３には、バイパス通路１１３（中間室ポート１１２ａ）を開閉するスプール型のバイパス弁１１７がバイパス通路１１３内に摺動可能に配設されており、このバイパス弁１１７とリアハウジング１１４とによって第１制御室１１８が形成されている。そして、第１制御室１１８は、バイパス弁１１７の開閉作動を制御するとともに、吐出室１０７（吐出側）および吸入室１０６（吸入側）の両者に連通している。
【００１７】
また、第１制御室１１８と吐出室１０７とは、比較的大きな圧力損失を発生させる第１オリフフィス（第１小孔）１１９により常に連通しており、一方、第１制御室１１８と吸入室１０６とは、制御通路１２０（１２０ａ〜１２０ｄ）を介して連通している。
そして、バイパス弁１１７を挟んで第１制御室１１８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１１８の体積を縮小させる向きの弾性力をバイパス弁１１７に作用させる第１コイルバネ（弾性体）１２１が配設された制御背室１２２が形成されている。
【００１８】
このため、第１制御室１１８の圧力が制御背室１２２の圧力より高いときには、バイパス通路１１３（中間室ポート１１２ａ）が閉じられ、一方、第１制御室１１８の圧力が制御背室１２２の圧力より低いとき又は等しいときには、バイパス通路１１３（中間室ポート１１２ａ）が開かれる。
なお、１１７ａは、第１制御室１１８の圧力が制御背室１２２の圧力より高いときに、バイパス弁１１７が中間室ポート１１２ａを閉じる位置に停止するように停止位置を規制するストッパ手段である。
【００１９】
また、制御通路１２０には、制御通路１２０（１２０ａ）を開閉するスプール状の制御弁（弁体）１２３が摺動可能に配設されており、この制御弁１２３を挟んで一方側には、制御通路１２０（１２０ａ）を閉じる向きの圧力を制御弁１２３に作用させる第２制御室１２４が形成され、他方側には、制御通路１２０（１２０ａ）を開く向きの圧力を制御弁１２３に作用させる第３制御室１２５が形成されている。
【００２０】
そして、第２制御室１２４は、制御通路１２０（１２０ｄ）を介して吸入室１０６（吸入側）に連通しているととも、内部に制御通路１２０（１２０ａ）を閉じる向きの弾性力を制御弁１２３に作用させる第２コイルバネ（弾性体）１２６が配設されている。
一方、第３制御室１２５は、制御弁１２３に形成された絞り手段をなす第２オリフィス（第２小孔）１２７を介して第２制御室１２４に連通している。このため、第２制御室１２４（吸入室１０６）の圧力変化に対して、第３制御室１２５の圧力が所定の時間差（応答遅れ）を伴って変化するので、エンジン５００の加速時のごとく、吸入室１０６（第２制御室１２４）の圧力が急激に変化する過渡期には、第２、３制御室１２４、１２５間で圧力差（以下、この圧力差を制御圧と呼ぶ。）ΔＰが発生する。
【００２１】
なお、本実施形態では、制御弁１２３を摺動させるに十分な制御圧ΔＰを得るべく、第３制御室１２５の体積を十分に大きく確保している。
また、制御弁１２３の円周外側壁には環状溝１２３ａが形成されており、この環状溝１２３ａは、制御通路１２０（１２０ａ）を開いたときに制御通路１２０（１２０ａ）の一部を構成するものである。
【００２２】
さらに、１２３ｂは、第２、３制御室１２４、１２５間で制御圧ΔＰが発生した（エンジン５００の回転数変化が急上昇する）ときに、制御弁１２３が制御通路１２０（１２０ａ）を開く位置にて停止するように停止位置を規制するストッパ手段である。
次に、本実施形態の特徴的作動を述べる。
【００２３】
エンジン５００の加速時には、エンジン５００の回転数に連動して圧縮機構ＣＰの回転数が急激に増大するため、圧縮機１００の（単位時間当たりの）吐出容量が増大する。これに対して、膨張弁３００の開度は、蒸発器４００出口側の加熱度に応じて機械的に変化するので、エンジン５００の回転数に連動して直ぐには変化しない。このため、エンジン５００の加速時には、吸入室１０６（第２制御室１２４）の圧力が急激に低下するため、制御通路１２０（１２０ａ）を開く向きの制御圧ΔＰが発生する。
【００２４】
したがって、図５に示すように、第１制御室１１８が吸入室１０６と連通するため、第１制御室１１８の圧力が低下し、バイパス弁１１７が摺動してバイパス通路１１３（中間室ポート１１２ａ）が開く。このため、中間室ポート１１２の圧力が低下し、中間圧作動室内の冷媒がバイパポート１１１から吸入室１０６に還流するので、圧縮機１００の吐出容量が実質的に減少する（可変容量運転状態）。
【００２５】
しかし、その後次第に、エンジン５００の回転数変化が緩慢に（定常運転に）なると、第２、３制御室１２４、１２５間の圧力が等しくなり、制御圧ΔＰが０になるので、制御通路１２０（１２０ａ）およびバイパス通路１１３（中間室ポート１１２ａ）が閉じられて圧縮機１００の吐出容量が増大する（最大運転状態）。
【００２６】
以上に述べたように、本実施形態によれば、上記公報に記載のごとく、エンジン５００の稼働状態を検出するためのセンサ等の検出手段および検出手段の検出値に基づいて電磁弁を制御するための制御装置を必要とすることなく、車両加速時に吐出容量を減少させることができる。したがって、上記公報に記載の可変容量圧縮機に比べて、製造原価低減を図りつつ、車両加速時に吐出容量を減少させることができる。
【００２７】
また、本実施形態では、吐出容量を変化させることにより、圧縮機１００の吐出容量を減少させているので、加速時に電磁クラッチを切ることによって吐出容量を０とする手段に比べて、車両加速感および空調装置の空調感が悪化することを防止できる。
（第２実施形態）
本実施形態は、図６に示すように、圧縮機機構ＣＰとして、シャフト１０１と一体的に回転す斜板１３０および斜板１３０により往復運動させられるピストン１３１等からなる斜板型圧縮機構を採用し、斜板１３０のシャフト１０１に対する傾き角αを変化させて吐出容量を変化させる可変容量機構ＶＤを採用した斜板型の可変容量型圧縮機（以下、斜板型圧縮機と呼ぶ。）に適用したものである。
【００２８】
すなわち、本実施形態では、斜板１３０が配設された斜板室１３２（第１実施形態の第１制御室１１８に相当）の圧力を、第１実施形態と同様に制御弁１２３を用いて制御するように構成したものである。
ただし、斜板型圧縮機では、周知のごとく、斜板室１３２の圧力が吸入側（吸入室１０６）の圧力より高くなると吐出容量が減少し、一方、斜板室１３２の圧力が吸入側（吸入室１０６）の圧力に近づくと吐出容量が増大するので、本実施形態に係る制御弁１２３は、吐出室１０７と斜板室１３２とを連通させる制御通路１３３（１３３ａ〜１３３ｄ）の開閉を行う。
【００２９】
次に、本実施形態の特徴的作動を述べる。
前述のごとく、エンジン５００の加速時には制御圧ΔＰが発生するので、制御通路１３３が開くため、斜板室１３２へ吐出室１３２（吐出側）の圧力が導かれて斜板室１３２内の圧力が吸入側より高くなるため、斜板１３０の傾き角αがシャフト１０１に対して略９０度となる向きに変化し、吐出容量が実質的に減少する（可変容量運転状態）。
【００３０】
しかし、その後次第に、エンジン５００の回転数変化が緩慢に（定常運転に）なると、第２、３制御室１２４、１２５間の圧力が等しくなり、制御圧ΔＰが０になるので、制御通路１３３が閉じられて斜板１３０の傾き角αが小さくなり、吐出容量が増大する（最大運転状態）。
（第３実施形態）
第１、２実施形態では、エンジン５００の加速時に、吸入室１０６（吸入側）の圧力が急激に変化することを利用して制御弁１２３を開閉させたが、本実施形態は、エンジン５００の加速時に、吐出室１０７（吐出側）の圧力が急激に変化することを利用して制御弁１２３を開閉させるように構成したものである。
【００３１】
図７はスクロール型の圧縮機構ＣＰを有する圧縮機（第１実施形態）に本実施形態を適用した例であり、第２、３制御室１２４、１２５は、第２オリフィス１２７を介して吐出室１０７（吐出側）に連通している。なお、本実施形態では、第２制御室１２４の体積を大きくして制御圧ΔＰが発生し易くしている。
次に、本実施形態の特徴的作動を述べる。
【００３２】
エンジン５００の加速時には、エンジン５００の回転数に連動して圧縮機構ＣＰの回転数が急激に増大するため、吐出室１０７（吐出側）の圧力が急激に上昇するので、制御通路１２０を開く向きの制御圧ΔＰが発生する。したがって、第１実施形態と同様に、エンジン５００の加速時には、吐出容量が実質的に減少する（可変容量運転状態）。
【００３３】
また、その後次第に、エンジン５００の回転数変化が緩慢に（定常運転に）なると、第２、３制御室１２４、１２５間の圧力が等しくなり、制御圧ΔＰが０になるので、制御通路１２０が閉じられて圧縮機１００の吐出容量が増大する（最大運転状態）。
（第４実施形態）
上述の実施形態では、制御弁１２３をスプール型の弁体により構成したが、本実施形態は、図８、９に示すように、第１〜３実施形態に係る制御弁１２３に相当する制御弁１４０を球状の弁体１４１および弁体１４１を可動させる薄膜状のダイヤフラム（圧力応動部材）１４２により構成したものである。因みに、本実施形態では、第２オリフィス１２７は、制御弁１４０に形成しておらず、ハウジングに形成している。
【００３４】
なお、図８は本実施形態をスクロール型圧縮機（第１実施形態）に採用した例であり、図９は斜板型圧縮機（第２実施形態）に採用した例である。したがって、制御弁１４０以外の作動は、第１、２実施形態と同様であるので、図８を例に制御弁１４０の作動を以下に述べる。
エンジン５００の回転数変化が緩慢とき（定常運転時）には、第１制御室１１８の内圧（吐出圧）と第２制御室１２４（吸入圧）との差圧により、弁体１４１は、制御通路１２０を閉じている。
【００３５】
一方、エンジン５００の加速時には、制御圧ΔＰが発生するので、ダイヤフラム１４２は、第３制御室１２５側から第２制御室１２４側に変位する。このため、ダイヤフラム１４２に接合されたプッシュロッド（リテーナ）１４３が第２コイルバネ１２６の弾性力に打ち勝って弁体１４１を第１制御室１１８側に押すので、制御通路１２０は開く。
【００３６】
そしてその後、エンジン５００の回転数変化が緩慢に（定常運転と）なると、制御圧ΔＰが０となり、第１制御室１１８の内圧（吐出圧）と第２制御室１２４（吸入圧）との差圧により、制御通路１２０が閉じられる。
ところで、第４実施形態は、第１、２実施形態のごとく、吸入室１０６（吸入側）の圧力が急激に変化することを利用するものに限定されるのではなく、第３実施形態のごとく、吐出室１０７（吐出側）の圧力が急激に変化することを利用するものに対しても実施することができる。
【００３７】
また、上述の実施形態では、第２オリフィス１２７により絞り手段を構成したが、絞り手段が所定の流通抵抗を発生させるものであればよく、絞り手段は第２オリフィス１２７に限定されるものでない。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用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。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】第１実施形態に係る圧縮機の断面図である。
【図６】第２実施形態に係る圧縮機の断面図である。
【図７】第３実施形態に係る圧縮機の断面図である。
【図８】第４実施形態に係る圧縮機の断面図である。
【図９】第４実施形態に係る圧縮機の断面図である。
【符号の説明】
ＣＰ…圧縮機構、ＶＤ…可変容量機構、１１８…第１制御室、
１２３…制御弁（弁体）、１２４…第２制御室、１２５…第３制御室。

Claims

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（Ｖ_C）を有する圧縮機構（ＣＰ）と、
前記圧縮機構（ＣＰ）の吸入側および吐出側に連通する第１制御室（１１８、１３２）を有し、前記制御室（１１８、１３２）内の圧力が変化したときに前記圧縮機構（ＣＰ）から吐出される冷媒の吐出容量を減少させる可変容量機構（ＶＤ）と、
前記吸入側および前記吐出側のいずれか一方側と前記第１制御室（１１８、１３２）とを連通させる制御通路（１２０、１３３）の開閉を行う弁体（１２３）と、
前記制御通路（１２０、１３３）を閉じる向きの圧力を前記弁体（１２３）に作用させる第２制御室（１２４）と、
前記第２制御室（１２３）に連通するとともに、前記制御通路（１２０、１３３）を開く向きの圧力を前記弁体（１２３）に作用させる第３制御室（１２５）と、
前記制御通路（１２０、１３３）を閉じる向きの弾性力を前記弁体（１２３）に作用させる弾性体（１２６）とを具備し、
前記吸入側および前記吐出側のいずれか一方側を前記第２、３制御室（１２４、１２５）のいずれか一方に連通させ、
前記第２、３制御室（１２４、１２５）は、前記圧縮機構（ＣＰ）の回転が加速上昇する時に、前記第２、３制御室（１２４、１２５）間に圧力差が発生するように連通していることを特徴とする可変容量圧縮機。
前記第２、３制御室（１２４、１２５）は、前記弁体（１２３）に形成された絞り手段（１２７）を介して連通していることを特徴とする請求項１に記載の可変容量圧縮機。
前記制御通路（１２０）は、前記吸入側と前記第１制御室（）とを連通させるように構成されており、
前記可変容量機構（ＶＤ）は、
前記作動室（Ｖ_C）に吸入された冷媒を前記吸入側に還流させるバイパス通路（１１３）と、
前記バイパス通路（１１３）を開閉するバイパス弁体（１１７）とを備えており、
前記第１制御室（１１８）の内圧が減少したときに、前記バイパス弁体（１１７）を作動させて前記バイパス通路（１１３）を開くことを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量圧縮機。
前記制御通路（１３３）は、前記吐出側と前記第１制御室（１３２）とを連通させるように構成され、
前記圧縮機構（ＣＰ）は、前記外部駆動源により回転駆動されるシャフト（１０１）に対する傾き角を変更することができる斜板（１３０）を、前記第１制御室（１３２）内に備えるとともに、前記第１制御室（１３２）の内圧が前記吸入側の圧力より上昇したときに、前記傾き角を大きくして吐出容量を減少させることを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量圧縮機。
前記第２制御室（１２４）が、前記吸入側に連通していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つにに記載の可変容量圧縮機。