JP5341827B2 - 可変容量圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、潤滑オイルを含む冷媒ガスを圧縮する可変容量圧縮機に関し、特に圧縮機から回路へ流出する潤滑オイルを低減する技術に関する。

従来の斜板式の可変容量圧縮機では、ピストン背方のクランク室の圧力を制御することにより、斜板の傾斜角度を変化させて、ピストンのストローク（吐出容量）を変化させている。具体的には、クランク室の圧力が低下すると、斜板の傾斜角度が増大し、圧縮機の吐出容量が増大する。逆に、クランク室の圧力が上昇すると、斜板の傾斜角度が減少し、圧縮機の吐出容量が減少する。

また、吐出室とクランク室とを連通する第１連通路と、クランク室と吸入室とを連通する第２連通路と、前記第１連通路に介装した制御弁と、前記第２連通路に介装したオリフィスとを備え、前記制御弁により前記第１連通路の開度を制御することで、前記第１連通路を介してクランク室に導入される高圧の冷媒ガスの導入量と、前記第２連通路を介してクランク室から導出される冷媒ガスの導出量とのバランスを制御して、クランク室の圧力を変化させている。

ところで、このような可変容量圧縮機では、冷媒ガス中に潤滑オイルを混入させて、圧縮機各部の潤滑を行っている。このため、圧縮機から回路へ流出する潤滑オイルを低減すること、すなわち、ＯＣＲ（オイル循環率）を低下させることが、システム効率改善につながる。また、最大容量運転時に比べ、容量制御域でＯＣＲが高くなる（悪化する）ことから、容量制御域でのＯＣＲの低下が求められている。

このため、特許文献１では、吐出室からの吐出通路に遠心分離式のオイルセパレータを設けて、オイルを分離し、分離したオイルをクランク室へ戻している。
また、特許文献２では、前記第１連通路（吐出室からクランク室への制御ガスの通路）にオイルセパレータ（油分離機構）を設けて、制御ガスから潤滑オイルを分離し、分離した潤滑オイルはクランク室へ流下させている。

再表２００７／１１１１９４号公報 特開平１１−２５７２１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、圧縮機から吐出される冷媒ガスがオイルセパレータを通過して回路へ流れる構造であるため、冷媒ガスの流れに圧損が生じてしまい、全域で効率が悪化する。
特許文献２に記載の技術では、吐出室からクランク室への第１連通路に制御ガスが流れる容量制御域にて、制御ガスからオイルを分離することができる一方、オイルセパレータは制御ガスの経路上に設けられるので、効率の悪化を抑制することができる。しかし、分離したオイルを貯油せずに戻すので、オイルが十分に液化しないうちに、すぐミスト化して、クランク室から吸入室への第２連通路を経て吸入室へ流出してしまい、結果的にクランク室内の潤滑オイル量が不足し、各部の潤滑不良が問題となる。

本発明は、このような実状に鑑み、容量制御域での効率的なＯＣＲ低減を可能とする可変容量圧縮機の潤滑構造を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、吸入室から吸入した潤滑オイルを含む冷媒ガスを圧縮して吐出室に吐出するピストンと、ピストン背方のクランク室と、前記吐出室と前記クランク室とを連通する第１連通路と、前記クランク室と前記吸入室とを連通する第２連通路と、前記第１連通路に介装した制御弁と、前記第２連通路に介装したオリフィスと、を備え、前記制御弁により前記クランク室の圧力を制御することにより、前記ピストンのストロークを変化させる可変容量圧縮機において、前記第１連通路における前記制御弁の下流に拡張形成されて、オイルを分離すると共に分離されたオイルを貯留する貯油室と、前記貯油室から前記クランク室へ前記第１連通路とは別に形成されて、前記貯油室に貯留されたオイルを前記クランク室へ戻すオイル戻し通路と、を設ける構成とする。

本発明によれば、吐出室からクランク室への第１連通路に制御ガスが流れる容量制御域にて、制御ガスからオイルを分離することができる一方、オイル分離用の貯油室（拡張室）は制御ガスの経路上に設けられるので、効率の悪化を抑制することができる。また、貯油室を備えて、分離されたオイルを少なくとも一時的に貯留するので、分離後の液化を促進でき、結果的に潤滑オイルがクランク室内にとどまる時間を長くして、各部の潤滑性能を高めることができる。

本発明の一実施形態を示す可変容量圧縮機の縦断面図 図１のＡ矢視図 圧縮機内の冷媒、制御ガス及び潤滑オイルの流路を示す模式図 本発明の他の実施形態を示す模式図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す可変容量圧縮機の縦断面図、図２は図１のＡ矢視図である。
可変容量圧縮機は、複数のシリンダボア１ａを有するシリンダブロック１と、シリンダブロック１の一端に設けられたフロントハウジング２と、シリンダブロック１の他端にバルブシート３（弁・ポート形成体）を介して設けられたリアハウジング（シリンダヘッド）４とを備え、これらはボルト５により共締め固定されている。

シリンダブロック１及びフロントハウジング２の中央部には、これらの間に形成されるクランク室６を横断して、駆動軸７が設けられ、駆動軸７は軸受８、９によって回転自在に支持されている。
駆動軸７の一端は、フロントハウジング２を貫通して外部に突出し、突出端部には、エンジンにより駆動されるプーリ１０が電磁クラッチ（図示せず）を介して取付けられている。

駆動軸７の中間部には、ロータ１１が固定されると共に、軸方向に摺動可能でかつ傾動可能な斜板支持体１２が取付けられている。ロータ１１は駆動軸７と一体に回転し、ロータ１１と斜板支持体１２とはヒンジ機構１３により連結されている。従って、斜板支持体１２は、駆動軸７に対し軸方向に摺動自在でかつ傾動可能でありながら、駆動軸７に連動して回転する。斜板支持体１２には斜板１４が固定支持されている。従って、斜板１４は、駆動軸７に対し傾斜した状態で、駆動軸７に連動して回転し、かつ傾斜角度を調整可能である。尚、斜板１４は図では傾斜角度０°の状態で示しているが、斜板支持体１２の前後に作用させた一対の初期設定用スプリング（図示せず）により斜板支持体１２と共に初期状態から傾斜している。

シリンダブロック１には、駆動軸７を囲む円周上に等間隔に配置されてそれぞれが駆動軸７の軸線と平行に延びる複数のシリンダボア１ａが形成されており、各シリンダボア１ａには片頭型のピストン１５が往復動自在に収納されている。
各ピストン１５の端部（頭部と反対側）にはコ字状部が形成され、このコ字状部は斜板１４の外周部に前後一対のシュー１６を介して係留されている。従って、駆動軸７の回転に伴う斜板１４の回転運動がシュー１６を介してピストン１５の往復直線運動に変換される。

シリンダボア１ａのピストン１５頭部側には、ピストン１５とバルブシート３とで囲まれる圧縮室２０が区画されている。
リアハウジング４内には、内周側に吸入室２１が区画され、外周側に吐出室２が区画されている。
バルブシート３には、圧縮室２０と吸入室２１とを連通する吸入ポート２３と、圧縮室２０と吐出室２２とを連通する吐出ポート２４とが形成され、吸入ポート２３及び吐出ポート２４にはそれぞれ一方向弁（図示せず）が設けられている。

従って、ピストン１５が図１で左行することにより圧縮室２０の容積が増大して吸入室２１から冷媒を吸入し、ピストン１５が図で右行することにより圧縮室２０の容積が減少して圧縮室２０内の冷媒を圧縮して吐出室２２へ吐出する。尚、吸入室２１は蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器出口側と連通し、吐出室２２は吐出遮断弁（図３参照）を介して凝縮器入口側と連通する。

ここにおいて、斜板１４の傾斜角度により、ピストン１５のストロークを変化させて、吐出容量を変化させることができ、斜板１４の傾斜角度（ピストン１５のストローク）はクランク室６の圧力により決定される。
すなわち、各ピストン１５の前後の圧力差、換言すると、ピストン１５を挟む圧縮室２０とクランク室６との圧力差を利用して、斜板１４の傾斜角度を任意に制御可能であり、このため、クランク室６の圧力を吸入室２１の圧力（吸入圧力Ｐｓ）〜吐出室２２の圧力（吐出圧力Ｐｄ）の範囲で制御する。

この制御のため、図３の模式図に示すように、吐出室２２とクランク室６とを連通して吐出室２２内の吐出冷媒ガスの一部をクランク室６に導入する第１連通路２５（２５ａ、２５ｂ）と、クランク室６と吸入室２１とを連通してクランク室６内の冷媒を吸入室２１に戻す第２連通路２６とが設けられ、第１連通路２５にはその開度を制御する容量制御弁２７が介装され、第２連通路２６にはオリフィス２８が介装されている。

従って、この容量制御弁２７の開度を調整することで、第１連通路２５（２５ａ、２５ｂ）を介してクランク室６に導入される高圧の冷媒ガスの導入量と、第２連通路２６を介してクランク室６から導出される冷媒ガスの導出量とのバランスが制御されて、クランク室６の圧力が決定される。
これにより、ピストン１５を挟んだクランク室６の圧力と圧縮室２０の圧力との差が変更され、斜板１４の駆動軸７に対する傾斜角度が変更される。この結果、ピストン１５のストローク、すなわち圧縮機の吐出容量が変更される。

例えば、クランク室６の圧力が低下すると、斜板１４の傾斜角度が増大し、圧縮機の吐出容量が増大する。逆に、クランク室６の圧力が上昇すると、斜板１４の傾斜角度が減少し、圧縮機の吐出容量が減少する。
容量制御弁２７は、その内部構造の図示は省略するが、任意の電磁力を閉弁方向に発生し得るソレノイドと、吸入室２１の圧力（吸入圧力Ｐｓ）に感応し当該圧力の低下に伴って開弁方向に伸長動作するベローズとを備え、電磁力と吸入圧力とに応じて開閉制御される。

ここで、ソレノイドに所定の電流を流すと、閉弁方向の作用力が発生して、弁体が閉弁され、吐出室２２とクランク室６との連通が遮断される。これにより、吐出室２２のガスはクランク室６に導入されず、クランク室６からオリフィス２８を介して吸入室２１に向かうガス流れのみが発生する。こにより、クランク室６の圧力が低下して吸入室２１の圧力と同等になり、圧縮機は最大容量に維持され、吸入室２１の圧力が徐々に低下する。

吸入室２１の圧力が所定値まで低下すると、ベローズが伸長し、弁体が開く方向に動作するため、吐出室２２のガスがクランク室６側に導入され、クランク室６と吸入室２１との圧力差の増加により、吐出容量が減少する。これにより、吸入室２１の圧力が上昇すると、ベローズが収縮し、弁体が閉じる方向に作用するため、クランク室６と吸入室２１との圧力差の減少により、吐出容量が増加する。

このようにして、電磁力一定の場合では、吸入圧力Ｐｓが所定値となるように弁体の開度が調整され、吐出容量が制御される。
次に本実施形態でのＯＣＲ低減技術について説明する。
図３の模式図を参照し、吐出室２２とクランク室６とを連通して吐出室２２内の吐出冷媒ガスの一部をクランク室６に導入する第１連通路２５の容量制御弁２７下流部分を拡張して、制御ガスに含まれる潤滑オイルを分離すると共に分離されたオイルを貯留する貯油室３０を形成する。

第１連通路２５は、貯油室３０の下流側では、貯油室３０の上部からクランク室６へ向けて形成される（図示２５ｂ）。
また、貯油室３０の下部からクランク室６へ向けてオイル戻し通路３１が形成され、オイル戻し通路３１にはオリフィス３２が設けられる。
具体的構成は、図１及び図２に示される。

容量制御弁２７は、リアハウジング４に横向きに装着される。その出口部２７ａの下流側の通路を下側に大きく拡張して、貯油室３０を形成してある。図中３３は前記出口部２７ａに相対して貯油室３０を画成する蓋部材である。尚、貯油室３０の大きさは、十分な分離効果を得るために、１５ｃｍ³ 以上とするとよい。
図１には、第１連通路２５として、吐出室２２からの連通路２５ａと、クランク室６（空間３４）への連通路２５ｂとが示され、これらの間に制御弁２７が設けられる。制御弁２７下流側の連通路２５ｂは、図２に示されるように、貯油室３０の上部からクランク室６（空間３４）に向けて形成される。尚、この連通路２５ｂは、シリンダブロック１における駆動軸７挿通用の空間３４に開口しており、この空間３４は通路３５及び／又は駆動軸７の軸受８部分を介してクランク室６と連通している。

第２連通路２６は、図１に示されるように、バルブシート３に設けられて、前記空間３４と吸入室２１とを連通し、ここにはオリフィス２８が設けられる。
貯油室３０からのオイル戻し通路３１は、図１及び図２に示されるように、貯油室３０の底部近傍（底部よりやや高い位置）に形成され、オリフィス３２を介して、シリンダブロック１におけるボルト５の通し孔３６を経て、クランク室６に連通している。

本実施形態においては、容量制御域にて、容量制御弁２７が開かれると、吐出室２２内の吐出冷媒ガスの一部が、制御ガスとして、第１連通路２５（２５ａ、２５ｂ）を通ってクランク室６（空間３４）に導入される一方、クランク室６内の冷媒ガスの一部が第２連通路２６のオリフィス２８を通って吸入室２１へ導出され、導入量と導出量とのバランスにより、クランク室６の圧力が制御されて、ピストン１５のストロークが制御され、クランク室６の圧力が高くなるほど、ピストン１５のストロークが減少する。

ここにおいて、制御ガスは、第１連通路２５（２５ａ、２５ｂ）の途中で、容量制御弁２７を通過した後、拡張形成した貯油室３０に流出する際に、流路面積が一気に増大することから、流速が低下することで、制御ガスに含まれる潤滑オイルが比重差により分離される。また、容量制御弁２７の出口部２７ａより噴出する際、制御ガスは対向する蓋部材３３に衝突し、これによっても、制御ガスに含まれる潤滑オイルが分離される。尚、分離効果を更に高めるために、貯油室３０内に邪魔板（図示せず）を設置するようにしてもよい。

潤滑オイルが分離された制御ガスは、貯油室３０の上部から、連通路２５ｂを通って、クランク室６（空間３４）へ向かう。
一方、制御ガスから分離された潤滑オイルは、貯油室３０の底部に貯留される。そして、貯留された潤滑オイルは、オイル戻し通路３１のオリフィス３２を通って、少しずつクランク室６に戻され、クランク室６内で各部の潤滑に用いられる。

従って、本実施形態によれば、容量制御域（吐出室２２からクランク室６への第１連通路２５に冷媒ガスが制御ガスとして流れる領域）にて、制御ガスからオイルを分離することができる一方、オイル分離用の貯油室（拡張室）３０は制御ガスの経路上に設けられるので、効率の悪化を抑制することができる。
また、貯油室３０を備えて、分離されたオイルを少なくとも一時的に貯留するので、分離後の液化を促進でき、結果的に潤滑オイルがクランク室６内にとどまる時間を長くして、各部の潤滑性能を高めることができる。

また、本実施形態によれば、第１連通路２５は、貯油室３０の下流側では、貯油室３０の上部からクランク室６（空間３４）へ向けて形成され、オイル戻し通路３１は、貯油室３０の下部からクランク室６へ向けて形成されることにより、分離した制御ガス（冷媒）と潤滑オイルとを再び混合させることなく、的確に導くことができる。
また、本実施形態によれば、オイル戻し通路３１はオリフィス３２を有する構成とすることにより、オイル戻し量を規制して、貯留室３０内にとどまる時間を確保し、これにより分離後の液化を促進することができる。

次に本発明の他の実施形態について図４の模式図により説明する。尚、図４において図３と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、オイル戻し通路３１に設けられるオリフィス３２を、可変オリフィスとしたもので、特に可変オリフィス機構３７により前後差圧の増大に伴ってオリフィス径を縮小する方向に動作するようにしてある。これは次の理由による。

オイル戻し通路３１のオリフィス３２は、オイル戻し量を一定かつ小流量にすべくオイル戻し量を規制しているが、何らかの理由で、前後差圧が大きくなると、戻し量が増大し、貯油効果が減少することが考えられる。
そこで、前後差圧が大きくなった場合は、可変オリフィス機構３７により、オリフィス３２のオリフィス径を縮小することで、前後差圧の増大によるオイル戻し量の増大を抑制し、オイル戻し量を一定かつ小流量にして、貯油効果を確保する。

従って、特に本実施形態によれば、運転条件の変化にかかわらず、貯油効果を確保して、潤滑性能の向上を図ることができる。
尚、以上の実施形態では、貯油室３０は、リアハウジング（シリンダヘッド）４内に配置したが、シリンダブロック１内に配置するようにしてもよい。
また、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ シリンダブロック
１ａ シリンダボア
２ フロントハウジング
３ バルブシート
４ リアハウジング
５ ボルト
６ クランク室
７ 駆動軸
８、９ 軸受
１０ プーリ
１１ ロータ
１２ 斜板支持体
１３ ヒンジ機構
１４ 斜板
１５ ピストン
１６ シュー
２０ 圧縮室
２１ 吸入室
２２ 吐出室
２３ 吸入ポート
２４ 吐出ポート
２５（２５ａ、２５ｂ） 第１連通路
２６ 第２連通路
２７ 容量制御弁
２７ａ 出口部
２８ オリフィス
３０ 貯油室
３１ オイル戻し通路
３２ オリフィス
３３ 蓋部材
３４ 空間
３５ 通路
３６ 通し孔
３７ 可変オリフィス機構

Claims (5)

1. 吸入室から吸入した潤滑オイルを含む冷媒ガスを圧縮して吐出室に吐出するピストンと、ピストン背方のクランク室と、前記吐出室と前記クランク室とを連通する第１連通路と、前記クランク室と前記吸入室とを連通する第２連通路と、前記第１連通路に介装した制御弁と、前記第２連通路に介装したオリフィスと、を備え、
   前記制御弁により前記クランク室の圧力を制御することにより、前記ピストンのストロークを変化させる可変容量圧縮機であって、
   前記第１連通路における前記制御弁の下流に拡張形成されて、オイルを分離すると共に分離されたオイルを貯留する貯油室と、
   前記貯油室から前記クランク室へ前記第１連通路とは別に形成されて、前記貯油室に貯留されたオイルを前記クランク室へ戻すオイル戻し通路と、
   を設けたことを特徴とする可変容量圧縮機。
2. 前記第１連通路は、前記貯油室の下流側では、前記貯油室の上部から前記クランク室へ向けて形成され、
   前記オイル戻し通路は、前記貯油室の下部から前記クランク室へ向けて形成されることを特徴とする請求項１記載の可変容量圧縮機。
3. 前記オイル戻し通路は、オリフィスを有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の可変容量圧縮機。
4. 前記オイル戻し通路の前記オリフィスは、可変オリフィスであることを特徴とする請求項３記載の可変容量圧縮機。
5. 前記可変オリフィスは、前後差圧の増大に伴ってオリフィス径を縮小する方向に動作するものであることを特徴とする請求項４記載の可変容量圧縮機。

Images