JP6738152B2 - 圧縮機 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載された圧縮機は、ハウジングの一部を外方に膨出させてなる膨張型の吸入マフラを吸入通路上に備え、この膨張型の吸入マフラにより、吸入圧力脈動の圧縮機外への伝播を低減するように構成されている。
特許文献2に記載された圧縮機は、吸入通路上にこの吸入通路の開度を調整する開度調整弁を備え、低流量運転時に、開度調整弁によって吸入通路の開度を絞ることにより、吸入圧力脈動の圧縮機外への伝播を低減するように構成されている。
一方、特許文献2に記載された圧縮機では、膨張型の吸入マフラを必要としないため、圧縮機の体格は特許文献1の圧縮機よりも小さくすることが可能であるが、吸入圧力脈動の圧縮機外への伝播の更なる低減が求められている。
そして、前記圧縮機では、膨張型の吸入マフラではなく共鳴効果を用いる共鳴室により圧力脈動のレベルを低減する構成であるため、共鳴室のスペースを膨張型の吸入マフラよりも小スペースに抑えることができる。また、前記圧縮機では、ヘルムホルツ共鳴器の通路部を、単に、吸入通路の一部を構成する弁収容室と開度調整弁とにより協働して形成する構成であるため、構造を複雑化させることなく、簡素な構造で、ヘルムホルツ共鳴器を構成することができる。
図1は、本発明が適用された圧縮機の一例である斜板式の可変容量圧縮機(以下において単に「圧縮機」という)100の断面図である。この圧縮機100は、図示省略した蒸発器、凝縮器及びこれらを接続する冷媒配管等を含む冷媒回路の一部を構成し、前記冷媒配管のうちの蒸発器側の配管の一端と、凝縮器側の配管の一端との間に接続され、吸入した冷媒(冷媒ガス)を圧縮して吐出し、冷媒を冷媒回路内で循環させるものである。つまり、本実施形態において、圧縮機100は車両エアコンシステムに組み込まれる場合を一例に挙げて説明する。
なお、本実施形態において、圧縮機100の車両エアコンシステムへの組み込み状態(設置状態)における水平方向及び鉛直方向(上下方向)が図1及び後述する各図に示されている。本実施形態では、圧縮機100の設置状態における後述する駆動軸110の軸線Oの方向が水平方向であるものとする。
なお、本実施形態において、吸入通路L1、吸入室S2及び吐出室S3を有する上記シリンダヘッド104が本発明に係る「ハウジング」に相当する。
この開度調整弁200は、シリンダヘッド104に形成され、吸入通路L1の一部を構成する弁収容室S4内に収容されている。吸入ポート104cに導入された冷媒は、吸入通路L1上の開度調整弁200を介して吸入室S2に導かれる。
開度調整弁200は、吸入通路L1の上流側圧力と下流側圧力との差圧に応じて作動して吸入通路L1の開度を調整するように構成されており、冷媒流量の変化に追従して吸入通路L1の開度調整が可能である。開度調整弁200は、冷媒流量が減少すれば吸入通路L1の開度を小さくし、冷媒流量が増大すれば吸入通路L1の開度を大きくするように構成されている。
なお、開度調整弁200の構造については後に詳述する。
具体的には、弁収容室S4は、吸入通路L1の下流側部位を構成し、シリンダヘッド104の吸入通路L1形成壁のうちの下流側の部分により形成されている。また、流入口104fは、吸入通路L1の鉛直方向中間部分に位置している。そして、流出口104gは、膨出壁104eを貫通して形成され、吸入通路L1(詳しくは、膨出壁104eの内面と開度調整弁200の後述する周壁201aの外面との間の領域)と吸入室S2とを連通し、吸入室S2に開口している。流出口104gの形成位置は、膨出壁104eにおける鉛直方向の適宜位置に設定することができ、本実施形態では、鉛直方向下端部位に設定されている。
なお、通路部L2及び共鳴室S5については後に詳述する。
圧力制御弁250は、吐出室S3とクランク室S1とを連通する圧力供給通路L3の途上に配置され、この圧力供給通路L3の開度を調整して、クランク室S1への冷媒(冷媒ガス)導入量を制御する。また、このクランク室S1内の冷媒は、クランク室S1と吸入室S2とを連通する放圧通路L4を介して吸入室S2へ流れる。
図1において、圧力制御弁250及び圧力供給通路L3は、図の簡略化のため概念化して示したが、圧力制御弁250は、実際には、例えば、シリンダヘッド104内に配置されている。また、圧力供給通路L3は、圧力制御弁250の位置に応じて、シリンダブロック101、バルブプレート103、及び、シリンダヘッド104等に適宜形成されている。放圧通路L4は、具体的には、シリンダブロック101に駆動軸110と平行して形成された連通路101b、駆動軸110の端部側に形成された空間101c、シリンダガスケット及び吸入弁形成体にそれぞれ形成された連通孔(図示省略)、バルブプレート103に形成されたオリフィス103c、吐出弁形成体及びヘッドガスケットに形成された連通孔(図示省略)で構成されている。これにより、クランク室S1内の冷媒は、放圧通路L4を介して吸入室S2へ流入する。
図2は、開度調整弁200の部分断面図であり、図3は、共鳴室S5及び通路部L2を含む要部拡大図であり、図4は、図3に示す矢印A方向から見た開度調整弁200の収容状態を示した概念図である。なお、図2において、上半分が断面図であり、下半分が側面図である。
前記開度調整弁200は、図2に示すように、弁ハウジング201と、弁体202と、コイルバネからなる付勢手段203と、弁座形成部材204とを備えて構成されている。
弁ハウジング201は、周壁201aの他端側開口が弁収容室S4の流入口104f(図1参照)に連通する入口孔201c(図2参照)として開口され、弁収容室S4の流出口104g(図1、図3及び図4参照)に連通する出口孔201d(図2〜図4参照)が周壁201aに開口され、共鳴室S5に連通する圧力導入孔201e(図2参照)が底壁201bに開口されている。
弁体202は、底壁202bの一端面には入口孔201cを介して吸入通路L1の上流側圧力が作用し、底壁202bの他端面には共鳴室S5及び圧力導入孔201eを介して吸入通路L1の下流側圧力が作用すると共に後述するように付勢手段203からの付勢力が作用し、弁体202の位置を移動させて出口孔201dの実質的な開口面積を可変することにより、吸入通路L1の開度(開口面積)を調整するように構成されている。
弁収容室S4の流入口104fまで導かれた冷媒は、弁ハウジング201の入口孔201cを介して弁ハウジング201内を導入される。この弁ハウジング201内の冷媒は、図3及び図4に破線矢印で示すように、各出口孔201dを介して吸入通路L1の下流側部位(詳しくは、弁ハウジング201の周壁201aと弁収容室S4の内面との間の領域)に導かれ、この吸入通路L1を流通する。そして、この吸入通路L1を流通した冷媒は、流出口104gを介して吸入室S2へ導入される。なお、冷媒(冷媒ガス)は通路部L2を介して共鳴室S5内にも充満され得る。
本実施形態では、圧縮機100の設置状態において、共鳴室S5の開口端S5aは弁収容室S4の鉛直方向(上下方向)の下部に開口されている。つまり、本実施形態では、前記第1方向の他方側は、鉛直方向の下部である。
共鳴室S5は、その開口端S5aの開口面積が通路部L2の通路開口面積よりも大きく、且つ、その容積が通路部L2の通路容積よりも大きくなるように、その内径及び深さが設定されている。また、共鳴室S5は、その中心軸を弁収容室S4の中心軸と合わせて弁収容室S4の下方に延設され、弁収容室S4の内径及び開度調整弁200の周壁201aの外径よりも小さい内径を有する。
本実施形態においては、通路部L2は、開度調整弁200の外面における共鳴室S5側の部位200aと、これに対向する弁収容室S4の内面の対応部位S4aとの間に形成されている。
通路部L2は、その通路開口面積が共鳴室S5の開口面積よりも小さく、且つ、その通路容積が共鳴室S5の容積よりも大きくなるように設定されている。
このように構成された共鳴室S5と通路部L2からなるヘルムホルツ共鳴器は、後述するように、共鳴室S5の容積と通路部L2の通路開口面積等により定まる特定の共鳴周波数F2の音を発生し得る。
ピストン136が作動して冷媒の流入が開始されると、図示省略した吸入弁形成体に形成された吸入弁の自励振動等に起因して、吸入室S2内に圧力脈動が生じる。この圧力脈動は、ピストン136の個数や単位時間当たりピストン136の往復動回数等によって定まる所定の周波数F1の脈動成分を主に有している。この所定の周波数F1の圧力脈動においては、図5に示すように、圧力レベルの振幅が略変化しない節P0が水平方向に離間した所定位置に現れ、各節P0の間に圧力レベルの振幅が最大となる腹P1が現れる。つまり、圧力脈動は、図5に二点鎖線で示すように、鉛直方向に略等間隔に離間した位置に節P0を有して振幅する定在波として概念化することができる。本実施形態では、流出口104gの形成位置は、詳しくは、流出口104gの孔中心軸線上に節P0が位置するように設定されている。また、通路部L2の通路開口面積及び通路容積や、共鳴室S5の内径、深さ及び容積は、共鳴室S5の後述する共鳴周波数F2が圧力脈動の主な周波数成分である周波数F1と略一致するように設定されている。
吸入室S2内に特定の周波数F1を主な周波数成分として含む圧力脈動が生じると、この圧力脈動により吸入室S2内に生じる脈動音は、図5に破線矢印で示すように流れる冷媒を媒体として、流出口104gを介して弁収容室S4側に伝播する。言い換えると、圧力脈動は音波として吸入通路L1の下流側部位に伝播する。このとき、吸入通路L1を流れる冷媒の一部が通路部L2内に流入する。通路部L2内に冷媒が流入すると、通路部L2内に存在する流体(冷媒ガスや空気)が共鳴室S5側に押し込まれ、その結果、共鳴室S5内の流体(冷媒ガスや空気)は圧縮される。この共鳴室S5内で圧縮された流体は、その後、膨張して、通路部L2内の流体を押し戻す。このように、共鳴室S5内の流体は、ばねの働きをして、通路部L2内の流体を振動させる。この振動作用により、共鳴室S5の容積と通路部L2の通路開口面積等により定まる特定の共鳴周波数F2の音が発生する。この共鳴周波数F2は圧力脈動の主な周波数成分である周波数F1と略一致しているため、吸入通路L1側に伝播した圧力脈動(脈動音)のうちの共鳴周波数F2と同じ周波数(つまり、F1)、又は、その近傍の周波数の脈動音のレベルを減衰させる。
また、吸入通路L1の下流側部位に伝播した圧力脈動は、吸入通路L1の上流側部位に伝播し得るが、開度調整弁200により吸入通路L1の開度が絞られているため、吸入通路L1の上流側部位への圧力脈動の伝播は抑制される。
さらに、流出口104gは圧力脈動の節P0に合わせた位置に形成されているため、流出口104gを介して吸入通路L1の下流側部位に伝播する圧力脈動は比較的に低い圧力レベルの振幅の脈動成分に抑制される。
そして、圧縮機100では、膨張型の吸入マフラではなく共鳴効果を用いる共鳴室S5により圧力脈動のレベルを低減する構成であるため、共鳴室S5のスペースを膨張型の吸入マフラよりも小スペースに抑えることができる。また、圧縮機100では、ヘルムホルツ共鳴器の通路部L2を、単に、吸入通路L1の一部を構成する弁収容室S4と開度調整弁200とにより協働して形成する構成であるため、構造を複雑化させることなく、簡素な構造で、ヘルムホルツ共鳴器を構成することができる。
このようにして、本実施形態による圧縮機100によれば、圧縮機の体格増大を抑制し、且つ、簡素な構造で吸入圧力脈動に起因する振動及び騒音のレベルを効果的に低減可能な圧縮機を提供することができる。
一方、本実施形態では、共鳴室S5の開口端S5aは単に弁収容室S4に開口して形成される構成であるため、弁収容室S4側から一般的な回転工具を用いてシリンダヘッド104の共鳴室S5形成壁の鋳肌面を高速切削して共鳴室S5を形成することができ、共鳴室S5の加工コストを低くすることができる。また、共鳴室S5の深さ及び容積を低コストで且つ厳密に設定することができる。
また、本実施形態では、開度調整弁200の外面における共鳴室S5側の部位200aと対向する弁収容室S4の内面の対応部位S4aは、エンドミル等により機械加工され、機械加工面として形成される構成である。これにより、弁ハウジング201の底壁201bと弁収容室S4の底面との間の間隔を厳密に定めることができるため、通路部L2の通路開口面積及び通路容積を低コストで且つ厳密に設定することができる。
このように、共鳴室S5の深さ及び容積や通路部L2の通路開口面積及び通路容積を低コストで且つ厳密に設定することができるため、共鳴周波数F2を低減対象の圧力脈動の特定の周波数F1に略一致するように容易に初期設定することができる。
前述した弁収容室S4は、図1及び図5に示すように、弁ハウジング201のフランジ201fとの係合部分を除いて、弁ハウジング201の周壁201aの外径よりも大きい同一の内径で、共鳴室S5の開口端まで伸びている場合を一例に挙げて説明したが、弁収容室S4の形状は、これに限らない。
例えば、図6及び図7に示すように、弁収容室S4の共鳴室S5側の部位の内径を弁収容室S4の鉛直方向中央部分の内径より小さく、且つ、弁ハウジング201の周壁201aの外径より大きくなるように形成することにより、弁収容室S4の共鳴室S5側の部位に段付き部104iを備えてもよい。この場合、通路部L2は、開度調整弁200の外面における共鳴室S5側の外縁部とこれに対向する弁収容室S4の段付き部104iとの間に形成されている。詳しくは、通路部L2は、共鳴室S5の開口端S5aと対向する弁ハウジング201の底壁201bの端面における周縁部分201b1、及び、周壁201aの外周面における共鳴室S5側の外周面部分201a2と、周縁部分201b1に対向する段付き部104iのうちの円環状の底面104i1、及び、外周面部分201a2に対向する段付き部104iのうちの内周面104i2と、の間の隙間により構成されている。したがって、本実施形態では、前記「開度調整弁200の外面における共鳴室S5側の部位200a」とは、底壁201bの端面及び周壁201aの外周面の一部(周縁部分201b1及び外周面部分201a2)であり、前記「これに対向する弁収容室S4の内面の対応部位S4a」とは、弁収容室S4の底面及び内周面の一部(底面104i1及び内周面104i2)である。
図10は第2実施形態における圧縮機100の断面図であり、図11は第2本実施形態における開度調整弁200の要部の部分断面図である。
具体的には、開度調整弁200は、周壁201aの底壁201b側端部から弁収容室S4の底面側に向って延設された筒状部205を有する。この筒状部205は、この筒状部205を含む開度調整弁200の鉛直方向の長さ(全長)が弁収容室S4の鉛直方向の長さ(深さ)より短くなるように形成されている。開度調整弁200が弁収容室S4内に収容されることによって、筒状部205の開口端205aが弁収容室S4の底面と離間して対向し、筒状部205内に吸入通路L1と区画された共鳴室S5が形成される。このように、開度調整弁200内に形成された共鳴室S5は、弁収容室S4の第1方向の他方側(つまり、鉛直方向の下部)に位置する底面と離間して対向する開口端S5bを有している。
具体的には、通路部L2は、開度調整弁200の筒状部205の開口端205aと、これに対向する弁収容室S4の底面の対応部位S4b1との間の円環状の隙間により構成されている。つまり、本実施形態では、前記「開度調整弁200の外面における弁収容室S4の底面側の部位200b」とは、筒状部205の開口端205aであり、前記「これに対向する弁収容室S4の内面の対応部位S4b」とは、弁収容室S4の底面の一部(対応部位S4b1)である。
104・・・・シリンダヘッド(ハウジング)
104f・・・流入口
104g・・・流出口
104h・・・連通孔
200・・・・開度調整弁
200a・・・部位
200b・・・部位
201・・・・弁ハウジング
201a・・・周壁
201b・・・底壁
201c・・・入口孔
201d・・・出口孔
201e・・・圧力導入孔
202・・・・弁体
203・・・・付勢手段
S2・・・・・吸入室
S4・・・・・弁収容室
S4a・・・・対応部位
S4b・・・・対応部位
S5・・・・・共鳴室
S5a・・・・開口端
S5b・・・・開口端
L1・・・・・吸入通路
L2・・・・・通路部
Claims (9)
- 流体の吸入室と外部とを連通する吸入通路の開度を調整する開度調整弁を備え、前記吸入通路を介して前記吸入室に導かれた流体を圧縮して吐出する圧縮機であって、
前記吸入通路及び前記吸入室を有するハウジングに形成され、前記吸入通路の一部を構成すると共に前記開度調整弁が収容される弁収容室と、
前記弁収容室と前記開度調整弁とにより協働して形成される通路部を介して、前記吸入通路に連通する共鳴室であって、前記弁収容室に開口する開口端を有して前記ハウジング内に形成されている前記共鳴室と、
を含む、圧縮機。 - 流体の吸入室と外部とを連通する吸入通路の開度を調整する開度調整弁を備え、前記吸入通路を介して前記吸入室に導かれた流体を圧縮して吐出する圧縮機であって、
前記吸入通路及び前記吸入室を有するハウジングに形成され、前記吸入通路の一部を構成すると共に前記開度調整弁が収容される弁収容室と、
前記弁収容室と前記開度調整弁とにより協働して形成される通路部を介して、前記吸入通路に連通する共鳴室であって、前記開度調整弁内に形成されている前記共鳴室と、
を含み、
前記弁収容室は、第1方向の一方側に流体の流入口を有すると共に前記第1方向と交差する第2方向の一方側に流体の流出口を有し、
前記共鳴室は、前記弁収容室の前記第1方向の他方側に位置する底面と離間して対向する開口端を有し、
前記通路部は、前記開度調整弁の外面における前記弁収容室の底面側の部位と、これに対向する前記弁収容室の内面の対応部位との間に形成される、
圧縮機。 - 前記弁収容室は、第1方向の一方側に流体の流入口を有すると共に前記第1方向と交差する第2方向の一方側に流体の流出口を有し、
前記共鳴室の開口端は、前記弁収容室の前記第1方向の他方側に開口し、
前記通路部は、前記開度調整弁の外面における前記共鳴室側の部位と、これに対向する前記弁収容室の内面の対応部位との間に形成される、請求項1に記載の圧縮機。 - 前記圧縮機の設置状態において、前記弁収容室は上下方向の上部に前記流入口を有すると共に側部に前記流出口を有し、前記共鳴室の開口端は前記弁収容室の下部に開口され、
前記弁収容室の前記流出口は、前記吸入室に開口している、請求項3に記載の圧縮機。 - 前記圧縮機の設置状態において、前記弁収容室は上下方向の上部に前記流入口を有すると共に側部に前記流出口を有し、前記共鳴室の開口端は前記弁収容室の下部に開口され、
前記弁収容室の前記流出口は、前記弁収容室の側部のうちの上下方向の下側で前記吸入室に開口している、請求項2に記載の圧縮機。 - 前記共鳴室と前記吸入室とを連通する連通孔を更に有する、請求項4に記載の圧縮機。
- 前記通路部を形成する前記弁収容室の内面の対応部位は、機械加工面として形成されている、請求項2〜6のいずれか一つに記載の圧縮機。
- 前記開度調整弁は、前記吸入通路の上流側圧力と下流側圧力との差圧に応じて作動して前記吸入通路の開度を調整するように構成されている、請求項2〜7のいずれ一つに記載の圧縮機。
- 前記開度調整弁は、
筒状の周壁と該周壁の一端を閉止する底壁とを有する有底筒状の弁ハウジングと、
前記弁ハウジングの前記周壁の内面に沿って移動可能に、前記弁ハウジング内に収容される弁体と、
前記弁体を前記弁ハウジングの前記周壁の他端側に向けて付勢する付勢手段と、
を更に含み、
前記弁ハウジングは、前記周壁の他端側開口が前記弁収容室の前記流入口に連通する入口孔として開口され、前記弁収容室の前記流出口に連通する出口孔が前記周壁に開口され、前記共鳴室に連通する圧力導入孔が前記底壁に開口され、
前記弁体は、その一端面には前記入口孔を介して前記吸入通路の上流側圧力が作用し、その他端面には前記圧力導入孔を介して前記吸入通路の下流側圧力が作用すると共に前記付勢手段からの付勢力が作用し、該弁体の位置を移動させて前記出口孔の開口面積を可変することにより、前記吸入通路の開度を調整するように構成されている、請求項2〜8のいずれか一つに記載の圧縮機。
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