JP7300312B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、冷媒が循環する冷凍サイクルの一部を形成するスクロール圧縮機に関する。

スクロール圧縮機としては、例えば、特許文献１に記載されている構成のものがある。特許文献１に記載されているスクロール圧縮機は、旋回スクロールの渦巻き部と固定スクロールの渦巻き部が互いに噛み合って圧縮室を形成している。また、固定スクロールには、インジェクションパイプを介して、インジェクション配管が接続されている。さらに、固定スクロールには、インジェクションパイプの流路（インジェクション流路）を開閉するインジェクションバルブが設けられている。そして、インジェクションバルブが閉じてインジェクションパイプの圧力が降下すると、圧縮室の圧力によってインジェクションバルブの本体（弁本体）が押し上げられる。これにより、弁本体がインジェクションパイプと接触して、インジェクション流路と圧縮室を遮断するため、圧縮室の冷媒が、インジェクション流路へ逆流することを防止する。

特開２０１５－１４１９５号公報

特許文献１に記載されているスクロール圧縮機では、インジェクション流路の圧力と圧縮室の圧力との差に応じた差圧制御によって、インジェクションバルブの動作を制御しているため、機械的にインジェクション流路を開閉する構成となる。このため、旋回スクロールの回転数や圧力、温度条件によっては、最適なインジェクション量を流入させることが困難となるという問題点がある。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、インジェクション流路を開閉するタイミングを、電子制御により最適なタイミングに調整することが可能なスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、ハウジングと、駆動軸と、旋回スクロールと、固定スクロールと、吸入流路と、吐出流路と、インジェクション流路と、インジェクションバルブと、開閉制御部を備えるスクロール圧縮機である。ハウジングは、低圧の冷媒を外部から導入する吸入ポートと、高圧の冷媒を外部へ吐出する吐出ポートと、低圧の冷媒と高圧の冷媒との間の圧力である中間圧の冷媒を外部から導入するインジェクションポートを有する。駆動軸は、ハウジングへ回転可能に収容される。旋回スクロールは、ハウジングの内部において駆動軸の回転により旋回し、且つ駆動軸の軸方向から見て渦巻き状に形成された旋回側渦巻き部を有する。固定スクロールは、ハウジングの内部に固定され、且つ旋回側渦巻き部と噛み合うことで旋回側渦巻き部との間に圧縮室を形成する固定側渦巻き部を有する。吸入流路は、吸入ポートと圧縮室とを連通させる。吐出流路は、圧縮室と吐出ポートとを連通させる。インジェクション流路は、インジェクションポートと圧縮室とを連通させる。インジェクションバルブは、固定スクロールに取り付けられ、且つインジェクション流路を開閉可能である。開閉制御部は、電子制御によってインジェクションバルブを開閉する。

本発明の一態様によれば、電子制御によってインジェクションバルブを開閉することで、インジェクション流路を開閉するため、インジェクション流路を開閉する応答性を向上させることが可能なスクロール圧縮機を提供することが可能となる。

本発明の第一実施形態におけるスクロール圧縮機の構成を表す図である。 スクロール圧縮機の動作を表すフローチャートである。 旋回スクロールの旋回角度と圧縮した冷媒の圧力との関係を表すグラフである。 第一実施形態の変形例を表す図である。 第二実施形態におけるインジェクションバルブの構成を示す図である。 第二実施形態の作用効果を示す図である。

図面を参照して、本発明の第一実施形態を以下において説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係や、各層の厚さの比率等は、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚さや寸法は、以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

さらに、以下に示す第一実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質や、それらの形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。また、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を９０度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を１８０度回転すれば「左」が「右」になり、「右」が「左」になることは勿論である。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（構成）
図１を用いて、第一実施形態の構成を説明する。

（スクロール圧縮機）
図１中に表すように、スクロール圧縮機１は、フロントハウジング２と、リアハウジング３と、駆動軸４と、電動モータ５と、インバータ６と、固定スクロール７と、旋回スクロール８と、インジェクションバルブ９と、開閉制御部１０を備える。第一実施形態では、一例として、スクロール圧縮機１が、車両に搭載され、車両の空調装置に用いられる場合について説明する。したがって、第一実施形態では、スクロール圧縮機１が圧縮する対象の作動流体が、冷媒である場合について説明する。

（フロントハウジング、リアハウジング）
フロントハウジング２とリアハウジング３は、共に、底部を有する円筒形状に形成されており、通しボルト（図示せず）により締結されることで、スクロール圧縮機１のハウジングを形成している。また、フロントハウジング２とリアハウジング３は、互いに開口部同士が突き合わさった状態で締結されている。フロントハウジング２には、吸入ポートＰ１が形成されている。吸入ポートＰ１は、フロントハウジング２の側面に配置されており、低圧の冷媒を外部から導入する。なお、吸入ポートＰ１には、吸入ポートＰ１における冷媒の圧力と温度を検出する低圧側センサ１１が配置されている。

リアハウジング３には、吐出ポートＰ２と、インジェクションポートＰ３が形成されている。吐出ポートＰ２は、リアハウジング３の側面に配置されており、高圧の冷媒を外部へ吐出する。なお、吐出ポートＰ２には、吐出ポートＰ２における冷媒の圧力と温度を検出する高圧側センサ１２が配置されている。

インジェクションポートＰ３は、リアハウジング３の底面に配置されており、中間圧の冷媒を、外部から導入する。なお、インジェクションポートＰ３には、インジェクションポートＰ３における冷媒の圧力と温度を検出する中間圧側センサ１３が配置されている。中間圧とは、吸入ポートＰ１が導入する冷媒の圧力（低圧）と、吐出ポートＰ２が吐出する冷媒の圧力（高圧）との間の圧力である。なお、ハウジングの内部には、潤滑用のオイル（図示せず）が封入されており、スクロール圧縮機１の内部を冷媒が移動すると、冷媒と共にオイルが移動して、スクロール圧縮機１の内部が潤滑される。

（駆動軸）
駆動軸４は、ハウジング（フロントハウジング２）に収容されている。駆動軸４の一端は、第一軸受４１を介して、フロントハウジング２へ回転可能に支持されている。第一軸受４１は、駆動軸４の外周面に固定された内輪と、フロントハウジング２の内周面に固定された外輪と、内輪と外輪との間に配置された複数の転動体を備えている。駆動軸４の他端は、第二軸受４２を介して、フロントハウジング２へ回転可能に支持されている。第二軸受４２は、駆動軸４の外周面に固定された内輪と、軸支部材４３の内周面に固定された外輪と、内輪と外輪との間に配置された複数の転動体を備えている。軸支部材４３は、フロントハウジング２の内部において、電動モータ５よりもリアハウジング３に近い位置に配置されており、フロントハウジング２に固定されている。

（電動モータ）
電動モータ５は、フロントハウジング２に収容されており、軸支部材４３よりもリアハウジング３から遠い位置に配置されている。また、電動モータ５は、駆動軸４を回転させることにより、旋回スクロール８を公転運動させるものであり、ロータ５ａと、ステータ５ｂを備えている。ロータ５ａは、円筒状に形成されており、駆動軸４の外周面を包囲した状態で駆動軸４に連結され、駆動軸４と一体的に回転する。また、ロータ５ａには、永久磁石（図示せず）が設けられている。ステータ５ｂは、フロントハウジング２の内周面に固定されている。また、ステータ５ｂは、ロータ５ａに対して径方向に対向するステータコア（図示せず）と、ステータコアに捲回されたコイル（図示せず）を有している。

（インバータ）
インバータ６は、電動モータ５を駆動させる駆動回路であり、フロントハウジング２に取り付けられた円筒形状のカバー部材６０に収容されている。また、インバータ６は、ステータ５ｂが有するコイルと電気的に接続されている。なお、インバータ６には、電動モータ５の回転角度を検出する回転角センサ１４が設けられている。なお、回転角センサ１４は、図１に設けたセンサに限定されるものではなく、電動モータの回転角を検出することができる方法であれば、他の方法によって、電動モータの回転角を検出してよい。

（固定スクロール）
固定スクロール７は、旋回スクロール８よりも駆動軸４から離れた位置で、ハウジングに収容されている。また、固定スクロール７は、固定側基部７ａと、固定側渦巻き部７ｂと、排出路７ｃと、吸入路７ｄと、導入路７ｅを有する。これに加え、固定スクロール７には、インジェクションバルブ９が取り付けられている。固定側基部７ａは、円板状に形成されており、一方の面が、リアハウジング３のフロントハウジング２と対向する面に固定されている。

固定側渦巻き部７ｂは、固定側基部７ａの他方の面から突出して形成されており、駆動軸４の軸方向から見て渦巻き状に形成されている。排出路７ｃは、固定側基部７ａの中央付近に形成されており、固定側基部７ａを貫通する貫通孔である。また、排出路７ｃは、リアハウジング３に収容された吐出流路３１を介して、吐出ポートＰ２と連通している。

吸入路７ｄは、固定側基部７ａの径方向で端部側に形成されており、固定側基部７ａの側面との他方の面とを連通させる貫通孔である。また、吸入路７ｄは、フロントハウジング２に形成された吸入流路３２を介して、吸入ポートＰ１と連通している。導入路７ｅは、排出路７ｃよりも固定側基部７ａの径方向で端部側に形成されており、固定側基部７ａの一方の面と、インジェクションバルブ９とを連通させる貫通孔である。なお、インジェクションバルブ９の説明は、後述する。

また、導入路７ｅは、リアハウジング３に収容されたインジェクションパイプ３３を介して、インジェクションポートＰ３と連通している。したがって、導入路７ｅとインジェクションパイプ３３は、インジェクションポートＰ３と後述する圧縮室２０とを連通させるインジェクション流路３４の一部を構成している。なお、インジェクション流路３４のうち、インジェクションポートＰ３とインジェクションバルブ９との間には、インジェクション流路３４よりも断面積が大きいバッファータンクＢＴが配置されている。

（旋回スクロール）
旋回スクロール８は、固定スクロール７に対して公転運動が可能であり、旋回スクロール８よりも駆動軸４に近い位置で、ハウジングに収容されている。なお、図示を省略するが、旋回スクロール８には、旋回スクロール８の公転運動を許容する一方、旋回スクロール８の自転を規制する自転規制部が設けられている。また、旋回スクロール８は、旋回側基部８ａと、旋回側渦巻き部８ｂを有する。旋回側基部８ａは、円板状に形成されており、第二軸受４２と固定スクロール７との間に配置されている。旋回側基部８ａの一方の面は、固定スクロール７と対向している。

旋回側基部８ａの他方の面には、偏心軸５０の一端面が固定されている。偏心軸５０の他端面は、駆動軸４の他端側の端面のうち、駆動軸４の中心軸線に対して偏心した位置に固定されている。旋回側渦巻き部８ｂは、旋回側基部８ａの一方の面から突出して形成されており、駆動軸４の軸方向から見て渦巻き状に形成されている。また、旋回スクロール８は、旋回側渦巻き部８ｂが固定側渦巻き部７ｂと噛み合うように配置されている。また、固定側渦巻き部７ｂの先端面は、旋回側基部８ａに接触しており、旋回側渦巻き部８ｂの先端面は、固定側基部７ａに接触している。

そして、互いに噛み合う固定側渦巻き部７ｂと旋回側渦巻き部８ｂとの間には、吸入ポートＰ１、吸入流路３２、吸入路７ｄを順に経由して吸入された冷媒を圧縮する圧縮室２０が形成されている。すなわち、吸入流路３２は、吸入ポートＰ１と圧縮室２０とを連通させる。また、吐出流路３１は、圧縮室２０と吐出ポートＰ２とを連通させる。以上により、駆動軸４が予め定められた正方向に回転すると、旋回スクロール８が固定スクロール７の中心軸線（駆動軸４の中心軸線）の軸周りに正方向へ公転する。なお、正方向とは、冷媒の圧縮が正常に行われる方向である。旋回スクロール８が公転すると、圧縮室２０の容積が減少するため、吸入ポートＰ１、吸入流路３２、吸入路７ｄを順に経由して圧縮室２０に吸入された冷媒が圧縮される。そして、圧縮された冷媒は、圧縮室２０から、排出路７ｃと吐出流路３１を順に経由して、吐出ポートＰ２から吐出される。

（インジェクションバルブ）
インジェクションバルブ９は、筒部９ａと、弁体９ｂと、ソレノイドコイル９ｃと、付勢部材９ｄを備えている。筒部９ａは、円筒状に形成されており、インジェクション流路３４の一部を構成する空隙部が内部に形成されている。筒部９ａの側面には、インジェクションパイプ３３と空隙部とを連通させる導入口が形成されている。筒部９ａの先端面には、空隙部と連通する吐出口が形成されている。また、筒部９ａは、固定スクロール７の内部に固定されている。

第一実施形態では、一例として、インジェクションバルブ９の吐出口が、固定側基部７ａの他方の面に開口している場合について説明する。すなわち、第一実施形態では、インジェクションバルブ９の吐出口が、固定スクロール７の圧縮室２０と対向する面に開口している場合について説明する。弁体９ｂは、筒部９ａに収容されており、吐出口を開閉する。ソレノイドコイル９ｃは、筒部９ａの基端に配置されており、開閉制御部１０から受信した信号に応じて、弁体９ｂを開く方向へ移動させる。

付勢部材９ｄは、例えば、コイルスプリングを用いて形成されており、弁体９ｂを閉じる方向へ移動に付勢する。すなわち、インジェクションバルブ９は、固定スクロール７に取り付けられており、インジェクション流路３４を開閉可能に形成されている。第一実施形態では、一例として、インジェクションバルブ９の構成を、スクロール圧縮機１の運転条件により開閉タイミングを変更可能にするために、少なくとも１［°］単位で開閉タイミングの変更が可能な構成とした場合について説明する。これは、スクロール圧縮機１の最大回転数によって、インジェクションバルブ９に要求される性能が変わるためである。

また、第一実施形態では、一例として、インジェクションバルブ９の構成を、最大回転数が９０００[ｒｐｍ]であるときに、２０[μｓ]程度の時間でインジェクション流路３４を開閉することが可能な応答性を有する構成とした場合について説明する。なお、インジェクション流路３４を開閉する時間（上述した２０[μｓ]）の算出方法を、一例として、以下に記載する。最大回転数が９０００[ｒｐｍ]のスクロール圧縮機１であれば、旋回スクロール８が、１[ｓ]の間に最大で９０００／６０回転するため、旋回スクロール８が１回転するまでには、最大で６０／９０００[ｓ]の時間を要する。

また、インジェクションバルブ９は、少なくとも１［°］単位で開閉タイミングの制御が可能であることが望ましいため、１［°］回転するために要する時間[ｓ]は、以下の式（１）で算出される。
６０／９０００×１／３６０＝１８．５×１０－６≒２０×１０－６[ｓ] … （１）
以上により、スクロール圧縮機１の最大回転数が９０００[ｒｐｍ]の場合、弁を１回開閉するために要する時間が、少なくとも２０[μｓ]程度の応答性を有するインジェクションバルブを使用することとなる。

（開閉制御部）
開閉制御部１０は、例えば、ハウジングの外部に配置されており、電子制御によって、インジェクションバルブ９を開閉する。具体的に、開閉制御部１０は、低圧側センサ１１、高圧側センサ１２、中間圧側センサ１３が検出した冷媒の圧力及び温度と、回転角センサ１４が検出した電動モータ５の回転角度に応じて、インジェクション流路３４を開閉する。また、開閉制御部１０は、スクロール圧縮機１の運転条件に応じて、インジェクションバルブ９が開いている時間を変化させることで、圧縮室２０へ流入する冷媒の流入量を変化させる。

さらに、開閉制御部１０は、旋回スクロール８の旋回角度に応じて、インジェクションバルブ９を開閉する場合について説明する。なお、旋回スクロール８の旋回角度は、例えば、回転角センサ１４が検出した電動モータ５の回転角度を用いて検出する。また、開閉制御部１０は、閉じているインジェクション流路３４を開く旋回スクロール８の旋回角度と、開いているインジェクション流路３４を閉じる旋回スクロール８の旋回角度を、運転条件に応じて個別に変化させる。

（動作・作用）
図１を参照しつつ、図２及び図３を用いて、第一実施形態のスクロール圧縮機１で行う動作の一例と、作用を説明する。スクロール圧縮機１の使用時には、吸入ポートＰ１から導入した低圧の冷媒を、吸入流路３２と吸入路７ｄを介して、圧縮室２０に吸入する。そして、駆動軸４を正方向に回転させて旋回スクロール８を正方向に公転させることで、圧縮室２０の容積を減少させて、圧縮室２０に吸入した冷媒を圧縮する。さらに、圧縮して高圧となった冷媒を、吐出ポートＰ２から吐出する。第一実施形態のスクロール圧縮機１は、中間圧の冷媒を外部から圧縮室２０へ導入するとともに、低圧の冷媒を圧縮室２０で高圧の冷媒に圧縮する動作モードである、「インジェクションモード」で動作することが可能である。

以下、図２を参照して、インジェクションモードにおける動作について説明する。図２に表すように、ステップＳ１０において、インジェクションモードを開始する処理（図に表す「インジェクションモード開始」）を行う。その後、ステップＳ１１において、開閉制御部１０に、低圧側センサ１１、高圧側センサ１２、中間圧側センサ１３が検出した冷媒の圧力及び温度を入力する処理（図に表す「各冷媒の圧力と温度を入力」）を行う。

次に、ステップＳ１２において、回転角センサ１４が検出した電動モータ５の回転角度に応じて、旋回スクロール８の回転数を計算する処理（図に表す「スクロール回転数計算」）を行う。旋回スクロール８の回転数を計算した後、ステップＳ１３において、閉じているインジェクションバルブ９を開く時点の、すなわち、インジェクションバルブ９の開放によって、導入路７ｅと圧縮室２０とを連通させる旋回スクロール８のバルブ開放開始旋回角度Ｄｓを算出する処理（図に表す「バルブ開放開始角度算出」）を行う。

これに加え、ステップＳ１３では、インジェクションバルブ９を閉じる時点の旋回スクロール８のバルブ開放終了旋回角度Ｄｐと、インジェクションバルブ９が開いている時間に相当する、旋回スクロール８のバルブ開放旋回角度範囲Ｄｐａとを算出する処理（図に表す「バルブ開放期間算出」）を行う。なお、ステップＳ１３では、バルブ開放開始旋回角度Ｄｓとバルブ開放終了旋回角度Ｄｐを、個別に算出する。バルブ開放開始旋回角度Ｄｓとバルブ開放終了旋回角度Ｄｐは、ステップＳ１１において開閉制御部１０に入力した、低圧側センサ１１、高圧側センサ１２、中間圧側センサ１３が検出した冷媒の圧力及び温度を用いて算出する。例えば、圧力や温度が高いほど、バルブ開放終了旋回角度Ｄｐを小さい値とする。

すなわち、低圧側センサ１１、高圧側センサ１２、中間圧側センサ１３が検出した冷媒の圧力及び温度は、スクロール圧縮機１の運転条件に対応する。また、バルブ開放開始旋回角度Ｄｓは、閉じているインジェクション流路３４を開く旋回スクロール８の旋回角度に対応する。さらに、バルブ開放終了旋回角度Ｄｐは、開いているインジェクション流路３４を閉じる旋回スクロール８の旋回角度に対応する。ステップＳ１３においてバルブ開放開始旋回角度Ｄｓ及びバルブ開放終了旋回角度Ｄｐを算出した後、ステップＳ１４において、開閉制御部１０に旋回スクロール８の現在旋回角度Ｄａを入力する処理（図に表す「スクロール回転角Ｄａを入力」）を行う。

すなわち、ステップＳ１４において開閉制御部１０に入力する現在旋回角度Ｄａは、インジェクションバルブ９を閉じている状態における、旋回スクロール８の旋回角度である。ステップＳ１４において、開閉制御部１０に現在旋回角度Ｄａを入力した後、ステップＳ１５において、現在旋回角度Ｄａがバルブ開放開始旋回角度Ｄｓに達しているか否かを判定する処理（図に表す「Ｄａ＝Ｄｓ」）を行う。ステップＳ１５において、現在旋回角度Ｄａがバルブ開放開始旋回角度Ｄｓに達している（図に表す「Ｙｅｓ」）と判定した場合、ステップＳ１６において、閉じているインジェクションバルブ９を開く処理（図に表す「バルブ開放」）を行う。

一方、ステップＳ１５において、現在旋回角度Ｄａがバルブ開放開始旋回角度Ｄｓに達していない（図に表す「Ｎｏ」）と判定した場合、ステップＳ１４へ移行する。ステップＳ１６において閉じているインジェクションバルブ９を開いた後、ステップＳ１７において、開閉制御部１０に旋回スクロール８の現在旋回角度Ｄａを入力する処理（図に表す「スクロール回転角Ｄａを入力」）を行う。すなわち、ステップＳ１７において開閉制御部１０に入力する現在旋回角度Ｄａは、インジェクションバルブ９を開いている状態における、旋回スクロール８の旋回角度である。

ステップＳ１７において、開閉制御部１０に現在旋回角度Ｄａを入力した後、ステップＳ１８において、現在旋回角度Ｄａがバルブ開放終了旋回角度Ｄｐに達しているか否かを判定する処理（図に表す「Ｄｐ終了」）を行う。ステップＳ１８において、現在旋回角度Ｄａがバルブ開放終了旋回角度Ｄｐに達している（図に表す「Ｙｅｓ」）と判定した場合、ステップＳ１９において、開いているインジェクションバルブ９を閉じる処理（図に表す「バルブ閉鎖」）を行う。

一方、ステップＳ１８において、現在旋回角度Ｄａがバルブ開放終了旋回角度Ｄｐに達していない（図に表す「Ｎｏ」）と判定した場合、ステップＳ１７へ移行する。ステップＳ１９において、開いているインジェクションバルブ９を閉じた後、ステップＳ２０において、インジェクションモードを終了させる条件が成立しているか否かを判定する処理（図に表す「インジェクションモード終了」）を行う。ステップＳ２０において、インジェクションモードを終了させる条件が成立している（図に表す「Ｙｅｓ」）と判定した場合、ステップＳ２１において、通常モードへ移行する処理（図に表す「通常モードへ移行」）を行う。

なお、通常モードとは、インジェクションモードと異なり、中間圧の冷媒を圧縮室２０へ導入せずに、低圧の冷媒を圧縮室２０で高圧の冷媒に圧縮する動作モードである。また、インジェクションモードを終了させる条件は、例えば、吐出ポートＰ２から吐出する冷媒の圧力等である。一方、ステップＳ２０において、インジェクションモードを終了させる条件が成立していない（図に表す「Ｎｏ」）と判定した場合、ステップＳ１１へ移行する。

図３中に示すように、インジェクションモードでスクロール圧縮機１を使用すると、通常モードでスクロール圧縮機１を使用した場合と比較して、吐出ポートＰ２から吐出する冷媒の圧力を増加させることが可能となる。なお、図３中には、旋回スクロール８の旋回角度を「旋回角度［ｄｅｇ］」と表し、吐出ポートＰ２から吐出する冷媒の圧力を「圧力［Ｍｐａ］」と表す。また、図３中には、通常モードでスクロール圧縮機１を使用した場合における、旋回スクロール８の旋回角度と吐出ポートＰ２から吐出する冷媒の圧力との関係を、実線で表す。同様に、図３中には、第一実施形態のスクロール圧縮機１をインジェクションモードで使用した場合における、旋回スクロール８の旋回角度と吐出ポートＰ２から吐出する冷媒の圧力との関係を、点線で表す。

さらに、図３中には、従来の構成を有するスクロール圧縮機をインジェクションモードで使用した場合における、旋回スクロール８の旋回角度と吐出ポートＰ２から吐出する冷媒の圧力との関係を、破線で表す。なお、従来の構成を有するスクロール圧縮機とは、インジェクション流路を、電子制御ではなく、逆止弁等を用いて機械的に開閉する構成を有するスクロール圧縮機である。図３中に示すように、従来の構成を有するスクロール圧縮機では、機械的にインジェクション流路を開閉するため、最適なタイミングでインジェクションを行うことが不可能であり、図中に「旋回角度範囲Ｄｐｂ」で示すように、インジェクション期間も一定である。このため、インジェクションを行っても、旋回スクロールの回転数や圧力、温度条件によっては、最適なインジェクション量を流入させることが困難である。

これに対し、第一実施形態のスクロール圧縮機１では、電子制御によってインジェクション流路３４を開閉するため、最適なタイミング（インジェクションタイミング）でインジェクションを行うことが可能となる。このため、旋回スクロール８の回転数や圧力、温度条件によって、最適なインジェクション量を流入させることが可能となる。なお、図３中には、一例として、バルブ開放開始旋回角度Ｄｓが「０［ｄｅｇ］」であり、バルブ開放終了旋回角度Ｄｐが「１６０［ｄｅｇ］」である場合を示している。また、図３中には、インジェクションバルブ９の開いている時間を変化させることが可能な範囲である可変範囲を、符号「Ｖｔｒ」で示している。なお、上述した第一実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第一実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

（第一実施形態の効果）
第一実施形態のスクロール圧縮機１であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
（１）インジェクションポートＰ３と圧縮室２０とを連通させるインジェクション流路３４を開閉可能なインジェクションバルブ９が、固定スクロール７に取り付けられている。これに加え、開閉制御部１０が、電子制御によって、インジェクションバルブ９を開閉する。その結果、電子制御によってインジェクションバルブ９を開閉することで、インジェクション流路３４を開閉するため、インジェクション流路３４を開閉する応答性を向上させることが可能な、スクロール圧縮機１を提供することが可能となる。また、機械的にインジェクション流路を開閉する構成と比較して、開いているインジェクション流路３４を閉じる応答性が高くなり、最適なインジェクション量を流入させることが可能となる。

さらに、旋回側渦巻き部８ｂと固定側渦巻き部７ｂとの噛み合わせ状態に関わらず、インジェクションを行うことが可能となる。このため、機械的にインジェクション流路を開閉する構成と比較して、圧縮室２０へ中間圧の冷媒を導入する開口部の開口面積を、大きく設計することが可能となる。これにより、単位時間当たりのインジェクション冷媒流入量を増加させることが可能となるため、インジェクション流路３４を開いている時間を短くすることが可能となる。また、最適なインジェクション量を流入させることが可能となるため、吐出ポートＰ２から吐出する冷媒の圧力を高くすることが可能となる。

（２）開閉制御部１０が、スクロール圧縮機１の運転条件に応じて、インジェクションバルブ９が開いている時間を変化可能である。その結果、スクロール圧縮機１の運転条件に応じて、圧縮室２０へ流入する中間圧の冷媒の流入量を変化させることが可能となり、中間圧の冷媒を適切な流入量として、インジェクションモードにおける動作を行うことが可能となる。

（３）開閉制御部１０が、旋回スクロール８の旋回角度に応じて、インジェクションバルブ９を開閉する。その結果、旋回側渦巻き部８ｂと固定側渦巻き部７ｂとの噛み合わせ状態に関わらず、中間圧の冷媒を圧縮室２０へ流入させることが可能となり、圧縮室２０へ中間圧の冷媒を導入する開口部（吐出口）を設置する自由度を向上させることが可能となる。

（４）開閉制御部１０が、閉じているインジェクション流路３４を開く旋回スクロール８の旋回角度と、開いているインジェクション流路３４を閉じる旋回スクロール８の旋回角度を、スクロール圧縮機１の運転条件に応じて個別に変化させる。その結果、スクロール圧縮機１の運転条件に応じて、適切なタイミングで中間圧の冷媒を圧縮室２０へ流入させることが可能となる。

（５）インジェクション流路３４のうちインジェクションポートＰ３とインジェクションバルブ９との間に、インジェクション流路３４よりも断面積が大きいバッファータンクＢＴを配置する。その結果、中間圧の冷媒をバッファータンクＢＴに貯留することが可能となり、閉じているインジェクション流路３４を開くときに、中間圧の冷媒を圧縮室２０へ流入させる際の応答性を向上させることが可能となる。

（６）インジェクションバルブ９の吐出口が、固定スクロール７の圧縮室２０と対向する面に開口している。その結果、中間圧の冷媒がインジェクションポートＰ３から圧縮室２０へ移動する過程で圧力が低下することを抑制することが可能となり、中間圧の冷媒を、効率的に圧縮室２０へ流入させることが可能となる。

（第一実施形態の変形例）
（１）第一実施形態では、インジェクションモードにおける動作で、ステップＳ１１からステップＳ２０の処理を行ったが、これに限定するものではなく、例えば、ステップＳ１１からステップＳ１３のうち、いずれかの処理を省略してもよい。

（２）第一実施形態では、インジェクションバルブ９の吐出口が、固定側基部７ａの他方の面に開口している構成としたが、これに限定するものではない。すなわち、例えば、図４中に示すように、インジェクションバルブ９の吐出口が、固定スクロール７の内部に開口している構成としてもよい。この場合、図４中に示すように、固定スクロール７に、固定側基部７ａの他方の面とインジェクションバルブ９の吐出口とを連通させる連通路７ｆを形成する。なお、図４中では、説明のために、固定側基部７ａ、固定側渦巻き部７ｂ、連通路７ｆ、インジェクションバルブ９、インジェクションパイプ３３以外の構成を省略して図示している。

（第二実施形態）
（構成）
第二実施形態では、インジェクションバルブ９の具体的な構成例を示す。それ以外の構成については、前述した第一実施形態と同一であるため、共通する部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。インジェクションバルブ９は、図５に示すように、第一の筒部６１と、第二の筒部６２と、連結部材６３と、プランジャ６４と、圧縮コイルばね６５と、ソレノイド６６と、を備える。

固定スクロール７は、固定側基部７ａの旋回スクロール８とは反対側の面に、凹部７１が形成されている。凹部７１の底には、圧縮室２０に連通する連通路７ｆが形成されている。第一の筒部６１は、スクロール圧縮機１の軸方向に延びる円筒状に形成されており、一端がＯリング７２を介して凹部７１に嵌め合わされ、他端がリアハウジング３を貫通して外部に突き出ている。第二の筒部６２は、スクロール圧縮機１の外部に位置して当該圧縮機１の軸方向に延び、一端側が閉塞された円筒状に形成されている。第一の筒部６１の直径と第二の筒部６２の直径とは同等である。

連結部材６３は、略円筒状に形成されており、圧縮機の外部に突き出した第一の筒部６１の他端と開放された第二の筒部６２の他端とを連結する。円筒状の連結部材６３の側面にはインジェクションパイプ３３が接続されている。インジェクションバルブ３３は、気密性を保った状態で連結部材６３の内部、及び第一の筒部６１の内部を連通する。

プランジャ６４は、連結部材６３の第二の筒部６２側から挿通されており、進退可能な状態で第一の筒部６１及び第二の筒部６２に収容されている。プランジャ６４は、軸方向に沿って延びる軸部材であり、連通路７ｆよりも大径で、且つ第一の筒部６１の内径よりも小径である。第一の筒部６１側に位置するプランジャ６４の一端には、先細り形状の円錐突起７３が形成されている。プランジャ６４が連通路７ｆに向かって前進するときに、円錐突起７３が連通路７ｆに進入することで、連通路７ｆを閉塞すると共に、連通路７ｆのデッドボリュームを減少させる。

第二の筒部６２内に位置するプランジャ６４の端部には、鉄心部７４が形成されている。鉄心部７４は、第二の筒部６２の内径よりも僅かに小径であり、第二の筒部６２の内部を進退可能である。第二の筒部６２の内部において、第二の筒部６２内のプランジャ６４の端部と第二の筒部６２の底部との間には、圧縮コイルばね６５が設けられている。圧縮コイルばね６５は、プランジャ６４を軸方向に伸長する方向に付勢されている。第二の筒部６２の外周面には、軸方向の所定部位にソレノイド６６が設けられている。ソレノイド６６は、通電によって励磁されたときに、第二の筒部６２の内部にある鉄心部７４を吸引し、圧縮コイルばね６５の反発力に抗してプランジャ６４を後退させる。

したがって、ソレノイド６６が非励磁であるときには、プランジャ６４の前進によって連通路７ｆが閉じている。これにより、第一の筒部６１と圧縮室２０とは遮断される。一方、ソレノイド６６が励磁されたときには、図５に示すように、プランジャ６４の後退によって連通路７ｆが開く。これにより、第一の筒部６１と圧縮室２０とが連通し、中間圧力の冷媒が圧縮室２０に供給される。インジェクションバルブ９の開閉タイミングについては、前述した第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。

（作用効果）
次に、作用効果について説明する。旋回スクロール８の旋回角度に応じた圧縮室２０の圧力、及び当該旋回角度に応じた連通路７ｆの開口面積を、図６を用いて説明する。ここでは、第二実施形態のインジェクションバルブ９を用いた場合を実施例とし、第二実施形態のインジェクションバルブ９がない場合を比較例としている。図６では、実施例の圧力を太い実線で示し、比較例の圧力を太い点線で示し、実施例の開口面積を細い実線で示し、比較例の開口面積を細い点線で示す。実施例及び比較例では、何れもＣＯ_２を冷媒として用いている。

固定スクロール７に対して旋回スクロール８が旋回するときに、旋回側渦巻き部８ｂの位置によって連通路７ｆの開口面積が変化する。比較例では、連通路７ｆが開き、開口面積が最大になる頃からインジェクションによって圧力の増加率が上昇し、連通路７ｆが閉じ始めると、圧力の増加率が低下する。これは、圧縮室２０から連通路７ｆへと冷媒が逆流することに起因している。

これに対し、実施例では、圧縮室２０から連通路７ｆへと冷媒が逆流し始めるときに、インジェクションバルブ９のプランジャ６４が直ちに連通路７ｆを閉じる。これにより、圧縮室２０から連通路７ｆへと冷媒が逆流することを抑制でき、高いインジェクション流量を確保できる。また、単なる逆止弁を用いる場合とは異なり、逆止弁による圧損が少ないため、インジェクション流量を大きくすることができる。さらに、インジェクションバルブ９が閉じたときに、円錐突起７３が連通路７ｆのデッドボリュームを減少させるので、圧縮効率の低下を最小限に抑制することができる。その他、前述した第一実施形態と共通する部分については、同様の作用効果が得られるものとし、詳細な説明は省略する。

１…スクロール圧縮機、２…フロントハウジング、３…リアハウジング、４…駆動軸、５…電動モータ、５ａ…ロータ、５ｂ…ステータ、６…インバータ、７…固定スクロール、７ａ…固定側基部、７ｂ…固定側渦巻き部、７ｃ…排出路、７ｄ…吸入路、７ｅ…導入路、７ｆ…連通路、８…旋回スクロール、８ａ…旋回側基部、８ｂ…旋回側渦巻き部、９…インジェクションバルブ、９ａ…筒部、９ｂ…弁体、９ｃ…ソレノイドコイル、９ｄ…付勢部材、１０…開閉制御部、１１…低圧側センサ、１２…高圧側センサ、１３…中間圧側センサ、１４…回転角センサ、２０…圧縮室、３１…吐出流路、３２…吸入流路、３３…インジェクションパイプ、３４…インジェクション流路、４１…第一軸受、４２…第二軸受、４３…軸支部材、５０…偏心軸、６０…カバー部材、Ｐ１…吸入ポート、Ｐ２…吐出ポート、Ｐ３…インジェクションポート、ＢＴ…バッファータンク、６１…第一の筒部、６２…第二の筒部、６３…連結部材、６４…プランジャ、６５…圧縮コイルばね、６６…ソレノイド、７１…凹部、７２…Ｏリング、７３…円錐突起

Claims (6)

1. 低圧の冷媒を外部から導入する吸入ポートと、高圧の冷媒を外部へ吐出する吐出ポートと、前記低圧の冷媒と前記高圧の冷媒との間の圧力である中間圧の冷媒を外部から導入するインジェクションポートと、を有するハウジングと、
   前記ハウジングへ回転可能に収容された駆動軸と、
   前記ハウジングの内部において前記駆動軸の回転により旋回し、且つ前記駆動軸の軸方向から見て渦巻き状に形成された旋回側渦巻き部を有する旋回スクロールと、
   前記ハウジングの内部に固定され、且つ前記旋回側渦巻き部と噛み合うことで前記旋回側渦巻き部との間に圧縮室を形成する固定側渦巻き部を有する固定スクロールと、
   前記吸入ポートと前記圧縮室とを連通させる吸入流路と、
   前記圧縮室と前記吐出ポートとを連通させる吐出流路と、
   前記インジェクションポートと前記圧縮室とを連通させるインジェクション流路と、
   前記固定スクロールに取り付けられ、且つ前記インジェクション流路を開閉可能なインジェクションバルブと、
   電子制御によって前記インジェクションバルブを開閉する開閉制御部と、を備え、
   前記開閉制御部は、閉じている前記インジェクション流路を開く前記旋回スクロールの旋回角度と、開いている前記インジェクション流路を閉じる前記旋回角度と、を運転条件に応じて個別に変化させることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記開閉制御部は、前記インジェクションバルブが開いている時間を変化可能であることを特徴とする請求項１に記載したスクロール圧縮機。
3. 前記開閉制御部は、前記旋回スクロールの旋回角度に応じて前記インジェクションバルブを開閉することを特徴とする請求項１または請求項２に記載したスクロール圧縮機。
4. 前記インジェクション流路のうち前記インジェクションポートと前記インジェクションバルブとの間に、前記インジェクション流路よりも断面積が大きいバッファータンクを配置したことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載したスクロール圧縮機。
5. 前記インジェクションバルブの吐出口は、前記固定スクロールの前記圧縮室と対向する面に開口していることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載したスクロール圧縮機。
6. 前記インジェクションバルブは、前記圧縮室に連通した連通路に向かって進退可能なプランジャを備え、前記プランジャにおける先細り形状の先端によって前記連通路を開閉することを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載したスクロール圧縮機。

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