JPH04237890A - 可変容量型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は可変容量型圧縮機に関し
、詳細には車両用空調装置等に用いる、可変容量機構を
有するベーン型圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用空調装置に用いる車両エンジン駆
動の圧縮機は、高速走行時や低熱負荷時には必要以上の
能力を発生するため、圧縮機容量を調節して所要冷房能
力に合致させるとともに圧縮機消費動力を低減するため
の機構を備えたものが使用される。

【０００３】圧縮機容量を可変とすることは、アキシャ
ルピストン型の圧縮機においてはワブルプレートや斜板
の角度を変更可能とすることによるピストンストローク
の可変化により達成される。しかし、ベーン型圧縮機に
おいてはストローク可変機構に相当する機構が使用でき
ないため、吸気絞り弁又は吸入ガスバイパス方式により
容量の可変化を行なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが吸気絞り弁や
吸入ガスバイパス方式を単独で用いた場合、容量可変範
囲はアキシャルピストン型等に較べてどうしても狭くな
る傾向がある。このため高速走行時や低熱負荷時に充分
に冷房能力を低減できず空調制御の煩雑化や燃費の悪化
を生じることがある。

【０００５】また、吸気絞り弁と吸入ガスバイパス方式
を併用すれば上記傾向は改善されるものの、制御機構が
複雑になり装置自体も大型化してしまうため、車両への
搭載性が悪化する問題があった。

【０００６】本発明は上記問題に鑑み、吸入ガスバイパ
スと吸気絞りとを同時に行なうことのできる小型で簡単
な構造の容量可変機構を備えたベーン型圧縮機を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮機ハウジ
ング内に、ロータ室と吸入室とを軸線方向に離して配置
し、ロータ室のサイドプレートと吸入室壁面を形成する
カバープレートとの間に回転リング式のカバープレート
を介装し、このロータリバルブの回転角度を変えること
によって吸入室からロータ室への吸気通路開口面積とロ
ータ室の圧縮行程部分と吸気行程部分とを連通するバイ
パス通路の開口面積とを同時に調整するようにしたこと
を特徴としている。

【０００８】すなわち、本発明によれば、内部に円筒状
空間を有するハウジングと、前記円筒状空間内に配置さ
れ、外部から回転駆動されるロータと、前記円筒状空間
の両端を閉鎖するサイドプレートと、前記ロータ上に設
けられ、前記ハウジングとサイドプレートとに摺接して
流体の吸入、圧縮を行なう圧縮室を形成するベーンとを
備えたベーン型圧縮機において、

【０００９】前記サイドプレートの一方にそれぞれ配設
された、吸入行程において前記圧縮室に連通する少くと
も１つの第２の吸入ポートと、圧縮行程のそれぞれ異な
る段階において前記圧縮室に連通する複数のバイパスポ
ートと、

【００１０】流体の吸入室に連通する第１の吸入ポート
を有するカバープレートと、該カバープレートと前記一
方のサイドプレートとの間に前記ロータ軸線まわりに回
動可能に配置されるとともに、前記バイパスポートと前
記第２の吸入ポートとを連通するバイパス通路と、前記
第２の吸入ポートと前記第１の吸入ポートとを連通する
吸入通路とを有するロータリバルブとを備え、

【００１
１】該ロータリバルブは、前記バイパス通路が前記複数
のバイパスポートの全部から遮断される最大容量位置と
、前記バイパス通路が前記複数のバイパスポートの全部
と連通する最小容量位置との間を回動可能であり、前記
最大容量位置から前記最小流量位置に向けて前記ロータ
リバルブを回動させることにより前記複数のバイパスポ
ートのうち圧縮行程初期位置に配置されたバイパスポー
トから前記バイパス通路に順次連通すると同時に、前記
第１の吸入ポートが前記吸入通路内に開口する面積が減
少して行くようにしたことを特徴とする可変容量ベーン
型圧縮機が提供される。

【００１２】

【作用】圧縮機容量を最大にするロータリバルブの位置
では、バイパス通路入口とサイドプレート上のバイパス
ポートとはオーバーラップせず、バイパスポートを通っ
て吐出側から第２の吸入ポートに戻る流れは存在しない
。この状態からロータリバルブを回転させるとバイパス
通路入口はサイドプレート上のバイパスポートとオーバ
ラップするようになり、ロータリバルブの回転角に応じ
て第２の吸入ポートには、より高圧側の圧縮室に連通す
るバイパスポートが順次連通して行く。バイパスポート
は、ロータリバルブの回転方向に沿って順に圧縮行程の
高圧縮側に連通するように配列されており、ロータリバ
ルブの回転角に応じてバイパス流量が増大するため圧縮
機吐出量が低減される。

【００１３】また、ロータリバルブのカバープレート側
に配置された第１の吸入ポートは、容量最大となるロー
タリバルブ位置では吸気通路入口にその全体がオーバラ
ップして吸気通路に対して開口面積が最大となっている
が、上記方向にロータリバルブを回転させると、吸気通
路入口と第１の吸気ポートとのオーバラップが減少する
。これによりロータリバルブの回転角に応じて第１の吸
気ポートの吸気通路に対する開口面積が減少して吸気絞
りが与えられる。従って、ロータリバルブを回転させる
ことによりロータリバルブ回転角に応じた吸入ガスバイ
パスと吸気絞りとを同時に得ることができる。

【００１４】

【実施例】図１及び図２に本発明の可変容量型圧縮機の
一実施例の断面図を示す。図において１は圧縮機全体を
示し、３は内部に円筒状のシリンダ空間５を有するハウ
ジング、７，８はそれぞれハウジング３のシリンダ空間
５両側を閉鎖するサイドプレート、９はハウジング３の
サイドプレート７側にバルブハウジング１０とカバープ
レート１１とを介して取着されたフロントハウジング、
１２はハウジング３のサイドプレート８側に取着された
リアハウジングである。

【００１５】ハウジング３内のシリンダ空間５には図２
に示すようにシリンダ空間５に対して偏心した位置にロ
ータ１３が配置されシャフト２を介して外部より回転駆
動されている、ロータ１３は外周部に軸線に平行に形成
されたベーン溝を備え、このベーン溝には平板状のベー
ン１５がベーン溝内に装着されている。これにより、偏
心位置にあるロータ１３が回転するとベーン１５の先端
はシリンダ空間５の壁面と摺動し、ベーン１５、シリン
ダ空間５壁面、サイドプレート７，８及びロータ１３表
面とにより形成される圧縮室１７の容積がロータ１３の
回転につれて変化し、流体の吸入、圧縮、吐出が行なわ
れる。

【００１６】バルブハウジング１０内には後述するリン
グ状のロータリバルブ２１がシャフト２と同心に配置さ
れている。２３はフロントハウジング９内に形成された
吸入室であり、後述するカバープレート１１に設けた第
１の吸入ポート２５、ロータリバルブ２１内の吸入通路
６５及びサイドプレート７に設けた第２の吸入ポート２
９を介してシリンダ空間５の前記圧縮室１７の吸入行程
に相当する部分に連通している。

【００１７】また、３１はハウジング３と吐出カバー３
２とで形成された吐出室であり、シリンダ空間５と前記
圧縮室１７が最小容積になる部分と吐出弁３３を介して
接続されている。冷媒は図示しない吸入口から吸入室２
３に流入し、第１の吸入ポート２５、ロータリバルブ２
１の吸入通路２７を経て吸入行程にある圧縮室１７に吸
入され、ロータ１３の回転につれて圧縮室１７内で圧縮
され、圧縮室１７の体積が最小になる点で吐出弁３３か
ら吐出室３１に排出される。 吐出室３１に排出された冷媒はその後リアハウジング側
のサイドプレート８に設けた連通孔３５からリアハウジ
ング１２内の吐出通路室３６に流入し、この吐出通路室
３６内で冷媒中の潤滑油が分離された後図示しない吐出
口からコンデンサへの接続配管に吐出される。

【００１８】図１に５１，　５２で示したのはロータを
回転可能に支持する軸受である。またフロントハウジン
グ９のシャフト２貫通部には軸封装置５３が装着され、
吸入室２３から外部に冷媒が漏出することを防止してい
る。更にロータ１３の両端部には円筒部５４，　５５が
形成されている。円筒部５４，　５５はその外周面がそ
れぞれサイドプレート７，８の受承部と極めて微少な間
隙を保つように仕上加工されており、この間隙を介して
シリンダ空間５内の冷媒がシャフトに沿って軸受５１，
　５２及び吸入室内に流入することを防止している。

【００１９】図３はフロント側のサイドプレート７をフ
ロント側から（図１のＡ方向から）示した図である。本
実施例ではサイドプレート７には略同一円周上に第２の
吸入ポート２９ａ〜２９ｆとバイパスポート３７ａ〜３
７ｆとが配設されている。第２の吸入ポート２９ａ〜２
９ｆはベーン１５の間の圧縮室１７の体積がロータ１３
の回転につれて増大する側のシリンダ空間５に連通する
位置に設けられている。

【００２０】またバイパスポート３７ａ〜３７ｆはロー
タ１３の回転につれて圧縮室１７の体積が減少する側の
シリンダ空間５に連通する位置に設けられており、バイ
パスポート３７ａは圧縮室１７の体積が最大になる位置
でシリンダ空間５に連通するように設けられ、３７ｆは
圧縮室１７の体積が最小になる位置、すなわち最大圧縮
位置でシリンダ空間５に連通するように配置されており
、他のバイパスポート３７ｂ〜３７ｅは順に圧縮室１７
の容積が次第に減少して行く位置でシリンダ空間に配設
されている。バイパスポート３７ａ〜３７ｆはそれぞれ
円周方向の長さがベーン１５の板厚よりわずかに小さく
設定され、ベーン１５がバイパスポートを通過する際に
隣接する圧縮室が互いに連通することを防止している。

【００２１】バイパスポート３７ｅ，３７ｆは楕円形状
となっているが、これはこの部分ではロータ１３外周と
ハウジング３内壁とが接近しているため、円周方向長さ
を減じることなく半径方向長さのみを小さく設定するこ
とにより開口面積低下を最小に留めるようにしたためで
ある。 なお、本実施例では第２の吸気ポートとして複数の開口
を設けたが、この代わりに単一の長穴形状のポートとし
ても良い。

【００２２】サイドプレート７には更に、シリンダ空間
５の最大圧縮位置に連通する導圧ポート３９が設けられ
ている。この導圧ポート３９は後述するようにロータリ
バルブ１５を回転させる際の駆動源としての高圧ガスを
供給するために用いられる。図４はカバープレート１１
をフロント側（図１のＡ側）から示した図である。カバ
ープレート１１には前述のシリンダ空間５の吸入行程側
に対応する側に略同一円周上に第１の吸入ポート２５ａ
〜２５ｆが配設されている。第１の吸入ポートは２５ｆ
から２５ａに向けて開口面積が次第に小さくなっている
。

【００２３】また、図に４１で示したのは前述のサイド
プレート７の導圧ポート３９と後述するフロントハウジ
ング９の圧力導入通路４３とを接続する圧力連通孔、４
２は同様に圧力導入通路４３と後述するロータリバルブ
２１の制御圧室４５とを連通する圧力連通孔、４７はロ
ータリバルブ２１のスプリング室４９と吸入室２３とを
結ぶ均圧孔である。

【００２４】次に図５はサイドプレート７とカバープレ
ート１１との間に配置されたロータリバルブ２１の形状
を示す。ロータリバルブ２１は略長方形断面を有するリ
ング形状を有しており、サイドプレート７と摺接する面
には円周の一部に切欠が設けられ溝状のバイパス通路６
１が形成されている。また、ロータリバルブ２１は円周
の一部が肉厚に形成されカバープレート１１との接触面
６３を形成しており、この部分にはバイパス通路６１と
連通する吸入通路６５が開口している。

【００２５】図６はロータリバルブ２１を装着した状態
を示す図１のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。ロー
タリバルブ２１はカバープレート１１とサイドプレート
７との間に介装され、それぞれと気密を保って摺動する
。ロータリバルブ２１のカバープレート１１との接触面
６３を形成する肉厚部で仕切られた両側の部分には、カ
バープレート１１とロータリバルブ２１との間に制御圧
室４５と、押圧スプリング６７を収納するスプリング室
４９とが形成されている。また、６９は制御圧室４５と
スプリング室４９とを遮断するブロック６９である。ブ
ロック６９はカバープレート１１にボルト穴７１（図４
）を介してボルトで固定されており、ロータリバルブ２
１の回転の際接触面６３を形成する肉厚部端面と当接し
てロータリバルブ２１の回転を制限するストッパとして
機能する。また、同様にカバープレート１１にはピン７
３（図４）が設けられロータリバルブ２１の反対方向の
回転時に吸入通路６５の開口部端と係合してストッパと
して機能している。

【００２６】図７はフロントハウジング９のカバープレ
ート１１との接合面に形成された溝状の圧力導入通路４
３を示す図である。圧力導入通路４３はカバープレート
１１に対して図６に鎖線で示したような位置関係に配置
されており圧力導入通路４３の一方の終端部７５は前述
のサイドプレート７に形成された圧力連通孔４１を介し
てシリンダ空間５の導圧ポート３９に連通し、シリンダ
空間５から高圧の冷媒ガスが導入されている。また圧力
導入通路４３の他の端部は通路７７に接続され、図示し
ない圧力調整弁を介して吸入室２３に連通しており、圧
力導入通路４３内を所望の圧力に調整できるようになっ
ている。更に圧力導入通路４３にはサイドプレート７に
形成された圧力連通孔４２を介して制御圧室４５に連通
する制御圧ポート７９が設けられており制御圧室４５内
の圧力を圧力導入通路４３を介して圧力調整弁により制
御できるようになっている。次にロータリバルブ２１に
よる圧縮機容量制御について説明する。

【００２７】図６（Ａ）は圧力調整弁が全開にされ、圧
力導入通路４３内の圧力が吸気室内の圧力と略等しくな
った状態を示している。この状態では制御圧室４５内の
圧力が低いためロータリバルブ２１はスプリング６７に
押動されブロック６９に当接する最小容量位置になって
いる。この状態から圧力調整弁を絞り、制御圧室４５内
の圧力を上昇させると、ロータリバルブ２１はスプリン
グ６７の押圧力に抗して回動し、圧力調整弁が略全閉に
なり圧力導入通路４３と制御圧室４５内の圧力が圧縮機
吐出圧と略等しくなった状態では図６（Ｂ）に示すよう
にカバープレート１１のピン７３が吸入通路６５の端部
に当接する最大容量位置をとる。このときスプリング室
４９内のガスはカバープレート１１の均圧孔４７から吸
入室２３内に排出される。ロータリバルブ２１の回転角
は制御圧室４５内の圧力を調整することにより図６（Ａ
）と図６（Ｂ）の間の任意の回転角に調整できる。

【００２８】図８（Ａ），　（Ｂ）、図９（Ａ），　（
Ｂ）は、ロータリバルブ２１が図６（Ａ）（最小容量位
置）、図６（Ｂ）（最大容量位置）にあるときのロータ
リバルブ２１と第２吸入ポート２９ａ〜２９ｆ及びバイ
パスポート３７ａ〜３７ｆ（図８）との位置関係、及び
第１吸入ポート２５ａ〜２５ｆとの位置関係（図９）を
それぞれ示している。ロータリバルブが最大容量位置（
図６（Ｂ），図８（Ｂ），図９（Ｂ））にある場合、ロ
ータリバルブ２１のバイパス通路６１はバイパスポート
３７ａ〜３７ｆのいずれともオーバラップしておらず（
図８（Ｂ））第２吸入ポート２９ａ〜２９ｆを通じて圧
縮室１７に吸入された冷媒ガスは全量が圧縮されて吐出
弁３５から吐出される。このため圧縮機の吐出容量は最
大となる。またこの位置ではロータリバルブ２１の吸入
通路６５はカバープレート１１の第１吸入ポート２５ａ
〜２５ｆのすべてとオーバラップするため（図９（Ｂ）
）、第１吸入ポートの吸入通路６５への開口面積が最大
になり、大量の冷媒を吸入しても圧力損失が増大しない
。

【００２９】図６（Ｂ）、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）の最
大容量位置から制御圧室４５の圧力を低下させて行くと
ロータリバルブ２１は図６（Ａ）、図８（Ａ）、図９（
Ａ）の最小容量位置の方向に回転するが、この回転によ
りバイパス通路６１はバイパスポートと３７ａから３７
ｆに向けて順にオーバラップして行く。従って、図８（
Ａ）と図８（Ｂ）との中間位置においては回転角が大き
くなるにつれて、高圧縮側のバイパスポートがバイパス
通路６１に開口し、圧縮室１７内の冷媒がバイパス通路
６１を通って第２の吸入ポート２９ａ〜２９ｆに還流す
るため、ロータリバルブ２１の回転角が増大するにつれ
て圧縮機の実吐出容量が減少する。このとき第１の吸入
ポートは２５ｆから２５ａに向けて順に吸入通路６５か
ら遮断されて行くため第１の吸入ポートの開口面積が減
少する。このためロータリバルブ２１の回転角が増大す
るにつれてガスの吸入抵抗が増加して吸気絞りの効果が
与えられる。

【００３０】図６（Ａ）、図８（Ａ）、図９（Ａ）に示
す最小容量位置ではロータリバルブ２１のバイパス通路
６１は全てのバイパスポート３７ａ〜３７ｆと連通する
。バイパス通路６１はこの位置においてもサイドプレー
ト７の第２の吸入ポート２５ａ〜２５ｆの全部と連通す
るような大きさに設定されているため、バイパス通路６
１を通って還流するガス量は最大になる。一方、この状
態ではカバープレート１１の第１の吸入ポートは最も開
口面積の小さい２５ａのみが吸入通路６５と連通するた
め、吸気絞りの効果も最大になる。

【００３１】従って本実施例においてはロータリバルブ
２１の回転角の制御のみによって吸入ガスバイパスと吸
気絞りの両方の容量制御を行なうことができる。図１０
（Ａ），（Ｂ）は吸入ガスバイパス方式のみによる容量
制御を行なった場合（Ｉ）、と本実施例のロータリバル
ブにより吸入ガスバイパスと吸気絞りとを併用する容量
制御を行なった場合（ＩＩ）についてそれぞれ最小容量
時の冷房能力（図１０（Ａ））と消費動力（図１０（Ｂ
））の回転数による変化を示しており、縦軸はそれぞれ
最大容量時の冷房能力と消費動力に対する比率（％）で
示してある。

【００３２】図からわかるように本実施例のロータリバ
ルブを用いた制御方式によれば冷房能力の制御範囲が大
幅に拡大され、消費動力も低減される。なお、　２００
０ｒｐｍ以下の領域では冷媒の流量が大幅に低下するた
め第１の吸気ポートはもはや絞りとして働かず図１０（
Ａ），　（Ｂ）の曲線Ｉと曲線ＩＩとは略一致している
。また本実施例では圧縮機起動時にはロータリバルブが
自動的に最小容量位置になっているため起動トルクが低
減されるとともに、第１の吸入ポートの開口面積が最小
になっているため、液化した冷媒が圧縮室内に侵入しに
くく、液圧縮の発生を防止することができる。なお、本
実施例では吐出冷媒ガスの一部を用いてロータリバルブ
２１を駆動しているが、例えばステップモータ等を用い
た他の駆動方式も使用可能であることはいうまでもない
。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、ベーン型圧縮機のカバープレ
ートとサイドプレートとの間にロータリバルブを設け、
バイパスポートの開閉と吸入ポートの開口面積の調節を
行うようにしたことにより吸気絞りと吸入ガスバイパス
を同時に行うことが可能となりベーン型圧縮機の容量制
御範囲の拡大を簡易な機構で達成できる効果を有する。

【００３４】また、バイパスポートからの還流ガスをサ
イドプレートに設けた吸入ポートから直接圧縮室に戻す
ようにしたことにより、還流ガスの圧力脈動はカバープ
レートの吸入ポートの絞りを通過して減衰した形で吸気
室に伝達される。従って還流ガスを吸気室に戻す従来の
バイパス方式に較べ吸入配管やエバポレータに伝達され
る圧力脈動が低減され、異音や振動の発生が少なくなる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の可変容量圧縮機の一実施例の縦断面図
である。

【図２】同上実施例の横断面図である。

【図３】サイドプレートの正面図である。

【図４】カバープレートの正面図である。

【図５】ロータリバルブの断面図（図５（Ｂ））及び側
面図（図５（Ａ）（Ｃ））である。

【図６】ロータリバルブの動作位置とカバープレートと
の位置関係を示す図である。

【図７】フロントハウジングの圧力導入通路を示す図で
ある。

【図８】ロータリバルブの作動位置と、第２の吸気ポー
ト及びバイパスポートの位置関係を示す図である。

【図９】ロータリバルブの作動位置と第１の吸入ポート
との位置関係を示す図である。

【図１０】本発明の圧縮機と従来の圧縮機とのそれぞれ
最小冷房能力（図１０（Ａ））及び消費動力（図１０（
Ｂ））の比較を示す図である。

【符号の説明】

１…圧縮機 ７…サイドプレート ９…フロントハウジング １１…カバープレート １７…圧縮室 ２１…ロータリバルブ ２３…吸入室 ２５…第１の吸入ポート ２９…第２の吸入ポート ３７…バイパスポート ４３…圧力導入通路 ４５…制御圧室 ４９…スプリング室 ６１…バイパス通路 ６５…吸入通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内部に円筒状空間を有するハウジング
   と、前記円筒状空間内に配置され、外部から回転駆動さ
   れるロータと、前記円筒状空間の両端を閉鎖するサイド
   プレートと、前記ロータ上に設けられ、前記ハウジング
   とサイドプレートとに摺接して流体の吸入、圧縮を行な
   う圧縮室を形成するベーンとを備えたベーン型圧縮機に
   おいて、前記サイドプレートの一方にそれぞれ配設され
   た、吸入行程において前記圧縮室に連通する少くとも１
   つの第２の吸入ポートと、圧縮行程のそれぞれ異なる段
   階において前記圧縮室に連通する複数のバイパスポート
   と、流体の吸入室に連通する第１の吸入ポートを有する
   カバープレートと、該カバープレートと前記一方のサイ
   ドプレートとの間に前記ロータ軸線まわりに回動可能に
   配置されるとともに、前記バイパスポートと前記第２の
   吸入ポートとを連通するバイパス通路と、前記第２の吸
   入ポートと前記第１の吸入ポートとを連通する吸入通路
   とを有するロータリバルブとを備え、該ロータリバルブ
   は、前記バイパス通路が前記複数のバイパスポートの全
   部から遮断される最大容量位置と、前記バイパス通路が
   前記複数のバイパスポートの全部と連通する最小容量位
   置との間を回動可能であり、前記最大容量位置から前記
   最小流量位置に向けて前記ロータリバルブを回動させる
   ことにより、前記複数のバイパスポートのうち圧縮行程
   初期位置に配置されたバイパスポートから前記バイパス
   通路に順次連通すると同時に、前記第１の吸入ポートが
   前記吸入通路内に開口する面積が減少して行くようにし
   たことを特徴とする可変容量ベーン型圧縮機。