JPH04321779A - 斜板型可変容量圧縮機 - 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、例えば車両空調用の冷
媒圧縮機として使用するのに適した斜板型可変容量圧縮
機に係り、特にその容量制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車の空調装置は、動力源であ
る内燃機関の回転数が走行状態に応じて広範囲に変動す
るため、仮に冷媒圧縮機を機関直結で駆動すると、空調
需要と無関係に空調能力が変動するので、そのままでは
車室内を快適な状態に保つことができない。そこで従来
一般的には冷媒圧縮機と機関の出力軸との間に電磁クラ
ッチを挿入して、車室内の温度を概略一定に保つように
、冷媒圧縮機を断続駆動するようにしている。しかしな
がら、圧縮機を単に断続駆動するのでは、車室内の温度
が高低の変化を繰り返して略一定になるだけで、冷房能
力を微妙に調節して温度を完全に一定に保つことはでき
ない。

【０００３】この問題を解決するため、冷媒圧縮機とし
て、吐出容量を無段階に変更することができる斜板型の
ものを用い、機関の回転数や熱負荷の変化に応じて冷媒
圧縮機の吐出容量を自由に変化させて対応することが考
えられた。特開平１−１４２２７６号公報には、このよ
うな空調装置に使用することができる圧縮機の従来例の
一つが記載されている。車両用空調装置におけるこの種
の斜板型可変容量圧縮機の吐出容量の制御方法としては
、従来から「内部制御方式」と呼ばれるものが知られて
いる。これは、圧縮機における吸入圧力が目標とする設
定値に等しくなるように、斜板の傾斜角度を無段階に変
更して斜板型可変容量圧縮機の吐出容量を制御するもの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、空調装置に
おいて最も適正な圧縮機吐出容量の制御は、エバポレー
タの能力が一定になるように制御すること、即ちエバポ
レータから吹き出す空気の温度を一定に保つことであっ
て、これはエバポレータから出る冷媒の圧力を略一定に
保つことによって達せられる。しかしながら、前述のよ
うに、車両用空調装置においては圧縮機の回転数が機関
の回転数と共に大幅に変動するし、エバポレータやコン
デンサの熱負荷も、車両がおかれる環境、条件等によっ
て広範囲に変化することから、それらに対応して冷媒の
流量の変化の幅も大きくなり、エバポレータの出口と圧
縮機の吸入口の間における冷媒の圧力損失（差圧）の大
きさも変動する結果、従来の斜板型可変容量圧縮機の「
内部制御方式」により圧縮機内部の吸入圧力を一定に保
つように制御しても、エバポレータの出口の冷媒圧力を
一定に保つことにはならない。

【０００５】従って、前述のような従来の斜板型可変容
量圧縮機を使用した車両用空調装置を、従来の「内部制
御方式」によって制御すれば、この方式の制御特性が直
線的であることから、例えば、高熱負荷時に冷房能力が
不足する反面、中、低熱負荷高回転時に冷房能力が過多
となってエバポレータにフロスト付着の問題が生じたり
、低熱負荷低回転時に除湿能力が不足する等、互いに矛
盾する条件に対して充分に対応することができないとい
う問題が生じる。そこで本発明はこの問題に対処して、
斜板型可変容量圧縮機の「内部制御方式」を改良し、高
熱負荷時に対応し得る充分な大きさの最大冷房能力を確
保すると共に、中、低熱負荷高回転時においてはエバポ
レータフロストを防止し、更に、低熱負荷の低回転時等
における除湿（デミスト）能力をも確保するというよう
に、互いに矛盾した条件を同時に満足する制御特性を得
ることを、発明の解決課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決するための手段として、傾斜角度を連続的に変更する
ことができる斜板と、前記斜板の周縁部に係合し吐出容
量制御のために変更されるストロークにおいて往復動す
るピストンと、前記ピストンを摺動可能に嵌合させて流
体を圧縮する作動室を形成するシリンダと、前記斜板の
傾斜角度を変更調節するために設けられる制御ピストン
と、前記制御ピストンを作動させる制御圧室と、前記制
御圧室へ制御圧力を供給するために設けられる制御弁と
、前記制御弁内に設けられ吸入室の圧力を制御信号とし
て取り入れるダイヤフラム室と、前記ダイヤフラム室と
吐出室とを結ぶ連通路と、前記連通路に設けられる絞り
部材と、前記吐出室と前記ダイヤフラム室の差圧が所定
値を越えたときに前記絞り部材の小孔を開くように設定
される弁体とを備えていることを特徴とする斜板型可変
容量圧縮機を提供する。

【０００７】

【作用】本発明の斜板型可変容量圧縮機の圧縮機として
の基本的作動は従来のものと同様であって、制御圧室に
供給される制御圧力により斜板の傾斜角度が連続的に変
更され、シリンダに対するピストンの往復動のストロー
クが変化して、吐出容量が連続的に変化する。制御圧力
を発生する制御弁は、基本的には従来のものと同様に圧
縮機の吸入室の圧力を制御信号としてダイヤフラム室に
導いているが、本発明の特徴として、ダイヤフラム室と
圧縮機の吐出室を結ぶ連通路が設けられ、それに絞り部
材とその小孔を所定の差圧において開放する弁体を備え
ており、吐出室の圧力と、ダイヤフラム室に導かれてい
る吸入室の圧力に近い信号圧力との差圧が所定値を越え
る領域では、ダイヤフラム室に吐出室の圧力が導入され
、制御ピストンを作動させる制御圧力を高めるので、斜
板の傾斜角度が大きくなり、圧縮機の吐出容量が増大す
るように作動する。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の要部である制御
弁付近の構造を拡大して示したもので、これは、図２に
示すように基本的には従来のものと略同じ構成を有する
斜板型可変容量圧縮機の一部として設けられる。図２の
斜板型可変容量圧縮機１００は軽合金製のハウジング１
０を有するが、このハウジング１０は、数本の通しボル
ト１１によって一体的に締結される４つの部分、即ち、
フロントハウジング１２、リヤハウジング１４、及びそ
れらの前後にあるフロントヘッド１６、リヤヘッド１８
の各部分からなっている。隣接する各部分の突き合わせ
面には、それぞれＯリング等が設けられることによって
シールが施されている。なお、フロントハウジング１２
とフロントヘッド１６との間にはフロントサイドプレー
ト２０が挟着されると共に、リヤハウジング１４とリヤ
ヘッド１８との間にはリヤサイドプレート２２が挟着さ
れている。

【０００９】フロントハウジング１２とリヤハウジング
１４の対応位置には、それぞれ数個ずつのシリンダ２４
及び２６が開口するように設けられており、それらの各
対毎に、それぞれ１個づつ両頭のピストン２８が挿入さ
れて、それらが前後に駆動された時に拡縮して容積が変
化する作動室３０（図はフロント側だけを示す）を形成
している。フロントヘッド１６とリヤヘッド１８の中に
は、それぞれ吸入室３２、３４、及び吐出室３６、３８
が形成されており、それらはフロントサイドプレート２
０及びリヤサイドプレート２２の開口に設けられた吸入
弁４０及び吐出弁４２を介してそれぞれのシリンダ２４
、２６内の作動室３０に通じるようになっている（図に
おいては、それらの一部だけを示している。）。なお、
吐出弁４２には弁押さえ４４が付設される。

【００１０】一体化された斜板型圧縮機１００のハウジ
ング１０の中心を通るシャフト４６がラジアルベアリン
グ４８及び５０によって、直接或いは間接に軸承され、
フロントヘッド１２を貫通する部分はシール装置５２に
よって軸封されている。フロントハウジング１２とリヤ
ハウジング１４の中間に形成された斜板室５４の中にお
いて、シャフト４６上を軸方向に移動することができる
ボールジョイント５６によって傾斜角度可変に斜板５８
が支持されており、斜板５８と一体の腕６０に設けられ
たピン６２は、シャフト４６と一体の膨大部分６４に形
成された斜めのカム溝６６に係合して案内されるように
なっている。膨大部分６４の前部にはスラストベアリン
グ６８がハウジング１２との間に設けられて、シャフト
４６を軸方向に支持している。斜板５８の周縁部は、全
てのピストン２８に形成された溝７０の中に同時に挿入
され、各溝７０の両側面に向き合って設けられた半球形
の窪みの中で回動可能に支持されている半球形のシュー
７２によって、摺動可能に挟持されている。

【００１１】ボールジョイント５６には一体にフランジ
７４とスリーブ７６が形成されており、軸方向にはフラ
ンジ７４に設けられたスラストベアリング７８を介して
、また半径方向にはスリーブ７６に設けられた前述のラ
ジアルベアリング５０を介して、制御ピストン８０と一
体のスリーブ８２により支持されている。スリーブ８２
はリアハウジング１４に設けられた大径の中心孔８４に
嵌合しており、また制御ピストン８０はリアヘッド１８
に設けられたシリンダ８６に嵌合してシリンダ８６内に
制御圧室８８を形成しており、これらは軸方向に摺動す
ることによりボールジョイント５６と斜板５８の中心の
軸方向位置を移動させることができる。この軸方向位置
は、斜板５８からボールジョイント５６を介して伝達さ
れる軸方向力に対して、制御ピストン８０の前面に作用
する吸入室３４の吸入圧力Ｐｓと、後面に作用する制御
圧室８８の制御圧力Ｐｃとの差圧による軸方向力が釣り
合うことによって決まる。制御圧室８８に作用する制御
圧力Ｐｃは、後に詳しく述べる制御弁９０によって調整
される。

【００１２】斜板型可変容量圧縮機１００の圧縮機とし
ての基本的な作動は、従来のものと略同じであって、そ
れが自動車の空調装置に使用されている場合、吸入室３
２、３４は吸入側通路９２、９４と斜板室５４を介して
、図示しない空調装置のエバポレータから低圧、低温の
冷媒の供給を受ける。シャフト４６が自動車の走行用内
燃機関によって回転駆動され、斜板５８が回転しながら
揺動運動をすると、各ピストン２８はシリンダ２４、２
６の中で往復運動をするが、作動室３０が拡大するとき
に、吸入弁４０が開いて吸入室３２、３４の冷媒が作動
室３０内に吸入され、次いで作動室３０が縮小するとき
に、吸入弁４０が閉じると共に吐出弁４２が開いて、作
動室３０内で圧縮された高圧、高温の冷媒を吐出室３６
、３８へ送り出す。吐出室３６、３８は図示しない吐出
側通路を介して、図示しない空調装置のコンデンサに接
続される。斜板型可変容量圧縮機１００による冷媒の吐
出容量は、制御弁９０の後述のような作動により、制御
圧室８８にもたらされる制御圧力Ｐｃが変化することに
よって、斜板５８の中心の軸方向位置及び傾斜角度が無
段階に変化して、ピストン２８の往復動のストロークが
変更される結果として自由に変更され得る。

【００１３】次に図１に拡大して示された第１実施例の
特徴とする構造を説明する。前述のようにリヤヘッド１
８には制御弁９０が取り付けられているが、第１実施例
の制御弁９０は、そのボデイ１０２の内部に弁室１０４
を有し、弁室１０４の中には球形の弁体１０６が挿入さ
れていると共に、上下には弁体１０６と協働する弁座口
１０８及び１１０が形成され、弁座口１０８は連通路１
１２によって吸入室３４に通じていると共に、弁座口１
１０は連通路１１４によって吐出室３８に通じている。 また、弁室１０４自体は、連通路１１６によって制御圧
室８８に通じている。弁体１０６は比較的弱い圧縮スプ
リング１１８によって弁座口１０８に向かって付勢され
ている。弁体１０６を動かすためにボデイ１０２の上部
にはダイヤフラム１２０が設けられ、その下部にダイヤ
フラム室１２２を形成し、ダイヤフラム１２０の動きを
伝えるロッド１２４が弁体１０６に接触している。ダイ
ヤフラム室１２２には圧縮スプリング１２６が装着され
てロッド１２４とダイヤフラム１２０を押し上げている
と共に、上部の螺子蓋１２８によって圧縮力を調整され
る圧縮スプリング１３０がダイヤフラム１２０を下方へ
付勢している。ダイヤフラム室１２２は連通路１３２に
よって連通路１１２と合流して吸入室３４に通じている
。なお、以上の構造は従来のこの種の制御弁と大差がな
い。

【００１４】本発明の特徴に対応して、この実施例では
ダイヤフラム室１２２と吐出室３８との間に連通路１３
４が設けられ、吐出室３８側の座ぐり部に直径１ｍｍ程
度の小孔１３６を有する絞り１３８がサークリップ１４
０によって固定されている。更に、絞り１３８の小孔１
３６を開閉する円錐形の弁体１４２が、所定の強さの圧
縮スプリング１４４によって付勢されて、常時は小孔１
３６を閉鎖している。この圧縮スプリング１４４の強さ
と弁体１４２の形状は重要で、それらは例えば吐出室３
８にある圧縮された冷媒の圧力Ｐｄとダイヤフラム室１
２２にある冷媒の圧力Ｐｓ’　との差圧が８Ｋｇ／ｃｍ
２Ｇ以上になったとき、圧縮スプリング１４４の力に抗
して開弁するように設定されている。

【００１５】斜板型可変容量圧縮機１００は、図１、図
２の制御圧室８８にある冷媒の圧力即ち、制御圧力Ｐｃ
を、空調装置における冷凍サイクルの熱負荷に応じて変
化させて、斜板５８の傾斜角度とピストン２８のストロ
ークを調節し、常に冷凍サイクルが必要とする最適の冷
媒吐出容量が得られるように適合させるものである。つ
まり、図１のダイヤフラム室１２２には斜板型可変容量
圧縮機１００の吸入室にある冷媒の吸入圧力Ｐｓに近い
圧力Ｐｓ’　が導かれているから、熱負荷の増大によっ
て吸入圧力Ｐｓと共にそれに近い圧力Ｐｓ’　が高くな
れば、ダイヤフラム１２０を押し上げて弁体１０６の上
方への移動を許し、弁室１０４の圧力を吐出圧力Ｐｄに
近づけて制御圧室８８の圧力Ｐｃを高め、制御ピストン
８０を左方へ押しやって、斜板５８の傾斜角度を増大し
、ピストン２８のストロークを大きくして、吐出容量を
増加させるのである。その反対に熱負荷が減少すれば、
ダイヤフラム室１２２の圧力Ｐｓ’　が低くなって、結
果的に制御圧室８８の圧力Ｐｃが低くなり、斜板型可変
容量圧縮機１００の吐出容量が減少する。その制御特性
（制御圧力Ｐｃに対する吐出容量）は、図３に示すよう
に、略リニアな形になっている。また、ダイヤフラム室
１２２の圧力Ｐｓ’　に対する制御圧室８８の圧力Ｐｃ
の関係は図４に示すようなものとなっている。

【００１６】従って、本発明による斜板型可変容量圧縮
機１００の稼働状態における制御特性（吐出容量可変状
態での吐出圧力Ｐｄに対する安定な吸入圧力Ｐｓの関係
）は、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ
）が８Ｋｇ／ｃｍ２Ｇ以下のとき、弁体１４２が絞り１
３８の小孔１３６を閉じて連通路１３４による冷媒の導
通を遮断しているために、ダイヤフラム室１２２の圧力
Ｐｓ’　は従来の制御弁と同じく吸入圧力Ｐｓに近い値
になる。

【００１７】しかし、差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が８Ｋｇ／ｃ
ｍ２Ｇを越えたときは、従来例とは異なり、弁体１４２
が差圧に応じ図１中において右方へ動いて小孔１３６を
開くので、吐出室３８からダイヤフラム室１２２に向か
って高圧の冷媒が少量だけ流れ込み、ダイヤフラム室１
２２の圧力Ｐｓ’　が従来の制御弁よりも高い値まで上
昇する。その結果、ダイヤフラム１２０と弁体１０６が
上方へ移動し、弁座口１０６が閉じ気味となるのに反し
弁座口１１０が大きく開いて、吐出圧力Ｐｄの影響で制
御圧力Ｐｃが高くなり、図３の特性によって斜板型可変
容量圧縮機１００の吐出容量が従来の場合よりも増大す
る。このときのダイヤフラム室１２２の圧力Ｐｓ’　に
対する制御圧力Ｐｃの急な変化の様子が、図４において
は折れ曲がった実線によって示されている。そして、吐
出容量が増大することにより冷凍サイクルにおける吸入
圧力Ｐｓは低下し、図５に示すような変曲点を有する曲
線状の特性となる。

【００１８】前述のように、空調装置において要求され
る最も適正な圧縮機の吐出容量制御とは、エバポレータ
の出口における冷媒圧力を常に一定に保つことであるか
ら、エバポレータの出口と圧縮機１００の吸入室３４と
の差圧が冷媒流量の増加に応じて大きくなることを考慮
すれば、吸入室３４の圧力Ｐｓを検知圧力として適正な
容量制御を行う場合には、図６に例示するような変曲点
のある圧縮機制御特性にするのが良いということが理解
される。

【００１９】従来の圧縮機制御特性では、ダイヤフラム
室１２２の圧力Ｐｓ’と圧縮機吸入圧力Ｐｓが常時同程
度の値であるため、吸入圧力Ｐｓと吐出圧力Ｐｄとの関
係が単なる直線となり、図７に■■■として例示ような
ものになっていた。従って、直線■として示す制御特性
では、吐出圧力Ｐｄが高い高熱負荷時には問題がないが
、吐出圧力Ｐｄが低い低熱負荷時には吸入圧力Ｐｓが高
くなり、その結果、エバポレータ出口における冷媒の圧
力が高くなるため、冷房能力が低下し、ひいては窓の曇
り（デミスト不能）が発生する（斜線領域Ａ）。また図
７中の直線■として示す制御特性では、逆に低熱負荷時
においては問題がないが、高熱負荷時には冷房能力が低
下してしまう（斜線領域Ｂ）。更に、直線■として示す
制御特性では、エバポレータ出口の冷媒圧力が過度に低
下して、エバポレータに霜が付くフロスト現象が発生す
る（斜線領域Ｃ）。吐出圧力Ｐｄに対して吸入圧力Ｐｓ
が直線的に変化する制御特性によっていた従来の方式で
は、適正な容量制御が困難であったことが、このように
考えれば説明が付く。

【００２０】本発明の第１実施例によれば、図８に示し
た変曲点を有する制御特性が得られるため、変曲点の冷
媒圧力を、対象とする空調装置に適合させて設定（例え
ば、Ｐｄ−Ｐｓ≒８Ｋｇ／ｃｍ２Ｇ、Ｐｄ＝１０Ｋｇ／
ｃｍ２Ｇ、Ｐｓ＝２Ｋｇ／ｃｍ２Ｇのように）すれば、
略適正な圧縮機制御特性が得られる。いうまでもなく、
これらの数値は空調装置の型式によって異なることがあ
り得る値であって、実施に当たって対象とする空調装置
に適合する数値を見出す必要がある。また、弁体１４２
の形状は、円錐形に限らず、例えば球形であっても良い
。なお、弁体１４２が開弁位置にあるとき、吐出室３８
にある高圧の冷媒が、ダイヤフラム室１２２と連通路１
３２を通じて吸入室３４へバイパスされ、それによって
圧縮機の運転効率が低下するという懸念があるが、第１
実施例の場合には小孔１３６の径が僅か１ｍｍ程度であ
るように、絞り１３８による圧縮された冷媒の洩れ量は
きわめて少量に過ぎないから、効率には殆ど影響がない
。

【００２１】図１に示す第１実施例では、制御弁９０と
して、弁室１０４に上下２つの弁座口１０８及び１１０
を有する３方制御弁を用いたが、図９に示す第２実施例
のように、弁座口１０８のみを有する２方制御弁を用い
ても、略同様な作用、効果が得られる。第２実施例は、
この点を除いて第１実施例と同じ構造を有する。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、従来の斜板型可変容量
圧縮機に使用されていた「内部制御方式」の欠点が改良
されて、高熱負荷時にはそれに対応し得る充分な大きさ
の最大冷房能力が確保されると共に、中、低熱負荷高回
転時においてはエバポレータフロストが防止され、更に
、低熱負荷の低回転時等における除湿（デミスト）能力
をも確保することができるというように、従来の斜板型
可変容量圧縮機の直線的な制御方式によっては達成され
ることがなかった互いに矛盾した条件を、同時に満足す
る制御特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の要部を示す部分的拡大断
面図である。

【図２】本発明の斜板型可変容量圧縮機の実施例の全体
構成を示す縦断面図である。

【図３】斜板型可変容量圧縮機の一般的な作動特性を示
す線図である。

【図４】本発明の斜板型可変容量圧縮機の作動特性を示
す線図である。

【図５】本発明の斜板型可変容量圧縮機の作動特性を示
す線図である。

【図６】本発明の目標とする制御特性を示す線図である
。

【図７】従来例の問題点を説明する特性線図である。

【図８】本発明の効果を説明する特性線図である。

【図９】本発明の第２実施例の要部を示す部分的拡大断
面図である。

【符号の説明】

１０…ハウジング ２４、２６…シリンダ ２８…ピストン ３２、３４…吸入室 ３６、３８…吐出室 ５８…斜板 ８０…制御ピストン ８８…制御圧室 ９０…制御弁 １００…斜板型可変容量圧縮機 １０４…弁室 １０６…弁体 １０８、１１０…弁座口 １２２…ダイヤフラム室 １３４…連通路 １３６…小孔 １３８…絞り １４２…弁体 １４４…圧縮スプリング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　傾斜角度を連続的に変更することがで
   きる斜板と、前記斜板の周縁部に係合し吐出容量制御の
   ために変更されるストロークにおいて往復動するピスト
   ンと、前記ピストンを摺動可能に嵌合させて流体を圧縮
   する作動室を形成するシリンダと、前記斜板の傾斜角度
   を変更調節するために設けられる制御ピストンと、前記
   制御ピストンを作動させる制御圧室と、前記制御圧室へ
   制御圧力を供給するために設けられる制御弁と、前記制
   御弁内に設けられ吸入室の圧力を制御信号として取り入
   れるダイヤフラム室と、前記ダイヤフラム室と吐出室と
   を結ぶ連通路と、前記連通路に設けられる絞り部材と、
   前記吐出室と前記ダイヤフラム室の差圧が所定値を越え
   たときに前記絞り部材の小孔を開くように設定される弁
   体とを備えていることを特徴とする斜板型可変容量圧縮
   機。