JPH05340352A - ピストン型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮効率を向上でき、ピストンが上死点に達
したときのトップクリアランスの寸法公差を緩和して、
圧縮機の生産性を向上する。 【構成】 回転軸１０の回転によりシリンダボア１４内
のピストン１５を往復動させて吸入室１７，１８からシ
リンダボア内に吸入したガスを圧縮して吐出室１９，２
０へ吐出する。吐出管路２７には冷媒ガス中に含まれる
潤滑用オイルＯを分離するオイル分離部２９を設ける。
前記回転軸１０には前記オイル分離部２９により分離さ
れた潤滑用オイルを圧送するオイルポンプ３１を連動し
て設ける。このオイルポンプ３１と前記各シリンダボア
１４内作動室とを回転軸１０に設けたオイル分配通路３
９，４０及びシリンダブロック１，２に設けた連通路４
１，４２によりそれぞれ連通可能とする。ピストン１５
が上死点に移動されたときに作動室内にオイルを一時的
に圧入供給するため前記オイル分配通路３９，４０を連
通路４１，４２に連通する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧縮効率を向上する
ことができるピストン型圧縮機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のピストン型圧縮機ではシリンダボ
ア内でのピストンの復動行程によって吸入室内の冷媒ガ
スがバルブプレートに形成した吸入孔からシリンダボア
内の吸入室又は圧縮室となる作動室内へ吸入され、ピス
トンの往行動作により作動室で圧縮された冷媒ガスがバ
ルブプレートに形成した吐出孔から吐出室へ吐出され
る。

【０００３】又、ピストンが上死点に移動されたとき、
前記バルブプレートにピストンが接触するとピストンあ
るいはバルブプレートが破壊されるので、これを防止す
るためにピストンのヘッド端面とバルブプレートとの間
に所定値以上のトップクリアランスが形成され、その寸
法公差が製造工程で管理されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このため、ピストンが
上死点に移動された状態でトップクリアランスに基づく
トップ容積が生じる。従って、このトップ容積にガスが
残留し、圧縮、再膨張を繰り返して動力を損失させてい
る。又、高圧縮時には前記残留ガスの再膨張の影響が大
きく、吸入開始を遅らせ、吸い込みガス量が減少し、冷
房能力の低下の要因となっている。

【０００５】この発明の目的は上記従来に存する問題点
を解消して圧縮効率を向上することができるとともに、
ピストンが上死点にきたときのトップクリアランスの寸
法公差を緩和して、生産性を向上することができるピス
トン型圧縮機を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのためにこの発明で
は、シリンダブロックに形成したシリンダボア内にピス
トンを収容し、回転軸の回転により前記ピストンをシリ
ンダボア内で往復動させて吸入室からシリンダボア内作
動室に吸入したガスを圧縮して吐出室へ吐出するように
なし、前記吐出室から吐出されるガス中に含まれる潤滑
用オイルを分離するオイル分離部を圧縮機の内部又は外
部に備えたピストン型圧縮機において、前記回転軸には
前記オイル分離部により分離された潤滑用オイルを吸い
込んで圧送するオイルポンプを連動して設け、このオイ
ルポンプのオイル出口から吐出されるオイルを、ピスト
ンが上死点に移動されたときのシリンダボア内作動室、
つまりトップクリアランス内に一時的に圧入供給するオ
イル切換供給手段を前記回転軸と連動するように設け
た。

【０００７】

【作 用】この発明は回転軸の回転によりピストンがシ
リンダボア内で往復動されると、吸入室からシリンダボ
ア内作動室に吸入したガスはピストンにより圧縮されて
吐出室へ吐出される。又、前記回転軸の回転によりオイ
ル分離部で分離されたオイルがオイルポンプ及びオイル
切換供給手段によってピストンが上支点に移動されたと
きのシリンダボア内作動室、つまりトップクリアランス
内に圧入供給される。このためピストンがトップ位置に
ある状態でトップクリアランス内に高圧の圧縮ガスが残
留するのを低減又は無くし、残留ガスの再膨張を抑制又
は無くして圧縮効率を高めることができる。

【０００８】又、この発明はシリンダボア内頂面とピス
トンの端面とのトップクリアランスを小寸法に厳密に設
定管理する必要がなく、その寸法公差が緩和され圧縮機
の生産性が向上する。

【０００９】

【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に基づいて説明する。図１に示すこの実施例に係わる斜
板式ピストン型圧縮機は、相互に接合されたシリンダブ
ロック１，２の両端がバルブプレート３，４を介してフ
ロントハウジング５及びリヤハウジング６により閉塞さ
れている。シリンダブロック１，２及びバルブプレート
３，４はフロントハウジング５及びリヤハウジング６と
ともに複数のボルト７により締付固定されている。前記
シリンダブロック１，２内には斜板室８が形成され、シ
リンダブロック１，２の中心部に貫設された軸孔９には
ラジアルベアリング１１を介して回転軸１０が回転自在
に保持されている。又、斜板室８内で回転する斜板１２
は前後一対のスラストベアリング１３を介して該回転軸
１０に固定されている。シリンダブロック１，２内には
複数のシリンダボア１４が回転軸１０の周囲に形成さ
れ、各ボア１４内には両頭ピストン１５が往復運動自在
に収容され、シュー１６により上記斜板１２に係留され
ている。

【００１０】前記フロント及びリヤのハウジング５，６
には外側に位置するように吸入室１７，１８、中心部に
位置するように吐出室１９，２０が設けられ、吸入室１
７，１８はバルブプレート３，４に形成した吸入孔３
ａ，４ａによって前記シリンダボア１４と連通されてい
る。同様に吐出室１９，２０はバルブプレート３，４に
形成した吐出孔３ｂ，４ｂによってボア１４と連通され
ている。さらに、前記バルブプレート３，４のシリンダ
ブロック１，２側には吸入弁板２１，２２が介在され、
ハウジング３，４側には吐出弁板２３，２４が介在さ
れ、それらに形成した吸入弁２１ａ，２２ａにより吸入
孔３ａ，４ａが開閉可能となっている。又、吐出弁２３
ａ，２４ａにより吐出孔３ｂ，４ｂが開閉可能となって
いる。

【００１１】さらに、前記斜板室８は両吸入室１７，１
８とシリンダブロック１，２に形成した連通路１ａ，２
ａによって連通されている。又、前記両シリンダブロッ
ク１，２の接合部付近には斜板室８と連通する吸入口２
５と、吐出室１９，２０と連通する吐出口２６が設けら
れ、吸入口２５は外部吸入管路（図示略）に接続されて
いる。又、吐出口２６には吐出管路２７を介してコンデ
ンサ２８が接続されている。この吐出管路２７の途中に
は吐出冷媒ガス中に含まれるミスト状の潤滑用オイルＯ
を分離するためのオイル分離部２９が介在されている。
このオイル分離部２９により分離されたオイルＯはオイ
ル供給管路３０を通して前記リヤハウジング６内に収容
したオイルポンプ３１に供給されるようにしている。

【００１２】そこで、上記オイルポンプ３１について説
明すると、図１に示すようにリヤハウジング４の中心部
にはポンプ室３２が形成され、該室３２内には図２，３
に示すように前記回転軸１０により回転する外歯車３３
が収容されている。又、ポンプ室３２内には前記外歯車
３３に噛み合う内歯車３４が嵌合固定されている。そし
て、図２においてポンプ３１の後側面が当接する壁面、
すなわちリヤハウジング６にはポンプ３１の拡大側空間
と対応するように湾曲状に形成された開口を有するオイ
ル吸入室３５が設けられている。又、リヤハウジング６
には図３に示す矢印方向への回転に伴う該ポンプ３１の
縮小空間と対応するように湾曲状に形成された開口を有
するオイル吐出室３６が設けられている。前記オイル吸
入室３５は前記オイル供給管路３０を介してオイル分離
部２９と連通されている。又、オイル吐出室３６は図１
に示すように回転軸１０の軸心に沿って形成されたオイ
ル孔３７及び該孔３７から半径方向に向けて形成された
枝孔３８を介してスラストベアリング１３と連通されて
いる。

【００１３】従って、回転軸１０の回転によりポンプ３
１が起動されると、オイル分離部２９からオイル供給管
路３０及びオイル吸入室３５を介してポンプ３１の作用
空間に吸い込まれた潤滑用オイルは、該作用空間の容積
変化に伴って順次オイル吐出室３６へと吐出され、回転
軸１０内のオイル孔３７及び枝孔３８を経由してスラス
トベアリング１３や斜板１２等の摺動各部に供給され、
潤滑が行われる。

【００１４】次に、この発明の要部であるオイル切換供
給手段Ｋについて説明する。図１に示すように前記回転
軸１０には前記シリンダブロック１のフロント側端面と
対応する位置及びシリンダブロック２のリヤ側端面と対
応する位置に前記オイル孔３７と連通するオイル分配通
路３９，４０が半径方向に各一箇所に形成されている。
又、前記シリンダブロック１，２のフロント側端面及び
リヤ側端面には各シリンダボア１４に連通し、かつ軸孔
９の内周面に開口するオイル供給用の連通路４１，４２
がそれぞれ放射状（図４にリヤ側のみ図示）に形成され
ている。さらに、前記両オイル分配通路３９，４０から
のオイルが軸孔９の内部に収容したベアリング１１側へ
移動しないようにシリンダブロック１，２には隔壁１
ｂ，２ｂが形成されている。

【００１５】そして、回転軸１０の回転により斜板１２
を介してピストン１５が往復動され、ピストン１５がシ
リンダボア１４内でトップ位置に移動される直前に、リ
ヤ側の前記オイル分配通路４０が該ボア１４と対応する
連通路４２と一時的に連通されてオイルポンプ３１から
吐出された高圧のオイルがトップクリアランスＣ内に圧
入供給され、該クリアランスＣ内の高圧縮ガスが吐出孔
４ｂから吐出弁２４ａを押し退けて吐出室２０に吐出さ
れるようにしている。このときガスの再膨張を抑制する
上でオイルにより残留高圧縮ガスが完全に吐出孔４ｂか
ら吐出室２０側へ押し出されるようにするのが望ましい
が、そのように設定したとしてもオイルの一部はガスに
混入するので、完全に残留ガスを無くすことは難しい。
しかし、前記連通路４２の先端を複数に分割したり、連
通路４２の開口部から吐出孔４ｂを離隔したりして、殆
どのガスを吐出室へ吐出することが可能となる。

【００１６】又、フロント側及びリヤ側ではピストン１
５のトップ位置のタイミングが異なるので、それに合わ
せて前記両オイル分配通路３９，４０の形成位相を回転
軸１０の回転方向にずらしているが、フロント側のオイ
ルの供給動作も前述したリヤ側の動作と同様である。

【００１７】図５は斜板１２の回転角とシリンダボア１
４内の圧力との関係を示す。又、この図において破線は
ピストン１５の１サイクルにおける変位量を示す。同図
の実線で示す実施例ではピストン１５が上死点、つまり
斜板１２の角度が零の位置に移動されたときのトップク
リアランスＣ内に残留するガスの量が少ないので、ボア
内圧力が低く、斜板１２が零から３０度に回転する間に
ボア内圧力が吸入圧となりガスの吸入を開始する。しか
し、二点鎖線で示す従来例ではピストン１５が上死点か
らほぼ６０度まで回転される間は、トップクリアランス
Ｃ内に残留した圧縮ガスの再膨張が行われ、ガスの吸入
時期が実施例よりも遅れ、圧縮効率が低下する。

【００１８】次に、斜板１２の回転角が３０度から１８
０度（ピストン下死点）を過ぎ、２２０度まではシリン
ダボア１４内へのガスの吸入が行われ、シリンダボア内
の圧力は吸入圧に保たれる。さらに、斜板が２２０度か
ら約３１５度になるまでの間は、ガスが圧縮されてシリ
ンダボア内の圧力が上昇し、３１５度付近で吐出弁２４
ａが開放されて圧縮ガスが吐出室２０に吐出される。そ
して、斜板が３５０度、つまりピストン１５がトップ位
置に到達する直前（斜板回転角にして１０度前）におい
て、前記オイル分配通路４０が連通路４２と連通されて
前述したようにオイルがトップクリアランスＣ内へ圧入
供給される。

【００１９】ところで、図６は吸入・圧縮行程における
シリンダボア１４内の容積（ｃｃ）と、シリンダボア内
圧力（ｋｇ／ｃｍ² ）との関係を示すサイクル線図であ
る。実施例１はシリンダボア１４の全容積Ｖ_t を１３ｃ
ｃ、ピストン１５がトップ位置に移動された場合のトッ
プ容積Ｖ_O を０．２ｃｃ、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓ
との圧縮比Ｎを１５／２とした場合における実験データ
に基づくサイクル線図である。又、実施例２は実施例１
において前記圧縮比Ｎのみを２５／２に変更した場合に
おける実験データに基づくサイクル線図である。

【００２０】このサイクル線図において実施例１（２）
のＡ（Ａ’）は実際に吸入が開始される点であり、Ｂ
（Ｂ’）は吸入行程が終了した点、Ｃ（Ｃ’）は圧縮工
程での吐出弁２３ａ，２４ａが開放される点、さらにＤ
（Ｄ’）はピストン１５がトップ位置に移動された圧縮
行程の終了点である。

【００２１】図６において、実施例１（２）の点Ａ
（Ａ’）からＢまでの容積、つまり実吐出容積Ｖ₁ （Ｖ
₂ ）は実験データによれば１２．０ｃｃ（１１．５ｃ
ｃ）であるから、実施例１（２）の圧縮効率η
₁ （η₂ ）は、

【００２２】

【数１】η₁ ＝（Ｖ₁ ／Ｖ_t ）×１００＝９２．４％

【００２３】

【数２】η₂ ＝（Ｖ₂ ／Ｖ_t ）×１００＝８８．７％ となる。

【００２４】一方、図７に示す比較例１はシリンダボア
１４の全容積Ｖ_t を１３ｃｃ、トップ容積Ｖ_O を１．０
ｃｃ、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの圧縮比Ｎを１５
／２とした場合における実験データに基づくサイクル線
図である。又、比較例２は比較例１において前記圧縮比
Ｎのみを２５／２と変更した場合における実験データに
基づくサイクル線図である。

【００２５】図７において、比較例１（２）の点Ａ
（Ａ’）からＢまでの容積、つまり比較例１（２）の実
吐出容積Ｖ₁ ’（Ｖ₂ ’）は実験データによれば９３．
２ｃｃ（６９．５ｃｃ）であるから、圧縮効率η₁ ’
（η₂ ’）は、

【００２６】

【数３】 η₁ ’＝（Ｖ₁ ’／Ｖ_t ）×１００＝７１．７％

【００２７】

【数４】 η₂ ’＝（Ｖ₂ ’／Ｖ_t ）×１００＝５３．５％ となる。

【００２８】このように、前記トップ容積Ｖ_t が減少す
ることによる圧縮効率の向上は、予想外に大きく、この
ため図６に示すようにトップ容積Ｖ_O が小さい実施例１
は比較例１よりも大幅に圧縮効率を向上（η₁ −η₁ ’
＝２０．７％）することができる。さらに、トップ容積
Ｖ_O の変化量が同じであっても圧縮比Ｎが増大するほ
ど、実施例２と比較例２のように圧縮効率の差（η₂ −
η₂ ’＝３５．２％）が大きくなることがわかる。

【００２９】又、前記実施例ではピストン１５のトップ
クリアランスＣの管理を厳密にしなくても圧縮効率を向
上することができるので、圧縮機の加工及び組付を容易
に行い、コストダウンを図ることができる。

【００３０】この発明は勿論前記実施例にのみ限定され
るものではなく、次のように具体化することができる。 （１）前記実施例ではオイル分離部２９を吐出管路２７
の途中に設けたが、このオイル分離部をシリンダブロッ
ク１，２の底部に内蔵するようにしてもよい。この場合
にはオイル分離部２９により分離されたオイルをオイル
ポンプ３１に導くためのオイル供給管路（通路）３０の
位置をリヤ側のバルブプレート４に沿って形成すればよ
い。

【００３１】（２）前記オイル孔３７及び枝孔３８によ
るベアリング１３の潤滑経路とオイル分配通路３９，４
０とを別経路にすること。又、枝孔３８に絞りを設け
て、オイル分配通路３９，４０のオイル流れを優先する
ようにすること。

【００３２】（３）揺動斜板式の可変容量ピストン型圧
縮機に具体化すること。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明はピスト
ンが上死点に移動されたときのトップクリアランス内作
動室に残留する高圧縮ガスをオイルにより吐出室側に押
し出して再膨張を抑制し、圧縮効率を向上することがで
きるとともに、トップクリアランスの寸法公差を緩和し
て、生産性を向上することができるという優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した斜板式ピストン圧縮機の一
実施例を示す断面図である。

【図２】オイルポンプ付近を示す拡大断面図である。

【図３】オイルポンプの動作を説明する正面図である。

【図４】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】斜板回転角とシリンダボア内圧力との関係を示
すグラフである。

【図６】シリンダボア内容積とボア内圧力との関係を示
すサイクル線図である。

【図７】シリンダボア内容積とボア内圧力との関係を示
すサイクル線図である。

【符号の説明】

１，２ シリンダブロック、３，４ バルブプレート、
５，６ フロント及びリヤハウジング、１０ 回転軸、
１４ シリンダボア、１５ 両頭ピストン、１７，１８
吸入室、１９，２０ 吐出室、２７ 吐出管路、２９
オイル分離部、３０ オイル供給管路、３１ オイル
ポンプ、３３ 外歯車、３４ 内歯車、３５ オイル吸
入室、３６ オイル吐出室、３７ オイル孔、３９，４
０ オイル分配通路、４１，４２ 連通路、Ｃ トップ
クリアランス、Ｋ オイル切換供給手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川口 真広 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダブロックに形成したシリンダボ
   ア内にピストンを収容し、回転軸の回転により前記ピス
   トンをシリンダボア内で往復動させて吸入室からシリン
   ダボア内作動室に吸入したガスを圧縮して吐出室へ吐出
   するようになし、前記吐出室から吐出されるガス中に含
   まれる潤滑用オイルを分離するオイル分離部を圧縮機の
   内部又は外部に備えたピストン型圧縮機において、 前記回転軸には前記オイル分離部により分離された潤滑
   用オイルを吸い込んで圧送するオイルポンプを連動して
   設け、このオイルポンプのオイル出口から吐出されるオ
   イルを、ピストンが上死点に移動されたときのシリンダ
   ボア内作動室、つまりトップクリアランス内に一時的に
   圧入供給するオイル切換供給手段を前記回転軸と連動す
   るように設けたピストン型圧縮機。