JPH09228956A - 可変容量型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】各摺動部の冷却、潤滑の向上と、容量制御弁の
簡素化を図る。 【解決手段】フロントハウジング２に形成されたクラン
ク室５には外部冷却回路と接続された吸入孔４０が開口
され、リヤハウジング３内の吸入室３０はシリンダブロ
ック１を経由して設けられた吸入通路を介してクランク
室５と連通せしめられるとともに、吸入通路にはその圧
力変動に直接応答して通路断面積を調整し、これにより
吸入室圧力と共に斜板傾角を変化させる制御弁機構５０
が配設されているので、各摺動部の耐用性が向上し、弁
機構を含む関連構造が著しく簡素化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として冷房用に
供される圧縮機に係り、詳しくは単頭形のピストンを装
備した可変容量型圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に空調冷凍用に供されている斜板
式、揺動板式等の可変容量型圧縮機は、斜板要素を支点
回りに傾動可能な機構となし、斜板要素を囲包するフロ
ントハウジングの内部、つまりクランク室の圧力を変化
させることにより、単頭形のピストンの背面に作用する
力を制御し、この力とピストンの前面に作用するガス圧
力との釣合によって、上記斜板要素の支点回りの傾動変
位、すなわちピストンストロークを制御するようになさ
れている。そして通常クランク室の圧力制御は、吸入圧
力に応答する容量制御弁の作動を介してクランク室内へ
吐出圧力を供給することにより行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような容量可変機構を備えた圧縮機において、クランク
室圧力を制御するためには、クランク室をほぼ密閉状態
に保つ構造が必要であり、しかもクランク室内には高
温、高圧のブローバイガス雰囲気が醸成され、特に冷房
負荷の大きい全容量運転時には一層過酷な雰囲気が継続
される結果、軸封装置（リップシール）の早期劣化に加
えて摺動各部の摩耗の進行も懸念される。このことは例
えば斜板要素の変革にもみられるかなり高価な材料選択
や、より優れた表面処理の適用など、高コスト化につな
がる対策にも如実に現れている。

【０００４】また、かかる可変容量型圧縮機は、とかく
小容量運転時における吸入脈動が大きく、これが蒸発器
の脈動音を誘起することとなるので、リヤハウジング等
にマフラ機構を内装するといった提案も少なくない。さ
らには上述した容量制御弁のように吸入圧力に応答して
クランク室内へ吐出圧力を供給する形式の制御弁は、そ
れ自体の複雑な構造に加えて検圧通路や給気通路の設置
など極めて面倒な加工を必要とするため、これもコスト
の低減を阻む大きな要因の一つに挙げられている。

【０００５】本発明の第１の解決課題は、クランク室の
雰囲気を改変することにより、振動騒音の低減とともに
圧縮機の信頼性の向上を図ることであり、第２の解決課
題は、ごく簡素な弁機構で圧縮機の容量制御を行わせる
ことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の可変容量
型圧縮機は、複数のボアを並設して圧縮機の外郭を構成
するシリンダブロックと、内部にクランク室を形成して
シリンダブロックの前端を閉塞するフロントハウジング
と、該シリンダブロックとフロントハウジングに回転自
在に支承された駆動軸と、吸入室及び吐出室を有してシ
リンダブロックの後端を閉塞するリヤハウジングと、駆
動軸と共に回転し吸入室圧力とクランク室圧力との差圧
に基づいて傾角変位可能な斜板要素と、該斜板要素と連
係して上記ボア内を直動するピストンとを備えた可変容
量型圧縮機において、上記クランク室には外部冷凍回路
と接続された吸入孔が開口され、上記吸入室は吸入通路
を介して該クランク室と連通せしめられるとともに、該
吸入通路にはその圧力変動に直接応答して通路断面積を
調節し、これにより吸入室圧力と共に斜板傾角を変化さ
せる制御弁機構が配設されていることを特徴としてい
る。

【０００７】したがって、外部冷凍回路から帰還した冷
媒ガスは吸入孔からまずクランク室に受入れられ、シリ
ンダブロックを経由する吸入通路を介して吸入室へと導
かれたのち、吸入弁の開弁によって各吸入ポートからボ
アへと吸入されるので、クランク室内は常時吸入雰囲気
に保持されている。したがって、低温の冷媒ガス及びそ
の混在油粒により各摺動部は十分に冷却、潤滑されるた
め、その耐用性が著しく向上されるほか、軸封装置（リ
ップシール）のシ−ル圧力の低下に伴って発熱量も小さ
くなるので、熱劣化も良好に改善される。

【０００８】そして吐出容量が縮小制御される場合に
は、吸入通路の圧力変動（圧力低下）に直接応答する制
御弁機構が通路断面積を絞る向きに作動して吸入室圧力
を低下させるので、ピストンに対抗的に作用するクラン
ク室圧力との均衡がくずれて斜板傾角並びにピストンス
トロークが縮小され、圧縮機は小容量運転へと移行す
る。なお、帰還冷媒ガスを直接受入れるクランク室は事
実上吸入マフラを構成して脈動の減衰に寄与している。

【０００９】請求項２記載の圧縮機は、上記制御弁機構
が上記吸入通路に連なる感圧室と大気室とを区画し、実
質的に該吸入通路の通路断面積を調節可能な弁機能をも
つベローズと、該大気室に内装されて該ベローズを該感
圧室側へ付勢する調整ばねとからなるを特徴としてい
る。したがって、大気圧と調整ばねの付勢力との合力が
吸入通路の変動圧力と均衡すべくベローズを作動させる
ので、極めて簡素な弁構成で圧縮機の容量制御を遂行す
ることができる。

【００１０】なお、上記斜板要素とは、回転斜板と組合
された揺動板がコンロッドを介してピストンと連節され
るワッブル型、並びに回転斜板がシューを介して直接ピ
ストンと連係されるスワッシュ型のいずれをも含む斜板
要素である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３において、
１はシリンダブロックであって、該シリンダブロック１
の前端側はフロントハウジング２によって閉塞され、同
後端側は弁板４を介してリヤハウジング３によって閉塞
されるとともに、これらは通しボルト２１により共締め
されている。シリンダブロック１とフロントハウジング
２とによって形成されるクランク室５内には軸心方向に
延在する駆動軸６が収容されて、ラジアル軸受７ａ、７
ｂにより回転自在に支持されている。そして該駆動軸６
の前端は、例えば図示しない電磁クラッチ及び伝動機構
を介して自動車エンジンに連結されている。また、シリ
ンダブロック１には該駆動軸６を囲繞する位置に複数個
のボア８が穿設されており、各ボア８には単頭形のピス
トン９がそれぞれ往復動可能に嵌挿されている。なお、
７ｃは軸封装置である。

【００１２】クランク室５内において、駆動軸６にはロ
ータ１０がフロントハウジング２との間にスラスト軸受
１１を介して同期回転可能に結合され、ロータ１０の後
方には斜板１２が嵌合されている。そして、該斜板１２
はロータ１０との間に介装された押圧ばね１３により常
に後方に向け付勢されている。斜板１２には、両端面外
周側に平滑な摺動面１２ａが形成され、摺動面１２ａに
は半球部を有するシュ−１４、１４が当接されており、
これらシュ−１４、１４の半球部はピストン９の球状支
承面と係合されている。

【００１３】また、斜板１２の摺動面１２ａより内方域
のロータ１０側には、一対のブラケット１２ｂ、１２ｂ
が該斜板１２の上死点位置Ｔを跨いで突設され、各ブラ
ケット１２ｂ、１２ｂにはガイドピン１２ｃ、１２ｃの
基端が固着されるとともに、各ガイドピン１２ｃ、１２
ｃの先端には球体部１２ｄ、１２ｄが形成されている。
かくして本圧縮機では、ブラケット１２ｂ、１２ｂ、ガ
イドピン１２ｃ、１２ｃ及び球体部１２ｄ、１２ｄによ
り、ヒンジ機構Ｋの一部を構成している。

【００１４】斜板１２の中心部には駆動軸６上で該斜板
１２の傾角変位を許容する屈折状の貫通孔２０が設けら
れており、また、斜板１２の下死点領域におけるロータ
１０側には、駆動軸６の軸心から径外方向に延在され、
かつロータ１０側のシュ−１４を回避しつつ摺動面１２
ａを覆蔽するカウンタウェイト１５がリベットなどによ
り装着されている。そして該斜板１２は、カウンタウェ
イト１５よりも中心寄りの前端面１２ｅがロータ１０の
後端面１０ａと当接することにより最大傾角が規制され
る一方、後端面の座繰孔部がサークリップ２２と当接す
ることにより零ではない最小傾角が規制されている。

【００１５】また、ロータ１０の上部には、上記ヒンジ
機構Ｋの残部を構成する一対の支持アーム１７、１７が
各ガイドピン１２ｃ、１２ｃと整合するよう軸心方向後
方に突出され、各支持アーム１７、１７の先端部には、
駆動軸６の軸心と斜板１２の上死点位置Ｔとで決定され
る面と平行に、かつ駆動軸６の軸心に対して外方から近
づく向きにガイド孔１７ａ、１７ａが貫設されている。
これらガイド孔１７ａ、１７ａの向きは、斜板１２の傾
角変位にかかわらずピストン９の上死点位置が不動に保
たれるよう設定されており、各ガイド孔１７ａ、１７ａ
内には、それぞれガイドピン１２ｃ、１２ｃの球体部１
２ｄ、１２ｄが摺動可能に挿入されている。

【００１６】本実施形態の特徴的な構成の一つは機内に
形成される吸入系の配置であって、外部冷凍回路と接続
された吸入孔４０が開口されているクランク室５は、帰
還冷媒を直接導入すると同時に事実上広大な吸入マフラ
を構成しており、シリンダブロック１のボア挟間に並設
された複数の通孔４１及び各通孔４１を収束する拡張室
４２、並びにリヤハウジング３の軸心部に形成された弁
室（後述する感圧室を兼ねる）４３及び該弁室４３の周
壁に貫設された複数の弁孔４４からなる一連の吸入通路
を介して、該クランク室５は吸入室３０に連通されてい
る（図２）。

【００１７】リヤハウジング３内には、該吸入室３０の
外方域に吐出室３１が画設され、弁板４にはボア８に対
応して吸入ポート３２及び吐出ポート３３が開口されて
おり、弁板４とピストン９との間に形成される圧縮室が
吸入ポート３２及び吐出ポート３３を介して吸入室３０
及び吐出室３１に連通されている。そして弁板４には各
吸入ポート３２及び吐出ポート３３を開閉する図示しな
い吸入弁及び吐出弁が装着されている。そして、実質的
に吐出マフラを構成する鎮制室９０は、シリンダブロッ
ク１の外郭部にフロントハウジング２にまたがって形成
されており、該鎮制室９０は通路９１を介して吐出室３
１に連通されるとともに、フランジ孔（吐出孔）９２に
嵌合される図示しないホースジョイントを介して外部冷
凍回路に接続されている。

【００１８】リヤハウジング３の軸心部に上記弁室４３
を形成する貫孔内には、上記吸入通路の圧力変動に直接
応答して上記弁孔４４を含む通路断面積を調節する制御
弁機構５０が配設されている。図２に基づいて該制御弁
機構５０を詳述すると、上記貫孔内にはベローズ５１が
収納され、その基端の取付環５２はシール５３及び止め
輪５４を介して該貫孔の外端開口部に密合保持されてお
り、実質的に吸入通路の通路断面積を調節可能な弁機能
をもつベローズ５１の外方域は、吸入通路に連なる感圧
室４３を形成している。そしてベローズ５１内部の前端
面に接合されたばね受け５５と取付環５２に螺合された
座板５６との間には調整ばね５７が介装され、該ばね受
け５５から延在する脚部５５ａは座板５６との干渉によ
りベローズ５１の退動端を規制するストッパを構成する
とともに、該座板５６にはベローズ５１の内部空間を外
気と連通して大気室５８を形成する通孔５６ａが設けら
れている。なお、調整ばね５７の付勢力は座板５６の回
動によって微調整される。

【００１９】本圧縮機は上述のように構成されており、
圧縮機の停止時には機内の圧力が設定圧力よりも高い値
でバランスしているので、感圧室４３の圧力が大気圧と
調整ばね５７との合力を上回ってベローズ５１に作用
し、ベローズ５１の退動により吸入通路の弁孔４４部分
は大きく開放された状態に保たれている。この状態から
図示しない電磁クラッチを介して駆動軸６が回転される
と、この回転運動がロータ１０及びヒンジ機構Ｋを介し
て斜板１２の回転揺動、さらにはピストン９の往復運動
へと変換されて圧縮仕事が開始される。そして圧縮機の
起動初期においては通常車室温度と共に帰還冷媒圧力も
高いので、上述のようなベローズ５１の姿勢を介してク
ランク室圧力と吸入室圧力との差圧は所定値よりも低く
保たれるので、ピストン９は最大ストローク、つまり圧
縮機は全容量状態で運転される。

【００２０】すなわち外部冷凍回路から帰還した冷媒ガ
スは、吸入孔４０からまずクランク室５に受入れられ、
シリンダブロック１を経由する吸入通路を介して吸入室
３０へと導かれたのち、図示しない吸入弁の開弁によっ
て各吸入ポート３２からボア８へと吸入されるので、ク
ランク室５内は常時吸入雰囲気に保持されている。した
がって、低温の冷媒ガス及びその混在油粒により各摺動
部は十分に冷却、潤滑されるため、その耐用性が著しく
向上されるほか、軸封装置（リップシール）７ｃのシー
ル圧力の低下に伴って発熱量も小さくなるので、熱劣化
も良好に改善される。

【００２１】そして各ボア８内で圧縮された冷媒ガス
は、図示しない吐出弁の開弁によって各吐出ポート３３
から順次吐出室３１へと吐出され、吐出された高圧の冷
媒ガスはさらに通路９１を経由して鎮制室９０へと導入
されるので、該鎮制室９０のもつ膨張形のマフラ機能に
よって圧力脈動成分を減衰せしめられた冷媒ガスは、フ
ランジ孔９２に接続された図示しないホースジョイント
を介して外部冷凍回路へと送出される。なお、鎮制室９
０内で吐出冷媒ガスから分離滞溜した潤滑油は、図示し
ない油孔を介してクランク室５に還元される。

【００２２】かかる全容量運転の継続により次第に車室
温度が低下し、これに追従するクランク室５及び吸入通
路に連なる感圧室４３の圧力が設定値を越えて低下する
と、該感圧室４３の圧力が大気圧と調整ばね５７との合
力に屈して直接的にベローズ５１を進動させ、該ベロー
ズ５１のもつ弁機能により弁孔４４を含む吸入通路の通
路断面積を縮減させる。

【００２３】このように吸入通路が絞られ、吸入室圧力
の低下に基づいてクランク室圧力との差圧が設定値を超
えて大きくなると、斜板１２の傾角並びにピストンスト
ロークが縮小されて圧縮機は小容量の制御運転に移行
し、その後は、冷房負荷に基づいた感圧室圧力の回復が
ベローズ５１の退動を促して弁孔４４を含む吸入通路の
開度は復元される。この場合、制御弁機構５０の主体を
なすベローズ５１は、それ自体が直接帰還冷媒ガスの圧
力に応動して吸入室圧力を変化させ、これによって生じ
たクランク室圧力との差圧の変動が斜板傾角の変位を促
すので、ごく簡素な弁機構のみで圧縮機の容量制御を巧
妙に遂行することができる。しかも吸入通路の開度は連
続的に絞られ、又は復元されるので、圧縮機の容量は緩
やかに変化し、走行フィーリングにも全く悪影響を及ぼ
さない。

【００２４】なお、上述の実施形態は、感圧室と対抗す
るベローズの内部が大気圧となされているが、真空ポン
プなどを用いた真空引きによりベローズの内部圧力を安
定化させることは勿論可能である。また、別途の情報又
は指令によってベローズの内部を積極的に負圧に導き、
感圧室圧力の如何にかかわらず、強制的に容量の増大制
御を実行することもできる。かかる制御は例えば、ベロ
ーズの内部とエンジンの吸気側とを導管により接続し、
導管中に配置した電磁弁のノーマル位置を介して常時は
ベローズの内部を大気開放ポートと連通させ、車室内温
度センサ、日射センサなどの情報やオペレータの発意に
基づく指令信号により、電磁弁を切換位置に操作してベ
ローズの内部をエンジンの吸気側と連通させることによ
って行われる。

【００２５】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
極めて合理的な冷媒流路構成によりクランク室を吸入雰
囲気に保持しうるので、低温の帰還冷媒ガス及びその混
在油粒により、各摺動部は十分に冷却、潤滑されて耐用
性が向上し、とくに軸封装置のシ−ル圧力の低下はかね
がね問題視されている熱劣化を良好に防止する。

【００２６】また、クランク室の広大な容積がそのまま
吸入マフラ機能を発揮して脈動の減衰に寄与するほか、
とくに小容量運転時における吸入通路の絞り作用は一層
制振に有効である。しかも圧縮機の容量制御を行う制御
弁機構が、吸入通路の圧力変動に直接応答してその通路
断面積を調整すべく構成されているので、弁機構それ自
体の簡素化に加えて機内の付帯加工を大幅に省減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る圧縮機の全容を示す
断面正面図。

【図２】同圧縮機のとくに制御弁機構を示す拡大断面
図。

【図３】同圧縮機の吸入通路を示す図１のＡ−Ａ線部分
断面図。

【符号の説明】

１はシリンダブロック、２はフロントハウジング、３は
リヤハウジング、５はクランク室、８はボア、１２は斜
板、３０は吸入室、３１は吐出室、４０は吸入孔、５０
は制御弁機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡留 洋一 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のボアを並設して圧縮機の外郭を構成
   するシリンダブロックと、内部にクランク室を形成して
   シリンダブロックの前端を閉塞するフロントハウジング
   と、該シリンダブロックとフロントハウジングに回転自
   在に支承された駆動軸と、吸入室及び吐出室を有してシ
   リンダブロックの後端を閉塞するリヤハウジングと、駆
   動軸と共に回転し吸入室圧力とクランク室圧力との差圧
   に基づいて傾角変位可能な斜板要素と、該斜板要素と連
   係して上記ボア内を直動するピストンとを備えた可変容
   量型圧縮機において、上記クランク室には外部冷凍回路
   と接続された吸入孔が開口され、上記吸入室は吸入通路
   を介して該クランク室と連通せしめられるとともに、該
   吸入通路にはその圧力変動に直接応答して通路断面積を
   調節し、これにより吸入室圧力と共に斜板傾角を変化さ
   せる制御弁機構が配設されていることを特徴とする可変
   容量型圧縮機。
2. 【請求項２】上記制御弁機構は上記吸入通路に連なる感
   圧室と大気室とを区画し、かつ実質的に該吸入通路の通
   路断面積を調節可能な弁機能をもつベローズと、該大気
   室に内装されて該ベローズを該感圧室側へ付勢する調整
   ばねとからなるを特徴とする請求項１記載の圧縮機。