JPH11264389A - 可変容量スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機の回転数が上昇した場合であっても、
確実に吐出容量を変化させるとともに、吸入遮断により
吸入工程中に膨張運転のみ行う可変容量方式をスクロー
ル型圧縮機において簡素な構造で実現する。 【解決手段】 吸入容量を縮小させる場合には、第１吸
入通路１６１を電磁弁にて閉じるとともに、可動スクロ
ール部材１４０にて機械的に、シャフト１５０の回転角
度θが所定角度θｃ以上となった時から所定角度範囲Θ
において第２吸入通路１６２を閉じる。これにより、吸
入遮断により吸入工程中に膨張運転のみ行う方式をスク
ロール型圧縮機において簡素な構造で実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可変容量スクロー
ル型圧縮機に関するもので、車両用冷凍サイクルに用い
て有効である。

【０００２】

【従来の技術】車両用冷凍サイクルでは、車両走行用エ
ンジンから駆動力を得て圧縮機を駆動しているため、圧
縮機の回転数を直接に制御することができない。このた
め、エンジン回転数が高く圧縮機の回転数が高いときに
は、シャフト１回転当たりの吸入容量（吐出容量）を縮
小させることにより、吐出容量、すなわち冷凍サイクル
内を循環する冷媒流量を制御する手段が知られている。

【０００３】そして、吐出容量を変化させる可変容量ス
クロール型圧縮機（以下、圧縮機と略す。）として、例
えば特公平６−４１７５６号公報に記載の発明では、固
定スクロール部材にバイパス孔を設け、このバイパス孔
から作動室内に吸入した流体を中間圧室を介して吸入側
に戻すことにより吐出容量を変化（縮小）させるものが
記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、エンジン（圧
縮機）の回転数が上昇すると、吸入流体（吸入冷媒）の
流速の略２乗に比例してバイパス孔での圧力損失が大き
くなるので、圧縮機の回転数が大きくなるほど、バイパ
ス孔から吸入側に戻すことができる流体量が減少してい
く。このため、上記公報に記載の圧縮機では、回転数が
上昇するほど、十分に吐出容量を変化（縮小）させるこ
とができないといった問題が発生する。

【０００５】本発明は、上記点に鑑み、圧縮機の回転数
が上昇した場合であっても、確実に吐出容量を変化させ
ることをを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１に
記載の発明では、吸入容量を縮小させる場合には、シャ
フト（１５０）の回転角度（θ）が所定角度（θｃ）以
上となった時から所定角度範囲（Θ）において吸入通路
（１６１）を閉じることを特徴とする。

【０００７】これにより、作動室（Ｖ_C ）に吸入される
冷媒量は、シャフト（１５０）の回転角度（θ）が所定
角度（θｃ）以上となった時からの所定角度範囲Θと吸
入時の流体の流速とによって決定されることとなる。こ
のため、例えば圧縮機の回転数が上昇すると、所定角度
（θｃ）以上となった時からの吸入通路１６１が開いて
いる時間が縮小していくとともに、吸入時の流体の流速
が上昇するので、作動室（Ｖ_C ）に吸入される流体量が
低下していく。したがって、圧縮機の回転数が上昇した
場合であっても、確実に吐出容量（吸入容量）を縮小さ
せることできる。

【０００８】請求項２〜７に記載の発明では、吸入容量
を縮小させる場合には、第１吸入通路（１６１）を閉じ
るとともに、シャフト（１５０）の回転角度（θ）が所
定角度（θｃ）以上となった時からの所定角度範囲
（Θ）において第２吸入通路（１６２）を閉じることを
特徴とする。これにより、請求項１に記載の発明と同様
に、例えば圧縮機の回転数が上昇すると、所定角度（θ
ｃ）以上となった時からの第２吸入通路１６２が開いて
いる時間が縮小していくとともに、吸入時の流体の流速
が上昇するので、作動室（Ｖ _C ）に吸入される流体量が
低下していくので、圧縮機の回転数が上昇した場合であ
っても、確実に吐出容量（吸入容量）を縮小させること
できる。

【０００９】請求項３に記載の発明では、所定角度範囲
（Θ）は、作動室（Ｖ_C ）の体積が膨張して作動室（Ｖ
_C ）が閉じる時が含まれていることを特徴とする。これ
により、流体の吸入が遮断された後、圧縮工程に移行す
るまで、圧縮機は流体を膨張させる膨張運転を行うこと
となるが、この吸入遮断後の膨張運転による膨張仕事
は、圧縮工程時に回収することができるので、吸入遮断
させても大きな動力損失が圧縮機に発生することを防止
できる。

【００１０】請求項４に記載の発明では、第２吸入通路
（１６２）は、シャフト（１５０）の回転に連動して機
械的に開閉されることを特徴とする。これにより、電気
的にシャフト（１５０）の回転角度（θ）を検出する回
転角度検出手段等を用いて第２吸入通路（１６２）の開
閉をするものに比べて、圧縮機の構造を簡素化すること
ができるので、圧縮機の製造原価低減を図ることができ
る。

【００１１】請求項５に記載の発明では、第２吸入通路
（１６２）は、可動スクロール部材（１４０）によって
開閉されることを特徴とする。これにより、圧縮機の構
造をより簡素化することができる。請求項６に記載の発
明では、第２吸入通路（１６２）における圧力損失は、
第１吸入通路（１６１）における圧力損失に比べて大き
いことを特徴とする。

【００１２】これにより、吸入容量をより確実に縮小さ
せることができる。因みに、上記各手段の括弧内の符号
は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を
示すものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１は本実施形
態に係る可変容量スクロール型圧縮機（以下、圧縮機と
略す。）１００の軸方向断面図である。図１中、１１０
はフロントハウジングであり、１２０はフロントハウジ
ングに固定された固定スクロール部材であり、１３０は
固定スクロール部材１２０に固定されたリアハウジング
である。

【００１４】固定スクロール部材１２０は、周知のごと
く、略円板状の固定基板１２１、および固定基板１２１
からフロントハウジング１１０側に向けて突出した渦巻
き状の固定スクロール１２２（図７、８参照）を有して
構成されており、固定スクロール部材１２０とフロント
ハウジング１１０との間に形成される空間には、固定ス
クロール１２０に対して旋回（公転）する可動スクロー
ル部材１４０が配設されている。

【００１５】なお、可動スクロール部材１４０も、固定
スクロール部材１２０と同様に、略円板状の可動基板１
４１、および可動基板１４１から固定基板１２１側に向
けて突出した渦巻き状の可動スクロール１４２（図７、
８参照）を有して構成されており、両スクロール１２
２、１４２により冷媒（流体）を吸入圧縮する作動室Ｖ
_C が形成されている。

【００１６】また、固定基板１２１の略中央には圧縮さ
れた冷媒を吐出する吐出ポート１２３が形成されてお
り、この吐出ポート１２３のリアハウジング１３０側に
は吐出室１３１が形成されている。なお、１３２は冷媒
が吐出室１３１側から作動室Ｖ _C 側に逆流することを防
止するリード弁状の吐出弁であり、１３３は吐出弁１３
２の最大開度を規制するストッパであり、１３４は冷媒
を圧縮機１００外（凝縮器側等）に吐出する吐出口であ
る。

【００１７】１５０は車両走行用エンジン等の外部駆動
源（図示せず）から駆動力を得て可動スクロール部材１
４０を旋回駆動するシャフトであり、このシャフト１５
０は転がり軸受１５１を介してフロントハウジング１１
０内に回転可能に支持されている。また、シャフト１５
０のうち可動スクロール１４０側には、シャフト１５０
の軸芯に対して所定量だけ偏心したキー部（偏心部）１
５２が形成されており、このキー部１５２には、キー部
１５２の２面幅１５２ａ（図２、３参照）に摺動可能に
接触するブッシュ１５３が嵌め込まれている。そして、
ブッシュ１５３は、ニードル軸受１５４を介して可動ス
クロール部材１４０（可動基板１４１）のボス部１４３
に回転可能に連結されている。

【００１８】なお、可動基板１４１に圧入されたスクロ
ール側ピン１４４、フロントハウジング１１０に圧入さ
れたハウジング側ピン１１１、および両ピン１４４、１
１１と内側で接触するリング１１２は、可動スクロール
部材１４０がブッシュ１５３周りに回転（自転）するこ
とを防止する自転防止機構を構成している。このため、
シャフト１５０が回転すると、可動スクロール部材１４
０は自転せずに公転する。

【００１９】因みに、ブッシュ１５３には、可動スクロ
ール１４０の公転に伴う遠心力（振動）を相殺するバラ
ンサ１５５が圧入されており、以下、バランサ１５５が
配設された空間をバランサ室１５６と呼ぶ。また、本実
施形態では、可動スクロール部材１４０に作用する圧縮
反力のうちシャフト１５０と平行な方向の力（スラスト
力）は、可動基板１４１に面するフロントハウジング１
１０の平面部１１３にて受けており、この平面部１１３
と可動基板１４１との間には、金属製のプレート１１４
が配設されている。

【００２０】なお、プレート１１４は、アルミニウム製
のフロントハウジング１１０（平面部１１３）と、同じ
くアルミニウム製の可動スクロール部材１４０（可動基
板１４１）とが直接に接触摺動することを防止するもの
であり、フロントハウジング１１０および可動スクロー
ル部材１４０と異なる金属（本実施形態では鉄系金属）
製である。

【００２１】また、可動スクロール部材１４０の径外方
側には、プレート１１４および両スクロール部材１２
０、１４０により作動室Ｖ_C に吸入される冷媒が導かれ
る吸入室１２４が形成され、シャフト１５０とフロント
ハウジング１１０との間には、バランサ室１５６などか
ら漏れ出た冷媒や潤滑油などが圧縮機１００外に流出す
ることを防止するシャフトシール１５７が、シャフト１
５０に摺動可能に配設されている。

【００２２】ところで、フロントハウジング１１０に
は、図２、３に示すように、冷媒を（蒸発器から）吸入
する吸入口１１５が開口しており、この吸入口１１５
は、バランサ室１５６および自転防止機構が配設された
凹部１１６を介して吸入室１２４に至る第１吸入通路１
６１に連通している。また、第１吸入通路１６１のうち
吸入口１１５とバランサ室１５６との間には、第１吸入
通路１６１を開閉する弁手段１７０が設けれており、こ
の弁手段１７０は、摺動することにより第１吸入通路１
６１を開閉するスプール弁体（以下、スプールと略
す。）１７１、およびスプール１７１を収納するシリン
ダ部１７２から形成されている。

【００２３】そして、スプール１７１の長手方向一端側
には、他端側に向けてスプール１７１を押圧する弾性力
を発生するコイルバネ（弾性体）１７５が配設されてい
るとともに、連通路１７２ａを介して吸入口１１５側圧
力が導かれている。一方、他端側には、吸入口１１５側
圧力または吐出口１３４側の圧力が選択的に導かれる背
室１７３が形成されており、この背室１７３に導かれる
圧力の選択は、連通路１７４に設けられた電磁弁（図示
せず）により行われる。

【００２４】また、１６２は、吸入口１１５から吸入さ
れた冷媒を弁手段１７０を経由せずに、吸入室１２４に
向けて開口する開口部１６２ａに導く第２吸入通路であ
り、第２吸入通路１６２、すなわち開口部１６２ａは、
図４、５に示すように、可動基板１４１により開閉され
る。なお、本実施形態では、第２吸入通路１６２におけ
る圧力損失を第１吸入通路１６１における圧力損失に比
べて大きくする手段として、第２吸入通路１６２の通路
断面積を第１吸入通路１６１の通路断面積に比べて小さ
くする手段を採用している。

【００２５】次に、本実施形態に係る作動を述べる。 １．最大容量運転（図２、６〜１０参照） 電磁弁を作動させて吐出室１３１側の圧力を背室１７３
に導く。これにより、背室１７３の圧力によるスプール
１７１に作用する力がコイルバネ１７３の弾性力を上回
るので、スプール１７１はコイルバネ１７３側に移動す
る。このため、スプール１７１のうち小径部１７１ａが
第１吸入通路１６１に位置することとなるので、第１吸
入通路１６１が開いた状態となり、冷媒が吸入室１２４
を経由して作動室Ｖ_C に吸入される。

【００２６】一方、第２吸入通路１６２は、可動基板１
４１により開閉されるので、可動基板１４１（可動スク
ロール部材１４０）の回転に伴って周期的に開閉され
る。このため、吸入室１２４（作動室Ｖ_C ）に導かれる
冷媒量は、シャフト１５０の回転角度が所定角度θｃ以
上となった時から所定角度範囲Θ内にあるときに、第２
吸入通路１６２から吸入室１２４に冷媒が吸入される量
となる。

【００２７】しかし、第１吸入通路１６１の通路断面積
は、第２吸入通路１６２の通路断面積より大きいので、
第１吸入通路１６１から吸入される冷媒量のみによって
十分な量の冷媒を吸入することができる。したがって、
この運転状態では、吸入容量（吐出容量）が最大とな
る。 ２．可変容量運転（図３、６〜１０参照） 電磁弁を作動させて吸入室１２４側の圧力を背室１７３
に導く。

【００２８】これにより、コイルバネ１７５の弾性力が
背室１７３の圧力によるスプール１７１に作用する力を
上回るので、スプール１７１は背室１７３側に移動し、
スプール１７１の大径部１７１ｂにより第１吸入通路１
６１が閉じた状態となる。一方、第２吸入通路１６２
は、最大容量運転時と同様に、可動基板１４１の回転に
伴って機械的に開閉される。

【００２９】したがって、吸入室１２４（作動室Ｖ_C ）
に導かれる冷媒量は、シャフト１５０の回転角度が所定
角度θｃ以上となった時から所定角度範囲Θ内にあると
きに、第２吸入通路１６２から吸入室１２４に冷媒が吸
入される量となるので、吸入容量（吐出容量）が縮小す
る。ところで、所定角度範囲Θは、吸入工程（作動室Ｖ
_C の体積が膨張する工程）中の作動室Ｖ_C が閉じた空間
となり、冷媒の吸入が完了する時（瞬間）を含むように
選定されている。具体的に本実施形態では、図６に示す
ように、シャフト１５０の回転角度が所定角度θｃ（本
実施形態では約１９０°）までの間は開口部１６２ａが
開き、所定角度θｃ以上となった時から所定角度範囲Θ
（本実施形態では約１８０°）においては開口部１６２
ａを閉じるように、開口部１６２ａの位置が選定されて
いる。

【００３０】このため、開口部１６２ａ（第２吸入通路
１６２）が閉じて冷媒の吸入が遮断された後、圧縮工程
に移行するまで、圧縮機１００は冷媒を膨張させる膨張
運転を行うこととなるが、この吸入遮断後の膨張運転に
よる膨張仕事は、圧縮工程時に回収することができるの
で、吸入遮断させても大きな動力損失が圧縮機１００に
発生することを防止できる。

【００３１】なお、角度Θ、θｃは、圧縮機１００に求
められる仕様により適宜選定されるものであり、本実施
形態では、所定角度θｃは幾何学的最大吸入容量の約５
７％程度に相当する回転角度であり、所定角度範囲Θ
は、所定角度θｃから圧縮機１００の吸入工程が完全に
終了する回転角度までの回転角度である。次に、本実施
形態の特徴を述べる。

【００３２】本実施形態によれば、所定角度θｃ以上と
なった時から所定角度範囲Θにおいて開口部１６２ａ
（第２吸入通路１６２）が閉じるように構成されている
ので、作動室Ｖ_C に吸入される冷媒量は、所定角度（θ
ｃ）以上となった時からの所定角度範囲Θと吸入時の流
体の流速とによって決定されることとなる。このため、
例えばエンジン回転数が上昇して圧縮機１００の回転数
が上昇すると、所定角度（θｃ）以上となった時からの
開口部１６２ａが開いている時間が縮小していくととも
に、吸入時の冷媒流速が上昇するので、作動室Ｖ_C （吸
入室１２４）に吸入される冷媒量が低下していく。した
がって、圧縮機１００の回転数が上昇した場合であって
も、確実に吐出容量を縮小させることできる。

【００３３】ところで、圧縮機１００において、潤滑油
と冷媒とを分離するオイル分離機構、または液体を吸入
圧縮することによって圧縮機１００が損傷することを防
止するリリーフ弁等の液圧縮時安全機構などは、通常、
固定基板１２１側に配設されることが多い。このため、
上記公報に記載のごとく、固定スクロール部材側にバイ
パス孔を設けた場合には、オイル分離機構または液圧縮
時安全機構などを設ける際に、これら機構とバイパス孔
との干渉を考慮しなければならないので、オイル分離機
構または液圧縮時安全機構などの配置自由度が制限され
る。

【００３４】これに対して、本実施形態では、バイパス
孔を設けることなく、吸入側を遮断することにより、吸
入容量を変化させる可変容量機構を構成しているので、
オイル分離機構または液圧縮時安全機構を無理なく固定
基板１２１側に配設することができる。延いては、圧縮
機１００の小型化を図ることができるとともに、設計自
由度が増して開発設計時間の短縮を図ることができる。

【００３５】ところで、図１１は、可変容量運転時（ｅ
→ｋ→ｌ→ｋ→ｎ→ｍ→ｈ→ｅ）および最大容量運転時
（ｅ→ｎ→ｏ→ｆ→ｇ→ｊ→ｍ→ｈ→ｅ）、並びに第２
吸入通路１６２を常に連通させた状態で第１吸入通路１
６１を閉じたとき（ｅ→ｋ→ｉ→ｏ→ｊ→ｍ→ｈ→ｅ）
の圧縮機のＰＶ線図である。なお、第２吸入通路１６２
を常に連通させた状態で第１吸入通路１６１を閉じたと
き（ｅ→ｋ→ｉ→ｏ→ｊ→ｍ→ｈ→ｅ）は、吸入遮断を
することなく、第２吸入通路１６２にて吸入冷媒を絞
る、いわゆる吸入絞り型の可変容量運転を意味してお
り、可変容量運転時（ｅ→ｋ→ｌ→ｋ→ｎ→ｍ→ｈ→
ｅ）とは、本実施形態のごとく、吸入遮断と吸入絞りと
を併用した可変容量運転を意味している。

【００３６】そして、この図から明らかなように、可変
容量運転をさせることにより最大容量運転時に比べて、
Ｗ₁ ＋Ｗ₂ −Ｗ₄ に相当する仕事量の省動力化を図るこ
とができる。因みに、第２吸入通路１６２を常に連通さ
せた状態で第１吸入通路１６１を閉じることにより可変
容量運転させた場合には、最大容量運転時に比べて、Ｗ
₁ −Ｗ₃ −Ｗ₄ に相当する仕事量が減少するのみである
ので、本実施形態に係る圧縮機１００は、第２吸入通路
１６２を常に連通させた状態で第１吸入通路１６１を閉
じることにより可変容量運転させた場合に比べて可変容
量運転時の省動力効果が大きい。

【００３７】また、第２吸入通路１６２は、シャフト１
５０の回転に連動して機械的に開閉されるので、電気的
にシャフト１５０の回転角度θを検出する回転角度検出
手段等を用いて第２吸入通路１６２の開閉をするものに
比べて、圧縮機１００の構造を簡素化することができ、
圧縮機１００の製造原価低減を図ることができる。とこ
ろで、上述の実施形態では、可動スクロール部材１４０
の旋回を利用して第２吸入通路１６２を機械的に開閉し
たが、第２吸入通路１６２を廃止し、回転角度センサ等
の電気的にシャフト１５０の回転角度θを検出する回転
角度検出手段を設け、可変容量運転時には、この回転角
度検出手段の検出値に基づいて、第１吸入通路１６１を
開閉する電磁弁をシャフト１５０の回転角度θに連動し
て周期的に開閉してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】可変容量スクロール型圧縮機の軸方向断面図で
ある。

【図２】最大容量運転時における図１のＡ−Ａ断面図で
ある。

【図３】可変容量運転時における図１のＡ−Ａ断面図で
ある。

【図４】図１のＣ部拡大図である。

【図５】図１のＣ部拡大図である。

【図６】シャフトの回転角度と作動室Ｖ_C の状態との関
係を示すチャートである。

【図７】開口部の開閉状態を示す図１のＢ−Ｂ断面図で
ある。

【図８】開口部の開閉状態を示す図１のＢ−Ｂ断面図で
ある。

【図９】開口部の開閉状態を示す図１のＢ−Ｂ断面図で
ある。

【図１０】開口部の開閉状態を示す図１のＢ−Ｂ断面図
である。

【図１１】ＰＶ線図である。

【符号の説明】

１１０…フロントハウジング、１２０…固定スクロール
部材、１３０…リアハウジング、１４０…可動スクロー
ル部材、１５０…シャフト、１６１…第１吸入通路、１
６２…第２吸入通路。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定スクロール部材（１２０）および可
   動スクロール部材（１４０）を備え、前記両スクロール
   部材（１２０、１４０）によって形成される作動室（Ｖ
   _C ）に吸入される流体の吸入容量を変化させることがで
   きる可変容量スクロール型圧縮機であって、 前記可動スクロール部材（１４０）を回転駆動させるシ
   ャフト（１５０）と、 前記シャフト（１５０）を回転可能に収納するハウジン
   グ（１１０）とを備え、 前記ハウジング（１１０）には、前記作動室（Ｖ_C ）に
   吸入される流体が流通する吸入通路（１６１）が形成さ
   れており、 吸入容量を縮小させる場合には、前記シャフト（１５
   ０）の回転角度（θ）が所定角度（θｃ）以上となった
   時から所定角度範囲（Θ）において前記吸入通路（１６
   １）を閉じることを特徴とする可変容量スクロール型圧
   縮機。
2. 【請求項２】 固定スクロール部材（１２０）および可
   動スクロール部材（１４０）を有し、前記両スクロール
   部材（１２０、１４０）によって形成される作動室（Ｖ
   _C ）に吸入される流体の吸入容量を変化させることがで
   きる可変容量型スクロール圧縮機であって、 前記可動スクロール部材（１４０）を回転駆動させるシ
   ャフト（１５０）と、 前記シャフト（１５０）を回転可能に支持するハウジン
   グ（１１０）とを有し、 前記ハウジング（１１０）には、前記作動室（Ｖ_C ）に
   吸入される流体が流通する第１、２吸入通路（１６１、
   １６２）が形成されており、 吸入容量を縮小させる場合には、前記第１吸入通路（１
   ６１）を閉じるとともに、前記シャフト（１５０）の回
   転角度（θ）が所定角度（θｃ）以上となった時から所
   定角度範囲（Θ）において前記第２吸入通路（１６２）
   を閉じることを特徴とする可変容量スクロール型圧縮
   機。
3. 【請求項３】 前記所定角度範囲（Θ）は、前記作動室
   （Ｖ_C ）の体積が膨張して前記作動室（Ｖ_C ）が閉じる
   時が含まれていることを特徴とする請求項１または２に
   記載の可変容量スクロール型圧縮機。
4. 【請求項４】 前記第２吸入通路（１６２）は、前記シ
   ャフト（１５０）の回転に連動して機械的に開閉される
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の可変容量ス
   クロール型圧縮機。
5. 【請求項５】 前記第２吸入通路（１６２）は、前記可
   動スクロール部材（１４０）によって開閉されることを
   特徴とする請求項４に記載の可変容量スクロール型圧縮
   機。
6. 【請求項６】 前記第２吸入通路（１６２）における圧
   力損失は、前記第１吸入通路（１６１）における圧力損
   失に比べて大きいことを特徴とする請求項２ないし５の
   いずれか１つに記載の可変容量スクロール型圧縮機。
7. 【請求項７】 前記第２吸入通路（１６２）の通路断面
   積は、前記第１吸入通路（１６１）の通路断面積に比べ
   て小さいことを特徴とする請求項６に記載の可変容量ス
   クロール型圧縮機。