KR20120024874A - 가변용량 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 맥동의 저감, 내구성, 내압성의 향상 등의 압축기의 성능향상을 달성가능하며, 또한, 축방향 이동부재를 통하여 경사판의 경사각을 목표로 하는 경사각에 의해 원활하게 또 고정밀도로 제어가능하게 한 가변용량 압축기를 제공한다.
흡입실 및 토출실이 형성된 실린더 헤드와, 피스톤이 왕복운동 가능하게 삽입된 실린더 보어를 가지는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록과 프론트 하우징으로 형성된 크랭크실과, 상기 크랭크실 내에 배치되어, 주축과 함께 회전되는 동시에 상기 주축에 대하여 자신의 경사각이 변각가능하게 지지된 경사판과, 상기 경사판의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 변환하는 운동 변환 기구를 구비한 가변용량 압축기로서, 압축기로의 흡입 가스를 받아들이는 흡입로를 크랭크실에 개구하도록 형성하고, 실린더 블록에 크랭크실과 흡입실을 연통하는 연통로를 설치하며, 주축주변에, 경사판의 경사각에 대하여 실질적으로 일대일로 대응해서 주축의 축심을 따르는 방향으로 이동가능한 축방향 이동부재를 설치하는 동시에, 상기 축방향 이동부재를, 그 일단측에 크랭크실 내의 압력이, 타단측에 토출실 내의 압력과 흡입실내의 압력간의 중간의 압력이 가해지도록 설치하고, 또한, 그 중간압력을 제어가능한 중간압력 제어기구를 설치한 것을 특징으로 하는 가변용량 압축기.

Description

가변용량 압축기{VARIABLE DISPLACEMENT COMPRESSOR}

본 발명은, 가변용량 압축기에 관한 것으로, 특히, 맥동(脈動)의 저감, 내구성, 내압성의 향상 등을 도모하는 동시에, 축방향 이동부재를 통하여 경사판(swash plate)의 경사각(tilt angle, 傾角)을 보다 원활하고도 고정밀도로 제어할 수 있도록 한 가변용량 압축기에 관한 것이다.

흡입실 및 토출실이 형성된 실린더 헤드와, 피스톤이 왕복운동 가능하게 삽입된 실린더 보어를 가지는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록과 프론트 하우징에 의해 형성된 크랭크실과, 상기 크랭크실 내에 배치되어, 주축과 함께 회전하는 동시에 상기 주축에 대하여 자신의 경사각이 변각(變角) 가능하게 지지된 경사판(斜板)과, 상기 경사판의 회전운동을 상기 피스톤의 왕복운동으로 변환하는 운동 변환 기구를 구비한 가변용량 압축기는 잘 알려져 있다.

또한, 본 발명에 관련된 가변용량 압축기로서, 먼저 본 출원인에 의해, 상기운동 변환 기구가, 경사판의 회전운동이 자신의 요동(搖動) 운동으로 변환되어 상기 요동 운동을 연결 로드를 통하여 피스톤에 전달하여 피스톤을 왕복운동시키는 요동판과, 상기 요동판의 회전 저지 기구를 구비하고 있고, 상기 요동판의 회전 저지 기구가, (a) 하우징 내에 회전은 저지되지만 축방향으로 이동가능하게 설치되어, 동력전달용으로 설치된 복수의 볼을 가이드하기 위한 복수의 가이드 홈을 가지는 내륜(內輪)과, (b) 상기 내륜의 각 가이드 홈에 대향하는 위치로 상기 볼을 가이드하기 위한 복수의 가이드 홈을 가지고, 외주에 요동판이 연결되어 요동판과 함께 요동가능하게 지지된 외륜(外輪)과, (c) 상기 내륜 및 외륜에 형성된 서로 대향하는 가이드 홈에 의해 유지되어, 상기 가이드 홈 사이에서 압축됨으로써 동력전달을 행하는 복수의 볼을 가지는 기구로 구성되어 있는 구조를 가지는 요동판식의 가변용량 압축기가 제안되어 있다(특허문헌 1). 이러한 구조의 가변용량 압축기에 있어서는, 상기 내륜은, 경사판의 경사각에 대하여 실질적으로 일대일로 대응해서 주축의 축심(軸心)을 따르는 방향으로 이동가능한 축방향 이동부재를 구성하고 있다.

상기 먼저 본 출원인에 의해 제안된 가변용량 압축기는, 구체적으로는, 예를 들면 도 11, 도 12에 나타내는 바와 같은 구조를 가지고 있다. 도 11은 최대용량(최대 캠 각(角))〔최대경사판 각〕)상태, 도 12는 최소용량(최소 캠 각) 〔최소경사판 각〕)상태를 각각 나타내고 있다. 도면에 있어서, 프론트 하우징(201)과 실린더 블록(202)으로 형성된 크랭크실(203) 내에 삽입통과된 주축(204)에 대하여, 힌지 기구(205)를 통하여 경사판(206)이 그 경사각을 변각 가능하게 또한 주축(204)과 일체적으로 회전가능하게 설치되어 있다. 경사판(206)의 회전운동이 요동판(207)의 요동 운동으로 변환되어, 상기 요동 운동이 연결 로드(208)를 통하여 피스톤(209)의 왕복운동으로 변환된다. 요동판(207)의 회전 저지 기구(210)는, 도시된 예에서는, (i)스플라인 걸림결합기구(211)를 통하여 회전은 저지되지만 축방향으로 이동가능하게 설치되고, 주축(204)에 대하여 상대회전가능하게 설치되며, 동력전달용으로 설치된 복수의 볼(212)을 가이드하기 위한 복수의 가이드 홈을 가지는 내륜(213)과, (ｉｉ)요동판(207)의 요동 운동의 요동 중심부재로서 기능하고, 주축(204)에 대하여 상대회전 및 축방향으로 이동가능하게 설치되며, 내륜(213)에 상기 내륜(213)과 함께 축방향으로 이동가능하게 걸림결합된 슬리브(214)와, (ｉｉｉ)내륜(213)의 각 가이드 홈에 대향하는 위치로 볼(212)을 가이드하기 위한 복수의 가이드 홈을 가지고, 슬리브(214)에 요동가능하게 지지되어, 외주에 요동판(207)을 고정 지지하는 외륜(215)과, (ｉｖ)내륜(213) 및 외륜(215)의 서로 대향하는 가이드 홈에 의해 유지되어, 상기 가이드 홈 사이에서 압축됨으로써 동력전달을 행하는 복수의 볼(212)을 가지는 기구로 구성되어 있다. 실린더 헤드(216) 내에는, 흡입실(217)과 토출실(218)이 형성되어 있다. 압축기로의 흡입 가스는, 흡입 포트(219)로부터, 도시된 예에서는 흡입 스로틀밸브(220)를 통하여 흡입실(217)에 받아들이고, 실린더 보어(221) 내에서 피스톤(209)에 의해 압축된 가스가, 토출실(218)로 토출되어, 도시된 예에서는, 그곳으로부터 토출차단밸브(222), 토출 포트(223)를 통해서 외부회로로 이송되게 되어 있다.

그리고, 전술한 종래 일반의 가변용량 압축기 및 상기 먼저 본 출원인에 의해 제안된 요동판식의 가변용량 압축기를 포함하는 종래의 가변용량 압축기에 있어서는, 도 11에도 예시하는 바와 같이, 통상, 제어밸브(224) 또는 스로틀에 의해 토출실(218)의 압력(Ｐｄ)으로부터 조정된 토출 가스를 크랭크실(203)에 도입하는 연통로(225)와 크랭크실 가스를 흡입실(217) 측(압력(Ｐｓ))으로 제어밸브 또는 스로틀(226)을 거쳐 되돌리는 연통로(227)를 설치하고, 제어밸브(224)의 개방도(開度)를 변경함으로써 크랭크실(203)의 가스압(Ｐｃ)을 제어하게 되어 있다.

이러한 구조를 가지는 가변용량 압축기에 있어서, 후술하는 본 발명과의 비교를 위해, 압축기 내의 짝힘모멘트(couple moment)의 밸런스에 대해서 설명한다. 압축기 내에는, 경사판(206)계 부품(요동판(207)을 가지는 경우에는 그 요동판(207)을 포함하는 구성)을 포함하는 회전계의 부품의 회전에 의해 발생하는 짝힘모멘트, 피스톤(209)계 부품을 포함하는 왕복운동계의 부품의 왕복 운동에 의해 발생하는 짝힘모멘트가, 압축기 가동에 의해 작용하는 캠 변각(變角)방향의 짝힘모멘트로서, 캠 각에 따라서 예를 들면 도 13에 나타낸 바와 같이 발생하며, 이들 부품의 회전?왕복 운동에 의한 토털 짝힘모멘트는, 예를 들면 도 13에 나타내는 바와 같이 된다(도시된 예에서는, 토털 짝힘모멘트는 모든 캠 각에서 용량(캠 각) 증대 방향으로 작용하고 있다). 그리고, 이들 부품의 회전?왕복 운동에 의한 짝힘모멘트와는 별도로, 압축기의 압축 작용이나 제어밸브의 조압(調壓)작용에 의해, 압축기 내부의 각 공간에 가스 압력의 분포가 생기므로, 이들 가스 압력의 분포에 의해, 예를 들면 도 14에 나타낸 바와 같이, 캠 각이 증대 또는 감소하는 방향의 짝힘모멘트가 생긴다. 실제로는, 압축기의 주축(204)이 회전함으로써 압축 작용이 발생하므로, 압축기 가동 중에는, 상기 각 부품의 회전?왕복 운동에 의한 짝힘모멘트와 가스 압력의 분포에 의한 짝힘모멘트가 동시에 작용하며, 이들 양 종(種)의 짝힘모멘트의 종합적인 균형(토털 밸런스)에 의해, 캠 각이 임의의 소정 각도가 되도록 조정되어, 압축기의 용량이 소망하는 용량으로 제어된다.

여기서, 도 14에 있어서의 각 부호의 의미는 다음과 같다.

Ｐｃ：크랭크실 압력(제어가스압）

Ｐｓ：흡입압력

Ｐｄ：토출압력

Ａｐ：피스톤（실린더 보어）면적

Ｌ１：캠 각 변화의 순간 회전중심으로부터 압축행정 피스톤의 압력작용선까지의 거리

Ｌ２：캠 각 변화의 순간 회전중심으로부터 흡입행정 피스톤의 압력작용선까지의 거리

Ｍ１：캠 각 증대방향의 모멘트

Ｍ２：캠 각 감소방향의 모멘트

Ｍ１＝Ｐｃ?Ａｐ?Ｌ１＋Ｐｓ?Ａｐ?Ｌ２

Ｍ２＝－Ｐｄ?Ａｐ?Ｌ１－Ｐｃ?Ａｐ?Ｌ２

Ｍ１＋Ｍ２＝Ｐｃ?Ａｐ?Ｌ１＋Ｐｓ?Ａｐ?Ｌ２－Ｐｄ?Ａｐ?Ｌ１－Ｐｃ?Ａｐ?Ｌ２

＝Ｐｃ（Ａｐ?Ｌ１－Ａｐ?Ｌ２）＋Ｐｓ?Ａｐ?Ｌ２－Ｐｄ?Ａｐ?Ｌ１

≒（－Ｐｃ＋Ｐｓ）Ａｐ?Ｌ２（Ｌ１≒０의 경우）

상기 종래 구조에 있어서는, 경사판 캠 각의 제어에 토출압력에 의한 하중이 영향을 주지 않도록, L1을 작게 설정하고 있다. 따라서, 크랭크실 압력과 흡입압의 차압(差壓)을 조절하면, 도 13의 각 부품의 회전?왕복 운동에 의한 짝힘모멘트와 균형이 맞도록 캠 각을 제어할 수 있다. 또한, 도 14의 Ｍ1과 M2에 대해서는, 실제로는 모든 피스톤에 있어서 M1과 M2가 계산된다.

이러한 종래 구조를 가지는 가변용량 압축기에 있어서는, 크랭크실로 토출압을 감압(減壓)한 비교적 고온, 고압의 제어 가스를 도입하고 있으므로, 회전?구동부품이나 시일부에 대한 내구성이 불리하였다. 또한, 흡입?토출 맥동 등에 기인하는 노이즈 문제를 해소 또는 경감하기 위하여, 실린더 헤드에 스로틀밸브나 머플러 등의 맥동 저감요소를 내장하는 경우도 있지만, 그렇게 하면, 제어밸브나 클러치 리스의 경우 필요한 냉매차단밸브 등과의 레이아웃 상의 설계 자유도가 낮아진다. 또한, 용량(경사판 경사각)의 제어는, 기본적으로는, 제어밸브의 개방도를 변경함으로써, 크랭크실압과 토출실압, 또는 크랭크실압과 흡입실압과의 차압을 조절해서 크랭크실의 가스압을 제어함으로써 행해지기 때문에, 즉, 가스압 제어만에 의한 용량(경사판 경사각)제어이기 때문에, 후술하는 본 발명에 있어서의 축방향 이동부재의 축방향 위치와 경사판 경사각 간의 일대일의 기계적인 관계를 이용한 제어에 비해, 제어 정밀도에 한계가 있다.

본 발명에 관련된 기술로서, 각 슬라이딩부의 냉각, 윤활(潤滑)과 흡입 맥동의 저감을 도모하고, 토출온도의 상승을 억제하기 위해, 크랭크실에, 외부회로와 접속된 냉매 가스의 흡입 구멍을 개구하고, 실린더 헤드 내에 형성된 흡입실에, 크랭크실로부터 실린더 블록에 형성된 연통로를 통하여 흡입 가스를 인도하도록 한 압축기의 구조가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 2, 3). 그러나, 이들 종래 기술에는, 후술하는 바와 같은 본 발명에 있어서의 축방향 이동부재, 그 축방향 이동부재의 일단(一端)측에 크랭크실의 압력, 타단측에 토출압과 흡입압간의 중간 압력을 가하는 구조, 상기 중간압력을 제어하는 구조나 기술사상은 개시도, 시사도 되어 있지 않아, 본 발명에 있어서와 같은 제어는 불가능하다.

일본 특허공개공보 2008-138637호 일본 특허공개공보 평8-189464호 일본 특허공개공보 평9-273483호

따라서 본 발명의 과제는, 맥동의 저감, 내구성, 내압성의 향상 등의 압축기의 성능향상이 달성가능하며, 또한, 축방향 이동부재를 통하여 경사판의 경사각을 목표로 하는 경사각에 의해 원활하고도 또한 고정밀도로 제어가능하게 한, 성능, 특성이 뛰어난 가변용량 압축기를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관한 가변용량 압축기는, 흡입실 및 토출실이 형성된 실린더 헤드와, 피스톤이 왕복운동 가능하게 삽입된 실린더 보어를 가지는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록과 프론트 하우징에 의해 형성된 크랭크실과, 상기 크랭크실 내에 배치되어, 주축과 함께 회전되는 동시에 상기 주축에 대하여 자신의 경사각이 변각 가능하게 지지된 경사판과, 상기 경사판의 회전운동을 상기 피스톤의 왕복운동으로 변환하는 운동 변환 기구를 구비한 가변용량 압축기로서, 압축기로의 흡입 가스를 받아들이는 흡입로를 상기 크랭크실에 개구하도록 형성하고, 상기 실린더 블록에 상기 크랭크실과 상기 흡입실을 연통하는 연통로를 설치하며, 상기 주축주변에, 상기 경사판의 경사각에 대하여 실질적으로 일대일로 대응하여 상기 주축의 축심을 따르는 방향으로 이동가능한 축방향 이동부재를 설치하는 동시에, 상기 축방향 이동부재를, 그 일단측에 상기 크랭크실 내의 압력이, 타단측에 상기 토출실내의 압력과 상기 흡입실내의 압력간의 중간의 압력이 가해지도록 설치하고, 또한, 상기 중간압력을 제어가능한 중간압력 제어기구를 설치한 것을 특징으로 하는 것으로 이루어진다.

이러한 본 발명에 관한 가변용량 압축기에 있어서는, 외부로부터 압축기로의 흡입 가스를 받아들이는 흡입로는, 실린더 헤드 내에 형성된 흡입실로는 직접적으로는 개구되지 않고, 우선, 크랭크실로 개구되며, 크랭크실 내에 도입된 흡입 가스는, 실린더 블록에 설치된 연통로를 통하여 흡입실로 도입된다. 따라서, 용량의 큰 크랭크실이 외부회로에 대하여 흡입 챔버가 되므로, 흡입 맥동에 기인하는 노이즈가 방지 혹은 저감된다. 또한, 이러한 구조에 의해, 실린더 헤드 내에 형성되는 흡입실의 용적을 저감가능하게 되어, 그만큼, 토출실의 용적을 늘릴 수 있기 때문에, 토출 맥동에 기인하는 노이즈도 방지 혹은 저감된다. 또한, 크랭크실 내가 흡입 가스 분위기가 되며, 온도?압력이 내려가므로, 주축의 시일 부재나 각 구동 부품의 내구성이 향상하고, 또한, 크랭크실을 형성하는 케이스부품의 내압(耐壓)성이 상대적으로 향상한다. 케이스부품, 특히 프론트 하우징의 내압성이 향상하면, 두께가 얇아지는 박육(薄肉)화 등에 의한 경량화가 가능하게 된다. 그리고, 경사판의 경사각에 대하여 실질적으로 일대일로 대응하여 주축의 축심을 따르는 방향으로 이동가능한 축방향 이동부재의 각 단부(端部) 측에, 크랭크실 내의 압력과 중간압력 제어기구에 의해 제어된 중간압력이 가해져, 그것에 의해서 축방향 이동부재의 축방향 위치가 고정밀도로 제어되며, 그 위치 제어를 통하여 경사판의 경사각, 압축기의 용량이 고정밀도로 제어된다. 따라서, 종래의 각 부품의 회전?왕복 운동에 의한 짝힘모멘트와 가스 압력의 분포에 의한 짝힘모멘트의 종합적인 균형(토털 밸런스)만에 의한 용량(경사판 경사각)제어에 비해, 축방향 이동부재의 축방향 위치제어를 통한 용량(경사판 경사각)제어가 되므로, 제어의 안정성이 향상되어, 제어 정밀도의 향상이 가능하게 된다. 이러한 축방향 이동부재의 축방향 위치제어는, 축방향 이동부재의 일단측에 가해지는 크랭크실측의 가스 압력(흡입 가스 압력)과, 타단측에 가해지는 토출 가스 압력과 상기 흡입 가스 압력간의 중간 압력과의 차압에 따라서 행해지게 되지만, 이 중간압력은 반대측에 가해지는 흡입 가스 압력보다도 낮게 할 수는 없으므로, 이러한 축방향 이동부재의 양단측에 가해지는 가스 압력만에 의해서는, 축방향 이동부재는 캠 각(경사판 경사각) 증대 방향으로밖에 제어할 수 없다. 그러나, 캠 각(경사판 경사각)은, 실제로는, 캠 각 증감 방향으로 작용하는 압축기 내부의 각 공간에 있어서의 가스압에 의해 발생하는 짝힘모멘트와, 압축기 내부의 각 부품의 회전?왕복운동에 의해 발생하는 짝힘모멘트의 종합적인 균형에 의해 결정되므로, 예컨대, 피스톤으로의 토출 가스압 작용에 의해 적절한 크기의 캠 각 감소 방향의 짝힘모멘트가 발생하도록 캠프로필을 설정하거나, 압축기 내부의 각 부품의 회전?왕복 운동에 의해 발생하는 짝힘모멘트의 토털 밸런스가 모든 캠 각(경사판 경사각)에 있어서 캠 각 감소 방향(경사판의 경사각 감소방향, 즉, 용량감소 방향)이 되도록 설정해둠으로써, 혹은 이들을 병용함으로써, 상기 중간압력의 제어만으로, 축방향 이동부재의 축방향 위치제어가 가능하게 되고, 이들을 통하여 고정밀도로 원활한 용량제어가 가능하게 되는 동시에, 특히 고속시(高速時) 등의 기동 쇼크가 완화되어, 스무스한 기동성을 얻을 수 있다. 또한, 압축기 내부의 각 부품의 회전?왕복 운동에 의해 발생하는 짝힘모멘트의 토털 밸런스가 캠 각 변각 영역의 전체에 있어서, 캠 각 감소 방향으로 작용하도록 구성해 두면, 예를 들면 구동력 전달 방식이 클러치리스 방식인 경우, 압축기 작동 오프모드(즉, 경사판의 경사각을 최소경사각으로 유지하는 모드)의 유지가, 크랭크실의 증압(增壓) 등을 행하지 않고 가능하게 되므로, 압축기 작동 오프모드 시의 압축기 내에서의 냉매순환량이 감소하고, 그만큼의 소비 동력의 저감이 가능하게 된다. 즉, 클러치리스 방식의 경우, 압축기 작동 오프모드 시에는 최소경사각으로 유지되어 있는 경사판 등의 회전 부품을 그대로 회전시켜 두게 되므로, 그때의 소비 동력을 저감함으로써, 압축기의 토털의 소비 동력도 저감된다.

상기와 같은 본 발명에 관한 가변용량 압축기에 있어서, 크랭크실에 개구되도록 형성되는 상기 흡입로의 경로로서는, 다음과 같이 각종의 형태를 채택할 수 있다. 예를 들면, 상기 흡입로가, 프론트 하우징에 형성되어 있으며, 외부회로로부터 직접적으로 흡입 가스를 크랭크실 내로 받아들이도록 할 수 있다. 혹은, 상기 흡입로가, 실린더 블록으로부터 프론트 하우징에 걸쳐 형성되어 있으며, 외부회로로부터의 흡입 가스를 일단 실린더 블록 부분에 받아들이고, 그곳으로부터 프론트 하우징 부분을 통하여 크랭크실 내에 받아들이도록 할 수도 있다. 혹은, 상기 흡입로가, 실린더 블록을 통하여(실린더 블록을 사이에 두고) 실린더 헤드로부터 프론트 하우징에 걸쳐 형성되어 있으며, 외부회로로부터의 흡입 가스를 일단 실린더 헤드 부분(실린더 헤드 내에 형성된 흡입실과는 다른 부분)에 받아들이고, 그곳으로부터 실린더 블록 부분, 프론트 하우징 부분을 통하여 크랭크실 내에 받아들이도록 할 수도 있다.

또한, 본 발명에 있어서의 상기 축방향 이동부재의 양단측에 압력을 가하는 구조에 관해서는, 기본적으로, 그 부재 양단측의 압력이 서로 시일되어 있을 필요가 있다. 이를 위해서, 상기 축방향 이동부재의 타단측에, 상기 중간압력으로 제어되는 중간압력실이 형성되며, 상기 중간압력실이 크랭크실에 대하여 시일되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 중간압력실이 설치되는 구조에서는, 상기 중간압력 제어기구로서는, 예를 들면 다음과 같은 각종의 형태를 채택할 수 있다. 예를 들면, 상기 중간압력 제어기구가, 토출실과 중간압력실 사이의 연통로와, 상기 연통로 중에 설치되어, 토출실 내의 압력으로부터 소정의 중간압력으로의 감압을 제어가능한 제어밸브와, 중간압력실과 흡입실 사이의 연통로와, 상기 연통로 중에 설치된 스로틀을 가지는 기구로 구성가능하다. 혹은, 상기 중간압력 제어기구가, 토출실과 중간압력실 사이의 연통로와, 중간압력실과 흡입실 사이의 연통로와, 상기 양 연통로 중에 설치되어, 토출실 내의 압력으로부터 소정의 중간압력으로의 감압을 제어가능하며, 또한, 중간압력실로부터 흡입실로의 가스 흐름에 대한 축소(throttling) 정도를 제어가능한 제어밸브를 가지는 기구로 구성하는 것도 가능하다. 혹은, 상기 중간압력 제어기구가, 토출실과 중간압력실 사이의 연통로와, 상기 연통로 중에 설치된 스로틀과, 중간압력실과 흡입실 사이의 연통로와, 상기 연통로 중에 설치되어, 중간압력실 내에 있어서의 소정의 중간압력으로의 감압을 제어가능한 제어밸브를 가지는 기구로 구성하는 것도 가능하다. 중간압력 제어기구가 토출실과 중간압력실 사이의 연통로 중에 설치되어 있는 형식의 경우, 축방향 이동부재의 타단측에 설치되어 있는 시일 부재는, 중간압력실과 흡입실 사이에 있는 스로틀을 통과하는 가스의 유량에 상당하는 중간압력실로부터 크랭크실로의 누설을 허용하는 시일 부재이어도 좋으며, 이 경우에는, 중간압력실로부터 흡입실로의 연통로와 그 연통로 중의 스로틀을 생략하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 운동 변환 기구는 다음과 같은 각종의 형태를 채택할 수 있다. 예를 들면, 상기 운동 변환 기구가, 경사판의 회전운동이 자신의 요동 운동으로 변환되어 상기 요동 운동을 연결 로드를 통하여 피스톤에 전달해서 피스톤을 왕복운동시키는 요동판과, 상기 요동판의 회전 저지 기구를 구비하고 있는 기구로 구성가능하다. 즉, 소위 요동판식의 가변용량 압축기로 구성하는 것이다.

이러한 요동판식의 가변용량 압축기로 구성할 경우, 본 출원인에 의한 선출원인 상술한 특허문헌 1에 기재되어 있는 구조를 적용할 수 있다. 즉, 상기 요동판의 회전 저지 기구가, (a)하우징내에 회전은 저지되지만 축방향으로 이동가능하게 설치되어, 동력전달용으로 설치된 복수의 볼을 가이드하기 위한 복수의 가이드 홈을 가지는 내륜과, (b)상기 내륜의 각 가이드 홈에 대향하는 위치로 상기 볼을 가이드하기 위한 복수의 가이드 홈을 가지고, 외주에 상기 요동판이 연결되어 상기 요동판과 함께 요동가능하게 지지된 외륜과, (c)상기 내륜 및 외륜에 형성된 서로 대향하는 가이드 홈에 의해 유지되어, 상기 가이드 홈 사이에서 압축됨으로써 동력전달을 행하는 복수의 볼을 가지는 기구로 구성되어 있는 구조를 적용할 수 있으며, 이 경우, 내륜이 본 발명에 있어서의 상기 축방향 이동부재로 구성되면 좋다.

또 이 경우, 전술한 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 상기 요동판의 회전 저지 기구가, 또한 (d)상기 요동판의 요동 운동의 요동 중심부재로서 기능하며, 상기 주축위에 상기 주축에 대하여 상대회전 및 축방향으로 이동가능하게 설치되어, 상기 내륜에 상기 내륜과 함께 축방향으로 이동가능하게 걸림결합된 슬리브를 가지며, 외륜이 상기 슬리브에 요동가능하게 지지되어 있는 구조를 채용할 수도 있다.

혹은, 본 발명에 관한 가변용량 압축기에 있어서는, 상기와 같은 요동판식의 가변용량 압축기로 구성하는 이외에도, 예컨대, 상기 운동 변환 기구가, 경사판의 외주측 양면에 슬라이딩 접촉되는 한 쌍의 슈를 통하여 피스톤의 왕복운동으로 변환하는 기구로 구성된 형태를 채용하는 것도 가능하다.

더욱이, 본 발명에 관한 가변용량 압축기에 있어서는, 효율적이고, 또한, 양호한 정밀도로 신속하게 경사판의 경사각을 목표로 하는 경사각으로 제어할 수 있도록 하기 위하여, 경사판의 경사각을 변각시키는 캠 기구에 좀더 연구를 해두는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 주축과 상기 경사판 사이에 개재된 캠 기구를 통하여 경사판의 경사각이 변각 가능하게 구성되어 있으며, 압축행정에 있는 복수의 피스톤 중 적어도 하나의 피스톤의 압축 반력(反力)에 의한 하중이 경사판에 대하여 용량 감소방향의 짝힘모멘트로서 작용하는 것과 같은 위치에 경사판의 순간 회전중심을 가지도록, 상기 캠 기구의 캠 프로필이 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이 기구의 구체예에 대해서는, 후술하는 본 발명의 실시 형태에 있어서 상술한다.

또한, 이러한 기구는, 다음과 같이 실현하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 캠 기구가, 주축측으로부터 연장되는 아암(arm)과 경사판측으로부터 연장되는 아암의 일방에 형성된 긴 구멍과 타방에 설치된 핀과의 슬라이드 걸림결합기구로 이루어지고, 상기 캠 프로필이, 상기 긴 구멍의 형상을 S자형으로 형성함으로써 설정되어 있는 기구에 의해 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 가변용량 압축기에 있어서는, 적어도 각 부품의 회전, 왕복 운동에 의해 상기 경사판의 경사각 변화면 내에 발생하는 짝힘모멘트의 토털 밸런스가, 모든 경사판 경사각에 있어서, 경사각 감소방향으로 결정되도록 각 부품이 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 있어서는, 각 부품의 회전, 왕복 운동에 의한 경사판의 짝힘모멘트의 토털 밸런스가, 항상 경사판 경사각 감소방향으로 작용하므로, 즉, 항상 소망하는 한 방향으로 작용하므로, 상술한 축방향 이동부재의 타단측에 가해지는 중간압력마저 제어하면, 경사판의 경사각을 목표로 하는 경사각으로 용이하게 양호한 정밀도로 제어하는 것이 가능하게 된다. 바꾸어 말하면, 상술한 바와 같이, 축방향 이동부재의 타단측에 가해지는 중간압력은, 반대측에 가해지는 흡입 압력보다는 낮게 할 수 없으므로, 축방향 이동부재의 양단측에 가해지는 가스 압력만에 의해서는, 축방향 이동부재에는 캠 각(경사판 경사각) 증대방향으로밖에 작용시킬 수 없다. 그러나, 각 부품의 회전, 왕복 운동에 의한 경사판의 짝힘모멘트의 토털 밸런스가 항상 경사판 경사각 감소방향으로 작용하도록 설정해 두면, 중간압력의 제어에 의해, 용이하게 캠 각(경사판 경사각)을 임의의 소망하는 각도로 제어할 수 있게 된다. 또한, 경사판에는 항상 경사각 감소방향으로 짝힘모멘트가 작용하므로, 예를 들면 압축기 작동 오프모드를 유지하고자 하는 경우 등에는, 압축기를 회전 구동하는 것만으로 경사판은 자연히 최소경사각 방향으로 변각되며, 최소경사각으로 변각된 후 그 최소경사각으로 유지되게 된다.

이 경우, 또한, 적어도 경사판을 경사각 감소 방향으로 가압하는 스프링이 설치되어 있으며, 상기 스프링의 가압력을 포함하여 상기 경사판의 경사각 변화면 내에 발생하는 회전, 왕복 운동에 의한 짝힘모멘트의 토털 밸런스가, 모든 경사판 경사각에 있어서, 경사각 감소방향으로 되도록 설정되어 있는 형태로 하는 것도 가능하다. 이러한 형태는, 이후에 예시하는 바와 같이, 경사각이 변화되는 경사판을, 경사각의 변화에 관계없이 항상 경사각 감소방향으로 꽉 눌러 두고 싶은 경우 등에 유효하다. 예를 들면, 상기 축방향 이동부재와 경사판 또는 경사판 지지 부재가 기계적으로 연결되어 있지 않은 경우 등에 있어서도, 경사판의 중앙부 또는 경사판 지지 부재와 축방향 이동부재를 항상 축방향으로 상호간에 서로 눌러 붙여, 양 부재를 축방향으로 항상 일체적으로 이동시키는 것이 가능하게 되고, 이에 따라서 축방향 이동부재의 축방향 위치와 경사판 경사각을 정확하게 일대일로 항상 대응할 수 있게 하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이 본 발명에 관한 가변용량 압축기에 따르면, 크랭크실에 개구되는 흡입로를 통하여 흡입 가스를 크랭크실에 받아들이는 구성에 의해, 용량이 큰 크랭크실을 흡입 챔버로 하여 흡입 맥동에 기인하는 노이즈를 방지 혹은 저감할 수 있다. 또한, 흡입 스로틀밸브를 삭제할 수 있으므로, 실린더 헤드의 레이아웃 상의 설계 자유도가 향상된다. 또한, 흡입 가스를 크랭크실로부터 연통로를 통하여 실린더 헤드 내에 형성된 흡입실로 도입하는 구성에 의해, 흡입실 용적을 저감할 수 있게 되며, 그만큼, 토출실 용적을 증가시킬 수 있기 때문에, 토출 맥동에 기인하는 노이즈도 방지 혹은 저감가능하게 된다. 또한, 크랭크실 내의 온도?압력을 저하시킬 수 있으므로, 각 구동 부품의 내구성이나 케이스 부품의 내압성을 향상시킬 수 있고, 케이스 부품의 박육화, 압축기 전체의 소형, 경량화가 가능하게 된다. 또한, 축방향 이동부재의 각 단부측에 크랭크실 내의 압력과 중간압력 제어기구에 의해 제어된 중간압력을 가하여, 축방향 이동부재의 축방향 위치를 고정밀도로 제어하는 구성에 의해, 그 위치 제어를 통하여 경사판의 경사각, 압축기의 용량을 안정하게 높은 정밀도로 제어하는 것이 가능하게 된다. 특히, 압축기 내부의 각 부품의 회전?왕복 운동에 의해 발생하는 짝힘모멘트의 토털 밸런스가 항상 캠 각 감소 방향(경사판의 경사각 감소방향, 즉, 용량 감소방향)이 되도록 설정해 두면, 중간압력의 제어만으로 축방향 이동부재의 축방향 위치제어를 통하여, 용이하게 보다 원활한 용량제어를 행하는 것이 가능하게 되는 동시에, 특히 고속시 등의 기동 쇼크를 완화할 수 있어, 스무스한 기동성을 얻을 수 있다. 게다가, 이러한 짝힘모멘트의 토털 밸런스의 설정에 의해, 클러치리스 방식의 압축기의 경우의 소비 동력의 저감이 가능하게 된다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 가변용량 압축기의 최대경사판 경사각 시(時)의 세로단면도이다.
도 2는, 도 1의 가변용량 압축기의 확대 부분 단면도이다.
도 3은, 도 1의 가변용량 압축기의 최소경사판 경사각 시의 세로단면도이다.
도 4는, 도 3의 가변용량 압축기의 확대 부분 단면도이다.
도 5는, 도 1의 가변용량 압축기의 각 부품의 회전?왕복 운동에 의한 짝힘모멘트의 밸런스를 나타내는, 캠 각과 짝힘모멘트와의 관계도이다.
도 6은, 도 1의 가변용량 압축기 가스 압력에 의한 짝힘모멘트의 밸런스를 나타내는 설명도이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 가변용량 압축기의 부분 세로단면도이다.
도 8은, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 가변용량 압축기의 세로단면도이다.
도 9는, 본 발명의 제4 실시형태에 관한 가변용량 압축기의 세로단면도이다.
도 10은, 본 발명의 제5 실시형태에 관한 가변용량 압축기의 세로단면도이다.
도 11은, 종래의 가변용량 압축기의 최대경사판 경사각 시의 세로단면도이다.
도 12는, 도 11의 가변용량 압축기의 최소경사판 경사각 시의 세로단면도이다.
도 13은, 도 11의 가변용량 압축기의 각 부품의 회전?왕복 운동에 의한 짝힘모멘트의 밸런스를 나타내는, 캠 각과 짝힘모멘트와의 관계도이다.
도 14는, 도 11의 가변용량 압축기 가스 압력에 의한 짝힘모멘트의 밸런스를 나타내는 설명도이다.

이하에, 본 발명의 구체적인 실시의 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1~도 6은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 가변용량 압축기를 나타내고 있다. 도 1은, 가변용량 압축기(1)의 최대용량(최대 캠 각)〔최대경사판 경사각〕)시의 상태를 나타내고 있으며, 도 3은 최소용량(최소 캠 각)〔최소경사판 각〕)시의 상태를 나타내고 있다. 도 1에 있어서, 프론트 하우징(2)과 실린더 블록(3)으로 형성된 크랭크실(4) 내에는 주축(5)이 삽입통과되어 있으며, 주축(5)에 대하여, 주축(5)에 고정되어 주축(5)과 일체로 회전되는 로터(6)가 설치되어 있는 동시에, 주축(5)에 대하여 경사각을 변각가능하게 또한 주축(5)과 일체적으로 회전가능하게 경사판(7)이 배치되어 있다. 로터(6)와 경사판(7)의 사이에는, 로터(6)측(주축(5)측)으로부터 연장되는 아암(8)과 경사판(7)측으로부터 연장되는 아암(9)을 가지고, 아암(9)측에는 긴 구멍(10), 아암(8)측에는 긴 구멍(10)에 걸림결합하는 핀(11)이 설치된 슬라이드 걸림결합기구를 형성하는 힌지 기구(12)가 설치되어 있으며, 상기 힌지 기구(12)를 통하여 경사판(7)이 그 경사각을 변각가능하게 또한 주축(5)과 일체적으로 회전가능하게 설치되어 있다. 이 경사판(7)의 반(反)힌지 기구(12) 측에는, 경사판(7)과 힌지 기구(12)를 포함하는 회전 기구의 회전 밸런스를 취하기 위해서, 카운터웨이트(counterweight, 13)가 매설(埋設) 혹은 부설(付設)되어 있다. 이 힌지 기구(12)에 있어서의 긴 구멍(10)과 핀(11)간의 슬라이드 걸림결합기구는, 경사판(7)의 경사각을 변각하기 위한 캠 기구를 구성하고 있으며, 본 실시 형태에서는, 긴 구멍(10)은, 후술하는 도 5를 이용하여 상술한 바와 같이, 압축행정에 있는 복수의 피스톤 중 적어도 하나의 피스톤의 압축 반력에 의한 하중이 경사판(7)에 대하여 용량 감소방향의 짝힘모멘트로서 작용하는 것과 같은 위치에 경사판(7)의 순간 회전중심을 가지도록, 힌지 기구(12)에 의한 캠 기구의 캠 프로필을 설정하기 위해서, S자형의 형상으로 형성되어 있다. 더욱이, 본 실시 형태에서는, 프론트 하우징(2)에 흡입 포트(14)가 직접 설치되어 있으며, 크랭크실(4) 내로 외부로부터의 흡입 가스를 받아들이는 흡입로(15)가, 프론트 하우징(2)에만 형성되어 있다.

본 실시 형태에서는, 경사판(7)에 대하여 베어링(16, 17)을 통하여 상대 회전가능하게 설치되며, 자신의 회전은 저지된 상태로 요동 운동만이 허용된 요동판(18)이 설치된, 요동판식의 가변용량 압축기(1)로 구성되어 있다. 경사판(7)의 회전운동이 요동판(18)의 요동 운동으로 변환되어, 상기 요동 운동이 연결로드(19)를 통하여, 실린더 보어(20) 내에 왕복운동이 가능하게 삽입된 피스톤(21)의 왕복운동으로 변환된다. 요동판(18)의 회전 저지 기구(22)는, (i)실린더 블록(3)의 중앙구멍(23)과의 사이에 구성된 스플라인 걸림결합기구(24)를 통하여 회전은 저지되지만 축방향으로 이동가능하게 설치되며, 주축(5)에 대하여 베어링(48)을 통하여 상대회전가능하게 설치되어, 동력전달용으로 설치된 복수의 볼(25)을 가이드하기 위한 복수의 가이드 홈(26)을 가지는 내륜(27)과, (ｉｉ)요동판(18)의 요동 운동의 요동 중심부재로서 기능하며, 주축(5)에 대하여 상대회전 및 축방향으로 이동가능하게 설치되어, 내륜(27)에 상기 내륜(27)과 함께 축방향에 이동가능하게 걸림결합 된 슬리브(28)와, (ｉｉｉ)내륜(27)의 각 가이드 홈(26)에 대향하는 위치에 볼(25)을 가이드하기 위한 복수의 가이드 홈(29)을 가지고, 슬리브(28)에 요동가능하게 지지되어, 외주에 요동판(18)을 고정 지지하는 외륜(30)과, (ｉｖ)내륜(27) 및 외륜(30)의 서로 대향하는 가이드 홈(26, 29)에 의해 유지되어, 상기 가이드 홈(26, 29) 사이에서 압축됨으로써 동력전달을 행하는 복수의 볼(25)을 가지는 기구로 구성되어 있다. 이 요동판(18)의 회전 저지 기구(22)에 있어서의 내륜(27)이, 본 발명에 있어서의, 경사판(7)의 경사각에 대하여 실질적으로 일대일로 대응해서 주축(5)의 축심(軸心)을 따르는 방향으로 이동가능한 축방향 이동부재를 구성하고 있다.

실린더 헤드(31) 내에는, 지름방향 외측에 흡입실(32)이, 지름방향 내측에 토출실(33)이 형성되어 있다. 이러한 배치는 반대도 가능하다. 압축기로의 흡입 가스는, 우선, 흡입 포트(14)로부터 흡입로(15)를 통하여 크랭크실(4) 내로 받아들이며, 크랭크실(4)로부터, 실린더 블록(3)에 형성된 연통로(34)을 통하여 흡입실(32) 내로 도입되어, 그곳에서 실린더 보어(20) 내로 받아들여 피스톤(21)에 의한 압축행정에 제공된다. 실린더 보어(20) 내에서 피스톤(21)에 의해 압축된 가스는, 토출실(33) 내로 토출되며, 도시된 예에서는, 그곳으로부터 토출차단밸브(35), 토출 포트(36)를 통해서 외부회로에 보내지게 되어 있다.

상기 축방향 이동부재로서의 내륜(27)의 일단측에는, 크랭크실(4)측의 가스압(Ｐｓ)이 가해지고, 타단측에는, 토출실(33) 내의 압력(Ｐｄ)과 흡입실(32) 내의 압력(Ｐｓ)간의 중간의 압력(Ｐｍ)이 가해지게 되어 있다. 이 내륜(27)의 타단측에는, 크랭크실(4)측에 대하여 시일 부재(37 및 45)에 의해 시일된 중간압력실(38)이 형성되어 있으며, 중간압력실(38) 내의 압력이, 중간압력 제어기구(39)에 의해 상기와 같은 소정의 중간압력(Ｐｍ)으로 제어된다.

이 중간압력 제어기구(39)는, 본 실시 형태에서는 다음과 같이 구성되어 있다.

토출실(33)과 중간압력실(38)과의 사이에는 연통로(40)가 설치되어 있고, 그 연통로(40) 중에, 토출실(33) 내의 압력(Ｐｄ)으로부터 소정의 중간압력(Ｐｍ)으로의 감압을 제어가능한 제어밸브(41)가 설치되어 있으며, 중간압력실(38)과 흡입실(32)과의 사이에는 연통로(42)가 설치되어 있고, 그 연통로(42) 중에, 중간압력(Ｐｍ)으로부터 흡입실(32) 내의 압력(Ｐｓ)으로 감압가능한 스로틀(43, orifice)이 형성되어 있다.

상기 중간압력실(38)은, 주축(5)의 후단부에 있어서, 내륜(27)의 후단부(타단부)과 밸브판(44)과의 사이에 형성되지만, 이 중간압력실(38)은, 도 1의 상태에 대응하여, 도 2에 나타내는 상태가 되고, 주축(5)과 내륜(27)과의 사이에 장착되며, 양 부재를 상대회전가능하게 지지하는 동시에 내륜(27)을 주축(5)에 대하여 축방향으로 이동가능하게 지지하고 있는, 상술한 시일 부재(37, 45)에 의해, 크랭크실(4)측에 대하여 압력상 시일되어 있다. 축방향 이동부재로서의 내륜(27)에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 시일 부재(37, 45)로 둘러싸인 원환(圓環) 형상의 수압(受壓)면(46)에 가해지는 중간압력(Ｐｍ)과, 반대측에 가해지는 크랭크실(4)측의 압력과의 차압에 의해, 축방향으로의 하중이 발생한다. 중간압력실(38)은, 도 3의 상태에 대응해서는 도 4에 나타내는 상태가 되고, 시일 부재(37, 45)는 축방향으로 슬라이드가능하도록 시일되어 있으며, 캠 각 최소시(경사판 경사각 최소시)에는, 내륜(27)의 슬라이드 이동에 따라, 중간압력실(38)의 용적이 축소된다.

한편, 상기 실시 형태는, 동력원(도시 생략)으로부터의 회전 구동력이 풀리(pulley, 47)를 통하여 직접 주축(5)에 전달되는 클러치리스 방식의 압축기로서 예시했지만, 이들 사이에 전달 동력의 차단과 동력 전달 상태간의 전환이 가능한 클러치(특히, 전자 클러치)(도시 생략)를 개재시킨 클러치 방식의 압축기로 구성하는 것도 가능하다.

이와 같이 구성된 가변용량 압축기(1)에 있어서는, 외부로부터 압축기(1)로의 흡입 가스를 받아들이는 흡입로(15)가 프론트 하우징(2)에만 형성되어 있어, 흡입로(15)를 통해서 받아들이는 흡입 가스가 우선 크랭크실(4) 내로 흡입되며, 거기에서 연통로(34)를 통하여 흡입실(32)로 도입된다. 따라서, 용량이 큰 크랭크실(4)이 외부회로에 대하여 흡입 챔버가 되므로, 흡입 맥동에 기인하는 노이즈가 방지 혹은 저감된다. 또한, 흡입 스로틀밸브를 삭제할 수 있으므로, 실린더 헤드(31)의 레이아웃상의 설계 자유도가 향상된다. 또한, 실린더 헤드(31) 내에 형성되는 흡입실(32)의 용적은, 종래의 흡입실로 직접적으로 흡입 가스가 흡입되는 경우에 비해서 작아도 좋으며, 그만큼, 같은 사이즈의 실린더 헤드(31)이더라도 토출실(33)의 용적을 늘릴 수 있게 되기 때문에, 토출 맥동에 기인한 노이즈도 방지 혹은 저감된다. 또한, 크랭크실(4) 내가 흡입 가스 분위기가 되기 때문에, 온도?압력이 종래 구조에 비해서 저하되므로, 주축(5)의 시일 부재(예컨대, 프론트 측에 설치되는 시일 부재)나, 로터(6)나 그 지지 베어링, 힌지 기구(12) 등을 포함하는 각 구동 부품의 내구성이 향상하고, 또한, 크랭크실(4)을 형성하는 케이스부품(특히 프론트 하우징(2))의 내압성이 상대적으로 향상한다. 특히 프론트 하우징(2)의 내압성이 향상하면, 그 박육화가 가능하게 되며, 소형, 경량화가 가능해진다.

또한, 경사판(7)의 경사각에 대하여 실질적으로 일대일로 대응해서 주축(5)의 축심을 따르는 방향으로 이동가능한 축방향 이동부재(내륜(27))의 위치 제어를 통하여 경사판(7)의 경사각, 압축기(1)의 용량을 제어가능하므로, 경사판(7)의 경사각의 제어를 기계적인 정밀도에 의존시키는 것이 가능하게 되어, 제어 정밀도의 대폭적인 향상이 가능하게 된다. 이 축방향 이동부재(내륜(27))의 위치 제어는, 축방향 이동부재의 각 단부측에, 크랭크실(4) 내의 압력과 중간압력 제어기구(39)에 의해 제어된 중간압력실(32) 내의 압력이 가해지고, 이들의 차압에 의해 축방향 이동부재의 축방향 위치가 고정밀도로 제어되어, 그 축방향 이동부재의 위치 제어를 통하여 경사판(7)의 경사각, 압축기(1)의 용량이 고정밀도로 안정하게 제어되게 된다.

또한, 상기 경사판(7)의 경사각 제어에 있어서는, 다음과 같은 짝힘모멘트의 토털 밸런스로 설정함으로써, 보다 안정된 바람직한 제어, 보다 구체적으로는, 보다 원활한 용량제어가 가능하게 되는 동시에, 특히 고속시 등의 기동 쇼크가 완화되어, 스무스한 기동성을 얻을 수 있다.

상기 압축기(1) 내부의 각 부품의 회전?왕복 운동에 의해 발생하는 짝힘모멘트에 관해서, 도 5, 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 5는, 압축기(1)에 있어서의 각 부품의 회전?왕복 운동에 의한 짝힘모멘트의 밸런스를 나타내고 있으며, 도 6은, 압축기(1)에 있어서의 각 부에 작용하는 가스압에 의한 짝힘모멘트의 밸런스를 나타내고 있다. 도 6에 있어서의 각 부호의 의미는, 다음과 같다.

Ｐｍ：중간압력(축방향 이동부재로서의 내륜(27)의 후단부 측에 가해지는 제어압력）

Ｐｓ：흡입압력

Ｐｄ：토출압력

Ａｐ：피스톤(실린더 보어)면적

Ａｓ：축방향 이동부재로서의 내륜(27)의 수압면적

Ｌ１：캠 기구(힌지 기구(12))에서의 캠 각 변화시의 경사판(7)의 순간 회전중심(C)으로부터 압축행정 피스톤의 압력작용선까지의 거리

Ｌ２：캠 각 변화시의 경사판(7)의 순간 회전중심(C)으로부터 흡입행정 피스톤의 압력작용선까지의 거리

Ｌ３：캠 각 변화시의 경사판(7)의 순간 회전중심(C)으로부터 내륜(27)에 가해지는 압력작용선까지의 거리

Ｍ１：캠 각(경사판 경사각) 증대방향의 모멘트

Ｍ２：캠 각(경사판 경사각) 감소방향의 모멘트

Ｍ１＝Ｐｓ?Ａｐ?Ｌ１＋Ｐｍ?Ａｓ?Ｌ３＋Ｐｓ?Ａｐ?Ｌ２

Ｍ２＝－Ｐｄ?Ａｐ?Ｌ１－Ｐｓ?Ａｓ?Ｌ３－Ｐｓ?Ａｐ?Ｌ２

Ｍ１＋Ｍ２＝Ｐｓ?Ａｐ?Ｌ１＋Ｐｍ?Ａｓ?Ｌ３＋Ｐｓ?Ａｐ?Ｌ２－Ｐｄ?Ａｐ?Ｌ１－Ｐｓ?Ａｓ?Ｌ３－Ｐｓ?Ａｐ?Ｌ２

＝（Ｐｓ－Ｐｄ）Ａｐ?Ｌ１＋（Ｐｍ－Ｐｓ）Ａｓ?Ｌ３

≒（Ｐｓ－Ｐｄ＋Ｐｍ－Ｐｓ）Ａｓ?Ｌ３（Ａｐ≒Ａｓ、Ｌ１≒Ｌ３의 경우）

＝（Ｐｍ－Ｐｄ）Ａｓ?Ｌ３

도 6에서의 M1과 M2는, 실제로는 모든 피스톤(21)에 있어서 M1과 M2가 계산된다. 또한, Ａｐ와 Ａｓ, L1과 L3은, 적절한 관계가 되도록 설정되는 것이 바람직하다.

여기서, 흡입행정에 있는 피스톤(21)의 모멘트는 전후 차압이 동압(同壓)(Ｐｓ)이기 때문에 상쇄된다. 또한, 순간 회전중심(C)의 위치를 적절한 위치로 설정하고(즉, 캠 기구에 있어서의 캠 프로필을 적절하게 설정하고), 내륜(27)의 수압 면적을 적절한 크기로 설정한 상태에서, Ｐｍ과 Ｐｓ의 차압을 제어함으로써 경사판 캠 각)이 최적으로 제어가능하다. 보다 정확하게는, Ｐｄ와 Ｐｓ의 차압에 의해 피스톤(21)을 포함하는 시스템(系)의 모멘트, Ｐｍ과 Ｐｓ의 차압에 의해 내륜(27)을 포함하는 시스템의 모멘트가 정해지며, 각 모멘트의 밸런스가 취해진다. 이때, Ｐｄ와 Ｐｓ의 차압에 의한 모멘트를 유효하게 작용시키기 위하여, 상기 L1을 의도적으로 크게 설정하는 것이 바람직하며, 그것을 통하여, 다음에 설명하는 바람직한 짝힘모멘트의 토털 밸런스의 실현이 가능하게 된다. 캠 기구(12)에 있어서의 긴 구멍(10)을, 도 6에 나타낸 바와 같이 S자 형상으로 형성함으로써, 상기 L1을 의도적으로 크게 설정하는 것이 가능하게 된다.

상기 압축기(1)에 있어서의 각 부품의 회전?왕복 운동에 의한 짝힘모멘트의 밸런스는, 도 5에 나타내는 특성으로 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 상술한 압축기(1)의 가스압에 의한 짝힘모멘트 밸런스는, 중간압(Ｐｍ)을 증대시키면 캠 각 증대측으로 가압하는 모멘트가 되므로, 각 부품의 회전?왕복 운동에 의한 짝힘모멘트의 밸런스로서는, 도 5와 같이 모든 캠 각에서 캠 각 감소방향으로 가압되도록 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 도 5에 있어서는, 캠 각 최소일 때에도, 반드시 캠 각 감소방향으로 토털의 짝힘모멘트가 작용하도록 설정되어 있다. 이러한 설정에 의해, 보다 바람직한 안정된 고정밀도의 용량제어가 실현된다. 또한, 카운터 웨이트(13)도 이러한 바람직한 설정에 기여할 수 있다.

즉, 예컨대, 도 6에 있어서, Ｐｄ가 낮아지는 저부하(低負荷) 조건 등일 때에는, 모멘트(M2)가 작아지므로, 예를 들면 오프모드의 유지가 곤란하게 된다. 이러한 때에 도 5의 특성으로 해두면, 가스압의 짝힘모멘트와는 별도로 상시(常時) 캠 각 감소방향의 짝힘모멘트가 작용하므로, 오프모드 등의 유지가 용이하게 된다. 또한, 도 6에 있어서, 순간 중심이 종래와 같은 주축중심으로부터 (도 14와 같이) 먼 위치에 있는 경우, 도 6의 Ｌ1은 작기 때문에 Ｐｄ에 의한 캠 각 감소 방향의 모멘트(M2)가 작용하지 않는다. 축방향 이동부재는, 리어측의 면에 가해지는 Ｐｍ은 반대 수압면 측의 Ｐｓ보다 작게 할 수는 없으므로, 캠 각 증대방향으로밖에 작용되지 않아, 일단 캠 각을 증대시키면 감소할 수 없게 된다. 따라서, 가스 압력에 의한 짝힘모멘트가 상기와 같이 캠 각 감소 방향의 모멘트(M2)가 작용하지 않는 특성의 경우에는, 회전, 왕복운동에 의한(또는 리듀스 스프링(109)을 병용해서) 짝힘모멘트를 도 5의 특성으로 하고, 캠 각 감소 방향의 짝힘모멘트를 상시 확보할 필요가 있다. 그러나, 도 5의 특성은, 압축기의 회전수가 작을 때에는 작용이 작으므로, 오프모드를 유지할 때 등은, 다른 방법으로 캠 각 감소방향의 짝힘모멘트를 확보할 필요가 있다. 그것을 위해서는 도 6의 특성이 바람직하다.

도 7은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 가변용량 압축기(51)의 주요부를 나타내고 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 상술한 제1 실시 형태와 비교하여, 중간압력(Ｐｍ)은, 토출 가스가 실린더 헤드(31) 내의 토출실(33)로부터 중간압력실(38)로의 연통로(40)에 설치된 제어밸브(52)에 의해 제어된 후에 중간압력실(38)로 도입되어, 중간압력실(38)로부터 흡입실(32)로의 연통로(53)에 있어서 다시 제어밸브(52)를 거쳐 흡입실(32)로 되돌아오게 되어 있다. 즉, 중간압력(Ｐｍ)은, 제어밸브(52)에 의한 제어에 의해 중간압력실(38)로의 도입량과 중간압력실(38)로부터의 방출량을 조절함으로써 제어된다. 그 밖의 구성은, 도 1에 나타낸 제1 실시 형태에 준한다. 이러한 구성에 있어서도, 상기 제1 실시 형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있고, 게다가, 중간압력 제어기구의 간소화가 가능하게 된다.

도 8은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 가변용량 압축기(61)를 나타내고 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 상술한 제1 실시 형태와 비교하여, 흡입로(62)가, 실린더 헤드(63)에 설치된 흡입 포트(64)로부터 실린더 블록(65), 프론트 하우징(66)에 걸쳐 형성되어 있다. 또한, 크랭크실(67)로부터 실린더 헤드(63) 내의 흡입실(32)로의 연통로(68)가, 프론트 하우징(66), 실린더 블록(65), 실린더 헤드(63)의 체결 볼트(69)의 삽입통과구멍을 이용해서 형성되어 있다. 또한, 중간압력(Ｐｍ)은, 토출실(33)의 압력(Ｐｄ)으로부터 스로틀(70)에 의해 감압한 압력으로서 중간압력실(38)로 도입되어, 중간압력실(38)로부터 흡입실(32)로의 연통로(71)에 설치된 제어밸브(72)를 거쳐 흡입실(32)로 되돌아가게 되어 있다. 그 밖의 구성은, 도 1에 나타낸 제1 실시 형태에 준한다. 이러한 구성에 있어서도, 상기 제1 실시 형태와 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.

도 9는, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 가변용량 압축기(81)를 나타내고 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 상술한 제1 실시 형태와 비교하여, 실린더 헤드(82) 내에 있어서, 내부직경(內徑) 측에 흡입실(83)이, 외부직경 측에 토출실(84)이 형성되어 있다. 크랭크실(85)로의 흡입 가스의 흡입로(86)는, 실린더 블록(87)에 설치된 흡입 포트(88), 흡입 머플러실(89)을 통하여 프론트 하우징(90)에 걸쳐 형성되어 있다. 또한, 크랭크실(85)로부터 실린더 헤드(82) 내의 흡입실(83)로의 연통로(91)가, 실린더 블록(87)의 실린더 보어(20) 사이의 내부직경 측에 직선상(直線狀)으로 배치되어 있다. 더욱이, 중간압력(Ｐｍ)은, 토출실(84)로부터 중간압력실(38)로의 연통로(92)에 설치된 제어밸브(93)에 의해 제어된 후에 중간압력실(38)로 도입되며, 중간압력실(38)로부터는, 스로틀(94)에 의해 감압된 후 흡입실(32)로 되돌아가게 되어 있다. 그 밖의 구성은, 도 1에 나타낸 제1 실시 형태에 준한다. 이러한 구성에 있어서도, 상기 제1 실시 형태와 동일한 작용 효과가 얻어지며, 또한, 실린더 블록(87)으로의 연통로(91)의 형성이 용이화된다. 또한, 흡입 머플러실(89)에서 감쇠(減衰)된 흡입 맥동은, 크랭크실(85)에서 더욱 감쇠되므로, 보다 확실하게 흡입 맥동을 감쇠할 수 있다. 또한, 토출 가스에 대해서도, 토출 머플러실(95)을 통하여, 토출차단밸브(96), 토출 포트(97)를 통해서 배출할 수 있도록 하면, 토출 맥동도 감쇠할 수 있게 된다.

도 10은, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 가변용량 압축기(101)를 나타내고 있다. 상술한 제1 ~ 제4 실시 형태와 같은 요동판(18)은 설치되지 않으며, 소위 편(片)경사판식의 가변용량 압축기(101)로 구성되어 있다. 즉, 경사판 (102)의 회전운동으로부터 피스톤(103)의 왕복운동으로의 운동 변환 기구가, 경사판(102)의 외주측 양면에 슬라이딩 접촉되는 한 쌍의 슈(104)를 통하여 피스톤(103)의 왕복운동으로 변환하는 기구로 구성되어 있다. 상술한 제1 ~ 제4 실시 형태와 같은 요동판(18)의 회전 저지 기구는 불필요하므로, 대신에, 본 발명에 있어서의 축방향 이동부재로서, 주축(105) 주변에, 스플라인 기구(24)에 의해 회전이 저지된 상태에서 주축(105) 상을 축방향으로 이동가능하게 슬리브(106)가 설치되어 있다. 슬리브(106)의 프론트 측에는, 스러스트 베어링(thrust bearing, 107)이 설치되어, 상기 스러스트 베어링(107), 축방향으로 이동가능한 칼라(collar, 108)와 함께, 경사판(102)의 중앙부분이 슬리브(106)와 일체적으로 축방향으로 이동가능하게 구성되어 있다. 칼라(108)의 프론트 측에는 경사판(102)을 경사각 감소방향으로(즉, 힌지 기구(12)로 구성되는 캠 기구의 캠 각 감소방향으로) 가압하는 리듀스 스프링(109)이 설치되어 있어, 상시 경사판(102)을 최소경사각 방향으로 가압하고 있다. 칼라(108), 리듀스 스프링(109)은, 경사판(102)과 함께 주축(105)과 일체적으로 회전하지만, 경사판(102)은, 칼라(108) 상에, 경사각 변화면 내에서 경사각을 변각 가능하게 지지되어 있다. 슬리브(106)의 타단측에는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 중간압력실(38)이 형성되며, 중간압력실(38) 내에는, 최소경사각 측으로 변각된 경사판(102)을 경사각 증대방향으로 가압하기 위한 리턴 스프링(return spring, 110)이 설치되어 있다. 그 밖의 구성은 제1 실시 형태에 준하므로, 도 1에 첨부한 것과 동일한 부호를 붙임으로써 설명을 생략한다. 이러한 편경사판식의 가변용량 압축기(101)에 있어서도, 제1실시 형태에 있어서의 것과 같은 작용 효과가 얻어진다.

이와 같이, 요동판식의 가변용량 압축기, 편경사판식의 가변용량 압축기에 관계없이, 본 발명은 적용가능하다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명에 관한 가변용량 압축기는, 소정의 축방향 이동부재를 가지는 모든 가변용량 압축기에 적용가능하다.

1, 51, 61, 81, 101 가변용량 압축기
2 프론트 하우징
3 실린더 블록
4 크랭크실
5 주축
6 로터
7 경사판
8, 9 아암
10 긴 구멍
11 핀
12 캠 기구로서의 힌지 기구
13 카운터 웨이트
14 흡입 포트
15 흡입로
16, 17 베어링
18 요동판
19 연결 로드
20 실린더 보어
21 피스톤
22 요동판의 회전 저지 기구
23 중앙구멍
24 스플라인 걸림결합기구
25 볼
26, 29 가이드 홈
27 내륜
28 슬리브
30 외륜
31 실린더 헤드
32 흡입실
33 토출실
34 연통로
35 토출차단밸브
36 토출 포트
37, 45 시일 부재
38 중간압력실
39 중간압력 제어기구
40, 42 연통로
41 제어밸브
43 스로틀
44 밸브판
46 수압면
47 풀리
48 베어링
52 제어밸브
53 연통로
62 흡입로
63 실린더 헤드
64 흡입 포트
65 실린더 블록
66 프론트 하우징
67 크랭크실
68 연통로
69 체결 볼트
70 스로틀
71 연통로
72 제어밸브
82 실린더 헤드
83 흡입실
84 토출실
85 크랭크실
86 흡입로
87 실린더 블록
88 흡입 포트
89 흡입 머플러실
90 프론트 하우징
91, 92 연통로
93 제어밸브
94 스로틀
95 토출 머플러실
96 토출차단밸브
97 토출 포트
102 경사판
103 피스톤
104 슈
105 주축
106 슬리브
107 스러스트 베어링
108 칼라
109 리듀스 스프링
110 리턴 스프링
C 순간 회전중심
Ｐｓ 흡입 압력
Ｐｄ 토출압력
Ｐｍ 중간압력

Claims (16)

1. 흡입실 및 토출실이 형성된 실린더 헤드와, 피스톤이 왕복운동 가능하게 삽입된 실린더 보어를 가지는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록과 프론트 하우징으로 형성된 크랭크실과, 상기 크랭크실 내에 배치되어, 주축과 함께 회전되는 동시에 상기 주축에 대하여 자신의 경사각이 변각가능하게 지지된 경사판과, 상기 경사판의 회전운동을 상기 피스톤의 왕복운동으로 변환하는 운동 변환 기구를 구비한 가변용량 압축기로서, 압축기로의 흡입 가스를 받아들이는 흡입로를 상기 크랭크실에 개구하도록 형성하고, 상기 실린더 블록에 상기 크랭크실과 상기 흡입실을 연통하는 연통로를 설치하며, 상기 주축주변에, 상기 경사판의 경사각에 대하여 실질적으로 일대일로 대응해서 상기 주축의 축심을 따르는 방향으로 이동가능한 축방향 이동부재를 설치하는 동시에, 상기 축방향 이동부재를, 그 일단측에 상기 크랭크실 내의 압력이, 타단측에 상기 토출실내의 압력과 상기 흡입실내의 압력간의 중간의 압력이 가해지도록 설치하고, 또한, 상기 중간압력을 제어가능한 중간압력 제어기구를 설치한 것을 특징으로 하는 가변용량 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 흡입로가, 상기 프론트 하우징에 형성되어 있는, 가변용량 압축기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 흡입로가, 상기 실린더 블록으로부터 상기 프론트 하우징에 걸쳐 형성되어 있는, 가변용량 압축기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 흡입로가, 상기 실린더 블록을 사이에 두고 상기 실린더 헤드로부터 상기 프론트 하우징에 걸쳐 형성되어 있는, 가변용량 압축기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 축방향 이동부재의 타단측에, 상기 중간압력으로 제어되는 중간압력실이 형성되며, 상기 중간압력실이 상기 크랭크실에 대하여 시일되어 있는, 가변용량 압축기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 중간압력 제어기구가, 상기 토출실과 상기 중간압력실 사이의 연통로와, 상기 연통로 중에 설치되어, 토출실 내의 압력으로부터 소정의 중간압력으로의 감압을 제어가능한 제어밸브와, 상기 중간압력실과 상기 흡입실 사이의 연통로와, 상기 연통로 중에 설치된 스로틀을 가지는, 가변용량 압축기.
7. 제5항에 있어서,
   상기 중간압력 제어기구가, 상기 토출실과 상기 중간압력실 사이의 연통로와, 상기 중간압력실과 상기 흡입실 사이의 연통로와, 상기 양 연통로 중에 설치되어, 토출실 내의 압력으로부터 소정의 중간압력으로의 감압을 제어가능하고, 또한, 중간압력실로부터 흡입실로의 가스 흐름에 대한 축소 정도를 제어가능한 제어밸브를 가지는, 가변용량 압축기.
8. 제5항에 있어서,
   상기 중간압력 제어기구가, 상기 토출실과 상기 중간압력실 사이의 연통로와, 상기 연통로 중에 설치된 스로틀과, 상기 중간압력실과 상기 흡입실 사이의 연통로와, 상기 연통로 중에 설치되어, 중간압력실 내에 있어서의 소정의 중간압력으로의 감압을 제어가능한 제어밸브를 가지는, 가변용량 압축기.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 운동 변환 기구가, 상기 경사판의 회전운동이 자신의 요동 운동으로 변환되어 상기 요동 운동을 연결 로드를 통하여 상기 피스톤에 전달하여 피스톤을 왕복운동시키는 요동판과, 상기 요동판의 회전 저지 기구를 구비하고 있는, 가변용량 압축기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 요동판의 회전 저지 기구가, (a)하우징 내에 회전은 저지되지만 축방향으로 이동가능하게 설치되어, 동력전달용으로 설치된 복수의 볼을 가이드하기 위한 복수의 가이드 홈을 가지는 내륜과, (b)상기 내륜의 각 가이드 홈에 대향하는 위치로 상기 볼을 가이드하기 위한 복수의 가이드 홈을 가지고, 외주에 상기 요동판이 연결되어 상기 요동판과 함께 요동가능하게 지지된 외륜과, (c)상기 내륜 및 외륜에 형성된 서로 대향하는 가이드 홈에 의해 유지되어, 상기 가이드 홈 사이에서 압축됨으로써 동력전달을 행하는 복수의 볼을 가지는 기구로 구성되어 있으며, 상기 내륜이 상기 축방향 이동부재로 구성되어 있는, 가변용량 압축기.
11. 제10항에 있어서,
    상기 요동판의 회전 저지 기구가, (d)상기 요동판의 요동 운동의 요동 중심부재로서 기능하고, 상기 주축 상에 상기 주축에 대하여 상대회전 및 축방향으로 이동가능하게 설치되어, 상기 내륜에 상기 내륜과 함께 축방향으로 이동가능하게 걸림결합된 슬리브를 더 가지며, 상기 외륜이 상기 슬리브에 요동가능하게 지지되어 있는, 가변용량 압축기.
12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운동 변환 기구가, 상기 경사판의 외주측 양면에 슬라이딩 접촉되는 한 쌍의 슈를 통하여 피스톤의 왕복운동으로 변환하는 기구로 구성되어 있는, 가변용량 압축기.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주축과 상기 경사판 사이에 개재된 캠 기구를 통하여 상기 경사판의 경사각이 변각가능하게 구성되어 있고, 압축행정에 있는 복수의 피스톤 중 적어도 하나의 피스톤의 압축 반력에 의한 하중이 상기 경사판에 대하여 용량 감소방향의 짝힘모멘트로서 작용하는 것과 같은 위치에 상기 경사판의 순간 회전중심을 가지도록, 상기 캠 기구의 캠 프로필이 설정되어 있는, 가변용량 압축기.
14. 제13항에 있어서,
    상기 캠 기구가, 주축측으로부터 연장되는 아암과 경사판측으로부터 연장되는 아암의 일방에 형성된 긴 구멍과 타방에 설치된 핀과의 슬라이드 걸림결합기구로 이루어지고, 상기 캠 프로필이, 상기 긴 구멍의 형상을 S자형으로 형성함으로써 설정되어 있는, 가변용량 압축기.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 각 부품의 회전, 왕복 운동에 의해 상기 경사판의 경사각 변화면 내에 발생하는 짝힘모멘트의 토털 밸런스가, 모든 경사판 경사각에 있어서, 경사각 감소방향으로 되도록 각 부품이 설정되어 있는, 가변용량 압축기.
16. 제15항에 있어서,
    적어도 경사판을 경사각 감소방향으로 가압하는 스프링이 더 설치되어 있으며, 상기 스프링의 가압력을 포함하여 상기 경사판의 경사각 변화면 내에 발생하는 회전, 왕복 운동에 의한 짝힘모멘트의 토털 밸런스가, 모든 경사판 경사각에 있어서, 경사각 감소방향으로 되도록 설정되어 있는, 가변용량 압축기.

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