KR940009536B1

KR940009536B1 - 연속 가변 용량형 사판식 압축기

Info

Publication number: KR940009536B1
Application number: KR1019900014643A
Authority: KR
Inventors: 히사오 고바야시; 마사히로 가와구찌; 에이끼 아베; 요시따미 곤도
Original assignee: 가부시끼가이샤 도요다 지도쇽끼 세이사꾸쇼; 도요다 요시또시
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1990-09-17
Publication date: 1994-10-14
Also published as: JPH07111171B2; DE4034686A1; US5032060A; DE4034686C2; KR910010067A; JPH03149363A

Abstract

내용 없음.

Description

연속 가변 용량형 사판식 압축기

제 1 도는 최대 용량시의 압축기의 단면도.

제 2 도는 소용량시의 압축기의 단면도.

제 3 도는 활주 제어체의 변위량과 제어압실내의 압력 관계를 나타내는 선도.

제 4 도는 변경 실시예의 요부 단면도.

제 5 도는 종래 장치의 단면도.

제 6 도는 종래 장치의 활주 제어체의 변위량과 제어압실내의 압력 관계를 나타내는 선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 실린더 블록 5a, 5b : 실린더 보어

6 : 더블 헤드 피스톤 7 : 회전축

7c : 연결부 7d : 가이드 구멍

10 : 슬라이더 11 : 축핀

13 : 사판 18, 19 : 흡입실

22, 25 : 흡입 통로 28 : 통로

29 : 교축수단으로서의 장애판 30 : 제어압실

31 : 활주 제어체 Pf, Pr : 압축실.

[산업상의 이용분야]

본 발명은 더블 헤드 피스톤(double-headed piston)을 갖춘 연속 가변 용량형 사판식 압축기에 관한 것이다.

[종래의 기술]

종래, 이런 종류의 연속 가변 용량형 사판식 압축기로서, 예를들면 제 5 도에 나타내는 구성의 것이 개시되어 있다(특개평 1-138382 호 공보등) 이 압축기에서는 실린더 블럭(51)에 형성된 복수의 실린더 보어(52)내에 더블 헤드 피스톤(53)이 수용됨과 동시에 실린더 보어(52)와 평행한 축선상에 회전축(54)이 배치되고, 그 회전축(54)에는 슬라이더(가이드 부시)(55)가 활주가능하게 끼워져 있다. 슬라이더(55)의 구면 지지부(55a)에 걸어맞춤 되는 사판(57)이 구면부(57a)에서 회전가능하게 끼워지고, 사판(57)의 전면에 형성된 연결부(57b)가 회전축(54)의 프론트 측부(54a)에 대하여 그 가이드 구멍(54b)에 끼워지는 가이드핀(58)을 거쳐 연결되고, 사판(57)이 슬라이더(55)의 활주에 따라 요동가능하게 되어 있으며, 그 요동 중심 (C)이 사판(57)의 둘레가장자리측에 설정되어 있다. 이것에 의하여 더블 헤드 피스톤(53)의 한측의 실린더 보어(52)에 있어서 압축 행정 상사점이 정위치에 규정되고, 사판 경사각이 0에 가까운 소용량측의 압축 작용 영역에서도 실질적인 압축 및 토출이 행하여진다.

사판 경사각은 토출압 영역 또는 흡입 영역으로 전환 접속되는 제어압실(59)의 용적을 변화할 수 있는 활주 제어체(60) 및 사판(57)을 거쳐, 전후 양 실린더 보어(52)내의 압력에 의한 사판 요동력과 제어압실(59)내의 압력 대항에 의하여 제어시키도록 되어 있으며, 활주 제어체(60)는 회전축(54)을 따라 활주가능하게 지지되어 있다.

그리고, 회전축(54)의 회전에 수반하여 사판(57)의 경사각에 따라 더블 헤드 피스톤(53)이 왕복운동되어 냉매 가스의 압축이 행하여진다. 이 압축 동작시에는 실린더 보어(52)내의 압력에 의하여 사판(57)에 대하여 모멘트(M)가 작동하고, 이 모멘트(M)에 의하여 가이드핀(58)이 가이드 구멍(54b)에 압부되고, 그 수평성분의 힘으로서 회전축(54)이 프론트측(제 5 도의 좌측)으로 눌러진다. 또, 이 반력으로 사판(57)을 거쳐 슬라이더(55)가 리어측으로 눌러진다. 이 힘과 제어압실(59)내의 압력의 평형에 의하여 사판(57)의 경사각 즉 압축 용량이 결정되고, 제어압실(59)내의 압력을 변화시킴으로서 사판(57)의 경사각이 변경되어 압축 용량이 조절된다.

[발명이 해결하고자 하는 과제]

그런데, 이런 종류의 연속 가변 용량형 사판식 압축기에서는 활주 제어체(60)의 변위량과 제어압실(59)내 압력의 관계는 제 6 도에 나타나듯이 변화한다. 따라서 소용량 영역(도면에서 우측)에서는 슬라이더(55)를 리어측에 누르는 힘과 제어압실(59)내의 압력이 매우 작은 힘의 균형으로 평형되기 때문에, 회전수가 높을 때 더블 헤드 피스톤(53)의 관성력으로 용량이 상승하는 방향으로 슬라이더(55)가 이동하며 용량이 냉방부하에 관계없이 변화하거나, 흡입압 변동의 영향을 크게 받는 등의 불합리가 있다. 또, 제어 압력이 작으므로 제어압실(59)내의 압력 변화에 대응하여 슬라이더(55)나 활주 제어체(60)가 이동할때, 그 마찰력에 대항하여 원활하게 이동하는 것이 곤란하고, 용량 변화를 원활하게 행할 수 없다는 문제도 있다.

또, 프론트측의 기통군은 피스톤(53)의 행정의 감소와 동시에 압축 잔여용적이 증대함으로써 행정이 0으로 되기 전에 휴지(토출, 흡입불능) 상태로 된다. 구체적으로는 압축 용량이 30 내지 40% 이하에서는 프론트측 기통군은 휴지상태로 된다. 이와 같이 프론트측 기통군이 휴지상태로 되면, 사판실(61)에서 프론트측의 흡입실로 향하는 냉매 가스의 흐름이 없게 된다. 그 때문에, 냉매와 상용성이 있는 윤활유를 사용하고 이 냉매 가스 흐름을 이용하여 각 부의 윤활을 행하는 경우, 소용량시에 프론트측의 스러스트 베어링(62), 래디얼 베어링(63) 및 립시일(64)의 윤활이 불안정하게 된다는 문제도 있다.

본 발명은 상기의 문제점에 감안하여 된 것으로서, 그 목적은 소용량시에서도 제어를 안정된 상태로서 행할 수 있고, 소용량시에도 프론트측의 각 부 윤활을 안정하게 행할 수 있는 연속 가변 용량형 사판식 압축기를 제공하는데 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 더블 헤드 피스톤을 왕복가능하게 수용하는 실린더 블럭내에 회전축을 회전가능하게 수용 지지하고, 그 회전축에는 더블 헤드 피스톤을 왕복 구동하는 사판을 상대회전 불가능하고 그 주변가장자리측을 중심으로 하여 전후로 요동가능하게 지지하고, 그 요동 중심 위치를 리어측 실린더 보어 부근에 설정함과 동시에 회전축의 회전에 따른 요동 중심의 회전 영역상에 상기 더블헤드 피스톤의 왕복운동 영역을 설정하고, 상기 사판의 경사각 변경에 의하여 피스톤 스트로크를 변경하여 용량을 조절할 수 있도록 한 연속 가변 용량형 사판식 압축기에 있어서, 외부 냉동 회로로부터 프론트측의 흡입실 및 리어측의 흡입실과 연통하는 흡입 통로를 각각 설치하고, 프론트측의 흡입실과 리어측의 흡입실을 연통하는 통로를 설치하고, 압축기의 용량 변화와 연동 작동함과 동시에 프론트측의 기통군이 휴지상태로 되는 용량 감소시에 상기 리어측 흡입 통로를 교축하는 흡입 교축 수단을 설치하였다.

[작용]

상기의 구성에 의한 본 발명의 압축기에서는 프론트측의 기통군이 휴지상태로 되는 정도까지 용량이 감소하면, 흡입 교축 수단에 의하여 사판실과 리어측 흡입실을 연통하는 리어측 흡입 통로가 요축되고, 리어측 흡입실의 압력이 사판실 및 프론트측 흡입실의 압력보다 낮게 된다. 이것에 의하여 리어측 기통군의 평균 보어내 압력이 저하하고, 사판을 통해 제어체를 리어측에 가압하는 힘이 증대하여 소용량측에 있어서 활주제어체를 변위시키는데 필요한 제어압이 크게 되고, 흡입압의 변동, 회전수의 변화등의 외부요인에 대한 제어 안정성이 향상함과 동시에 활주 제어체가 원활하게 이동되어 용량의 변경이 부드럽게 행하여진다. 또, 프론트측 흡입실과 리어측 흡입실 사이에 차압이 생기고, 사판실에서 프론트측 흡입실 및 프론트측 흡입실과 리어측 흡입실을 연통하는 통로를 통하여 리어측 흡입실로 향하는 냉매 가스의 흐름이 확보되고, 프론트측의 윤활도 안정된다.

이하, 본 발명을 구체화한 한 실시예를 제 1 내지 3 도에 따라 설명한다. 제 1, 2 도에 나타나듯이 실린더 블럭(1)은 전후 1대의 활럭체(la, 1b)를 서로 접합하며 구성되고, 그 내부 중앙에는 사판실(2)이 형성됨과 동시에 전후 양단면에는 프론트 하우징(3) 및 리어 하우징(4)이 접합 고정되어 있다. 실린더 블럭(1)에는 사판실(2)의 프론트측 및 리어측의 대향하는 위치에 복수조의 실린더 보어(5a, 5b)가 형성되고, 양 실린더 보어(5a, 5b)내에는 더블 헤드 피스톤(6)이 왕복운동 가능하게 수용되어 있다. 실린더 블럭(1)에는 프론트측부(7a)와, 리어축부(7b)와, 양자 사이에 형성된 편평한 연결부(7c)로 이루어진 회전축(7)이 실린더 보어(5a,5b)와 평행하게 연장하도록 회전가능하게 지지되고, 연결부(7c)에는 가이드 구멍(7d)이 형성되어 있다. 리어측의 블럭체(1b)에는 이동체(8)가 회전축(7)의 축선방향을 따라 이동가능하게 설치되고, 회전축(7)은 프론트측부(7a)가 래디얼 베어링(9a) 및 스러스트 베어링(9b)을 거쳐 프론트측의 블럭체(la)에 지지되고 리어축부(7b)가 상기 이동체(8)에 래디얼 베어링(9c)을 거쳐 회전가능하게 지지된 슬라이더(10)에 활주가능하게 끼워진 상태로 설치되어 있다. 또, 이동체(8)와 슬라이더(10)의 사이에는 스러스트 베어링(9d)이 끼워져 있다.

사판실(2)내에 돌출한 슬라이더(10)의 전단 양측에는 한쌍의 축핀(11)이 리어축부(7b)와 직교하는 상태로 설치되고, 축핀(11)을 통해 사판 지지체(12)가 상기 사판실(2)내에서 슬라이더(10)에 대하여 경사 조정 가능하게 지지되어 있다. 사판 지지체(12)의 외주후연에는 사판(13)이 끼워맞춤되어 고정되고, 전측에는 끼워맞춤 구멍(12b)을 가지는 1쌍의 끼워맞춤부(12a)(한쪽편만 도시)가 돌출 설치되어 있다. 양 끼워맞춤부(12a)는 상기 회전축(7)의 연결부(7c)를 끼워둔 상태로 배치되고, 끼워맞춤 구멍(12b)을 관통하는 가이드핀(14)이 가이드 구멍(7d)에 끼워맞춤하는 상태로 삽입 관통되어 있다. 이것에 의하여 회전축(7)의 회전이 사판 지지체(12)를 거쳐 사판(13)에 전달됨과 동시에 가이드핀(14)과 가이드 구멍(7d)의 맞물림에 의하여 슬라이더(10)의 축선방향으로 활주 변위에 따라 사판(13)이 요동가능하게 되고, 이 요동 중심(c)이 사판(13)의 주변가장자리측에 설정되어 있다. 그리고, 상기 각 더블 헤드 피스톤(6)은 상기 요동 중심(c)을 중심으로 한 구의 일부로 되는 형상으로 형성된 슈(15)를 통해 상기 사판(13)의 주변가장자리부에 맞물리고 사판(13)의 회전에 따라 전후로 왕복 활주되도록 되어 있다.

실린더 블럭(1)과 프론트 하우징(3) 및 리어 하우징(4) 사이에는 밸브 플레이트(16, 17)가 개재되어 있다. 전후 양 하우징(3, 4)내에는 흡입실(18, 19) 및 토출실(20, 21)이 형성되고, 각 토출실(20, 21)은 도시하지 않은 토출구를 통해 외부 냉각 회로에 연결되어 있다. 프론트측 흡입실(18)은 흡입 통로(22)를 통해 사판실(2)에 연통함과 동시에 밸브 플레이트(16)에 설치된 흡입 밸브 기구(23)를 통해 프론트측 압축실(Pf)에 연통되어 있다. 프론트측 토출실(20)은 토출 밸브 기구(24)를 통해 프론트측 압축실(Pf)에 연통되어 있다. 리어측 흡입실(19)은 흡입 통로(25)를 통해 사판실(2)에 연통함과 동시에 밸브 플레이트(17)에 설치된 흡입 밸브 기구(26)를 통해 리어측 압축실(Pr)에 연통되고 있다. 리어측 토출실(21)은 토출 기구(27)를 통해 리어측 압축실(Pr)에 연통되어 있다.

프론트측 흡입실(18)은 통로(관로)(28)를 거쳐 리어측 흡입 통로(25)의 도중에 연통되고 통로(28) 및 리어측 흡입 통로(25)를 거쳐 프론트측 흡입실(18) 및 리어측 흡입실(19)이 연통되어 있다. 또, 사판(13)의 후부에는 리어측 흡입 통로(25)를 교축하는 흡입 교축 수단으로서의 장애판(29)이 일체 회전가능하게 고정되어 있다. 장애판(29)을 리어측 흡입 통로(25)의 직경보다 큰 폭의 링형상부(29a)를 가지며 프론트측의 기통군이 휴지상태로 되는 용량 감소시 즉 압축 용량 30% 정도일때 링형상부(29a)가 리어측 흡입 통로(25)를 폐쇄가능하게 사판(13)에 대하여 소정 각도를 이루는 상태로 사판(13)에 고정되어 있다.

리어측 흡입실(19)의 후측에는 그 흡입실(19)과 연통하는 제어압실(30)이 형성되고, 제어압실(30)내에는 활주 제어체(31)가 상기 이동체(8)와 맞닿은 상태에서 전후 방향으로 활주가능하게 끼워져 있다. 이것에 의하여 제어압실(30)내의 압력이 활주 제어체(31), 이동체(8), 슬라이드(10) 및 사판(13)을 거쳐 프론트측 압축실(Pf)내의 압력 및 리어측 압축실(Pr)내의 압력에 의하여 생기는 사판 요동력에 대항한다.

제어압실(30)은 리어측 토출실(21) 및 사판실(2)에 관로(32)를 거쳐 접속된 용량 제어 밸브 기구(33)에 관로(34)를 거쳐 접속되어 있으며, 용량 제어 밸브 기구(33)의 밸브 개폐에 의하여 제어압실(30)이 토출압 상당의 고압 또는 흡입압 상당의 저압으로 전환 제어되고, 사판(13)이 제 1 도에 나타내는 경사각 최대 위치와 제 2 도에 나타내는 경사각 최소 위치의 사이에서 요동 전환 배치되어 압축 용량이 조절되도록 되어 있다.

다음에 상기와 같이 구성된 연속 가변 용량형 사판식 압축기의 작용을 설명한다.

그런데, 압축기가 제 1 도에 상태 즉 대용량으로 운전되어 회전축(7)이 회전하면, 사판(13)은 회전축(7)과 일체적으로 회전함과 함께 요동 운동하며 슈(15)를 거쳐 더블 헤드 피스톤(6)이 실린더 보어(5a, 5b)내를 왕복운동한다. 외부 냉매 가스 회로를 구성하는 흡입 관로내의 냉매 가스는 더블 헤드 피스톤(6)의 왕복운동에 따라 입구에서 사판실(2)로 들어가고 프론트측 흡입 통로(22) 및 리어측 흡입 통로(25), 프론트측 흡입실(18) 및 리어측 흡입실(19)을 각각 지나 프론트측 압축실(Pf) 및 리어측 압축실(Pr)로 흡입되어 압축작용을 받는다. 그리고, 양 압축실(Pf, Pr)에서 토출 밸브 기구(24, 27)를 거쳐 토출실(20, 21)로 토출된 냉매 가스는 토출 통로를 지나 외부 냉매 가스 회로로 송출된다. 사판(13)의 경사각이 큰 대용량시에는 사판(13)에 고정된 장애판(29)은 리어측 흡입 통로(25)를 통하는 냉매 가스에 어떤 영향을 주지 않는 위치에 배치되어 있으며, 사판실(2)에서 전후 양 흡입실(18, 19)로 향하는 냉매 가스의 흐름이 생기고, 냉매 가스중에 포함되는 윤활유에 의하여 래디얼 베어링(9a, 9c), 스러스트 베어링(9b, 9d) 또는 립 시일(35)의 윤활이 안정하게 행하여진다. 또, 활주 제어체(31)의 작동에 필요한 제어압도 크고, 흡입압의 변동, 회전수의 변화등에 대한 외부 요인이 영향을 받지 않고 안정하여 용량 제어가 행하여짐과 동시에 활주 제어체(31)가 윤활하게 이동되어 용량의 변경이 부드럽게 행하여진다.

소용량으로 운전을 행함으로써 제어압실(30)이 흡입압 상당의 저압으로 되면 사판(13)의 경사각이 작게 되고, 용량이 30% 정도까지 저하하면, 제 2 도에 나타나듯이 사판(13)에 고정된 장애판(29)이 리어측 흡입통로(25)를 폐쇄하는 위치로 배치된다. 리어측 압축실(Pr)에 있어서 더블 헤드 피스톤(6)의 압축 행정 상사점이 정위치로 규정되어 있으므로 프론트측의 기통군은 용량의 감소 즉 더블 헤드 피스톤(6)의 스트로크의 감소와 동시에 압출 잔여 용적이 증대하고, 용량이 30% 정도까지 저하하면 휴지(토출, 흡입 불능) 상태로 된다. 따라서 이 상태에서는 프론트측 흡입실(18)의 압력은 사판실(2)의 압력과 같게 된다. 한편 장애판(29)이 리어측 흡입 통로(25)를 폐쇄함으로써 리어측 흡입실(19)의 압력이 사판실(2)의 압력보다 적게 된다. 이것에 의하여 프론트측 흡입실(18)과 리어측 흡입실(19) 사이에 차압이 생기고, 게다가 리어측 흡입 통로(25)가 폐쇄되어 있으므로 사판실(2)→스러스트 베어링(9b)→래디얼 베어링(9a)→립 시일(35)→프론트 측 흡입실(18)→통로(28)→리어측 흡입실(19)의 순서로 흐르는 냉매 가스 흐름을 확보할 수 있고, 휴지상태에 있는 프론트측의 각 부 윤활이 안정화된다.

또, 리어측 흡입 통로(25)가 폐쇄됨으로써 리어측 기통군의 평균 보어내 압력이 저하하여 더블 헤드 피스톤(6), 사판(13), 슬라이더(10), 이동체(8)를 거쳐 활주 제어체(31)를 리어측으로 누르는 힘이 리어측 흡입통로(25)가 폐쇄되어 있지 않은 경우에 비교하여 크게 된다. 따라서 활주 제어체(31)의 제어압은 대용량측에서는 종래 장치와 변하지 않지만, 소용량측에서 증대하고, 활주 제어체(31)의 변위량과 제어압실(30)내의 압력 관계는 소용량측에 있어서 제 3 도에 파선으로 나타낸 교축 수단이 없는 경우의 상태에서 실선으로 나타낸 바와 같이 변화한다. 그 때문에, 소용량측에 있어서 활주 제어체(31)를 변위시키는데 필요한 제어압이 크게 되고, 흡입압의 변동, 회전수의 변화등의 외부요인에 대한 제어 안정성이 향상한다. 또, 제어압이 크게 됨으로 활주 제어체(31)가 마찰 저항에 영향받지 않고 원활하게 이동되며 용량의 변경이 부드럽게 된다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 예를들면 압축기의 용량 변화와 연동하여 작동함과 동시에 프론트측의 기통군이 휴지상태로 되는 용량 감소시에 리어측 흡입 통로(25)를 교축하는 흡입 교축 수단으로서 제 4 도에 도시한 바와 같이, 이동체(8)와 일체 이동가능한 장애판(29)을 설치하여도 좋다. 또, 흡입 교축 수단으로서, 리어측 흡입 통로(25)의 도중에 제어압실(30)의 압력에 의하여 개폐 제어되어 소용량시에 흡입 통로(25)를 폐쇄하는 밸브 기구를 설치하거나, 전자 밸브를 설치하여 효율제어(duty ratio control)를 행하여도 좋다. 또, 흡입 교축 수단은 프론트측과 리어측의 흡입실(18, 19) 사이에 차압이 생기어 사판실(2)→스러스트 베어링(9b)→래디얼 베어링(9a)→립 시일(35)→프론트측 흡입실(18)→통로(28)→리어측 흡입실(19)의 순서로 흐르는 냉매 가스 흐름이 확보 가능하면 흡입 통로(25)를 완전히 폐쇄할 필요는 없다.

[발명의 효과]

이상 상술했듯이 본 발명에 의하면, 소용량시에 있어서도 활주 제어체를 변위시키는데 필요한 제어압이 크게 되고, 흡입압의 변동, 회전수의 변화등의 외부요인에 대한 제어 안정성이 향상함과 동시에 활주 제어체가 원활하게 이동되어 용량의 변경이 부드럽게 행하여진다. 또, 소용량시에도 사판실에서 프론트측 흡입실 및 프론트측 흡입실과 리어측 흡입실을 통로를 통하여 리어측 흡입실에 향하는 냉매 가스의 흐름이 확보되어 프론트측의 각 부 윤활을 안정하게 행할 수 있다.

Claims

더블 헤드 피스톤(6)을 왕복운동 가능하게 수용하는 실린더 블럭(1)내에 회전축(7)을 회전가능하게 수용 지지하고, 그 회전축(7)에는 더블 헤드 피스톤(6)을 왕복 구동하는 사판(13)을 상대 회전 불가능하고 그 주변가장자리측을 중심으로 하여 전후로 요동 가능하게 지지하며, 그 요동 중심 위치를 리어측 실린더 보어(5b) 부근에 설정함과 동시에 회전축(7)의 회전에 따른 요동 중심의 회전 영역상에 상기 더블 헤드 피스톤(6)의 왕복운동 영역을 설정하고, 상기 사판(13)의 경사각 변경에 의하여 피스톤 스트로크를 변경하여 용량을 조절할 수 있도록 한 연속 가변 용량형 사판식 압축기에 있어서, 외부 냉동 회로로부터 프론트측의 흡입실(18) 및 리어측의 흡입실(19)과 연통하는 흡입 통로(22, 25)를 각각 설치하고, 프론트측의 흡입실(18)과 리어측의 흡입실(19)을 연통하는 통로(28)를 설치하고, 압축기의 용량 변화와 연동하여 작동함과 동시에 프론트측의 기통군이 휴지상태로 되는 용량 감소시에 상기 리어측 흡입 통로(25)를 교축하는 흡입 교축 수단(29)을 사판(13)의 후부에 설치한 것을 특징으로 하는 연속 가변 용량형 사판식 압축기.