JP2012184727A

JP2012184727A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2012184727A
Application number: JP2011049266A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kano; 浩狩野; Takahiro Ito; 隆博伊藤
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-03-07
Also published as: JP5783354B2

Abstract

【課題】圧縮機の圧力脈動による騒音のレベルを低減する。
【解決手段】
圧縮機のシリンダヘッド１０４の外側周囲に形成された吐出室を、複数のリブ１５１を配設して周方向に複数の小室１０４ａ〜１０４ｇに区画すると共に、各リブ１５１に隣接する小室相互を連通する連通孔１５１ａ〜１５１ｇを配設し、かつ、これら連通路１５１ａ〜１５１ｇの駆動軸方向の位置が少なくとも１箇所で異なるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷凍サイクル式空調装置等に使用される圧縮機において、冷媒の圧力脈動による騒音のレベルを低減する技術に関する。

特許文献１には、駆動軸の周囲に配列されピストンが往復動自在に挿入された複数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、前記シリンダブロックの端面に接合され、各シリンダボアと吸入弁機構を介して連通する吸入室、及び各シリンダボアと吐出弁機構を介して連通する吐出室を有するシリンダヘッドとを備え、吐出室を吸入室の外側周囲に形成した圧縮機が開示されている。

そして、ノイズ騒音の要因となる圧力脈動を低減するため、吐出室を複数のリブによって周方向に複数の小室に区画し、これら小室相互をリブの突端とバルブプレート（吸入弁機構、吐出弁機構を備える）との間に形成した絞り通路を介して連通させている。

これにより、シリンダボアから吐出された高圧冷媒は、小室内で膨張し、絞り通路を通過して収縮し、隣接する小室で再度膨張するというように、膨張と収縮を繰り返しながら減衰された後、圧縮機から外部の冷凍回路へ流出する。

特開平７−２３３７８３号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、リブとバルブプレートとの間にバルブプレート面に沿って形成された絞り通路を介して音波がシリンダヘッド内を１周してしまうため、圧縮機の固有振動数付近での共振を十分低減することができず、騒音レベルの悪化を招いていた。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、圧縮機の圧力脈動による共振を低減して騒音レベルを十分低減することを目的とする。

このため本発明は、
駆動軸の周囲に配列されピストンが往復動自在に挿入された複数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、シリンダブロックの端面に接合され、各シリンダボアと連通する吸入弁及び吐出弁を備えたバルブプレートと、該バルブプレートに接合され、各シリンダボアと吸入弁を介して連通する吸入室、及び各シリンダボアと吐出弁を介して連通する吐出室を有するシリンダヘッドとを備え、吸入室及び吐出室の一方が他方の外側周囲に形成された圧縮機において、以下の構成を備える。

外側周囲に形成された吸入室または吐出室を、周方向に複数の小室に区画する複数のリブを配設すると共に、各リブに隣接する小室相互を連通する連通路を配設し、かつ、複数の連通路の駆動軸方向の位置が少なくとも１箇所で異なるようにした。

複数の連通路の駆動軸方向の位置が少なくとも１箇所で異なることにより、ある連通路を経た音波は、該連通路とは駆動軸方向の位置が異なる連通路が形成されたリブで反射されるので、シリンダヘッド内を音波が１周することが回避され、共振が効果的に抑制されて騒音レベルを十分低減することができる。

本発明に係る弁装置を供えた可変容量圧縮機を示す縦断面図。同上圧縮機のシリンダヘッドの横断面図。同上シリンダヘッドのリブに形成される連通孔の高さを相違させた第１の実施形態を、機能と共に示す図。同じく第２の実施形態を示す図。同じく第３の実施形態を示す図。本発明による騒音レベル低減効果を示す線図。本発明において冷媒流量を維持できる作用を示す線図。リブの連通孔形成の別の形態を示す斜視図。同上の別の形態で形成した連通孔を用いた実施形態を示す図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、実施形態における圧縮機を示し、この圧縮機は、車輌エアコンシステムに使用する斜板式可変容量型の往復動圧縮機１００である。

圧縮機１００は、シリンダブロック１０１と、シリンダブロック１０１の一端に連結したフロントハウジング１０２と、シリンダブロック１０１の他端にバルブプレート１０３を介して連結したシリンダヘッド１０４と、を備える。

シリンダブロック１０１とフロントハウジング１０２とによりクランク室１０５が画成され、駆動軸１０６は、クランク室１０５内を横断するように、シリンダブロック１０１及びフロントハウジング１０２に対してラジアル方向及びスラスト方向のベアリング１１３，１１５，１１６を介して回転可能に支持される。

駆動軸１０６の先端部は、フロントハウジング１０２のボス部１０２ａ内を貫通してフロントハウジング１０２の外部に突出し、この外部に突出した先端部に、車両のエンジンやモータなどの駆動源が動力伝達装置を介して連結される。
尚、駆動軸１０６とボス部１０２ａとの間に軸封装置１１２を設け、フロントハウジング１０２の内部（クランク室１０５）を外部から遮断している。

クランク室１０５内において、駆動軸１０６にはロータ１０８が固着され、このロータ１０８に対して連結部１０９を介して斜板１０７を取り付けてある。
斜板１０７は、その中心部に形成した貫通孔に駆動軸１０６が貫通し、駆動軸１０６と一体的に回転すると共に、駆動軸１０６の軸方向にスライド可能でかつ傾動可能に支持されている。また、ロータ１０８は、フロントハウジング１０２の前端側内壁に配設したスラストベアリング１１４によって回転可能に支持されている。

ロータ１０８と斜板１０７との間には、斜板１０７の傾角を減少させる方向に向けて斜板１０７を付勢するコイルバネ１１０が装着され、また、シリンダブロック１０１と斜板１０７との間には、斜板１０７の傾角を増大させる方向に向けて斜板１０７を付勢するコイルバネ１１１が装着されている。

シリンダブロック１０１には、駆動軸１０６を囲むように複数のシリンダボア１０１ａが形成され、各シリンダボア１０１ａには、ピストン１１７が駆動軸１０６の軸方向に往復動可能に収容されている。各ピストン１１７は、シュー１１８を介して斜板１０７の外周部に係合していて、斜板１０７が駆動軸１０６と共に回転すると、各ピストン１１７は、シリンダボア１０１ａ内を往復動する。

シリンダヘッド１０４には、駆動軸１０６の軸線の延長線上に吸入室１１９が配設されると共に、吸入室１１９を環状に取り囲む吐出室１２０が配設される。吸入室１１９は、バルブプレート１０３に設けた連通孔１０３ａ及び吸入弁の弁体１５０ａを介してシリンダボア１０１ａと連通し、吐出室１２０は、吐出弁の弁体１５０ｂ及びバルブプレート１０３に設けた連通孔１０３ｂを介してシリンダボア１０１ａと連通している。

フロントハウジング１０２、シリンダブロック１０１、バルブプレート１０３、シリンダヘッド１０４が、図示しないガスケットを介して複数の通しボルト１４０によって締結され、圧縮機ハウジングが形成される。

また、シリンダブロック１０１の外側には、マフラ１２１を設けてある。マフラ１２１には、吐出室１２０に連通する連通路１２１ａが、バルブプレートに形成した連通路１０３ｃと重合して形成されると共に、逆止弁２００が内蔵される。逆止弁２００は、上流側の吐出室１２０内の圧力が下流側圧力より所定以上高いときのみ開弁し、吐出室１２０から連通路１０３ｃ、１２１ａを介して流入した冷媒を、吐出ポート１２１ｂから吐出させるようになっている。

シリンダヘッド１０４には、車輌エアコンシステムの吸入側冷媒回路（蒸発器）と接続される吸入ポート１０４ａが形成されると共に、吸入ポート１０４ａの下流側近傍に開度調整弁２５０が介装され、吸入側冷媒回路（蒸発器）から吸入ポート１０４ａ及び開度調整弁２５０を介して流量調整された冷媒が吸入室１１９に吸入されるようになっている。

シリンダヘッド１０４には、容量制御弁３００を取り付けてある。
容量制御弁３００は、吐出室１２０とクランク室１０５とを連通する連通路１２５の開度を調整し、クランク室１０５への吐出冷媒の導入量を制御する。

また、クランク室１０５内の冷媒は、ベアリング１１５，１１６と駆動軸１０６との隙間を抜け、シリンダブロック１０１に形成した空間１２７、更に、バルブプレート１０３に形成したオリフィス１０３ｄを介して吸入室１１９へ流入する。

従って、容量制御弁３００によりクランク室１０５への吐出冷媒の導入量を調整してクランク室１０５の圧力を変化させ、斜板１０７の傾斜角、つまりピストン１１７のストローク量を変化させることにより、圧縮機１００の吐出容量を制御することができる。

尚、容量制御弁３００は、外部信号に基づいて内蔵するソレノイドへの通電量を調整し、連通路１２６を介して容量制御弁３００の感圧室に導入される吸入室１１９の圧力が所定値になるように、圧縮機１００の吐出容量を制御し、また、内蔵するソレノイドへの通電を遮断することにより、連通路１２５を強制開放して、圧縮機１００の吐出容量を最小に制御する。

次に、圧力脈動による騒音のレベルを低減するため、吐出室１２０に配設された構成を説明する。
図２に示すように、シリンダヘッド１０４の外周壁１０４ｂと、吸入室１１９と吐出室１２０とを仕切る内周壁１０４ｃとの間に、駆動軸１０６を中心とする円の径方向に複数のリブ１５１を配設して、吐出室１２０内を、各シリンダボア１０１ａの吐出側の連通孔１０３ｂと１個ずつ連通させた小室１２０ａ〜１２０ｇに区画する。このうち１個の小室（例えば小室１２０ａ）は、バルブプレート１０３の連通路１０３ｃと連通させている。

また、各リブ１５１に小室１２０ａ〜１２０ｇ相互を連通させる複数の連通孔（連通路）１５１ａ〜１５１ｇを、駆動軸１０６軸方向の位置（シリンダヘッド１０４端壁からの高さ位置、以下、連通孔の高さという）が少なくとも１つ異なるように形成する。

図３〜図５は、連通孔１５１ａ〜１５１ｇの高さを少なくとも１つ異ならせた各種実施形態を、各小室１２０ａ〜１２０ｇを直線状に展開した状態で示したものである。
図３，図４の実施形態では、連通孔１５１ａ〜１５１ｇの高さを、周方向に１個置きに異ならせたものである。連通孔１５１ａ〜１５１ｇのいずれかを透過した音波は、その連通孔に隣接したリブ１５１壁面に当たって反射する。このように、音波がシリンダヘッド１０４を１周することを回避できる。

このため、図６に示すように、圧縮機１００の固有振動数付近（例えば、４００〜５００Ｈｚ周辺）での共振を、効果的に抑制することができ、騒音レベルを十分低減することができる。

ところで、連通孔の高さを異ならせることにより冷媒の流動方向が波状に変化するため、流動抵抗の増大が考えられる。
しかし、本発明では、共振の抑制効果を高めることで騒音レベルを大きく引き下げることができるため、特許文献１のような連通路の開口面積を小さくして絞り、膨張、収縮の繰り返しによる騒音レベル低減機能を必要としないか、同機能の分担割合を少なくしても済む。したがって、連通孔の開口面積を大きくして冷媒の流動抵抗を減少させることができるので、特許文献１のように同一高さで小開口面積の連通路を設けた場合に比較しても、圧縮機の効率（成績係数ＣＯＰ）を同等以上に高めることも可能となる。

因みに、連通孔の総開口面積が所定以上の場合、図７に示すように、連通孔の総開口面積を同一として、同一高さのものと、同一運転条件（同一吐出圧、同一吸入圧）で比較しても、冷媒流量は略同等に維持できることが確認された。

一方、連通孔の開口面積を小さくして、膨張、収縮の繰り返しによる騒音レベル低減機能を併用して騒音レベル機能をより向上させることも可能である。
ただし、連通孔の開口面積を小さくしていくと、連通孔の高さを異ならせて冷媒の流動方向が波状に変化することによる流動抵抗の増大が無視できなくなり、冷媒流量に影響を生じると考えられる。

そこで、連通孔の開口面積を所定より小さくした場合は、図３に比較して図４のように、冷媒出口（バルブプレート１０３の連通路１０３ｃ）に隣接する直上流の連通孔１５１ａ、１５１ｂを冷媒出口の高さに近づける方が、冷媒流動方向の変化が小さくなって流動抵抗を減少できるため好ましい。

また、図５のように、冷媒出口から上流側２つ目までの連通孔１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｇを、冷媒出口の高さに近づけるようにすれば、流動抵抗をより減少できる。

また、リブ１５１に形成する連通孔を、図８に示すように孔軸を斜め方向に形成してもよい。シリンダヘッド１０４に鋳造等でリブ１５１を一体成形する場合は、リブ１５１の厚み方向と平行な連通孔を加工することが難しいが、斜め方向加工とすれば、シリンダヘッド１０４を斜めにセットした状態で容易に加工することができる。特に、リブ１５１の連通孔以外でもシリンダヘッド１０４を斜めにセットした状態で加工する箇所があるので、これらと同時に効率良く加工することができる。

さらに、連通孔を斜め方向に形成する場合は、図９に示すように、冷媒出口の直上流の連通孔１５１ａ、１５１ｂを、冷媒が冷媒出口に向かう方向に孔軸を設定したり、その他の連通孔も冷媒の流動方向に沿うように孔軸を設定したりすることにより、流動抵抗をより減少できる。

一方、リブ１５１は、上記実施形態のようにシリンダヘッド１０４と一体成形されるものの他、シリンダヘッド１０４と別体の部材で形成することもできる。この場合は、リブ１５１を圧縮機運転時の温度状態に対して耐久性を有する樹脂で形成することもでき、圧縮機の軽量化を図れる。

本発明は、以上示した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、シリンダヘッドの中心側に吸入室を有し、該吸入室の外側に吐出室を有した圧縮機に適用したが、シリンダヘッドの中心側に吐出室を有し、該吐出室の外側に吸入室を有した圧縮機もあり、この場合は、外側の吸入室に対して本発明を同様に適用することができ、吸気脈動による騒音レベルを低減することができる。

また、以上の実施形態のように、外側の吐出室又は吸入室に対し、シリンダボア数より少ない数の小室に区画形成してもよい。したがって、リブの個数は、２つ以上でよく、２つ以上のリブに形成される連通孔のうち、少なくとも１つの高さが相違していればよい。

また、各リブに形成される連通孔の断面形状や断面積が相違していてもよく、リブ毎に連通孔を複数形成してもよい。また、連通孔の孔軸を斜め方向に形成する場合は、各連通孔の孔軸の方向を相違させてもよく、１個のリブに複数の連通孔を交差させて配設することもできる。

また、リブで仕切られる各小室とバルブプレート面とは、完全にシールしてよいが、実質的に音波を遮断できる程度の隙間は有していてもよい。
また、複数のリブに形成される連通孔のうち、リブのバルブプレート側の突端に形成した凹溝とバルブプレート面との間に形成される連通孔を含んでいても、高さが相違する他の連通孔を有していればよい。

１００…圧縮機
１０１…シリンダブロック
１０１ａ…シリンダボア
１０３…バルブプレート
１０３ａ…バルブプレートの連通孔（吸入側）
１０３ｂ…バルブプレートの連通孔（吐出側）
１０３ｃ…バルブプレートの連通路（冷媒出口）
１０４…シリンダヘッド
１０４ｂ…シリンダヘッドの外周壁
１０４ｃ…シリンダヘッドの内周壁
１０６…駆動軸
１１９…吸入室
１２０…吐出室
１２０ａ〜１２０ｇ…小室
１５１…リブ
１５１ａ〜１５１ｇ…リブの連通孔

Claims

駆動軸の周囲に配列されピストンが往復動自在に挿入された複数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、前記シリンダブロックの端面に接合され、前記各シリンダボアと連通する吸入弁及び吐出弁を備えたバルブプレートと、該バルブプレートに接合され、前記各シリンダボアと前記吸入弁を介して連通する吸入室、及び前記各シリンダボアと前記吐出弁を介して連通する吐出室を有するシリンダヘッドとを備え、前記吸入室及び吐出室の一方が他方の外側周囲に形成された圧縮機において、
前記外側周囲に形成された吸入室または吐出室を、周方向に複数の小室に区画する複数のリブを配設すると共に、前記各リブに隣接する小室相互を連通する連通路を配設し、かつ、前記複数の連通路の前記駆動軸方向の位置が少なくとも１箇所で異なるようにしたことを特徴とする圧縮機。
前記連通路は、前記リブを斜め方向に貫通する孔で形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
前記外側周囲に吐出室が形成される場合において、前記シリンダヘッドの周壁に前記吐出室の吐出口が形成され、該吐出口の前記駆動軸方向の位置と、前記吐出口に隣接するリブに配設される連通路の前記駆動軸方向の位置とは一致させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
前記外側周囲に吐出室が形成される場合において、前記シリンダヘッドの周壁に前記吐出室の吐出口が形成され、該吐出口に隣接するリブに形成される前記連通路の孔軸の延長線上近傍に前記吐出口を有することを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
前記外側周囲に吸入室が形成される場合において、前記シリンダヘッドの周壁に前記吸入室の吸入口が形成され、該吸入口の前記駆動軸方向の位置と、前記吸入口に隣接するリブに配設される連通路の前記駆動軸方向の位置とは一致させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
前記外側周囲に吸入室が形成される場合において、前記シリンダヘッドの周壁に前記吸入室の吸入口が形成され、該吸入口に隣接するリブに形成される前記連通路の孔軸の延長線上近傍に前記吸入口を有することを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
前記リブは、シリンダヘッドと別体の部材で形成される請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の圧縮機。