JP2012207567A - 可変容量型斜板式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を増加させずにクランク室に流入するブローバイガス量を制限することができる可変容量型斜板式圧縮機を提供すること。
【解決手段】可変容量型斜板式圧縮機Ｃにおいて、シリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１１ａ内にピストン３０が収容されるとともに、クランク室１５には駆動軸１６と一体回転する斜板２２が収容されている。斜板２２にはピストン３０が係留されるとともに、ピストン３０によってシリンダボア１１ａ内に圧縮室２４が区画されている。給気通路３９には第１制御弁ＣＶ１が設けられている。シリンダボア１１ａの摺接面Ｓにおいて、ピストン３０の上死点位置Ｐ１より下死点側にブローバイガスの導入溝１１ｂが形成されるとともに、導入溝１１ｂから吸入室３１に至る導入通路１７がシリンダブロック１１に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピストンによってシリンダボア内に圧縮室が区画され、圧縮室に吸入圧領域及び吐出圧領域が連通するとともに、吐出圧領域とクランク室とを繋ぐ給気通路に、給気通路の開度を調節する制御弁が設けられた可変容量型斜板式圧縮機に関する。

傾角可変に斜板を収容するクランク室を備えた可変容量型斜板式圧縮機においては、クランク室内の圧力が高くなると斜板の傾角が小さくなり、シリンダボア内におけるピストンのストロークが小さくなって吐出容量が小さくなる。一方、クランク室内の圧力が低くなると斜板の傾角が大きくなり、シリンダボア内におけるピストンのストロークが大きくなって吐出容量が大きくなる。そして、可変容量型斜板式圧縮機においては、クランク室に高圧の制御ガスを供給しつつ、その供給量を制御弁によって制御することでクランク室の圧力を制御し、吐出容量を制御している。

しかし、クランク室内には、圧縮室で圧縮された高圧の冷媒ガスが、ピストンとシリンダボアとの間（サイドクリアランス）を通ってブローバイガスとして流入する。ブローバイガスのクランク室への流入は、クランク室の圧力を制御目標とされた値から異ならせてしまい、斜板の傾角が所望する角度からずれて、所望する吐出容量を得られなくなってしまう。そこで、特許文献１に開示の斜板式圧縮機においては、クランク室に流入するブローバイガス量を制限するために、ピストンの外周面にピストンリングを嵌着している。

特開平１１−２９４３２２号公報

ところが、特許文献１においては、ブローバイガス量を制限するために、ピストンとは別部材のピストンリングを必要とし、斜板式圧縮機の部品点数が増加してしまっている。
本発明は、部品点数を増加させずにクランク室に流入するブローバイガス量を制限することができる可変容量型斜板式圧縮機を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、シリンダブロックに形成された複数のシリンダボア内にピストンが収容されるとともに、クランク室に駆動軸と一体回転する斜板が収容され、該斜板には前記ピストンが係留されるとともに、前記ピストンによって前記シリンダボア内に圧縮室が区画され、該圧縮室に吸入圧領域及び吐出圧領域が連通するとともに、前記吐出圧領域と前記クランク室とを繋ぐ給気通路に、該給気通路の開度を調節する制御弁が設けられた可変容量型斜板式圧縮機に関する。そして、前記ピストンが摺接する前記シリンダボアの摺接面において、前記ピストンの上死点位置より下死点側に、前記ピストンと前記シリンダボアとの間のサイドクリアランスを流れるブローバイガスの導入溝が形成されるとともに、前記シリンダブロックに前記導入溝から前記吸入圧領域に至る導入通路が形成されている。

これによれば、導入溝及び導入通路により、ブローバイガスをサイドクリアランスから吸入室に導入することができ、ピストンにピストンリング等を設けることなく（部品点数を増加させることなく）、クランク室に流入するブローバイガス量を制限することができる。また、制御弁によって制御されたクランク室の圧力が、ブローバイガスによって変動してしまうことを抑制することができる。

また、前記導入溝は、前記摺接面における前記ピストンの下死点位置よりも前記上死点側に形成されていてもよい。
これによれば、ピストンが下死点位置に到達しても、導入溝及び導入通路を介して吸入圧領域から圧縮室に冷媒を吸入して吸入補助することができる。

また、前記導入溝は、前記シリンダボアの周方向の全体に亘って延びていてもよい。
これによれば、シリンダボアとピストンとの間のサイドクリアランスのどの位置でもブローバイガスを導入溝に導入することができ、ブローバイガスを効率良く吸入圧領域に導入することができる。

本発明によれば、部品点数を増加させずにクランク室に流入するブローバイガス量を制限することができる。

（ａ）は実施形態の可変容量型斜板式圧縮機を示す断面図、（ｂ）はピストンが下死点に位置した状態を示す部分断面図。 シリンダボア、導入溝、及び導入通路を示す図１のＡ−Ａ線断面図。 別例の可変容量型斜板式圧縮機を示す断面図。 別例の可変容量型斜板式圧縮機を示す断面図。 導入溝の別例を示す部分断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図２にしたがって説明する。
図１に示すように、可変容量型斜板式圧縮機（以下、単に圧縮機と記載する）Ｃのハウジング１０は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１の一端（図１では左端）に接合されたフロントハウジング１２と、シリンダブロック１１の他端（図１では右端）に弁形成体１３を介して接合されたリヤハウジング１４とから構成されている。ハウジング１０内において、シリンダブロック１１とフロントハウジング１２とで囲まれた空間にはクランク室１５が区画されている。また、シリンダブロック１１とフロントハウジング１２には、駆動軸１６が回転可能に支持されるとともに、クランク室１５内において駆動軸１６には、ラグプレート２１が一体回転可能に固定されている。

駆動軸１６のハウジング１０からの突出端部には、動力伝達機構ＰＴを介して外部駆動源としての車両のエンジンＥが作動連結されている。動力伝達機構ＰＴは、外部からの電気制御によって動力の伝達及び遮断を選択可能なクラッチ機構（例えば電磁クラッチ）であってもよく、又は、そのようなクラッチ機構を持たない常時伝達型のクラッチレス機構（例えばベルト及びプーリの組合せ）であってもよい。本実施形態では、クラッチレスタイプの動力伝達機構ＰＴが採用されている。

クランク室１５内において、駆動軸１６には斜板２２がスライド移動可能、かつ傾動可能に支持されるとともに、この斜板２２は押圧ばね２５によって傾角が最小になる方向へ付勢されている。ラグプレート２１と斜板２２との間にはヒンジ機構２３が介在されている。そして、斜板２２は、押圧ばね２５の付勢力、ヒンジ機構２３を介したラグプレート２１との間でのヒンジ連結、及び駆動軸１６の支持により、ラグプレート２１及び駆動軸１６と同期回転可能であるとともに、駆動軸１６の軸方向へのスライド移動を伴いながら駆動軸１６に対し傾動可能となっている。

シリンダブロック１１には、複数（本実施形態では５つ、図面には１つのみ示す）のシリンダボア１１ａが駆動軸１６を取り囲むようにして貫設されるとともに、各シリンダボア１１ａにはピストン３０が往復動可能に収容されている。各シリンダボア１１ａの両開口は、弁形成体１３及びピストン３０によって閉塞されるとともに、各シリンダボア１１ａ内にはピストン３０の往復動に応じて体積変化する圧縮室２４が区画されている。各ピストン３０は、シュー２９を介して斜板２２の外周部に係留されている。そして、駆動軸１６の回転にともなう斜板２２の回転運動が、シュー２９を介してピストン３０の往復直線運動に変換される。

弁形成体１３とリヤハウジング１４との間には、吸入室３１と、この吸入室３１を取り囲む吐出室３２とが区画形成されている。弁形成体１３には各シリンダボア１１ａに対応して、吸入ポート３３、及びこの吸入ポート３３を開閉する吸入弁３４、並びに、吐出ポート３５、及びこの吐出ポート３５を開閉する吐出弁３６が形成されている。吸入ポート３３を介して吸入室３１と各シリンダボア１１ａ（圧縮室２４）とが連通されるとともに、吐出ポート３５を介して各シリンダボア１１ａ（圧縮室２４）と吐出室３２とが連通されている。

車両用空調装置の冷媒循環回路（冷凍サイクル）は、上述した圧縮機Ｃと外部冷媒回路４０とから構成されている。外部冷媒回路４０は、吐出室３２と接続されたガスクーラ４１、このガスクーラ４１と接続された膨張弁４２、及びこの膨張弁４２と接続された蒸発器４３を備え、蒸発器４３は吸入室３１に接続されている。

圧縮機Ｃにおいて、斜板２２の傾角（駆動軸１６の軸線Ｌ１に直交する平面との間でなす角度）は、クランク室１５内の圧力（Ｐｃ）の変更に応じて変更され、最小傾角（図１で実線で示す状態）と最大傾角（図１で二点鎖線で示す状態）との間の任意の角度に設定される。

斜板２２の傾角の制御に関与するクランク圧Ｐｃを制御するための容量制御機構は、ハウジング１０内に設けられた抽気通路３７、給気通路３９、第１制御弁ＣＶ１、第２制御弁ＣＶ２、及び逆止弁９０によって構成されている。

抽気通路３７は、クランク室１５と吸入圧力（Ｐｓ）領域である吸入室３１とを接続している。抽気通路３７の途中には、抽気通路３７の通路断面積（開度）を調節可能な第２制御弁ＣＶ２が配設されている。一方、給気通路３９は、吐出圧力（Ｐｄ）領域である吐出室３２とクランク室１５とを接続している。給気通路３９の途中には、給気通路３９の通路断面積（開度）を調節可能な第１制御弁ＣＶ１が配設されている。

第２制御弁ＣＶ２には、給気通路３９から分岐した第１分岐通路３９ａによって吐出室３２内の冷媒が第１制御弁ＣＶ１を介して制御ガスとして導入されるとともに、吸入室３１から分岐した第２分岐路３１ａによって吸入室３１内の冷媒が導入されている。そして、第２制御弁ＣＶ２は、制御ガス圧力と吸入圧力Ｐｓとの差圧に基づいて作動し、制御ガス圧力が高くなると、抽気通路３７の通路断面積を減少させるようになっている。なお、第２制御弁ＣＶ２は、抽気通路３７を閉じて通路断面積をゼロとすることはなく、最小開度を維持し、第２制御弁ＣＶ２は固定絞りとして機能する。そして、第２制御弁ＣＶ２により、クランク室１５と吸入室３１とは、抽気通路３７を介して常時連通された状態となっている。一方、第１制御弁ＣＶ１は、図示しないソレノイドへの通電制御により、給気通路３９の開度が決定されるようになっている。

逆止弁９０は、給気通路３９におけるクランク室１５側の開口側に配置されている。そして、この逆止弁９０は、ブローバイガスがクランク室１５に流入し、クランク圧Ｐｃが制御ガス圧力より高くなると、給気通路３９を閉鎖するようになっている。よって、逆止弁９０により、クランク室１５の圧力が第２制御弁ＣＶ２に作用することが阻止される。

圧縮機Ｃにおいては、第１制御弁ＣＶ１及び第２制御弁ＣＶ２の弁開度を調節することで、給気通路３９を介したクランク室１５への高圧な冷媒の供給量と、抽気通路３７を介したクランク室１５からの冷媒の排出量とのバランスが制御され、クランク圧Ｐｃが決定される。決定されたクランク圧Ｐｃに応じて、ピストン３０を介してのクランク圧Ｐｃとシリンダボア１１ａの内圧との差が変更され、斜板２２の傾角が変更される結果、ピストン３０のストローク、すなわち吐出容量が調節される。

次に、ブローバイガスを吸入室３１に導入するための構成について説明する。
図２に示すように、全てのシリンダボア１１ａにおいて、ピストン３０が摺接するシリンダボア１１ａの摺接面Ｓには、導入溝１１ｂがシリンダボア１１ａの周方向に沿って全周に亘って延びるように形成されている。なお、摺接面Ｓは、シリンダボア１１ａの内周面であり、弁形成体１３側の開口縁より若干クランク室１５側から、クランク室１５側の開口縁までの領域である。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、導入溝１１ｂは、摺接面Ｓのうち、ピストン３０の往復動方向に沿った上死点位置Ｐ１と下死点位置Ｐ２とで囲まれる領域内に配置されている。そして、導入溝１１ｂは、領域の中でも、下死点位置Ｐ２よりも若干上死点位置Ｐ１側に形成されている。このため、ピストン３０が下死点位置Ｐ２にあるとき、導入溝１１ｂは圧縮室２４内に露出するようになっている。なお、圧縮行程中に圧縮された冷媒ガスが導入溝１１ｂからほとんど漏れないようにするため、導入溝１１ｂは下死点位置Ｐ２の直近に形成されており、下死点位置Ｐ２から圧縮行程に移った直後に、ピストン３０によって速やかに塞がれる位置に形成されている。一方、ピストン３０が上死点位置Ｐ１にあるとき、導入溝１１ｂはピストン３０によって塞がれ、圧縮室２４内には露出しないようになっている。

図１及び図２に示すように、シリンダブロック１１及び弁形成体１３において、各シリンダボア１１ａよりも駆動軸１６寄りには、導入通路１７が形成されている。各導入通路１７は、一端が導入溝１１ｂに連通するとともに、他端が吸入室３１に連通している。そして、シリンダボア１１ａと吸入室３１とは、導入溝１１ｂ及び導入通路１７を介して連通するとともに、この導入溝１１ｂ及び導入通路１７により、圧縮室２４からクランク室１５に流れ込もうとする冷媒ガス、所謂ブローバイガスのほとんどが吸入室３１に導入されるようになっている。

導入溝１１ｂの深さは、ブローバイガスの全てが導入溝１１ｂ及び導入通路１７から吸入室３１に導入されてしまわないように、若干浅めに設定されている。このため、ブローバイガスのほとんどは、導入溝１１ｂ及び導入通路１７を経由して吸入室３１に導入されるが、残りの一部はクランク室１５へ流入するようになっている。

次に、本実施形態の圧縮機Ｃの作用について説明する。
さて、エンジンＥの駆動に伴い、駆動軸１６が回転すると、吸入室３１の冷媒ガスが、各ピストン３０の上死点位置Ｐ１から下死点側への往動により吸入ポート３３及び吸入弁３４を介して圧縮室２４に吸入される。

この吸入行程において、ピストン３０が下死点位置Ｐ２に達したとき、圧損等により圧縮室２４は吸入圧力に達していない場合が多い。この場合、導入溝１１ｂが導入通路１７を介して吸入室３１に連通し、その導入溝１１ｂが圧縮室２４に露出しているため、ピストン３０が下死点位置Ｐ２であっても、吸入圧力との差圧分だけ導入溝１１ｂ及び導入通路１７を介して冷媒ガスが圧縮室２４に吸入される。

圧縮室２４に吸入された冷媒ガスは、ピストン３０の下死点位置Ｐ２から上死点側への復動により所定の圧力にまで圧縮され、吐出ポート３５及び吐出弁３６を介して吐出室３２に吐出される。なお、ピストン３０が下死点位置Ｐ２から上死点側に向かった直後には、導入溝１１ｂはピストン３０によって塞がれるため、高圧の冷媒ガスが導入溝１１ｂから漏れることはほとんどない。

この圧縮行程において、ピストン３０の上死点位置Ｐ１で圧縮された高圧の冷媒ガスは、ピストン３０とシリンダボア１１ａとの間（サイドクリアランス）を通ってブローバイガスとしてクランク室１５に向かって流れる。しかし、ブローバイガスのほとんどは、圧縮室２４と吸入室３１との圧力差に基づいて下死点位置Ｐ２近くで導入溝１１ｂに入り込み、導入通路１７を経由して吸入室３１に導入される。このため、高圧のブローバイガスがクランク室１５へ多量に流入することが防止される。なお、ブローバイガスの一部は、導入溝１１ｂに入り込まず、そのままクランク室１５に流入する。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ピストン３０が摺接するシリンダボア１１ａの摺接面Ｓにおいて、ピストン３０の上死点位置Ｐ１より下死点側に導入溝１１ｂを形成するとともに、この導入溝１１ｂから吸入室３１に至る導入通路１７をシリンダブロック１１に形成した。そして、導入溝１１ｂ及び導入通路１７により、サイドクリアランスのブローバイガスを吸入室３１に導入することができ、クランク室１５に流入するブローバイガス量を制限することができる。したがって、ピストン３０にピストンリング等を設けることなく（部品点数を増加させることなく）、クランク室１５に流入するブローバイガス量を制限することができる。

（２）導入溝１１ｂ及び導入通路１７により、クランク室１５に流入するブローバイガス量を制限し、クランク室１５にブローバイガスが多量に流入することを防止することができる。このため、第１制御弁ＣＶ１によって制御されたクランク室１５の圧力が、ブローバイガスによって変動してしまうことを抑制することができる。その結果として、クランク室１５の圧力を、第１制御弁ＣＶ１で設定した制御目標に維持することができ、圧縮機Ｃの吐出容量を制御目標とする値に維持することができる。

（３）圧縮機Ｃにおいて、抽気通路３７の通路断面積（開度）を制御する第２制御弁ＣＶ２は、制御ガス圧力と吸入圧力Ｐｓとの差圧に基づいて作動する。制御ガス圧力は、吐出室３２内の冷媒が第１制御弁ＣＶ１を通過した後の制御ガスによって決定される。そして、第１制御弁ＣＶ１の開度が小さく、クランク室１５の圧力が小さくなるように制御されているとき（吐出容量増大時）、ブローバイガスによってクランク室１５の圧力が上昇すると、クランク室１５の圧力と制御ガスの圧力との差圧により、第２制御弁ＣＶ２が開いてしまう虞がある。しかし、本実施形態では、導入溝１１ｂ及び導入通路１７により、クランク室１５に流入するブローバイガス量を制限することができ、ブローバイガスによってクランク室１５の圧力が高められにくくなっている。よって、導入溝１１ｂ及び導入通路１７により、第２制御弁ＣＶ２が目的とするタイミング以外で開いてしまうこと防止することができる。

（４）導入溝１１ｂを全てのシリンダボア１１ａに形成した。このため、全てのシリンダボア１１ａからのクランク室１５へのブローバイガスの流入を防止することができる。
（５）導入溝１１ｂは、シリンダボア１１ａの摺接面Ｓの中でも下死点位置Ｐ２よりも僅かに上死点側に形成されている。このため、ピストン３０が下死点位置Ｐ２に到達しても、導入溝１１ｂ及び導入通路１７を介して吸入室３１から圧縮室２４に冷媒ガスを吸入して吸入補助することができる。したがって、圧損等による吸入損失があっても、導入溝１１ｂ及び導入通路１７を用いた冷媒ガスの吸入補助により、吸入効率を高めることができる。

（６）導入溝１１ｂは、シリンダボア１１ａの周方向の全周に亘って延びるように形成されている。このため、シリンダボア１１ａとピストン３０との間のサイドクリアランスのどの位置でもブローバイガスを導入溝１１ｂに導入することができ、ブローバイガスを効率良く吸入室３１に導入することができる。

（７）導入溝１１ｂの深さを調節することで、導入溝１１ｂ及び導入通路１７を経由して吸入室３１に導入されるブローバイガスの量を調整することができる。そして、本実施形態では、若干のブローバイガスがクランク室１５に流入するように導入溝１１ｂの深さを調節した。したがって、ブローバイガスと共に潤滑油をクランク室１５に戻すことができ、クランク室１５内での摺動部を潤滑することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図３に示すように、第１の実施形態における第２制御弁ＣＶ２を削除するとともに、シリンダブロック１１に形成された駆動軸１６の軸孔１１ｄ、及び弁形成体１３に形成された抽気孔１３ａから抽気通路を構成するとともに、抽気孔１３ａによって固定絞りが構成されている。

圧縮機Ｃにおいては、導入溝１１ｂ及び導入通路１７を形成したことで、クランク室１５へ流入するブローバイガス量を制限することができ、ブローバイガスによってクランク室１５の圧力が高められることを抑制することができる。このため、抽気通路の通路断面積を大きくしてクランク室１５の圧力を下げる必要がなく、抽気通路の抽気孔１３ａ（固定絞り）を小さくすることができる。その結果として、クランク室１５からの冷媒ガスの無駄な洩れを減らすことができる。

○ 実施形態では、５つのシリンダボア１１ａの全てに導入溝１１ｂを形成したが、図４に示すように、シリンダボア１１ａが６つ形成された可変容量型斜板式圧縮機Ｃにおいては、駆動軸１６の周方向に沿って１つおきに配置されたシリンダボア１１ａの摺接面Ｓに導入溝１１ｂを形成してもよい。

例えば、導入溝１１ｂが不等間隔おきに配置されたシリンダボア１１ａの摺接面Ｓに形成されていると、ブローバイガスの吸入室３１への導入の有無により、ピストン３０を介して駆動軸１６が傾く虞がある。しかし、導入溝１１ｂを、１つおきに配置されたシリンダボア１１ａの摺接面Ｓに形成することで、複数のピストン３０がアンバランスになることを抑え、駆動軸１６の傾きを抑えることができる。

○ 実施形態では、全てのシリンダボア１１ａに導入溝１１ｂを形成したが、駆動軸１６の周方向に沿って不等間隔おきに配置されたシリンダボア１１ａの摺接面Ｓに導入溝１１ｂを形成してもよい。

○ 実施形態では、導入溝１１ｂを下死点位置Ｐ２より僅かに上死点側に形成したが、導入溝１１ｂを下死点位置Ｐ２上に形成してもよく、図５に示すように、下死点位置Ｐ２よりもクランク室１５側に形成してもよい。

○ 実施形態では、導入溝１１ｂをシリンダボア１１ａの周方向の全周に亘って延びるように形成したが、導入溝１１ｂを周方向の一部だけに沿って延びるように形成してもよい。導入溝１１ｂの長さ、及び深さは、潤滑等の目的でクランク室１５に流入させるブローバイガス量に合わせて適宜変更してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記導入溝は、前記駆動軸の周方向へ一つおきに配置されたシリンダボアの摺接面に形成されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の可変容量型斜板式圧縮機。

（ロ）前記吸入圧領域と前記クランク室とを繋ぐ抽気通路に、該抽気通路の開度を調節する制御弁が設けられている請求項１〜請求項３、及び技術的思想（イ）のうちいずれか一項に記載の可変容量型斜板式圧縮機。

Ｃ…可変容量型斜板式圧縮機、ＣＶ１…制御弁としての第１制御弁、Ｓ…摺接面、Ｐ１…上死点位置、Ｐ２…下死点位置、１１…シリンダブロック、１１ａ…シリンダボア、１１ｂ…導入溝、１５…クランク室、１６…駆動軸、１７…導入通路、２２…斜板、２４…圧縮室、３０…ピストン、３１…吸入圧領域としての吸入室、３２…吐出圧領域としての吐出室、３９…給気通路。

Claims (3)

1. シリンダブロックに形成された複数のシリンダボア内にピストンが収容されるとともに、クランク室に駆動軸と一体回転する斜板が収容され、該斜板には前記ピストンが係留されるとともに、前記ピストンによって前記シリンダボア内に圧縮室が区画され、該圧縮室に吸入圧領域及び吐出圧領域が連通するとともに、前記吐出圧領域と前記クランク室とを繋ぐ給気通路に、該給気通路の開度を調節する制御弁が設けられた可変容量型斜板式圧縮機であって、
   前記ピストンが摺接する前記シリンダボアの摺接面において、前記ピストンの上死点位置より下死点側に、前記ピストンと前記シリンダボアとの間のサイドクリアランスを流れるブローバイガスの導入溝が形成されるとともに、前記シリンダブロックに前記導入溝から前記吸入圧領域に至る導入通路が形成されていることを特徴とする可変容量型斜板式圧縮機。
2. 前記導入溝は、前記摺接面における前記ピストンの下死点位置よりも前記上死点側に形成されている請求項１に記載の可変容量型斜板式圧縮機。
3. 前記導入溝は、前記シリンダボアの周方向の全体に亘って延びている請求項１又は請求項２に記載の可変容量型斜板式圧縮機。

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