JP4412186B2 - 可変容量圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、可変容量圧縮機に係り、特に可変容量運転時における吸入脈動に起因する振動および異音の低減に関する。

従来、ピストン式圧縮機においては収入時に吸入リード弁が自励振動しないようにストッパが設けられていた。しかし、ピストン式可変容量圧縮機においては吸入ガス量が最大容量時と可変容量時とでは異なるために最大容量時に合せてストッパを設けると、特に小容量時や最小容量状態であるＯＦＦ運転からの起動時には吸入リード弁が十分に開かずストッパに当らない状態が発生する。このため、吸入リード弁が自励振動を起こし、吸入脈動となりその振動が圧縮機外に伝播し異音が発生することがあった。

そこで、例えば特許文献１には、吸入通路の開口面積を制御する開度制御弁を配設して低流量時における圧力変動を低減しようとする圧縮機が開示されている。

特開２０００−１３６７７６号公報

しかしながら、上記特許文献１では、吸入通路のガスの流れによる差圧とバネ力を利用して開度制御弁を作動させているため、絞りの効果を重視すると最大容量時にも絞り効果がでて性能が低下し、最大容量時の性能を確保すると絞り効果が必要な低容量時に十分絞ることができないという問題があった。
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、可変容量時における圧力変動の低減を確実に図ることができるとともに最大容量時には流量を十分に確保でき性能を維持できる可変容量圧縮機を提供することを目的とする。

この発明に係る可変容量圧縮機は、容量が可変制御される可変容量圧縮機において、吸入通路上にマフラを備えると共に吸入通路上に容量の値に応じて吸入通路の開度を調整する開度制御弁を備え、開度制御弁は、最大容量運転時に可変容量運転時よりも吸入通路の開度を大きくし、開度制御弁は、吸入圧力を受けて移動自在に配置されると共に吸入通路を開閉する弁体と、クランク室圧力を受けて移動自在に配置された可動体と、可動体と弁体とを互いに引き離す方向に付勢する付勢部材とを有するものである。

開度制御弁で容量の値に応じて吸入通路の開度を調整することにより、最大容量時には吸入通路の開度を大きくして性能を確保し、小容量時には吸入通路を絞ってマフラによる吸入脈動低減効果を最大限に引き出すことができる。

好ましくは、容量がクランク室圧力の調整によって可変制御され、開度制御弁は、吸入圧力とクランク室圧力との差圧に基づいて吸入通路の開度を調整する。また、可動体は、最大容量運転時には弁体により吸入通路の開度を最大とし且つ付勢部材による付勢力が作用しない位置まで移動し、可変容量運転時には弁体により吸入通路の開度を絞る位置にまで移動するように構成することができる。可動体の移動をストッパにより規制するようにしてもよい。

なお、吸入通路に連通する開口を開度制御弁の弁室の内壁面に形成し、弁室内に移動自在に配置された弁体の位置により吸入通路の開度を決定する開口の有効面積を調整することができる。あるいは、吸入通路に連通する開口を弁体に形成し、開度制御弁の弁室内に移動自在に配置された弁体の位置により吸入通路の開度を決定する開口の有効面積を調整してもよい。
また、吸入通路と吸入室とを常時連通させることができる。

この発明によれば、吸入通路上にマフラを備えると共に吸入通路上に容量の値に応じて吸入通路の開度を調整する開度制御弁を備えたので、最大容量時には開度を十分にとれて性能が低下することなく、脈動低減が必要な小容量時には吸入通路の開度を十分に絞ってマフラにより吸入脈動の低減を図ることができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に実施の形態１に係る可変容量圧縮機の構造を示す。シリンダブロック１の前端部にフロントハウジング２が連結され、後端部に弁形成体３を介してリヤハウジング４が連結されている。シリンダブロック１とフロントハウジング２とによりクランク室５が区画形成されており、このクランク室５を貫通するようにシリンダブロック１及びフロントハウジング２に駆動シャフト６が回転可能に支持されている。駆動シャフト６の前端部はフロントハウジング２から外部に突出しており、車両のエンジンやモータ等の図示しない回転駆動源に連結される。フロントハウジング２内において駆動シャフト６に回転支持体７が固着されると共に回転支持体７に係合するように斜板８が取り付けられている。斜板８は、その中心部に形成された貫通孔に駆動シャフト６が貫通した状態で、斜板８に突出形成されたガイドピン９が回転支持体７に形成されたガイド孔１０にスライド可能に嵌入されており、ガイドピン９とガイド孔１０との連係により駆動シャフト６と一体的に回転すると共に駆動シャフト６の軸方向にスライド可能に且つ傾動可能に支持されている。また、回転支持体７はフロントハウジング２の前端内壁部に配設されたスラストベアリング１１により回転可能に支持されている。

シリンダブロック１には駆動シャフト６の周りに複数のシリンダボア１２が配列形成され、各シリンダボア１２にピストン１３がスライド可能に収容されている。各ピストン１３はシュー１４を介して斜板８の外周部に係合しており、斜板８が駆動シャフト６と共に回転すると、各ピストン１３はシュー１４を介してシリンダボア１２内を駆動シャフト６の軸方向に往復運動する。

リヤハウジング４の中央部には弁形成体３に面して吸入室１５が区画形成され、吸入室１５の外周部には吸入室１５を取り囲むように吐出室１６が区画形成されている。
また、シリンダブロック１とリヤハウジング４には、クランク室５と吐出室１６とを常時連通する連通路１７が形成されており、この連通路１７の途中に電磁弁からなる容量制御弁１８が配設されている。さらに、シリンダブロック１には、クランク室５と吸入室１５とを連通する抽気通路１９が形成されている。

また、リヤハウジング４には、外部に露出する吸入ポート２０が形成されており、吸入ポート２０と吸入室１５とが吸入通路２１により連通されている。この吸入通路２１の途中には吸入脈動を低減するためのマフラ２２が形成されると共にマフラ２２の上流側の吸入通路２１上に吸入通路２１の開度を可動調整する開度制御弁Ｖの弁室２３が形成されている。弁室２３の内壁面に開口された吸入口２４を介して弁室２３とマフラ２２とが連通している。弁室２３内には、吸入通路２１を開閉するための有底円筒状の弁体２５が移動自在に収容されている。また、弁室２３の底部２３ａは連通路２６及び１７を介してクランク室５に連通されている。

図２に示されるように、開度制御弁Ｖの弁体２５には、吸入ポート２０を臨む前面に吸入圧力Ｐｓが、弁室２３の底部２３ａを臨む後面にクランク室５の圧力Ｐｃがそれぞれ作用しており、弁体２５は吸入圧力Ｐｓとクランク室５の圧力Ｐｃとの差圧に応じて弁室２３内を移動する。
そして、弁室２３内における弁体２５の位置により吸入口２４の一部あるいは全部がマフラ２２内に露出し、これにより吸入ポート２０と吸入室１５とが連通するように構成されている。すなわち、弁室２３内の弁体２５の位置に基づいて吸入口２４の有効面積が調整され、吸入通路の開度が決定される。

弁室２３の内壁部には弁体２５の移動を規制するためのストッパ２３ｂが配設されており、弁体２５が弁室２３内を吸入ポート２０に向かって前進してストッパ２３ｂに当接すると、吸入口２４の一部のみが開いて吸入ガスの通路が絞られる。一方、弁体２５が弁室２３内を底部２３ａに向かって後退すると、図３に示されるように、吸入口２４が全開状態となる。

次に、この実施の形態１に係る可変容量圧縮機の動作について説明する。駆動シャフト６の回転駆動に伴うピストン１３の復動動作すなわちシリンダボア１２内を後退する動作により、吸入室１５内の冷媒ガスが弁形成体３の吸入ポート２７から吸入リード部を押しのけてシリンダボア１２内へ流入し、続くピストン１３の往動動作すなわちシリンダボア１２内を前進する動作により、弁形成体３の吐出ポート２８から吐出リード部を押しのけて吐出室１６へ吐出される。

容量制御弁１８の開度が変わることにより、連通路１７を介した吐出室１６からクランク室５へのガス導入量と抽気通路１９を介したクランク室５から吸入室１５へのガス導出量とのバランスが制御されてクランク室５の圧力Ｐｃが決定される。容量制御弁１８の開度を変えてクランク室５の圧力Ｐｃが変更されると、ピストン１３を介したクランク室５内とシリンダボア１２内との差圧が変更され、斜板８の傾斜角度が変化する。その結果、ピストン１３のストロークすなわち圧縮機の吐出容量が調整される。

例えば、クランク室５の圧力Ｐｃが下げられると、斜板８の傾斜角度が増加してピストン１３のストロークが増大し、吐出容量が大きくなる。逆に、クランク室５の圧力Ｐｃが上げられると、斜板８の傾斜角度が減少してピストン１３のストロークが縮小し、吐出容量が小さくなる。

ここで、最大容量運転時には、容量制御弁１８の開度設定によりクランク室５の圧力Ｐｃが低下されて吸入圧力Ｐｓとほぼ等しくなる。クランク室圧力Ｐｃが吸入圧力Ｐｓとほぼ等しくなったことにより、クランク室圧力Ｐｃが吸入圧力Ｐｓに抗して吸入通路２１を絞る方向へ開度制御弁Ｖの弁体２５を付勢する力がなくなる。このため、吸入通路２１を通って吸入ポート２０から吸入室１５へ流れ込む吸入ガス流によって開度制御弁Ｖの弁体２５が弁室２３内を底部２３ａに向かって後退する。これにより、図３に示されるように、吸入口２４が全開して最大容量の吐出が可能となる。このとき、開度制御弁Ｖの弁体２５にはスプリング等による付勢力は作用していないため、弁体２５の後退に際してほとんどエネルギーの損失はなく、最大容量運転時の性能が確保される。

一方、可変容量運転時には、容量制御弁１８の開度設定によりクランク室５の圧力Ｐｃが上昇されて吸入圧力Ｐｓより高くなる。このため、開度制御弁Ｖの弁体２５が弁室２３内を吸入ポート２０に向かって前進し、図２に示されるように、弁体２５がストッパ２３ｂに当接したところで弁体２５の前進が規制される。これにより、吸入口２４の一部のみが開いた状態となって吸入ガスの通路が絞られる。吸入ガスは、この絞られた通路を通ってマフラ２２内に入るため、マフラ２２の効果が最大限に引き出され、吸入脈動が十分に低減されることとなる。

実施の形態２
図４に実施の形態２に係る可変容量圧縮機の開度制御弁の構造を示す。開度制御弁Ｖの弁室２３内に有底円筒状の弁体２９が移動自在に収容されると共に弁体２９の後部側に有底円筒状の可動体３０が移動自在に収容され、弁体２９と可動体３０との間にこれら両者を互いに引き離す方向に付勢する付勢部材としてのバネ３１が配置されている。また、弁体２９と可動体３０との間の弁室２３の内壁部には可動体３０の移動を規制するためのストッパ３２が配設されている。弁体２９の前面に吸入通路２１を介して吸入口２４を開く方向へ吸入圧力Ｐｓが、可動体３０の後面に連通路２６を介して吸入口２４を閉じる方向へクランク室５の圧力Ｐｃがそれぞれ作用している。なお、その他の部分の構造は実施の形態１と同様である。

最大容量運転時には、クランク室５の圧力Ｐｃが吸入圧力Ｐｓとほぼ等しくなるので、吸入ガス流によって弁体２９が弁室２３内を底部２３ａに向かって押圧され、可動体３０は弁体２９により吸入通路の開度を最大とし且つバネ３１による付勢力が弱くなるかまたは実質的に作用しない位置まで後退する。これにより、図５に示されるように、吸入口２４が全開する。このとき、弁体２９により吸入口２４を絞る効果を実質的に無くすことができ、圧縮機の効率が求められる最大容量運転時の性能が確保される。

一方、可変容量運転時には、クランク室５の圧力Ｐｃが上昇されて吸入圧力Ｐｓより高くなるので、可動体３０が弁室２３内を前進することによりバネ３１の弁体２９に作用する吸入圧Ｐｓと吸入ガス流に抗して吸入通路を閉じるように作用する状態になる。これにより、吸入通路は徐々に絞られる。図４に示されるように、可動体３０がストッパ３２に当接したところで可動体３０の前進が規制され、バネ３１により弁体２９に作用する付勢力は最大に作用し、吸入ガスの流量に抗した絞り効果が増大する。その結果、マフラ２２の効果が最大限に引き出され、圧力変動が十分に抑制される。

同様に吸入通路を絞る効果を求められるＯＦＦ容量運転からの起動時においても、クランク室５の圧力Ｐｃにより図４に示されるように、可動体３０がストッパ３２に当接するまで前進し、バネ３１により弁体２９に作用する付勢力が強い状態となる。このため、容量が大きくなろうとする容量復帰起動時には、吸入ガスの流量に抗して大きな絞り効果を奏し、マフラ２２の効果が最大限に引き出されて圧力変動が十分に抑制され、異音の発生等が防止される。

なお、この実施の形態２においては弁体２９と可動体３０との間の空間をほぼ密閉状態とすることによりダンパー効果を持たせ、吸入脈動により弁体２９自体が振動して異音を発生することを防止していると共に絞りの効果が確保されている。

また、図５に示されるように、最大容量運転時に弁体２９がストッパ３２に当接するまで後退し、吸入口２４が全開して吸入通路の開度が最大となったが、最大容量運転時に可動体３０が弁室２３の底部２３ａに至った状態でもバネ３１の付勢力によって弁体２９がストッパ３２から離れた状態にあるように構成することもできる。このようにすれば、最大容量運転時においても吸入ガス流量の変動に対して絞り機能を発揮することが可能となる。

実施の形態３
実施の形態１においては、弁室２３の内壁面に吸入口２４を開口させ、弁室２３内を円筒状の弁体２５が移動することにより吸入口２４を開閉したが、これに限るものではなく、図６に示されるように、弁室２３内を移動する弁体３３に吸入口３４を開口形成し、この弁体３３を移動させることにより吸入口３４を開閉する構造とすることもできる。

最大容量運転時には、クランク室５の圧力Ｐｃが低下されて吸入圧力Ｐｓとほぼ等しくなるので、クランク室圧力Ｐｃが吸入圧力Ｐｓに抗して吸入通路２１を絞る方向へ開度制御弁Ｖの弁体３３を付勢する力がなくなり、吸入通路２１を通って吸入ポート２０から吸入室１５へ流れ込む吸入ガス流によって開度制御弁Ｖの弁体３３が弁室２３内を底部２３ａに向かって後退する。これにより、図７に示されるように、吸入口３４が全開して最大容量の吐出が可能となる。このとき、開度制御弁Ｖの弁体３３にはスプリング等による付勢力は作用していないため、弁体３３の後退に際してほとんどエネルギーの損失はなく、最大容量運転時の性能が確保される。

一方、可変容量運転時には、クランク室５の圧力Ｐｃが上昇されて吸入圧力Ｐｓより高くなるので、開度制御弁Ｖの弁体３３が弁室２３内を吸入ポート２０に向かって前進し、図６に示されるように、弁体３３がストッパ２３ｂに当接したところで弁体３３の前進が規制される。これにより、吸入口３４の一部のみが開いた状態となって吸入ガスの通路が絞られ、マフラ２２の効果が最大限に引き出されて吸入脈動が十分に低減される。

なお、このように吸入口３４が開口形成された弁体３３を移動させることにより吸入通路２１の開度を調整する構造の開度制御弁Ｖにおいても、実施の形態２と同様に、弁体３３にバネを介し可動体を連結してダンパー効果を持たせることができる。これにより、吸入脈動によって弁体３３自体が振動し異音を発生することを防止すると共に絞りの効果を確保することが可能となる。

なお、上述した実施の形態１及び３においては、ＯＦＦ容量時に弁体が吸入口を全閉することなく、吸入通路と吸入室とが常時連通しているが、実施の形態２と同様に可変容量運転時及びＯＦＦ運転時に吸入口を全閉させる構成とすることもできる。

また、実施の形態１〜３においては、吸入通路２１の開度を可動調整する開度制御弁Ｖをマフラ２２の上流側の吸入通路２１上に配設したが、マフラ２２の下流側の吸入通路２１上に配設することもできる。

この発明の実施の形態１に係る可変容量圧縮機の構造を示す断面図である。 実施の形態１における可変容量運転時の開度制御弁の様子を模式的に示す図である。 実施の形態１における最大容量運転時の開度制御弁の様子を模式的に示す図である。 実施の形態２における可変容量運転時の開度制御弁の様子を模式的に示す図である。 実施の形態２における最大容量運転時の開度制御弁の様子を模式的に示す図である。 実施の形態３における可変容量運転時の開度制御弁の様子を模式的に示す図である。 実施の形態３における最大容量運転時の開度制御弁の様子を模式的に示す図である。

符号の説明

１ シリンダブロック、２ フロントハウジング、３ 弁形成体、４ リヤハウジング、５ クランク室、６ 駆動シャフト、７ 回転支持体、８ 斜板、１２ シリンダボア、１３ ピストン、１５ 吸入室、１６ 吐出室、１７，２６ 連通路、１８ 容量制御弁、２０ 吸入ポート、２１ 吸入通路、２２ マフラ、２３ 弁室、２３ａ 底部、２３ｂ、３２ ストッパ、２４，３４ 吸入口、２５，２９，３３ 弁体、３０ 可動体、３１ バネ。

Claims (8)

1. 容量が可変制御される可変容量圧縮機において、
   吸入通路上にマフラを備えると共に吸入通路上に容量の値に応じて吸入通路の開度を調整する開度制御弁を備え、
   該開度制御弁は、最大容量運転時に可変容量運転時よりも吸入通路の開度を大きくし、
   前記開度制御弁は、
   吸入圧力を受けて移動自在に配置されると共に吸入通路を開閉する弁体と、
   クランク室圧力を受けて移動自在に配置された可動体と、
   該可動体と前記弁体とを互いに引き離す方向に付勢する付勢部材と
   を有することを特徴とする可変容量圧縮機。
2. 前記開度制御弁は、最大容量運転時には吸入通路の開度を最大とする請求項１に記載の可変容量圧縮機。
3. クランク室圧力を調整することにより容量が可変制御され、
   前記開度制御弁は、吸入圧力とクランク室圧力との差圧に基づいて吸入通路の開度を調整する請求項１または２に記載の可変容量圧縮機。
4. 前記可動体は、最大容量運転時には前記弁体により吸入通路の開度を最大とし且つ前記付勢部材による付勢力が作用しない位置まで移動し、可変容量運転時には前記弁体により吸入通路の開度を絞る位置にまで移動する請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変容量圧縮機。
5. 前記可動体の移動を規制するストッパを備えた請求項１〜４のいずれか一項に記載の可変容量圧縮機。
6. 吸入通路に連通する開口が前記開度制御弁の弁室の内壁面に形成され、前記弁室内に移動自在に配置された前記弁体の位置により吸入通路の開度を決定する前記開口の有効面積が調整される請求項１〜５のいずれか一項に記載の可変容量圧縮機。
7. 吸入通路に連通する開口が前記弁体に形成され、前記開度制御弁の弁室内に移動自在に配置された前記弁体の位置により吸入通路の開度を決定する前記開口の有効面積が調整される請求項１〜５のいずれか一項に記載の可変容量圧縮機。
8. 吸入通路と吸入室とが常時連通している請求項１〜７のいずれか一項に記載の可変容量圧縮機。

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