JPH0539777A - 変速機付き圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷媒圧縮機を駆動する摩擦式無段変速機の潤
滑油の系統を冷凍機油の系統から独立させると共に、変
速機の潤滑油の冷却を適正に行うこと。 【構成】 空調装置の冷凍サイクルに挿入される冷媒圧
縮機１と、それに付設されて駆動回転数を調整する摩擦
式無段変速機２とよりなり、無段変速機２の摩擦係合面
を潤滑する潤滑油を冷却するため、変速機室１２に接続
して設けられて潤滑油を循環させる冷却回路１４と、そ
の一部を構成すると共に冷凍サイクルの蒸発器６より下
流側の低温の戻り冷媒が流れる圧縮機１の吸入経路の一
部に設けられる熱交換器２０（圧縮機１の吸入室２４内
に設けてもよい）と、同じく冷却回路１４へ変速機室１
２内の潤滑油を流通させるための潤滑油給送手段１６と
を備えていることを特徴とする変速機付き圧縮機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用空調装置の冷
媒圧縮機として実施するのに好適な、摩擦式無段変速機
を付設した圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用空調装置においては、空調装置
が自動車の走行用エンジンによって駆動されるが、自動
車の走行状態に応じてエンジンの回転数が広範囲に変化
するので、空調装置の冷媒圧縮機をその時に必要な冷房
能力に見合う適切な回転数で駆動すると共に、消費動力
の節約を図るために、冷媒圧縮機をそれと一体的に付設
された摩擦式の無段変速機によって駆動するものが提案
されている。特開昭６２−１７０７８７号公報に記載さ
れたものもその一つで、冷媒圧縮機とそれを駆動するプ
ーリとの間に、遊星摩擦車を有するコンパクトな摩擦式
の無段変速機を組み込んで構成されている。

【０００３】このような摩擦式の無段変速機は金属製の
摩擦車（リングを含む）を使用しているので、摩擦車の
係合面を潤滑して磨耗やかじりを防止すると共に、摩擦
によって発生する熱を除去するために、潤滑油を摩擦車
の係合面に供給するようになっている。また、熱を吸収
した潤滑油の温度上昇に伴う粘性の低下により、摩擦車
のトラクション係数が低下するのを防止するため、例え
ば、ハウジングに設けられたフィンのような手段によっ
て、潤滑油を冷却するようにしている。

【０００４】この種の摩擦式無段変速機が空調装置の冷
媒圧縮機に付設される場合には、変速機室を圧縮機の吸
入室とし、冷媒圧縮機用の潤滑油である冷凍機油を含ん
でいる蒸発器からの低温、低圧の戻り冷媒を、まず変速
機室内に導入して、そこから圧縮機内へ吸入させるよう
に構成すれば、冷凍機油により摩擦車の係合面を潤滑す
ることができると共に、戻り冷媒が持っている余分な冷
熱を利用して、変速機室内の潤滑油（冷凍機油）の冷却
をすることができるので、潤滑油の系統を冷凍機油の系
統と別に設ける必要がなくなり、構造簡素化の面でも有
利である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】冷凍機油を変速機の潤
滑のために共通使用することは、上記のような利点を有
するものの、その反面において不都合な点も併せて持っ
ている。例えば、蒸発器からの戻り冷媒には、運転状態
によって液状の冷媒が含まれていることがあり、これが
変速機室に入って摩擦車の係合面に供給されると、液冷
媒には潤滑性が乏しいのと、摩擦車の表面についている
潤滑油を洗い落とす好ましくない作用があることによっ
て、係合面の潤滑油が無くなり、異常なスリップが発生
したり、磨耗やかじりを起こすことがある。

【０００６】本発明はこの問題に対処し、冷媒圧縮機と
して使用される摩擦式の無段変速機を付設した圧縮機に
おいて、変速機の摩擦係合面を十分に潤滑しながら、そ
れに使用される潤滑油の冷却も有利に、且つ問題なく行
って、変速機の特性を左右する潤滑油の温度を適正に管
理することができるようにすることを、発明の解決課題
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決するために、空調装置の冷凍サイクルに挿入されて冷
媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機に付設されて前記圧
縮機の駆動回転数を調整する摩擦式無段変速機とよりな
り、前記無段変速機の摩擦係合面を潤滑する潤滑油を冷
却するため前記無段変速機の変速機室に接続して設けら
れて潤滑油を循環させる冷却回路と、前記冷却回路の少
なくとも一部を構成すると共に、前記冷凍サイクルの低
温の戻り冷媒と潤滑油との熱交換を行う熱交換器と、同
じく前記冷却回路に前記変速機室内の潤滑油を流通させ
るための潤滑油給送手段とを備えていることを特徴とす
る変速機付き圧縮機を提供する。

【０００８】

【作用】圧縮機は、それに付設された摩擦式無段変速機
によって自由に回転数を調整されて、必要な冷房能力に
見合う冷媒流量を発生させるが、摩擦式無段変速機は摩
擦車の係合面において発熱するので、潤滑油はその熱を
吸収して昇温する。本発明においては、無段変速機の変
速機室の潤滑油を潤滑油給送手段によって冷却回路へ流
通させる。冷却回路の一部を構成する熱交換器は、冷凍
サイクルの低温の戻り冷媒が通過する圧縮機の吸入経路
に配置されているため、温度の高い潤滑油は熱交換器内
で効率よく冷却される。温度が低下した潤滑油は、再び
冷却回路を通って変速機室に戻され、摩擦車の係合面へ
供給される。

【０００９】

【実施例】図２は、本発明の第１実施例である変速機付
き圧縮機を備えた自動車用空調装置のシステム全体を示
したもので、１は摩擦式無段変速機２と一体化された容
積型の冷媒圧縮機、３は凝縮器、４は受液器、５は膨張
弁、６は蒸発器、７は車室内の空気を送る送風ファン、
８は図示しない車両の走行用エンジンからベルトを介し
て駆動される変速機駆動用プーリをそれぞれ示してい
る。これらの各構成部分は図示のように一連の導管によ
って接続されて冷凍回路を形成し、その中を変速機付き
圧縮機１によって加圧された冷媒が矢印の方向に流れ
る。図示しない手段を用い、エンジンの回転数に応じて
変速機２の変速比を無段階に調整することによって、圧
縮機１の回転数を任意の目標値に合わせることができ、
それにより冷媒の流量の変動を抑えて、車室内の温度を
変動のない一定値に保つことができる

【００１０】本発明による第１実施例（図２）の一部を
更に具体化した自動車空調用の摩擦式無段変速機付き圧
縮機の具体例を示す図１において、１００は図２におけ
る容積型圧縮機１の一例としてのベーン型圧縮機を示
し、２００は、同じく図２における摩擦式無段変速機２
の一例としての、数個の遊星摩擦車２０２を１個のリン
グ２０４と各１個の入力摩擦車２０６及び出力摩擦車２
０８に係合させた形式の摩擦式無段変速機を示してい
る。そこで、これらのベーン型圧縮機１００、及び遊星
摩擦車２０２を有する無段変速機２００の、従来から知
られている構造について簡単に説明することにする。

【００１１】圧縮機１００のフロントハウジング１０２
は、変速機２００との間を仕切る壁になっており、その
中に形成された空間は、背後の隔壁１０４によって出入
口以外を閉ざされた吸入室１０６を形成する。吸入室１
０６には図示しない入口を通じて、前述の蒸発器６から
低温低圧の冷媒を受け入れ、やはり図示しない出口か
ら、圧縮機１００のセンターハウジング１０８のシリン
ダ開口と、その中で回転する偏心したロータ１１０と、
それに支持されて出没するベーン１１２とによって形成
される作動室の中へ吸入させる。作動室で圧縮された高
温高圧の冷媒は吐出室１１４へ、吐出弁１１６を押し開
いて吐出する。

【００１２】吐出される冷媒の中に含まれている冷凍機
油の大部分は、比重の差等によりオイル分離室１１８内
で分離され、冷凍機油を殆ど含まない冷媒が出口ポート
１２０から前述の凝縮器３へ送り出される。オイル分離
室１１８の底部には吐出された冷媒から分離された冷凍
機油が溜まり、吐出側と吸入側との圧力差を利用する
か、又は専用の冷凍機油ポンプによって、圧縮機の軸受
やベーン１１２の摺動面等に供給されるようになってお
り、変速機２００とは独立の循環潤滑システムを構成し
ている。なお、図１における１２２は、冷媒や冷凍機油
が圧縮機１００から変速機２００の方へ漏れないように
するために、圧縮機１００の駆動軸１２４とフロントハ
ウジング１０２の開口との間に設けられるオイルシール
を示してしる。

【００１３】摩擦式無段変速機２００は、圧縮機１００
のフロントハウジング１０２の更に前部に締結して一体
化される変速機ハウジング２１０を有し、その内部空間
である変速機室２１２には、後述のような摩擦式無段変
速機構が構成されると共に、変速機専用の潤滑油を所定
のレベルまで収容している。ハウジング２１０の中心に
は、軸受２１４等によって入力軸２１６が、圧縮機１０
０の駆動軸１２４とは独立に且つ同一の軸線Ｘ−Ｘ上に
軸支され、前述のようにプーリ８を取り付けられて、自
動車のエンジンからベルトを介して回転駆動される。

【００１４】入力軸２１６の内方端部は、変速機室２１
２内において、圧縮機の駆動軸１２４上にラジアル軸受
及びスラスト軸受によって軸支された円板状の入力摩擦
車２０６と嵌め合い嵌合することにより、それを回転さ
せるようになっている。圧縮機の駆動軸１２４には、出
力摩擦車２０８も回転可能に軸支されており、その背後
を、駆動軸１２４に固定されたカムディスク２１８が、
それと出力摩擦車２０８に設けられたカム面、ボール２
２０、その他圧縮ばね等からなる押圧力発生機構２２２
を介して支持している。

【００１５】出力摩擦車２０８は、伝達されるトルクが
大きくなって駆動軸１２４に取り付けられたカムディス
ク２１８に対する相対回転（ずれ）角度が大きくなるに
つれて、ボール２２０が出力摩擦車２０８とカムディス
ク２１８の互いに対向するカム面の高い位置に乗り上
げ、両者の間隔を引き離すので、出力摩擦車２０８は軸
方向前方の入力摩擦車２０６に向かって押しやられ、そ
の間に係合している各遊星摩擦車２０２に対する摩擦圧
接力はもとより、遊星摩擦車２０２とリング２０４との
摩擦圧接力をも伝達トルクに応じて増加させる作用をす
る。

【００１６】入力摩擦車２０６と出力摩擦車２０８との
間で自由に回転することができるキャリヤ２２４によっ
て、数個の遊星摩擦車２０２の回転軸が同じ円周上に等
間隔に、且つ入力軸２１６に対して同じ角度をなすよう
に軸承されており、これらの遊星摩擦車２０２の各円錐
形摩擦面には、前述のリング２０４が共通に摩擦係合し
ている。リング２０４は、回動は阻止されているが変速
操作機構２２６によって軸方向に移動調節されることが
でき、それによって各遊星摩擦車２０２の円錐形摩擦面
におけるリング２０４との係合点の有効半径が一斉に変
化するようになっている。そして、各遊星摩擦車２０２
の基部に形成された溝形摩擦面には入力摩擦車２０６が
同時に摩擦係合すると共に、円錐形の底面に相当する円
板形摩擦面には出力摩擦車２０８が同時に摩擦係合する
ことによって、遊星型の摩擦式無段変速機構が構成され
ている。

【００１７】作動状態において、図示しないエンジンに
よりプーリ８が回転駆動されると、入力軸２１６と連動
する入力摩擦車２０６が回転し、遊星摩擦車２０２を静
止しているリング２０４に沿って転動（自転）させるこ
とによりキャリヤ２２４に公転を発生させる。入力摩擦
車２０６の回転数が一定であるとき、キャリヤ２２４の
公転速度は遊星摩擦車２０２の自転速度と共に、変速操
作機構２２６によって位置決めされるリング２０４の軸
方向位置に依存する。リング２０４が軸方向に移動する
につれて、それと係合している遊星摩擦車２０２の円錐
形摩擦面における有効半径が変化し、遊星摩擦車２０２
の自転速度及びキャリヤ２２４の公転速度が変わって、
遊星摩擦車２０２と係合している出力摩擦車２０８に無
段階に変速された回転が取り出される。

【００１８】従って、入力軸２１６が定速で回転すると
き、出力摩擦車２０８が押圧力発生機構２２２を介して
間接的に連動している圧縮機１００の駆動軸１２４の回
転数は、変速操作機構２２６によって変速機２００の変
速比が無段階に変化することによって、出力摩擦車２０
８の回転数と共に無段階に変化する。逆に、エンジンと
共に入力軸２１６や入力摩擦車２０６の回転数が変動す
るときでも、この摩擦式無段変速機２００の変速操作機
構２２６をそれに合わせて操作すれば、圧縮機１００の
駆動軸１２４の回転数をほぼ一定に維持することが可能
になる。この作用によって、実施例の変速機付き圧縮機
１００は、エンジンの回転数が変動しても、常に必要な
冷房能力をもたらすだけの冷媒流量を発生させ得る回転
数となるように調整されるので、冷房能力を理想的に制
御することができる。

【００１９】このように、遊星摩擦車２０２を有する摩
擦式の無段変速機２００や、無段変速機によって駆動さ
れる圧縮機１００を車両用空調装置の冷媒圧縮機として
利用すること自体は従来技術に属するが、本発明の第１
実施例を具体的に示す図１の摩擦式無段変速機２００を
付設した圧縮機１００においては、これまでに説明した
構成に加えて、変速機室２１２にある潤滑油を冷却する
特別の手段を備えている。即ち、変速機室２１２には潤
滑油の冷却回路２２８が接続して設けられ、この冷却回
路２２８には潤滑油の給送手段であるオイルポンプ２３
０と、熱交換器であるオイルクーラ２３２が直列に挿入
される。

【００２０】図１に示す実施例におけるオイルクーラ２
３２は二重構造になっており、冷凍サイクルの蒸発器か
ら圧縮機１００の吸入室１０６へ低温、低圧の戻り冷媒
を流入させる吸入経路の配管２３８の一部がオイルクー
ラ２３２の内部を通過しており、配管２３８を流れる戻
り冷媒によって、冷却回路２２８を流れる潤滑油が冷却
されるようになっている。但し、この場合、オイルクー
ラ２３２内にある冷媒の吸入配管２３８は、冷凍サイク
ルにおいて蒸発器よりも下流側で圧縮機よりも上流側の
部分であるだけでなく、膨張弁の感温筒が取り付けられ
ている箇所よりも下流側の部分である。

【００２１】即ち、第１実施例の特徴だけを概略的に示
す図２においては、本発明の骨子である潤滑油冷却回路
１０が、変速機２の変速機室１２と、導管１４によって
接続される潤滑油の給送手段１６と、それが導管１８に
よって接続される熱交換器２０と、変速機室１２へ戻る
導管２２とによって構成されることを示している。熱交
換器２０は、冷凍サイクルにおいて低温、低圧の戻り冷
媒が流れる蒸発器６から圧縮機１の吸入室２４までの管
路のうちでも、膨張弁５の感温筒９が設けられる位置よ
りも下流側に設置される。もし熱交換器２０を膨張弁５
の感温筒９よりも上流側に設けると、膨張弁５のスーパ
ーヒート効果によって冷媒流量が増加して、消費動力が
増大する恐れがあるが、第１実施例の構成によって、膨
張弁の制御特性を悪化させることなく、戻り冷媒の余分
な冷熱のみを活用して潤滑油を冷却することができる。

【００２２】本発明の要件として、オイルクーラ２３２
（熱交換器）は低温、低圧の戻り冷媒が流れる圧縮機の
吸入経路のうちの適所に設けられればよいので、例えば
それを圧縮機の吸入室の内部に設けることもできる。そ
の実施例を第２実施例として図３及び図４に示す。第２
実施例において図１及び図２に示した前述の第１実施例
と同様な部分については同じ参照符号を付して説明を省
略する。第２実施例の一部を具体的に示す図３におい
て、変速機室２１２に接続される潤滑油の冷却回路２２
８は、圧縮機１００の吸入室１０６内に設けられた熱交
換器としてのオイルクーラ２３２と、オイルポンプ２３
０が直列に接続されて構成される。第２実施例における
オイルクーラ２３２は、潤滑油を流す導管２３４に多数
のフィン２３６が取り付けられたもので、変速機室２１
２の潤滑油が、圧縮機１００の吸入室１０６において蒸
発器６からの低温の戻り冷媒によって充分に冷却される
ように、オイルクーラ２３２は吸入室１０６の全周にわ
たって設けられている。

【００２３】第２実施例の特徴だけを概略的に示す図４
から明らかなように、潤滑油冷却回路１０が、変速機２
の変速機室１２と、導管１４によって接続される潤滑油
の給送手段１６と、それが導管１８によって接続される
熱交換器２０と、変速機室１２へ戻る導管２２とによっ
て構成され、その熱交換器２０がフィンを有しない単な
る導管であっても、それを圧縮機１の戻り冷媒が流れる
吸入室２４内を通過するように設けることが第２実施例
の特徴である。第２実施例においては、熱交換器２０を
圧縮機の内部の吸入室２４内に設けるため、配管の取り
回しを圧縮機の内部で処理することができるので、シス
テム全体がコンパクトにまとまり、取り付けも容易にな
る利点がある。

【００２４】図２に示す第１実施例においては、冷凍サ
イクルに、感温筒９からの信号に基づいて蒸発器６へ供
給される冷媒の減圧膨張の程度を変化させる膨張弁５を
設けることを前提としているが、第２実施例においては
感温筒９を有する膨張弁５を必須のものとしていない。
例えば、アキュムレータサイクルと呼ばれる冷凍サイク
ルにおいては、膨張弁の代わりにキャピラリチューブ等
の固定絞りを用いると共に、減圧手段と圧縮機との間に
冷媒循環量の変動に対処するアキュムレータを配するこ
とによって膨張弁を設けないが、このような冷凍サイク
ルに対しても、本発明を適用することができる。

【００２５】各例における潤滑油の給送手段１６は必ず
しもオイルポンプのようなものに限られず、変速機２内
の潤滑油を圧縮機１の吸入室２４内を通過する冷却回路
１０を循環させ得るものであればどのようなものであっ
ても良い。潤滑油の給送手段１６は、例えば図４におい
て、変速機室１２と圧縮機１の吸入室２４との温度差を
利用した熱サイフォンとして構成することもできる。こ
の場合は、導管２２の先端も変速機室１２内の潤滑油の
液面下に開口している必要があるが、オイルポンプ１６
のような機器を設ける必要がなく、冷却回路１０全体が
給送手段１６を構成する。つまり、変速機室１２内の高
温の潤滑油は比重が減少しているため上昇して導管２２
の方へ流出するが、その代わりに熱交換器２０で冷却さ
れて比重が増加した潤滑油が導管１８及び１４を通って
変速機室１２へ流入するので、潤滑油は冷却回路１０内
を前記とは逆方向に自然循環して、その間に吸入室２４
において冷却される。

【００２６】なお、それに限定する訳ではないが、これ
らの実施例における潤滑油の循環量は１０cc/min程度で
ある。もっとも、変速機室１２（２１２）内の潤滑油の
温度を検出して、その温度に応じて潤滑油の循環量を制
御し、高温時には循環量を多く、低温時には少なくする
ことが望ましい。潤滑油の循環量の制御は、検出した温
度に応じて例えば潤滑油給送手段１６（オイルポンプ２
３０）をＯＮ−ＯＦＦ制御、デューティ制御、もしくは
電圧制御することによって可能である。

【００２７】以上の説明においては、図１に示したよう
なベーン型の容積式圧縮機１００と遊星摩擦車２０２を
有する無段変速機２００とを組合せたものを具体的な実
施例として取り上げているが、本発明においては、容積
型の圧縮機や摩擦式無段変速機がこのような形式のもの
に限定される訳ではなく、本発明の特徴から明らかなよ
うに、その他の形式、例えばプランジャ型の冷媒圧縮機
や、ハーフトロイダル型の摩擦式無段変速機等との組合
せに対しても同様に適用することができることは言うま
でもない。

【００２８】

【発明の効果】本発明により、摩擦式無段変速機に最適
の潤滑油温度が維持されるため、摩擦式無段変速機は最
も少ない動力によって、スリップなしに冷媒用の圧縮機
を駆動することができる。そして、任意の回転数におい
て動力が摩擦式無段変速機から冷媒圧縮機に伝達され、
その時に必要な冷房能力に見合う冷媒流量が過不足なく
得られる。

【００２９】本発明においては、特に、無段変速機の変
速機室の潤滑油が、冷却回路によって圧縮機の吸入経路
に設けられた熱交換器に流通させられ、そこで、空調装
置の冷凍サイクルにおける低温の戻り冷媒がもっている
余分の冷熱を活用して効率よく冷却されるので、潤滑油
冷却のための特別の機器を大規模に増設する必要もな
く、充分な冷却効果を挙げることができる。また、圧縮
機の潤滑油（冷凍機油）系統とは隔離された変速機独自
の潤滑油系統を設けるので、潤滑油に冷媒が混入して起
こるトラブルの心配もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における圧縮機とそれに付
設される摩擦式無段変速機の具体例を示す縦断面図であ
る。

【図２】本発明の第１実施例の摩擦式無段変速機付き圧
縮機を使用している空調装置の全体構成を例示する概念
図である。

【図３】本発明の第２実施例における圧縮機とそれに付
設される摩擦式無段変速機の具体例を示す縦断面図であ
る。

【図４】本発明の第２実施例の摩擦式無段変速機付き圧
縮機を使用している空調装置の全体構成を例示する概念
図である。

【符号の説明】

１…容積型圧縮機 ２…摩擦式無段変速機 ５…膨張弁 ６…蒸発器 ９…感温筒 １０…変速機の潤滑油冷却回路 １２…変速機室 １４…潤滑油の冷却回路 １６…潤滑油給送手段 ２０…熱交換器 ２４…冷媒の吸入室 １００…ベーン型圧縮機 １０６…吸入室 １１２…ベーン １２４…駆動軸 ２００…遊星摩擦車を有する無段変速機 ２０２…遊星摩擦車 ２０４…リング ２０６…入力摩擦車 ２０８…出力摩擦車 ２１２…変速機室 ２１６…入力軸 ２２２…押圧力発生機構 ２２６…変速操作機構 ２２８…変速機の潤滑油冷却回路 ２３０…オイルポンプ ２３２…オイルクーラ（熱交換器） ２３６…フィン ２３８…戻り冷媒吸入経路の配管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調装置の冷凍サイクルに挿入されて冷
   媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機に付設されて前記圧
   縮機の駆動回転数を調整する摩擦式無段変速機とよりな
   り、前記無段変速機の摩擦係合面を潤滑する潤滑油を冷
   却するため前記無段変速機の変速機室に接続して設けら
   れて潤滑油を循環させる冷却回路と、前記冷却回路の少
   なくとも一部を構成すると共に、前記冷凍サイクルの低
   温の戻り冷媒と潤滑油との熱交換を行う熱交換器と、同
   じく前記冷却回路に前記変速機室内の潤滑油を流通させ
   るための潤滑油給送手段とを備えていることを特徴とす
   る変速機付き圧縮機。
2. 【請求項２】 前記圧縮機は、冷媒の凝縮を行う凝縮
   器、冷媒の蒸発を行う蒸発器、前記蒸発器の下流側に配
   設される感温筒からの信号に基づいて前記蒸発器へ供給
   される冷媒の減圧膨張の程度を変化させる膨張弁と共に
   前記冷凍サイクルを構成し、前記熱交換器は、前記冷凍
   サイクルの前記蒸発器よりも下流側の冷媒経路のうち、
   前記感温筒が取り付けられた位置の下流側から前記圧縮
   機の吸入室までの少なくとも一部に設けられていること
   を特徴とする請求項１記載の変速機付き圧縮機。
3. 【請求項３】 前記熱交換器は前記圧縮機の吸入室内に
   配置されることを特徴とする請求項１記載の変速機付き
   圧縮機。