JP3788005B2

JP3788005B2 - 可変容量型圧縮機

Info

Publication number: JP3788005B2
Application number: JP00904498A
Authority: JP
Inventors: 重樹岩波; 博史小川; 猛酒井
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: JPH11210661A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吐出容量を変化させることができる可変容量型圧縮に関するもので、エンジン（内燃機関）と電動モータとを有して走行する、いわゆるハイブリッド車両用の冷凍サイクルに適用して有効である。
なお、本明細書でいうハイブリット車両とは、エンジンと電動モータとを切換えて走行するハイブリット車両は勿論、エンジンを走行に用いず、発電のみに用い、車両走行は電動モータのみで行うハイブリット車両も含むものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開昭６３−５０６９３号公報に記載の発明では、ローリングピストン型圧縮機において、ローリングピストンを一の向きに回転（正転）させることにより吐出容量が最大となるようにし、一方、ローリングピストンを他の向きに回転（逆転）させることにより吐出容量が最小となるようにして可変容量型圧縮機を構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載の可変容量型圧縮機では、正転時には、流体が吸入ポートから流入して吐出ポートから吐出するのに対して、逆転時には、流体が吐出ポートから流入して吸入ポートから吐出するので、正転時と逆転時とでは流体の流通の向きが反対となる。
【０００４】
このため、上記公報に記載の可変容量型圧縮機を冷凍サイクルに適用した場合には、冷房運転のみ又は暖房運転のみの空調運転を行っているときに、吐出容量を変化させることができない。
また仮に、いずれかの空調運転を行っているときに、吐出容量を変化させるには、外部に四方弁などの切換弁を設けて通路を切換える必要があるるので、冷凍サイクルの構成部品の増加を招き、冷凍サイクルの製造原価上昇を招いてしまう。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、圧縮機の回転の向きに依らず、流体の流通の向きが変化することのない可変容量型圧縮機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜４に記載の発明では、吸入ポート（１３０）は、シャフト（１２０）が正転するときに体積が拡大していく状態の作動室（Ｖ）に連通し、かつ、シャフト（１２０）が逆転するときに体積が縮小していく状態の作動室（Ｖ）に連通する位置のみに形成され、
第１吐出ポート（１５１）は、シャフト（１２０）が正転するときに体積が縮小していく状態の作動室（Ｖ）に連通し、
第２吐出ポート（１５２）は、シャフト（１２０）が正転するときに体積が拡大していく状態の作動室（Ｖ）に連通していることを特徴とする。
【０００７】
これにより、シャフト（１２０）が正転するときの吐出容量は、作動室（Ｖ）の体積が最大となるときの体積に一致するとともに、流体は第１吐出ポート（１５１）から吐出することとなる。
一方、シャフト（１２０）が逆転するときは、作動室（Ｖ）の体積が縮小していくときに流体が吸入されて第２吐出ポート（１５２）から吐出することとなる。したがって、シャフト（１２０）が逆転するときの吐出容量を、シャフト（１２０）が正転するときの吐出容量より小さくすることができるとともに、シャフト（１２０）の回転の向きに依らず、流体の流通の向きを一定とすることができる。
【０００８】
なお、正転とは、シャフト（１２０）の回転の向きのうち一の向きの回転を言い、逆転とは正転と逆向きに回転することを言う。
請求項２に記載の発明では、シャフト（１２０）が回転するときに体積が拡大していく状態の作動室（Ｖ）に開口する連通ポート（１４１、１４２）を形成するととともに、連通ポート（１４１、１４２）から吸入ポート（１３０）側に至る通路（１４３）に、連通ポート（１４１、１４２）から吸入ポート（１３０）側に流体が逆流することを防止する逆止弁（１４４）を設けることを特徴とする。
【０００９】
これにより、作動室（Ｖ）の体積が拡大していくときに、作動室（Ｖ）内が負圧となることを防止できるので、可変容量型圧縮機が不必要な仕事をすることを防止できる。
請求項５に記載の発明では、シャフト（１２０）を正転させるときは、エンジンより駆動力を得てシャフト（１２０）を回転させ、シャフト（１２０）を逆転させるときには、電動モータ（５１０）より駆動力を得て前記シャフト（１２０）を回転させることを特徴とする。
【００１０】
これにより、電動モータ（５１０）によりシャフト（１２０）を駆動する際の駆動力（トルク）を小さくすることができるので、電動モータ（５１０）の大型化を防止できる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る可変容量型圧縮機（以下、圧縮機と略す）１００をハイブリッド車両用の冷凍サイクルに適用したものであり、図１は冷凍サイクルの模式図である。
【００１２】
図１中、２００は圧縮機１００から吐出した冷媒（流体）を凝縮させる凝縮器（放熱器）であり、３００は凝縮器２００から流出した冷媒を減圧する減圧器であり、４００は減圧器３００にて減圧された液相冷媒を蒸発させる蒸発器である。
次に、圧縮機１００について述べる。
【００１３】
図２は圧縮機１００の軸方向断面図であり、図２中、１１０はアルミニウム製のハウジングである。このハウジング１１０はフロントハウジング１１１、ミドルハウジング１１２、シリンダハウジング１１３およびリアハウジング１１４から構成されており、これらハウジング１１１〜１１４はボルト（図示せず）により固定されている。
【００１４】
１２０は車両走行用のエンジン（図示せず）から駆動力を得て回転するシャフトであり、このシャフト１２０の一端側（フロントハウジング１１１側）には、エンジンからの駆動力が伝達されるプーリ（図示せず）および電磁クラッチ（図示せず）が装着されるスプライン１２１が形成されている。
また、ミドルハウジング１１２、シリンダハウジング１１３およびリアハウジング１１４によって形成された空間１２２内には、シャフト１２０に一体形成されたロータ１２３が配設されており、このロータ１２３には、図３に示すように、ロータ１２３の径方向に摺動可能（出没可能）にロータ１２３内に挿入された板状のベーン１２４ａ、１２４ｂ（以下、両ベーン１２４ａ、１２４ｂを総称してベーン１２４と記す。）が、その端部を空間１２２（シリンダハウジング１１３）の内壁１１３ａに接触させた状態で配設されている。
【００１５】
なお、ロータ１２３の径寸法は空間１２２の径寸法より小さく、かつ、ロータ１２３の一部をシリンダハウジング１１３の内壁１１３ａに接触させているので、空間１２２は、ベーン１２４により仕切られた部分も含めて５つの作動室Ｖ1 〜Ｖ5 に仕切られている。このため、ロータ１２３（シャフト１２０）が回転すると、各作動室Ｖ1 〜Ｖ5 は、その体積を拡大縮小させながら、ロータ１２３の回転の向きに移動していく。
【００１６】
具体的には、ロータ１２３が、図３に示す一の向きに回転する（以下、この向きに回転する状態を正転と呼ぶ。）ときには、作動室Ｖ１は、その体積を拡大させながら、作動室Ｖ２の位置、作動室Ｖ３の位置へと移動していく。
その後は、作動室Ｖ１は、その体積を縮小させながら、作動室Ｖ４の位置、作動室Ｖ５の位置へと移動していく。
【００１７】
逆に、ロータ１２３が、図４に示す他の向き回転する（以下、この向きに回転する状態を逆転と呼ぶ。）ときには、作動室Ｖ５は、その体積を拡大させながら、作動室Ｖ４の位置、作動室Ｖ３の位置へと移動していく。その後は、作動室Ｖ５は、その体積を縮小させながら、作動室Ｖ２の位置、作動室Ｖ１の位置へと移動していく。
【００１８】
また、ミドルハウジング１１２には、作動室Ｖ1 〜Ｖ5 （以下、これらを総称して作動室Ｖと記す。）に吸入される冷媒を作動室Ｖに供給する吸入ポート１３０が開口しており、この吸入ポート１３０は、ロータ１２３（シャフト１２０）が正転するときに、体積が拡大していく状態の作動室Ｖ（本実施形態では、作動室Ｖ2 の位置）に連通するように形成されている。なお、吸入ポート１３０は、フロントハウジング１１１に形成された吸入室１３１（図２参照）に連通しており、この吸入室１３１は、蒸発器４００の出口側に接続されている。
【００１９】
また、ミドルハウジング１１２には、吸入ポート１３０に加えて、吸入ポート１３０側に連通する第１、２連通ポート１４１、１４２が形成されており、第１連通ポート１４１は、ロータ１２３が正転するときに体積が拡大していく状態の作動室Ｖ（本実施形態では作動室Ｖ1 の位置）に連通するように開口し、第２連通ポート１４２は、ロータ１２３が逆転するときに体積が拡大していく状態の作動室Ｖ（本実施形態では作動室Ｖ5 の位置）に連通するように開口している。
【００２０】
そして、両連通ポート１４１、１４２から吸入ポート１３０側に至る通路１４３には、両連通ポート１４１、１４２から吸入ポート１３０側に冷媒が逆流することを防止する逆止弁１４４が設けられている。
また、シリンダハウジング１１３には、凝縮器２００の入口側に接続される吐出室１５０が形成されているとともに、吐出室１５０と空間１２２（作動室Ｖ）とを連通させる第１、２吐出ポート１５１、１５２が形成されている。そして、第１吐出ポート１５１は、ロータ１２３（シャフト１２０）が正転するときに体積が縮小していく状態の作動室（本実施形態では作動室Ｖ5 の位置）に連通するように開口し、第２吐出ポート１５２は、ロータ１２３（シャフト１２０）が正転するときに体積が拡大していく状態の作動室（本実施形態では作動室Ｖ1 の位置）に連通するように開口している。
【００２１】
因みに、１５３は、両吐出ポート１５１、１５２を経由して吐出室１５０から作動室Ｖ側に冷媒が逆流することを防止する吐出弁である。また、図２中、１２０ａは、シャフト１２０を回転可能に支持する軸受である。
次に、本実施形態に係る圧縮機１００の作動および特徴を述べる。
１．ロータ１２３を正転させるとき（最大容量運転）
ロータ１２３が正転すると、図３に示すように、作動室Ｖ１は、その体積を拡大して吸入ポート１３０から冷媒を吸入しながら、作動室Ｖ３の位置へと移動していく。したがって、最大吸入量は、体積が最大となる作動室Ｖ３の体積である。
【００２２】
そしてその後、作動室Ｖ1 は体積を縮小させながら冷媒を圧縮していき、作動室Ｖ5 の位置に到達した時に、第１吐出ポート１５１より冷媒を吐出する。
なお、作動室Ｖ1 が作動室Ｖ2 の位置に移動する際に、その体積を拡大していくが、第１連通ポート１４１より冷媒が供給されているので、作動室Ｖ1 が負圧となることを防止できる。したがって、圧縮機１００が、不必要な仕事をすることを防止できる。
【００２３】
２、ロータ１２３を逆転させるとき（最小容量運転）
ロータ１２３が逆転すると、図４に示すように、作動室Ｖ5 は、その体積を拡大させて第２連通ポート１４２から冷媒を吸入しながら、作動室Ｖ3 の位置へと移動していく。したがって、正転時と同様に、作動室Ｖ5 の体積が拡大していくときに、作動室Ｖ5 が負圧になることが防止できるので、圧縮機１００が、不必要な仕事をすることを防止できる。
【００２４】
その後、作動室Ｖは、体積を縮小させていくが、作動室Ｖは吸入ポート１３０と連通しているので、冷媒を圧縮することなく、冷媒を吸入室１３１側に戻しながら作動室Ｖ１の位置へと移動していき、作動室Ｖ１では第２吐出ポート１５２より冷媒が吐出される。したがって、最終的に作動室Ｖ１に吸入された冷媒の吸入量は、作動室Ｖ１の体積となり、最小容量運転となる。
【００２５】
以上に述べたように、本実施形態に係る圧縮機１００によれば、外部に四方弁などの切換弁を設けることなく、第２吐出ポート１５２を新たに設けるといった簡便な手段で、圧縮機１００（シャフト１２０）の回転の向きに依らず、冷媒の流通の向きが変化することを防止できる。延いては、冷凍サイクルの製造原価上昇を防止できる。
【００２６】
なお、本実施形態では、第２連通ポート１４２を作動室Ｖ5 の位置のみに設けたが、第２連通ポート１４２の数および大きさはこれに限定されるものでなく、圧縮機１００の容量に応じて適宜選定されるものである。
（第２実施形態）
本実施形態は、図５に示すように、圧縮機１００と電動モータ５１０とを一体化したもの（以下、この一体化されたものを圧縮装置５００と呼ぶ。）である。
【００２７】
そして、圧縮装置５００は、正転させるとき（最大容量運転時）には、エンジンによりシャフト１２０を回転させて圧縮機１００を稼動させ、逆転させるとき（最小容量運転時）には、電動モータ５１０によりシャフト１２０を回転させて圧縮機１００を稼動させる。
ところで、電動モータ５１０から得られる駆動力（トルク）と、エンジンから得られる駆動力（トルク）と同等にしようとすると、電動モータ５１０の大型化を招いてしまう。
【００２８】
これに対して、本実施形態のごとく、電動モータ５１０にて圧縮機１００を稼動させるときには、逆転させて最小容量運転状態とすれば、電動モータ５１０で必要とされる駆動力を小さくすることができるので、電動モータ５１０の大型化を防止できる。
なお、最小容量運転時に最大容量運転時（エンジンにより圧縮機１００を稼動させるとき）と同等な冷凍能力を得るときには、電動モータ５１０の回転数を増大させればよい。
【００２９】
ところで、上述の実施形態では、ロータ１２３およびベーン１２４により、空間１２２を複数個の作動室Ｖに仕切るとともに、それら作動室Ｖの体積をシャフト１２０の回転に連動して拡大縮小させる可動部材を構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図６に示すように、ロータ１２３およびベーン１２４に代えて、空間１２２内でシャフト１２０と一体に回転するローリングピストン１６０により可動部材が構成されたローリングピストン型の圧縮機としてもよい。
【００３０】
また、本発明に係る可変容量型圧縮機は、ハイブリット車両にその適用が限定されるものではなく、車両停止時には、エンジンを停止させる車両（いわゆるエコラン車）にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷凍サイクルの模式図である。
【図２】第１実施形態に係る可変容量型圧縮機の軸方向断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】第１実施形態に係る可変容量型圧縮機の軸方向断面図である。
【図６】本発明の変形例に係る可変容量型圧縮機の断面図である。
【符号の説明】
１２３…ロータ、１２４…ベーン、１３０…吸入ポート、
１４１…第１連通ポート、１４２…第２連通ポート、
１５１…第１吐出ポート、１５２…第２吐出ポート。

Claims

ハウジング（１１０）と、
前記ハウジング（１１０）内に回転可能に配設されたシャフト（１２０）と、
前記ハウジング（１１０）内に形成された空間（１２２）内で可動し、かつ、前記空間（１２２）を複数個の作動室（Ｖ）に仕切るとともに、それら作動室（Ｖ）の体積を前記シャフト（１２０）の回転に連動して拡大縮小させる可動部材（１２３、１２４、１６０）とを有し、
前記ハウジング（１１０）には、前記作動室（Ｖ）に吸入される流体を前記作動室（Ｖ）に供給する吸入ポート（１３０）、前記作動室（Ｖ）にて圧縮された流体を前記作動室（Ｖ）外に吐出する第１、第２吐出ポート（１５１、１５２）、および前記両吐出ポート（１５１、１５２）に連通する吐出室（１５０）が形成されており、
前記吸入ポート（１３０）は、前記シャフト（１２０）が正転するときに前記体積が拡大していく状態の前記作動室（Ｖ）に連通し、かつ、前記シャフト（１２０）が逆転するときに前記体積が縮小していく状態の前記作動室（Ｖ）に連通する位置のみに形成され、
前記第１吐出ポート（１５１）は、前記シャフト（１２０）が正転するときに、前記体積が縮小していく状態の前記作動室（Ｖ）に連通し、
前記第２吐出ポート（１５２）は、前記シャフト（１２０）が正転するときに、前記体積が拡大していく状態の前記作動室（Ｖ）に連通していることを特徴とする可変容量型圧縮機。
前記ハウジング（１１０）には、前記シャフト（１２０）が回転するときに、前記体積が拡大していく状態の前記作動室（Ｖ）に開口するとともに、前記吸入ポート（１３０）側に連通した連通ポート（１４１、１４２）が形成されており、
前記連通ポート（１４１、１４２）から前記吸入ポート（１３０）側に至る通路（１４３）には、前記連通ポート（１４１、１４２）から前記吸入ポート（１３０）側に流体が逆流することを防止する逆止弁（１４４）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型圧縮機。
前記可動部材は、前記空間（１２２）内で前記シャフト（１２０）と一体的に回転するロータ（１２３）、および前記ロータ（１２３）から出没するベーン（１２４）を有して構成されていることを特徴する請求項１または２に記載の可変容量型圧縮機。
前記可動部材は、前記空間（１２２）内で前記シャフト（１２０）と一体的に回転するローリングピストン（１６０）を有して構成されていることを特徴する請求項１または２に記載の可変容量型圧縮機。
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の可変容量型圧縮機を車両用冷凍サイクルの圧縮装置に適用したものであって、
前記シャフト（１２０）を正転させるときは、前記エンジンより駆動力を得て前記シャフト（１２０）を回転させ、
前記シャフト（１２０）を逆転させるときには、電動モータ（５１０）より駆動力を得て前記シャフト（１２０）を回転させることを特徴とする圧縮機装置。