JPH04303196A - 可変容量圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可変容量圧縮機に関し
、更に詳しくは、シリンダ空間内にシリンダロータが偏
心状態に支持され、外周面と前記ハウジングの内周面と
の間で一以上の圧縮室を形成する形式の可変容量圧縮機
、特にその可変容量機構の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の空調設備の圧縮機、減圧機、ポン
プ或いはスーパーチャージャ等においてシリンダ空間内
に偏心してシリンダロータが配設され、ハウジングのシ
リンダケース内周面とロータ外周面との間で圧縮室を形
成して媒体を圧縮する形式の圧縮機が知られている。

【０００３】一般に車両の例えば空調設備に採用される
圧縮機にあっては、圧縮機のロータは回転速度変化の極
めて大きいエンジンのクランクシャフトに直結されてお
り、吐出圧力の細かな調整をロータの回転速度等の制御
によって行うことができない。

【０００４】しかし、エンジンの低速回転時において必
要な圧縮性能を備えるとともに、エンジンの高速回転時
においては、過度の圧力上昇による冷媒管の破損或いは
エバポレータの吸入圧力の低下による凍結等を防止する
ため、圧縮機における過剰圧縮を抑える必要がある。こ
の目的のため行われる圧縮機の吐出圧制御は、圧縮室に
おける媒体の圧縮容量の調節制御を介して行われること
が多く、このような可変容量機構を有する形式の圧縮機
は可変容量圧縮機と呼ばれる。

【０００５】図６を参照して特開昭６２−２６１６９１
号公報に記載された従来の可変容量圧縮機について説明
する。 同図はこの圧縮機の構造を、圧縮機のシリンダ軸と直交
方向の断面図として示したものである。ハウジング３０
はシリンダ空間３１を区画し、このシリンダ空間内には
シリンダ空間３１よりも径の小さなシリンダ状の偏心ロ
ータ３２が配設されており、偏心ロータ３２の外周面３
３はハウジング３０の内周面３４の一部においてこれと
近接している。偏心ロータ３２には４枚のベーン３５が
出没自在に配され、偏心ロータ３２は、ベーン３５によ
ってシリンダ空間３１内を四つの圧縮室に区画しなが矢
印方向に回転する。

【０００６】シリンダ空間３１内には媒体入口となる吸
入孔（ポート）３６、媒体出口となる吐出孔３７並びに
圧縮室を吸入側に連通して媒体を吸入側に逃すことで、
圧縮室の圧縮容量を小さくする複数の（同図の場合四つ
の）バイパス孔３８が設けられる。バイパス孔３８は、
夫々吐出孔３７からの距離が相互に異なる位置に配設さ
れ、その幾つか或いは全てが閉止可能である。この構成
により、開放されたバイパス孔をロータが通過するまで
は圧縮が行われず、バイパス孔３８の開閉により圧縮機
の圧縮容量をかえて吐出圧を制御することが可能となる
。

【０００７】制御ピストン４０は、この圧縮機の吸入側
に配される図示しないエバポレータの吸入圧力によって
作動し、例えば空気圧制御或いはソレノイド制御によっ
て直線方向に駆動される。制御ピストン４０の位置によ
って各位置に配されたバイパス孔３８の開放又は閉止が
夫々制御され、例えば、エバポレータの吸入圧力が低過
ぎる場合には、制御ピストン４０を図面上、上方向に移
動させて吐出孔３７に近い側のバイパス孔３８迄を開と
する。このバイパス孔３８の新たな開を受けて圧縮室の
有効圧縮容量がより小さくなる。

【０００８】可変容量圧縮機として上記形式の他に、同
様に偏心ロータを備えるがこのロータの自転を阻止しな
がらシリンダ空間中心を中心として公転させる形式の可
変容量圧縮機も知られており、この場合、上記ロータの
外周部に形成された溝内を褶動するベーン３５に代えて
ロータの自転を阻止しながら圧縮室の区画を行うセパレ
ータが採用される。公転ロータを有する形式の可変容量
圧縮機では褶動部分が殆ど無く、摩耗等が極めて少ない
という利点を有する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の可変容量圧縮機
の可変容量機構においては、媒体は、吸入孔３６からロ
ータ３２の矢印方向の回転（公転ロータの場合には公転
）に従って送られるため、バイパス孔３８の開口部位置
において吐出側に向かう慣性を既に与えられており、こ
の慣性の方向がバイパス孔の向きと直角方向であるため
、圧縮機が高速に作動して媒体の慣性が大きくなってい
るときには、媒体が有効にバイパス孔３８から流出し難
く所望のバイパス量が得られないという傾向がある。

【００１０】バイパス孔の開口部の面積を大きくするこ
とでバイパス量を大きくする構成によると、バイパス孔
を閉止する制御ピストン４０の直径自体を大きくする必
要があるが、この場合制御ピストン４０は当然のことと
して圧縮機全体の大型化も避けられず、例えば空調設備
全体の配置効率を損ねるという問題が生ずる。

【００１１】更に、直線方向に移動する制御ピストンに
よってバイパス孔を順次に閉止又は開放する構造のため
、バイパス孔の形状及び配置がこの制御ピストンの形状
及び移動方向に限定されるという問題があり、また、バ
イパス孔を確実に閉止して媒体のバイパス量を正確に制
御するためには、制御ピストン部の製作にあたって、こ
のピストン及びピストン溝の寸法精度が高く要求される
という問題もある。

【００１２】またこれとは別に、前記公転ロータを備え
る可変容量圧縮機の場合には、最も吐出側に近い開放中
のバイパス孔を公転ロータの外周面が通過した後に圧縮
室内の媒体について有効な圧縮が可能となるものである
が、このシリンダ空間内における開口部の形状について
バイパス孔の開口部の有効な開放及び閉止という観点か
ら考察された例は従来知られていない。

【００１３】本発明は、従来の可変容量圧縮機の可変容
量機構について改良し、可変容量圧縮機本体及びこの圧
縮機を備える空調等のシステムの大型化を伴うことなく
、バイパス孔の開口部の形状を設定して圧縮機の高速作
動中においてもバイパス孔から媒体を有効に吸入側に逃
すことができ、また寸法精度をさほど高く要求されるこ
となくバイパス孔の確実な開放又は閉止を行って圧縮容
量の精度の高い調節が可能な可変容量機構を備える可変
容量圧縮機を提供することを第一の目的とする。

【００１４】更に本発明は、前記可変容量機構によって
選択されたバイパス孔の開放又は閉止に従って公転ロー
タが効果的に媒体を圧縮できるように公転ロータを有す
る可変容量圧縮機を改良し、もって実効的な容量制御の
精度が高く吐出圧の効果的な制御が可能な公転ロータを
有する可変容量圧縮機を提供することを第二の目的とす
る。

【００１５】

【課題を達成するための手段】前記第一の目的を達成す
るため、本発明の可変容量圧縮機は、内部にシリンダ空
間を形成するハウジング、前記シリンダ空間内に偏心状
態に支持され、外周面と前記ハウジングの内周面との間
で一以上の圧縮室を形成するシリンダロータ、吸入空間
と前記圧縮室とを連通する吸入孔、吐出空間と前記圧縮
室とを連通する吐出孔、前記シリンダ空間の円筒底面部
に開口部を備え前記圧縮室と前記吸入空間とを連通する
バイパス孔、該バイパス孔の有効バイパス量を制御する
制御手段、を備えた可変容量圧縮機において、前記開口
部が半径方向よりも円周方向に長い細長形状を有し、前
記制御手段が、前記円筒底面のほぼ半径方向に移動して
前記開口部を閉止又は開放する開口部閉止手段を有する
ことを特徴とするものである。

【００１６】更に本発明の前記第二の目的は、前記シリ
ンダロータが前記シリンダ空間の中心軸回りに公転駆動
され、前記開口部の半径方向外側の縁部と、前記シリン
ダロータの前記外周面の一部とが、前記シリンダロータ
の一の公転位置において軸方向に見て実質的に重なり合
うことを特徴とする可変容量圧縮機によって達成される
。

【００１７】

【作用】バイパス孔の開口部が円周方向に長い細長形状
を有し、制御手段が円筒底面のほぼ半径方向に移動して
開口部を開放又は閉止する開口部閉止手段を有する構成
により、開口部が円周方向に長い細長形状であるため、
ロータによって円周方向に慣性を与えられた媒体は、同
じ面積を有する他の形状のバイパス孔に比してより容易
にバイパスポートを通過して吸入側に逃げることができ
、またバイパス孔を閉止又は開放する開口部閉止手段の
半径方向の移動量が僅かであっても大きな面積の開口部
の制御が可能となり、開口部の閉止又は開放の制御が迅
速に行われる。

【００１８】また、公転ロータを備える可変容量圧縮機
において、開口部の半径方向外側の縁部と、公転ロータ
の外周面の一部とが、この公転ロータの一の公転位置に
おいて軸方向に見て重なり合うという半径方向の傾斜を
有する構成により、開放中のバイパス孔の開口部を公転
ロータの外周部が通過する際に、ロータ外周面がバイパ
ス孔の開口部の半径方向外側縁部位置において急速にこ
の開口部を閉止できるため、可変容量制御機構による制
御に従ってロータの圧縮作動が効果的且つ効率的に実行
され、実効的な吐出圧の制御が精度よく行われる。

【００１９】

【実施例】図面を参照して本発明を更に詳しく説明する
。図１及び２は夫々、本発明の一実施例の公転ロータを
有する可変容量圧縮機の軸と直角方向及び軸方向の断面
図である。図２において、全体としてハウジングを構成
するシリンダケース９、内側スチールプレート１５、フ
ロントスチールプレート１６、及びリアスチールプレー
ト１７は二つのシリンダ空間１８を区画し、双方のシリ
ンダ空間１８の間にはセンタープレート４が配されてい
る。シリンダケース９及びセンタープレート４の周方向
外側には、双方のシリンダ空間１８と吐出孔６及びこれ
に付属する吐出弁１９を介して連通される吐出空間２０
が配される。

【００２０】エンジンに直結されるクランクシャフト１
は、この圧縮機のフロントボス２１とリアプレート２２
によって軸受を介して支持され、シリンダ空間１８内に
各一つのシリンダロータ（偏心ロータ）３を、その各偏
心部１Ａにおいて軸受２を介して夫々相対回転可能に支
持する。双方のロータ３は相互に１８０度の位相差を有
して各シリンダ空間１８内を公転する。各ロータ３と内
側スチールプレート１５との間には夫々、媒体のバイパ
ス量を制御するための制御プレート１０が設けられてい
る。

【００２１】図１においてロータ３は、その外周面３Ａ
の一部においてシリンダケース９の内周面９Ａに接して
図上時計方向に公転可能である。セパレータ２１は円筒
部２１Ａとプレート部２１Ｂとからなり、円筒部２１Ａ
においてケース９によって僅かに回転可能に支持され、
プレート部２１Ｂにおいてロータ３の周溝３Ｂに篏入さ
れてロータ３の自転を阻止すると共に、シリンダ空間１
８を圧縮室１８Ａ、１８Ｂに区画する。

【００２２】図中右側の圧縮室１８Ｂは吸入孔５から媒
体を吸入する以前の状態にあり、図中左側の圧縮室１８
Ｂは既にこの吸入孔５から媒体の吸入を終り、（バイパ
スポート７の閉を前提として）圧縮行程にある。シリン
ダ空間１８の円筒底面部には、吐出孔６に近接する位置
及びこれと円周方向にやや離れた位置に各一つののバイ
パスポート７の開口部が設けられ、各バイパスポート７
の開口部は同図に示した形状、即ち半径方向よりも円周
方向に長い細長形状を有し、且つその半径方向内側及び
外側の縁部は、ロータ３の公転によって生ずるロータの
移動方向に向かってシリンダ空間中心からの距離が小さ
くなる半径方向傾斜を有する。

【００２３】図３はバイパスポートの閉止及び開放を示
す図１と異なる断面における軸と直交方向の断面図であ
る。同図（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は夫々、バイパスポ
ート７が全閉、一部開及び全開の状態を示すものである
。破線で示したピストン溝２３内を褶動可能な制御ピス
トン２４は、例えばこの圧縮機の前段のエバポレータの
吸入圧によって制御され、その中間に形成された溝２４
Ａを介して制御プレート１０のピン２５を案内する。 このため、制御プレート１０はピン２５を介してその回
転方向位置を制御ピストン２４の前後方向の移動によっ
て制御されている。

【００２４】制御プレート１０は、その内周部にシリン
ダ中心からの距離が円周方向に異なる案内溝１２が形成
されており、更にこの案内溝１２と対向する位置にガイ
ドスプリング１３を備えている。案内溝１２及びガイド
スプリング１３は、バイパスポート７を閉止する制御弁
８のガイドピン１１をその間に保持しており、この構成
により、制御プレート１０はその回転方向の運動を直線
方向の運動に変え、各制御弁８を夫々のバイパスポート
７の開口部の長手方向とほぼ直交方向に案内する。

【００２５】図３（Ａ）は、制御ピストン２４の直線方
向位置及びこれに従う制御プレートの回転位置に従って
、双方のバイパスポートが何れも閉の状態を、同様に、
同図（Ｂ）は一方が開の状態を、同図（Ｃ）は双方が開
の状態を夫々示している。バイパスポート７の開口部の
形状を半径方向に短く円周方向に長くした構成により、
制御弁８による開口部の閉止及び開放は極めて迅速に行
われ、従って、例えばエバポレータからの制御圧の変化
に敏速に応答して制御弁による空間的な圧縮室の容量制
御が迅速に行われる。

【００２６】バイパスポートは、上記のごとく迅速な閉
止又は開放を行うことにより、ロータによる圧縮又は非
圧縮の選択を確実とする必要がある。例えばバイパスポ
ートの開放制御が迅速でない場合には過剰な圧縮により
冷媒の過冷による障害が生じ、また閉止が確実でない場
合には無駄な圧縮をして媒体を吸入空間に逃すことでエ
ネルギーロスが生ずる。

【００２７】バイパスポート７の開口部の縁部は前記の
如き半径方向の傾斜を有し、特に半径方向外側の縁部は
、公転ロータがこの開口部を通過する際、公転ロータの
外周面の一部と軸方向にみて重なり合う形状及び位置を
有している。この構成により、開放中のバイパスポート
の開口部を公転ロータが通過する際、公転ロータによる
開口部の閉止が敏速に行われ、従って、前記制御弁８に
よって開放されている最も吐出弁に近い側のバイパスポ
ート７の開口部を公転ロータ３が急速に閉止することが
でき、制御弁による空間的な圧縮室の容量制御に従って
、ロータによる実効的な圧縮室の容量調節が行われ、制
御に従う所望の吐出圧が容易に得られる。

【００２８】図４は制御弁８のバイパスポートの開口部
の閉止の状況を示す部分図で、図３（Ａ）におけるＩＶ
−ＩＶ矢視図である。同図において、制御弁はバイパス
ポート７を閉止する状態で示してあり、ピン１１はガイ
ド用ばね１３によって制御プレート１０のガイド溝１２
に対して図中上方に押圧されている。制御弁の閉止部は
センタープレート４のテーパー溝１４に適合するくさび
状のテーパー部８Ａを成しており、テーパー部８Ａは制
御プレート１０の回転によりガイド用ばね１３によって
センタープレートのテーパー溝１４に押しつけられる。 このため、バイパスポート７を閉止している状態におい
て圧縮室２０からかかる内圧によっても制御弁８が押さ
れて閉止が不完全となる事態を防止して、バイパスポー
ト７の閉止及び開放の所望の正確な制御が可能となる。

【００２９】図５は、図３各図における制御ピストン２
４の制御方法を例示するブロック図であり、車両の空調
システムにおいて一般的な制御ピストンの制御方法を示
す図である。エバポレータの吸入圧は制御用ピストン２
４の吸入圧室２５に導かれると共に、プレッシャレギュ
レータ２６のベローズ２６Ａの図示左側の圧力室２７に
も導かれている。圧縮機が過剰の圧縮を行い、エバポレ
ータの吸入圧が所定値以下に低下するとベローズ２６が
図示左方向に伸張し、この結果ボール２８がスプリング
４４に抗して図示左方向に移動してボール弁が開となり
、吐出圧が導かれている圧力室２９の圧力がオリフィス
４１の作用により低下し、同時に制御用ピストン２４の
制御室４２の圧力が低下するため制御用ピストン２４が
スプリング４３に従って図示左方向に移動する。

【００３０】吸入圧の低下に従って制御ピストン２４が
上記の如く移動すると、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示したよ
うに、制御プレート１０が回転し、双方のバイパスポー
ト７のうち吸入側に近いものから順次開となり、圧縮室
の有効圧縮容量が減少して過剰の圧縮が防止される。制
御ピストンの制御としてはこの他にソレノイドによる駆
動もあり、何れも直線方向の駆動であり、本実施例では
この直線方向の移動を一旦回制御プレートの回転方向の
移動に変換し、更にこの回転方向の移動をガイド溝を介
して制御弁の直線方向の移動に変換するものである。

【００３１】上記構成について、単に制御ピストンによ
って直接バイパス孔の開放又は閉止を行う構成と比較す
ると、第一にピストン部におけるピストンとピストン溝
との寸法精度をさほど要しないこと、第二にバイパス孔
の開口の面積を大きくしても制御ピストンの径を大きく
する必要が無く、圧縮機が大型化しないこと、第三にバ
イパス孔の形状が制御ピストンの形状による限定を受け
ないため、前記の如き細長形状が採用できること、更に
第四に制御ピストンの配置位置についても自由度が顕著
に増大するという利点が生ずる。

【００３２】バイパス孔の開口部の位置及び形状を前記
の如くした構成により、圧縮機の高速作動時の媒体のバ
イパスが容易であり、また制御弁によるバイパスポート
の開放及び閉止を確実に制御でき、ロータ外周面がこの
バイパスポートの半径方向外側縁部を通過する際に開口
部が急速に閉じるため、ロータが外周面によって開口部
を閉じる直前までは、開口部が大きな開放面積を有して
おり、媒体を圧縮すること無く迅速に吸入側に逃すこと
ができ、また媒体を圧縮する位置に達した後は開口部を
急速に閉じて確実に媒体を圧縮して吐出孔から送り出す
ことができ、無駄な圧縮によってエネルギー効率を損ね
ることがなく応答性が良好でもある。

【００３３】なお、制御弁を作動させる機構としては、
制御ピストン及び制御プレートからなる駆動部材に限ら
ず、バイパス孔の開口を半径方向に移動して開閉する形
式の駆動部材であれば足り、必ずしも制御ピストン等の
採用自体を要するものではない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において、
バイパス孔の開口部が半径方向よりも円周方向に長い細
長形状を有し、開口部の制御をシリンダ空間の円筒底面
のほぼ半径方向に移動する開口部閉止手段によって行う
とした構成により、開口部の長手方向である円周方向に
慣性を与えられた媒体は、同じ面積を有する他の形状の
バイパス孔に比してより容易に吸入側に逃すことができ
、またバイパス孔を閉止又は開放する開口部閉止手段の
半径方向の移動量が僅かであっても大きなバイパス量の
制御が可能となり、開口部の閉止又は開放の制御が正確
に且つ精度よく行われ、吐出圧制御の精度が高い可変容
量圧縮機を提供することができた。

【００３５】また、公転ロータを備える可変容量圧縮機
において、開口部の半径方向外側の縁部と、公転ロータ
の外周面の一部とが、公転ロータの一の公転位置におい
て軸方向に見て重なり合うとする構成により、開放中の
バイパス孔の開口部を公転ロータの外周部が通過する際
に、ロータ外周面がバイパス孔の開口部の半径方向外側
縁部位置において急速にこの開口部を閉止できるため、
可変容量制御機構による制御に従ってロータの圧縮作動
が効果的且つ効率的に実行され、更に吐出圧の制御が精
度よく行われる公転ロータを有する可変容量圧縮機を提
供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の可変容量圧縮機の構造を示
す軸と直交方向の断面図である。

【図２】図１の可変容量圧縮機の軸方向断面図である。

【図３】バイパスポートの閉止及び開放を示す圧縮機の
軸と直交方向の断面図で、（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は
夫々、バイパスポートが全閉、一部開及び全開の状態を
示す。

【図４】バイパスポートの開口部の閉止の状況を示すも
ので、図３（Ａ）におけるＩＶ−ＩＶ矢視図である

【図
５】制御ピストンの制御を例示するブロック図である。

【図６】従来の可変容量圧縮機の構造を示す軸と直交方
向の断面図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　クランクシャフト ３　　　　　　　　シリンダロータ ５　　　　　　　　吸入抗 ６　　　　　　　　吐出孔 ７　　　　　　　　バイパス孔（バイパスポート）８　
　　　　　　　制御弁 ９　　　　　　　　シリンダケース １０　　　　　　　　制御プレート １１　　　　　　　　ガイドピストン １２　　　　　　　　ガイド溝 １３　　　　　　　　ガイド用ばね ２４　　　　　　　　制御ピストン ２０　　　　　　　　ケーシング ２５　　　　　　　　シリンダ空間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部にシリンダ空間を形成するハウジング
   、前記シリンダ空間内に偏心状態に支持され、外周面と
   前記ハウジングの内周面との間で一以上の圧縮室を形成
   するシリンダロータ、吸入空間と前記圧縮室とを連通す
   る吸入孔、吐出空間と前記圧縮室とを連通する吐出孔、
   前記シリンダ空間の円筒底面部に開口部を備え前記圧縮
   室と前記吸入空間とを連通するバイパス孔、該バイパス
   孔の有効バイパス量を制御する制御手段、を備えた可変
   容量圧縮機において、前記開口部が半径方向よりも円周
   方向に長い細長形状を有し、前記制御手段が、前記円筒
   底面のほぼ半径方向に移動して前記開口部を閉止又は開
   放する開口部閉止手段を有することを特徴とする可変容
   量圧縮機。
2. 【請求項２】前記シリンダロータが前記シリンダ空間の
   中心軸回りに公転駆動され、前記開口部の半径方向外側
   の縁部と、前記シリンダロータの前記外周面の一部とが
   、前記シリンダロータの一の公転位置において軸方向に
   見て実質的に重なり合うことを特徴とする請求項１記載
   の可変容量圧縮機。