(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
容量可変型斜板式圧縮機の従来技術としては、例えば、特許文献1に開示された圧縮機が知られている。
特許文献1に開示された圧縮機は、内部にシリンダ室を有するシリンダハウジングと、このシリンダハウジング内に回転自在に支持されたシャフトと、このシャフトと一体回転する斜板と、シリンダ室内を往復移動するピストンと、を備えている。
このピストンの両端部に、流体の吸入圧縮吐出を行う第1、第2圧縮室が形成されている。
シャフトと同軸上に配設され、斜板を揺動可能に支持し、斜板の中心点位置をシャフトの軸方向に変位させるとともに、斜板の傾斜角を変位させる支持部が備えられている。
圧縮室のうちピストンの一端面側に形成された第1圧縮室においては、斜板の傾斜角変位にかかわらず、ピストンを流体の吸入圧縮吐出を行う位置まで前進可能にしている。
また、圧縮室のうちピストンの他面側に形成された第2圧縮室においては、斜板の傾斜角に応じて圧縮室にデッドスペースが生じるように形成している。
そして、吸入流体を第2圧縮室と連通する第2吸入室に導く第1吸入通路と、第2吸入室内の吸入流体を第1圧縮室と連通する第1吸入室に導く第2吸入通路とを備える。
さらには、第1吸入通路を迂回して、第2吸入室に吸入流体を導入する第3吸入通路を有している。
【0003】
特許文献1に開示された圧縮機によれば、第1吸入通路および第2吸入通路を設けることにより、流体の流れをまず第2吸入室側に流すことができる。
これにより、流体が圧縮機内部を広く循環することになり、各部における冷却および潤滑が良好になされるとしている。
また、第1吸入通路をバイパスして、第1吸入室側に流体を流す第3吸入通路を設けていることにより、圧縮機が最大吐出容量状態で作動する時に、多量の流体を確実に第1吸入室および第2吸入室に流入させることができるとしている。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態に係る容量可変型斜板式圧縮機(以下、単に「圧縮機」と表記する)について図面を参照して説明する。
図1に示すように、圧縮機10のシリンダブロック11は、第1シリンダブロック12と第1シリンダブロック12に接合された第2シリンダブロック13により形成されている。
第1シリンダブロック12の端部には、リヤ側となる第1ハウジング14が接合され、第2シリンダブロック13の端部には、フロント側となる第2ハウジング15が接合されている。
第1シリンダブロック12、第2シリンダブロック13、第1ハウジング14および第2ハウジング15は、複数本のボルト(図示せず)によって共締めされている。
本実施形態のハウジングは、第1シリンダブロック12、第2シリンダブロック13、第1ハウジング14および第2ハウジング15から構成されている。
【0014】
第1ハウジング14には第1吐出室16および第1吸入室17が形成されている。
本実施形態では、第1吐出室16は第1ハウジング14の径方向において第1吸入室17の周囲に形成されている。
第1シリンダブロック12と第1ハウジング14との間には、第1バルブプレート18と、第1吸入弁形成プレート19と、第1吐出弁形成プレート20と、第1リテーナ形成プレート21が介在されている。
【0015】
第1バルブプレート18には第1吸入ポート22および第1吐出ポート23が形成されている。
また、第1バルブプレート18には、連通孔24が形成されている。
第1吸入弁形成プレート19にはリード式の第1吸入弁25が形成されている。
第1吸入弁25は、第1吸入ポート22を開閉する。
図2(a)に示すように、第1シリンダブロック12に形成され、第1シリンダボア45と連通する切り欠きK1が第1吸入弁25の最大開度を規定する。
【0016】
第1吐出弁形成プレート20には第1吐出弁26が形成されている。
第1吐出弁26は、第1吐出ポート23を開閉する。
第1リテーナ形成プレート21には第1リテーナ27が形成されている。
第1リテーナ27は第1吐出弁26の最大開度を規定する。
第1ハウジング14には、冷媒が通る外部冷媒回路(図示せず)と第1吸入室17とを連通する吸入口28が形成されている。
本実施形態では、吸入口28から第1吸入室17へ至る空間を第1吸入通路29としている。
第1ハウジング14の中心部には圧力調整室30となる凹部が形成されている。
【0017】
第2ハウジング15には第2吐出室31および第2吸入室32が形成されている。
本実施形態では、第2吐出室31は第2ハウジング15の径方向において第2吸入室32の周囲に形成されている。
第2シリンダブロック13と第2ハウジング15との間には、第2バルブプレート33と、第2吸入弁形成プレート34と、第2吐出弁形成プレート35と、第2リテーナ形成プレート36が介在されている。
【0018】
第2バルブプレート33には第2吸入ポート37および第2吐出ポート38が形成されている。
また、第2バルブプレート18には、連通孔39が形成されている。
第2吸入弁形成プレート34にはリード式の第2吸入弁40が形成されている。
第2吸入弁40は、第2吸入ポート37を開閉する。
図2(b)に示すように、第2シリンダブロック13に形成され、第2シリンダボア50と連通する切り欠きK2が第2吸入弁40の最大開度を規定する。
第2吸入弁40の最大開度は第1吸入弁25の最大開度より大きく設定されている。
具体的には、第2吸入弁40の最大開度は、切り欠きK2の軸方向の長さを、切り欠きK1よりも大きく設定することにより第1吸入弁25の寸法公差以上に大きな開度となるように設定されている。
例えば、第2吸入弁40のバルブリフト量は第1吸入弁25のバルブリフト量よりも0.1mm以上大きくなる設定となっている。
【0019】
第2吐出弁形成プレート35には第2吐出弁41が形成されている。
第2吐出弁41は、第2吐出ポート38を開閉する。
第2リテーナ形成プレート36には第2リテーナ42が形成されている。
第2リテーナ42は第2吐出弁41の最大開度を規定する。
【0020】
第1シリンダブロック12と第2シリンダブロック13との間には、斜板室43が形成されている。
第1シリンダブロック12は斜板室43の外周壁を形成する円筒状の壁部44を備えている。
図3(a)に示すように、第1シリンダブロック12には、複数個の第1シリンダボア45が同心円状に等角度の間隔を以って互いに平行に形成されている。
本実施形態の圧縮機10は10気筒タイプであり、第1シリンダブロック12には5個の第1シリンダボア45が形成されている。
【0021】
第1シリンダブロック12は中心部を貫通して形成された第1軸孔46を備えている。
図1に示すように、第1軸孔46の第2シリンダブロック13側には、第1軸孔46と同軸であって、第1軸孔46よりも大きな径を有する第1凹部47が形成されている。
第1シリンダブロック12には、第1バルブプレート18の連通孔24と連通する複数の連通路48が形成されている。
従って、斜板室43と第1吸入室17は連通孔24および連通路48により連通される。
【0022】
図3(b)に示すように、第2シリンダブロック13には、第1シリンダブロック12と同様に複数個の第2シリンダボア50が同心円状に等角度の間隔を以って互いに平行に形成されている。
第2シリンダボア50は第1シリンダボア45と同軸となるように形成されている。
従って、第2シリンダブロック13には5個の第2シリンダボア50が形成されている。
【0023】
第2シリンダブロック13は、第1シリンダブロック12の第1軸孔46と同軸の第2軸孔51を備えている。
第2軸孔51は第2シリンダブロック13の中心部を貫通して形成されている。
第2軸孔51の第1シリンダブロック12側には、第2軸孔51と同軸であって、第2軸孔51よりも大きな径を有する第2凹部52が形成されている。
第2シリンダブロック13には、第2バルブプレート18の連通孔39と連通する連通路53が形成されている。
従って、斜板室43と第2吸入室32は連通孔39および連通路53により連通される。
本実施形態では、第1吸入室17から第2吸入室32へ至る第2吸入通路49は、連通路48、斜板室43および連通路53により構成される。
【0024】
第1軸孔46および第2軸孔51には駆動軸55が挿通されており、駆動軸55は第1シリンダブロック12および第2シリンダブロック13に回転自在に支持されている。
駆動軸55の入力端は第2ハウジング15を貫通しており、圧縮機外で回転駆動源に接続される。
駆動軸55の第2吸入室32からハウジング外へと延びる入力端側であって、第2ハウジング15と駆動軸55との間には軸封装置56が介在されている。
軸封装置56により第2吸入室32と外部空間との遮断が図られており、第2吸入室32の冷媒は外部空間へ漏出しない。
軸封装置56は、吸入口28が設けられないハウジングである第2ハウジング15に存在する。
【0025】
駆動軸55の入力端と反対側となる軸端は圧力調整室30に達している。
駆動軸55の入力端と反対側の軸端には、フランジ部58を有する筒状体57が嵌装されており、筒状体57は駆動軸55と一体回転する。
フランジ部58は第1凹部47に位置しており、第1凹部47におけるフランジ部58の第1ハウジング14側にはスラスト軸受59が備えられている。
駆動軸55の第2凹部52に位置する部位にはフランジ部60が形成されており、フランジ部60の第2軸孔51側にはスラスト軸受61が備えられている。
【0026】
駆動軸55におけるフランジ部60の第1シリンダブロック12側には、連結ピン62を介してラグアーム63が駆動軸55に連結されている。
ラグアーム63は、連結ピン62を支点として駆動軸55の軸方向としての軸心P方向に揺動可能であり、駆動軸55と一体回転する。
ラグアーム63は、駆動軸55と一体回転するリンク機構に相当する。
ラグアーム63の先端側にはウエイト部64が形成されている。
ラグアーム63におけるウエイト部64の基端側と、斜板室43に収容された斜板65とが連結ピン66を介して連結されている。
【0027】
斜板65は円盤状であって、斜板65には駆動軸55が挿通される軸挿通孔67と、ラグアーム63の先端側が挿通されるアーム挿通孔68が形成されている。
斜板65はラグアーム63の第1シリンダブロック12側に位置する。
ラグアーム63の揺動により斜板65は、駆動軸55の軸心P方向へ傾動可能であって、駆動軸55の軸心P方向に変位可能である。
【0028】
第1シリンダボア45および第2シリンダボア50には、冷媒を圧縮する両頭ピストン70が往復動可能に挿入されており、シリンダブロック11に対して摺動自在である。
両頭ピストン70は、第1シリンダボア45において第1圧縮室72を区画する第1ヘッド部71と、第2シリンダボア50において第2圧縮室74を区画する第2ヘッド部73と、第1ヘッド部71と第2ヘッド部73との間の中間部75を有する。
第1ヘッド部71は両頭ピストン70の一端に相当し、第2ヘッド部73は両頭ピストン70の他端に相当する。
中間部75の中心付近には凹部76が形成されており、凹部76内には半球状の一対のシュー77が配設され、シュー77の間に斜板65の外周部が位置し、斜板65がシュー77に対して摺動する。
従って、斜板65およびシュー77は駆動軸55の回転運動を両頭ピストン70の往復運動に変換する変換機構である。
【0029】
第1凹部47におけるフランジ部58の斜板室43側には、アクチュエータ80が設けられている。
アクチュエータ80は、駆動軸55に固定される固定体81と、駆動軸55の軸方向へ移動可能な可動体82を備えている。
固定体81は円板状であり、可動体82は円筒状である。
可動体82には斜板65側へ突出する連結部83が設けられ、連結部83は連結ピン84を介して斜板65と連結されている。
従って、可動体82は斜板65の軸方向への変位に伴い軸方向へ移動する。
固定体81は可動体82の内側に常に位置しており、可動体82と固定体81により制御圧室85が形成される。
制御圧室85の空間容積は、可動体82の軸心P方向への往復動により変動する。
【0030】
駆動軸55には制御圧室85と圧力調整室30とを連通する通路86が形成されている。
従って、可動体82は制御圧室85と斜板室43との差圧に応じて移動する。
駆動軸55に対する斜板65の傾角変更が許容されているため、可動体82の移動により斜板65が軸心P方向へ変位して、斜板65の傾角が変更される。
斜板65の傾角は駆動軸55と直交する径方向の面と斜板65の面とでなす角度を指す。
圧縮機10の最大容量運転では、斜板65の傾角は最大となり、最小容量運転では斜板65の傾角は最小となる。
なお、
図1では最大容量運転時の斜板65の状態を実線にて示し、最小容量運転時の斜板65の状態を二点鎖線にて示す。
【0031】
本実施形態の圧縮機10では、第1吐出室16と圧力調整室30とを連通する給気通路88が第1ハウジング14に形成されており、給気通路88には容量制御弁89が設けられている。
また、第1ハウジング14には圧力調整室30と第1吸入室17とを連通する絞り(図示せず)を有する抽気通路90が形成されている。
容量制御弁89は圧力調整室30へ供給する高圧の冷媒の供給量を調整する機能を備え、容量制御弁89の制御により、圧力調整室30の圧力が調整される。
圧力調整室30の調整により制御圧室85の圧力が調整され、制御圧室85と斜板室43との差圧に応じてアクチュエータ80の可動体82が移動する。
可動体82の移動により斜板65の傾角が変更され、両頭ピストン70のストロークが変更されて圧縮機10の吐出容量が制御される。
【0032】
次に、圧縮機10の作動について説明する。
駆動源からの駆動力を受けて駆動軸55が回転すると、ラグアーム63が回転し、ラグアーム63により、駆動軸55と一体的に回転する斜板65の回転運動は、シュー77を介して両頭ピストン70へ伝えられ、両頭ピストン70が第1シリンダボア45、第2シリンダボア50内を往復動する。
両頭ピストン70の往復動により、外部冷媒回路における吸入圧の冷媒が吸入口28を通じて第1吸入室17へ導入される。
第1吸入室17へ導入された冷媒の一部は、第1ヘッド部71が上死点から下死点へ向けて移動する吸入行程において第1圧縮室72へ吸入される。
第1圧縮室72に吸入された冷媒は第1ヘッド部71が下死点から上死点へ向けて移動する圧縮行程において圧縮され、圧縮された冷媒は第1吐出室16へ吐出される。
【0033】
一方、第1吸入室17へ導入された冷媒の一部は、連通孔24、連通路48を通じて斜板室43へ導入され、斜板室43から連通路53、連通孔39を経て第2吸入室32へ導入される。
第2吸入室32へ導入された冷媒は、第2ヘッド部73が上死点から下死点へ向けて移動する吸入行程において第2圧縮室74へ吸入される。
第2圧縮室74に吸入された冷媒は第2ヘッド部73が下死点から上死点へ向けて移動する圧縮行程において圧縮され、圧縮された冷媒は第2吐出室31へ吐出される。
第1吐出室16および第2吐出室31に吐出された吐出圧の冷媒は、外部冷媒回路へ吐出される。
【0034】
例えば、容量制御弁89の制御により、給気通路88を通る吐出圧の冷媒供給量を増大させると制御圧室85の圧力が高くなる。
制御圧室85の圧力が斜板室43の圧力よりも高くなると、アクチュエータ80の可動体82が第1凹部47に入り込む方向へ移動して、斜板65の傾角が大きくなる。
図4(a)に示すように、斜板65の傾角が最大になると、両頭ピストン70の第1ヘッド部71および第2ヘッド部73のストロークは最大となり、圧縮機10は最大容量の運転となる。
このとき、外部冷媒回路から吸入口28へ導入される冷媒は第1吸入通路29を通り、第1吸入室17に至り、吸入行程において第1圧縮室72へ吸入される。
第1圧縮室72へ吸入される冷媒は、吸入口28から斜板室43や第2吸入室32を介さない第1吸入通路29を経て、第1吸入室17に導入された冷媒であるから殆ど加熱されることはなく、温度上昇が抑制されている。
第1圧縮室72に吸入された冷媒に含まれる潤滑油は、第1シリンダボア45の内壁面と第1ヘッド部71との摺動面を潤滑する。
【0035】
一方、外部冷媒回路から吸入口28へ導入される冷媒の一部は、第1吸入通路29から第1吸入室17を介して、斜板室43を通路の一部とする第2吸入通路49を通り、軸封装置56に臨む第2吸入室32に至り、吸入行程において第2圧縮室74へ吸入される。
第2圧縮室74へ吸入される冷媒は、斜板室43を通った後、軸封装置56に臨む第2吸入室32を通過する。
軸封装置56や斜板室43内における斜板65、シュー77、ラグアーム63、アクチュエータ80等の摺動部は、冷媒および冷媒に含まれる潤滑油により冷却され、潤滑油により潤滑される。
このため、冷媒は軸封装置56や斜板室43における各摺動部から熱を受けて温度上昇する。
第2圧縮室74に吸入された冷媒に含まれる潤滑油は、第2シリンダボア50の内壁面と第2ヘッド部73との摺動面を潤滑する。
【0036】
容量制御弁89の制御により、給気通路88を通る吐出圧の冷媒供給量を減少させると制御圧室85の圧力が低下する。
制御圧室85の圧力が斜板室43の圧力よりも低下すると、アクチュエータ80の可動体82が第1凹部47から抜け出る方向へ移動して、斜板65の傾角が小さくなる。
図4(b)に示すように、斜板65の傾角が殆ど0°に近い最小角度になると、両頭ピストン70の第1ヘッド部71および第2ヘッド部73のストロークは最小となり、圧縮機10は最小容量運転となる。
最小容量運転では、第1ヘッド部71のストロークは下死点から上死点側に僅かな範囲となり、第2ヘッド部73のストロークは上死点から下死点側に僅かな範囲となる。
従って、最小容量運転時では、第1シリンダボア45には第2圧縮室74と比較してデッドボリュームの大きな第1圧縮室72が形成され、第2シリンダボア50は第1圧縮室72と比較して極めて小さな空間の第2圧縮室74が形成される。
【0037】
最小容量運転では、第1圧縮室72では冷媒の圧縮と膨張とが繰り返されるだけで、冷媒の吸入および吐出が行われず、第2圧縮室74では少量の冷媒の吸入と圧縮が行われ、圧縮された冷媒が第2吐出室31へ吐出される。
このため、第2吸入通路49には冷媒が常に通ることになり、軸封装置56や斜板室43における各摺動部の冷却や潤滑が行われるほか、第2シリンダボア50の内壁面と第2ヘッド部73との摺動面の潤滑が行われる。
【0038】
本実施形態の圧縮機10では、両頭ピストン70の第1ヘッド部71は、斜板65の傾斜角度に関係なく、第1シリンダボア45における下死点の位置はほぼ一定で、第1ヘッド部71の上死点の位置は斜板65の傾斜角度に応じて変更される。
また、第2ヘッド部73は、斜板65の傾斜角度に関係なく、第2シリンダボア50における上死点の位置はほぼ一定であり、第2ヘッド部73の下死点の位置は斜板65の傾斜角度に応じて変更される。
従って、第2圧縮室74における第2ヘッド部73の上死点位置よりも第1圧縮室72における第1ヘッド部71の上死点位置が大きく移動する。
【0039】
本実施形態の圧縮機10によれば以下の効果を奏する。
(1)高容量運転時には、第1圧縮室72に吸入される冷媒は、斜板65を有する斜板室43や軸封装置56に臨む第2吸入室32などの発熱源を有する空間を通らないことから殆ど加熱されることがなく、冷媒の温度上昇を抑制することができる。その結果、第1圧縮室72における冷媒の圧縮では高い圧縮効率を得ることができる。また、最小容量運転時には、第2圧縮室74では、僅かな量の冷媒の吸入、圧縮、吐出が行われ、吸入口28、第1吸入通路29、第1吸入室17および第2吸入通路49を介して冷媒を第2吸入室32へ導入することができる。冷媒には潤滑油が含まれているため、第2吸入通路49の一部である斜板室43における各摺動部や第2吸入室32に臨む軸封装置56に対する潤滑や冷却を行うことができる。従って、高容量運転時から最小容量運転時の全運転範囲において、斜板室43における各摺動部や軸封装置56に対する潤滑や冷却を常に行うことができる。
【0040】
(2)斜板室43は第2吸入通路49の一部を形成するから、斜板室43がマフラー効果を発揮することにより、低容量運転時における第1吸入弁25、第2吸入弁40の自励振動に伴う脈動を低減する効果を期待できる。
(3)第2吸入弁40の開度は第1吸入弁25の開度より大きく設定されているため、吸入口28から第2圧縮室74までの距離が吸入口28から第1圧縮室72までの距離よりも長く設定されていても、第2吸入通路49を通る冷媒が第2圧縮室74へ吸入されやすくなる。これにより第1圧縮室72と第2圧縮室74とにおける冷媒の吸入量のバランスをより保つことができる。
【0041】
なお、上記の実施形態に係る圧縮機は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
【0042】
○ 上記の実施形態では、第2吸入弁40の最大開度を第1吸入弁25の最大開度より大きく設定して、第2吸入通路49を通る冷媒が第2圧縮室74へ吸入されやすくなるようにしたがこの限りではない。例えば、第1吸入弁25および第2吸入弁40を同じ開度に設定し、第2吸入ポート37のポート径を第1吸入ポート22のポート径よりも大きく設定することにより、第2吸入通路49を通る冷媒が第2圧縮室74へ吸入されやすくなるようにしてもよい。また、第2吸入弁40の開度を第1吸入弁25の開度より大きく設定した上で、第2吸入ポート37のポート径を第1吸入ポート22のポート径よりも大きく設定してもよい。
○ 上記の実施形態では、斜板室43が第2吸入通路49の一部を構成するとしたが、第2吸入通路49は斜板室43を必須とする訳ではない。例えば、斜板室43を含まない第2吸入通路を形成してもよい。