(57)【要約】アキシャルピストンコンプレッサ、特に自動車の空調システムのためのコンプレッサであって、ハウジングと、冷却剤を吸引および圧縮するため、前記ハウジング内に配置されドライブシャフト（１０４）を用いて駆動される圧縮ユニットとを有し、前記圧縮ユニットは、シリンダブロック内を軸方向へ前後に動くピストン（１１８）と、前記ピストンを駆動し前記ドライブシャフト（１０４）と共に回転する傾斜プレート（スワッシュプレートまたは揺動板、もしくは傾斜リング（１０７））を備える。傾斜プレートは、形状および／または質量および／または質量重心をあらかじめ定めることによって、偏差のモーメントIｙｚによるそのモーメントＭｓｗ（式中Ｍｓｗ＝Ｉｙｚ＊ω２）、すなわち前記傾斜プレートの質量慣性および質量重心によるモーメントが、特に、場合によってはスライディングブロック（１２１，１２２）、ピストン棒等を適切に含む前記ピストンの平行移動する質量によるモーメントMｋ，ｇｅｓとともに、低傾斜角範囲において、回転速度の上昇、高圧側および低圧側の間の低圧差Δｐがあったとき、傾斜角の増大およびその結果として吐出量の増加をもたらし、また閾値傾斜角αｇｒｅｎｚをＭｓｗ＝Ｍｋ，ｇｅｓにおいて超過した後は、回転速度および低圧差の上昇があったとき、傾斜角の縮小およびその結果として吐出量の減少をもたらすように設計および寸法決定される。【選択図】    図６
2007511702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アキシャルピストンコンプレッサ、特に自動車の空調システムのためのコンプレッサであって、ハウジングと、冷却剤を吸引および圧縮するため、前記ハウジング内に配置されドライブシャフト（１０４）を用いて駆動される圧縮ユニットとを有し、前記圧縮ユニットは、シリンダブロック内を軸方向へ前後に動くピストン（１０９）と、前記ピストンを駆動し前記ドライブシャフト（１０４）と共に回転する傾斜プレートを―スワッシュプレートまたは揺動板または傾斜リング（１０１）の形で備え、
前記傾斜プレートが、形状および／または質量および／または質量重心をあらかじめ定めることによって、偏差のモーメントIｙｚによるそのモーメントＭｓｗ（式中Ｍｓｗ＝Ｉｙｚ＊ω２）、すなわち前記傾斜プレートの質量慣性および質量重心によるモーメントが、特に、場合によってはスライディングブロック（１１５ａ、１１５ｂ）、ピストン棒等を適切に含む前記ピストンの平行移動する質量によるモーメントMｋ，ｇｅｓとともに、低傾斜角範囲において、回転速度の上昇、高圧側および低圧側の間の低圧差Δｐがあったとき、傾斜角の増大およびその結果として吐出量の増加をもたらし、また閾値傾斜角αｇｒｅｎｚをＭｓｗ＝Ｍｋ，ｇｅｓにおいて超過した後は、回転速度および低圧差の上昇があったとき、傾斜角の縮小およびその結果として吐出量の減少をもたらすように設計および寸法決定されていることを特徴とする、アキシャルピストンコンプレッサ、特に自動車の空調システムのためのコンプレッサ。
【請求項２】
前記傾斜プレート（１０１）が、同じ回転速度における傾斜角αに依存する偏差のモーメントＩｙｚによるモーメントＭｓｗのプロットが、量に関しては実質上、前記傾斜角に依存する平行移動質量によるモーメントＭｋ，ｇｅｓのプロットより大きい勾配を有するように設計および寸法決定されていることを特徴とする、請求項１に記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
【請求項３】
前記平行移動質量によるモーメントＭｋ，ｇｅｓおよび前記偏差のモーメントＩｙｚによるモーメントＭｓｗの合計が、所定の最小傾斜角αminと最大傾斜角αｍａｘの間の傾斜角範囲において、符号を特に「プラス」から「マイナス」へ変化させ、これは傾斜角増大およびそれにより生じた吐出量の増加から傾斜角縮小およびそれにより生じた吐出量の減少への平行移動を意味することを特徴とする、請求項１または２に記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
【請求項４】
前記傾斜プレート（１０１）の傾斜点が、前記ドライブシャフト（１０４）の回転軸および前記傾斜プレートの交差点としてあらかじめ定められていることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
【請求項５】
前記ドライブシャフト（１０４）および前記傾斜プレート（１０１）の周囲にある空間を４つの四分円（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）に分割すると、前記傾斜プレートの重心が、前記ドライブシャフトおよびピストン支持材を含みピストンに面する前記傾斜プレートの前面により範囲を定められた第一の前方四分円（Ｑ１）、または、前記ドライブシャフトに対して前記第一の四分円（Ｑ１）と反対側に位置する第二の前方四分円（Ｑ２）、または、前記傾斜プレートに対して相対的に前記第二の四分円（Ｑ２）の高さで前記傾斜プレートの後ろ、すなわちそれの前記ピストンから離れた側に配置された第三の後方四分円（Ｑ３）、前記傾斜プレートに対して相対的に前記第一の四分円（Ｑ１）の高さで前記傾斜プレートの後ろ、すなわちそれの前記ピストンから離れた側に配置された第四の四分円（Ｑ４）のいずれかの中に偏ることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
【請求項６】
一方では前記傾斜プレート（１０１）が、また他方では場合によってはスライディングブロック（１１５ａ、１１５ｂ）、ピストン棒等を含むピストン１０９が、傾斜角αが実質０°において、傾斜プレートの偏差のモーメントＩｙｚによるモーメントＭｓｗが０より大きく、正の総モーメントが前記傾斜プレートの傾斜角αの増大をもたらすよう平行移動質量によるモーメントＭｋ，ｇｅｓが実質上ゼロに等しく、一方１．５°から２．５°の範囲内の所定傾斜角、特に約２°においては、その値から前記傾斜プレートの前記傾斜角に縮小がもたらされるよう、平行移動質量によるモーメントＭｋ，ｇｅｓが偏差のモーメントＩｙｚによるモーメントＭｓｗを過剰補償するように設計および寸法決定されていることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
【請求項７】
前記傾斜プレート（１０１）が、前記偏差のモーメントＩｙｚによるモーメントＭｓｗが、０．４°から０．８°の範囲内、特に約０．６°の傾斜角αにおいてゼロに等しいように設計および寸法決定されていることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
【請求項８】
前記平行移動質量のモーメントＭｋ，ｇｅｓおよび前記偏差のモーメントＩｙｚによるモーメントＭｓｗを含む総モーメントが傾斜角の縮小をもたらす前記傾斜角の値、および／または、前記偏差のモーメントＩｙｚによるモーメントＭｓｗがゼロと等しくなる傾斜角の値は、前記傾斜プレート（１０７）の重心の位置の適正な事前決定によって設定されることを特徴とする、請求項６または７に記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その勾配に関して修正可能であり、マシンのシャフトにより駆動するスワッシュプレート構成を有する傾斜プレートまたはスワッシュプレートコンプレッサとしての構造的構成にあるアキシャルピストンコンプレッサ、特に自動車の空調システムのためのコンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許出願は、従来技術として言及される。
ＥＰ  １  １７２  ５５７  Ａ２、
ＤＥ  １９５  １４  ７４８  Ｃ２、
ＥＰ  ０  ８０９  ０２７、
ＤＥ  １９８  ３９  ９１４、
ＥＰ  ９９  ９５３  ６１９、および
ＵＳ  ２００２／００３８６００。
【０００３】
最初に言及される２つの公告は、主として傾斜プレート（スワッシュプレート）とそのシャフト（スワッシュプレート傾斜機構）への接続、およびスワッシュプレートの質量慣性を扱っている。
【０００４】
ＥＰ  １  １７２  ５５７  Ａ２は、共同運動のための構成として、シャフトとスワッシュプレートの間にあるトルクを移動させる二点支持構成を開示する。マシンのシャフトに固定され、ベアリングとして受け入れボアの形で構成された共同運動のための第一の部分は、スワッシュプレート側と十分な距離をとって配置されており、関節運動可能な方法で第一の部分に嵌合する共同運動のための第二の部分は、スワッシュプレートに対して外側に延長した形である。共同運動のための第一および第二の部分は、双方とも対として存在する。通常、共同運動のための部分とそのベアリング部分の間にあるベアリングの遊びは、より明確な誘導を提供し、その過程において過剰定量または二重嵌合を回避するため、比較的大きい。その結果、コンプレッサは回転速度と無関係に作動されることができない、すなわち決められた優先的回転方向を有する。
【０００５】
重心が傾斜軸から離れているという事実は、駆動機構は（好ましくは）中間スワッシュプレート傾斜角に対してのみしか均衡を保てないため、不均衡の原因となる。
【０００６】
「外側への延長」の結果として、肥厚したハブ部分を持つスワッシュプレートは、回転速度における突然の変化が対応する慣性によりスワッシュプレートの勾配を修正する結果となるよう、重心が実質上傾斜軸から離れた、比較的高い慣性モーメントを有する。さらに、重心の位置は調整挙動を大幅に左右する、より具体的には、コンプレッサが大きくアップレギュレーションを行うといった形で関与する、すなわちスワッシュプレートの慣性質量力およびその重心位置が、平行移動質量力において主要な原因を占める偏差のモーメント（例えば、ピストンおよびスライディングブロックによるもの）を生じさせる。
【０００７】
そのような種類の構成は、市販のコンプレッサにおいて実践されており、以下のような基礎特性を有する。
スワッシュプレートの慣性質量モーメントが、ピストンの質量力により産出されるモーメントより大きいモーメントを生じさせる。
スワッシュプレートの傾斜点または回転点から離れて位置する質量重心は、その効果に追加的に寄与する。
【０００８】
スワッシュプレートコンプレッサの典型的な構造的形状を代表する当該コンプレッサタイプに関して、そのようなスワッシュプレートの質量は、適宜に調整挙動を修正するため任意に増加させることができないことに留意すべきである。これは、上述した種類のコンプレッサの場合、スワッシュプレートの質量重心が概してスワッシュプレートの傾斜接合から十分に離れているという事実による。そのような構成をとる基本的な理由は、スワッシュプレートが、シャフト上にあるその軌道に加え、ドライブシャフトもしくはシャフトに連結した、または位置決め機構によって「方向を決められた」構成要素に連結しなければならないことにある。
【０００９】
前述のスワッシュプレートの重心とスワッシュプレートの傾斜接合との距離は、特にスワッシュプレート傾斜角の機能に関して、駆動機構における不均衡の原因となる。
【００１０】
ＤＥ  １９５  １４  ７４８  Ｃ２において、スワッシュプレートの重心位置は、最小傾斜角（例えば、０°のとき）であってもスワッシュプレートを「アップレギュレーションする」偏差のモーメントを提供するため意図的に使用される。これは、傾斜角が極めて小さい場合にコンプレッサが起動される（アップレギュレーションされる）ことが、ピストンストロークが短すぎてそこで要求される圧力差がもはや産出されないため、もはや不可能である、という問題を回避する。この公告は従って特にコンプレッサの結合のない操作を対象とする。このタイプの操作において、コンプレッサは「空調システムオフ」の状態であっても回転速度を提供する。従って、最小化されるべきトルクが常にコンプレッサによって要求される。
【００１１】
コンプレッサの開始工程（「空調システムオン」）において、コンプレッサはアップレギュレーション可能であるべきである。その目的のために、従来技術に従ったコンプレッサの場合、気体はコンプレッサの高圧側からクランク室へと送り込まれる。この圧力上昇は、スワッシュプレート傾斜角の増大という結果を招く。
【００１２】
そのような方法でコンプレッサのアップレギュレーションを可能にするためには、約０．５°の最小傾斜角（構造配置に応じて、様々なパラメータの関数として変化可能）が存在しなければならない。この最小傾斜角が最小ピストンストロークを確実にし、これは高圧側の圧力を維持するのに十分であるが、例えばシステムの低圧側において、拡張要素によるリークによって妨げられる。
【００１３】
概して、スワッシュプレートの中心においてスワッシュプレートの傾斜に影響するのは以下のモーメントである。括弧内に記載されているモーメントの方向は、（−）がダウンレギュレーション（最小ストロークの方向）を意味し、（＋）がアップレギュレーション（最大ストロークの方向）を意味する。
シリンダスペース内の気体力によるモーメント（＋）
駆動機構燃焼室からの気体力によるモーメント（−）
復元スプリングによるモーメント（−）
（アドバンススプリングによるモーメント（＋））
回転質量によるモーメント（−）
（重心位置によるモーメントを含む。（＋）の場合有）
平行移動質量によるモーメント（＋）
【００１４】
以下の考察の主な焦点は、平行移動質量によるモーメント（＋）に関連する、回転質量によるモーメント（−）（重心位置によるモーメントを含み、（＋）または（−）可）の大きさの順序である。
【００１５】
上記ＤＥ１９５  １４  ７４８  Ｃ２に関して、きわめて低い傾斜角範囲にとっては有効なものが、中間または比較的高い傾斜角範囲においては大変不都合である。このような状況において、シャフトとスワッシュプレート装置の間にある連結機構の特定の構成に関わるＥＰ  ０  ８０９  ０２７について言及する必要がある。そのような連結機構は特に高圧装置にとって重要であるという事実に注目される。
【００１６】
当該公告において、概して「近代的な」空調コンプレッサの場合に重要な、さらなる機能（特に従来技術に関連するもの）も開示されている。それによると、吐出量の恒常的調整を提供することが特別重要である。そこでは、コンプレッサの運動学が、スワッシュプレート上で作用するダウンレギュレーション傾斜モーメントが、アップレギュレーション傾斜モーメントを大幅に上回るように設計されるべきであると提案されている。これは、基本的に上述の技術的教示に矛盾する手段があるという理由を特に強調する。
【００１７】
「吐出量」という語句が比較的不明瞭であることは自明の理であろう。例えば回転速度を二倍にした場合、傾斜プレート装置の傾斜角が半分となると、吐出量は一定と考えられうる。結果として吐出容量は、幾何学的に一定ということになる。当然ながら、傾斜プレートの傾斜角が変化した場合、その他のパラメータ、例えばすぐに変化する体積効率やオイル開始等も影響をもたらすであろう。
【００１８】
回転速度が変化する場合における吐出量の恒常的調整のためにスワッシュプレート装置の復元傾斜モーメントが使用されているが、上述したとおり、これはスワッシュプレートが共回転板部分における動力によりその傾斜位置に対抗するためである。
【００１９】
以上に説明したとおり、コンプレッサは、従来技術において１回排出量が作用するアップレギュレーションおよびダウンレギュレーションの質量力のモーメントのみによって増加する傾向にあることが知られている。場合によっては、これは使用される調整バルブの適切な調整介入によって補われなくてはならない。新しい開発（特にＣＯ２のものが知られている）の場合、これらの挙動を相殺する試みが行われている。必要な調整介入はそれにより削減されるか、または免除される。
【００２０】
理解を深めるため、回転速度の変化による傾斜挙動の説明を図１に示す。これは例としてのみ使用される構成に関連し、選択される構成に応じて当然ながら質的な相違が存在する可能性があることを考慮すべきである。しかし、質的に、選択された構成は現在使用されている大量生産のコンプレッサを代表するものである。
【００２１】
図１は、スワッシュプレートの傾斜角に対抗する吸気圧力に対する駆動機構燃焼室圧力差異の依存関係を示す。例として、高圧１２０バールおよび吸気圧力３５バールに対して計算を実行した。また、計算した回転速度は、６００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍ、２５００ｒｐｍ、５０００ｒｐｍ、８０００ｒｐｍ、および１１，０００ｒｐｍであった。しかしながら、計算された６つのプロットのうち５つしか示されていない。これは、回転速度６００ｒｐｍおよび１２００ｒｐｍを示すプロットは実質上完全に重なり合っているからである。
【００２２】
図表から、回転速度が上昇した際に、スワッシュプレートにより大きい傾斜角を採用させる特性プロットが得られることが明らかに分かる。図中の図表側に、計算に使用した変数を示す。簡略化のため、幾何学的に内径、外径および高さによって十分に説明したスワッシュプレートを用いて計算を行った。加えて、ピストン質量（本例ではｍｋ＝４５ｇと仮定）、ピストンが位置する基準直径（本例ではＲ＝２９ｍｍと仮定）、およびピストン数（本例ではｎ＝７と仮定）が適切である。
【００２３】
以下にいわゆる偏差のモーメントの導出を説明するが、これは傾斜プレートまたは傾斜リングの傾斜を左右し、さらに詳しく述べると、示すような場合には、傾斜プレートまたは傾斜リングの質量重心が傾斜点と傾斜プレートまたは傾斜リングの幾何学的中心点の両方に位置するように定められた傾斜プレートまたは傾斜リングの傾斜にのみ関与している。これは、望まれる構成の理想的な状況を表している。偏差のモーメントを導出するには、下記の式が一般的に適用される。
【００２４】
【数１】
2007511702.tif 000003
【００２５】
偏差のモーメント
【数２】
2007511702.tif 000004
以下は、図１３とは無関係に有効である。
【００２６】
ピストンの質量力によるモーメント
【数３】
2007511702.tif 000005
【００２７】
偏差のモーメントによるモーメントＭｓｗ
【数４】
2007511702.tif 000006
【００２８】
上記で使用した変数記号の意味は下記の通りである。
θ     シャフトの回転角（上下の条件は
便宜上、θ＝０を基準にして行われる）
η     ピストンの数
Ｒ     ピストン軸からシャフト軸までの距離
ω     シャフト回転速度
α     傾斜リング／傾斜プレートの傾斜角
ｍｋ   複数または一組のスライディングブロックを含む一個あたりのピストン質量
ｍｋ，ｇｅｓ  複数のスライディングブロックを含むピストン総質量
ｒａ   傾斜リングの外側半径
ｒｉ   傾斜リングの内側半径
ｈ     傾斜リングの高さ
ρ     傾斜リングの密度
Ｖ     傾斜リングの体積
βｉ   ピストンｉの角位置
ｚｉ   ピストンｉの加速度
Ｆｍｉ ピストンｉの質量力（一組のスライディングブロックを含む）
Ｍ（Ｆｍｉ）  ピストンｉの質量力によるモーメント
Ｍｋ，ｇｅｓ  ピストン総質量によるモーメント
Ｍｓｗ 偏差のモーメント（Ｊｙｚ）による傾斜リング／傾斜プレートの復原力によるモーメント
Ｊ＝ｆ（ｇ，ｒ，ｈ）質量慣性モーメント
【００２９】
最後に、上述した質量慣性モーメントの計算、特に偏差のモーメントのそれにおいて、好ましくはいわゆるシュタイナー成分（ｙｓ・ｚｓ・ｍ）も考慮に入れられるべきであることも指摘する必要があり、これを考慮に入れると偏差のモーメントは以下のように説明される。
【数５】
2007511702.tif 000007
【００３０】
傾斜プレート、例えば傾斜リングの小さい傾斜角について、Ｊｙｚ構成要素はシュタイナー成分ｙｓ・ｚｓ・ｍより小さい。構成要素Ｊｙｚが常にコンプレッサをダウンレギュレーションする一方で、構成要素ｙｓ・ｚｓ・ｍは常にアップレギュレーションする（図１２に記載の四分円Ｑ２、Ｑ４内の位置に設定される）。
【００３１】
上記の考察より、偏差のモーメントは反対の影響を持つ２つの構成要素、すなわちアップレギュレーションおよびダウンレギュレーションの構成要素を有することが明らかになる。
【００３２】
問題の構成要素は閾値傾斜角αＧが超えられた後にそれぞれの場合において効力を生じ、以下はα＜αＧを求めるものである。
【００３３】
【数６】
2007511702.tif 000008
また逆はα＞αＧ（すなわち、ダウンレギュレーション）を求めるものである。
【００３４】
図１はさらに回転質量によるモーメント（−）（重心位置によるモーメントを含み、この場合０に設定）、ピストンおよびスライディングブロックの平行移動質量によるモーメント（＋）、またその２つの合計を示す図表を含む。この合計から、これがすべての傾斜角に対しプラスであり、駆動機構は単に質量力およびすべての傾斜角のためのスワッシュプレートの質量慣性により「アップレギュレーションする」ことが分かる。中間回転速度２５００ｒｐｍのモーメントを図表に示した。これより低い回転速度の場合、当然ながら影響は小さくなり、必然的に、これより高い回転速度の場合には大きくなる。
【００３５】
図２は、図１に対応してほぼ同一の駆動機構を表す計算スキームおよび図表を示す。しかしながら、スワッシュプレートの高さは１０ｍｍから１８ｍｍに上昇した。その結果、標準質量慣性モーメントＪｚはその値の２倍に増大した。
【００３６】
図中の第一の図表において、スワッシュプレート駆動機構のダウンレギュレーション挙動が見られる。この傾向は、描かれている矢印によって示され、「ｎ」は回転速度を示している（図１の傾向と比較のこと）。さらなる（より小さい）図表は、この場合、回転質量によるモーメント（−）（重心位置によるモーメントを含み、この場合０に設定）に関連するモーメントプロット、ピストンおよびスライディングブロックの平行移動質量によるモーメント（＋）、またその２つの合計も含む。その合計に関して、これがすべての傾斜角に対しマイナスであり、駆動機構は単に質量力およびすべての傾斜角のためのスワッシュプレートの質量慣性により「ダウンレギュレーションする」ことが分かる。中間回転速度２５００ｒｐｍのモーメントを図表に示した。
【００３７】
前述の文献参照に基づき、記載した「アップレギュレーション」および「ダウンレギュレーション」の２つの特性プロットは従来技術とみなされることができ、現在の大量生産コンプレッサの場合に「アップレギュレーション」挙動が頻繁に見られる。対照的に、新しい開発においては、この傾向を反対に変えようとする試みが行われている。
【００３８】
スワッシュプレートの質量力による、ピストンの質量力の過剰補償、および
スワッシュプレートの質量力による、ピストンの質量力の不十分な補償
という２つの場合に加え、補正の提供を想定することも可能である。
【００３９】
数学的関係から、回転速度の影響は等式から相殺されうることが分かる（図２）。そうでない場合、部品密度および密度分布を含み、主に質量力によるモーメントの合計がゼロに調整されることができるように選択されうる、特に互いに関係する幾何学的変数もさらに含む。
【００４０】
一方、影響を持つ傾斜角を避けることは不可能である。このことは、ｔａｎ（α）およびｓｉｎ（２α）のプロットより明らかである。それらの角のプロットが持つ機能を図３の図表に示す。その図表から、小さい傾斜角における影響は極めて小さいが、比較的大きい傾斜角の場合には大幅に増加することが容易に分かる。通常、コンプレッサの傾斜プレート傾斜角は最小値および最大値により限定されている。従って、例えば、傾斜角約０°から最大約２５°の間の値を想定することが可能である。実際には、最小値および最大値は約１°から１８°の間である。それに基づいて、図表から、後者の範囲においては１３％の偏差が予想されるはずであるとわかる。このことは、アップレギュレーションおよびダウンレギュレーションの質量の釣り合いが最小傾斜角のための構造上の手段によって得られたものである場合、スワッシュプレートの反対側の限界において望ましくない傾斜挙動（傾斜角により影響された回転速度）が予想されるべきであることを意味する。
【００４１】
可能な限り広範囲にわたる質量力の補正を実現するためには、最大傾斜角または最大傾斜角より大きい理論上の（仮想）傾斜角（例えばα＝２４°（＞αｍａｘ＝１６°））に補正を提供することが有効である。これは、小さい傾斜角の場合に、ｔａｎ（α）とｓｉｎ（２α）の間の差異はいずれにしても小さいという事実の認識に起因する。
【００４２】
図５の図表は、傾斜角１６°に設計した場合の計算結果を含み、例としてこれがこの駆動機構の最大傾斜角とみなされる。スワッシュプレートの高さを１４．２９２ｍｍに調整したところ、モーメントのバランスシートは同様に再度釣り合った状態を示す。当然ながらその他のスワッシュプレートのパラメータも質量慣性モーメントの調整に使用可能であることを再度述べる必要がある。しかしスワッシュプレート高さのパラメータは、比較の準備手段を提供するための例としてのみ選択されたものである。
【００４３】
図５の図表に記載のスワッシュプレートの調整挙動は、望ましい結果を示すものである。スワッシュプレートの作用範囲全体（最小から最大傾斜角）において、質量移動のモーメントのアップレギュレーション効果は感知できるほど見られず、最大傾斜角に交差点があるという事実の結果として、プロットの分散は回避される。
【００４４】
小さい傾斜角の範囲においては、ｔａｎ（α）とｓｉｎ（２α）の影響（差異）が小さいことと１６°の最大傾斜角により極めて良い補正が生じ、パラメータの選択により質量力が補正された。中間傾斜角において、曲線は互いにわずかに「離れて」いく。
【００４５】
従って、質量力の補正の場合に関して、以下の設計が考えられる。
α＝αｍａｘの場合   Ｍｋ，ｇｅｓ＝Ｍｓｗ
α≧αｍａｘの場合   Ｍｋ，ｇｅｓ＝Ｍｓｗ
【００４６】
図６は、圧力操作の様々な調整特性プロット（吸気圧力／圧縮圧力；ｎ＝５０００ｒｐｍ）および計算の根拠も示す。コンプレッサが作動される圧縮圧力が高くなるほど、駆動機構燃焼室に対して調整される圧力が大きくなる。吸気圧力が低くなるほど、駆動機構燃焼室に対して調整される圧力が小さくなる。調整特性プロットの勾配は、実質上スワッシュプレート機構において作用するスプリング力により左右される。
【００４７】
前述したすべての図表において、６０Ｎ／ｍｍの復元スプリング（最小ストロークの方向における復元）について、バネ定数を用いて特性曲線を計算した。選択されたバネ定数が低くなれば、曲線は高い傾斜角の方向へ落ちる程度が少なくなるであろう。選択されたバネ定数が高くなれば、曲線はさらに高い傾斜角の方向へ落ちるであろう。
【００４８】
５０００ｒｐｍを示す各曲線は、特定の作用点を表す曲線の一群を代表するものとして考えられるものである。上記少なくとも２〜３バールの特定の調整圧力が要求されることを考慮に入れた場合、吸気圧力が要求され、都合のよい調整挙動は可能な限り広範囲にわたって線状に伸びる一定の勾配を有するプロットにより実現され、すべての作用範囲について、互いに近くに位置する曲線の一群が、比較的大きく「互いに離れていく」調整曲線に比べて、より望ましいプロット図の範囲に位置することが明らかになる。
【００４９】
このような負の事例、例えば図１に基づくアップレギュレーション挙動の場合においては、調整曲線の各部はきわめて容易に上記２〜３バールレベルの吸気圧力より下の範囲に位置することがわかる。それを回避するためには、もっと弱い復元スプリングを使用しなければならないであろう。しかし、そうすると特に高速の回転速度において、低速の回転速度における特性低下とは対照的に、特性の上昇が生じることが可能となる。経験によりそのような場合にはかなり望ましくない調整効果が生じることが分かっている。特に、定義された傾斜角が個々の圧力に割り当てられなくなる（極大および極小の発生、および／または、勾配または変曲点がないまたは不十分）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５０】
本発明の課題は、特に実用に適した動的調整により区別される、改良された一般的種類のアキシャルピストンコンプレッサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００５１】
この課題は請求項１の特徴を有するアキシャルピストンコンプレッサにより解決される。従属項は、本発明の概念の有益な進歩に関する。
【００５２】
本発明の基本概念は、スワッシュプレート装置を提供することであり、ここで質量力によるモーメントは、量と方向の観点において、次のような影響を持つ。低い傾斜角においては質量力によるモーメントのみによって「アップレギュレーション」（スワッシュプレートがその傾斜角およびそれに応じて吐き出しアウトプットを増大する）が生じ、中間から比較的高い傾斜角範囲においては質量力によるモーメントのみによって「ダウンレギュレーション」（スワッシュプレートがその傾斜角およびそれに応じて吐き出しアウトプットを削減する）が生じる。
【００５３】
基本的な方法は、スワッシュプレートの偏差のモーメントが構造上の手段によって、ピストンと共にまたは別個に、低傾斜角範囲におけるスワッシュプレートの「アップレギュレーション」を生じさせるようにあらかじめ定められているという事実にある。その目的のためには、低傾斜角範囲内において、偏差のモーメント＞０によるモーメントＭｓｗがなくてはならず、中間傾斜角範囲内において、正確に偏差のモーメント＝０によるモーメントＭｓｗがなくてはならない。傾斜角がさらに増大すると、偏差のモーメントは再び上昇し、ダウンレギュレーション効果をもたらす。ピストンの質量力によるモーメントＭｋ，ｇｅｓの勾配は、偏差のモーメントによるモーメントの勾配より少なくなくてはならない。
【００５４】
そのような挙動を目的としてスワッシュプレートの寸法決定を行った結果、低傾斜角範囲においてはスワッシュプレートの「アップレギュレーション」の加速、強化または向上の可能性が得られ、比較的高傾斜角範囲においては、「ダウンレギュレーション」挙動によって、必要な調整活動（駆動機構燃焼室圧力を変えるためにバイパスを切り替える調整バルブ）を必要最小限に制限し、その結果コンプレッサ操作をよりエネルギー効率的にする可能性が得られる。また、特にバルブによる乱調削減および「カウンターレギュレーション」において、より有利な動的挙動が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
本発明の有利で有効な機能は、その他に従属項中および付随の図を参照する明細書から分かり、その中において、
図１から５は、その傾斜挙動に関連してアキシャルピストンコンプレッサの傾斜プレート配置のための値と計算手順のグラフおよび表を示し、
図６および７は、それぞれ本発明にとって重要なアキシャルピストンコンプレッサ構成要素の斜視図および側面図を示し、
図８から１２は、定義された構造上の境界条件のもとで生じるモーメントを表現する値のグラフおよび表を示す。
図６および７は、構造的に実現しうる設計（本発明の主題）によるスワッシュプレート機構を示しており、図７はその目的のために分解斜視図を、図８は最小および最大傾斜角における基本的な構成要素の２つの側面図を示すものである。
【００５６】
示される傾斜リング機構１００は、ガイドスリーブおよびスライティングスリーブ１０２によってドライブシャフト１０４上に装着され、その中にその傾斜に関して修正可能である圧縮スプリング１０３が位置する環状傾斜プレート、すなわち傾斜リング１０１を含む。傾斜リング１０１はドライブシャフト１０４により回転駆動し、ドライブシャフトに対し横に伸びる中心軸について明確に表現できるようガイドスリーブ１０２の特定配置により装着される。当該中心軸は、ガイドスリーブ１０２のベアリングスリーブ１０５ａ、１０５ｂに回転可能なように適合する２本の取り付けピン１０４ａおよび１０４ｂによって定められ、それに相応してラジアルボア１０６ａ、１０６ｂを傾斜リング１０１内に配置している。ベアリングスリーブ１０５ａ、１０５ｂは、ガイドスリーブ１０２と傾斜リング１０１の間に形成される環状スペースを埋めるように寸法決定される。
【００５７】
傾斜リング１０１はさらに支持要素１０７と間接結合しており、これはドライブシャフト１０４とともに回転し、この結合は軸方向支持の形であり、傾斜リング１０１と有効結合された支持円弧１０８により作成される。当該支持円弧１０８は、ピストン１０９の配置と傾斜リングの間の連接構成にうまく重なるようよう構成されており、この方法についてさらに詳しく述べると、一方では、傾斜リング１０１の傾斜（傾斜角）に関係なく傾斜リング１０１と支持円弧１０８の間に衝突の余地を与えず、他方ではピストン足部１１０が連接構成を包囲している。支持要素１０７はドライブシャフト１０４に連結しともに回転するディスク１１１の一部である。
【００５８】
支持円弧１０８の支持面はピストン１０９と傾斜リング１０１の間で有効な連接構成の中心とほぼ同心円上にある。軸方向支持は結果として前述の連接構成の外側に有効であり、その結果、ピストンと傾斜リングの間で有効な連接構成は、軸方向支持の方法により損なわれることがない。
【００５９】
傾斜リング１０１と支持円弧１０８の間の結合は、２本の結合ピン１１２ａ、１１２ｂによって行われ、それら自体は上述のボア１０６ａ、１０６ｂから９０°補正された傾斜リング内の一対のボア１１３ａ、１１３ｂおよびそれに相応して支持円弧内に配置されたボア１１４ａ、１１４ｂ内で係合する。ピストン１０９の足部１１０に関連する連接構成は―従来技術に従って―球体断片の形をした２つの連接型ブロック１１５ａ、１１５ｂにより形成され、一方ではその球体面はピストン１０９の対応する陥凹下端部に位置し、他方では反対側に位置するピストン足部１１０の延長１１７の対応する面にある。連接型ブロックの間には中間スペース１１６が形成され、その中で傾斜プレート１０１が、互いに対面する端面領域が連接型ブロックの平面に接触するように係合している。
【００６０】
示した配置においては、傾斜リング１０１の軸方向取り付け金具は伝達トルクだけのために役立ち、支持要素１０８はピストン１０９の軸方向への支持および／または気体力の支持だけのために役立つということがわかる。トルクの伝達は結果として傾斜リング１０１の軸方向支持から分断される。
【００６１】
また興味深いのは、支持要素１０７上の支持円弧１０８のための支持面である。当該面は、シリンダー面の一部１１８の形である。傾斜リング１０１の勾配が変化した際の支持線の位置ずれ、すなわちピストン１０９の中心からの位置ずれを回避するため、支持円弧１０８は傾斜リング１０１に対して半径方向に移動可能なように装着されている。
【００６２】
図７の左側において、４つの領域Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４が指定されていた。これまでの例においては、スワッシュプレートの重心がシャフトの中心軸に対し垂直に定められた傾斜軸上にあると想定されてきた。しかしその後、従来技術に従ったコンプレッサは頻繁に重心をそのスワッシュプレートの重心が傾斜軸上にないスワッシュプレートに有する。好適な配置において、これらの点は一致する。さらなる配置において、「オフセット」が設計に組み入れられる。この場合、四分円Ｑの重心は以下の効果を有する。
Ｑ１（正のｚおよびｙ座標）：ダウンレギュレーション
Ｑ３（負のｚおよびｙ座標）：ダウンレギュレーション
Ｑ２（正のｚ座標および負のｙ座標）：アップレギュレーション
Ｑ４（負のｚ座標および正のｙ座標）：アップレギュレーション
追加の質量補正が提供されない場合、多くのスワッシュプレートの重心は従来技術に従いＱ４領域にある。
【００６３】
当然ながら、任意の特定四分円に配置された重心は、例えばスワッシュプレート傾斜が、アップレギュレーション挙動がダウンレギュレーション挙動に変換される際、シャフトの中央軸に対し、シャフト側を変更することが可能である。しかし、当然ながら、シャフト軸の領域内において遠心力およびそこから生じる可能性のある傾斜モーメントは、それら自体を制限内で適度に保つ傾向があり、すなわち重心位置は、シャフトの中心軸から一定距離の間隔があいている場合のみ特定の関連となることもわかった。
【００６４】
本発明に関連して、以下の２つの重心位置が重要である（アップレギュレーション降下を有するオフセット）。
Ｑ２（正のｚ座標および負のｙ座標）：アップレギュレーション
Ｑ４（負のｚ座標および正のｙ座標）：アップレギュレーション
【００６５】
理解を深めるため、図１および２と同様のパラメータ（スワッシュプレート形状）を使用した。
【００６６】
これに関連して、図８の左上の図表は事例１ａに関する。
重心位置０の「アップレギュレーション駆動機構」
図８の左下の図表は事例２ａを示す。
重心位置０の「ダウンレギュレーション駆動機構」
２つの計算における差異は、スワッシュプレートの高さのみにある（図６ｈ＝１０ｍｍと図７ｈ＝１８ｍｍを比較）。４つの回転速度の合計について計算を行った。
右上の図表は事例１ｂを代表するものである。
重心位置がＱ４内にある「アップレギュレーション駆動機構」
一方、「右下」の図表は事例２ｂを示す。
Ｑ４内の重心位置によりもたらされる「アップレギュレーションおよびダウンレギュレーション駆動機構」本明細書の事例１ａ、１ｂおよび２ａは、出典および例が既述されており、周知であると考えられる。事例２ｂは本発明に関係する。
【００６７】
図８は、質量力により結果として生じるモーメント、すなわち「アップレギュレーション」または「ダウンレギュレーション」の基準を左右する（Ｍｋ，ｇｅｓ＋Ｍｓｗ）のみを示す。図９は、図８の図表の根拠である値の表である。図１０は、事例１ｂおよび２ｂを図８よりも詳細に示す。右上および右下の図表は、図９におけるそれらに対応する。また、各図表において、選択された回転速度ｎ＝６０００ｒｐｍの事例である個別のモーメントが与えられる。
【００６８】
右下の図表は本発明への特定の関与を有する。ピストンの質量力によるモーメントはスワッシュプレート傾斜角０°において＝０である。スワッシュプレートの偏差のモーメント（Ｍｓｗ）は＞０であり、正の（アップレギュレーション）モーメントを生じさせる。偏差のモーメントが＞０であることにより、結果として生じるモーメント（Ｍｓｗ＋Ｍｋ，ｇｅｓ）は量および方向において同じである。
【００６９】
傾斜角０°から始め、ピストン位置ずれの増大のためピストンの質量力が大きくなるという事実の結果として、傾斜モーメントＭｋ，ｇｅｓは上昇する。一方、スワッシュプレートにより引き起こされる（Ｍｓｗ）偏差のモーメントによるモーメントに対応する傾斜モーメントは、そのゼロ位置（偏差のモーメント＝０°）の方向へ移動し、傾斜角約０．６°に位置する。傾斜角がさらに増大すると、スワッシュプレートの偏差のモーメントはもはやアップレギュレーション効果を持たず、ダウンレギュレーション効果を持つ。しかしながら、０．６°から２°の範囲にあるスワッシュプレートの効果は、モーメントの合計（Ｍｋ，ｇｅｓ＋Ｍｓｗ）が全体的に「ダウンレギュレーション」を産出するのに十分ではない。従って、モーメントの合計（Ｍｓｗ＋Ｍｋ，ｇｅｓ）は約２°までの正数であり、アップレギュレーション効果を持つ。
【００７０】
スワッシュプレートによるモーメントの傾きがその量においてピストンによるモーメントの傾きより大きいことにより、トレンド反転は２°に達する。
約２°まで、駆動機構の質量力によるモーメントはアップレギュレーション効果を持つ。
約２°から、駆動機構の質量力によるモーメントはダウンレギュレーション効果を持つ。
【００７１】
スワッシュプレートの重心位置をわずかに変えることによって、図表において結果として生じるモーメントのプロットがｘ軸と交差する点をほぼ自在に移動可能なことは明らかであろう。重心位置は、偏差のモーメント内のシュタイナー成分によって考慮に入れられる。原理上、重心位置（０／０）の場合、すなわち偏差のモーメントのシュタイナー成分がない場合でも、構造上の手段によって偏差のモーメントがその「ゼロ位置」を例えば＜０．６°の範囲内に有するよう配置することは可能であろう。
【００７２】
さらに、本発明は第一に最小と最大傾斜角の間の傾斜角範囲を、さらなるステップにおいて０°に向けて最小傾斜角を最小化することを対象としている。
【００７３】
図８および１０の図表から、また図９の値の表から、低速のコンプレッサ回転速度（例えば８００‐３０００ｒｐｍ）において、特に低い傾斜角範囲においては当然ながらモーメントは並外れて小さいことが分かる。そのような低いモーメントを使用してどのようにアップレギュレーションを実行しうるのかという問題が生じる。
【００７４】
右下の値の表（図９）から、通常の最小傾斜角、例えば０．９°およびコンプレッサ回転速度１５００ｒｐｍ、モーメント０．０４Ｎｍを線形補間により概算することが可能である。そのような小さいモーメントであっても、スワッシュプレートをスプリング力に対して１０分の数ミリメートル移動させることが可能であり、これは傾斜角における１０分の数度の変化にほぼ相当する。これに関連して、０．９°から例えば０．７°の領域においてさえも傾斜角変化の可能性は、コンプレッサの「連結なし操作」を使用する場合のエネルギー条件においてきわめて重大でありうることを考慮すべきである。
【００７５】
図１１および１２は、既述の事例を表す調整曲線を示す。「アップレギュレーション」事例および「ダウンレギュレーション」事例のために別個に選択されたバネ定数に留意すべきである。異なるバネ定数の選択は、調整に必要な、価値のある傾きを有する特性プロットを提供するために必要である。結果として生じるモーメントの「トレンド反転」を示す交差点が同様に約２°であることは、本発明の主題に従った図表における調整特性プロットの特性である。
【００７６】
本発明の実行は、上述の例に限定されるものではなく、注目されるよりむしろ当業者の活動範囲内に収まる多くの修正において同様に可能である主な設計ポイントである。従って、設計技師は、付随する特許請求の範囲にて定められた基準が満たされる限りにおいて、特にスワッシュプレートの特定寸法およびその重心位置に関して自由裁量を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】傾斜挙動に関連してアキシャルピストンコンプレッサの傾斜プレート配置のための値と計算手順を示すためのグラフおよび表である。
【図２】傾斜挙動に関連してアキシャルピストンコンプレッサの傾斜プレート配置のための値と計算手順を示すためのグラフおよび表である。
【図３】傾斜挙動に関連してアキシャルピストンコンプレッサの傾斜プレート配置のための値と計算手順を示すためのグラフである。
【図４】傾斜挙動に関連してアキシャルピストンコンプレッサの傾斜プレート配置のための値と計算手順を示すためのグラフおよび表である。
【図５】傾斜挙動に関連してアキシャルピストンコンプレッサの傾斜プレート配置のための値と計算手順を示すためのグラフおよび表である。
【図６】アキシャルピストンコンプレッサ構成要素の斜視図である。
【図７】アキシャルピストンコンプレッサ構成要素の側面図である。
【図８】定義された構造上の境界条件のもとで生じるモーメントを表現する値のグラフである。
【図９】定義された構造上の境界条件のもとで生じるモーメントを表現する値の表である。
【図１０】定義された構造上の境界条件のもとで生じるモーメントを表現する値のグラフである。
【図１１】定義された構造上の境界条件のもとで生じるモーメントを表現する値のグラフである。
【図１２】定義された構造上の境界条件のもとで生じるモーメントを表現する値のグラフである。
【図１】
2007511702.tif 000009
【図２】
2007511702.tif 000010
【図３】
2007511702.tif 000011
【図４】
2007511702.tif 000012
【図５】
2007511702.tif 000013
【図６】
2007511702.tif 000014
【図７】
2007511702.tif 000015
【図８】
2007511702.tif 000016
【図９】
2007511702.tif 000017
【図１０】
2007511702.tif 000018
【図１１】
2007511702.tif 000019
【図１２】
2007511702.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月20日(2006.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
前記平行移動質量のモーメントＭｋ，ｇｅｓおよび前記偏差のモーメントＩｙｚによるモーメントＭｓｗを含む総モーメントが傾斜角の縮小をもたらす前記傾斜角の値、および／または、前記偏差のモーメントＩｙｚによるモーメントＭｓｗがゼロと等しくなる傾斜角の値は、前記傾斜プレート（１０１）の重心の位置の適正な事前決定によって設定されることを特徴とする、請求項６または７に記載のアキシャルピストンコンプレッサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
偏差のモーメント
【数  ２】
Ｊｙｚ＝−Ｊ２cosΨsinΨ＋Ｊ３cosΨsinΨ
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
傾斜プレート、例えば傾斜リングの小さい傾斜角について、Ｊｙｚ構成要素はシュタイナー成分ｙｓ・ｚｓ・ｍより小さい。構成要素Ｊｙｚが常にコンプレッサをダウンレギュレーションする一方で、構成要素ｙｓ・ｚｓ・ｍは常にアップレギュレーションする（図７に記載の四分円Ｑ２、Ｑ４内の位置に設定される）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
図４の図表に記載のスワッシュプレートの調整挙動は、望ましい結果を示すものである。スワッシュプレートの作用範囲全体（最小から最大傾斜角）において、質量移動のモーメントのアップレギュレーション効果は感知できるほど見られず、最大傾斜角に交差点があるという事実の結果として、プロットの分散は回避される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
本発明の有利で有効な機能は、その他に従属項中および付随の図を参照する明細書から分かり、その中において、
図１から５は、その傾斜挙動に関連してアキシャルピストンコンプレッサの傾斜プレート配置のための値と計算手順のグラフおよび表を示し、
図６および７は、それぞれ本発明にとって重要なアキシャルピストンコンプレッサ構成要素の斜視図および側面図を示し、
図８から１２は、定義された構造上の境界条件のもとで生じるモーメントを表現する値のグラフおよび表を示す。
図６および７は、構造的に実現しうる設計（本発明の主題）によるスワッシュプレート機構を示しており、図６はその目的のために分解斜視図を、図７は最小および最大傾斜角における基本的な構成要素の２つの側面図を示すものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
これに関連して、図８の左上の図表は事例１ａに関する。
重心位置０の「アップレギュレーション駆動機構」
図８の左下の図表は事例２ａを示す。
重心位置０の「ダウンレギュレーション駆動機構」
２つの計算における差異は、スワッシュプレートの高さのみにある（図１ ｈ＝１０ｍｍと図２ ｈ＝１８ｍｍを比較）。４つの回転速度の合計について計算を行った。
右上の図表は事例１ｂを代表するものである。
重心位置がＱ４内にある「アップレギュレーション駆動機構」
一方、「右下」の図表は事例２ｂを示す。
Ｑ４内の重心位置によりもたらされる「アップレギュレーションおよびダウンレギュレーション駆動機構」本明細書の事例１ａ、１ｂおよび２ａは、出典および例が既述されており、周知であると考えられる。事例２ｂは本発明に関係する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
傾斜角０°から始め、ピストン位置ずれの増大のためピストンの質量力が大きくなるという事実の結果として、傾斜モーメントＭｋ，ｇｅｓは上昇する。一方、スワッシュプレートにより引き起こされる（Ｍｓｗ）偏差のモーメントによるモーメントに対応する傾斜モーメントは、そのゼロ位置（偏差のモーメント＝０）の方向へ移動し、傾斜角約０．６°に位置する。傾斜角がさらに増大すると、スワッシュプレートの偏差のモーメントはもはやアップレギュレーション効果を持たず、ダウンレギュレーション効果を持つ。しかしながら、０．６°から２°の範囲にあるスワッシュプレートの効果は、モーメントの合計（Ｍｋ，ｇｅｓ＋Ｍｓｗ）が全体的に「ダウンレギュレーション」を産出するのに十分ではない。従って、モーメントの合計（Ｍｓｗ＋Ｍｋ，ｇｅｓ）は約２°までの正数であり、アップレギュレーション効果を持つ。
【国際調査報告】
2007511702.tif 000021
2007511702.tif 000022
2007511702.tif 000023
2007511702.tif 000024
2007511702.tif 000025
2007511702.tif 000026