(57)【要約】【課題】クランク室圧と吸入室圧との差圧をより厳密に制御できる可変容量圧縮機および冷凍サイクルの提供を目的とする。【解決手段】クランク室５に蒸発器４００からの低温低圧の冷媒を導入する吸入ポート５３を設けとともにクランク室５と吸入室７とを連通する吸入通路３２を設けるることで、蒸発器４００からの低温低圧の冷媒をクランク室５を介して吸入室７に導入する構造とし、吸入通路３２に、上流側のクランク室圧Ｐｃと下流側の吸入室圧Ｐｓとの差圧を調整する圧力制御弁３３を設けた。圧力制御弁３３によってクランク室圧Ｐｃと吸入室圧Ｐｓとの差圧を直接制御できるため、従来に比べより厳密な差圧制御が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボア（３）内のピストン（２９）の往復動により、吸入室（７）の冷媒をシリンダボア（３）に吸入・圧縮し吐出室（８）へ吐出する圧縮機（１）において、
前記ピストン（２９）の後面側であるクランク室圧（Ｐｃ）と前記ピストン（２９）の前面側である吸入室圧（Ｐｓ）との差圧を調整することで、ピストンストロークを制御する可変容量圧縮機（１）であって、
前記クランク室（５）に蒸発器（４００）からの低温低圧の冷媒を導入する吸入ポート（５３）を設けるとともに前記クランク室（５）と前記吸入室（７）とを連通する吸入通路（３２）を設けることで、蒸発器（４００）からの低温低圧の冷媒を前記クランク室（５）を介して前記吸入室（７）に導入する構造とし、
前記吸入通路（３２）に、上流側の前記クランク室圧（Ｐｃ）と下流側の前記吸入室圧（Ｐｓ）との差圧を調整する圧力制御弁（３３）を設けたことを特徴とする可変容量圧縮機（１）。
【請求項２】
冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、
該圧縮機（１）で圧縮された高温高圧の冷媒の熱を放熱する放熱器（１００）と、放熱器（１００）で冷却された低温高圧の冷媒の圧力を制御する膨脹弁（３００）と、該膨脹弁（３００）により圧力を制御された冷媒の吸熱作用により通風空気を冷却する蒸発器（４００）と、が少なくとも直列に配管結合された冷凍サイクルにおいて、
前記圧縮機（１）は、シリンダボア（３）内のピストン（２９）の往復動により、吸入室（７）の冷媒をシリンダボア（３）に吸入・圧縮し吐出室（８）へ吐出し、前記ピストン（２９）の後面側であるクランク室圧（Ｐｃ）と前記ピストン（２９）の前面側である吸入室圧（Ｐｓ）との差圧を調整することで、ピストンストロークを制御する可変容量圧縮機（１）であって、
前記クランク室（５）に蒸発器（４００）からの低温低圧の冷媒を導入する吸入ポート（５３）を設けるとともに前記クランク室（５）と前記吸入室（７）とを連通する吸入通路（３２）を設けることで、蒸発器（４００）からの低温低圧の冷媒を前記クランク室（５）を介して前記吸入室（７）に導入する構造とし、
前記吸入通路（３２）に、上流側の前記クランク室圧（Ｐｃ）と下流側の前記吸入室圧（Ｐｓ）との差圧を調整する圧力制御弁（３３）を設けたことを特徴とする冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置等の冷凍サイクルに関する。また、本発明は、車両用空調装置等の冷凍サイクルに介装されて該冷凍サイクル内で気化した冷媒を断熱圧縮する圧縮機であって、ピストンの後面側であるクランク室圧と前記ピストンの前面側である前記吸入室圧との差圧を調整することで、ピストンストロークを制御して、吐出容量を制御する可変容量圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機には、シリンダボアを有するシリンダブロックの前端面に、フロントハウジングを接合してクランク室を形成すると共に、前記シリンダブロックの後端面に、バルブプレートを介してリアハウジングを接合して吸入室および吐出室を形成し、前記クランク室内に軸支した駆動軸の回転を斜板によって前記シリンダボア内のピストンの往復動に変換することで、吸入室の冷媒をシリンダボアに吸入して圧縮し、吐出室へ吐出するものがある。
【０００３】
吐出容量の制御は、ピストンの後面側であるクランク室圧と前記ピストンの前面側である前記吸入室圧と、の差圧を調整することで、ピストンストロークを制御して、吐出容量を制御している。
【０００４】
従来の構造では、クランク室と吸入室とを常時連通する抽気通路と、クランク室と吐出室とを連通する給気通路と、を設け、給気通路の途中に圧力制御弁を設けることで、クランク室に供給する冷媒量を制御してクランク室圧を制御していた（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−１３８６３号公報
【０００６】
【特許文献２】
米国特許第３７１２７５９号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術にあっては、圧力変動の大きい吐出室の冷媒をクランク室に供給して、クランク室圧を制御する構造であるため、より厳密な圧力制御が困難であった。
【０００８】
本発明はこのような従来技術をもとに為されたもので、よりクランク室圧と吸入室圧との差圧を厳密に制御できる可変容量圧縮機、および、これを用いた冷凍サイクルの提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、シリンダボア内のピストンの往復動により、吸入室の冷媒をシリンダボアに吸入・圧縮し吐出室へ吐出する圧縮機において、前記ピストンの後面側であるクランク室圧と前記ピストンの前面側である前記吸入室圧と、の差圧を調整することで、ピストンストロークを制御する可変容量圧縮機であって、
前記クランク室に蒸発器からの低温低圧の冷媒を導入する吸入ポートを設けるとともに前記クランク室と前記吸入室とを連通する吸入通路を設けることで、蒸発器からの低温低圧の冷媒を前記クランク室を介して前記吸入室に導入する構造とし、前記吸入通路に、上流側の前記クランク室圧と下流側の前記吸入室圧との差圧を調整する圧力制御弁を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒の熱を放熱する放熱器と、放熱器で冷却された低温高圧の冷媒の圧力を制御する膨脹弁と、該膨脹弁により圧力を制御された冷媒の吸熱作用により通風空気を冷却する蒸発器と、が少なくとも直列に配管結合された冷凍サイクルにおいて、
前記圧縮機は、シリンダボア内のピストンの往復動により、吸入室の冷媒をシリンダボアに吸入・圧縮し吐出室へ吐出し、前記ピストンの後面側であるクランク室圧と前記ピストンの前面側である前記吸入室圧との差圧を調整することで、ピストンストロークを制御する可変容量圧縮機であって、
前記クランク室に蒸発器からの低温低圧の冷媒を導入する吸入ポートを設けるとともに前記クランク室と前記吸入室とを連通する吸入通路を設けることで、蒸発器からの低温低圧の冷媒を前記クランク室を介して前記吸入室に導入する構造とし、前記吸入通路に、上流側の前記クランク室圧と下流側の前記吸入室圧との差圧を調整する圧力制御弁を設けたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の可変容量圧縮機によれば、クランク室に蒸発器からの低温低圧の冷媒を導入する吸入ポートを設けるとともにクランク室と吸入室とを連通する吸入通路を設けることで、蒸発器からの低温低圧の冷媒を前記クランク室を介して吸入室に導入する構造とし、吸入通路に上流側のクランク室圧と下流側の吸入室圧との差圧を調整する圧力制御弁を設けたことを特徴とするため、クランク室および吸入室の間に介在する圧力制御弁によってクランク室圧と吸入室圧との差圧を直接制御できる。そのため、より厳密な差圧制御が可能となる。
【００１２】
また、付随効果として、クランク室と吸入室との間に設けられた圧力制御弁は、冷凍サイクルに介装される膨脹弁と直列に配置されることとなるため、圧力制御弁が冷凍サイクルの膨脹弁と並列配置されることで弁同士が干渉してハンチングの虞がある従来構造と異なり、弁同士が相互の干渉することを回避することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明の冷凍サイクルによれば、クランク室と吸入室とを連通する吸入通路を設けるとともにクランク室に蒸発器からの低温低圧の冷媒を導入する吸入ポートを設けることで、蒸発器からの低温低圧の冷媒をクランク室を介して吸入室に導入する構造とし、吸入通路に、上流側のクランク室圧と下流側の吸入室圧との差圧を調整する圧力制御弁を設けたため、クランク室および吸入室の間に介在する圧力制御弁によってクランク室圧と吸入室圧との差圧を直接制御できる。そのため、より厳密な差圧制御が可能となる。
【００１４】
また、付随効果として、クランク室と吸入室との間に設けられた圧力制御弁は、冷凍サイクルに介装される膨脹弁と直列に配置されることとなるため、圧力制御弁が冷凍サイクルの膨脹弁と並列配置されることで弁同士が干渉してハンチングの虞がある従来構造と異なり、弁同士が相互の干渉することを回避することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかる冷凍サイクルおよびこれに介装される可変容量圧縮機を図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態の冷凍サイクルを示す全体模式図、図２は同冷凍サイクルに介装される可変容量圧縮機の全体断面図である。
【００１６】
まず、冷凍サイクルの基本構成について説明する。図１に示す冷凍サイクルは、車両用空調装置用の冷却サイクルとしてに用いられ、冷媒として超臨界流体（この例では二酸化炭素）を使用している。
【００１７】
冷凍サイクルは、必要に応じて電磁クラッチを介して図示せぬエンジンと連結されて駆動される圧縮機１と、この圧縮機１の出口側に配管Ｐ１を介して接続される放熱器１００と、この放熱器１００の出口側に配管Ｐ２を介して接続される内部熱交換器２００の高圧側流路２１０と、この内部熱交換器２００の高圧側流路２１０と配管Ｐ３を介して接続される膨脹弁３００と、この膨脹弁３００の出口側に配管Ｐ４を介して接続される蒸発器４００と、この蒸発器４００の出口側に配管Ｐ５を介して接続されるアキュムレータ５００と、このアキュムレータ５００の出口側に配管Ｐ６を介して接続される内部熱交換器２００の低圧側流路２２０と、この内部熱交換器２００の低圧側流路２２０と前記圧縮機１の吸入ポート５３とを接続する配管Ｐ７と、を備えている。
【００１８】
なお、冷凍サイクルの配管構造は、圧縮機１の吐出ポート５４から膨脹弁３００までで構成される高圧経路と、膨脹弁３００から圧縮機の吸入ポート５３までで構成される低圧経路と、に区分される。
【００１９】
以上の構成により、冷凍サイクルの冷媒は以下のように循環する。まず、圧縮機１において超臨界領域まで圧縮された冷媒（二酸化炭素）は、放熱器１００において冷却され、さらに内部熱交換器２００の高圧側流路２１０を流通する際に低圧側流路２２０を流通する冷媒と熱交換することによって、さらに冷却される。そして、図示せぬ制御手段によって開度が制御された膨脹弁３００を通過する際に膨脹して、気液混合領域まで圧力が低下し、蒸発器４００にて空調装置の送風路を通過する空気の熱を吸熱して蒸発し、アキュムレータ５００を通過して液相成分が除去される。そして、アキュムレータ５００から流出した冷媒は、前記内部熱交換器２００の低圧側流路２２０を通過する際に高圧側流路２１０を流通する冷媒と熱交換することによって過熱され、ふたたび圧縮機１に吸入される。このように、圧縮機１→放熱器１００→内部熱交換器２００→膨脹弁３００→蒸発器４００→アキュムレータ５００→内部熱交換器２００→圧縮機１の順に冷媒が循環し、蒸発器４００によって吸熱した熱を放熱器２００で放熱する冷凍サイクルが構成される。
【００２０】
この実施形態では、上記冷凍サイクルに介装される圧縮機１に特徴があり、以下、詳しく説明する。
【００２１】
この実施形態の圧縮機１は、図２に示すように、斜板式の可変容量圧縮機である。この可変容量圧縮機１は、円周方向に複数の等間隔に配置されたシリンダボア３を有するシリンダブロック２と、該シリンダブロック２の前端面に接合され該シリンダブロック２との間にクランク室５を形成するフロントハウジング４と、シリンダブロック２の後端面にバルブプレート９を介して接合され吸入室７および吐出室８を形成するリアハウジング６と、を備えている。これらシリンダブロック２とフロントハウジング４とリアハウジング６とは、複数のスルーボルトＢによって締結固定される。
【００２２】
バルブプレート９は、シリンダボア３と吸入室７とを連通する吸入孔１１と、シリンダボア３と吐出室８とを連通する吐出孔１２と、を備えている。
【００２３】
バルブプレート９のシリンダブロック２側には、吸入孔を１１開閉する図示せぬ弁機構が設けられ、一方、バルブプレート９のリアハウジング６側には、吐出孔１２を開閉する図示せぬ弁機構が設けられている。バルブプレート９とリアハウジング６との間にはガスケットが介在し、吸入室７と吐出室８の密閉性を保持している。また、バルブプレート９の周縁にはリアハウジング６とシリンダブロック２との接合面においてＯリングが介在し、圧縮機１外への冷媒漏れを防止している。
【００２４】
シリンダブロック２およびフロントハウジング４の中心の支持孔１９、２０には軸受１７、１８を介して駆動軸Ｓが軸支され、この駆動軸Ｓがクランク室５内で回転自在となっている。
【００２５】
クランク室５内には、前記駆動軸Ｓに固設したドライブプレート２１と、駆動軸Ｓに摺動自在に嵌装したスリーブ２２にピン２３により揺動自在に連結したジャーナル２４と、該ジャーナル２４のボス部２５に固定した斜板２６と、が設けられている。つまり、斜板２６は、駆動軸Ｓを回転によりジャーナル２４が回転すると、このジャーナル２４と一体的に回転する。
【００２６】
斜板２６の傾斜角は、スリーブ２２がシリンダブロック２側に近接移動すると斜板２６の傾斜角が減少し、一方、スリーブ２２がシリンダブロック２から離れる方向に移動すると斜板２６の傾斜角が増大する。ここで、スリーブ２２がシリンダブロック２側に近接した際には、一方の復帰バネ５２が縮んでいるのでこの復帰バネ５２の弾性復元力によりスリーブ２２が中立位置に向けて復帰しやすくなっており、一方、スリーブ２２がシリンダブロック２から離間している際には、他方の復帰バネ５１が縮んでいるのでこの復帰バネ５１の弾性復元力によりスリーブ２２が中立位置にむけて復帰しやすくなっている。なお、ドライブプレート２１とジャーナル２４とは、そのヒンジアーム２１ｈ、２４ｈを弧状の長孔２７とピン２８とを介して連結されており、これにより斜板２６の最大傾斜角度と最小傾斜角度とが規制されている。
【００２７】
そして、各シリンダボア３に収容されたピストン２９は、ピストンシュー３０、３０を介して斜板２６に連結されていて、斜板２６の揺動によって往復運動するようになっている。圧縮機１の基本機能は、このピストン２９のピストン運動により、吸入室７→バルブプレート９の吸入孔１１→シリンダボア３へと吸入した冷媒を圧縮し、シリンダボア３→バルブプレート９の吐出孔１２→吐出室８へと吐出するものである。
【００２８】
この吐出容量を可変とするために、クランク室５と吸入室７の圧力（クランク室圧Ｐｃ、吸入室圧Ｐｓ）を制御する圧力制御機構が設けられており、ピストン２９の後面側のクランク室圧Ｐｃとピストン２９の前面側の吸入室圧Ｐｓの差圧（圧力バランス）により斜板２６の傾角が変化することで、ピストンストロークが変化して、圧縮機１の吐出容量が変わるようになっている。
【００２９】
以下、この圧力制御機構を具体的に説明する。
【００３０】
まず、この実施形態の圧縮機１には、クランク室５に蒸発器４００からの低温低圧の冷媒を導入する吸入ポート５３が設けられている。また、シリンダブロック２およびバルブプレート９およびリアハウジング６を通じて貫通形成され且つクランク室５と吸入室７とを連通する吸入通路３２が設けられている。これにより、蒸発器４００からの低温低圧の冷媒をクランク室５を介して吸入室７に導入する構造となっている。そして、吸入通路３２は、冷凍サイクルの低圧経路の配管Ｐ４〜Ｐ７と通路断面積が略同等に形成されており、通路３２の途中に上流側のクランク室圧Ｐｃと下流側の吸入室圧Ｐｓとの差圧を調整する圧力制御弁３３が設けられている。
【００３１】
つまり、この実施形態では、クランク室圧Ｐｃと吸入室圧Ｐｓの差圧を制御する圧力制御機構が、吸入通路３２およびこの吸入通路３２に配置された圧力制御弁３３により構成されている。
【００３２】
そのため、圧力制御弁３３の弁体を全開としてクランク室圧Ｐｃと吸入室圧Ｐｓとを均衡させると、斜板２６に働くモーメント力により斜板２６の傾斜角が最大になり、圧縮ストロークが最大となる。一方、圧力制御弁３３の弁体を閉じ気味としてクランク室圧Ｐｃを吸入室圧Ｐｓより高くすると、斜板２６の傾斜角が小さくなり、圧縮ストロークが小さくなる。クランク室圧Ｐｃと吸入室圧Ｐｓとの差圧がさらに大きくなると、斜板２６の傾斜角が最小（この例では傾斜角が１°〜３°）となる。
【００３３】
ここで、この実施形態の圧力制御弁３３は電磁式圧力制御弁であって、吸入通路３２を開閉する図示せぬ弁体と、該弁体を開動および閉動させる磁力を発生する図示せぬソレノイドコイルと、を備え、吸入室圧，吐出室圧，車室外気温度，車室室内温度，日射量などに基づいて生成されるオートアンプＡＭＰの信号によりソレノイドコイルに磁力を発生させることで、弁体の開度を調整するようになっている。
【００３４】
この実施形態では、圧力制御弁３３は、無通電時に弁が全開で最大通電時に弁が全閉するようになっている。また、オートアンプＡＭＰは、蒸発器４００の出口空気温度に基づいて弁体の開度調整する信号を生成している。
【００３５】
なお、例えば吸入室圧を検出して冷凍サイクルの熱負荷に対応させて、圧力制御弁３３の開度調整をする場合は、以下のように行われる。
【００３６】
冷凍サイクルにおける熱負荷が小さい場合には、オートアンプＡＭＰは冷房能力は小さくてもよいと判断し、弁体が閉弁方向に移動するように、ソレノイドコイルに流す電流値またはデューティー比を制御する。この結果、クランク室５と吸入室７との差圧が大きくなり、ピン２３を中心とする斜板２６の傾斜角が減少して、圧縮ストロークが短くなり、吐出冷媒量の減少する。これにより、冷凍サイクル内を循環する冷媒循環量が減少して、低い熱負荷に応じた適正な冷媒量となる。
【００３７】
一方、冷凍サイクルの熱負荷が大きい場合には、オートアンプＡＭＰは必要とする冷房能力は大きいと判断し、弁体を開弁方向に移動するように、ソレノイドコイルに流す電流値またはデューティー比を制御する。この結果、クランク室５と吸入室７との差圧は小さくなり、ピン２３を中心とする斜板２６の傾斜角が増大して、圧縮ストロークが大きくなり、吐出冷媒量の増大する。これにより、冷凍サイクル内を循環する冷媒循環量が増大して、高い熱負荷に応じた適正な冷媒量となる。
【００３８】
効果
以上のような構成によりこの実施形態によれば以下のような効果がある。
【００３９】
まず第１に、クランク室５に蒸発器４００からの低温低圧の冷媒を導入する吸入ポート５３を設けとともにクランク室５と吸入室７とを連通する吸入通路３２を設けるることで、蒸発器４００からの低温低圧の冷媒をクランク室５を介して吸入室７に導入する構造とし、吸入通路３２に上流側のクランク室圧Ｐｃと下流側の吸入室圧Ｐｓとの差圧を調整する圧力制御弁３３を設けたことを特徴とするため、圧力制御弁３３によってクランク室圧Ｐｃと吸入室圧Ｐｓとの差圧を直接制御できる。そのため、従来に比べより厳密な差圧制御が可能となる。特に、従来のように圧力変動の大きい高圧圧力（吐出室圧Ｐｄ）の冷媒をクランク室５に導入制御することで、クランク室５と吸入室７との差圧を制御していた構造にくらべ、圧力変動の少ない蒸発器４００からの低圧冷媒により差圧を制御できるため、より厳密な差圧制御が可能である。結果、より厳密な吐出容量制御が可能となる。
【００４０】
第２に、上記構成の付随効果として、圧力制御弁３３が冷凍サイクルに介装される膨脹弁３００と直列に配置されることとなるため、圧力制御弁が冷凍サイクルの膨脹弁３００と並列配置される従来構造と比べ、弁同士が相互の干渉しあうことによるハンチングの発生を回避することができる。結果、冷凍サイクルが安定する。
【００４１】
第３に、上記構成の不随効果として、蒸発器４００からの低温の吸入冷媒をクランク室５に導入するため、クランク室５内の摺動部品（Ｓ、２１〜３０、３５、５１、５２等）を効率的に冷やすことができ、摺動部品の耐久性が向上する。
【００４２】
第４に、上記構成の不随効果として、蒸発器４００からの低温の吸入冷媒と共に搬送される潤滑油をクランク室５に導入するため、従来のようにシリンダボア３からのブローバイガスに同伴される高温で粘性の低い潤滑油をクランク室５内の摺動部品に供給する場合に比べ、低温で粘性の高い潤滑油を摺動部品に供給できるため、潤滑油が圧縮機１内の摺動部品に捕獲されやすく、潤滑油が圧縮機外に無駄に流出することを防ぐことができる。結果、冷凍サイクルの冷媒に混ぜる潤滑油の量を減らすことができる。
【００４３】
第５に、従来構造のような微少通路断面積で形成される抽気通路および給気通路が不要であるため、超臨界流体（炭酸ガスなど）を封入する冷凍サイクルに好適である。つまり、微少通路断面で形成される通路を備える従来構造の圧縮機に対して、総冷媒封入量が約１／６程度ですむ超臨界流体を適用する際には、６倍の精密度で通路断面を設計する必要があるが、この実施形態の圧縮機１はそのような微少断面積の通路がないため、超臨界流体を適用するのに好適な構造である。
【００４４】
なお、上記実施形態では、クランク室５と吸入室７とを連通する吸入通路３２は、シリンダブロック２およびバルブプレート９およびリアハウジング６に貫通形成された貫通孔であるが、例えば、圧縮機本体とは別途設けられた配管などを用いて吸入通路を形成してもよいし、また、上記実施形態では圧力制御弁３３は圧縮機本体内に設けられているが圧縮機本体の外部に配置してもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では圧力制御弁３３は電磁式圧力制御弁であるが、圧力制御弁は機械式であってもよい（機械式圧力制御弁としては、例えば吸入室圧やクランク室圧や吐出室圧などを機械的に感圧する感圧部を設けて該感圧部の作動により弁を開閉する構造などがある）。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１実施形態にかかる圧縮機の全体断面図。
【図２】図２は同圧縮機のリアハウジングの後面図。
【符号の説明】
１  可変容量圧縮機
２  シリンダブロック
３  シリンダボア
４  フロントハウジング
５  クランク室
６  リアハウジング
７  吸入室
８  吐出室
２９  ピストン
３２  吸入通路
３３  電磁式圧力制御弁（圧力制御弁）
１００  放熱器
２００  内部熱交換器
３００  膨脹弁
４００  蒸発器
５００  アキュムレータ
Ｓ  駆動軸
Ｐｓ  吸入室圧
Ｐｄ  吐出室圧
ｐｃ  クランク室圧
Ｐ１〜Ｐ７  配管
【図１】
2004245084.tif 000003
【図２】
2004245084.tif 000004