(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブケース(h) 内に形成したベローズ室(64)と、
前記ベローズ室(64)に設けられ冷媒の圧力により伸縮するベローズ(37)と、
前記ベローズ(37)の伸縮により開度が制御される弁口(47)を介して吐出ポート(33)とクランク室(12)内とを連通する第１流路(R1)と、
前記クランク室(12)内と前記吸入ポート(29)とを連通する第２流路(R2)と、
前記ベローズ室(64)を通過して前記クランク室(12)内と吸入ポート(29)とを連通する第３流路(R3)と、
前記第３流路(R3)の前記クランク室(12)内と前記ベローズ室(64)との間に配置される弁(V1)と、
コンプレッサの吐出側圧力(Pd)に基づいて前記弁(V1)の開度を制御する制御手段(100,110) と、を有し、前記クランク室(12)内の圧力(Pc)を変化させてピストン(23)のストロークを調整し、吐出される冷媒量を調整するようにしてなる容量可変斜板式コンプレッサ。
【請求項２】
コンプレッサの吐出側圧力(Pd)を検出する圧力検出手段(105) を有し、前記制御手段(100) は、前記吐出側圧力(Pd)が所定値以下になった場合に開くように制御することを特徴とする請求項１記載の容量可変斜板式コンプレッサ。
【請求項３】
前記制御手段(110) は、前記吐出側圧力(Pd)に基づいて作動する機械式バルブであることを特徴とする請求項１記載の容量可変斜板式コンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量可変斜板式コンプレッサに関し、特に、容量制御安定性を確保しつつ、低外気時での除湿等に関わる動作性能を満足させ得る容量可変斜板式コンプレッサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空気調和装置に使用されるコンプレッサとして、容量可変斜板式コンプレッサが知られている。この容量可変斜板式コンプレッサは、円周方向等間隔に複数個形成されたシリンダボア内に嵌挿されるピストンを、斜板の揺動を介して連続的に往復動させるようにしたものである。そして、車室内の冷房負荷の変化と対応させて揺動する斜板の傾斜角を変化させることにより吐出冷媒量を調整することが可能となっている。
【０００３】
このような容量可変斜板式コンプレッサにおける斜板の傾斜角を変化させる機構の一つとして、図６に示すように、クランク室と吸入チャンバ２９とを連通する連通路を設ける一方、クランク室と吐出チャンバ３３間を吐出側圧力の供給通路Ｒ1 により連通させて設け、同供給通路Ｒ1 に介在させて制御弁３９を設けると共に、同制御弁３９を吸入側圧力の変化によるベローズ３７の伸縮を介して開閉自在に設けたものが提案されている（特公平４−７４５４９号公報参照）。
【０００４】
この容量可変斜板式コンプレッサでは、冷房負荷が大きい状態においては制御弁３９が閉じられてクランク室圧力が吸入側圧力と同圧状態となり、斜板が大きな傾斜角を存して揺動する作動状態が得られ、一方、冷房負荷が小さい状態においては制御弁３９が開かれてクランク室に吐出側圧力が供給されることによって斜板が小さな傾斜角を存して揺動する作動状態が得られる。
【０００５】
このように、ベローズ３７の伸縮に連動する制御弁３９により吐出側圧力のクランク室への供給を調整することによって、冷房負荷の変動に対応して斜板の傾斜角を速やかに変化させることが可能となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載された容量可変斜板式コンプレッサにあっては、吸入側圧力の変化を感知して安定した容量制御を行うことができるものの、以下のような問題があった。
【０００７】
すなわち、図７に示す吐出側圧力Ｐd と吸入側圧力Ｐs との関係で表すコントロールバルブの制御線図で考えた場合に、図６に示したコントロールバルブは、その機構上から線形的な（図上で直線となる）制御を行うこととならざるを得ない。
【０００８】
一方で、吐出側圧力Ｐd は外気温負荷に連動し、吸入側圧力Ｐs は低いほどコンプレッサが行う仕事が多くなる関係にあり、吐出側圧力Ｐd が高くなる夏場では、吸入側圧力Ｐs が高過ぎると十分な冷力が得られず（図中Ｓu で示す斜線領域）、吸入側圧力Ｐs が低過ぎると、エバポレータの凍結やコンプレッサの破損の虞れがある（図中Ｓl で示す斜線領域）。また、吐出側圧力Ｐd が低くなる冬場では、吸入側圧力Ｐs が高過ぎると、除湿が不十分で窓曇りが発生したり、コントロールバルブの制御線が膨脹弁の制御線より図中において上にくるために制御干渉が起こって冷媒流れの変動が生じたりする虞れがあり（図中Ｗu で示す斜線領域）、吸入側圧力Ｐs が低過ぎるとエバポレータの凍結の虞れがある（図中Ｗl で示す斜線領域）。
【０００９】
このため、すべての外気温負荷領域において製品としての動作性能を満足させるように、図７の斜線で示す性能不良領域を回避するように線形的なコントロールバルブの制御線を設定することは、きわめて困難であり、特に、低外気温負荷時にエバポレータの除湿能力の低下や膨脹弁との制御干渉が生じる虞れがあるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、容量制御安定性を確保しつつ、すべての外気温負荷領域において製品性能を満足させ得る容量可変斜板式コンプレッサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、バルブケース内に形成したベローズ室と、前記ベローズ室に設けられ冷媒の圧力により伸縮するベローズと、前記ベローズの伸縮により開度が制御される弁口を介して吐出ポートとクランク室内とを連通する第１流路と、前記クランク室内と前記吸入ポートとを連通する第２流路と、前記ベローズ室を通過して前記クランク室内と吸入ポートとを連通する第３流路と、前記第３流路の前記クランク室内と前記ベローズ室との間に配置される弁と、コンプレッサの吐出側圧力に基づいて前記弁の開度を制御する制御手段と、を有し、前記クランク室内の圧力を変化させてピストンのストロークを調整し、吐出される冷媒量を調整するようにしてなる容量可変斜板式コンプレッサである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、上記請求項１記載の容量可変斜板式コンプレッサにおいて、コンプレッサの吐出側圧力を検出する圧力検出手段を有し、前記制御手段は、前記吐出側圧力が所定値以下になった場合に開くように制御することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、上記請求項１記載の容量可変斜板式コンプレッサにおいて、前記制御手段は、前記吐出側圧力に基づいて作動する機械式バルブであることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態の容量可変斜板式コンプレッサを示す断面図、図２は、図１に示されるコントロールバルブの作動機構を説明するための概略ブロック構成図、図３は、図２に示される吐出側圧力センサの設置箇所を示す冷凍サイクルの構成図である。
【００１５】
図１に示す容量可変斜板式コンプレッサ３は、シリンダ２５における圧縮室内容積を、このコンプレッサ３に帰還する冷媒の吸込圧に応じて変化させて、該コンプレッサ３の吐出冷媒量を調節し、このコンプレッサ３の吸入圧が一定になるようにしたものである。
【００１６】
この容量可変斜板式コンプレッサ３は、エンジンによりベルト、プーリ２及びマグネットクラッチ２a を介して回転駆動される駆動軸１１を有している。駆動軸１１には、駆動棒１１a が駆動軸１１と直角方向に突設され、クランク室１２内で駆動軸１１と共に回転するようなっている。駆動棒１１a にはピン１１b を支点として駆動斜板１３が駆動軸１１に対して傾斜して揺動し得るように連結され、駆動軸１１の回転力が駆動棒１１a 及びピン１１b を介して駆動斜板１３に伝達するようになっている。この駆動斜板１３には、スラスト軸受１４及びラジアル軸受１５を介して、非回転のソケットプレート１６を摺動自在に取付けてある。ソケットプレート１６は、クランク室１２の胴部ケーシング１７に固定された案内ピン１８に対して滑動自在に連結されたシュー１９を有し、このシュー１９により回転が防止され、軸線方向の往復動が許容されている。ソケットプレート１６には、複数のピストンロッド２２が円周方向等間隔に取付けられており、このピストンロッド２２の他端にはピストン２３が連結されている。
【００１７】
そして駆動斜板１３の回転により、ソケットプレート１６がいわゆるみそすり的動作をして軸線方向に往復動することになり、これによりピストンロッド２２を介してピストン２３を往復動され、ピストン２３が嵌挿されたシリンダ２５のピストン２３の前面側部分は圧縮室となり、背面側部分は前記クランク室１２と連通している。
【００１８】
シリンダヘッド３０には吸入ポート２９及び吐出ポート３３が設けられ、この吸入ポート２９には、エバポレータからの帰環冷媒が流入し、この冷媒はバルブプレート２０に開設された吸入口２７を閉鎖する吸入弁３４の閉鎖弾発力に抗してシリンダボア２６内に形成される圧縮室に流入するようになっている。
【００１９】
また、この冷媒はシリンダヘッド３０に形成された前記吸入ポート２９と連通状態の吸入側圧力室３２を経た後、第１連通路Ｃ1 を通って前記ベローズ室６４内と連通するようになっている。
【００２０】
一方、吐出ポート３３には、圧縮された冷媒が流出し、バルブプレート２０に開設された吐出口２８から吐出された冷媒をコンデンサに送り込む配管（いずれも図示せず）が連通されているが、この吐出ポート３３から流出した冷媒の一部はさらに後述のバルブ室Ｖ内に形成された吐出側圧力室３５にも流入するようになっている。
【００２１】
容量可変斜板式コンプレッサ３の帰還冷媒の吸入圧Ｐs を感知するコントロールバルブＣｖは、シリンダヘッド３０に開設されたバルブ室Ｖ内に設けられている。このコントロールバルブＣｖは、バルブ室Ｖ内に取り付けられたバルブケースｈを有し、バルブケースｈ内に形成されたベローズ室６４の下部には、第１連通路Ｃ1 が開設され、この第１連通路Ｃ1 を介して吸入側圧力室３２、即ち吸入ポート２９と連通されている。ベローズ室６４内には、吸入側圧力室３２の内部圧力に応じて伸縮するベローズ３７と、このベローズ３７内に設けられたばね３８とが設けられている。
【００２２】
バルブケースｈの上部には、圧縮された冷媒が通路３５ａから導入される吐出側圧力室３５が設けられ、この吐出側圧力室３５を経て中心孔４４，中心通路４５等を通過するようにして、吐出ポート３３とクランク室１２内とを連通する第１流路Ｒ1 が形成されている。なお、第１流路Ｒ1 の流路途上には、弁口４７が設けられ、該弁口４７は、ベローズ３７の伸縮により作動棒４６を介して作動される高圧側制御弁３９によりその開度が制御されるようになっている。
【００２３】
また、クランク室１２内と吸入ポート２９とを連通する第２流路Ｒ2 が形成されており、クランク室内圧力Ｐc を吸入ポート２９に導くようになっている。この第２流路Ｒ2 は、冷媒がベローズ３７の周辺を流れずクランク室１２内圧力Ｐc を吸入ポート２９に導くことができる通路であれば、どのような位置に形成してもよい。ここでは、容量可変式コンプレッサの構成を簡素化する観点より、クランク室１２を貫通して伸延された取付けボルト７２のボルト挿通孔７３を利用し、このボルト挿通孔７３と吸入ポート２９とを連通するように、例えば直径１．２ｍｍ程度のオリフィス通路Ｒo を開設することが望ましい。
【００２４】
ここに、取付けボルト７２は、胴体ケーシング１７、シリンダ２５、シリンダヘット３０等を相互に連結するためのものであり、これらシリンダ２５等を貫通して設けられたボルト挿通孔７３内にある程度の隙間をもって挿通されている。この隙間がクランク室１２内圧力Ｐc を吸入ポート２９に導く第２流路Ｒ2 の一部として利用されている。
【００２５】
本実施形態では、後述する電磁弁Ｖ1 と低圧側弁口４０とを介してベローズ室６４とクランク室１２内とを連通する第２連通路Ｃ2 が設けられている。この第２連通路Ｃ2 と前述した第１連通路Ｃ1 とにより、ベローズ室６４を通過してクランク室１２内と吸入ポート２９とを連通する第３流路Ｒ3 が形成される。
【００２６】
前記弁口４０は、ベローズ３７の伸縮により作動される低圧側制御弁３６によりその開度が制御される。そして、作動ロッド４６により両制御弁３６，３９は連動し、低圧側制御弁３６が低圧側弁口４０の開度を大きくする場合には、高圧側制御弁３９は、高圧側弁口４７の開度を小さくするように作動するようになっている。
【００２７】
また、図１および図２に示したように、第３流路Ｒ3 のクランク室(12)内と前記ベローズ室(64)との間には、電磁弁Ｖ1 が配置される。この電磁弁Ｖ1 は、制御手段としてのオートアンプ１００に接続されている。さらに、図３に示すように、コンプレッサの吐出側圧力Ｐd を検出する吐出側圧力センサ１０５がリキッドタンク１０２の下流の高圧側冷媒配管に取り付けられており、この吐出側圧力センサ１０５からの検出値がオートアンプ１００に入力されるようになっている。なお、図３に示す冷凍サイクルにおいては、コンプレッサ３から吐出された冷媒は、コンデンサ１０１、リキッドタンク１０２、膨脹弁１０３、エバポレータ１０４を通って再びコンプレッサ３に帰り循環が繰り返される。
【００２８】
オートアンプ１００は、吐出側圧力センサ１０５からの検出値に基づいて電磁弁Ｖ1 の開閉を制御するように構成されている。ここでは、吐出側圧力Ｐd が例えば７ kg/cm2 以下になった場合に電磁弁Ｖ1 が開とされ、７ kg/cm2 より大きい場合に電磁弁Ｖ1 を閉とされるようになっている。但し、実際には制御の変動を防止するため、電磁弁Ｖ1 の開閉の作動圧力を７ kg/cm2 近傍で吐出側圧力の上昇時は若干高く下降時は若干低く設定している。
【００２９】
なお、電磁弁Ｖ1 の開閉を切り換えるときの作動圧は、７ kg/cm2 に限定されるものではなく適宜変更が可能である。また、電磁弁Ｖ1 を閉としたときには、完全に冷媒の流れを停止させることなく、例えば僅かな洩れ孔（例えば直径０．５ｍｍ程度）相当のものがあってもよい。さらに、電磁弁Ｖ1 をオン・オフ制御ではなく、連続的に流量を変化させる流量調整弁とすることも可能であり、このようにすれば、エンジン回転数検出手段１０６から得られるエンジン回転数に応じて電磁弁Ｖ1 の開度を調節することにより、よりきめ細かな容量制御が可能となる。
【００３０】
また、オートアンプ１００には、前述したマグネットクラッチ２a や、その他各種アクチュエータおよびセンサ等が接続され、オートアンプ１００は、自動車用空調装置の総括的な制御を行うようになっている。
【００３１】
次に、作用を説明する。
【００３２】
冷房サイクルにおける熱負荷が小さい場合には、吸入圧Ｐs の低い帰環冷媒が吸入ポート２９よりベローズ室６４に入り、ベローズ３７はばね３８の力により上方に伸び、制御弁３９が弁口４７を開き、ピストン２３によって圧縮された高い吐出圧Ｐd の冷媒の一部を、第１連通路Ｒ1 よりクランク室１２に導入し、クランク室圧Ｐc を高くする。これにより吸入工程にあるピストン２３は、充分に大きなストロークとなるように後退できず、圧縮ストロークが小さくなり、冷媒の圧縮量は少なく、低い熱負荷に応じた適正な冷媒量となる。冷媒量の減少により、コンプレッサ３の吸入圧Ｐs が次第に上昇し、結果的に一定な吸入圧Ｐs に保たれる。
【００３３】
冷房サイクルにおける熱負荷が大きい場合には、吸入側圧力Ｐs の高い帰環冷媒が吸入ポート２９よりベローズ室６４に入り、ベローズ３７は、ばね３８の力に抗して縮少し、制御弁３９の開度を閉じる。これにより、ピストン２３によって圧縮された高い吐出圧Ｐd の冷媒は、クランク室１２に導入されることはない。この場合、中圧のクランク室１２内の冷媒は第２の流路Ｒ2 を通って吸入側へ流れることになるので、ベローズ３７の周囲には冷媒は流れず、ベローズ３７は正確に冷媒の圧力によって作動することになる。
【００３４】
これにより、駆動傾斜板１３等が駆動軸１に対して傾斜し、ピストン２３の往復動ストロークが長くなる。この状態で圧縮すれば、吐出冷媒量は増大し、高い熱負荷に応じた適正な冷媒流量となり、コンプレッサ３の吸入側圧力Ｐs が次第に下降し、その結果一定の吸入側圧力Ｐs に保たれることになる。
【００３５】
ここで、外気温度が低く、吐出側圧力センサ１０５により検出された吐出側圧力Ｐd が例えば７ kg/cm2 以下である場合には、オートアンプ１００は、電磁弁Ｖ1 を閉から開に切り換える制御を行う。これにより、第２連通路Ｃ2 が導通し、ベローズ室６４を通過してクランク室１２内と吸入ポート２９とを連通する第３流路Ｒ3 が機能し得る状態となる。なお、この場合に、第２流路Ｒ2 の図２の２点鎖線で示す箇所に電磁弁Ｖ2 を設け、この電磁弁Ｖ2 を、電磁弁Ｖ1 が開のときは閉に、電磁弁Ｖ1 が閉のときは開に制御するようにして、第２流路Ｒ2 と第３流路Ｒ3 とが選択的に機能し得るように構成することも可能である。
【００３６】
こうして、クランク室１２内の冷媒が、第３流路Ｒ3 を通って流れると、ベローズ３７に対し冷媒の動圧が作用し、実際の吸入圧Ｐs とベローズ３７が感知する吸入圧Ｐs ´の間に圧力差を生じ、Ｐs ´＞Ｐs という状態が生じる。このような状態となると、ベローズ３７は、熱負荷が大きい場合と同様に、ソケットプレート１６及び駆動傾斜板１３の駆動軸１１に対する傾斜状態を変化させることになり、ピストン２３の往復動ストロークは長くなり、結果的にコンプレッサ３の吸入側圧力Ｐs は下降することになる。
【００３７】
これにより、図４の本実施形態のコントロールバルブの制御線図に示すように、コントロールバルブの機構上から図中２点鎖線で示す線形的な制御となるはずのところを、本実施形態では、７ kg/cm2 以下の領域において図中２点鎖線で示す直線よりも吸入側圧力Ｐs が低くなる。なお、図４におけるＳu ，Ｓl ，Ｗu ，Ｗl は、図７で説明した各性能不良領域を示す。
【００３８】
このため、低外気温時において、必要なコンプレッサの仕事が確保されて適切な蒸発圧が得られ、除湿がきわめて良好となる。また、膨張弁との制御の干渉も回避することができ、冷媒の圧力ないし温度のハンチングが防止され、これに伴う異音の防止も図ることができる。したがって、すべての外気温負荷領域において製品性能を満足させることが可能となる。
【００３９】
しかも、低外気温時の必要な場合にのみ吸入側圧力Ｐs を低下させるようにしたので、その他の場合には、前述したように、冷媒の動圧がベローズ３７にかかることがなくコンプレッサの回転変化に対する吸入側圧力Ｐs の変化が抑制され、外気温度に応じた適切なエアコンの能力を発揮することができ、容量制御の安定性、および耐久性が向上する。
【００４０】
図５は、他の実施形態のコントロールバルブの作動機構を説明するための概略ブロック構成図である。
【００４１】
この実施形態では、制御手段として、吐出側圧力Ｐd に基づいて作動する機械式バルブ１１０を備えた点で上記実施形態と相違している。但し、その他の点では上記実施形態と同様であり、共通する部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
この機械式バルブ１１０は、貫通孔１１１ａを有する弁としてのバルブ本体１１１の作動を制御すべく、このバルブ本体１１１の図中下端に吐出側圧力Ｐd を導き、他端にばね部材１１２による弾発力を付勢すると共に背圧としてクランク室圧Ｐc あるいは吸入側圧力Ｐs を導き、両者を比較して吐出側圧力Ｐd の変化により第２連通路Ｃ2 を開閉して、コントロールバルブへの流れを規制するようにしたものである。図５（Ａ）は第２連通路Ｃ2 の導通状態、図５（Ｂ）は第２連通路Ｃ2 の非導通状態を示す。この実施形態によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、第２流路Ｒ2 を図中２点鎖線で示すように形成して、図５（Ａ）の状態で第２流路Ｒ2 を遮断するように構成してもよい。
【００４３】
なお、以上説明した実施形態は、本発明を限定するために記載されたものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、吐出側圧力に基づいて弁の開度を制御することにより、ベローズ室を通過してクランク室内と吸入ポートとを連通する第３流路を機能し得る状態とすることができるので、必要時にはベローズに対し冷媒の動圧を積極的に作用させることによってコンプレッサの吸入側圧力を低下させることが可能となる。
【００４５】
これにより、例えば低外気温時において、必要なコンプレッサの仕事が確保されて適切な蒸発圧が得られ、除湿がきわめて良好となる。また、膨張弁との制御の干渉も回避することができ、冷媒の圧力ないし温度のハンチングが防止され、これに伴う異音の防止も図ることができる。したがって、すべての外気温負荷領域において製品性能を満足させることが可能となる。
【００４６】
しかも、低外気温時の必要な場合にのみ吸入側圧力を低下させる制御を行うことができるので、それ以外の場合には、冷媒の動圧がベローズにかかることがなくコンプレッサの回転変化に対する吸入側圧力が抑制され、外気温度に応じた適切なエアコンの能力を発揮することができ、容量制御の安定性、および耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の容量可変斜板式コンプレッサを示す断面図である。
【図２】  図１に示されるコントロールバルブの作動機構を説明するための概略ブロック構成図である。
【図３】  図２に示される吐出側圧力センサの設置箇所を示す冷凍サイクルの構成図である。
【図４】  本実施形態のコントロールバルブの制御線図である。
【図５】  他の実施形態のコントロールバルブの作動機構を説明するための概略ブロック構成図である。
【図６】  従来のコントロールバルブの作動機構を説明するための図である。
【図７】  従来のコントロールバルブの制御線図である。
【符号の説明】
１２…クランク室、
２３…ピストン、
２９…吸入ポート、
３３…吐出ポート、
３７…ベローズ、
４７…弁口、
６４…ベローズ室、
１００…オートアンプ（制御手段）、
１０５…吐出側圧力センサ（圧力検出手段）、
１１０…機械式バルブ（制御手段）、
１１１…バルブ本体（弁）、
ｈ…バルブケース、
Ｐd …吐出側圧力、
Ｒ1 …第１流路、
Ｒ2 …第２流路、
Ｒ3 …第３流路、
Ｖ1 …電磁弁（弁）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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