JPH11324930A - 可変容量型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機（冷凍サイクル）の製造原価上昇を招
くことなく、車両（エンジン）の燃費を向上させる。 【解決手段】 吐出側の冷媒通路１１２に設けられた第
１オリフィス１１３での差圧ΔＰに機械的に連動して可
変容量機構ＶＶｃを制御する。これにより、電磁弁等の
電気的手段を用いることなく、吐出容量をほぼ一定に維
持することができるので、圧縮機の製造原価上昇を招く
ことなく、エンジンの燃費を向上させる事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両走行用エンジ
ンにより駆動される、冷凍サイクル用の可変容量型圧縮
機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクル用の可変容量型圧縮機とし
て、例えば特公平６−１５８７２号公報に記載の発明で
は、吸入圧と吐出圧との差圧を利用して可変容量機構を
作動させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、燃費
向上への要求が強まってきている。そして、この要求に
対して上記公報に記載の可変容量型圧縮機（以下、圧縮
機と略す。）では、冷凍サイクルの熱負荷、つまり吸入
圧（蒸発器内圧力）が所定値以下となるように可変容量
機構を制御しているので、例えば吸入圧（熱負荷）が高
い状態でエンジン回転数が増大しても、吸入圧が所定値
以下となるまで吐出容量が減少変化しない。

【０００４】このため、エンジン回転数の増大に比例し
て圧縮機を稼動させるに必要な機械仕事が増大するの
で、燃費が悪化してしまうという問題が発生する。この
問題に対しては、電磁弁にて吐出側の圧力を調節するこ
とにより、エンジン回転数に応じて圧縮機の吐出容量を
制御するといった手段が知られている（特公平２−５５
６３６号公報等）。

【０００５】しかし、この手段では、電磁弁に加えて、
電磁弁を制御するための制御装置等の電気部品を必要と
するので、圧縮機（冷凍サイクル）の製造原価上昇を招
くという新たな問題が発生する。本発明は、上記点に鑑
み、圧縮機（冷凍サイクル）の製造原価上昇を招くこと
なく、燃費向上に適した可変容量型圧縮機を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜
３に記載の発明では、圧縮機構（Ｃｐ）から吐出する冷
媒の冷媒通路（１１２）に設けらたオリフィス（１１
３）を挟んで冷媒流れ上流側と下流側との差圧（ΔＰ）
に機械的に連動して作動して、可変容量機構（ＶＶｃ）
の作動を機械的に制御する制御機構（Ｃｖ）を備えるこ
とを特徴とする。

【０００７】第１に、差圧ΔＰに機械的に連動して可変
容量機構（ＶＶｃ）の作動制御を行っているので、特公
平２−５５６３６号公報のように、電磁弁を用いて吐出
容量を制御するものに比べて、可変容量型圧縮機の製造
原価低減を図ることができる。第２に、差圧（ΔＰ）
は、吐出流量の略２乗に比例して変化するので、可変容
量型圧縮機の吐出容量は、後述するように、オリフィス
（１１３）及び制御機構（Ｃｖ）の設定値によって自ず
と決定される所定の吐出容量となるように機械的に制御
されることとなる。したがって、エンジンの回転数が増
大しても、吐出容量が減少変化して吐出容量が略一定に
維持されるので、可変容量型圧縮機を稼動させるに必要
な機械仕事が増大することを防止できる。

【０００８】以上に述べたように、本発明に係る可変容
量型圧縮機では、可変容量型圧縮機の製造原価上昇を招
くことなく、車両（エンジン）の燃費向上を図ることが
できる。なお、請求項２に記載の発明のごとく、可変容
量機構（ＶＶｃ）は、圧縮機構（Ｃｐ）の吸入側及び吐
出側に連通する制御圧力室（１２０、１３３）を有して
いるとともに、その制御圧力室（１２０、１３３）内の
圧力を変化させることにより前記吐出容量を変化させ、
さらに、制御機構（Ｃｖ）は、差圧（ΔＰ）に機械的に
連動して、制御圧力室（１２０、１３３）と吸入側又は
吐出側とを連通させる通路を開閉する弁手段（１２５）
を有して構成することが望ましい。

【０００９】また、弁手段（１２５）は、差圧（ΔＰ）
に機械的に連動して可動する圧力応動部材（１２８）に
より開閉作動させられるようにすることが望ましい。因
みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態
に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

【００１０】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１は本実施形
態に係るスクロール式可変容量型圧縮機（以下、圧縮機
と略す。）１００を用いた車両用冷凍サイクルの模式図
であり、２００は圧縮機１００から吐出した冷媒を冷却
する凝縮器（放熱器）である。また、３００は凝縮器２
００から流出した冷媒を減圧するとともに、後述する蒸
発器４００の出口側の加熱度が所定値となるように開度
が制御される膨張弁（減圧器）であり、４００は膨張弁
３００にて減圧された液相冷媒を蒸発させる蒸発器であ
る。

【００１１】なお、圧縮機１００は、Ｖベルトおよび電
磁クラッチ（図示せず）を介して車両走行用エンジン
（以下、エンジンと略す。）５００により駆動される。
次に、圧縮機１００の構造について述べる。図２は圧縮
機１００の断面を示しており、１０１は電磁クラッチを
介して回転駆動されるシャフトである。１０２はシャフ
ト１０１を回転可能に支持する転がり軸受１０３を保持
するフロントハウジングであり、このフロントハウジン
グ１０２には、渦巻き状の歯部１０４ａが形成された固
定スクロール（固定部）１０４が固定されている。

【００１２】また、固定スクロール１０４とフロントハ
ウジング１０２とによって形成される空間には、歯部１
０４ａに噛み合う渦巻き状の歯部１０５ａが形成された
可動スクロール（可動部）１０５が配設されている。な
お、可動スクロール１０５は、シャフト１０１の回転中
心から所定量偏心した位置に形成されたクランク部（偏
心部）１０１ａに軸受１０１ｂを介して回転可能に組付
けれている。

【００１３】そして、可動スクロール１０５が、シャフ
ト１０１の回転とともにシャフト１０１周りを旋回する
ことにより、両スクロール１０４、１０５によって構成
された作動室Ｖｃの体積を拡大縮小させて冷媒を吸入圧
縮する。なお、以下、両スクロール１０４、１０５等の
冷媒を吸入圧縮する機構を圧縮機構Ｃｐと呼ぶ。また、
１０６は蒸発器４００の出口側に接続される吸入口（図
示せず）に連通する吸入室であり、１０７は凝縮器２０
０の入口側に接続される吐出口１０８に連通する吐出室
である。そして、吐出室１０７は、固定スクロール１０
４の端板部１０４ｂに形成された吐出ポート１０９を介
して作動室Ｖｃと連通しており、吐出ポート１０９のう
ち吐出室１０７側には、冷媒が吐出室１０７から作動室
Ｖｃ に逆流することを防止するリード弁状の吐出弁１
１０が配設されている。

【００１４】因みに、吐出弁１１０は、吐出弁１１０の
最大開度を規制する弁止板（弁押さえ）１１１とともに
端板部１０４ｂに共締め固定されている。そして、吐出
ポート１０９（吐出室１０７）から吐出口１０８に至る
冷媒通路１１２の途中には、冷媒を減圧するとともに開
度が固定された第１オリフィス（第１固定絞り）１１３
が配設されており、この第１オリフィス１１３の冷媒流
れ上流側の圧力は、後述する第４制御室１３０に導か
れ、下流側の圧力は後述する第３制御室１２９に導かれ
ている。

【００１５】ところで、端板部１０４ｂには、圧縮行程
中の作動室Ｖｃに連通するパイパスポート１１４が形成
されており、このバイパスポート１１４は、中間室１１
５及びバイパス通路１１６を介して吸入室（吸入側）１
０６に連通している。また、バイパスポート１１４のう
ち中間室１１５側には、バイパスポート１１４を開閉す
るリード弁状のバイパス弁（バイパス弁体）１１７が配
設されている。そして、このバイパス弁１１９は、中間
室１１５内の圧力が、バイパスポート１１４が連通する
作動室Ｖｃ（以下、この作動室Ｖｃを中間圧作動室と呼
ぶ。）内の圧力より高いときにはバイパスポート１１４
を閉じ、一方、中間室１１５内の圧力が中間圧作動室内
の圧力より低いときにはバイパスポート１１４を開くよ
うに構成されている。

【００１６】因みに、１１８はバイパス弁１１９の最大
開度を規制する弁止板（弁押さえ）であり、この弁止板
１１８はバイパス弁１１９とともに端板部１０４ｂに共
締め固定されている。また、バイパス通路１１６には、
バイパス通路１１６（中間室ポート１１５ａ）を開閉す
るスプール型のバイパス弁１１９がバイパス通路１１６
内に摺動可能に配設されており、このバイパス弁１１９
と固定スクロール１０４とによって第１制御室（制御圧
力室）１２０が形成されている。そして、第１制御室１
２０は、バイパス弁１１９の開閉作動を制御するととも
に、吐出室１０７（吐出側）及び吸入室１０６（吸入
側）の両者に連通している。

【００１７】また、第１制御室１２０と吐出室１０７と
は、比較的大きな圧力損失を発生させる第２オリフィス
（第２固定絞り）１２１を介して常に連通しており、一
方、第１制御室１２０と吸入室１０６とは、制御通路１
２２（１２２ａ〜１２２ｃ）を介して連通している。そ
して、バイパス弁１１９を挟んで第１制御室１２０と反
対側には、吸入室１０６内の圧力が導かれるとともに、
第１制御室１２０の体積を縮小させる向きの弾性力をバ
イパス弁１１９に作用させる第１コイルバネ（第１弾性
体）１２３が配設された第２制御室１２４が形成されて
いる。

【００１８】このため、第１制御室１２０の圧力が第２
制御室１２４の圧力より高いときには、バイパス通路１
１６（中間室ポート１１５ａ）が閉じられ、一方、第１
制御室１２０の圧力が第２制御室１２４の圧力より低い
とき又は等しいときには、バイパス通路１１６（中間室
ポート１１５ａ）が開かれる。また、制御通路１２２に
は、制御通路１２２（１２２ａ）を開閉する制御弁（弁
体）１２５が配設されている。そして、この制御弁１２
５を挟んで一方側には、制御通路１２２（１２２ａ）を
閉じる向きの弾性力を制御弁１２５に作用させる第２コ
イルバネ（第２弾性体）１２６が配設され、他方側に
は、制御通路１２２（１２２ａ）を開く向きの力を制御
弁１２５に作用させるリテーナ（プッシュロッド）１２
７が配設されている。

【００１９】ところで、１２８は、第３制御室１２９と
第４制御室１３０とを区画するとともに、両制御室１２
９、１３０の差圧に連動する可動するダイヤフラム（圧
力応動部材）であり、このダイヤフラム１２８にリテー
ナ１２７が連結（固定）されている。次に、圧縮機１０
０の特徴的作動について述べる。

【００２０】１．最大容量運転時（図１参照） シャフト１０１が回転し圧縮機１００が稼動すると、圧
縮された冷媒は、吐出ポート１０６から吐出室１０７に
吐出され、冷媒通路１１２を経由して吐出口１０８から
凝縮器２００に向けて吐出される。このとき、冷媒が第
１オリフィス１１３を通過する際の圧力損失により、第
３制御室１２９の圧力が第４制御室１３０の圧力より低
くなるような差圧ΔＰが発生するので、ダイヤフラム１
２８及びリテーナ１２７は、制御通路１２２を開く向き
の力（以下、この力を開弁力と呼ぶ。）を制御弁１２５
に対して作用させる。

【００２１】そして、第２コイルバネ１２６の弾性力
（以下、この力を閉弁力）と呼ぶ。）が開弁力より小さ
い場合には、制御通路１２２が閉じられるので、第１制
御室１２０内の圧力は吐出室１０７と等しくなり、バイ
パス通路１１６（中間室ポート１１５ａ）が閉じられ
る。したがって、中間室１１５内の圧力が中間圧作動室
内の圧力より高くなり、バイパスポート１１４が閉じら
れる（閉じた状態が維持される）ので、圧縮された冷媒
は、バイパスポート１１４から吸入室１０６（吸入側）
に流出することなく、吐出ポート１０９から吐出され
る。すなわち、圧縮機１００の理論吐出量に近い吐出容
量（１００％容量）にて圧縮機１００が稼動する。

【００２２】２．可変容量運転時（図２参照） エンジンの回転数が上昇し、冷媒通路１１２を流通する
冷媒流量（冷媒流速）が増大すると、これに連動して差
圧ΔＰが大きくなるので、開弁力が閉弁力より大きくな
り、制御通路１２２が開く。このため、第１制御室１２
０内の圧力が低下するため、バイパス通路１１６（中間
室ポート１１５ａ）が開いて中間室１１５内の圧力が低
下するので、バイパスポート１１４が開き、吐出容量が
減少変化する。

【００２３】なお、吐出室１０７と第１制御室１２０と
が常に連通しているが、第２オリフィス１２１の開口面
積（絞り径）は、制御通路１２２に比べて十分に小さく
選定されているため、制御通路１２２を開閉することに
より、第１制御室１２０内の圧力を変化させる（制御す
る）ことができる。一方、パイパスポート１１４が開く
と、中間圧作動室から吸入室１０６（吸入側）に流出す
るので、冷媒通路１１２を流通する冷媒流量が減少する
ため、差圧ΔＰが小さくなる。このため、制御弁１２５
は制御通路１２２を閉じる向き（紙面右向き）に移動す
るので、バイパスポート１１４が閉じていき、最大容量
運転状態に移行していく。

【００２４】したがって、本実施形態に係る圧縮機１０
０では、冷媒通路１１２を流通する冷媒量（圧縮機１０
０の吐出容量）が増大して開弁力が閉弁力を上回ると、
吐出容量が減少するように変化し、一方、吐出容量が減
少して開弁力が小さくなると、吐出容量が増大するよう
に変化することとなる。つまり、本実施形態に係る圧縮
機１００では、差圧ΔＰによって決定する開弁力と、第
２コイルバネ１２６による閉弁力とによって自ずと決定
される所定の吐出容量となるように圧縮機１００が機械
的に制御されることとなる。

【００２５】ところで、上述の作動説明から明らかなよ
うに、本実施形態では、バイパスポート１１４及びバイ
パス弁１１９等により、圧縮機構Ｃｐから吐出する冷媒
の吐出容量を変化させる可変容量機構ＶＶｃ（図１参
照）を構成し、また、制御通路１２２、制御弁１２５及
びダイヤフラム１２８等により、可変容量機構ＶＶｃの
作動を機械的に制御する制御機構Ｃｖ（図１参照）を構
成している。

【００２６】次に、本実施形態の特徴を述べる。本実施
形態によれば、差圧ΔＰに機械的に連動して制御通路１
２２を開閉することにより吐出容量の制御を行っている
ので、特公平２−５５６３６号公報のように、電磁弁を
用いて吐出容量を制御するものに比べて、圧縮機１００
の製造原価低減を図ることができる。

【００２７】また、エンジンの回転数が増大しても、吐
出容量が減少変化して吐出容量が略一定に維持されるの
で、圧縮機１００を稼動させるに必要な機械仕事が増大
することを防止できる。以上に述べたように、本実施形
態に係る圧縮機１００では、圧縮機１００の製造原価上
昇を招くことなく、車両（エンジン）の燃費向上を図る
ことができる。

【００２８】（第２実施形態）上述の実施形態では、ス
クロール式の圧縮機に本発明を適用したが、本実施形態
は、図３示すように、斜板圧縮機に適用したものであ
る。すなわち、本実施形態に係る圧縮機１００の可変容
量機構ＶＶｃは、周知のごとく、斜板１３１の傾き角を
変化させることにより、ピストン１３２の往復行程（ス
トローク）を変化させるものである。また、制御機構Ｃ
ｖは第１実施形態と同様である。

【００２９】そして、斜板１３１が収納された斜板室１
３３は、連通路１３４を介して吸入室１０６側と常に連
通しているとともに、制御弁１２５により開閉される制
御通路１２２を介して吐出ポート１０９側に連通してい
る。なお、後述する作動説明から明らかなように、斜板
室１３３は、第１実施形態でいう第１制御室１２０に相
当するものである。

【００３０】次に、本実施形態の概略作動を述べる。 １．最大容量運転時 最大容量運転時では、第１実施形態と同様に、制御通路
１２２が閉じているので、斜板室１３３の圧力が吸入室
１０６（吸入側）の圧力と略等しくなり、斜板１３１が
最も傾いた状態で圧縮機１００が稼動する。このため、
ピストン１３２の往復行程が最大となるため、最大容量
運転（１００％運転）状態となる。

【００３１】２．可変容量運転時 最大容量運転時では、第１実施形態と同様に、制御通路
１２２が開くので、斜板室１３３内の圧力が上昇してい
く。このため、作動室Ｖｃ内の圧力と斜板室１３３内の
圧力との釣り合いにより、次第に斜板１３１とシャフト
１０１とのなす角（以下、この角度を斜板角θと呼
ぶ。）が９０°に近づいていくので、吐出容量が減少し
ていく。

【００３２】そして、吐出容量が減少していくと、制御
通路１２２が再び閉じるので、斜板角θが小さくなっ
て、ピストン１３２の往復行程が拡大していき、吐出容
量が増大する。つまり、本実施形態に係る圧縮機１００
も第１実施形態に係る圧縮機１００と同様に、差圧ΔＰ
によって決定する開弁力と、第２コイルバネ１２６によ
る閉弁力とによって決定される所定の吐出容量となるよ
うに圧縮機１００が機械的に制御される。

【００３３】ところで、第１実施形態では、吐出室１０
７と第１制御室１２０とを常に連通させ、第１制御室１
２０と吸入室１０６側とを連通させる制御通路１２２を
開閉制御することにより、可変容量機構ＶＶｃの作動を
機械的に制御する制御機構Ｃｖを構成したが、第１実施
形態はこれに限定されるものではなく、第１制御室１２
０と吸入室１０６側とを常に連通させ、吐出室１０７と
第１制御室１２０との連通状態を制御することにより、
制御機構Ｃｖを構成してもよい。

【００３４】また、本発明に係る圧縮機１００の圧縮機
構Ｃｐは、スクロール式又は斜板式に限定されるもので
はなく、その他形式の圧縮機構を採用してもよい。ま
た、上述の実施形態では、差圧ΔＰに機械的に連動して
可動する圧力応動部材として、薄膜状のダイヤフラム１
２８を用いたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、蛇腹状のベローズ等その他の部材でもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷凍サイクルの模式図である。

【図２】第１実施形態に係る圧縮機の断面図である（最
大容量運転時）。

【図３】可変容量運転時における圧縮機の断面図であ
る。

【図４】第２実施形態に係る圧縮機の断面図である（最
大容量運転時）。

【符号の説明】

Ｖｃ…作動室、Ｃｐ…圧縮機構、ＶＶｃ…可変容量機
構、１０９…吐出ポート、１１３…第１オリフィス、１
１４…バイパスポート、１２２…制御通路、１２５…制
御弁（弁手段）、１２８…ダイヤフラム（圧力応動部
材）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両走行用エンジンにより駆動される、
   冷凍サイクル用の可変容量型圧縮機であって、 冷媒を吸入圧縮する作動室（Ｖｃ ）を有する圧縮機構
   （Ｃｐ）と、 前記圧縮機構（Ｃｐ）から吐出する冷媒の吐出容量を変
   化させる可変容量機構（ＶＶｃ）と、 前記圧縮機構（Ｃｐ）から吐出する冷媒の冷媒通路（１
   １２）に設けられ、冷媒を減圧するオリフィス（１１
   ３）と、 前記オリフィス（１１３）を挟んで冷媒流れ上流側と下
   流側との差圧（ΔＰ）に機械的に連動して作動し、前記
   可変容量機構（ＶＶｃ）の作動を機械的に制御する制御
   機構（Ｃｖ）とを備えることを特徴とする可変容量圧縮
   機。
2. 【請求項２】 前記可変容量機構（ＶＶｃ）は、前記圧
   縮機構（Ｃｐ）の吸入側及び吐出側に連通する制御圧力
   室（１２０、１３３）を有しているとともに、その制御
   圧力室（１２０、１３３）内の圧力を変化させることに
   より前記吐出容量を変化させ、 さらに、前記制御機構（Ｃｖ）は、前記差圧（ΔＰ）に
   機械的に連動して、前記制御圧力室（１２０、１３３）
   と、前記吸入側又は吐出側とを連通させる通路を開閉す
   る弁手段（１２５）を有していることを特徴とする請求
   項１に記載の可変容量型圧縮機。
3. 【請求項３】 前記弁手段（１２５）は、前記差圧（Δ
   Ｐ）に機械的に連動して可動する圧力応動部材（１２
   ８）により開閉作動させられることを特徴とする請求項
   ２に記載の可変容量型圧縮機。