JPH0312673B2

JPH0312673B2 -

Info

Publication number: JPH0312673B2
Application number: JP60226395A
Authority: JP
Inventors: Kyoshi Terauchi
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 1985-10-11
Filing date: 1985-10-11
Publication date: 1991-02-20
Also published as: SG100090G; EP0219283A2; EP0219283A3; KR870004242A; US5051067A; AU588924B2; EP0219283B1; DE3668668D1; KR940008168B1; CA1301131C; AU6368586A; JPS6287679A; IN166319B; MX160383A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は容量可変型圧縮機に関し、特に、容量
可変型圧縮機の容量制御に関する。

（従来の技術）従来から、主軸に連結され、クランク室に配設
された傾斜カムロータ（斜板）の回転運動を揺動
板の揺動運動に変換して、この揺動運動によりピ
ストンを往復動させ、さらに、傾斜カムロータの
主軸に対する傾斜角を変化させて、揺動板に連結
されているピストンのストローク量を変化させ、
これによつて、圧縮容量を変化させるようにした
揺動板式圧縮機が知られている。

上述の圧縮機の傾斜カムロータの傾斜角の制
御、即ち、圧縮量の制御は、圧縮行程においてシ
リンダからクランク室へ漏れるブローバイガスを
吸入室圧力が一定となるようにクランク室から吸
入室へバイパスさせ、そのバイパス量の制御で、
クランク室圧力を変化させ、これによつて、ピス
トン背側に加わるガス圧力を調整して傾斜カムロ
ータの傾斜角を制御するものである。（例えば特
公昭58−4195号公報）。

また、ブローバイガスの利用に加えて、クラン
ク室に吐出ガスを導入し、クランク室から吸入室
へのガスのバイパス量と吐出室からクランク室へ
のガス導入量を連携させて、吸入室圧力が一定と
なるようにクランク室圧力を変化させてカムロー
タの傾斜角を制御するようにした容量可変型圧縮
機がある（例えば、特開昭58−158382号公報）。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、上述の従来の容量可変型圧縮機を冷
房機等空調装置に用いた場合、吸入圧力、つまり
蒸発圧力が略一定となるように斜板の傾斜角が制
御されているから、冷媒の蒸発温度が一定となる
という利点がある。

ところで、上述の圧縮機の場合、容量制御（容
量減少）動作を開始する吸入圧の値（制御点）を
低く設定することができず（冷媒の吸入圧は冷媒
の蒸発温度に対応するから吸入圧が低いと蒸発器
に着霜が生じる）、従つて冷房機の立上り時の過
渡的冷却特性、所謂プルダウン（pulldown）特
性が良好でないという問題点がある。

また、上述した斜板傾斜角の制御の場合、クラ
ンク室圧力を変動させているため、クランク室圧
力変化時にクランク室からオイルが流出するとい
う問題点がある。

（問題点を解決するための手段）本発明による容量可変型圧縮機は、クランク室
に配設され、主軸に対する傾斜角が変化し、主軸
の回転によつて回転する斜板と、この斜板傾斜面
に配設され、主軸の回転に応じて揺動する揺動板
と、揺動板に連結され、揺動板の揺動によつてシ
リンダ内に往復動する複数のピストンとを備え、
吸入室からシリンダに吸入された流体を圧縮して
吐出する圧縮機において、吸入室とクランク室と
を連通するバイパス路が設けられ、このバイパス
路を開閉制御する制御手段と、クランク室圧力を
検知する検知手段とを有し、この検知手段によつ
て検知されたクランク室圧力と予め定められた設
定圧力とを比べ、クランク室圧力がこの予め定め
られた設定圧力となるように上記の制御手段はバ
イパス路を開閉制御するようにしたことを特徴と
する。

（実施例）以下本発明について実施例によつて説明する。

まず、第１図を参照して本発明による連続容量
可変型揺動式圧縮機について説明する。

圧縮機ハウジング１に回転可能に保持された主
軸２にはクランク室３に配置されたロータ４が取
り付けられている。このロータ４にはヒンジ機構
４１を介して斜板部５が取り付けられ、この斜板
部５の内壁面は球面状に形成され、図示のように
主軸２に摺動可能に取り付けられた球面ブツシユ
２１に当接して、摺動可能となつている。そし
て、斜板５はヒンジ機構４１によつて主軸２に対
する傾斜角が変化するようになつている。この斜
板５にはベアリング５１を介して揺動板６が配置
されており、この揺動板６には球連接によつてピ
ストンロツド７が連結されている。ピストンロツ
ド７はシリンダ８内に配設されたピストン９に連
結されている（なお、揺動板６には複数のピスト
ンが取り付けられている。）クランク室３内には
圧縮機ハウジング１に主軸２と平行に固定された
ガイド棒１０が配置されており、このガイド棒１
０は揺動板６の一端部によつて挟持され、これに
よつて揺動板６の一端部はガイド棒１０に対して
主軸方向に摺動可能となつている。

圧縮機ハウジング１には弁板８１を介してシリ
ンダ８に連通する吸入口１１ｂ及び吐出口１２ｂ
がそれぞれ形成された吸入室１１及び吐出室１２
が設けられており、吸入室１１及び吐出室１２に
対応してそれぞれ吸入ポート１１ａ及び吐出ポー
ト１２ａが形成されている。一方、圧縮機ハウジ
ング１には吸入室１１とクランク室３とを連通す
るバイパス路１３が形成されており、このバイパ
ス路１３は連通路１３ａ、連通室１３ｂ、及び連
通孔１３ｃにより構成されている。連通室１３ｂ
には台座１４が形成されており、この台座１４に
所定のガス圧でガスが封入されたベローズ１５が
装着されている。そしてこのベローズ１５のニー
ドル弁１５ａが連通孔１３ｃに対応しており、こ
のニードル弁１５ａによつて連通孔１３ｃが開閉
される。主軸２にエンジン等（図示せず）によつ
て、回転運動を与えると、主軸２に嵌合している
ロータ４に回転運動が伝達され、さらにこの回転
運動が斜板部５に取り付けられている揺動板６に
伝達される。ところが揺動板６の一端部はガイド
棒１０に対して摺動するから、ロータ４の回転方
向に対する揺動板６の運動は阻止される。よつて
ロータ４によつて揺動板６に伝達された回転運動
は揺動運動に変換される。

揺動板６が揺動すると、揺動板６に連結してい
るピストンロツド７を介してピストン９が往復運
動を行う。その結果、吸入ポート１１ａから吸入
された冷媒ガスは吸入室１１を通り、シリンダ８
で圧縮されて、吐出室１２に吐出される。そして
この高圧圧縮ガスは吐出ポート１２ａから冷媒回
路（図示せず）に送り出される。

ここで、斜板の傾斜角の制御について第２図も
参照して説明すると、圧縮工程において、各ピス
トン９に加わるガス力をF_piとすると、全ピスト
ン９に加わる総ガス力はΣF_piとなり、このΣF_piは
図示のような位置と向きをもつて作用する。この
ΣF_piにより、ヒンジ機構４１を構成するピン部材
４１ａと長孔４１ｂとの接触部（作用点Ｐ）には
抗力F_Lが先ずる。ここで、抗力（F_L）の方向と
主軸２の軸心（Ｘ軸とする）とのなす角はβとす
る。またピストン９の背面に加わる力（合力）
F_Pはクランク室圧力をP_C、ピストンがクランク
室圧力を受ける面積をＳ、ピストン数をｎとする
と、F_P＝P_C・Ｓ・ｎで表わせる。なお第２図で
はピストンを１つだけ示したが、実際には主軸２
に平行に、しかも主軸２を取囲むように揺動板に
略等ピツチで配列されている。）、抗力（F_L）の
主軸２の軸心（Ｘ軸）と直交する方向（Ｙ軸とす
る）の分力をF_R（F_R＝F_Lsinβ）、主軸２と球面ブ
ツシユ２１との摩擦係数をμとすると、図中に示
すＸ軸方向に関して次の第(1)式に示す関係が近似
的に成り立つ。

ΣF_pi＝F_Lcosβ〓μF_R＋F_P ……(1) ただし、分力（F_R）の項の（〓）の符号は
（−）が容量減少時、（＋）が容量増加時の摩擦力
の向きを示す。

ところで、ヒンジ機構４１の力の作用点（Ｐ）
と総ガス力（ΣF_pi）とのＹ軸方向の距離をL_f、作
用点（Ｐ）と分力（F_R）とのＸ軸方向の距離を
ｈ、作用点（Ｐ）と主軸心との距離をＬ、主軸の
直径をD_Sとすると、第(1)式を用いて、作用点
（Ｐ）に対するモーメントに関して第(2)式に示す
関係が近似的に成り立つ。

（ΣF_pi）×L_f＋F_R×ｈ＝〓μF_R×（Ｌ＋D_S／
２）＋F_P×Ｌ……(2) 斜板の傾斜角度は第(2)式に示すようにヒンジ機
構４１の作用点（Ｐ）、即ち斜板まわりのモーメ
ントのつり合いによつて制御される。第(2)式から
明らかなように斜板の傾斜角制御はF_Pを変化さ
せることによつて行うことが最も容量であり、一
般に吸入圧力を検知して、これが一定化されるよ
うにクランク室圧力を調節してF_Pを変化させて
いる。ところがクランク室圧力を変化させた場
合、前述のように種々の問題点が生ずる。

次に本発明による容量可変型圧縮機の容量制御
について第１図、第３図及び第４図を参照して説
明する。

ベローズ１５が配設されている連通室１３ｂは
連通路１３ａによつてクランク室３と連結されて
いるから、クランク室３の圧力（P_C）がシリン
ダ９からのブローバイガスによりベローズ１５の
封入圧よりも高いとベローズ１５が縮んで連通孔
１３ｃがニードル弁１５ａによつて開かれ、クラ
ンク室３内のガスは吸入室へ逃げ、クランク室３
の圧力は低下する。クランク室３の圧力（P_C）
がベローズ１５の封入圧よりも低くなると、ベロ
ーズ１５が伸張して、ニードル弁１５ａによつて
連通孔１３ｃが閉じられ、シリンダ８からのブロ
ーバイガスによつてクランク室３の圧力は上昇す
る。このようにして、クランク室３の圧力は極め
てわずかの変動におさえられている。即ちクラン
ク室３の圧力は略一定に制御されている（第３図
において、Ｐは設定中心値）。斜板５の斜傾角は
クランク室と吸入室との圧力差によつて変化し、
即ち第(2)式に示すΣF_piを変化させ、これによつて
斜板まわりのモーメントを変化させて、斜板の傾
斜角をコントロールしている。

この圧縮機を冷房機に用いた場合、第４図−１
に示すように、冷房機の運転を開始してから所定
の時間（t₀）経過までは熱負荷（室内温度）の低
下につれて、冷媒の吸入圧力（P_S）降下が続く。
所定の時間（t₀）経過後、即ち吸入室圧力（P_S）
が図中に示すａ点となると、第(2)式が成り立つよ
うに容量制御が行われる。即ち、斜板の傾斜角が
変化して、圧縮容量が減少する。圧縮容量の低減
があるところまで進んで吸入圧力がｂ点まで上昇
すると斜板の傾斜角の減少はとまり、減少した圧
縮容量で運転が継続する。この変化において、第
４図−１に示すようにａ点からｂ点、ｃ点からｄ
点へと段階的な（不連続な）変化となるのは第(1)
式、(2)式に含まれる摩擦力の項による。第４図−
１のｂ点からｃ点にかけて吸入圧はこれ以前より
もゆるやかに下降（低減）し、ｃ点において再度
斜板角がある角度だけ変化して圧縮容量が減少す
る。この圧縮容量の低減によつて吸入圧が上昇す
る（ｄ点）。以後、上述のようにして容量制御動
作を行い、室温を設定温度に保つ。

通常運転（容量制御運転）となると、吸入圧力
は負荷（熱負荷）変動に対して第４図−２に示す
ような範囲内に制御される。即ち、運転中に負荷
が減少（室温低下等）してくると、第４図−２に
一点鎖線で示すように吸入圧力が変化する。この
変化は第４図−１に示すプルダウン時の特性と同
様である。一方、運転中に負荷が増加（室温上昇
等）してくると、第４図−２に破線で示すように
吸入圧力が変化する。このように、容量増加方向
の変化（破線）と容量減少方向の変化（一点鎖
線）とは動作点にずれ（Pdiff）を持つことにな
る。

この理由は、容量変化時に必要なクランク室圧
力と吸入圧力との差が第４図−３に示すように容
量減少と容量増加とでは異なる特性となるためで
ある。即ち容量減少時及び容量増加時の各動作点
はヒステリシスをもつていることによる。このヒ
ステリシスは摩擦力によつて生じ、前述の角度β
やヒンジ機構の位置、あるいは摩擦係数μによつ
て決定され、前述の第(1)式及び第(2)式によつて導
びかれる。この動作点のずれ（Pdiff）は温度調
節においてデイフアレンシヤルを生ずる。即ち、
このPdiffの範囲内で温度が変動するが、前述の
ようにパラメータ（β、μ、ヒンジ機構の位置）
を適正に設計することにより、実質的に問題のな
い変化幅におさえられる。

上述の実施例ではクランク室内圧力（P_C）を
一定に保ち、吸入圧力（P_S）を変動させているか
ら、即ち冷媒の蒸発温度を変動させているから、
容量制御点（第３図のａ点）を低く設定しても、
蒸発器に着霜が生じない。即ち、容量制御点を低
く設定できるから、プルダウン特性を良好にする
ことができる。

なお、吸入圧力の変化は温度変化としては大き
いものではなく、冷却能力に問題はない。また、
容量制御点の設定、即ち斜板の傾斜角の変化時点
は前述の第(2)式で示したモーメントつり合いの方
程式に示されるパラメータに関し、設計的に数値
設定することにより、任意に設定できる。

次に第５図を参照して、本発明による第２の実
施例について説明する。なお、第５図の圧縮機自
体の構造は第１図と同様であるので省略し、制御
手段のみを示す。

連通室１３ｂには電磁弁１６が配設されてお
り、電磁弁１６の弁部１６ｂが連通孔１３ｃを開
閉するようになつている。連通路１３ａ（クラン
ク室３）の圧力を感知すべく、圧縮機ハウジング
１には圧力センサ１７が取り付けられている。圧
力センサ１７を比較器１８に接続され、この比較
器１８はリレーコントローラ１９に連結されてい
る。リレーコントローラ１９はコントロールリレ
ー２０のリレーコイル２０ａに接続され、そのリ
レー接点２０ｂは電磁弁１６のソレノイドコイル
１６ａに接続されている。

今、クランク室３内の圧力が設定値よりも高い
と、比較器１８に入力されている設定基準電圧
（クランク室３の設定圧力に対応）と圧力センサ
１７からの電圧出力が比較されて、その結果、比
較器１８からハイレベル（正電圧）が出力され
る。この正電圧はリレーコントローラ１９で電源
電圧よりも高くされる。従つて電流はツエナダイ
オード２０ｃを通つて流れるから、リレー接点２
０ｂは閉じられる。よつてソレノイドコイル１６
ａに通電が行われるから、電磁弁１６は開となつ
て連通孔が開かれる。その結果、クランク室３内
のブローバイガスはバイパス路１３を通つて吸入
室１１へ逃げる。

一方、クランク室３内の圧力が設定値よりも低
いと、比較器１８からロウレベル（ゼロ、または
負電圧）が出力される。従つてこの場合はリレー
コイル２０ａを通つて電流が流れるから、リレー
接点２０ｂは開かれる。よつてソレノイドコイル
１６ａへの通電が断たれ、電磁弁１６は閉となつ
て連通孔１３ｃが閉じられる。その結果、クラン
ク室３内の圧力はブローバイガスによつて上昇す
る。このようにしてクランク室３内圧力は略一定
に保たれる。

上述のようにクランク室内圧力を略一定に制御
することによつて、即ち吸入圧力を変動させるこ
とによつて、容量制御を開始する制御点の吸入圧
（即ち冷媒蒸発温度）を低くすることができるか
ら、従来の圧縮機に比べてプルダウン特性がよく
なるという効果がある。またクランク室圧力は略
一定であるのでクランク室からオイルが流出しに
くくなる。

（発明の効果）以上説明したように本発明による容量可変型圧
縮機ではクランク室圧力を略一定とするように制
御しているから、即ち、吸入圧力を変動させてい
るから、容量制御を開始する制御点の吸入圧を低
く設定することができ、従つてプルダウン特性が
良好である。またクランク室圧力の略一定化によ
つてクランク室からオイルが流出しにくくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による容量可変型圧縮機の一実
施例を示す図、第２図は斜板まわりのモーメント
を説明するための図、第３図はクランク室圧力の
制御を説明するための流れ図、第４図−１はプル
ダウン時のクランク室圧力と吸入圧力とを時間の
経過で示す図、第４図−２は容量制御動作時のク
ランク室圧力と吸入室圧力とを時間の経過で示す
図、第４図−３はクランク室圧力と吸入室圧力と
の差と圧縮容量との関係を示す図、第５図は本発
明による容量可変型圧縮機の他の実施例を示す図
である。１……圧縮機ハウジング、２……主軸、３……
クランク室、４……ロータ、５……斜板、６……
揺動板、７……ピストンロツド、８……シリン
ダ、９……ピストン、１０……ガイド棒、１１…
…吸入室、１２……吐出室、１３……バイパス
路、１４……台座、１５……ベローズ、１６……
電磁弁、１７……圧力センサ、１８……比較器、
１９……リレーコントローラ、２０……コントロ
ールリレー。

Claims

【特許請求の範囲】

１クランク室に配設され、主軸に対する傾斜角
が変化し、該主軸の回転によつて回転する斜板
と、該斜板傾斜面に配設され、前記主軸の回転に
応じて揺動する揺動板と、該揺動板に連結され、
該揺動板の揺動によつてシリンダ内で往復動する
複数のピストンとを備え、吸入室から前記シリン
ダに吸入された流体を圧縮して吐出する圧縮機に
おいて、前記吸入室と前記クランク室とを連通す
るバイパス路が設けられ、該バイパス路を開閉制
御する制御手段と、前記クランク室圧力を検知す
る検知手段とを有し、前記検知手段によつて検知
されたクランク室圧力と予め定められた設定圧力
とを比べ、前記クランク室圧力が前記予め定めら
れた設定圧力となるように前記制御手段は前記バ
イパス路を開閉制御するようにしたことを特徴と
する容量可変型圧縮機。