(57)【要約】【課題】圧縮機のコストを低減するとともに、圧縮機の運転効率を低下させることなくクラッチレス化を可能にした自動車用空調装置を提供すること。【解決手段】凝縮器２と蒸発器４との間に可変容量圧縮機１が最小容量運転時に流路が閉塞される全閉機能付膨張装置３を配置し、クラッチレス化において凍結防止に必要な冷媒循環路の遮断を全閉機能付膨張装置３で行う構成にした。これにより、可変容量圧縮機１での循環流路遮断機能が不要になるためコストを低減でき、圧力損失がなくなるため運転効率を向上できる。【選択図】        図１
2004255990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最小容量運転時に吐出室とクランク室との間の給気通路よりもクランク室と吸入室との間の排気通路を小さくまたは閉塞するよう制御されるクラッチレスの可変容量圧縮機を備えた自動車用空調装置において、
冷媒の絞り膨張を行うものであって、前記可変容量圧縮機の最小容量運転時に流路が閉塞される全閉機能付膨張装置を備えていることを特徴とする自動車用空調装置。
【請求項２】
前記全閉機能付膨張装置は、電気制御により前記流路を閉塞できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の自動車用空調装置。
【請求項３】
前記全閉機能付膨張装置は、制御電流が０で前記流路が閉塞されることを特徴とする請求項２記載の自動車用空調装置。
【請求項４】
前記全閉機能付膨張装置は、制御電流が０で閉弁し、前記可変容量圧縮機の最小容量運転時における高圧圧力と低圧圧力との差圧以上の所定の差圧で開弁して絞り膨張を行う差圧制御式の膨張弁であることを特徴とする請求項２記載の自動車用空調装置。
【請求項５】
前記全閉機能付膨張装置は、前記可変容量圧縮機の最小容量運転時における高圧圧力と低圧圧力との差圧以上の所定の差圧で開弁する差圧弁と、前記差圧弁の開弁時に冷媒の絞り膨張を行うオリフィスとを有する膨張弁であることを特徴とする請求項１記載の自動車用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車用空調装置に関し、特にエンジンと圧縮機との間にエンジンの動力を伝達したり遮断したりするためのクラッチを不要とした自動車用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置の冷凍サイクルに用いられる圧縮機は、エンジンを駆動源としており、一般にエンジンの動力をクラッチを介して圧縮機に伝達するようにしている。エンジンは、走行状態によって回転数が変化するため、エンジンによって駆動される圧縮機は、回転数制御を行うことができない。そこで、エンジンの回転数に制約されることなく適切な冷房能力を得るために、圧縮機として、エンジンの回転数に応じて冷媒の吐出容量を可変することのできる可変容量圧縮機が用いられている。
【０００３】
可変容量圧縮機は、一般に、気密に形成されたクランク室内で傾斜角可変に設けられた揺動板が回転軸の回転運動によって駆動されて揺動運動をし、その揺動板の揺動運動により回転軸と平行な方向にピストンが往復運動する構成になっている。この斜板式の可変容量圧縮機では、ピストンにかかるクランク室内の圧力と吸入室の吸入圧力との差圧でピストンのストロークが決められ、揺動板の傾斜角度が決められ、可変容量圧縮機の吐出容量が決められる。したがって、この吐出容量を制御するには、クランク室の圧力を可変すればよく、そのクランク室の圧力は、可変容量圧縮機の吐出室からクランク室へ導入する冷媒の流量を制御することによって可変され、その冷媒流量の制御は容量制御弁にて行うようにしている。
【０００４】
従来の可変容量圧縮機では、たとえばその吐出室とクランク室との間に設けられた給気通路に容量制御弁を配置し、クランク室と吸入室との間に設けられた排気通路に固定オリフィスを形成している。ここで、容量制御弁が全開して吐出室からクランク室への冷媒の導入量を最大にすることにより、揺動板の傾斜角が最小になって吐出容量が最小になる。
【０００５】
このような可変容量圧縮機では、空調装置を運転するときには、クラッチをつないで可変容量圧縮機をエンジン駆動し、運転を停止するときには、クラッチを切って可変容量圧縮機を停止するようにしている。これに対し、エンジンの動力を断続させるこのようなクラッチを装備しない、いわゆるクラッチレス圧縮機が知られている。
【０００６】
クラッチレス圧縮機では、エンジンと圧縮機とは直結されていて圧縮機は常に駆動されているため、可変容量を最小の状態で運転していても、多少の冷媒の循環量があり、冷媒が循環することにより、蒸発器において凍結が発生することがあった。
【０００７】
このため、従来のクラッチレス圧縮機では、可変容量最小で運転しているときに、冷凍サイクル内を循環する冷媒の流れを停止させることで、蒸発器の凍結防止を図っている。この冷媒の循環を停止させるには、圧縮機の吸入側に電磁開閉弁を設け、この電磁開閉弁を閉状態にすることで、冷凍サイクル内の冷媒循環を停止させている。
【０００８】
また、別の方法として、圧縮機の吐出側に逆止弁（吐出開閉弁）を設け、吐出容量が小さくなってその逆止弁の前後差圧が小さくなったときに逆止弁が閉じるよう作用して、冷凍サイクル内の冷媒循環を停止させるようにしたものもある（たとえば、特許文献１参照。）。これにより、クラッチレス圧縮機が容量制御弁を全開にして最小容量で運転しているとき、圧縮機の吐出側が逆止弁により閉塞されて冷媒が凝縮器の方に流れることはなくなるため、蒸発器での凍結が防止されることになる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２０５４４６号公報（段落番号〔００３０〕，〔００３８〕，図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のクラッチレス圧縮機では、最小容量運転時に蒸発器での凍結防止を行うために、圧縮機の吐出側に逆止弁を設けているので、圧縮機の構造が複雑になってコストが高くなるとともに、冷媒の吐出流量が多いときには、その逆止弁が圧力損失を増大させる要因になっているため、圧縮機の運転効率を低下させているという問題点があった。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、圧縮機のコストを低減するとともに、圧縮機の運転効率を低下させることなくクラッチレス化を可能にした自動車用空調装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、最小容量運転時に吐出室とクランク室との間の給気通路よりもクランク室と吸入室との間の排気通路を小さくまたは閉塞するよう制御されるクラッチレスの可変容量圧縮機を備えた自動車用空調装置において、冷媒の絞り膨張を行うものであって、前記可変容量圧縮機の最小容量運転時に流路が閉塞される全閉機能付膨張装置を備えていることを特徴とする自動車用空調装置が提供される。
【００１３】
このような自動車用空調装置によれば、冷媒の絞り膨張を行う膨張装置を、可変容量圧縮機の最小容量運転時に流路が閉塞されるものにしたことにより、可変容量圧縮機では吐出開閉弁が不要になるためコストを低減でき、通常運転時において、吐出開閉弁での圧力損失がなくなるため運転効率を向上できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明による自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。
【００１５】
この冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する可変容量圧縮機１と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器２と、凝縮された冷媒を断熱膨張させる全閉機能付膨張装置３と、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器４とを備えている。
【００１６】
可変容量圧縮機１は、気密に形成されたクランク室５内に図示しないエンジンからプーリを介して動力が伝達される回転軸６があり、その回転軸６には揺動板７が傾斜角可変状態に設けられている。この揺動板７には、回転軸６と平行な方向に往復運動する複数のピストン８が設けられている。これらのピストン８を収容しているシリンダボアの一端にはそれぞれ吸入ポートおよび吐出ポートを有するプレートが配置され、吸入ポートは吸入用リリーフ弁９を介して吸入室１０に連通し、吐出ポートは吐出用リリーフ弁１１を介して吐出室１２に連通している。吸入室１０は蒸発器４からの配管が接続され、吐出室１２は凝縮器２への配管が接続されている。
【００１７】
また、ここに例示した可変容量圧縮機１では、その吐出室１２とクランク室５との間に設けられた給気通路に容量制御弁１３を配置し、クランク室５と吸入室１０との間に設けられた排気通路には固定オリフィス１４を設けている。これにより、吐出室１２の吐出圧力Ｐｄが容量制御弁１３を介してクランク室５に導入され、クランク室５内の圧力Ｐｃが固定オリフィス１４を介してクランク室５から吸入室１０に少しずつ抜かれるので、容量制御弁１３を制御することにより、クランク室５内の圧力Ｐｃが制御されて、可変容量圧縮機１の冷媒吐出容量が制御される。
【００１８】
容量制御弁１３は、可変容量圧縮機１の制御方式に応じた制御を行うもので、外部から与えられる電気信号により吐出室１２からクランク室５に導入する冷媒流量を制御してクランク室５内の圧力Ｐｃを制御する。たとえば、可変容量圧縮機１が定流量制御式の圧縮機である場合、容量制御弁１３は、可変容量圧縮機１から吐出される冷媒が一定の流量で吐出するように制御する。また、可変容量圧縮機１が差圧制御式の圧縮機の場合、容量制御弁１３は、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓとの差圧または吐出圧力Ｐｄとクランク室５内の圧力Ｐｃとの差圧が一定になるように制御する。さらに、可変容量圧縮機１が吸入圧力一定制御式の圧縮機の場合には、容量制御弁１３は、吸入室１０の吸入圧力Ｐｓが一定になるように制御する。もちろん、可変容量圧縮機１は、以上の制御方式のものに限定されるものではなく、どのような制御方式のものでもよい。
【００１９】
凝縮器２と蒸発器４との間に配置された全閉機能付膨張装置３は、可変容量圧縮機１からの冷媒吐出容量が最小容量で運転されているときに流路を閉塞することができる流路閉塞部と、冷媒を断熱膨張することができる絞り部とを備えている。流路閉塞部は、全閉機能付膨張装置３が電気式膨張弁の場合、電気信号が与えられたときに流路を閉塞するタイプ、または電気信号が切れたときに流路を閉塞するタイプがある。全閉機能付膨張装置３が機械式膨張弁の場合には、流路閉塞部として、可変容量圧縮機１が最小吐出容量で運転しているときの高圧圧力と低圧圧力との差圧により閉止することができる差圧弁で構成することができる。また、全閉機能付膨張装置３の絞り部については、電気式膨張弁の場合、電気信号により冷媒の流路の大きさを制御して、その冷媒入口と出口との差圧が一定になるように、または流量が一定になるように制御する。機械式膨張弁の場合においては、冷媒入口と出口との差圧があらかじめ決められた値になるように制御する。
【００２０】
次に、電気式および機械式の全閉機能付膨張装置３の具体的な構成例を示し、説明する。
図２は電気式の全閉機能付膨張装置の構成例を示す縦断面図である。
【００２１】
この全閉機能付膨張装置３は、可変容量圧縮機１が定流量制御式のものである場合に適用して好適な差圧制御の膨張弁を構成している。全閉機能付膨張装置３は、ボディ２１の側面に高圧の冷媒を受ける入口ポート２２が設けられ、そこに凝縮器２からの冷媒配管２３が溶着されている。この冷媒配管２３には、その流路を塞ぐようにストレーナ２４が配置されている。入口ポート２２は、冷媒流路２５を介して出口ポート２６に連通されている。この出口ポート２６には、冷媒配管２７が溶着されている。冷媒流路２５の途中には、主弁座２８がボディ２１と一体に形成されている。この主弁座２８に上流側から対向して主弁体２９が配置され、主弁座２８とともに主弁を構成している。主弁体２９は、主弁座２８との間に冷媒が導入される部屋を構成するピストン３０と一体に形成されている。ピストン３０は、主弁体２９が主弁座２８に対して接離する方向に進退自在に配置され、中心軸線位置には冷媒流路３１が形成され、その冷媒流路３１は主弁体２９に横から穿設されたオリフィス３２と連通されている。この冷媒流路３１およびオリフィス３２が、ピストン３０の図の上部の部屋に導入された高圧の冷媒を減圧してピストン３０の図の下方の部屋に導く絞り流路を構成している。ピストン３０の図の下方の部屋は、圧入部材３３によって閉止されており、ピストン３０と圧入部材３３との間には、ピストン３０を主弁の閉弁方向に付勢するスプリング３４が配置されている。圧入部材３３は、スプリング３４の荷重をその圧入量で調整した後、図の下端部がボディ２１に溶着されている。
【００２２】
ピストン３０と圧入部材３３とによって形成された部屋は、ボディ２１に形成された冷媒流路３５を介して主弁の下流側、すなわち、出口ポート２６に連通する部屋に連通されており、その途中にパイロット弁座３６が成形され、このパイロット弁座３６に対向して下流側からニードル形状のパイロット弁体３７が配置され、パイロット弁座３６とともにパイロット弁を構成している。
【００２３】
ボディ２１の上部には、パイロット弁を制御するソレノイド部が設けられている。このソレノイド部は、下端部がボディ２１の上部に形成された嵌合穴３８に嵌入されたスリーブ３９と、そのスリーブ３９の中に軸線方向に進退自在に配置されたプランジャ４０と、スリーブ３９の上端部に嵌合された筒状のコア４１と、プランジャ４０の軸線位置に貫通して固定配置され、下端部がボディ２１に形成された軸受４２によって支持され、上端部がコア４１の軸線位置に貫通形成された開口部に圧入されている軸受４３によって支持されたシャフト４４と、プランジャ４０と軸受４３との間に配置され、シャフト４４を介してパイロット弁体３７をその閉弁方向に付勢するスプリング４５と、スリーブ３９の外側に配置された電磁コイル４６と、その外側を囲繞するよう形成されたヨーク４７と、このヨーク４７とスリーブ３９との間に磁気回路を形成するよう配置されたプレート４８とから構成されている。ここで、スプリング４５は、可変容量圧縮機１が最小容量で運転しているときの高圧圧力と低圧圧力との差圧によりパイロット弁体３７がリフトされる力よりも大きなばね力を有している。コア４１の開口端部は、圧入部材４９によって閉止された後、それらの先端部は溶接によってシールされている。そして、ボディ２１とスリーブ３９とプレート４８とによって囲まれた空間には、ゴムＯリング５０が配置されている。
【００２４】
このように構成された全閉機能付膨張装置３において、まず、電磁コイル４６への制御電流が０で通電されていない図示の状態では、入口ポート２２に高圧の冷媒が導入されると、その冷媒は、ピストン３０の上部の部屋に導入される。この冷媒は、主弁体２９のオリフィス３２およびピストン３０の冷媒流路３１を介してピストン３０の下部の部屋に導入され、さらにボディ２１に形成された冷媒流路３５を介してパイロット弁に供給される。
【００２５】
空調装置が停止している場合または空調装置が起動中であっても冷凍負荷が非常に小さい場合のように、可変容量圧縮機１が最小容量で運転しているとき、パイロット弁の前後差圧がスプリング４５によって設定された値よりも小さくなる。このとき、ピストン３０の下部の部屋の冷媒圧力がパイロット弁体３７を押し開くまでには至らないので、やがて、ピストン３０の下部の部屋がピストン３０の上部の部屋と同圧になり、主弁体２９は、スプリング３４により付勢されて主弁座２８に着座した状態、すなわち主弁が全閉した状態を維持する。これにより、最小容量で運転している可変容量圧縮機１から吐出された冷媒は、この全閉機能付膨張装置３において循環が停止され、蒸発器４まで流れていくことはなくなり、したがって、蒸発器４での凍結を防止することができる。このとき、容量制御弁１３は、吐出された冷媒を最大流量でクランク室５に導入するように制御しているため、その吐出された冷媒は、可変容量圧縮機１の中を循環することになる。
【００２６】
次に、空調装置が起動されるなどして、可変容量圧縮機１が可変容量域に入ると、パイロット弁の前後差圧がスプリング４５によって設定された値を越えるようになる。すると、ピストン３０の下部の部屋の冷媒圧力がパイロット弁体３７を押し開き、出口ポート２６に連通する低圧の部屋に抜けていく。これにより、ピストン３０の下部の部屋の圧力が低下するので、ピストン３０が図の下方へ移動し、主弁体２９が主弁座２８から離れて主弁が開き、入口ポート２２に導入された冷媒が主弁を通って出口ポート２６に流出するようになる。
【００２７】
出口ポート２６への冷媒の流出により、主弁の上流側の冷媒圧力が下がると、パイロット弁に供給される冷媒の圧力も低下するので、パイロット弁体３７は、閉弁方向に移動する。これにより、ピストン３０の下部の部屋に導入される冷媒の圧力が上昇するため、ピストン３０は図の上方へ移動し、これに伴って、主弁体２９は閉弁方向へ移動されて主弁が冷媒の流量を絞るため、主弁の上流側の冷媒圧力が上がる。以上の動作を繰り返すことで、主弁の前後差圧が一定に制御される。
【００２８】
また、電磁コイル４６に通電すると、プランジャ４０がコア４１の方へ吸引され、パイロット弁体３７を閉弁方向に付勢しているスプリング４５のばね力を減少させ、パイロット弁の設定差圧を小さくする。電磁コイル４６の通電電流値を増加すると、プランジャ４０のコア４１への吸引力が増加し、パイロット弁の差圧、すなわち差圧弁の前後差圧をさらに小さく設定することができる。
【００２９】
このようにして、差圧制御膨張弁は、主弁の前後差圧を電磁コイル４６に給電される電流によって決まる一定の値になるよう冷媒を制御する。このとき、定流量制御式の可変容量圧縮機１は、一定の流量が流れるように制御するため、差圧制御式の全閉機能付膨張装置３は、可変容量圧縮機１の制御と競合することなく、安定した制御が行われる。
【００３０】
図３は機械式の全閉機能付膨張装置の構成例を示す縦断面図である。
この全閉機能付膨張装置３ａは、凝縮器２と蒸発器４との間の冷媒配管内に挿設される円筒状のボディ５１を有し、冷媒流れの上流側に位置するその図示左側部分は、縮径されていてその周側面の一部が大きく開口され、その開口部にはストレーナ５２が嵌合されている。ボディ５１は、その中央の冷媒流路の途中に、弁座５３を構成する段差が設けられていている。この弁座５３に対向して下流側から弁体５４がその軸線方向に進退自在に配置され、その弁体５４は、その下流側に配置されたスプリング５５によって閉弁方向に付勢されている。これにより、弁体５４、弁座５３およびスプリング５５によって差圧弁を構成している。また、このボディ５１の下流側の端部には、スプリング５５を受けているオリフィス形成部材５６が嵌合されており、そのオリフィス形成部材５６には、外部に連通する環状のオリフィス５７が穿設されている。このオリフィス５７は、外側から貫通しないよう環状に穿設され、スプリング５５を収容している冷媒流路側からはその環状のオリフィス５７の一部と内部で連通するような穴を穿設して、開口面積が変化しない固定オリフィスを構成している。これにより、スプリング５５を収容している冷媒流路の冷媒をオリフィス５７を介してオリフィス形成部材５６の外側端面から放射状に放出させるようにしている。そして、ボディ５１の外周には、全閉機能付膨張装置３ａが凝縮器２と蒸発器４との間の冷媒配管内に挿設されたときに、冷媒配管との間でシールを行うゴムＯリング５８が設けられている。
【００３１】
ここで、スプリング５５は、可変容量圧縮機１が最小容量で運転しているときの高圧圧力と低圧圧力との差圧により弁体５４がリフトされる力よりも大きなばね力に設定されている。
【００３２】
このような構成の全閉機能付膨張装置３ａにおいて、可変容量圧縮機１が最小容量で運転しているとき、高圧圧力と低圧圧力との差圧、つまり差圧弁の前後差圧がスプリング５５によって設定された値よりも小さくなる。このため、弁体５４は、スプリング５５によって弁座５３に着座されて閉弁状態に保持され、冷媒はこの差圧弁で循環が停止されて蒸発器４まで流れていくことはなくなり、蒸発器４での凍結防止が可能になる。このとき、容量制御弁１３は、吐出された冷媒を最大流量でクランク室５に導入するように制御しているため、その吐出された冷媒は、可変容量圧縮機１の中を循環することになる。
【００３３】
可変容量圧縮機１が可変容量域に入ると、凝縮器２からの高圧冷媒は、まず、ストレーナ５２を介して弁体５４の上流側に導入される。差圧弁の前後差圧がスプリング５５によって設定された値より高くなると、弁体５４が弁座５３より離れ、冷媒が弁座５３の下流側へと流れ、さらにオリフィス形成部材５６の環状のオリフィス５７を通過し、ここで絞り膨張されて蒸発器４へと流れる。このとき、弁体５４は、その前後の差圧とスプリング５５の付勢力とのバランスによって冷媒流量を制御する。
【００３４】
なお、上記の実施の形態では、可変容量圧縮機１として、吐出室とクランク室との間の給気通路に容量制御弁１３を配置し、クランク室と吸入室との間の排気通路に固定オリフィスを配置した場合の例を示したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明は、最小容量運転時に給気通路よりも排気通路を小さくまたは実質的に閉塞できる構成であればよいので、給気通路に固定オリフィスを配置し、排気通路に容量制御弁を配置した構成や、給気通路および排気通路にこれらを連動して開放および閉塞することができる容量制御弁を配置した構成の可変容量圧縮機でもよい。
【００３５】
また、上記の実施の形態では、全閉機能付膨張装置として電気制御または機械制御の差圧式膨張弁の場合を例にして示したが、ステッピングモータで制御駆動される比例弁、オン・オフの時間比で流量制御を行うオン・オフ弁など、最小容量運転時に全閉する機能を有する制御弁であれば、差圧式の膨張弁に限定されるものではない。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、冷媒の絞り膨張を行う装置に最小容量運転時に全閉する機能を有する膨張装置を用いて、最小容量運転時に冷凍サイクル内の冷媒循環を停止できるにようにして可変容量圧縮機のクラッチレス化を可能にする構成にした。これにより、可変容量圧縮機の吐出側に吐出開閉弁が不要になるため、可変容量圧縮機のコストが低減できるとともに吐出側での圧力損失がなくなり、運転効率を向上させることができる。また、膨張装置は、差圧式膨張弁の場合、差圧弁として機能している機構のスプリングの荷重を最小容量運転時における高圧圧力と低圧圧力との差圧では開かないような値に設定しているだけなので、実質的なコスト増加にはならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。
【図２】電気式の全閉機能付膨張装置の構成例を示す縦断面図である。
【図３】機械式の全閉機能付膨張装置の構成例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  可変容量圧縮機
２  凝縮器
３，３ａ  全閉機能付膨張装置
４  蒸発器
５  クランク室
６  回転軸
７  揺動板
８  ピストン
９  吸入用リリーフ弁
１０  吸入室
１１  吐出用リリーフ弁
１２  吐出室
１３  容量制御弁
１４  固定オリフィス
２１  ボディ
２２  入口ポート
２３  冷媒配管
２４  ストレーナ
２５  冷媒流路
２６  出口ポート
２７  冷媒配管
２８  主弁座
２９  主弁体
３０  ピストン
３１  冷媒流路
３２  オリフィス
３３  圧入部材
３４  スプリング
３５  冷媒流路
３６  パイロット弁座
３７  パイロット弁体
３８  嵌合穴
３９  スリーブ
４０  プランジャ
４１  コア
４２，４３  軸受
４４  シャフト
４５  スプリング
４６  電磁コイル
４７  ヨーク
４８  プレート
４９  圧入部材
５０  ゴムＯリング
５１  ボディ
５２  ストレーナ
５３  弁座
５４  弁体
５５  スプリング
５６  オリフィス形成部材
５７  オリフィス
５８  ゴムＯリング
Ｐｃ  圧力
Ｐｄ  吐出圧力
Ｐｓ  吸入圧力
【図１】
2004255990.tif 000003
【図２】
2004255990.tif 000004
【図３】
2004255990.tif 000005